KR20210114188A

KR20210114188A - Substrate support apparatus and plasma processing apparatus having the same

Info

Publication number: KR20210114188A
Application number: KR1020200029552A
Authority: KR
Inventors: 이성기; 김길종; 김문석; 서영춘; 이영주; 최성규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-09-23

Abstract

A substrate support device comprises: a substrate stage on which a wafer is mounted; a shadow ring supported on an upper part outer area of the substrate stage to cover an edge area of the wafer; a plurality of lift pins installed so as to be movable up and down inside the substrate stage and for contact-supporting at least two points of a lower part surface of the shadow ring, respectively; and a driving mechanism for independently driving each of the lift pins to adjust a vertical spacing and a horizontal spacing between the wafer and the shadow ring. Therefore, the present invention is capable of allowing the vertical spacing and the horizontal spacing between the wafer and the shadow ring to be adjusted.

Description

A substrate support apparatus and a plasma processing apparatus including the same

본 발명은 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 웨이퍼의 에지 영역을 보호하기 위한 섀도우 링을 포함하는 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate supporting apparatus and a plasma processing apparatus including the same. More particularly, the present invention relates to a substrate supporting apparatus including a shadow ring for protecting an edge region of a wafer, and a plasma processing apparatus including the same.

플라즈마를 이용한 식각 공정, 예를 들며, 실리콘 관통 비아(TSV, Through Silicon Via)를 형성하기 위한 식각 공정 시에 섀도우 링은 웨이퍼의 에지 영역을 보호하기 위하여 기판 스테이지의 상부 외측 가장자리 영역 상에 배치될 수 있다. 기존의 섀도우 링은 상기 웨이퍼의 로딩 및 언로딩 시 상기 웨이퍼와의 간섭을 회피하기 위하여 기 설정된 상하 위치 사이에서 승하강 가능하도록 설치될 수 있다.In an etching process using plasma, for example, in an etching process for forming a through silicon via (TSV), the shadow ring may be disposed on the upper outer edge area of the substrate stage to protect the edge area of the wafer. can The existing shadow ring may be installed so as to be able to move up and down between preset vertical positions in order to avoid interference with the wafer during loading and unloading of the wafer.

따라서, 상기 섀도우 링과 상기 웨이퍼 사이의 간격은 조립 시에 결정되기 때문에, 공정 진행에 따른 경시 변화 시 실시간으로 대처할 수 없으며 다양한 두께의 웨이퍼를 사용할 경우에도 상기 간격을 변화시킬 수 없다는 한계가 있다.Therefore, since the gap between the shadow ring and the wafer is determined at the time of assembly, it cannot cope with changes over time according to the process progress in real time, and there is a limitation that the gap cannot be changed even when wafers of various thicknesses are used.

본 발명의 일 과제는 섀도우 링과 웨이퍼 사이의 간격을 조절하여 식각 공정에서의 식각 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 지지 장치를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a substrate support apparatus capable of improving the etch uniformity in an etching process by adjusting a gap between a shadow ring and a wafer.

본 발명의 다른 과제는 상술한 기판 지지 장치를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus including the above-described substrate support apparatus.

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 장치는 웨이퍼가 안착되는 기판 스테이지, 상기 기판 스테이지의 상부 외측 영역 상에서 상기 웨이퍼의 에지 영역을 커버하도록 지지되는 섀도우 링, 상기 기판 스테이지 내부에서 상하 이동 가능하도록 설치되고 상기 섀도우 링 하부면의 적어도 2 지점들과 각각 접촉 지지하기 위한 복수 개의 리프트 핀들, 및 상기 리프트 핀들 각각을 독립적으로 구동시켜 상기 웨이퍼와 상기 섀도우 링 사이의 수직적 간격과 수평적 간격을 조정하기 위한 구동 메커니즘을 포함한다.A substrate support apparatus according to exemplary embodiments for achieving the object of the present invention includes a substrate stage on which a wafer is mounted, a shadow ring supported on an upper outer region of the substrate stage to cover an edge region of the wafer, and the A plurality of lift pins installed so as to be movable up and down inside the substrate stage and for contacting and supporting at least two points on the lower surface of the shadow ring, respectively, and by independently driving each of the lift pins to vertically move between the wafer and the shadow ring and a drive mechanism for adjusting the spacing and horizontal spacing.

상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치는 웨이퍼를 처리하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에서 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 기판 스테이지, 상기 기판 스테이지의 상부 외측 영역 상에서 상기 웨이퍼의 에지 영역을 커버하도록 지지되는 섀도우 링, 상기 기판 스테이지 내부에서 상하 이동 가능하도록 설치되고 상기 섀도우 링 하부면의 적어도 2 지점들과 각각 접촉 지지하기 위한 복수 개의 리프트 핀들, 및 상기 리프트 핀들 각각을 독립적으로 구동시켜 상기 웨이퍼 표면에 대한 상기 섀도우 링의 틸팅 각도를 조정하기 위한 구동 메커니즘을 포함한다.A plasma processing apparatus according to exemplary embodiments for achieving another object of the present invention includes a chamber providing a space for processing a wafer, a substrate stage for supporting the wafer in the chamber, and an upper portion of the substrate stage a shadow ring supported so as to cover an edge region of the wafer on an outer region, a plurality of lift pins installed to be movable up and down inside the substrate stage and for contacting and supporting at least two points of a lower surface of the shadow ring, respectively, and the and a drive mechanism for independently driving each of the lift pins to adjust a tilting angle of the shadow ring relative to the wafer surface.

예시적인 실시예들에 따르면, 기판 지지 장치는 기판 스테이지 내부에서 상하 이동 가능하도록 설치되고 섀도우 링 하부면의 3 지점들과 각각 접촉 지지하기 위한 제1 내지 제3 리프트 핀들, 및 상기 제1 내지 제3 리프트 핀들 각각을 독립적으로 구동시켜 웨이퍼 표면에 대한 상기 섀도우 링의 틸팅 각도를 조정할 수 있는 구동 메커니즘을 포함할 수 있다. 상기 섀도우 링의 틸팅 각도를 조정함으로써, 상기 웨이퍼와 상기 섀도우 링 사이의 수직적 간격과 수평적 간격을 조정할 수 있다.According to exemplary embodiments, the substrate support apparatus is installed to be movable up and down inside the substrate stage and includes first to third lift pins for contacting and supporting three points of the lower surface of the shadow ring, respectively, and the first to third lift pins. and a drive mechanism capable of independently driving each of the three lift pins to adjust the tilt angle of the shadow ring relative to the wafer surface. By adjusting the tilting angle of the shadow ring, a vertical distance and a horizontal distance between the wafer and the shadow ring may be adjusted.

이에 따라, 상기 웨이퍼와 상기 섀도우 링 사이의 간격을 공정 조건 변화에 능동적으로 조절함으로써, 챔버의 압력 조절 장치의 비대칭성 개방 특성으로 인한 웨이퍼 에지 영역에서의 식각 산포 비대칭성을 방지(또는 감소)할 수 있다.Accordingly, by actively adjusting the gap between the wafer and the shadow ring to a change in process conditions, it is possible to prevent (or reduce) the etch distribution asymmetry in the wafer edge region due to the asymmetric opening characteristic of the pressure regulating device of the chamber. can

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and may be variously expanded without departing from the spirit and scope of the present invention.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 II-II' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 B 부분을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4에서 리프트 핀이 하강한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1의 기판 스테이지의 하부 커버를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 1의 리프트 핀의 구동 모터를 나타내는 사시도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 리프트 핀들의 구동 메커니즘에 연결된 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 9a 내지 도 9c는 예시적인 실시예들에 따른 리프트 핀들의 높이 변화들을 나타내는 도면들이다.
도 10은 비교예 및 일 실시예에 따른 웨이퍼 에지 영역에서의 식각율 분포를 나타내는 그래프들이다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a block diagram illustrating a plasma processing apparatus according to example embodiments.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 1 .
3 is a cross-sectional view showing a portion A of FIG. 2 .
4 is a cross-sectional view illustrating a portion B of FIG. 1 .
5 is a cross-sectional view illustrating a state in which a lift pin is lowered in FIG. 4 .
6 is a perspective view illustrating a lower cover of the substrate stage of FIG. 1 .
7 is a perspective view illustrating a driving motor of the lift pin of FIG. 1 .
8 is a block diagram illustrating a control unit coupled to a drive mechanism of lift pins in accordance with exemplary embodiments.
9A to 9C are diagrams illustrating height changes of lift pins according to exemplary embodiments.
10 is a graph illustrating an etch rate distribution in a wafer edge region according to a comparative example and an exemplary embodiment.
11 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to example embodiments.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다. 도 2는 도 1의 II-II' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 3은 도 2의 A 부분을 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 1의 B 부분을 나타내는 단면도이다. 도 5는 도 4에서 리프트 핀이 하강한 상태를 나타내는 단면도이다. 도 6은 도 1의 기판 스테이지의 하부 커버를 나타내는 사시도이다. 도 7은 도 1의 리프트 핀의 구동 모터를 나타내는 사시도이다. 도 8은 예시적인 실시예들에 따른 리프트 핀들의 구동 메커니즘에 연결된 제어부를 나타내는 블록도이다. 도 9a 내지 도 9c는 예시적인 실시예들에 따른 리프트 핀들의 높이 변화들을 나타내는 도면들이다. 도 1은 도 2의 I-I' 라인을 따라 절단한 종단면도이다.1 is a block diagram illustrating a plasma processing apparatus according to example embodiments. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 1 . 3 is a cross-sectional view showing a portion A of FIG. 2 . 4 is a cross-sectional view illustrating a portion B of FIG. 1 . 5 is a cross-sectional view illustrating a state in which a lift pin is lowered in FIG. 4 . 6 is a perspective view illustrating a lower cover of the substrate stage of FIG. 1 . 7 is a perspective view illustrating a driving motor of the lift pin of FIG. 1 . 8 is a block diagram illustrating a control unit coupled to a drive mechanism of lift pins in accordance with exemplary embodiments. 9A to 9C are diagrams illustrating height changes of lift pins according to exemplary embodiments. 1 is a longitudinal cross-sectional view taken along line I-I' of FIG.

도 1 내지 도 9를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(20) 및 챔버(20) 내에 배치되며 웨이퍼(W)와 같은 기판을 지지하기 위한 기판 지지 장치를 포함할 수 있다. 상기 기판 지지 장치는 웨이퍼(W)가 안착되는 기판 스테이지(100) 및 기판 스테이지(100) 내부에서 상하 이동 가능하도록 설치되어 안착된 웨이퍼(W)의 에지 영역을 커버하는 섀도우 링(200)을 지지하는 복수 개의 리프트 핀들(210)을 갖는 리프트 핀 장치를 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마 전력 공급부, 바이어스 전력 공급부, 가스 공급부, 배기부(60) 등을 더 포함할 수 있다.1 to 9 , the plasma processing apparatus 10 may include a chamber 20 and a substrate support apparatus disposed in the chamber 20 to support a substrate such as a wafer W. As shown in FIG. The substrate support apparatus supports the substrate stage 100 on which the wafer W is seated and the shadow ring 200 that is installed to be movable up and down inside the substrate stage 100 and covers the edge region of the seated wafer W. It may include a lift pin device having a plurality of lift pins (210). In addition, the plasma processing apparatus 10 may further include a plasma power supply unit, a bias power supply unit, a gas supply unit, an exhaust unit 60 , and the like.

예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하기 위한 장치일 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 처리 장치(10)는 유도 결합형 플라즈마(ICP, induced coupled plasma) 챔버(20) 내에 배치된 반도체 웨이퍼(W)와 같은 기판 상의 식각 대상막을 식각하기 위한 장치일 수 있다. 하지만, 상기 플라즈마 처리 장치에 의해 생성된 플라즈마는 유도 결합형 플라즈마에 제한되지는 않으며, 예를 들면, 용량 결합형 플라즈마, 마이크로웨이브형 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 처리 장치는 반드시 식각 장치로 제한되지 않으며, 예를 들면, 증착 장치, 세정 장치 등으로 사용될 수 있다. 여기서, 상기 기판은 반도체 기판, 유리 기판 등을 포함할 수 있다.In example embodiments, the plasma processing apparatus 10 may be an apparatus for etching a substrate using plasma. For example, the plasma processing apparatus 10 may be an apparatus for etching a target layer to be etched on a substrate such as a semiconductor wafer W disposed in an induced coupled plasma (ICP) chamber 20 . However, the plasma generated by the plasma processing apparatus is not limited to the inductively coupled plasma, and for example, a capacitively coupled plasma or a microwave type plasma may be generated. In addition, the plasma processing apparatus is not necessarily limited to an etching apparatus, and may be used, for example, as a deposition apparatus or a cleaning apparatus. Here, the substrate may include a semiconductor substrate, a glass substrate, or the like.

챔버(20)는 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위한 밀폐된 공간을 제공할 수 있다. 챔버(20)는 원통형 진공 챔버일 수 있다. 챔버(20)는 알루미늄, 스테인리스 스틸과 같은 금속을 포함할 수 있다. 챔버(20)는 챔버(20)의 상부를 덮는 커버(23)를 포함할 수 있다. 커버(22)는 챔버(20)의 상부를 밀폐시킬 수 있다. 커버(23)는 유전체(dielectric) 창을 포함할 수 있다.The chamber 20 may provide an enclosed space for performing a plasma etching process on the wafer W. The chamber 20 may be a cylindrical vacuum chamber. The chamber 20 may include a metal such as aluminum or stainless steel. The chamber 20 may include a cover 23 covering an upper portion of the chamber 20 . The cover 22 may seal the upper portion of the chamber 20 . The cover 23 may include a dielectric window.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(20)는 원통형 외부 측벽(22) 및 외부 측벽(22) 내에 배치되는 원통형 내부 측벽(24)을 포함할 수 있다. 내부 측벽(24)의 상단에는 기판 스테이지(100)가 설치될 수 있다.1 and 2 , the chamber 20 may include a cylindrical outer sidewall 22 and a cylindrical inner sidewall 24 disposed within the outer sidewall 22 . The substrate stage 100 may be installed on the upper end of the inner sidewall 24 .

외부 측벽(22)의 상부 내부에 기판 스테이지(100)와 커버(22) 사이에 제1 내부 공간(S1)이 정의될 수 있다. 제1 내부 공간(S1)에는 후술하는 바와 같이, 플라즈마가 형성될 수 있다.A first internal space S1 may be defined between the substrate stage 100 and the cover 22 inside the upper portion of the outer sidewall 22 . As will be described later, plasma may be formed in the first internal space S1 .

외부 측벽(22)의 중앙부와 내부 측벽(24) 사이에는 제2 내부 공간(S2)이 정의될 수 있다. 제2 내부 공간(S2)은 기판 스테이지(100)의 외측면 및 하부에 구비되고 제1 내부 공간(S1)과 연통될 수 있다.A second inner space S2 may be defined between the central portion of the outer sidewall 22 and the inner sidewall 24 . The second internal space S2 may be provided on an outer surface and a lower portion of the substrate stage 100 and communicate with the first internal space S1 .

외부 측벽(22)의 하부 내부에는 제2 내부 공간(S2)과 연통되는 제3 내부 공간(S3)이 정의될 수 있다. 제3 내부 공간(S3)은 배기 포트의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 제1 내부 공간(S2)에서 발생된 공정 부산물들 및 잔여 공정 가스들은 제2 내부 공간(S2)을 지나 제3 내부 공간(S3)을 통하여 외부로 배출될 수 있다.A third inner space S3 communicating with the second inner space S2 may be defined inside the lower portion of the outer sidewall 22 . The third internal space S3 may serve as an exhaust port. Accordingly, process by-products and residual process gases generated in the first internal space S2 may be discharged to the outside through the third internal space S3 through the second internal space S2.

챔버(20)는 내부 측벽(24)의 하부를 커버하는 내부 하부벽(25)을 포함할 수 있다. 내부 하부벽(25)은 디스크 형상의 플레이트를 포함할 수 있다. 내부 측벽(24)은 내부 하부벽(25)의 외측 영역에서 상부로 연장하여 기판 스테이지(100) 하부에 제1 수용 공간(C1)을 정의할 수 있다. 제1 수용 공간(C1)에는 리프트 핀들(210)을 승하강 시키기 위한 액추에이터, 웨이퍼 리프트 핀들(250)을 승하강 시키기 위한 액추에이터 등이 설치될 수 있다. 기판 스테이지(100)는 지지 샤프트(170)에 의해 내부 하부벽(25) 상에 지지될 수 있다.The chamber 20 may include an inner lower wall 25 that covers the lower portion of the inner side wall 24 . The inner lower wall 25 may include a disk-shaped plate. The inner sidewall 24 may extend upward from the outer region of the inner lower wall 25 to define the first accommodation space C1 under the substrate stage 100 . An actuator for elevating the lift pins 210 and an actuator for elevating the wafer lift pins 250 may be installed in the first accommodating space C1 . The substrate stage 100 may be supported on the inner lower wall 25 by the support shaft 170 .

챔버(20)는 외부 측벽(22)으로부터 내부 측벽(24)으로 연장하는 연결 측벽(26)을 포함할 수 있다. 연결 측벽(26)은 제1 수용 공간(C1)과 연통하는 제2 수용 공간(C2)을 정의할 수 있다. 제2 수용 공간(C2)은 외부로 개방되어 제1 수용 공간(C1)과 제2 수용 공간(C2)은 대기압 조건으로 유지될 수 있다. 제2 수용 공간(C2)은 제1 수용 공간(C1)에 설치된 구동 샤프트(170), 상기 액추에이터들 등과의 연결을 위한 케이블들, 볼 스크류, 가스 배관들 등이 설치되는 연결 통로로 사용될 수 있다.The chamber 20 may include a connecting sidewall 26 extending from the outer sidewall 22 to the inner sidewall 24 . The connection sidewall 26 may define a second accommodating space C2 communicating with the first accommodating space C1 . The second accommodating space C2 may be opened to the outside so that the first accommodating space C1 and the second accommodating space C2 may be maintained at atmospheric pressure. The second accommodating space C2 may be used as a connection passage in which the drive shaft 170 installed in the first accommodating space C1, cables for connecting to the actuators, etc., ball screws, gas pipes, etc. are installed. .

예시적인 실시예들에 있어서, 기판 스테이지(100)는 외측 챔버(22) 내부의 내측 챔버(24)의 상단에 설치되어 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다. 기판 스테이지(100)는 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있는 정전척으로 제공될 수 있다. 기판 스테이지(100)는 지지 플레이트(110) 및 하부 커버(120)를 포함할 수 있다.In example embodiments, the substrate stage 100 may be installed on the upper end of the inner chamber 24 inside the outer chamber 22 to support the wafer W. The substrate stage 100 may be provided as an electrostatic chuck capable of adsorbing the wafer W using an electrostatic force. The substrate stage 100 may include a support plate 110 and a lower cover 120 .

지지 플레이트(110)는 기판 스테이지(100)의 상부에 위치할 수 있다. 지지 플레이트(110)는 내부에 정전 전극(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 상기 정전 전극은 온-오프(ON-OFF)되는 스위치를 거쳐 직류 전원(도시되지 않음)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 스위치가 온(ON)되면, 상기 정전 전극은 지지 플레이트(110) 상의 웨이퍼(W)에 정전기력을 인가하고, 이에 따라, 정전기력에 의해 웨이퍼(W)는 지지 플레이트(110)에 흡착될 수 있다.The support plate 110 may be located on the substrate stage 100 . The support plate 110 may include an electrostatic electrode (not shown) therein. The electrostatic electrode may be electrically connected to a DC power supply (not shown) through an ON-OFF switch. When the switch is on, the electrostatic electrode applies an electrostatic force to the wafer W on the support plate 110 , and accordingly, the wafer W may be adsorbed to the support plate 110 by the electrostatic force. .

하부 커버(120)는 기판 스테이지(100)의 하부에 위치할 수 있다. 하부 커버(120)의 외측 연장부는 하부로 연장하여 하부 커버(120) 하부에 공간을 정의할 수 있다. 하부 커버(120)의 상기 외측 연장부는 내부 측벽(24)의 상단에 고정 지지될 수 있다. 하부 커버(120)의 상면은 지지 플레이트(110)의 하면과 마주할 수 있다. 하부 커버(120)의 내부 공간에는 리프트 핀(210)을 상하 방향으로 구동시키는 액추에이터를 포함하는 구동 메커니즘이 배치될 수 있다.The lower cover 120 may be positioned under the substrate stage 100 . The outer extension of the lower cover 120 may extend downward to define a space under the lower cover 120 . The outer extension of the lower cover 120 may be fixedly supported on the upper end of the inner sidewall 24 . The upper surface of the lower cover 120 may face the lower surface of the support plate 110 . A driving mechanism including an actuator for driving the lift pins 210 in the vertical direction may be disposed in the inner space of the lower cover 120 .

도면에 도시되지는 않았지만, 지지 플레이트(110)는 내부에 히터, 복수 개의 유로들이 형성될 수 있다. 상기 히터는 전원과 전기적으로 연결되어 지지 플레이트(110)를 통해 웨이퍼(W)를 가열시킬 수 있다. 상기 히터는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다. 상기 유로는 열 전달 가스가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 상기 유로는 지지 플레이트(110) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다.Although not shown in the drawings, the support plate 110 may have a heater and a plurality of flow paths formed therein. The heater may be electrically connected to a power source to heat the wafer W through the support plate 110 . The heater may include a spiral-shaped coil. The passage may be provided as a passage through which the heat transfer gas circulates. The flow path may be formed in a spiral shape inside the support plate 110 .

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 플라즈마 전력 공급부는 상부 전극(40)에 플라즈마 소스 파워를 인가하기 위한 제1 전력 공급부(41)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 전력 공급부(41)는 플라즈마 소스 엘리먼트들로서, 소스 RF 전원(44) 및 소스 RF 정합기(42)를 포함할 수 있다. 소스 RF 전원(44)은 고주파(RF) 신호를 발생시킬 수 있다. 상부 전극(40)은 나선 형태 또는 동심원 형태의 코일을 포함할 수 있다. 소스 RF 정합기(42)는 소스 RF 전원(54)에서 발생된 RF 신호의 임피던스를 매칭하여 상기 코일들을 이용하여 발생시킬 플라즈마를 제어할 수 있다.In example embodiments, the plasma power supply unit may include a first power supply unit 41 for applying plasma source power to the upper electrode 40 . For example, the first power supply 41 may include a source RF power source 44 and a source RF matcher 42 as plasma source elements. The source RF power source 44 may generate a radio frequency (RF) signal. The upper electrode 40 may include a coil having a spiral shape or a concentric circle shape. The source RF matcher 42 may control the plasma to be generated using the coils by matching the impedance of the RF signal generated from the source RF power source 54 .

상기 플라즈마 전력 공급부는 기판 스테이지(100) 내의 하부 전극(30)에 바이어스 소스 파워를 인가하기 위한 제2 전력 공급부(31)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 전력 공급부(31)는 바이어스 엘리먼트들로서, 바이어스 RF 전원(34) 및 바이어스 RF 정합기(32)를 포함할 수 있다. 하부 전극(110)은 챔버(20) 내에서 발생한 플라즈마 원자 또는 이온을 끌어당길 수 있다. 바이어스 RF 전원(34)은 고주파(RF) 신호를 발생시킬 수 있다. 바이어스 RF 정합기(32)는 하부 전극(30)에 인가되는 바이어스 전압 및 바이어스 전류를 조절하여 바이어스 RF의 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 바이어스 RF 전원(34)과 소스 RF 전원(44)는 제어부의 동조기를 통하여 서로 동기화되거나 비동기화될 수 있다.The plasma power supply unit may include a second power supply unit 31 for applying a bias source power to the lower electrode 30 in the substrate stage 100 . For example, the second power supply 31 may include a bias RF power supply 34 and a bias RF matcher 32 as bias elements. The lower electrode 110 may attract plasma atoms or ions generated in the chamber 20 . The bias RF power supply 34 may generate a high frequency (RF) signal. The bias RF matcher 32 may adjust the bias voltage and bias current applied to the lower electrode 30 to match the impedance of the bias RF. The bias RF power source 34 and the source RF power source 44 may be synchronized with each other or out of synchronization with each other through a tuner of the control unit.

상기 제어부는 제1 전력 공급부(41) 및 제2 전력 공급부(31)에 연결되어 이들의 동작을 제어할 수 있다. 상기 제어부는 마이크로컴퓨터 및 각종 인터페이스를 포함하고, 외부 메모리 또는 내부 메모리에 저장되는 프로그램 및 레시피 정보에 따라 상기 플라즈마 처리 장치의 동작을 제어할 수 있다. The control unit may be connected to the first power supply unit 41 and the second power supply unit 31 to control their operations. The controller may include a microcomputer and various interfaces, and may control the operation of the plasma processing apparatus according to program and recipe information stored in an external memory or an internal memory.

상기 가스 공급부는 샤워 헤드(50), 가스 공급관(52) 및 가스 공급원(54)을 포함할 수 있다. 상기 가스 공급부는 서로 다른 공정 가스들을 챔버(20) 내에 공급할 수 있다.The gas supply unit may include a shower head 50 , a gas supply pipe 52 , and a gas supply source 54 . The gas supply unit may supply different process gases into the chamber 20 .

소정의 주파수(예를 들면, 13.56 MHz)를 갖는 고주파 전력이 상부 전극(40)에 인가되면, 상부 전극(40)에 의해 유도된 전자기장이 챔버(20) 내로 분사된 소스 가스로 인가되어 플라즈마가 생성될 수 있다. 상기 바이어스 전력이 상기 기판 전극에 인가되어 챔버(20) 내에서 발생한 플라즈마 원자 또는 이온을 지지 플레이트(110)를 향하여 끌어당길 수 있다.When high-frequency power having a predetermined frequency (eg, 13.56 MHz) is applied to the upper electrode 40 , an electromagnetic field induced by the upper electrode 40 is applied to the source gas injected into the chamber 20 to generate plasma. can be created The bias power may be applied to the substrate electrode to attract plasma atoms or ions generated in the chamber 20 toward the support plate 110 .

배기부(60)는 챔버(20)의 바닥면에 형성된 상기 배기 포트에 연결된 배기 라인을 포함할 수 있다. 배기부(60)는 진공 펌프를 포함하여 챔버(20) 내부의 처리 공간을 원하는 진공도의 압력으로 조절할 수 있다. 또한, 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 가스는 상기 배기 라인을 통해 외부로 배출될 수 있다.The exhaust unit 60 may include an exhaust line connected to the exhaust port formed on the bottom surface of the chamber 20 . The exhaust unit 60 may include a vacuum pump to adjust the processing space inside the chamber 20 to a pressure of a desired degree of vacuum. In addition, reaction by-products and gases generated during the process may be discharged to the outside through the exhaust line.

예시적인 실시예들에 있어서, 기판 스테이지(100)는 외측 절연링(130) 및 내부 링(140)을 더 포함할 수 있다. 외측 절연링(130)은 지지 플레이트(110)의 상부 외주면을 커버하도록 배치될 수 있다. 외측 절연링(130)은 지지 플레이트(110)의 외측면을 보호하는 커버 링의 역할을 수행할 수 있다. 내부 링(140)은 외측 절연링(130) 상에 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 내부 링(140)은 웨이퍼(W)를 정확히 안착시키고 웨이퍼(W)에 플라즈마가 집중적으로 공급되도록 하는 포커스 링의 역할을 수행할 수 있다. 외측 절연링(130) 및 내부 링(140)은 알루미나(Al₂O₃), 실리콘 카바이드(SiC), 이트리아(Y₂O₃)와 같은 세라믹 물질을 포함할 수 있다.In example embodiments, the substrate stage 100 may further include an outer insulating ring 130 and an inner ring 140 . The outer insulating ring 130 may be disposed to cover an upper outer circumferential surface of the support plate 110 . The outer insulating ring 130 may serve as a cover ring that protects the outer surface of the support plate 110 . The inner ring 140 may be disposed to surround the wafer W on the outer insulating ring 130 . The inner ring 140 may function as a focus ring to accurately seat the wafer W and supply plasma to the wafer W intensively. The outer insulating ring 130 and the inner ring 140 may include a ceramic material such as _{alumina (Al 2} O ₃ ), silicon carbide (SiC), or yttria (Y ₂ O _{3 ).}

배플 부재(160)는 지지 플레이트(110)의 외주면의 외측에 배치될 수 있다. 배플 부재(160)는 외부 측벽(22)의 중앙부와 내부 측벽(24) 사이의 제2 내부 공간(S2)에 배치될 수 있다. 배플 부재(160)는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 배플 부재(160)는 내경 및 외경을 갖는 전도성 링을 포함할 수 있다. 배플 부재(160)는 지지 플레이트(110)의 상부면과 평행하게 연장하는 환형 형상의 플레이트를 포함할 수 있다. 배플 부재(160)의 상부면은 상기 웨이퍼의 상부면보다 낮은 위치에 배치될 수 있다. 배플 부재(160)은 지지 플레이트(110)의 하부면 또는 그 아래에 배치될 수 있다.The baffle member 160 may be disposed outside the outer peripheral surface of the support plate 110 . The baffle member 160 may be disposed in the second inner space S2 between the central portion of the outer sidewall 22 and the inner sidewall 24 . The baffle member 160 may include a conductive material. The baffle member 160 may include a conductive ring having an inner diameter and an outer diameter. The baffle member 160 may include a plate having an annular shape extending parallel to the upper surface of the support plate 110 . The upper surface of the baffle member 160 may be disposed at a lower position than the upper surface of the wafer. The baffle member 160 may be disposed on or below the lower surface of the support plate 110 .

배플 부재(160)는 가스가 통과하는 복수 개의 천공들을 구비할 수 있다. 챔버(20) 내에 발생된 공정 부산물들 및 잔여 공정 가스들은 배플 부재(160)의 상기 천공들을 경유하여 상기 배기 포트를 통해 배출될 수 있다.The baffle member 160 may include a plurality of perforations through which gas passes. Process by-products and residual process gases generated in the chamber 20 may be discharged through the exhaust port via the perforations of the baffle member 160 .

예시적인 실시예들에 있어서, 섀도우 링(200)은 웨이퍼(W) 둘레에 웨이퍼(W)의 에지 영역을 커버하도록 기판 스테이지(100) 상에 지지될 수 있다. 섀도우 링(200)은 기판 스테이지(100)의 외측 절연링(130) 상부에 지지될 수 있다. 섀도우 링(200)은 기판 스테이지(100) 내부에서 상하 이동 가능하도록 설치된 복수 개의 리프트 핀들(210)에 의해 지지될 수 있다. 리프트 핀 장치의 상기 구동 메커니즘은 복수 개의 리프트 핀들(210)을 독립적으로 승하강 시킬 수 있다. 이에 따라, 섀도우 링(200)은 기판 스테이지(100) 상부에서 기 설정된 스트로크 범위 내에서 이동할 수 있다.In example embodiments, the shadow ring 200 may be supported on the substrate stage 100 to cover an edge region of the wafer W around the wafer W. The shadow ring 200 may be supported on the outer insulating ring 130 of the substrate stage 100 . The shadow ring 200 may be supported by a plurality of lift pins 210 installed to be vertically movable inside the substrate stage 100 . The driving mechanism of the lift pin device may independently elevate the plurality of lift pins 210 . Accordingly, the shadow ring 200 may move within a preset stroke range above the substrate stage 100 .

섀도우 링(200)은 환형 형상을 가질 수 있다. 섀도우 링(200)은 환형 형상의 몸체부(202) 및 몸체부(202)의 내측 둘레에 연장하며 경사진 상부면을 갖는 경사부(204)를 포함할 수 있다. 섀도우 링(200)의 경사부(204)는 중심을 향하여 연장하여 웨이퍼(W)의 에지 영역을 커버할 수 있다. 섀도우 링(200)은 알루미나(Al₂O₃), 실리콘 카바이드(SiC), 이트리아(Y₂O₃)와 같은 세라믹 물질을 포함할 수 있다.The shadow ring 200 may have an annular shape. The shadow ring 200 may include an annular shaped body portion 202 and an inclined portion 204 extending around an inner circumference of the body portion 202 and having a beveled upper surface. The inclined portion 204 of the shadow ring 200 may extend toward the center to cover the edge region of the wafer W. The shadow ring 200 may include a ceramic material such as _{alumina (Al 2} O ₃ ), silicon carbide (SiC), or yttria (Y ₂ O _{3 ).}

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 리프트 핀 조립체는 리프트 핀(210), 연결 핀(212) 및 구동 핀(214)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 리프트 핀 조립체는 핀 구동 플레이트(216) 및 벨로우즈(220)를 더 포함할 수 있다.3-5 , the lift pin assembly may include a lift pin 210 , a connecting pin 212 , and a drive pin 214 . In addition, the lift pin assembly may further include a pin driving plate 216 and a bellows 220 .

상기 리프트 핀 조립체는 기판 스테이지(100)의 마운팅 홀에 장착될 수 있다. 상기 마운팅 홀은 지지 플레이트(110)의 제1 핀 홀(112), 외측 절연링(130)의 제2 핀 홀(132)을 포함할 수 있다. 제2 핀 홀(132)은 제1 핀 홀(112)과 연통될 수 있다. 리프트 핀(210)은 제1 핀 홀(112)과 제2 핀 홀(132) 내에서 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 리프트 핀(210)의 상단부는 외측 절연링(130)의 제2 핀 홀(132)을 통해 돌출하여 섀도우 링(200)의 하부면과 접촉하여 지지할 수 있다.The lift pin assembly may be mounted in a mounting hole of the substrate stage 100 . The mounting hole may include a first pin hole 112 of the support plate 110 and a second pin hole 132 of the outer insulating ring 130 . The second pin hole 132 may communicate with the first pin hole 112 . The lift pin 210 may be installed to be movable in the vertical direction in the first pin hole 112 and the second pin hole 132 . The upper end of the lift pin 210 may protrude through the second pin hole 132 of the outer insulating ring 130 to contact and support the lower surface of the shadow ring 200 .

하부 커버(120)에는 제1 핀 홀(112)과 연통되는 가이드 홀(122)이 형성될 수 있다. 가이드 홀(122)은 하부 커버(120)의 중심에서 반경 방향으로 연장할 수 있다. 가이드 홀(122)은 하부 커버(120)의 두께 방향으로 연장할 수 있다. 가이드 홀(122)의 상기 반경 방향으로의 폭은 연결 핀(212)의 길이를 고려하여 결정될 수 있다. 가이드 홀(122)의 상기 두께 방향으로의 폭(M)은 리프트 핀(210)의 스트로크를 고려하여 결정될 수 있다. 따라서, 연결 핀(212)은 가이드 홀(122) 내에서 상하 이동 가능하도록 수용될 수 있다.A guide hole 122 communicating with the first pin hole 112 may be formed in the lower cover 120 . The guide hole 122 may extend radially from the center of the lower cover 120 . The guide hole 122 may extend in a thickness direction of the lower cover 120 . The width of the guide hole 122 in the radial direction may be determined in consideration of the length of the connecting pin 212 . The width M of the guide hole 122 in the thickness direction may be determined in consideration of the stroke of the lift pin 210 . Accordingly, the connection pin 212 may be accommodated to be movable up and down within the guide hole 122 .

구동 핀(214)은 가이드 홀(122)을 통해 연장하여 하부 커버(120)의 하부면으로부터 돌출할 수 있다. 구동 핀(214)은 하부 커버(120)의 하부의 제1 수용 공간(C1)으로 수직 방향으로 연장할 수 있다. 구동 핀(214)의 일단부는 핀 구동 플레이트(216)에 고정될 수 있다.The driving pin 214 may extend through the guide hole 122 to protrude from the lower surface of the lower cover 120 . The driving pin 214 may extend in a vertical direction into the first accommodating space C1 under the lower cover 120 . One end of the driving pin 214 may be fixed to the pin driving plate 216 .

벨로우즈(220)는 구동 핀(214)을 감싸도록 구성되어 챔버(20)의 내부 공간(S1)과 하부 커버(120) 하부의 제1 수용 공간(C1) 사이를 서로 격리시킬 수 있다. 벨로우즈(220)의 상단부는 하부 커버(120)의 하부면에 고정되고, 벨로우즈(220)의 하단부는 핀 구동 플레이트(216)에 고정될 수 있다. O-링(222)과 같은 밀봉 부재는 벨로우즈(220)의 상부면에 형성된 링 수용홈에 장착될 수 있다. 벨로우즈(220)는 O-링(222)과 같은 밀봉 부재에 의해 하부 커버(120)와 결합할 수 있다. 이에 따라, 벨로우즈(220)는 구동 핀(214)의 자유로운 상하 운동을 허용하면서, 챔버(20) 내부를 외부로부터 밀봉시킬 수 있다.The bellows 220 may be configured to surround the driving pin 214 to isolate the inner space S1 of the chamber 20 and the first accommodating space C1 under the lower cover 120 from each other. The upper end of the bellows 220 may be fixed to the lower surface of the lower cover 120 , and the lower end of the bellows 220 may be fixed to the pin driving plate 216 . A sealing member such as the O-ring 222 may be mounted in a ring receiving groove formed on the upper surface of the bellows 220 . The bellows 220 may be coupled to the lower cover 120 by a sealing member such as an O-ring 222 . Accordingly, the bellows 220 may seal the inside of the chamber 20 from the outside while allowing free vertical movement of the driving pin 214 .

또한, O-링(124)과 같은 밀봉 부재는 하부 커버(120)의 상부면에 형성된 링 수용홈에 장착될 수 있다. 이에 따라, 하부 커버(120)는 O-링(124)과 같은 밀봉 부재에 의해 지지 플레이트(110)에 결합하여 챔버(20)를 밀봉시킬 수 있다. 하부 커버(120)의 상부면 상에서 O-링(124)의 외측 영역은 진공이 형성될 수 있고, O-링(124)의 내측 영역은 대기압 조건으로 유지될 수 있다.In addition, a sealing member such as the O-ring 124 may be mounted in the ring receiving groove formed on the upper surface of the lower cover 120 . Accordingly, the lower cover 120 may be coupled to the support plate 110 by a sealing member such as the O-ring 124 to seal the chamber 20 . On the upper surface of the lower cover 120 , a vacuum may be formed in the outer region of the O-ring 124 , and the inner region of the O-ring 124 may be maintained at atmospheric pressure.

O-링(126)과 같은 밀봉 부재는 하부 커버(120)의 하부면에 형성된 링 수용홈에 장착될 수 있다. 이에 따라, 하부 커버(120)는 O-링(126)과 같은 밀봉 부재에 의해 내부 측벽(24)에 결합하여 챔버(20)를 밀봉시킬 수 있다.A sealing member such as the O-ring 126 may be mounted in a ring receiving groove formed on the lower surface of the lower cover 120 . Accordingly, the lower cover 120 may be coupled to the inner sidewall 24 by a sealing member such as an O-ring 126 to seal the chamber 20 .

연결 핀(212)은 기판 스테이지(100)의 중심에서 반경 방향으로 연장하도록 배치되므로, 리프트 핀(210)은 구동 핀(214)보다 기판 스테이지(100)의 중심으로부터 반경 방향으로 더 멀리 배치될 수 있다. 리프트 핀(210)은 기판 스테이지(100)의 중심으로부터 제1 반경만큼 이격되고, 구동 핀(214)은 기판 스테이지(100)의 중심으로부터 상기 제1 반경보다 작은 제2 반경만큼 이격될 수 있다.Since the connecting pins 212 are disposed to extend radially from the center of the substrate stage 100 , the lift pins 210 may be disposed radially farther from the center of the substrate stage 100 than the driving pins 214 . have. The lift pins 210 may be spaced apart from the center of the substrate stage 100 by a first radius, and the driving pins 214 may be spaced apart from the center of the substrate stage 100 by a second radius smaller than the first radius.

예를 들면, 기판 스테이지(110)의 외경(Dout)은 약 380mm이고, 리프트 핀(210)이 설치되는 위치의 직경(Dpin)은 약 346mm일 수 있다. 내부 측벽(24)의 내측면의 직경(Din)은 약 316mm일 수 있다. 제1 수용 공간(C1)은 내부 측벽(24)의 내측면에 의해 정의될 수 있다. 기판 스테이지(120)의 외경(Dout)은 하부 커버(120)의 외경과 같거나 더 클 수 있다.For example, the outer diameter Dout of the substrate stage 110 may be about 380 mm, and the diameter Dpin of the position where the lift pins 210 are installed may be about 346 mm. The diameter Din of the inner surface of the inner sidewall 24 may be about 316 mm. The first accommodation space C1 may be defined by an inner surface of the inner sidewall 24 . The outer diameter Dout of the substrate stage 120 may be equal to or greater than the outer diameter of the lower cover 120 .

따라서, 리프트 핀(210)을 승하강 시키기 위한 액추에이터를 포함하는 상기 구동 메커니즘은 기판 스테이지(100)의 외측면을 벗어나지 않고 기판 스테이지(100) 하부의 제1 수용 공간(C1) 내부에 배치될 수 있다.Accordingly, the driving mechanism including an actuator for raising and lowering the lift pin 210 may be disposed inside the first accommodating space C1 under the substrate stage 100 without departing from the outer surface of the substrate stage 100 . have.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 리프트 핀 장치의 상기 구동 메커니즘은 기판 스테이지(100) 하부의 제1 수용 공간(C1) 내에 배치될 수 있다. 상기 구동 메커니즘은 리프트 핀(210)을 상하로 이동시키기 위한 액추에이터로서의 구동 모터(230)를 포함할 수 있다. 구동 모터(230)는 적절한 기어 드라이브를 통해 슬라이딩 플레이트(232)를 승하강 시킬 수 있다. 핀 구동 플레이트(216)는 슬라이딩 플레이트(232)에 고정 설치될 수 있다. 이에 따라, 핀 구동 플레이트(216)가 구동 모터(230)에 의해 슬라이딩 이동함에 따라, 리프트 핀(210)이 승하강할 수 있다.6 and 7 , the driving mechanism of the lift pin device may be disposed in the first accommodating space C1 under the substrate stage 100 . The drive mechanism may include a drive motor 230 as an actuator for moving the lift pin 210 up and down. The driving motor 230 may raise and lower the sliding plate 232 through an appropriate gear drive. The pin driving plate 216 may be fixedly installed on the sliding plate 232 . Accordingly, as the pin driving plate 216 is slidably moved by the driving motor 230 , the lift pins 210 may be raised and lowered.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 리프트 핀 장치의 상기 구동 메커니즘은 제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c)을 각각 상하로 이동시키기 위한 제1 내지 제3 액추에이터들(230a, 230b, 230c) 및 제1 내지 제3 액추에이터들(230a, 230b, 230c)을 각각 구동시키기 위한 제1 내지 제3 액추에이터 구동부들(240a, 240b, 240c)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 액추에이터들(230a, 230b, 230c)은 구동 모터를 포함하고, 제1 내지 제3 액추에이터 구동부들(240a, 240b, 240c)는 입력된 제어 신호에 따라 상기 구동 모터를 구동시키기 위한 모터 드라이브를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 액추에이터 구동부들(240a, 240b, 240c)은 제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c)의 동작들을 독립적으로 제어하도록 제어부(250)에 연결될 수 있다.8, the driving mechanism of the lift pin device includes first to third actuators 230a, 230b, for moving the first to third lift pins 210a, 210b, and 210c up and down, respectively. 230c) and first to third actuators 240a, 240b, and 240c for driving the first to third actuators 230a, 230b, and 230c, respectively. The first to third actuators 230a, 230b, and 230c include a driving motor, and the first to third actuator driving units 240a, 240b, and 240c are for driving the driving motor according to an input control signal. It may include a motor drive. The first to third actuator drivers 240a, 240b, and 240c may be connected to the controller 250 to independently control operations of the first to third lift pins 210a, 210b, and 210c.

제1 내지 제3 액추에이터 구동부들(240a, 240b, 240c)은 제어부(250)로부터의 리프트 핀 제어 신호에 따라 제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c)을 독립적으로 승하강 시킬 수 있다. 제1 액추에이터 구동부(240a)는 제어부(250)로부터의 제1 리프트 핀 제어 신호에 따라 제1 이동 거리만큼 제1 리프트 핀(210a)을 수직 방향(Z축 방향)으로 이동시킬 수 있다. 제2 구동부(240b)는 제어부(250)로부터의 제2 리프트 핀 제어 신호에 따라 제2 이동 거리만큼 제2 리프트 핀(210b)을 수직 방향(Z축 방향)으로 이동시킬 수 있다. 제3 액추에이터 구동부(240c)는 제어부(250)로부터의 제3 리프트 핀 제어 신호에 따라 제3 이동 거리만큼 제3 리프트 핀(210c)을 수직 방향(Z축 방향)으로 이동시킬 수 있다.The first to third actuator driving units 240a, 240b, and 240c may independently raise and lower the first to third lift pins 210a, 210b, and 210c according to a lift pin control signal from the controller 250 . . The first actuator driving unit 240a may move the first lift pin 210a in the vertical direction (Z-axis direction) by the first movement distance according to the first lift pin control signal from the controller 250 . The second driver 240b may move the second lift pin 210b in the vertical direction (Z-axis direction) by the second movement distance according to the second lift pin control signal from the controller 250 . The third actuator driving unit 240c may move the third lift pin 210c in the vertical direction (Z-axis direction) by a third movement distance according to the third lift pin control signal from the controller 250 .

제어부(250)는 플라즈마 처리 장치(10)를 제어하기 위하여 제어부(250)에 연결된 다양한 구성요소들의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(250)는 제어 모듈로서, 프로세서, 메모리 및 하나 이상의 인터페이스들을 포함할 수 있다. 제어부(250)는 센싱된 값들에 기초하여 제어부(250)에 연결된 구성요소들을 제어할 수 있다.The controller 250 may control operations of various components connected to the controller 250 in order to control the plasma processing apparatus 10 . The controller 250 is a control module and may include a processor, a memory, and one or more interfaces. The controller 250 may control components connected to the controller 250 based on sensed values.

이하에서는, 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위하여 상기 제1 내지 제3 리프트 핀들의 동작들에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, operations of the first to third lift pins to perform a plasma etching process will be described.

도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c)은 섀도우 링(200)의 하부면의 3 지점들과 각각 접촉하여 섀도우 링(200)을 지지할 수 있다.9A to 9C , the first to third lift pins 210a , 210b , and 210c are respectively in contact with three points of the lower surface of the shadow ring 200 to support the shadow ring 200 . can

먼저, 도 9a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)를 기판 스테이지(100) 상에 로딩 또는 언로딩하기 위하여, 제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c)을 상승시켜 섀도우 링(200)을 기 설정된 높이로 유지할 수 있다. 섀도우 링(200)이 상기 기 설정된 높이로 상승된 위치에서, 웨이퍼(W)가 기판 스테이지(100) 상에 안착될 수 있다.First, as shown in FIG. 9A , in order to load or unload the wafer W onto the substrate stage 100 , the first to third lift pins 210a , 210b , and 210c are raised to raise the shadow ring 200 . ) can be maintained at a preset height. At a position where the shadow ring 200 is raised to the preset height, the wafer W may be seated on the substrate stage 100 .

이어서, 도 9b 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c)은 각각 하강하고, 제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c)의 높이들(Δh)을 조절하여 웨이퍼(W)와 섀도우 링(200) 사이의 간격을 조정할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼(W)와 섀도우 링(200) 사이의 수직적 간격(Gv)과 수평적 간격(Gh)을 조정할 수 있다. 수직적 간격(Gv)은 섀도우 링(200)의 내측 단부의 하부면과 웨이퍼(W) 사이의 거리로 정의되고, 수평적 간격(Gh)은 섀도우 링(200)의 내측 단부와 웨이퍼(W)의 외경 단부 사이의 거리로 정의될 수 있다.Subsequently, as shown in FIGS. 9B and 9C , the first to third lift pins 210a, 210b, and 210c descend, respectively, and the heights of the first to third lift pins 210a, 210b and 210c ( By adjusting Δh), the distance between the wafer W and the shadow ring 200 may be adjusted. For example, the vertical spacing Gv and the horizontal spacing Gh between the wafer W and the shadow ring 200 may be adjusted. The vertical gap Gv is defined as the distance between the lower surface of the inner end of the shadow ring 200 and the wafer W, and the horizontal gap Gh is the distance between the inner end of the shadow ring 200 and the wafer W It can be defined as the distance between the outer diameter ends.

제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c)이 서로 다른 높이들을 가질 경우, 제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c) 상에 배치된 섀도우 링(200)는 웨이퍼(W) 표면에 대하여 일정한 틸팅 각도(θ)로 기울어져 있을 수 있다. 섀도우 링(200)의 틸팅 각도(θ)를 조절함으로써, 웨이퍼(W)와 섀도우 링(200) 사이의 수직적 간격(Gv)과 수평적 간격(Gh)을 조정할 수 있다. 새도우 링(200)의 틸팅 각도(θ)를 조절함으로써, 웨이퍼(W)의 에지 영역에서의 수직적 간격(Gv)을 웨이퍼 중심 둘레를 따른 중심각에 따라 변화시킬 수 있다.When the first to third lift pins 210a, 210b, and 210c have different heights, the shadow ring 200 disposed on the first to third lift pins 210a, 210b, and 210c is the wafer (W). It may be inclined at a constant tilting angle (θ) with respect to the surface. By adjusting the tilting angle θ of the shadow ring 200 , the vertical distance Gv and the horizontal distance Gh between the wafer W and the shadow ring 200 may be adjusted. By adjusting the tilting angle θ of the shadow ring 200 , the vertical distance Gv in the edge region of the wafer W may be changed according to the central angle along the circumference of the wafer center.

도 10은 비교예 및 일 실시예에 따른 웨이퍼 에지 영역에서의 식각율 분포를 나타내는 그래프들이다.10 is a graph illustrating an etch rate distribution in a wafer edge region according to a comparative example and an exemplary embodiment.

도 10을 참조하면, 그래프 G1은 동일한 높이들을 갖는 제1 내지 제3 리프트 핀들에 의해 지지되는 섀도우 링을 사용할 때의 웨이퍼 중심 둘레를 따른 중심각에 대한 에지 영역에서의 식각율 분포를 나타내고, 그래프 G2는 서로 다른 높이들을 갖는 제1 내지 제3 리프트 핀들에 의해 틸팅되어 지지되는 섀도우 링을 사용할 때의 웨이퍼 중심 둘레를 따른 중심각에 대한 에지 영역에서의 식각율 분포를 나타낸다.Referring to FIG. 10 , a graph G1 shows an etch rate distribution in an edge region with respect to a central angle along a perimeter of a wafer center when using a shadow ring supported by first to third lift pins having the same heights, and graph G2 shows the etch rate distribution in the edge region with respect to the central angle along the periphery of the wafer center when the shadow ring tilted and supported by the first to third lift pins having different heights is used.

그래프 G1에서는 180도 방향(6시 방향)의 에지 영역에서의 식각율이 상대적으로 높게 나타나는 반면, 그래프 G2에서는 180도 방향(6시 방향)의 식각율이 상대적으로 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 섀도우 링의 틸팅 각도를 조정함으로써, 웨이퍼 에지 영역에서의 식각 산포 비대칭을 방지(또는 감소)시킬 수 있다.It can be seen that the etch rate in the 180 degree direction (6 o'clock) is relatively high in graph G1, whereas the etch rate in the 180 degree direction (6 o'clock) is relatively decreased in graph G2. Therefore, by adjusting the tilting angle of the shadow ring, it is possible to prevent (or reduce) the etch distribution asymmetry in the wafer edge region.

이하에서는, 도 1의 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of processing a substrate using the plasma processing apparatus of FIG. 1 will be described.

도 11은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다. 상기 기판 처리 방법은 플라즈마 식각 공정을 수행하여 반도체 장치를 제조하기 위해 사용될 수 있다.11 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to example embodiments. The substrate processing method may be used to manufacture a semiconductor device by performing a plasma etching process.

도 1 내지 도 11을 참조하면, 챔버(20) 내의 기판 스테이지(100) 상부에 섀도우 링(200)을 배치하고(S100), 기판 스테이지(100) 상에 웨이퍼(W)를 로딩할 수 있다.1 to 11 , the shadow ring 200 may be disposed on the substrate stage 100 in the chamber 20 ( S100 ), and the wafer W may be loaded on the substrate stage 100 .

예시적인 실시예들에 있어서, 섀도우 링(200)을 기판 스테이지(100)의 외측 절연링(130) 상에 배치시킬 수 있다. 이어서, 로딩되는 웨이퍼(W)와 간섭을 회피하기 위하여 제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c)을 상승시켜 섀도우 링(200)을 기 설정된 높이에서 지지할 수 있다. 웨이퍼(W)를 섀도우 링(200) 아래의 상기 리프트 핀들 사이를 통해 기판 스테이지(100)의 정전척 상에 로딩시킬 수 있다.In example embodiments, the shadow ring 200 may be disposed on the outer insulating ring 130 of the substrate stage 100 . Subsequently, the first to third lift pins 210a , 210b , and 210c may be raised to avoid interference with the loaded wafer W to support the shadow ring 200 at a preset height. The wafer W may be loaded on the electrostatic chuck of the substrate stage 100 through between the lift pins under the shadow ring 200 .

이어서, 섀도우 링(200)의 틸팅 각도(θ)를 조정하고(S120), 챔버(20) 내에서 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다(S130).Subsequently, the tilting angle θ of the shadow ring 200 may be adjusted (S120), and a plasma etching process may be performed in the chamber 20 (S130).

예시적인 실시예들에 있어서, 구동 메커니즘은 제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c)을 각각 상하로 이동시켜 웨이퍼(W) 표면에 대한 섀도우 링(200)의 틸팅 각도(θ)를 조정할 수 있다. 섀도우 링(200)의 틸팅 각도(θ)를 조절함으로써, 웨이퍼(W)와 섀도우 링(200) 사이의 수직적 간격(Gv)과 수평적 간격(Gh)을 조정할 수 있다.In exemplary embodiments, the driving mechanism moves the first to third lift pins 210a, 210b, and 210c up and down, respectively, to increase the tilting angle θ of the shadow ring 200 with respect to the wafer W surface. Can be adjusted. By adjusting the tilting angle θ of the shadow ring 200 , the vertical distance Gv and the horizontal distance Gh between the wafer W and the shadow ring 200 may be adjusted.

이어서, 웨이퍼(W) 상에 공정 가스를 공급하고 챔버(20) 내에서 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다.Subsequently, a process gas may be supplied onto the wafer W and a plasma etching process may be performed in the chamber 20 .

구체적으로, 샤워 헤드(50)을 통해 식각 공정 가스들을 챔버(20) 내에 공급할 수 있다. 상부 전극(40)에 플라즈마 전력을 인가하여 챔버(20) 내에 플라즈마를 형성하고, 하부 전극(30)에 바이어스 전력을 인가하여 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다.Specifically, etching process gases may be supplied into the chamber 20 through the shower head 50 . Plasma may be formed in the chamber 20 by applying plasma power to the upper electrode 40 , and a bias power may be applied to the lower electrode 30 to perform a plasma etching process.

상기 플라즈마 식각 공정 중에, 섀도우 링(200)은 제1 내지 제3 리프트 핀들(210a, 210b, 210c)에 의해 상기 조정된 틸팅 각도를 갖도록 지지되고, 섀도우 링(200)의 하부면은 기판 스테이지(100) 상의 외측 절연링(130)의 상부면과 이격될 수 있다.During the plasma etching process, the shadow ring 200 is supported to have the adjusted tilting angle by the first to third lift pins 210a, 210b, and 210c, and the lower surface of the shadow ring 200 is formed on the substrate stage ( It may be spaced apart from the upper surface of the outer insulating ring 130 on the 100).

섀도우 링(200)과 웨이퍼(W) 사이의 간격은 RF 특성 및 공정 가스의 유동과 관련하여 에지 영역에서의 방위 산포에 영향을 줄 수 있다. 이러한 섀도우 링(200)의 간격을 조절함으로써, 조립 시 발생하는 설비 편차, 상기 정전척 주변의 소모성 부품들의 보상, 웨이퍼 두께 및 재질 변경에 따른 변화에 능동적으로 대처할 수 있다. 특히, 챔버의 압력 조절 장치의 비대칭성 개방 특성으로 인해 웨이퍼 에지 영역에서의 미세한 유동의 비대칭성을 유발하며 웨이퍼의 에지 영역에서의 식각 산포 비대칭을 유발할 수 있다.The spacing between the shadow ring 200 and the wafer W may affect the azimuth distribution in the edge region with respect to RF characteristics and flow of the process gas. By adjusting the spacing of the shadow rings 200 , it is possible to actively cope with equipment deviations occurring during assembly, compensation of consumable parts around the electrostatic chuck, and changes due to changes in wafer thickness and material. In particular, due to the asymmetric opening characteristic of the pressure regulating device of the chamber, it may cause a microscopic flow asymmetry in the wafer edge region and may cause an etch distribution asymmetry in the edge region of the wafer.

이러한 상기 웨이퍼 에지 영역에서의 식각 산포 비대칭을 방지(또는 감소)시키기 위하여 섀도우 링(200)의 틸팅 각도(θ)를 조절할 수 있다. 섀도우 링(200)의 틸팅 각도(θ)를 조절함으로써, 웨이퍼(W)와 섀도우 링(200) 사이의 수직적 간격(Gv)과 수평적 간격(Gh)을 조정할 수 있다.In order to prevent (or reduce) the etch distribution asymmetry in the wafer edge region, the tilting angle θ of the shadow ring 200 may be adjusted. By adjusting the tilting angle θ of the shadow ring 200 , the vertical distance Gv and the horizontal distance Gh between the wafer W and the shadow ring 200 may be adjusted.

전술한 플라즈마 처리 장치는 로직 소자나 메모리 소자와 같은 반도체 소자를 제조하는 데 사용될 수 있다. 상기 반도체 소자, 예를 들어 중앙처리장치(CPU, MPU), 애플리케이션 프로세서(AP) 등과 같은 로직 소자, 예를 들어 에스램(SRAM) 장치, 디램(DRAM) 장치 등과 같은 휘발성 메모리 장치, 및 예를 들어 플래시 메모리 장치, 피램(PRAM) 장치, 엠램(MRAM) 장치, 알램(RRAM) 장치 등과 같은 불휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다.The above-described plasma processing apparatus may be used to manufacture a semiconductor device such as a logic device or a memory device. The semiconductor device, for example, a logic device such as a central processing unit (CPU, MPU), an application processor (AP), etc., for example, a volatile memory device such as an SRAM device, a DRAM device, and the like, and for example For example, it may include a nonvolatile memory device such as a flash memory device, a PRAM device, an MRAM device, and an RRAM device.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that you can.

10: 플라즈마 처리 장치 20: 챔버
22: 외부 측벽 23: 커버
24: 내부 측벽 25: 내부 하부벽
26: 연결 측벽 30: 하부 전극
31: 제2 전력 공급부 32: 바이어스 RF 정합기
34: 바이어스 RF 전원 40: 상부 전극
41: 제1 전력 공급부 42: 소스 RF 정합기
44: 소스 RF 전원 50: 샤워 헤드
52: 가스 공급관 54: 가스 공급원
100: 기판 스테이지 110: 지지 플레이트
112: 제1 핀 홀 120: 하부 커버
122: 가이드 홀 124, 126, 222: O-링
130: 외측 절연링 132: 제2 핀 홀
140: 내부 링 160: 배플 부재
170: 지지 샤프트 200: 섀도우 링
202: 몸체부 204: 경사부
210, 210a, 210b, 210c: 리프트 핀 212: 연결 핀
214: 구동 핀 216: 핀 구동 플레이트
220: 벨로우즈 230, 230a, 230b, 230c: 액추에이터
232: 슬라이딩 플레이트 240a, 240b, 240c: 액추에이터 구동부
250: 제어부10: plasma processing device 20: chamber
22: outer sidewall 23: cover
24: inner side wall 25: inner lower wall
26: connection side wall 30: lower electrode
31: second power supply 32: bias RF matcher
34: bias RF power supply 40: upper electrode
41: first power supply 42: source RF matcher
44: source RF power 50: shower head
52: gas supply pipe 54: gas supply source
100: substrate stage 110: support plate
112: first pin hole 120: lower cover
122: guide hole 124, 126, 222: O-ring
130: outer insulating ring 132: second pin hole
140: inner ring 160: baffle member
170: support shaft 200: shadow ring
202: body portion 204: inclined portion
210, 210a, 210b, 210c: lift pin 212: connecting pin
214: drive pin 216: pin drive plate
220: bellows 230, 230a, 230b, 230c: actuator
232: sliding plate 240a, 240b, 240c: actuator drive unit
250: control unit

Claims

a substrate stage on which the wafer is mounted;
a shadow ring supported on an upper outer region of the substrate stage to cover an edge region of the wafer;
a plurality of lift pins installed to be movable up and down inside the substrate stage and for contacting and supporting at least two points of the lower surface of the shadow ring, respectively; and
and a drive mechanism for independently driving each of the lift pins to adjust a vertical and horizontal spacing between the wafer and the shadow ring.

The method of claim 1 , wherein the drive mechanism comprises:
a plurality of actuators for moving each of the lift pins up and down; and
A substrate support apparatus comprising: actuator driving units for respectively driving the actuators according to input control signals.

3. The apparatus of claim 2, wherein the actuator comprises a drive motor.

The substrate support apparatus of claim 1 , wherein the plurality of lift pins include first to third lift pins respectively contacting and supporting three points of the lower surface of the shadow ring.

5. The apparatus of claim 4, wherein the drive mechanism adjusts a tilting angle of the shadow ring with respect to the wafer surface by adjusting heights of the first to third lift pins.

The apparatus of claim 1 , wherein the substrate stage includes a support plate on which the wafer is mounted and a lower cover coupled to a lower surface of the support plate.

7. The substrate supporting apparatus according to claim 6, wherein the driving mechanism is installed in a lower space of the lower cover.

The method of claim 1,
a connecting pin connected to one end of the lift pin and extending in a radial direction toward the center of the substrate stage; and
and a driving pin extending in a direction parallel to an extension direction of the lift pin from one end of the connecting pin and elevating and lowering by the driving mechanism.

The apparatus of claim 8 , wherein the lift pins are spaced apart from the center of the substrate stage by a first radius, and the driving pins are spaced apart from the center of the substrate stage by a second radius smaller than the first radius.

2. The distance of claim 1, wherein the vertical spacing is defined as the distance between the wafer and the lower surface of the inner end of the shadow ring, and the horizontal spacing is defined as the distance between the inner end of the shadow ring and the outer diameter end of the wafer. A substrate processing apparatus as defined.