KR20180080520A - 포커스 링 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 환형의 몸체, 및 상기 몸체의 상부 표면으로부터 소정 높이만큼 돌출된 단위 구조체들을 포함하는 요철 패턴을 포함하는 포커스 링을 제공한다.

Description

포커스 링 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치 {Focus ring and plasma processing apparatus including the same}
본 발명의 기술적 사상은 반도체 제조 공정에 이용되는 포커스 링 및 상기 포커스 링을 포함하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마 공정을 수행하기 위한 포커스 링 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마(Plasma)는 반도체, PDP(Plasma Display Panel), LCD(Liquid Crystal Display), 태양전지(solar cell) 등의 제조공정에 널리 이용되고 있다. 대표적인 플라즈마 공정으로는 건식 식각(Dry Etching), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(Sputtering), 에싱(Ashing) 등이 있다. 통상적으로 CCP(Capacitively Coupled Plasma), ICP(Inductively Coupled Plasma), 헬리콘(Helicon) 플라즈마, 마이크로파(Microwave) 플라즈마 등이 사용되고 있다. 최근, 반도체 제품의 미세화 및 고집적화에 따라, 플라즈마 공정을 이용한 반도체 제조 공정은 균일한 공정 특성을 가질 것이 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마 공정을 이용한 반도체 제조 공정의 공정 특성을 균일하게 할 수 있는 포커스 링, 및 상기 포커스 링을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 환형의 몸체, 및 상기 몸체의 상부 표면으로부터 소정 높이만큼 돌출된 단위 구조체들을 포함하는 요철 패턴을 포함하는 포커스 링을 제공한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 기술적 사상은 챔버, 상기 챔버 내에 장착되는 상부 전극, 상기 챔버 내에 상기 상부 전극과 마주보도록 배치되고, 웨이퍼가 안착되는 하부 전극, 및 상기 하부 전극 상에 상기 웨이퍼의 외주를 둘러싸도록 배치되는 포커스 링을 포함하며, 상기 포커스 링의 상부에는 상기 포커스 링의 상부 표면으로부터 소정 깊이만큼 연장하는 트렌치가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 포커스 링 및 플라즈마 처리 장치에 의하면, 포커스 링은 요철 패턴을 포함하므로, 플라즈마와 물리적 및/또는 화학적으로 반응하는 포커스 링의 표면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 플라즈마에 반응하여 포커스 링의 높이가 낮아지는 속도가 감소하므로, 포커스 링의 사용 주기를 늘릴 수 있고, 포커스 링의 경시 변화로 인하여 웨이퍼의 엣지 영역의 공정 특성이 저하되는 것을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 포커스 링 및 플라즈마 처리 장치에 의하면, 포커스 링은 요철 패턴을 포함하므로, 웨이퍼의 엣지 영역 부근에서 이온 및/또는 라디칼의 컨덕턴스를 향상시킬 수 있다. 따라서, 포커스 링의 사용 주기를 늘리기 위하여 포커스 링의 높이를 좀 더 높이더라도, 웨이퍼의 엣지 영역 부근의 이온 및/또는 라디칼의 컨덕턴스를 일정 수준으로 유지할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 포커스 링의 평면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 포커스 링의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 1c는 플라즈마에 의한 물리적 및/또는 화학적 반응에 따른 통상적인 포커스 링의 경시 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 하부 전극 상에 배치된 본 발명의 일부 실시예들에 따른 포커스 링을 나타내는 단면도이다.
도 2b는 하부 전극 상에 배치된 비교예에 따른 평평한(flat) 표면을 갖는 포커스 링을 나타내는 단면도이다.
도 2c는 도 2a 및 도 2b에 도시된 포커스 링들에 대한 컨덕턴스(Conductance)를 각각 나타내는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 1a의 A-A′에 따른 포커스 링의 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 포커스 링의 일부를 확대하여 나타낸 사시도들이다.
도 5a는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 포커스 링의 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 5b는 하부 전극 상에 배치된 도 5a에 도시된 포커스 링을 나타낸 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 포커스 링의 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 6b는 하부 전극 상에 배치된 도 6a에 도시된 포커스 링을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 포커스 링의 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 포커스 링(100)의 평면도이다. 도 1b는 도 1a에 도시된 포커스 링(100)의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 포커스 링(100)은 환형의 구조를 가지며, 몸체(110)와 요철 패턴(120)을 포함할 수 있다.
포커스 링(100)은 플라즈마 공정을 이용한 반도체 제조 공정, 예컨대 식각(etching), 증착(deposition) 등을 수행하기 위하여 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 포커스 링(100)은 플라즈마 처리 장치(도 8의 1000 참조) 내에서 하부 전극(도 8의 210 참조) 상에 배치되고, 웨이퍼의 외주를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 플라즈마를 발생시키기 위한 RF 전원이 상기 하부 전극 및/또는 상부 전극(도 8의 220 참조)에 인가되었을 때, 포커스 링(100)에 고주파 전원이 인가되므로, 전기장 형성 영역을 포커스 링(100)의 주변까지 확장시킬 수 있다. 포커스 링(100)에 의하여 전기장의 형성 영역이 확장됨에 따라, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에서 발생된 플라즈마는 보다 더 확장될 수 있다. 그에 따라, 웨이퍼의 엣지 영역 부근에서 플라즈마의 균일도가 향상될 수 있고, 웨이퍼의 중심 영역과 엣지 영역 간의 공정 특성이 보다 더 균일해질 수 있다.
일부 실시예들에서, 포커스 링(100)은 유전체, 절연체, 반도체 또는 이들의 조합 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 예컨대, 포커스 링(100)은 Si, SiC, C 또는 이들의 조합 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
몸체(110)는 포커스 링(100)의 전체 외형을 구성하며, 포커스 링(100)과 마찬가지로 환형의 구조를 가질 수 있다. 여기서, 포커스 링(100)은 몸체(110) 및 요철 패턴(120)을 포함하는 개념으로서, 몸체(110)는 요철 패턴(120)을 제외한 부분만을 의미할 수 있다.
요철 패턴(120)은 몸체(110)의 상부 표면(111) 상에 배치될 수 있다. 요철 패턴(120)은 몸체(110)의 상부 표면(111)으로부터 소정 높이 돌출된 단위 구조체(121)들을 포함할 수 있다. 포커스 링(100)이 하부 전극 상에 배치될 때, 몸체(110)의 하부 표면은 상기 하부 전극에 접촉할 수 있다. 몸체(110)의 상부 표면(111) 상에 배치된 요철 패턴(120)은 플라즈마 공정이 진행되는 동안 플라즈마에 노출될 수 있다.
일부 실시예들에서, 단위 구조체(121)는 제1 방향(C1)으로 연장하는 라인 형상 또는 바(bar) 형상을 가질 수 있다. 단위 구조체(121)들은 소정 간격 이격되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 단위 구조체(121)들은 방사상으로 동일한 간격으로 이격되도록 배치될 수 있다. 웨이퍼로부터 포커스 링(100)을 향하는 방향으로 이동하는 이온 및/또는 라디칼의 일부는, 이웃하는 단위 구조체(121) 사이를 통과할 수 있다. 여기서, 제1 방향(C1)은 반경 방향을 의미할 수 있다.
요철 패턴(120)은 포커스 링(100)의 상부의 일부가 제거되어 형성되는 트렌치(123)에 의하여 형성될 수 있다. 이웃하는 단위 구조체(121)은 트렌치(123)를 사이에 두고 이격될 수 있다. 트렌치(123)는 몸체(110)의 상부 표면(111)의 일부를 노출시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 트렌치(123)는 제1 방향(C1)으로 연장하는 라인 형상을 가질 수 있다.
한편, 포커스 링(100)은 반응성 플라스마에 노출된 상태에서 고주파 전원이 인가되기 때문에, 플라즈마에 의한 물리적 반응 및/또는 화학적 반응에 의하여 소모될 수 있다. 그에 따라, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 동안 포커스 링(100)의 치수(dimension), 예컨대 포커스 링(100)의 높이(H)가 시간에 따라 변경될 수 있다. 이러한 포커스 링(100)의 경시 변화는 포커스 링(100) 부근의 전기장 형성 영역을 시간에 따라 변하게 만들 수 있고, 웨이퍼의 엣지(edge) 영역의 공정 특성을 불균일하게 만드는 원인이 될 수 있다.
도 1c는 플라즈마에 의한 물리적 및/또는 화학적 반응에 따른 통상적인 포커스 링(1)의 경시 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 1c를 참조하면, 초기 상태에서 플라즈마 영역(plasma region, PR)과 시스 영역(sheath region, SR)의 계면인 시스-플라즈마 계면(sheath-plasma interface, SPI)은 평탄할 수 있다. 즉, 웨이퍼(50) 상의 시스-플라즈마 계면(SPI)의 레벨과 포커스 링(1) 상의 시스-플라즈마 계면(SPI)의 레벨은 대체로 동일할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼(50)의 엣지 영역 근방에 위치한 이온은 수직 방향(a1)으로 웨이퍼(50)의 엣지 영역으로 입사할 수 있다.
초기 상태로부터 소정 시간이 경과하는 동안, 포커스 링(1′)은 플라즈마에 의한 물리적 및/또는 화학적 반응으로 소모될 수 있다. 초기 상태에서 포커스 링(1)은 제1 높이(Ha)를 가지고, 일정 시간이 경과한 후에는 포커스 링(1′)은 제1 높이(Ha)보다 작은 제2 높이(Ha′)를 가질 수 있다.
포커스 링(1′)이 소모됨으로 인하여 포커스 링(1′)의 높이가 초기 상태보다 낮아지면, 포커스 링(1) 상의 시스-플라즈마 계면(SPI′)의 레벨은 웨이퍼(50) 상의 시스-플라즈마 계면(SPI′)의 레벨 보다 낮아질 수 있다. 포커스 링(1′) 상의 시스-플라즈마 계면(SPI′)의 레벨과 포커스 링(1′) 상의 시스-플라즈마 계면(SPI′)의 레벨의 차이는 웨이퍼(50)로 입사되는 이온의 입사 방향을 변경시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼(50)의 엣지 영역 근방에서, 이온은 수직 방향(a1)에 대하여 소정 각도 기울어진 방향(a2)으로 웨이퍼(50)의 엣지 영역으로 입사할 수 있다. 웨이퍼(50)의 높이가 낮아질수록, 이온의 입사 방향은 수직 방향에 대하여 보다 큰 각도로 기울어질 수 있다.
이러한 이온의 입사 방향의 변화는, 웨이퍼(50)의 엣지 영역의 공정 특성을 불균일하게 만드는 원인이 될 수 있다. 따라서, 포커스 링(1)의 높이가 초기 높이로부터 소정 범위를 벗어나는 경우 또는 포커스 링(1)의 높이가 소정 높이 이하가 되는 경우에, 포커스 링(1)은 수명이 다 한 것으로 판단될 수 있다.
다시, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 포커스 링(100)에 있어서, 요철 패턴(120)은 포커스 링(100)의 표면적을 증가시킴으로써, 플라즈마와 물리적 및/또는 화학적으로 반응하는 포커스 링(100)의 표면적을 상대적으로 증가시킬 수 있다. 그에 따라, 플라즈마 공정이 진행되는 동안, 포커스 링(100)의 경시 변화의 속도는 감소할 수 있다. 예컨대, 요철 패턴(120)은 플라즈마에 반응하는 포커스 링(100)의 표면적을 증가시킴으로써, 포커스 링(100)의 높이가 낮아지는 속도를 감소시킬 수 있다.
그러므로, 본 발명의 실시예들에 따른 포커스 링(100)을 이용하면, 포커스 링(100)의 경시 변화로 인하여 웨이퍼의 엣지 영역의 공정 특성이 불균일해지는 문제를 개선할 수 있으며, 나아가 포커스 링(100)의 높이가 낮아지는 속도를 지연시킴으로써 포커스 링(100)의 사용 주기를 늘릴 수 있다.
도 2a는 하부 전극(210) 상에 배치된 본 발명의 일부 실시예들에 따른 포커스 링(100)을 나타내는 단면도이다. 도 2b는 하부 전극(210) 상에 배치된 비교예에 따른 평평한(flat) 표면을 갖는 포커스 링(100′)을 나타내는 단면도이다. 도 2c는 도 2a 및 도 2b에 도시된 포커스 링(100, 100′)들에 대한 컨덕턴스(Conductance)를 각각 나타내는 그래프이다.
도 1a, 도 1b 및 도 2a를 참조하면, 포커스 링(100)은 하부 전극(210) 상에 배치되며, 웨이퍼(50)의 주위를 둘러쌀 수 있다.
포커스 링(100)이 하부 전극 상에서 웨이퍼(50)의 외주를 둘러싸도록 배치되었을 때, 포커스 링(100)의 상부 표면, 즉 요철 패턴(120)의 상부 표면(125)은 웨이퍼(50)의 상부 표면(51)보다 높은 레벨에 위치할 수 있다.
몸체(110)의 상부 표면(111)은 일정한 높이 레벨을 가질 수 있다. 몸체(110)의 상부 표면(111)은 몸체(110)의 하부 표면과 실질적으로 평행할 수 있다. 다만, 이와 다르게 도 6a 및 도 6b에 도시된 것과 같이 몸체(110)의 상부 표면(111)은 경사면일 수 있다.
단위 구조체(121)의 상부 표면(125)은 일정한 높이 레벨을 가질 수 있다. 예컨대, 포커스 링(100)이 상기 하부 전극 상에 배치되었을 때, 단위 구조체(121)의 상부 표면(125)과 웨이퍼(50)의 상부 표면(51)은 실질적으로 평행할 수 있다. 또는 단위 구조체(121)의 상부 표면(125)은 몸체(110)의 하부 표면은 실질적으로 평행할 수 있다. 다만, 이와 다르게 도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 같이 단위 구조체(121)의 상부 표면(125)은 경사면일 수 있다.
일부 실시예들에서, 몸체(110)의 상부 표면(111)의 높이 레벨(111L)은 웨이퍼(50)의 상부 표면(51) 보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 몸체(110)의 상부 표면(111)의 높이 레벨(111L)이 웨이퍼(50)의 상부 표면(51) 보다 높은 레벨에 위치하는 경우에 비하여, 포커스 링(100)의 전체 높이에서 요철 패턴(120)의 높이가 차지하는 비중이 커지게 된다. 따라서, 포커스 링(100) 내에서 이온 및/또는 라디칼(M)이 흐를 수 있는 경로의 사이즈가 증가할 수 있다.
다만, 몸체(110)의 상부 표면(111)의 높이 레벨(111L)은 웨이퍼(50)의 상부 표면(51)과 동일한 레벨에 위치하거나, 또는 웨이퍼(50)의 상부 표면(51) 보다 높은 레벨에 위치할 수도 있다. 요철 패턴(120)의 높이가 포커스 링(100)의 전체 높이에서 차지하는 비중은, 플라즈마 처리 공정의 종류 및 공정 레시피에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
한편, 포커스 링(100)이 하부 전극(210) 상에서 웨이퍼(50)의 외주를 둘러싸도록 배치되었을 때, 트렌치(123)는 포커스 링(100)의 상부 표면으로부터 웨이퍼(50)의 상부 표면(51) 보다 낮은 레벨까지 연장할 수 있다. 다만, 이와 다르게, 트렌치(123)는 포커스 링(100)의 상부 표면으로부터 웨이퍼(50)의 상부 표면(51)과 동일한 레벨까지 연장할 수 있고, 또는 포커스 링(100)의 상부 표면으로부터 웨이퍼(50)의 상부 표면(51) 보다 높은 레벨까지 연장할 수도 있다.
한편, 도 2a에 도시된 것과 같이, 웨이퍼(50)의 엣지 영역 부근의 이온 및/또는 라디칼(M)은 웨이퍼(50)로부터 포커스 링(100)을 향하는 방향으로 이동할 수 있다. 웨이퍼(50)의 엣지 영역 부근 및 포커스 링(100) 부근에서, 이온 및/또는 라디칼(M)의 일부는 이웃하는 단위 구조체(121)들 사이의 공간을 따라 이동할 수 있다.
도 2b에 도시된 것과 같이, 비교예에 따른 포커스 링(100′)은 평평한 표면을 가질 수 있는데, 웨이퍼(50)의 엣지 영역을 지나는 이온 및/또는 라디칼(M)은 포커스 링(100′)에 충돌할 수 있다. 예컨대, 300mTorr 내지 500mTorr 사이의 공정 압력 조건에서, 이온 및/또는 라디칼(M)은 분자적 흐름(molecular flow)에 따라 거동할 수 있다. 이 경우, 포커스 링(100′)의 표면을 향하여 이동하는 이온 및/또는 라디칼(M)은 포커스 링(100′)의 표면을 따라 이동하지 않고, 포커스 링(100′)에 충돌한 후 튀어오를 수 있다. 포커스 링(100′)에 충돌한 후 튀어오른 이온 및/또는 라디칼(M)은 다른 이온 및/또는 라디칼(M)에 연쇄적으로 충돌할 수 있다.
도 2c에 도시된 것과 같이, 포커스 링(100′)이 평평한 표면을 가지는 경우, 이온 및/또는 라디칼(M)이 포커스 링(100′)에 충돌하거나 또는 포커스 링(100′)에 충돌한 이온 및/또는 라디칼(M)이 다른 이온 및/또는 라디칼(M)에 충돌할 가능성이 증가하기 때문에, 웨이퍼(50)의 엣지 영역 근방에서 이온 및/또는 라디칼(M)의 평균 자유 경로(mean free path)의 거리가 감소하게 된다. 즉, 포커스 링(100′)이 이온 및/또는 라디칼(M)의 이동을 방해하므로, 웨이퍼(50)의 엣지 영역 근방에서 이온 및/또는 라디칼(M)의 컨덕턴스는 저하될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 포커스 링(100)은 이온 및/또는 라디칼(M)이 통과할 수 있는 경로를 제공하는 요철 패턴(120)을 포함하므로, 동일 높이를 갖는 포커스 링(100′)에 비하여 이온 및/또는 라디칼(M)의 컨덕턴스를 향상시킬 수 있다. 그에 따라, 본 발명에 따른 포커스 링(100)에 의하면, 웨이퍼(50)의 엣지 영역 근방 및 포커스 링(100)의 근방에서 이온 및/또는 라디칼(M)의 컨덕턴스를 향상시켜 웨이퍼(50)의 엣지 영역의 공정 특성을 보다 균일하게 할 수 있다.
또한, 포커스 링(100)의 높이를 높이더라도 이온 및/또는 라디칼(M)의 컨덕턴스를 일정 수준으로 유지할 수 있으므로 포커스 링(100)의 사용 주기를 늘릴 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 1a의 A-A′에 따른 포커스 링(100, 100a)의 단면도들이다.
도 1a, 도 1b 및 도 3a를 참조하면, 포커스 링(100)은 몸체(110)와, 몸체(110)의 상부 표면(111)으로부터 소정 높이만큼 돌출된 단위 구조체(121)들을 포함하는 요철 패턴(120)을 포함할 수 있다. 단위 구조체(121)는 제2 방향(C2)에 대하여 제1 높이(H)를 가질 수 있고, 제3 방향(C3)에 대하여 제1 폭(W)을 가질 수 있다. 여기서, 제2 방향(C2)은 포커스 링(100)의 높이 방향 또는 두께 방향을 의미할 수 있다. 또는, 상기 제2 방향(C2)은, 도 2a를 참조할 때, 웨이퍼(50)의 상부 표면(51)에 수직한 방향을 의미할 수 있다. 또한, 제3 방향(C3)은 접선 방향을 의미할 수 있으며, 제2 방향(C2)에 수직할 수 있다.
이웃하는 단위 구조체(121)들 사이의 거리(D)는 단위 구조체(121)들 사이로 침투하는 플라즈마를 줄이기 위하여 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 이웃하는 단위 구조체(121)들 사이의 거리(D)는 0.4mm 내지 0.6mm 사이일 수 있다. 다만, 이웃하는 단위 구조체(121)들 사이의 거리(D)가 이에 한정되는 것은 아니며, 이웃하는 단위 구조체(121)들 사이의 거리(D)는 플라즈마 공정의 종류 및/또는 공정 레시피를 고려하여 적절하게 설정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 단위 구조체(121)는 일정한 제1 폭(W)을 가지면서 제2 방향(C2)으로 연장할 수 있다. 이때, 트렌치(123)는 일정한 폭을 가지면서 제2 방향(C2)으로 연장할 수 있다.
또한, 단위 구조체(121)는 일정한 폭(W)을 제1 방향(C1)으로 연장할 수 있다. 이때, 트렌치(123)는 일정한 폭을 가지면서 제1 방향(C1)으로 연장할 수 있다.
일부 실시예들에서, 단위 구조체(121)들은 일정한 거리로 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 이웃하는 단위 구조체(121)들 사이의 거리(D)는 단위 구조체(121)의 폭과 동일할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 단위 구조체(121a)는 제2 방향(C2)의 높이에 따라 상이한 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 단위 구조체(121a)는 상부로 갈수록 수평 방향의 폭이 좁아지는 형태를 가질 수 있다. 즉, 단위 구조체(121a)의 폭은 몸체(110)의 상부 표면(111)으로부터 멀어질수록 작아질 수 있다.
트렌치(123a)는 그 깊이에 따라 상이한 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 트렌치(123a)는 하부로 갈수록 원주 방향의 폭이 좁아지는 형태를 가지도록 형성될 수 있다.
요철 패턴(120a)이 상부로 갈수록 좁아지는 형태의 단위 구조체(121a)를 포함하므로, 각각의 단위 구조체(121a)는 경사진 측벽을 가질 수 있다. 이온 및/또는 라디칼이 주로 통과하는 트렌치(123a)의 상부 영역이 폭이 넓어지고, 이온 및/또는 라디칼이 주로 충돌하는 요철 패턴(120a)의 상부의 폭이 작아짐에 따라, 이온 및/또는 라디칼의 컨덕턴스를 좀 더 향상시킬 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 포커스 링의 일부를 확대하여 나타낸 사시도들이다.
도 4a를 참조하면, 포커스 링은 제1 방향(C1)으로 연장하는 라인 형상의 단위 구조체(121b)들을 포함하는 요철 패턴(120b)을 구비하며, 단위 구조체(121b)는 제1 방향(C1)으로의 위치에 따라 상이한 폭을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 단위 구조체(121b)는 제1 방향(C1)으로 포커스 링의 중심에서 멀어질수록 점점 작아지는 폭을 가질 수 있다. 다시 말해서, 포커스 링의 내주에 근접한 단위 구조체(121b)의 일단의 폭(W1)은 포커스 링의 외주에 근접한 단위 구조체(121b)의 타단의 폭(W2) 보다 클 수 있다. 이때, 포커스 링의 내주에 근접한 부분에서 이웃하는 단위 구조체(121b)들 사이의 거리(D1)는 포커스 링의 외주에 근접한 부분에서 이웃하는 단위 구조체(121b)들 사이의 거리(D2)보다 작을 수 있다.
트렌치(123b)는 제1 방향(C1)으로의 위치에 따라 증가하는 폭을 가질 수 있다. 다시 말해서, 포커스 링의 내주에 근접한 부분에서 트렌치(123b)의 폭은, 포커스 링의 외주에 근접한 부분에서의 트렌치(123b)의 폭 보다 작을 수 있다.
포커스 링의 내주에 근접할수록 단위 구조체(121b)는 상대적으로 큰 폭을 가지므로, 웨이퍼의 엣지 영역과 근접한 부분에서 전기장 형성 영역을 좀 더 확장시킬 수 있다.
도 4b를 참조하면, 도 4a에서와 다르게, 요철 패턴(120c)은 라인 형상의 단위 구조체(121c)들을 포함하고, 단위 구조체(121c)는 제1 방향(C1)으로의 위치에 따라 점점 증가하는 폭을 가질 수 있다. 다시 말해서, 포커스 링의 내주에 근접한 단위 구조체(121c)의 일단의 폭(W3)은 포커스 링의 외주에 근접한 단위 구조체(121c)의 타단의 폭(W4)보다 작을 수 있다. 이때, 포커스 링의 내주에 근접한 부분에서 이웃하는 단위 구조체(121c)들 사이의 거리(D3)는, 포커스 링의 외주에 근접한 부분에서 이웃하는 단위 구조체(121c)들 사이의 거리(D4)보다 클 수 있다.
한편, 트렌치(123c)는 제1 방향(C1)으로의 위치에 따라 점점 감소하는 폭을 가질 수 있다. 다시 말해서, 포커스 링의 내주에 근접한 부분에서의 트렌치(123c)의 폭은, 포커스 링의 외주에 근접한 부분에서의 트렌치(123c)의 폭 보다 클 수 있다.
포커스 링의 내주에 근접할수록 이웃하는 단위 구조체(121c)들 사이의 거리가 상대적으로 증가함에 따라, 이온 및/또는 라디칼이 포커스 링에 충돌할 수 있는 가능성을 낮출 수 있으므로, 웨이퍼의 엣지 영역 근방에서 이온 및/또는 라디칼의 컨덕턴스를 좀 더 향상시킬 수 있다.
도 5a는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 포커스 링의 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다. 도 5b는 하부 전극(210) 상에 배치된 도 5a에 도시된 포커스 링을 나타낸 단면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 포커스 링은 제1 방향(C1)으로 연장하는 라인 형상의 단위 구조체(121d)들을 포함하는 요철 패턴(120d)을 구비할 수 있고, 단위 구조체(121d)는 제1 방향(C1)으로 높이 레벨이 변하도록 구성된 경사진 상부 표면(125a)을 가질 수 있다.
예를 들어, 단위 구조체(121d)은 포커스 링의 외주에 근접할수록 높이 레벨이 증가하는 경사진 상부 표면(125a)을 가질 수 있다. 즉, 포커스 링의 내주에 근접한 부분에서 단위 구조체(121d)의 상부 표면(125a)의 높이 레벨은, 포커스 링의 외주에 근접한 부분에서 단위 구조체(121d)의 상부 표면(125a)의 높이 레벨보다 낮을 수 있다.
예를 들어, 도 5a에 도시된 것과 같이, 일정한 높이 레벨을 갖는 몸체(110)의 상부 표면(111)에 대하여, 요철 패턴(120d)의 제2 방향(C2)에 대한 높이는 포커스 링의 외주에 근접할수록 증가할 수 있다. 즉, 포커스 링의 내주에 근접한 단위 구조체(121d)의 일단의 높이(H1)는 포커스 링의 외주에 근접한 단위 구조체(121d)의 타단의 높이(H2) 보다 작을 수 있다. 이 경우에, 트렌치(123d)의 깊이는 포커스 링의 외주에 근접할수록 점점 증가할 수 있다.
도 5b에 도시된 것과 같이, 요철 패턴(120d)의 상부 표면(125a)은 포커스 링의 내주에 근접한 부분에서 포커스 링의 외주에 근접한 부분에 비하여 상대적으로 낮은 높이 레벨을 가지므로, 포커스 링 근방에 위치한 이온 및/또는 라디칼(M)이 요철 패턴(120d)에 충돌하지 않고 웨이퍼(50)의 엣지 영역으로 입사할 가능성이 증가할 수 있다. 따라서, 포커스 링에 충돌한 이온 및/또는 라디칼(M)이 다른 이온 및/또는 라디칼(M)에 연쇄적으로 충돌하면서 웨이퍼(50)의 엣지 영역 부근에서 컨덕턴스를 저하시키는 것을 방지할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 포커스 링의 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다. 도 6b는 하부 전극 상에 배치된 도 6a에 도시된 포커스 링을 나타낸 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 포커스 링은 몸체(110)와, 제1 방향(C1)으로 연장하는 라인 형상의 단위 구조체(121e)들을 포함하는 요철 패턴(120e)을 구비할 수 있고, 제2 방향(C2)에 대한 단위 구조체(121e)의 높이는 제1 방향(C1)으로 상이하게 변할 수 있다.
예를 들어, 몸체(110)는 포커스 링의 외주에 근접할수록 높이 레벨이 증가하는 경사진 상부 표면(111a)을 가질 수 있고, 단위 구조체(121e)의 상부 표면(125)은 포커스 링의 하부 표면과 실질적으로 평행할 수 있다. 포커스 링이 하부 전극(210) 상에 웨이퍼(50)의 외주를 둘러싸도록 배치되었을 때, 단위 구조체(121e)의 상부 표면(125)은 웨이퍼(50)의 상부 표면(51)과 실질적으로 평행할 수 있다.
이때, 포커스 링의 내주에 근접한 부분에서 단위 구조체(121e)의 높이(H3)는, 포커스 링의 외주에 근접한 부분에서 단위 구조체(121e)의 높이(H4)보다 클 수 있다. 다시 말해서, 제2 방향(C2)에 대한 단위 구조체(121e)의 높이는 제1 방향(C1)으로 점점 작아질 수 있다.
바꿔 말해서, 몸체(110)는 포커스 링의 외주에 근접할수록 높이 레벨이 증가하는 경사진 상부 표면(111a)을 가지고, 단위 구조체(121e)는 웨이퍼(50)의 상부 표면(51)과 실질적으로 평행한 상부 표면(125)을 가질 때, 트렌치(123e)의 깊이는 제1 방향(C1)으로 점점 작아질 수 있다. 이때, 몸체(110)의 두께는 포커스 링의 외주에 근접할수록 두꺼워질 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하여, 단위 구조체(121e)들 사이로 입사하는 이온 및/또는 라디칼이 이동할 수 있는 경로의 사이즈를 증가시킬 수 있으므로, 이온 및/또는 라디칼의 컨덕턴스를 좀 더 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 포커스 링의 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 7을 참조하면, 포커스 링은 몸체(110) 및 몸체(110)의 상부 표면(111) 상에 배치된 단위 구조체(121f)들을 포함하는 요철 패턴(120e)을 포함하며, 단위 구조체(121f)는 도트(dot) 형상을 가질 수 있다.
단위 구조체(121f)들은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 예컨대, 단위 구조체(121f)들은 몸체(110)의 가장자리를 따라서 배열되고, 동시에 제1 방향(C1)으로 배열될 수 있다.
도트 형상의 단위 구조체(121f)들은, 플라즈마 공정이 진행되는 동안에 플라즈마에 물리적 및/또는 화학적으로 반응할 수 있는 포커스 링의 표면적을 넓힘으로써, 포커스 링의 경시 변화, 예컨대 포커스 링의 높이가 낮아지는 속도를 줄일 수 있다.
도 7에서는 단위 구조체(121f)들이 제1 방향(C1)으로 2개 배열된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 단위 구조체(121f)들은 제1 방향(C1)으로 3개 이상 배열될 수 있다.
또한, 도 7에서는 단위 구조체(121f)들이 제1 방향(C1)으로 나란하게 배열된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 단위 구조체(121f)들은 지그재그 형태로 배열될 수도 있다.
단위 구조체(121f)의 형태, 단위 구조체(121f)의 사이즈 및 단위 구조체(121f)들 사이의 거리는 플라즈마 공정의 종류 및/또는 공정 레시피를 고려하여 다양하게 변형될 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 포커스 링(100)을 구비한 플라즈마 처리 장치(1000)를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 8를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(1000)는 챔버(201), 상부 전극(220), 하부 전극(210), 상부 전원 장치(240) 및 하부 전원 장치(230), 및 포커스 링(100)을 포함할 수 있다.
챔버(201)는 플라즈마가 형성되는 반응 공간을 한정할 수 있다. 상기 반응 공간은 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(50)를 처리하는 공간으로서, 챔버(201)는 웨이퍼(50)에 대한 처리 공정이 진행되는 동안 상기 반응 공간을 외부로부터 밀폐시킬 수 있다. 챔버(201)는 일반적으로 금속 재질로 형성되고, 플라즈마 공정 시에 외부로부터 노이즈를 차단하기 위하여 접지 상태를 유지할 수 있다. 챔버(201)의 내측에는 챔버(201)의 손상을 방지하기 위한 절연 라이너가 배치될 수 있다. 상기 절연 라이너는 세라믹 또는 석영 등으로 형성될 수 있다.
챔버(201)의 일측에는 입출 게이트가 제공될 수 있다. 상기 입출 게이트를 통하여 웨이퍼(50)들의 입출이 이루어진다. 또한, 상기 챔버(201)는 반응 가스 또는 반응 부산물을 배기하기 위한 배기 덕트(203)를 포함할 수 있다. 상기 배기 덕트(203)는 진공 펌프와 연결될 수 있으며, 상기 배기 덕트(203)에는 압력제어밸브, 유량제어밸브 등이 설치될 수 있다. 배기 덕트(203)를 통하여, 플라즈마 공정 동안 챔버(201) 내부에 발생한 가스의 부산물들을 외부로 배기시킬 수 있다. 또한, 배기 덕트(203)를 통하여 챔버(201) 내부에 발생한 가스의 부산물들을 외부로 배기시킴으로써, 챔버(201) 내부의 압력을 조절할 수 있다.
또한, 도시하지는 않았지만 챔버(201)에는 적어도 하나의 뷰-포트(viewport)가 형성되고 이러한 뷰-포트를 통해 챔버(201) 내부가 모니터링 될 수 있다. 예컨대, 챔버(201) 내부의 플라즈마 밀도 등이 검출하기 위하여, 뷰-포트에는 탐침이나 OES(Optical Emission Spectroscopy) 장치 등이 결합될 수 있다.
상부 전극(220)은 챔버(201)에 설치될 수 있다. 상부 전극(220)은 가스 공급부(250)로부터 공정 가스를 공급받을 수 있으며, 내부에 공정 가스가 이동할 수 있는 경로를 가질 수 있다. 가스 공급부(250)를 통하여 상부 전극(220)으로 공급된 공정 가스는 상부 전극(220) 내에 제공된 상기 경로를 통하여 이동할 수 있고, 이어서 상부 전극(220)의 하면에 형성된 가스 분사구(222)들을 통하여 하부 전극(210) 상에 안착된 웨이퍼(50)를 향하여 분사될 수 있다. 여기서, 공정 가스는 소스 가스, 반응 가스, 퍼지 가스 등 해당 플라즈마 공정에서 요구되는 모든 가스들을 의미할 수 있다.
상부 전원 장치(240)는 상부 전극(220)에 전기적으로 접속되며, 공정 가스를 방전시켜 플라즈마를 생성하기 위한 RF(radio frequency) 전원을 상부 전극(220)에 인가할 수 있다. 상부 전원 장치(240)는 RF 생성기(241) 및 매처(243)를 포함할 수 있다. RF 생성기(241)는 RF 전원을 생성하고, 매처(243)는 임피던스를 조절하여 플라즈마를 안정화할 수 있다. RF 생성기(241)는 둘 이상 복수 개 배치될 수도 있고, 복수 개의 RF 생성기들(241)이 제공되는 경우, RF 생성기들(241)에서 제공된 RF 전원은 상이한 주파수를 가질 수 있다.
하부 전극(210)은 상기 챔버(201)의 내부 공간에 설치되며, 상기 상부 전극(220)과 마주보도록 배치될 수 있다. 하부 전극(210)의 상부 표면에는 웨이퍼(50)가 배치되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 하부 전극(210)은 정전기를 이용하여 웨이퍼(50)를 고정시키는 정전 척(electrostatic chuck, ESC) 일 수 있다. 하부 전극(210)은 웨이퍼(50)의 처킹 및 디처킹을 위한 정전 전극들을 포함할 수 있고, DC 클램프 전력 장치로부터 전력을 공급받을 수 있다.
또한, 하부 전극(210)은 지지 부재(211) 상에 배치될 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 하부 전극(210)에는 웨이퍼(50)를 공정 온도로 가열시키기 위한 가열 수단이 구비될 수 있다. 하부 전극(210)은 하부 전원 장치(230)에 전기적으로 접속될 수 있다.
하부 전원 장치(230)는 RF 생성기(231) 및 매처(720)를 포함하며, 웨이퍼(50)에 RF 전원을 인가할 수 있다. RF 전원은 하부 전극(210)을 통하여 웨이퍼(50) 및 포커스 링(100)에 인가될 수도 있고, 또는 웨이퍼(50) 및 포커스 링(100)에 바로 인가될 수도 있다. RF 생성기(231)는 둘 이상 복수 개 배치될 수도 있고, 복수 개의 RF 생성기들(231)이 제공되는 경우, RF 생성기들(231)에서 제공된 RF 전원은 상이한 주파수를 가질 수 있다. 매처(233)는 하부 전극(210)과 RF 생성기(231) 사이에 배치될 수 있다.
포커스 링(100)은 하부 전극(210) 상에 배치되고, 웨이퍼(50)의 외주를 둘러쌀 수 있다. 포커스 링(100)은 공정 중에 발생하는 고분자 화합물이 상기 하부 전극(210)에 침투하는 것을 방지하기 위하여, 상기 하부 전극(210)의 가장자리를 덮을 수 있다. 또한, RF 전원이 인가되면 포커스 링(100)에는 고주파 전원이 인가되므로, 포커스 링(100)은 웨이퍼(50)의 엣지 영역 주위에서 전기장 형성 영역을 확장시킬 수 있다. 웨이퍼(50)의 엣지 영역 주위에서 전기장 형성 영역을 확장됨에 따라, 처리 공간 내의 플라즈마는 보다 더 확장될 수 있다. 포커스 링(100)의 외측에는 포커스 링(100) 및 하부 전극(210)을 둘러싸는 절연 링(213)이 배치될 수 있다. 포커스 링(100)은 앞서 도 1a 내지 도 7을 통하여 설명된 포커스 링을 포함할 수 있다.
한편, 공정 가스가 상부 전극(220)과 하부 전극(210) 사이의 공간에서 확산됨과 동시에, 상부 전극(220) 및/또는 하부 전극(210)에 공정 가스를 방전시키는 고주파 전원이 인가되면서 공정 가스는 플라즈마 상태로 변환되고, 상기 플라즈마가 웨이퍼(50)의 표면과 접촉하면서 물리적 반응 및/또는 화학적 반응이 일어나게 된다. 이러한 반응을 통하여, 웨이퍼(50)에 대한 다양한 처리 공정이 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 처리 장치(1000)는 플라즈마 반응으로 웨이퍼(50) 또는 상기 웨이퍼(50) 상의 박막을 식각하는 식각 공정을 수행할 수 있다. 즉, 플라즈마 처리 장치(1000)는 웨이퍼(50) 또는 웨이퍼(50) 상의 실리콘막, 산화막, 질화막, 금속막 중 적어도 하나의 박막을 패터닝하기 위한 식각 공정을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치(1000)에 의하면, 포커스 링(100)의 경시 변화의 속도를 줄일 수 있으므로, 웨이퍼(50)의 엣지 영역의 공정 특성을 보다 균일하게 할 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치(1000)에 의하면, 포커스 링(100)에 구비된 요철 패턴이 웨이퍼(50)의 엣지 영역 근방에서 이온 및/또는 라디칼의 컨덕턴스를 증가시키므로, 웨이퍼(50)의 엣지 영역의 공정 특성을 유지하면서도 포커스 링(100)의 사용 주기를 증가시킬 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 포커스 링 110: 몸체
120: 요철 패턴 121: 단위 구조체
123: 트렌치 210: 하부 전극
220: 상부 전극 230: 하부 전원 장치
240: 상부 전원 장치 250: 가스 공급부
1000: 플라즈마 처리 장치

Claims (10)

  1. 환형의 몸체; 및
    상기 몸체의 상부 표면으로부터 소정 높이만큼 돌출된 단위 구조체들을 포함하는 요철 패턴;
    을 포함하는 포커스 링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 구조체는 반경 방향으로 연장하는 라인 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 포커스 링.
  3. 제 2 항에 있어서,
    이웃하는 상기 단위 구조체들은 상기 단위 구조체의 폭과 동일한 거리만큼 서로 이격된 것을 특징으로 하는 포커스 링.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 단위 구조체의 수평 방향의 폭은 상기 몸체로부터의 거리가 멀어짐에 따라 작아지는 것을 특징으로 하는 포커스 링.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 단위 구조체의 폭은 반경 방향에 있어서 상기 몸체의 중심으로부터 멀어질수록 작아지는 것을 특징으로 하는 포커스 링.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 단위 구조체의 폭은 반경 방향에 있어서 상기 몸체의 중심으로부터 멀어질수록 증가하는 것을 특징으로 하는 포커스 링.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 단위 구조체는, 상기 몸체의 외주에 근접할수록 큰 높이 레벨을 가지도록 경사진 상부 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 포커스 링.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 몸체의 상기 상부 표면은 상기 몸체의 외주에 근접할수록 큰 높이 레벨을 가지도록 경사지며,
    상기 단위 구조체의 높이는 상기 몸체의 외주에 근접할수록 작아지는 것을 특징으로 하는 포커스 링.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 구조체는 도트(dot) 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 포커스 링.
  10. 챔버;
    상기 챔버 내에 장착되는 상부 전극;
    상기 챔버 내에 상기 상부 전극과 마주보도록 배치되고, 웨이퍼가 안착되는 하부 전극; 및
    상기 하부 전극 상에 상기 웨이퍼의 외주를 둘러싸도록 배치되는 포커스 링을 포함하며,
    상기 포커스 링의 상부에는 상기 포커스 링의 상부 표면으로부터 소정 깊이만큼 연장하는 트렌치가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200019094A (ko) * 2018-08-13 2020-02-21 에스케이씨솔믹스 주식회사 반도체 소자를 제조하는 장비에 사용되는 세라믹 부품 및 그 제조 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10903050B2 (en) * 2018-12-10 2021-01-26 Lam Research Corporation Endpoint sensor based control including adjustment of an edge ring parameter for each substrate processed to maintain etch rate uniformity
US11415147B2 (en) 2019-05-28 2022-08-16 Applied Materials, Inc. Pumping liner for improved flow uniformity

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5685914A (en) * 1994-04-05 1997-11-11 Applied Materials, Inc. Focus ring for semiconductor wafer processing in a plasma reactor
KR100292410B1 (ko) * 1998-09-23 2001-06-01 윤종용 불순물 오염이 억제된 반도체 제조용 반응 챔버
JP3388228B2 (ja) * 2000-12-07 2003-03-17 株式会社半導体先端テクノロジーズ プラズマエッチング装置、及びプラズマエッチング方法
KR20030042551A (ko) 2001-11-23 2003-06-02 삼성전자주식회사 컨파인먼트 링을 갖는 반도체 제조장치
US7882800B2 (en) * 2001-12-13 2011-02-08 Tokyo Electron Limited Ring mechanism, and plasma processing device using the ring mechanism
JP2003197615A (ja) * 2001-12-26 2003-07-11 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置およびそのクリーニング方法
US20040069227A1 (en) 2002-10-09 2004-04-15 Applied Materials, Inc. Processing chamber configured for uniform gas flow
KR20050060180A (ko) 2003-12-16 2005-06-22 삼성전자주식회사 개선된 제한 링을 가지는 반도체 프로세싱 장비
US7618515B2 (en) * 2004-11-15 2009-11-17 Tokyo Electron Limited Focus ring, plasma etching apparatus and plasma etching method
KR100674922B1 (ko) * 2004-12-02 2007-01-26 삼성전자주식회사 포커스 링을 냉각하는 냉각 유로를 가지는 웨이퍼지지장치
KR100611727B1 (ko) * 2005-06-24 2006-08-10 주식회사 씨싸이언스 웨이퍼 건식 식각용 전극 및 건식 식각용 챔버
US8057633B2 (en) 2006-03-28 2011-11-15 Tokyo Electron Limited Post-etch treatment system for removing residue on a substrate
US20080066868A1 (en) * 2006-09-19 2008-03-20 Tokyo Electron Limited Focus ring and plasma processing apparatus
US7987814B2 (en) 2008-04-07 2011-08-02 Applied Materials, Inc. Lower liner with integrated flow equalizer and improved conductance
US8486221B2 (en) * 2009-02-05 2013-07-16 Tokyo Electron Limited Focus ring heating method, plasma etching apparatus, and plasma etching method
JP5619486B2 (ja) 2010-06-23 2014-11-05 東京エレクトロン株式会社 フォーカスリング、その製造方法及びプラズマ処理装置
JP5860668B2 (ja) 2011-10-28 2016-02-16 東京エレクトロン株式会社 半導体装置の製造方法
US9376752B2 (en) 2012-04-06 2016-06-28 Applied Materials, Inc. Edge ring for a deposition chamber
JP2014107387A (ja) * 2012-11-27 2014-06-09 Tokyo Electron Ltd 載置台構造及びフォーカスリングを保持する方法
JP5981358B2 (ja) 2013-01-23 2016-08-31 東京エレクトロン株式会社 伝熱シート貼付方法
JP6080571B2 (ja) 2013-01-31 2017-02-15 東京エレクトロン株式会社 載置台及びプラズマ処理装置
US9123661B2 (en) 2013-08-07 2015-09-01 Lam Research Corporation Silicon containing confinement ring for plasma processing apparatus and method of forming thereof
JP6345030B2 (ja) 2014-08-11 2018-06-20 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びフォーカスリング

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200019094A (ko) * 2018-08-13 2020-02-21 에스케이씨솔믹스 주식회사 반도체 소자를 제조하는 장비에 사용되는 세라믹 부품 및 그 제조 방법

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