(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-28
(54)【発明の名称】複数セクションのプラズマ閉じ込めリング構造
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20240521BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20240521BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 M
H01L21/302 101G
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023571454
(86)(22)【出願日】2022-05-16
(85)【翻訳文提出日】2024-01-16
(86)【国際出願番号】 US2022029494
(87)【国際公開番号】W WO2022250998
(87)【国際公開日】2022-12-01
(31)【優先権主張番号】63/192,511
(32)【優先日】2021-05-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】592010081
【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】マラクタノフ・アレクセイ
(72)【発明者】
【氏名】ケロッグ・マイケル・シー．
【テーマコード（参考）】
2G084
5F004
【Ｆターム（参考）】
2G084AA02
2G084BB14
2G084CC04
2G084CC12
2G084DD02
2G084DD15
2G084DD23
2G084DD55
2G084DD67
2G084FF06
2G084FF15
5F004AA01
5F004BA04
5F004BB18
5F004BB22
5F004BB23
5F004BB29
5F004CA03
5F004CB02
(57)【要約】
【解決手段】プラズマ処理チャンバ内で使用するための閉じ込めリングは、上部水平セクションと、上部垂直セクションと、中間セクションと、下部垂直セクションと、下部水平セクションと、垂直延長部とを含む。上部水平セクションは、閉じ込めリングの内側上部半径と第１の外側半径との間に延びる。中間セクションは、閉じ込めリングの内側上部半径と第２の外側半径との間に延びる。下部水平セクションは、内側下部半径と第２の外側半径との間に延び、垂直延長部は、内部下部半径に近接する下部水平セクションから下向きに延びる。上部垂直セクションは、上部水平セクションと内側上部半径に近接する中間セクションとの間に延び、下部垂直セクションは、中間セクションと第２の外側半径に近接する下部水平セクションとの間に延びる。
【選択図】図６Ａ
【選択図】図６Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ処理チャンバ内で使用するための閉じ込めリングであって、内側上部半径と第１の外側半径との間に延びる上部水平セクションと、
前記内側上部半径と第２の外側半径との間に延びる中間セクションと、
内側下部半径と前記第２の外側半径との間に延びる下部水平セクションと、
前記上部水平セクションと前記内側上部半径に近接する前記中間セクションとの間に延びる上部垂直セクションと、
前記中間セクションと前記第２の外側半径に近接する前記下部水平セクションとの間に延びる下部垂直セクションと、
前記内側下部半径に近接する前記下部水平セクションから下方に延びる垂直延長部と
を備える、閉じ込めリング。
【請求項2】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、プラズマ容積が、上部電極構造、下部電極、および前記プラズマ処理チャンバの前記閉じ込めリングの間に配置される、閉じ込めリング。
【請求項3】
請求項２に記載の閉じ込めリングであって、外部容積が、前記上部水平セクション、前記上部垂直セクション、および前記中間セクションの間に画定され、前記外部容積は、前記プラズマ容積の外側にある、閉じ込めリング。
【請求項4】
請求項２に記載の閉じ込めリングであって、内部容積が、前記中間セクション、前記下部垂直セクション、および前記下部水平セクションの間に画定され、前記内部容積は、前記プラズマ容積の内側にある、閉じ込めリング。
【請求項5】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、外部容積が、前記上部水平セクション、前記上部垂直セクション、および前記中間セクションの間に画定され、
内部容積が、前記中間セクション、前記下部垂直セクション、および前記下部水平セクションの間に画定され、前記内部容積は、前記プラズマ処理チャンバのプラズマ容積の内側にあり、前記外部容積は、前記プラズマ容積の外側にあり、前記外部容積は、前記プラズマ容積を減少させる、
閉じ込めリング。
【請求項6】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記上部水平セクション、前記上部垂直セクション、前記中間セクション、前記下部垂直セクション、および前記下部水平セクションは、Ｓ字型構造を互いに画定する、閉じ込めリング。
【請求項7】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記中間セクションの長さおよび前記下部水平セクションの長さは、均一な厚さである、閉じ込めリング。
【請求項8】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記中間セクションの頂面は、平坦なプロファイルを含み、前記中間セクションの底面は、前記内側上部半径から前記第２の外側半径に向かって下向きに角度付けされ、前記内側上部半径に近接する前記中間セクションの第１の厚さは、前記第２の外側半径に近接する前記中間セクションの第２の厚さよりも小さい、閉じ込めリング。
【請求項9】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記下部水平セクションの頂面と前記第２の外側半径に近接する前記中間セクションの底面との間に画定された第１の高さは、前記中間セクションの頂面と前記内側上部半径に近接する前記上部水平セクションの底面との間に画定された第２の高さよりも小さい、閉じ込めリング。
【請求項10】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記下部水平セクションの頂面と前記第２の外側半径に近接する前記中間セクションの底面との間に画定された第１の高さは、前記中間セクションの頂面と前記内側上部半径に近接する前記上部水平セクションの底面との間に画定された第２の高さ、および前記下部水平セクションの前記頂面と前記内側上部半径に近接する前記中間セクションの前記底面との間に画定された第３の高さと等しい、閉じ込めリング。
【請求項11】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記第２の外側半径は、前記第１の外側半径を越えて延び、前記第２の外側半径は、前記閉じ込めリングの外側半径を画定し、
前記内側上部半径は、前記内側下部半径よりも大きい、
閉じ込めリング。
【請求項12】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記下部水平セクションは、複数のスロットを含み、前記複数のスロットの各スロットは、前記下部水平セクションに沿って内径から外径に半径方向に延び、各スロットの前記内径は、前記内側下部半径によって画定された前記閉じ込めリングの内側リング直径よりも大きく、前記スロットの前記外径は、前記第２の外側半径によって画定された前記閉じ込めリングの外側リング直径よりも小さく、各スロットは、前記下部水平セクションの頂面から底面に延びる、閉じ込めリング。
【請求項13】
請求項１２に記載の閉じ込めリングであって、前記内径における各スロットの内側スロット半径は、前記外径における各スロットの外側スロット半径よりも小さく、
各スロットの前記内側スロット半径と前記外側スロット半径における差は、スロットテーパを画定し、各スロットは、前記外径から前記内径へと下向きに先細になっており、前記スロットテーパに影響を与える前記内側スロット半径および前記外側スロット半径は、前記スロットの前記対応する内径および前記外径における摩耗率の逆数であるように定義される、
閉じ込めリング。
【請求項14】
請求項１２に記載の閉じ込めリングであって、前記内側スロット半径と前記外側スロット半径の比は、約１：１．１～約１：１．５である、閉じ込めリング。
【請求項15】
請求項１２に記載の閉じ込めリングであって、前記内径における各スロットの内側スロット半径は、前記外径における各スロットの外側スロット半径と等しい、閉じ込めリング。
【請求項16】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記第１の垂直セクションの第１の高さは、前記第２の垂直セクションの第２の高さと等しい、閉じ込めリング。
【請求項17】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記第１の垂直セクションの第１の高さは、前記第２の垂直セクションの第２の高さとは異なる、閉じ込めリング。
【請求項18】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記上部水平セクション、前記上部垂直セクション、前記中間セクション、前記下部垂直セクション、および前記下部水平セクションは、一体のＳ字型構造を形成し、前記内側下部半径に近接して画定された前記垂直延長部は、下方に前記Ｓ字型構造と一体的に続いており、前記一体のＳ字型構造は、前記プラズマ処理チャンバに画定されたプラズマ領域内にプラズマを閉じ込めるように構成される、閉じ込めリング。
【請求項19】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記上部水平セクション、前記上部垂直セクション、前記中間セクション、および前記下部垂直セクションは、第１の一体のピースを画定し、前記下部水平セクションは、第２のピースを画定し、
前記第１の一体のピースは、前記第２のピースの前記第２の外側半径に近接して配置された頂面に画定された高周波ガスケットの上に受け取られるように構成される、
閉じ込めリング。
【請求項20】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記下部水平セクションは、前記下部垂直セクションから前記内側下部半径に向かって下向きに延びる傾斜を含み、前記下部水平セクションの長さに沿った厚さは、均一である、閉じ込めリング。
【請求項21】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記垂直延長部は、角度を付けた頂部セクションおよび垂直底部セクションによって画定され、前記角度を付けた頂部セクションは、前記内側下部半径に近接する前記下部水平セクションの頂面に画定され、前記垂直底部セクションは、前記内側下部半径に近接する前記角度を付けた頂部セクションの底部部分から下方に延びるように画定される、閉じ込めリング。
【請求項22】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記下部垂直セクションは、終点検出のために前記プラズマ処理チャンバ内のプラズマを監視するプローブが配置された１つまたは複数の発光分光計測（ＯＥＳ）穴を含む、閉じ込めリング。
【請求項23】
請求項１に記載の閉じ込めリングであって、前記上部水平セクションの頂面は、前記閉じ込めリングを前記プラズマ処理チャンバに配置されたバッキングプレートの底面に配置された対応するカムロックに結合するためのカムキーを受け取る複数の穴を含み、各カムキーは、対応するカムロックと整列するように配置される、閉じ込めリング。
【請求項24】
プラズマ処理チャンバ内で使用するための閉じ込めリングであって、内側上部半径と第１の外側半径との間に延びる上部水平セクションと、
前記内側上部半径と第２の外側半径との間に延びる中間セクションであって、前記中間セクションの頂面は、平坦なプロファイルを有し、前記中間セクションの底面は、前記内側上部半径から前記第２の外側半径に向かって下向きに延びる傾斜を含む中間セクションと、
内側下部半径と前記第２の外側半径との間に延びる下部水平セクションと、
前記上部水平セクションと前記内側上部半径に近接する前記中間セクションとの間に延びる上部垂直セクションと、
前記中間セクションと前記第２の外側半径に近接する前記下部水平セクションとの間に延びる下部垂直セクションと、
前記内側下部半径に近接する前記下部水平セクションから下方に延びる垂直延長部と
を含む、閉じ込めリング。
【請求項25】
請求項２４に記載の閉じ込めリングであって、前記下部水平セクションの頂面は、前記下部垂直セクションから前記内側下部半径に向かって下向きに延びる第１の傾斜によって画定される、閉じ込めリング。
【請求項26】
請求項２５に記載の閉じ込めリングであって、前記中間セクションの前記底面と前記第２の外側半径に近接する前記下部水平セクションの前記頂面との間に画定された第１の高さは、前記中間セクションの前記底面と前記内側下部半径に近接する前記下部水平セクションの前記頂面との間に画定された第２の高さよりも小さい、閉じ込めリング。
【請求項27】
請求項２５に記載の閉じ込めリングであって、前記下部水平セクションの底面は、平坦なプロファイルを含むように画定され、前記下部水平セクションの前記第１の傾斜は、前記下部水平セクションの長さに沿って可変の厚さを画定し、前記第２の外側半径に近接する第１の厚さは、前記内側下部半径に近接する第２の厚さよりも大きい、閉じ込めリング。
【請求項28】
請求項２５に記載の閉じ込めリングであって、前記下部水平セクションの底面は、前記下部垂直セクションから前記内側下部半径に向かって下向きに延びる第２の傾斜によって画定され、前記第１の傾斜の第１の傾斜角度は、前記第２の傾斜の第２の傾斜角度と等しく、それにより前記下部水平セクションの長さに沿った厚さは、均一である、閉じ込めリング。
【請求項29】
請求項２４に記載の閉じ込めリングであって、前記上部水平セクション、前記上部垂直セクション、前記中間セクション、前記下部垂直セクション、および前記下部水平セクションは、一体のＳ字型構造を互いに形成し、前記垂直延長部は、前記内側下部半径に近接して下方に前記Ｓ字型構造と続いている、閉じ込めリング。
【請求項30】
請求項２４に記載の閉じ込めリングであって、前記上部水平セクション、前記上部垂直セクション、前記中間セクション、および前記下部垂直セクションは、第１の一体のピースを画定し、前記下部水平セクションは、第２のピースを画定し、
前記第１の一体のピースは、前記第２のピースの前記第２の外側半径に近接して配置された頂面に画定された高周波ガスケットの上に受け取られるように構成される、
閉じ込めリング。
【請求項31】
請求項２４に記載の閉じ込めリングであって、前記下部水平セクションは、複数のスロットを含み、前記複数のスロットの各スロットは、前記下部水平セクションに沿って内径から外径に半径方向に延び、前記スロットの前記内径は、前記内側下部半径によって画定された前記閉じ込めリングの内側リング直径よりも大きく、前記スロットの前記外径は、前記第２の外側半径によって画定された前記閉じ込めリングの外側リング直径よりも小さく、各スロットは、前記下部水平セクションの頂面から底面に延びる、閉じ込めリング。
【請求項32】
プラズマを閉じ込めるためのプラズマ処理チャンバであって、前記プラズマ処理チャンバの下部部分に配置された下部電極であって、前記下部電極は、基板を支持するための支持面を含む下部電極と、
前記プラズマ処理チャンバの上部部分に配置され、前記下部電極の反対側に向けられた上部電極構造と、
前記上部電極構造の一部に結合され、前記上部電極構造と前記下部電極との間に配置された閉じ込めリングであって、前記閉じ込めリングは、
内側上部半径と第１の外側半径との間に延びる上部水平セクション、
前記内側上部半径と第２の外側半径との間に延びる中間セクション、
内側下部半径と前記第２の外側半径との間に延びる下部水平セクション、
前記上部水平セクションと前記内側上部半径に近接する前記中間セクションとの間に延びる上部垂直セクション、
前記中間セクションと前記第２の外側半径に近接する前記下部水平セクションとの間に延びる下部垂直セクション、および
前記内側下部半径に近接する前記下部水平セクションから下方に延びる垂直延長部
を含む閉じ込めリングと
を含む、プラズマ処理チャンバ。
【請求項33】
請求項３２に記載のプラズマ処理チャンバであって、プラズマ容積が、前記上部電極、前記下部電極、および前記閉じ込めリングの間に配置される、プラズマ処理チャンバ。
【請求項34】
請求項３０に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記上部電極構造は、
前記上部電極構造の中心に配置された上部電極と、
前記上部電極に隣接して配置された外側電極と、
前記外側電極を囲むように配置されたバッキングプレートであって、前記バッキングプレートは、外側部分であって、前記外側電極が前記上部電極と前記バッキングプレートの前記外側部分との間に配置されるように前記外側電極に隣接して配置された外側部分、および前記外側電極の一部の上に配置された内側部分を含み、前記バッキングプレートの前記外側部分の底面は、前記上部水平セクションの頂面に配置された複数のカムキーの対応する前記カムキーと整列する複数のカムロックを含み、前記複数のカムキーおよび前記複数のカムロックは、前記外側電極を前記閉じ込めリングに結合するために使用されるバッキングプレートと
を含む、プラズマ処理チャンバ。
【請求項35】
請求項３４に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記複数のカムキーは、コントローラに結合され、前記コントローラは、前記バッキングプレートへの前記閉じ込めリングの結合中に前記複数のカムキーを作動させ、前記複数のカムロックと係合してロックさせる第１の信号、および前記バッキングプレートからの前記閉じ込めリングの切り離し中に前記複数のカムキーを作動させ、前記複数のカムロックのロック解除を可能にさせる第２の信号を生成するように構成され、
前記複数のカムロックおよび前記複数のカムキーは、前記コントローラからの信号によって制御されるように構成された電子カムロック機構の一部である、
プラズマ処理チャンバ。
【請求項36】
請求項３１に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記上部電極構造の前記バッキングプレートおよび前記上部電極は、電気的に接地され、前記下部電極は、対応する整合ネットワークを介して高周波（ＲＦ）発生器に結合され、前記ＲＦ発生器は、前記プラズマ処理チャンバ内にプラズマを生成するためにＲＦ電力を前記下部電極に供給する、プラズマ処理チャンバ。
【請求項37】
請求項３１に記載のプラズマ処理チャンバであって、前記上部水平セクション、前記上部垂直セクション、前記中間セクション、前記下部垂直セクション、および前記下部水平セクションは、一体のＳ字型構造化を互いに画定する、プラズマ処理チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体処理モジュールで使用される閉じ込めリング設計に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体処理において、基板は、集積回路を画定する特徴を形成するために様々な動作を受ける。例えば、堆積動作では、基板は処理チャンバ内に受け取られ、形成される特徴のタイプに応じて、特定のタイプの反応性ガスがチャンバに供給され、高周波電力が印加されてプラズマを生成する。基板は、静電チャックなどの下部電極上に画定された基板支持体上に受け取られる。シャワーヘッドなどの上部電極が使用され、特定のタイプの反応性ガスをプロセスチャンバ内に供給する。高周波電力は、対応する整合ネットワークを通して反応性ガスに印加され、基板の表面の上にイオンを選択的に堆積して微視的特徴を形成するために使用されるプラズマを生成する。反応性ガスは、微粒子、ガスなどの副生成物を生成し、これは基板の表面上に形成された微視的特徴の完全性を維持するためにプラズマチャンバから速やかに除去する必要がある。
【0003】
プロセス領域内に生成されたプラズマを閉じ込めるために、一組の閉じ込めリングがプロセス領域を囲むように画定される。さらに、歩留まりを改善し、プラズマの大部分が処理のために受け取られた基板の上に確実に存在するようにするために、プラズマ領域を囲む閉じ込めリングは、基板の上の領域だけでなく、処理のために受け取られたときに基板を囲むように配置されたエッジリングの上の領域、およびエッジリングに隣接して配置された外側閉じ込めリングの上の領域もカバーするようにプロセス領域を拡張するように設計され得る。一組の閉じ込めリングは、プロセス領域内にプラズマを閉じ込めるように作用するだけでなく、チャンバ壁を含む処理チャンバの内部構造を保護するようにも作用する。一組の閉じ込めリングは、一般に、Ｃ字型構造（すなわち、Ｃシュラウド）である。
【0004】
基板の表面上に形成された特徴の完全性は、プロセス領域内の均一なプラズマ密度に依存する。プラズマの均一性は、一組の閉じ込めリング（例えば、Ｃシュラウド）の形状を調整し、プロセス領域の容積を増加させることによって調節することができる。閉じ込めリングの形状または設計に対する変更は、その変更により機械的強度が損なわれたり、閉じ込めリングの寿命が短くなったりしないように行う必要がある。さらに、閉じ込めリングの形状または設計に対する変更が、処理チャンバのスペーサプレート、嵌合ハードウェアなどの処理チャンバ内で使用されるハードウェアに対する変更を必要としない場合、有利であろう。
【0005】
本発明の実施形態は、このような状況で生じるものである。
【発明の概要】
【0006】
本発明の様々な実施態様は、プラズマ領域内にプラズマを閉じ込めるためにプラズマ処理チャンバで使用される閉じ込めリングの設計を定義する。閉じ込めリングは、プラズマ処理チャンバの頂部部分に配置された上部電極構造に結合され、Ｓ字型構造を有するように設計される。Ｓ字型閉じ込めリングは、いくつかの実施態様によれば、上部水平セクションと、上部垂直セクションと、中間セクションと、下部垂直セクションと、下部水平セクションと、垂直延長部とを含むように定義される。上部水平セクションは、第１の外側半径と内側上部半径との間に延びるように画定される。中間セクションは、内側上部半径と第２の外側半径との間に延びるように画定される。下部水平セクションは、第２の外側半径と内側下部半径との間に延びるように画定される。上部垂直セクションは、内側上部半径において上部水平セクションと中間セクションとの間に延びるように画定され、下部垂直セクションは、第２の外側半径において中間セクションと下部水平セクションとの間に延びるように画定される。垂直延長部が、内側下部半径において下部水平セクションから下向きに延びるように画定される。
【0007】
閉じ込めリングのＳ字型構造は、従来の閉じ込めリング（すなわち、Ｃ字型閉じ込めリング）と同じにガスコンダクタンスを保ちながら、半径方向のプラズマ密度の均一性を改善するのを支援する。さらに、Ｓ字型は、基板の半径方向のエッチングの均一性を改善しながら、プラズマ領域におけるプラズマの容積を減少させるのを支援する。中間セクションの底面における傾斜、および／または下部水平セクションの頂面における傾斜、および／または傾斜した下部水平セクションなどを含む追加の設計構成もまた、半径方向のプラズマ密度の均一性を改善し、容積を減少させ、エッチングの均一性を改善するために考慮され得る。Ｓ字型構造は、プラズマ処理チャンバの他のハードウェア構成要素の再設計を必要とせず、プラズマ領域内のプラズマ密度の均一性を調節するのに役立つ。さらに、閉じ込めリングのＳ字型設計により、機械的強度が保護され、消耗品である閉じ込めリングの寿命が維持または改善されるようになる。
【0008】
下部水平セクションは、プラズマ領域内で生成された副生成物および中性ガス種を除去するために、下部水平セクションの長さに沿って画定された複数のスロット（「コンダクタンススロット」とも呼ばれる）を含む。複数のスロットは、プラズマ領域内でのプラズマの最適な閉じ込めを確実にするように設計される。各スロットは、下部水平セクションに沿って内径から外径に半径方向に、かつ下部水平セクションの頂面と底面との間で垂直に延びるように画定される。いくつかの実施態様では、複数のスロットの各スロットは、平行なスロット幾何学的形状を含むように画定され、内径で画定された内側スロット半径は、外径で画定された外側スロット半径と等しい。代替の実施態様では、複数のスロットの各スロットは、テーパ状のスロット幾何学的形状を使用して画定され、内径で画定された内側スロット半径は、外径で画定された外側スロット半径よりも小さい。
【0009】
テーパ状のスロット幾何学的形状は、プラズマへの継続的な曝露によりスロットの長さに沿って生じる摩耗の差に対処するように設計される。典型的には、スロットの摩耗は、外径よりも内径の方が大きい。この不均一な摩耗は、外径とは対照的に、スロットの内径付近でのプラズマの容積における差異に起因する場合がある。摩耗が臨界寸法に達すると、プラズマの非閉じ込め事象が発生しないようにするために、閉じ込めリングを速やかに交換する必要がある。テーパ状のスロット幾何学的形状は、内径に狭い端部を画定することによってスロットの周囲の面積を効率的に利用し、それによって摩耗に対してより多くの面積を設け、外径における広い端部では摩耗に対する面積が少なくなる。このテーパ状の幾何学的形状により、狭い端部が受ける摩耗は大きくなり、それによりスロットの狭い端部における摩耗はスロットの広い端部とほぼ同時に臨界寸法に近づき、その結果、スロット全体の長さが寿命の終わりに臨界閉じ込め寸法に達する。テーパ状のスロット幾何学的形状は、スロット間の限られた空間を効率的に管理し、その結果、プラズマ領域内に最適なプラズマ閉じ込めを維持しながら閉じ込めリングの使用寿命を延長させる。その結果、閉じ込めリングをプラズマ処理チャンバで使用することができるプロセスサイクルの数が増加するにつれて、消耗品である閉じ込めリングに関連するコストが低下する。閉じ込めリングのＳ字型構造は、より少ない容積でプラズマ密度の均一性を改善するという追加の利点を提供し、プラズマ処理チャンバの他のハードウェア構成要素の再設計を必要としない。
【0010】
一実施態様では、プラズマ処理チャンバ内で使用するための閉じ込めリングが開示される。閉じ込めリングは、上部水平セクションと、上部垂直セクションと、中間セクションと、下部垂直セクションと、下部水平セクションと、垂直延長部とを含む。上部水平セクションは、内側上部半径と第１の外側半径との間に延びる。中間セクションは、内側上部半径と第２の外側半径との間に延びる。下部水平セクションは、閉じ込めリングの内側下部半径と第２の外側半径との間に延びる。上部垂直セクションは、上部水平セクションと内側上部半径に近接する中間セクションとの間に延びる。下部垂直セクションは、中間セクションと第２の外側半径に近接する下部水平セクションとの間に延びる。垂直延長部は、内側下部半径に近接して下向きに延びる。
【0011】
一実施態様では、プラズマ容積が、上部電極構造、下部電極、および閉じ込めリングの間に配置される。
【0012】
一実施態様では、外部容積が、上部水平セクション、上部垂直セクション、および中間セクションの間に画定される。外部容積は、プラズマ容積の外側にある。
【0013】
一実施態様では、内部容積が、中間セクション、下部垂直セクション、および下部水平セクションの間に画定される。内部容積は、プラズマ容積の内側にある。
【0014】
一実施態様では、外部容積が、上部電極構造、上部垂直セクション、および中間セクションの間に画定され、内部容積が、中間セクション、下部垂直セクション、および下部水平セクションの間に画定される。内部容積は、プラズマ処理チャンバのプラズマ容積の内側にあり、外部容積は、プラズマ容積の外側にある。外部容積は、プラズマ容積を減少させる。
【0015】
一実施態様では、上部水平セクション、上部垂直セクション、中間セクション、下部垂直セクション、および下部水平セクションは、Ｓ字型構造を互いに画定する。
【0016】
一実施態様では、中間セクションの長さおよび下部水平セクションの長さは、均一な厚さである。
【0017】
一実施態様では、中間セクションの頂面は、平坦なプロファイルを含み、中間セクションの底面は、内側上部半径から第２の外側半径に向かって下向きに角度付けされ、それにより内側上部半径に近接する中間セクションの第１の厚さは、第２の外側半径に近接する中間セクションの第２の厚さよりも小さい。
【0018】
一実施態様では、下部水平セクションの頂面と第２の外側半径に近接する中間セクションの底面との間に画定された第１の高さは、中間セクションの頂面と内側上部半径に近接する上部水平セクションの底面との間に画定された第２の高さよりも小さい。
【0019】
一実施態様では、下部水平セクションの頂面と第２の外側半径に近接する中間セクションの底面との間に画定された第１の高さは、中間セクションの頂面と内側上部半径に近接する上部水平セクションの底面との間に画定された第２の高さ、および下部水平セクションの頂面と内側上部半径に近接する中間セクションの底面との間に画定された第３の高さと等しい。
【0020】
一実施態様では、第２の外側半径は、第１の外側半径を越えて延び、第２の外側半径は、閉じ込めリングの外側半径を画定し、内側上部半径は、内側下部半径よりも大きい。
【0021】
一実施態様では、下部水平セクションは、複数のスロットを含む。複数のスロットの各スロットは、下部水平セクションに沿って内径から外径に半径方向に延びる。スロットの内径は、内側下部半径によって画定された閉じ込めリングの内側リング直径よりも大きく、スロットの外径は、第２の外側半径によって画定された閉じ込めリングの外側リング直径よりも小さい。各スロットは、下部水平セクションの頂面から底面に延びる。
【0022】
一実施態様では、内径における各スロットの内側スロット半径は、外径における各スロットの外側スロット半径よりも小さい。各スロットの内側スロット半径と外側スロット半径における差は、スロットテーパを画定する。各スロットは、外径から内径へと下向きに先細になっている。スロットテーパに影響を与える内側スロット半径および外側スロット半径は、スロットの対応する内径および外径における摩耗率の逆数であるように定義される。
【0023】
一実施態様では、内側スロット半径と外側スロット半径の比は、約１：１．１～約１：１．５である。
【0024】
一実施態様では、内径における各スロットの内側スロット半径は、外径における各スロットの外側スロット半径と等しい。
【0025】
一実施態様では、第１の垂直セクションの第１の高さは、第２の垂直セクションの第２の高さと等しい。
【0026】
一実施態様では、第１の垂直セクションの第１の高さは、第２の垂直セクションの第２の高さとは異なる。
【0027】
一実施態様では、上部水平セクション、上部垂直セクション、中間セクション、下部垂直セクション、および下部水平セクションは、一体のＳ字型構造を形成し、垂直延長部は、内側下部半径に近接して下方にＳ字型構造と一体的に続いている。一体のＳ字型構造は、プラズマ処理チャンバに画定されたプラズマ領域内にプラズマを閉じ込めるように構成される。
【0028】
一実施態様では、上部水平セクション、上部垂直セクション、中間セクション、および下部垂直セクションは、第１の一体のピースを画定し、下部水平セクションは、第２のピースを画定する。第１の一体のピースは、第２のピースの第２の外側半径に近接する頂面に画定された高周波ガスケットの上に受け取られるように構成される。
【0029】
一実施態様では、下部水平セクションは、下部垂直セクションから内側下部半径に向かって下向きに延びる傾斜を含む。下部水平セクションの長さに沿った厚さは、均一である。
【0030】
一実施態様では、下部垂直セクションは、終点検出のためにプラズマ処理チャンバ内のプラズマを監視するプローブが配置された１つまたは複数の発光分光計測穴（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｈｏｌｅ）を含む。
【0031】
一実施態様では、上部水平セクションの頂面は、閉じ込めリングをプラズマ処理チャンバに配置されたバッキングプレートの底面に配置された対応するカムロックに結合するためのカムキーを受け取るように構成された複数の穴を含む。複数のカムキーの各カムキーは、複数のカムロックの対応するカムロックと整列するように配置される。
【0032】
一実施態様では、垂直延長部は、角度を付けた頂部セクションおよび垂直底部セクションによって画定される。角度を付けた頂部セクションは、内側下部半径において下部水平セクションの頂面に隣接する外側に画定され、垂直底部セクションは、内側下部半径において角度を付けた頂部セクションの底部部分から下方に延びるように画定される。
【0033】
代替の実施態様では、プラズマ処理チャンバ内で使用するための閉じ込めリングが開示される。閉じ込めリングは、上部水平セクションと、上部垂直セクションと、中間セクションと、下部垂直セクションと、下部水平セクションと、垂直延長部とを含む。上部水平セクションは、内側上部半径と第１の外側半径との間に延びる。中間セクションは、内側上部半径と第２の外側半径との間に延び、平坦なプロファイルを有する頂面と、内側上部半径から第２の外側半径に向かって下向きに延びる傾斜を含む底面とを含む。下部水平セクションは、閉じ込めリングの内側下部半径と第２の外側半径との間に延びる。上部垂直セクションは、上部水平セクションと内側上部半径に近接する中間セクションとの間に延びる。下部垂直セクションは、中間セクションと第２の外側半径に近接する下部水平セクションとの間に延びる。垂直延長部が、内側下部半径に近接する下部水平セクションから下方に延びる。
【0034】
一実施態様では、下部水平セクションの頂面は、下部垂直セクションから内側下部半径に向かって下向きに延びる第１の傾斜によって画定される。
【0035】
一実施態様では、中間セクションの底面と第２の外側半径に近接する下部水平セクションの頂面との間に画定された第１の高さは、中間セクションの底面と内側下部半径に近接する下部水平セクションの頂面との間に画定された第２の高さよりも小さい。
【0036】
一実施態様では、下部水平セクションの底面は、下部水平セクションの第１の傾斜が下部水平セクションの長さに沿って可変の厚さを画定するように、平坦なプロファイルを含むように画定される。可変の厚さは、第２の外側半径に近接する第１の厚さ、および内側下部半径に近接する第２の厚さによって画定され、第１の厚さは、第２の厚さよりも大きい。
【0037】
一実施態様では、下部水平セクションの底面は、下部垂直セクションから内側下部半径に向かって下向きに延びる第２の傾斜によって画定される。第１の傾斜の第１の傾斜角度は、第２の傾斜の第２の傾斜角度と等しく、それにより下部水平セクションの長さに沿った厚さは、均一である。
【0038】
一実施態様では、上部水平セクション、上部垂直セクション、中間セクション、下部垂直セクション、および下部水平セクションは、一体のＳ字型構造を互いに形成する。垂直延長部は、内側下部半径に近接して下方にＳ字型構造と続いている。
【0039】
一実施態様では、上部水平セクション、上部垂直セクション、中間セクション、および下部垂直セクションは、第１の一体のピースを画定し、下部水平セクションは、第２のピースを画定する。第１の一体のピースは、第２のピースの第２の外側半径に近接して配置された頂面に画定された高周波ガスケットの上に受け取られるように構成される。
【0040】
一実施態様では、下部水平セクションは、複数のスロットを含む。各スロットは、下部水平セクションに沿って内径から外径に半径方向に延びる。スロットの内径は、内側下部半径によって画定された閉じ込めリングの内側リング直径よりも大きく、スロットの外径は、第２の外側半径によって画定された閉じ込めリングの外側リング直径よりも小さい。各スロットは、下部水平セクションの頂面から底面に延びる。
【0041】
さらに別の代替の実施態様では、内部にプラズマを閉じ込めるためのプラズマ処理チャンバが開示される。プラズマ処理チャンバは、下部電極と、上部電極構造と、下部電極と上部電極構造との間に配置された閉じ込めリングとを含む。下部電極は、プラズマ処理チャンバの下部セクション（すなわち、下部部分）に配置され、基板を支持するための支持面を含む。上部電極構造は、プラズマ処理チャンバの上部セクション（すなわち、上部部分）に配置され、下部電極の反対側に向けられる。閉じ込めリングは、上部電極構造に結合され、下部電極と上部電極構造との間に配置される。閉じ込めリングは、上部水平セクションと、上部垂直セクションと、中間セクションと、下部垂直セクションと、下部水平セクションと、垂直延長部とを含む。上部水平セクションは、内側上部半径と第１の外側半径との間に延びる。中間セクションは、内側上部半径と第２の外側半径との間に延びる。下部水平セクションは、閉じ込めリングの内側下部半径と第２の外側半径との間に延びる。上部垂直セクションは、上部水平セクションと内側上部半径に近接する中間セクションとの間に延びる。下部垂直セクションは、中間セクションと第２の外側半径に近接する下部水平セクションとの間に延びる。垂直延長部は、内側下部半径に近接する下部水平セクションから下方に延びる。
【0042】
一実施態様では、プラズマ容積が、上部電極、下部電極、および閉じ込めリングの間に配置される。
【0043】
一実施態様では、上部電極構造は、上部電極構造の中心に配置された外側電極と、上部電極に隣接して配置された外側電極とを含み、バッキングプレートは、外側電極を囲むように配置される。バッキングプレートは、外側部分であって、外側電極が上部電極とバッキングプレートの外側部分との間に配置されるように外側電極に隣接して配置された外側部分、および外側電極の一部の上に配置された内側部分を含む。バッキングプレートの外側部分の底面は、閉じ込めリングの上部水平セクションの頂面に配置された対応するキーと整列する複数のカムロックを含む。カムキーおよびカムロックは、外側電極を閉じ込めリングに結合するために使用される。
【0044】
一実施態様では、複数のカムキーは、コントローラに結合され、コントローラは、バッキングプレートへの結合中に複数のカムキーを作動させ、複数のカムロックと係合してロックさせる第１の信号、およびバッキングプレートからの閉じ込めリングの切り離し中に複数のカムキーを作動させ、複数のカムロックのロック解除を可能にさせる第２の信号を生成するように構成される。複数のカムロックおよび複数のカムキーは、閉じ込めリングを上部電極構造に結合するために使用される電子カムロック機構の一部であり、コントローラからの信号によって制御されるように構成される。
【0045】
一実施態様では、上部電極構造のバッキングプレートおよび上部電極は、電気的に接地され、下部電極は、対応する整合ネットワークを介して高周波（ＲＦ）発生器に結合される。ＲＦ発生器は、プラズマ処理チャンバ内にプラズマを生成するためにＲＦ電力を下部電極に供給するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【0058】
【0059】
【0060】
【0061】
【発明を実施するための形態】
【0062】
本明細書に記載の様々な実施態様において、プラズマ処理チャンバ内で使用するための閉じ込めリングは、プラズマ領域内のプラズマの均一性を維持するように設計される。閉じ込めリングは、Ｓ字型構成を有するように設計される。Ｓ字型は、プラズマが含まれるプラズマ領域内の容積を減少させ、プラズマ領域を満たすプラズマを生成するのに必要なＲＦ電力の量を減少させる。プラズマの容積が少なくなると、プラズマ領域内の半径方向のプラズマ密度の均一性が改善され、それによって基板の半径方向のエッチングの均一性が改善する。さらに、閉じ込めリングのＳ字型設計は、他のハードウェア構成要素の現在の構成と共にプラズマ処理チャンバ内で使用することができ、他のハードウェア構成要素の再設計を必要としない。いくつかの実施態様では、ハードウェア構成要素は、必須ではないが、プラズマ領域に維持されるプラズマの容積をさらに減少させるために再設計されてもよい。
【0063】
複数のスロット（すなわち、コンダクタンススロット）がＳ字型閉じ込めリングの底部に設けられ、これはプラズマ領域内にプラズマを最適に閉じ込めながらプラズマ領域から副生成物を効率的に除去し、その結果ガスコンダクタンスが改善される。スロットは、平行なスロットプロファイルまたはテーパ状のスロットプロファイルを有するように成形され得る。テーパ状のスロット設計は、スロットの長さに沿って生じる摩耗の差に対処し、スロットの周囲の面積を効率的に利用するために使用することができる。テーパ状のスロットプロファイルは、スロット間の限られた空間の最適な使用を確実にすることによって、閉じ込めリングの使用寿命を向上させる。その結果、閉じ込めリングをプラズマ処理チャンバで使用することができるプロセスサイクルの数が増加するにつれて、消耗品である閉じ込めリングの交換に関連するコストが低下する。したがって、閉じ込めリングのＳ字型設計は、密度およびガスコンダクタンスを改善する一方、より少ない容積でプラズマの均一性を維持する。
【0064】
プラズマ処理チャンバで使用されるＳ字型閉じ込めリングは、上部水平セクションと、上部垂直セクションと、中間セクションと、下部垂直セクションと、下部水平セクションとを含む。下部水平セクションは、下部電極の一部に画定されたＲＦガスケットの頂部に閉じ込めリングを載置するために使用される垂直延長部をさらに含む。上部水平セクションは、第１の外側半径と内側上部半径との間に延びる。中間セクションは、内側上部半径と第２の外側半径との間に延びる。下部水平セクションは、内側下部半径と第２の外側半径との間に延びる。上部垂直セクションは、上部水平セクションと内側上部半径に近接する中間セクションとの間に延び、下部垂直セクションは、中間セクションと第２の外側半径に近接する下部水平セクションとの間に延びる。垂直延長部は、内側下部半径に近接して下方に延び、下部水平セクションと一体的に続いている。上部水平セクション、上部垂直セクション、中間セクション、下部垂直セクション、および下部水平セクションは、プラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマを効果的に閉じ込めながら、プラズマ領域に含まれるプラズマの量を減少させるために使用されるＳ字型構造を互いに形成する。
【0065】
中間セクション、およびいくつかの実施態様では、下部水平セクションのプロファイルにおける変動も想定することができ、変動は、プラズマ領域に含まれるプラズマの量およびプラズマの密度に影響を与える。従来のＣ字型閉じ込めリングと同様に、Ｓ字型閉じ込めリング構造は、プラズマ処理チャンバに画定されたプラズマ領域内のプラズマ密度の均一性を改善する。中間セクションのプロファイルにおける変動は、中間セクションの底面に沿った傾斜の形態であってもよく、傾斜は、内側上部半径から第２の外側半径に向かって下向きに延びる。中間セクションにおける傾斜により、中間セクションの長さに沿った厚さに変動が生じ、内側上部半径に近接する厚さは、第２の外側半径に近接する厚さよりも小さい。同様に、下部水平セクションのプロファイルにおける変動は、下部水平セクションの頂面に画定された傾斜の形態であってもよく、下部水平セクションにおける傾斜は、第２の外側半径から内側下部半径に向かって下向きに延びる。下部水平セクションの長さに沿って下部水平セクションの厚さを均一にするために、追加の傾斜を下部水平セクションの底面に画定することができる。
【0066】
中間セクションにおける傾斜により、プラズマ領域内のプラズマ容積が減少する。プラズマ容積における減少により、プラズマ領域を満たすためのプラズマを形成するのに必要なガスの量が減少する。容積が減少したとしても、Ｓ字型閉じ込めリングは、プラズマ領域内のプラズマ密度の均一性ならびに基板エッチングの均一性の改善を確実にする。さらに、Ｓ字型構造により、閉じ込めリングの機械的強度が損なわれず、それによって閉じ込めリングの使用寿命が維持される。これらの利点は、閉じ込めリング構造に加えられた変更が従来の閉じ込めリングの全体構造から実質的に逸脱しないため、プラズマ処理チャンバ内のハードウェア構成要素（例えば、チャンバスペーサプレート、嵌合ハードウェアなど）を変更する必要なく実現される。
【0067】
本発明の前述の概要を踏まえ、次に、様々な図を参照して特定の実施態様について説明する。
【0068】
図１は、一実施態様において、プラズマを閉じ込めるためにＳ字型閉じ込めリングを使用するプラズマ処理チャンバ１００の一部の簡略化されたブロック図を示している。プラズマ処理チャンバ１００は、一実施態様では、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理チャンバ（または以下単に「プラズマ処理チャンバ」と呼ばれる）であってもよく、高周波（ＲＦ）電力をプラズマ処理チャンバ１００に供給する下部電極１０４と、プラズマ処理チャンバ１００内にプラズマを生成するプロセスガスを供給する上部電極構造１０２とを含む。上部電極構造１０２は、プラズマ処理チャンバ１００の上部チャンバ部分１００ａに画定され、下部電極１０４は、プラズマ処理チャンバ１００の下部チャンバ部分１００ｂに画定される。下部電極１０４は、対応する整合ネットワーク１０７を通してＲＦ電源１０６に接続され、ＲＦ電源１０６の第１の端部は、整合ネットワーク１０７に接続され、ＲＦ電源１０６の第２の端部は、電気的に接地される。ＲＦ電源１０６は、１つまたは複数のＲＦ電力発生器（図示せず）を含むことができる。
【0069】
一実施態様では、下部電極（例えば、静電チャック（ＥＳＣ））１０４の頂面は、基板１１０（例えば、ウエハ）が処理のために受け取られる基板支持面を画定する。いくつかの実施態様では、基板支持面は、下部電極の頂面に画定された凹部に画定され、凹部の高さは、基板１１０の厚さと等しい。エッジリング１１２が、基板１１０が処理のために受け取られたときに基板１１０を囲むように、下部電極１０４の基板支持面に隣接して画定される。本出願全体を通して、基板は、ウエハと互換的に呼ばれることがあり、複数の製作動作が電子集積回路を製作するために実施されるベースとして作用する半導体材料（ケイ素で大部分が作製される）の薄いスライスを指し、製作動作の少なくとも１つは、Ｓ字型閉じ込めリングが使用されるプラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマを使用することに留意されたい。いくつかの実施態様では、エッジリング１１２は、基板１１０が下部電極１０４の基板支持面上に支持されるときに、エッジリング１１２の頂面が基板１１０の頂面と同一平面上になるように設計される。エッジリング１１２は、プラズマ処理チャンバ１００内で生成されたプラズマに対する処理領域（プラズマ領域１０８によって表される）を拡張し、基板の縁部を越えた面積にわたって、エッジリング１１２の外縁を覆い、さらにそれを越える拡張処理領域まで拡張するように構成される。カバーリング１１４が、基板が基板支持面上に受け取られたときにエッジリング１１２がカバーリング１１４と基板１１０との間に配置されるように、エッジリング１１２に隣接して配置される。いくつかの実施態様では、カバーリング１１４は、処理領域をエッジリング１１２の外縁からカバーリング１１４の外縁にさらに拡張するように、カバーリング１１４の頂面がエッジリング１１２の頂面と同一平面上になるように設計される。ＲＦ電源１０６は、整合ネットワーク１０７を介して下部電極の底部部分に接続され、ＲＦ電力をプラズマ処理チャンバ１００に供給する。
【0070】
１つまたは複数の絶縁要素１２０が、カバーリング１１４の下で下部電極１０４に隣接し、下部電極１０４を囲むように配置される。一実施態様では、絶縁要素１２０は、石英材料で作製することができ、したがって石英要素とも呼ばれるが、他の絶縁材料も用いることも可能である。接地リング１２２が、絶縁要素（例えば、石英要素）１２０に隣接し、カバーリング１１４の下に配置され、それにより接地リング１２２は石英要素１２０および下部電極１０４を囲むようになる。接地バケット（ｇｒｏｕｎｄ ｂｕｃｋｅｔ）１２４の形態である支持構造は、接地リング１２２の一部を囲むように下部電極１０４に配置される。一実施態様では、ギャップが接地リング１２２と接地バケット１２４との間に存在し、接地リング１２２への容量結合を提供する。接地バケット１２４は、プラズマ処理チャンバ１００に供給されるＲＦ電力に対する接地帰還（ｇｒｏｕｎｄ ｒｅｔｕｒｎ）を提供する。接地バケット１２４はまた、上部電極構造１０２の一部がその上に載置するのに十分な支持を提供する。例えば、上部電極構造１０２の一部に結合された閉じ込めリング１３０のＳ字型構造の底部部分は、接地バケット１２４上に載置される。この場合、接地バケット１２４は、Ｓ字型閉じ込めリング構造１３０を介して間接的な支持を上部電極構造１０２に提供する。接地バケット１２４は、一実施態様では、底部に固定リング１２４ａを含み、頂部に浮遊要素１２４ｂを含む。可撓性ＲＦストラップ１２５が、固定リング１２４ａと浮遊要素１２４ｂとの間に画定される。ＲＦガスケット１１６が、接地バケット１２４の浮遊要素１２４ｂの頂面に配置される。接地バケット１２４の構成要素（すなわち、固定リング１２４ａ、浮遊要素１２４ｂ、および可撓性ＲＦストラップ１２５）は、一実施態様では、アルミニウムで作製される。他の実施態様では、接地バケット１２４の構成要素は、プラズマ処理チャンバ１００内のＲＦ電力を接地に伝導するのに適した他の任意の導電性材料で作製される。いくつかの実施態様では、ＲＦガスケット１１６は、浮遊要素１２４ｂの頂面に画定されたチャネル内に配置され得る。
【0071】
一実施態様では、上部電極構造１０２は、中心に配置された上部電極１０２ａと、上部電極１０２ａに隣接して上部電極１０２ａを囲むように配置された外側電極１０２ｂとを含むことができる。上部電極１０２ａは、１つまたは複数のプロセスガス源（図示せず）に接続された１つまたは複数の入口（図示せず）と、下部電極１０４に面する上部電極１０２ａの底面に分布された複数の出口（図示せず）とを含むシャワーヘッドであってもよい。複数の出口は、プロセスガスを１つまたは複数のプロセスガス源から上部電極１０２ａと下部電極１０４との間に画定されたプラズマ処理領域（または単に「プラズマ領域」と呼ばれる）１０８に供給するように構成される。上部電極１０２ａは、この実施態様では、電気的に接地され、プラズマ処理チャンバ１００に供給されるＲＦ電力に接地への帰還経路を提供する。図１に示される一実施態様では、上部電極１０２ａは、外側半径において頂面に画定された延長部を含む。この延長部は、上部電極１０２ａを、外側電極１０２ｂの内側半径における底面に画定された対応するリップと嵌合するために使用される。上部電極１０２ａおよび外側電極１０２ｂに加えて、上部電極構造１０２は、バッキングプレート１０５を含む。バッキングプレート１０５は、外側電極１０２ｂを囲む外側部分１０５ａと、外側電極１０２ｂの頂面の少なくとも一部の上に配置され、外側電極１０２ｂの頂面の少なくとも一部を覆う内側部分１０５ｂとを含む。外側電極１０２ｂは、外側電極１０２ｂをバッキングプレート１０５に結合するために、バッキングプレート１０５の内側部分１０５ｂによって覆われる頂面の部分に配置される複数の締結手段（図示せず）を含む。カムロック（図示せず）などの複数のロック機構が、外側電極１０２ｂを囲むバッキングプレート１０５の外側部分１０５ａの底面に沿って均一に分布されている。各カムロックは、バッキングプレート１０５の下に配置された閉じ込めリング構造１３０の頂面に配置された対応するカムキーと整列するように設計され、閉じ込めリング構造１３０をバッキングプレート１０５に結合することを可能にする。
【0072】
一実施態様では、結合された閉じ込めリング構造１３０を有する上部電極構造１０２は、下部電極１０４が固定されている間に上下に垂直に移動するように構成される。プラズマ処理チャンバ１００が処理のために準備される際、閉じ込めリング構造１３０を有する上部電極構造１０２が下降され、閉じ込めリング構造１３０が接地バケット１２４の浮遊要素１２４ｂの頂面に配置されたＲＦガスケット１１６上に載置することを可能にする。閉じ込めリング構造１３０は、ＲＦガスケット１１６を押し下げてＲＦガスケット１１６を圧縮させ、上部電極構造１０２と下部電極１０４との間に緊密な結合を形成する。ＲＦガスケット１１６の圧縮により、浮遊要素１２４ｂが押し下げられ、それにより可撓性ＲＦストラップ１２５が圧縮される。上部電極構造１０２が上方に移動すると、閉じ込めリング構造１３０が上方に移動してＲＦガスケット１１６から遠ざかり、ＲＦガスケット１１６が弛緩することを可能にする。これにより、浮遊要素１２４ｂおよび可撓性ＲＦストラップ１２５が圧縮状態から弛緩状態に移動する。
【0073】
バッキングプレート１０５に結合された閉じ込めリング構造（または単に「閉じ込めリング」と呼ばれる）１３０は、上部電極構造１０２と下部電極１０４との間の結合界面として作用する。閉じ込めリング１３０は、チャンバ内で生成されたプラズマが十分に閉じ込められる、上部電極構造と下部電極（１０２、１０４）との間に閉じ込められたプラズマ容積を画定する。プラズマ容積は、プラズマ領域１０８を画定する。閉じ込めリング１３０は、プラズマ領域１０８の内側に面するＳ字型の下部部分に開口部を有するＳ字型構造である。図１は、逆Ｓ字型閉じ込めリング１３０の下部部分における開口部がプラズマ領域１０８の内側に面しているＳ字型閉じ込めリング構造を有する、プラズマ処理チャンバの左側部分の一例を示しており、プラズマ領域１０８は、プラズマ処理チャンバ１００の下部電極１０４上に配置された基板１１０、エッジリング１１２、およびカバーリング１１４の表面にわたって延びる。カムキーなどのロック機構の複数のキーが、閉じ込めリング１３０の頂面に画定される。カムキーは、バッキングプレート１０５の外側部分１０５ａの底面に配置された対応するカムロックと結合するように構成される。閉じ込めリング１３０は、上部電極構造１０２の一部であり、閉じ込めリング１３０の底部セクションは、下部電極１０４に画定された接地バケット１２４の頂面に画定されたＲＦガスケット１１６上に載置されるように構成される。ＲＦガスケット１１６は、上部および下部電極１０２、１０４の間の結合が気密であることを確実にする。一実施態様では、接地バケット１２４は、少なくとも基板支持体１１０、エッジリング１１２、カバーリング１１４、１つまたは複数の石英要素１２０、および接地リング１２２を含む下部電極１０４の領域を囲むように構成される。接地バケット１２４は、ＲＦ電源１０６によって下部電極１０４に供給されるＲＦ電流に対する接地への帰還経路を提供する。
【0074】
図１のプラズマ処理チャンバは本明細書に記載の特定の部品のみを含むように示されているが、実際には、プラズマ処理チャンバは、基板を処理するために必要な複数の追加の構成要素を含むことに留意されたい。例えば、基板１１０を昇降させるリフトピンを有するリフトピン機構は、示されていない。さらに、図１に示す様々な構成要素は、様々な構成要素の異なる特徴を識別するために一定の縮尺ではない場合があり、かつ／または誇張されている場合がある。
【0075】
閉じ込めリング１３０は、概して、上部水平セクション、上部垂直セクション、中間セクション、下部垂直セクション、下部水平セクションおよび垂直延長部を含む複数の構成要素によって画定される。複数のカムロックが上部水平セクションの頂面に分布され、閉じ込めリング１３０を上部電極構造１０２のバッキングプレート１０５の外側部分１０５ａに結合するために使用され、上部電極構造１０２は、上部電極１０２ａと、外側電極１０２ｂと、バッキングプレート１０５とを含む。Ｓ字型閉じ込めリング１３０の上部垂直セクションは、プラズマを受け取るためのプラズマ領域１０８内のプラズマ容積を減少させるように作用する。プラズマ容積における減少は、プラズマ領域１０８内のプラズマの密度またはプラズマ分布に悪影響を及ぼすことなく行われる。閉じ込めリング１３０の様々な構成要素の詳細は、図２Ａおよび図２Ｂを参照してさらに詳細に説明される。
【0076】
図２Ａは、一実施態様において、Ｓ字型閉じ込めリング１３０がプラズマ領域１０８内にプラズマを閉じ込めるために配置されるプラズマ処理チャンバ１００の拡張断面図を示している。図１を参照して述べたように、プラズマ処理チャンバ１００は、上部電極構造１０２が配置される上部チャンバ部分１００ａと、下部電極１０４が配置される下部チャンバ部分１００ｂとを含む。上部電極構造１０２は、上部電極１０２ａ、外側電極１０２ｂ、およびバッキングプレート１０５を含む複数の構成要素を含む。上部電極１０２ａは、基板１１０が処理のために受け取られる基板支持面の上の領域を実質的に覆うように中心に配置される。外側電極１０２ｂは、上部電極１０２ａに隣接し、上部電極１０２ａを囲むように配置される。外側電極１０２ｂは、頂面と、底面とを含む。外側電極１０２ｂの頂面および底面は、この実施態様では、平坦なプロファイルを有する。外側電極１０２ｂは、電気的に接地される。バッキングプレート１０５は、外側電極１０２ｂに隣接し、外側電極１０２ｂを囲むように配置された外側部分１０５ａと、外側電極１０２ｂの一部の上に配置された内側部分１０５ｂとを含み、外側電極１０２ｂの部分は、外側電極１０２ｂの全体よりも小さいか、または外側電極１０２ｂの全体と等しい。バッキングプレート１０５もまた、電気的に接地される。
【0077】
一実施態様では、Ｓ字型閉じ込めリング１３０は、締結機構（例えば、カムロック構造）（図示せず）を使用してバッキングプレート１０５の外側部分１０５ａに結合される。カムロック構造は、例えば、対応する１つまたは複数のカムキーを使用して動作させることができる１つまたは複数のカムロックを含む。この実施態様では、複数のカムロック（図示せず）が、バッキングプレート１０５の外側部分１０５ａの底面全体に均一に分布されている。カムロックは、各カムロックが、バッキングプレート１０５の外側部分１０５ａの下に配置されるＳ字型閉じ込めリング１３０の頂面に設けられた対応するカムキー（図示せず）と整列するように配置され得る。一実施態様では、カムロック構造は、電子カムロック構造であり、閉じ込めリング１３０の頂面に配置されたカムキーは、コントローラに結合され、コントローラ（図示せず）からの信号を使用して動作される。コントローラは、プラズマ処理チャンバ１００に結合され、プラズマ処理チャンバ１００のプロセスパラメータを制御するために使用され得る。例えば、コントローラは、プラズマ処理チャンバ１００で使用されるプロセスガスのプロセスレシピ、プラズマ処理チャンバに供給されるＲＦ電力、プラズマへの基板１１０の曝露時間、プラズマ処理チャンバで使用されるガスの濃度などを制御するために使用されてもよい。コントローラは、コンピュータに結合されてもよいし、またはプラズマ処理チャンバ１００でプラズマを生成するためのプロセスレシピを提供するために使用されるコンピュータの一部であってもよい。様々なプロセスパラメータを制御することに加えて、コントローラはまた、カムロックとロックするために適切な信号をカムキーに提供するために使用され得る。例えば、一実施態様では、コントローラは、閉じ込めリング１３０をバッキングプレート１０５の外側部分１０５ａに結合する必要がある場合、複数のカムキーを作動させてカムロックに係合してロックさせる第１の信号を生成するために使用されてもよい。同様に、コントローラは、閉じ込めリング１３０がバッキングプレート１０５から結合解除される場合、カムキーに対してカムロックからカムキーをロック解除させる第２の信号を生成するために使用されてもよい。いくつかの実施態様では、ロックのための第１の信号は、プラズマ処理チャンバ１００に設置された新しい閉じ込めリング１３０を検出すると生成され得る。いくつかの実施態様では、ロック解除のための第２の信号は、既存の閉じ込めリング１３０を取り外す必要がある場合、例えば、閉じ込めリング１３０の使用寿命の終わりに達した後に生成されてもよい。実施態様は、電子カムロック構造に限定されない。代わりに、他のタイプのカムロックまたは他のタイプのロック機構（例えば、ねじなど）を使用して、閉じ込めリング１３０をバッキングプレート１０５に結合することができる。
【0078】
図２Ａに示される実施態様では、プラズマ領域１０８に面する外側電極１０２ｂの底面１０３ｂは、平坦であるように画定される。一実施態様では、上部電極１０２ａに隣接して配置される外側電極１０２ｂの内側は、頂面に画定された段差１０９ａを含む。段差１０９ａは、上部電極１０２ａの外側半径における頂面に画定された対応するリップ延長部１０９ｂを受け取るために使用され得る。段差１０９ａは、上部電極１０２ａを受け取るための信頼できる合わせ面を提供する。段差１０９ａに加えて、外側電極１０２ｂの内縁における底面は、一実施態様では、勾配面１０９ｃを含んでもよい。勾配面１０９ｃは、プラズマ領域１０８内でプラズマが無制限に流れることを可能にするように設計され得る。プラズマ領域１０８のいずれかの部分が鋭い縁部を有する場合、プラズマの流れは、鋭い縁部の角度によって妨げられる可能性がある。したがって、プラズマの流れに対するそのような妨げを回避するために、外側電極１０２ｂの底面における内縁は、外側電極１０２ｂの外縁に向かって、上部電極１０２ａの底部外縁から離れるように下向きに角度付けされる。内縁における勾配面１０９ｃの傾斜角度および勾配面１０９ｃの長さは、プラズマ領域１０８における最適なプラズマの流れを確実にするように画定され得る。代替の実施態様では、勾配面１０９ｃの代わりに、外側電極１０２ｂの底面における内縁は、丸みを帯びた縁部を含んでもよい。図１と図２Ａとの間で共通するプラズマ処理チャンバ１００の様々な構成要素は、同じ参照番号を使用して表され、同じ機能を実施する。
【0079】
一実施態様では、図１の下部電極１０４における石英要素１２０は、２つ以上の部品で作製され得る。図２Ａに示される実施態様では、石英要素１２０は、２つの石英要素、すなわちカバーリング１１４の下で接地リング１２２に隣接して配置される石英要素１ １２０ａを含み、それにより石英要素１ １２０ａの一部は、下部電極１０４の第１の部分を囲むように配置され、下部電極１０４と接地リング１２２との間にある。石英要素１ １２０ａの一部に隣接しており、かつ下部電極１０４の第２の部分と石英要素１ １２０ａとの間には、第２の石英要素２ １２０ｂが配置される。下部電極１０４の第１の部分は、下部電極１０４の第２の部分の上に画定される。追加の石英要素が、接地リング１２２、接地バケット１２４に隣接する下部電極１０４に配置されてもよい。下部電極１０４に画定されたエッジリング１１２は、下部電極１０４の基板支持面に隣接する内側に段差を含むことができる。段差の壁は、真っ直ぐな縁部または傾斜した縁部によって画定され得る。エッジリング１１２の段差は、下部電極１０４の基板支持面上に受け取られる基板１１０の厚さと等しい高さによって画定され得、したがって基板１１０が基板支持面上に受け取られるとき、基板１１０の頂面は、エッジリング１１２の頂面と同一平面上にある。同様に、カバーリング１１４の厚さは、カバーリング１１４の頂面がエッジリング１１２の頂面と同一平面上になるように、エッジリング１１２の外縁におけるエッジリング１１２の厚さと等しいように画定され得る。エッジリング１１２およびカバーリング１１４の厚さは、エッジリングおよびカバーリングが配置される下部電極１０４の基板支持面に基づいて画定される。基板支持面が異なるプロファイルを有する場合、エッジリング１１２およびカバーリング１１４の厚さは、エッジリング１１２およびカバーリング１１４の頂面がその上に受け取られる基板１１０の頂面と同一平面上になるように、異なるプロファイルに従って画定され得る。Ｓ字型閉じ込めリング１３０は、上部電極構造１０２と下部電極１０４との間に配置される。上部電極構造１０２および閉じ込めリング１３０を含むプラズマ処理チャンバ１００の上部セクション１００ａは、図２Ａの破線によって示すように、上下に垂直に互いに移動することが可能である。
【0080】
Ｓ字型閉じ込めリング１３０は、上部水平セクション１３１と、上部垂直セクション１３２と、中間セクション１３３と、下部垂直セクション１３４と、下部水平セクション１３５とを含む。垂直延長部１３６が、内側下部半径に近接する下部水平セクション１３５から下向きに延びる。上部水平セクション１３１は、閉じ込めリング１３０の内側上部半径と第１の外側半径との間に延びる。一実施態様では、内側上部半径における上部水平セクションの頂面は、外側電極１０２ｂの底面の外縁に画定されたリップ延長部が受け取られる段差１４８を含む。段差１４８の高さは、外側電極１０２ｂを受け取って支持するための信頼できる合わせ面を提供するように画定される。上部水平セクション１３１は、頂面１３１ａおよび底面１３１ｂによって画定される。上部水平セクション１３１の頂面１３１ａは、平坦であるように画定され、バッキングプレート１０５の外側部分１０５ａにおける底面に画定された対応するカムロック（図示せず）と整列するように画定された複数のカムキー（図示せず）を含む。カムロックは、閉じ込めリング１３０がバッキングプレート１０５に結合されるとき、所定の位置に閉じ込めリング１３０を保つために使用される。上部水平セクション１３１の底面１３１ｂは、上部水平セクション１３１の長さに沿った厚さが均一となるように平坦に画定される。
【0081】
中間セクション１３３は、閉じ込めリング１３０の内側上部半径と第２の外側半径との間に延びる。中間セクションはまた、頂面１３３ａおよび底面１３３ｂによって画定される。図２Ａに示される一実施態様では、中間セクション１３３の頂面１３３ａおよび底面１３３ｂは、平坦（すなわち、水平）であるように画定され、それにより内側上部半径に近接する中間セクション１３３の厚さ「ｔ１」は、第２の外側半径に近接する中間セクション１３３の厚さ「ｔ２」と等しい。上部垂直セクション１３２は、上部水平セクション１３１と内側上部半径に近接する中間セクション１３３との間に延びる。一実施態様では、内側上部半径への近接は、上部垂直セクション１３２と中間セクション１３３の接合部からオフセットされるように画定され、オフセットは、上部垂直セクション１３２の厚さによって画定される。代替の実施態様では、内側上部半径への近接は、上部垂直セクション１３２の内側上部半径と外側（すなわち、プラズマ領域から離れる方向に面する側）との間にあるように画定される。上部垂直セクション１３２は、高さ「ｈ２」だけ延びる。図２Ａに示される実施態様では、プラズマ領域１０８に面する上部垂直セクション１３２の内側、およびプラズマ領域１０８から離れる方向に面する上部垂直セクション１３２の外側は、垂直であるように画定され、上部垂直セクション１３２の内側と外側との間の距離は、上部垂直セクション１３２の厚さを画定する。代替の実施態様では、上部垂直セクション１３２の内側は、湾曲したまたは弓形のプロファイルを含んでもよい。この実施態様では、上部垂直セクション１３２の厚さは、湾曲したまたは弓形のプロファイルにより、上部垂直セクション１３２の長さに沿って変化する。
【0082】
下部水平セクション１３５は、内側下部半径から第２の外側半径に延びるように画定される。下部水平セクション１３５は、頂面１３５ａおよび底面１３５ｂによって画定される。図２Ａに示される実施態様では、下部水平セクション１３５の頂面１３５ａと底面１３５ｂの両方は、平坦（すなわち、水平）であるように画定される。１つの代替の実施態様では、頂面１３５ａは、第２の外側半径から内側下部半径に向かって下降する傾斜を含んでもよい。別の代替の実施態様では、下部水平セクション１３５の頂面１３５ａと底面１３５ｂの両方は、第２の外側半径から内側下部半径に向かって下降する傾斜を含んでもよい。下部水平セクションの頂面１３５ａと底面１３５ｂの両方の傾斜角度は、この実施態様では、等しくてもよい。代替の実施態様では、頂面１３５ａの傾斜角度は、底面１３５ｂの傾斜角度とは異なっていてもよい。
【0083】
下部垂直セクション１３４は、中間セクション１３３と第２の外側半径に近接する下部水平セクション１３５との間に延びる。下部垂直セクションは、第２の外側半径に近接する高さ「ｈ１」、および内側上部半径に近接する高さ「ｈ３」にわたって延びる。図２Ａに示される実施態様では、中間セクション１３３の頂面および底面（１３３ａ、１３３ｂ）は、平坦であり（すなわち、内側上部半径における中間セクション１３３の厚さｔ１は、第２の外側半径における厚さｔ２と等しい）、下部水平セクション１３５の頂面および底面（１３５ａ、１３５ｂ）は、平坦であり（すなわち、下部水平セクション１３５の厚さは、下部水平セクション１３５の長さに沿って均一である）、第２の外側半径に近接する高さｈ１は、内側上部半径に近接する高さｈ３と等しい。さらに、一実施態様では、第２の外側半径における下部垂直セクション１３４の高さｈ１は、内側上部半径に近接する上部垂直セクション１３２の高さｈ２と等しくてもよい。代替の実施態様では、高さｈ２は、高さｈ１よりも大きくても小さくてもよい。高さｈ２は、プラズマ領域１０８内のプラズマの容積を変化させる。傾斜が中間セクション１３３の底面１３３ｂに画定される場合、および／または傾斜が下部水平セクション１３５の頂面１３５ａに画定される場合、第２の外側半径に近接する高さｈ１は、内側上部半径に近接する高さｈ３よりも小さくてもよい。
【0084】
プラズマ領域１０８は、上部電極構造１０２、下部電極１０４、および閉じ込めリング１３０の間に画定される。プラズマ領域１０８は、プラズマ処理チャンバ１００内で生成されたプラズマが受け取られるプラズマ容積を画定する。プラズマ領域１０８内のプラズマ容積は、外部容積１０８ａと、内部容積１０８ｂとを含む。外部容積１０８ａは、上部水平セクション１３１、上部垂直セクション１３２、および中間セクション１３３の間に画定される。外部容積１０８ａは、プラズマ領域１０８内の上部電極１０２ａおよび外部電極１０２ｂの直下の面積、かつ内部容積１０８ｂの外側（すなわち、頂部またはその上）に画定される。外部容積１０８ａは、プラズマ領域１０８内のプラズマの全体的な容積を減少させる。一実施態様では、外部容積１０８ａによって減少されるプラズマ領域１０８内のプラズマ容積の量は、中間セクション１３３の長さ、上部垂直セクション１３２の高さｈ２によって決められ、またある程度は、中間セクション１３３の厚さによって決められ得る。内部容積１０８ｂは、中間セクション１３３、下部垂直セクション１３４、および下部水平セクション１３５の間に画定される。内部容積１０８ｂは、プラズマ容積の内側にあるように画定され、頂部における外部容積１０８ａと下部電極１０４の基板支持面との間にある。内部容積１０８ｂに収容することができるプラズマの量は、中間セクション１３３の長さ、下部垂直セクション１３４の高さｈ１、および下部水平セクション１３５の長さに依存する。
【0085】
垂直延長部１３６は、内側下部半径に近接する下部水平セクション１３５から下向きに延び、ある高さだけ下方に下部水平セクション１３５と一体的に続くように画定される。いくつかの実施態様では、垂直延長部１３６は、上部電極構造１０２を下部電極１０４に結合する際に使用される。例えば、プラズマ処理チャンバ１００が処理のために準備されているとき、上部電極構造１０２は、Ｓ字型閉じ込めリング１３０の垂直延長部１３６が、下部電極１０４に画定された接地バケット１２４の頂面に配置されたＲＦガスケット１１６上に載置されるように降ろされる。一実施態様では、上部水平セクション１３１、上部垂直セクション１３２、中間セクション１３３、下部垂直セクション１３４、および下部水平セクション１３５は、一体のＳ字型閉じ込めリング１３０を互いに形成する。内側下部半径に近接して画定された垂直延長部１３６は、下方に下部水平セクション１３５を延長させる。代替の実施態様では、Ｓ字型閉じ込めリング１３０は、図６Ｂを参照して説明するように、複数のピースで作製されてもよい。
【0086】
図２Ｂは、Ｓ字型閉じ込めリング１３０が配置されるプラズマ処理チャンバ１００’の代替の実施態様を示している。図２Ａのプラズマ処理チャンバ１００と図２Ｂのプラズマ処理チャンバ１００’との間で共通する様々な構成要素は、同じ参照番号を使用して表され、同様の機能を実施する。図２Ｂは、外側電極１０２ｂ’の代替の構造を示しており、外側電極１０２ｂ’の底面は、傾斜したプロファイルを含む。Ｓ字型閉じ込めリング１３０を収容するためにプラズマ処理チャンバ１００内の他のハードウェア構成要素を再設計する必要はないが、いくつかの実施態様では、ハードウェア構成要素の一部が再設計されてもよく、そのような再設計は、プラズマを受け取るためのプラズマ領域１０８内の容積をさらに減少させるために行われてもよい。図２Ｂに示される実施態様では、外側電極１０２ｂ’は、頂面１０３ａと、底面１０３ｂ’とを含む。頂面１０３ａは、平坦であり、底面１０３ｂ’は、底面１０３ｂ’の少なくとも一部における傾斜によって画定され、傾斜を含む部分は、底面１０３ｂ’の全体であってもよいし、または全体部分未満であってもよい。図２Ｂに示される実施態様では、例えば、底面１０３ｂ’は、第１の平坦な下部セクション１０３ｃ１、勾配下部セクション１０３ｃ２、および第２の平坦な下部セクション１０３ｃ３によって画定される。第１の平坦な下部セクション１０３ｃ１は、上部電極１０２ａに隣接して配置される内側に画定され、第１の長さにわたって延びる。
【0087】
一実施態様では、第１の平坦な下部セクション１０３ｃ１は、上部電極１０２ａに隣接して画定された、角度付けされたまたは丸みを帯びた内縁を含んでもよい。勾配下部セクション１０３ｃ２は、第１の平坦な下部セクション１０３ｃ１に隣接して配置され、第２の長さにわたって延びる。第２の平坦な下部セクション１０３ｃ３は、勾配下部セクション１０３ｃ２が第１の平坦な下部セクション１０３ｃ１と第２の平坦な下部セクション１０３ｃ３との間に画定されるように、勾配下部セクション１０３ｃ２に隣接して配置される。第２の平坦な下部セクション１０３ｃ３は、外側電極１０２ｂ’の外縁に延び、第３の長さを覆う。勾配下部セクション１０３ｃ２は、第１の平坦な下部セクション１０３ｃ１から第２の平坦な下部セクション１０３ｃ３に向かって下向きに延びる傾斜を含む。一実施態様では、勾配下部セクション１０３ｃ２の傾斜角度、および外側電極１０２ｂ’の角度を付けた内縁（存在する場合）の角度は、プラズマがプラズマ領域１０８内で自由に流れることを可能にするように画定され得る。勾配下部セクション１０３ｃ２の角度により、外側電極１０２ｂ’の内側および外側における高さに差異が生じ、外側電極１０２ｂ’の内側の高さは、外側電極１０２ｂ’の外側の高さよりも小さい。その結果、上部垂直セクション１３２の内側に隣接する外側電極１０２ｂ’の外側は、Ｓ字型閉じ込めリング１３０の上部垂直セクション１３２の一部を覆う。外側電極１０２ｂ’の内側から外側までの高さにおける差異は、勾配下部セクション１０３ｃ２の傾斜角度に依存する。一実施態様では、セクションの各々、すなわち第１の平坦な下部セクション１０３ｃ１、勾配下部セクション１０３ｃ２、および第２の平坦な下部セクション１０３ｃ３の長さは、等しい。代替の実施態様では、セクションの各々の長さは、異なる。例えば、第１および第２の平坦な下部セクション１０３ｃ１、１０３ｃ３の長さは、等しくてもよく、勾配下部セクション１０３ｃ２の長さは、第１および第２の平坦な下部セクション１０３ｃ１、１０３ｃ３の長さよりも小さくても大きくてもよい。勾配下部セクション１０３ｃ２は、さらにプラズマ領域１０８内の容積を減少させる。結果として、製作動作を実施するためにプラズマ領域１０８内で必要とされるプラズマの量は、少なくなる。容積が小さくなっても、プラズマ領域１０８のより小さい内部容積内により多くのプラズマが含まれるため、プラズマの密度が改善され、プラズマの均一性およびガスコンダクタンスは、プラズマ領域１０８のプラズマ容積において最適なレベルに維持される。
【0088】
図３Ａは、一実施態様において、プラズマ処理チャンバ１００で使用されるＳ字型閉じ込めリング１３０の頂面の斜視図を示しており、図３Ｂは、一実施態様において、Ｓ字型閉じ込めリング１３０の底面の斜視図を示している。最初に図３Ａを参照すると、Ｓ字型閉じ込めリング１３０は、複数の穴１３７が画定される上部水平セクション１３１を含み、各穴は、カムキーなどの締結機構の一部を受け取るように構成される。締結機構は、カムロック構造に限定されず、ねじなどの他の締結機構を含むことができる。いくつかの実施態様では、複数のカムキーを受け取るための穴１３７は、頂面１３１ａ上に均一に分布しており、カムキーは、バッキングプレート１０５の底面に画定された対応するカムロックを介して閉じ込めリング１３０を上部電極構造１０２に結合するために使用される。上部水平セクション１３１は、第１の外側半径と、閉じ込めリング１３０の内側上部半径に、または内側上部半径に近接して画定された上部垂直セクション１３２の頂部との間に延びる。上部垂直セクション１３２は、上部水平セクション１３１と中間セクション１３３との間に延びる。中間セクション１３３は、上部垂直セクション１３２の底部と、第２の外側半径に、または第２の外側半径に近接して画定された下部垂直セクション１３４の頂部との間に延びる。下部水平セクション１３５は、下部垂直セクション１３４の底部と内側下部半径との間に延びる。下部水平セクションは、複数のコンダクタンススロット（または以下単に「スロット」と呼ばれる）１４０を含む。スロット１４０は、内径から外径に下部水平セクション１３５の表面上で半径方向に延びる。スロット１４０の内径は、閉じ込めリング１３０の内側リング直径よりも大きく、内側リング直径は、内側下方半径によって画定される。スロットの外径は、内側リング直径および内径よりも大きいが、閉じ込めリング１３０の外側リング直径よりも小さく、外側リング直径は、第２の外側半径によって画定される。図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂに示される実施態様では、第１の外側半径は、第２の外側半径よりも小さい。代替の実施態様では、第１の外側半径は、第２の外側半径以上であってもよい。図３Ａに示される実施態様では、閉じ込めリング１３０の上部水平セクション１３１、上部垂直セクション１３２、中間セクション１３３、下部垂直セクション１３４、および下部水平セクション１３５は、一体の構造（すなわち、単一の連続ユニット）を互いに形成する。
【0089】
図３Ｂは、下部水平セクション１３５に画定された複数のスロット１４０を示している。図３Ｂに示される実施態様では、スロット１４０は、平行なスロット幾何学的形状を含むように画定される。代替の実施態様では、スロット１４０は、テーパ状のスロット幾何学的形状を含むように画定されてもよく、テーパ状のスロットは、閉じ込めリング１３０の外径で画定された広い側、および内径で画定された狭い側によって画定される。スロットの広い側は、内側スロット半径によって画定される狭い側よりも大きい、外側スロット半径によって画定される。内側スロット半径および外側スロット半径のサイズは、スロット１４０の対応する内径および外径における摩耗率の逆数であるように定義される。一実施態様では、１つまたは複数の発光分光計測（ＯＥＳ）穴１３８が、下部垂直セクション１３４に画定される。ＯＥＳ穴１３８には、プラズマ領域１０８内のプラズマおよび基板１１０の頂面におけるプラズマの影響を監視するために使用されるプローブが設けられる。ＯＥＳ穴１３８に配置されたプローブからの結果が、終点検出に使用される。
【0090】
図４は、一実施態様において、プラズマ処理チャンバで使用されるＳ字型閉じ込めリング１３０の頂面の俯瞰図を示している。図４は、閉じ込めリング１３０の特徴のいくつかを識別する。例えば、示すように、上部水平セクション１３１は、第１の外側半径１５０から内側上部半径１５２に延びる。下部水平セクション１３５は、第２の外側半径１５１から内側下部半径１５３に延びる。第２の外側半径１５１は、第１の外側半径１５０よりも大きく、内側下部半径１５３は、内側上部半径１５２よりも小さい（すなわち、内側下部半径１５３＜内側上部半径１５２＜第１の外側半径１５０＜第２の外側半径１５１）。内側下部半径１５３は、閉じ込めリング１３０の内側リング直径を画定し、第２の外側半径１５１は、閉じ込めリング１３０の外側リング直径を画定する。図４は、上部水平セクション１３１の頂面に分布されたカムキー（すなわち、ロック機構の一部）を受け取るための複数の穴１３７を示す。いくつかの実施態様では、上部水平セクション１３１は、中間セクション１３３の一部の上に張り出し、中間セクション１３３は、スロット１４０を含む下部水平セクション１３５の一部の上に張り出す。図４は、上部水平セクション１３１と中間セクション１３３の相対的な張り出しを示している。図４のセクションＡ－Ａの断面図が、図５を参照して示され詳細に説明され、図４のセクションＣ－Ｃの断面図が、図６Ａ～図６Ｄを参照して示され詳細に説明される。
【0091】
図５は、一実施態様における、図４で識別されたセクションＡ－Ａの断面図を示している。断面図は、Ｓ字型閉じ込めリング１３０の様々な特徴を識別する。いくつかの実施態様では、上部水平セクション１３１の内側上部半径によって画定された上部内径（ＩＵＤ１）は、約４２０ｍｍ（約１６．５４インチ）～約４３２ｍｍ（約１７．０１インチ）であるように画定される。いくつかの実施態様では、上部水平セクション１３１が延びる第１の外側半径によって画定された第１の外径（ＯＤ１）は、約５００ｍｍ（約１９．７インチ）～約５１６ｍｍ（約２０．３インチ）であるように画定される。いくつかの実施態様では、中間セクション１３３が延びる第２の外径（ＯＤ２）は、約５１０ｍｍ（約２０．０８インチ）～約５３０ｍｍ（約２０．８７インチ）であるように画定される。いくつかの実施態様では、閉じ込めリング１３０の上部水平セクション１３１に画定された段差１４８の外径（ＯＤｓ１）は、約４２６ｍｍ（約１６．７７インチ）～約４３８ｍｍ（約１７．２４インチ）であるように画定される。いくつかの実施態様では、上部垂直セクション１３２の内側の内径は、上部水平セクション１３１の上部内径と同じになるように画定される。いくつかの実施態様では、上部垂直セクション１３２の外径（ＯＤｖｓ１）は、約４３０ｍｍ（約１６．９３インチ）～約４４８ｍｍ（約１７．６４インチ）であるように画定される。いくつかの実施態様では、上部垂直セクション１３２の厚さは、約１０ｍｍ（約０．３９インチ）～約１６ｍｍ（約０．６３インチ）であるように画定される。いくつかの実施態様では、下部垂直セクション１３４の内径（ＩＤｖｓ２）は、約５００ｍｍ（約１９．６９インチ）～約５１６ｍｍ（約２０．３２インチ）であるように画定され、下部垂直セクション１３４の外径は、第２の外径（ＯＤ２）によって画定される。いくつかの実施態様では、下部垂直セクション１３４の厚さは、約１０ｍｍ（約０．３９インチ）～約１４ｍｍ（約０．５５インチ）であるように画定される。いくつかの実施態様では、下部水平セクション１３５が延びる内側下部直径（ＩＬＤ１）（すなわち、内側下部半径×２と同じ）は、約３７０ｍｍ（約１４．５７インチ）～約３８５ｍｍ（約１５．１６インチ）であるように画定される。Ｓ字型閉じ込めリング１３０の様々な特徴に関する前述の範囲は、単なる例として提供されたものであり、限定的であると考えられるべきではない。様々な特徴についての他の範囲または前述の範囲に対する調整が想定されてもよく、そのような範囲または調整は、プラズマ処理チャンバ１００の内側寸法、実施されているプロセスのタイプ、プラズマを生成するために使用されるプロセスガスのタイプ、プラズマ用のプラズマ領域の内部容積内で所望される面積の量、生成され除去される副生成物および中性ガス種のタイプ、プラズマ処理チャンバのアクセス開口部、プラズマ処理チャンバのハードウェア構成要素の幾何学的形状などに基づいてもよい。図５の図では、Ｓ字型閉じ込めリング１３０が、平坦なプロファイルを有する中間セクションおよび下部水平セクションを有するように示されている。
【0092】
図６Ａは、一実施態様における、Ｓ字型閉じ込めリング１３０の拡大断面図を示している。示される断面図では、スロット１４０が下部水平セクション１３５に配置されている。断面図は、閉じ込めリング１３０の異なる構成要素の高さを識別する。例えば、高さｈ１は、下部水平セクション１３５の頂面１３５ａと、閉じ込めリング１３０の第２の外側半径に近接する中間セクション１３３の底面１３３ｂとの間に画定される。一実施態様では、高さｈ１は、約１０ｍｍ（約０．３９インチ）～約４０ｍｍ（約１．５７インチ）であるように画定される。高さｈ２が、中間セクション１３３の頂面１３３ａと上部水平セクション１３１の底面１３１ｂとの間に画定される。一実施態様では、高さｈ２は、約１０ｍｍ（約０．３９インチ）～約４０ｍｍ（約１．５７インチ）であるように画定される。高さｈ３が、下部水平セクション１３５の頂面１３５ａと、閉じ込めリング１３０の内側上部半径に近接する中間セクション１３３の底面１３３ｂとの間に画定される。下部水平セクション１３５が平坦である一実施態様では、高さｈ３は、高さｈ１と等しくなるように画定される。下部水平セクション１３５が傾斜した頂面１３５ａを有する代替の実施態様では、高さｈ３は、高さｈ１よりも大きくてもよい。内側上部半径における上部水平セクションの頂面に画定された段差１４８は、高さｈ４を有する。一実施態様では、高さｈ４は、約３．８ｍｍ（約０．１５インチ）～約４．５ｍｍ（約０．１８インチ）であるように画定される。Ｓ字型閉じ込めリング１３０の上部垂直セクション１３２は、高さｈ５にわたって延びるように画定される。一実施態様では、高さｈ５は、約２８ｍｍ（約１．１０インチ）～約３４ｍｍ（約１．３４インチ）であるように画定される。高さｈ６が、上部水平セクション１３１の頂面１３１ａと下部水平セクション１３５の頂面１３５ａとの間に画定される。一実施態様では、高さｈ６は、約４５ｍｍ（約１．７７インチ）～約５３ｍｍ（約２．０９インチ）であるように画定される。高さｈ７が、上部水平セクション１３１の頂面１３１ａと垂直延長部１３６の底面との間に画定される。一実施態様では、高さｈ７は、約５６ｍｍ（約２．２０インチ）～約６５ｍｍ（約２．５６インチ）であるように画定される。高さｈ８が、カムキーなどのロック機構の一部を配置することができる上部水平セクション１３１の頂面１３１ａに画定された穴１３７に対して画定される。一実施態様では、高さｈ８は、約４．６ｍｍ（約０．１８インチ）～約５．４ｍｍ（約０．２１インチ）であるように画定される。上部水平セクション１３１の厚さは、高さｈ９によって画定される。一実施態様では、高さｈ９は、約７．４ｍｍ（約０．２９インチ）～約８．２５ｍｍ（約０．３２インチ）であるように画定される。高さｈ１０が、上部水平セクション１３１の頂面１３１ａと中間セクションの頂面１３３ａとの間に画定される。一実施態様では、高さｈ１０は、約２１ｍｍ（約０．８３インチ）～約２９ｍｍ（約１．１４インチ）であるように画定される。高さｈ１１が、上部水平セクション１３１の頂面１３１ａと下部水平セクション１３５の底面１３５ｂとの間に画定される。一実施態様では、高さｈ１１は、約５０ｍｍ（約１．９７インチ）～約６０ｍｍ（約２．３６インチ）であるように画定される。図６Ａに示される実施態様では、中間セクション１３３の頂面１３３ａおよび底面１３３ｂは、平坦であるように画定される。その結果、内側上部半径に近接する中間セクション１３３の厚さｔ１は、第２の外側半径に近接する中間セクション１３３の厚さｔ２と等しい（すなわち、中間セクションは、その長さに沿って均一な厚さを有する）。この場合、厚さｔ１およびｔ２は、いくつかの実施態様によれば、約１２ｍｍ（約０．４７インチ）～約２０ｍｍ（約０．７９インチ）であるように画定される。上部水平セクション１３１は、上部垂直セクション１３２の外側から長さｌ１にわたって延びる。一実施態様では、長さｌ１は、約２９ｍｍ（約１．１４インチ）～約３８ｍｍ（約１．５０インチ）であるように画定される。一実施態様では、垂直延長部１３６は、約３ｍｍ（約０．１２インチ）～約７ｍｍ（約０．２８インチ）だけ下部水平セクション１３５の底面１３５ｂから下向きに延びる。図６Ａに示されるＳ字型閉じ込めリング１３０は、一体のピースであり、上部水平セクション１３１、上部垂直セクション１３２、中間セクション１３３、下部垂直セクション１３４、および下部水平セクション１３５は、単一の連続ピースを互いに形成する。垂直延長部１３６は、内側下部半径に近接する下部水平セクション１３５から下向きに延びる。Ｓ字型閉じ込めリング１３０の様々な構成要素に関する前述の範囲は、単なる例として提供されたものであり、限定的であると考えられるべきではない。様々な構成要素についての他の範囲または前述の範囲に対する調整もまた、想定されてもよい。
【0093】
図６Ｂは、図６ＡのＳ字型閉じ込めリング１３０の代替の実施態様を示している。図６Ｂに示される実施態様では、Ｓ字型閉じ込めリング１３０’は、２つのピースで作製される。スロット１４０を含むＳ字型閉じ込めリング１３０の下部水平セクション１３５は、プラズマおよび副生成物に曝露されるために非常に消耗しやすい（すなわち、使用寿命が短い）部品であるが、Ｓ字型閉じ込めリング１３０の残りのセクションは、下部水平セクション１３５よりも長く持続することができる（すなわち、使用寿命がより長い）。したがって、閉じ込めリングの使用寿命を最大限にするために、閉じ込めリング１３０’は、２つのピースで作製されるように設計することが可能である。例えば、上部水平セクション１３１、上部垂直セクション１３２、中間セクション１３３、および下部垂直セクション１３４は、単一の一体の第１のピース（すなわち、ピース１）を互いに画定し、下部水平セクション１３５および垂直延長部１３６は、第２のピース（すなわち、ピース２）を画定する。第１のピースは、第２の外側半径に近接する第２のピースの下部水平セクション１３５の頂面１３５ａに配置されたＲＦガスケット１３９の上に受け取られ得る。ＲＦガスケット１３９は、２つのピースがプラズマ処理チャンバ１００内で互いに組み立てられる際、２つのピースの緊密な結合を提供し、接地へのＲＦ電流に対する経路を提供する（下部電極１０４に配置された接地バケット１２４の浮遊要素１２４ｂの頂面の上に画定されたＲＦガスケット１１６と同様）。図６Ｂに示される実施態様では、中間セクション１３３の底面１３３ｂと、第２の外側半径に近接する下部水平セクション１３５の頂面１３５ａとの間の高さｈ１は、中間セクション１３３の底部部分１３３ａに傾斜を含めることによって変化させることができる。他の代替の実施態様では、Ｓ字型閉じ込めリング１３０は、３つ以上のピースで構成されてもよく、各ピースは、例えば、次のピース上に配置されたＲＦガスケットを介して次のピースに接続される。
【0094】
図６Ｃは、プラズマ処理チャンバ１００に配置されたＳ字型閉じ込めリング１３０’’の別の代替の実施態様を示している。図６Ｃは、図４で識別されたＳ字型閉じ込めリング１３０のセクションＣ－Ｃの拡大図を示す。この実施態様では、Ｓ字型閉じ込めリング１３０’’は、図６Ａおよび図６Ｂに示される中間セクション１３３とは異なる幾何学的プロファイルを有する中間セクション１３３’を含む。中間セクション１３３’は、頂面１３３ａおよび底面１３３ｂ’によって画定される。図６Ｃの実施態様では、頂面１３３ａは平坦面として画定されるが、底面１３３ｂ’は、上部垂直セクション１３２から（すなわち、内側上部半径から）下部垂直セクション１３４に（すなわち、第２の外側半径に）下向きに延びる傾斜を有する。傾斜角度は、プラズマ領域１０８内で所望される内部容積１０８ｂの量に基づいて画定され得る。いくつかの実施態様では、減少される内部容積１０８ｂの量は、例えば、プラズマ領域１０８内のガスのタイプによって決められ得る。この実施態様では、上部水平セクション１３１と下部水平セクション１３５の両方の頂面および底面（１３１ａ、１３１ｂ、１３５ａ、１３５ｂ）は、外側電極１０２ｂのリップ延長部を支持するように構成された段差１４８を含む上部水平セクション１３１の頂面の内縁を除いて、平坦である。中間セクション１３３’に画定された傾斜により、内側上部半径および第２の外側半径に近接する高さにおける差異、ならびに中間セクション１３３’の長さに沿った厚さにおける差異が生じる。例えば、下部水平セクション１３５の頂面１３５ａと第２の外側半径に近接する中間セクション１３３’の傾斜した底面１３３ｂ’との間に画定された高さｈ１’は、下部水平セクション１３５の頂面１３５ａと、内側上部半径に近接する中間セクション１３３’の傾斜した底面１３３ｂ’との間に画定された高さｈ３よりも小さく、一方、図６Ａおよび図６Ｂに示される実施態様では、高さｈ１およびｈ３は、等しいことが示されている。上部水平セクション１３１の底面１３１ｂと内側上部半径に近接する中間セクション１３３’の頂面１３３ａとの間の高さｈ２は、図６Ａおよび図６Ｂに示される実施態様と同じままである。同様に、内側上部半径に近接する中間セクション１３３’の厚さｔ１は、第２の外側半径に近接する中間セクション１３３’の厚さｔ２’よりも小さい。厚さにおける差異は、傾斜に起因する。差異の量は、中間セクション１３３’の底面１３３ｂ’に画定された傾斜角度に依存する。一実施態様では、厚さｔ２は、厚さｔ１よりも約１０％～約４０％大きくなるように画定される。中間セクション１３３’における傾斜は、プラズマ処理チャンバ１００の他のハードウェア構成要素の再設計を必要とせず、また閉じ込めリング１３０’’の機械的強度または使用寿命を損なうことなく、プラズマを受け取るためのプラズマ領域１０８における容積を減少させる方法を提供する。
【0095】
図６Ｄは、一実施態様において、プラズマ処理チャンバ１００で使用されるＳ字型閉じ込めリング１３０’’’の拡大断面図を示している。この実施態様では、Ｓ字型閉じ込めリング１３０’’’は、中間セクションおよび下部水平セクションの異なる幾何学的プロファイルを含む。例えば、Ｓ字型閉じ込めリング１３０’’’は、（図６Ｃに示す中間セクション１３３’の幾何学的プロファイルと同様に）内側上部半径から第２の外側半径に向かって下向きに延びる底面１３３ｂ’に画定された傾斜を有する中間セクション１３３’と、閉じ込めリング１３０’’’の第２の外側半径から内側下部半径に下向きに延びる頂面１３５ａ’における傾斜を含む下部水平セクション１３５’とを含む。頂面１３５ａ’における傾斜に加えて、第２の外側半径から内側下部半径に下向きに延びる第２の傾斜が、下部水平セクション１３５’の底面１３５ｂ’に画定される。一実施態様では、下部水平セクション１３５’の頂面１３５ａ’の傾斜角度は、下部水平セクションの底面１３５ｂ’に画定された第２の傾斜角度と等しくてもよい。代替の実施態様では、下部水平セクション１３５’の頂面１３５ａ’の傾斜角度は、下部水平セクション１３５’の底面１３５ｂ’に画定された第２の傾斜の角度よりも小さくても大きくてもよい。さらに、一実施態様では、中間セクション１３３’の底面１３３ｂ’の傾斜角度は、下部水平セクション１３５’の頂面１３５ａ’の傾斜角度と等しくてもよい。代替の実施態様では、中間セクション１３３’の底面１３３ｂ’の傾斜角度は、下部水平セクション１３５’の頂面１３５ａ’の傾斜角度よりも大きくても小さくてもよい。別の実施態様では、下部水平セクション１３５の頂面１３５ａ’は、第２の外側半径から内側下部半径に下向きに延びる傾斜を含むように画定され、下部水平セクション１３５の底面１３５ｂは、平坦であるように画定される。この実施態様では、下部水平セクション１３５の厚さは、下部水平セクション１３５の長さに沿って変化し、第２の外側半径に近接する厚さは、下部水平セクション１３５の内側下部半径に近接する厚さよりも大きい。下部水平セクション１３５における傾斜の量は、Ｓ字型閉じ込めリング１３０の機械的強度が損なわれないことを確実にするように画定され得る。
【0096】
中間セクション１３３’と下部水平セクション１３５’の両方に画定された傾斜により、高さｈ１およびｈ３は変化し得る。その結果、図６Ｄに示される実施態様では、第２の外側半径における下部水平セクション１３５’の頂面１３５ａ’と中間セクション１３３’の底面１３３ｂ’との間に画定された高さｈ１’’は、内側上部半径における下部水平セクション１３５’の頂面１３５ａ’と中間セクション１３３’の底面１３３ｂ’との間に画定された高さｈ３よりも小さい。高さｈ３は、中間セクション１３３の頂面１３３ａと上部水平セクション１３１の底面１３１ｂとの間に画定された高さｈ２と等しいか、高さｈ２よりも大きいか、または高さｈ２よりも小さくてもよい。示される図６Ｄの断面図では、スロット１４０が下部水平セクション１３５’に画定されている。図６Ｃおよび図６Ｄに示される実施態様では、中間セクション１３３’の底面ならびに下部水平セクション１３５’の頂面および底面に沿った傾斜は、スローの存在を示すために誇張されている場合があり、それぞれの傾斜の実際の角度は、示されているものよりも小さい場合があることに留意されたい。
【0097】
一実施態様では、水平ｘ軸に対する中間セクション１３３の底面に画定された傾斜角度は、下部水平セクション１３５の頂面に画定された傾斜角度と等しくなるように画定されてもよい。代替の実施態様では、水平ｘ軸に対する中間セクション１３３の底面における傾斜角度は、下部水平セクション１３５の頂面に画定された傾斜角度よりも大きくなるように画定されてもよい。中間セクション１３３および下部水平セクション１３５における傾斜角度に関する前述の範囲は、単なる例として提供されたものであり、限定的であると考えられるべきではない。その結果、いくつかの実施態様では、中間セクション１３３および／または下部水平セクション１３５における傾斜角度は、前述の範囲よりも大きいまたは小さいことが想定され得、そのような角度における増加または減少は、プラズマ処理チャンバ１００の内側寸法、実施されているプロセスのタイプ、プラズマ領域１０８内で所望される内部容積１０８ａの量、プラズマを生成するために使用されるプロセスガスのタイプ、生成され除去する必要がある副生成物および中性ガス種のタイプ、プラズマ処理チャンバのアクセス開口部などに基づいてもよい。一実施態様では、閉じ込めリング１３０は、ケイ素で作製される。他の実施態様では、閉じ込めリングは、ポリシリコン、または炭化ケイ素、または炭化ホウ素、またはセラミック、またはアルミニウム、またはプラズマ領域１０８の処理条件に耐えることができる他の任意の材料で作製されてもよい。
【0098】
下部水平セクション１３５は、内側下部半径に近接して画定された垂直延長部１３６を含む。図６Ａ～図６Ｄに示される一実施態様では、垂直延長部１３６の内縁は、直角によって画定される。代替の実施態様では、垂直延長部１３６の内縁は、角度を付けた頂部セクション（内側下部半径によって画定された内側で角度付けされる）と、垂直底部セクションとを含むことができる。角度を付けた頂部セクションは、内側下部半径で画定された内縁に傾斜を含む。垂直底部セクションは、角度を付けた頂部セクションの下に配置され、下部水平セクション１３５の底面１３５ｂを超える高さにわたって下向きに垂直に延びる。垂直延長部１３６は、下部水平セクション１３５に対する連続性を提供する。垂直底部セクションの底面は、この実施態様では、下部電極１０４に画定された接地バケット１２４の頂面に配置されたＲＦガスケット１１６上に載置されるように構成される。
【0099】
図７は、プラズマ処理チャンバ１００で使用されるＳ字型閉じ込めリング１３０の下部水平セクション１３５の底面の俯瞰図を示す。俯瞰図は、内径と外径との間で半径方向に延びるスロット１４０を示す。スロット１４０は、プラズマ領域１０８にプラズマを効果的に閉じ込めながら、副生成物をプラズマ領域１０８の外に導く。スロット１４０は、下部水平セクション１３５の頂面１３５ａから底面１３５ｂに延びる。スロット１４０は、平行なスロットプロファイル、またはテーパ状のスロットプロファイル、または湾曲したスロットプロファイルを有してもよい。平行なスロットプロファイル、テーパ状のスロットプロファイル、および湾曲したスロットプロファイルの詳細は、図８Ａ～図８Ｄを参照して説明される。
【0100】
図８Ａは、図７で識別された詳細Ｈの拡張図を示している。詳細Ｈは、Ｓ字型閉じ込めリング１３０の下部水平セクション１３５に沿って画定されたスロット１４０の拡張図を示す。図２～図６Ｄを参照して述べたように、下部水平セクション１３５は、第２の外側半径から内側下部半径に延びる。スロット１４０は、下部水平セクション１３５上に画定された内径（ＩＤ１）と外径（ＯＤ１）との間で、スロット長さ「ｌｓ１」にわたって半径方向に延びる。一実施態様では、スロット長さｌｓ１は、約４０ｍｍ（約１．５８インチ）～約７５ｍｍ（約２．９５インチ）であるように画定される。いくつかの実施態様では、スロット１４０の内径（ＩＤ１）は、下部水平セクション１３５の内側下部半径によって画定された内側リング直径（ＩＲＤ）よりも大きい。いくつかの実施態様では、スロット１４０の外径（ＯＤ１）は、ＩＤ１およびＩＲＤよりも大きいが、下部水平セクション１３５の第２の外側半径によって画定された外側リング直径（ＯＲＤ）よりも小さい。
【0101】
図８Ｂは、一実施態様における、Ｓ字型閉じ込めリング１３０の下部水平セクション１３５に画定されたスロット１４０のうちの１つの拡張図を示している。スロット１４０は、プラズマ領域１０８内にプラズマを効果的に閉じ込めながら副生成物をプラズマ領域１０８の外に導くために使用され、したがってコンダクタンススロットとも呼ばれる。各スロット１４０は、この実施態様では、平行なスロットプロファイルを有するように画定される。したがって、内径（ＩＤ１）１４０ａにおける内側スロット半径（ＩＳＲ）１４０ｃは、外径（ＯＤ１）１４０ｂにおける外側スロット半径（ＯＳＲ）１４０ｄと等しく、ＩＳＲおよびＯＳＲによって画定されたスロット１４０の幅は、スロット１４０の長さｌｓ１に沿って均一である。ＩＤ１ １４０ａまたはＯＤ１ １４０ｂにおける摩耗が臨界寸法に達すると、プラズマの非閉じ込め事象の発生を回避するために、閉じ込めリング１３０を交換しなければならない場合がある。
【0102】
図８Ｃは、一実施態様において、Ｓ字型閉じ込めリング１３０の下部水平セクション１３５に画定されたスロット１４０’の拡張図を示しており、スロット１４０’は、テーパ状のスロットプロファイルを有するように画定される。テーパ状のスロットプロファイルは、スロット１４０’がＯＤ１ １４０ｂにおいてより広く、ＩＤ１ １４０ａにおいてより狭くなるように、外径（ＯＤ１）１４０ｂから内径（ＩＤ１）１４０ａへと下向きに先細になっているテーパを含む。この実施態様では、内径（ＩＤ１）１４０ａにおける内側スロット半径（ＩＳＲ）１４０ｃ’は、外径（ＯＤ１）１４０ｂにおける外側スロット半径（ＯＳＲ）１４０ｄ’よりも小さくなるように画定される。一実施態様では、ＩＳＲ１４０ｃ’ とＯＳＲ１４０ｄ’の比は、約１：１．１～約１：１．５となるように定義され得る。この比は単なる例として提供されたものであり、他の比も想定され得る。狭いＩＳＲ１４０ｃ’を補償するために、一実施態様では、スロット１４０’の長さｌｓ１を増加させ、副生成物および中性ガス種がプラズマ領域１０８から逃げるための追加のスロット面積を提供することが可能である。代替の実施態様では、狭いＩＳＲ１４０ｃ’を補償するために、長さｌｓ１を増加させることに加えて、またはその代わりに、スロット１４０’の数を増加させてもよい。
【0103】
ＩＳＲ１４０ｃ’およびＯＳＲ１４０ｄ’によって定義されるテーパの量は、対応するＩＤ１ １４０ａおよびＯＤ１ １４０ｂにおける摩耗率の逆数であるように定義される。スロット１４０’の長さに沿った摩耗は、スロット１４０’の長さに沿った異なる部分がプラズマ領域１０８内でプラズマに曝露される量に起因して不均一であり、ＩＤ１ １４０ａにおけるスロット１４０’の面積は、ＯＤ１ １４０ｂにおけるスロット１４０’の面積よりも多く摩耗する。スロット摩耗はスロット長さに沿って変化するため、摩耗率の関数としてスロットテーパのサイズを決定することにより、ＩＤ１ １４０ａにおける高い摩耗率がＯＤ１ １４０ｂにおける低い摩耗率によって補償されることが確実になり、その結果、閉じ込めリングの寿命の終わりにほぼ真っ直ぐなスロットプロファイルが得られる。スロット１４０’のテーパ状のプロファイルは、スロット摩耗に対して、ＯＤ１ １４０ｂよりもＩＤ１ １４０ａにおいてより多くの面積を提供し、それによりテーパ状のスロット１４０’は全体として、閉じ込めリング１３０’の交換が必要になるのとほぼ同時に臨界寸法に達する可能性がある。内径におけるスロットの寸法の減少による下部水平セクションにおける開口面積を補償するために、追加のスロットを画定することができる。追加のスロットの数は、臨界寸法に達するために各スロット１４０’に対する狭い端部および広い端部で必要とされる摩耗スペースの量を考慮することによって画定され得る。テーパ状のスロット幾何学的形状は、非閉じ込めの限界に達する前にスロットが許容することができる摩耗量を拡張し、その結果、使用寿命が長くなり、消耗品のコストが改善される。スロット１４０’がテーパ状のスロットプロファイルであっても、ＩＳＲ１４０ｃ’およびＯＳＲ１４０ｄ’のサイズは、プラズマ領域１０８からの副生成物および中性ガス種の除去を可能にするように画定される。図８Ｂのスロット１４０および図８Ｃのスロット１４０’は、一定の縮尺で描かれておらず、異なる寸法を示すために誇張されている。
【0104】
閉じ込めリングの下部水平セクション１３５に沿ってスロット１４０’を画定するためのテーパ状のスロットプロファイルの使用に関するさらなる情報については、２０２０年１０月３０日に出願され、「Ｗｅａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｒｉｎｇ」と題する共同所有かつ同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／０５３８９４号を参照することができ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。閉じ込めリング１３０の設計における変形例、例えば、下部水平セクション１３５の頂面１３５ａおよび平行なスロットプロファイルを有するスロット１４０に沿った傾斜を画定すること、または下部水平セクション１３５の頂面１３５ａおよびテーパ状のスロットプロファイルを有するスロット１４０’に沿った傾斜を画定することもまた、基板表面の長さ全体にわたるプラズマ密度を改善するために想定され得る。
【0105】
図８Ｄは、さらに別の実施態様における、Ｓ字型閉じ込めリング１３０の下部水平セクション１３５に画定されたスロット１４０’’の拡張図を示しており、スロット１４０’’は、湾曲したスロットプロファイルを含むように画定される。図８Ａには示されていないが、湾曲したスロットプロファイルは、副生成物を逃がすためのスロット１４０’’の長さｌｓ１を増加させるために使用することもできる。湾曲したスロット１４０’’の曲率角度は、プラズマ領域１０８から副生成物を効率的に導くためにスロット１４０’’を増加させる必要がある長さの量に基づいてよい。湾曲したスロット１４０’’は、一実施態様（図示せず）では、図８Ｂを参照して説明したように、ＩＤ１ １４０ａにおける内側スロット半径１４０ｃがＯＤ１ １４０ｂにおける外側スロット半径１４０ｄと等しい平行なスロットプロファイルを含んでもよいが、スロットのプロファイルは、スロット１４０’’の長さに沿って湾曲している。図８Ｄに示す代替の実施態様では、湾曲したスロット１４０’’は、図８Ｃを参照して説明したように、ＩＤ１ １４０ａにおけるＩＳＲ１４０ｃ’がＯＤ１ １４０ｂにおけるＯＳＲ１４０ｄ’よりも小さいテーパ状のスロットプロファイルを含んでもよいが、スロットのプロファイルは、スロット１４０’’の長さに沿って湾曲している。見てわかるように、下部水平セクション１３５に画定されたスロットの形状には、変動があり得る。形状における変動は、プラズマを生成するために使用されるガスのタイプ、除去される副生成物のタイプ、プラズマ領域から副生成物を除去するのに必要な面積の量、プラズマ領域内の最適なプラズマ閉じ込めなどに基づいてもよい。図８Ｂ～図８Ｄに示されるスロットの形状および異なるサイズはいくつかの例であり、スロットについての他の形状およびサイズも想定され得る。
【0106】
様々な実施態様で説明されるＳ字型閉じ込めリングの利点には、他のハードウェア構成要素（例えば、チャンバスペーサプレート、嵌合ハードウェアなど）に悪影響を及ぼすことなく、または閉じ込めリングの機械的強度もしくは使用寿命に悪影響を及ぼすことなく、プラズマ密度の均一性を改善することが挙げられる。さらに、Ｓ字型は、プラズマ領域内の容積を減少させるのに役立ち、その結果プラズマ領域の減少した容積を満たすためにプラズマを生成するのに必要なガスの量が少なくなり、それによって使用されるプロセスガスが節約される。閉じ込めリングの強度または本来の使用寿命に影響を及ぼすことなく、閉じ込めリングの異なる表面の形状に対する修正を行う（すなわち、中間セクションの底面および／または下部水平セクションの頂面に勾配を設ける）ことによって、容積およびプラズマ密度の均一性をさらに調整することが可能である。これにより、閉じ込めリングは、下部水平セクションに沿っておよびスロットの長さに沿って臨界寸法限界に達する前により多くのプロセス動作に耐えることができるため、基板エッチングの均一性が改善され、消耗品である閉じ込めリングのコストが改善される。他の利点が、本明細書に記載の様々な実施態様を検討することで当業者によって想定されるであろう。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【国際調査報告】