KR20220040804A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 처리 장치는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하며 하부 전극을 갖는 기판 스테이지, 상기 하부 전극과 대향하도록 배치되는 상부 전극, 상기 기판 스테이지의 상부 외측 영역 상에서 상기 기판을 둘러싸도록 배치되는 포커스 링, 및 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 위치 및 상기 포커스 링과 상기 하부 전극 사이의 위치 중 적어도 어느 하나에 배치되며 광이 조사되는 국부 영역의 커패시턴스가 변화하는 광반응 물질층 및 상기 광반응 물질층에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들을 포함하는 플라즈마 조정 어셈블리를 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 플라즈마 챔버 내에서 기판을 처리하기 위한 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치는 챔버 내부에 플라즈마를 생성하여 식각 공정 또는 증착 공정을 수행할 수 있다. 그러나, 상기 챔버 내부에 형성된 플라즈마는 비대칭성을 갖게 되고, 이러한 플라즈마의 비대칭성을 제어하기 위한 종래의 제어 기술은 방사 대칭한 제어 방식을 사용하거나 정합기(matcher)의 FR 특성을 제어하는 방식이므로, 국부 영역에서의 플라즈마 특성을 제어하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 플라즈마의 비대칭성을 개선할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치는, 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하며 하부 전극을 갖는 기판 스테이지, 상기 하부 전극과 대향하도록 배치되는 상부 전극, 상기 기판 스테이지의 상부 외측 영역 상에서 상기 기판을 둘러싸도록 배치되는 포커스 링, 및 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 위치 및 상기 포커스 링과 상기 하부 전극 사이의 위치 중 적어도 어느 하나에 배치되며 광이 조사되는 국부 영역의 커패시턴스가 변화하는 광반응 물질층 및 상기 광반응 물질층에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들을 포함하는 플라즈마 조정 어셈블리를 포함한다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치는, 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지, 상기 기판 스테이지와 대향하도록 배치되는 상부 전극, 상기 기판 스테이지의 상부 외측 영역 상에서 상기 기판을 둘러싸도록 배치되는 포커스 링, 상기 상부 전극과 상기 기판 스테이지 사이에 또는 상기 포커스 링과 상기 기판 스테이지 사이에 배치되며 조사되는 광에 의해 커패시턴스가 변화하는 물질을 포함하는 광반응 물질층, 및 상기 상부 전극과 상기 광반응 물질층 사이에 또는 상기 기판 스테이지와 상기 광반응 물질층 사이에 배치되며 상기 광반응 물질층에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들, 및 상기 광반응 물질층의 국부 영역에 광을 조사하도록 상기 광원들의 동작들을 독립적으로 제어하기 위한 파워 제어부를 포함한다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치는, 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하며 하부 전극을 갖는 기판 스테이지, 상기 하부 전극과 대향하도록 배치되는 상부 전극, 상기 기판 스테이지의 상부 외측 영역 상에서 상기 기판을 둘러싸도록 배치되는 포커스 링, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 배치되며 광이 조사되는 국부 영역의 커패시턴스가 변화하는 제1 광반응 물질층 및 상기 제1 광반응 물질층에 광을 조사하기 위한 복수 개의 제1 광원들을 포함하는 제1 플라즈마 조정 어셈블리, 및 상기 포커스 링과 상기 하부 전극 사이에 배치되며 광이 조사되는 국부 영역의 커패시턴스가 변화하는 제2 광반응 물질층 및 상기 제2 광반응 물질층에 광을 조사하기 위한 복수 개의 제2 광원들을 포함하는 제2 플라즈마 조정 어셈블리를 포함한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서, 플라즈마 처리 장치의 상부 전극과 하부 전극 사이의 위치 및 포커스 링과 상기 하부 전극 사이의 위치 중 적어도 어느 하나에 광량 또는 광 파장에 따라 커패시턴스가 변화될 수 있는 물질을 포함하는 광반응 물질층을 배치한다. 상기 광반응 물질층에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들을 배치한다. 챔버 내의 기판 스테이지 상에 기판을 로딩한다. 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시킨다. 상기 광원들을 독립적으로 제어하여 상기 광반응 물질층의 국부 영역에 광을 조사한다. 상기 기판 상에 플라즈마 공정을 수행하는 것을 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 플라즈마 처리 장치는 상부 전극과 하부 전극 사이 또는 포커스 링과 기판 스테이지 사이의 국부 영역에서의 커패시턴스를 변화시켜 국부 플라즈마 제어를 수행하기 위한 플라즈마 조정 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 조정 어셈블리는 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이 또는 상기 포커스 링과 상기 기판 스테이지 사이에 배치되는 광반응 물질층 및 상기 광반응 물질층의 국부 영역에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들을 갖는 광 어레이를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 광원들을 독립적으로 제어함으로써, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이 또는 상기 포커스 링과 상기 하부 전극 사이의 커패시턴스를 국부적으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 국부 플라즈마 제어를 통해 플라즈마의 균일도를 향상시켜 공정 수율을 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 A 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 도 1의 샤워 헤드 상에 배치된 플라즈마 조정 어셈블리를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 플라즈마 조정 어셈블리의 광반응 물질층의 파장에 따른 커패시턴스를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 플라즈마 처리 장치에서 형성되는 커패시터들을 나타내는 회로도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 7의 B 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 9는 도 7의 포커스 링 하부에 배치된 플라즈마 조정 어셈블리를 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 7의 플라즈마 처리 장치에서 형성되는 커패시터들을 나타내는 회로도이다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 13은 도 12의 C 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 14는 도 12의 플라즈마 처리 장치에서 형성되는 커패시터들을 나타내는 회로도이다.
도 15는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 17은 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 A 부분을 나타내는 확대 단면도이다. 도 3은 도 1의 샤워 헤드 상에 배치된 플라즈마 조정 어셈블리를 나타내는 평면도이다. 도 4는 도 3의 플라즈마 조정 어셈블리의 광반응 물질층의 파장에 따른 커패시턴스를 나타내는 그래프이다. 도 5는 도 1의 플라즈마 처리 장치에서 형성되는 커패시터들을 나타내는 회로도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(20), 하부 전극(34)을 갖는 기판 스테이지(30), 상부 전극(50), 포커스 링(36) 및 플라즈마 조정 어셈블리(100)를 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 제1 파워 공급부(40), 제2 파워 공급부(60), 가스 공급부, 배기부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 용량 결합형 플라즈마(CCP, capacitively coupled plasma) 챔버 내에 배치된 반도체 웨이퍼(W)와 같은 기판 상의 식각 대상막을 식각하기 위한 장치일 수 있다. 하지만, 상기 플라즈마 처리 장치에 의해 생성된 플라즈마는 용량 결합형 플라즈마에 제한되지는 않으며, 예를 들면, 유도 결합형 플라즈마일 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)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, 상기 배기부는 배기 포트(24)에 배기관을 통해 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.
챔버(20) 내부에는 상기 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지(30)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 기판 스테이지(30)는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 서셉터로서의 역할을 수행할 수 있다. 기판 스테이지(30)는 상부에 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전 전극을 갖는 지지 플레이트(32)를 포함할 수 있다.
기판 스테이지(30)는 지지 플레이트(32)에 원판 형상의 하부 전극(34)을 포함할 수 있다. 기판 스테이지(30)은 구동부(도시되지 않음)에 의해 상하로 이동 가능하도록 설치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 포커스 링(36)은 지지 플레이트(32) 상에 안착된 웨이퍼(W)의 외주면을 둘러싸도록 기판 스테이지(30) 상에 배치될 수 있다. 포커스 링(36)은 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 링 형상을 가질 수 있다. 포커스 링(360)은 웨이퍼(W) 상에 수행되는 플라즈마 처리 공정 중 웨이퍼(W)의 외주면에 플라즈마가 집중되는 것을 방지할 수 있다.
절연 링(38)이 포커스 링(36)의 외주면을 둘러싸도록 기판 스테이지(30) 상에 배치될 수 있다. 절연 링(38)은 포커스 링(36)을 둘러싸도록 링 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 절연 링(38)은 포커스 링(36)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 포커스 링(36)은 석영, 실리콘 카바이드(SiC), 실리카(SiO2) 등을 포함할 수 있다. 절연 링(38)은 석영과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 포커스 링(36) 및 절연 링(38)을 지지하는 패드, 지지 링 등이 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 패드는 도전성 물질, 접착 물질 등을 포함할 수 있다. 상기 지지 링은 석영과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.
상부 전극(50)은 하부 전극(34)과 대향하도록 기판 스테이지(30) 상부에 배치될 수 있다. 상부 전극(50)과 하부 전극(34) 사이의 챔버 공간은 플라즈마 발생 영역으로 사용될 수 있다. 상부 전극(50)은 기판 스테이지(30) 상의 웨이퍼(W)를 향하는 면을 가질 수 있다.
상부 전극(50)은 챔버(20) 상부에서 절연 차폐 부재(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 상부 전극(50)은 챔버(20) 내부로 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드의 일부로서 제공될 수 있다. 상부 전극(50)은 원형 형상의 전극 플레이트를 포함할 수 있다. 상부 전극(50)은 관통 형성되어 챔버(20) 내부로 가스를 공급하기 위한 복수 개의 공급 홀들(도시되지 않음)을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 샤워 헤드는 상부 전극(50)을 지지하며 상부 전극(50)을 거쳐 공급된 가스를 챔버(20) 내부로 분사하기 위한 샤워 헤드 몸체(70)를 포함할 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 샤워 헤드 몸체(70)는 내부에 가스 확산실을 포함하고, 상기 가스 확산실은 샤워 헤드 몸체(70)에 형성된 분사 홀(72)과 연결될 수 있다.
상기 가스 공급부는 가스 공급 엘리먼트들로서, 가스 공급관(80), 유량 제어기(84) 및 가스 공급원(82)을 포함할 수 있다. 가스 공급관(80)은 상부 전극(50)의 상기 공급 홀들을 통해 샤워 헤드 몸체(70)의 상기 가스 확산실과 연결되고, 유량 제어기(84)는 가스 공급관(80)을 통하여 챔버(20) 내부로 유입되는 가스의 공급 유량을 제어할 수 있다. 예를 들면, 가스 공급원(82)은 복수 개의 가스 탱크들을 포함하고, 유량 제어기(84)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 파워 공급부(40) 및 제2 파워 공급부(60)는 하부 전극(34) 및 상부 전극(50)에 고주파 파워를 인가하여 상기 전극들 사이에 형성되는 RF 전기장을 이용하여 챔버(20) 내에 공정 가스로부터 플라즈마를 형성할 수 있다. 상부 전극(50)은 제2 파워 공급부(60)으로부터 RF 전력을 공급받고, 하부 전극(34)과 동기화되어 챔버(20) 내부로 공급된 소스 가스를 플라즈마로 여기시킬 수 있다.
제어부는 제1 파워 공급부(40) 및 제2 파워 공급부(60)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.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 조정 어셈블리(100)는 상부 전극(50) 및 하부 전극(34) 사이의 국부 영역에서의 커패시턴스를 변화시켜 국부 플라즈마 제어를 수행할 수 있다.
플라즈마 조정 어셈블리(100)는 상부 전극(50) 및 하부 전극(34) 사이에 배치되는 광반응 물질층(110) 및 광반응 물질층(110)의 국부 영역에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들(130)을 갖는 광 어레이를 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마 조정 어셈블리(100)는 광반응 물질층(110) 및 상기 광 어레이 사이에 배치되어 광원(130)의 광을 확산시키기 위한 광 확산층(120)을 더 포함할 수 있다.
플라즈마 조정 어셈블리(100)는 상기 샤워 헤드에 배치될 수 있다. 구체적으로, 광반응 물질층(110)은 상부 전극(50) 하부의 샤워 헤드 몸체(70) 상에 배치될 수 있다. 광반응 물질층(110)은 상부 전극(50)에 대응하는 원형 형상을 가질 수 있다. 광반응 물질층(110)은 상부 전극(50)과 지지 플레이트(32) 사이에 배치될 수 있다.
복수 개의 광원들(130)은 상부 전극(50) 하부의 광반응 물질층(110) 상에 배열될 수 있다. 복수 개의 광원들(130)은 광반응 물질층(110)의 전면에 걸쳐 어레이 형태로 배열될 수 있다. 광원들(130)은 독립적으로 제어되어 광반응 물질층(110)의 국부 영역에 광을 조사할 수 있다. 예를 들면, 광원(130)은 330nm 내지 850nm 범위의 파장을 갖는 광을 조사할 수 있다.
광 확산층(120)은 상기 광 어레이와 광반응 물질층(110) 사이에 배치되어 광원들(130)로부터의 광을 확산시킬 수 있다. 예를 들면, 광 확산층(120)은 폴리카보네이트(polycarbonate), 석영 등과 같은 투과율이 우수한 물질을 포함할 수 있다. 광 확산층(120)의 적어도 일면은 광을 산란시키기 위한 표면 거칠기를 가질 수 있다. 예를 들면, 광 확산층(120)은 일면에 형성된 복수 개의 음각 또는 양각 구조물들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 광반응 물질층(110)은 광량 또는 광 파장에 따라 커패시턴스가 변화될 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 광반응 물질층(110)은 세라믹, 폴리머 등을 포함할 수 있다. 상기 세라믹 물질의 예로서는, 산화하프늄(HfO2), 실리카(SiO2), 갈륨비소(GaAs) 등을 들 수 있다. 상기 폴리머의 예로서는, 다이아릴에탄(diarylethane) 계열의 폴리머를 들 수 있다.
상기 광반응 물질층이 상기 세라믹 물질들의 다층 박막으로 형성될 경우, 상기 다층 박막에 광을 조사하면, 적층된 물질들의 계면 사이의 전기 전도도가 광에 따라 달라져 상기 광반응 물질층의 커패시턴스가 변화될 수 있다.
상기 광반응 물질층이 상기 폴리머 물질의 단일 또는 다층 박막으로 형성될 경우, 상기 박막에 광을 조사하면, 쌍극자(dipole) 배열을 갖게 되어 상기 광반응 물질층의 커패시턴스가 변화될 수 있다.
도 4는 광반응 물질층이 폴리머층과 금속층이 적층된 다층 박막을 포함하는 경우의 파장에 따른 커패시턴스 변화를 나타낸다. 이 때, 상기 금속층은 금(Au), 은(Ag) 등과 같은 금속을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광반응 물질층 상에 자외선이 조사되면 상기 광반응 물질층의 커패시턴스는 증가하고 상기 광반응 물질층 상에 가시광선이 조사되면 상기 광반응 물질층의 커패시턴스는 감소할 수 있다. 상기 광반응 물질층의 커패시턴스는 광량 또는 파장에 따라 변화할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 복수 개의 광원들(130)은 파워 제어부(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 상기 파워 제어부는 상기 제어부에 연결되어 상기 제어부의 제어에 의해 광원들(130)에 전력들을 독립적으로 제공할 수 있다. 광원(130)의 광량과 파장은 상기 파워 제어부에 의해 제어될 수 있다.
예를 들면, 상기 파워 제어부는 광원들(130) 중 일부에만 전력들을 제공하여 광반응 물질층(110)의 국부 영역에 광을 조사할 수 있다. 이에 따라, 상기 광이 조사된 광반응 물질층(110)의 국부 영역의 커패시턴스는 상기 광의 광량 또는 파장에 의해 조정될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 챔버(20) 내에 플라즈마가 형성됨에 따라 커패시터 경로(capacitive path)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 커패시터 경로는 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함할 수 있다. 상기 제1 커패시터는 지지 플레이트(32)와 상부 전극(50) 사이에 형성되는 커패시터일 수 있다. 상기 제2 커패시터는 지지 플레이트(32)와 포커스 링(36) 사이에 형성된 커패시터(Cs) 그리고 포커스 링(36)과 플라즈마 쉬스(PS) 사이에 형성되는 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다.
상기 제1 커패시터는 광반응 물질층(110)의 커패시터를 포함할 수 있다. 광반응 물질층(110)은 상부 전극(50)과 평행한 평면에 위치하므로, 광반응 물질층(110)은 면 형태의 가변 커패시턴스들(Co1, Co2, Co3, ..., Con)을 가질 수 있다. 각각의 상기 가변 커패시턴스들은 광원(130)의 광량 또는 파장에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 광원들(130)을 독립적으로 제어함으로써, 지지 플레이트(32)와 상부 전극(50) 사이의 커패시턴스를 국부적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 지지 플레이트(32)와 상부 전극(50) 사이의 커패시턴스가 국부적으로 변화함에 따라, 상기 제2 커패시턴스가 국부적으로 변화될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)의 국부 플라즈마 제어를 통해 플라즈마의 비대칭성을 개선할 수 있다.
상술한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)는 상부 전극(50) 및 하부 전극(34) 사이의 국부 영역에서의 커패시턴스를 변화시켜 국부 플라즈마 제어를 수행하기 위한 플라즈마 조정 어셈블리(100)를 포함할 수 있다. 플라즈마 조정 어셈블리(100)는 상부 전극(50) 및 하부 전극(34) 사이에 배치되는 광반응 물질층(110) 및 광반응 물질층(110)의 국부 영역에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들(130)을 갖는 광 어레이를 포함할 수 있다.
따라서, 광원들(130)을 독립적으로 제어함으로써, 지지 플레이트(32)와 상부 전극(50) 사이의 커패시턴스를 국부적으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)의 국부 플라즈마 제어를 통해 플라즈마의 균일도를 향상시켜 공정 수율을 개선할 수 있다.
이하에서는, 도 1의 플라즈마 처리 장치를 이용한 기판을 처리하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1, 도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 먼저, 플라즈마 조정 어셈블리(100)를 플라즈마 처리 장치(10)의 상부 전극(50) 및 하부 전극(34) 사이에 배치할 수 있다. 구체적으로, 광반응 물질층(110)을 상부 전극(50)과 하부 전극(34) 사이에 배치시키고(S100), 광반응 물질층(110)의 국부 영역에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들(130)을 배치시킬 수 있다(S110).
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 조정 어셈블리(100)를 샤워 헤드에 배치시킬 수 있다. 광반응 물질층(110)은 상부 전극(50) 하부의 샤워 헤드 몸체(70) 상에 배치되고, 복수 개의 광원들(130)은 상부 전극(50) 하부의 광반응 물질층(110) 상에 배열될 수 있다. 광 확산층(120)은 상기 광 어레이와 광반응 물질층(110) 사이에 추가적으로 배치되어 광원들(130)로부터의 광을 확산시킬 수 있다.
광반응 물질층(110)은 상부 전극(50)에 대응하는 원형 형상을 가질 수 있다. 복수 개의 광원들(130)은 광반응 물질층(110)의 전면에 걸쳐 어레이 형태로 배열될 수 있다. 광원들(130)은 독립적으로 제어되어 광반응 물질층(110)의 국부 영역에 광을 조사할 수 있다. 예를 들면, 광원(130)은 330nm 내지 850nm 범위의 파장을 갖는 광을 조사할 수 있다.
광반응 물질층(110)은 광량 또는 광 파장에 따라 커패시턴스가 변화될 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 광반응 물질층(110)은 세라믹, 폴리머 등을 포함할 수 있다. 상기 세라믹 물질의 예로서는, 산화하프늄(HfO2), 실리카(SiO2), 갈륨비소(GaAs) 등을 들 수 있다. 상기 폴리머의 예로서는, 다이아릴에탄(diarylethane) 계열의 폴리머를 들 수 있다.
복수 개의 광원들(130)은 파워 제어부(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 상기 파워 제어부는 제어부에 연결되어 상기 제어부의 제어에 의해 광원들(130)에 전력들을 독립적으로 제공할 수 있다. 광원(130)의 광량과 파장은 상기 파워 제어부에 의해 제어될 수 있다.
이어서, 용량 결합형 플라즈마(CCP) 챔버(20) 내의 기판 스테이지(30) 상에 웨이퍼(W)를 로딩하고(S120), 전기장을 이용해서 플라즈마 챔버(20)의 진공 영역 내에 플라즈마를 형성할 수 있다(S130).
구체적으로, 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(20) 내의 기판 스테이지(30)의 정전척 상에 로딩할 수 있다. 샤워 헤드의 분사 홀들(72)를 통해 플라즈마 가스를 챔버(20) 내에 도입하고, 배기부에 의해 챔버(20) 내의 압력을 기 설정된 값으로 조정할 수 있다. 이어서, 하부 전극(34) 및 상부 전극(50)에 고주파 파워를 인가하여 챔버(20) 내에 플라즈마를 형성할 수 있다.
이후, 광원들(130)의 광량(또는 파장)을 조정하여 광반응 물질층(110)의 유전율을 국부적으로 변화시키고(S140), 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 공정을 수행할 수 있다(S150).
예를 들면, 상기 파워 제어부는 광원들(130) 중 일부에만 전력들을 제공하여 광반응 물질층(110)의 국부 영역에 광을 조사할 수 있다. 이에 따라, 상기 광이 조사된 광반응 물질층(110)의 국부 영역의 커패시턴스는 상기 광의 광량 또는 파장에 의해 조정될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 광반응 물질층(110)은 상부 전극(50)과 평행한 평면에 위치하므로, 광반응 물질층(110)은 면 형태의 가변 커패시턴스들(Co1, Co2, Co3, ..., Con)을 가질 수 있다. 각각의 상기 가변 커패시턴스들은 광원(130)의 광량 또는 파장에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 광원들(130)을 독립적으로 제어함으로써, 지지 플레이트(32)와 상부 전극(50) 사이의 커패시턴스를 국부적으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)의 국부 플라즈마 제어를 통해 플라즈마의 균일도를 향상시켜 공정 수율을 개선할 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다. 도 8은 도 7의 B 부분을 나타내는 확대 단면도이다. 도 9는 도 7의 포커스 링 하부에 배치된 플라즈마 조정 어셈블리를 나타내는 평면도이다. 도 10은 도 7의 플라즈마 처리 장치에서 형성되는 커패시터들을 나타내는 회로도이다. 상기 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 조정 어셈블리의 배치 및 구성을 제외하고는 도 1 내지 도 5를 참조로 설명한 플라즈마 처리 장치와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(11)는 포커스 링(36) 및 하부 전극(34) 사이의 국부 영역에서의 커패시턴스를 변화시켜 국부 플라즈마 제어를 수행하기 위한 플라즈마 조정 어셈블리(200)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 조정 어셈블리(200)는 포커스 링(36) 및 하부 전극(34) 사이에 배치되는 광반응 물질층(210) 및 광반응 물질층(210)의 국부 영역에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들(230)을 갖는 광 어레이를 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마 조정 어셈블리(200)는 광반응 물질층(210) 및 상기 광 어레이 사이에 배치되어 광원(230)의 광을 확산시키기 위한 광 확산층(220)을 더 포함할 수 있다.
플라즈마 조정 어셈블리(200)는 기판 스테이지(30)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 광반응 물질층(210)은 포커스 링(36) 하부의 지지 플레이트(32) 상에 배치될 수 있다. 광반응 물질층(210)은 포커스 링(36)에 대응하는 환형 형상을 가질 수 있다. 광반응 물질층(210)은 포커스 링(36)과 지지 플레이트(32) 사이에 배치될 수 있다.
복수 개의 광원들(230)은 광반응 물질층(210) 하부에 배열될 수 있다. 복수 개의 광원들(230)은 광반응 물질층(210)의 연장 방향을 따라 기 설정된 거리만큼 서로 이격 배치될 수 있다. 광원들(230)은 독립적으로 제어되어 광반응 물질층(210)의 국부 영역에 광을 조사할 수 있다. 예를 들면, 광원(230)은 330nm 내지 850nm 범위의 파장을 갖는 광을 조사할 수 있다.
광 확산층(220)은 상기 광 어레이와 광반응 물질층(210) 사이에 배치되어 광원들(230)로부터의 광을 확산시킬 수 있다. 예를 들면, 광 확산층(220)은 폴리카보네이트(polycarbonate), 석영 등과 같은 투과율이 우수한 물질을 포함할 수 있다. 광 확산층(220)의 적어도 일면은 광을 산란시키기 위한 표면 거칠기를 가질 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 챔버(20) 내에 플라즈마가 형성됨에 따라 커패시터 경로(capacitive path)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 커패시터 경로는 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함할 수 있다. 상기 제1 커패시터는 지지 플레이트(32)와 상부 전극(50) 사이에 형성되는 커패시터(Cw)일 수 있다. 상기 제2 커패시터는 지지 플레이트(32)와 포커스 링(36) 사이에 형성된 커패시터 그리고 포커스 링(36)과 상부 전극(50) 사이에 형성되는 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 제2 커패시터는 광반응 물질층(210)의 커패시터를 포함할 수 있다. 광반응 물질층(210)은 포커스 링(36)과 평행한 평면에 위치하므로, 광반응 물질층(210)은 복수 개의 가변 커패시턴스들(Cs1, Cs2, Cs3, ..., Csn)을 가질 수 있다. 각각의 상기 가변 커패시턴스들은 광원(230)의 광량 또는 파장에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 광원들(230)을 독립적으로 제어함으로써, 포커스 링(36)와 하부 전극(50) 사이의 커패시턴스를 국부적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 포커스 링(36)과 하부 전극(50) 사이의 커패시턴스가 국부적으로 변화함에 따라, 지지 플레이트(32)와 상부 전극(50) 사이의 커패시턴스가 국부적으로 변화될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(11)의 국부 플라즈마 제어를 통해 플라즈마의 비대칭성을 개선할 수 있다.
이하에서는, 도 7의 플라즈마 처리 장치를 이용한 기판을 처리하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 먼저, 플라즈마 조정 어셈블리(200)를 플라즈마 처리 장치(10)의 포커스 링(36) 및 하부 전극(34) 사이에 배치할 수 있다. 구체적으로, 광반응 물질층(210)을 포커스 링(36)과 하부 전극(34) 사이에 배치시키고(S200), 광반응 물질층(210)의 국부 영역에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들(230)을 배치시킬 수 있다(S210).
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 조정 어셈블리(200)를 기판 스테이지(30)에 배치시킬 수 있다. 광반응 물질층(210)은 포커스 링(36) 하부의 지지 플레이트(32) 상에 배치되고, 복수 개의 광원들(230)은 포커스 링(36) 하부의 광반응 물질층(210) 상에 배열될 수 있다. 광 확산층(220)은 상기 광 어레이와 광반응 물질층(210) 사이에 추가적으로 배치되어 광원들(230)로부터의 광을 확산시킬 수 있다.
광반응 물질층(210)은 포커스 링(36)에 대응하는 환형 형상을 가질 수 있다. 복수 개의 광원들(230)은 광반응 물질층(210)의 연장 방향을 따라 기 설정된 거리만큼 서로 이격 배치될 수 있다. 광원들(230)은 독립적으로 제어되어 광반응 물질층(210)의 국부 영역에 광을 조사할 수 있다. 예를 들면, 광원(230)은 330nm 내지 850nm 범위의 파장을 갖는 광을 조사할 수 있다.
광반응 물질층(210)은 광량 또는 광 파장에 따라 커패시턴스가 변화될 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 광반응 물질층(210)은 세라믹, 폴리머 등을 포함할 수 있다.
복수 개의 광원들(230)은 파워 제어부(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 상기 파워 제어부는 제어부에 연결되어 상기 제어부의 제어에 의해 광원들(230)에 전력들을 독립적으로 제공할 수 있다. 광원(230)의 광량과 파장은 상기 파워 제어부에 의해 제어될 수 있다.
이어서, 용량 결합형 플라즈마(CCP) 챔버(20) 내의 기판 스테이지(30) 상에 웨이퍼(W)를 로딩하고(S220), 전기장을 이용해서 플라즈마 챔버(20)의 진공 영역 내에 플라즈마를 형성할 수 있다(S230).
이후, 광원들(230)의 광량(또는 파장)을 조정하여 광반응 물질층(210)의 유전율을 국부적으로 변화시키고(S240), 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 공정을 수행할 수 있다(S250).
예를 들면, 상기 파워 제어부는 광원들(230) 중 일부에만 전력들을 제공하여 광반응 물질층(210)의 국부 영역에 광을 조사할 수 있다. 이에 따라, 상기 광이 조사된 광반응 물질층(210)의 국부 영역의 커패시턴스는 상기 광의 광량 또는 파장에 의해 조정될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 광반응 물질층(210)은 포커스 링(36)과 평행한 평면에 위치하므로, 광반응 물질층(210)은 복수 개의 가변 커패시턴스들(Cs1, Cs2, Cs3, ..., Csn)을 가질 수 있다. 각각의 상기 가변 커패시턴스들은 광원(230)의 광량 또는 파장에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 광원들(230)을 독립적으로 제어함으로써, 포커스 링(36)와 하부 전극(50) 사이의 커패시턴스를 국부적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 포커스 링(36)과 하부 전극(50) 사이의 커패시턴스가 국부적으로 변화함에 따라, 지지 플레이트(32)와 상부 전극(50) 사이의 커패시턴스가 국부적으로 변화될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(11)의 국부 플라즈마 제어를 통해 플라즈마의 비대칭성을 개선할 수 있다.
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다. 도 13은 도 12의 C 부분을 나타내는 확대 단면도이다. 도 14는 도 12의 플라즈마 처리 장치에서 형성되는 커패시터들을 나타내는 회로도이다. 상기 플라즈마 처리 장치는 제1 및 제2 플라즈마 조정 어셈블리들의 배치들을 제외하고는 도 1 내지 도 5를 참조로 설명한 플라즈마 처리 장치와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(12)는 상부 전극(50)과 하부 전극(34) 사이의 국부 영역에서의 커패시턴스를 변화시키기 위한 제1 플라즈마 조정 어셈블리(100), 및 포커스 링(36)과 하부 전극(34) 사이의 국부 영역에서의 커패시턴스를 변화시키기 위한 제2 플라즈마 조정 어셈블리(200)를 포함할 수 있다.
제1 플라즈마 조정 어셈블리(100)는 상부 전극(50) 및 하부 전극(34) 사이에 배치되는 제1 광반응 물질층(110) 및 제1 광반응 물질층(110)에 광을 조사하기 위한 복수 개의 제1 광원들(130)을 갖는 제1 광 어레이를 포함할 수 있다. 또한, 제1 플라즈마 조정 어셈블리(100)는 제1 광반응 물질층(100) 및 상기 제1 광 어레이 사이에 배치되어 제1 광원(130)의 광을 확산시키기 위한 제1 광 확산층(120)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 플라즈마 조정 어셈블리는 도 1의 플라즈마 조정 어셈블리(100)와 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 플라즈마 조정 어셈블리(200)는 포커스 링(36) 및 하부 전극(34) 사이에 배치되는 제2 광반응 물질층(210) 및 제2 광반응 물질층(210)의 국부 영역에 광을 조사하기 위한 복수 개의 제2 광원들(230)을 갖는 제2 광 어레이를 포함할 수 있다. 또한, 제2 플라즈마 조정 어셈블리(200)는 제2 광반응 물질층(210) 및 상기 제2 광 어레이 사이에 배치되어 제2 광원(230)의 광을 확산시키기 위한 제2 광 확산층(220)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 플라즈마 조정 어셈블리는 도 7의 플라즈마 조정 어셈블리(200)와 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 챔버(20) 내에 플라즈마가 형성됨에 따라 커패시터 경로(capacitive path)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 커패시터 경로는 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함할 수 있다. 상기 제1 커패시터는 지지 플레이트(32)와 상부 전극(50) 사이에 형성되는 커패시터일 수 있다. 상기 제2 커패시터는 지지 플레이트(32)와 포커스 링(36) 사이에 형성된 커패시터 그리고 포커스 링(36)과 상부 전극(50) 사이에 형성되는 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 제1 커패시터는 제1 광반응 물질층(110)의 커패시터를 포함할 수 있다. 제1 광반응 물질층(110)은 상부 전극(50)과 평행한 평면에 위치하므로, 제1 광반응 물질층(110)은 면 형태의 가변 커패시턴스들(Co1, Co2, Co3, ..., Con)을 가질 수 있다. 각각의 상기 가변 커패시턴스들은 제1 광원(130)의 광량 또는 파장에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 제1 광원들(130)을 독립적으로 제어함으로써, 지지 플레이트(32)와 상부 전극(50) 사이의 커패시턴스를 국부적으로 변화시킬 수 있다.
상기 제2 커패시터는 제2 광반응 물질층(210)의 커패시터를 포함할 수 있다. 제2 광반응 물질층(210)은 포커스 링(36)과 평행한 평면에 위치하므로, 제2 광반응 물질층(210)은 복수 개의 가변 커패시턴스들(Cs1, Cs2, Cs3, ..., Csn)을 가질 수 있다. 각각의 상기 가변 커패시턴스들은 제2 광원(230)의 광량 또는 파장에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 제2 광원들(230)을 독립적으로 제어함으로써, 포커스 링(36)와 하부 전극(50) 사이의 커패시턴스를 국부적으로 변화시킬 수 있다.
이에 따라, 플라즈마 처리 장치(12)의 국부 플라즈마 제어를 통해 플라즈마의 비대칭성을 개선할 수 있다.
이하에서는, 도 12의 플라즈마 처리 장치를 이용한 기판을 처리하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 15는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12 내지 도 15를 참조하면, 먼저, 제1 플라즈마 조정 어셈블리(100)를 상부 전극(50)과 하부 전극(34) 사이에 그리고 제2 플라즈마 조정 어셈블리(200)를 포커스 링(36)과 하부 전극(34) 사이에 배치할 수 있다. 구체적으로, 제1 광반응 물질층(110)을 상부 전극(50)과 하부 전극(34) 사이에 그리고 제2 광반응 물질층(210)을 포커스 링(36)과 하부 전극(34) 사이에 배치시키고(S300), 제1 및 제2 광반응 물질층(110, 210)의 국부 영역들에 광을 조사하기 위한 복수 개의 제1 및 제2 광원들(130, 230)을 각각 배치시킬 수 있다(S310).
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 플라즈마 조정 어셈블리(100)를 샤워 헤드에 배치시킬 수 있다. 제1 광반응 물질층(110)은 상부 전극(50) 하부의 샤워 헤드 몸체(70) 상에 배치되고, 복수 개의 제1 광원들(130)은 상부 전극(50) 하부의 제1 광반응 물질층(110) 상에 배열될 수 있다. 제1 광 확산층(120)은 제1 광원들(130)과 제1 광반응 물질층(110) 사이에 추가적으로 배치되어 제1 광원들(130)로부터의 광을 확산시킬 수 있다.
제2 플라즈마 조정 어셈블리(200)를 기판 스테이지(30)에 배치시킬 수 있다. 제2 광반응 물질층(210)은 포커스 링(36) 하부의 지지 플레이트(32) 상에 배치되고, 복수 개의 제2 광원들(230)은 포커스 링(36) 하부의 제2 광반응 물질층(210) 상에 배열될 수 있다. 제2 광 확산층(220)은 제2 광원들(230)과 제2 광반응 물질층(210) 사이에 추가적으로 배치되어 제2 광원들(230)로부터의 광을 확산시킬 수 있다.
복수 개의 제1 및 제2 광원들(130, 230)은 파워 제어부(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 상기 파워 제어부는 제어부에 연결되어 상기 제어부의 제어에 의해 제1 및 제2 광원들(130, 230)에 전력들을 독립적으로 제공할 수 있다. 제1 및 제2 광원들(130, 230)의 광량과 파장은 상기 파워 제어부에 의해 제어될 수 있다.
이어서, 용량 결합형 플라즈마(CCP) 챔버(20) 내의 기판 스테이지(30) 상에 웨이퍼(W)를 로딩하고(S320), 전기장을 이용해서 플라즈마 챔버(20)의 진공 영역 내에 플라즈마를 형성할 수 있다(S330).
이후, 제1 및 제2 광원들(130, 230)의 광량(또는 파장)을 조정하여 제1 및 제2 광반응 물질층(110, 210)의 유전율을 국부적으로 변화시키고(S340), 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 공정을 수행할 수 있다(S350).
예를 들면, 상기 파워 제어부는 제1 및 제2 광원들(130, 230) 중 일부에만 전력들을 제공하여 제1 및 제2 광반응 물질층(110, 210)의 국부 영역에 광을 조사할 수 있다. 이에 따라, 상기 광이 조사된 제1 및 제2 광반응 물질층(110, 210)의 국부 영역의 커패시턴스는 상기 광의 광량 또는 파장에 의해 조정될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제1 광반응 물질층(110)은 상부 전극(50)과 평행한 평면에 위치하므로, 제1 광반응 물질층(110)은 면 형태의 가변 커패시턴스들(Co1, Co2, Co3, ..., Con)을 가질 수 있다. 각각의 상기 가변 커패시턴스들은 제1 광원(130)의 광량 또는 파장에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 제1 광원들(130)을 독립적으로 제어함으로써, 지지 플레이트(32)와 상부 전극(50) 사이의 커패시턴스를 국부적으로 변화시킬 수 있다.
제2 광반응 물질층(210)은 포커스 링(36)과 평행한 평면에 위치하므로, 제2 광반응 물질층(210)은 복수 개의 가변 커패시턴스들(Cs1, Cs2, Cs3, ..., Csn)을 가질 수 있다. 각각의 상기 가변 커패시턴스들은 제2 광원(230)의 광량 또는 파장에 의해 변화될 수 있다. 따라서, 제2 광원들(230)을 독립적으로 제어함으로써, 포커스 링(36)와 하부 전극(50) 사이의 커패시턴스를 국부적으로 변화시킬 수 있다.
이에 따라, 플라즈마 처리 장치(12)의 국부 플라즈마 제어를 통해 플라즈마의 비대칭성을 개선할 수 있다.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다. 상기 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 챔버의 구성을 제외하고는 도 12 내지 도 14를 참조로 설명한 플라즈마 처리 장치와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 16을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(13)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.
예시적인 실시예들에 있어서, 챔버(20)는 챔버(20)의 상부를 덮는 커버(22)를 포함할 수 있다. 커버(22)는 챔버(20)의 상부를 밀폐시킬 수 있다.
상부 전극(52)은 하부 전극(110)과 대향하도록 챔버(20) 외측 상부에 배치될 수 있다. 상부 전극(52)은 커버(22) 상에 배치될 수 있다. 상부 전극(52)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(52)은 나선 형태 또는 동심원 형태의 코일들을 포함할 수 있다. 상기 코일은 챔버(20)의 플라즈마 공간에서 유도 결합된 플라즈마(inductively coupled plasma)를 발생시킬 수 있다. 여기서는, 상기 코일들의 개수, 배치 등은 이에 제한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.
플라즈마 처리 장치(13)는 챔버(20) 내부로 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 공급부는 가스 공급 엘리먼트들로서, 가스 공급관(71), 유량 제어기(84), 및 가스 공급원(82)을 포함할 수 있다. 가스 공급관(71)은 챔버(20)의 상부(및/또는 측면)으로 다양한 가스들을 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 공급관은 커버(22)를 관통하는 가스 공급관을 포함할 수 있다.
제2 파워 공급부(60)는 상부 전극(52)에 플라즈마 소스 파워를 인가할 수 있다. 예를 들면, 제2 파워 공급부(60)는 플라즈마 소스 엘리먼트들로서, 소스 RF 전원 및 소스 RF 정합기를 포함할 수 있다. 상기 소스 RF 전원은 고주파(RF) 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 소스 RF 정합기는 상기 소스 RF 전원에서 발생된 RF 신호의 임피던스를 매칭하여 상기 코일들을 이용하여 발생시킬 플라즈마를 제어할 수 있다.
제1 파워 공급부(40)는 하부 전극(34)에 바이어스 소스 파워를 인가할 수 있다. 예를 들면, 제1 파워 공급부(40)는 바이어스 엘리먼트들로서, 바이어스 RF 전원 및 바이어스 RF 정합기를 포함할 수 있다. 하부 전극(34)은 챔버(20) 내에서 발생한 플라즈마 원자 또는 이온을 끌어당길 수 있다. 상기 바이어스 RF 전원은 고주파(RF) 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 바이어스 RF 정합기는 하부 전극(34)에 인가되는 바이어스 전압 및 바이어스 전류를 조절하여 바이어스 RF의 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 상기 바이어스 RF 전원과 상기 소스 RF 전원은 제어부의 동조기를 통하여 서로 동기화되거나 비동기화될 수 있다.
이에 따라, 플라즈마 처리 장치(13)는 코일형 안테나로서의 상부 전극(52)에 의해 유도된 자기장을 이용해서 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 처리 장치(13)는 상부 전극(52)과 하부 전극(34) 사이의 국부 영역에서의 커패시턴스를 변화시키기 위한 제1 플라즈마 조정 어셈블리(300), 및 포커스 링(36)과 하부 전극(34) 사이의 국부 영역에서의 커패시턴스를 변화시키기 위한 제2 플라즈마 조정 어셈블리(400)를 포함할 수 있다.
제1 플라즈마 조정 어셈블리(300)는 상부 전극(52)과 하부 전극(34) 사이에 배치되는 제1 광반응 물질층(310) 및 제1 광반응 물질층(310)에 광을 조사하기 위한 복수 개의 제1 광원들(330)을 갖는 제1 광 어레이를 포함할 수 있다. 또한, 제1 플라즈마 조정 어셈블리(300)는 제1 광반응 물질층(300) 및 상기 제1 광 어레이 사이에 배치되어 제1 광원(330)의 광을 확산시키기 위한 제1 광 확산층(320)을 더 포함할 수 있다.
제1 플라즈마 조정 어셈블리(300)는 상기 유전체 창으로서의 커버(22) 상부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 광반응 물질층(310)은 상부 전극(52) 하부의 커버(22) 상에 배치될 수 있다. 제1 광반응 물질층(310)은 기판 스테이지(30)에 대응하는 원형 형상을 가질 수 있다. 제1 광반응 물질층(310)은 상부 전극(52)과 커버(22) 사이에 배치될 수 있다.
복수 개의 제1 광원들(330)은 상부 전극(52) 하부의 제1 광반응 물질층(310) 상에 배열될 수 있다. 복수 개의 제1 광원들(330)은 제1 광반응 물질층(310)의 전면에 걸쳐 어레이 형태로 배열될 수 있다. 제1 광 확산층(320)은 상기 제1 광 어레이와 제1 광반응 물질층(310) 사이에 배치되어 광원들(130)로부터의 광을 확산시킬 수 있다.
제2 플라즈마 조정 어셈블리(400)는 포커스 링(36) 및 하부 전극(34) 사이에 배치되는 제2 광반응 물질층(410) 및 제2 광반응 물질층(410)의 국부 영역에 광을 조사하기 위한 복수 개의 제2 광원들(430)을 갖는 제2 광 어레이를 포함할 수 있다. 또한, 제2 플라즈마 조정 어셈블리(400)는 제2 광반응 물질층(410) 및 상기 제2 광 어레이 사이에 배치되어 제2 광원(430)의 광을 확산시키기 위한 제2 광 확산층(420)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 플라즈마 조정 어셈블리들은 도 1의 플라즈마 조정 어셈블리(100) 및 도 7의 플라즈마 조정 어셈블리(200)와 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는, 도 16의 플라즈마 처리 장치를 이용한 기판을 처리하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 먼저, 제1 플라즈마 조정 어셈블리(300)를 상부 전극(52) 및 하부 전극(34) 사이에 그리고 제2 플라즈마 조정 어셈블리(400)를 포커스 링(36) 및 하부 전극(34) 사이에 배치할 수 있다. 구체적으로, 제1 광반응 물질층(310)을 상부 전극(52)과 유전체 창으로서의 커버(22) 사이에 그리고 제2 광반응 물질층(410)을 포커스 링(36)과 하부 전극(34) 사이에 배치시키고(S400), 제1 및 제2 광반응 물질층(310, 410)의 국부 영역들에 광을 조사하기 위한 복수 개의 제1 및 제2 광원들(330, 430)을 각각 배치시킬 수 있다(S410).
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 플라즈마 조정 어셈블리(300)를 유전체 창으로서의 커버(22) 상에 배치시킬 수 있다. 제1 광반응 물질층(310)은 상부 전극(52) 하부의 커버(22) 상에 배치되고, 복수 개의 제1 광원들(330)은 상부 전극(52) 하부의 제1 광반응 물질층(310) 상에 배열될 수 있다. 제1 광 확산층(320)은 제1 광원들(330)과 제1 광반응 물질층(310) 사이에 추가적으로 배치되어 제1 광원들(330)로부터의 광을 확산시킬 수 있다.
제2 플라즈마 조정 어셈블리(400)를 기판 스테이지(30)에 배치시킬 수 있다. 제2 광반응 물질층(410)은 포커스 링(36) 하부의 지지 플레이트(32) 상에 배치되고, 복수 개의 제2 광원들(430)은 포커스 링(36) 하부의 제2 광반응 물질층(410) 상에 배열될 수 있다. 제2 광 확산층(420)은 제2 광원들(430)과 제2 광반응 물질층(410) 사이에 추가적으로 배치되어 제2 광원들(430)로부터의 광을 확산시킬 수 있다.
복수 개의 제1 및 제2 광원들(330, 430)은 파워 제어부(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 상기 파워 제어부는 제어부에 연결되어 상기 제어부의 제어에 의해 제1 및 제2 광원들(330, 430)에 전력들을 독립적으로 제공할 수 있다. 제1 및 제2 광원들(330, 430)의 광량과 파장은 상기 파워 제어부에 의해 제어될 수 있다.
이어서, 유도 결합형 플라즈마(ICP) 챔버(20) 내의 기판 스테이지(30) 상에 웨이퍼(W)를 로딩하고(S420), 자기장을 이용해서 플라즈마 챔버(20)의 진공 영역 내에 플라즈마를 형성할 수 있다(S430).
예를 들면, 소정의 주파수(예를 들면, 13.56 MHz)를 갖는 고주파 전력이 상부 전극(52)에 인가되면, 상부 전극(52)에 의해 유도된 전자기장이 챔버(20) 내로 분사된 소스 가스로 인가되어 플라즈마(P)가 생성될 수 있다. 상기 플라즈마 전력의 주파수보다 작은 주파수를 갖는 바이어스 전력이 상기 하부 전극에 인가되어 챔버(20) 내에서 발생한 플라즈마 원자 또는 이온을 상기 하부 전극을 향하여 끌어당길 수 있다.
이후, 제1 및 제2 광원들(330, 430)의 광량(또는 파장)을 조정하여 제1 및 제2 광반응 물질층(310, 410)의 유전율을 국부적으로 변화시키고(S440), 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 공정을 수행할 수 있다(S450).
예를 들면, 파워 제어부는 제1 및 제2 광원들(330, 430) 중 일부에만 전력들을 제공하여 제1 및 제2 광반응 물질층(310, 410)의 국부 영역에 광을 조사할 수 있다. 이에 따라, 상기 광이 조사된 제1 및 제2 광반응 물질층(310, 410)의 국부 영역의 커패시턴스는 상기 광의 광량 또는 파장에 의해 조정될 수 있다.
따라서, 제1 및 제2 광원들(330, 430)을 독립적으로 제어함으로써, 상부 전극(52)과 하부 전극(34) 사이 또는 포커스 링(36)과 하부 전극(50) 사이의 커패시턴스를 국부적으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(13)의 국부 플라즈마 제어를 통해 플라즈마의 비대칭성을 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, 11, 12, 13: 플라즈마 처리 장치
20: 챔버 22: 커버
24: 배기 포트 30: 기판 스테이지
32: 지지 플레이트 34: 상부 전극
36: 포커스 링 38: 절연 링
40: 제1 파워 공급부 50, 52: 상부 전극
60: 제2 파워 공급부 70: 샤워 헤드 몸체
72: 분사 홀 80: 가스 공급관
82: 가스 공급원 84: 유량 제어기
100, 200, 300, 400: 플라즈마 조정 어셈블리
110, 210, 310, 410: 광반응 물질층
120, 220, 320, 420: 광 확산층
130, 230, 330, 430: 광원

Claims (20)

  1. 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하며, 하부 전극을 갖는 기판 스테이지;
    상기 하부 전극과 대향하도록 배치되는 상부 전극;
    상기 기판 스테이지의 상부 외측 영역 상에서 상기 기판을 둘러싸도록 배치되는 포커스 링; 및
    상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 위치 및 상기 포커스 링과 상기 하부 전극 사이의 위치 중 적어도 어느 하나에 배치되며, 광이 조사되는 국부 영역의 커패시턴스가 변화하는 광반응 물질층 및 상기 광반응 물질층에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들을 포함하는 플라즈마 조정 어셈블리를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 조정 어셈블리는 샤워 헤드에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 광반응 물질층은 상기 상부 전극 하부의 샤워 헤드 몸체 상에 배치되고, 상기 광원들은 상기 상부 전극과 상기 광반응 물질층 사이에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 상부 전극은 원형 형상을 갖고, 상기 광반응 물질층은 상기 상부 전극에 대응하는 원형 형상을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 광원들은 상기 광반응 물질층의 전면에 걸쳐 어레이 형태로 배열되는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 조정 어셈블리는 상기 기판 스테이지에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광반응 물질층은 상기 포커스 링 하부의 상기 기판 스테이지 상에 배치되고, 상기 광원들은 상기 기판 스테이지와 상기 광반응 물질층 사이에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 포커스 링은 환형 형상을 갖고, 상기 광반응 물질층은 상기 포커스 링에 대응하는 환형 형상을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 광원들은 상기 광반응 물질층의 연장 방향을 따라 기 설정된 거리만큼 서로 이격 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 조정 어셈블리는 챔버 상부의 유전체 창 상부에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 상부 전극은 코일들을 포함하고, 상기 광반응 물질층은 상기 상부 전극 하부의 상기 유전체 창 상에 배치되고, 상기 광원들은 상기 상부 전극과 상기 광반응 물질층 사이에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 조정 어셈블리는 상기 광반응 물질층 및 상기 광원들 사이에 배치되어 상기 광원으로부터의 광을 확산시키기 위한 광 확산층을 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 광반응 물질층은 광량 또는 광 파장에 따라 커패시턴스가 변화될 수 있는 물질을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 330nm 내지 850nm 범위의 파장을 갖는 광을 조사하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 광원들을 독립적으로 제어하여 상기 광반응 물질층의 국부 영역에 광을 조사하는 플라즈마 처리 장치.
  16. 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지;
    상기 기판 스테이지와 대향하도록 배치되는 상부 전극;
    상기 기판 스테이지의 상부 외측 영역 상에서 상기 기판을 둘러싸도록 배치되는 포커스 링;
    상기 상부 전극과 상기 기판 스테이지 사이에 또는 상기 포커스 링과 상기 기판 스테이지 사이에 배치되며, 조사되는 광에 의해 커패시턴스가 변화하는 물질을 포함하는 광반응 물질층;
    상기 상부 전극과 상기 광반응 물질층 사이에 또는 상기 기판 스테이지와 상기 광반응 물질층 사이에 배치되며, 상기 광반응 물질층에 광을 조사하기 위한 복수 개의 광원들; 및
    상기 광반응 물질층의 국부 영역에 광을 조사하도록 상기 광원들의 동작들을 독립적으로 제어하기 위한 파워 제어부를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 광반응 물질층은 상기 상부 전극 하부의 샤워 헤드 몸체에 배치되고, 상기 광원들은 상기 상부 전극과 상기 광반응 물질층 사이에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 광반응 물질층은 상기 포커스 링 하부의 상기 기판 스테이지 상에 배치되고, 상기 광원들은 상기 기판 스테이지와 상기 광반응 물질층 사이에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 상부 전극은 코일들을 포함하고, 상기 광반응 물질층은 상기 상부 전극 하부의 유전체 창 상에 배치되고, 상기 광원들은 상기 상부 전극과 상기 광반응 물질층 사이에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 광반응 물질층은 광량 또는 광 파장에 따라 커패시턴스가 변화될 수 있는 물질을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
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