KR20220020820A - 챔버 잔류물들을 감소시키는 방법들 - Google Patents

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비네이 케이. 프라바카르
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랏사미 림둘파이분
광덕 더글라스 이
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Abstract

본 개시내용은 프로세스 챔버에서 기판 프로세싱 동안 하드웨어 잔류물의 형성을 감소시키고 2차 플라즈마 형성을 최소화하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 프로세스 챔버는 제1 가스를 프로세스 볼륨 내로 유동시키고 그로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된 가스 분배 부재를 포함할 수 있다. 제2 가스는 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 공급된다. 또한, 프로세싱 동안 또는 프로세싱 후에 프로세스 볼륨으로부터 과잉 가스들 또는 부산물들을 제거하기 위해 하부 구역에 배기 포트가 배치된다.

Description

챔버 잔류물들을 감소시키는 방법들
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판 증착 프로세스들 동안의 챔버 벽들 및 하드웨어 컴포넌트들, 이를테면, 반도체 기판들 상의 박막들의 증착 동안의 프로세스 챔버들의 하드웨어 컴포넌트들 상의 잔류물들의 형성을 최소화하기 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다.
[0002] PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)는 반도체 디바이스 제작을 위해 기판 상에 하나 이상의 박막들을 형성하는 데 사용될 수 있다. 반도체 디바이스들이 그들의 연속적으로 감소하는 치수들 및 멀티-스택 구조들의 활용으로 인해 더 높은 메모리 밀도를 요구함에 따라, 반도체 디바이스들의 막 특성들의 제어가 점점 더 우려되고 있다. 막 형성 프로세스에서 결함들의 주요 원인은 증착 챔버 내의 잔류물들, 특히 챔버 최하부 및 슬릿 밸브 영역들과 같은 원하지 않는 영역들에 증착된 잔류물들의 존재이다. 챔버 내의 그러한 잔류물들의 존재는 결함있는 반도체 디바이스들을 초래할 뿐만 아니라, 증착 사이클들 사이의 세정 시간을 증가시키고, 그에 따라, 전체 수율 처리량을 감소시키고 제조 비용들을 증가시킨다. 챔버 잔류물들의 축적에 기여하는 요인들은 챔버 전체에 걸친 플라즈마의 잘못된 분산 및 원하지 않는 기생 플라즈마의 형성을 포함한다.
[0003] 따라서, 챔버 컴포넌트들 상의 잔류물들의 증착 및 축적을 최소화하기 위한 개선된 방법들 및 장치가 당해 기술분야에 필요하다.
[0004] 일 실시예에서, 막을 형성하기 위한 방법은, 제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계, 기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계, 및 제2 유량으로 프로세스 볼륨 내로 제2 가스를 유입시키는 단계를 포함한다. 제2 가스는 기판 지지 조립체 아래에 배치된 가스 유입 포트를 통해 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입된다. 제1 유량 대 제2 유량의 비(ratio)는 약 0.5 내지 약 3이다.
[0005] 일 실시예에서, 막을 형성하기 위한 방법은, 제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계, 기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계, 및 프로세스 챔버 내의 총 유동의 약 40%를 차지하는 제2 유량으로 프로세스 볼륨 내로 제2 가스를 유입시키는 단계를 포함한다. 제2 가스는 기판 지지 조립체 아래에 배치된 가스 유입 포트를 통해 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입된다.
[0006] 일 실시예에서, 막을 형성하기 위한 방법은, 제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계, 기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계, 및 프로세스 챔버 내의 총 유동의 적어도 40%를 차지하는 제2 유량으로 프로세스 볼륨 내로 산소 가스를 유입시키는 단계를 포함한다. 제1 유량 대 제2 유량의 비는 약 0.5 내지 약 3이다. 산소 가스는 기판 지지 조립체 아래에 배치된 가스 유입 포트를 통해 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입되고, 기판 지지 조립체 아래에서 플라즈마의 미반응 종을 소비하기 위한 자연 연소 반응(spontaneous combustion)을 가능하게 한다.
[0007] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
[0008] 도 1a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 예시한다.
[0009] 도 1b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 예시한다.
[0010] 도 2는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 방법의 흐름도를 예시한다.
[0011] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0012] 본 개시내용은 프로세스 챔버에서 기판 프로세싱 동안 하드웨어 잔류물의 형성을 감소시키고 2차 플라즈마 형성을 최소화하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 프로세스 챔버는 제1 가스를 프로세스 볼륨 내로 유동시키고 그로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된 가스 분배 부재를 포함할 수 있다. 플라즈마의 잘못된 분산을 감소시키고, 웨이퍼 평면 아래의 활성 라디칼 종의 존재를 감소시키고, 하부 구역을 능동적으로 세정하기 위해, 제2 가스가 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 공급된다. 또한, 프로세싱 동안 또는 프로세싱 후에 프로세스 볼륨으로부터 과잉 가스들 또는 부산물들을 제거하기 위해 하부 구역에 배기 포트가 배치된다.
[0013] 도 1a는 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 프로세스 챔버(100)는 기판, 이를테면, 기판(154) 상에 CVD(chemical vapor deposition) 막을 증착하기에 적절한 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 챔버일 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이 이익을 얻도록 구성될 수 있는 프로세스 챔버들의 예들은, 캘리포니아, 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 입수가능한 PRODUCER® CVD 프로세스 장치 및 PRECISION™ 프로세스 장치를 포함한다. 본원에서 설명되는 실시예들에 따라, 다른 제조사들로부터의 또는 다른 애플리케이션들을 위한 프로세스 챔버들을 포함하는 다른 적절하게 구성된 프로세스 챔버들이 또한 사용될 수 있다. 예컨대, 본원에서 설명되는 실시예들은, 특히 에칭 챔버들, 이온 주입 챔버들, 및 스트리핑 챔버들에 이익이 되도록 사용될 수 있다.
[0014] 프로세스 챔버(100)는, 증착 및 제거 프로세스들을 포함하는 다양한 플라즈마 프로세스들을 위해 사용될 수 있다. 일 양상에서, 프로세스 챔버(100)는 RF(radio frequency) 전력 소스들과 함께 또는 RF 전력 소스들 없이 하나 이상의 전구체 가스들을 사용하여 CVD를 수행하는 데 사용된다. 다른 실시예에서, 프로세스 챔버(100)는 PECVD 프로세스들을 위해 사용된다.
[0015] 프로세스 챔버는, 프로세스 볼륨(120)을 적어도 부분적으로 정의하는 측벽들(106) 및 챔버 최하부(108)를 갖는 챔버 바디(102)를 포함한다. 프로세스 챔버(100)는 덮개 조립체(110) 및 기판 지지 조립체(104)를 더 포함한다. 기판 지지 조립체(104)는 프로세스 볼륨(120)에 배치되고, 프로세싱 동안 기판 지지 조립체(104) 상에 기판(154)을 지지하도록 구성된다. 덮개 조립체(110)는 챔버 바디(102)의 상부 단부에서 챔버 바디(102)에 커플링되어, 프로세스 볼륨(120) 내의 기판 지지 조립체(104)를 둘러싼다. 기판(154)은 측벽(106)에 형성된 슬릿 밸브 개구(126)를 통해 프로세스 볼륨(120)으로 전달된다. 슬릿 밸브 개구(126)는 기판 전달을 위해 기판 전달 로봇(미도시)에 의한 프로세스 볼륨(120)에 대한 액세스를 가능하게 하기 위해 선택적으로 개방 및 폐쇄된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 프로세스 가스들 및 세정 가스들은 슬릿 밸브 개구(126)를 통해 프로세스 볼륨 내로 유입될 수 있다.
[0016] 전극(109)이 챔버 바디(102) 근처에 배치되고, 그리고 챔버 바디(102)를 덮개 조립체(110)의 다른 컴포넌트들로부터 분리시킨다. 전극(109)은 덮개 조립체(110)의 일부일 수 있거나, 또는 별개의 측벽 전극일 수 있다. 유전체 재료, 이를테면, 세라믹 재료 또는 금속 산화물 재료, 예컨대 알루미늄 산화물 및/또는 알루미늄 질화물로 형성될 수 있는 아이솔레이터(107)가 전극(109)과 접촉하고, 전극(109)을 덮개 조립체(110)의 다른 컴포넌트들로부터 그리고 챔버 바디(102)로부터 전기적으로 그리고 열적으로 분리시킨다. 일 실시예에서, 전극(109)은, 아이솔레이터들(107)이 측벽들(106) 및 덮개 조립체(110)와 접촉하도록, 대향하는 아이솔레이터들(107) 사이에 샌드위치된다.
[0017] 덮개 조립체(110)는, 하나 이상의 프로세스 가스들, 전구체들, 또는 세정 가스들을 프로세스 볼륨(120) 내로 유동시키기 위한 복수의 개구들(118)을 갖는 가스 분배 부재(112)를 포함한다. 가스들은 도관(114)을 통해 제1 가스 소스(111)로부터 프로세스 챔버(100)로 공급되고, 가스들은 개구들(118)을 통해 프로세스 볼륨(120) 내로 유동하기 전에 혼합 플레넘(116) 내로 유동된다. 일 예에서, 증착 또는 세정 프로세스들 동안 하나 이상의 불활성 가스들, 이를테면, 아르곤, 질소, 산소, 헬륨 등이 프로세스 볼륨(120) 내로 유동될 수 있다. 증착 동안 프로세스 볼륨(120) 내로 유동될 수 있는 전구체 가스들의 다른 적절한 예들은 프로펜, 암모니아, 테트라에틸 오쏘실리케이트, 실란 등을 포함한다. 하나 이상의 가스들은 약 1000 sccm(standard cubic centimeter per minute) 내지 약 20000 sccm, 이를테면, 약 5000 sccm 내지 약 15000 sccm, 이를테면, 약 10000 sccm의 총 유량으로 프로세스 볼륨(120) 내로 유입된다.
[0018] 가스 분배 부재(112)는 가스 분배 부재(112)에 전력을 제공하도록 구성된 전력 소스(142), 이를테면, RF(radio frequency) 전력 소스에 추가로 커플링된다. 일 실시예에서, 프로세스 볼륨(120)에 플라즈마를 형성하기 위해 연속 또는 펄스형 RF 전력이 활용된다. 다른 실시예들에서, 프로세스 볼륨(120)에 플라즈마를 형성하기 위해 연속 또는 펄스형 DC 전력이 활용된다. 전력 소스(142)는 약 50 kHz 내지 약 13.6 MHz의 주파수에서 약 100 와트 내지 약 3000 와트의 전력을 제공한다.
[0019] 동작 시에, 프로세스 가스들 또는 전구체들은 제1 가스 소스(111)로부터 프로세스 볼륨(120)으로 공급되고, 가스 분배 부재(112)의 복수의 개구들(118)을 통해 유동한다. 플라즈마는, 전력 소스(142)에 의해 가스 분배 부재(112)에 공급되는 RF 전력에 의한 프로세스 가스들 또는 전구체들의 활성화에 의해 프로세스 볼륨(120)에 형성된다. 플라즈마는 기판 지지 조립체(104)에 의해 지지되는 기판(154) 상에 막들을 형성하거나 기판(154)으로부터 막들을 에칭한다.
[0020] 기판 지지 조립체(104)는 금속성 또는 세라믹 재료, 이를테면, 금속 산화물 재료, 금속 질화물 재료, 금속 산질화물 재료, 또는 이들의 임의의 조합으로 형성된다. 예컨대, 기판 지지 조립체(104)는 알루미늄-함유 재료, 알루미늄 질화물-함유 재료, 알루미늄 산화물-함유 재료, 또는 알루미늄 산질화물-함유 재료로 형성된다. 기판 지지 조립체(104)는, 기판 지지 조립체(104)의 제1 표면 상에 배치되고, 기판 지지 조립체(104)의 제2 표면에 평행하고, 그리고 덮개 조립체(110)를 향하는 기판 지지 표면(180)을 포함한다. 기판 지지 표면(180)은 프로세싱 동안 기판(154)을 직접 지지하도록 구성된다. 기판 지지 조립체(104)는 챔버 최하부(108)의 개구(146)를 통해 연장되는 샤프트(144)를 통해 리프트 메커니즘(147)에 커플링된다. 리프트 메커니즘(147)은 기판 지지 표면(180)이 하부 전달 포지션과 하나 이상의 상승된 프로세스 포지션들 사이에서 프로세스 볼륨(120)을 통해 수직으로 이동될 수 있게 한다.
[0021] ESC(electrostatic chuck)(130)가 기판 지지 조립체(104)에 배치된다. 정전 척(130)은 하나 이상의 전극들(122)을 포함한다. 전극들은 플레이트, 천공된 플레이트, 메시, 와이어 스크린, 또는 임의의 다른 분산형 어레인지먼트일 수 있다. 하나 이상의 전극들(122)은, 전극들(122)에 전력을 제공하고 기판(154)의 프로세싱 동안 기판 지지 표면(180)에 대한 기판(154)의 척킹을 가능하게 하기 위해 전극 전력 소스(124)에 커플링된다. 일 실시예에서, 전극 전력 소스(124)는 척킹을 위해 전극들(122)에 DC 전압을 인가한다. 전극 전력 소스(124)는 연속 또는 펄스형 전력 중 어느 하나 또는 둘 모두를 생성할 수 있다.
[0022] 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 기판 지지 조립체(104)는 기판(154)의 프로세싱 동안 플라즈마를 생성하기 위해 전극(109)과 조합하여 사용하기 위한 추가적인 전극들(미도시)을 포함한다. 플라즈마를 생성하기 위해 기판 지지 조립체(104)에 또는 기판 지지 조립체(104) 근처에 배치된 추가적인 전극들 및 전극(109)의 사용은 다양한 실시예들을 가질 수 있다. 예컨대, 프로세스 볼륨(120) 내의 용량성 플라즈마의 형성을 가능하게 하기 위해 구동 신호들을 추가적인 전극들 및 전극(109) 중 적어도 하나에 공급(drive)함으로써, RF 필드가 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 추가적인 전극들은 프로세스 볼륨(120) 내의 플라즈마를 바이어싱하기 위해 전극(109)과 조합하여 사용된다. 전극 전력 소스(124)는 약 13.56 MHz의 주파수로 최대 약 1000 W의 RF 전력을 전극들(122) 또는 추가적인 전극들에 제공한다. 그러나, 애플리케이션에 따라 다른 주파수들 및 전력들이 제공될 수 있다는 것이 고려된다. 예컨대, 전극 전력 소스(124)는 다수의 주파수들, 이를테면, 13.56 MHz 및 2 MHz를 제공할 수 있다.
[0023] 기판 지지 조립체(104)는, 기판 지지 조립체(104)에 배치되고 가열기 전력 소스(148)에 커플링된 가열기 장치(140)를 더 포함한다. 가열기 장치(140)는 기판(154)을 가열하는 데 사용되며, 기판(154)의 프로세싱 동안 프로세스 볼륨(120)을 부수적으로(incidentally) 가열할 수 있다. 일 실시예에서, 가열기 장치(140)는 저항성 가열기이다. 다른 실시예에서, 기판(154)에 열을 전도하기 위해, 가열기 장치(140)는 자신을 통하는 가열된 또는 냉각된 유체, 이를테면, 공기, 질소, 헬륨, 물, 글리콜 등의 유동을 수용하도록 구성된 채널이다.
[0024] 하나 이상의 가스 유입 포트들(162)이 챔버 바디(102)를 관통해 기판 지지 조립체(104) 아래에 배치되고, 제2 가스 소스(113)에 커플링된다. 일 실시예에서, 하나 이상의 가스 유입 포트들(162)은 프로세스 볼륨(120)의 하부 구역(150) 근처의 측벽들(106)을 관통해 형성된다. 다른 실시예에서, 도 1a에 묘사된 바와 같이, 하나 이상의 가스 유입 포트들(162)은 개구(146)와 별개로 챔버 최하부를(108)을 관통해 형성된다. 또 다른 실시예에서, 개구(146) 자체는, 하나 이상의 가스 유입 포트들(162)에 대한 대안으로 또는 그와 조합하여 활용될 수 있는 가스 유입 포트로서 기능한다.
[0025] 제2 가스 소스(113)는 가스 유입 포트들(162) 및/또는 개구(146)를 통해 프로세스 볼륨(120)의 하부 구역(150) 내로 하나 이상의 프로세스 가스들, 전구체들, 세정 가스들, 또는 배리어 가스들을 공급한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 가스들이 슬릿 밸브 개구(126)를 통해 하부 구역(150) 내로 공급될 수 있다. 제2 가스 소스(113)는 프로세스 볼륨(120) 내로의, 더 구체적으로는 하부 구역(150)으로의 가스의 유량 및 가스의 타입을 제어한다. 일 실시예에서, 제2 가스 소스(113)는 퍼지 가스를 하부 구역(150) 내로 공급한다. 퍼지 가스는 불활성 가스일 수 있다. 추가적으로, 퍼지 가스는, 제1 가스 소스(111)에 의해 공급되는 가스들에 비해 비교적 낮은 반응성을 갖고(예컨대, 비-반응성 종) 그리고 이원자 아르곤의 해리 에너지(dissociation energy)보다 더 큰 해리 에너지를 갖는 종으로 형성될 수 있다. 예컨대, 퍼지 가스는 약 4.73 kJmol-1 초과의 해리 에너지를 갖는 종으로 형성될 수 있다. 예컨대, 퍼지 가스는 헬륨, 아르곤, 산소, 질소, 수소, 암모니아, 또는 이들의 임의의 조합 중 임의의 하나로 형성될 수 있다. 그러한 예에서, 하부 구역(150)에서의 제2 가스의 이온화가 완화되거나 방지된다.
[0026] 배기 포트(152)는 프로세스 볼륨(120)과 유체 연통하고, 챔버 바디(102)를 관통해 연장된다. 일 실시예에서, 배기 포트(152)는 측벽(106)을 관통해 배치된다. 배기 포트(152)는 프로세스 볼륨(120)을 둘러싸는 환형 펌핑 채널, 또는 프로세스 볼륨(120) 근처의 비-환형 펌핑 포트일 수 있는 것으로 고려된다. 다른 실시예에서, 배기 포트(152)는 챔버 최하부(108)를 관통해 배치된다. 배기 포트(152)는 기판(154)의 프로세싱 동안 또는 프로세싱 후에 프로세스 볼륨(120)으로부터 과잉 프로세스 가스들 또는 부산물들을 제거하기 위해 진공 펌프(156)에 커플링된다.
[0027] 동작 시에, 프로세스 가스들 또는 퍼지 가스들은 가스 유입 포트들(162), 개구(146), 및/또는 슬릿 밸브 개구(126)를 통해 제2 가스 소스(113)로부터 기판 지지 조립체(104) 아래의 하부 구역(150)에 공급된다. 기판(154) 상에 하나 이상의 막들을 증착하기 위해 기판 지지 조립체(104) 위에 플라즈마가 형성되는 동안, 프로세스 가스들 또는 퍼지 가스들은 제2 가스 소스(113)에 의해 하부 구역(150)에 공급된다. 따라서, 제1 가스 소스(111) 및 제2 가스 소스(113)는, 비록 프로세스 챔버(100)의 상이한 구역들로부터이긴 하지만, 가스들을 프로세스 볼륨(120)에 동시에 공급한다.
[0028] 다른 실시예들과 조합될 수 있는 특정 실시예들에서, 제2 가스 소스(113)에 의해 공급되는 가스 종은 활성화된 플라즈마 종과 반응하여 부산물들을 형성하며, 그 부산물들은 배기 포트(152)를 통해 배기된다. 이는, 예컨대, 활성화된 플라즈마 종이 하부 구역(150) 내로 확산되는 경우, 또는 제2 가스가 프로세스 구역(150)의 상부 구역 내로 확산되는 경우에 발생할 수 있다. 특정 실시예들에서, 제2 가스 소스(113)에 의해 공급되는 가스 종은 활성화된 플라즈마 종과의 어떤 반응도를 갖는 것이 아니라(또는 최소의 반응도를 가짐), 오히려 배기 포트(152)를 통해 배기되기 전에 프로세스 볼륨(120)(또는 하부 구역(150))의 활성화된 플라즈마 종을 희석시킨다. 그러한 예에서, 희석은 하부 구역(150)에서의 원하지 않는 증착을 완화시킨다.
[0029] 도 1b는 다른 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 도 1b에 묘사된 프로세스 챔버(100)는 위에서 설명된 실시예들과 실질적으로 유사하지만, 기판 지지 조립체(104) 아래에 배치된 방사 차폐부(182)를 더 포함한다. 방사 차폐부(182)는 기판 지지 조립체(104) 및 그에 따른 기판 지지 조립체(104) 상에 포지셔닝된 기판(154)의 임의의 온도 불-균일성들을 보상하기 위해, 기판 지지 조립체(104)의 최하부 표면에서의 방사 열 손실을 조절하는 데 활용된다.
[0030] 방사 차폐부(182)는 방사 샤프트(184) 및 방사 플레이트(186)를 포함한다. 방사 샤프트(184)는 샤프트(144)를 둘러싸는 튜브형 또는 원통형 부재이다. 방사 샤프트(184)와 샤프트(144) 사이에 공간(176)이 형성되며, 이 공간(176)을 통해 제2 가스 소스(113)로부터 공급되는 하나 이상의 가스들이 유동될 수 있다. 방사 샤프트(184)는 추가로, 방사 플레이트(186)를 지지하고, 기판 프로세싱을 위한 임의의 적절한 재료, 이를테면, 석영 재료로 형성된다.
[0031] 방사 플레이트(186)는 기판 지지 조립체(104)와 실질적으로 유사한 측방향 치수들을 갖는 평면형 및 디스크-형상 플레이트이다. 예컨대, 방사 플레이트(186)는 기판 지지 조립체(104)의 직경과 실질적으로 유사한 직경을 갖는다. 방사 플레이트는 중앙 홀을 포함하며, 샤프트(144)는 그 중앙 홀을 통해 연장된다. 방사 플레이트(186)는, 리프트 핀들(미도시)이 방사 플레이트(186)를 통해 작동할 수 있게 하기 위해 샤프트(144)의 반경방향 외측에 배치된 하나 이상의 홀들을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 방사 플레이트(186)는 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 질화물 재료로 형성된다.
[0032] 동작 시에, 방사 차폐부(182)는 제2 가스 소스(113)로부터 공급된 하나 이상의 가스들을 공간(176)을 통해, 기판 지지 조립체(104)의 최하부 표면을 따라, 그리고 측벽들(106)을 향해 지향시킬 수 있다. 예컨대, 방사 차폐부(182)는, 가스들이 기판 지지 조립체(104)의 최하부 표면을 따라 반경방향 외측으로 그리고 기판 지지 조립체(104)에 실질적으로 평행한 유동 경로로 측벽들(106)을 향해 유동하도록, 하나 이상의 가스들의 유동을 제어할 수 있다. 따라서, 반경방향 외측으로 유동하는 가스들은 기판 지지 조립체(104)에 실질적으로 평행한 가스 커튼을 하부 구역(150)과 프로세스 볼륨(120)의 나머지 사이에 형성할 수 있다. 방사 차폐부(182)는 가스 유입 포트들(162) 및/또는 슬릿 밸브 개구(126)에 대한 대안으로 또는 그와 조합하여, 프로세스 볼륨(120), 이를테면, 하부 구역(150) 내로 가스들을 유입시키는 데 사용될 수 있다.
[0033] 본원에서 논의된 바와 같이, 막 증착 동작들은 기판 지지 조립체(104) 상에 포지셔닝된 기판(154) 상의 하나 이상의 막들의 형성을 포함할 수 있다. 도 2는 하나 이상의 실시예들에 따른, 기판을 프로세싱하기 위한 방법(200)의 흐름도를 예시한다. 방법(200)은 기판(154) 상에 하나 이상의 막들을 형성하는 데 이용될 수 있다.
[0034] 동작(210)에서, 프로세스 챔버(100)의 프로세스 볼륨(120)에서 플라즈마가 생성된다. 예컨대, 제1 가스는 제1 가스 소스(111)로부터 도관(114)을 통해 프로세스 볼륨(120)으로 유입된다. 제1 가스는 약 1000 sccm 내지 약 20000 sccm, 이를테면, 약 8000 sccm 내지 약 12000 sccm의 유량으로 프로세스 볼륨 내로 유입된다. 제1 가스는, 플라즈마를 형성하기 위해 프로세스 볼륨(120)에서 활성화되는, 적어도 프로세스 가스, 전구체 가스, 이온화가능 가스, 또는 캐리어 가스를 포함한다. 예컨대, 전력 소스(142)는 제1 가스를 플라즈마로 활성화시키기 위해 RF 전력, 이를테면, 연속 또는 펄스형 RF 전력을 가스 분배 부재(112)에 제공한다. 또한, 제1 가스는 플라즈마의 존재 시에 기판(154) 상에 막을 형성하는 데 활용된다.
[0035] 동작(220)에서, 기판 지지 조립체(104) 위에 플라즈마가 생성될 때, 기판 지지 조립체(104) 아래의 하부 구역(150) 내로 제2 가스가 유입된다. 예컨대, 제2 가스는, 측벽들(106) 및/또는 챔버 최하부(108)에 형성된 하나 이상의 가스 유입 포트들(162)을 통해 제2 가스 소스(113)로부터 하부 구역(150) 내로 유입된다. 다른 예에서, 제2 가스는 샤프트(144)와 챔버 최하부(108) 사이의 개구(146)를 통해 하부 구역(150) 내로 유입된다. 또 다른 예에서, 제2 가스는 방사 샤프트(184)와 샤프트(144) 사이의 공간(176)을 통해 하부 구역(150) 내로 유입된다. 제2 가스는 비-반응성 가스 또는 비교적 낮은 반응성을 갖는 가스이며, 이원자 아르곤의 해리 에너지보다 더 큰 해리 에너지를 갖는 종으로 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 가스는 산소이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제2 가스는 특히, 수소, 헬륨, 아르곤, 또는 암모니아 중 임의의 하나일 수 있다.
[0036] 제2 가스는 제1 가스와 함께 프로세스 볼륨(120) 내로 동시에 유입되고 배리어 커튼으로서 기능하여, 프로세스 챔버(100) 전체에 걸쳐, 특히 하부 구역(150) 내로의 플라즈마 및 미반응 종의 잘못된 분산의 양을 감소시킬 수 있다. 예컨대, 제2 가스, 이를테면, 아르곤 또는 질소는, 플라즈마 및 미반응 종을 기판 지지 조립체(104) 위로 국한시키고 다른 곳으로의 확산(예컨대, 이동)을 감소시키는 분산 트랩으로서 기능한다. 결국, 잘못된 분산의 감소는 챔버 컴포넌트들, 이를테면, 하부 구역(150)(예컨대, 기판 지지 조립체(104) 아래)의 그러한 컴포넌트들 상의 잔류물들의 형성을 감소시킨다. 특정 실시예들에서, 제2 가스의 낮은 반응성은 제2 가스가 플라즈마와 상호작용하지 않으면서 또는 플라즈마와 혼합되지 않으면서 트랩으로서 기능할 수 있게 한다. 게다가, 제2 가스의 낮은 반응성은 하부 구역(150)에 존재하는 활성 플라즈마 종의 감소를 가능하게 하여, 기판 지지 조립체(104) 아래의 기생 플라즈마에 의해 형성된 챔버 잔류물들의 증착을 감소시킨다.
[0037] 다른 능력으로, 제2 가스는 퍼지 또는 세정 가스로서 기능하여, 프로세싱 동안 또는 프로세싱 후에 배기 포트(152)를 통해 프로세스 볼륨(120)으로부터 과잉 프로세스 가스들 또는 부산물들을 제거하는 것을 도울 수 있다. 예컨대, 제2 가스는 기판 지지 조립체(104) 아래로 이동하는 미반응 프로세스 가스들의 자연 연소를 가능하게 할 수 있다. 예컨대, 산소가 제2 가스로서 활용되는 실시예들에서, 산소 가스는 기판 지지 조립체(104) 아래로 분산된 미반응 탄화수소들, 이를테면, C3H6을 소비하는 자연 연소 반응을 가능하게 하여 CO2 및 H2O 가스들을 유발할 수 있고, 그런 다음, 그 CO2 및 H2O 가스들은 배기 포트(152)를 통해 제거될 수 있다. 따라서, 제2 가스는, 위에서 막들이 기판(154) 상에 동시에 증착될 때, 프로세스 볼륨(120)의 하부 구역을 능동적으로 세정할 수 있다.
[0038] 다른 실시예들과 조합될 수 있는 특정 실시예들에서, 제2 가스는 하부 프로세싱 구역(150)에서 제1 가스(예컨대, 활성화된 종) 중 임의의 것과 제2 가스 사이의 반응을 능동적으로 유도하기 위해 하부 프로세싱 구역(150)에 제공되는 동시에 하부 구역(150) 내로의 제1 가스의 진입에 대한 배리어를 제공한다. 제1 가스와 제2 가스는 반응하여, 프로세스 챔버(100)로부터 배기되는 가스상 부산물을 형성하여, 프로세스 볼륨(120)의 하부 구역(150)에서의 재료의 증착을 완화시키거나 회피할 수 있다. 그러한 예에서, 제2 가스는 반응성 가스(예컨대, 과잉 전구체 재료와 반응하는 가스)일 수 있다. 예컨대, 제1 가스는 탄화수소일 수 있는 한편, 제2 가스는 산소 또는 오존이다. 그러한 예에서, 제1 가스와 제2 가스 사이의 반응은 연소 반응이다. 연소 반응은 하부 프로세싱 구역(150)에서 발생할 수 있다. 일 예에서, 연소 반응은 기판(154) 위의 프로세스 볼륨(120)에서 발생하지 않거나 최소로 발생한다.
[0039] 제2 가스의 유량 및 타입은 제1 가스의 유량, 제1 가스의 종, 생성될 플라즈마의 양, 증착된 막의 특징, 제2 가스와 반응될 제1 가스의 양, 및/또는 방지될 플라즈마 분산의 양에 기반할 수 있다. 예컨대, 제2 가스는, 제1 가스를 희석시키기 위해 제2 가스가 프로세스 볼륨(120) 내의 총 가스 유동의 약 25% 초과를 차지하도록 프로세스 볼륨(120) 내로 유동된다. 예컨대, 제2 가스는 프로세스 볼륨(120) 내의 총 유동의 약 30% 초과, 이를테면, 총 유동의 약 40%를 차지한다. 특정 실시예들에서, 제2 가스의 유량은 증착된 막 내의 제2 가스 종(예컨대, 질소 또는 산소)의 농도에 기반하여 결정된다. 일부 실시예들에서, 제2 가스의 유량은 제1 가스의 유량과 상이하다. 예컨대, 제1 가스의 유량 대 제2 가스의 유량의 비는 약 0.5 내지 약 3이다. 예컨대, 제1 가스의 유량 대 제2 가스의 유량의 비는 약 1 내지 약 2이다. 일 실시예에서, 제2 가스는 약 50 sccm(standard cubic centimeter per minute) 내지 약 5000 sccm, 이를테면, 약 500 sccm 내지 약 4000 sccm의 유량으로 프로세스 볼륨(120) 내로 유동된다. 예컨대, 제2 가스는 약 1000 sccm 내지 약 3000 sccm, 이를테면, 약 2000 sccm의 유량으로 프로세스 볼륨(120) 내로 유동된다.
[0040] 동작(230)에서, 플라즈마 및 제2 가스는 배기 포트(152)를 통해 프로세스 챔버(100)로부터 배기된다. 예컨대, 배기 포트(152)는 진공 펌프(156)에 커플링될 수 있고, 진공 펌프(156)는 기판(154)의 프로세싱 동안 또는 프로세싱 후에 프로세스 볼륨(120)으로부터 과잉 프로세스 가스들 또는 부산물들을 제거할 수 있다.
[0041] 위에서 설명된 시스템들 및 방법들을 활용하는 것은 기판 프로세싱 동작들에서 다수의 개선들을 제공한다. 특히, 위에서 설명된 방법들은, 기판 지지부 아래의 활성 플라즈마 종 및 플라즈마의 잘못된 분산을 감소시킴으로써, 프로세스 챔버 컴포넌트들 상의 잔류물들의 원하지 않는 형성 및 축적을 감소시키거나 제거하기 위한 사전예방적(proactive) 접근법을 제공한다. 따라서, 플라즈마 프로세스들에 의해 형성된 막들에서의 결함들의 발생 및 플라즈마 프로세싱 동작들 사이의 세정 시간이 감소되어, 전체 수율 처리량을 개선하고 제조 비용들을 감소시킨다. 본원에서 개시되는 방법들은 탄소 또는 탄소계 하드마스크들의 증착에서 특히 유리하다. 본원의 방법들은, 프로세스 챔버의 하부 구역 내의 활성화된 전구체 종을 완화시키기 위한 가스 배리어를 기판 지지 평면의 가스/활성화된 종 계면에서 제공하는 것을 포함하는, 원하지 않는 증착을 감소시키기 위한 다수의 장점들을 제공한다. 추가적으로, 본원의 방법들은 연소 반응들을 유도함으로써 원하지 않는 증착을 완화시킨다. 더욱이, 본원의 방법들은 프로세스 챔버의 하부 구역에서 반응성 종을 희석시킴으로써 원하지 않는 증착을 완화시킨다.
[0042] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 막을 형성하기 위한 방법으로서,
    제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계;
    기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 상기 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    제2 유량으로 상기 프로세스 볼륨 내로 제2 가스를 유입시키는 단계를 포함하며,
    상기 제2 가스는 상기 기판 지지 조립체 아래에 배치된 가스 유입 포트를 통해 상기 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입되며, 상기 제1 유량 대 상기 제2 유량의 비(ratio)는 약 0.5 내지 약 3인,
    막을 형성하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 가스는 이원자 아르곤의 해리 에너지(dissociation energy) 이상의 해리 에너지를 갖는 종으로 형성되는,
    막을 형성하기 위한 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 가스는 아르곤, 암모늄, 헬륨, 수소, 및 산소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
    막을 형성하기 위한 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 가스는 상기 기판 지지 조립체 아래에서 상기 플라즈마의 분산을 방지하기 위한 배리어를 제공하는,
    막을 형성하기 위한 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 가스는 상기 프로세스 볼륨의 하부 구역에서 상기 제1 가스와 반응하여 반응 부산물을 형성하고, 그리고 상기 반응 부산물은 상기 프로세스 챔버로부터 배기되는,
    막을 형성하기 위한 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 가스는 상기 기판 지지 조립체 아래에 분산된 미반응 C3H6을 소비하기 위한 자연 연소 반응(spontaneous combustion reaction)을 가능하게 하는,
    막을 형성하기 위한 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 가스는 상기 제1 가스와 동시에 상기 프로세스 볼륨 내로 유입되고, 그리고 상기 프로세스 볼륨 내의 총 가스 유동의 25% 초과를 차지하는,
    막을 형성하기 위한 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 가스는 약 500 sccm 내지 약 4000 sccm의 유량으로 상기 프로세스 볼륨 내로 유동되는,
    막을 형성하기 위한 방법.
  9. 막을 형성하기 위한 방법으로서,
    제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계;
    기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 상기 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    제2 유량으로 상기 프로세스 볼륨 내로 제2 가스를 유입시키는 단계를 포함하며,
    상기 제2 가스는 상기 기판 지지 조립체 아래에 배치된 가스 유입 포트를 통해 상기 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입되며, 상기 제2 유량은 상기 프로세스 챔버 내의 총 유동의 약 40%를 차지하는,
    막을 형성하기 위한 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 가스는 4.73 kJmol-1 이상의 해리 에너지를 갖는 비-반응성 가스인,
    막을 형성하기 위한 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 가스는 아르곤, 암모늄, 헬륨, 수소, 및 산소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
    막을 형성하기 위한 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 가스는 상기 제1 가스와 동시에 상기 프로세스 볼륨 내로 유입되는,
    막을 형성하기 위한 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 가스의 유량 대 상기 제2 가스의 유량의 비는 약 1 내지 약 2인,
    막을 형성하기 위한 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 가스는 상기 기판 지지 조립체 아래에 분산된 미반응 C3H6을 소비하기 위한 자연 연소 반응을 가능하게 하는,
    막을 형성하기 위한 방법.
  15. 막을 형성하기 위한 방법으로서,
    제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계;
    기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 상기 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    제2 유량으로 상기 프로세스 볼륨 내로 산소를 유입시키는 단계를 포함하며,
    상기 산소는 상기 기판 지지 조립체 아래에 배치된 가스 유입 포트를 통해 상기 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입되고, 상기 제1 유량 대 상기 제2 유량의 비는 약 0.5 내지 약 3이고, 상기 제2 유량은 상기 프로세스 챔버 내의 총 유동의 적어도 40%를 차지하며, 상기 산소는 상기 기판 지지 조립체 아래의 상기 플라즈마의 미반응 종을 소비하기 위한 자연 연소 반응을 가능하게 하는,
    막을 형성하기 위한 방법.
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