KR100455494B1 - 불균일성을 보상하면서 표면을 물리적 기상 공정하는 장치 - Google Patents

불균일성을 보상하면서 표면을 물리적 기상 공정하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면의 물리적 기상 공정에서 형성되는 공정 관련 비대칭성을 보상하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 기판(12)으로부터 재료를 제거하거나 기판 상으로 막을 증착하기 위한 이온화 물리 증착(IPVD) 장치(19)에 사용될 때 또는 소스로부터의 재료를 스퍼터링할 때 기판(12) 상에 사용될 수 있다. 보상 마그네트(54, 76)는 플라즈마(23)가 대칭적으로 발생되는 기판(12) 상의 플라즈마 공정의 분포에 영향을 미치는 공정 관련 비대칭성과 챔버(13)의 효과를 상쇄하도록 보상 자계(66, 76)를 생성하도록 구성 및 위치된다. 회전 마그네트 캐소드 또는 다른 이러한 종류의 기술이 초기에 대칭적인 플라즈마(23)를 생성하는 스퍼터 코팅 장치 등의 시스템에서, 예로서, 상기 기판(12)의 축 주위의 비대칭성이 보상된다. 증착된 막 내의 비대칭성 불균일은 허용가능한 양으로 감소되고, 금속화 전에 공정 장소에서 기판(12)이 세정될 수 있다.

Description

불균일성을 보상하면서 표면을 물리적 기상 공정하는 장치{Physical vapor processing of a surface with non-uniformity compensation}
반도체 디바이스들 및 집적 회로들의 제조는 일반적으로 실리콘 웨이퍼들의 형태인 기판들 상에 도전성 재료, 절연성 재료 및 반 도전성 재료의 많은 층들을 피복(blanket)하여 선택적으로 증착하는 단계와 상기 층들을 피복하여 선택적으로 제거하는 단계를 수반한다. 이러한 재료의 증착 및 제거를 위한 중요한 공정들은 물리 증착 및 에칭 공정들을 포함한다. 스퍼터링은 이러한 물리적 기상 공정들에서 재료를 코팅 및 제거하는 재료를 제공하기 위해 일반적으로 사용되는 메커니즘이다. 종래의 스퍼터 증착 시스템에서, 타겟이 스퍼터링되고, 스퍼터링된 재료가 기판 상에 얇은 피복 또는 막을 형성한다. 종래의 스퍼터 에칭 시스템에서, 타겟 또는 기판 등의 표면으로부터 재료가 제거된다.
반도체 제조 공정들은 전형적으로 웨이퍼 상에 일련의 금속 상호 접속막의 적층부를 형성하고, 그후, 포토레지스트 패턴을 적용하며, 반응성 에칭 공정들이 시행되어 패턴에 의한 선택이 이루어진다. 일단 패턴화되고, 선택적으로 에칭되고 나면, 후속하는 도전층들의 적층부가 웨이퍼에 적용되게 된다. 이들 도전층들의 최하부는 일반적으로 티타늄, 크로뮴 또는 탄탈륨 등의 반응성 원소 금속이며, 또한, 금속 질화물, 규화물 또는 합금일 수도 있다. 이 최하부 금속화층(metallization layer)의 한가지 기능은 하부 절연층 내의 접촉 홀(contact hole)의 하부에 실리콘 또는 금속 등의 노출된 도전층과의 접합부 또는 접촉부를 형성하는 것이다. 접합부는 새로운 적층부의 새로운 층의 도전체와 하부층 사이의 도전 경로의 최초의 막부(film portion)를 형성하는 역할을 한다.
천연 산화물들 및 금속화층 적용 전에 형성될 수 있는 다른 오염물들이 존재하는 웨이퍼 표면을 세정하거나, 코팅 전에 웨이퍼의 표면을 다른 상태로 조절할 필요가 있다. 오염물은 금속화층의 적용을 저해하고, 금속화층과 접촉 사이의 도전성을 열화시킨다. 그러나, 금속화의 개시 직전에 유도 결합 플라즈마(ICP; inductively coupled plasma)나 다른 연성 스퍼터 에칭 단계(soft sputter etch step)로 웨이퍼를 완전히 세정하는 등의 표준 오염물 제거 방법들은 전적으로 만족스러운 것은 아니다. 이는 기계적 스퍼터링 작용이나 전하의 축적에 의해서 적어도 부분적으로 하부 디바이스 구조를 손상시킬 수 있거나, 또는 화학적 제거 방법들이 사용될 수 없거나 또는 다른 이유로 적용되지 않는 경우에 오염물질들이 불완전하게 제거될 수 있기 때문이다.
종래의 스퍼터 증착 장치에서, 타겟과 기판은 스퍼터링 공정이 수행되는 하나 또는 그 이상의 공정 챔버 내에 위치된다. 타겟은 후면과 오목한 형상의 전면 또는 스퍼터링면을 포함한다. 스퍼터링면은 스퍼터링 공정 동안 기판 상에 박막을 형성하기 위한 타겟 재료를 제공한다. 후면은 스퍼터링 공정 동안 타겟을 냉각시키는 역할을 하는 스퍼터링 캐소드에 고정된다. 기판은 기판의 외부 에지에 인접한 지지 구조에 제거 가능하게 고정되고, 스퍼터링면으로부터 소정 거리를 두고 위치되어 기판과 스퍼터링면 사이에 갭이 형성된다.
재료의 스퍼터 증착을 위하여, 아르곤 등의 공정 가스가 공정 챔버 내로 도입되고, 스퍼터링에 적합한 진공 수준으로 유지된다. 그후, 높은 DC 또는 AC 전압이 캐소드와 타겟에 인가되어, 음으로 충전된 스퍼터링면에 충돌하게 되는 양으로 충전된 아르곤 이온들을 가진 플라즈마 방전을 형성한다. 이는 타겟 재료가 스퍼터링면으로부터 제거되게 하며, 타겟 재료중 일부가 기판 상에 증착되어 막을 형성하는 증착 공정을 개시한다. 전형적으로, 증착 공정은 완료까지 5초 내지 5분의 시간을 필요로 한다. 기판은 증착 공정 동안 스퍼터링면에 대해 고정된 위치에 유지될 수 있거나, 스퍼터링면에 평행한 방향으로 느리게 스캐닝될 수 있다.
캐소드는 스퍼터링면 상의 다양한 위치들에 걸쳐 플라즈마를 집중시키고, 플라즈마의 상대 세기 및 형상을 제어하기 위한 주 마그네트를 포함할 수 있다. 그 외에도, 주 마그네트는 회전축 주위에서 회전되도록 적응되거나, 타겟에 대해 이동될 수 있다. 또한, 주 마그네트는 기판의 스퍼터 에칭을 제어하기 위해 기판에 인접하게 위치될 수도 있다. 주 마그네트는 전형적으로 복수개의 로브부들(lobe portions)를 포함할 수 있고, 각각이 타겟의 주변벽에 인접하게 위치된 외주 로브를 갖는 소정의 형상을 가진 연속적인 폐쇄 자기 터널을 형성하도록 구성되어 있다. 회전축 둘레에서 주 마그네트의 회전은 스퍼터링면에 대해 자기 터널의 대응 회전을 유발한다. 이는 플라즈마 방전을 제어하여 스퍼터링면으로부터 대칭 패턴의 타겟 재료의 제거를 유발한다.
스퍼터링 타겟에서, 회전은 플라즈마를 제어하여 일차, 이차 및 삼차 동심 홈(concentric grooves) 등의 동심 홈들을 형성하게 하며, 동심 홈들 각각은 스퍼터링면의 중심 영역 둘레에 각각의 직경으로 대칭적으로 형성된다. 일차 홈은 주변벽에 인접하게 위치되고 가장 큰 직경을 갖는다. 삼차 홈은 가장 작은 직경을 가지며, 중심 영역 둘레에 위치되고, 이차 홈은 중간 직경을 가지며, 따라서, 일차 홈과 이차 홈 사이에 위치된다. 전형적으로, 일차 홈은 더 깊게 형성되고, 이차 또는 삼차 홈보다 큰 원주(circumference)를 갖는다. 이는 일차 홈을 형성하도록 더 많은 양의 타겟 재료가 부식된다는 것을 의미한다. 따라서, 일차 홈의 형성은 막을 형성하는데 사용되는 재료의 상당한 부분을 제공하며, 따라서, 기판 상의 전체 막 균일성에 상당한 영향을 미친다. 또한, 주변벽 부근에서 상당한 양의 재료의 부식은 기판의 외주 에지 근방 영역들에서 균일한 막 두께를 제공하는 능력도 개선한다.
기판 상에 형성된 막은 막의 가장 두꺼운 영역과 가장 얇은 영역에 대하여 약 ±5% 이하, 바람직하게는 약 ±1% 이하의 매우 균일한 두께를 갖는 것이 바람직하다. 매우 균일한 두께를 가진 막을 제조하는 능력에는 다수의 인자들이 영향을 미친다. 이 인자들은 기판과 타겟 사이의 기하학적 관계, 캐소드의 설계, 마그네틱 터널의 형상에 의해 유발되는 스퍼터링 표면으로부터 제거된 재료의 부식 패턴 등을 포함한다.
주 마그네트는 주 자계를 생성하고, 궁극적으로 일차 홈을 형성하기 위해 플라즈마 방전의 세기와 형상을 제어하는 역할을 한다. 일차 홈은 한쌍의 벽을 포함하고, 벽 각각은 타겟에서 만나기 위해 타겟으로 점진적으로 더 깊어지게 연장하고, 따라서 홈 중심에서 일차 홈의 가장 깊은 부분을 규정한다. 부가적으로, 홈 중심은 스퍼터링면의 소정 영역 내에서 주변벽으로부터 제 1 거리에 위치되게 된다.
바람직하게는, 스퍼터 코팅에서, 주 마그네트의 회전은 기판 상에 대칭 막의 형성을 유발한다. 증착 프로파일은 그 후 기판 상에서 임의의 방향으로 연장하는 임의의 반경을 따른 전체 두께 균일성을 나타낸다. 부가적으로, 대칭 막에 나타나는 소정의 바람직하지 못한 불균일성들도 대칭이 된다. 이러한 대칭 불균일성들은 스퍼터링면과 기판 사이의 거리를 변경하는 것과 같은 기술들에 의해, 또는 자기 터널의 형상의 조절을 통한 부식 프로파일의 수정에 의해 감소될 수 있다.
그러나, 비대칭 불균일성들의 형성을 빈번히 유발하는 인자들도 존재한다. 이들 인자들은 플라즈마 방전의 형상을 왜곡시킬 수 있는 부근 구조들의 존재, 공정 챔버 근방에 위치된 다른 캐소드들 또는 유동 및 압력 그래디언트들(gradients)의 존재 등의 비대칭 시스템 관련 조건들을 포함한다. 이들 인자들은 스퍼터링될 표면을 향해 이동하는 이온들 및 입자들의 운동을 왜곡시킬 수 있다. 코팅시에, 이는 스퍼터링된 재료 또는 다른 이유로 기판 축 주위의 대칭 패턴내의 소스로부터 방출된 재료가 비대칭적 분포로 기판의 표면에 도달하게 되는 것을 의미한다. 스퍼터 에칭에서, 이는 기판의 표면에 충돌하는 이온들 또는 다른 입자들이, 기판 축 주위에서 대칭적인 패턴으로 방출되는 경우에도, 축 주위에서 불균일 각도들 또는 불균일 분포로 기판에 충돌하게 되는 것을 의미할 수 있다. 이들 인자들은 스퍼터 타겟에 충돌하는 이온들의 분포에 영향을 미칠 수도 있다. 결과적으로, 이들 인자가 고려되지 않는다면, 이들은 기판에 적용되는 코팅들, 또는 기판으로부터의 재료의 제거나 기판의 상태 조절, 또는 재료가 제거된 다른 표면의 불균일성들을 유발할 수 있다. 그러나, 자기 터널의 형상을 조절하거나 기판과 스퍼터 표면 사이의 거리를 변경하는 것과 같은 대칭적 불균일성들을 보정하는 기술들은 비대칭적 불균일성을 수용 가능한 양만큼 감소시키는데 효과적이지 않다.
따라서, 적층부의 최하부층 상에 접촉하는 표면들 또는 다른 상호 접속부들이 형성되는 표면의 금속화를 오염물들이 방해하는 것을 방지하는 효과적이고 저가의 공정이 필요하다. 또한, 증착된 막의 두께의 불균일성들을 감소시키도록 재료의 스퍼터 증착의 균일성에 영향을 미치는 인자들의 영향들을 극복하기 위한 물리적 공정들을 제어하는 방법이 필요하다.일본 특허 제 8-246147호와 대응하는 미국 특허 제 5,783,048호에는 보상 마그네트가 스퍼터 타겟의 영역에 인접하게 위치되어 있는 스퍼터링 장치를 개시하고 있다. 보상 마그네트는 주 자계와 상호 작용하여 타겟 영역으로부터 재료를 비대칭적으로 제거해내는 비대칭 자계를 형성하는 자계를 생성한다. 이는 타겟 재료 증착의 비대칭성을 보상하며, 코팅될 기판 상에 균일한 막을 형성한다.EPA 제 0 836 218호는 저압 무선 주파수 발생 플라즈마를 사용하는 스퍼터링 장치를 개시하고 있다.EPA 제 0 762 471호는 두 부분의 세그먼트 마그네트들로부터 형성된 다이폴 링 마그네트(dipole ring magnet)를 사용하는 플라즈마 스퍼터링 또는 에칭 장치를 개시하고 있다. 세그먼트 마그네트들은 자계의 균일성을 개선하도록 자계의 방향에 대해 비대칭적으로 배열될 수 있다.
본 발명은 1998년 1월 29일에 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 일련 번호 제 08/734,207 호, 1995년 2월 23일 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제 08/393,614 호(포기됨)의 파일 랩퍼 지속인 미국 특허 출원 번호 제 5,783,048 호 및 1997년 11월 17에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제 08/971,512호(계류중)의 부분적 지속(Continuation-In-Part)이며, 이들 모두는 본 명세서에 참조로서 분명히 포함되어 있다.본 발명은 물리적 기상 에칭 및 증착 공정들의 제어에 관한 것이며, 특히 반도체 기판들의 제조시 스퍼터링 캐소드에 의한 재료의 스퍼터 에칭 또는 증착의 제어에 관한 것이다.
도 1은 종래의 타겟 및 기판 배열을 도시하는 횡단면도.
도 2는 IPVD 스퍼터링 장치의 개략적인 사시도.
도 3a는 도 1의 3A-3A 선을 따른 스퍼터링면을 도시하는 도면.
도 3b는 도 3a의 3B-3B선을 따른 타겟의 부식 프로파일의 횡단면도.
도 3c는 일차 홈의 구성을 도시하는 도 1의 좌측부의 확대도.
도 3d는 막의 부식 프로파일을 도시하는 도면.
도 4는 유동 및 압력 그래디언트들을 받는 스퍼터링 공정에 의해 형성된 웨이퍼 상에 형성된 알루미늄막의 균일성의 맵.
도 5는 제 1 보상 마그네트를 도시한 도 1의 좌측부의 확대도.
도 6은 제 2 보상 마그네트의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 7은 타겟의 주변벽에 인접하게 위치된 상태로 도시된 제 1 및 제 2 보상 마그네트의 평면도.
도 8은 유동 및 압력 그래디언트들을 받는 스퍼터링 공정에 관하여 제 1 마그네트를 사용하여 형성된 알루미늄막의 균일성의 맵.
도 9는 세정 전의 전형적인 상태의 전기 접촉의 횡단면도.
도 9a는 세정 후의 접촉을 도시한, 도 9와 유사한 도면.
도 9b는 코팅 후의 세정된 전기 접촉을 도시한, 도 9 및 도 9a와 유사한 도면.
도 9c는 티타늄 등의 금속의 이온들을 포함하는 플라즈마 세정 후의 접촉을 도시한, 도 9a와 유사한 도면.
본 발명은, 소스로부터의 재료의 분포에서 기판 상의 비대칭적 불균일 분포로의 변화를 비대칭적으로 유발하는 공정 챔버 내의 기판으로 소스로부터의 재료를 스퍼터링하는 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 기판 축 주위에서 공정 이온들(processing ions)의 비대칭적 불균일 분포를 유발하는 공정 챔버 내의 기판을 처리하는 장치(예컨대, 플라즈마 공정 장치)에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 소스로부터 기판 상으로 비대칭적 불균일 분포를 비대칭적으로 유발하는 특성들을 갖는 공정 챔버 내의 기판을 처리하는 이온화 물리 증착(IPVD : ionized physical vapor deposition) 장치에 관한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따라서, 플라즈마를 형성하도록 에너지가 인가되는 공정 가스를 함유한 스퍼터링 챔버와, 기판 지지부와, 타겟과, 보상 자계를 생성하도록 위치된 보상 마그네트 및 주 마그네트를 포함하는 캐소드 조립체를 포함하는 장치가 제공되고, 타겟으로부터 재료를 제거하는데 사용되는 플라즈마 방전 가스에서, 다른 비대칭적 불균일 분포를 보상하는 분포로 타겟으로부터 재료를 제거하도록 플라즈마의 분포 형상을 변경하는데 효과적이다. 보상 마그네트는 기판 상에 비대칭적 불균일 분포를 비대칭적으로 유발하는 챔버의 콤포넌트들에 대해 고정된 콤포넌트들을 포함할 수 있다.
본 발명의 양호한 한 실시예에서, 내부에 기판 지지부를 구비한 진공 공정 챔버와, 기판 상으로 비대칭적 불균일 분포로 이동할 수 있는 기화된 재료 소스, 및 가스와, 무선 주파수(RF) 에너지 소스와, RF 에너지 소스에 접속되고, 소스로부터의 RF 에너지로 인가되었을 때, 가스 내에 이차 플라즈마를 생성하고, 그에 의해 소스로부터 지지부 상의 기판 상으로 이동하는 재료를 이온화하도록 챔버를 둘러싸는 코일과, 기판에 결합된 전자기 에너지 소스를 포함하는 장치가 제공된다. 상기 장치는, 이온화된 재료의 경로 내에 보상 자계를 생성하도록 위치되고, 보상 분포를 생성하도록 분포 재료의 형상을 변경하고, 그에 의해 비대칭적 불균일 분포를 보상하는데 효과가 있는 보상 마그네트를 더 포함한다.
대안적인 실시예들에서, 플라즈마로부터의 이온들과 충돌하게 되는 표면을 위한 지지부를 내부에 구비하는 진공 공정 챔버와, 플라즈마를 제공하는 가스를 포함하는 장치가 제공된다. 상기 장치는, 중심 축 주위에 이온들의 분포를 대칭적으로 생성하게 플라즈마를 분포시키도록 위치된 주 마그네트와, 비대칭적 불균일 분포를 보상하기 위한 기판 상의 이온들의 분포시, 챔버의 비대칭적 영향을 상쇄하도록 이온들을 분포시키기 위해, 보상 자계를 생성하도록 위치된 보상 마그네트를 더 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예들에서, 보상 마그네트는 기판 상에 비대칭적 불균일 분포를 비대칭적으로 유발하는 챔버의 콤포넌트들에 대해 고정된 콤포넌트들을 포함할 수 있다.
본 발명은 기판 비대칭 플라즈마 공정 불균일성들, 특히 기판 축 주위의 불균일성들을 감소시키며, 특히 공정 챔버 특성들에 의해 유발된 불균일성들을 감소시킨다. 본 발명은 특히, 다른 대칭적 플라즈마 생성 디바이스를 포함하는 플라즈마 공정 챔버의 고정적인 소자들에 의해 유발된 기판 상의 불균일성을 상쇄하는데 유리하다. 또한, 본 발명은 스퍼터 증착 시스템들, IPVD 시스템들, 및 원 위치에(in situ) 반도체 웨이퍼들 등의 기판들의 금속화전 세정 작업의 제어 방법을 제공한다.
도 1을 참조하면, 타겟(10)과 웨이퍼 또는 기판(12)의 종래 배열을 도시한 횡단면도가 도시되어 있다. 타겟(10) 및 기판(12)은 공정 챔버(13) 내에 위치되어 있으며, 공정 챔버(13)는 도 2에 도시된 바와 같은 스퍼터링 공정을 수행하는 이온화 물리 증착(IPVD) 장치(19)일 수 있다. IPVD 장치(19)는 복수개의 공정 챔버들(13)을 포함하고, 그 중 하나 이상이 도 1에 도시된 바와 같은 타겟(10)과 기판(12) 배열을 포함할 수 있는 스퍼터 증착 시스템의 부분일 수 있다. 타겟(10)은 상면 또는 후면(14)과, 오목부 형상의 하부면을 가진 전면 또는 스퍼터링면(16)을 포함한다. 스퍼터링면(16)은 스퍼터링 공정 동안 기판(12) 상에 박막(18)을 형성하기 위한 타겟 재료를 제공한다. 후면(14)은 스퍼터링 공정 동안 타겟(10)을 냉각시키는 역할을 하는 스퍼터링 캐소드 조립체(20)에 고정된다. 기판(12)은 기판(12)의 외부 에지(15)에 인접한 지지 고정부(26)에 제거 가능하게 고정되고, 그 위에 장착된 반도체 웨이퍼(12)를 지지하기 위한 지지부 또는 서셉터(27)에 의해 한 단부가 챔버(13) 내에 장착된다. 기판(12)은 전형적으로 스퍼터링면(16)으로부터 소정 거리에 위치되며, 따라서, 스퍼터링면(16)과 기판(12) 사이에 간격 또는 갭(28)이 형성된다.
도 2는 예로서, 본 명세서에서 명확히 참조하고 있는 1997년 4월 21일자 미국 특허 출원 제 08/844,756호에는 예시 및 기재된 바와 같은 이온화 물리 증착(IPVD) 장치(19)를 개략적으로 예시하고 있다. 장치는 챔버(13) 내에 격납된 진공 밀폐 공정 공간(28)을 포함한다. 지지부(26) 상에 장착되었을 때, 웨이퍼(12)는 타겟에 평행하게 위치되어 타겟을 향하고 있다. 타겟(10)은 예로서 티타늄 금속 등의 스퍼터 코팅 재료로 형성된다. 공정 공간(28)은 일반적으로 원통형 공간이며, 매우 높은 진공 압력에서 유지되고, 공정 동안 아르곤 등의 공정 가스로 채워지고, 질소 등의 다른 가스를 포함할 수도 있다.
타겟(10)은 기판 홀더(27)에 대향한 단부가 챔버(13)에 장착된 캐소드 조립체(20)의 일부이다. 캐소드 조립체(20)는 지지 고정부(26)를 포함하며, 그곳에 타겟(10)이 고정된다. 주 마그네트(30)는 전형적으로 지지부(27)로부터 대향한 측면 상에서 지지 고정부(26) 뒤에 제공된다. 암흑 공간 차폐부(dark space shield; 도시되지 않음)가 타겟(10)의 주변 둘레에 제공될 수도 있다. 주 마그네트(30)는 타겟(10)에 걸쳐 폐쇄 자기 터널(closed magnetic tunnel)을 생성하는 마그네트를 포함하고, 폐쇄 자기 터널은, 본 기술 분야의 숙련된 기술자에게는 친숙한 바와 같이, 캐소드 조립체(20)가 음전위로 전기적으로 에너지가 인가될 때, 캐소드 조립체(20)에 의해 챔버(13) 내로 보내진 전자들을 포획한다(traps). 마그네트들(30)은 본 기술 분야에서 공지된 다수의 마그네트론 스퍼터링 조립체들 중 어느 하나에 사용되는 영구자석 또는 전자석들일 수 있지만, 본 명세서에서 참조하고 있는 미국 특허 제 5,130,005호에 예시 및 설명된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 마그네트(30)에 의해 생성된 자기 터널은 마그네트(30)가 회전될 때 타겟(10)의 표면 위를 쓸고 지나가는 플라즈마(23)를 포획 및 형성한다.
자기 터널은 스퍼터링면(16) 상의 다양한 위치들에 걸쳐 플라즈마(23)의 상대적 세기 및 형상에 영향을 미친다. 그 외에도, 주 마그네트(30)는 고정될 수 있거나, 회전 또는 회전축(32) 둘레에서 타겟(10)에 대해 이동될 수 있다. 도 1과 함께 도 3a를 참조하면, 도 1의 3A-3A선을 따라 스퍼터링면(16)을 도시하고 있다. 스퍼터링면(16)은 주변벽(24)에 의해 규정된 실질적으로 원형 형상을 가진다. 주 마그네트(30)는 전형적으로, 소정의 형상을 가진 연속적인 폐쇄 자기 터널(34; 점선으로 도시)을 형성하도록 구성되어 있다. 예로서, 자기 터널(34)은 타겟(10)의 주변벽(24)에 인접하게 위치된 외주 로브부(39)를 각각 가지는 복수개의 로브부들(38)을 포함할 수 있다. 축(32) 둘레에서 주 마그네트(30)의 회전은 스퍼터링면(16)에 대하여 자기 터널(34)이 대응해서 회전하게 한다. 이는 스퍼터링면(16)으로부터 대칭 패턴내의 타겟 재료의 제거를 유발하여 공지된 방식으로 동심 홈들을 형성하도록 플라즈마(23)를 제어한다.
예로서, 각각 저마다의 직경들을 가지는 일차 동심 홈(36), 이차 동심 홈(40) 및 삼차 동심 홈(42)이 스퍼터링면(16)의 중심 영역(22) 주위에 대칭적으로 형성될 수 있다. 일차 동심 홈(36)은 주변벽(24)에 인접하게 위치되며 가장 큰 직경을 갖는다. 삼차 동심 홈(42)은 중심 영역(22) 주위에 위치되며 가장 작은 직경을 갖는다. 이차 동심 홈(40)은 그 크기가 일차 동심 홈(36)과 삼차 동심 홈(42)의 직경 사이의 직경을 가지며, 따라서, 일차 동심 홈(36)과 삼차 동심 홈(42) 사이에 이차 동심 홈(40)이 위치한다.
도 3b를 참조하면, 도 3a의 3B-3B선을 따른 타겟(10)의 부식 프로파일(44)의 횡단면 측면도가 도시되어 있다. 자기 터널(34)이 회전할 때, 플라즈마(23)는 대칭 부식 패턴을 형성하게 되며, 여기서, 스퍼터링면(16)의 별도의 부분들을 원형 패턴으로 부식하여 일차 동심 홈(36), 이차 동심 홈(40) 및 삼차 동심 홈(42)을 형성한다. 전형적으로, 일차 동심 홈(36)은 이차 동심 홈(40)이나 삼차 동심 홈(42) 보다 깊게 형성되고, 보다 큰 원주를 갖는다. 이는 일차 동심 홈(36)을 형성하기 위해 부식되는 타겟 재료의 양이 이차 동심 홈(40)이나 삼차 동심 홈(42)을 형성하기 위해 부식되는 타겟 재료의 양보다 많다는 것을 의미한다. 따라서, 일차 동심 홈(36)의 형성은 막(18)을 형성하기 위해 사용되는 재료 중 상당한 부분을 제공하게 되며, 따라서, 이는 기판(12) 상의 전체 막 균일성에 상당한 영향을 미치게 된다. 또한, 주변벽(24) 근방의 재료 중 상당한 양이 부식되기 때문에, 기판(12)의 외부 에지(15) 근방의 영역들 내에 균일한 막 두께를 제공할 수 있는 능력이 개선된다.
도 3c를 참조하면, 도 1과 연관하여 설명된 캐소드 조립체(20) 및 타겟(10)의 좌측부가 확대도로서 도시되어 있다. 도 3c에서, 일차 동심 홈(36)의 구성이 도시되어 있다(점선으로 도시). 주 마그네트(30)는 반시계 방향으로 배향된 주 자계(56; 점선으로 도시)을 생성한다. 자계(56)는 궁극적으로 일차 동심 홈(36)을 형성하기 위해 플라즈마(23)의 세기와 형상을 제어하는 역할을 한다. 일차 동심 홈(36)은 타겟(10) 내로 점진적으로 깊게 연장되고, 홈 중심부(60)에서 일차 동심 홈(36)의 가장 깊은 부분을 규정하기 위해 만나는 각각 한쌍의 벽을 포함한다. 또한, 홈 중심부(60)는 주변벽(24)으로부터 제 1 거리(A)에 위치되어 있으며, 스퍼터링면(16)의 소정 영역 내에 위치되어 있다.
도 3d를 참조하면, 모의 실험된 막층에 대한 증착 프로파일(46)의 플롯이 도시되어 있다. 증착 프로파일(46)은 기판 상의 소정 선택된 방향으로 연장하는 반경을 따른 층에 대하여 막 두께 균일성을 보여주고 있다. 상기 층은 선택된 입력 파라미터들에 따라 층을 형성하기 위한 스퍼터링 공정을 시뮬레이팅하는 컴퓨터 모델링 기술의 사용을 통해 형성된다. 한 입력 파라미터는 도 3b와 함께 상술한 부식 프로파일(44)을 형성하도록 스퍼터링면을 부식시키는 것이다. 다른 입력 파라미터는 10.16cm(4in) 반경을 가진 기판으로부터 5.08cm(2in) 위치에 스퍼터링면을 위치시키는 것이다. 이들 파라미터들은 시뮬레이팅된 층에 대하여 시뮬레이팅 상에서 또는 이론적으로 0.942%의 두께 균일성을 얻는다.
타겟(10)과 기판(12)에 대한 공정 가스의 분포가 유동 및 압력 그래디언트들의 존재에 의한 영향을 받는 경우에 비대칭적 불균일성이 초래될 수 있다. 도 4는 200mm 직경 실리콘 웨이퍼(도시되지 않음) 상에 형성된 알루미늄막(도시되지 않음)의 균일성의 맵(55)을 x-y축에 대해 도시한 도면이다. 알루미늄막은 도 1 내지 도 3c와 관련하여 상술한 종래 배열의 타겟(10)과 기판(12)을 사용함으로써 형성되었다. 도 4에서, 복수의 제 1 윤곽선(48)이 도시되어 있고, 각각은 동일한 막 두께를 가진 웨이퍼 상에서 측정된 접속 지점에 의해 얻어진 것이다. 제 1 윤곽선(48)은 평균 막 두께를 나타내는 평균 윤곽선(50; 다른 윤곽선들보다 검게 도시됨)을 포함한다. 부가적으로, "+"부호나 "-"부호 중 하나로 표현된 제 1 윤곽선은 각각 평균 막 두께보다 작거나 큰 막두께를 나타낸다. 선택된 윤곽선들에 대한 두께값들이 표 1에 도시되어 있다.
표 1(미크론)
1.22124
1.20930
1.19753
1.18567(평균)
1.17381
1.16196
1.15010
부가적으로, 막 불균일성은 3.84%인 것으로 결정되었다.
제 1 윤곽선들(48)은 서로에 대해 비-동심 상태이고, x-y축에 대해 비대칭으로 위치되어 있으며, 따라서, 웨이퍼 상에 비대칭적으로 형성된 알루미늄막을 나타낸다. 이는 "펌핑 불균형(pumping skew)"로서 공지된 효과로 인하여 결정된 것이다. 전형적으로, 종래의 스퍼터 증착 시스템들은 시스템 배기에 사용되는 펌프(도시되지 않음)를 포함한다. 부가적으로, 이러한 시스템들은 펌핑 포트(72)를 포함하며, 그를 통해 배기가 수행되게 된다. 예시의 목적을 위해, 맵(55)에 대한 도 4의 하부 우측 섹션 내에 펌핑 포트(72)가 위치된 것으로 도시되어 있다. 이는 시스템내의 웨이퍼와 타겟에 대한 펌핑 포트(72)의 위치에 대응한다. 시스템의 배기는 공정 가스의 바람직한 유동 패턴을 바람직하지 못한 상태로 변경시키는 것으로 알려져 있다. 특히, 펌프에 의한 배기는 공정 가스가 펌핑 포트(72)를 향한 방향(화살표 52로 도시됨)으로 유동되게 한다. 이는 펌핑 포트(72)를 향한 공정 가스 분배의 불균형을 초래하고, 궁극적으로는, 바람직하지 못한 비대칭 불균일성들을 가진 막이 형성되게 한다.
공정 가스의 불균형과, 다른 인자들은 세 가지 방식으로 IPVD 장치(19) 내의 기판(12) 상의 공정의 균일성에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 인자들이 기판면 균일성에 영향을 미치는 한가지 방식은, 기판(12)의 표면을 코팅하도록 사용되는 기판(12)의 표면 상으로 입사된 코팅 재료의 입사와 운동을 교란하는 것이다. 이러한 인자들이 기판면 균일성에 영향을 미치는 두 번째 방식은 기판(12)의 표면을 상태 조절 또는 에칭하는데 사용되는 이온들이나 다른 입자들의 입사 및 분포를 교란하는 것이다. 이러한 인자들이 기판면 균일성에 영향을 미치는 세 번째 방식은 기판(12) 에칭 및 코팅에 사용되는 재료를 타겟(10)의 표면으로부터 제거해내는데 사용되는 스퍼터링 이온들의 입사 및 분포를 교란하는 것이다.
막(18) 형성에 사용되는 재료의 상당한 부분은 일차 동심 홈(36)을 형성하는 스퍼터링면(16)으로부터의 타겟 재료 부식으로부터 얻어진다. 따라서, 일차 동심 홈(36)의 섹션들 내의 위치에서 반경 방향의 변화들은 일차 동심 홈(36)을 형성하기 위해 부식된 타겟 재료의 양에 영향을 미치며, 기판(12) 상에 형성된 막(18)의 균일성과 패턴에 상당한 영향을 미친다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따라서, 제 1 보상 마그네트 또는 마그네트 디바이스(54)가 타겟(10)에 인접하게 위치된 상태로 도시되어 있다. 도 5내지 도 7에 대한 하기의 설명에서, 일차 동심 홈(36)과 주 자계(56)는, 본 발명으로 인해 궁극적으로 일차 동심 홈(36)이 형성되는 위치의 변화를 나타내도록 실선으로 도시되어 있다.
제 1 보상 마그네트(54)는 주변벽(24)으로부터 이격되어 있고, 일차 홈(36)을 포함하는 타겟(10)의 스퍼터링면(16) 상의 제 1 영역(84)에 인접하게 위치되어 있다. 제 1 보상 마그네트(54)는 북극(62) 및 남극(64)을 가진 영구 자석(58)을 포함한다. 제 1 실시예에서, 영구 자석(58)은 남극(64)이 북극(62)위에 수직방향으로 위치되도록 배향되어 반시계방향으로 배향된 제 1 보상 자계(66)를 형성한다. 또한, 영구 자석(58)은 상부 자계 안내 극편(field directing pole piece)(68)과 하부 자계 안내 극편(70) 사이에 위치되어 제 1 자계(66)의 분포를 제어한다. 대안적으로, 상부 자계 안내 극편(68) 및 하부 자계 안내 극편(70)은 생략될 수 있다. 그 외에도, 전자석 디바이스 또는 연자성 션트들(soft magnetic shunts)이 사용될 수도 있다.
제 1 보상 자계(66)는 주 자계(56)의 각 외주 로브부(39)와 상호 작용하여 주 자계(56)가 외향(제 2 화살표 57로 도시됨) 및 중심 영역(22)으로부터 멀어지는 방향으로 주변벽(24)을 향해 변위(shift)되게 한다. 이는 일차 동심 홈(36)의 섹션이 궁극적으로 제 1 영역(84) 내에 형성되는 위치에서 대응하는 만큼 외향으로 변위되게 한다. 특히, 일차 동심 홈(36)은 홈 중심(60)이 제 1 거리(A) 보다 작은 주변벽(24)으로부터의 제 2 거리(B)에 위치되도록 제 1 영역(84) 내에 형성된다. 외향 변위는 일차 동심 홈(36)의 길이를 증가시키고, 이것은 부식되는 타겟 재료의 양을 증가시킨다. 또한, 외향 변위는 타겟 재료가 부식되는 스퍼터링면(16) 상의 반경 방향 위치를 주변벽(24)에 보다 근접한 위치로 변경한다.
상술한 바와 같이, 막(18) 형성에 사용되는 재료의 상당한 부분은 일차 홈(36)을 형성하는 스퍼터링면(16)으로부터의 타겟 재료 부식으로부터 얻어진다. 따라서, 일차 홈(36)의 위치의 외향 변위는 부가적인 타겟 재료의 부식을 유발하고, 기판(12) 상에 궁극적으로 형성되는 막(18)의 균일성 및 패턴에 상당한 영향을 미친다.
도 6을 참조하면, 제 2 보상 마그네트 또는 마그네트 디바이스(76)에 대한 제 2 실시예가 도시되어 있다. 제 2 마그네트(76)는 홈 중심(60)을 포함하는 타겟(10)의 스퍼터링면(16) 상의 제 2 영역(86)에 인접하게 위치된다. 제 2 실시예에서, 영구 자석(58)의 배향은 북극(60)이 남극(66) 위에 수직 방향으로 위치되도록 역전되어 있고, 그래서, 제 2 보상 자계(78)는 시계 방향으로 배향되게 된다. 이 제 2 자계(78)는 주 자계(56)를 도 4에 관련하여 설명된 것과 반대되는 방향으로 이동시킨다. 특히, 제 2 자계(78)는 주 자계(56)의 각 외주 로브부(39)와 상호 작용하여 주 자계(56)가 중심 영역(22)을 향해 내향으로(화살표 59로 도시됨) 또한, 주변벽(24)으로부터 멀어지는 방향으로 변위되게 한다. 이는 제 2 영역(86) 내에 궁극적으로 형성되는 일차 홈(36)의 섹션의 위치를 그에 대응하여 내향 변위시킨다. 특히, 일차 홈(36)은 제 2 영역(86) 내에서, 홈 중심(60)이 제 1 거리(A)보다 큰 주변벽(24)으로부터의 제 3 거리(C)에 위치되도록 형성된다. 내향 변위는 일차 홈(36)의 길이를 감소시키고, 이는 일차 홈(36)을 형성하기 위해 부식되는 타겟 재료의 양을 감소시킨다. 또한, 내향 변위는 타겟 재료가 부식되는 스퍼터링면(16) 상의 반경 방향 위치를 주변벽(24)으로부터 먼 위치로 변경한다. 이는 또한 기판(12) 상에 궁극적으로 형성되는 막(18)의 균일성과 패턴에 상당한 영향을 미친다.
제 1 마그네트(54) 또는 제 2 마그네트(76)는 주 자계(56)와 제 1 자계(66) 및/또는 제 2 자계(78) 사이의 상호작용을 적절하게 하기 위하여 공정 챔버의 내측 또는 외측 중 어느 한곳에서 최적으로 위치될 수 있다.
도 7을 참조하면, 스퍼터링면(16)의 평면도가 도시되어 있으며, 여기서, 제 1 보상 마그네트(54) 및 제 2 보상 마그네트(76)는 각각 제 1 영역(84) 및 제 2 영역(86)에 인접하게 위치된 상태로 도시되어 있다. 이와 관련하여, 제1 또는 제 2 실시예 중 어느 한쪽에 구성된 부가적인 마그네트들이 일차 홈(36)의 부가적인 섹션들의 위치를 변경하기 위해 스퍼터링면(16)의 다른 선택된 영역들에 인접하게 위치될 수 있다.
도 1 내지 도 3b와 관련하여 상술된 바와 같이, 종래의 스퍼터 증착 시스템들은 전형적으로, 실질적으로 원형인 일차 홈을 형성한다. 본 발명에 따라서, 제 1 마그네트(54) 및 제 2 마그네트(76) 각각은 제 1 마그네트(54)와 제 2 마그네트(76)에 각각 인접한 제 1 영역(84) 및 제 2 영역(86) 내에 위치된 일차 홈(36)의 제 1 섹션(80) 및 제 2 섹션(82)(점선으로 도시됨)의 위치를 비대칭적으로 변경하는 역할을 한다. 제 1 마그네트(54)에 의해 발생된 제 1 자계(66; 도 4)는 주 자계(56)가 중심 영역(22)으로부터 멀어지는 외향으로 주변벽(24)을 향해 변위되게 한다. 이는, 제 1 섹션(80)이 제 1 영역(84)에서 주변벽(24)을 향해 외향으로 연장되고, 따라서 비대칭적 부식 패턴을 형성하도록, 제 1 섹션(80)이 형성되는 위치에 대응하여 외향으로 변위되게 한다.
제 2 자계(78; 도 6)는 제 1 자계(66)의 방향과 반대 방향으로 배향되며, 제 2 섹션(82)이 제 1 자계(66)에 의해 유발되는 방향에 대향한 방향으로 중심 영역(22)을 향해 내향 연장되게 한다. 특히, 제 2 자계(78)는 주 자계(56)가 중심 영역(22)을 향해 내향으로 변위되어 주변벽(24)으로부터 멀어지게 변위되게 한다. 이는, 제 2 섹션(82)이 제 2 영역(86) 내에서 중심 영역(22)을 향해 내향으로 연장되고, 따라서 비대칭 부식 패턴을 형성하도록, 제 2 섹션(82)이 형성되는 위치에 대응하여 내향으로 변위되게 한다.
도 8을 참조하면, 도 4와 관련하여 상술한 유동 및 압력 그래디언트들과 관련하여 제 1 마그네트(54)를 사용하여 형성된 알루미늄막(도시되지 않음)의 균일성을 x-y축에 대해 도시하는 맵(88)이 도시되어 있다. 도 8에서, 제 1 마그네트(54)는 펌핑 포트(72)에 대향하고 주변벽(24)에 인접한 위치에 대응하는 맵(88)에 대한 위치에 제 1 마그네트(54)가 도시되어 있다. 제 1 마그네트(54)는 일차 홈(36)의 선택된 영역을 외향(도 5)으로 변위시키고, 따라서, 막(18)을 형성하는데 사용될 수 있는 스퍼터링면(16)으로부터 부식된 재료의 양을 증가시킨다. 또한, 외향 변위는 타겟 재료가 부식되는 스퍼터링면(16) 상의 반경 방향 위치를 주변벽(24)에 보다 근접한 위치로 변경한다. 이는 유동 및 압력 그래디언트들로 인한 공정 가스 분포에 대한 영향들을 반대로 중화하는(counteracts) 타겟 재료의 새로운 분포를 형성하여 실질적으로 대칭인 층을 형성한다.
도 8에서, 복수개의 제 2 윤곽선들(90)이 도시되어 있으며, 이는 제 2 평균 두께를 나타내는 제 2 평균 윤곽선(92; 다른 윤곽선들보다 검게 도시됨)을 포함한다. 제 2 윤곽선들(92)의 두께값들이 표 2에 도시되어 있다.
표 2(미크론)
1.16561
1.15430
1.14290
1.13166(평균)
1.12035
1.10903
1.09771
제 2 윤곽선(92)은 서로에 대해 실질적으로 중심이 같게 위치되어 있다. 그 외에도, 제 2 윤곽선(92)은 실질적으로, x-y 축에 대해 대칭으로 위치되어 있으며, 불균일하게 되어 있지 않다. 이는 알루미늄막이 실질적으로 대칭으로 기판 상에 형성된다는 것을 나타낸다. 또한, 불균일성은 1.99%로 현저히 개선된다.
도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 전원 또는 전기 에너지 소스(120), 바람직하게 DC 전원은 일정하게 유지되는 상태로 스위칭될 수 있거나 펄스형일 수 있으며, 캐소드 조립체(20)와 챔버(13)의 벽 사이에 접속되어 있다. 챔버(13)의 벽은 항상 접지되어 있으며, 시스템 애노드로서 기능한다. 캐소드 조립체(20)는 챔버(13)의 벽으로부터 절연되어 있다. 전원(120)은 일반적으로 RF 필터(122)를 통해 캐소드 조립체(20)에 바람직하게 접속된다. 바이어스 전원 또는 발전기(120)가 제공되고, 매칭 네트워크(133)를 통해 기판 홀더(27)에 접속된다. 바이어스 전원(120)은 홀더(27) 상에 장착된 웨이퍼(12)에 바이어스 전압을 인가한다.
전원(120)으로부터의 전력은 타겟(10) 상에 음전위를 생성한다. 음전위는 플라즈마(23)로부터의 양이온들을 타겟(10)의 표면(16)을 향해 가속하고, 이는 충돌시 타겟(10)의 표면(16)으로부터 전자들이 방출되게 한다. 이들 전자들은, 전자들이 타겟(10)의 표면(16)에 충돌하여 표면 근방에서 공정 가스의 원자들을 이온화시켜 타겟면(16)에 인접하게 플라즈마(23)를 형성할 때까지 주 마그네트(30)에 의해 발생된 자계에 의해 타겟(10)의 표면(16)위에 포획되게 된다. 이러한 주 플라즈마(23)가 음으로 충전된 표면(16)을 향해, 그에 대해 가속되는 가스의 양이온들의 소스가 되며, 여기서, 이들은 타겟(10)으로부터 코팅 재료의 입자들을 배출한다.
타겟면(16)과 기판 지지부(27) 사이의 공간(28)은 두 부분들로 형성된 것으로 고려할 수 있다. 한 부분은 플라즈마(23)에 의해 일차적으로 점유되며, 플라즈마(23)는 타겟(10)의 스퍼터링면(16) 상에 원하는 부식 패턴을 생성하도록 형성된다. 공간(28)의 두 번째 부분은 지지부(26) 상의 기판(12)과 플라즈마(23) 사이에 위치된 잔여 체적(125)이다. 타겟(10)으로부터 스퍼터링된 재료 입자들은 공간(28)을 통과할 만큼의 운동량으로 전파되는 일반적으로 전기적으로 중성인 입자들로 비롯된다. 종래의 스퍼터링 장치에서, 플라즈마(23)를 통과하는 중성 스퍼터 입자들은 플라즈마(23)가 타겟면(16) 근방의 작은 체적만을 점유하고 있고, 관심있는 작동 압력들에서 플라즈마(23)의 입자들과 중성 스퍼터 입자들 사이에 층들이 거의 발생하지 때문에 충분히 이온화되지 않는다. 이렇듯, 중성 스퍼터 입자들은 대부분 중성인 상태로 플라즈마(23)를 나가서, 기판(12) 상에 박막으로서 증착될 때까지 중성 상태로 유지된다.
IPVD에 의해 기판(12) 상에 타겟 재료의 막을 증착하기 위해서, 스퍼터링된 입자들은 그들이 체적(125)을 통과할 때 이온화되기 때문에, 예로서, 티타늄 금속 과 같은 타겟(10)으로부터 스퍼터링된 재료의 입자들이 전하를 띄게 된다. 일단 충전되면, 입자들은 정전적으로 가속될 수 있거나, 다른 전기적 또는 자기적으로 챔버(13)의 축에 평행한 경로들로 지향되게 되며, 경로는 기판(12)의 표면에 수직이다. 공간(28) 내의 스퍼터링된 입자들의 기상 이온화(in-flight ionization)는, 체적(125)을 둘러싸고, 바람직하게 챔버(13)의 외측에 위치되어 챔버(13)를 둘러싸는 RF 코일(130)로부터 체적(125) 내로 RF 에너지를 유도 결합함으로써 수행된다. 코일(130)은 나선형 코일 조립체 형태인 것이 바람직하며, 나선형 코일 조립체 이외의 코일 구조들도 사용될 수 있다. 코일(130)은 체적(125) 내의 공정 가스로 에너지를 유도 결합하여 공간(125)을 충진하는 유도 결합 플라즈마(ICP : inductively coupled plasma)를 형성한다. RF 발생기(127)는 0.2 내지 60MHZ의 범위 내에서, 예로서, 2MHZ의 주파수에서 바람직하게 작동하며, 체적(125) 내에 플라즈마를 형성하도록 코일(130)에 에너지를 제공하기 위해 매칭 네트워크(133)를 통해 코일(130)에 접속된다.
아르곤, 질소 등의 공정 가스(140)의 소스는 유동 제어 디바이스(141)를 통해 챔버(13)에 접속된다. 고 진공 펌프(139)도 챔버(13)에 접속되어 챔버(13)를 밀리토르 또는 밀리토르 이하 범위의 진공으로 펌핑한다. 0.667 내지 4.000N/m2(5 내지 30밀리토르) 범위, 예로서 1.333N/m2(10 밀리토르)의 압력이 바람직하다. 펌프(139)는 초 고 진공을 유지하며, 공정 가스의 유동율은 바람직하게, 초당 5 내지 100 또는 150 표준 입방 센티미터 범위이다.
챔버(13)의 벽에서, 코일(130)과 공간(125) 사이에 보호성 유전 윈도우(protective dielectric window)(160)가 제공된다. 윈도우(160)는, 코일을 둘러싸고 있는 자계가 제적으로 도달하는 것을 방해하지 않는 재료나 석영 등의 진공과 양립 가능한 유전 재료(vacuum compatible dielectric material)로 형성된다. 윈도우(160)는 챔버(13)의 벽과 진공 기밀부를 형성하도록 장착된다. 윈도우(160)는 전기 절연성 및 자기 투과성 재료의 단일 원통형 조각인 것이 바람직하지만, 수납 구조내의 전기 절연 윈도우 형태의 일반적으로 원통형인 보호성 구조를 형성하도록 배열된 재료의 결합된 세그먼트들로 형성될 수도 있다. 코일(130)은 윈도우(160)의 외측에서 챔버(13) 둘레에 권취되는(wound) 것이 바람직하다. 코일 외측 상에서 코일(130)을 덮고 있는 것은 도전성 금속 격납부(161)이며, 이는 밀봉된 공동(cavity)(162)을 형성하고, 코일(130)을 절연하며, 또한, 코일(130)로부터 전자기 에너지가 방사되는 것을 방지하며, 챔버(13) 내에서 챔버(13)외측으로 방사되는 것을 방지한다. 격납부(enclosure)(161) 내의 공간(162)은, 코일(130)에 에너지가 인가될 때, 공동(162) 내의 가스에 의해 플라즈마의 형성이 지원되지 않는다고 가정하면, 외부 대기와 소통될 수 있거나, 대기압 또는 저압으로 불활성 가스로 충진될 수 있다.
윈도우(160) 자체는 전기 도전성이 아니지만, 타겟(10)으로부터 스퍼터링된 도전성 재료의 코팅의 축적이 발생할 수 있다. 윈도우 내 또는 윈도우 상의 전기 도전성은, 챔버(13) 둘래의 방위각 방향 전류의 유도를 지원하고, 이것이 코일(130)로부터 체적(125) 내의 플라즈마로의 에너지의 RF 결합의 효과를 감소, 제거 또는 훼손시킨다. 이러한 윈도우(160) 상의 코팅의 도전성은, 특히 방위각 방향(원주 방향), 즉, 챔버 둘레로 연장하는 방향으로, 유도 결합된 쇼트 회로를 생성하여, 체적(125) 내로 유도 결합된 에너지의 전부 또는 다량을 무효화할 수 있다.
이러한 도전성 스퍼터 재료의 윈도우(160) 상에의 누적을 방지하기 위해서, 슬릿 원통형 차폐부(slit cylindrical shield)(170)가 공간(28)과 윈도우(160) 사이에서 윈도우(160)의 표면 내측에 근접하게 제공된다. 차폐부(170)는 타겟(10)으로부터 스퍼터링된 재료로부터 윈도우(160)를 가리고, 바람직하게는 타겟(10)의 표면(16) 상의 임의의 지점과 윈도우(160) 사이의 모든 직선 경로를 막는다. 본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 차폐부(170)는 챔버(13)의 축에 평행한 종방향 슬릿을 그 내부에 갖는다. 또한, 와전류들을 차단하도록 된 단일 또는 복수개의 슬릿 형태들을 가진 차폐부들이 사용될 수도 있다. 차폐부(170) 내의 슬릿은 실질적으로 챔버(13) 둘레에서 차폐부(170)의 원주 방향 경로들을 차단한다. 이는 차폐부(170) 내의 원주 방향 또는 방위각 방향 전류의 유도를 방지한다.
그 외에도, 차폐부(170)는 코일(130)로부터 실질적인 자계의 전체 유효 축방향 범위에 도달하는 코일(130)의 축방향 범위를 초과한 축방향 범위를 갖는다. 차폐부(170)는 차폐부(170)로부터 플라즈마 유도 DC 전위를 제거하기 위해 DC 필터를 통해 접속된다. 결과적으로, 전기 도전성 차폐부(170)는 효과적으로 RF 플라즈마 내의 전계를 억제할 수 있으며, RF 플라즈마 내의 전계는 챔버(13)의 축에 평행하고, 축방향 전계가 체적(125)으로부터 코일(130)을 전기 용량적으로 차폐하는 것을 방지하며, 그에 의해 코일(130)로부터 체적(125)으로의 유효 에너지 결합을 방지한다. 차폐부(170)는 타겟(10)의 표면(16)의 평면 뒤쪽으로부터 코일(130)과 윈도우(160)를 초과하여 축방향으로 연장되는 것이 바람직하다. 이 구성에서, 차폐부(170)는 플라즈마 내의 축방향 전계를 보다 효과적으로 쇼트시킬수 있으며, 그에 의해 코일(130)로부터 플라즈마(23)로의 유도 에너지 결합을 개선한다.
본 발명의 양호한 실시예에서도 윈도우(160)로부터 차폐부(170)의 가까운 간격(close spacing)으로 인하여 코일(130)로부터 체적(125)으로 높은 에너지 결합 효율을 생성한다. 이 간격은 챔버(13) 내의 플라즈마(23)의 최소 확산 길이 또는 가스내의 원자 또는 분자의 평균 자유 경로(mean free path)보다 크지 않은 것이 바람직하다. 차폐부에서 윈도우까지의 이러한 가까운 간격은 비도전성 구조를 보호하는 코일이나 윈도우에 인접하게, 및 임의의 차폐 구조 뒤쪽까지 플라즈마 형성을 허용하는 다른 방식들과는 대조적이다. 이러한 방식들은 코일 또는 다른 플라즈마 발생 전극으로부터 스퍼터링된 입자들이 통과하는 체적 내로의 에너지의 비율이 감소되는 경향을 가지며, 그에 의해 유효 플라즈마를 감소시키고, 따라서, 스퍼터링된 재료의 이온화 효율을 감소시킨다. 장치(19)에서 약 0.667 내지 4.0N/m2(5 내지 30밀리토르) 범위내의 공정 가스 압력이 티타늄의 IPVD에 사용하려고 계획했다. 이러한 압력에서 아르곤 입자들의 평균 자유 경로는 각각 7mm 내지 1.0mm이다. 결과적으로, 양호한 윈도우(160)로부터 차폐부(170)까지의 간격은 약 1.0 내지 10mm이다.
한편, 차폐부(170) 내의 슬릿은 폭이 대략 15mm 이상으로 제조되는 것이 바람직하다. 슬릿의 폭은, 슬릿을 통해 통과하는 스퍼터 재료의 결과로서 윈도우(160) 상에 또는 슬릿에 인접한 차폐부(170)의 에지 상에 증착되는 스퍼터 재료를 세정하기 위해 슬릿 내에 플라즈마가 형성되는 것을 허용하도록 충분히 넓다. 슬릿 내에 형성된 이러한 플라즈마는 슬릿의 근방에서 윈도우(160)에 대해 연장되어, 슬릿에서 윈도우(160) 상에 증착된 재료를 다시 스퍼터링시킴으로써 연속적으로 제거한다. 본 명세서에서 참조하고 있는 미국 특허 출원 번호 제 837,551호 및 제 844,757호에는 다른 차폐부 구조들이 개시되어 있다.
타겟(10)으로부터 기판(12) 상으로의 티타늄 등의 금속의 IPVD가 이온화된 스퍼터링된 입자들의 방향성을 달성하기 위해 사용될 때, 기판(12)을 바이어스 전원(121)으로 플라즈마에 대해 음으로 바이어싱함으로써 기판 홀더(27)의 전방에서 공간(28) 내의 IC 플라즈마 내에 전위 그래디언트들이 유지되어 양으로 이온화된 스퍼터링된 입자들을 기판(12) 표면 상을 향해 가속시킬 수 있다. 이 전원(121)은 바람직하게, 약 0.2 내지 80MHz의 범위 내에서, 예로서 13.56MHz에서 작동하는 RF 발생기일 수 있다. 이러한 티타늄 IPVD 공정에서, 전원(120)에 의해 타겟(10)으로 인가되는 캐소드 전력은 500 내지 5000와트 범위이다. 30.48cm(12in) 직경의 타겟에 대하여, 전력은 전형적으로 약 1.5킬로와트이다. 발생기(127)에 의해 인가되는 ICP 전력은 250 내지 5000와트 범위인 것이 바람직하며, 전형적으로는 2500와트이다. 기판(12)의 바이어스는 -20 내지 -100 볼트의 범위인 것이 바람직하며, 전형적으로는 -40볼트이다.
챔버(13)는, 타겟(10)으로의 전원(120)을 인가하지 않고, 소스(140)로부터 챔버(13) 내로 도입된 아르곤가스만으로, RF 발생기(127)로부터의 에너지가 코일(130)에 인가되어 공간(125) 내에 IC 플라즈마를 생성함으로써 ICP 연성 에칭 세정 모듈로서 사용될 수 있다. 공간(125) 내의 플라즈마에 생성된 아르곤 이온들은 바이어스 전원 또는 발생기(127)에 의해 인가되어 바이어스에 의해 기판(12)을 향해 가속될 수 있다. 이들 이온들은 기판(12)의 표면을 세정하도록 기판(12)의 표면에 충돌하게 된다. 이러한 공정은 도 9a에 도시된 바와 같은 세정된 접촉을 형성하기 위해 도 9에 도시된 접촉을 세정하는데 사용될 수 있다.
도 9는 아직 적용되지 않은 도전체 상부층과의 상호접속부를 형성하기 위해 홀(144)의 하부에 도전체(146)가 노출되어 있는 절연층(145)을 통한 비아(via) 또는 홀(144)을 도시하고 있는 반도체 웨이퍼(12) 상의 적층부를 통한 단순화된 횡단면도이다. 홀(144)의 형성에 이어, 웨이퍼(12)는 전형적으로, 대기를 통해 또는 오염물 가스들을 함유한 전송 모듈을 통해 공정 장치에 전송되게 된다. 전형적으로, 전송 도중 오염물층(147)이 형성되게 되며, 층(147)은 상부층과의 수용 가능한 상호접속부가 적용되기 전에 반드시 제거되어야만 한다.
도 9a는 새로운 적층부의 도전체와의 상호접속부를 위해 하부층 접촉 또는 도전체(146)를 노출시키게 하는 세정 공정 동안 오염물층(147)의 제거가 수반되는, 웨이퍼(12)의 절연층(145)을 통한 동일한 홀을 도시하고 있다. 도 9b는 후속하는 코팅층(148)의 적용이 수반되는 웨이퍼(12)의 절연층(145)을 통한 홀(144)의 하부에서 세정된 접촉(146)을 도시하고 있다. 이 코팅층(148)은 티타늄 등의 금속층이거나, 티타늄 질화물(TiN) 층일 수 있고, 이는 전형적으로 티타늄 금속층 바로 위에 적용된다. 이러한 코팅층(148)은 일반적으로, 후속하는 공정에서 텅스텐 등의 후속하는 금속층을 적용하기 전에 베리어층(barrier layer)으로서 사용되며, 후속하는 금속층은 도전체(146)와의 상호접속부를 형성하여 홀(144) 내에 접촉을 형성하는 상부 적층부의 도전체로서 기능한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 장치(19)는 웨이퍼(12)의 플라즈마 선행 세정(plasma precleaning)을 수행하도록 동작된다. 장치(19)는 예로서 티타늄 등의 금속의 IPVD에 대하여 상술한 바와 유사한 모드로 작동된다. 이러한 작동에서, 아르곤 가스가 대략 1.333 N/m2(10밀리토르)로 챔버(13) 내에 유지되며, 발생기(127)로부터의 ICP 전력은 3.5킬로와트로 증가되고, 발생기(127)에 의해 기판(12)으로 인가되는 기판 바이어스는 -50 내지 -100볼트로 증가된다. 약 500 내지 1500 와트의 저전력이 전원(120)에 의해 타겟(10)으로 인가된다.
장치(19)의 이러한 작동의 결과로서, 티타늄은 타겟(10)으로부터 스퍼터링되고, 아르곤 가스의 원자를 따라 공간(125) 내의 ICP내에서 이온화된다. 아르곤 및 티타늄의 이온들은 기판(12)에 인가된 바이어스 전압에 의해 기판(12) 상으로 가속된다. 기판(12)에 충돌하는 이온들을 포함하는 더 무거운 티타늄 이온들은 기판(12) 표면으로부터 원 산화물과 수증기의 세정을 효과적으로 개선하고, 또한, 기판 상의 산화물을 감소시키고 티타늄막내로 산소를 용해시키도록 오염물과 작용한다. 타겟 전력, ICP 전력 및 기판 바이어스의 파라미터들은 기판이 티타늄으로 피복되기 전에 재료가 기판으로부터 제거 또는 희석되도록 하는 밸런스로 유지되고, 그에 의해, 일반적인 에칭 작용이 수행된다. 이 에칭 작용은 대략 20초간의 시간 기간 동안 수행된다. 접촉(146) 세정 동안의 이 이온화된 금속 에칭 작용은 도 9c에 도시된 바와 같이 접촉(146)의 표면 상에 금속 원자(149)의 증착을 유발한다.
부가적으로, 본 발명의 양호한 실시예에 따라, 에칭 주기가 완료되었을 때 장치(19) 내의 파라미터는 기판(12) 상의 타겟 재료의 IPVD에 사용되는 전형적인 파라미터에 보다 근접하게 조절된다. 예로서, 캐소드 전력은 대략 1.5킬로와트로 증가되고, 기판 바이어스는 약 -40볼트로 감소되며, ICP 전력은 약 2500와트로 감소된다. 이 파라미터들의 설정은 기판(12) 상의 티타늄 박막의 순 증착(net deposition) 을 유발한다. 이 증착은 예로서 약 30초 기간 동안 수행된다. 이러한 Ti-IPVD 세정 공정은 도 9에 도시된 상태인 접촉(146)을 세정하는데 사용되어 도 9c에 도시된 바와 같은 세정되고 Ti-코팅된 접촉(146)을 형성할 수 있고, 여기서, 하부층 도전체(146)는 세정되고, 접촉면 상에 티타늄의 소량의 초기 증착(149)을 가지며, 이는 박막(148)으로 더 코팅되고, 박막(48)은 티타늄 금속이거나 예로서, TiN 층이 수반된 티타늄 금속일 수 있다.
또한, 본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 티타늄 질화물(TiN)의 박막이 그후 원소 티타늄의 막 위에서 기판(12) 상에 증착된다. 이는 기판 상에 형성될 다음 층이 화학 증착(CVD)에 의해 증착된 텅스텐일 경우에 특히 바람직하다. 이러한 TiN 층은 챔버(13) 내로 질소를 도입함으로써 장치(19) 내에서 형성될 수 있다. 이 질소는 그후, TiN의 반응성 스퍼터 증착의 공지된 방식들에 따라 기판(12) 표면 상의 티타늄과 반응할 수 있으며, 이러한 TiN 반응성 스퍼터 증착 방법은 예로서, 기판(12) 상에 증착된 또는 기판 상으로 충돌하는 티타늄과 기판(12) 표면에 있는 가스내의 질소 사이의 반응을 촉진하도록 기판(12)의 표면에 인접한 플라즈마(23)와 같은 플라즈마를 형성하도록 기판(12)을 바이어싱하거나 기판(12)을 열적으로 에너지를 인가함으로써 수행된다. 대안적으로 TiN 막은 장치(19) 내의 티타늄 증착에 이어 반응성 스퍼터링 또는 CVD 공정에 의해 TiN을 증착하도록 웨이퍼(12)를 장치(19)로부터 챔버(13)로 전송함으로써 기판(12) 상에 증착될 수 있다. 결과적인 상호 접속부가 도 9b에 도시되어 있다.
또한, 본 발명의 양호한 실시예에 따라, 티타늄 세정 및 증착 공정 다음, 필요에 따른 추가적인 TiN 증착 후에, 웨이퍼(12)는 다른 툴로 전송 또는 동일한 툴의 전송 챔버를 통해 전송되어 텅스텐 또는 알루미늄 증착 등의 추가적인 공정을 위한 CVD 챔버와 같은 공정 챔버로 전송된다.
사용시, 아르곤 등의 공정 가스(도시되지 않음)는 갭(28) 내로 도입되고, 공정 챔버(13)는 스퍼터링에 적절한 진공 수준으로 유지된다. 그후, 높은 DC 또는 AC 전압이 캐소드 조립체(20)와 타겟(10)에 인가되어 스퍼터링면(16)에 충돌하는 양으로 충전된 아르곤 이온들을 구비한 플라즈마(23)를 형성하게 된다. 이는 스퍼터링 면(16)으로부터 타겟 재료가 제거되게 하고, 따라서, 약간의 타겟 재료가 기판(12) 상에 증착되어 막(18)을 형성하는 증착 공정을 개시한다. 전형적으로 증착 공정은 완료까지 5초 내지 5분 사이의 시간을 필요로 한다. 많은 시스템들에서, 기판(12)은 증착 공정 동안 스퍼터링면(16)에 대해 고정된 위치로 유지된다. 대안적으로, 다른 시스템들에서, 기판(12)은 스퍼터링면(16)에 대해 평행한 방향으로 느리게 스캐닝될 수 있다.
본 발명은 원형 회전 마그네트 캐소드로서 공지된 장치를 구비한 타겟(10) 및 기판(12) 배열과 관련하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 고정된 내부 마그네트들을 구비한 캐소드 또는 이동하는 내부 마그네트들을 구비한 직사각형 캐소드들과 함께 활용될 수 있다. 부가적으로, 본 발명은 내부 마그네트(30)를 포함하지 않는 캐소드와 함께 사용될 수 있음을 주지한다. 본 실시예에서, 마그네트 디바이스는 비대칭 불균일성을 감소시키기 위해 타겟의 국부적 영역 내의 플라즈마 충전에 직접적으로 영향을 미친다. 또한, 본 발명은 기판(12)의 표면으로부터 재료를 제거하도록 플라즈마(23)를 활용한 다른 공정들에 사용될 수도 있다. 이는 플라즈마 스퍼터 에칭으로서 공지된 공정을 포함하며, 여기서, 플라즈마 방전은 기판의 표면을 원자적으로 에칭 및 세정하도록 사용된다. 이 공정에서, 마그네트 디바이스는 기판의 에칭의 균일성을 개선하도록 플라즈마 방전의 세기와 형상을 제어하도록 사용될 수 있다.
본 발명은 반도체들의 제조시의 표면들의 물리적 기상 공정 및 플라즈마 내의 비대칭적 불균일성을 보상하여 기판(12) 상의 플라즈마 공정의 균일성을 개선하도록 제공된다. 주로 상술한 실시예에서, 비대칭 불균일성의 대부분의 관심사는, 가스 포트 위치들, 및 기판의 표면 상에 공정 효과를 분포시키는데 부정적인 영향을 미치는 방식으로 가스 이온들 또는 코팅 재료의 대칭적 분포들을 변경하는 다른 요소들과 같이, 처리 챔버(13)의 고정 콤포넌트들로부터 유발되는 것들이다. 스퍼터 코팅 응용들에서, 본 발명의 주요 실시예들은 스퍼터링 캐소드 조립체(20)와 조합하여 보상 마그네트들(54, 76)을 사용하는 것을 설명하였으며, 보상 마그네트들(54, 76)은 타겟(10)으로부터 기판(12) 상으로 이동시키도록 코팅 재료의 대칭적 분포들을 생성하도록 된 대칭적 부식 패턴들을 생성하도록 설계되었다. 보상 마그네트들(54, 76)은 원래의 의도된 분포들을 공정 챔버(13) 내에 대부분 고정적으로 위치된 콤포넌트들 및 디바이스들에 의한 코팅 재료의 분포의 왜곡들을 상쇄 및 보상하기 위해 변경한다. 양호한 한 주요 실시예에서, 보상 마그네트(100a)는 타겟(10)에 인접하게 또는 일반적인 부근에 위치되며, 변경되고 비대칭적인 부식 패턴의 형태로 타겟(10)으로부터의 스퍼터링된 재료의 분포 상에 보상 비대칭성을 부과하도록 위치 및 배향되어 있다. 비대칭성의 보상은 타겟(10)으로부터의 재료의 제거를 유발하도록 타겟(10)의 표면에 충돌하는 플라즈마(23)의 공정 가스의 이온들의 분포 내에서 발생된다. 보상 마그네트(100a)는 타겟면(16)으로의 양으로 충전된 가스의 방향들을 변경하고, 플라즈마(23) 내의 전자들의 경로들 및 분포에 영향을 미침으로써 플라즈마(23) 내의 가스 이온들의 생성의 분포를 변경할 수 있다.
IPVD 시스템들에서, 동일한 문제들을 해결하기 위해서 본 발명이 이용될 수 있으며, 타겟 부식 프로파일의 보상 비대칭 변화들을 형성하도록 타겟(10)의 근방에 위치된 보상 마그네트(100a)를 사용하여 종래의 스퍼터 코팅 시스템의 문제를 해결한다. 그러나, IPVD에서, 특히, 발생된 코팅 재료의 이온들은 대칭적 분포로 기판(12)의 표면에 도달하도록 기판(12)을 향해 비대칭적으로 지향될 수 있다. 이는 이온화된 재료가 기판(12)을 향해 이동하는 이온화 경로에 인접하게 보상 마그네트(100b)를 제공함으로서 바람직하게 달성된다. 이온화된 재료가 기판(12) 상에 증착되는 곳에서, 재료의 증착에 의한 표면의 공정은 챔버(13) 내의 소자의 임의의 위치 및 다른 원인들로 인한 비대칭성 및 비대칭적 영향들을 현저히 보상하는 방식으로 균일하게 될 수 있다. 보상 마그네트(100b)는 영구자석이나 전자석일 수 있고, 타겟(10) 뒤, 공정 공간(28)의 측면 또는 기판(12) 뒤에 위치될 수 있고, 소정의 비대칭성 보상 효과를 달성하기 위해 필요한 바에 따라 다양한 배향성을 가질 수 있다. 이온화된 재료가 기판(12)의 표면의 다른 상태 조절 또는 에칭에 사용되는 경우에, 본 발명은 기판(12)의 표면의 공정을 균일하고, 이러한 공정의 비대칭성들을 보상하기 위해 유사하게 적용될 수 있다.
또한, 기판(12) 또는 타겟면(16)의 공정에서, 스퍼터링된 재료 또는 코팅 재료의 이온들에 의하든지 챔버(13) 내의 가스의 이온들에 의하든지 간에, 공정될 표면(12, 16) 뒤에, 인접하게 또는 달리 그 근방에 위치된 마그네트(100c)는 코팅, 에칭, 상태 조절, 또는 공정에 의해 다른 처리가 수행되는 어떤 것이라도 표면(12, 16)의 공정 내의 원하는 불균일성 보상을 달성하도록 구성 및 위치될 수 있다.

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  10. 진공 공정 챔버 내에 포함된 기판을 처리하는 플라즈마 공정 장치(19)로서, 상기 진공 공정 챔버는 상기 기판 상으로 입사하는 공정 이온들(processing ions)의 비대칭적 불균일 분포를 상기 기판 축 주위에서 비대칭적으로 유발하는 특성들을 가지는, 상기 플라즈마 공정 장치(19)는,
    공정 공간(28)을 둘러싸고 중심 축을 갖는 상기 진공 공정 챔버(13)와,
    상기 챔버(13) 내의 축에 중심을 두고, 표면이 플라즈마(23)로부터의 이온들과 충돌하게 되는 기판(12)을 지지하는 지지부(27)와,
    에너지가 인가될 때, 상기 지지부(27) 상의 기판(12)에 충돌하기 위한 이온들의 플라즈마를 상기 공정 공간(28) 내에 제공하는 상기 챔버 내의 가스와,
    상기 축 주위에서 대칭인 이온들의 분포를 생성하기 위해 상기 플라즈마를 한정하도록 캐소드 조립체(20), 주 마그네트(30) 및 전자기 에너지 소스(120)로 구성된 구조와,
    상기 기판 축 주위에서 이온들의 비대칭적 분포를 비대칭적으로 유발하는 상기 챔버 특성들의 영향들을 상쇄(offset)하고, 그에 의해 상기 이온들로 상기 기판을 균일하게 처리(treat)하는 보상된 이온들 분포를 생성하는데 효과적인 보상 자계를 생성하도록 구성 및 위치된 보상 마그네트(54, 76, 100a, 100b, 100c)를 포함하는, 상기 플라즈마 공정 장치(19)에 있어서,
    상기 보상 마그네트(100b, 100c)는 상기 공정 공간(28)의 어느 한 쪽에 위치되어, 상기 이온들이 상기 기판에 충돌하도록 이동됨에 따라 상기 이온들에 인접하게 위치되거나, 및/또는 상기 기판 지지부(27)에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    표면을 가지고, 상기 챔버(13) 내의 축 상에 중심을 두며, 에너지가 인가될 때 코팅 재료의 소스를 제공하는 타겟(10)을 더 포함하고,
    상기 플라즈마를 한정하도록 구성된 구조는, 상기 타겟의 표면으로부터 재료 제거를 상기 축 주위에서 대칭적인 분포로 생성하도록 형성된 분포로 상기 타겟에 인접한 상기 가스의 플라즈마를 한정하는 주 마그네트(30)를 포함하는 캐소드 조립체(20)를 포함하고,
    상기 보상 마그네트(54, 76, 100)는 상기 챔버 특성들의 영향들을 상쇄하는 보상된 분포로 상기 타겟의 표면으로부터 재료를 제거하도록 상기 플라즈마의 분포의 형상을 변화시키는데 효과적인 상기 보상 자계를 플라즈마 내에 생성하도록 구성 및 위치되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 주 마그네트(30)는, 상기 축에 대해 대칭인 상기 타겟의 부식(erosion)을 생성하기 위해, 상기 가스 및 타겟에 에너지가 인가될 때 회전하도록, 상기 챔버의 축 상에 회전 가능하게 장착된 마그네트 조립체를 포함하고,
    상기 보상 마그네트는, 상기 소스로부터 이동하는 재료의 분포를 상기 기판 축 주위에서 비대칭적으로 유발하는 상기 챔버(13)의 콤포넌트들에 대해 고정된 마그네트 콤포넌트들(54, 76)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 한정하도록 캐소드 조립체(20), 주 마그네트(30) 및 전자기 에너지 소스(120)로 구성된 구조는 상기 챔버의 축에 중심을 두고, 상기 기판의 표면 상에 소정의 이온들 분포들을 생성하도록 작동 가능한 마그네트 조립체(30)를 포함하고,
    상기 보상 마그네트(54, 76, 100)는, 상기 기판 상으로 이동하는 상기 이온들의 분포를 상기 기판 축 주위에서 비대칭적으로 유발하는 상기 챔버의 콤포넌트들에 대해 고정된 마그네트 콤포넌트들(54, 76)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 장치.
  14. 진공 공정 챔버 내에 포함된 기판을 처리하는 플라즈마 공정 장치(19)로서, 상기 진공 공정 챔버는 소스로부터 상기 기판 상으로 재료의 비대칭적 불균일 분포를 상기 기판 축 주위에서 비대칭적으로 유발하는 특성들을 가지는, 상기 플라즈마 공정 장치(19)는,
    공정 공간(28)을 둘러싸고 중심 축을 갖는 상기 진공 공정 챔버(13)와,
    상기 챔버(13) 내의 축에 중심을 두고, 증착이 표면에서 이루어지는 기판(12)을 지지하는 기판 지지부(27)와,
    기화된 재료(vaporized material)의 소스(10)로서, 상기 재료는 상기 지지부 상의 기판으로 이동할 수 있는, 상기 기화된 재료의 소스(10)와,
    상기 챔버 내의 가스와,
    무선 주파수(RF) 에너지 소스(127)와,
    상기 RF 에너지 소스(127)에 접속되고, 상기 소스(127)로부터의 RF 에너지가 인가되었을 때, 상기 가스 내에 이차 플라즈마를 생성하고, 그에 의해 상기 소스로부터 지지부(27) 상의 기판(12) 상으로 이동하는 재료를 이온화하도록 상기 챔버를 둘러싸는 코일(30)과,
    상기 지지부(27) 상의 기판(12)을 향해 상기 축에 평행한 방향으로 상기 이온화된 재료를 배향(direct)하는데 효과적인 전자기 에너지 소스(120)를 포함하는, 상기 플라즈마 공정 장치(19)에 있어서,
    상기 장치는, 상기 기판 축 주위에서 이온화된 재료들의 비대칭적 분포를 비대칭적으로 유발하는 상기 챔버(13) 특성의 영향들을 상쇄하고, 그에 의해 이온화된 재료로 상기 기판(12)을 균일하게 처리하는 상기 이온화된 재료의 보상된 분포를 생성하는데 효과적인 보상 자계를 생성하도록 구성 및 위치된 보상 마그네트(54, 76, 100a, 100b, 100c)를 더 포함하며,
    상기 보상 마그네트(100b, 100c)는 상기 공정 공간(28)의 어느 한 쪽에 위치되어, 상기 이온들이 상기 기판에 충돌하도록 이동됨에 따라 상기 이온들에 인접하게 위치되거나, 및/또는 상기 기판 지지부(27)에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기화된 재료의 소스는 상기 챔버(13) 내의 축에 중심을 두고, 에너지가 인가될 때 코팅 재료의 소스를 제공하는 타겟(10)과,
    에너지가 인가될 때, 상기 타겟(10)으로부터 재료를 제거하기 위해 스퍼터링 가스 이온들의 주 플라즈마(23)를 제공하는 상기 챔버 내의 가스와,
    상기 축 주위에서 대칭인 상기 플라즈마에 의해 상기 타겟의 부식을 생성하도록 형성된 분포로 상기 타겟에 인접한 스퍼터링 가스의 상기 주 플라즈마(23)를 한정하도록 구성된 주 마그네트(30)와, 상기 주 플라즈마(23)를 생성하도록 상기 타겟 및 가스에 에너지를 인가하기 위해 상기 에너지 소스(120)에 대한 접속부를 포함하는 캐소드 조립체(20)를 포함하고,
    상기 보상 마그네트(54, 76, 100)는 상기 챔버(13) 특성의 영향들을 상쇄하는 보상된 분포로 상기 타겟(10)으로부터 재료를 제거하도록 상기 주 플라즈마(23)의 분포의 형상을 변화시키는데 효과적인 보상 자계를 상기 주 플라즈마(23) 내에 생성하도록 구성 및 위치되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 주 마그네트(30)는 상기 축에 대해 대칭인 상기 타겟의 부식을 생성하기 위해 상기 가스 및 타겟에 에너지가 인가될 때 회전하도록, 상기 챔버의 축 상에 회전 가능하게 장착된 마그네트 조립체를 포함하고,
    상기 보상 마그네트는, 상기 소스로부터 이동하는 재료의 분포를 상기 기판 축 주위에서 비대칭적으로 유발하는 상기 챔버(13)의 콤포넌트들에 대해 고정된 마그네트 콤포넌트들(54, 76)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 장치.
  17. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 기판의 표면 상에 상기 재료의 막을 증착하는데 효과적인 속도로 상기 소스로부터의 재료를 상기 기판(12) 상으로 이동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 장치.
  18. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 기판의 표면을 에칭하는데 효과적인 속도로 상기 소스로부터의 재료를 기판(12) 상으로 이동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 장치.
  19. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 기판의 표면을 상태 조절하는데 효과적인 속도로 상기 소스로부터의 재료를 기판(12) 상으로 이동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정 장치.
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