KR102630343B1 - 플라즈마 처리 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 개시한다. 그의 제조방법은, 제 1 및 제 2 안테나들 내에 제 1 및 제 2 고주파 파워들을 각각 제공하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들의 전류 위상 차이를 변화하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 안테나들 내에 흐르는 제 1 및 제 2 전류들을 측정하여 상기 제 1 전류에 대한 상기 제 2 전류의 비율에 대응되는 전류 비를 계산하는 단계와, 상기 전류 비 내에 표준 값이 있는지를 판별하는 단계와, 상기 표준 값이 있으면 상기 표준 값의 상기 전류 비에서의 상기 제 1 및 제 2 전류들의 제 1 전류 위상 차이를 계산하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 처리 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 복수의 단위 공정들에 통해 제조될 수 있다. 단위 공정들은 증착(deposition) 공정, 확산(diffusion) 공정, 열처리(thermal) 공정, 포토리소그래피(photo-lithography) 공정, 연마(polishing) 공정, 식각(etching) 공정, 이온주입 공정, 및 세정 공정을 포함할 수 있다. 그 중에 식각 공정은 건식 식각 공정과 습식 식각 공정을 포함할 수 있다. 건식 식각 공정은 대부분 플라즈마 에 의해 수행될 수 있다. 플라즈마에 의해 기판은 고온으로 처리될 수 있다.
본 발명의 해결 과제는, 기판의 위치에 따른 식각률 차이를 제거할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 반도체 소자의 제조방법을 개시한다. 그의 제조방법은, 제 1 및 제 2 안테나들 내에 제 1 및 제 2 고주파 파워들을 각각 제공하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들의 전류 위상 차이를 변화하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 안테나들 내에 흐르는 제 1 및 제 2 전류들을 측정하여 상기 제 1 전류에 대한 상기 제 2 전류의 비율에 대응되는 전류 비를 계산하는 단계; 상기 전류 비 내에 표준 값이 있는지를 판별하는 단계; 및 상기 표준 값이 있으면, 상기 표준 값의 상기 전류 비에서의 상기 제 1 및 제 2 전류들의 제 1 전류 위상 차이를 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 가스를 제공하는 가스 공급 부; 상기 챔버 상에 배치되는 제 1 및 제 2 안테나들과 상기 제 1 및 제 2 안테나들 내에 제 1 및 제 2 고주파 파워들을 제공하는 제 1 및 제2 고주파 파워 소스들을 포함하는 플라즈마 생성 회로; 및 상기 제 1 및 제 2 안테나들과 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워 소스들 사이에 각각 배치되어 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들의 제 1 및 제 2 전류들을 각각 검출하는 제 1 및 제 2 전류 측정기들을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워 소스들은 상기 제 1 전류에 대한 상기 제 2 전류의 비율에 대응되는 전류 비가 표준 값일 때, 상기 표준 값의 상기 전류 비에서의 제 1 전류 위상 차이를 갖는 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들을 생성한다.
본 발명의 반도체 소자의 제조방법은 표준 값의 전류 비에서의 전류 위상 차이를 갖는 복수개의 고주파 파워를 이용하여 기판을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 표준 값은 기판의 식각률 차이를 제거하는 전류 비에 대응될 수 있다. 상기 기판은 그의 위치에 따른 식각률 차이 없이 식각될 있다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 플라즈마 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 생성 회로의 일 예를 보여주는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 처리 장치를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 4는 제 1 및 제 2 고주파 파워들의 전류 위상 차이를 보여주는 그래프다.
도 5는 도 1의 기판의 위치에 따른 전자기장의 세기를 보여주는 그래프다.
도 6은 도 5의 전류 위상 차이에 따른 기판의 중심 식각률과 가장자리 식각률을 보여주는 그래프다.
도 7은 도 5의 전류 위상 차이에 따른 제 1 및 제 2 안테나들 내의 제 1 및 제 2 전류들과 그들의 전류 비를 보여주는 그래프다.
도 8은 기판의 M-모양 식각률 균일도와 평탄한 식각률 균일도를 보여주는 그래프다.
도 2는 도 1의 플라즈마 생성 회로의 일 예를 보여주는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 처리 장치를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 4는 제 1 및 제 2 고주파 파워들의 전류 위상 차이를 보여주는 그래프다.
도 5는 도 1의 기판의 위치에 따른 전자기장의 세기를 보여주는 그래프다.
도 6은 도 5의 전류 위상 차이에 따른 기판의 중심 식각률과 가장자리 식각률을 보여주는 그래프다.
도 7은 도 5의 전류 위상 차이에 따른 제 1 및 제 2 안테나들 내의 제 1 및 제 2 전류들과 그들의 전류 비를 보여주는 그래프다.
도 8은 기판의 M-모양 식각률 균일도와 평탄한 식각률 균일도를 보여주는 그래프다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 플라즈마 처리 장치(10a)를 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치(10a)는 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 장치를 포함할 수 있다. 이와 달리, 플라즈마 처리 장치(10a)는 축전 결합 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma) 장치 또는 마이크로파 플라즈마(Microwave Plasma) 장치를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 플라즈마 처리 장치(10a)는 챔버(100), 가스 공급 부(200), 플라즈마 생성 회로(300), 그리고 제 1 및 제 2 전류 측정기들(410, 420)을 포함할 수 있다.
상기 챔버(100)는 기판(W)에 대해 외부로부터 밀폐된 공간을 제공할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 챔버(100)는 하부 하우징(110), 상부 하우징(120), 윈도우(130), 및 정전 척(140)을 포함할 수 있다. 상기 하부 하우징(110)과 상기 상부 하우징(120)은 상기 윈도우(130), 상기 정전 척(140) 및 상기 기판(W)을 둘러쌀 수 있다. 상기 상부 하우징(120)은 상기 하부 하우징(110) 및 상기 윈도우(130) 상에 배치될 수 있다. 상기 윈도우(130)는 상기 하부 하우징(110) 및 상기 상부 하우징(120) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 윈도우(130)는 세라믹 디스크를 포함할 수 있다. 상기 정전 척(140)은 상기 하부 하우징(110) 내에 배치될 수 있다. 상기 정전 척(140)은 상기 기판(W)을 수납(receive)할 수 있다.
상기 가스 공급 부(200)는 상기 하부 하우징(110)과 상기 윈도우(130) 사이의 상기 챔버(100) 내에 가스(미도시)를 공급할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 가스 공급 부(200)는 저장 탱크(210), 및 질량 유량 조절기(220)를 포함할 수 있다. 상기 저장 탱크(210)는 가스를 저장할 수 있다. 상기 가스는 퍼지 가스, 식각 가스, 증착 가스, 또는 반응 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스는 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 산소(O2) 가스, 불산(HF) 가스, 염소(Cl2) 가스, 육불화황(SF6) 가스, 매틸렌(CH3) 가스 또는 실란(SiH4) 가스를 포함할 수 있다. 상기 질량 유량 조절기(220)는 상기 저장 탱크(210)와 상기 챔버(100) 사이에 연결될 수 있다. 상기 질량 유량 조절기(220)는 가스의 공급 유량을 조절할 수 있다.
상기 플라즈마 생성 회로(300)는 공급된 가스의 플라즈마(301)를 챔버(100) 내에 유도할 수 있다. 예를 들어, 상기 플라즈마 생성 회로(300)는 상기 윈도우(130) 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 생성 회로(300)는 상기 상부 하우징(120) 상의 상기 챔버(100) 외곽에 배치될 수 있다. 상기 플라즈마(301)는 상기 하부 하우징(110)과 상기 윈도우(130) 사이에 원격으로 유도될 수 있다. 상기 플라즈마(301)는 상기 기판(W) 상에 형성될 수 있다.
도 2는 도 1의 플라즈마 생성 회로(300)의 일 예를 보여준다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 생성 회로(300)는 상기 기판(W)의 중심과 가장자리 상의 가스에 대해 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)를 개별적으로 제공할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 상기 기판(W)의 중심과 가장자리 상에 상기 플라즈마(301)를 생성할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 플라즈마 생성 회로(300)는 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워 소스들(312, 314), 제 1 및 제 2 매쳐들(322, 324), 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334), 제 1 및 제 2 인덕터들(342, 344), 및 제 1 및 제 2 커패시터들(352, 354)을 각각 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 고주파 파워 소스들(312, 314)은 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)을 각각 생성할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)에 각각 제공될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 매쳐들(322, 324)은 상기 제1 및 제 2 고주파 파워 소스들(312, 314)에 각각 연결될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 매쳐들(322, 324)은 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)의 임피던스들을 각각 매칭시킬 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)은 상기 윈도우(130)와 상기 상부 하우징(120) 사이에 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 제 1 안테나(332)는 상기 기판(W)의 중심 상에 배치될 수 있다. 상기 제 2 안테나(334)는 기판(W)의 가장자리 상에 배치될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)은 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)은 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)을 상기 기판(W) 상의 상기 가스에 제공할 수 있다.
상기 플라즈마(301)의 에너지 및/또는 세기는 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)에 비례할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 플라즈마(301)의 에너지 및/또는 세기는 상기 기판(W)의 식각율과 비례할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 안테나(332)는 상기 제 1 고주파 파워(311)를 이용하여 상기 기판(W)의 중심의 식각율을 제어할 수 있다. 상기 제 2 안테나(334)는 상기 제 2 고주파 파워(313)를 이용하여 상기 기판(W)의 가장자리의 식각율을 제어할 수 있다. 이와 달리, 상기 플라즈마(301)의 에너지 및/또는 세기는 상기 기판(W) 상의 박막(thin film)의 증착율과 비례할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)은 서로 인접한 거리 내에 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)은 서로 인접한 거리 내에 결합(coupled)될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)은 제 1 상호 인덕턴스(M1)를 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)의 코일링 방향은 도 2의 포인트들로 표시될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)은 동일한 방향으로 코일링 및/또는 턴(coiled and/or turned) 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 인덕터들(342, 344)은 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)을 상기 제 1 및 제 2 매쳐들(322, 324)에 각각 연결할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 인덕터들(342, 344)은 서로 인접한 거리 내에 결합(coupled)될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 인덕터들(342, 344)은 제 2 상호 인덕턴스(M2)를 가질 수 있다. 상기 제 2 상호 인덕턴스(M2)는 상기 제 1 상호 인덕턴스(M1)를 상쇄시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 상호 인덕턴스(M2)는 상기 제 1 상호 인덕턴스(M1)와 동일한 절대 값을 가질 수 있다. 상기 제 2 상호 인덕턴스(M2)가 음의 값을 가질 경우, 상기 제 1 상호 인덕턴스(M1)은 양의 값을 가질 수 있다. 반대로, 상기 제 2 상호 인덕턴스(M2)가 양의 값을 가질 경우, 상기 제 1 상호 인덕턴스(M1)은 음의 값을 가질 수 있다. 상기 제 1 상호 인덕턴스(M1)는 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)의 간섭을 발생시킬 수 있다. 상기 제 1 상호 인덕턴스(M1)가 제 2 상호 인덕턴스(M2)에 의해 상쇄될 경우, 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)의 간섭은 제거될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 및 제 2 매쳐들(322, 324)은 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)의 임피던스를 안정적으로 매칭시킬 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 인덕터들(342, 344)의 코일된 및/또는 결합된 방향과 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)의 코일된 및/또는 결합된 방향과 다를 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 인덕터들(342, 344)의 코일링 방향은 도 1 및 도 2의 포인트들로 표시될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 인덕터들(342, 344)은 서로 다른 방향으로 코일링 및/또는 감길(coiled and/or winded) 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 인덕터들(342, 344) 각각의 턴 수(turned number)는 서로 동일할 수 있다. 제 1 및 상기 제 2 인덕터들(342, 344)의 턴 수는 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)의 턴 수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 인덕터들(342, 344)의 각각은 약 4회의 턴 수들을 가질 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 커패시터들(352, 354)은 상기 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)과 접지 사이에 각각 연결될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 커패시터들(352, 354)은 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)의 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)의 임피던스를 조절할 수 있다. 이와 달리, 상기 제 1 및 제 2 커패시터들(352, 354)은 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)의 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 커패시터들(352, 354)의 각각은 약 50pF 내지 약 2000pF 정도의 커패시턴스를 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 제 1 및 제 2 커패시터들(352, 354)은 상기 플라즈마(301)의 이그니션을 제어할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 전류 측정기들(410, 420)은 상기 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)과 상기 제 1 및 제 2 인덕터들(342, 344) 사이에 각각 배치될 수 있다. 상기 제 1 전류 측정기(410)는 상기 제 1 안테나(332) 내의 상기 제 1 고주파 파워(311)의 제 1 전류를 측정할 수 있다. 상기 제 2 전류 측정기(420)는 상기 제 2 안테나(334) 내의 상기 제 2 고주파 파워(313)의 제 2 전류를 측정할 수 있다.
제어 부(미도시)는 상기 제 1 및 제 2 전류들의 전류 비와 상기 전류 비에서의 전류 위상 차이를 계산할 수 있다. 예를 들어, 상기 전류 비가 표준 값 및/또는 최소값일 때, 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 상기 식각률 차이 없이 상기 기판(W)을 식각할 수 있다. 이하, 상기 식각률 차이를 제거하는 방법은 후술될 반도체 소자의 제조방법을 통해 보다 상세하게 설명될 수 있다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 처리 장치(10a)를 이용한 반도체 소자의 제조방법(S100)을 보여준다. 본 발명의 반도체 소자의 제조방법은 식각 방법과 증착 방법을 포함할 수 있다.
도 2및 도 3을 참조하면, 본 발명의 반도체 소자의 제조방법(S100)은, 가스를 제공하는 단계(S110), 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)을 제공하는 단계(S120), 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)의 전류 위상 차이를 변화(sweep)하는 단계(S130), 제 1 및 제 2 전류들을 측정하는 단계(S140), 전류 비 내에 표준 값이 있는지를 판별하는 단계(S150), 제 1 전류 위상 차이를 계산하는 단계(S160), 기판(W)을 식각하는 단계(S170), 식각률 균일도(uniformity)를 획득하는 단계(S180), 상기 식각률 균일도가 문턱 값 이상인지를 판별하는 단계(S190) 및 제 2 전류 위상 차이를 샘플링하는 단계(S200)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 가스 공급 부(200)는 상기 챔버(100) 내에 상기 가스를 제공한다(S110). 상기 가스가 제공되기 전에 상기 기판(W)은 상기 챔버(100) 내의 상기 정전 척(140) 상에 제공될 수 있다. 상기 기판(W)은 폴리 실리콘 또는 실리콘 산화막을 포함하고, 상기 가스는 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 산소(O2) 가스, 불산(HF) 가스, 염소(Cl2) 가스, 육불화황(SF6) 가스, 매틸렌(CH3) 가스 또는 사불화탄소(CF4) 가스를 포함할 수 있다.
다음, 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워 소스들(312, 314)은 상기 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334) 내에 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)을 공급한다(S120). 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 동일한 세기, 에너지 및/또는 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)의 각각은 약 100W 내지 약 100KW의 에너지와, 약 100KHz 내지 약 100MHz의 주파수를 가질 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 서로 동일한 주파수 및/또는 주기의 상기 제 1 및 제 2 전류들을 각각 가질 경우, 제 1 및 제 2 전류들의 위상들은 동일할 수 있다. 이와 달리, 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 서로 동일한 주파수 및/또는 주기의 상기 제 1 및 제 2 전류들을 각각 가질 경우, 상기 제 1 및 제 2 전류들의 위상들은 서로 다를 수 있다. 이하, 서로 다른 위상의 제 1 및 제 2 전류들을 갖는 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)에 대해 설명한다.
도 4는 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)의 전류 위상 차이(Δф)를 보여준다.
도 2내지 도 4를 참조하면, 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워 소스들(312, 314)은 제1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)의 전류 위상 차이(Δф)를 변화(sweep)한다(S130). 상기 전류 위상 차이(Δф)는 0° 내지 360°(2π) 내에서 변화될 수 있다. 상기 제 1 고주파 파워(311)는 상기 제 1 전류 위상(311a)을 갖고, 상기 제 2 고주파 파워(313)는 상기 제 2 전류 위상(313a)을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 전류 위상 차이(Δф)를 가질 수 있다. 상기 전류 위상 차이(Δф)는 상기 제 1 전류 위상(311a)의 양의 피크와 상기 제 2 전류 위상(313a)의 양의 피크 사이의 각도 차이로 정의될 수도 있다. 이와 달리, 상기 전류 위상 차이(Δф)는 상기 제 1 전류 위상(311a)의 노드와 상기 제 2 전류 위상(313a)의 노드 사이의 각도 차이로 정의될 수 있다.
도 5는 도 1의 기판(W)의 위치에 따른 전자기장의 세기(|Htotal|2)를 보여준다.
도 5를 참조하면, 상기 기판(W)의 전체 전기장 세기(|Htotal|2= (Hin)2 + 2HinHoutCos(Δф) + (Hout)2)는 상기 기판(W)의 중심 전기장 세기((Hin)2), 상기 기판(W)의 중간 영역(mid-zone) 전기장 세기(2HinHoutCos(Δф)) 및 상기 기판(W)의 가장자리 전기장 세기((Hout)2)의 합을 계산될 수 있다. 상기 전체 전기장 세기(Htotal|2)는 상기 기판(W)의 전체 전기장(Htotal)의 절대 값의 제곱으로 계산되고, 상기 중심 전기장 세기((Hin)2)는 중심 전기장(Hin)의 제곱으로 계산되고, 상기 가장자리 전기장 세기((Hout)2)는 가장자리 전기장(Hout)의 제곱으로 계산되고, 상기 중간 영역 전기장 세기(2HinHoutCos(Δф))는 상수(ex, 2), 상기 중심 전기장(Hin), 상기 가장자리 전기장(Hout) 및 상기 전류 위상 차이(Δф)의 코사인 값의 곱으로 계산될 수 있다.
만약, 상기 중심 전기장 세기((Hin)2)와 상기 가장자리 전기장 세기((Hout)2)가 서로 동일할 경우, 상기 중간 영역 전기장 세기(2HinHoutCos(Δф))는 상기 전류 위상 차이(Δф)에 따라 상기 중심 전기장 세기((Hin)2) 또는 상기 가장자리 전기장 세기((Hout)2)보다 2배로 빠르게 증가하거나 작아질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 중간 영역 전기장 세기(2HinHoutCos(Δф))는 전류 위상 차이(Δф)에 따라 상기 중심 전기장 세기((Hin)2), 또는 상기 가장자리 전기장 세기((Hout)2)보다 급격히 변화될 수 있다. 일 예에 따르면, 전류 위상 차이(Δф)가 적절히 조절되면, 상기 중간(mid zone)의 전기장 세기(2HinHoutCos(Δф))은 상기 기판(W)의 중심 전기장 세기((Hin)2), 또는 상기 기판(W)의 가장자리 전기장 세기((Hout)2)와 동일할 수 있다. 상기 기판(W) 전체의 전기장의 세기(Htotal|2)는 균일할 수 있다. 상기 기판(W) 전체의 전기장의 세기(Htotal|2)가 균일하면, 상기 기판(W)의 위치에 따른 식각률 차이는 제거될 수 있다. 상기 기판(W)이 약 15cm의 반경을 가질 경우, 상기 기판(W)의 중간 영역은 상기 기판(W)의 반지름 방향으로 중심으로부터 약 5cm 내지 약 10cm 사이의 거리의 영역일 수 있다.
도 6은 도 5의 전류 위상 차이(Δф)에 따른 기판(W)의 중심 식각률(510)과 가장자리 식각률(520)을 보여준다.
도 6을 참조하면, 상기 전류 위상 차이(Δф)가 약 100° 내지 약 170°일 때, 상기 기판(W)의 중심 식각률(510)과 가장자리 식각률(520)은 거의 동일해질 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 중심 식각률(510)과 상기 가장자리 식각률(520)이 동일하면, 상기 기판(W)의 중간 영역(mid-zone) 식각률은 상기 중심 식각률(510) 또는 상기 가장자리 식각률(520)과 거의 동일할 수 있다. 상기 기판(W)의 중간 영역(mid-zone) 식각률은 상기 기판(W)의 중심(center)과 가장자리(edge) 사이의 중간 영역에서의 상기 기판(W)의 식각률일 수 있다.
도 7은 도 5의 전류 위상 차이(Δф)에 따른 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334) 내의 제 1 및 제 2 전류들(530, 540)과 그들의 전류 비(550)를 보여준다.
도 3및 도 7을 참조하면, 상기 제 1 및 제 2 전류 측정기들(410, 420)은 상기 제 1 및 제 2 전류들(530, 540)을 각각 측정하고(S140), 제어 부(도시하지 않음)는 상기 전류 비(550)를 계산한다. 상기 제 1 및 제 2 전류들(530, 540)의 각각은 약 20 A 내지 약 40 A 내에서 변화될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 전류들(530, 540)의 각각은 평균 값들일 수 있다. 상기 전류 비(550)는 상기 제 1 전류(530)을 상기 제 2 전류(540)로 나눈 값으로 정의될 수 있다.
다음, 제어부는 전류 비(550) 내에 표준 값 및/또는 최소 값이 있는지를 판별한다(S150). 상기 전류 위상 차이(Δф)가 약 100° 내지 약 170°일 때, 상기 전류 비(550)는 약 0.8일 수 있다. 상기 0.8은 표준 값(standard value)일 수 있다. 이와 달리, 상기 전류 비(550)는 최소 값일 수 있다. 즉, 상기 전류 비(550)가 표준 값 및/또는 최소 값일 때, 상기 전류 위상 차이(Δф)는 도 6의 식각률 차이를 제거하기 위한 약 100° 내지 약 170°일 수 있다.
상기 전류 비(550) 내에 상기 표준 값 및/또는 최소 값이 없을 경우, 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)의 전류 위상 차이를 변화하는 단계(S130), 제 1 및 제 2 전류들(530, 540)을 측정하는 단계(S140) 및 전류 비(550) 내에 표준 값이 있는지를 판별하는 단계(S150)는 재 수행될 수 있다.
상기 전류 비(550) 내에 상기 표준 값 및/또는 최소 값이 있을 경우, 상기 제어 부는 상기 표준 값의 상기 전류 비(550)에서의 상기 제 1 및 제 2 전류들(530, 540)의 제 1 전류 위상 차이를 계산한다(S160). 상기 제 1 전류 위상 차이는 약 100° 내지 170°로 계산될 수 있다. 상기 제 1 전류 위상 차이의 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 상기 기판(W)의 식각률 차이를 제거하거나 감소시킬 수 있다.
이후, 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)은 상기 계산된 제 1 전류 위상 차이의 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)을 이용하여 상기 기판(W)을 식각한다(S170). 따라서, 상기 표준 값의 제 1 전류 위상 차이를 갖는 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 상기 기판(W)의 위치에 따른 식각률 차이를 제거 및/또는 감소시킬 수 있다.
그리고, 측정 장치(미도시)는 상기 기판(W)의 위치에 따라 그의 식각률을 측정하고, 상기 제어 부는 상기 기판(W)의 식각률 균일도를 획득한다(S180). 식각률 균일도는 기판(W)의 위치에 따른 모양 또는 퍼센터로 획득될 수 있다.
도 8은 기판(W)의 M-모양 식각률 균일도(560)와 평탄한 식각률 균일도(570)를 보여준다.
도 2, 도 3 및 도 8을 참조하면, 상기 제 1 전류 위상 차이로 제어되는 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 상기 기판(W)을 지름 방향에 대해 거의 평탄한 식각률 균일도(570)로 식각할 수 있다. 상기 제 1 전류 위상 차이로 제어되지 않는 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)은 상기 기판(W)을 지름 방향에 대해M 모양(shape)의 식각률 균일도(560)로 식각할 수 있다.
다음, 상기 제어 부는 상기 식각률 균일도가 문턱 값 이상인지를 판별한다(S190). 상기 문턱 값은 약 99.5%일 수 있다. 상기 식각률 균일도가 문턱 값 이상이면, 상기 식각률 균일도를 조정하는 단계(S190)는 종료될 수 있다. 이후, 상기 플라즈마 처리 장치(10a)는 상기 제 1 전류 위상 차이를 갖는 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)을 이용하여 식각률 차이 없이 상기 기판(W)을 식각할 수 있다. 상기 기판(W)은 식각될 복수의 기판들을 포함할 수 있다.
상기 식각률 균일도가 문턱 값 이하이면, 제어 부는 제 1 전류 위상 차이와 다른 제 2 위상 차이를 샘플링한다(S200). 상기 제 2 전류 위상 차이는 상기 제 1 전류 위상 차이이의 근사치(approximate value)로 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전류 위상 차이는 약 100° 내지 약 170° 내에서 선택될 수 있다. 이와 달리, 상기 제 2 전류 위상 차이는 약 0° 내지 약 360° 내에서 선택될 수 있다.
이후, 제 1 및 제 2 안테나들(332, 334)은 제 2 위상 차이를 갖는 제 1 및 제 2 고주파 파워들(311, 313)을 이용하여 기판(W)을 식각한다(S170). 상기 식각률 균일도가 문턱 값 이상일 때까지, 상기 기판(W)을 식각하는 단계(S170), 상기 식각률 균일도를 획득하는 단계(S180), 상기 식각률 균일도가 문턱값 이상인지를 판별하는 단계(S190) 및 상기 제 2 위상 차이를 샘플링하는 단계(S200)는 반복적으로 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 반도체 소자의 제조방법(S100)은 상기 기판(W)의 식각률 차이를 제거 및/또는 감소시킬 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (10)
- 제 1 및 제 2 안테나들에 제공되는 제 1 및 제 2 고주파 파워들의 전류 위상 차이를 변화하는 단계;
상기 제 1 및 제 2 안테나들 내에 흐르는 제 1 및 제 2 전류들을 측정하여 전류 비를 계산하는 단계;
상기 계산된 전류 비가 표준 값인지를 판단하는 단계; 및
상기 전류비가 상기 표준 값이면, 상기 표준 값의 상기 전류비에서의 상기 제 1 및 제 2 전류들의 제 1 전류 위상 차이를 계산하는 단계;
상기 제 1 전류 위상 차이의 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들을 이용하여 기판을 식각하는 단계;
식각률 균일도를 획득하는 단계;
상기 식각률 균일도가 문턱 값 이상인지를 판단하는 단계;
상기 식각률 균일도가 상기 문턱 값 이상이 아니면 상기 제 1 전류 위상 차이의 근사치로 상기 제 2 전류 위상 차이를 선택하는 단계;
상기 선택된 제 2 전류 위상 차이의 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들을 이용하여 상기 기판을 식각하는 단계; 및
상기 식각률 균일도가 상기 문턱 값 이상이 될 때까지 상기 식각률 균일도를 획득하는 단계, 상기 식각률 균일도가 상기 문턱 값 이상인지를 판단하는 단계, 상기 식각률 균일도가 상기 문턱 값 이상이 아니면 상기 제 1 전류 위상 차이의 근사치로 상기 제 2 전류 위상 차이를 선택하는 단계, 그리고 상기 선택된 제 2 전류 위상 차이의 상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들을 이용하여 상기 기판을 식각하는 단계를 반복적으로 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 고주파 파워들은 서로 동일한 주파수와 에너지를 갖는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전류 위상 차이는 100도 내지 170도인 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 문턱 값은 99.5%인 반도체 소자의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
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