KR100827748B1 - 서비스 수명 검출 능력에 한계가 있는 피브이디 타겟 - Google Patents

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타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 물리적 기상 증착에 사용하기 위한 PVD 타겟 구조에 관한 것이다. PVD 타겟 구조는 소스 재료의 소모성 슬랩 및 소스 재료의 슬랩이 타겟 구조의 서비스 수명 종료점을 나타내는 주어진 양에 접근하거나 주어진 양으로 감소된 때를 나타내기 위한 하나 이상의 검출기들을 구비한다. 각각의 검출기는 벌크 재료에 복수의 보어들을 형성하고 벌크 재료를 보어들 중 하나를 각각 구비하는 복수의 별개의 인클로저로 분리하여 만들어질 수 있는 인클로저를 구비한다. 대안으로, 검출기의 인클로저는 하나 이상의 몰드 부재들을 가진 몰드 및 압출, 캐스팅, 전기 화학 도금, 및/또는 시트 형성 방법을 이용하여 만들어질 수 있다.
물리적 기상 증착, PVD 타겟 구조, 소스 재료, 소모성 슬랩, 서비스 수명 종료점

Description

서비스 수명 검출 능력에 한계가 있는 피브이디 타겟{PVD target with end of service life detection capability}
도 1은 소스 재료의 슬랩(slab)을 포함하는 종래의 PVD 타겟 구조의 부식 프로파일을 나타낸 그라프.
도 2a는 PVD 타겟 구조의 예시적인 실시예를 도시한 저면도.
도 2b는 도 2a의 선 2B-2B에 따른 단면도.
도 3은 PVD 타겟 구조의 또다른 예시적인 실시예를 도시한 단면도.
도 4는 PVD 타겟 구조의 또다른 예시적인 실시예를 도시한 단면도.
도 5는 PVD 타겟 구조의 서비스 수명 종료점을 검출하기 위한 시스템의 예시적인 실시예을 나타낸 도면.
도 6은 PVD 타겟 구조의 서비스 수명 종료점을 검출하기 위한 시스템의 다른 예시적인 실시예.
도 7a 및 도 7b는 다수의 튜브-기반 검출기들을 가진 PVD 타겟들의 저면도들.
도 8a 및 도 8b는 튜브가 타겟의 베이스면에 임베딩될 수 있는 2개의 예시적인 위치들을 나타낸 단면도들.
도 8c는 도 8a에 도시된 위치에 나타낸 튜브를 임베딩하기 위한 예시적인 방 법을 도시한 단면도.
도 8d는 도 8c에 나타낸 얇은 포일을 도시한 입면도.
도 9a 내지 도 9f는 튜브 기반 검출기들의 튜브의 다양한 예시적인 실시예들을 도시한 사시도들.
도 10은 튜브의 제조 중 그것으로부터 맨드릴형 몰드 부재(mandrel-like mold member)의 제거를 나타낸 사시도.
도 11a 및 도 11b는 튜브 기반 검출기들의 튜브들을 다량으로 제조하기 위한 예시적인 방법을 나타낸 사시도들.
도 12a, 도 12b, 도 13a, 도 13b는 예시적인 시트 형성 방법을 이용하여 제조된 튜브-기반 검출기들의 튜브들을 나타낸 사시도.
도 14는 PVD 타겟 구조의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한 사시도.
도 15는 PVD 타겟 구조의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한 사시도.
도 16은 몇몇 예시적인 타겟 재료들과 함께 사용하기 적합한 몇몇 예시적인 검출기층 재료들을 나열한 테이블.
도 17a는 튜브 제작 방법의 제 1의 예시적인 실시예의 단계들을 나타낸 플로차트.
도 17b는 튜브 제작 방법의 제 2의 예시적인 실시예의 단계들을 나타낸 플로차트.
도 18a는 튜브 제작 방법에 사용될 수 있는, 몰드/압출-다이 장치의 예시적인 실시예의 사시도.
도 18b는 튜브 제작 방법에 사용될 수 있는 몰드 장치의 다른 예시적인 실시예의 사시도.
도 19는 튜브 제작 방법의 제 3의 예시적인 실시예의 단계들을 나타낸 플로차트.
도 20은 튜브 제작 방법의 제 4의 예시적인 실시예의 단계들을 나타낸 플로차트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 100' : PVD 타겟 구조 110 : 타겟
120 : 필라멘트 검출기 112 : 반응면
112a, 112b : 개방단 114 : 베이스면
116 : 측벽면 122 : 튜브
124 : 필라멘트 124a 124b : 굽은 여유 단부
125a, 125b : 필라멘트 단자들 또는 리드들 126a, 126b : 절연체
330 : 모니터링 디바이스 100' : PVD 타겟 구조
120' : 전극 검출기 124'a, 124b' : 전극
124aa, 124bb : 굽은 여유 단부들 126a, 126b : 절연체
125a', 125b' : 필라멘트 리드 330 : 모니터링 디바이스
124a', 124b' : 전극 200 : PVD 타겟 구조
210 : PVD 타겟 214 : 베이스면
220 : 불활성 가스 검출기 222a, 222b : 개방단
222 : 튜브
관련 출원
본 출원은 2005년 9월 26일자로 출원된 미국 임시 출원 제 60/720,390 호 및 2005년 10월 20일자로 출원된 미국 임시 출원 제 60/728,724 호의 이익을 청구하며, 이들의 전체 개시내용은 본원에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD)에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 PVD 타겟들에 관한 것이다.
발명의 배경
물리적 기상 증착(PVD)는 기판 위에 박막 재료를 침착하기 위한 잘 알려진 공정이고 반도체 디바이스들의 제조에 일반적으로 사용된다. PVD 공정은 기판(예컨대 웨이퍼) 및 상기 기판 위에 침착될 재료의 슬랩(slab) 또는 고체 소스, 예컨대 PVD 타겟을 포함하는 챔버에서 고진공으로 행해진다. PVD 공정에서, PVD 타겟은 고체로부터 증기로 물리적으로 변한다. 타겟 재료의 증기는 PVD 타겟으로부터 기판으로 이동되고, 여기서 그것은 박막으로서 기판 위에 응집된다.
증발, e-비임 증발, 플라즈마 분무 침착(plasma spray depositon), 및 스퍼 터링을 포함하는 PVD를 달성하기 위한 많은 방법들이 있다. 현재, 스퍼터링이 PVD를 달성하기 위한 가장 빈번하게 사용되는 방법이다. 스퍼터링 동안, 가스 플라즈마가 챔버에서 생성되어 PVD 타겟으로 보내진다. 플라즈마는, 플라즈마의 고에너지 입자들(이온들)과의 충돌 결과로서, PVD 타겟의 반응면으로부터의 원자들 또는 분자들을 타겟 재료의 증기로 제거 또는 부식(스터터링)시킨다. 타겟 재료의 스퍼터링된 원자 또는 분자들의 증기는 감압 영역을 통해 기판으로 이동되고 기판 위에 응집되어 타겟 재료의 박막을 형성한다.
PVD 타겟들은 유한 서비스 수명들을 가진다. PVD 타겟 과사용, 예컨대 PVD 타겟 서비스 수명이 지난 다음의 사용은 신뢰성 및 안전 관련 문제를 일으킨다. 예를 들면, PVD 타겟 과사용은 PVD 타겟의 천공(perforation) 및 시스템 아킹(system arcing)으로 이어질 수 있다. 이것은 또한 중요한 제조 손실들, PVD 시스템 또는 툴 손상(tool damage) 및 안전 문제들로 이어질 수 있다.
PVD 타겟의 서비스 수명은 현재 축적된 에너지, 예컨대 PVD 시스템 또는 처리 툴(processing tool)에 의해 소비되는, 킬로와트 수-시(number of kilowatt-hours)(kw-hrs)를 추적하여 결정된다. 그러나, 축적된 에너지 방법은 마스터하는 데 시간이 걸리고 이 방법의 정밀도는 기술자의 실제 경험(hands-on experience)에만 의존한다. 마스터했을 때에도, PVD 타겟들의 서비스 수명들은 PVD 타겟의 대략 20 내지 40 퍼센트(PVD 타겟 종류에 의존하여)가 낭비되기 때문에, 이들이 가질 수 있는 것보다 여전히 작다. 이러한 문제는 소스 재료의 소모성 슬랩을 포함하는 종래의 PVD 타겟의 부식 프로파일을 나타낸 그라프인 도 1에 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, PVD 타겟(타겟 잔류물)의 원래의 양의 대략 60 퍼센트가 PVD 처리 시스템 동작의 1769 축적된 킬로와트-시(kw-hrs) 후 남았다.
PVD 타겟들의 단축된 서비스 수명들에 기인하는 낮은 타겟 이용은 높은 PVD 타겟 소모 비용들을 낳는다. 실제로, PVD 타겟 소모 비용은 반도체 제조에서 가장 중요한 비용들 중 하나이다. 따라서, 많은 낭비 타겟 재료가 이용될 수 있으면, PVD 타겟 소모 비용들이 실질적으로 감소될 수 있을 것이다. 이것은 또한, 반도체 제조 비용들을 크게 낮추고 수익성을 증가시킬 수 있다.
낮은 타겟 이용은 또한 PVD 타겟의 더욱 빈번한 대체, 그러므로 PVD 시스템 또는 툴의 더욱 빈번한 유지보수로 이어진다. 더욱이, PVD 타겟이 대체되면, 새로운 타겟을 위해 PVD 처리를 재조정하는 데 시간이 요구된다.
따라서, 개선된 PVD 타겟이 필요하다.
요약
일 실시예는 소모성 재료의 슬랩이 소모성 재료의 미리 정해진 양에 접근하거나 미리 정해진 양으로 감소된 것을 시그널링하는 검출기의 인클로저(enclosure)를 제조하는 방법이다. 상기 방법은, 벌크 재료(bulk material)를 제공하는 단계; 상기 벌크 재료에 복수의 보어들(bores)을 형성하는 단계; 및 상기 벌크 재료를 각각 상기 보어들 중 하나를 포함하는 복수의 개개의 유닛들로 분리하는 단계;를 포함하고, 각각의 상기 유닛들은 상기 검출기의 인클로저를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 방법은, 소정의 형상의 외측면을 가진 제 1 몰 드 부재(first mold member)를 제공하는 단계; 상기 제 1 몰드 부재의 상기 외측면 주위에 재료의 층을 형성하는 단계; 및 상기 재료의 층을 상기 제 1 몰드 부재로부터 분리하는 단계를 포함하고, 상기 재료의 층은 인클로저를 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은, 소정의 형상의 외측면을 가진 제 1 몰드 부재를 제공하는 단계; 상기 제 1 몰드 부재의 상기 외측면 주위에 재료의 시트(sheet)를 형성하는 단계; 및 상기 시트의 대향 에지들(edges)을 서로 접합하는 단계를 포함한다.
상세한 설명
일실시예는 서비스 수명 종료점 검출기를 가진 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD) 타겟 구조이다. 도 2a는 번호 100으로 나타낸, 본 발명의 PVD 타겟 구조의 예시적인 실시예를 도시한 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 선 2B-2B에 따른 단면도이다. PVD 타겟 구조(100)는 타겟(110)의 베이스면(110)에 임베딩된, 원하는 소스 재료(PVD 타겟)의 소모성 슬랩(consumable slab)(110) 및 필라멘트 검출기(120)를 포함한다.
PVD 타겟(110)은 반응면(112), 상기 반응면(112) 반대편의 베이스면(114), 및 상기 반응면(112)과 베이스면(114) 사이에서 연장하는 측벽면(116)을 포함한다. 상기 타겟(110)은 예를 들면 원형, 정사각형, 직사각형, 타원, 삼각형, 불규칙 형상 등을 포함해서 임의의 적합하고 적절한 형상으로 형성될 수 있다. 타겟(110)은 임의의 잘 알려진 PVD 타겟 형성 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들면 발명의 명칭이 "구리 함유 스퍼터링 타겟들, 및 구리 함유 스퍼터링 타겟들을 형성하는 방법들(Copper-containing sputtering targets, and methods of forming copper-containing sputtering targets)"인 미국 특허 제 6,858,102 호를 참조하라.
일실시예에 있어서, 타겟(110)은 18인치의 직경(원형 타겟의 경우에) 및 0.250 인치의 두께일 수 있다. 다른 실시예들에서, 타겟(110)은 다른 적합하고 적절한 치수들로 형성될 수 있다. 타겟(110)은 예를 들면, 니켈(Ni), 니켈 백금(NiPt) 합금, 니켈 티탄(NiTi) 합금들, 코발트(Co), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO), 황화아연-이산화 실리콘(ZnS-SiO2) 금(Au), 은(Ag) 및 다른 귀금속들을 포함해서 임의의 적합하고 적절한 소스 재료로 구성될 수 있다.
필라멘트 검출기(120)는 절연체들(126a, 126b)에 의해 폐쇄된 대향 개방단들(122a, 122b)을 가진 튜브(122)에 의해 형성된 인클로저(enclosure)를 포함한다. 절연체들(126a, 126b)은 튜브(122)의 내부(122c)를 기밀 밀봉하고 튜브(122)의 내부(122c)에 필라멘트(124)를 매단다. 일 실시예에 있어서, 튜브(122) 내부(122c)의 공기가 그로부터 진공배기되어 내부에 진공을 생성한다. 다른 실시예에 있어서, 튜브(122)의 내부(122c)는 불활성 가스로 채워질 수 있다.
필라멘트(124)는 절연체들(126a, 126b)을 통해 연장하는 굽은 여유 단부들(124a 124b)을 구비한다. 절연체들(126a, 126b)은 필라멘트(124)의 굽은 여유 단부들(124a, 124b)을 튜브(122) 및 PVD 타겟(110)으로부터 전기적으로 절연한다. 필라멘트(124)의 굽은 여유 단부들(124a, 124b)은 필라멘트 단자들 또는 리드 들(125a, 125b)을 형성하기 위해 외부에서 끝난다. 필라멘트 리드들(125a, 125b)은 이하에 더 기술될, 모니터링 기구로의 필라멘트(124)의 접속을 허용한다.
일 예시적인 실시예에 있어서, 튜브(122)는 PVD 타겟(110)과 동일한 재료로 구성될 수 있다. 튜브(122)의 직경은 충분히 작고 그 위치는 베이스면(114)에 충분히 가까워서 그것은 거의 모든 타겟 재료(110)가 사용될 수 있을 때까지 관통되지 않아야 한다. 예를 들면, 일 예시적인 실시예에 있어서, 튜브(122)는 약 0.5mm의 직경을 가질 수 있다.
필라멘트(124)는 전형적으로 PVD 타겟(110)과 동일한 재료로 구성된다. 다른 실시예에 있어서, 필라멘트(124)는 타겟(110)의 재료와 상이하고 PVD 처리 결과에 영향을 주지않는 재료로 구성될 수 있다. 필라멘트는 일 예시적인 실시예에 있어서는 약 0.2mm의 직경을 가질 수 있다.
절연체들(126a, 126b)은 전기 절연 재료 또는 재료들의 조합으로 만들어 진다. 일 예시적인 실시예에 있어서, 절연체들(126a, 126b)은 예컨대 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹으로 구성될 수 있다.
필라멘트 검출기(120)는 PVD 타겟(110)이 타겟(100) 구조의 서비스 수명 종료점을 나타내는 재료의 양으로 감소되었을 때를 나타내기 위한 센서로서 기능한다. 이러한 양을 넘은 PVD 타겟 구조(100)의 임의의 사용(PVD 타겟 과사용)은 타겟(110)의 관통 및 시스템 아킹(system arcing)으로 이어지는 경향이 있고, 이것은또한 제조 손실, PVD 시스템 또는 툴(tool) 손상 및 안전 문제들로 이어질 수 있 다. PVD 타겟 구조(100)에서의 필라멘트 검출기(120)의 사용은 타겟(110)의 서비스 수명을 최대로 하고 PVD 타겟 구조(100)가 상기한 타겟 관련 문제들을 방지하기 위해 대체되어야할 때의 정밀한, 자동화된 검출을 허용한다.
필라멘트 검출기(120)는 필라멘트 검출기(120)의 필라멘트(124)에 접속된 모니터링 디바이스(330)(도 5)에 의해 본래의 장소에서 모니터링될 수 있는 특성 또는 속성을 나타내도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 모니터링될 필라멘트(124)의 특성 또는 속성은 필라멘트(124)의 전기 저항 또는 임피던스일 수 있고 모니터링 디바이스(330)는 오옴계(ohmmeter)일 수 있다. 특성 또는 속성이 필라멘트(124)의 전기 저항 또는 임피던스인 예를 이용하면, PVD 처리 챔버에서의 PVD 타겟 구조의 서비스 수명의 시작에서, 모니터링 디바이스(330)에 의해 모니터링되는 전기 저항 또는 임피던스는 다소 초기값일 수 있다. PVD 타겟(110)은 PVD 처리 중 부식하기 때문에, 튜브(122)가 깨져서 PVD 공정으로 튜브(122)에 매달린 필라멘트(124)를 노출시키고, 따라서 플라즈마(스퍼터링의 경우)가 필라멘트(124)를 접촉시키고 부식시킬 때까지 전기 저항 또는 임피던스는 초기값으로 유지될 것이다. 이러한 것이 발생하면, 전기 저항 또는 임피던스는 초기값으로부터 변해, PVD 타겟 구조(100)가 그 유용한 수명의 종료점에 접근하는 것을 나타낼 것이다. 이러한 점에서, 남아있는 타겟(110)의 양은 타겟(110)의 원래의 양의 소정의 백분율일 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 있어서, 필라멘트(124)가 처음 노출될 때 남아 있는 타겟(110)의 양은 타겟(110)의 원래의 양의 대략 0.5 퍼센트일 수 있다. 타겟은 또한 PVD 공정 챔버에 사용되기 때문에, 타겟(110) 및 필라멘트(124)는 필라멘트(124)가 부서질 때까지 계속 부식될 것이다. 이러한 것이 발생하면, 전기 저항 또는 임피던스는 필라멘트(124)가 개회로(open circuit)로 되어, PVD 타겟 구조(100)가 그 서비스 수명의 끝에 도달될 것을 나타내기 때문에 다시 변할 것이다. 이전의 예를 이용하면, 필라멘트(124)가 부서질 때 남아있는 타겟(110)의 양은 타겟(110)의 원래의 양의 대략 0.2 내지 0.1 퍼센트일 것이다. 전기 저항 또는 임피던스의 제 2 변경에 응답하여, PVD 공정 시스템 또는 툴의 동작은 기술자에 의해 수동으로 일시 정지되거나 모니터링 디바이스(330)로부터 PVD 공정 시스템 또는 툴(또는 상기 툴을 작동시키는 컨트롤러)로 보내진 신호에 의해 자동으로 일시 정지될 수 있다.
도 3에는 번호 100'으로 나타낸 PVD 타겟 구조의 다른 예시적인 실시예를 도시하는 단면도가 도시된다. PVD 타겟 구조(100')는 타겟(110)의 베이스면(114)에 임베딩된, 앞서 기술된 소모성 타겟(110)(원하는 소스 재료로 구성된) 및 전극 검출기(120')를 포함한다. 전극 검출기(120')는 필라멘트(124)가 2개의 별도의 대향 전극들(124'a, 124b')에 의해 대체된 것을 제외하고, 이전 실시에의 필라멘트 검출기(120)와 유사하다. 전극들(124a', 124b')은 절연체들(126a 126b)을 통해 연장하는 굽은 여유 단부들(124aa, 124bb)을 구비한다. 굽은 필라멘트 부분들(124aa, 124bb)은 필라멘트 리드들(125a', 125b')을 형성하기 위해 외부에서 끝난다. 필라멘트 리드들(125a', 125b')은 앞서 기술된 모니터링 디바이스(330)(도 5)로의 전극들(124a', 124b')의 부착을 허용한다.
동작에 있어서, 전극 검출기(120')의 전극들(124a', 124b')은 검출기(120')의 튜브(122)가 부서질 때 튜브(122)로 들어가는 플라즈마내의 이온들에 의해 발생 된 전류를 검출할 것이다. 이러한 실시예에 있어서, 전극들(124a', 124b')에 접속된 모니터링 디바이스 또는 기구는 전류 측정 디바이스 또는 기구일 수 있다.
*도 4는 번호 200으로 나타낸 PVD 타겟 구조의 다른 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 PVD 타겟 구조(200)는 이전 실시예들에서와 같은 원하는 소스 재료로 구성된 PVD 타겟(210) 및 상기 타겟(210)의 베이스면(214)에 임베딩된 불활성 가스 검출기(220)를 포함한다.
불활성 가스 검출기(220)는 대향 개방단들(222a, 222b)을 가진 튜브(222)를 포함한다. 상기 튜브(22)는 도 2a 및 도 2b에 나타낸 실시예에 기술된 튜브와 유사하거나 동일할 수 있다. 상기 튜브(222)의 상기 개방단들(222a, 222b)은 튜브(222)와 같은 재료 또는 임의의 다른 적합한 재료로 만들어진 플러그들과 같은, 폐쇄체들(226)에 의해 폐쇄되거나 기밀 밀봉된다. 상기 튜브(222)는 PVD 처리 결과에 영향을 주지않는, 헬륨(He)과 같은 불활성 가스(224)로 채워진다.
PVD 처리 중, 타겟(200)은 가스 검출 디바이스(430)(도 6)에 의해 불활성 가스(224)의 방출에 대해 본래의 장소에서 모니터링된다. PVD 타겟(210)은 PVD 처리 동안 부식하기 때문에, 불활성 가스(224)는 튜브(222)가 예컨대 스퍼터링 플라즈마와 같은 PVD 공정 힘들에 의해 깨질 때까지 튜브(222)내에서 교란되지 않은 채로 있다. 이러한 일이 발생하면, 튜브(222)를 채우는 불활성 가스(224)는 방출되고 가스 검출 디바이스(320)에 의해 검출될 수 있다. 가스 검출 디바이스(430)는 광학 방사 스펙트로스코피(optical emission spectroscopy; OES), 잔류 가스 분 석(residual gas analysis; RGA), 또는 다른 적합한 검출 방법에 의한 것일 수 있다. 일 예시적인 실시예에 있어서, 불활성 가스 검출기(220)는 PVD 타겟 구조(200)의 타겟(210)이 그 원래의 양의 0.5 퍼센트보다 적은 양으로 감소되게 한다.
따라서, 불활성 가스 검출기(220)는 타겟 구조(200)의 타겟(210)이 타겟 구조(200)의 서비스 수명 종료점을 나타내는 양으로 감소된 때를 나타내기 위한 센서로서 동작한다.
다른 예시적인 실시예에 있어서, 가스 검출기(220)의 튜브(222)를 채우는 불활성 가스는 PVD 처리 결과에 영향을 주지 않는 다른 물질로 대체될 수 있다. 상기 물질은 그후 물질의 검출을 가능하게 하기 위해, PVD 처리에 노출된 때 증발할 수 있는 고체 또는 액체일 수 있다. 상기 고체 물질은 도 16의 테이블의 "타겟 재료(target material)"란에 기재된 각각의 예시적인 타겟 재료들의 PVD 처리 결과에 영향을 주지 않을 몇몇 예시적인 재료들을 기재한 도 16에 도시된 테이블의 "코팅된 재료(coated material)"에 기재된 분말로 된 재료일 수 있다. 상기 액체 물질은 튜브에 주입될 수 있는 액체 형태의 불활성 가스(예컨대, 헬륨)일 수 있다. 액체 물질로 채워질 때, 튜브는 0.03mm만큼 작은 직경을 가질 수 있다.
상기한 PVD 타겟 구조들(100, 100', 200)은 단일 튜브 기반 검출기(120, 120', 220)를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에 있어서, 상기 타겟 구조는 PVD 타겟을 가로질러, 바람직하게는 타겟의 더 잘 부식되는 위치들(예컨대, 도 7a)에 분포된 다수의 튜브-기반 검출기들을 포함할 수 있다. 타겟을 가로질러 다수의 튜브 기반 검출기들을 분포시키면 검출 균일성이 증가되고 국부화된 타겟 부식의 검출이 허용된다. 도 7a 및 도 7b는 PVD 타겟(510, 510')의 베이스면(514, 514')을 가로질러 분포되고 거기에 임베딩된 2개 이상의 튜브 기반 검출기들(520, 520')(각각 예를 들면 4cm이하의 길이를 가짐)을 포함하는 PVD 타겟 구조(500, 500')의 2개의 예시적인 실시예들을 도시한다. 도 7a에 도시된 것과 같이, 튜브 기반 검출기들(520)은 타겟 슬랩(510)을 가로질러 방사상으로 분포될 수 있고 서로 분리될 수 있다. 도 7b에 도시된 것과 같이, 튜브 기반 검출기들(520')은 타겟(510')을 가로질러 방사상으로 분포될 수 있고 이들이 타겟(510')의 중심으로 수렴하도록 분포될 수 있다.
몇몇 예시적인 실시예들에 있어서, 도 8a에 도시된 것과 같이, 튜브 기반 검출기들(620)이 PVD 타겟(610)의 베이스면(614)에 임베딩되어 튜브(622)가 타겟(610)의 베이스면(뿐만아니라 Cu-Zn과 같은 구리(Cu) 합금 또는 임의의 다른 적합한 재료로 만들어질 수 있는 타겟 베이스 플레이트(650))과 동일 평면을 이루거나 약간 오목하게 될 수 있다. 이것은 도 8c에 도시된 것과 같이, 일 실시예에서, 원하는 소스 재료(예컨대, 탄탈)로 만들어진 소스 재료 부재(610.1) 및 인터페이스 재료(예컨대, 티탄)로 만들어진 인터페이스 부재(610.2)로서 PVD 타겟(610)을 형성함으로써 달성될 수 있다. 소스 재료 및 인터페이스 부재들(610.1, 610.2)의 접촉면들에는 튜브(622)의 일부를 수용할 수 있는 크기 및 형상으로 된 대응하는 튜브 수용 홈들(611.1, 611.2)이 제공될 수 있다. 튜브(622)는 튜브 수용 홈들(611.1, 611.2) 및 소스 재료에 배치되고 인터페이스 타겟 부재들(610.1, 610.2), 튜브(622) 및 타겟 베이스 플레이트(650)는 소스 재료 및 인터페이스 부재들(610.1, 610.2), 튜브(622) 및 타겟 베이스 플레이트(650)가 서로 물리적으로 접합되게 하기에 충분한 압력 및 온도에서 수행되는 고온 가압 접합 공정(hot press bonding process)을 이용하여 서로에 접합된다. 특히, 상기 압력 및 온도는 베이스 플레이트의 재료, 타겟의 소스 재료, 및 접합 시간에 의존한다. 위에서 사용된 예(예컨대, 구리 베이스 플레이트 및 탄탈 소스 재료)에서, 사용된 온도 및 압력은 각각 약 400℃(1083℃인 구리의 용융 온도의 1/3보다 약간 위) 및 약 13,000 psi일 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 소스 재료로 만들어진 얇은 포일(610.3)이 인터페이스 부재(610.2)의 튜브 수용홈(611.2)에 배치될 수 있다. 도 8d에 홀로 나타낸 포일(610.3)은 인터페이스 부재(610.2)의 원자들이 튜브(622)의 홈(611.2) 및 소스 재료(610.1)의 영역으로 이동하는 것을 방지하기 위한 배리어 층으로서 사용될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 튜브 기반 검출기들(620')이 타겟(610')의 베이스면(614')에 적어도 부분적으로 임베딩되어 튜브(622')의 상부가 도 8b에 도시된 것과 같이, 타겟(610)의 베이스면(614') 약간 위에 있게 될 수 있다. 이 실시예에서의 타겟 베이스 플레이트(650')는 타겟(610)의 베이스면(614')으로부터 돌출하는 튜브(622)의 부분을 수용하기 위한 오목부(660)를 구비하여, 타겟(610)의 베이스면(614')이 타겟 베이스 플레이트(650') 위에서 같은 높이로 놓일 수 있다.
튜브 기반 검출기들의 튜브(들)은 임의의 적합하고 적절한 형상으로 구성될 수 있다. 상기 튜브는 동일 또는 다른 단면 형상들을 가진 외측 및 내측면들을 가질 수 있다. 도 9a 내지 도 9f는 튜브들의 몇몇 예시적인 실시예들을 나타내는 사시도들이다. 도 9a는 원형 단면 형상들을 갖는 외측 및 내측면들(710a, 720a)을 가 진 튜브(700a)를 나타낸다. 도 9b는 다이아몬드 단면 형상들을 갖는 외측 및 내측면들(710b, 720b)을 가진 튜브(700b)를 나타낸다. 도 9c는 정사각형 단면 형상을 갖는 외측면(710c) 및 원형 단면 형상을 갖는 내측면(720c)을 가진 튜브(700c)를 나타낸다. 도 9d는 원형 단면 형상을 갖는 외측면(710d) 및 삼각형 단면 형상을 갖는 내측면(720d)을 가진 튜브(700d)를 나타낸다. 도 9e는 원형 단면 형상을 갖는 외측면(710e) 및 정사각형 단면 형상을 갖는 내측면(720e)을 가진 튜브(700e)를 나타낸다. 도 9f는 정사각형 단면 형상을 갖는 외측 및 내측면들(710f 720f)을 가진 튜브(700f)를 나타낸다. 상기 튜브(들)의 외측 및 내측면들은 몇가지 예를 들면 직사각형 및 타원을 포함하는 다른 단면 형상들을 가질 수 있다.
도 14에는 번호 800으로 나타낸 PVD 구조의 더욱 또 다른 예시적인 실시예를 도시하는 사시도가 도시되어 있다. PVD 타겟 구조(800)는 상기한 소모성 PVD 타겟(810)(원하는 소스 재료로 구성된) 및 타겟(810)의 베이스면(814)에 인접하여 배치된 검출기 층(820)을 포함한다. 도 14의 실시예에 있어서, 검출기 층(820)은 PVD 타겟 구조(800)를 베이스 플레이트(850)에 결합할 수 있다.
도 15는 번호 800'으로 나타낸 PVD 타겟 구조의 또 다른 예시적인 실시예들을 도시하는 사시도를 나타낸다. PVD 타겟 구조(800)는 그것이 부가적으로 검출기 층(820) 위에 배치된 타겟 재료층(830)을 포함하는 것을 제외하고는 도 14에 구현된 PVD 타겟 구조와 유사하다. 도 15의 실시예에 있어서, 타겟 재료 층(830)은 PVD 타겟 구조(800')를 베이스 플레이트(850)에 결합한다.
도 14 및 도 15의 실시예들에 있어서, 검출기 층(820)은 PVD 타겟 재료와는 상이하고 PVD 처리 결과에 영향을 주지않는 재료로 구성된다. 도 16은 각각의 예시적인 타겟 재료들과 함께 사용하기 적합한 몇몇 예시적인 검출기 층 재료를 기재한 테이블을 나타낸다.
플라즈마가 PVD 처리 중 PVD 타겟 구조(800) 또는 (800')의 검출기 층(820)을 때릴 때, 검출기 층은 OES, RGA 또는 다른 같은 검출 방법들에 의해 본래의 자리에서 모니터링되고 검출될 수 있는 증기를 방출한다.
PVD 타겟 구조들(800, 800')의 종료점 검출 해상도는 상이한 재료들로 구성되는 2개 이상의 검출기 층들을 이용하여 증가될 수 있다. 따라서, 플라즈마가 검출기 층들 중 첫번째 것을 때리면, 그 층의 검출은 남아있는 타겟 재료의 제 1 잔류량을 표시할 것이고 플라즈마가 이어서 검출기 층들 중 다음의 것을 때리면, 그 층의 검출은 이전의 잔류량보다 적은, 남아있는 타겟 재료의 후속 잔류량을 표시할 것이다. 다른 재료들의 추가 층들이, 원한다면, 재료의 추가 잔류량의 표시를 제공하기 위해 부가될 수 있다.
PVD 타겟 구조들은 타겟 베이스와 함께 또는 타겟 베이스 없이 사용되도록 구성되고 개조될 수 있다. PVD 처리 시스템들 및 툴들은 중요한 하드웨어 수정들 및/또는 변경들 없이 PVD 타겟 구조들을 이용할 수 있다. 게다가, PVD 타겟 구조들은 몇가지 예들 들자면 마그네트론 시스템들(magnetron systems), 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma; CCP) 시스템들, 및 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma; ICP) 시스템들을 포함해서 상이한 자기 PVD 시스템들에 이용될 수 있다. 본 발명의 PVD 타겟은 또한 어떤 제한 없이, 직류 전원 시 스템들, 교류 전원 시스템들, 및 무선 주파수 전원 시스템들을 포함해서 모든 형태의 PVD 전원 시스템들에 사용될 수 있다.
다른 실시예들은 튜브 기반 타겟 구조들의 튜브(들)을 제작하는 방법이다. 도 17a는 튜브 제작 방법의 제 1의 예시적인 실시예의 단계들을 나타낸 플로차트를 제공한다. 단계 901에서, 동심으로 배치된 외측 및 내측 다이 부재들(951, 952)을 포함하는 몰드/압출-다이 장치(950)(도 18a)가 제공된다. 외측 및 내측 다이 부재들(951, 952)은 금속, 금속 합금들, 및/또는 금속성 재료들을 압출 및/또는 캐스팅하는 데 적합한 강성 재료로 각각 만들어진다. 적합한 다이 부재 재료들은 어떤 제한 없이, 세라믹 재료들, 폴리머 재료들, 금속성 재료들, 및 이들의 조합을 포함할 수있다. 상기 장치(950)의 외측 부재(951)의 내측면(951a)은 튜브의 외측면을 형성하도록 구성되고 상기 장치(950)의 내측 부재(952)의 외측면(952a)은 튜브의 내측면을 형성하도록 구성된다. 도 18a의 실시예에 있어서, 상기 장치(950)의 외측 부재(951)는 원형 단면 형상으로 구성되고 상기 장치(950)의 내측 부재(952)는 원형 단면 형상으로 구성된다. 이와 같은 몰드/압출-다이 장치는 도 9a에 나타낸 튜브를 만드는데 사용될 수 있다. 그러나 상기 장치(950)의 외측 및 내측 부재들(951, 952)은 예를 들면 도 9b 내지 도 9f에 나타낸 튜브들을 포함해서 임의의 원하는 형상의 PVD 타겟 튜브를 제조하도록 구성될 수 있도록 의도된다.
도 17a의 플로차트를 다시 참조하면, 상기 방법의 단계 902는 원하는 튜브 재료를 몰드/압출-다이 장치(950)의 외측 및 내측 부재들(951, 952) 사이에 정의된 공간(953)을 통해 압출하는 것을 포함한다. 압출은 냉간 또는 고온 압출 방법들을 이용하여 수행될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 방법의 단계 902는 원하는 튜브 재료를 몰딩/압출 다이 장치(950)의 외측 및 내측 부재들(951, 952) 사이에 규정된 공간(953)으로 캐스팅(casting)하는 것을 포함한다. 캐스팅은 원하는 튜브 재료를 용융시키고 용융된 튜브 재료를 상기 장치(950)의 외측 및 내측 부재들(951, 952) 사이에 정의된 공간(953)으로 붓고(pouring) 또는 주입(injecting)하여 수행될 수 있다. 상기 튜브 재료가 단계 902에서 캐스팅에 의해 형성되면, 이후 단계 903가 수행되고 여기서 튜브는 용융된 튜브 재료가 냉각되고 고화된 후 상기 장치(950)로부터 제거된다.
도 17b은 본 발명의 튜브 제작 방법의 제 2의 예시적인 실시예의 단계들을 나타내는 플로챠트를 제공한다. 단계 911에서 맨드릴형 몰드 부재(961)를 포함하는 몰드 장치(960)(도 18b)가 제공된다. 몰드 부재(961)는 PVD 또는 전기 화학 도금으로 이용하여, 그 위에 금속, 금속 합금, 및/또는 금속성 재료의 층을 형성하는 데 적합한 강성 재료로 만들어진다. 적합한 몰드 부재 재료들은 제한없이, 세라믹 재료들, 폴리머 재료들, 금속성 재료들, 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 상기 장치(960)의 몰드 부재(961)는 실질적으로 동일한 형상의 외측 및 내측면들을 가진 튜브를 형성하도록 구성된 외측면(961)을 가진다. 도 18b에 나타낸 실시예에 있어서, 몰드 부재(961)의 외측면(961a)은 원형 단면형상으로 구성된다. 이와 같은 몰드 장치는 도 9a에 나타낸 튜브를 만드는 데 사용될 수 있다. 그러나, 상기 몰드 장치(960)의 몰드 부재(961)는 예를 들면 도 9b 및 도 9f에 나타낸 튜브들을 포함하는 다른 원하는 형상들의 PVD 타겟 튜브를 제조하도록 구성될 수 있도록 의도된 다.
도 17b의 플로차트를 다시 참조하면, 상기 방법의 단계 912는, 원하는 필름 두께(상기 튜브의 벽두께)가 달성될 때까지, 몰드 부재(961)의 외측면(962)에 원하는 튜브 재료를 침착하는 것을 포함한다. 상기 침착 단계는 예를 전기 화학 도금(electrical chemical plating; ECP) 및/또는 PVD 방법들을 이용하여 수행될 수 있다. 단계 913에서, 맨드릴형 몰드 부재(961) 및 튜브는 서로 분리된다. 예시적인 실시예에 있어서, 분리 단계는 도 10에 도시된 것과 같이, 튜브로부터 맨드릴형 몰드 부재를 물리적으로 후퇴(withdrawing)시킴으로써 수행될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 있어서, 분리 단계는 에천트(etchant)를 이용하여 몰드 부재에 의해 화학적으로 수행될 수 있다.
도 19는 튜브 제작 방법의 제 3의 예시적인 실시예의 단계들을 나타내는 플로차트를 제공한다. 상기 튜브 제작 방법의 제 3의 예시적인 실시예에 있어서, 상기 튜브는 벌크 제조 공정으로 만들어진다. 단계 921에서, 다수의 보어들(bores)(941)이 도 11a에 나타낸 것과 같이 다량의 원하는 튜브 재료(940)에 형성된다. 다수의 보어들(941)은 복수의 튜브들의 내측면들을 규정한다. 단계 922에서, 다량의 재료는 도 11b에 나타낸 것과 같이 복수의 별개의 튜브들(942)로 절단 또는 슬라이싱되고, 각각의 튜브들(942)은 보어들(941) 중 하나를 포함한다. 보어들(941)은 종래의 레이저, 고압수(high-pressure water), 웨트 에칭(wet etching), 및 드라이 에칭(dry etching) 방법들을 이용하여 형성될 수 있다. 벌크 재료(940)는 종래의 레이저, 고압수, 및 기계적 절단(mechanical cutting) 방법들을 이용하 여 복수의 별개의 튜브들로 절단 또는 슬라이싱될 수 있다.
도 20은 튜브 제조 방법의 제 4의 예시적인 실시예의 단계들을 나타내는 플로차트이다. 단계 931에 있어서, 원하는 튜브 재료의 가단 시트(malleable sheet; 980, 980')가 제공되고 단계 932에서, 상기 시트(980)는 도 12a 및 도 13a에 나타낸 것과 같이, 원하는 형상의 튜브(981, 981')로 형성될 수 있다. 상기 시트(980, 980')는 시트를 도 18b에 나타낸 것과 유사한 대응하는 형상으로 된 맨드릴 주위에 형성함으로써 단계 932에서 원하는 튜브 형상으로 형성될 수 있다. 상기 튜브(981, 981')의 매칭하는, 대향 에지들(982, 982')은 이후 도 12b 및 도 13b에 나타낸 것과 같은 튜브(981, 981')를 완성하기 위해 단계 933에서 서로 접합된다. 접합은 용접(welding)과 같은 임의의 적합하고 적절한 접합 방법을 이용하여 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 PVD 타겟 구조의 서비스 수명 종료점을 검출하기 위한 시스템이다. 도 5는 번호 300으로 나타낸 이와 같은 시스템의 실시예이다. 상기 시스템(300)은 PVD 공정 챔버(310), 공정 챔버(310)에 배치된, 도 2a, 도 2b 또는 도 3에 나타낸 것과 같은 PVD 타겟 구조(320), PVD 타겟 구조(320)의 전극 검출기 조립체(340) 또는 필라멘트의 특성 또는 속성을 본래의 장소에서 모니터링하기 위한 PVC 타겟 구조(320)에 접속된 모니터링 디바이스(330)를 포함한다.
도 6은 번호 400으로 나타낸 PVD 타겟의 서비스 수명 종료점을 검출하기 위한 시스템의 다른 실시예이다. 상기 시스템(400)은 PVD 공정 챔버(410), 공정 챔버(410)에 배치된, 도 4, 도 14, 또는 도 15에 나타낸 것과 같은 PVD 타겟 구 조(420), PVD 타겟 구조(420)의 검출기 층(440) 또는 불활성 가스 검출기를 본래의 장소에서 모니터링 및 검출하기 위한 가스 검출 디바이스(430)를 포함한다.
이상, 본 발명은 예시적인 실시예들에 대해 기술되었지만, 본 발명은 그들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 다음의 청구항들은 본 발명의 범주 및 등가물들의 범위를 벗어나지 않고 이 기술분야에서 숙련된 사람에 의해 만들어질 수 있는, 본 발명의 다른 변형예들 및 실시예들을 포함하도록, 넓게 해석되어야 한다.
본 발명은 소모성 재료의 슬랩이 소모성 재료의 미리 정해진 양에 접근하거나 감소된 것을 시그널링하는 검출기의 인클로저(enclosure)를 제조하는 방법을 제공한다.

Claims (10)

  1. 검출기를 형성하는 방법으로서,
    벌크 재료(bulk material)를 제공하는 단계;
    상기 벌크 재료에 복수의 보어들(bores)을 형성하는 단계; 및
    상기 벌크 재료를 각각 상기 보어들 중 하나를 포함하는 복수의 개개의 유닛들로 분리하는 단계;를 포함하고,
    각각의 상기 유닛들은 검출기의 인클로저(enclosure)를 형성하고, 상기 검출기는 소모성 재료(consumable material)의 슬랩(slab)이 상기 소모성 재료의 미리 결정된 양에 접근하거나 미리 결정된 양으로 감소된 것을 시그널링하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출기를 형성하기 위해 상기 인클로저에 시그널링 요소(signaling element)를 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 시그널링 요소는 상기 슬랩이 형성되는 상기 소모성 재료와는 상이한 필라멘트 요소(filament element), 전극 요소(electrode element), 가스 재료, 액체 재료, 또는 고체 재료를 포함하는, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기를 상기 소모성 재료의 슬랩에 임베딩하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보어들은 레이저 드릴링(laser drilling), 고압수 드릴링(high pressure water drilling), 웨트 에칭 드릴링(wet etching drilling), 드라이 에칭 드릴링(dry etching drilling) 또는 이들의 조합에 의해 형성되며, 상기 벌크 재료는 레이저 절단(laser cutting), 고압수 절단, 기계적 절단, 또는 이들의 조합에 의해 분리되는, 방법.
  5. 검출기를 형성하는 방법으로서,
    미리 결정된 형상의 외측면을 가진 제 1 몰드 부재(first mold member)를 제공하는 단계;
    상기 제 1 몰드 부재의 상기 외측면 위에 재료의 층을 형성하는 단계; 및
    상기 재료의 층을 상기 제 1 몰드 부재로부터 분리하는 단계;를 포함하고,
    상기 재료의 층은 검출기의 인클로저를 형성하고, 상기 검출기는 소모성 재료의 슬랩이 상기 소모성 재료의 미리 결정된 양에 접근하거나 미리 결정된 양으로 감소된 것을 시그널링하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 검출기를 형성하기 위해 상기 인클로저에 시그널링 요소를 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 시그널링 요소는 상기 슬랩이 형성되는 상기 소모성 재료 와는 상이한 필라멘트 요소, 전극 요소들, 가스 재료, 액체 재료, 또는 고체 재료를 포함하는, 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 소모성 재료의 슬랩에 상기 검출기를 임베딩하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 재료의 층은 물리적 기상 증착, 전기 화학 도금, 캐스팅(casting), 압출(extrusion), 또는 이들의 조합에 의해 형성되는, 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 형성하는 단계 동안 상기 재료의 층의 외측면을 형성하는 미리 결정된 형상의 내측면을 가진 제 2 몰드 부재를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 재료의 층은 상기 분리 단계 동안 상기 제 2 몰드 부재로부터 분리되는, 방법.
  10. 검출기를 형성하는 방법으로서,
    미리 결정된 형상의 외측면을 가진 몰드 부재를 제공하는 단계;
    상기 몰드 부재의 상기 외측면 위에 재료의 시트(sheet)를 형성하는 단계; 및
    검출기의 인클로저를 형성하기 위해 상기 시트의 대향 에지들(edges)을 서로 접합하는 단계;를 포함하고,
    상기 검출기는 소모성 재료의 슬랩이 상기 소모성 재료의 미리 결정된 접근하거나 미리 결정된 양으로 감소된 것을 시그널링하는, 방법.
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