KR20230038612A - C-슈라우드의 기계적 강도 또는 수명에 영향을 주지 않고 플라즈마 균일성을 위한 c-슈라우드 조정 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 한정 링은 상부 수평 섹션, 수직 섹션, 및 하부 수평 섹션을 포함한다. 상부 수평 섹션은 한정 링의 상부 내측 반경과 외측 반경 사이에서 연장하고, 하부 수평 섹션은 한정 링의 하부 내측 반경과 외측 반경 사이에서 연장하고 그리고 하부 내측 반경으로 연장하는 연장 섹션을 포함한다. 하부 수평 섹션의 상단 표면은 하부 내측 반경을 향해 아래로 각도를 제공한다. 수직 섹션은 한정 링의 외측 반경과 내부 반경 사이에 배치된다. 수직 섹션은 한정 링의 하부 수평 섹션에 상부 수평 섹션을 연결한다.
Description
본 발명은 반도체 프로세스 모듈에 사용된 한정 링 (confinement ring) 에 관한 것이다.
반도체 프로세싱에서, 기판은 집적 회로들을 규정하는 피처들을 형성하기 위해 다양한 동작들을 겪는다 (undergo). 예를 들어, 증착 동작을 위해, 기판은 프로세싱 챔버 내로 수용되고 그리고, 형성될 피처의 타입에 따라, 특정한 타입들의 반응성 가스들이 챔버로 공급되고 그리고 무선 주파수 (radio frequency; RF) 전력이 플라즈마를 생성하도록 인가된다. 기판은 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 과 같은 하부 전극 상에 규정된 기판 지지부 상에 수용된다. 샤워헤드와 같은 상부 전극은 특정한 타입들의 반응성 가스들을 프로세스 챔버 내로 제공하도록 사용된다. 무선 주파수 전력은, 미세한 (microscopic) 피처들을 형성하기 위해 기판의 표면 위에 이온들을 선택적으로 증착하도록 사용된 플라즈마를 생성하도록, 대응하는 매칭 네트워크를 통해 반응성 가스들에 인가된다. 반응성 가스들은 기판의 표면 상에 형성된 미세한 피처들의 무결성 (integrity) 을 유지하기 위해 플라즈마 챔버로부터 즉시 제거되어야 하는, 미립자들 (particulates) 및 가스들, 등과 같은, 부산물들을 생성한다.
생성된 플라즈마를 프로세스 영역 내에 한정하기 위해, 한정 링들의 세트가 프로세스 영역을 둘러싸도록 규정된다. 또한, 수율을 개선하고 플라즈마의 벌크가 프로세싱을 위해 수용된 기판 위에 있다는 것을 보장하기 위해, 플라즈마 영역을 둘러싸는 한정 링들은 기판 위의 영역뿐만 아니라 프로세싱을 위해 수용될 때, 기판을 둘러싸도록 배치된 (dispose) 에지 링 및 에지 링에 인접하게 배치된 외측 한정 링 위의 영역을 커버하기 위해 프로세스 영역을 연장하도록 설계될 수도 있다. 한정 링들의 세트는 프로세스 영역 내에 플라즈마를 한정하도록 작용할뿐만 아니라 챔버 벽들을 포함하는 프로세싱 챔버의 내부 구조체를 보호하도록 작용한다.
기판의 표면 상에 형성된 피처들의 무결성은 프로세스 영역의 균일한 플라즈마 밀도에 의존한다. 플라즈마 균일성은 프로세스 영역의 볼륨을 증가시키기 위해 한정 링 (예를 들어, C-슈라우드) 의 형상을 조정함으로써 조절될 수 있다. 그러나, 한정 링의 볼륨의 사이즈를 증가시키기 위해 한정 링의 형상 또는 설계에 대한 임의의 변화들은, 예를 들어, 프로세싱 챔버 스페이서 플레이트, 메이팅 (mating) 하드웨어, 등과 같은 프로세싱 챔버 내에서 사용된 하드웨어에 대한 상당한 변화들을 필요로 할 수도 있다. 대안적으로, 한정 링의 설계에 대한 변화들은 기계적 강도를 손상시키거나 (compromise) 한정 링의 수명을 감소시키는 것을 발생시킬 수도 있다.
이러한 맥락에서 본 발명의 실시 예들이 발생한다.
본 발명의 다양한 구현 예들은 플라즈마 영역 내에 플라즈마를 한정하기 위해 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용되는 한정 링 (confinement ring) 의 설계를 규정한다. 한정 링은 외측 반경과 상부 내측 반경 사이에서 연장하는 상부 수평 섹션, 외측 반경과 하부 내측 반경 사이에서 연장하는 하부 수평 섹션, 및 외측 반경에서 규정된 상부 수평 섹션의 하단 표면과 하부 수평 섹션의 상단 표면 사이에서 연장하는 수직 섹션을 포함하도록 규정된다. 한정 링의 하부 수평 섹션의 상단 표면은 하부 내측 반경을 향해 아래로 상단 표면을 따라 제공된 각도에 의해 규정되는 기울기 (slope) 에 의해 규정된다. 기울기는 하부 수평 섹션의 두께의 차를 발생시키고, 한정 링의 내부 반경 근방의 하부 수평 섹션의 두께는 하부 내측 반경에서의 하부 수평 섹션의 두께보다 더 크다. 일부 구현 예들에서, 하부 수평 섹션의 하단 표면은 편평한 것으로 규정된다. 대안적으로, 상단 표면에서 기울기를 규정하는 것에 더하여, 제 2 기울기가 하부 수평 섹션의 하단 표면을 따라 규정된다. 제 2 기울기는 하부 내측 반경을 향해 아래로 하단 표면을 따라 제공된 제 2 각도에 의해 형성된다. 하단 표면에서의 제 2 기울기는 한정 링에 사용된 부가적인 재료를 부가함으로써 규정될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 하부 수평 섹션의 하단 표면을 따른 제 2 기울기의 형성은 하부 내측 반경에서 하부 수평 섹션의 두께와 동일하게 내부 반경 근방의 하부 수평 섹션의 두께를 발생시킨다. 대안적인 구현 예들에서, 하부 수평 섹션의 하단 표면을 따른 제 2 기울기의 형성은 하부 내측 반경 근방의 하부 수평 섹션의 두께와 상이하게 내부 반경 근방의 하부 수평 섹션의 두께를 발생시킬 수도 있다. 하부 수평 섹션에 대해 기울어진 기하 구조를 포함함으로써 한정 링의 형상을 조정하는 것은 플라즈마 프로세싱 챔버의 다른 하드웨어 컴포넌트들을 재-설계할 필요 없이 플라즈마 영역 내에서 플라즈마 균일성을 조절하는 것을 돕는다. 또한, 하부 수평 섹션에 대해 행해진 조정들 (예를 들어, 하부 수평 섹션의 상단 표면 및 하단 표면 모두를 따라 기울어진 표면을 규정함) 은 소모성 (consumable) 한정 링의 기계적 강도 또는 수명에 부정적인 영향을 주는 것을 방지한다.
하부 수평 섹션은 하부 수평 섹션의 길이를 따라 규정된 복수의 슬롯들을 포함한다. 슬롯 각각은 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 방사상으로 그리고 하부 수평 섹션의 상단 표면과 하단 표면 사이에서 수직으로 연장하도록 규정된다. 복수의 슬롯들은 플라즈마 영역 내에서 플라즈마의 최적의 한정을 보장하면서 플라즈마 영역 내에서 생성된 부산물들 및 중성 가스 종을 제거하도록 사용된다. 일부 구현 예들에서, 슬롯들 각각은 내경에서 규정된 내측 슬롯 반경이 외경에서 규정된 외측 슬롯 반경과 동일하다는 점에서, 평행한 슬롯 기하 구조를 포함하도록 규정될 수도 있다. 대안적인 구현 예들에서, 하부 수평 섹션에 대한 기울어진 기하 구조를 포함하는 것에 더하여, 복수의 슬롯들은 테이퍼된 (taper) 슬롯 기하 구조를 사용하여 규정된다. 테이퍼된 슬롯 기하 구조는 슬롯들이 플라즈마에 대한 일정한 노출로 인해 슬롯의 길이를 따라 차등적인 마모를 경험하기 때문에 유리하다. 테이퍼된 슬롯 기하 구조는 한정 링의 사용 수명을 개선하는 동안 슬롯들 사이의 제한된 공간을 최적으로 관리하는 것을 보조한다.
예를 들어, 슬롯의 마모는 외경에서보다 내경에서 더 크다. 이러한 고르지 않은 마모는 외경과 반대되는 슬롯의 내경 근방의 플라즈마 볼륨의 변동에 기인할 수도 있다. 마모가 임계 치수 (critical dimension) 에 도달할 때, 한정 링은 플라즈마 비한정 (unconfinement) 이 발생하지 않는 것을 보장하도록 교체되어야 한다. 슬롯들의 테이퍼된 기하 구조는 한정 링의 수명을 연장하는 동안 고르지 않은 마모를 해결하는 것을 돕는다. 테이퍼된 슬롯 기하 구조는 내경에서 좁은 단부 및 외경에서 더 넓은 단부를 규정함으로써 슬롯 둘레의 영역을 효율적으로 사용한다. 테이퍼된 기하 구조는 슬롯의 좁은 단부로 하여금 슬롯의 더 넓은 단부와 거의 동시에 임계 치수에 가까워지게 하여, 전체 슬롯 길이가 수명 종료 시 임계 한정 치수에 도달하게 한다. 테이퍼된 슬롯 기하 구조는 슬롯 둘레의, 특히 외경의 영역을 효율적으로 사용하여, 플라즈마 영역 내에서 최적의 플라즈마 한정을 유지하면서 한정 링의 사용 수명을 연장시킨다. 결과적으로, 한정 링이 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용될 수 있는 프로세스 사이클들의 수가 확장됨에 따라 소모성 한정 링과 연관된 비용이 낮아진다. 따라서, 한정 링 구조에 대한 조정들 (즉, 테이퍼된 슬롯 프로파일 및 기울어진 하부 수평 섹션을 포함함) 을 사용하여, 플라즈마 프로세싱 챔버의 다른 하드웨어 컴포넌트들을 재-설계할 필요 없이 한정 링의 원래의 기대 수명 (lifetime expectancy) 이 유지된다 (즉, 한정 링의 수명이 손상되지 않음).
일 구현 예에서, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 한정 링이 개시된다. 한정 링은 상부 수평 섹션, 하부 수평 섹션 및 수직 섹션을 포함한다. 상부 수평 섹션은 한정 링의 상부 내측 반경과 외측 반경 사이에서 연장한다. 하부 수평 섹션은 한정 링의 하부 내측 반경과 외측 반경 사이에서 연장한다. 하부 수평 섹션의 상단 표면은 하부 내측 반경을 향해 아래로 각도를 제공하고, 각도는 상단 표면을 따른 경사를 규정한다. 하부 수평 섹션은 하부 내측 반경을 따라 하향으로 연장하는 연장 섹션을 포함한다. 수직 섹션은 한정 링의 외측 반경과 내부 반경 사이에 배치된다 (dispose). 수직 섹션은 한정 링의 하부 수평 섹션에 상부 수평 섹션을 연결한다.
일 구현 예에서, 내부 반경 근방의 하부 수평 섹션의 제 1 두께가 하부 내측 반경에서 하부 수평 섹션의 제 2 두께보다 더 크도록 하부 수평 섹션의 하단 표면이 편평하다.
일 구현 예에서, 제 1 두께는 제 2 두께의 약 10 ％ 내지 약 40 ％만큼 더 크다.
일 구현 예에서, 각도는 하부 수평 섹션의 상단 표면을 따른 기울기를 규정한다. 기울기는 수평 x-축으로부터 측정된 약 0.20 ° 내지 약 1 °로 규정된다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션의 하단 표면은 하부 내측 반경을 향해 아래로 제 2 각도를 제공한다. 제 2 각도는 제 2 기울기를 규정한다. 하단 표면 상에 규정된 제 2 기울기의 제 2 각도는 내부 반경 근방의 하부 수평 섹션의 제 1 두께가 하부 내측 반경에서 규정된 하부 수평 섹션의 제 2 두께와 동일하도록 하부 수평 섹션의 상단 표면 상에 규정된 기울기의 각도와 동일하다.
일 구현 예에서, 상부 수평 섹션의 하단 표면과 내부 반경 근방의 하부 수평 섹션의 상단 표면 사이에 규정된 제 1 높이는 상부 수평 섹션의 하단 표면과 한정 링의 하부 내측 반경에서 하부 수평 섹션의 상단 표면 사이에 규정된 제 2 높이보다 더 작다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션, 상부 수평 섹션 및 수직 섹션은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 생성된 플라즈마를 한정하도록 구성된 C-형상 구조체를 규정하도록 일체로 연결된다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션은 복수의 슬롯들을 포함한다. 복수의 슬롯들의 슬롯 각각은 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 방사상으로 연장한다. 내경에서의 슬롯 각각의 내측 슬롯 반경은 외경에서의 외측 슬롯 반경과 동일하다.
일 구현 예에서, 슬롯의 내경은 하부 내측 반경에 의해 규정된 내측 링 직경보다 더 크고 그리고 슬롯의 외경은 한정 링의 외측 반경에 의해 규정된 외측 링 직경보다 더 작다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션은 복수의 슬롯들을 포함한다. 복수의 슬롯들의 슬롯 각각은 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 방사상으로 연장한다. 내경에서의 슬롯 각각의 내측 슬롯 반경은 외경에서의 외측 슬롯 반경보다 더 작다.
일 구현 예에서, 슬롯 각각은 외경으로부터 내경으로 테이퍼 다운되도록 (taper down), 슬롯 각각의 내측 슬롯 반경과 외측 슬롯 반경의 차는 슬롯 테이퍼를 규정한다. 슬롯 테이퍼에 영향을 주는 내측 슬롯 반경 및 외측 슬롯 반경은 슬롯의 대응하는 내경 및 외경에서 마모 레이트의 역 (inverse) 이 되도록 사이징된다 (size). 내측 슬롯 반경 대 외측 슬롯 반경의 비는 약 1:1.1 내지 약 1:1.5이다.
일 구현 예에서, 한정 링의 상부 내측 반경은 하부 내측 반경보다 더 크다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션에 규정된 연장 섹션은 하부 내측 반경에서 수직으로 하향으로 연장한다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션에 규정된 연장 섹션은 비스듬한 (angle) 상단 섹션 및 수직 하단 섹션에 의해 규정된다. 비스듬한 상단 섹션은 하부 내측 반경에서 하부 수평 섹션의 상단 표면 상에 규정된 하향 경사 (incline) 지점에서 아래로 제 3 각도를 제공하고 그리고 수직 하단 섹션은 비스듬한 상단 섹션의 하단 부분으로부터 하향으로 연장하도록 규정된다.
일 구현 예에서, 상부 수평 섹션의 상단 표면은 복수의 홀들을 포함한다. 복수의 홀들의 홀 각각은 한정 링을 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 전극에 커플링하기 위해 상부 전극의 하단 표면 상에 규정된 패스너 (fastener) 수단의 일부를 수용하도록 구성된다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션의 연장 섹션은 플라즈마 프로세싱 챔버의 하부 전극의 상단 표면 상에 규정된 무선 주파수 (radio frequency; RF) 개스킷 (gasket) 상에 놓이도록 (rest) 구성된다.
또 다른 대안적인 구현 예에서, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 한정 링이 개시된다. 한정 링은 상부 수평 섹션, 하부 수평 섹션 및 수직 섹션을 포함한다. 상부 수평 섹션은 한정 링의 상부 내측 반경과 외측 반경 사이에서 연장한다. 하부 수평 섹션은 한정 링의 하부 내측 반경과 외측 반경 사이에서 연장한다. 하부 수평 섹션의 상단 표면은 상단 표면을 따라 제 1 기울기를 규정하도록 하부 내측 반경을 향해 아래로 제 1 각도를 제공한다. 하부 수평 섹션의 하단 표면은 하부 표면을 따라 제 2 기울기를 규정하도록 하부 내측 반경을 향해 아래로 제 2 각도를 제공한다. 하부 수평 섹션은 하부 내측 반경을 따라 하향으로 연장하는 연장 섹션을 포함한다. 수직 섹션은 한정 링의 외측 반경과 내부 반경 사이에 배치된다. 수직 섹션은 한정 링의 하부 수평 섹션에 상부 수평 섹션을 연결한다.
일 구현 예에서, 제 1 기울기의 제 1 각도는 제 2 기울기의 제 2 각도와 동일하다.
일 구현 예에서, 내측 반경 근방의 하부 수평 섹션의 제 1 두께는 하부 내측 반경의 하부 수평 섹션의 제 2 두께와 동일하다. 상부 수평 섹션의 하단 표면과 내부 반경 근방의 하부 수평 섹션의 상단 표면 사이에 규정된 제 1 높이는 상부 수평 섹션의 하단 표면과 하부 내측 반경에서 하부 수평 섹션의 상단 표면 사이에 규정된 제 2 높이보다 더 작다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션은 복수의 슬롯들을 포함한다. 복수의 슬롯들의 슬롯 각각은 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 방사상으로 연장한다. 내경에서의 슬롯 각각의 내측 슬롯 반경은 외경에서의 슬롯 각각의 외측 슬롯 반경과 동일하다. 슬롯 각각의 내경은 하부 내측 반경에 의해 규정된 한정 링의 내측 링 직경보다 더 크고 그리고 슬롯의 외경은 외측 반경에 의해 규정된 한정 링의 외측 링 직경보다 더 작다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션은 복수의 슬롯들을 포함한다. 복수의 슬롯들의 슬롯 각각은 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 방사상으로 연장한다. 내경에서의 슬롯 각각의 내측 슬롯 반경은 외경에서의 외측 슬롯 반경보다 더 작다.
또 다른 대안적인 구현 예에서, 플라즈마를 한정하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버가 개시된다. 플라즈마 프로세싱 챔버는 기판을 지지하기 위한 하부 전극 및 하부 전극 위에 배치된 상부 전극을 포함한다. 플라즈마 프로세싱 챔버는 하부 전극과 상부 전극 사이에 배치된 한정 링을 포함한다. 한정 링은 상부 수평 섹션, 하부 수평 섹션 및 수직 섹션을 포함한다. 상부 수평 섹션은 한정 링의 상부 내측 반경과 외측 반경 사이에서 연장한다. 하부 수평 섹션은 한정 링의 하부 내측 반경과 외측 반경 사이에서 연장한다. 하부 수평 섹션의 상단 표면은 하부 내측 반경을 향해 아래로 각도를 제공한다. 각도는 상단 표면을 따라 기울기를 규정한다. 하부 수평 섹션은 하부 내측 반경을 따라 하향으로 연장하는 연장 섹션을 갖는다. 수직 섹션은 한정 링의 외측 반경과 내부 반경 사이에 배치된다. 수직 섹션은 한정 링의 하부 수평 섹션과 상부 수평 섹션을 연결한다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션의 하단 표면은 하부 내측 반경을 향해 아래로 제 2 각도를 제공한다. 제 2 각도는 하단 표면을 따라 제 2 기울기를 규정한다. 하단 표면을 따라 규정된 제 2 기울기의 제 2 각도는 하부 수평 섹션의 상단 표면 상에 규정된 기울기의 각도와 동일하다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션은 복수의 슬롯들을 포함한다. 복수의 슬롯들의 슬롯 각각은 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 방사상으로 연장하도록 설계된다. 내경에서의 슬롯 각각의 내측 슬롯 반경은 외경에서의 슬롯 각각의 외측 슬롯 반경보다 더 작다.
일 구현 예에서, 슬롯 각각의 내경은 한정 링의 하부 내측 반경에 의해 규정된 내측 링 직경보다 더 크고 그리고 슬롯의 외경은 한정 링의 외측 반경에 의해 규정된 외측 링 직경보다 더 작다.
일 구현 예에서, 한정 링의 상부 내측 반경은 하부 내측 반경보다 더 크다.
일 구현 예에서, 한정 링의 하부 수평 섹션, 수직 섹션 및 상부 수평 섹션은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 형성된 플라즈마 영역 내에 플라즈마를 한정하기 위한 연속적인 C-형상 구조체를 규정한다. 한정 링은 실리콘, 또는 폴리실리콘, 또는 실리콘 카바이드, 또는 붕소 카바이드, 또는 세라믹, 또는 알루미늄 중 하나로 이루어진다.
일 구현 예에서, 연장 섹션은 한정 링의 하부 수평 섹션, 수직 섹션 및 상부 수평 섹션과 일체이다. 연장 섹션은 하부 수평 섹션의 하단 표면 아래로 수직으로 연장하도록 구성된다.
일 구현 예에서, 상부 전극은 전기적으로 접지되고 그리고 하부 전극은 대응하는 매칭 네트워크를 통해 무선 주파수 전력 소스에 접속된다.
도 1은 일 구현 예에 따른, 한정 링이 하부 수평 섹션의 상단 표면을 따라 규정된 테이퍼된 (taper) 기하 구조를 갖는, 한정 링이 사용되는 플라즈마 프로세싱 챔버의 일부의 확장된 수직 단면도를 예시한다.
도 2a는 일 구현 예에 따른, 하부 수평 섹션의 상단 표면을 따라 규정된 테이퍼된 기하 구조를 갖는 예시적인 한정 링을 예시한다.
도 2b는 도 2a에 예시된, 한정 링의 하부 수평 섹션의 상단 표면 및 하단 표면 모두 상에 규정된 테이퍼된 기하 구조를 갖는 한정 링의 대안적인 구현 예를 예시한다.
도 2c는 도 2a에 예시된, 직선 프로파일을 갖는 연장 섹션의 상단 섹션을 갖는 한정 링의 대안적인 구현 예를 예시한다.
도 3은 일 구현 예에 따른, (존재할 때) 기판 표면의 반경에 걸친 옥사이드 블랭킷 (blanket) 에칭 레이트에 대응하는 것과 같은 플라즈마 밀도의 변화의 대표적인 그래프를 예시한다.
도 4a는 일 구현 예에 따른, 하부 수평 섹션의 상단 표면을 따라 테이퍼된 기하 구조 및 하부 수평 섹션을 따라 규정된 평행한 슬롯 프로파일을 갖는 복수의 슬롯들을 갖는 한정 링의 섹션의 확대도를 예시한다.
도 4b는 도 4a에 예시된, 하부 수평 섹션의 상단 표면 및 하단 표면을 따른 테이퍼된 기하 구조 및 한정 링의 하부 수평 섹션을 따라 규정된 테이퍼된 기하 구조를 갖는 복수의 슬롯들을 갖는 한정 링의 대안적인 구현 예를 예시한다.
도 5a는 일 구현 예에 따른, 한정 링의 하부 수평 섹션을 따라 규정된 슬롯의 테이퍼된 기하 구조의 확대도를 예시한다.
도 5b는 일 구현 예에 따른, 테이퍼된 기하 구조를 갖는 슬롯의 시작 프로파일 및 한정 링의 수명 종료 시의 슬롯 마모 프로파일의 확대도를 예시한다.
도 6은 일 구현 예에 따른, 한정 링의 상단 사시도이다.
도 2a는 일 구현 예에 따른, 하부 수평 섹션의 상단 표면을 따라 규정된 테이퍼된 기하 구조를 갖는 예시적인 한정 링을 예시한다.
도 2b는 도 2a에 예시된, 한정 링의 하부 수평 섹션의 상단 표면 및 하단 표면 모두 상에 규정된 테이퍼된 기하 구조를 갖는 한정 링의 대안적인 구현 예를 예시한다.
도 2c는 도 2a에 예시된, 직선 프로파일을 갖는 연장 섹션의 상단 섹션을 갖는 한정 링의 대안적인 구현 예를 예시한다.
도 3은 일 구현 예에 따른, (존재할 때) 기판 표면의 반경에 걸친 옥사이드 블랭킷 (blanket) 에칭 레이트에 대응하는 것과 같은 플라즈마 밀도의 변화의 대표적인 그래프를 예시한다.
도 4a는 일 구현 예에 따른, 하부 수평 섹션의 상단 표면을 따라 테이퍼된 기하 구조 및 하부 수평 섹션을 따라 규정된 평행한 슬롯 프로파일을 갖는 복수의 슬롯들을 갖는 한정 링의 섹션의 확대도를 예시한다.
도 4b는 도 4a에 예시된, 하부 수평 섹션의 상단 표면 및 하단 표면을 따른 테이퍼된 기하 구조 및 한정 링의 하부 수평 섹션을 따라 규정된 테이퍼된 기하 구조를 갖는 복수의 슬롯들을 갖는 한정 링의 대안적인 구현 예를 예시한다.
도 5a는 일 구현 예에 따른, 한정 링의 하부 수평 섹션을 따라 규정된 슬롯의 테이퍼된 기하 구조의 확대도를 예시한다.
도 5b는 일 구현 예에 따른, 테이퍼된 기하 구조를 갖는 슬롯의 시작 프로파일 및 한정 링의 수명 종료 시의 슬롯 마모 프로파일의 확대도를 예시한다.
도 6은 일 구현 예에 따른, 한정 링의 상단 사시도이다.
본 명세서에 기술된 다양한 구현 예들에서, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 한정 링은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 규정된 플라즈마 영역 내에서 최적의 플라즈마 한정을 보장하면서 한정 링의 사용 수명을 개선하도록 설계된다. 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용된 한정 링은 상부 수평 섹션, 수직 섹션, 및 하부 수평 섹션을 포함한다. 상부 수평 섹션은 외측 반경으로부터 상부 내측 반경으로 연장하도록 규정되고 그리고 상부 수평 섹션의 상단 표면 및 하단 표면은 편평한 것으로 규정된다. 하부 수평 섹션은 외측 반경으로부터 하부 내측 반경으로 연장하도록 규정된다. 수직 섹션은 한정 링의 외측 반경과 내부 반경 사이에 배치되고 (dispose) 그리고 한정 링의 하부 수평 섹션에 상부 수평 섹션을 연결한다. 하부 수평 섹션의 상단 표면은 하부 내측 반경을 향해 아래로 기울어지는 (slope) 기울기를 규정하기 위해 테이퍼된 (taper) 기하학적 구조를 포함한다. 상단 표면에서 규정된 기울기는 내부 반경 및 하부 내측 반경 근방의 한정 링의 하부 수평 섹션의 두께의 변동을 발생시킨다. 부가적으로, 기울기는 내부 반경 근방의 그리고 하부 내측 반경에서의 상부 수평 섹션의 하단 표면과 하부 수평 섹션의 상단 표면 사이에서 규정된 갭의 높이의 변동을 발생시킨다. 높이의 변동은 플라즈마 영역, 특히 한정 링에 의해 커버된 영역에서 (예를 들어, 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 존재할 때, 기판의 에지 배제 영역 위에, 그리고 기판을 둘러싸는 에지 링 위의 영역에서) 생성된 플라즈마의 볼륨의 증가를 발생시킨다.
한정 링의 갭을 증가시키는 것은 플라즈마 균일성에 긍정적인 영향을 준다. 플라즈마 균일성은 플라즈마 영역 내에서 증가된 볼륨으로 인한 플라즈마 확산의 변화들에 기여할 수도 있다. 따라서, 플라즈마 균일성은 플라즈마 프로세싱 챔버의 다른 하드웨어 컴포넌트들을 재-설계할 필요 없이 플라즈마 영역 내에 플라즈마를 한정하도록 사용된 한정 링의 형상을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 한정 링의 종래의 설계를 변화시키기 위한 기존의 방법들은 하드웨어에 대한 상당한 변화들을 필요로 하거나, 기계적 강도 및 결과적으로 한정 링의 수명을 손상시키는 (compromise) 것을 발생시킨다.
플라즈마의 볼륨을 증가시키기 위해 (예를 들어, 한정 링의 하부 수평 섹션을 따른 기울기를 포함하는) 한정 링에 대해 선택된 변화들이 이루어진다. 한정 링에 대해 이루어진 변화들은 한정 링 구조에 대해 이루어진 변화들이 한정 링의 전체 구조로부터 실질적으로 벗어나지 (deviate) 않기 때문에 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 임의의 다른 하드웨어 컴포넌트 (예를 들어, 챔버 스페이서 플레이트, 메이팅 (mating) 하드웨어, 등) 에 대한 조정을 필요로 하지 않는다. 일부 구현 예들에서, 한정 링의 기계적 강도 및 한정 링의 전체 수명을 개선하기 위해, 기울기를 포함함으로써 하부 수평 섹션의 하단 표면에 대해 부가적인 개선들이 이루어질 수도 있다. 기울기는 하부 내측 반경을 향해 아래로 각도를 제공하기 위해 하단 섹션의 길이를 따라 한정 링의 부가적인 재료를 부가함으로써 하단 표면에 규정될 수도 있다. 하단 표면의 부가적인 재료는 하부 수평 섹션에서 기울기를 계속 유지하면서 하부 수평 섹션의 길이를 따라 전체 두께 균일성을 제공하기 위해 하부 수평 섹션의 두께를 증가시키도록 설계된다.
하부 수평 섹션은 플라즈마 영역 내에서 플라즈마 한정을 보존하면서 플라즈마 영역으로부터 부산물들의 효율적인 제거를 위한 복수의 슬롯들을 포함한다. 슬롯들은 플라즈마 영역으로부터 부산물들을 위한 도관을 제공하기 위해 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 길이 방향으로 (lengthwise) 그리고 하부 수평 섹션의 상단 표면과 하단 표면 사이에서 깊이 방향으로 (depth-wise) 연장하도록 규정된다. 일부 구현 예에서, 슬롯들은 길이를 따라 평행한 슬롯 기하 구조를 포함하도록 규정될 수도 있고, 내경에서의 내측 슬롯 반경은 외경에서의 외측 슬롯 반경과 동일하다. 대안적인 구현 예들에서, 슬롯들은, 슬롯이 내경에서 좁고 그리고 외경에서 넓도록, 테이퍼된 슬롯 기하 구조를 포함하도록 규정될 수도 있다. 외경에서의 더 넓은 측면은 더 넓은 외측 슬롯 반경을 갖고 내경에서의 좁은 측면은 좁은 내측 슬롯 반경을 갖는다. 슬롯 각각의 내경에서의 내측 슬롯 반경 및 외경에서의 외측 슬롯 반경은 대응하는 내경 및 외경에서의 마모 레이트의 역 (inverse) 이 되도록 사이징된다 (size). 내경에서의 더 좁은 슬롯으로 시작하는 것은 플라즈마 비-한정 (un-confinement) 에 대한 임계 치수 (critical dimension) 에 도달하기 전에 내경에서 더 많은 마모를 허용한다. 사용 수명 종료 시, 내경에서의 더 작은 내측 슬롯 반경은 더 넓은 외측 슬롯 반경이 외경에서의 낮은 마모 레이트를 보상하면서 내경에서의 높은 마모 레이트를 보상하여 슬롯의 길이를 따른 직선 슬롯 프로파일을 발생시킨다. 내측 슬롯 반경과 외측 슬롯 반경의 차는 전체 슬롯 길이를 따라 슬롯 각각이 동시에 한정 한계 (confinement limit) 에 도달하게 한다. 테이퍼된 슬롯은 좁은 측면을 따라 일부 개방된 영역을 발생시킬 수도 있다. 좁은 측면을 따른 개방 영역을 보상하기 위해, 슬롯들의 총 수가 증가될 수도 있다. 슬롯들의 총 수의 증가는 테이퍼된 슬롯들의 좁은 측면을 따라 예상되는 마모량을 고려한다.
하부 수평 섹션의 길이를 따른 기울어진 기하 구조 및 하부 수평 섹션의 길이를 따라 규정된 복수의 슬롯들의 테이퍼된 슬롯 기하 구조를 갖는 조정된 한정 링 구조체는, (a) 플라즈마 균일성의 전체적인 개선, (b) 부산물들의 효율적인 제거, 및 (c) 한정 링의 수명의 전체적인 개선을 발생시킨다. 전술한 이점들은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 다른 하드웨어 컴포넌트들 (예를 들어, 챔버 스페이서 플레이트, 메이팅 하드웨어, 등) 을 재-설계할 필요 없이 실현된다. 본 발명의 전술한 개요를 사용하여, 구체적인 구현 예들이 이제 다양한 도면들을 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 일 구현 예에서, 플라즈마를 한정하기 위해 한정 링을 사용하는 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 의 일부의 간략화된 블록도를 예시한다. 일 구현 예에서, 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 는 용량-커플링 플라즈마 (capacitively-coupled plasma; CCP) 프로세싱 챔버 (또는 이후 간단히 "플라즈마 프로세싱 챔버"로 지칭됨) 일 수도 있고, 이는 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 로 무선 주파수 (radio frequency; RF) 전력을 제공하기 위한 하부 전극 (104), 및 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 내에서 플라즈마를 생성하도록 프로세스 가스들을 제공하기 위한 상부 전극 (102) 을 포함한다. 하부 전극 (104) 은 대응하는 매칭 네트워크 (107) 를 통해 RF 전력 소스 (106) 에 접속되고, RF 전력 소스 (106) 의 제 1 단부는 매칭 네트워크 (107) 에 접속되고 RF 전력 소스 (106) 의 제 2 단부는 전기적으로 접지된다. RF 전력 소스 (106) 는 하나 이상의 RF 전력 생성기들 (미도시) 을 포함할 수도 있다.
일 구현 예에서, 하부 전극 (104) 의 상단 표면은 기판 (110) 이 프로세싱을 위해 수용되는 기판 지지 표면을 규정한다. 에지 링 (112) 은 기판 (110) 이 프로세싱을 위해 수용될 때 기판 (110) 을 둘러싸기 위해 하부 전극 (104) 의 기판 지지 표면에 인접하게 규정된다. 에지 링 (112) 의 상단 표면은 기판이 하부 전극 (104) 의 기판 지지 표면 상에 지지될 때, 기판 (110) 의 상단 표면과 동일 평면 상에 있도록 규정된다. 에지 링 (112) 은 기판의 에지 너머인 영역 위로 에지 링 (112) 의 외측 에지 및 그 너머를 커버하는 연장된 프로세싱 영역으로 연장하도록 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 내에서 생성된 플라즈마 (플라즈마 영역 (108) 에 의해 나타냄) 에 대한 프로세싱 영역을 연장하도록 구성된다. 하나 이상의 유전체 링들 (120) 이 에지 링 (112) 의 외측 에지에 인접하게 배치된다. RF 전력 소스 (106) 는 매칭 네트워크 (107) 를 통해 하부 전극의 하단 부분에 접속되고 그리고 RF 전력을 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 에 제공한다. 접지 링 (122) 은 하나 이상의 유전체 링들 (120) 의 일부에 인접하게 그리고 일부 아래에 배치되고 그리고 하부 전극 (104) 을 둘러싸도록 구성된다. 지지 구조체 (118) 는 하부 전극 (104) 의 접지 링 (122) 의 일부를 둘러싸도록 배치된다. RF 개스킷 (gasket) (116) 이 지지 구조체 (118) 의 상단 표면 상에 배치된다. 일부 구현 예에서, RF 개스킷 (116) 은 지지 구조체 (118) 의 상단 표면 상에 규정된 채널 내에 배치될 수도 있다. 지지 구조체 (118) 는 석영 엘리먼트 또는 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 내에서 사용하기에 적합한 임의의 다른 절연 재료로 이루어질 수도 있다.
일 구현 예에서, 상부 전극 (102) 은 하나 이상의 프로세스 가스 소스들 (미도시) 에 연결된 하나 이상의 유입구들 (미도시) 및 하부 전극 (104) 에 대면하는 상부 전극 (102) 의 하단 표면에 분포된 복수의 유출구들을 포함하는 샤워헤드일 수도 있다. 복수의 유출구들은 하나 이상의 프로세스 가스 소스들로부터 상부 전극 (102) 과 하부 전극 (104) 사이에 규정된 플라즈마 프로세싱 영역 (또는 단순히 "플라즈마 영역"으로 지칭됨) (108) 으로 프로세스 가스들을 공급하도록 구성된다. 상부 전극 (102) 은 복수의 전극들로 이루어질 수도 있다. 도 1은 상부 전극 (102) 이 중심에 배치된 내측 상부 전극 (102a), 및 내측 전극 (102a) 에 인접하게 배치되고 내측 상부 전극 (102a) 을 둘러싸는 외측 전극 (102b) 을 포함하는 일 구현 예를 예시한다. 이 구현 예에서, 상부 전극 (102) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 에 공급된 RF 전력에 접지로의 복귀 (return) 경로를 제공하도록 전기적으로 접지된다. 외측 전극 (102b) 은 하단 표면을 따라 배치된 복수의 패스너 (fastener) 수단 (미도시) 을 포함한다. 패스너 수단은 상부 전극 (102) 을 한정 링 (140) 에 커플링하도록 사용된다.
한정 링 구조체 (또는 이후 간단히 "한정 링"으로 지칭됨)(140) 가 상부 전극 (102) 과 하부 전극 (104) 사이에 배치된다. 한정 링 (140) 은 챔버 내에서 생성된 플라즈마가 충분히 담기는 한정된 챔버 볼륨을 규정한다. 한정 챔버 볼륨은 플라즈마 영역 (108) 을 규정한다. 한정 링 (140) 은 프로세싱 챔버 (100) 의 상부 전극 (102) 및 하부 전극 (104) 사이에 규정된 플라즈마 영역 (108) 의 내부를 향하는 C-형상 개구부를 갖는 C-형상 구조체이다. 한정 링 (140) 의 형상 및 플라즈마를 영역으로 한정하는 기능에 기초하여, 한정 링은 또한 "C-슈라우드"로 지칭될 수도 있다. 한정 링 (140) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 내의 연장된 플라즈마 영역 (108) 내에 플라즈마를 한정하도록 사용된다. 한정 링 (140) 은 상부 전극 (102) 의 일부인 외측 전극 (102b) 에 상단에서 커플링되도록 구성된다. 한정 링 (140) 은 상부 전극 (102) 의 일부이고 그리고 한정 링 (140) 의 하단 섹션은 하부 전극 (104) 의 지지 구조체 (118) 의 상단 표면 상에 놓이도록 (rest) 구성된다. RF 개스킷 (116) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 가 프로세싱을 위해 인게이지될 (engage) 때 상부 전극 (102) 과 하부 전극 (104) 사이에 긴밀한 (tight) 커플링을 제공하도록 지지 구조체 (118) 의 상단 표면 상에 제공된다. RF 개스킷 (116) 은 상부 전극 (102) 과 하부 전극 (104) 사이의 커플링이 기밀하다는 (air-tight) 것을 보장한다. 일 구현 예에서, 지지 구조체 (118) 는 적어도 기판 지지 표면, 에지 링 (112), 하나 이상의 유전체 링들 (120), 및 접지 링 (122) 을 포함하는 하부 전극 (104) 의 영역을 둘러싸도록 구성된다.
도 1의 플라즈마 프로세싱 챔버는 특정한 부분들만을 포함하는 것으로 도시되지만, 실제로 플라즈마 프로세싱 챔버는 기판을 프로세싱하기 위해 필요한 복수의 부가적인 컴포넌트들을 포함하는 것을 주의해야 한다. 또한, 도 1에 도시된 다양한 컴포넌트들은 다양한 컴포넌트들의 상이한 피처들을 식별하기 위해 스케일링되지 (scale) 않을 수도 있고 그리고/또는 과장될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 한정 링 (140) 은 상부 수평 섹션 (141), 수직 섹션 (142), 및 하부 수평 섹션 (143) 을 포함한다. 상부 수평 섹션 (141) 은 제 1 길이로 연장하고 그리고 플라즈마 영역 (108) 과 대면하는 하단 표면 (141a) 및 플라즈마 영역 (108) 으로부터 이격되어 대면하는 상단 표면 (141b) 에 의해 규정된다. 복수의 홀들은 한정 링 (140) 을 상부 전극 (102) 에 커플링할 때 외측 전극 (102b) 의 하단 표면 상에 규정된 패스너 수단을 수용하도록 상단 표면 (141b) 에 걸쳐 분포된다. 일 구현 예에서, 상부 수평 섹션 (141) 의 하단 표면 (141a) 및 상단 표면 (141b) 은 실질적으로 편평하다 (즉, 수평이다). 또 다른 구현 예에서, 제 1 단차 (148a) 는 상부 수평 섹션 (141) 의 내부 에지에서 상부 수평 섹션 (141) 의 상단 표면 (141b) 상에 규정된다. 제 1 단차는 외측 전극 (102b) 을 수용하도록 사용될 수도 있고 그리고 한정 링 (140) 을 외측 전극 (102b) 에 커플링할 때 한정 링 (140) 의 신뢰할 수 있는 (reliable) 메이팅을 제공하도록 사용될 수도 있다. 이 구현 예에서, 상부 수평 섹션 (141) 의 하단 표면 (141a) 은 실질적으로 편평하다. 또 다른 구현 예에서, 제 1 단차 (148a) 는 상부 수평 섹션 (141) 의 상단 표면 (141b) 상에 규정되고 그리고 제 2 단차 (148b) 는 상부 수평 섹션 (141) 의 내부 에지에서 상부 수평 섹션 (141) 의 하단 표면 (141a) 상에 규정된다. 이 구현 예에서, 제 1 단차 (148a) 및 제 2 단차 (148b) 모두 높이로 연장할 수도 있다. 또 다른 구현 예에서, 제 1 단차 (148a) 는 제 1 높이로 연장할 수도 있고 그리고 제 2 단차 (148b) 는 제 2 높이로 연장할 수도 있다. 또 다른 구현 예에서, 상부 수평 섹션 (141) 의 하단 표면 (141a) 은 상부 수평 섹션을 따라 기울기를 규정하도록 상부 내측 반경 (151) 을 향해 위로 각도를 제공한다. 일 예에서, 상부 수평 섹션의 하단 표면 상의 기울기의 각도는 0 °보다 더 크고 1 °보다 더 작게 규정될 수도 있지만, 기울기에 대한 다른 범위들이 또한 구상될 (envision) 수도 있다.
수직 섹션 (142) 은 플라즈마 영역 (108) 과 대면하는 내측 표면 (142a) 및 플라즈마 영역 (108) 으로부터 이격되어 대면하고 그리고 프로세싱 챔버 (100) 의 벽의 내측 측면을 향하는 외측 표면 (142b) 을 포함한다. 일 구현 예에서, 수직 섹션 (142) 의 내측 표면 (142a) 및 외측 표면 (142b) 은 수직이다. 도 1은 수직인 수직 섹션 (142) 의 내측 표면 (142a) 및 외측 표면 (142b) 의 이러한 일 예를 도시한다. 또 다른 구현 예에서, 수직 섹션 (142) 의 내측 표면 (142a) 은 보우되는 (bow) 한편 수직 섹션 (142) 의 외측 표면 (142b) 은 수직이다. 또 다른 구현 예에서, 수직 섹션 (142) 의 내측 표면 (142a) 및 외측 표면 (142b) 모두는 모두 보우된다.
하부 수평 섹션 (143) 은 제 2 길이로 연장하고 그리고 플라즈마 영역 (108) 과 대면하는 상단 표면 (143a) 및 플라즈마 영역 (108) 으로부터 이격되어 대면하는 하단 표면 (143b) 에 의해 규정된다. 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 은 수직 섹션으로부터 하부 수평 섹션 (143) 의 내측 에지를 향해 아래로 기울어진다. 하부 수평 섹션 (143) 의 기울기는 상부 수평 섹션 (141) 과 하부 수평 섹션 (143) 사이에 규정된 갭의 높이의 변동을 유발한다. 일부 구현 예들에서, 수직 섹션 (142) 근방의 상부 수평 섹션 (141) 과 하부 수평 섹션 (143) 사이에 규정된 제 1 높이 (h1) 는 하부 수평 섹션 (143) 의 내측 에지 근방의 상부 수평 섹션 (141) 과 하부 수평 섹션 (143) 사이에 규정된 제 2 높이 (h2) 보다 더 작다. 부가적으로, 하부 수평 섹션 (143) 은 하부 수평 섹션 (143) 의 내측 에지에 배치되고 그리고 하부 수평 섹션 (143) 의 하단 표면 (143b) 으로부터 아래로 연장하는 연장 섹션 (144) 을 포함한다. 도 1에 예시된 일 구현 예에서, 연장 섹션 (144) 은 직선인 내측 표면을 포함한다.
일 구현 예에서, 상부 수평 섹션 (141), 수직 섹션 (142) 및 하부 수평 섹션 (143) 은 C-형상 구조체를 규정하도록 일체로 연결될 수도 있다. 또 다른 구현 예에서, 상부 수평 섹션 (141), 수직 섹션 (142) 및 하부 수평 섹션 (143) 은 수직 섹션 (142) 의 상단 상에 놓이도록 설계된 상부 수평 섹션 (141) 의 하단 표면을 갖는 3 개의 분리된 피스들일 수도 있고, 그리고 수직 섹션 (142) 의 상단 표면과 커플링될 수도 있다.
수직 섹션 (142) 의 하단 표면은 하부 수평 섹션 (143) 의 상단에 놓이고 그리고 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 에 커플링되도록 설계된다. 상부 수평 섹션 (141), 수직 섹션 (142) 및 하부 수평 섹션 (143) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 내에서 생성된 플라즈마를 플라즈마 영역 (108) 으로 한정하기 위한 C-형상 구조체를 함께 형성한다.
도 2a는 일 구현 예에서, 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 내에서 사용된 한정 링 (140) 의 확대된 단면도를 예시한다. 도 2a의 예시는 한정 링 (140) 의 다양한 기준 지점들을 식별한다. 주의된 바와 같이, 한정 링 (140) 은 C-형상 구조체이고 상부 수평 섹션 (141), 수직 섹션 (142), 하부 수평 섹션 (143) 및 연장 섹션 (144) 을 포함한다. 상부 수평 섹션 (141) 은 한정 링 (140) 의 외측 반경 (150) 과 상부 내측 반경 (151) 사이에서 연장하고 그리고 하단 표면 (141a) 및 상단 표면 (141b) 을 포함한다. 상부 수평 섹션 (141) 의 하단 표면 (141a) 및 상단 표면 (141b) 은 상부 내측 반경 (151) 에서의 단차를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 하단 표면 (141a) 은 플라즈마 영역 (108) 과 대면하고 그리고 상단 표면 (141b) 은 플라즈마 영역 (108) 으로부터 이격되어 대면한다. 상부 수평 섹션 (141) 의 상단 표면 (141b) 은 원형 배향으로 균일하게 분포된 복수의 패스너 홀들 (또는 단순히 "홀들"로 지칭됨―미도시) 을 포함하고 그리고 외측 전극 (102b) 의 하단 표면을 따라 배치된 대응하는 패스너 수단과 정렬하도록 규정된다. 외측 전극 (102b) 의 패스너 수단 및 외측 전극 (102b) 의 상단 표면 (141b) 상의 패스너 홀들은 한정 링 (140) 을 상부 전극 (102) 에 커플링하도록 규정된다.
한정 링의 수직 섹션 (142) 은 한정 링 (140) 의 외측 반경 (150) 과 내부 반경 (153) 사이에 배치된다. 수직 섹션 (142) 은 플라즈마 영역 (108) 의 내부를 대면하는 내측 표면 (142a) 및 플라즈마 영역 (108) 으로부터 이격되어 대면하는 외측 표면 (142b) 을 포함한다. 수직 섹션 (142) 의 내측 표면 (142a) 및 외측 표면 (142b) 중 하나 또는 모두는 수직이거나 보우될 수도 있다. 수직 섹션은 플라즈마가 한정되는 갭을 규정하기 위해 높이로 상부 수평 섹션 (141) 과 하부 수평 섹션 (143) 사이에서 연장한다. 일부 구현 예들에서, 수직 섹션 (142) 은 C-형상 구조체를 규정하기 위해 상부 수평 섹션 (141) 을 하부 수평 섹션 (143) 에 커플링한다.
하부 수평 섹션 (143) 은 한정 링 (140) 의 하부 외측 반경 (150) 과 내측 반경 (152) 사이에서 연장한다. 일 구현 예에서, 한정 링 (140) 의 내측 하부 반경 (152) 은 한정 링 (140) 의 상부 내측 반경 (151) 보다 더 작다. 하부 수평 섹션은 상단 표면 (143a) 및 하단 표면 (143b) 을 포함한다. 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 은 하부 내측 반경 (152) 을 향해 아래로 각도를 제공하도록 규정되는 한편, 하부 수평 섹션 (143) 의 하단 표면 (143b) 은 편평한 것으로 규정된다. 각도는 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 을 따른 기울기를 규정한다. 일 구현 예에서, 기울기는 한정 링의 내부 반경 (153) 근방에서 시작되고 그리고 하부 내측 반경 (152) 을 향해 연장한다. 기울기를 갖는 상단 표면 (143a) 및 편평한 프로파일을 갖는 하단 표면 (143b) 은 하부 수평 섹션 (143) 의 길이를 따라 두께의 변동을 발생시킨다. 예를 들어, 상단 표면 (143a) 을 따른 기울기는 한정 링 (140) 의 내부 반경 (153) 근방에서 제 1 두께 (T1) 를 갖도록 그리고 한정 링 (140) 의 하부 내측 반경 (152) 근방에서 제 2 두께 (T2) 를 갖도록 하부 수평 섹션 (143) 을 발생시키고, (T1) 은 (T2) 보다 더 크다. 일 구현 예에서, 제 1 두께 (T1) 는 제 2 두께 (T2) 보다 약 10 ％ 내지 약 40 ％ 더 크게 규정된다. 또한, 두께의 변동은 상부 수평 섹션 (141) 의 하단 표면 (141a) 과 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 사이에 규정된 갭의 높이의 변동을 유발하고, 갭은 플라즈마 영역 (108) 을 규정한다. 예를 들어, 기울기는 한정 링 (140) 의 내부 반경 근방에 규정된 제 1 높이 (h1) 및 하부 내측 반경 (152) 근방의 제 2 높이 (h2) 를 발생시키고, 제 1 높이 (h1) 는 제 2 높이 (h2) 보다 더 작다.
일 구현 예에서, 수평 x-축에 대한 하부 수평 섹션 (143) 의 기울기에 의해 규정된 경사 각도 (147) 는 약 0.20 ° 내지 약 1 °이도록 규정될 수도 있다. 기울기의 각도에 대한 전술한 범위는 단순한 예로서 제공되고 그리고 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. 결과적으로, 일부 구현 예들에서, 기울기의 각도는 이 범위보다 더 크거나 더 작게 구상될 수 있고, 그리고 각도의 이러한 증가 또는 감소는 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 의 내부 치수들, 수행되는 프로세스의 타입, 플라즈마를 생성하기 위해 사용되는 프로세스 가스들의 타입, 생성되고 제거될 부산물들 및 중성 가스 종의 타입, 플라즈마 프로세싱 챔버의 액세스 개구부들, 등에 기초할 수도 있다. 일 구현 예에서, 한정 링은 실리콘으로 이루어진다. 다른 구현 예들에서, 한정 링은 폴리실리콘, 또는 실리콘 카바이드, 또는 붕소 카바이드, 또는 세라믹, 또는 알루미늄, 또는 플라즈마 영역 (108) 의 프로세싱 조건들을 견딜 수 있는 임의의 다른 재료로 이루어질 수도 있다.
하부 수평 섹션 (143) 은 하부 내측 반경 (152) 에 규정된 연장 섹션 (144') 을 포함한다. 도 2a에 예시된 구현 예에서, 연장 섹션 (144') 은 비스듬한 (angle) 상단 섹션 (144a) 및 수직 하단 섹션 (144b) 을 포함한다. 연장 섹션 (144) 의 이러한 설계는, 도 1의 연장 섹션 (144) 은 연장 섹션의 직선 내부 표면을 포함하는 반면, 도 2a의 연장 섹션은 연장 섹션 (144') 의 상단 부분에 경사진 (incline) 부분을 포함하여, 도 1에서 사용된 설계와 상이하다. 하향 경사 지점 (149) 에 규정된 비스듬한 상단 섹션 (144a) 은 비스듬히 경사지고, 하향 경사 지점 (149) 은 상부 표면 (143a) 과 하부 내측 반경 (152) 의 내측 표면의 교차점에서 규정된다. 비스듬한 상단 섹션 (144a) 의 경사 각도는 약 0 ° 내지 약 10 °일 수도 있다. 전술한 범위는 일 예로서 제공되고 그리고 제한적이거나 완전한 것으로 간주되지 않아야 한다. 수직 하단 섹션 (144b) 은 비스듬한 상단 섹션 (144a) 아래에 배치되고 그리고 하부 수평 섹션 (143) 의 하단 표면 (143b) 너머 높이로 수직으로 아래로 연장한다. 연장 섹션 (144') 은 하부 수평 섹션 (143) 에 연속성을 제공한다. 수직 하단 섹션 (144b) 은 하부 전극 (104) 에 규정된 지지 구조체 (118) 의 상단 표면 상에 배치된 RF 개스킷 (116) 상에 놓이도록 구성된다.
도 2b는 일 구현 예에서, 도 2a에 예시된 한정 링 (140) 의 설계의 변형을 예시한다. 도 2b의 한정 링 (140') 은 한정 링 (140) 의 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 상에 규정된 기울기에 부가하여 하부 수평 섹션 (143) 의 하단 표면 (143b) 을 따라 규정된 제 2 기울기를 포함한다. 도 2a 및 도 2b 모두에 공통인 한정 링 (140) 의 다양한 컴포넌트들은 동일한 참조 번호들을 사용하여 나타내고 그리고 유사한 방식으로 기능한다. 하부 수평 섹션 (143) 의 하단 표면 (143b) 은 하부 수평 섹션 (143) 의 하단 표면 (143b) 을 따라 제 2 기울기를 규정하도록 하부 내측 반경 (152) 을 향해 아래로 제 2 각도를 제공하도록 규정된다. 도 2a의 기울기의 구현과 유사하게, 제 2 기울기는 한정 링의 내부 반경 (153) 근방에서 시작하고 그리고 하부 내측 반경 (152) 을 향해 연장하도록 규정된다. 일 구현 예에서, 하부 수평 섹션 (143) 의 하단 표면 (143b) 을 따라 규정된 제 2 기울기의 제 2 각도는 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 을 따라 규정된 기울기의 각도와 동일하다. 예를 들어, 제 2 기울기는 약 0.20 ° 내지 약 1 °로 규정된다. 이 구현 예에서, 하부 수평 섹션 (143) 의 두께는 하부 수평 섹션 (143) 의 길이를 따라 균일하다.
또 다른 구현 예에서, 하단 표면 (143b) 을 따라 규정된 제 2 기울기의 제 2 각도는 상단 표면 (143a) 을 따라 규정된 기울기와 상이할 수도 있다. 예를 들어, 제 2 기울기의 제 2 각도는 하부 수평 섹션 (143) 의 길이를 따른 두께의 변동을 야기하는 상단 표면 (143a) 을 따른 기울기의 각도보다 더 클 수도 있다. 이 구현 예에서, 내부 반경 (153) 근방의 두께 (T1) 는 하부 내측 반경 (152) 근방의 두께 (T2) 보다 더 작을 수도 있다. 이 구현 예는 두께가 하부 수평 섹션 (143) 의 길이를 따라 가변하는 도 2a에 예시된 구현 예의 변형이다. 예를 들어, 내부 반경 (153) 근방의 두께 (T1) 는 하부 내측 반경 (152) 근방의 두께 (T2) 보다 더 작지만, 도 2a의 구현 예에서, 내부 반경 (153) 근방의 두께 (T1) 는 하부 내측 반경 (152) 근방의 두께 (T2) 보다 더 크다. 이는 플라즈마 영역 (108) 내 플라즈마로의 노출로 인해 하부 내측 반경 (152) 에서 예상되는 부가적인 마모를 수용하기 위한 것일 수도 있다.
도 2c는 도 2a에 예시된 한정 링 (140) 의 대안적인 구현 예를 예시한다. 이 구현 예에서, 연장 섹션 (144) 은 상단 섹션 (144a') 및 수직 하단 섹션 (144b) 에 의해 규정된다. 상단 섹션 (144a') 은 도 2a에 예시된 비스듬한 상단 섹션 대신 하부 내측 반경 (152) 에 배치된 내측 표면을 따라 직선 프로파일을 포함하도록 도시된다. 도 2c에 예시된 구현 예에서, 상단 섹션 (144a') 은 하부 수평 섹션 (143) 의 하단 표면 (143b) 까지 하부 내측 반경 (152) 에서 아래로 연장하고 그리고 수직 하단 섹션 (144b) 은 상단 섹션 (144a') 의 연장이고, 수직 하단 섹션 (144b) 은 한정 링 (140) 의 하부 수평 섹션 (143) 의 하단 표면 (143b) 아래로 연장한다.
도 2a 내지 도 2c에 예시된 구현 예들은 상단 표면 (143a) 을 따라 그리고 상단 표면 (143a) 및 하단 표면 (143b) 모두를 따라 규정된 기울기를 갖는 한정 링 (140) 의 수직 단면도들을 도시한다. 도 2a 및 도 2b의 단면도는 또한 한정 링 (140) 의 하부 수평 섹션 (143) 의 길이를 따라 규정된 슬롯 (145) 을 도시한다. 한정 링 (140) 은 한정 링 (140) 의 하부 수평 섹션 (143) 을 따라 균일하게 분포된 복수의 슬롯들을 포함하고, 슬롯 각각은 내경과 외경 사이에서 길이 방향으로 그리고 하부 수평 섹션의 상단 표면 (143a) 과 하단 표면 (143b) 사이에서 깊이 방향으로 연장한다. 슬롯들의 기하 구조와 관련된 상세들은 도 4a 및 도 4b를 참조하여 기술될 것이다. 하부 수평 섹션 (143) 을 따라 규정된 복수의 슬롯들 (145) 은 플라즈마 영역 내에 플라즈마를 최적으로 한정하면서 부산물들이 플라즈마 영역을 벗어나도록 도관을 제공한다.
도 3은 일 구현 예에서, 하부 수평 섹션 (143) 에 규정된 기울어진 기하 구조를 갖는 한정 링이 사용될 때 기판의 반경에 걸친 플라즈마 밀도의 변동으로 인한 에칭 레이트의 변동을 식별하는 그래프를 예시한다. 그래프는 다양한 구현 예들에서 기술된 바와 같이 기울어진 기하 구조를 갖는 한정 링을 사용하여 프로세싱된 기판의 표면에 걸친 옥사이드 블랭킷 (blanket) 에칭 레이트를 도시한다. 블랭킷 에칭 레이트는 기판의 표면 위의 플라즈마 밀도의 합리적인 측정을 나타낸다. 그래프 선 (301) 은 기울기가 없는 한정 링이 사용될 때 기판 표면 상의 에칭 레이트의 변동을 도시하고 그리고 그래프 선 (302) 은 하부 수평 섹션 (143) 을 따라 규정된 기울기를 갖는 한정 링이 사용될 때 기판 표면 상의 에칭 레이트의 변동을 도시한다. 그래프 선 (301) 을 따라 나타낸 에칭 레이트는 선 (304) 에 의해 규정된 에지-배제 영역까지 기판의 길이를 따라 훨씬 더 많은 변동을 나타낸다. 에칭 레이트의 변동은 박스 (303) 에서 알 수 있는 바와 같이, 150 ㎜ 기판에 대해 약 70 ㎜ 내지 약 135 ㎜의 반경에 대한 그래프 선 (301) 에서 더 두드러진다. 예를 들어, 에칭 레이트는 반경의 중간 지점 (즉, 최대 약 70 ㎜) 까지 기판 표면을 따라 점진적인 감소를 나타내는 기판의 에지 배제 영역까지 에칭 레이트가 상당히 증가하기 시작한다. 다른 한편으로, 그래프 선 (302) 은 에지 배제 영역까지 기판 표면의 길이를 따라 에칭 레이트의 더 점진적인 감소를 도시한다. 그래프 선 (302) 에 도시된 에칭 레이트의 점진적인 감소는 한정 링 (140) 의 상부 수평 섹션과 하부 수평 섹션 사이에 규정된 갭의 증가로부터 발생하는 증가된 플라즈마 볼륨의 플라즈마 확산의 변화들에 기인한다고 가정된다.
일 구현 예에서, 하부 수평 섹션을 따른 기울기의 양은 제 1 높이 (h1) 및 제 2 높이 (h2) (즉, 상부 수평 섹션 (141) 과 하부 수평 섹션 (143) 사이에 규정된 갭) 를 약 + 2 ㎜ 내지 약 + 8 ㎜만큼 증가시키도록 규정될 수도 있다. 블랭킷 에칭 레이트에 대한 이러한 증가의 영향은 특히 박스 (303) 에 의해 커버된 영역에서 그래프 선 (302) 에 의해 도시된다. 예로서, 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 을 따라 규정된 약 0.55 ° 내지 약 0.60 °의 기울기는 제 1 높이 (h1) 로부터의 약 0.60 ㎜ 내지 약 0.65 ㎜의 제 2 높이 (h2) 의 차를 발생시킬 것이다. 일 구현 예에서, 상부 내측 반경 (151) 은 약 203 ㎜ (약 8 인치) 내지 약 218.5 ㎜ (약 8.6 인치) 로 규정된다. 일 구현 예에서, 하부 내측 반경 (152) 은 약 177 ㎜ (약 7 인치) 내지 약 198.5 ㎜ (약 7.8 인치) 로 규정된다. 일 구현 예에서, 내부 반경 (153) 은 약 248 ㎜ (약 9.8 인치) 내지 약 262 ㎜ (약 10.3 인치) 로 규정된다. 일 구현 예에서, 외측 반경은 약 254 ㎜ (약 10 인치) 내지 약 267 ㎜ (약 10.5 인치) 로 규정된다. 일 구현 예에서, 슬롯 (145) 의 길이는 약 48 ㎜ (약 1.9 인치) 내지 약 61 ㎜ (약 2.4 인치) 로 규정된다. 일 구현 예에서, 하부 수평 섹션 (143a) 의 깊이 (즉, 두께 (T1)) 는 약 6 ㎜ (약 0.25 인치) 내지 약 8.4 ㎜ (약 0.33 인치) 로 규정된다. 일 구현 예에서, 하부 수평 섹션 (143a) 상에 규정된 기울기는 제 1 높이 (h1) 가 약 29 ㎜ (약 1.18 인치) 내지 약 31 ㎜ (약 1.22 인치) 가 되게 할 수도 있고 그리고 제 2 높이가 약 31 ㎜ (약 1.22 인치) 내지 약 32 ㎜ (약 1.24 인치) 가 되게 할 수도 있다. 일 구현 예에서, 하부 수평 섹션 (143a) 상의 기울기로 인한 두께 (T2) 는 약 5.8 ㎜ (약 0.23 인치) 내지 약 7.2 ㎜ (약 0.28 인치) 로 규정될 수도 있다. 한정 링의 다양한 컴포넌트들에 대한 전술한 범위는 단순한 예들로서 제공되고 그리고 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. 다양한 컴포넌트들에 대한 전술한 범위들에 대한 다른 범위들 또는 조정들은 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 의 내부 치수들, 수행되는 프로세스의 타입, 플라즈마를 생성하기 위해 사용되는 프로세스 가스들의 타입, 생성되고 제거될 부산물들 및 중성 가스 종의 타입, 플라즈마 프로세싱 챔버의 액세스 개구부들, 플라즈마 프로세싱 챔버의 하드웨어 컴포넌트들의 기하 구조, 등에 기초하여 구상될 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 일부 예시적인 구현 예들에서, 한정 링 (140) 의 하부 수평 섹션 (143) 의 길이를 따라 규정된 복수의 슬롯들을 갖는 한정 링의 변형들을 예시한다. 하부 수평 섹션 (143) 의 길이를 따른 복수의 슬롯들 (145) 은 기판 (110) 의 프로세싱 동안 플라즈마 영역 (108) 내에 형성된 부산물들을 효율적으로 제거하도록 사용된다. 도 4a에 예시된 예시적인 구현 예에서, 복수의 슬롯들의 슬롯 (145) 각각은 하부 수평 섹션 (143) 의 내경 (inner diameter; ID) (145a) 과 외경 (outer diameter; OD) (145b) 사이에서 방사상으로 연장하도록 도시된다. 슬롯 (145) 의 ID (145a) 는 하부 수평 섹션 (143) 의 내측 링 직경 (inner ring diameter; IRD) 보다 더 크고, IRD는 하부 수평 섹션 (143) 의 하부 내측 반경 (152) 에 의해 규정된다. 슬롯 (145) 의 OD (145b) 는 슬롯 (145) 의 ID (145a) 보다 더 크지만 한정 링 (140) 의 외측 링 직경 (outer ring diameter; ORD) 보다 더 작도록 규정되고, ORD는 한정 링 (140) 의 외측 반경 (150) 에 의해 규정된다. 즉, 슬롯들 (145) 은 하부 수평 섹션 (143) 의 폭 (w) (즉, w = ORD - IRD) 보다 더 작은 길이 (l) (즉, l = OD - ID) 동안 연장한다. 슬롯 (145) 각각은 평행한 슬롯 기하 구조를 사용하여 규정되고, 슬롯 (145) 의 ID (145a) 에서 내측 슬롯 반경 (inner slot radius; ISR) (145c) 은 슬롯 (145) 의 OD (145b) 에서 외측 슬롯 반경 (outer slot radius; OSR) (145d) 과 동일하다. 평행한 슬롯 기하 구조를 갖는 슬롯 (145) 각각은 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 과 하단 표면 (143b) 사이에서 연장하도록 규정된다.
도 4b는 한정 링 (140") 의 하부 수평 섹션 (143) 의 표면을 따라 규정된 슬롯 (145') 의 대안적인 구현 예를 예시한다. 이 구현 예에서, 슬롯들 (145') 은 도 4a의 슬롯들 (145) 을 규정하기 위해 사용된 평행한 슬롯 기하 구조 대신 테이퍼된 슬롯 기하 구조를 사용하여 규정된다. 도 4a에서와 같이, 슬롯 (145') 각각은 ID (145a) 으로부터 OD (145b) 으로 연장한다. ID (145a) 는 하부 수평 섹션 (143) 의 IRD보다 더 작고, IRD는 하부 내측 반경 (152) 에 의해 규정된다. OD (145b) 은 IRD보다 더 크지만 한정 링 (140") 의 ORD보다 더 작고, ORD는 외측 반경 (150) 에 의해 규정된다. 이 구현 예에서, 복수의 슬롯들 (145') 각각은 슬롯 테이퍼를 포함하도록 테이퍼된 슬롯 기하 구조를 사용하여 규정된다. 슬롯 테이퍼는 슬롯 (145') 의 ID (145a) 에서의 좁은 내측 슬롯 반경 (145c') 및 슬롯 (145') 의 OD (145b) 에서의 더 넓은 외측 슬롯 반경 (145d') 을 규정함으로써 형성된다. ISR (145c') 및 OSR (145d') 의 변동은 슬롯 (145') 각각이 ID (145a) 에서 더 좁아지고 그리고 OD (145b) 에서 더 넓게 한다. 일 구현 예에서, ID (145a) 에서의 좁은 ISR을 보상하기 위해, 슬롯 (145') 의 길이 (I) 는 플라즈마 영역 (108) 을 탈출하기 위해 부산물들 및 중성 가스 종을 위한 충분한 면적을 제공하도록 증가될 수도 있다. 대안적인 구현 예에서, 슬롯들 (145') 의 수는 ID (145a) 에서 좁은 ISR (145c') 을 보상하도록 증가될 수도 있고, 슬롯들 (145') 이 증가되는 수는 슬롯들 (145') 의 마모에 대응한다.
슬롯 (145') 각각의 ISR (145c') 및 OSR (145d') 은 슬롯 (145') 의 대응하는 ID (145a) 및 OD (145b) 에서 마모 레이트의 역이도록 사이징된다. 슬롯 (145') 의 길이를 따른 마모는 OD에서 슬롯 (145') 의 영역보다 더 마모되는 ID에서 슬롯 (145') 의 영역과 함께 플라즈마에 대한 슬롯 (145') 의 길이를 따른 상이한 부분들의 노출의 양으로 인해 고르지 않다. ID (145a) 에서 슬롯들을 더 좁게 만드는 것은 플라즈마가 슬롯을 통해 탈출할 때 임계 폭에 도달하는 시작 (onset) 을 오프셋함으로써 (offset) 한정 링의 수명을 증가시킬 것이다. 동시에, 슬롯의 OD (145b) 를 더 크게 하는 것은 ID (145a) 가 더 좁기 때문에 가스 컨덕턴스의 손실이 없다는 것을 보장한다. 테이퍼된 슬롯 기하 구조는 ID (145a) 에서 슬롯 (145') 의 마모로 하여금 OD (145b) 에서 슬롯 (145') 의 마모와 거의 동시에 임계 치수에 도달하게 한다. 또한, ISR의 사이즈 및 OSR의 사이즈는 플라즈마 영역 (108) 으로부터 부산물들 및 중성 가스 종의 제거를 가능하게 하도록 규정된다. 슬롯을 규정하도록 사용된 테이퍼 기하 구조는 한정 링 (140') 의 사용 수명을 연장한다.
도 4a 및 도 4b에 예시된 슬롯들 (145 및 145') 은 스케일링되지 (scale) 않고, 그리고 한정 링 (140, 140") 의 하부 수평 섹션 (143) 의 길이를 따라 슬롯들을 규정하도록 사용된 슬롯 프로파일을 예시하도록 과장되었다. 한정 링 (140) 이 하부 수평 섹션 (143) 의 길이를 따라 비스듬한 상단 표면 (143a) 및 비스듬한 하단 표면 (143b) 을 포함하는 구현 예들 중 일부에서, 하단 표면의 각도는 하단 표면을 상단 표면에 평행하게 유지하기 위해 상단 표면 상의 각도와 동일하게 규정된다. 이러한 설계는 한정 링 (140) 의 기계적 강도를 개선하는 것을 보조하여, 사용 수명을 개선한다. 한정 링 (140) 의 하부 수평 섹션 (143) 을 따라 슬롯들을 규정하기 위해 테이퍼된 슬롯 프로파일을 사용함으로써 사용 수명의 추가 개선이 구상될 수도 있다. 기울어진 하부 수평 섹션 (143) 과 함께 슬롯들 (145) 을 규정하도록 사용된 테이퍼된 슬롯 프로파일들은 기판의 표면에 걸쳐 최적의 에칭 레이트를 제공하기 위해 플라즈마 영역 (108) 에서 최적의 플라즈마 밀도를 유지하면서 슬롯들의 길이를 따른 슬롯들의 마모는 거의 동시에 임계 치수에 도달한다는 것을 보장한다.
도 5a는 일 구현 예에서, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용된 한정 링 (140) 의 하부 수평 섹션 (143) 을 따라 슬롯들 (145') 을 규정하도록 사용된 테이퍼된 슬롯 프로파일의 일 예를 예시한다. 도 5a는 또한 평행한 슬롯 프로파일을 사용하여 규정된 슬롯 (145) 에 대해 테이퍼된 슬롯 프로파일을 사용하여 규정된 슬롯 (145') 의 슬롯 프로파일의 변동을 도시한다. 테이퍼된 슬롯 프로파일을 갖는 슬롯 (145') 은 적색 선으로 도시되는 한편 평행한 슬롯 프로파일을 갖는 슬롯 (145) 은 회색 선으로 도시된다. 이전에 언급된 바와 같이, 슬롯들 (145') 은 하부 수평 섹션 (143) 의 수평 표면을 따라 ID (145a) 과 OD (145b) 사이에서 연장하도록 규정되고, 슬롯들 (145') 의 ID (145a) 은 하부 수평 섹션 (143) 의 하부 내측 반경 (152) 에 의해 규정된 IRD보다 더 크고 그리고 슬롯들 (145') 의 OD (145b) 는 ID (145a) 보다 더 크지만, 외측 반경 (150) 에 의해 규정된 한정 링의 ORD보다 더 작다. (도 5a에서 적색 선으로 도시된) 슬롯 (145') 은 OSR (145d') 에 의해 규정된 OD에서 더 넓거나 (wide) 더 넓은 (broad) 슬롯 폭 및 ISR (145c') 에 의해 규정된 ID에서 더 좁은 슬롯 폭을 포함한다 (즉, ISR (145c') < OSR (145d')). 슬롯이 슬롯 길이를 따라 상이하게 마모됨에 따라, 슬롯 (145') 의 테이퍼된 기하 구조는 한정 링 (140') 이 교체되어야 할 때 테이퍼된 슬롯 (145') 전체가 거의 동시에 임계 치수에 도달할 수 있도록 OD에서보다 슬롯 마모에 대해 ID에서 더 큰 면적을 제공한다. 이는 평행한 슬롯 프로파일을 사용하여 규정된 (도 5a에서 회색 선으로 도시된) 슬롯 (145) 과 상이하다. 평행한 슬롯 프로파일을 갖는 슬롯 (145) 은 슬롯 (145) 의 길이를 따라 균일한 슬롯 폭으로 규정된다―즉, ISR (145c) 에 의해 규정된 슬롯 (145) 의 ID (145a) 에서의 내측 슬롯 폭은 OSR (145d) 에 의해 규정된 OD (145b) 에서의 외측 슬롯 폭과 동일하다. 평행한 슬롯 프로파일은 슬롯 (145) 의 길이를 따라 고르지 않은 마모를 유발할 수도 있어, 한정 링 (140) 전체가 대체될 것을 요구한다.
따라서, 한정 링의 기계적 강도가 한정 링의 유효 수명 내내 손상되지 않음을 보장하면서 한정 링 (140) 의 조기 교체를 방지하고 그리고 사용 수명을 연장하기 위해, 한정 링 (140) 은 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 및 하단 표면 (143b) 모두를 따라 규정된 기울기 및 테이퍼된 슬롯 프로파일을 갖는 슬롯들 (145') 을 갖는 하부 수평 섹션 (143) 을 포함하도록 설계될 수도 있다. 하부 수평 섹션 (143) 의 하단 표면 (143b) 에 기울기를 부가하는 것은, 특히 하단 표면 (143b) 상에 규정된 기울기가 상단 표면 (143a) 상에 규정된 기울기와 동일할 때, 하단 표면을 비스듬한 상단 표면에 평행하게 유지하여, 한정 링의 기계적 강도를 개선한다. 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 을 따른 기울기 및 평행한 슬롯 프로파일을 갖는 슬롯들 (145) 을 규정하는 것과 같은, 또는 하부 수평 섹션 (143) 의 상단 표면 (143a) 을 따른 기울기 및 테이퍼된 슬롯 프로파일을 갖는 슬롯들 (145') 을 규정하는 것과 같은 한정 링 (140) 의 설계의 변형들은 또한 기판 표면의 길이에 걸쳐 플라즈마 밀도를 개선하도록 구상될 수도 있다.
도 5b는 일 구현 예에서, 테이퍼된 슬롯 프로파일로 규정된 슬롯들 (145') 의 예시적인 마모 프로파일을 예시한다. 슬롯 (145') 의 시작 프로파일은 두꺼운 적색 선으로 중심에 도시되고, ID (145a) 에서의 ISR (145c) 은 OD (145b) 에서의 OSR (145d) 보다 더 작다. 슬롯 (145') 이 플라즈마 영역 (108) 으로부터 플라즈마에 노출될 때, 프로세스 동작들 동안, 슬롯 (145') 의 길이를 따른 영역들은, OD (145b) 주변의 영역보다 ID (145a) 근방의 영역에서 더 많은 마모를 나타내는 고르지 않은 마모를 나타낸다. 슬롯 (145') 의 ID 근방의 좁은 단부에서의 마모 레이트가 높고 그리고 슬롯 (145') 의 OD 근방의 더 넓은 단부에서의 마모 레이트가 낮기 때문에, 더 넓은 단부 근방의 영역은 좁은 단부 근방의 영역보다 더 느리게 임계 치수에 도달하고 그리고 따라서 슬롯 (145') 의 더 넓은 단부는 슬롯 (145') 의 더 넓은 단부가 임계 치수 한계에 도달하기 전에 좁은 단부와 동일한 양의 프로세스 동작들을 견딜 수 있어서 한정 링 (140') 의 사용 수명을 연장한다. 도 5b는 테이퍼된 슬롯 (145') 을 둘러싸는 박형 라운딩된 직사각형으로서 테이퍼된 슬롯 (145') 의 수명 종료 프로파일을 도시하고, 테이퍼된 슬롯의 길이를 따른 영역들의 마모는 한정 링이 플라즈마 비-한정 이벤트의 발생을 방지하기 위해 교체되어야 할 때 거의 동시에 임계 치수에 도달한다. 한정 링의 하부 수평 섹션 (143) 을 따라 슬롯들 (145') 을 규정하기 위한 테이퍼된 슬롯 프로파일의 사용과 관련된 더 많은 정보를 위해, 2020년 10월 30일 출원되고, 명칭이 "Wear Compensating Confinement Ring"인, 공동 소유되고 그리고 공동 계류 중인 국제 특허 출원 번호 제 PCT/US20/053894 호를 참조할 수 있고, 이는 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.
일부 구현 예에서, OD (145b) 에서의 더 넓은 슬롯 치수 및 ID (145a) 에서의 좁은 슬롯 치수에 의해 규정된 슬롯 테이퍼는 마모 레이트의 역이 되도록 사이징된다. 마모 레이트의 함수로서 슬롯 테이퍼를 사이징함으로써, ID (145a) 에서의 고 마모 레이트는 OD (145b) 에서의 저 마모 레이트에 의해 보상되고, 이에 따라 수명 종료 시 대략적인 직선형 슬롯 프로파일을 발생시킨다. 전체 슬롯 길이를 따른 슬롯 폭은 거의 동시에 한정 한계 (즉, 임계 치수) 에 도달한다. 테이퍼된 기하 구조는 OD에서의 영역을 더 효과적으로 사용한다. ID에서의 슬롯의 치수의 감소로 인한 하부 수평 섹션의 개방 영역들을 보상하기 위해, 부가적인 슬롯들이 규정될 수도 있다. 부가적인 슬롯들의 수는 임계 치수에 도달하기 위해 슬롯 각각에 대해 좁은 단부 및 넓은 단부에서 요구되는 마모 공간의 양을 고려함으로써 규정될 수도 있다. 테이퍼된 슬롯 기하 구조는 비한정 한계에 도달하기 전에 슬롯이 견딜 수 있는 마모량을 연장하여, 소모품들 (consumables) 의 더 긴 사용 수명 및 개선된 비용을 발생시킨다.
도 6은 플라즈마를 플라즈마 영역 (108) 내에 한정하도록 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 내에서 사용된 한정 링 (140) 의 상단 사시도를 예시한다. 한정 링 (140) 은 하부 전극에서 규정된 기판 지지부 표면 상에 수용된 기판 (110), 에지 링 (112) 및 하나 이상의 유전체 링들 (120) 위로 연장하는 플라즈마 영역 (108) 내에 플라즈마를 한정하도록 플라즈마 영역 (108) 의 주변부를 따라 배치되도록 구성된 C-형상 구조체이다. 한정 링 (140) 은 교체 가능한 소모성 (consumable) 부품이다. 한정 링의 상단 표면은 원형 배향으로 균일하게 배치된 복수의 패스너 홀들 (146) 을 포함하고, 패스너 홀들 (146) 은 상부 전극 (102) 의 외측 전극 (102b) 의 하단 표면을 따라 규정된 패스너 수단과 정렬하고 패스너 수단을 수용하도록 구성된다. 도 4a 및 도 4b에 예시된 한정 링 (140) 은 한정 링 (140) 의 하부 수평 섹션 (143) 내 상단 표면 (143a) 을 따라 규정된 비스듬한 기울기를 도시한다. 한정 링 (140) 이 부가적인 프로세스 동작들을 견딜 수 있도록 기판의 길이를 따른 플라즈마 밀도 및 한정 링의 기계적 강도를 개선하도록 하부 수평 섹션 (143) 의 하단 표면 (143b) 을 따라 부가적인 기울기가 규정될 수도 있다. 하부 수평 섹션 (143) 은 또한 평행한 슬롯 프로파일 또는 테이퍼된 슬롯 프로파일을 갖는 슬롯들을 포함할 수도 있다. 테이퍼된 슬롯 프로파일은 테이퍼된 슬롯 프로파일이 OD보다 ID 근방의 마모에 대한 부가적인 영역을 제공하고, 한정 링의 개선된 사용 수명으로 이어진다는 점에서 평행한 슬롯 프로파일에 비해 부가적인 이점을 제공한다.
다양한 구현 예들에서 기술된 한정 링의 장점들은 다른 하드웨어 컴포넌트들 (예를 들어, 챔버 스페이서 플레이트, 메이팅 하드웨어, 등) 에 부정적인 영향을 주지 않거나 또는 한정 링의 기계적 강도 또는 사용 수명에 부정적인 영향을 주지 않고 플라즈마 균일성을 개선하는 것을 포함한다. 플라즈마 균일성은 한정 링의 강도 또는 원래의 기대 수명 (lifetime expectancy) 에 영향을 주지 않고 한정 링의 형상을 조정함으로써 조절된다. 이는 한정 링이 하부 수평 섹션을 따라 그리고 슬롯의 길이를 따라 임계 치수 한계들에 도달하기 전에 더 많은 프로세스 동작들을 견딜 수 있기 때문에 소모성 한정 링의 개선된 비용을 발생시킨다. 다른 이점들은 본 명세서에 기술된 다양한 구현 예들을 검토할 때 당업자에 의해 구상될 것이다.
Claims (28)
- 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 한정 링 (confinement ring) 에 있어서,
한정 링의 상부 내측 반경과 외측 반경 사이에서 연장하는 상부 수평 섹션;
상기 한정 링의 하부 내측 반경과 상기 외측 반경 사이에서 연장하는 하부 수평 섹션으로서, 상기 하부 수평 섹션의 상단 표면은 상기 하부 내측 반경을 향해 아래로 각도를 제공하고, 상기 하부 수평 섹션은 상기 하부 내측 반경으로 연장하는 연장 섹션을 갖는, 상기 하부 수평 섹션; 및
상기 한정 링의 상기 외측 반경과 내부 반경 사이에 배치된 (dispose) 수직 섹션을 포함하고, 상기 수직 섹션은 상기 한정 링의 상기 하부 수평 섹션에 상기 상부 수평 섹션을 연결하는, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 내부 반경 근방의 상기 하부 수평 섹션의 제 1 두께가 상기 하부 내측 반경에서 상기 하부 수평 섹션의 제 2 두께보다 더 크도록 상기 하부 수평 섹션의 하단 표면이 편평한, 한정 링. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 두께는 상기 제 2 두께보다 약 10 ％ 내지 약 40 ％ 더 큰, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 각도는 상기 하부 수평 섹션의 상기 상단 표면을 따른 기울기 (slope) 를 규정하고, 상기 기울기는 수평 x-축으로부터 측정된 약 0.20 ° 내지 약 1 °인, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 수평 섹션의 하단 표면은 상기 하부 내측 반경을 향해 아래로 제 2 각도를 제공하고, 상기 제 2 각도는 상기 하부 수평 섹션의 상기 하단 표면을 따른 제 2 기울기를 규정하고, 상기 하단 표면을 따른 상기 제 2 기울기의 상기 제 2 각도는 상기 하부 수평 섹션의 상기 상단 표면을 따른 상기 기울기의 상기 각도와 동일하고, 그리고
상기 내부 반경 근방에 규정된 상기 하부 수평 섹션의 제 1 두께는 상기 하부 내측 반경에서 규정된 상기 하부 수평 섹션의 제 2 두께와 동일한, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 수평 섹션의 하단 표면과 상기 내부 반경 근방의 상기 하부 수평 섹션의 상기 상단 표면 사이에 규정된 제 1 높이는 상기 상부 수평 섹션의 상기 하단 표면과 상기 한정 링의 상기 하부 내측 반경에서 상기 하부 수평 섹션의 상기 상단 표면 사이에 규정된 제 2 높이보다 더 작은, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 수평 섹션, 상기 수직 섹션 및 상기 상부 수평 섹션은 C-형상 구조체를 규정하도록 일체로 연결되는, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 수평 섹션은 복수의 슬롯들을 더 포함하고, 슬롯 각각은 상기 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 방사상으로 연장하고, 상기 내경에서 슬롯 각각의 내측 슬롯 반경은 상기 외경에서 슬롯 각각의 외측 슬롯 반경과 동일한, 한정 링. - 제 8 항에 있어서,
상기 슬롯의 상기 내경은 상기 하부 내측 반경에 의해 규정된 상기 한정 링의 내측 링 직경보다 더 크고 그리고 상기 슬롯의 상기 외경은 상기 외측 반경에 의해 규정된 상기 한정 링의 외측 링 직경보다 더 작은, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 수평 섹션은 복수의 슬롯들을 더 포함하고, 슬롯 각각은 상기 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 방사상으로 연장하고, 상기 내경에서 슬롯 각각의 내측 슬롯 반경은 상기 외경에서 슬롯 각각의 외측 슬롯 반경보다 더 작은, 한정 링. - 제 10 항에 있어서,
슬롯 각각의 상기 내측 슬롯 반경 및 상기 외측 슬롯 반경의 차는 슬롯 테이퍼를 규정하고, 슬롯 각각은 상기 외경으로부터 상기 내경으로 테이퍼 다운되고 (taper down), 상기 슬롯 테이퍼에 영향을 주는 상기 내측 슬롯 반경 및 상기 외측 슬롯 반경은 상기 슬롯의 대응하는 상기 내경 및 상기 외경에서 마모 레이트의 역 (inverse) 이 되도록 규정되고, 그리고
상기 내측 슬롯 반경 대 상기 외측 슬롯 반경의 비는 약 1:1.1 내지 1:1.5인, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 내측 반경은 상기 하부 내측 반경보다 더 큰, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 연장 섹션은 상기 하부 내측 반경에서 수직으로 하향으로 연장하는, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 연장 섹션은 비스듬한 (angle) 상단 섹션 및 수직 하단 섹션을 포함하고, 상기 비스듬한 상단 섹션은 상기 하부 수평 섹션의 상기 하부 내측 반경에서 상기 상단 표면 상에 규정된 하향 경사 (incline) 지점에서 아래로 제 3 각도를 제공하고 그리고 상기 수직 하단 섹션은 상기 비스듬한 상단 섹션의 하단 부분으로부터 하향으로 연장하도록 규정되는, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 수평 섹션의 상단 표면은 복수의 홀들을 포함하고, 상기 복수의 홀들의 홀 각각은 상기 한정 링을 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 상기 상부 전극에 커플링하기 위해 상기 상부 전극의 하단 표면 상에 규정된 패스너 (fastener) 수단의 일부를 수용하도록 구성되는, 한정 링. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 수평 섹션의 상기 연장 섹션은 플라즈마 프로세싱 챔버의 하부 전극의 상단 표면 상에 규정된 무선 주파수 (radio frequency; RF) 개스킷 상에 놓이도록 (rest) 구성되는, 한정 링. - 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 한정 링에 있어서,
한정 링의 상부 내측 반경과 외측 반경 사이에서 연장하는 상부 수평 섹션;
상기 한정 링의 하부 내측 반경과 상기 외측 반경 사이에서 연장하는 하부 수평 섹션으로서, 상기 하부 수평 섹션의 상단 표면은 상기 상단 표면을 따라 제 1 기울기를 규정하도록 상기 하부 내측 반경을 향해 아래로 제 1 각도를 제공하고 그리고 상기 하부 수평 섹션의 하단 표면은 상기 하단 표면을 따라 제 2 기울기를 규정하도록 상기 하부 내측 반경을 향해 아래로 제 2 각도를 제공하고, 상기 하부 수평 섹션은 상기 하부 내측 반경을 따라 아래로 연장하는 연장 섹션을 갖고, 상기 연장 섹션은 상기 하부 수평 섹션의 상기 하단 표면 아래로 연장하는, 상기 하부 수평 섹션; 및
상기 한정 링의 상기 외측 반경과 내부 반경 사이에 배치된 수직 섹션을 포함하고, 상기 수직 섹션은 상기 한정 링의 상기 하부 수평 섹션에 상기 상부 수평 섹션을 연결하는, 한정 링. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 기울기의 상기 제 1 각도는 상기 제 2 기울기의 상기 제 2 각도와 동일한, 한정 링. - 제 17 항에 있어서,
상기 내부 반경 근방의 상기 하부 수평 섹션의 제 1 두께는 상기 하부 내측 반경에서 상기 하부 수평 섹션의 제 2 두께와 동일하고, 그리고
상기 상부 수평 섹션의 상기 하단 표면과 상기 내부 반경 근방의 상기 하부 수평 섹션의 상기 상단 표면 사이에 규정된 제 1 높이는 상기 상부 수평 섹션의 상기 하단 표면과 상기 하부 내측 반경에서 상기 하부 수평 섹션의 상기 상단 표면 사이에 규정된 제 2 높이보다 더 작은, 한정 링. - 제 17 항에 있어서,
상기 하부 수평 섹션은 복수의 슬롯들을 더 포함하고, 슬롯 각각은 상기 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 방사상으로 연장하고, 상기 내경에서 슬롯 각각의 내측 슬롯 반경은 상기 외경에서 슬롯 각각의 외측 슬롯 반경과 동일하고, 그리고
슬롯 각각의 상기 내경은 상기 하부 내측 반경에 의해 규정된 상기 한정 링의 내측 링 직경보다 더 크고 그리고 슬롯 각각의 상기 외경은 상기 외측 반경에 의해 규정된 상기 한정 링의 외측 링 직경보다 더 작은, 한정 링. - 제 17 항에 있어서,
상기 하부 수평 섹션은 복수의 슬롯들을 더 포함하고, 슬롯 각각은 상기 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 방사상으로 연장하고, 상기 내경에서 슬롯 각각의 내측 슬롯 반경은 상기 외경에서 슬롯 각각의 외측 슬롯 반경보다 더 작은, 한정 링. - 플라즈마를 한정하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버에 있어서,
플라즈마 프로세싱 챔버는 기판을 지지하기 위한 하부 전극 및 상기 하부 전극 위에 배치된 상부 전극을 포함하고, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버는,
상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 배치된 한정 링으로서, 상기 한정 링은,
상기 한정 링의 상부 내측 반경과 외측 반경 사이에서 연장하는 상부 수평 섹션;
상기 한정 링의 하부 내측 반경과 상기 외측 반경 사이에서 연장하는 하부 수평 섹션으로서, 상기 하부 수평 섹션의 상단 표면은 상기 하부 내측 반경을 향해 아래로 각도를 제공하고, 상기 각도는 상기 상단 표면을 따라 기울기를 규정하고, 상기 하부 수평 섹션은 상기 하부 내측 반경으로 연장하는 연장 섹션을 갖는, 상기 하부 수평 섹션; 및
상기 한정 링의 상기 외측 반경과 내부 반경 사이에 배치된 수직 섹션을 포함하고, 상기 수직 섹션은 상기 한정 링의 상기 하부 수평 섹션에 상기 상부 수평 섹션을 연결하는, 상기 한정 링을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 챔버. - 제 22 항에 있어서,
상기 하부 수평 섹션의 하단 표면은 상기 하부 내측 반경을 향해 아래로 제 2 각도를 제공하고, 상기 제 2 각도는 상기 하단 표면을 따른 제 2 기울기를 규정하고, 상기 하단 표면을 따른 상기 제 2 기울기의 상기 제 2 각도는 상기 하부 수평 섹션의 상기 상단 표면을 따른 상기 기울기의 상기 각도와 동일한, 플라즈마 프로세싱 챔버. - 제 22 항에 있어서,
상기 하부 수평 섹션은 상기 하부 수평 섹션을 따라 배치된 복수의 슬롯들을 더 포함하고, 슬롯 각각은 상기 하부 수평 섹션을 따라 내경으로부터 외경으로 방사상으로 연장하고, 상기 내경에서 슬롯 각각의 내측 슬롯 반경은 상기 외경에서 슬롯 각각의 외측 슬롯 반경보다 더 작고, 그리고
상기 내경은 상기 하부 내측 반경에 의해 규정된 상기 한정 링의 내측 링 직경보다 더 크고 그리고 상기 외경은 상기 외측 반경에 의해 규정된 상기 한정 링의 외측 링 직경보다 더 작은, 플라즈마 프로세싱 챔버. - 제 22 항에 있어서,
상기 한정 링의 상기 상부 내측 반경은 상기 하부 내측 반경보다 더 큰, 플라즈마 프로세싱 챔버. - 제 22 항에 있어서,
상기 하부 수평 섹션, 상기 상부 수평 섹션 및 상기 수직 섹션에 의해 규정된 상기 한정 링은 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에서 생성된 플라즈마를 플라즈마 영역으로 한정하기 위한 연속적인 C-형상 구조체를 규정하고, 상기 한정 링은 실리콘, 또는 폴리실리콘, 또는 실리콘 카바이드, 또는 붕소 카바이드, 또는 세라믹, 또는 알루미늄 중 하나로 이루어지는, 플라즈마 프로세싱 챔버. - 제 22 항에 있어서,
상기 연장 섹션은 상기 한정 링의 상기 하부 수평 섹션, 상기 수직 섹션 및 상기 상부 수평 섹션과 일체이고, 상기 연장 섹션은 상기 하부 수평 섹션의 하단 표면 아래로 수직으로 연장하도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱 챔버. - 제 22 항에 있어서,
상기 상부 전극은 전기적으로 접지되고 그리고 상기 하부 전극은 대응하는 매칭 네트워크를 통해 무선 주파수 전력 소스에 접속되는, 플라즈마 프로세싱 챔버.
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