KR20230096111A - Rtp 기판 온도 범용 제어 알고리즘 - Google Patents

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울프강 아더홀드
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본원에서 개시되는 실시예들은 기판을 프로세싱하는 방법을 포함한다. 실시예에서, 방법은 프로세싱 챔버에서 기판의 하나 이상의 기판 파라미터들을 검출하는 단계, 및 하나 이상의 기판 파라미터들에 기초하여 OLT(open loop tuning) 가열 프로세스로 기판을 제1 온도까지 가열하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 방법은 에지 링 상에 기판을 배치하는 단계, 및 저온 폐쇄 루프 제어기로 기판을 제2 온도까지 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 방법은 고온 폐쇄 루프 제어기로 기판을 제3 온도까지 가열하는 단계를 더 포함한다.

Description

RTP 기판 온도 범용 제어 알고리즘
본 출원은 2020년 11월 5일자로 출원된 미국 정규 출원 제17/090,696호의 우선권을 주장하고, 이로써, 그의 전체 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 개시내용의 실시예들은 반도체 프로세싱의 분야에 관한 것으로, 특히, 견고성 및 처리량을 개선하기 위한 RTP(rapid thermal processing) 제어 알고리즘들 및 시스템들에 관한 것이다.
RTP(rapid thermal processing)는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상의 3차원 피처(feature)들 위의 막(예컨대, 산화물들, 질화물들 등)의 컨포멀(conformal) 증착을 허용하는 반도체 프로세싱 방법이다. 반도체 디바이스들의 복잡성이 계속해서 증가됨에 따라, 3차원 피처들 위에 컨포멀 막을 형성하는 능력은 RTP의 증가된 사용을 초래하였다. 현재, 프로세싱 엔지니어는 원하는 결과(예컨대, 막 두께, 두께 균일성, 막 조성 등)를 제공하기 위해 프로세스 제어 세팅들의 리스트로부터 선택하는 어려운 과제에 직면해 있다. 프로세스 제어 세팅들은 폐쇄 루프 제어기들, 개방 루프 옵션들, 레시피 단계 옵션들 및 종료 조건들의 리스트를 포함할 수 있다(그러나 이에 제한되지는 않음). 선택된 옵션들에 따라, 처리량이 또한 증가 또는 감소될 수 있다.
따라서, 프로세스 엔지니어는 용인가능한 처리량을 유지하면서 필요한 디바이스 결과들을 제공하기 위해 정확하게 선택될 필요가 있는 압도적인 수의 옵션들에 직면해 있다. 각각의 인입 웨이퍼가 상이한 기판 특성들을 가질 수 있기 때문에, 적절한 프로세스 제어 세팅들을 선택하는 것의 복잡성은 더 증가된다. 예컨대, 웨이퍼들 사이의 불균일성은, 몇몇 예를 들면, 열 흡수, 전방측 반사율 및 도펀트 농도의 차이들을 포함할 수 있다.
컨포멀 증착 프로세스들에 추가하여, RTP는 반도체 제조 프로세스 흐름들 내의 다수의 다른 프로세싱 동작들에 대해 사용될 수 있다. 예컨대, RTP는 도펀트 활성화, 금속 리플로우(reflow), 및/또는 금속 어닐링에 대해 사용될 수 있다. 컨포멀 증착의 경우와 유사하게, 웨이퍼 또는 디바이스 상의 원하는 결과를 제공하기 위해 다수의 상이한 프로세스 제어 세팅들이 제어될 필요가 있다. 제어 세팅들은 전형적으로 프로세스 엔지니어에 의해 선택된다. 따라서, 웨이퍼 또는 디바이스 상의 원하는 결과는 프로세스 엔지니어의 기술 및 경험에 의존한다. 유사하게, 기판들 사이의 불균일성들은 또한, 기판들의 각각의 로트(lot)를 프로세싱하기 위해 프로세스 제어 세팅들의 단일 세트가 사용될 때 불균일한 결과들을 초래할 수 있다.
본원에서 개시되는 실시예들은 기판을 프로세싱하는 방법을 포함한다. 실시예에서, 방법은 프로세싱 챔버에서 기판의 하나 이상의 기판 파라미터들을 검출하는 단계, 및 하나 이상의 기판 파라미터들에 기초하여 OLT(open loop tuning) 가열 프로세스로 기판을 제1 온도까지 가열하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 방법은 에지 링 상에 기판을 배치하는 단계, 및 저온 폐쇄 루프 제어기로 기판을 제2 온도까지 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 방법은 고온 폐쇄 루프 제어기로 기판을 제3 온도까지 가열하는 단계를 더 포함한다.
본원에서 개시되는 실시예들은 RTP(rapid thermal processing) 툴을 포함할 수 있다. 실시예에서, RTP 툴은 프로세싱 챔버, 및 프로세싱 챔버 내의 에지 링을 포함한다. RTP 툴은 기판을 에지 링 상으로 하강시키고 에지 링으로부터 상승시키기 위한 리프트 핀들, 및 기판의 기판 파라미터들을 결정하기 위한 센서를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 램프 조립체가 프로세싱 챔버 위에 제공된다. 실시예에서, RTP 툴은 챔버에서 기판의 온도를 제어하기 위한 제어기를 더 포함한다. 실시예에서, 제어기는 램프 조립체, 센서 및 리프트 핀들에 통신가능하게 커플링된다. 실시예에서, 제어기는 센서에 의해 결정되는 기판 파라미터들에 기초하여 다양한 온도 체제들에 대한 온도 제어기들을 선택하기 위한 알고리즘을 포함한다.
본원에서 개시되는 실시예들은 RTP(rapid thermal processing) 툴로 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 방법은 투과 고온측정(transmission pyrometry)을 사용하여 프로세싱 챔버에서 기판의 하나 이상의 기판 파라미터들을 검출하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 하나 이상의 기판 파라미터들은 열 흡수, 전방측 반사율 및 도핑 농도 중 하나 이상을 포함한다. 실시예에서, 방법은 하나 이상의 기판 파라미터들에 기초하여 OLT(open loop tuning) 가열 프로세스로 기판을 제1 온도까지 가열하는 단계, 및 에지 링 상에 기판을 배치하는 단계를 더 포함한다. 실시예에서, 방법은 저온 폐쇄 루프 제어기로 기판을 제2 온도까지 가열하는 단계를 더 포함한다. 실시예에서, 기판은 제2 온도에서 불투명하다. 방법은 고온 폐쇄 루프 제어기로 기판을 제3 온도까지 가열하는 단계, 및 기판이 제3 온도에 있는 동안 프로세싱 가스를 프로세싱 챔버 내로 유동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 방법은 기판을 제4 온도까지 냉각시키는 단계, 및 에지 링으로부터 기판을 리프트하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른, 검출된 기판 파라미터들을 입력으로서 사용하는 제어 알고리즘의 보조로 구현되는 RTP(rapid thermal processing) 동작을 묘사하는 프로세스 흐름도이다.
도 2a는 실시예에 따른, 리프트 핀들 상에서 상승된 기판을 갖는 RTP 툴의 단면도이다.
도 2b는 실시예에 따른, 챔버 내의 에지 링에 의해 지지되는 기판을 갖는 RTP 툴의 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른, 제어 알고리즘 및 제어 알고리즘에 의해 제어되는 피처들 중 일부를 예시하는 RTP 툴의 블록도이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록도를 예시한다.
견고성 및 처리량을 개선하기 위한 RTP(rapid thermal processing) 제어 알고리즘들 및 시스템들이 본원에서 설명된다. 이하의 설명에서, 다수의 특정 세부사항들이 본 개시내용의 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 본 개시내용의 실시예들이 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 본 개시내용의 실시예들을 불필요하게 불분명하게 하지 않기 위해, 집적 회로 제작과 같은 잘 알려져 있는 양상들은 상세히 설명되지 않는다. 게다가, 도면들에 도시된 다양한 실시예들은 예시적인 표현들이고, 반드시 실척대로 도시된 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.
위에서 언급된 바와 같이, 현재 존재하는 RTP 툴들의 견고성 및 처리량은 프로세스 제어 세팅들을 선택하는 것을 담당하는 프로세스 엔지니어의 기술에 의해 크게 제한된다. 추가적으로, 적절한 프로세스 제어 세팅들을 선택하는 복잡성은 웨이퍼들 사이의 불균일성에 의해 더 증가된다. 따라서, 본원에서 개시되는 실시예들은 주어진 RTP 프로세스의 견고성 및 처리량을 개선하는 RTP 제어 알고리즘들 및 시스템들을 포함한다.
실시예에서, 적절한 프로세스 제어 세팅들은 RTP 툴에 의해 결정되는 하나 이상의 기판 파라미터들에 의해 지시된다. 예컨대, 투과 고온측정과 같은 프로세스들이 기판의 도펀트 농도를 결정하기 위해 사용될 수 있고 그리고/또는 반사율 측정들이 RTP 툴에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 측정들은 신속하게(예컨대, 대략 1초 이하 내에) 이루어질 수 있고 처리량을 크게 감소시키지 않는다. 일단 하나 이상의 기판 파라미터들이 검출되면, 제어 알고리즘은 예측가능한 처리량으로 원하는 출력을 제공하는 하나 이상의 프로세스 제어 세팅들을 선택할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 엔지니어는 소킹(soak) 온도 및 시간과 같은 시스템에 대한 최소의 입력들을 담당할 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 실시예에 따른, 기판에 대해 RTP 동작을 구현하기 위한 프로세스를 묘사하는 프로세스 흐름도(170)가 도시된다. 흐름도(170)는 기판 파라미터들을 검출하는 것을 포함하는 동작(171)으로 시작될 수 있다. 실시예에서, 기판 파라미터들은 열 흡수, 전방측 반사율 및 도펀트 농도 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 실시예에서, 기판 파라미터들을 검출하는 것은 투과 고온측정, 반사율 판독들 등과 같은(그러나 이에 제한되지는 않음) 하나 이상의 비파괴 분석 방법들을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 분석 방법들의 사용은 기판 파라미터들의 신속한 검출을 허용한다. 예컨대, 기판 파라미터들은 대략 1초 내에 또는 더 빠르게 결정될 수 있다. 기판 파라미터들의 신속한 검출은 프로세싱되고 있는 각각의 기판이 분석되는 것을 허용한다. 대안적인 실시예들은 로트당 하나의 기판을 분석하는 것을 포함할 수 있거나 또는 기판 분석은 임의의 원하는 빈도로 구현될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 동작(171)은 기판의 도펀트 농도를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 실시예에서, 도펀트 농도는 기판을 통하는 전자기 파장 투과들의 사용을 통해 결정된다. 예컨대, 공칭 전압(예컨대, 10 V 이하)이 전자기 방사선의 소스를 제공하기 위해 기판 위의 툴 내의 가열 램프들에 인가된다. 특히, 상이한 도펀트 농도들은 전자기 방사선을 서로 상이하게 흡수할 것이다. 전자기 방사선 검출기(예컨대, 광검출기)가 가열 램프들이 있는 기판의 측과 반대편에 있는 기판의 측에 있다. 검출기는 기판을 통과하는 전자기 방사선의 상대 강도를 획득하기 위해 사용될 수 있다. 이어서, 검출된 강도는 검출된 강도에 대한 도펀트 농도를 제공하기 위해 강도들과 도펀트 농도들 사이의 관계들을 포함하는 데이터베이스와 비교될 수 있다.
실시예에서, 프로세싱 툴 내의 다양한 위치들에서 반사율 측정들이 이루어질 수 있다. 특정 실시예에서, 반사율 측정들은 기판이 포트를 통해 프로세싱 챔버 내로 통과함에 따라 이루어질 수 있다. 예컨대, 광 소스(예컨대, 레이저, 다이오드 등)가 기판을 조명할 수 있고, 광 검출기(예컨대, 카메라, 포토다이오드 등)가 반사된 광을 검출할 수 있다. 실시예에서, 광 소스는 단일 파장 광 소스일 수 있거나 또는 광 소스는 넓은 스펙트럼을 포함할 수 있다. 단일 파장 광 소스의 경우, 상이한 파장들을 갖는 복수의 광 소스들이 상이한 파장들에서 반사율 판독들을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
실시예에서, 흐름도(170)는 기판 파라미터들에 기초하여 선택되는 OLT(open loop tuning) 제어기로 기판을 가열하는 것을 포함하는 동작(172)으로 계속될 수 있다. 개방 루프 튜닝은 일반적으로, 실증적으로 도출된 알고리즘에 따라 기판의 온도를 증가시키기 위한 프로세스를 설명한다. 실시예에서, 기판 파라미터들에 기초하여 OLT 제어기를 선택하는 것은 RTP 툴과 통합된 제어 알고리즘에 의해 행해질 수 있다.
동작(171)에서 기판의 도펀트 농도가 검출된 경우, 선택된 OLT 제어기는 기판에 의해 흡수된 전자기 방사선의 양에 기초하여 기판의 제어되는 가열을 제공하도록 최적화된다. 예컨대, 낮은 도펀트 농도들을 갖는 기판들은 높은 도펀트 농도들을 갖는 기판들보다 더 적은 에너지를 흡수할 것이다. 특정 실시예에서, 1E18 원자/cm3 이하의 도핑 레벨을 갖는 기판들은 실질적으로 동일한 양의 에너지를 흡수할 수 있고, 1E20 원자/cm3 이상의 도핑 레벨을 갖는 기판들은 실질적으로 동일한 양의 에너지를 흡수할 수 있다. 따라서, 1E18 원자/cm3 이하의 도핑 레벨을 갖는 임의의 기판에 대해 제1 OLT 제어기가 선택될 수 있고, 1E20 원자/cm3 이상의 도핑 레벨을 갖는 임의의 기판에 대해 제2 OLT 제어기가 선택될 수 있다.
실시예에서, 제1 OLT 제어기는 툴 내의 램프들의 상이한 방사상 구역들 사이에서 실질적으로 불균일한 램프 전압들을 포함할 수 있다. 예컨대, 램프들의 중앙 구역은 램프들의 외측 구역보다 더 높은 전압을 가질 수 있다. 불균일한 전압들은 기판의 균일한 가열을 허용한다. 실시예에서, 제2 OLT 제어기는 툴 내의 램프들의 상이한 방사상 구역들 사이에서 실질적으로 균일한 램프 전압들을 포함할 수 있다.
1E18 원자/cm3의 도핑 레벨과 1E20 원자/cm3의 도핑 레벨 사이에서, 에너지의 흡수는 더 가변적이다. 즉, 도펀트 농도의 작은 변화들이 흡수되는 전자기 방사선의 레벨의 상당한 변화들을 발생시킬 수 있다. 따라서, 1E18 원자/cm3와 1E20 원자/cm3 사이의 도핑 레벨들에 대해 복수의 OLT 제어기들이 제공될 수 있다. 복수의 OLT 제어기들에서, OLT 레시피 내의 일정한 램프 전압들은 제1 OLT 제어기의 세팅과 제2 OLT 제어기의 세팅 사이에서 반복적으로 변화될 것이다. 즉, 1E18 원자/cm3에 근접한 도핑 레벨들에서 램프들의 내측 영역의 전압과 램프들의 외측 영역의 전압 사이의 확산(spread)이 있을 것이고, 램프들의 내측 영역의 전압과 램프들의 외측 영역의 전압 사이의 확산은 도핑 레벨이 1E20 원자/cm3에 접근함에 따라 수렴될 것이다. 1E18 원자/cm3와 1E20 원자/cm3 사이의 도핑 레벨들에 대한 복수의 OLT 제어기들은 실증적으로 또는 계산적으로 도출되어, RTP 툴과 통합된 제어 알고리즘이 이용가능한 데이터베이스에 저장될 수 있다.
실시예에서, OLT 제어기에 의한 기판 온도의 제어는 기판이 에지 링 상에 배치되기 전에 구현된다. 즉, 기판이 에지 링 위에서 리프트 핀들에 의해 지지되는 동안 OLT 제어기가 사용될 수 있다. 따라서, 기판을 가열하는 시작 프로세스는 에지 링의 가열과 개별적으로 수행되는 것이 허용된다. 일부 실시예들에서, OLT 제어기의 사용의 엔드포인트는 고정 시간 엔드포인트일 수 있다. 고정 시간 엔드포인트를 사용하는 것은 기판들이 상이한 기판 파라미터들을 가질 때에도 처리량이 기판들 사이에서 반복가능하게 되는 것을 허용한다. 실시예에서, OLT 제어기의 사용은 기판을 제1 온도까지 가열할 수 있다. 제1 온도는 기판이 적외선(IR) 전자기 방사선에 대해 여전히 투명한 온도일 수 있다. 예컨대, 제1 온도는 대략 300 ℃ 이하일 수 있다. 일부 실시예들에서, 동작(172) 동안 기판 파라미터들은 다시 측정될 수 있다.
실시예에서, 흐름도(170)는 프로세싱 챔버 내의 에지 링 상에 기판을 배치하는 것을 포함하는 프로세싱 동작(173)으로 계속될 수 있다. 동작들(171 및 172) 동안 기판이 상부에 지지된 리프트 핀들을 후퇴시켜서 기판을 하강시킴으로써 기판이 에지 링 상에 배치될 수 있다. 에지 링은 기판이 반사기 플레이트와 같은 챔버의 최하부 표면 위로 상승되도록 기판을 지지할 수 있다. 반사기 플레이트는 프로세싱 동작들 중 하나 이상 동안 전방측 표면에 추가하여 기판의 후방측 표면이 가열되는 것을 허용한다.
실시예에서, 흐름도(170)는 저온 폐쇄 루프 제어기로 기판의 온도를 제2 온도까지 램핑 업(ramping up)하는 것을 포함하는 프로세싱 동작(174)으로 계속될 수 있다. 기판의 온도의 폐쇄 루프 제어는 전형적으로 기판의 온도의 선형 증가를 나타낸다. 저온 폐쇄 루프 제어기는 이용가능한 저온 제어기들의 그룹으로부터 선택된 제어기일 수 있다. 즉, RTP 툴과 통합된 제어 알고리즘은 이전의 프로세싱 동작들에서 결정된 기판 파라미터들에 기초하여 저온 폐쇄 루프 제어기들 중 하나를 선택할 수 있다. 상이한 저온 폐쇄 루프 제어기들은 기판을 제1 온도로부터 제2 온도까지 가열하는 데 사용되는 상이한 램핑 레이트들을 제공할 수 있는데, 선택된 저온 폐쇄 루프 제어기는 주어진 기판 파라미터들에 대해 적합한 가장 최적의 램핑 레이트를 제공한다.
실시예에서, 기판 가열 프로세스에 대한 저온 제어기를 자동으로 배정하기 위해 모든 웨이퍼 정보 및 레시피 정보가 함께 통합된다. 프로세스 엔지니어는 상이한 제품 웨이퍼들에 대한 다양한 맞춤형 레시피들을 가질 수 있다. 따라서, 제2 온도는 (예컨대, 450 ℃ 내지 600 ℃에서) 변화될 수 있다. 단일 저온 제어기가 사용된 경우, 저온 제어기는 제2 온도(예컨대, 550 ℃)에 대해 잘 작동할 수 있지만, 다른 레시피가 상이한 제2 온도(예컨대, 450 ℃)를 갖는 경우 큰 온도 확산 또는 오버슈트(overshoot)를 야기할 것이다. 추가적으로, 일부 애플리케이션들은 빠른 스파이크(spike)가 후속되는 저온 제어기에 대한 낮은 서멀 버짓(thermal budget)을 요구할 수 있다. 다시 말하면, 하나의 저온 제어기는 다수의 상이한 가열 요건들에 적합하지 않다. 따라서, 선택되는 저온 제어기는 프로세스 엔지니어에 의해 선택되는 하나 이상의 기판 파라미터들 및 가열 요건들에 의존할 수 있다. 자동으로 배정되는 저온 제어기는 제어 파라미터들을 수정하는 것을 돕고, 1초 내에 다양한 레시피들 내의 상이한 제2 온도들에 대해 제어 알고리즘을 최적화할 것이다. 따라서, 프로세스 엔지니어는 잘못된 제어기를 배정하는 것 또는 상이한 저온 제어기들 모두를 테스트할 필요가 있는 것으로 인한 임의의 문제를 갖지 않을 것이다.
실시예에서, 제2 온도는 기판이 투명 상태로부터 불투명 상태로 전환된 온도일 수 있다. 예컨대, 실리콘 기판의 경우, 제2 온도는 대략 550 ℃ 초과일 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 온도는 대략 550 ℃ 내지 대략 650 ℃일 수 있다.
실시예에서, 흐름도(170)는 고온 폐쇄 루프 제어기로 기판의 온도를 제3 온도까지 램핑 업하는 것을 포함하는 동작(175)으로 계속될 수 있다. 고온 폐쇄 루프 제어기는 레시피 의존적일 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 고온 폐쇄 루프 제어기의 선택은 기판 파라미터들에 의존하지 않을 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 고온 폐쇄 루프 제어기의 선택은 기판 파라미터들에 의해 알려질 수 있다. 실시예에서, 제3 온도는 대략 1,000 ℃ 초과일 수 있다. 특정 실시예에서, 제3 온도는 대략 1,000 ℃ 내지 대략 1,200 ℃일 수 있다.
실시예에서, 고온 폐쇄 루프 제어기는 소킹 램핑 레이트 또는 스파이크 램핑 레이트를 포함할 수 있다. 소킹 램핑 레이트는 전형적으로 스파이크 램핑 레이트 미만이다. 예컨대, 소킹 램핑 레이트는 대략 초당 75 ℃일 수 있고, 스파이크 램핑 레이트는 대략 초당 200 ℃일 수 있다. 고온 폐쇄 루프 제어기의 선택은 프로세스 엔지니어에 의해 선택될 수 있다. 고온 폐쇄 루프 제어기 선택이 기판 파라미터들에 의해 알려지는 실시예들에서, 선택을 하기 위해 제어 알고리즘이 사용될 수 있다. 실시예에서, 고온 폐쇄 루프 제어기는 고정 램핑 업 세트포인트를 따른다. 이러한 고정 램핑 업 세트포인트는 부자연스러운 램프 전력 스파이크들 없이 최적화된 방식으로 기판을 가열하는 것을 허용한다.
실시예에서, 흐름도(170)는 냉각 폐쇄 루프 제어기로 기판을 냉각시키는 것을 포함하는 동작(176)으로 계속될 수 있다. 냉각은 기판이 여전히 에지 링 상에 있는 동안 구현될 수 있다. 실시예에서, 냉각은 제4 온도가 도달될 때까지 실행될 수 있다. 예컨대, 제4 온도는 대략 850 ℃ 이하일 수 있다.
제4 온도가 도달된 후에, 흐름도(170)는 리프트 핀들로 기판을 에지 링으로부터 리프트하는 것을 포함하는 동작(177)으로 계속될 수 있다. 일단 에지 링으로부터 떨어지게 되면, 폐쇄 루프 제어기는 기판을 원하는 온도까지 계속해서 냉각시킬 수 있다. 실시예에서, 프로세스 엔지니어는 제4 온도를 선택할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 알고리즘은 선택된 제4 온도에 기초하여 처리량 추정치를 프로세스 엔지니어에게 제공할 수 있다. 기판이 충분히 냉각된 후에, 기판은 RTP 챔버로부터 제거될 수 있다.
위에서 개시된 실시예에서, 기판의 가열 및 냉각이 개시된다. 기판 위에 막을 형성하기 위해 가열 및 냉각 동작들 중 하나 이상 동안 하나 이상의 프로세스 가스들이 챔버 내로 유동될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 특정 실시예에서, 막은 컨포멀 막이다. 프로세스 가스는 원하는 조성을 갖는 층을 형성하는 데 적합한 임의의 프로세싱 가스 또는 가스들일 수 있다. 예컨대, 층이 질소 함유 층인 실시예들에서, 프로세스 가스는 질소 가스(N2), 암모니아(NH), 일산화 질소(NO), 아산화 질소(NO) 등과 같은(그러나 이에 제한되지는 않음) 질소 함유 가스를 포함할 수 있다. 층이 산소 함유 층인 실시예들에서, 프로세스 가스는 수소(H2) 및 산소(O2)를 포함할 수 있다(그러나 이에 제한되지는 않음). 프로세스 가스는 임의의 적합한 유량, 예컨대, 약 1 slm(standard liter per minute) 내지 약 5 slm으로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유량은 층의 두께 및/또는 균일성을 제어하기 위해 조정될 수 있다.
실시예에서, 흐름도(170)를 구현하는 시스템은 소킹 시간 및 소킹 온도와 같은 입력된 파라미터들에 기초하여 각각의 로트에 대한 정확한 기판 프로세싱 시간에 대한 정보를 프로세스 엔지니어에게 제공하는 능력을 갖는다. 총 레시피 시간은 소킹 시간, 소킹 온도, 및 오버헤드(overhead) 시간에 기초한다. 오버헤드 시간은 웨이퍼를 소킹 온도까지 가열하고 소킹 온도로부터 냉각시키는 데 필요한 시간과 기판 교환 시간의 합일 수 있다. 이러한 값들은 시뮬레이션에 의해 정확하게 계산될 수 있다. 기판들의 프로세싱으로부터 실제 데이터를 공급받는 머신 학습 알고리즘들이 계산된 프로세싱 시간을 정밀화하기 위해 사용될 수 있다. 실제 값들이 계산된 값들 또는 참조 값(예컨대, 유사한 기판들의 이전의 로트로부터의 데이터)으로부터 벗어나는 경우, 보정들이 제안되고 자동화 소프트웨어로 송신된다. 자동화 소프트웨어는 프로세스 레시피를 계산된 또는 참조 값들로 되돌리기 위해 프로세싱 툴을 제어할 수 있다.
실시예에서, 자동화 소프트웨어로부터의 제안되는 보정들은 웨이퍼 교환 시간이 예상된 것과 상이한 경우 로봇 속도를 변경하는 것을 포함할 수 있다. 보정들은 또한, 기판을 제1 및 제2 온도들까지 가열하기 위한 시간이 예상된 것과 상이한 경우들에서, 선택된 OLT 튜너를 체크하는 것을 포함할 수 있다. 보정들은 또한, 저온 제어기 파라미터들(예컨대, 도펀트 농도 또는 반사율)를 다시 체크하는 것을 포함할 수 있다. 기판 파라미터들 및 컨텍스트 정보, 이를테면, 레시피 파라미터들에 기초하여, 자동화 소프트웨어는 시스템으로부터의 제안들을 처리하기 위해 로봇 명령들 또는 OLT 제어기를 수정하기로 결정할 것이다. 즉, 일부 로트들은 정확한 최적화된 OLT 및 저온 제어 옵션들을 갖지 않는 새로운 웨이퍼 파라미터들을 가질 수 있다. 이러한 경우들에서, 로트는 상이한 가열 시간으로 플래그(flag)되고, 문제를 처리하기 위해 더 양호한 OLT 제어기가 발견된다. 일부 경우들에서, 자동화 소프트웨어에 의해 레시피 시간의 차이가 허용된다.
이제 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른, 흐름도(170)의 프로세스를 구현하기 위해 사용될 수 있는 RTP 툴(200)의 단면도들이 도시된다. 도 2a에서, 기판(201)은 에지 링(220) 위에서 리프트 핀들(210)에 의해 지지된다. 도 2b에서, 리프트 핀들(210)은 후퇴되었고, 기판(201)은 에지 링(220)에 의해 지지된다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, RTP 툴(200)은 프로세스 영역(215)을 포함한다. 프로세스 영역(215)은 기판(201) 아래의 반사기 플레이트(222), 측벽들(223), 및 윈도우(230)에 의해 정의된다. 기판(201)은 슬릿 밸브(도시되지 않음)를 통해 프로세스 영역(215) 내로 그리고 리프트 핀들(210) 상으로 삽입될 수 있다. 리프트 핀들(210)은 반사기 플레이트(222)를 통해 연장될 수 있다. 실시예에서, 리프트 핀들(210)은 선형 액추에이터 메커니즘(도시되지 않음)에 의해 작동된다. 리프트 핀들(210)은 RTP 툴(200) 내에 통합된 제어 알고리즘(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 제어 알고리즘은 에지 링(220) 상에 기판(201)을 배치하거나 또는 에지 링(220)으로부터 기판(201)을 상승시키기 위해 리프트 핀들(210)이 연장되고/되거나 후퇴될 때를 지시할 수 있다.
실시예에서, 반사기 플레이트(222)는 기판(201)을 균일하게 가열하기 위해 에너지를 반사하는 재료를 포함한다. 즉, 반사기 플레이트(222)는 기판(201)의 균일한 가열을 용이하게 하기 위해 에너지를 기판(201)의 후방측으로 반사한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 센서들(217)이 기판의 기판 파라미터들을 측정하기 위해 반사기 플레이트(222)를 통과할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 센서들(217)은 투과 고온측정 등을 위한 센서들을 포함할 수 있다.
실시예에서, 윈도우(230)는 프로세스 영역(215)을 밀봉하기 위해 측벽들(223)과 인터페이스한다. 윈도우(230)는 하나 이상의 램프들(236)로부터의 에너지에 대해 투명한 재료를 포함한다. 예컨대, 윈도우는 유리 윈도우 등일 수 있다. 실시예에서, 램프 조립체(235)가 윈도우(230) 위에 제공된다. 램프 조립체(235)는 복수의 램프들(236)을 포함한다. 램프들(236)은 텅스텐 할로겐 램프들과 같은 할로겐 램프들일 수 있다. 램프들은 기판(201)의 신속한 가열을 용이하게 한다. 실시예에서, 램프들(236)은 개별적으로 제어가능하거나 또는 그룹들로 제어가능할 수 있다. 예컨대, 램프들(236)은 동심 링들로 그룹화될 수 있고, 각각의 동심 링은 개별적으로 제어가능하다. 램프들(236)은 도 1과 관련하여 위에서 설명된 프로세스와 같이 기판에 대해 RTP 프로세스를 실행하기 위해 제어 알고리즘에 의해 제어될 수 있다.
실시예에서, 하나 이상의 프로세싱 가스들이 프로세싱 영역(215) 내로 유동될 수 있다. 프로세싱 가스들은 카트리지(도시되지 않음)를 통해 챔버 내로 유동될 수 있다. 예컨대, 카트리지는 RTP 툴(200)의 측벽(223)을 통해 제공될 수 있다. 카트리지는 질소 함유 소스 가스, 수소 소스 가스 및/또는 산소 함유 소스 가스와 같은(그러나 이에 제한되지는 않음) 하나 이상의 가스 소스들로부터 가스를 수용할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 RTP 툴(300)의 개략도가 도시된다. 실시예에서, RTP 툴(300)은 제어 알고리즘(380)을 포함할 수 있다. 제어 알고리즘(380)은 도 1과 관련하여 위에서 설명된 RTP 프로세스(170)와 같은 RTP 프로세스를 구현하는 데 적합한 제어 알고리즘일 수 있다. 특히, 제어 알고리즘(380)은 램프들(336), 리프트 핀들(310), 및 센서들(317)에 통신가능하게 커플링될 수 있다. 센서들(317)은 RTP 툴(300)에서 프로세싱되는 기판의 하나 이상의 기판 파라미터들을 결정하는 데 적합할 수 있다. 예컨대, 센서들(317)은 투과 고온계를 포함할 수 있다. 센서들(317)은 기판의 열 흡수, 전방측 반사율 및 도펀트 농도와 같은(그러나 이에 제한되지는 않음) 기판 파라미터들을 결정하는 데 적합할 수 있다.
실시예에서, 제어 알고리즘(380)은 센서들(317)로부터의 기판 파라미터들을 입력으로서 획득하고, 주어진 기판 파라미터들에 대해 맞춤화된 프로세스 레시피를 출력한다. 예컨대, 프로세스 레시피는 적합한 프로세스 처리량으로 원하는 프로세스 결과를 제공하는 OLT 제어기들, 저온 폐쇄 루프 제어기들 및/또는 고온 폐쇄 루프 제어기들의 선택을 포함할 수 있다. 실시예에서, 상이한 제어기들이 레시피 서버(390)에 저장될 수 있고, 그 상이한 제어기들로부터 제어 알고리즘이 선택을 한다. 레시피 서버(390)는 RTP 툴(300) 외부에 있을 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 레시피 서버(390)는 RTP 툴(300) 내의 메모리에 구현될 수 있다.
실시예에서, 제어 알고리즘(380)은 또한 램프들(336) 및 리프트 핀들(310)에 커플링된다. 따라서, 제어 알고리즘(380)은 (예컨대, 에지 링 상으로의 또는 에지 링으로부터 떨어지게 하는) RTP 툴(300) 내의 기판의 배치를 제어하는 것에 추가하여 RTP 툴(300)이 기판을 가열 및/또는 냉각시키게 할 수 있다.
제어 알고리즘(380)의 사용은 프로세스 엔지니어에 의해 이루어질 필요가 있는 선택들을 단순화하는 이익을 갖는다. 예컨대, 프로세스 엔지니어는 소킹 온도 및 시간만을 선택할 필요가 있을 수 있다. 이어서, 제어 알고리즘(380)은 검출된 기판 파라미터들에 기초하여 레시피의 나머지 부분을 자동으로 생성한다. 따라서, RTP 프로세스를 설계하는 복잡성이 감소된다.
도 4는 컴퓨터 시스템(400)의 예시적인 형태로 머신의 도식적 표현을 예시하고, 그 머신 내에서, 머신으로 하여금 본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 하나 이상을 수행하게 하기 위한 명령들의 세트가 실행될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 머신은 LAN(Local Area Network), 인트라넷, 엑스트라넷, 또는 인터넷에서 다른 머신들에 연결(예컨대, 네트워크화)될 수 있다. 머신은 클라이언트-서버 네트워크 환경에서 서버 또는 클라이언트 머신으로서 동작할 수 있거나 또는 피어-투-피어(또는 분산형) 네트워크 환경에서 피어 머신으로서 동작할 수 있다. 머신은 PC(personal computer), 태블릿 PC, STB(set-top box), PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러 전화, 웹 기기, 서버, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브리지, 또는 머신에 의해 행해질 액션들을 지정하는 명령들의 세트를 (순차적으로 또는 다른 방식으로) 실행할 수 있는 임의의 머신일 수 있다. 추가로, 단일 머신만이 예시되지만, "머신"이라는 용어는 또한, 본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 하나 이상을 수행하도록 명령들의 세트(또는 다수의 세트들)를 개별적으로 또는 집합적으로 실행하는 머신들(예컨대, 컴퓨터들)의 임의의 집합을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
예시적인 컴퓨터 시스템(400)은 프로세서(402), 메인 메모리(404)(예컨대, ROM(read-only memory), 플래시 메모리, DRAM(dynamic random access memory), 이를테면 SDRAM(synchronous DRAM) 또는 RDRAM(Rambus DRAM) 등), 정적 메모리(406)(예컨대, 플래시 메모리, SRAM(static random access memory), MRAM 등), 및 이차 메모리(418)(예컨대, 데이터 저장 디바이스)를 포함하고, 그들은 버스(430)를 통해 서로 통신한다.
프로세서(402)는 마이크로프로세서, 중앙 프로세싱 유닛 등과 같은 하나 이상의 범용 프로세싱 디바이스들을 표현한다. 더 구체적으로, 프로세서(402)는 CISC(complex instruction set computing) 마이크로프로세서, RISC(reduced instruction set computing) 마이크로프로세서, VLIW(very long instruction word) 마이크로프로세서, 다른 명령 세트들을 구현하는 프로세서, 또는 명령 세트들의 조합을 구현하는 프로세서들일 수 있다. 프로세서(402)는 또한, 하나 이상의 특수 목적 프로세싱 디바이스들, 이를테면, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array), DSP(digital signal processor), 네트워크 프로세서 등일 수 있다. 프로세서(402)는 본원에서 설명되는 동작들을 수행하기 위한 프로세싱 로직(426)을 실행하도록 구성된다.
컴퓨터 시스템(400)은 네트워크 인터페이스 디바이스(408)를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(400)은 또한, 비디오 디스플레이 유닛(410)(예컨대, LCD(liquid crystal display), LED(light emitting diode display), 또는 CRT(cathode ray tube)), 영숫자 입력 디바이스(412)(예컨대, 키보드), 커서 제어 디바이스(414)(예컨대, 마우스), 및 신호 생성 디바이스(416)(예컨대, 스피커)를 포함할 수 있다.
이차 메모리(418)는 머신 액세스가능 저장 매체(또는 더 구체적으로는 컴퓨터 판독가능 저장 매체)(432)를 포함할 수 있고, 그 머신 액세스가능 저장 매체 상에는 본원에서 설명되는 방법들 또는 기능들 중 임의의 하나 이상을 실시하는 명령들의 하나 이상의 세트들(예컨대, 소프트웨어(422))이 저장된다. 소프트웨어(422)는 또한, 컴퓨터 시스템(400)에 의한 그의 실행 동안 프로세서(402) 및/또는 메인 메모리(404) 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 상주할 수 있고, 메인 메모리(404) 및 프로세서(402)는 또한 머신 판독가능 저장 매체들을 구성한다. 소프트웨어(422)는 추가로, 네트워크 인터페이스 디바이스(408)를 통해 네트워크(420)를 통해 송신 또는 수신될 수 있다.
머신 액세스가능 저장 매체(432)가 예시적인 실시예에서 단일 매체인 것으로 도시되지만, "머신 판독가능 저장 매체"라는 용어는 명령들의 하나 이상의 세트들을 저장하는 단일 매체 또는 다수의 매체들(예컨대, 중앙집중형 또는 분산형 데이터베이스 및/또는 연관된 캐시들 및 서버들)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. "머신 판독가능 저장 매체"라는 용어는 또한, 머신에 의한 실행을 위해 명령들의 세트를 저장 또는 인코딩할 수 있고 머신으로 하여금 본 개시내용의 방법들 중 임의의 하나 이상을 수행하게 하는 임의의 매체를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 따라서, "머신 판독가능 저장 매체"라는 용어는 솔리드 스테이트 메모리들 및 광학 및 자기 매체들을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않음) 것으로 이해될 것이다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, 머신 액세스가능 저장 매체에는 데이터 프로세싱 시스템으로 하여금, 기판 파라미터들을 검출하고 기판 파라미터들에 기초하여 제어기들을 선택하는 제어 알고리즘을 사용하여 RTP(rapid thermal process) 동작을 생성 및 실행하는 방법들을 수행하게 하는 명령들이 저장되어 있다.
따라서, 기판 파라미터들을 검출하고 기판 파라미터들에 기초하여 제어기들을 선택하는 제어 알고리즘을 사용하여 RTP(rapid thermal process) 동작을 생성 및 실행하기 위한 방법들 및 장치들이 개시되었다.

Claims (20)

  1. 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
    프로세싱 챔버에서 기판의 하나 이상의 기판 파라미터들을 검출하는 단계;
    상기 하나 이상의 기판 파라미터들에 기초하여 OLT(open loop tuning) 가열 프로세스로 상기 기판을 제1 온도까지 가열하는 단계;
    에지 링 상에 상기 기판을 배치하는 단계;
    저온 폐쇄 루프 제어기로 상기 기판을 제2 온도까지 가열하는 단계; 및
    고온 폐쇄 루프 제어기로 상기 기판을 제3 온도까지 가열하는 단계
    를 포함하는, 기판을 프로세싱하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기판 파라미터들은 열 흡수, 전방측 반사율 및 도펀트 농도 중 하나 이상을 포함하는, 기판을 프로세싱하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기판 파라미터들은 투과 고온측정(transmission pyrometry)을 사용하여 검출되는, 기판을 프로세싱하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 투과 고온측정은 대략 1초 이하 내에 구현되는, 기판을 프로세싱하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 제1 온도까지 가열하는 단계는 고정 시간 내에 구현되는, 기판을 프로세싱하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 온도는 대략 650 ℃ 이하인, 기판을 프로세싱하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제2 온도에서 불투명한, 기판을 프로세싱하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    고온 레시피는 소킹(soak) 레시피 또는 스파이크(spike) 레시피인, 기판을 프로세싱하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 제4 온도까지 냉각시키는 단계; 및
    상기 제4 온도에 도달한 후에 상기 에지 링으로부터 상기 기판을 리프트하는 단계
    를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 RTP(rapid thermal processing) 챔버인, 기판을 프로세싱하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 상기 제2 온도까지 가열하기 위한 상기 저온 폐쇄 루프 제어기는 상기 하나 이상의 기판 파라미터들에 기초하여 선택되는, 기판을 프로세싱하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 프로세싱하는 방법의 레시피 시간에서 편차들을 발견하는 단계; 및
    기존의 리스트에 더 많은 제어기들을 추가함으로써 상기 레시피 시간을 보정하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제어기들은 상기 기판을 프로세싱하는 방법 동안 획득된 실제 데이터에 기초하는, 기판을 프로세싱하는 방법.
  13. RTP(rapid thermal processing) 툴로서,
    프로세싱 챔버;
    상기 프로세싱 챔버 내의 에지 링;
    기판을 상기 에지 링 상으로 하강시키고 상기 에지 링으로부터 상승시키기 위한 리프트 핀들;
    상기 기판의 기판 파라미터들을 결정하기 위한 센서;
    상기 프로세싱 챔버 위의 램프 조립체; 및
    상기 챔버에서 상기 기판의 온도를 제어하기 위한 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 램프 조립체, 상기 센서, 및 상기 리프트 핀들에 통신가능하게 커플링되고, 상기 제어기는 상기 센서에 의해 결정되는 상기 기판 파라미터들에 기초하여 다양한 온도 체제들에 대한 온도 제어기들을 선택하기 위한 알고리즘을 포함하는, RTP 툴.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기판 파라미터들은 열 흡수, 전방측 반사율 및 도핑 농도 중 하나 이상을 포함하는, RTP 툴.
  15. 제13항에 있어서,
    제1 온도 제어기는 상기 기판의 온도를 제1 온도까지 증가시키기 위한 OLT(open loop tuning) 제어기인, RTP 툴.
  16. 제15항에 있어서,
    제2 온도 제어기는 상기 온도를 상기 제1 온도로부터 제2 온도까지 증가시키기 위한 폐쇄 루프 제어기인, RTP 툴.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 온도를 상기 제2 온도로부터 제3 온도까지 증가시키기 위한 레시피를 선택하는, RTP 툴.
  18. RTP(rapid thermal processing) 툴로 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법으로서,
    투과 고온측정을 사용하여 프로세싱 챔버에서 기판의 하나 이상의 기판 파라미터들을 검출하는 단계 ― 상기 하나 이상의 기판 파라미터들은 열 흡수, 전방측 반사율 및 도핑 농도 중 하나 이상을 포함함 ―;
    상기 하나 이상의 기판 파라미터들에 기초하여 OLT(open loop tuning) 가열 프로세스로 상기 기판을 제1 온도까지 가열하는 단계;
    에지 링 상에 상기 기판을 배치하는 단계;
    저온 폐쇄 루프 제어기로 상기 기판을 제2 온도까지 가열하는 단계 ― 상기 기판은 상기 제2 온도에서 불투명함 ―;
    고온 폐쇄 루프 제어기로 상기 기판을 제3 온도까지 가열하는 단계;
    상기 기판이 상기 제3 온도에 있는 동안 프로세싱 가스를 상기 프로세싱 챔버 내로 유동시키는 단계;
    상기 기판을 제4 온도까지 냉각시키는 단계; 및
    상기 에지 링으로부터 상기 기판을 리프트하는 단계
    를 포함하는, RTP 툴로 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 온도는 대략 650 ℃ 이하인, RTP 툴로 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 투과 고온측정은 대략 1초 이하 내에 구현되는, RTP 툴로 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
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