KR20230011503A - 다중 사이클 열 처리 공정을 이용하여 워크피스를 처리하는 방법 - Google Patents

다중 사이클 열 처리 공정을 이용하여 워크피스를 처리하는 방법 Download PDF

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KR20230011503A
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treatment
cycle
device side
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KR1020237001156A
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마이클 엑스. 양
샤우밍 마
Original Assignee
매슨 테크놀로지 인크
베이징 이타운 세미컨덕터 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

워크피스를 처리하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 프로세싱 챔버 내에 배치된 서셉터 상에 워크피스를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 프로세싱 챔버 내의 워크피스 상에 다중 사이클 열 처리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 다중 사이클 열 처리 공정은 적어도 두 개의 열 사이클을 포함할 수 있다. 상기 적어도 두 개의 열 사이클의 각각의 열 사이클은 제1 온도에서 워크피스 상에 제1 처리를 수행하는 단계; 상기 워크피스의 장치 측면을 1초 미만에 제2 온도로 가열하는 단계; 대략 제2 온도에서 상기 워크피스 상에 제2 처리를 수행하는 단계; 및 상기 제2 처리를 수행한 후 워크피스를 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

다중 사이클 열 처리 공정을 이용하여 워크피스를 처리하는 방법{METHOD FOR PROCESSING A WORKPIECE USING A MULTI-CYCLE THERMAL TREATMENT PROCESS}
본 출원은 2018년 6월 27일에 출원된 "다중 사이클 열 처리 공정을 이용하여 워크피스를 처리하는 방법"이라는 발명의 명칭의 미국 특허출원 제16/020,178호와 관련되고, 그 우선권의 이익을 주장하며, 미국 특허출원 제16/020,178호는 2018년 6월 15일에 출원된 "다중 사이클 열 처리 공정을 이용하여 워크피스를 처리하는 방법"이라는 발명의 명칭의 미국 가특허 출원 제62/685,564호의 우선권의 이익을 주장하며, 이들 전체는 모든 목적을 위해 참고로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 다중 사이클 열 처리 공정을 이용하여 워크피스를 처리하는 방법에 관한 것이다.
반도체 공정에서, 진보된 필름 증착 또는 제거 공정은 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스를 처리하도록 구현될 수 있다. 필름 증착 또는 제거 공정은 반복적인 열 사이클을 포함할 수 있다. 예를 들어, 원자층 증착 또는 에칭(etch) 공정은 각각의 사이클 동안 재료가 증착되거나 워크피스로부터 제거되는 표면 처리 및 표면 활성화 공정을 번갈아 하는 다중 사이클을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 표면 활성화 및 표면 처리 공정은 상이한 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 표면 활성화 공정은 표면 처리 단계가 수행되는 온도에 비해 상승되는 온도에서 발생하는 어닐링 또는 표면 화학 반응을 포함할 수 있다. 워크피스를 처리하기 위해 여러 표면 활성화 및/또는 표면 처리 공정이 필요한 경우, 공정을 구현하는데 필요한 시간량은 반도체 제조 공정의 처리량(예를 들어, 제조된 워크피스의 수)을 제한할 수 있다.
본 발명의 구현예의 양태 및 이점은 이하의 설명에 부분적으로 제시되거나, 그 설명으로부터 습득될 수 있거나, 또는 구현예의 실행을 통해 습득될 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 양태는 워크피스를 처리하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 프로세싱 챔버 내에 배치된 서셉터 상에 워크피스를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 프로세싱 챔버 내의 워크피스 상에서 다중 사이클 열 처리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 다중 사이클 열 처리 공정은 적어도 두 개의 열 사이클을 포함할 수 있다. 상기 적어도 두 개의 열 사이클의 각각의 열 사이클은 제1 온도에서 워크피스 상에 제1 처리를 수행하는 단계; 상기 워크피스의 장치 측면을 제2 온도로 가열하는 단계; 대략 제2 온도에서 상기 워크피스 상에 제2 처리를 수행하는 단계; 및 상기 제2 처리를 수행한 후 워크피스를 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 열 사이클은 프로세싱 챔버로부터 워크피스를 제거하지 않고도 동일한 프로세싱 챔버에서 수행될 수 있다.
다양한 구현예의 이들 특징 및 다른 특징, 양태 및 이점은 이하의 설명 및 첨부된 청구범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 구현예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 관련 원리를 설명하는 역할을 한다.
통상의 기술자에게 구현예의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에서 제시된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 워크피스 처리 장치의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 구현예에 따라 워크피스를 처리하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 다중 사이클 열 처리 공정의 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 서셉터를 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 다중 사이클 열 처리 공정의 그래프 표시를 도시한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
이하, 도면에 제시된 하나 이상의 실시예를 참조하여 구현예를 상세히 설명할 것이다. 각각의 실시예는 본 발명을 제한하는 것이 아니며, 구현예의 설명으로서 제공된다. 사실상, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 구현예에 대한 다양한 개질 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 구현예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징들은 또 다른 구현예를 산출하기 위해 다른 구현예와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 양태는 이러한 개질 및 변형을 포함하도록 의도된다.
본 발명의 예시적인 양태는 다중 사이클 열 처리 공정을 이용하여 워크피스를 처리하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 프로세싱 챔버 내에 배치된 서셉터 상에 워크피스를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 워크피스가 프로세싱 챔버 내에 배치되어 있는 동안 워크피스 상에 다중 사이클 열 처리 공정을 구현하는 것을 포함할 수 있다. 다중 사이클 열 처리 공정은 다중 열 사이클을 포함할 수 있다. 각각의 열 사이클은 프로세싱 챔버로부터 워크피스를 제거하지 않고도 동일한 프로세싱 챔버에서 수행될 수 있다. 다중 사이클 열 처리 공정을 수행한 후, 상기 방법은 프로세싱 챔버로부터 워크피스를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 다중 사이클 열 처리 공정의 각각의 사이클은 제1 온도에서 워크피스 상에 제1 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 처리를 수행하는 단계는 원격 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종에 워크피스를 노출하는 단계를 포함한다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 제1 처리를 수행하는 단계는 하나 이상의 가스에 워크피스를 노출하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 다중 사이클 열 처리 공정의 각각의 사이클은 워크피스의 장치 측면을 제2 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세싱 챔버 내에 배치된 하나 이상의 플래시 램프는 워크피스의 장치 측면을 가열하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 플래시 램프는 워크피스의 장치 측면을 약 1초 미만에 제2 온도로 가열하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 플래시 램프는 워크피스의 장치 측면을 약 0.5 밀리초 내지 약 10 밀리초에 제2 온도로 가열하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 램프는 워크피스의 장치 측면을 약 1.0 밀리초 미만에 제2 온도로 가열하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 다중 사이클 열 처리 공정의 각각의 사이클은 대략 제2 온도에서 워크피스 상에 제2 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 처리 공정은, 일부 구현예에서, 하나 이상의 가스에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 제2 처리 공정은 원격 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 처리는 워크피스의 장치 측면에 화학 반응을 구현하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 다중 사이클 열 처리 공정의 각각의 사이클은 제2 처리를 수행한 후 워크피스를 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 챔버 내에 워크피스 벌크 및/또는 서셉터가 배치되고, 워크피스의 지지는 제2 온도에서 수행된 제2 처리 후 워크피스를 냉각하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 서셉터는 워크피스를 냉각시키기 위해 유체의 흐름을 수용할 수 있도록 구성될 수 있다. 유체의 흐름은 임의의 적합한 유체(예를 들어, 액체 또는 가스)로 구성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 유체의 흐름은 프레온으로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 유체는 물로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 유체는 에틸렌 글리콜로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 유체는 에틸렌 글리콜과 물로 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 다중 사이클 열 처리 공정은 원자층 증착 공정과 연관될 수 있다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 다중 사이클 열 처리 공정은 원자층 에칭 공정과 연관될 수 있다. 일부 구현예에서, 다중 사이클 열 처리 공정의 각각의 사이클 동안 워크피스로부터 재료의 층이 제거될 수 있다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 다중 사이클 열 처리 공정의 각각의 사이클 동안 워크피스 상에 재료의 층이 증착될 수 있다.
일부 구현예에서, 워크피스를 처리하는 방법은 프로세싱 챔버 내에 배치된 서셉터 상에 워크피스를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 적어도 두 개의 열 사이클을 포함하는 다중 사이클 열 처리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 적어도 두 개의 열 사이클의 각각의 열 사이클은 제1 온도에서 워크피스 상에 제1 처리를 수행하는 단계; 상기 워크피스의 장치 측면을 제2 온도로 가열하는 단계; 대략 제2 온도에서 상기 워크피스 상에 제2 처리를 수행하는 단계; 및 상기 제2 처리를 수행한 후 워크피스를 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 플래시 램프가 사용되어, 워크피스의 장치 측면을 제2 온도로 가열할 수 있다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 플래시 램프는 워크피스의 장치 측면을 약 1초 미만에 제2 온도로 가열할 수 있다.
일부 구현예에서, 워크피스를 냉각하는 단계는 서셉터를 사용하여 워크피스를 냉각하는 것을 포함한다. 보다 구체적으로, 서셉터는 워크피스를 냉각하기 위해 유체의 흐름을 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 유체는 프레온을 포함한다. 그러나, 워크피스를 냉각하기 위해, 임의의 적합한 유체(예를 들어, 가스, 액체)가 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 유체는 물로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 유체는 에틸렌 글리콜로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 유체는 에틸렌 글리콜과 물로 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 처리 공정을 수행하는 단계는 원격 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종에 워크피스의 장치 측면 표면을 노출하는 단계를 포함한다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 제1 처리를 수행하는 단계는 워크피스의 장치 측면을 하나 이상의 가스에 노출하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 제2 처리 공정을 수행하는 단계는 워크피스의 장치 측면을 하나 이상의 가스에 노출하는 단계를 포함한다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 제2 처리를 수행하는 단계는 원격 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 원격 플라즈마 챔버와 프로세싱 챔버 사이에 그리드가 배치된다.
일부 구현예에서, 제2 처리는 어닐링 처리를 포함한다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 제2 처리는 워크피스의 장치 측면에 화학 반응을 구현하는 것을 포함한다.
일부 구현예에서, 워크피스를 처리하는 방법은 프로세싱 챔버 내에 배치된 서셉터 상에 워크피스를 배치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 워크피스가 프로세싱 챔버 내에 있는 동안 워크피스 상에 다중 사이클 열 처리 공정을 수행하는 단계를 포함한다(예를 들어, 프로세싱 챔버로부터 워크피스를 제거할 필요 없이). 다중 사이클 열 처리 공정은 제1 온도에서 워크피스 상에 제1 처리를 수행하는 단계; 워크피스의 장치 측면을 제2 온도로 가열하는 단계; 제2 온도에서 워크피스 상에 제2 처리를 수행하는 단계; 및 제2 처리를 수행한 후 워크피스를 냉각하는 단계를 포함한다. 워크피스를 냉각한 후, 다중 사이클 열 처리 공정은 제1 온도에서 워크피스 상에 제3 처리를 수행하는 단계를 포함한다. 제3 처리를 수행한 후, 다중 사이클 열처리 공정은 워크피스의 장치 측면을 대략 제2 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 제3 처리를 수행한 후, 다중 사이클 열 처리 공정은 대략 제2 온도에서 워크피스 상에 제4 처리를 수행하는 단계를 포함한다. 제4 처리를 수행한 후, 다중 사이클 열 처리 공정은 워크피스를 냉각하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 플래시 램프를 사용하여 워크피스의 장치 측면을 1초 미만에 제2 온도로 가열할 수 있다.
일부 구현예에서, 제3 처리는 제1 처리와 동등하다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 제4 처리는 제2 처리와 동등하다. 일부 구현예에서, 제2 처리와 제4 처리는 모두 어닐링 처리를 포함한다. 일부 구현예에서, 제2 처리와 제4 처리는 모두 워크피스의 장치 측면에 화학반응을 구현하는 것을 포함한다.
본 발명의 예시적인 양태에 따른 방법은 많은 기술적 이점을 제공한다. 예를 들어, 워크피스의 장치 측면을 하나 이상의 플래시 램프 또는 다른 열원으로 가열하는 것은 장치 측면의 온도를 제1 온도에서 제2 온도로 올리는데 필요한 시간의 양을 줄일 수 있다. 또한, 서셉터로 워크피스를 냉각하는 것은 제2 온도에서 제1 온도로 온도를 낮추는데 필요한 시간의 양을 줄일 수 있다. 이러한 방식으로, 다중 사이클 열 처리 공정의 각각의 사이클에 필요한 시간의 양을 줄일 수 있다. 동일한 프로세싱 챔버에서 다중 열 사이클이 구현될 수 있으므로, 프로세싱 챔버들(예를 들어, 가열 및 냉각을 위한) 사이에 사이클링을 위한 시간을 단축하여, 처리 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 양태는 예시 및 논의의 목적을 위해 "웨이퍼" 또는 반도체 웨이퍼를 참조하여 논의된다. 본원에 제공된 개시내용을 이용하여, 통상의 기술자는 본 발명의 예시적인 양태가 임의의 반도체 기판 또는 기타 적합한 기판과 관련하여 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 워크피스는 에너지 펄스 동안 어닐링되는 하나 이상의 장치 구조, 필름 또는 층을 포함할 수 있는 장치 측면을 포함할 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 워크피스는 장치 구조를 포함할 수 없는 대향하는 비-장치 측면을 또한 포함힐 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 수치와 관련하여 용어 "약" 또는 "대략"의 사용은 언급된 수치의 10% 이내를 지칭하는 것으로 의도된다.
이하, 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따라 공정을 수행하는데 사용될 수 있는 워크피스 처리 장치(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 워크피스 처리 장치(100)는 프로세싱 챔버(110)를 규정한다. 프로세싱 챔버(110)는 반도체 웨이퍼와 같이, 처리될 워크피스(130)를 고정(hold)하도록 작동가능한 서셉터(120)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 워크피스(130)는 워크피스(130)의 비-장치 측면(132)이 서셉터(120)에 접촉하도록 서셉터(120) 상에 배치될 수 있다.
일부 구현예에서, 워크피스 처리 장치(100)는 워크피스(130) 상에 빛을 방출하도록 구성된 하나 이상의 플래시 램프(140)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 플래시 램프(140)는 워크피스(130)의 장치 측면(134)에 빛을 방출할 수 있다. 워크피스(130)의 장치 측면(134)은 워크피스(130)의 비-장치 측면(132)에 대향된다는 것을 이해하여야 한다.
플래시 램프(140)는 예를 들어, 아크 램프, 할로겐 램프, 또는 기타 램프 열원(예를 들어, LED 램프 열원)일 수 있다. 본 발명의 양태는 예시 및 논의의 목적으로 플래시 램프(140)를 참조하여 논의된다. 이에 제한되지 않으나, 고온 플레이트 또는 서셉터, 고온 가스 스트림, 복사 열원, 예를 들어, 레이저, 입자 빔을 생성하는 열원, RF를 생성하는 열원, 또는 마이크로웨이브를 생성하는 열원과 같은 다른 열원은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 유전체 창(dielectric window)(150)은 워크피스(100) 위에 위치하며, 프로세싱 챔버(110)의 천장 역할을 한다. 도시된 바와 같이, 하나 이상의 램프(140)는 프로세싱 챔버(110) 외부에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 플래시 램프(140)는 유전체 창(150)을 통해 그리고 프로세싱 챔버(120)로 빛을 방출하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 플래시 램프(140)는 워크피스(130)의 장치 측면(134)을 가열할 수 있다.
일부 구현예에서, 워크피스 처리 장치(100)는 하나 이상의 플래시 램프(140)에 작동 가능하게 결합되는 제어 장치(160)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 장치(160)는 하나 이상의 플래시 램프(140)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 제어 장치(160)는 다양한 컴퓨터 구현 기능을 수행하기 위해 구성된 프로세서 및 관련 메모리를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "프로세서(processor)"는 당 업계에서 컴퓨터에 포함되는 것으로 언급되는 집적 회로를 지칭할 뿐만 아니라, 컨트롤러(controller), 마이크로컨트롤러(microcontroller), 마이크로컴퓨터(microcomputer), 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러(programmable logic controller, PLC), 어플리케이션 특이적 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC), 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA) 및 기타 프로그래밍 가능한 회로(programmable circuits)를 지칭하기도 한다. 추가적으로, 메모리는 컴퓨터 판독 가능한 매체(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리 (RAM)), 컴퓨터 판독 가능한 비-휘발성 매체(예를 들어, 플래시 메모리), 및/또는 기타 적합한 메모리 요소 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
추가적으로, 제어 장치(160)는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 통신 인터페이스는 데이터를 송수신하는데 사용되는 관련 전자 회로를 포함할 수 있다. 이러한 방식에서, 제어 장치(160)는 통신 인터페이스를 통해 처리 장치(100)의 하나 이상의 플래시 램프(140) 및/또는 기타 제어 가능한 양태에 하나 이상의 명령 신호를 보낼 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 양태에 따라 워크피스를 처리하기 위한 예시적인 방법(200)의 흐름도를 도시한다. 상기 방법(200)은 도 1을 참조하여 상기 논의된 워크피스 처리 장치(100)를 이용하여 구현될 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 접근방식을 이용하여 방법(200)을 구현할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 방법(200)은 도 6에 도시된 플라즈마 처리 장치(600)를 이용하여 구현될 수 있다. 도 2는 예시 및 논의의 목적을 위해 특정 순서로 수행된 단계를 도시하는 것을 이해해야 한다. 그러나, 통상의 기술자는 본원에 제공된 개시내용을 이용하여, 본원에 기재된 방법(200)의 다양한 단계가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 생략, 확장, 동시 수행, 재배열 및/또는 다양한 방법으로 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 추가 단계(도시되지 않음)가 수행될 수 있다.
(202)에서, 방법(200)은 프로세싱 챔버 내에 배치된 서셉터 상에 워크피스를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 워크피스의 비-장치 측면이 서셉터에 접촉하도록 워크피스가 서셉터 상에 배치될 수 있다.
(204)에서, 방법(200)은 프로세싱 챔버에 있는 동안 워크피스 상에 다중 사이클 열 처리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다중 사이클 열 처리 공정은 프로세싱 챔버 내의 워크피스 상에서 수행될 수 있다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 다중 사이클 열 처리 공정은 적어도 두 개의 열 사이클을 포함할 수 있다. 적어도 두 개의 열 사이클은 프로세싱 챔버로부터 워크피스를 제거하지 않고도 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 다중 사이클 열 처리 공정의 흐름 도를 도시한다. 도 3는 예시 및 논의의 목적을 위해 특정 순서로 수행된 단계를 도시한다. 본원에 제공된 개시내용을 이용하여, 통상의 기술자는 본원에 기재된 다중 사이클 열 처리 공정의 다양한 단계가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 생략, 확장, 동시 수행, 재배열 및/또는 다양한 방식으로 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 추가 단계(도시되지 않음)가 수행될 수 있다.
(302)에서, 다중 사이클 열 처리 공정은 대략 제1 온도에서 워크피스에 상에 제1 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 처리는 워크피스가 제1 온도에 있는 동안 워크피스 상에서 수행될 수 있다. 제1 처리는 원자층 증착 공정 및/또는 원자층 에칭 공정의 일부로서 사용되는 표면 처리 공정과 같은, 표면 처리 공정일 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 처리는 하나 이상의 가스에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 처리는 플라즈마 처리 장치의 원격 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종(예를 들어, 중성 라디칼)에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 6의 플라즈마 처리 장치).
(304)에서, 다중 사이클 열 처리 공정은 대략 제2 온도로 워크피스를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 온도는 제1 온도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 워크피스(130)는 하나 이상의 플래시 램프(140) 또는 다른 열원을 통해 제2 온도로 가열될 수 있다. 예시적인 구현예에서, 제어 장치는 하나 이상의 플래시 램프가 워크피스의 장치 측면을 1초 미만, 예를 들어 1 밀리초 미만, 예를 들어 0.5 밀리초 내지 10 밀리초에 제2 온도로 가열하도록 하나 이상의 플래시 램프 또는 다른 열원의 작동을 제어할 수 있다.
제2 온도로 워크피스를 가열하기 위해 다른 가열 요소가 사용될 수 있다. 예를 들어, 워크피스는 서셉터를 통해 제2 온도로 가열될 수 있다. 예시적인 구현예에서, 서셉터는 워크피스에 열을 제공하도록 구성된 하나 이상의 가열 요소를 포함할 수 있다. 또한, 제어 장치는 하나 이상의 가열 요소에 작동 가능하게 결합될 수 있습니다. 이러한 방식으로, 제어 장치는 하나 이상의 가열 요소의 작동을 제어하여 워크피스를 제2 온도로 가열할 수 있다.
(306)에서, 다중 사이클 열 처리 공정은 대략 제2 온도에서 워크피스 상에 제2 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 처리는 원자층 증착 공정 및/또는 원자층 에칭 공정의 일부로서 사용되는 표면 활성화 공정과 같은, 표면 활성화 공정일 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 처리는 하나 이상의 가스에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 처리는 플라즈마 처리 장치의 원격 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종(예를 들어, 중성 라디칼)에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 6의 플라즈마 처리 장치). 일부 구현예에서, 제2 처리는 워크피스를 어닐링하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 처리는 워크피스의 장치 측면에 화학 반응을 구현하는 단계를 포함할 수 있다.
(308)에서, 다중 사이클 열 처리 공정은 워크피스를 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 워크피스 벌크는 제1 온도에서 제2 온도로 워크피스의 가열 동안 워크피스 표면만큼 신속하게 가열되지 않기 때문에, 워크피스 벌크는 워크피스의 신속한 냉각을 용이하게 할 수 있다. 그 결과, 워크피스 벌크는 제2 처리 후 워크피스 표면의 냉각을 용이하게 한다. 예시적인 구현예에서, 서셉터는 워크피스를 냉각하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 서셉터는 워크피스를 냉각시키기 위해 유체의 흐름을 수용하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 구현예에 따라 워크피스의 냉각을 수용하도록 구성된 예시적인 서셉터(400)를 도시한다. 상기 서셉터(400)는 측면 방향 L을 따라 제1 측(402)과 제2 측(404) 사이에서 연장되고, 수직 방향 V를 따라 상부(406)와 하부 사이에서 연장된다. 일부 구현예에서, 서셉터(400)는 입구(420) 및 출구(422)를 규정한다. 이러한 방식으로, 유체(430)의 흐름은 서셉터(400)의 내부로 들어오고 나갈 수 있다. 도시된 바와 같이, 입구(420)는 서셉터(400)의 제1 측(402)에 규정될 수 있고, 출구(422)는 서셉터(400)의 제2 측(404)에 규정될 수 있다. 그러나, 입구(420) 및 출구(422)는 서셉터(400)의 임의의 적절한 위치에 위치할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
일부 구현예에서, 유체(430)의 흐름은 열교환기(450) 안팎으로 흐를 수 있다. 또한, 유체(430)의 흐름은 임의의 적합한 액체 또는 기체 물질로 구성될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 유체(430)의 흐름은 프레온으로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 유체(430)의 흐름은 물로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 유체(430)의 흐름은 에틸렌 글리콜로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 유체(430)의 흐름은 에틸렌 글리콜과 물로 구성될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 다중 사이클 열 처리 공정은 (310)에서 대략 제1 온도에서 워크피스 상에 제3 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 구현예에서, 제3 처리 공정은 (302)에서 수행된 제1 처리와 동일(예를 들어, 동등)할 수 있다.
(312)에서, 다중 사이클 열 처리 공정은 워크피스의 장치 측면을 대략 제2 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 구현예에서, 제어 장치는 하나 이상의 플래시 램프가 워크피스의 장치 측면을 1초 미만, 예를 들어 1 밀리초 미만, 예를 들어 0.5 밀리초 내지 10 밀리초에 제2 온도로 가열하도록 하나 이상의 플래시 램프 또는 다른 열원의 작동을 제어할 수 있다.
(314)에서, 다중 사이클 열 처리 공정은 대략 제2 온도에서 워크피스 상에 제4 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 구현예에서, 제4 처리 공정은 (306)에서 수행된 제2 처리와 동일(예를 들어, 동동)할 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 처리 및 제4 처리는 표면 활성화 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 처리와 제4 처리는 모두 어닐링 처리를 포함할 수 있다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 제2 처리와 제4 처리는 모두 워크피스의 장치 측면에 화학 반응을 구현하는 단계를 포함할 수 있다.
(316)에서, 다중 사이클 열 처리 공정은 워크피스를 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 다중 사이클 열 처리 공정은 두 개의 사이클만을 도시하지만, 다중 사이클 열 처리 공정은 워크피스를 처리하는데 필요한 임의의 적절한 사이클 수를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
이하, 도 5를 참조하면, 다중 사이클 열 처리 공정의 그래프 표시가 본 발명의 예시적인 구현예에 따라 제공된다. 도시된 바와 같이, 다중 사이클 열 처리 공정 동안 워크피스의 온도 변화가 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5는 웨이퍼의 온도가 제1 온도(520)에서 제2 온도(530)로 전환된 후, 제1 온도(520)로 냉각되는 것을 나타내는 복수의 사이클(510)을 도시한다. 일부 구현예에서는, 약 제1 온도(520)와 약 제2 온도(530) 사이의 차이는 100도 켈빈(Kelvin)보다 클 수 있다.
예시적인 구현예에서, 열원(들)은 약 1초 미만, 예를 들어 약 1 밀리초(ms) 미만, 예를 들어 0.5 밀리초(ms) 내지 10 밀리초(ms)에 제1 온도(520)에서 제2 온도(530)로 워크피스의 온도를 상승시키도록 제어될 수 있다. 워크피스는 사이클(510)을 완료하기 위해 대략 제1 온도(520)로 신속하게 냉각될 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 온도(530)에서 대략 제1 온도(520)로 냉각되는 시간은 약 1초 미만, 예를 들어 약 1 밀리초(ms) 미만, 예를 들어 0.5 밀리초(ms) 내지 10 밀리초(ms)일 수 있다. 사이클(510) 사이의 시간은 각각의 사이클(510)의 기간(540)보다 클 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 방법(200)은 (206)에서, (204)에서 다중 사이클 열 처리 공정을 수행한 후 프로세싱 챔버로부터 워크피스를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 프로세싱 챔버로부터 워크피스를 제거할 필요 없이 다중 열 사이클을 구현할 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 일부 구현예에서, 열 사이클은 플라즈마를 사용하여 생성된 종에 워크피스의 표면을 노출하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 분리 그리드에 의해 프로세싱 챔버로부터 분리된 원격 플라즈마 소스에서 생성된 종(예를 들어, 중성 라디칼)에 워크피스의 표면을 노출하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하면, 워크피스의 표면을 종(예를 들어, 중성 라디칼)에 노출시키는데 사용될 수 있는 예시적인 플라즈마 처리 장치(600)가 제공된다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(600)는 프로세싱 챔버(610) 및 상기 프로세싱 챔버(610)로부터 분리된 플라즈마 챔버(620)를 포함한다. 프로세싱 챔버(610)는 반도체 웨이퍼와 같이, 처리될 워크피스(614)을 고정하도록 작동 가능한 서셉터(612)를 포함한다. 일부 구현예에서, 서셉터(612)는 워크피스를 냉각하기 위해 유체의 흐름을 수용하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 도 4 참조). 유체의 흐름은 임의의 적합한 유체(예를 들어, 액체 또는 가스)로 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 유체의 흐름은 일부 구현예에서 프레온을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 유체의 흐름은 물로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 유체의 흐름은 에틸렌 글리콜로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 유체의 흐름은 에틸렌 글리콜과 물로 구성될 수 있다.
이러한 예시적인 설명에서, 유도 결합 플라즈마 소스(635)에 의해 플라즈마 챔버(620)(즉, 플라즈마 생성 영역)에서 플라즈마가 생성되고, 원하는 종은 분리 그리드 어셈블리(640)를 통해 플라즈마 챔버(620)로부터 워크피스(614)의 표면으로 채널링된다.
본 발명의 양태는 예시 및 논의의 목적을 위해 유도 결합 플라즈마 소스를 참조하여 논의된다. 통상의 기술자는 본원에 제공된 개시내용을 이용하여 임의의 플라즈마 소스(예를 들어, 유도 결합 플라즈마 소스, 용량 결합 플라즈마 소스 등)가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
플라즈마 챔버(620)는 유전체 측벽(622) 및 천장(624)을 포함한다. 유전체 측벽(622), 천장(624), 및 분리 그리드 어셈블리(640)는 플라즈마 챔버 내부(625)를 규정한다. 유전체 측벽(622)은 석영 및/또는 알루미나와 같은 유전체 재료로 형성될 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스(635)는 플라즈마 챔버(620) 주위에서 유전체 측벽(622)에 인접하게 배치된 유도 코일(630)을 포함할 수 있다. 유도 코일(630)은 적합한 매칭 네트워크(632)를 통해 RF 전력 생성기(634)에 결합된다. 공정 가스(예를 들어, 불활성 가스)는 가스 공급부(650) 및 환형 가스 분배 채널(651) 또는 기타 적합한 가스 도입 메커니즘으로부터 챔버 내부에 제공될 수 있다. 유도 코일(630)이 RF 전력 생성기(634)로부터의 RF 전력으로 에너자이징될 때(energized), 플라즈마 챔버(620)에서 플라즈마가 생성될 수 있다. 특정 구현예에서, 플라즈마 처리 장치(600)는 유도 코일(630)의 플라즈마에 대한 용량성 결합을 감소시키기 위해 임의의 접지된 패러데이 쉴드(628)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 분리 그리드 어셈블리(640)는 프로세싱 챔버(610)로부터 플라즈마 챔버(620)를 분리한다. 분리 그리드(640)는 플라즈마 챔버(620) 내의 플라즈마에 의해 생성된 혼합물로부터 이온 필터링을 수행하여 필터링된 혼합물을 생성하는데 사용될 수 있다. 필터링된 혼합물은 프로세싱 챔버 내의 워크피스(614)에 노출될 수 있다.
일부 구현예에서, 분리 그리드(640)는 다중 플레이트 분리 그리드일 수 있다. 예를 들어, 분리 그리드(240)는 서로 평행하게 이격된 제1 그리드 플레이트(642) 및 제2 그리드 플레이트(644)를 포함할 수 있다. 제1 그리드 플레이트(642) 및 제2 그리드 플레이트(644)는 거리를 두고 분리될 수 있다.
제1 그리드 플레이트(642)는 복수의 홀을 갖는 제1 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제2 그리드 플레이트(644)는 복수의 홀을 갖는 제2 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제1 그리드 패턴은 제2 그리드 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 하전 입자들은 분리 그리드 어셈블리(640)의 각각의 그리드 플레이트(642, 644)의 홀을 통해 그들의 경로 내의 벽 상에서 재결합할 수 있다. 중성 종(예를 들어, 라디칼)은 제1 그리드 플레이트(642) 및 제2 그리드 플레이트(644)의 홀을 통해 상대적으로 자유롭게 흐를 수 있다. 각각의 그리드 플레이트(642 및 644)의 홀 크기 및 두께는 하전 입자 및 중성 입자 모두에 대한 투명성에 영향을 미칠 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 그리드 플레이트(642)는 금속(예를 들어, 알루미늄) 또는 기타 전기 전도성 재료로 제조될 수 있고/있거나, 제2 그리드 플레이트(644)는 전기 전도성 재료 또는 유전체 재료(예를 들어, 석영, 세라믹 등)로 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 그리드 플레이트(642) 및/또는 제2 그리드 플레이트(644)는 실리콘 또는 실리콘 카바이드와 같은 다른 재료로 제조될 수 있다. 그리드 플레이트가 금속 또는 기타 전기 전도성 재료로 제조되는 경우에, 그리드 플레이트는 접지될 수 있다.
일부 구현예에서, 플라즈마 처리 장치(600)는 프로세싱 챔버(610) 내에 배치된 하나 이상의 플래시 램프(660) 또는 기타 열원을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 플래시 램프(660)는 워크피스(614)를 가열하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 플래시 램프(660)는 워크피스(614)의 장치 측면(616)에 빛을 방출할 수 있다. 플래시 램프(660)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 프로세싱 챔버(610)와 관련하여 다른 곳에 위치할 수 있음을 이해하여야 한다.
일부 구현예에서, 플라즈마 처리 장치(600)는 하나 이상의 플래시 램프(660)에 작동 가능하게 결합된 제어 장치(670)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 장치(670)는 하나 이상의 플래시 램프(660)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 제어 장치(670)는 다양한 컴퓨터 구현 기능을 수행하도록 구성된 프로세서 및 관련 메모리를 포함할 수 있다.
또한, 제어 장치(670)는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 통신 인터페이스는 데이터를 송수신하는데 사용되는 관련 전자 회로를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 장치(670)는 통신 인터페이스를 통해 하나 이상의 플래시 램프(660)에 하나 이상의 명령 신호를 보낼 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 플래시 램프(660)의 동작은 하나 이상의 명령 신호에, 적어도 부분적으로, 기초하여 제어될 수 있다.
본 발명의 주제는 특정 예시적인 구현예에 대해 상세하게 설명되었지만, 통상의 기술자는 상술한 내용을 이해할 때, 이러한 구현예에 대한 대체물, 변형물 및 등가물을 용이하게 생성할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 제한이 아닌 예시로서 해석되어야 하며, 본 발명은 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 본 발명의 주제에 대한 그러한 변경, 변형 및/또는 추가의 포함을 배제하지 않는다.

Claims (14)

  1. 워크피스를 처리하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    프로세싱 챔버 내에 배치된 서셉터(susceptor) 상에 워크피스를 배치하는 단계;
    워크피스가 프로세싱 챔버 내에 배치되어 있는 동안 워크피스 상에 다중 사이클 열 처리 공정을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 다중 사이클 열 처리 공정은 적어도 두 개의 열 사이클을 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 열 사이클의 각각의 열 사이클은:
    제1 온도에서 워크피스 상에 제1 처리를 수행하는 단계;
    상기 워크피스의 장치 측면을 하나 이상의 플래시 램프에 의해 제2 온도로 가열하는 단계;
    대략 제2 온도에서 상기 워크피스 상에 제2 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 제2 처리를 수행한 후, 서셉터의 내부를 통해 유체의 흐름을 제공하여 워크피스를 냉각하는 단계로서, 상기 유체의 흐름은 서셉터 내에 배치된 열교환기의 안과 밖으로 흐르는 단계를 포함하며,
    상기 제1 온도와 상기 제2 온도 사이의 차이는 적어도 약 100도 켈빈(Kelvin)이고,
    상기 제2 온도에서 상기 제1 온도로 냉각하는 시간은 약 1초 미만인, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 열 사이클의 각각의 열 사이클 동안 워크피스로부터 재료의 층이 제거되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 열 사이클의 각각의 열 사이클 동안 워크피스 상에 재료의 층이 증착되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유체의 흐름은 프레온 유체를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유체의 흐름은 물을 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유체의 흐름은 에틸렌 글리콜을 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 처리를 수행하는 단계는 원격 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 처리를 수행하는 단계는 하나 이상의 가스에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 처리를 수행하는 단계는 하나 이상의 가스에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 처리를 수행하는 단계는 원격 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 처리를 수행하는 단계는 하나 이상의 가스에 워크피스의 장치 측면을 노출하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 챔버와 프로세싱 챔버 사이에 그리드가 배치되는, 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 처리는 워크피스의 장치 측면에서 화학 반응을 구현하는 것을 포함하는, 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 다중 사이클 열 처리 공정을 수행하는 단계 후에 프로세싱 챔버로부터 워크피스를 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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