KR101702895B1 - 기판 처리 챔버용 냉각 차폐부 - Google Patents
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Abstract
프로세스 키트(200)는 기판의 오버행 엣지 및 챔버 부품들 상의 프로세스 증착물들의 증착을 감소시키기 위하여, 기판 처리 챔버(100)의 스퍼터링 타깃(140)을 둘러싸는 상부 차폐부(201a)를 포함한다. 상기 설명된 차폐부는 내부 표면(219) 상의 수직 평면(221b) 및 형성된 평면(221a) 및 외부 표면(220) 상의 복수의 단차부(223)들을 가지는 원통형 밴드(214)와 지지 레그(226) 및 정상 링(216)을 갖는 단일 구성이다. 정상 링은 상기 스퍼터링 타깃의 경사진 주변 엣지를 에워싸도록 형성된 아치형 표면을 가지는 반경 방향 내측 융기부(217)를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예들은 기판 처리 챔버용 차폐부(shield)에 관한 것이다.
집적 회로들 및 디스플레이들의 제조에 있어서, 반도체 웨이퍼 또는 디스플레이 패널과 같은 기판이 프로세스 챔버 내에 배치되며, 기판상에 물질을 증착하거나 식각하기 위한 처리 상태들이 챔버 내에 설정된다. 통상적인 프로세스 챔버는 프로세스 구역을 에워싸는 인클로져(enclosure) 벽, 챔버 내에 프로세스 가스를 제공하기 위한 가스 공급원, 기판을 처리하기 위해 프로세스 가스에 전압을 가하기 위한 가스 에너자이저(gas energizer), 사용된 가스를 배출 및 제거하고 챔버 내에 가스 압력을 유지하기 위한 가스 배출기, 및 기판을 유지하기 위한 기판 지지부를 포함하는 챔버 부품들을 포함한다. 이러한 챔버들은, 예를 들어 스퍼터링(sputtering) 또는 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 및 식각 챔버들을 포함할 수 있다.
PVD 챔버에서, 타깃은 스퍼터링되어 타깃을 향하는 기판상에 스퍼터링된 타깃 물질이 증착되는 것을 야기한다. 스퍼터링 프로세스에 있어서, 비활성 및 반응성 가스를 포함하는 프로세스 가스가 챔버 내부로 공급된다. 프로세스 가스는 활동적인(energetic) 이온들을 형성하도록 전압이 가해지며, 이러한 이온은 타깃을 가격하여 스퍼터링 물질이 타깃으로부터 떨어져 나와 기판상에 막으로서 증착되는 것을 야기한다. 이러한 스퍼터링 프로세스들에 있어서, 타깃으로부터 스퍼터링된 물질은 챔버 벽들 및 다른 챔버 부품 표면들을 보호하고 이들 상의 증착을 방지하기 위하여 스퍼터링된 물질을 수용하는데 사용되는 차폐부들 또는 라이너(liner)들을 따라 재증착될 수 있다. 그러나 차폐부들 또는 라이너들 상의 스퍼터링된 및 재증착된 물질의 형성 및 축적은, 이와 같이 축적된 증착물들이 분리되고(debond) 박리되어(flake off) 챔버 및 챔버 부품들 안쪽으로 떨어져 이를 오염시킬 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 이러한 결과를 방지하기 위하여, 차폐부들 및 라이너들은 단지 몇 개의 프로세스 사이클들 이후의 분리 및 세정을 필요로 하는데, 이는 수반되는 필수적인 노동 때문에 매우 비효과적이며 비싸다.
축적된 증착물의 입자 뿌려짐(particle shedding) 및 박리(flaking)는, 부분적으로 차폐부와 어댑터(adapter) 사이의 인터페이스뿐만 아니라 차폐부들의 부품들 간의 인터페이스에서의 높은 열적 저항에 기인한, 차폐부들의 열악한 열 전도성으로부터 초래될 수 있다. 따라서 기존의 차폐부들 및 라이너들에 대한 제어는 거의 없으며, 차폐부들 및 라이너들로부터의 입자들의 뿌려짐 및 박리는 플라즈마에 노출됨으로 인한 차폐부들의 주기적인 열적 부하로 인해 차폐부가 큰 온도 변동들을 겪기 때문이다.
큰 온도 변동들은 차폐부들의 팽창 및 수축을 초래하고, 이는 결국 차폐부들의 구조에 열 응력을 발생시킨다. 차폐부들 또는 라이너들과, 고 응력 막들과 같이, 그 위에 증착된 물질 사이의 열 팽창 계수들의 차이로 인하여, 프로세스 사이클이 완료된 이후에 차폐부들 및 라이너들 상에 형성된 스퍼터링된 물질의 벗겨짐(peeling) 또는 쪼개짐(spalling)이 있을 수 있다.
따라서, 차폐부의 표면들로부터 축적된 증착물들의 박리를 줄이는 차폐부들을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 차폐부 및 라이너 표면들로부터 입자들의 박리를 감소시키기 위하여, 기판의 처리 동안 차폐부들 및 라이너들의 온도를 제어하도록 차폐부들 및 라이너들의 열 전도성을 증가시키는 것이 바람직하다. 더욱 많은 양의 축적된 증착물들을 수용하고 견딜 수 있으며 차폐부들과 라이너들에 대한 이러한 증착물들의 접착력을 증가시키도록 설계된 차폐부들 및 라이너들을 가지는 것이 또한 바람직하다. 또한, 프로세스 챔버의 내부 표면들 상에 형성되는 스퍼터링된 증착물들의의 양을 감소시키도록 서로에 대해 배치되고 형성된 부품들을 가질 뿐만 아니라, 더 적은 부분들이나 부품들을 가지는 차폐부 또는 라이너를 가지는 것이 바람직하다.
기판 처리 챔버의 스퍼터링 타깃을 둘러싸는 상부 차폐부로서, 상기 스퍼터링 타깃이 경사진 주변 엣지를 가지는 상부 차폐부가 제공된다. 상기 상부 차폐부는 (a) 반경 방향 내측 융기부(bulge)를 포함하는 정상 링으로서, 상기 융기부가 상기 스퍼터링 타깃의 경사진 주변 엣지를 에워싸도록 형성된 아치형 표면을 가지는, 정상 링; (b) 상기 정상 링 아래의 지지 릿지(ledge)로서, 반경 방향 외측으로 연장하는 지지 릿지; 및 (c) 상기 지지 릿지로부터 아래로 연장하는 원통형 밴드를 가진다. 상기 원통형 밴드는 (1) 경사진 평면 및 실질적으로 수직인 평면을 가지는 반경 방향 내측 표면; 및 (2) 복수의 단차부들을 가지는 반경 방향 외측 표면;을 가진다.
기판 처리 챔버의 기판 지지부 및 상부 차폐부 주위에 배치되기 위한 하부 차폐부로서, 상기 기판 지지부가 주변 엣지를 가지는 하부 차폐부가 제공된다. 상기 하부 차폐부는 곡선형 연결부로 아래로 연장하는 환형 밴드; 및 상기 곡선형 연결부로부터 수평으로 연장하는 내측 돌출 립으로서, 상기 기판 지지부의 주변 엣지를 적어도 부분적으로 에워싸는 반경 방향 내측 엣지를 포함하는 내측 돌출 립을 가진다.
스퍼터링 타깃 주위에 배치되기 위한 차폐부 지지 조립체가 제공된다. 차폐부 지지 조립체는 상부 차폐부, 상기 차폐부를 지지하기 위한 어댑터 및 복수의 나사들을 포함한다. 상부 차폐부는 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터링 표면을 에워싸는 내부 표면을 갖는 정상 링; 상기 정상 링 아래의 지지 릿지로서, 각각이 반원형 형상을 포함하는 복수의 돌출부들을 포함하며 반경 방향 외측으로 연장하는, 지지 릿지; 및 상기 지지 릿지로부터 아래로 연장하는 원통형 밴드; 를 포함한다. 상기 어댑터는 상기 차폐부를 상기 어댑터에 정렬시키기 위해 복수의 돌출부들 중 하나 또는 둘 이상을 수용하도록 형성되고 크기가 정해지는 하나 또는 둘 이상의 절개부를 가진다. 상기 복수의 나사들은 상기 상부 차폐부를 상기 어댑터에 고정시키고 이에 의해 상기 상부 차폐부와 상기 어댑터 사이의 전도성을 증가시킨다.
기판 처리 챔버의 측벽과 상부 차폐부 사이에 배치되고, 주변 엣지를 가지는 기판 지지부를 에워싸기 위한 하부 차폐부가 제공된다. 하부 차폐부는, (a) 단부를 가지는 환형 밴드; (b) 상기 환형 밴드의 단부로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 내측 돌출 립; 및 (c) 상기 기판 지지부의 주변 엣지를 적어도 부분적으로 에워싸기 위하여 상기 내측 돌출 립으로부터 연장하는 반경 방향 내측 엣지를 가진다.
기판 처리 챔버의 기판 지지부와 상부 차폐부 주위에 배치되기 위한 하부 차폐부로서, 상기 기판 지지부가 주변 엣지를 가지는 하부 차폐부가 제공된다. 하부 차폐부는 아래로 연장하는 환형 밴드; 및 상기 환형 밴드로부터 수평으로 연장하는 내측 돌출 립으로서, 상기 기판 지지부의 주변 엣지를 적어도 부분적으로 에워싸는 반경 방향 내측 엣지를 포함하는, 내측 돌출 립;을 가진다.
기판 처리 챔버의 증착 링 및 기판 지지부 주위에 배치되기 위한 커버 링이 제공된다. 커버 링은 (a) (i) 상기 기판 지지부 주위로 연장하는 정상 표면, 및 (ii) 상기 증착 링 위에 놓이는 돌출 테두리(brim)를 포함하는 웨지; (b) 상기 웨지로부터 아래로 연장하는 외부 및 내부 레그들; 및 (c) 상기 커버 링을 지지하기 위하여 상기 증착 링 상에 놓이는 발판;을 가진다.
본 발명의 이러한 특징들, 양태들 및 장점들은 본원 발명의 예들을 도시하는 이하의 상세한 설명, 첨부된 청구항들, 및 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 잘 이해될 것이다. 그러나 각각의 특징들은 단지 특정 도면들과 관련해서만이 아니라 일반적으로 본 발명에 사용될 수 있다는 점과, 본 발명이 이들 특징들의 임의의 조합을 포함한다는 것이 이해될 것이다.
도 1a는 프로세스 키트(process kit) 부품들 및 타깃을 나타내는 기판 처리 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 1b는 상부 차폐부의 실시예의 단면도이다.
도 2a는 상부 차폐부의 간략한 평면도이다.
도 2b는 상부 차폐부의 실시예에 대한 등측도이다.
도 3은 어댑터에 연결되는 상부 차폐부의 상부 부분의 횡단면도이다.
도 1b는 상부 차폐부의 실시예의 단면도이다.
도 2a는 상부 차폐부의 간략한 평면도이다.
도 2b는 상부 차폐부의 실시예에 대한 등측도이다.
도 3은 어댑터에 연결되는 상부 차폐부의 상부 부분의 횡단면도이다.
기판(104)을 처리할 수 있는 적절한 프로세스 챔버(100)의 예가 도 1a에 나타난다. 챔버(100)는 프로세스 구역(108)을 감싸는 인클로져 벽(enclosure wall)(106)들을 포함한다. 벽(106)들은 측벽(116)들, 바닥 벽(120) 및 천장(124)을 포함한다. 챔버(100)는 챔버(100)들 사이에서 기판(104)들을 전달하는, 로봇 아암(arm)과 같은 기판 전달 메커니즘에 의해 연결되는 일군의 상호 연결된 챔버들을 가지는 다중-챔버 플랫폼(platform)의 부분일 수 있다. 나타낸 양태에서, 프로세스 챔버(100)는 물리적 기상 증착 또는 PVD 챔버로도 알려진 스퍼터 증착 챔버(sputter deposition chamber)를 포함하는데, 이러한 챔버는 예를 들어, 알루미늄, 구리, 탄탈, 티타늄 및 텅스텐 중 하나 또는 둘 이상과 같은 물질을 기판(104) 상에 스퍼터 증착할 수 있다.
챔버(100)는 기판 지지부(130)를 포함하는데, 이 지지부는 기판(104)을 지지하기 위한 받침대(134)를 포함한다. 받침대(134)는 상부 스퍼터링 타깃(140)의 스퍼터링 표면(139)에 실질적으로 평행한 수평면을 가지는 기판 수용 표면(138)을 갖는다. 받침대(134)의 기판 수용 표면(138)은 처리과정 동안에 기판을 수용하고 지지한다. 받침대(134)는 전기 저항 가열기 또는 열 교환기와 같은 가열기 또는 정전 척(electrostatic chuck)을 포함할 수 있다. 작동에 있어서, 기판(104)은 챔버(100)의 측벽(116) 내의 기판 로딩 입구(142)를 통해 챔버(100) 안으로 도입되고 기판 지지부(130)의 수용 표면(138) 상에 위치된다. 지지부(130)는 지지 리프트 벨로우즈(support lift bellows)에 의하여 상승되거나 하강될 수 있으며, 리프트 핑거 조립체(lift finger assembly)가 기판 지지부(130) 상에 기판(104)을 배치하는 동안 지지부(130) 상으로 기판(104)을 상승 및 하강시키는데 사용될 수 있다. 받침대(134)는 플라즈마 작동 동안 전기적 플로팅 전위(electrically floating potential) 또는 접지된 상태로 유지될 수 있다.
챔버(100)는 기판 지지부(130) 및 스프터링 타깃(140) 주위에 배치하기 위한 프로세스 키트(200)를 포함한다. 프로세스 키트(200)는, 예를 들어 부품 표면들에서 스퍼터링 증착물들을 세정하기 위하여, 부식된(eroded) 부품들을 교체하거나 수리하기 위하여, 그리고 챔버(100)를 다른 프로세스들에 대하여 조정하기 위하여, 챔버(100)로부터 쉽게 제거될 수 있는 다양한 부품들을 포함한다. 일 양태에서, 프로세스 키트(200)는, 상부 차폐부(201a), 하부 차폐부(201b), 및 기판 지지부(130)의 수용 표면(138) 상에 배치되는 기판(104)의 오버행(overhanging) 엣지(206) 이전에 종결하는 기판 지지부(130)의 주변 벽(204) 주위에 배치되기 위한 링 조립체(202)를 포함한다. 링 조립체(202)는 증착 링(208) 및 커버 링(212)을 포함한다. 증착 링(208) 및 커버 링(212)은 서로 함께 작용하여 기판(104)의 오버행 엣지(206)와 지지부(130)의 주변 벽(204)들 상의 스퍼터 증착물들의 형성을 감소시킨다.
도 1a, 1B, 2A, 및 2B를 참조하면, 상부 차폐부(201a)는 챔버(100)의 측벽(116)들을 가리고, 기판 지지부(130)의 외부 주변을 에워싸고, 기판 지지부(130)를 향하는 스퍼터링 타깃(140)의 스퍼터링 표면(139)을 에워싸는 크기의 직경을 가진다. 상부 차폐부(201a)는 지지부(130)의 표면들, 기판(104)의 오버행 엣지(206), 챔버(100)의 측벽(116)들 및 바닥 벽(120) 상으로의, 스퍼터링 타깃(140)의 스퍼터링 표면(139)으로부터 기인하는 스퍼터링 증착물들의 증착을 감소시키는 역할을 한다.
상부 차폐부(201a)는 반경 방향 내측 융기부(217)를 가지는 정상 링(216)을 포함한다. 융기부(217)는 스퍼터링 타깃(140)의 경사진 주변 엣지를 에워싸기 위해 형성된 아치형 표면을 가진다. 정상 링(216)의 융기부(217)는 원하지 않는 스퍼터링된 증착물들에 대해 더 작은 구역을 생성함으로써 스퍼터링 타깃(140)과 정상 링(216) 사이의 공간의 양을 줄이거나 최소화시키는 역할을 한다. 게다가, 정상 링(216)의 내측 융기부(217)의 아치형 표면은 스퍼터링된 증착물들이 이 정상 링에 달라붙는 것을 어렵게 한다.
도 1b 및 3을 참조하면, 정상 링(216) 바로 아래에 지지 릿지(226)가 있다. 지지 릿지(226)는 챔버(100)의 측벽(116)들을 향해 반경 방향 외측으로 연장한다. 지지 릿지(226)는 정상 및 바닥 표면(228a,b)을 포함한다. 정상 표면(228a)은 각각이 반원형 형상을 포함하는 복수의 절개부(cutout)(230)들을 가진다. 일 양태에서는, 지지 릿지(226)가 3개의 절개부(230)들을 가진다. 지지 릿지(226)의 바닥 표면(228b)은 상부 차폐부(201a)를 지지하는 환형 어댑터(232)와 상부 차폐부(201a)를 정렬시키기 위하여 복수의 돌출부(231)들을 포함한다. 각각의 돌출부(231)는 반원형 형상을 포함하며, 일 양태에서, 지지 릿지(226)는 3개의 돌출부(231)들을 가진다. 지지 릿지(226)의 정상 표면(228a) 상의 절개부(230)들은 지지 릿지(226)의 바닥 표면(228b) 상의 돌출부(231)들 위에 있으며 그리고 곧장 수직으로 정렬되며, 돌출부(231)들을 어댑터(232) 상의 유사한 형상의 절개부들과 정렬시키는데 사용된다. 지지 릿지(226)의 바닥 표면(228b) 상의 복수의 돌출부(231)들은 상부 차폐부(201a)를 어댑터(232)에 정확하게 정렬시키는 역할을 한다. 이러한 정렬은 프로세스 키트(200) 변화들과 챔버 매칭(matching) 사이에 일정한 전압을 유지하는 것뿐만 아니라, 아킹(arcing)과 2차 플라즈마 발생들을 최소화시키기 위하여 상부 차폐부(201a)와 타깃(140) 사이의 공간을 엄격하게 제어하는데 도움이 된다. 상부 차폐부(201a)의 지지 릿지(226)는 복수의 나사들에 의하여 어댑터(232)에 고정된다. 일 양태에서, 복수의 나사들은 12개의 나사들이다. 상부 차폐부(201a)를 환형 어댑터(232)에 고정하는 것은 상부 차폐부(201a)의 온도 제어를 제공한다.
반경 방향 내측 표면(219) 및 외부 표면(220)을 가지는 원통형 밴드(214)가 상부 차폐부(201a)의 정상 링(216)으로부터 아래로 연장한다. 밴드(214)의 반경 방향 내측 표면(219)은 경사진 평면(221a) 및 실질적으로 수직인 평면(221b) 모두를 가진다. 일 양태에서, 경사진 평면(221a)은 원통형 밴드(214)의 실질적으로 수직인 평면(221b)에 대하여 약 7 내지 약 14도의 각도를 가진다. 밴드(214)의 반경 방향 내측 표면(219)은 실질적으로 수직인 평면(221b) 위에 내측 경사 평면(221a)을 가져서, 예를 들어 정상 링(216)으로부터 박리되는 스퍼터링된 증착물들을 위한 표면 및 타깃(140)의 주변으로부터 스퍼터링된 증착물들을 위한 표면을 제공하여 그 표면에 부착시킨다. 이는, 특히 엣지 주변에서, 기판(104)의 오염을 효과적으로 최소화시킨다.
원통형 밴드(214)의 반경 방향 외측 표면은 복수의 단차부(step)(223)들을 포함한다. 단차부(223)들은 경사진 평면(224)들에 의하여 서로 연결된다. 원통형 밴드(214) 상의 가장 낮은 단차부(223)는 경사진 평면(224)으로부터 아래로 연장하여 라운딩된(rounded) 엣지(225)에서 종결된다. 일 양태에서, 원통형 밴드(214)는 3개의 단차부(223a, b, c)들을 가진다. 일 양태에서, 밴드(214)의 제 3 단차부(223c)는 제 1 및 제 2 단차부(223a,b)들보다 작은 두께를 가진다. 일 양태에서, 제 3 단차부(223c)의 두께는 약 0.05 내지 약 0.3 인치이다.
정상 링(216), 지지 릿지(226) 및 원통형 밴드(214)는 단일 모노리쓰 구조(monolith structure)를 형성한다. 예를 들어, 전체 상부 차폐부(201a)는 300 시리즈 스테인리스 스틸과 같은 전도성 물질들, 또는 일 양태에서와 같이, 알루미늄으로 제조될 수 있다. 단일 상부 차폐부(201a)는, 상부 차폐부를 구성하기 위하여, 다수의 부품들, 종종 두 개의 별도 부품들을 포함하는 종래의 상부 차폐부들에 비해 유리한데, 이는 단일 상부 차폐부(201a)가 다수의 부품의 차폐부 보다 세정을 위해 제거하는 것이 덜 어렵고 덜 힘들기 때문이다. 또한, 단일 부품의 상부 차폐부(201a)는 세정이 더 어려운 인터페이스들 또는 코너부(corners)들이 없이 스퍼터링 증착물들에 노출되는 연속적인 표면을 가지며; 바람직하지 않게는, 인터페이스들은 입자 생성원일 수 있다. 단일 부품의 상부 차폐부(201a)는 또한, 플라즈마가 상부 차폐부(201a)를 가열하는 프로세스들 동안의 냉각뿐만 아니라 주기적인 보수유지 동안의 가열 양쪽에 있어서, 다수 부품의 차폐부들보다 열적으로 더 균일하다. 단일 부품의 상부 차폐부(201a)는 또한 프로세스 사이클들 동안 스퍼터 증착물로부터 챔버 벽(106)들을 차폐시킨다.
일 양태에서, 상부 차폐부(201a)의 표면은 예를 들어 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티리얼사(applied materials)로부터 이용 가능한 CleanCoatTM 와 같은 트윈-와이어(twin-wire) 알루미늄 아크-스프레이 코팅으로 처리된다. CleanCoatTM 은 상부 차폐부(201a)와 같은 기판 처리 챔버 부품들에 도포되어, 상부 차폐부(201a) 상에 증착물들의 입자가 뿌려지는 것을 감소시키고, 따라서 챔버(100)의 오염을 방지한다. 일 양태에서는, 상부 차폐부(201a) 상의 트윈-와이어 알루미늄 아크-스프레이 코팅은 약 600 내지 약 2600 마이크로인치의 평균 표면 조도(surface roughness)를 가진다. 본 발명의 일 실시예에서, 상부 차폐부 및 하부 차폐부 중 하나 이상의 표면은 약 600 내지 약 2600 마이크로인치의 평균 표면 조도를 갖는 트윈-와이어 알루미늄 아크-스프레이 코팅을 포함할 수 있다.
상부 차폐부(201a)는 챔버(100) 내의 플라즈마 구역(108)의 중심을 향하는 노출 표면(240)들을 가진다. 선택적으로는, 노출 표면들은 약 200 내지 약 300 마이크로인치의 표면 조도를 가지도록 비드 블래스트(bead blast)될 수 있다. 비드 블래스트된 표면들은 트윈-와이어 알루미늄 아크-스프레이 코팅이 상부 차폐부(201a)의 표면들에 접착되는 것을 도우며 또한 입자가 뿌려지는 것을 감소시키고 챔버(100) 내의 오염을 방지하는 역할을 할 수 있다.
하부 차폐부(201b)는 상부 차폐부(201a)의 원통형 밴드(214)의 외부 표면(220) 주위에 배치되고 챔버(100)의 측벽(116)들을 가린다. 일 양태에서, 하부 차폐부(201b)는 상부 차폐부(201a)의 원통형 밴드의 외부 표면(220)의 적어도 일부를 둘러싼다. 하부 차폐부(201b)는 상부 차폐부(201a)의 표면들과 스퍼터링 타깃(140)의 스퍼터링 표면(139)으로부터 기인하는 스퍼터링 증착물들이, 지지부(130)의 표면들, 기판(104)의 오버행 엣지(206), 챔버(100)의 측벽(116)들 및 바닥 벽(120) 상에 증착되는 것을 감소시키는 역할을 한다. 하부 차폐부(201b)는 곡선형 연결부(246)로 아래로 연장하는 환형 밴드(242)를 포함한다. 곡선형 연결부(246)는 내측 돌출 립(249)으로 수평으로 연장한다. 내측 돌출 립(249)은 기판 지지부(130)의 주변 엣지(204)를 적어도 부분적으로 에워싸는 반경 방향 내측 엣지(252)를 포함한다. 일 양태에서는, 내측 돌출 립(249)이 아래로 경사진다. 내측 돌출 립(249)의 아래로의 경사는 이러한 표면으로부터 박리될 수 있는 스퍼터링된 증착물들이 립(249)과 반경 방향 내측 엣지(252)가 만나는 라운딩된 코너부에 수집될 수 있게 한다. 이러한 영역은 플라즈마가 이러한 영역으로부터 증착물들을 수집하여 기판(104) 상에 재 증착시키는 것을 어렵게 하기 때문에 바람직하다.
증착 링(208)은 도 1a에 나타낸 것과 같이 지지부(130)의 주변 벽(204)을 에워싸고 그 주위로 연장하는 환형 밴드(210)를 포함한다. 환형 밴드(210)는 밴드(210)로부터 횡 방향으로 연장하고 지지부(130)의 주변 벽(204)에 실질적으로 평행한 내부 립(211)을 포함한다. 내부 립(211)은 기판(104)의 오버행 엣지(206) 바로 아래에서 종결된다. 내부 립(211)은 처리 동안에 기판(104)에 의해 커버되지 않는 지지부(130)의 구역들을 보호하기 위하여 기판 지지부(130) 및 기판(104)의 주변을 에워싸는 증착 링(208)의 내부 둘레(perimeter)를 형성한다. 예를 들어, 내부 립(211)은 그렇지 않았다면 처리 환경에 노출되었을 지지부(130)의 주변 벽(204)을 에워싸고 적어도 부분적으로 커버하여, 주변 벽(204) 상에 스퍼터링 증착물들이 증착되는 것을 감소시키거나 또는 심지어는 완전히 차단시킨다.
증착 링(208)의 환형 밴드(210)는 밴드(210)의 중심 부분을 따라 연장하는 아치형 돌출부(265)를 가지며, 이러한 아치형 돌출부(265)의 양 측면에 반경 방향 내측 경사부(dip)를 갖는다. 내부 립(211)과 아치형 돌출부(265) 사이에는 개방된 내부 채널이 놓인다. 개방된 내부 채널은 반경 방향 내측으로 연장하여 적어도 부분적으로 기판(104)의 오버행 엣지(206) 아래에서 종결된다. 개방된 내부 채널은 증착 링(208)의 세정 동안에 이러한 부분들로부터 스퍼터링 증착물들의 제거를 용이하게 한다. 증착 링(208)은 또한 릿지(282)를 가지는데, 이는 외측으로 연장하고 아치형 돌출부(265)의 반경 방향 외측에 위치된다. 릿지(282)는 커버 링(212)을 지지하는 역할을 한다.
증착 링(208)은 산화 알루미늄(aluminum oxide)과 같은 세라믹 물질을 성형(shaping) 및 기계 가공하여 제조될 수 있다. 세라믹 물질은 정수압 프레싱(isostatic pressing)과 같은 종래의 기법들을 사용하여 주조 및 소결되며, 필요한 형상과 치수들을 달성하기 위하여 주조 소결된 예비 형성품(preformed)을 적절한 기계 가공 방법들을 사용하여 기계 가공하는 것이 뒤따른다. 증착 링(208)의 환형 밴드(210)는 미리 정해진 표면 조도를 달성하기 위해 적절한 그릿(grit) 크기로 그릿 블래스트되는(grit blasted) 노출 표면을 포함할 수 있다. 선택적으로, 증착 링(208)의 표면은, 챔버(100) 내에 입자가 뿌려지는 것과 오염을 감소시키기 위하여, CleanCoatTM 과 같은 트윈-와이어 아크-스프레이 알루미늄 코팅으로 처리될 수 있다.
링 조립체(202)의 커버 링(212)은 기판 지지부의 주위에 배치를 위한 것이고 증착 링(208)을 둘러싸고 적어도 부분적으로 커버하여 대부분의 스퍼터링 증착물들을 수용하고 따라서 증착 링(208)을 가리게 된다. 커버 링(212)은 스퍼터링 플라즈마로 인한 부식에 내성을 가질 수 있는 물질, 예를 들어 산화 알루미늄과 같은 세라믹 물질, 또는 스테인리스 스틸, 티타늄 또는 알루미늄과 같은 금속성 물질로 제조된다. 선택적으로, 커버 링(212)의 표면은 CleanCoatTM 와 같은 트윈-와이어 아크-스프레이 알루미늄 코팅으로 또한 처리될 수 있다.
커버 링(212)은 증착 링(208)의 릿지(282)로부터 이격되고, 그 위에 놓이며, 적어도 부분적으로 릿지(282)를 커버하여 좁은 간극을 형성하는 하면(undersurface)을 포함하는데, 이러한 하면은 간극을 통한 플라즈마 종의 이동을 방해한다. 좁은 간극의 제한된 유동 경로는 커버 링(212) 및 증착 링(208)의 정합 표면들 상에 저-에너지 스퍼터 증착물들이 형성되는 것을 제한하며, 그렇지 않았다면 이 표면들과 저-에너지 스퍼터 증착물들이 서로 들러붙거나 기판(104) 주변의 오버행 엣지(206)에 들러붙는 것을 야기할 것이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 커버 링(212)은 기판 지지부(130) 주위의 정상 표면(302)과 커버 링(212)을 지지하기 위하여 증착 링(208)의 릿지(282) 상에 놓이는 발판(footing)(306)을 포함하는 웨지(wedge)(300)를 포함한다. 발판(306)은 웨지(300)로부터 아래로 연장하여 실질적으로 링(208)에 크래킹(cracking)이나 프랙쳐링(fracturing)을 야기하지 않으면서 증착 링(208)을 프레스한다. 커버 링(212)의 정상 표면은 지지부(130)와 타깃(140) 사이의 프로세스 구역(108) 내에 스퍼터링 플라즈마를 가지고 있고, 대부분의 스퍼터링 증착물들을 수용하며, 증착 링(208)을 가리기 위한 경계부로서의 역할을 한다.
웨지(300)는 커버 링(212)과 증착 링(208) 사이의 좁은 간극 위에 놓이는 돌출 테두리(projecting brim; 308)로, 내측으로 연장한다. 돌출 테두리(308)는 외측으로 연장하고 이후 라운딩된 하부(310)에서 종결되는 외부 레그(309)로 아래로 연장한다. 커버 링(212)은 또한 환형 웨지(300)로부터 아래로 연장하는 내부 레그(305)를 가진다. 내부 레그(305)는 웨지(300)의 발판(306)의 반경 방향 외측에 위치된다. 내부 레그(305)는 외부 레그(309)보다 더 작은 높이를 가진다. 내부 레그(305)는 증착 링(208)의 측면과 만나는 경사진 내부 표면을 가져서 주변 영역으로의 글로 방출(glow discharge)과 플라즈마 종의 이동을 방해하는 또 다른 회선 경로(convoluted pathway)를 형성한다.
스퍼터링 타깃(140)은 챔버(100) 내에서 기판(104)의 처리 동안에 기판(104)을 향하여 위치된다. 스퍼터링 타깃(140)은 후판(backing plate)(333)에 장착되는 스퍼터링 판(330)을 포함한다. 스퍼터링 판(330)은 기판(104) 상에 스퍼터링되는, 예를 들어 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 코발트, 니켈 및 탄탈 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 금속 물질을 포함한다. 스퍼터링 판(330)은 기판(104)의 평면에 평행한 평면을 형성하는 스퍼터링 표면(139)을 가지는 중심 원통형 메사(mesa)(335)를 포함한다. 환형 경사진 림(337)이 원통형 메사(335)를 에워싼다. 환형 경사진 림(337)은 챔버(100) 내의 상부 차폐부(201)의 원통형 밴드(214)의 정상 링(216)에 인접하며, 이들 사이의 영역은 다크 스페이스(dark space) 구역을 포함하는 회선 간극(270)을 그 사이에 형성한다. 이러한 프로파일은 간극(270)을 통한 스퍼터링된 플라즈마 종의 통과를 방해하는 래비린스(labyrinth)로서의 역할을 하며, 따라서 주변 타깃 영역의 표면들 상에 스퍼터링된 증착물이 축적되는 것을 감소시킨다.
후판(333)은 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 및 CuCr, CuZn 그리고 CuNiSi와 같은 구리 합금과 같은 금속으로 제조된다. 후판(333)은 그 내부에 하나 또는 둘 이상의 홈들을 선택적으로 가질 수 있는 후방 표면(334) 및 스퍼터링 판(330)을 지지하기 위한 지지부 표면(350)을 가진다. 주변 릿지(352)는 스퍼터링 판(330)의 반경 너머로 연장한다. 주변 릿지(352)는 챔버(100)의 절연체(360) 상에 놓이는 외부 발판(354)을 포함한다. 통상적으로 유전 또는 절연 물질로 제조되는 절연체(360)는 챔버(100)로부터 후판(333)을 전기적으로 절연시키고 분리시키며, 통상적으로는, 산화 알루미늄과 같은 세라믹 물질로 제조되는 링이다. 주변 릿지(352)는 O-링 홈(362)을 포함하며, 그 안에는 O-링(364)이 배치되어 진공 시일(seal)을 형성한다. 타깃(140)의 주변 릿지(352)는 코팅되어, 보호 코팅 예를 들어 CleanCoatTM 와 같은 트윈-와이어 아크-스프레이 알루미늄 코팅을 가질 수 있다. 스퍼터링 판(330)은 두 개의 판(330, 333)들을 서로 위에 위치시키고 통상적으로 약 200℃ 이상인 적절한 온도로 판(330, 333)들을 가열함으로써 예를 들어 확산 접합(diffusion bonding)에 의하여, 후판(333) 상에 장착될 수 있다. 선택적으로, 스퍼터링 타깃(140)은 약 0.5 내지 약 1.3 인치의 전체 깊이를 가지고 동일한 물질로 구성된 스퍼터링 판과 후판을 포함하는 단일 구조물일 수 있다.
스퍼터링 처리 동안, 타깃(140), 지지부(130), 및 상부 차폐부(201a)는 전력 공급부(도시되지 않음)에 의하여 서로에 대해 전기적으로 바이어스된다. 타깃(140), 상부 차폐부(201a), 지지부(130) 및 타깃 전력 공급부에 연결되는 기타 챔버 부품들은 스퍼터링 가스의 플라즈마를 형성하도록 스퍼터링 가스에 전압을 가하는 가스 에너자이저(gas energizer)(370)로서 작동한다. 가스 에너자이저(370)는 또한 소스 코일(source coil)을 포함할 수 있는데, 이는 코일을 통해 전류를 가함으로써 전력이 인가된다. 형성된 플라즈마는 표면(139)으로부터 기판(104) 상으로 물질을 스퍼터시키기 위하여 타깃(140)의 스퍼터링 표면(139)상에 강하게(energetically) 부딪히고 가격한다.
스퍼터링 가스는 가스 전달 시스템(372)을 통해 챔버(100)로 유입되는데, 이러한 가스 전달 시스템은 설정된 유량의 가스를 통과시키기 위하여 질량 유량 제어기들과 같은 가스 유동 제어 밸브들을 가지는 도관들을 통해 가스 공급부(374)로부터 가스를 제공한다. 가스들은 혼합 매니폴드(도시되지 않은)로 공급되는데, 여기서 가스들은 원하는 프로세스 가스 조성을 형성하도록 혼합되고 챔버로 가스를 분배하기 위해 챔버(100) 내에 가스 배출구들을 가지는 가스 분배기(377)로 공급된다. 프로세스 가스는 아르곤이나 크세논과 같은 비활성 가스를 포함할 수 있는데, 이는 타깃(140) 상에 강하게 부딪히고 타깃으로부터 물질을 스퍼터링시킬 수 있다. 프로세스 가스는 또한 산소 함유 가스 및 질소 함유 가스 중 하나 또는 둘 이상과 같은 반응성 가스를 포함할 수도 있는데, 이 반응성 가스는 기판(104) 상에 층을 형성하도록 스퍼터링된 물질과 반응할 수 있다. 사용된 프로세스 가스와 부산물들은 배출부(380)를 통해 챔버(100)로부터 배출되며, 배출부는 사용된 프로세스 가스를 수용하고 챔버(100) 내의 가스의 압력을 제어하기 위한 스로틀 밸브를 가지는 배출 도관으로 사용된 가스를 보내는 배출 포트(382)를 구비한다. 배출 도관은 하나 또는 둘 이상의 배출 펌프들에 연결된다. 통상적으로, 챔버(100) 내의 스퍼터링 가스의 압력은 진공 환경과 같은 대기압 이하의 수준들, 예를 들어 1 mTorr 내지 400 mTorr의 가스 압력으로 설정된다.
챔버(100)는 챔버(100) 내에서 기판(104)들을 처리하도록 챔버(100)의 부품들을 작동시키기 위한 명령 세트(instruction sets)를 가지는 프로그램 코드를 포함하는 제어기(400)에 의해 제어된다. 예를 들어, 제어기(400)는 기판 지지부(130) 및 기판 전달 메커니즘을 작동시키기 위한 기판 위치설정 명령 세트들; 챔버(100)로의 스퍼터링 가스의 유동을 설정하기 위해 가스 유동 제어 밸브들을 작동시키기 위한 가스 유동 제어 명령 세트들; 챔버(100) 내의 압력을 유지하기 위해 배출 스로틀 밸브를 작동시키기 위한 가스 압력 제어 명령 세트들; 가스 인가 전압 전력 수준을 설정하기 위해 가스 에너자이저(370)를 작동시키기 위한 가스 에너자이저 제어 명령 세트들; 챔버(100) 내의 여러 부품들의 온도들을 설정하기 위해 벽(116) 또는 지지부(130)의 온도 제어 시스템을 제어하기 위한 온도 제어 명령 세트들; 및 챔버(100) 내의 프로세스를 모니터하기 위한 프로세스 모니터링 명령 세트들을 구비하는 프로그램 코드를 포함할 수 있다.
상부 및 하부 차폐부(201a,b)들과 같은 프로세스 키트(200)의 부품들은, 세정을 위해 프로세스 키트(200)를 제거하지 않고도 프로세스 키트(200)가 챔버(100) 내에서 사용될 수 있는 프로세스 사이클들의 횟수 및 처리 시간을 상당히 증가시킨다. 이는 온도 제어 및 표면 마무리(surface finish)에 의해 프로세스 키트(200) 부품들의 표면들로의 스퍼터링 증착물들의 접착을 증가시킴으로써 달성된다. 프로세스 키트(200)의 부품들은 열 전도성을 제어할 뿐만 아니라 증가시키도록 설계되는데, 이는 빠른 가열 및 냉각으로 인한 이들 부분들의 팽창 및 수축이 기판의 오염을 초래하는, 스퍼터링된 증착물들의 입자들의 박리나 뿌려짐을 초래하기 때문이다.
본 발명은 본 발명의 특정한 바람직한 양태들을 참조하여 설명되었으나, 다른 양태들도 가능하다. 예를 들어, 프로세스 키트(200)의 상부 및 하부 차폐부(201a,b)들은, 당업자에게 명백하듯이, 다른 타입의 챔버들 또는 응용분야에 사용될 수 있다. 따라서 첨부된 청구범위의 사상 및 범위는 본 명세서에 포함된 바람직한 양태들의 설명에 한정되어서는 안 된다.
Claims (19)
- 기판 처리 챔버의 기판 지지부 및 상부 차폐부를 둘러싸기 위한 하부 차폐부로서,
상기 기판 지지부가 주변 엣지를 가지고,
상기 하부 차폐부가:
(a) 곡선형 연결부로 아래로 연장하는 환형 밴드;
(b) 상기 곡선형 연결부로부터 아래로 그리고 반경 방향 내측으로 연장함으로써, 아래로 경사지는 내측 돌출 립;
(c) 상기 기판 지지부의 주변 엣지를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 상기 내측 돌출 립으로부터 연장하는 반경 방향 내측 엣지; 및
(d) 상기 내측 돌출 립이 상기 반경 방향 내측 엣지와 만나는 코너부;를 포함하며,
상기 내측 돌출 립이 아래로 경사지는 것에 의해 상기 코너부에 스퍼터링된 증착물이 수집되는,
하부 차폐부.
- 제1항에 있어서,
상기 하부 차폐부가 상기 기판 처리 챔버의 측벽과 상기 상부 차폐부 사이에 배치되는,
하부 차폐부.
- 제1항에 있어서,
상기 내측 돌출 립이 상기 환형 밴드로부터 수평으로 연장하는,
하부 차폐부. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 코너부가 라운딩되는 것인,
하부 차폐부.
- 제1항에 있어서,
상기 하부 차폐부가 코팅을 더 포함하고,
상기 코팅이 아래의 특징:
(a) 상기 코팅이 트윈-와이어 알루미늄 아크-스프레이 코팅임;
(b) 상기 코팅이 600 내지 2600 마이크로인치의 평균 표면 조도를 가짐;
중 하나 이상의 특징을 가지는,
하부 차폐부.
- 제1항에 있어서,
상기 상부 차폐부가 외부 표면을 포함하고,
상기 하부 차폐부의 환형 밴드의 적어도 일부분이 상기 상부 차폐부의 외부 표면을 둘러싸는,
하부 차폐부. - 스퍼터링 타깃 주위에 배치되기 위한 차폐부 지지 조립체로서,
상기 차폐부 지지 조립체는 제1항에 따른 하부 차폐부를 포함하며,
상기 차폐부 지지 조립체가 또한:
(a) 상부 차폐부로서,
(1) 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터링 표면을 둘러싸는 내부 표면을 포함하는 정상 링;
(2) 상기 정상 링 아래에 배치되는 지지 릿지로서, 반경 방향 외측으로 연장하며 복수의 돌출부들을 포함하는 지지 릿지;
(3) 상기 지지 릿지로부터 아래로 연장하는 원통형 밴드;를 포함하는 상부 차폐부;
(b) 상기 상부 차폐부를 지지하기 위한 어댑터로서, 상기 상부 차폐부를 상기 어댑터에 정렬시키기 위해 상기 상부 차폐부의 돌출부들을 수용하도록 형성되고 크기가 정해지는 하나 또는 둘 이상의 절개부를 갖는, 어댑터;를 포함하는,
차폐부 지지 조립체.
- 제8항에 있어서,
상기 상부 차폐부는, 상기 상부 차폐부와 상기 어댑터 사이의 전도도를 증가시키도록 상기 어댑터에 고정되는,
차폐부 지지 조립체. - 기판 처리 챔버로서,
(a) 기판을 위한 수용 표면을 포함하는 기판 지지부;
(b) 제8항에 따른 차폐부 지지 조립체;
(c) 프로세스 가스를 챔버 내에 분배하기 위한 가스 분배기;
(d) 상기 프로세스 가스에 전압을 가하기(energize) 위한 가스 에너자이저; 및
(e) 상기 프로세스 가스를 배출시키기 위한 가스 배출부;를 포함하는,
기판 처리 챔버. - 기판 처리 챔버의 증착 링을 적어도 부분적으로 커버하기 위하여 기판 지지부 주위에 배치되는 커버 링으로서,
상기 증착 링이 릿지 및 측면을 가지며,
상기 커버 링이:
(a) 상기 기판 지지부 주위로 연장하는 정상 표면;
(b) 상기 증착 링 위에 놓이는 돌출 테두리로서, 플라즈마 종의 통과를 방해하는 간극을 형성하도록 상기 증착 링의 릿지를 적어도 부분적으로 커버하고 상기 증착 링의 릿지로부터 이격되는 하면(undersurface)을 포함하는, 돌출 테두리;
(c) 아래로 연장하는 외부 및 내부 레그들로서, 내부 레그는 플라즈마 종의 주변 영역으로의 이동을 방해하는 회선 경로(convoluted pathway)를 형성하도록 상기 증착 링의 측면과 만나는 경사진 내부 표면을 포함하는, 외부 및 내부 레그들; 및
(d) 상기 증착 링 상에 놓이는 발판;을 포함하는,
커버 링.
- 제11항에 있어서,
상기 커버 링이 아래의 특징들:
(i) 상기 내부 레그가 상기 외부 레그보다 더 작은 높이를 가짐;
(ii) 상기 내부 레그가 상기 발판의 반경 방향 외측에 위치함; 및
(iii) 상기 외부 레그가 라운딩된 바닥에서 종결됨;
중 하나 또는 둘 이상을 포함하는,
커버 링.
- 삭제
- 제11항에 있어서,
상기 정상 표면이 트윈-와이어 아크-스프레이 코팅을 포함하는,
커버 링. - 기판 처리 챔버의 기판 지지부 및 스퍼터링 타깃 주위에 배치되기 위한 프로세스 키트로서,
(a) 제8항에 따른 차폐부 지지 조립체 및
(b) 링 조립체로서,
(1) 제11항에 따른 커버 링; 및
(2) 상기 커버 링을 지지하는 증착 링;을 포함하는, 링 조립체
를 포함하는,
프로세스 키트.
- 기판 처리 챔버의 스퍼터링 타깃을 둘러싸는 차폐부 지지 조립체로서,
상부 차폐부와 하부 차폐부를 포함하며,
(a) 상기 상부 차폐부가:
(i) 반경 방향 내측 융기부(bulge)를 포함하는 정상 링으로서, 상기 융기부의 외형이 스퍼터링 타깃과 상기 정상 링 사이에 레비린스(labyrinth)를 형성하도록, 상기 융기부가 상기 스퍼터링 타깃의 경사진 주변 엣지를 둘러싸도록 형성된 아치형 표면을 가지며, 상기 레비린스는 상기 스퍼터링 타깃 주위에서는 내측으로 연장하며 상기 스퍼터링 타깃 아래에서는 외측으로 연장하는, 정상 링;
(ii) 상기 정상 링 아래에 배치되고 반경 방향 외측으로 연장하는, 지지 릿지; 및
(iii) 상기 지지 릿지로부터 아래로 연장하는 원통형 밴드로서:
(1) 외부 표면,
(2) 경사진 평면과 수직인 평면을 갖는, 반경 방향 내측 표면, 및
(3) 복수의 단차부들을 갖는 반경 방향 외측 표면
을 포함하는, 원통형 밴드;
를 포함하며,
(b) 상기 하부 차폐부가:
(i) 적어도 상기 상부 차폐부의 외부 표면을 둘러싸는 부분을 가지며 곡선형 연결부로 아래로 연장하는 환형 밴드;
(ii) 상기 곡선형 연결부로부터 아래로 그리고 반경 방향 내측으로 연장함으로써, 아래로 경사지는 내측 돌출 립;
(iii) 기판 지지부의 주변 엣지를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 상기 내측 돌출 립으로부터 연장하는 반경 방향 내측 엣지; 및
(iv) 상기 내측 돌출 립이 상기 반경 방향 내측 엣지와 만나는 코너부;를 포함하며,
상기 내측 돌출 립이 아래로 경사지는 것에 의해 상기 코너부에 스퍼터링된 증착물이 수집되는,
차폐부 지지 조립체.
- 제16항에 있어서,
상기 상부 차폐부의 원통형 밴드가 아래의 특징들:
(i) 상기 수직인 평면에 대한 7도 내지 14도의 각도를 포함하는 경사진 평면;
(ii) 경사진 평면들에 의하여 연결되는 제1, 제2 및 제3 단차부들을 갖는, 반경 방향 외측 표면;
(iii) 상기 경사진 평면으로부터 아래로 연장하고 라운딩된 엣지에서 종결하는 단차부를 갖는, 반경 방향 외측 표면; 및
(iv) 제 1, 제 2 및 제 3 단차부들을 가지는 반경 방향 외측 표면으로서, 상기 제 3 단차부의 두께가 상기 제 1 및 제 2 단차부들의 두께보다 작은, 반경 방향 외측 표면;
중 하나 또는 둘 이상을 포함하는,
차폐부 지지 조립체.
- 제16항에 있어서,
상기 상부 차폐부의 지지 릿지가 아래의 특징들:
(i) 상기 상부 차폐부를 어댑터와 정렬시키기 위하여 복수의 반원형 돌출부들을 갖는, 바닥 표면; 및
(ii) 복수의 반원형 절개부(cutout)들을 갖는 정상 표면;
중 하나 또는 둘 이상을 포함하는,
차폐부 지지 조립체.
- 제16항에 있어서,
상기 상부 차폐부가 아래의 특징들:
(i) 알루미늄으로 구성된 단일 구조물; 및
(ii) 600 내지 2600 마이크로인치의 평균 표면 조도를 갖는 알루미늄 코팅;
중 하나 또는 둘 이상을 포함하는,
차폐부 지지 조립체.
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