KR20240095456A - 라디칼 감지를 사용하는 플라즈마 프로세싱의 피드백 제어를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 라디칼 감지를 사용하는 플라즈마 프로세싱 시스템의 피드백 제어를 위한 장치 및 라디칼 감지를 사용하는 플라즈마 프로세싱 시스템의 피드백 제어를 위한 방법에 관한 것이며, 장치는 적어도 하나의 프로세스 가스를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 프로세스 가스 공급 시스템; 적어도 하나의 프로세스 가스를 수용하고 적어도 하나의 라디칼 유동을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 플라즈마 소스; 적어도 하나의 플라즈마 소스와 연통하는 적어도 하나의 프로세스 챔버 - 프로세스 챔버는 적어도 하나의 라디칼 유동을 수용하고 적어도 하나의 라디칼 유동의 적어도 일부를 하나 이상의 디바이스로 지향시키고, 프로세스 챔버는 적어도 하나의 프로세스 챔버 출력을 출력하도록 구성됨 -; 적어도 하나의 프로세스 가스, 적어도 하나의 라디칼 유동, 적어도 하나의 프로세스 챔버 내의 적어도 하나의 라디칼 유동 및 적어도 하나의 프로세스 챔버 출력 중 적어도 하나와 연통하고 샘플링하도록 구성되는 적어도 하나의 가스 분석기; 및 프로세스 가스 공급 시스템, 적어도 하나의 플라즈마 소스 및 적어도 하나의 프로세스 챔버 중 적어도 하나와 연통하는 적어도 하나의 제어기 - 제어기는 적어도 하나의 가스 분석기로부터의 데이터에 기초하여 적어도 하나의 제어 신호를 생성하고, 프로세스 가스 공급 시스템, 적어도 하나의 플라즈마 소스 및 적어도 하나의 프로세스 챔버 중 적어도 하나를 선택적으로 제어하도록 구성됨 - 를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
이 특허 출원은 2021년 11월 12일에 출원된 미국 가출원 일련번호 제63/278,837호의 이익을 주장하며, 이 출원은 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 피드백 제어를 위한 시스템 및 피드백 제어를 위한 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 라디칼 감지를 사용하는 플라즈마 프로세싱의 피드백 제어를 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
직접 플라즈마 프로세싱 시스템(예를 들어, 용량성 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) / 유도 결합 플라즈마(Inductive Coupled Plasma, ICP)) 및 원격 플라즈마 소스는 다양한 반도체 제조 작업, 평판(flat-panel) 디스플레이 제조 작업 등 동안 표면을 개질하거나 그렇지 않으면 처리하는 데 빈번하게 사용된다. 예를 들어, 플라즈마는 작업물 상에 복잡한 전기 구성요소 및 회로의 형성을 돕기 위해 에칭 프로세스 동안 이용될 수 있다. 게다가, 반도체 웨이퍼의 표면에 재료를 증착하기 위해 플라즈마 프로세싱이 사용된다.
통상적으로, 웨이퍼 프로세싱은, 연장된 프로세싱 시간에 걸쳐, 일관된 농도의 라디칼의 생성을 요구한다. 공지된 시스템은 라디칼 농도를 제자리에서(in-situ) 측정할 수 없고, 그리하여, 이들 공지된 시스템은 그 대신에 추정된 라디칼 농도, 다양한 작업 파라미터에 기초하는 추정에 의존하거나, 또는 바람직한 라디칼 농도를 달성하기 위해 반복적인 보정 프로세스에 의존하며, 이들 중 어느 하나는 반응 종료 결과에 대해 결정론적(deterministic)이다. 이러한 방법은 많은 단점을 갖는다. 예를 들어, 바람직한 라디칼 농도는 웨이퍼 프로세스 결과 및 오프-라인 계측법을 확인 도구로서 사용하는 힘든 시행-및 에러 정정 노력 후에만 달성될 수 있다. 이러한 관행은 필연적으로 매우 고가이며 제조 프로세스에 방해가 된다. 게다가, 라디칼 수율은 냉간 시동 이벤트(cold start event), 전력 공급 또는 운송 시스템의 구성요소의 노화(aging), 운송 시스템 또는 프로세싱 챔버의 표면 조건의 변화 등을 포함하는 임의의 수의 요인으로 인해 시간 경과에 따라 종종 변동한다. 도 1은 냉간 시동 동안의 라디칼 소스로부터의 라디칼 농도의 통상적인 단기적 거동을 그래프로 도시한다. 도시된 바와 같이, 공급되는 라디칼의 농도는 200 ppm 초과(200 ppm)에서 약 75 ppm 미만(75 ppm)까지 변한다. 그 결과, 이러한 불안정한 라디칼 농도를 사용하여 프로세싱되는 웨이퍼는 사용 가능한 웨이퍼로 입증되지 못하여, 이에 의해 프로세싱 수율이 감소될 수 있다.
전술한 내용에 비추어, 플라즈마 프로세스를 제어하기 위해 라디칼 감지를 사용하는 웨이퍼 프로세싱 어플리케이션을 위한 제어 아키텍처 또는 라디칼 감지를 사용하는 플라즈마 프로세싱의 피드백 제어를 위한 제자리에서의 방법 및 시스템이 필요하다.
본 발명은 이하의 설명에서 입증될 바와 같이, 위에서 언급된 실증적인 기술적 요구에 대한 해결책을 제공하는 것을 목적으로 하여 착안되고 개발되었다.
본 발명의 실시예에 따르면, 라디칼 감지를 사용하는 플라즈마 프로세싱 시스템의 피드백 제어를 위한 장치가 제안되며, 장치는 적어도 하나의 프로세스 가스를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 프로세스 가스 공급 시스템; 적어도 하나의 프로세스 가스를 수용하고 적어도 하나의 라디칼 유동을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 플라즈마 소스; 적어도 하나의 플라즈마 소스와 연통하는 적어도 하나의 프로세스 챔버 - 프로세스 챔버는 적어도 하나의 라디칼 유동을 수용하고 적어도 하나의 라디칼 유동의 적어도 일부를 하나 이상의 디바이스로 지향시키고, 프로세스 챔버는 적어도 하나의 프로세스 챔버 출력을 출력하도록 구성됨 -; 적어도 하나의 프로세스 가스, 적어도 하나의 라디칼 유동, 적어도 하나의 프로세스 챔버 내의 적어도 하나의 라디칼 유동 및 적어도 하나의 프로세스 챔버 출력 중 적어도 하나와 연통하고 샘플링하도록 구성되는 적어도 하나의 가스 분석기; 및 프로세스 가스 공급 시스템, 적어도 하나의 플라즈마 소스 및 적어도 하나의 프로세스 챔버 중 적어도 하나와 연통하는 적어도 하나의 제어기 - 제어기는 적어도 하나의 가스 분석기로부터의 데이터에 기초하여 적어도 하나의 제어 신호를 생성하고, 프로세스 가스 공급 시스템, 적어도 하나의 플라즈마 소스 및 적어도 하나의 프로세스 챔버 중 적어도 하나를 선택적으로 제어하도록 구성됨 - 를 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 장치의 사용 동안, 적어도 하나의 플라즈마 소스는 하나 이상의 프로세스 챔버 내로 지향된, 적어도 하나의 라디칼 유동 내에 저-에너지 이온 및 원자 라디칼을 생성하도록 구성된다. 적어도 하나의 프로세스 챔버는 플라즈마 프로세싱되도록 내부에 위치되는 하나 이상의 기판 또는 디바이스를 갖도록 구성된다. 적어도 하나의 가스 분석기는 적어도 하나의 질량 분석계(mass spectrometer)를 더 포함한다. 예시적으로, 질량 분석계는 RGA와 같은 잔류 가스 분석기이다. 적어도 하나의 제어기는 질량 유동 제어기 및 다른 유동 제어 디바이스를 포함한다. 적어도 하나의 제어기는, 사용 동안, 실시간으로, 플라즈마 소스로부터의 라디칼 가스 유동을 샘플링하는 적어도 하나의 가스 분석기로부터 수신된 가스 분석기 데이터에 기초하여 장치의 하나 이상의 작업 파라미터를 연속적으로 조정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 방법이 또한 제안되며, 이 방법은 반응기 구성을 선택하는 단계, 이용될 라디칼 감지 유닛을 결정하는 단계, 반응 속도 목표를 결정하는 단계, 라디칼 농도 목표를 설정하는 단계, 미리 설정된 다른 반응물의 유동을 결정하는 단계, 적어도 하나의 플라즈마 반응을 개시함으로써 적어도 하나의 플라즈마 소스 내로 하나 이상의 프로세스 가스를 유동시키는 단계, 라디칼 감지 유닛을 사용하여 라디칼 농도를 측정하는 단계 및 반응 속도를 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 반응기 구성을 선택하는 단계는 반응기에 의해 사용될 복수의 프로세싱 가스, 반응기 상에 적용될 복수의 물질, 반응기에 의해 하우징될 웨이퍼 크기, 반응기에 대한 복수의 치수 및 반응기에 대한 원격 플라즈마 소스의 유형 중 임의의 하나 또는 이들의 조합을 선택하는 단계를 포함한다. 라디칼 감지 유닛은 질량 분석 시스템 및 특수 잔류 가스 분석기 중 적어도 하나를 포함한다. 예시적으로, 질량 분석 시스템은 RGA-형 특수 질량 분석계일 수 있다. 반응 속도 목표는 목표 증착 속도, 목표 프로세스 시간, 에칭 속도 및 표면 개질 처리 속도를 포함한다. 라디칼 농도 목표를 설정하는 단계는 플라즈마 챔버에 포함되는 임의의 가스의 적어도 초기 도즈(dose)에 의해 영향을 받고, 도즈는 압력에 의한 분리(disassociation) 속도, 유량, 전력, 및 열 관리 변수 중 적어도 하나에 의존한다. 프로세스 가스는 O2, N2, H2, NH3, NF3, F2, Cl2, AsH3, BCl3, Br2, CF4, C2F6, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3, HBr, HCl, HF, N2O, PH3, SiF4, SiH4, SF6 중 적어도 하나를 포함한다. 예시적으로 금속 무기 전구체는 TiCl4, WF6일 수 있다. 반응 속도는 적어도 에칭 속도, 증착 속도를 검사할 수 있는 레이저 간섭계(laser interferometer)에 의해 측정될 수 있다. 방법은 이 방법의 단계를 반복함으로써 피드백 제어를 위한 장치의 성능을 최적화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 플라즈마 반응을 위해 가스를 제공하기 전에 가스 유량, 전력, 냉각 특징들 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 플라즈마 반응을 위해 전구체 가스를 제공하기 전에 유량 및 가스 혼합비 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 이러한 및 다른 양태 그리고 이점에 관한 보다 상세한 설명이 본 발명의 예시적인 실시예와 관련하여 본원에 제공된다.
본 발명의 상기 및 다른 양태, 특징 및 이점은 다음의 도면과 함께 나타낸, 그의 후속 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도 1은 냉간 시동 동안의 라디칼 소스로부터의 라디칼의 농도의 단기적 거동의 그래픽 예시이다.
도 2는 플라즈마 프로세싱 작업을 제어하기 위해, 가스 유동 내의 라디칼 농도를 측정하기 위해 피드백 제어를 이용하기 위한 방법의 실시예의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처(radical concentration feedback architecture)를 갖는 장치의 개략도이다.
도 4 내지 도 6은 질소 라디칼의 목표 유동이 본 발명의 다양한 실시예에 따라 구상된 다양한 방식으로 제어될 수 있음을 도시하는 그래프를 예시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 장치의 다른 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 장치의 또 다른 개략도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도에 대한 효과적인 피드백 제어가 플라즈마 압력을 제어함으로써 달성될 수 있음을 도시하는 그래프를 예시한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 장치의 또 다른 개략도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도의 효과적인 피드백 제어가 플라즈마 전력을 제어함으로써 달성될 수 있음을 도시하는 그래프를 예시한다.
도 16은 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 프로세싱 장치의 또 다른 대안적인 실시예를 도시한다.
도 1은 냉간 시동 동안의 라디칼 소스로부터의 라디칼의 농도의 단기적 거동의 그래픽 예시이다.
도 2는 플라즈마 프로세싱 작업을 제어하기 위해, 가스 유동 내의 라디칼 농도를 측정하기 위해 피드백 제어를 이용하기 위한 방법의 실시예의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처(radical concentration feedback architecture)를 갖는 장치의 개략도이다.
도 4 내지 도 6은 질소 라디칼의 목표 유동이 본 발명의 다양한 실시예에 따라 구상된 다양한 방식으로 제어될 수 있음을 도시하는 그래프를 예시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 장치의 다른 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 장치의 또 다른 개략도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도에 대한 효과적인 피드백 제어가 플라즈마 압력을 제어함으로써 달성될 수 있음을 도시하는 그래프를 예시한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 장치의 또 다른 개략도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도의 효과적인 피드백 제어가 플라즈마 전력을 제어함으로써 달성될 수 있음을 도시하는 그래프를 예시한다.
도 16은 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 프로세싱 장치의 또 다른 대안적인 실시예를 도시한다.
본 발명을 실행하는 현재 고려되는 최상의 모드에 대한 다음의 설명은 제한적 의미로 취해지는 것이 아니고, 단지 본 발명의 일반적인 원리를 설명하기 위한 목적으로 이루어진다. 본 발명의 범주는 청구범위를 참조하여 결정되어야 한다.
본 출원은 라디칼 감지를 사용하는 플라즈마 프로세싱에서 사용하기 위한 피드백 제어를 위한 방법 및 시스템의 다양한 실시예를 개시한다. 예시적인 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명된다. 명백하게 달리 언급되지 않는다면, 도면에서 구성요소, 특징, 요소 등의 크기, 위치 등 뿐만 아니라 이들 사이의 임의의 거리는 반드시 축척대로일 필요는 없으며, 명확성을 위해 불균형적 및/또는 과장될 수 있다.
본원에 사용되는 용어는 단지 특별한 예시적인 실시예를 설명하기 위한 것이며 제한하려는 의도가 아니다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 맥락이 명확하게 달리 표시하지 않으면, 단수 형태는 복수 형태를 또한 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어가 본 명세서에서 사용될 때, 언급된 특징, 정수, 단계, 작업, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작업, 요소, 구성요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다는 것이 이해될 것이다. 달리 명시되지 않는 한, 값의 범위는, 인용될 때, 범위의 상한 및 하한뿐만 아니라 그 사이의 임의의 하위-범위를 모두 포함한다. 달리 언급되지 않는 한, "제1", "제2" 등과 같은 용어는 단지 하나의 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해 사용된다.
달리 언급되지 않는 한, "약", "대략" 등의 용어는 양, 크기, 제형, 파라미터 및 다른 수량 및 특징이 정확하지 않고 정확할 필요가 없지만, 바람직한 바와 같이, 허용 오차, 전환 요인, 라운딩 오프(rounding off), 측정 오차 등 및 업계의 기술자에게 공지된 다른 요인을 반영하는 근사 및/또는 더 크거나 더 작을 수 있다는 것을 의미한다.
이하의 설명에서 설명된 실시예의 대부분은 공통 구성요소, 디바이스 및/또는 요소를 공유한다. 유사한 명명된 구성요소 및 요소는 전반에 걸쳐 유사한 명명된 요소를 참조한다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명에서 설명되는 실시예는 일반적으로 적어도 하나의 프로세싱 가스 공급부, 적어도 하나의 추가적인 반응물 공급부, 적어도 하나의 원격 플라즈마 소스 또는 유사한 플라즈마 소스, 적어도 하나의 질량 분석계 및 적어도 하나의 제어기를 포함하지만, 업계의 기술자는 이하에 설명되는 실시예에서 임의의 다양한 추가적인 디바이스 또는 구성요소가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 동일한 또는 유사한 명명된 구성요소 또는 특징은 비록 대응하는 도면에 언급되지 않거나 설명되지 않더라도 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호에 의해 표시되지 않은 요소도 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다.
많은 상이한 형태 및 실시예가 이 개시의 사상 및 교시로부터 벗어나지 않고 가능하므로, 이 개시는 본원에 설명된 예시적인 실시예로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이들 예시적인 실시예가 제공되어서, 본 개시는 철저하고 완전해질 것이고 본 개시의 범주를 업계의 기술자에게 전달할 것이다.
전반에 걸쳐 유사한 도면 부호가 유사한 부품을 지칭하는 도면이 이제 참조될 것이다.
도 2는 플라즈마 프로세싱 작업을 제어하기 위해, 가스 유동 내의 라디칼 농도를 측정하기 위해 피드백 제어를 이용하기 위한 방법의 실시예의 블록도를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 방법(10)은 적어도 반응기 구성(12)을 선택하는 단계를 포함한다. 반응기 구성(12)을 선택하는 단계와 관련된 고려사항은 반응기에 의해 사용될 복수의 프로세싱 가스, 반응기 상에 적용될 복수의 물질, 반응기에 의해 하우징될 웨이퍼 크기, 반응기에 대한 복수의 치수, 제자리의 플라즈마 소스의 유형 및 상기 반응기에 대한 원격 플라즈마 소스의 유형 중 임의의 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 파라미터 중 임의의 것의 선택을 포함하거나, 또는 추가의 이러한 반응기 특정 고려사항을 포함할 수 있다. 반응기 구성을 선택하는 단계는 프로세스 단계 요건과 상관되며, 예를 들어, 플라즈마 에칭에서, 요구되는 것은 등방성 라디칼 에칭 또는 이방성 이온 및 라디칼 에칭 중 하나이다. 그 후, 이용될 라디칼 감지 유닛이 단계(14)에서 결정된다. 이러한 결정을 위해 의존하는 요인은 적어도 라디칼 화학종 및 에너지 대역의 고유 특성이다. 예시적인 라디칼 감지 유닛은, 예를 들어, 질량 분석 시스템, 특수 잔류 가스 분석기 등을 포함한다. 예시적으로, 라디칼 감지 유닛은 RGA-형 특수 질량 분석계일 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 라디칼 감지 유닛은 MKS Instruments, Inc.에 의해 제조된 Microvision 2 잔류 가스 분석기의 변형예로부터 포함될 수 있다. 업계의 기술자는 다양한 대안적인 디바이스가 또한 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이후, 반응 속도 목표가 단계(16)에서 결정될 수 있다. 이러한 결정을 위해 의존하는 요인은 적어도 프로세스 단계 요건, 예를 들어, 100 초 증착 시간 내의 200 nm ILD SiOCN 층의 요건이다. 예시적인 이러한 반응 속도 목표는, 제한 없이, 증착 속도, 프로세스 시간, 처리량 등의 값 목표를 포함한다. 속도는 프로세스에 의존하며, 예를 들어, ALD와 같은 1 nm/사이클, 또는 CVD와 같은 2 내지 10 nm/s이다. 또한, 라디칼 농도 목표가 단계(18)에서 설정될 수 있다. 업계의 기술자는 임의의 수의 변수가 단계(18)에서의 라디칼 농도 목표의 설정에 영향을 준다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 포함된 임의의 다양한 가스의 초기 도즈는 이러한 변수 중 하나이고, 이는 결국 압력에 의한 분리 속도, 유량, 전력, 및 열 관리 고려사항과 같은 다수의 요인에 기초할 수 있다. 또한, 하나 이상의 다른 반응물이 사용될 수 있다. 그리하여, 방법(10)의 예시된 실시예에 대해, 전구체 가스 또는 캐리어 가스 중 적어도 하나로 이루어지는 미리 설정된 다른 반응물의 유동이 단계(20)에서 결정될 수 있다. 액체 및 고체 전구체들 모두는 그의 기화 압력 및 캐리어(Ar) 가스 유동에 의해 농도 목표로 설정된다. 종(통상적으로 금속)을 전달하기 위한 무기 또는 유기 전구체의 선택은 챔버 설계에 의존한다. 예를 들어, TiCl4/NH3 프로세스에 의한 CVD에 의해 TiN 막을 생성하는 것은 고가이고 매우 부식성인 반면, 더 낮은 온도에서 TDMAT/NH3 프로세스를 적용하는 것은 더 저렴하다. 탄소, 수소 및 산소를 제거하기 위해 후속 플라즈마 처리가 필요할 수 있다.
도 2를 참조하면, 하나 이상의 프로세스 가스를 적어도 하나의 플라즈마 소스 내로 유동시킴으로써 플라즈마 라디칼을 생성하기 위해, 적어도 하나의 플라즈마 반응이 단계(22)에서 개시될 수 있다. 제한 없이, O2, N2, H2, NH3, NF3, F2, Cl2, AsH3, BCl3, Br2, CF4, C2F6, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3, HBr, HCl, HF, N2O, PH3, SiF4, SiH4, SF6, TiCL4, WF6 등을 포함하는 다양한 프로세스 가스가 사용될 수 있다. 또한, 제한 없이, TMA, CCTBA, HfCl4+H2O, TMDA+O3, SiH4, Si2H6, PDMAT, WF6/TMA, SiH2Cl6, GeH4, NH3, TEOS, DMDMOS, W(CO)6 카보닐, CH3COCH3, CH3OH, C2H5OH, (CH3)2CHOH, CH3O(CH2)3OOCCH3, C2H5OOCCC(OH)CH3, C4H6ON(CH3O(NMP), C4H8SO2, CH3(CO)C5H11 (2-헵타논), NH9Si(CH3)3)2 (HMDS), Si(OC2H5)4 (TEOS), PO(OC2H5)4 (TEPO) 등을 포함하는 다양한 전구체 가스 또는 캐리어 가스가 사용될 수 있다. 그 후, 단계(14)에서 상기 논의된 바와 같이 결정된 라디칼 감지 유닛을 사용하여 라디칼 농도가 단계(24)에서 측정될 수 있다. 본원에 설명된 시스템 및 방법은 플라즈마 챔버 내의 가스 유동 내의 반응성 라디칼 농도의 제자리에서의, 실시간 측정을 가능하게 한다. 단계(14)의 라디칼 감지 유닛에 의해 측정된 단계(24)의 측정된 라디칼 농도는 플라즈마 반응 단계(22) 동안 형성된 플라즈마의 적어도 하나의 특징을 조정하는데 사용될 수 있다. 조정은 방법 단계(30) 동안 일어나고, 목표 라디칼 출력을 달성하기 위해 설정점을 비교하고 전력, 유량, 압력, 냉각 또는 이들 요인의 조합을 조정하는 것 중 적어도 하나로 이루어진다. 목표가 충족될 때까지, 이들 요인에 관한 연속적인 피드백이 커맨드로서 액추에이터에 공급된다. 예를 들어, 플라즈마의 특징은 가스 유량, 압력, 전력, 열 특징 등을 조정하는 것을 포함하는, 적어도 하나의 프로세스 가스의 유동과 연관된 다수의 특징 내에서 조정될 수 있다. 단계(20)에서 결정된 전구체는 단계(31)에서 프로세스 챔버로 전달된다. 조정된 라디칼 출력은 그 후 단계(25)에서 프로세스 챔버 내로 공급되고, 전구체 전달 시스템으로부터 단계(31)에서 전달된 미리 설정된 전구체 또는 다른 반응물과의 반응이 웨이퍼 표면 상에서 발생한다. 온-웨이퍼(on-wafer) 반응이 단계(25)에서 프로세스 챔버 내에서 일어날 수 있다. 게다가, 반응 속도는 후속 단계(26)에서 측정될 수 있고, 이에 응답하여, 단계(32)와 관련하여 추가로 논의될 바와 같이, 하나 이상의 추가적인 반응물 또는 전구체의 유동의 적어도 하나의 특징이 유사하게 조정될 수 있다. 하나의 후속 실시예에서, 반응 속도는 에칭 속도, 증착 속도 등을 검사하기 위해, 예를 들어, 레이저 간섭계를 사용하여 단계(26)에서 측정될 수 있다. 업계의 기술자는 다양한 대안적인 시스템이 반응 속도를 측정하기 위해 또한 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 선택적으로, 단계(12) 내지 단계(26)는 시스템의 성능을 최적화하기 위해 및/또는 유닛-대-유닛 매칭 또는 프로세스 챔버 매칭을 허용하기 위해 반복될 수 있다. 단계(28)에서, 피드백 제어 방법의 단계의 시퀀스가 완료되고, 이 단계의 시퀀스는 다음의 웨이퍼, 유닛-대-유닛 또는 챔버 매칭에 대해 반복된다.
단계(24)에서, 라디칼 농도의 측정이 더 최적화될 필요가 있는 결과를 산출한다면, 단계(22)에서 플라즈마 반응을 위한 가스를 제공하기 전에, 가스 유량, 전력, 냉각 특징 또는 이들 파라미터 모두가 단계(30)에서 추가로 조정될 수 있다. 단계(26)에서, 반응 속도의 측정이 더 최적화될 필요가 있는 결과를 산출한다면, 단계(22)에서 플라즈마 반응을 위한 전구체 가스를 제공하기 전에, 유량, 가스 혼합비 또는 이들 파라미터 모두가 단계(32)에서 추가로 조정될 수 있다. 단계(32)에서, 캐리어 가스 유량, 압력, 가스 혼합비 또는 이들의 조합과 같은 유량 및 압력 제어에 대한 조정이 이루어져서 바람직한 반응 속도를 달성한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 장치의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 장치(40)는 적어도 하나의 프로세스 가스 공급 시스템(42) 및 적어도 하나의 추가적인 반응물 또는 전구체 공급부(44)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 업계의 기술자는 시스템(40)이 추가적인 가스 반응물 공급부(44)를 포함할 필요가 없다는 것을 이해할 것이다. 프로세스 가스 공급 시스템(42)은 하나 이상의 가스 유동(46)을 하나 이상의 유동 제어 디바이스(48) 내로 출력한다. 유동 제어 디바이스(48)는 적어도 하나의 제어기(예를 들어, 질량 유동 제어기, MFC)를 포함할 수 있지만, 업계의 기술자는 다른 유동 제어 디바이스가 본 장치에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 유동 제어 디바이스(48)는 적어도 하나의 플라즈마 소스(70) 내로 지향될 수 있는 적어도 하나의 프로세스 가스 유동(50)을 출력하도록 구성된다. 플라즈마 소스(70)는 적어도 하나의 원격 플라즈마 소스를 포함할 수 있지만, 업계의 기술자는 다양한 플라즈마 소스 또는 플라즈마 생성 디바이스가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 장치(40)에 대한 하나의 특정 실시예에서, 플라즈마 소스(70)는 MKS Instruments, Inc.에 의해 제조된 파라곤(Paragon) 원격 플라즈마 소스를 포함한다. 선택적으로, 플라즈마 소스(70)는 하나 이상의 CCP 소스, ICP 소스 또는 당업계에 공지된 다른 직접 플라즈마 소스를 포함할 수 있다. 사용 동안, 플라즈마 소스(70)는 하나 이상의 프로세스 챔버(90) 내로 지향될 수 있는 라디칼 유동(72) 내에 저-에너지 이온 및 원자 라디칼을 생성하도록 구성된다. 추가적인 반응물 공급부(44)는 플라즈마 소스(70)로부터 방출되는 라디칼 유동(72) 내로 도입될 수 있는 적어도 하나의 전구체 가스 유동(52)을 출력하도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 적어도 하나의 유동 제어 디바이스(54)는 플라즈마 소스(70)를 우회하도록 구성될 수 있는, 추가적인 반응물 공급부(44)로부터의 추가적인 반응물 가스(52)의 유동을 제어하는데 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 유동 제어 디바이스(54)로부터의 추가적인 반응물 가스(56)는 적어도 하나의 프로세스 챔버(90) 내로 지향될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 질량 분석계(예시적으로 적어도 하나의 가스 분석기(RGA))(82)는 라디칼 유동(72)이 프로세스 챔버(90)에 진입하기 전에 라디칼 유동(72)의 적어도 일부를 샘플링하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예에서, 질량 분석계(82)는 적어도 하나의 질량 분석계를 포함하지만, 업계의 기술자는 다양한 또는 다수의 가스 분석기가 본 장치와 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 선택적으로, 질량 분석계(82)는 프로세스 챔버(90) 및/또는 프로세스 챔버 출력으로부터 적어도 하나의 가스 분석기 샘플(80)을 수용하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 가스 분석기 샘플(80)은 질량 분석계(82)에 의해 분석되고, 이는 하나 이상의 제어기(74)에 제공될 수 있는 가스 분석기 데이터(84)를 차례로 생성한다. 예시된 실시예에서, 제어기(74)는 유동 제어 디바이스(48) 및 플라즈마 소스(70) 중 적어도 하나에 제공될 수 있는 하나 이상의 제어 신호들(84, 76)을 생성하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 제어기(74)는 장치(40)의 임의의 수의 구성요소 또는 서브시스템에 제어 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어기(74)는 프로세스 가스 공급 시스템(42), 추가적인 반응물 공급부(44) 및/또는 유동 제어 디바이스(54)와 연통하고 이들을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(74)는 하나 이상의 외부 네트워크, 제어기 또는 제어 시스템과 연통할 수 있다. 사용 동안, 제어기(74)는 플라즈마 소스(70)로부터의 라디칼 가스 유동(72)을 실시간으로 샘플링하는 질량 분석계(82)로부터 수신된 실시간 가스 분석기 데이터(84)에 기초하여 시스템(40)의 하나 이상의 작업 파라미터를 연속적으로 조정할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 질소 라디칼의 목표 유동이 본 발명의 다양한 실시예에 따라 구상된 다양한 방식으로 제어될 수 있음을 도시하는 그래프를 예시한다. 보다 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 소스(70)로부터의 질소 라디칼 농도는 (a) 플라즈마 소스(70) 내로의 N2의 유동에 의해; 또는 (b) 추가적인 반응물 유동(50)(예를 들어, Ar)의 N2 농도를 증가시키거나; 또는 동일한 혼합비를 유지하면서, Ar 및 N2의 유동을 증가시키는 것 중 하나에 의해 제어가능하게 조정될 수 있다. 도 5 및 도 6은 플라즈마 소스(70)로부터 나오는 라디칼 가스 유동(72)의 질소 라디칼 농도에 대한 플라즈마 소스(70) 내로의 질소 프로세스 가스(50)의 유동의 증가 효과를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 프로세스 가스 공급 시스템(42)으로부터의 프로세스 가스(46)의 유동이 일정하게 유지된다면, 플라즈마 소스(70)로부터의 라디칼 가스 유동(72)의 질소 라디칼 농도는 시간에 따라 감소할 것이다. 대조적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 프로세스 가스 공급 시스템(42)으로부터의 프로세스 가스(46)의 유동이 증가함에 따라, 플라즈마 소스(70)로부터의 라디칼 가스 유동(72)의 질소 라디칼 농도는 시간에 따라 증가할 것이다. 도 4 내지 도 6은 아르곤에 관한 질소의 유량 및 농도 변화의 효과를 도시하지만, 다른 프로세스 가스의 유량 및 농도 변화가 플라즈마 소스 출력(72)의 라디칼 농도의 유사한 증가를 초래할 것이 관찰되었다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 장치의 다른 개략도이다. 도시된 바와 같이, 장치(100)는 적어도 하나의 프로세스 가스 공급 시스템(102)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 프로세스 가스 공급 시스템(102)은 위에서 설명되고 도 3에 도시된 프로세스 가스 공급 시스템(60)에 비교할 수 있다. 도시된 바와 같이, 프로세스 가스 시스템(60)은 적어도 하나의 플라즈마 소스(106)로 지향될 수 있는 적어도 하나의 프로세스 가스 유동(104)을 생성할 수 있다. 이전 실시예와 관련하여 논의된 바와 유사하게, 플라즈마 소스(106)는 적어도 하나의 프로세스 챔버(110)로 지향될 수 있는 적어도 하나의 라디칼 유동(108)을 생성하도록 구성된다. 게다가, 프로세스 가스 공급 시스템(102)은 프로세스 챔버(110) 내로 지향될 수 있는 적어도 하나의 추가적인 반응물 유동(103)을 출력하도록 구성될 수 있다. 프로세스 챔버(110)는 플라즈마 프로세싱되도록 내부에 위치되는 하나 이상의 기판 또는 디바이스를 갖도록 구성된다. 프로세스 챔버(110)는 그로부터 적어도 하나의 프로세싱 챔버 출력 또는 유동(112)을 출력하도록 구성될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 밸브(114)는 프로세싱 챔버(110)로부터의 출력 유동(112)의 유동을 제어하는데 사용될 수 있다. 프로세스 챔버(110)는 프로세스 챔버(110)의 출력(112)에 근접하거나 유체 연통하는 적어도 하나의 밸브(114) 위치에 의해 제어되거나 영향을 받을 수 있다. 예시된 실시예에서, 밸브(114)는 스로틀 밸브를 포함하지만, 업계의 기술자는 임의의 다양한 또는 임의의 수의 밸브 또는 유동 제어 디바이스가 본 시스템에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 7을 다시 참조하면, 적어도 하나의 가스 분석기 샘플(116)이 라디칼 유동(108)으로부터 추출되어 질량 분석계(118)로 지향될 수 있다. 이전 실시예와 유사하게, 질량 분석계(118)는 적어도 하나의 제어기(122)로 지향될 수 있는 적어도 하나의 가스 분석기 신호(120)를 생성하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제어기(122)는 밸브(114)와 연통할 수 있다. 사용 동안, 제어기(122)는 밸브(114)로부터 위치 데이터 또는 유동 데이터를 수신할 수 있고, 질량 분석계(118)로부터 수신된 가스 분석기 데이터(120)에 기초하여 밸브(114)에 제어 신호(124)를 전송할 수 있다. 게다가, 제어기(122)는 질량 분석계(118)로부터 수신된 데이터에 기초하여 제어 신호(126)를 플라즈마 소스(106)에 전송하도록 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 장치의 또 다른 개략도이다. 도시된 바와 같이, 장치(140)는 위에서 설명된 프로세스 가스 공급 시스템과 유사한, 적어도 하나의 프로세스 가스 공급 시스템(142)을 포함한다. 프로세스 가스 공급 시스템(142)은 적어도 하나의 프로세스 챔버(154)로 지향될 수 있는 적어도 하나의 라디칼 가스 유동(148)을 차례로 출력하는 적어도 하나의 플라즈마 소스(146)에 적어도 하나의 프로세스 가스 유동(144)을 출력하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 밸브(150)(예를 들어, 스로틀 밸브, 초커(choker) 또는 유사한 디바이스)가 플라즈마 소스(146)와 프로세스 챔버(154) 사이에 위치될 수 있다. 예시된 실시예에서, 밸브(150)는 라디칼 가스 유동(148)을 수용하고 프로세스 챔버(154)로 적어도 하나의 밸브 라디칼 유동(152)을 출력한다. 이전 실시예와 유사하게, 프로세스 가스 공급 시스템(142)은 프로세스 챔버(154) 내로 지향될 수 있는 적어도 하나의 추가적인 반응물 가스(145)를 출력하도록 구성될 수 있다. 프로세스 챔버(154)는 내부에 위치된 하나 이상의 기판의 플라즈마 프로세싱을 허용하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세스 챔버(154)는 적어도 하나의 프로세스 챔버 출력 유동(156)을 방출할 수 있다.
도 8을 다시 참조하면, 적어도 하나의 가스 분석기 샘플(160)이 밸브 라디칼 유동(152)으로부터 추출되어 질량 분석계(162)로 지향될 수 있다. 질량 분석계(162)는 적어도 하나의 가스 분석기 신호(164)를 적어도 하나의 제어기(166)로 출력하도록 구성된다. 이에 응답하여, 제어기(166)는 밸브(150)로부터 데이터(168)를 수신 및 전송하도록 구성될 수 있다. 그리하여, 사용 동안, 제어기(166)는 라디칼 유동(148)을 조절하여, 이에 의해 프로세스 챔버(154) 내로 들어가는 밸브 출력(152)의 압력을 선택적으로 제어하도록 구성될 수 있고, 이는 프로세스 챔버(154) 내로 진입하는 라디칼 농도의 선택적 제어를 차례로 허용한다. 또한, 제어기(166)는 제어 신호(170)를 플라즈마 소스(146)에 전송하도록 구성될 수 있다.
도 9 내지 도 11은 플라즈마 압력을 제어함으로써 라디칼 농도에 대한 효과적인 피드백 제어가 달성될 수 있음을 도시하는 그래프를 예시한다. 보다 구체적으로, 도 9는 도 7의 질량 분석계(118)에 의해 검출된 질소 라디칼 농도가 프로세스 챔버(110) 압력에 대해 비선형적일 수 있다는 것을 도시한다. 그리하여, 고정된 프로세스 가스 유동일 때, 플라즈마 챔버(110) 압력을 조정하는 것은 바람직한 범위 내의 원하는 라디칼 농도를 달성할 수 있다. 유사하게, 도 8을 참조하면, 프로세스 챔버(154)로 진입하는 밸브 출력 유동(152)의 압력을 조정하는 것은 프로세스 챔버(154) 내의 바람직한 라디칼 농도를 또한 달성할 수 있다. 업계의 기술자는 다른 프로세스 가스(예를 들어, O2, H2, F2 등)가 유사한 결과를 산출할 것이라는 것을 이해할 것이다. 도 10은 플라즈마 소스 또는 챔버 압력이 일정하게 유지되더라도, 플라즈마 소스 출력의 질소 라디칼 농도는 시간이 지남에 따라 일부 시나리오에서 감소할 것이라는 것을 도시한다. 대조적으로, 도 11은 도 10과 비교하여 플라즈마 소스 압력이 변한다면, 플라즈마 소스 출력의 질소 라디칼 농도가 비교적 일정한 수준으로 유지될 수 있음을 도시한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 장치의 또 다른 개략도이다. 본 발명의 이전에 설명된 실시예와 관련하여 위에서 논의된 바와 유사하게, 장치(180)는 적어도 하나의 프로세스 가스(184)를 적어도 하나의 플라즈마 소스(186)로 출력하도록 구성된 적어도 하나의 프로세스 가스 공급 시스템(182)을 포함한다. 플라즈마 소스(186)는 적어도 하나의 플라즈마 챔버(190)로 지향되는 적어도 하나의 플라즈마 소스 라디칼 유동(188)을 출력하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세스 가스 공급 시스템(182)은 플라즈마 챔버(190)로 적어도 하나의 추가적인 반응물 또는 전구체 유동(185)을 출력하고 지향시키도록 구성될 수 있다. 프로세스 챔버는 내부에 위치된 기판의 플라즈마 프로세싱을 허용하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 가스 분석기 샘플(194)은 플라즈마 소스(186)에 의해 방출되는 라디칼 유동(188)으로부터 추출되고 적어도 하나의 가스 분석기 신호(198)를 차례로 생성하는 질량 분석계(196)로 지향될 수 있다. 가스 분석기 신호는 적어도 하나의 제어기(200)로 지향될 수 있다. 제어기(200)는 프로세스 가스 공급 시스템(182) 및/또는 플라즈마 소스(186) 중 적어도 하나에 적어도 하나의 제어 신호를 전송할 수 있다. 선택적으로, 제어기(200)는 프로세스 챔버(190)에 적어도 하나의 제어 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 프로세스 챔버(186)는 적어도 하나의 프로세스 챔버 출력(192)을 출력하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 적어도 추가적인 가스 분석기(212)는 프로세스 챔버 출력(192)의 적어도 하나의 특징을 검사하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 샘플 신호(210)는, 적어도 하나의 가스 분석기 신호(214)를 차례로 생성하는 추가적인 가스 분석기(212)로 지향될 수 있다. 가스 분석기 신호(214)는 적어도 하나의 도구 제어기(216)로 지향될 수 있다. 도구 제어기(216)는 프로세스 챔버(190)의 적어도 하나의 작업 특징 또는 파라미터를 선택적으로 제어하도록 구성되는 적어도 하나의 도구 제어 신호(218)를 생성할 수 있다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 농도의 효과적인 피드백 제어가 플라즈마 전력을 제어함으로써 달성될 수 있음을 도시하는 그래프를 예시한다. 도 11은 도 12에 예시된 플라즈마 소스(186)에 의해 생성된 라디칼 농도가 인가된 플라즈마 소스 전력에 대해 비선형인 것을 도시한다. 그 결과, 라디칼 농도는 플라즈마 소스 전력을 증가시킨다. 따라서, 질량 분석계(196)에 의한 검출된 라디칼 농도(Ci)가 목표 라디칼 농도(Co)에 비교될 수 있다. 예를 들어, Ci>Co이면, 플라즈마 소스 전력은 감소되어야 한다. 대조적으로, Ci<Co이면, 플라즈마 전력은 플라즈마 소스 출력(188)에서 더 많은 라디칼을 생성하기 위해 증가되어야 한다. 도 14는 일정한 전력이 플라즈마 소스에 인가되는 플라즈마 소스로부터 방출되는 질소 라디칼 농도를 도시한다. 대조적으로, 도 15는 플라즈마 소스에 가변 전력을 인가하여 플라즈마 소스로부터 방출되는 질소 라디칼 농도를 도시한다.
도 16은 라디칼 농도 피드백 아키텍처를 갖는 프로세싱 장치의 또 다른 대안적인 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 장치(230)는 적어도 하나의 프로세스 가스(234)를 적어도 하나의 플라즈마 소스(236)로 출력하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세스 가스 공급 시스템(232)을 포함한다. 플라즈마 소스(236)는 적어도 하나의 프로세스 챔버(240)로 지향되는 적어도 하나의 라디칼 유동(238)을 방출한다. 도시된 바와 같이, 프로세스 가스 공급 시스템(232)은 적어도 하나의 추가적인 반응물 또는 전구체(235)를 프로세스 챔버(240)로 또한 지향시킬 수 있다. 프로세스 챔버(240)는 내부에 위치된 하나 이상의 웨이퍼, 디바이스 또는 구성요소의 플라즈마 프로세싱을 위해 구성될 수 있다. 웨이퍼 또는 디바이스 프로세싱에 이어서, 프로세스 챔버(240)는 적어도 하나의 프로세스 챔버 출력(242)을 방출한다. 예시된 실시예에서, 적어도 하나의 밸브(244)는 프로세스 챔버 출력(242)의 유동, 압력 등을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
도 16을 다시 참조하면, 적어도 하나의 샘플(246)이 플라즈마 소스(236)로부터 방출되는 라디칼 유동으로부터 추출되고 질량 분석계(250)로 지향될 수 있다. 선택적으로, 질량 분석계(250)는 프로세스 챔버(240) 내로부터 라디칼 유동의 적어도 하나의 샘플(248)을 수용하도록 구성될 수 있다. 그 후, 질량 분석계(250)는 라디칼 유동 샘플(246) 또는 프로세스 챔버 샘플(248) 중 적어도 하나로부터의 데이터에 기초하여 적어도 하나의 도구 제어기(254)로 지향되는 적어도 하나의 가스 분석기 신호(252)를 생성할 수 있다. 도구 제어기(254)는 시스템(230) 내의 구성요소 중 임의의 것에 임의의 수의 제어 신호를 전송할 수 있다. 예시된 실시예에서, 도구 제어기(254)는 프로세스 가스 공급 시스템(232) 및 플라즈마 소스(236) 중 적어도 하나로 적어도 하나의 제어 신호(256)를 지향시킬 수 있다. 선택적으로, 도구 제어기(254)는 밸브(244)로부터 데이터를 수신하고 밸브(244)에 제어 신호(258)를 제공할 수 있다. 선택적으로, 도구 제어기(254)는 플라즈마 챔버(240)에 적어도 하나의 제어 신호(260)를 또한 전송할 수 있다.
본원에 개시된 실시예는 본 발명의 원리의 예시이다. 본 발명의 범주 내에 있는 다른 수정이 이용될 수 있다. 따라서, 본 출원에 개시된 디바이스는 본원에 도시되고 설명된 것으로 정확하게 제한되지는 않는다.
Claims (16)
- 라디칼 감지를 사용하는 플라즈마 프로세싱 시스템의 피드백 제어를 위한 장치로서,
적어도 하나의 프로세스 가스를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 프로세스 가스 공급 시스템;
상기 적어도 하나의 프로세스 가스를 수용하고 적어도 하나의 라디칼 유동을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 플라즈마 소스;
상기 적어도 하나의 플라즈마 소스와 연통하는 적어도 하나의 프로세스 챔버 -
상기 프로세스 챔버는 상기 적어도 하나의 라디칼 유동을 수용하고 상기 적어도 하나의 라디칼 유동의 적어도 일부를 하나 이상의 디바이스로 지향시키고,
상기 프로세스 챔버는 적어도 하나의 프로세스 챔버 출력을 출력하도록 구성됨 -;
상기 적어도 하나의 프로세스 가스, 상기 적어도 하나의 라디칼 유동, 상기 적어도 하나의 프로세스 챔버 내의 적어도 하나의 라디칼 유동 및 상기 적어도 하나의 프로세스 챔버 출력 중 적어도 하나와 연통하고 샘플링하도록 구성되는 적어도 하나의 가스 분석기; 및
상기 프로세스 가스 공급 시스템, 상기 적어도 하나의 플라즈마 소스 및 상기 적어도 하나의 프로세스 챔버 중 적어도 하나와 연통하는 적어도 하나의 제어기 -
상기 제어기는 상기 적어도 하나의 가스 분석기로부터의 데이터에 기초하여 적어도 하나의 제어 신호를 생성하고, 상기 프로세스 가스 공급 시스템, 상기 적어도 하나의 플라즈마 소스 및 상기 적어도 하나의 프로세스 챔버 중 적어도 하나를 선택적으로 제어하도록 구성됨 -
를 포함하는 장치. - 제1항에 있어서, 사용 동안, 상기 적어도 하나의 플라즈마 소스는, 상기 하나 이상의 프로세스 챔버 내로 지향된, 상기 적어도 하나의 라디칼 유동 내에 저-에너지 이온 및 원자 라디칼을 생성하도록 구성되는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세스 챔버는 플라즈마 프로세싱되도록 내부에 위치되는 하나 이상의 기판 또는 디바이스를 갖도록 구성되는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스 분석기는 질량 분석계(mass spectrometer) 및 특수 잔류 가스 분석기 중 적어도 하나를 더 포함하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 질량 유동 제어기 및 다른 유동 제어 디바이스를 포함하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는, 사용 동안, 실시간으로, 상기 플라즈마 소스로부터의 상기 라디칼 가스 유동을 샘플링하는 상기 적어도 하나의 가스 분석기로부터 수신된 가스 분석기 데이터에 기초하여 상기 장치의 하나 이상의 작업 파라미터를 연속적으로 조정할 수 있는, 장치.
- 방법으로서,
반응기 구성을 선택하는 단계;
이용될 라디칼 감지 유닛을 결정하는 단계;
반응 속도 목표를 결정하는 단계;
라디칼 농도 목표를 설정하는 단계;
미리 설정된 다른 반응물의 유동을 결정하는 단계;
적어도 하나의 플라즈마 반응을 개시함으로써 적어도 하나의 플라즈마 소스 내로 하나 이상의 프로세스 가스를 유동시키는 단계;
상기 라디칼 감지 유닛을 사용하여 라디칼 농도를 측정하는 단계; 및
반응 속도를 측정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제7항에 있어서, 반응기 구성을 선택하는 단계는 상기 반응기에 의해 사용될 복수의 프로세싱 가스, 상기 반응기 상에 적용될 복수의 물질, 상기 반응기에 의해 하우징될 웨이퍼 크기, 상기 반응기에 대한 복수의 치수 및 상기 반응기에 대한 원격 플라즈마 소스의 유형 중 임의의 하나 또는 이들의 조합을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 라디칼 감지 유닛은 질량 분석 시스템(mass spectrometry system) 및 특수 잔류 가스 분석기 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 반응 속도 목표는 목표 증착 속도, 목표 프로세스 시간, 에칭 속도 및 표면 개질 처리 속도를 포함하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 라디칼 농도 목표를 설정하는 단계는 플라즈마 챔버에 포함되는 임의의 가스의 적어도 초기 도즈(dose)에 의해 영향을 받고, 상기 도즈는 압력에 의한 분리(disassociation) 속도, 유량, 전력 및 열 관리 변수 중 적어도 하나에 의존하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 프로세스 가스는 O2, N2, H2, NH3, NF3, F2, Cl2, AsH3, BCl3, Br2, CF4, C2F6, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3, HBr, HCl, HF, N2O, PH3, SiF4, SiH4, SF6 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 반응 속도는 에칭 속도, 증착 속도 및 표면 개질 처리 속도를 검사할 수 있는 적어도 레이저 간섭계(laser interferometer)에 의해 측정될 수 있는, 방법.
- 제7항에 있어서, 제7항의 단계를 반복함으로써 상기 피드백 제어를 위한 장치의 성능을 최적화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 플라즈마 반응을 위해 상기 가스를 제공하기 전에 가스 유량, 전력, 냉각 특징 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 플라즈마 반응을 위해 전구체 가스를 제공하기 전에, 유량 및 가스 혼합비 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US63/278,837 | 2021-11-12 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240095456A true KR20240095456A (ko) | 2024-06-25 |
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