KR20220148996A

KR20220148996A - 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법

Info

Publication number: KR20220148996A
Application number: KR1020210055971A
Authority: KR
Inventors: 윤귀현; 남상기; 서권상; 장성호; 고정민; 김남균; 김태현; 백승한; 안승빈; 양정모; 이창헌; 전강민
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2022-11-08
Also published as: CN115274390A; US20220351947A1

Abstract

하부 링(lower ring); 상기 하부 링 상의 상부 링(upper ring); 및 상하로 연장되어 상기 하부 링과 상기 상부 링을 연결하는 연결 링(connection ring); 을 포함하고, 상기 하부 링은: 상기 하부 링의 중심에서 상기 하부 링을 상하로 관통하는 하부 중심공(lower center hole); 및 상기 하부 중심공의 외측에서 상기 하부 링을 상하로 관통하는 복수 개의 슬릿(slit); 을 제공하며, 상기 복수 개의 슬릿의 각각은 상기 하부 링의 반경 방향(radial direction)으로 일정 길이 연장되되, 상기 복수 개의 슬릿은 상기 하부 링의 원주 방향(circumferential direction)으로 서로 이격되며, 상기 하부 링은 외측에서 내측으로 갈수록 두께가 감소하는 가변 영역을 포함하는 플라즈마 한정 링이 제공된다.

Description

플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법{Plasma confinement ring, apparatus for semiconductor manufacturing including the same and semiconductor device manufacturing method using the same}

본 발명은 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 밀도의 산포를 개선할 수 있는 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 소자는 다양한 공정을 거쳐 제조될 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자는 실리콘 등의 웨이퍼에 대한 포토 공정, 식각 공정, 증착 공정 등을 거쳐 제조될 수 있다. 반도체 소자의 제조를 위한 각 공정에서 플라즈마 상태의 물질이 사용될 수 있다. 플라즈마를 이용한 공정에서, 반도체 제조 장비 내에 형성된 플라즈마의 위치를 제어해야 할 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 반도체 제조 장비 내에 배치된 웨이퍼 상에 플라즈마를 집중시켜야 할 필요가 있을 수 있다. 이를 위해 플라즈마가 웨이퍼의 외측으로 벗어나지 못하게 한정하는 플라즈마 한정 링이 사용될 수 있다. 플라즈마 한정 링을 사용하면 플라즈마의 분포를 제어할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마의 산포를 개선할 수 있는 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 웨이퍼의 에지 영역 상에서 플라즈마의 밀도가 집중되는 현상을 개선할 수 있는 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공정 중에 플라즈마의 일부가 슬릿을 통해 밑으로 빠져 나갈 수 있는 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마의 분포를 필요에 따라 다양하게 제어할 수 있는 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 한정 링은 하부 링(lower ring); 상기 하부 링 상의 상부 링(upper ring); 및 상하로 연장되어 상기 하부 링과 상기 상부 링을 연결하는 연결 링(connection ring); 을 포함하고, 상기 하부 링은: 상기 하부 링의 중심에서 상기 하부 링을 상하로 관통하는 하부 중심공(lower center hole); 및 상기 하부 중심공의 외측에서 상기 하부 링을 상하로 관통하는 복수 개의 슬릿(slit); 을 포함하며, 상기 복수 개의 슬릿의 각각은 상기 하부 링의 반경 방향(radial direction)으로 연장되되, 상기 복수 개의 슬릿은 상기 하부 링의 원주 방향(circumferential direction)으로 서로 이격되며, 상기 하부 링은 외측에서 내측으로 갈수록 두께가 감소하는 가변 영역을 포함할 수 있다.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 제조 장비는 플라즈마 한정 링을 포함하되, 상기 플라즈마 한정 링은: 하부 중심공을 제공하는 원판 형태의 하부 링(lower ring); 상부 중심공을 제공하는 원판 형태의 상부 링(upper ring); 및 상기 상부 링으로부터 상기 하부 링을 향해 아래로 연장되어 상기 하부 링과 상기 상부 링을 연결하는 연결 링(connection ring); 을 포함하고, 상기 하부 링은: 상기 하부 중심공을 제공하는 하부 연결 부재; 및 상기 하부 연결 부재의 외측에 위치하며 슬릿을 제공하는 하부 몸체; 를 포함하며, 상기 슬릿은 상기 하부 링의 반경 방향으로 연장되되, 상기 하부 링의 중심 축으로부터 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d1)는, 상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d2)보다 작되, 상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d1)와, 상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 폭(w1)의 비율(w1/d1)은 0.37 이상이고 1.5 이하일 수 있다.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 제조 방법은 웨이퍼를 반도체 제조 장비 내에 배치하는 것; 상기 반도체 제조 장비 내에 공정 가스를 공급하는 것; 상기 반도체 제조 장비 내의 상기 공정 가스의 적어도 일부를 플라즈마로 변환시키는 것; 및 상기 플라즈마를 제어하여 상기 웨이퍼를 처리하는 것; 을 포함하되, 상기 반도체 제조 장비는: 하우징; 상기 하우징 내에 위치하는 척; 상기 척으로부터 위로 이격되는 상부 전극; 상기 척 및 상기 상부 전극을 둘러싸는 플라즈마 한정 링; 을 포함하고, 상기 척, 상기 상부 전극 및 상기 플라즈마 한정 링 사이에 공정 공간이 정의되며, 상기 플라즈마 한정 링은: 상기 정전 척을 둘러싸는 하부 링; 상기 상부 전극을 둘러싸는 상부 링; 및 상하로 연장되어 상기 하부 링과 상기 상부 링을 연결하는 연결 링; 을 포함하고, 상기 하부 링은 상기 하부 링을 상하로 관통하여 상기 공정 공간을 상기 하부 링의 하부 공간과 연결하는 복수 개의 슬릿을 제공하되, 상기 복수 개의 슬릿의 각각은 상기 하부 링의 반경 방향으로 연장되고, 상기 하부 링은 외측에서 내측으로 갈수록 두께가 변하는 가변 영역을 포함하며, 상기 플라즈마를 제어하여 상기 웨이퍼를 처리하는 것은, 상기 공정 공간에 형성된 상기 플라즈마의 일부가 상기 복수 개의 슬릿을 통해 상기 하부 링의 하부 공간으로 빠져 나가는 것을 포함할 수 있다.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 한정 링은 하부 링(lower ring); 상기 하부 링 상의 상부 링(upper ring); 및 상하로 연장되어 상기 하부 링과 상기 상부 링을 연결하는 연결 링(connection ring); 을 포함하고, 상기 하부 링은: 상기 하부 링의 중심에서 상기 하부 링을 상하로 관통하는 하부 중심공(lower center hole); 및 상기 하부 중심공의 외측에서 상기 하부 링을 상하로 관통하는 슬릿(slit); 을 제공하며, 상기 슬릿은 상기 하부 링의 반경 방향(radial direction)으로 연장되되, 상기 하부 링의 중심 축으로부터 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d1)에 대한 폭(w1)의 비율(w1/d1)은, 상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d2)에 대한 폭(w2)의 비율(w2/d2)보다 클 수 있다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 따르면, 플라즈마의 산포를 개선할 수 있다.

본 발명의 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 따르면, 웨이퍼의 에지 영역 상에서 플라즈마의 밀도가 집중되는 현상을 개선할 수 있다.

본 발명의 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 따르면, 공정 중에 플라즈마의 일부가 슬릿을 통해 밑으로 빠져 나갈 수 있다.

본 발명의 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 따르면, 플라즈마의 분포를 필요에 따라 다양하게 제어할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 포함하는 반도체 제조 장비를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 부분 절단 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링의 하부 링을 나타낸 평면도이다.
도 6A는 도 5의 X 영역을 확대하여 도시한 확대 평면도이다.
도 6B는 도 6A의 I-I'을 따라 절단한 부분을 나타낸 단면도이다.
도 6C는 도 6A의 II-II'을 따라 절단한 부분을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 포함하는 반도체 제조 장비를 이용한 반도체 소자 제조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 8 내지 도 10은 도 7의 순서도에 따른 반도체 소자 제조 방법을 이용해 반도체 소자를 처리하는 과정을 순차적으로 나타낸 반도체 제조 장비의 단면도들이다.
도 11은 도 10의 Y 영역을 확대하여 도시한 확대 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.
도 18은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.
도 19는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링의 하부 링을 나타낸 평면도이다.
도 20은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.
도 21은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명한다. 명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 포함하는 반도체 제조 장비를 나타낸 단면도이다.

이하에서, 도 1의 D1을 제1 방향, 제1 방향(D1)에 교차되는 D2를 제2 방향, 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)의 각각에 교차되는 D3를 제3 방향이라 칭할 수 있다. 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)의 각각은 수평 방향(horizontal direction)이라 칭할 수도 있다. 제2 방향(D2)은 수직 방향(vertical direction)이라 칭할 수도 있다. 또는, 제2 방향(D2)은 상측 방향이라 칭할 수도 있다. 따라서 제2 방향(D2)의 반대 방향은 하측 방향을 의미할 수도 있다.

도 1을 참고하면, 반도체 제조 장비(C)가 제공될 수 있다. 반도체 제조 장비(C)는 반도체 소자를 처리할 수 있는 장비를 의미할 수 있다. 예를 들어, 반도체 제조 장비(C)는 플라즈마를 이용하여 웨이퍼에 대한 식각 공정을 수행하는 장비를 의미할 수 있다. 즉, 반도체 제조 장비(C)는 건식 식각 장비일 수 있다. 보다 구체적으로, 반도체 제조 장비(C)는 CCP(Capacitively coupled plasma) 장비일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 반도체 제조 장비(C)는 ICP(Inductively coupled plasma) 장비 등과 같이 다른 방식의 식각을 위한 장비를 의미할 수도 있다. 반도체 제조 장비(C)는 하우징(H), 스테이지(T), 정전 척(E), 포커스 링(FR), 절연 링(IR), 플라즈마 한정 링(CR), 슬릿 개폐 부재(CP), 상부 전극(U) 및 그라운드 전극(GE) 등을 포함할 수 있다.

하우징(H)은 챔버 내부 공간(Ch)을 제공할 수 있다. 하우징(H) 내에 스테이지(T) 등의 다른 구성이 배치될 수 있다. 하우징(H) 내에서 반도체 소자 제조 공정이 진행될 수 있다. 즉, 하우징(H) 내에서 웨이퍼(W, 도 8 참고)에 대한 식각 공정이 진행될 수 있다. 하우징(H)은 주입 통로(Ih)를 제공할 수 있다. 주입 통로(Ih)를 통해 외부로부터 공정 가스가 하우징(H) 내로 유입될 수 있다.

스테이지(T)는 하우징(H) 내에 위치할 수 있다. 스테이지(T)는 정전 척(E) 및 포커스 링(FR) 등을 지지할 수 있다. 스테이지(T) 내에 히터, 냉각 수로 및 RF 파워 전달부 등이 위치할 수 있다.

정전 척(E)은 스테이지(T) 상에 위치할 수 있다. 정전 척(E)은 웨이퍼(W, 도 8 참고)를 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 정전 척(E)은 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)를 정전 척(E) 상에 고정시킬 수 있다. 실시 예들에서, 정전 척(E) 내에 히터, 플라즈마 전극 및 바이어스 전극 등이 위치할 수 있다. 정전 척(E) 내의 전극은 하부 전극 또는 양극이라 칭할 수도 있다.

포커스 링(FR)은 정전 척(E) 상에 배치되는 웨이퍼(W, 도 8 참고)를 둘러쌀 수 있다. 포커스 링(FR)은 실리콘(Si) 및/또는 실리콘 카바이드(SiC) 등을 포함할 수 있다. 포커스 링(FR)은 식각 공정 중에 생성되는 플라즈마를 웨이퍼(W) 상에 집중시킬 수 있다.

절연 링(IR)은 포커스 링(FR)의 외측을 둘러쌀 수 있다. 절연 링(IR)은 포커스 링(FR)과 플라즈마 한정 링(CR) 간을 전기적으로 절연시킬 수 있다.

플라즈마 한정 링(CR)은 정전 척(E) 상에 고정되는 웨이퍼(W, 도 8 참고)를 둘러쌀 수 있다. 즉, 플라즈마 한정 링(CR)은 포커스 링(FR), 절연 링(IR) 및/또는 상부 전극(U) 등을 외측에서 둘러쌀 수 있다. 보다 구체적으로, 플라즈마 한정 링(CR)의 상부는 상부 전극(U)을 외측에서 둘러쌀 수 있다. 이를 위해 플라즈마 한정 링(CR)의 상부는 상부 전극(U)의 외측에 직접 결합될 수도 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 플라즈마 한정 링(CR)의 상부는 다른 구성을 매개로 상부 전극(U)의 외측에 연결될 수도 있다. 플라즈마 한정 링(CR)의 상부는 상부 링이라 칭할 수도 있다. 플라즈마 한정 링(CR)의 하부는 정전 척(E), 포커스 링(FR) 및/또는 절연 링(IR) 등을 외측에서 둘러쌀 수 있다. 이를 위해 플라즈마 한정 링(CR)의 하부는 절연 링(IR)의 외측에 직접 결합될 수도 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 플라즈마 한정 링(CR)의 하부는 다른 구성을 매개로 절연 링(IR)의 외측에 연결될 수도 있다. 플라즈마 한정 링(CR)의 하부는 하부 링이라 칭할 수도 있다. 플라즈마 한정 링(CR)에 의해, 상부 전극(U)과 정전 척(E) 사이의 공간이 챔버 내부 공간(Ch)과 구분될 수 있다. 플라즈마 한정 링(CR)에 의해, 챔버 내부 공간(Ch)과 구분되는 영역을 공정 공간(Ph)이라 칭할 수 있다. 즉, 공정 공간(Ph)은 상부 전극(U), 정전 척(E) 및 플라즈마 한정 링(CR) 등에 의해 정의될 수 있다. 본 명세서에서는, 플라즈마 한정 링(CR)이 상부 전극(U) 및/또는 절연 링(IR) 등에 연결된 상태에서, 챔버 내부 공간(Ch)과 공정 공간(Ph)은 다른 공간이라 칭할 수 있다. 공정 공간(Ph)은 플라즈마가 형성되는 구역일 수 있다. 플라즈마 한정 링(CR)은 슬릿(1s)을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 플라즈마 한정 링(CR)의 하부에 슬릿(1s)이 제공될 수 있다. 슬릿(1s)은 수평 방향으로 일정 길이 연장되는 형태의 구멍일 수 있다. 슬릿(1s)을 매개로 공정 공간(Ph)과 챔버 내부 공간(Ch)이 서로 연결될 수 있다. 즉, 슬릿(1s)을 통해 공정 공간(Ph)은 플라즈마 한정 링(CR)의 하부 공간에 연결될 수 있다. 플라즈마 한정 링(CR)에 대한 상세한 내용은 도 2 내지 도 6C 등을 참고하여 후술하도록 한다.

슬릿 개폐 부재(CP)는 슬릿(1s)의 밑에 위치할 수 있다. 슬릿 개폐 부재(CP)는 수평 방향으로 연장되는 원판 형상을 포함할 수 있다. 슬릿 개폐 부재(CP) 상하로 이동할 수 있다. 이를 위해, 슬릿 개폐 부재(CP)는 별도의 구동 장치에 연결될 수 있다. 슬릿 개폐 부재(CP)의 이동에 의해, 슬릿(1s)의 개방 정도가 조절될 수 있다. 예를 들어, 슬릿 개폐 부재(CP)가 제2 방향(D2)을 향해 상승하여 슬릿(1s)에 가까워지면, 공정 공간(Ph)과 챔버 내부 공간(Ch) 간의 통로는 좁아질 수 있다. 반대로 슬릿 개폐 부재(CP)가 제2 방향(D2)의 반대 방향을 향해 하강하여 슬릿(1s)으로부터 멀어지면, 공정 공간(Ph)과 챔버 내부 공간(Ch) 간의 통로는 넓어질 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 도 7 내지 도 11을 참고하여 후술하도록 한다.

상부 전극(U)은 정전 척(E)으로부터 위로 이격될 수 있다. 예를 들어, 상부 전극(U)은 정전 척(E)의 상면으로부터 제2 방향(D2)으로 약 35mm만큼 이격될 수 있다. 상부 전극(U)은 정전 척(E) 내의 하부 전극과 함께, 공정 공간(Ph) 내의 공정 가스를 플라즈마로 변환시킬 수 있다. 상부 전극(U)은 샤워 헤드 또는 음극이라 칭할 수도 있다. 상부 전극(U) 상에 분배 공간(Sh)이 제공될 수 있다. 분배 공간(Sh)은 주입 통로(Ih)와 연결될 수 있다. 상부 전극(U)은 복수 개의 가스 분배구(Uh)를 제공할 수 있다. 복수 개의 가스 분배구(Uh)는 서로 수평 방향으로 이격될 수 있다. 가스 분배구(Uh)를 통해 분배 공간(Sh)과 공정 공간(Ph)이 연결될 수 있다. 따라서, 주입 통로(Ih)를 통해 들어온 공정 가스는, 분배 공간(Sh) 및 가스 분배구(Uh)를 거쳐, 공정 공간(Ph)에 유입될 수 있다.

그라운드 전극(GE)은 플라즈마 한정 링(CR)의 하부에 연결될 수 있다. 그라운드 전극(GE)은 상부 전극(U)을 접지시킬 수 있다. 이를 위해 그라운드 전극(GE)은 외부에 접지될 수 있다. 상부 전극(U)은 플라즈마 한정 링(CR) 및 그라운드 전극(GE)을 통해 접지될 수 있다.

이하에서, 도 2 내지 도 6C 등을 참고하여 플라즈마 한정 링(CR)의 상세한 구성에 대해 서술하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 부분 절단 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 플라즈마 한정 링(CR)은 하부 링(1), 상부 링(3) 및 연결 링(5)을 포함할 수 있다.

하부 링(1)은 원판 형상을 포함할 수 있다. 하부 링(1)은 가운데에 하부 중심공(1h)을 제공할 수 있다. 하부 중심공(1h)은 하부 링(1)의 중심에서 하부 링(1)을 상하로 관통할 수 있다. 따라서 하부 링(1)은 가운데 하부 중심공(1h)이 뚫린 형태의 원판 형상일 수 있다. 하부 링(1)의 중심 축(1CA)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 하부 링(1)의 외관은 중심 축(1CA)을 기준으로 하는 회전체 형상으로, 중심 축(1CA)은 하부 링(1)의 회전 중심일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 하부 링(1)은 회전체가 아닌 형상의 입체 도형일 수도 있다. 하부 링(1)의 하면의 적어도 일부는 중심 축(1CA)에 실질적으로 수직할 수 있다. 하부 링(1)의 중심 축(1CA)은 상부 링(3) 및 연결 링(5)의 각각의 중심 축과 일치할 수 있다. 하부 링(1)은 하부 몸체(11) 및 하부 연결 부재(13)를 포함할 수 있다. 하부 몸체(11)는 하부 연결 부재(13)를 외측에서 둘러쌀 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 외측이라는 용어는, 중심 축(1CA)에서 수평적으로 먼 곳을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)에 의해 정의되는 평면 상에서, 중심 축(1CA)으로부터 먼 곳을 외측이라 칭할 수 있다. 반대로 내측이라는 용어는, 중심 축(1CA)에 수평적으로 가까운 곳을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)에 의해 정의되는 평면 상에서, 중심 축(1CA)에 가까운 곳을 내측이라 칭할 수 있다. 하부 몸체(11)는 슬릿(1s)을 제공할 수 있다. 슬릿(1s)은 하부 중심공(1h)의 외측에 위치할 수 있다. 슬릿(1s)은 하부 몸체(11)를 상하로 관통할 수 있다. 슬릿(1s)은 하부 링(1)의 반경 방향으로 일정 길이 연장될 수 있다. 하부 링(1)의 반경 방향이란, 하부 링(1)에서 중심 축(1CA)으로부터 멀어지는 방향을 의미할 수 있다. 즉, 하부 링(1)의 반경 방향은 하부 링(1)에서 외측으로 뻗어 나가는 방향을 의미할 수 있다. 슬릿(1s)은 복수 개가 제공될 수 있다. 복수 개의 슬릿(1s)은 서로 하부 링(1)의 원주 방향으로 이격될 수 있다. 하부 링(1)의 원주 방향이란, 하부 링(1)의 둘레를 따라 회전하는 방향을 의미할 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 도 5를 참고하여 후술하도록 한다. 이하에서, 편의 상 특별한 사정이 없는 한 슬릿(1s)은 단수로 기술하도록 한다. 하부 연결 부재(13)는 하부 몸체(11)의 내측에 위치할 수 있다. 하부 연결 부재(13)는 하부 몸체(11)보다 두꺼울 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 도 4를 참고하면, 하부 연결 부재(13)의 내측면은 하부 중심공(1h)을 정의할 수 있다. 하부 연결 부재(13)는 절연 링(IR, 도 1 참고)에 연결될 수 있다. 하부 연결 부재(13)에 의해, 플라즈마 한정 링(CR)은 절연 링(IR)의 외측에 연결될 수 있다.

상부 링(3)은 하부 링(1) 상에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 상부 링(3)은 하부 링(1)으로부터 제2 방향(D2)으로 이격될 수 있다. 상부 링(3)은 원판 형상을 포함할 수 있다. 상부 링(3)은 가운데에 상부 중심공(3h)을 제공할 수 있다. 상부 중심공(3h)은 상부 링(3)의 중심에서 상부 링(3)을 상하로 관통할 수 있다. 따라서 상부 링(3)은 가운데 상부 중심공(3h)이 뚫린 형태의 원판 형상일 수 있다. 상부 링(3)의 중심 축은 하부 링(1)의 중심 축(1CA)과 일치할 수 있다. 상부 링(3)의 상면 및 하면의 적어도 일부는 중심 축(1CA)에 실질적으로 수직할 수 있다. 상부 링(3)은 상부 몸체(31) 및 상부 연결 부재(33)를 포함할 수 있다. 상부 몸체(31)는 상부 연결 부재(33)를 외측에서 둘러쌀 수 있다. 상부 연결 부재(33)는 상부 몸체(31)의 내측에 위치할 수 있다. 상부 연결 부재(33)는 상부 몸체(31)보다 얇을 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 도 4를 참고하면, 상부 연결 부재(33)의 내측면은 상부 중심공(3h)을 정의할 수 있다. 상부 연결 부재(33)는 상부 전극(U, 도 1 참고)에 연결될 수 있다. 상부 연결 부재(33)에 의해, 플라즈마 한정 링(CR)은 상부 전극(U)의 외측에 연결될 수 있다.

연결 링(5)은 하부 링(1)과 상부 링(3)을 연결할 수 있다. 보다 구체적으로, 연결 링(5)은 하부 링(1)으로부터 제2 방향(D2)으로 연장되어, 상부 링(3)에 연결될 수 있다. 연결 링(5)은 하부 링(1) 및 상부 링(3)의 각각의 외측에 위치할 수 있다. 도 4를 참고하면, 연결 링(5)의 내측면은 연결 중심공(5h)을 정의할 수 있다.

플라즈마 한정 링(CR)은 실리콘(Si) 및/또는 실리콘 카바이드(SiC) 등을 포함할 수 있다. 따라서 하부 링(1)도 실리콘(Si) 및/또는 실리콘 카바이드(SiC) 등을 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.

도 4를 참고하면, 하부 링(1)은 가변 영역(VA) 및 비가변 영역(CA)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 하부 몸체(11)는 가변 영역(VA) 및 비가변 영역(CA)으로 구분될 수 있다. 가변 영역(VA)과 비가변 영역(CA)은 보이지 않는 경계선(BL)에 의해 구분될 수 있다.

가변 영역(VA)은 외측에서 내측으로 갈수록 하부 링(1)의 두께가 변하는 영역을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같이, 가변 영역(VA)에서 하부 링(1)의 두께는 내측으로 갈수록 감소할 수 있다. 즉, 가변 영역(VA) 내에서 중심 축(1CA)에 가까워질수록 하부 몸체(11)의 두께는 줄어들 수 있다. 슬릿(1s)의 적어도 일부는 가변 영역(VA)에 걸쳐 있을 수 있다. 이에 따라, 하부 몸체(11)에 의해 정의되는 슬릿(1s)의 두께도 가변 영역(VA) 내에서 중심 축(1CA)에 가까워질수록 줄어들 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 두께라는 용어는, 수직 방향으로의 두께를 의미할 수 있다. 예를 들어, 특정 지점에서 하부 링(1)의 두께란, 특정 지점에서의 하부 링(1)의 제2 방향(D2)으로의 길이를 의미할 수 있다. 가변 영역(VA) 내에서 내측으로 갈수록 두께가 줄어드는 방식은 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것처럼, 가변 영역(VA) 내에서 내측으로 갈수록 하부 링(1)의 두께는 지속적으로 감소할 수 있다. 보다 구체적으로, 가변 영역(VA) 내에서 내측으로 갈수록 하부 링(1)의 두께는 선형적으로 감소할 수 있다. 이를 위해, 하부 링(1)의 상면(1u)은 외측에서 내측으로 갈수록 밑으로 내려가도록 경사질 수 있다. 즉, 외측에서 내측으로 갈수록 가변 영역(VA) 내에서 하부 링(1)의 상면(1u)의 레벨은 낮아질 수 있다. 따라서 가변 영역(VA) 내에서 내측으로 갈수록 하부 링(1)의 상면(1u)과 상부 링(3)의 하면 사이의 거리는 커질 수 있다. 예를 들어, 하부 링(1)의 상면(1u)과 상부 링(3)의 하면 사이의 수직 거리는 0.5mm 내지 5mm일 수 있다. 반면 하부 링(1)의 하면(1b)은 중심 축(1CA)에 실질적으로 수직할 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 가변 영역(VA) 내에서 내측으로 갈수록 하부 링(1)의 두께가 감소하는 방식은 다양하게 변할 수도 있다. 이에 대한 상세한 내용은 도 12 내지 도 21을 참고하여 설명하도록 한다.

비가변 영역(CA)은 외측에서 내측으로 가도 하부 링(1)의 두께가 변하지 않는 영역을 의미할 수 있다. 즉, 비가변 영역(CA) 내에서 중심 축(1CA)에 가까워져도 하부 몸체(11)의 두께는 일정할 수 있다. 슬릿(1s)의 적어도 일부는 비가변 영역(CA)에 걸쳐 있을 수 있다. 이에 따라, 하부 몸체(11)에 의해 정의되는 슬릿(1s)의 두께는 비가변 영역(CA) 내에서 중심 축(1CA)에 가까워져도 일정할 수 있다.

가변 영역(VA)은 비가변 영역(CA)의 내측에 위치할 수 있다. 즉, 가변 영역(VA)과 중심 축(1CA) 간의 거리는, 비가변 영역(CA)과 중심 축(1CA) 간의 거리보다 작을 수 있다. 가변 영역(VA) 내의 임의의 지점과 중심 축(1CA) 간의 수평 거리를 제1 거리(A1)라 칭할 수 있다. 비가변 영역(CA) 내의 임의의 지점과 중심 축(1CA) 간의 수평 거리를 제2 거리(A2)라 칭할 수 있다. 가변 영역(VA)은 비가변 영역(CA)의 내측에 위치하므로, 제2 거리(A2)는 제1 거리(A1)보다 클 수 있다. 따라서, 중심 축(1CA)으로부터 제1 거리(A1)만큼 떨어진 곳에서의 슬릿(1s)의 두께(d1)는, 중심 축(1CA)으로부터 제2 거리(A2)만큼 떨어진 곳에서의 슬릿(1s)의 두께(d2)보다 작거나 클 수 있다. 가변 영역(VA)의 반경 방향으로의 길이는, 비가변 영역(CA)의 반경 방향으로의 길이보다 길거나 같을 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 이에 대한 보다 상세한 내용은 6A 내지 도 6C를 참고하여 후술하도록 한다.

도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링의 하부 링을 나타낸 평면도이고, 도 6A는 도 5의 X 영역을 확대하여 도시한 확대 평면도이다.

도 5 및 도 6A를 참고하면, 복수 개의 슬릿(1s)은 서로 하부 링(1)의 원주 방향(CD)으로 이격될 수 있다. 하부 링(1)의 원주 방향(CD)이란, 하부 링(1)의 둘레를 따라 회전하는 방향을 의미할 수 있다. 중심 축(1CA)에서 하부 몸체(11)의 둘레까지의 거리는 제1 반경(R1)이라 칭할 수 있다. 중심 축(1CA)에서 하부 몸체(11)의 경계선(BL)까지의 거리는 제2 반경(R2)이라 칭할 수 있다. 중심 축(1CA)에서 하부 연결 부재(13)의 내측면까지의 거리는 제3 반경(R3)이라 칭할 수 있다. 하부 연결 부재(13)는 하부 몸체(11)의 내측에 위치하므로, 제3 반경(R3)은 제1 반경(R1)보다 작을 수 있다. 제2 반경(R2)은 제1 반경(R1)보다 작고, 제3 반경(R3)보다 클 수 있다. 도 4를 참고하여 서술한 제1 거리(A1)는, 제3 반경(R3)보다 크고, 제2 반경(R2)보다 작을 수 있다. 제2 거리(A2)는 제2 반경(R2)보다 크고, 제1 반경(R1)보다 작을 수 있다.

도 6B는 도 6A의 I-I'을 따라 절단한 부분을 나타낸 단면도이고, 도 6C는 도 6A의 II-II'을 따라 절단한 부분을 나타낸 단면도이다.

도 6B를 참고하면, 경계선(BL)보다 외측에 위치한 비가변 영역(CA, 도 4 참고)에서의 슬릿(1s)의 폭은 제2 폭(w2)이라 칭할 수도 있다. 슬릿(1s)의 폭이란, 한 개의 슬릿(1s)의 원주 방향(CD, 도 5 참고)으로의 폭을 의미할 수 있다. 실시 예들에서, 제2 폭(w2)은 약 2.3mm 내지 2.7mm일 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 폭(w2)은 약 2.54mm일 수 있다. 비가변 영역(CA, 도 4 참고)에서의 슬릿(1s)의 두께(d2)는 약 5.0mm 내지 9.0mm일 수 있다. 보다 구체적으로, 비가변 영역(CA)에서의 슬릿(1s)의 두께(d2)는 약 7.35mm일 수 있다. 전술한 바와 같이, 비가변 영역(CA) 내의 모든 구간에서 슬릿(1s)의 두께(d2)는 일정할 수 있다.

도 6C를 참고하면, 경계선(BL)보다 내측에 위치한 가변 영역(VA, 도 4 참고)에서의 슬릿(1s)의 폭은 제1 폭(w1)이라 칭할 수도 있다. 가변 영역(VA) 내 적어도 일부의 지점에서, 슬릿(1s)의 두께(d1)에 대한 폭(w1)의 비율(w1/d1)은 0.34 이상일 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 슬릿의 두께에 대한 폭의 비율이라는 용어는, 하부 링의 반경 방향에 수직하게 자른 단면 상에서의 슬릿의 두께에 대한 폭의 비율을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 가변 영역(VA) 내 적어도 일부의 지점에서, 슬릿(1s)의 두께(d1)에 대한 슬릿(1s)의 폭(w1)의 비율(w1/d1)은 0.37 이상일 수 있다. 또한, 슬릿(1s)의 두께(d1)에 대한 슬릿(1s)의 폭(w1)의 비율(w1/d1)은 1.5 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 폭(w1)은 약 2.3mm 내지 2.7mm일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 폭(w1)은 약 2.54mm일 수 있다. 즉, 슬릿(1s)의 폭은 가변 영역(VA)과 비가변 영역(CA)에서 동일할 수 있다. 가변 영역(VA, 도 4 참고)에서의 슬릿(1s)의 두께(d1)는 약 1.5mm 내지 9.0mm일 수 있다. 전술한 바와 같이, 가변 영역(VA) 내에서 슬릿(1s)의 두께(d1)는 내측으로 갈수록 줄어들 수 있다. 즉, 가변 영역(VA) 내에서 슬릿(1s)의 두께(d1)는 위치에 따라 약 1.5mm 내지 9.0mm 사이의 값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 가변 영역(VA) 내에서 슬릿(1s)의 두께(d1)는 위치에 따라 약 4.0mm 내지 7.35mm 사이의 값을 가질 수 있다. 비가변 영역(CA) 내에서의 슬릿(1s)의 두께(d2)에 대한 가변 영역(VA) 내에서의 슬릿(1s) 중 가장 얇은 부분의 두께(d1m)의 비율(d1m/d2)은, 약 0.20 내지 0.55일 수 있다. 그러나 이들 수치에 한정하는 것은 아니며, 슬릿(1s)의 두께(d1, d2) 및 폭(w1, w2)의 수치는 구체적 설계 적용에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 가변 영역(VA) 내에서 슬릿(1s)의 두께(d1) 및 폭(w1)은, 두께(d1)에 대한 폭(w1)의 비율(w1/d1)이 0.34 이상인 범위에서 다양하게 정해질 수 있다. 보다 구체적으로는, 가변 영역(VA) 내에서 슬릿(1s)의 두께(d1) 및 폭(w1)은, 두께(d1)에 대한 폭(w1)의 비율(w1/d1)이 0.37 이상인 범위에서 다양하게 정해질 수 있다.

가변 영역(VA)에서의 슬릿(1s)의 제1 폭(w1)과, 비가변 영역(CA)에서의 슬릿(1s)의 제2 폭(w2)은 실질적으로 동일 또는 유사할 수 있다. 반면 가변 영역(VA)에서의 슬릿(1s)의 두께(d1)와, 비가변 영역(CA)에서의 슬릿(1s)의 두께(d2)보다 작을 수 있다. 따라서 가변 영역(VA)에서 슬릿(1s)의 종횡비(aspect ratio)는, 비가변 영역(CA)에서 슬릿(1s)의 종횡비보다 낮을 수 있다. 즉, 가변 영역(VA)에서의 슬릿(1s)의 두께(d1)에 대한 폭(w1)의 비율(w1/d1)은, 비가변 영역(CA)에서의 슬릿(1s)의 두께(d2)에 대한 폭(w2)의 비율(w2/d2)보다 클 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 포함하는 반도체 제조 장비를 이용한 반도체 소자 제조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.

도 7을 참고하면, 반도체 소자 제조 방법(S)이 제공될 수 있다. 반도체 소자 제조 방법(S)에 의하면, 도 1 내지 도 6C를 참고하여 설명한 플라즈마 한정 링(CR)을 사용해 반도체 소자를 제조할 수 있다. 반도체 소자 제조 방법(S)은 웨이퍼를 반도체 제조 장비 내에 배치하는 것(S1), 반도체 제조 장비 내에 공정 가스를 공급하는 것(S2), 반도체 제조 장비 내의 공정 가스의 일부를 플라즈마로 변환시키는 것(S3) 및 플라즈마를 제어하여 웨이퍼를 처리하는 것(S4) 등을 포함할 수 있다. 플라즈마를 제어하여 웨이퍼를 처리하는 것(S4)은 공정 공간에 형성된 플라즈마의 일부rk 슬릿을 통해 하부 링의 하부 공간으로 빠져 나가는 것(S41) 등을 포함할 수 있다.

이하에서, 도 8 내지 도 11 등을 참고하여 반도체 소자 제조 방법(S)의 각 단계를 상세히 서술하도록 한다.

도 8 내지 도 10은 도 7의 순서도에 따른 반도체 소자 제조 방법을 이용해 반도체 소자를 처리하는 과정을 순차적으로 나타낸 반도체 제조 장비의 단면도들이고, 도 11은 도 10의 Y 영역을 확대하여 도시한 확대 단면도이다.

도 8 및 도 7을 참고하면, 웨이퍼를 반도체 제조 장비 내에 배치하는 것(S1)은 웨이퍼(W)를 정전 척(E) 상에 배치하는 것을 포함할 수 있다. 웨이퍼(W)의 배치는 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 별도의 로봇 아암 등을 이용하여 정전 척(E) 상에 웨이퍼(W)를 배치할 수 있다. 웨이퍼(W)의 정전 척(E) 상으로의 배치는, 정전 척(E) 및 스테이지(T) 등이 밑으로 하강한 상태에서 이루어질 수 있다. 웨이퍼(W)가 정전 척(E) 상에 배치되면, 정전 척(E) 및 스테이지(T) 등은 위로 상승하여, 플라즈마 한정 링(CR) 사이에 배치될 수 있다. 정전 척(E)의 상승에 의하여, 공정 공간(Ph)이 챔버 내부 공간(Ch)과 구분되는 별도의 공간이 될 수 있다.

도 9 및 도 7을 참고하면, 반도체 제조 장비 내에 공정 가스를 공급하는 것(S2)은 가스 공급부로부터 공정 가스(G)가 반도체 제조 장비(C) 내로 공급되는 것을 포함할 수 있다. 공정 가스(G)는 웨이퍼(W) 등에 대한 식각 공정을 수행하는 가스를 의미할 수 있다. 예를 들어, 공정 가스(G)는 CF₄ 등을 포함할 수 있다. 공정 가스(G)는 주입 통로(Ih), 분배 공간(Sh) 및 가스 분배구(Uh)를 거쳐, 공정 공간(Ph)으로 유입될 수 있다. 공정 공간(Ph)에 들어온 공정 가스(G)의 일부는, 플라즈마 한정 링(CR)의 슬릿(1s)을 통해, 플라즈마 한정 링(CR)의 하부 공간으로 빠져나갈 수 있다. 즉, 공정 가스(G)의 일부는 공정 공간(Ph)으로부터 슬릿(1s)을 통해 챔버 내부 공간(Ch)으로 빠져나갈 수 있다. 공정 가스(G)의 다른 일부는 공정 공간(Ph) 내에 머물 수 있다.

도 10 및 도 7을 참고하면, 반도체 제조 장비 내의 공정 가스의 일부를 플라즈마로 변환시키는 것(S3)은 정전 척(E) 내의 하부 전극에 의해, 공정 공간(Ph)에 있는 공정 가스(G)의 적어도 일부를 플라즈마(P) 상태로 변환시키는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 하부 전극에 RF 파워가 가해지면, 공정 공간(Ph)에 전기장이 형성되어 공정 가스(G)의 적어도 일부가 플라즈마(P) 상태로 변할 수 있다.

플라즈마를 제어하여 웨이퍼를 처리하는 것(S4)은 바이어스 전극에 RF 파워를 가하여 플라즈마를 웨이퍼(W) 상으로 이동시키는 것 등을 포함할 수 있다. 이 과정에서 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)가 식각될 수 있다.

도 11 및 도 7을 참고하면, 공정 공간에 형성된 플라즈마의 일부가 슬릿을 통해 하부 링의 하부 공간으로 빠져 나가는 것(S41)은 플라즈마(P)의 일부가 슬릿(1s)을 통해 플라즈마 한정 링(CR)의 하부로 빠져 나가는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마의 유출(PL)은 가변 영역(VA)에서 발생할 수 있다. 비가변 영역(CA)에서는 플라즈마의 유출(PL)이 없거나, 적을 수 있다. 플라즈마 한정 링(CR)의 내측에서 슬릿(1s)을 통한 플라즈마 유출(PL)이 더 많을 수 있다. 즉, 가변 영역(VA) 중에서도 웨이퍼(W)에 가까운 쪽에서 더 많은 플라즈마의 유출(PL)이 발생할 수 있다. 가변 영역(VA) 중에서 내측으로 갈수록, 슬릿(1s)의 두께가 줄어들 수 있다. 이에 따라 가변 영역(VA) 중에서 내측으로 갈수록, 슬릿(1s)의 슬릿(1s)의 두께(d1)에 대한 폭(w1)의 비율(w1/d1, 도 4 참고)이 늘어날 수 있다. 즉, 가변 영역(VA) 중에서 내측으로 갈수록, 슬릿(1s)의 단면의 종횡비가 줄어들 수 있다. 슬릿(1s)의 종횡비가 크면, 플라즈마(P)는 상대적으로 슬릿(1s)을 통과하기 어려울 수 있다. 다시 말해, 슬릿(1s)의 폭이 좁거나 슬릿(1s)의 두께가 두꺼울수록, 플라즈마(P)는 슬릿(1s)을 통과하기 어려울 수 있다. 그러므로 가변 영역(VA) 중에서 내측으로 갈수록, 플라즈마(P)가 슬릿(1s)을 통해 밑으로 빠져 나가기 쉬울 수 있다. 따라서 플라즈마 유출(PL)은 하부 링(1)의 내측에서 더 많이 발생할 수 있다.

플라즈마를 이용한 웨이퍼(W)에 대한 식각 공정이 완료되면, 웨이퍼(W)는 반도체 제조 장비(C)에서 나올 수 있다. 웨이퍼(W)는 포토 공정, 증착 공정 및 테스트 공정 등을 더 거칠 수 있다. 웨이퍼(W)는 복수 개의 개별 반도체 칩으로 절단(sawing)될 수 있다. 이러한 방식으로 반도체 소자가 제조될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 의하면, 공정 중에 플라즈마 한정 링의 슬릿을 통해 플라즈마의 일부가 밑으로 빠져 나갈 수 있다. 예를 들어, 도 11을 참고하여 설명한 것과 유사하게 플라즈마 한정 링의 내측 부근에 있는 플라즈마가 밑으로 빠져 나갈 수 있다. 슬릿의 두께에 대한 폭의 비율이 0.34보다 작으면, pinch-off 현상에 의해 플라즈마가 슬릿을 통과하지 못할 수 있다. 즉, 슬릿의 두께에 대한 폭의 비율 0.34는, 플라즈마의 슬릿 통과 여부를 결정하는 경계 값일 수 있다. 가변 영역의 적어도 일부 구간에서 슬릿의 두께에 대한 폭의 비율이 0.34 이상이므로, 플라즈마는 pinch-off 현상을 극복하고 슬릿을 통과할 수 있다. 특히, 가변 영역은 슬릿의 두께에 대한 폭의 비율이 0.37 이상인 부분을 포함하므로, 플라즈마는 해당 부분에서 슬릿을 원활하게 통과할 수 있다. 슬릿의 두께에 대한 폭의 비율이 0.37 이상인 부분은 가변 영역 중 내측에 존재할 수 있다. 따라서 플라즈마 한정 링의 내측 부근 상에 있는 플라즈마의 밀도가 줄어들 수 있다. 이에 따라 웨이퍼의 에지 영역 부근 상에 있는 플라즈마의 밀도가 줄어들 수 있다. 즉, 웨이퍼의 에지 영역 부근 위에서 플라즈마의 밀도가 집중되는 현상을 개선할 수 있다. 이를 이용해 공정 공간 내 플라즈마의 밀도를 균일하게 제어할 수 있다. 이러한 방식으로 플라즈마의 산포를 개선하여, 반도체 소자 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 의하면, 비가변 영역 부근 등 플라즈마 한정 링의 외측에서는, 플라즈마가 슬릿을 통과하지 아니할 수 있다. 따라서 플라즈마 유출의 양이 필요 이상으로 증가하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 방식으로 플라즈마 밀도가 집중된 곳 부근에서만 플라즈마를 유출시키고, 그 외의 부분은 플라즈마의 유출을 차단할 수 있다. 플라즈마 유출의 양 및 유출 위치를 제어할 수 있으므로, 플라즈마의 밀도가 전체적으로 줄어드는 것을 방지하면서도, 플라즈마의 밀도를 균일하게 개선할 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 11을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.

도 12를 참고하면, 하부 링(1)은 비가변 영역(CA, 도 4 참고)을 포함하지 아니할 수 있다. 즉, 하부 몸체(11)의 전체가 가변 영역(VA)일 수 있다. 가변 영역(VA) 내에서는 내측으로 갈수록 하부 몸체(11)의 두께가 선형적으로 줄어들 수 있다. 가변 영역(VA)은 슬릿(1s)의 두께에 대한 폭의 비율이 0.34 이하인 부분과, 0.37 이상인 부분을 모두 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

도 13은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 12를 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.

도 13을 참고하면, 가변 영역(VA)에서 하부 링(1)의 상면(1u)은 제2 방향(D2)에 수직할 수 있다. 반면, 가변 영역(VA)에서 하부 링(1)의 하면(1b)은 내측으로 갈수록 위로 올라갈 수 있다. 즉, 가변 영역(VA)에서 내측으로 갈수록 하면(1b)이 위로 기울어 지는 방식으로, 하부 링(1)의 두께가 줄어들 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 13을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.

도 14를 참고하면, 가변 영역(VA)에서 하부 링(1)의 상면(1u)의 레벨은 내측으로 갈수록 낮아질 수 있다. 또한, 가변 영역(VA)에서 하부 링(1)의 하면(1b)의 레벨은 내측으로 갈수록 높아질 수 있다. 즉, 가변 영역(VA)에서 내측으로 갈수록 상면(1u)과 하면(1b)이 모두 기울어 지는 방식으로, 하부 링(1)의 두께가 줄어들 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 14를 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.

도 15를 참고하면, 가변 영역(VA)에서 하부 링(1)의 상면(1u)은 내측으로 갈수록 위로 볼록하게 휘어지며 낮아질 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 가변 영역(VA)에서 하부 링(1)의 상면(1u)은 내측으로 갈수록 오목하게 휘어지며 낮아질 수도 있다.

도 16은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 15를 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.

도 16을 참고하면, 가변 영역(VA)은 비가변 영역(CA)보다 외측에 위치할 수 있다. 가변 영역(VA)의 내측에 비가변 영역(CA)이 연결될 수 있다. 가변 영역(VA) 중 가장 얇은 곳에서의 슬릿(1s)의 두께와, 비가변 영역(CA)에서의 슬릿(1s)의 두께는 실질적으로 동일 또는 유사할 수 있다.

도 17은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 16을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.

도 17을 참고하면, 하부 링(1)은 비가변 영역(CA, 도 4 참고)을 포함하지 아니할 수 있다. 즉, 하부 몸체(11)의 전체가 가변 영역(VA)일 수 있다. 가변 영역(VA) 내에서 내측으로 갈수록 하부 몸체(11)의 두께가 단계적으로 줄어들 수 있다. 즉, 가변 영역(VA) 내에서 내측으로 갈수록 하부 몸체(11)의 두께는 연속적으로 감소하지 아니하고, 계단 형식으로 감소할 수 있다.

도 18은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 17을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.

도 18을 참고하면, 하부 링(1)은 비가변 영역(CA, 도 4 참고)을 포함하지 아니할 수 있다. 즉, 하부 몸체(11)의 전체가 가변 영역(VA)일 수 있다. 가변 영역(VA) 내에서 내측으로 갈수록 하부 몸체(11)의 두께가 단계적으로 줄어들 수 있다. 즉, 가변 영역(VA) 내에서 내측으로 갈수록 하부 몸체(11)의 두께는 연속적으로 감소하지 아니하고, 계단 형식으로 감소할 수 있다. 그러나 도 17에 도시한 것과는 다르게, 가변 영역(VA)은 한 개의 단턱 만을 포함할 수도 있다. 따라서 하부 몸체(11)의 두께는 두 개의 값만을 가질 수 있다.

도 19는 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링의 하부 링을 나타낸 평면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 18을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.

도 19를 참고하면, 하부 링(1)의 슬릿(1s)의 폭은 내측으로 갈수록 커질 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5를 참고하여 설명한 것과는 달리, 슬릿(1s)의 적어도 일부는 외측에서 내측으로 갈수록 폭이 증가할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 의하면, 내측으로 갈수록 슬릿의 폭이 증가할 수 있다. 따라서 내측으로 갈수록 슬릿의 종횡비는 줄어들 수 있다. 이에 따라 내측 부근에서 슬릿을 통한 플라즈마 유출이 원활하게 발생할 수 있다. 슬릿의 폭이 변하는 도 19의 하부 링은, 도 4를 참고하여 설명한 것과 같은 가변 영역에 적용될 수도 있다.

도 20은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 19를 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.

도 20을 참고하면, 가변 영역(VA)은 비가변 영역(CA)보다 외측에 위치할 수 있다. 가변 영역(VA)의 내측에 비가변 영역(CA)이 연결될 수 있다. 도 4를 참고하여 설명한 것과는 달리, 가변 영역(VA)은 내측으로 갈수록 두께가 두꺼워질 수 있다. 가변 영역(VA) 중 가장 두꺼운 곳에서의 슬릿(1s)의 두께와, 비가변 영역(CA)에서의 슬릿(1s)의 두께는 실질적으로 동일 또는 유사할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링, 이를 포함하는 반도체 제조 장비 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 의하면, 도 11을 참고하여 설명한 것과는 달리, 하부 링의 외측에서 슬릿을 통한 플라즈마의 유출이 발생할 수 있다. 하부 링의 내측이 아닌 외측 상의 플라즈마의 밀도를 떨어트려야 할 경우, 도 20에 도시된 것과 같은 플라즈마 한정 링을 사용할 수 있다. 이에 의하면 하부 링의 외측 부분 상의 플라즈마가 슬릿을 통해 밑으로 빠져 나갈 수 있다.

도 21은 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 한정 링을 나타낸 단면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 20을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.

도 21을 참고하면, 하부 링(1)은 상부 링(3) 및 연결 링(5)으로부터 분리될 수 있다. 하부 링(1)의 결합 및 분리는 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 별도의 클램프 등을 사용해 하부 링(1)을 상부 링(3) 및 연결 링(5)에 결합 시킬 수 있다. 이 밖에 다양한 메커니즘을 사용하여 하부 링(1)의 조립이 가능할 수 있다. 하부 링(1)의 분리가 가능하므로, 하부 링(1)만을 교체할 수도 있다. 예를 들어, 슬릿(1s)을 통해 유출되는 플라즈마에 의해 슬릿(1s)을 정의하는 하부 몸체(11)의 일부가 손상되는 경우, 상부 링(3) 및 연결 링(5)은 그대로 두고, 하부 링(1)만을 교체할 수도 있다. 이러한 결합 및 분리가 가능한 플라즈마 한정 링(CR)에 의하면, 제조 비용을 절감할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 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 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

C: 반도체 제조 장비
E: 정전 척
U: 상부 전극
FR: 포커스 링
Ph: 공정 공간
CR: 플라즈마 한정 링
1: 하부 링
1h: 하부 중심공
1s: 슬릿
1CA: 중심 축
11: 하부 몸체
13: 하부 연결 부재
VA: 가변 영역
CA: 비가변 영역
3: 상부 링
3h: 상부 중심공
5: 연결 링

Claims

하부 링(lower ring);
상기 하부 링 상의 상부 링(upper ring); 및
상하로 연장되어 상기 하부 링과 상기 상부 링을 연결하는 연결 링(connection ring); 을 포함하고,
상기 하부 링은:
상기 하부 링의 중심에서 상기 하부 링을 상하로 관통하는 하부 중심공(lower center hole); 및
상기 하부 중심공의 외측에서 상기 하부 링을 상하로 관통하는 복수 개의 슬릿(slit); 을 포함하며,
상기 복수 개의 슬릿의 각각은 상기 하부 링의 반경 방향(radial direction)으로 연장되되, 상기 복수 개의 슬릿은 상기 하부 링의 원주 방향(circumferential direction)으로 서로 이격되며,
상기 하부 링은 외측에서 내측으로 갈수록 두께가 감소하는 가변 영역을 포함하는 플라즈마 한정 링.
제 1 항에 있어서,
상기 하부 링은 두께가 일정한 비가변 영역을 더 포함하되,
상기 가변 영역의 상기 반경 방향으로의 길이는, 상기 비가변 영역의 상기 반경 방향으로의 길이보다 긴 플라즈마 한정 링.
제 2 항에 있어서,
상기 가변 영역은 상기 비가변 영역보다 내측에 위치하는 플라즈마 한정 링.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 영역에서 외측에서 내측으로 갈수록 상기 하부 링의 상면의 레벨은 낮아져 상기 하부 링의 두께가 감소하는 플라즈마 한정 링.
제 4 항에 있어서,
상기 가변 영역에서 상기 하부 링의 상면과 상기 상부 링의 하면 사이의 수직 거리는 0.5mm 내지 5mm인 플라즈마 한정 링.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 영역에서 상기 복수 개의 슬릿의 각각은, 두께(d1)에 대한 폭(w1)의 비율(w1/d1)이 0.37 이상 1.5 이하인 부분을 포함하는 플라즈마 한정 링.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 영역은 외측에서 내측으로 갈수록 상기 하부 링의 두께가 계단 형식으로 감소하는 영역을 포함하는 플라즈마 한정 링.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 슬릿의 적어도 일부는 외측에서 내측으로 갈수록 폭이 증가하는 플라즈마 한정 링.
제 1 항에 있어서,
상기 하부 링은 두께가 일정한 비가변 영역을 더 포함하되,
상기 비가변 영역에서의 상기 슬릿의 두께(d2)에 대한 상기 가변 영역에서의 상기 슬릿 중 가장 얇은 부분의 두께(d1m)의 비율(d1m/d2)은 0.20 내지 0.55인 플라즈마 한정 링.
플라즈마 한정 링을 포함하되,
상기 플라즈마 한정 링은:
하부 중심공을 제공하는 원판 형태의 하부 링(lower ring);
상부 중심공을 제공하는 원판 형태의 상부 링(upper ring); 및
상기 상부 링으로부터 상기 하부 링을 향해 아래로 연장되어 상기 하부 링과 상기 상부 링을 연결하는 연결 링(connection ring); 을 포함하고,
상기 하부 링은:
상기 하부 중심공을 제공하는 하부 연결 부재; 및
상기 하부 연결 부재의 외측에 위치하며 슬릿을 제공하는 하부 몸체; 를 포함하며,
상기 슬릿은 상기 하부 링의 반경 방향으로 연장되되,
상기 하부 링의 중심 축으로부터 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d1)는, 상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d2)보다 작되,
상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d1)와, 상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 폭(w1)의 비율(w1/d1)은 0.37 이상이고 1.5 이하인 반도체 제조 장비.
제 10 항에 있어서,
상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 폭(w1)은 2.3mm 내지 2.7mm이고, 상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d1)는 3.0mm 내지 5.0mm인 반도체 제조 장비.
제 10 항에 있어서,
상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리만큼 떨어진 위치에서 상기 하부 링의 상면과 상기 상부 링의 하면 사이의 수직 거리는 0.5mm 내지 5mm인 반도체 제조 장비.
제 10 항에 있어서,
상기 슬릿은 복수 개가 제공되되,
상기 복수 개의 슬릿은 상기 하부 링의 원주 방향으로 서로 이격되는 반도체 제조 장비.
제 10 항에 있어서,
상기 하부 링은 상기 연결 링으로부터 분리가 가능한 형태로 상기 연결 링에 결합되는 반도체 제조 장비.
제 10 항에 있어서,
상기 하부 링은 실리콘(Si) 또는 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 반도체 제조 장비.
웨이퍼를 반도체 제조 장비 내에 배치하는 것;
상기 반도체 제조 장비 내에 공정 가스를 공급하는 것;
상기 반도체 제조 장비 내의 상기 공정 가스의 적어도 일부를 플라즈마로 변환시키는 것; 및
상기 플라즈마를 제어하여 상기 웨이퍼를 처리하는 것; 을 포함하되,
상기 반도체 제조 장비는:
하우징;
상기 하우징 내에 위치하는 척;
상기 척으로부터 위로 이격되는 상부 전극;
상기 척 및 상기 상부 전극을 둘러싸는 플라즈마 한정 링; 을 포함하고,
상기 척, 상기 상부 전극 및 상기 플라즈마 한정 링 사이에 공정 공간이 정의되며,
상기 플라즈마 한정 링은:
상기 정전 척을 둘러싸는 하부 링;
상기 상부 전극을 둘러싸는 상부 링; 및
상하로 연장되어 상기 하부 링과 상기 상부 링을 연결하는 연결 링; 을 포함하고,
상기 하부 링은 상기 하부 링을 상하로 관통하여 상기 공정 공간을 상기 하부 링의 하부 공간과 연결하는 복수 개의 슬릿을 제공하되,
상기 복수 개의 슬릿의 각각은 상기 하부 링의 반경 방향으로 연장되고,
상기 하부 링은 외측에서 내측으로 갈수록 두께가 변하는 가변 영역을 포함하며,
상기 플라즈마를 제어하여 상기 웨이퍼를 처리하는 것은, 상기 공정 공간에 형성된 상기 플라즈마의 일부가 상기 복수 개의 슬릿을 통해 상기 하부 링의 하부 공간으로 빠져 나가는 것을 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 가변 영역에서의 상기 하부 링의 두께는 외측에서 내측으로 갈수록 감소하며,
상기 플라즈마의 일부가 상기 복수 개의 슬릿을 통해 상기 하부 링의 하부 공간으로 빠져 나가는 것은 상기 플라즈마의 일부가 상기 가변 영역에서의 상기 복수 개의 슬릿을 통해 빠져 나가는 것을 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 하부 링은 두께가 일정한 비가변 영역을 더 포함하되,
상기 가변 영역은 상기 비가변 영역보다 내측에 위치하고,
상기 플라즈마의 일부가 상기 복수 개의 슬릿을 통해 상기 하부 링의 하부 공간으로 빠져 나가는 것은 상기 플라즈마의 일부가 상기 가변 영역에서의 상기 복수 개의 슬릿을 통해 빠져 나가는 것을 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 반도체 제조 장비는 상기 척과 상기 하부 링 사이에 위치하는 포커스 링을 더 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 하부 링은 두께가 일정한 비가변 영역을 더 포함하되,
상기 비가변 영역에서의 상기 슬릿의 두께(d2)에 대한 상기 가변 영역에서의 상기 슬릿 중 가장 얇은 부분의 두께(d1m)의 비율(d1m/d2)은 0.20 내지 0.55인 반도체 소자 제조 방법.
하부 링(lower ring);
상기 하부 링 상의 상부 링(upper ring); 및
상하로 연장되어 상기 하부 링과 상기 상부 링을 연결하는 연결 링(connection ring); 을 포함하고,
상기 하부 링은:
상기 하부 링의 중심에서 상기 하부 링을 상하로 관통하는 하부 중심공(lower center hole); 및
상기 하부 중심공의 외측에서 상기 하부 링을 상하로 관통하는 슬릿(slit); 을 제공하며,
상기 슬릿은 상기 하부 링의 반경 방향(radial direction)으로 연장되되,
상기 하부 링의 중심 축으로부터 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d1)에 대한 폭(w1)의 비율(w1/d1)은, 상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d2)에 대한 폭(w2)의 비율(w2/d2)보다 큰 플라즈마 한정 링.
제 21 항에 있어서,
상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 두께(d1)와, 상기 하부 링의 중심 축으로부터 상기 제1 거리만큼 떨어진 위치에서의 상기 슬릿의 폭(w1)의 비율(w1/d1)은 0.37 이상이고 1.5 이하인 플라즈마 한정 링.
제 21 항에 있어서,
상기 하부 링의 내측으로 갈수록 상기 슬릿의 폭이 넓어지는 플라즈마 한정 링.
제 21 항에 있어서,
상기 하부 링의 내측으로 갈수록 상기 슬릿의 두께가 감소하는 플라즈마 한정 링.