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KR20230094576A - 링 어셈블리, 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

링 어셈블리, 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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KR20230094576A
KR20230094576A KR1020210183842A KR20210183842A KR20230094576A KR 20230094576 A KR20230094576 A KR 20230094576A KR 1020210183842 A KR1020210183842 A KR 1020210183842A KR 20210183842 A KR20210183842 A KR 20210183842A KR 20230094576 A KR20230094576 A KR 20230094576A
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KR
South Korea
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ring
wafer
edge
substrate stage
shadow
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Application number
KR1020210183842A
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English (en)
Inventor
이성기
윤종건
최성규
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
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Priority to US17/969,379 priority patent/US12068141B2/en
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Abstract

링 어셈블리는 기판 스테이지의 상부 외측 둘레에 배치되는 외측 절연링, 상기 외측 절연링 상에서 상기 기판 스테이지 상에 안착되는 웨이퍼 둘레에 배치되는 에지 링, 및 상기 외측 절연링 및 상기 에지 링 상에서 기 설정된 스트로크 범위 이내에서 상하 이동 가능하도록 설치되며 상기 웨이퍼의 에지 영역을 커버하도록 지지되는 섀도우 링을 포함한다. 상기 에지 링의 상부면은 상기 기판 스테이지 상에 안착된 웨이퍼의 상부면보다 기 설정된 높이만큼 높게 위치한다. 상기 섀도우 링은 환형 형상의 몸체부, 상기 몸체부의 내측 둘레에 연장하며 중심을 향하여 연장하여 상기 웨이퍼의 에지 영역을 커버하는 내측 단부, 상기 몸체부의 외측 둘레에 연장하는 외측 단부 및 상기 몸체부의 바닥면에 상기 에지 링의 돌출된 상부의 적어도 일부를 수용하기 위한 리세스를 포함한다.

Description

링 어셈블리, 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치{RING ASSEMBLY, SUBSTRATE SUPPORT APPARATUS AND PLASMA PROCESSING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 링 어셈블리, 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 웨이퍼의 에지 영역을 보호하기 위한 섀도우 링을 포함하는 링 어셈블리, 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마를 이용한 식각 공정, 예를 들면, 실리콘 관통 비아(TSV, Through Silicon Via)를 형성하기 위한 식각 공정 시에 섀도우 링은 웨이퍼의 에지 영역을 보호하기 위하여 기판 스테이지의 상부 외측 가장자리 영역 상에 배치될 수 있다. 기존의 섀도우 링은 상기 웨이퍼의 로딩 및 언로딩 시 상기 웨이퍼와의 간섭을 회피하기 위하여 기 설정된 상하 위치 사이에서 승하강 가능하도록 설치될 수 있다. 그러나, 기존의 섀도우 링은 라디칼 양만을 제한하기 때문에 이온 충돌에 의한 에지 영역에서의 식각은 고려되지 않고 있으며, 경시 변화 및 공정 특성 변화 시 실시간으로 대처할 수 없는 한계가 있다.
본 발명의 일 과제는 플라즈마 식각 공정 시 웨이퍼 에지 영역에서의 식각량을 제어할 수 있는 링 어셈블리를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 링 어셈블리를 포함하는 기판 지지 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 과제는 상술한 기판 지지 장치를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 링 어셈블리는 기판 스테이지의 상부 외측 둘레에 배치되는 외측 절연링, 상기 외측 절연링 상에서 상기 기판 스테이지 상에 안착되는 웨이퍼 둘레에 배치되는 에지 링, 및 상기 외측 절연링 및 상기 에지 링 상에서 기 설정된 스트로크 범위 이내에서 상하 이동 가능하도록 설치되며 상기 웨이퍼의 에지 영역을 커버하도록 지지되는 섀도우 링을 포함한다. 상기 에지 링의 상부면은 상기 기판 스테이지 상에 안착된 웨이퍼의 상부면보다 기 설정된 높이만큼 높게 위치한다. 상기 섀도우 링은 환형 형상의 몸체부, 상기 몸체부의 내측 둘레에 연장하며 중심을 향하여 연장하여 상기 웨이퍼의 에지 영역을 커버하는 내측 단부, 상기 몸체부의 외측 둘레에 연장하는 외측 단부 및 상기 몸체부의 바닥면에 상기 에지 링의 돌출된 상부의 적어도 일부를 수용하기 위한 리세스를 포함한다. 상기 섀도우 링은 하부에 있는 상기 외측 절연링과 상기 에지 링으로부터 일정 간격만큼 이격되어 이들 사이에서 가스의 흐름을 위한 유로를 형성하는 포함한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 장치는 웨이퍼가 안착되는 기판 스테이지 및 상기 웨이퍼의 에지 영역에서의 플라즈마를 제어하기 위한 링 어셈블리를 포함한다. 상기 링 어셈블리는 상기 기판 스테이지의 상부 외측 둘레에 배치되는 외측 절연링, 상기 외측 절연링 상에서 상기 웨이퍼 둘레에 배치되는 에지 링 및 상기 외측 절연링 및 상기 에지 링 상에서 기 설정된 스트로크 범위 이내에서 상하 이동 가능하도록 설치되며 상기 웨이퍼의 에지 영역을 커버하도록 지지되는 섀도우 링을 포함한다. 상기 에지 링의 상부면은 상기 웨이퍼의 상부면보다 기 설정된 높이만큼 높게 위치한다. 상기 섀도우 링은 환형 형상의 몸체부 및 상기 몸체부의 바닥면에 상기 에지 링의 돌출된 상부의 적어도 일부를 수용하기 위한 리세스를 포함한다.
상기 본 발명의 또 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되며 상기 기판이 안착되는 기판 스테이지, 상기 챔버 내에 구비되며 플라즈마 생성을 위한 플라즈마 전력이 인가되는 플라즈마 전극, 상기 기판 스테이지의 상부 외측 둘레에 배치되는 외측 절연링, 상기 외측 절연링 상에서 상기 웨이퍼 둘레에 배치되는 에지 링, 및 상기 외측 절연링 및 상기 에지 링 상에서 기 설정된 스트로크 범위 이내에서 상하 이동 가능하도록 설치되며 상기 웨이퍼의 에지 영역을 커버하도록 지지되는 섀도우 링을 포함한다. 상기 에지 링의 상부면은 상기 웨이퍼의 상부면보다 기 설정된 높이만큼 높게 위치한다. 상기 섀도우 링은 환형 형상의 몸체부 및 상기 몸체부의 바닥면에 상기 에지 링의 돌출된 상부의 적어도 일부를 수용하기 위한 리세스를 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 링 어셈블리는 기판 스테이지의 상부 외측 둘레에 배치되는 외측 절연링, 상기 외측 절연링 상에서 상기 기판 스테이지 상에 안착되는 웨이퍼 둘레에 배치되는 에지 링, 및 상기 외측 절연링 및 상기 에지 링 상에서 기 설정된 스트로크 범위 이내에서 상하 이동 가능하도록 설치되며 상기 웨이퍼의 에지 영역을 커버하도록 지지되는 섀도우 링을 포함한다.
상기 섀도우 링 및 상기 외측 절연링 사이의 간격 그리고 상기 섀도우 링 및 상기 에지 링 사이의 간격을 조절하여, 이들 사이의 유로에서의 유동 컨덕턴스를 조절할 수 있다. 또한, 상기 에지 링의 상부면이 상기 웨이퍼의 상부면보다 높게 위치함으로써, 상기 웨이퍼의 에지 표면에서 이온 입사 방향이 상기 웨이퍼의 외측 방향을 향하도록 형성하여 상기 웨이퍼의 에지 영역에서의 식각량을 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 섀도우 링의 간격을 조절함으로써, 후공정에서의 공정 변경에 따른 변화에 능동적으로 대처할 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 II-II' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 섀도우 링의 일부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 5는 도 4의 새도우 링을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 3에서 섀도우 링이 상승한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 리프트 핀 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 7에서 리프트 핀이 하강한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 1의 기판 스테이지의 하부 커버를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 7의 리프트 핀의 구동 모터를 나타내는 사시도이다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 리프트 핀들의 구동 메커니즘에 연결된 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 12a 내지 도 12c는 예시적인 실시예들에 따른 섀도우 링의 높이 변화들을 나타내는 도면들이다.
도 13은 섀도우 링 및 하부에 있는 외측 절연링과 에지 링 사이를 흐르는 가스의 흐름 및 웨이퍼 에지 영역에서의 이온들의 입사 방향을 나타내는 단면도이다.
도 14는 웨이퍼 표면에 대한 섀도우 링의 간격에 따른 식각율 분포를 나타내는 그래프들이다.
도 15는 예시적인 실시예들에 따른 기판 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 II-II' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 1은 도 2의 I-I' 라인을 따라 절단한 종단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(20) 및 챔버(20) 내에 배치되며 웨이퍼(W)와 같은 기판을 지지하기 위한 기판 지지 장치를 포함할 수 있다. 상기 기판 지지 장치는 웨이퍼(W)가 안착되는 기판 스테이지(100) 및 웨이퍼(W)의 에지 영역에서의 플라즈마를 제어하기 위한 링 어셈블리를 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 링 어셈블리는 스테이지(100) 둘레에 배치되는 외측 절연링, 웨이퍼(W) 둘레에 배치되는 에지 링, 및 상기 에지 링 상부에서 상하 이동 가능하도록 설치되며 안착된 웨이퍼(W)의 에지 영역을 커버하는 섀도우 링(200)을 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마 전력 공급부, 바이어스 전력 공급부, 가스 공급부, 배기부(60) 등을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하기 위한 장치일 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 처리 장치(10)는 유도 결합형 플라즈마(ICP, induced coupled plasma) 챔버(20) 내에 배치된 반도체 웨이퍼(W)와 같은 기판 상의 식각 대상막을 식각하기 위한 장치일 수 있다. 하지만, 상기 플라즈마 처리 장치에 의해 생성된 플라즈마는 유도 결합형 플라즈마에 제한되지는 않으며, 예를 들면, 용량 결합형 플라즈마, 마이크로웨이브형 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 처리 장치는 반드시 식각 장치로 제한되지 않으며, 예를 들면, 증착 장치, 세정 장치 등으로 사용될 수 있다. 여기서, 상기 기판은 반도체 기판, 유리 기판 등을 포함할 수 있다.
챔버(20)는 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위한 밀폐된 공간을 제공할 수 있다. 챔버(20)는 원통형 진공 챔버일 수 있다. 챔버(20)는 알루미늄, 스테인리스 스틸과 같은 금속을 포함할 수 있다. 챔버(20)는 챔버(20)의 상부를 덮는 커버(23)를 포함할 수 있다. 커버(23)는 챔버(20)의 상부를 밀폐시킬 수 있다. 커버(23)는 유전체(dielectric) 창을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(20)는 원통형 외부 측벽(22) 및 외부 측벽(22) 내에 배치되는 원통형 내부 측벽(24)을 포함할 수 있다. 내부 측벽(24)의 상단에는 기판 스테이지(100)가 설치될 수 있다.
외부 측벽(22)의 상부 내부에 기판 스테이지(100)와 커버(23) 사이에 제1 내부 공간(S1)이 정의될 수 있다. 제1 내부 공간(S1)에는 후술하는 바와 같이, 플라즈마가 형성될 수 있다.
외부 측벽(22)의 중앙부와 내부 측벽(24) 사이에는 제2 내부 공간(S2)이 정의될 수 있다. 제2 내부 공간(S2)은 기판 스테이지(100)의 외측면 및 하부에 구비되고 제1 내부 공간(S1)과 연통될 수 있다.
외부 측벽(22)의 하부 내부에는 제2 내부 공간(S2)과 연통되는 제3 내부 공간(S3)이 정의될 수 있다. 제3 내부 공간(S3)은 배기 포트의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 제1 내부 공간(S2)에서 발생된 공정 부산물들 및 잔여 공정 가스들은 제2 내부 공간(S2)을 지나 제3 내부 공간(S3)을 통하여 외부로 배출될 수 있다.
챔버(20)는 내부 측벽(24)의 하부를 커버하는 내부 하부벽(25)을 포함할 수 있다. 내부 하부벽(25)은 디스크 형상의 플레이트를 포함할 수 있다. 내부 측벽(24)은 내부 하부벽(25)의 외측 영역에서 상부로 연장하여 기판 스테이지(100) 하부에 제1 수용 공간(C1)을 정의할 수 있다. 제1 수용 공간(C1)에는 섀도우 링을 위한 리프트 핀들을 승하강 시키기 위한 액추에이터, 웨이퍼를 위한 리프트 핀들을 승하강 시키기 위한 액추에이터 등이 설치될 수 있다. 기판 스테이지(100)는 지지 샤프트(170)에 의해 내부 하부벽(25) 상에 지지될 수 있다.
챔버(20)는 외부 측벽(22)으로부터 내부 측벽(24)으로 연장하는 연결 측벽(26)을 포함할 수 있다. 연결 측벽(26)은 제1 수용 공간(C1)과 연통하는 제2 수용 공간(C2)을 정의할 수 있다. 제2 수용 공간(C2)은 외부로 개방되어 제1 수용 공간(C1)과 제2 수용 공간(C2)은 대기압 조건으로 유지될 수 있다. 제2 수용 공간(C2)은 제1 수용 공간(C1)에 설치된 구동 샤프트(170), 상기 액추에이터들 등과의 연결을 위한 케이블들, 볼 스크류, 가스 배관들 등이 설치되는 연결 통로로 사용될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 기판 스테이지(100)는 외측 챔버(22) 내부의 내측 챔버(24)의 상단에 설치되어 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다. 기판 스테이지(100)는 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있는 정전척으로 제공될 수 있다. 기판 스테이지(100)는 지지 플레이트(110) 및 하부 커버(120)를 포함할 수 있다.
지지 플레이트(110)는 기판 스테이지(100)의 상부에 위치할 수 있다. 지지 플레이트(110)는 내부에 정전 전극(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 상기 정전 전극은 온-오프(ON-OFF)되는 스위치를 거쳐 직류 전원(도시되지 않음)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 스위치가 온(ON)되면, 상기 정전 전극은 지지 플레이트(110) 상의 웨이퍼(W)에 정전기력을 인가하고, 이에 따라, 정전기력에 의해 웨이퍼(W)는 지지 플레이트(110)에 흡착될 수 있다.
하부 커버(120)는 기판 스테이지(100)의 하부에 위치할 수 있다. 하부 커버(120)의 외측 연장부는 하부로 연장하여 하부 커버(120) 하부에 공간을 정의할 수 있다. 하부 커버(120)의 상기 외측 연장부는 내부 측벽(24)의 상단에 고정 지지될 수 있다. 하부 커버(120)의 상면은 지지 플레이트(110)의 하면과 마주할 수 있다. 하부 커버(120)의 내부 공간에는 리프트 핀(230)을 상하 방향으로 구동시키는 액추에이터를 포함하는 구동 메커니즘이 배치될 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 지지 플레이트(110)는 내부에 히터, 복수 개의 유로들이 형성될 수 있다. 상기 히터는 전원과 전기적으로 연결되어 지지 플레이트(110)를 통해 웨이퍼(W)를 가열시킬 수 있다. 상기 히터는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다. 상기 유로는 열 전달 가스가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 상기 유로는 지지 플레이트(110) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 플라즈마 전력 공급부는 상부 전극(40)에 플라즈마 소스 파워를 인가하기 위한 제1 전력 공급부(42)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 전력 공급부(42)는 플라즈마 소스 엘리먼트들로서, 소스 RF 전원(44) 및 소스 RF 정합기(46)를 포함할 수 있다. 소스 RF 전원(44)은 고주파(RF) 신호를 발생시킬 수 있다. 상부 전극(40)은 나선 형태 또는 동심원 형태의 코일을 포함할 수 있다. 소스 RF 정합기(46)는 소스 RF 전원(44)에서 발생된 RF 신호의 임피던스를 매칭하여 상기 코일들을 이용하여 발생시킬 플라즈마를 제어할 수 있다.
상기 플라즈마 전력 공급부는 기판 스테이지(100) 내의 하부 전극(30)에 바이어스 소스 파워를 인가하기 위한 제2 전력 공급부(32)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 전력 공급부(32)는 바이어스 엘리먼트들로서, 바이어스 RF 전원(34) 및 바이어스 RF 정합기(36)를 포함할 수 있다. 하부 전극(110)은 챔버(20) 내에서 발생한 플라즈마 원자 또는 이온을 끌어당길 수 있다. 바이어스 RF 전원(34)은 고주파(RF) 신호를 발생시킬 수 있다. 바이어스 RF 정합기(36)는 하부 전극(30)에 인가되는 바이어스 전압 및 바이어스 전류를 조절하여 바이어스 RF의 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 바이어스 RF 전원(34)과 소스 RF 전원(44)는 제어부의 동조기를 통하여 서로 동기화되거나 비동기화될 수 있다.
상기 제어부는 제1 전력 공급부(42) 및 제2 전력 공급부(32)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.
상기 가스 공급부는 샤워 헤드(50), 가스 공급관(52) 및 가스 공급원(54)을 포함할 수 있다. 상기 가스 공급부는 서로 다른 공정 가스들을 챔버(20) 내에 공급할 수 있다.
소정의 주파수(예를 들면, 13.56 MHz)를 갖는 고주파 전력이 상부 전극(40)에 인가되면, 상부 전극(40)에 의해 유도된 전자기장이 챔버(20) 내로 분사된 소스 가스로 인가되어 플라즈마가 생성될 수 있다. 상기 바이어스 전력이 상기 하부 전극으로서의 기판 전극에 인가되어 챔버(20) 내에서 발생한 플라즈마 원자 또는 이온을 지지 플레이트(110)를 향하여 끌어당길 수 있다.
배기부(60)는 챔버(20)의 바닥면에 형성된 상기 배기 포트에 연결된 배기 라인을 포함할 수 있다. 배기부(60)는 진공 펌프를 포함하여 챔버(20) 내부의 처리 공간을 원하는 진공도의 압력으로 조절할 수 있다. 또한, 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 가스는 상기 배기 라인을 통해 외부로 배출될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 후공정(BEOL, back end of line)에서 웨이퍼(W)에 실리콘 관통 비아들(TSVs)과 같은 관통 전극들을 형성하거나 전극 패턴을 형성하기 위한 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다.
구체적으로, 반도체 칩들이 형성되어 있는 웨이퍼(W)는 기판 지지 시스템(WSS)의 캐리어 웨이퍼 상에 접합된 후, 웨이퍼(W)의 후면(backside)은 그라인딩되어 50㎛ 이하의 두께로 얇아질 수 있다. 이러한 얇은 두께를 갖는 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 식각 공정을 진행할 때, 웨이퍼(W)의 에지 영역에서의 과식각으로 인해 칩핑(chipping)을 유발하거나 이후의 화학 기계적 연마(CMP) 공정에서 불량을 유발시킬 수 있다. 이러한 과식각 방지를 위하여 상기 기판 지지 장치는 웨이퍼(W)의 에지 영역에서의 플라즈마를 제어하기 위한 링 어셈블리를 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 링 어셈블리는 웨이퍼(W)의 에지 영역에서의 라디칼들의 양들을 제한하고 웨이퍼 주변 전기장을 변화시켜 이온 충돌에 의한 에지 영역에서의 과식각을 방지할 수 있다.
이하에서는, 상술한 링 어셈블리 및 상기 기판 지지 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 장치의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 3의 섀도우 링의 일부를 나타내는 부분 사시도이다. 도 5는 도 4의 새도우 링을 나타내는 단면도이다. 도 6은 도 3에서 섀도우 링이 상승한 상태를 나타내는 단면도이다. 도 3은 도 2의 A 부분을 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 기판 지지 장치는 웨이퍼(W)가 안착되는 기판 스테이지(100) 및 웨이퍼(W)의 에지 영역에서의 플라즈마를 제어하기 위한 링 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 링 어셈블리는 스테이지(100)의 외측 둘레에 배치되는 외측 절연링(130), 외측 절연링(130) 상에서 웨이퍼(W) 둘레에 배치되는 에지 링(140), 및 에지 링(140) 상부에서 상하 이동 가능하도록 설치되며 안착된 웨이퍼(W)의 에지 영역을 커버하는 섀도우 링(200)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 외측 절연링(130)은 지지 플레이트(110)의 상부 외주면을 커버하도록 배치될 수 있다. 외측 절연링(130)은 지지 플레이트(110)의 외측면을 보호하는 커버 링의 역할을 수행할 수 있다. 에지 링(140)은 외측 절연링(130) 상에 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 에지 링(140)은 웨이퍼(W)를 정확히 안착시키고 웨이퍼(W) 주변의 전기장을 제어할 수 있다. 에지 링(140)은 웨이퍼(W)에 플라즈마가 집중적으로 공급되도록 하는 포커스 링의 역할을 수행할 수 있다. 외측 절연링(130) 및 에지 링(140)은 알루미나(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 이트리아(Y2O3)와 같은 세라믹 물질을 포함할 수 있다.
에지 링(140)은 외측 절연링(130) 상에 배치되며 웨이퍼(W)의 상부면보다 높은 상부면(142)을 가질 수 있다. 에지 링(140)은 외측 절연링(130)의 상부면의 내측 영역을 커버할 수 있다. 이와 다르게, 에지 링(140)은 외측 절연링(130)의 상부면 전체 영역을 커버할 수 있다. 에지 링(140)이 외측 절연링(130)의 상부면 전체 영역을 커버하는 경우, 에지 링(140)은 리프트 핀(230)이 승하강하기 위한 제3 핀 홀을 포함할 수 있다. 리프트 핀(230)은 상기 에지 링의 상기 제3 핀 홀을 통해 돌출하여 섀도우 링(200)의 하부면(216)과 접촉하여 지지할 수 있다.
에지 링(140)의 상부면(142)은 웨이퍼(W)의 상부면으로부터 제1 높이(H1)를 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 높이(H1)는 3mm 내지 10mm의 범위 이내에 있을 수 있다. 에지 링(140)의 상부면(142)이 웨이퍼(W)의 상부면보다 높게 위치함으로써, 웨이퍼(W)의 에지 표면에서 이온 입사 방향이 웨이퍼(W)의 외측 방향을 향하도록 형성시킬 수 있다.
에지 링(140)의 하부 내측 단부(144a)는 웨이퍼(W) 아래에서 지지 플레이트(110)를 둘러싸도록 구비될 수 있다. 평면도에서 보았을 때, 하부 내측 단부(144a)는 웨이퍼(W)의 에지 영역의 일부와 중첩될 수 있다. 하부 내측 단부(144a)의 내경은 웨이퍼(W)의 외경보다 작을 수 있다. 하부 내측 단부(144a)의 내경과 웨이퍼(W)의 외경 사이의 차이는 4mm 이내일 수 있다.
에지 링(140)의 상부 내측 단부(144b)는 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 구비될 수 있다. 평면도에서 보았을 때, 상부 내측 단부(144b)는 웨이퍼(W)로부터 이격될 수 있다. 상부 내측 단부(144b)의 내경은 웨이퍼(W)의 외경보가 클 수 있다. 상부 내측 단부(144b)의 내경과 웨이퍼(W)의 외경 사이의 차이는 3mm 이내일 수 있다.
배플 부재(160)는 지지 플레이트(110)의 외주면의 외측에 배치될 수 있다. 배플 부재(160)는 외부 측벽(22)의 중앙부와 내부 측벽(24) 사이의 제2 내부 공간(S2)에 배치될 수 있다. 배플 부재(160)는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 배플 부재(160)는 내경 및 외경을 갖는 전도성 링을 포함할 수 있다. 배플 부재(160)는 지지 플레이트(110)의 상부면과 평행하게 연장하는 환형 형상의 플레이트를 포함할 수 있다. 배플 부재(160)의 상부면은 상기 웨이퍼의 상부면보다 낮은 위치에 배치될 수 있다. 배플 부재(160)은 지지 플레이트(110)의 하부면 또는 그 아래에 배치될 수 있다.
배플 부재(160)는 가스가 통과하는 복수 개의 천공들을 구비할 수 있다. 챔버(20) 내에 발생된 공정 부산물들 및 잔여 공정 가스들은 배플 부재(160)의 상기 천공들을 경유하여 상기 배기 포트를 통해 배출될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 기판 지지 장치는 기판 스테이지(100) 내부에서 상하 이동 가능하도록 설치되며 안착된 웨이퍼(W)의 에지 영역을 커버하는 섀도우 링(200)을 지지하는 복수 개의 리프트 핀들(230)을 갖는 리프트 핀 장치를 포함할 수 있다.
섀도우 링(200)은 웨이퍼(W) 둘레에 웨이퍼(W)의 에지 영역을 커버하도록 기판 스테이지(100) 상에 지지될 수 있다. 섀도우 링(200)은 기판 스테이지(100)의 외측 절연링(130) 및 에지 링(140) 상부에 위치하도록 지지될 수 있다. 섀도우 링(200)은 기판 스테이지(100) 내부에서 상하 이동 가능하도록 설치된 복수 개의 리프트 핀들(230)에 의해 지지될 수 있다. 상기 리프트 핀 장치의 구동 메커니즘은 복수 개의 리프트 핀들(230)을 독립적으로 승하강 시킬 수 있다. 이에 따라, 섀도우 링(200)은 기판 스테이지(100) 상부에서 기 설정된 스트로크 범위 내에서 이동할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 섀도우 링(200)은 환형 형상을 가질 수 있다. 섀도우 링(200)은 환형 형상의 몸체부(202) 및 몸체부(202)의 내측 둘레에 연장하며 경사진 상부면(208)을 갖는 내측 단부(220)를 포함할 수 있다. 또한, 섀도우 링(200)은 몸체부(202)의 외측 둘레에 연장하는 외측 단부(224)를 더 포함할 수 있다.
몸체부(202)는 환형의 바닥면(204) 및 상부면(206)을 가질 수 있다. 몸체부(202)의 바닥면(204)은 외측 절연링(130) 상에서 리프트 핀들(230)에 의해 접촉 지지될 수 있다.
섀도우 링(200)은 몸체부(202)의 바닥면(204)에 에지 링(140)의 돌출된 상부를 수용하기 위한 제1 리세스(210)를 가질 수 있다. 제1 리세스(210)의 바닥면(212) 및 에지 링(140)의 상부면(142)은 서로 대향하도록 배치될 수 있다.
또한, 섀도우 링(200)은 몸체부(202)의 바닥면(204)에 외측 절연링(130)의 돌출된 상부를 수용하기 위한 제2 리세스(214)를 가질 수 있다. 제2 리세스(214)의 바닥면(216) 및 외측 절연링(130)의 상부면은 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 제2 리세스(214)는 몸체부(202)와 외측 단부(224) 사이에 배열될 수 있다.
섀도우 링(200)의 내측 단부(220)는 중심을 향하여 연장하여 웨이퍼(W)의 에지 영역을 커버할 수 있다. 평면도에서 보았을 때, 섀도우 링(200)이 커버하는 웨이퍼(W)의 에지 영역의 길이(L1)는 최대 3mm일 수 있다. 예를 들면, 섀도우 링(200)에 의해 커버되는 웨이퍼(W)의 에지 영역의 길이(L1)는 1mm 내지 3mm의 범위 이내일 수 있다.
섀도우 링(200)의 외측 단부(224)의 하부면(226)은 몸체부(202)의 하바닥(204)과 동일한 평면에 위치하거나 더 낮게 위치할 수 있다. 외측 단부(224)의 하부면(226)과 몸체부(202)의 하부면의 높이 차이는, 후술하는 바와 같이, 섀도우 링(200)와 외측 절연링(130) 사이에서의 가스의 유동 컨덕턴스(유동 저항과 반대되는 개념임)를 고려하여 결정될 수 있다.
섀도우 링(200)의 내측 단부(220)의 내측 반경(Rin)은 웨이퍼(W)의 반경보다 작을 수 있다. 섀도우 링(200)의 외측 단부(222)의 외측 반경(Rout)은 기판 스테이지(110)의 외경(Dout)과 같거나 더 클 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 섀도우 링(200)은 복수 개의 리프트 핀들(230)에 의해 기판 스테이지(100) 상부에서 기 설정된 스트로크 범위 내에서 이동할 수 있다. 예를 들면, 상기 스트로크, 즉, 섀도우 링(200)과 웨이퍼(W) 표면 사이의 거리(H2)는 0.1mm 내지 18mm의 범위 이내일 수 있다.
이하에서는, 상기 섀도우 링의 리프트 핀 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 리프트 핀 장치의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 8은 도 7에서 리프트 핀이 하강한 상태를 나타내는 단면도이다. 도 9는 도 1의 기판 스테이지의 하부 커버를 나타내는 사시도이다. 도 10은 도 7의 리프트 핀의 구동 모터를 나타내는 사시도이다. 도 11은 예시적인 실시예들에 따른 리프트 핀들의 구동 메커니즘에 연결된 제어부를 나타내는 블록도이다. 도 7은 도 1의 B 부분을 나타내는 단면도이다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 섀도우 링(200)은 웨이퍼(W) 둘레에 웨이퍼(W)의 에지 영역을 커버하도록 기판 스테이지(100) 상에 지지될 수 있다. 섀도우 링(200)은 기판 스테이지(100) 내부에서 상하 이동 가능하도록 설치된 복수 개의 리프트 핀들(230)에 의해 지지될 수 있다. 리프트 핀 장치의 구동 메커니즘은 복수 개의 리프트 핀들(230)을 독립적으로 승하강 시킬 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 리프트 핀 조립체는 리프트 핀(230), 연결 핀(232) 및 구동 핀(234)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 리프트 핀 조립체는 핀 구동 플레이트(236) 및 벨로우즈(240)를 더 포함할 수 있다.
상기 리프트 핀 조립체는 기판 스테이지(100)의 마운팅 홀에 장착될 수 있다. 상기 마운팅 홀은 지지 플레이트(110)의 제1 핀 홀(112), 외측 절연링(130)의 제2 핀 홀(132)을 포함할 수 있다. 제2 핀 홀(132)은 제1 핀 홀(112)과 연통될 수 있다. 리프트 핀(230)은 제1 핀 홀(112)과 제2 핀 홀(132) 내에서 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 리프트 핀(230)의 상단부는 외측 절연링(130)의 제2 핀 홀(132)을 통해 돌출하여 섀도우 링(200)의 하부면(216)과 접촉하여 지지할 수 있다.
하부 커버(120)에는 제1 핀 홀(112)과 연통되는 가이드 홀(122)이 형성될 수 있다. 가이드 홀(122)은 하부 커버(120)의 중심에서 반경 방향으로 연장할 수 있다. 가이드 홀(122)은 하부 커버(120)의 두께 방향으로 연장할 수 있다. 가이드 홀(122)의 상기 반경 방향으로의 폭은 연결 핀(232)의 길이를 고려하여 결정될 수 있다. 가이드 홀(122)의 상기 두께 방향으로의 폭(M)은 리프트 핀(230)의 스트로크를 고려하여 결정될 수 있다. 따라서, 연결 핀(232)은 가이드 홀(122) 내에서 상하 이동 가능하도록 수용될 수 있다.
구동 핀(234)은 가이드 홀(122)을 통해 연장하여 하부 커버(120)의 하부면으로부터 돌출할 수 있다. 구동 핀(234)은 하부 커버(120)의 하부의 제1 수용 공간(C1)으로 수직 방향으로 연장할 수 있다. 구동 핀(234)의 일단부는 핀 구동 플레이트(236)에 고정될 수 있다.
벨로우즈(240)는 구동 핀(234)을 감싸도록 구성되어 챔버(20)의 내부 공간(S1)과 하부 커버(120) 하부의 제1 수용 공간(C1) 사이를 서로 격리시킬 수 있다. 벨로우즈(240)의 상단부는 하부 커버(120)의 하부면에 고정되고, 벨로우즈(240)의 하단부는 핀 구동 플레이트(236)에 고정될 수 있다. O-링(242)과 같은 밀봉 부재는 벨로우즈(240)의 상부면에 형성된 링 수용홈에 장착될 수 있다. 벨로우즈(240)는 O-링(242)과 같은 밀봉 부재에 의해 하부 커버(120)와 결합할 수 있다. 이에 따라, 벨로우즈(240)는 구동 핀(234)의 자유로운 상하 운동을 허용하면서, 챔버(20) 내부를 외부로부터 밀봉시킬 수 있다.
또한, O-링(124)과 같은 밀봉 부재는 하부 커버(120)의 상부면에 형성된 링 수용홈에 장착될 수 있다. 이에 따라, 하부 커버(120)는 O-링(124)과 같은 밀봉 부재에 의해 지지 플레이트(110)에 결합하여 챔버(20)를 밀봉시킬 수 있다. 하부 커버(120)의 상부면 상에서 O-링(124)의 외측 영역은 진공이 형성될 수 있고, O-링(124)의 내측 영역은 대기압 조건으로 유지될 수 있다.
O-링(126)과 같은 밀봉 부재는 하부 커버(120)의 하부면에 형성된 링 수용홈에 장착될 수 있다. 이에 따라, 하부 커버(120)는 O-링(126)과 같은 밀봉 부재에 의해 내부 측벽(24)에 결합하여 챔버(20)를 밀봉시킬 수 있다.
연결 핀(232)은 기판 스테이지(100)의 중심에서 반경 방향으로 연장하도록 배치되므로, 리프트 핀(230)은 구동 핀(234)보다 기판 스테이지(100)의 중심으로부터 반경 방향으로 더 멀리 배치될 수 있다. 리프트 핀(230)은 기판 스테이지(100)의 중심으로부터 제1 반경만큼 이격되고, 구동 핀(234)은 기판 스테이지(100)의 중심으로부터 상기 제1 반경보다 작은 제2 반경만큼 이격될 수 있다.
예를 들면, 기판 스테이지(110)의 외경(Dout)은 약 380mm이고, 리프트 핀(230)이 설치되는 위치의 직경(Dpin)은 약 346mm일 수 있다. 내부 측벽(24)의 내측면의 직경(Din)은 약 316mm일 수 있다. 제1 수용 공간(C1)은 내부 측벽(24)의 내측면에 의해 정의될 수 있다. 기판 스테이지(120)의 외경(Dout)은 하부 커버(120)의 외경과 같거나 더 클 수 있다.
따라서, 리프트 핀(230)을 승하강 시키기 위한 액추에이터를 포함하는 상기 구동 메커니즘은 기판 스테이지(100)의 외측면을 벗어나지 않고 기판 스테이지(100) 하부의 제1 수용 공간(C1) 내부에 배치될 수 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 리프트 핀 장치의 상기 구동 메커니즘은 기판 스테이지(100) 하부의 제1 수용 공간(C1) 내에 배치될 수 있다. 상기 구동 메커니즘은 리프트 핀(230)을 상하로 이동시키기 위한 액추에이터로서의 구동 모터(250)를 포함할 수 있다. 구동 모터(250)는 적절한 기어 드라이브를 통해 슬라이딩 플레이트(252)를 승하강 시킬 수 있다. 핀 구동 플레이트(236)는 슬라이딩 플레이트(252)에 고정 설치될 수 있다. 이에 따라, 핀 구동 플레이트(236)가 구동 모터(250)에 의해 슬라이딩 이동함에 따라, 리프트 핀(230)이 승하강할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 리프트 핀 장치의 상기 구동 메커니즘은 제1 내지 제3 리프트 핀들(230a, 230b, 230c)을 각각 상하로 이동시키기 위한 제1 내지 제3 액추에이터들(250a, 250b, 250c) 및 제1 내지 제3 액추에이터들(250a, 250b, 250c)을 각각 구동시키기 위한 제1 내지 제3 액추에이터 구동부들(260a, 260b, 260c)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 액추에이터들(250a, 250b, 250c)은 구동 모터를 포함하고, 제1 내지 제3 액추에이터 구동부들(260a, 260b, 260c)는 입력된 제어 신호에 따라 상기 구동 모터를 구동시키기 위한 모터 드라이브를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 액추에이터 구동부들(260a, 260b, 260c)은 제1 내지 제3 리프트 핀들(230a, 230b, 230c)의 동작들을 독립적으로 제어하도록 제어부(270)에 연결될 수 있다.
제1 내지 제3 액추에이터 구동부들(260a, 260b, 260c)은 제어부(270)로부터의 리프트 핀 제어 신호에 따라 제1 내지 제3 리프트 핀들(230a, 230b, 230c)을 독립적으로 승하강 시킬 수 있다. 제1 액추에이터 구동부(260a)는 제어부(270)로부터의 제1 리프트 핀 제어 신호에 따라 제1 이동 거리만큼 제1 리프트 핀(230a)을 수직 방향(Z축 방향)으로 이동시킬 수 있다. 제2 구동부(260b)는 제어부(270)로부터의 제2 리프트 핀 제어 신호에 따라 제2 이동 거리만큼 제2 리프트 핀(230b)을 수직 방향(Z축 방향)으로 이동시킬 수 있다. 제3 액추에이터 구동부(260c)는 제어부(270)로부터의 제3 리프트 핀 제어 신호에 따라 제3 이동 거리만큼 제3 리프트 핀(230c)을 수직 방향(Z축 방향)으로 이동시킬 수 있다.
제어부(270)는 플라즈마 처리 장치(10)를 제어하기 위하여 제어부(270)에 연결된 다양한 구성요소들의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(270)는 제어 모듈로서, 프로세서, 메모리 및 하나 이상의 인터페이스들을 포함할 수 있다. 제어부(270)는 센싱된 값들에 기초하여 제어부(270)에 연결된 구성요소들을 제어할 수 있다.
이하에서는, 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위하여 리프트 핀들의 동작들에 따른 섀도우 링의 높이 변화에 대하여 설명하기로 한다.
도 12a 내지 도 12c는 예시적인 실시예들에 따른 섀도우 링의 높이 변화들을 나타내는 도면들이다. 도 13은 섀도우 링 및 하부에 있는 외측 절연링과 에지 링 사이를 흐르는 가스의 흐름 및 웨이퍼 에지 영역에서의 이온들의 입사 방향을 나타내는 단면도이다.
도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 리프트 핀들(230a, 230b, 230c)은 섀도우 링(200)의 하부면의 3 지점들과 각각 접촉하여 섀도우 링(200)을 지지할 수 있다.
먼저, 도 12a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)를 기판 스테이지(100) 상에 로딩 또는 언로딩하기 위하여, 제1 내지 제3 리프트 핀들(230a, 230b, 230c)을 상승시켜 섀도우 링(200)을 기 설정된 높이(H2)로 유지할 수 있다. 섀도우 링(200)이 기 설정된 높이(H2)로 상승된 위치에서, 웨이퍼(W)가 기판 스테이지(100) 상에 안착될 수 있다.
이어서, 도 12b 및 도 12c에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 리프트 핀들(230a, 230b, 230c)의 높이들을 조절하여 웨이퍼(W)와 섀도우 링(200) 사이의 간격(GV1, GV2)을 조정할 수 있다.
웨이퍼(W)와 섀도우 링(200) 사이의 수직적 간격(GV1, GV2)을 조정함으로써, 웨이퍼(W) 중심으로부터 외측 방향으로 흐르는 가스 유속을 제어할 수 있다. 상기 수직적 간격은 섀도우 링(200)의 내측 단부의 하부면과 웨이퍼(W) 사이의 거리로 정의될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 섀도우 링(200)은 하부에 있는 외측 절연링(130)과 에지 링(140)으로부터 일정 간격만큼 이격되어 이들 사이에서 가스의 흐름을 위한 유로를 형성할 수 있다. 웨이퍼(W) 중심으로부터 외측 방향으로 흐르는 가스(F)는 상기 유로를 통해 챔버로부터 배출될 수 있다. 상기 가스의 유속은 식각 프로파일에 있어서 주요 인자가 될 수 있다. 가스 유속이 증가함에 따라 웨이퍼 에지 영역에서의 식각량이 증가될 수 있다.
상기 유로에서의 유동 컨덕턴스를 조절하기 위하여, 섀도우 링(200) 및 외측 절연링(130)과 에지 링(140) 사이의 간격이 조절될 수 있다. 섀도우 링(200)의 바닥면, 외측 절연링(130)과 에지 링(140)의 상부면들의 형상들 역시 상기 유동 컨덕턴스를 고려하여 결정될 수 있다.
또한, 에지 링(140)의 상부면(142)이 웨이퍼(W)의 상부면보다 높게 위치함으로써, 새도우 링(200)에 의해 웨이퍼(W)의 에지 영역으로의 라디칼들을 제한할 뿐 아니라 웨이퍼(W)의 에지 표면에서 이온 입사 방향(I)이 웨이퍼(W)의 외측 방향을 향하도록 형성시켜 웨이퍼(W)의 에지 영역에서의 식각량을 더욱 감소시킬 수 있다.
도 14는 웨이퍼 표면에 대한 섀도우 링의 간격에 따른 식각율 분포를 나타내는 그래프들이다.
도 14를 참조하면, 그래프 G1은 웨이퍼와의 제1 간격(GV1)을 갖는 섀도우 링을 사용할 때의 웨이퍼 반경에 식각율 분포를 나타내고, 그래프 G2는 제1 간격(GV1)보다 작은 제2 간격(GV2)을 갖는 섀도우 링을 사용할 때의 웨이퍼 반경에 따른 식각율 분포를 나타낸다.
그래프 G1에서의 에지 영역에서의 식각율보다 그래프 G2에서의 에지 영역에서의 식각율이 상대적으로 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 섀도우 링의 수직적 간격을 조정함으로써, 웨이퍼 에지 영역에서의 식각율을 감소시킬 수 있다.
이하에서는, 도 1의 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 15는 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다. 상기 기판 처리 방법은 후공정에서 웨이퍼 지지 시스템(WSS)의 캐리어 웨이퍼 상에 접합된 웨이퍼 상에 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 15를 참조하면, 챔버(20) 내의 기판 스테이지(100) 상부에 섀도우 링(200)을 배치하고(S100), 기판 스테이지(100) 상에 웨이퍼(W)를 로딩할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 반도체 칩들이 형성되어 있는 웨이퍼(W)를 기판 지지 시스템(WSS)의 캐리어 웨이퍼 상에 접합한 후, 웨이퍼(W)가 접합된 상기 캐리어 웨이퍼를 기판 스테이지(100) 상에 로딩할 수 있다.
먼저, 섀도우 링(200)을 기판 스테이지(100)의 외측 절연링(130) 및 에지 링(140) 상에 배치시킬 수 있다. 에지 링(140)의 상부면(142)은 웨이퍼(W)의 상부면으로부터 제1 높이(H1)를 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 높이(H1)는 3mm 내지 10mm의 범위 이내에 있을 수 있다. 에지 링(140)의 상부면(142)이 웨이퍼(W)의 상부면보다 높게 위치함으로써, 웨이퍼(W)의 에지 표면에서 이온 입사 방향이 웨이퍼(W)의 외측 방향을 향하도록 형성하여 웨이퍼(W)의 에지 영역에서의 식각량을 감소시킬 수 있다.
이어서, 로딩되는 웨이퍼(W)와의 간섭을 회피하기 위하여 제1 내지 제3 리프트 핀들(230a, 230b, 230c)을 상승시켜 섀도우 링(200)을 기 설정된 높이에서 지지할 수 있다. 웨이퍼(W)를 섀도우 링(200) 아래의 상기 리프트 핀들 사이를 통해 기판 스테이지(100)의 정전척 상에 로딩시킬 수 있다.
이어서, 섀도우 링(200)와 웨이퍼(W)의 에지 영역 사이의 간격을 조절하고(S120), 챔버(20) 내에서 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다(S130).
예시적인 실시예들에 있어서, 구동 메커니즘은 제1 내지 제3 리프트 핀들(230a, 230b, 230c)을 아래로 이동시켜 웨이퍼(W) 표면에 대한 섀도우 링(200)의 간격을 조정할 수 있다. 즉, 웨이퍼(W)와 섀도우 링(200) 사이의 수직적 간격을 조정할 수 있다. 섀도우 링(200) 및 외측 절연링(130)과 에지 링(140) 사이의 간격을 조절하여, 이들 사이의 유로에서의 유동 컨덕턴스를 조절할 수 있다.
이어서, 웨이퍼(W) 상에 공정 가스를 공급하고 챔버(20) 내에서 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다.
구체적으로, 샤워 헤드(50)를 통해 식각 공정 가스들을 챔버(20) 내에 공급할 수 있다. 플라즈마 전극으로서의 상부 전극(40)에 플라즈마 전력을 인가하여 챔버(20) 내에 플라즈마를 형성하고, 하부 전극(30)에 바이어스 전력을 인가하여 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다.
상기 플라즈마 식각 공정 중에, 섀도우 링(200)은 제1 내지 제3 리프트 핀들(230a, 230b, 230c)에 의해 기 설정된 높이를 갖도록 지지되고, 섀도우 링(200)의 하부면은 기판 스테이지(100) 상의 외측 절연링(130) 및 에지 링(140)의 상부면들과 이격될 수 있다.
섀도우 링(200)과 웨이퍼(W) 사이의 간격 그리고 섀도우 링(200)과 외측 절연링(130) 및 에지 링(140) 사이의 간격은 RF 특성 및 공정 가스의 유동과 관련하여 에지 영역에서의 식각율에 영향을 줄 수 있다. 이러한 섀도우 링(200)의 간격을 조절함으로써, 후공정에서의 공정 변경에 따른 변화에 능동적으로 대처할 수 있다.
전술한 플라즈마 처리 장치는 로직 소자나 메모리 소자와 같은 반도체 소자를 제조하는 데 사용될 수 있다. 상기 반도체 소자, 예를 들어 중앙처리장치(CPU, MPU), 애플리케이션 프로세서(AP) 등과 같은 로직 소자, 예를 들어 에스램(SRAM) 장치, 디램(DRAM) 장치 등과 같은 휘발성 메모리 장치, 및 예를 들어 플래시 메모리 장치, 피램(PRAM) 장치, 엠램(MRAM) 장치, 알램(RRAM) 장치 등과 같은 불휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 플라즈마 처리 장치 20: 챔버
22: 외부 측벽 23: 커버
24: 내부 측벽 25: 내부 하부벽
26: 연결 측벽 30: 하부 전극
32: 제2 전력 공급부 34: 바이어스 RF 전원
36: 바이어스 RF 정합기 40: 상부 전극
42: 제1 전력 공급부 44: 소스 RF 전원
42: 소스 RF 정합기 50: 샤워 헤드
52: 가스 공급관 54: 가스 공급원
100: 기판 스테이지 110: 지지 플레이트
112: 제1 핀 홀 120: 하부 커버
122: 가이드 홀 124, 126, 242: O-링
130: 외측 절연링 132: 제2 핀 홀
140: 에지 링 160: 배플 부재
170: 지지 샤프트 200: 섀도우 링
202: 몸체부 210: 제1 리세스
214: 제2 리세스 220: 내측 단부
224: 외측 단부 230, 230a, 230b, 230c: 리프트 핀
252: 연결 핀 234: 구동 핀
236: 핀 구동 플레이트 240: 벨로우즈
250, 250a, 250b, 250c: 액추에이터 252: 슬라이딩 플레이트
260a, 260b, 260c: 액추에이터 구동부
270: 제어부

Claims (10)

  1. 기판 스테이지의 상부 외측 둘레에 배치되는 외측 절연링;
    상기 외측 절연링 상에서 상기 기판 스테이지 상에 안착되는 웨이퍼 둘레에 배치되는 에지 링; 및
    상기 외측 절연링 및 상기 에지 링 상에서 기 설정된 스트로크 범위 이내에서 상하 이동 가능하도록 설치되며 상기 웨이퍼의 에지 영역을 커버하도록 지지되는 섀도우 링을 포함하고,
    상기 에지 링의 상부면은 상기 기판 스테이지 상에 안착된 웨이퍼의 상부면보다 기 설정된 높이만큼 높게 위치하고,
    상기 섀도우 링은 환형 형상의 몸체부, 상기 몸체부의 내측 둘레에 연장하며 중심을 향하여 연장하여 상기 웨이퍼의 에지 영역을 커버하는 내측 단부, 상기 몸체부의 외측 둘레에 연장하는 외측 단부 및 상기 몸체부의 바닥면에 상기 에지 링의 돌출된 상부의 적어도 일부를 수용하기 위한 리세스를 포함하고,
    상기 섀도우 링은 하부에 있는 상기 외측 절연링과 상기 에지 링으로부터 일정 간격만큼 이격되어 이들 사이에서 가스의 흐름을 위한 유로를 형성하는 링 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 내측 단부에 의해 커버되는 상기 웨이퍼의 에지 영역의 길이는 1mm 내지 3mm의 범위 이내에 있는 링 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 섀도우 링은 상기 몸체부의 바닥면에 상기 외측 절연링의 돌출된 상부를 수용하기 위한 제2 리세스를 더 포함하는 링 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제2 리세스는 상기 몸체부와 상기 외측 단부 사이에 배열되는 링 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 외측 단부의 하부면은 상기 몸체부의 바닥면과 동일한 평면에 위치하거나 더 낮게 위치하는 링 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 섀도우 링의 외측 단부의 외측 반경은 상기 기판 스테이지의 외경과 같거나 더 큰 링 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 섀도우 링과 상기 웨이퍼 표면 사이의 거리는 0.1mm 내지 18mm의 범위 이내에 있는 링 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 에지 링의 상부면의 상기 기 설정된 높이는 3mm 내지 10mm의 범위 이내에 있는 링 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 스테이지 내부에서 상하 이동 가능하도록 설치되고 상기 섀도우 링 하부면의 적어도 2 지점들과 각각 접촉 지지하기 위한 복수 개의 리프트 핀들; 및
    상기 리프트 핀들 각각을 독립적으로 구동시켜 상기 웨이퍼와 상기 섀도우 링 사이의 수직적 간격을 조정하기 위한 구동 메커니즘을 더 포함하는 링 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 구동 메커니즘은
    상기 리프트 핀들 각각을 상하로 이동시키기 위한 복수 개의 액추에이터들; 및
    입력된 제어 신호들에 따라 상기 액추에이터들을 각각 구동시키기 위한 액추에이터 구동부들을 포함하는 링 어셈블리.
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Families Citing this family (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7536107B2 (ja) * 2021-05-17 2024-08-19 株式会社日立ハイテク プラズマ処理装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6117349A (en) * 1998-08-28 2000-09-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Composite shadow ring equipped with a sacrificial inner ring
US6344105B1 (en) 1999-06-30 2002-02-05 Lam Research Corporation Techniques for improving etch rate uniformity
US7658816B2 (en) 2003-09-05 2010-02-09 Tokyo Electron Limited Focus ring and plasma processing apparatus
WO2011082020A2 (en) * 2009-12-31 2011-07-07 Applied Materials, Inc. Shadow ring for modifying wafer edge and bevel deposition
EP2649218B1 (en) 2010-12-08 2017-08-23 Evatec AG Apparatus and method for depositing a layer onto a substrate
KR102045942B1 (ko) 2011-05-31 2019-11-18 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 에지, 측면 및 후면 보호를 갖는 건식 식각을 위한 장치 및 방법들
US9997381B2 (en) 2013-02-18 2018-06-12 Lam Research Corporation Hybrid edge ring for plasma wafer processing
JP6024921B2 (ja) * 2013-11-01 2016-11-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2016040800A (ja) 2014-08-12 2016-03-24 アズビル株式会社 プラズマエッチング装置
US10903055B2 (en) 2015-04-17 2021-01-26 Applied Materials, Inc. Edge ring for bevel polymer reduction
CN108369922B (zh) 2016-01-26 2023-03-21 应用材料公司 晶片边缘环升降解决方案
US10199252B2 (en) * 2017-06-30 2019-02-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Thermal pad for etch rate uniformity
US11201037B2 (en) 2018-05-28 2021-12-14 Applied Materials, Inc. Process kit with adjustable tuning ring for edge uniformity control
KR102077975B1 (ko) 2019-10-15 2020-02-14 주식회사 기가레인 플라즈마 처리 수직도가 향상된 플라즈마 처리 장치

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