KR102450921B1 - 고 전도성 프로세스 키트 - Google Patents

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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

반도체 기판들의 플라즈마 프로세싱을 위한 장치가 개시된다. 장치의 양상들은, 상부 실드의 중심에 배열되는 가스 확산기를 갖는 그러한 상부 실드를 포함한다. 가스 확산기 및 상부 실드는, 층류 방식으로 프로세싱 챔버로의 프로세스 가스의 유입을 허용한다. 상부 실드의 프로파일은, 프로세스 가스의 방사상 확장, 및 기판들의 표면으로부터 에칭되는 재료들의 방사상 이동을 촉진시킨다. 상부 실드의 곡률들은, 에칭된 재료들이 상부 실드 상에 증착되는 것을 감소시키면서, 에칭된 재료들을 하부 실드로 인도한다. 하부 실드는 또한, 에칭된 재료들이 하부 실드 상에 증착되는 것을 감소시키면서 프로세스 챔버로부터 빠져 나가는 것을 가능하게 하는, 슬롯들을 향해 에칭된 재료들을 인도하는 만곡형 표면들을 포함한다.

Description

고 전도성 프로세스 키트{HIGH CONDUCTANCE PROCESS KIT}
[0001] 본 발명의 실시예들은 일반적으로, 집적 회로들을 제조하는 프로세스에서의 플라즈마 세정 또는 에칭에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 플라즈마 챔버에 대한 프로세스 키트(kit)에 관한 것이다.
[0002] 플라즈마 챔버들은, 집적 회로 제조에서, 기판 표면으로부터 오염물질(contaminant)들을 제거하고 그리고/또는 기판 표면들을 에칭하기 위해 사용된다. 플라즈마 세정 또는 에칭 프로세스를 수행하기 위해, 집적 회로가 플라즈마 챔버 내에 배치되고, 펌프가 챔버로부터 공기의 대부분을 제거한다. 그 후, 아르곤과 같은 가스가 챔버 내로 주입될 수 있다. 가스를 플라즈마 상태로 여기(excite)시키기 위해, 주입된 가스에 전자기 에너지(예컨대, 라디오 주파수)가 인가된다. 플라즈마는 이온들을 릴리스(release)하며, 이온들은, 기판 표면에 충격을 가하여(bombard) 기판으로부터 오염물질들 및/또는 재료를 제거한다. 기판 재료 및/또는 오염물질들의 원자들 또는 분자들이 기판으로부터 에칭되고, 대부분은 챔버 밖으로 펌핑(pump)된다. 그러나, 오염물질 및/또는 에칭된 재료 중 일부가 챔버 표면들 상에 증착될 수 있다.
[0003] 몇몇 플라즈마 프로세스 챔버들은, 챔버를 통과하는 가스들에 대한 구불구불한(tortuous) 유동 경로를 형성하는 벽들을 갖는 라이너(liner)들을 갖도록 설계된다. 플라즈마 프로세스 챔버의, 라이너들을 형성하는 부분들은, 프로세스 키트로 지칭된다. 라이너들의 벽들은, 변위된(displaced) 오염물질들 및/또는 기판 재료들이 배출(escape)될 경로를 제공하면서, 챔버 내에 플라즈마를 가두어 둔다. 필연적으로, 변위된 재료들 중 일부는 챔버의 벽들 상에 증착되는데, 특히, 변위된 재료들이 방향을 변경하는 코너 위치들에 증착된다. 결국, 프로세스 키트를 구성하는 부분들은, 변위된 재료들의 축적으로 인해 세정 또는 교체될 필요가 있다. 그렇지 않으면, 변위된 재료들의 축적은, 칩 수율에 영향을 미칠 수 있는 입자 소스(particle source)가 될 수 있다.
[0004] 도 1은, 프로세스 키트가 사용될 수 있는 종래의 플라즈마 프로세싱 챔버(100)의 일 실시예의 개략적 측단면도이다. 플라즈마 프로세싱 챔버(100)는 챔버 벽들(104) 및 리드(lid)(102)를 포함하며, 이들은 볼륨(volume)을 정의한다. 리드는 포트(106)를 포함하며, 포트(106)를 통해, 아르곤과 같은 프로세스 가스가 유입될 수 있다. 벽(104)은 포트(108)를 포함하며, 포트(108)를 통해, 기판(126)으로부터 제거된 오염물질들 및/또는 기판 재료들, 및 프로세스 영역(132)을 벗어난 임의의 플라즈마가 제거될 수 있다. 예를 들어, 포트(108)는, 그러한 재료들을 볼륨 밖으로 빠져나오게 하는 펌프(예컨대, 터보 펌프)와 연통(communication)될 수 있다. 플라즈마 프로세싱 챔버(100)는, 프로세싱을 위해 기판(126)이 그 상부에 장착될 수 있는 페디스털(pedestal)(124)을 포함한다. 페디스털(124) 및 기판(126)은 라디오 주파수 소스(128)(예컨대, 듀얼 주파수 라디오 주파수 소스)와 전기 통신할 수 있다. 페디스털(124)을 통해 라디오 주파수 소스(128)에 의해 송신되는 전자기 에너지는 기판(126) 위에서 프로세스 가스를 플라즈마(130)로 여기시킨다. 플라즈마 프로세싱 챔버(100)는 또한, 프로세스 영역(132)의 경계들을 정의하는 프로세스 키트를 포함한다. 프로세스 키트는 상부 실드(110) 및 하부 실드(116)를 포함한다.
[0005] 상부 실드(110)는 최상부 부분(115) 및 원통형 라이너(114)를 포함한다. 하부 실드(116)는, 페디스털(124)로부터 연장되는 수평 부분(118), 및 수평 부분(118)으로부터 연장되는 수직 부분(120)을 포함한다. 일반적으로, 하부 실드(116)는, 절연 재료에 의해, 페디스털(124)로부터 전기적으로 격리된다. 상부 실드(110) 및 하부 실드(116)는, 리드의 포트(106)로부터 벽(104)의 포트(108)로의 유체 유동 경로를 제공하는 애퍼쳐(aperture)들을 포함 및/또는 정의한다. 상부 실드(110)의 최상부 부분(115)은, 최상부면(115)의 원주 둘레에 배열되어 프로세스 영역(132) 내로 프로세스 가스가 들어오게 하는 복수의 애퍼쳐들(112)을 포함한다. 상부 실드(110)의 원통형 라이너(114) 및 하부 실드(116)의 수직 부분(120)은 그들 사이에 환형 애퍼쳐 또는 애퍼쳐들(122)을 정의하며, 이는, 기판(126)으로부터 제거되는 재료들이 배출되는 것을 가능하게 한다. 화살표들 A-F는, 플라즈마 프로세스 챔버 내로의 프로세스 가스의 유동, 및 플라즈마 프로세싱 챔버(100) 밖으로의 오염물질들 및/또는 기판 재료의 유동을 예시한다. 화살표 A는, 리드(102)의 포트(106)를 통해 진입하는 프로세스 가스를 예시한다. 프로세스 가스는, 포트(106)에 연결되는 공급 라인, 가압 캐니스터(pressurized canister) 등에 의해 제공될 수 있다. 화살표 B에 의해 예시된 바와 같이, 프로세스 가스는, 포트(106)를 통해 진입한 이후, 상부 실드(110)의 애퍼쳐들(112)을 향해 방사상으로 외측으로 이동한다. 프로세스 가스는 그 후, 화살표 C의 방향으로 애퍼쳐들(112)을 통과하여 프로세스 영역(132)에 진입한다. 프로세스 챔버에서, 프로세스 가스는, 라디오 주파수 소스(128)로부터의 전자기 에너지에 의해 점화되어 플라즈마를 형성한다. 전자기 에너지는 또한, 일반적으로, 기판(126) 위의 영역에 플라즈마(130)를 유지(contain)시킨다. 플라즈마로부터의 이온들은, 기판(126)의 표면에 충격을 가하여, 오염물질들 및/또는 기판 재료가 기판(126)의 표면으로부터 릴리스되게 한다. 릴리스된 오염물질들 및/또는 기판 재료는, 화살표 D에 의해 표시된 바와 같이, 상부 실드(110)의 원통형 라이너(114)와 하부 실드(116)의 수직 부분(120) 사이의 환형 애퍼쳐(122)를 통해 프로세스 영역(132)을 빠져나간다. 릴리스된 오염물질들 및/또는 기판 재료는 그 후, 화살표 E의 방향으로 하부 실드를 지나 이동할 수 있고, 그 후, 화살표 F에 의해 표시된 바와 같이, 벽(104)의 포트(108)를 통해 플라즈마 프로세싱 챔버(100)를 빠져나간다. 위에 논의된 바와 같이, 펌프, 이를테면 터보 펌프는, 오염물질들 및/또는 기판 재료가 플라즈마 프로세싱 챔버(100)를 빠져나가도록 강제(urge)하는 진공을 제공할 수 있다.
[0006] 다양한 예시들에서, 플라즈마 프로세싱 챔버에 대한 프로세스 키트는 상부 실드를 포함한다. 상부 실드는, 원통형 볼륨을 정의하는 내부 원통형 라이너를 포함하며, 여기서, 원통형 라이너의 최하부는 평면을 정의한다. 상부 실드는 원형 내부 최상부면을 또한 포함한다. 원형 내부 최상부면의 중심은 원형 애퍼쳐를 포함한다. 원형 내부 최상부면은, 애퍼쳐로부터 방사상으로 외측으로 연장되는 제 1 부분을 또한 포함하며, 여기서, 애퍼쳐로부터의 거리가 증가함에 따라, 내부 최상부면으로부터 평면까지의 거리가 증가한다. 원형 내부 최상부면은, 제 1 부분으로부터 방사상으로 외측으로 연장되는 제 2 부분을 또한 포함하며, 여기서, 내부 최상부면은, 원통형 라이너의 내측-대면(inward-facing) 표면을 향하여 매끄럽게(smoothly) 만곡(curve)되어 그와 메이팅(mate)된다.
[0007] 다양한 예시들에서, 플라즈마 프로세싱 챔버에 대한 프로세스 키트는, 플라즈마 프로세싱 챔버에 대한 상부 실드 상의 원형 애퍼쳐 내에 배열되도록 구성되는 가스 확산기를 포함한다. 가스 확산기는, 원통형 외부 표면을 정의하는 원통형 하우징을 포함한다. 원통형 외부 표면은, 가스 확산기가 원형 애퍼쳐 내에 배열되는 경우 환형 갭(gap)을 형성하기 위해, 상부 실드의 원형 애퍼쳐의 직경보다 더 작은 직경을 정의한다.
[0008] 가스 확산기는, 하우징의, 원통형 볼륨을 등지는(facing away) 측에, 내부 원통형 캐비티(cavity)를 또한 포함하며, 여기서, 내부 원통형 캐비티는 프로세스 가스 공급부와 유체 연통(fluid communication)하도록 적응된다. 가스 확산기는, 내부 원통형 캐비티 및 환형 갭과 연통하는, 하우징 내의 복수의 구멍(hole)들을 또한 포함한다.
[0009] 다양한 예시들에서, 플라즈마 프로세싱 챔버에 대한 프로세스 키트는 하부 실드를 포함한다. 하부 실드는, 환형 링, 및 환형 링의 최상부면 환형 채널을 포함한다. 환형 링의 방사상-외측-대면(radially-outward-facing) 라이너 및 최하부 라이너는, 그들 사이에, 원형으로 만곡된 라이너 부분을 포함한다. 환형 채널은, 방사상으로 외측으로 돌출된(radially-outward-projecting) 언더컷(undercut) 부분을 또한 포함한다. 하부 실드는, 환형 링의 최상부면과 언더컷 부분 사이에 제 1 복수의 슬롯들을 또한 포함하며, 여기서, 제 1 복수의 슬롯들은 환형 링의 원주 둘레에 배열된다. 하부 실드는, 환형 링의 최하부면과 언더컷 부분 사이에 제 2 복수의 슬롯들을 또한 포함하며, 여기서, 제 2 복수의 슬롯들은 환형 링의 원주 둘레에 배열된다.
[0010] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간단히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 하지만, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
[0011] 도 1은, 종래의 플라즈마 프로세스 챔버의 단면 블록도이다.
[0012] 도 2a는, 상부 실드, 확산기, 및 하부 실드를 포함하는 다양한 양상들에 따른 프로세스 키트의 측단면도이다.
[0013] 도 2b는, 플라즈마 프로세스 챔버에 설치된 도 2a의 프로세스 키트의 단면도이다.
[0014] 도 3a는, 도 2a에 도시된 확산기의 저면 사시도이다.
[0015] 도 3b는, 도 2a의 확산기의 측단면도이다.
[0016] 도 4는, 도 2a에 도시된 상부 실드에 설치된 도 2a의 확산기의 측단면도이다.
[0017] 도 5a는, 도 2a에 도시된 하부 실드의 제 1 부분의 저면 사시도이다.
[0018] 도 5b는, 도 2a에 도시된 하부 실드의 제 1 부분의 측면도이다.
[0019] 도 5c는, 도 2a에 도시된 하부 실드의 제 1 부분의 측단면도이다.
[0020] 도 6a는, 도 2a에 도시된 하부 실드의 제 2 부분의 상부 사시도이다.
[0021] 도 6b는, 도 2a에 도시된 하부 실드의 제 2 부분의 측단면도이다.
[0022] 도 7은, 도 2a의 상부 실드의 부분 및 하부 실드의 부분의 측단면도이다.
[0023] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 피쳐들은, 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유리하게 포함될 수 있음이 고려된다.
[0024] 본원에 설명되는 프로세스 키트의 양상들은, 프로세스 키트의 표면들 상에 오염물질들이 축적되는 것을 감소시키는 한편, 더 효율적인 플라즈마 프로세싱을 제공할 수 있다. 프로세스 키트의 표면들 상의 오염물질들은, 챔버 내의 기판들을 오염시키고 칩 수율에 영향을 미칠 수 있는 입자 소스들이 될 수 있다.
[0025] 도 2a는, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한, 다양한 양상들에 따른 프로세스 키트(200)의 측면 분해도이다. 도 2b는, 플라즈마 프로세싱 챔버(300) 내에 배열된 프로세스 키트(200)를 도시한다. 프로세스 키트(200)는, 확산기(202), 상부 실드(220), 및 하부 실드(250, 270) 중 적어도 하나 또는 그 초과를 포함한다. 확산기(202)는, 프로세스 가스가 도 1에 도시된 상부 실드(110)의 둘레를 따라서가 아니라 상부 실드(220)의 중간 또는 중심에서 확산기(202) 및 상부 실드(220)를 통해 주입되도록, 상부 실드(220)의 애퍼쳐(222) 내에 위치된다. 상부 실드(220) 및 하부 실드(250, 270)는 라운드형(rounded) 코너들을 포함하며, 라운드형 코너들은, 플라즈마에 의해 제거되는 오염물질들 및/또는 기판 재료를 프로세스 영역(246) 밖으로 매끄럽게 인도(direct)하고, 그 결과로서, 상부 실드(220) 및 하부 실드(250, 270)의 표면들 상에서의 그러한 오염물질들 및/또는 기판 재료의 축적을 최소화하는 것을 돕는다.
[0026] 상부 실드(220)는, 최상부(232) 및 원통형 라이너(230)를 포함한다. 최상부(232)의 내부 표면들(234 및 236) 및 원통형 라이너(230)의 내부 표면들(240)은, 프로세스 영역(246)의 경계들을 정의한다. 원통형 라이너(230)의 최하부(242)는 (파선에 의해 표시되는) 평면(244)을 정의한다. 최상부(232)는, 최상부(232)의 중심에 로케이팅(locate)되는 애퍼쳐(222)를 포함한다. 최상부(232)의 내부 표면(234)의 내측 부분은, 애퍼쳐(222)로부터 방사상으로 멀어지게 연장되고, 더 큰 방사상 거리들에서 평면(244)으로부터 다이버징(diverge)된다. 달리 말하면, 평면(244)으로부터 내부 표면(234)의 내측 부분까지의 (화살표 d에 의해 표시되는) 거리는 애퍼쳐(222)로부터의 방사상 거리들이 더 클수록 더 크다. 다양한 예시들에서, 내부 표면(234)의 내측 부분은 원뿔형 프로파일(conical profile)을 포함할 수 있으며, 여기서, 평면(244)으로부터 내부 표면(234)의 내측 부분까지의 거리는 애퍼쳐(222)로부터의 방사상 거리에 관하여 선형적으로 증가한다. 다양한 다른 예시들에서, 내부 표면(234)의 내측 부분은 만곡형 프로파일을 포함할 수 있으며, 여기서, 평면(244)으로부터 내부 표면(234)의 내측 부분까지의 거리는 애퍼쳐(222)로부터의 방사상 거리에 관하여 비선형적으로 증가한다. 예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같이, 내부 표면(234)의 내측 부분은 원형 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 양상들에서, 상부 실드(220)의 원통형 라이너(230)는 대략적으로 16 인치의 직경을 갖고, 내부 표면(234)의 원형으로 만곡된 내측 부분은 대략적으로 35 인치의 곡률 반경 R2를 갖는다. 다른 예에서, 원형으로 만곡된 내부 표면(234)의 곡률 반경 R2는 30 인치 내지 40 인치일 수 있다. 최상부(232)의 내부 표면(236)의 외측 부분은, 내부 표면(234)으로부터 방사상으로 멀어지게 연장되고, 원통형 라이너(230)의 내부 표면(240)을 만나도록 내측으로 만곡된다. 내부 표면(236)의 외측 부분은, 몇몇 예시들에서, 1.1 인치의 곡률 반경 R1을 정의할 수 있다. 다양한 다른 예시들에서, 내부 표면(236)의 외측 부분은, 예를 들어, 0.9 인치 내지 2 인치의 곡률 반경 R1을 정의할 수 있다.
[0027] 이제 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 확산기(202)는 상부 실드(220)의 애퍼쳐(222) 내에 피팅(fit)되도록 구성될 수 있다. 확산기(202)는, 바디(204) 및 가스 주입 하우징(212)을 포함한다. 바디(204)는, 상부 실드(220)의 구멍들(228)과 정렬될 수 있는 나사형(threaded) 구멍들(210)을 포함할 수 있다. 캡 스크류(cap screw)들 또는 다른 체결구(fastener)들이 나사형 구멍들(210)을 통해 상부 실드의 구멍들(228) 내에 배치되어, 확산기(202)를 상부 실드(220)에 고정시킬 수 있다. 가스 주입 하우징(212)은, 제 1 외부 원통형 벽(215) 및 제 2 외부 원통형 벽(214)을 포함할 수 있다. 제 2 외부 원통형 벽(214)은, 상부 실드(220)의 내부 표면(234)에 더 가깝게 배열될 수 있다. 제 1 외부 원통형 벽(215)은, 제 2 외부 원통형 벽(214)의 직경 D1보다 더 큰 직경을 정의할 수 있다. 예를 들어, 다양한 예시들에서, 제 1 외부 원통형 벽(215)은 1.060 인치의 직경을 정의하고, 제 2 외부 원통형 벽(214)은 1.030 인치의 직경 D1을 정의한다. 확산기(202) 및 가스 주입 하우징(212)은, 플라즈마 프로세싱 챔버에 대한 프로세스 가스 공급부와 연통될 수 있는 내부 원통형 캐비티(206)를 정의한다. 가스 주입 애퍼쳐들(208)의 어레이는, 내부 원통형 캐비티(206)로부터 제 2 외부 원통형 벽(214)까지, 가스 주입 하우징(212)에 배열될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 가스 주입 애퍼쳐들(208)은, 내부 원통형 캐비티(206)의 원주 둘레에 그리고/또는 내부 원통형 캐비티(206)를 따라 상이한 종방향 위치들에 배열될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 예시적인 확산기(202)에서, 가스 주입 애퍼쳐들(208)의 4개의 종방향 행들이 존재하고, 가스 주입 애퍼쳐들(208)의 각각의 행은, 내부 원통형 캐비티(206)의 원주 둘레에 배열되는 12개의 가스 주입 애퍼쳐들(208)을 포함한다. 다양한 예시들에서, 가스 주입 애퍼쳐들(208) 각각은 0.030 인치의 직경을 갖는다. 다양한 다른 예시들에서, 가스 주입 애퍼쳐들(208) 각각은 0.020 인치 내지 0.040 인치의 직경을 포함한다. 다양한 다른 예시들에서, 가스 주입 애퍼쳐들(208) 각각은 0.010 인치 내지 0.050 인치의 직경을 가질 수 있다.
[0028] 도 4는, 상부 실드(220)에 설치된 확산기(202)를 예시한다. 도 2를 또한 참조하면, 상부 실드(220)는, 제 1 직경을 정의하는 제 1 부분(224) 및 제 2 직경 D2를 정의하는 제 2 부분(226)을 포함하는, 애퍼쳐(222)를 포함한다. 확산기(202)가 상부 실드(220)에 설치되는 경우, 확산기(202)의 바디(204)는 애퍼쳐(222)의 제 1 부분(224) 내에 위치되고, 가스 주입 하우징(212)은 애퍼쳐(222)의 제 2 부분(226) 내에 위치된다. 애퍼쳐(222)의 제 2 부분(226)의 직경 D2는, 확산기(202)의 제 1 외부 원통형 벽(215)의 직경과 동일하거나 또는 그보다 크다. 예를 들어, 위에 설명된 바와 같이, 확산기(202)의 제 1 외부 원통형 벽(215)의 직경은, 몇몇 예시들에서, 1.060 인치일 수 있다. 애퍼쳐(222)의 제 2 부분(226)의 직경 D2는, 예를 들어, 1.060 인치 내지 1.065 인치일 수 있다. 결과적으로, 몇몇 예시들에서, 확산기(202)는, 상부 실드(220)의 애퍼쳐(222)에 꼭 맞게(snugly) 피팅될 수 있다.
[0029] 위에 논의된 바와 같이, 확산기(202)의 제 2 외부 원통형 벽(214)의 직경 D1은 제 1 외부 원통형 벽(215)의 직경보다 더 작다. 결과적으로, 제 2 외부 원통형 벽(214)의 직경 D1은 또한, 애퍼쳐(222)의 제 2 부분(226)의 직경 D2보다 더 작다. 애퍼쳐(222)의 제 2 부분(226)의 직경 D2에 비해 더 작은, 제 2 외부 원통형 벽(214)의 직경 D1은, 상부 실드(220)와 확산기(202) 간에 환형 갭(232)을 초래한다. 예를 들어, 위에 설명된 바와 같이, 제 2 외부 원통형 벽(214)의 직경 D1은 1.030 인치일 수 있다. 상부 실드(220)의 애퍼쳐(222)의 제 2 부분(226)의 직경 D2가 1.060 인치이면, 결과적인 환형 갭(232)은 0.015 인치의 폭을 가질 것이다. 환형 갭(232)은, 상부 실드(220)에 의해 정의되는 프로세스 영역(246)과 연통한다. 다양한 예시들에서, 제 2 외부 원통형 벽(214)의 길이는 대략적으로 0.60 인치이다. 결과적으로, (환형 갭(232)의 길이를 환형 갭(232)의 폭으로 나눈 것으로서 정의되는) 환형 갭(232)의 종횡비는, 0.60 인치를 0.015인치로 나눈 것, 또는 30 대 1일 것이다. 다양한 예시들에서, 환형 갭(232)의 종횡비는, 20 대 1, 내지 40 대 1일 수 있다. 환형 갭(232)은 또한, 가스 주입 애퍼쳐들(208)을 통해 확산기(202)의 내부 원통형 캐비티(206)와 연통한다. 다양한 예시들에서, 가스 주입 애퍼쳐들(208)은, 이들이, 제 1 외부 원통형 벽(215)에 가장 가까운, 제 2 외부 원통형 벽(214)의 길이의 ⅓에서 제 2 외부 원통형 벽(214)을 통해 빠져 나오도록, 내부 원통형 캐비티(206)에 배열될 수 있다. 그러한 어레인지먼트(arrangement)에서, 프로세스 가스는, 화살표 G의 방향으로, 확산기(202)의 내부 원통형 캐비티(206) 내로 유동한다. 프로세스 가스는 그 후, (화살표 H에 의해 표시되는) 가스 주입 애퍼쳐들(208)을 통해 (화살표 I에 의해 표시되는 바와 같이) 환형 갭(232) 내로 유동한다. 프로세스 가스는 그 후, 환형 갭(232)을 따라 이동하여, 상부 실드(220)에 의해 정의되는 프로세스 영역(246)에 (화살표 J에 의해 표시되는 바와 같이) 진입한다. 프로세스 가스는, 환형 링 형상으로 프로세스 영역(246)에 진입한다. 다양한 예시들에서, 프로세스 가스는, 층류(laminar flow) 어레인지먼트로 프로세스 영역(246)에 진입할 수 있다. 각각이 0.030 인치의 직경을 갖는 48개의 가스 주입 애퍼쳐들(208)이 존재하는 위에 설명된 예시적인 예시에서, 가스 주입 애퍼쳐들(208)의 총 면적은 0.017 제곱인치일 것이다. 또한, 1.030 인치의 내부 직경 D1 및 0.015 인치의 갭을 갖는 환형 갭(232)의 경우, 환형 갭(232)의 총 면적은 대략적으로 0.10 제곱인치일 것이다. 따라서, 환형 갭(232)에 대한 총 면적 대 가스 주입 애퍼쳐들(208)의 총 면적의 비는, 거의 6 대 1이다. 다양한 예시들에서, 환형 갭(232)에 대한 총 면적 대 가스 주입 애퍼쳐들(208)의 총 면적의 비는, 4 대 1 내지 15 대 1일 수 있다. 큰 종횡비(예컨대, 30 대 1)와 총 면적들의 비(예컨대, 6 대 1)의 결합은, 프로세스 가스가 내부 원통형 캐비티(206)로부터 프로세스 영역(246) 내로 유동하는 경우, 프로세스 가스의 상당한 압력 강하를 초래할 수 있다. 이러한 큰 압력 강하는, 프로세스 가스가 층류로 프로세스 영역(246)에 진입하는 것을 보장할 수 있다.
[0030] 다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 프로세스 가스가 화살표 J의 방향으로 프로세스 영역(246)에 진입하는 경우, 전자기 에너지가 프로세스 가스(예컨대, 아르곤)를 플라즈마(예컨대, 플라즈마(130))로 점화시킨다. 플라즈마는 그 후, 화살표 L의 방향으로, 프로세스 영역(246)에서 방사상으로 외측으로 확산될 수 있다. 상부 실드(220)의 다이버징 내부 표면(234)은, 플라즈마의 방사상으로 외측으로의 이동을 촉진시킬 수 있다. 플라즈마의 대부분은, 전자기 에너지에 의해 기판(예컨대, 도 1의 기판(126)) 위의 영역 내에 유지된다. 플라즈마로부터의 이온들에 의해 제거되는 기판 재료 및/또는 기판 상의 오염물질들은, 화살표 L의 방향으로 방사상으로 외측으로 더 이동하고, 그 후, 상부 실드(220)의 원통형 라이너(230) 및 내부 표면(236)의 외측 부분의 내측으로 만곡된 표면들에 의해, 화살표 M에 의해 표시된 하측 방향으로 편향된다. 오염물질들 및/또는 기판 재료는 하부 실드(250, 270)를 향하여 인도된다. 내부 표면(236)의 외측 부분의 상대적으로 큰 곡률 반경은, 날카로운 코너 또는 더 작은 곡률 반경에 비해 오염물질들 및/또는 기판 재료의 이동을 촉진시킬 수 있다. 달리 말하면, 날카로운 코너 또는 작은 곡률 반경을 갖는 코너는, 화살표 M의 방향으로 유동하는 오염물질들 및/또는 기판 재료가 코너에서 순간적으로 정체되는 것을 야기할 수 있다. 그러한 정체는, 오염물질들 및/또는 기판 재료가 상부 실드의 내부 표면들(234, 236, 및 240) 상에 축적되게 할 수 있다.
[0031] 도면들에 도시된 예시적인 하부 실드(250, 270)에서, 하부 실드는, 제 2 부분(270) 내에 제 1 부분(250)을 포함한다. 도 5a 및 도 5b는 하부 실드의 제 1 부분(250)을 예시하고, 도 6a 및 도 6b는 하부 실드의 제 2 부분(270)을 예시한다. 제 1 부분(250)은, 원주 둘레에 배열되는 복수의 체결구 구멍들(254)을 포함하는, 링 형상 바디(252)를 포함한다. 링 형상 바디(252)의 방사상-내측 대면 측은, 체결구 구멍들(254) 사이에 배열되는, 복수의 외측-대면(outward-facing) 언더컷들(260)을 포함한다. 복수의 상측 대면 슬롯들(262)은 각각의 외측-대면 언더컷(260)으로부터 링 형상 바디(252)의 최상부면(261)까지 연장될 수 있다. 복수의 하측-대면(downward-facing) 슬롯들(258)은 각각의 외측-대면 언더컷(260)으로부터 링 형상 바디(252)의 최하부면(259)을 향해 연장될 수 있다. 예를 들어, 상측 대면(upward facing) 슬롯들(262)은 3개의 슬롯들(262a, 262b, 및 262c)을 포함할 수 있고, 하측-대면 슬롯들(258)은 3개의 슬롯들(258a, 258b, 및 258c)을 포함할 수 있다. 일 세트의 3개의 슬롯들(262a, 262b, 및 262c)은 링 형상 바디(252) 상의 동일한 원주상(circumferential) 위치에 배열될 수 있지만, 상이한 방사상 위치들에 배열될 수 있다. 도 5a-5c에 도시된 예시적인 링 형상 바디(252)에서, 슬롯(262a)은 방사상으로 가장 선외의(outboard) 슬롯이고, 슬롯(262b)은 중간 슬롯이고, 그리고 슬롯(262c)은 방사상으로 가장 선내의(inboard) 슬롯이다. 유사하게, 일 세트의 3개의 슬롯들(258a, 258b, 및 258c)은 링 형상 바디(252) 상의 동일한 원주상 위치에 배열될 수 있지만, 상이한 방사상 위치들에 배열될 수 있다. 도 5a-5c에 도시된 예시적인 링 형상 바디(252)에서, 슬롯(258a)은 방사상으로 가장 선외의 슬롯이고, 슬롯(258b)은 중간 슬롯이고, 그리고 슬롯(258c)은 방사상으로 가장 선내의 슬롯이다. 특정 예시들에서, 슬롯들(258, 262)은, 4.5 대 1의 종횡비들(외측-대면 언더컷(260)으로부터 링 형상 바디(252)의 외부 표면까지의 슬롯의 길이를, 방사상 방향으로의 슬롯의 폭으로 나눈 것으로 정의됨)을 정의할 수 있다. 예를 들어, 각각의 슬롯의 길이는 0.45 인치일 수 있고, 각각의 슬롯의 폭은 0.10 인치일 수 있는데, 이는 4.5 대 1의 종횡비를 초래한다. 다양한 다른 예시들에서, 슬롯들에 대한 종횡비는, 예를 들어, 3 대 1 내지 6 대 1일 수 있다. 다양한 예시들에서, 링 형상 바디(252)의 최하부면(259)은, 더 큰 방사상 거리들에서 최하부면(259)의 높이가 증가하도록, 수평 최하부면(264)에 대해 각도 α로 배열될 수 있다. 이러한 각도 α는, 하부 실드의 제 2 부분(270)으로부터의, 그리고 다른 구조들, 이를테면 도 2b에 도시된 브래킷(bracket)(312)으로부터의, 슬롯들(258)에 대한 간극(clearance)을 제공할 수 있다. 외측-대면 언더컷(260)은, 슬롯들(258)에 대한 종횡비들이 유지되도록, 유사하게 각진 표면을 포함할 수 있다.
[0032] 도 6a 및 도 6b는 하부 실드의 제 2 부분(270)을 예시한다. 제 2 부분(270)은, 수직 라이너 부분(274) 및 수평 라이너 부분(280), 및 이들 사이의 만곡형 라이너 부분(276)을 포함한다. 만곡형 라이너 부분(276)은 곡률 반경 R3을 정의한다. 특정 예시들에서, 곡률 반경 R3은 0.40 인치일 수 있다. 다양한 다른 예시들에서, 곡률 반경 R3은, 0.2 인치 내지 0.6 인치일 수 있다. 제 2 부분(270)은 또한 체결구 플랜지(flange)(272)를 포함하며, 체결구 플랜지(272)는 그 둘레에 배열되는 복수의 나사형 구멍들(278)을 포함한다. 수평 라이너 부분(280)으로부터 체결구 플랜지(272)로의 트랜지션(transition)은 수직 립(lip)(282)을 포함한다. 캡 스크류들과 같은 체결구들은, 제 1 부분(250)의 링 형상 바디(252)의 체결구 구멍들(254)을 통과하여 체결구 플랜지(272)의 나사형 구멍들(278)에 맞물림으로써, 제 1 부분(250) 및 제 2 부분(270)을 함께 체결시킬 수 있다.
[0033] 도 7은, 함께 어셈블링(assemble)된, 하부 실드의 제 1 부분(250) 및 제 2 부분(270)을 예시한다. 도 7은 또한, (예컨대, 도 2b에 도시된 플라즈마 프로세싱 챔버(300)에 맞물린) 하부 실드의 제 1 부분(250)과 맞물린 상부 실드(220)의 원통형 라이너(230)의 최하부 부분을 예시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 실드(220)의 원통형 라이너(230)는, 원통형 라이너(230)의 외측-대면 표면(238)과 제 1 부분(250)의 내측-대면 상부 표면(268) 간에 환형 갭(271)이 형성되도록, 하부 실드의 제 1 부분(250)으로부터 떨어질 수 있다. 환형 갭(271)은, 슬롯들(262)과 유사한 종횡비를 가질 수 있다. 그러한 환형 갭은, 하부 실드(250, 270)의 제 1 부분(250)의 슬롯들(262)에 부가하여 슬롯으로서 기능할 수 있다. 대안적으로, 원통형 라이너(230)의 외측-대면 표면(238)은, 하부 실드의 제 1 부분(250)의 내측-대면 상부 표면(268)에 가볍게 접촉하거나, 그로부터 가까이 이격될 수 있다. 하부 실드의 제 1 부분(250)이 제 2 부분(270)과 어셈블링되는 경우, 제 1 부분(250)의 최하부면(264)은 체결구 플랜지(272) 상에 놓인다. 또한, 제 1 부분(250)의 더 낮은 내측-대면 표면(266)은, 제 2 부분(270)의 수직 립(282)에 인접한다. 다양한 예시들에서, 내측-대면 표면(266)은 수직 립(282)에 접촉한다. 다양한 다른 예시들에서, 내측-대면 표면(266)은 수직 립(282)으로부터 환형 갭만큼 떨어질 수 있다. 제 1 부분(250) 및 제 2 부분(270)은, 오염물질들 및/또는 기판 재료들이 프로세스 영역(246)으로부터 벗어나게 하기 위한 유동 경로를 생성한다. 도 7은, 재료들이 상부 실드(220)의 원통형 라이너(230) 및 내부 표면(236)의 외측 부분에 의해 하측으로 재인도(redirect)된 이후의, 프로세스 영역(246)으로부터의 오염물질들 및/또는 기판 재료들의 유동인 화살표 M을 예시한다. 재료들은, 하부 실드의 제 2 부분(270)의 수직 라이너 부분(274), 만곡형 라이너 부분(276), 및 수평 라이너 부분(280)에 의해, 화살표 N에 의해 표시된 바와 같이, 방사상으로 외측으로 선회(turn)된다. 재료들은, 하부 실드의 제 1 부분(250)의 외측-대면 언더컷들(260)에 진입한다. 재료들은 그 후, 화살표 O의 방향으로, 상측-대면 슬롯들(262)을 통해 유동하고, 그리고 화살표 P의 방향으로, 하측-대면 슬롯들(258)로 유동한다.
[0034] 도 2b는, 플라즈마 프로세싱 챔버(300)에 배열된 프로세스 키트(200), 및 플라즈마 프로세싱 챔버(300)를 통한 프로세스 가스의 유동을 예시한다. 플라즈마 프로세싱 챔버(300)는, 리드(302) 및 챔버 벽들(304)을 포함한다. 프로세스 키트(200)의 확산기(202)는 상부 실드(220)에 설치 및 부착된다. 하부 실드(250, 270)는 브래킷(312)에 의해 페디스털(310)에 장착된다. 페디스털(310)은 (화살표 Z의 방향으로) 상하로 이동할 수 있다. 페디스털(310)은, 페디스털(310) 상에 지지된 기판을 상부 실드(220) 아래에 포지셔닝시키도록 (상부 실드(220)로부터 멀어지게) 하측으로 이동될 수 있어서, 기판이 페디스털(310)로부터 로봇식으로 전달되게 한다. 페디스털(310)은, (도 7을 참조하여 위에 논의된 바와 같이) 상부 실드(220)의 원통형 벽(230)을 하부 실드의 제 1 부분(250)과 맞물리게 하도록 (상부 실드(220)를 향해) 상측으로 이동될 수 있으며, 결과적으로, 프로세스 영역(246)을 형성할 수 있다.
[0035] 에지 링(314)은 페디스털의 최상부면을 둘러싸고, 부분적으로는 페디스털의 최상부면 상에 놓인다. 에지 링(314)은, 프로세스 영역(246)의 플라즈마가 전체 기판에 걸쳐 연장되는 것을 보장할 수 있다. 확산기(202), 상부 실드(220), 및 하부 실드(250, 270)는 페디스털(310) 및 라디오 주파수 소스로부터 접지(ground)된다. 에지 링(314)은, 석영 또는 다른 전기 절연 재료로 이루어질 수 있다. 다양한 양상들에서, 하부 실드(250, 270)를 페디스털에 부착하는 브래킷(312)이 또한, 플라스틱 재료와 같은 전기 절연 재료로 이루어질 수 있다. 다양한 다른 양상들에서, 브래킷(312)은 금속으로 이루어질 수 있고, 브래킷(312)과 페디스털(310) 간에 절연성 재료가 배열될 수 있다. 복수의 접지 링들(318)이 플라즈마 프로세싱 챔버(300)의 브래킷(316)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 다시 도 5a를 참조하면, 접지 링들(318)은, 각각의 접지 링(318)이 하부 실드의 제 1 부분(250)의 체결구 구멍들(254) 중 하나와 정렬되도록, 원주상으로 이격될 수 있다. 페디스털(310)이 상부 실드(220)를 향해 상승되는 경우, 접지 링들(318)은 하부 실드(250, 270)의 제 1 부분(250)의 최상부면(261)과 접촉하며, 이에 의해, 플라즈마 프로세싱 챔버(300)의 접지된 상부 실드(220) 및 리드(302)에 하부 실드(250, 270)가 전기적으로 커플링된다. 접지 링들(318)은 일반적으로 후프(hoop) 형상이고, 화살표들 Z의 방향으로 탄성적으로 변형가능하다. 결과적으로, 접지 링들(318)은, 상부 실드(220)에 대한 페디스털(310) 및 하부 실드(250, 270)의 포지션들의 범위에 걸쳐, 하부 실드의 제 1 부분(250)의 체결구들과 접촉을 유지할 수 있다.
[0036] 도 2b는, 플라즈마 프로세싱 챔버(300) 내로 들어가고, 프로세스 영역(246)을 거치며, 플라즈마 프로세싱 챔버(300) 밖으로 나가는, 프로세스 가스(예컨대, 아르곤)의 유동을 예시한다. 프로세스 가스는, (화살표 G에 의해 표시된 바와 같이) 리드(302)의 포트(308)를 통해 플라즈마 프로세싱 챔버(300)에 진입한다. 포트(308)는, 프로세스 가스가 상부 실드(220)의 중심에 있는 확산기(202)를 통과하여 (화살표 J에 의해 표시된 바와 같이) 프로세스 영역(246) 내로 통과되도록, 확산기(202)와 연통한다. 프로세스 영역(246)에서, 프로세스 가스는 전자기 에너지에 의해 플라즈마로 점화된다. 플라즈마는 페디스털(310) 상의 기판으로부터 오염물질들 및/또는 기판 재료들을 에칭한다. 에칭된 오염물질들 및/또는 기판 재료들(및 전자기장으로부터 벗어날 수 있는 임의의 플라즈마)은, 화살표들 L의 방향으로 방사상으로 외측으로 유동한다. 에칭된 재료들은 그 후, 상부 실드(220)에 의해, 화살표 M의 방향으로, 하부 실드(250, 270)를 향해 하측으로 편향된다. 하부 실드(270)의 제 2 부분은, 화살표 N의 방향으로, 에칭된 재료들을 방사상으로 외측으로 인도한다. 에칭된 재료들은 그 후, 화살표 O 및 P의 방향들로, 하부 실드(250, 270)의 제 1 부분(250)의 슬롯들(262, 258)을 각각 통과한다. 에칭된 재료들은 그 후, 화살표 Q의 방향으로 포트(306)를 통과하여 플라즈마 프로세싱 챔버(300)를 나갈 수 있다.
[0037] 도 2a에 도시된 프로세스 키트(200)를 사용하는 플라즈마 프로세싱 챔버들의 테스팅은 플라즈마 프로세싱 효율성의 개선을 나타낸다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 프로세스 키트(200)와 같은 프로세스 키트를 사용하는 플라즈마 프로세싱 챔버는, 주어진 동작 압력(예컨대, 0.007 Torr)에 대해, 프로세스 가스 및 제거된 오염물질 및/또는 기판 재료들의 유동에 있어서 대략적으로 4배의 증가를 나타내었다. 부가적으로, 상부 실드(220) 상의 만곡형 표면(236) 및 하부 실드(250, 270) 상의 만곡형 표면(276)은, 상부 실드(220) 및 하부 실드(250, 270) 상에서의 오염물질들 및/또는 기판 재료들의 축적에 있어서 현저한 감소를 나타내며, 이는, 프로세스 키트(200)에 대해 더 적은 유지보수 단계들을 요구하는 것을 초래할 것이다.

Claims (8)

  1. 플라즈마 프로세싱 챔버에 대한 프로세스 키트(kit)로서,
    실드(shield)를 포함하며,
    상기 실드는:
    환형 링;
    상기 환형 링의 최상부면의 환형 채널 － 방사상-외측-대면(radially-outward-facing) 라이너 및 최하부 라이너는, 상기 방사상-외측-대면 라이너와 상기 최하부 라이너 사이에서 원형으로 만곡된(circularly-curved) 라이너 부분을 포함하고, 상기 환형 채널은 방사상 외측으로 돌출된 언더컷(undercut) 부분을 포함함 －;
    상기 환형 링의 최상부면과 상기 언더컷 부분 사이의 제1 복수의 슬롯들 － 상기 제1 복수의 슬롯들은 상기 환형 링의 원주 둘레에 배열되며, 상기 제1 복수의 슬롯들은 상기 환형 링의 방사상 면에 수직하고 그리고 상기 방사상 면에 실질적으로 평행한 제1 표면 및 제2 표면에 의해 부분적으로 정의됨 －; 및
    상기 환형 링의 최하부면과 상기 언더컷 부분 사이의 제2 복수의 슬롯들 － 상기 제2 복수의 슬롯들은 상기 환형 링의 원주 둘레에 배열되며, 상기 제2 복수의 슬롯들은 상기 방사상 면에 수직하고 그리고 상기 방사상 면에 대해 둔각으로 배치된 제3 표면 및 제4 표면에 의해 부분적으로 정의됨 －
    을 포함하는, 프로세스 키트.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 환형 채널의 원형으로 만곡된 라이너 부분은 0.2 인치 내지 0.6 인치의 곡률 반경을 정의하는, 프로세스 키트.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 복수의 슬롯들은 3 대 1 내지 6 대 1의 종횡비를 정의하는, 프로세스 키트.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 복수의 슬롯들은 3 대 1 내지 6 대 1의 종횡비를 정의하는, 프로세스 키트.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 복수의 슬롯들은, 상기 환형 링의 원주상(circumferential) 위치에 있는 제1 슬롯 및 상기 원주상 위치에 있는 제2 슬롯을 포함하고, 상기 제1 슬롯 및 상기 제2 슬롯은 상이한 방사상 위치들에서 위치되는, 프로세스 키트.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 복수의 슬롯들은 상기 환형 링의 상기 원주상 위치에 있는 제3 슬롯을 더 포함하고, 상기 제3 슬롯은 상기 제1 슬롯 및 상기 제2 슬롯과 상이한 방사상 위치에서 위치되는, 프로세스 키트.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 복수의 슬롯들은, 상기 환형 링의 원주상 위치에 있는 제1 슬롯 및 상기 원주상 위치에 있는 제2 슬롯을 포함하고, 상기 제1 슬롯 및 상기 제2 슬롯은 상이한 방사상 위치들에서 위치되는, 프로세스 키트.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 복수의 슬롯들은 상기 환형 링의 상기 원주상 위치에 있는 제3 슬롯을 더 포함하고, 상기 제3 슬롯은 상기 제1 슬롯 및 상기 제2 슬롯과 상이한 방사상 위치에서 위치되는, 프로세스 키트.

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