KR20220104667A - 분자 반응성 퍼지 가스를 사용하여 ｒｆ 플라즈마 기반 기판 프로세싱 시스템들에서 ｄｃ 바이어스의 안정성 및 디펙트 제어 - Google Patents

분자 반응성 퍼지 가스를 사용하여 ｒｆ 플라즈마 기반 기판 프로세싱 시스템들에서 ｄｃ 바이어스의 안정성 및 디펙트 제어 Download PDF

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아크힐 엔. 싱할
카림 보우마타르
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Abstract

프로세싱 챔버 내에 배열된 상부 전극 및 하부 전극; 적어도 하나의 전구체 가스, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들 및 증착 후 퍼지 가스를 선택적으로 전달하도록 구성된 가스 전달 시스템; 가스 전달 시스템에 의해 전구체 가스 및 하나 이상의 증착 캐리어 가스들이 전달되는 동안, 상부 전극과 하부 전극 사이에 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성함으로써 기판 상에 막을 증착하도록 구성된 RF 생성 시스템; 및 증착 후 퍼지 가스가 가스 전달 시스템에 의해 전달되는 동안, 상부 전극과 하부 전극 중 하나에 DC 바이어스 전압을 선택적으로 공급하도록 구성된 바이어스 생성 회로를 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 분자 반응물 가스를 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 원자 불활성 가스를 포함하지 않는, 기판 프로세싱 시스템이 개시된다.

Description

분자 반응성 퍼지 가스를 사용하여 ＲＦ 플라즈마 기반 기판 프로세싱 시스템들에서 ＤＣ 바이어스의 안정성 및 디펙트 제어{DEFECT CONTROL AND STABILITY OF DC BIAS IN RF PLASMA-BASED SUBSTRATE PROCESSING SYSTEMS USING MOLECULAR REACTIVE PURGE GAS}
본 개시는 기판 프로세싱 시스템에 관련되고, 보다 구체적으로 RF 플라즈마 및 반응성 증착 후 퍼지 가스를 사용하는 기판 프로세싱 시스템 내에서의 디펙트 제어에 관련된다.
본 명세서에 제공된 배경기술 설명은 일반적으로 본 개시의 맥락을 제공하기 위한 것이다. 본 발명자들의 성과로서 본 배경기술 섹션에 기술되는 정도의 성과 및 출원시 종래 기술로서 인정되지 않을 수도 있는 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
증착 및/또는 에칭을 수행하기 위한 기판 프로세싱 시스템은 통상적으로 페데스탈을 갖는 프로세싱 챔버를 포함한다. 반도체 웨이퍼와 같은 기판은 페데스탈 상에 배열될 수도 있다. 예를 들어, CVD (chemical vapor deposition) 또는 ALD (atomic layer deposition) 프로세스들에서, 하나 이상의 전구체들을 포함하는 가스 혼합물이 기판 상에 막을 증착하고 기판을 에칭하기 위해 프로세싱 챔버 내로 도입될 수도 있다.
일부 기판 프로세싱 시스템에서, RF (radio frequency) 플라즈마가 화학 반응들을 활성화하도록 사용될 수도 있다. 플라즈마를 사용하는 CVD 및 ALD 시스템들을 PECVD (plasma-enhanced CVD) 및 PEALD (plasma-enhanced ALD) 라고 한다. 가스 상으로 발생하는 몇몇 화학 반응들은 RF 플라즈마의 반응성 볼륨 내에서 입자들의 핵생성, 클러스터링, 및/또는 집합을 유발한다. 입자들은 RF 플라즈마가 온인 동안 RF 플라즈마 내에서 부유하면서 (suspended) 유지된다. 입자들은 입자들에 작용하는 힘들의 균형으로 인해 기판 상으로 떨어지지 않는다. 예를 들어, 정전 척력 (electrostatic repulsion) 은 플라즈마 경계 또는 플라즈마 시스에서 RF 플라즈마 내에 입자들을 부유시킨다.
RF 여기가 턴 오프된 후, 입자들은 기판 상으로 떨어질 수도 있다. 따라서, 대부분의 기판 프로세싱 시스템은 미리결정된 기간 동안 잔여 가스들을 펌핑함으로써 프로세싱 챔버를 배기한다. 미리결정된 기간 동안, 입자들은 프로세싱 챔버 내에 정착 (settle down) 하거나 펌프에 의해 배기된다.
기판 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버 내에 배치된 상부 전극 및 하부 전극을 포함한다. 가스 전달 시스템은 프리커서, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들 및 증착 후 퍼지 가스 중 적어도 하나를 선택적으로 전달하도록 구성된다. RF 생성 시스템은, 프리커서 및 하나 이상의 증착 캐리어 가스들이 가스 전달 시스템에 의해 전달되는 동안, 상부 전극과 하부 전극 중 하나에 RF 전압을 공급함으로써 상부 전극과 하부 전극 사이에 프로세싱 챔버 내에서 RF 플라즈마를 생성하여 기판 상에 막을 증착하도록 구성된다. 바이어스 생성 회로는, 증착 후 퍼지 가스가 가스 전달 시스템에 의해 전달되는 동안, 상부 전극과 하부 전극 중 하나에 DC 바이어스 전압을 선택적으로 공급하도록 구성된다. 가스 전달 시스템에 의해 전달된 증착 후 퍼지 가스는 분자 반응물 가스를 포함한다.
다른 특징들에서, 증착 후 퍼지 가스는 불활성 가스를 포함하지 않는다. 증착 후 퍼지 가스는 증착 캐리어 가스들 중 하나로부터 선택된다. 증착 후 퍼지 가스는 0.2 Torr 내지 6 Torr의 프로세스 압력들에서 헬륨 및 아르곤보다 높은 항복 전압을 갖는다. DC 바이어스 전압의 시작은 RF 플라즈마가 소화되기 전 제 1 미리결정된 기간 및 RF 플라즈마가 소화된 후 제 2 기간 중 하나에서 개시된다.
다른 특징들에서, 기판 이동 시스템은 DC 바이어스 전압이 생성되는 동안, 기판을 페데스탈에 대하여 이동시키도록 구성된다. 기판 이동 시스템은 기판을 페데스탈에 대하여 이동시키도록 구성된 로봇을 포함한다.
기판 프로세싱 툴은, 복수의 기판 프로세싱 시스템을 각각 포함하는 N 개의 반응기들을 포함하고, 여기서, N은 0보다 큰 정수이다. 기판 이동 시스템은, DC 바이어스 전압이 생성되는 동안, N 개의 반응기들 중 적어도 하나의 상기 복수의 기판 프로세싱 시스템 사이의 기판들을 인덱싱하도록 구성된 인덱싱 메커니즘을 포함한다. 바이어스 생성 회로는 RF 플라즈마가 소화되기 전에 DC 바이어스 전압을 생성하고 후속 RF 플라즈마가 스트라이킹하기 전에 DC 바이어스 전압을 종료한다. 바이어스 생성 회로는 RF 플라즈마가 스트라이킹되는 기간 동안을 제외하고 연속적으로 DC 바이어스 전압을 생성한다.
다른 특징들에서, RF 생성 시스템은, RF 전압을 생성하기 위한 RF 생성기 및 RF 생성기 및 상부 전극과 하부 전극 중 하나와 통신하는 매칭 및 분배 네트워크를 포함한다. 막은 질소가 없는 반사방지막 (nitrogen-free anti-reflective film) 을 포함하고, 증착 캐리어 가스들은 이산화탄소 및 헬륨을 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 이산화탄소를 포함한다. 막은 비정질 실리콘을 포함하고, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 분자 수소 및 헬륨을 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 분자 수소를 포함한다. 막은 애시가능한 하드 마스크 (ashable hard mask) 를 포함하고, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 분자 수소 및 헬륨을 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 분자 수소를 포함한다. 막은 질화 실리콘을 포함하고, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 분자 질소 및 암모니아를 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 분자 질소를 포함한다. 막은 이산화 실리콘을 포함하고, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 분자 질소 및 아산화 질소를 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 분자 질소를 포함한다. 막은 산화탄화 실리콘을 포함하고, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 이산화탄소 및 헬륨을 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 이산화탄소를 포함한다.
프로세싱 시스템 내에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법은, 적어도 하나의 전구체, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들 및 증착 후 퍼지 가스를 프로세싱 챔버로 선택적으로 전달하는 단계; 상부 전극과 하부 전극 중 하나에 RF 전압을 공급하는 동안 그리고 전구체 및 하나 이상의 증착 캐리어 가스들이 전달되는 동안 상부 전극과 하부 전극 사이의 프로세싱 챔버 내에서 RF 플라즈마를 생성함으로써 기판 상에 막을 증착하는 단계; 및 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 중 하나에 DC 바이어스 전압을 선택적으로 공급하는 단계를 포함한다. 증착 후 퍼지 가스는 DC 바이어스 전압의 적어도 일부 동안 전달된다. 증착 후 퍼지 가스는 분자 반응물 가스를 포함한다.
다른 특징들에서, 증착 후 퍼지 가스는 불활성 가스를 포함하지 않는다. 증착 후 퍼지 가스는 하나 이상의 증착 캐리어 가스들 중 하나로부터 선택된다. 증착 후 퍼지 가스는 0.2 Torr 내지 6 Torr의 프로세스 압력들에서 헬륨 및 아르곤보다 높은 항복 전압을 갖는다. DC 바이어스 전압의 시작은 RF 플라즈마가 소화되기 전 제 1 미리결정된 기간 및 RF 플라즈마가 소화된 후 제 2 기간 중 하나에서 개시된다. 기판 이동 시스템은 DC 바이어스 전압이 생성되는 동안, 기판을 페데스탈에 대하여 이동시키도록 구성된다.
다른 특징들에서, 방법은 DC 바이어스 전압이 생성되는 동안 기판들을 인덱싱하는 단계를 포함한다. 방법은 RF 플라즈마가 소화되기 전에 DC 바이어스 전압을 생성하는 단계 및 후속 RF 플라즈마가 스트라이킹되기 전에 DC 바이어스 전압을 종료하는 단계를 포함한다. 방법은 RF 플라즈마가 스트라이킹되는 기간 동안을 제외하고 DC 바이어스 전압을 연속적으로 생성하는 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 막은 질소가 없는 반사방지막을 포함하고, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 이산화탄소 및 헬륨을 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 이산화탄소를 포함한다. 막은 비정질 실리콘을 포함하고, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 분자 수소 및 헬륨을 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 분자 수소를 포함한다. 막은 애시가능한 하드 마스크를 포함하고, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 분자 수소 및 헬륨을 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 분자 수소를 포함한다. 막은 질화 실리콘을 포함하고, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 분자 질소 및 암모니아를 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 분자 질소를 포함한다. 막은 이산화 실리콘을 포함하고, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 분자 질소 및 아산화 질소를 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 분자 질소를 포함한다. 막은 산화탄화 실리콘을 포함하고, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 이산화탄소 및 헬륨을 포함하고, 증착 후 퍼지 가스는 이산화탄소를 포함한다.
본 개시의 추가 적용가능 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 단지 예시를 목적으로 의도되고, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않았다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1a는 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템의 예의 기능적 블록도이다.
도 1b는 본 개시에 따른 DC 바이어스 생성 시스템의 예의 기능적 블록도이다.
도 2 및 도 3은 RF 플라즈마 신호들, 기판 인덱싱 또는 이동 신호들 및 가스 공급 신호들에 대한 DC 바이어스 전압의 타이밍의 예들을 예시하는 타이밍도들이다.
도 4a 및 도 4b 및 도 5는 기판 프로세싱 툴들의 예들을 예시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템을 동작시키기 위한 방법들의 예들을 예시한다.
도 7은 DC 바이어스 전압을 사용하여/사용하지 않고 프로세싱된 기판들에 대한 디펙트 수를 예시한다.
도 8은 증착 후 퍼지 가스로서 헬륨을 사용하여 NFARL을 증착하는 기판 프로세싱 시스템에 대한 시간의 함수로서 DC 바이어스 전압을 예시하는 그래프이다.
도 9는 증착 후 퍼지 가스로서 이산화탄소를 사용하여 NFARL을 증착하는 기판 프로세싱 시스템에 대한 시간의 함수로서 DC 바이어스 전압을 예시하는 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 도 8 및 도 9에 따른 프로세스들 후에 기판 디펙트들을 예시한다.
도 11은 DC 바이어스 신호를 생성하기 위한 대안적인 회로 배열의 기능적 블록도이다.
도 12는 대안적인 동기화 회로의 기능적 블록도이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 및/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 개시는 2014년 6월 14일 출원된 미국 특허 출원 번호 제 14/300,854 호의 부분 계속 출원이다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 본 명세서에 참조로서 통합된다.
RF 플라즈마 기판 프로세싱 시스템은 RF 플라즈마의 타이밍과 관련하여 상부 전극 또는 하부 전극 중 하나에 DC 바이어스 전압을 인가할 수도 있다. 일부 예들에서, RF 플라즈마가 소화되기 전에 DC 바이어스 전압이 인가되고 RF 플라즈마가 소화된 후까지 유지된다. 일부 예들에서, DC 바이어스 전압은 RF 플라즈마가 소화된 후에 인가된다. DC 바이어스 전압은 프로세싱 챔버의 배기 동안 대전된 (charged) 입자들의 궤적 (trajectory) 을 변경하고, 소멸 (extinction) 동안 RF 플라즈마 내에서 부유하는 입자들에 의해 유발된 기판들 상의 디펙트 수를 감소시킨다. DC 바이어스 전압이 상부 전극 또는 하부 전극에 인가되는 동안, 기판은 프로세싱 시스템에 의해 필요에 따라 이동되거나 인덱싱될 수도 있다.
DC 바이어스 전압은, 기판이 툴 내부에서 이동되는 동안 입자들을 기판으로부터 멀리 유지하는 정전기장 (electrostatic field) 을 생성한다. 헬륨 및 아르곤과 같은 불활성 희가스들 (noble gases) 은 통상적으로 PEALD 및 PECVD 프로세스들에서 증착 후 퍼지 가스로서 사용된다. 그러나, 증착 후 퍼지 가스들로서 헬륨 및 아르곤을 사용하는 프로세스들은 프로세싱 챔버 내의 (압력, 가스 플로우 및 전압과 같은) 통상의 프로세스 조건들 하에서 발광 방전 (luminous discharge) 의 형성으로 인해 DC 바이어스 전압에 민감하다. 그 결과, 입자 오염을 감소시키기 위해 사용된 DC 바이어스 전압은 이들 증착 후 퍼지 가스들을 가져 불안정하고 상승된 디펙트 성능이 발생한다. 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템은, 어떠한 DC 보조된 플라즈마 방전도 없는 안정한 DC 바이어스 전압을 제공하고 PECVD/PEALD 증착을 수행하는 기판 프로세싱 시스템에 대한 디펙트들을 감소시키는 대안적인 증착 후 퍼지 가스들을 활용한다.
이제 도 1a를 참조하면, RF 플라즈마를 사용하여 증착 또는 에칭을 수행하기 위한 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 예가 도시된다. 예를 들어, 기판 프로세싱 시스템은 PEALD 및 PECVD를 수행하도록 사용될 수도 있다. 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 다른 컴포넌트들을 둘러싸고 RF 플라즈마를 가두는 (contain) 프로세싱 챔버 (102) 를 포함한다. 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 상부 전극 (104) 및 하부 전극 (107) 을 포함하는 페데스탈 (106) 을 포함한다. 기판 (108) 은 상부 전극 (104) 과 하부 전극 (107) 사이의 페데스탈 (106) 상에 배열된다.
단지 예를 들면, 상부 전극 (104) 은 프로세스 가스들을 도입하고 분배하는 샤워헤드 (109) 를 포함할 수도 있다. 샤워헤드 (109) 는 프로세싱 챔버의 상단 표면에 연결된 일 단부를 포함하는 스템 (stem) 부분을 포함한다. 베이스 부분 (base portion) 은 일반적으로 실린더형이고 프로세싱 챔버의 상단 표면으로부터 이격된 위치에서 스템 부분의 대향하는 단부로부터 방사상 외측으로 연장한다. 샤워헤드의 베이스 부분의 기판과 마주보는 표면은 복수의 홀들을 포함한다. 대안적으로, 상부 전극 (104) 은 도전 플레이트를 포함할 수도 있고 프로세스 가스들은 다른 방식으로 도입될 수도 있다. 하부 전극 (107) 은 비도전성 페데스탈 내에 배열될 수도 있다. 대안적으로, 페데스탈 (106) 은 하부 전극 (107) 으로서 작동하는 도전성 플레이트를 포함하는 정전 척을 포함할 수도 있다.
RF 생성 시스템 (110) 은 RF 전압을 생성하고 상부 전극 (104) 및 하부 전극 (107) 중 하나에 RF 전압을 출력한다. 상부 전극 (104) 및 하부 전극 (107) 중 다른 하나는 DC 접지되고, AC 접지되고 또는 플로팅 (floating) 할 수도 있다. 단지 예를 들면, RF 생성 시스템 (110) 은, 매칭 및 분배 네트워크 (112) 에 의해 상부 전극 (104) 또는 하부 전극 (107) 에 공급되는, RF 전압을 생성하는 RF 전압 생성기 (111) 를 포함할 수도 있다.
이하에 추가로 기술될 바와 같이, 바이어스 생성 회로 (113) 는 RF 전압의 온/오프 타이밍 및 이하에 기술된 다른 타이밍 파라미터들에 응답하여 DC 바이어스 전압을 생성한다. 일부 예들에서, 바이어스 생성 회로 (113) 는, DC 전압 신호를 제공하는 DC 전압 공급부 (114) 를 더 포함한다. 바이어스 생성 회로 (113) 는, RF 온/오프 신호에 응답하여 DC 전압 신호를 스위치 온/오프하는, 동기화 회로 (115) 를 더 포함할 수도 있다. 동기화 회로 (115) 는, RF 온/오프 신호의 타이밍에 기초하여 DC 바이어스 전압의 타이밍을 결정한다. 일부 예들에서, 동기화 회로 (115) 는, DC 바이어스 전압의 시작 지점을 결정하기 위해 RF 온/오프 신호의 전이에 지연을 인가한다. DC 바이어스 전압의 지속기간이 또한 설정될 수도 있다. 일부 예들에서, DC 바이어스 전압은 RF 플라즈마를 생성하기 위해 RF 전압을 수용하는 전극에 인가된다.
가스 전달 시스템 (130) 의 예가 도 1a에 도시된다. 가스 전달 시스템 (130) 은 하나 이상의 가스 소스들 (132-1, 132-2, ..., 및 132-N) (집합적으로 가스 소스들 (132)) 을 포함하고, 여기서, N은 0보다 큰 정수이다. 가스 소스들은 하나 이상의 전구체들 및 이들의 혼합물들을 공급한다. 가스 소스들은 또한 퍼지 가스를 공급할 수도 있다. 기화된 전구체가 또한 사용될 수도 있다. 가스 소스들 (132) 은 밸브들 (134-1, 134-2, ..., 및 134-N) (집합적으로 밸브들 (134)) 및 질량 유량 제어기들 (136-1, 136-2, ..., 및 136-N) (집합적으로 질량 유량 제어기들 (136)) 에 의해 매니폴드 (140) 에 연결된다. 매니폴드 (140) 의 출력은 프로세싱 챔버 (102) 에 공급된다. 단지 예를 들면, 매니폴드 (140) 의 출력은 샤워헤드 (109) 에 공급된다.
히터 (142) 는 페데스탈 (106) 내에 배열된 히터 코일 (미도시) 에 연결될 수도 있다. 히터 (142) 는 페데스탈 (106) 및 기판 (108) 의 온도를 제어하도록 사용될 수도 있다. 밸브 (150) 및 펌프 (152) 는 프로세싱 챔버 (102) 로부터의 반응물질들을 배기하기 위해 사용될 수도 있다.
제어기 (160) 는 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 컴포넌트들을 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 제어기 (160) 는 RF 생성 시스템 (110) 및 동기화 회로 (116) 로 RF 플라즈마 온/오프 신호들을 전송한다. 제어기 (160) 는 또한 RF 플라즈마 온/오프 신호들의 시작 또는 종료에 대한 시간 및 지연과 같은 DC 바이어스 전압에 대한 타이밍 파라미터들을 설정할 수도 있다.
단지 예를 들면, DC 바이어스 전압은 100 내지 600 V의 크기 및 포지티브 또는 네거티브 극성을 갖는 DC 전압일 수도 있다. DC 바이어스 전압은 RF 플라즈마가 턴 오프될 때 플라즈마 내에서 부유하는 대전된 입자들의 궤적들을 변경하는 정전기장을 확립한다. 입자들은 RF 플라즈마가 턴 오프된 후에도 RF 플라즈마 내에 침지 (immersion) 하는 것으로부터 여전히 대전된다. 동시에, 프로세싱 챔버는 배기될 수도 있다. DC 바이어스에 영향을 받는 대전된 입자들의 궤적들은 펌핑 포트들로의 경로 상의 기판을 바이패스하고 오염으로부터 기판을 효과적으로 보호할 수도 있다.
이제 도 1b를 참조하면, 바이어스 생성 회로 (113) 의 예가 도시된다. 바이어스 생성 회로 (113) 는 RF 플라즈마 온/오프 신호들의 전이에 기초하여 1 이상의 지연 시간들을 저장하는 지연 회로 (164) 를 포함한다. 바이어스 생성 회로 (113) 는 하나 이상의 DC 바이어스 전압들의 하나 이상의 지속기간들을 저장하기 위해 회로 (166) 에 대한 시간을 포함한다. 지연 회로 (164) 의 출력들, 회로 (166) 상의 시간 및 RF 온/오프 신호들은, DC 바이어스 전압을 제공하기 위해 필요에 따라 스위치 (170) 를 턴 온 및 턴 오프하기 위한 스위치 드라이브 신호들을 생성하는, 스위치 드라이버 (168) 에 입력된다. 일부 예들에서, 동기화 회로 (115) 의 출력은 선택적인 저역 통과 필터 (LPF) (180) 에 의해 RF 전압으로부터 절연된다.
단지 예를 들면, 스위치 드라이버 (168) 는 RF 온 또는 RF 오프로의 전이에 의해 인에이블되는 트리거 회로를 포함한다. 일단 트리거되면, 스위치 드라이버 (168) 는 지연 회로 (164) 에 의해 설정된 지연 기간을 대기한다. 지연 기간 후에, 스위치 드라이버 (168) 는 회로 (166) 상의 시간에 의해 설정된 기간의 시간 동안 스위치 (170) 를 닫음으로써 DC 바이어스 전압을 턴 온한다. 이 기간의 시간 후에, 스위치 드라이버 (168) 는 DC 바이어스 전압을 턴 오프하기 위해 스위치 (170) 를 연다. 이해되는 바와 같이, DC 바이어스 전압은 임의의 다른 적합한 방식으로 트리거될 수 있다.
이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 다양한 DC 바이어스 전압들의 타이밍의 예들이 도시된다. 도 2에서, DC 바이어스 전압의 타이밍의 예는 RF 플라즈마 신호, 기판 인덱스 또는 이동 신호들 및 가스 공급 신호들에 대하여 도시된다. 통상적으로, 하나 이상의 가스 또는 기체 전구체들이 RF 플라즈마가 온되는 동안 공급될 것이다. 이하에 추가로 기술되는 바와 같이, RF 플라즈마가 오프될 때 및/또는 DC 바이어스가 온될 때 (아르곤 또는 헬륨과 같은 원자 불활성 가스 대신) 분자 반응물 가스를 포함하는 퍼지 가스가 공급될 수도 있다.
일부 예들에서, DC 바이어스 전압 (200) 은 RF 플라즈마 신호가 종료되기 전에 개시되고 RF 플라즈마 신호가 종료될 때까지 계속된다. DC 바이어스 전압 (200) 의 타이밍은 RF 전압의 시작으로부터의 지연 t0에 기초할 수도 있다. DC 바이어스 전압 (200) 의 타이밍은, 지속기간 t2을 갖는 t1만큼 RF 전압과 중첩하고 RF 전압이 종료된 후 기간 (t2-t1) 동안 계속된다.
일부 예들에서, DC 바이어스 전압은, 기판이 인덱싱되거나 그렇지 않으면 이동되는 동안 공급된다. 보다 구체적으로, 기판 인덱스 또는 이동 신호 (210) 는 DC 바이어스 전압 동안 그리고 RF 전압이 종료된 후 (예를 들어, RF 전압이 종료된 후 기간 t5) 중첩하는 방식으로 발생될 수도 있다. 인덱싱 또는 이동은 (DC 바이어스 전압 (200) 과 같은) DC 바이어스 전압의 하강 에지 전 또는 후에 완료될 수도 있다.
부가적으로, 또 다른 DC 바이어스 전압 (215) 은, 후속 RF 플라즈마가 스트라이킹되기 전에 공급될 수도 있고 RF 플라즈마가 스트라이킹된 직후에 종료될 수도 있다. 도 2의 DC 바이어스 전압 (215) 은 t3 만큼 RF 전압에 선행하고 t4의 지속기간을 갖는다.
도 3에서, DC 바이어스 전압은 또한 기판 프로세싱 동안 다른 시간들에서 공급될 수도 있다. 예를 들어, 도 3의 DC 바이어스 전압 (216) 은 RF 플라즈마가 스트라이킹될 때 기간 t6동안을 제외하고 연속적으로 공급될 수도 있다. 예시를 목적으로, 인덱스 또는 이동 신호는 기간 t7 만큼 지연되고 도 2의 인덱스 또는 이동 신호와 비교할 때 보다 긴 지속기간 t8을 갖는다.
도 1a 내지 도 3의 예들에서, DC 바이어스 전압은 상부 전극 (104) 에 공급된다. 이 예에서, DC 바이어스 전압은 포지티브 DC 전압이거나 네거티브 DC 전압일 수도 있다. 전압 극성은 실험에 의해 선택되고 프로세싱 시스템의 아키텍처 (디자인 및 치수) 및 프로세싱 조건들에 의존할 수도 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, DC 바이어스 전압은 상부 전극 대신 하부 전극 (107) 에 공급될 수 있다. DC 바이어스 전압은 RF 전압들로서 동일한 전극에 공급될 수도 있고 또는 상이한 전극에 제공될 수도 있고, 상이한 전극은 접지되지 않는다.
도 4a를 참조하면, 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 복수의 기판 프로세싱 시스템을 각각 갖는 복수의 반응기들을 포함하는 툴 (220) 내에서 구현될 수도 있다. 기판은 FOUP (front opening unified pod) 와 같은 포드 (221) 를 통해 로딩된 카세트로부터 툴 (220) 에 들어간다. 로봇 (224) 은 기판들을 핸들링하기 위해 하나 이상의 엔드 이펙터들을 포함한다. 로봇 (224) 의 압력은 통상적으로 대기압이다. 로봇 (224) 은 카세트로부터 로드록 (230) 으로 기판들을 이동시킨다. 예를 들어, 기판은 포트 (232) 를 통해 로드록 (230) 에 들어가고 로드록 페데스탈 (233) 상에 배치된다. 대기 분위기로의 포트 (232) 는 닫히고 로드록 (230) 은 이송에 적절한 압력으로 펌핑 다운된다. 이어서 포트 (234) 가 열리고 (또한 하나 이상의 엔드 이펙터들을 갖는) 또 다른 로봇 (236) 이 선택된 반응기 (240-1, 240-2, 및 240-3) (집합적으로 반응기들 (240)) 에 대응하는 포트들 (237-1, 237-2, 237-3) (집합적으로 포트들 (237)) 중 하나를 통해 기판들을 배치한다.
기판 인덱싱 메커니즘 (242) 은 기판 프로세싱 챔버들에 대하여 기판들을 추가로 위치시키기 위해 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 기판 인덱싱 메커니즘 (242) 은 스핀들 (244) 및 이송 플레이트들 (246) 을 포함한다.
반응기들 (240) 의 적어도 몇몇 스테이션들은 기판 프로세싱 시스템 (100) 에 대응한다. 반응기들 (240) 의 기판 프로세싱 시스템 (100) 은, 다른 스테이션들과 순차적으로 또는 동시에, 재료 증착 또는 에칭과 같은 반도체 프로세싱 동작들을 수행할 수 있다. 적어도 몇몇 (및 종종 모든) 스테이션들은 RF-기반 반도체 프로세싱 동작들을 수행한다. 기판은 기판 인덱싱 메커니즘 (242) 을 사용하여 반응기 (240) 내에서 일 스테이션으로부터 다음 스테이션으로 이동된다. 반응기들 (240) 의 하나 이상의 스테이션들은 RF 플라즈마 증착 또는 에칭을 수행할 수도 있다. 사용 동안, 기판들은 반응기들 (240) 로 이동되고, 프로세싱되고, 이어서 포드들 (221) 로 되돌아간다. 이해될 수 있는 바와 같이, 기판 각각의 핸들링 시간을 감소시키는 것은 생산성 및 처리량을 개선한다.
이제 도 4b를 참조하면, 툴 제어기 (250) 는 반응기들 (240) 의 스테이션들 각각과 연관된 하나 이상의 제어기들 (254) 과 통신할 수도 있다. 대안적으로, 툴 제어기 (250) 및 제어기들 (254) 은 조합될 수도 있다. 툴 제어기 (250) 는 또한, 반응기들 (240) 각각의 기판들의 이동과 기판들의 인덱싱을 코디네이팅 (coordinate) 하기 위해 로봇들 (224 및 236) 및 인덱싱 메커니즘 제어기들 (262) 과 통신한다.
이제 도 5를 참조하면, 기판들의 이동은 또한 로봇들 및 인덱싱 메커니즘들 대신 로봇에 의해 독점적으로 수행될 수도 있다. 기판들은 도 4a에 도시된 바와 같이, 이송 챔버 (274) 의 일 포트로 전달된다. 이송 챔버 (274) 는 내부의 압력을 적절한 레벨로 펌핑한다. 이어서, 이송 챔버 (274) 로의 또 다른 포트가 열리고 하나 이상의 엔드 이펙터들 (278) 을 갖는 로봇 (276) 이 복수의 프로세싱 챔버들 (280-1, 280-2, ..., 및 280-P) (집합적으로 프로세싱 챔버들 (280)) 중 하나의 프로세싱 챔버로 기판을 이동시키고, 여기서 P는 1보다 큰 정수이다. 로봇 (276) 은 트랙 (279) 을 따라 이동할 수도 있다. 로봇 (276) 은 프로세싱 챔버들 (280) 중 선택된 프로세싱 챔버에 대응하는 복수의 페데스탈들 (282-1, 282-2, ..., 및 282-P) 로부터 선택된 하나의 페데스탈 상으로 기판을 전달한다.
이제 도 6a를 참조하면, 방법 (320) 의 예가 도시된다. 330에서, 제어는 프로세스가 시작되었는지 여부를 판정한다. 참이면, 제어는 332로 계속하고 하나 이상의 기판들을 하나 이상의 프로세싱 챔버들과 연관된 하나 이상의 페데스탈들 상에 배열한다. 336에서, 제어는 하나 이상의 프로세싱 챔버들 내에서 RF 플라즈마를 스트라이킹하고 미리결정된 기간 동안 전구체를 흘린다 (flow). 338에서, 제어는 RF 플라즈마를 소화 (extinguish) 시키고 전구체들의 플로우를 정지한다. 342에서, 제어는 원자 불활성 가스보다는 분자 반응물 가스를 포함하는 퍼지 가스를 흘린다. 346에서, 제어는 RF 플라즈마가 소화된 후 미리결정된 바이어스 기간동안 DC 바이어스 전압을 공급한다. 일부 예들에서, 미리결정된 바이어스 기간은 다음 RF 플라즈마가 스트라이킹하기 전에 종료된다.
350에서, 제어는 인덱싱 또는 다른 기판 이동이 발생하기 전에 부가적인 RF 플라즈마 사이클들이 있는지 여부를 판정한다. 참이면, 제어는 336으로 돌아간다. 그렇지 않으면, 제어는 인덱싱 또는 다른 이동이 필요한지 여부를 판정한다. 354가 참이면, 제어는 358로 계속하고 인덱스하고, 또는 그렇지 않으면 기판들을 바이어스 기간 동안 이동시키고, 359에서 DC 바이어스를 턴 오프하고 그 후 336으로 돌아간다. 그렇지 않으면, 제어는 360으로 계속하고 기판을 언로딩한다.
이제 도 6b를 참조하면, 방법 (420) 의 예가 도시된다. 430에서, 제어는 프로세스가 시작되었는지 여부를 판정한다. 참이면, 제어는 432로 계속하고 하나 이상의 기판들을 하나 이상의 프로세싱 챔버들과 연관된 하나 이상의 페데스탈들 상에 배열한다. 436에서, 제어는 하나 이상의 프로세싱 챔버들 내에서 RF 플라즈마를 스트라이킹하고 제 1 미리결정된 기간 동안 전구체를 흘린다. 437에서, 제어는 제 1 미리결정된 기간이 종료 (그리고 RF 플라즈마가 소화) 되기 전에 시작하는 미리결정된 바이어스 기간 동안 DC 바이어스 전압을 공급한다. 일부 실시예들에서, 미리결정된 바이어스 기간은 후속 RF 플라즈마가 스트라이킹하기 전에 종료된다. 438에서, 제어는 RF 플라즈마를 소화시키고 전구체들의 플로우를 정지한다. 442에서, 제어는 원자 불활성 가스 대신 분자 반응물 가스를 포함하는 퍼지 가스를 흘린다. 450에서, 제어는 인덱싱 또는 다른 기판 이동이 발생하기 전에 부가적인 RF 플라즈마 사이클들이 있는지 여부를 판정한다. 참이면, 제어는 436으로 돌아간다. 그렇지 않으면, 제어는 인덱싱 또는 다른 이동이 필요한지 여부를 판정한다. 454가 참이면, 제어는 458로 계속하고 인덱스하고, 또는 그렇지 않으면 기판들을 바이어스 기간 동안 이동시키고, 459에서 DC 바이어스를 턴 오프하고 그 후 436으로 돌아간다. 그렇지 않으면, 제어는 460으로 계속하고 기판을 언로딩한다.
이제 도 7을 참조하면, 기판 상의 디펙트들의 수는 DC 바이어스를 공급함으로써 그리고 원자 불활성 가스보다는 분자 반응물 가스를 포함하는 퍼지 가스를 이용함으로써 감소된다. DC 바이어스 전압이 공급되지 않을 때 기판 이동 동안 500에서 프로세스에 대한 디펙트들의 수를 도시하고, DC 바이어스 전압이 공급될 때 기판 이동 동안 520에서 프로세스에 대한 디펙트들의 수를 도시한다. 기판 이동 동안 인가된 DC 바이어스 전압은 보통 이동이 일어나기 전에 잔여 가스들을 펌핑 아웃하고 가스 상 입자들을 처리하는데 (settle) 필요한 비생산적인 대기 시간을 제거한다.
본 개시는 막/막 증착 프로세스와 양립가능한 퍼지 가스들과 함께 DC 바이어스 전압 주입을 사용함으로써 기판 디펙트들을 더 감소시킨다. 헬륨 (He) 및 아르곤 (Ar) 과 같은 불활성 희가스들은 통상적으로 PECVD/PEALD 시스템들에서 챔버 퍼지 가스로서 사용된다. 질소가 없는 반사 방지층 (NFARL: nitrogen-free anti-reflection layer), 비정질 실리콘 (a-Si), 및 애시가능한 하드 마스크 (AHM: ashable hard mask) 막들과 같은 N2 가 없는 막들의 경우, DC 바이어스 전압은 He 및 Ar과 같은 불활성 가스들이 퍼지 가스로서 사용될 때 불안정한 경향이 있다. He 및 Ar이 퍼지 가스로서 사용될 때, DC-보조된 플라즈마 방전이 발생하고, 이는 높은 디펙트들을 유발한다.
이제 도 8을 참조하면, DC 바이어스 전압 거동의 예가 NFARL 막 증착 프로세스를 위한 증착 후 퍼지 가스로서 He를 사용하여 도시된다. DC 주입이 공급되자마자 (이 예에서, -350 V), DC 바이어스 전압은 최대 네거티브 전압 값에 도달하고 이어서 크기가 점진적으로 하락된다. 특정한 이론으로 제한되지 않고, 크기의 하락은 전극 시스템의 저항성 엘리먼트들과 플라즈마의 저항 사이에 형성된 전압 분할을 발생시킬 수도 있다. DC 손실은 또한 전극들 간의 DC 전력 공급된 플라즈마 발광 (glow) 의 출현 (appearance) 에 의해 지지된다. 아르곤이 헬륨을 대체할 때, 유사한 결과가 발생한다.
특정한 이론으로 제한되지 않고, DC 바이어스 전압 및 (He, Ar, 등과 같은) 희가스들을 사용하는 유사한 플라즈마 방전 메커니즘은, 이들 불활성 원자 가스들이 통상적인 프로세스 조건들 하에서 플라즈마 발광에 유리한, 저 항복 전압을 갖는 것이다. 통상적으로 플라즈마 발광은 DC 여기에 의해 생성된 불활성 희가스들의 장 수명 (long-lived) 고 에너지 종에 의해 향상된다. 상부 전극과 하부 전극 간의 제어되지 않은 DC 플라즈마의 존재는 디펙트들의 상승을 유발한다. 또한, 샤워헤드의 홀 패턴은 기판 상에 나타나는 디펙트들에서 볼 수 있다.
DC 바이어스 동안 제어되지 않은 DC 플라즈마를 감소시키기 위해, 불활성 희 원자 퍼지 가스가 분자 반응물 가스에 의해 대체된다. 단지 예를 들면, 일부 NFARL 프로세스들은 증착 가스들로서 헬륨 및 CO2 양자를 사용한다. 일부 예들에서, DC 바이어스 전압 안정성을 개선하고 디펙트들을 감소시키기 위해 증착 후 퍼지 가스로서 He 대신 이산화탄소 (CO2) 가 또한 사용될 수도 있다.
이제 도 9, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 디펙트 수에서의 개선은 입자 수를 감소시키기 위해 DC 바이어스 전압이 인가되는 동안, 사용된 분자 반응물 가스와 같은 적절한 증착 후 퍼지 가스의 선택을 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에서 사용된 NFARL 프로세스에서 He 대신 CO2 DC 바이어스 전압은 도 9에 도시된 바와 같이 안정하다. 도 10a에서, NFARL 막은 증착 후 퍼지 가스로서 He를 사용하여 도시된다. 도 10b에서, NFARL 막은 CO2가 사용될 때, 도 10a와 비교하여 상당히 감소된 디펙트 수를 갖는 것으로 도시된다.
테스트들/시뮬레이션들은 퍼지 후 압력들 (0.2 내지 6T) 및 He 및 Ar을 갖는 가스 플로우 레이트들 (1 내지 10slm) 에 대해 반복된다. 이들 조건들 하에서, DC 바이어스 전압은 불안정하고 발광 플라즈마 방전이 또한 관찰된다. 그러나, 증착 후 퍼지 가스로서 CO2를 사용할 때, DC 바이어스 전압은 안정하고 DC 바이어스 전압에 의한 플라즈마 여기는 PECVD 반응기들에서 관찰되지 않는다.
이제 도 11 및 도 12를 참조하면, DC 바이어스 생성 시스템의 예가 도시된다. 도 11에서, DC 바이어스 신호를 생성하기 위한 대안적인 회로 배열 (600) 이 도시된다. 툴 제어기 (610) 는 DC 바이어스 전압을 공급하기 위해 제어 신호를 DC 공급부 (618) 로 전송한다. 툴 제어기 (610) 는 또한, 동기화 회로 (622), RF 생성기 (632) 및 RF 매칭 회로 (636) 를 제어하는, 입력/출력 제어기 (614) 로 제어 신호들을 전송한다. 동기화 회로 (622) 의 출력 (DC 바이어스 신호) 은 RF 필터 (628) 에 의해 필터링되고, RF 매칭 회로 (636) 의 출력 및 RF 분배 회로 (640) 로의 입력과 조합된다. RF 분배 회로 (640) 는 (예를 들어, 샤워헤드 또는 페데스탈 내에 임베딩된 전극과 같은) 전극들 (642 및 644) 에 출력을 제공한다. 도 12에서, 동기화 회로 (622) 는 DC 바이어스 신호의 극성을 제어하는 극성 제어기 (650) 및 입력/출력 제어기 (614) 로부터의 제어 신호들에 기초하여 DC 바이어스를 턴 온 및 턴 오프하는 온/오프 제어기 (655) 를 포함할 수도 있다.
전술한 기술이 NFARL 막 및 다양한 증착 후 퍼지 가스들에 관련되지만, 다른 막 타입들도 증착 후 퍼지 가스로서 분자 반응물 가스의 선택으로부터 이익을 얻는다. 비정질 실리콘 (a-Si) 에 대해, He 및 H2가 통상적으로 증착 캐리어 가스들로서 사용되고, 분자 수소 (H2) 가 증착 후 퍼지 가스로서 사용될 수도 있다. 애시가능한 하드 마스크 (AHM) 에 대해, He 및 H2가 증착 캐리어 가스로서 사용되고, H2가 증착 후 퍼지 가스로서 사용된다. 질화 실리콘 (SiN) 에 대해, 암모니아 (NH3) 및 분자 질소 (N2) 가 증착 캐리어 가스들로서 사용되고 N2가 증착 후 퍼지 가스로서 사용된다. SiO2에 대해, N2O 및 N2가 증착 캐리어 가스들로서 사용되고 N2가 증착 후 퍼지 가스로서 사용된다. 산화탄화 실리콘 (SiOC) 에 대해, CO2 및 He가 증착 캐리어 가스들로서 사용되고 CO2가 증착 후 퍼지 가스로서 사용된다.
전술한 기술은 단순히 특성을 예시하는 것이고 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 애플리케이션, 또는 용도를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시는 특별한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들을 연구함으로써 명백해질 것이기 때문에 그렇게 제한되지 않아야 한다. 본 명세서에서 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 의미하도록 해석되지 않아야 한다. 방법 내에서 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리를 변경하지 않고 다른 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
일부 구현예들에서, 제어기는 상술한 실례들의 일부일 수 있는 시스템의 일부일 수 있다. 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. 이러한 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 예를 들어서 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, 툴들 및 다른 전달 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 전달들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스를 제어하도록 프로그램될 수 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 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 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 수 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 산화물들, 실리콘, 이산화 실리콘, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수 있다. 예를 들어서, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수 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 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제어기는 예를 들어서 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어서 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, (예를 들어서, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.
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 가공 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 제조 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로 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, 다른 제어기 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (36)

  1. 프로세싱 챔버 내에 배열된 상부 전극 및 하부 전극;
    적어도 하나의 전구체 가스, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들 및 증착 후 퍼지 가스를 선택적으로 전달하도록 구성된 가스 전달 시스템;
    상기 가스 전달 시스템에 의해 상기 전구체 가스 및 상기 하나 이상의 증착 캐리어 가스들이 전달되는 동안, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성함으로써 기판 상에 막을 증착하도록 구성된 RF 생성 시스템; 및
    상기 증착 후 퍼지 가스가 상기 가스 전달 시스템에 의해 전달되는 동안, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 중 하나에 DC 바이어스 전압을 선택적으로 공급하도록 구성된 바이어스 생성 회로를 포함하고,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 분자 반응물 가스를 포함하고, 상기 증착 후 퍼지 가스는 원자 불활성 가스를 포함하지 않는, 기판 프로세싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 상기 증착 캐리어 가스들 중 하나로부터 선택되는, 기판 프로세싱 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 이산화탄소, 분자 수소 및 분자 질소로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판 프로세싱 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 0.2 Torr 내지 6 Torr의 프로세스 압력들에서 헬륨 및 아르곤보다 높은 항복 전압을 갖는, 기판 프로세싱 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어스 생성 회로는 상기 플라즈마가 소화되기 전 제 1 미리결정된 기간 또는 상기 플라즈마가 소화된 후 제 2 미리결정된 기간에 상기 DC 바이어스 전압의 시작을 개시하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어스 생성 회로는 상기 플라즈마가 소화되기 전 상기 DC 바이어스 전압을 생성하고 후속 플라즈마가 스트라이킹되기 전 상기 DC 바이어스 전압을 종료하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어스 생성 회로는 상기 플라즈마가 스트라이킹되는 기간 동안을 제외하고 연속적으로 상기 DC 바이어스 전압을 생성하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 막은 질소가 없는 반사방지막 (nitrogen-free anti-reflective film), 비정질 실리콘, 애시가능한 하드 마스크 (ashable hard mask), 질화 실리콘, 이산화 실리콘, 산화탄화 실리콘으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판 프로세싱 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 이산화탄소, 헬륨, 분자 수소, 분자 질소, 암모니아, 및 아산화 질소로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판 프로세싱 시스템.
  10. 프로세싱 챔버 내에 배열된 상부 전극 및 하부 전극;
    적어도 하나의 전구체 가스, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들 및 증착 후 퍼지 가스를 선택적으로 전달하도록 구성된 가스 전달 시스템;
    상기 가스 전달 시스템에 의해 상기 전구체 가스 및 상기 하나 이상의 증착 캐리어 가스들이 전달되는 동안, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성함으로써 기판 상에 막을 증착하도록 구성된 RF 생성 시스템; 및
    상기 증착 후 퍼지 가스가 상기 가스 전달 시스템에 의해 전달되는 동안, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 중 하나에 DC 바이어스 전압을 선택적으로 공급하도록 구성된 바이어스 생성 회로를 포함하고,
    상기 가스 전달 시스템에 의해 전달되는 상기 증착 후 퍼지 가스는 반응물 가스를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판 이동 시스템은 상기 기판을 이동시키도록 구성된 로봇을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 이산화탄소, 분자 수소 및 분자 질소로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판 프로세싱 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 0.2 Torr 내지 6 Torr의 프로세스 압력들에서 헬륨 및 아르곤보다 높은 항복 전압을 갖는, 기판 프로세싱 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 바이어스 생성 회로는 상기 플라즈마가 소화되기 전 제 1 미리결정된 기간 또는 상기 플라즈마가 소화된 후 제 2 미리결정된 기간에 상기 DC 바이어스 전압의 시작을 개시하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 바이어스 생성 회로는 상기 플라즈마가 소화되기 전에 상기 DC 바이어스 전압을 생성하고 후속 플라즈마가 스트라이킹되기 전에 상기 DC 바이어스 전압을 종료하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 바이어스 생성 회로는 상기 플라즈마가 스트라이킹되는 기간 동안을 제외하고 연속적으로 상기 DC 바이어스 전압을 생성하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 막은 질소가 없는 반사방지막 (nitrogen-free anti-reflective film), 비정질 실리콘, 애시가능한 하드 마스크 (ashable hard mask), 질화 실리콘, 이산화 실리콘, 산화탄화 실리콘으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판 프로세싱 시스템.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 이산화탄소, 헬륨, 분자 수소, 분자 질소, 암모니아, 및 아산화 질소로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판 프로세싱 시스템.
  19. 기판 프로세싱 시스템 내에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법에 있어서,
    적어도 하나의 전구체 가스, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들 및 증착 후 퍼지 가스를 프로세싱 챔버로 선택적으로 전달하는 단계;
    상기 전구체 가스 및 상기 하나 이상의 증착 캐리어 가스들이 전달되는 동안 상부 전극과 하부 전극 사이의 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성함으로써 상기 기판 상에 막을 증착하는 단계; 및
    상기 상부 전극과 상기 하부 전극 중 하나에 DC 바이어스 전압을 선택적으로 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 상기 DC 바이어스 전압의 적어도 일부 동안 전달되고, 그리고
    상기 증착 후 퍼지 가스는 분자 반응물 가스를 포함하고, 상기 증착 후 퍼지 가스는 원자 불활성 가스를 포함하지 않는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 상기 증착 캐리어 가스들 중 하나로부터 선택되는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 이산화탄소, 분자 수소 및 분자 질소로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 0.2 Torr 내지 6 Torr의 프로세스 압력들에서 헬륨 및 아르곤보다 높은 항복 전압을 갖는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 플라즈마가 소화되기 전 제 1 미리결정된 기간 또는 상기 플라즈마가 소화된 후 제 2 미리결정된 기간에 상기 DC 바이어스 전압의 시작을 개시하는 단계를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 플라즈마가 소화되기 전 상기 DC 바이어스 전압을 생성하고 후속 플라즈마가 스트라이킹되기 전 상기 DC 바이어스 전압을 종료하는 단계를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 플라즈마가 스트라이킹되는 기간 동안을 제외하고 연속적으로 상기 DC 바이어스 전압을 생성하는 단계를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 막은 질소가 없는 반사방지막 (nitrogen-free anti-reflective film), 비정질 실리콘, 애시가능한 하드 마스크 (ashable hard mask), 질화 실리콘, 이산화 실리콘, 산화탄화 실리콘으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 이산화탄소, 헬륨, 분자 수소, 분자 질소, 암모니아, 및 아산화 질소로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  28. 기판 프로세싱 시스템 내에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법에 있어서,
    적어도 하나의 전구체 가스, 하나 이상의 증착 캐리어 가스들 및 증착 후 퍼지 가스를 프로세싱 챔버로 선택적으로 전달하는 단계;
    상기 전구체 가스 및 상기 하나 이상의 증착 캐리어 가스들이 전달되는 동안 상부 전극과 하부 전극 사이의 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성함으로써 상기 기판 상에 막을 증착하는 단계;
    상기 상부 전극과 상기 하부 전극 중 하나에 DC 바이어스 전압을 선택적으로 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 상기 DC 바이어스 전압의 적어도 일부 동안 전달되고, 그리고
    상기 증착 후 퍼지 가스는 반응물 가스를 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 상기 증착 캐리어 가스들 중 하나로부터 선택되는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 이산화탄소, 분자 수소 및 분자 질소로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 증착 후 퍼지 가스는 0.2 Torr 내지 6 Torr의 프로세스 압력들에서 헬륨 및 아르곤보다 높은 항복 전압을 갖는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  32. 제 28 항에 있어서,
    상기 플라즈마가 소화되기 전 제 1 미리결정된 기간 또는 상기 플라즈마가 소화된 후 제 2 미리결정된 기간에 상기 DC 바이어스 전압의 시작을 개시하는 단계를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  33. 제 28 항에 있어서,
    상기 플라즈마가 소화되기 전 상기 DC 바이어스 전압을 생성하고 후속 플라즈마가 스트라이킹되기 전 상기 DC 바이어스 전압을 종료하는 단계를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  34. 제 28 항에 있어서,
    상기 플라즈마가 스트라이킹되는 기간 동안을 제외하고 연속적으로 상기 DC 바이어스 전압을 생성하는 단계를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  35. 제 28 항에 있어서,
    상기 막은 질소가 없는 반사방지막 (nitrogen-free anti-reflective film), 비정질 실리콘, 애시가능한 하드 마스크 (ashable hard mask), 질화 실리콘, 이산화 실리콘, 산화탄화 실리콘으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  36. 제 28 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 증착 캐리어 가스들은 이산화탄소, 헬륨, 분자 수소, 분자 질소, 암모니아, 및 아산화 질소로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
KR1020220087532A 2014-06-10 2022-07-15 분자 반응성 퍼지 가스를 사용하여 ｒｆ 플라즈마 기반 기판 프로세싱 시스템들에서 ｄｃ 바이어스의 안정성 및 디펙트 제어 KR102576851B1 (ko)

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