KR20230097406A - 에지 링 어셈블리를 포함하는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법 - Google Patents

에지 링 어셈블리를 포함하는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치는 챔버 내의 하부 플레이트; 하부 플레이트 상의 정전 척, 상기 정전 척은 제1 계단면을 포함하고; 상기 정전 척의 상기 제1 계단면 상에 배치되는 중간 링; 상기 하부 플레이트 상에서 상기 중간 링의 일부와 상기 정전 척의 외측벽을 둘러싸는 하부 링; 상기 중간 링의 상부를 덮는 상부 링; 상기 정전 척을 관통하여 상기 하부 플레이트 내로 연장되는 스크류; 및 상기 스크류와 상기 중간 링 각각에 연결되는 소켓을 포함하며, 상기 스크류, 상기 소켓 및 상기 중간 링은 각각 도전체를 포함한다.

Description

에지 링 어셈블리를 포함하는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS INCLUDING EDGE RING ASSEMBLE AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD USING SAME}
에지 링 어셈블리를 포함하는 기판 처리 장치 및 이를 이용하는 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 미세화에 따라 높은 종횡비를 갖는 패턴 구조물에 대한 수요가 증가하고 있다. 기판이 대형화 됨에 따라 플라즈마의 미세한 균일도 변화에도 기판의 에지 영역에서는 불량이 발생할 수 있다. 이에, 플라즈마 공정에서 기판 에지 영역에 대한 수율이 현저하게 감소한다. 이에, 플라즈마의 균일성을 증가시킬 수 있는 플라즈마를 이용하는 기판 처리 장치의 개발이 요구된다.
본 개시의 실시예들에 따른 과제는 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 처리하는 플라즈마 공정에서 기판 상의 플라즈마 밀도를 고르게 분산시켜 공정 속도 및 생산 수율을 높이는 기판 처리 장치 및 그 장치를 이용하는 기판 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치는 챔버 내의 하부 플레이트; 하부 플레이트 상의 정전 척, 상기 정전 척은 제1 계단면을 포함하고; 상기 정전 척의 상기 제1 계단면 상에 배치되는 중간 링; 상기 하부 플레이트 상에서 상기 중간 링의 일부와 상기 정전 척의 외측벽을 둘러싸는 하부 링; 상기 중간 링의 상부를 덮는 상부 링; 상기 정전 척을 관통하여 상기 하부 플레이트 내로 연장되는 스크류; 및 상기 스크류와 상기 중간 링 각각에 연결되는 소켓을 포함하며, 상기 스크류, 상기 소켓 및 상기 중간 링 각각은 도전체를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치는 하부 플레이트; 상기 하부 플레이트 상의 정전 척; 상기 하부 플레이트 및 상기 정전 척 상의 에지 링 어셈블리; 상기 정전 척을 관통하여 상기 하부 플레이트 내로 연장되는 스크류; 및 상기 스크류와 상기 에지 링 어셈블리의 각각에 연결되는 소켓을 포함하며, 상기 소켓의 하부는 상기 스크류 내에 위치하고 상기 소켓의 상부는 상기 에지 링 어셈블리 내에 위치할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치는 기판 처리 장치가 포함하는 챔버 내의 정전 척 상에 기판을 로딩하는 것; 상기 챔버 내의 상기 기판 상에 공정 가스를 공급하는 것; 상기 정전 척에 고주파 신호를 제공하여 플라즈마를 생성하는 것; 및 상기 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 것을 포함하되, 상기 기판 처리 장치는: 상기 챔버 내의 하부 플레이트; 상기 하부 플레이트 상의 정전 척; 상기 정전 척의 가장자리 상에 배치되는 중간 링; 상기 하부 플레이트 상에서 상기 중간 링의 일부와 상기 정전 척의 외측벽을 둘러싸는 하부 링; 상기 중간 링을 덮는 상부 링; 상기 정전 척을 관통하여 상기 하부 플레이트 내로 연장되는 스크류; 및 상기 스크류와 상기 중간 링 각각에 연결되는 소켓을 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 기판 처리 장치의 기판이 안착되는 정전 척과 정전 척 가장자리에 배치되는 에지 링 어셈블리의 고주파 신호에 대한 임피던스 차이를 감소시키고, 플라즈마를 생성하기 위한 하부 전극을 에지 링 어셈블리의 중간 링까지 확장함으로써, 기판의 전체 영역이 플라즈마에 의해 균일하게 처리될 수 있도록 플라즈마 쉬스를 조절할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 에지 링 어셈블리가 포함하는 각 구성들의 일부가 절단된 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 에지 링 어셈블리를 분해하여 도시한 분해 단면도이다.
도 4는 도 1의 A 영역에 대한 확대도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일부 영역을 확대 도시한 확대도이다.
도 6은 도 5의 에지 링 어셈블리를 분해하여 도시한 분해 단면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 동작에 의한 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 개시의 기판 처리 장치의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 본 개시의 기판 처리 장치의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 에지 링 어셈블리가 포함하는 각 구성들의 일부가 절단된 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 에지 링 어셈블리를 분해하여 도시한 분해 단면도이다. 도 4는 도 1의 A 영역에 대한 확대도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 반도체 장치 제조를 위해 기판(w)을 처리하는 공정(예를 들어, 식각 공정 또는 증착 공정)을 수행하는 장치일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 기판 처리 장치(10)는 용량성 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 장치, 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 장치, 또는 마이크로파(microwave) 플라즈마 장치일 수 있다. 예를 들어, 기판(w)은 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 반도체 기판이거나, SOI(silicon on insulator) 기판일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 가스 공급부(110), 샤워 헤드(120), 정전 척(130), 하부 플레이트(140), 고주파 공급부(150), DC 전원 공급부(160), 에지 링 어셈블리(170), 스크류(180) 및 소켓(190)을 포함할 수 있다.
챔버(100)는 내부에 플라즈마 공정이 수행되는 공간을 제공할 수 있다. 챔버(100)의 내부 공간은 플라즈마 공정 진행 시 밀폐될 수 있다. 챔버(100)는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 챔버(100)는 알루미늄을 포함할 수 있다. 챔버(100)는 접지될 수 있다.
가스 공급부(110)는 챔버(100)와 연결될 수 있다. 가스 공급부(110)는 챔버(100) 내에 공정 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 공정 가스는 챔버(100) 내의 기판(w) 또는 기판(w) 상의 박막을 식각하거나, 기판(w) 상에 박막을 증착할 수 있다.
샤워 헤드(120)가 챔버(100) 내에 제공될 수 있다. 샤워 헤드(120)는 챔버(100)의 상부에 위치할 수 있다. 샤워 헤드(120)는 가스 공급부(110)가 공급하는 공정 가스를 기판(w)의 전체 영역으로 분사할 수 있다. 샤워 헤드(120)는 도전성 재질을 포함할 수 있다. 샤워 헤드(120)는 상부 전극(121)을 포함할 수 있다.
정전 척(130)이 챔버(100) 내에 배치될 수 있다. 정전 척(130) 상에 기판(w)이 배치될 수 있다. 정전 척(130)이 기판(w)을 지지할 수 있다. 정전 척(130)은 하부 전극(131) 및 상부 플레이트(132)를 포함할 수 있다. 하부 전극(131)은 상부 플레이트(132)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 하부 전극(131)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 하부 전극(131) 상에 상부 플레이트(132)가 배치될 수 있다. 기판(w)은 상부 플레이트(132) 상에 배치될 수 있다. 상부 플레이트(132)는 베이스(132a)와 내부 전극(132b)을 포함할 수 있다. 베이스(132a)는 유전체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스(132a)는 Al2O3인 세라믹을 포함할 수 있다. 베이스(132a)의 내부에 내부 전극(132b)이 배치될 수 있다. 베이스(132a)는 내부 전극(132b)을 감쌀 수 있다. 내부 전극(132b)은 도전성 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 니켈(Ni), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta) 등의 금속을 포함할 수 있다.
하부 플레이트(140)는 챔버(100)의 바닥면 상에 위치할 수 있다. 하부 플레이트(140)는 챔버(100)와 정전 척(130) 사이에 배치될 수 있다. 하부 플레이트(140)는 챔버(100)와 하부 전극(131) 사이에 배치될 수 있다. 하부 플레이트(140)는 정전 척(130)을 지지할 수 있다. 하부 플레이트(140)는 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 플레이트(140)는 석영, Al2O3, Y2O3, Si, SiC, C, 또는 SiO2 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 하부 플레이트(140)는 정전 척(130)을 챔버(100)로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다.
고주파 공급부(150)는 샤워 헤드(120)의 상부 전극(121)과 정전 척(130)에 고주파 파워를 제공할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 고주파 공급부(150)는 상부 전극(121) 또는 정전 척(130)에 연결되는 제1 고주파 공급부(151)와 정전 척(130)에 연결되는 제2 고주파 공급부(152)를 포함할 수 있다. 제1 고주파 공급부(151)는 상부 전극(121) 또는 정전 척(130)에 소스 고주파 파워를 제공할 수 있다. 소스 고주파 파워는 챔버(100) 내에 플라즈마를 유도할 수 있다. 제2 고주파 공급부(152)는 정전 척(130)에 바이어스 고주파 파워를 제공할 수 있다. 바이어스 고주파 파워는 플라즈마를 기판으로 집중시킬 수 있다.
DC 전원 공급부(160)는 정전 척(130)에 정전압을 제공할 수 있다. DC 전원 공급부(160)는 상부 플레이트(132)로 정전압을 제공할 수 있다. DC 전원 공급부(160)는 상부 플레이트(132)의 내부 전극(132b)에 정전압을 제공할 수 있다. 정전 척(130)은 DC 전원 공급부(160)로부터 제공된 정전압을 이용하여 기판(w)을 정전 척(130)에 고정시킬 수 있다. 기판(w)은 정전압의 존슨 라벡 또는 쿨롱 효과에 따라 정전 척(130)에 상에 고정될 수 있다.
에지 링 어셈블리(170)가 정전 척(130)과 하부 플레이트(140) 상에 배치될 수 있다. 에지 링 어셈블리(170)는 정전 척(130)과 하부 플레이트(140) 각각의 가장자리에 배치될 수 있다. 에지 링 어셈블리(170)는 정전 척(130)의 둘레를 감쌀 수 있다. 에지 링 어셈블리(170)는 하부 링(171), 중간 링(172) 및 상부 링(173)을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 하부 링(171), 중간 링(172) 및 상부 링(173)은 각각 링 형상을 가질 수 있다. 하부 링(171)은 단면은 L자 형상을 포함할 수 있다. 하부 링(171)은 하부 링(171)의 상면으로부터 하측 방향으로 연장되는 제1 내측면(171s1), 제1 내측면(171s1)의 하단으로부터 외측 방향으로 연장되는 단차면(171st), 및 단차면(171st)으로부터 하측 방향으로 연장되는 제2 내측면(171s2)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 외측 방향은 에지 링 어셈블리(170)가 정전 척(130)과 하부 플레이트(140) 상에 놓였을 때, 기판(w)의 중심을 수직하게 지나가는 중심선으로부터 멀어지는 방향을 의미할 수 있고, 내측 방향은 상기 중심선으로부터 가까워지는 방향을 의미할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 하부 링(171)은 돌출부(171p)를 포함할 수 있다. 돌출부(171p)는 하부 링(171)의 상면으로부터 위로 돌출될 수 있다. 돌출부(171p)는 하부 링(171)의 외측면(171o)에 인접하게 형성될 수 있다. 돌출부(171p)는 생략될 수도 있다. 하부 링(171)은 쿼츠(Quartz)를 포함할 수 있다. 하부 링(171)은 챔버(100) 내에서 수행되는 플라즈마 공정으로부터 중간 링(172)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
중간 링(172)은 바디부(172b), 제1 플랜지부(172p1), 및 제2 플랜지부(172p2)를 포함할 수 있다. 제1 플랜지부(172p1)는 바디부(172b)로부터 내측 방향으로 연장될 수 있다. 제2 플랜지부(172p2)는 바디부(172b)로부터 외측 방향으로 연장될 수 있다. 제1 플랜지부(172p1)의 두께는 가변적일 수 있다. 제1 플랜지부(172p1)는 내측에서 외측으로 갈수록 두께가 두꺼워질 수 있다. 제1 플랜지부(172p1)의 최소 두께(h1)는 대략 0.5~1.5mm일 수 있다. 제1 플랜지부(172p1)의 최소 두께(h1)는 제1 플랜지부(172p1)의 측면(172s)의 높이와 대응할 수 있다. 제1 플랜지부(172p1)의 측면(172s)은 중간 링(172)의 내측면일 수 있다. 제2 플랜지부(172p2)의 두께(wd1)는 균일할 수 있다. 제2 플랜지부(172p2)의 두께(wd1)는 대략 4~5mm일 수 있다. 중간 링(172)은 제1 플랜지부(172p1)의 측면(172s)과 중간 링(172)의 상면(172t)을 연결하는 경사면(172c)을 포함할 수 있다. 경사면(172c)은 제1 플랜지부(172p1)의 측면(172s)과 동일선상에 놓이는 수직선(VL)에 대해 0도 초과 75도 이하의 경사를 가질 수 있다. 제1 플랜지부(172p1)의 상면(172t)은 경사면(172c)과 제2 플랜지부(172p2)의 측면(172o)을 연결할 수 있다. 제2 플랜지부(172p2)의 측면(172o)은 중간 링(172)의 외측면일 수 있다. 중간 링(172)은 삽입 홀(172h)을 포함할 수 있다. 삽입 홀(172h)은 바디부(172b)의 바닥면으로부터 상측으로 연장될 수 있다. 중간 링(172)은 도전체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 링(172)은 알루미늄을 포함할 수 있다.
상부 링(173)의 단면은 역-U자 형상을 포함할 수 있다. 상부 링(173)은 리세스(R)를 포함할 수 있다. 리세스(R)는 중간 링(172)의 상부와 대응하는 형상을 가질 수 있다. 리세스(R)를 한정하는 리세스 면(RS)은 중간 링(172)의 제1 플랜지부(172p1)의 측면(172s), 중간 링(172)의 경사면(172c), 중간 링(172)의 상면(172t), 및 중간 링(172)의 제2 플랜지부(172p2)의 측면(172o)에 의해 이루어지는 형상과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 상부 링(173)은 리세스(R)를 한정하는 바디부(173b), 내측부(173ip) 및 외측부(173op)를 포함할 수 있다. 바디부(173b)는 중간 링(172)의 상면(172t)과 경사면(172c)에 대응하는 프로파일을 따라 연장할 수 있다. 바디부(173b)의 두께는 균일할 수 있으며, 바디부(173b)의 두께(wd2)는 대략 0.5~1.5mm일 수 있다. 내측부(173ip)는 바디부(173b)의 내측단으로부터 내측 방향으로 수평으로 연장될 수 있다. 내측부(173ip)의 수직 방향의 높이는 바디부(173b)의 두께(wd2)보다 클 수 있다. 외측부(173op)는 바디부(173b)의 외측단으로부터 하측 방향으로 연장될 수 있다. 상부 링(173)은 외측부(173op)의 바닥면으로부터 하측 방향으로 연장되는 연장부(173e)를 포함할 수 있다. 연장부(173e)는 생략될 수도 있다. 상부 링(173)은 쿼츠를 포함할 수 있다. 상부 링(173)은 챔버(100) 내에서 수행되는 플라즈마 공정으로부터 중간 링(172)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 정전 척(130)의 상면(130t)에 기판(w)이 배치될 수 있다. 정전 척(130)의 상면(130t)이 기판(w)을 지지할 수 있다. 기판(w)의 가장자리 일부는 정전 척(130)의 상면(130t)과 중첩되지 않을 수 있다. 정전 척(130)은 평면적 관점에서 하부 플레이트(140)보다 작은 면적을 가지며, 이에 정전 척(130)은 하부 플레이트(140)의 상면(140t)의 일부만을 덮고, 상면(140t)의 가장자리 일부를 노출할 수 있다. 정전 척(130)은 상면(130t)으로부터 하측 방향으로 연장되는 제1 외측면(132o1), 제1 외측면(132o1)의 하단으로부터 외측 방향으로 연장되는 제1 계단면(132st1), 제1 계단면(132st1)의 외측단으로부터 하측 방향으로 연장되는 제2 외측면(132o2), 및 제2 외측면(132o2)의 하단으로부터 외측 방향으로 연장되는 제2 계단면(132st2), 및 제2 계단면(132st2)의 외측단으로부터 하측 방향으로 연장되는 외측벽(132ow)을 포함할 수 있다. 제1 계단면(132st1)은 제2 계단면(132st2)보다 하부 플레이트(140) 의 상면(140t)을 기준으로 더 높은 레벨에 위치할 수 있다.
하부 링(171)은 하부 플레이트(140) 상에 배치될 수 있다. 하부 링(171)은 하부 플레이트(140)의 상면(140t)의 가장자리 상에 직접 배치될 수 있다. 하부 링(171)의 바닥면은 하부 플레이트(140)의 상면(140t)의 가장자리와 접할 수 있다. 하부 링(171)은 정전 척(130)의 외측벽(130ow)을 둘러쌀 수 있다. 하부 링(171)의 상부 일부가 정전 척(130)의 제2 계단면(132st2) 상으로 연장될 수 있다. 하부 링(171)의 단차면(171st)이 제2 계단면(132st2)과 접할 수 있다.
중간 링(172)이 정전 척(130)의 가장자리 상에 배치될 수 있다. 중간 링(172)은 정전 척(130)의 제2 외측면(132o2)을 둘러쌀 수 있다. 중간 링(172)은 정전 척(130)의 제2 계단면(132st2) 상에 배치될 수 있다. 중간 링(172)의 바디부(172b)가 직접 제2 계단면(132st2) 상에 배치될 수 있다. 중간 링(172)의 바디부(172b)의 적어도 일부는 제2 계단면(132st2) 상에서 정전 척(130)과 하부 링(171)의 상부 사이에 배치될 수 있다. 중간 링(172)의 바디부(172b)의 적어도 일부는 하부 링(171)의 상부에 의해 둘러싸일 수 있다. 중간 링(172)의 제1 플랜지부(172p1)는 정전 척(130)의 제1 계단면(132st1) 상에 위치할 수 있다. 중간 링(172)의 제1 플랜지부(172p1)는 정전 척(130) 상에 놓인 기판(w)과 수직으로 중첩되지 않을 수 있다. 중간 링(172)의 제2 플랜지부(172p2)는 하부 링(171)의 상면 상에 위치할 수 있다. 중간 링(172)의 제2 플랜지부(172p2)의 측면(172o)은 하부 링(171)의 돌출부(171p)와 이격될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 중간 링(172)의 상면(172t)의 레벨은 하부 플레이트(140)의 상면(140t)을 기준으로 정전 척(130)의 상면(130t)의 레벨보다 높게 위치할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)의 에지 링 어셈블리(170)는 도전체인 중간 링(172)을 포함함으로써, 기판(w)의 에지 영역과 그 외의 영역에서 플라즈마가 기판을 균일하게 처리할 수 있도록 플라즈마 쉬스를 조절할 수 있다. 또한, 도전체인 중간 링(172)의 경사면(172c)의 상기 수직선(VL)에 대한 각도에 따라 기판(w) 상에서의 플라즈마 쉬스의 등전위선이 변화될 수 있다. 여기서, 기판의 에지 영역은 기판의 가장자리에 인접한 일부 영역일 수 있다.
상부 링(173)이 중간 링(172) 상에 배치될 수 있다. 상부 링(173)은 중간 링(172), 하부 링(171)과 접하고, 정전 척(130)의 제1 계단면(132st1)과 접할 수 있다. 상부 링(173)은 중간 링(172)의 상부를 덮을 수 있다. 중간 링(172)의 상부는 상부 링(173)의 리세스(R) 내에 위치할 수 있다. 상부 링(173)은 중간 링(172)의 제1 플랜지부(172p1)의 측면(172s), 중간 링(172)의 경사면(172c), 중간 링(172)의 상면(172t), 및 중간 링(172)의 제2 플랜지부(172p2)의 측면(172o)을 완전히 덮을 수 있다. 상부 링(173)의 리세스 면(RS)은 중간 링(172)의 제1 플랜지부(172p1)의 측면(172s), 중간 링(172)의 경사면(172c), 중간 링(172)의 상면(172t), 및 중간 링(172)의 제2 플랜지부(172p2)의 측면(172o)과 접할 수 있다. 상부 링(173)의 바디부(173b)는 중간 링(172)의 상면(172t)과 경사면(172c)에 접할 수 있다. 상부 링(173)의 내측부(173ip)는 중간 링(172)의 내측면(172s)에 접할 수 있다. 상부 링(173)의 외측부(173op)는 중간 링(172)의 외측면(172o)에 접할 수 있다. 상부 링(173)의 내측부(173ip)는 정전 척(130)과 기판(w) 사이로 연장될 수 있다. 상부 링(173)의 내측부(173ip)는 적어도 일부가 기판(w)과 수직으로 중첩될 수 있다. 상부 링(173)의 외측부(173op)는 하부 링(171) 상에 위치할 수 있다. 상부 링(173)의 연장부(173e)는 중간 링(172)의 제2 플랜지부(172p2)와 하부 링(171)의 돌출부(171p) 사이에 개재될 수 있다. 하부 링(171)의 돌출부(171p)는 연장부(173e)보다 외측에 위치하여 상부 링(173)이 외측으로 밀려나는 것을 방지할 수 있다.
스크류(180)가 정전 척(130) 내에 배치될 수 있다. 스크류(180)의 일부는 정전 척(130)을 관통하는 스크류 홀(130h) 내에 배치될 수 있다. 스크류 홀(130h)은 정전 척(130)의 제2 계단면(132st2)을 관통하도록 형성될 수 있다. 스크류(180)는 정전 척(130)을 관통하여 하부 플레이트(140)에 연결될 수 있다. 스크류(180)의 하부는 하부 플레이트(140)의 내측으로 연장될 수 있다. 스크류(180)는 정전 척(130)을 하부 플레이트(140)에 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 스크류(180)는 (이후에 설명하는 소켓(190)을 통해) 정전 척(130)과 중간 링(172)을 전기적으로 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 스크류(180)는 도전체를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다. 스크류(180)는 중간 링(172)과 수직으로 이격될 수 도 있고, 중간 링(172)의 바닥면과 접할 수도 있다.
소켓(190)이 스크류(180)와 에지 링 어셈블리(170) 각각에 연결될 수 있다. 소켓(190)은 스크류(180)와 중간 링(172) 각각에 연결될 수 있다. 스크류(180)는 내부 홀(180h)을 포함하며, 내부 홀(180h) 내에 소켓(190)이 삽입될 수 있다. 소켓(190)의 하부는 스크류(180)의 내부 홀(180h) 내에 위치하고, 상부는 에지 링 어셈블리(170) 내에 위치할 수 있다. 소켓(190)의 상부는 중간 링(172)의 내에서 상측으로 연장될 수 있다. 소켓(190)의 상부는 중간 링(172)의 삽입 홀(172h) 내에 삽입되며, 삽입 홀(172h) 내에서 중간 링(192)과 접할 수 있다. 소켓(190)은 도전체를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄을 포함할 수 있다. 소켓(190)은 스크류(180)를 통해 정전 척(130)과 중간 링(172)을 전기적으로 연결할 수 있다. 소켓(190)과 스크류(180)를 통해 정전 척(130)과 중간 링(172)을 전기적으로 연결함으로써, 플라즈마를 생성하기 위한 하부 전극을 정전 척(130)뿐만 아니라 중간 링(172)까지 확장할 수 있다. 이에 따라, 챔버(100) 내에서 플라즈마 공정 시에 정전 척(130)과 중간 링(172) 각각의 표면에서 등전위를 이루게 되며, 그 결과 플라즈마 공정에 의해 기판(w)의 에지 영역과 그 외 영역에서 기판이 균일하게 처리될 수 있도록 플라즈마 쉬스가 조절될 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일부 영역을 확대 도시한 확대도이다. 도 6은 도 5의 에지 링 어셈블리를 분해하여 도시한 분해 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도 5 및 도 6에서 기판 처리 장치가 포함하는 에지 링 어셈블리(170)에서 중간 링(172)과 상부 링(173) 형상이 도 1 내지 도 4에서 설명한 에지 링 어셈블리의 형상과 차이가 있다.
중간 링(172)은 도 1 내지 도 4에서 설명한 중간 링(172)과 다르게 경사면을 포함하지 않는다. 이에, 제1 플랜지부(172p1)의 수평적으로 두께는 균일할 수 있다. 제1 플랜지부(172p1)의 두께는 제2 플랜지부(172p2)의 두께(wd1)와 동일할 수 있다. 제1 플랜지부(172p1)와 제2 플랜지부(172p2)의 각각의 두께는 대략 4~5mm일 수 있다. 중간 링(172)의 상면(172t)은 평평한 평면일 수 있다. 중간 링(172)의 상면(172t)은 제1 플랜지부(172p1)의 측면(172s)과 제2 플랜지부(172p2)의 측면(172o)을 연결할 수 있다. 즉, 중간 링(172)의 상면(172t)은 중간 링(172)의 내측면(172s)과 외측면(172o)을 연결할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 중간 링(172)의 상면(172t)은 하부 플레이트(140)의 상면(140t)을 기준으로 정전 척(130)의 상면(130t)보다 높은 레벨에 위치할 수 있다.
상부 링(173)의 단면은 역-U자 형상을 포함할 수 있다. 상부 링(173)은 중간 링(172)의 상부와 대응하는 형상을 가지는 리세스(R)를 포함할 수 있다. 리세스(R)를 한정하는 리세스 면(RS)은 중간 링(172)의 제1 플랜지부(172p1)의 측면(172s), 중간 링(172)의 상면(172t), 및 중간 링(172)의 제2 플랜지부(172p2)의 측면(172o)에 의해 이루어지는 형상과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 리세스(R)는 직사각형의 단면을 가질 수 있다. 상부 링(173)은 리세스(R)를 한정하는 바디부(173b), 내측부(173ip), 및 외측부(173op)를 포함하며, 바디부(173b)는 중간 링(172)의 상면(172t)을 따라 수평 방향으로 평평하게 연장될 수 있다. 바디부(173b)의 두께(wd2)는 대략 0.5~1.5mm일 수 있다. 내측부(173ip)는 바디부(173b)의 내측단으로부터 하측 방향으로 연장될 수 있다. 외측부(173op)는 바디부(173b)의 외측단으로부터 하측 방향으로 연장될 수 있다. 내측부(173ip)는 내측부(173ip)의 하단으로부터 내측 방향으로 연장되는 연장 돌출부(173ep)를 포함할 수 있다. 내측부(173ip)는 L자 형상을 가질 수 있다. 연장 돌출부(173ep)의 수직 방향의 높이는 바디부(173b)의 두께(wd2)보다 클 수 있다.
상부 링(173)은 중간 링(172)의 상부를 덮을 수 있다. 상부 링(173)은 중간 링(172)의 제1 플랜지부(172p1)와 제2 플랜지부(172p2)를 덮을 수 있다. 상부 링(173)은 중간 링(172)의 상면(172t), 제1 플랜지부(172p1)의 측면(172s), 및 제2 플랜지부(172p2)의 측면(172o)을 완전히 덮을 수 있다. 상부 링(173)의 리세스 면(RS)은 중간 링(172)의 상면(172t), 제1 플랜지부(172p1)의 측면(172s), 및 제2 플랜지부(172p2)의 측면(172o)과 접할 수 있다. 상부 링(173)의 내측부(173ip)의 연장 돌출부(173ep)는 기판(w)과 정전 척(130) 사이에 배치될 수 있다. 연장 돌출부(173ep)의 적어도 일부가 기판(w)과 수직으로 중첩될 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 동작에 의한 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 기판 처리 방법은 챔버(100) 내의 정전 척(130) 상에 기판(w)을 로딩하는 것(S110), 챔버(100)에 공정 가스를 공급하는 것(S120), 하부 전극(131)에 고주파 신호를 인가하는 것(S130), 및 기판(w)을 처리하는 것(S140)을 포함할 수 있다.
챔버(100)의 내의 정전 척(130) 상에 기판(w)을 로딩하는 것은 챔버(100)의 게이트(도면 미도시)를 통해 외부에서 챔버(100) 내로 처리 대상인 기판(w)을 유입하는 것, 기판(w)을 정전 척(130) 상에 배치하는 것, 및 DC 전원 공급부(160)를 통해 내부 전극(132b)에 전원을 인가하여 기판(w)을 정전 척(130)에 척킹(Chucking)하는 것을 포함할 수 있다.
챔버(100)에 공정 가스를 공급하는 것은 가스 공급부(110)로부터 샤워 헤드(120)의 수용 공간으로 공정 가스를 공급하는 것을 포함하고, 공정 가스는 샤워 헤드(120)의 주입 홀을 통해 챔버(100) 내의 공정 공간으로 공급될 수 있다.
하부 전극(131)에 고주파 신호를 인가하는 것은 고주파 공급부(150)로부터 하부 전극(131)에 고주파 전력을 공급하여 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기 시키는 것을 포함할 수 있다. 고주파 공급부(150)는 제1 고주파 공급부(151)와 제2 고주파 공급부(152)를 포함할 수 있으며, 제1 고주파 공급부(151)는 상부 전극(121) 또는 정전 척(130)에 소스 고주파 파워를 제공하여 챔버(100) 내에 플라즈마를 유도할 수 있다. 제2 고주파 공급부(152)는 정전 척(130)에 바이어스 고주파 파워를 제공하여 플라즈마를 기판으로 집중시킬 수 있다.
도 7에서는 챔버(100)에 공정 가스를 공급하는 것(S120) 이후에 하부 전극(131)에 고주파 신호를 인가하는 것(S130)으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 두 단계는 반대로 수행될 수도 있다. 어느 경우에서든, 본 개시의 기판 처리 방법은 정전 척(130) 및/또는 샤워 헤드(120)에 고주파 전력을 인가하면서 동시에 공정 가스를 샤워 헤드(120)를 통해 챔버(100) 내로 주입하여 챔버(100) 내부에 플라즈마를 생성하는 것을 포함한다.
기판(w)을 처리하는 것은 생성된 플라즈마를 이용하여 기판(w) 및/또는 기판 상의 처리 대상을 처리하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(w)을 처리하는 공정이 식각 공정인 경우, 기판(w)을 처리하는 것은 플라즈마를 이용하여 기판(w) 또는 기판(w) 상의 식각 대상을 식각하여 기판(w) 상에 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
기판(w)에 대한 처리가 완료된 후, 챔버 내의 잔류 가스는 배기 홀(도면 미도시)을 통해 챔버(100) 외부로 배출될 수 있다. 잔류 가스에는 반응 부산물이 포함될 수 있다. 기판(w)은 정전 척(130)으로부터 디척킹(De-chucking)될 수 있고, 기판(w)은 챔버(100)로부터 회수될 수 있다.
도 8은 본 개시의 기판 처리 장치의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8의 (a)는 에지 링 어셈블리가 도전체를 포함하지 않는 경우에 정전 척 가장자리에서의 플라즈마 쉬스의 등전위선을 나타낸다. 도 8의 (b)는 본 개시의 실시예들과 같이 에지 링 어셈블리가 도전체(예를 들어, 알루미늄)인 중간 링을 포함할 때의 정전 척 가장자리에서의 플라즈마 쉬스의 등전위선을 나타낸다. 도 8의 (a)의 경우에는 등선위선이 정전 척의 계단면들을 따라 점차 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 도 8의 (a)의 경우 쿼츠를 포함하는 에지 링 어셈블리가 정전 척에 비해 상대적으로 비저항이 높아 전위차가 발생하며, 이에 에지 링 어셈블리가 위치하는 영역에서 쉬스가 낮아진다. 도 8의 (b)의 경우 에지 링 어셈블리가 상대적으로 비저항이 낮은 도전체(예를 들어, 알루미늄)을 포함하는 중간 링을 포함하며, 이에 플라즈마 쉬스의 등전위선이 에지 링 어셈블리 위로 형성되는 것을 확인할 수 있다. 그 결과, 기판 처리 과정에서 고밀도 플라즈마 영역이 기판 에지 영역에서 벗어나서 형성되어 기판 전체 영역을 플라즈마로 균일하게 처리할 수 있다.
도 9는 본 개시의 기판 처리 장치의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 9의 (a)는 에지 링 어셈블리가 도전체를 포함하지 않는 경우에 기판의 가장자리 상에서의 플라즈마 쉬스의 등전위선(SH)을 나타낸다. 도 9의 (b)는 본 개시의 실시예들과 같이 에지 링 어셈블리가 도전체(예를 들어, 알루미늄)인 중간 링(172)을 포함하며, 중간 링(172)이 소켓(190)과 스크류(180)에 의해 정전 척과 전기적으로 연결되는 경우에 기판의 가장자리 상에서의 플라즈마 쉬스의 등전위선(SH)을 나타낸다.
도 9의 (a)에서는 플라즈마 쉬스의 등전위선(SH)은 기판의 가장자리의 상부에서 수평으로 형성되지 않고, 정전 척과 에지 링 어셈블리 간의 임피던스 차이에 의해 기판의 외측으로 갈수록 점차 낮아지는 부분을 포함할 수 있다. 이에 플라즈마 상태의 공정 가스가 기판을 향해 가속될 때 수직으로 입사되지 않고 경사져 입사될 수 있으며, 기판 에지 영역에서 기판의 다른 영역에서 보다 플라즈마 밀도가 높은 고밀도 플라즈마 영역이 형성될 수 있다.
이에 반해, 도 9의 (b)에서는 플라즈마의 발생을 위한 하부 전극이 정전 척으로부터 에지 링 어셈블리의 중간 링(172)까지 확장되므로, 플라즈마 쉬스는 기판의 가장자리 상에서 플라즈마 쉬스의 등전위선이 점차 높아지는 부분을 포함하도록 형성될 수 있다. 이에, 고밀도 플라즈마 영역이 기판 에지 영역 밖에서 형성될 수 있고, 그 결과 기판 전체 영역을 플라즈마로 균일하게 처리할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예들을 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. 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.
10: 기판 처리 장치 100: 챔버
110: 가스 공급부 120: 샤워 헤드
130: 정전 척 140: 하부 플레이트
150: 고주파 공급부 160: DC 전원 공급부
170: 에지 링 어셈블리 171: 하부 링
172: 중간 링 173: 상부 링
180: 스크류 190: 소켓

Claims (10)

  1. 챔버 내의 하부 플레이트;
    하부 플레이트 상의 정전 척, 상기 정전 척은 제1 계단면을 포함하고;
    상기 정전 척의 상기 제1 계단면 상에 배치되는 중간 링;
    상기 하부 플레이트 상에서 상기 중간 링의 일부와 상기 정전 척의 외측벽을 둘러싸는 하부 링;
    상기 중간 링의 상부를 덮는 상부 링;
    상기 정전 척을 관통하여 상기 하부 플레이트 내로 연장되는 스크류; 및
    상기 스크류와 상기 중간 링 각각에 연결되는 소켓을 포함하며,
    상기 스크류, 상기 소켓 및 상기 중간 링 각각은 도전체를 포함하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스크류는 내부 홀을 포함하고,
    상기 중간 링은 삽입 홀을 포함하며,
    상기 소켓의 하부는 상기 내부 홀 내에 삽입되고, 상기 소켓의 상부는 상기 삽입 홀 내에 삽입되는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정전 척은 상기 제1 계단면을 관통하는 스크류 홀을 포함하며,
    상기 스크류의 일부는 상기 스크류 홀 내에 배치되는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정전 척은 상기 제1 계단면 상의 제2 계단면을 포함하며,
    상기 중간 링은,
    상기 제2 계단면 상에 위치하는 제1 플랜지부; 및
    상기 하부 링 상에 위치하는 제2 플랜지부를 포함하며,
    상기 제2 플랜지부의 두께는 4~5mm인, 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중간 링은,
    상기 중간 링의 상면과 내측면을 연결하는 경사면을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 링은,
    상기 중간 링의 상면에 접하는 바디부;
    상기 중간 링의 내측면에 접하는 내측부;
    상기 중간 링의 외측면에 접하는 외측부; 및
    상기 바디부, 상기 내측부 및 상기 외측부에 의해 한정되는 리세스를 포함하며,
    상기 바디부의 두께는 0.5~1.5mm인, 기판 처리 장치.
  7. 제7항에 있어서,
    상기 중간 링의 상부는 상기 리세스 내에 위치하는, 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중간 링의 상면의 레벨은,
    상기 정전 척의 상면의 레벨보다 높은, 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부 링과 하부 링은 각각 쿼츠를 포함하는, 기판 처리 장치.
  10. 기판 처리 장치가 포함하는 챔버 내의 정전 척 상에 기판을 로딩하는 것;
    상기 챔버 내의 상기 기판 상에 공정 가스를 공급하는 것;
    상기 정전 척에 고주파 신호를 제공하여 플라즈마를 생성하는 것; 및
    상기 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 것을 포함하되,
    상기 기판 처리 장치는:
    상기 챔버 내의 하부 플레이트;
    상기 하부 플레이트 상의 정전 척;
    상기 정전 척의 가장자리 상에 배치되는 중간 링;
    상기 하부 플레이트 상에서 상기 중간 링의 일부와 상기 정전 척의 외측벽을 둘러싸는 하부 링;
    상기 중간 링을 덮는 상부 링;
    상기 정전 척을 관통하여 상기 하부 플레이트 내로 연장되는 스크류; 및
    상기 스크류와 상기 중간 링 각각에 연결되는 소켓을 포함하는, 기판 처리 방법.
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