KR20220021514A - 상부 전극 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

상부 전극 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220021514A
KR20220021514A KR1020200102156A KR20200102156A KR20220021514A KR 20220021514 A KR20220021514 A KR 20220021514A KR 1020200102156 A KR1020200102156 A KR 1020200102156A KR 20200102156 A KR20200102156 A KR 20200102156A KR 20220021514 A KR20220021514 A KR 20220021514A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
upper electrode
substrate
radius
distance
focus ring
Prior art date
Application number
KR1020200102156A
Other languages
English (en)
Inventor
김병조
남상기
고정민
서권상
심승보
조영현
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020200102156A priority Critical patent/KR20220021514A/ko
Priority to US17/188,064 priority patent/US11545344B2/en
Publication of KR20220021514A publication Critical patent/KR20220021514A/ko
Priority to US18/085,949 priority patent/US11869751B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32541—Shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32642—Focus rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating
    • H01J2237/3321—CVD [Chemical Vapor Deposition]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H01J2237/3341—Reactive etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/335—Cleaning

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들에 따르면, 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에 사용하기 위한 상부 전극이 제공된다. 상기 상부 전극의 하부 표면은 중심 영역 및 상기 중심 영역을 둘러싸는 환 형의(Ring-shaped) 가장자리 영역을 포함하고; 상기 상부 전극은, 상기 가장자리 영역 상에서 상기 플라즈마를 향해 돌출된 환 형의 제1 돌출부를 포함하며, 상기 제1 돌출부는 상기 플라즈마를 향한 방사상 국소 극대점인 제1 정점(Apex)을 포함하고, 및 상기 제1 정점과 상기 상부 전극의 중심 축 사이의 방사 방향 거리인 제1 거리는 상기 기판의 반경보다 더 크다.

Description

상부 전극 및 이를 포함하는 기판 처리 장치{Upper electrode and substrate processing apparatus including the same}
본 발명은 상부 전극 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 기판 상에 플라즈마 처리를 수행하기 위한 상부 전극 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위한 공정의 예시로서, 플라즈마 유발 증착, 플라즈마 식각 및 플라즈마 세정을 포함하는 플라즈마 공정이 있다. 최근 반도체 소자의 미세화 및 고집적화에 대한 필요가 증대됨에 따라, 웨이퍼 상에 수십배 내지 수백배 이상의 고 종횡비의 컨택 구조를 형성하는 것이 요구된다. 이러한 고 종횡비 구조의 형성 공정에서는, 플라즈마 공정의 미세한 오차가 반도체 제품에 불량을 유발할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 설비 내에서 플라즈마의 밀도 분포를 정밀하게 제어하여, 플라즈마 공정의 정밀도 및 신뢰성을 제고하기 위한 다양한 연구들이 지속되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 신뢰성이 제고된 플라즈마 처리를 위한 상부 전극 및 이를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따르면, 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에 사용하기 위한 상부 전극이 제공된다. 상기 상부 전극의 하부 표면은 중심 영역 및 상기 중심 영역을 둘러싸는 환 형의(Ring-shaped) 가장자리 영역을 포함하고; 상기 상부 전극은, 상기 가장자리 영역 상에서 상기 플라즈마를 향해 돌출된 환 형의 제1 돌출부를 포함하며, 상기 제1 돌출부는 상기 플라즈마를 향한 방사상 국소 극대점인 제1 정점(Apex)을 포함하고, 및 상기 제1 정점과 상기 상부 전극의 중심 축 사이의 방사 방향 거리인 제1 거리는 상기 기판의 반경보다 더 크다.
예시적인 실시예들에 따르면, 기판 처리 장치에 사용하기 위한 상부 전극이 제공된다. 상기 상부 전극은, 상기 기판 처리 장치에 의해 처리되는 기판과 대면하도록 구성된 하부 표면을 포함하고, 상기 하부 표면은 환 형의 제1 돌출부를 포함하며, 상기 제1 돌출부는 방사상 국소 극대점인 제1 정점을 포함하고, 및 상기 제1 정점과 상기 상부 전극의 중심 축 사이의 거리인 제1 거리는 150mm 내지 180mm일 수 있다.
기판 처리 장치에 사용하기 위한 상부 전극에 있어서, 상기 상부 전극은, 기판 대면부; 및 상기 기판 대면부를 둘러싸는 포커스 링 대면부;를 포함하고, 상기 포커스 링 대면부는 리세스될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 기판 처리 장치가 제공된다. 상기 장치는, 기판을 지지하는 웨이퍼 지지대; 상기 기판의 외주를 둘러싸는 포커스 링; 상기 기판의 상면에 수직한 제1 방향을 따라 상기 웨이퍼 지지대로부터 이격되어 배치된 상부 전극; 및 상기 상부 전극 및 상기 웨이퍼 지지대를 둘러싸는 슈라우드를 포함하되, 상기 상부 전극은, 기판 대면 전극; 및 상기 기판 대면 전극을 둘러싸고, 상기 포커스 링과 상기 제1 방향으로 중첩되는 포커스 링 대면 전극;을 포함하되,상기 포커스 링 대면 전극의 하부 표면은 리세스될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 플라즈마 영역 내 플라즈마 분포의 방사방향 밀도 분포를 고르게 하도록 구성된 상부 전극 및, 상기 상부 전극을 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다. 이에 따라, 기판의 중심 영역으로부터 가장자리 영역 전체에 걸쳐 플라즈마 식각 공정의 균일도, 제어도(controllability) 및 신뢰성이 제고될 수 있다.
본 발명을 통해 이뤄지는 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 상부 전극의 부분 단면도이다.
도 3 내지 도 4b는 예시적인 실시예들에 따른 상부 전극의 효과를 나타내기 위해 실험예와 비교예에 대한 실험 결과를 도시한 그래프들이다.
도 5a 내지 도 5d는 다른 예시적인 실시예들에 따른 상부 전극들을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6a는 비교예의 기판 처리 장치의 부분 단면도이며, 도 6b는 비교예의 기판 처리 장치의 플라즈마 영역 내의 플라즈마 밀도의 등고선을 나타내는 그래프이다.
도 7a는 실험예의 기판 처리 장치의 부분 단면도이며, 도 7b는 실험예의 기판 처리 장치의 플라즈마 영역 내의 플라즈마 밀도의 등고선을 나타내는 그래프이다.
도 8 및 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 상부 전극들의 효과를 설명하기 위한 그래프들이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 장치(100)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는, 챔버(110), 기판 지지대(120), 포커스 링 지지대(130), 포커스 링(135), 슈라우드(140), 상부 전극(150)을 포함할 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 기판(Sb)에 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(100)는 기판(Sb) 상에 플라즈마에 기반한 이온 빔 식각, 플라즈마에 기반한 물질막의 증착 및 플라즈마에 기반한 이온 세정 중 어느 하나의 공정을 수행할 수 있다. 이하에서는, 기판 처리 장치(100)가 플라즈마에 기반한 이온 빔 식각 공정을 실시하는 실시예를 중심으로 설명하도록 한다. 그러나, 당업계의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여, 기판 처리 장치(100)가 플라즈마에 기반한 이온 세정 공정 및 플라즈마에 기반한 증착 공정을 수행하는 것에 대해서 용이하게 도달할 수 있을 것이다.
기판(Sb)은 예를 들면, 실리콘(Si, silicon)을 포함할 수 있다. 기판(Sb)은 게르마늄(Ge, germanium)과 같은 반도체 원소, 또는 SiC(silicon carbide), GaAs(gallium arsenide), InAs(indium arsenide), 및 InP(indium phosphide)와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 기판(Sb)은 SOI(silicon on insulator) 구조를 가질 수 있다. 기판(Sb)은 기판(Sb)의 전면에 형성된 매립 산화물 층(buried oxide layer)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(Sb)은 기판(Sb)의 전면에 형성된 도전 영역, 예컨대, 불순물이 도핑된 웰(well)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(Sb)은 상기 도핑된 웰을 서로 분리하는 STI(shallow trench isolation)와 같은 다양한 소자분리 구조를 가질 수 있다. 도시되지 않았으나, 기판(Sb)의 전면에 다수의 물질 층들 및 이종의 물질로 구성된 다양한 패턴들이 형성될 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 CCP(capacitively coupled plasma) 설비에 대응될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 기판 처리 장치는 CCP 캐소드(Cathode) 설비, ICP(Inductively Coupled Plasma) 설비, TCP(transformer coupled plasma) 설비, 리모트 마이크로 웨이브 플라즈마 생성 및 전달 설비등과 같은 임의의 다른 적합한 설비들로 구현될 수도 있다.
챔버(110)는 기판(Sb) 처리를 위한 내부 공간을 제공할 수 있다. 챔버(110)는 상기 처리를 위한 내부 공간을 외부로부터 분리할 수 있다. 챔버(110)는 높은 정밀도로 압력 및 온도를 조절할 수 있는 클린 룸 설비일 수 있다. 챔버(110)는 기판 처리 장치(100)에 포함된 요소들이 배치되는 공간을 제공할 수 있다. 챔버(110) 내에 플라즈마가 생성되는 영역인 플라즈마 영역(PLR)이 정의될 수 있다. 챔버(110)는 대략 원통 형상을 가질 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
기판 지지대(120)는 기판(Sb)을 지지할 수 있다. 기판 지지대(120)는 정전기력을 이용하여 기판(Sb)을 고정하는 정전 척일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기판 지지대(120)는 기판(Sb)의 온도를 제어하기 위한 내부 열선 구조를 포함할 수 있다.
기판 지지대(120)에 플라즈마를 생성하기 위한 RF(Radio frequency) 소스 전력(RSP) 및 상기 생성된 플라즈마를 가속시키기 위한 RF 바이어스 전력(RBP)이 인가될 수 있다. RF 소스 전력은 수십 MHz(예를 들어, 60 ㎒, 40 ㎒ 등) 범위의 주파수를 가질 수 있고, RF 바이어스 전력은 수백kHz 내지 수 MHz(예를 들어, 400㎑, 2 ㎒ 등) 범위의 주파수를 가질 수 있다.
포커스 링 지지대(130)는 기판 지지대(120)에 인접하게 배치될 수 있다. 포커스 링 지지대(130)는 포커스 링(135)을 지지할 수 있으며, 기판 지지대(120)의 외주(Outer periphery)를 둘러쌀 수 있다.
포커스 링(135)은 기판(Sb)의 외주를 둘러쌀 수 있다. 포커스 링(135)은 플라즈마를 기판(Sb) 위의 공간으로 한정하고, 기판(Sb)의 가장자리 처리의 성능을 최적화하며, 플라즈마 등에 의해 발생할 수 있는 손상으로부터 기판 지지대(120)를 보호할 수 있다.
슈라우드(140)는 기판(Sb) 위의 공간 내에 플라즈마 영역(PLR)을 한정할 수 있다. 슈라우드(140)는 기판 지지대(120) 및 상부 전극(150) 각각의 외주를 둘러쌀 수 있다. 일예에서, 슈라우드(140)는 C-슈라우드 일 수 있다. 슈라우드(140)는 실리콘(Si) 및 폴리실리콘 등과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 슈라우드(140)는 챔버(110) 내에 제공된 가스가 챔버(110) 외부로 벤팅되도록 구성된 적어도 하나의 슬롯을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상부 전극(150)에 기준 전위(GND)가 인가될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상부 전극(150)은 프로세스 가스들을 도입하고 분배하는 샤워헤드와 같은 가스 분배 장치를 포함할 수도 있다.
상부 전극(150)은 기판(Sb)과 유사하게, 회전 대칭성을 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상부 전극(150)은 중앙 영역의 내부 전극(151) 및 상기 내부 전극을 둘러싸는 외부 전극(155)을 포함할 수 있다.
이하에서 상부 전극(150)의 중심 축(CX)의 방향을 Z 방향으로 정의하고, 상기 Z 방향에 수직한 두 방향을 X 방향 및 Y 방향으로 정의한다. X 방향 및 Y 방향은 서로 수직일 수 있다. 별다른 언급이 없는 한 방향에 대한 정의는 도 1에서와 동일하다.
내부 전극(151)은 기판(Sb)을 대면할 수 있으며, 기판(Sb)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 내부 전극(151)은 기판(Sb)을 대면할 수 있으며, 기판(Sb)의 약 1배 내지 약 1.2배의 직경을 가질 수 있다. 예컨대, 기판(Sb)의 직경이 약 150mm인 경우, 내부 전극(151)의 직경은 약 150mm 내지 약 180mm의 범위에 있을 수 있고, 기판(Sb)의 직경이 약 200mm인 경우, 내부 전극(151)의 직경은 약 200mm 내지 약 240㎜의 범위에 있을 수 있으며, 기판(Sb)의 직경이 약 300mm인 경우, 내부 전극(151)의 직경은 약 300㎜ 내지 약 360㎜의 범위에 있을 수 있고, 기판(Sb)의 직경이 약 450mm인 경우, 내부 전극(151)의 직경은 약 450mm 내지 약 540mm의 범위에 있을 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 기판(Sb)의 직경이 약 300mm인 경우에 대해서 설명하도록 한다.
여기서 도 2를 참조하여 상부 전극(150)의 구조에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 상부 전극(150)의 부분 단면도이다. 상부 전극(150)은 중심 축(CX)에 대해 회전 대칭성을 가질 수 있다. 이에 따라, 중심 축(CX)의 일 측에 있는 부분(즉, 도 2에 도시된 부분)에 대한 설명은 중심 축(CX)의 타 측에 있는 부분(즉, 도 2에 도시되지 않은 부분)에 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 내부 전극(151)의 평면 형상은 원일 수 있고, 외부 전극(155)의 평면 형상은 환 형(Ring-shape)일 수 있다. 외부 전극(155)은 내부 전극(151)을 둘러쌀 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외부 전극(155)은 내부 전극(151)을 둘러싸는 동심의 링일 수 있다.
내부 전극(151)은 중심 축에 대한 방사상 위치에 의존하는 두께를 가질 수 있다. 내부 전극(151)의 상부 표면(151T)은 대략 평면 형상을 가질 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 상부 표면(151T)은, 내부 전극(151)이 샤워 헤드로서 동작하기 위한 복수의 홀들에 의한 요철 및 주변 구성 요소들(예컨대, 챔버(110))와 결합하기 위한 체결 구조들을 포함할 수 있다.
여기서 내부 전극(151)의 하부 표면(151B)은 챔버(110) 내에 장착될 때 기판(Sb)을 향하는 면일 수 있고, 내부 전극(151)의 상부 표면(151T)은 하부 표면(151B)의 반대면일 수 있다.
기판 처리 장치(100)에 의한 식각 속도 및 식각의 균일도는 예컨대, 상기 기판 처리 장치(100) 내의 구성 요소들의 치수들(Dimension)에 의존할 수 있다. 식각 속도 및 균일도에 영향을 줄 수 있는 주요 요소들은, 기판(Sb)의 상부 표면과 상부 전극(150)의 하부 표면들(151B, 155B) 사이의 거리 프로파일을 포함한다.
기판 처리 장치(100)에 의한 식각 속도는 기판(Sb)의 중심부로부터 기판(Sb)의 외주(outer perimeter)까지 기판(Sb) 표면 상의 위치에 따라 변할 수 있다. 기판(Sb) 위치별 식각 양상의 변화를 유발하는 요인들은, 시스 굽힘(sheath bending) 및 이온 입사 각도의 기울어짐(ion incidence angle tilt), 플라즈마 밀도의 방사상 변화 등을 포함할 수 있다.
시스 굽힘 및 이온 입사 각도 기울어짐은 고 종횡비 식각 구조(예컨대, 컨택 홀)의 측벽에 경사를 유발할 수 있고, 플라즈마 밀도의 방사상 변화는 식각 속도 및 식각 깊이의 방사상 변화를 유발할 수 있다.
기판(Sb)의 처리에 영향을 줄 수도 있는 기판 처리 장치(100)의 요소들은, 샤워 헤드를 포함하는 상부 전극(150), 플라즈마 한정 슈라우드(140), 및 베이스플레이트를 포함하는 기판 지지부(120) 및 포커스 링들(135) 등을 더 포함할 수 있다.
종래와 같이, 평탄한 하부 표면을 갖는 상부 전극이 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에 사용되는 경우, 기판 처리 장치에 인가되는 RF 소스 전력은 기판 위의 중심 영역 상에 플라즈마 밀도의 피크를 유발할 수도 있고, RF 바이어스 전력은 기판의 가장자리 영역(예를 들어, 중심으로부터 80 내지 150 ㎜의 영역) 상에 플라즈마 밀도의 피크를 유발할 수도 있다. 이에 따라, 플라즈마 영역 내에 'W'자 형상의 방사상 프로파일을 갖는 플라즈마 밀도 등고선이 형성될 수 있다. 플라즈마 밀도 등고선의 방사상 프로파일이 'W'자인 것은, 기판 전면에 걸쳐 플라즈마 식각 공정시 적용되는 플라즈마 농도의 불균일함을 의미한다.
불균일 플라즈마 분포는, 기판의 불균일한 식각을 유발할 수 있다. 최근 반도체 소자의 직접도 및 종횡비의 제고에 의해 프로파일 경사에 대한 공차(tolerance)가 감소하고 있는바, 고 종횡비 구조의 측벽에 발생한 작은 수준의 경사에 의해서도 소자 불량이 유발될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 내부 전극(151)의 하부 표면(151B)은 방사 방향 위치에 의존하는 프로파일을 가질 수 있다. 하부 표면(151B)의 방사 방향 위치에 의존하는 프로파일은 플라즈마의 방사 방향 분포를 균일하게 제어하기 위한 치수 및 기하적 구조를 가질 수 있다. 하부 표면(151B)의 방사 방향 위치에 의존하는 프로파일에 의해 플라즈마 영역(PLR) 내의 플라즈마 분포의 균일도가 제고될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 하부 표면(151B)의 전면에 걸쳐, 하부 표면(151B)의 프로파일은 연속적으로 변화할 수 있다.
이하에서는 상부 표면(151T)을 기준면으로 하여 하부 표면(151B)의 프로파일의 변화에 대해 자세히 설명하도록 한다. 이하에서 설명되는 상부 표면(151T)을 기준으로 한 하부 표면(151B)의 프로파일의 변화는, 상부 전극(120)의 회전 대칭 축인 중심 축(CX)을 법선으로 하고, 상부 표면(151T)과 같은 측에 있는 임의의 평면인 기준면에 대해서도 마찬가지일 수 있다. 여기서 상부 표면(151T)과 같은 측에 있는 평면은, 상부 표면(151T)과 하부 표면(151B)의 사이에 있는 평면, 또는 상부 표면(151T)을 사이에 두고 하부 표면(151B)과 이격된 평면을 의미한다.
기준면으로부터 하부 표면(151B)의 높이는 상기 내부 전극(151)의 중심 축(CX)에 대한 방사상 위치에 의존할 수 있다. 하부 표면(151B)은 내부 전극(151)의 중심에서 상기 기준면(예컨대, 상부 표면(151T))으로부터 가장 멀리 이격될 수 있다. 이에 따라, 내부 전극(151)의 중심 두께(d0)는 내부 전극(151)의 최대 두께일 수 있다.
내부 전극(151)의 중심 축(CX)으로부터 제1 반경(R1)에 가까워질수록, 하부 표면(151B)은 상기 기준면(예컨대, 상부 표면(151T))에 가까워질 수 있다. 하부 표면(151B)과 상기 기준면(예컨대, 상부 표면(151T)) 사이의 거리는 제1 반경(R1)에서 가장 작을 수 있다. 제1 반경(R1)은 상기 기준면(예컨대, 상부 표면(151T))에 대한 하부 표면(151B)의 높이(즉, Z 방향 거리)의 국소 극소점일 수 있다.
내부 전극(151)의 두께는 내부 전극(151)의 중심으로부터 제1 반경(R1)에 가까워질수록 감소할 수 있다. 내부 전극(151)은 제1 반경(R1)에서 최소의 두께인 제1 두께(d1)를 가질 수 있다. 내부 전극(151)의 중심 축(CX)과 제1 반경(R1)의 사이에 있는 내부 전극(151)의 부분의 두께는 제1 두께(d1)보다 크고 중심 두께(d0)보다 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 반경(R1)은 기판(Sb)의 반경(Sb)보다 더 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면 제1 반경(R1)은 약 60mm 내지 약 120㎜의 범위에 있을 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
제1 반경(R1)으로부터 제2 반경(R2)에 가까워질수록, 하부 표면(151B)은 상기 기준면(예컨대, 상부 표면(151T))으로부터 멀어질 수 있다. 제2 반경(R2)은 상기 기준면(예컨대, 상부 표면(151T))에 대한 하부 표면(151B)의 높이(즉, Z 방향 거리)의 국소 극대점일 수 있다. 상기 국소 극대점을 정점(151Ap)라고 정의하며, 상기 정점(151Ap)은 제2 반경(R2)의 원주를 따라 연장되는 환 형상(Ring-shape)을 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 정점(151Ap) 근방의 하부 표면(151B)의 방사상 그래디언트가 연속적으로 변할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 영역(PLR) 내의 플라즈마 밀도 분포의 균일도를 더욱 제고할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 정점(151Ap) 근방의 하부 표면(151B) 프로파일의 방사상 그래디언트는 0에 가까울 수 있다.
내부 전극(151)의 두께는 제1 반경(R1)으로부터 제2 반경(R2)에 가까워질수록 증가할 수 있다. 내부 전극(151)은 제2 반경(R2)에서 제2 두께(d2)를 가질 수 있다. 제1 반경(R1)과 제2 반경(R2)의 사이에 있는 내부 전극(151)의 부분의 두께는 제1 두께(d1)보다 크고 제2 두께(d2)보다 작을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 반경(R2)은 기판(Sb)의 반경(RS)보다 더 클 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 반경(R2)은 기판(Sb)의 반경(Sb)의 1배 내지 1.2배의 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 반경(R2)은 약 150㎜ 내지 약 180㎜의 범위에 있을 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 반경(R2)은 약 160㎜ 내지 약 175㎜의 범위에 있을 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예시적인 실시예들에 따르면, 정점(151Ap)은 포커스 링(135)과 Z 방향으로 중첩될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 하부 표면(151B)의 정점(151Ap)이 기판(Sb)의 반경(Sb)의 1배 내지 1.2 배의 범위에 있는 내부 전극(151)을 제공함으로써, 기판 처리 장치(100)의 고 종횡비 홀의 식각 성능이 제고될 수 있다. 기판 처리 장치(100)의 고 종횡비 홀의 식각 성능은, 도 3을 참조하여 후술되는 것과 같이 상기 고 종횡비 홀의 상부 표면과 하부 표면 사이의 편심(eccentricity)에 의해 특징화될(Characterizing) 수 있다.
제2 반경(R2)으로부터 제3 반경(R3)에 가까워질수록, 하부 표면(151B)은 상기 기준면(예컨대, 상부 표면(151T))에 가까워질 수 있다. 여기서 제3 반경(R3)은 내부 전극(151)의 반경일 수 있다.
이에 따라, 내부 전극(151)의 두께는 제2 반경(R2)으로부터 제3 반경(R3)에 가까워질수록 감소할 수 있다. 내부 전극(151)은 제3 반경(R3)에서 제3 두께(d3)를 가질 수 있다. 제2 반경(R2)과 제3 반경(R3)의 사이에 있는 내부 전극(151)의 부분의 두께는 제3 두께(d3)보다 크고 제2 두께(d2)보다 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 내부 전극(151)은 제1 반경(R1)으로부터 제3 반경(R3) 사이에 하부로 돌출된 돌출부(PP)를 포함할 수 있고, 정점(151Ap)은 상기 돌출부(PP)의 피크 점일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 반경(R1)으로부터 제2 반경(R2)의 범위에서 하부 표면(151B)의 프로파일의 방사상 변화율은, 제2 반경(R2)으로부터 제3 반경(R3)까지 하부 표면(151B)의 프로파일의 방사상 변화율 보다 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 반경(R1)으로부터 제2 반경(R2)의 범위에서 내부 전극(151)의 두께의 방사상 변화율은, 제2 반경(R2)으로부터 제3 반경(R3)까지 내부 전극(151)의 두께의 방사상 변화율 보다 작을 수 있다.
중심 축(CX)과 제1 반경(R1) 사이에 제1 변곡점(IP1)이 있을 수 있고, 제1 반경(R1)과 제2 반경(R2) 사이에 제2 변곡점(IP2)이 있을 수 있다. 이에 따라 중심축(CX)과 제1 변곡점(IP1) 사이의 하부 표면(151B)은 볼록할 수 있고, 제1 변곡점(IP1)과 제2 변곡점(IP2) 사이의 하부 표면(151B)은 오목할 수 있으며, 제2 변곡점(IP2)과 제3 반경(R3) 사이의 하부 표면(151B)은 볼록할 수 있다.
내부 전극(151)의 측면(하부 표면(151B)과 상부 표면(151T)을 연결하는 면)은 외부 전극(155)의 내측면과 접할 수 있다. 이에 따라, 외부 전극(155)의 내부 반경 역시 제3 반경(R3)일 수 있다. 내부 전극(151)과 외부 전극(155)이 접촉면에서, 내부 전극(151)의 두께와 외부 전극(155)의 두께는 실질적으로 동일할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 외부 전극(155)의 상부 표면(155T)은 내부 전극(151)의 상부 표면(151T)과 실질적으로 동일한 평면 상에 있을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외부 전극(155)의 하부 표면(155B)은 내부 전극(151)의 하부 표면(151B)과 연속한 프로파일을 구성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 내부 전극(151) 및 외부 전극(155)에 기준 전위(GND)가 인가될 수 있고, 외부 전극(155)의 하부 표면(155B)과 내부 전극(151)의 하부 표면(151B)의 연속한 프로파일로 인해, 플라즈마 영역(PLR) 내의 전기장 분포의 균일도가 제고될 수 있다. 이에 따라 기판 처리 장치(100)의 신뢰성이 제고될 수 있다.
외부 전극(155)은 슈라우드(140)와 결합하기 위한 체결 구조를 제외하고, 실질적으로 일정한 두께를 가질 수 있다. 외부 전극(155)은 포커스 링(135)의 적어도 일부와 Z 방향을 중첩될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 중심 두께(d0)는 제2 두께(d2)보다 클 수 있고, 제2 두께(d2)는 제3 두께(d3)보다 클 수 있으며, 제3 두께(d3)는 제1 두께(d1)보다 더 클 수 있다.
전술한 제1 내지 제3 반경들(R1, R2, R3), 중심 두께(d0) 및 제1 내지 제3 두께들(d1, d2, d3)의 치수들은 설정된 플라즈마의 방사상 분포 목표에 따라 결정될 수 있다. 제1 내지 제3 반경들(R1, R2, R3), 중심 두께(d0) 및 제1 내지 제3 두께들(d1, d2, d3)의 치수들은 플라즈마 밀도 피크의 위치, 플라즈마 밀도의 방사상 변화 등에 의해 결정될 수 있다. 제1 내지 제3 반경들(R1, R2, R3), 중심 두께(d0) 및 제1 내지 제3 두께들(d1, d2, d3)의 치수들은 플라즈마 밀도의 중심 피크 및 가장자리 피크에서 플라즈마 밀도를 감소시킴으로써, 플라즈마 밀도의 방사상 불균일도를 최소화하도록 결정될 수 있다. 이에 따라, 기판 처리 장치(100)에 의해 처리된 기판(Sb) 내의 고 종횡비 홀 식각시 불균일한 플라즈마 밀도 분포에 의해 유발된 식각 프로파일의 기울기 및 에칭 불균일도가 최소화될 수 있다.
이하에서 도 3 내지 도 4b를 참조하여 예시적인 실시예들에 따른 상부 전극(150)을 포함하는 기판 처리 장치(100)의 효과에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 3 내지 도 4b는 예시적인 실시예들에 따른 상부 전극(150)의 효과를 나타내기 위해 실험예와 비교예에 대한 실험 결과를 도시한 그래프들이다.
보다 구체적으로, 도 3은 실험예의 기판 처리 장치에 의해 형성된 고 종횡비 홀들의 편심 및 비교예의 기판 처리 장치에 의해 형성된 고 종횡비 홀들의 편심을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 4a는 비교예의 기판 처리 장치에 의해 생성된 플라즈마 영역(PLR, 도 1 참조) 내의 플라즈마의 밀도 분포를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 실험예의 기판 처리 장치에 의해 생성된 플라즈마 영역(PLR, 도 1 참조) 내의 플라즈마의 밀도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3 내지 도 4b에서, 실험예의 기판 처리 장치에 포함된 상부 전극은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 상부 전극(150) 것과 실질적으로 동일하고, 비교예의 기판 처리 장치에 포함된 상부 전극의 정점(즉, 정점(151Ap, 도1 참조)에 대응하는 점)은 약 150mm 반경 내에 위치한다.
도 3을 참조하면, 웨이퍼 상에 형성된 고종횡비의 홀들의 상기 웨이퍼 상의 위치에 따른 편심 파라미터의 변화가 도시되어 있다. 여기서 편심 파라미터는 홀의 하면의 중심과 상면의 중심 사이의 최대 수평 거리의 두 배일 수 있다. 여기서 홀의 하면의 중심과 상면의 중심 사이의 최대 수평 거리는, 상면의 중심을 하면에 정사영하였을 때, 하면의 중심과 정사영된 상기 상면의 중심 사이의 직선 거리를 의미한다. 편심 파라미터는 플라즈마 공정에 의해 형성된 홀들의 측벽 프로파일의 이상적인 정도를 특징화할 수 있다. 도 3에서, 편심 파라미터는 임의 단위(Arbitrary unit, a.u.)로 표시된다.
도 3을 참조하면, 실험예는 비교예에 비해 훨씬 고른 편심 특성을 갖는다. 보다 구체적으로, 비교예의 기판 처리 장치에 의해 처리된 기판에 대해, 기판의 중간 부분(예컨대, 방사상 90mm 내지 약 130mm의 범위의 위치)에서 편심 파라미터 값이 증가하는 제1 요동(fluctuation)(F1) 및 기판의 가장자리 부분(예컨대, 방사상 130mm 이상의 위치)에서 편심 파라미터 값이 증가하는 제2 요동(F2)이 확인되었다.
반면, 실험예의 기판 처리 장치(100)에 의해 처리된 기판(Sb)에서는, 비교예의 기판에서 발생한 편심 파라미터의 제1 및 제2 요동들(F1, F2)이 제거된 것이 확인되었다. 이에 따라, 실험예의 기판 처리 장치(100)에 의해 처리된 기판(Sb) 전면에 걸쳐 낮고 고른 편심 파라미터를 갖는 것이 확인되었다. 특히, 실험예의 기판 처리 장치(100)에 의해 처리된 기판(Sb) 내의 편심 파라미터의 절댓값의 최고치는 비교예의 기판 처리 장치에 의해 처리된 기판 내의 편심 파라미터의 절댓값의 절반 이하인 것이 확인되었다. 다시 말해, 실험예의 기판 처리 장치(100)에 의해 형성된 기판(Sb)의 고 종횡비 식각 구조의 예컨대, 측벽 프로파일이 개선된 것이 확인되었다.
종래의 상부 전극은 다양한 형상적 변경에도 불구하고, 기판 가장자리 영역 상의 편심 파라미터의 증가를 해소하지 못하였다. 예시적인 실시예들에 따르면, 정점(151Ap)의 반경인 제2 반경(R2)이 약 150㎜ 내지 약 180㎜의 범위에 있는 상부 전극(150)을 제공함으로써, 기판(Sb) 가장자리에 발생하는 식각 공정의 비이상성을 해소한다는 새로운 효과를 제공하였다. 이에 따라, 기판 처리 장치(100)에 의해 제조되는 반도체 소자의 수율 및 신뢰성이 제고될 수 있다.
도 1 내지 도 4b를 참조하면, 플라즈마 영역(PLR) 내에서, 실험예에 따른 플라즈마 밀도 등고선은 비교예의 플라즈마 밀도 등고선에 비해 반경 방향의 변화가 감소된 것이 확인되었다.
도 4a 및 도 4b에서, 등고선에 표기된 수치는 플라즈마 영역(PLR)들 내의 플라즈마 밀도의 최고치를 기준치 밀도가 무 차원의 양인 1이 되도록 표준화하여, 각 위치의 플라즈마 밀도를 나타낸다. 전술한 것과 같이 상부 전극(150)은 기준 전위를 제공하는바, 도 4a 및 도 4b에서, 플라즈마 영역(PLR) 내의 최상단의 0.4 등고선의 프로파일은 비교예에 따른 상부 전극의 형상 및 실험예에 따른 상부 전극(150)의 형상이 각각 전사되어, 각각 그들의 하면 프로파일과 유사한 형상을 가질 수 있다.
플라즈마 영역(PLR)의 수직적으로 중간 영역에 있어서(즉, 0.95 등고선이 연장되는 영역 근방), 도 4a의 0.9 등고선들에 비해, 도 4b 부분의 0.9 등고선들은 반경 분포가 고르게 개선된 것이 확인되었었다.
또한, 도 4a의 플라즈마 영역(PLR) 최하단의 0.4 등고선에 비해 도 4b에서 플라즈마 영역(PLR) 최하단의 0.4 등고선이 평행한 정도가 높은 것이 확인되었다. 즉, 실험예에 따른 기판 처리 장치의 플라즈마 영역(PLR) 내의 최하단의 0.4 등고선은 방사방향으로 실질적으로 평행한 것이 확인되었다. 최하단의 0.4 등고선은, 기판(Sb)과 가장 인접한 등고선으로서, 실질적으로 평행한 0.4 등고선은 기판(Sb) 전면에 걸쳐 실질적으로 동일한 밀도의 플라즈마에 의한 처리가 수행됨을 의미한다. 예시적인 실시예들에 따르면, 기판 처리 장치(100)에 의해 제조되는 반도체 소자의 수율 및 신뢰성이 제고될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 다른 예시적인 실시예들에 따른 상부 전극들(150a, 150b, 150c, 150d)을 설명하기 위한 단면도들이다. 보다 구체적으로, 도 5a 내지 도 5d는 도 2에 대응하는 부분 단면도들이다.
설명의 편의상 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것을 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 5a를 참조하면, 상부 전극(150a)은 내부 전극(151a) 및 외부 전극(155)을 포함할 수 있다. 하부 표면(151Ba)의 돌출부(PPa) 상에 첨점인 정점(151Apa)을 포함하는 것을 제외하고, 내부 전극(151a)은 도 2의 내부 전극(151)과 유사할 수 있다. 상부 표면(151Ta)은, 도 2에서와 유사하게 평탄면일 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제2 반경(R1)으로부터 제2 반경(R2)까지 내부 전극(151a)의 두께는 선형적으로 증가할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 반경(R2)으로부터 제3 반경(R3)까지 내부 전극(151a)의 두께는 선형적으로 감소할 수 있다. 이에 따라, 정점(151Apa) 근방의 하부 표면(151Ba) 프로파일의 방사상 그래디언트는 불연속하게 변할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 상부 전극(150b)은 내부 전극(151) 및 외부 전극(155b)을 포함할 수 있다. 외부 전극(155b)은 도 2의 외부 전극(155)과 유사하되, 하부 표면(155Bb)으로부터 상부 표면(155Tb)을 향해 리세스된 구조인 리세스부(RP)를 포함할 수 있다.
외부 전극(155b)의 내부 반경인 제3 반경(R3)으로부터 제4 반경(R4)까지, 외부 전극(155b)의 하부 표면(155Bb)과 상부 표면(155Tb) 사이의 거리는 감소할 수 있다. 이에 따라, 외부 전극(155b)의 두께는 제3 반경(R3)으로부터 제4 반경(R4)까지 감소할 수 있다. 외부 전극(155b)은 제4 반경(R4)에서 최소의 두께인 제4 두께(d4)를 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제4 두께(d4)는 제1 두께(d1)보다 더 크고, 제3 두께(d3)보다 더 작을 수 있다.
제4 반경(R4)에서 제5 반경(R5)까지, 외부 전극(155b)의 하부 표면(155Bb)과 상부 표면(155Tb) 사이의 거리는 증가할 수 있다. 이에 따라, 외부 전극(155b)의 두께는 제4 반경(R4)으로부터 제5 반경(R5)까지 증가할 수 있다. 외부 전극(155b)은 제5 반경(R5)에서 제5 두께(d5)를 가질 수 있다. 제5 반경(R5) 바깥의 외부 전극(155b)의 두께는 슈라우드(140, 도 1 참조)와의 체결부를 제외하고 제5 두께로(d5) 실질적으로 일정할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제5 두께(d5)는 제3 두께(d3)와 실질적으로 동일할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
예시적인 실시예들에 따르면, 포커스 링(135)과 적어도 부분적으로 Z 방향으로 중첩되는 리세스부(RP)에 의해, 플라즈마 밀도의 방사상 분포의 가장자리 피크가 완화될 수 있다. 이에 따라, 기판(Sb, 도 1 참조)의 가장자리에 대응되는 부분의 플라즈마 분포의 균일도가 제고될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 상부 전극(150c)은 도 2의 상부 전극(150)과 유사하되, 도 2의 내부 전극(151)과 외부 전극(155)이 일체화된 단일의 요소로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상부 전극(150c)의 하부 표면(150B)은 도 2의 하부 표면들(151B, 155B)이 통합된 형상을 가질 수 있고, 상부 전극(150c)의 상부 표면(155T)은 도 2의 상부 표면들(151T, 155T)이 통합된 형상을 가질 수 있다. 또한, 상부 전극(150c)의 하부 표면(150B)은 도 2에서와 유사하게 정의된 돌출부(PPc) 및 상기 돌출부(PPc)의 정점(150Ap)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상부 전극(150c)은 전기적으로 연속된 단일의 구조로 제공되는바, 상부 전극(150c)에 의해 제공된 기준 전위(GND, 도1 참조)의 균일도가 제고될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 영역(PLR, 도 1 참조) 내에서, 기판(Sb, 도 1 참조)의 가장자리에 대응되는 부분의 플라즈마 분포의 균일도가 제고될 수 있다.
도 5d를 참조하면, 상부 전극(150d)은 내부 전극(151d) 및 외부 전극(155d)을 포함할 수 있다. 내부 전극(151d)은 도 2의 내부 전극(151)과 유사하되, 내부 전극(151d)의 반경인 제3 반경(R3)이 기판(Sb)의 반경(RS)과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 내부 전극(151d)은 포커스 링(135, 도 1 참조)과 Z 방향으로 중첩되지 않을 수 있다. 내부 전극(151d)의 돌출부(PPd)의 정점(151Apd)의 방사상 위치인 제2 반경(R2)은 기판(Sb, 도 1 참조)의 반경(RS) 보다 더 작을 수 있다. 상부 표면은(151Td)은 도 2에서와 유사하게 실질적으로 평탄한 면일 수 있다.
외부 전극(155d)은 도 2의 외부 전극(155)과 유사하되, 하부 표면(155Bd)으로부터 상부 표면(155Td)을 향해 리세스된 구조인 리세스부(RP')를 포함할 수 있다.
도 5d의 실시예에서, 리세스부(RP')의 내부 반경인 제3 반경(R3)과 외부 반경인 제5 반경(R5)은 각각 포커스 링(135, 도 1 참조)의 내부 반경 및 외부 반경과 같을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 제3 반경(R3)은 포커스 링(135, 도 1 참조)의 내부 반경과 동일하되, 제5 반경(R5)은 포커스 링(135, 도 1 참조)의 외부 반경과 다를 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제3 반경(R3) 약 150㎜ 이상일 수 있고, 제5 반경(R5) 약 210mm이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제5 반경(R5)은 약 180mm이하일 수 있다.
포커스 링(135)과 적어도 부분적으로 Z 방향으로 중첩되는 리세스부(RP')에 의해, 플라즈마 밀도의 방사상 분포의 가장자리 피크가 완화될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 영역(PLR, 도 1 참조) 내에서, 기판(Sb, 도 1 참조)의 가장자리에 대응되는 부분의 플라즈마 분포의 균일도가 제고될 수 있다.
도 6a는 비교 예의 기판 처리 장치(100cp)의 부분 단면도이며, 도 6b는 종래의 기판 처리 장치의 플라즈마 영역(PLR) 내의 플라즈마 밀도의 등고선을 나타내는 그래프이다. 도 6b에서, 가로 축의 방사상 위치 및 세로 축의 기판으로부터의 높이는 임의 단위(a.u.)로 표시된다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면 비교예의 기판 처리 장치(100cp)는 기판 지지대(120), 포커스 링 지지대(130), 포커스 링(135), 슈라우드(140), 및 상부 전극(150cp)을 포함할 수 있다. 상부 전극(150cp)은 실질적으로 평면인 하부 표면을 가질 수 있다. 비교예의 기판 처리 장치(100cp)에 의해 기판(Sb)의 가장자리 근방에 생성된 플라즈마 밀도의 방사상 변화가 큰 것이 확인되었다. 반경 약 150 mm 내지 약 180mm의 범위에 형성된 플라즈마는 기판(Sb)의 가장자리 근방 부분에 영향을 미친다. 비교예에서는, 반경 약 150 mm 내지 약 180mm의 범위에 형성된 플라즈마 밀도의 방사상 변화로 인해, 기판(Sb) 가장자리 근방의 플라즈마 공정의 균일도가 저하된 것이 확인되었다.
도 7a는 실험예의 기판 처리 장치(100ex)의 부분 단면도이며, 도 7b는 실험예의 기판 처리 장치의 플라즈마 영역(PLR) 내의 플라즈마 밀도의 등고선을 나타내는 그래프이다. 도 7b에서, 가로 축의 방사상 위치 및 세로 축의 기판으로부터의 높이는 임의 단위(a.u.)로 표시된다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 기판 처리 장치(100ex)는 기판 지지대(120), 포커스 링 지지대(130), 포커스 링(135), 슈라우드(140), 및 상부 전극(150ex)을 포함할 수 있다. 상부 전극(150ex)은 실질적으로 평면인 하부 표면을 갖는 기판 대면부(150S) 및 리세스부(RP)가 형성된 포커스 링 대면부(150FR) 포함할 수 있다. 실험예의 기판 처리 장치(100cp)에 의해 생성된 플라즈마 밀도의 등고선은 도 6b의 등고선에 비교하여, 방사상 변화가 감소된 것이 확인되었다. 특히, 플라즈마 영역 중, 반경 약 150 mm 내지 약 180mm에 있는 기판(Sb)의 가장자리 근방 부분에 영향을 미치는 부분의 플라즈마 농도의 불균일성이 크게 개선된 것이 확인되었다.
도 8 및 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 상부 전극들의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8 및 도 9에서, 비교예는, 도 6a에서와 같이 상부 전극(150cp)은 평탄한하부 표면을 가지며, 상부 전극(150cp)의 포커스 링(135)을 대면하는 부분에 리세스부가 형성되지 않는다. 제1 내지 제4 실험예들은, 도 7a에서와 같이 상부 전극(150ex)은 리세스부(RP)가 형성된 포커스 링(150FR)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 실험예는 순서대로 상기 리세스부(RP)의 깊이가 커질 수 있다.
도 8을 참조하면, 비교예에 비해 제1 내지 제4 실험예들의 시스 두께 균일성이 향상된 것이 확인되었다. 전술한 것과 같이 시스 두께 변화는 고 종횡비 홀 형성시 편심 등을 유발할 수 있는바, 시스 두께의 균일성의 향상에 의해 플라즈마 처리의 균일성 역시 향상될 수 있다. 또한 제1 내지 제4 실험예들로부터, 설정된 범위 내에서 큰 깊이를 갖는 리세스부를 제공함으로써, 플라즈마 시스의 균일성을 제고할 수 있음이 확인되었다.
도 9는 비교예 및 제1 내지 제4 실험예들에 의해 처리된 기판 가장자리에 형성된 패턴들의 편심 파라미터를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 비교예에 비해 제1 내지 제4 실험예들에 의해 처리된 기판들의 가장자리의 편심 파라미터가 더 낮은 것이 확인되었다. 제1 내지 제4 실험예들의 편심 파라미터로부터, 설정된 범위 내에서 큰 깊이를 갖는 리세스부를 제공 함으로써, 기판 처리 장치의 식각 성능을 향상시킬 수 있음이 확인되었다.
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 특허청구범위에 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 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에 사용하기 위한, 상부 전극에 있어서,
    상기 상부 전극의 하부 표면은 중심 영역 및 상기 중심 영역을 둘러싸는 환 형의(Ring-shaped) 가장자리 영역을 포함하고;
    상기 상부 전극은, 상기 가장자리 영역 상에서 상기 플라즈마를 향해 돌출된 환 형의 제1 돌출부를 포함하며,
    상기 제1 돌출부는 상기 플라즈마를 향한 방사상 국소 극대점인 제1 정점(Apex)을 포함하고, 및
    상기 제1 정점과 상기 상부 전극의 중심 축 사이의 방사 방향 거리인 제1 거리는 상기 기판의 반경보다 더 큰 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정점과 상기 상부 전극의 상기 중심 축 사이의 거리인 제1 거리는 상기 기판의 반경의 1 배 내지 1.2배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 거리는 150mm 내지 180mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 거리는 160㎜ 내지 약 175㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부 표면의 중심 영역 및 가장자리 영역은 연속적인 면을 구성하는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 표면은 상기 중심 영역의 두께는 상기 중심 축에 대한 방사상 위치에 의존하는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정점은 상기 제1 거리를 반경으로 하는 환 형인 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극은, 상기 하부 표면의 상기 가장자리 영역에 리세스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상부 전극의 상기 중심 축과 상기 리세스부 사이의 방사 방향 거리는 상기 제1 거리보다 더 큰 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 중심 축으로부터 상기 제1 거리보다 더 멀리 있고, 상기 제1 거리보다 더 큰 제2 거리보다 가까이 있는 상기 상부 전극의 부분은 상기 중심 축으로부터 멀어질수록 두께가 감소하는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 거리는, 상기 기판의 상기 반경의 1.2배 이하인 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2 거리는 180mm 이하인 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  13. 기판 처리 장치에 사용하기 위한 상부 전극에 있어서,
    상기 상부 전극은, 상기 기판 처리 장치에 의해 처리되는 기판과 대면하도록 구성된 하부 표면을 포함하고,
    상기 하부 표면은 환 형의 제1 돌출부를 포함하며,
    상기 제1 돌출부는 방사상 국소 극대점인 제1 정점을 포함하고, 및
    상기 제1 정점과 상기 상부 전극의 중심 축 사이의 거리인 제1 거리는 150mm 내지 180mm인 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 거리는 160mm 이상인 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 거리는 175mm 이하인 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 중심 축에 대해 회전 대칭이고, 및
    상기 제1 정점은, 상기 기판과 상기 중심 축의 방향과 평행한 제1 방향으로 중첩되지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  17. 기판 처리 장치에 사용하기 위한 상부 전극에 있어서,
    상기 상부 전극은,
    기판 대면부; 및
    상기 기판 대면부를 둘러싸는 포커스 링 대면부;를 포함하고,
    상기 포커스 링 대면부는 리세스된 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 포커스 링 대면부는 상기 기판 대면부를 둘러싸는 환 형의 부분이고,
    상기 포커스 링 대면부의 내부 반경은 150㎜ 이상이고, 외부 반경은 210㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 포커스 링 대면부는 상기 기판 대면부를 둘러싸는 환 형의 부분이고,
    상기 포커스 링 대면부는 상기 포커스 링 대면부의 내부 반경에서 제1 두께를 가지며,
    상기 포커스 링 대면부는 상기 포커스 링 대면부의 외부 반경에서 제2 두께를 가지고, 및
    상기 포커스 링 대면부의 상기 내부 반경과 외부 반경 사이의 제3 두께는 상기 제1 및 제2 두께들보다 더 작은 것을 특징으로 하는 상부 전극.
  20. 기판을 지지하는 웨이퍼 지지대;
    상기 기판의 외주를 둘러싸는 포커스 링;
    상기 기판의 상면에 수직한 제1 방향을 따라 상기 웨이퍼 지지대로부터 이격되어 배치된 상부 전극; 및
    상기 상부 전극 및 상기 웨이퍼 지지대를 둘러싸는 슈라우드를 포함하되,
    상기 상부 전극은,
    기판 대면 전극; 및
    상기 기판 대면 전극을 둘러싸고, 상기 포커스 링과 상기 제1 방향으로 중첩되는 포커스 링 대면 전극;을 포함하되,
    상기 포커스 링 대면 전극의 하부 표면은 리세스된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.

KR1020200102156A 2020-08-14 2020-08-14 상부 전극 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 KR20220021514A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200102156A KR20220021514A (ko) 2020-08-14 2020-08-14 상부 전극 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
US17/188,064 US11545344B2 (en) 2020-08-14 2021-03-01 Upper electrode and substrate processing apparatus including the same
US18/085,949 US11869751B2 (en) 2020-08-14 2022-12-21 Upper electrode and substrate processing apparatus including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200102156A KR20220021514A (ko) 2020-08-14 2020-08-14 상부 전극 및 이를 포함하는 기판 처리 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220021514A true KR20220021514A (ko) 2022-02-22

Family

ID=80224633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200102156A KR20220021514A (ko) 2020-08-14 2020-08-14 상부 전극 및 이를 포함하는 기판 처리 장치

Country Status (2)

Country Link
US (2) US11545344B2 (ko)
KR (1) KR20220021514A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102615786B1 (ko) * 2023-04-26 2023-12-19 에스케이엔펄스 주식회사 상부 전극, 이를 포함하는 반도체 소자 제조 장치 및 반도체 소자의 제조 방법
KR102615787B1 (ko) * 2023-04-26 2023-12-19 에스케이엔펄스 주식회사 상부 전극, 이를 포함하는 반도체 소자 제조 장치 및 반도체 소자의 제조 방법
KR102663316B1 (ko) * 2023-07-18 2024-05-03 솔믹스 주식회사 상부 전극, 이를 포함하는 반도체 소자 제조 장치 및 반도체 소자의 제조 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024054774A1 (en) * 2022-09-07 2024-03-14 Lam Research Corporation Shaped silicon outer upper electrode for plasma processing

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050013734A (ko) 2003-07-29 2005-02-05 삼성전자주식회사 플라즈마 식각장치
KR101117922B1 (ko) 2008-03-27 2012-03-14 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 전극 구조체 및 기판 처리 장치
US8097082B2 (en) 2008-04-28 2012-01-17 Applied Materials, Inc. Nonplanar faceplate for a plasma processing chamber
JP5902896B2 (ja) * 2011-07-08 2016-04-13 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置
JP6383674B2 (ja) * 2014-02-19 2018-08-29 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置
JP6169040B2 (ja) * 2014-05-12 2017-07-26 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置の上部電極構造、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理装置の運用方法
US10358721B2 (en) 2015-10-22 2019-07-23 Asm Ip Holding B.V. Semiconductor manufacturing system including deposition apparatus
KR101842124B1 (ko) * 2016-05-27 2018-03-27 세메스 주식회사 지지 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
US9852889B1 (en) 2016-06-22 2017-12-26 Lam Research Corporation Systems and methods for controlling directionality of ions in an edge region by using an electrode within a coupling ring
US10553404B2 (en) 2017-02-01 2020-02-04 Applied Materials, Inc. Adjustable extended electrode for edge uniformity control
KR20190055607A (ko) 2017-11-15 2019-05-23 삼성전자주식회사 플라즈마 처리 장치
US20190244793A1 (en) 2018-02-05 2019-08-08 Lam Research Corporation Tapered upper electrode for uniformity control in plasma processing
JP7068937B2 (ja) * 2018-06-15 2022-05-17 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102615786B1 (ko) * 2023-04-26 2023-12-19 에스케이엔펄스 주식회사 상부 전극, 이를 포함하는 반도체 소자 제조 장치 및 반도체 소자의 제조 방법
KR102615787B1 (ko) * 2023-04-26 2023-12-19 에스케이엔펄스 주식회사 상부 전극, 이를 포함하는 반도체 소자 제조 장치 및 반도체 소자의 제조 방법
KR102663316B1 (ko) * 2023-07-18 2024-05-03 솔믹스 주식회사 상부 전극, 이를 포함하는 반도체 소자 제조 장치 및 반도체 소자의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20230123891A1 (en) 2023-04-20
US11869751B2 (en) 2024-01-09
US11545344B2 (en) 2023-01-03
US20220051877A1 (en) 2022-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220021514A (ko) 상부 전극 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
TWI802347B (zh) 用於電漿處理中之均勻性控制的漸縮上電極
TWI747837B (zh) 用於電漿處理腔室的邊緣環組件及用於電漿處理的系統
US20230013805A1 (en) Plasma processing apparatus, and method and program for controlling elevation of focus ring
TWI631592B (zh) 用於電漿晶圓處理之混合邊緣環
JP3166974U (ja) プラズマエッチングチャンバ用エッジリング組立体
JP2019186400A (ja) プラズマ処理装置、プラズマ制御方法、及びプラズマ制御プログラム
TWM601453U (zh) 用於具有晶圓邊緣電漿殼層調諧能力的半導體電漿處理設備的製程配件
CN113039626B (zh) 边缘环的温度及偏压控制
US20190115193A1 (en) Plasma processing apparatus and method
TW201523683A (zh) 下電極裝置以及電漿加工裝置
CN111211080B (zh) 静电吸盘和包括该静电吸盘的等离子体处理装置
JP2023546350A (ja) プラズマ処理システム用の可動エッジリング
US10600622B2 (en) Focus ring with uneven pattern and plasma-processing apparatus including the same
US20240038505A1 (en) Plasma processing apparatus
US20210319987A1 (en) Edge ring, stage and substrate processing apparatus
TW202405875A (zh) 包括聚焦環的基板處理裝置
TWM608762U (zh) 用於基板處理系統的具有徑向凸部的邊緣環
WO2024005850A1 (en) Moveable edge rings for plasma processing systems
KR20240002334A (ko) 포커스링 및 기판 처리 장치
KR20230092684A (ko) 링 어셈블리 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
CN118335584A (zh) 边缘环的温度及偏压控制

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination