KR20240056841A - 기판들로부터의 잔류물 제거를 위한 인시츄 후면 플라즈마 처리 - Google Patents
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Abstract
기판을 프로세싱하는 방법은 프로세싱 챔버 내에 배치된 페데스탈을 통과하는 복수의 리프트 핀들 상에 기판을 로딩하는 단계를 포함한다. 복수의 리프트 핀들은 기판을 페데스탈 상에 놓도록 하강된다. 기판 상에 막을 증착하기 위해 증착 가스 혼합물이 공급된다. 증착 가스 혼합물의 공급이 중단된다. 복수의 리프트 핀들을 사용하여 프로세싱 챔버 내의 페데스탈 위로 기판이 상승된다. 에칭 가스 혼합물이 공급된다. 잔류 막을 제거하기 위해 기판과 페데스탈의 표면 사이의 프로세싱 챔버 내에 플라즈마가 스트라이킹된다.
Description
본 개시는 기판 프로세싱 시스템들에 관한 것이며 보다 구체적으로는 증착 후 인시츄 (insitu) 후면 잔류물의 제거에 관한 것이다.
본 명세서에 제공되는 배경의 기술 (description) 은 개시의 맥락을 일반적으로 제시하기 위한 것이다. 본 배경 섹션에 기술된 범위까지의 현재 명명된 발명자들의 작업뿐만 아니라, 출원 당시에 선행기술로서 달리 인정되지 못할 수도 있는 기술의 양태들은 명시적으로 또는 묵시적으로 본 개시에 대한 선행기술로서 인정되지 않는다.
기판 프로세싱 시스템들은 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들의 증착, 에칭 및/또는 다른 처리 (treatment) 를 수행하도록 사용될 수도 있다. 기판은 프로세싱 챔버 내의 페데스탈 (pedestal) 상에 배치될 수도 있다. 증착 동안에, 하나 이상의 전구체를 포함하는 가스 혼합물이 프로세싱 챔버 내에 도입된다. 기판 상에 막을 증착하기 위해 플라즈마가 스트라이킹될 (strike) 수도 있다.
기판의 전면 상에 막을 증착하는 동안에, 막의 의도하지 않은 증착이 기판의 후면 상에도 발생할 수도 있다. 예를 들어, 막의 원하지 않은 증착이 기판의 후면 에지 상에서 그리고 리프트 핀 영역 (lift pin area) 에서 발생할 수도 있다. 원하지 않은 증착은 또한 최소 콘택트 영역들 (minimum contact areas; MCAs) 에 대응하는 기판의 후면 상에서 그리고/또는 MCA들 사이의 영역들에서 발생할 수도 있다. 예를 들어, 원하지 않은 증착이 하드 마스크 및 탄소 플러그/라이너 적용 예들에서 플라즈마-강화된 화학적 기상 증착 (plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 을 사용하는 탄소-기반 막의 증착 동안에 발생한다.
잔류물을 제거하기 위해 다양한 접근법들이 사용되어 왔다. 시일 밴드 (seal band) 를 가진 페데스탈은 기판의 후면 에지 상의 증착을 잠재적으로 감소시킬 수 있다. 그러나, 시일 밴드들을 가진 페데스탈들은 아킹 (arcing) 이 발생하기 쉽고 MCA들, MCA들 사이 및 리프트 핀 영역의 후면 증착을 해결하지 않는다.
퍼지 포커스 링 (purge focus ring) 을 가진 페데스탈들 또한 사용되어왔다. 퍼지 포커스 링은 페데스탈의 방사상 외부 위치로부터 기판의 에지를 향해 (분자 질소 (N2) 와 같은) 불활성 가스를 지향시킨다 (direct). 이러한 접근법은 일반적으로 구현되지 않았으며 상당한 비용을 부가한다.
MCA 영역 증착이 D 전극의 한 면 (side) 상에서만 발생하기 때문에, 또 다른 면 상의 증착을 제거하기 위해 단극 클램핑 (monopolar clamping) 이 또한 사용될 수 있다. 그러나, 단극 클램핑은 아킹의 우려가 있으며 후면 에지 증착을 해결하지 않는다.
후면 증착을 제거하기 위해서, 베벨 (bevel) 제거 및/또는 다른 챔버에서의 후면 처리와 같은 부가적인 통합 단계들이 일반적으로 요구된다. 이들 부가적인 단계들은 통합 프로세스의 복잡성을 증가시키고, 부가적인 기판 핸들링 및 프로세싱 시간을 요구하며, 비용을 증가시킨다.
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 9월 22일에 출원된 미국 가출원 번호 제 63/246,861 호의 우선권을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 본 명세서에 참조로서 인용된다.
기판을 프로세싱하는 방법은 프로세싱 챔버 내에 배치된 (arranged) 페데스탈 (pedestal) 을 통과하는 복수의 리프트 핀들 상에 기판을 로딩하는 (loading) 단계; 기판을 페데스탈 상에 놓도록 (reat) 복수의 리프트 핀들을 하강시키는 단계; 기판 상에 막을 증착하기 위해 증착 가스 혼합물을 공급하는 단계; 증착 가스 혼합물의 공급을 중단하는 단계; 복수의 리프트 핀들을 사용하여 프로세싱 챔버 내의 페데스탈 위로 기판을 상승시키는 단계; 에칭 가스 혼합물을 공급하는 단계; 및 잔류 막 (residual film) 을 제거하기 위해 에칭을 수행하도록 기판과 페데스탈의 표면 사이의 프로세싱 챔버 내에 플라즈마를 스트라이킹하는 (striking) 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 증착 동안 플라즈마를 스트라이킹하는 단계를 더 포함한다. 방법은 증착 동안 RF 전력을 제 1 RF 전력 값으로 설정하는 단계를 포함한다. 방법은 에칭 동안 RF 전력을 제 2 RF 전력 값으로 설정하는 단계를 포함하고, 제 2 RF 전력 값은 제 1 RF 전력 값과 상이하다.
다른 특징들에서, 방법은 증착 동안 프로세싱 챔버 내의 압력을 제 1 압력 값으로 설정하는 단계; 및 에칭 동안 프로세싱 챔버 내의 압력을 제 2 압력 값으로 설정하는 단계를 포함하고, 제 2 압력 값은 제 1 압력 값과 상이하다.
다른 특징들에서, 방법은 복수의 리프트 핀들이 기판의 로딩 동안 제 1 높이로 상승되고; 그리고 복수의 리프트 핀들은 에칭 동안 제 2 높이로 상승되는 것을 포함한다. 제 1 높이와 제 2 높이는 동일하다.
다른 특징들에서, 기판은 페데스탈과 마주하는 후면 및 샤워헤드의 하단 표면과 마주하는 전면을 포함한다. 복수의 리프트 핀들이 제 2 높이에 있을 때 2 ㎜ 이하인 갭 (gap) 이 기판의 전면과 샤워헤드의 하단 표면 사이에 규정된다.
다른 특징들에서, 방법은 증착 동안 샤워헤드를 사용하여 증착 가스 혼합물을 공급하고 그리고 에칭 동안 샤워헤드를 사용하여 에칭 가스 혼합물을 공급하도록 가스 전달 시스템을 구성하는 단계를 포함한다. 방법은 증착 동안 샤워헤드를 사용하여 증착 가스 혼합물을 공급하고 그리고 에칭 동안 샤워헤드를 사용하여 퍼지 가스를 공급하도록 가스 전달 시스템을 구성하는 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 에칭 동안 측면 가스 주입기 (side gas injector) 를 사용하여 에칭 가스 혼합물을 공급하도록 가스 전달 시스템을 구성하는 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 막은 애시가능 하드 마스크 (ashable hard mask) 를 포함한다. 다른 특징들에서, 에칭 가스 혼합물은 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 아산화질소 (N2O), 이산화탄소 (CO2), 불화수소 (HF), 및 분자 수소 (H2) 로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스들을 포함한다.
기판 상에 막을 증착하고 기판의 에칭을 인시츄 (in situ) 수행하기 위한 기판 프로세싱 시스템은 페데스탈을 포함하는 프로세싱 챔버 및 페데스탈을 통과하는 복수의 리프트 핀들을 포함한다. 플라즈마 생성기는 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 선택적으로 스트라이킹하도록 (strike) 구성된다. 가스 전달 시스템은 기판 상에 막을 증착하기 위해 증착 가스 혼합물을 공급하고 그리고 증착 후에, 잔류 막을 제거하기 위해 에칭 동안 에칭 가스 혼합물을 공급하도록 구성된다. 액추에이터는 로딩을 위해 복수의 리프트 핀들을 상승시키고, 증착 동안 기판을 페데스탈 상에 놓도록 복수의 리프트 핀들을 하강시키고, 그리고 에칭 후에 복수의 리프트 핀들을 상승시키도록 구성된다. 플라즈마 생성기는 에칭 동안 기판과 페데스탈 사이에서 플라즈마를 스트라이킹하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 가스 전달 시스템은 샤워헤드를 포함한다. 플라즈마 생성기는 증착 동안 기판과 샤워헤드 사이에서 플라즈마를 스트라이킹하도록 구성된다. 플라즈마 생성기는 증착 동안 제 1 미리 결정된 RF 전력으로 RF 전력을 공급하고, 그리고 에칭 동안 제 2 미리 결정된 RF 전력으로 RF 전력을 공급하도록 구성된다. 제 2 미리 결정된 RF 전력은 제 1 미리 결정된 RF 전력과 상이하다.
다른 특징들에서, 프로세싱 챔버 내의 압력은 증착 동안 제 1 미리 결정된 압력으로 설정되고 에칭 동안 제 2 미리 결정된 압력으로 설정되며, 제 2 미리 결정된 압력은 제 1 미리 결정된 압력과 상이하다.
액추에이터는 기판의 로딩 동안 복수의 리프트 핀들을 제 1 높이로 상승시키고 에칭 동안 제 2 높이로 상승시키도록 구성된다.
다른 특징들에서, 제 1 높이와 제 2 높이는 동일하다. 복수의 리프트 핀들이 제 2 높이에 있을 때, 2 ㎜ 이하인 미리 결정된 갭이 기판과 샤워헤드의 하단 표면 사이에 규정된다.
가스 전달 시스템은 증착 동안 샤워헤드를 사용하여 증착 가스 혼합물을 공급하고 그리고 에칭 동안 샤워헤드를 사용하여 에칭 가스 혼합물을 공급하도록 구성된다. 가스 전달 시스템은 증착 동안 샤워헤드를 사용하여 증착 가스 혼합물을 공급하고 그리고 에칭 동안 샤워헤드를 사용하여 퍼지 가스를 공급하도록 구성된다. 가스 전달 시스템은 에칭 동안 측면 가스 주입기를 사용하여 에칭 가스 혼합물을 공급하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 막은 애시가능 하드 마스크를 포함한다. 에칭 가스 혼합물은 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 아산화질소 (N2O), 이산화탄소 (CO2), 불화수소 (HF), 및 분자 수소 (H2) 로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스들을 포함한다.
본 개시의 적용 가능성의 추가 영역들이 상세한 기술, 청구범위 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 기술 및 특정 예들은 단지 예시의 목적으로 의도되었으며 개시의 범위를 제한하려는 의도는 아니다.
본 개시는 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 더욱 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 기판 상에 막을 증착하기 위한 기판 프로세싱 시스템의 예의 기능적 블록도이다.
도 2는 본 개시에 따른 기판의 후면 상의 잔류 막의 제거 동안에 리프트 핀들에 의해 기판이 상승된 도 1의 기판 프로세싱 시스템의 예의 기능적 블록도이다.
도 3은 본 개시에 따른 인시츄 후면 증착 제거를 위한 방법의 예의 흐름도이다.
도 4a는 제거 전 기판의 후면 상의 막의 두께의 예를 도시한다.
도 4b는 제거 후 기판의 후면 상의 막의 두께의 예를 도시한다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 및/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
도 1은 본 개시에 따른 기판 상에 막을 증착하기 위한 기판 프로세싱 시스템의 예의 기능적 블록도이다.
도 2는 본 개시에 따른 기판의 후면 상의 잔류 막의 제거 동안에 리프트 핀들에 의해 기판이 상승된 도 1의 기판 프로세싱 시스템의 예의 기능적 블록도이다.
도 3은 본 개시에 따른 인시츄 후면 증착 제거를 위한 방법의 예의 흐름도이다.
도 4a는 제거 전 기판의 후면 상의 막의 두께의 예를 도시한다.
도 4b는 제거 후 기판의 후면 상의 막의 두께의 예를 도시한다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 및/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
본 개시에 따른 시스템들 및 방법들은 기판의 전면 상에 막을 증착한 후에 기판의 후면 상의 인시츄 (insitu) 잔류 막 제거를 위해서 사용된다. 증착 동안, 기판은 페데스탈 상에 놓이고 (rest) 플라즈마는 샤워헤드와 같은 가스 전달 디바이스와 기판의 전면 사이에서 스트라이킹될 (strike) 수도 있다.
증착 후에, 기판은 챔버로부터 기판을 로딩 및 언로딩하기 위해 사용되는 리프트 핀들 상에서 상승된다. 미리 결정된 갭이 기판의 후면과 페데스탈 사이에 생성된다. 에칭 가스가 프로세싱 챔버에 공급되고 플라즈마가 기판의 후면과 페데스탈 사이에서 스트라이킹된다. 일부 예들에서, 에칭 가스 혼합물은 샤워헤드를 사용하여 공급된다. 다른 예들에서, 에칭 가스 혼합물은 하나 이상의 측면 가스 주입기들 (side gas injectors) 과 같은 또 다른 위치로부터 공급된다. 또 다른 예들에서, 에칭 가스 혼합물은 하나 이상의 측면 가스 주입기들로부터 공급되고 퍼지 가스는 에칭 동안 샤워헤드에 의해 공급된다.
예를 들어, 프로세싱 챔버는 탄소-기반 애시가능 하드 마스크 (ashable hard mask; AHM) 를 증착하기 위해서 사용될 수도 있다. 증착 후에, 기판은 리프트 핀들 상에 상승되고 후면 잔류 막의 에칭이 인시츄 수행된다. 일부 예들에서, 기판의 전면과 샤워헤드 사이에 규정된 미리 결정된 갭의 비교적 작은 크기로 인해 기판의 전면과 샤워헤드 사이에 플라즈마가 거의 또는 전혀 형성되지 않는다.
사용되는 에칭 가스 혼합물은 이전 단계 동안 기판 상에 증착되는 막의 타입에 기초하여 달라질 것이다. 일부 예들에서, 하드 마스크가 증착되고 후면 잔류 막의 제거 동안 공급되는 에칭 가스는 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 아산화질소 (N2O), 이산화탄소 (CO2), 불화수소 (HF) 및/또는 분자 수소 (H2) 로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 가스들을 포함하지만, 다른 가스들 및/또는 가스 혼합물들이 사용될 수 있다.
기판의 후면 상의 증착량이 비교적 적기 때문에, 매우 짧은 처리 기간만이 필요하며, 이는 기판의 전면에 위치된 막에 대한 영향을 감소시킨다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 후면 증착의 제거는 부가적인 하드웨어 비용 없이 애시가능 하드 마스크 (AHM) 와 같은 탄소 기반 마스크들의 중요한 이슈를 해결한다.
다른 예들에서, 탄소 기반 하드 마스크의 증착 후에, 리프트 핀들은 미리 결정된 포지션으로 상승되며, H2, N2O/N2 또는 CO2/He/N2와 같은 에칭 가스 혼합물이 도입된다. 기판의 전면은 샤워헤드에 매우 가깝게 배치되고 (arrange) 후면은 페데스탈에 대해 이격된 위치에 위치된다. 프로세싱 챔버 내의 압력과 RF 전력은 에칭 단계에 대해 조정되고 플라즈마는 미리 결정된 기간 동안 기판과 페데스탈 사이에서 스트라이킹되며 유지된다.
에칭 동안, 기판의 후면으로부터 잔류 막이 제거된다. 일부 예들에서, 미리 결정된 기간이 매우 짧고 전면 상의 플라즈마 노출은 매우 제한적이기 때문에, 매우 소량의 막만이 기판의 전면 에지로부터 제거된다. 그러나, 이것은 대다수의 프로세스들에 대해서는 문제가 아니다. 특정 환경들 하에서, 이러한 방법은 또한 기판의 전면 상의 웨이퍼 에지 프로파일을 조절하도록 (modulate) 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 약간 더 마일드한 처리를 제공하기 위해 후면의 에칭 동안 CO2가 사용된다. 다른 예들에서, N2 퍼지는 기판 상의 전면 막을 보호하기 위해 샤워헤드에 의해 공급되며 N2O는 에칭 가스로서 공급된다.
인식될 수 있는 바와 같이, 후면 잔류 막의 인시츄 에칭은 최소의 쓰루풋 (throughput) 손실을 유발한다. 후면 잔류 막 제거는 리프트 핀-업 포지션에 위치된 기판의 짧은 처리를 필요로 한다. 만약 리프트 핀-업 포지션이 로딩 및 언로딩 위치에 대응하면, 기판을 언로딩하기 전에 부가적인 기판 이동이 필요하지 않다. 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 복수의 통합 단계들을 제거함으로써 비용을 감소시킨다.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 증착을 수행하고 이어서 인시츄 플라즈마 에칭을 수행하기 위한 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 예가 도시된다. 이하에 기술된 예에서, 기판 프로세싱 시스템은 플라즈마-강화된 화학적 기상 증착 (plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 을 수행하고 이어서 플라즈마 에칭을 수행할 수도 있다. 그러나, 플라즈마를 사용하는 그리고 플라즈마를 사용하지 않는 다른 타입들의 증착이 수행될 수도 있으며 그 다음 이하에 추가로 기술되는 인시츄 플라즈마 에칭 단계에 의해 잔류 막이 제거될 수 있다.
도 1에서, 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 기판 프로세싱 시스템들 (100) 의 다른 컴포넌트들을 감싸고 RF 플라즈마를 담는 프로세싱 챔버 (102) 를 포함한다. 기판 프로세싱 시스템들 (100) 은 상부 전극 (104) 및 임베딩된 (embedded) 하부 전극 (107) 을 포함하는 페데스탈 (106) 를 포함한다. 대안적으로, 페데스탈 (106) 은 베이스플레이트에 본딩된 세라믹 상단 층을 포함할 수도 있다 (그리고 베이스플레이트는 하부 전극 (107) 으로서 작용한다). 동작 동안, 기판 (108) 은 상부 전극 (104) 과 하부 전극 (107) 사이의 페데스탈 (106) 상에 배치된다. 일부 예들에서, 페데스탈 (106) 은 증착 동안 기판을 정전기적으로 끌어당기는 (attract) 전극을 포함하는 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 을 포함할 수도 있다.
예를 들어, 상부 전극 (104) 은 프로세스 가스들을 도입하고 그리고 분배하는 샤워헤드 (109) 를 포함할 수도 있다. 샤워헤드 (109) 는 프로세싱 챔버의 상단 표면에 일 단부가 연결되는 스템 부분 (stem portion) 을 포함할 수도 있다. 베이스 부분은 일반적으로 원통형이고 프로세싱 챔버의 상단 표면으로부터 이격된 위치에서 스템 부분의 반대쪽 단부로부터 방사상 외향으로 연장한다. 샤워헤드의 베이스 부분의 기판-대면 표면 또는 페이스플레이트는 복수의 홀들 (holes) 을 포함하고 이를 통해 프로세스 가스 또는 퍼지 가스가 흐른다. 대안적으로, 상부 전극 (104) 은 전도성 플레이트를 포함할 수도 있으며 프로세스 가스는 또 다른 방식으로 도입될 수도 있다.
RF 생성 시스템 (110) 은 RF 전력을 생성하여 상부 전극 (104) 과 하부 전극 (107) 중 하나에 RF 전력을 출력한다. 상부 전극 (104) 과 하부 전극 (107) 중 다른 하나는 DC 접지될 수도 있고, AC 접지될 수도 있고 또는 플로팅할 수도 있다. 예를 들어, RF 생성 시스템 (110) 은 매칭 및 분배 네트워크 (112) 에 의해 하부 전극 (107) 에 피딩되는 (feed) RF 전력을 생성하는 RF 전력을 생성하는 RF 생성기 (111) 를 포함할 수도 있으며 상부 전극 (104) 이 접지된다.
액추에이터 (120) 및 P 개의 리프트 핀들 (P는 2보다 더 큰 정수임) 을 포함하는 리프트 핀 어셈블리 (122) 는 챔버로부터의 기판의 로딩 및 언로딩 동안 사용된다. 액추에이터 (120) 및 리프트 핀 어셈블리 (122) 는 기판이 페데스탈 (106) 상에 놓이는 증착 포지션으로 기판을 하강한다. 증착이 완료된 후에, 액추에이터 (120) 및 리프트 핀 어셈블리 (122) 는 기판의 전면이 샤워헤드 (109) 의 미리 결정된 갭 내에 위치되는 에칭 포지션으로 기판을 상승시킨다. 기판의 후면 상의 잔류 막을 에칭하기 위해 페데스탈 (106) 과 기판의 후면 사이에서 플라즈마가 스트라이킹된다. 미리 결정된 갭의 크기는 기판의 전면과 샤워헤드 사이의 플라즈마를 실질적으로 감소시키거나 제거하기 위해 작게 선택된다.
일부 예들에서, 후면의 에칭 동안 리프트 핀들의 상승된 포지션은 로딩 및 언로딩 동안 리프트 핀들의 상승된 포지션과 동일하다. 다른 예들에서, 후면 에칭 동안 리프트 핀들의 상승된 포지션은 로딩 및 언로딩 동안 리프트 핀들의 상승된 포지션과 상이하다. 일부 예들에서, 리프트 핀들의 상승된 포지션은 샤워헤드로부터 미리 결정된 갭 또는 거리 내에 전면 표면을 배치한다 (place). 일부 예들에서, 미리 결정된 갭은 2 ㎜, 1 ㎜ 또는 0.5 ㎜ 이하이지만, 다른 값들이 사용될 수도 있다.
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 더 큰 정수이다. 가스 소스들 (132) 은 증착 전구체들, 퍼지 가스, 에칭 가스 등과 같은 하나 이상의 프로세스 가스들을 공급한다. 일부 예들에서, 기화된 전구체들이 또한 사용될 수도 있다 (미도시). 가스 소스들 (132) 은 밸브들 (134-1, 134-2, ..., 및 134-N) (집합적으로 밸브들 (134)), 질량 유량 제어기들 (136-1, 136-2, ..., 및 136-N) (집합적으로 질량 유량 제어기들 (136)), 및 밸브들 (138-1, 138-2, ..., 및 138-N) (집합적으로 밸브들 (138)) 에 의해 매니폴드 (140) 에 연결된다. 매니폴드 (140) 의 출력은 가스 전달 시스템 (130) 에 의해 프로세싱 챔버 (102) 에 피딩된다. 예를 들어, 매니폴드 (140) 의 출력은 샤워헤드 (109) 로 피딩된다.
일부 예들에서, 에칭 가스는 샤워헤드 (109) 를 통해 전달된다. 다른 예들에서, 밸브 (141) 는 후면 상의 잔류 막의 에칭 동안 에칭 가스 혼합물을 측면 가스 주입기 위치(들)로 흐르게 하도록 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 가스 전달 시스템 (130) 은 에칭 가스 혼합물이 기판의 전면의 에칭을 감소시키도록 측면 가스 위치로부터 공급될 때 밸브 (145) 를 통해 샤워헤드 (109) 및 기판의 전방을 향하는 면 상으로 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 소스 (143) 를 더 포함할 수도 있다.
가열기 (142) 는 페데스탈 (106) 내에 배치된 가열기 코일 (미도시) 에 연결될 수도 있다. 가열기 (142) 는 페데스탈 (106) 및 기판 (108) 의 온도를 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 또한, 페데스탈 (106) 은 페데스탈 및 기판 온도들의 추가 제어를 제공하기 위해 유체 소스 (미도시) 로부터 유체를 흐르게 하는 내부 채널들 (미도시) 을 포함할 수도 있다. 밸브 (150) 및 펌프 (152) 는 프로세싱 챔버 (102) 로부터 반응 물질들을 배출하기 (evacuate) 위해 그리고/또는 프로세싱 챔버 내의 압력을 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 제어기 (160) 는 본 명세서에 기술된 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 다양한 컴포넌트들을 제어하도록 사용될 수도 있다.
기판 (108) 을 리프트 핀들 (124) 상으로 로딩한 후에, 액추에이터 (120) 및 리프트 핀 어셈블리 (122) 는 기판 (108) 을 페데스탈 (106) 상에 하강시킨다. 프로세싱 챔버 내의 압력은 목표된 증착 압력으로 조정되고, 증착 가스 혼합물이 공급되며 그리고 플라즈마 (170) 가 스트라이킹된다. RF 전력 및 챔버 압력은 증착될 막의 타입에 종속하여 최적화된다. 막은 증착 기간 동안 기판의 노출된 표면 상에 증착된다. 일부 잔류 막은 기판의 후면 상에 증착된다. 증착이 완료된 후에, 증착 가스 혼합물의 플로우가 중단되고, 플라즈마가 소화되며 반응 물질들이 배출된다.
프로세싱 챔버 내의 압력은 목표된 에칭 압력으로 선택 가능하게 (optionally) 조정된다. 액추에이터 (120) 및 리프트 핀 어셈블리 (122) 는 도 2에 도시된 바와 같이 기판 (108) 을 상승시킨다. 에칭 가스 혼합물이 공급되고 플라즈마 (180) 가 미리 결정된 에칭 기간 동안 스트라이킹된다. 일부 예들에서, RF 전력은 에칭을 위해 조정된다. 일부 예들에서, 미리 결정된 에칭 기간은 5 초, 4 초, 3 초, 2 초, 또는 1 초 미만이다. 미리 결정된 에칭 기간은 후면 상에 증착된 잔류 막의 두께, 에칭 프로세스에 대한 전면의 민감도, 에칭될 막의 타입, 그리고 사용되는 에칭 화학물질에 기초하여 결정될 것이다.
이제 도 3을 참조하면, 기판을 프로세싱하기 위한 방법 (300) 이 도시된다. (310) 에서, 기판은 프로세싱 챔버 내로 그리고 리프트 핀들 상으로 로딩된다. (314) 에서, 기판은 리프트 핀들을 사용하여 페데스탈 상으로 하강된다. (316) 에서, RF 전력, 챔버 압력 및/또는 페데스탈 온도와 같은 증착 조건들이 미리 결정된 값들로 설정된다. (318) 에서, 증착 가스 혼합물이 공급되고 플라즈마가 (사용된다면) 스트라이킹된다. (322) 에서, 증착 기간 동안 기판 상에 막이 증착된다. (324) 에서, 방법은 증착 기간이 종료되었는지 여부를 결정한다. (324) 가 거짓이면, 이 방법은 (322) 에서 계속된다. (324) 가 참이면, 이 방법은 (328) 에서 계속되고 플라즈마가 (사용된다면) 소화되고 증착 가스 혼합물의 플로우가 중단된다. (332) 에서, 반응 물질들은 프로세싱 챔버로부터 배출된다.
이 때, 프로세싱 챔버는 (기판을 또 다른 챔버로 이동시키지 않고) 기판의 후면의 에칭을 인시츄 수행하도록 재구성된다. (336) 에서, 에칭 압력 및 RF 전력이 선택적으로 조정된다. (340) 에서, 기판은 리프트 핀들을 사용하여 페데스탈 위의 미리 결정된 포지션으로 상승된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 단계 (336) 및 단계 (340) 는 (뿐만 아니라 본 명세서에 기술된 다른 단계들은) 또 다른 순서로 수행될 수 있다. (344) 에서, 에칭 가스 혼합물이 공급되고 플라즈마가 스트라이킹된다.
(348) 에서, 방법은 후면 에칭 기간이 언제 종료되는지를 결정한다. (348) 가 참일 때, 플라즈마는 소화되고 그리고 에칭 가스 혼합물의 플로우가 (352) 에서 중단된다. (356) 에서, 기판은 프로세싱 챔버로부터 제거된다.
이제 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 후면 막 두께가 도시된다. 도 4a에는, 증착 후와 잔류물 제거 전의 후면 막 두께가 도시된다. 후면 막의 두께는 기판의 외측 방사상 에지를 향해 증가한다. 도 4b에는, 본 명세서에 기술된 바와 같은 잔류물 제거 후의 기판이 도시된다. 전면 상의 최소의 막 제거로 후면 상의 잔여물의 두께가 (예를 들어, 목표된 두께 t 이하로) 실질적으로 감소된다.
전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 본 개시, 이의 적용 예, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들 (teachings) 은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들의 연구 시 자명해질 것이기 때문에 이렇게 제한되지 않아야 한다. 방법의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시 예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시 예에 대해 기술된 이들 피처들 중 임의의 하나 이상의 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않아도, 임의의 다른 실시 예들의 피처들로 그리고/또는 임의의 다른 실시 예들의 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시 예들의 또 다른 실시 예들과의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.
엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 관계 및 기능적 관계는, "연결된 (connected) ", "인게이지된 (engaged) ", "커플링된 (coupled) ", "인접한 (adjacent) ", "옆에 (next to) ", "~의 상단에 (on top of) ", "위에 (above) ", "아래에 (below) " 및 "배치된 (disposed) "을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트들이 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에 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 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱을 위한 플랫폼 또는 플랫폼들 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에, 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자 장치 (electronics) 와 통합될 수도 있다. 전자 장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들 (subparts) 을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정들, 진공 설정들, 전력 설정들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정들, RF 매칭 회로 설정들, 주파수 설정들, 플로우 레이트 설정들, 유체 전달 설정들, 포지션 및 동작 설정들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로딩 록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 가능하게 하고, 엔드포인트 측정들을 가능하게 하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자 장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSPs), 주문형 반도체들 (application specific integrated circuits; ASICs) 로서 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 수행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기와 통신하는 또는 시스템과 통신하는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 팹 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하거나, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하거나, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하거나, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하거나, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하거나, 새로운 프로세스를 시작하기 위해서, 시스템으로의 원격 액세스를 가능하게 할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 시스템에 프로세스 레시피들을 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 이산적인 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 일 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 원격으로 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
제한 없이, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 (spin-rinse) 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition; PVD) 챔버 또는 모듈, 화학적 기상 증착 (CVD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 증착 (ALD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 에칭 (atomic layer etch; ALE) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈 및 반도체 웨이퍼들의 제작 및/또는 제조 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상기 주지된 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로딩 포트들로부터/로딩 포트들로 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, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.
Claims (22)
- 기판을 프로세싱하는 방법에 있어서,
프로세싱 챔버 내에 배치된 (arranged) 페데스탈 (pedestal) 을 통과하는 복수의 리프트 핀들 상에 기판을 로딩하는 (loading) 단계;
상기 기판을 상기 페데스탈 상에 놓도록 (rest) 상기 복수의 리프트 핀들을 하강시키는 단계;
상기 기판 상에 막을 증착하기 위해 증착 가스 혼합물을 공급하는 단계;
상기 증착 가스 혼합물의 공급을 중단하는 단계;
상기 복수의 리프트 핀들을 사용하여 상기 프로세싱 챔버 내의 상기 페데스탈 위로 상기 기판을 상승시키는 단계;
에칭 가스 혼합물을 공급하는 단계; 및
잔류 막 (residual film) 을 제거하기 위해 에칭을 수행하도록 상기 기판과 상기 페데스탈의 표면 사이의 상기 프로세싱 챔버 내에 플라즈마를 스트라이킹하는 (striking) 단계를 포함하는, 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 증착 동안 플라즈마를 스트라이킹하는 단계를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 증착 동안 RF 전력을 제 1 RF 전력 값으로 설정하는 단계; 및
상기 에칭 동안 RF 전력을 제 2 RF 전력 값으로 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 RF 전력 값은 상기 제 1 RF 전력 값과 상이한, 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 증착 동안 상기 프로세싱 챔버 내의 압력을 제 1 압력 값으로 설정하는 단계; 및
상기 에칭 동안 상기 프로세싱 챔버 내의 압력을 제 2 압력 값으로 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 압력 값은 상기 제 1 압력 값과 상이한, 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 리프트 핀들은 상기 기판의 로딩 동안 제 1 높이로 상승되고; 그리고
상기 복수의 리프트 핀들은 상기 에칭 동안 제 2 높이로 상승되는, 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 높이와 상기 제 2 높이는 동일한, 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 기판은 상기 페데스탈과 마주하는 후면 및 샤워헤드의 하단 표면과 마주하는 전면을 포함하고, 그리고 상기 복수의 리프트 핀들이 상기 제 2 높이에 있을 때 2 ㎜ 이하인 갭 (gap) 이 상기 기판의 상기 전면과 상기 샤워헤드의 상기 하단 표면 사이에 규정되는, 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 증착 동안 샤워헤드를 사용하여 상기 증착 가스 혼합물을 공급하고 그리고 상기 에칭 동안 상기 샤워헤드를 사용하여 상기 에칭 가스 혼합물을 공급하도록 가스 전달 시스템을 구성하는 단계를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 증착 동안 샤워헤드를 사용하여 상기 증착 가스 혼합물을 공급하고 그리고 상기 에칭 동안 상기 샤워헤드를 사용하여 퍼지 가스를 공급하도록 가스 전달 시스템을 구성하는 단계를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 에칭 동안 측면 가스 주입기 (side gas injector) 를 사용하여 상기 에칭 가스 혼합물을 공급하도록 상기 가스 전달 시스템을 구성하는 단계를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 막은 애시가능 하드 마스크 (ashable hard mask) 를 포함하고; 그리고
상기 에칭 가스 혼합물은 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 아산화질소 (N2O), 이산화탄소 (CO2), 불화수소 (HF), 및 분자 수소 (H2) 로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스들을 포함하는, 기판을 프로세싱하는 방법. - 기판 상에 막을 증착하고 상기 기판의 에칭을 인시츄 (in situ) 수행하기 위한 기판 프로세싱 시스템에 있어서,
페데스탈을 포함하는 프로세싱 챔버;
상기 페데스탈을 통과하는 복수의 리프트 핀들;
상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 선택적으로 스트라이킹하도록 (strike) 구성된 플라즈마 생성기;
가스 전달 시스템으로서,
상기 기판 상에 막을 증착하기 위해 증착 가스 혼합물을 공급하고; 그리고
상기 증착 후에, 잔류 막을 제거하기 위해 에칭 동안 에칭 가스 혼합물을 공급하도록 구성된, 상기 가스 전달 시스템; 및
액추에이터로서,
로딩을 위해 상기 복수의 리프트 핀들을 상승시키고;
상기 증착 동안 상기 기판을 상기 페데스탈 상에 놓도록 상기 복수의 리프트 핀들을 하강시키고; 그리고
상기 에칭 후에 상기 복수의 리프트 핀들을 상승시키도록 구성된, 상기 액추에이터를 포함하고,
상기 플라즈마 생성기는 상기 에칭 동안 상기 기판과 상기 페데스탈 사이에서 플라즈마를 스트라이킹하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 가스 전달 시스템은 샤워헤드를 포함하고; 그리고
상기 플라즈마 생성기는 상기 증착 동안 상기 기판과 상기 샤워헤드 사이에서 플라즈마를 스트라이킹하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성기는,
상기 증착 동안 제 1 미리 결정된 RF 전력으로 RF 전력을 공급하고; 그리고
상기 에칭 동안 제 2 미리 결정된 RF 전력으로 RF 전력을 공급하도록 구성되고,
상기 제 2 미리 결정된 RF 전력은 상기 제 1 미리 결정된 RF 전력과 상이한, 기판 프로세싱 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 프로세싱 챔버 내의 압력은 상기 증착 동안 제 1 미리 결정된 압력으로 설정되고 상기 에칭 동안 제 2 미리 결정된 압력으로 설정되며, 상기 제 2 미리 결정된 압력은 상기 제 1 미리 결정된 압력과 상이한, 기판 프로세싱 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 기판의 로딩 동안 상기 복수의 리프트 핀들을 제 1 높이로 상승시키고 상기 에칭 동안 제 2 높이로 상승시키도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 높이와 상기 제 2 높이는 동일한, 기판 프로세싱 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 복수의 리프트 핀들이 상기 제 2 높이에 있을 때, 2 ㎜ 이하인 미리 결정된 갭이 상기 기판과 샤워헤드의 하단 표면 사이에 규정되는, 기판 프로세싱 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 가스 전달 시스템은 상기 증착 동안 샤워헤드를 사용하여 상기 증착 가스 혼합물을 공급하고 그리고 상기 에칭 동안 상기 샤워헤드를 사용하여 상기 에칭 가스 혼합물을 공급하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 가스 전달 시스템은 상기 증착 동안 샤워헤드를 사용하여 상기 증착 가스 혼합물을 공급하고 그리고 상기 에칭 동안 상기 샤워헤드를 사용하여 퍼지 가스를 공급하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템. - 제 20 항에 있어서,
상기 가스 전달 시스템은 상기 에칭 동안 측면 가스 주입기를 사용하여 상기 에칭 가스 혼합물을 공급하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 막은 애시가능 하드 마스크를 포함하고; 그리고
상기 에칭 가스 혼합물은 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 아산화질소 (N2O), 이산화탄소 (CO2), 불화수소 (HF), 및 분자 수소 (H2) 로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스들을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
Applications Claiming Priority (3)
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