기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 장치 및 그방법 document_id A220623063791

기판, 예를 들어 반도체 기판 또는 평판 디스플레이 제조 시 사용되는 것과 같은 유리 패널의 프로세싱에 있어서, 플라즈마가 종종 채용된다. 기판 프로세싱의 일부로서, 예를 들어 기판은 각각이 집적 회로가 될 복수의 다이 또는 직사각형 영역으로 분할된다. 그 후, 기판은 재료들이 선택적으로 제거 (식각) 및 증착되는 일련의 단계들로 처리된다. 목표 게이트 길이로부터의 각각의 나노미터 편차가 디바이스들의 동작 속도로 직접 전환할 수도 있기 때문에, 대략 몇 나노미터의 트랜지스터 게이트의 임계 치수 (CD) 의 제어가 가장 중요하다. 그 후, 경화 유제의 영역이 선택적으로 제거되어 하부층의 구성요소가 노출되도록 한다. 그 후, 기판은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서, 척 또는 페데스탈이라 불리는, 단극 또는 쌍극 전극을 포함하는 기판 지지체 구조 상에 배치된다. 그 후, 적당한 에천트 가스가 챔버로 유입되고 플라즈마를 형성하도록 충돌하여 기판의 노출된 영역을 식각한다. 통상적으로, 구리 (Cu) 는 기판 상의 미세 전자회로들을 상호 연결하기 위한 것으로서 사용된다. 그러나, 벌크 구리 증착 이전에, 얇은 시드층 (약 500Å 내지 약 2000Å) 을 증착하기 위해 몇몇 타입의 구리 스퍼터링 증착 공정이 일반적으로 요구된다. 일반적으로, 구리 시드층은 막 형성 및 벌크 구리 그레인을 위한 핵생성 사이트를 제공한다. 즉, 먼저 배리어층이 PVD (플라즈마 기상 증착) 공정에 의해 증착될 수 있고, 그 후 구리 시드도 또한 PVD 공정에 의해 증착될 수 있으며, 최종적으로 나머지 벌크 구리가 전기화학도금 (ECP) 에 의해 증착될 수 있다. 일반적으로, ECP 는 플라스틱 기판 홀더 상에 (구리 시드를 갖는) 기판을 배치하는 단계를 포함한다. 그 후, 캐소드는 전도성 스틸 링으로 기판을 유지하며, 황산 (H2SO4), 황산구리 (Cu(SO4)) 및 다른 첨가제를 함유하는 도금 용액에 기판을 침지한다. 전류는 구리판인 애노드로부터 캐소드로 흐른다. 도금 용액 내에서, Cu(SO4) 는 구리 이온 (Cu2+) 과 황산염 이온 (SO22- ) 으로 해리한다. 구리 이온들이 기판 표면에 유인될 때, 기판 표면에서 구리 이온들이 구리 시드층 상에 흡수되게 된다. 그러나, 현재의 집적 방식의 단점을 극복하기 위해 구리 배선 집적에 대한 새로운 접근이 알려지고 있다. 예를 들어, 하나의 새로운 기술은 구리 시드 및/또는 구리 충진물을 대신할 수 있는 무전해 구리 도금의 사용이다. 일반적으로, 하부 배리어층 (예를 들어, Ti, Tin, Ta, TaN, W, WN, Ru 등) 은, 무전해 구리 증착을 위한 활성제로서 작용하는 Pd/Sn 콜로이드에 의해 촉진된다. 활성화 이후, 구리의 무전해 증착이 촉매면 상에서 발생한다. 일반적으로, Cu 증착의 커버리지는 100% 에 도달하고, Pd 의 흡착량은 컨디셔닝 공정에 의해 크게 증가한다. 그러나, 균일성을 확보하기 위해서는, 배리어층이 실질적으로 무전해 구리 도금 공정 이전에 형성되었을 수도 있는 어떠한 금속 산화물도 가지고 있지 않아야 한다. 통상적으로 알려진 비교적 단순한, 저 비용 금속 산화물 제거 방법은 대기 (또는 고압) 플라즈마 제트 (APPJ) 를 사용하는 것일 수 있으며, 이는 일반적으로 기판 상의 특정 위치에 플라즈마가 집중되도록 하여, 기판 상의 다이에 대한 손상 가능성을 최소화한다. 일반적으로, APPJ 장치는 다량의 불활성 가스 (예를 들어, He 등) 와 소량의 반응 가스 (예를 들어, H2, O2 등) 를 (소스의 종축을 따르는) rf 전력 공급 전극 (powered electrode) 과 접지 전극 사이에 형성된 환형 체적 (annular volume, 예를 들어, 튜브, 실린더 등) 내에서 혼합한다. 그 후, 생성된 플라즈마는 가스의 유입 (가스 유입) 에 의해 야기되는 압력에 의해 환형 체적의 일단으로부터 강제로 방출된다 (플라즈마 방출). 플라즈마 방출의 형상 및 크기뿐만 아니라, APPJ 장치의 방출구의 형상 및 크기는 가스 유입 압력을 조절함으로써 제어될 수도 있다. 게다가, APPJ 는 또한 금속 산화물을 제거하기 위하여 반응성 이온 식각 (RIE) 과 결합될 수도 있다. 일반적으로, RIE 는 기판으로부터 물질을 제거하기 위하여 화학 공정과 이온 공정 양자를 결합한다. 일반적으로 플라즈마 내의 이온들은 기판의 표면에 충돌하고, 그 이온들이 화학 공정의 분자들과 더 쉽게 반응하도록 하기 위해 기판 표면의 원자들의 화학 결합을 파괴함으로써 화학 공정을 강화한다. 주위 압력 조건에서 동작하는 대기 플라즈마는, 거의 진공 조건에서 동작하기 위해 정교한 펌핑 시스템을 필요로 하는 저압 플라즈마에 비해 상대적으로 비용이 저렴한 경향이 있다. 그러나, APPJ 장치는 또한 아킹 (arcing) 에 영향받기 쉬운 경향이 있다. 일반적으로 아크 (arc) 는 소규모 폭발의 영향을 가지는 고 전력 밀도 단락이다. 아크가 타겟 물질 또는 챔버 정착물의 표면 근방 또는 그 표면에서 발생하는 경우, 국부적 용융과 같은 실질적 손상이 발생할 수 있다. 일반적으로, 플라즈마 아크는 서서히 증가하는 전류 흐름을 발생하는 낮은 플라즈마 임피던스에 의해 야기된다. 저항이 충분히 낮으면, 전류는 무한히 증가하여 (전원 및 임피던스에 의해서만 제한됨), 모든 에너지 전이가 발생하는 단락을 유발한다. 이는 플라즈마 챔버 뿐만 아니라 기판에도 손상을 일으킨다. 아킹을 억제하기 위해서는, 일반적으로 상대적으로 높은 플라즈마 임피던스가 유지되어야 한다. 통상의 해결책은 상대적으로 높은 유속으로 큰 체적의 불활성 가스를 사용함으로써 플라즈마 내의 이온화 속도를 제한하는 것일 수 있다. 또 다른 해결책은 아킹 가능성을 감소시키기 위해, 전력 공급 전극의 종축을 따라 슬롯을 동일한 전위로 위치시키는 것일 수 있다. 예를 들어, 통상의 대기 플라즈마 구성에 있어서, rf 전력은 전력공급 전극과 접지 전극 세트 사이에서, O2 와 같은 프로세스 가스를 이온화시키는 전기 방전을 일으킨다. 그러나, 플라즈마에서의 전하 종들 (즉, 이온들) 의 밀도가 (통상적으로 2% 이상) 증가함에 따라, 노출된 전극에서의 파괴적인 아킹 가능성도 또한 증가한다. 이에 따라, 일반적으로 대부분의 대기 플라즈마 공정도 또한 이온화를 제한하는, He 와 같은 비전하 (불활성) 가스를 거의 포함한다. 그러나, 금속 산화물 부산물 제거 애플리케이션에서, 불활성 가스의 큰 체적 (고 유량) 은 대기 플라즈마의 사용을 경제적으로 비실용적이게 할 수도 있다. 예를 들어, 기판의 단지 5㎟ 표면적으로부터 금속 산화물을 실질적으로 제거하는데, 10 slm (standard liters per minute) 이상의 불활성 가스를 필요로 할 수도 있다. 이는 300㎜ 의 일반적인 단일 기판에 대하여 100 리터 이상의 불활성 가스가 소모되는 것에 상응할 수도 있다. 큰 체적의 반도체 등급 불활성 가스를 획득하는 비용은 제외하고, 기판 제조 시설에 있어서 이러한 체적을 저장하는 것은 실행 불가능할 수도 있다. 또한, 장비 비용으로 인해, 불활성 가스를 세정하고 재활용하는 것이 경제적으로 비실용적일 수 있다. 도 1을 참조하면, 전력 공급 전극과 접지 전극의 양자가 캐비티 벽 상에 각각 구성되어 있는, 대기 플라즈마 제트 장치의 개략도가 도시되어 있다. 일반적으로, 불활성 가스 (118, 예를 들어 He 등) 와 프로세스 가스 (116, 예를 들어 H2, CF4 등) 는 가압을 위해 밀봉 박스 (114) 로 유입된다. 그 가스들은, 가스 유입구 (115) 를 통해, rf 전원 (108) 에 의해 플라즈마가 충돌하는 방전 챔버 캐비티 (110) 내부로 순서대로 공급되며, 캐비티 (110) 일단의 방출구 (117) 로부터 플라즈마 방출 (104) 을 유발하여 기판 (102) 을 세정한다. 일반적으로, 방출구 (117) 의 형상 및 직경은 (예를 들어, 횡방향으로 좁고 종방향으로 깊은, 횡방향으로 넓고 종방향으로 얕은 등의) 횡축 및 종축의 양자를 따르는 플라즈마 방출 (104) 의 대응 형상에 영향을 미칠 수도 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 큰 체적의 불활성 가스는 전력 공급 전극 (106) 과 접지 전극 (112) 사이에서의 아크 (105) 생성을 방지하기 위해 요구될 수도 있다. 도 2를 참조하면, 전력 공급 전극이 중심 봉으로 구성되고 접지 전극 (들) 이 캐비티 내부 표면 상에 구성되는, 대기 플라즈마 제트 장치의 개략도가 도시되어 있다. 이전과 같이, 일반적으로, 불활성 가스 (118, 예를 들어 He 등) 및 프로세스 가스 (116, 예를 들어, CF4, H2 등) 는 가압을 위해 밀봉 박스 (114) 로 유입된다. 그 가스들은, 가스 유입구 (115) 를 통해, rf 전원 (108) 에 의해 플라즈마가 충돌하는 방전 챔버 캐비티 (110) 내부로 순서대로 공급되며, 캐비티 (110) 일단의 방출구 (117) 로부터 플라즈마 방출 (104) 을 유발하여 기판 (102) 을 세정한다. 일반적으로, 방출구 (117) 의 형상 및 직경은 (예를 들어, 횡방향으로 좁고 종방향으로 깊은, 횡방향으로 넓고 종방향으로 얕은 등의) 횡축 및 종축의 양자를 따르는 플라즈마 방출 (104) 의 대응 형상에 영향을 미칠 수도 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 큰 체적의 불활성 가스는 전력 공급 전극 (106) 과 접지 전극 (112) 사이에서의 아크 (105) 생성을 방지하기 위해 요구될 수도 있다. 상술한 것을 감안하여, 기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 장치 및 그 제조 방법이 요구된다.