KR102208209B1 - 플라즈마 웨이퍼 처리를 위한 하이브리드 에지 링 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 챔버에서의 사용을 위한 에지 링 어셈블리가 개시되며, 에지 링 어셈블리는 베이스 플레이트의 환상 표면 상에 위치되고 베이스 플레이트의 상부 부분을 둘러싸고, 베이스 플레이트의 상부 면 상에 위치된 웨이퍼의 외측 에지 밑으로 연장하도록 구성된 RF 도전성 링, 및 RF 도전성 링의 상부면 위에 위치되고 웨이퍼의 외측 에지 상에서 연장하도록 구성된 웨이퍼 에지 보호 링을 포함한다. 웨이퍼 에지 보호 링은, 웨이퍼의 외측 에지 상에서 연장하는 균일한 두께의 내측 에지 부분, 내측 에지 부분으로부터 수평 상부면까지 외측으로 연장하는 원뿔 형상의 상부면 및 RF 도전성 링의 상부면 상에 위치되고 웨이퍼의 외측 에지 상에서 연장하도록 구성된 내측 환상 리세스를 갖는다.

Description

플라즈마 웨이퍼 처리를 위한 하이브리드 에지 링{HYBRID EDGE RING FOR PLASMA WAFER PROCESSING}
도전체 (금속) 처리의 분야에서, 플라즈마 처리 챔버는 일반적으로 기판 상에 형성되는 하나 이상의 층들을 에칭하는데 사용된다. 에칭 동안, 기판은 챔버 내에서 기판 지지 표면 상에서 지지된다. 기판 지지부는, 플라즈마에 의한 부식으로부터 클램핑 매커니즘을 통상적으로 포함하는 기판 지지부를 보호하거나 그리고/또는 기판 위의 볼륨으로 플라즈마를 한정하기 위한 기판 지지부 주위에 (예컨대, 기판 주위에) 위치된 에지 링을 포함할 수 있다. 포커스 링으로 때때로 지칭되는 에지 링은 희생되는 (예컨대 소모적인) 부분일 수 있다. 도전성 및 비-도전성 에지 링이 공유되는 미국 특허 번호 제 6,805,408; 5,998,932; 6,013,984; 6,039,836 및 6,383,931호에서 설명된다.
플라즈마 에칭 동안, 플라즈마는 저압에서 가스 (또는 가스 혼합물) 에 많은 양의 에너지를 가함으로써 기판의 표면 위에 형성된다. 플라즈마는 고 운동 에너지를 갖는 중성 종, 이온, 자유 라디컬을 함유할 수도 있다. 기판의 전기 전위를 조정함으로써, 플라즈마내의 차징된 종들은 기판의 표면 상에 충돌 (impinge) 하도록 향해져서 그로부터 재료 (가령, 원자) 를 제거한다.
플라즈마 처리 챔버에서의 사용을 위한 에지 링 어셈블리가 개시되며, 에지 링 어셈블리는: 베이스 플레이트의 환상 표면 상에 위치되고, 베이스 플레이트의 상부 부분을 둘러싸고 베이스 플레이트의 상부 면 상에 위치된 웨이퍼의 외측 에지 밑으로 연장하도록 구성된 RF 도전성 링; 및 RF 도전성 링의 상부면 위에 위치되고 웨이퍼의 외측 에지 상에서 연장하도록 구성된 웨이퍼 에지 보호 링을 포함하고, 웨이퍼의 외측 에지 상에서 연장하도록 구성된 웨이퍼 에지 보호 링은, 균일한 두께의 내측 에지 부분, 내측 에지 부분으로부터 수평 상부면으로 외측으로 연장하는 원뿔 형상의 상부면, 및 RF 도전성 링의 상부면 상에 위치되고 웨이퍼의 외측 에지 상에서 연장하도록 구성된 내측 환상 리세스를 갖는다.
플라즈마 처리 챔버에서의 사용을 위한 하부 전극 어셈블리가 개시되고, 하부 전극 어셈블리는 베이스 플레이트의 상부면 상에 웨이퍼를 수용하도록 구성된 베이스 플레이트; 베이스 플레이트를 둘러싸고 베이스 플레이트의 환상면 상에 지지되는 하단 링; 하단 링의 상부면 상에 위치되고 베이스 플레이트의 상부 부분을 둘러싸고 베이스 플레이트의 상부면 상에 위치된 웨이퍼의 외측 에지 밑으로 연장하도록 구성된 RF 도전성 링; RF 도전성 링의 상부면 위에 위치되고 웨이퍼의 외측 에지 상에서 연장하도록 구성된 웨이퍼 에지 보호 링; 베이스 플레이트의 외측 표면과 하단 링의 외측 에지를 둘러싸는 석영 링; 및 석영 링의 외측 에지를 둘러싸고 웨이퍼 에지 보호 링 내의 중앙 환영 리세스로 위로 연장하는 센터링 링을 포함한다.
플라즈마 처리 챔버에서 처리된 웨이퍼 상에서 프로파일 스트리에이션 (stration) 을 감소시키기 위한 방법이 개시되며, 방법은: 베이스 플레이트의 상부면 상에 RF 도전성 링을 위치시키고, 베이스 플레이트의 상부 부분을 둘러싸고, 베이스 플레이트의 상부면 상에 위치된 웨이퍼의 외측 에지 아래로 연장시키는 단계; 베이스 플레이트의 상부면 상에 처리될 웨이퍼를 위치시키는 단계; RF 도전성 링의 상부면 위에 웨이퍼 에지 보호 링을 위치시키고 웨이퍼 에지 보호 링의 외측 에지 상에서 그리고 웨이퍼의 외측 에지 상에서 연장시키는 단계로서, 웨이퍼 에지 보호 링은 웨이퍼 외측 에지 상에서 연장하는, 균일한 두께를 갖는 내측 에지 부분, 내측 에지 부분으로부터 수평 상부면으로 외측으로 연장하는 원뿔 형상의 상부면, 및 RF 도전성 링의 상부면 상에 위치되고 웨이퍼의 외측 에지 상에서 연장하도록 구성된 내측 환상 리세스를 갖는, 연장시키는 단계; 및 플라즈마 처리 챔버에서 웨이퍼를 에칭하는 단계를 포함한다.
첨부된 도면은 본 발명의 더 나은 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 상세한 설명의 일부를 구성하고 본 명세서의 일부로 통합된다. 도면은 본 발명의 실시예들을 도시하고, 본 상세한 서명과 함께 도시되며, 본 발명의 원리를 설명하는데 사용된다.
도 1은 예시적인 플라즈마 처리 장치의 도시이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 에지 링 어셈블리의 단면도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 웨이퍼 에지 보호 링의 상면도이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 도 3에서 도시된 웨이퍼 에지 보호 링의 하면도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 도 3에서 도시된 선 5-5에 따른 웨이퍼 에지 보호 링의 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 웨이퍼 에지 보호 링의 내측 에지의 단면도이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 RF 도전성 링의 상면도이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 도 7에서 도시된 선 8-8에 따른 RF 도전성 링의 단면도이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 RF 도전성 링의 단면도이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 하단 링의 상면도이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 석영 에지 링의 상면도이다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 센터링 링의 상면도이다.
본 출원은 35 U.S.C.§119(e) 하에서 참조로 전체로서 본 명세서에 통합되는 2013 년 2월 18일자로 출원된 미국 가출원 번호 제 61/766,028호에 대한 우선권을 주장한다.
플라즈마 챔버는, 챔버로 하나 이상의 가스를 포함하는 에칭 가스를 공급하고 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징 하기 위해 에칭 가스에 에너지를 인가함으로써 기판 상에 재료의 층들을 에칭하는데 일반적으로 사용된다. 다양한 플라즈마 챔버 설계는 무선 주파수 (RF; radio frequency) 에너지, 마이크로파 에너지 및/또는 자기장이 중 밀도 또는 고 밀도 플라즈마를 생성하고 유지하는데 사용될 수 있다고 알려진다.
이러한 플라즈마 처리 챔버에서 처리 가스가 샤워 헤드 전극 또는 가스 주입 시스템과 같은 적합한 구성을 통해 공급되며 하부 전극 상에서 지지된 반도체 기판은 처리 가스로 RF 에너지를 공급함에 의해 생성된 플라즈마에 의해 플라즈마 에칭된다.
금속 에칭 처리에 있어서, 하부 전극 어셈블리는 변압기 커플링된 플라즈마 (TCPTM; transformer coupled plasma) 반응기에 통합될 수 있다. RF 에너지가 반응기에 유도 커플링된 변압기 커플링된 플라즈마 반응기는 캘리포니아, 프레몬트의 Lam Research Corporation으로부터 이용가능하다. 고 밀도 플라즈마를 제공할 수 있는 고-흐름 플라즈마 반응기의 예시는 그 개시가 전체로서 참조로 본 명세서에 통합된 공유된 미국 특허 번호 제5,948,704호에서 개시된다.
예시적인 평행 플레이트 플라즈마 에칭 반응기가 도 1에 도시된다. 플라즈마 에칭 반응기 (100) 는 챔버 (110), 유입 로드 록 (112) 및 선택적인 유출 로드 록 (114) 을 포함하고, 보다 구체적인 사항들은 전체로 참조로서 본 명세서에 통합되는 공유된 미국 특허 제6,824,627호에서 설명된다. (제공된다면) 로드 록 (112 및 114) 은 웨이퍼 공급기 (162) 로부터 챔버 (110) 를 통해 웨이퍼 용기 (receptacle) 로 예컨대 웨이퍼와 같은 기판을 전송하기 위한 전송 디바이스를 포함한다. 로드 록 펌프 (176) 는 로드 록 (112 및 114) 에서 원하는 진공 압력을 제공할 수 있다.
터보 펌프와 같은 진공 펌프 (172) 는 챔버에서 원하는 압력을 유지하도록 구성된다. 플라즈마 에칭 동안, 바람직하게는 챔버 압력이 제어되며 플라즈마를 유지하는데 충분한 레벨로 유지된다. 너무 높은 챔버 압력은 불리하게 에칭 중단을 야기하는 반면, 너무 낮은 챔버 압력은 플라즈마가 소멸되게 할 수 있다. 평행 플레이트 반응기와 같은 중간 밀도 플라즈마 반응기에서, 예를 들어, 챔버 압력은 약 200 mTorr (예컨대 100 mTorr 미만 또는 50 mTorr 미만) 미만의 압력에서 유지될 수 있다. 진공 펌프는 반응기의 벽에서의 유출구와 연결될 수 있으며 챔버에서 압력을 제어하도록 밸브 (173) 에 의해 쓰로틀될 수 있다. 바람직하게, 진공 펌프는, 애칭 가스가 챔버 내로 흐르는 동안, 200 mTorr 미만으로 챔버 내의 압력을 유지할 수 있다.
챔버 (110) 는 상부 전극 (125) (예컨대, 샤워헤드 전극) 을 포함할 수 있는 상부 전극 어셈블리 (120), 베이스 플레이트 또는 하부 전극 (160) 을 포함하는 하부 전극 어셈블리 (140) 및 그 상부면에 형성되는 기판 지지면 (150)을 포함한다. 상부 전극 어셈블리 (120) 는 상부 하우징 (130) 에 마운팅된다. 상부 하우징 (130) 는 상부 전극 (125) 및 기판 지지면 (150) 사이의 갭을 조정하도록 메커니즘 (132) 에 의해 수직으로 이동될 수 있다.
에칭 가스 소스 (170) 는 하나 이상의 가스를 포함하는 에칭 가스를 상부 전극 어셈블리 (120) 로 전달하기 위한 하우징 (130) 과 연결될 수 있다. 예시적인 에칭 반응기에서, 상부 전극 어셈블리는 기판의 표면에 근접한 영역으로 반응 및/또는 캐리어 가스를 전달하는데 사용될 수 있는 가스 분배 시스템을 포함한다. 하나 이상의 가스 링, 주입기 및/또는 샤워헤드 (예컨대, 샤워헤드 전극) 을 포함할 수 있는 가스 분배 시스템은, 개시가 전체로 참조로서 본 명세서에 통합되는 공유된 미국 특허 번호 제5,824,605호; 제6,013,155호; 제6,300,651호; 및 제6,333,272호에 개시된다.
상부 전극 (125) 은 바람직하게 에칭 가스가 통과하여 분배하기 위한 아퍼쳐 (미도시) 를 포함하는 샤워헤드 전극을 포함한다. 샤워헤드 전극 (125) 은 에칭 가스의 원하는 분배를 촉진시킬 수 있는 하나 이상의 수직으로 떨어진 배플 플레이트를 포함할 수 있다. 상부 및 하부 전극 (125, 160) 은 그래파이트, 실리콘, 실리콘 카바이드, 알루미늄 (예컨대 양극산화된 알루미늄), 또는 그 조합과 같은 적합한 재료로 형성될 수 있다. 열 전달 액체 소스 (174) 는 상부 전극 어셈블리 (120) 와 연결될 수 있으며, 또 다른 열 전달 액체 소스는 베이스 플레이트 (160) 와 연결될 수 있다. 평행 플레이트 반응기가 전술되는 동안, 본 명세서에서 개시된 것과 같은 에지 링 어셈블리 (200) (도 2) 가 유도 커플링된 플라즈마 챔버와 같은 다른 플라즈마 처리 시스템에서 사용될 수 있다.
예를 들어, 보쉬 (Bosch) 에칭 프로세스 (SF6 / C4F8 화합물의 교차사용) 을 사용하는 쓰루 실리콘 비아 (TSV; through silicon via) 에칭을 위해, 노출된 실리콘 웨이퍼 에지는 웨이퍼의 에지 근방에서 원하지 않는 에칭에 의한 기판 손상을 방지하도록 보호를 요구한다. 보호되지 않으면, 웨이퍼의 에지가 에칭되며, 블랙 실리콘 결함 및 기판 칩핑 (chipping) 을 야기할 수 있는 약화된 웨이퍼 에지를 야기할 수 있다. 웨이퍼 에지를 보호하기 위해, 에지 보호 링 또는 하단 쉐도우 링이 TCP 반응기이거나 TCP 반응기로 구성된, 예를 들어 2300® Syndion® 챔버 상에서 TSV 에칭 중의 에칭 동안 웨이퍼 에지를 커버하는데 사용될 수 있다. 에지 보호 링의 존재는 예컨대 웨이퍼 에지의 6 mm 내에서, 피쳐 상의 스트리에이션 및/또는 프로파일 거칠기 또는 원하지 않는 비아/트렌치 틸트 (tilt) 와 같은, 에칭되는 피쳐 상에 유해한 효과를 야기할 수 있다. 피쳐 틸트는 에지 보호 링의 높이에 의해 일부 야기되는, 웨이퍼 에지 근방에서 플라즈마 쉬스 (sheath) 휨에 의한 웨이퍼 상의 비-수직인 이온 충격에 의해 유도될 수 있다. 웨이퍼 에지 근방 피쳐에서의 스트리에이션은 에지 보호 링의 부근에서 가스 전송의 감소된 효율에 의해 일부 야기될 수 있다.
예시적인 실시예에 따라, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) (도 2) 은 웨이퍼 (220) 의 외측 에지 (222) 예를 들어, 외측 6 mm 근방의 프로파일 스트리에이션 및/또는 거칠기 및 비아/트렌치 틸트를 포함하는 웨이퍼 에지 보호 링의 부정적인 부작용을 감소시킬 수 있는 웨이퍼 (220) 에 대한 웨이퍼 에지 보호 링 (300) (도 2) 이 개시된다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 에지 링 어셈블리 (200) 의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 챔버에서 사용되기 위한 에지 링 어셈블리 (200) 는 웨이퍼 에지 보호 링 (300), RF 도전성 링 (400) 및 하단 링 (500) 을 포함한다. 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 RF 도전성 링 (400) 의 상부면 (402) 위에 및/또는 상에 위치된다. 예시적인 실시예에 따라서, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 웨이퍼 (220) 의 외측 에지 (222) 상에서 확장하도록 구성된다. 예시적인 실시예에 따라서, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 처리 동안 웨이퍼 (220) 의 상부면과 접촉하지 않는다.
예시적인 실시예에 따라서, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 두께는 웨이퍼 (220) 의 에지 (222) 근방에서 비아의 틸트를 최소화하도록 선택될 수 있다. 그러나, 일부의 경우에서 에지 보호 링 (300) 의 두께를 증가하는 것은 비아 틸트를 감소시킬 수 있으나, 프로파일 스트리에이션의 확률을 증가시킨다는 점에서 트레이드오프 관계에 있다. 예를 들어, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 두께가 증가하는 것은 측벽들 상에서 관찰되는 스트리에이션의 가능성을 높일 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에 따라서, 명세서에 개시된 것과 같은 에지 링 어셈블리 (200) 는, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 을 채용하고 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 아래의 실질적으로 절연 유전체 에지 링을 RF 도전성 링 (400) 으로 대체함에 의해 챔버 구성에 대하여 웨이퍼의 에지 근방에서 RF 커플링 효율을 증가시킬 수 있다.
예시적인 실시예에 따라서, RF 도전성 링 (400) 의 하부면 (404) 은 하단 링 (500) 의 상부면 (502) 상에 위치된다. RF 도전성 링 (400) 은 베이스 플레이트 (210) 의 상부 부분을 둘러싸고 베이스 플레이트 (210) 의 상부면 (216) 상에 위치된 웨이퍼 (220) 의 외부 에지 밑으로 연장하도록 구성된다. RF 도전성 링 (400) 은 상부면 (402), 하부면 (404), 외측 에지 (406) 및 내측 에지 (408) 을 갖는다. 하단 링 (500) 은 베이스 플레이트 (210) 의 환상 표면 (212) 상에서 지지되도록 구성되고 베이스 플레이트 (210) 를 둘러싼다. 하단 링 (500) 은 상부면 (502), 하부면 (504), 외측 에지 (506) 및 내측 에지 (508) 을 포함한다. 예시적인 실시예에 따르면, 하단 링 (500) 은 베이스 플레이트 (210) 로 통합된다. 예시적인 실시형태에 따르면, 베이스 플레이트 (210) 는 정전 척 어셈블리 (ESC; electrostatic chuck assembly) 이다.
예시적인 실시예에 따르면, 어셈블리 (200) 는 베이스 플레이트 (200) 의 외측 표면 (214) 과 양극산화된 하단 링 (500) 의 외측 에지 (506) 을 둘러싸는 석영 링 (600) 을 포함할 수 있다. 석영 링 (600) 은 상부면 (602), 하부면 (604), 외측 에지 (606) 및 내측 에지 (608) 를 포함한다. 예시적인 실시예에 따라서, 센터링 링 (700) 은 석영링 (600) 의 외측 에지 (606) 를 둘러싸고 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 내의 센터 리세스 (340) 까지 위쪽으로 연장한다.
예시적인 실시예에 따라서, 어셈블리 하단 링 (500) 은 알루미늄 또는 양극산화된 알루미늄 하단 링 (500) 이고, RF 도전성 링 (400) 은 저 저항 SiC 에지 링이다. 예시적인 실시예에 따라서, RF 도전성 링 (400) 은 약 100 옴-cm 미만의 저항을 갖는다. 예시적인 실시예에 따라서, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 아래의 RF 도전성 링 (400) 의 존재는 웨이퍼 에지 (220) 근방에서의 및 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 을 통한 증가된 RF 커플링을 야기할 수 있으며, 이는 예를 들어 400 kHz RF 바이어스를 사용하는 TSV 에칭에서 프로파일 스트리에이션을 감소시키는데 유익한 영향을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 을 통한 증가된 RF 커플링은 에지 보호 링 (300) 위의 플라즈마 쉬스 두께를 과도한 플라즈마 쉬스 휨 없이 증가시킬 수 있으며, 이는 더 얇은 에지 보호 링 (300) 이 사용되도록 할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 웨이퍼 (220) 의 외측 에지 (222) 근방에서의 커플링 RF를 더 제공함으로써, 더 얇은 내측 에지를 갖는 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 웨이퍼 (220) 의 에지 (222) 로의 가스 전송을 향상시킬 수 있으며, 이는 더 낮은 프로파일 거칠기 및 스트리에이션을 야기할 수 있다. 또한, 추가적인 RF 커플링이 필요하면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 RF 도전성 재료, 예를 들어 실리콘 카바이드 (SiC) 로 만들어질 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 용량 임피던스는 1/주파수로 비례하기 때문에 RF 커플링 효율의 감소가 더 낮은 RF 주파수에서 더 두드러지므로, RF 커플링 어셈블리 (200) 는 예를 들어 2 MHz 이하의 저 주파수 RF 소스를 사용하는 구성에서 사용될 수 있다. 또한, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 을 통한 RF 커플링의 증가는 플라즈마 쉬스 두께를 증가시킬 수 있으며, 사용될 더 얇은 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 을 허용하며, 이는 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 존재에 의해 도입된 가스 전송 효율의 상실을 최소화한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 상면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 내측 에지 (302) 및 외측 에지 (304) 를 갖는 환상 링이다. 에지 보호 링 (300) 의 상단면 (306) 은, 약간 원뿔 형상의 내측 부분 또는 상부면 (310) 까지 외측으로 연장하고, 두번째로 상대적으로 평탄한 부분 또는 수평면 (320) 까지 외측으로 연장하는, 상대적으로 균일한 두께를 갖는 상대적으로 평탄한 내측 부분 또는 내측 에지 부분 (312) (도 5) 를 갖는다. 예시적인 실시예에 따르면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 약 11.732 인치 내지 11.736 인치의 내경 및 약 16.14 인치의 외경을 갖는다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 도 3에 도시된 바와 같은 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 하면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 RF 도전성 링 (400), 석영 링 (600) 및 센터링 링 (700) 의 대응하는 윤곽 및/또는 상부 부분을 수용하도록 구성된, 하부면 상의 복수의 리세스들 (330, 340, 350) 을 포함한다. 복수의 리세스들 (330, 340, 350) 은, RF 도전성 링 (400) 의 상부면 (402) 상에 위치하거나 및/또는 위에 놓인 내측 환상 리세스 (330), 센터링 링 (700) 을 수용하도록 구성된 중앙 환상 리세스 (340) 및 적어도 3개의 외측 리세스들 (350) 을 포함할 수 있다. 3 개의 외측 리세스 (350) 각각은 웨이퍼 전송 동안 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 을 위로 올리는 세라믹 리프트 로드 (미도시) 를 수용하도록 구성된다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 도 3에 도시된 선 5-5에 따른 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 웨이퍼 (220) 의 외측 에지 (222) 상에서 확장하도록 구성된, 균일한 두께를 갖는 내측 에지 부분 (312) 을 갖는다. 예시적인 실시예에 따르면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 내측 에지 부분 (312) 의 상부면 (313) 으로부터 수평 상부면 (320) 을 향하여 외측으로 연장하는 원뿔 형상의 상부 표면 (310) 을 갖는다. 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 웨이퍼의 상부 에지 (224) 상에서 연장하도록 구성되고 RF 도전성 링 (400) 의 상부면 위에 위치되거나 및/또는 위에 놓인 내측 환상 리세스 (300) 를 갖는다. 또한, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 센터링 링 (700) 을 수용하도록 구성된 중앙 환상 리세스 (340) 를 포함한다. 중앙 리세스 (340) 는 센터링 링 (700) 을 수용하도록 구성된, 외측 에지 (342) 상에서 약간 둥근 에지의 쌍을 가질 수 있다.
또한, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 리세스 각각이 웨이퍼 전송 중에 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 을 위로 올리는 세라믹 리프트 로드 (rod)(미도시) 를 수용하도록 구성된, 적어도 3개의 리세스 (350) 를 포함한다. 예시적인 실시예에 따르면, 세라믹 리프트 로드는 베이스 플레이트 (또는 정전 척) 으로의 웨이퍼 전송 동안 약 0.5 인치 만큼 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 을 위로 올린다. 예시적인 실시예에 따르면, 적어도 3개의 리세스 (350) 각각은 바람직하게 둥글거나 원형의 단면을 갖는 원통 형상이다.
예시적인 실시예에 따르면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 내측 에지 부분 (312) 은 약 0.030 인치 내지 0.120 인치 사이의 두께 (311) 를 갖는다. 예를 들어, 예시적인 실시형태에 따르면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 내측 에지 부분 (312) 은 약 0.030 인치 내지 약 0.060 인치의 두께를 가질 수 있다. 또한, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 웨이퍼 (220) 의 외측 에지 (222) 상에서 약 0.5 mm 내지 3.0 mm 로 연장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에 따르면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 약 1.0 mm 내지 약 1.2 mm의 공칭적 물리 커버리지를 갖는다. 또한, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 이 처리 동안 웨이퍼 (200) 를 접촉하지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예를 따르면, 최소 0.003 인치에서 0.020 인치의 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 하부면 (226) 과 웨이퍼 (220) 의 상부면 (224) 사이의 갭 (228) (도 2) 이 제공될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에 따르면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 하부면 (226) 과 웨이퍼 (220) 의 상부면 (224) 사이의 거리 또는 갭 (228) 은 약 0.010 인치일 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 수평 상부면 (320) 으로부터 수평 하부면 (374) 로 연장하는 약 0.309 인치의 두께를 갖는다.
예시적인 실시예에 따르면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 세라믹, 예를 들어 알루미나 (Al2O3) 이다. 예시적인 실시예에 따르면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 이트륨 옥사이드 마감을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 은 RF 도전성 재료로 만들어질 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 내측 에지 부분 (312) 의 단면도이다. 도 6에서 도시된 바와 같이 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 내측 에지 부분 (312) 은 상대적으로 수평 내측 하부면 (370) 과 상대적으로 수평인 상부면 (380) 으로 연장하는 상대적으로 수직한 내측벽 (360) 을 포함한다. 상대적으로 수평한 내측 하부면 (370) 은 내측 수직 벽 (372) 로, 외측 수직한 에지 (390) (도 5) 까지 외측으로 연장하는 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 수평한 하부면 (374) 까지 연장한다. 예시적인 실시예에 따르면, 내측 수직 벽 (372) 으로부터 수평한 하부면 (374) 으로의 전환은 원형의 에지 (375) 를 갖는다.
예시적인 실시예에 따르면, 상대적으로 수평한 하부면 (370) 은 처리 동안 웨이퍼 (220) 의 외측 에지 (222) 상에서 연장한다. 상대적으로 수평한 상부면 (380) 은 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 의 상부 원뿔 형상의 부분 (310) 을 형성하고, 내측 원뿔 형상의 벽 (382) 으로 약 0.066 인치 내측으로 연장한다. 상부 원뿔 형상의 부분 (310) 은 외측 수직한 에지 (390) 까지 외측으로 연장하는 상부면 (384) 까지 외측으로 연장한다. 예시적인 실시예에 따르면, 상부면 (384) 으로부터 외측 수직한 에지 (390) 로의 전환은 원형의 에지 (372) 를 갖는다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 RF 도전성 링 (400) 의 상면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, RF 도전성 링 (400) 은 웨이퍼 (220) 의 외측 에지 (222) 밑에서 연장하도록 구성된, 내측 부분 (430) 상에서의 환상 리세스 (420) 와 함께 상대적으로 균일한 두께를 갖는 환상 링 (410) 이다. 예시적인 실시예에 따르면, RF 도전성 링 (400) 은 약 100 옴-cm 미만의 저항을 갖는 실리콘 카바이드 (SiC) 로 만들어진다. 예시적인 실시예에 따르면, RF 도전성 링 (400) 은 도핑된 실리콘 (Si) 로 만들어질 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, RF 도전성 링 (400) 은 베이스 플레이트 (210) 로 통합, 예컨대 정전 척 (ESC) 어셈블리 내로 통합될 수 있다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 도 7에서 도시된 바와 같이 선 8-8을 따른 RF 도전성 링 (400) 의 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예에 따르면, RF 도전성 링 (400) 은 약 12.620 인치의 외경 (440) 및 약 11.636 인치의 내경 (444) 를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, RF 도전성 링 (400) 은 약 11.905 인치의 환상 리세스 (420) 의 내측 수직한 리세스 벽 (424) (도 9) 로부터의 내경을 가질 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 도 7에 도시된 바와 같은 RF 도전성 링 (400) 의 단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, RF 도전성 링 (400) 은 상대적으로 수평한 상부면 또는 에지 (402), 상대적으로 수평한 하부면 또는 에지 (404) 상대적으로 수직한 외측 에지 (406) 및 상대적으로 수직한 내측 에지 (408) 를 갖는다. 상부면 (402) 과 내측 에지 (408) 는 RF 도전성 링 (400) 의 내측 에지 (408) 의 상부 부분 상에 위치되는 환상 리세스 (420) 까지 내측으로 연장한다. 환상 리세스 (420) 는 코너 (426) 에서 다른 하나와 연결된, 수직한 리세스 벽 (424) 과 내측 수평한 벽 (426) 을 갖는다. 내측 수평한 벽 (422) 은 길이가 약 0.189 인치일 수 있다. 수직한 리세스 벽 (424) 은 약 0.05 인치의 높이를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, RF 도전성 링 (400) 은 약 0.165 인치의 높이 (470) 및 약 0.492 인치의 폭 (472) 을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, RF 도전성 링 (400) 의 외측 에지 (460) 각각은 원형이거나 및/또는 이에 대한 곡률을 가질 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예에 따르면, 하단 링 (500) 의 상면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 하단 링 (500) 은 외측 에지 (506) 및 내측 에지 (508) 를 갖는 환상 링이다. 예시적인 실시예에 따르면, 하단 링 (500) 은 약 11.634 인치의 내경 (505) 을 가질 수 있다. 하단 링 (500) 은 베이스 플레이트 (210) 의 상부 또는 환상 표면 (212) 상에 놓여지도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 하단 링 (500) 은 양자화된 알루미늄 링일 수 있다. 하단 링 (500) 은 전반적으로 직사각형의 단면을 가질 수 있으며, 베이스 플레이트 (210) 로부터 위쪽으로 연장하는 하나 이상의 원형의 돌출부 (미도시) 내에서 수용되도록 구성되는 복수의 리세스 (510) 를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 하단 링 (500) 은 베이스 플레이트 (210) 의 환상 표면 (212) 상에서 지지되고, 베이스 플레이트 (210) 를 둘러싼다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 석영 에지 링 (600) 의 상면도이다. 석명 에지 링 (600) 은 내측 에지 (408) 와 외측 에지 (606) 를 갖는 환상 링이다. 석영 에지 링 (600) 은 베이스 플레이트 (210) 의 외측 표면 또는 에지 (214) 및 하단 링 (500) 의 외측 에지 (506) 을 둘러싸도록 구성된다. 석영 에지 링 (600) 은 하나 이상의 원형의 에지에 대한 전반적으로 직사각형의 단면을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 석영 에지 링 (600) 의 하부면 상에서의 내측 리세스 (610) 및/또는 석영 에지 링 (600) 의 외측 부분 상에서의 외측 플랜지 (620) 를 가질 수 있다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 센터링 링 (700) 의 상면도이다. 센터링 링 (700) 은 내측 에지 (702) 및 외측 에지 (704) 를 갖는 환상 링이다. 센터링 링 (700) 은 석영 링 (600) 의 외측 에지 (606) (도 2) 를 둘러싸도록 구성되고, 웨이퍼 에지 보호 링 (300) 내에서 중앙 리세스 (340) 까지 위로 연장한다. 센터링 링 (700) 은 하나 이상의 원형의 에지에 대한 전반적으로 직사각형의 단면을 가질 수 있다.
단어 "약" 이 본 상세한 설명에서 수치와 연관되어 사용되는 경우, 연관된 수치가 정해진 수치에서 ±10%의 허용 오차를 포함한다.
또한, 단어 "전반적으로", "상대적으로" 및 "실질적으로" 는 기하학적 형태와 연관되어 사용되는 경우, 기하학적 형태의 정확성이 요구되지는 않지만, 형태에 대한 자유는 개시의 범위 내에 있다는 것이 인식되어야 한다. 기하학적 용어로 사용된 경우, 단어 "전반적으로", "상대적으로" 및 "실질적으로" 는 엄밀한 정의를 맞추는 피쳐들 뿐만 아니라, 엄밀한 정의와 거의 가까운 피쳐들도 아우르도록 의도된다.
도시된 바와 같은 본 발명의 형태가 바람직한 실시예 중 일부라는 것이 이해되어야 한다. 다양한 변경이 기능과 부품의 배열에서 이루어질 수도 있으며; 균등한 수단이 도시되고 설명된 것들에 대하여 대체될 수도 있으며; 및 특정한 특징들은 첨부된 청구항에서 정의된 바와 같이 본 발명의 원리와 범위로부터 멀어지지 않고 다른 것들로부터 독립적으로 사용될 수도 있다.

Claims (33)

  1. 플라즈마 처리 챔버에서의 사용을 위한 에지 링 어셈블리로서,
    베이스 플레이트의 환상 표면 상에 위치되고, 상기 베이스 플레이트의 상부 부분을 둘러싸며 상기 베이스 플레이트의 상부면 상에 위치된 웨이퍼의 외측 에지 밑으로 연장하도록 구성된 RF 도전성 링; 및
    상기 RF 도전성 링의 상부면 위에 위치되고, 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지 위로 연장하도록 구성된 웨이퍼 에지 보호 링을 포함하고,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링은, 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지 위로 연장하도록 구성된, 균일한 두께를 갖는 내측 환상 에지 부분, 상기 내측 환상 에지 부분으로부터 수평한 상부면까지 외측으로 연장하는 원뿔 형상의 상부면, 및 상기 RF 도전성 링의 상기 상부면 상에 위치되고 상기 RF 도전성 링과 접촉하지 않고 그리고 상기 웨이퍼와 접촉하지 않고 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지 위로 연장하도록 구성된 내측 환상 리세스를 갖는, 에지 링 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트의 상기 환상 표면 상에 지지되도록 구성되고, 상기 베이스 플레이트의 상기 환상 표면 및 상기 RF 도전성 링 사이에 위치되는 하단 링을 포함하는, 에지 링 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 도전성 링은, 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지 밑으로 연장하도록 구성되는, 상기 RF 도전성 링의 내측 부분 상에 환상 리세스를 갖는, 에지 링 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링은 센터링 링을 수용하도록 구성된 중앙 환상 리세스 및 적어도 3개의 리세스를 가지며, 상기 적어도 3개의 리세스 각각은 웨이퍼 전송 동안 상기 웨이퍼 에지 보호 링을 위로 올리는 세라믹 리프트 로드를 수용하도록 구성되는, 에지 링 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링의 내측 에지 부분은 0.030 인치 내지 0.060 인치의 두께를 갖는, 에지 링 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링은 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지 위로 0.5 mm 내지 3.0 mm만큼 연장하도록 구성된, 에지 링 어셈블리.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트의 외측 표면과 상기 하단 링의 외측 에지를 둘러싸는 석영 링을 포함하는, 에지 링 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 석영 링의 외측 에지를 둘러싸고, 상기 웨이퍼 에지 보호 링 내에서 중앙 환상 리세스까지 위로 연장하는 센터링 링을 포함하는, 에지 링 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 도전성 링은 실리콘 카바이드 (SiC) 로 만들어지고 100 옴-cm 미만의 저항을 갖는, 에지 링 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 도전성 링은 도핑된 실리콘 (Si) 으로 만들어진, 에지 링 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링은 RF 도전성 재료로 만들어진, 에지 링 어셈블리.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 하단 링은 알루미늄 링인, 에지 링 어셈블리.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 하단 링은 양극산화된 알루미늄 링인, 에지 링 어셈블리.
  14. 플라즈마 처리 챔버에서의 사용을 위한 하부 전극 어셈블리로서,
    베이스 플레이트의 상부면 상에서 웨이퍼를 수용하도록 구성된 상기 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트의 환상 표면 상에 지지되고, 상기 베이스 플레이트를 둘러싸는 하단 링;
    상기 하단 링의 상부면 상에서 위치되고 상기 베이스 플레이트의 상부 부분을 둘러싸고, 상기 베이스 플레이트의 상기 상부면 상에 위치된 상기 웨이퍼의 외측 에지 밑으로 연장하도록 구성된 RF 도전성 링;
    상기 RF 도전성 링의 상부면 위에 위치되고, 상기 RF 도전성 링과 접촉하지 않고 그리고 상기 웨이퍼와 접촉하지 않고 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지 위로 연장하도록 구성된 웨이퍼 에지 보호 링;
    상기 하단 링의 외측 에지 및 상기 베이스 플레이트의 외측 표면을 둘러싸는 석영 링; 및
    상기 웨이퍼 에지 보호 링 내에서 중앙 환상 리세스까지 위로 연장하고 상기 석영 링의 외측 에지를 둘러싸는 센터링 링을 포함하는, 하부 전극 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 RF 도전성 링은, 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지 밑으로 연장하도록 구성되는, 내측 부분 상에 환상 리세스를 갖는, 하부 전극 어셈블리.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링은, 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지 상에서 연장하도록 구성된, 균일한 두께를 갖는 내측 에지 부분을 갖는, 하부 전극 어셈블리.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링은, 상기 내측 에지 부분으로부터 수평한 상부면까지 외측으로 연장하는 원뿔 형상의 상부면, 상기 RF 도전성 링의 상기 상부면 상에 위치되고 상기 웨이퍼의 상부 에지 위로 연장하도록 구성된 내측 환상 리세스, 및 적어도 3개의 리세스를 가지며, 상기 적어도 3개의 리세스 각각은 웨이퍼 전송 동안 상기 웨이퍼 에지 보호 링을 위로 올리는 세라믹 리프트 로드를 수용하도록 구성되는, 하부 전극 어셈블리.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링의 내측 에지 부분은 0.030 인치 내지 0.060 인치의 두께를 갖는, 하부 전극 어셈블리.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링은 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지 위로 0.5 mm 내지 3.0 mm만큼 연장하도록 구성된, 하부 전극 어셈블리.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 RF 도전성 링은 실리콘 카바이드 (SiC) 로 만들어지고 100 옴-cm 미만의 저항을 갖는, 하부 전극 어셈블리.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 RF 도전성 링은 도핑된 실리콘 (Si) 으로 만들어진, 하부 전극 어셈블리.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링은 RF 도전성 재료로 만들어진, 하부 전극 어셈블리.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 하단 링은 알루미늄 링인, 하부 전극 어셈블리.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 하단 링은 양극산화된 알루미늄 링인, 하부 전극 어셈블리.
  25. 제 14 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 정전 척 (ESC; electrostatic chuck) 어셈블리인, 하부 전극 어셈블리.
  26. 플라즈마 처리 챔버에서 처리되는 웨이퍼 상에서 프로파일 스트리에이션 (striations) 을 감소시키기 위한 방법으로서,
    베이스 플레이트의 상부면 상에, 상기 베이스 플레이트의 상부면 상에 위치된 웨이퍼의 외측 에지 밑으로 연장하고, 상기 베이스 플레이트의 상부 부분을 둘러싸는 RF 도전성 링을 위치시키는 단계;
    상기 베이스 플레이트의 상기 상부면 상에 처리될 상기 웨이퍼를 위치시키는 단계;
    상기 RF 도전성 링의 상부면 위에, 웨이퍼 에지 보호 링의 외측 에지와 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지 위로 연장하는 상기 웨이퍼 에지 보호 링을 위치시키는 단계로서, 상기 웨이퍼 에지 보호 링은 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지 위로 연장하는, 균일한 두께를 갖는 내측 에지 부분, 상기 내측 에지 부분으로부터 수평한 상부면까지 외측으로 연장하는 원뿔 형상의 상부면, 및 상기 RF 도전성 링의 상기 상부면 상에 위치되고 상기 RF 도전성 링과 접촉하지 않고 그리고 상기 웨이퍼와 접촉하지 않고 상기 웨이퍼의 상부 에지 위로 연장하도록 구성된 내측 환상 리세스를 갖는, 상기 웨이퍼 에지 보호 링을 위치시키는 단계; 및
    상기 플라즈마 처리 챔버에서 상기 웨이퍼를 에칭하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 상에서의 프로파일 스트리에이션을 감소시키는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트의 환상 표면 상에, 상기 베이스 플레이트를 둘러싸는 하단 링을 위치시키는 단계를 포함하고,
    상기 하단 링은 상기 RF 도전성 링과 상기 베이스 플레이트의 상기 환상 표면 사이에 위치된, 웨이퍼 상에서의 프로파일 스트리에이션을 감소시키는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 정전 척 (ESC; electrostatic chuck) 어셈블리이고, 상기 하단 링은 알루미늄 또는 양극산화된 알루미늄으로 만들어지고, 상기 RF 도전성 링은 실리콘 카바이드로 만들어지고, 상기 웨이퍼 에지 보호 링은 이트륨 옥사이드로 코팅된 알루미나로 만들어지고,
    상기 방법은,
    상기 웨이퍼에 2 MHz 이하의 RF 바이어스를 인가하는 동안 상기 웨이퍼에서 실리콘 비아를 플라즈마 에칭하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 상에서의 프로파일 스트리에이션을 감소시키는 방법.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 상부면과 상기 웨이퍼 에지 보호 링의 하부면 사이에 0.003 인치 내지 0.020 인치의 갭을 제공하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 상에서의 프로파일 스트리에이션을 감소시키는 방법.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링은 센터링 링을 수용하도록 구성된 중앙 환상 리세스 및 웨이퍼 전송 동안 상기 웨이퍼 에지 보호 링을 위로 올리는 복수의 세라믹 리프트 로드를 수용하도록 구성된 외측 리세스들을 갖는, 웨이퍼 상에서의 프로파일 스트리에이션을 감소시키는 방법.
  31. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링은 상기 RF 도전성 링 및 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지로부터 미리 결정된 거리만큼 이격되는, 에지 링 어셈블리.
  32. 제 14 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링은 상기 RF 도전성 링 및 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지로부터 미리 결정된 거리만큼 이격되는, 하부 전극 어셈블리.
  33. 제 26 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 에지 보호 링을 상기 RF 도전성 링 및 상기 웨이퍼의 상기 외측 에지로부터 미리 결정된 거리만큼 이격시키는 단계를 포함하는, 웨이퍼 상에서의 프로파일 스트리에이션을 감소시키는 방법.
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