KR101866933B1 - 개선된 입자 저감을 위한 프로세스 키트 쉴드 - Google Patents

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Abstract

개선된 입자 저감을 위한 장치가 본 명세서에 제공된다. 일부 실시예들에서, 장치는 상부와 하부를 갖고 또한 자신을 관통하여 배치된 개구를 갖는 원피스형 금속 본체를 포함하는 프로세스 키트 쉴드를 포함할 수 있으며, 상기 상부는 물리 기상 증착 챔버의 타겟으로부터 이격되어 그 주위에 배치되도록 구성된 개구-대향면을 포함하고, 상기 개구-대향면은 물리 기상 증착 챔버의 타겟으로부터의 타겟 물질의 스퍼터링 동안에 원피스형 금속 본체의 상부의 상면에서의 입자 증착을 제한하도록 구성된다.

Description

개선된 입자 저감을 위한 프로세스 키트 쉴드{PROCESS KIT SHIELD FOR IMPROVED PARTICLE REDUCTION}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판 프로세싱 설비에 관한 것으로, 더 구체적으로, 기판 프로세싱 설비에서 사용하기 위한 프로세스 키트 쉴드들에 관한 것이다.
프로세스 키트 쉴드는, 예컨대, 비프로세싱 볼륨으로부터 프로세싱 볼륨을 분리하기 위해 라디오 주파수 물리 기상 증착(RF-PVD) 챔버에서 사용될 수 있다. 전형적으로, 프로세스 키트 쉴드는 2개의 개별 부품들, 즉, 금속성 하부와 세라믹 상부를 포함하며, 세라믹 상부는 프로세스 키트 쉴드의 금속성 하부와 RF-PVD 챔버의 타겟 사이에서의 아킹(arcing)을 방지하기 위해 사용된다. 불행하게도, 본 발명자들은, 예컨대, RF-PVD 챔버의 프로세싱 볼륨 내에 배치된 타겟의 타겟 물질로부터 형성된 입자들과 같은 입자들이 프로세스 키트 쉴드의 세라믹 상부의 표면들 상에서 그리고 프로세스 키트 쉴드의 세라믹 상부와 금속성 하부 사이의 공간들에서 축적한다는 것을 발견하였다. 궁극적으로, 축적된 입자들은 프로세싱 볼륨 내에서 프로세싱되고 있는 기판의 표면들에 증착될 수 있으며, 예컨대, 기판 상에 형성되고 있는 소자에 결함들을 생성하거나, 일반적으로, 기판 상에 형성되고 있는 층을 오염시킬 수 있다.
따라서, 본 발명자들은 프로세스 키트 쉴드로부터 입자 오염과 연관된 문제점들을 해소하기 위해 본 명세서에 개시된 프로세스 키트 쉴드를 제공하였다.
개선된 입자 저감을 위한 장치가 본 명세서에 제공된다. 일부 실시예들에서, 장치는, 상부와 하부를 갖고 또한 자신을 관통하여 배치된 개구를 갖는 원피스형(one-piece) 금속 본체를 포함하는 프로세스 키트 쉴드를 포함할 수 있으며, 상기 상부는 물리 기상 증착 챔버의 타겟으로부터 이격되어 그 주위에 배치되도록 구성된 개구-대향면을 포함하고, 상기 개구-대향면은 물리 기상 증착 챔버의 타겟으로부터의 타겟 물질의 스퍼터링 동안에 원피스형 금속 본체의 상부의 상면에서의 입자 증착을 제한하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 장치는 프로세싱 볼륨과 비프로세싱 볼륨을 가진 프로세스 챔버; 상기 프로세스 챔버 내에 배치된 기판 지지체; 상기 기판 지지체와는 반대측에서 상기 프로세스 챔버 내에 배치된 타겟; 및 상기 프로세스 챔버 내에 배치되며, 비프로세싱 볼륨으로부터 프로세싱 볼륨을 분리시키는 프로세스 키트 쉴드를 포함할 수 있으며, 상기 프로세스 키트 쉴드는, 상부와 하부를 갖고 또한 상기 기판 지지체와 상기 타겟 사이의 자신의 내부 볼륨에 형성된 상기 프로세싱 볼륨을 갖는 원피스형 금속 본체를 포함하며, 상기 상부는 타겟으로부터 이격되어 그 주위에 배치되도록 구성된 프로세싱 볼륨-대향면을 포함하고, 상기 프로세싱 볼륨-대향면은 타겟으로부터의 타겟 물질의 스퍼터링 동안에 원피스형 금속 본체의 상부의 상면에서의 입자 증착을 제한하도록 구성된다.
본 발명의 다른 및 추가 실시예들이 아래에 개시되어 있다.
첨부도면에 도시된 본 발명의 예시적 실시예를 참조함으로써, 위에서 간략히 요약되고 이하에 더 상세하게 설명한 본 발명의 실시예들을 이해할 수 있다. 그러나, 첨부도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트 쉴드의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트 쉴드의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에 공통되는 동일한 요소들을 지정하기 위해 가능한 곳에서는 동일한 참조번호들이 사용되었다. 도면들은 척도에 따라 도시되지 않았으며 명료함을 위해 단순화될 수 있다. 추가적인 언급이 없이도 일 실시예의 요소들과 특징들이 다른 실시예들에서도 유리하게 통합될 수 있음이 고려된다.
프로세스 챔버들에서 입자 저감을 개선하기 위한 장치가 본 명세서에 제공된다. 본 발명에 따른 프로세스 키트 쉴드는 RF-PVD 프로세스들 동안에 프로세스 키트 쉴드의 표면 상에서의 입자 형성을 유리하게 저감하면서, 프로세스 키트 쉴드와 타겟 사이에서의 아킹을 제한할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 물리 기상 증착 챔버(프로세싱 챔버(100))의 개략적인 단면도를 도시하고 있다. 적당한 PVD 챔버들의 예들은 캘리포니아의 산타 클라라에 소재한 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드로부터 모두 상업적으로 입수가능한 ALPS® Plus와 SIP ENCORE® PVD 프로세싱 챔버들을 포함한다. 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드 또는 다른 제조사들로부터의 다른 프로세싱 챔버들도 또한 본 명세서에 개시된 본 발명에 따른 장치의 이익을 얻을 수 있다.
프로세싱 챔버(100)는 기판(104)을 그 위에 수용하기 위한 기판 지지 페데스탈(102)과, 타겟(106)과 같은 스퍼터링 소스를 포함한다. 기판 지지 페데스탈(102)은 접지된 밀폐형 벽체(108) 내부에 위치될 수 있으며, 상기 접지된 밀폐형 벽체는 (도시된 바와 같은) 챔버 벽체이거나 접지된 쉴드일 수 있다(타겟(106) 위에 있는 챔버(100)의 적어도 일부분들을 접지 쉴드(140)가 덮고 있는 것으로 도시되어 있다. 일부 실시예들에서, 접지 쉴드(140)는 페데스탈(102)도 역시 밀폐하도록 타겟 아래로 연장될 수 있다).
프로세싱 챔버는 타겟(106)에 RF 및 DC 에너지를 커플링하기 위한 관형(tubular) 공급 구조(110)를 포함한다. 상기 공급 구조는, 타겟에 또는 예컨대, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 타겟을 포함하고 있는 조립체에 RF 및 DC 에너지를 커플링하기 위한 장치이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 일반적으로, "관형"은 단지 원형 단면들만이 아닌 임의의 일반적인 단면을 가진 중공 부재를 칭한다. 상기 공급 구조(110)는 제 1 단부(114) 및 상기 제 1 단부(114)의 반대측에 있는 제 2 단부(116)를 가진 본체(112)를 포함한다. 상기 본체(112)는 제 1 단부(114)로부터 제 2 단부(116)까지 본체(112)를 관통하여 배치된 중앙 개구(115)를 더 포함한다.
상기 공급 구조(110)의 제 1 단부(114)는, 타겟(106)에 RF 및 DC 에너지를 제공하기 위해 각각 사용될 수 있는 RF 파워 소스(118)와 DC 파워 소스(120)에 커플링될 수 있다. 예컨대, DC 파워 소스(120)는 타겟(106)에 음의 전압 또는 바이어스를 인가하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 파워 소스(118)로부터 공급되는 RF 에너지는 약 2㎒ 내지 약 60㎒의 주파수 범위일 수 있거나, 또는, 예컨대, 2㎒, 13.56㎒, 27.12㎒ 또는 60㎒와 같은 비한정적인 주파수들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 상기 주파수들의 RF 에너지를 제공하기 위해 복수(즉, 2개 또는 그 초과)의 RF 파워 소스들이 제공될 수 있다. 상기 공급 구조(110)는 RF 파워 소스(118)와 DC 파워 소스(120)로부터의 RF 및 DC 에너지를 전도하기 위해 적당한 전도성 물질들로 제조될 수 있다.
공급 구조(110)는 상기 공급 구조(110)의 주변부 주위에 각각의 RF 및 DC 에너지를 실질적으로 균일하게 분배하는 것을 용이하게 하는 적당한 길이를 가질 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 상기 공급 구조(110)는 약 1 내지 약 12인치, 또는 약 4인치의 길이를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 본체는 적어도 약 1:1의 길이 대 내경의 비율을 가질 수 있다. 적어도 1:1 또는 더 긴 비율을 제공하는 것은, 상기 공급 구조(110)로부터의 더 균일한 RF 전달을 제공한다(즉, RF 에너지가 공급 구조 주위에 더 균일하게 분배되어 공급 구조(110)의 정확한 중심점으로의 RF 커플링을 근사화한다). 상기 공급 구조(110)의 내경(즉, 중앙 개구(115)의 직경)은, 예컨대, 약 1인치 내지 약 6인치, 또는 약 4인치의 직경처럼 가능한 한 작을 수 있다. 더 작은 내경을 제공하는 것은 공급 구조(110)의 길이를 증가시키지 않고, 길이 대 ID의 비율을 개선하는 것을 용이하게 한다.
상기 본체(112)의 제 2 단부(116)는 소스 분배판(122)에 커플링된다. 상기 소스 분배판은 홀(124)을 포함하며, 이 홀은 소스 분배판(122)을 관통하여 배치되고 본체(112)의 중앙 개구(115)와 정렬되어 있다. 상기 소스 분배판(122)은 공급 구조(110)로부터의 RF 및 DC 에너지를 전도하기 위해 적당한 전도성 물질들로 제조될 수 있다.
상기 소스 분배판(122)은 전도성 부재(125)를 통해 타겟(106)에 커플링될 수 있다. 상기 전도성 부재(125)는 소스 분배판(122)의 주변부 에지에 근접하여 소스 분배판(122)의 타겟-대향면(128)에 커플링된 제 1 단부(126)를 가진 관형 부재일 수 있다. 상기 전도성 부재(125)는 타겟(106)의 주변부 에지에 근접하여 타겟(106)의 소스 분배판-대향면(132)에 (또는 타겟(106)의 배면판(146)에) 커플링된 제 2 단부(130)를 더 포함한다.
상기 전도성 부재(125)의 내향 벽체들, 상기 소스 분배판(122)의 타겟-대향면(128) 및 상기 타겟(106)의 소스 분배판-대향면(132)에 의해 공동(134)이 규정될 수 있다. 상기 공동(134)은 소스 분배판(122)의 홀(124)을 통해 상기 본체(112)의 중앙 개구(115)에 유체 커플링된다. 상기 공동(134)과 상기 본체(112)의 중앙 개구(115)는 도 1에 도시되고 아래에 더 설명된 바와 같이 회전가능한 마그네트론 조립체(136)의 하나 또는 그 초과의 부분들을 적어도 부분적으로 하우징(house)하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 공동은 물(H2O) 등과 같은 냉각 유체로 적어도 부분적으로 충진될 수 있다.
프로세싱 챔버(100)의 덮개의 외표면들을 덮도록 접지 쉴드(140)가 제공될 수 있다. 접지 쉴드(140)는, 예컨대, 챔버 본체의 접지 접속을 통해 접지에 커플링될 수 있다. 접지 쉴드(140)는 공급 구조(110)가 접지 쉴드(140)를 관통하여 소스 분배판(122)에 커플링될 수 있도록 하기 위해 중앙 개구를 갖는다. 접지 쉴드(140)는 알루미늄, 구리 등과 같은 임의의 적당한 전도성 물질을 포함할 수 있다. RF 및 DC 에너지가 접지로 직접 전달되지 않도록 하기 위해, 접지 쉴드(140)와 분배판(122)의 외표면들, 전도성 부재(125) 및 타겟(106)(및/또는 배면판(146)) 사이에 절연 갭(139)이 제공된다. 절연 갭은 공기 또는 세라믹, 플라스틱 등과 같은 몇몇 다른 적당한 유전체 물질로 충진될 수 있다.
일부 실시예들에서, 공급 구조(110)의 하부(204)와 본체(112) 주위에 접지 칼라(141)가 배치될 수 있다. 상기 접지 칼라(141)는 접지 쉴드(140)에 커플링되며, 접지 쉴드(140)의 통합 부분이거나, 공급 구조(110)의 접지를 제공하기 위해 접지 쉴드에 커플링된 별도의 부분일 수 있다. 상기 접지 칼라(141)는 알루미늄 또는 구리 같은 적당한 전도성 물질로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접지 칼라(141)의 내경과 공급 구조(110)의 본체(112)의 외경 사이에 배치된 갭이 전기적 절연을 제공하기에 충분할 정도이면서 최소로 유지될 수 있다. 상기 갭은 플라스틱 또는 세라믹 같은 절연 물질로 충진될 수 있거나 공극일 수 있다. 상기 접지 칼라(141)는 RF 피드와 본체(112) 간의 누화를 방지함으로써, 플라즈마, 및 프로세싱, 균일도를 향상시킨다.
RF 및 DC 에너지가 접지로 직접 전달되지 않도록 하기 위해, 접지 쉴드(140)와 소스 분배판(122) 사이에 절연판(138)이 배치될 수 있다. 절연판(138)은 공급 구조(110)가 절연판(138)을 관통하여 소스 분배판(122)에 커플링될 수 있도록 하기 위해 중앙 개구를 갖는다. 절연판(138)은 세라믹, 플라스틱 등과 같은 적당한 유전체 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 절연판(138) 대신 공극이 제공될 수 있다. 절연판 대신 공극이 제공된 실시예들에서, 접지 쉴드(140)는 접지 쉴드(140)에 안착되는 임의의 부품들을 지지하기에 충분히 구조적으로 견고할 수 있다.
타겟(106)은 유전체 절연부(144)를 통해, 일부 실시예들에서 어댑터(142)로 칭해지는 챔버의 접지된 전도성 측벽에 지지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 챔버의 접지된 전도성 측벽 또는 어댑터(142)는 알루미늄으로 제조될 수 있다. 타겟(106)은 스퍼터링 동안에 기판(104)에 증착되는 금속 또는 금속 산화물 같은 물질을 포함한다. 일부 실시예들에서, 배면판(146)은 타겟(106)의 소스 분배판-대향면(132)에 커플링될 수 있다. 배면판(146)을 통해 RF 및 DC 파워가 타겟(106)에 커플링될 수 있도록, 배면판(146)은 구리-아연, 구리-크롬 또는 타겟과 동일한 물질 같은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 배면판(146)은 비전도성일 수 있으며, 전도성 부재(125)의 제 2 단부(130)에 타겟(106)의 소스 분배판-대향면(132)을 커플링하기 위해 전기적 피드스루들(feedthroughs) 등과 같은 전도성 요소들(미도시)을 포함할 수 있다. 배면판(146)은, 예컨대, 타겟(106)의 구조적 안정성을 개선시키기 위해 포함될 수 있다.
상기 기판 지지 페데스탈(102)은 타겟(106)의 주면에 대향하고 있는 물질-수용면을 갖고, 상기 타겟(106)의 주면과 반대측의 평면 위치에서 스퍼터 코팅될 기판(104)을 지지한다. 상기 기판 지지 페데스탈(102)은 프로세싱 챔버(100)의 중앙 영역(148)에서 기판(104)을 지지할 수 있다. 상기 중앙 영역(148)은 프로세싱 동안에 기판 지지 페데스탈(102)의 위(예컨대, 프로세싱 위치에 있을 때, 타겟(106)과 기판 지지 페데스탈(102) 사이)의 영역으로서 규정된다.
일부 실시예들에서, 기판 지지 페데스탈(102)은, 기판(104)이 프로세싱 챔버(100)의 하부에 있는 로드 락 밸브(미도시)를 통해 기판 지지 페데스탈(102)로 전달된 다음 증착 또는 프로세싱 위치로 상승할 수 있도록, 하부 챔버 벽체(152)에 연결된 벨로우즈(150)를 통해 수직으로 이동가능할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 프로세싱 가스들이 가스 소스(154)로부터 질량 유동 컨트롤러(156)를 통해 챔버(100)의 하부로 공급될 수 있다. 프로세싱 챔버(100)의 내부를 배기하고 프로세싱 챔버(100)의 내부의 원하는 압력을 유지하는 것을 용이하게 하기 위해, 배기 포트(158)가 제공되어 밸브(160)를 통해 펌프(미도시)에 커플링될 수 있다.
기판(104) 상에 음의 DC 바이어스를 유도하기 위해, 기판 지지 페데스탈(102)에 RF 바이어스 파워 소스(162)가 커플링될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 음의 DC 셀프-바이어스가 프로세싱 동안에 기판(104) 상에 형성될 수 있다. 예컨대, RF 바이어스 파워 소스(162)에 의해 공급되는 RF 파워는 약 2㎒ 내지 약 60㎒의 주파수 범위일 수 있으며, 예컨대, 2㎒, 13.56㎒ 또는 60㎒와 같은 비한정적인 주파수들이 사용될 수 있다. 다른 응용예들에서, 기판 지지 페데스탈(102)은 접지되거나, 전기적으로 부유 상태로 남을 수 있다. 예컨대, RF 바이어스 파워가 요구되지 않을 수 있는 응용예들에 있어서, 기판(104) 상에서의 전압을 조절하기 위해 기판 지지 페데스탈에 커패시턴스 튜너(164)가 커플링될 수 있다.
타겟(106)의 배면(예컨대, 소스 분배판-대향면(132))에 인접하여 회전가능한 마그네트론 조립체(136)가 위치될 수 있다. 상기 회전가능한 마그네트론 조립체(136)는 베이스 판(168)에 의해 지지된 복수의 자석(166)들을 포함한다. 베이스 판(168)은 기판(104)과 챔버(100)의 중심축에 일치하는 회전 샤프트(170)에 연결된다. 마그네트론 조립체(136)의 회전을 구동하기 위해 회전 샤프트(170)의 상단에 모터(172)가 커플링될 수 있다. 자석(166)들은 타겟(106)의 표면에 대체로 평행하면서 가깝게 챔버(100) 내부에서 자기장을 생성함으로써, 전자들을 포획하여 국소적인 플라즈마 밀도를 증대시키고, 이는 결국 스퍼터링 레이트를 증대시킨다. 자석(166)들은 챔버(100)의 상단 주위에 전자기장을 생성하며, 자석(166)들이 회전하여 전자기장을 회전시키며, 이는 프로세스의 플라즈마 밀도에 영향을 미쳐서 타겟(106)을 더 균일하게 스퍼터링하도록 한다. 예컨대, 회전 샤프트(170)는 분당 약 0 내지 약 150회 회전할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 챔버(100)는 어댑터(142)의 레지(ledge)(176)에 연결된 프로세스 키트 쉴드(174)를 더 포함할 수 있다. 이어서, 상기 어댑터(142)는 밀봉되어 알루미늄 챔버 측벽(108)에 접지된다. 일반적으로, 프로세스 키트 쉴드(174)는 기판 지지 페데스탈(102)의 상면 아래까지 하방으로 어댑터(142)의 벽체들과 챔버 벽체(108)를 따라 하방으로 연장하고, 기판 지지 페데스탈(102)의 상면에 도달할 때까지 상방으로 되돌아간다(예컨대, 하단에서 u-형상 부분(184)을 형성한다). 대안적으로, 프로세스 키트 쉴드의 하단-대부분이 u-형상 부분(184)일 필요는 없고, 임의의 적당한 형상을 가질 수 있다. 기판 지지 페데스탈(102)이 프로세스 키트 쉴드(174)의 하부 로딩 위치에 있을 때는 프로세스 키트 쉴드(174)의 상방으로 연장하는 립(lip)(188)의 상단에 커버 링(186)이 안착되지만, 기판 지지 페데스탈(102)이 프로세스 키트 쉴드(174)의 상부 증착 위치에 있을 때는 기판 지지 페데스탈(102)의 외주변부에 안착됨으로써, 기판 지지 페데스탈(102)을 스퍼터 증착으로부터 보호한다. 기판(104)의 주변부를 증착으로부터 차폐하기 위해 추가적인 증착 링(미도시)이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 프로세스 키트 쉴드(174)의 실시예들이 아래에 설명되어 있다.
일부 실시예들에서, 어댑터(142)로부터 및/또는 어댑터로 열을 전달하기 위해 하나 또는 그 초과의 열전달 채널(178)들이 어댑터(142)에 인접하거나 (도시된 바와 같이) 그 내부에 제공될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 열전달 채널(178)들은 하나 또는 그 초과의 열전달 채널(178)들을 통해 열전달 유체를 순환시킬 수 있는 열전달 유체 공급원(180)에 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 열전달 유체는 물과 같은 냉각제 또는 다른 적당한 냉각제일 수 있다. 열전달 유체 공급원(180)은 어댑터(142)로부터 또는 어댑터로 열 전달을 용이하기 위해 원하는 온도로 또는 그에 가까운 온도로 열전달 유체를 유지할 수 있다. 어댑터(142)의 온도 제어는 프로세스 키트 쉴드(174)의 온도 제어를 유리하게 용이하게 한다. 예컨대, 프로세싱 동안에 프로세스 키트 쉴드(174)로부터 열을 제거하면, 챔버의 프로세싱 및 유휴 또는 오프 상태들 사이에 프로세스 키트 쉴드(174)의 온도 변화도가 감소하게 되고, 이는 프로세스 키트 쉴드(174)에 존재할 수 있는 임의의 증착 물질들과 프로세스 키트 쉴드(174)의 열팽창의 열계수의 불일치로 인해 상승할 수 있는 입자 발생을 저감시킨다.
일부 실시예들에서, 타겟(106)과 기판 지지 페데스탈(102) 사이에 자기장을 선택적으로 제공하기 위해 챔버(100) 주위에 자석(190)이 배치될 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 프로세싱 위치에 있을 때, 기판 지지 페데스탈(102) 바로 위의 영역에서 챔버 벽체(108)의 외부 주위에 자석(190)이 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자석(190)이 어댑터(142)에 인접한 위치와 같은 다른 위치들에 추가적으로 또는 대안적으로 배치될 수 있다. 자석(190)은 전자석일 수 있으며, 전자석에 의해 발생되는 자기장의 크기를 제어하기 위해 파워 소스(미도시)에 커플링될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트 쉴드(174)의 개략적인 단면도를 도시하고 있다. 프로세스 키트 쉴드(174)는 상부(204)와 하부(206)를 가진 원피스형 금속 본체(202)를 포함한다. 상기 프로세스 키트 쉴드(174)는, 예컨대, 다수의 조각들로 형성되는 프로세스 키트 쉴드를 가짐으로써 형성되는 것들과 같은 추가적인 표면들을 없애기 위해, 원피스형 금속 본체(202)를 가질 수 있다. 불행하게도, 원피스형 금속 본체(202)의 프로세스 키트 쉴드를 형성함으로써, 타겟(106)과 금속 부분 사이에 아킹을 방지하기 위해 타겟(106)과 프로세스 키트 쉴드의 금속 부분 사이에 프로세스 키트 쉴드의 세라믹 부분을 갖는 옵션이 더 이상 이용가능하지 않다. 그러나, 본 발명자들은 상부(204)의 타겟-대향면(210, 212)들 사이에 형성되는 갭(208)의 거리를 늘림으로써, 타겟(106)과 프로세스 키트 쉴드(174)의 상부(204) 사이에서의 아킹이 제한될 수 있음을 발견하였다. 일부 실시예들에서, 갭(208)의 거리는 약 0.25 내지 약 4㎜, 또는 약 2㎜일 수 있다. 타겟-대향면(210, 212)들과 타겟(106) 사이에 형성되는 갭(208)은 동일할 수 있거나, 상이할 수 있다.
상기 원피스형 금속 본체(202)는 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 텅스텐(W), 텅스텐 질화물(WN), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 증착 프로세스들과 같은 RF-PVD 프로세스들과 호환가능한 임의의 적당한 금속으로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 원피스형 금속 본체(202)는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 알루미늄 실리콘, 구리 또는 그들의 조합들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 원피스형 금속 본체(202)의 표면은, 예컨대, 프로세싱 동안에 표면 상에 형성될 수 있는 필름이 상기 표면에 잘 접착되고 프로세스 챔버에서 기판을 프로세싱하는 동안에 박리되지 않도록, 코팅으로 피복될 수 있다. 예컨대, 상기 코팅은 알루미늄 또는 티타늄 아크 분사 또는 임의의 적당한 방법으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 코팅의 표면 거칠기는 약 700 내지 약 1500 마이크로 인치 범위의 평균 거칠기(Ra)일 수 있으며, 이에 따라, 프로세싱 동안에 코팅 상에 형성되는 임의의 필름이 프로세싱되고 있는 기판을 박리시켜 오염시킬 가능성을 제한한다.
예컨대, 종래의 프로세스 키트 쉴드의 세라믹 부분을 대체하기 위해 사용될 수 있는 상부(204)는 갭(208)에 의해 타겟(106)의 표면들로부터 이격되어 있으며, 이에 따라, 상부(204)의 타겟-대향면(210, 212)들과 타겟(106)의 표면들 사이에서 아킹이 제한된다. 그러나, 본 발명자들은, 상기 갭(208)의 거리가 타겟(106)과 타겟-대향면(210, 212)들 사이에서 아킹을 제한하거나 심지어 없앨 정도로 충분할 때는, 상기 갭(208)의 거리가 타겟 물질의 입자들이 타겟-대향면(212)(예컨대, 상부(204)의 상면)과 같은 상부의 수평면들 상에 축적하기에 또한 충분할 수 있다는 것을 또한 발견하였다. 따라서, 일부 실시예들에서, 프로세스 키트 쉴드(174)의 상부(204)의 타겟-대향면(210, 212)들과 타겟(106)의 표면들 사이에서의 아킹을 밸런싱하기 위해 갭(208)의 거리가 최적화될 수 있다.
대안적으로, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 타겟-대향면들 중 하나 또는 그 초과의 타겟-대향면이 아킹을 제한하기에 적당한 갭 거리를 유지하면서 입자의 형성을 제한하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 타겟-대향면(210)이 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 윤곽진(contoured) 타겟-대향면(302)으로 대체될 수 있다. 상기 윤곽진 타겟-대향면(302)은 타겟-대향면(212) 상에서의 입자들의 축적을 제한하거나 그 상에서의 물질의 저에너지 증착을 제한하도록 임의의 적절하게 형상화된 윤곽진 표면을 가질 수 있다. 상기 윤곽진 타겟-대향면(302)이 직접적인 가시선을 제한하거나 구불구불한(torturous) 경로를 생성함에 따라, 타겟 물질의 입자 또는 타겟 물질의 저에너지 증착이 프로세스 키트 쉴드(174)의 상부의 수평한 타겟-대향면(212)에 도달하지 않을 것이다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 그리고 도 3a에 도시된 바와 같이, 윤곽진 타겟-대향면(302)은 대체로 내측으로, 예컨대, 타겟(106)을 향하여 연장할 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 그리고 도 3b에 도시된 바와 같이, 윤곽진 타겟-대향면(302)은 대체로 외측으로, 예컨대, 타겟(106)으로부터 멀리 연장할 수 있다. 윤곽진 타겟-대향면(302)의 다른 기하학적 구조들이 또한 사용될 수도 있다.
또한, 일부 실시예들에서, 그리고 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 윤곽진 타겟-대향면(302)에 인접한 타겟 표면(304)은 윤곽진 타겟-대향면(302)의 윤곽진 형상과 대체로 일치하도록 형상화될 수 있다. 대안적으로, 그리고 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 윤곽진 타겟-대향면(302)에 인접한 타겟(106)의 표면은 윤곽진 타겟-대향면(302)의 윤곽진 형상과 일치하도록 윤곽지지 않을 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 상기 원피스형 본체(202)의 하부(206)는 커버 링(186)과 인터페이스하는 립 조립체(214)를 포함한다. 예컨대, 립 조립체(214)는 원피스형 금속 본체(202)의 하부(206)의 하부 에지(218)로부터 내측으로 연장하는 하면(216)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 하면(216)은, 도 1에 도시된 바와 같이, u-형상 부분(184)과 같은 임의의 적당한 형상을 취할 수 있다. 상기 립 조립체(214)는 하면(216)의 내측 에지(222) 주위에 배치되며 상기 하면의 내측 에지(222)로부터 원피스형 금속 본체(202)의 상부(204)를 향해 상방으로 연장하는 립(220)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 립(220)은 상기 커버 링(186)의 인접하면서 하방으로 연장하는 내외측 립(224, 226)들 사이에서 상방으로 연장할 수 있다.
상기 커버 링(186)의 내외측 립(224, 226)들의 길이들과 상기 립(220)의 길이는 프로세싱 챔버(100)에서 실시되는 프로세스들의 유형에 따라 변화될 수 있다. 예컨대, 예컨대 약 1mTorr 내지 약 500mTorr 범위의 압력에서와 같은 고압 프로세스들에서, 기판 지지체의 운동이 제한될 수 있다. 따라서, 고압 프로세스들에서, 립(220)의 길이가 약 1인치일 수 있다. 또한, 고압 프로세스 동안에 기판 지지체의 움직임 범위가 약 15㎜ 또는 그 미만일 수 있다. 내외측 립(224, 226)들의 길이들은 기판 지지체의 움직임 범위를 커버하면서도 립(220)과 계속 중첩되기에 충분한 임의의 적당한 길이일 수 있다. 립(220)과 적어도 외측 립(226) 사이의 최소 중첩은 약 0.25인치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 예컨대, 압력이 약 1mTorr 내지 약 500mTorr 범위인 저압 프로세스 동안에, 립(220)과 내외측 립(224, 226)들은 고압 프로세스들 동안 보다 더 짧을 수 있다. 예컨대, 저압 프로세스들에서, 립(220)의 길이는 약 0인치 내지 약 5인치 범위, 또는 약 2.2인치일 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 고압 프로세스 동안에 기판 지지체의 움직임 범위가 약 40㎜(약 1.57인치) 또는 그 미만일 수 있다. 내외측 립(224, 226)들의 길이들은 기판 지지체의 움직임 범위를 커버하면서도 립(220)과 계속 중첩되기에 충분한 임의의 적당한 길이일 수 있다. 립(220)과 적어도 외측 립(226) 사이의 최소 중첩은 약 0인치 내지 약 5인치일 수 있다.
또한, 도 3d에 도시된 바와 같이, 프로세스 키트 쉴드(174)는 립(220)의 내측 립-대향면 주위에 배치된 복수의 정렬 소자(306)(도 3d에는 오직 1개의 정렬 소자(306)만 도시됨)들을 포함할 수 있다. 예컨대, 정렬 소자(306)들은 커버 링(186)의 외측 립(226)에 접촉하도록 립(220)을 정렬시킬 수 있다. 예컨대, 상기 립(220)은 프로세싱 볼륨 등에서의 압력을 유지할 목적으로 립(220)과 외측 립(226) 사이에 우수한 밀봉(seal)을 형성하기 위해서 외측 립(226)에 접촉하도록 유리하게 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 정렬 소자(306)는, 커버 링(186)과 프로세스 키트 쉴드(174) 사이에 배치되는 균일한 갭을 규정하기 위해, 커버 링(186)과 프로세스 키트 쉴드(174) 사이에 동심도(concentricity)를 유리하게 제공할 수 있다. 균일한 갭은 챔버의 하부로부터 제공될 수 있는 임의의 가스들의 더 균일한 유동 전도성을 제공한다.
일부 실시예들에서, 각각의 정렬 소자(306)는 본체(308)와 볼(310)을 포함할 수 있다. 본체는 스테인리스 스틸, 알루미늄 등을 포함할 수 있다. 본체(308)는 볼(310)을 유지하기 위해 사용될 수 있으며, 여기서 볼은 커버 링(186)의 내측 립(224)의 표면에 접촉한다. 볼(310)은 내측 립(224)과의 접촉 동안에 박리를 방지하기 위해 강성의 물질, 예컨대, 사파이어, 스테인리스 스틸, 알루미나 등으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 볼(310)은 커버 링(186)의 외측 립(226)의 표면에 접촉할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 프로세스 키트 쉴드(174)는 어댑터(142)에 고정(anchore)될 수 있다. 예컨대, 어댑터(142)는 상부(142A)와 하부(142B)("상부 어댑터"와 "하부 어댑터"라 또한 칭함)를 포함할 수 있다. 원피스형 금속 본체(202)의 상부(204)는 어댑터(142)의 상부(142A)에 안착될 수 있다. 상부(204)는 어댑터(142)의 상부(142A)에 대해 원피스형 금속 본체(202)를 고정하기 위해 스크류, 볼트 등이 관통하도록 위치시키기 위한 상부(204) 주위에 배치된 복수의 홀(228)들(도 2에는 오직 1개의 홀(228)만 도시됨)을 포함한다. 어댑터(142)의 상부(142A)도 마찬가지로 스크류, 볼트 등이 관통하도록 위치시키기 위한 각각의 홀(228)에 인접한 복수의 홀(230)들을 포함한다. 예컨대, 홀들의 인접한 나사산들과 스크류, 볼트 등 사이에서 포획될 가스들로 인한 실질적인 누설의 가능성을 제한하기 위해, 홀(228, 230)들에는 나사산이 형성되지 않을 수 있다. 어댑터(142)는 어댑터(142A) 위에서부터 스크류, 볼트 등을 수용하기 위해 각각의 홀(230) 아래에 그리고 원피스형 본체(202) 주위에 배치된 하나 또는 그 초과의 고정 소자(143)들을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나의 고정 소자가 제공될 수 있으며, 환형 판일 수 있다. 각각의 고정 소자(143)는 스테인리스 스틸, 또는 스크류, 볼트 등을 수용하기에 적당한 다른 강성의 물질을 포함할 수 있다. 각각의 고정 소자(143)는 스크류, 볼트 등을 고정하기 위한 나사부를 포함한다.
프로세스 챔버들에서 입자 저감을 개선하기 위한 장치가 본 명세서에 제공되었다. 본 발명에 따른 프로세스 키트 쉴드는 RF-PVD 프로세스들 동안에 프로세스 키트 쉴드의 표면 상에서의 입자 형성을 유리하게 저감하면서, 프로세스 키트 쉴드와 타겟 사이에서의 아킹을 제한할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예들에 관한 것이나, 본 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 다른 및 추가적인 실시예들이 안출될 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판 프로세싱 장치로서,
    프로세싱 볼륨과 비프로세싱 볼륨을 가지는 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내에 배치되는 기판 지지체;
    상기 기판 지지체와 대향하는, 상기 프로세스 챔버 내에 배치된 타겟;
    상기 프로세스 챔버 내에 배치되며, 상기 비프로세싱 볼륨으로부터 상기 프로세싱 볼륨을 분리시키는 프로세스 키트 쉴드 - 상기 프로세스 키트 쉴드는 상부 부분, 중간 부분, 및 하부 부분을 가지는 원피스형(one-piece) 금속 본체를 포함하고, 상기 상부 부분 및 상기 하부 부분은 원통형이고 상기 상부 부분 및 상기 하부 부분은 상기 원피스형 금속 본체의 중앙 축을 따라서 그리고 중앙 축에 평행하게 연장하고, 상기 중간 부분은 원뿔형이고 상기 중간 부분은 상기 하부 부분으로부터 상기 상부 부분을 향해 방사방향 외측으로 연장하고, 상기 프로세스 키트 쉴드의 원피스형 금속 본체는:
    상기 원피스형 금속 본체의 하부 부분의 하부 에지로부터 상기 프로세싱 볼륨 속으로 내측으로 연장하는 하부 표면; 및
    상기 하부 표면의 내측 에지 주위에 배치되고 상기 하부 표면의 내측 에지로부터 상기 원피스형 금속 본체의 상부 부분을 향해 상측으로 연장하는 립;을 더 포함함 - ;
    상기 원피스형 금속 본체를 관통하여 배치되며, 상기 기판 지지체와 상기 타겟 사이의 상기 원피스형 금속 본체의 내부 볼륨 내에 형성되는 상기 프로세싱 볼륨을 가지는, 개구 - 상기 타겟의 일부는 상기 개구 내부로 연장하며, 상기 상부 부분은, 상기 개구 내부로 연장하는 상기 타겟의 일부로부터 이격되어 그 주위에 배치되는 개구-대향 윤곽 표면(opening-facing contoured surface)을 포함함 - ;
    상기 프로세스 키트 쉴드의 하부 부분의 정상에 배치되는 커버 링 - 상기 커버 링은 상기 기판 지지체의 정상에서 이동가능하게 배치되고, 상기 커버 링은 원피스형 금속 본체의 하부 표면을 향해 연장하는 립을 가지고, 상기 커버 링의 립은 상기 원피스형 금속 본체의 하부 부분의 립 주위에 배치되며 상기 원피스형 금속 본체의 립의 외측 표면을 따라 선택적으로 이동가능함 - ; 및
    상기 커버 링의 립에 대해 상기 프로세스 키트 쉴드를 방사상으로 정렬시키도록 상기 원피스형 금속 본체의 립의 표면과 상기 커버 링의 대향하는 표면 사이에 배치되는 복수의 정렬 소자들;을 포함하며,
    상기 개구-대향 윤곽 표면은, 리세스를 형성하도록 상기 개구를 향해 방사상 내측으로 그리고 상기 개구로부터 멀어지도록 방사상 외측으로 양자 모두로 연장하며,
    상기 개구-대향 윤곽 표면의 근처에 있는 상기 타겟의 일부의 표면은, 상기 타겟으로부터의 타겟 물질의 스퍼터링 동안에 상기 원피스형 금속 본체의 상부 부분의 상부 표면에서의 입자 증착을 제한하기 위해, 상기 프로세싱 볼륨과 상기 상부 부분 위의 공간 사이에 직접적인 가시선(direct line of sight)을 제한하도록, 상기 개구-대향 윤곽 표면의 리세스의 형상과 매칭되도록 형상화되는,
    기판 프로세싱 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 정렬 소자들은 상기 원피스형 금속 본체의 립과 상기 커버 링의 립 사이에 방사 갭을 형성하도록 상기 커버 링에 대해 상기 프로세스 키트 쉴드를 정렬시키며, 상기 방사 갭은 두께가 균일한,
    기판 프로세싱 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버는 측벽을 더 포함하고,
    상기 프로세스 키트 쉴드는 상기 측벽에 의해 상기 프로세스 챔버의 내부에 지지되는,
    기판 프로세싱 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측벽은 접지된 전도성 물질인,
    기판 프로세싱 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    프로세싱 동안 상기 프로세스 키트 쉴드의 온도를 제어하도록 상기 프로세스 키트 쉴드 근처에서 상기 측벽 내에 배치된 하나 또는 둘 이상의 열 전달 채널들을 더 포함하는,
    기판 프로세싱 장치.
  9. 기판 프로세싱 장치로서,
    기판 지지체에 대향하는, 프로세스 챔버 내에 배치되는 타겟;
    상기 프로세스 챔버 내에 배치되고, 비프로세싱 볼륨으로부터 프로세싱 볼륨을 분리시키는 프로세스 키트 쉴드 - 상기 프로세스 키트 쉴드는 상부 부분, 하부 부분, 및 원피스형 금속 본체를 관통하여 배치되는 개구를 가지는 원피스형 금속 본체를 포함하고, 상기 프로세스 키트 쉴드는 상기 기판 지지체 및 상기 타겟 사이의 원피스형 금속 본체의 내부 볼륨 내에 형성되는 상기 프로세싱 볼륨을 가지고, 상기 타겟의 일부는 상기 개구 내부로 연장하고, 상기 상부 부분은 상기 개구 내부로 연장하는 상기 타겟의 일부로부터 이격되어 그 주위에 배치되는 개구-대향 윤곽 표면을 포함함 - ;
    상기 프로세스 키트 쉴드의 하부 부분 정상에 배치되는 커버 링; 및
    상기 커버 링과 상기 프로세스 키트 쉴드를 방사상으로 정렬시키도록 상기 프로세스 키트 쉴드의 하부 부분의 표면 주위에 배치되는 복수의 정렬 소자들;을 포함하며,
    상기 개구-대향 윤곽 표면의 근처에 있는 상기 타겟의 일부의 표면은 수직이고 일직선이며, 상기 개구-대향 윤곽 표면은, 상기 타겟으로부터의 타겟 물질의 스퍼터링 동안에 상기 원피스형 금속 본체의 상부 부분의 상부 표면에서의 입자 증착을 제한하기 위해, 상기 프로세싱 볼륨과 상기 상부 부분 위의 공간 사이에 직접적인 가시선을 제한하도록 방사상 내측으로 돌출하는 돌출부를 형성하기 위해, 상기 개구를 향해 방사상 내측으로 그리고 상측으로 그리고 상기 개구로부터 멀어지도록 방사상 외측으로 그리고 상측으로 양자 모두로 연장하는,
    기판을 프로세싱 장치.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 원피스형 금속 본체는 중간 부분을 더 포함하고,
    상기 상부 부분 및 하부 부분의 내측 표면들은 원통형이며, 상기 중간 부분의 내측 표면은 원뿔형이며, 상기 하부 부분으로부터 상기 상부 부분을 향해 방사상 외측으로 연장하는,
    기판을 프로세싱 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 정렬 소자들 각각은 본체 및 상기 본체로부터 돌출하는 볼(ball)을 포함하며, 상기 본체는, 상기 볼이 상기 본체로부터 상기 커버 링의 대향하는 표면을 향해 멀어지게 연장하도록, 상기 원피스형 금속 본체의 립에 커플링되는,
    기판 프로세싱 장치.
  13. 삭제
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