KR100538661B1 - 진공챔버실드를가열및냉각시키는방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 처리 챔버내의 분진을 감소시키는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 장치는 진공 처리 챔버 내부의 일부분을 라이닝(lining)하기 위한 실드를 포함한다. 실드의 내부는 실드 경로(passage)를 형성한다. 히터 엘리먼트는 실드 경로 내부에 배치된다. 가스 유입구는 가스를 실드 경로의 내부에 공급하는데 사용된다. 사용가능한 온도범위는 넓으며 일반적으로 프로세스에 맞춰진다. 예를들어, 본 발명은 고속 냉각 및 베이킹아웃(bakeout)을 제공하는데 사용될 수 있다. 일단 온도가 선택되면, 열 순환과정에 따른 변형력을 최소화하기 위해 등온 상태가 유지되어, 균열 및 박리현상을 감소시킬 수 있다.

Description

진공 챔버 실드를 가열 및 냉각시키는 방법 및 장치 {HEATED AND COOLED VACUUM CHAMBER SHIELD}
본 발명은 처리챔버내의 분진을 감소시키는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 진공 챔버 실드를 빠르게 가열 및 냉각시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 기판처리와 특히 스퍼터링과 같은 물리 기상 증착(PVD;physical vapor deposition) 프로세스에서는, 분진들이 존재하며 이러한 분진들은 처리챔버내에서 발생된다. 이러한 분진들은 처리되는 기판을 오염 및 손상시킬 수 있다. 이러한 분진("자유" 입자로 알려짐)이 처리되는 기판상에 존재할 때, 이들은 기판의 작은 영역을 오염시킬 수 있다. 만일 기판이 개별 칩으로 다이 커팅(die cut)된다면, 오염된 칩은 폐기될 수 있다. 그러나, 큰 기판이 플랫 패널 디스플레이와 같은 단일 품목으로서 연속적으로 사용되는 경우, 하나의 결점으로 인해 전체 유니트가 불량품이 된다.
오염분진은 여러 원인으로부터 생길 수 있다. 챔버 세정이 불완전하거나 또는 결함있는 경우에는 분진이 챔버내에 남아 있어 오염을 유발한다. 처리챔버가 세정되더라도, 오염물질은 스퍼터링 처리중에 생성될 수 있다. 일 유형의 오염분진은 증착시키고자 하는 기판이외의 처리챔버 표면에 증착된 스퍼터 증착 물질로부터 생긴다. 이러한 오염분진들은 최초에 증착된 진공처리 챔버 내부의 위치로부터 추후에 분리될 수 있다. 이러한 오염분진들은 일반적으로 스퍼터 증착 물질로 이루어진 저온의 다분자 크기의 작은 알갱이(specks)로서, 스퍼터링 프로세싱 동안은 뜨겁지만 그 후에 주위 표면과 접촉하여 냉각된다. 이러한 알갱이들은 결함을 발생시켜 기판을 불량품으로 만든다.
분진이 발생하는 또 다른 원인은 고-네거티브로 대전된(바이어스된) 타겟과 주변의 접지 피스(piece) 사이의 전기적 아크이다. 아크는 PVD 처리 챔버내에서 타겟과, 일반적으로 타겟을 둘러싸는 실드인 주위표면 사이의 위치에서 발생한다. 인접 피스간의 아크는 심한 국부적인 온도 스파이크(spike)를 야기하여 대부분의 경우에 스파크 아크가 발생되는 피스들 중 하나의 물질 또는 두 물질의 분자들을 배출한다. 최상의 경우에, 배출된 분자가 기판에 안착된다 해도, 기껏해야 이러한 분자들은 코팅 패턴에서 수용가능한 작은 변형부를 생성한다. 최악의 경우에, 분진이 외부 물질인 경우에 기판은 오염되어 불량기판이 될 것이다.
PVD 처리 챔버에서, 스퍼터링 될 물질을 함유하는 타겟은 일반적으로 편평하며 기판과 평행하게 위치된다. 스퍼터링은 처리챔버내의 분자, 아르곤(Ar)과 같은 가스의 이온화를 포함한다. 가스분자는 일반적으로 직류(DC) 바이어스인 전기적 바이어스의 결과로 전기적으로 이온화된다. 일단 이온화되면, 양 이온은 반대로-바이어싱된 타겟에 충격을 가하여 타겟물질을 분자 크기 탄동 입자(ballistic particle)로서 챔버내로 배출시킨다. 진공챔버의 희박한 진공압력에서, 타겟분자는 짧은 거리에 위치된 스퍼터 증착 기판에 도달할 때까지 거의 방해받지 않고 이동한다.
이 스퍼터링 작용은 프로세스에 의해 원하는 바에 따라 기판을 코팅하지만, 스퍼터링되는 타겟물질이 모든 방향으로 방출되기 때문에, 기판 주위 처리챔버의 표면도 스퍼터 증착 물질로 코팅되는 경향이 있다. 이들 주위 표면은 일반적으로 초기에는 대기 온도 또는 실온으로 냉각되어 있다. 스퍼터링된 물질은 일반적으로 수천도의 매우 높은 온도를 갖는다. 접촉시, 스퍼터 증착 물질은 기판 주위의 처리챔버의 낮은 온도로 급속히 냉각한다. 내부 표면상에서 이들이 응집되어 내부표면을 약 180°내지 450°로 온도를 상승시킨다.
이는 여러 문제를 야기한다. 예를 들어, 일부 스퍼터 증착된 물질은 결과적으로 챔버표면으로부터 박리된다. 또한 부품들의 공차(tolerance)를 줄일 수도 있다.
이들 문제에 대처하기 위해, PVD 챔버는 처리챔버용 라이닝으로서 작용하는 "실드" 피스로 구축될 수 있다. 섀도우 프레임(shadow frame) 및 실드("실드"로 통칭함)는 스퍼터링되는 타겟의 에지와 기판의 에지 사이에서 실질적으로 처리챔버의 내부를 라이닝시킨다. 스퍼터 증착된 물질은 "실드"의 내부를 코팅하며 챔버벽의 내부를 코팅하지 않는다. "실드"는 용이하게 제거 및 세정되거나 대체될 수 있어 이온화된 처리가스에 연속적으로 노출되어 발생하는 경우와 같이 챔버벽 상에서의 유해한 효과를 감소시킨다.
또한 스퍼터링 타겟의 에지 주위에서의 아크도 분진을 발생시킨다. 아크는 타겟과 그 타겟에 인접하여 접지된(또는 다르게 바이어스된) 부재간의 바이어스된 전압이 소정의 값 보다 클 때 유도된다. 이러한 값은 타겟과 그 타겟에 인접하여 접지된(또는 다르게 바이어스된) 부재간의 갭 간격과 가스 압력의 곱에 대한 함수로서 공지되어 있다. 이러한 공지된 수치 관계는 파셴(Paschen) 곡선(아래에서 도 6을 설명할 때 상세히 고려됨)에 의해 주어진다. 상기 곡선은 특정 가스에 대한 "다크 스페이스(dark space) 링"내에서 주변실드와 타겟물질 사이에서 도전되어 아크되는 조건을 나타낸다. 아크는 "실드"와 같은 접지된 피스와 바이어스된 타겟의 에지들 사이에서 점프한다. 아크는 물질로부터 작은 알갱이들을 분출시킨다. 이러한 작은 알갱이들은 기판을 오염시킬 수 있다.
처리 챔버구조물의 온도변화에 기인한 처리 챔버구조물의 팽창 및 수축은 아크가 발생할 수 있을 때 차례로 영향을 주는 피스간의 갭 또는 공차에 영향을 미친다. 이러한 아크 문제에 대한 하나의 해결책은 아크를 방지하기 위해 비교적 작은 상수값으로 인접한 피스들(즉, 실드와 타겟) 사이의 간격을 유지하는 것이다. 그러나, 실드는 팽창하기 때문에 실드와 타겟물질간의 일정 간격을 유지하는 것이 곤란하고, 실드의 온도는 처리동안 스퍼터링된 물질과 이온화된 가스 입자에 대한 노출에 기인하여 상승한다. 스퍼터링이 액정 크리스탈 디스플레이(LCD) 분야에 사용될 때, 원하는 범위로 간격을 유지하는 것이 매우 곤란하다. 이러한 사용에서, 스퍼터링되는 면적 크기는 비교적 크고(약 470mm x 370mm), 스퍼터링되는 타겟의 둘레에 길고 넓은 실드(외부 크기는 예를들어, 약 660mm x 570mm)를 필요로 한다. 커다란 크기는 상이한 열 팽창으로 인한 많은 이동을 가져온다. 더욱이, 처리챔버의 조립동안 타겟물질로부터 실드가 조금이라도 오정렬되거나 오프셋되면 챔버의 일측에서 아크가 발생하기 쉬운 간격이 만들어지고, 이로 인해 분진이 생성된다. 스퍼터링이 턴 온 및 턴 오프됨에 따라 발생하는 실드 엘리먼트의 열 사이클링은 스퍼터 증착된 물질과 실드 피스 사이의 접착 본드에 응력을 가한다. 약하게 본딩된 작은 알갱이들은 열 사이클링의 결과로서 떨어지거나 박리된다.
이러한 문제에 대한 또다른 해결책은 실드를 거의 스퍼터 증착 물질의 온도까지 가열시켜 스퍼터 증착 물질과 실드 사이의 온도를 같게 하는 것이다. 이러한 방식에서는, 스퍼터 증착된 물질과 이것이 증착되는 실드 표면 사이에서 상이한 열 팽창은 거의 또는 전혀 없다.
이러한 해결책에서, 가열 실드의 온도는 챔버 프로세스에 영향을 주지 않으면서 실드의 하부를 가열하도록 구성된 방사형 히터의 조립체에 의해 제어된다. 실드의 가열은 실드를 팽창시킨다. 또한 타겟물질은 타겟의 에지와 실드의 에지 사이에서 간격의 실질적인 변화가 최소화되도록 팽창한다.
타겟물질은 일반적으로 과열을 방지하기 위해 물(water)과 같은 액체에 의해 냉각된다. 타겟으로부터 배출된 스퍼터 증착된 물질이 접촉하는 표면의 온도를 약 180℃ 내지 450℃로 상승시키는 경우에도, 타겟물질, 또는 배킹 플레이트가 사용되는 경우엔, 타겟물질과 배킹 플레이트의 전체 온도는 평균 약 50℃ 내지 100℃이다. 이러한 시스템에서, 의자형 또는 "h" 형 단면을 갖는 실드에는 챔버의 중앙에 대면하는 의자(chair)의 전면부가 제공된다.
이러한 구성의 실드를 가열 및 냉각하기 위해선 수시간이 걸리며, 가열시간보다 냉각시간이 더 오래 걸린다. 이는 부분적으로 처리챔버의 진공환경에서 복사에 의한 히터로부터 실드로의 열전달에 기인한다. 이는 매우 비효율적이다. 챔버에서 가스를 배출시키더라도 2시간 또는 3시간 이상의 냉각시간이 필요하다. 또한 이러한 배출은 가열 표면의 외부로 전도에 의한 열 에너지의 전달에 좌우되므로 비효율적이다. 느린 냉각은 챔버 개방 및 폐쇄 프로세스에서 장애를 발생시키며, 이는 챔버가 기판처리에 이용할 수 있는 시간을 상당히 단축시킨다.
이러한 결점은 스퍼터링된 기판의 제조수율을 높이고 분진 오염에 의한 기판 불량을 제거 및 감소시키기 위해 극복되어야 한다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 진공챔버를 빠르게 가열 및 냉각시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 태양에서, 본 발명은 실드 내부에서 실드 경로를 한정하고 진공 처리챔버의 내부의 일부를 라이닝하기 위한 실드; 실드 경로내에 배치된 히터 엘리먼트; 및 실드 경로의 내부에 가스를 공급하기 위한 가스 유입구를 포함하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시는 다음사항을 포함한다. 실드는 실질적으로 장방형이다. 히터 엘리먼트는 실드 경로내의 채널내부에 배치된다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 내부에서 기판이 지지되는 진공챔버를 포함하는 기판 처리용 처리챔버에 관한 것이다. 챔버는 기판위에서 처리영역에 면하는 내벽을 갖는다. 실드는 내벽을 라이닝하고, 내벽에 인접하여 배치되며, 실드의 내부는 히터 엘리먼트가 배치된 실드 경로를 한정한다. 가스 유입구는 실드 경로의 내부에 가스를 공급하는데 사용된다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 타겟과 기판사이의 진공챔버의 벽부를 커버링하는 실드와 진공챔버 내부에 타겟을 갖는 스퍼터 챔버내의 기판에 대한 스퍼터링 프로세스에 관한 것이다. 실드는 내부에 히터 엘리먼트가 배치된 실드 경로를 한정하며 실드 경로의 내부에 가스를 공급하는 가스 유입구를 갖는다. 이 프로세스는 거기에 스퍼터 증착된 물질을 기판상에 형성하기 위해 타겟으로부터 기판상으로 물질을 스퍼터링하는 단계를 포함한다. 스퍼터링 단계 동안, 실드의 온도는 열 전도성 가스를 가스 유입구를 통하여 실드 경로로 흐르게 함으로써 스퍼터 증착 물질의 온도와 실질적으로 동일하도록 제어된다. 히터 엘리먼트는 열 전도성 가스가 내부에 존재하는 경우에 전원이 공급된다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 진공챔버; 장방형 기판을 지지하는 챔버내의 장방형 지지대; 4개가 결합된 실질적으로 직선형인 섹션들을 포함하고 다수의 진공챔버 벽과 지지대 사이에 배치된 실드 부재를 포함하는, 장방형 기판 처리용 챔버에 관한 것이다. 실드는 히터 엘리먼트가 내부에 배치된 실드 경로를 한정하고 가스를 실드 경로의 내부에 공급하기 위한 가스 유입구를 갖는다. 히터 엘리먼트는 실드 부재와 실질적으로 동일한 형태를 가진다.
본 발명의 추가 이점은 하기 설명에서 개시되고, 이러한 설명으로부터 부분적으로 명백해지거나 또는 본 발명의 실시예에 따라 인식될 것이다. 본 발명의 목적 및 이점은 청구범위에 나타난 특정 결합 수단 및 수단에 의해 실현되고 얻어질 수 있다.
본 명세서에 통합되고 일부를 이루는 첨부도면은, 본 발명을 개략적으로 예시하고 상기 개략적인 설명 및 다음의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다.
도 1은 일반적으로 PVD 스퍼터링 처리 챔버와 결합되는 피스들의 분해도이다. 더욱 상세한 사항은 본 발명의 양수인에 의해 소유된 미합중국 특허 제 5,487,822, 5,336,585 및 5,362,526호에 나타나 있고 그 전부는 본 명세서에 참조로 포함된다.
내부 프로세싱 챔버벽(31)과 슬릿밸브(32)를 갖는 프로세싱 챔버(30)는 게이트 밸브(35)와 저온(cryogenic) 진공 펌프 조립체(36)에 이르는 프레임(34)상에서 지지된다. 프로세싱 챔버(30)는 핀 플레이트(fin plate)(42) 위에서 지지되는 서스셉터 또는 스퍼터링 지지대(38)를 포함한다. 스퍼터링 지지대(38)는 스퍼터링 지지대 에이프런(40)에 의해 둘러싸인다. 기판(도 1에 도시되지 않음)은 스퍼터링 지지대(38)상에서 지지될 수 있다. 섀도우 프레임(44)은 스퍼터 증착 물질이 기판의 후면 및 에지에 증착되는 것을 방지하기 위해 처리 동안 기판의 에지를 커버한다. 서스셉터 지지대(38)상에 지지된 기판은 절연링(50) 및 하부 절연재(52)에 의해 처리 챔버(30)의 최상부에서 지지되는 타겟 조립체(54) 또는 타겟과 대면한다. 실드(또는 실드 조립체)(46)는 스퍼터링 지지대(38)를 둘러싸며 타겟(또는 타겟 조립체)(54)에 매우 인접하도록 연장한다. 타겟(54)의 최상부측은 자석 구동 조립체(도시되지 않음)를 수용하고 캡으로서의 역할을 하는 최상부 커버(58)를 지지하는 상부 절연재(56)로 자신의 주변이 커버된다.
최상부커버(58)는 타겟(54)의 후방측을 냉각시키기위해 커버를 통과하는 물과 같은 냉각 유체를 함유한다. 기타 구성에서, 타겟(54)은 필요한 냉각을 제공하기 위해 타겟내의 통로를 통하여 유체를 유동시킴으로써 냉각된다. 본 발명의 구성에서 도시된 바와 같은 최상부 커버(58)는, 힌지형 처리 챔버(30)의 일측 또는 양측상에서 프레임(34)과 최상부 커버(58)사이에 연결된 하나 이상의 가스-가압형 게이트-어시스팅 램(64)에 의해 최상부 커버(58)의 개방이 보조되도록, 스윙을 위한 힌지 시스템(62)상의 리프트 핸들(60)에 의해 들어올려질 수 있다.
도 2는 도 1에 조립되지 않은 상태로 도시된 조립된 처리 챔버(30)의 단면도이다. 도 2의 좌측부에서 알 수 있는 바와 같이, 처리챔버(30)는 하부 절연재(52)에 의해 둘러싸인 절연링(50)을 지지한다. 절연링(50)과 하부 절연재(52)는 모두 타겟(54)을 지지한다. 타겟(54)은 도 2에 도시된 바와 같은 중실(solid) 형태이거나 냉각을 위한 유체 통로를 구비할 수 있다. 전기적으로 바이어싱된 타겟(54)은 하부 절연재(52)와 상부 절연재(56)에 의해 외부로부터 커버되고 절연된다. 상부 커버(58)는 타겟(54)의 후방을 냉각하기 위해 챔버 내부에 액체가 공급될 수 있도록 챔버를 형성하거나 처리 챔버와 압력이 동일하도록 진공상태로 될 수 있는 챔버를 형성할 수 있다. 선형 스캐닝 자석 캐리어(59)는 스퍼터링 처리를 보조하기 위해 최상부 커버(58)에 공통으로 제공되고, 타겟물질이 불균일하게 침식되는 것을 방지하여 폐기물을 감소시킨다.
기판(66)은 스퍼터링 지지대(38)에 장착된다. 스퍼터링 지지대(38)의 에지는 스퍼터링 지지대 에이프런(40)에 의해 커버되는 반면에 기판(66)의 에지는 섀도우 프레임(44)에 의해 커버된다.
스퍼터링 지지대(38)가 점선(38a)으로 윤곽이 도시된 위치로 하강된 후, 로봇 패들(도시되지 않음)은 기판(66)을 슬릿 밸브(32)를 통하여 처리챔버(30)내의 위치로 이동시킨다. 리프터 조립체(68)는 로봇 패들로부터 기판(66)을 리프팅시키며 로봇 패들은 되돌아간다(withdraw). 스퍼터링 지지대(38)는 그후 기판(66)과 섀도우 프레임(44)을 처리위치로 리프팅하기 위해 상승한다. 언로딩은 역순으로 수행된다.
기판지지 조립체(상기 설명됨)의 섀도우 프레임(44), 에이프런(40) 및 지지대(38)는 실드(46)에 의해 둘레가 둘러싸인다. 실드(46)는 스퍼터링되는 기판과 스퍼터링 타겟사이에서 처리 챔버의 제거가능한 라이닝으로서의 역할을 한다. 실드(46)는 일련의 나이프 에지 지지 실린더(예를 들어, 84)를 유지하는 처리 챔버 벽(31)의 레지로부터 지지된다.
도3, 4 및 5(a)-5(b)는 각각 실드(46)의 평면도, 측면도 및 사시도를 도시한다. 실드(46)는 실드 직선부(47) 및 실드 모서리부(49)를 포함한다. 실드 직선부(47) 및 모서리부(49)는 전자 빔 용접을 사용하여 결합된다. 실드(46)는 일반적으로 금속(예를들어, 316L 스테인리스 강)으로 이루어진다.
나이프 에지 지지 실린더(84,85,86 및 87)는 처리챔버(30)의 내측상에서 수직으로 연장하는 대응 보어(counterbore)내에 느슨하게 끼워진다. 나이프 에지 수용 그루브(97,98,99 및 100)는 실드 모서리부(49)의 짧은 선형부에 형성되고, 모서리부(49)의 실제 굴곡부에 인접한 장방형 실드의 긴 측부를 따라 실드의 외부 에지에서 바닥에 위치되지만, 전체적으로 실드 모서리부(49)내에 위치된다. 그루브의 리지(또는 스웨일(swale))는 장방형 실드의 긴 측부로부터 약 45°(본 예에선 대칭으로 되고 처리챔버내의 기타 부품과 방해되지 않도록 실질적으로 46.5°)로 연장하는 중심라인(102 및 103)을 따라 정렬된다. 중심라인(102 및 103)은 기판 처리 중에 처리챔버(30)의 중심에 대응하는 장방형 실드의 중심에서 교차한다.
도 4는 실드(46)의 외주에 있는 기밀 실드 경로(141)를 도시한다. 히터 스트립(147)은 기밀 실드 경로(141)의 채널 내부에 위치될 수 있다. 제조기술에 따라 히터 스트립(14)을 채널내에 위치시키고 채널 셧트(shut)를 용접할 수 있다. 히터 스트립(147)은 가열동안 실드(46)의 변형 및 열팽창을 최소화하도록 배치될 수 있다. 이러한 배치는 일반적으로 실드의 구체적인 형상에 따라 달라질 것이고, 예를들어 유한 요소 분석을 이용하여 계산될 수 있다.
도 5(a)를 참조하면, 히터 스트립(147)의 히터 엘리먼트에 대한 전기적 연결이 개구(143 및 145)를 통한 컨덕터 리드(도시되지 않음)에 의해 제공된다. 호스(149 및 151)는 실드 경로(141)로부터 그리고 그 실드 경로로 가스를 운반한다. 가스 흐름은 실드 전체를 통해 상당한 전도가 발생할 수 있도록 선택된다. 이들 호스는 진공챔버를 통해 경로가 정해질 것이다. 파워 히터 스트립(147)에 대한 배선은 이들 호스내부에 배치될 수 있다.
호스(149 및 151)가 개구(143 및 145)에 부착되도록 시일(seal)(도시되지 않음)이 제공될 수 있다. 이들 시일은 가스가 실드 경로(141)로부터 처리 챔버(30)의 나머지 부분으로 이탈하는 것을 방지한다. 이들 시일은 금속으로 이루어질 수 있다. 또 호스(149 및 151)를 진공챔버로부터 챔버 외부의 가스 소스로 연결하기 위한 다른 시일 셋트가 제공될 수 있다. 히터 스트립 연결부를 실드 경로(141)로부터 챔버 외부로 연결하기 위해 유사한 시일이 제공될 수 있다.
가열 사이클 동안, 전도성 열 전달이 히터 스트립(147)의 표면과 실드 경로(141)의 내부 표면 사이에서 발생하도록 실드 경로(141)가 열-전도 가스로 채워진다. 전형적으로 공기, 질소 및 아르곤과 같은 가스가 사용될 수 있다. 일반적으로, 실드 경로(141)에 의해서 얻어진 온도에서 반응성을 갖지 않도록 사용 가스가 선택된다. 히터 스트립(147)은 실드(46)를 통한 균일한 가열을 제공하도록 구성된다. 냉각 사이클 동안 냉각된 가스는 실드 경로(141)를 통하여 강제로 유동될 수 있다. 따라서 실드 경로(141)는 열 싱크 또는 냉각 코일로서 작용하며, 냉각 가스 분자와의 접촉에 의해 실드 경로(141)의 고온 표면을 냉각시킨다. 실드 경로(141)를 고속으로 냉각시키기 위해 냉각된 가스가 연속적으로 채워진다. 열이 즉각적으로 제거될 수 있으므로, 고 효율의 냉각을 촉진시킨다.
실드(46)는 나이프 에지 지지체에 의해 주변 처리챔버 벽(31)으로부터 격리된다. 실드와 처리챔버 벽 사이의 직접 접촉 및 표면 영역의 최소화로 인해, 전도성 열 전달에 기인한 열 손실은 최소가 된다. 몇몇 경우에 실드(46)에 전기적 바이어스(타겟 조립체에 공급된 바이어스와는 다른 바이어스)를 공급하는 것이 바람직하다. 이 경우에 절연 나이프 에지 지지체(예를들어 세라믹-알루미나)의 셋트는 접지된 챔버 벽으로부터 실드(46)를 분리하며, 실드(46)에 전기적 바이어스가 공급된다. 실드(46)의 접지가 필요한 기타의 경우에, 전도성 금속 나이프 에지 지지체 실린더 셋트가 실드(46)를 지지하는 경우에도, 여분의 접지 스트랩(도시되지 않음)이 접지를 확실하게 하기 위해 실드(46)와 챔버(30) 사이에서 고정된다.
실드를 가열하는 것은 원치않는 분진을 발생시킬 수 있는 실드(46)와 타겟(54) 사이의 아크를 방지하기 위해 타겟(54) 주위의 영역과 실드(46)의 최상부 에지 사이에 간격을 유지하는데 도움을 준다. 특히, 실드(46)의 열 팽창은 실드(46)와 타겟(54) 사이의 간격을 증대시키는 경향이 있다.
실드(46)는 스퍼터링되는 여러 물질에 맞춰 여러 온도로 유지될 수 있다. 이는 다양한 성장 프로세스에 도움을 주기 위해 행해질 수 있다.
실드가 가열될 수 있는 성장 프로세스의 예로서, 실리콘은 기판상에 폴리실리콘 층을 생성하기 위해 스퍼터링될 수 있다. 이러한 프로세스는 결정화도(crystallinity)을 향상시키기 위해 고온에서 수행될 수 있지만, 고온이 아닌 경우에는 성장률 및 플라즈마 파워가 작다. 이러한 예에서, 서스셉터(및 기판) 온도는 약 400℃ 일 수 있고 실드의 온도는 약 425℃ 내지 450℃ 범위의 온도일 수 있다. 플라즈마 파워의 범위는 500와트 내지 1 킬로와트 범위일 수 있다. 1 킬로와트에서, 분당 수백 옹스트롬의 성장률이 얻어질 수 있다. 이러한 조건 및 상기 실드 가열에서, 양호한 온도 균일성이 얻어졌다.
반대로 실드가 냉각되는 성장 프로세스의 예에서, 알루미늄 합금이 기판상에 증착될 수 있다. 이러한 프로세스는 알루미늄 합금이 용액으로부터 침전되지 않도록 저온에서 수행될 것이다. 즉, 저온은 알루미늄 합금의 비정질 용액을 유지한다. 저온은 수냉식으로 유지될 수 있고, 그 외에 열 전달 오일, 에어, 드라이 질소 등과 같은 기타 액체 또는 가스가 사용될 수 있다. 이 경우에 실드 온도는 약 110℃일 수 있다. 이 경우에, 고전력 및 고성장률이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전력은 최고 20 KW 또는 이 보다 클 수 있고, 성장률은 분당 1 미크론 또는 그 이상일 수 있다. 이 경우에 막 성분이 용액으로부터 석출되지 않고 양질의 막이 성장될 수 있다. 이 경우에, 표면에 흡수된 오염물질을 증발시키기 위해, 고온까지 실드 온도를 신속하게 사이클링시켜 막 성장 사이클을 개시할 수 있다.
가열된 실드로 베이크아웃(bakeout) 단계를 수행할 수도 있다. 예를 들어, 실드는 약 450℃ 내지 500℃의 온도로 가열될 수 있다. 아르곤과 같은 가스 흐름은 1/2 토르 압력을 생성하도록 시작될 수 있다. 필요한 경우 적외선 램프 또는 기타 가열 장치가 더욱 고온으로 실드의 온도를 가열시킬 수 있다. 이러한 단계는 여러 목적을 달성한다. 첫째, 실드의 표면에 흡수된 임의의 유기물 입자를 증발시켜서 세정할 수 있다. 둘째, 실드의 표면에 흡수될 수 있는 임의의 수증기, 공기 또는 산소를 방출한다. 셋째, 오버코트의 접착을 강화하기 위해 금속표면을 활성화시킬 수 있다. 예를 들어, 베이크아웃 단계 후, 증착 물질 제 1 코팅을 실드상에 양호하게 접착하는 것이 중요하며, 그렇지 않으면 이후의 프로세스에서 큰 조각으로 침전물이 벗겨져 떨어지게 된다. 실드의 가열은 이러한 표면 활성화를 달성하는데 도움을 준다.
타겟물질을 위한 전형적인 실드 온도는: 알루미늄(Al)은 약 350℃; ITO는 약 330℃; 탄탈륨(Ta)은 약 300℃이다. 이들 온도는 적절한 정확도(약 ±15℃ 범위내)로 유지될 수 있다. 이 실드 온도는 가열 및 냉각을 통하여 조절될 수 있고 증착 프로세스에 맞춰 적절한 범위로 조절된다. 상기 물질들은 상온으로부터 상온으로부터 약 450℃ 내지 500℃가 될 수 있다. 이 실드 온도는 일반적으로 물질에 대한 프로세스에 따라 조절된다.
실드(46)의 온도는 실드(46)의 외부면 온도가 스퍼터 증착 물질의 온도와 거의 근사하도록 히터 스트립(147)의 온도를 변경 및 제어하므로써 제어 및 증가될 수 있다. 실드 경로(141)내의 열 전도성 가스는 히터 스트립(147)으로부터 실드(46)의 나머지 부분으로 고속 열 전달을 가능케 한다. 이러한 상태에서, 실드(46)의 외부에 도달하는 스퍼터 증착 물질이 매우 적을 때에는, 스퍼터 증착 물질과 실드(46) 사이에 온도차가 존재한다. 이들이 모두 상온으로 냉각될 때, 상이한 열 팽창으로 인한 계면 스트레스는 무시할 수 있다. 스퍼터 증착 물질을 박리하고 분리시킬 수 있는 열 사이클링은 실드(46)의 온도를 정상적인 작동 온도에서 유지하기 위해 히터 스트립(147)을 사용함으로써 방지된다. 이는 대략 상온 내지 500℃ 범위일 수 있다. 스퍼터링 동안, 프로세스로부터 대량의 열 에너지 입력이 제공되기 때문에 히터 스트립(147)에는 소량의 에너지만이 입력될 수 있다. 스퍼터링 이벤트들 사이에서, 처리된 기판이 제거되고 새로운 기판이 처리를 위한 위치로 인입되는 동안, 히터 스트립(147)은 상온 내지 500℃ 로 실드 온도를 유지하기 위해 보다 많은 에너지 입력을 제공할 것이다.
고진공 펌핑 시스템에 노출되었을 때 단기간에 높은 진공에 도달하는 것을 방해하는 물 분자의 거친 표면에의 표면부착이 최소화되도록, 실드(46)의 최상부 면과 선택된 바닥면은 적어도 약 20Ra 의 고광택으로 연마될 수 있다. 평탄면은 분자의 접착력을 감소시키며 거칠거나 연마되지 않은 표면을 펌핑다운하는데 걸리는 시간과 비교할 때 펌핑 다운하는 시간을 감소시킨다.
도 5(b)를 참조하면, 실드(46)의 내면(91)이 히터 스트립(147)으로부터 수용된 복사 열을 더욱 양호하게 흡수하도록 높은 복사율(emissivity)을 갖는 반면에 실드(46)의 외부 표면은 낮은 복사율을 갖도록 실드(46) 표면들이 가공(예를 들어, 연마)된다. 표면 복사율의 이러한 차이는 처리 온도로 실드(46)를 가열시키는데 필요한 에너지를 감소시키며 또한 실드(46)를 소정의 베이크아웃 온도(약 450℃)로 가열시키는데 필요한 시간을 더욱 감소시킨다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예는 처리 챔버(30)에서 실드(46)의 온도를 고속으로 사이클링시키는 방법을 수행하는데 사용될 수 있다.
하나의 방법은 타겟(54)으로부터 기판(66)으로 물질을 스퍼터링하는 동안, 실드(46)상에 스퍼터 증착되는 물질의 온도를 결정하는 단계 및 처리챔버(30)를 라이닝하고 있는 실드(46)를 스퍼터링되는 물질의 온도와 근사한 온도로 가열하는 단계를 포함한다.
실드(46)는 기밀 실드 경로(141)내부의 히터 스트립(147)을 가열함으로써 가열된다. 열-전도성 가스는 실드 경로(141)의 내벽과 히터 스트립(147) 사이에서 열 전달을 촉진하기 위해 기밀 실드 경로(147)를 통해 흐른다.
실드의 세정은 일반적으로 세정 단계 후 존재하는 수분 함유 잔류물 또는 유기물을 증발시키기 위해 실드가 고온으로 가열되는 베이크아웃 단계를 통해 실시된다. 이들 물질을 증발시킴으로써, 초기에 스퍼터링된 물질은 매우 강하게 접착될 수 있다. 그 결과 파괴강도는 매우 클 것이다.
바람직한 실시예의 관점에서 본 발명이 설명되었다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 의해 정의된다.
상기와 같은 본 발명의 구성에 의해 스퍼터링된 기판의 제조수율을 높이고 분진 오염에 의한 기판 불량을 제거 및 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예에서 사용될 수 있는 PVD 진공 처리 챔버의 분해도.
도 2는 도 1의 2-2 라인을 따라 절취한 상기 처리 챔버의 좌측부의 확대 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 실드 실시예의 평면도.
도 4는 도 3의 라인 4-4를 따라 절취한 본 발명에 따른 실드 실시예의 측단면도.
도 5(a)는 실드 경로내에 설치된 히터 스트립을 도시하기 위해 절취한, 본 발명에 따른 실드의 사시도.
도 5(b)는 도 5(a)의 라인 5(b)-5(b)를 따라 절취한 본 발명에 따른 실드의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
30 : 처리챔버 31 : 처리챔버 벽
32 : 슬릿밸브 34 : 프레임
35 : 게이트 밸브 36 : 크라이오제닉 진공펌프 조립체
38 : 스퍼터링 지지대 40 : 스퍼터링 지지대 에이프런
42 : 핀 플레이트 44 : 섀도우 프레임
46 : 실드 49 : 실드 코너부
50 : 절연링 52 : 하부 절연재
54 : 타겟 56 : 상부 절연재
58 : 최상부 커버 66 : 기판
141 : 기밀 실드 경로 147 : 히터 스트랩
143,145 : 개구

Claims (8)

  1. 진공 처리챔버 내부의 일부를 라이닝하는 실드로서, 상기 실드의 내부가 실드 경로를 형성하는, 실드;
    상기 실드 경로내에 배치된 히터 엘리먼트; 및
    상기 실드 경로의 내부로 가스를 공급하는 가스 유입구를 포함하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 실드는 실질적으로 장방형인 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 히터 엘리먼트는 상기 실드 경로내에 위치된 채널 내부에 배치된 장치.
  4. 기판 위쪽의 처리영역과 마주하는 내벽을 가지며, 상기 기판이 내부에서 지지될 수 있는 진공챔버;
    상기 내벽을 라이닝하며 상기 내벽과 인접하여 배치된 실드로서, 상기 실드의 내부는 히터 엘리먼트가 배치된 실드 경로를 형성하는, 실드; 및
    상기 실드 경로의 내부에 가스를 공급하는 가스 유입구를 포함하는 기판 처리용 처리챔버.
  5. 진공챔버 내부의 타겟 및 상기 타겟과 기판 사이에서 상기 진공챔버의 벽부를 커버링하는 실드를 갖는 챔버에서 상기 기판을 스퍼터링하는 방법으로서,
    상기 실드가 히터 엘리먼트가 내부에 배치된 실드 경로를 한정하고 상기 실드 경로의 내부로 가스를 공급하는 가스 유입구를 갖도록 상기 실드를 제공하는 단계;
    상기 기판상에 스퍼터 증착된 물질을 형성하기 위해 상기 타겟으로부터 상기 기판상에 물질을 스퍼터링하는 단계; 및
    상기 스퍼터링 단계 동안, 열 전도성 가스를 가스 유입구를 통하여 실드 경로내로 흐르게 하고 상기 열 전도성 가스가 있는 상태에서 상기 히터 엘리먼트에 전력을 공급함으로써 상기 실드의 온도를 미리 설정된 온도로 제어하는 단계를 포함하는 스퍼터링 방법.
  6. 진공챔버;
    장방형 기판을 지지하기 위한 상기 챔버내부의 전체적으로 장방형인 지지대; 및
    상기 챔버 벽과 상기 지지대 사이에 배치되고, 4개가 결합된 실질적으로 직선형인 섹션을 구비하며, 히터 엘리먼트가 내부에 배치된 실드 경로를 한정하고 상기 실드 경로의 내부로 가스를 공급하기 위한 가스 유입구를 갖는 실드 부재를 포함하는 장방형 기판 처리용 챔버.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 히터 엘리먼트는 상기 실드 부재와 실질적으로 동일한 형태를 갖는 장방형 기판 처리용 챔버.
  8. 반도체 처리챔버의 벽부를 커버링하는 실드를 갖는 반도체 처리챔버를 위한 베이크아웃 방법으로서,
    상기 실드가 히터 엘리먼트가 내부에 배치된 실드 경로를 한정하고 상기 실드 경로의 내부로 가스를 공급하는 가스 유입구를 갖도록 상기 실드를 제공하는 단계; 및
    열 전도성 가스를 가스 유입구를 통하여 상기 실드 경로내로 흐르게 하고 상기 열 전도성 가스가 있는 상태에서 상기 히터 엘리먼트에 전력을 공급함으로써 상기 실드의 온도를 미리 설정된 온도로 제어하는 단계를 포함하는 베이크아웃 방법.
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