KR20180136302A - 플라즈마 공정 장치 및 이를 이용한 반도체 장치 제조 방법 - Google Patents

플라즈마 공정 장치 및 이를 이용한 반도체 장치 제조 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 공정 장치 및 이를 이용한 반도체 장치 제조 방법이 제공된다. 상기 플라즈마 공정 장치는 상면에 웨이퍼가 지지될 수 있는 척 스테이지, 상기 척 스테이지의 주변을 둘러싸는 유전링으로서, 상기 유전링은 상유전 물질(paraelectric material)을 포함하는 유전링 및 상기 유전링의 유전 상수를 조절하는 유전 상수 제어부를 포함한다.

Description

플라즈마 공정 장치 및 이를 이용한 반도체 장치 제조 방법{Plasma processing equipment and Method for fabricating semiconductor device using the same}
본 발명은 플라즈마 공정 장치 및 이를 이용한 반도체 장치 제조 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 공정은 고종횡비 컨택(HARC, High aspect ratio contact) 공정을 위하여 플라즈마의 제어의 필요성이 더욱 높아지고 있다. 기존의 방법은 바이어스(Bias) 주파수를 낮추고 RF(radio frequency) 파워를 늘려서 이온에너지를 극대화하여 에치 레이트(Etch rate, 식각율)를 증대 시키는 방법을 사용하였다.
하지만 종횡비(Aspect ratio)가 높아짐에 따라 로딩 효과(loading effect)의 증가로 인하여 주파수 하향과 RF 파워 증가의 효과가 둔화된다.
이를 해결하기 위하여 RF 펄스(pulse)를 통하여 차징(charging) 완화 작용을 도모하여 로딩 효과를 개선하여 에치 레이트 및 프로파일 형상을 개선하여 왔다. 이러한 방식은, RF 파워 증가에 의한 바이어스 전압(bias voltage) 증가에 따라 차징 효과가 증대되어 한계를 가질 수 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 동작 성능이 개선된 플라즈마 공정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 동작 성능이 개선된 플라즈마 공정 장치를 이용하여 반도체 장치 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는, 상면에 웨이퍼가 지지될 수 있는 척 스테이지, 상기 척 스테이지의 주변을 둘러싸는 유전링으로서, 상기 유전링은 상유전 물질(paraelectric material)을 포함하는 유전링 및 상기 유전링의 유전 상수를 조절하는 유전 상수 제어부를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 측벽을 포함하는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하고, 상면에 웨이퍼가 지지될 수 있는 척 스테이지, 상기 챔버 내에 위치하고, 상기 척 스테이지 상에 가스를 공급하는 가스 피더, 상기 챔버 내에 위치하고, 상유전 물질을 포함하고, 상기 척 스테이지 또는 상기 가스 피더를 둘러싸는 유전링 및 상기 유전링의 유전 상수를 조절하는 유전 상수 제어부를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 상면에 웨이퍼가 지지되고, RF 파워가 인가되는 척 스테이지, 상기 척 스테이지의 상에 상기 척 스테이지의 상면을 향해 가스를 배출하고, 접지되는 가스 피더, 상기 척 스테이지와 상기 가스 피더를 포함하고, 내부에 공동을 포함하는 챔버, 상기 척 스테이지를 둘러싸는 제1 링, 상기 가스 피더를 둘러싸는 제2 링, 상기 챔버의 측벽의 일부로서, 상기 공동을 둘러싸는 제3 링 및 상기 제1 내지 제3 링 중 적어도 하나의 유전 상수를 조절하는 유전 상수 조절부를 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치 제조 방법은 챔버 안에 위치하는 척 스테이지 상에 웨이퍼를 로딩하고, 상기 챔버에 가스를 공급하고, 상기 챔버에 바이어스 전압을 인가하여 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마를 이용하여 플라즈마 공정을 수행하는 것을 포함하되, 상기 플라즈마 공정을 수행하는 것은, 상기 웨이퍼의 엣지 영역의 플라즈마 입사각을 감지하고, 상기 플라즈마 입사각을 조절하는 것을 포함한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 공정 장치에서 A 부분의 플라즈마의 입사 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 제2 유전링을 세부적으로 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 1의 척 스테이지를 세부적으로 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 도 1의 유전링의 물질의 온도에 따른 유전 상수의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 1의 유전링의 물질의 주파수에 따른 유전 상수의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 도 1의 유전링의 물질의 전압에 따른 유전 상수의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 식각률을 비교하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 15는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 16은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 유전 상수 제어부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 17은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 유전 상수 제어부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 18은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 유전 상수 제어부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 19는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 유전 상수 제어부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 20은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 유전 상수 제어부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 21은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 이용한 반도체 장치 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 22는 도 21의 플라즈마 공정 수행 단계를 세부적으로 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 도 1의 플라즈마 공정 장치에서 A 부분의 플라즈마의 입사 방향을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 1의 유전링을 세부적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 도 1의 척 스테이지를 세부적으로 설명하기 위한 평면도이다. 도 5는 도 1의 유전링의 물질의 온도에 따른 유전 상수의 변화를 설명하기 위한 그래프이고, 도 6은 도 1의 유전링의 물질의 주파수에 따른 유전 상수의 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 도 7은 도 1의 유전링의 물질의 전압에 따른 유전 상수의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 챔버(500), 베이스(50), 척 스테이지(250), 가스 피더(100), 유전링(220) 및 제1 유전 상수 제어부(300) 등을 포함한다.
챔버(500)는 내부에 다른 구성요소를 포함하는 하우징의 역할을 할 수 있다. 챔버(500)는 즉, 내부에 공동(540)을 포함하고, 공동(540)에는 척 스테이지(250), 가스 피더(100) 및 유전링(220)이 형성될 수 있다.
챔버(500)는 웨이퍼(W)가 플라즈마 공정을 진행하는 일종의 격리된 공간일 수 있다. 챔버(500)가 외부와 격리됨에 따라서, 플라즈마 공정의 공정 조건이 조절될 수 있다. 구체적으로, 챔버 내의 온도나 압력 등의 공정 조건을 외부와 다르게 조절할 수 있다.
챔버(500)는 챔버 바닥(520), 챔버 측벽(510), 챔버 천장(530)을 포함할 수 있다. 챔버 바닥(520), 챔버 측벽(510), 챔버 천장(530)에 의해서 공동(540)이 정의될 수 있다. 즉, 공동(540)은 챔버 바닥(520), 챔버 측벽(510), 챔버 천장(530)에 의해서 둘러싸일 수 있다.
챔버 바닥(520)은 챔버(500)의 바닥면일 수 있다. 챔버 바닥(520)은 챔버(500) 내부에 위치한 척 스테이지(250) 등을 지지할 수 있다. 챔버 바닥(520)은 배출구(610)를 포함할 수 있다. 배출구(610)는 챔버 내부의 플라즈마에 사용되는 가스를 배출하는 구멍일 수 있다.
챔버 측벽(510)은 챔버(500)의 측면의 벽일 수 있다. 챔버 측벽(510)은 제3 방향(Z)에서 내려다본 평면 형상이 다양할 수 있다. 예를 들어, 챔버 측벽(510)의 평면 형상은 원, 타원, 사각형 및 다른 다각형일 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다. 챔버 측벽(510)은 공동(540)을 외부와 격리시킬 수 있으면 그 형상이 제한되지 않는다.
챔버 측벽(510)은 개구(550)를 포함할 수 있다. 개구(550)는 웨이퍼(W)가 출입할 수 있는 구멍일 수 있다. 즉, 웨이퍼(W)는 외부에서 개구(550)를 통해서 챔버(500) 내부로 이동되고, 플라즈마 공정이 끝나고 난 후 개구(550)를 통해서 챔버(500) 외부로 이동되어 추후 공정이 진행될 수 있다.
도 1에서는 개구(550)가 1개만 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 몇몇 실시예는 개구(550)가 복수로 존재할 수도 있다. 이러한 경우, 웨이퍼(W)의 출입에 이용되는 개구(550)가 공정 순서 및 장비 위치에 따라서 자유롭게 선택될 수 있다.
개구(550)는 플라즈마에 사용되는 가스를 배출하는 배출구(610)가 열리고, 진공 모듈(630)이 동작하는 경우 닫힐 수 있다. 이는, 플라즈마에 사용되는 가스의 배출을 위해서 배출구(610) 외의 다른 통로를 모두 닫아야하기 때문이다.
베이스(50)는 챔버(500)의 챔버 바닥(520) 상에 고정될 수 있다. 베이스(50)는 위에 배치되는 척 스테이지(250)를 지지할 수 있다.
척 스테이지(250)는 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다. 척 스테이지(250)는 베이스(50) 상에 고정될 수 있다. 척 스테이지(250)는 원형의 웨이퍼(W)를 지지하기 위해서 원형의 평면 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 웨이퍼(W)의 형상이 달라지는 경우 혹은 다른 이유로 인해서 척 스테이지(250)의 평면 형상도 달라질 수 있다.
척 스테이지(250)는 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z) 중 적어도 하나의 방향으로 움직일 수 있다. 이를 통해서, 척 스테이지(250)는 웨이퍼(W)의 공정 위치를 조절할 수 있다. 즉, 웨이퍼(W)의 플라즈마 공정 위치를 조절하기 위해서 척 스테이지(250)가 상기와 같이 3축으로 이동할 수도 있다.
가스 피더(100)는 챔버(500)의 챔버 천장(530)에 고정될 수 있다. 가스 피더(100)는 척 스테이지(250) 상에 위치할 수 있다. 가스 피더(100)는 척 스테이지(250)의 상면에 안착된 웨이퍼(W)의 상면을 향해서 가스를 공급할 수 있다.
플라즈마 공정은 플라즈마에 사용되는 가스플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)의 상면을 드라이 에칭(dry etching)하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 가스 피더(100)에 의해서 플라즈마에 사용되는 가스가 챔버(500) 내부에 공급될 수 있다.
가스 공급 라인(110)은 가스 피더(100)와 연결될 수 있다. 가스 공급 라인(110)은 챔버 천장(530)에 연결되어 외부에서 가스 피더(100)와 연결될 수 있다. 가스 공급 라인(110)은 가스 소스(120)와 외부에서 연결되어 플라즈마에 사용되는 가스를 챔버(500) 내부로 공급할 수 있다. 단, 가스 공급 라인(110)의 위치는 챔버 천장(530)에 제한되는 것은 아니다. 가스 공급 라인(110)의 위치는 챔버(500)의 구조, 위치 및 가스 소스(120)의 위치에 따라서 달라질 수 있다.
가스 소스(120)는 플라즈마 생성에 사용되는 가스를 저장하고 있다가 플라즈마 공정 시에 챔버(500)에 플라즈마에 사용되는 가스를 제공할 수 있다. 도면에서는 가스 소스(120)가 챔버(500) 외부에서 가스 공급 라인(110)을 통해서 가스를 공급하는 것으로 도시되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치에서는 가스 소스(120)가 챔버(500)와 직접 부착되어 있을 수도 있다.
가스 피더(100)는 복수의 노즐을 이용하여 플라즈마 생성에 사용되는 가스를 챔버(500) 내부에 공급할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.
가스 피더(100)는 플라즈마 공정을 위한 상부 전극의 역할을 할 수 있다. 척 스테이지(250) 및 베이스(50)는 플라즈마 공정을 위한 하부 전극의 역할을 할 수 있다. 척 스테이지(250) 및 베이스(50)는 제1 라인(410)을 통해서 제1 RF 전원(400)과 연결될 수 있다. 가스 피더(100)는 제2 라인(535)을 통해서 접지될 수 있다.
제1 RF 전원(400)은 플라즈마 공정을 위한 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 이를 통해서, 플라즈마가 전기장의 형성에 의해서 웨이퍼(W)의 상면에 도달할 수 있다. 플라즈마는 전하를 가지는 이온화된 입자를 포함하므로 전기장의 형성에 의해서 원하는 방향(상하 방향)으로 진행할 수 있다.
가스 피더 유전링(130)은 유전체를 포함할 수 있다. 가스 피더 유전링(130)은 가스 피더(100)의 측면을 둘러쌀 수 있다. 가스 피더 유전링(130)은 유전링(220) 특히, 제2 유전링(220b)과 제3 방향(Z)으로 오버랩될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 가스 피더 유전링(130)은 포커스 링(210) 또는 제1 유전링(220a)과도 제3 방향(Z)으로 오버랩될 수도 있다.
배출구(610)는 챔버(500)의 일측에 위치할 수 있다. 도면에서는 배출구(610)가 챔버(500)의 챔버 바닥(520)에 형성되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 배출구(610)는 챔버(500)의 챔버 바닥(520), 챔버 측벽(510) 및 챔버 천장(530) 중 어느 부분에도 형성될 수 있다.
배출구(610)는 플라즈마 공정이 종료되었을 때, 플라즈마에 사용되는 가스가 배출되는 구멍일 수 있다. 배출구(610)로 플라즈마에 사용되는 가스가 배출되는 동안에는 웨이퍼(W)가 출입하는 개구(550)는 닫혀있을 수 있다.
배출구(610)는 흡기구(620)와 연결될 수 있다. 흡기구(620)는 배출구(610)에 의해서 배출되는 플라즈마에 사용되는 가스가 진공 모듈(630)로 이동하는 통로일 수 있다. 흡기구(620)는 진공 모듈(630)과 연결될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치에서 흡기구는 생략되고, 진공 모듈(630)과 배출구(610)가 바로 접할 수도 있다.
진공 모듈(630)은 챔버(500) 내의 플라즈마에 사용되는 가스를 빨아들일 수 있다. 진공 모듈(630)은 밀폐된 챔버(500) 내에 진공압을 제공하여 챔버(500) 내의 플라즈마에 사용되는 가스를 제거할 수 있다. 배출구(610)는 진공 모듈(630)이 모든 플라즈마에 사용되는 가스를 빨아들이고 나면 흡기구(620)와 챔버(500)를 격리시키기 위해서 닫힐 수 있다.
유전링(220)은 척 스테이지(250)의 측면에 위치할 수 있다. 유전링(220)은 척 스테이지(250)의 측면을 둘러쌀 수 있다. 유전링(220)은 척 스테이지(250)의 상부(250a)를 둘러싸는 제1 유전링(220a)과 척 스테이지(250)의 하부(250b)를 둘러싸는 제2 유전링(220b)을 포함할 수 있다. 유전링(220) 상에는 척 스테이지(250)의 상부(250a)를 둘러싸는 포커스 링(210)이 위치할 수 있다.
포커스 링(210)은 웨이퍼(W)의 측면과도 접할 수 있다. 포커스 링(210)은 도전체를 포함할 수 있다. 포커스 링(210)은 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하고, 플라즈마를 입사하기 위한 전위의 조절을 위해서 배치될 수 있다.
도 2를 참조하여, 웨이퍼(W)의 엣지 부분에 입사하는 플라즈마의 입사각을 설명한다.
플라즈마(P)는 기본적으로 웨이퍼(W)의 상면에 수직하게 입사한다. 이는 웨이퍼(W)의 상에 형성되는 전위가 평평하게 형성되기 때문이다. 즉, 등전위면을 도 2에 도시하면 ①, ② 및 ③과 같이 표시될 수 있다.
이러한 전위는 웨이퍼(W)의 중심부분에서는 평평하게 유지될 수 있으나, 웨이퍼(W)의 엣지 부분에서는 평평하지 않을 수 있다. 즉, 포커스 링의 형태, 두께 및 재질 등에 따라서, 전위가 휘어질 수 있다. 이러한 이유에 의해서 전위가 ①과 같이 엣지 부분에서 높게 형성되는 경우에는 플라즈마(P)의 입사는 높아진 전위에 의해서 웨이퍼의 바깥쪽으로 기울어져 ①과 같이 입사할 수 있다.
만일 어떠한 요인에 의해서 전위(가 웨이퍼(W)의 엣지 부분에서도 ②와 같이 평평하게 유지되는 경우에는 플라즈마(P)의 입사도 다른 부분과 같이 웨이퍼(W)의 상면에 수직하게 입사될 수 있다.
반대로, 전위가 웨이퍼(W)의 엣지 부분에서 ③과 같이 더 낮아지는 경우에는 플라즈마(P)의 입사각이 웨이퍼(W)의 안쪽으로 향하도록 기울어질 수 있다.
포커스 링(210)의 형상과 두께는 플라즈마 공정이 반복 수행됨에 따라서 마모되어 변형될 수 있다. 이에 따라서, 플라즈마(P)의 입사각이 점차 ① 및 ②에서 ③의 방향으로 변형될 수 있다.
플라즈마(P)의 입사각의 기울기가 커지면 웨이퍼(W)의 에칭 레이트의 산포가 웨이퍼(W)의 상면의 위치에 따라서 불균일하게 되므로 웨이퍼(W)에 형성되는 반도체 장치의 신뢰성 및 성능이 저하될 수 있다.
이러한 변형 때문에 기존의 플라즈마 공정 장치는 주기적으로 포커스 링(210)을 새로운 것으로 교체를 해줘야 한다. 또한, 포커스 링(210)의 수명을 늘리기 위해서, 기본적인 전위를 ②가 아닌 ①과 같이 플라즈마(P)의 입사각이 바깥쪽으로 기울어지게 매칭시켜 두고, ③과 같이 플라즈마(P)의 입사각이 웨이퍼(W)의 안쪽으로 기울어진 뒤 그 입사각이 임계치수가 되면 교체해줄 수 있다.
이에 따라서, 반복 수행되는 플라즈마 공정에 따라서 미세하게나마 웨이퍼(W) 엣지 부분의 플라즈마(P) 입사각이 계속해서 달라지므로, 공정의 신뢰성과 반도체 장치의 균일성이 낮아질 수 밖에 없다.
이에 반해서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 실시간으로 유전율을 조절할 수 있는 유전링(220)을 포함하여 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 상기 플라즈마(P) 입사각을 균일하게 유지할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 유전링(220)은 제1 유전링(220a)과 제2 유전링(220b)을 포함할 수 있다.
제1 유전링(220a)은 포커스 링(210) 아래에 위치할 수 있다. 제1 유전링(220a)은 척 스테이지(250)의 상부(250a)의 둘레를 둘러쌀 수 있다.
도 4를 참조하면, 척 스테이지(250)는 상부(250a)와 하부(250b)를 포함한다. 상부(250a)는 제1 반지름(R1)을 가지는 원형의 단면을 가질 수 있다. 하부(250b)는 상부(250a)의 아래에 연결되어 제1 반지름(R1)보다 큰 제2 반지름(R2)을 가지는 원형의 단면을 가질 수 있다. 즉, 하부(250b) 상에 상부(250a)가 돌출되는 형태일 수 있다.
도면에서는 척 스테이지(250)의 상부(250a)와 하부(250b)가 모두 원형 단면을 가지고 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 척 스테이지(250)는 하부(250b)가 상부(250a)를 포함하는 더 큰 면적을 가지고 있기만 하면 그 형상에는 제한이 없다. 즉, 척 스테이지(250)는 하부(250b)의 상면에서 상부(250a)가 돌출된 형상이기만 하면 가능하다.
다시, 도 1을 참조하면, 제1 유전링(220a)은 척 스테이지(250)의 상부의 측면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 제1 유전링(220a)은 척 스테이지(250)의 상부의 측면 중 일부만을 접할 수 있다. 나머지 부분은 포커스 링(210)이 접할 수 있다.
제1 유전링(220a)은 유전체를 포함할 수 있다. 제1 유전링(220a)은 예를 들어, Al2O3, AlN, PETE(polyethylene terephthalate), PEEK(PolyEtheretherKetone) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 유전링(220a)의 하면은 척 스테이지(250)의 하부(250b)의 상면과 접할 수 있다. 제1 유전링(220a)의 하면 중 일부는 척 스테이지(250)의 하부의 상면과 접하고, 나머지 일부는 척 스테이지(250)의 하부의 상면과 접하지 않을 수 있다. 상기 나머지 일부는 제2 유전링(220b)과 접할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제2 유전링(220b)은 척 스테이지(250)의 하부(250b)의 측면을 둘러쌀 수 있다. 제2 유전링(220b)의 하부는 베이스(50)의 상면과 접하고, 베이스(50)를 통해서 제1 유전 상수 제어부(300)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 베이스(50)에 형성된 제1 제어 라인(310)을 통해서 제1 유전 상수 제어부(300)와 연결될 수 잇다.
제2 유전링(220b)은 원형인 척 스테이지(250)의 하부를 둘러싸야하므로 원형일 수 있다. 제2 유전링(220b)의 상면은 제1 유전링(220a)의 하면과 접할 수 있다. 제2 유전링(220b)은 제1 유전 상수 제어부(300)에 의해서 유전 상수가 실시간으로 조절될 수 있다.
제2 유전링(220b)은 상유전 물질(paraelectric material)을 포함할 수 있다. 상유전 물질은 전압이 인가되면 분극화(polarization)되고, 전압이 인가되지 않았을 때 분극화되지 않는 물질을 의미한다. 반대로, 강유전 물질(ferroelectric material)은 전압이 인가되지 않아도 분극화가 유지되는 물질이다.
상유전 물질은 일반적으로 비정질(amorphous) 상태이고, 일반적으로 강유전 물질은 결정질(crystalline) 상태이다. 단, 모두 그러한 것은 아니다. 상유전 물질의 유전 상수는 약 2 내지 50 정도이고, 강유전 물질의 유전 상수는 5000까지 가능하다.
강유전 물질의 유전 상수는 전압 등의 변화 요인에 따라서 히스테리시스 특성을 가지고 있다. 즉, 변화 요인이 커지는 방향인지 작아지는 방향인지에 따라서, 대응되는 유전 상수가 달라질 수 있다.
이에 반해서 상유전 물질은 히스테리시스 특성이 없이 일정한 변화 요인에 따라서 일정한 유전 상수를 가질 수 있다. 이에 따라서, 유전 상수를 조절하기에 용이할 수 있다.
일부 강유전 물질은 퀴리 온도(Curie Temperatuer) 이상인 경우에 결정질에서 비정질로 변하면서 상유전 물질로 상변이될 수 있다.
제2 유전링(220b)은 상유전 물질 중 BTO(BaTiO3)를 포함할 수 있다. BTO는 120~130℃의 퀴리 온도를 가지고 있다. 따라서, 상기 퀴리 온도 이상에서 상유전 물질로 적용될 수 있다. 따라서, 제2 유전링(220b)은 제1 유전 상수 제어부(300)에 의해서 퀴리 온도 이상으로 온도가 조절될 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 유전링(220b)의 온도는 제1 유전 상수 제어부(300) 외에 다른 요소에 의해서 상기 퀴리 온도 이상으로 유지될 수도 있다.
BTO는 알칼리토금속 (2족) 계열 원소로 이루어진 페로브스카이트(perovskite) 구조이고, 퀴리 온도 이하에서는 강유전 물질의 특성을 지니고 있다. 상기 퀴리 온도에서 결정구조 변화가 일어나고, 이에 따라 전기적 특성(예를 들어, 강유전/상유전성, 유전 상수)도 변할 수 있다.
제2 유전링(220b)은 Ba 대신 Ta을 포함할 수도 있다.
또는, 제2 유전링(220b)은 상유전 물질 중 BFO(BiFeO3) 또는 BST(Ba1-xSrxTiO3)를 포함할 수도 있다.
도 5를 참조하면, 제2 유전링(220b)에 포함된 상유전 물질은 퀴리 온도(Tc) 이상에서 상유전 특성을 가질 수 있다. 즉, 온도가 증가함에 따라서, 유전율도 증가하는 경향을 보일 수 있다.
도 6을 참조하면, 상유전 물질은, 상유전 물질에 교류 전압을 인가했을 때, 주파수에 따라 유전 상수가 변화할 수 있다. 도 6은 상유전 물질에 Mo를 도핑하여 그 농도에 따라 각각 유전 상수를 표시하였다. C1은 도핑을 하지 않은 상유전 물질이고, C2, C3, C4 및 C5 순서대로 도핑 농도가 높은 상유전 물질이다.
도 6에서는 도핑 농도가 높을수록 유전 상수는 높아지되, 교류 전압의 주파수가 높아짐에 따라서, 상유전 물질의 유전 상수는 낮아짐을 확인할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상유전 물질은, 상유전 물질에 직류 전압을 인가했을 때, 전압에 따라서 유전 상수가 변화할 수 있다. 즉, 인가한 전압이 커질수록 상유전 물질의 유전 상수도 커질 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 제2 유전링(220b)은 상유전 물질을 통해서 실시간으로 유전 상수가 변할 수 있다. 제1 유전 상수 제어부(300)는 온도, 교류 전원의 주파수 및 직류 전원의 전압의 크기 중 적어도 하나를 변화시키면서 제2 유전링(220b)의 유전 상수를 조절할 수 있다.
제2 유전링(220b)의 유전 상수가 변함에 따라서, 포커스 링(210)과 베이스(50) 사이의 커패시턴스(capacitance)가 변할 수 있다. 상기 커패시턴스의 변화는 상술한 도 2의 플라즈마를 입사하기 위한 전위를 변화시킬 수 있다. 이에 따라서, 결과적으로, 제2 유전링(220b)의 유전 상수 변화에 의해서 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 전위를 평평하게 할 수 있다. 이를 통해서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 플라즈마의 입사각을 웨이퍼(W)의 상면과 수직하게 보정할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 상면의 전체적인 에치 레이트 산포가 균일하게 형성될 수 있다.
서포팅 링(240)은 제2 유전링(220b) 상에 위치할 수 있다. 서포팅 링(240)은 제1 유전링(220a)과 포커스 링(210)의 외측면을 둘러쌀 수 있다. 서포팅 링(240)은 제1 유전링(220a)과 접하지 않고, 그 사이에 다른 구성요소가 배치될 수도 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.
서포팅 링(240)의 상면의 높이는 제1 유전링(220a)의 상면의 높이보다는 높고, 포커스 링(210)의 상면의 높이보다는 낮을 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다. 서포팅 링(240)의 크기 및 배치는 외벽(230), 유전링(220) 및 포커스 링(210)의 배치 등에 따라 달라질 수 있다.
외벽(230)은 척 스테이지(250), 베이스(50), 유전링(220), 포커스 링(210) 및 서포팅 링(240)을 둘러쌀 수 있다. 외벽(230)은 척 스테이지(250), 베이스(50), 유전링(220), 포커스 링(210) 및 서포팅 링(240)을 내부에 위치하게 하여 외부와 격리시킬 수 있다.
외벽(230)은 제1 외벽(230a)과 제2 외벽(230b)을 포함할 수 있다. 제1 외벽(230a)은 제2 외벽(230b) 위에 위치할 수 있다. 제1 외벽(230a)은 포커스 링(210)의 외측면과 서포팅 링(240)의 상면 및 외측면을 둘러쌀 수 있다.
제2 외벽(230b)은 제1 외벽(230a)의 아래와 결합될 수 있다. 제2 외벽(230b)은 베이스(50)의 외측면과 제2 유전링(220b)의 외측면을 둘러쌀 수 있다. 또한, 서포팅 링(240)의 측면의 일부를 둘러쌀 수도 있다.
단, 제1 외벽(230a)과 제2 외벽(230b)의 구성은 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 상술한 배치와 달리 외벽(230)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 구성요소들을 모두 포함하고, 서포팅할 수 있다면, 외벽(230)의 구성 및 배치는 달라질 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 제2 유전링(220b)의 유전 상수를 실시간으로 조절하여 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 에치 레이트의 산포를 조절할 수 있다.
나아가, 에치 레이트의 산포를 균일하게 유지하는 것을 넘어서, 원하는 정도의 에치 레이트를 조절할 수 있다. 즉, 엣지 부분의 에치 레이트를 더 크게 하거나 더 작게 할 수 있다. 이를 통해서, 전체적인 웨이퍼(W)의 에치 레이트 및 공정률을 조절할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 제1 유전링(220a)은 상유전 물질을 포함할 수 있다. 즉, 제1 유전링(220a)은 제1 유전 상수 제어부(300)에 연결되어 유전 상수가 변경될 수 있다.
제2 유전 상수 제어부(301)는 제1 유전링(220a)에 인가되는 온도, 전압 및 주파수 중 적어도 하나를 변경하여 제1 유전링(220a)의 유전 상수를 조절할 수 있다.
제2 제어 라인(311)은 제1 유전링(220a)과 제2 유전 상수 제어부(301)를 연결할 수 있다. 도면에서는 제2 제어 라인(311)이 제2 유전링(220b)과 오버랩되도록 도시되었지만 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 제어 라인(311)은 제1 유전링(220a)과 접하기만 하면 그 배치에 제한은 없다.
제1 유전링(220a)은 포커스 링(210)의 하면과 직접 접하면서 웨이퍼(W)의 엣지 부분과 더 가까이 위치할 수 있다. 이에 따라서, 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 전위 조절을 더욱 정밀하게 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 웨이퍼(W) 엣지의 플라즈마 입사각 보정이 더욱 정밀하게 진행될 수 있다.
제2 유전링(220b)은 유전체를 포함할 수 있다. 제2 유전링(220b)은 예를 들어, Al2O3, AlN, PETE, PEEK 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 제2 유전링(220b)은 상유전 물질을 포함하지 않을 수 있다.
상대적으로, 제2 유전링(220b)은 제1 유전링(220a)에 비해서 웨이퍼(W)와 멀리 위치하므로, 플라즈마를 입사하기 위한 전위를 조절하는 능력은 제1 유전링(220a)에 비해서 상대적으로 부족할 수 있다. 따라서, 제2 유전링(220b) 대신에 제1 유전링(220a)의 유전 상수를 조절하여 더욱 월등한 효과를 기대할 수 있다.
이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 제1 유전링(220a)은 유전체를 포함할 수 있다. 제1 유전링(220a)은 예를 들어, Al2O3, AlN, PETE, PEEK 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 제1 유전링(220a)은 상유전 물질을 포함하지 않을 수 있다.
제2 유전링(220b)은 유전체를 포함할 수 있다. 제2 유전링(220b)은 예를 들어, Al2O3, AlN, PETE, PEEK 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 제2 유전링(220b)은 상유전 물질을 포함하지 않을 수 있다.
가스 피더 유전링(130)은 상유전 물질을 포함할 수 있다. 즉, 가스 피더 유전링(130)은 제3 유전 상수 제어부(302)에 연결되어 유전 상수가 변경될 수 있다. 제3 유전 상수 제어부(302)는 가스 피더 유전링(130)에 인가되는 온도, 전압 및 주파수 중 적어도 하나를 변경하여 가스 피더 유전링(130)의 유전 상수를 조절할 수 있다.
제3 제어 라인(312)은 가스 피더 유전링(130)과 제3 유전 상수 제어부(302)를 연결할 수 있다. 제3 제어 라인(312)은 챔버 천장(530)을 통해서 가스 피더 유전링(130)과 연결될 수 있다.
가스 피더 유전링(130)의 유전 상수가 변하는 경우에 가스 피더(100)와 포커스 링(210) 사이의 커패시턴스가 조절될 수 있다. 이에 따라서, 플라즈마를 입사하기 위한 전위가 조절될 수 있다. 따라서, 결과적으로, 웨이퍼(W)의 엣지 영역에 입사되는 플라즈마의 입사각이 조절될 수 있다.
나아가, 가스 피더 유전링(130)이 상유전 물질을 포함함에 따라서 가스 피더(100) 및 챔버 천장(530)에 제2 라인(535)을 통해서 접지되는 면적이 줄어들 수 있다. 유전 상수를 통해서 접지되는 면적이 줄어드는 정도가 조절될 수 있으므로 이를 통해서도 플라즈마를 입사하기 위한 전위를 조절할 수 있다.
본 실시예의 플라즈마 공정 장치는 상대적으로 다른 구성요소와 이격되어 있는 가스 피더 유전링(130)에 온도, 전압 및 주파수 중 적어도 하나를 인가하면서 주변 구성 요소에 끼치는 영향을 최소화할 수 있다. 이를 통해서, 다른 구성 요소의 정상 동작을 유지하면서도 가스 피더 유전링(130)의 유전 상수 조절을 통해서, 웨이퍼(W)의 엣지 부분을 포함한 전체 공정 산포를 균일하게 할 수 있다.
이하, 도 10을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 제1 유전링(220a)은 유전체를 포함할 수 있다. 제1 유전링(220a)은 예를 들어, Al2O3, AlN, PETE, PEEK 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 제1 유전링(220a)은 상유전 물질을 포함하지 않을 수 있다.
제2 유전링(220b)은 유전체를 포함할 수 있다. 제2 유전링(220b)은 예를 들어, Al2O3, AlN, PETE, PEEK 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 제2 유전링(220b)은 상유전 물질을 포함하지 않을 수 있다.
챔버 측벽(510)의 적어도 일부는 챔버 측벽 링(560)을 포함할 수 있다. 챔버 측벽 링(560)은 상유전 물질을 포함할 수 있다. 즉, 챔버 측벽 링(560)은 제4 유전 상수 제어부(303)에 연결되어 유전 상수가 변경될 수 있다.
제4 유전 상수 제어부(303)는 챔버 측벽 링(560)에 인가되는 온도, 전압 및 주파수 중 적어도 하나를 변경하여 챔버 측벽 링(560)의 유전 상수를 조절할 수 있다.
제4 제어 라인(313)은 챔버 측벽 링(560)과 제4 유전 상수 제어부(303)를 연결할 수 있다. 제4 제어 라인(313)은 챔버 측벽(510)에 직접 연결될 수 있다.
챔버 측벽 링(560)이 상유전 물질을 포함함에 따라서 챔버 측벽(510) 및 챔버 천장(530)에 제2 라인(535)을 통해서 접지되는 면적이 줄어들 수 있다. 유전 상수를 통해서 접지되는 면적이 줄어드는 정도가 조절될 수 있으므로 이를 통해서도 플라즈마를 입사하기 위한 전위를 조절할 수 있다.
본 실시예의 플라즈마 공정 장치는 상대적으로 다른 구성요소와 이격되어 있는 챔버 측벽 링(560)에 온도, 전압 및 주파수 중 적어도 하나를 인가하면서 주변 구성 요소에 끼치는 영향을 최소화할 수 있다. 이를 통해서, 다른 구성 요소의 정상 동작을 유지하면서도 챔버 측벽 링(560)의 유전 상수 조절을 통해서, 웨이퍼(W)의 엣지 부분을 포함한 전체 공정 산포를 균일하게 할 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 유전링(220)은 상유전 물질을 포함할 수 있다. 즉, 도 1의 제1 유전링(220a) 및 제2 유전링(220b)이 일체로 동일한 상유전 물질을 포함할 수 있다. 유전링(220)은 제5 유전 상수 제어부(304)에 연결되어 유전 상수가 변경될 수 있다.
제5 유전 상수 제어부(304)는 유전링(220)에 인가되는 온도, 전압 및 주파수 중 적어도 하나를 변경하여 유전링(220)의 유전 상수를 조절할 수 있다.
제5 제어 라인(314)은 유전링(220)과 제5 유전 상수 제어부(304)를 연결할 수 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 플라즈마의 입사를 위한 전위를 조절하기 위해서 베이스(50)와 포커스 링(210) 사이의 커패시턴스를 가장 크게 조절할 수 있다. 이에 따라서, 조절되는 커패시턴스의 범위가 가장 크고, 이에 따라서, 더 효율적인 웨이퍼(W)의 산포 조절이 가능할 수 있다.
이하, 도 12를 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 유전링(220), 가스 피더 유전링(130) 및 챔버 측벽 링(560) 모두가 상유전 물질을 포함할 수 있다.
이를 통해서, 베이스(50)와 포커스 링(210) 사이의 커패시턴스와, 가스 피더(100)와 포커스 링(210) 사이의 커패시턴스 그리고, 챔버 천장(530) 및 챔버 측벽(510)에 접지되는 면적이 줄어드는 정도를 조절하여 플라즈마가 입사하기 위한 전위를 조절할 수 있다.
이를 통해서, 상술한 제5 유전 상수 제어부(304), 제3 유전 상수 제어부(302), 제4 유전 상수 제어부(303)가 각각 제5 제어 라인(314), 제3 제어 라인(312), 제4 제어 라인(313)을 통해서 유전링(220), 가스 피더 유전링(130) 및 챔버 측벽 링(560)의 유전 상수를 조절할 수 있다.
이를 통해서, 본 실시예의 플라즈마 공정 장치는 전위 조절의 중첩적인 효과를 볼 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 제1 유전링(220a), 제2 유전링(220b), 가스 피더 유전링(130) 및 챔버 측벽 링(560) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 도 12의 실시예처럼 4가지 부분에 모두 상유전 물질을 포함해야만 하는 것은 아니다. 도 13을 참조하여 이러한 이유를 설명한다.
도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 식각률을 비교하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 웨이퍼(W)의 상면은 엣지 부분의 에치 레이트가 과도하고, 센터 부분의 에치 레이트가 부족한 경우 a0와 같이 형성될 수 있다. 이에 따라서, 도 1, 도 8 내지 도 12의 실시예를 채용하여 a1과 같은 반전된 혹은 평평한 웨이퍼(W)의 상면을 도출할 수 있다.
그러나, 커패시턴스의 변화량이 커지는 경우에는 a1보다 a2와 같이 전체적인 에치 레이트가 줄어들 수 있다. 이로서, 원래 의도한 a1와 같은 상면과 달리 a2의 상면을 가지는 웨이퍼(W)를 제공할 수 있다. 따라서, 공정 조건을 고려하여 제1 유전링(220a), 제2 유전링(220b), 가스 피더 유전링(130) 및 챔버 측벽 링(560) 중 적어도 하나를 선택하여 유전 물질을 포함시키는 것을 적용하는 것이 바람직할 수 있다.
이하, 도 14를 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 14는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 14를 참조하면, 유전링(220)은 제1 유전링(220a), 외부 유전링(220b) 및 내부 유전링(220c)을 포함할 수 있다.
외부 유전링(220b)은 상유전 물질을 포함하지 않을 수 있다. 외부 유전링(220b)은 내부 유전링(220c)을 보호하기 위해서 내부 유전링(220c)을 감쌀 수 있다. 외부 유전링(220b)은 예를 들어, Al2O3, AlN, PETE, PEEK 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.
내부 유전링(220c)은 상유전 물질을 포함할 수 있다. 즉, 내부 유전링(220c)은 제6 유전 상수 제어부(305)에 연결되어 유전 상수가 변경될 수 있다.
제6 유전 상수 제어부(305)는 내부 유전링(220c)에 인가되는 온도, 전압 및 주파수 중 적어도 하나를 변경하여 내부 유전링(220c)의 유전 상수를 조절할 수 있다.
제6 제어 라인(315)은 내부 유전링(220c)과 제6 유전 상수 제어부(305)를 연결할 수 있다. 도면에서는 제6 제어 라인(315)이 외부 유전링(220b)과 오버랩되도록 도시되었지만 이에 제한되는 것은 아니다. 제6 제어 라인(315)은 내부 유전링(220c)과 접하기만 하면 그 배치에 제한은 없다.
이하, 도 15를 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 15는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 베이스(50) 및 척 스테이지(250)가 하부 전극으로서 제1 라인(410)에 의해서 접지될 수 있다.
반대로, 가스 피더(100)는 플라즈마 공정을 위한 상부 전극의 역할을 할 수 있다. 가스 피더(100)는 제2 라인(535)을 통해서 제2 RF 전원(537)과 연결될 수 있다.
제2 RF 전원(537)은 플라즈마 공정을 위한 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 이를 통해서, 플라즈마가 전기장의 형성에 의해서 웨이퍼(W)의 상면에 도달할 수 있다. 플라즈마는 전하를 가지는 이온화된 입자를 포함하므로 전기장의 형성에 의해서 원하는 방향(상하 방향)으로 진행할 수 있다.
이하, 도 1 및 도 16을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 16은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 유전 상수 제어부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 제1 유전 상수 제어부(300)는 온도 조절 장치(300a)를 포함할 수 있다. 제1 유전 상수 제어부(300)는 제1 제어 라인(310)을 통해서 제2 유전링(220b)의 온도를 조절할 수 있다. 이를 통해서 제2 유전링(220b)의 온도 조절이 되어 유전 상수가 조절될 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 전위가 조절될 수 있다.
도 16의 구성은 도 8 내지 도 12 및 도 14의 제2 내지 제6 유전 상수 제어부(301~305)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 도 1 및 도 17을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 17은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 유전 상수 제어부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 제1 유전 상수 제어부(300)는 교류 전원(300b)을 포함할 수 있다. 제1 유전 상수 제어부(300)는 제1 제어 라인(310)을 통해서 제2 유전링(220b)에 인가되는 교류 전원(300b)의 주파수를 조절할 수 있다. 이를 통해서 제2 유전링(220b)의 유전 상수가 조절될 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 전위가 조절될 수 있다.
도 17의 구성은 도 8 내지 도 12 및 도 14의 제2 내지 제6 유전 상수 제어부(301~305)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 도 1 및 도 18을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 18은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 유전 상수 제어부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 제1 유전 상수 제어부(300)는 직류 전원(300c)을 포함할 수 있다. 제1 유전 상수 제어부(300)는 제1 제어 라인(310)을 통해서 제2 유전링(220b)에 인가되는 직류 전원(300c)의 전압의 크기를 조절할 수 있다. 이를 통해서 제2 유전링(220b)의 유전 상수가 조절될 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 전위가 조절될 수 있다.
도 18의 구성은 도 8 내지 도 12 및 도 14의 제2 내지 제6 유전 상수 제어부(301~305)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 도 1 및 도 19를 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 19는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 유전 상수 제어부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 제1 유전 상수 제어부(300)는 직류 전원(300c) 및 교류 전원(300b)을 포함할 수 있다. 직류 전원(300c)과 교류 전원(300b)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 저항, 코일, 커패시턴스 등의 다른 회로 소자들이 더 포함될 수도 있고, 직류 전원(300c) 및 교류 전원(300b)과 다른 회로 소자들이 직렬 또는 병렬로 서로 연결되어 있을 수도 있다. 결과적으로, 제1 제어 라인(310)을 통해서 제2 유전링(220b)에 유전 상수를 조절할 수 있는 역할을 하는 경우이면 본 발명의 범위 안에 포함될 수 있다.
제1 유전 상수 제어부(300)는 제1 제어 라인(310)을 통해서 제2 유전링(220b)에 인가되는 교류 전원(300b)의 주파수와 직류 전원(300c)의 전압의 크기를 조절할 수 있다. 이를 통해서 제2 유전링(220b)의 유전 상수가 조절될 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 전위가 조절될 수 있다.
도 19의 구성은 도 8 내지 도 12 및 도 14의 제2 내지 제6 유전 상수 제어부(301~305)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 도 1 및 도 20을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 20은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 유전 상수 제어부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치의 제1 유전 상수 제어부(300)는 직류 전원(300c), 교류 전원(300b) 및 온도 조절 장치(300a)를 포함할 수 있다.
직류 전원(300c)과 교류 전원(300b)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치는 저항, 코일, 커패시턴스 등의 다른 회로 소자들이 더 포함될 수도 있고, 직류 전원(300c) 및 교류 전원(300b)과 다른 회로 소자들이 직렬 또는 병렬로 서로 연결되어 있을 수도 있다.
온도 조절 장치(300a)는 직류 전원(300c) 및 교류 전원(300b)과 독립적으로 연결될 수 있다. 즉, 온도 조절 장치(300a)는 온도 제어 라인(310a)을 통해서 제2 유전링(220b)과 연결될 수 있고, 직류 전원(300c) 및 교류 전원(300b)은 주파수/전압 제어 라인(310b)을 통해서 제2 유전링(220b)과 연결될 수 있다.
제1 제어 라인(310)은 온도 제어 라인(310a)과 주파수/전압 제어 라인(310b)을 포함할 수 있다.
제1 유전 상수 제어부(300)는 주파수/전압 제어 라인(310b)을 통해서 제2 유전링(220b)에 인가되는 교류 전원(300b)의 주파수와 직류 전원(300c)의 전압의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 제1 유전 상수 제어부(300)는 온도 제어 라인(310a)을 통해서 제2 유전링(220b)의 온도를 조절할 수 있다. 이를 통해서 제2 유전링(220b)의 유전 상수가 조절될 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 전위가 조절될 수 있다.
결과적으로, 제1 제어 라인(310)을 통해서 제2 유전링(220b)에 온도, 주파수 및 전압을 모두 인가하여 유전 상수를 조절할 수 있다.
도 20의 구성은 도 8 내지 도 12 및 도 14의 제2 내지 제6 유전 상수 제어부(301~305)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 도 1, 도 21 및 도 22를 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치 제조 방법을 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 21은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 이용한 반도체 장치 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 22는 도 21의 플라즈마 공정 수행 단계를 세부적으로 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 도 21을 참조하면, 척 스테이지(250) 상에 웨이퍼(W)를 로딩한다(S100).구체적으로 도 1을 참조하면, 웨이퍼(W)는 챔버 측벽(510)에 있는 개구(550)를 통해서 챔버(500) 내부로 이송될 수 있다. 웨이퍼(W)는 챔버(500) 내부에 위치하는 척 스테이지(250) 상에 안착될 수 있다. 척 스테이지(250)는 웨이퍼(W)가 로딩되기 용이하게 웨이퍼(W)의 사이즈에 대응되는 상면을 포함할 수 있다.
이어서 다시, 도 21을 참조하면, 챔버(500)에 가스를 공급한다(S200).
구체적으로 도 1을 참조하면, 웨이퍼(W)가 척 스테이지(250)에 안착되고, 개구(550)는 닫힐 수 있다. 개구(550)가 닫힌 후에 챔버(500)가 밀폐되면 가스 피더(100)에 의해서 플라즈마 생성을 위한 가스가 공급될 수 있다.
상기 가스는 가스 소스(120)로부터 가스 공급 라인(110)을 통해서 공급될 수 있다. 가스 피더(100)는 노즐 형태로 상기 가스를 챔버(500) 내부로 분사할 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 다시 도 21을 참조하면, 바이어스 전압을 인가하여 플라즈마를 생성한다(S300).
구체적으로 도 1을 참조하면, 제1 RF 전원(400) 및 제1 라인(410)과, 접지된 제2 라인(535)을 통해서, 챔버(500) 내부는 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 이를 통해서, 가스 피더(100)에 의해서 공급된 가스의 전하가 여기되어 플라즈마가 생성될 수 있다.
이어서 다시 도 21을 참조하면, 플라즈마 공정을 수행한다(S400).
플라즈마 공정은 성막 공정 즉, 막(layer)의 증착 공정과 식각 공정을 모두 포함할 수 있다. 이러한 플라즈마 공정은 웨이퍼(W)의 센터 부분에서는 균일하게 이루어지지만, 엣지 부분에서는 센터 부분과 달리 부족하게 수행되거나 과도하게 수행될 수 있다. 이는 플라즈마의 입사각이 기울어지는 현상에 기인한다.
구체적으로, 도 2를 참조하면, 전위의 배치(①, ②, ③)에 따라서, 플라즈마(P)의 입사각의 기울기(①, ②, ③)가 결정되므로 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 플라즈마 공정의 수행 정도가 센터 부분과 달라질 수 있다.
본 단계를 세부적으로 설명하기 위해서 도 22를 참조하면 먼저, 웨이퍼 엣지 영역의 플라즈마 입사각을 감지한다(S410).
이어서, 온도, 전압의 크기 또는 주파수를 조절하여 플라즈마 입사각을 조절한다(S420).
구체적으로 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 유전 상수 제어부(300)는 제1 제어 라인(310)을 통해서 제2 유전링(220b)의 온도, 인가되는 전압의 크기 및 인가되는 전압의 주파수 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.
이를 통해서, 제2 유전링(220b)의 유전 상수가 조절되어 베이스(50)와 포커스 링(210) 사이의 커패시턴스를 변화시키고, 이를 통해서, 전위를 평평하게 배치시킬 수 있다(②). 이 경우 플라즈마(P)의 입사각은 전위와 수직하게(②) 되어 엣지 부분의 플라즈마 공정도 센터 부분과 같이 균일하게 수행될 수 있다.
플라즈마 공정이 진행되는 동안에 제1 유전 상수 제어부(300)는 실시간으로 제2 유전링(220b)의 유전 상수를 조절할 수 있다. 이를 통해서, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 웨이퍼(W)의 엣지 부분의 플라즈마 공정 수행이 균일하게 유지될 수 있다.
다시, 도 21을 참조하면, 플라즈마 공정이 종료되고 가스가 배출된다(S400).
구체적으로 도 1을 참조하면, 챔버(500) 내의 가스는 배출구(610)를 통해서 챔버(500) 외부로 배출될 수 있다. 배출구(610)는 흡기구(620) 및 진공 모듈(630)과 연결되고, 진공 모듈(630)은 상기 가스를 진공압을 이용하여 흡입할 수 있다.
당연히, 배출구(610)를 통해서 가스가 배출될 때에는 개구(550)는 닫혀있을 수 있다. 추후에, 개구(550)를 통해서 플라즈마 공정을 마친 웨이퍼(W)를 이송될 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니고, 웨이퍼(W)는 챔버(500) 내에서 다른 후속 공정을 더 거칠수도 있다.
본 실시예에 따른 반도체 장치 제조 방법은 도 1의 플라즈마 공정 장치에 대한 실시예뿐만 아니라 본 명세서의 다른 도면에 의한 실시예에도 적용될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
500: 챔버 W: 웨이퍼
250: 척 스테이지 220: 유전링

Claims (20)

  1. 상면에 웨이퍼가 지지될 수 있는 척 스테이지;
    상기 척 스테이지의 주변을 둘러싸는 유전링으로서, 상기 유전링은 상유전 물질(paraelectric material)을 포함하는 유전링; 및
    상기 유전링의 유전 상수를 조절하는 유전 상수 제어부를 포함하는 플라즈마 공정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유전 상수 제어부는, 상기 유전링에 직류 전압을 가하고, 상기 직류 전압의 크기를 조절하여 상기 유전링의 유전 상수를 조절하는 플라즈마 공정 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유전 상수 제어부는, 상기 유전링에 교류 전압을 가하고, 상기 교류 전압의 주파수를 조절하여 상기 유전링의 유전 상수를 조절하는 플라즈마 공정 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 유전 상수 제어부는, 상기 유전링에 열을 가하여 상기 유전링의 온도를 조절하여 상기 유전링의 유전 상수를 조절하는 플라즈마 공정 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 척 스테이지 상에 가스를 분사하는 가스 피더를 더 포함하는 플라즈마 공정 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 가스 피더 또는 상기 척 스테이지 중 어느 하나는 접지되고, 나머지 하나는 RF 전원이 인가되는 플라즈마 공정 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 유전링은 상기 유전 상수 제어부에 의해서 유전 상수가 조절되는 내부 유전링과,
    상기 내부 유전링을 둘러싸는 외부 유전링을 포함하는 플라즈마 공정 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 내부 유전링은 상유전 물질을 포함하고,
    상기 외부 유전링은 Al2O3, AlN, PETE(polyethylene terephthalate) 및 PEEK(PolyEtheretherKetone) 중 적어도 하나를 포함하는 플라즈마 공정 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 상유전 물질은 BTO(BaTiO3), BFO(BiFeO3) 및 BST 중 적어도 하나인 플라즈마 공정 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 유전링의 온도는 상기 상유전 물질의 퀴리 온도(Curie temperature) 이상인 플라즈마 공정 장치.
  11. 측벽을 포함하는 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하고, 상면에 웨이퍼가 지지될 수 있는 척 스테이지;
    상기 챔버 내에 위치하고, 상기 척 스테이지 상에 가스를 공급하는 가스 피더;
    상기 챔버 내에 위치하고, 상유전 물질을 포함하고, 상기 척 스테이지 또는 상기 가스 피더를 둘러싸는 유전링; 및
    상기 유전링의 유전 상수를 조절하는 유전 상수 제어부를 포함하는 플라즈마 공정 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 유전링은 상기 척 스테이지의 측면을 둘러싸는 플라즈마 공정 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 척 스테이지는 제1 직경을 가지는 하부와,
    상기 제1 직경보다 작은 제2 직경을 가지는 상부를 포함하는 플라즈마 공정 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 유전링은 상기 하부의 측면에 접하는 플라즈마 공정 장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 유전링은 상기 상부의 측면에 접하는 플라즈마 공정 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 유전링 상에 상기 상부와 접하고, 상기 웨이퍼의 측면이 접하는 포커스 링을 더 포함하는 플라즈마 공정 장치.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 유전링은 상기 챔버의 상기 측벽의 일부인 플라즈마 공정 장치.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 유전링은 상기 가스 피더의 측면을 둘러싸는 플라즈마 공정 장치.
  19. 상면에 웨이퍼가 지지되고, RF 파워가 인가되는 척 스테이지;
    상기 척 스테이지의 상에 상기 척 스테이지의 상면을 향해 가스를 배출하고, 접지되는 가스 피더;
    상기 척 스테이지와 상기 가스 피더를 포함하고, 내부에 공동을 포함하는 챔버;
    상기 척 스테이지를 둘러싸는 제1 링;
    상기 가스 피더를 둘러싸는 제2 링;
    상기 챔버의 측벽의 일부로서, 상기 공동을 둘러싸는 제3 링; 및
    상기 제1 내지 제3 링 중 적어도 하나의 유전 상수를 조절하는 유전 상수 조절부를 포함하는 플라즈마 공정 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 가스 피더와 연결되고, 플라즈마에 사용되는 가스를 저장하고 있는 가스 소스를 더 포함하는 플라즈마 공정 장치.
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