TWM617999U - 用以侷限電漿處理腔室內之電漿的耗損補償侷限環 - Google Patents

Abstract

一種用於電漿處理腔室中的侷限環包含一下部水平區段、一垂直區段、及一上部水平區段。該下部水平區段在該侷限環的內下半徑與外半徑之間延伸，且包含在該內下半徑處垂直向下延伸的一延伸區段。複數槽孔係界定在該下部水平區段中，其中各個槽孔沿著該下部水平區段而從一內徑徑向地延伸至一外徑。各個槽孔在該內徑處的內側槽孔半徑係界定為小於在該外徑處的外側槽孔半徑。該上部水平區段在該侷限環的內上半徑與該外半徑之間延伸，且該垂直區段在該侷限環的該外半徑處將該下部水平區段一體地延續至該上部水平區段。

Description

用以侷限電漿處理腔室內之電漿的耗損補償侷限環

本創作係關於在電漿製程模組中所使用之侷限環。

在半導體處理中，基板經歷各種操作以形成界定積體電路的特徵部。例如，對於沉積操作而言，將基板接收於處理腔室中，並且根據欲形成之特徵部的類型而將特定類型的反應性氣體供應至腔室，並施加射頻功率以產生電漿。將基板接收於基板支座上，其中該基板支座係界定在下電極(例如靜電吸盤)上。上電極(例如噴淋頭)係用以將特定類型的反應性氣體提供至處理腔室中。經由對應的匹配網路將射頻功率施加至反應性氣體，以產生電漿，該電漿用於選擇性地將離子沉積在基板表面上方以形成微觀特徵部。反應性氣體產生副產物(例如微粒及氣體等)，其需立即從電漿腔室中去除，以保持基板表面上所形成之微觀特徵部的完整性。

為了將所產生之電漿侷限於處理區域內，一組侷限環係界定以圍繞該處理區域。再者，為了改善良率並確保電漿主體位在接收以進行處理的基板上方，圍繞電漿區域的侷限環可經設計以延展處理區域，從而不僅覆蓋基板上方的區域，而且亦覆蓋設置以圍繞基板(當被接收以進行處理時)之邊緣環及與該邊緣環相鄰設置的外側侷限環之上方的區域。該組侷 限環不僅用於將電漿侷限於處理區域內，而且亦用於保護處理腔室的內部結構，包括腔室壁。

在電漿處理期間，立即將電漿中所產生之副產物及中性氣體物種去除，從而可保持微觀特徵部的完整性。為了有效地去除副產物及中性氣體物種，該組侷限環可包含複數槽孔，其係沿著底側而均勻地界定。目前，由於槽孔不斷地暴露於反應性電漿，並且由於中性氣體物種之恆定氣流，使得該等槽孔存在耗損問題。槽孔的耗損情況係沿著槽孔長度而呈不均勻的。不均勻的槽孔耗損情況致使電漿變得不受侷限，當電漿未受侷限時，可能在處理區域之外的腔室部分引起電花，並損害暴露於未受侷限之電漿的腔室部件。再者，由於槽孔耗損不均勻，使得侷限環即使在槽孔之其他部分仍有足夠使用壽命的情況下依然需被更換。

在此背景下產生了本創作的實施例。

本創作之各種實施例界定在電漿處理腔室中所使用的侷限環之設計，用以將電漿侷限於電漿區域內。該設計包含利用錐形槽孔幾何以在侷限環之底部中界定槽孔。該等槽孔係用以將在電漿區域內所產生的副產物及中性氣體物種去除，並同時有效地將電漿侷限於電漿區域中。由於不斷地暴露於電漿，該等槽孔會受損耗。當損耗達到臨界尺寸時，需更換侷限環以確保不會發生電漿不受侷限的情況。由於槽孔之間的空間有限，因此需對槽孔周圍的區域進行有效的管控，以使侷限環的使用壽命最大化。然而，歸因於在槽孔內徑附近的電漿體積相對於外徑的差異，使得內徑處的槽孔區域比外徑處的區域耗損更多。因此，為了防止不均勻的耗損並避免因內徑處的槽孔區域比外徑處更快到達臨界尺寸而需更換侷限環，使用 錐形槽孔幾何以界定該等槽孔。錐形槽孔幾何透過在內徑處界定狹窄端且在外徑處界定較寬端，而有效地利用槽孔周圍的區域。當槽孔因暴露於電漿而耗損時，狹窄端大致與較寬端同時地逼近臨界尺寸，從而使得整體槽孔寬度在壽命末期到達整體長度的臨界侷限尺寸。錐形槽孔幾何有效地利用槽孔周圍的區域(特別係在外徑處)，從而延長侷限環的使用壽命，並同時維持電漿區域內有效的電漿侷限。因此，隨著侷限環可在電漿處理腔室中使用的製程循環數獲得延展，使得與可消耗侷限環相關的成本降低。

在一實施例中，揭示一種侷限環。該侷限環包含一下部水平區段、一上部水平區段、及一垂直區段。該下部水平區段在該侷限環的內下半徑與外半徑之間延伸。該下部水平區段包含在該內下半徑處垂直向下延伸的一延伸區段。複數槽孔係界定在該下部水平區段中。該複數槽孔中的各個槽孔沿著該下部水平區段而從一內徑徑向地延伸至一外徑。各個槽孔在該內徑處具有一內側槽孔半徑，其小於在該外徑處的外側槽孔半徑，從而導致在該內徑處的狹窄端及在該外徑處的較寬端。該上部水平區段在該侷限環的內上半徑與該外半徑之間延伸。該垂直區段係設置在該侷限環的該外半徑處且在該下部水平區段與該上部水平區段之間，以將該下部水平區段一體地延續至該上部水平區段。

在一實施例中，各個槽孔之該內側槽孔半徑與該外側槽孔半徑之差異界定一槽孔錐形，使得各個槽孔由該外徑至該內徑逐漸變細。影響該槽孔錐形的該內側槽孔半徑及該外側槽孔半徑之尺寸被定為在該槽孔之相對應的該內徑及該外徑處的耗損率之反量(inverse)。

在一實施例中，該內上半徑大於該侷限環的該內下半徑。

在一實施例中，一階部係界定在該上部水平區段之靠近該內上半徑的頂表面上。該階部從該頂表面向下延伸且朝該侷限環之該內上半徑向外延伸。

在一實施例中，該槽孔之該內徑大於由該內下半徑所界定的內環直徑，且該槽孔之該外徑小於由該侷限環之該外半徑所界定的外環直徑。

在一實施例中，該上部水平區段之頂表面包含複數孔洞。該複數孔洞中之各個孔洞係配置以接收用於將該侷限環固定至電漿處理腔室之上電極的緊固件裝置的一部份。

在一實施例中，該下部水平區段之該延伸區段係配置以座落於一射頻墊圈上，其中該射頻墊圈係界定在電漿處理腔室之下電極的頂表面上。

在一實施例中，該下部水平區段、該垂直區段、及該上部水平區段界定一C形結構，用以侷限在電漿處理腔室中所產生的電漿。

在一實施例中，該內側槽孔半徑與該外側槽孔半徑的比率係介於約1：1.1至1：1.5之間。

在一實施例中，揭示一種用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備。該電漿處理腔室包含用於支撐基板的下電極及設置於該下電極上方的上電極。該設備包含一侷限環。該侷限環包含一下部水平區段、一上部水平區段、及一垂直區段。該下部水平區段在該侷限環的內下半徑與外半徑之間延伸。該下部水平區段包含在該內下半徑處垂直向下延伸的一延伸區段。複數槽孔係界定在該下部水平區段中。該複數槽孔中的各個槽孔沿著該下部水平區段而從一內徑徑向地延伸至一外徑。各個槽孔在該內徑處具有一內側槽孔半徑，其小於在該外徑處的外側槽孔半徑。該上部水平區 段在該侷限環的內上半徑與該外半徑之間延伸。該垂直區段係設置在該侷限環的該外半徑處且在該下部水平區段與該上部水平區段之間，以將該下部水平區段一體地延續至該上部水平區段。該下部水平區段之該延伸區段係配置以圍繞界定於該下電極中的接地環。

在一實施例中，該侷限環之該下部水平區段、該垂直區段、及該上部水平區段界定一C形結構，其係配置以將電漿侷限於界定在該電漿處理腔室中的一電漿區域中。

在一實施例中，該侷限環之該下部水平區段之該延伸區段係配置以座落於一射頻墊圈上，其中該射頻墊圈係設置在一外側環的頂表面上，該外側環係與界定在該下電極中的接地環相鄰設置。

在一實施例中，當該電漿處理腔室從事於電漿處理時，該侷限環之該垂直區段的高度係由界定於該電漿處理腔室之該上電極與該下電極之間的分隔距離所界定。

在一實施例中，當該侷限環被安裝在該電漿處理腔室中時，該侷限環之該下部水平區段、該上部水平區段、及該垂直區段形成一侷限腔室容積的一部分，其中該侷限腔室容積在該下電極與該上電極之間徑向地往外延伸，以界定延伸的電漿處理區域。

在一實施例中，該延伸區段係與該侷限環之該下部水平區段、該垂直區段、及該上部水平區段構成一體。該延伸區段係配置以在該下部水平區段之下表面的下方垂直延伸。

在一實施例中，當該電漿處理腔室在進行操作時，該複數槽孔之各者係配置以界定用於使氣體從該侷限環所形成之侷限容積中流出的路徑。

100:電漿處理腔室

102:上電極

102a:內側電極

102b:外側電極

102c:噴淋頭延伸部

102d:緊固件裝置

103:互補延伸部

104:下電極

106:RF功率源

107:匹配網路

108:電漿處理區域

110:基板支座

112:邊緣環

114:外側侷限環

116:RF墊圈

118:接地環

120:RF導電元件

122:石英元件

124:外側環

140:侷限環

141:上部水平區段

142:垂直區段

143:下部水平區段

144:延伸區段

145:槽孔

145a:內徑

145b:外徑

146:緊固件孔洞

147:階部

CR1:曲率半徑

CR2:曲率半徑

CR3:曲率半徑

CR4:曲率半徑

CR5:曲率半徑

CR6:曲率半徑

CR6，:曲率半徑

CR7:曲率半徑

CR8:曲率半徑

CR9:曲率半徑

CR10:曲率半徑

D1:高度

D2:高度

D3:高度

D4:高度

D5:高度

D6:高度

D7:高度

D8:高度

ID1:內徑

IRD1:內環直徑

ISR:內側槽孔半徑

OD1:外徑

ORD1:外環直徑

OSR:外側槽孔半徑

l1:寬度

l2:長度

r1:內上半徑

r2:內下半徑

r3:外半徑

依據本創作，圖1顯示一處理腔室的簡化方塊圖，在該處理腔室中採用一組耗損補償侷限環；圖2顯示其耗損補償侷限環的垂直橫剖面圖；圖3顯示其表現出均勻耗損輪廓之具有本創作之錐形槽孔的耗損補償侷限環之一部分的放大圖；圖4為其頂部立體圖；圖5為其底部立體圖；圖6為其側視圖；圖7為其俯視圖；圖8為其底視圖；圖9A為其圖8之底視圖的一部份的放大圖；圖9B為其錐形槽孔的放大圖；圖10為其圖7之兩個錐形槽孔特徵之間的放大橫剖面圖；以及圖11為其圖7之錐形槽孔特徵的放大橫剖面圖。

在本文之各種實施例中描述使用於電漿處理腔室中的侷限環之特徵，用以在持續改善電漿侷限的同時改善侷限環的使用壽命。在一實施例中，侷限環包含將錐形槽孔幾何使用於界定在侷限環之底部區段上的槽孔。錐形槽孔可能導致沿著狹窄側的一些空缺區域。為了補償沿著狹窄側的空缺區域，可增加槽孔的總數。槽孔數量的增加量考量了沿錐形槽孔之內徑而預期的耗損量。在某些實施例中，槽孔具有從外徑處之較寬側延 伸至內徑處之狹窄側的槽孔錐形。在外徑處的較寬側具有較寬的外側槽孔半徑，而在內徑處的狹窄側具有狹窄的內側槽孔半徑。界定槽孔錐形之內徑處的內側槽孔半徑及外徑處的外側槽孔半徑之尺寸被定為在相對應的內徑與外徑處之耗損率的反量(inverse)。藉由將槽孔錐形的尺寸定為耗損率的反量(inverse)，使得侷限環的使用壽命獲得改善。在使用壽命末期，在內徑處的較小內側槽孔半徑會補償內徑處的高耗損率，從而造成沿著槽孔長度的筆直槽孔輪廓。內側槽孔半徑與外側槽孔半徑的差異致使各個槽孔沿著整個槽孔長度同時到達侷限限度。在內徑處具有較狹窄的槽孔可容許在到達潛在的電漿洩漏之臨界尺寸之前發生較多的損耗。再者，錐形槽孔幾何透過延長使用壽命(亦即，使得可使用侷限環的製程循環數增加)而使成本獲得改善並降低可消耗侷限環的更換頻率。

在一實施例中，圖1顯示例示性電漿處理腔室100的簡化方塊圖，在該電漿處理腔室100中可採用一耗損補償侷限環。在一實施例中，電漿處理腔室100可為電容耦合式電漿(CCP)處理腔室(或以下簡稱為「電漿處理腔室」)，其包含用於提供射頻(RF)功率至電漿處理腔室100的下電極104、及用於提供處理氣體以在電漿處理腔室100內產生電漿的上電極102。可使下電極104經由對應的匹配網路107而連接至RF功率源106，其中RF功率源106的第一端係連接至匹配網路107，而RF功率源106的第二端係電接地。RF功率源106可包含一或更多RF功率產生器(未圖示)。

在一實施例中，下電極104包含一靜電吸盤(ESC)，其中基板支座110係界定於該ESC的頂部以接收基板(未圖示)而進行處理。基板支座110係被邊緣環112所圍繞。邊緣環112的深度使得當基板被接收於基板支座110上方時，邊緣環112的頂表面與基板的頂表面共平面。因此，邊緣環112係配置以在基板被接收以進行處理時，將電漿之處理區域從基板邊緣延展至延伸的處理 區域(由電漿區域108表示)，該延展的處理區域係界定以覆蓋邊緣環112的外緣。外側侷限環114係鄰近邊緣環112之外緣而設置。外側侷限環114可用以進一步將延伸的處理區域108延展至超出邊緣環112的外緣。在一實施例中，邊緣環112的第一(內側)部分係設置於ESC上方；第二(中間)部分係設置於射頻(RF)導電元件120上方；而第三(外側)部分係設置在界定於下電極104中之石英元件122的上方。RF功率源106係經由匹配網路107而連接至ESC的底部，並且提供RF功率至處理腔室100。接地環118係設置於外側侷限環114之外緣的一部分的下方，且係配置以圍繞下電極104。外側環124係設置以圍繞下電極104之接地環118的一部分。RF墊圈116係設置於外側環124之頂表面上。外側環124可由石英元件製成、或由適合在電漿處理腔室100中使用之任何其他絕緣材料製成。

在一實施例中，上電極102可為一噴淋頭，其包含連接至一或更多處理氣體源(未圖示)的一或更多入口(未圖示)、及分佈於面對下電極104的上電極102之底表面處的複數出口。該複數出口係配置以將處理氣體從一或更多處理氣體源供應至電漿處理區域(或簡稱為「電漿區域」)108，該電漿處理區域108係界定在上電極102與下電極104之間。上電極102可由複數電極組成。圖1顯示一種此等實施例，在該實施例中，上電極102包含設置於中心的內側電極102a、以及鄰近內側電極102a設置且將其圍繞的外側電極102b。在此實施例中，上電極102係電接地，俾為供應至電漿處理腔室100的RF功率提供通往接地的返回路徑。上電極102包含一噴淋頭延伸部102c，其係界定為與外側電極102b之外緣相鄰。噴淋頭延伸部102c包含複數緊固件裝置102d，其用以將上電極102耦合至侷限環結構140。

侷限環結構(或以下簡稱為「侷限環」)140係設置於上電極102與下電極104之間。侷限環140界定一侷限腔室容積，在腔室中產生的電 漿被充分地限制在該侷限腔室容積中。侷限腔室容積界定電漿區域108。侷限環140為一C形結構，其中C形的開口面對界定於處理腔室100的上與下電極102、104之間的電漿區域108之內部。侷限環140係用以將電漿侷限於電漿處理腔室100中之延伸的處理區域108內。侷限環140係配置以在頂部處耦合至噴淋頭102的噴淋頭延伸部102c，且在底部處耦合至下電極104的外側環124。設置於外側環124之頂表面處的RF墊圈116係配置以在上電極102與下電極104之間提供耦合。侷限環140為上電極102的一部分，且當上電極102降低時，侷限環140之底部延伸部座落於外側環上，且RF墊圈116確保上與下電極之間的耦合為氣密的。在一實施例中，侷限環140係定位成使得在侷限環140的底部延伸部與下電極104的外側侷限環114之間存在一間隙。

在一實施例中，圖2顯示在電漿處理腔室中所使用之耗損補償侷限環(或者稱為「侷限環」)140的擴大橫剖面圖。如所指出的，侷限環140為一C形結構，且包含上部水平區段141、垂直區段142、下部水平區段143、及延伸區段144。上部水平區段141在侷限環的內上半徑「r1」與外半徑「r3」之間延伸。侷限環140從上部水平區段的頂表面及延伸區段144的底表面延伸一高度「D1」。上部水平區段141延伸一高度「D2」(亦即，上部水平區段141之頂表面至底表面之間的距離)。上部水平區段141包含界定於頂表面上的複數緊固件孔洞(或簡稱為「孔洞」)146，其中緊固件孔洞146係沿圓形定向均勻地分佈，且係界定為與設置於上電極102之噴淋頭延伸部102c中之相對應的緊固件裝置102d對準。

在一實施例中，緊固件孔洞146從上部水平區段141之頂表面延伸一深度「D4」。在一實施例中，在緊固件孔洞146的稜角處加入大約0.03密耳x 45度的倒角。在此實施例中，倒角從頂表面起算的深度大約為 0.03密耳，且在半徑上大約比螺紋(未圖示)的小徑大0.03密耳。應注意，在定義倒角之深度及半徑尺寸時，用語「大約」的使用可包含+/- 15%之變化。在一實施例中，小徑係基於在處理腔室100中所實施之螺紋標準。階部147係界定在上部水平區段141之靠近內上半徑r1的頂表面上，並且向下延伸且朝侷限環140之內上半徑r1向外延伸。在一實施例中，階部147從上部水平區段141之頂表面延伸一高度「D3」。外側電極102b之底表面的一部分包含互補延伸部103，以與界定於侷限環140之上部水平區段141中的階部147相配合。可設置階部147及互補延伸部103以提供侷限環140與上電極102的可靠配合。

垂直區段142係界定在侷限環140的外半徑r3處，且係配置以將下部水平區段143一體地延續至上部水平區段141。垂直區段142延伸至一高度「D5」，該高度「D5」係界定以覆蓋在電漿處理腔室100中所界定的電漿區域108。因此，垂直區段142的高度D5係界定為等於上電極102之底表面與下電極104之頂表面之間的分隔距離。

下部水平區段143在侷限環140的內下半徑「r2」與外半徑r3之間延伸。在一實施例中，侷限環140的內下半徑r2小於侷限環140的內上半徑r1。在一實施例中，下部水平區段143(排除延伸區段144)延伸一深度「D7」(亦即，排除延伸區段144的下部水平區段143之頂表面與底表面之間的距離)。在一實施例中，侷限環140從上部水平區段141之頂表面及排除延伸區段144的下部水平區段143之底表面延伸一高度「D6」。下部水平區段143包含界定於內下半徑r2處的延伸區段144。延伸區段144從下部水平區段143的內下半徑r2垂直向下延伸，並且提供與下部水平區段143的整體連續性。延伸區段144從下部水平區段143之底表面延伸一高度「D8」，且係配置為座落於界定在外側環124之頂表面上的RF墊圈116 上，其中該外側環124係界定在下電極104中。下電極104之外側環124係配置以圍繞下電極104之一區域，其至少包含ESC、基板支座110、邊緣環112、外側侷限環114、接地環118、RF導電元件120、及石英元件122。當上電極102降低時，RF墊圈116提供下電極104與上電極102之間的緊密耦合。

在一實施例中，侷限環140之從上部水平區段141的頂表面至延伸區段144的底表面之高度「D1」係界定為介於約1.5英吋至約2.75英吋之間。在一例示實施例中，高度D1為大約2.4英吋。在一實施例中，上部水平區段141的高度「D2」係界定為介於約250密耳(千分之一英吋)至約400密耳之間。在一例示實施例中，高度D2為大約310密耳。在一實施例中，階部147的高度「D3」係界定為介於約150密耳至約180密耳之間。在一例示實施例中，高度D3為大約165密耳。在一實施例中，緊固件孔洞146延伸至介於約200密耳至約300密耳之間的深度「D4」。在一例示實施例中，高度D4為大約200密耳。在一實施例中，垂直區段142的高度「D5」係界定為介於約0.75英吋至約2.35英吋之間。在一例示實施例中，高度D5為大約1.6英吋。在一實施例中，侷限環140之從上部水平區段141之頂表面至排除延伸區段144的下部水平區段143之底表面的高度「D6」係界定為介於約1.25英吋至約2.5英吋之間。在一例示實施例中，高度D6係界定為大約2.2英吋。在一實施例中，排除延伸區段144的下部水平區段143之深度「D7」係界定為介於約300密耳至約600密耳之間。在一例示實施例中，高度D7係界定為大約490密耳。在一實施例中，延伸區段144之高度「D8」係界定為介於約100密耳至約400密耳之間。在一例示實施例中，高度D8係界定為大約200密耳。應注意，在定義本文所述之侷限環140之各種元件的高度及深度尺寸時，用語「大約」的使用可包含相關數值的+/- 15%之變化。

當然，為侷限環140之各種元件提供的尺寸僅係提供作為範例，而不應被視為係限制或窮舉的。可基於電漿處理腔室100的內部尺寸、所執行之處理的類型、用以產生電漿的處理氣體之類型、所產生且需被去除的副產物及中性氣體物種之類型等，而設想尺寸的變化。在某些實施例中，侷限環係由矽所製成。在其他實施例中，侷限環可由下列材料所製成：多晶矽、或碳化矽、或碳化硼、或陶瓷、或鋁、或可承受電漿區域108之處理狀態的任何其他材料。

在一實施例中，侷限環140的各個稜角(包括內部與外部稜角)係配置成經圓化的。在一實施例中，使各個稜角圓化以保持侷限環結構140的完整性，並防止包含在由電漿產生之副產物中的微粒物質之沉積。此外，可使稜角圓化以防止碎裂。在一實施例中，圖2顯示可在侷限環140中設想之不同的圓化稜角。圓化稜角係由曲率半徑所定義。在一實施例中，各個圓化稜角具有不同的曲率半徑。在一替代實施例中，所有的圓化稜角可具有相同的曲率半徑。在又另一實施例中，其中一些的圓化稜角可具有相同的曲率半徑，而其他的稜角可具有不同的曲率半徑。為不同稜角定義的曲率半徑可基於各個稜角可能暴露於電漿的程度，且在某些情況下，可基於電漿處理腔室100之周圍表面的幾何。

在一實施例中，圖2顯示侷限環140之不同稜角之曲率半徑的例示性尺寸。在此實施例中，在階部147之上外稜角處的曲率半徑CR1可介於約10密耳至約40密耳之間。在一例示實施例中，曲率半徑CR1為大約25密耳。在階部147之內稜角處的曲率半徑CR2係界定為介於約5密耳至約40密耳之間。在一例示實施例中，曲率半徑CR2係界定為大約25密耳。在上部水平區段141之頂表面之頂內稜角處的曲率半徑CR3可介於約10密耳至約40密耳之間。在一例示實施例中，曲率半徑CR3為大約25密耳。在上部 水平區段141之頂外稜角處的曲率半徑CR4係介於約10密耳至約40密耳之間。在一例示實施例中，曲率半徑CR4為大約25密耳。下部水平區段143之底外稜角處的曲率半徑CR5係介於約10密耳至約40密耳之間。在一例示實施例中，曲率半徑CR5為大約25密耳。

在下部水平區段143之頂內稜角處的曲率半徑CR6係界定為介於約50密耳至約250密耳之間。在一例示實施例中，曲率半徑CR6為大約150密耳。可將沿著上部水平區段141之底表面的內稜角CR6’的尺寸界定為與曲率半徑CR6相似。在下部水平區段143與延伸區段144之間的內底稜角處的曲率半徑CR7係界定為介於約10密耳至約40密耳之間。在一例示實施例中，曲率半徑CR7為大約25密耳。在延伸區段144之底外稜角處的曲率半徑CR8係界定為介於約10密耳至約40密耳之間。在一例示實施例中，曲率半徑CR8為大約25密耳。在下部水平區段143之頂外稜角處的曲率半徑CR9係界定為介於約10密耳至約125密耳之間。在一例示實施例中，曲率半徑CR9係界定為大約25密耳。在上部水平區段141之底外稜角處的曲率半徑CR10係界定為介於約10密耳至約40密耳之間。在一例示實施例中，曲率半徑CR10為大約30密耳。應注意，在定義本文所述之侷限環140之各個稜角的曲率半徑尺寸時，用語「大約」的使用可包含相關數值的+/- 15%之變化。

當然，侷限環140之各種曲率半徑的上述尺寸係提供作為範例，而不應被視為係限制或窮舉的。亦可設想其他的曲率半徑尺寸，其取決於侷限環140之幾何、包圍侷限環140之電漿處理腔室100的其他元件之幾何、各個稜角暴露於電漿的程度、及副產物對侷限環140之不同稜角造成的作用量。在一實施例中，可將界定於上部水平區段141之頂表面上的緊固件孔洞146的寬度界定為介於約35密耳至約60密耳之間。在一實施 例中，緊固件孔洞可包含大約30密耳x 45’的頂部外徑，以接納螺紋小徑(minor thread diameter)。

下部水平區段143包含複數槽孔145，其中各個槽孔145在內徑「ID1」與外徑「OD1」之間徑向延伸。界定於下部水平區段143中之槽孔145的內徑ID1大於侷限環140的內環直徑IRD1(由內下半徑r2所界定)。界定於下部水平區段143中之槽孔145的外徑OD1大於槽孔145的內徑ID1，但小於侷限環140的外環直徑「ORD1」。將槽孔145界定為具有長度「l2」(亦即，l2=OD1-ID1)，其小於下部水平區段143的寬度「l1」(亦即，l1=ORD1-IRD1)。再者，槽孔145之各者係利用錐形槽孔幾何加以界定俾包含一槽孔錐形。透過在槽孔145之內徑ID1處界定狹窄的內側槽孔半徑「ISR」且在槽孔145之外徑OD1處界定較寬的外側槽孔半徑「OSR」，而形成該槽孔錐形。為了補償內徑ID1處的狹窄內側槽孔半徑ISR，在一實施例中，增加槽孔145的長度l2，俾提供充足的槽孔面積以移除副產物及中性氣體物種。

外側槽孔半徑OSR與內側槽孔半徑ISR之差異致使各個槽孔在內徑ID1(145a)處較窄，而在外徑OD1(145b)處較寬。各個槽孔的內側槽孔半徑ISR及外側槽孔半徑OSR的尺寸被定為在槽孔145之相應內徑與外徑(ID1、OD1)處的耗損率的反量(inverse)。再者，內側槽孔半徑ISR及外側槽孔半徑OSR的尺寸係界定以使得副產物及中性氣體物種能夠從電漿區域108中去除。半徑的此等差異使得內徑ID1處的槽孔耗損輪廓與槽孔145之外徑OD1處的槽孔耗損輪廓大致同時到達臨界尺寸極限，從而延長侷限環140的使用壽命。

依據一實施例，圖3顯示侷限環140之一部分的放大圖，其顯示本創作之槽孔145的錐形槽孔輪廓。圖3中所示之槽孔145並非按比 例繪製，而係將其誇大以說明在電漿處理腔室100中之侷限環的使用壽命開始時(亦即，在侷限環暴露於電漿處理之前)，內側槽孔半徑ISR小於外側槽孔半徑OSR的情況。因此，複數槽孔145之各者包含一槽孔錐形，其係由外徑OD1(145b)處之較寬的外側槽孔半徑OSR及內徑ID1(145a)處之較窄的內側槽孔半徑ISR所界定。外側槽孔半徑OSR與內側槽孔半徑ISR之差異致使各個槽孔145在內徑ID1(145a)處較窄，而在外徑OD1(145b)處較寬。各個槽孔的內側槽孔半徑ISR及外側槽孔半徑OSR的尺寸被定為界定於下部水平區段143中的槽孔145之相應內徑與外徑(ID1、OD1)處的耗損率的反量(inverse)。再者，內側槽孔半徑ISR及外側槽孔半徑OSR的尺寸係界定以確保在將電漿侷限於電漿區域108中的同時，副產物及中性氣體物種可從電漿區域108中逸出。槽孔半徑的差異使得內徑ID1處的槽孔耗損與外徑OD1處的槽孔耗損大致同時到達臨界尺寸，從而改善侷限環140的使用壽命。

圖4顯示用於電漿處理腔室100中以將電漿侷限於電漿區域108中的侷限環140之頂部立體圖。侷限環140為一C形結構，其係配置以沿著電漿區域108的周邊設置，俾將電漿侷限於電漿區域108中，其中該電漿區域108在基板支座110、邊緣環112、及外側侷限環114的上方延伸。侷限環140為可更換的可消耗零件。侷限環的頂表面包含複數緊固件孔洞146，其係沿圓形定向均勻地設置，其中緊固件孔洞146係配置以與界定於上電極102之噴淋頭延伸部102c中之緊固件裝置102d對準並將其接收。

圖5顯示用於電漿處理腔室100中以將電漿侷限於電漿區域108中的侷限環140之底部立體圖。底視圖顯示具有沿下部水平區段143界定之錐形輪廓的複數槽孔145。槽孔145的數量及尺寸係界定以促成副產物及中性氣體物種從電漿區域108中最佳地去除。

圖6顯示侷限環140的側視圖。該側視圖顯示在上部水平區段141與下部水平區段143之間延伸的垂直區段142。該側視圖亦顯示自侷限環140之內下半徑r2垂直向下延伸的延伸區段144。

圖7顯示用於電漿處理腔室中的侷限環140之俯視圖。侷限環140係設置於上電極102與下電極104之間，且結構上為C形的。C形結構將電漿侷限於電漿區域108中，該電漿區域108延伸以覆蓋基板支座110、邊緣環112、及外側侷限環114上方的區域。界定於上部水平區段141之頂表面上的複數緊固件孔洞146係配置以接收界定於上電極102之噴淋頭延伸部102c之下側表面上的緊固件裝置102d。

圖8為用於電漿處理腔室100中的侷限環140之底視圖，且顯示侷限環140之底表面的細節。侷限環140之底表面包含沿下部水平區段143分佈之具有錐形輪廓的複數槽孔。該等槽孔在侷限環140之下部水平區段143的頂表面與底表面之間延伸，以提供將副產物及中性氣體物種從電漿區域108的侷限容積中去除的路徑。槽孔145在內徑ID1與外徑OD1之間徑向地延伸。下部水平區段143具有一寬度「l1」，且各個槽孔145具有小於下部水平區段143之寬度l1的長度「l2」，其中下部水平區段143之寬度l1在侷限環140的內下半徑r2(亦即，用以界定內環直徑IRD1)與外半徑r3(亦即，用以界定外環直徑ORD1)之間延伸。再者，界定於下部水平區段143中之槽孔145的內徑ID1大於侷限環140的內環直徑IRD1。下部水平區段143中之槽孔145的外徑OD1大於槽孔145的內徑ID1及侷限環140的內環直徑IRD1，但小於侷限環140的外環直徑ORD1。下部水平區段143之寬度l1大於上部水平區段141之寬度，其中上部水平區段141之寬度在侷限環140的內上半徑r1與外半徑r3之間延伸。

在一實施例中，下部水平區段143之寬度l1係界定為介於約2.25英吋至約4.75英吋之間。在一例示實施例中，下部水平區段143之寬度l1為大約2.81英吋。在一實施例中，槽孔145之徑向長度l2係界定為介於約1.85英吋至約4.35英吋之間。在一例示實施例中，槽孔145之徑向長度l2係界定為大約2.2英吋。在一實施例中，侷限環140的上部水平區段141之內上半徑r1係界定為介於約8.25英吋至約9.0英吋之間。在一例示實施例中，侷限環140的上部水平區段141之內上半徑r1係界定為大約8.4英吋。在一實施例中，侷限環140之內下半徑r2係界定為介於約7.25英吋至約8.5英吋之間。在一例示實施例中，侷限環140的下部水平區段143之內下半徑r2係界定為大約7.44英吋。在一實施例中，侷限環140之內環直徑IRD1(亦即，2 x內下半徑r2)係界定為介於約14.5英吋至約17.0英吋之間。在一例示實施例中，內環直徑IRD1係界定為大約14.9英吋。在一實施例中，侷限環140之外半徑r3係界定為介於約8英吋至約12英吋之間。在一例示實施例中，侷限環140之外半徑r3係界定為大約10.25英吋。在一實施例中，侷限環140之外環直徑ORD1(亦即，2 x外半徑r3)係界定為介於約16.0英吋至約24.0英吋之間。在一例示實施例中，外環直徑ORD1係界定為大約20.5英吋。

在一實施例中，在槽孔145之狹窄端處的內側槽孔半徑ISR係界定為介於約0.02英吋至約0.06英吋之間。在一例示實施例中，槽孔145之ISR係界定為大約0.04英吋。在一實施例中，在槽孔145之較寬端處的外側槽孔半徑OSR係界定為介於約0.03英吋至約0.09英吋之間。在一例示實施例中，在槽孔145之較寬端處的OSR係界定為大約0.046英吋。在某些實施例中，OSR可大約比ISR大10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、或50%。在某些實施例中，OSR可大約比ISR大20%。在一實施例中，界定於侷限環140之下部水平區段143中的槽孔145之內徑ID1係界定為介於 約15英吋至約16.75英吋之間。在一例示實施例中，內徑ID1為大約15.4英吋。在一實施例中，界定於侷限環140之下部水平區段143中的槽孔145之外徑OD1係界定為介於約18.6英吋至約23.6英吋之間。在一例示實施例中，外徑OD1為大約20.0英吋。在另一例示實施例中，外徑OD1為大約19.95英吋。當然，侷限環140之各種元件的上述尺寸係提供作為範例，且可根據電漿處理腔室之幾何、在腔室中執行的電漿處理、上電極與下電極之間的分隔距離等而變化。再者，應注意，在定義本文所述之侷限環之不同區段的各種直徑及半徑時，用語「大約」的使用可包含相關數值的+/- 15%之變化。

圖9A顯示侷限環140之下部水平區段143之底表面的一部份的擴大視圖，其中本創作之具有錐形幾何的複數槽孔145係界定在該下部水平區段143上。各個槽孔145的錐形輪廓包含在內徑ID1 145a處之較窄的內側槽孔半徑ISR、及在外徑OD1 145b處之較寬的外側槽孔半徑OSR。在一實施例中，內側槽孔半徑ISR與外側槽孔半徑OSR的比率係界定為介於約1：1.1至約1：1.5之間。在一實施例中，任一對相鄰槽孔145之間的間隔角度係界定為介於約360°/270至約360°/285之間。在一例示實施例中，任一對相鄰槽孔145之間的間隔角度係界定為大約360°/279。

圖9B顯示具有本創作之錐形輪廓的槽孔145的擴大視圖。槽孔145的端部具有圓化的輪廓。槽孔145的圓化輪廓端部在槽孔145的內徑ID1 145a處呈現較窄的內側槽孔半徑ISR，且在槽孔145的外徑OD1 145b處呈現較寬的外側槽孔半徑OSR。內側槽孔半徑ISR與外側槽孔半徑OSR之差異界定各個槽孔145的槽孔錐形。該槽孔錐形係界定為在侷限環140之下部水平區段143之內徑與外徑(ID1、OD1)處的耗損率的反量(inverse)。在圖9B所示之一例示實施例中，內側槽孔半徑ISR與外側槽孔半 徑OSR之比率係顯示為大約1：1.2。圖9B中所提供之比率僅為一範例，且亦可設想其他比率。

圖10顯示圖9A中所示之侷限環140之截面7-7的橫剖面圖。侷限環140之截面7-7的橫剖面圖為侷限環140在兩個錐形槽孔145之間的截面之視圖。侷限環140之截面7-7的橫剖面圖顯示上部水平區段141、垂直區段142、下部水平區段143、以及在內下半徑處從下部水平區段143垂直向下界定的延伸區段144。上部水平區段141的內半徑包含階部147，其係配置以接收外側電極102b之互補延伸部103。延伸區段144係顯示為從下部水平區段143的內下半徑垂直向下延伸。緊固件孔洞146係界定在上部水平區段141的頂表面處。

圖11顯示圖9A中所示之侷限環140之截面8-8的橫剖面圖。侷限環140之截面8-8的橫剖面圖為侷限環140在界定有槽孔145處的截面之視圖。在上部水平區段141之頂表面處的緊固件孔洞146係界定以接收噴淋頭延伸部102c中所包含的緊固件裝置(未示出)。下部水平區段143顯示出槽孔145，其包含由外徑OD1 145b至內徑ID1 145a逐漸變細的錐形輪廓。錐形槽孔145係由界定於外徑OD1(145b)處之外側槽孔半徑OSR及界定於內徑ID1(145a)處之內側槽孔半徑ISR所界定。

140:侷限環

141:上部水平區段

142:垂直區段

143:下部水平區段

144:延伸區段

145:槽孔

145a:內徑

145b:外徑

ID1:內徑

ISR:內側槽孔半徑

OD1:外徑

OSR:外側槽孔半徑

Claims (21)

1. 一種侷限環，包含： 一下部水平區段，其在該侷限環的內下半徑與外半徑之間延伸，該下部水平區段包含在該內下半徑處垂直向下延伸的一延伸區段，且該下部水平區段更包含複數槽孔，其中各個槽孔沿著該下部水平區段而從一內徑徑向地延伸至一外徑，各個槽孔在該內徑處的內側槽孔半徑小於各個槽孔在該外徑處的外側槽孔半徑； 一上部水平區段，其在該侷限環的內上半徑與該外半徑之間延伸；以及 一垂直區段，其在該侷限環的該外半徑處將該下部水平區段一體地延續至該上部水平區段。
2. 如請求項1所述之侷限環，其中各個槽孔之該內側槽孔半徑與該外側槽孔半徑之差異界定一槽孔錐形，使得各個槽孔由該外徑至該內徑逐漸變細，其中影響該槽孔錐形的該內側槽孔半徑及該外側槽孔半徑之尺寸被定為在該槽孔之相對應的該內徑及該外徑處的耗損率之反量(inverse)。
3. 如請求項1所述之侷限環，其中該內上半徑大於該內下半徑。
4. 如請求項1所述之侷限環，其中一階部係界定在該上部水平區段之靠近該內上半徑的頂表面上，該階部從該頂表面向下延伸且朝該侷限環之該內上半徑向外延伸。
5. 如請求項1所述之侷限環，其中該內徑大於由該內下半徑所界定的內環直徑，且該外徑小於由該侷限環之該外半徑所界定的外環直徑。
6. 如請求項1所述之侷限環，其中各個槽孔的長度係界定為介於約1.85英吋至約4.35英吋之間。
7. 如請求項1所述之侷限環，其中該上部水平區段之頂表面包含複數孔洞，該複數孔洞中之各個孔洞係配置以接收用於將該侷限環固定至電漿處理腔室之上電極的緊固件裝置的一部份。
8. 如請求項1所述之侷限環，其中該下部水平區段之該延伸區段係配置以座落於一射頻墊圈上，其中該射頻墊圈係界定在電漿處理腔室之下電極的頂表面上。
9. 如請求項1所述之侷限環，其中該下部水平區段、該垂直區段、及該上部水平區段界定一C形結構，用以侷限在電漿處理腔室中所產生的電漿。
10. 如請求項1所述之侷限環，其中該內側槽孔半徑與該外側槽孔半徑的比率係介於約1:1.1至1:1.5之間。
11. 一種用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備，該電漿處理腔室包含用於支撐基板的下電極及設置於該下電極上方的上電極，該設備包含： 一侷限環，包含： 一下部水平區段，其在該侷限環的內下半徑與外半徑之間延伸，該下部水平區段包含在該內下半徑處垂直向下延伸的一延伸區段，該下部水平區段包含複數槽孔，其中各個槽孔沿著該下部水平區段而從一內徑徑向地延伸至一外徑，各個槽孔在該內徑處的內側槽孔半徑小於各個槽孔在該外徑處的外側槽孔半徑； 一上部水平區段，其在該侷限環的內上半徑與該外半徑之間延伸；以及 一垂直區段，其在該侷限環的該外半徑處將該下部水平區段一體地延續至該上部水平區段， 其中該下部水平區段之該延伸區段係配置以圍繞界定於該下電極中的接地環。
12. 如請求項11所述之用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備，其中該侷限環之該下部水平區段、該垂直區段、及該上部水平區段界定一C形結構，以將該電漿處理腔室中所產生的電漿侷限於一電漿區域，該電漿區域係界定在該電漿處理腔室的該上電極與該下電極之間。
13. 如請求項11所述之用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備，其中該內上半徑大於該侷限環的該內下半徑。
14. 如請求項11所述之用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備，其中一階部係界定在該上部水平區段之靠近該內上半徑的頂表面上，該階部從該頂表面向下延伸且朝該侷限環之該內上半徑向外延伸。
15. 如請求項11所述之用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備，其中該上部水平區段之頂表面包含複數孔洞，該複數孔洞中之各個孔洞係配置以接收一緊固件裝置的一部份，該緊固件裝置係配置以將該侷限環耦合至該上電極的延伸部，其中該上電極的該延伸部係電接地的。
16. 如請求項11所述之用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備，其中該下部水平區段之該延伸區段係配置以座落於一射頻墊圈上，其中該射頻墊圈係設置在一外側環的頂表面上，該外側環係與界定在該下電極中的接地環相鄰設置。
17. 如請求項11所述之用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備，其中由該下部水平區段、該上部水平區段、及該垂直區段所界定的該侷限環為一連續結構，其係由矽、或多晶矽、或碳化矽、或碳化硼、或陶瓷、或鋁之其中一者所製成。
18. 如請求項11所述之用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備，其中，當該電漿處理腔室從事於電漿處理時，該侷限環之該垂直區段的高度係由界定於該電漿處理腔室之該上電極與該下電極之間的分隔距離所界定。
19. 如請求項11所述之用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備，其中，當該侷限環被安裝在該電漿處理腔室中時，該侷限環之該下部水平區段、該上部水平區段、及該垂直區段形成一侷限腔室容積的一部分，其中該侷限腔室容積在該下電極與該上電極之間徑向地往外延伸，以界定延伸的電漿處理區域。
20. 如請求項11所述之用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備，其中該延伸區段係與該侷限環之該下部水平區段、該垂直區段、及該上部水平區段構成一體，該延伸區段係配置以在該下部水平區段之下表面的下方延伸。
21. 如請求項11所述之用以侷限電漿處理腔室內之電漿的設備，其中，當該電漿處理腔室在進行操作時，該複數槽孔之各者界定用於使氣體從該侷限環所形成之侷限容積中流出的路徑。

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