KR200427163Y1 - 높은 종횡비 피쳐의 에칭에 적합한 기판 지지부 - Google Patents

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KR200427163Y1
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휴트리 데오
지아핑 죠우
켈리 에이. 맥도우
지브코 디네브
파리드 아부아메리
데이비드 이. 구티에라즈
짐 죵이 헤
로버트 에스. 클락
데니스 엠. 쿠사우
제프리 윌리암 다이츠
데클린 스캔란
서브하시 데시무크
알렉산더 페터슨
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Abstract

본 고안의 실시예는 높은 종횡비 피쳐의 에칭에 적합한 프로세싱 챔버와 같은 장치를 제공한다. 다른 실시예는 프로세싱 챔버내에서 사용하기 위한 기판 지지부를 포함한다. 일 실시예에서, 기판 지지부는 상부 벽, 중간 벽 및 하부 벽에 의해 형성된 외경을 가지는 본체를 포함하는 정전기 척을 포함한다. 중간 벽의 높이는 하부 벽의 높이 보다 낮고 상부 벽의 높이 보다 높다. 척은 또한 매립형 클램핑 전극을 포함한다. 다른 실시예에서, 반도체 프로세싱 챔버내에 사용하기에 적합한 기판 지지부는 정전기 척, 베이스 및 상기 베이스에 커플링되고 상기 정전기 척의 본체내로 부분적으로 연장하는 리프트 핀 가이드 조립체를 포함한다.

Description

높은 종횡비 피쳐의 에칭에 적합한 기판 지지부{SUBSTRATE SUPPORT SUITABLE FOR ETCHING HIGH ASPECT RATIO FEATURES}
도 1 은 본 고안의 프로세싱 챔버의 일 실시예의 단면도이다.
도 2 는 샤워헤드의 일 실시예의 단면도이다.
도 3 은 도 2 의 샤워헤드의 플러그의 일 실시예의 사시도이다.
도 4 는 도 2 의 샤워헤드의 단면도이다.
도 5 는 도 2 의 샤워헤드의 다른 단면도이다.
도 6 은 도 5 의 선 6-6을 따라 취한 샤워헤드의 부분 단면도이다.
도 7 은 샤워헤드의 다른 실시예의 단면도이다.
도 8 은 도 1 의 프로세싱 챔버에 대한 가스 제어 및 경로를 도시한 가스 제어 실시예의 개략도이다.
도 9 및 도 10 은 라이너의 일 실시예의 사시도 및 부분 단면도이다.
도 11 은 커버 링의 일 실시예를 지지하는 기판 지지부 조립체의 부분 단면도이다.
도 12 는 리프트 핀 가이드 조립체의 일 실시예를 도시한 기판 지지부 조립체의 부분 단면도이다.
본 고안의 실시예는 대체적으로 반도체 기판등의 높은 종횡비 피쳐를 에칭하기 위한 진공 프로세싱 챔버에 관한 것이다. 특히, 본 고안은 높은 종횡비 피쳐를 에칭하기 위한 진공 프로세싱 챔버에 사용하기에 적합한 기판 지지부에 관한 것이다.
보다 빠르고, 보다 강력한 집적 회로(IC) 소자에 대한 필요성으로 인해, IC 제조 기술에 대한 새로운 시도가 이루어지고 있으며, 그러한 새로운 시도 중에는 반도체 웨이퍼와 같은 기판상의 트렌치 또는 비아와 같은 높은 종횡비 피쳐를 에칭하는 것을 포함한다. 예를 들어, 일부 다이나믹 랜덤 액세스 메모리 용도에서 사용되는 딥(deep) 트렌치 저장 구조에서는 반도체 기판내로 깊고 높은 종횡비의 피쳐를 에칭할 필요가 있다. 통상적으로, 딥 실리콘 트렌치 에칭은 실리콘 산화물 마스크를 이용하는 반응성 이온 에칭(RIE) 프로세스에서 실시된다.
높은 종횡비 피쳐의 에칭에서 우수한 성능을 보여주는 하나의 종래 시스템은 미국, 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드사가 공급하는 CENTURA HARTTM Etch System이 있다. HARTTM 에칭 시스템은 중심으로부터 엣지(edge)까니 5 퍼센트의 트렌치 깊이 균일성을 유지하면서 70:1 까지의 종횡비를 가지는 트렌치를 에칭할 수 있는 MERIE 반응기를 이용한다. 그러나, 90nm 이하의 임계 치수(critical dimension; CD)를 가지는 집적 회로의 제조가 가능하기 위해서는, 회로 설계자들은 높은 종횡비에서도 개선된 트렌치 균일성을 달성할 수 있어야 한다. 따라서, 차세대 소자의 구현을 가능하게 할 수 있는 개선된 에칭 성능이 바람직할 것이다.
따라서, 높은 종횡비 피쳐를 에칭하기 위한 개선된 장치가 요구되고 있다.
본 고안의 실시예는 높은 종횡비 피쳐를 에칭하는데 적합한 프로세싱 챔버와 같은 장치를 제공한다. 다른 실시예는 프로세싱 챔버에 사용하기 위한 기판 지지부를 포함한다.
일 실시예에서, 기판 지지부는 상부 벽, 중간 벽 및 하부 벽에 의해 외경이 한정되는 본체를 구비하는 정전기 척을 포함한다. 중간 벽의 높이는 하부 벽의 높이 보다 낮고 상부 벽의 높이 보다 높다. 상기 척에는 또한 클램핑 전극이 매립된다.
다른 실시예에서, 반도체 프로세싱 챔버에 사용하기에 적합한 기판 지지부는 정전기 척, 베이스 및 상기 베이스에 커플링되고 상기 정전기 척의 본체내로 부분적으로 연장하는 리프트 핀 가이드 조립체를 포함한다.
일 실시예에서, 프로세싱 챔버는 샤워헤드 조립체 및 기판 지지부 조립체를 구비하는 챔버 본체를 포함한다. 샤워헤드 조립체는 둘 이상의 유체적으로 격리된 플리넘, 광학 계측 신호가 투과할 수 있는 영역, 및 상기 플리넘들을 상기 챔버 본체의 내부 체적으로 유체적으로 커플링시키는 샤워헤드 조립체를 통해 형성된 다수의 가스 통로를 포함한다.
다른 실시예에서, 프로세싱 챔버는 샤워헤드 조립체 및 기판 지지부 조립체를 구비하는 챔버 본체를 포함한다. 샤워헤드 조립체는 내측 가스 유동 영역, 외측 가스 유동 영역, 및 광학 계측 신호에 투과할 수 있는 영역을 포함한다. 내측 및 외측 영역은 서로 유체적으로 격리된다. 기판 지지부 조립체는 독립적으로 제어가능하고 측방향으로 이격된 둘 이상의 온도 영역을 포함한다. 광학 계측 시스템은 샤워헤드 조립체의 투과 영역을 통해 챔버 본체의 내부 체적을 가시화할 수 있도록 정렬된다. 기판 지지부 조립체는 바이어스 전원 및 둘 이상의 플라즈마 전원을 구비한다.
다른 실시예에서, 프로세싱 챔버는 가스 분배 플레이트 및 기판 지지부 조립체를 구비하는 챔버 본체를 포함한다. 가스 분배 플레이트는 외측 가스 유동 홀(hole) 세트, 내측 가스 유동 홀 세트, 및 광학 계측 홀 세트를 포함한다. 내측 가스 유동 영역은 상기 제 1 가스 유동 홀 세트를 통해 챔버 본체의 내부 체적에 유체적으로 커플링된다. 외측 가스 유동 영역은 내측 영역으로부터 유체적으로 격리되고 제 2 가스 유동 홀 세트를 통해 내부 체적에 커플링된다. 다수의 홀을 가지는 세라믹 플러그가 광학 계측 홀 및 윈도우와 정렬된다. 기판 지지부 조립체는 챔버 본체내에 배치되고 둘 이상의 독립적으로 제어가능하고 측방향으로 이격된 온도 영역을 구비한다. 광학 계측 시스템은 윈도우, 플러그내의 홀 및 광학 계측 홀에 의해 형성된 광학 경로를 통해 챔버 본체의 내부 체적을 가시화할 수 있도록 정렬된다. 기판 지지부 조립체는 바이어스 전원 및 둘 이상의 플라즈마 전원을 구비한다.
다른 실시예에서, 높은 종횡비 피쳐를 에칭하기 위한 방법이 제공되며, 그 방법은 다수의 가스를 혼합 매니폴드로 제공하는 단계; 상기 혼합 매니폴드로부터 프로세싱 챔버의 여러 영역들로 유동하는 혼합 가스의 비율을 제어하는 단계; 및 상기 혼합 매니폴드를 우회하는 프로세싱 챔버의 영역들 중 하나 이상으로 하나 이상의 직접 분사 가스를 제공하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 샤워헤드 조립체가 제공되며, 상기 샤워헤드 조립체는 상부 섹션에 커플링된 가스 분배 플레이트를 포함한다. 가스 분배 플레이트는 외측 가스 유동 홀 세트, 내측 가스 유동 홀 세트, 및 광학 계측 홀 세트를 포함한다. 상부 섹션은 상기 외측 가스 유동 홀 세트에 유체적으로 커플링된 제 1 플리넘 및 상기 내측 가스 유동 홀 세트에 유체적으로 커플링된 제 2 플리넘을 구비한다. 플리넘들은 상부 섹션내에서 유체적으로 격리된다. 세라믹 플러그가 상부 섹션을 통해 배치되고 광학 계측 홀과 정렬된 광학적 투과 영역을 구비한다.
이하에서는, 본 고안의 상기 특징들을 보다 상세히 이해할 수 있도록, 일부가 첨부 도면에 도시된 실시예들을 참조하여 이상에서 개략적으로 설명한 본 고안을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 첨부 도면들은 본 고안의 통상적인 실시예들만을 도시한 것이며, 따라서 그러한 실시예들은 본 고안의 범위를 제안하는 것이 아니며, 본 고안은 다른 균등한 유효 실시예로서도 가능할 것이다.
이해를 돕기 위해, 도면에서 공통되는 동일한 구성요소를 표시하는데 있어서 가능한 한 동일한 도면 부호를 사용하였다. 별다른 언급이 없으면 일 실시예의 구성요소를 다른 실시예에서도 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1 은 기판(144)내의 높은 종횡비 피쳐를 에칭하는데 적합한 프로세싱 챔버(100)의 일 실시예의 단면도이다. 비록, 프로세싱 챔버(100)가 우수한 에칭 성능을 나타낼 수 있는 다수의 특징들을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 다른 프로세싱 챔버도 적용될 수 있을 것이다.
프로세싱 챔버(100)는 내부 체적(106)을 둘러싸는 챔버 본체(102) 및 덮개(104)를 포함한다. 통상적으로, 챔버 본체(102)는 알루미늄, 스테인레스 스틸 또는 기타 적합한 재료로 제조된다. 챔버 본체(102)는 일반적으로 측벽(108) 및 바닥(110)을 포함한다. 일반적으로, 프로세싱 챔버(100) 내외로의 기판(144) 진출입을 용이하게 하기 위해, 기판 접근 포트(도시 안 됨)가 측벽(108)에 형성되고 슬릿 밸브에 의해 선택적으로 밀봉된다. 배출 포트(106)가 챔버 본체(102)에 형성되고 내부 체적(106)을 펌프 시스템(128)에 커플링시킨다. 일반적으로, 펌프 시스템(128)은 프로세싱 챔버(100)의 내부 체적(106)을 배기하고 그 압력을 조절하는데 이용되는 하나 이상의 펌프 및 트로틀(throttle) 밸브를 포함한다. 일 실시예에서, 펌프 시스템(128)은 내부 체적(106)을 작업 압력, 통상적으로 약 10 mTorr 내지 약 20 Torr의 압력으로 유지한다.
덮개(104)는 챔버 본체(102)의 측벽(108)상에 밀봉식으로 지지된다. 덮개(104)는 프로세싱 챔버(100)의 내부 체적(106)으로의 접근을 허용하기 위해 개방될 수 있다. 덮개(104)는 광학적 프로세스 모니터링을 용이하게 하는 윈도우(142)를 포함한다. 일 실시예에서, 윈도우(142)는 광학 모니터링 시스템(140)에 의해 이용되는 신호가 투과할 수 있는 석영 또는 기타 적합한 재료로 이루어진다.
광학 모니터링 시스템(140)은 챔버 본체(102)의 내부 체적(106) 및/또는 기판 지지부 조립체(148)상에 위치된 기판(144) 중 하나 이상을 윈도우(142)를 통해 볼 수 있도록 위치된다. 일 실시예에서, 광학 모니터링 시스템(140)은 덮개(104)에 커플링되어, 유입되는 패턴 불일치(CD, 두께 등)를 보상하기 위한 프로세스 조절이 가능하도록 하는 정보를 제공하기 위해서 그리고 프로세스 상태 모니터링(플라즈마 모니터링, 온도 모니터링, 등) 및/또는 종료점 검출을 제공하기 위해서 광학 계측 방식을 이용하는 집적형 에칭 프로세스를 용이하게 한다. 본 고안에 유리하게 적용될 수 있는 하나의 광학 모니터링 시스템은 미국, 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드사가 공급하는 EyeD® 풀-스펙트럼 간섭 계측 모듈이 있다.
일 실시예에서, 광학 모니터링 시스템(140)은 CD, 필름 두께 및 플라즈마 특성을 측정할 수 있다. 광학 모니터링 시스템(140)은 분광학, 간섭법(interferometry), 산란측정법, 및 반사측정법 등과 같은 하나 이상의 비-파괴 광학 측정 기술을 이용할 수 있다. 예를 들어, 광학 모니터링 시스템(140)은 기판(144)상에 형성되는 구조물의 에칭 깊이 프로파일을 실시간으로 측정하기 위해 간섭 모니터링 기술(예를 들어, 시간 도메인내에서 간섭 프린지(fringe)의 계수(counting), 주파수 도메인에서 프린지의 위치 측정, 등)을 실시하도록 구성될 수 있다. 광학 모니터링의 예를 어떻게 이용하는지에 대한 상세한 사항은, 본 출원인에게 양도되고 2003년 6월 18일자로 출원된 "에칭 프로세스 모니터링 방법 및 시스템"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제 60/479,601 호, 2002년 7월 2일자로 허여된 "스펙트럼 간섭을 이용한 필름 두께 제어"라는 명칭의 미국 특허 제 6,413,837 호, 및 2003년 4월 11일자로 출원된 "다수 통과 웨이퍼 프로세싱에서 인-시츄 및 엑-시츄 계측 및 데이터 검색을 이용한 오류 탐지 및 프로세스 제어"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 60/462,493 호에 기재되어 있다. 가스 패널(158)이 프로세싱 챔버(100)에 커플링되어 내부 체적(106)으로 프로세스 및/또는 세정 가스를 제공한다. 도 1 에 도시된 실시예에서, 유입 포트(132', 132")가 덮개(104)에 제공되어 가스 패널(158)로부터 프로세싱 챔버(100)의 내부 체적(106)으로 가스가 공급될 수 있게 한다.
샤워헤드 조립체(130)가 덮개(104)의 내측 표면(114)에 커플링된다. 샤워헤드 조립체(130)는 다수의 구멍을 포함하며, 그 구멍들은 가스들이 유입 포트(132)로부터 샤워헤드 조립체(130)를 통해 프로세싱 챔버(100)의 내부 체적(106)으로 유동할 수 있게 허용하며, 이때 가스들은 챔버(100)내에서 프로세싱되는 기판(144)의 표면에 걸쳐 미리 규정된 형태로 분포된다.
추가적으로, 샤워헤드 조립체(130)는 광학 계측 신호가 투과될 수 있는 영역을 포함한다. 광학 모니터링 시스템(140)이 기판 지지부 조립체(148)상에 위치된 기판(144) 및/또는 내부 체적(106)을 볼 수 있도록 하는데 있어서, 광학 투과 영역 또는 통로(138)가 적합하다. 통로(138)는 광학 모니터링 시스템(140)으로부터 생성된 에너지의 파장, 그리고 반사된 에너지의 파장을 실질적으로 투과하고 샤워헤드 조립체(130)내에 배치되거나 형성된 하나 또는 다수의 구멍 또는 물질일 수 있 다. 일 실시예에서, 통로(138)는 가스 누설을 방지하기 위해 윈도우(142)를 포함한다. 윈도우(142)는 사파이어 플레이트, 석영 플레이트 또는 기타 적절한 재료일 수 있다.
일 실시예에서, 샤워헤드 조립체(130)는 프로세싱 챔버(100)의 내부 체적(106)내로 유동하는 가스의 개별적 제어를 허용하는 다수의 영역을 구비하도록 구성된다. 도 1 의 일 실시예에서, 샤워헤드 조립체(130)는 개별적인 유입구(132)를 통해 가스 패널(158)에 개별적으로 커플링된 내측 영역(134) 및 외측 영역(136)을 구비한다.
도 2 는 샤워헤드 조립체(130)의 일 실시예의 단면도이다. 일반적으로, 샤워헤드 조립체(130)는 베이스(202), 상부 및 하부 플리넘 플레이트(204, 206), 플러그(208) 및 가스 분배 플레이트(210)를 포함한다. 상부 및 하부 플리넘 플레이트(204, 206)는 서로 이격된 상태로 커플링되고 베이스(202)내에 형성된 리세스(270)내에 배치되어 샤워헤드 조립체(130)의 상부 구조를 형성한다. 상부 및 하부 플리넘 플레이트(204, 206) 사이에 형성된 플리넘 영역은 배리어 벽(236)에 의해 둘 이상의 영역으로 유체적으로 분리된다. 도 2 에 도시된 일 실시예에서, 벽(236)은 내측 플리넘(218)과 외측 플리넘(220)으로 분리한다. 내측 플리넘(218)과 외측 플리넘(220)은 베이스(202) 및 상부 플리넘 플레이트(204)를 통해 형성된 가스 피드(feed)(222, 224)에 의해 베이스(202)내에 형성된 유입구 포트(132', 132")에 의해 각각 공급된다. 이하에서 보다 상세히 설명하는 가스 통로(242)는 하부 플리넘 플레이트(204) 및 가스 분배 플레이트(210)를 통해 형성되어 플리 넘(218, 220)내의 가스가 챔버(100)의 내부 체적(106)으로 유입될 수 있게 허용한다. 가스가 미리 정해진 분포에 따라 챔버(100)내로 제공되도록 통로(242)의 수 및 분포가 선택된다.
베이스(202)내에 형성된 리세스(270)는 플레이트(204, 206)의 정위치를 위한 하나 이상의 계단부를 포함할 수 있다. 도 2 에 도시된 일 실시예에서, 리세스(270)는 내측 계단부(270) 및 외측 계단부(284)를 포함한다. 내측 계단부(240)는 하부 플리넘 플레이트(206)가 배치되는 표면을 제공한다. 시일이 내측 계단부(240)와 하부 플리넘 플레이트(206) 사이에 제공되어 가스 누설을 방지한다. 외측 계단부(284)는 베이스내로의 리세스를 제공하며, 그 리세스는 하부 플리넘 플레이트(206)와 베이스(202) 사이에 형성된 갭을 가스 분배 플레이트(210)가 덮을 수 있게 한다.
일반적으로, 베이스(202)는 내부의 외경(286)으로부터 외측으로 연장하는 립(lip)(216)을 포함한다. 립(216)과 내부의 외경(286) 사이에 형성된 렛지(ledge)(288)는 샤워헤드 조립체(130)를 덮개(104) 및/또는 외측 라이너(116) 상에서 지지한다. 일반적으로, 렛지(288)는 립(216) 및 내측의 외경(286)에 대해 수직이며, 상기 립(216) 및 내측의 외경(286)은 일반적으로 챔버 본체의 중심선에 대해 동심적(同心的)이고 평행하다.
내측의 외경(286)은 베이스(202)의 바닥 표면(290)에서 중단된다. 일반적으로, 바닥 표면(290)은 프로세싱 영역과 마주하며, 그 경우에, Y2O3와 같은 보호 물 질로 코팅될 것이다.
베이스(202)는 또한 유체 공급원(214)에 커플링된 다수의 채널(212)을 포함한다. 유체 공급원(214)은 공기나 물과 같은 열전달 유체를 제공하며, 상기 열전달 유체는 채널(212)내에서 순환되어 베이스(202)와 샤워헤드 조립체(130)의 온도를 조절한다.
통로(138)가 샤워헤드 조립체(130)를 통해 형성되어 광학 모니터링 시스템(140)에 의한 기판 특성 및/또는 챔버 프로세스를 용이하게 모니터링할 수 있게 한다. 통로(138)는 동축적으로 정렬된 구멍(226, 264, 254, 262)을 포함한다. 제 1 구멍(226)은 베이스(202)내에 형성된다. 제 2 구멍(264)은 상부 플리넘 플레이트(204)내에 형성된다. 제 3 구멍(254)은 하부 플리넘 플레이트(206)내에 형성되며, 구멍(262)은 가스 분배 플레이트(210)내에 형성된다. 윈도우(142)가 통로(138)내에 밀봉 배치되어 샤워헤드 조립체(130)로부터 광학 모니터링 시스템(140)으로 가스가 누설되는 것을 방지한다. 도 2 에 도시된 실시예에서, 윈도우(142)를 수용할 수 있도록 리세스(258)가 상부 플리넘 플레이트(204)내에 제공된다. O-링(도 2 에서 도면부호를 부여하지 않음)이 제공되어 윈도우(142)를 상부 플리넘 플레이트(204) 및 베이스(202)에 대해 밀봉한다.
플러그(208)가 상부 플리넘 플레이트(204)내에 형성된 적어도 제 2 구멍(264)내에 배치된다. 플러그(208)는 광학 모니터링 시스템(140)에 의해 이용되는 신호에 대해 투과되도록 구성된다. 일 실시예에서, 플러그(208)는 다수의 높은 종횡비 통로(260)를 포함하며, 상기 통로는 광학 모니터링 시스템(140)이 챔 버(100)의 내부 체적과 인터페이스할 수 있게 허용하면서 통로(260)내에서 플라즈마가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 일 실시예에서, 통로(260)는 약 10:1 이상, 예를 들어 14:1의 종횡비(높이 대 직경)를 가진다. 다른 실시예에서, 통로(260)는 예를 들어 약 1.5mm 이하, 예를 들어 약 0.9mm의 전자 평균 자유 경로 및/또는 DEBYE 길이 이하의 직경을 가진다. 다른 실시예에서, 통로(260)는 약 60 퍼센트 이하의 개방 면적을 형성한다. 다른 실시예에서, 약 37개의 통로(260)가 플러그(208)를 통해 형성된다.
플러그(208)내에 형성된 통로(260)는 가스 분배 플레이트(210)내에 형성된 계측 구멍(262)과 정렬된다. 계측 구멍(262)은 가스 분배 플레이트(210)의 중심에 집결되고, 가스 분배 플레이트(210)를 통해 계측 신호가 용이하게 통과할 수 있도록 허용하는 개방 면적, 밀도, 직경(또는 폭), 프로파일을 갖는다. 일 실시예에서, 계측 구멍(262)의 수 및 단면 프로파일은 통로(260)의 수 및 단면 프로파일과 유사하다. 윈도우(142)는 통로(260, 262)가 가스 유동을 막으면서도 광학적 투과는 허용하도록 한다. 따라서, 통로(260, 262) 및 윈도우(142)는, 광학 가시 경로를 형성하는 구조물에 대한 플라즈마 손상 또는 진공 손실 없이도, 챔버내에서 광학 모니터링 시스템(140)에 의한 광학적 모니터링을 용이하게 한다.
테이퍼형 시트(tapered seat)(256)가 제 2 구멍(264)을 리세스(258)에 커플링하는 상부 플리넘 플레이트(204)내에 형성된다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 테이퍼형 시트(256)는 플러그(208)의 펼쳐진 섹션(304)과 들어 맞도록 구성된다. 펼쳐진 섹션(304)은 플러그(208)의 긴 스템(306)과 헤드(302) 사이에 위치된다.
일반적으로, 플러그(208)는 프로세스 화학물질과 양립할 수 있는 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 플러그(208)는 세라믹과 같은 유전체 물질로 제조된다. 다른 실시예에서, 플러그는 알루미늄이다.
상부 플리넘 플레이트(204) 및 하부 플리넘 플레이트(206)는 베이스(202)에 커플링된다. 상부 플리넘 플레이트(204)는 또한 하부 플리넘 플레이트(206)에 커플링된다. 일 실시예에서, 상부 플리넘 플레이트(204)는 다수의 핀(228)에 의해서 하부 플리넘 플레이트(206)에 커플링된다. 핀(228)의 단부들은 상부 플리넘 플레이트(204) 및 하부 플리넘 플레이트(206)에 각각 형성된 홀(230, 232)내로 삽입된다. 핀(228)은 결합 화합물 또는 접착제에 의해 고정되거나, 마찰식으로 억지 끼워맞춤될 수 있다. 도 4 의 단면도는 하부 플리넘 플레이트(206)내에 형성된 홀(232)로부터 연장하는 핀(228)을 도시한다. 홀(230, 232)이 각각의 상부 플리넘 플레이트(204) 및 하부 플리넘 플레이트(206)을 통해 연장하지 않기 때문에, 핀(228) 둘레에서 가스가 누설되지 않는다.
도 5 및 도 6 의 단면도를 참조하면, 가스 분배 플레이트(210)는 하부 플리넘 플레이트(206) 또는 베이스(202) 중 하나 이상에 커플링된다. 일 실시예에서, 접착 층(502)이 가스 분배 플레이트(210)를 하부 플리넘 플레이트(206)에 커플링시키는데, 이때 다수의 환형 플리넘(508)이 상기 플레이트들 사이에 형성된다. 플리넘(508)에 의해, 통로(242)가 공통 반경 또는 일정 범위의 반경을 따라 유체 커플링되도록 위치되어, 미리 정해진 반경 위치에서 샤워헤드 조립체(130)를 통과하는 가스의 유동 균일도를 강화한다.
일 실시예에서, 접착 층(502)은 다수의 접착 링(504) 및 다수의 접착 비드(506)를 포함한다. 다수의 접착 링(504)은 플리넘(508)를 동심적으로 둘러싸도록 배치된다. 다수의 접착 비드(506)는 또한 링들 사이에서 동심적으로 배치된다. 비드(506)들은 접착 링(504)들로부터 이격되어, 가스가 공통 플리넘(508)을 공유하는 통로(242)들 사이에서 비드(506) 둘레로 유동할 수 있게 허용한다.
도 2 를 참조하면, 하부 플리넘 플레이트(206)내에 형성된 통로(242)의 일부는 제 1 보어 홀(244), 오리피스 홀(246) 및 제 2 보어 홀(248)을 포함한다. 제 1 보어 홀(244)은 플리넘(220, 또는 218)으로 개방되어 가스가 통로(242)내로 들어갈 수 있게 한다. 제 2 보어 홀(248)이 가스 분배 플레이트(210)를 통해 형성된 홀(250)과 정렬되어 챔버(100)의 내부 체적(106)으로 가스가 공급될 수 있게 한다.
일 실시예에서, 통로(242)의 용이한 제조를 위해, 보어 홀(244, 248)은 오리피스 홀(246) 보다 직경 및 깊이 모두가 상당히 크다. 도 2 에 도시된 실시예에서, 제 1 보어 홀(244)은 플리넘(220, 또는 218)으로 개방되고, 챔버(100)의 내부 체적(106)으로 개방된 제 2 보어 홀(248) 보다 큰 직경 및 작은 종횡비를 가진다.
가스 분배 플레이트(210)는 편평한 디스크일 수 있다. 홀(250)은 가스 분배 플레이트(210)의 중심 영역의 외측을 향하는 패턴으로 공간적으로 분포된다. 하나의 홀(250) 세트는 외측 플리넘(136)에 유체적으로 커플링되고, 제 2 홀(250) 세트는 내측 플리넘(134)에 유체적으로 커플링된다. 통로(242)의 일부로서의 홀(25)은 가스 분배 플레이트(210) 및 챔버(100)의 내부 체적(106)으로 가스가 통과할 수 있게 허용한다.
샤워헤드 조립체(130)의 수명 연장을 위해서, 가스 분배 플레이트(210)는 이트륨 또는 그 산화물로 제조 및/또는 코팅된다. 일 실시예에서, 가스 분배 플레이트(210)는 벌크 이트륨 또는 그 산화물로 제조되어 불화된 화학물질에 대한 내성을 제공한다. 다른 실시예에서, 가스 분배 플레이트(210)는 벌크 Y2O3로 제조된다.
도 7 은 샤워헤드 조립체(700)의 다른 실시예를 도시한다. 샤워헤드 조립체(700)는 샤워헤드 조립체(138)와 실질적으로 유사하며, 광학 계측을 용이하게 하기 위해 샤워헤드 조립체(700)를 통해 형성된 통로(726)의 플라즈마 접촉을 방지하기 위한 플러그(708)를 구비한다. 윈도우(142)가 가스 배리어로서 통로(726)내에 제공된다.
샤워헤드 조립체(700)는 플리넘 플레이트(704)에 커플링된 베이스 플레이트(702)를 포함한다. 플리넘 플레이트(704)는 베이스 플레이트(702)에 의해 경계지어져서 내측 및 외측 플리넘(716, 718)을 형성하는 한 쌍의 환형 홈(712, 714)을 구비한다. 가스들이 가스 패널(158)로부터 각각의 포트(132', 132")를 통해 플리넘(716, 718)으로 제공됨으로써, 샤워헤드 조립체(700)로부터 챔버의 내부 체적(106)내로 연장하는 각 영역(134, 136)내에서 개별적으로 가스가 제어될 수 있게 된다.
플리넘 플레이트(704)는 플러그(708) 수용을 위한 플러그 홀(720)을 포함한다. 플러그 홀(720)은 가스 분배 플레이트(210)내에 형성된 계측 홀(728) 및 베이스(702)내에 형성된 구멍(706)과 정렬되어 통로(726)를 형성한다. 일반적으로, 플 러그 홀(720)은 테이퍼형 시트(724) 및 윈도우(142)를 수용하기 위한 리세스(722)를 포함한다. 테이퍼형 시트(724)는 플러그(708)의 펼쳐진 영역과 결합되어 플러그(708)를 플리넘 플레이트(704)내에 위치시킨다.
도 8 은 가스 패널(158)로부터 프로세싱 챔버(100)로 공급되는 가스의 경로 및 제어를 나타내는 일 실시예의 개략도이다. 일반적으로, 가스 패널(158)은 유동 제어부(814) 및 혼합 매니폴드(810)에 커플링된 다수의 가스 공급원을 포함한다.
일반적으로, 각각의 가스 공급원으로부터의 유동은 제어 밸브(808)에 의해 제어된다. 제어 밸브(808)는 공급원에 의해 제공되는 유체의 유동, 속도, 압력 등 중 하나 이상을 제어한다. 제어 밸브(808)는 하나 이상의 밸브, 조정기 및/또는 기타 유동 제어 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 가스 패널(158)은 하나 이상의 직접 가스 공급원(802), 하나 이상의 프로세싱 가스 공급원(804), 및 하나 이상의 캐리어 가스 공급원(806)을 포함한다. 프로세싱 가스 공급원(804) 및 캐리어 가스 공급원(806)은 각각의 가스 라인에 의해 혼합 매니폴드(810)에 유체적으로 커플링된다. 공급원(804, 806)으로부터의 여러 가스들이 혼합 매니폴드(810)에서 공급전(pre-delivered) 가스 혼합물로 조합된다. 그 경우, 미리 정해진 캐리어 가스(806) 및 프로세스 가스(804)가 미리 정해진대로 조합되도록 각 밸브(808)를 선택적으로 개방함으로써, 혼합 매니폴드(810)내의 공급전 가스 혼합물의 조성이 선택될 수 있을 것이다. 예를 들어, 프로세싱 가스 공급원(804)으로부터의 하나 이상의 프로세싱 가스, 캐리어 가스 공급원(806)으로부터의 하나 이상의 선택적인 캐리어 가스가 혼합 매니폴드(810)내에서 임의 조합식으로 조합될 것이다. 프로세싱 가스의 예를 들면, SiCl4, HBr, NF3, O2 및 SiF4 등이 있다. 캐리어 가스의 예를 들면, 프로세스에 대해 불활성인 N2, He, Ar, 등의 가스 및 비-반응성 가스가 있다.
유동 제어부(814)가 일차 가스 피드(812)에 의해 혼합 매니폴드(810)에 커플링된다. 유동 제어부(814)는 혼합 매니폴드(810)로부터 유동하는 공급전 가스 혼합물을 개별적인 가스 피드 라인을 통해 챔버(100)로 공급되는 하위(sub)-혼합물로 분할하도록 구성된다. 일반적으로, 가스 피드 라인의 수는 샤워헤드 조립체(130)내에 형성된 영역(또는 격리된 플리넘)의 수와 같다. 도 8 에 도시된 실시예에서, 2개의 가스 피드 라인(816, 818)이 유동 제어부(814)를 각각의 유입 포트(132', 132")에 커플링시킨다.
일반적으로, 유동 제어부(814)는 각 피드 라인(816, 818)내에서 유동하는 하위-혼합물의 비율을 제어하도록 구성된다. 이러한 방식에서, 각 영역으로 유동하는, 그리고 궁극적으로는 기판(144)의 각 영역으로 유동하는 가스 하위-혼합물의 비율이 제어될 것이다. 유동 제어부(814)는 전자 장치 또는 기계 장치를 이용하여 공급전 가스 혼합물을 분할할 것이다. 일 실시예에서, 유동 제어부(814)는 제어부(150)로부터의 신호에 응답하여 비율을 동적으로 제어할 수 있으며, 그에 따라 기판 배치(batch)들 사이에서, 기판들 사이에서, 및/또는 단일 기판의 인-시츄(in-situ) 프로세싱에서 비율을 변화시킬 수 있게 된다. 다른 실시예에서, 비율이 라인(816, 818)들 사이에서 고정되도록 유동 제어부(814)가 설정된다. 주요 가스 피 드(812)로부터의 유동이 가스 피드 라인(816, 818)들 사이에서 우선적으로 분할되도록, 상기 비율은 유동 제어부(814)내에 배치된 하나 이상의 오리피스에 의해 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 유동 제어부(814)는 외측 영역(136) 보다 내측 영역(134)에 보다 많은 가스를 제공한다. 다른 실시예에서, 유동 제어부(814)는 내측 영역(134) 보다 외측 영역(136)에 보다 많은 가스를 제공한다. 다른 실시예에서, 유동 제어부(814)는 제 1 기판 프로세싱 기간 동안에 외측 영역(136) 보다 내측 영역(134)에 보다 많은 가스를 제공하고, 이어서 제 2 기판 처리 기간 동안에 내측 영역(134) 보다 외측 영역(136)에 보다 더 많은 가스를 제공하도록 기판을 인-시츄 프로세싱하는 비율을 변화시킨다. 유동 제어부(814)가 프로세싱 챔버(100)내의 여러 영역들로 공급되는 유동들 사이의 비율을 다른 순서나 비율로 제어하도록 구성될 수 있다.
가스 패널(158)의 직접 분사 가스 공급원(802)으로부터 프로세싱 챔버(100)의 내부 체적(106)으로 직접 분사 가스가 또한 제공된다. 직접 분사 가스 공급원(802)으로부터 유동하는 직접 분사 가스의 양은 밸브(808)에 의해 제어된다.
일 실시예에서, 직접 분사된 가스가 가스 피드 라인(816, 818) 중 하나 이상으로 제공된다. 다른 실시예에서, 직접 분사된 가스가 가스 피드 라인(816, 818)으로 각각 향하는 두개의 직접 피드 라인(820, 822)내로 향한다. 다른 실시예에서, 직접 분사된 가스가 유입구 포트(132', 132")에 커플링된 가스 피드들 중 하나 이상으로 제공된다. 다른 실시예에서, 직접 분사된 가스가 샤워헤드 조립체(130; 700)의 플리넘(218, 220; 716, 718) 중 하나 이상으로 제공된다.
도 8 에 도시된 실시예에서, 동일한 양의 직접 분사된 가스가 각 영역(134, 136)으로 제공된다. 선택적으로, 제 2 유동 제어부(824)(점선으로 도시됨, 그리고 유동 제어부(814)와 유사함)를 이용하여 여러 비율의 직접 분사된 가스를 각 영역(134, 136)으로 제공할 수 있다.
도 1 을 다시 참조하면, 기판 지지부 조립체(148)가 샤워헤드 조립체(130) 아래쪽에서 프로세싱 챔버(100)의 내부 체적(106)내에 배치된다. 기판 지지부 조립체(148)는 프로세싱 중에 기판(144)을 유지한다. 기판 지지부 조립체(148)는 일반적으로 다수의 리프트 핀(도시 안 됨)을 포함하며, 상기 리프트 핀은 지지부 조립체(148)로부터 기판을 상승시키고 로봇(도시 안 됨)을 이용하여 통상적인 방식에 따라 기판(144)을 용이하게 교환할 수 있도록 구성된다.
일 실시예에서, 기판 지지부 조립체(148)는 장착 플레이트(162), 베이스(164) 및 정전기 척(166)을 포함한다. 장착 플레이트(162)는 챔버 본체(102)의 바닥(110)에 커플링되고, 베이스(164) 및 정전기 척(166)까지 연결되는 유체, 전력선 및 센서 리드(lead)등의 배선 설비들을 위한 통로를 포함한다.
베이스(164) 또는 척(166) 중 하나 이상은 하나 이상의 선택적인 매립형 히터(176), 하나 이상의 선택적인 매립형 격리부(174), 및 지지부 조립체(148)의 측방향 온도 프로파일을 제어하기 위한 다수의 도관들을 포함할 수 있다. 도 1 에 도시된 실시예에서, 하나의 환형 격리부(174) 및 두개의 도관(168, 170)이 베이스(164)내에 배치되고, 저항 히터(176)가 척(166)내에 배치된다. 도관들은 온도 조정 유체가 순환하는 유체 공급원(172)에 유체적으로 커플링된다. 히터(176)는 전원(178)에 의해 조정된다. 도관(168, 170) 및 히터(176)를 이용하여 베이스(164)의 온도를 제어함으로써, 정전기 척(166)을 가열 및/또는 냉각시키며, 그에 따라 정전기 척(166)에 배치된 기판(144)의 온도를 적어도 부분적으로 제어한다.
베이스(164)에 형성된 두개의 분리된 냉각 통로(168, 170)는 둘 이상의 개별적으로 제어될 수 있는 온도 영역을 형성한다. 추가적인 온도 제어 영역을 형성하기 위한 추가적인 냉각 통로 및/또는 통로의 레이아웃도 가능할 것이다. 일 실시예에서, 온도 제어 영역들이 동심적이 되도록 제 1 냉각 통로(168)가 제 2 냉각 통로(170)의 방사상 내측에 배치된다. 통로(168, 170)들이 방사상으로 배향될 수 있고, 또는 다른 기하학적 형상을 가질 수 있을 것이다. 냉각 통로(168, 170)는 온도가 제어되는 열전달 유체의 단일 공급원(172)에 커플링될 수 있고, 또는 분리된 열전달 유체 공급원에 각각 커플링될 수 있을 것이다.
격리부(174)는 베이스(164)의 인접 영역들의 재료와 열전달 계수가 상이한 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 격리부(174)는 베이스(164) 보다 작은 열전달 계수를 갖는다. 추가적인 실시예에서, 격리부(174)는 이방성(즉, 방향에 따라 달라지는) 열전달 계수를 가지는 재료로 형성된다. 격리부(174)는 베이스(164)를 통해 도관(168, 170)까지 이어지는 지지부 조립체(148)의 열전달 속도를 열전달 경로내에 격리부를 가지지 않는 베이스(164)의 이웃 부분들을 통한 열 전달 속도와 다르게 국부적으로 변화시키는 역할을 한다. 격리부(174)는 제 1 및 제 2 냉각 통로관(168, 170) 사이에 측방향으로 배치되어 기판 지지부 조립체(148)를 통해 형성된 온도 제어 영역들 사이에 보다 강화된 열적 격리를 제공한다.
도 1 에 도시된 실시예에서, 격리부(174)는 도관(168, 170)들 사이에 배치되며, 그에 따라 측방향 열 전달을 방해하고 기판 지지부 조립체(148)를 가로지르는 측방향 온도 제어 영역들의 형성을 촉진한다. 따라서, 삽입체의 열 전달 계수, 개체수, 형상, 크기, 및 위치를 제어함으로써, 정전기 척(166), 상기 정전기 척에 놓인 기판(144)의 온도 프로파일을 제어할 수 있을 것이다. 도 1 에서 격리부(174)가 환형 링 형상을 가지지만, 격리부(174)는 다른 형태를 가질 수 있을 것이다.
선택적인 열전도성 페이스트 또는 접착제(도시 안 됨)가 베이스(164)와 정전기 척(166) 사이에 배치될 수도 있다. 전도성 페이스트는 정전기 척(166)과 베이스(164) 사이의 열교환을 촉진한다. 하나의 예시적인 실시예에서, 접착제가 정전기 척(166)을 베이스(164)에 기계적으로 접합한다. 그 대신에(도시 안 됨), 기판 지지부 조립체(148)가 정전기 척(166)을 베이스(164)에 체결하기 위한 하드웨어(예를 들어, 클램프, 나사 등)를 포함할 수 있다.
정전기 척(166) 및 베이스(164)의 온도는 다수의 센서를 이용하여 모니터링 될 수 있을 것이다. 도 1 에 도시된 실시예에서, 제 1 온도 센서(190)가 지지부 조립체(148)의 중심 영역의 온도를 나타내는 계측값을 제어부(150)에 제공하고 제 2 온도 센서(192)가 지지부 조립체(148)의 주변 영역의 온도를 나타내는 계측값을 제어부(150)에 제공할 수 있도록, 제 1 온도 센서(190) 및 제 2 온도 센서(192)가 방사상으로 이격되어 배치된다.
정전기 척(166)은 베이스(164)에 배치되고 커버 링(146)에 의해 둘러싸인다. 정전기 척(166)은 알루미늄, 세라믹, 기타 프로세싱 중에 기판(144)을 지지하기에 적합한 재료로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 정전기 척(166)은 세라믹이다. 그 대신에, 정전기 척(166)은 진공 척, 기계적인 척, 또는 기타 적절한 기판 지지부로 대체될 수 있을 것이다.
정전기 척(166)은 일반적으로 세라믹 또는 유사한 유전체 재료로 형성되고, 척킹 전원(182)을 이용하여 제어되는 하나 이상의 클램핑 전극(180)을 포함한다. 프로세싱 챔버(100)내에서 프로세스 가스 및/또는 기타 가스로부터 형성된 플라즈마를 유지하기 위해, 전극(180)(또는 척(166) 또는 베이스(164)내에 배치된 다른 전극)은 하나 이상의 RF 전원에 추가로 연결될 수 있을 것이다.
도 1 에 도시된 실시예에서, 전극(180)은 매칭 회로(188)를 통해 제 1 RF 전원(184) 및 제 2 RF 전원(186)에 커플링된다. 일반적으로, 전원(184, 186)은 약 50 kHz 내지 약 3 GHz 주파수 및 약 10,000 와트(Watt) 이하 전력의 RF 신호를 생성할 수 있다. 매칭 네트워크(188)는 전원(184, 186)의 임피던스를 플라즈마 임피던스에 매칭시킨다. 단일 피드가 양 전원(184, 186)으로부터의 에너지를 전극(180)에 커플링시킨다. 그 대신에, 각 전원(184, 186)이 개별적인 피드를 통해 전원(184, 186)에 커플링될 수도 있다.
정전기 척(166)은 또한 전원(178)에 의해 제어되는 하나 이상의 매립된 히터(176)를 포함할 수 있다. 정전기 척(166)은, 척의 기판 지지면에 형성되고 열 전달(또는 백사이드(backside)) 가스 공급원에 유체적으로 커플링된 홈과 같은 다수의 가스 통로(도시 안 됨)를 더 포함할 수 있다. 작동중에, 정전기 척(166)과 기판(144) 사이의 열전달을 촉진하기 위해, 백사이드 가스(예를 들어 헬륨(He))가 가스 통로내로 압력이 제어되는 상태로 제공된다. 통상적으로, 적어도 정전기 척의 기판 지지면(176)에는 기판 프로세싱중의 온도 및 화학물질에 대해 내성을 가지는 코팅이 제공된다.
도 12 는 리프트 핀 가이드 조립체(1200)의 일 실시예를 도시한 기판 지지부 조립체(148)의 부분 단면도이다. 통상적으로, 3개 이상의 리프트 핀 가이드 조립체(1200)가 기판 지지부 조립체(148)에 이용된다.
리프트 핀 가이드 조립체(1200)는 기판 지지부 조립체(148)의 베이스(164)내에 형성된 계단형 홀(1204)내에 주로 배치된다. 계단형 홀(1204)은 정전기 척(166)을 통해 형성된 홀(1202)과 정렬된다. 리프트 핀 가이드 조립체(1200)의 일부는 홀(1202)내로 연장하여, 베이스(164)와 척(166) 사이의 정렬을 제공한다.
리프트 핀 가이드 조립체(1200)는 일반적으로 가이드(1210) 및 리테이너(1218)를 포함한다. 탄성 부재(1220)가 가이드(1210)와 리테이너(1218) 사이에 배치되어 리프트 핀 가이드 조립체(1200)가 기판 지지부 조립체(148)내로 조립될 때 완충효과를 제공하고, 조립체(148, 1200)들의 열팽창 및 열수축을 수용한다. 일 실시예에서, 탄성 부재(1220)는 프로세스 화학물질 및 프로세스 환경과 양립할 수 있는 탄성 물질로 이루어진 O-링이다.
가이드(1210)는 상부 보스(1240) 및 하부 보스(1228)를 가지는 본체(1216)를 포함한다. 가이드(1210)는 리프트 핀 가이드 조립체(1200)를 통한 리프트 핀(도시 안 됨)의 통로를 수용하는 동심적인 제 1 및 제 2 보어(1224, 1226)를 또한 포함한 다. 상부 보스(1240)는 베이스(164)와 마주하는 정전기 척(166)의 표면에 형성된 리세스(1238)내로 연장하고 그 리세스와 결합한다. 하부 보스(1228)는 리세스(1238)로부터 연장하는 슬리브(1230)에 의해 둘러싸이고 그 슬리브와 결합된다. 절개부(1222)가 하부 보스(1228)와 본체(1216) 사이에 배치되어 탄성 부재(1220)를 유지한다.
리세스(1238)는 슬리브(1230)로부터 연장하는 나사 부분(1232)을 포함한다. 나사 부분(1232)은 리세스(1238)를 베이스(164)내로 나사체결하기 용이하게 하는 구동부(1234)를 포함한다. 구동부(1234)는 슬롯, 필립스(Phillips) 구동부, 헥스(hex), 스패너 홀, 또는 리테이너(1218)를 회전시키기 위한 기타 구성을 가질 수 있다. 리테이너(1218)를 통해 형성된 통로(1236)는 가이드(1210)의 보어(1224, 1226)와 정렬되어 리프트 핀을 수용한다.
베이스(164)내에 형성된 계단형 홀(1204)은 메인 보어(1208), 계단부(1206), 및 입구 홀(1212)을 포함한다. 계단부(1206)는 메인 보어(1208)내로 연장하고, 입구 홀(1212)은 리테이너(1218)와 결합되는 나사 부분(1214)을 포함한다. 리테이너(1218)를 베이스(164)의 나사 부분(1232)내로 체결할 때, 리테이너(1218)는 탄성 부재(1220)와 접촉하고, 상기 탄성 부재는 베이스(164)내에 형성된 계단형 홀(1204)의 계단부(1206)에 대해 본체(1216)를 편향시킴으로써, 리프트 핀 가이드 조립체(1200)를 기판 지지부 조립체(148)의 베이스(164)내에 고정한다.
도 9 및 도 10 은 외측 라이너(116)의 일 실시예의 분해도 및 부분 단면도이다. 외측 라이너(116)는 플라즈마 또는 불소에 대해 내성을 가지는 재료로 제조 및/또는 코팅될 수 있다. 일 실시예에서, 외측 라이너(116)는 알루미늄으로 제조된다. 다른 실시예에서, 외측 라이너(116)는 이트륨, 이트륨 합금 또는 이트륨 산화물로 제조되거나 코팅된다. 또 다른 실시예에서, 외측 라이너(116)는 벌크 Y2O3 로 제조된다. 내측 라이너(118)도 동일한 재료로 제조될 수 있을 것이다.
도 9 및 도 10 에 도시된 실시예에서, 외측 라이너(116)는 상부 라이너(902) 및 하부 라이너(904)를 포함한다. 하부 라이너(904)의 상부 엣지(908)는 예를 들어 래빗 조인트(rabit joint)내에서 상부 라이너(902)의 하부 엣지(910)와 들어 맞도록 구성된다.
일반적으로, 하부 라이너(904)는 측벽(108)의 내측면(112)에 용이하게 장착되도록 구성된 중공 실린더이다. 내부 체적(106)의 감압 및 배기가 용이하도록, 하부 라이너(904)는 챔버 본체(102)의 배출 포트(126)와 정렬된 노치 또는 포트(906)를 포함한다.
일반적으로, 상부 라이너(902)는 상부에서 연장하는 플랜지(912)를 가지는 본체(914)를 포함한다. 플랜지(912)는 일반적으로 다각형 형태이고, 도시된 실시예에서, 다각형 플랜지(912)의 모서리들은 약 45도 각도로 모따기 가공되어 있다.
일반적으로, 본체(914)는 원통 형상이고, 내측 벽(916) 및 외측 벽(934)을 가진다. 립(918)은 내측 벽(916)으로부터 내측으로 연장하고 챔버(100)내에 설치되면 샤워헤드 조립체(130)를 위한 지지 랜드(land)를 제공한다. O-링 홈(920)이 립(918)내에 형성되어 샤워헤드 조립체(130)와 함께 가스 시일을 제공한다.
챔버 본체(102)내에 형성된 윈도우(도시 안 됨)를 통해 내부 체적(106)을 가시적으로 검사할 수 있도록, 구멍(928)이 상부 라이너(902)의 본체(914)내에 제공될 수 있다. 구멍(928)을 둘러싸는 상부 라이너(902)의 외측 벽(934)의 일부가 분리가능한 윈도우 삽입체(924)에 의해 덮여질 수 있다. 윈도우 삽입체(924)와 외측 벽(934)의 높이가 같아지도록, 윈도우 삽입체(924)는 다수의 체결구(926)에 의해 상부 라이너(902)내의 함몰부(도시 안 됨)내에 고정된다. 따라서, 윈도우/챔버 본체 계면과의 접촉으로 인해 윈도우 삽입체(924)의 보호 코팅이 마모됨에 따라, 보호 코팅이 파괴되어 외측 라이너(116)의 기본 재료가 노출되기 전에 윈도우 삽입체(924)를 교체할 수 있을 것이다.
챔버(100)내외로 기판이 이송될 수 있도록, 슬롯(938)이 실린더(914)내에 형성된다. 리세스(932)가 슬롯(938)을 둘러싸는 상부 라이너(902)의 외측 벽(934)내에 형성된다. 분리가능한 도어 삽입체(930)가 슬롯(938) 위에 배치되어 슬릿 밸브 포트와의 접촉에 의해 라이너(902)의 표면이 마모되는 것으로부터 보호한다. 삽입체(930)는 슬롯(940)을 구비하며, 상기 슬롯(940)은 상부 라이너(902)에 형성된 슬롯(938)과 정렬되어 외측 라이너(116)를 통한 기판의 통과를 용이하게 한다. 삽입체(930) 및 외측 벽(934)의 높이가 같아지도록, 다수의 체결구(936)에 의해 삽입체(930)가 리세스(932)내에 고정된다. 따라서, 슬릿 밸브 포트/챔버 본체 계면과의 접촉으로 인해 삽입체(930)의 보호 코팅이 마모됨에 따라, 보호 코팅이 파괴되어 외측 라이너(116)의 기본 재료가 노출되기 전에 삽입체(930)를 교체할 수 있을 것이다. 삽입체(924, 930)는 일반적으로 라이너와 동일한 재료로 제조 및/또는 코 팅된다.
도 11 은 기판 지지부 조립체(148)의 외측 상부 표면을 덮는 커버 링(146)과 결합된 내측 라이너(118)의 실시예를 도시한다. 내측 라이너(118)는 일반적으로 큰 직경의 상부 섹션(1140) 및 작은 직경의 하부 섹션(1142)을 포함한다. 경사진 섹션이 라이너(188)의 외경에 형성되어 큰 직경의 상부 섹션(1140)과 작은 직경의 하부 섹션(1142)을 커플링시킨다.
플랜지(1132)가 섹션(1140, 1142)들의 접합부로부터 내측으로 연장된다. 플랜지(1132)는 내측 라이너(118)를 기판 지지부 조립체(148)와 함께 위치시키는 바닥 표면(1134)을 구비한다. O-링 홈(1136)이 플랜지(1132)의 상부 표면에 형성되어 내측 라이너(118)를 밀봉한다.
커버 링(146)이 기판 지지부 조립체(148)상에 배치되고 내측 라이너(118)의 상단부(1128)와 서로 끼워진다. 일반적으로, 커버 링(146)은 플라즈마 및/또는 화학물질에 대해 내성을 가지는 물질로 형성 및/또는 코팅된 환형 본체(1102)를 구비한다. 일 실시예에서, 커버 링(146)은 이트륨 또는 이트륨 산화물로 제조 및/또는 코팅된다. 일 실시예에서, 가스 커버 링(146)은 벌크 이트륨으로 제조되어 불화 화학물질에 대한 내성을 제공한다. 다른 실시예에서, 커버 링(146)은 석영으로 제조된다.
일반적으로, 본체(1102)는 상부면(1104) 및 하부변(1126)을 구비한다. 제 1 릿지(1118), 제 2 릿지(1122) 및 제 3 릿지(1120)가 본체(1102)의 바닥 표면(1126)으로부터 하향 연장한다. 도 11 에 도시된 실시예에서, 릿지(1118, 1122, 1120)들 은 동심적인 링들이다.
제 1 및 제 2 릿지(1118, 1122)는 커버 링(146)의 내측 부분상에 배치되고, 내측 라이너(118)의 상단부(1128)를 잡는 슬롯을 그 사이에 형성한다. 제 1 릿지(1118)는 본체(1102)로부터 제 2 릿지(1122) 보다 더 연장한다. 제 3 릿지(1120) 역시 본체(1102)로부터 제 2 릿지(1122) 보다 더 연장한다. 제 1 릿지(1120)는 기판 지지부 조립체(148)내에 형성된 슬롯(1180)내로 연장하며, 그에 따라 커버 링(146)과 지지부 조립체(148) 사이의 배향을 고정한다.
탭(1116)이 제 3 릿지(1120)에 인접하여 본체(1102)로부터 방사상 내측으로 연장한다. 탭(1116)은 정전기 척(166)의 상부면(1152)과 실질적으로 동일 평면에 위치하는 상부면(1150)ㅇ르 포함한다. 기판이 기판 지지부 조립체(148)상에 배치되었을 때, 기판(도 11 에 도시되지 않음)의 주변부는 정전기 척(166)과 탭(1116)의 상부면(1150) 사이의 계면을 덮는다.
내측 벽(1114)이 탭(1116)과 본체(1102)의 상부면(1104) 사이에 배치된다. 내측 벽(1114)은 탭(1116)의 내경 보다 큰 직경을 갖는다. 통상적으로, 기판과의 적절한 간극(clearance)이 확보되도록, 내측 벽(1114)의 직경이 선택된다.
본체(1102)의 상부면(1104)은 일반적으로 내측 영역(1110) 및 외측 영역(1108)을 포함한다. 내측 영역(1110)은 외측 영역(1118)에 비해 상승되어 있다. 내측 영역(1110)은 상부면(1104)의 외측 영역(1118)에 평행하게 배향된다. 도 11 에 도시된 실시예에서, 경사진 영역(1112)은 상부면(1104)의 외측 영역(1118)과 내측 영역(1110) 사이의 전이부를 형성한다.
도 11 은 또한 정전기 척(166)의 일 실시예를 도시한다. 정전기 척(166)은 척의 하부면(1198)과 상부면(1152) 사이에 형성된 계단형 외경 표면을 포함한다. 일반적으로, 계단형 외경은상부 벽(1188), 중간 벽(1192), 및 하부 벽(1196)을 포함한다. 벽(1188, 1192, 1196)은 일반적으로 수직이고, 상부 벽(1188)은 중간 벽(1192) 보다 짧다. 중간 벽(1192)은 하부 벽(1196) 보다 짧다. 상부 벽(1188)은 상부면(1152)으로부터 시작하여 상부 렛지(1190)까지 하향 연장한다. 상부 렛지(1190)는 상부 벽(1188)을 중간 벽(1192)에 커플링시킨다. 하부 렛지(1194)는 중간 벽(1192) 및 하부 벽(1996)을 커플링시킨다. 하부 벽(1196)은 바닥 표면(1198)에 커플링된다. 렛지(1190, 1194)들은 일반적으로 수평이고, 하부 렛지(1194)는 상부 렛지(1190) 보다 크다. 벽(1188, 1192, 1196)에 의해 형성된 계단형 외경은 커버 링(146)과 매칭되고 그 커버 링(146)을 기판 지지부 조립체(148)상의 미리 정해진 위치에서 유지하는 윤곽의 프로파일을 형성한다.
작동중에, 프로세싱 챔버(100)는 기판내의 높은 종횡비 피쳐를 에칭하는데 이용될 것이다. 일 실시예에서, 기판의 실리콘 층내의 높은 종횡비 트렌치를 에칭하는 방법은 챔버(100)내에서 실시될 것이다. 통상적으로 실시되는 바와 같이, 실리콘 층은 패턴화된 마스크로 덮여진다. 에칭 방법은 챔버 압력을 약 0 내지 약 300 milliTorr(mT)로 조정함으로써 시작된다. 기판은 약 500 내지 약 2800 와트(W)의 바이어스 전력으로 바이어스된다. 일 실시예에서, 바이어스 전력은 약 2 메가헤르쯔(MHz)의 주파수로 인가된다.
약 500 내지 약 2800 W를 기판 지지부 조립체에 인가함으로써, 샤워헤드 조 립체의 다수 가스 유동 영역을 통해 제공된 가스들로부터 형성된 플라즈마가 유지된다. 일 실시예에서, 전력이 60MHz 로 인가된다. 약 0 내지 약 140 가우스(G)의 B-자기장(magnetic B-field)이 챔버에 걸쳐 인가된다. 마스크내의 개구부를 통해 실리콘 층이 플라즈마 에칭되어 약 80:1 이하의 종횡비를 가지는 트렌치를 형성한다.
프로세스 가스, 직접 분사 가스, 및 불활성 가스의 혼합물이 프라즈마 에칭을 위한 챔버로 제공된다. 상기 혼합물은 HBr, NF3, O2, SiF4, SiCl4 및 Ar 중 하나 이상을 포함한다. 일 실시예에서, 혼합 매니폴드로 제공되는 프로세스 가스는 HBr 및 NF3 를 포함하며, O2, SiF4 및 SiCl4 는 선택적으로 제공될 수 있을 것이다. 예시적인 실시예에서, 약 50 내지 약 500 sccm의 HBr, 약 10 내지 약 200 sccm의 NF3, 약 0 내지 약 200 sccm의 O2, 약 0 내지 약 200 sccm 의 SiF4, 약 0 내지 약 200 sccm 의 SiCl4, 및 약 0 내지 약 200 sccm 의 Ar 이 300mm 기판을 에칭하기에 적합한 프로세스를 위해 혼합 매니폴드로 제공된다. 혼합된 가스들은 피쳐 밀도, 크기, 및 측방향 위치를 고려하여 선택된 유속으로 플리넘으로 제공된다. SiCl4 가 혼합 매니폴드를 우회하는 샤워헤드 조립체의 플리넘으로 제공되는 직접 분사 가스로서 이용될 수 있을 것이다.
이상에서 설명된 프로세싱 챔버가 기판 표면에 걸친 양호한 균일성을 제공하 면서 높은 종횡비 피쳐를 에칭할 수 있다는 것을 설명하였다. 통상적인 프로세싱 챔버에서 실시된 실리콘 에칭 프로세스와 상기에서 설명된 프로세싱 챔버에서 실시된 실리콘 에칭 프로세스 사이의 비교 테이터로부터 엣지로부터 중심까지의 종횡비 균일성이 개선되었음을 알 수 있을 것이다. 종래의 시스템은 약 1.35의 엣지로부터 중심까지의 종횡비를 가지는 반면, 전술한 프로세싱 챔버는 약 1.04 의 엣지로부터 중심까지의 종횡비를 가짐으로써, 본 고안의 챔버가 차세대 소자 제조에 적합하다는 것을 확인시켜 주었다.
본 고안의 실시예들과 관련하여 설명하였지만, 본 고안의 기본 범위내에서도 본 고안의 다른 실시예들 및 추가적인 실시예들이 가능할 것이며, 그러한 본 고안의 범위는 이하의 실용신안 등록청구범위에 의해 결정될 것이다.

Claims (21)

  1. 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기에 적합한 기판 지지부로서:
    정전기 척을 포함하며,
    상기 정전기 척은
    상부 벽, 중간 벽 및 하부 벽에 의해 외경이 한정되는 본체 및 정전기 척에 매립된 클램핑 전극을 포함하며,
    상기 중간 벽의 높이는 상기 하부 벽의 높이 보다 낮고 상기 상부 벽의 높이 보다 높은, 기판 지지부.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 본체는 세라믹을 더 포함하는, 기판 지지부.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 벽과 상기 중간 벽 사이에 형성된 상부 렛지, 및
    상기 중간 벽과 상기 하부 벽 사이에 형성된 하부 렛지를 더 포함하는, 기판 지지부.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 상부 렛지는 상기 하부 렛지 보다 더 짧은, 기판 지지부.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체내에 배치된 저항식 히터를 더 포함하는, 기판 지지부.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 본체내에 배치된 하나 이상의 온도 센서를 더 포함하는, 기판 지지부.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 본체내에 배치된 제 1 온도 센서, 및
    상기 제 1 온도 센서의 방사상 내측에서 상기 본체내에 배치된 제 2 온도 센서를 더 포함하는, 기판 지지부.
  8. 제 1 항에 있어서, 베이스, 및
    상기 베이스에 커플링되고 상기 본체내로 부분적으로 연장하는 리프트 핀 가이드 조립체를 더 포함하는, 기판 지지부.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 베이스내에 형성되고 열전달 유체가 관통 유동하도록 구성된 둘 이상의 격리된 냉각 채널을 더 포함하는, 기판 지지부.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 각각의 격리된 냉각 채널 사이에서 상기 베이스내에 매립된 열적으로 격리된 격리부를 더 포함하는, 기판 지지부.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 리프트 핀 가이드 조립체는 상기 본체의 하부 표면내의 리세스와 결합되는 상부 보스 및 하부 보스를 가지는 가이드, 및
    상기 하부 보스의 적어도 일부 둘레에서 연장하는 슬리브를 가지고 상기 베이스에 커플링되는 리테이너를 더 포함하는, 기판 지지부.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 리프트 핀 가이드 조립체는 상기 가이드와 상기 리테이너 사이에 샌드위치된 탄성 부재를 더 포함하는, 기판 지지부.
  13. 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기에 적합한 기판 지지부로서:
    계단형 외측 벽에 형성된 하부 렛지 및 상기 하부 렛지 보다 짧은 상부 렛지를 구비하는 세라믹 본체, 그리고 상기 세라믹 본체내에 매립된 매립형 클램핑 전극을 포함하는 정전기 척;
    베이스; 및
    상기 베이스에 커플링되고 상기 본체내로 부분적으로 연장하는 리프트 핀 가이드 조립체를 포함하는, 기판 지지부.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 계단형 외측 벽은 상부벽, 중간 벽, 및 하부 벽을 더 포함하는, 기판 지지부.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 중간 벽의 높이는 상기 하부 벽의 높이 보다 낮고 상기 상부 벽의 높이 보다 높은, 기판 지지부.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 본체내에 배치된 저항식 히터,
    상기 본체내에 배치된 제 1 온도 센서, 및 상기 제 1 온도 센서의 방사상 내측에서 상기 본체내에 배치된 제 2 온도 센서를 더 포함하는, 기판 지지부.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 베이스내에 형성되고 열전달 유체가 관통 유동하도록 구성된 둘 이상의 격리된 냉각 채널을 더 포함하는, 기판 지지부.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 각각의 격리된 냉각 채널 사이에서 상기 베이스내에 매립된 열적으로 격리된 격리부를 더 포함하는, 기판 지지부.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 리프트 핀 가이드 조립체는 상기 본체의 하부 표면내의 리세스와 결합되는 상부 보스 및 하부 보스를 가지는 가이드, 및
    상기 하부 보스의 적어도 일부 둘레에서 연장하는 슬리브를 가지고 상기 베이스에 커플링되는 리테이너를 더 포함하는, 기판 지지부.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 리프트 핀 가이드 조립체는 상기 가이드와 상기 리테이너 사이에 샌드위치된 탄성 부재를 더 포함하는, 기판 지지부.
  21. 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기에 적합한 기판 지지부로서:
    정전기 척, 베이스, 및 리프트 핀 가이드 조립체를 포함하며,
    상기 정전기 척은: 계단형 외측 벽에 형성된 하부 렛지 및 상기 하부 렛지 보다 짧은 상부 렛지를 구비하는 세라믹 본체; 상기 정전기 척에 매립된 클램핑 전극; 상기 본체내에 배치된 저항식 히터; 상기 본체내에 배치된 제 1 온도 센서; 및 상기 제 1 온도 센서의 방사상 내측에서 상기 본체내에 배치된 제 2 온도 센서를 포함하고,
    상기 베이스는: 상기 베이스내에 형성되고 열전달 유체가 관통 유동하도록 구성된 둘 이상의 격리된 냉각 채널; 및 상기 각각의 격리된 냉각 채널 사이에서 상기 베이스내에 매립된 열적 격리부를 포함하며,
    상기 리프트 핀 가이드 조립체는 상기 베이스에 커플링되고 상기 본체내로 부분적으로 연장하며,
    상기 리프트 핀 가이드 조립체는: 상기 본체의 하부 표면내의 리세스와 결합하는 상부 보스 및 하부 보스를 구비하는 가이드; 상기 베이스에 커플링되고 상기 하부 보스의 적어도 일부 둘레에서 연장하는 슬리브를 구비하는 리테이너; 및 상기 가이드와 상기 리테이너 사이에 샌드위치된 탄성 부재를 포함하는, 기판 지지부.
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KR20170137800A (ko) * 2015-04-17 2017-12-13 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 베벨 폴리머 감소를 위한 에지 링
KR102501702B1 (ko) * 2015-04-17 2023-02-17 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 베벨 폴리머 감소를 위한 에지 링

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