KR20200010743A - 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 지지 장치는 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지 및 상기 기판 스테이지 둘레에 설치되는 접지 링 어셈블리를 포함한다. 상기 접지 링 어셈블리는 도전성 물질로 형성되며 전기적으로 접지되고 둘레를 따라 복수 개의 수용 홈들이 형성된 환형 형상의 접지 링 몸체 및 상기 수용 홈들 내부로 각각 수용되도록 이동 가능한 복수 개의 접지 블록들을 포함한다.

Description

기판 지지 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치{SUBSTRATE SUPPORT APPARATUS AND PLASMA PROCESSING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 기판 지지 장치 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 플라즈마 챔버 내에서 웨이퍼를 지지하기 위한 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
많은 형태의 반도체 장치들은 플라즈마-기반 에칭 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 유도 결합형 플라즈마 식각 장치와 같은 플라즈마 식각 장치는 챔버 내부에 플라즈마를 생성하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 그러나, 반도체 장치가 고집적화됨에 따라, 웨이퍼 표면 상의 반경 방향으로(웨이퍼의 중심으로부터 에지 영역까지)뿐만 아니라 원주 방향(방위 방향)으로의 불균일성이 야기되고, 이러한 웨이퍼의 비대칭 산포를 개선할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 일 과제는 웨이퍼의 비대칭 산포를 개선할 수 있는 접지 링을 갖는 기판 지지 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 기판 지지 장치를 포함한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 장치는 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지 및 상기 기판 스테이지 둘레에 설치되는 접지 링 어셈블리를 포함한다. 상기 접지 링 어셈블리는 도전성 물질로 형성되며 전기적으로 접지되고 둘레를 따라 복수 개의 수용 홈들이 형성된 환형 형상의 접지 링 몸체 및 상기 수용 홈들 내부로 각각 수용되도록 이동 가능한 복수 개의 접지 블록들을 포함한다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 장치는 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지, 상기 기판 스테이지 둘레에 설치되고 도전성 물질로 형성되며 전기적으로 접지되고 둘레를 따라 복수 개의 수용 홈들이 형성된 환형 형상의 접지 링 몸체, 및 상기 수용 홈들 내부로 각각 수용되도록 이동 가능한 복수 개의 접지 블록들을 포함하는 접지 링 어셈블리, 및 상기 기판 스테이지 둘레에 상기 접지 링 몸체 상부에 구비되며 상기 접지 링 몸체에 전기적으로 연결되어 접지된 배플 부재를 포함한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에서 상기 기판을 지지하며 하부 전극을 갖는 기판 스테이지, 상기 챔버 상부에 상기 기판 전극에 대향하도록 배치되는 상부 전극, 상기 상부 전극에 플라즈마 전력을 인가하기 위한 제1 전력 공급부, 상기 기판 전극에 바이어스 전력을 인가하기 위한 제2 전력 공급부, 및 상기 기판 스테이지 둘레에 설치되며 전기적으로 접지되는 접지 링 어셈블리를 포함한다. 상기 접지 링 어셈블리는 둘레를 따라 복수 개의 수용 홈들이 형성된 환형 형상의 접지 링 몸체 및 상기 수용 홈들 내부로 각각 수용되도록 이동 가능한 복수 개의 접지 블록들을 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 기판 지지 장치는 기판 스테이지 둘레에 배치되어 플라즈마로부터의 전자들을 제거하기 위한 접지 링 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 접지 링 어셈블리는 상기 기판 스테이지의 외주면 외측에 하부 둘레를 따라 복수 개의 수용 홈들이 형성된 환형 형상의 접지 링 몸체 및 상기 수용 홈들 내부로 각각 수용되도록 독립적으로 이동 가능한 복수 개의 접지 블록들을 포함할 수 있다. 상기 접지 블록들 중 선택된 일부만이 구동되어 상기 수용 홈들 내부면과 접촉할 수 있다.
이에 따라, 상기 접지 링 몸체의 복수 개의 접지 경로들의 임피던스를 기계적으로 제어함으로써, 웨이퍼 상의 방위 불균일성(CD 산포 비대칭성)을 개선할 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 블록도이다.
도 2는 도 1의 기판 스테이지의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 챔버 내의 기판 스테이지를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 2의 기판 스테이지의 접지 링 어셈블리를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 접지 링 어셈블리의 접지 링 몸체를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 링 몸체의 하부면을 나타내는 저면도이다.
도 7은 도 5의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 4의 접지 링 어셈블리의 접지 블록의 이동을 나타내는 단면도들이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 웨이퍼의 비대칭 산포를 제어하기 위한 접지 블록들의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다. 도 2는 도 1의 기판 스테이지의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 3은 도 1의 챔버 내의 기판 스테이지를 나타내는 평면도이다. 도 4는 도 2의 기판 스테이지의 접지 링 어셈블리를 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 4의 접지 링 어셈블리의 접지 링 몸체를 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 5의 링 몸체의 하부면을 나타내는 저면도이다. 도 7은 도 5의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 8a 및 도 8b는 도 4의 접지 링 어셈블리의 접지 블록의 이동을 나타내는 단면도들이다. 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 웨이퍼의 비대칭 산포를 제어하기 위한 접지 블록들의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(20), 하부 전극(110)을 갖는 기판 지지 장치(100), 상부 전극(40), 제1 전력 공급부(41) 및 제2 전력 공급부(31)를 포함할 수 있다. 기판 지지 장치(100)는 챔버(20) 내에서 상기 기판을 지지할 수 있다. 기판 지지 장치(100)는 상기 기판이 안착되는 하부 전극(110)을 갖는 기판 스테이지 및 상기 기판 스테이지 둘레에 설치되어 전기적으로 접지되는 접지 링 어셈블리(200)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 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.
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(22)를 포함할 수 있다. 커버(22)는 챔버(20)의 상부를 밀폐시킬 수 있다.
챔버(20)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 출입을 위한 게이트(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 상기 게이트를 통해 웨이퍼(W)가 상기 기판 스테이지 상으로 로딩 및 언로딩될 수 있다.
챔버(20)의 하부에는 배기 포트(24)가 설치되고, 배기 포트(24)에는 배기관을 통해 배기부(26)가 연결될 수 있다. 상기 배기부는 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 포함하여 챔버(20) 내부의 처리 공간을 원하는 진공도의 압력으로 조절할 수 있다. 또한, 챔버(20) 내에 발생된 공정 부산물들 및 잔여 공정 가스들을 배기 포트(24)를 통하여 배출될 수 있다.
상부 전극(40)은 하부 전극(110)과 대향하도록 챔버(20) 외측 상부에 배치될 수 있다. 상부 전극(40)은 커버(22) 상에 배치될 수 있다. 상부 전극(40)은 고주파(RF) 안테나를 포함할 수 있다. 상기 안테나는 평면 코일 형상을 가질 수 있다. 커버(22)는 원판 형상의 유전체 창(dielectric window)을 포함할 수 있다. 상기 유전체 창은 유전 물질을 포함한다. 예를 들어서, 상기 유전체 창은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다. 상기 유전체 창은 상기 안테나로부터의 파워를 챔버(20) 내부로 전달하는 기능을 가질 수 있다.
예를 들면, 상부 전극(40)은 나선 형태 또는 동심원 형태의 코일들을 포함할 수 있다. 상기 코일은 챔버(20)의 플라즈마 공간(P)에서 유도 결합된 플라즈마(inductively coupled plasma)를 발생시킬 수 있다. 여기서는, 상기 코일들의 개수, 배치 등은 이에 제한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(20) 내부로 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 공급부는 가스 공급 엘리먼트들로서, 가스 공급관들(50a, 50b), 유량 제어기(52), 및 가스 공급원(54)을 포함할 수 있다. 가스 공급관들(50a, 50b)은 챔버(20)의 상부 및/또는 측면으로 다양한 가스들을 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 공급관들은 커버(22)를 관통하는 수직 가스 공급관(50a) 및 챔버(20)의 측면을 관통하는 수평 가스 공급관(50b)을 포함할 수 있다. 수직 가스 공급관(50a) 및 수평 가스 공급관(50b)은 챔버(20) 내의 플라즈마 공간(P)으로 다양한 가스들을 직접적으로 공급할 수 있다.
상기 가스 공급부는 서로 다른 가스들을 원하는 비율로 공급할 수 있다. 가스 공급원(54)은 복수 개의 가스들을 보관하고, 상기 가스들은 가스 공급관들(50a, 50b)과 각각 연결된 복수 개의 가스 라인들을 통해 공급될 수 있다. 유량 제어기(52)는 가스 공급관들(50a, 50b)을 통하여 챔버(20) 내부로 유입되는 가스들의 공급 유량을 제어할 수 있다. 유량 제어기(52)는 수직 가스 공급관(50a)과 수평 가스 공급관(50b)으로 각각 공급되는 가스들의 공급 유량들을 독립적으로 또는 공통적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 가스 공급원(54)은 복수 개의 가스 탱크들을 포함하고, 유량 제어기(52)는 상기 가스 탱크들에 각각 대응하는 복수 개의 질량 유량 제어기들(MFC, mass flow controller)을 포함할 수 있다. 상기 질량 유량 제어기들은 상기 가스들의 공급 유량들을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
제1 전력 공급부(41)는 상부 전극(40)에 플라즈마 소스 파워를 인가할 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. 소스 RF 정합기(42)는 소스 RF 전원(54)에서 발생된RF 신호의 임피던스를 매칭하여 상기 코일들을 이용하여 발생시킬 플라즈마를 제어할 수 있다.
제2 전력 공급부(31)는 하부 전극(110)에 바이어스 소스 파워를 인가할 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(110)에 인가되는 바이어스 전압 및 바이어스 전류를 조절하여 바이어스 RF의 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 바이어스 RF 전원(34)과 소스 RF 전원(34)는 제어부의 동조기를 통하여 서로 동기화되거나 비동기화될 수 있다.
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.
구체적으로, 상기 제어부는 플라즈마 전력 제어 신호 및 바이어스 전력 제어 신호를 각각 생성할 수 있다. 제1 전력 공급부(41)는 상기 플라즈마 전력 제어 신호에 따라 상부 전극(40)에 플라즈마 소스 파워를 인가할 수 있다. 제2 전력 공급부(31)는 상기 바이어스 전력 제어 신호에 따라 하부 전극(110)에 바이어스 소스 파워를 인가할 수 있다.
제1 전력 공급부(41)는 상기 플라즈마 전력 제어 신호에 따라 상부 전극(40)에 고주파 전력 신호를 인가할 수 있다. 예를 들면, 상기 고주파 전력은 약 27 MHz 내지 2.45 GHz의 주파수 범위와 약 100W 내지 1000W의 파워 범위를 갖는 RF 파워로 생성될 수 있다. 예를 들면, 상기 고주파 전력은 주로 약 40 MHz 내지 약 1.5 GHz의 주파수를 갖도록 생성될 수 있다.
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 플라즈마(P)가 생성될 수 있다. 상기 플라즈마 전력의 주파수보다 작은 주파수를 갖는 상기 바이어스 전력이 상기 하부 전극에 인가되어 챔버(20) 내에서 발생한 플라즈마 원자 또는 이온을 상기 하부 전극을 향하여 끌어당길 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 기판 지지 장치(100)은 챔버(20) 내부에 배치되어 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다. 기판 지지 장치(100)는 웨이퍼(W)를 지지하는 상기 기판 스테이지 및 상기 기판 스테이지 둘레에 배치되는 접지 링 어셈블리(200)를 포함할 수 있다. 또한, 기판 지지 장치(100)는 상기 스테이지 둘레에 배치되며 접지 링 어셈블리(200)에 전기적으로 연결되는 배플 부재(160)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판 스테이지는 하부 전극(110), 절연 플레이트(120), 하부 접지 플레이트(130), 측면 절연링(140) 및 에지 링(150)을 포함할 수 있다.
하부 전극(110)은 원판 형상을 갖는 전극 플레이트일 수 있다. 하부 전극(100)은 상부에 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전척을 포함할 수 있다. 상기 정전척은 직류 전원(도시되지 않음)으로부터 공급되는 직류 전압에 의해, 정전력으로 웨이퍼(W)를 흡착 및 유지할 수 있다.
하부 전극(110)은 웨이퍼(W)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 또한, 하부 전극(110)은 내부에 냉각을 위한 순환 채널(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 또한, 웨이퍼 온도의 정밀도를 위해, He 가스와 같은 냉각 가스가 상기 정전 척과 웨이퍼(W) 사이에 공급될 수 있다. 하부 전극(110)은 구동 지지부(170)에 의해 상하로 이동 가능할 수 있다.
절연 플레이트(120)는 하부 전극(110)와 하부 접지 플레이트(130) 사이에 배치되어 이들 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 절연 플레이트(120)는 하부 전극(110)의 하부에 위치할 수 있다.
하부 접지 플레이트(130)는 상기 기판 스테이지의 하부에 위치할 수 있다. 하부 접지 플레이트(130)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성될 수 있다. 하부 접지 플레이트(130)의 상면은 절연 플레이트(120)에 의해 커버될 수 있다.
측면 절연 링(140)은 하부 전극(110)의 외주면을 커버하도록 배치될 수 있다. 측면 절연 링(140)은 하부 전극(110)의 외측면을 보호하는 커버 링의 역할을 수행할 수 있다. 에지 링(150)은 측면 절연 링(140) 상에 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 에지 링(150)은 상기 웨이퍼를 정확히 안착시키고 상기 웨이퍼에 플라즈마가 집중적으로 공급되도록 하는 포커스 링의 역할을 수행할 수 있다.
배플 부재(160)는 하부 전극(110)의 외주면의 외측에 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 하부 전극(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 하부 전극(110)의 하부면 또는 그 아래에 배치될 수 있다. 배플 부재(160)는 절연 플레이트(120)의 외주면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 배플 부재(160)의 내측면은 절연 플레이트(120)의 외주면과 이격되거나 또는 접촉하도록 지지될 수 있다. 배플 부재(160)의 외측면은 챔버(20)의 내벽과 이격되도록 지지될 수 있다.
플라즈마(P)는 웨이퍼(W), 에지 링(150), 측면 절연링(140) 및 배플 부재(160)에 의해 규정된 체적 내로 한정되도록 생성될 수 있다. 배플 부재(160)는 후술하는 바와 같이, 하부의 접지 링 몸체(210)와 전기적으로 연결되어 플라즈마 처리 공정 중에 전기적으로 접지될 수 있다. 따라서, 배플 부재(160)는 플라즈마로부터 전자들을 제거함으로써 공정 중에서 이온 에너지를 증가시켜 식각 균일성을 개선시킬 수 있다.
배플 부재(160)는 가스가 통과하는 복수 개의 천공들(162)을 구비할 수 있다. 챔버(20) 내에 발생된 공정 부산물들 및 잔여 공정 가스들은 배플 부재(160)의 천공들(162)을 경유하여 배기 포트(24)를 통해 배출될 수 있다. 예를 들면, 천공들(162)에 의한 개구율은 약 20% 내지 약 50%일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 접지 링 어셈블리(200)는 상기 기판 스테이지의 외주면 외측에 환형 형상을 가지며 하부 둘레를 따라 복수 개의 수용 홈들(212)이 형성된 접지 링 몸체(210) 및 상기 수용 홈들(212) 내부로 각각 수용되도록 이동 가능한 복수 개의 접지 블록들(220)을 포함할 수 있다. 접지 링 몸체(210) 및 접지 블록들(220)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 접지 링 몸체(210) 및 접지 블록들(220)은 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다. 또한, 접지 링 어셈블리(200)는 접지 블록들(220)을 독립적으로 구동시키기 위한 구동 메커니즘(230)을 더 포함할 수 있다.
접지 링 몸체(210)는 전체적으로 환형 형상을 가질 수 있다. 접지 링 몸체(210)는 절연 플레이트(120)의 외주면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 접지 링 몸체(210)는 이너 라이너(inner liner)의 역할을 수행할 수 있다.
접지 링 몸체(210)은 배플 부재(160)의 하부에 위치할 수 있다. 접지 링 몸체(210)의 상부면(211a)은 배플 부재(160)의 하부면과 전기적으로 접촉할 수 있다.
접지 링 몸체(210)는 하부 접지 플레이트(130)의 외측 상면에 배치될 수 있다. 접지 링 몸체(210)의 하부면(211b)은 하부 접지 플레이트(130)의 상면 가장자리와 전기적으로 접촉할 수 있다. 따라서, 플라즈마로부터 전자들은 배플 부재(160) 및 접지 링 몸체(210)의 전도성 접지 경로를 통해 제거될 수 있다.
접지 링 몸체(210)의 하부면(211b)에는 O-링(215)을 수용하는 O-링 홈(214)이 형성될 수 있다. O-링(214)에 의해 접지 링 몸체(210)와 하부 접지 플레이트(130)가 챔버(20)로부터 밀봉될 수 있다.
접지 링 몸체(210)의 노출된 표면에는 접지 블록들(220)을 수용하기 위한 수용 홈들(212)이 형성될 수 있다. 수용 홈들(212)은 접지 링 몸체(210)의 하부 외측면에 원주 방향을 따라 서로 이격 형성될 수 있다. 수용 홈들(212) 사이의 간격들은 서로 동일하거나 다를 수 있다. 접지 링 몸체(210)에서 수용 홈(212)이 형성된 부분은 상대적으로 좁은 접지 경로를 갖게 되고, 수용 홈(212)이 형성되지 않은 부분은 상대적으로 넓은 접지 경로를 가질 수 있다.
복수 개의 접지 블록들(220)은 접지 링 몸체(210)의 하부에서 승하강 가능하도록 설치될 수 있다. 구동 메커니즘(230)은 접지 블록들(220)에 연결된 로드들(232)을 상하 방향으로 독립적으로 구동시킬 수 있다. 구동 메커니즘(230)은 상기 제어기에 연결되어 복수 개의 접지 블록들(220) 중 선택된 접지 블록들(220)만을 승강시키도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 선택된접지 블록들(220)은 접지 링 몸체(210)의 수용 홈들(212) 내부로 각각 수용되도록 이동될 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 접지 블록(220)이 상승하여 접지 링 몸체(210)의 수용 홈(212) 내부에 수용될 수 있다. 이 때, 접지 블록(220)은 수용 홈(212)과 접촉할 수 있다. 따라서, 수용 홈(212)에 접지 블록(220)이 수용된 부분은 상대적으로 넓은 수직 방향으로의 접지 경로(P)를 갖게 된다.
따라서, 접지 링 어셈블리(200)의 접지 링 몸체(210)은 수용 홈들(212)의 위치, 체적 등에 따라 서로 다른 임피던스를 갖는 복수 개의 수직 방향으로의 접지 경로들을 가질 수 있다. 또한, 접지 링 몸체(210)는 수용 홈들(212) 내에 접지 블록들(220)이 수용되는 지 여부에 따라 서로 다른 임피던스를 갖는 복수 개의 수직 방향으로의 접지 경로들을 가질 수 있다.
이와 다르게, 복수 개의 접지 블록들(220)은 접지 링 몸체(210)의 측방에서 접지 링 몸체(210)의 중심을 향하여 반경 방향으로 전진 및 후진 가능하도록 설치될 수 있다. 구동 메커니즘(230)은 접지 블록들(220)에 연결된 로드들(232)을 반경 방향으로 독립적으로 구동시킬 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 산포 맵 분석 결과 비대칭적 산포 불량이 나타낼 때, 비대칭성을 보상하기 위하여 복수 개의 접지 블록들(220) 중에서 선택된 접지 블록들(220)만을 수용 홈들(212) 내부에 수용시킬 수 있다. 이에 따라, 플라즈마로부터의 전자들이 이동하는 복수 개의 접지 경로들의 임피던스(또는 커패시턴스)를 의도적으로 비대칭적이 되도록 제어함으로써, 웨이퍼 상의 방위 불균일성(산포 비대칭성)을 개선할 수 있다.
상술한 바와 같이, 접지 링 어셈블리(100)는 상기 기판 스테이지의 외주면 외측에 환형 형상을 가지며 하부 둘레를 따라 복수 개의 수용 홈들(212)이 형성된 접지 링 몸체(210) 및 상기 수용 홈들(212) 내부로 각각 수용되도록 이동 가능한 복수 개의 접지 블록들(220)을 포함할 수 있다. 접지 블록들(220) 중 선택된 일부만이 구동되어 수용 홈들(212) 내부면과 접촉할 수 있다.
이에 따라, 접지 링 몸체(210)의 복수 개의 접지 경로들의 임피던스를 기계적으로 제어함으로써, 웨이퍼 상의 방위 불균일성(CD 산포 비대칭성)을 개선할 수 있다.
이하에서는, 도 1의 플라즈마 처리 장치를 이용한 기판을 처리하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1, 도 2, 도 4 및 도 10을 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 챔버(20) 내에 기판(W)을 로딩한 후(S100), 기판(W) 상에 공정 가스를 공급하고(S110), 챔버(20) 내에서 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다(S120).
먼저, 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(20) 내의 기판 스테이지의 정전척) 상에 로딩할 수 있다. 가스 공급관들(50a, 50b)로부터 공정 가스(예를 들면, 식각 공정 가스)를 챔버(20) 내에 도입하고, 배기부(26)에 의해 챔버(20) 내의 압력을 기 설정된 값으로 조정할 수 있다. 가스 공급관들(50a, 50b)을 통해 식각 공정 가스들을 챔버(20) 내에 공급할 수 있다.
이어서, 상부 전극(40)에 플라즈마 전력을 인가하여 챔버(20) 내에 플라즈마를 형성하고, 하부 전극(110)에 바이어스 전력을 인가하여 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다.
플라즈마 전력 공급부(41)는 제어부의 플라즈마 전력 제어 신호에 따라 상부 전극(40)에 고주파 전력 신호를 인가할 수 있다. 예를 들면, 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.
바이어스 전력 공급부(31)는 상기 제어부의 바이어스 전력 제어 신호에 따라 하부 전극(110)에 바이어스 전력 신호를 인가하여, 웨이퍼(W) 상의 식각 대상막의 식각 공정을 수행할 수 있다.
이어서, 하부 전극(110) 둘레의 접지 링의 임피던스를 조정할 수 있다(S140). 상기 접지 링의 임피던스를 조정하는 단계는 상기 기판을 로딩한 후에 곧바로 수행할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 웨이퍼(W)의 산포 비대칭성을 보상하기 위하여 복수 개의 접지 블록들(220) 중에서 선택된 접지 블록들(220)만을 접지 링 몸체(210)의 수용 홈들(212) 내부에 수용시킬 수 있다.
웨이퍼(W)의 산포 맵 분석 결과 비대칭적 산포 불량이 나타낼 때, 웨이퍼(W)의 산포 비대칭성을 보상하기 위하여 플라즈마로부터의 전자들이 이동하는 접지 링 몸체(210)에서의 복수 개의 접지 경로들의 임피던스(또는 커패시턴스)를 의도적으로 비대칭적이 되도록 제어할 수 있다.
구동 메커니즘(230)은 제어 신호에 따라 복수 개의 접지 블록들(220) 중 선택된 접지 블록들(220)에 연결된 로드들(232)을 상하 방향으로 독립적으로 구동시킬 수 있다. 이에 따라, 선택된 접지 블록들(220)은 접지 링 몸체(210)의 수용 홈들(212) 내부로 각각 수용되도록 이동될 수 있다. 이 때, 접지 블록(220)은 수용 홈(212)과 접촉할 수 있다. 이 때, 수용 홈(212)에 접지 블록(220)이 수용된 부분은 상대적으로 넓은 접지 경로를 갖게 된다. 이에 따라, 접지 링 몸체(210)에서의 복수 개의 접지 경로들의 임피던스(또는 커패시턴스)를 의도적으로 비대칭적이 되도록 제어할 수 있다.
상기 플라즈마 식각 공정 중에 상기 플라즈마로부터 전자들은 배플 부재(160) 및 접지 링 몸체(210)를 통해 접지되어 제거될 수 있다. 상기 전자들은 접지 링 몸체(210)의 복수 개의 상기 접지 경로들을 통해 제거될 수 있다. 상기 접지 경로들의 임피던스(커패시턴스)가 제어됨으로써, 상기 전자들의 전달 경로가 방위적으로 대칭적이 되도록 조정될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 상의 방위 불균일성(CD 산포 비대칭성)을 개선할 수 있다.
전술한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법은 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.
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.
10: 플라즈마 처리 장치 20: 챔버
22: 커버 24: 배기 포트
26: 배기부 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
50a, 50b: 가스 공급관 52: 유량 제어기
54: 가스 공급원 100: 기판 지지 장치
110: 하부 전극 120: 절연 플레이트
130: 하부 접지 플레이트 140: 측면 절연링
150: 에지 링 160: 배플 부재
162: 천공 200: 접지 링 어셈블리
210: 접지 링 몸체 212: 수용 홈
214: O-링 홈 220: 접지 블록
230: 구동 메커니즘 232: 로드

Claims (10)

  1. 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지 및
    상기 기판 스테이지 둘레에 설치되고, 도전성 물질로 형성되며 전기적으로 접지되고 둘레를 따라 복수 개의 수용 홈들이 형성된 환형 형상의 접지 링 몸체 및 상기 수용 홈들 내부로 각각 수용되도록 이동 가능한 복수 개의 접지 블록들을 포함하는 접지 링 어셈블리를 포함하는 기판 지지 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 접지 링 어셈블리는 상기 접지 블록들을 독립적으로 구동시키기 위한 구동 메커니즘을 더 포함하는 기판 지지 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 구동 메커니즘은 상기 접지 블록들에 연결된 로드들을 상하 방향으로 독립적으로 구동시키는 기판 지지 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 복수 개의 상기 수용 홈들은 상기 접지 링 몸체의 하부면에 형성되고, 복수 개의 상기 접지 블록들은 상기 접지 링 몸체의 하부에서 승하강 가능하도록 설치되는 기판 지지 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 접지 블록은 상기 수용 홈 내부로 수용될 때 상기 수용 홈의 내부면과 전기적으로 접촉하는 기판 지지 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 스테이지 둘레에 상기 접지 링 몸체 상부에 구비되며, 상기 접지 링 몸체에 전기적으로 연결된 배플 부재를 더 포함하는 기판 지지 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 배플 부재의 상부면은 상기 기판의 상부면보다 낮은 위치에 배치되는 기판 지지 장치.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 배플 부재는 상기 기판 스테이지의 상부면과 평행하게 연장하는 환형 플레이트를 포함하는 기판 지지 장치.
  9. 제6 항에 있어서, 상기 배플 부재는 가스가 통과하는 복수 개의 천공들을 포함하는 기판 지지 장치.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 기판 스테이지는 순차적으로 배치된 하부 접지 플레이트, 절연 플레이트 및 하부 전극을 포함하고,
    상기 접지 링 몸체는 상기 절연 플레이트의 외주면을 둘러싸도록 배치되는 기판 지지 장치.
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