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KR20240142549A - 밀폐 링을 사용하는 라디칼 에칭에서의 에칭 균일성 개선 - Google Patents

밀폐 링을 사용하는 라디칼 에칭에서의 에칭 균일성 개선 Download PDF

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KR20240142549A
KR20240142549A KR1020247029903A KR20247029903A KR20240142549A KR 20240142549 A KR20240142549 A KR 20240142549A KR 1020247029903 A KR1020247029903 A KR 1020247029903A KR 20247029903 A KR20247029903 A KR 20247029903A KR 20240142549 A KR20240142549 A KR 20240142549A
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KR
South Korea
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sealing ring
extension
showerhead
wafer
ring
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020247029903A
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English (en)
Inventor
안드레아스 피셔
그나나마니 암부로즈
줄리앙 몬베이그
Original Assignee
램 리써치 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

프로세스 챔버에서 사용하기 위한 밀폐 링은 프로세스 챔버 내의 프로세스 구역을 둘러싸도록 구성된 튜브 연장부를 포함한다. 튜브 연장부의 상부 단부는 프로세스 챔버의 샤워헤드에 연결되도록 구성되고, 하부 단부는 프로세스 구역 내로 그리고 프로세스 구역 내에 수용된 웨이퍼를 둘러싸는 에지 링에 근접하여 연장되도록 구성된다. 풋 연장부는 튜브 연장부의 하부 단부에 결합되고 프로세스 구역으로부터 외부 단부로 외향으로 연장되는 내부 단부를 갖는다. 풋 연장부는 에지 링의 최상부 표면과 갭을 형성하도록 구성되는 환형 표면을 제공한다.

Description

밀폐 링을 사용하는 라디칼 에칭에서의 에칭 균일성 개선
본 실시예는 라디칼을 제어하기 위한 반도체 프로세스 챔버에서 사용 가능한 구성요소에 관한 것이며, 더 상세하게는, 웨이퍼의 표면 상의 에칭 레이트 불균일성을 개선하기 위한 밀폐 링에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼는 전자 디바이스를 생성하기 위해 다양한 제조 프로세스에 노출된다. 전자 디바이스를 생성하는 데 사용되는 프로세스는, 그 중에서도, 증착 프로세스, 에칭 프로세스, 패터닝 프로세스를 포함한다. 에칭 프로세스는 프로세스 챔버('에칭기'로 또한 지칭됨)에서 수행된다. 라디칼 에칭에서, 비교적 낮은 에너지의 이온 또는 라디칼은 플라즈마 내에서 생성되고, 접지된 전극 상에 수용된 기판의 표면 위로 지향된다. 그런 다음, 과도한 라디칼 및 프로세스 가스(들)는 배기 포트를 통해 에칭기로부터 제거된다.
특정 라디칼 에칭 챔버에서, 테스트가 수행되었고 에칭에서의 특정 불균일성이 측정되었다. 테스팅 및 실험으로부터 수집된 데이터는, 에칭 레이트가 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼 에지를 향해 점진적으로 감소되는 경향이 있고, 그런 다음 웨이퍼 에지 근처에서, 에칭 레이트가 상당히 증가한다는 것을 나타낸다. 반도체 디바이스를 제조하는 비용이 상당하기 때문에, 칩 설계자는 일반적으로 웨이퍼 에지까지 내내 반도체 디바이스 밀도를 증가시키기를 원한다. 웨이퍼 에지 근처에서 제조된 반도체 디바이스가 에칭-유도 디바이스 성능 저하를 나타내기 때문에, 웨이퍼 에지 근처의 에칭 불균일성은 웨이퍼 에지 근처에서 수율 손실을 발생시킬 수 있다.
이러한 맥락에서, 본 발명의 실시예가 발생한다.
본 개시의 다양한 구현은 프로세스 챔버의 프로세스 구역 내에 플라즈마 라디칼을 밀폐하는 데 사용되는 장치 및 시스템을 포함한다. 에칭 프로세스(예를 들어, 건식 에칭) 동안, 고주파수 전자기장을 통해 프로세스 가스(들)를 이온화시킴으로써 프로세스 챔버 내에서 플라즈마가 생성된다. 프로세스 챔버에서, 생성된 플라즈마는 웨이퍼의 표면 위로 지향된다. 플라즈마는 프로세스 챔버 내에 정의된 프로세스 구역 내에 로컬적으로 또는 프로세스 구역의 외부에 원격으로 생성된다. 생성된 플라즈마는 이온, 전자 및 라디칼을 포함한다. 플라즈마가 원격으로 생성될 때, 플라즈마로부터의 라디칼은 샤워헤드 또는 노즐 또는 다른 전달 메커니즘을 통해 프로세스 구역에 공급된다.
일 실시예에서, 실질적으로 웨이퍼의 표면 위에 플라즈마 라디칼을 밀폐시키기 위해 밀폐 링이 프로세스 챔버에서 사용된다. 밀폐 링은 웨이퍼의 주변 부분을 따라, 예를 들어, 대략 웨이퍼의 에지를 둘러싸는 에지 링 위에 배치된 풋 연장부를 포함한다. 풋 연장부와 에지 링 사이의 분리는 프로세스 구역 밖으로 라디칼 및 프로세스 가스(들)의 배기 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 이러한 유동 제어는 웨이퍼 에지 근처의 에칭 레이트 균일성을 개선하기 위해 웨이퍼의 에지 근처의 라디칼의 속도에 영향을 미치는 데 사용된다.
일 실시예에서, 밀폐 링은 샤워헤드의 바닥 표면에 커플링된다. 밀폐 링은, 샤워헤드로부터 아래로 연장되고 프로세스 구역을 둘러싸는 튜브 연장부를 포함한다. 풋 연장부는 튜브 연장부의 하부 단부에 일체형으로 형성될 수 있다. 일 구성에서, 튜브 연장부는 프로세스 구역을 둘러싸는 벽을 형성한다. 일부 구현에서, 튜브 연장부는 프로세스 챔버 내에 수용된 웨이퍼의 에지와 정렬될 수 있다. 일부 구현에서, 튜브 연장부는 샤워헤드의 바닥 표면에 수직으로 연장될 수 있다. 일부 구현에서, 튜브 연장부는 샤워헤드의 바닥 표면에 수직인 축으로부터 내향으로 또는 외향으로 경사질 수 있다. 일부 구현에서, 풋 연장부는 일반적으로 프로세스 챔버에 수용된 웨이퍼의 표면에 수평이고 평행한다. 일부 구현에서, 풋 연장부는 자신이 프로세스 챔버 내에 수용된 웨이퍼의 표면과 평행하지 않도록 경사질 수 있다. 풋 연장부는 웨이퍼 지지 표면을 둘러싸는 에지 링의 폭과 유사한 폭을 가질 수 있다.
웨이퍼 에지에서 관찰된 에칭 레이트 불균일성은 에지 링으로부터 웨이퍼의 에지로의 반응 부산물의 후방 확산에 의해 야기될 수 있다. 후방 확산은 웨이퍼 에지에서 원하지 않는 플라즈마 라디칼의 증가된 농도로 이어진다. 본 명세서에 개시된 밀폐 링은 후방 확산 및 그와 함께 웨이퍼 에지에서 원하지 않는 플라즈마 라디칼의 농도를 감소시키도록 설계된다. 추가적으로, 웨이퍼 에지에서의 플라즈마 라디칼의 증가된 농도는 에지 링 재료에 기인할 수 있다. 전형적으로, 에지 링은, 에지 링에 인접한 웨이퍼의 표면만큼 플라즈마 라디칼에서 불소를 소비하지 않는 재료(예를 들어, 이를테면, 알루미늄 산화물)로 제조된다. 재료의 차이로 인한 에지 링에 의한 이러한 불소 소모의 부족은 웨이퍼 에지에서의 불소-함유 플라즈마 라디칼의 축적(build-up)(즉, 증가된 농도)에 기여할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세스 챔버에서 사용하기 위한 밀폐 링이 개시된다. 밀폐 링은 튜브 연장부 및 풋 연장부를 포함한다. 튜브 연장부는 프로세스 챔버 내에 정의된 프로세스 구역을 둘러싸도록 구성되고 자신의 상부 단부와 하부 단부 사이에서 연장된다. 상부 단부는 프로세스 챔버의 샤워헤드에 연결된다. 튜브 연장부는, 하부 단부가 웨이퍼 수용 표면을 둘러싸는 에지 링에 근접하도록 상부 단부로부터 아래로 연장된다. 풋 연장부는 자신의 내부 단부와 외부 단부 사이에서 연장되고, 이들 중 외부 단부는 밀폐 링의 외경을 정의한다. 내부 단부는 튜브 연장부의 하부 단부와 결합하고, 외부 단부는 프로세스 구역으로부터 외향으로 연장된다. 풋 연장부는 에지 링의 최상부 표면과 갭을 형성하는 밀폐 환형 표면을 제공한다.
본 발명의 다른 양태 및 이점은, 본 발명의 원리를 예로서 예시하는, 첨부 도면들과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a는 라디칼 에칭을 사용하여 에칭 동작을 수행하는 데 사용되는 프로세스 챔버의 측단면도를 도시하며, 프로세스 챔버는 밀폐 링을 사용하고, 일 실시예에서 활성 상태(즉, 프로세스 준비 상태)에서 도시된다.
도 1b는 비활성 상태에서 도시된 프로세스 챔버를 갖는 도 1a의 프로세스 챔버의 측단면도를 도시한다.
도 1c는 일 실시예에서, WAC(waferless auto clean) 동작을 수행하는 데 사용하기 위해 활성 상태에서 도시된 프로세스 챔버를 갖는 도 1a의 프로세스 챔버의 측단면도를 도시한다.
도 2a는 일 실시예에서, 밀폐 링이 위에 커플링된 샤워헤드의 일부의 수직 단면도를 도시한다.
도 2b는 대안적인 실시예에서, 도 2a에 도시된 밀폐 링의 프로파일을 도시한다.
도 2c는 또 다른 대안적인 실시예에서, 도 2a에 도시된 밀폐 링의 프로파일을 도시한다.
도 2d는 또 다른 대안적인 실시예에서, 도 2a에 도시된 밀폐 링의 프로파일을 도시한다.
도 2e는 또 다른 대안적인 실시예에서, 도 2a에 도시된 밀폐 링의 프로파일을 도시한다.
도 2f는 또 다른 대안적인 실시예에서, 도 2a에 도시된 밀폐 링의 프로파일을 도시한다.
도 2g는 또 다른 대안적인 실시예에서, 도 2a에 도시된 밀폐 링의 프로파일을 도시한다.
도 3은, 일 실시예에서, 상이한 갭 거리의 함수로서, 풋 연장부를 갖는 밀폐 링이 프로세스 챔버의 프로세스 구역에서 플라즈마를 밀폐하는 데 사용될 때, 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 에지까지의 에칭 레이트를 상세히 설명하는 그래프를 도시한다.
이하의 설명에서, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 구체적인 세부사항이 제시된다. 당업자라면, 이들 구체적인 세부사항 중 일부 또는 전부 없이 본 발명이 실현될 수 있음은 명백할 것이다. 다른 경우에서, 잘 알려진 프로세스 동작은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 설명되지 않았다.
본 개시의 구현은 반도체 기판(즉, 웨이퍼)을 프로세싱하기 위해 밀폐 링을 사용하는 밀폐 링 및 시스템의 다양한 세부사항을 제공한다. 본 실시예는 프로세스, 장치, 시스템, 디바이스, 또는 방법과 같은 다수의 방식들로 구현될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 구현의 몇몇의 예가 아래에서 설명된다.
프로세스 구역 내에 라디칼을 밀폐하기 위해 프로세스 챔버에서 사용되는 밀폐 링이 본 명세서에서 개시된다. 밀폐 링은 에칭 동작 동안 프로세스 구역 밖으로의 라디칼 및 다른 가스(들)의 유동 및 배기를 제어하도록 설계된다. 일 실시예에서, 프로세스 챔버에 채용된 밀폐 링은 웨이퍼의 에지 구역에 걸쳐 라디칼 농도를 감소시키는 데 사용된다. 일 예에서, 밀폐 링은 프로세스 챔버의 상부 부분에 배치된 샤워헤드의 바닥 표면에 커플링된다. 일 구성에서, 본 명세서에서 논의된 샤워헤드는 샤워헤드 하드웨어와의 이온들의 충돌을 유도하는 데 사용되고, 이로써 이를 중화시키지만 라디칼이 프로세스 구역으로 유동하는 것을 허용한다.
일부 구현에서, 밀폐 링은 튜브 연장부 및 풋 연장부를 포함한다. 튜브 연장부는 길이를 갖고 샤워헤드로부터 아래로 늘어지고 프로세스 챔버 내의 프로세스 구역의 부분을 둘러싼다. 풋 연장부는 튜브 연장부의 하부 단부에 일체형으로 연결될 수 있고, 프로세스 구역으로부터 떨어져 외부로 연장된다. 풋 연장부는 풋 연장부와 에지 링 사이의 분리의 제어를 가능하게 하는 환형 표면을 형성한다. 동작 시에, 풋 연장부와 에지 링 사이의 분리는, 라디칼 및 다른 가스(들)가 프로세스 구역 밖으로 유동되는 속도의 제어를 가능하게 한다. 이러한 제어는 에지 링의 표면 상의 에칭으로부터 기인하는 부산물의 후방 확산의 감소를 가능하게 하고, 이에 의해 웨이퍼 에지에서의 라디칼의 농도 구배를 감소시키고 이에 대응하여 웨이퍼 에지(예를 들어, 300 mm 웨이퍼의 외부 20 mm)에서의 에칭 레이트 균일성을 증가시킨다.
일부 구현에 따르면, 밀폐 링의 풋 연장부는 에지 링과 풋 연장부 사이에 좁은 갭을 생성하도록 설계된다. 갭은 라디칼이 프로세스 구역을 빠져나가서 프로세스 챔버 하부 부분에 마련된 배기 포트를 향해 유동하는 경로를 제공한다. 일부 구현에서, 갭은 프로세스 구역을 빠져나가는 라디칼이 배기 포트를 향해 유동할 때 속도가 증가하게 하도록 충분히 좁다. 프로세스 구역으로부터의 라디칼 제거의 속도는 웨이퍼 에지 위에 라디칼의 농도 구배에 영향을 미친다. 라디칼 방출 속도를 증가시킴으로써, 웨이퍼 에지 근처의 원치않는 라디칼의 농도가 감소되고, 이에 의해 웨이퍼 에지에서 더 양호한 에칭 레이트 균일성을 달성한다. 따라서, 밀폐 링의 풋 연장부의 치수 및/또는 형상을 변경함으로써, 에지 링과 풋 연장부 사이의 갭의 프로파일이 조정될 수 있고, 라디칼 방출 속도 및 궁극적으로 에칭 레이트가 전체 웨이퍼에 걸쳐 에칭 레이트 균일성을 증가시키도록 제어될 수 있다.
밀폐 링의 다양한 특징이 이제 도면을 참조하여 논의될 것이다.
도 1a는 본 발명의 일부 구현에 따른, 웨이퍼(W)를 프로세싱하는 데 사용되는 프로세스 챔버(100)의 단순화된 도면이다. 일부 구현에서, 프로세스 챔버(100)는, 단일 웨이퍼가 임의의 주어진 시간에 프로세싱된다는 점에서, 단일 스테이션 챔버이다. 프로세스 챔버(100)는 내부 챔버(103)를 수용하는 상부 부분(102) 및 페데스탈(105)을 수용하는 하부 부분(104)을 포함한다. 내부 챔버(103)는 플라즈마 돔(103a)을 포함한다. 플라즈마 돔(103a)의 최상부에는 개구(103b)가 정의된다. 개구(103b)는 플라즈마를 생성하기 위한 하나 이상의 가스 소스(110)로부터 프로세스 가스(들)를 공급하는 데 사용된다. 프로세스 챔버(100)의 상부 부분(102)은 샤워헤드(106)를 포함한다. 샤워헤드(106)는 프로세스 가스(들) 및 라디칼을 프로세스 구역(122) 내로 유동시키고, 이온이 프로세스 구역(122)에 진입하기 전에 샤워헤드(106) 내의 충돌을 통해 이온을 중화시키는데 사용된다. 이온 충돌은 일반적으로, 최상부 샤워헤드(106a) 및 바닥 샤워헤드(106b)가 서로에 대해 비-가시선(즉, 비-선형) 배향으로 배열될 때 최상부 샤워헤드(106a) 및 바닥 샤워헤드(106b)에서 발생한다. 내부 챔버(103)에 공급된 프로세스 가스(들)의 유동은 가스 소스(들)(110)에 커플링된 하나 이상의 유동 밸브(112)를 사용하여 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 코일(108)의 제1 단부는 무선 주파수(RF) 전력 소스(예를 들어, 제1 RF 전력 소스)(114)와 같은 전력 소스에 커플링되고, 코일(108)의 제2 단부는 접지에 연결된다. 코일(108)은 플라즈마를 생성하기 위해 내부 챔버(103)의 플라즈마 돔(103a)에 수용된 프로세스 가스(들)에 RF 전력을 제공한다. 도시된 바와 같이, 매칭 네트워크(116)는 RF 전력 소스(114)로부터의 RF 전력을 코일(108)에 효율적으로 커플링하도록 제공된다. RF 전력 소스(114)는 코일(108)에 공급된 RF 전력을 제어하는 데 사용되는 제어기(118)에 커플링된다.
입구는 플라즈마 돔(103a)에서 생성된 플라즈마로부터의 라디칼 및 이온을 바닥 샤워헤드(106b)에 공급하기 위해 최상부 샤워헤드(106a)에 제공된다. 일부 구현에서, 최상부 샤워헤드(106a)는, 예를 들어, 체결구, 커넥터, 나사, O-링 등을 사용하여 바닥 샤워헤드(106b)에 연결된다. 다른 구현에서, 최상부 및 바닥 샤워헤드(106a, 106b)는 하나의 금속 조각으로부터 제조된다. 프로세스 챔버(100)의 하부 부분(104)은 페데스탈(105)을 포함한다. 일부 구현에서, 페데스탈은 정전 척(ESC)이다. ESC 페데스탈(또는 간단히 "ESC"로서 지칭됨)(105)의 최상부 표면은 웨이퍼 수용 표면(도시되지 않음)을 포함한다. 웨이퍼는 프로세싱을 위해 웨이퍼 수용 표면 상에 수용된다. 에지 링(126)은 웨이퍼 수용 표면 상에 수용된 웨이퍼에 인접하게 배치되고, 그 웨이퍼를 둘러싼다. ESC(105)는 대응하는 매칭 네트워크(즉, 제2 매칭 네트워크)(115)를 통해 제2 RF 전력 소스(117)와 같은 전력 소스에 커플링된다. ESC(105)는 ESC(105)가 수직으로 위 또는 아래로 이동되는 것을 허용하도록 페데스탈 높이 조정기(120)에 커플링된다. 페데스탈 높이 조정기(120)는 차례로 제어기(118)에 커플링된다. 페데스탈 높이 조정기(120)는 제어기(118)로부터의 신호를 이용하여 ESC(105)의 높이를 조정한다. 밀폐 링(130)이 바닥 샤워헤드(106b) 아래에 배치되고, 프로세스 챔버(100)에 정의된 프로세스 구역(122)을 둘러싸는 데 사용된다.
일 실시예에서, 페데스탈 높이 조정기(120)는, ESC(105)가 밀폐 링(130)의 풋 연장부(134)의 바닥 표면으로부터 더 가깝거나 더 멀리 있도록 ESC(105)의 높이를 변경할 수 있다. 따라서, 이러한 높이 조정은 풋 연장부(134)의 바닥 표면과 ESC(105)의 최상부 표면 상에 위치되는 에지 링(126)의 최상부 표면 사이의 갭(즉, 분리 거리)을 조정하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 도 1a에서, ESC(105)는 높이(h1)에 있고, 이는 높이(또는 분리 거리)(h2)에서 풋 연장부(134)의 바닥 표면과 에지 링(126)의 최상부 표면 사이의 분리를 배치한다. 이러한 위치는 에칭이 수행되는 동작 위치로 지칭될 수 있다. 따라서, 밀폐 링(130)의 풋 연장부(134)는 라디칼 및 다른 가스(들)가 프로세스 구역(122)으로부터 제거되는 속도의 수정을 가능하게 한다. 예로서, 분리(h2)가 추가로 감소되지만 0보다 클 때, 프로세스 구역(122)으로부터 라디칼이 제거되는 속도가 웨이퍼 에지 근처에서 증가된다. 프로세스 구역(122)으로부터 라디칼이 제거되는 속도는 분리(h2) 거리를 0보다 크도록 변경함으로써 조정될 수 있다. 일반적으로, 분리(h2)가 작을수록, 방출 속도가 빨라지고, 따라서, 웨이퍼 에지 근처의 원하지 않는 라디칼의 농도가 낮아진다. 이러한 구현에서, 밀폐 링(130)은 프로세스 챔버의 상부 부분에 하드-장착될 수 있다. 다른 구현에서, 밀폐 링(130)은 체결구, 커넥터, 나사, O-링 등을 사용하여 프로세스 챔버의 상부 부분에 장착될 수 있다. 또 다른 구현에서, 밀폐 링(130)은 조정 가능한 마운트를 사용하여 프로세스 챔버의 상부 부분에 장착될 수 있다. 예를 들어, 밀폐 링(130)은 바닥 샤워헤드(106b)에 또는 샤워헤드(106) 바로 옆의 구조체에 장착된다. 일부 구현에서, 샤워헤드(106) 바로 옆의 구조체는 최상부 판(도시되지 않음)일 수 있다.
일부 구현에서, 풋 연장부(134)의 바닥 표면과 에지 링(126)의 최상부 표면 사이의 분리(h2)는 밀폐 링(130)을 하강시키거나 상승시킴으로써 제어될 수 있다. 샤워헤드(106)에 또는 그 옆에 장착된 밀폐 링(130)은 모터(도시되지 않음)에 커플링되고, 모터는 차례로 제어기(118)에 커플링된다. 제어기(118)로부터의 신호는 밀폐 링(130)의 위치를 조정하는 데 사용되며, 이는 분리로 이어진다. 다양한 구현에서, 프로세스 챔버의 상부 부분에 조정 가능하게 장착된 밀폐 링(130)만이 분리를 조정하도록 이동되거나, 장착된 밀폐 링(130)을 갖는 샤워헤드(106)만이 분리를 조정하도록 이동되거나, ESC(105)만이 분리를 조정하도록 이동되거나, 프로세스 챔버의 상부 부분에 조정 가능하게 장착된 밀폐 링(130)과 ESC(105) 둘 모두가 분리를 조정하도록 이동되거나, 또는 장착된 밀폐 링(130)을 갖는 샤워헤드(106)와 ESC(105) 둘 모두가 분리를 조정하도록 이동된다. 장착된 밀폐 링(130)을 갖는 샤워헤드(106) 및 ESC(105)의 이동은 제어기(118)로부터의 신호를 사용하여 독립적으로 또는 공동으로 제어될 수 있다.
라디칼에 의해 웨이퍼-대-에지 링 계면에서 보이는 물질의 차이 때문에, 라디칼의 농도가 웨이퍼 에지 근처에서 증가하는 것으로 여겨진다. 전형적으로, 웨이퍼는 실리콘으로 제조되며, 폴리실리콘 재료를 포함할 수 있다. 대조적으로, 에지 링이 에칭 동안 불소를 소모하지 않는 알루미나(즉, 알루미늄 산화물)와 같은 재료로 제조되는 경우, 더 많은 불소는 웨이퍼 에지를 향해 후방 확산되는 경향이 있고, 웨이퍼의 에지 주위에서 2차 반응에 이용 가능하다. 결과적으로, 라디칼의 후방 확산의 실질적인 증가가 웨이퍼 에지에서 발생하고, 이는 에칭에 있어서의 불균일성을 초래하는 것으로 관찰된다. 유리하게는, 본 개시의 밀폐 링(130)은, 웨이퍼 에지 근처의 프로세스 구역(122)으로부터 라디칼의 방출 속도를 증가시킴으로써 라디칼의 후방 확산을 방지하도록 구성될 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 예시적인 유동 라인은 라디칼이 풋 연장부(134)와 에지 링(126) 사이에 형성된 높이(h2)의 갭(136)을 통해 프로세스 구역(122)을 빠져나가는 증가된 속도를 어떻게 갖는지를 도시한다.
여전히 도 1a를 참조하면, 상술된 바와 같이, 밀폐 링(130)은 바닥 샤워헤드(106b)에 커플링되고, 프로세스 구역(122)을 둘러싸는 측벽을 형성하는 튜브 연장부(132)를 포함한다. 풋 연장부(134)는 튜브 연장부(132)의 바닥으로부터 외향으로 그리고 프로세스 구역(122)으로부터 멀리 연장되는 환형 표면을 정의한다. 밀폐 링(130)은 일부 예에서, 예를 들어, 알루미늄과 같은 전도성 재료로부터 제조된다. 일부 예에서, 밀폐 링(130)은 유전체 재료로 코팅되는 알루미늄으로부터 제조된다. ESC(105)가 제2 매칭 네트워크(115)를 통해 제2 RF 전력 소스(117)에 커플링되는 일부 구현에서, 밀폐 링(130)은, 밀폐 링(130)에 대한 RF 커플링을 회피하기 위해 세라믹 또는 다른 절연 재료로 제조될 수 있다. 도시된 바와 같이, 밀폐 링(130)의 튜브 연장부(132)는 높이(H1)로 아래로 연장된다. 위에서 언급된 바와 같이, ESC(105)는 에칭 동작에 적합한 위치로 이동될 수 있다. 또한, 이 예에서, 바닥 샤워헤드(106b)의 바닥 표면은 웨이퍼의 최상부 표면으로부터 높이(H2)에 있다. 이 예에서, 높이(H2)는 높이(H1 + h2)(즉, 밀폐 링(130)의 튜브 연장부(132)의 높이 + 풋 연장부(134)의 환형 표면(즉, 바닥 표면)과 에지 링(126)의 최상부 표면 사이의 갭(136)의 높이)과 동일하다. 갭(136)은, 라디칼 및 가스(들)가 프로세스 챔버(100)의 하부 부분(104)에 정의된 배기 포트(128)를 향해 프로세스 구역(122)으로부터 가압되는 통로(즉, 경로)를 제공한다.
언급된 바와 같이, 통로를 좁히는 것은 프로세스 구역(122)을 빠져나가는 라디칼의 방출 속도의 증가를 발생시킨다. 속도의 증가는 프로세스 챔버(100)가 라디칼 및 가스(들)의 유입과 유출 사이의 프로세스 구역(122) 내의 균형을 유지하려고 시도하는 것에 기인할 수 있다. 유출 속도의 증가는 라디칼의 후방 확산의 억제 및 웨이퍼 에지에서의 라디칼의 농도 구배의 감소를 발생시킨다.
도 1b는 ESC(105)가 하강된 위치에 있는 프로세스 챔버(100)의 간략화된 도면을 도시한다. 하강된 위치에서, 웨이퍼가 프로세스 챔버(100)에 전달되거나 이로부터 제거될 수 있다. 전술된 바와 같이, 페데스탈 높이 조정기(120)는 ESC(105)의 위 또는 아래 이동을 제어할 수 있고, 이 경우, ESC(105)는 높이(h3)로 하방으로 이동된다. 이 위치는 풋 연장부(134)와 에지 링(126) 사이의 갭(136)을 높이(h4)(즉, h4 > h2)로 증가시킨다. 일부 경우에서, ESC(105)는 에칭 동작 또는 다른 동작을 수행하기 위해 동작 위치(도 1a에 예시됨)와 하강된 위치(도 1b에 예시됨) 사이의 위치로 하강될 수 있다.
도 1c는 WAC(Waferless Auto Clean) 동작이 수행되는 프로세스 챔버(100)의 단면도를 도시한다. WAC 동작에서, 라디칼 및 이온은 프로세스 챔버(100)의 프로세스 구역(122)을 둘러싸는 내부 표면을 세정하는 데 사용된다. 프로세스 구역(122)을 둘러싸는 내부 표면에서는 에칭 동작 동안 방출되는 폴리머 및 다른 부산물의 축적을 볼 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼 에칭의 세션들 사이에서 WAC 동작이 주기적으로 수행된다. 도시된 바와 같이, ESC(105)는 또한 대응하는 매칭 네트워크(115)를 통해 RF 전력 소스(117)에 커플링된다.
일부 구현에서, 밀폐 링(130)은 도전성 재료로 제조된다. 이러한 구현에서, 밀폐 링(130)은 프로세스 구역(122)으로부터 전력공급된 ESC(105)로부터의 RF 전류를 위한 접지로의 RF 복귀 경로를 제공하기 위해 접지에 연결된다. 일부 구현에서, 접지 연결 해제부(140)가 제공된다. 접지 연결 해제부(140)는 접지로부터 밀폐 링(130)의 구조를 연결 해제하고, 밀폐 링이 전기적으로 플로팅되게 하도록 구성된다.
접지 연결 해제부(140)는 전기적 연결을 연결 또는 연결 해제하도록 이동될 수 있는 스위치 또는 기계적 요소일 수 있다. 일부 구현에서, 접지 연결 해제부(140)는 RF 스위치이다. RF 연결이 연결 해제될 때, 기계적으로 밀폐 링(130)은 여전히 일 유형의 절연체 커넥터를 사용하여 샤워헤드(106)에 연결될 수 있다. 일 예에서, 제어기(118)는 접지 연결 해제부(140)가 RF 플로팅되거나 RF 연결되도록 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 접지 연결 해제부(140)는 스위치 또는 커넥터의 기계적 이동을 가능하게 하는 모터를 가질 수 있다.
밀폐 링(130)을 RF 플로팅함으로써, RF 전력은 접지에 대한 대안적인 경로를 찾을 것이다. 대안적인 경로는, 예를 들어, 샤워헤드(106) 또는 프로세스 챔버(100)의 내부 벽을 통해서일 수 있다. 밀폐 링(130)을 RF 플로팅시키는 것은 WAC 동작으로 제한되지 않는다. 오히려, 밀폐 링(130)은 프로세스 구역(122)에서 플라즈마에 전력을 공급하기 위해 ESC(105)로부터의 RF 전력이 필요한 다른 에칭 동작들 동안 RF 플로팅될 수 있다.
도 2a는 일부 구현에 따른, 프로세스 챔버(100)에서 사용된 밀폐 링(130)의 확장된 단면도를 예시한다. 밀폐 링(130)은 프로세스 구역(122) 내에 라디칼 및 가스(들)를 밀폐하고 프로세스 구역(122)으로부터의 라디칼의 제거를 제어하도록 구성된다. 밀폐 링(130)은 체결구, 커넥터, 나사 등을 사용하여 바닥 샤워헤드(106b)에 커플링될 수 있다. 또한, 선택적인 O-링(139)은 밀폐 링(130)과 바닥 샤워헤드(106b) 사이에 밀봉을 제공할 수 있다. 예를 들어, 밀폐 링(130)의 최상부 표면은 O-링(139)이 수용되는 홈(138)을 포함한다. 밀폐 링(130)은 갭을 밀봉하기 위해 O-링을 압축함으로써 바닥 샤워헤드(106b)에 커플링된다. 다른 실시예에서, 밀폐 링(130)은 샤워헤드(106)의 반경의 외부에 있는 구조에 커플링될 수 있거나, 또는 외부로 확장될 수 있다. 도면에 명시적으로 도시되지 않았지만, 일부 실시예에서, 하나 초과의 O-링, 및/또는 상이한 유형들의 밀봉은 밀폐 링(130)과 바닥 샤워헤드(106b) 사이의 임의의 갭을 밀봉하기 위해 독립적으로, 또는 하나 이상의 O-링들과 함께 사용될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 밀폐 링(130)은 튜브 연장부(132) 및 풋 연장부(134)를 포함한다. 튜브 연장부(132)는 자신의 상부 단부와 하부 단부 사이에서 아래로 연장된다. 풋 연장부(134)는 자신의 내부 단부(프로세스 구역을 향함)와 외부 단부(프로세스 구역으로부터 등지는 방향을 향함) 사이에서 연장된다. 튜브 연장부(132)의 하부 단부는 풋 연장부(134)의 내부 단부에 연결되거나 그렇지 않으면 그와 통합된다. 이 예에서, 튜브 연장부(132)는 상부 단부와 하부 단부 사이에서 직각(SA)으로 연장되고, 바닥 샤워헤드(106b)의 바닥 표면(107)에 직교한다. 튜브 연장부(132)는 높이(H1)로 연장되어, 하부 단부가 에지 링(126)(ESC(105) 상에 수용됨)에 근접한다. 일부 구현에서, '근접'하는 용어는, 밀폐 링(130)의 에지 링(126)의 최상부 표면과 풋 연장부(134)의 바닥 표면 사이의 분리 거리가 1 mm 내지 50 mm가 되도록 정의된다. 일부 구현에서, 분리 거리는 전술한 범위의 +/- 20%만큼 변할 수 있다. 일부 구현에서, 밀폐 링(130)의 에지 링(126)의 최상부 표면과 풋 연장부(134)의 바닥 표면 사이의 분리 거리는 약 37 mm로 정의된다. 대안적인 구현에서, 밀폐 링(130)의 에지 링(126)의 최상부 표면과 풋 연장부(134)의 바닥 표면 사이의 분리 거리는 약 50 mm로 정의된다. 테스팅된 분리 거리의 예는 도 3을 참조하여 논의된다. 전술한 바와 같이, 이것은 실행되는 프로세스, 사용되는 가스(들), 및 다른 동작 파라미터에 따라 설정될 수 있는 조정 가능한 파라미터이다. 따라서, 내부 단부와 외부 단부 사이의 풋 연장부(134)는 환형 표면을 정의한다. '약'이라는 용어는 지정된 값의 +/- 15%의 편차를 포함하는 것으로 정의된다.
일부 구현에서, 튜브 연장부(132)는 ESC(105) 상에 정의된 웨이퍼 수용 표면의 외부 에지 위에 정렬되도록 구성된다. 튜브 연장부(132)는 프로세스 구역(122)을 둘러싸는 측벽을 제공하여, 라디칼 및 가스(들)가 동작 동안 웨이퍼 위에 실질적으로 밀폐될 수 있다. 일부 구현에서, 풋 연장부(134)의 환형 표면의 폭은 에지 링(126)의 표면의 폭을 적어도 부분적으로 커버하도록 정의된다. 일부 구현에서, 풋 연장부(134)의 환형 표면의 폭은 에지 링(126)의 표면의 전체 폭(W1)을 실질적으로 커버한다. 일부 구현에서, 풋 연장부(134)의 폭(W2)은 에지 링(126)의 W1보다 길어서, 튜브 연장부(132)가 ESC(105) 상에 수용된 웨이퍼(W)의 외부 에지와 정렬될 때, 풋 연장부(134)의 외부 에지가 웨이퍼(W)의 외부 에지에 인접하여 수용된 에지 링(126)의 폭(W1)을 넘어 연장될 것이다. 일부 구현에서, 풋 연장부(134)의 폭(W2)은 에지 링(126)의 폭(W1)보다 길어서, 풋 연장부(134)의 외부 에지가 웨이퍼(W)에 인접하게 수용된 에지 링(126)의 외부 에지와 정렬될 때, 풋 연장부(134)의 내부 에지가 웨이퍼의 에지 위의 영역과 정렬되거나 중첩될 수 있다.
풋 연장부(134)는, 일부 구현에서, 튜브 연장부(132)에 직교하도록 정의되고, 풋 연장부(134)의 환형 표면은 에지 링(126)에 실질적으로 평행하다(+/- 5%). 여전히 도 2a를 참조하면, 풋 연장부(134)의 환형 표면과 에지 링(126) 사이에 정의된 갭(136)은 갭(136)의 길이에 걸쳐 실질적으로 균일하다(즉, 풋 연장부(134)의 환형 폭을 따른 갭(136)의 높이(h2)가 균일함). 갭(136)에 의해 정의된 통로는 V1에서 V2로 프로세스 구역(122)으로부터 유출되는 라디칼 및 가스(들)의 방출 속도의 증가를 발생시키도록 설정될 수 있다(즉, V2 > V1). 갭(136)의 높이(h2)는 또한 갭이 병목 현상을 생성하도록 너무 좁지 않도록 설정되어야 한다. 예를 들어, 약 1 mm 미만의 갭(136)은 잠재적으로 프로세스 구역(122) 내로의 라디칼의 후방 확산의 증가로 이어질 수 있다.
도 2b-2g는 라디칼을 밀폐하고 풋 연장부(134) 아래의 배기 유동을 성형하기 위해 프로세스 챔버(100)에서 사용될 수 있는 밀폐 링(130)의 상이한 프로파일의 비제한적인 예를 도시한다. 도 2b, 2c, 2f 및 2g는 튜브 연장부(132)의 상이한 프로파일을 도시하고, 도 2d, 2e 및 2f는 풋 연장부(134)의 상이한 프로파일을 도시한다. 도 2b를 참조하면, 튜브 연장부(132)는 직각(SA)에 대해 각도(α°)로 배치된다. 튜브 연장부(132)는 프로세스 구역(122)을 향해 하향으로 및 내향으로 연장된다. 도 2b에서 경사진 튜브 연장부에 의해 생성된 각도(α°)는 도 2a에 도시된 바닥 샤워헤드(106b)에 대해 수직 각도와 상이하다.
도 2a의 구현에서와 같이, 도 2b에 도시된 밀폐 링(130)의 튜브 연장부(132)는 상부 단부와 하부 단부 사이의 높이(H1)로 연장된다. 풋 연장부(134)는 에지 링(126) 및 바닥 샤워헤드(106b)에 실질적으로 평행하게(+/- 5%) 되도록 튜브 연장부(132)의 하부 단부에서 결합된다. 튜브 연장부(132)의 하부 단부는 웨이퍼의 외부 에지 주위에 정렬된다. 또한, 이 구현에서, 풋 연장부(134)의 외부 단부는 에지 링(126)의 외부 에지와 정렬된다. 내부 단부와 외부 단부 사이에 정의된 풋 연장부(134)의 환형 표면은 폭(W2)으로 연장된다. 풋 연장부(134)의 환형 표면의 폭(W2)은 에지 링(126)의 폭(W1)보다 크다. 풋 연장부(134)의 환형 표면과 에지 링(126) 사이에 정의된 갭(136)은 실질적으로 균일하고(+/- 5%), 높이(h2)로 연장된다. 프로세스 구역(122)으로부터 유출되는 라디칼의 방출 속도는, 갭(136)의 통로를 통해 유동함에 따라 V1로부터 V2로 증가한다(즉, V2 > V1). 다시, 증가 속도(V2)는, 웨이퍼 에지에서 에칭 레이트의 불균일성을 감소시키는데 가장 효과적인 분리로 갭(136)을 설정함으로써 조정될 수 있다.
도 2c는 일 구현에서, 도 2a 및 2b에 도시된 것에 대한 대안적인 밀폐 링 프로파일을 도시한다. 이 구현에서, 튜브 연장부(132)는 직각에 대해 각도(β°)로 배치된다. 또한, 튜브 연장부(132)는 프로세스 구역(122)으로부터 멀리 하향으로 및 외향으로 연장된다. 밀폐 링(130)의 튜브 연장부(132)는 그의 상부 단부와 하부 단부 사이의 높이(H1)로 연장된다. 풋 연장부(134)는 튜브 연장부(132)의 하부 단부로부터 연장되고, 에지 링(126) 및 바닥 샤워헤드(106b)에 실질적으로 평행하다.
도 2d는 일 구현에서, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 것에 대한 다른 밀폐 링 프로파일을 도시한다. 도 2d에서, 튜브 연장부(132)는 그의 상부 단부로부터 하부 단부로 수직으로 아래로 연장되고, 바닥 샤워헤드(106b)에 수직이다. 그러나, 풋 연장부(134)는 튜브 연장부(132)에 대해 수직 각도와 상이한 각도로 하향으로 연장된다.
도 2d에서, 풋 연장부(134)는 수직 각도에 대해 테이퍼 각도(θ°)로 밀폐 링(130)의 내부 단부로부터 외부 단부로 아래로 연장된다. 튜브 연장부(132)는 에지 링(126)의 내부 에지와 정렬되고, 풋 연장부(134)의 외부 단부는 에지 링(126)의 외부 에지와 정렬된다. 상부 단부와 하부 단부 사이의 밀폐 링(130)의 튜브 연장부(132)의 높이는 H1이고, 풋 연장부(134)의 환형 표면의 폭은 에지 링(126)의 폭(W1)과 동일하다. 일부 구현에서, 풋 연장부(134)의 외부 단부는 에지 링(126)의 외부 에지보다 더 길거나 더 짧은 폭으로 연장될 수 있다. 튜브 연장부(132)로부터의 풋 연장부(134)의 하향 경사로 인해, 풋 연장부(134)의 환형 표면과 에지 링(126) 사이의 갭(136)의 높이는 풋 연장부(134)의 폭에 걸쳐 균일하지 않다(즉, 변할 수 있다). 대신에, 갭(136)의 높이는 풋 연장부(134)의 내부 단부에서의 높이(h2)로부터 풋 연장부(134)의 외부 단부에서의 높이(h5)로 점진적으로 감소하며, 여기서 h2 > h5이다. 풋 연장부(134)의 외부 단부에서의 갭(136)의 추가적인 협소화(narrowing)로 인해, 갭(136)을 통해 유동하는 라디칼 및 다른 가스(들)는 배기 포트(128)를 향해 가속되어, 방출 속도가 V1(즉, 라디칼이 갭(136)에 진입하기 전에 측정된 속도)로부터 V2'(즉, 라디칼이 갭(136)을 빠져나갈 때 측정된 속도)로 증가하게 한다(즉, V2' > V1). 예로서, 방출 속도(V2')는 도 2a-2c의 방출 속도(V2)보다 클 수 있다. 도면에 명시적으로 도시되지 않았지만, 일부 실시예에서, 최상부 표면 또는 에지 링(126)은 외부 직경의 두께보다 큰 내부 직경의 두께로 경사질 수 있다. 이러한 실시예에서, h2와 h5 사이의 차이는 도 2d에 도시된 것과 비교하여 더 작을 것이다. 일부 이러한 경우에, h2는 h5와 실질적으로 동일할 것이다.
도 2e는 도 2a-2d에 도시된 것에 대한 또 다른 밀폐 링 프로파일을 도시한다. 도 2d에서와 같이, 튜브 연장부(132)는, 이 구현에서, 상부 단부로부터 하부 단부까지 수직으로 아래로 연장되고, 바닥 샤워헤드(106b)에 실질적으로 수직(+/- 5%)이다. 풋 연장부(134)는 수직 각도에 대해서 테이퍼 각도(γ°)로 내부 단부로부터 외부 단부로 위로 경사진다. 튜브 연장부(132) 및 풋 연장부(134)의 내부 단부는 에지 링(126)의 내부 에지와 정렬되고, 풋 연장부(134)의 외부 단부는 에지 링(126)의 외부 에지와 정렬된다. 상부 단부와 하부 단부 사이의 밀폐 링(130)의 튜브 연장부(132)의 높이는 H1이고, 풋 연장부(134)의 환형 표면의 폭은 에지 링(126)의 폭(W1)과 동일하다. 외부 단부를 향한 풋 연장부(134)의 상향 및 외향 경사로 인해, 풋 연장부(134)의 환형 표면과 에지 링(126) 사이의 갭(136)의 높이는 풋 연장부(134)의 폭에 걸쳐 균일하지 않다. 대신에, 갭(136)의 높이는 풋 연장부(134)의 내부 단부에서의 높이(h2)로부터 풋 연장부(134)의 외부 단부에서의 높이(h6)로 점진적으로 증가하며, 여기서 h6 > h2이다.
에지 링(126)은 에지 링(126)의 최상부 표면이 웨이퍼(W)의 최상부 표면과 동일 평면에 있도록 배치된다. 풋 연장부(134)의 내부 단부로부터 외부 단부까지 높이가 증가하는 갭(136)에 의해 정의된 통로는 V1(즉, 라디칼이 갭(136)에 진입하기 전의 라디칼의 속도)으로부터 V2"(즉, 라디칼이 갭(136)의 좁은 내부 단부를 통과함에 따라 측정되는 속도)로 프로세스 구역(122)으로부터 유출되는 라디칼 및 가스(들)의 방출 속도의 증가를 발생시키도록 설정된다(즉, V2" > V1). 그러나, 방출 속도는 갭(136)의 내부 단부의 V2"로부터 외부 단부의 V2"'로 속도가 감소한다. 방출 속도의 감소는 외부 단부를 향한 갭(136)의 높이의 증가에 기인할 수 있다. 방출 속도(V2"')는 프로세스 구역(122)에서의 방출 속도(V1)보다 여전히 크지만, 도 2a-2c의 방출 속도(V2) 및 도 2d의 V2'보다 작다.
도 2f는 대안적인 구현에서, 도 2a 내지 도 2e에 도시된 것에 대한 다른 밀폐 링 프로파일을 도시한다. 이 구현에서, 튜브 연장부(132)는, 바닥 샤워헤드(106b)의 바닥 표면(107)에 대한 수직 각도(+/- 5%)와 상이한 각도(β°)로 상부 단부로부터 하부 단부까지 연장된다. 튜브 연장부(132)의 외향 경사 각도는 도 2c에 도시된 것과 유사한 것으로 도시된다. 일부 구현에서, 튜브 연장부(132)의 외향 경사 각도는 β°보다 크거나 작을 수 있다. 튜브 연장부(132)의 외향 경사에 더하여, 풋 연장부(134)는 또한 테이퍼 각도(θ°)로 내부 단부로부터 외부 단부까지 하향으로 경사지는 것으로 도시되어 있다. 풋 연장부(134)의 하향 경사 각도는 도 2d에 도시된 것과 유사한 것으로 도시된다.
대안적인 구현에서, 풋 연장부(134)의 하향 경사 각도는 수직 각도에 대해 θ°보다 크거나 작을 수 있다. 튜브 연장부(132)는 그의 상부 단부에서 에지 링(126)의 내부 에지와 정렬되고, 풋 연장부(134)의 외부 단부는 에지 링(126)의 외부 에지와 정렬된다. 상부 단부와 하부 단부 사이의 밀폐 링(130)의 튜브 연장부(132)의 높이는 H1이고, 풋 연장부(134)의 환형 표면의 폭은 에지 링(126)의 폭(W1)과 동일하다. 튜브 연장부(132)로부터 외향으로 풋 연장부(134)의 하향 경사로 인해, 풋 연장부(134)의 환형 표면과 에지 링(126) 사이의 갭(136)의 높이는 풋 연장부(134)의 폭에 걸쳐 균일하지 않다. 대신에, 갭의 높이는 풋 연장부(134)의 내부 단부에서의 높이(h2)로부터 풋 연장부(134)의 외부 단부에서의 높이(h5)로 점진적으로 감소하며, 여기서 h2 > h5이다. 에지 링(126)은 에지 링(126)의 최상부 표면이 웨이퍼(W)의 최상부 표면과 동일 평면에 있도록 배치된다. 풋 연장부(134)의 내부 단부로부터 외부 단부로의 갭(136)의 추가의 협소화로 인해, 갭(136)을 통해 유동하는 라디칼은 갭(136)의 초기 좁은 단부를 통해 배기 포트(128)를 향해 통과할 때 가속되어, V1(즉, 라디칼이 갭(136)에 진입하기 전에 측정된 속도)로부터 V2'(즉, 라디칼이 갭(136)을 빠져나갈 때 측정된 속도)로의 유출 속도의 증가를 발생시키고, 여기서 V2' > V1이다. 도면에 명시적으로 도시되지 않았지만, 일부 실시예에서, 최상부 표면 또는 에지 링(126)은 외부 직경의 두께보다 큰 내부 직경의 두께로 경사질 수 있다. 이러한 실시예에서, 도 2f에서 h2와 h5 사이의 차이는 더 작을 것이다. 일부 이러한 경우에, h2는 h5와 실질적으로 동일할 것이다.
도 2g는 일 구현에서 다른 대안적인 밀폐 링 프로파일을 예시한다. 이 구현에서, 밀폐 링(130)은 복수의 세그먼트를 포함한다. 예를 들어, 밀폐 링(130)은 튜브 연장부(132), 제1 세그먼트(132a), 제2 세그먼트(132b), 제3 세그먼트(132c) 및 풋 연장부(134)를 포함한다. 밀폐 링(130)의 튜브 연장부(132)는 그의 상부 단부로부터 하부 단부까지 수직으로 아래로 연장된다. 제1 세그먼트(132a)는 상부 단부에서 수평 축을 따라 연장되고, 바닥 샤워헤드(106b)에 밀폐 링(130)을 커플링하는 데 사용된다. 제1 세그먼트(132a)는 프로세스 구역(122)으로부터 멀리 그리고 외향으로 연장된다. 제2 세그먼트(132b)는 상부 단부로부터 높이(H3)로 제1 세그먼트(132a)에 직교하여 아래로 연장된다. 제3 세그먼트(132c)는 제2 세그먼트(132b)의 바닥으로부터 풋 연장부(134)의 외부 단부까지 높이(H4)로 아래로 연장된다. 일부 구현에서, 제3 세그먼트(132c)는 직각에 대해 각도(δ°)로 하향으로 그리고 내향으로 연장된다. 풋 연장부(134)는 내부 단부와 외부 단부 사이의 폭(W1)으로 연장된다.
일부 구현에서, 밀폐 링(130)은 도 2g에 도시된 것과 상이한 설계(도시되지 않음)를 갖는다. 이러한 구현에서, 밀폐 링(130)의 복수의 세그먼트는 제1 세그먼트(132a), 제2 세그먼트(132b), 제3 세그먼트(132c) 및 풋 연장부(134)를 포함하고, 여기서 제1, 제2 및 제3 세그먼트(132a, 132b, 132c)는 함께 튜브 연장부(132)를 정의한다. 제1, 제2, 제3 세그먼트(132a, 132b, 132c) 및 풋 연장부(134)의 위치 및 배향은 도 2g에 도시된 것과 유사하다. 이러한 구현에서 밀폐 링(130)의 설계는, 도 2g의 밀폐 링(130)이 바닥 샤워헤드(106b)의 바닥 표면(107)으로부터 수직으로 아래로 연장되는 추가적인 튜브 연장부(132)를 포함한다는 점에서, 도 2g에 도시된 밀폐 링(130)의 설계로부터 달라진다.
다양한 밀폐 링 프로파일은 단순한 예들로서 제공되었고, 전체적으로 또는 부분적으로, 프로세스 구역(122)으로부터 멀어지게 하향 및 외향으로 연장되거나 프로세스 구역(122) 내로 하향 및 내향으로 연장되는 제1, 제2 및 제3 세그먼트(132a, 132b, 132c)를 포함하는 튜브 연장부(132) 및 내부 단부로부터 외부 단부까지 상향 또는 하향으로 연장되는 풋 연장부(134)와 같은 다른 프로파일이 또한 구상될 수 있다. 또한, 제1, 제2 및 제3 세그먼트(132a, 132b, 132c)를 포함하는 튜브 연장부(132) 및 풋 연장부(134)의 상향/하향/외향/내향 경사의 각도는 예로서 제공되었으며, 본 개시의 구현에 제한되지 않는다. 제1, 제2, 및 제3 세그먼트(132a, 132b, 132c)를 포함하는 튜브 연장부 및/또는 풋 연장부(134)의 두께는 개개의 구성요소의 길이 또는 폭에 걸쳐 변할 수 있고 균일할 필요가 없다는 것에 유의해야 한다. 또한, 경사가 밀폐 링(132)의 임의의 구성요소(즉, 제1, 제2 및 제3 세그먼트(132a, 132b, 132c)를 포함하는 튜브 연장부(132) 및/또는 풋 연장부(134))에 존재하는 경우, 경사는 일정할 필요는 없지만, 개개의 구성요소의 방향을 따라 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 밀폐 링(130)은 별개의 부분으로부터 제조될 수 있고, 예를 들어, 튜브 연장부(132)는 풋 연장부(134)로부터 분리된다는 것이 또한 이해되어야 한다. 또한, 제1, 제2 및 제3 세그먼트(132a, 132b, 132c)는 별개의 부분일 수 있다. 밀폐 링(130)이 별개의 부분으로 제조될 때, 부분은 기계적 체결구, 접착제, 나사 등을 사용하여 연결될 수 있다. 다양한 밀폐 링 프로파일에서, 에지 링의 최상부 표면 위로 실질적으로 연장되는 풋 연장부(134)는, 풋 연장부(134)가 에지 링(126)의 최상부 표면 위로 완전히 연장된다는 것을 의미할 수 있다. 대안적으로, 에지 링의 최상부 표면 위로 실질적으로 연장되는 풋 연장부(134)는, 풋 연장부(134)가 에지 링의 최상부 표면 위로 부분적으로 연장된다는 것(예를 들어, 에지 링의 내부 또는 외부 부분 위로 연장된다 것)을 의미할 수 있다.
일부 구현에서, 밀폐 링(130)의 튜브 연장부(132)의 높이(H1)는 약 20 mm 내지 65 mm인 것으로 정의된다. 또 다른 구현에서, 튜브 연장부(132)의 높이(H1)는 약 50 mm로 정의된다. 일부 구현에서, 밀폐 링(130)은 알루미늄으로부터 구성된다. 일부 구현에서, 밀폐 링(130)은 양극 산화된 알루미늄으로 제조된다. 일부 구현에서, 밀폐 링(130)은 ALD(Atomic Layer Deposition) 이트리아(Yttrium Oxide)와 같은 재료로 코팅된다. 일부 구현에서, 밀폐 링은 유전체 재료로 제조되고, 이는 접지 연결 해제부(140)의 사용을 필요로 하지 않을 것이다. 이러한 실시예에서, 유전체 재료는 산화 알루미늄(Alumina), 이트리아(Yttria), 석영(Quartz), 질화 규소(Silicon Nitride), 탄화 규소(Silicon Carbide) 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상술한 유전체 재료의 목록은 단순한 예로서 제공되며, 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다.
일부 구현에서, 밀폐 링(130)은 플라즈마 밀폐 능력을 갖는 단일 피스 바닥 샤워헤드를 생성하기 위해 바닥 샤워헤드(106b)와 통합된다. 프로세스 챔버(100)의 다른 구성요소 및 밀폐 링(130)을 정의하는 데 사용되는 설계, 치수, 재료 모두가 예로서 제공되고, 총체적이거나 제한적으로 간주되어서는 안 된다는 것에 유의해야 한다.
도 3은 풋 연장부(134)를 갖는 밀폐 링(130)을 사용하는 프로세스 챔버(100)에서 수행되는 에칭 동작에 대해 플롯화된(plotted) 웨이퍼의 중심으로부터의 거리에 관한 에칭 레이트의 그래프를 도시한다. 테스팅 및 실험에 기초하여, 에칭 레이트 그래프에 플롯화된 다양한 그래프 라인은 (즉, 에지 링(126)의 최상부 표면과 밀폐 링(130)의 풋 연장부(134)의 바닥 표면 사이, 또는 에지 링(126)의 최상부 표면과 바닥 샤워헤드의 바닥 표면 사이의) 갭(136)의 상이한 분리에 대한 상이한 에칭 프로파일을 나타낸다. 이 그래프는, 상이한 갭이 에칭 불균일성을 제거 또는 감소시키기 위해 에칭 성능을 조정하는 것을 보조할 수 있음을 보여준다. 웨이퍼의 에지 근처의 에칭 레이트가 웨이퍼 중심에서의 에칭 레이트와 항상 정확하게 동일하지는 않을 것이지만, 이들 플롯은, 본 발명에 개시된 풋 연장부(134)를 갖는 밀폐 링(130)을 사용하지 않는 종래 기술 시스템들과 비교하여, 웨이퍼 에지 근처의 상당한 개선 및 증가된 에칭 레이트 균일성을 나타낸다.
예를 들어, 그래프 라인 1은, 어떠한 밀폐 링도 존재하지 않을 때 플롯화된 웨이퍼의 중심으로부터 300 mm 웨이퍼의 웨이퍼 에지를 향해 연장되는 기준선 에칭 레이트 프로파일을 도시한다. 그래프 라인 2-5는 풋 연장부를 갖는 밀폐 링(130)이 존재할 때 그리고 밀폐 링(130)의 풋 연장부(134)와 에지 링(126) 사이에 정의된 상이한 갭에 대한 에칭 레이트 프로파일을 나타낸다. 그래프 라인 1은, 에지 링(126)의 최상부 표면과 바닥 샤워헤드의 바닥 표면 사이의 갭(136)이 약 37.5 mm일 때의 에칭 레이트 프로파일을 나타낸다. 그래프 라인 2는, 에지 링(126)의 최상부 표면과 밀폐 링(130)의 풋 연장부(134) 사이의 갭(136)이 약 17.7 mm일 때의 에칭 레이트를 나타낸다. 그래프 라인 3은 에지 링(126)의 최상부 표면과 밀폐 링(130)의 풋 연장부(134) 사이의 갭(136)이 약 12.7 mm일 때의 에칭 레이트 프로파일을 나타낸다.
그래프 라인 4는 에지 링(126)의 최상부 표면과 밀폐 링(130)의 풋 연장부(134) 사이의 갭(136)이 약 8.5 mm일 때의 에칭 레이트 프로파일을 나타낸다. 그래프 라인 5는, 에지 링(126)의 최상부 표면과 밀폐 링(130)의 풋 연장부(134) 사이의 갭(136)이 약 6.5 mm일 때 그래프 라인(5)과 유사한 에칭 레이트 프로파일을 나타낸다. 도 3의 에칭 레이트 그래프에 도시된 다양한 그래프 라인의 에칭 레이트 프로파일에 기초하여, 웨이퍼 에지에서의 실질적으로 균일한 에칭 레이트를 달성하기 위해, 갭(136)은, 일부 구현에서, 약 3.5 mm 내지 약 37.5 mm인 것으로 정의된다. 일부 다른 구현에서, 웨이퍼 에지에서 실질적으로 균일한 에칭 레이트를 달성하기 위해, 갭(136)은 약 6 mm 내지 약 20 mm인 것으로 정의된다. 또 다른 구현에서, 갭(136)은 약 13 mm인 것으로 정의된다. 도시된 바와 같이, 풋 연장부(134)를 갖는 밀폐 링(130)은 웨이퍼 에지에서의 라디칼의 농도 구배를 감소시키는 것을 상당히 보조하여, 웨이퍼 에지까지 그리고 웨이퍼 에지를 포함하는 웨이퍼에 걸친 에칭 균일성의 개선으로 이어진다.
다양한 구현의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 본 발명을 총망라하거나 제한하도록 의도되지 않는다. 특정 구현의 개별 요소들 또는 특징은 일반적으로 해당 특정 구현으로 제한되지 않지만, 적용가능한 경우, 상호교환가능하고, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않더라도, 선택된 구현에서 사용될 수 있다. 동일한 것은 또한 많은 방식으로 변경될 수 있다. 그러한 변경은 본 발명으로부터의 이탈로 간주되지 않으며, 그러한 모든 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
전술한 실시예는 이해의 명확성을 목적으로 다소 상세히 설명되었지만, 특정 변경 및 수정이 첨부된 청구항의 범주 내에서 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 본 실시예는 예시적이며, 이에 제한되지 않는 것으로 고려되어야 하며, 실시예는 본 명세서에 제공된 세부사항에 제한되지 않고, 청구 범위 및 그의 등가물 내에서 수정될 수 있다.

Claims (21)

  1. 프로세스 챔버에서 사용하기 위한 밀폐 링(confinement ring)으로서,
    상기 프로세스 챔버 내의 프로세스 구역을 둘러싸도록 구성된 튜브 연장부(tubular extension) ― 상기 튜브 연장부는 상기 프로세스 챔버 내에 배치된 샤워헤드에 연결되도록 구성된 상부 단부 및 에지 링에 근접하여 연장되도록 구성된 하부 단부를 갖고, 상기 에지 링은 웨이퍼가 프로세싱을 위해 상기 프로세스 구역 내에 수용될 때 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 구성됨 ― ; 및
    상기 튜브 연장부의 하부 단부에 결합되고 상기 프로세스 구역으로부터 외부 단부로 외향으로 연장되는 내부 단부를 포함하는 풋 연장부(foot extension) ― 상기 풋 연장부는 상기 에지 링의 최상부 표면과 갭을 형성하도록 구성되는 환형 표면을 정의하고, 상기 갭은 상기 프로세스 구역으로부터 라디칼(radical)을 유출시키는 데 사용됨 ― 를 포함하는,
    밀폐 링.
  2. 제1항에 있어서, 상기 튜브 연장부는 직각으로 상기 샤워헤드로부터 수직으로 아래로 연장되는,
    밀폐 링.
  3. 제1항에 있어서, 상기 튜브 연장부는 상기 샤워헤드의 직각과 상이한 각도로 연장되고, 상기 각도는 상기 직각에 관련하여 예각(acute angle) 및 둔각(obtuse angle) 중 어느 하나인,
    밀폐 링.
  4. 제1항에 있어서, 상기 풋 연장부의 상기 환형 표면은 상기 에지 링의 상기 최상부 표면에 실질적으로 평행한,
    밀폐 링.
  5. 제4항에 있어서, 상기 갭은 상기 풋 연장부의 폭을 따라 높이가 균일한,
    밀폐 링.
  6. 제1항에 있어서, 상기 풋 연장부는 상기 튜브 연장부에 실질적으로 수직으로 연장되는,
    밀폐 링.
  7. 제1항에 있어서, 상기 풋 연장부는 상기 튜브 연장부에 관련하여 수직 각도와 상이한 테이퍼 각도(taper angle)로 연장되고, 상기 테이퍼 각도는 예각 및 둔각 중 어느 하나인,
    밀폐 링.
  8. 제7항에 있어서, 상기 갭은 상기 풋 연장부의 폭을 따라 높이가 변동하고, 그리고
    상기 갭의 높이는 외향으로 점진적으로 증가 또는 감소하는,
    밀폐 링.
  9. 제1항에 있어서, 상기 환형 표면의 폭은 상기 에지 링의 폭과 동일한,
    밀폐 링.
  10. 제1항에 있어서, 상기 환형 표면의 폭은 상기 에지 링의 폭보다 크거나 작은,
    밀폐 링.
  11. 제1항에 있어서, 상기 갭의 크기는 상기 갭을 통해 유동하는 라디칼의 속도 증가를 발생시키고, 라디칼의 역류(backflow)를 방지하도록 정의되는,
    밀폐 링.
  12. 제1항에 있어서, 상기 샤워헤드는 최상부 샤워헤드 및 바닥 샤워헤드를 포함하고, 상기 튜브 연장부는 상기 바닥 샤워헤드에 연결되는,
    밀폐 링.
  13. 제1항에 있어서, 상기 밀폐 링은 상기 샤워헤드 내에 통합되는,
    밀폐 링.
  14. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼는 상기 프로세스 챔버의 하부 부분에 정의된 정전 척(electrostatic chuck; ESC)의 최상부 표면 상에 수용되고, 상기 밀폐 링의 내부 직경은 상기 ESC의 최상부 표면 상에 수용된 상기 웨이퍼의 외부 직경으로 연장되어, 상기 튜브 연장부가 상기 웨이퍼의 외부 에지와 정렬되고 상기 풋 연장부의 환형 표면이 상기 에지 링의 최상부 표면 위로 실질적으로 연장되는,
    밀폐 링.
  15. 제1항에 있어서, 상기 밀폐 링의 최상부 표면은 O-링을 수용하기 위한 홈(groove)을 포함하고, 상기 O-링은 상기 밀폐 링이 상기 샤워헤드에 연결될 때 밀봉(seal)을 생성하는 데 사용되는,
    밀폐 링.
  16. 제1항에 있어서, 상기 밀폐 링은 알루미늄, 양극 처리된 알루미늄, 및 ALD(Atomic Layer Deposition) 이트리아(Yttria) 또는 유전체 재료로 코팅된 알루미늄 중 어느 하나로 제조되는,
    밀폐 링.
  17. 웨이퍼를 에칭하는 데 사용되는 프로세스 챔버로서,
    상기 프로세스 챔버의 하부 부분, 상기 웨이퍼를 수용하도록 구성된 정전 척(electrostatic chuck; ESC)의 최상부 표면 및 에지 링으로 정의되는 ESC ― 상기 에지 링은 상기 웨이퍼에 인접하게 배치되고 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 구성됨 ― ;
    상기 프로세스 챔버의 상부 부분에 정의된 플라즈마 챔버 ― 상기 플라즈마 챔버는 프로세스 가스(들)를 수용하기 위해 하나 이상의 가스 소스에 커플링되고 상기 플라즈마 챔버를 둘러싸도록 배치된 하나 이상의 코일을 포함하고, 상기 하나 이상의 코일은 RF 전력을 수신하기 위해 매칭 네트워크를 통해 RF 전력 소스에 커플링되고, 상기 RF 전력은 플라즈마를 생성하기 위해 상기 프로세스 가스(들)를 가열하는 데 사용됨 ― ;
    상기 플라즈마 챔버의 바닥에 정의된 샤워헤드 ― 상기 샤워헤드는, 상기 플라즈마의 라디칼을 상기 프로세스 챔버의 상기 샤워헤드와 상기 ESC 사이에 정의된 프로세스 구역을 향해 지향시키기 위한 입구를 가짐 ― ;
    상기 프로세스 챔버에서 사용하기 위한 밀폐 링을 포함하고, 상기 밀폐 링은:
    상기 프로세스 챔버 내의 상기 프로세스 구역을 둘러싸도록 구성된 튜브 연장부 ― 상기 튜브 연장부는 상기 프로세스 챔버 내에 배치된 상기 샤워헤드의 바닥 표면에 연결되도록 구성된 상부 단부 및 상기 웨이퍼를 둘러싸는 상기 에지 링에 근접하여 연장되도록 구성된 하부 단부를 가짐 ― ; 및
    상기 튜브 연장부의 하부 단부에 결합되고 상기 프로세스 구역으로부터 외부 단부로 외향으로 연장되는 내부 단부를 갖는 풋 연장부 ― 상기 풋 연장부는 상기 에지 링의 최상부 표면과 갭을 형성하도록 구성되는 환형 표면을 정의하고, 상기 갭은 상기 프로세스 구역으로부터 플라즈마를 유출시키는 데 사용됨 ― 를 포함하는,
    프로세스 챔버.
  18. 제17항에 있어서, 상기 샤워헤드는 최상부 샤워헤드 및 바닥 샤워헤드를 포함하고, 상기 밀폐 링의 상기 튜브 연장부는 상기 바닥 샤워헤드에 연결되는,
    프로세스 챔버.
  19. 제17항에 있어서, 상기 밀폐 링의 내부 직경은 상기 ESC의 상기 최상부 표면 상에 수용된 상기 웨이퍼의 외부 직경으로 연장되고, 상기 튜브 연장부는, 상기 웨이퍼가 상기 ESC 상에 수용될 때, 상기 웨이퍼의 외부 에지와 정렬되는,
    프로세스 챔버.
  20. 제17항에 있어서, 상기 튜브 연장부는 직각으로 상기 샤워헤드로부터 수직으로 아래로 연장되고, 그리고
    상기 풋 연장부의 환형 표면은 상기 에지 링의 최상부 표면에 실질적으로 평행하는,
    프로세스 챔버.
  21. 프로세스 챔버에서 사용하기 위한 밀폐 링으로서,
    상기 프로세스 챔버 내의 프로세스 구역을 둘러싸도록 구성된 튜브 연장부 ― 상기 튜브 연장부는 상기 프로세스 챔버의 최상부 판에 연결되도록 구성된 상부 단부 및 에지 링에 근접하여 연장되도록 구성된 하부 단부를 갖고, 상기 에지 링은 웨이퍼가 프로세싱을 위해 상기 프로세스 구역 내에 수용될 때 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 구성됨 ― ; 및
    상기 튜브 연장부의 하부 단부에 결합되는 내부 단부를 갖고 상기 프로세스 구역으로부터 외부 단부로 외향으로 연장되는 풋 연장부 ― 상기 풋 연장부는 상기 에지 링의 최상부 표면과 갭을 형성하도록 구성되는 환형 표면을 정의하고, 상기 갭은 상기 프로세스 구역으로부터 플라즈마를 유출시키는 데 사용됨 ― 를 포함하는,
    밀폐 링.
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