KR102496625B1 - 베벨 에처용 튜닝가능한 상부 플라즈마―배제―존 링 - Google Patents

베벨 에처용 튜닝가능한 상부 플라즈마―배제―존 링 Download PDF

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Abstract

플라즈마로 반도체 기판의 베벨 에지 (bevel edge) 를 세정을 하는 베벨 에처 (bevel etcher) 가 본 명세서에서 개시되며, 이 에처는 원통형 상단 부분을 갖는 하부 지지부를 포함하는 하부 전극 어셈블리를 포함한다. 상부 유전체 컨포넌트가 하부 전극 어셈블리 위에 배치되며 하부 지지부의 원통형 상단 부분을 대향하는 원통형 하단 부분을 갖는다. 튜닝가능한 (tunable) 상부 플라즈마 배제 존 (plasma exclusion zone: PEZ) 링이 상부 유전체 컴포넌트의 하단 부분을 둘러싸며, 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면부는 상부 유전체 컴포넌트의 하단 부분으로부터 외측으로 연장된 상향으로 테이퍼진 (upwardly tapered) 외측 부분을 포함하며, 상부 PEZ 링의 상기 하부 표면부와 상기 하부 지지부 상에 지지된 기판의 상부 표면 간의 조절가능한 갭의 수직 높이는, 플라즈마에 의해서 세정될 상기 기판의 베벨 에지의 크기가 각기 방사상 (radially) 내측 또는 방사상 외측으로 조절될 수 있도록, 증가 또는 감소된다. 적어도 하나의 무선 주파수 (RF) 전력 소스가 베벨 에지 프로세스 동안에 프로세스 가스를 플라즈마로 에너자이징하도록 구성된다.

Description

베벨 에처용 튜닝가능한 상부 플라즈마―배제―존 링{TUNABLE UPPER PLASMA-EXCLUSION-ZONE RING FOR A BEVEL ETCHER}
본 발명은 베벨 에처 (bevel etcher) 에 관한 것이며, 특히 베벨 에처용 튜닝가능한 플라즈마-배제-존 (plasma-exclusion-zone:PEZ) 에 관한 것이다.
집적 회로들이 패터닝된 미세전자소자 층들이 형성되는 반도체 기판으로부터 형성된다. 기판의 프로세싱 시에, 기판 상에 증착된 막들의 의도된 부분들을 에칭하는데 때로 플라즈마가 사용된다. 통상적으로, 에칭 플라즈마 밀도는 기판의 에지 근방에서 보다 낮으며 이는 기판 베벨 에지 (bevel edge) 의 상단 표면 및 하단 표면 상에 폴리-실리콘 층, 질화물 층, 금속 층 등 (일괄하여서 부산물 층 또는 에칭 부산물로 지칭됨) 의 축적을 낳을 수도 있다. 연속하는 부산물 층들이 몇개의 상이한 에칭 프로세스들의 결과로서 기판 베벨 에지의 상단 표면 및 하단 표면 상에 퇴적됨에 따라서, 부산물 층들과 기판 간의 결합들이 결국 약해지고 부산물 층들이 박리되거나 플레이킹 제거되어서 (flake off), 기판 이송 동안에 다른 기판들로 가서 프로세싱되는 다른 기판들을 오염시킨다.
플라즈마로 반도체 기판의 베벨 에지 (bevel edge) 를 세정을 하는 베벨 에처 (bevel etcher) 가 본 명세서에서 개시되며, 이 에처는 원통형 상단 부분을 갖는 하부 지지부를 포함하는 하부 전극 어셈블리를 포함한다. 상부 유전체 컨포넌트가 하부 전극 어셈블리 위에 배치되며 하부 지지부의 원통형 상단 부분을 대향하는 원통형 하단 부분을 갖는다. 튜닝가능한 (tunable) 상부 플라즈마 배제 존 (plasma exclusion zone: PEZ) 링이 상부 유전체 컴포넌트의 하단 부분을 둘러싸며, 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면부는 상부 유전체 컴포넌트의 하단 부분으로부터 외측으로 연장된 상향으로 테이퍼진 (upwardly tapered) 외측 부분을 포함하며, 상부 PEZ 링의 상기 하부 표면부와 상기 하부 지지부 상에 지지된 기판의 상부 표면 간의 조절가능한 갭의 수직 높이는, 플라즈마에 의해서 세정될 상기 기판의 베벨 에지의 크기가 각기 방사상 (radially) 내측 또는 방사상 외측으로 조절될 수 있도록, 증가 또는 감소된다. 적어도 하나의 무선 주파수 (RF) 전력 소스가 베벨 에지 프로세스 동안에 프로세스 가스를 플라즈마로 에너자이징하도록 구성된다.
플라즈마 베벨 에처 내에서의 베벨 에지 세정 동안에 에칭 거리를 조절하도록 구성된 튜닝가능한 (tunable) 상부 플라즈마 배제 존 (plasma exclusion zone: PEZ) 링이 본 명세서에서 개시되며, 튜닝가능한 상부 PEZ 링은 상부 유전체 컴포넌트를 둘러싸도록 구성되며; 튜닝가능한 상부 PEZ 링은 상기 상부 유전체 컴포넌트의 하단 부분으로부터 외측으로 연장된 상향으로 테이퍼진 (upwardly tapered) 부분을 포함하는 하부 표면부를 포함한다.
도 1a 내지 도 1c는 300 mm 기판의 반경에 따른 베벨 에칭 레이트들의 그래프들을 도시한다.
도 2는 본 명세서에서 개시된 실시예들에 따른 플라즈마 베벨 에처를 예시한다.
도 3은 본 명세서에서 개시된 실시예들에 따른 플라즈마 베벨 에처를 예시한다.
도 4는 본 명세서에서 개시된 실시예들에 따른 플라즈마 베벨 에처를 예시한다.
도 5는 본 명세서에서 개시된 실시예들에 따른 플라즈마 베벨 에처를 예시한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 명세서에서 개시된 실시예들에 따른, 300 mm 기판의 반경에 따른 베벨 에칭 레이트들의 그래프들을 도시한다.
도 7은 3 개의 튜닝가능한 상부 PEZ 링들 각각에 대한 에칭 거리 가변성의 그래프이다.
다음의 설명에서, 다수의 특정 세부사항들이 본 명세서에서 기술된 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나, 본 명세서에서 기술된 실시예들은 이러한 특정 세부사항 전부 또는 일부 없이도 실시될 수 있음이 본 기술 분야의 당업자에게 자명하다. 다른 실례에서, 이미 잘 알려진 구현 세부사항들 및 프로세스 동작들을 세부적으로 기술되지 않는다. 추가적으로, 용어 "약"이 사용되면, 이는 ± 10 퍼센트를 지칭한다.
본 명세서에서 기술된 실시예들은 반도체 기판의 베벨 에지를 세정하기 위해서 사용되는 베벨 에칭 챔버를 갖는 베벨 에처에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서에서 기술된 실시예들은 반도체 기판을 지지하도록 구성된 하부 지지부 (즉, 하부 전극 어셈블리) 위에 배치된 유전체 컴포넌트의 하단 부분을 둘러쌀 수 있는 튜닝가능한 상부 PEZ 링을 포함하는 베벨 에처의 상부 전극 어셈블리에 관한 것이다. 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면부는 유전체 컴포넌트의 하단 부분으로부터 외측으로 연장된 상향으로 테이퍼진 부분을 포함한다. 바람직하게는, 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 의 하부 표면부는 수평부 (351) 및 이 수평부로부터 외측으로 연장된 상향으로 테이퍼진 (tapered) 부분 (350) 을 포함한다 (도 4 참조). 또한, 상부 PEZ 링의 하부 표면부, 바람직하게는 하부 표면부의 수평부와 하부 지지부 상에서 지지된 기판의 상부 표면 간의 조절가능한 갭의 수직 높이는 플라즈마에 의해서 세정될 기판의 베벨 에지의 크기가 각기 방사상 내측으로 또는 방사상 외측으로 조절되며 이로써 베벨 에칭 프로세스 동안에 베벨 에처에 의해서 달성되는 에칭 거리가 가변될 수 있도록 증가 또는 감소할 수 있다. 이하에서는, 용어 PEZ는 기판의 중앙으로부터 베벨 에지를 세정하기 위한 플라즈마가 배제되는 기판의 구역의 외측 에지까지의 방사상 거리를 말한다.
에칭 거리는 기판의 베벨 에지 정점 (apex) 과 증착된 막들이 소정의 베벨 에칭 프로세스 동안에 제거되는 기판 상의 반경 간의 거리이다. 에칭 거리는 상부 PEZ 링의 직경 및 기하구조 및 상부 PEZ 링의 하부 표면부와 상부 PEZ 링 아래에 위치한 기판의 상부 표면 간의 갭 이격거리 (즉, 조절가능한 갭의 수직 높이) 의 함수이다. 에칭 거리는 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면부의 수평부와 기판의 상부 표면 간의 갭 이격거리를 조절함으로써 튜닝가능한 상부 PEZ 링을 통해서 제어 (즉, 튜닝) 될 수 있으며, 이 경우에 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 직경 및 기하구조는 고정된다. 이로써, 에칭 거리는 기판을 새로운 베벨 애칭 챔버로 이송할 필요 없이 또는 상부 PEZ 링을 베벨 에칭 챔버로부터 제거하고 제거된 상부 PEZ 링을, 각각의 후속하는 베벨 에칭 프로세스에서 요구된 목표된 에칭 거리를 만족시키는데 적합한 직경 및 기하구조를 갖는 상이한 상부 PEZ 링으로 교체할 필요 없이 조절될 수 있다.
상부 PEZ 링의 수평 하부 표면의 외경이 증가할 때에, 베벨 에칭 프로세스 동안에 플라즈마에 노출된 기판의 면적은 감소하고 에칭 거리는 감소한다. 이러한 상관성은 튜닝가능하지 않은 상부 PEZ 링 반경과 에칭 거리 간의 약 1:1 의 비에서 선형이다. 예를 들어서, 도 1a는 가변하는 외경들을 갖는 3 개의 튜닝가능하지 않은 상부 PEZ 링들이 기판을 베벨 에칭하는데 사용되고, 각 튜닝가능하지 않은 상부 PEZ 링의 수평 하부 표면과 기판의 상부 표면 간의 갭의 수직 높이가 고정된, 300 mm 기판의 반경 (x-축) 을 따른 컴퓨터 모델링된 베엘 에칭 레이트들 (y-축) 의 그래프를 도시한다. 라인 A는 296.0 mm의 수평 하부 표면의 외경을 갖는 제 1 튜닝가능하지 않은 상부 PEZ 링을 나타내며, 라인 B는 298.0 mm의 수평 하부 표면의 외경을 갖는 제 2 튜닝가능하지 않은 상부 PEZ 링을 나타내며, 라인 C는 300.0 mm의 수평 하부 표면의 외경을 갖는 제 1 튜닝가능하지 않은 상부 PEZ 링을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 각 기판의 반경에 따른 에칭 레이트들은 각 링의 수평 하부 표면의 외경의 함수로서 변한다.
나아가, 조절가능한 갭의 수직 높이가 증가함에 따라서, 플라즈마는 베벨 에칭 프로세스 동안에 기판의 중앙을 더 향해서 침식할 수 있으며 에칭 거리가 증가한다. 이러한 상관성은 선형이지만, 조절가능한 갭의 수직 높이 변화만이 목표된 에칭 거리를 만족시키기 위해서 상이한 직경들을 갖는 튜닝가능하지 않은 상부 PEZ 링들을 설치함으로써 달성될 목표된 에칭 거리들을 이전에 요구한 다수의 베벨 에칭 프로세스들에서 에칭 거리들의 적합한 범위를 제공하지 않는다. 도 1b는 298.0 mm의 수평 하부 표면의 외경을 갖는 단일의 튜닝가능하지 않은 상부 PEZ 링이 기판을 베벨 에칭하는데 사용되고, 이 튜닝가능하지 않은 상부 PEZ 링의 수평 하부 표면과 기판의 상부 표면 간의 조절가능한 갭의 수직 높이가 가변하는, 300 mm 기판의 반경 (x-축) 을 따른 컴퓨터 모델링된 베엘 에칭 레이트들 (y-축) 의 그래프를 도시한다. 라인 A는 0.60 mm의 조절가능한 갭의 수직 높이를 나타내며, 라인 B는 0.40 mm의 조절가능한 갭의 수직 높이를 나타내며, 라인 C는 0.20 mm의 조절가능한 갭의 수직 높이를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 기판의 반경에 따른 에칭 레이트들은 튜닝가능하지 않은 상부 PEZ 링의 수평 하부 표면과 기판의 상부 표면 간의 조절가능한 갭의 수직 높이의 함수로서 변한다.
그러나, 수평부 및 이 수평부 외측으로 연장되는 상향으로 테이퍼진 부분을 포함하는 하부 표면부를 갖는 튜닝가능한 상부 PEZ 링을 사용함으로써, 기판의 상부 표면과 상부 PEZ 링의 수평부의 하부 표면 간의 조절가능한 갭의 수직 높이를 조절함으로써 에칭 거리가 제어될 수 있는데, 조절가능한 갭의 수직 높이를 증가 또는 감소시키는 것은 각기 베벨 에칭 프로세스 동안에 플라즈마에 의해서 세정될 베벨 에지의 크기를 방사상 내측으로 또는 방사상 외측으로 조절한다 (즉, 에칭 거리를 제어한다). 도 1c는 단일의 튜닝가능한 상부 PEZ 링이 기판을 베벨 에칭하는데 사용되고, 이 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 수평부의 하부 표면과 기판의 상부 표면 간의 조절가능한 갭의 수직 높이가 가변하는, 300 mm 기판의 반경 (x-축) 을 따른 컴퓨터 모델링된 베엘 에칭 레이트들 (y-축) 의 그래프를 도시한다. 도 1c에 도시된 실례에서, 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면부의 상향으로 테이퍼진 부분은 수평부에 대해서 약 20 °와 동일한 상향 테이퍼 각 (upward taper angle) θ 을 갖는다. 라인 A는 0.60 mm의 갭 이격거리를 나타내며, 라인 B는 0.40 mm의 갭 이격거리를 나타내며, 라인 C는 0.20 mm의 갭 이격거리를 나타낸다. 이로써, 단일의 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (이하에서 도 1c 참조) 은 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면부의 수평부와 기판의 상부 표면 간의 조절가능한 갭의 수직 높이를 조절함으로써, 그들 각각의 수평 하부 표면부들의 상이한 외경들을 갖는, 3 개의 튜닝가능하지 않는 상부 PEZ 링들 (도 1a 참조) 의 거동을 복제할 수 있다. 이로써, 베벨 에처 내의 튜닝가능한 상부 PEZ 링은 새로운 에칭 거리가 요구될 때마다 상부 PEZ 링을 교체하거나 기판을 새로운 베벨 에칭 챔버 내로 이동할 필요 없이 단일 챔버 내에서 상이한 에칭 거리들을 요구하는 다수의 베벨 에칭 프로세스들을 수행할 수 있다.
튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면부의 수평부와 기판의 상부 표면 간의 조절가능한 갭의 수직 높이가 가변되는 때에, 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 유효 반경 (p(g)) 도 또한 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면부의 상향으로 테이퍼진 부분의 테이퍼 각 θ의 함수로서 변할 것이다. 따라서, 세정될 베벨 에지의 크기를 한정하는 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 유효 반경은 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면부의 수평부 (p) 의 외경, 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면부의 상향으로 테이퍼진 부분의 테이퍼 각 θ과, 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면부의 수평부와 베벨 에칭될 기판의 상부 표면 간의 조절가능한 갭 (g) 의 수직 높이 간의 관계에 의해서 결정될 수 있다. 이러한 관계는 이하에서 주어진 등식 1에 의해서 결정될 수 있다:
등식 1: p(g) = p - g/tan(θ)
이러한 방식으로, 에칭 거리와 갭 이격거리 간의 비인 튜닝 감도 (tuning sensitivity) 가, 테이퍼되지 않은 상부 PEZ 링에서의 약 0.65:1로부터, 수평부에 대해서 약 10°와 동일한 상향 테이퍼 각 θ 을 갖는 튜닝가능한 상부 PEZ 링에서의 약 6:1로 또는 수평부에 대해서 약 20°와 동일한 상향 테이퍼 각 θ 을 갖는 튜닝가능한 상부 PEZ 링에서의 약 2.2:1로 증가될 수 있다. 튜닝가능한 상부 PEZ 링에 큰 튜닝 감도 범위를 제공함으로써, 베벨 에처는 새로운 에칭 거리가 요구될 때마다 상부 PEZ 링을 교체할 필요 없이 단일 챔버 내에서 상이한 에칭 거리들을 요구하는 상이한 배치들 (batches) 의 기판들에 대해서 다수의 베벨 에칭 프로세스들을 수행할 수 있다. 바람직하게는, 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 튜닝 감도는 약 1:1 내지 10:1이다.
도 2는 본 명세서에서 개시된 실시예들이 실시될 수도 있는, 기판 (218) 의 베벨 에지를 세정하기 위한 기판 에칭 시스템 또는 베벨 에처 (200) 의 개략적 단면도이다. 예시적인 베벨 에처들의 세부사항들은 공동으로 양도된 미국 특허 번호 7,943,007, 및 7,858,898, 및 미국 공개 출원 번호 (U.S. Published Application No) 2011/0206833 에서 찾을 수 있으며, 이 문헌들은 그들의 전체가 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 베벨 에처 (200) 는 전반적으로 이에 한정되지 않지만 축대칭 형상을 가지며, 간략성을 위해서, 도 2에서는 측 단면도의 오직 절반만이 도시된다. 일 실시예에서, 베벨 에처 (200) 는 기판 (218) 이 로딩/언로딩될 수 있는 도어 또는 게이트 (242) 를 챔버 벽 (202), 상부 전극 어셈블리 (204), 이 상부 전극 어셈블리가 매달려 있는 지지부 (208) 및 하부 전극 어셈블리 (206) 를 포함할 수 있다. 지지부 (208) 는 기판 (218) 을 로딩/언로딩하기 위해서 상하로 (이중 화살표 방향으로) 상부 전극 어셈블리 (204) 를 이동하며, 나아가 지지부 (208) 는 상부 전극 어셈블리 (204) 내에 포함된 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 의 하부 수평부와 기판 (218) 의 상부 표면 간의 조절가능한 갭 (갭 이격거리) 의 수직 높이를 조절함으로써 프로세싱 동안에 베벨 에칭 거리를 조절하기 위해서 상부 전극 어셈블리 (204) 를 상하로 이동시킬 수 있다. 물론, 다른 실시예에서, 하부 전극 어셈블리 (206) 및/또는 하부 전극 어셈블리 (206) 와 상부 전극 어셈블리 (204) 의 조합이 상부 전극 어셈블리 (204) 내에 포함된 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 의 하부 수평부와 기판 (218) 의 상부 표면 간의 조절가능한 갭의 수직 높이를 조절하기 위해서 상하로 이동하도록 구성될 수 있다. 정밀 구동 메카니즘 (도 2에서는 미도시) 이, 상부 전극 어셈블리 (204) 와 기판 (218) 간의 갭 이격거리가 정확하게 제어될 수 있도록, 지지부 (208) 에 부착된다. 정밀 구동 메카니즘은 바람직하게는 갭 이격거리를 제어하도록 구성된 제어기에 접속된다.
금속 벨로즈 (bellows) (250) 가 지지부 (208) 가 챔버 벽 (202) 에 대해서 수직 이동을 하면서 챔버 벽 (202) 과 지지부 (208) 간의 진공 밀봉을 형성하는데 사용될 수 있다. 지지부 (208) 는 중앙 가스 피드 (통로) (212) 및 에지 가스 피드 (통로) (220) 를 가질 수 있다. 가스 피드들 (212, 220) 은 베벨 에지를 세정하도록 플라즈마로 에너자이징될 프로세스 가스 및 버퍼 가스를 제공한다. 동작 동안에, 플라즈마는 기판의 베벨 에지를 둘러서 형성되며 대체적으로 링 형상을 갖는다. 플라즈마가 기판 (218) 의 중앙부에 도달하는 것을 방지하기 위해서, 유전체 컴포넌트 (216) 와 유전체 컴포넌트 (216) 를 둘러싸는 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 간의 조절가능한 갭의 수직 높이가 제어되며, 프로세스 가스는 바람직하게는 단차형 홀 (stepped hole) (214) 를 통해서 중앙 가스 피드로부터 공급된다. 이로써, 가스는 상부 전극 어셈블리 (204) 와 기판 (218) 간의 조절가능한 갭을 통해서 기판 (218) 의 방사상 방향으로 이동한다. 각 가스 피드는 동일한 프로세스 가스 또는 버퍼 가스 및/또는 퍼지 가스와 같은 다른 가스들을 제공하는데 사용된다. 플라즈마/프로세스 가스는 챔버 공간 (251) 으로부터 다수의 홀들 (유출구들) (241) 을 통해서 하단 공간 (240) 으로 배출된다. 베벨 세정 동작 동안에, 챔버 압력은 500 m Torr 내지 2 Torr의 범위에 있으며, 예를 들어서, 진공 펌프 (243) 가 세정 동작 동안에 하단 공간 (240) 을 배기하는데 사용될 수 있다.
상부 전극 어셈블리 (204) 는 상부 유전체 컴포넌트 또는 상부 유전체 컴포넌트 (216); 및 적합한 체결 메카니즘에 의해서 지지부 (208) 에 고정되고 지지부 (208) 를 통해서 접지된 상부 금속 컴포넌트 (210) 를 포함한다. 상부 금속 컴포넌트 (210) 는 알루미늄과 같은 금속으로 형성되고, 아노다이징될 수도 있다. 상부 금속 컴포넌트 (210) 는 하나 이상의 가스 통로들 또는 관통홀들 (222a, 222b) 및 에지 가스 플레넘 (224) 을 가질 수 있으며, 가스 통로들 또는 관통홀들 (222a, 222b) 은 동작 동안에 유체 연통을 위해서 에지 가스 피드 (220) 에 커플링된다 (coupled). 상부 유전체 컴포넌트 (216) 는 상부 금속 컴포넌트 (210) 에 부착되고 다음으로 한정되지 않지만 바람직하게는 세라믹인 유전체 재료로 형성된다. 필요하다면, 상부 유전체 컴포넌트 (216) 의 하부 노출된 표면은 Y2O3 코팅을 가질 수도 있다. 상부 유전체 컴포넌트 (216) 가 단일 중앙 홀을 갖는 것으로 도시되었지만, 상부 유전체 컴포넌트 (216) 는 임의의 적합한 개수의 유출구들을 가질 수도 있으며, 예를 들어서, 이 유출구들은 필요하다면 샤워헤드 홀 패턴 (showerhead hole pattern) 으로 배열될 수 있다.
상부 유전체 컴포넌트 (216) 는 상부 전극 어셈블리 (204) 와 하부 전극 어셈블리 (206) 간의 수직 갭을 측정하기 위한 갭 센서 (274) 를 포함할 수 있다. 갭 센서 (274) (도 3 참조) 로부터 출력된 신호는 적합한 회로를 통해서 제어기 (380) 로 전송되며 제어기는 수직 갭을 조절하기 위해서 정밀 구동 메카니즘을 제어하도록 구성된다. 인-시츄 갭 센서 (in-situ gap sensor) 는 레이저, 유도성, 용량성, 음향성, 또는 LVDT (linear variable differential transformer) 센서와 같은 임의의 적합한 센서일 수 있다. 다른 실시예들에서, 갭 센서는 센서의 타입에 따라서, 챔버 벽 (202) 내측 또는 외측에 위치할 수 있다.
하부 전극 어셈블리 (206) 는 전력을 공급받는 (powered) 전극 (226) 을 포함할 수 있으며, 이 전극 (226) 은 상부 부분 (226a) 및 하부 부분 (226b) 을 가지며, 세정 동작 동안에 기판 (218) 을 제자리에서 유지하도록 진공 척 역할을 하도록 동작하며, 하부 전극 어셈블리는 기판 (218) 을 상하로 이동시키는 리프트 핀들 (230), 핀 작동 유닛 (232), 상부 부분 (238a) 및 하부 부분 (238b) 을 갖는 하단 유전체 링 (238) 을 갖는다. 다른 실시예에서, 하부 전극 어셈블리 (206) 는 세정 동작 동안에 기판을 제자리에서 유지하기 위한 정전 척 (ESC) 을 포함할 수 있다. 이하에서는, 용어 "전력을 공급받는 전극"은 하부 부분 (226a) 또는/또는 상부 부분 (226b) 을 말한다. 마찬가지로, 용어 "하단 유전체 링 (238)" 은 상부 부분 (238a) 및/또는 하부 부분 (238b) 을 말한다. 전력을 공급받는 (powered) 전극 (226) 은 무선 주파수 (RF) 전력 소스 (270) 에 커플링되어서 세정 동작 동안에 RF 전력을 수신한다.
리프트 핀들 (230) 은 원통형 홀들 또는 경로들 (231) 내에서 수직으로 이동하고 전력을 공급받는 (powered) 전극 (226) 내에 위치된 핀 작동 유닛 (232) 에 의해 상부 위치와 하부 위치 사이에서 이동된다. 핀 작동 유닛은 핀들 주위에 진공 밀봉된 분위기를 유지하기 위해 리프트 핀 각각을 둘러싸는 하우징을 포함할 수도 있다. 핀 작동 유닛 (232) 은 로봇 암 (233) (예를 들어, 각각의 하우징으로 연장하고 각각의 핀에 부착된 세그먼트들을 갖는 수평 암) 및 암 액추에이팅 디바이스 (arm actuating device) (도 2에 도시되지 않음) 와 같은 임의의 적합한 리프트 핀 메카니즘을 포함할 수도 있다. 간결성을 위해, 로봇 암의 세그먼트의 팁 (tip) 부분만이 도 2에 도시된다. 300 또는 450 mm 기판과 같은 기판을 리프트하기 위해 3 또는 4 개의 리프트 핀들이 사용될 수 있지만, 임의의 적합한 수의 핀들 (230) 이 베벨 에처 (bevel etcher) (200) 내에 사용될 수도 있다. 또한, 리프터 벨로즈 (lifter bellows) 과 같은, 임의의 적합한 메카니즘이 핀 작동 유닛 (232) 으로서 사용될 수 있다.
기판 (218) 은 구성가능한 하부 PEZ 링 (260) 상에 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 전력을 공급받는 전극 (226) 의 상단 표면, 기판 (218) 의 하단 표면, 및 구성가능한 하부 PEZ 링 (260) 의 내측 주변부는 프로세스 동안 기판 (218) 을 지지하기 위한 진공 펌프 (236) 와 같은 진공 소스와 유체 연통하는 둘러싸인 진공 영역 리세스 (진공 영역) (219) 를 형성하지만, 대안적인 실시예에서, 기판 (218) 을 하부 전극 어셈블리 (206) 의 상부 표면에 정전 클램프하도록 ESC가 사용될 수 있다. 리프트 핀들 (230) 을 위한 원통형 홀들 또는 경로들은 또한 가스 통로들로서 공유되고, 가스 통로들을 통해 진공 펌프 (236) 가 동작 동안 진공 영역 (219) 을 배기한다. 전력을 공급받는 전극 (226) 은 진공 영역 (219) 내의 일시적인 압력 변동을 감소시키기 위해, 그리고 다수의 리프트 핀들이 사용되는 경우들에서, 원통형 홀들에 대한 균일한 흡착 레이트를 제공하기 위해 플레넘 (plenum) (234) 을 포함한다.
기판 (218) 의 상단 표면 상에 일련의 프로세스들에 의해 이전에 형성된 집적 회로들이 존재한다. 하나 이상의 이러한 프로세스들은 기판 (218) 으로 열 에너지를 전달할 수도 있고, 기판 (218) 상에 열적 응력을 발생하여 기판이 휘어지게 하는, 플라즈마를 사용하여 수행될 수도 있다. 베벨 세정 동작 동안, 기판 (218) 의 상단 표면과 하단 표면 사이의 압력 차이를 이용함으로써 기판 휘어짐이 감소될 수 있다. 진공 영역 (219) 내의 압력은 플레넘 (234) 에 결합된 진공 펌프 (236) 에 결합됨으로써 동작 동안 진공 하에서 유지된다. 상부 유전체 컴포넌트 (216) 와 기판 (218) 의 상부 표면 사이에서 갭 이격거리를 조절함으로써, 이 갭 내의 가스 압력은 프로세스 가스(들)의 전체 플로우 레이트를 변경하지 않고 변할 수 있다. 대안적으로, 이 갭 내의 가스 압력은 미리 결정된 갭 이격거리가 미리 결정된 베벨 에칭 프로세스를 목표로 할 때 프로세스 가스(들)의 전체 플로우 레이트를 변경함으로써 변할 수 있다. 따라서, 이 갭 내의 가스 압력을 제어함으로써, 기판 (218) 의 상단 표면과 하단 표면 사이의 압력 차이가 변할 수 있어서 기판 (218) 상에 인가된 구부리는 힘이 제어될 수 있다.
하단 유전체 링 (238) 은 Al2O3를 포함하는 세라믹과 같은 유전체 재료로 형성되고, 챔버 벽 (202) 로부터 전력을 공급받는 전극 (226) 을 전기적으로 절연한다. 하단 유전체 링의 하부 부분 (238b) 은 전력을 공급받는 전극 (226) 의 하부 에지 상의 리세스와 짝지어지는 상부 표면의 내측 주변부 상에 형성된 단차부 (step) (플랜지 (flange)) (252) 를 가질 수 있다. 하부 부분 (238b) 은 하단 유전체 링의 상부 (238a) 상의 단차형 표면과 짝지어지는 외측 주변부 상에 형성된 단차부 (플랜지) (254) 를 가질 수 있다. 단차부들 (플랜지들) (254, 252) 은 하단 유전체 링 (238) 을 전력을 공급받는 전극 (226) 과 정렬시킨다. 단차부 (플랜지) (254) 는 또한 전력을 공급받는 전극 (226) 과 챔버 벽 (202) 사이의 곧바른 시선 (line-of-sight) 을 제거하기 위해 단차부의 표면을 따라 구불구불한 갭을 형성하여 전력을 공급받는 전극 (226) 과 챔버 벽 (202) 사이에 2차 플라즈마 발생 가능성을 감소시킨다.
도 3은 도 2의 영역 A의 확대된 개략도이다. 도시된 바와 같이, 상부 전극 어셈블리 (204) 는 3 개의 동심으로 (concentrically) 위치된 링들: 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302); 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 을 둘러싸는 상부 전극 링 (308); 및 상부 전극 링 (308) 을 둘러싸는 외측 상부 유전체 링 (310) 을 포함한다. 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 과 상부 전극 링 (308) 사이의 갭 (304) 은 가스 통로 (222b) 에 연결된 구불구불한 가스 통로를 형성할 수 있다. 구불구불한 갭 (304) 은 가스 통로 (222b) 가 플라즈마에 바로 노출되는 것을 방지하여, 에지 가스 통로 (222b) 내에 2차 플라즈마 또는 플라즈마 점화 (light-up) 의 형성을 방지한다. 이러한 2차 플라즈마는 에지 가스 통로 (222b) 의 내측 벽을 부식시키고 상부 금속 컴포넌트 (210) 의 빈번한 교체들을 필요로 하고 기판 (218) 으로 부식된 재료들을 도입할 수 있다.
튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 은 내측 표면 상에 형성된 플랜지 (302a) 를 가질 수 있고, 내측 표면 상의 플랜지 (302a) 는 금속 컴포넌트 (210) 에 대해 링 (302) 을 클램프하도록 상부 유전체 컴포넌트 (216) 의 플랜지 (330) 를 체결한다. 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 은 또한 플라즈마 부식으로 인해 상부 전극 어셈블리 (204) 의 다른 부분들보다 더 빈번히 교체되어야 할 수도 있고 소모적인 컴포넌트로 간주된다. 일반적으로, 프로세스 가스들은 O2와 같은 산소 함유 가스를 포함할 수도 있다. 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 약 <10%의 작은 양의 CF4, SF6, 또는 C2F6와 같은 불소 함유 가스가 베벨 에지를 세정하도록 또한 첨가될 수도 있다. 이들 반응성 가스를 함유하는 플라즈마는 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 을 부식시킬 수도 있어서, 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 의 주기적인 교체가 필요하게 한다. 교체 동안 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 으로의 용이한 액세스를 위해, 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 은 상부 유전체 컴포넌트 (216) 에 의해 제자리에 홀딩될 수 있고 챔버 벽 (202) 로부터 상부 전극 어셈블리 (204) 를 제거하지 않고 교체될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 (216) 의 제거는 또한 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 이 동일하거나 상이한 직경 및 기하학적 구조를 갖는 상이한 링으로 교체되도록 할 수 있다.
튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 은 플라즈마가 상부 유전체 컴포넌트 (216) 를 직접적으로 부식시키는 것을 방지한다. 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 은 전적으로 산화 알루미늄 (Al2O3), 질화 알루미늄 (AlN), 산화 실리콘 (SiO2), 탄화 실리콘 (SiC), 질화 실리콘 (Si3N4), 실리콘 (Si), 산화 이트륨 (Y2O3), 또는 다른 재료들과 같은 전기적으로 전도성, 반전도성 또는 유전체 재료로 형성되고, 또는 동작 동안 기판 (218) 의 오염을 감소시키기 위해, Si, SiC 또는 Y2O3와 같은 전도성 또는 유전체 재료, 세라믹, 또는 (고 저항률을 제공하기 위해 적합하게 도핑된) CVD SiC로 코팅된 금속, 세라믹, 또는 폴리머의 합성 링일 수 있다. 소모품 비용 (CoC) 을 감소시키기 위해, 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 은 작고 단순한 단면부를 갖는 것이 바람직하다. 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 은 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게 약 105 ohm-cm의 고 전기 저항을 갖는 재료로 형성될 수도 있다. 전력을 공급받는 전극 (226) 과 상부 전극 링 (308) 사이의 전기적 커플링이 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 의 전기적 특성들에 영향을 받음에 따라, 베벨 에지 주변의 플라즈마 특성들은 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 의 재료, 위치 및/또는 구성을 변화시킴으로써 제어될 수 있다.
상부 전극 링 (308) 은 상부 금속 컴포넌트 (210) 에 접속될 수 있고 상부 금속 컴포넌트 (210) 를 통해 접지될 수 있다. 볼트들과 같은 쓰레드된 고정 메카니즘을 사용하는 대신, 상부 전극 링 (308) 은 바람직하게 외측 상부 유전체 링 (310) 의 클램프 힘에 의해 제자리에 홀딩될 수 있다. 예를 들어, 전극 링 (308) 은 유전체 링 (310) 상의 플랜지 (310a) 와 짝지어지는 플랜지 (308a) 를 가질 수 있다. 이와 같이, 노출된 고정 메카니즘들의 부식으로부터 다르게 발생할 수 있는 플라즈마 오염들이 제거될 수 있다. 상부 전극 링 (308) 은 바람직하게 양극산화된 알루미늄과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 일부 경우들에서, 상부 전극 링 (308) 은 Si (단결정 또는 다결정 실리콘) 와 같은 순수 재료, CVD 저 저항률 SiC 또는 임의의 적합한 고순도 전도성 재료들로 형성될 수 있다. 고순도 재료들의 비용 영향을 최소화하기 위해, 상부 전극 링 (308) 의 단면 치수가 최소화될 수 있다. 볼트-관통 (bolt-through) 설계가 사용될 수 있지만, 클램프-인-플레이스 (clamp-in-place) 설계가 상부 전극 링 (308) 의 구성을 단순화하여 CoC를 낮추고 오염 제어를 위해 보다 넓은 범위의 재료들을 사용하게 한다. 대안적인 실시예들에서, 상부 전극 링 (308), 및 또한 상부 전극 링 (308) 아래에 위치된 하부 전극 링 (306) 은 그래파이트 또는 다양한 탄소계 재료들로 형성될 수도 있다는 것을 또한 주의한다.
외측 상부 유전체 링 (310) 은 Al2O3와 같은 유전체 재료로 형성되고, Y2O3로 코팅될 수도 있다. 외측 상부 유전체 링 (310) 은 외측 상부 유전체 링 (310) 을 상부 금속 컴포넌트 (210) 에 고정하기 위한 볼트들 (316) 을 수용하기 위해 상부 표면에 원주상으로 이격된 쓰레드된 홀들 (318) 을 포함한다. 외측 상부 유전체 링 (310) 은 상부 전극 링 (308) 의 플랜지 (308a) 를 상부 금속 컴포넌트 (210) 에 클램프하도록 사용된 돌출부 또는 단차부 (플랜지) (310a) 를 포함한다. 볼트 (316) 각각은 볼트들이 플라즈마에 노출되지 않고 플라즈마에 의해 부식되지 않도록 상부 전극 어셈블리 (204) 의 상단측으로부터 스크루된다는 것을 주의한다. 외측 상부 유전체 링 (310) 의 내측 에지 직경은 링 또는 도넛 형상의 플라즈마의 외경을 결정한다.
하부 전극 어셈블리 (206) 는 유전체 링의 상부 (238a) 를 둘러싸는 하부 금속 라이너 (liner) (칼라 (collar)) (314) 및 3 개의 동심으로 위치된 링: 구성가능한 하부 PEZ 링 (260); 구성가능한 하부 PEZ 링 (260) 을 둘러싸는 하부 전극 링 (306); 및 하부 전극 링 (306) 을 둘러싸는 외측 하부 유전체 링 (312) 을 포함할 수 있다. 구성가능한 하부 PEZ 링 (260), 하부 전극 링 (306), 및 하부 금속 라이너 (314) 는 하단 유전체 링 (238) (보다 구체적으로, 하단 유전체 링의 상부 (238a)) 및 라이너 (314) 로 지지될 수 있다. 하부 전극 링 (306) 은 외측 하부 유전체 링 (312) 에 의해 하부 금속 라이너 (314) 의 상부 표면에 대해 클램프될 수 있고, 하부 금속 라이너 (314) 는 접지를 위해 챔버 벽 (202) 에 접속된다. 하단 유전체 링 (238) 의 상부 (238a) 는 전력을 공급받는 전극의 상부 (226a) 로부터 하부 전극 링 (306) 을 전기적으로 분리한다.
전력을 공급받는 전극 (226) 은 양극산화된 알루미늄과 같은, 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 전력을 공급받는 전극 (226) 이 고 세정도 플라즈마가 요구되는 경우들에서 플라즈마에 노출되고 플라즈마에 의해 부식되면, 세정도 요건을 만족시키기 위해 전극 (226) 에 대해 고순도 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 구성가능한 하부 PEZ 링 (260) 은 플라즈마로부터 전력을 공급받는 전극 (226) 을 차폐하도록 (shield) 설계되기 때문에, 전력을 공급받는 전극 (226) 은 세정도 요건과 상관없이 저순도 금속들 또는 재료들로 형성될 수 있다.
구성가능한 하부 PEZ 링 (260) 은 베벨 세정에 영향을 주기 위해 사용된 플라즈마에 의한 침투로부터 전력을 공급받는 전극 (226) 을 보호한다. 구성가능한 하부 PEZ 링 (260) 은 전적으로 산화 알루미늄 (Al2O3), 질화 알루미늄 (AlN), 산화 실리콘 (SiO2), 탄화 실리콘 (SiC), 질화 실리콘 (Si3N4), 실리콘 (Si), 산화 이트륨 (Y2O3), 또는 다른 재료들과 같은 전기적으로 전도성, 반전도성 또는 유전체 재료로 형성될 수 있고, 또는 세정 동작 동안 기판 (218) 의 오염을 감소시키기 위해, Si, SiC 또는 Y2O3와 같은 전도성 또는 유전체 재료, 예를 들어, 세라믹 (바람직하게, Al2O3) 또는 Si (단결정 또는 다결정 실리콘), CVD 고 저항률 SiC 등과 같은 순수 재료로 코팅된 금속, 세라믹, 또는 폴리머의 합성 링일 수 있다. 구성가능한 하부 PEZ 링 (260) 은 또한 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 약 105 ohm-cm의 고 전기 저항을 갖는 재료로 형성될 수도 있다. 전력을 공급받는 전극 (226) 과 하부 전극 링 (306) 사이의 전기적 커플링이 구성가능한 하부 PEZ 링 (260) 의 전기적 특성들에 영향을 받음에 따라, 플라즈마 특성들은 구성가능한 하부 PEZ 링 (260) 의 재료 및/또는 구성을 변화시킴으로써 제어될 수 있다.
하부 전극 링 (306) 은 하부 금속 라이너 (314) 에 접속되고 하부 금속 라이너 (314) 를 통해 접지될 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 하부 전극 어셈블리 (206) 는 전력을 공급받는 전극 (226) 의 위치에 하부 지지부 (미도시) 를 포함할 수 있고, 하부 전극 링 (306) 은 하부 금속 라이너 (314) 를 통해 RF 전력 소스에 커플링될 수 있고, 여기서 상부 전극 링 (308) 은 접지될 수 있다. 볼트와 같은 쓰레드된 고정 메카니즘들을 사용하는 대신, 하부 전극 링 (306) 은 외측 하부 유전체 링 (312) 의 클램핑 힘에 의해 제자리에서 유지되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하부 전극 링 (306) 상의 외측 플랜지 (306a) 는 외측 하부 유전체 링 (312) 상의 내측 플랜지 (312a) 와 체결할 수 있어서 하부 전극 링 (306) 이 라이너 (314) 에 대해 클램프된다. 이와 같이, 노출된 고정 메카니즘들의 부식으로부터 다르게 발생할 수도 있는 플라즈마 오염들이 제거될 수 있다. 하부 전극 링 (306) 은 바람직하게 양극산화된 알루미늄과 같은, 금속으로 형성될 수 있다. 일부 경우들에서, 하부 전극 링 (306) 은 순수 Si (예를 들어, 단결정 또는 다결정 실리콘), CVD 저 저항률 SiC 또는 임의의 적합한 고순도 전도성 재료들과 같은 고순도 재료들로 형성될 수도 있다. 고순도 재료들을 사용하는 비용 영향을 최소화하기 위해, 하부 전극 링 (306) 의 단면 치수들이 최소화될 수 있다. 클램프-인-플레이스 설계의 사용은 하부 전극 링 (306) 의 구성을 단순화하여 오염 제어를 위해 보다 넓은 범위의 재료들의 사용을 통해 CoC를 낮춘다.
외측 하부 유전체 링 (312) 은 Al2O3와 같은 유전체 재료로 형성되고, Y2O3로 코팅될 수도 있다. 외측 하부 유전체 링 (312) 은 외측 하부 유전체 링 (312) 을 상하 금속 라이너 (314) 에 고정하기 위한 볼트들 (322) 을 수용하는 일련의 쓰레드된 홀들 (320) 을 포함한다. 상기에 논의된 바와 같이, 외측 하부 유전체 링 (312) 은 하부 전극 링 (306) 을 금속 라이너 (314) 에 클램프하도록 사용된 돌출부 또는 단차부 (플랜지) 를 포함한다. 볼트들 (322) 은 볼트들 (322) 이 플라즈마에 노출되지 않고 플라즈마에 의해 부식되지 않도록 하부 전극 어셈블리 (206) 의 하단측으로부터 스크루된다는 것을 주의한다. 외측 하부 유전체 링 (312) 의 내측 에지 직경은 링 또는 도넛 형상의 플라즈마의 외경을 결정한다.
동작 동안, RF 전력 소스 (270) 는 플라즈마로의 적어도 하나의 가스 피드들 (212, 214) 을 통해 제공된 프로세스 가스들을 에너자이징하도록 RF 전력을 제공하고, RF 전력은 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 약 2 MHz 내지 약 60 MHz의 범위에서 하나 이상의 주파스들로 공급된다. 변형 시, 상부 전극 링 (308) 이 RF 전력 소스에 커플링되면서 하부 전극 링 (206) 은 접지되고, 또는 하부 전극 링 (206) 은 RF 전력 소스에 커플링되면서 상부 전극 링 (308) 은 접지된다.
도 2의 실시예는 중앙 가스 피드 및 에지 가스 피드들을 갖는다는 것을 주의한다. 그러나, 가스 피드들의 수는 기판 및/또는 베벨 에지 주변으로의 목표된 가스 분포를 달성하기 위해 변할 수도 있다. 또한, 상부 유전체 컴포넌트는 임의이 적합한 수 및 성향의 가스 피드 홀들을 가질 수도 있다.
도 4는 하부 전극 어셈블리 (206) 위에 배치된 상부 전극 어셈블리 (204) 의 실시예를 도시하고, 상부 전극 어셈블리 (204) 는 유전체 컴포넌트 (216), 유전체 컴포넌트 (216) 를 둘러싸는 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302), 및 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 을 둘러싸는 상부 전극 링 (308) 을 포함한다. 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 의 하부 표면은 수평부 (351) 를 둘러싸는 상향으로 테이퍼진 부분 (350) 을 갖는 것이 바람직하고, 상향으로 테이퍼진 부분 (350) 은 테이퍼 각 θ에 따라 플라즈마에 의해 세정될 베벨 에지 및 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 의 수평부 (351) 와 하부 전극 어셈블리 (206) 상에 지지된 기판 (218) 의 상부 표면 사이의 갭 이격거리, 및 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 의 하부 표면의 수평부 (351) 의 외경의 연장을 제한한다. 상향으로 테이퍼진 부분 (350) 은 원뿔형인 것이 바람직하고, 상향으로 테이퍼진 부분 (350) 의 상향 테이퍼 각 θ은 약 10°의 상향 테이퍼 각, 약 20°의 상향 테이퍼 각, 또는 약 30°의 상향 테이퍼 각과 같이, 수평부에 대해 약 5° 내지 50°이고, 보다 바람직하게, 수평부에 대해 약 10° 내지 30°이다. 상향으로 테이퍼진 부분 (350) 에 대해 목표된 테이퍼 각을 선택함으로써, 베벨 에칭 프로세스들 동안 베벨 에처에 의해 달성된 에칭 거리는 갭 이격거리를 조절함으로써 변할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 의 하부 표면의 수평부 (351) 는 유전체 컴포넌트 (216) 의 하부 표면에 대해 코플래이너 (coplanar) 이거나 실질적으로 코플래이너이다. 다른 바람직한 실시예에서, 상향 테이퍼 각 θ의 기울기는 일정하다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 상향으로 테이퍼진 외측부와 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 의 하부 표면의 수평부 사이의 에지는 둥근 에지이다.
도 5에 도시된 바와 같은 대안적인 실시예에서, 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (302) 및 상부 유전체 컴포넌트 (216) 는 단일체 (monolithic) 일 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 상부 PEZ 링 (302) 의 하부 표면의 상향으로 테이퍼진 부분 (350) 의 상향 테이퍼 각 θ와 상부 PEZ 링 (302) 의 하부 표면의 수평부 (351) 와 기판 (218) 의 상부 표면 사이의 갭 이격거리 간의 관계 그래프이다. 도 6a는 296.5 mm의 수평 하부 표면의 외경을 갖는 테이퍼되지 않은 상부 PEZ 링을 위한 300 mm 기판의 반경과 함께 에칭 레이트를 도시한다. 선 A는 약 0.3 mm 갭 이격거리에 대한 에칭 레이트를 도시하고, 선 B는 약 0.6 mm 갭 이격거리에 대한 에칭 레이트를 도시한다. 갭 이격거리의 변화는 테이퍼되지 않은 상부 PEZ 링에 대한 에칭 거리에서 약 0.20 mm의 가변성을 유도한다. 도 6b는 본 명세서에 개시된 실시예들에 따라 테이퍼진 상부 PEZ 링에 대한 300 mm 기판의 반경과 함께 에칭 레이트를 도시하고, 테이퍼진 상부 PEZ 링은 304 mm의 외경을 갖는다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 상부 PEZ 링은 수평부에 대해 약 20°의 상향 테이퍼 각 θ을 갖고 하부 표면의 수평부의 외경은 295.6 mm이다. 선 A는 약 0.15 mm의 갭 이격거리에 대한 에칭 레이트를 도시하고, 선 B는 약 0.6 mm의 갭 이격거리에 대한 에칭 레이트를 도시한다. 갭 이격거리의 변화는 에칭 거리에서 약 1.1 mm의 가변성을 유도한다. 도 6c는 또한 본 명세서에 개시된 실시예들에 따라 테이퍼진 상부 PEZ 링에 대한 300 mm 기판의 반경과 함께 에칭 레이트를 도시하고 테이퍼진 상부 PEZ 링은 304 mm의 외경을 갖는다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 상부 PEZ 링은 수평부에 대해 약 30°의 상향 테이퍼 각 θ을 갖고 하부 표면의 수평부의 외경은 295.6 mm이다. 선 A는 약 0.3 mm의 갭 이격거리에 대한 에칭 레이트를 도시하고, 선 B는 약 0.6 mm의 갭 이격거리에 대한 에칭 레이트를 도시한다. 갭 이격거리의 변화는 에칭 거리에서 약 0.44 mm의 가변성을 유도한다. 도 6d는 본 명세서에 개시된 실시예들에 따라 테이퍼진 상부 PEZ 링에 대한 300 mm 기판의 반경과 함께 에칭 레이트를 도시하고 테이퍼진 상부 PEZ 링은 304 mm의 외경을 갖는다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 상부 PEZ 링은 수평부에 대해 약 45°의 상향 테이퍼 각 θ을 갖고 하부 표면의 수평부의 외경은 298.5 mm이다. 선 A는 약 0.3 mm의 갭 이격거리에 대한 에칭 레이트를 도시하고, 선 B는 약 0.6 mm의 갭 이격거리에 대한 에칭 레이트를 도시한다. 갭 이격거리의 변화는 에칭 거리에서 약 0.26 mm의 가변성을 유도한다.
또한, 목표된 에칭 거리 범위를 커버하는 보다 큰 제어를 달성하기 위해, 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면의 수평부 (351) 의 외측 반경은 200 mm, 300 mm, 또는 450 mm의 직경을 갖는 기판들과 같은 다양한 크기의 반도체 기판들을 위해 주어진 일련의 베벨 에칭 프로세스들에 필요한 에칭 거리 요건들의 범위를 커버하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 일련의 베벨 에칭 프로세스들에서, 6 개의 테이퍼되지 않은 상부 PEZ 링 구성들은 약 0.3 mm 내지 2.3 mm의 에칭 거리를 커버할 필요가 있을 수도 있다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 이 범위는 가능한 3 개의 튜닝가능한 상부 PEZ 링들로 커버될 수 있고, 제 1 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (A) 은 제 2 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (B)보다 큰 하부 표면의 수평부의 외측 반경을 가질 수 있고 제 2 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (B) 은 제 3 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (C)보다 큰 하부 표면의 수평부의 외측 반경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (A) 은 약 2 내지 3 mm의 에칭 거리를 베벨 에지 정점으로부터 기판의 중심을 향하여 조절하도록 구성될 수 있고, 제 2 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (B) 은 약 1 내지 2 mm의 에칭 거리를 베벨 에지 정점으로부터 기판의 중심을 향하여 조절하도록 구성될 수 있고, 그리고 제 3 튜닝가능한 상부 PEZ 링 (B) 은 약 0 내지 1 mm의 에칭 거리를 베벨 에지 정점으로부터 기판의 중심을 향하여 조절하도록 구성될 수 있고, 각각의 링의 에칭 거리는 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면의 수평부와 기판의 하부 표면 사이의 조절가능한 갭의 수직 높이를 조절함으로써 조절된다.
일련의 베벨 에칭 프로세스들 동안, 기판 상의 목표된 부분들의 층이 제거될 수도 있고, 또는 대안적으로 패시베이션 층이 베벨 에지 상에 형성될 수도 있도록 에칭 거리가 특정한 프로세스들 사이에서 변하는 것이 바람직할 수도 있다. 튜닝가능한 상부 PEZ 링을 사용하는 것은 변화된 에칭 거리들이 튜닝가능한 상부 PEZ 링의 하부 표면의 수평부와 기판의 상부 표면 사이의 조절가능한 갭의 수직 높이를 조절함으로써 달성되게 할 수 있다. 예를 들어, 튜닝가능한 상부 PEZ 링과 기판의 상부 표면 사이의 조절가능한 갭의 수직 높이는 기판의 베벨 에지 상의 패시베이션 층의 증착을 허용하는 큰 갭 설정을 사용하여 설정될 수 있고, 패시베이션 층은 작은 갭 설정을 사용하여 에지 트리밍 (trimming) 단계를 겪을 수 있고, 그 후 베벨 세정이 표준 갭 설정을 사용하여 수행될 수 있고, 패시베이션 층은 큰 갭 설정을 사용하여 산소 플라즈마를 사용하여 제거될 수 있다. 베벨 에처가 기판의 베벨 에지 상에 패시베이션 층을 증착하는 베벨 에처 및 반도체 기판을 베벨 에칭하는 방법의 예시적인 실시예는 전체가 본 명세서에 참조로서 통합된, 공동으로 양도된 미국 공개 특허 출원 번호 제 2011/0146703 호에서 발견할 수 있다. 후속하는 베벨 에칭 프로세스 전에 조절가능한 갭의 수직 높이는 이전에 증착된 패시베이션 층의 에지부가 제거될 수 있어서, 아래에 놓은 막 층 및/또는 이전의 에칭 또는 증착 프로세스들 동안 형성된 기판의 베벨 에지 상에 부착된 에칭 부산물을 노출하도록 감소될 수 있다. 패시베이션 층의 외측부를 제거하는 것은 패시베이션 층의 나머지 부분이 후속하는 베벨 에지 세정 프로세스들 동안 기판의 표면 토포그래피 (topography) 를 보호하는 배리어로 기능하게 한다. 그 후 후속하는 베벨 에칭 프로세스 전에, 조절가능한 갭의 수직 높이는 제 3의 미리 결정된 높이로 증가될 수 있고, 그 후 이전에 증착된 막 또는 에칭 부산물이 제거될 수 있다. 막 또는 에칭 부산물이 제거된 후, 조절가능한 갭의 수직 높이는 다음의 미리 결정된 높이로 설정될 수 있고, 그 후 O2 가스가 남아 있는 패시베이션 층을 스트립 (strip) 하도록 사용될 수 있다.
또한, 비일시적 컴퓨터 머신-판독가능 매체는 베벨 에처를 제어하기 위한 프로그램 인스트럭션들을 포함할 수 있다. 프로세싱 동작들을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 임의이 종래의 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어: 예를 들어, 어셈블리 랭귀지, C, C++, Pascal, Fortran 등으로 작성될 수 있다. 컴파일된 객체 코드 또는 스크립트가 프로그램 내에서 식별된 태스크들을 수행하도록 프로세서에 의해 실행된다.
제어 시스템 파라미터들은 예를 들어, 프로세싱 단계들의 타이밍, 프로세스 가스 및 불활성 가스의 플로우 레이트들 및 온도들, 기판의 온도, 챔버의 압력, 갭 이격거리, 및 특정한 프로세스의 다른 파라미터들과 같은, 프로세스 조건들과 관련된다. 이들 파라미터들은 레시피의 형태로 사용자에게 제공되고, 사용자 인터페이스를 활용하여 입력될 수도 있다.
프로세스를 모니터링하기 위한 신호들이 제어 시스템의 아날로그 및/또는 디지털 입력 접속부들에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 장치의 아날로그 및 디지털 출력 접속부들 상에서 출력된다.
시스템 소프트웨어는 많은 상이한 방식들로 설계되거나 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 챔버 컴포넌트 서브루틴들 또는 제어 객체들은 베벨 에지 세정 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 챔버 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 이 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램 섹션들의 예들은 프로세싱 단계들의 기판 타이밍 코드, 프리커서들 및 불활성 가스들의 플로우 레이트들 및 온도들 코드, 챔버의 압력 제어를 위한 코드, 및 갭 이격거리를 위한 코드를 포함한다.
본 발명이 본 발명의 정신 또는 본질적인 특징들로부터 벗어나지 않고 다른 구체적인 형태들로 실시될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라서 현재 개시된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 간주되고, 제한하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 상술한 설명보다는 첨부된 청구항들에 의해 지시되고, 본 발명의 등가물의 의미 및 범위 내에 있는 모든 변화들은 본 발명에 수용되는 것으로 의도된다.

Claims (22)

  1. 기판 지지부 위에 배치된 단일체 (monolithic) 베벨 처리 디바이스로서,
    유전체 컴포넌트; 및
    상기 유전체 컴포넌트를 둘러싸는 유전체 상부 플라즈마 배제 존 (plasma exclusion zone: PEZ) 링을 포함하고, 상기 상부 PEZ 링의 하부 표면부는, 수평부에 대해 상향 테이퍼 각도로 상기 상부 PEZ 링의 상기 하부 표면부의 상기 수평부로부터 외측으로 그리고 상향으로 연장하는 상향으로 테이퍼진 (upwardly tapered) 외측 부분을 포함하고, 상기 상향으로 테이퍼진 외측 부분의 외경은 처리될 반도체 기판의 외경보다 크고, 그리고 상기 상향으로 테이퍼진 외측 부분이 외측으로 그리고 상향으로 연장하기 시작하는 내경은 상기 반도체 기판의 외경보다 작은, 단일체 베벨 처리 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상향으로 테이퍼진 외측 부분과 상기 수평부 간의 에지는 라운드된 에지 (rounded edge) 인, 단일체 베벨 처리 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 PEZ 링의 상기 상향으로 테이퍼진 외측 부분은 상기 수평부에 대해서 10° 내지 30°±10%인 상기 상향 테이퍼 각도를 갖는 원뿔형 (conical) 인, 단일체 베벨 처리 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 PEZ 링의 상기 상향으로 테이퍼진 외측 부분은 상기 수평부에 대해서 10°±10%, 20°±10%, 또는 30°±10%의 상기 상향 테이퍼 각도를 갖는 원뿔형인, 단일체 베벨 처리 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 PEZ 링의 상기 하부 표면부의 상기 수평부는 상기 유전체 컴포넌트의 수평 하부 표면과 코플래너 (coplanar) 인, 단일체 베벨 처리 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수평부는 처리될 상기 반도체 기판의 베벨 에지의 외경보다 작은 외경을 갖는, 단일체 베벨 처리 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    (a) 상기 상부 PEZ 링, 및 (b) 상기 유전체 컴포넌트 중 적어도 하나는 외측 표면 상에 코팅을 포함하는, 단일체 베벨 처리 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 코팅은 실리콘, 실리콘 카바이드, 이트리아, 및 알루미늄 산화물 중 하나를 포함하는, 단일체 베벨 처리 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 PEZ 링은 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 카바이드, 실리콘 질화물, 실리콘, 및 이트리아 중 적어도 하나로부터 형성되는, 단일체 베벨 처리 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 상기 외경은 300 ㎜인, 단일체 베벨 처리 디바이스.
  11. 상부 유전체 컴포넌트를 둘러싸도록 구성된 상부 플라즈마 배제 존 (plasma exclusion zone: PEZ) 링으로서,
    내경;
    외경; 및
    상기 내경으로부터 상기 외경으로 연장하는 하부 표면부를 포함하고,
    상기 하부 표면부는:
    상기 내경으로부터 방사상 외측으로 연장하는 수평부; 및
    원뿔형 (conical) 이고 상기 수평부에 대해 상향 테이퍼 각도로 상기 수평부로부터 상기 외경으로 외측으로 그리고 상향으로 연장하는 상향으로 테이퍼진 (upwardly tapered) 외측 부분을 포함하고,
    상기 외경은 반도체 기판의 직경보다 크고, 상기 상향으로 테이퍼진 외측 부분이 외측으로 그리고 상향으로 연장하기 시작하는 내경은 상기 반도체 기판의 직경보다 작은, 상부 플라즈마 배제 존 링.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 상향으로 테이퍼진 외측 부분과 상기 수평부 간의 에지는 라운드된 에지 (rounded edge) 인, 상부 플라즈마 배제 존 링.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부 PEZ 링의 상기 상향으로 테이퍼진 외측 부분은 상기 수평부에 대해서 10° 내지 30°±10%의 상기 상향 테이퍼 각을 갖는 원뿔형 (conical) 인, 상부 플라즈마 배제 존 링.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부 PEZ 링의 상기 상향으로 테이퍼진 외측 부분은 상기 수평부에 대해서 10°±10%, 20°±10%, 또는 30°±10%의 상기 상향 테이퍼 각을 갖는 원뿔형인, 상부 플라즈마 배제 존 링.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부 PEZ 링은 전기적으로 도전성인 재료, 반도체 재료, 및 유전체 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는, 상부 플라즈마 배제 존 링.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부 PEZ 링은 외측 표면 상에 코팅을 포함하는, 상부 플라즈마 배제 존 링.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 코팅은 실리콘, 실리콘 카바이드, 이트리아 및 알루미늄 산화물 중 하나를 포함하는, 상부 플라즈마 배제 존 링.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부 PEZ 링은 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 카바이드, 실리콘 질화물, 실리콘, 및 이트리아 중 적어도 하나로부터 형성된, 상부 플라즈마 배제 존 링.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부 PEZ 링은 세라믹 재료로 형성된, 상부 플라즈마 배제 존 링.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부 PEZ 링의 상기 하부 표면부의 상기 수평부는 상기 상부 PEZ 링에 의해 둘러싸이는 상부 유전체 컴포넌트의 하단 부분의 하부 표면과 코플래너이도록 (coplanar) 구성되는, 상부 플라즈마 배제 존 링.
  21. 제 11 항에 있어서,
    상기 수평부는 상기 반도체 기판의 직경보다 작은 외경을 갖는, 상부 플라즈마 배제 존 링.
  22. 제 11 항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 상기 직경은 300 ㎜인, 상부 플라즈마 배제 존 링.
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