JP2024507782A - 機械的強度または寿命に影響を与えることのないプラズマ均一性のためのｃシュラウド改良 - Google Patents

Abstract

【解決手段】プラズマ処理チャンバで用いるための閉じ込めリングは、上部水平部、垂直部、および下部水平部を含む。上部水平部は、閉じ込めリングの上部内半径と外半径との間に延びる。下部水平部は、閉じ込めリングの下部内半径と外半径との間に延び、下部内半径に延びる伸長部を備える。下部水平部の上面は、下部内半径に向かって下がる角度を提供する。垂直部は、閉じ込めリングの外半径と内側半径との間に配置される。垂直部は、閉じ込めリングの上部水平部を下部水平部に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体処理モジュールにおいて用いられる閉じ込めリングに関する。

半導体処理では、集積回路を規定するフィーチャを形成するために、基板には様々な動作が施される。例えば、堆積動作について、基板は処理チャンバ内に受け入れられ、形成されるフィーチャの種類に応じて特定種類の反応ガスがチャンバに供給され、高周波電力が印加されてプラズマが生成される。基板は、静電チャックなどの下部電極に規定された基板支持体上に受け取られる。シャワーヘッドなどの上部電極は、処理チャンバに特定種類の反応ガスを提供するために用いられる。高周波電力は、対応する整合ネットワークを通じて反応ガスに印加されて、基板表面上にイオンを選択的に堆積させるために用いられるプラズマが生成され、微細フィーチャが形成される。反応ガスは、微粒子やガスなどの副生成物を生成する。それらは、基板表面上に形成された微細フィーチャの完全性を維持するために、プラズマチャンバから迅速に除去される必要がある。

生成されたプラズマを処理領域内に閉じ込めるために、一組の閉じ込めリングが処理領域を囲むように規定される。さらに、歩留まりを向上させ、プラズマの大部分が処理のために受け入れられた基板上方にあることを確実にするために、プラズマ領域を取り囲む閉じ込めリングは、基板が処理のため受け入れられたときに、基板上方の領域だけでなくエッジリングの上方、および、エッジリングに隣接して配置された外側閉じ込めリング上方の領域も覆うように、処理領域を拡大するように構成されてよい。一組の閉じ込めリングは、プラズマを処理領域内に閉じ込めるように機能するだけでなく、チャンバ壁を含む処理チャンバの内部構造を保護するようにも機能する。

基板表面上に形成されるフィーチャの完全性は、処理領域内の均一なプラズマ密度に依存する。プラズマ均一性は、閉じ込めリング（例えば、Ｃシュラウド）の形状を調節して処理領域の体積を増加させることによって調整できる。しかし、閉じ込めリングの体積を増加させるために閉じ込めリングの形状または構造を変更することは、例えば、処理チャンバ内で用いられるハードウェア（処理チャンバスペーサプレート、接合ハードウェアなど）への大幅な変更を必要とするかもしれない。あるいは、閉じ込めリングの構造への変更は、閉じ込めリングの機械的強度の損失または寿命の短縮をもたらす可能性がある。

本発明の実施形態は、このような状況で生じた。

本発明の様々な実施形態は、プラズマをプラズマ領域内に閉じ込めるためにプラズマ処理チャンバで用いられる閉じ込めリングの構造を規定する。閉じ込めリングは、外半径と上部内半径との間に延びる上部水平部と、外半径と下部内半径との間に延びる下部水平部と、上部水平部の底面と外半径に規定された下部水平部の上面との間に延びる垂直部とを備えるように規定される。閉じ込めリングの下部水平部の上面は、下部内半径に向かって下がる上面に沿って設けられた角度で規定された傾斜によって規定される。傾斜は、下部水平部に厚差をもたらし、閉じ込めリングの内側半径付近の下部水平部の厚さは、下部内半径における下部水平部の厚さよりも大きい。いくつかの実施形態では、下部水平部の底面は平坦になるように規定される。あるいは、上面の傾斜の規定に加えて、第２の傾斜が下部水平部の底面に沿って規定される。第２の傾斜は、下部内半径に向かって下がる底部に沿って提供される第２の角度によって形成される。底部における第２の傾斜は、閉じ込めリングに用いられる付加材料を追加することにより規定されてよい。いくつかの実施形態では、下部水平部の底面に沿った第２の傾斜の形成は、下部内半径における下部水平部の厚さに等しい内側半径付近の下部水平部の厚さをもたらす。別の実施形態では、下部水平部の底面に沿った第２の傾斜の形成は、下部内半径付近の下部水平部の厚さとは異なる内側半径付近の下部水平部の厚さをもたらしてよい。下部水平部に傾斜形状を備えることによる閉じ込めリングの形状の改良は、プラズマ処理チャンバの他のハードウェア部品の再設計を必要とせずにプラズマ領域内のプラズマ均一性を調整するのに役立つ。さらに、下部水平部に行われた改良（例えば、下部水平部の上面および底面の両方に沿って傾斜面を規定すること）は、消耗品である閉じ込めリングの機械的強度または寿命に悪影響を及ぼすことを回避する。

下部水平部は、その長さに沿って規定された複数のスロットを備える。各スロットは、下部水平部に沿って内径から外径まで径方向に、および、下部水平部の上面と底面との間に垂直に延びるように規定される。複数のスロットは、プラズマ領域内の最適なプラズマ密閉を確実にしながら、プラズマ領域で発生した副生成物および中性ガスを除去するのに用いられる。いくつかの実施形態では、各スロットは平行のスロット形状を備えるように規定されてよく、そこでは、内径に規定された内スロット半径は外径に規定された外スロット半径に等しい。別の実施形態では、下部水平部に傾斜形状を備えることに加えて、複数のスロットはテーパ状のスロット形状を用いて規定される。スロットは、プラズマに常に曝されることでその長さに沿って異なる摩耗を受けるため、テーパ状のスロット形状が有益である。テーパ状スロット形状は、閉じ込めリングの使用寿命を向上させながら、スロット間の限られた空間を最適に扱うことに役立つ。

例えば、スロットの摩耗は、外径よりも内径において大きい。この不均等な摩耗は、スロットの外径に対する内径付近のプラズマ体積の差異に起因する可能性がある。摩耗が限界寸法に達したときは、プラズマの非密閉が生じないことを確実にするため、閉じ込めリングは交換される必要がある。テーパ状スロット形状は、閉じ込めリングの寿命を延ばしながら不均等な摩耗に対処するのに役立つ。テーパ状スロット形状は、内径に狭い端部および外径に広い端部を規定することにより、スロット周りの領域を効率的に利用する。テーパ形状は、スロットの狭い端部がスロットの広い端部とほぼ同時に限界寸法に近付くことを可能にし、その結果、寿命の末期に全スロット長さが限界密閉寸法に達する。テーパ状スロット形状は、スロット周りの領域、特に外径における領域を効率的に利用することで、プラズマ領域内の最適なプラズマ密閉を維持しながら閉じ込めリングの使用寿命を延ばす。その結果、プラズマ処理チャンバにおいて閉じ込めリングが用いられうる処理サイクル数が増えるため、消耗品の閉じ込めリングに関連する費用は減少する。そのため、閉じ込めリングの本来の平均余命は、閉じ込めリング構造への改良（すなわち、テーパ状スロット形状および傾斜した下部水平部を含む）によって、プラズマ処理チャンバの他のハードウェア部品の再設計を必要とせずに維持される（すなわち、閉じ込めリングの寿命は損なわれない）。

一実施形態では、プラズマ処理チャンバで用いるための閉じ込めリングが開示される。閉じ込めリングは、上部水平部、下部水平部、および垂直部を備える。上部水平部は、閉じ込めリングの上部内半径と外半径との間に延びる。下部水平部は、閉じ込めリングの下部内半径と外半径との間に延びる。下部水平部の上面は、下部内半径に向かって下がる角度を提供し、その角度は上面に沿って傾斜を規定する。下部水平部は、下部内半径に沿って下向きに延びる伸長部を含む。垂直部は、閉じ込めリングの外半径と内側半径との間に配置される。垂直部は、閉じ込めリングの上部水平部を下部水平部に接続する。

一実施形態では、内側半径付近の下部水平部の第１の厚さが下部内半径における下部水平部の第２の厚さよりも大きくなるように、下部水平部の底面は平坦である。

一実施形態では、第１の厚さは、第２の厚さよりも約１０％～約４０％大きい。

一実施形態では、角度は、下部水平部の上面に沿って傾斜を規定する。傾斜は、水平のｘ軸から測定して約０．２０°～約１°になるように規定される。

一実施形態では、下部水平部の底面は、下部内半径に向かって下がる第２の角度を提供する。第２の角度は、第２の傾斜を規定する。下部水平部の底面に規定された第２の傾斜の第２の角度は、内側半径付近の下部水平部の第１の厚さが下部内半径に規定された下部水平部の第２の厚さに等しくなるように、下部水平部の上面に規定された傾斜の角度に等しい。

一実施形態では、内側半径付近で上部水平部の底面と下部水平部の上面との間に規定された第１の高さは、閉じ込めリングの下部内半径において上部水平部の底面と下部水平部の上面との間に規定された第２の高さよりも小さい。

一実施形態では、下部水平部、上部水平部、および垂直部は、プラズマ処理チャンバで発生したプラズマを閉じ込めるように構成されたＣ字形構造体を規定するように一体的に接続される。

一実施形態では、下部水平部は複数のスロットを備える。複数のスロットの各スロットは、下部水平部に沿って内径から外径まで半径方向に延びる。各スロットの内径におけるスロット内半径は、外径におけるスロット外半径に等しい。

一実施形態では、スロットの内径は、下部内半径によって規定されたリング内径よりも大きく、スロットの外径は、閉じ込めリングの外径によって規定されたリング外径よりも小さい。

一実施形態では、下部水平部は複数のスロットを備える。複数のスロットの各スロットは、下部水平部に沿って内径から外径まで半径方向に延びる。各スロットの内径における内スロット半径は、外径における外スロット半径よりも小さい。

一実施形態では、各スロットの内スロット半径と外スロット半径との差は、各スロットが外径から内径に向かって先細りするようにスロットテーパを規定する。スロットテーパに影響を与える内スロット半径および外スロット半径は、スロットの対応する内径および外径における摩耗率の逆数になるようにサイズ決めされる。内スロット半径：外スロット半径の比率は、約１：１．１～約１：１．５である。

一実施形態では、上部内半径は、閉じ込めリングの下部内半径よりも大きい。

一実施形態では、下部水平部に規定された伸長部は、下部内半径において垂直下向きに延びる。

一実施形態では、下部水平部に規定された伸長部は、角度付き上部および垂直底部によって規定される。角度付き上部は、下部内半径において下部水平部の上面に規定された下向き傾斜点で下がる第３の角度を提供し、垂直底部は、角度付き上部の底部から下向きに延びるように規定される。

一実施形態では、上部水平部の上面は複数の穴を備える。複数の穴の各穴は、閉じ込めリングをプラズマ処理チャンバの上部電極に結合するために上部電極の底面に規定された固定手段の一部を受け入れるように構成される。

一実施形態では、下部水平部の伸長部は、プラズマ処理チャンバの下部電極の上面に規定された高周波ガスケットに載るように構成される。

別の実施形態では、プラズマ処理チャンバで用いるための閉じ込めリングが開示される。閉じ込めリングは、上部水平部、下部水平部、および垂直部を備える。上部水平部は、閉じ込めリングの上部内半径と外半径との間に延びる。下部水平部は、閉じ込めリングの下部内半径と外半径との間に延びる。下部水平部の上面は、上面に沿って第１の傾斜を規定するように、下部内半径に向かって下がる第１の角度を提供する。下部水平部の底面は、底面に沿って第２の傾斜を規定するように、下部内半径に向かって下がる第２の角度を提供する。下部水平部は、下部内半径に沿って下に延びる伸長部を含む。垂直部は、閉じ込めリングの外半径と内側半径との間に配置される。垂直部は、閉じ込めリングの上部水平部を下部水平部に接続する。

一実施形態では、第１の傾斜の第１の角度は、第２の傾斜の第２の角度に等しい。

一実施形態では、内側半径付近の下部水平部の第１の厚さは、下部内半径における下部水平部の第２の厚さに等しい。内側半径付近で上部水平部の底面と下部水平部の上面との間に規定された第１の高さは、下部内半径において上部水平部の底面と下部水平部の上面との間に規定された第２の高さよりも小さい。

一実施形態では、下部水平部は複数のスロットを備える。複数のスロットの各スロットは、下部水平部に沿って内径から外径まで半径方向に延びる。各スロットの内径における内スロット半径は、各スロットの外径における外スロット半径に等しい。各スロットの内径は、下部内半径によって規定された閉じ込めリングのリング内径よりも大きく、スロットの外径は、外半径によって規定された閉じ込めリングのリング外径よりも小さい。

一実施形態では、下部水平部は複数のスロットを備える。複数のスロットの各スロットは、下部水平部に沿って内径から外径まで半径方向に延びる。内径における各スロットの内スロット半径は、外径における外スロット半径よりも小さい。

さらに別の実施形態では、プラズマを内部に閉じ込めるためのプラズマ処理チャンバが開示される。プラズマ処理チャンバは、基板を支持するための下部電極と、下部電極の上方に配置された上部電極とを備える。プラズマ処理チャンバは、下部電極と上部電極との間に配置された閉じ込めリングを備える。閉じ込めリングは、上部水平部、下部水平部、および垂直部を備える。上部水平部は、閉じ込めリングの上部内半径と外半径との間に延びる。下部水平部は、閉じ込めリングの下部内半径と外半径との間に延びる。下部水平部の上面は、下部内半径に向かって下がる角度を提供する。その角度は、上面に沿って傾斜を規定する。下部水平部は、下部内半径に沿って下に延びる伸長部を有する。垂直部は、閉じ込めリングの外半径と内側半径との間に配置される。垂直部は、閉じ込めリングの上部水平部および下部水平部を接続する。

一実施形態では、下部水平部の底面は、下部内半径に向かって下がる第２の角度を提供する。第２の角度は、底面に沿って第２の傾斜を規定する。底面に沿って規定された第２の傾斜の第２の角度は、下部水平部の上面に規定された傾斜の角度に等しい。

一実施形態では、下部水平部は複数のスロットを備える。複数のスロットの各スロットは、下部水平部に沿って内径から外径まで半径方向に延びるように構成される。内径における各スロットの内スロット半径は、外径における各スロットの外スロット半径よりも小さい。

一実施形態では、各スロットの内径は、閉じ込めリングの下部内半径によって規定されたリング内径よりも大きく、スロットの外径は、閉じ込めリングの外半径によって規定されたリング外径よりも小さい。

一実施形態では、上部内半径は、閉じ込めリングの下部内半径よりも大きい。

一実施形態では、閉じ込めリングの下部水平部、垂直部、および上部水平部は、プラズマ処理チャンバに規定されたプラズマ領域にプラズマを閉じ込めるために、切れ目のないＣ字形構造を規定する。閉じ込めリングは、シリコン、ポリシリコン、炭化シリコン、炭化ホウ素、セラミック、およびアルミニウムの１つから作られる。

一実施形態では、伸長部は、閉じ込めリングの下部水平部、垂直部、および上部水平部と一体化している。伸長部は、下部水平部の底面の垂直方向下方に延びるように構成される。

一実施形態では、上部電極は電気的に接地され、下部電極は対応する整合ネットワークを介して高周波電源に接続される。

一実施形態による、下部水平部の上面に沿って規定されたテーパ形状を有する閉じ込めリングが用いられるプラズマ処理チャンバの一部の拡大垂直断面図。

一実施形態による、下部水平部の上面に沿って規定されたテーパ形状を有する例示的な閉じ込めリング。

閉じ込めリングの下部水平部の上面および底面の両方に規定されたテーパ形状を備える、図２Ａに示す閉じ込めリングの別の実施形態。

伸長部の上部が直線形状を有する、図２Ａに示す閉じ込めリングの別の実施形態。

一実施形態による、（基板が存在するときの）基板表面の半径にわたる酸化物ブランケットエッチング速度に対応するプラズマ密度変化の代表的グラフ。

一実施形態による、下部水平部の上面に沿ってテーパ形状を有し、下部水平部に沿って規定された平行のスロット形状を備える複数のスロットを有する閉じ込めリングの一部の拡大図。

閉じ込めリングの下部水平部の上面および底面に沿ってテーパ形状を有し、下部水平部に沿って規定されたテーパ形状の複数のスロットを有する、図４Ａに示す閉じ込めリングの別の実施形態。

一実施形態による、閉じ込めリングの下部水平部に沿って規定されたテーパ形状のスロットの拡大図。

一実施形態による、開始時のテーパ状スロット形状、および、閉じ込めリングの寿命末期の摩耗スロット形状の拡大図。

一実施形態による閉じ込めリングの上面斜視図。

本明細書に記載の様々な実施形態では、プラズマ処理チャンバで用いるための閉じ込めリングは、プラズマ処理チャンバに規定されたプラズマ領域内の最適なプラズマ密閉を確実にしながら、閉じ込めリングの使用寿命を向上させるように構成される。プラズマ処理チャンバで用いられる閉じ込めリングは、上部水平部、垂直部、および下部水平部を備える。上部水平部は外半径から上部内半径に延びるように規定され、上部水平部の上面および底面は平坦になるように規定される。下部水平部は、外半径から下部内半径に延びるように規定される。垂直部は、閉じ込めリングの外半径と内側半径との間に配置され、閉じ込めリングの上部水平部を下部水平部に接続する。下部水平部の上面は、下部内半径に向かって下に傾斜する傾斜を規定するようにテーパ形状を備える。上面に規定された傾斜は、内側半径および下部内半径付近で閉じ込めリングの下部水平部の厚さに差異をもたらす。加えて、傾斜は、内側半径付近および下部内半径において上部水平部の底部と下部水平部の上部との間に規定されたギャップの高さに差異をもたらす。高さの差異は、プラズマ領域、特に閉じ込めリングで覆われた領域（例えば、基板がプラズマ処理チャンバ内に存在するときの基板の縁部領域上方、および、基板を囲むエッジリング上方の領域）で発生したプラズマの体積の増加をもたらす。

閉じ込めリング内のギャップの増加は、プラズマ均一性に良い影響を与える。プラズマ均一性は、プラズマ領域内の体積増加によるプラズマ拡散の変化に起因してよい。よって、プラズマ均一性は、プラズマ処理チャンバの他のハードウェア部品の再設計を必要とせずにプラズマをプラズマ領域に閉じ込めるのに用いられる閉じ込めリングの形状を変更することにより調整できる。閉じ込めリングの従来の設計を変更するための既存方法は、ハードウェアへの大幅な変更を必要とする、または、閉じ込めリングの機械的強度の損失、およびその結果として寿命の損失をもたらす。

プラズマ体積を増加させるために、閉じ込めリングに選択的変更が行われる（例えば、閉じ込めリングの下部水平部に沿った傾斜を含む）。閉じ込めリング構造に行われた変更は、閉じ込めリングの全体構造から実質的に外れないため、プラズマ処理チャンバ内の他のハードウェア部品（例えば、チャンバスペーサプレート、接合ハードウェアなど）への改良を必要としない。いくつかの実施形態では、閉じ込めリングの機械的強度および全体寿命を向上させるために、傾斜を備えることによるさらなる改善が下部水平部の底面に行われてよい。傾斜は、下部内半径に向かって下がる角度を提供するように、底部の長さに沿って閉じ込めリングの追加材料を加えることにより底面に規定されてよい。底面の追加材料は、下部水平部において傾斜を維持し続けながら下部水平部の長さに沿って全厚均一性を提供するように、下部水平部の厚さを増加させるように構成される。

下部水平部は、プラズマ領域内のプラズマ密閉を保護しながらプラズマ領域から副生成物を効率的に除去するための複数のスロットを備える。スロットは、プラズマ領域からの副生成物排出のための導管を提供するように、下部水平部に沿って内径から外径に縦方向に、また、下部水平部の上面と底面との間で深さ方向に延びるように規定される。いくつかの実施形態では、スロットは、長さに沿って平行なスロット形状を備えるように規定されてよく、内径における内スロット半径は、外径における外スロット半径と同じである。別の実施形態では、スロットは、内径では狭く外径では広くなるようにテーパ状のスロット形状を備えるように規定されてよい。外径における広い側は広い外スロット半径を有し、内径における狭い側は狭い内スロット半径を有する。各スロットの、内径における内スロット半径および外径における外スロット半径は、対応する内径および外径における摩耗率の逆数になるようにサイズ決めされる。内径の狭いスロットで開始することで、プラズマ非密閉の限界寸法に達する前に、内径においてより多くの摩耗が生じることができる。使用寿命の末期に、内径の小内スロット半径は内径の高摩耗率を相殺し、広い外スロット半径は外径の低摩耗率を相殺することにより、スロットの長さに沿った直線スロット形状がもたらされる。内スロット半径と外スロット半径との差は、各スロットが全スロット長さに沿って同時に密閉限度に達することをもたらす。テーパ状スロットは、狭い側に沿っていくらかの開口領域をもたらしてよい。狭い側に沿った開口領域を補償するために、全スロット数は増加されてよい。全スロット数の増加は、テーパ状スロットの狭い側に沿った予測される摩耗量を考慮する。

下部水平部の長さに沿った傾斜形状、および、下部水平部の長さに沿って規定された複数のスロットのテーパ状スロット形状を有する改良された閉じ込めリング構造は、（ａ）プラズマ均一性の全体的な向上、（ｂ）副生成物の効率的な除去、および（ｃ）閉じ込めリングの寿命の全体的な向上をもたらす。前記の利点は、プラズマ処理チャンバ内の他のハードウェア部品（例えば、チャンバスペーサプレート、接合ハードウェアなど）の再設計を必要とせずに実現される。本発明の前記要約に対し、様々な図を参照して以下に特定の実施形態が説明される。

図１は、一実施形態において、プラズマを閉じ込めるための閉じ込めリングを用いるプラズマ処理チャンバ１００の一部の簡易ブロック図を表す。一実施形態では、プラズマ処理チャンバ１００は、高周波（ＲＦ）電力をプラズマ処理チャンバ１００に提供するための下部電極１０４と、プラズマ処理チャンバ１００内でプラズマを生成するために処理ガスを提供するための上部電極１０２とを備える、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理チャンバ（または単に、以下、「プラズマ処理チャンバ」と呼ばれる）であってよい。下部電極１０４は、対応する整合ネットワーク１０７を介してＲＦ電源１０６に接続される。ＲＦ電源１０６の第１の端部は整合ネットワーク１０７に接続され、ＲＦ電源１０６の第２の端部は電気的に接地される。ＲＦ電源１０６は、１つ以上のＲＦ発電機（図示せず）を備えてよい。

一実施形態では、下部電極１０４の上面は、基板１１０が処理のために受け取られる基板支持面を規定する。エッジリング１１２は、基板１１０が処理のために受け取られたときに基板１１０を取り囲むように、下部電極１０４の基板支持面に隣接して規定される。エッジリング１１２の上面は、基板が下部電極１０４の基板支持面上に支持されたときに基板１１０の上面と同一平面になるように規定される。エッジリング１１２は、プラズマ処理チャンバ１００内に発生するプラズマのための処理領域（プラズマ領域１０８）を拡大して、基板の端部を越える領域からエッジリング１１２の外縁を覆う広範囲の処理領域よりも拡大するように構成される。エッジリング１１２の外縁に隣接して１つ以上の誘電体リング１２０が配置される。ＲＦ電源１０６は、整合ネットワーク１０７を介して下部電極の底部に接続され、プラズマ処理チャンバ１００にＲＦ電力を提供する。接地リング１２２は、１つ以上の誘電体リング１２０の一部の下方に隣接して配置され、下部電極１０４を囲むように構成される。支持構造体１１８は、下部電極１０４の接地リング１２２の一部を囲むように配置される。ＲＦガスケット１１６は、支持構造体１１８の上面に配置される。いくつかの実施形態では、ＲＦガスケット１１６は、支持構造体１１８の上面に規定された流路内に配置されてよい。支持構造体１１８は、水晶素子、または、プラズマ処理チャンバ１００で用いるのに適した他の絶縁材で作られてよい。

一実施形態では、上部電極１０２は、１つ以上の処理ガス源（図示せず）に接続された１つ以上の入口（図示せず）、および、下部電極１０４に対面する上部電極１０２の底面に分散された複数の出口を備えるシャワーヘッドであってよい。複数の出口は、処理ガスを１つ以上の処理ガス源から、上部電極１０２と下部電極１０４との間に規定されたプラズマ処理領域（または、単に「プラズマ領域」と呼ばれる）１０８に供給するように構成される。上部電極１０２は、複数の電極で構成されてよい。図１は、そのような一実施形態であって、上部電極１０２が、中央に配置された内側上部電極１０２ａと、内側上部電極１０２ａに隣接して囲むように配置された外側電極１０２ｂとを含む一実施形態を示す。この実施形態では、上部電極１０２は電気的に接地されて、プラズマ処理チャンバ１００ａに供給されるＲＦ電力の接地への帰路が提供される。外側電極１０２ｂは、底面に沿って配置された複数の固定手段（図示せず）を備える。固定手段は、上部電極１０２を閉じ込めリング１４０に結合するために用いられる。

閉じ込めリング構造体（または単に、以下、「閉じ込めリング」と呼ばれる）１４０は、上部電極１０２と下部電極１０４との間に配置される。閉じ込めリング１４０は、チャンバ内で発生したプラズマが十分に封じ込められる密閉チャンバ空間を規定する。密閉チャンバ空間は、プラズマ領域１０８を規定する。閉じ込めリング１４０はＣ字形構造体で、Ｃ字形の開口部は、処理チャンバ１００の上部電極１０２と下部電極１０４との間に規定されたプラズマ領域１０８の内側に向く。閉じ込めリング１４０の形状およびプラズマを領域に閉じ込める機能から、閉じ込めリングは「Ｃシュラウド」と呼ばれてもよい。閉じ込めリング１４０は、プラズマ処理チャンバ１００の広範囲のプラズマ領域１０８にプラズマを閉じ込めるのに用いられる。閉じ込めリング１４０は、その上部において上部電極１０２の一部である外側電極１０２ｂに結合されるように構成される。閉じ込めリング１４０は上部電極１０２の一部であり、閉じ込めリング１４０の底部は、下部電極１０４の支持構造体１１８の上面に載るように構成される。ＲＦガスケット１１６は、プラズマ処理チャンバ１００が処理に従事するときに上部電極１０２と下部電極１０４との強力な結合を提供するように、支持構造体１１８の上面に設けられる。ＲＦガスケット１１６は、上部電極１０２と下部電極１０４との間が空気結合されることを確実にする。一実施形態では、支持構造体１１８は、少なくとも基板支持面、エッジリング１１２、１つ以上の誘電体リング１２０、および接地リング１２２を備える下部電極１０４の領域を囲むように構成される。

図１のプラズマ処理チャンバは特定の部品のみを備えるように示されているが、実際には、プラズマ処理チャンバは基板処理に必要な複数の追加部品を備えることに注意されたい。さらに、図１に示す様々な構成要素は、それらの異なる特徴を識別するために、正しい縮尺で描かれなくてよい、および／または誇張されてよい。

概して、閉じ込めリング１４０は、上部水平部１４１、垂直部１４２、および下部水平部１４３を備える。上部水平部１４１は第１の長さで延び、プラズマ領域１０８に面する底面１４１ａと、プラズマ領域１０８の反対側に面する上面１４１ｂとによって規定される。閉じ込めリング１４０を上部電極１０２に結合するときに外側電極１０２ｂの底面に規定された固定手段を受け入れるために、上面１４１ｂ全体に複数の穴が分散されている。一実施形態では、上部水平部１４１の底面１４１ａおよび上面１４１ｂは、実質的に平坦（すなわち、水平）である。別の実施形態では、上部水平部１４１の内端において、第１の段差１４８ａが上部水平部１４１の上面１４１ｂに規定される。第１の段差は、外側電極１０２ｂを受け入れるのに用いられ、閉じ込めリング１４０を外側電極１０２ｂに結合するときに閉じ込めリング１４０の確実な接合を提供するために用いられてよい。この実施形態では、上部水平部１４１の底面１４１ａは、実質的に平坦である。さらに別の実施形態では、第１の段差１４８ａは上部水平部１４１の上面１４１ｂに規定され、第２の段差１４８ｂが上部水平部１４１の内端において上部水平部１４１の底面１４１ａに規定される。この実施形態では、第１の段差１４８ａおよび第２の段差１４８ｂは、いずれも高さが延びている。別の実施形態では、第１の段差１４８ａは第１の高さ分延び、第２の段差１４８ｂは第２の高さ分延びてよい。別の実施形態では、上部水平部１４１の底面１４１ａは、上部水平部に沿って傾斜を規定するように上部内半径１５１に向かって上がる角度を提供する。一例では、上部水平部の底面の傾斜角度は、０°よりも大きく１°よりも小さくなるように規定されてよいが、他の傾斜範囲が想定されてもよい。

垂直部１４２は、プラズマ領域１０８に面する内側面１４２ａと、プラズマ領域１０８の反対側に面し、処理チャンバ１００の壁の内側に向かって面する外側面１４２ｂとを備える。一実施形態では、垂直部１４２の内側面１４２ａおよび外側面１４２ｂは垂直である。図１は、そのような垂直部１４２の内側面１４２ａおよび外側面１４２ｂが垂直な一例を示す。別の実施形態では、垂直部１４２の内側面１４２ａは湾曲し、垂直部１４２の外側面１４２ｂは垂直である。さらに別の実施形態では、垂直部１４２の内側面１４２ａおよび外側面１４２ｂは、いずれも湾曲する。

下部水平部１４３は第２の長さで延び、プラズマ領域１０８に面する上面１４３ａと、プラズマ領域１０８の反対側に面する底面１４３ｂとによって規定される。下部水平部１４３の上面１４３ａは、下部水平部１４３の内端に向かって垂直部から下り傾斜となる。下部水平部１４３の傾斜は、上部水平部１４１と下部水平部１４３との間に規定されたギャップの高さに変化を生じさせる。いくつかの実施形態では、垂直部１４２付近で上部水平部１４１と下部水平部１４３との間に規定された第１の高さ「ｈ１」は、下部水平部１４３の内縁付近で上部水平部１４１と下部水平部１４３との間に規定された第２の高さ「ｈ２」よりも小さい。また、下部水平部１４３は、下部水平部１４３の内縁に配置され、下部水平部１４３の底面１４３ｂから下に延びる伸長部１４４を備える。図１に示す一実施形態では、伸長部１４４は真っ直ぐの内側面を備える。

一実施形態では、上部水平部１４１、垂直部１４２、および下部水平部１４３は、Ｃ字形構造体を規定するように一体的に接続されてよい。別の実施形態では、上部水平部１４１、垂直部１４２、および下部水平部１４３は、３つの別個の要素であり、上部水平部１４１の底面が垂直部１４２の上部に載って、垂直部１４２の上面に結合されるように構成されてよい。垂直部１４２の底面は、下部水平部１４３の上部に載って下部水平部１４３の上面１４３ａに結合されるように構成される。上部水平部１４１、垂直部１４２、および下部水平部は共に、プラズマ処理チャンバ１００で発生したプラズマをプラズマ領域１０８に閉じ込めるためのＣ字形構造体を形成する。

図２Ａは、一実施形態においてプラズマ処理チャンバ１００で用いられる閉じ込めリング１４０の拡大断面図を表す。図２Ａの図は、閉じ込めリング１４０の様々な基準点を特定する。上記のように、閉じ込めリング１４０はＣ字形構造体であり、上部水平部１４１、垂直部１４２、下部水平部１４３、および伸長部１４４を備える。上部水平部１４１は、閉じ込めリング１４０の外半径１５０と上部内半径１５１との間に延び、底面１４１ａおよび上面１４１ｂを備える。上部水平部１４１の底面１４１ａおよび上面１４１ｂは、上部内半径１５１に段差を備えてよい、または備えなくてよい。底面１４１ａはプラズマ領域１０８に面し、上面１４１ｂはプラズマ領域１０８の反対側に面する。上部水平部１４１の上面１４１ｂは、円形状配向で均一に分散され、外側電極１０２ｂの底面に沿って配置された対応する固定手段と位置が合うように規定された複数の留め具穴（または、単に「穴」と呼ばれる）（図示せず）を備える。外側電極１０２ｂの固定手段および外側電極１０２ｂの上面１４１ｂの留め具穴は、閉じ込めリング１４０を上部電極１０２に結合させるように規定される。

閉じ込めリング１４０の垂直部１４２は、閉じ込めリングの外半径１５０と内側半径１５３との間に配置される。垂直部１４２は、プラズマ領域１０８の内側に面する内面１４２ａと、プラズマ領域１０８の反対側に面する外面１４２ｂとを備える。垂直部１４２の内面１４２ａおよび外面１４２ｂのいずれかまたは両方は、垂直であってよい、または湾曲してよい。垂直部は、プラズマが閉じ込められるギャップを規定する高さで、上部水平部１４１と下部水平部１４３との間に延びる。いくつかの実施形態では、垂直部１４２は、Ｃ字形構造体を規定するように上部水平部１４１を下部水平部１４３に結合させる。

下部水平部１４３は、閉じ込めリング１４０の外半径１５０と下部内半径１５２との間に延びる。一実施形態では、閉じ込めリング１４０の下部内半径１５２は、閉じ込めリング１４０の上部内半径１５１よりも小さい。下部水平部は、上面１４３ａおよび底面１４３ｂを備える。下部水平部１４３の上面１４３ａは、下部内半径１５２に向かって下がる角度を提供するように規定されるが、下部水平部１４３の底面１４３ｂは平坦になるように規定される。この角度は、下部水平部１４３の上面１４３ａに沿って傾斜を規定する。一実施形態では、傾斜は、閉じ込めリングの内側半径１５３付近で始まり、下部内半径１５２に向かって延びる。傾斜を伴う上面１４３ａおよび平坦形状の底面１４３ｂは、下部水平部１４３の長さに沿って厚さの変化をもたらす。例えば、上面１４３ａに沿った傾斜により、下部水平部１４３が閉じ込めリング１４０の内側半径１５３付近で第１の厚さ「Ｔ１」を有し、閉じ込めリング１４０の下部内半径１５２付近で第２の厚さ「Ｔ２」を有する（Ｔ１＞Ｔ２）。一実施形態では、第１の厚さＴ１は、第２の厚さＴ２よりも約１０％から約４０％大きくなるように規定される。さらに、厚さの変化は、上部水平部１４１の底面１４１ａと下部水平部１４３の上面１４３ａとの間に規定されたプラズマ領域１０８を規定するギャップの高さに変化を生じさせる。例えば、傾斜は、閉じ込めリング１４０の内側半径付近に規定された第１の高さ「ｈ１」と、下部内半径１５２付近に規定された第２の高さ「ｈ２」をもたらし、第１の高さｈ１は、第２の高さｈ２よりも小さい。

一実施形態では、水平なｘ軸に対する下部水平部１４３の傾斜によって規定された勾配角度１４７は、約０．２０°～約１°になるように規定されてよい。前記の傾斜角度の範囲は単なる例として提供され、限定的とみなされるべきでない。その結果、いくつかの実施形態では、傾斜角度はその範囲よりも大きくまたは小さくなることが想定され、そのような角度の増加または減少は、プラズマ処理チャンバ１００の内径、実施される処理の種類、プラズマを生成するのに用いられる処理ガスの種類、発生した後に除去される副生成物および中性ガス種の種類、プラズマ処理チャンバのアクセス開口部などに基づいてよい。一実施形態では、閉じ込めリングはシリコン製である。他の実施形態では、閉じ込めリングは、ポリシリコン、炭化シリコン、炭化ホウ素、セラミック、アルミニウム、または、プラズマ領域１０８の処理条件に耐えうる他の材料で作られてよい。

下部水平部１４３は、下部内半径１５２に規定された伸長部１４４’を備える。図２Ａに示す実施形態では、伸長部１４４’は、角度付き上部１４４ａおよび垂直底部１４４ｂを含む。この伸長部１４４の構成は図１で用いられた構成とは異なり、図１の伸長部１４４が真っ直ぐな内面を備えるのに対して、図２Ａの伸長部１４４’はその上部に勾配部を備える。下向き勾配点１４９に規定された角度付き上部１４４ａは、一定角度で傾斜し、下向き勾配点１４９は、上面１４３ａと下部内半径１５２の内面との交点に規定される。角度付き上部１４４ａの勾配角度は、約０°～約１０°であってよい。前記の範囲は例として提供され、限定的または包括的とみなされるべきでない。垂直底部１４４ｂは、角度付き上部１４４ａの下方に配置され、下部水平部１４３の底面１４３ｂを越える高さで垂直方向下に延びる。伸長部１４４’は、下部水平部１４３に連続性をもたらす。垂直底部１４４ｂは、下部電極１０４に規定される支持構造体１１８の上面に配置されたＲＦガスケット１１６に載るように構成される。

図２Ｂは、一実施形態における、図２Ａに示した閉じ込めリング１４０の構成の変形例を表す。図２Ｂの閉じ込めリング１４０’は、閉じ込めリング１４０の下部水平部１４３の上面１４３ａに規定された傾斜に加えて、下部水平部１４３の底面１４３ｂに沿って規定された第２の傾斜を備える。図２Ａおよび図２Ｂの両方に共通の閉じ込めリング１４０の様々な構成要素は、同じ参照番号を用いて表され、機能も同様である。下部水平部１４３の底面１４３ｂは、下部内半径１５２に向かって下がる第２の角度を提供して、下部水平部１４３の底面１４３ｂに沿って第２の傾斜を規定する。図２Ａの実施形態の傾斜と同様に、第２の傾斜は閉じ込めリングの内側半径１５３付近で始まり、下部内半径１５２に向かって延びる。一実施形態では、下部水平部１４３の底面１４３ｂに沿って規定された第２の傾斜の第２の角度は、下部水平部１４３の上面１４３ａに沿って規定された傾斜角度に等しい。例えば、第２の傾斜は、約０．２０°～約１°になるように規定される。この実施形態では、下部水平部１４３の厚さは、下部水平部１４３の長さに沿って均一である。

別の実施形態では、底面１４３ｂに沿って規定された第２の傾斜の第２の角度は、上面１４３ａに沿って規定された傾斜と異なってよい。例えば、第２の傾斜の第２の角度は、上面１４３ａに沿った傾斜角度よりも大きく、下部水平部１４３の長さに沿った厚さに変化をもたらしてよい。この実施形態では、内側半径１５３付近の厚さＴ１は、下部内半径１５２付近の厚さＴ２よりも小さくてよい。この実施形態は、下部水平部１４３の長さに沿って厚さが変化する、図２Ａに示した実施形態の変形例である。例えば、内側半径１５３付近の厚さＴ１は、下部内半径１５２付近の厚さＴ２よりも小さいが、図２Ａの実施形態では、内側半径１５３付近の厚さＴ１は、下部内半径１５２付近の厚さＴ２よりも大きい。これは、プラズマ領域１０８におけるプラズマへの曝露により、下部内半径１５２において予測されるさらなる摩耗を考慮するためであってよい。

図２Ｃは、図２Ａに示した閉じ込めリング１４０の別の実施形態を表す。この実施形態では、伸長部１４４は、上部１４４ａ’および垂直底部１４４ｂによって規定される。上部１４４ａ’は、図２Ａに示した角度付き上部ではなく、下部内半径１５２に配置された内面に沿って直線形状を備えることが示されている。図２Ｃに示す実施形態では、上部１４４ａ’は、下部内半径１５２で下がって下部水平部１４３の底面１４３ｂまで延び、垂直底部１４４ｂは、上部１４４ａ’の伸長部である。垂直底部１４４ｂは、閉じ込めリング１４０の下部水平部１４３の底面１４３ｂの下方に延びる。

図２Ａ～２Ｃに示す実施形態は、上面１４３ａに沿って規定された、ならびに上面１４３ａおよび底面１４３ｂの両方に沿って規定された傾斜を伴う閉じ込めリング１４０の垂直断面図を示す。図２Ａおよび図２Ｂの断面図は、閉じ込めリング１４０の下部水平部１４３の長さに沿って規定されたスロット１４５も示している。閉じ込めリング１４０は、閉じ込めリング１４０の下部水平部１４３に沿って均一に分散された複数のスロットを備え、各スロットは、内径と外径との間で長さ方向に、また下部水平部の上面１４３ａと底面１４３ｂとの間で深さ方向に延びる。スロット形状についての詳細は、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明される。下部水平部１４３に沿って規定された複数のスロット１４５は、プラズマをプラズマ領域に最適に閉じ込めながらプラズマ領域から副生成物を排出させるための導管を提供する。

図３は、一実施形態における、下部水平部１４３に規定された傾斜形状を有する閉じ込めリングが用いられたときの、基板の半径にわたるプラズマ密度の変化によるエッチング速度の変化を特定するグラフを表す。グラフは、様々な実施形態で説明されたような傾斜形状を有する閉じ込めリングを用いて処理された基板の表面における酸化物ブランケットエッチング速度を示す。ブランケットエッチング速度は、基板表面上方のプラズマ密度の適正な程度を示す。グラフ線３０１は、傾斜のない閉じ込めリングが用いられたときの基板表面上のエッチング速度の変化を示し、グラフ線３０２は、下部水平部１４３に沿って規定された傾斜を有する閉じ込めリングが用いられたときの基板表面上のエッチング速度の変化を示す。グラフ線３０１に伴って表されたエッチング速度は、線３０４によって規定された縁部領域に至るまで、基板の長さに沿ってより多くの変化を示す。エッチング速度の変化は、枠３０３で分かるように、グラフ線３０１において１５０ｍｍ基板の約７０ｍｍ～約１３５ｍｍの半径についてより顕著である。例えば、エッチング速度は、半径の中間点（すなわち、最大約７０ｍｍ）まで基板表面に沿って緩やかな減少を示し、その後、基板の縁部領域まで大幅に増加し始める。その一方で、グラフ線３０２は、縁部領域まで基板表面の長さに沿ってエッチング速度のより緩やかな減少を示す。グラフ線３０２で示されたエッチング速度の緩やかな減少は、閉じ込めリング１４０の上部水平部と下部水平部との間に規定されたギャップの増加がもたらした、増加したプラズマ体積におけるプラズマ拡散の変化によるものと想定される。

一実施形態では、下部水平部に沿った傾斜量は、第１の高さ「ｈ１」および第２の高さ「ｈ２」（すなわち、ウエハ側水平部１４１と下部水平部１４３との間に規定されたギャップ）を約＋２ｍｍ～約＋８ｍｍだけ増加させるように規定されてよい。ブランケットエッチング速度に対するそのような増加の影響は、特に枠３０３で囲まれた領域内のグラフ線３０２で示されている。例として、下部水平部１４３の上面１４３ａに沿って規定された約０．５５°～約０．６０°の傾斜は、約０．６０ｍｍ～約０．６５ｍｍの第１の高さ「ｈ１」と第２の高さ「ｈ２」との差をもたらす。一実施形態では、上部内半径１５１は、約２０３ｍｍ（約８インチ）～約２１８．５ｍｍ（約８．６インチ）になるように規定される。一実施形態では、下部内半径１５２は、約１７７ｍｍ（約７インチ）～約１９８．５ｍｍ（約７．８インチ）になるように規定される。一実施形態では、内側半径１５３は、約２４８ｍｍ（約９．８インチ）～約２６２ｍｍ（約１０．３インチ）になるように規定される。一実施形態では、外半径は、約２５４ｍｍ（約１０インチ）～約２６７ｍｍ（約１０．５インチ）になるように規定される。一実施形態では、スロット１４５の長さは、約４８ｍｍ（約１．９インチ）～約６１ｍｍ（約２．４インチ）になるように規定される。一実施形態では、下部水平部１４３ａの深さ（すなわち、厚さＴ１）は、約６ｍｍ（約０．２５インチ）～約８．４ｍｍ（約０．３３インチ）になるように規定される。一実施形態では、下部水平部１４３ａに規定された傾斜は、第１の高さｈ１が約２９ｍｍ（約１．１８インチ）～約３１ｍｍ（約１．２２インチ）、および、第２の高さが約３１ｍｍ（約１．２２インチ）～約３２ｍｍ（約１．２４インチ）になる。一実施形態では、下部水平部１４３ａの傾斜による厚さＴ２は、約５．８ｍｍ（約０．２３インチ）～約７．２ｍｍ（約０．２８インチ）になるように規定されてよい。閉じ込めリングの様々な構成要素についての前記範囲は単なる例として提供され、限定的とみなされるべきでない。様々な構成要素についての他の範囲または前記範囲への調整は、プラズマ処理チャンバ１００の内径、実施される処理の種類、プラズマを生成するのに用いられる処理ガスの種類、発生した後に除去される副生成物および中性ガス種の種類、プラズマ処理チャンバのアクセス開口部、プラズマ処理チャンバのハードウェア部品の形状などに基づいて想定されてよい。

図４Ａおよび図４Ｂは、いくつかの例示的な実施形態における、閉じ込めリング１４０の下部水平部１４３の長さに沿って規定された複数のスロットを有する閉じ込めリングの変形例を表す。下部水平部１４３の長さに沿った複数のスロット１４５は、基板１１０の処理中にプラズマ領域１０８内で形成された副生成物を効率的に除去するために用いられる。図４Ａに示す例示的な実施形態では、複数のスロットの各スロット１４５は、下部水平部１４３の内径（ＩＤ）１４５ａと外径（ＯＤ）１４５ｂとの間で半径方向に延びることが示されている。スロット１４５のＩＤ１４５ａは、下部水平部１４３のリング内径（ＩＲＤ）よりも大きく、ＩＲＤは、下部水平部１４３の下部内半径１５２によって規定される。スロット１４５のＯＤ１４５ｂは、スロット１４５のＩＤ１４５ａよりも大きいが、閉じ込めリング１４０のリング外径（ＯＲＤ）よりも小さくなるように規定され、ＯＲＤは、閉じ込めリング１４０の外半径１５０によって規定される。つまり、スロット１４５は、下部水平部１４３の幅「ｗ」（すなわち、ｗ＝ＯＲＤ－ＩＲＤ）よりも小さい長さ「ｌ」（すなわち、ｌ＝ＯＤ－ＩＤ）で延びる。各スロット１４５は、平行なスロット形状を用いて規定され、スロット１４５の内径（ＩＤ）１４５ａにおける内スロット半径（ＩＳＲ）１４５ｃは、スロット１４５の外径（ＯＤ）１４５ｂにおける外スロット半径（ＯＳＲ）１４５ｄに等しい。平行スロット形状を有する各スロット１４５は、下部水平部１４３の上面１４３ａと底面１４３ｂとの間に延びるように規定される。

図４Ｂは、閉じ込めリング１４０’’の下部水平部１４３の表面に沿って規定されたスロット１４５’の別の実施形態を表す。この実施形態では、スロット１４５’は、図４Ａにおいてスロット１４５を規定するのに用いられた平行スロット形状ではなく、テーパ状スロット形状を用いて規定される。図４Ａと同様に、各スロット１４５’は、内径（ＩＤ）１４５ａから外径（ＯＤ）１４５ｂに延びる。ＩＤ１４５ａは下部水平部１４３のＩＲＤよりも小さく、ＩＲＤは下部内半径１５２によって規定される。ＯＤ１４５ｂは、ＩＲＤよりも大きいが閉じ込めリング１４０’’のＯＲＤよりも小さく、ＯＲＤは外半径１５０によって規定される。この実施形態では、複数のスロット１４５’の各々は、スロットテーパを備えるようにテーパ状のスロット形状を用いて規定される。スロットテーパは、スロット１４５’のＩＤ１４５ａにおいて狭い内スロット半径（ＩＳＲ）１４５ｃ’を規定し、スロット１４５’のＯＤ１４５ｂにおいて広い外スロット半径（ＯＳＲ）１４５ｄ’を規定することにより形成される。ＩＳＲ１４５ｃ’およびＯＳＲ１４５ｄ’の変化により、各スロット１４５’が内径ＩＤ１４５ａでは狭く、外径ＯＤ１４５ｂでは広くなる。内径ＩＤ１４５ａの狭いＩＳＲを補償するため、一実施形態では、副生成物および中性ガス種がプラズマ領域１０８から逃れるのに十分な領域を提供するように、スロット１４５’の長さ「ｌ」は増加されてよい。別の実施形態では、スロット１４５’の数は、ＩＤ１４５ａの狭いＩＳＲ１４５ｃ’を補償するために増加されてよく、スロット１４５’の増加数は、スロット１４５’の摩耗に対応する。

各スロット１４５’のＩＳＲ１４５ｃ’およびＯＳＲ１４５ｄ’は、スロット１４５’の対応する内径および外径（ＩＤ１４５ａおよびＯＤ１４５ｂ）における摩耗率の逆数になるようにサイズ決めされる。スロット１４５’の長さに沿った摩耗は、スロット１４５’の長さに沿った異なる部分のプラズマに対する曝露量により不均等であり、内径におけるスロット１４５’の領域は、外径におけるスロット１４５’の領域よりも多く摩耗される。ＩＤ１４５ａにおいてスロットを狭くすることは、プラズマがスロットを通じて脱出したときに限界幅に達する発現を相殺することにより、閉じ込めリングの寿命を延ばすだろう。それと同時に、スロットのＯＤ１４５ｂを大きくすることで、ＩＤ１４５ａが狭いことによるガスコンダクタンスの損失が確実になくなる。テーパ状スロット形状は、ＩＤ１４５ａにおけるスロット１４５’の摩耗が、ＯＤ１４５ｂにおけるスロット１４５’の摩耗とほぼ同時に限界寸法に達することを可能にする。ＩＳＲおよびＯＳＲの大きさは、テーパ状スロット形状でもプラズマ領域１０８からの副生成物および中性ガス種の除去を可能にするように規定される。スロットを規定するのに用いられるテーパ形状は、閉じ込めリング１４０’の使用寿命を延ばす。

図４Ａに示すスロット１４５および図４Ｂに示すスロット１４５’は、正しい縮尺で描かれておらず、閉じ込めリング１４０および１４０’の下部水平部１４３の長さに沿ってスロットを規定するために用いられるスロット形状を表すために誇張されている。閉じ込めリング１４０が、下部水平部１４３の長さに沿って角度付き上面１４３ａおよび角度付き底面１４３ｂを備えるいくつかの実施形態では、底面を上面に平行に維持するために、底面の角度は上面の角度に等しくなるように規定される。この構成は、閉じ込めリング１４０の機械的強度を向上させ、それにより使用寿命を向上させるのに役立つ。使用寿命のさらなる向上は、閉じ込めリング１４０の下部水平部１４３に沿ってスロットを規定するためにテーパ状のスロット形状を用いることにより想定されてよい。傾斜した下部水平部１４３と共にスロット１４５を規定するために用いられるテーパ状スロット形状は、スロットの長さに沿ったスロットの摩耗がほぼ同時に限界寸法に達することを確実にしながら基板表面全体の最適なエッチング速度を提供するために、プラズマ領域１０８における最適なプラズマ密度の維持をもたらす。

図５Ａは、一実施形態における、プラズマ処理チャンバで用いられる閉じ込めリング１４０の下部水平部１４３に沿ってスロット１４５’を規定するために用いられるテーパ状スロット形状の例を表す。図５Ａはまた、平行スロット形状を用いて規定されたスロット１４５に対する、テーパ状スロット形状を用いて規定されたスロット１４５’のスロット形状の変化も示す。テーパ状スロット形状を有するスロット１４５’は赤色の線で示され、平行スロット形状を有するスロット１４５は灰色の線で示されている。前記のように、スロット１４５’は、下部水平部１４３の水平面に沿って内径（ＩＤ）１４５ａと外径（ＯＤ）１４５ｂとの間に延びるように規定され、スロット１４５’のＩＤ１４５ａは、下部水平部１４３の下部内半径１５２によって規定されたリング内径（ＩＲＤ）よりも大きく、スロット１４５’のＯＤ１４５ｂは、ＩＤ１４５ａよりも大きいが外半径１５０によって規定された閉じ込めリングのリング外径（ＯＲＤ）よりも小さい。スロット１４５’（図５Ａにおいて赤い線で図示）は、外スロット半径（ＯＳＲ）１４５ｄ’によって規定された外径（ＯＤ）において広いスロット幅を有し、内スロット半径（ＩＳＲ）１４５ｃ’によって規定された内径（ＩＤ）において狭いスロット幅を有する（すなわち、ＩＳＲ１４５ｃ’＜ＯＳＲ１４５ｄ’）。スロットはスロット長さに沿って異なって摩耗するため、閉じ込めリング１４０の交換が必要になったときに、テーパ状スロット１４５’が全体としてほぼ同時に限界寸法に達することができるように、スロット１４５’のテーパ形状は、スロットの摩耗のために外径よりも内径においてより多くの領域を提供する。これは、平行スロット形状を用いて規定されるスロット１４５（図５Ａにおいて灰色の線で図示）とは異なる。平行スロット形状のスロット１４５は、その長さに沿って均一なスロット幅で規定される。すなわち、ＩＳＲ１４５ｃによって規定されたスロット１４５のＩＤ１４５ａにおける内スロット幅は、ＯＳＲ１４５ｄによって規定されたＯＤ１４５ｂにおける外スロット幅に等しい。平行スロット形状は、スロット１４５の長さに沿って不均等な摩耗を生じさせ、閉じ込めリング１４０全体の交換が必要となるだろう。

よって、閉じ込めリング１４０の機械的強度がその使用寿命を通して損なわれないことを確実にしながら、閉じ込めリングの早過ぎる交換を防ぎ、その使用寿命を引き延ばすために、閉じ込めリング１４０は、上面１４３ａおよび底面１４３ｂの両方に沿って規定された傾斜を有する下部水平部１４３と、テーパ状スロット形状を有するスロット１４５’とを備えるように構成されてよい。下部水平部１４３の底面１４３ｂに傾斜を加えることで、特に、底面１４３ｂに規定された傾斜が上面１４３ａに規定された傾斜に等しいときに底面が角度付き上面に平行に保たれ、閉じ込めリングの機械的強度が向上する。下部水平部１４３の上面１４３ａに沿った傾斜および平行スロット形状のスロット１４５を規定すること、または、下部水平部１４３の上面１４３ａに沿った傾斜およびテーパ状スロット形状のスロット１４５’を規定することなどの閉じ込めリング１４０の構成の変更は、基板表面の長さにわたるプラズマ密度を向上させることが想定されてもよい。

図５Ｂは、一実施形態における、テーパ状スロット形状で規定されたスロット１４５’の例示的な摩耗形状を表す。スロット１４５’の開始形状は太い赤線で中央に示されており、ＩＤ１４５ａにおけるＩＳＲ１４５ｃは、ＯＤ１４５ｂにおけるＯＳＲ１４５ｄよりも小さい。閉じ込めリング１４５’が処理動作中にプラズマ領域１０８からのプラズマに曝されるにつれて、スロット１４５’の長さに沿った領域は不均等な摩耗を示し、内径（ＩＤ）１４５ａ付近の領域は外径（ＯＤ）１４５ｂ周辺の領域よりも多くの摩耗を示す。スロット１４５’の内径付近の狭い端部における摩耗率は高く、スロット１４５’の外径付近の広い端部における摩耗率は低いため、広い端部付近の領域は、狭い端部付近の領域よりも遅く限界寸法限度に達する。よって、スロット１４５’の広い端部は、限界寸法限度に達する前に狭い端部と同じ処理動作量に耐えることができ、それにより閉じ込めリング１４０’の使用寿命が延びる。図５Ｂは、テーパ状スロット１４５’を囲む細長い角丸長方形としてテーパ状スロット１４５’の寿命末期の形状を示し、テーパ状スロットの長さに沿った領域の摩耗は、プラズマの非密閉事象の発生を避けるために閉じ込めリングを交換する必要になるのとほぼ同時に限界寸法に達する。閉じ込めリングの下部水平部１４３に沿ってスロット１４５’を規定するためにテーパ状スロット形状を用いることに関する詳細は、全てが本明細書において参照により援用される、２０２０年１０月３０日出願の「Ｗｅａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｒｉｎｇ」と題した、共有で同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／０５３８９４号を参照することができる。

いくつかの実施形態では、外径ＯＤ１４５ｂの広いスロット寸法、および内径ＩＤ１４５ａの狭いスロット寸法によって規定されたスロットテーパは、摩耗率の逆数になるようにサイズ決めされる。スロットテーパを摩耗率の関数としてサイズ決めすることにより、内径ＩＤ１４５ａにおける高摩耗率は外径ＯＤ１４５ｂにおける低摩耗率で相殺され、それにより寿命末期にほぼ直線のスロット形状となる。全スロット長さに沿ったスロット幅は、ほぼ同時に密閉限度（すなわち、限界寸法）に達する。テーパ形状は、外径の領域をより有効に活用する。内径におけるスロットの寸法減少による下部水平部の開口領域を補償するために、追加スロットが規定されてよい。追加スロットの数は、各スロットが狭い端部および広い端部で限界寸法に達するのに必要な摩耗空間量を考慮することにより規定されてよい。テーパ状スロット形状は、非密閉限度に達する前にスロットが耐えられる摩耗量を拡大し、長い使用寿命および消耗品コストの改善をもたらす。

図６は、プラズマをプラズマ領域１０８に閉じ込めるためにプラズマ処理チャンバ１００で用いられる閉じ込めリング１４０の上面斜視図を表す。閉じ込めリング１４０は、下部電極、エッジリング１１２、および１つ以上の誘電体リング１２０において規定された基板支持面上に受け取られる基板１１０の上方に広がるプラズマ領域１０８にプラズマを閉じ込めるため、プラズマ領域１０８の周囲に沿って配置されるように構成されたＣ字形構造体である。閉じ込めリング１４０は、交換可能な消耗部品である。閉じ込めリングの上面は、円形配向で均一に配置された複数の留め具穴１４６を備え、留め具穴１４６は、上部電極１０２の外側電極１０２ｂの底面に沿って規定された固定手段に位置合わせしてそれらを受け入れるように構成される。図４に示した閉じ込めリング１４０は、その下部水平部１４３の上面１４３ａに沿って規定された角度付き傾斜を示す。閉じ込めリング１４０がさらなる処理動作に耐えうるように、下部水平部１４３の底面１４３ｂに沿ってさらなる傾斜が規定されて、基板の長さに沿ったプラズマ密度および閉じ込めリングの機械的強度が向上されてよい。下部水平部１４３は、平行スロット形状あるいはテーパ状スロット形状のスロットを備えてもよい。テーパ状スロット形状は、外径よりも内径付近に摩耗用の追加領域を提供して閉じ込めリングの使用寿命を向上させる点で、平行スロット形状に対してさらなる利点を提供する。

様々な実施形態において説明された閉じ込めリングの利点は、他のハードウェア部品（例えば、チャンバスペーサプレート、接合ハードウェアなど）に悪影響を与えずに、または、閉じ込めリングの機械的強度もしくは使用寿命に悪影響を与えずに、プラズマ均一性を向上させることを含む。プラズマ均一性は、閉じ込めリングの強度または本来の平均余命に影響を与えずに閉じ込めリングの形状を改良することにより調整される。これにより、閉じ込めリングは下部水平部およびスロットの長さに沿った限界寸法限度に達する前により多くの処理動作に耐えうるため、消耗閉じ込めリングのコストが改善される。他の利点は、本明細書に記載の様々な実施形態を検討する当業者によって想定されるだろう。

Claims (28)

1. プラズマ処理チャンバで用いるための閉じ込めリングであって、
   前記閉じ込めリングの上部内半径と外半径との間に延びる上部水平部と、
   前記閉じ込めリングの下部内半径と前記外半径との間に延びる下部水平部であって、前記下部水平部の上面は、前記下部内半径に向かって下がる角度を提供し、前記下部水平部は、前記下部内半径に延びる伸長部を有する、下部水平部と、
   前記閉じ込めリングの前記外半径と内側半径との間に配置された垂直部であって、前記閉じ込めリングの前記上部水平部を前記下部水平部に接続する垂直部と、
   を備える、閉じ込めリング。
2. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
   前記内側半径付近の前記下部水平部の第１の厚さが、前記下部内半径における前記下部水平部の第２の厚さよりも大きくなるように、前記下部水平部の底面は平坦である、閉じ込めリング。
3. 請求項２に記載の閉じ込めリングであって、
   前記第１の厚さは、前記第２の厚さよりも約１０％から約４０％大きい、閉じ込めリング。
4. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
   前記角度は、前記下部水平部の前記上面に沿って傾斜を規定し、前記傾斜は、水平のｘ軸から測定して約０．２０°～約１°である、閉じ込めリング。
5. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
   前記下部水平部の底面は、前記下部内半径に向かって下がる第２の角度を提供し、前記第２の角度は、前記下部水平部の前記底面に沿って第２の傾斜を規定し、前記底面に沿った前記第２の傾斜の前記第２の角度は、前記下部水平部の前記上面に沿った前記傾斜の前記角度に等しく、前記内側半径付近に規定された前記下部水平部の第１の厚さは、前記下部内半径に規定された前記下部水平部の第２の厚さに等しい、閉じ込めリング。
6. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
   前記内側半径付近で前記上部水平部の底面と前記下部水平部の前記上面との間に規定された第１の高さは、前記閉じ込めリングの前記下部内半径において前記上部水平部の前記底面と前記下部水平部の前記上面との間に規定された第２の高さよりも小さい、閉じ込めリング。
7. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
   前記下部水平部、前記垂直部、および前記上部水平部は、Ｃ字形構造体を規定するように一体的に接続されている、閉じ込めリング。
8. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
   前記下部水平部は、さらに、複数のスロットを含み、各スロットは、前記下部水平部に沿って内径から外径まで半径方向に延び、前記内径における各スロットの内スロット半径は、前記外径における各スロットの外スロット半径に等しい、閉じ込めリング。
9. 請求項８に記載の閉じ込めリングであって、
   前記スロットの前記内径は、前記下部内半径によって規定された前記閉じ込めリングのリング内径よりも大きく、前記スロットの前記外径は、前記外半径によって規定された前記閉じ込めリングのリング外径よりも小さい、閉じ込めリング。
10. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
    前記下部水平部は、さらに、複数のスロットを含み、各スロットは、前記下部水平部に沿って内径から外径まで半径方向に延び、前記内径における各スロットの内スロット半径は、前記外径における各スロットの外スロット半径よりも小さい、閉じ込めリング。
11. 請求項１０に記載の閉じ込めリングであって、
    各スロットの前記内スロット半径と前記外スロット半径との差は、スロットテーパを規定し、各スロットは、前記外径から前記内径に向かって先細りし、前記スロットテーパに影響を与える前記内スロット半径および前記外スロット半径は、前記スロットの前記対応する内径および前記外径における摩耗率の逆数になるように規定され、
    前記内スロット半径：前記外スロット半径の比率は、約１：１．１～１：１．５である、閉じ込めリング。
12. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
    前記上部内半径は、前記下部内半径よりも大きい、閉じ込めリング。
13. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
    前記伸長部は、前記下部内半径において垂直方向下向きに延びる、閉じ込めリング。
14. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
    前記伸長部は、角度付き上部および垂直底部を含み、前記角度付き上部は、前記下部水平部の前記下部内半径において前記上面に規定された下向き傾斜点で下がる第３の角度を提供し、前記垂直底部は、前記角度付き上部の底部から下向きに延びるように規定されている、閉じ込めリング。
15. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
    前記上部水平部の上面は、複数の穴を含み、前記複数の穴の各穴は、前記閉じ込めリングを前記プラズマ処理チャンバの前記上部電極に結合させるために、前記上部電極の底面に規定された固定手段の一部を受け入れるように構成されている、閉じ込めリング。
16. 請求項１に記載の閉じ込めリングであって、
    前記下部水平部の前記伸長部は、前記プラズマ処理チャンバの下部電極の上面に規定された高周波ガスケットに載るように構成されている、閉じ込めリング。
17. プラズマ処理チャンバで用いるための閉じ込めリングであって、
    前記閉じ込めリングの上部内半径と外半径との間に延びる上部水平部と、
    前記閉じ込めリングの下部内半径と前記外半径との間に延びる下部水平部であって、前記下部水平部の上面は、前記上面に沿って第１の傾斜を規定するように前記下部内半径に向かって下がる第１の角度を提供し、前記下部水平部の底面は、前記底面に沿って第２の傾斜を規定するように前記下部内半径に向かって下がる第２の角度を提供し、前記下部水平部は、前記下部内半径に沿って下に延びる伸長部を有し、前記伸長部は、前記下部水平部の前記底面の下方に延びる、下部水平部と、
    前記閉じ込めリングの前記外半径と内側半径との間に配置された垂直部であって、前記閉じ込めリングの前記上部水平部を前記下部水平部に接続する垂直部と、
    を備える、閉じ込めリング。
18. 請求項１７に記載の閉じ込めリングであって、
    前記第１の傾斜の第１の角度は、前記第２の傾斜の前記第２の角度に等しい、閉じ込めリング。
19. 請求項１７に記載の閉じ込めリングであって、
    前記内側半径付近の前記下部水平部の第１の厚さは、前記下部内半径における前記下部水平部の第２の厚さに等しく、
    前記内側半径付近で前記上部水平部の前記底面と前記下部水平部の前記上面との間に規定された第１の高さは、前記下部内半径において前記上部水平部の前記底面と前記下部水平部の前記上面との間に規定された第２の高さよりも小さい、閉じ込めリング。
20. 請求項１７に記載の閉じ込めリングであって、
    前記下部水平部は、さらに、複数のスロットを含み、各スロットは、前記下部水平部に沿って内径から外径まで半径方向に延び、前記内径における各スロットの内スロット半径は、前記外径における各スロットの外スロット半径に等しく、
    各スロットの前記内径は、前記下部内半径によって規定された前記閉じ込めリングのリング内径よりも大きく、各スロットの前記外径は、前記外半径によって規定された前記閉じ込めリングのリング外径よりも小さい、閉じ込めリング。
21. 請求項１７に記載の閉じ込めリングであって、
    前記下部水平部は、さらに、複数のスロットを含み、各スロットは、前記下部水平部に沿って内径から外径まで半径方向に延び、前記内径における各スロットの内スロット半径は、前記外径における各スロットの外スロット半径よりも小さい、閉じ込めリング。
22. 基板を支持するための下部電極と、前記下部電極の上方に配置された上部電極とを含む、プラズマを内部に閉じ込めるためのプラズマ処理チャンバであって、
    前記下部電極と前記上部電極との間に配置された閉じ込めリングであって、
    前記閉じ込めリングの上部内半径と外半径との間に延びる上部水平部と、
    前記閉じ込めリングの下部内半径と前記外半径との間に延びる下部水平部であって、前記下部水平部の上面は、前記下部内半径に向かって下がる角度を提供し、前記角度は、前記上面に沿って傾斜を規定し、前記下部水平部は、前記下部内半径に沿って下に延びる伸長部を有する、下部水平部と、
    前記閉じ込めリングの前記外半径と内側半径との間に配置された垂直部であって、前記閉じ込めリングの前記上部水平部を前記下部水平部に接続する垂直部と、
    を備える閉じ込めリングを備える、プラズマ処理チャンバ。
23. 請求項２２に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記下部水平部の底面は、前記下部内半径に向かって下がる第２の角度を提供し、前記第２の角度は、前記底面に沿って第２の傾斜を規定し、前記底面に沿った前記第２の傾斜の前記第２の角度は、前記下部水平部の前記上面に沿った前記傾斜の前記角度に等しい、プラズマ処理チャンバ。
24. 請求項２２に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記下部水平部は、さらに、前記下部水平部に沿って配置された複数のスロットを含み、各スロットは、前記下部水平部に沿って内径から外径まで半径方向に延び、前記内径における各スロットの内スロット半径は、前記外径における各スロットの外スロット半径よりも小さく、
    前記内径は、前記下部内半径によって規定された前記閉じ込めリングのリング内径よりも大きく、前記外径は、前記外半径によって規定された前記閉じ込めリングのリング外径よりも小さい、プラズマ処理チャンバ。
25. 請求項２２に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記上部内半径は、前記閉じ込めリングの前記下部内半径よりも大きい、プラズマ処理チャンバ。
26. 請求項２２に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記下部水平部、前記上部水平部、および前記垂直部によって規定された前記閉じ込めリングは、前記プラズマ処理チャンバ内で発生したプラズマをプラズマ領域に閉じ込めるための連続したＣ字形構造体を規定し、前記閉じ込めリングは、シリコン、ポリシリコン、炭化シリコン、炭化ホウ素、セラミック、およびアルミニウムの１つから作られる、プラズマ処理チャンバ。
27. 請求項２２に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記伸長部は、前記閉じ込めリングの前記下部水平部、前記垂直部、および前記上部水平部と一体化されており、前記下部水平部の底面の下方に垂直に延びるように構成されている、プラズマ処理チャンバ。
28. 請求項２２に記載のプラズマ処理チャンバであって、
    前記上部電極は電気的に接地され、前記下部電極は、対応する整合ネットワークを介して高周波電源に接続されている、プラズマ処理チャンバ。

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