等离子体处理装置的制作方法

实施方式涉及一种等离子体处理装置。

背景技术：

等离子体被泛地用于半导体器件、等离子体显示面板(pdp)、液晶显示器(lcd)、太阳能电池等的制造工艺。代表性的等离子体工艺可以包括干蚀刻、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)、溅射和灰化。

技术实现要素：

实施方式可以通过提供一种等离子体处理装置来实现，该等离子体处理装置包括：腔室，包括外壁和窗口，该外壁限定其中形成等离子体的反应空间，该窗口覆盖外壁的上部；线圈天线，设置在窗口之上，该线圈天线包括至少两个线圈；以及静电吸盘(esc)，设置在腔室的下部中，其中要处理的物体可支撑在esc的顶表面上，并且电极位于esc内，该电极包括第一电极和至少一个第二电极，该第一电极用于保持物体，该第一电极提供在esc的内部中央部分中从而与esc的顶表面平行，该至少一个第二电极提供在esc的内部的边缘处从而相对于esc的顶表面具有倾斜。

实施方式可以通过提供一种等离子体处理装置来实现，该等离子体处理装置包括：腔室，包括外壁和窗口，该外壁限定其中形成等离子体的反应空间，该窗口覆盖外壁的上部；线圈天线，设置在窗口之上，该线圈天线包括至少两个线圈；静电吸盘(esc)，设置在腔室的下部中；以及esc支撑件，配置为支撑esc，其中要处理的物体可支撑在esc的顶表面上，电极位于esc内；以及电介质插入层，形成在esc支撑件内，并且处于固体状态或流体状态的高k电介质提供在电介质插入层中以是可移动的或在量上是可调整的。

实施方式可以通过提供一种等离子体处理装置来实现，该等离子体处理装置包括：腔室，包括外壁和窗口，该外壁限定其中形成等离子体的反应空间，该窗口覆盖外壁的上部；线圈天线，设置在窗口之上，该线圈天线包括内线圈、外线圈和附加线圈；以及静电吸盘(esc)，设置在腔室的下部中，其中要处理的物体可支撑在esc的顶表面上并且电极位于esc内，该窗口包括在其顶表面的边缘处的凹槽，该附加线圈在该凹槽中。

附图说明

通过参照附图详细描述示范性实施方式，各特征对于本领域技术人员将是明显的，附图中；

图1示出根据实施方式的等离子体处理装置的示意图；

图2a至图2c示出根据实施方式的可分别应用于等离子体处理装置的静电吸盘(esc)结构的截面图；

图3a至图3c示出概念图，示出采用图2a所示的esc结构的等离子体处理装置的效果与采用其中不具有倾斜电极的esc的等离子体处理装置的效果的比较；

图4a和图4b示出曲线图，示出当射频(rf)脉冲电压和直流(dc)脉冲电压分别施加到图2a所示的等离子体处理装置中的倾斜电极时获得的效果；

图5a至图5d示出根据实施方式的可应用于等离子体处理装置的esc支撑结构的截面图和平面图；

图6a和图6b示出采用图5a和图5c所示的esc支撑结构的等离子体处理装置的效果的概念图；

图7a至图7d示出根据另一实施方式的可应用于等离子体处理装置的esc支撑结构的截面图和平面图；

图8a和图8b示出根据实施方式的可分别应用于等离子体处理装置的esc支撑结构的截面图；

图9a和图9b示出根据实施方式的可应用于等离子体处理装置的窗口结构的截面图；

图10示出根据实施方式的控制等离子体的分布的方法的流程图；以及

图11示出根据实施方式的采用图10所示的方法制造半导体器件的工序的流程图。

具体实施方式

图1示出根据实施方式的等离子体处理装置的示意图。

参照图1，等离子体处理装置1000可以包括静电吸盘(esc)100、esc支撑件200、腔室500、线圈天线600和射频(rf)电源700。

esc100可以设置在腔室500的下部中(例如，如图1所示)。要经受等离子体工艺的物体(例如晶片2000)可以设置且固定到esc100的顶表面。esc100可以采用静电力固定或保持晶片2000。esc100可以在其中包括电极以吸附(chuck)或解除吸附(dechuck)(例如保持和释放)晶片2000并可以供应有来自电源的电力。在一实施中，用于将晶片2000装载在esc100上和从esc100卸载晶片2000的其它控制系统也可以提供在腔室500内部和之外。

边缘环150可以提供在esc100周围以围绕晶片2000。边缘环150可以由硅形成。边缘环150可以具有使晶片2000的硅区域膨胀的效果，从而减少或防止等离子体聚集在晶片2000的边缘上。边缘环150可以为单环型或双环型。单环型可以被称为焦点环，双环型可以被称为组合环(comboring)。

在等离子体工艺期间边缘环150也可能与晶片2000一起被蚀刻，并且随着时间可能发生变化。例如，随时间发生的变化可能是电场(e场)和/或等离子体在腔室500内的边缘区域的不均匀分布，并且该不均匀分布可能由于由边缘环150的蚀刻引起的性能变坏而发生。这里，腔室500内的边缘区域可以对应于晶片2000的边缘。等离子体的不均匀分布会导致对晶片2000的等离子体工艺中的错误以及最终由晶片2000制造的半导体器件的故障。

等离子体处理装置1000可以采用esc100，该esc100包括第一等离子体分布控制结构pcs1(其可以通过控制腔室500内的边缘区域中的电场和/或等离子体的密度而帮助防止不均匀的等离子体分布)。当esc100包括第一等离子体分布控制结构pcs1时，可以防止由于边缘环150的蚀刻引起的随着时间而发生的变化。例如，第一等离子体分布控制结构pcs1可以是或可以包括设置在esc100内的倾斜电极。第一等离子体分布控制结构pcs1将在下面参照图2a至图4b详细地描述。

在一实施中，esc支撑件200可以支撑设置在其上的esc100，并可以由例如金属诸如铝形成。在一实施中，esc支撑件200可以由陶瓷绝缘体诸如氧化铝(alumina)形成。当esc支撑件200由金属形成时，可以增加至esc100或晶片2000的热传递或来自esc100或晶片2000的热释放。例如，加热元件(例如加热器)可以提供在esc支撑件200内，来自加热器的热可以容易地传递到esc100或晶片2000。绝缘体205可以提供为围绕esc支撑件200的外周边。电力施加电极可以提供在esc支撑件200的中央下面以施加电力到esc100内的电极。

等离子体处理装置1000可以采用esc支撑件200，该esc支撑件200包括第二等离子体分布控制结构pcs2(其可以帮助减少或防止边缘区域处的不均匀的等离子体分布)。当esc支撑件200包括第二等离子体分布控制结构pcs2时，可以防止由于边缘环150的蚀刻引起的随着时间发生的变化。例如，第二等离子体分布控制结构pcs2可以包括在esc支撑件200内的电介质插入层和在电介质插入层内的高k电介质。第二等离子体分布控制结构pcs2将在下面参照图5a至图8b详细地描述。

腔室500可以包括外壁300和窗口400。

外壁300可以限定其中形成等离子体的反应空间并可以从外部空气或环境密封该反应空间。外壁300可以由金属材料形成并可以保持接地状态以在等离子体工艺期间阻挡来自腔室500之外的噪声。绝缘衬层可以提供在外壁300的内部。绝缘衬层可以帮助保护外壁300并覆盖从外壁300突出的金属结构，从而防止在腔室500内发生电弧等。绝缘衬层可以由陶瓷或石英形成。

在一实施中，至少一个观察口可以形成在外壁300处，腔室500的内部可以通过观察口监视。例如，探针或光学发射光谱(oes)装置可以联接到观察口并电连接到分析仪。分析仪可以根据从探针或oes装置接收的等离子体数据采用分析程序分析腔室500内的等离子体状态，诸如等离子体的密度或均匀性。

在一实施中，窗口400可以具有覆盖外壁300的上部(例如由外壁300形成的反应空间的敞开端)的圆板形状。在一实施中，窗口400的形状可以随着包括窗口400的腔室的结构而变化。在一实施中，窗口400可以具有椭圆板形状或多边形板形状或凸起拱顶形状。当窗口400具有拱顶形状时，窗口400的水平横截面可以为圆形环、椭圆形环或多边形环。

窗口400可以由具有相对较低的介电常数的电介质材料形成。例如，窗口400可以由氧化铝(al2o3)、石英、碳化硅(sic)、硅氧化物(sio2)、teflon、g10环氧或其它电介质、非导电或半导电材料形成。在一实施中，窗口400可以由氧化铝或石英形成。当窗口400由氧化铝形成时，窗口400可以具有约20mm的厚度。当窗口400由石英形成时，窗口400可以具有约30mm的厚度。窗口400的直径可以为约400mm至约500mm。在一实施中，窗口400的材料和尺寸可以随着包括窗口400的腔室500的功能或结构而变化。

在等离子体处理装置1000中，窗口400可以包括第三等离子体分布控制结构pcs3(其可以帮助减少或防止边缘区域处的不均匀等离子体分布)。当窗口400包括第三等离子体分布控制结构pcs3时，可以防止由于边缘环150的蚀刻引起的随着时间而发生的变化。在一实施中，第三等离子体分布控制结构pcs3可以包括在窗口400的顶表面的边缘处的线圈插槽以及提供在线圈插槽处的附加线圈。第三等离子体分布控制结构pcs3将在下面参照图9a和图9b详细地描述。

工艺气体可以通过供气管和气体喷头供应到腔室500。术语“工艺气体”可以指用于等离子体工艺的所有气体，包括源气体、反应气体和吹扫气体。泵可以通过排气管联接到腔室500。泵可以通过真空抽吸排放已经在腔室500内产生的气体副产物。泵也可以控制腔室500的内部压力。尽管esc100和esc支撑件200在当前实施方式中被描述为与腔室500分开的元件，但是在一实施中，esc100和esc支撑件200可以被认为包括在腔室500中。

线圈天线600可以包括内线圈610和外线圈620。线圈天线600可以设置在窗口400之上(例如在腔室500的外面)，如图1所示。例如，内线圈610可以设置在窗口400的中央部分之上，外线圈620可以设置在窗口400的边缘部分之上。外线圈620可以围绕内线圈610并可以与其间隔开。

内线圈610和外线圈620可以通过配线电路750连接到rf电源700。例如，外线圈620可以通过内连接端子和外连接端子连接到配线电路750。外线圈620的内连接端子可以通过配线电路750的可变电容器等连接到匹配器720和rf发生器710。外线圈620的外连接端子可以连接到电容器，该电容器连接到接地。内线圈610可以通过内连接端子和外连接端子连接到rf电源700。内线圈610的内连接端子可以通过可变电容器和电感器连接到rf电源700。内线圈610的外连接端子可以连接到接地。

以上已经描述的线圈天线600的结构以及线圈天线600和rf电源700之间通过配线电路750的连接可以仅是示例。在一实施中，线圈天线600的结构以及线圈天线600和rf电源700之间通过配线电路750的连接可以随着等离子体工艺而变化。

当线圈插槽形成在窗口400中时，线圈天线600还可以包括所述附加线圈，该附加线圈提供在线圈插槽处作为第三等离子体分布控制结构pcs3的元件。附加线圈将在下面参照图9a和图9b详细地描述。

rf电源700可以通过可变电容器的动态调谐而调谐被提供到内线圈610和外线圈620的电力。在一实施中，线圈天线600和配线电路750可以被调谐为对内线圈610和外线圈620中的一个供应比对另一个更多的电力，或者对内线圈610和外线圈620均匀地供应电力。在一实施中，电流可以采用可变电容器被调谐为以预定的比率在内线圈610和外线圈620中流动。

rf电源700可以包括rf发生器710和匹配器720。rf发生器710可以产生rf功率，匹配器720可以控制阻抗，从而使等离子体稳定。可以提供至少两个rf发生器710。当提供多个rf发生器710时，不同的频率可以用于实现各种调谐特性。匹配器720可以通过配线电路750连接到线圈天线600。匹配器720可以被认为包括在配线电路750中。

在一实施中，低rf电源可以提供为向esc100的电力施加电极供应rf功率。低rf电源也可以包括rf发生器和匹配器，并可以通过电力施加电极将rf功率供应到晶片2000。低rf电源也可以包括多个rf发生器，并且不同的频率可以用于实现各种调谐特性。

等离子体处理装置1000可以包括包含第一等离子体分布控制结构pcs1的esc100、包含第二等离子体分布控制结构pcs2的esc支撑件200、和/或窗口400和线圈天线600的组(其包括第三等离子体分布控制结构pcs3)。例如，等离子体处理装置1000可以包括上述三个元件的全部(即包括第一等离子体分布控制结构pcs1的esc100、包括第二等离子体分布控制结构pcs2的esc支撑件200以及包括第三等离子体分布控制结构pcs3的窗口400和线圈天线600的组)、上述三个元件中的仅一个、或者上述三个元件中的仅两个。

当等离子体处理装置1000包括esc100、esc支撑件200和/或窗口400和线圈天线600的组(其每个包括等离子体分布控制结构)时，等离子体处理装置1000可以控制边缘区域处的电场和/或等离子体的密度，从而防止边缘区域中的不均匀等离子体分布。由于改善边缘区域中的等离子体分布，等离子体处理装置1000可以执行稳定的等离子体工艺。结果，等离子体处理装置1000可以基于稳定的等离子体工艺制造优良和可靠的半导体器件。此外，esc100的第一等离子体分布控制结构pcs1、esc支撑件200的第二等离子体分布控制结构pcs2以及窗口400和线圈天线600的组的第三等离子体分布控制结构pcs3可以与腔室500的其中产生等离子体的内部隔离，并且第一等离子体分布控制结构pcs1至第三等离子体分布控制结构pcs3可以不被腔室500内的等离子体损坏、污染或转变，并可以对腔室500内的等离子体的流动没有物理影响。

图2a至图2c示出根据实施方式的可分别应用于等离子体处理装置的esc结构的截面图。已经参照图1进行的重复的描述可以被简要阐述或省略。

参照图2a，在等离子体处理装置1000a中，esc100a可以包括主体101、中央电极110和第一倾斜电极120。主体101可以形成esc100a的外观，并可以在形状上与esc100a基本上相同。然而，esc100a包括内部电极(例如中央电极110和第一倾斜电极120)，而主体101可以指esc100a的除了中央电极110和第一倾斜电极120之外的部分。在一实施中，主体101可以例如由陶瓷绝缘体诸如氧化铝形成。

中央电极110可以大范围地提供在主体101的内部中央部分。例如，中央电极110可以具有相对大的圆板形状对应于要在等离子体工艺中处理的晶片2000。中央电极110可以是将晶片2000电力地固定到esc100a的吸附电极。中央电极110还可以执行对等离子体施加偏压的功能。dc功率或rf功率可以供应到中央电极110。dc功率和rf功率可以以脉冲形式供应。

第一倾斜电极120可以对应于第一等离子体分布控制结构pcs1。第一倾斜电极120可以设置在主体101的内部的边缘处或附近。如图2a所示，第一倾斜电极120可以相对于esc100a的顶表面具有第一角度θ1或以第一角θ1倾斜。第一倾斜电极120可以相对于esc100a的顶表面具有倾斜，并且第一倾斜电极120的顶表面和esc100a的顶表面之间的距离可以根据在第一倾斜电极120的顶表面处的(例如径向)位置而不同。例如，第一倾斜电极120的顶表面可以在从esc100a的中央朝向边缘的方向上更加靠近esc100a的顶表面。

第一倾斜电极120可以在水平方向(例如x方向或径向方向)上与中央电极110分隔开或间隔开，并可以电独立或电隔离。例如，第一倾斜电极120可以通过与主电源(其向中央电极110供应电力)分开的附加电源160供应电力。因此，独立的dc或rf功率(与供应到中央电极110的dc或rf功率不同)可以供应到第一倾斜电极120。

当esc100a包括第一倾斜电极120作为第一等离子体分布控制结构pcs1时，等离子体处理装置1000a可以帮助控制腔室500内的边缘区域处的电场和/或等离子体的密度，从而防止边缘区域中的不均匀等离子体分布。例如，当电力被施加到具有上述结构的第一倾斜电极120时，可以防止电场和/或等离子体集中在边缘区域上，因此，等离子体的分布可以在边缘区域中改善。采用第一倾斜电极120的边缘区域中的等离子体分布控制将在下面参考照3a至图4b详细地描述。

参照图2b，等离子体处理装置1000b可以与图2a所示的等离子体处理装置1000a的不同之处在于：esc100b包括具有与第一倾斜电极120不同的结构的第二倾斜电极120a。例如，在等离子体处理装置1000b中，esc100b可以包括分成多段的第二倾斜电极120a。在一实施中，第二倾斜电极120a可以包括例如三个倾斜电极段120-1、120-2和120-3。

倾斜电极段120-1、120-2和120-3可以彼此间隔开。例如，倾斜电极段120-1、120-2和120-3可以彼此电隔离。与供应到中央电极110的dc或rf功率不同的独立的dc或rf功率可以从附加电源160a供应到倾斜电极段120-1、120-2和120-3中的每个。在一实施中，通过附加电源160a供应到倾斜电极段120-1、120-2和120-3中的每个的dc或rf功率可以在倾斜电极段120-1、120-2和120-3之间是不同的和独立的。在一实施中，相同的dc或rf功率可以供应到倾斜电极段120-1、120-2和120-3中的至少两个。

如图2b所示，倾斜电极段120-1、120-2和120-3中的每个可以布置为与esc100b的顶表面平行。然而，倾斜电极段120-1、120-2和120-3可以顺序地布置在竖直方向(即z方向)上，在不同的位置或高度，因此第二倾斜电极120a可以相对于esc100b的顶表面具有倾斜。例如，连接各个倾斜电极段120-1、120-2和120-3的中心的线可以相对于esc100b的顶表面具有第二角度θ2或形成第二角度θ2。

当esc100b包括第二倾斜电极120a作为第一等离子体分布控制结构pcs1时，等离子体处理装置1000b可以控制腔室500内的边缘区域处的电场和/或等离子体的密度，从而防止边缘区域中的不均匀等离子体分布。

参照图2c，等离子体处理装置1000c可以与图2a所示的等离子体处理装置1000a的不同之处在于：esc100c包括具有与第一倾斜电极120不同的结构的第三倾斜电极120b。例如，在等离子体处理装置1000c中，esc100c可以包括具有阶梯状结构的第三倾斜电极120b。例如，第三倾斜电极120b可以具有阶梯状结构，其中在竖直方向(即z方向)上的位置或高度在从esc100c的从中央朝向边缘的方向上变得更高。

第三倾斜电极120b可以与第一倾斜电极120的类似之处在于：第三倾斜电极120b可以一体地形成。第三倾斜电极120b还可以与第一倾斜电极120的类似之处在于：与供应到中央电极110的dc或rf功率不同的独立的dc或rf功率可以从一个附加电源160供应到第三倾斜电极120b。

另外，第三倾斜电极120b可以与第二倾斜电极120a的类似之处在于：第三倾斜电极120b可以在阶梯状结构中具有平坦的顶表面。例如，如果第二倾斜电极120a的倾斜电极段120-1、120-2和120-3在水平方向(即x方向或径向方向)上延伸并彼此连接，则第二倾斜电极120a可以具有与第三倾斜电极120b基本上相同的结构。

当esc100c包括第三倾斜电极120b作为第一等离子体分布控制结构pcs1时，等离子体处理装置1000c可以控制腔室500内的边缘区域处的电场和/或等离子体的密度，从而防止边缘区域中的不均匀等离子体分布。

图3a至图3c示出概念图，示出采用图2a所示的esc结构的等离子体处理装置的效果与采用其中不具有倾斜电极的esc的等离子体处理装置的效果的比较。例如，图3a示出采用不具有倾斜电极的esc的等离子体处理装置的主要部分，图3b和图3c示出在倾斜电极分别具有不同倾斜角的情况下采用图2a所示的esc结构的等离子体处理装置的主要部分。在图3a至图3c中，箭头表示电场的方向，虚线p或e是示出等离子体或电场的密度分布的一种等密度线。

参照图3a，由于边缘环150的上部通过蚀刻被去除，等密度线p或e朝向晶片2000的边缘部分倾斜，并且电场的方向也朝向晶片2000的边缘部分倾斜。这里，边缘环150在蚀刻之前的状态用点线或虚线表示。

因此，在采用不具有倾斜电极的esc的等离子体处理装置中，由于边缘环150的蚀刻，在等离子体蚀刻工艺期间会随着时间发生变化。例如，电场或等离子体的不均匀分布会发生在对应于晶片2000的边缘部分的内部腔室边缘区域中。边缘区域中的等离子体的不均匀分布会导致等离子体蚀刻工艺中的错误，导致半导体器件的故障。

参照图3b，当esc100a包括第一倾斜电极120(与中央电极110分开)时，等密度线p或e在腔室500内的边缘区域中是水平的，并且电场在边缘区域中与其它区域一样具有竖直方向。

因此，在采用包括第一倾斜电极120的esc100a的等离子体处理装置中，dc功率或rf功率可以供应到第一倾斜电极120，从而可以在等离子体蚀刻工艺期间防止随着时间而发生的变化，尽管边缘环150被蚀刻。例如，可以防止腔室500内的边缘区域中的不均匀等离子体分布。

参照图3c，第一倾斜电极120的角度可以被调整，使得等密度线p或e在腔室500内的边缘区域中向外增强或扩展并且电场具有向外倾斜的方向。在一实施中，图3c所示的第一倾斜电极120的第二倾斜角α2可以大于图3b所示的第一倾斜电极120的第一倾斜角α1。在一实施中，关于倾斜角的等离子体的密度分布和电场的方向可以随供应的电力和边缘环150的形状而变化。

图4a和图4b示出曲线图，示出当rf脉冲电压和dc脉冲电压分别施加到图2a所示的等离子体处理装置1000a中的第一倾斜电极120时获得的效果。在曲线图中，横轴表示电场相对于竖直方向的角度，纵轴表示电场的强度，并且任意单位可以用于角度和强度。在分析曲线图时，当强度朝向曲线图的左侧增大时，可以表示电场的大部分角度是小的，因此，电场几乎指向在竖直方向上。当强度朝向曲线图的右侧增大时，可以表示电场的某些角度是大的，因此，电场部分地朝向水平方向倾斜。

参照图4a和图4b，与当施加rf脉冲电压时相比，当施加dc脉冲电压时小角度处的电场的强度可以较大，因此，当施加dc脉冲电压时电场可以更可能指向在竖直方向上。例如，当rf脉冲电压和dc脉冲电压以2000v的电压施加时，对应于dc脉冲电压的曲线可以比对应于rf脉冲电压的曲线更偏向于左侧，因此，当施加dc脉冲电压时电场可以更可能指向在竖直方向上。

在图4a和图4b所示的曲线图中，电场的方向由箭头示出。例如，在图4a所示的曲线图中，电场的方向可以向下指向并具有向左和向右的少许倾斜，并且在图4b所示的曲线图中，电场的大部分方向可以竖直向下地指向。

另外，dc脉冲电压或rf脉冲电压的曲线可以在施加偏压时比不施加偏压时更加偏向左侧，并随着偏压的增加更加偏向于左侧。此结果可以在某种程度上从电场和电压之间的关系推断出。

因此，当dc脉冲功率被供应到等离子体处理装置1000a中的第一倾斜电极120时，可以有效地防止边缘区域中的不均匀等离子体分布。在一实施中，将dc脉冲功率和rf脉冲功率供应到第一倾斜电极120的结果可以随着边缘环150的形状或从线圈天线600供应的rf功率而变化。

图5a至图5d示出根据实施方式的可应用于等离子体处理装置的esc支撑结构的截面图和平面图。图5b对应于图5a，并且esc支撑结构的第一层级和第二层级分别在图5b的右侧和左侧示出。图5d对应于图5c，并且esc支撑结构的第一层级和第二层级分别在图5d的右侧和左侧示出。已经参照图1至图2c进行的重复的描述可以被简要阐述或省略。

参照图5a至图5d，在等离子体处理装置1000d中，esc支撑件200a可以包括含金属板201、插入主体210、电介质插入层220和高k电介质230。另外，电力施加电极250可以提供为在esc支撑件200a的中央处穿过插入主体210。

含金属板201可以正好设置在esc100下面以支撑esc100。在其它类型的等离子体处理装置中，含金属板201可以对应于esc支撑件。在一实施中，含金属板201可以由例如铝形成。在一实施中，含金属板201可以由绝缘体诸如氧化铝形成。

插入主体210可以设置在含金属板201下面(例如与esc100相反)，并可以具有形成在其中的电介质插入层220，电介质插入层220对应于其中的空的空间。插入主体210可以由绝缘体形成。在一实施中，插入主体210可以由例如氧化铝形成。在一实施中，当含金属板201和插入主体210两者由氧化铝形成时，含金属板201和插入主体210可以一体地形成，因此不区分彼此。

电介质插入层220可以具有在插入主体210内的两个层级。在一实施中，电介质插入层220可以包括在下部的层级(例如远离esc100)处的第一电介质插入层220-1和在上部的层级(例如接近esc100)处的第二电介质插入层220-2。在一实施中，电介质插入层220可以具有例如单个层级或至少三个层级。

在一实施中，第一电介质插入层220-1和第二电介质插入层220-2可以由阻隔壁215在圆周方向上分为例如四个部分。阻隔壁215可以是插入主体210的部分。在一实施中，第一电介质插入层220-1和第二电介质插入层220-2可以分为例如两个或三个部分或者至少五个部分。在一实施中，第一电介质插入层220-1可以与第二电介质插入层220-2不同地划分。在一实施中，第一电介质插入层220-1可以分成三个部分，第二电介质插入层220-2可以分成四个部分。

高k电介质230可以以固体状态提供在电介质插入层220处，并可以在电介质插入层220内可移动。当电介质插入层220具有两个层级并在每个层级分成四段时，高k电介质230可以包括第一高k电介质230-1和第二高k电介质230-2，它们被分别分成四段，对应于电介质插入层220。

高k电介质230可以与低k电介质相反，并可以定义为具有比硅氧化物(sio2)高的介电常数的材料，硅氧化物(sio2)具有约3.9至约4.2的相对介电常数。在一实施中，高k电介质230可以包括氧化铝、聚四氟乙烯(ptfe)-陶瓷、或硅。高k电介质230可以由铪(hf)基或锆(zr)基材料形成。在一实施中，高k电介质230可以包括铪氧化物(hfo2)、铪硅氧化物(hfsio)、铪硅氮氧化物(hfsion)、铪氮氧化物(hfon)、铪铝氧化物(hfalo)、铪镧氧化物(hflao)、锆氧化物(zro2)或锆硅氧化物(zrsio)。在一实施中，高k电介质230可以包括另外的材料，诸如镧氧化物(la2o3)、镧铝氧化物(laalo3)、钽氧化物(ta2o5)、钛氧化物(tio2)、锶钛氧化物(srtio3)、钇氧化物(y2o3)、铅钪钽氧化物(pbsc0.5ta0.5o3)或铌酸铅锌(pbznnbo3)。

电介质材料的介电常数可以通常随着频率的增大而减小。处于固体状态的电介质材料的介电常数可以随着温度的升高而增大。相反，处于流体状态的电介质材料的介电常数可以随着温度的升高而减小。

如图5a和图5b所示，当高k电介质230以介电常数的平衡状态布置在中央部分和边缘部分时，例如当第一高k电介质230-1设置在第一电介质插入层220-1中的中央部分并且第二高k电介质230-2设置在第二电介质插入层220-2中的边缘部分处并且不考虑布置的高度差时，从水平观察点可以看到介电常数在中央部分和边缘部分之间是平衡的。另外，当第一高k电介质230-1设置在第一电介质插入层220-1中的边缘部分并且第二高k电介质230-2设置在第二电介质插入层220-2中的中央部分时，这也可以对应于介电常数的平衡状态。

在介电常数的平衡状态下，晶片2000之上的电场和/或等离子体的密度可以是均匀的，并且其分布也可以是均匀的。然而，当边缘环150(见图1)在等离子体工艺期间被蚀刻时，晶片2000的边缘之上的电场和/或等离子体的密度会是不均匀的，导致等离子体的不均匀分布。

如图5c和图5d所示，当第一高k电介质230-1在第一电介质插入层220-1中如箭头所示移动到边缘部分时，边缘部分可以处于高介电常数状态。例如，当第一高k电介质230-1和第二高k电介质230-2分别设置在第一电介质插入层220-1和第二电介质插入层220-2中的边缘部分时，从水平观察点可以看到，边缘部分中的介电常数高于中央部分的介电常数。当介电常数在边缘部分中增大时，晶片2000的边缘之上的电场和/或等离子体的密度可以是均匀的并且等离子体的分布可以被改善。

在等离子体处理装置1000d中，高k电介质230可以处于固体状态并可以在电介质插入层220中在中央部分和边缘部分之间可移动。在一实施中，等离子体处理装置1000d可以包括移动处于固体状态的高k电介质230的推动件。在一实施中，高k电介质230可以在电介质插入层220中可手动地移动。

当esc支撑件200a包括电介质插入层220和处于固体状态的可移动的高k电介质230作为第二等离子体分布控制结构pcs2时，等离子体处理装置1000d可以控制腔室500内的边缘区域处的电场和/或等离子体的密度，从而防止边缘区域中的不均匀等离子体分布。例如，当实施具有如图5c和图5d所示的结构的esc支撑件200a时，等离子体的分布可以在边缘区域中被改善，因此，防止电场和/或等离子体集中在晶片200的边缘上。

图6a和图6b示出采用图5a和图5c所示的esc支撑结构的等离子体处理装置的效果的概念图。图6a和图6b示出esc支撑件的右半侧以及电场和/或等离子体的密度梯度。

参照图6a和图6b，当高k电介质设置在中央部分时，电场和/或等离子体的密度可以在边缘部分处偏高，如图6a所示。这种状态可以类似于当边缘环150(见图1)的上部如图3a所示被去除时发生的现象。

另外，如图6b所示，当高k电介质设置在边缘部分时，偏向边缘部分的电场和/或等离子体的密度可以变得均匀。这种状态可以类似于向倾斜电极供应电力的结果，如图3b所示。

因此，当电场和/或等离子体的密度偏向边缘部分，导致边缘区域中的不均匀的等离子体分布时，会期望，通过在边缘部分设置高k电介质材料而在边缘部分产生高介电常数状态，可以改善边缘区域处的不均匀等离子体分布。

作为参考，当减小晶片下面的支撑层的介电常数并因此阻抗被增大时，支撑层中流动的电流可以减小而传输到等离子体的电流可以增加，使得等离子体的密度增大。相反，当支撑层的介电常数增大并因此阻抗被减小时，支撑层中流动的电流增大而传输到等离子体的电流减少，使得等离子体的密度可以减小。当esc支撑件200内的边缘部分的介电常数根据这种原理改变时，等离子体的密度和与其对应的等离子体的分布可以在腔室500内的边缘区域处被控制。

图7a至图7d是根据另一实施方式的可应用于等离子体处理装置的esc支撑结构的截面图和平面图。图7b对应于图7a，图7d对应于图7c。已经参照图5a至图6b进行的重复的描述可以被简要阐述或省略。

参照图7a至图7d，等离子体处理装置1000e可以与图5a所示的等离子体处理装置1000d的不同之处在于：esc支撑件200b和电介质插入层220a的结构以及高k电介质230a的状态。例如，在等离子体处理装置1000e中，esc支撑件200b的电介质插入层220a可以由阻隔壁215a分为内电介质插入层220-in和外电介质插入层220-out。电介质插入层220a可以形成为单个层级。在一实施中，电介质插入层220a可以形成为具有多个层级，诸如两个层级或三个层级。

在等离子体处理装置1000e中，高k电介质230a可以处于流体状态，如气体或液体。因此，当高k电介质230a被提供到电介质插入层220a时，电介质插入层220a的介电常数可以通过控制高k电介质230a的量来控制。

例如，当高k电介质230a如图7a和图7b所示不被提供应到内电介质插入层220-in和外电介质插入层220-out中的任何一个时，介电常数可以在中央部分和边缘部分之间被平衡。在内电介质插入层220-in和外电介质插入层220-out都用高k电介质230a完全填充或部分填充至相同的量的情况下，可以实现介电常数的平衡状态。

另外，当高k电介质230a如图7c和图7d所示仅被提供到外电介质插入层220-out时，边缘部分可以处于高介电常数状态。此外，中央部分和边缘部分之间的介电常数差可以通过控制提供到外电介质插入层220-out的高k电介质230a的量来控制。如上所述，在发生不均匀等离子体分布(因为电场和/或等离子体由于边缘环的蚀刻而集中在边缘部分中)的情况下，当边缘部分变成高介电常数状态时，电场和/或等离子体在边缘区域中变得均匀，从而可以改善不均匀的等离子体分布。

图8a和图8b示出根据实施方式的可分别应用于等离子体处理装置的esc支撑结构的截面图。已经参照图5a至图7d进行的重复的描述可以被简要阐述或省略。

参照图8a，等离子体处理装置1000f可以与图5a所示的等离子体处理装置1000d的不同之处在于：esc支撑件200c还可以包括加热元件260。例如，在等离子体处理装置1000f中，esc支撑件200c可以包括加热元件260，诸如在第一电介质插入层220-1和第二电介质插入层220-2之间的灯丝加热器。在一实施中，加热元件260可以提供在esc支撑件200c内的各种位置。例如，加热元件260可以设置为有效地加热高k电介质230。加热元件260也可以分开地提供以对应于第一高k电介质230-1和第二高k电介质230-2。加热元件260也可以响应于第一高k电介质230-1和第二高k电介质230-2的移动而移动。

如上所述，处于固体状态的电介质的介电常数可以随着温度的升高而增大。因此，当处于固体状态的电介质被插入以完全填充电介质插入层220并且电介质的边缘部分采用加热元件260加热时，边缘部分可以变成高介电常数状态。

参照图8b，等离子体处理装置1000g可以与图7a所示的等离子体处理装置1000e的不同之处在于：esc支撑件200d还可以包括加热元件260。例如，在等离子体处理装置1000g中，esc支撑件200d可以包括在电介质插入层220a下面的加热元件260。在一实施中，加热元件260可以提供在允许加热元件260有效地加热高k电介质230a的位置。例如，加热元件260可以设置在电介质插入层220a之上或旁边。

如上所述，处于流体状态的电介质的介电常数可以随着温度的升高而减小。因此，当处于流体状态的高k电介质230a被提供到内电介质插入层220-in和外电介质插入层220-out两者并且仅内电介质插入层220-in中的高k电介质230a可以采用加热元件260加热时，中央部分的介电常数可以减小，因此，边缘部分可以变成高介电常数状态。

图9a和图9b示出根据实施方式的可应用于等离子体处理装置的窗口结构的截面图。已经参照图1进行的重复的描述可以被简要阐述或省略。

参照图9a和图9b，在等离子体处理装置1000h中，线圈插槽420可以形成在窗口400a的顶表面的边缘(例如背对反应空间)处。此外，线圈天线600a也可以包括提供在窗口400a的线圈插槽420处的附加线圈630。附加线圈630也可以连接到rf电源700。供应到附加线圈630的rf功率可以与供应到内线圈610和/或外线圈620的rf功率不同。如上所述，当rf功率采用提供在窗口400a的线圈插槽420的附加线圈630独立地供应时，电场和/或等离子体可以在腔室500(见图1)内的边缘区域中向外扩展。因此，可以改善腔室500内的边缘区域中的等离子体分布。

如图9a所示，线圈插槽420可以与外线圈620相比在水平方向(即x方向或径向方向)上形成在距窗口400a的中央更外面的位置，因此，附加线圈630可以与外线圈620相比在水平方向(即x方向或径向方向)上设置为距窗口400a的中央更远。例如，附加线圈630可以设置为在水平方向(即x方向)上从中央相对于外线圈620更向外第一距离d1。在一实施中，线圈插槽420在水平方向(即x方向)上的位置可以被调整为在水平方向(即x方向或径向方向)上与外线圈620的位置基本上相同或比外线圈620的位置更靠近窗口400a的中央。

等离子体处理装置1000h可以包括在竖直方向(即z方向)上(例如朝向和远离反应空间)移动附加线圈630的移动件。因此，附加线圈630可以在竖直方向(即z方向)上移动，如图9b所示。在一实施中，当附加线圈630在线圈插槽420中设置得深时，例如当附加线圈630靠近腔室500的内部或反应空间时，可以提高边缘区域中由附加线圈630在等离子体分布上实现的改善。相反，当附加线圈630在线圈插槽420中设置得浅，例如当附加线圈630远离腔室500的内部或反应空间时，可以降低边缘区域中由附加线圈630在等离子体分布上实现的改善。等离子体处理装置1000h可以通过控制附加线圈630在竖直方向(即z方向)上的位置而更精确地控制腔室500内的边缘区域中的等离子体分布。

另外，线圈插槽420可以形成在等离子体处理装置1000h中的窗口400a的顶表面的边缘处，如上所述。因此，线圈插槽420和附加线圈630可以不与腔室500内产生的等离子体接触，因此可以防止被等离子体损坏或污染。

图10示出根据实施方式的控制等离子体的分布的方法的流程图。该方法将参照图1至图2c、图5a至图5d以及图7a至图9b一起来描述。已经进行的描述可以被简要阐述或省略。

参照图10，在操作s110中，晶片2000可以设置在等离子体处理装置1000的腔室500内的esc100上。等离子体处理装置1000可以包括esc100、esc支撑件200和/或窗口400和线圈天线600的组，该esc100包括第一等离子体分布控制结构pcs1，该esc支撑件200包括第二等离子体分布控制结构pcs2，该窗口400和线圈天线600的组包括第三等离子体分布控制结构pcs3。在一实施中，等离子体处理装置1000可以是图1、图2a至图2c、图5a至图5d以及图7a至图9b所示的等离子体处理装置1000a至1000h中的任何一个。

晶片2000可以是对其实际执行等离子体工艺以制造多个半导体芯片的器件晶片。在一实施中，晶片2000可以是用于分析腔室500内的边缘区域中的等离子体分布的虚设晶片。例如，在采用虚设晶片检查腔室500内的等离子体的分布和对应于该分布的等离子体的均匀性之后，正常的器件晶片可以被装载到腔室500中并经受等离子体工艺。

之后，在操作s120中，工艺气体和rf功率可以被供应到腔室500以产生等离子体。工艺气体可以通过供气管提供到腔室500的气体喷头并可以从气体喷头喷射到腔室500中。rf功率可以通过配线电路750从rf电源700供应到线圈天线600。与rf功率的供应一起，dc功率或rf功率可以供应到esc100的中央电极110和第一倾斜电极120(见图2a)。

此时，等离子体的产生可以指采用所产生的等离子体对晶片2000执行等离子体工艺。等离子体工艺可以包括对晶片2000执行蚀刻、沉积、扩散或表面处理。在一实施中，等离子体可以用于光源或新材料的合成。

作为参考，等离子体可以分成低温等离子体和热等离子体。低温等离子体可以用于半导体工艺，诸如半导体制造、金属和陶瓷薄膜制造以及材料合成。热等离子体可以用于切割金属。低温等离子体可以根据应用领域分成大气等离子体、真空等离子体和下一代等离子体。真空等离子体技术产生具有保持在100托或更低的气体压力的低温等离子体。真空等离子体技术可以用于半导体工艺中的干蚀刻、薄膜沉积、光致抗蚀剂(pr)灰化、原子层沉积(ald)生长等，并可以用于显示器工艺中的蚀刻或显示面板上的薄膜沉积。

另外，等离子体可以根据等离子体产生方法分成电容耦合等离子体(ccp)、电感耦合等离子体(icp)、电子回旋共振(ecr)等离子体、表面波等离子体(swp)、螺旋波等离子体和电子束等离子体。在一实施中，等离子体处理装置1000可以是icp处理装置，因此，等离子体处理装置1000中产生的等离子体可以是icp。

在控制等离子体的分布的方法中，等离子体处理装置1000可以包括esc100、esc支撑件200和/或窗口400和线圈天线600的组，该esc100包括第一等离子体分布控制结构pcs1，该esc支撑件200包括第二等离子体分布控制结构pcs2，该窗口400和线圈天线600的组包括第三等离子体分布控制结构pcs3，因此，改善了腔室500内的等离子体的分布，更具体地，腔室500内的边缘区域中的等离子体分布。结果，可以稳定地执行等离子体工艺。

之后，在操作s130中可以分析腔室500内的等离子体的分布。等离子体分布的分析可以在等离子体工艺期间或之后进行。等离子体分布可以采用分析程序在分析仪中分析。例如，等离子体分布的分析可以通过如下执行：采用探针或oes装置检测腔室500内的等离子体而执行，该探针或oes装置可以联接到腔室500的观察口；以及采用分析仪中的分析程序根据检测到的等离子体数据分析等离子体的密度和分布。

等离子体分布的分析可以在等离子体工艺之后通过晶片2000的测量执行。例如，在采用等离子体进行蚀刻或沉积时，可以测量晶片2000的被蚀刻状态或沉积状态，并且分析仪可以采用分析程序根据所测量的数据计算腔室500内的等离子体的密度以分析等离子体分布。

在等离子体分布的分析之后，在操作s140中可以确定等离子体分布是否在容许限度内。该确定可以由分析仪执行。例如，分析仪可以准备用于等离子体工艺中的等离子体分布的参考数据，并可以比较参考数据与所分析的等离子体分布以确定等离子体分布是否在容许限度内。

当等离子体分布在容许限度内时(即在是的情况下)，该方法结束。当等离子体分布超过容许限度时(即在否的情况下)，在操作s150中，第一至第三等离子体分布控制结构pcs1、pcs2和pcs3中的至少一个可以被调整以控制等离子体分布。例如，当调整第一等离子体分布控制结构pcs1时，可以调整第一倾斜电极120(见图2a)的角度或供应到第一倾斜电极120的dc或rf功率。当调整第二等离子体分布控制结构pcs2时，可以调整电介质插入层220(见图5a)的高k电介质230(见图5a)的位置或介电常数。当调整第三等离子体分布控制结构pcs3时，可以调整附加线圈630(见图9a)的竖直位置或供应到附加线圈630的rf功率。

另外，第一至第三等离子体分布控制结构pcs1、pcs2和pcs3中的至少一个的调整可以基于由分析仪分析的电场和/或等离子体密度。在第一至第三等离子体分布控制结构pcs1、pcs2和pcs3中的至少一个的调整之后，该方法可以返回以在操作s110中将晶片装载到腔室500中、在操作s120中产生等离子体以及在操作s130中分析等离子体分布。

控制等离子体分布的该方法可以采用等离子体处理装置1000执行等离子体工艺，该等离子体处理装置1000包括esc100、esc支撑件200和/或窗口400和线圈天线600的组，该esc100包括第一等离子体分布控制结构pcs1，该esc支撑件200包括第二等离子体分布控制结构pcs2，该窗口400和线圈天线600的组包括第三等离子体分布控制结构pcs3，从而在等离子体工艺期间精确控制边缘区域中的等离子体的分布。结果，由于改善了边缘区域中的等离子体分布，该方法可以有助于等离子体工艺的稳定性，因此有助于制造优良和可靠的半导体器件。

图11示出根据实施方式采用图10所示的方法制造半导体器件的工序的流程图。已经参照图10进行的重复的描述可以被简要阐述或省略。

参照图11，可以执行参照图10描述的等离子体分布控制方法。等离子体分布控制方法可以包括对晶片2000执行的等离子体工艺。例如，在操作s120中产生等离子体可以对应于对晶片2000的等离子体工艺。

在图11中，“s140”表示执行图10所示的等离子体分布控制方法，并且从“s140”起的箭头表示当等离子体分布控制方法已经结束时进行随后的操作，更具体地，表示当等离子体分布控制方法已经结束时进行随后的操作，因为等离子体分布已经在容许限度内。等离子体分布控制方法可以用于常规的器件晶片。

在操作s210中，可以对晶片2000执行随后的半导体工艺。对晶片2000的后续半导体工艺可以包括各种工艺。例如，对晶片2000的后续半导体工艺可以包括沉积工艺、蚀刻工艺、离子工艺和/或清洁工艺。沉积工艺、蚀刻工艺、离子工艺和清洁工艺可以使用等离子体或可以不使用等离子体。当该工艺使用等离子体时，上述的等离子体分布控制方法可以应用于该工艺。半导体器件所需的集成电路和互连线可以通过对晶片2000执行后续半导体工艺而形成。后续半导体工艺也可以包括以晶片级(waferlevel)测试半导体器件的工艺。

在操作s220中，晶片2000可以被分离或切割为半导体芯片。该分离可以通过采用刀片或激光执行分割工艺而实现。

之后，在操作s230中，可以对半导体芯片执行封装工艺。封装工艺可以指在印刷电路板(pcb)上安装半导体芯片并用密封材料密封半导体芯片的工艺。封装工艺可以包括通过在pcb上堆叠多个半导体芯片成多层而形成堆叠封装，或通过堆叠多个堆叠封装而形成层叠封装(pop)结构。半导体器件或半导体封装可以通过封装工艺完成。在一实施中，在封装工艺之后，可以对半导体封装执行测试工艺。

在根据当前实施方式制造半导体器件的方法中，等离子体工艺可以采用图1至图2c、图5a至图5d以及图7a至图9b所示的等离子体处理装置1000和1000a至1000h中的一个执行，使得等离子体工艺可以优化，因此，可以制造优良和可靠的半导体器件。例如，该半导体器件制造方法可以采用等离子体处理装置执行等离子体工艺，该等离子体处理装置包括esc100、esc支撑件200和/或窗口400和线圈天线600的组，该esc100包括第一等离子体分布控制结构pcs1，该esc支撑件200包括第二等离子体分布控制结构pcs2，该窗口400和线圈天线600的组包括第三等离子体分布控制结构pcs3，从而改善腔室500内的边缘区域中的等离子体分布，因此优化等离子体工艺。结果，由于优化的等离子体工艺可以实现优良和可靠的半导体器件。

通过总结和回顾，可以使用电容耦合等离子体(ccp)、电感耦合等离子体(icp)、螺旋等离子体或微波等离子体。等离子体工艺可以与等离子体参数(例如电子密度、电子温度、离子通量和离子能量)直接相关。例如，等离子体密度和等离子体均匀性可以与产量紧密相关。

实施方式可以提供用于在等离子体工艺期间控制腔室的边缘区域中的等离子体分布的等离子体处理装置，从而对半导体基板可靠地执行等离子体工艺。

实施方式可以提供一种用于制造半导体器件的装置，更具体地，利用等离子体执行工艺的等离子体处理装置。

这里已经公开了示例实施方式，并且尽管特定的术语被使用，但是它们仅以一般的和描述性的含义来使用和解释，而不是为了限制的目的。在某些情况下，如直到本申请提交时为止对于本领域普通人员将是显然的，关于特定实施方式描述的特征、特性和/或元件可以单独地使用或与关于其它实施方式描述的特征、特性和/或元件结合地使用，除非另外地明确指示。因此，本领域技术人员将理解，可以进行形式和细节上的各种变化，而没有脱离如权利要求书阐述的本发明的精神和范围。

于2017年11月15日在韩国知识产权局提交且名称为“等离子体处理装置”的韩国专利申请第10-2017-0152501号通过引用整体地结合于此。