KR20210077789A - 할로겐 기반 화합물들을 사용하여 선택적으로 에칭하기 위한 원자 층 에칭 시스템들 - Google Patents

할로겐 기반 화합물들을 사용하여 선택적으로 에칭하기 위한 원자 층 에칭 시스템들 Download PDF

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KR20210077789A
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윤상 김
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

기판 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버, 기판 지지부, 열 소스, 가스 전달 시스템 및 제어기를 포함한다. 기판 지지부는 프로세싱 챔버 내에 배치되고, 기판을 지지한다. 열 소스는 기판을 가열한다. 가스 전달 시스템이 프로세싱 챔버에 가스를 공급한다. 제어기는 등방성 원자 층 에칭 프로세스의 반복 동안, 전처리, 원자 흡착 (atomistic adsorption) 및 펄싱된 열 어닐링을 수행하는 동작; 원자 흡착 동안, 개질된 재료를 형성하기 위해 기판의 노출된 재료 상에 선택적으로 흡착되는 할로겐 종을 포함하는 프로세스 가스에 기판의 표면을 노출하는 단계; 및 펄싱된 열 어닐링 동안, 개질된 재료를 노출하고 제거하기 위해 미리 결정된 기간 내에 열 소스를 복수 회 펄싱하는 단계를 포함하는, 등방성 원자 층 에칭 프로세스를 반복적으로 수행하도록 가스 전달 시스템 및 열 소스를 제어한다.

Description

할로겐 기반 화합물들을 사용하여 선택적으로 에칭하기 위한 원자 층 에칭 시스템들
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 개시는 2018년 11월 15일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 62/767,564 호의 이익을 주장한다. 확인된 출원의 개시는 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.
기술분야
본 개시는 기판 에칭 및 증착 프로세스들에 관한 것이고, 보다 구체적으로 원자 층 에칭 및 증착에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
반도체 웨이퍼와 같은 기판의 원자 층 에칭 (Atomic Layer Etching; ALE) 동안, 반응물질 (예를 들어, 염소 (Cl2) 가스) 이 기판의 표면을 개질하기 위해 프로세싱 챔버 내로 도입된다. 염소-기반 가스가 염소 주입된 상단 층을 제공하기 위해 실리콘 (Si), 게르마늄 (Ge) 및 금속 옥사이드들 (MOx) 의 ALE 동안 종종 사용된다. 예로서, 염소 가스는 Si로부터 형성되는 실리콘 기판의 상단부를 실리콘 클로라이드 (SiClx) 의 층으로 변환하기 위해 도입될 수도 있고, 여기에서 x는 1, 2, 3, 또는 4이다. 표면 개질 후, 염소 가스는 챔버로부터 퍼지된다 (purged). 아르곤 (Ar) 플라즈마가 이온 충격을 수행하고, 실리콘 클로라이드 반응 층을 능동적으로 제거하도록 제공되고, 부산물들의 퍼지가 이어진다.
기판 프로세싱 시스템이 제공되고 프로세싱 챔버, 기판 지지부, 열 소스, 가스 전달 시스템 및 제어기를 포함한다. 기판 지지부는 프로세싱 챔버 내에 배치되고, 기판을 지지하도록 구성된다. 열 소스는 기판을 가열하도록 구성된다. 가스 전달 시스템은 프로세싱 챔버에 제 1 프로세스 가스를 공급하도록 구성된다. 제어기는 등방성 원자 층 에칭 프로세스의 반복 동안, 전처리, 원자 흡착 (atomistic adsorption) 및 펄싱된 열 어닐링을 수행하는 동작; 원자 흡착 동안, 개질된 재료를 형성하기 위해 기판의 노출된 재료 상에 선택적으로 흡착되는 할로겐 종을 포함하는 제 1 프로세스 가스에 기판의 표면을 노출하는 단계; 및 펄싱된 열 어닐링 동안, 개질된 재료를 노출하고 제거하기 위해 미리 결정된 기간 내에 열 소스 온 및 오프를 복수 회 펄싱하는 단계를 포함하는, 등방성 원자 층 에칭 프로세스를 반복적으로 수행하도록 가스 전달 시스템 및 열 소스를 제어하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 제어기는, 펄싱된 열적 어닐링의 반복들 동안, 개질된 재료로 하여금 열 소스의 연속적인 열 에너지 펄스들 사이에서 냉각되게 하도록 구성된다. 다른 특징들에서, 열 소스는 플래시 램프들을 포함한다. 다른 특징들에서, 기판 프로세싱 시스템은 열 소스의 복수의 열 에너지 펄스들 각각에 대해 플래시 램프들로 전력을 방전하도록 구성된 용량성 방전 회로를 더 포함한다. 다른 특징들에서, 열 소스는 복수의 플래시 램프들 각각에 대해 포물선형 반사 부분들을 갖는 반사기를 포함한다. 다른 특징들에서, 플래시 램프들은 각각의 냉각 재킷들을 포함한다.
다른 특징들에서, 기판 프로세싱 시스템은 원뿔 형상이고 복수의 플래시 램프들로부터 열 에너지를 기판으로 지향시키는 반사기를 더 포함한다. 다른 특징들에서, 제어기는 펄싱된 열적 어닐링의 적어도 1 회 반복 동안 4 ㎳ 미만의 펄스 지속 기간 동안 복수의 플래시 램프들을 펄싱하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 제어기는, 펄싱된 열적 어닐링의 반복들 중 적어도 일부 동안 그리고 열 소스를 통해, 기판의 개질된 재료가 열 소스를 차단한 후 0.5 초 이내에 25 ℃ 미만의 온도로 냉각되도록 기판의 개질된 재료를 가열하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 열 소스는 레이저를 포함한다. 레이저는 기판으로 지향되는 레이저 빔을 생성하도록 구성된다. 다른 특징들에서, 기판 프로세싱 시스템은 미러들 및 모터들을 더 포함한다. 제어기는 기판을 가로질러 스팬하도록 (span) 미러들을 이동시킴으로써 레이저 빔을 조향하도록 (steer) 모터들을 통해 구성된다. 다른 특징들에서, 기판의 직경은 300 ㎜이다. 기판은 다이들을 포함한다. 제어기는 미리 결정된 기간 내에 다이들 각각을 가로질러 스팬하고 가열되도록 구성된다.
다른 특징들에서, 미리 결정된 기간은 1 초이다. 제어기는 복수의 다이들 각각을 개별적으로 그리고 제 2 미리 결정된 횟수만큼 가열하도록 구성된다. 다른 특징들에서, 기판 프로세싱 시스템은 레이저 빔을 성형하고 지향시키도록 구성된 렌즈 회로를 더 포함한다. 다른 특징들에서, 렌즈 회로는 라운드-형상 레이저 빔으로부터 사각형-형상 레이저 빔으로 레이저 빔을 변환하기 위한 빔 성형 광학기구 (optics) 를 포함한다.
다른 특징들에서, 렌즈 회로는 라운드-형상 레이저 빔으로부터 플랫-탑 형상 (flat-top shaped) 레이저 빔으로 레이저 빔을 변환하기 위한 플랫-탑 광학기구; 및 플랫-탑 형상 레이저 빔을 사각형-형상 레이저 빔으로 변환하기 위한 회절 광학기구를 포함한다.
다른 특징들에서, 기판 프로세싱 시스템은 제 1 미러, 제 2 미러, 제 1 모터 및 제 2 모터를 포함하는 미러 모듈을 더 포함한다. 제어기는 기판 상의 레이저 빔의 위치를 조정하기 위해 제 1 모터 및 제 2 모터를 통해 제 1 미러 및 제 2 미러를 이동시키도록 구성된다.
다른 특징들에서, 기판 프로세싱 시스템은 복수의 렌즈들을 포함하고 기판의 표면에 수직인 방향으로 레이저 빔을 지향시키도록 구성된 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 기판 프로세싱 시스템은 제 1 미러, 제 2 미러, 제 1 모터 및 제 2 모터를 포함하는 미러 모듈을 더 포함한다. 레이저 빔은 제 1 미러에 지향된다. 레이저 빔은 제 1 미러로부터 제 2 미러에 지향된다. 레이저 빔은 제 2 미러로부터 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리를 통해 기판으로 지향된다. 제어기는 기판 상의 레이저 빔의 위치를 조정하기 위해 제 1 모터 및 제 2 모터를 통해 제 1 미러 및 제 2 미러를 이동시키도록 구성된다.
다른 특징들에서, 프로세싱 챔버는 유도적으로 커플링된 플라즈마 챔버 또는 리모트 플라즈마 소스 연결된 챔버이다. 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리는 프로세싱 챔버의 유전체 윈도우 위에 배치된다.
다른 특징들에서, 기판 프로세싱 시스템은 기판에 의해 수신되기 전 레이저 빔의 사이즈를 조정하도록 구성된 빔 사이즈 조정 모듈을 더 포함한다. 다른 특징들에서, 프로세싱 챔버는 펄싱된 열적 어닐링 동안 플라즈마가 없다.
다른 특징들에서, 제어기는, 원자 흡착의 하나 이상의 반복 동안, 20 ℃ 이하 또는 주변 온도 (ambient temperature) 와 같도록 프로세싱 챔버의 내부의 온도를 설정하도록 구성된다. 다른 특징들에서, 제어기는 기판의 베이스 또는 벌크 부분 중 적어도 하나를 가열하지 않고 기판의 개질된 재료를 가열하기 위해 복수의 열 에너지 펄스들을 생성하기 위해 열 소스를 제어하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 제어기는 열 소스의 열 에너지 펄스들의 연속적인 쌍 각각 사이에서 기판의 노출된 재료 상에 원자 흡착을 수행하도록 제 1 프로세스 가스를 프로세싱 챔버로 공급하도록 구성된다. 다른 특징들에서, 제어기는, 전처리 동안, 기판이 제 2 프로세스 가스를 겪게함으로써 (subjecting), 기판을 개질하도록 구성된다. 다른 특징들에서, 제어기는 1 초 내에 복수의 열 에너지 펄스들을 생성하기 위해 열 소스를 펄싱하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 전처리는 제 2 프로세스 가스의 도입을 포함한다. 제 2 프로세스 가스는 수소를 포함한다. 할로겐 종은 산소를 포함한다. 펄싱된 열적 어닐링은 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함한다. 모노레이어는 게르마늄을 포함한다.
다른 특징들에서, 전처리는 제 2 프로세스 가스의 도입을 포함한다. 제 2 프로세스 가스는 수소를 포함한다. 할로겐 종은 염소를 포함한다. 펄싱된 열적 어닐링은 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함한다. 모노레이어는 게르마늄을 포함한다.
다른 특징들에서, 전처리는 제 2 프로세스 가스의 도입을 포함한다. 제 2 프로세스 가스는 수소를 포함한다. 할로겐 종은 요오드를 포함한다. 펄싱된 열적 어닐링은 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함한다. 모노레이어는 실리콘을 포함한다. 다른 특징들에서, 펄싱된 열적 어닐링은 게르마늄을 제거하지 않고 실리콘을 선택적으로 제거하는 것을 포함한다.
다른 특징들에서, 전처리는 제 2 프로세스 가스의 도입을 포함하고, 제 2 프로세스 가스는 수소 또는 산소를 포함한다. 할로겐 종은 염소를 포함한다. 펄싱된 열적 어닐링은 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함한다. 모노레이어는 티타늄을 포함한다.
다른 특징들에서, 전처리는 제 2 프로세스 가스의 도입을 포함한다. 제 2 프로세스 가스는 수소 또는 암모니아를 포함한다. 할로겐 종은 불소를 포함한다. 펄싱된 열적 어닐링은 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함한다. 모노레이어는 실리콘 다이옥사이드를 포함한다.
다른 특징들에서, 기판 프로세싱 시스템을 동작시키는 방법이 제공된다. 방법은 프로세싱 챔버 내에서 기판 지지부 상에 기판을 배치하는 단계 및 제 1 ALE (atomic layer etch) 프로세스를 반복적으로 수행하는 단계를 포함한다. 제 1 ALE 프로세스는 순차적인 등방성 프로세스이고 기판의 제 1 노출된 부분을 개질하기 위해 프로세싱 챔버로 제 1 프로세스 가스를 공급하는 단계를 포함하는 전처리; 제 1 노출된 부분 상으로 선택적으로 흡수하고 개질하도록 제 1 노출된 부분이 할로겐 종을 포함하는 제 2 프로세스 가스를 겪게하는 단계를 포함하는 원자 흡착; 및 개질된 제 1 노출된 부분을 노출 및 제거하기 위해 열 에너지 펄스를 생성하도록 열 소스를 제어하는 단계를 포함하는 펄싱된 열적 어닐링을 포함한다. 방법은 제 1 ALE 프로세스의 미리 결정된 수의 사이클들이 수행되었는지 여부를 결정하는 단계; 및 미리 결정된 수의 사이클들이 수행되었다면, 제 1 ALE 프로세스를 수행하는 것을 중단하는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 원자 흡착을 수행한 후 그리고 펄싱된 열적 어닐링을 수행하기 전에 프로세싱 챔버를 퍼지하는 단계를 더 포함한다. 다른 특징들에서, 방법은 펄싱된 급속 열적 어닐링의 반복 각각을 수행하는 단계에 후속하여 프로세싱 챔버를 퍼지하는 단계를 더 포함한다. 다른 특징들에서, 방법은 제 1 ALE 프로세스를 1 초 내에 복수 회 수행하는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 제 2 ALE 프로세스를 수행할지 여부를 결정하는 단계; 제 1 ALE 프로세스에 대해 설정된 파라미터들을 제 2 ALE 프로세스에 대해 업데이트된 파라미터들로 변경하는 단계; 및 프로세싱 챔버 내에서 제 2 ALE 프로세스를 반복적으로 수행하는 단계를 더 포함한다. 제 2 ALE 프로세스는 기판의 제 1 노출된 부분 또는 제 2 노출된 부분을 개질하기 위해 프로세싱 챔버로 제 1 프로세스 가스 또는 제 3 프로세스 가스를 공급하는 것을 포함하는 전처리를 수행하는 단계; 제 1 노출된 부분 또는 제 2 노출된 부분이 할로겐 종을 포함하는 제 2 가스 또는 제 4 가스를 겪게하는 것을 포함하는 원자 흡착을 수행하는 단계; 및 제 1 노출된 부분 또는 제 2 노출된 부분을 가열하기 위해 열 에너지 펄스를 생성하도록 열 소스를 제어하는 단계를 포함하는 펄싱된 급속 열적 어닐링을 수행하는 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 제 2 ALE 프로세스를 수행할지 여부를 결정하는 단계-제 1 ALE 프로세스는 기판의 제 1 다이 상에서 수행됨-; 및 기판의 제 2 다이 상에서 제 2 ALE 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함한다. 다른 특징들에서, 방법은 급속 열적 어닐링을 위해 커패시터들을 충전하는 단계; 및 복수의 플래시 램프들에 전력을 제공하도록 커패시터들을 방전시키는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 급속 열적 어닐링을 위해 레이저 빔을 생성하는 단계; 레이저 빔을 플랫-탑 빔으로 변환하는 단계; 플랫-탑 빔을 정사각형 빔으로 변환하는 단계; 미러들로부터 그리고 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리로 정사각형 빔을 반사하는 단계; 및 기판에 직교하는 방향으로 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리를 통해 기판으로 정사각형 빔을 통과시키는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 급속 열적 어닐링을 위해, 정사각형 빔의 사이즈를 기판의 다이의 사이즈 이상으로 조정하는 단계를 더 포함한다. 다른 특징들에서, 방법은 급속 열적 어닐링을 위해 기판을 가로질러 스팬하도록 미러들을 이동시킴으로써 레이저 빔을 조향하는 단계-기판의 직경은 300 ㎜이고, 기판은 다이들을 포함함-; 및 미리 결정된 기간 내에, 다이들 각각을 가로질러 스팬하고 가열되는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 미리 결정된 기간은 1 초이고; 그리고 다이들 각각은 미리 결정된 횟수로 그리고 개별적으로 가열된다. 다른 특징들에서, 제 1 가스는 수소를 포함한다. 할로겐 종은 산소를 포함한다. 펄싱된 열적 어닐링은 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함한다. 모노레이어는 게르마늄을 포함한다.
다른 특징들에서, 제 1 가스는 수소를 포함한다. 할로겐 종은 염소를 포함한다. 펄싱된 열적 어닐링은 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함한다. 모노레이어는 게르마늄을 포함한다.
다른 특징들에서, 제 1 가스는 수소를 포함한다. 할로겐 종은 요오드를 포함한다. 펄싱된 열적 어닐링은 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함한다. 모노레이어는 실리콘을 포함한다. 다른 특징들에서, 펄싱된 열적 어닐링은 게르마늄의 제거가 아닌 실리콘의 선택적인 제거를 포함한다.
다른 특징들에서, 제 1 가스는 수소 또는 산소를 포함한다. 할로겐 종은 염소를 포함한다. 펄싱된 열적 어닐링은 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함한다. 모노레이어는 티타늄을 포함한다.
다른 특징들에서, 제 1 가스는 수소 또는 암모니아를 포함한다. 할로겐 종은 불소를 포함한다. 펄싱된 열적 어닐링은 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함한다. 모노레이어는 실리콘 다이옥사이드를 포함한다.
본 개시의 추가 적용 가능성의 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적들을 위해 의도되고, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 플래시 램프, 및 ALE와 ALD (Atomic Layer Deposition) 동안 급속 열 펄스 동작들을 수행하기 위한 급속 열 펄스 제어기를 통합하는 기판 프로세싱 시스템의 일 예의 기능적 블록도이다.
도 2는 본 개시에 따른 레이저, 렌즈 회로, 및 ALE와 ALD 동안 급속 열 펄스 동작들을 수행하기 위한 급속 열 펄스 제어기를 통합하는 기판 프로세싱 시스템의 일 예의 기능적 블록도이다.
도 3은 도 2의 렌즈 회로에 통합된 미러들 및 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리의 측단면도이다.
도 4는 동작의 종래의 연속파 모드와 연관된 일 예시적인 가열 경사 (ramp) 상승 및 냉각 기간을 예시하는 시간에 따른 온도 프로파일이다.
도 5는 본 개시에 따른 예시적인 급속 열 펄스들을 예시하는 시간에 따른 예시적인 온도 프로파일이다.
도 6은 본 개시에 따른 ALE 프로세스도이다.
도 7은 본 개시에 따라 제공된 단일 급속 열 펄스에 대한 시간에 따른 온도 변화를 예시하는 예시적인 신호도이다.
도 8은 본 개시에 따라 수행된 ALE에 대한 일 예시적인 레이저 플루언스 (fluence) 대 에칭 레이트 플롯이다.
도 9는 본 개시에 따라 수행된 ALE에 대한 프로세스 사이클들의 수 대 제거된 게르마늄의 양의 예시적인 플롯이다.
도 10은 기준, 염소 흡착 없이 펄싱된 레이저 가열, 펄싱된 레이저 가열 없이 염소 흡착, 및 염소 흡착과 펄싱된 레이저 가열 구현 예들의 조합에 대한, 상이한 양들의 재료 제거를 예시하는 막 두께의 예시적인 플롯이다.
도 11은 특정한 프로세스들에 대한 추정된 온도 범위들 및 램프 전력 범위들의 예시적인 플롯이다.
도 12는 본 개시에 따라 수행된 플래시 램프 사이클 동안 표면 온도 변화들의 레이트들을 예시하는 예시적인 플롯 및 플래시 램프 사이클에 후속하여 대응하는 냉각 기간 동안 표면 온도 변화들의 레이트들의 대응하는 예시적인 플롯이다.
도 13은 본 개시에 따른 플래시 램프 사이클들에 따른 펄스 지속기간 대 플래시 랩 (lap) 전력 레벨들 및 반복 레이트들의 예시적인 플롯이다.
도 14는 본 개시에 따른 유전체 층들의 부분들의 제거를 위해 반복적으로 수행된 급속 열 펄스 사이클들을 예시하는 도면이다.
도 15는 본 개시에 따른 ALE 방법을 예시한다.
도 16은 본 개시에 따라 수행된 ALE 프로세스 동안 기판 표면 온도들 대 에칭 레이트들의 예시적인 플롯이다.
도 17은 상이한 열 소스들에 대한 가열 레이트들 대 냉각 레이트들의 예를 예시하는 플롯이다.
도 18은 본 개시에 따른 티타늄 나이트라이드의 층들을 제거하는 2 개의 예시적인 ALE 방법들을 예시하는 블록도이다.
도 19는 상이한 에너지 레벨들에 대한 티타늄 나이트라이드 막 두께들의 예시적인 플롯이다.
도 20은 본 개시에 따라 수행된 상이한 수들의 ALE 사이클들 대 티타늄 나이트라이드 막 두께들의 예시적인 플롯이다.
도 21은 수행된 상이한 동작들에 대한 상이한 양의 재료 제거를 예시하는 티타늄 나이트라이드 막 두께들의 예시적인 플롯이다.
도 22는 본 개시의 실시 예에 따른, 요오드 가스의 도입 및 게르마늄의 제거 없이 실리콘의 제거를 예시하는 예시적인 ALE 프로세스 다이어그램이다.
도 23은 상이한 기판 지지부 온도들에 대한 에칭 레이트들에 대한 실리콘 층 두께의 예시적인 플롯이다.
도 24는 가열 전, 상이한 에너지 레벨들에 대한 플래시 램프 가열에 이어서, 기판 지지부 가열에 후속하여 취해진 샘플들의 측정들과 연관된 에칭 깊이 범위들 및 표면 거칠기의 예시적인 그래프이다.
도 25는 요오드 가스 및 가열된 기판 지지부의 도입으로 인한 실리콘의 에칭 레이트들 및 게르마늄의 증착 레이트들의 예시적인 플롯이다.
도 26은 요오드 가스를 사용한 실리콘 및 게르마늄에 대한 에칭 레이트 대 열적 펄스 에너지의 예시적인 플롯이다.
도 27은 가열된 기판 지지부 구현 예 및 레이저 구현 예에 대한 에칭 깊이 및 표면 거칠기의 예시적인 플롯이다.
도 28은 본 개시의 실시 예에 따른, 레이저를 통한 기판 가열을 위한 다수의 펄스들에 대한 에칭 레이트들 및 표면 거칠기의 예시적인 플롯이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
7 나노미터 이하 (sub-㎚) 디바이스들을 제조하기 위해, 나노-스케일 제어와 함께 기판으로부터 재료의 등방성 제거가 필요하다. 나노-스케일 레벨에서, 종래의 건식 에칭 및 습식 에칭은 기판 표면 거칠기 및/또는 손상을 유발할 수 있다. 또한, ALE는 이온 방향성으로 인한 등방성 제어가 제한된다. 예를 들어, 기판의 상부 부분을 제거하기 위해, 상부 부분은 상부 휘발성 층을 제공하기 위해 개질될 수도 있다. 상부 휘발성 층은 이어서 램프를 통해 상부 휘발성 층을 가열함으로써 제거될 수도 있다. 종래의 램프 (예를 들어, 적외선 램프) 가 예를 들어, 40 내지 250 ℃/초로 기판의 일부를 가열할 수도 있다. 상부 휘발성 층을 가열하기 위한 램프에 대한 시간 및 상부 휘발성 층을 냉각하기 (cool down) 위한 시간은 몇 분이 소요될 수 있다. 기판을 가열하고 냉각하기 위해 필요한 시간의 양은 정전 척과 같은 기판 지지부의 가열 레이트 및 냉각 레이트에 기반할 수 있다. 기판 및 기판 지지부를 가열하고 냉각하기 위한 시간은 수 십 분이 소요될 수 있다.
기판을 가열하기 위한 너무 긴 기간으로 인해, 기판의 베이스 또는 벌크 부분을 포함하는 전체 기판은 통상적으로 가열된다. 결과로서, 연장된 시간의 기간 동안 가열 램프의 턴 온에 의한 종래의 가열은 기판의 상부 부분 및/또는 표면만을 가열하지 않고 기판의 벌크 부분의 가열로 인해 열 예산 문제를 갖는다. 이 타입의 가열은 특정한 에칭 프로세스들에 제한된 사용을 갖는다. 열 예산은: 기판의 재료들 및/또는 구성 (make-up) 을 열화시키지 않고; 기판 상의 다이 (die) 컴포넌트들의 성능 및/또는 동작에 부정적으로 영향을 주지 않고; 그리고/또는 일 종의 분자들 및/또는 원자들이 또 다른 종 층으로 확산되는 상호-확산 (inter-diffusion) 문제들을 유발하지 않고, 기판이 특정 온도들에 노출될 수 있는 시간의 양을 지칭한다. 온도가 보다 높고 노출이 보다 길면, 열 예산 문제들이 발생할 가능성이 보다 높아지고 보다 유력하다. 예로서, 종래의 가열 램프를 사용하여, 200 ℃보다 큰 온도 상승을 제공하는 열 사이클은 Ge로의 Si 확산을 발생시킬 수 있지만, 40 ℃의 온도 상승을 갖는 열 사이클이 Ge로의 Si 확산을 발생시키지 않을 수도 있다. 열 예산 문제들은 특히 단일 프로세싱 챔버 내에서, 기판 상에서 수행될 수 있는 프로세스들을 제한한다. 기판 지지부가 냉각하기 위해 대기하는 것을 방지하고 상이한 프로세스들을 신속하게 수행하기 위해, 기판은 프로세싱 챔버들 사이에서 이동되어야 할 수도 있다.
본 명세서에 제시된 예들은 기판들의 상부 부분들의 온도들을 급속하게 상승시키기 위해 열 소스들을 통해 RTP (Rapid Thermal Pulsing) 사이클들을 수행하기 위한 RTP 시스템들을 포함한다. 기판들의 베이스들 또는 벌크 부분들을 가열하지 않고 상부 부분들을 급속하게 가열함으로써, 기판들의 상부 부분들은 열 소스들이 비활성화된 후 온도를 급속하게 감소시킬 수 있다. 복수의 가열 및 냉각 사이클들은 몇 초 내에 이하에 기술된 바와 같이 수행될 수도 있다. RTP가 제공되고, 열 예산 문제들을 방지한다. 즉, 열 가열은 기판의 하부 벌크 부분을 가열하지 않고 그리고/또는 기판의 하부 벌크 부분의 가열 양을 최소화하여 제공된다. 이는 단일 프로세싱 챔버 내에서 프로세스의 복수의 사이클들 및/또는 복수의 상이한 프로세스들을 급속하게 수행하도록 기판의 표면 및/또는 상부 부분들의 급속 가열 및 냉각을 허용한다. 예로서, 상부 부분들은 수백 나노미터 두께 (또는 가열 깊이가 기판 내로 수백 나노미터) 일 수도 있고, 기판의 가열된 표면으로부터 측정된다.
RTP 동작들은 또한 열 예산 문제들에 대한 민감도로 인해 이전에 수행되지 않았던 프로세스들의 수행을 인에이블한다 (enable). 예로서, 기판들로부터 특정한 막 재료들의 등방성 및 선택적인 제거가 수행될 수도 있다. 제거될 수도 있는 막 재료들은 실리콘, 게르마늄, 알루미늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 및 지르코늄 옥사이드와 같은 금속 옥사이드들, 및 티타늄 나이트라이드와 같은 다른 재료들, 등을 포함한다.
이제 도 1을 참조하면, 사용될 수 있는 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 일 예가 도시된다. 기판 프로세싱 시스템 (100) 이 유도 결합 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma; ICP) 소스를 포함하지만, 다른 타입들의 프로세싱 챔버들 및/또는 플라즈마 소스들 (예컨대 리모트 플라즈마 소스들) 이 사용될 수도 있다. 리모트 플라즈마 소스가 라디칼들을 활용하기 위해 선택 가능하게 제공될 수도 있다. 또 다른 프로세싱 챔버의 일 예는 또 다른 프로세싱 챔버 (또는 제 2 챔버) 에 연결되는 리모트 플라즈마 소스 연결된 챔버 (또는 제 1 챔버) 이다. 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 RTP 시스템 (106) 및 프로세싱 챔버 (108) 를 포함한다. 프로세싱 챔버 (108) 는 기판 (112) 을 지지하기 위한 기판 지지부 (110) 를 포함한다. RTP 시스템 (106) 은 기판 (112) 의 표면 및/또는 일부를 급속하고 반복적으로 가열한다. 일부 예들에서, 기판 지지부 (110) 는 정전 척 또는 진공 척을 포함한다. 일부 예들에서, 기판 지지부 (110) 는 온도 제어된다. 예를 들어, 기판 지지부 (110) 는 하나 이상의 존들 내에 배열될 수도 있는, 유체 채널들 (114) 및/또는 가열기들 (116) 을 포함할 수도 있다. 기판 지지부 (110) 는 전극 (118) 을 더 포함할 수도 있다.
온도 및/또는 압력 센서들과 같은 하나 이상의 센서들 (119) 은 각각 온도 및/또는 압력을 센싱하도록 프로세싱 챔버 (108) 내에 배열될 수도 있다. 밸브 (122) 및 펌프 (124) 가 프로세싱 챔버 (108) 내의 압력을 제어하도록 그리고/또는 프로세싱 챔버 (108) 로부터 반응물질들을 배기시키도록 사용될 수도 있다.
RTP 시스템 (106) 은 기판 (112) 의 급속 열 어닐링을 수행하는 열 소스 (126) 를 포함한다. 이는 플래시 램프들 (128) 을 통한 RTP를 포함한다. 레이저 기반인 또 다른 RTP 시스템의 일 예가 도 2에 도시된다. 윈도우 어셈블리 (130) 가 열 소스 (126) 와 프로세싱 챔버 (108) 사이에 배치될 수도 있다. 윈도우 어셈블리 (130) 는 제 1 (또는 유전체) 윈도우 (132), 반사기 (134), 커플링 부재 (136) 및 제 2 윈도우 (138) 를 포함한다. 제 1 윈도우 (132) 는 석영 윈도우일 수도 있다. 반사기 (134) 는 스테인리스 스틸로 형성될 수도 있고, 플래시 램프들 (128) 에 의해 생성된 열 에너지를 기판 (112) 을 향해 지향시키도록 원뿔-형상일 수도 있다. 제 2 윈도우 (138) 는 사파이어 윈도우일 수도 있다. 커플링 부재 (136) 는 프로세싱 챔버 (108) 에 반사기 (134) 를 연결한다. 일 실시 예에서, 반사기 (134) 는 포함되지 않고, 제 1 윈도우 (132) 는 커플링 부재 (136) 에 부착된다. 플래시 램프들 (128) 은 원통형-형상일 수도 있고, 각각의 냉각 재킷들 (140) 을 포함할 수도 있고, 이를 통해 물 및/또는 다른 냉각 유체가 플래시 램프들 (128) 을 냉각시키도록 순환될 수도 있다. 포물선모양 반사 부분들 (144) 을 갖는 반사기 (142) 가 제 1 윈도우 (132) 상에 배치될 수도 있다. 반사기 (142) 는 알루미늄으로 형성될 수도 있다. 플래시 램프들 (128) 은 반사기 (142) 와 제 1 윈도우 (132) 사이의 포물선모양 반사 부분들 (144) 에 각각 배치된다.
온도 제어 시스템 (150) 이 기판 지지부 (110) 및 기판 (112) 의 온도를 제어하도록 사용될 수도 있다. 온도 제어 시스템 (150) 은 유체 채널들 (114) 에 연결되는 펌프 (154) 를 통해 유체 소스 (152) 로부터의 유체의 공급을 제어할 수도 있다. 온도 제어 시스템 (150) 은 또한 가열기들 (116) 의 동작을 제어할 수도 있다. 온도 제어 시스템 (150) 은 기판 지지부 (110) 의 하나 이상의 위치들 또는 존들의 온도를 센싱하기 위해 하나 이상의 온도 센서들 (156) 을 포함할 수도 있다.
가스 전달 시스템 (160) 이 하나 이상의 가스 소스들 (164), 하나 이상의 밸브들 (106), 하나 이상의 질량 유량 제어기들 (168) 및 혼합 매니폴드 (170) 를 포함한다. 가스 전달 시스템 (160) 은 전처리, 도핑, 패시베이션 (passivation), 어닐링 및/또는 퍼징 (purging) 동안 플라즈마 가스 혼합물, 캐리어 및/또는 불활성 가스들, 그리고/또는 퍼지 가스 혼합물을 프로세싱 챔버 (108) 로 선택적으로 공급한다.
RF 생성기 (120-1) 는 프로세싱 챔버 (108) 의 외측 벽을 둘러싸는, 코일 (127) 에 RF 전력을 출력하는 RF 소스 (123) 및 매칭 네트워크 (125) 를 포함한다. RF 생성기 (120-1) 는 플라즈마를 스트라이킹하는 프로세싱 챔버 (108) 내에 자기장을 생성한다. 또 다른 RF 생성기 (120-2) 는 기판 지지부 (110) 내의 전극 (118) 에 RF 바이어스를 공급하기 위해 사용될 수도 있다. 제어기 (180) 가 수행될 프로세스를 제어하기 위해 하나 이상의 센서들 (119), 밸브 (122) 및 펌프 (124), 온도 제어 시스템 (150), 열 소스 (126), RF 생성기들 (120-1 및/또는 120-2), 및 가스 전달 시스템 (160) 과 통신한다.
제어기 (180) 는 플래시 램프들 (128) 을 펄싱하기 위해 용량성 방전 회로 (184) 를 제어하는, RTP 제어기 (182) 를 포함할 수도 있다. 용량성 방전 회로 (184) 는 전력 소스 (186) 로부터 전력을 수신할 수도 있고, RTP 제어기 (182) 로부터 제어 신호를 수신할 수도 있다. 용량성 방전 회로 (184) 는 유휴 모드에 있을 때 커패시터들 (박스 (187) 로 나타냄) 을 충전할 수도 있고, RTP 제어기 (182) 로부터 방전 신호를 수신할 때 커패시터들을 방전시킬 수도 있다. RTP 제어기 (182) 는 ALE 및/또는 ALD 프로세스들 동안 RTP 동작들을 수행할 수도 있다.
도 2는 레이저 (204), 렌즈 회로 (206) 및 RTP 제어기 (210) 를 갖는 제어기 (208) 를 포함하는 RTP 시스템 (202) 을 통합하는 기판 프로세싱 시스템 (200) 의 일 예를 도시한다. 기판 프로세싱 시스템 (200) 은 도 1의 기판 프로세싱 시스템 (100) 과 유사하게 동작할 수도 있고 도 2에 도시되지 않은 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 부분들을 포함한다. 기판 프로세싱 시스템 (200) 은 열 소스 (126), 제어기 (180), 및 용량성 방전 회로 (184) 대신 레이저 (204), 렌즈 회로 (206), 및 제어기 (208) 를 포함한다. 레이저 (204) 는 RTP 제어기 (210) 로부터 수신된 제어 신호에 기반하여 RTP 동작들 동안 RTP 제어기 (210) 에 의해 펄싱될 (또는 변조될) 수도 있는 열 소스이다. 이는 ALE 및 ALD 프로세스들 동안 발생할 수도 있다.
렌즈 회로 (206) 는 빔 성형 광학기구 (212), 제 1 미러 (214) 및 제 2 미러 (216) 를 포함하는 Galvano 미러 회로 (213), 및 텔레-센트릭 (tele-centric) 렌즈 어셈블리 (218) 를 포함한다. 빔 성형 광학기구 (212) 는 플랫-탑 (flat-top) (또는 제 1 빔 성형) 광학기구 (220) 및 회절 (또는 제 2 빔 성형) 광학기구 (222) 를 포함할 수도 있다. 플랫-탑 광학기구 (220) 는 레이저 빔이 Gaussian 분포를 갖는 레이저 (204) 로부터 수신된 레이저 빔을 플랫-탑 빔으로 (예를 들어, 2 센티미터 (㎝) x 2 ㎝ 플랫-탑 빔) 변환하도록 사용된다. 레이저 빔의 온도 프로파일은 또한 Gaussian이다. 플랫-탑 광학기구의 일 예는 "플라이휠 (flywheel)" 광학기구이다.
회절 광학기구 (222) 는 플랫-탑 광학기구 (220) 로부터 나오는 플랫-탑 원형 빔을 정사각형 빔으로 변환한다. 정사각형 빔은 기판 상의 대응하는 균일한 온도 분포를 갖는다. 이는 정사각형 빔에 노출된 기판 (예를 들어, 기판 (112)) 의 부분에 걸쳐 균일한 열 반응 및/또는 에칭 레이트를 허용한다. 정사각형 빔을 제공하는 것은 또한 가열되는 다이의 형상을 매칭하는 형상을 갖는 빔을 제공한다. 정사각형 빔은 선택된 다이의 표면 또는 상부 부분을 균일하게 가열할 수도 있다. 기판 (112) 은 프로세싱 챔버 (108) 내의 기판 지지부 상에 배치될 수도 있다.
빔 사이즈 조정 디바이스 (226) 가 빔 성형 광학기구 (212) 와 제 1 미러 (214) 사이에 배치될 수도 있다. 빔 사이즈 조정 디바이스 (226) 는 기판 (112) 상의 다이의 사이즈 이상이도록 정사각형 빔의 사이즈를 조정할 수도 있다. 빔 사이즈 조정 디바이스 (226) 는 모터로 작동할 (motorized) 수도 있고, 빔 확장기 (227) 를 포함할 수도 있다. 빔 확장기 (227) 는 확대를 수행할 수도 있고, 레이저 빔의 사이즈를 증가시킬 수도 있다.
RTP 제어기 (210) 및 Galvano 미러 회로 (213) 는 X-Y 갈바노미터 (galvanometer) 스캐닝 시스템으로서 동작할 수도 있다. 제 1 미러 (214) 는 제 1 (또는 X) 방향으로 기판 (112) 의 표면에 걸쳐 레이저 빔을 이동시키도록 사용될 수도 있다. 제 2 미러 (216) 는 제 2 (또는 Y) 방향으로 기판의 표면에 걸쳐 레이저 빔을 이동시키도록 사용될 수도 있다. 제어기 (208) 및/또는 RTP 제어기 (210) 는 모터들 (230, 232) 을 통해 미러들 (214, 216) 을 이동시킬 수도 있다.
텔레-센트릭 렌즈 어셈블리 (218) 는 시준 어셈블리로 지칭될 수도 있고, 일련의 평철 (plano-convex) 렌즈들 (240, 242, 244, 246) 을 포함한다. 특정한 수의 평철 렌즈들이 도시되지만, 상이한 수의 평철 렌즈들이 포함될 수도 있다. 평철 렌즈들 (240, 242, 244, 246) 의 직경은: 렌즈 (242) 의 직경이 렌즈 (240) 의 직경보다 크고; 렌즈 (244) 의 직경이 렌즈 (242) 의 직경보다 크고; 그리고 렌즈 (246) 의 직경이 렌즈 (244) 의 직경보다 크도록, 평철 렌즈들이 윈도우 어셈블리 (130) 에 보다 가까울수록 증가한다. 평철 렌즈들 (240, 242, 244, 246) 은 공통 중심선 (248) 을 갖도록 수직으로 정렬된다. 평철 렌즈들 (240, 242, 244, 246) 은 몰드 (250) 내에서 고정된 관계로 홀딩된다. 평철 렌즈들 (240, 242, 244, 246) 은 제 2 미러 (216) 로부터 수신된 레이저 빔이 기판 (112) 의 표면에 직교하도록 지향된다. 레이저 빔이 기판 (112) 의 표면에 걸쳐 이동되기 때문에, 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리 (218) 는 기판 (112) 의 표면과 직교하는 관계로 레이저 빔을 유지한다.
예로서, 레이저 (204) 에 의해 생성된 레이저 빔은 직경이 355 ㎚일 수도 있고, 80 피코초 (㎰) 마다 펄싱될 수도 있다. RTP 제어기 (210) 는 기판 (112) 의 표면에 걸쳐 150 헤르츠 (㎐) 스캔을 수행하도록 미러들 (214, 216) 을 이동시킬 수도 있다.
기판 프로세싱 시스템 (200) 은 기판 지지부 (110) 및 기판 (112) 의 온도를 제어하기 위해 사용될 수도 있는, 온도 제어 시스템 (150) 을 포함할 수도 있다. 온도 제어 시스템 (150) 은 기판 지지부 (110) 의 하나 이상의 위치들 또는 존들의 온도들을 센싱하기 위해 하나 이상의 온도 센서들 (156) 을 포함할 수도 있다.
도 3은 도 2의 미러들 (214, 216) 및 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리 (218) 의 측단면도를 도시한다. 미러들 (214, 216) 이 도시되고, 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리 (218) 를 통해 레이저 빔 (300) 을 지향시킨다. 레이저 빔 (300) 은 가장 작은 렌즈 (240) 로부터 가장 큰 렌즈 (246) 로 렌즈들 (240, 242, 244, 246) 을 통과한다. 레이저 빔 (300) 이 라운드이고 도 2의 빔 성형 광학기구 (212) 를 통과하지 않을 때, 레이저 빔은 기판 (112) 의 이미지 평면 (304) 또는 표면 상의 곡선 (302) 에 의해 나타낸 바와 같이 Gaussian 분포를 갖는다. 레이저 빔 (300) 이 빔 성형 광학기구 (212) 를 통과할 때, 레이저 빔은 정사각형 형상이고, 측면 S를 갖는 스팟을 갖는다.
도 2의 Galvano 미러 회로 (213) 는 전체 FOV (field-of-view) 를 스캐닝하기 위한 2 개의 미러들을 포함하는 시스템을 제공한다. 예로서, FOV는 300 ㎜ x 300 ㎜보다 클 수도 있다. 일 실시 예에서, 렌즈들 (240, 242, 244, 246) 은 집합적으로 이미지 평면 (304) 에 대해 수직인 미리 결정된 범위 내에서 낮은 수의 애퍼처 (aperture) (미리 결정된 수의 애퍼처보다 작음) 및 초점 칼럼 파라미터 (focal column parameter) (또는 빔 수직 파라미터) 를 갖는다. 레이저 빔은 빔 균일성과 강도가 유지되는 동안 이미지 평면에서 빔 왜곡 없이 이미지 평면에 수직으로 제공된다. 레이저 빔은 이미지 평면 (304) 에 포커싱될 수도 있다. 일 실시 예에서, 동공 (pupil) 애퍼처 또는 빔 스팟의 측면 S의 사이즈는 10 내지 12 ㎜로 제한된다. 도 2의 빔 사이즈 조정 디바이스 (226) 는 S가 20 내지 22 ㎜이도록, 빔 스폿의 사이즈를 증가시킬 수도 있다.
FFL (Flange Focal Length) 및 BFL (Back Focal Length) 이 도시된다. FFL은 (i) 렌즈 (246) 가 이미지 평면 (304) 을 향해 외측으로 커브되고 돌출되기 시작하는 플랜지 (flange) (305) 의 단부 및/또는 지점 (307) 으로부터 (ii) 이미지 평면 (304) 의 거리일 수도 있다. BFL은 (i) 이미지 평면 (304) 에 가장 가까운 렌즈 (246) 상의 지점 (309) 으로부터 (ii) 이미지 평면 (304) 의 거리를 지칭할 수도 있다.
상기 기술된 도 1 내지 도 3의 예들은 플래시 램프 예 및 레이저 빔 예를 제공한다. 플래시 램프들은 미리 결정된 수의 마이크로초마다 (예를 들어, 300 ㎲마다) 변조될 (또는 펄싱될) 수도 있고, 레이저 빔은 미리 결정된 수의 피코초마다 (예를 들어, 80 ㎰마다) 변조될 (또는 펄싱될) 수도 있다. 이 예들은 순차적 열 ALE 또는 ALD 프로세스를 수행하는 것을 허용한다. 예로서, 100 ㎲ 펄싱된 광원 (light source) 은 1 ㎐ 사이클로 제곱 센티미터 (㎠) 당 8 줄 (J) 의 램프 전력을 제공하는데 사용될 수도 있다. 단일 프로세싱 챔버 내에서 단일 레시피에 대해 50 사이클들보다 많이 수행될 수도 있다. 재료의 원자 및 등방성 제거를 포함하는 ALE 프로세스가 수행될 수도 있다. 이들 프로세스들은 열 예산 문제들 없이 기판 온도들을 제어하는 동안 효과적으로 수행된다.
도 4는 종래의 연속파 동작 모드와 연관된 예시적인 가열 경사 상승 및 냉각 기간을 예시하는 시간 동안의 온도 프로파일을 도시한다. 도시된 바와 같이, 연속파 모드에서 동작하는 종래의 가열 램프는 x 초 내에 20 ℃로부터 100 내지 600 ℃까지 기판을 가열할 수도 있다. 가열 램프는 t 분 동안 ON일 수도 있다. 기판은 y 초 내에 냉각될 수도 있다.
도 5는 예시적인 급속 열 펄스들을 예시하는 시간에 따른 예시적인 온도 프로파일을 도시한다. 도 5에서, 저온 펄스들 및 고온 펄스들은 예시적인 목적을 위해 도시된다. 예로서, 저온 펄스들은 기판의 일부의 온도들을 사이클 당 80 ℃로 상승시키도록 제공될 수도 있다. 고온 펄스들은 기판의 일부의 온도들을 사이클 당 600 ℃로 상승시킬 수도 있다. 일 실시 예에서, 저온 펄스들은 기판의 일부의 온도들을 20 내지 80 ℃로 상승시킨다. 일 실시 예에서, 고온 펄스들은 기판의 일부의 온도를 100 내지 600 ℃로 상승시킨다. 또 다른 실시 예에서, 저온 펄스들은 제공되지 않는다. 가열된 기판의 부분은 예를 들어 저온 펄스들 및/또는 고온 펄스들의 연속 쌍 각각 사이의 베이스라인 온도 (예를 들어, 20 ℃) 로 냉각된다. 복수의 저온 및/또는 고온 펄스들이 제공될 수도 있고, 가열되는 기판의 일부는 미리 결정된 수의 초 (x 초로 도시됨) 에 걸쳐 펄스들의 순차적인 펄스들 사이에서 냉각될 수도 있다. 예로서, 복수의 저온 펄스들 및 고온 펄스들은 3 내지 10 초 길이 기간 동안 제공될 수도 있다.
본 명세서에 기술된 RTP는 기판 표면 온도들을 가열하고 제어하게 된다. 가열은 원자 반응 제어를 제공하는 동안 제어되고 튜닝 가능한 방식으로 기판의 미리 결정된 깊이들로 제공된다. 이는 생성되는 광 (예를 들어, 플래시 램프 또는 레이저) 펄스들의 수, 길이, 강도, 및 주파수를 제어함으로써 달성될 수도 있다. 일 실시 예에서, 일련의 고온 펄스들이 제공된다. 다른 실시 예에서, 일련의 저온 펄스들이 제공된다. 또 다른 실시 예에서, 저온 및 고온 펄스들의 조합이 제공되고, 기판의 표면의 적어도 일부에 걸쳐 온도 깊이 프로파일을 제공하도록 펄스들의 지속기간, 강도들 (또는 전력 레벨들) 및 주파수들이 제어된다. 도 1의 실시 예에서와 같이 복수의 플래시 램프들을 가짐으로써, 상이한 온도 존들은 플래시 램프들을 상이하게 동작시킴으로써 생성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 하나 이상의 플래시 램프들은 제 1 세트의 하나 이상의 지속기간들, 하나 이상의 강도 레벨들 (또는 전력 레벨들) 및 하나 이상의 주파수들을 갖는 제 1 펄스들의 시리즈를 제공하도록 동작될 수도 있고, 제 2 하나 이상의 플래시 램프들은 제 2 세트의 하나 이상의 지속기간들, 하나 이상의 강도 레벨들 (또는 전력 레벨들) 및 하나 이상의 주파수들을 갖는 제 2 펄스들의 시리즈를 제공하도록 동작될 수도 있다.
도 6은 본 개시에 따라 수행된 열 ALE 프로세스를 예시하는 ALE 프로세스 도를 도시한다. 열 ALE 프로세스는 전처리, 원자 흡착 (또는 응결), RTP (또는 열 제거), 및 표면 리프레시 (또는 퍼지) 동작들을 반복적으로 수행하는 것을 포함할 수도 있다. RTP는 종래의 연속파 (Continuous Wave; CW) 가열 접근법들과 비교하여, 열 예산 문제들 없이 원자적으로 그리고 등방성으로 막들을 제거하도록 사용될 수도 있다. 일 실시 예에서, 열 펄스 지속기간들은 3 ㎳ 미만 지속기간이고, 열 예산 문제들을 방지하기 위해 대략 500 ℃로 표면 기판 온도들을 상승시킨다. 예를 들어, 이 타입의 RTP는 실리콘 (Si) 을 에칭할 때 게르마늄 (Ge) 으로 Si 확산을 방지하기 위해 수행될 수도 있다.
전처리 (또는 제 1 표면 개질 동작) 동안, 수소 H2, 암모니아 NH3, 및/또는 다른 가스가 기판의 표면 및/또는 부분을 개질하기 위해 플라즈마를 제공하는 동안 공급될 수도 있다. 원자 흡착 (또는 제 2 표면 개질 동작) 동안, 산소, 할로겐 가스 (예를 들어, 염소 Cl2, 요오드 I2, 불소 F3, 또는 다른 할로겐 가스), 삼불화질소 NF3, 및/또는 다른 반응물질들이 제공되고, 기판의 표면 및/또는 부분 내로 흡착된다. 원자 흡착을 겪는 기판의 부분은 예를 들어, 알루미늄 (Al) 옥사이드 Al2O3, 티타늄 (Ti) 옥사이드 TiO2, 또는 지르코늄 (Zr) 옥사이드와 같은 금속 옥사이드 MOx, 또는 실리콘 나이트라이드 SiNx, Si, Ge, SiO2, 티타늄 나이트라이드 TiN, 또는 하프늄 옥사이드 HfO2와 같은 다른 재료로 형성될 수도 있다. 원자 흡착에 후속하여, 제거되는 부분은 예를 들어: 리간드가 있거나 없는 옥사이드; MClx(Fx); 알루미늄 플루오라이드 AlF3; 티타늄 옥사이드 TiO2; 알루미늄 플루오로실리케이트 (NH4)2SiF6; 또는 다른 개질된 재료일 수도 있다.
일 실시 예에서, 미리 결정된 수의 사이클들이 기판의 하나 이상의 층들의 미리 결정된 양을 제거하도록 수행된다. 예로서, 기판의 최상부의 1 ㎚ 두께 층은 열 ALE 프로세스의 사이클마다 제거될 수도 있다. 급속 열 동작 동안, 플래시 램프 어셈블리 또는 레이저가 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 사용될 수도 있다. 표 1은 상이한 타입들의 기판들에서 수행되는 열 ALE 프로세스의 5 개의 예들 (행 당 하나) 을 제공한다. 열들은: a) 제거될 기판 재료들; b) 전처리 (PT) 동안 제공될 플라즈마의 타입들; c) 원자 흡착 (Atomistic Adsorption; AA) 동작 동안 공급될 가스들; d) 급속 열 (Rapid Thermal; RT) 가열 동작을 위해 수행될 수도 있는 플래시 램프 또는 레이저; 및 e) 표면 리프레시 (Surface Refresh; SR) 동작 동안 제공될 퍼지 가스를 나타낸다.
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본 명세서에 개시된 열 ALE 프로세스들은 다른 타입들의 기판들 상에서 수행될 수도 있다. 열 ALE 프로세스들은 예를 들어, 게르마늄 Ge, 금속 나이트라이드 (예를 들어, TiN), Si-SiGe, 및/또는 금속 옥사이드 (예를 들어, Al2O3 또는 HfO2) 를 포함하는 화합물을 포함하는, 타겟 막들을 제거하도록 수행될 수도 있다. 제거될 수도 있는 대응하는 부산물들은 게르마늄 옥사이드 GeO, 티타늄 옥시클로라이드 TiOCl, 티타늄 옥시플루오라이드 TiOF, 실리콘-염소 Si-Cl, 실리콘-불소 Si-F, 게르마늄-염소 Ge-Cl, 게르마늄-불소 Ge-F, 알루미늄 아세틸아세토네이트 Al(acac)4, 및 하프늄 아세틸아세노네이트 Hf(acac)4 를 포함한다.
기판들은 기판 리프레시 동작들 동안 냉각될 수도 있다. 일 실시 예에서, 기판들을 극저온으로 (cryogenically) 냉각하도록 능동 냉각이 제공된다. 이는 기판들을 냉각하는 시간의 양을 단축시키고, 보다 많은 사이클들이 단축된 기간의 시간에 수행되게 한다. 능동 냉각은 기판들의 베이스 (또는 벌크) 부분에 부정적인 영향을 주지 않고 신속한 복구를 제공한다.
도 7은 제공된 단일 급속 열 펄스 (700) 에 대한 시간에 따른 온도 변화 패턴을 예시하는 일 예시적인 신호도를 도시한다. 펄싱된 열 소스가 ALE 프로세스 또는 ALD 프로세스 동안 미리 결정된 수의 밀리초 동안 기판의 표면 반응들을 제어하도록 사용될 수도 있다. 일 구현 예에서, 플라즈마는 소스 전력 (곡선 (702) 의 펄스 (701) 로 표시됨) 을 턴 온하고, 프로세싱 챔버에 가스 (곡선 (704) 의 펄스 (703) 로 표시됨) 를 공급함으로써 생성될 수도 있다. 기판의 회로들은 펌프 (예를 들어, 도 1의 펌프 (124)) 를 턴온하고 (곡선 (708) 의 펄스 (707) 로 나타낸) 퍼지 동작을 수행함으로써 세정될 수도 있다. 이어서 펄스 (706) 로 표시된 표면 개질 및 원자 흡착 (또는 응결) 동작들에 이어서 펄스 (700) 로 표시된 열 가열이 수행될 수도 있다. 프로세싱 챔버는 이어서 곡선 (712) 의 펄스 (710) 및 곡선 (708) 의 펄스 (713) 로 표시된 바와 같이 퍼지될 수도 있다. 선택 가능하게, 바이어스 전력은 곡선 (716) 의 펄스 (714) 에 의해 표시된 바와 같이 제공될 수도 있다. 펌프는 이어서 펄스 (718) 에 의해 표시된 바와 같이 퍼지를 수행하도록 활성화될 수도 있다.
도 8은 수행된 ALE에 대한 일 예시적인 에칭 레이트 대 레이저 플루언스 플롯을 도시하고, H2 플라즈마 표면 개질이 없이 Ge, H2 플라즈마 표면 개질과 함께 Ge, H2 플라즈마 표면 개질과 함께 p-타입 Si, 및 H2 플라즈마 표면 개질이 없이 p-타입 Si의 차이들을 예시한다.
Si 층 및 Ge 층을 모두 갖는 기판의 Si 층 또는 Ge 층의 부분들의 선택적 제거는 플라즈마 프로세싱 동안 Si 층 및 Ge 층의 에칭으로 형성된 부산물들의 유사성들로 인해 나노-와이어 제조 프로세스들에 문제가 될 수 있다. 본 명세서에 개시된 예시적인 구현 예는 Si 층 및 Ge 층을 모두 갖는 기판의 Si 층 또는 Ge 층의 선택적인 제거를 가능하게 한다. 예시적인 구현 예는 시간의 특정한 프로세스 윈도우 동안 기판의 표면 온도를 가열하기 위한 RTP를 포함한다. 표면 개질을 위한 H2 플라즈마 처리가 수행되고, Si 층 또는 Ge 층을 선택적으로 에칭하기 위한 반응 시간이 제어된다. 이 프로세스는 상호-확산의 열 예산 문제를 경험할 수 있는 종래의 가열된 기판 지지부와 달리 열 예산 문제들을 방지한다.
이하의 도 9 및 도 10은 Ge 및 TiN의 열 ALE 동안 원자 흡착을 위해 O2와 Cl2를 사용하는 것의 차이들을 예시한다. Ge 및 TiN 제거 레이트들은 프로세스 사이클들의 수가 증가됨에 따라 선형으로 상승된다. 선택도는 제공된 전처리 화학물질 및 열 에너지에 의해 제어된다. 도 9는 수행된 ALE에 대한 제거된 Ge의 양 대 프로세스 사이클들의 수의 플롯을 도시한다. Ge는 주변 (또는 실내) 온도에서 제거된다. 도 10은 기준; 전처리 및 염소 흡착이 없는 레이저 RTP (레이저 펄싱된 가열); 레이저 RTP 없이 전처리 및 염소 흡착; 및 전처리, 염소 흡착 및 레이저 RTP의 조합에 대한 상이한 양들의 TiN 재료 제거를 예시하는 막 두께들을 도시한다. 기준 구현 예는 레이저 펄싱된 가열 및 염소 흡착이 수행되지 않는 경우를 참조한다. 기준, 전처리 및 염소 흡착이 없는 레이저 가열, 레이저 RTP가 없이 전처리 및 염소 흡착, 및 전처리, 염소 흡착 및 레이저 RTP 구현 예들의 조합의 두께에 대한 예시적인 범위들을 제공하는 막 두께 범위들 (1002, 1004, 1006, 1008) 이 도시된다. 레이저 RTP를 사용하는 염소 흡착은 예를 들어, 염소 흡착 및 레이저 RTP가 없는 것보다 10 배 빠른 레이트로 재료를 제거한다.
도 11은 특정한 프로세스들에 대한 추정된 온도 범위들 및 램프 전력 범위들을 도시한다. 프로세스들은: 범위 (1102) 로 표시된, Si 또는 SiO2의 제거를 위한 ALE 프로세스; (1104) 로 표시된, Ge 제거 프로세스; 및 (1106) 으로 표시된, RTP를 포함하는 어닐링 프로세스를 포함한다. Ge 제거는 약 500 ℃에서 27 J/㎠의 단위면적 당 램프 전력으로 수행되는 것으로 도시된다.
도 12는 본 개시에 따라 수행된 플래시 램프 사이클 동안 표면 온도 변화들의 레이트들 및 플래시 램프 사이클에 후속하는 대응하는 냉각 기간 동안 표면 온도 변화들의 레이트들의 대응하는 예시적인 플롯을 도시한다. 0.3 ㎳ 미만의 급속 열 펄스 지속기간은 600 ℃의 표면 온도에 대한 가열과 함께 제공될 수도 있다. 곡선들 (1202, 1204, 1206, 1208, 1210, 1212, 1214) 은 표면 (즉, 1 ㎛ 미만), 5 ㎛, 50 ㎛, 100 ㎛, 200 ㎛, 400 ㎛ 및 800 ㎛의 깊이들 각각에 대한 온도 변화들을 예시한다. 곡선들 (1202, 1204, 1206, 1208, 1210, 1212, 1214) 은 4 ㎳ 기간에 대해 도시된다. 곡선 (1220) 은 4 ㎳ 기간 후에 능동 냉각 없이 기판의 표면을 주변 (또는 실내) 온도로 냉각시키는 시간의 양을 예시하도록 도시된다. 도시된 바와 같이, 냉각 시간은 0.5 초일 수도 있다. 기판의 베이스 (또는 벌크) 부분의 온도들을 상승시키지 않고 명시된 곡선들에 의해 예시된 바와 같이 복수의 사이클들이 수행될 수도 있다. 보다 짧은 펄스 시간들 및/또는 능동 냉각은 복구 시간들을 더 감소시키고, 또한 열 예산 문제들이 발생하는 것을 더 방지할 수 있다.
도 13은 플래시 램프 사이클들에 대한 펄스 지속기간에 대한 플래시 램프 전력 레벨들 및 반복 레이트들을 도시한다. 플래시 램프 전력 레벨들 및 반복 레이트들은 특정한 급속 열 펄스 지속기간들에 대해 제공된다. 반복 레이트들은 초 당 펄스들의 수 (예를 들어, 초 당 2 펄스들은 2 ㎐) 를 지칭한다. 최대 플래시 램프 전력은 80 J/㎠일 수도 있고, 최대 펄스 지속기간은 6000 ㎲일 수도 있다. 예로서, 급속 열 프로세스는 3 ㎳ 미만의 지속기간으로 30 J/㎠ 미만을 포함할 수도 있다. 또 다른 예로서, 기판의 표면 온도를 400 내지 500 ℃ 상승시키기 위해 20 J/㎠이 제공될 수도 있다.
도 14는 기판의 일부로부터 유전체 층들의 부분들을 제거하기 위해 반복적으로 수행된 급속 열 펄스 사이클들을 예시하는 도면을 도시한다. 층들의 스택 (1400) 이 도시되고 이로부터 사이클 각각 동안 유전체 층들 (1404) 의 부분들이 제거된다. 층들의 스택 (1400) 은 유전체 층들 (1404) 의 측면들에 에칭 액세스를 제공하는, 2 개의 트렌치들 (화살표들 (1405) 로 나타냄) 사이에 배치된다. 기판은 트렌치들을 제공하기 위해 미리 에칭되거나 절단되었을 수도 있다. 층들의 스택 (1400) 은 마스크 층 (1402), 유전체 층들 (1404) (예를 들어, Si로 형성된 층들), 및 도전성 층들 (1406) (예를 들어, SiGe로 형성된 도전성 엘리먼트들 및 와이어들) 을 포함한다. 유전체 층들 (1404) 의 부분들은 대응하는 RTP 프로세스의 사이클 각각 동안 제거된다. 예를 들어, 부분들 (1408) 은 제 1 사이클 동안 제거된다. 부분들 (1408) 은 유전체 층들 (1404) 의 각각의 모노레이어들일 수도 있다.
종래에, Si 층 또는 Ge 층의 부분들의 제거는 (i) 이방성 플라즈마 에칭 프로세스, 또는 (ii) 산화 (또는 습식) 동작 및 제거 (또는 습식 또는 건식) 동작을 포함하는 등방성 디지털 에칭 프로세스에 의해 수행된다. 이방성 플라즈마 에칭 프로세스는 층 손상을 유발할 수 있고, 등방성 디지털 에칭 프로세스 (또는 습식 프로세스) 는 예를 들어, 습식 화학물질의 사용으로부터 장력으로 인해 복수의 층들의 중심 영역에서 층 패턴 붕괴를 발생시킬 수 있다. 건식 프로세스가 습식 프로세스 대신 수행될 수도 있지만, 건식 프로세스는 대응하는 층 손상의 위험들을 갖는다. 이들 우려들은 나노-스케일 (또는 나노 와이어) 적용 예들에서 일반적이다. 예를 들어, 미리 결정된 거리에 걸쳐 연장하는 Si 나노-와이어들의 스택이 60 ㎚ 두께이고, 20 ㎚ 이격될 수도 있다. 습식 에칭이 수행되면, Si 나노-와이어들 사이의 갭들이 Si 나노-와이어들이 서로 콘택트하는 정도로 감소하도록, Si 나노-와이어들의 단부들 사이의 중심 영역이 붕괴될 수도 있다.
개시된 예들은 층 손상 및/또는 패턴 붕괴 없이 층들의 부분들을 제거하기 위해 RTP를 갖는 등방성 ALE를 제공한다. 일 실시 예에서, 예를 들어, 원래의 층들의 스택으로부터 형성되는 GAA (Gate-All-Around) FETs (Field Effect Transistors) 을 제공하기 위해 RTP를 사용하여, Si 층들의 부분들의 산화 및 제거의 복수의 사이클들이 수행된다. 이 프로세스는 건식 프로세스이고, 손상 없는 고 종횡비 (High Aspect Ratio; HAR) 원자 에칭 레이트 제어를 인에이블한다.
본 명세서에 개시된 시스템들은 수많은 방법들을 사용하여 동작될 수도 있고, 예시적인 방법이 도 15에 예시된다. 도 15는 본 명세서에 기술된 바와 같은 RTP를 구현하는 ALE 방법을 도시한다. 이하의 동작들은 도 1 및 도 2의 구현 예들에 대해 주로 기술되지만, 동작들은 본 개시의 다른 구현 예들에 적용되도록 용이하게 수정될 수도 있다. 동작들은 반복적으로 수행될 수도 있다.
방법은 1500에서 시작될 수도 있다. 1502에서, 기판 (예를 들어, 도 1 및 도 2의 기판 (112) 및/또는 300 ㎜ 직경 기판) 이 프로세싱 챔버 내에 배치된다. 1504에서, 기판 지지부 온도들, 챔버 압력들, RF 전력 및 바이어스 전력 레벨들, 가스 플로우 레이트들과 같은 챔버 동작 파라미터들이 설정된다.
1506에서, 기판의 표면이 세정된다. 예로서 기판은 Si 층 상에 배치된 Ge 층을 포함할 수도 있다. Ge 층의 상단 표면은 세정될 수도 있다.
1508에서, 탈염소 (de-chlorination) 및 표면 활성화를 위해, 예를 들어 H2 플라즈마 또는 NH3 플라즈마로 기판의 표면을 노출시키는 것을 포함하는 전처리가 수행될 수도 있다. 예로서, 수소 H2 가스 또는 암모니아 NH3 가스 종을 포함하는 플라즈마 가스 혼합물이 프로세싱 챔버에 공급된다. 일 실시 예에서, 표면 개질이 플라즈마 없이 수행되지만, 미리 선택된 화학물질을 갖는 가스들을 사용하여 수행된다.
1510에서, 원자 흡착이 수행된다. 이는 저온들 (예를 들어, 20 ℃ 이하) 에서 발생할 수도 있고, O2, Cl2, I2, NF3 또는 다른 반응물질들에 기판의 표면을 노출시키는 것을 포함한다. 일 실시 예에서, 원자 흡착은 실내 (또는 주변) 온도 미만에서 수행된다. 예로서, Cl2의 비-플라즈마 플로우가 제공될 수도 있다. 1512에서, 대응하는 프로세스 챔버는 가스들이 퍼지된다.
1514에서, 펄싱된 급속 열 어닐링은 예를 들어, 플래시 램프들, 레이저 또는 본 명세서에 기술된 바와 같이 급속하게 펄싱될 수 있는 다른 적합한 램프들 (예를 들어, 적외선 램프들) 을 사용하여 수행된다. 기판의 표면 (또는 상부 부분) 온도들을 조절하는 것을 포함하여 적어도 동작 1508 내지 동작 1515가 반복적으로 수행될 수도 있다. 표면 (또는 상부 부분) 의 온도는 1 초에 복수 회 조절될 수도 있다. 펄싱된 급속 열 어닐링은 탈착/제거 목적들을 위해 1514에서 수행된다. 이는 기판의 개질된 부분을 가열하기 위해 하나 이상의 열 에너지 펄스들을 생성하는 것을 포함할 수도 있다. 온도들은 특정한 분자들을 증발시키기 위해 상승될 수도 있다.
기판의 베이스 및/또는 벌크는 동작 1514 동안 미리 결정된 온도 이하 (예를 들어, 20 ℃ 이하) 로 유지된다. GeCl2는 260 ℃ 이상에서 승화하기 시작한다. SiCl2는 650 ℃ 이상에서 승화하기 시작한다. Ge 층이 Si 층 위에 배치되는 적용 예에서, 적절한 레이저 펄스 또는 에너지의 플래시 램프 펄스를 적용함으로써, Ge는 무한한 선택도로 Si를 에칭하지 않고 선택적으로 에칭될 수 있다. RTP는 일 프로세싱 챔버 구성을 고 쓰루풋 (throughput) 으로 사용되게 한다. 복수의 프로세싱 동작들이 단일 프로세싱 챔버에서 수행될 수도 있다. 도 16은 기술된 바와 같이 수행된 ALE 프로세스 동안 기판 표면 온도들에 대한 Ge 및 Si에 대한 에칭 레이트들의 플롯을 도시한다. 또 다른 예로서, 펄스들은 길이가 0.1 ㎳일 수도 있고, 기판의 표면 및/또는 일부를 1000 ℃까지 상승시킬 수도 있다.
일부 예들에서, 플래시 램프 펄스들 각각은 10 J/㎠ 내지 80 J/㎠ (즉, 기판의 단위면적 당 에너지) 를 제공한다. 일부 예들에서, 레이저 펄스들 각각은 10 mJ/㎠ 내지 80 mJ/㎠를 제공한다. 일부 예들에서, 어닐링은 0.1 ㎳ 내지 20 ㎳ 범위의 미리 결정된 기간 동안 수행된다. 일 실시 예에서, 기판의 표면 또는 상부 부분을 최초 온도로부터 500 ℃보다 높게 가열하고, 이어서 1 초 이내에 최초 온도로 다시 냉각시키기 위해, 플래시 램프는 1 ㎳의 펄스 지속기간으로 사용되거나, 레이저는 1 ㎰의 펄스 지속기간으로 사용된다.
동작들 (1508, 1510, 1514) 은 동작들 (1508 및 1510) 동안 개질된 기판의 상부 층의 원자 제거에 의해 제어 가능한 원자로 고려된다. 1514에서 수행된 급속 가열은 플라즈마를 사용하지 않고 등방성 반응을 제공한다. 또한, 청구된 가열은 급속 냉각을 허용하고, 이는 또한 열 예산 문제들을 방지한다. 도 17은 상이한 가열 소스들 및 대응하는 방법들에 대한 예시적인 냉각 레이트들 대 가열 레이트들을 도시한다. 도 17은 개시된 플래시 램프 및 레이저 가열 방법들이 다른 퍼니스 (furnace), IR 램프, 전자 (E)-빔, 및 스파이크 방법들에 비해, 보다 신속한 가열 레이트들 및 냉각 레이트들을 제공한다는 것을 도시한다.
1515에서, 기판의 표면은 이온 충격을 수행하고, 기판의 개질된 부분(들)을 제거하기 위해 퍼지 가스 (예를 들어, 아르곤 Ar 가스) 로 프로세스 챔버를 퍼징함으로써 리프레시될 수도 있다. 일 실시 예에서, 프로세싱 챔버는 제공된 급속 열 펄스들의 하나 이상의 연속 쌍들 사이에 퍼지된다. 일 실시 예에서, 가스들은 펄스들의 연속 쌍 각각 사이에 프로세싱 챔버로부터 퍼지된다. 이는 프로세싱 챔버 내의 복수의 플라즈마 및/또는 가스 페이즈 프로세스들의 수행을 인에이블한다. 일 실시 예에서, 기판 지지부 냉각은 펄싱된 급속 열 어닐링 동안 기판의 베이스 및/또는 벌크의 온도들을 유지하는 것을 돕도록, 그리고 펄싱된 급속 열 어닐링 수행에 후속하여 기판의 급속 냉각을 돕도록 펄싱된 급속 열 어닐링 동안 그리고/또는 펄싱된 급속 열 어닐링에 후속하여 제공된다.
1516에서, 제어기 (180 또는 208) 및/또는 급속 열 펄스 제어기 (182 또는 210) 가 N 개의 사이클들이 완료되었는지 여부를 결정한다. N 개의 사이클들이 완료되었다면, 동작 1518이 수행되고, 그렇지 않으면 동작 1508이 수행된다. 1518에서, 제어기 (180 또는 210) 는 제 2 (또는 포스트 (post)) 어닐링 동작을 선택 가능하게 수행할 수도 있다. 1519에서, 제어기 (180 또는 210) 는 현재 다이에 대해, 또 다른 프로세스를 수행할지 여부 및/또는 현재 프로세스를 변경 및/또는 반복할지 여부를 결정할 수도 있다. 또 다른 프로세스가 수행되는 경우, 동작 1504가 수행될 수도 있고, 그렇지 않으면 도 2의 실시 예에서와 같이 레이저 및 렌즈 회로가 활용되면 동작 1520이 수행될 수도 있다. 도 1의 실시 예에서와 같이 플래시 램프들이 사용된다면, 방법은 또 다른 프로세스 또는 현재 프로세스의 변화가 수행되지 않으면 1522에서 종료될 수도 있다. 프로세스가 또 다른 다이에서 수행되는 경우, 동작 1524가 수행되고, 그렇지 않으면 방법은 1522에서 종료될 수도 있다.
1524에서, 제어기 (208) 는 기판 (112) 의 상이한 다이 위에 있도록 레이저 빔의 이미지 평면 위치를 변경하기 위해 미러들 (214, 216) 을 이동시킨다. 예로서, 2 ㎝ x 2 ㎝ 레이저 빔이 제 2 다이 위에 있도록 제 1 다이 위로부터 이동할 수도 있다. 기술된 방법은 기판 상의 수십 내지 수백 개의 다이들에 걸쳐 레이저 빔을 스캔하기 위해 반복적으로 수행될 수도 있다. 미러들 (214, 216) 의 이동은 다이 당 하나 이상의 샷들을 제공하기 위해 레이저 (204) 의 펄싱 반복 레이트들과 동기화될 수도 있다.
상기 기술된 동작들은 예시적인 예들을 의미한다. 동작들은 적용 예에 따라 순차적으로, 동기하여, 동시에, 연속적으로, 오버랩핑 시간 기간 동안 또는 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 또한, 임의의 동작들이 구현 예 및/또는 이벤트들의 시퀀스에 따라 수행되지 않거나 스킵될 수도 있다.
도 15의 방법은 도 1 및 도 2의 시스템들을 사용하여 ALE를 수행하는 것으로 기술되었지만, 도 1 및 도 2의 시스템들은 ALD를 수행하도록 사용될 수도 있다. 플래시 램프들 및 레이저와 같은 열 소스들은, 기판들 상에 모노레이어들을 성장시키도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, RTP는 증착 동작들 전 그리고/또는 증착 동작들 동안 제공될 수도 있고, 재료는 제거되기보다는 증착될 (또는 성장할) 수도 있다. 상이한 가스들이 모노레이어들의 성장을 허용하도록 ALD 동안 대응하는 프로세싱 챔버에 제공되고 유지될 수도 있다.
도 18은 TiN의 모노레이어들을 제거하는 2 개의 예시적인 ALE 방법들을 예시하는 블록도이다. 도 18의 방법은 도 1 및 도 2의 시스템들을 사용하여 수행될 수도 있다. 제 1 방법은 TiN 층 또는 기판의 상부 부분을 변경하고, TiN 층 또는 기판의 나머지 (1802) 상에 약하게 본딩된 TiN 층 (1800) 을 제공하기 위해 전처리 동작으로서 H2 플라즈마를 제공하는 단계를 포함한다. Cl2 플라즈마가 이어서 약하게 본딩된 TiN 층 (1800) 을 TiClxNy 층 (1804) 으로 변환하기 위해 원자 흡착을 수행하도록 제공된다. TiClxNy는 휘발성 복합 화합물이다. RTP는 이어서 TiClxNy 층 (1804) 을 제거하도록 수행된다.
예로서, 사이클은: 각각 90 sc㎝ (standard cubic centimeters) 의 플로우 레이트 및 180 밀리-토르 (mT) 의 압력으로 H2 가스 및 Ar 가스를 제공하는 것을 포함하여 13 초 동안 H2 플라즈마를 제공하는 단계; 100 sc㎝의 플로우 레이트 및 400 mT의 압력으로 Cl2를 제공하는 것을 포함하여 25 초 동안 Cl2 플라즈마를 제공하는 단계; 원자 흡착 동작에 후속하여 그리고 RTP 동작 전에 30 초 동안 퍼지 동작을 수행하는 단계; 및 각각 x mJ/㎠로 5 개의 펄스들을 제공하는 것을 포함하여 RTP 동작을 수행하는 단계를 포함할 수도 있다. 일 실시 예에서, x는 21이다. 일 실시 예에서, 이 사이클은 미리 결정된 수의 횟수들 (예를 들어, 30 회) 로 수행된다. 이하의 표 2는 이 방법에 대해: Cl2로 원자 흡착을 수행하고 그리고/또는 RTP를 수행하기 전의 예시적인 막 두께; 및 Cl2로 원자 흡착 및/또는 RTP를 수행하는 것으로부터 발생하는 예시적인 막 두께들을 도시한다.
Figure pct00002
도 19는 상이한 에너지 레벨들에 대한 TiN 막 두께들의 예시적인 플롯을 도시한다. 에칭은 20 mJ/㎠ 이상의 레이저 에너지로 발생한다. 따라서, 에칭은 21 mJ/㎠의 전력 레벨로 발생하고, 범위 (1906) 는 범위들 (1900, 1902, 1904) 이하이다.
도 18을 다시 참조하면, 제 2 방법은 TiN 층 또는 기판의 나머지 (1812) 상에 TiOx 층 (1810) 을 제공하기 위해 질소 옥사이드 (NOx) 로서 질소를 제거함으로써 TiN 층 또는 기판의 상부 부분을 변경하기 위한 전처리 동작으로서 O2 플라즈마를 제공하는 단계를 포함한다. Cl2 플라즈마는 이어서 TiOx 층 (1810) 을 티타늄 서브-옥시클로라이드 (TiOClx) 층 (1814) 으로 변환하기 위해 원자 흡착을 수행하도록 제공된다. TiOClx는 휘발성 복합 화합물이다. RTP는 이어서 TiOClx 층 (1814) 을 제거하도록 수행된다. 예로서, 사이클은: 90 sc㎝의 플로우 레이트 및 180 mT의 압력으로 O2 가스 및 Ar 가스를 제공하는 것을 포함하여 5 초 동안 O2 플라즈마를 제공하는 단계; 100 sc㎝의 플로우 레이트 및 400 mT의 압력으로 Cl2를 제공하는 것을 포함하여 25 초 동안 Cl2 플라즈마를 제공하는 단계; 원자 흡착 동작에 후속하여 그리고 RTP 동작 전에 30 초 동안 퍼지 동작을 수행하는 단계; 및 각각 x mJ/㎠로 5 개의 펄스들을 제공하는 것을 포함하여 RTP 동작을 수행하는 단계를 포함할 수도 있다. 예로서, 제 2 방법에 대해, 제 2 방법을 수행하기 전의 예시적인 막 두께는 93 ㎚이고, 제 2 방법의 100 사이클들을 수행한 후의 예시적인 막 두께는 79.6 ㎚이다. 대응하는 에칭 레이트는 사이클 당 1.32 Å일 수도 있다. 도 20은 수행된 상이한 수의 ALE 사이클들에 대한 TiN 막 두께들의 예시적인 플롯을 도시한다. 범위들 (2000, 2002, 2004) 은 수행된 0, 50, 및 100 사이클들에 대한 예들로서 도시된다.
2 개의 명시된 방법들은 등방성 ALE 프로세스들이다. 일 실시 예에서, 이들 방법들은 사이클 당 1.5 내지 2.0 Å의 에칭 레이트들을 제공한다. 사이클 당 2.0 Å 에칭 레이트는 TiN의 산화-불화 에칭 프로세스보다 10 배 빠르다. 에칭 깊이는 수행되는 명시된 방법들의 사이클들의 수 및/또는 플라즈마 전력 레벨들을 제어함으로써 제어될 수도 있다. 상기 기술된 바와 같은 2 개의 방법들은 ALE 프로세스들 동안 등방성 제거를 가능하게 하는 광 조사/펄싱된 열 소스들을 포함한다. 방법들은 RTP 동안 플라즈마를 인가하고, 기판 지지부의 하나 이상의 전극들을 통해 바이어스 전압을 도입함으로써, 2 개의 이방성 ALE 프로세스들을 수행하도록 수정될 수도 있다. 예를 들어, 바이어스 전압은 도 1의 기판 지지부 (110) 의 전극 (118) 을 통해 제공될 수도 있다. 또한, 기판 지지부의 하나 이상의 전극들에 대한 바이어스 전력은 등방성 제어를 인에이블하기 위해 이온 방향성을 제어하도록 제어될 수도 있다.
도 21은 수행된 상이한 동작들에 대한 재료 제거의 상이한 양들을 예시하는 TiN 막 두께 범위들의 예시적인 플롯이다. TiN 막 두께 범위들 (2100, 2102, 2104, 2106, 2108, 2110, 2112) 은: 기준; 전처리 및 원자 흡착 없는 레이저 RTP (또는 "레이저만"); 전처리 및 레이저 RTP 없이 Cl2로 원자 흡착; H2 플라즈마 전처리 및 레이저 RTP; O2 플라즈마 전처리 및 레이저 RTP; H2 플라즈마 전처리 및 플래시 램프 RTP; 및 O2 플라즈마 전처리와 플래시 램프 RTP에 대해 각각 도시된다. 예로서 그리고 30 개의 사이클들에 대해, H2 플라즈마 전처리 및 레이저 RTP, O2 플라즈마 전처리 및 레이저 RTP, H2 플라즈마 전처리와 플래시 램프 RTP, 및 O2 플라즈마 전처리와 플래시 램프 RTP에 대한 TiN의 에칭 레이트들은 각각 사이클 당 3.9 Å, 사이클 당 1.4 Å, 사이클 당 2.0 Å 및 사이클 당 2.4 Å일 수도 있다.
도 22는 게르마늄의 제거 없이 요오드 가스의 도입 및 실리콘의 제거를 예시하는 ALE 프로세스 다이어그램 (2500) 을 도시한다. 도시된 ALE 프로세스는 도 6에 대해 상기 기술된 ALE 프로세스와 유사하다. 도 25에 도시된 ALE 프로세스는 도시된 바와 같이 스택되거나 나란히 배치될 수도 있는, 수산화물 OH와 결합들을 형성하는, 실리콘 및 게르마늄 층들로 시작하는 것을 포함한다. 이어서 수소 H2 플라즈마가 도시된 바와 같이 산소 원소들을 제거하기 위해 전처리 동안 도입된다. 전처리에 이어서, 할로겐 (예를 들어, 요오드 가스) 이 도입된다. 이어서 할로겐 종 (또는 요오드) 결합들 (예를 들어, Si-I 및 Ge-I 분자들) 이 실리콘 및 게르마늄 층들과 함께 형성된다. 대안으로서, 탄화수소 (예를 들어, CH3) 가 요오드 대신 도입될 수도 있다.
Si-할로겐 또는 Si-하이드로 카본 분자들을 형성하는 것에 후속하여, 실리콘 및 게르마늄 층들의 온도들은 Si-할로겐 또는 Si-하이드로 카본 분자들을 제거하도록 상승된다. 이는 (i) 실리콘 및 게르마늄 층들을 포함하는 기판을 가열하기 위해 대응하는 기판 지지부를 가열하고, 그리고/또는 (ii) 본 명세서에 기술된 바와 같이, 레이저 또는 가열 램프를 사용하여 기판을 가열함으로써 행해질 수도 있다. SiIx의 승화는 대략 110 ℃에서 일어난다. GeIx의 승화는 대략 350 ℃에서 시작된다. 따라서, 실리콘 및 게르마늄 층들은 GeIx 분자들이 아니라 SiIx 분자들을 선택적으로 제거하기 위해 대략 100 내지 130 ℃로 가열될 수도 있다. 가열은 본 명세서에 기술된 바와 같은 RTP 가열을 포함할 수도 있다. Si-할로겐 또는 Si-탄화수소 분자들의 제거에 후속하여, 수소 플라즈마가 다시 도입될 수도 있고 사이클이 반복될 수도 있다.
도 23은 상이한 기판 지지부 온도들에 대한 에칭 레이트들에 대한 실리콘 층 두께의 플롯을 도시한다. 플롯들은 SiIx 분자들의 에칭에 대해 도시된다. 플롯들로부터 알 수 있는 바와 같이, SiIx 분자들을 포함하는 층을 갖는 기판 지지부 및 따라서 기판의 온도가 대략 110 ℃일 때 피크 에칭 레이트가 발생한다. 제거된 재료의 양은 이 온도에서 최대화된다. 예로서, 도 23의 플롯들은 수소의 도입에 이어 요오드 가스 (또는 요오드 플라즈마) 의 도입, 및 후속하여 예를 들어, 아르곤 가스를 사용하여 퍼지를 수행하는 것을 포함하는 ALE 프로세스 사이클에 대해 제공된다. 도 26의 플롯들은 또한 예를 들어 도 1의 히터들 (116) 을 사용하여 기판 지지부를 가열함으로써 기판을 가열하는 것에 기초한다. 레이저 및/또는 플래시 램프는 기판을 가열하기 위해 사용되지 않았다.
도 24는 가열 전 (Si Pre로 지칭됨), 상이한 에너지 레벨들에 대한 플래시 램프 가열 후 (Si Cl2로서 지칭됨), 그리고 기판 지지부 가열에 후속하여 취해진 샘플들의 측정들과 연관된 에칭 깊이 범위들 및 표면 거칠기의 그래프를 도시한다. 도시된 바와 같이, Z 범위 (또는 Si 층의 물리적인 최상단 지점과 최하단 지점 사이의 거리) 및 표면 거칠기 Rq는 에칭 전에 가장 낮다. 그러나, 기판 지지부가 예를 들어, 도 1의 가열 엘리먼트들 (116) 을 통해 가열 될 때, 요오드가 도입되고, Z 범위 및 표면 거칠기 Rq는 염소 에칭이 기판을 가열하기 위해 플래시 램프를 사용하여 수행되는 경우보다 상당히 높다. 플래시 램프를 사용하는 염소 에칭의 두 테스트에 대해 두 세트의 막대가 도시된다; 제 1 테스트는 0.3 ㎳ 동안 수행되고, 3 ㎳ 이하의 열 에너지에 대해 수행된 제 2 테스트보다 많은 열 에너지를 사용한다. 이들 두 세트의 바 사이의 차는 무시할 만하다. 예로서, Si-I2에 대한 바들은 수소의 도입에 이어 요오드 가스 (또는 요오드 플라즈마) 의 도입, 그리고 이어서 예를 들어, 아르곤 가스를 사용하여 퍼지를 수행하는 것을 포함하는 ALE 프로세스 사이클에 대해 제공된다.
도 25는 가열된 기판 지지부를 갖는 요오드 플라즈마의 도입으로 인한 실리콘의 에칭 레이트들 및 게르마늄의 증착 레이트들의 플롯을 도시한다. 플롯으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실리콘의 에칭 레이트는 기판 지지부 및/또는 기판이 약 110 ℃ 일 때 최대이다. 플롯에 도시되지 않지만, 게르마늄에 대한 에칭 레이트는 기판 지지부의 온도가 대략 300 ℃ 이상으로 상승될 때 상승할 수 있다. 기판의 온도에 따라, 실리콘의 에칭 레이트 대 게르마늄의 에칭 레이트의 10 대 1 선택 비가 존재할 수도 있다. 이 플롯에서, 기판 지지부가 실온일 때 게르마늄에 대한 에칭 레이트가 도시되고 대략 0이다. 게르마늄의 증착은 대략 70 ℃ 이상에서 시작된다.
플래시 램프 또는 레이저 가열을 사용하는 상기 기술된 ALE 프로세스 및 할로겐으로서 요오드의 도입은 고 쓰루풋으로 게르마늄이 아니라 실리콘을 제거하기 위해 매우 선택적인 ALE를 제공한다. 이 ALE 프로세스는 플라즈마 에칭에 대해 개선된 두께 제어를 갖고 고 종횡비 (HAR) 에칭과 양립가능하다. 일 실시 예에서, 펄싱된 열적 플래시 램프 또는 레이저 가열은 Ge-I 본딩들이 남아있는 동안 Si-I 본딩들을 탈착하기 위해 100 내지 290 ℃ 이상으로 기판 온도를 상승시키도록 제공된다. Ge-I 본딩들의 탈착은 기판의 온도가 300 내지 440 ℃를 초과할 때까지 발생하지 않는다. 요오드 대신 도입될 수도 있는 종의 몇몇 예들은 CH3I, CH3I3, C2H5I, CH2I2, 및 다른 CxHyIz 분자들이다.
도 26은 요오드 플라즈마를 사용한 실리콘 및 게르마늄에 대한 에칭 레이트 대 열 펄스 에너지의 플롯을 도시한다. 도시된 바와 같이, 실리콘에 대한 에칭 레이트는 활성화가 대략 18 mJ에서 발생하도록 15 밀리 줄 (mJ) 에서 시작하여 상승된다. 도시된 바와 같이, 게르마늄의 에칭 레이트는 45 mJ 이하의 에너지 레벨들에 대해 0이다. 이 에칭 방법은 특정한 수의 급속한 열 펄스들 후에, 흡착 동안 개질된 표면의 전부 또는 대부분이 탈착 동안 제거된다는 점에서 자기-제한 프로세스이다.
도 27은 가열된 기판 지지부 구현 예 및 레이저 구현 예에 대한 에칭 깊이 및 표면 거칠기의 플롯을 도시한다. 예를 들어, 도 1의 가열 엘리먼트들 (116) 을 통한 기판 지지부의 열적 가열에 대해 제 1 표면 거칠기 곡선 (3000) 이 도시된다. 제 2 표면 거칠기 곡선 (3002) 이 본 명세서에 기술된 바와 같이 기판 지지부의 레이저 가열에 대해 도시된다. 에칭 레이트 곡선 (3004) 이 도시되고, 이는 곡선들 (3000, 3002) 모두 그리고 따라서 기판 지지부의 내부 가열 엘리먼트들을 통한 열적 가열 또는 레이저를 통한 기판의 가열에 적용된다. 도시된 바와 같이, 거칠기는 레이저를 사용하여 기판을 가열할 때보다 내부 가열 엘리먼트들 또는 기판 지지부의 내부 가열 채널들을 통해 순환하는 유체를 가열하는 것과 같은, 다른 내부 가열 방법을 사용하여 상당히 보다 커진다. 이에 더하여, 레이저 가열은 대략 10 사이클들 후에 높은 백분율의 개질된 층 (예를 들어, Si-I2 본딩들) 을 제거하고, 여기서 사이클 각각은 11 mJ의 에너지 및 5 개의 펄스들을 포함한다.
도 28은 레이저를 통한 기판 가열을 위한 다수의 펄스들에 대한 에칭 레이트들 및 표면 거칠기의 플롯을 도시한다. 도시된 바와 같이, 에칭 레이트는 대략 5 펄스에 도달할 때까지 펄스의 수가 증가함에 따라 감소한다. 도시된 바와 같이, 표면 거칠기는 펄스의 수가 증가함에 따라 감소하고 그리고 특정한 수의 펄스들 (예를 들어, 10 개의 펄스들) 후에 최소의 변화를 갖는다. 이는 미리 결정된 수의 펄스들이 발생한 후 높은 백분율의 개질된 재료가 제거되기 때문이다. 개질된 재료를 제거하기 위해 펄싱된 레이저를 사용하는 것은 특정한 수의 펄스들 후에 모든 개질된 재료가 제거되도록 자기-제한 프로세스이다. 도시된 예에서, 기판 지지부의 온도는 상온이고 따라서 가열되지 않는다. 레이저 펄스 에너지는 11 mJ로 설정되었다.
상기 기술된 예들은 게르마늄이 아닌 실리콘의 선택적인 에칭을 포함한다. 예들은 개선된 층 두께 제어와 함께 고 쓰루풋을 갖는 고 선택적 ALE를 제공한다. 펄싱된 레이저 동작은 인-시츄 (in-situ) 플라즈마 또는 가스 상 프로세스를 허용한다. 표면 개질 및 등방성 제거의 복수의 사이클들은 짧은 프로세스 시간들로 나노-스케일 선택도로 수행된다. 고속 펄싱된 열 ALE는 열 예산 문제 없이 단일 프로세싱 챔버에서 수행된다.
전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 적용 예, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들의 연구 시 자명해질 것이기 때문에 이렇게 제한되지 않아야 한다. 방법의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시 예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시 예에 대해 기술된 이들 피처들 중 임의의 하나 이상의 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않더라도 임의의 다른 실시 예들의 피처들에서 그리고/또는 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시 예들의 다른 실시 예들과의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.
엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 및 기능적 관계들은, "연결된 (connected)", "인게이지된 (engaged)", "커플링된 (coupled)", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "의 상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)" 및 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적 (direct)"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트들이 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C"를 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치와 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSPs), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) 로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (Physical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (Chemical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (Atomic Layer Deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (Atomic Layer Etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (50)

  1. 기판을 가열하도록 구성된 열 소스;
    프로세싱 챔버에 제 1 프로세스 가스를 공급하도록 구성된 가스 전달 시스템; 및
    등방성 원자 층 에칭 프로세스를 반복적으로 수행하기 위해 상기 가스 전달 시스템 및 상기 열 소스를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고, 상기 등방성 원자 층 에칭 프로세스는,
    상기 등방성 원자 층 에칭 프로세스의 반복 동안, 전처리, 원자 흡착 (atomistic adsorption), 및 펄싱된 열 어닐링을 수행하는 동작,
    상기 원자 흡착 동안, 개질된 재료를 형성하기 위해 상기 기판의 상기 노출된 재료 상에 선택적으로 흡착되는 할로겐 종을 포함하는 상기 제 1 프로세스 가스에 상기 기판의 표면을 노출하는 동작, 및
    상기 펄싱된 열 어닐링 동안, 상기 개질된 재료를 노출하고 제거하기 위해 미리 결정된 기간 내에 복수 회 상기 열 소스 온 및 오프를 펄싱하는 동작을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 펄싱된 열적 어닐링의 반복들 동안, 상기 개질된 재료로 하여금 상기 열 소스의 연속적인 열 에너지 펄스들 사이에서 냉각되게 하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 소스는 복수의 플래시 램프들을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열 소스의 복수의 열 에너지 펄스들 각각에 대해 상기 복수의 플래시 램프들로 전력을 방전하도록 구성된 용량성 방전 회로를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 열 소스는 상기 복수의 플래시 램프들 각각에 대해 포물선형 반사 부분들을 갖는 반사기를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 플래시 램프들은 각각의 냉각 재킷들을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    원뿔 형상이고 상기 복수의 플래시 램프들로부터 열 에너지를 상기 기판으로 지향시키는 반사기를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 펄싱된 열적 어닐링의 적어도 1 회 반복 동안 4 ㎳ 미만의 펄스 지속 기간 동안 상기 복수의 플래시 램프들을 펄싱하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 펄싱된 열적 어닐링의 상기 반복들 중 적어도 일부 동안 그리고 상기 열 소스를 통해, 상기 기판의 개질된 재료가 열 소스를 차단한 후 0.5 초 이내에 25 ℃ 미만의 온도로 냉각되도록 상기 기판의 상기 개질된 재료를 가열하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 소스는 레이저를 포함하고; 그리고
    상기 레이저는 상기 기판으로 지향되는 레이저 빔을 생성하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    복수의 미러들; 및
    복수의 모터들을 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 기판을 가로질러 스팬하도록 (span) 상기 미러들을 이동시킴으로써 상기 레이저 빔을 조향하도록 (steer) 상기 복수의 모터들을 통해 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판의 직경은 300 ㎜이고;
    상기 기판은 복수의 다이들을 포함하고; 그리고
    상기 제어기는 미리 결정된 기간 내에, 상기 복수의 다이들 각각을 가로질러 스팬하고 가열하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 기간은 1 초이고; 그리고
    상기 제어기는 상기 복수의 다이들 각각을 개별적으로 그리고 제 2 미리 결정된 횟수만큼 가열하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 성형하고 지향시키도록 구성된 렌즈 회로를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 렌즈 회로는 라운드-형상 레이저 빔으로부터 사각형-형상 레이저 빔으로 상기 레이저 빔을 변환하기 위한 빔 성형 광학기구 (optics) 를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 렌즈 회로는,
    라운드-형상 레이저 빔으로부터 플랫-탑 형상 (flat-top shaped) 레이저 빔으로 상기 레이저 빔을 변환하기 위한 플랫-탑 광학기구; 및
    상기 플랫-탑 형상 레이저 빔을 사각형-형상 레이저 빔으로 변환하기 위한 회절 광학기구를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  17. 제 10 항에 있어서,
    제 1 미러, 제 2 미러, 제 1 모터 및 제 2 모터를 포함하는 미러 모듈을 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 기판 상의 상기 레이저 빔의 위치를 조정하기 위해 상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터를 통해 상기 제 1 미러 및 상기 제 2 미러를 이동시키도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  18. 제 10 항에 있어서,
    복수의 렌즈들을 포함하고 상기 기판의 상기 표면에 수직인 방향으로 상기 레이저 빔을 지향시키도록 구성된 텔레-센트릭 (tele-centric) 렌즈 어셈블리를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    제 1 미러, 제 2 미러, 제 1 모터 및 제 2 모터를 포함하는 미러 모듈을 더 포함하고,
    상기 레이저 빔은 상기 제 1 미러에 지향되고;
    상기 레이저 빔은 상기 제 1 미러로부터 상기 제 2 미러로 지향되고;
    상기 레이저 빔은 상기 제 2 미러로부터 상기 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리를 통해 상기 기판으로 지향되고; 그리고
    상기 제어기는 상기 기판 상의 상기 레이저 빔의 위치를 조정하기 위해 상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터를 통해 상기 제 1 미러 및 상기 제 2 미러를 이동시키도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 유도적으로 커플링된 플라즈마 챔버 또는 리모트 플라즈마 소스 연결된 챔버이고, 그리고
    상기 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리는 상기 프로세싱 챔버의 유전체 윈도우 위에 배치되는, 기판 프로세싱 시스템.
  21. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판에 의해 수신되기 전 상기 레이저 빔의 사이즈를 조정하도록 구성된 빔 사이즈 조정 모듈을 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 상기 펄싱된 열적 어닐링 동안 플라즈마가 없는, 기판 프로세싱 시스템.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 원자 흡착의 하나 이상의 반복 동안, 20 ℃ 이하 또는 주변 온도 (ambient temperature) 와 같도록 상기 프로세싱 챔버의 내부의 온도를 설정하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 기판의 베이스 또는 벌크 부분 중 적어도 하나를 가열하지 않고 상기 기판의 상기 개질된 재료를 가열하기 위해 복수의 열 에너지 펄스들을 생성하기 위해 상기 열 소스를 제어하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 열 소스의 열 에너지 펄스들의 연속적인 쌍 각각 사이에서 상기 기판의 상기 노출된 재료 상에 상기 원자 흡착을 수행하도록 상기 제 1 프로세스 가스를 상기 프로세싱 챔버로 공급하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 전처리 동안, 상기 기판이 제 2 프로세스 가스를 겪게함으로써 (subjecting), 상기 기판을 개질하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 1 초 내에 복수의 열 에너지 펄스들을 생성하기 위해 상기 열 소스를 펄싱하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리는 제 2 프로세스 가스의 도입을 포함하고;
    상기 제 2 프로세스 가스는 수소를 포함하고;
    상기 할로겐 종은 산소를 포함하고;
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 상기 기판으로부터 모노레이어 (monolayer) 의 제거를 포함하고; 그리고
    상기 모노레이어는 게르마늄을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리는 제 2 프로세스 가스의 도입을 포함하고;
    상기 제 2 프로세스 가스는 수소를 포함하고;
    상기 할로겐 종은 염소를 포함하고;
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 상기 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함하고; 그리고
    상기 모노레이어는 게르마늄을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  30. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리는 제 2 프로세스 가스의 도입을 포함하고;
    상기 제 2 프로세스 가스는 수소를 포함하고;
    상기 할로겐 종은 요오드를 포함하고;
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 상기 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함하고; 그리고
    상기 모노레이어는 실리콘을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 게르마늄을 제거하지 않고 실리콘을 선택적으로 제거하는 것을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  32. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리는 제 2 프로세스 가스의 도입을 포함하고, 상기 제 2 프로세스 가스는 수소 또는 산소를 포함하고;
    상기 할로겐 종은 염소를 포함하고;
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 상기 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함하고; 그리고
    상기 모노레이어는 티타늄을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  33. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리는 제 2 프로세스 가스의 도입을 포함하고;
    상기 제 2 프로세스 가스는 수소 또는 암모니아를 포함하고;
    상기 할로겐 종은 불소를 포함하고;
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 상기 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함하고; 그리고
    상기 모노레이어는 실리콘 다이옥사이드를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  34. 기판 프로세싱 시스템을 작동시키는 방법에 있어서,
    프로세싱 챔버의 기판 지지부 상에 기판을 배치하는 단계;
    제 1 ALE (atomic layer etch) 프로세스를 반복적으로 수행하는 단계로서, 상기 제 1 ALE 프로세스는 순차적인 등방성 프로세스이고,
    상기 기판의 제 1 노출된 부분을 개질하기 위해 상기 프로세싱 챔버에 제 1 프로세스 가스를 공급하는 단계를 포함하는 전처리,
    상기 제 1 노출된 부분에 선택적으로 흡수하고 개질하도록 상기 제 1 노출된 부분이 할로겐 종을 포함하는 제 2 프로세스 가스를 겪게하는 단계를 포함하는 원자 흡착, 및
    상기 개질된 제 1 노출된 부분을 노출하고 제거하기 위해 열 에너지 펄스를 생성하도록 열 소스를 제어하는 단계를 포함하는 펄싱된 열적 어닐링을 수행하는 것을 포함하는, 상기 제 1 ALE 프로세스를 반복적으로 수행하는 단계;
    상기 제 1 ALE 프로세스의 미리 결정된 수의 사이클들이 수행되었는지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 미리 결정된 수의 사이클들이 수행되었다면, 상기 제 1 ALE 프로세스의 수행을 중단하는 단계를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 원자 흡착을 수행하는 것에 후속하여 그리고 상기 펄싱된 열적 어닐링을 수행하기 전에 상기 프로세싱 챔버를 퍼지하는 단계를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 펄싱된 급속 열적 어닐링의 반복 각각을 수행하는 단계에 후속하여 상기 프로세싱 챔버를 퍼지하는 단계를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 ALE 프로세스를 1 초 내에 복수 회 수행하는 단계를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  38. 제 34 항에 있어서,
    제 2 ALE 프로세스를 수행할지 여부를 결정하는 단계;
    상기 제 1 ALE 프로세스에 대해 설정된 파라미터들을 상기 제 2 ALE 프로세스에 대해 업데이트된 파라미터들로 변경하는 단계; 및
    상기 기판의 상기 제 1 노출된 부분 또는 상기 제 2 노출된 부분을 개질하기 위해 상기 프로세싱 챔버에 상기 제 1 프로세스 가스 또는 제 3 프로세스 가스를 공급하는 것을 포함하는 전처리 단계를 수행하고,
    상기 제 1 노출된 부분 또는 상기 제 2 노출된 부분이 할로겐 종을 포함하는 제 4 가스 또는 상기 제 2 가스를 겪게하는 것을 포함하는 원자 흡착을 수행하고, 그리고
    상기 제 1 노출된 부분 또는 상기 제 2 노출된 부분을 가열하기 위해 열 에너지 펄스를 생성하도록 상기 열 소스를 제어하는 단계를 포함하는, 펄싱된 급속 열적 어닐링을 수행하는 것을 포함하는, 상기 제 2 ALE 프로세스를 상기 프로세싱 챔버 내에서 반복적으로 수행하는 단계를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  39. 제 34 항에 있어서,
    제 2 ALE 프로세스를 수행할지 여부를 결정하는 단계로서, 상기 제 1 ALE 프로세스는 상기 기판의 제 1 다이 상에서 수행되는, 상기 제 2 ALE 프로세스를 수행할지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 기판의 제 2 다이 상에서 상기 제 2 ALE 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  40. 제 34 항에 있어서,
    상기 급속 열적 어닐링을 위해,
    복수의 커패시터들을 충전하는 단계; 및
    복수의 플래시 램프들에 전력을 제공하기 위해 상기 복수의 커패시터들을 방전시키는 단계를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  41. 제 34 항에 있어서,
    상기 급속 열적 어닐링을 위해,
    레이저 빔을 생성하는 단계;
    상기 레이저 빔을 플랫-탑 빔으로 변환하는 단계;
    상기 플랫-탑 빔을 정사각형 빔으로 변환하는 단계;
    복수의 미러들로부터 그리고 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리로 상기 정사각형 빔을 반사하는 단계; 및
    상기 기판에 직교하는 방향으로 상기 정사각형 빔을 상기 텔레-센트릭 렌즈 어셈블리를 통해 상기 기판으로 통과시키는 단계를 포함하는 단계를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 급속 열적 어닐링을 위해, 상기 정사각형 빔의 상기 사이즈를 상기 기판의 다이의 사이즈 이상으로 조정하는 단계를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  43. 제 34 항에 있어서,
    상기 급속 열적 어닐링을 위해,
    상기 기판을 가로질러 스팬하도록 미러들을 이동시킴으로써 상기 레이저 빔을 조향하는 단계로서, 상기 기판의 직경은 300 ㎜이고, 그리고 상기 기판은 복수의 다이들을 포함하는, 상기 레이저 빔을 조향하는 단계; 및
    미리 결정된 기간 내에, 상기 복수의 다이들 각각을 가로질러 스팬하고 가열하는 단계를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 기간은 1 초이고; 그리고
    상기 복수의 다이들 각각은 개별적으로 그리고 미리 결정된 횟수만큼 가열되는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  45. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 수소를 포함하고;
    상기 할로겐 종은 산소를 포함하고;
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 상기 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함하고; 그리고
    상기 모노레이어는 게르마늄을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  46. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 수소를 포함하고;
    상기 할로겐 종은 염소를 포함하고;
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 상기 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함하고; 그리고
    상기 모노레이어는 게르마늄을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  47. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 수소를 포함하고;
    상기 할로겐 종은 요오드를 포함하고;
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 상기 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함하고; 그리고
    상기 모노레이어는 실리콘을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 게르마늄의 제거가 아닌 실리콘의 선택적인 제거를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  49. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 수소 또는 산소를 포함하고;
    상기 할로겐 종은 염소를 포함하고;
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 상기 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함하고; 그리고
    상기 모노레이어는 티타늄을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
  50. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 수소 또는 암모니아를 포함하고;
    상기 할로겐 종은 불소를 포함하고;
    상기 펄싱된 열적 어닐링은 상기 기판으로부터 모노레이어의 제거를 포함하고; 그리고
    상기 모노레이어는 실리콘 다이옥사이드를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템 작동 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021236359A1 (en) * 2020-05-19 2021-11-25 Tokyo Electron Limited Systems and methods for selective ion mass segregation in pulsed plasma atomic layer etching
KR20230000017A (ko) * 2021-06-23 2023-01-02 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4540368B2 (ja) 2004-03-08 2010-09-08 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置の製造方法
US20090323739A1 (en) 2006-12-22 2009-12-31 Uv Tech Systems Laser optical system
JP5126471B2 (ja) * 2007-03-07 2013-01-23 株式会社ジャパンディスプレイイースト 平面表示装置の製造方法
US9498845B2 (en) * 2007-11-08 2016-11-22 Applied Materials, Inc. Pulse train annealing method and apparatus
US20090120924A1 (en) 2007-11-08 2009-05-14 Stephen Moffatt Pulse train annealing method and apparatus
US8314368B2 (en) 2008-02-22 2012-11-20 Applied Materials, Inc. Silver reflectors for semiconductor processing chambers
JP2010161107A (ja) 2009-01-06 2010-07-22 Tokyo Seimitsu Co Ltd 半導体装置製造方法
US8633115B2 (en) * 2011-11-30 2014-01-21 Applied Materials, Inc. Methods for atomic layer etching
US9617638B2 (en) 2014-07-30 2017-04-11 Lam Research Corporation Methods and apparatuses for showerhead backside parasitic plasma suppression in a secondary purge enabled ALD system
US9355907B1 (en) * 2015-01-05 2016-05-31 Applied Materials, Inc. Hybrid wafer dicing approach using a line shaped laser beam profile laser scribing process and plasma etch process
US9595466B2 (en) * 2015-03-20 2017-03-14 Applied Materials, Inc. Methods for etching via atomic layer deposition (ALD) cycles

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