KR100954248B1 - 스퍼터링 방법, 스퍼터링 기기 및 스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리 - Google Patents

스퍼터링 방법, 스퍼터링 기기 및 스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리 Download PDF

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Abstract

멀티-캐소드 광역 PVD 기기를 위한 냉각된 암부 쉴드가 개시된다. 멀티-캐소드 시스템을 위해, 인접한 캐소드/타겟 사이의 암부 쉴드가 바람직하다. 쉴드는 접지되고 스퍼터링 플라스마 내에 존재하는 전자를 위한 접지 경로를 제공한다. 쉴드가 인접한 타겟 사이에 있어서, 접지 쉴드는 어노드로서 작동함으로써 프로세싱 공간 내의 균등한 플라스마 형성에 기여한다. 챔버 내의 온도가 프로세싱 온도와 정지시간 온도 사이에서 유동함으로써 쉴드가 팽창 및 수축할 수 있다. 쉴드를 냉각시키는 것은 이러한 팽창 및 수축을 감소시키며 따라서 발생할 수 있는 벗겨짐 양을 감소시킨다. 쉴드의 표면을 부풀어오르게 하는 것은 쉴드 상에 증착되는 물질 양을 감소시키고 쉴드의 팽창 및 수축을 제어할 수 있다.

Description

스퍼터링 방법, 스퍼터링 기기 및 스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리{A SPUTTERING METHOD AND APPARATUS AND A SPUTTERING TARGET SUPPORT FRAME ASSEMBLY}
본 발명의 실시예들은, 일반적으로 인접한 스퍼터링 타겟 사이에서 냉각된 암부 쉴드(dark space shield)를 갖는 물리적 증착(PVD) 시스템에 관한 것이다.
마그네트론을 사용하는 PVD는 기판 상에 물질을 증착하는 한가지 방법이다. PVD 프로세싱 동안 타겟은 전기적으로 편향되어 프로세싱 영역에 발생한 이온들은 타겟으로부터 원자를 제거하기에 충분한 에너지를 구비하여 타겟 표면에 충격을 가한다. 이온이 충격을 가하고 타겟 표면으로부터 원자를 제거하도록 하는 플라스마 생성을 야기하는 타겟의 편향 프로세싱은 일반적으로 스퍼터링(sputtering)으로 지칭된다. 스퍼터링된 원자는 일반적으로 스퍼터링 코팅된 기판을 향하여 이동하며 스퍼터링된 원자는 기판 상에 증착된다. 대안적으로, 원자는 예를 들어 질소와 같은 플라스마 내의 가스와 반응하여 기판 상에 혼합 물질을 작동적으로 증착한다. 반응성 스퍼터링은 종종 기판 상에 질화 티타늄 또는 질화 탄탈륨 및 얇은 베리어(barrier)를 형성하도록 사용된다.
직류(DC) 스퍼터링 및 교류(AC) 스퍼터링은 타겟이 편향되어 타겟을 향한 이온을 끄는 스퍼터링 형태이다. 타겟은 약 -100 내지 -600V 범위에서 네거티브 편향으로 편향될 수 있어서 원자를 스퍼터링하기 위하여 타겟을 향한 작업 가스(예를 들어, 아르곤)의 양이온을 끈다. 보통 스퍼터링 챔버의 측면들은 스퍼터링 증착으로부터 챔버 벽체를 보호하기 위한 쉴드로 커버된다. 쉴드는 전기적으로 접지되며, 따라서 스퍼터링 챔버 내에 생성된 플라스마에 타겟 전력을 용량적으로 커플링하는 타겟 캐소드(cathode)와 반대로 어노드(anode)를 제공한다.
스퍼터링 동안 물질들이 스퍼터링되어 챔버 내의 노출된 표면 상에 증착될 수 있다. 챔버의 노출된 표면상에 증착되는 물질들은 벗겨지거나 기판을 오염시킬 수 있다. 따라서 기판 오염을 감소하는 기술이 필요하다.
멀티-캐소드 광역 PVD 기기를 위한 냉각된 암부 쉴드가 개시된다. 멀티-캐소드 시스템을 위해, 인접한 캐소드/타겟 사이의 암부 쉴드가 바람직하다. 쉴드는 접지되고 스퍼터링 플라스마 내에 존재하는 전자를 위한 접지 경로를 제공한다. 쉴드가 인접한 타겟 사이에 있어서, 접지 쉴드는 어노드로서 작동함으로써 프로세싱 공간 내의 균등한 플라스마 형성에 기여한다. 챔버 내의 온도가 프로세싱 온도와 정지시간(downtime) 온도 사이에서 유동함으로써 쉴드가 팽창 및 수축할 수 있다. 쉴드를 냉각시키는 것은 이러한 팽창 및 수축을 감소시키며 따라서 발생할 수 있는 벗겨짐 양을 감소시킨다. 쉴드의 표면을 부풀어오르게(embossed) 하는 것은 쉴드 상에 증착되는 물질 양을 감소시키고 쉴드의 팽창 및 수축을 제어할 수 있다.
일 실시예로서, 스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리가 개시된다. 어셈블리는, 다수의 타겟을 둘러싸는 에지부, 인접한 타겟 사이의 길이에 걸쳐 연장되며(spanning) 상기 에지부와 커플링되는 하나 이상의 빔(beam), 상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 암부 쉴드 및 상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 냉각 채널을 포함한다.
다른 실시예로서, 스퍼터링 기기가 개시된다. 기기는, 다수의 스퍼터링 타겟 및 상기 다수의 스퍼터링 타겟 중 한 쌍의 스퍼터링 타겟 사이에 커플링되는 타겟 지지 프레임을 포함한다. 상기 타겟 지지 프레임은, 상기 한 쌍의 스퍼터링 타겟을 지지하기 위한 선반(ledge)을 갖는 하나 이상의 빔, 상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 냉각 채널, 및 상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이 상의 클램핑 메커니즘으로서 상기 한 쌍의 스퍼터링 타겟은 상기 하나 이상의 클램핑 메커니즘과 상기 선반 사이에서 커플링되는 하나 이상의 클램핑 메커니즘을 포함한다.
다른 실시예로서, 부풀어오른 암부 쉴드가 개시된다. 상기 쉴드는, 하나 이상의 굴곡진 표면을 갖는 쉴드 바디 및 상기 쉴드 바디로부터 연장된 다수의 돌출부를 포함한다.
다른 실시예로서, 스퍼터링 방법이 개시된다. 상기 방법은, 암부 쉴드에 커플링된 지지 빔의 선반과 하나 이상의 클램핑 메커니즘 사이에 스퍼터링 타겟을 커플링하는 단계, 상기 빔 및 상기 암부 쉴드에 인접하여 냉각 채널을 제공하는 단계, 상기 냉각 채널 내에 냉각 유체를 유동시키는 단계 및 기판 상에서 상기 스퍼터링 타겟으로부터 물질을 스퍼터링하는 단계를 포함한다.
멀티-캐소드 광역 PVD 기기를 위한 냉각된 암부 쉴드가 개시된다. 멀티-캐소드 시스템을 위해, 인접한 캐소드/타겟 사이의 암부 쉴드가 유용하다. 쉴드는 접지될 수 있고 스퍼터링 플라스마 내에서 존재하는 전자를 위해 접지 경로를 제공할 수 있다. 인접한 타겟 사이의 쉴드로 인하여, 접지된 쉴드들은 어노드로서 작용함으로써 프로세싱 공간 내에서 균등한 플라스마의 형성에 기여할 수 있다. 챔버 내의 온도가 프로세싱 온도와 정지시간 온도 사이에서 유동함으로써, 쉴드가 팽창 및 수축될 수 있다. 쉴드를 냉각시키는 것은 팽창 및 수축 등을 감소시키며, 따라서 발생할 수 있는 벗겨짐(flaking)을 감소시킨다. 쉴드 표면을 부풀리는 것은 쉴드 상에 증착되는 물질 양을 감소시킬 수 있으며 쉴드의 팽창 및 수축을 제어할 수 있다.
본 발명은 이하에서 상세히 기재되며, 이는 캘리포니아 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.의 자회사인 AKT®로부터 입수 가능한 PVD 시스템과 같은 광역 기판 프로세싱을 위한 PVD 시스템에 사용될 수 있다. 그러나 스퍼터링 타겟은 다른 시스템 구성에서도 사용될 수 있으며, 이러한 시스템은 광역 라운드 기판을 프로세싱하도록 구성된 시스템을 포함함을 이해하여야 한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 예시적인 시스템은 2005년 9월 13일 출원된 미국 출원번호 제 11/225,922호에 개시되며, 본 발명에서 참조된다.
보다 광역인 평평한 패널 디스플레이를 위한 요구가 증가함에 따라, 기판 크기도 상응하여야 한다. 기판 크기가 증가함에 따라, 스퍼터링 타겟의 크기도 상응하여야 한다. 평평한 패널 디스플레이 및 태양열 패널을 위해, 1미터 이상의 길이를 갖는 스퍼터링 타겟은 통용된다. 주괴로부터 대략적으로 균등한 스퍼터링 타겟 크기를 제조하는 것은 어렵고 값비싼 것으로 여겨진다. 예를 들어, 큰 몰리브덴 플레이트(즉, 1.8m X 2.2m X 10mm, 2.5m X 2.8m X 10mm 등)를 얻는 것은 어려우며 값비싸다. 단일 광역 몰리브덴 타겟(즉, 1.8m X 2.2m X 10mm)은 제조 비용이 약 $15,000,000에 이를 수 있다. 따라서, 경제적 측면만을 고려한다면 다수의 작은 타겟을 사용하는 것이 유익하지만, 광역 스퍼터링 타겟의 증착 균등성을 이루어야 만 한다. 다수의 타겟은 동일한 구성의 혼합물일 수 있으며 또는 상이한 혼합물일 수 있다.
기판 및 챔버 크기 증가를 위해 다양한 시도가 있었다. 이러한 시도 중에 균등한 증착이 있다. 스퍼터링 타겟 내의 전자는 접지된 기기 내에 소자에 이끌린다. 전통적으로 챔버 벽체 및 서셉터 또는 기판 지지부는 접지되며, 따라서 캐소드로 기능하는 스퍼터링 타겟과 갈리 어노드로서 기능한다.
어노드로서 기능하는 접지된 챔버 벽체들은 플라스마로부터 전자를 끌며, 따라서 챔버 벽체 주변에 보다 높은 밀도의 플라스마를 생성하는 경향이 있다. 챔버 벽체 주변의 보다 높은 밀도의 플라스마는 챔버 벽체 주변에서 기판 상의 증착을 증진시키고 챔버 벽체로부터 멀리에서의 증착을 감소시킬 수 있다. 반대로, 접지된 서셉터는 어노드로서 기능한다. 서셉터는 프로세싱 공간의 충분한 길이에 걸쳐 연장(span)될 수 있다. 따라서, 서셉터는 오직 서셉터 에지에서만 전자를 위한 접지 경로를 제공하는 것이 아니라, 서셉터 중간에서도 그러하다. 서셉터 중간에서의 접지 경로는 서셉터 에지에서의 접지 경로와 균형을 이루며, 각각의 어노드가 서셉터 또는 챔버 벽체에 있어서 챔버 벽체가 어노드로서 동등한 기능을 수행하고 프로세싱 공간에 걸쳐서 플라스마를 균등하게 흩뿌린다. 프로세싱 공간에 걸친 균등한 플라스마 분배로 인하여 기판에 걸쳐 균등한 증착이 이루어질 수 있다.
기판이 (유리 또는 폴리중합체와 같은) 절연 기판인 경우, 기판은 비전도성이며 따라서 전자가 기판을 통하지 않는다. 그 결과, 기판이 기판 지지부를 거의 커버하면, 기판 지지부는 충분한 어노드 표면을 제공하지 않는다.
평평한 패널 디스플레이를 위한 기판 또는 이러한 태양열 패널과 같은 광역 기판을 위해, 서셉터를 통한 접지 경로를 블로킹(blocking)하는 기판의 크기가 중요할 수 있다. 1미터 곱하기 1미터에 이르는 기판은 평평한 패널 디스플레이 분야에서 통용된다. 1미터 곱하기 1미터 기판을 위하여 서셉터를 위한 접지 경로는 1제곱 미터의 영역을 블로킹해야 한다. 따라서, 기판에 의해 커버되지 않은 서셉터 에지 및 챔버 벽체는 플라스마 내의 전자를 위한 접지 경로여야만 한다. 어떠한 접지 경로도 기판 중심 근처에 존재하지 않는다. 광역 기판에서, 고밀도 플라스마가 기판에 의해 커버되지 않은 서셉터 에지 및 챔버 벽체 근처에서 형성된다. 챔버 벽체 및 서셉터 에지 근처의 고밀도 플라스마는 어떠한 접지 경로도 존재하지 않는 프로세싱 영역 중심 근처의 얇은 플라스마일 수 있다. 프로세싱 영역의 중심 근처에서 접지 경로 없이, 플라스마는 균등할 수 없으며, 따라서 광역 기판 상의 증착은 균등하지 않을 수 있다.
균등한 플라스마를 보장하도록, 서셉터 및 챔버 벽체에 추가하여 어노드가 챔버에 제공될 수 있다. 다중 스퍼터링 타겟 스트립/패널이 사용되는 멀티-캐소드 시스템에서, 어노드는 인접한 스퍼터링 타겟 스트립/패널 사이에 위치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PVD 기기(100)의 단면도를 도시한다. 기기(100)는 기기(100)의 챔버 벽체(116) 내에 포함된 서셉터(102) 상에서 지지되는 기판(104)을 포함한다. 챔버 벽체(116)는 접지된다. 기판(104)은 다수의 스퍼터링 타겟(106a~106f)에 대향하여 위치한다. 기판(104)과 타겟(106a~106f) 사이에 프로세싱 영역(112)이 존재한다. 챔버 벽체(116)는 쉴드(114)에 의해 증착으로부터 보호된다.
일 실시예에서, 각각의 스퍼터링 타겟(106a~106f)은 상응하는 백킹 플레이트(backing plate)(108a~108f)를 갖는다. 다른 실시예에서, 각각의 스퍼터링 타겟(106a~106f)은 하나의 공통 백킹 플레이트에 커플링될 수 있다. 본 발명은 앞선 실시예에 따라 기재되지만, 하나의 공통 백킹 플레이트가 동일하게 적용될 수 있음을 주지하여야 한다.
백킹 플레이트(108a~108f) 내에 냉각 채널(110)이 존재한다. 냉각 유체는 냉각 채널(110)을 통하여 유동하여 백킹 플레이트(108a~108f)의 온도를 제어하며, 따라서 스퍼터링 타겟(106a~106f)의 온도를 제어한다. 냉각 유체는 본 기술 분야에서 공지된 어떠한 종래의 냉각 유체일 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 유체는 물이다. 다른 실시예에서, 냉각 유체는 기체 상태일 수 있다.
마그네트론(118)이 백킹 플레이트(108a~108f) 뒤에 놓인 마그네트론 챔버(120) 내에 위치한다. 마그네트론(118)은 고정 마그네트론 어셈블리이거나 또는 가동성 마그네트론 어셈블리일 수 있다. 일 실시예에서, 마그네트론(118)은 다수의 마그네트론 어셈블리이며, 마그네트론(118)의 개수는 타겟(106a~106f)의 개수에 상응한다. 마그네트론(118)의 개수가 타겟(106a~106f)의 개수에 상응하는 경우, 각각의 타겟에 걸친 자기장은 제어되고 조정될 수 있다.
타겟(106a~106f)은 결합층(122)에 의해 백킹 플레이트(108a~108f)에 결합된다. 결합층(122)은 본 기술분야에서 공지된 어떠한 결합 물질일 수 있다. 타 겟(106a~106f)을 백킹 플레이트(108a~108f)에 결합하도록 사용되는 예시적인 결합물질이 2005년 9월 12일 출원된 미국 출원번호 제 11/224,221호에 개시되며 본 발명에서 참고된다.
스퍼터링 타겟(106a~106f)은 프레임 어셈블리 상에 위치할 수 있다. 프레임 어셈블리는 프로세싱 공간(112)에 걸쳐 연장하는(span) 하나 이상의 빔(124a~124e)을 가질 수 있다. 또한, 프레임 어셈블리는 프레임 어셈블리에 커플링된 선반(134)을 가질 수 있다. 스퍼터링 타겟(106a~106f)은 선반(134) 및 빔(124a~124e) 상에 위치할 수 있어서, 스퍼터링 타겟(106a~106f)이 선반(134) 및 빔(124a~124e) 상에 놓일 수 있다. 스퍼터링 타겟(106a~106f)은 절연기(140)에 의해 선반(134) 및 빔(124a~124e)으로부터 절연될 수 있다.
각각의 타겟(106a~106f)은 상응하는 전력 공급원(128a~128f)에 커플링될 수 있어서, 각각의 타겟(106a~106f)이 개별적으로 전력을 공급받을 수 있다. 분리된 전력 공급원(128a~128f)을 각각의 타겟(106a~106f)에 제공함으로써, 각각의 타겟(106a~106f)의 전력 레벨이 개별적으로 제어될 수 있어서 균등한 증착을 이룰 수 있다. 전력 공급원(128a~128f)은 DC, AC, 펄싱, RF 또는 그 조합일 수 있다. 기기는 제어기(132)에 의해 제어될 수 있다. 예시적인 전력 구성이 2006년 6월 30일 출원된 미국 출원번호 제 11/428,226호에 개시되며, 본 발명에서 참조된다.
프레임 어셈블리를 포함하는 선반(134) 및 빔(124a~124e)은 접지될 수 있어서 프레임 어셈블리가 어노드로서 기능한다. 일 실시예에서, 선반(134) 및 빔(124a~124e)을 포함하는 프레임 어셈블리는 단일 구조체를 포함할 수 있다. 각 각의 빔(124a~124e)은 커플링된 상응하는 암부 쉴드(126a~126e)를 갖는다. 암부 쉴드(126a~126e)는 바람직하지 않은 증착으로부터 빔(124a~124e)을 보호하며 빔(124a~124e)에 전기적으로 커플링될 수 있어서, 암부 쉴드(126a~126e)는 어노드로서 기능할 수 있다. 일 실시예에서, 암부 쉴드(126a~126e)는 스퍼터링 타겟과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, 암부 쉴드(126a~126e)는 스테인레스 강, 비드 블래스티드(bead blasted) 및 스퍼터링 타겟과 동일한 물질 또는 알루미늄이 스프레이된 프레임으로 이루어질 수 있다.
암부 쉴드(126a~126e)는 프로세싱 영역(112)에 노출될 수 있으며, 따라서 프로세싱과 정지시간 사이의 온도에 많은 변화가 있을 수 있다. 온도 유동을 보정하도록, 암부 쉴드(126a~126e)는 냉각 채널(138)을 통한 냉각 유체의 유동에 의해 냉각될 수 있다. 암부 쉴드(126a~126e)는 제거 가능하게 빔(124a~124e)에 커플링될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리(200)의 저면도이다. 다수의 스퍼터링 타겟(204a~204f)이 스퍼터링 타겟 어셈블리(200)에 걸쳐 위치할 수 있으며 프레임 어셈블리(202) 내에 놓인다. 프레임 어셈블리(202)는 하나 또는 그 이상의 빔(206)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 프레임 어셈블리(202)는 단일 재료 부품(unitary piece of material)을 포함한다. 6개의 스퍼터링 타겟(204a~204f)이 도시되지만, 보다 많거나 적은 개수의 스퍼터링 타겟(204a~204f)이 사용될 수 있음을 주지하여야 한다. 더욱이, 스퍼터링 타겟(204a~204f)이 스퍼터링 타겟 스트립으로 도시되었지만, 다른 구성이 본 발명에 채택될 수 있다. 예를 들어, 스퍼터링 타겟 타일 및 스퍼터링 타겟 스트립에 함께 커플링된 스퍼터링 타겟 타일이 사용될 수 있다. 스퍼터링 타겟 스트립을 이루도록 커플링되는 예시적인 스퍼터링 타겟 타일은 2006년 6월 15일 출원된 미국 출원 번호 제 11/424,467호 및 2006년 6월 15일 출원된 미국 출원 번호 제 11/424,468호에 개시되며, 본 발명에서 참조된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 어셈블리(300)의 개략적인 사시도이다. 프레임 어셈블리(300)는 외측 프레임부(302) 사이에 연장되는 하나 이상의 빔(304)을 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟 어셈블리(306)는 빔(304)과 외측 프레임부(302) 상에 놓인 선반(310) 상에서 프레임 어셈블리(300) 내의 개구부(308)에 놓일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인접한 타겟 어셈블리 사이의 빔 어셈블리의 단면도이다. 타겟 어셈블리는 스퍼터링 타겟(402a, 402b)을 각각 포함하며, 이는 결합층(406a, 406b)에 의해 백킹 플레이트(404a, 404b)에 결합된다. 백킹 플레이트(404a, 404b)의 온도는 백킹 플레이트(404a, 404b) 내에 있는 하나 이상의 냉각 채널(408)에 의해 제어될 수 있다. 백킹 플레이트 코팅(410)은 백킹 플레이트(404a, 404b)의 저면에 위치하여 백킹 플레이트(404a, 404b)의 저면에 걸친 (도시되지 않은) 마그네트론의 이동을 용이하게 하여 마그네트론을 절연한다.
빔 어셈블리(412)는 암부 쉴드(414)에 커플링된 빔 바디(426)를 포함한다. 클램프(428)는 빔 바디(426)를 통하도록 위치한다. 커플링 메커니즘(430)은 클램프(428)를 빔 바디(426)에 결속하며 따라서 빔 바디(426)의 선반(432)과 클램프(428) 사이에서 스퍼터링 타겟 어셈블리를 결속한다. 스퍼터링 타겟 어셈블리는 절연 부재(424)에 의해 빔 바디(426)로부터 절연될 수 있다. 암부 쉴드(414)는 본 기술 분야에 공지된 종래의 어떠한 부착 수단을 사용하여 빔 어셈블리(412)에 커플링될 수 있다. 유사하게, 절연 부재(424)는 본 기술 분야에 공지된 종래의 어떠한 부착 수단을 사용하여 빔 어셈블리(412)에 커플링될 수 있다. 밀봉 부재(416)는 암부 쉴드(414)와 빔 바디(426) 사이에 위치할 수 있다. 추가 밀봉 부재(418)가 백킹 플레이트(404a, 404b)와 빔 어셈블리(412) 사이에 위치할 수 있다. 전술한 바와 같이, 빔 어셈블리(412)는 따라서 암부 쉴드(414)는 접지될 수 있으며 따라서 어노드로서 효과적인 기능을 수행한다.
멀티-캐소드 PVD 기기의 특징적인 디자인은, 어노드가 프로세싱 공간의 밖에 위치하도록 하며 따라서 플라스마 균등성에 기여한다. (그 자신의 백킹 플레이트를 구비한 각각의 스퍼터링 타겟의) 공통 백킹 플레이트에 걸쳐 위치한 다중 스퍼터링 타겟 스트립을 위해, 인접한 스퍼터링 타겟 사이에 공간이 위치한다. 타겟 사이의 공간은 아크(arcing)를 방지한다. 인접한 타겟 사이의 공간 내에 어노드로서 위치하는 것은, 어노드가 아크를 감소하는데 도움을 주기 때문에 유익하다. 빔 어셈블리(412) 어노드의 타겟 어셈블리 사이 위치는, 빔 어셈블리(412)가 스퍼터링 타겟(402a, 402b)과 기판 사이의 어떠한 가시 경로를 블로킹하지 않기 때문에 유익하다. 빔 어셈블리(412)를 타겟(402a, 402b)에 인접하에 위치함으로써, 어노드로서 기판의 어떠한 쉐도우(shadowing)도 감소할 수 있다.
빔 어셈블리(412)가 스퍼터링 타겟(402a, 402b) 너머 프로세싱 공간 내에 연장되는 것이 필요할 수 있다. 스퍼터링 타겟(402a, 402b)의 물질이 스퍼터링됨으 로써, 이는 전방향으로 이동할 수 있다. 따라서 타겟(402a, 402b)으로부터 스퍼터링되는 물질은 빔 어셈블리(412) 상에 증착될 수 있다. 따라서 암부 쉴드(414)는 빔 어셈블리(412)에 커플링된다. 타겟(402a, 402b)으로부터 스퍼터링된 어떠한 물질도 빔 어셈블리(412)라기 보다는 암부 쉴드(414) 상에 증착될 수 있다. 암부 쉴드(414)는 대체되고 및/또는 세정되어 빔 어셈블리(412)가 무기한 재사용된다. 암부 쉴드(414)는 대체되고 및/또는 세정될 필요성이 있는 경우 언제라도 빔 어셈블리(412)로부터 해제될 수 있다. 암부 쉴드(414)는 굽어져서 암부 쉴드(414) 상에 증착될 수 있는 물질의 양을 감소시킨다.
PVD 기기(400) 내의 온도는 프로세싱 온도와 정지시간 온도 사이에서 유동할 수 있다. 프로세싱 온도는 챔버 구성 요소를 "레드 핫(red hot)"에 이르도록 높을 수 있다. 정지시간 온도는 상온에 이르도록 낮을 수 있다. 온도가 유동함에 따라 암부 쉴드(414)는 팽창 및 수축할 수 있다. 암부 쉴드(414)가 팽창 및 수축하는 경우, 암부 쉴드(414) 상에 증착되는 물질은 벗겨지거나 기판을 오염시킬 수 있다. 추가로 프로세싱 온도는 스퍼터링 물질의 녹는점에 근접하거나 초과할 수 있다. 암부 쉴드(414) 상에 놓인 어떠한 스퍼터링 물질이라도 스퍼터링 물질의 녹는점에 이른다면, 증착된 물질은 암부 쉴드(414)로부터 벗겨져서 기판을 오염시킬 것이다. 암부 쉴드(414)의 온도를 제어하는 것은, 암부 쉴드(414)의 팽창 및 수축이 감소하기 때문에 유익하다. 더욱이, 암부 쉴드(414)의 온도는 스퍼터링 물질의 녹는점 아래에서 유지되도록 제어되어 기판에 떨어지는 것을 감소시킨다.
빔 바디(426) 내에서 적어도 하나의 냉각 채널(420)이 존재할 수 있다. 따 라서, 냉각 채널(420)은 빔 바디(426)와 암부 쉴드(414) 모두에 근접할 수 있다. 냉각 채널(420)은 빔 어셈블리(412)의 바디(426)를 통해 유동하는 연속적인 채널일 수 있으며 또는 다수의 냉각 채널(420)일 수 있다. 냉각 채널(420)은 밀봉 부재(422)에 의해 밀봉되어, 어떠한 냉각 유체도 프로세싱 공간에 진입하여 기판을 오염시키지 않도록 한다. 냉각 유체는 본 기술 분야에 공지된 종래의 어떠한 냉각 유체일 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 유체는 물이다. 다른 실시예에서, 냉각 유체는 기체 상태이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인접한 타겟 어셈블리 사이의 빔 어셈블리의 단면도이다. 냉각 채널(520)은 암부 쉴드(530)의 오목한 부분(carved out portion) 내에 위치하여 냉각 채널 프레임(514)에 둘러싸일 수 있다. 따라서, 냉각 채널(520)은 빔 바디(526) 근처에 위치할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 다른 암부 쉴드(600)의 개략적인 사시도이다. 일 실시예에서, 암부 쉴드(600)는 부풀어올라서, 하나 이상의 돌출부(602, 604)가 PVD 챔버 내의 프로세싱 공간을 면하는 표면 상에 위치한다. 돌출부(602, 604)는 각각 개략적으로 정사각 형태의 돌출부(602)이거나, 길게 연장된 직사각 형태의 돌출부(604)이거나, 또는 그 조합일 수 있다. 암부 쉴드(600) 상의 돌출부(602, 604)는 스퍼터링 동안 스퍼터링 물질이 증착될 수 있는 보다 작은 표면을 제공한다. 그러나 암부 쉴드(600)의 부풀어오른 표면은 암부 쉴드(600)의 잠재적 팽창 및 수축 동안 유익할 수 있다. 온도 변화 동안, 돌출부(602, 604)가 전체적인 암부 쉴드(600) 보다 더 팽창 및 수축된다. 따라서, 돌출부(602, 604)는 발생할 수 있는 벗겨지는 양을 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 돌출부(602)는 약 25제곱 미리미터의 표면적을 갖는다. 비드 블래스팅과 같은 프로세스에 의해 표면을 단순히 러프하게 하는 것(roughening)에 비하여, 부풀어오르게 하는 것은 교체시까지 보다 많은 양의 물질이 암부 쉴드(600) 상에 증착될 수 있게 허용하는 보다 넓은 표면을 제공하기 때문에 유익하다. 부풀어오르는 것은, 암부 쉴드(600)가 러프 가공된(roughened) 암부 쉴드의 약 2배의 시간 만큼 견디도록 할 수 있다.
도 7a는, 본 발명의 일 실시예에 따른 암부 쉴드의 부풀어오른 표면에 형성된 돌출부(700)의 사시도이다. 도 7b는, 도 7a의 돌출부(700)의 단면도이다. 돌출부(700)는 경사진 표면(702) 및 대체로 평평한 상부면(704)을 갖는다. 일 실시예에서, 경사진 표면(702)은 약 25도 이상의 각도로 경사질 수 있다.
멀티-캐소드 PVD 시스템에서 인접한 타게 사이에 어노드로서 기능하는 냉각된 암부 쉴드를 위치하는 것은, 쉐도우가 감소하고 플라스마 균등성이 증진할 수 있기 때문에 바람직하다. 암부 쉴드를 냉각하고 부풀어오르게 하는 것은 벗겨짐 또는 떨어짐을 감소할 수 있어서 기판 오염을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예들이 설명되었으나, 본 발명의 또 다른 실시예들이 이하에 첨부된 청구항에 의해 규정되는 청구범위를 벗어나지 않고 가능할 것이다.
본 발명의 전술한 특징들이 상세히 이해되고, 본 발명의 보다 상세한 기술을 위하여 실시예를 통하여 설명할 것이며, 이는 첨부된 도면에서 설명되나. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 특정 실시예만을 도시할 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니며 또한 균등한 실시예에 그 범위가 미침을 주지하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 PVD 기기(100)의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리(200)의 저면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스마 어셈블리(300)의 개략적인 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 인접한 타겟 어셈블리 사이의 빔 어셈블리의 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인접한 타겟 어셈블리 사이의 빔 어셈블리의 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 암부 쉴드(600)의 개략적인 사시도이다.
도 7a는, 본 발명의 일 실시예에 따른 암부 쉴드의 부풀려진 표면으로 형성된 돌출부(700)의 평면도이다.
도 7b는, 도 7A의 돌출부(700)의 단면도이다.
이해를 돕도록, 도면들에서 공통된 부재들에 동일한 도면 부호들이 지칭된다. 일 실시예에 기재된 구성요소들은 특별한 인용 없이도 다른 실시예에서 사용될 수 있다.
도면 부호
100 기기 102 서셉터
104 기판 106a 타겟
106b 타겟 106c 타겟
106d 타겟 106e 타겟
106f 타겟 108a 백킹 플레이트
108b 백킹 플레이트 108c 백킹 플레이트
108d 백킹 플레이트 108e 백킹 플레이트
108f 백킹 플레이트 110 냉각 채널
112 프로세싱 공간 114 쉴드
116 챔버 벽체 118 마그네트론
120 마그네트론 챔버 122 결합층
124a 빔 124b 빔
124c 빔 124d 빔
124e 빔 126a 쉴드
126b 쉴드 126c 쉴드
126d 쉴드 126e 쉴드
128a 전력 공급원 128b 전력 공급원
128c 전력 공급원 128d 전력 공급원
128e 전력 공급원 128f 전력 공급원
130 밀봉 부재 132 제어기
134 선반 138 냉각 채널
140 절연기
200 타겟 어셈블리 202 프레임 어셈블리
204a 타겟 204b 타겟
204c 타겟 204d 타겟
204e 타겟 204f 타겟
206 빔
300 프레임 어셈블리 302 외측 프레임부
304 빔 306 타겟 어셈블리
308 개구부 310 선반
400 기기 402a 타겟
402b 타겟 404a 백킹 플레이트
404b 백킹 플레이트 406a 결합층
406b 결합층 408 냉각 채널
410 백킹 플레이트 코팅 412 빔 어셈블리
414 쉴드 416 밀봉 부재
418 밀봉 부재 420 냉각 채널
422 밀봉 부재 424 절연 부재
426 빔 바디 428 클램프
430 커플링 메커니즘 432 선반
514 냉각 채널 프레임 520 냉각 채널
526 빔 바디 530 암부 쉴드
600 쉴드 어셈블리 602 돌출부
604 돌출부
700 돌출부 702 경사진 표면
704 상부면

Claims (28)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 스퍼터링 타겟(sputtering target) 지지 프레임 어셈블리로서,
    다수의 타겟을 둘러싸는 에지부;
    인접한 타겟들 사이의 길이에 걸쳐 연장하며, 상기 에지부와 커플링되는, 하나 이상의 빔(beam);
    상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 암부 쉴드(dark space shield); 및
    상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 냉각 채널을 포함하고;
    상기 하나 이상의 암부 쉴드가 부풀어오르고(embossed), 상기 부풀어오른 하나 이상의 암부 쉴드는 상기 하나 이상의 암부 쉴드로부터 연장된 다수의 돌출부를 포함하며, 상기 돌출부들은 서로에 대하여 각을 이루는(angled) 다수의 표면을 갖는,
    스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 돌출부들은 25mm2의 표면적을 갖는,
    스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리.
  5. 스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리로서,
    다수의 타겟을 둘러싸는 에지부;
    인접한 타겟들 사이의 길이에 걸쳐 연장하며, 상기 에지부와 커플링되는, 하나 이상의 빔;
    상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 암부 쉴드;
    상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 냉각 채널; 및
    상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 클램핑 메커니즘을 포함하는,
    스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 클램핑 메커니즘이 상기 하나 이상의 빔을 통하도록 배치된,
    스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 암부 쉴드는 상기 하나 이상의 냉각 채널을 배치하기 위한 오목한 부분을 포함하는,
    스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리.
  8. 스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리로서,
    다수의 타겟을 둘러싸는 에지부;
    인접한 타겟들 사이의 길이에 걸쳐 연장하며, 상기 에지부와 커플링되는, 하나 이상의 빔;
    상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 암부 쉴드; 및
    상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 냉각 채널을 포함하며;
    상기 하나 이상의 빔이 상기 하나 이상의 냉각 채널을 배치하기 위한 빔 바디를 포함하는,
    스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 에지부 및 상기 하나 이상의 빔이 단일 재료 부품을 포함하는,
    스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리.
  10. 스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리로서,
    다수의 타겟을 둘러싸는 에지부;
    인접한 타겟들 사이의 길이에 걸쳐 연장하며, 상기 에지부와 커플링되는, 하나 이상의 빔;
    상기 하나 이상의 빔과 분리가능하게 커플링되는 하나 이상의 암부 쉴드; 및
    상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 냉각 채널을 포함하는,
    스퍼터링 타겟 지지 프레임 어셈블리.
  11. 스퍼터링 기기로서,
    다수의 스퍼터링 타겟; 및
    상기 다수의 스퍼터링 타겟 중 한 쌍의 스퍼터링 타겟 사이에 커플링되는 타겟 지지 프레임을 포함하며,
    상기 타겟 지지 프레임은;
    상기 한 쌍의 스퍼터링 타겟을 지지하기 위한 선반(ledge)을 갖는 하나 이상의 빔;
    상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 냉각 채널; 및
    상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 하나 이상의 클램핑 메커니즘으로서, 상기 한 쌍의 스퍼터링 타겟이 상기 하나 이상의 클램핑 메커니즘과 상기 선반 사이에서 커플링되는, 하나 이상의 클램핑 메커니즘을 포함하는,
    스퍼터링 기기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 빔과 커플링되는 암부 쉴드를 더 포함하는,
    스퍼터링 기기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 암부 쉴드는 부풀어오른 표면을 갖는,
    스퍼터링 기기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 부풀어오른 표면은 다수의 돌출부를 포함하며, 상기 다수의 돌출부들 각각은 상기 암부 쉴드로부터 연장되고 서로에 대해 각을 이루는 다수의 표면들을 갖는,
    스퍼터링 기기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 돌출부들은 25mm2의 표면적을 갖는,
    스퍼터링 기기.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 암부 쉴드는 상기 하나 이상의 빔에 제거 가능하게 커플링되는,
    스퍼터링 기기.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 암부 쉴드는 상기 하나 이상의 냉각 채널을 배치하기 위한 오목한 부분을 포함하는,
    스퍼터링 기기.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 빔은 상기 하나 이상의 냉각 채널을 배치하기 위한 빔 바디를 포함하는,
    스퍼터링 기기.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 스퍼터링 방법으로서,
    암부 쉴드에 커플링된 지지 빔의 선반과 하나 이상의 클램핑 메커니즘 사이에 스퍼터링 타겟을 커플링하는 단계;
    상기 빔 및 상기 암부 쉴드에 인접하여 냉각 채널을 제공하는 단계;
    상기 냉각 채널 내에서 냉각 유체를 유동시키는 단계; 및
    상기 스퍼터링 타겟으로부터 물질을 기판상으로 스퍼터링하는 단계를 포함하는,
    스퍼터링 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟으로부터 상기 선반을 전기적으로 절연하는 단계를 더 포함하는,
    스퍼터링 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 암부 쉴드는 다수의 돌출부를 갖는 부풀어오른 표면을 포함하며, 상기 돌출부들 각각은 상기 암부 쉴드로부터 연장된 다수의 표면들을 가지며,
    상기 스퍼터링 방법은, 상기 다수의 돌출부를 팽창시키고 수축시키는 단계를 더 포함하는,
    스퍼터링 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 암부 쉴드를 접지하는 단계를 더 포함하는,
    스퍼터링 방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 기판은 1제곱 미터 이상의 표면적을 갖는,
    스퍼터링 방법.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 냉각 채널은 상기 빔 내에 배치되는,
    스퍼터링 방법.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 냉각 채널은 상기 암부 쉴드와 접촉하는,
    스퍼터링 방법.
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