KR101411747B1 - 석영 가드 링 센터링 피쳐들 - Google Patents

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Abstract

전극 어셈블리 및 반도체 기판 프로세싱에 사용되는 플라즈마 반응 챔버에서 전극 어셈블리 주위에 외부 링을 센터링하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 전극 어셈블리의 배킹 부재의 외부면 주위에 외부 링을 위치시키는 단계, 및 외부 링과 배킹 부재 사이에 적어도 하나의 센터링 엘리먼트를 삽입하는 단계를 포함한다. 센터링 엘리먼트는, 배킹 부재의 외부면 상의 공동에 수용된 복수의 스프링-하중식 센터링 엘리먼트들일 수 있고, 그 센터링 엘리먼트들은, 외부 링과 접촉하도록 구성된 제 1 단부 및 스프링을 수용하도록 구성된 제 2 단부를 갖는다. 외부 링은, 복수의 스프링-하중식 센터링 엘리먼트들이 배킹 부재의 외부면과 외부 링의 내부면 사이에 위치되도록, 배킹 부재의 외부면을 둘러싼다.
Figure R1020097009706
전극 어셈블리, 플라즈마 반응 챔버, 반도체 기판, 배킹 부재, 상부 전극

Description

석영 가드 링 센터링 피쳐들{QUARTZ GUARD RING CENTERING FEATURES}
개요
일 실시형태에 의하면, 반도체 기판 프로세싱에 사용되는 플라즈마 반응 챔버에 대한 전극 어셈블리는, 상부 전극; 상부 전극의 상부면에 부착가능한 배킹 부재; 및 배킹 부재의 외부면을 둘러싸는 외부 링; 및 배킹 부재의 외부면과 외부 링의 내부면 사이에 위치된 적어도 하나의 센터링 엘리먼트를 포함한다.
추가 실시형태에 의하면, 반도체 기판 프로세싱에 사용되는 플라즈마 반응 챔버의 전극 어셈블리에서 사용하기 위한 가드 링 어셈블리로서, 전극 어셈블리는, 배킹 부재에 접합된 샤워헤드 전극을 포함하고, 한정 링 어셈블리가 전극 어셈블리를 둘러싸며, 가드 링 어셈블리는 배킹 부재의 외주와 한정 링 어셈블리의 내주 사이에 끼워 맞추도록 구성된 가드 링; 및 배킹 부재 주위에 가드 링을 센터링하도록 구성된 적어도 하나의 센터링 엘리먼트를 포함한다.
다른 실시형태에 의하면, 전극 어셈블리의 배킹 부재 주위에 가드 링을 센터링하는 방법으로서, 배킹 부재는 반도체 기판 프로세싱에 사용되는 플라즈마 반응 챔버에서 플라즈마를 생성시키기 위해 사용되는 전극에 접합되며, 상기 가드 링을 센터링하는 방법은, 배킹 부재의 외부면 주위에 가드 링을 위치시키는 단계; 및 배킹 부재 주위에 가드 링을 센터링하기 위하여 가드 링과 배킹 부재 사이에 적어도 하나의 센터링 엘리먼트를 삽입하는 단계를 포함한다.
도면의 간단한 설명
도 1 은, 가드 링을 갖는 기판들을 에칭하기 위한 플라즈마 반응기의 샤워헤드 전극 어셈블리의 단면도를 나타낸다.
도 2 는, 도 1 의 샤워헤드 전극 어셈블리의 일부의 단면도를 나타낸다.
도 3 은, 상부 전극, 배킹 부재 및 가드 링을 포함하는 도 2 의 샤워헤드 전극 어셈블리의 일부의 단면도를 나타낸다.
도 4 는, 가드 링의 상부도를 나타낸다.
도 5 는, 라인 5 - 5 를 따라 도 4 의 가드 링의 단면도를 나타낸다.
도 6 은, 일 실시형태에 따른 가드 링의 단면도를 나타낸다.
도 7 은, 다른 실시형태에 따른 가드 링을 갖는 외부 전극의 일부의 단면도를 나타낸다.
도 8 은, 일 실시형태에 따른 센터링 엘리먼트의 측면도를 나타낸다.
도 9 는, 라인 9 - 9 를 따라 도 8 의 센터링 엘리먼트의 단면도를 나타낸다.
도 10 은, 도 8 의 센터링 엘리먼트의 일부의 단면도를 나타낸다.
도 11 은, 일 실시형태에 따른 외부 링의 상부도를 나타낸다.
도 12 는, 도 11 의 가드 링의 조립도를 나타낸다.
도 13 은, 다른 실시형태에 따른 센터링 엘리먼트의 단면도를 나타낸다.
도 14 는, 도 13 의 센터링 엘리먼트의 저면도를 나타낸다.
도 15 는, 라인 15 - 15 를 따라 도 13 의 센터링 엘리먼트의 단면도를 나타 낸다.
도 16 은, 도 17 에 나타낸 것과 같은 센터링 엘리먼트의 하부 부분과 어셈블링되도록 구성되는, 추가 실시형태에 따른 센터링 엘리먼트의 상부 부분의 측면도를 나타낸다.
도 17 은, 추가 실시형태에 따른 센터링 엘리먼트의 하부 부분의 측면도를 나타낸다.
도 18 은, 라인 18 - 18 을 따라 도 16 의 센터링 엘리먼트의 상부 부분의 단면도를 나타낸다.
도 19 는, 라인 19 - 19 를 따라 도 17 의 센터링 엘리먼트의 하부 부분의 단면도를 나타낸다.
도 20 은, 도 16 의 센터링 엘리먼트의 상부 부분의 상부도를 나타낸다.
도 21 는, 스프링 엘리먼트를 가진, 라인 18 - 18 을 따른 도 16 의 센터링 엘리먼트 및 라인 19 - 19 를 따른 도 17 의 센터링 엘리먼트의 단면도를 각각 나타낸다.
도 22 는, 다른 실시형태에 따른 가드 링을 갖는 외부 전극 어셈블리의 일부의 단면도를 나타낸다.
도 23 은, 도 22 에 나타낸 것과 같은 가드 링의 단면도를 나타낸다.
상세한 설명
집적 회로 칩의 제작은 통상, "웨이퍼" 라 불리는 (실리콘 (silicon) 또는 게르마늄과 같은) 고순도의 단결정 반도체 재료 기판의 얇은 폴리싱된 슬라이스로 시작한다. 각각의 웨이퍼에는, 그 웨이퍼 상에 다양한 회로 구조물들을 형성하는 일련의 물리적 및 화학적 프로세싱 단계들이 실시된다. 제작 프로세스 동안에는, 이산화 실리콘 막들을 생성하기 위한 열 산화, 실리콘 막, 이산화 실리콘 막 및 질화 실리콘 막을 생성하기 위한 화학 기상 증착, 및 다른 금속 막들을 생성하기 위한 스퍼터링 또는 다른 기술들과 같은 다양한 기술들을 이용하여 다양한 유형의 얇은 막들이 웨이퍼 상에 퇴적될 수도 있다.
반도체 웨이퍼 상에 막을 퇴적한 후에, 도핑이라 불리는 프로세스를 이용하여 반도체 결정 격자 내에 선택된 불순물들을 치환함으로써 고유의 전기적 특성의 반도체들이 생성된다. 그 후, 도핑된 실리콘 웨이퍼는, "레지스트" 라 불리는 감광성 재료 또는 감방사선성 재료의 얇은 층으로 균일하게 도포될 수도 있다. 그 후, 레지스트 상에는, 회로 내의 전자 경로들을 정의하는 작은 기하 패턴들이 리소그래피로 알려진 프로세스를 이용하여 전사될 수도 있다. 리소그래피 프로세스 동안, 집적 회로 패턴이 "마스크" 라 불리는 유리판 상에 드로잉된 후, 감광성 도포물 상으로 광학적으로 감소, 투영, 및 전사될 수도 있다.
그 후, 리소그래피된 레지스트 패턴이 에칭으로 알려진 프로세스를 통하여 반도체 재료의 하지의 결정질면 상으로 전사된다. 일반적으로, 진공 프로세싱 챔버들은, 진공 챔버에 에칭 또는 증착 가스를 공급하고 그 가스에 무선 주파수 (RF) 계를 인가하여 그 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징함으로써 기판들 상에의 재료들의 에칭 및 화학 기상 증착 (CVD) 을 위해 사용된다.
통상, 반응성 이온 에칭 시스템은, 상부 전극 또는 애노드, 및 그 안에 위치 된 하부 전극 또는 캐소드를 가진 에칭 챔버로 이루어진다. 캐소드는, 애노드 및 컨테이너 벽들에 대하여 음으로 바이어싱된다. 에칭될 웨이퍼는, 적절한 마스크에 의해 커버되고 캐소드 바로 위에 배치된다. O2, N2, He 및 Ar 과 함께 CF4, CHF3, CClF3, HBr, Cl2 및 SF6, 또는 이들의 혼합물들과 같은 화학적 반응성 가스가 에칭 챔버 내로 도입되고, 통상 밀리토르 범위에 있는 압력으로 유지된다. 상부 전극에는, 가스가 전극을 통하여 챔버 내로 균일하게 분산되도록 허용하는 가스 홀(들)이 구비된다. 애노드와 캐스드 사이에 확립된 전계는 플라즈마를 형성하는 반응성 가스를 해리시킬 것이다. 웨이퍼의 표면은, 액티브 이온들과의 화학적 반응에 의해, 그리고 웨이퍼의 표면에 충돌하는 이온들의 운동량 전달 (momentum transfer) 에 의해 에칭된다. 전극들에 의해 생성된 전계는, 프로세스가 잘-정의된 수직으로 에칭된 측벽들을 생성하도록, 이온들을 캐소드로 끌어당겨, 이온들이 표면에 주로 수직의 방향으로 충돌하도록 할 것이다. 에칭 반응기 전극들은 종종 기계적 가요성 (mechanically compliant) 접착제 및/또는 열전도성 접착제로 2 개 이상의 다른 부재들을 접합시킴으로써 제작되어, 기능의 다양성이 허용될 수도 있다.
도 1 은, 기판들을 에칭하기 위한 플라즈마 프로세싱 시스템의 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 의 일부의 단면도를 나타낸다. 도 1 에 나타낸 것처럼, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는, 상부 전극 (110), 배킹 부재 (140) 및 가드 링의 형태의 외부 링 (170) 을 포함한다. 또한, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는, 상부 전극 (110) 및 배킹 부재 (140) 의 외주를 둘러싸는 플라즈마 한정 어셈블리 (또는, WAP (Wafer Area Plasma) 어셈블리) (180) 를 포함한다. 외부 링 또는 가드 링 (170) 은, 이용 중에 가드 링 (170) 이 가드 링 (170) 과 한정 어셈블리 (180) 사이의 편차 또는 거리를 최소화시키도록, 배킹 부재 (140) 를 둘러싸고 바람직하게는 배킹 부재 (140) 주위에 동심으로 위치되거나 센터링되도록 구성된다. 외부 링 또는 가드 링 (170) 이 반응성 이온 에칭 시스템과 관련하여 나타나 있지만, 가드 링 및 센터링 피쳐들이 세정 에칭 시스템 또는 건식 에칭 시스템을 포함하는 임의의 적절한 시스템으로 이용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는, 열 제어 부재 (102) 및 상부판 (104) 을 포함한다. 상부 전극 (110) 은 바람직하게는 내부 전극 (120) 및 선택적인 외부 전극 (130) 을 포함한다. 내부 전극 (120) 은, 바람직하게는 원통형판이며, 단결정 실리콘으로 제조될 수도 있다. 배킹 부재 (140) 는 바람직하게는 엘라스토머 재료 (elastomeric material) 로 내부 전극 (120) 및 외부 전극 (130) 에 고정된다. 배킹 부재 (140) 는, 내부 배킹 부재 (150) 및 선택적인 외부 배킹 부재 (160) 를 포함할 수 있다. 배킹 부재 (140) 가 단일의 원통형판으로 이루어지는 경우, 가드 링 (170) 은 배킹 부재 (140) 를 둘러싼다. 대안으로, 배킹 부재 (140) 가 내부 배킹 부재 (150) 및 외부 배킹 부재 (160) 로 이루어지는 경우, 가드 링 (170) 은 외부 배킹 부재 (160) 를 둘러싸도록 구성된다.
도 1 에 나타낸 것과 같은 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 통상, 웨이퍼가 상부 전극 (110) 아래에 1cm 내지 2cm 간격을 두고 지지되는 평평한 하부 전극을 갖는 정전척 (미도시) 과 함께 사용된다. 이러한 플라즈마 프로세싱 시스템의 일 예는, 캘리포니아, 프레몬트 소재의 램 리써치 코포레이션에 의해 제조된 Exelan® 유전체 에칭 시스템과 같은 평행 판형 반응기이다. 이러한 척킹 장치들은, 웨이퍼와 척 사이의 열 전달의 레이트를 제어하는 백사이드 헬륨 (He) 압력을 공급함으로써 웨이퍼의 온도 제어를 제공한다.
상부 전극 (110) 은 주기적으로 교체되어야 하는 소모품이다. 바람직한 실시형태에서, 상부 전극 (110) 은, 전극에 의해 에너자이징되고 상부 전극 (110) 바로 밑의 반응 구역에 플라즈마를 형성하는 프로세스 가스를 공급하는데 적절한 사이즈 및 분포인 복수의 이격된 가스 방출 통로들 (106) 이 구비된 샤워헤드 전극이다.
또한, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는, 상부 전극 (110) 및 배킹 부재 (140) 의 외주를 둘러싸는 플라즈마 한정 어셈블리 (또는, WAP 어셈블리) (180) 를 포함한다. 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 는 바람직하게는, 상부 전극 (110) 및 배킹 부재 (140) 의 외주를 둘러싸는 일 스택의 또는 복수의 이격된 한정 링들 (190) 로 이루어진다. 프로세싱 동안, 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 는, 반응 구역에 차압 (pressure differential) 을 야기하고, 반응 챔버 벽들과 플라즈마 사이에 전기적 저항을 증가시켜, 상부 전극 (110) 과 하부 전극 (미도시) 사이에 플라즈마를 한정한다.
반응 챔버에 대한 플라즈마의 한정은, 한정 링들 (190) 사이의 간격, 플라즈 마 내의 압력과 한정 링들 외부의 반응 챔버 내의 압력, 가스의 유형과 흐름 레이트는 물론, RF 전력의 레벨과 주파수를 포함하는 많은 요인들의 함수이다. 효과적인 플라즈마 한정을 위해, 한정 링들 (190) 외부의 압력은, 바람직하게는 30 밀리토르 미만으로 가능한 낮아야 한다. 플라즈마의 한정은, 한정 링들 (190) 사이의 간격이 매우 작은 경우에 보다 쉽게 달성된다. 통상, 한정을 위해서는 0.15 인치 이하의 간격이 요구된다. 그러나, 한정 링들 (190) 의 간격은 플라즈마의 압력을 또한 결정하며, 그 간격이 플라즈마를 유지하면서 최적의 프로세스 성능을 위해 요구된 압력을 달성하도록 조정될 수 있는 것이 바람직하다. 가스 공급장치로부터의 프로세스 가스는 상부판 (104) 내의 하나 이상의 통로들을 통하여 전극 (110) 에 공급된다. 그 후, 가스가 하나 이상의 수직으로 이격된 배플판들을 통하여 분포되고, 전극 (110) 내의 가스 분포 홀들 (106) 을 빠져나와, 프로세스 가스가 반응 구역 (102) 내에 고르게 분산된다.
내부 전극 (120) 은 바람직하게는 센터 (미도시) 로부터 외부 에지까지 균일한 두께를 갖는 평면 디스크 또는 판이다. 그 판이 단결정 실리콘으로 제조되는 경우, 내부 전극 (120) 은 프로세싱될 웨이퍼, 예를 들어, 현재 이용가능한 단결정 실리콘 재료의 최대 직경인 최대 300mm 보다 작거나, 같거나, 또는 더 큰 직경을 가질 수 있다는 것을 알 수 있다. 300mm 웨이퍼들을 프로세싱하기 위해, 외부 전극 (130) 은 상부 전극 (110) 의 직경을 약 15 인치에서 약 17 인치까지 연장시키도록 구성된다. 외부 전극 (130) 은, 연속 부재 (예를 들어, 링과 같은 폴리-실리콘 부재), 또는 세그먼트화된 부재 (예를 들어, 단결정 실리콘의 세그먼 트들과 같이, 링 구성으로 배열된 2 내지 6 개의 분리된 세그먼트들) 일 수 있다. 바람직하게는, 내부 전극 (120) 은 상부 전극 (110) 아래의 플라즈마 반응 챔버 내의 공간 내에 프로세스 가스를 주입하기 위한 다수의 가스 통로들 (106) 을 포함한다.
단결정 실리콘은 내부 전극 (120) 및 외부 전극 (130) 의 플라즈마 노출면들에 대해 바람직한 재료이다. 고순도의 단결정 실리콘은, 원하지 않는 원소들의 최소량만을 반응 챔버 내로 도입하기 때문에 플라즈마 프로세싱 동안 기판들의 오염을 최소화시키고, 또한 플라즈마 프로세싱 동안 매끄럽게 마모시켜 입자들을 최소화시킨다. 상부 전극 (110) 의 플라즈마 노출면들에 대해 사용될 수 있는 대안의 재료들은 예를 들어, SiC, SiN, 및 AlN 을 포함한다.
구성에 있어서, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 300mm 의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼들과 같은 대형 기판들을 프로세싱할만큼 충분히 크다. 300mm 웨이퍼들의 경우, 상부 전극 (110) 의 직경은 적어도 300mm (millimeter) 이다. 그러나, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는, 원형이 아닌 구성을 갖는 기판들 또는 다른 웨이퍼 사이즈들을 프로세싱하도록 사이징될 수 있다.
도 2 는, 가드 링 (170) 을 갖는 도 1 의 샤워헤드 전극 어셈블리의 일부의 단면도를 나타낸다. 도 2 에 나타낸 것처럼, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는, 내부 전극 (120), 내부 배킹 부재 (150), 외부 전극 (130), 외부 배킹 부재 (160), 가드 링 (170) 및 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 를 포함한다. 이러한 구성에서, 내부 전극 (120) 은 바람직하게는 내부 배킹 부재 (150) 와 동연 (co- extensive) 이고, 외부 전극 (130) 은 본질적으로 주변 배킹 부재 (160) 와 동연이다. 그러나, 내부 배킹 부재 (150) 는, 배킹 부재 (140; 도 3) 가 내부 전극 (120) 및 외부 전극 (130) 을 지지하는데 사용되는 단일의 디스크 또는 판일 수 있도록 내부 전극 (120) 을 넘어서 연장할 수 있다. 내부 배킹 부재 (150) 는, 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 가스 흐름을 제공하기 위해 내부 전극 (120) 내의 가스 통로들 (106) 과 정렬된 가스 통로들 (108) 을 포함한다. 내부 배킹 부재 (150) 의 가스 통로들 (108) 은 통상 약 0.04 인치의 직경을 갖고, 내부 전극 (120) 의 가스 통로들 (106) 은 통상 약 0.025 인치의 직경을 갖는다.
내부 배킹 부재 (150) 및 외부 배킹 부재 (160) 를 포함하는 배킹 부재 (140) 는, 바람직하게는 플라즈마 프로세싱 챔버에서 반도체 기판들을 프로세싱하기 위해 사용된 프로세스 가스들과 화학적으로 양립가능한 재료로 제조된다. 또한, 배킹 부재 (140) 의 재료는 바람직하게는 전기 및 열전도성이 있으며, 열 팽창 계수가 상부 전극 (110) 의 열팽창 계수와 밀접하게 매칭한다. 내부 배킹 부재 (150) 및 외부 배킹 부재 (160) 를 포함하는 배킹 부재 (140) 를 제조하는데 사용될 수 있는 바람직한 재료들은, 제한하려는 것은 아니지만, 그래파이트, SiC, 알루미늄 (Al), 또는 다른 적절한 재료들을 포함할 수 있다.
내부 전극 (120) 및 외부 전극 (130) 은 바람직하게는 열 및 전기 전도성이 있는 엘라스토머 접합 재료 (미도시) 로 내부 배킹 부재 (150) 및 외부 배킹 부재 (160) 에 부착된다. 엘라스토머 접합 재료는 열 순환으로 인한 열 응력 동안 상부 전극 (110) 과 배킹 부재 (140) 사이에서 상대 운동 (relative movement) 을 허용한다. 또한, 엘라스토머 접합 재료는 내부 전극 (120) 과 외부 전극 (130), 및 내부 배킹 부재 (150) 와 외부 배킹 부재 (160) 사이에서 열 및 전기 에너지를 전달한다. 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 의 표면들을 함께 접합시키기 위한 엘라스토머 접합 재료의 사용은 본원에 전체 참조로 포함되는 공동 소유된 미국특허 제6,073,577호에서 설명된다.
내부 배킹 부재 (150) 및 외부 배킹 부재 (160) 는 바람직하게는 나사산을 갖는 볼트, 스크류 등일 수 있는 적절한 패스너들을 이용해 열 제어 부재 (102) 에 부착된다. 예를 들어, 볼트 (미도시) 가 열 제어 부재 (102) 내의 홀들에 삽입되어 배킹 부재 (140) 내의 나사산을 갖는 개구들에 스크류될 수 있다. 열 제어 부재 (102) 는, 굴곡부 (184) 를 포함하며, 바람직하게는 알루미늄, 알루미늄 합금 등과 같은 기계가공된 (machined) 금속성 재료로 제조된다. 상부판 (104) 은 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 플라즈마 한정 어셈블리 (또는, WAP 어셈블리) (180) 는 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 의 외측에 위치된다. 복수의 수직으로 조정가능한 플라즈마 한정 링들 (190) 을 포함하는 적절한 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 는 본원에 전체 참조로 포함되는 공동 소유된 미국특허 제5,534,751호에서 설명된다.
도 3 은, 내부 전극 (120) 및 외부 전극 (130) 을 갖는 상부 전극 (110), 단일의 디스크 또는 판으로 이루어진 배킹 부재 (140), 및 가드 링 (170) 을 포함하는 도 2 의 샤워헤드 전극 어셈블리의 일부의 단면도를 나타낸다. 도 3 에 나타낸 것처럼, 배킹 부재 (140) 는, 도 2 에 나타낸 내부 배킹 부재 (150) 및 외부 배킹 부재 (160) 대신에 단일의 배킹 부재 (140) 가 사용될 수 있도록, 내부 전극 (120) 의 외부 에지 (121) 를 넘어 연장하도록 구성될 수 있다. 내부 전극 (120) 의 외부 에지 (121) 는 통상 도 3 에 나타낸 것처럼 수직이다. 그러나, 내부 전극 (120) 의 외부 에지 (121) 는 수직이 아닌 방위를 가질 수 있다는 것을 알 수 있다.
일 실시형태에 의하면, 외부 전극 (130) 은 바람직하게는 복수의 세그먼트들로 이루어지며, 그 세그먼트들은 엘라스토머 접합 재료 (미도시) 로 서로 부착된다. 복수의 세그먼트들은 프로세싱 구역 (102) 에서의 반도체 기판의 프로세싱 동안 외부 전극 (130) 의 팽창을 허용한다. 프로세싱 동안, 열이 내부 전극 (120) 및 외부 전극 (130) 으로부터 내부 배킹 부재 (150), 외부 배킹 부재 (160), 및 가드 링 (170) 으로 전달된 후, 열 전도를 통해 상부판 (104) 으로 전달된다.
도 4 는, 일 실시형태에 따른 가드 링 (170) 의 상부도를 나타낸다. 도 4 에 나타낸 것처럼, 가드 링 (170) 은 바람직하게는 내부 직경 (171) 및 외부 직경 (173; 도 5) 을 갖는 원형이다. 가드 링 (170) 의 내부 직경 (171) 및 외부 직경 (173) 은 외부 배킹 부재 (160) 의 외부 직경을 포함하는 배킹 부재 (140) 의 외부 직경에 의존하여 변할 것이라는 것을 알 수 있다. 가드 링 (170) 은 바람직하게는 이웃하는 WAP 한정 링들 (190) 과 동일한 재료 (예를 들어, 석영), 또는 유사한 열팽창 계수 (CTE) 를 갖는 재료들로 제조되는데, 이는 광대한 온도 범위에 걸쳐 치수 안정적이다. 또한, 가드 링 (170) 은 바람직하게는 전기 절연성 및/또는 유전 특성들을 갖는 재료로 제조된다. 플라즈마 챔버의 이용 또는 동작 동안, 가드 링 (170) 은 바람직하게는 복수의 한정 링들 (19) 과 유사한 레이트로 팽창 및/또는 수축한다. 따라서, 일관된 원주방향 갭 (244; 도 7) 이 광대한 온도 범위에 걸쳐 가드 링 (170) 과 복수의 한정 링들 (190) 사이에서 유지되는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 일관된 가스 흐름 성능을 제공한다.
도 5 는, 라인 5 - 5 를 따라 도 4 의 가드 링 (170) 의 단면도를 나타낸다. 도 5 에 나타낸 것처럼, 가드 링 (170) 은, 내부 직경 (171) 및 외부 직경 (173) 을 갖는 원형이다.
도 6 은, 일 실시형태에 따른 가드 링 (170) 의 단면도를 나타낸다. 도 6 에 나타낸 것처럼, 가드 링 (170) 은 바람직하게는 내부 에지 (172), 외부 에지 (174), 하부면 (176) 및 상부면 (178) 으로 이루어진 직사각형 단면을 갖는다. 내부 에지 (172), 외부 에지 (174), 하부면 (176) 및 상부면 (178) 사이의 코너들은 바람직하게는 약 0.025 인치와 0.010 인치 사이의 반경을 가진채 둥글게 된다.
일 실시형태에 의하면, 내부 에지 (172) 및 외부 에지 (174) 는 바람직하게는 약 0.380 인치 내지 0.394 인치, 더 바람직하게는 약 0.384 인치 내지 0.390 인치, 및 가장 바람직하게는 약 0.387 인치의 높이 (177), 및 약 0.140 인치 내지 0.150 인치, 더 바람직하게는 약 0.142 인치 내지 0.147 인치, 및 가장 바람직하게는 약 0.145 인치의 폭 (179) 을 갖는다.
도 7 은, 일 실시형태에 따라 센터링 엘리먼트 (210) 를 가진 가드 링 (170) 을 갖는 외부 전극 (130) 의 일부의 단면도를 나타낸다. 도 7 에 나타낸 것처럼, 가드 링 (170) 은, 외부 배킹 부재 (160) 를 둘러싸고, 바람직하게는, 외부 배 킹 부재 (160) 의 외부 에지 (164) 주위에 동심으로 위치되거나 센터링되도록 구성된다. 가드 링 (170) 의 센터링은, 동작 및/또는 이용 중에, 상부 전극 (110), 내부 배킹 부재 (150) 및 외부 배킹 부재 (160) 를 포함하는 배킹 부재 (140), 및 플라즈마 한정 링들 (190) 을 포함하는 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 사이의 열팽창 계수의 불일치를 보상할 수 있다는 것을 알 수 있다.
일 실시형태에 의하면, 도 7 에 나타낸 것처럼, 가드 링 (170) 은 스프링 하중식 센터링 엘리먼트 (220) 를 가진 적절한 센터링 엘리먼트 (210) 를 이용하여 외부 배킹 부재 (160) 의 외부 에지 (164) 상에 센터링될 수 있다. 스프링 하중식 센터링 엘리먼트 (220) 는 바람직하게는 스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (224) 를 하우징하는 중공 원통 (252; 도 9) 으로 이루어진다. 외부 배킹 부재 (160) 는 바람직하게는 복수의 홀들 또는 공동들 (212) 을 포함하며, 이 복수의 홀들 또는 공동들 (212) 은 외부 배킹 부재 (160) 의 외부 에지 (164) 와 가드 링 (170) 의 내부 에지 (172) 사이에 내부 갭 (200) 을 생성하는 센터링 엘리먼트 (210) 를 수용하도록 구성된다. 홀들 또는 공동들 (212) 은, 센터링 엘리먼트 (210) 의 외부 직경보다 약간 더 큰 직경 (214) 을 갖는다. 센터링 엘리먼트 (210) 는, 외부 배킹 부재 (160) 의 외부 에지 (164) 상에 가드 링 (170) 을 센터링하는, 외부 배킹 부재 (160) 와 가드 링 (170) 의 내부 에지 (172) 사이에 균형잡힌 하중 (equilibrated load) 을 생성하려고 시도한다.
스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (224) 는, 캔틸레버 리프 (cantilevered leaf) 스프링, 이중 지지 리프 스프링, 오픈 엔디드 방사방향 이동 나선형 코일, 로킹 방사방향 원통형 플런저 또는 다른 적절한 스프링형 엘리먼트일 수 있다. 스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (224) 는 바람직하게는 가드 링 (170) 에서의 휨 및 응력을 최소화시키기 위해 낮은 스프링 레이트를 유지하는 것을 알 수 있다. 그러나, 스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (224) 는 또한 바람직하게는 임의의 시스템 마찰을 극복하기 위해 충분히 높은 스프링 레이트를 포함한다. 스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (224) 는 대안으로 적절한 탄성 물질일 수 있다는 것을 알 수 있다. 일 실시형태에 의하면, 스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (224) 는, 스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (224) 가 정의된 영역에 걸쳐 다양한 하중을 지지할 수 있도록, 스테인레스 스틸, 인코넬, 또는 다른 적절한 금속성 스프링이나 탄성 특성들을 갖는 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다.
또한, 도 7 에 나타낸 것처럼, 방사방향 갭 (또는, 외부 갭; 240) 은 상부 전극 (110) 및 배킹 부재 (140) 와 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 와의 사이에 존재한다. 방사방향 갭 또는 외부 갭은, 하부 방사방향 갭 (242) 및 상부 방사방향 갭 (244) 을 포함할 수 있다. 하부 방사방향 갭 (242) 은, 외부 전극 (130) 의 외부 에지 (134) 와 한정 어셈블리 (180) 의 내부 에지 (182) 사이에 있다. 상부 방사방향 갭 (244) 은, 가드 링 (170) 의 외부 에지 (174) 와 한정 어셈블리 (180) 의 내부 에지 (182) 사이에 있다. 상부 방사방향 갭 (244) 은 바람직하게는, 시스템 (100) 이 광대한 온도 범위에 걸쳐 동작가능하도록, 일관된 거리로 유지되는데, 이는 이용 중에 일관된 가스 성능을 제공하고 시스템 (100) 에 향상된 성능을 제공한다. 통상 상이한 재료들이 상부 전극 (110), 한정 링들 (190), 및 배킹 부재 (140) 에 사용되는 결과로서, 하부 방사방향 갭 (242) 이 시스템의 동작 중에 변할 수 있다는 것을 알 수 있다.
센터링 엘리먼트들 (210) 은, 상부 전극 (110), 배킹 부재 (140) 및 가드 링 (170) 의 열 팽창 및/또는 수축 동안 외부 배킹 부재 (160) 의 외부 에지 (164) 상에 가드 링 (170) 을 센터링함으로써, 가드 링 (170) 의 내부 에지 (172) 와 외부 배킹 부재 (160) 사이에 균형잡힌 하중을 생성하려고 시도한다. 이용 시에, 센터링 엘리먼트들 (210) 은 바람직하게는 배킹 부재 (140) 의 외부 에지 (164) 주위의 3 개 이상의 대칭적 각 위치들에 동등하게 공간지정된다.
또한, 배킹 부재 (140) 주위의 원형 가드 링 (170) 의 센터링은, 이용 또는 프로세싱 중에 시스템 내의 프로세스 가스 흐름 변동을 회피함으로써 시스템 (100) 에 균일성을 제공한다. 또한, 복수의 센터링 엘리먼트들 (210) 의 형태의 셀프-센터링 보정 엘리먼트를 이용하여 외부 배킹 부재 (140) 와 가드 링 (170) 사이의 임의의 오프-센터 저항을 제거함으로써, 시스템 (100) 은, 시스템 어셈블리 중에 방사방향 범프 하중 (radial bump load) 으로부터 동심도를 유지할 수 있다. 또한, 시스템 (100) 의 고유 진동 (natural vibration) 이 상부 전극 배킹 부재 (140) 주위에 가드 링 (170) 을 센터링하는데 이용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
가드 링 (170) 은 또한, 가드 링 (170) 과 플라즈마 한정 어셈블리 (180) (또는, WAP) 또는 한정 링들 (190), 및 가드 링 (170) 과 상부 전극 배킹 부재 (140) 사이의 국소 전기적 아킹 또는 라이트-업의 가능성을 최소화 또는 제거할 수 있다.
센터링 엘리먼트들 (210) 은 또한 바람직하게는 외부 배킹 부재 (160) 와 가드 링 (170) 사이에 충분한 클리어런스를 제공하여 결합 (binding) 을 회피하고 가드 링 (170) 과 상부 전극 배킹 부재 (140) 를 동심으로 정렬하도록 구성된다. 또한, 스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (224) 는, 상부 전극 (110) (또는, 외부 전극 (130)) 의 상부면 (138) 상에 가드 링 (170) 이 그 자체를 축방향으로 지지하도록 허용하는데, 이는 가드 링 (170) 아래의 축방향 갭을 제거한다. 축방향 갭을 제거함으로써, 가드 링 (170) 은, 상부 전극 (110) 과 배킹 부재 (140) 사이의 접합제 또는 접합 재료를 이용 중의 프리 라디칼 (free radical) 및 이온 충돌 부식 (ion bombardment erosion) 으로부터 보호할 수 있다. 또한, 상부 전극 표면 (138) 상에 가드 링 (170) 이 그 자체를 지지하도록 허용함으로써, 가드 링 (170) 은 또한, 외부 배킹 부재의 외부면 (164) 을 포함하는 외부 배킹 부재 (160) 및 내부 배킹 부재 (150) 를 포함하는 배킹 부재 (140) 를, 플라즈마로부터의 프리 라디칼 및 이온 충돌 노출, 및 관련 알루미늄 플루오라이드 형성물로부터 보호한다.
센터링 엘리먼트 (210) 는 또한, 영구 압축 (compression set) 을 방지 또는 최소화하고 스테인레스 스틸 스프링과 같은 금속성 재료의 노출을 방지하는 기계적 엘리먼트들을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 센터링 엘리먼트 (210) 는 바람직하게는 접촉 부품들 또는 엘리먼트들의 스티킹을 피하는 저-마찰 재료들로 제조된다. 또한, 센터링 엘리먼트 (210) 는 바람직하게는, 그 센터링 엘리먼트 (210) 가 차원적이고 온도 내성이 있으며, 어셈블링/디스어셈블링하기에 인간 공학적으로 편리하며, 제조 비용을 최소화하도록 기하학적으로 가능한 한 간단하게 설계되며, 낮은 비용 및 화학적으로 불활성의 재료들을 이용한다.
도 8 은, 일 실시형태에 따라 망상 (reticulating) 볼 또는 롤러 팁 어셈블리 (250) 를 갖는 센터링 엘리먼트 (210) 의 측면도를 나타낸다. 도 8 에 나타낸 것처럼, 망상 볼 또는 롤러 팁 어셈블리 (250) 는, 제 1 단부 (254) 및 제 2 단부 (256) 를 갖는 중공 원통 (252; 도 9) 으로 이루어진다. 제 1 단부 (254) 는 스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (224; 도 7) 를 수용하도록 개방된다. 제 2 단부 (256) 는 볼 (260) 을 수용하도록 구성된 볼 수용부 (258) 를 갖는다. 볼 (260) 은 볼 수용부 (258) 내에 보유되고, 가드 링 (170) 과 접촉 시에 필요에 따라 볼 수용부 (258) 내에서 회전하도록 구성된다.
망상 볼 또는 롤러 팁 어셈블리 (250) 는 바람직하게는 플루오로폴리머, 이를 테면, Teflon® (또는, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)) 으로 제조된다. 그러나, 망상 볼 또는 롤러 팁 어셈블리 (250) 는 폴리에테르에테르케톤 또는 폴리케톤 (PEEK), 폴리이미드, 이를 테면 VespelTM, 또는 다른 적절한 폴리머 재료로 제조될 수 있다는 것을 알 수 있다. PTFE 재료가 다른 요인들로 인해 사용될 수 없는 경우, 가장 낮은 마찰 계수를 가진 재료가 바람직하다는 것을 알 수 있다.
도 9 는, 라인 9 - 9 를 따라 도 8 의 롤러 팁 어셈블리 (250) 의 단면도를 나타낸다. 도 9 에 나타낸 것처럼, 롤러 팁 어셈블리 (250) 는, 제 1 단부 (254), 제 2 단부 (256), 및 볼 수용부 (258) 를 갖는 중공 원통 (252) 으로 이루 어진다. 볼 수용부 (258) 는, 롤러 팁 어셈블리 (250) 의 제 2 단부 (256) 내에 안전하게 유지되는 회전가능한 볼 (또는, 망상 볼 (260)) 을 수용한다.
도 10 은, 도 8 의 센터링 엘리먼트 (210) 의 일부의 단면도를 나타낸다. 도 10 에 나타낸 것처럼, 롤러 볼 어셈블리 (250) 의 볼 수용부 (258) 는 볼 (260) 을 수용하도록 구성된다. 볼 수용부 (258) 는, 제 1 직경 (264) 을 갖는 상부 부분 (262) 및 일반적으로 구형 또는 반-구형의 공동 (268) 을 갖는 하부 부분 (266) 을 포함하는데, 이는 볼 (260) 을 수용하도록 구성된다. 일반적으로 볼 (260) 은 구형의 형상이고, 가드 링 (170) 과 같은 오브젝트와의 접촉 시에, 볼 (260) 은, 구형 또는 반-구형의 공동 (268) 내에서 회전한다. 구형 또는 반-구형의 공동 (268) 내에서의 볼 (260) 의 회전은, 상부 전극 (110), 배킹 부재 (140) 및 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 의 열 팽창으로부터의 시스템의 이동으로 인한 상부 전극 (110), 배킹 부재 (140) 및 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 의 이동 중에, 외부 배킹 부재 (160) 의 외부 에지 (164) 주위에 가드 링 (170) 을 센터링한다.
도 11 은, 다른 실시형태에 따른 외부 링 (170) 의 상부도를 나타낸다. 도 11 에 나타낸 것처럼, 가드 링 (170) 은, 가드 링 (170) 의 내부 에지 (172) 상에 적어도 3 개의 소켓들 또는 보어들 (270) 을 포함할 수 있다. 적어도 3 개의 소켓들 또는 보어들 (270) 은, 둥근 팁 (290; 도 13 내지 도 15) 을 갖는 센터링 엘리먼트 (210) 를 수용하도록 구성된다. 적어도 3 개의 소켓들 또는 보어들 (270) 은, 바람직하게는, 3 개의 소켓들 또는 보어들 (270) 각각이 서로 120 도 가 되도록, 가드 링 (170) 의 내부 에지 (172) 상에 서로로부터 등간격으로 위치된다. 적어도 3 개보다 더 많은, 예를 들어, 적어도 6 개, 적어도 12 개 또는 적어도 18 개의 소켓들 또는 보어들 (270) 이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 12 는, 도 11 의 가드 링 및 소켓 또는 보어 (270) 의 일부를 나타낸다. 도 12 에 나타낸 것처럼, 소켓 또는 보어 (270) 는, 그루브 (272) 를 포함하는데, 이는 둥근 팁 (290; 도 13) 을 갖는 센터링 엘리먼트 (210) 를 수용하도록 구성된다. 그루브 (272) 는 가드 링 (170) 의 내부 에지 (172) 의 높이를 연장시킬 수 있고, 또는 대안으로, 내부 에지 (172) 가 센터링 엘리먼트 (210) 의 둥근 팁 (290), 또는 그 내부에서의 조합을 수용하도록 구성된 구형의 그루브를 포함할 수 있으며, 여기서, 그루브 (272) 는 가드 링 (170) 의 내부 에지 (172) 의 전체 길이까지 연장되지 않는다.
대안의 실시형태에서, 도 12 에 나타낸 것처럼, 가드 링 (170) 의 내부 에지 (172) 는, 약 0.018 인치 내지 0.022 인치, 더 바람직하게는 약 0.020 인치의 폭 (276) 을 갖는 라이너 (274) 를 포함할 수 있다. 라이너 (274) 는 바람직하게는 가드 링 (170) 의 내부 에지 (172) 내에 위치되고, 내부 에지 (172) 에 대하여 그러한 위치들에의 라이너 (274) 의 부재 (absence) 에 의해 그루브 (270) 를 형성한다.
도 13 은, 원통형 바디 (280) 및 둥근 팁 (290) 을 갖는 다른 실시형태에 따른 센터링 엘리먼트 (210) 의 단면도를 나타낸다. 도 13 에 나타낸 것처럼, 센터링 엘리먼트 (210) 는, 둥근 팁 (290) 을 가진 제 1 단부 (282), 및 제 2 단부 (284) 를 갖는 중공 원통형 바디 (280; 도 15) 를 포함한다. 제 2 단부 (284) 는 스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (224; 도 7) 를 수용하기 위해 개방된다. 일 실시형태에 의하면, 센터링 엘리먼트 (210) 는, 약 1.38 인치 내지 1.44 인치, 더 바람직하게는 약 1.41 인치의 전체 높이 (286) 를 갖는다.
도 14 는, 도 13 의 센터링 엘리먼트 (210) 의 제 2 단부 (284) 의 저면도를 나타낸다. 도 14 에 나타낸 것처럼, 제 2 단부 (284) 는, 약 0.196 인치 내지 0.206 인치, 더 바람직하게는 약 0.199 인치 내지 약 0.202 인치, 및 가장 바람직하게는 약 0.199 인치의 내부 직경 (292) 을 갖는다. 또한, 제 2 단부 (284) 의 외부 직경 (294) 은, 바람직하게는 약 0.242 인치 내지 0.254 인치, 더 바람직하게는 약 0.248 인치 내지 0.251 인치, 및 가장 바람직하게는 약 0.248 인치이다.
도 15 는, 라인 15 - 15 를 따라 도 13 의 센터링 엘리먼트 (210) 의 단면도를 나타낸다. 도 15 에 나타낸 것처럼, 센터링 엘리먼트 (210) 는, 중공 원통형 바디 (280), 제 1 단부 (282), 제 2 단부 (284), 및 둥근 팁 (290) 을 포함한다. 제 2 단부 (284) 는 개방되어, 스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (224) 를 수용하도록 구성된다. 제 2 단부 (284) 는 또한, 모따기된 (chamfered) 또는 경사진 (angled) 내부 에지 (296) 를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 둥근 팁 (290) 은, 약 0.120 인치 내지 0.140 인치, 및 더 바람직하게는 약 0.130 인치의 직경을 갖는 구반경을 갖는다. 제 1 단부 (282) 는 바람직하게는 약 0.242 인치 내지 0.254 인치, 더 바람직하게는 약 0.248 인치 내지 0.251 인치, 및 가장 바람직하게는 0.248 인치의 직경 (294) 을 갖는다. 또한, 제 1 단부 (282) 는, 바람직하게는 약간 둥근 에지를 포함한다.
도 15 에 나타낸 것처럼, 센터링 엘리먼트 (210) 는, 스프링 또는 스프링형 부재 (224) 를 수용하도록 구성된 공동 (298) 을 포함한다. 공동 (298) 은, 센터링 엘리먼트 (210) 의 제 2 단부 (284) 로부터 제 1 단부 (282) 를 향하여 연장한다. 일 실시형태에 의하면, 공동 (298) 은 바람직하게는, 약 1.000 인치 내지 1.100 인치, 및 더 바람직하게는 약 1.055 인치의 높이 (287) 를 갖는다. 센터링 엘리먼트 (210) 의 제 1 단부 (282) 는, 바람직하게는 약 0.330 인치 내지 0.390 인치 및 더 바람직하게는 약 0.355 인치의 높이 (285) 를 가진 솔리드 또는 세미-솔리드이다.
도 16 내지 도 21 은, 추가 실시형태에 따른 센터링 엘리먼트 (300) 의 일련의 측면도들 및 단면도들을 나타낸다. 도 16 내지 도 21 에 나타낸 것처럼, 센터링 엘리먼트 (300) 는, 상부 부분 (302; 도 16), 하부 부분 (304; 도 17), 및 스프링 또는 스프링형 엘리먼트 (350; 도 21) 로 이루어진다.
도 16 은, 센터링 엘리먼트 (300) 의 상부 부분 (302) 의 측면도를 나타낸다. 도 16 에 나타낸 것처럼, 상부 부분 (302) 은 원통형 팁 (320) 을 가진 제 1 단부 (312), 및 제 2 단부 (314) 를 갖는 원통형 바디 (310) 로 이루어진다. 제 2 단부 (314) 는 바람직하게는, 플랜지 또는 내부 릿지 (328) 를 포함하는데, 이는 원통형 삽입물 (330; 도 17) 이 원통형 바디 (310) 의 공동 또는 중공 부분 (326) 내에 보유되도록 원통형 삽입물 (330) 을 수용하도록 구성된다. 스프링형 엘리먼트 또는 탄성 엘리먼트 (350; 도 21) 는, 각각 원통형 바디 (310) 및 원 통형 삽입물 (330) 의 공동 (326) 또는 중공 부분 (329) 내에 끼워 맞춘다.
상부 부분 (302) 및 하부 부분 (304) 으로 이루어진 센터링 엘리먼트 (300) 는, 약 0.68 인치 내지 0.76 인치 및 더 바람직하게는 약 0.72 인치의 전체 높이를 갖는다. 원통형 바디 (310) 는, 약 0.49 인치와 약 0.57 인치 사이 및 더 바람직하게는 약 0.53 인치의 높이 (316) 를 갖는다. 원통형 팁 (320) 은, 약 0.028 인치와 0.032 인치 사이의 높이 (318) 를 갖는다. 원통형 팁 (320) 은 바람직하게는, 각각, 0.005 인치와 0.010 인치 사이, 및 0.005 인치와 0.015 인치 사이의 반경을 갖는 상부 세그먼트 (322) 및 하부 세그먼트 (324) 로 이루어진다.
도 17 은, 센터링 엘리먼트 (300) 의 하부 부분 (304) 의 측면도를 나타낸다. 도 17 에 나타낸 것처럼, 하부 부분 (304) 은, 제 1 외부 직경 (336) 을 갖는 상부 부분 (332) 및 제 2 외부 직경 (338) 을 갖는 하부 부분 (334) 으로 이루어진 원통형 삽입물 (330) 로 이루어지며, 상부 부분 (332) 의 제 1 외부 직경은, 상부 부분이 상부 부분 (302) 의 원통형 바디 (310) 의 중공 부분 (326) 내에 보유되도록, 하부 부분 (334) 의 외부 직경보다 더 크다. 원통형 삽입물 (330) 은 바람직하게는, 약 0.34 인치와 0.38 인치 사이, 및 더 바람직하게는 약 0.36 인치의 전체 높이 (340) 를 갖는다.
도 18 은, 라인 18 - 18 을 따라 도 16 의 센터링 엘리먼트 (300) 의 상부 부분 (302) 의 단면도를 나타낸다. 도 18 에 나타낸 것처럼, 센터링 엘리먼트 (300) 의 상부 부분 (302) 은, 스프링 또는 스프링형 부재 (350) 를 수용하도록 구성된 공동 (326) 을 포함한다. 공동 (326) 은, 상부 에지 (372) 및 하부 에지 (374) 를 갖는다. 공동 (326) 의 하부 에지 (374) 는, 센터링 엘리먼트 (300) 의 제 2 단부 (314) 상의 플랜지 또는 내부 릿지 (328) 의 상부면이다. 플랜지 또는 내부 릿지 (328) 는, 이용 중에 센터링 엘리먼트 (300) 의 상부 부분 (302) 의 공동 (326) 내에 원통형 삽입물 (330) 및 스프링 엘리먼트 (350) 를 보유하도록 구성된다.
일 실시형태에 의하면, 도 18 에 나타낸 것처럼, 원통형 바디 (310) 는, 제 1 단부 (312) 에서 제 2 단부 (314) 까지 연장하는 약 0.500 인치의 전체 높이 (360) 를 갖는다. 원통형 바디 (310) 는, 제 1 단부 상의 솔리드 부분 및 제 2 단부 (314) 에 가장 근접한 공동 부분을 포함한다. 공동 (326) 은, 약 0.31 인치의 전체 높이 (362) 를 갖고, 솔리드 부분은 약 0.19 인치의 높이 (364) 를 갖는다. 원통형 바디 (310) 는, 약 0.248 인치의 외부 직경 (366) 을 갖는다. 일 실시형태에 의하면, 원통형 팁 (320) 은 바람직하게는, 약 0.070 인치의 팁 상에 외부 직경 (368) 을 갖는다.
도 19 는, 라인 19 - 19 을 따라 도 17 의 센터링 엘리먼트 (300) 의 하부 부분 (304) 의 단면도를 나타낸다. 도 19 에 나타낸 것처럼, 하부 부분 (304) 은, 제 1 외부 직경 (336) 을 갖는 상부 부분 (332) 및 제 2 외부 직경 (338) 을 갖는 하부 부분 (334) 으로 이루어진 원통형 삽입물 (330) 로 이루어진다. 상부 부분 (332) 의 제 1 외부 직경은 바람직하게는, 상부 부분이 상부 부분 (302) 의 원통형 바디 (310) 의 중공 부분 (326) 내에 보유되도록, 하부 부분 (334) 의 외부 직경보다 더 크다. 상부 부분 (332) 과 하부 부분 (334) 의 교차점은, 원 통형 삽입물 (330) 의 외부면 주위에 릿지 (382) 를 형성한다. 일 실시형태에 의하면, 원통형 삽입물 (330) 은 바람직하게는, 약 0.34 인치와 0.38 인치 사이 및 더 바람직하게는 약 0.36 인치의 전체 높이 (340) 를 갖고, 상부 부분 (336) 은, 약 0.140 인치 내지 0.150 인치, 및 더 바람직하게는 약 0.145 인치의 높이 (392) 를 갖는다. 하부 부분 (304) 은, 내부에 공동 (329) 을 갖는 원통형 삽입물 (330) 을 포함한다. 공동 (329) 은, 약 0.091 인치 내지 약 0.097 인치의 내부 직경 (390) 을 갖는다. 상부 부분 (302) 의 외부 직경 (388) 은, 약 0.194 인치 내지 0.200 인치이며, 약 80 도 각도 내지 수평이고 약 0.03 인치 내지 0.05 인치, 및 더 바람직하게는 약 0.40 인치의 높이 (386) 를 갖는 경사진 면 (394) 을 포함한다. 하부 부분 (338) 은, 약 0.141 인치 내지 약 0.144 인치의 외부 직경 (400) 을 갖는다. 공동 (329) 은, 약 0.340 인치의 높이 (380), 및 약 0.005 인치의 내부 반경 (396) 및 약 0.02 인치의 외부 반경 (398) 을 가진 약 0.025 인치의 두께 (384) 를 갖는다.
도 20 은, 도 16 의 센터링 엘리먼트의 상부도를 나타낸다. 일 실시형태에 의하면, 도 20 에 나타낸 것처럼, 제 2 단부 (314) 는, 약 0.196 인치 내지 0.206 인치, 더 바람직하게는 약 0.199 인치 내지 0.202 인치, 및 가장 바람직하게는 약 0.199 인치의 내부 직경 (378) 을 갖는다. 또한, 제 2 단부 (314) 의 외부 직경 (366) 은, 바람직하게는 약 0.242 인치 내지 0.254 인치, 더 바람직하게는 약 0.248 인치 내지 0.251 인치, 및 가장 바람직하게는 약 0.248 인치이다.
도 21 은, 각각, 라인 18 - 18 및 라인 19 - 19 를 따라 도 16 및 도 17 의 센터링 엘리먼트 (300) 의 단면도를 나타낸다. 도 21 에 나타낸 것처럼, 스프링 엘리먼트 (350) 는, 원통형 바디 (310) 및 원통형 삽입물 (330) 의 중공 부분들 (326) 또는 공동들 (329) 내에 수용된다. 센터링 엘리먼트들 (300) 은, 원통형 바디 (310) 의 내부 직경 (378) 과 원통형 삽입물 (330) 의 외부 직경 (388) 사이에 생성된 흡입 효과의 결과로서 가드 링 (170) 의 제거 동안 배킹 판 보어들 (212) 내에 보유된다. 원통형 바디 (310) 의 체적 (326) 은, 가드 링 (170) 의 제거 동안 원통형 바디 (310) 와 원통형 삽입물 (330) 사이의 상대 가속도를 허용가능한 크기로 조정하기 위한 댐퍼로서의 역할을 한다. 허용가능한 가속도 크기는, 센터링 엘리먼트들 (300) 이 배킹 판 보어들 (212) 밖으로 슈팅하는 것을 방지하고, 그들을 가드 링 (170) 의 제거 동안 배킹 판 내에 보유한다.
도 22 는, 다른 실시형태에 따른 외부 상부 배킹 부재 (160) 를 둘러싸는 가드 링 (170) 을 갖는 외부 전극 (130) 의 일부의 단면도를 나타낸다. 도 22 에 나타낸 것처럼, 시스템은, 내부 에지 (172) 에서 가드 링 (170) 의 하부면 (176) 까지 연장하는 경사진 하부 에지 (175; 또는, 모따기면) 를 가진 가드 링 (170) 을 포함한다. 원형 링 (230) 형태의 센터링 엘리먼트 (210) 는, 외부 배킹 부재 (160) 의 외부 에지 (164) 와 가드 링 (170) 의 경사진 하부 에지 (175) 사이에 위치되며, 외부 전극 (130) 의 상부면 (138) 상에 위치된다. 원형 링 (230) 은 바람직하게는, Teflon® (폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)), 플루오로폴리머 재료, 폴리이미드, 또는 다른 적절한 폴리머 또는 폴리머형 재료로 제조된 중공 링이다. PTFE 재료가 다른 요인들로 인해 사용될 수 없는 경우, 가장 낮은 마찰 계수를 가진 재료가 바람직하다는 것을 알 수 있다. 원형 링 (230) 은, 이용 중의 가드 링 (170) 과 배킹 부재의 열팽창 및 수축 동안, 완전한 원주에 대하여 가드 링 (170) 과 외부 배킹 부재 사이에 균일한 갭 (200) 을 유지하는데 이용된다.
원형 링 (230) 은, 자신의 중량으로 인해, 가드 링 (170) 이 그 자체를 셀프 센터링하도록 허용한다는 것을 알 수 있다. 또한, 원형 링 (230) 은, 상부 전극 접합제 (미도시), 및 그 상부 전극 접합제를 플라즈마로부터의 프리 라디칼 및 이온 충돌 부식으로부터 보호하는 외부 원뿔면까지의 임의의 가시선 또는 가스 흐름 경로를 차단한다. 또한, 원형 링은, 배킹판 (160) 의 외부면 (164) 을, 플라즈마로부터의 프리 라디칼 및 이온 충돌, 및 관련 알루미늄 플루오라이드 형성물로부터 보호한다.
도 23 은, 도 22 에 나타낸 것과 같은 가드 링 (170) 의 단면도를 나타낸다. 도 23 에 나타낸 것처럼, 가드 링 (170) 은, 내부 에지 (172) 로부터 하부면 (176) 까지 연장하는 경사진 하부 에지 (175; 또는 모따기면) 를 갖는다. 내부 에지 (172) 및 외부 에지 (174) 는 바람직하게는, 약 0.332 인치 내지 0.372 인치, 더 바람직하게는 약 0.342 인치 내지 0.362 인치, 및 가장 바람직하게는 약 0.352 인치의 높이 (177), 및 약 0.140 인치 내지 0.150 인치, 더 바람직하게는 약 0.142 인치 인치 내지 0.147 인치, 및 가장 바람직하게는 약 0.145 인치의 폭 (179) 을 갖는다. 경사진 하부 에지 (175) 는, 약 0.090 인치 내지 0.110 인치 및 더 바람직하게는 약 0.100 인치의 거리에 대해 내부 에지 (172) 로부터 외부 에지 (174) 까지 연장하고, 약 50 도 내지 70 도, 및 더 바람직하게는 약 60 도의 내부 에지와의 각도를 형성한다. 내부 에지 (172), 외부 에지 (174), 하부면 (176), 상부면 (178), 및 경사진 하부 에지 (175) 사이의 코너들은 바람직하게는, 약 0.025 인치와 0.010 인치 사이의 반경을 가진채 둥글게 된다. 내부 에지 (172) 및 하부 에지 (175) 가 만나는 코너에서, 그 코너는 최대 약 0.005 인치의 에지 브레이크를 포함한다는 것을 알 수 있다.
본 발명은, 바람직한 실시형태들을 참조하여 설명되고 있다. 그러나, 당업자는, 본 발명의 사상으로부터 벗어남 없이 상기 설명된 것과 달리 본 발명을 특정 형태들로 구체화하는 것이 가능하다는 것을 쉽게 알 것이다. 바람직한 실시형태는, 예시이며, 어떤 방법으로든 제한으로 간주되어서는 안된다. 본 발명의 범위는, 선행하는 설명이 아닌 첨부된 클레임에 의해 제공되며, 클레임의 범위 내에 있는 모든 변형물들 및 등가물들이 여기에 포함되도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 반도체 기판 프로세싱에 사용되는 플라즈마 반응 챔버에 대한 전극 어셈블리로서,
    상부 전극;
    상기 상부 전극의 상부면에 부착가능한 배킹 부재;
    상기 배킹 부재의 외부면을 둘러싸는 외부 링으로서, 상기 외부 링은 상기 배킹 부재의 외부면과 상기 외부 링의 내부면 사이에 내부 갭을 제공하도록 구성되는, 상기 외부 링; 및
    상기 배킹 부재의 외부면과 상기 외부 링의 내부면 사이에 위치된 적어도 하나의 센터링 엘리먼트를 포함하는, 전극 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 어셈블리는,
    (a) 상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트가, 상기 외부 링과 접촉하고 있는 제 1 단부들 및 상기 배킹 부재와 접촉하고 있는 스프링들을 지지하는 제 2 단부들을 갖는 복수의 센터링 엘리먼트들을 포함하는 것;
    (b) 상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트가, 상기 배킹 부재의 외부면 내의 공동들에 수용된 복수의 센터링 엘리먼트들을 포함하는 것;
    (c) 상기 외부 링이 석영으로 이루어지는 것;
    (d) 상기 배킹 부재가 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것; 및
    (e) 상기 상부 전극이 내부 전극 및 외부 전극을 포함하는 것,
    중 적어도 하나의 조건을 만족하는, 전극 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 전극은 복수의 세그먼트들을 포함하며, 상기 복수의 세그먼트들은 외부 전극 링을 형성하고 상기 복수의 세그먼트들 각각의 계면에서 중첩면을 갖는, 전극 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 어셈블리는,
    (a) 상기 배킹 부재가 내부 배킹 부재 및 외부 배킹 부재를 포함하는 것;
    (b) 접합 재료가 상기 상부 전극의 상부면을 상기 배킹 부재에 부착시키는 것;
    (c) 상기 상부 전극이 실리콘으로 이루어지는 것;
    (d) 상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트가, 일 단에 망상 볼 부재를 갖는 스프링-하중식 센터링 엘리먼트들인 복수의 센터링 엘리먼트들을 포함하는 것; 및
    (e) 상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트가, 상기 배킹 부재의 외부면 주위에 대칭적으로 위치된 3 개 이상의 스프링-하중식 엘리먼트들을 포함하는 것,
    중 적어도 하나의 조건을 만족하는, 전극 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트는 복수의 센터링 엘리먼트들을 포함하고, 상기 복수의 센터링 엘리먼트들 각각은, 내부에 공동을 갖는 원통형 바디 및 내부에 공동을 갖는 원통형 삽입물을 포함하며,
    상기 원통형 부재 및 상기 원통형 삽입물 내의 상기 공동들 내에는 스프링이 포함되는, 전극 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 원통형 바디는 상기 외부 링과 접촉하는 원통형 팁을 갖는, 전극 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트는 센터링 링을 포함하는, 전극 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극 어셈블리는,
    (a) 상기 센터링 링이 중공인 것;
    (b) 상기 외부 링이 상기 센터링 링과 접촉하고 있는 하부 경사면을 가진 일반적으로 직사각형 단면을 가지는 것;
    (c) 상기 배킹 부재가 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것; 및
    (d) 상기 외부 링은 석영으로 이루어지는 것,
    중 적어도 하나의 조건을 만족하는, 전극 어셈블리.
  9. 반도체 기판 프로세싱에 사용되는 플라즈마 반응 챔버의 전극 어셈블리에서 사용하기 위한 가드 링 어셈블리로서,
    상기 전극 어셈블리는 배킹 부재에 접합된 샤워헤드 전극을 포함하고, 한정 링 어셈블리가 상기 전극 어셈블리를 둘러싸며,
    상기 가드 링 어셈블리는,
    상기 배킹 부재의 외주 (outer periphery) 와 상기 한정 링 어셈블리의 내주 (inner periphery) 사이에 삽입되도록 구성된 가드 링으로서, 상기 가드 링은 상기 배킹 부재의 외주와 상기 가드 링의 내주 사이에 내부 갭을 제공하도록 구성되는, 상기 가드 링; 및
    상기 배킹 부재의 외주 주위에 상기 가드 링을 센터링하도록 구성된 적어도 하나의 센터링 엘리먼트를 포함하는, 가드 링 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트는, 상기 가드 링과 접촉하고 있는 제 1 단부들 및 상기 배킹 부재 주위에 상기 가드 링을 센터링하도록 협력하는 스프링들을 지지하는 제 2 단부들을 갖는 복수의 센터링 엘리먼트들을 포함하는, 가드 링 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 센터링 엘리먼트들 각각은, 상기 배킹 부재의 외부면 상의 공동에 수용되는, 가드 링 어셈블리.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트는 센터링 링을 포함하는, 가드 링 어셈블리.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센터링 링은 압축가능한 링이고, 상기 가드 링의 내주의 일부는, 상기 배킹 부재의 외주에 대하여 및 상기 샤워헤드 전극의 상부면에 대하여 상기 압축가능한 링을 가압하는, 가드 링 어셈블리.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트는 복수의 센터링 엘리먼트들을 포함하고, 상기 복수의 센터링 엘리먼트들 각각은, 일 단에 상기 가드 링과 접촉하고 있는 롤러를 갖고, 다른 단에 상기 배킹 부재와 접촉하는 스프링 엘리먼트를 수용하는 공동을 갖는 중공 바디를 포함하는, 가드 링 어셈블리.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트는 복수의 센터링 엘리먼트들을 포함하고, 상기 복수의 센터링 엘리먼트들 각각은 일 단에 팁을 포함하며, 상기 가드 링은 복수의 오목부들을 갖고, 상기 복수의 오목부들 각각은 상기 센터링 엘리먼트들의 상기 팁들 중 각각의 팁을 수용하는, 가드 링 어셈블리.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 가드 링은 석영으로 이루어지고, 상기 가드 링의 내주 상에 도포물 (coating) 을 선택적으로 포함하는, 가드 링 어셈블리.
  17. 전극 어셈블리의 배킹 부재 주위에 가드 링을 센터링하는 방법으로서,
    상기 배킹 부재는 반도체 기판 프로세싱에 사용되는 플라즈마 반응 챔버에서 플라즈마를 생성시키기 위해 사용되는 전극에 접합되며,
    상기 가드 링을 센터링하는 방법은,
    상기 배킹 부재의 외부면 주위에 상기 가드 링을 위치시키는 단계; 및
    상기 배킹 부재 주위에 상기 가드 링을 센터링하기 위하여 상기 가드 링과 상기 배킹 부재 사이에 적어도 하나의 센터링 엘리먼트를 삽입하는 단계를 포함하며,
    상기 가드 링은 상기 배킹 부재의 외주와 상기 가드 링의 내주 사이에 내부 갭을 제공하도록 구성되는, 가드 링을 센터링하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트는, 상기 배킹 부재의 외부면과 상기 가드 링의 내부면 사이에 최소 간격을 유지하는 복수의 스프링-하중식 센터링 엘리먼트들을 포함하는, 가드 링을 센터링하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트는, 상기 가드 링의 내주, 상기 배킹 부재의 외주, 및 상기 전극의 상부면과 접촉하고 있는 압축가능한 링을 포함하는, 가드 링을 센터링하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센터링 엘리먼트는 복수의 센터링 엘리먼트들을 포함하 고, 상기 복수의 센터링 엘리먼트들 각각은, 일 단에 상기 가드 링과 접촉하고 있는 팁을 갖는 중공 바디, 상기 중공 바디 내의 공동에 수용된 삽입물 및 상기 삽입물을 상기 배킹 부재를 향하여 가압하는 상기 공동 내의 스프링 엘리먼트를 포함하는, 가드 링을 센터링하는 방법.
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