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KR102124441B1 - 웨이퍼 엣지 및 경사면 증착을 수정하기 위한 쉐도우 링 - Google Patents

웨이퍼 엣지 및 경사면 증착을 수정하기 위한 쉐도우 링 Download PDF

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KR102124441B1
KR102124441B1 KR1020187007120A KR20187007120A KR102124441B1 KR 102124441 B1 KR102124441 B1 KR 102124441B1 KR 1020187007120 A KR1020187007120 A KR 1020187007120A KR 20187007120 A KR20187007120 A KR 20187007120A KR 102124441 B1 KR102124441 B1 KR 102124441B1
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로버트 김
아미트 반살
마크 포도르
빈흐 응우옌
시우 에프. 쳉
항 유
치우 찬
가네쉬 발라서브라마니
데네쉬 파드히
주안카를로스 로차
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Abstract

본 발명의 실시예들은 웨이퍼의 엣지 상에 증가 또는 감소된 그리고 더욱 균일한 증착을 제공하는 쉐도우 링을 고려한다. 쉐도우 링의 상단면 및/또는 바닥면으로부터 물질을 제거함으로써, 증가된 엣지 증착 및 경사면 커버리지가 실현될 수 있다. 일 실시예에서, 바닥면상의 물질은 바닥면 상에 오목한 슬롯을 제공함으로써 감소된다. 쉐도우 링의 물질의 양을 증가시킴으로써, 엣지 증착 및 경사면 커버리지가 감소된다. 웨이퍼의 엣지에서의 증착을 조절하는 다른 접근방법은 쉐도우 링의 내경의 증가 또는 감소를 포함한다. 또한, 쉐도우 링을 형성하는 물질은 웨이퍼의 엣지에서의 증착의 양을 변화시키도록 변경될 수 있다.

Description

웨이퍼 엣지 및 경사면 증착을 수정하기 위한 쉐도우 링{SHADOW RING FOR MODIFYING WAFER EDGE AND BEVEL DEPOSITION}
본 발명의 실시예들은 웨이퍼의 엣지 및 경사면(bevel) 상의 프로세스 가스들의 증착(deposition)을 강화시키거나 그렇지 않으면 영향을 미치는 쉐도우(shadow) 링 수정(modification)들에 관한 것이다.
열 및 플라즈마 강화 화학 기상 증착(CVD)은 반도체 웨이퍼들 상에 물질의 박막들을 증착하는데 사용되는 많은 프로세스들 중의 일부이다. 열 CVD를 사용하여 웨이퍼들을 프로세싱하기 위해, 진공 챔버에는 웨이퍼를 수용하도록 구성된 기판 지지체가 제공된다. 전형적인 CVD 챔버에 있어서, 웨이퍼는 로봇 블레이드(blade)에 의해 챔버 내에 배치되고 챔버로부터 제거되며, 프로세싱 동안 웨이퍼 지지체에 의해 지지된다. 전구체 가스는 웨이퍼 위에 배치된 가스 매니폴드 판을 통해 진공 챔버 내로 전달되며, 웨이퍼는 일반적으로 약 250℃ 내지 650℃ 범위의 프로세스 온도들로 가열된다. 전구체 가스는 그 가열된 웨이퍼 표면 상에서 반응하여 그 상부에 박층(thin layer)을 증착하고, 챔버 배기 시스템을 통해서 펌핑(pump away)되는 휘발성 부산물 가스들을 형성한다. 열 CVD 프로세스들에 있어서, 전기저항 타입 히터와 같은 히터가 웨이퍼를 가열하는데 사용될 수 있다. 플라즈마 강화 CVD(PECVD)에 있어서, 가스를 에너자이징(energize)하여 플라즈마를 형성하기 위해 하나 또는 둘 이상의 RF 전극들이 제공된다. 전구체들을 활성화하여 박막층을 형성하기 위한 열이 플라즈마에 의해 제공된다.
웨이퍼 프로세싱의 주 목적은 각각의 웨이퍼로부터 가능한, 가장 넓은 유효 표면적을 얻고 그 결과 가장 많은 수의 칩들을 얻는 것이다. 이것은, 웨이퍼의 엣지를 포함하여 웨이퍼 표면이 가능한 적게 낭비되도록, 프로세스되는 웨이퍼들 상의 엣지 배제를 최소화하기 위한 반도체 칩 제조자들로부터의 최근 요구사항들에 의해 강조된다. 고려할 일부 중요한 요소들은 웨이퍼 상에 증착된 층의 균일도 및 두께에 영향을 미치는 프로세싱 변수들과, 웨이퍼에 부착되어 웨이퍼 상에 형성된 디바이스들의 전부 또는 일부를 결함이 있게 하거나 못쓰게 할 수 있는 오염물질들을 포함한다. 이들 두 요인들은 프로세싱된 각각의 웨이퍼에 대한 유효 표면적을 최대로 하기 위해 제어되어야만 한다.
챔버 내의 입자 오염의 하나의 소스는 후속 프로세스 동안 떨어져 나가거나(flake off) 벗겨지는(peel off) 웨이퍼의 엣지 또는 후면에 증착된 물질이다. 웨이퍼 엣지들은 전형적으로 경사져서, 이들 표면들에 대해 증착을 제어하기 어렵게 한다. 따라서, 웨이퍼 엣지들에서의 증착은 전형적으로 불균일하고, 금속이 증착되는 경우에, 유전체와 실리콘에 상이하게 부착되는 경향이 있다. 만일 웨이퍼의 유전체 층이 경사면으로 연장되지 않으면, 금속이 실리콘 경사면 상에 증착되어 결국 깎여지거나(chip) 떨어져 나가서, 챔버 내에 원치않는 입자들을 발생시킬 수 있다. 또한, 텅스텐 또는 다른 금속들로 코팅된 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 화학 기계적 폴리싱이 자주 사용된다. 폴리싱 동작은 엣지 및 후면 표면들 상의 임의의 증착물들이 떨어져 나가게 할 수 있고 원치않는 입자들을 발생시키게 할 수 있다.
프로세싱 동안 웨이퍼의 엣지 상의 증착을 제어하기 위해 수많은 접근방법들이 사용되어 왔다. 한가지 접근방법은 본질적으로 프로세스 가스들로부터 웨이퍼의 둘레의 일부를 마스킹하거나 차폐(shield)하는 쉐도우 링을 사용한다. 쉐도우 링 접근방법에서의 한가지 단점은 웨이퍼의 둘레의 일부를 마스킹함으로써 쉐도우 링이 웨이퍼의 전체적인 유효 표면적을 감소시킨다는 것이다. 만일 쉐도우 링이 웨이퍼와 정확하게 정렬되지 않으면, 이 문제는 더욱 악화되고, 정렬은 달성하기 어려울 수 있다. 또한, 쉐도우 링 자체는 웨이퍼의 엣지로부터 (저항성 및 플라즈마 타입 열소스들로부터)열을 방출(draw away)시킴으로써 웨이퍼의 엣지의 구역의 증착 균일도에 영향을 끼친다.
따라서, 엣지 증착 균일도를 증가시키고 입자 오염의 가능성을 감소시킬 수 있는 개선된 쉐도우 링이 요망되고 있다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 웨이퍼의 엣지에서의 개선된 증착을 위한 쉐도우 링을 제공한다. 쉐도우 링에 의해 생성된 열 및 플라즈마 효과들을 변화시키고 그에 따라 웨이퍼의 엣지에서의 물질의 증착을 조절하도록, 쉐도우 링의 다양한 파라미터들이 조절된다.
제1실시예에서, 본 발명은 증착 프로세스에서 웨이퍼의 엣지를 차폐하기 위한 쉐도우 링이다. 쉐도우 링은 환형 상단면 및 환형 바닥면을 포함하며, 바닥면은, 기판 지지체와 맞물리기(engaging) 위한 제1부분, 및 환형 바닥면 주위에 연장되고 그 바닥면의 제1부분 위로 제1거리에 있는 환형의 오목한 슬롯을 갖는다.
추가 실시예에서, 본 발명은 웨이퍼 상에 물질을 증착하기 위한 챔버이다. 챔버는, 챔버 본체, 웨이퍼를 지지하기 위한 상단면을 갖는 기판 지지체, 및 기판 지지체의 상단면 상에 지지되는 쉐도우 링을 갖는다. 쉐도우 링은 환형 상단면 및 환형 바닥면을 포함하며; 바닥면은, 기판 지지체의 상단면과 맞물리기 위한 제1부분, 및 환형 바닥면 주위에 연장되고 그 바닥면의 제1부분 위로 제1거리에 있는 환형의 오목한 슬롯을 갖는다.
다른 실시예에서, 본 발명은 증착 프로세스에서 웨이퍼의 엣지에서의 물질의 증착을 조절하는 방법이다. 방법은, 물질로 형성되고 상단면 및 바닥면을 갖는 쉐도우 링을 제공하는 단계, 및 웨이퍼의 엣지에서 증착 균일도를 개선하고 증착에 영향을 주기 위해 쉐도우 링의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 단계를 포함한다.
앞서 언급된 본 발명의 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 앞서 간단히 요약된 본 발명의 더욱 특별한 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 그 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 도시된다.
도1은 비-프로세싱 위치에 있는 기판 지지체 및 쉐도우 링의 일 실시예를 도시하는 챔버의 개략적인 단면도.
도2는 프로세싱 위치에 있는 기판 지지체 및 쉐도우 링을 도시하는 도1의 챔버의 개략적인 단면도.
도3은 챔버 본체(body) 링 상에서 지지되는 쉐도우 링의 일 실시예의 평면도.
도4는 도3의 쉐도우 링의 추가 실시예의 핀 영역의 개략적인 부분 단면도.
도5는 도3의 쉐도우 링의 추가 실시예의 핀 영역의 개략적인 부분 단면도.
명확함을 위해, 도면들 사이에 공통적인 동일한 엘리먼트들을 나타내기 위해 적용가능한 경우에 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 실시예의 특징들이 추가의 기재 없이 다른 실시예들에 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
본 발명의 실시예들은 웨이퍼의 표면의 원치않는 구역들 상의 증착을 최소로 하면서, 웨이퍼의 엣지에서의 증착 균일도를 증가시키는 쉐도우 링을 고려한다. 특히, 실시예들은 웨이퍼의 엣지 배제 영역에서의 증착을 변경하는 쉐도우 링에 대한 수정들을 포함한다. 쉐도우 링의 실시예들은 쉐도우 링 형상의 테일러링(tailoring)에 의해 웨이퍼의 엣지 상에 증가 또는 감소된 증착을 제공할 수 있다. 쉐도우 링의 상단면 및/또는 바닥면으로부터 물질을 제거하는 것은 엣지 증착 및 경사면 커버리지를 증가시키는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 쉐도우 링의 바닥면 상의 물질은 쉐도우 링의 바닥면 상에 오목한 슬롯을 제공함으로써 감소된다. 일 실시예에서, 쉐도우 링의 물질의 양을 증가시키는 것은 경사면 커버리지 및 엣지 증착의 양을 감소시킨다. 웨이퍼의 엣지에서의 증착을 조절하는 다른 접근방법들은 쉐도우 링의 내경을 증가시키거나 감소시키고, 쉐도우 링을 형성하는 물질의 조성을 조절하는 것을 포함한다. 예를 들어, 쉐도우 링의 열 특성들에 영향을 미치기 위해 물질의 열 전도율이 변화될 수 있다. 따라서, 열 프로세스들에서 웨이퍼의 엣지 구역에 가해지는 열은 그 구역에서의 증착에 영향을 미치도록 제어될 수 있다. 쉐도우 링이 제조되는 물질의 유전상수는 플라즈마 기반 프로세스들에서 쉐도우 링의 플라즈마 커플링 특성들에 영향을 미치도록 변화될 수 있다. 따라서, 플라즈마 강화 증착 프로세스들에서의 웨이퍼의 엣지 구역과 플라즈마 사이의 상호작용은 그 구역에서의 증착에 영향을 미치도록 제어될 수 있다.
도1은 챔버 본체(100) 내에서 하강된 비-프로세싱 위치에 위치된 기판 지지체(13)를 갖는 챔버(150)의 측단면도이다. 쉐도우 링(4)은, 기판 지지체(13) 및 기판 지지체(13) 상에 배치된 퍼지(purge) 링(15)과 같은 제2링 위에서, 프로세싱 챔버 본체(100)의 내면(102) 상에 배치된 챔버 본체 링(200)에 의해 지지된다. 기판 지지체(13)는, 알루미늄 및/또는 세라믹과 같은 화학적 프로세싱에 내성이 있는 물질로 제조될 수 있으며, 기판 지지체(13) 내에 배치되고 히터 전원공급부(112)로부터 전력이 공급되는 저항성 가열 코일과 같은 가열 엘리먼트(7)를 포함할 수 있다. 도1 및 도2의 기판 지지체(13)의 실시예는 프로세싱 구역(106)(도2 참조)에 플라즈마(P)를 유도(induce)하는데 사용될 수 있는 RF 전극(17)을 포함한다. 전극(17)은, 전형적으로 프로세싱 챔버 본체(100)의 벽들인 접지부와 전극(17) 사이에 RF 전류를 생성하는 RF 전원공급부(108)에 연결될 수 있다. 샤워헤드(110)는 증착 프로세스에 대해 요구되는 프로세싱 구역(106)에, 필요한 증착 및 플라즈마 가스들을 제공한다. 증착 요건들에 따라, 프로세싱 구역(106)에서 진공 환경을 유지하기 위해, 진공 포트들(12)(하나가 도시되었음)이 진공의 소스(114)에 부착 및 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 쉐도우 링(4)은, 쉐도우 링(4)의 둘레 주위에 균등하게 이격되어 있으며 쉐도우 링(4)으로부터 하향 연장되는 복수의 테이퍼형(tapered) 또는 원뿔대 형상의(frustoconically shaped) 핀들(19)(2개가 도시되었음)을 포함한다. 퍼지 링(15)은 적어도 하나의 테이퍼형 또는 원뿔대 형상의 정렬 오목부(recess)(5), 및 그 내부에 형성된 적어도 하나의 테이퍼형 또는 원뿔대 형상의 정렬 슬롯(6)을 포함한다. 본 발명이 상부에 핀들을 갖는 쉐도우 링 및 상부에 오목부/슬롯을 갖는 퍼지 링을 가지고 도시 및 설명되지만, 본 발명은 핀과 오목부/슬롯 커플링이 쉐도우 링 또는 퍼지 링 중 어느 하나 상에 배치될 수 있는 실시예들을 고려한다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 발명은 핀들 또는 오목부들/슬롯들 중 어느 하나가 테이퍼형 표면들을 포함하는 실시예들을 고려한다. 또한, 쉐도우 링이 퍼지 링과 함께 사용되는 것으로 도시되었지만, 일부 실시예들에서, 퍼지 링은 요구되지 않으며 정렬 오목부(5) 및 슬롯(6)이 기판 지지체(13) 내에 직접 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 핀들(19)은 정렬 오목부(5) 및 정렬 슬롯(6)과 인터페이스하도록 위치된다. 정렬 오목부(5) 및 정렬 슬롯(6)은 적어도, 복수의 핀들(19) 중 대응하는 하나의 핀만큼 넓다. 핀들(19)과 정렬 오목부(5) 및 정렬 슬롯(6)의 커플링은, 열 사이클링 유도된 팽창 및 수축 또는 다른 원인들에 의해 야기되는 쉐도우 링(4)의 움직임을 정렬 슬롯(6)의 길이 미만으로 제한한다. 또한, 핀들(19)은 퍼지 링(15)에 대한 쉐도우 링(4)의 회전 움직임을 제한함으로써, 회전 정렬을 제공한다. 도1 및 도2에 도시된 핀들(19)은 기저부로부터 상단부까지 테이퍼링되는 원뿔대 형상을 갖는 것이 바람직하다. 정렬 오목부(5) 및 정렬 슬롯(6)은, 테이퍼형 핀들(19)을 수용하기 위해 더 넓은 개방 부분 및 더 좁은 바닥 부분을 형성하는 매칭되는(matching) 테이퍼링 측벽들을 갖는다. 이 구성은 2개의 링들 사이의 큰(gross) 오정렬을 허용 및 정정하는데, 그 이유는 핀들(19)의 더 좁은 팁 부분이 오목부(5) 및 슬롯(6)의 더 넓은 개방 부분에 오정렬의 더 큰 허용범위를 가지고 삽입될 수 있기 때문이다. 따라서, 비-테이퍼링(즉, 원통형) 핀들, 오목부(5), 및 슬롯(6) 대신에 원뿔대 형상의 또는 테이퍼형 핀들(19)을 이용하여, 쉐도우 링과 퍼지 링이 함께 모아지는 경우에 핀들(19)이 오목부(5) 및 슬롯(6)에 삽입될 때, 열 팽창 또는 다른 원인들로 인한 쉐도우 링(4)과 퍼지 링(15)의 오정렬이 정정될 수 있다. 핀들(19)이 오목부(5) 및 슬롯(6)에 삽입될 때, 쉐도우 링(4)과 퍼지 링(15) 사이의 오정렬은, 핀(19)의 표면이 오목부(5) 또는 슬롯(6)에 의해 정의된 표면을 따라 미끄러짐에 따라 정정된다. 따라서, 2개의 링들은 핀들(19)이 오목부(5) 및 슬롯(6)에 완전히 삽입될 때 정렬되어, 쉐도우 링과 퍼지 링 사이에 정확한 위치 및 회전 정렬을 제공한다. 쉐도우 링(4)은 세정 또는 교체를 위해 제거될 수 있고, 그 후에, 정확하게 재위치 및 재정렬될 수 있다. 따라서, 웨이퍼 파손의 가능성 및 정지시간(down time)이 최소화된다.
도3은 챔버 본체 링(200) 상에서 지지되는 쉐도우 링(4)의 일 실시예의 평면도이다. 챔버 본체 링(200)은 챔버 본체(100)의 내면(102)에 커플링된다. 챔버 본체 링(200)은 챔버 본체 링(200)의 내면(220)의 상부에 형성된 복수의 오목부들(202)을 포함한다. 쉐도우 링(4)은 오목부들(202)에 의해 정의된 챔버 본체 링(200)의 표면 상에 놓이도록 구성된 복수의 돌출부들(10)을 포함한다. 4개의 돌출부들(10)이 쉐도우 링(4)의 둘레를 따라 균등하게 이격되어 있는 것이 바람직하다. 퍼지 링(15)에 커플링되지 않는 경우에, 쉐도우 링(4)은 오목부들(202)의 표면 상에 놓이는 돌출부들(10)을 통해, 챔버 본체 링(200)에 의해 지지될 수 있다. 오목부들(202)은, 쉐도우 링(4)의 열 팽창을 허용하고 게다가 핀들(19)이 오목부(5) 및 슬롯(6)의 캡쳐 범위 내에 머무르도록 퍼지 링(15)과 충분히 정렬되게 쉐도우 링(4)을 유지하도록 크기설정된다. 또한, 오목부(202)의 측벽 표면들은 쉐도우 링(4)을 챔버 본체 링(200) 상의 원하는 정렬된 위치로 강제(urge)하도록 테이퍼링될 수 있다.
도2는 프로세싱 위치에 있는 기판 지지체(13)를 도시하는, 챔버의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 기판 지지체(13)에 커플링된 퍼지 링(15)은 쉐도우 링(4)과 접촉하여 쉐도우 링(4)을 들어올린다. 쉐도우 링(4)의 핀들(19)은 퍼지 링(15)의 오목부(5) 및 슬롯(6)에 삽입된다. 이에 따라, 쉐도우 링(4)이 챔버 본체 링(200)으로부터 들어올려지고, 그에 따라, 쉐도우 링(4)의 돌출부들(10)이 오목부들(202)에 의해 정의된 챔버 본체 링(200)의 내면(220)으로부터 들어올려진다. 이 구성에 있어서, 쉐도우 링(4)은 웨이퍼(W) 위로 약 3 내지 5mm 에 위치되고, 웨이퍼(W)의 둘레의 일부 또는 엣지에 오버행잉(overhang)되어 프로세싱 동안 그 위의 증착을 제어한다. 웨이퍼(W)의 둘레 주위의 영역은 때로는 엣지 배제 영역이라고 지칭된다. 엣지 배제 영역을 감소시킴으로써, 웨이퍼 상에 더욱 유용한 디바이스들을 형성하도록 웨이퍼(W)의 더 큰 부분 위에서 증착이 이루어질 수 있다. 그러나, 만일 엣지 배제가 너무 적다면, 웨이퍼(W)와 기판 지지체(13) 사이에 브릿징(bridging)이 발생될 수 있고, 그에 따라, 입자들을 생성할 수 있고 그리고/또는 웨이퍼나 기판 지지체에 대한 손상을 발생시킬 수 있다.
동작시, 기판 지지체(13)는 초기에, 도1에 도시된 바와 같이 웨이퍼 이송 위치로 하강된다. 그 후, 로봇 블레이드(도시되지 않음)를 포함하는 웨이퍼 핸들러(handler)가 웨이퍼를 기판 지지체(13) 위의 위치로 운반한다. 리프트 핀들(도시되지 않음)은 로봇 블레이드로부터 웨이퍼(W)를 들어올리고, 로봇 블레이드는 후퇴한다. 기판 지지체(13)는 웨이퍼(W)를 그 위에 위치시키도록 상승되고, 그 후, 도2에 도시된 바와 같이, 기판 지지체(13)에 부착된 퍼지 링(15)이 쉐도우 링(4)을 챔버 본체 링(200)으로부터 프로세싱 위치로 들어올리도록 기판 지지체(13)가 추가로 상승한다. 퍼지 링(15)이 쉐도우 링(4)과 맞물릴 때, 핀들(19)은 정렬 오목부(5) 및 정렬 슬롯(6)에 삽입된다. 핀들(19)의 테이퍼형 표면들은 정렬 오목부(5) 및 정렬 슬롯(6)의 테이퍼형 표면들을 따라 미끄러져서, 쉐도우 링(4)을 퍼지 링(15)과 원하는 정렬이 되도록 강제한다. 일단 웨이퍼(W)가 프로세싱 위치에 있으면, 챔버 프로세싱 구역(106) 내로 전구체 가스들이 공급되며, 가열 엘리먼트(7)에 의해 또는 불활성 및/또는 전구체 가스와 RF 전극(17)을 사용하여 형성된 플라즈마에 의해 열이 제공된다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 쉐도우 링(400)의 개략적인 부분 단면도이다. 쉐도우 링(400)은 도1 내지 도3에 대하여 상술된 쉐도우 링(4)일 수 있다. 쉐도우 링(400)의 이 실시예의 바닥면(402)은 실질적으로 평탄하다. 핀(19)은 바닥면(402)으로부터 하향 연장되고, 돌출부(10)는 도3과 함께 논의된 쉐도우 링(4)에 대하여 상술한 바와 같이 정렬 목적들을 위해 쉐도우 링(400)의 외측 둘레로부터 연장된다. 돌출부(10)의 바닥면은 쉐도우 링(400)의 바닥면(402)의 나머지와 실질적으로 동일평면상에 있다. 환형 립(lip)(404)은 쉐도우 링(400)의 내측 둘레의 주위에 연장된다. 립(404)은 웨이퍼(W)의 상단면 위로 거리(D1)에 있는 바닥면(406)을 갖는다. 일 실시예에서, 거리(D1)는 약 0mm(웨이퍼(W)와 접촉함) 내지 약 0.762mm(0.030 인치) 이다. 일 실시예에서, 쉐도우 링(400)의 바닥면(402)은 기판 지지체(13)의 상단면에 의해 또는 퍼지 링(15)(포함되는 경우)(도2 참조)의 상단면에 의해 지지된다. 립(404)은 웨이퍼(W)의 엣지 또는 경사면(B)에 대해 거리(D2)만큼 오버행잉된다. 일 실시예에서, 거리(D2)는 약 0.1mm 내지 약 1.5mm 이다.
도5는 본 발명의 추가 실시예들에 따른 쉐도우 링(500)의 개략적인 부분 단면도이다. 쉐도우 링(500)은 도1 내지 도3에 대하여 상술한 쉐도우 링(4)일 수 있다. 쉐도우 링(500)은 쉐도우 링(400)의 립(404)과 유사하게, 쉐도우 링의 내측 둘레 주위에 연장되는 환형 립(504)을 포함한다. 핀(19)은 바닥면(502)으로부터 하향 연장되며, 돌출부(10)는 쉐도우 링(4)에 대하여 상술한 바와 같이 정렬 목적들을 위해 쉐도우 링(500)의 외측 둘레로부터 연장된다. 일 실시예에서, 쉐도우 링(500)의 바닥면(502)은 쉐도우 링(500)의 주위에 연장되는 환형의 오목한 슬롯(506)을 포함한다. 도5에 도시된 바와 같이, 바닥면(502)의 부분(508)은 핀(19) 및 돌출부(10)의 구역에서 오목하지 않다. 부분(508)은, 상술한 바와 같이, 기판 지지체(13)의 상단면 또는 퍼지 링(15)(포함되는 경우)의 상단면과 맞물려서, 쉐도우 링(500)의 적절한 위치결정(positioning)을 제공한다.
오목한 슬롯(506)은, 기판 지지체(13)에서의 RF 전극(17) 및/또는 가열 엘리먼트(7)를 대면하는 바닥면(502) 상의 쉐도우 링(500)의 물질의 감소를 제공한다. 이 영역에서의 물질의 양을 감소시킴으로써, 열과 플라즈마 커플링 특성들이 변화된다. 오목한 슬롯(506)의 부가는 결과적으로, 웨이퍼(W)의 경사면에서 증착을 증가시키고 웨이퍼(W)의 엣지에서 막 두께를 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 립(504)은 웨이퍼(W)의 상단면 위로 거리(D1)에 있는 바닥면(505)을 갖는다. 일 실시예에서, 거리(D1)는 약 0mm(웨이퍼(W)와 접촉함) 내지 약 0.762mm(0.030 인치) 이다. 립(504)은 웨이퍼(W)의 엣지 또는 경사면(B)에 대해 거리(D2)만큼 오버행잉된다. 일 실시예에서, 거리(D2)는 약 0.1mm 내지 약 1.5mm 이다. 도5에서 볼 수 있는 바와 같이, 오목한 슬롯(506)은 쉐도우 링(500)의 바닥면(502) 위로 거리 또는 깊이(D3)에 있는 상단면(507)을 갖는다. 일 실시예에서, 거리(D3)는 (쉐도우 링(400)의 경우와 같은) 0mm 내지 거의 쉐도우 링(500)의 전체 두께이다. 오목한 슬롯(506)은 반경방향 길이(L1)로 연장된다. 일 실시예에서, 오목한 슬롯(506)의 반경방향 길이(L1)는 약 0.254mm(0.10 인치) 내지 쉐도우 링(500)의 외경에 약간 못미치는 정도(just short)이다. 일부 실시예들에서, 오목한 슬롯(506)은 핀들(19)에 인접하지 않은 영역들에서 전체 바닥면(502)에 걸쳐서 연장된다. 다른 실시예들에서, 바닥면(502)은 쉐도우 링(500)의 외측 둘레의 영역에서의 부분(508)과 함께 편평할 수 있어서, 그에 따라, 그 외측 둘레의 주위에서 쉐도우 링에 대한 지지를 제공할 수 있다.
웨이퍼의 엣지에서 균일도를 개선하고 증착을 수정하기 위한 다른 접근방법은 쉐도우 링의 상단면 상의 물질의 양을 변화시킴으로써 이루어지는 것으로 밝혀졌다. 쉐도우 링의 물질의 양을 조절함으로써, 도5에 도시된 바와 같이, 증착 프로세스 동안의 웨이퍼에 걸친 증착 및 열 균일도가 조절될 수 있다. 이론에 얽매이는 것을 희망하는 것은 아니지만, 물질의 감소는 적어도 3개의 프로세스들에 의해 웨이퍼의 엣지 상의 증착에 영향을 미치는 것으로 여겨진다. 첫째로, 물질의 감소는 영역의 물리적 "쉐도우잉(shadowing)" 을 감소시켜, 증착물들이 쉐도우 링 아래의 영역들에 도달하는 것을 허용한다. 둘째로, 물질의 감소는 쉐도우 링에 의해 유발되는 열 싱크 효과를 감소시켜, 웨이퍼의 엣지가 웨이퍼의 내측 부분들에 대해 더욱 균일하게 가열되게 허용한다. 셋째로, 쉐도우 링의 물질의 유전상수는, 제거된 물질이 위치되었던 공간을 점유하는 진공 또는 가스의 (1.0 에 가까운)유전상수 보다 상당히 더 높다(AlN 에 대해 8.9). 웨이퍼의 엣지 위의 공간의 전체적인 유전상수의 감소는 플라즈마의 더 강한 커플링을 허용하며, 그에 따라, 웨이퍼의 엣지 구역에서 보다 높은 증착 레이트들이 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도5의 쉐도우 링(500)은 쉐도우 링의 상단면의 다양한 수정들을 포함한다. 쉐도우 링(500)의 상단면(510)은, 쉐도우 링(500)의 외측 둘레로부터 돌출부들(10)의 상단 위로 연장되는 제1외측 환형부(512)를 포함한다. 일 실시예에서, 제1외측 환형부(512)는 상대적으로 수평적이다. 또한, 일부 실시예들에서, 쉐도우 링(500)의 상단면(510)은 쉐도우 링(500)의 외측 환형부(512)로부터 환형 립(504)으로 연장되는 제2내측 환형부(514)를 포함한다. 상단면(510)이 환형 립(504)을 향해 아래로 경사지도록, 내측 환형부(514)는 외측 환형부(512)와 각도(α)를 형성한다. 일 실시예에서, 각도(α)는 약 5°내지 약 60°이다.
또한, 도5는 쉐도우 링(500)의 수정된 상단면(510)을 도시하고 있다. 이 실시예에서, 내측 환형부(514)는 점선(514')으로 도시된 바와 같이 증가된 두께를 갖는다. 쉐도우 링(500)의 이 실시예에서, 부가적인 물질(도면부호 514 위)은 환형 립(504)에서의 쉐도우 링의 프로파일 두께를 제1두께(D4)에서 제2두께(D5)로 증가시킨다. 일 실시예에서, 제1두께(D4)는 최소 약 0.127mm(0.005 인치)이고, 제2두께(D5)는 최대 약 1.270mm(0.050 인치)이다. 환형 립(504)의 영역에서 쉐도우 링(500)의 물질의 양을 증가시킴으로써, 필요에 따라, 경사면 커버리지 및 엣지 증착의 양이 감소될 수 있다. 쉐도우 링(500)의 다양한 실시예들의 전체적인 두께는 동일할 수 있거나, 또한 증착 프로세스에 영향을 미치도록 변화될 수 있다.
엣지 배제 영역에서 증착 균일도를 개선하고 증착에 영향을 주기 위해 다른 쉐도우 링 파라미터들을 변화시키는 것을 포함하는 본 발명의 추가 실시예들이 또한 고려된다. 도3을 참조하여, 본 발명의 추가 실시예가 설명되어 있지만, 하기에 서술된 특징들이 여기에 서술된 다양한 쉐도우 링 실시예들 중 임의의 실시예와 함께 사용될 수 있음을 이해해야만 한다. 쉐도우 링(500)의 내측 둘레의 내경은 D 로 도시된다. 직경(D)을 증가시킴으로써, 엣지 배제 영역은 2mm 에서 0.8mm 로 감소될 수 있다. 반대로, 직경(D)을 감소시키는 것은 웨이퍼의 엣지 상의 쉐도우 링 커버리지를 증가시키고, 엣지 배제의 영역을 웨이퍼의 엣지로부터 2mm 넘게 증가시킨다. 도4 또는 도5를 참조하여, 쉐도우 링의 다양한 실시예들의 직경(D)의 조절은 또한, 쉐도우 링(400) 및 쉐도우 링(500)에 대해 상술한 바와 같이 쉐도우 링의 다양한 실시예들의 반경방향 오버행잉 길이(D2)를 조절한다.
본 발명의 실시예에 따라 쉐도우 링의 증착 특성들에 영향을 미치는 다른 접근방법은 쉐도우 링의 물질의 조성을 수정함으로써 이루어진다. 일부 실시예들에서, 위의 쉐도우 링들은 알루미늄 질화물 또는 세라믹 물질과 같은 열 전도성 유전체 물질로 형성될 수 있다. 쉐도우 링의 물질을 변화시킴으로써, 많거나 적은 엣지 증착 및 경사면 커버리지가 달성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이론에 얽매이는 것을 희망하는 것은 아니지만, 쉐도우 링의 물질의 조성의 열 전도율(k) 및 전기적 특성들(즉, 유전상수)에서의 변화들이 쉐도우 링 아래의 그리고 쉐도우 링에 인접한 웨이퍼의 엣지 영역에서의 증착 균일도 및 레이트에 영향을 미치는 것으로 여겨진다.
상술한 바는 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 다른 실시예들 및 추가 실시예들이 고안될 수 있으며, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 증착 챔버에서 사용하기 위한 쉐도우 링으로서,
    환형 상단면 및 환형 바닥면을 갖는 환형 본체를 포함하며, 상기 환형 바닥면은:
    기판 지지체와 맞물리기(engage) 위한 제1부분;
    상기 제1부분에 대해 내측에 위치된 오목한 슬롯 내에 배치되며 상기제1부분 위에 깊이를 갖는, 제2부분;
    상기 제1부분으로부터 연장하는 하나 이상의 핀 부재; 및
    웨이퍼의 엣지를 차폐하도록 쉐도우 링의 내경 주위에서 연장하는, 환형 립;을 포함하며,
    상기 환형 립은 수직면 및 제3부분을 가지고, 상기 제3부분은 상기 제1부분과 상기 제2부분 사이에 깊이를 가지며, 상기 수직면이 상기 제3부분을 상기 제2부분에 연결시키는,
    쉐도우 링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 핀 부재는 테이퍼형(tapered) 측부들을 갖는,
    쉐도우 링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 핀 부재는 원뿔대 형상(frustoconically shaped)인,
    쉐도우 링.
  4. 제1항에 있어서,
    환형인 상기 오목한 슬롯은 0.254 mm 또는 그 초과의 폭을 갖는,
    쉐도우 링.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 쉐도우 링의 외경 상에 위치된 하나 또는 둘 이상의 돌출부들을 더 포함하는,
    쉐도우 링.
  6. 웨이퍼 상에 물질을 증착하기 위한 챔버로서,
    챔버 본체;
    웨이퍼를 지지하기 위한 상단면을 갖는 기판 지지체; 및
    상기 기판 지지체의 상단면 상에 지지되는 바닥면을 갖는 쉐도우 링;을 포함하고,
    상기 쉐도우 링은:
    상기 기판 지지체와 맞물리기 위한 제1 환형 바닥면;
    상기 제1 환형 바닥면으로부터 연장하는 하나 이상의 핀 부재; 및
    상기 제1 환형 바닥면에 대해 내측에 위치된 오목한 슬롯 내에 배치되며 상기 제1 환형 바닥면 위에 깊이를 갖는, 제2 환형 바닥면;
    웨이퍼의 엣지를 차폐하도록 상기 쉐도우 링의 내경 주위에서 연장하는, 환형 립;을 포함하며,
    상기 환형 립은 수직면 및 제3 환형 바닥면을 가지고, 상기 제3 환형 바닥면은 상기 제1 환형 바닥면과 상기 제2 환형 바닥면 사이에 깊이를 가지며, 상기 수직면이 상기 제3 환형 바닥면을 상기 제2 환형 바닥면에 연결시키는,
    챔버.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 환형 립은, 상기 웨이퍼가 기판 지지체 상에 배치되고 상기 쉐도우 링의 제1 환형 바닥면이 상기 기판 지지체와 맞물릴 때, 상기 웨이퍼 위로 0 mm 내지 0.762 mm에 배치되는,
    챔버.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기판 지지체의 상단면 상에 하나 이상의 정렬 오목부를 더 포함하며, 상기 하나 이상의 정렬 오목부는 상기 하나 이상의 핀 부재와 커플링됨으로써 상기 쉐도우 링을 상기 기판 지지체에 대해 정렬시키는,
    챔버.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 핀 부재는 테이퍼형 측부들을 갖는,
    챔버.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 핀 부재는 원뿔대 형상인,
    챔버.
  11. 증착 프로세스에서 웨이퍼의 엣지에서의 물질의 증착을 조정하는 방법으로서,
    증착에 영향을 주고 웨이퍼의 엣지에서의 증착 균일도를 개선하도록 쉐도우 링의 하나 이상의 파라미터를 변화시키는 단계를 포함하고,
    상기 쉐도우 링은 프로세싱 챔버 내의 기판 지지체의 상단면 상에 지지되는 바닥면을 가지며,
    상기 쉐도우 링은:
    기판 지지체와 맞물리기 위한 제1부분;
    상기 제1부분에 대해 내측에 위치된 오목한 슬롯 내에 배치되며 상기제1부분 위에 깊이를 갖는, 제2부분;
    상기 제1부분으로부터 연장하는 하나 이상의 핀 부재; 및
    웨이퍼의 엣지를 차폐하도록 쉐도우 링의 내경 주위에서 연장하는, 환형 립;을 포함하며,
    상기 환형 립은, 상기 제1부분과 상기 제2부분 사이에 깊이를 갖는 제3부분을 가지는,
    증착 조정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 쉐도우 링의 파라미터를 변화시키는 단계는, 상기 쉐도우 링의 바닥면 상의 오목한 슬롯의 크기를 변경하는 단계를 포함하는,
    증착 조정 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 쉐도우 링의 파라미터를 변화시키는 단계는, 상기 쉐도우 링의 상단면에 물질을 부가하거나 또는 상단면으로부터 물질을 제거하는 단계를 포함하는,
    증착 조정 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 쉐도우 링의 파라미터를 변화시키는 단계는, 상기 환형 립의 크기를 증가시키거나 또는 감소시키는 단계 중 하나를 포함하는,
    증착 조정 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 쉐도우 링의 파라미터를 변화시키는 단계는, 상기 쉐도우 링을 형성하는 물질의 조성을 변화시키는 단계를 포함하는,
    증착 조정 방법.
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