KR20010043555A - 진공 프로세싱 시스템에서 예비세정용 산소-아르곤 가스혼합물 - Google Patents
진공 프로세싱 시스템에서 예비세정용 산소-아르곤 가스혼합물 Download PDFInfo
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Abstract
기판과 같은 프로세스 목적물을 세정, 예비-세정하기 위한 방법은 산소와 혼합된 아르곤과 같은 프로세스 가스를 사용한다. 프로세스 가스 스퍼터는 프로세스 목적물의 표면으로부터 재료를 에칭한다. 산소는 에칭된 재료와 반응하여 프로세스 키트상의 매끄러운 필름내에 증착하는 화학량론적으로 균형을 이루도록 한다. 프로세스 키트는 프로세스 목적물의 예정된 수를 처리하거나 세정한 후 주기적으로 제거되어 교체된다.
Description
집적회로(IC) 치수는 점차적으로 소형화됨에 따라, 더 작은 회로가 더 작은 입자에 의해 더욱 용이하게 손상될 수 있고 더 작은 회로를 구축하려고 요구되는 신규 프로세스가 더 작은 입자에 의한 열화에 더욱 민감해지기 때문에 집적회로(IC)가 구축되는 기판의 입자에 의한 오염을 방지하려는 필요성은 점차적으로 더욱 복잡해지고 따라서 더욱 중요하게 된다. 따라서, 기판의 적절한 세정에 적합한 필요성이 더욱 중요해진다.
완전한 집적회로를 제조하기 위하여, 전형적으로 다수의 기판 프로세싱 시스템이 사용되고, 각 시스템은 전체 제조 프로세스에서 특정 스텝 또는 일련의 스텝을 수행한다. 기판은 대기 조건(ambient condition)에서 시스템들 사이로 전송된다. 대기 분위기는 매우 청정하게 유지되어 이들이 시스템들 사이로 전송될 때 기판의 오염을 방지한다. 또한, 기판은 오염을 더욱 방지하기 위하여 완전히 폐쇄된 카세트로 전송된다. 그러나, 대기 공기 중의 산소가 기판의 표면 상에 산화물을 형성하는 것을 방지하는 것이 가능하지 않게 되는 문제점이 있다. 집적회로(IC)에서 재료의 산화는 재료의 전기적 특성을 심각하게 변경시키기 때문에, 산화표면은 불필요하고, 표면 산화물 주로 실리콘 산화물 및 금속 산화물은 기판이 물리기상 증착 및 화학기상 증착과 같은 시스템의 주요 프로세스로 처리되기 전에 예비 프로세싱 세정 단계에서 기판의 표면으로부터 제거되거나 에칭(식각)될 필요가 있다. 특히, 텅스텐, 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 도전체가 증착되는 트렌치(trench), 그루브(groove) 또는 비아(via)과 같은 기판 표면 형상들은 증착층들 사이에서 매우 낮은 계면저항을 확보하기 위하여 세정될 필요가 있다.
캘리포니아주 산타 클라라에 소재하는 어플라이드 머티어릴스, 인코포레이티드로부터 입수가능한 프리-클린 II 챔버(Pre-Clean II Chamber)와 같은 예비-세정 챔버는 불필요한 산화물 층을 제거함으로써 기판을 세정한다. 전형적으로, 약 400Å의 산화재료가 기판의 표면으로부터 제거된다. 예비-세정 챔버의 예는 도 3a 및 도 3b에 도시된다. 일반적으로, 예비-세정 챔버(200)는 쿼츠 돔(206; quartz dome) 하의 챔버 본체부재(202)에 배치된 기판 지지체(204)을 갖는다. 돔(206)은 시스템 작업자가 통상적인 보수동안 주기적으로 교체하는 프로세스 키트(process kit)의 전형적인 부분이다. 프로세스 키트는 시스템의 정지기간(downtime)이 전체 프로세싱 시간의 작은 비율로 되도록 오랜 유용한 수명을 갖는다.
예비-세정 챔버(200)에서 기판(212)을 세정하기 위한 프로세스는 스퍼터링 타깃 같은 기판(212)을 사용하는 스퍼터-에칭 프로세스를 포함한다. 일반적으로, 아르곤과 같은 세정가스는 챔버(200)를 관통하여 유동하고, 플라즈마는 플라즈마 동력으로 챔버 내의 스페이스(224)에서 발생된다. 바람직하게, RF 동력은 챔버에 인가되어 플라즈마를 챔버에 유도적으로 도입시키고, 직류 바이어스(DC bias)는 기판 지지체(204)에 인가되어 기판(212)을 향해 이온을 가속시킨다. 스퍼터링 동안 예비-세정 챔버(200)에서 압력은 전형적으로 약 0.4 mTorr 내지 약 0.5 mTorr로 유지된다. 이러한 조건하에서, 예비-세정 챔버(200)는 약 300Å/min 또는 약 600Å/min의 에칭속도로 약 150Å 내지 약 450Å의 SiO2를 제거할 수 있다.
에칭 세정의 주요목적은 전형적으로 기판이 진공 프로세싱 시스템을 이송되는 동안 대기 공기 조건에 영향을 받을 때 기판의 표면 상에 형성되는 산화물을 제거하는 것이다. 실리콘 기판의 경우에, 대부분의 산화된 표면재료는 실리콘 산화물이지만, 기판의 표면 상에 증착된 금속도 또한 표면 상에 금속산화물을 형성할 것이다.
일반적으로, 종래 기술의 아르곤 세정 프로세스는 에칭 프로세스 동안 필드 산화물을 에칭함으로써 생성된 분압이 비아 홀(via hole)에서의 에칭속도에 견줄만하거나 또는 더 빠른 속도로 그 위치에서 노출된 비산화된 금속을 재산화시키는 것이 높기 때문에 산화물층을 완전히 제거하지 않고 단지 약 12Å 내지 30Å 정도의 산화물 두께를 제거한다. 이러한 재산화 문제점은 세 가지 주요 원인 때문에 발생한다. 첫째, 형태적 구멍(feature aperture) 내에서 산화제(oxidizer)의 산화속도 또는 스틱킹(sticking)이 작은 형태적 공동(feature cavities) 내면에서 발생하는 바운싱(bouncing)때문에 필드 상에서 보다 더 크다. 둘째, 형태적 구멍의 바닥에서 에칭속도는 필드 상에서 에칭속도보다 더 작다. 셋째, 형태적 구멍의 측벽은 상기 형태적 구멍의 바닥 상에 재증착되는 재료의 공급원으로 작용하는 SiO2로 이루어져, 효과적인 에칭속도를 감소시키고 여전히 형태적 구멍을 오염시킨다. 따라서, 순수 아르곤 에칭/세정 프로세스는 상기 형태적 구멍에서 산화물을 전체적으로 제거하지 않는다.
아르곤 가스로 에칭하는 동안, 돔(206)을 포함하는 프로세스 키트 표면 상에 증착되는 부산물 막의 증착에 기여하는 여러 가스 종류가 생성된다. 이들은 Si, SiO, SiO2, O, O2, O3을 포함하고 기판의 형태적 구멍으로부터 금속 및 금속산화물을 추가한다. 금속원자의 형태는 프로세스에 의존하고 전형적으로는 AlSiCu 합금으로부터 Al 또는 형태적 구멍의 바닥에 노출된 Ti 또는 TiN, 또는 비산화된 실리콘이 바닥에 노출되는 있는 기판의 다른 부분으로부터의 Si를 포함한다. 부가적으로, 탄소 및/또는 플루오린(flurine) 및/또는 염소를 포함하는 잔류 포토레지스트(photoresist) 및 폴리머로부터 탄소 및 질소 복합물을 포함하는 에칭 및 제거 프로세스로부터 잔류하는 화합물이 몇몇 경우에 존재할 수 있다.
에칭/예비-세정 프로세스가 고압에서 수행되어 기판의 표면 상으로 에칭 부산물의 재증착을 야기시킬 때 가스상(gas phase) 충돌이 프로세스 키트의 벽과 충돌 이상으로 우세하기 때문에, 가스상 충돌이 제거된 부산물을 기판 표면으로 다시 튕기는 것과 유사하게 부산물 화합물이 감소된 상태로 기판 표면으로부터 제거될 수 있도록 에칭/예비-세정 프로세스는 약 0.5 mTorr의 진공 유동(vacuum flow)에서 수행된다. 그러나, 진공 유동 에칭 프로세스는 산화성 화합물(O, O2, SiO 및 O3)과 같은 몇몇 비압축성(noncondensable) 에칭 부산물 종류가 프로세스 키트 벽부 상에 증착하는 것을 방지하여, 프로세스 키트 표면 상에 서브-화학량론적(sub-stoichiometric; 즉, O에 대한 Si의 비율이 1/2 이상) 막을 형성시킨다. 또한, 자유 금속원자들은 이러한 막에서 비산화된 상태로 잔존한다. 이들 효과의 조합은 강도와, 열팽창 계수와 충전 문제점에 기인하여 기계적 및 전기적 관점으로부터 근본적으로 불안정한 가변성 화학량론 및/또는 조성을 갖는 막 또는 층들의 막을 야기시킨다.
에칭된 재료는 기판 표면으로부터 스퍼터되고 쿼츠 돔(206)의 내부면을 포함하는 프로세스 키트 상에 막을 형성한다. 막이 프로세스 키트 표면 상에 형성됨에 따라, 그의 밀도는 변하게 되어 막 상의 응력을 변하게 한다. 이러한 응력은 막에서 재료의 팽창계수에서 차이와 함께 프로세스 키트의 표면으로부터 막의 적층 또는 플레이킹(flaking)을 야기시킬 수 있다. 따라서, 막은 입계상 또는 플래키(flaky) 층으로서 프로세스 키트 상에 증착한다. 궁극적으로는, 수백 개의 기판이 세정된 후에, 필름은 몇몇 필름(film)이 공정처리되는 기판을 플레이크시키고 오염시키도록 두꺼워지고 무거워진다. 이들 입자들이 기판을 심각하게 손상시키고 및/또는 시스템의 주요 프로세스의 적절한 수행을 방지할 수 있기 때문에, 프로세스 키트는 소정 갯수의 기판이 시스템에서 세정된 후에 교체된다. 프로세스 키트의 교체 전에 프로세스 처리되는 기판의 선택된 갯수는 플레이킹(flaking)이 발생하기 전에 프로세스 키트의 표면 상에 형성된 필름의 허용가능한 두께에 상응한다. 프로세스 키트가 긴 유용한 수명을 갖는 것은, 시스템의 휴지기간이 전체 프로세싱 시간의 작은 비율을 차지하도록 하는 것이 바람직하다.
전형적으로, 프로세스 키트의 수명은 전체 에칭 재료의 특정 두께로 특정화된다. 예를 들어, 약 3000 기판에 상응하는 120㎛의 전체 에칭 재료는 프로세스 키트에 적합하게 특정된 공통 두께이고, 산업계에서 많은 사용자들은 프로세스 키트가 이러한 수준의 수행을 갖도록 기대하게 된다.
그러나, 프로세스 키트의 실제 수명은 단지 60 ~ 90 ㎛의 에칭 재료가 기판으로부터 에칭된 후에 재료가 프로세스 키트로부터 오염시키기 시작하기 때문에 소정의 또는 특정된 수명을 저하시킨다. 임의적으로, 프로세스 키트는 단지 20 ~ 30 ㎛의 에칭재료에 알맞게 지속할 수 있다. 이러한 짧은 수명은 시스템 작업자가 시스템을 더욱 자주 보수하도록 한다. 부가적으로는, 시스템 작업자는 프로세스 키트가 적절하게 작동하는 것을 가정하지만, 프로세스 키트의 예상하지 않은 짧은 사용 수명이 프로세스 키트의 돔 및 기판 상으로 낙하하는 재료의 플레이크를 야기시켜, 기판 상에 형성된 많은 집적회로를 손상시킨다. 따라서, 여러 기판들은 시스템 작업자가 많은 디바이스가 손상되거나 또는 오염된 것을 인지하기 전에 시스템을 통과할 수 있다.
다른 문제점은 기판으로부터 제거되고 프로세스 키트 상에 증착된 금속이, 금속의 절연된 스폿이 플라즈마로부터의 절연 재료 또는 자유전자에 의해 둘러싸일 수 있거나 또는 다른 공급원이 이들 절연된 금속 증착물에 유인(attract)될 수 있기 때문에 용량성 전하(charge)를 형성할 수 있다. 이러한 용량성 전하는 아크(arcing)가 스폿들 또는 층들 사이에서 발생할 정도로 높아서, 입자의 비상 발생(catastrophic generation)에 앞서 부산물 필름의 기계적 파손을 야기시킨다.
그러므로, 재료의 성숙한 플레이킹을 프로세스 키트의 표면 상에 형성된 필름으로부터 예방하고 필름에 형성된 용량성 전하를 방지하는 예비-세정 기판에 적합한 방법에 대한 필요성이 있다. 프로세스 키트의 특정 수명 이상 지속적으로 수행하는 방법이 적합한다.
본 발명은 진공 프로세싱 시스템에서 프로세싱 기판에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 스퍼터 세정을 통해 기판의 표면으로부터 산화물 및 다른 재료를 제거함으로써 후속 프로세싱용 기판을 준비하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 상술된 특징, 장점 및 목적이 부여된 방식이 상세히 이해될 수 있도록, 상기에서 간략하게 요약된 본 발명의 특정 설명은 첨부도면에 예시된 실시예를 참조함으로써 얻어질 수 있다.
그러나, 첨부도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예를 예시하고 그러므로 다른 동등한 효과적인 실시예로 허용할 수 있는 본 발명의 요지를 한정하도록 고려되지 않는다.
도 1은 진공 프로세싱 시스템의 평면도이다.
도 2는 예비-세정 공정의 흐름도이다.
도 3a는 예비-세정 챔버의 제 1형상의 측면도이다.
도 3b는 예비-세정 챔버의 제 2형상의 측면도이다.
본 발명은 챔버를 통해 산소-아르곤 스퍼터링 가스 혼합물을 유동시키는 동안 기판 표면으로부터 산화물층을 스퍼터 에칭시킴으로써 기판을 세정시키는 기판 프로세싱 시스템에 예비-세정 챔버를 제공한다. 산소는 에칭재료를 산화시키고 산화된 재료는 챔버의 돔을 포함하는 프로세스 키트 상의 필름에 증착한다. 결과적으로, 두껍고 더욱 안정적인 필름은 재료가 플레이크 오프(flake off)를 개시하기 전에 프로세스 키트 상에 증착될 수 있다.
실리콘 및 다양한 금속과 같은 에칭재료의 산화는 에칭재료가 화학량론적으로 균형을 이루도록 야기시킴으로써, 재료를 상대적으로 비반응성으로 형성하여 최소한의 플레이킹을 갖는 안정적인 필름을 프로세스 키트 상에 형성시킬 수 있다. 실리콘과 결합하도록 요구된 산소량이 최적화되도록 에칭가스 혼합물의 Ar/O2비율을 조정함으로써 Si/O2의 화학량론=1/2가 유지되기 때문에 화학량론적으로 균형화된 재료가 안정적이다. 에칭가스 혼합물의 최적 O2량은 부피로 약 5% 내지 30%이다. 에칭가스 혼합물에서 산소의 유동은 세정 프로세스 종료 전에 짧은 시간동안 턴 오프될 수 있어 기판, 예를 들어 기판 상에 패턴화된 구멍에 산화물 형성을 최소화시킨다.
부가적으로는, 프로세스 가스에서 산소는 프로세스 키트 상에 증착하는 기판으로부터 스퍼터된 금속을 산화시킴으로써 그들의 전도 특성을 감소시킨다. 따라서, 프로세스 키트의 표면 상의 금속의 절연된 위치의 용량성 전하는 발생하지 않고 필름의 안정성을 부가시킨다.
도 1은 본 발명의 진공 프로세싱 시스템(100)의 실시예의 평면도를 나타낸다. 시스템(100)은 캘리포니아주 산타 클라라에 소재하는 어플라이드 머티어릴스, 인코포레이티드로부터 입수가능한 시스템의 상표명 엔두라(Endura) 종류의 예이다. 비록 본 발명은 이러한 시스템(100)을 참조하여 설명되지만, 본 발명은 이러한 특정 형태의 시스템에 한정되지 않고, 다른 형태의 프로세싱 시스템이 본 발명에 의해 인용될 수 있다. 진공 프로세싱 시스템(100)은 이송챔버(102)와, 전형적으로는 플랫폼(도시하지 않음) 상에 장착되고 일반적으로는 시스템 모노리스(101; monolith)을 형성하는 버퍼챔버(106; buffer chamber)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 이송챔버(102)는 기판 상에 주요 프로세스를 수행하기 위해 패시트(105; facet)에 장착된 4개의 프로세스 챔버(104)를 갖는다. 시스템 모노리스(101)은 시스템(100)의 진공 분위기로 기판을 전송하기 위해 패시트(117)에 장착된 두개의 로드록 챔버(116; load lock chamber)를 갖는다. 최적의 초소형 설비 챔버(124)는 로드록 챔버(116)에 부착되어 프로세스의 일회 실행으로 연속하여 처리될 수 있는 기판의 갯수를 증가시킨다. 이송챔버(102)와, 버퍼챔버(106)와, 초소형 설비(124) 각각은 기판을 이송하기 위한 적어도 하나의 기판 핸들러 또는 로봇(114, 112, 128)을 갖는다. 예비-세정 챔버는 프로세스 챔버(104)가 기판 상에 시스템(100)의 주요 프로세스를 수행하기 전에 기판을 세정하도록 사용된다.
예비-세정 챔버(108)는 이송챔버(102)와 버퍼챔버(106) 사이에 증착된다. 대체적으로, 버퍼챔버(106)에 부착된 격리챔버(118)는 예비-세정 챔버로서 작용한다. 다른 실시예에서, 예비-세정 챔버는 프로세스 챔버(104)의 하나의 위치에서 이송챔버(102)에 부착될 수 있다. 예비-세정 챔버(108, 118)는 본 발명에 따른 산소 비율을 포함하는 에칭가스로 기판의 상부층을 스퍼터 에칭제거함으로써 기판을 세정한다.
프로세스 챔버(104)는 진공 프로세싱 시스템(100)에서 기판 상의 주요 프로세스를 수행한다. 프로세스 챔버(104)는 기판을 열처리하거나 또는 건조(curing)시키기 위한 급속 열처리 챔버, 물리기상 증착챔버, 화학기상 증착챔버 또는 에칭챔버와 같은 형태의 프로세스 챔버일 수 있다. 프로세스 챔버(104)는 이송챔버(102)에 의해 지지될 수 있거나 또는 개별적인 프로세스 챔버(104)의 형상에 의존하는 그들 자체의 플랫폼 상에 지지될 수 있다. 패시트(105)에서 슬릿 밸브(도시되지 않음; slit valve)은 이송챔버(102)와 프로세스 챔버(104) 사이에 접근 및 격리를 제공한다. 유사하게는, 프로세스 챔버(104)는 상기 슬릿 밸브와 정렬하는 그들 표면 상에 개구(도시하지 않음)를 갖는다.
예비-세정 챔버(108)와 냉각챔버(110; cool-down chamber)는 이송챔버(102)와 버퍼챔버(106) 사이에 배치된다. 대체적으로, 두개의 챔버(108, 11)는 통과-관통/냉각(pass-through/cool-down) 챔버일 수 있다. 예비-세정 챔버(108)는 기판들이 이송챔버(102)로 유입하기 전에 상기 기판들을 세정시키고, 냉각챔버(110)는 기판들이 프로세스 챔버(104)에서 처리되기 후에 상기 기판들을 냉각시킨다. 예비-세정 챔버(108)와 냉각챔버(110)는 이송챔버(102)와 버퍼챔버(106)의 진공도 사이의 천이를 제공한다. 버퍼챔버(106)는 기판 상에서 추가 프로세스를 수행하기 위한 두개의 팽창챔버(118)를 갖는다. 대체적으로는, 하나의 챔버(118)는 예비-세정 챔버이다. 버퍼챔버(106)는 필요하다면, 탈가스(degassing) 또는 냉각과 같은 기판의 추가 예비-프로세싱 또는 후속-프로세싱에 적합한 추가챔버(120)를 더 갖는다. 그러나, 기판 정렬 챔버와 같은 다른 챔버(122)는 전형적으로 버퍼챔버(106)에 부착된다.
로드록 챔버(116)는 대기 분위기 압력 사이에서 기판에 적합한 버퍼챔버 진공압으로의 천이를 제공한다. 로드록 챔버(116)와 버퍼챔버(106) 사이에서 패시트(117) 내의 개구(도시하지 않음)는 접근을 제공하고 밸브는 격리를 제공한다. 유사하게, 로드록 챔버(116)는 패시트(117) 내의 개구와 정렬하는 개구를 그들 표면 상에 갖는다. 로드록 챔버(116)와 초소형 설비(124)는 그들 사이에 접근을 제공하는 대응하는 개구(도시하지 않음)를 갖지만, 상기 개구에 적합한 도어(도시하지 않음)는 격리를 제공한다.
초소형 설비(124)는 전방측에 부착된 4개의 퍼드 로더(126; pod loader)를 갖는다. 대응하는 도어(125)를 갖는 개구(도시하지 않음)는 초소형 설비(124)와 퍼드 로더(126) 사이에서 접근 및 격리를 제공한다. 퍼드 로더(126)는 초소형 설비(124)의 측면 상에 장착되고 기판을 진공 프로세싱 시스템(100)으로 이송하도록 사용된 기판 퍼드(도시하지 않음)을 지지하기 위한 선반(shelves)이다.
기판 핸들러(114)는 예비-세정 챔버(108)와, 냉각챔버(110)와 프로세스 챔버(104) 사이에서 기판(115)을 이송하기 위한 이송챔버(102) 내에 배치된다. 유사한 기판 핸들러(112)는 로드록 챔버(116)와, 확장챔버(118)와, 냉각챔버(120)와, 기판 정렬 챔버(122)와, 예비-세정 챔버(108)와, 냉각챔버(110) 사이에서 기판(113)을 이송하기 위한 버퍼챔버(106) 내에 배치된다. 유사하게, 하나 이상의 기판 핸들러(128)는 퍼드 로더(126)와 로드록 챔버(116) 사이에서 기판을 이송하기 위한 초소형 설비(124) 내에 배치된다. 기판 핸들러(128)는 전형적으로는 트랙 상에 장착되어 기판 핸들러(128)는 초소형 설비(124)에서 전후로 이동할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 상기 예비-세정 챔버(108)로서 사용될 수 있는 진공 예비-세정 챔버(200)의 측면도를 나타낸다. 이러한 챔버는 캘리포니아주 산타 클라라에 소재하는 어플라이드 머티어릴스, 인크로부터 입수가능한 프리클린 II 챔버(PreClean II Chamber)이다. 일반적으로, 예비-세정 챔버(200)는 프로세싱 또는 세정에 적합하게 기판을 보유하도록 돔(206) 아래에 배치된 기판 지지체(204)를 갖는 본체부재(202)를 포함한다. 본체부재(202)는 스테인레스강, 알루미늄 등과 같은 금속성 구조물로 제작된 측벽(208)을 갖는다. 부가적으로, 본체부재(202)는 챔버(200) 내면에서 가스압을 제어하도록 사용되는 크라이오펌프(cryopump) 또는 터보 펌프(turbo pump)와 같은 고진공 펌프(도시하지 않음)에 연결된다. 돔(206)은 전형적으로는 쿼츠로 제작되어 챔버(200)의 상부를 형성한다. 돔(206)은 본체부재(202)의 측벽(208)의 상부 주연과 정합한다. 일반적으로, 돔(206)은 챔버용 교환가능한 프로세스 키트의 일부이다.
기판(212)은 로봇(112)의 블레이드(blade; 도 1 참조)에 의해 슬릿 밸브 개구(214)를 관통하여 버퍼챔버(106)로부터 챔버(200)로 삽입된다. 예비-세정 프로세스가 수행된 후에, 기판(212)은 다른 로봇(114)의 블레이드에 의해 다른 슬릿 밸브 개구(도시하지 않음)를 통해 이송챔버(102)로 이동된다. 대체적으로, 버퍼챔버(106) 또는 이송챔버(102)에 측면챔버로서 부착된 예비-세정 챔버의 경우, 기판(212)은 동일 로봇에 의해 동일 슬릿 밸브 개구를 통하여 삽입되고 제거된다. 세-포인트(three-point) 지지체를 형성하는 일련의 리프트 핀(216; lift pin)은 기판 블레이드로부터 기판을 도 3a에 도시된 바와 같은 위치까지 상승시킴으로써 기판이 챔버(200)로 유입할 때 기판(212)을 수용한다. 리프트 기구(218)는 리프트 핀(216)을 승하강시켜 로봇(112, 114)의 기판 블레이드와 기판 지지체(204)로 기판(212)을 승하강시킨다. 다른 리프트 기구(220)는 기판 지지체(204)와 그 위의 기판(212)을 도 3b에 도시된 바와 같은 프로세싱 위치까지 상승시킨다. 프로세싱 위치에서, 기판 지지체(204)와 공동 차폐물(222; cavity shield)은 본체부재(202)의 하부를 돔(206) 아래의 스페이스(224)로부터 효과적으로 차폐시키고, 여기에서 플라즈마가 형성되어, 플라즈마는 예비-세정 동안 본체 부재(202)의 나머지부분으로 누설하지 않고 오염시키지 않는다. 공동 차폐물(222)은 전형적으로 알루미늄 등으로 제작된다.
리프트 기구(220)와 기판 지지체(204)를 관통하여 연장하는 가스 유입구(210)를 갖는 가스 분배 시스템은 아르곤 및 산소와 같은 프로세스 가스 혼합물을 기판(212) 아래와 주위 및 스페이스(224)로 공급한다. 비록, 본 명세서에서 설명되는 예비-세정 과정이 이러한 가스 분배 시스템을 참조하여 설명되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 이에 한정되지는 않지만 돔 내의 위치를 통과하거나 챔버의 측벽을 통과하거나 또는 돔과 측벽 사이에 배치된 가스 유입구를 포함하는 분배 시스템을 포함하는 다른 형상의 가스 분배 시스템의 사용을 인용한다는 것을 이해해야 한다. 가스 분배 시스템(210)은 가스 유입구를 통해 다른 가스를 수용하고 적절한 배율로 가스를 혼합하여 소정의 프로세스 가스 혼합물을 형성하는 가스 혼합기(도시하지 않음)에 연결된다.
고주파수 RF 동력원(도시하지 않음)은 기판 지지체(204)에 용량적으로 체결되고 그 곳에 부바이어스(negative bias) 전압을 인가한다. 이러한 바이어스 전압은 정전 척(electrostatic chuck)과 같은 기판 홀더(도시하지 않음)를 통해 기판에 결합된다.
나선형상의 RF 유도코일(226)은 돔(206)에 외부적으로 권취되고 커버(228)에 의해 지지된다. 코일(226)은 냉각수가 작동 동안 관통하여 유동할 수 있는 중공형 구리 배관으로 형성된다. 교번하는 축상의 전자장은 챔버(200)에서 코일(226)의 권선에 내부적으로 생성된다. 일반적으로, 약 420 kHz 내지 약 435 kHz의 RF 주파수가 사용되고 이 주파수에서 작동하는 종래 설계의 RF 동력원(도시하지 않음)은 정합 네트워크(도시하지 않음)에 의해 코일(226)에 결합되어 챔버(200) 내에 플라즈마를 생성시킨다. RF 전자장은 기판 지지체(204) 및 기판(212)으로부터 플라즈마를 격리시키는 플라즈마 외피(plasma sheath) 또는 다크 스페이스(dark space)를 갖는 스페이스(224) 내에서 글로우 방전 플라즈마(glow discharge plasma)를 발생시킨다. 플라즈마 내의 이온은 기판(212)에 충돌하여 기판의 표면으로부터 한 층의 재료를 에칭시킨다.
작동시, 버퍼챔버 로봇(112)은 실리콘 기판과 같은 기판(113)을 예비-세정 챔버(108)로 배치시킨다. 예비-세정 챔버(108)는 하기에 설명되는 도 2에 도시된 흐름도에서 나타나는 공정에 따라 버퍼챔버(106)의 진공수준으로부터 이송챔버(102)의 진공수준으로 천이하는 동안 기판을 세정시킨다. 기판이 세정되고 예비-세정 챔버(102)의 진공수준이 이송챔버(102) 내의 수준에 도달한 후에, 이들 두개 챔버 사이의 밸브는 개방하고, 이송챔버 로봇(114)은 예비-세정 챔버(108)로부터 기판을 제거하여 상기 기판을 프로세스 챔버(104)로 이송시킨다.
도 2는 예비-세정 공정을 나타내는 흐름도이다. 예비-세정 챔버(108)에 의해 수행된 세정 프로세스는 기판이 상기 예비-세정 챔버로 선적된 후에 단계 300에서 시작한다. 예비-세정 챔버는 시스템(100)의 구조에 따라 버퍼챔버(106) 또는 이송챔버(102)로부터 폐쇄(단계 302)된다. 상기 예비-세정 챔버는 상기 예비-세정 챔버를 폐쇄한 후에 수초동안 아르곤과 같은 퍼지가스로 퍼지(단계 304)되어, 기판이 선적되는 동안 챔버로 유입된 가스는 상기 예비-세정 챔버로부터 퍼지된다. 아르곤 및 산소와 같은 세정 가스 혼합물로 구성되는 가스는 소정 비율, 바람직하게는 부피로 약 5% 내지 약 30% 산소로 혼합(단계 306)되어, 상기 예비-세정 챔버로 유동(단계 308)된다. 바람직하게, 세정가스 혼합물은 약 1sccm 내지 약 30sccm으로 유동된다. 스퍼터 세정동안 예비-세정 챔버(200) 내의 압력은 약 0.1mTorr 내지 약 5mTorr로 유지된다. 플라즈마는 약 1W 내지 약 1000W 범위의 플라즈마 동력으로 챔버에서 생성(단계 310)된다. 바람직하게, RF 동력은 챔버에 인가되어 플라즈마를 챔버에 유도적으로 결합시킨다. 약 1W 내지 약 1000W의 바이어스 동력과 함께 약 100V 내지 약 600V의 DC 바이어스는 기판(212)에 인가되고 기판(212)을 향해 이온을 가속시킨다. 전형적으로, 상기 예비-세정 프로세스는 약 15초 내지 약 90초 동안 약 300Å/min 내지 약 600Å/min의 에칭속도로 기판(212)으로부터 약 150Å 내지 약 450Å의 SiO2를 제거(단계 312)한다. 몇몇 경우에, 세정가스 혼합물로 산소 공급은 세정 프로세스의 종료 전에 짧은 시간(즉, 수초) 동안 턴 오프되어 기판, 예를 들어 기판에 형성된 구멍에 산화물 형성을 최소화시킨다. 에칭/세정 후에, 챔버의 모든 잔류 세정 가스는 퍼지(단계 314)되고, 챔버는 세정된 기판을 다음 프로세싱 챔버로 이송하기에 적합하게 개방(단계 316)된다.
프로세스로 산소의 첨가는 세정가스로서 아르곤을 사용하는 에칭/세정 프로세스에 비교하여 에칭/세정 수행을 저하시키지 않고 화학량론적으로 균형된 방식으로 키트의 내부면 상에 에칭/부산물 재료를 증착시킨다. 산소는 키트 표면 상에 형성된 필름이 화학량론적으로 균형되도록 키트 표면 상에 재증착된 에칭재료를 산화시키기에 충분한 양만큼 가스 혼합물에 첨가된다. 전형적으로 가스 혼합물 내 산소 농도는 부피로 약 5% 내지 약 30%이다. 몇몇 경우에, 세정가스 혼합물로 산소공급은 세정 프로세스의 종료 전에 짧은 시간동안 턴 오프되어 형태적 구멍에 산화물 형성을 최소화한다.
본 발명은 프로세스 키트 상에 형성된 필름에 용량성 전하 형성을 방지함으로써 다른 잇점을 제공한다. 프로세스 가스 내의 산소는 프로세스 키트 상에 증착한 기판으로부터 스퍼터된 금속을 산화시킴으로써, 그들의 전도 특성을 감소시킨다. 따라서, 돔 표면 상의 금속의 격리된 위치의 용량성 전하는 발생하지 않고 돔 표면 상에 증착된 필름의 안정성을 향상시킨다.
상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 기타 실시예는 본 발명의 기본 요지로부터 벗어나지 않고 변형될 수 있으며, 본 발명의 요지는 하기의 청구범위에 의해 정의된다.
Claims (25)
- 기판으로부터 재료를 제거하는 방법에 있어서,기판을 챔버에 배치시키는 단계와,산소와 프로세스 가스의 가스 혼합물을 상기 챔버로 유동시키는 단계와,플라즈마를 상기 챔버에서 일으키는 단계와,상기 기판의 표면으로부터 재료를 스퍼터 에칭하는 단계로 이루어진 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 가스 혼합물의 산소로 상기 에칭재료를 산화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 산화된 에칭재료를 상기 챔버의 표면 상에서 실질적으로 화학량론적 필름으로 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 단계들은 다수의 프로세스 대상에 대해 반복되고, 상기 필름은 교체가능한 프로세스 키트 상에 약 120㎛의 두께로 형성되는 방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 프로세스 키트를 교체하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 산소와 프로세스 가스의 가스 혼합물을 유동시키는 상기 단계는,i) 제 1기간 동안 산소와 프로세스 가스의 가스 혼합물을 유동시키는 단계와,ii) 제 2기간 동안 상기 프로세스 가스를 유동시키는 단계로 이루어진 방법.
- 기판을 프로세싱시키는 방법에 있어서,상기 기판을 챔버에 배치시키는 단계와,산소와 프로세스 가스의 가스 혼합물을 상기 챔버로 유동시키는 단계와,상기 챔버에서 플라즈마를 일으키는 단계와,상기 플라즈마에 형성된 이온으로 상기 기판을 충돌시키는 단계로 이루어진 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 기판을 충돌시키는 상기 단계는 상기 기판의 표면으로부터 재료의 층들을 제거하는 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 가스 혼합물 내의 산소는 상기 제거된 재료를 산화시키는 방법.
- 제 9항에 있어서, 상기 제거된 재료는 금속을 포함하고, 상기 산소는 상기 금속을 산화시켜 상기 금속의 용량성 전하를 방지하는 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 제거된 재료는 상기 챔버 내 표면 상의 필름에 화학량론적으로 증착되는 방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 표면은 상기 챔버에 적합한 교체가능한 프로세스 키트의 표면인 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 부피로 약 5% 내지 약 30%의 산소를 포함하는 방법.
- 제 13항에 있어서, 상기 프로세스 가스는 아르곤인 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 산소와 프로세스 가스의 가스 혼합물을 유동시키는 상기 단계는,i) 제 1기간 동안 산소와 프로세스 가스의 가스 혼합물을 유동시키는 단계와,ii) 제 2기간 동안 상기 프로세스 가스를 유동시키는 단계로 이루어진 방법.
- 프로세싱 시스템에서 기판을 프로세싱시키는 방법에 있어서,제 1챔버에 상기 기판을 배치하는 단계와,산소와 프로세스 가스의 가스 혼합물을 상기 제 1챔버로 유동시키는 단계와,상기 제 1챔버에서 플라즈마를 일으키는 단계와,상기 플라즈마에 형성된 이온으로 상기 기판에 충돌시키는 단계와,상기 기판을 제 2챔버로 이송시키는 단계와,상기 제 2챔버에서 상기 기판에 후속 프로세싱 절차를 수행하는 단계로 이루어진 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 프로세스 대상에 충돌시키는 상기 단계는 상기 프로세스 대상의 표면으로부터 재료의 층을 제거하는 방법.
- 제 17항에 있어서, 상기 제거된 재료는 상기 제1챔버 내 표면 상의 필름에 화학량론적으로 증착되는 방법.
- 제 17항에 있어서, 상기 제거된 재료는 교체가능한 프로세스 키트의 표면 상의 필름에 화학량론적으로 증착되는 방법.
- 제 17항에 있어서, 상기 혼합물 내의 산소는 상기 제거된 재료를 산화시키는 방법.
- 제 20항에 있어서, 상기 제거된 재료는 금속을 포함하고 상기 산소는 상기 금속을 산화시켜 상기 금속의 용량성 전하를 방지하는 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 약 5% 내지 약 30%의 산소를 포함하는 방법.
- 제 22항에 있어서, 상기 프로세스 가스는 아르곤인 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 산소와 프로세스 가스의 가스 혼합물을 유동시키는 상기 단계는,i) 제 1기간 동안 산소와 프로세스 가스의 가스 혼합물을 유동시키는 단계와,ii) 제 2기간 동안 상기 프로세스 가스를 유동시키는 단계로 이루어진 방법.
- 기판을 예비-세정하기 위한 장치에 있어서,a) 에칭챔버와,b) 세정가스를 상기 에칭챔버에 공급하는 세정가스 공급원과,c) 상기 에칭챔버로 산소 가스를 공급하는 산소가스 공급원과,d) 상기 세정가스 공급원과 상기 산소가스 공급원을 조절하는 제어기로 이루어진 장치.
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