KR20210092322A - 플라즈마 강화 화학 증기 증착을 위한 막 응력 제어 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용의 실시예들은, 대면적 기판 상에 복수의 층들을 증착하기 위한 방법들 및 장치를 포함한다. 일 실시예에서, 플라즈마 증착을 위한 프로세싱 챔버가 제공된다. 프로세싱 챔버는 샤워헤드 및 기판 지지 조립체를 포함한다. 샤워헤드는 RF 전력원 및 접지에 커플링되고, 복수의 천공된 가스 확산 부재들을 포함한다. 복수의 플라즈마 어플리케이터들이 샤워헤드 내에 배치되고, 여기서, 복수의 플라즈마 어플리케이터들 중 하나의 플라즈마 어플리케이터는 복수의 천공된 가스 확산 부재들 중 하나에 대응한다. 추가로, DC 바이어스 전력원이 기판 지지 조립체에 커플링된다.

Description

플라즈마 강화 화학 증기 증착을 위한 막 응력 제어
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 대면적 기판들을 프로세싱하기 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 개시내용의 실시예들은 디바이스 제작을 위한 화학 기상 증착 시스템들 및 그 방법들에 관한 것이다.
[0002] 디스플레이들의 제조 시, LCD(liquid crystal display) 및/또는 OLED(organic light emitting diode) 기판들과 같은 기판들 상에 박막들을 증착하여 이러한 기판들 상에 전자 디바이스들을 형성하기 위해 많은 프로세스들이 사용된다. 증착은 일반적으로, 기판이 온도 제어식 기판 지지부 상에 배치되어 있는 진공 챔버 내로 전구체 가스를 유입시킴으로써 달성된다. 전구체 가스는 통상적으로, 진공 챔버의 최상부 근처에 안착된 가스 분배 플레이트를 통해 지향된다. 진공 챔버 내의 전구체 가스는, 챔버에 커플링된 하나 이상의 RF 소스들로부터 챔버에 배치된 전도성 샤워헤드로 RF(radio frequency) 전력을 인가함으로써, 플라즈마로 여기될 수 있다. 여기된 가스는 온도 제어식 기판 지지부 상에 포지셔닝되는 기판의 표면 상에 재료 층을 형성하도록 반응한다.
[0003] 통상적으로, 종래의 챔버들에서는 대면적 기판들 상의 증착을 위해 용량성 결합 전극 어레인지먼트(arrangement)를 사용하여 플라즈마가 형성된다. 최근에, 이들 대면적 기판들에 대한 증착 프로세스들에 사용하기 위해, 둥근(round) 기판들 또는 웨이퍼들 상의 증착에 역사적으로(historically) 활용된 멀티-코일 유도성 결합 플라즈마(ICP; inductively coupled plasma) 어레인지먼트들에 대한 관심이 탐구되어왔다. 대면적 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP-CVD; high density plasma chemical vapor deposition)에 사용되는 그러한 유도성 결합 플라즈마 어레인지먼트들에서, 제작되는 반도체 디바이스의 개별적인 막 층들의 내재하는 막 응력을 조절하기 위하여 기판 아래에 RF 전력이 인가될 수 있다. 완성된 디바이스와 관련하여 막들의 손상(예컨대, 막들의 균열 및 디본딩(debonding))을 감소시키기 위해 더 낮은 내재하는 막 응력이 요구된다. 그러나, 종래의 유도성 결합 어레인지먼트들은 유전체 재료들을 활용하고, 이러한 유전체 재료들은, 기판 아래에 인가된 RF 전력이, 플라즈마 프로세싱 구역을 관통하며 위에 배치된 전도성 샤워헤드 프레임과 커플링하는 것을 가능하게 한다. 프로세싱 구역 내로의 RF 전력의 관통은, 샤워헤드 코일들 바로 밑에 증착된 막들의 영역들과 샤워헤드 프레임 바로 밑에 증착된 막들의 영역들 사이에 응력 특성들의 변동(variance)을 유발한다.
[0004] 이에 따라서, 당업계에서 필요한 것은, 대면적 고밀도 플라즈마 증착 동안 막 응력을 조절하기 위한 개선된 방법들 및 장치이다.
[0005] 본 개시내용의 실시예들은 대면적 기판들을 프로세싱하기 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 개시내용의 실시예들은 디바이스 제작을 위한 화학 기상 증착 시스템들 및 그 방법들에 관한 것이다.
[0006] 일 실시예에서, 플라즈마 증착 챔버가 제공된다. 플라즈마 증착 챔버는 샤워헤드, 복수의 유전체 플레이트들, 복수의 유도성 코일들, 및 기판 지지 조립체를 포함한다. 샤워헤드는 복수의 천공된 부재들을 포함하고, 복수의 천공된 부재들 각각은 복수의 지지 부재들 중 하나 이상에 커플링된다. 지지 부재들은 유도성 코일들과 천공된 부재들 사이에 형성된 볼륨에 전구체 가스들을 제공한다. 기판 지지 조립체는 정전 척 조립체, 절연 층 및 기판 바이어스 플레이트를 포함한다. 기판 바이어스 플레이트는 DC 타입 전력원 및 로우패스 필터에 커플링된다.
[0007] 일 실시예에서, 기판 상에 막들을 증착하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 샤워헤드의 복수의 가스 볼륨들로 전구체 가스를 유동시키는 단계, 가스 볼륨들 각각 내로의 전구체 가스의 유동을 변화시키는 단계, 전구체 가스를 에너자이징(energize)하기 위해, 샤워헤드의 유도성 코일들에 RF 전력을 인가하는 단계, 에너자이징된 전구체 가스를 프로세싱 챔버의 프로세싱 구역 내로 유동시키는 단계, 및 기판 상의 막 증착을 조절하기 위해 기판 지지부 내의 바이어스 플레이트에 DC 바이어스 전력을 인가하는 단계를 포함한다.
[0008] 본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략히 요약된 본 개시내용의 더욱 상세한 설명이 실시예들을 참조함으로써 이루어질 수 있으며, 이 실시예들 중 일부는 첨부된 도면들에 예시된다. 그러나, 첨부된 도면들이 단지 본 개시내용의 예시적인 실시예들만을 예시하고 이에 따라 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 다른 동일하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
[0009] 도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 예시한다.
[0010] 도 2a는 도 1의 덮개 조립체(lid assembly)의 일부분의 확대도이다.
[0011] 도 2b는 코일의 일 실시예의 평면도이다.
[0012] 도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 샤워헤드와 관련하여 기판의 중첩된 프로파일(superimposed profile)을 갖는, 샤워헤드의 페이스플레이트의 저면도이다.
[0013] 도 4는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 예시한다.
[0014] 도 5는 도 4에서 증착된 막들의 형성 시 수행되는 동작들을 예시하는 흐름도이다.
[0015] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
[0016] 본 개시내용의 실시예들은, 대면적 기판 상에 복수의 층들을 증착하기 위한 방법들 및 장치를 포함한다. 일 실시예에서, 플라즈마 증착을 위한 프로세싱 챔버가 제공된다. 프로세싱 챔버는 샤워헤드 및 기판 지지 조립체를 포함한다. 샤워헤드는 RF 전력원 및 접지에 커플링되고, 복수의 천공된 가스 확산 부재들을 포함한다. 복수의 플라즈마 어플리케이터들이 샤워헤드 내에 배치되고, 여기서, 복수의 플라즈마 어플리케이터들 중 하나의 플라즈마 어플리케이터는 복수의 천공된 가스 확산 부재들 중 하나에 대응한다. 추가로, DC 바이어스 전력원이 기판 지지 조립체에 커플링된다.
[0017] 본원에서 사용되는 바와 같은 대면적 기판은, 통상적으로 약 1 제곱 미터 이상의 표면적을 갖는 기판이다. 그러나, 기판은 임의의 특정 사이즈 또는 형상으로 제한되지 않는다. 일 양상에서, "기판"이란 용어는, 예컨대 평판 디스플레이들의 제작 시 사용되는 유리 또는 폴리머 기판과 같은 임의의 다각형, 정사각형, 직사각형, 만곡형 또는 그렇지 않으면 비-원형 워크피스(non-circular workpiece)를 지칭한다.
[0018] 본원에서, 샤워헤드는, 프로세싱 존에서 가스에 노출된 대면적 기판의 표면의 프로세싱의 균일성을 개선시키기 위하여, 다수의 독립적으로 제어되는 존들에서 챔버의 프로세싱 볼륨을 통해 그리고 이 프로세싱 볼륨 내로 가스를 유동시키도록 구성된다. 부가적으로, 각각의 존은 플레넘(plenum), 플레넘과 챔버의 프로세싱 볼륨 사이의 하나 이상의 천공된 부재들, 그리고 존 또는 개별적인 천공된 플레이트에 전용된 코일 또는 코일의 일부분으로 구성된다. 플레넘은 유전체 윈도우, 천공된 부재 그리고 주변 프레임 구조 사이에 형성된다. 각각의 플레넘은, 천공된 부재를 통하는 그리고 프로세싱 볼륨 내로의 프로세싱 가스들의 비교적 균일한 유량 또는 일부 경우들에서 맞춤형 유량을 야기하기 위해 이러한 프로세싱 가스(들)가 이러한 각각의 플레넘을 통해 유동되어 분배되는 것을 가능하게 하도록 구성된다. 플레넘은, 플레넘 내의 프로세스 가스(들)의 압력들에서 이러한 프로세스 가스(들)로 형성된 플라즈마의 암흑 공간(dark space) 두께의 2 배 미만의 두께를 갖는다. 바람직하게는 코일 형상의 유도성 커플러가 유전체 윈도우 뒤에 포지셔닝되며, 프로세싱 볼륨에서 플라즈마를 점화(strike)시키고 지지하기 위해, 유전체 윈도우, 플레넘 및 천공된 부재를 통해 에너지를 유도성 결합한다. 각각의 존에서의 프로세스 가스(들)의 유동은, 대면적 기판 상에서의 원하는 프로세스 결과들을 달성하기 위해 균일한 또는 맞춤형 가스 유동들을 야기하도록 제어된다.
[0019] 본 개시내용의 실시예들은, 대면적 기판들을 포함하여, 기판 상에 하나 이상의 층들 또는 막들을 형성하도록 동작가능한 HDP-CVD(high density plasma chemical vapor deposition) 프로세싱 챔버를 포함한다. 본원에서 개시되는 바와 같은 프로세싱 챔버는, 플라즈마에서 생성되는, 전구체 가스의 에너자이징된 종들(energized species)을 전달하도록 구성될 수 있다. 플라즈마는, 진공 상태에서 에너지를 가스로 유도성 결합함으로써 생성될 수 있다. 본원에서 개시되는 실시예들은 캘리포니아주 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.의 자회사인 AKT America, Inc.로부터 입수가능한 챔버들에서 사용하도록 구성될 수 있다. 본원에서 논의되는 실시예들이 다른 제조업체들로부터 입수가능한 챔버들에서도 또한 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0020] 도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 예시적인 프로세싱 챔버(100)를 예시하는 단면도이다. 기판(102)이 챔버 바디(104) 내에서 페데스탈 또는 기판 지지 조립체(108)의 기판 수용 표면(120) 상에 배치된다. 기판 지지 조립체(108)는 챔버 바디(104)를 통해 연장되는 샤프트(110)에 커플링된다. 샤프트(110)는 액추에이터(112)에 커플링되고, 액추에이터(112)는 챔버 바디(104) 내에서 기판 지지 조립체(108)를 수직 방향으로(Z 방향으로) 이동시킨다. 예컨대, 도 1에 도시된 프로세싱 챔버(100)의 기판 지지 조립체(108)는 프로세싱 포지션에 예시된다. 그러나, 기판 지지 조립체(108)는 이송 포트(114)에 인접한 포지션까지 Z 방향으로 하강될 수 있다. 이 포지션에서, 챔버 바디(104) 밖으로 기판(102)을 이송하기 위해, 엔드 이펙터 또는 로봇 블레이드(미도시)가 이송 포트(114)를 통해 기판(102)과 기판 수용 표면(120) 사이에 삽입된다.
[0021] 프로세싱 챔버(100)는 또한, 기판 지지 조립체(108) 위에 배치된 덮개 조립체(106)를 포함한다. 덮개 조립체(106)는, 챔버 바디(104) 상에 놓이는 백킹 플레이트(122)를 포함할 수 있다. 덮개 조립체(106)는 가스 분배 조립체 또는 샤워헤드 조립체(124)를 포함하고, 이러한 가스 분배 조립체 또는 샤워헤드 조립체(124)는, 가스 소스로부터 샤워헤드 조립체(124)와 기판(102) 사이의 프로세싱 구역(126)으로 프로세스 가스들을 전달하도록 구성된다. 샤워헤드 조립체(124)는 또한, 불소 함유 가스들과 같은 세정 가스들을 프로세싱 구역(126)에 제공하는 세정 가스 소스에 커플링될 수 있다.
[0022] 샤워헤드 조립체(124)는 또한, 플라즈마 소스(128)로서 기능한다. 샤워헤드 조립체(124)는 하나 이상의 유도성 결합 플라즈마 생성 부재들 또는 코일들(130)을 포함한다. 하나 이상의 코일들(130) 각각은 단일 코일(130), 2 개의 코일들(130) 또는 2 개보다 많은 코일들(130)(이들은 공동으로 수행하며, 이하에서 단순히 코일들(130)로서 설명됨)일 수 있다. 하나 이상의 코일들(130) 각각은 전력원(148) 및 접지(ground)(133)에 커플링된다. 일 실시예에서, 전력원(148)은 유도성 결합 RF(radio frequency) 전력원이다. 전력원(148)은, 샤워헤드 조립체(124)에 의한 플라즈마 생성을 위한 임의의 적절한 주파수 및 전력 레벨에서 전력 신호를 제공하도록 구성된다. 제1 전력원이 코일들(130)의 전기적 특성들을 조정하기 위한 정합 회로 또는 튜닝 기능을 포함할 수 있다.
[0023] 샤워헤드 조립체(124)는 복수의 가스 유동 확산기들(134)을 갖는 페이스플레이트(132)를 더 포함한다. 가스 유동 확산기들(134)의 각각의 가스 유동 확산기는 그리드-형 구성으로 배열된 복수의 지지 부재들(136)에 의해 지지되고, 복수의 개구들(220)(도 2a)을 포함하며, 이러한 복수의 개구들(220)을 통해, 가스가 유동할 수 있다. 코일들(130)의 각각의 코일, 또는 하나 이상의 코일들(130)의 일부분들이 개개의 유전체 플레이트(138) 상에 또는 개개의 유전체 플레이트(138) 위에 배치된다. 덮개 조립체(106) 내에서 유전체 플레이트들(138) 위에 배치되는 코일(130)의 예가 도 2a에 더욱 명확하게 도시된다. 복수의 가스 볼륨들(140)이 지지 부재들(136), 가스 유동 확산기들(134) 및 유전체 플레이트들(138)의 표면들에 의해 정의된다. 하나 이상의 코일들(130) 각각은, 전력원(148)으로부터 RF 신호를 수신하도록 그리고 가스 볼륨들(140) 내의 플라즈마로 프로세스 가스들을 에너자이징하는 전자기장을 생성하도록 구성된다. 가스 볼륨들(140) 내의 에너자이징된 프로세스 가스들은 가스 유동 확산기들(134)을 통해 프로세싱 구역(126) 내로 그리고 기판(102)을 향해 유동된다.
[0024] 가스 소스로부터의 프로세스 가스들은 지지 부재들(136) 내의 도관들(200, 205)을 통해 가스 볼륨들(140) 각각에 제공된다. 샤워헤드 조립체(124)에 들어가고 이러한 샤워헤드 조립체(124)를 떠나는 가스(들)의 볼륨 또는 유량은 샤워헤드 조립체(124)의 상이한 존들에서 제어된다. 가스 볼륨들(140) 각각으로의 가스 유동은 복수의 유동 제어기들, 이를테면, 도 1에 예시된 바와 같은 유동 제어기들(142, 143 및 144)에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 샤워헤드 조립체(124)의 외부 또는 주변 존들로의 가스들의 유량이 유동 제어기들(142, 143)에 의해 제어될 수 있는 한편, 샤워헤드 조립체의 내부 또는 중심 존으로의 가스들의 유량은 유동 제어기(144)에 의해 제어될 수 있다. 챔버 세정이 수행될 때, 세정 가스 소스로부터의 세정 가스들이 가스 볼륨들(140) 각각으로 그리고 프로세싱 볼륨(140) 내로 유동될 수 있고, 이러한 프로세싱 볼륨(140) 내에서, 세정 가스들은 이온들, 라디칼들 또는 양자 모두로 에너자이징된다. 에너자이징된 세정 가스들은 챔버 컴포넌트들을 세정하기 위하여 가스 유동 확산기들(134)을 통해 프로세싱 구역(126) 내로 유동할 수 있다.
[0025] 도 2a는 도 1의 덮개 조립체(106)의 일부분의 확대도이다. 위에서 논의된 바와 같이, 가스 소스로부터의 전구체 가스들은 백킹 플레이트(122)에 형성된 제1 도관들(200)을 통해 가스 볼륨들(140)로 유동한다. 제1 도관들(200) 각각은 샤워헤드 프레임(136)을 통해 형성된 제2 도관들(205)에 커플링된다. 제2 도관들(205)은 개구(210)에서 전구체 가스들을 가스 볼륨들(140)에 제공한다. 일부 실시예들에서, 제2 도관들(205) 중 일부는 2 개의 인접한 가스 볼륨들(140)에 가스들을 제공할 수 있다(제2 도관들(205) 중 하나가 도 2a에 가상으로(in phantom) 도시됨). 일부 실시예들에서, 제2 도관들(205)은 가스 볼륨들(140)로의 유동을 제어하기 위한 유동 제한기(215)를 포함할 수 있다. 유동 제한기들(215)의 사이즈는 이 유동 제한기들(215)을 통하는 가스 유동을 제어하기 위하여 변화될 수 있다. 예컨대, 유동 제한기들(215) 각각은 유동을 제어하기 위해 활용되는 특정 사이즈(예컨대, 직경)의 오리피스를 포함한다. 추가로, 유동 제한기들(215) 각각은, 이러한 유동 제한기들(215) 각각을 통하는 유동을 제어하기 위해, 필요에 따라 더 큰 오리피스 사이즈 또는 더 작은 오리피스 사이즈를 제공하도록 필요에 따라 변경될 수 있다.
[0026] 도 2a에 도시된 바와 같이, 가스 유동 확산기들(134)은 가스 볼륨들(140)의 하단에 배치되고, 이러한 가스 유동 확산기들(134)을 통해 연장되는 복수의 개구들(220)을 포함한다. 복수의 개구들(220) 각각은, 가스 볼륨(140)과 프로세싱 구역(126) 사이에서 연장되는 개구들(220)의 직경에 기인하여, 원하는 유량들로, 코일들(130)에 의해 에너자이징된 가스들이 플라즈마로서 가스 볼륨들(140)로부터 프로세싱 구역(126) 내로 유동할 수 있게 한다. 개구들(220), 및/또는 개구들(220)의 행들 및 열들은, 가스 유동 확산기들(134) 중 하나 이상에서 개구들(220) 각각을 통하는 가스 유동을 균등하게 하기 위하여, 상이하게 사이징되고 그리고/또는 상이하게 이격될 수 있다. 대안적으로, 개구들(220) 각각으로부터의 가스 유동은 원하는 가스 유동 특성들에 따라 불균일할 수 있다.
[0027] 지지 부재들(136)은 볼트들 또는 나사들과 같은 패스너들(240)에 의해 백킹 플레이트(122)에 커플링된다. 지지 부재들(136) 각각은 계면 부분(245)에서 개별적인 가스 유동 확산기들(134)을 물리적으로 지지하고 분리한다. 계면 부분들(245) 각각은, 가스 유동 확산기들(134)의 에지 또는 둘레를 지지하는 레지 또는 쉘프(shelf)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 계면 부분들(245)은 제거가능 스트립(250)을 포함한다. 제거가능 스트립들(250)은 볼트 또는 나사와 같은 패스너(미도시)에 의해 지지 부재들(136)에 고정된다. 계면 부분들(245)의 일부분이 L-형상인 한편, 계면 부분들(245)의 다른 부분은 T-형상이다. 하나 이상의 밀봉부(seal)들(265)이 가스 볼륨들(140)을 밀봉하기 위해 활용된다. 예컨대, 밀봉부들(265)은 O-링 밀봉부 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 조인트 실란트 재료와 같은 탄성중합체 재료들이다. 하나 이상의 밀봉부들(265)이 지지 부재들(136)과 가스 유동 확산기들(134) 사이에 제공될 수 있다. 제거가능 스트립들(250)은 지지 부재들(136) 상에 가스 유동 확산기들(134)을 지지하기 위해 활용된다. 제거가능 스트립들(250)은, 각각의 가스 유동 확산기(134)를 개별적으로 교체하기 위해 필요에 따라 제거될 수 있다.
[0028] 그 외에도, 지지 부재들(136) 각각은 이러한 지지 부재들(136)로부터 연장되는 쉘프들(270)을 활용하여 유전체 플레이트들(138)을 지지한다(도 2a에 도시됨). 샤워헤드 조립체(124)/플라즈마 소스(128)의 실시예들에서, 유전체 플레이트들(138)은 전체 샤워헤드 조립체(124)/플라즈마 소스(128)의 표면적과 비교할 때 측면 표면적(X-Y 평면)이 더 작다. 유전체 플레이트들(138)을 지지하기 위하여, 쉘프들(270)이 활용된다. 다수의 유전체 플레이트들(138)의 감소된 측면 표면적은, 가스 볼륨(140) 및 프로세싱 구역(126) 내의 진공 환경 및 플라즈마와, 인접한 코일(130)이 통상적으로 포지셔닝되는 대기(atmospheric) 환경 사이의 물리적 장벽으로서 유전체 재료들의 사용을, 대기압 하중을 지지하는 대면적에 기반하여 이러한 유전체 재료들에 큰 응력들을 가하지 않고 가능하게 한다.
[0029] 밀봉부들(265)은 가스 볼륨들(140)(프로세싱 동안 밀리토르 이하 범위의 부압(sub atmospheric pressure)들에 있음)로부터 볼륨들(275)(대기압 또는 거의 대기압에 있음)을 밀봉하기 위해 사용된다. 계면 부재들(280)이 지지 부재들(136)로부터 연장되는 것으로 도시되며, 패스너들(285)이 유전체 플레이트들(138)을 밀봉부들(265) 및 쉘프들(270)에 대해 고정하기 위해, 즉, 밀어붙이기 위해 활용된다. 밀봉부들(265)은 또한, 가스 유동 확산기들(134)의 외부 둘레와 지지 부재들(136) 사이의 공간을 밀봉하기 위해 활용될 수 있다.
[0030] 샤워헤드(124)/플라즈마 소스(128)를 위한 재료들은 전기적 특성들, 강도 및 화학적 안정성 중 하나 이상에 기반하여 선정된다. 코일들(130)은 전기 전도성 재료로 만들어진다. 백킹 플레이트(122) 및 지지 부재들(136)은, 지지되는 컴포넌트들의 중량 및 대기압 하중을 지지할 수 있는 재료로 만들어지며, 이 재료는 금속 또는 다른 유사한 재료를 포함할 수 있다. 백킹 플레이트(122) 및 지지 부재들(136)은 알루미늄 재료와 같은 비-자성 재료(예컨대, 비-상자성 또는 비-강자성 재료)로 만들어질 수 있다. 제거가능 스트립들(250)은 또한, 비-자성 재료, 이를테면, 금속성 재료, 이를테면, 알루미늄, 또는 세라믹 재료(예컨대, 알루미나(Al2O3) 또는 사파이어(Al2O3))로 형성된다. 가스 유동 확산기들(134)은 세라믹 재료, 이를테면, 석영, 알루미나 또는 다른 유사한 재료로 만들어진다. 유전체 플레이트들(138)은 석영, 알루미나 또는 사파이어 재료들로 만들어진다.
[0031] 일부 실시예들에서, 샤워헤드 프레임(136)은 내부에 하나 이상의 냉각제 채널들(255)을 포함한다. 하나 이상의 냉각제 채널들(255)은, 냉각제 채널들(255)에 냉각제 매질을 제공하도록 구성된 유체 소스(260)에 유체적으로 커플링된다.
[0032] 도 2b는 덮개 조립체(106)에서 발견되는 유전체 플레이트들(138) 상에 포지셔닝된 코일(130)의 일 실시예의 평면도이다. 일 실시예에서, 도 2b에 도시된 코일(130) 구성은, 예시된 코일 구성이 유전체 플레이트들(138) 각각 위에 개별적으로 형성되어서, 각각의 평면 코일이 샤워헤드 조립체(124)에 걸쳐 원하는 패턴으로 인접하게 포지셔닝된 코일들(130)과 직렬로 연결되도록 사용될 수 있다. 코일(130)은 직사각형 나선 형상인 전도체 패턴(290)을 포함한다. 그러나, 다른 형태(morphology)들의 전도체 패턴들이 또한 고려된다. 전기 연결들은 전기 입력 단자(295A) 및 전기 출력 단자(295B)를 포함한다. 샤워헤드 조립체(124)의 하나 이상의 코일들(130) 각각은 직렬로 그리고/또는 병렬로 연결된다.
[0033] 도 3은 샤워헤드 조립체(124)의 페이스플레이트(132)의 일 실시예의 저면도이다. 도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 프로세싱 챔버(100) 내의 프로세싱 동안 샤워헤드 조립체(124)와 관련하여 기판 수용 표면(120) 상의 기판(102)의 포지션의 중첩된 프로파일을 포함한다. 위에서 설명된 바와 같이, 샤워헤드 조립체(124)는, 그리드-형 프레임으로 배열된 복수의 지지 부재들(136)에 의해 지지되고 분리되는 하나 이상의 가스 유동 확산기들(134)을 포함하도록 구성된다. 가스는, 각각의 가스 유동 확산기(134)를 통하는 복수의 개구들(220)을 통해, 가스 볼륨들(140)로부터 기판(102) 위의 프로세싱 구역(126) 내로 유동된다. 샤워헤드 조립체(124) 내의 코일들(130), 가스 볼륨들(140) 및 가스 유동 확산기들(134)의 수는 기판(102) 상의 막 증착을 위한 전체 면적(area)에 의존한다.
[0034] 도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른 프로세싱 챔버(400)를 예시하는 단면도이다. 위에서 언급된 바와 같은 프로세싱 챔버(100)의 특징들에 부가하여, 프로세스 챔버(400)는, 정전 척 조립체(158), 기판 바이어스 플레이트(160) 및 절연 층(162)을 갖는 기판 지지 조립체(108)를 포함한다.
[0035] 일 실시예에서, 정전 척 조립체(158)는, 기판 수용 표면(120)이 정전 척 조립체(158)의 상부 표면과 대응하도록 기판 지지 조립체(108)의 최상위 포지션에 배치된다. 정전 척 조립체(158)는 챔버 바디(104) 외부에 배치된 정전 척킹 전력원(152)에 커플링된다. 정전 척킹 전력원은, 프로세싱 동안 기판(102)의 정전 척킹을 위해 원하는 전압들을 제공하도록 구성된 임의의 적절한 전력 공급부일 수 있다. 그 외에도, 정전 척 조립체(158)는, 특정 기판 디바이스를 척킹하기 위해 선택된 임의의 적절한 어레인지먼트로 배치된 2 개 이상의 전극들을 포함할 수 있다. 예컨대, 정전 척 조립체(158)는 직사각형 나선으로 배열된 2 개의 전극들을 포함할 수 있는데, 하나의 전극이 다른 전극을 둘러싼다. 다른 예에서, 정전 척 조립체(158)는 원형 형상을 형성하는 2 개의 인터리빙 전극들을 포함할 수 있다. 정전 척 조립체(158) 내의 각각의 전극이 정전 척킹 전력원(158)에 의해 별개로 전력을 공급받을 수 있어서, 전극들이 상이한 극성들로 충전되는 것이 가능하게 된다.
[0036] 절연 층(162)은 기판 지지 조립체(108)의 최하위 포지션에 배치된다. 절연 층(162)은 실리콘 디옥사이드(SiO2)와 같은 유전체 재료로 형성될 수 있다. 절연 층(162)은 기판 바이어스 플레이트(160)에 의해 형성되는 전기장의 시선(line-of-sight) 경로를 챔버 바디(104)에 대해 차폐하여서, 기판 바이어스 플레이트(160)와 챔버 바디(104) 사이의 전기 아크의 가능성을 최소화한다.
[0037] 기판 바이어스 플레이트(160)는 정전 척 조립체(158)와 절연 층(162) 사이에 배치된다. 기판 바이어스 플레이트는 추가로, 선형 연결로 배열된 기판 바이어스 전력원(156) 및 로우패스 필터(154)에 커플링된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 바이어스 전력원(156) 및 로우패스 필터(154)는 챔버 바디(104) 외부에 배치될 수 있다. 기판 바이어스 플레이트(162) 및 기판 바이어스 전력원(156)은, 기판 지지 조립체(108) 상의 기판(102)의 원하는 영역들을 향해 프로세싱 구역(126) 내의 플라즈마로부터 이온들을 추출하기 위하여, 기판(102) 아래에 전기 바이어스를 제공하도록 구성된다. 프로세싱 동안 사용될 때, 기판(102)의 원하는 영역들을 향한 플라즈마 이온들의 추출은 막 특성들(예컨대, 막 두께 및 막 응력)이 제어될 수 있도록 막 증착을 조절한다. 예컨대, 플라즈마로부터 추출되는 이온들의 양(amount)(예컨대, 밀도)이, 기판 표면의 특정 구역들에 공급되는 기판 바이어스 전력을 조정함으로써 조절될 수 있어서, 기판(102) 상에 증착되는 막들의 인장 및 압축 응력 특성들의 제어가 가능하게 된다.
[0038] 기판 바이어스 전력원(156)은 포지티브 극성 또는 네거티브 극성으로 DC(direct current) 전압을 공급하는 DC 타입 전력원이다. 일 실시예에서, 기판 바이어스 전력원(156)은 일정한 DC 바이어스를 공급하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 기판 바이어스 전력원(156)은 펄스형(pulsed) DC 바이어스를 공급하도록 구성된다. 로우패스 필터(154)는, 전력원(148)으로부터의 RF 신호들이 기판 지지 조립체(108)와 커플링하고 기판 바이어스 전력원(156)을 통과하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
[0039] 도 5는 도 4의 프로세싱 챔버(400)를 사용하여 대면적 막 증착 동안 내재하는 막 응력을 제어하는 방법(500)을 예시하는 흐름도다. 동작(510)에서, 기판(102)은 기판 지지 조립체(108)의 기판 수용 표면(120) 상으로 이송된다. 기판(102)은 챔버 바디(104)의 측벽에 위치된 이송 포트(114)를 통해 임의의 적절한 수단에 의해, 이를테면, 로봇 블레이드에 의해 프로세싱 챔버(100) 내로 기판 지지 조립체(108) 상으로 이송될 수 있다. 그런 다음, 기판 지지 조립체(108)는 도 1에 도시된 바와 같이 액추에이터(112)에 의해 프로세싱 포지션으로 조정될 수 있다.
[0040] 동작(520)에서, 가스 소스로부터의 전구체 가스들이 지지 부재들(136)에 배치된 도관들(200, 205)을 통해 가스 볼륨들(140)에 제공된다. 전구체 가스들의 유동은, 각각의 가스 볼륨(140)에 제공되는 가스의 양 및 속도를 제어하는 여러 유동 제어기들(142, 143)에 의해 제어될 수 있다.
[0041] 동작(530)에서, 전력원(148)은 덮개 조립체(106) 내의 유도성 결합 코일들(130)에 RF 전력을 공급한다. RF 전력은 플라즈마 생성을 위한 임의의 적절한 주파수 또는 전력 레벨에서 공급될 수 있다. 예컨대, 56 kW의 RF 소스 전력 및 13.56 MHz의 신호 주파수가 인가될 수 있다. 다른 예에서, 56 kW 전력 및 2 MHz 주파수 RF 신호가 인가될 수 있다. 코일들(130)의 각각의 코일은 전력원(148)에 의해 공급된 RF 전력을 수신하고, 가스 볼륨들(140) 내의 전구체 가스들을 에너자이징하는 전자기장을 생성한다. 그런 다음, 에너자이징된 프로세스 가스들은 가스 유동 확산기들(134)을 통해 배치된 복수의 개구들(220)을 통해 프로세싱 구역(126) 내로 기판(102)을 향해 유동된다.
[0042] 동작(540)에서, 에너자이징된 프로세스 가스들이 프로세싱 구역(126) 내로 유동될 때, DC 바이어스가 기판 바이어스 플레이트(160)에 인가된다. DC 바이어스 전력은 기판 바이어스 전력원(156)에 의해 공급되고, 로우패스 필터(154)에 의해 필터링된다. DC 바이어스 출력은 포지티브 또는 네거티브 전위로 펄싱되거나 또는 일정할 수 있다. 임의의 적절한 펄스 레이트 또는 전력 레벨의 DC 바이어스가 기판 바이어스 플레이트(160)에 공급될 수 있다. 예컨대, 약 50 kHz 내지 약 500 kHz, 이를테면, 약 100 kHz 내지 약 400 kHz의 펄스 레이트를 갖는 펄스형 DC 바이어스가 공급될 수 있다. 예컨대, 약 250 kHz 내지 약 300 kHz의 펄스 레이트를 갖는 펄스형 DC 바이어스가 공급될 수 있다. 펄스형 또는 일정한 DC 바이어스는 약 50 W 내지 약 1000 W, 이를테면, 약 250 W 내지 약 750 W 범위 내의 전력 레벨에서 제공된다. 예컨대, DC 바이어스 전력은 약 400 W 내지 약 600 W의 전력 레벨에서 제공된다.
[0043] 동작(540)에서, 기판 바이어스 플레이트(160)에 걸친 DC 전력의 인가는 국부적인 용량성 결합 전기장을 생성함으로써 기판(102)을 향해 플라즈마를 바이어싱하여서, 기판 표면 상의 이온 충격(bombardment)을 증가시키며 내재하는 막 응력이 조절된 막 층이 형성되는 것을 가능하게 한다. 동작(540)에서의 DC 기판 바이어싱의 사용은, 멀티-코일 ICP 시스템들을 활용하는 대면적 HDP-CVD 동안 내재하는 막 응력 특성들의 수정을 가능하게 한다. 특히, DC 바이어싱은, 증착되고 있는 막 전체에 걸쳐, 감소되는 그리고 균일한 막 응력 레벨들로, 대면적 기판 막 층들의 형성을 가능하게 한다.
[0044] 막 응력 제어의 다른 방법들은 기판 바이어싱을 수반하지 않거나, 또는 기판 표면 상의 이온 충격을 조절하기 위해 RF 기판 바이어스 전력의 인가를 수반한다. 그러나, 멀티-코일 ICP 시스템들을 갖는 HDP 챔버들로 구현되는 경우, 이들 방법들은 증착된 막 층들의 원하지 않는 막 응력 특성들을 초래한다. 예컨대, 기판 바이어스가 인가되지 않을 때, 증착된 막 층들은 원하지 않는 고 인장 막 응력 레벨들을 나타내는 경향이 있다.
[0045] 대안적으로, RF 기판 바이어스가 인가될 때, 증착된 막 층들은 불균일한 막 응력 레벨들을 나타내는 경향이 있다. 특히, 멀티-코일 ICP 시스템의 코일들 바로 아래에 배치된 기판 영역들의 막 응력이 RF 바이어스 전력에 의해 조절되는 경향이 있는 한편, 샤워헤드 구조 프레임 아래에 배치된 기판 영역들은 대체로 영향을 받지 않은 상태로 남아 있다. 이러한 불균일성은, RF 바이어스 전력이 플라즈마를 관통하며 위에 배치된 접지된 샤워헤드 구조 프레임에 커플링된 결과이다. 따라서, 막 응력은 RF 기판 바이어스가 인가될 때 포지션 의존적이다.
[0046] 상대적으로, DC 기판 바이어스가 인가될 때, 막 응력의 조절은 포지션 의존적이지 않다. 오히려, DC 바이어스 전력이 위의 접지된 샤워헤드 구조 프레임에 커플링되지 않기 때문에, 결과적인 막 층은 균일한 막 응력 특성들을 나타낸다. 따라서, 플라즈마 쉬스(sheath)는 DC 바이어스 전력의 영향을 받으며, 샤워헤드 구조 프레임 아래에 있을 뿐만 아니라 멀티-코일 ICP 시스템의 코일들 아래에도 있는 영역들은 실질적으로 동일하게 조절된다.
[0047] 본 개시내용의 실시예들은 대면적 기판 상에 막의 하나 이상의 층들을 형성할 수 있는 방법 및 장치를 포함한다. 가스(또는 전구체) 유동 뿐만 아니라 플라즈마 균일성이, 개별적인 가스 유동 확산기들(134), 코일들(130) 및/또는 유동 제어기들(142, 143 및 144)의 구성들의 조합에 의해 제어된다. 막 응력 균일성은 기판 지지 조립체(108) 내의 바이어스 기판 플랫폼(160)으로의 DC 기판 바이어스의 인가에 의해 제어된다.
[0048] 일 예에서, 플라즈마 증착 챔버가 제공된다. 플라즈마 증착 챔버는 복수의 천공된 부재들을 갖는 샤워헤드, 복수의 천공된 부재들 중 하나 이상에 대응하는 유도성 커플러, 천공된 부재들 각각을 지지하기 위한 복수의 지지 부재들, 및 기판 지지 조립체를 포함한다. 지지 부재들 중 하나 이상은 유도성 커플러들과 천공된 부재들 사이의 볼륨에 전구체 가스들을 제공한다. 기판 지지 조립체는 정전 척 조립체, 절연 층 및 기판 바이어스 플레이트를 포함한다. 기판 바이어스 플레이트는 DC 타입 전력원 및 로우패스 필터에 커플링된다.
[0049] 이러한 예에서, 로우패스 필터는 선택적으로, 유도성 코일들에 공급되는 RF 전력이 DC 타입 전력원과 커플링되는 것을 방지한다.
[0050] 이러한 예에서, DC 타입 전력원은 선택적으로, 포지티브 극성 또는 네거티브 극성으로 바이어스 플레이트에 일정한 DC 바이어스를 제공하도록 구성된다.
[0051] 이러한 예에서, DC 타입 전력원은 선택적으로, 포지티브 극성 또는 네거티브 극성으로 바이어스 플레이트에 펄스형 DC 바이어스를 제공하도록 구성된다.
[0052] 이러한 예에서, 복수의 지지 부재들 및 복수의 천공된 부재들 각각은 선택적으로, 계면 부분을 포함하고, 각각의 계면 부분은 하나 이상의 제거가능 스트립들을 포함한다.
[0053] 전술된 내용이 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않고, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 플라즈마 증착 챔버로서,
    복수의 천공된 부재들을 갖는 샤워헤드 ―상기 복수의 천공된 부재들 각각은 복수의 지지 부재들 중 하나 이상에 커플링됨―;
    복수의 유전체 플레이트들 ―상기 복수의 유전체 플레이트들의 각각의 유전체 플레이트는 상기 복수의 천공된 부재들 중 하나에 대응함―;
    복수의 유도성 코일들 ―상기 복수의 유도성 코일들 중 하나의 유도성 코일은 상기 복수의 유전체 플레이트들 중 하나에 대응하고, 상기 복수의 지지 부재들은 상기 유도성 코일들과 상기 천공된 부재들 사이에 형성된 볼륨에 전구체 가스들을 제공함―; 및
    기판 지지 조립체
    를 포함하고,
    상기 기판 지지 조립체는,
    정전 척킹 전력원에 커플링된 정전 척 조립체 ―상기 정전 척 조립체는 상기 기판 지지 조립체의 최상위 포지션에 배치됨―;
    상기 기판 지지 조립체의 최하위 포지션에 배치된 절연 층; 및
    선형 연결로 배열된 DC 타입 전력원 및 로우패스 필터에 커플링된 기판 바이어스 플레이트
    를 포함하고,
    상기 기판 바이어스 플레이트는 상기 정전 척 조립체와 상기 절연 층 사이에 배치된,
    플라즈마 증착 챔버.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 지지 부재들은 상기 전구체 가스들을 유동시키기 위해 내부에 형성된 도관들을 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 지지 부재들은 냉각제를 유동시키기 위해 내부에 형성된 냉각제 채널들을 더 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 유도성 코일들 각각과 연관된 유전체 플레이트를 더 포함하고, 상기 유전체 플레이트는 상기 볼륨의 일 측의 경계를 이루는,
    플라즈마 증착 챔버.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 지지 부재들이 그리드-형 구성으로 배열되어서, 상기 유도성 코일들, 상기 유전체 플레이트들 및 상기 복수의 천공된 부재들 각각은 분리되는,
    플라즈마 증착 챔버.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 유도성 코일들 각각은 RF 타입 전력원에 커플링되는,
    플라즈마 증착 챔버.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 DC 타입 전력원은, 포지티브 극성 또는 네거티브 극성으로 상기 기판 바이어스 플레이트에 일정한 DC 바이어스를 제공하도록 구성되는,
    플라즈마 증착 챔버.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스는 약 50 W 내지 약 1000 W의 전력 레벨로 제공되는,
    플라즈마 증착 챔버.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 DC 타입 전력원은, 포지티브 극성 또는 네거티브 극성으로 상기 기판 바이어스 플레이트에 펄스형(pulsed) DC 바이어스를 제공하도록 구성되는,
    플라즈마 증착 챔버.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 펄스형 DC 바이어스는 약 50 kHz 내지 약 500 kHz의 주파수로 펄싱되는(pulsed),
    플라즈마 증착 챔버.
  11. 기판 상에 막들을 증착하기 위한 방법으로서,
    프로세싱 챔버 내의 샤워헤드의 복수의 가스 볼륨들로 전구체 가스를 유동시키는 단계 ―상기 가스 볼륨들 각각은 개개의 가스 볼륨과 전기 통신하는 유도성 코일 및 천공된 부재를 포함함―;
    상기 가스 볼륨들 각각 내로의 상기 전구체 가스의 유동을 변화시키는 단계;
    전자기장을 생성하여 상기 가스 볼륨들 각각 내의 상기 전구체 가스를 에너자이징(energize)하기 위해, 상기 유도성 코일에 RF 전력을 인가하는 단계;
    상기 에너자이징된 전구체 가스를 상기 프로세싱 챔버의 프로세싱 구역 내로 유동시키는 단계; 및
    상기 기판 상의 상기 막들의 증착을 조절하기 위해 기판 지지부 내의 바이어스 플레이트에 DC 바이어스 전력을 인가하는 단계
    를 포함하는,
    기판 상에 막들을 증착하기 위한 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 다수의 존들을 포함하고, 상기 존들 각각에서 가스 유동이 상이한,
    기판 상에 막들을 증착하기 위한 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 바이어스 플레이트는 DC 타입 전력원에 커플링되는,
    기판 상에 막들을 증착하기 위한 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 전력은 포지티브 극성 또는 네거티브 극성의 일정한 DC 바이어스인,
    기판 상에 막들을 증착하기 위한 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 전력은 포지티브 극성 또는 네거티브 극성의 펄스형 DC 바이어스인,
    기판 상에 막들을 증착하기 위한 방법.
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