KR100677718B1 - 플라즈마 점화 신뢰성을 증진시키는 스퍼터링 챔버 차폐물 및 스퍼터 반응로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DC 마그네트론 스퍼터링 반응로용 차폐물 특히, 코발트 또는 니켈과 같은 강자성 재료를 스퍼터링하는데 사용되는 플라즈마를 신뢰성있게 점화할 수 있다는 장점을 가진 차폐물에 관한 것이다. 접지된 차폐물은 암흑부로서 동작하는 작은 갭에 의해 타겟의 경사진 외주로부터 분리된 경사부를 포함한다. 차폐물은 또한 주 처리 영역을 감싸는 직선 원통형 부분을 포함한다. 경사부는 굴곡부에서 원통형 부분과 만난다. 본 발명에 따르면, 굴곡부는 타겟 표면으로부터 9mm 이상의 거리에 위치하고 타겟면의 외주의 내부로 적어도 1mm 방사방향으로 위치한다.

Description

플라즈마 점화 신뢰성을 증진시키는 스퍼터링 챔버 차폐물 {SPUTTERING CHAMBER SHIELD PROMOTING RELIABLE PLASMA IGNITION}

도 1은 DC 마그네트론 스퍼터 반응로의 단면도.

도 2는 본 발명에 따라 도 1의 스퍼터 반응로에서 사용할 수 있는 플라즈마 스퍼터링 차폐물의 일 실시예의 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: PVD 반응로 12: 챔버

14: 절연체 16: 타겟

18: 웨이퍼 20: 히터 지지대 전극

24: 차폐물 50: 마그네트론

본 발명은 플라즈마 스퍼터링 반응로에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 스퍼터링을 증진시키고 챔버의 측면을 보호하기 위해 사용되는 챔버 차폐물에 관한 것이다.

선택적으로 물리기상증착(PVD)이라 불리는 스퍼터링은 반도체 집적회로 제조시 재료 특히, 금속 및 금속-기본 재료 증착에 주로 사용되는 기술이다. 스퍼터링은 대부분 높은 증착율을 가지며, 비교적 간단하고 저가인 제조장치, 비교적 저가의 재료 전구체 및 PVD에 사용되는 타겟을 사용한다. 상업적으로 사용되는 스퍼터링의 일반적인 형태는 DC 마그네트론 스퍼터링이고, 이는 금속성 타겟의 스퍼터링에 제한된다. 스퍼터링은 반도체 집적회로내 금속화 레벨을 형성하기 위한 알루미늄(Al)의 증착에 널리 사용된다. 가장 최근에, PVD에 의한 구리 증착이 개발되었다. 하지만, 스퍼터링은 반도체 집적회로의 제조시 사용 가능한 재료의 범위가 더 넓다. 티타늄 또는 탄탈과 같은 금속으로 구성된 타겟이 플라즈마내 반응성 기체 전형적으로, 질소 존재하에서 스퍼터링되는 반응성 스퍼터링이 공지되어 있다. 이에 의해, 스퍼터링된 금속 원자는 웨이퍼상에 금속 화합물 특히, 질소 분위기에서 티타늄 타겟을 사용하는 티타늄 질화물 또는 질소 분위기에서 탄탈 타겟을 사용하는 탄탈 질화물과 같은 금속 질화물을 증착시키기 위해 반응성 기체와 반응한다.

다른 금속의 스퍼터링 또한 반도체 집적회로 제조시 중요하다. 예를 들어 알루미늄 금속화부를 실리콘에 접촉시키기 위한 통상적인 방법에서, 전형적으로 15nm 이하의 두께를 가진 티타늄 박층은 붕소 또는 인과 같은 p-형 또는 n-형 도펀트가 주입된 종래의 실리콘 기판의 좁은 소스 및 드레인 부분 상부에 증착된다. 다음으로, 웨이퍼가 빠른 열적 가공(RTP)에 의해 어닐링되어, 티타늄과 티타늄 계면에 인접한 실리콘이 함께 확산하여 규화물, 이 경우 티타늄 규화물을 형성한다. 규화물은 규화물 상부에 이후 증착되는 금속화부의 부착을 촉진하고 금속화부 및 반도체 실리콘 사이에 추가의 저항 접촉부를 제공한다.

하지만, 일반적으로 TiSi₂ 형태의 티타늄-기반 규화물은 몇몇 제한을 가진다. 규화물을 형성하기 위해 티타늄과 실리콘을 반응시키는데 필요한 온도는 요구되는 특성에 따라 600 내지 900℃ 범위로 비교적 높다. 이는 비교적 높은 온도이고 주입된 도펀트가 정션의 원하는 영역으로부터 확산하도록 하는 악영향을 미친다. 게다가, 티타늄 규화물은 점차적으로 좁은 소스 및 드레인 폭 내부에 증착됨에 따라 저항이 증가되는 경향을 나타낸다. 4Ω/?의 수용 가능한 낮은 판저항이 1㎛의 라인폭에서 얻어지고, 0.3㎛에서 대략 20Ω/?으로 증가된다.

이러한 이유로, 선택적인 규화물이 고려되었다. 코발트 및 니켈 규화물이 대안으로서 제시되었다. 이들의 규화 온도는 50 내지 200℃ 정도 낮아진다. 이들은 규화 공정 동안 적은 스트레스를 받는다. 라인폭에 대한 이들의 저항 의존도는 무시할 수 있다. 니켈 규화물(NiSi)은 규화 동안 낮은 저항성, 낮은 스트레스 및 낮은 실리콘 소비라는 잠재적인 장점을 가진다. 하지만, TiSi₂는 900℃, CoSi₂는 1000℃인 것에 비해 니켈 규화물은 대략 750℃에서만 안정하기 때문에 바람직하지 않다. 이러한 이유로, 코발트 실리콘은 티타늄 규화물에 대한 대체물로서는 너무나 고가의 비용이 든다.

코발트는 도 1에 개략적으로 도시된 형태의 DC 마그네트론 스퍼터 반응로내에서 스퍼터링된다.

통상적인 PVD 반응로(10)는 도 1에 개략 단면도로 도시되고, 이러한 도면은 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스사로부터 입수할 수 있는 엔두라 PVD 반응로이다. 반응로(10)는 웨이퍼 클램프(22)에 의해 히터 지지대 전극(20)상에 지지되는 웨이퍼(18)상에 증착될 일반적으로 금속과 같은 재료로 구성된 PVD 타겟(16)을 세라믹 절연체(14)를 통해 밀봉시키는 진공 챔버(12)를 포함한다. 웨이퍼 클램프(22) 대신에, 정전 척이 지지대(20)에 통합된다. 타겟 재료는 알루미늄, 구리, 알루미늄, 티타늄, 탄탈, 이들 금속의 합금 또는 수 퍼센트의 합금 성분을 가지거나 또는 DC 스퍼터링되는 다른 금속일 수 있다. 챔버내에 유지되는 차폐물(24)은 스퍼터링 재료로부터 챔버벽(12)을 보호하고 애노드 접지면을 제공한다. 선택 가능하고 제어 가능한 DC 전력원(26)은 차폐물(24)에 대해 대략 -600VDC로 타겟을 음으로 바이어싱한다. 통상적으로, 지지대(20)와 이에 따른 웨이퍼(18)가 전기적으로 부동인 상태로 남아있지만, 그럼에도 불구하고 플라즈마로부터 양으로 대전된 이온을 끌어당기는 약간의 DC 자체-바이어스(self-bias)를 가진다.

제 1 기체원(34)은 유량 조절기(mass flow controller)(36)를 통해 챔버(12)에 전형적으로 아르곤인 스퍼터링 수행 기체를 공급한다. 이러한 수행 기체는 도시된 바와 같이 차폐물의 후면에서 기체를 공급하는 하나 이상의 유입 파이프를 통해 기저부로부터 챔버(12)의 여러 위치로 공급된다. 기체는 차폐물(24)의 기저부를 관통하거나 또는 웨이퍼 클램프(22)와 차폐물(24) 및 지지대(20) 사이의 갭을 통과한다. 챔버(12)에 연결된 진공 시스템(44)은 넓은 파이핑부(46)를 통해 챔버(12)의 내부를 저압 상태로 유지한다. 비록 베이스 압력이 대략 10^-7Torr 또는 그 이하로 유지될 수 있지만, 아르곤 수행 기체의 통상적인 압력은 전형적으로 대략 1 내지 1000mTorr 사이로 유지된다. 컴퓨터-기반 제어기(48)가 DC 전력원(26)과 유량 조절기(36)를 포함한 반응로를 제어한다.

아르곤이 챔버 내부로 유입될 때, 타겟(16)과 차폐물(24) 사이에 인가된 DC 전압은 아르곤을 플라즈마로 점화시키고, 양으로 대전된 아르곤 이온이 음으로 대전된 타겟(16)으로 향한다. 이온은 상당한 에너지로 타겟을 가격하고 타겟 원자 또는 원자 클러스터가 타겟(16)으로부터 스퍼터링되도록 한다. 타겟 입자중 몇몇은 웨이퍼(18)를 가격하고 이에 따라 그곳에 증착되어, 타겟 재료로 구성된 막을 형성한다.

효율적인 스퍼터링을 위해, 마그네트론(50)이 타겟(14)의 후면에 위치한다. 마그네트론은 자석(52, 54)에 인접한 챔버 내부에 자기장을 발생시키는 자성 요크(56)에 의해 결합된 반대되는 극을 가진 자석(52, 54)을 가진다. 자기장은 전자를 가두고, 전하 평형을 위해 이온 밀도 또한 증가되어 마그네트론(50)에 인접한 챔버 내부에 고밀도 플라즈마 영역(58)을 형성한다. 타겟(14)의 스퍼터링에서의 완전한 커버리지를 달성하기 위해, 마그네트론(50)은 일반적으로 도시되지 않은 모터에 의해 구동되는 샤프트(62)에 의해 타겟(14)의 중심(60) 주위를 회전한다.

규화에 필요한 매우 얇은 코발트 층의 스퍼터링은 높은 증착율을 필요로 하지 않고, 그 결과 마그네트론 하부 영역에서 상당히 높은 플라즈마 밀도 또한 필요로 하지 않는다. 그러므로, 타겟 전력은 알루미늄 또는 구리 스퍼터링의 몇몇 형태에 대해 20kW 또는 이상의 값에 비해, 200nm 웨이퍼에 대해 1kW 이하로 설정될 수 있다. 규화에 필요한 이러한 박층에 대해, 층두께는 규화 과정에서 과도한 실 리콘이 소비되지 않도록 주의 깊게 조절되어야 한다. 얇은 코발트층을 스퍼터링하기 위한 낮은 전력은 두께 조절을 개선시킨다.

하지만, 코발트 스퍼터링은 기본적으로 알루미늄, 구리 또는 티타늄의 스퍼터링과는 다른 문제점을 가진다. 코발트는 강자성 재료이다. 결과적으로, 마그네트론에 의해 발생된 자기장은 적어도 부분적으로 코발트 타겟을 통해 분류(分流)되고 고밀도 플라즈마 영역을 형성하는데 기여하지는 않는다. 마그네트론 하부의 자기 플럭스의 감소로 인한 플라즈마 밀도의 약한 감소는 코발트 스퍼터링에 있어서의 주된 문제점이 아닌데, 그 이유는 코발트 증착율이 높아야 할 필요가 없기 때문이다. 하지만, 강자성 타겟으로 플라즈마를 점화하는 것은 문제점을 제공한다.

플라즈마 점화는 특히, 상업적으로 중요한 플라즈마 반응로를 나타내는 기하학적 측면에서 상당한 문제점을 가질 수 있다. 플라즈마의 초기 여기는 실질적으로 전류가 없는 높은 전압을 요구하고, 이는 수행 기체가 여기하여 전자 및 전자의 양이온이 되도록 한다. 이러한 조건은 반드시 용량적으로 결합된 플라즈마의 경우 두 전극 사이의 실질적으로 중성인 플라즈마를 저압으로 유지하기에 충분한 시간 주기 및 공간에 대해 유지되어야 한다. 플라즈마 유지는 아르곤이 주요 기체인 경우 적어도 아르곤 원자가 여기되어 이온 및 전자가 되는 수만큼 손실되는 피드백 조건을 필요로 한다. 벽에 대한 전자 손실은 일반적으로 제한 요소이다. 너무 많은 전자가 손실될 경우, 플라즈마는 소멸되거나 또는 전혀 형성되지 않는다.

코발트 플라즈마로 플라즈마를 점화하는 것은 매우 신뢰성이 없는 것으로 판 명되었다. 종종 점화는 코발트의 실제 증착에서 소요될 것으로 예상된 것보다 많은 시간을 필요로 하고 점화 시퀀스에서 여러 시도를 필요로 한다.

그러므로, 코발트 및 다른 재료 특히, 강자성 재료를 스퍼터링하기 위한 플라즈마를 신뢰성 있게 점화하는 수단이 제공되는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

DC 플라즈마 스퍼터 반응로에서 사용하기 위한 챔버 차폐물은 차폐물과 타겟 사이의 연장된 암흑부(dark space)에 적합한 형태를 가진다. 차폐물은 벽이 스퍼터링된 재료로 코팅되는 것으로부터 보호하기 위해 챔버벽 내부의 타겟으로부터 아래로 연장한다. 차폐물은 전형적으로 음으로 바이어싱된 타겟에 대해 접지되고 이에 따라 플라즈마 방전에 대한 애노드와 같은 역할을 한다. 차폐물은 타겟의 측면상의 기울어진 에지부로부터 작은 일정한 갭으로 분리된 경사부를 가진다. 갭은 플라즈마가 암흑부에 대해 형성되는 것을 방지하기 위한 암흑부로서 역할을 하기에 충분히 작다. 차폐물은 또한 타겟과 챔버벽 내부의 웨이퍼 사이를 연장하는 직선 원통형부를 구비한다. 경사부는 굴곡부(knee)에서 직선부로 바뀐다. 본 발명에 따르면, 굴곡부는 알루미늄과 구리 스퍼터링의 경우에 비해 타겟으로부터 더 멀리 바람직하게는, 9mm 이상 20mm 이하로 위치한다.

비자성 타겟의 경우에도 플라즈마의 점화는 몇가지 주의를 필요로 한다. 도 1에 도시된 DC 전력원(26)은 비교적 복잡한 전자 전력 시스템이다. 점화 상태 동안 실질적으로 어떠한 전류도 없이 비교적 높은 전압의 DC 전력을 인가하고 다음으로 플라즈마가 점화된 이후 비교적 높은 전류이지만 감소된 전압의 DC 전력을 인가하도록 스위칭되어야만 한다. 도시된 형상의 통상적인 DC 스퍼터 반응로에서 -1500VDC의 점화 전압이 전형적이다.

코발트는 일반적으로 배리어 또는 다른 계면층의 일부로서 증착되고, 이에 따라 요구되는 두께는 비교적 작다. 그러므로, 코발트에 대한 스퍼터링 증착율은 증착 두께를 더 잘 조절하기 위해 비교적 낮게 유지된다. 대략 500 내지 1000W의 DC 전력이 200mm 웨이퍼상에 코발트를 스퍼터 증착시키는 증착 단계 동안 전형적으로 사용된다. 다른 크기의 웨이퍼에 대해, 증착율이 다른 챔버 특성에 의존하지만 전력은 일반적으로 웨이퍼 영역과 스케일링한다. 전력은 전형적으로 2 내지 5A 정도의 전류에서 대략 -450VDC 내지 -480VDC의 전압으로 인가된다. 이러한 스퍼터링 전력에서, 원하는 코발트 두께는 대략 15 초내에 증착될 수 있다. 이러한 두 모드 사이의 스위칭은 부분적으로는 DC 전력원(26)의 소프트 출력단에 의해 부분적으로는 활성 제어회로에 의해 수행되고, 이는 인가되는 전류를 측정한다.

게다가, 코발트 타겟으로 플라즈마를 점화하기 위해, 점화 시퀀스는 100 내지 200ms의 펄싱 주기로 대략 0 내지 -1500VDC의 인가 DC 전압을 반복적으로 펄싱한다. 임의 펄스 동안, 전류가 플라즈마 점화를 나타내는 미리 설정된 플라즈마 점화 이상으로 상승한다면, 점화 시퀀스는 중단되고 DC 전력원(26)의 출력은 증착 모드로 스위칭된다.

하지만, 코발트 타겟으로, 점화 펄싱의 4 내지 10초 동안 관찰이 필요하다. 때로는, 10초의 경과시간 이후에도, 플라즈마가 점화되지 않는다면 시스템 결함이 선언되고 동작 중단을 필요로 한다. 점화는 전자가 차폐물에 접지될 때 암흑부 갭의 내부 타겟의 코너에서 전자 손실의 농도에 의해 보상될 것으로 예상된다. 결과적으로, 충분치 않은 부피의 아르곤이 챔버벽 차폐물로부터 매우 멀리 떨어져 이온화된다.

도 2의 단면도는 타겟(16)과 챔버벽(12) 사이의 정션 주변 영역을 도시한다. 이러한 도면은 코발트를 스퍼터링하는데 사용된 회전 가능한 마그네트론을 도시하지 않고 냉각수 배스(bath)도 도시하지 않는다. 코발트 타겟층(80)은 납땜 접합되고 그렇지 않을 경우 예를 들면, 알루미늄 또는 구리로 구성된 후면판(82)에 결합된다. 타겟층(80)과 후면판(82) 모두 타겟(16)의 전면으로부터 후면으로 외부로 향하여 대략 15°로 기울어진 경사부(84)를 가지고 형성된다. 경사각은 5 내지 45° 사이의 다른 값으로 설계될 수 있다. 타겟 후면판(82)은 전력이 인가된 타겟(16)과 접지된 챔버벽(12) 사이에 전기 절연을 제공하는 세라믹 절연체(16)에 진공 밀봉되는 림(86)을 구비한다. 절연체(14)는 알루미늄 어댑터(90)에 진공 밀봉되고, 다시 알루미늄 챔버벽(12)에 밀봉되고 접속된다. 어댑터(90)는 타겟(16)과 웨이퍼(20) 사이의 거리를 설정하는데 있어서 융통성을 제공하고 마모된 부분이 저가로 용이하게 교체될 수 있도록 한다.

차폐물(24)은 어댑터(90)의 내부 레지(ledge)(94)상에 안착된 환형 외부 립(lip)(92)을 가지고 어댑터(90)에 접속되어 접지된다. 차폐물(24)은 또한 차폐물 립(92)으로부터 경사지며 타겟(16)의 경사각을 가지고 형성된 경사부(96)를 구비하여 차폐물(24)의 경사부(96)와 타겟(16) 사이에 갭(98)을 형성한다. 갭(98)의 예시적인 두께는 80밀(2mm)이다. 갭(98)은 편의상 경사부(96)와 타겟 경사부(84)가 원추형으로 제조될 때 일정한 두께를 가지는 것으로 간주된다.

경사부(96)는 굴곡부(100)쪽으로 아래로 내부로 연장하고, 이러한 굴곡부 하부에 원통형 직선부(102)내에 차폐물이 형성된다. 굴곡부(100)는 타겟(16)의 기저부 하부에 거리(d)로 위치한다. 경사부와 직선부 사이(96, 100)에 점진적인 변형부가 있을 경우, 굴곡부는 직선부(102)의 최상부로서 한정된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 차폐물(24)의 직선부(102)는 보울부(104) 내부로 수평으로 연장하고 다음으로 다른 원통형부(106)내에서 위로 연장하기 전에 웨이퍼(16)의 상승부 하부로 수 센티미터 연장하여, 처리 위치에서 지지되는 웨이퍼(18)의 레벨 하부에서 종결된다. 외부 직선부(100)는 플라즈마 스퍼터링 처리를 위한 애노드와 같은 역할을 한다. 차폐물(24)은 전형적으로 스테인레스 스틸로 구성되고, 내부면은 아크-분무된 알루미늄으로 분사되거나 또는 코팅되어 거친 표면을 제공한다. 스퍼터 증착된 재료는 거친 표면에 더 강하게 부착되고, 이에 따라 스퍼터링 처리 동안 차폐물상에 증착된 재료의 플래킹(flaking) 가능성을 감소시킨다.

갭(98)이 사용된 챔버 압력에서 타겟(16)에 인접한 모든 위치가 어떠한 플라즈마도 암흑부에서 지지되지 않도록 하기에 충분히 얇기 때문에 차폐물(24)의 경사부(96)와 타겟(16) 사이의 갭은 암흑부를 형성한다. 압력과 전극사이의 갭을 곱의 함수로서 플라즈마를 가격하는데 필요한 전압의 최소값을 나타내는 공지된 파셴 곡선의 검사로부터 이러한 효과를 알 수 있다. 따라서, 암흑부는 플라즈마가 캐소드(16)와 차폐물(24)이 매우 짧은 거리로 분리되는 영역내 타겟 캐소드(16)와 접지된 차폐물(24) 사이를 형성하는 것을 방지한다. 플라즈마는 넓은 분리 영역내에 형성될 수 있지만, 이는 플라즈마 가공 영역내에서 발생하고 스퍼터링에 기여한다. 타겟의 측면에서 암흑부내 플라즈마가 존재하지 않기 때문에 타겟 영역이 스퍼터링되는 것이 방지된다 특히, 스퍼터 증착될 것으로 예상되는 재료와는 다른 조성을 가진 후면판(82)의 경우 그러하다.

플라즈마 점화는 많은 수의 전자가 타겟의 전면으로부터 방출되고 이들이 아르곤 기체를 이온화하여 플라즈마의 형성을 야기하는 여기의 캐스케이드를 시작하는 것을 필요로 한다. 점화 과정 동안, 여분의 전자는 타겟의 에지부로부터 차폐물(24)의 상부에 전달되고, 이들의 경로는 비교적 짧으며 아르곤 기체와 반응할 기회가 없으며 플라즈마로 이온화시키기에 충분하지 않다. 점화 동안 전자 경로는 전자와 아르곤 원자의 작용을 증가시키도록 평균적으로 길게 형성되어야 하고, 이는 플라즈마 점화를 야기한다. 게다가, 타겟의 측면에서의 암흑부가 너무 좁다면, 타겟측상의 암전류(dark current)는 훨씬 크고, 이에 따라 타겟면으로부터 전자를 배출한다.

상술된 구조는 통상적인 것이다. 스퍼터링 알루미늄에 사용되는 차폐물의 한 종류에 대해, 차폐물의 굴곡부(100)는 타겟(16) 하부로 대략 3mm의 거리(d)로 위치한다. 이러한 차폐물은 코발트 스퍼터링에 만족스럽지 못한 것으로 판명되었다. 타겟(16)에 비교적 인접한 높은 차폐물 굴곡부(100)를 가질 때, 굴곡부(100) 하부의 차폐물 부분(102)은 타겟(16)으로부터 빠르게 비교적 멀어지게 된다는 문제점이 있다. 결과적으로, 타겟으로부터의 전자는 굴곡부(100) 상부의 차폐물 부분으로 주로 이동하고, 전자가 전달되는 아르곤의 부피는 비교적 작다. 결과적으로, 플라즈마를 형성하는 것으로부터의 전자 손실은 타겟(16)의 외주에 집중되고, 아르곤이 너무 적어서 신뢰성 있는 점화를 야기할 수 없다는 것이다. 점화 동안 전자 손실이 넓은 타겟 영역에 분포될 때 신뢰성 있는 점화가 촉진된다. 차폐물 굴곡부(100)가 낮아질 때, 전자가 타겟(80)의 넓은 영역으로부터 이끌리는 굴곡부(100)상에 차폐물(24)의 대부분이 위치한다. 결과적으로, 전자 경로내 더 많은 아르곤이 존재한다면, 아르곤은 더 신뢰성 높게 플라즈마로 점화된다. 비록 상기한 설명이 관찰된 행동을 설명한 것이지만, 본 발명은 상기한 동작 원리에 국한되는 것은 아니다.

점화를 더욱 신뢰성 있게 하기 위해, 타겟면 하부의 차폐물 굴곡부(100)의 깊이는 종래 기술에 비해 3mm 이상 증가되어야 한다. 두 개의 차폐물이 경사부 사이의 기저면에서 329mm의 평탄한 타겟 직경을 사용하기 위해 제조되고, 이러한 직경은 200mm 웨이퍼상에 스퍼터링되기에 적절하다. 제 1 차폐물은 타겟(16) 하부로 9mm에서 굴곡부(100)를 가지고 327mm의 직선 차폐부(102) 내부에 내부 직경을 가진다. 제 2 차폐물은 21mm에서 굴곡부를 가지며 323mm의 내부 직경을 가진다.

21mm 굴곡부를 가진 차폐물이 코발트 타겟으로 3.85milliTorr의 아르곤 챔버 압력에서 점화되는 것에 관해 시험되었다. 어떠한 점화 지연도 발생하지 않는다. 점화 지연은 플라즈마를 점화하는데 필요한 상술된 펄싱의 3초 이상으로서 한정된다. 대부분의 경우, 플라즈마는 1초 이하로 가격된다. 9mm 굴곡부를 가진 두 개의 다른 차폐물에 대해 몇몇 점화 지연을 관찰했다. 3mm 굴곡부를 가진 차폐물이 9mm 굴곡부를 가진 차폐물보다 더 나쁠 것으로 예상된다. 예를 들면, 15mm의 중간값에서 만족스러운 성능이 얻어져야만 한다.

따라서, 스퍼터링 차폐물은 타겟으로부터 적어도 9mm, 바람직하게는 적어도 15mm, 가장 바람직하게는 적어도 21mm에 위치하는 굴곡부를 가지는 것이 바람직하다. 선택적으로, 굴곡부는 타겟의 평탄한 외주 내부에 1mm 이상의 타겟 중심에 대해 방사 위치에 위치한다. 굴곡부는 감소 효과(diminishing effect) 및 타겟 쉐도잉(target shadowing) 때문에 타겟으로부터 최대 40mm, 바람직하게는 30mm 및 타겟 에지부로부터 내부로 방사방향으로 1cm 정도로 위치하는 굴곡부를 가지는 것이 바람직하다. 게다가, 너무 낮은 굴곡부는 플라즈마가 너무 내부로 향하도록 하고, 타겟 에지부로부터의 스퍼터링을 방지한다.

타겟면으로부터 더 멀리 그리고 타겟 에지부 내부로 차폐물을 위치시키는 것은 마그네트론에 대한 굴곡부 위치와 관련된다. 마그네트론이 전자를 포획하고 플라즈마를 연장시키는 자력선을 형성하기 때문에, 차폐물 굴곡부의 내부쪽 위치는 플라즈마를 내부로 밀어내고 타겟으로부터 추가로 연장하도록 한다. 두 효과 모두 점화 및 웨이퍼로의 이온 전달을 촉진하지만, 불균일 타겟 스퍼터링 지점으로의 과도한 핀칭(pinching)은 방지될 필요가 있다.

비록 본 발명이 코발트 타겟에 대해 시험되었지만, 니켈 또는 니켈-크롬과 같은 다른 강자성 재료로 구성된 타겟으로부터의 스퍼터링 또한 사용 가능하다. 물론, 수 중량%의 타겟 재료의 합금이 일반적이고, 5 내지 10중량% 이하의 합금 퍼 센티지가 전형적이다. 하지만, 더 광범위한 강자성 합금 시스템이 본 발명에서 사용될 수 있다. 희토류 금속과 결합된 강자성 재료 또한 반도체 웨이퍼 제조를 위해 개발되고 있다. 이러한 금속은 강자성이다. 본 발명의 차폐물은 비-강자성 재료, 심지어 일반적인 알루미늄 및 구리를 사용할 수 있다.

비록 상술된 실시예에서의 차폐물이 접지되었지만, 동일한 효과를 가진 다른 미리 설정된 DC 전위로 유지될 수 있다. 더욱이, 전기적으로 부동인 차폐물 또한 타겟에 인접하여 사용된다.

본 발명에 따르면, 간단한 챔버 부분의 약간만을 변화시켜 스퍼터링의 효율 특히, 플라즈마 점화의 신뢰성을 증가시킨다는 효과가 있다.

Claims (25)

1. 평탄한 표면 및 경사진 외주를 가진 타겟을 구비하는 스퍼터 반응로에서 사용되는 금속 차폐물로서,

   상기 금속 차폐물은 상기 경사진 외주로부터 이격되고 상기 경사진 외주를 따라 연장하여 플라즈마 암흑부를 형성하는 경사부 및 상기 타겟으로부터 멀어지고 상기 평탄한 면에 수직인 방향으로 연장하며 굴곡부에 의해 상기 경사부와 만나는 직선부를 구비하며, 상기 굴곡부는 상기 평탄한 면으로부터 적어도 9mm에 위치하는 금속 차폐물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 타겟은 강자성 타겟부를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
3. 제 2항에 있어서, 상기 강자성 타겟부는 코발트를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
4. 제 1항에 있어서, 상기 경사부는 실질적으로 원뿔형 형상인 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
5. 제 1항에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 평탄한 면으로부터 적어도 21mm에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
6. 제 5항에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 평탄한 면으로부터 최대 40mm에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
7. 제 1항에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 평탄한 면과 상기 경사진 외주 사이에서 상기 타겟의 내부 방사방향으로 1mm 이상의 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
8. 제 1항에 있어서, 상기 금속 차폐물은:

   스퍼터 증착될 기판 후방에서 상기 직선부에 연결되며 상기 기판쪽으로 수평으로 연장하는 기저부; 및

   상기 기저부에 연결되며 상기 기판쪽으로 수직으로 연장하는 제 2 직선부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
9. 평탄한 표면 및 경사진 외주를 가진 타겟을 구비하는 스퍼터 반응로에서 사용되는 금속 차폐물로서,

   상기 금속 차폐물은 상기 경사진 외주로부터 이격되고 상기 경사진 외주를 따라 연장 플라즈마 암흑부를 형성하는 경사부 및 상기 타겟으로부터 멀어지고 상기 평탄한 면에 수직인 방향으로 연장하며 굴곡부에 의해 상기 경사부와 만나는 직선부를 구비하며, 상기 굴곡부는 상기 평탄한 면과 상기 경사진 외주사이의 상기 타겟의 에지부로부터 내부 방사방향으로 적어도 1mm에 위치하는 금속 차폐물.
10. 제 9항에 있어서, 상기 타겟은 강자성 타겟부를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
11. 제 10항에 있어서, 상기 강자성 타겟부는 코발트를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
12. 제 9항에 있어서, 상기 경사부는 실질적으로 원뿔형 형상인 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
13. 제 9항에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 에지부로부터 내부 방사방향으로 최대 1cm에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
14. 제 9항에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 타겟면으로부터 적어도 9mm에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
15. 제 9항에 있어서, 상기 금속 차폐물은:

    스퍼터 증착될 기판 후방에서 상기 직선부에 연결되며 상기 기판쪽으로 수평으로 연장하는 기저부; 및

    상기 기저부에 연결되며 상기 기판쪽으로 수직으로 연장하는 제 2 직선부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 차폐물.
16. 진공 챔버;

    스퍼터 코팅될 기판 표면을 지지 표면상에 유지시키기 위해 상기 챔버내에 위치하는 지지대;

    상기 지지 표면과 마주하게 상기 챔버의 일측상에 위치하며, 스퍼터 증착될 재료를 구비하고 전력원에 연결되도록 구성되며 경사진 측면 에지부를 구비하는 타겟; 및

    미리 설정된 전위로 유지되는 상기 챔버내의 금속 차폐물를 포함하며, 상기 금속 차폐물은

    플라즈마 암흑부를 형성하는 갭을 가진 상기 경사진 측면 에지부로부터 이격되고 상기 경사진 측면 에지부를 따라 연장하는 경사부; 및

    상기 타겟으로부터 상기 지지 표면의 후방의 상승부로 연장하며 굴곡부에서 상기 경사부에 연결되는 직선부를 구비하며,

    상기 굴곡부는 상기 타겟으로부터 적어도 9mm에 위치하는 스퍼터 반응로.
17. 제 16항에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 타겟으로부터 적어도 21mm에 위치하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 반응로.
18. 제 16항에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 타겟으로부터 최대 40mm에 위치하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 반응로.
19. 제 16항에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 평탄한 표면과 상기 경사진 측면 에지부 사이의 상기 타겟의 코너의 내부 방사방향으로 1mm 이상의 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 반응로.
20. 제 19항에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 코너의 내부 방사방향으로 최대 1cm에 위치하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 반응로.
21. 제 16항에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 타겟의 경사진 측면 에지부의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 반응로.
22. 제 16항에 있어서, 상기 타겟은 강자성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 반응로.
23. 제 22항에 있어서, 상기 강자성 재료는 코발트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 반응로.
24. 제 22항에 있어서, 상기 강자성 재료는 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 반응로.
25. 제 16항에 있어서, 상기 타겟은 음의 DC 전위로 바이어싱 가능하고 상기 차폐물은 접지되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 반응로.

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