KR20140112710A - 유도결합형 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

유도결합형 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

유도결합형 플라즈마 처리 장치는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하며 상부에 윈도우가 형성된 챔버, 상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하며 제1 고주파 신호가 인가되는 하부 전극을 갖는 기판 스테이지, 상기 윈도우를 사이에 두고 상기 하부 전극과 대향하도록 상기 챔버 외부에 배치되며 제2 고주파 신호가 인가되는 상부 전극, 상기 챔버 내부에서 상기 윈도우를 커버하는 도전성 쉴드 부재, 및 상기 제2 고주파 신호와 동기화된 쉴드 신호를 상기 쉴드 부재에 인가하는 쉴드 전원 공급부를 포함한다.

Description

유도결합형 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법{INDUCTIVELY COUPLED PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 유도결합형 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치는 반도체 장치나 평판 패널 디스플레이의 제조 과정에 있어서 에칭, 증착, 산화, 스퍼터링 등의 처리를 위해 사용될 수 있다. 특히, 유도결합형 플라즈마 처리 장치에 있어서, 챔버 상부의 유전체로서의 윈도우 상에 배치된 고주파 안테나에 플라즈마 생성용 고주파 전력을 인가하면, 상기 윈도우를 매개로 하여 상기 챔버 내부에 전계가 형성될 수 있다. 이러한 전계에 의해 처리 가스는 이온화되어 플라즈마를 생성하여 식각 공정을 수행할 수 있다.
특히, MRAM 제조를 위한 자기 터널 접합(MTJ, Magnetic Tunnel Junction) 공정에서, Ru, Ti, Ta, Co, Fe, Pd, Pt 등과 같은 금속물질을 포함하는 물질막을 식각할 때, 고유전율 물질 또는 전도성 부산물들과 같은 공정 부산물들이 상기 윈도우를 포함한 상기 챔버의 측벽 상에 증착되어 전기장 또는 자기장의 전달을 방해하여 공정 불량을 야기할 수 있다. 따라서, 상기 증착된 부산물들을 세정하기 위한 정비가 필요하며, 이러한 정비 주기가 짧아 수율을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명의 일 목적은 수율을 향상시킬 수 있는 유도결합형 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법을 제공하는 데 있다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 유도결합형 플라즈마 처리 장치는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하며 상부에 윈도우가 형성된 챔버, 상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하며 제1 고주파 신호가 인가되는 하부 전극을 갖는 기판 스테이지, 상기 윈도우를 사이에 두고 상기 하부 전극과 대향하도록 상기 챔버 외부에 배치되며 제2 고주파 신호가 인가되는 상부 전극, 상기 챔버 내부에서 상기 윈도우를 커버하는 도전성 쉴드 부재, 및 상기 제2 고주파 신호와 동기화된 쉴드 신호를 상기 쉴드 부재에 인가하는 쉴드 전원 공급부를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 고주파 신호는 온 구간 및 오프 구간을 갖는 펄스 신호이고, 상기 쉴드 신호는 상기 제2 고주파 신호의 오프 구간 내에 온 구간을 갖는 펄스 신호일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 쉴드 신호는 AC 전력 신호 또는 DC 전력 신호를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 쉴드 부재는 상기 상부 전극에 의해 생성된 자기장을 통과시키기 위한 다수개의 슬릿들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 윈도우는 절연 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 유도결합형 플라즈마 처리 장치는 상기 챔버 내에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 유도결합형 플라즈마 처리 장치는 상기 챔버 내의 가스를 배출하기 위한 배기부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 유도결합형 플라즈마 처리 장치는 상기 제1 고주파 신호를 인가하는 제1 고주파 전원 공급부 및 상기 제2 고주파 신호를 인가하는 제2 고주파 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 유도결합형 처리 장치는 서로 동기화된 제2 고주파 제어 신호 및 쉴드 제어 신호를 생성시키는 신호 발생기를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 기판은 적층된 자성 물질막들을 포함하고, 상기 기판 상에 플라즈마 식각 공정을 수행하여 자기 터널 접합 구조물을 갖는 자성 패턴을 형성할 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상부에 윈도우가 형성된 챔버, 상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하며 하부 전극을 갖는 기판 스테이지, 상기 윈도우를 사이에 두고 상기 하부 전극과 대향하도록 상기 챔버 외부에 배치되는 상부 전극, 및 상기 챔버 내부에서 상기 윈도우를 커버하는 도전성 쉴드 부재를 포함하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치를 마련한다. 상기 챔버 내에 기판을 로딩한다. 상기 기판 상에 공정 가스를 공급한다. 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 제1 및 제2 고주파 신호들을 각각 인가하여 상기 기판 상에 플라즈마 공정을 수행한다. 상기 플라즈마 공정 수행 중에 상기 제2 고주파 신호와 동기화된 쉴드 신호를 상기 도전성 쉴드 부재에 인가한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 고주파 신호는 온 구간 및 오프 구간을 갖는 펄스 신호이고, 상기 쉴드 신호는 상기 제2 고주파 신호의 오프 구간 내에 온 구간을 갖는 펄스 신호일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 쉴드 신호는 AC 전력 신호 또는 DC 전력 신호를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 공정 가스를 공급하는 단계는 상기 챔버 내에 에칭 가스를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상기 챔버 내의 가스를 배출하여 상기 챔버 내의 압력을 기 설정된 값으로 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 유도결합형 챔버의 상부벽을 구성하는 윈도우를 커버하도록 상기 챔버 내에 도전성 쉴드 부재를 설치하고, 상기 도전성 쉴드 부재에 상부 전극에 인가되는 고주파 신호와 동기된 쉴드 신호를 인가하여 상기 쉴드 부재에 전기장을 발생시킬 수 있다.
따라서, 플라즈마 공정 진행 중에 공정 부산물들이 상기 윈도우 상에 증착되는 것을 방지하고 증착된 부산물들을 제거할 수 있고, 소스 파워의 오프 주기에만 인가되어 아킹(arcing) 발생을 방지하고 코일 안테나와의 간섭을 회피할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 챔버의 정비 주기를 증가시키고 플라즈마 공정에 의한 챔버의 손상을 감소시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 상부 전극 및 도전성 쉴드 부재에 각각 인가되는 고주파 신호와 쉴드 신호의 동기 관계를 나타내는 파형도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3 및 도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 상부 전극 및 도전성 쉴드 부재에 각각 인가되는 고주파 신호와 쉴드 신호의 동기 관계를 나타내는 파형도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(100)는 챔버(110), 하부 전극(124)을 갖는 기판 스테이지(120), 상부 전극(140), 도전성 쉴드 부재(200), 및 쉴드 전원 공급부(210)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는 유도결합형 플라즈마 에칭 장치로 구성될 수 있다. 챔버(110)는 기판 상에 플라즈마 처리를 수행하기 위하여 밀폐된 공간을 제공할 수 있다.
챔버(110) 내부에는 상기 기판을 지지하는 기판 스테이지(120)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 기판 스테이지(120)는 반도체 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 서셉터로서 원판 형상의 하부 전극(124)을 포함할 수 있다. 하부 전극(124)은 지지 부재(122)에 의해 상하로 이동 가능하도록 지지될 수 있다.
챔버(110)의 하부에는 배기구(114)가 설치되고, 배기구(114)에는 배기관(116)을 통해 배기부(118)가 연결될 수 있다. 상기 배기부는 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 포함하여 챔버(110) 내부의 처리 공간을 원하는 진공도의 압력으로 조절할 수 있다. 챔버(110)의 측벽에는 반도체 웨이퍼(W)의 출입을 위한 게이트(112)가 설치될 수 있다.
하부 전극(124)의 상부면에는 웨이퍼 흡착용 정전 척(126)이 설치될 수 있다. 정전 척(126)은 유전체층 내부에 시트 형상 또는 그물 형성의 전도체를 포함할 수 있다. 상기 전도체는 직류 전원(도시되지 않음)으로부터 공급되는 직류 전압에 의해, 반도체 웨이퍼(W)를 흡착 및 유지할 수 있다.
하부 전극(124)의 상부면에는 반도체 웨이퍼(W)가 탑재되고, 반도체 웨이퍼(W) 둘레에 포커스 링(128)이 장착될 수 있다. 하부 전극(124)은 반도체 웨이퍼(W)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 또한, 하부 전극(124)은 내부에 냉각을 위한 순환 채널(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 또한, 웨이퍼 온도의 정밀도를 위해, He 가스와 같은 냉각 가스가 정전 척(126)과 반도체 웨이퍼(W) 사이에 공급될 수 있다.
챔버(110)의 상부에는 챔버(110)의 상부에는 윈도우(130)가 구비될 수 있다. 윈도우(130)는 챔버(110)의 상부 전체 또는 일부를 구성할 수 있다. 예를 들면, 윈도우(130)는 알루미나(Al2O3)와 같은 절연 물질을 포함할 수 있다. 플라즈마 처리 장치(100)는 가스 공급부(160)를 더 포함할 수 있다. 공정 가스는 가스 공급부(160)로부터 가스 공급관(162)을 통해 챔버(110) 내로 공급될 수 있다.
상부 전극(140)은 윈도우(130)를 사이에 두고 하부 전극(124)과 대향하도록 챔버(110) 외부에 배치될 수 있다. 상부 전극(140)은 고주파 안테나를 포함할 수 있다. 상기 고주파 안테나는 유도결합형 안테나일 수 있다.
플라즈마 처리 장치(100)는 하부 전극(124)에 제1 고주파 신호를 인가하는 제1 고주파 전원 공급부(150) 및 상부 전극(140)에 제2 고주파 신호를 인가하는 제2 고주파 전원 공급부(152)를 더 포함할 수 있다. 제1 고주파 전원 공급부(150)는 제1 고주파 전원 및 제1 정합기를 포함할 수 있다. 제2 고주파 전원 공급부(152)는 제2 고주파 전원 및 제2 정합기를 포함할 수 있다.
플라즈마 처리 장치(100)는 제1 및 제2 고주파 전원 공급부들(150, 152)을 제어하기 위한 제어부(300)를 포함할 수 있다. 제어부(300)는 마이크로컴퓨터 및 각종 인터페이스를 포함하고, 외부 메모리 또는 내부 메모리에 저장되는 프로그램 및 레시피 정보에 따라 상기 플라즈마 처리 장치의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(300)는 제1 고주파 제어 신호를 생성하는 제1 신호 발생기(310) 및 제2 고주파 제어 신호를 생성하는 제2 신호 발생기(320)를 포함할 수 있다. 제1 고주파 전원 공급부(150)는 상기 제1 고주파 제어 신호에 따라 상기 제1 고주파 신호를 하부 전극(124)에 인가할 수 있다. 제2 고주파 전원 공급부(152)는 상기 제2 고주파 제어 신호에 따라 상기 제2 고주파 신호를 상부 전극(140)에 인가할 수 있다.
상기 제1 및 제2 고주파 신호들은 소정의 주파수(예를 들면, 13.56 Mhz)를 갖는 고주파 전력일 수 있다. 상기 제1 및 제2 고주파 신호들 각각은 온 구간 및 오프 구간을 갖는 펄스 신호일 수 있다. 상기 제1 및 제2 고주파 신호들은 서로 동일한 위상 또는 일정한 위상차를 가지고 하부 전극(124) 및 상부 전극(140)에 각각 인가될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 도전성 쉴드 부재(200)는 윈도우(130)를 커버하도록 챔버(110) 내부에 설치될 수 있다. 도전성 쉴드 부재(200)는 윈도우(130)의 형상과 대응하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 윈도우(130)가 원형의 플레이트 형상을 가질 때, 도전성 쉴드 부재(200)는 원형의 플레이트 형상을 가질 수 있다.
쉴드 전원 공급부(210)는 상기 제2 고주파 신호와 동기화된 쉴드 신호를 쉴드 부재(200)에 인가할 수 있다. 상기 쉴드 신호는 AC 전력 또는 DC 전력일 수 있다. 도전성 쉴드 부재(200)에 AC 전력 또는 DC 전력이 인가되면, 쉴드 부재(200)에는 전기장이 발생될 수 있다.
도전성 쉴드 부재(200)는 상부 전극(140)에 의해 생성된 자기장을 통과시키기 위한 다수개의 슬릿들(202)을 포함할 수 있다. 도전성 쉴드 부재(200)는 알루미늄 등과 같은 금속을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(300)의 제2 신호 발생기(320)는 제2 고주파 신호 발생기(322) 및 쉴드 신호 발생기(324)를 포함할 수 있다. 제2 고주파 신호 발생기(322)는 제2 고주파 제어 신호를 생성하고, 쉴드 신호 발생기(324)는 상기 제2 고주파 제어 신호에 동기화된 쉴드 제어 신호를 생성할 수 있다. 쉴드 전원 공급부(210)는 상기 쉴드 제어 신호에 따라 상기 쉴드 신호를 쉴드 부재(200)에 인가할 수 있다.
상기 쉴드 신호는 고전압 저전류 신호일 수 있다. 상기 쉴드 신호는 상기 제2 고주파 신호와 동기화된 펄스 신호일 수 있다. 상기 쉴드 신호는 상기 제2 고주파 신호에 대해 일정한 위상차를 가지고 쉴드 부재(200)에 인가될 수 있다. 상기 쉴드 신호는 상기 제2 고주파 신호의 오프 구간의 시작 시점과 종료 시점 사이의 특정 구간에서만 소정 레벨의 펄스 신호일 수 있다.
예를 들면, 상기 쉴드 신호는 상기 제2 고주파 신호의 오프 구간 내에서 온 상태를 유지할 수 있다. 이와 다르게, 상기 쉴드 신호는 하이 레벨/로우 레벨을 갖는 펄스 신호일 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 제2 고주파 신호가 온(ON) 상태인 구간에서는 상기 쉴드 신호는 로우 레벨을 유지하고, 상기 제2 고주파 신호가 오프(OFF) 상태인 구간에서는 상기 쉴드 신호는 일정 주기동안 하이 레벨을 유지할 수 있다.
도 3 및 도 4는 예시적인 실시예들에 따른 상부 전극에 인가되는 고주파 신호와 도전성 쉴드 부재에 인가되는 쉴드 신호의 타이밍을 나타내는 그래프들이다.
도 3을 참조하면, 상부 전극(140)에 인가되는 고주파 신호의 전압(Vrf)이 온(ON) 상태인 구간에서는 도전성 쉴드 부재(200)에 인가되는 쉴드 신호의 전압(Vs)은 오프(OFF) 상태일 수 있다. 상기 고주파 신호의 전압(Vrf)이 오프(OFF) 상태인 구간 내에서 상기 쉴드 신호의 전압(Vs)은 일정 주기동안 온(ON) 상태일 수 있다.
상기 쉴드 신호는 AC 전력이고, 상기 제2 고주파 신호와 동기되어 쉴드 부재(200)에 인가될 수 있다. 상기 쉴드 신호는 제2 고주파 신호의 오프(OFF) 구간에만 선택적으로 쉴드 부재(200)에 인가될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도전성 쉴드 부재(200)에 인가되는 쉴드 신호는 DC 전력일 수 있다. 상부 전극(140)에 인가되는 고주파 신호의 전압(Vrf)이 오프(OFF) 상태인 구간 내에서 상기 쉴드 신호의 전압(Vs)은 일정 주기동안 온(ON) 상태일 수 있다.
상술한 바와 같이, 도전성 쉴드 부재(200)에 인가되는 쉴드 신호는 상부 전극(140)에 인가되는 제2 고주파 신호와 동기되어 쉴드 부재(200)에 인가될 수 있다. 상기 쉴드 신호는 제2 고주파 신호의 오프(OFF) 구간에만 선택적으로 쉴드 부재(200)에 인가될 수 있다.
따라서, 플라즈마 공정 진행 중에 공정 부산물들이 챔버(110)의 상부벽을 구성하는 윈도우(130) 상에 증착되는 것을 방지하고 증착된 부산물들을 제거할 수 있고, 소스 파워의 오프 주기에만 인가되어 아킹(arcing) 발생을 방지하고 코일 안테나와의 간섭을 회피할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 챔버의 정비 주기를 증가시키고 플라즈마 공정 수행에 의한 손상을 감소시킬 수 있다.
이하에서는, 도 1의 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 유도결합형 플라즈마 챔버(110) 내에 기판을 로딩한 후(S100), 상기 기판 상에 공정 가스를 공급할 수 있다(S110).
먼저, 게이트(112)를 통해 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(110) 내의 정전 척(126) 상에 로딩할 수 있다. 가스 공급부(160)로부터 공정 가스(예를 들면, 에칭 가스)를 챔버(110) 내에 도입하고, 배기부(118)에 의해 챔버(110) 내의 압력을 기 설정된 값으로 조정할 수 있다.
이후, 하부 전극(124) 및 상부 전극(140)에 제1 및 제2 고주파 신호들을 각각 인가하여 상기 기판 상에 플라즈마 공정을 수행할 수 있다(S120).
제1 고주파 전원 공급부(150)는 제어부(300)의 제어 신호에 따라 바이어스 제어용 제1 고주파 신호를 하부 전극(124)에 공급하고, 제2 고주파 전원 공급부(152)는 플라즈마 생성용 제2 고주파 신호를 상부 전극(140)에 공급할 수 있다.
이 때, 상기 제1 및 제2 고주파 신호들 각각은 온 구간 및 오프 구간을 갖는 펄스 신호일 수 있다. 상기 제1 및 제2 고주파 신호들은 서로 동일한 위상 또는 일정한 위상차를 가지고 하부 전극(124) 및 상부 전극(140)에 각각 인가될 수 있다.
상기 에칭 가스는 하부 전극(124) 및 상부 전극(140) 사이에 고주파 방전에 의해 플라즈마화되고, 이러한 플라즈마에서 생성된 래디컬이나 이온에 의해 반도체 웨이퍼(W) 상의 피가공 막이 원하는 패턴으로 식각될 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼(W) 상에는 적층된 자성 물질막들을 포함하고, 이러한 플라즈마 식각 공정에 의해 자기 터널 접합(MTJ, Magnetic Tunnel Junction) 구조물을 갖는 자성 패턴을 형성할 수 있다.
이어서, 이러한 플라즈마 공정을 수행하는 동안, 상기 제2 고주파 신호와 동기화된 쉴드 신호를 도전성 쉴드 부재(200)에 인가할 수 있다(S130).
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(300)의 제2 신호 발생기(320)는 제2 고주파 신호 발생기(322) 및 쉴드 신호 발생기(324)를 포함할 수 있다. 제2 고주파 신호 발생기(322)는 제2 고주파 제어 신호를 생성하고, 쉴드 신호 발생기(324)는 상기 제2 고주파 제어 신호에 동기화된 쉴드 제어 신호를 생성할 수 있다. 쉴드 전원 공급부(210)는 상기 쉴드 제어 신호에 따라 상기 쉴드 신호를 쉴드 부재(200)에 인가할 수 있다.
상기 쉴드 신호는 고전압 저전류 신호일 수 있다. 상기 쉴드 신호는 상기 제2 고주파 신호와 동기화된 펄스 신호일 수 있다. 상기 쉴드 신호는 상기 제2 고주파 신호에 대해 일정한 위상차를 가지고 쉴드 부재(200)에 인가될 수 있다. 예를 들면, 상기 쉴드 신호는 상기 제2 고주파 신호의 오프 구간 내에 온 구간을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 도전성 쉴드 부재(200)에 인가되는 쉴드 신호는 상부 전극(140)에 인가되는 제2 고주파 신호와 동기되어 쉴드 부재(200)에 인가될 수 있다. 상기 쉴드 신호는 제2 고주파 신호의 오프(OFF) 구간에만 선택적으로 쉴드 부재(200)에 인가될 수 있다.
따라서, 플라즈마 공정 진행 중에 공정 부산물들이 챔버(110)의 상부벽을 구성하는 윈도우(130) 상에 증착되는 것을 방지하고 증착된 부산물들을 제거할 수 있고, 소스 파워의 오프 주기에만 인가되어 아킹(arcing) 발생을 방지하고 코일 안테나와의 간섭을 회피할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 챔버의 정비 주기를 증가시키고 플라즈마 공정에 의한 챔버의 손상을 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 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.
100 : 플라즈마 처리 장치 110 : 챔버
112 : 게이트 114 : 배기구
116 : 배기관 118 : 배기부
120 : 기판 스테이지 122 : 지지 부재
124 : 하부 전극 126 : 정전 척
128 : 포커스 링 130 : 윈도우
140 : 상부 전극 150 : 제1 고주파 전원 공급부
152 : 제2 고주파 전원 공급부 160 : 가스 공급부
162 : 가스 공급관 200 : 도전성 쉴드 부재
202 : 슬릿 210 : 쉴드 전원 공급부
300 : 제어부 310 : 제1 신호 발생기
320 : 제2 신호 발생기 322 : 제2 고주파 신호 발생기
324 : 쉴드 신호 발생기

Claims (10)

  1. 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하며, 상부에 윈도우가 형성된 챔버;
    상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하며, 제1 고주파 신호가 인가되는 하부 전극을 갖는 기판 스테이지;
    상기 윈도우를 사이에 두고 상기 하부 전극과 대향하도록 상기 챔버 외부에 배치되며, 제2 고주파 신호가 인가되는 상부 전극;
    상기 챔버 내부에서 상기 윈도우를 커버하는 도전성 쉴드 부재; 및
    상기 제2 고주파 신호와 동기화된 쉴드 신호를 상기 쉴드 부재에 인가하는 쉴드 전원 공급부를 포함하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 고주파 신호는 온 구간 및 오프 구간을 갖는 펄스 신호이고, 상기 쉴드 신호는 상기 제2 고주파 신호의 오프 구간 내에 온 구간을 갖는 펄스 신호인 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 쉴드 신호는 AC 전력 또는 DC 전력을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 쉴드 부재는 상기 상부 전극에 의해 생성된 자기장을 통과시키기 위한 다수개의 슬릿들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 윈도우는 절연 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 내에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 내의 가스를 배출하기 위한 배기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 고주파 신호를 인가하는 제1 고주파 전원 공급부 및 상기 제2 고주파 신호를 인가하는 제2 고주파 전원 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 서로 동기화된 제2 고주파 제어 신호 및 쉴드 제어 신호를 생성시키는 신호 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 적층된 자성 물질막들을 포함하고, 상기 기판 상에 플라즈마 식각 공정을 수행하여 자기 터널 접합 구조물을 갖는 자성 패턴을 형성하는 것을 특징으로 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
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