KR100856451B1 - 소재의 플라즈마 세정장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

내부영역(30)을 가지는 플라즈마세정 챔버(20)에서 소재를 플라즈마세정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 그 방법은, 플라즈마 세정챔버 내부 영역으로 소재를 적재하는 제 1 단계를 포함하여 구성된다. 다음 단계는, 주변 기체를 수소로 하여 플라즈마 세정챔버 내부영역을 소정의 압력까지 펌핑하여 내리는 단계이다. 그 다음 단계는, 1010 내지 1013㎝-3 의 범위, 바람직하게는 1012 ㎝-3이상인 이온 밀도와, 30eV 미만, 바람직하게는 10 내지 15eV의 범위인 이온 에너지를 가지는 플라즈마(36)를 수소가스로부터 형성하는 단계이다. 마지막 단계는 소정의 시간동안 소재를 플라즈마에 노출하는 단계이다. 본 발명의 장치는, 바람직하게는 제 1 및 제 2 진공처리챔버(20 및 120)을 포함하며, 제 1 챔버는 본 발명의 방법에 따라 소재의 플라즈마세정을 실행하며, 제 2 챔버는, 예를 들면 금속을 증착하는 등 추가적인 처리단계를 실행한다.

Description

소재의 플라즈마 세정장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR PLASMA CLEANI NG OF WORKPIECES}
본 출원은 2000. 4. 25일 출원된 미국 가출원 60/199,354호의 이익을 주장하는 것이다.
본 발명은 소재(workpiece)의 제조에 관한 것으로서, 특히 수소계 플라즈마 (hydrogen-based plasma)를 사용하는 소재 표면의 세정에 관한 것이다.
집적회로(ICs)와 같은 반도체 디바이스의 제조에 있어서, 기초적인 단계는 전기적 상호연결, 즉 '접점(contacts)'을 형성하는 공정이다. 낮은 저항접점의 형성에는, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 소재를 제조하는 공정, 소재의 표면을 세정하는 공정, 표면에 티타늄과 같은 금속을 선택적으로 증착하는 공정, 및 금속을 열적으로 어닐링(annealing)하는 공정이 포함된다. 금속이 티타늄일 경우에, 어닐링 공정은 티타늄 실리사이드(titanium silicide)의 생성을 유발하는데, 이는 밑에 있는 실리콘을 소모한다.
불행하게도, 회로의 최소치수가 감소해감에 따라, 전기적 접점을 형성하기 위한 금속의 사용이 문제로 되고 있다. 이는 주로, 접점의 사이즈{즉, '선 폭(lin e width)'}가 1 마이크론 이하일 때, 금속-실리콘(예컨대, 티타늄 실리사이드) 접 점의 저항성이 급격히 증가하기 때문이다. 그 문제에 더하여, 선 폭이 1 마이크론 이하로 작아짐에 따라, 디바이스 접속 깊이는 단지 수백 옹스트롬으로 감소한다. 실리사이드의 형성이 밑에 있는 실리콘의 약간을 소모하기 때문에, 접속 깊이가 수백 옹스트롬으로 감소하는 것은 접속의 일체성이 위태롭다는 것을 의미한다.
티타늄계 접점과 관련한 상술한 문제점에 대한 해결방안으로서, 금속 코발트의 사용이 제안되어 왔고, 0.25 마이크론 이하의 제조 공정에 사용되고 있다. 그러나, 접점을 형성하는 데에 코발트를 사용하는 것은 추가적인 문제를 일으킨다. 예를 들면, 코발트는, 물이나 C-F폴리머 등과 같은 기타 다른 표면 오염물이나 산화규소와 반응하지 않는다. 결과적으로, 코발트 증착 이전에 웨이퍼의 표면은 티타늄 실리사이드 등 다른 금속-실리콘 접점에 필요한 것보다 더 청정하게 되어야 한다.
현재, 코발트를 사용하여 접점을 형성하기 이전에 소재 표면을 세정하기 위한 반도체 제조에 사용되는 기술로는 2가지가 있다. 한 방법은, 불화수소(HF) 침지로써 웨이퍼를 세정하는 최종단계를 포함하여 다양한 화학용액으로 웨이퍼를 세정하는 것이다. 이러한 방법은 많은 세정 공정(특히, 0.5 마이크론 이상의 기술을 포함하는 것)에 효과적이지만, HF가 0.25 마이크론 이하의 기술에 대하여는 충분히 신뢰할 수 없는 것이다. 또한, 이 화학물질은 작동자나 기술자들에게 상당한 건강상의 위험을 일으킨다. 게다가, 피처리 소재는 HF침지탱크로부터 증착반응기로 이송되어야 한다. 이러한 이송단계에서, 소재는 공기에 노출되고, 공기는 노출된 표면을 산화하며, 이로써 디바이스 성능을 떨어뜨리고 공정 허용범위(process tolera nces)를 감소시킨다.
코발트 증착 이전에 사용되는 제 2 의 소재표면세정방법은 아르곤 이온을 사용하여 소재표면을 스퍼터링(sputtering)하는 것을 포함한다. 효과적이기 위해서는, 이온의 에너지가 합당하게 높은 것이어야 한다. 불행히도, 그러한 높은 에너지의 이온을 사용하는 것이 문제가 된다. 예를 들면, 그러한 높은 에너지로 스퍼터링함으로써 아르곤이 실리콘에 일체로 되어버린다. 그러한 이온은 수백 옹스트롬 깊이의 결정결함(crystal defect)을 생성하게 된다. 다른 문제점은 실리콘 자체의 부식과, 스퍼터된 물질의 재증착, 및 표면 오염물의 실리콘으로의 침투 등을 포함한다.
표면을 세정하는 방법으로서 수소 플라즈마의 사용이 제안되어 왔다. 수소플라즈마의 화학적 부산물은 기본적으로 가스상(gaseous)이기 때문에, 세정공정은 매우 효과적이어야 한다. 그러나, 웨이퍼를 세정하는 데에 수소플라즈마의 사용이 연구되었을 때, 많은 문제점이 나타났다. 예컨대, 평행판 반응성 이온식각(RIE) 시스템을 사용한 경우에, 소스플라즈마에서 발생되는 높은 이온 에너지 때문에, 심각한 실리콘 부식과 수소의 실리콘으로의 침투가 발생하였다. 마이크로파-여기된 하향 플라즈마(microwave-excited downstream plasma)가 사용되는 경우에는, 수소 라디칼의 낮은 에너지와 소스로부터 웨이퍼 표면으로의 이송 도중에 라디칼 농도의 감소 때문에, 자연 산화물과 기타 오염물의 제거율이 현저하게 감소되었다.
본 발명은 소재의 제조에 관한 것이고, 특히 수소계 플라즈마를 사용한 소재 표면의 세정에 관한 것이다.
본 발명의 제 1 측면은, 내부 영역을 갖는 플라즈마-세정 챔버에서 소재를 플라즈마세정하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 플라즈마 세정챔버 내부 영역으로 소재를 적재하는 제 1 단계를 포함하여 구성된다. 다음 단계는, 주변 기체를 수소로 하여 플라즈마 세정챔버 내부영역을 소정의 압력까지 펌핑(pumping)하여 내리는 단계이다. 그 다음 단계는, 1010 내지 1013㎝-3 의 범위, 바람직하게는 1012 ㎝-3이상인 이온 밀도와, 30eV 미만, 바람직하게는 10 내지 15eV의 범위인 이온 에너지를 가지는 플라즈마를 수소가스로부터 형성하는 단계이다. 마지막 단계는 소정의 시간동안 소재를 플라즈마에 노출하는 단계이다.
본 발명의 제 2 측면은, 웨이퍼가 세정된 후에, 소재를 플라즈마 세정챔버로부터 처리챔버로 이송하고, 그런 다음 소재에 처리단계를 실행하는 단계를 더욱 포함하는 상술한 방법이다. 이 공정단계는, 예를 들면, 금속을 증착하는 것이어도 좋다.
본 발명의 제 3 측면은, 소재를 플라즈마 세정하고 그런 다음 소재를 처리하는 일체화된 소재처리장치이다. 상기 장치는, 높은 이온밀도와 낮은 이온에너지 및 낮은 플라즈마 전위(plasma potential)를 가지는 플라즈마로써 소재를 플라즈마 세정하도록 채용된 제 1 진공처리챔버를 포함하여 구성된다. 상기 제 1 진공처리챔버는 그 안에 끼워맞춤된 소재지지부를 포함한다. 상기 장치는 또한, 소재의 CVD, PVD, 스퍼터링, 및 에칭으로 이루어지는 군으로부터 선택된 처리를 실행하도 록 채용된 제 2 진공처리챔버를 포함한다. 제 2 진공처리챔버는 또한 소재지지부에 끼워맞춤된다. 상기 장치에는 제 1 및 제 2 챔버에 연결된 진공이송챔버가 더욱 포함되어 있다. 이송챔버는 상기 챔버들 사이로 소재가 지나갈 수 있는 크기로 되어 있다. 이송챔버의 목적은 제 1 진공처리챔버에서 세정된 후, 소재가 오염물(즉, 산소나 수증기 등)에 노출되는 것을 방지하고자 하는 것이다.
도 1은 소재가 플라즈마 세정 챔버에서 세정된 후에 소재를 처리하는 데 사용되는 처리챔버와 관련하여 사용되는 것을 나타내는 본 발명의 플라즈마세정 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 시스템의 플라즈마세정챔버의 확대 사시도이다.
본 발명은 소재의 제조에 관한 것이고, 특히 수소계 플라즈마를 사용한 소재표면의 세정에 관한 것이다. 본 발명은, 실리콘 소재(웨이퍼)에 있어서 반도체 디바이스를 제조하는 공정에서 저항성 낮은 금속 실리사이드 접점이 형성되는 소재를 제조하는데 특히 유용하다.
도 1을 참조하면, ESRF 플라즈마 반응기 형태{중성-루프 플라즈마(NLP)반응기, 극초단파(UHF) 플라즈마 반응기 등과 같은 다른 반응기가 또한 사용될 수 있지만}의 플라즈마세정 시스템(12)이 나타나있다. 시스템(12)은 실리콘 웨이퍼 등의 소재(W)의 플라즈마 세정을 실행하도록 채용된 진공처리챔버로서 플라즈마세정 챔버(20)를 포함하여 구성된다. 소재(W)는 상부표면(WS)을 갖는다. 챔버(20)는 수 소 플라즈마(36)를 지지할 수 있는 내부영역(30)을 에워싸는 측벽(22), 상부벽(24) 및 하부벽(26)을 갖는다. 수소플라즈마는 높은 이온밀도와 낮은 이온 에너지를 가지며, 낮은 전압(전위)으로부터 발생한다. 이러한 플라즈마의 특성은 소재표면 (WS)으로의 이온침투를 최소화하며, 또한 본 발명의 주요 측면이다. 소재가 챔버 (20)에서 처리되는 동안에, 챔버(20)는 소재(W)를 지지하기 위하여 인접한 하부벽 (26)에 배치된 소재지지부(40)를 영역(30)내에 포함한다. 소재지지부(40)는, 처리용 플라즈마에 대한 최적의 위치에 소재를 위치시킬 뿐만 아니라 소재교환을 위하여 소재지지부(40)를 위치시키기 위하여 수직 병진이동(vertical translation)을 위한 승강부재(도시하지 않음)를 포함하는 것이 바람직하다. 최적의 위치는 세정처리의 공간적 단일성과 세정처리용 수용율을 달성하는 것이어도 좋다.
도 2를 참조하여, 실시예에서는, 플라즈마세정 시스템(12)의 챔버(20)는 내부영역(30)을 둘러싸도록 챔버 측벽(22)주위에 감긴 유도코일(50)을 포함한다. 유도코일(50)은, 코일의 일끝단(50E)(도 1 참조)이 접지되어 있고 코일의 반대편 끝단은 개방되어 있는 나선형 공진기(즉, 1/4파장 혹은 1/2파장 공진기)이어도 좋다. 코일(50)은 정합 네트워크(MN1)를 통하여 챔버 RF 전원(60)에 전기적으로 연결되어 있다. 나선형 공진기에서, 정합 네트워크(MN1)는 일반적으로 접지된 끝단(50E) 근처의 탭(tap) 위치에 연결되어 있다. 접지된 끝단은 RF전력의 플라즈마(36)로의 이송을 최대화하기 위하여 사용된다.
유도코일(50)과 챔버벽(22)과의 사이에는, 각각 바닥부(62B)와 상부(62T)를 가지는 슬롯(62S)이 있는 전기적으로 접지된 도전시트(conductive sheet)를 구비한 접지된 정전차폐기(eletrostatic shield)(62)(또한 E-차폐기 또는 패러데이 차폐기로도 호칭됨)가 있다. 슬롯(62S)은 챔버(20)의 회전축 A에 평행하게 배치되어 있고 전형적으로 균일하게 공간을 차지하고 있다. 슬롯(62S)은, 예를 들면 2㎜ 내지 6㎜의 폭을 가지는 것이어도 좋다. 모든 슬롯(62S)이 차지하는 전체 면적은 차폐기(62)의 전체면적의 0.2 내지 5%의 범위 내에 들어가는 것이 바람직하다. E-차폐기(62)는, 코일로부터의 정전기장이 그를 통하여 플라즈마에 결합되는 슬롯(62S)의 면적을 한정함으로써 코일(50)과 플라즈마(36)사이의 용량결합(capacitive couplin g)을 최소화한다.
도 1을 참조하여, 시스템(12)은 또한 소재에 전기적 바이어스를 공급하기 위하여 정합 네트워크(MN2)를 통하여 소재지지부(40)에 전기적으로 연결된 소재지지부 RF 전원(70)을 포함한다.
플라즈마세정 시스템(12)은 가스도관(82)을 통하여 플라즈마세정 챔버(20)에 공압소통(pneumatic communication)되는 가스공급 시스템(80)을 더욱 포함한다. 가스공급 시스템(80)은 수소플라즈마(36)를 생성하기 위하여 사용되는 수소가스 공급원(86)을 포함한다. 수소가스만이 세정처리에 사용되는 것이 바람직하다. 그러나, 다른 가스, 특히 불활성 가스가 희석가스로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 헬륨이 희석가스로서 사용될 수도 있다. 그러나, 그 높은 이온화에너지 때문에, 전자에너지 분산기능의 '꼬리'를 상승시킬 수 있고, 이는 처리에 대한 불리한 점이 될 수 있다. 또한, 희석가스로서 아르곤이 사용될 수도 있다. 그러나, 그 질량 때문에, 민감한 접점표면의 이온충격(ion bombardment)을 증가시킨다고 하는 문제 점을 갖는다. 가스공급 시스템(80)은 또한 챔버 내부영역(30)으로의 수소가스의 흐름을 조정한다. 가스공급시스템(80)은 또한, 후술하는 바와 같이, 적합한 가스들을 제 2 처리챔버로 연결한다.
플라즈마세정 시스템(12)은 또한 적어도 대략 1 - 100m 토르(Torr)로 내부영역을 배기하기 위하여 챔버(20)에 공압적으로 연결된 진공펌프 시스템(90)을 포함한다. 플라즈마세정 시스템(12)에는 소재(W)를 소재지지부(40)로 이송하거나 소재지지부로부터 소재를 이송하는 소재 조작 및 로봇 시스템(94)이 더욱 포함되어 있다.
RF전원(60 및 70), 가스공급시스템(80), 진공펌프시스템(90), 및 소재 조작 및 로봇시스템(94)은 모두 메인 제어시스템(100)에 전기적으로 연결되고 조절된다.
실시예에서, 메인 제어시스템(100)은, 램(RAM)과 롬(ROM)을 모두 가지는 기억장치(MU), 중앙처리장치(CPU)(예컨대, 인텔사의 펜티엄 프로세서), 및 하드디스크(HD)를 가지는 컴퓨터이고, 이들은 모두 전기적으로 연결되어 있다. 하드디스크는 제 2 의 컴퓨터-판독가능한 저장매체로서 기능하고, 예컨대, 후술하는 바와 같이 본 발명을 실행하기 위하여 제어시스템(184)에 지시를 주고받는 정보를 저장하는 하드디스크 드라이브이어도 좋다. 제어시스템(100)은 또한, 하드디스크(HD), 기억장치(MU), 및 중앙처리장치(CPU)에 전기적으로 연결된 디스크 드라이브(DD)를 포함하는 것이 바람직하며, 디스크 드라이브는, 본 발명을 실행하기 위하여 제어시스템(100)에 지시를 주고받는 정보가 저장된 플로피 디스크 또는 콤팩트 디스크 (CD) 등 컴퓨터-판독가능한 매체(CRM)를 수용하고 판독가능한(심지어는 쓰기가능 한) 것이다. 또한, 메인 제어시스템(100)은 데이터 포착 및 제어 능력을 갖는 것이 바람직하다. 바람직한 제어시스템(100)은, 미국 텍사스주 달라스 소재의 델 사의 DELL PRECISION WORKSTATION610TM과 같은 컴퓨터이다.
계속해서 도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는, 플라즈마세정 시스템(12)은, 소재가 플라즈마세정 시스템에서 세정된 후에 소재(W)를 더욱 세정하기 위하여 소재처리시스템(112)과 조작가능하게 소통된다. 소재처리시스템(112)은, 소재(W)에 화학적 기상증착(CVD), 물리적 기상증착(PVD), 에칭 또는 스퍼터링 등 원하는 처리를 실행하도록 채택된 제 2 진공처리챔버로서 처리챔버(120)를 포함한다. 챔버(120)는 내부영역(130)을 둘러싸는 측벽(122), 상부벽(124), 및 하부벽(126)을 갖는다. 챔버(120)는 소재가 처리되는 동안에 소재(W)를 지지하기 위하여 하부벽(126)에 인접하여 배치된 소재지지부(140)를 영역(130a)내에 포함한다. 소재지지부(140)는 히터(142)와 이 히터에 전기적으로 연결된 히터전원(144)을 포함한다. 소재지지부(140)는 소재(W)가 내부영역(130) 내에 상이한 위치에 위치될 수 있도록 조정가능한 것이 바람직하다.
소재처리시스템(112)은, 가스도관(182)을 통하여 처리챔버(120)에 공압적으로 연결된 제 2 가스공급시스템(180)을 더욱 포함한다. 한편, 가스공급시스템(80)은 챔버(120)에 가스를 공급하도록 사용될 수도 있다. 또한, 챔버에 공압적으로 연결되며 적어도 약 1 - 100m 토르의 진공을 생성할 수 있는 진공펌프시스템(190)이 포함된다. 한편, 진공펌프시스템(90)은 또한 챔버(120)에 연결되어 내부영역 (30)에서의 압력을 제어하도록 사용될 수도 있다.
히터전원(144), 가스공급시스템(180), 및 진공펌프시스템(190)은 또한 제어시스템(100)에 의해 제어되고 제어시스템에 전기적으로 연결된다.
본 실시예에 있어서, 시스템(12 및 112)은 각각의 챔버측벽(22 및 122)을 통하여 진공이송{또는 로드락(load lock)} 챔버(150)를 매개로 하여 상호 연결된다. 본 실시예에서, 소재조작 및 로봇 시스템(94)은 또한 챔버(20 및 120) 사이에 소재를 이송하고, 또한 챔버(120)에서의 처리 후에 소재지지부(140)로부터 소재를 제거한다. 이로써, 오염물 없는 환경에서 챔버(20)로부터 챔버(120)로의 소재(W)의 이송이 가능하다.
또한, 제어시스템(100)은, 분할된 전극(도시하지 않음)의 개별 세그먼트로서 종래의 개별 전원이어도 좋은 다양한 시스템(160a, 160b, ... 160n)과 전자소통 (electronic communication)된 상태로 나타나 있다.
상술한 실시예에 있어서, 수반된 요소들과 함께 세정시스템(12) 및 소재처리시스템(112)의 조합은 일체화된 소재처리장치를 구성한다. 시스템(12 및 112)의 모든 개별적인 구성요소 및 시스템은 공지되고 상용되는 구성요소 및 시스템으로 구성될 수 있거나, 또는 이 기술분야에서 숙련된 자에 의해 이미 습득된 지식에 기초하여 구성될 수 있다.
[작동방법]
계속해서 도 1을 참조하여, 제어시스템(100)은 플라즈마세정 챔버(20)에서 소재조작 및 로봇 시스템(94)으로 하여금 소재를 소재지지부(40)위로 적재하도록 한다. 그런 다음, 제어시스템(100)은 플라즈마세정 챔버(20)의 내부영역(30)을 진공배기하도록 진공시스템(90)에 전기신호를 보낸다. 이어서, 제어시스템(100)은, 챔버 내에서 원하는 압력을 유지하면서 수소로만 되어 있거나 수소가 우세한 가스의 제어된 흐름을 챔버(20)의 내부영역(30)으로 도입하도록 가스공급시스템(80)에 신호를 보낸다. 챔버 내부영역(30)이 원하는 압력에 도달하면, 제어시스템(100)은 내부영역(30)에서 플라즈마(36)를 형성하도록 가스에 전압을 가하라는 신호를 RF전원(60)에 보낸다.
세정처리에 사용된 가스는 수소로만 구성되는 것이 바람직하다. 그러나, 가스혼합물이 세정처리 동안에 원치 않는 화학종(chemical species)을 유발하지 않는다면, 다른 가스들, 특히 불활성 가스가 희석가스로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 헬륨이 희석가스로서 사용될 수도 있지만, 그 높은 이온화에너지 때문에, 전자에너지 분배기능의 '꼬리'를 상승시킬수 있고, 이는 처리에 문제점이 될 수 있다. 게다가, 아르곤이 희석가스로서 사용될 수도 있지만, 그 질량 때문에, 민감한 접점표면의 이온충격(ion bombardment)을 증가시킨다는 문제점을 갖는다.
상술한 바와 같이, 플라즈마(36)는 높은 이온밀도(예컨대, 1010 내지 1013 ion/cm3, 바람직하게는 1012 ion/cm3 차수)와 낮은 이온에너지(예컨대, 30eV 이하, 바람직하게는 RF바이어스 파워에 따라 10 내지 15eV의 차수)를 갖도록 형성된다. 이러한 타입의 플라즈마는 상당한 지형(topography), 예컨대 산화물, 유기잔류물, 에칭 폴리머, 중금속 원자 및 물분자 등 오염물의 접점을 갖는 세정기판에 적합하다는 것을 본 발명자들은 알게되었다.
특히, 플라즈마(36)는 후술하는 바와 같은 방식으로 소재(W)를 세정한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 주요한 측면은 E-차폐기(62)의 사용에 기인한 낮은 플라즈마전위에 있다. 이는, 소재 RF전원(70)으로부터 소재(W)로 바이어스(bias)가 적용되지 않는다면, 소재에 작용하는 플라즈마(36)에서의 전자와 이온의 에너지는 매우 작다는 것을 의미한다. 그리하여, 소재 RF전원(70)으로부터 외부에서 인가된 바이어스가 없는 경우에는, 소재표면(WS)의 이온화 충격이 상당히 감소하게 된다. 소재지지부(40)에 인가된 바이어스를 조정함으로써 소재표면(WS)에 도달하는 이온의 운동에너지를 증가시킨다. 또한, RF전원으로부터의 RF전력량을 변화시킴으로써, 실질적으로 같은 레벨에서(전형적으로는 RF바이어스 파워에 기초하여 5 내지 30eV의 차수에서) 이온의 에너지를 유지하면서 플라즈마(36)에서의 이온밀도를 변화시킨다. 이로써 플라즈마의 비등방성 에치 특성(anisotropic etch charact eristic)을 제어할 수 있다. 그리하여, 플라즈마(36)는 적절한 방향성(즉, 소재표면에 수직인 방향으로의 비등방성 에치)을 겸한 '에칭력(etching strength)'-표면으로의 상당한 에칭 없이 소재표면(WS)을 세정하기에 충분한-의 올바른 균형을 갖도록 조정될 수 있다.
소재(W)에 형성된 높은 종횡비 접점의 바닥에서 민감한 표면으로부터 오염물질을 제거하는 데 관련된 화학적, 기계적 처리는 플라즈마촉진 에치(plasma enhanc ed etch)로서 분류될 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 다량의 H+ 및 H2 + 이온 에 의해 오염물의 얇은 층을 증발시키는 데에 수소화학이 채용된다.
프로세스를 조정하는 데 사용될 수 있는 주요한 독립적 처리변수는 기체종(기체종들), 가스유동율, 챔버가스압력, RF소스파워, 및 RF바이어스 파워(또는 소재홀더 정점에서 정점까지의 전압)을 포함한다. 상기 독립적 처리변수는 상술한 범위에서 이온 밀도와 이온에너지를 제공하도록 조정되고, 프로세스를 최적화하도록 미세하게 동조된다. 세정처리에 대한 작동변수의 바람직한 범위는 수소가스 10 내지 1000 sccm, 바람직하게는 약 200 sccm, 챔버압력 1 내지 500m토르, 바람직하게는 10 내지 100m토르, RF소스파워 1 내지 5㎾, 바람직하게는 50m토르에서 3㎾, 및 0 내지 20볼트{(소재홀더(또는 척)에서의 정점에서 정점까지의 RF바이어스}이다. 전형적으로는, 유도코일과 척 바이어스 양자에 대한 RF주파수는, 예를 들면 13.56 ㎒일 것이다.
세정처리를 끝낸 즉시, 제어시스템(100)은 웨이퍼 조작 및 로봇 시스템(94)에 전자신호를 보내고, 그러면 이 웨이퍼조작 및 로봇 시스템은 제거하라는 신호에 응답하여 소재지지부(40)로부터 소재를 이동시킨다. 이 때, 소재(W)는 웨이퍼 조작 및 로봇 시스템(94)를 매개로 하여 진공이송챔버(150)을 통하여 처리챔버(120) 내의 웨이퍼지지부(140)로 이송될 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 소재(W)는 플라즈마세정 챔버(120)에서 세정된 패턴처리된 표면(예컨대, 접점 영역)을 갖는 반도체 웨이퍼이다. 또한, 처리챔버(120)는 반도체 디바이스 제조공정에서 저(低) 저항성 금속-실리사이드 전기적 연결(즉, 접점)을 형성하기 위하여 금속층을 증착할 능력이 있는 것이 바람직하다. 처리챔버(112)에서 실행될 어떠한 작동도 이 기술분야의 숙력자들에게 이미 공지된 방식으로 실행될 것이다.
ESFR플라즈마 반응기와 관련하여 상술한 플라즈마세정시스템(12)을 기술하였지만, 고밀도, 저전위를 실행할 수 있는 중성 루프플라즈마(반응기 내부에서 부분적으로 코일형태인 패러데이 차폐기), 또는 극초단파 플라즈마, 또는 유도결합플라즈마(inductively coupled plasma)도 본 발명의 프로세스를 실행하기에 적합하다.
사실, 본 발명의 많은 특징과 이점들은 상세한 설명으로부터 명백한 것이고, 따라서 첨부된 청구항들이 본 발명의 진정한 사상과 범위를 따르는 그러한 상술한 프로세스의 모든 특징과 이점을 포함하는 것으로 생각된다. 또한, 이 기술분야의 일반적 숙력자들에 의해 많은 변형과 변경이 가능하지만, 본 발명은 상술한 예시와 설명 그 자체에 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 공정과 장치는, 반도체 분야에 사용되는 관련된 장치 및 공정과 마찬가지로, 복잡한 경향이 있고, 종종 작동변수의 적절한 값을 경험적으로 결정한다거나 주어진 사용에 대한 최선의 설계에 도달하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 실행한다거나 함으로써 실행된다. 따라서, 모든 적합한 변형실시예 및 균등 실시예는 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 내부 영역을 갖는 플라즈마-세정 챔버에서 소재를 플라즈마세정하는 방법으로서,
    a) 플라즈마 세정챔버 내부 영역으로 소재를 적재하는 단계와,
    b) 수소를 함유하는 주변 기체를 가지고 챔버 내부영역을 소정의 압력까지 펌핑하여 내리는 단계와,
    c) 1010 내지 1013㎝-3 범위의 이온 밀도와, 30eV 미만의 이온 에너지를 가지는 플라즈마를 주변기체로부터 형성하는 단계와,
    d) 소재를 세정하기에 충분한 소정의 시간동안 소재를 상기 플라즈마에 노출하는 단계를 포함하여 구성되는 플라즈마세정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    e) 소재를 플라즈마 세정챔버로부터 처리챔버로 이송하는 단계와,
    f) 처리챔버에서 소재에 처리를 실행하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 공정은 금속을 증착하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 형성단계에서 상기 이온밀도는 1012 ㎝-3이상이고, 이온에너지는 10eV와 15eV 사이인 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 플라즈마를 형성하는 상기 단계는, 챔버 내부영역에 1㎾와 5㎾ 사이의 범위의 RF전력을 공급하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 플라즈마에 공급되는 RF전력량은 3㎾이고, 소정의 압력은 50m토르인 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 수소가스가 10sccm과 1000sccm 사이의 비율로 챔버 내부영역으로 흘러들어가도록 하는 것을 포함하여 구성되는 플라즈마세정방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 소정의 압력은 1 내지 500m 토르의 범위인 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 적재하는 단계는 소재홀더 위에 소재를 위치시키는 것을 포함하여 구성되며, 상기 방법은 소재홀더에 정점에서 정점까지의 값이 20V 이하인 RF전압을 인가하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 주변기체는 적어도 헬륨과 아르곤 중 어느 하나를 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 주변기체는 수소로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 이송하는 단계는 오염물이 없는 환경을 통하여 소재를 이송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  13. 제 2 항에 있어서, 상기 처리챔버는 스퍼터링 챔버, PVD챔버, CVD챔버, 에칭챔버 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마는, 산화물, 물, 유기잔류물, 에칭폴리머, 중금속원자로 이루어지는 물질군으로부터 적어도 하나의 물질을 소재로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 플라즈마세정방법.
  15. 일체화된 소재처리장치로서,
    a) 1010 내지 1013㎝-3 범위의 이온 밀도와, 30eV 미만의 이온 에너지를 가지는 플라즈마로써 소재를 플라즈마 세정하도록 채용된 제 1 진공처리챔버로서, 상기 제 1 처리챔버는 제 1 소재지지부에 끼워맞춤되는 제 1 진공처리챔버와,
    b) 반도체 제조공정을 실행하도록 채용된 제 2 진공처리챔버로서, 제 2 소재지지부에 끼워맞춤되는 제 2 진공처리챔버와,
    c) 상기 제 1 및 제 2 챔버에 연결되고 소재가 지나갈 수 있는 진공이송챔버를 포함하여 구성되는 플라즈마세정장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 진공처리챔버에서 실행되는 반도체 제조공정은, 소재의 CVD, PVD, 스퍼터링, 에칭으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마세정장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 진공처리챔버는 ESRF플라즈마 반응기인 것을 특징으로 하는 플라즈마세정장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    d) 상기 제 1 소재지지부 및 제 2 소재지지부에 소재를 이송하고 상기 제 1 소재지지부 및 제 2 소재지지부로부터 소재를 이송하는 소재조작 및 로봇 시스템과,
    e) 상기 제 1 진공처리챔버에 수소를 함유하는 가스를 공급하는 가스공급시 스템과,
    f) 상기 제 1 진공처리시스템에 공압적으로 연결된 진공시스템을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마세정장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 소재조작 및 로봇시스템, 상기 가스공급시스템 및 상기 진공시스템에 전자적으로 연결되어 있으며, 장치의 작동을 제어하는 제어시스템을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마세정장치.
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