KR102223665B1

KR102223665B1 - 멀티-캐소드 기판 프로세싱을 위한 방법들 및 장치

Info

Publication number: KR102223665B1
Application number: KR1020197027356A
Authority: KR
Inventors: 한빙 우; 아난타 케이. 수브라마니; 아쉬시 고엘; 샤오동 왕; 웨이 더블유. 왕; 롱준 왕; 치 홍 칭
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2021-03-04
Also published as: TWI780110B; EP3586353A4; CN110582835B; JP2020509246A; US20180240655A1; EP3586353A1; KR20190110152A; US11011357B2; JP7043523B2; EP3586353B1; CN110582835A; WO2018156452A1; TW201833360A

Abstract

멀티-캐소드 챔버를 이용하여 기판들을 프로세싱하기 위한 방법들 및 장치가 본 명세서에 개시된다. 멀티-캐소드 챔버는 복수의 홀들 및 복수의 션트들을 갖는 차폐부를 포함한다. 차폐부는 차폐부 위에 로케이팅된 복수의 캐소드들에 대해 홀들 및 션트들을 배향시키도록 회전가능하다. 션트들은 프로세싱 동안 간섭을 방지하기 위해 캐소드들로부터의 자석들과 상호작용한다. 차폐부는, 프로세싱 동안 다크 스페이스를 제공하기 위해 캐소드의 타겟과 홀 사이의 간격을 조정하도록 상승 및 하강될 수 있다.

Description

멀티-캐소드 기판 프로세싱을 위한 방법들 및 장치

[0001] 본 원리들의 실시예들은 일반적으로, 반도체 제조 시스템들에서 사용되는 기판 프로세스 챔버들에 관한 것이다.

[0002] 물리적 기상 증착(PVD)으로 또한 알려진 스퍼터링은 집적 회로들에서 피쳐들을 형성하는 방법이다. 스퍼터링은 기판 상에 재료 층을 증착시킨다. 소스 재료, 이를테면 타겟에는 전기장에 의해 강하게 가속되는 이온들에 의해 충격이 가해진다. 충격은 타겟으로부터 재료를 배출하고, 이어서 재료는 기판 상에 증착된다. 증착 동안, 배출된 입자들은 기판 표면에 일반적으로 직교하기보다는 다양한 방향들로 이동하여, 프로세스 챔버의 내부 구조 상에 소스 재료의 층을 생성하는 것을 바람직하지 않게 초래할 수 있다.

[0003] 프로세스 챔버의 내부 구조, 이를테면 차폐부(shield) 또는 다른 내부 표면들 상의 원치않는 코팅은 후속 웨이퍼 프로세싱에서 결함들 및 오염을 야기할 수 있다. 원치않는 코팅으로부터의 재료가 웨이퍼 상에 증착되는 원하는 재료와 결합될 때 오염이 발생한다. 결과적인 웨이퍼 증착 막은 증착 재료와 내부 구조의 코팅으로부터의 재료의 혼합물일 것이다. 원치않는 코팅으로부터의 입자들이 웨이퍼 상의 증착 층으로 떨어질 때 웨이퍼 프로세싱에서의 결함이 발생한다. 웨이퍼 표면은 결함들의 양 및 사이즈를 결정하기 위해 검사될 수 있지만, 웨이퍼 증착 막은 막의 조성을 결정하기 위해 분석되어야 한다.

[0004] 직류(DC) 전력공급(powered) PVD 챔버들은 통상적으로, 그들의 비용 효과 및 효율(effectiveness and efficiency) 때문에 금속 웨이퍼 증착 프로세스들에 대해 사용된다. 그러나, 유전체 재료에 사용될 때, 유전체 재료는 결국 절연 막으로 챔버 내의 전극들을 덮어서, 증착 프로세스를 중단시킨다. 교류(AC) 전력공급 PVD 챔버들, 이를테면 라디오 주파수(RF) PVD 챔버들은 사이클의 전반기(first half)에서 표면들 상에 남아있는 양의(positive) 전하들을 사이클의 후반기(second half) 동안의 음의 전하들로 중화시키는 능력을 갖는다. 주기적 속성은 RF PVD 챔버들이 금속 및 유전체 웨이퍼 증착들 둘 모두에 대해, 그러나 DC 전력공급 PVD 챔버들보다 낮은 증착 레이트로 사용되게 허용한다.

[0005] 자기 랜덤 액세스 메모리(MRAM)는 배리어 층이 메모리 디바이스의 일부로서 구성되도록 요구한다. 배리어 층은 정확하게 동작하도록 높은 순도 및 낮은 결함 넘버(defect number)들을 가져야 한다. 마그네슘 산화물(MgO)은 배리어 층으로서 이용될 수 있는 유전체 재료이다. 그러나, 기판 표면들 상에 MgO를 증착시키기 위해 RF 전력을 사용하는 것은 본질적으로 불량한 결함 성능을 유발한다.

[0006] 따라서, 본 발명자들은 유전체 재료들의 PVD 증착을 위한 개선된 방법 및 장치를 제공한다.

[0007] 기판을 프로세싱하기 위한 방법들 및 장치가 본 명세서에 개시된다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는, 내부 볼륨을 정의하는 챔버 몸체, 내부 볼륨 내에 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 챔버 몸체에 커플링되고 복수의 타겟들을 갖는 복수의 캐소드들, 및 챔버 몸체의 상부 부분에 회전가능하게 커플링된 차폐부를 포함하며, 차폐부는, 프로세스에서 스퍼터링될, 복수의 타겟들 중 적어도 하나의 타겟을 노출시키기 위한 적어도 하나의 홀, 및 프로세스에서 스퍼터링되지 않을, 복수의 타겟들 중 적어도 다른 하나의 타겟을 수용 및 차폐시키기 위해 차폐부의 상단측에 배치된 적어도 하나의 션트(shunt)를 갖고, 여기서, 차폐부는 프로세스 챔버의 중심 축을 중심으로 회전하고 그 중심 축을 따라 선형으로 이동하도록 구성된다.

[0008] 일부 실시예들에서, 복수의 캐소드들은 3개의 RF 캐소드들 및 3개의 DC 캐소드들을 포함하고, 복수의 타겟들은 기판 지지부에 평행하게 배치되고, 복수의 타겟들은 6개의 타겟들을 포함하고, 6개의 타겟들은 3개의 유전체 타겟들 및 3개의 금속 타겟들을 포함하고, 차폐부는 3개의 비-인접 홀들을 포함하고, 6개의 타겟들은 2개의 인접한 유전체 타겟들, 제1 금속으로 형성된 2개의 인접한 제1 금속 타겟들, 및 제2 금속으로 형성된 2개의 인접한 제2 금속 타겟들을 포함하고, 차폐부는 적어도 2개의 인접한 홀들을 포함하며, 프로세스 챔버는, 챔버 몸체의 상부 부분에 커플링된 챔버 몸체 어댑터 ― 챔버 몸체 어댑터는 접지됨 ―, 및 차폐부를 접지시키기 위해 차폐부와 챔버 몸체 어댑터 사이에 배치된 컴플라이언트 콘택 표면(compliant contact surface)들을 갖는 복수의 접지 루프들을 더 포함할 수 있다.

[0009] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는, 내부 볼륨을 정의하는 챔버 몸체, 챔버 몸체의 상부 부분에 커플링된 챔버 몸체 어댑터 ― 챔버 몸체 어댑터는 접지됨 ―, 내부 볼륨 내에 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 챔버 몸체 어댑터에 커플링되고 복수의 타겟들을 갖는 복수의 캐소드들, 챔버 몸체 어댑터에 회전가능하게 커플링된 차폐부 ― 상기 차폐부는, 프로세스에서 스퍼터링될, 복수의 타겟들 중 적어도 하나의 타겟을 노출시키기 위한 적어도 하나의 홀, 및 프로세스에서 스퍼터링되지 않을, 복수의 타겟들 중 적어도 다른 하나의 타겟을 수용하기 위한 적어도 하나의 션트를 갖고, 차폐부는 프로세스 챔버의 중심 축을 중심으로 회전하고 그 중심 축을 따라 선형으로 이동하도록 구성됨 ―, 및 차폐부를 접지시키기 위해 차폐부와 챔버 몸체 어댑터 사이에 배치된 컴플라이언트 콘택 표면들을 갖는 복수의 접지 루프들을 포함하며, 복수의 타겟들은 적어도 하나의 유전체 타겟 및 적어도 하나의 금속 타겟을 포함한다.

[0010] 일부 실시예들에서, 복수의 타겟들은 기판 지지부에 평행하게 배치되고, 복수의 타겟들은 6개의 타겟들을 포함하고, 6개의 타겟들은 3개의 유전체 타겟들 및 3개의 금속 타겟들을 포함하고, 차폐부는 3개의 비-인접 홀들을 포함하고, 6개의 타겟들은 2개의 인접한 유전체 타겟들, 제1 금속으로 형성된 2개의 인접한 제1 금속 타겟들, 및 제2 금속으로 형성된 2개의 인접한 제2 금속 타겟들을 포함하고, 차폐부는 2개의 인접한 홀들을 포함하며, 션트는 Mu-금속 또는 스테인리스 스틸에 기반한 재료로 제조된다.

[0011] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버에서 기판들을 프로세싱하기 위한 장치는, 프로세스 챔버의 챔버 몸체에 회전가능하게 커플링되도록 구성가능한 차폐부를 포함하며, 차폐부는, 스퍼터링될, 복수의 타겟들 중 적어도 하나의 타겟을 노출시키기 위한 적어도 하나의 홀, 및 스퍼터링되지 않을, 복수의 타겟들 중 적어도 하나의 타겟을 차폐시키기 위한 적어도 하나의 션트를 갖고, 차폐부는 프로세스 챔버의 중심 축을 중심으로 회전하고 그 중심 축을 따라 선형으로 이동하도록 구성가능하다. 일부 실시예들에서, 차폐부는 적어도 하나의 션트를 지지하는 장착 아암(mounting arm)을 갖고, 장착 아암은 차폐부로부터 제거가능하다.

[0012] 위에서 간략하게 요약되고 아래에서 더 상세히 논의되는 본 원리들의 실시예들은 첨부된 도면들에서 묘사된 원리들의 예시적인 실시예들에 대한 참조에 의해 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들이 원리들의 통상적인 실시예들만을 예시하는 것이므로, 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 상기 원리들이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0013] 도 1은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 다중 캐소드 프로세싱 챔버의 개략도를 묘사한다.
[0014] 도 2는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 다중 캐소드 프로세싱 챔버의 상단 어댑터 어셈블리의 평면도를 묘사한다.
[0015] 도 3은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 다중 캐소드 프로세싱 챔버의 차폐부의 뷰를 묘사한다.
[0016] 도 4는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 캐소드에 근접한 션트를 갖는 프로세스 챔버의 부분적인 개략도를 묘사한다.
[0017] 도 5는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 캐소드에 근접한 차폐부 홀을 갖는 프로세스 챔버의 부분적인 개략도를 묘사한다.
[0018] 도 6은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 상단 어댑터 어셈블리의 저면도를 묘사한다.
[0019] 도 7은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 도 6의 상단 어댑터 어셈블리의 저면도의 일부를 묘사한다.
[0020] 도 8은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 도 7의 상단 어댑터 어셈블리에 대한 접지 루프에 대한 콘택 포인트의 개략도를 묘사한다.
[0021] 이해를 용이하게 하기 위하여, 동일한 참조 번호들은 가능한 경우, 도면들에 공통적인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 사용되었다. 도면들은 실척대로 도시되지 않으며, 명확화를 위해 간략화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가적인 인용 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다.

[0022] 개선된 기판 프로세싱 성능을 위한 방법들 및 장치의 실시예들이 본 명세서에서 제공된다. 개시된 방법들 및 장치는 유리하게, 입자들에 의해 야기되는 웨이퍼 결함들을 감소시키고, 웨이퍼 막의 균일성을 개선시키며, 회전가능 차폐부에 대한 개선된 RF 접지를 제공할 수 있다. 실시예들은, 유전체 막들에 대해 RF 전력을 이용할 때 특히 유리하며, 이는 결함 성능 및 막 균일성을 상당히 개선시킨다. 일부 실시예들에서, 대칭적인 3개의 RF×3개의 DC(3x3) 전력공급 구성은 프로세싱 키트의 수명에 대한 향상된 결함 성능과 함께 MRAM 애플리케이션들에 대한 대략 1%의 TMR(tunnel magnetoresistance) 및 대략 2% 미만의 막 비-균일성을 가능하게 한다. 결과들은, 웨이퍼 표면에 대략적으로 평행한 타겟들 및 막 증착 동안 원치않는 캐소드 상호작용들을 방지하는 이동하는 자기 차폐부들과 함께 캐소드들의 사용을 통하여 달성된다. 실시예들은, 예컨대 RF 마그네슘 산화물 막들이 대량으로(on a high volume basis) 제조되게 허용한다.

[0023] 일부 실시예들에서, 다중 캐소드 PVD 챔버(예컨대, 프로세스 챔버(100))는, (예컨대, 상단 어댑터 어셈블리(142)를 통해) 챔버 몸체(140)에 부착된 대응하는 복수의 타겟들(적어도 하나의 유전체 타겟(110) 및 적어도 하나의 금속 타겟(112))을 갖는 복수의 캐소드들(106)(예컨대, 3개의 RF×3개의 DC 교번 구성의 6개의 캐소드들)을 포함한다. 다른 RF/DC 캐소드 구성들, 이를테면 1×1, 2×2, 4×4, 5×5 등이 또한 사용될 수 있다. 수들은 RF 전력공급 캐소드들 대 DC 전력공급 캐소드들의 비율을 표시한다. 일부 실시예들에서, RF 및 DC 캐소드들은 상단 어댑터 어셈블리(142)에서 교번된다. 다른 실시예들에서, RF 캐소드는 다른 RF 캐소드들에 인접할 수 있고, DC 캐소드들의 경우에도 유사하다. 일부 실시예들에서, RF 캐소드들 대 DC 캐소드들의 비율은 비-균등한 비율, 이를테면 1×2, 2×1, 1×3, 3×1, 2×3 등일 수 있다. 다수의 RF 캐소드들이 사용될 때, 동작 주파수들은 증착 프로세스들 동안 임의의 간섭을 감소시키도록 오프셋될 수 있다. 예컨대, 3 RF 캐소드 구성에서, 제1 RF 캐소드는 13.56MHz의 주파수로 동작될 수 있고, 제2 RF 캐소드는 13.66MHz(+100kHz)의 주파수로 동작되며, 제3 RF 캐소드는 13.46MHz(-100kHz)의 주파수로 동작된다. 오프셋은 +/-100kHz가 되도록 요구되지는 않는다. 오프셋은 주어진 수의 캐소드들에 대한 크로스-토크(cross-talk) 방지에 기반하여 선택될 수 있다.

[0024] RF 캐소드는 통상적으로, 웨이퍼 상에서의 유전체 막 증착을 위해 유전체 타겟(110)과 함께 사용된다. DC 캐소드는 통상적으로, 웨이퍼 상에서의 유전체 막 증착 이후 페이스팅(pasting)을 위해 금속 타겟(112)과 함께 사용된다. 페이스팅은 증착 막에서 입자 형성 및 결함들의 기회를 감소시킨다. RF 및 DC 캐소드들을 갖춘 프로세스 챔버를 갖는 것은, 페이스팅 및 유전체 증착이 하나의 챔버에서 행해질 수 있기 때문에 웨이퍼들의 더 빠른 생산을 허용한다. 부가적으로, 동일한 타입의 다수의 캐소드들을 갖는 것은 더 큰 페이스팅 및 증착 레이트들을 허용한다. 더 큰 증착 레이트는, 웨이퍼가 특정한 막 두께를 달성하기 위해 챔버에서 더 적은 시간을 소비한다는 것을 의미한다. 챔버 내에서의 감소된 시간 또는 드웰 시간 감소는 더 적은 웨이퍼 결함들을 초래한다.

[0025] 일부 실시예들에서, 금속 타겟(112)은, 예컨대 탄탈륨, 알루미늄, 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐, 및/또는 마그네슘과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 유전체 타겟(110)은, 예컨대 티타늄 산화물, 티타늄 마그네슘 산화물, 및/또는 탄탈륨 마그네슘 산화물과 같은 금속 산화물로 형성될 수 있다. 다른 금속들 및/또는 금속 산화물들이 사용될 수 있다.

[0026] 프로세스 챔버(100)는 또한 기판(132)을 지지하기 위한 기판 지지부(130)를 포함한다. 프로세스 챔버(100)는 개구(도시되지 않음)(예컨대, 슬릿 밸브)를 포함하며, 그 개구를 통해, 엔드 이펙터(end effector)(도시되지 않음)는 기판(132)을 기판 지지부(130)의 지지 표면(131) 상으로 하강시키기 위해 리프트 핀들(도시되지 않음) 상에 기판(132)을 배치시키도록 연장될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같은 일부 실시예들에서, 타겟들(110, 112)은 지지 표면(131)에 대해 실질적으로 평행하게 배치된다. 기판 지지부(130)는, 매칭 네트워크(134)를 통해, 기판 지지부(130)에 배치된 바이어스 전극(138)에 커플링된 바이어싱 소스(136)를 포함한다. 상단 어댑터 어셈블리(142)는 프로세스 챔버(100)의 챔버 몸체(140)의 상부 부분에 커플링되고 접지된다. 캐소드(106)는 DC 전원(108) 또는 RF 전원(102) 및 연관된 마그네트론을 가질 수 있다. RF 전원(102)의 경우, RF 전원(102)은 RF 매칭 네트워크(104)를 통해 캐소드(106)에 커플링된다.

[0027] 차폐부(121)는 상단 어댑터 어셈블리(142)에 회전가능하게 커플링되며, 캐소드들(106)에 의해 공유된다. 일부 실시예들에서, 차폐부(121)는 차폐부 몸체(122) 및 차폐부 상단(120)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 차폐부(121)는 하나의 일체형 피스(piece)로 통합된, 차폐부 몸체(122) 및 차폐부 상단(120)의 양상들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 차폐부(121)는 2개 초과의 피스들일 수 있다. 동시에 스퍼터링될 필요가 있는 타겟들의 수에 의존하여, 차폐부(121)는 대응하는 하나 이상의 타겟들을 노출시키기 위한 하나 이상의 홀들을 가질 수 있다. 차폐부(121)는 유리하게, 복수의 타겟들(110, 112) 사이의 교차-오염을 제한 또는 제거한다. 차폐부(121)는 샤프트(shaft)(123)를 통해 상단 어댑터 어셈블리(142)에 회전가능하게 커플링된다. 샤프트(123)는 커플러(119)를 통해 차폐부(121)에 부착된다. 부가적으로, 차폐부(121)가 회전가능하므로, 일반적으로 페이스팅을 수용하지 않을 차폐부(121)의 영역들은 영역들이 이제 페이스팅될 수 있도록 이동하며, 이는 축적된 증착물의 박리 및 입자 형성을 상당히 감소시킨다.

[0028] 액추에이터(116)는 차폐부(121) 맞은편 샤프트(123)에 커플링된다. 액추에이터(116)는, 화살표(144)에 의해 표시된 바와 같이 차폐부(121)를 회전시키고, 화살표(145)에 의해 표시된 바와 같이 프로세스 챔버(100)의 중심 축(146)을 따라 수직 방향으로 차폐부(121)를 위 아래로 이동시키도록 구성된다. 프로세싱 동안, 차폐부(121)는 상향 포지션으로 상승된다. 차폐부(121)의 상승된 포지션은 프로세싱 단계 동안 사용되는 타겟들을 노출시키고, 또한 프로세싱 단계 동안 사용되지 않은 타겟들을 차폐시킨다. 상승된 포지션은 또한 RF 프로세싱 단계들을 위해 차폐부를 접지시킨다. 차폐부(121)의 접지는 도 6 내지 도 8을 참조하여 아래에서 더 상세히 논의된다.

[0029] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)는 프로세스 챔버(100)의 내부 볼륨(125)에 프로세스 가스를 공급하기 위한 프로세스 가스 공급부(128)를 더 포함한다. 프로세스 챔버(100)는 또한, 프로세스 챔버(100)로부터 프로세스 가스를 배기시키기 위해 내부 볼륨(125)에 유체 커플링된 배기 펌프(124)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예컨대 프로세스 가스 공급부(128)는, 금속 타겟(112)이 스퍼터링된 이후 산소를 내부 볼륨(125)에 공급할 수 있다. 본 발명자들은, 금속 산화물(예컨대, 탄탈륨 산화물)의 스퍼터 수율이 금속(예컨대, 탄탈륨)의 스퍼터 수율보다 상당히 작기 때문에, 금속 페이스트 이후 프로세스 챔버(100) 내로 산소를 유동시키는 것이 페이스팅된 금속 재료의 스퍼터 수율을 유리하게 감소시킨다는 것을 관찰했다. 그 결과, 기판(132)의 오염이 추가로 감소된다.

[0030] 도 2는 도 1의 프로세스 챔버(100)의 일부 실시예들에서 상단 어댑터 어셈블리(200)의 평면도를 묘사한다. 상단 어댑터 어셈블리(200)는 어댑터(250), 액추에이터(216), 및 예컨대 6개의 캐소드들(206)을 포함한다. 상단 어댑터 어셈블리(200)는 더 많거나 또는 더 적은 수들의 캐소드들(206)을 포함할 수 있다. 액추에이터(216)는 (도 1에 도시된 바와 같은) 차폐부(121)의 회전 움직임 및/또는 수직 움직임을 제공한다. 도 2에 묘사되지 않았지만, 액추에이터(216)는 다수의 컴포넌트들, 이를테면 회전 컴포넌트 및 수직 모션 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 회전 움직임은, 차폐부(121)에 커플링된 샤프트(223)를 회전시키는 모터(도시되지 않음)에 의해 제공된다. 일부 실시예들에서, 수직 움직임이 리프트 어셈블리(도시되지 않음)에 의해 제공된다. 리프트 어셈블리는, 예컨대, 차폐부(121)를 수직 또는 Z-축 방향으로 상승 및 하강시키는 선형 액추에이터 또는 레일들을 갖는 슬라이드를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부(121)는 Z-축으로 대략 0.8인치로 상승 및 하강될 수 있다. 액추에이터(216)는 차폐부(121)의 회전 움직임을 제어하는 회전 제어기(213)와 신호 통신할 수 있다. 액추에이터(216)는 또한 차폐부(121)의 수직 움직임을 제어하는 수직 또는 Z-축 제어기(215)와 신호 통신할 수 있다. 회전 제어기(213) 또는 Z-축 제어기(215) 중 어느 하나 또는 그 둘 모두는 차폐부(121)의 회전 및 수직 움직임들을 동기화 및/또는 교정하는 데 사용될 수 있는 중앙 제어기 또는 중앙 서버(217)와 신호 통신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들(도시되지 않음)은 차폐부(121)의 정확한 제어 및 배치를 제공하기 위해 제어기들(213, 215, 217) 중 임의의 제어기 또는 액추에이터(216)와 함께 사용될 수 있다. 센서들은 제어 피드백을 제공하며, 또한, 컴포넌트들의 수명 동안 컴포넌트들의 마모(wear and tear)를 보상하기 위해 그리고/또는 차폐부(121)의 표면 상에서의 증착 재료들의 축적을 보상하기 위해 움직임들에 대한 공차 조정들을 허용할 수 있다.

[0031] 도 1을 참조하면, 프로세스 챔버(100)는 내부 볼륨(125)의 프로세싱 공동(cavity)에 실질적으로 평행하고 그 공동에 매우 근접한 캐소드들(106)을 갖는다. 다중 캐소드 구성, 이를테면 3×3 구성의 일부 실시예들에서, 캐소드들의 절반(3개)이 주어진 프로세싱 동작 동안 사용된다. 증착 동안 3개의 캐소드들을 사용하는 장점들 중 일부는, 차폐부 홀에서의 더 적은 축적으로 인한 개선된 프로세스 키트 수명 및 개선된 막 품질을 산출하는 더 높은 증착 레이트들을 포함한다. 3×3 구성의 나머지 캐소드들은 증착 프로세스 동안 미사용 상태로 존재한다. 본 발명자들은, 미사용 캐소드들이 내부 볼륨(125)의 프로세스 공동에 대한 캐소드들의 근접성들로 인해 증착 프로세스에 영향을 주는 자기장들을 방사한다는 것을 발견했다. 플라즈마와 상호작용하는 것에 부가하여, 자기장들은 또한 스트레이(stray) 차폐 스퍼터링을 잠재적으로 야기하는 것으로 발견되었다. 자기장 상호작용들은 증착 막에서의 결함들 및 증착 막의 높은 비-균일성을 야기한다. 이어서, 본 발명자들은, 미사용 캐소드들로부터의 자기 방사를 감소시키는 장치를 만들었고, 그 후에 증착 막의 균일성을 증가시키면서 결함들의 수 및 사이즈를 감소시켰다. 플라즈마 및 스퍼터링에 대한 자기장들의 효과들을 감소/제거함으로써 장점들이 달성되었다. 장치의 상이한 실시예들이 아래에서 더 상세히 논의된다.

[0032] 도 3은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 멀티-캐소드 프로세싱 챔버의 차폐부(300)의 뷰를 묘사한다. 차폐부(300)는 차폐부 몸체(322), 및 장착 아암(356)을 갖는 차폐부 상단(320)을 포함한다. 차폐부(300)는, 예컨대 1×1, 2×2, 4×4, 5×5, 1×2, 1×3, 2×3 등과 같은 (도 3에 도시되지 않는) 다른 구성들로 교체될 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부 상단(320)은 일체형 피스로 차폐부 몸체(322)와 통합된다. 다른 실시예들에서, 차폐부 상단(320)은 차폐부 몸체(322)와는 별개이며, 교체를 위해 차폐부 몸체(322)와 독립적으로 분리될 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부(300)는 2개 초과의 피스들일 수 있다. 차폐부 상단(322)은, 적어도 하나의 타겟이 도 1에 도시된 프로세스 챔버(100)의 내부 볼륨(125)에 노출되게 허용하는 적어도 하나의 홀(352)(도 3에 도시된 3개의 홀들)을 갖는다. 장착 아암(356)은 적어도 하나의 션트(354) 및 커플러(319)를 포함한다. 장착 아암(356)은 프로세스 챔버(100) 내의 제자리에 차폐부(300)를 유지시키기 위해 차폐부 상단(320)과 맞물린다. 커플러(319)는 차폐부(300)가 Z-축으로 회전 및 이동하게 허용하기 위해 상단 어댑터 어셈블리(142)의 액추에이터(116)의 샤프트(123)와 맞물린다. 장착 아암(356)은 차폐부 상단(320) 또는 차폐부 몸체(322)의 일체형 부분일 수 있다. 장착 아암(356)은 또한 도 3에 도시된 바와 같이 별개의 컴포넌트일 수 있다. 차폐부(300)는 차폐부(300)의 적어도 실질적인 부분이 페이스팅되게 허용함으로써 입자 형성을 감소시킨다.

[0033] 션트(354)는, 자기 방사가 내부 볼륨(125)에 침투하는 것을 억제하는 재료로 형성된다. 재료는 재료의 자기 투자율에 기반하여 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예컨대 410 스테인리스 스틸과 같은 스테인리스 스틸 변종이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 높은 자기 투자율을 갖는 재료, 이를테면 예컨대, 니켈-철 합금 재료가 사용될 수 있다. 상업적으로 이용가능한 니켈-철 합금 재료의 예는 Mu-금속 변종으로 제조되는 재료이다. 본 원리들의 일부 실시예들에서 사용될 수 있는 Mu-금속의 독점적인 제제(formulation)들을 제공하는 다수의 회사들이 존재한다. 션트들(354)의 수는 프로세싱 단계 동안 차폐될 타겟들의 수에 의존할 수 있다. 3×3 구성(3개의 RF 캐소드들 및 3개의 DC 캐소드들)에서, 임의의 주어진 프로세싱 단계 동안 한 번에 3개의 타겟들이 션트된다. 도 3에 도시된 3×3 구성에 대한 장착 아암(356)은 차폐부 상단(320)의 홀들(352)과 교번하는 3개의 션트들(354)을 갖는다. 홀(352) 및 션트(354) 간격의 다른 구성들이 다른 실시예들에서 발견될 수 있다. 도 3에 예시된 홀들(352) 및 션트들(354)의 교번 패턴은 요구되지는 않는다. 일부 실시예들에서, 션트는 다른 션트에 인접할 수 있다. 션트(354)는 또한 장착 아암(356)과 독립적으로 교체가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상이한 션트 재료들, 션트 사이즈들 또는 션트 포지션들을 요구하는 상이한 구성들 및/또는 상이한 프로세스들로 인해, 션트(354)를 교체하는 것이 바람직할 수 있다.

[0034] 도 4는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 캐소드(406)에 근접한 션트(454)를 갖는 프로세스 챔버(400)의 부분적인 개략도를 예시한다. 프로세스 챔버(400)는, 자석(470) 및 타겟(409)을 갖는 캐소드(406)를 하우징하는 상단 어댑터 어셈블리(442)를 포함한다. 차폐부(421)는, 장착 아암(456) 내의 션트(454)가 타겟(409)과 맞물리도록 회전 및 상승되었다. 션트(454)는 이제 증착 프로세싱 포지션에 있다. 션트(454)는 캐소드(406)의 타겟(409)과 완전히 접촉할 수 있거나 또는 그렇지 않을 수 있다. 타겟에 대한 션트(454) 사이즈 및 포지션은 캐소드(406)의 자석(470)으로부터의 자기 방사를 상당히 감소시킨다. 사이즈 및 포지션은, 션트(454)가 제조되는 재료 뿐만 아니라 자석(470)에 의해 생성되는 자기장의 강도에 의존할 수 있다. 증착 동안, 내부 볼륨(125) 내의 감소된 자기장들은 증착 동안 더 큰 균일성 제어를 허용한다. 대략 2% 미만의 저항 영역(RA) 비-균일성(NU) 값이 획득될 수 있으며, 일부 실시예들은 NU에 대해 대략 1.5% 이하를 달성한다.

[0035] 도 5는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 캐소드(506)에 근접한 차폐부(521)로부터의 홀(552)을 갖는 프로세스 챔버(500)의 부분적인 개략도를 도시한다. 프로세스 챔버(500)는, 자석(570) 및 타겟(509)을 갖는 캐소드(506)를 하우징하는 상단 어댑터 어셈블리(542)를 포함한다. 차폐부(521)는, 차폐부 상단(520)의 홀(552)이 타겟(509)과 맞물리도록 회전 및 상승되었다. 홀(552)은 이제, 타겟(509)이 플라즈마와 상호작용하게 허용하는 증착 프로세싱 포지션에 있다. 홀(552)은 타겟(509)을 감싸서 타겟(509) 주위에 갭(558)을 형성한다. 갭(558)은, 증착 동안 플라즈마가 형성되는 것을 막는 다크 스페이스(dark space)을 타겟(509) 주위에 생성한다. 갭 폭 대 갭 높이의 종횡비는 스파크 형성 및 그에 따른 플라즈마 형성을 억제하는 값으로 유지된다. 종횡비는, 예컨대 차폐부 상단(520)의 두께, 타겟(509)과 홀(552)의 맞물림의 양, 및 홀(552)의 사이즈를 조정함으로써 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 갭 폭은 대략 0.06 인치(60 thousandths of an inch) 내지 대략 0.08 인치(80 thousandths of an inch)일 수 있다. 차폐부(521)의 Z-축 움직임은, 타겟(509)이 홀(552) 내로 얼마나 멀리 돌출되는지를 제어함으로써 다크 스페이스의 형성의 정확한 제어를 허용한다. 도 5에서, 차폐부 상단(520)의 바닥 표면(555)은 타겟(509)의 내부 볼륨 표면(553)을 넘어 상승되었다. 다른 실시예들은, 차폐부 상단(520)의 바닥 표면(555) 및 타겟(509)의 내부 볼륨 표면(553)이 대략적으로 동일-평면에 있도록 차폐부(521)의 상승을 제한할 수 있다.

[0036] 일부 실시예들에서, 도 1에 도시된 것과 같은 프로세스 챔버(100)는 도 6에 도시된 바와 같은 상단 어댑터 어셈블리(600)를 포함할 수 있다. 상단 어댑터 어셈블리(600)의 어댑터(650)의 내부 바닥 표면(672)이 예시된다. 상단 어댑터 어셈블리(600)는 내부 바닥 표면(672) 상에 복수의 접지 루프들(662)을 포함한다. 접지 루프들(662)은, 차폐부(121)가 상승된 또는 프로세싱 포지션에 있을 때 도 1의 상단 어댑터 어셈블리(142)에 대한 차폐부(121)의 개선된 접지를 제공한다. 유리하게, 접지 루프들(662)은, RF 전력을 사용할 때 플라즈마와 차폐부(121) 사이의 에너지를 최소화시킴으로써 차폐부(121)가 음으로 대전되게 하는 것을 방지한다. 그 결과, 차폐부가 스퍼터링되는 기회들이 추가로 감소된다. 접지 루프들(662)은 내부 바닥 표면(672) 상에 노출된 복수의 타겟들(660)에 대해 원주방향으로 포지셔닝된다. 도 6이 타겟(660)을 부분적으로 둘러싸는 것으로 접지 루프들(662)을 예시하지만, 다른 실시예들에서, 접지 루프들(662)은 타겟들(660)을 완전히 둘러싸거나 또는 타겟들(660)을 부분적으로 덜 둘러쌀 수도 있다. 일부 실시예들에서, 접지 루프들(662)은 또한, 차폐부(121)와 커플링하기 위해 샤프트(623) 주위에 원주방향으로 포지셔닝된다. 접지 루프들(662)의 수는 하나 이상일 수 있다. 예컨대, 접지 루프들(662)은 샤프트(623)로만 제한될 수 있다. 일부 실시예들에서, 샤프트(623)는 배제될 수 있으며, 타겟들(660)만이 접지 루프들(662)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 접지 루프들(662)은 하나 걸러 하나의 타겟에 근접하게 배치될 수 있다.

[0037] 도 7은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 도 6의 상단 어댑터 어셈블리(600)의 저면도의 일부를 묘사한다. 일부 실시예들에서, 상단 어댑터 어셈블리(600)의 어댑터(750)의 바닥 표면(772)의 일부는 타겟(760)에 근접하게 원주방향으로 포지셔닝된 복수의 콘택 포인트들(764)을 갖는 접지 루프(762)를 포함한다. 콘택 포인트들(764)은 차폐부와 맞물리기 위한 컴플라이언트 표면을 제공한다. 도 8에서, 도 7의 접지 루프에 대한 콘택 포인트(800)의 개략도가 도시되어 있다. 일부 실시예들에서, 콘택 포인트(800)는 복수의 컴플라이언트 콘택 표면들(866)을 갖는 콘택 몸체(864)를 포함한다. 회전가능 차폐부가 프로세싱 포지션으로 복귀(상승)될 때, 차폐부의 상단은 컴플라이언트 콘택 표면들(866)과 전기 접촉하게 되어, 콘택 몸체(864)를 탄력적으로 변형시킨다. 콘택 몸체(864)의 탄력적인 변형은, RF 복귀 경로를 위한 어댑터와 차폐부 사이의 전기 연속성을 보장하도록 차폐부의 상단에 대한 압력을 제공한다. 콘택 몸체(864)는 접지 루프의 접지 루프 트레이스(trace)(880)와의 콘택 몸체(864)의 전기 맞물림을 유지시키는 체결 수단(868)을 갖는다. 체결 수단(868)은, 예컨대 나사, 볼트, 전도성 접합 재료, 리벳, 용접, 납땜, 및 임의의 다른 체결 기법들을 포함할 수 있다. 접지 루프 트레이스(880)는 어댑터의 바닥 표면(872)과 접촉한다.

[0038] 전술한 것이 본 원리들의 실시예들에 관한 것이지만, 본 원리들의 다른 및 추가적인 실시예들은 본 원리들의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 고안될 수 있다.

Claims

프로세스 챔버로서,
내부 볼륨을 정의하는 챔버 몸체;
상기 내부 볼륨 내에 기판을 지지하기 위한 기판 지지부;
상기 챔버 몸체에 커플링되고 복수의 타겟들을 갖는 복수의 캐소드들; 및
상기 챔버 몸체의 상부 부분에 회전가능하게 커플링된 차폐부를 포함하며,
상기 차폐부는, 프로세스에서 스퍼터링될, 상기 복수의 타겟들 중 적어도 하나의 타겟을 노출시키기 위한 적어도 하나의 홀, 및 상기 프로세스에서 스퍼터링되지 않을, 상기 복수의 타겟들 중 적어도 다른 하나의 타겟을 수용 및 자기(magnetically) 차폐시키기 위해 상기 차폐부의 상단측에 배치된 적어도 하나의 자기(magnetic) 션트(shunt)를 갖고,
상기 차폐부는 상기 프로세스 챔버의 중심 축을 중심으로 회전하고 상기 중심 축을 따라 선형으로 이동하도록 구성되는, 프로세스 챔버.
제1항에 있어서,
상기 복수의 캐소드들은 3개의 RF 캐소드들 및 3개의 DC 캐소드들을 포함하는, 프로세스 챔버.
제1항에 있어서,
상기 복수의 타겟들은 상기 기판 지지부에 평행하게 배치되는, 프로세스 챔버.
제3항에 있어서,
상기 복수의 타겟들은 6개의 타겟들을 포함하는, 프로세스 챔버.
제4항에 있어서,
상기 6개의 타겟들은 3개의 유전체 타겟들 및 3개의 금속 타겟들을 포함하는, 프로세스 챔버.
제5항에 있어서,
상기 차폐부는 3개의 비-인접 홀들을 포함하는, 프로세스 챔버.
제4항에 있어서,
상기 6개의 타겟들은 2개의 인접한 유전체 타겟들, 제1 금속으로 형성된 2개의 인접한 제1 금속 타겟들, 및 제2 금속으로 형성된 2개의 인접한 제2 금속 타겟들을 포함하는, 프로세스 챔버.
제1항에 있어서,
상기 챔버 몸체의 상부 부분에 커플링된 챔버 몸체 어댑터 ― 상기 챔버 몸체 어댑터는 접지됨 ―; 및
상기 복수의 타겟들 중 적어도 하나를 적어도 부분적으로 둘러싸는 상기 챔버 몸체 어댑터의 하부 표면 상의 적어도 하나의 접지 트레이스(grounding trace) ― 상기 적어도 하나의 접지 트레이스는 상기 챔버 몸체 어댑터에 상기 차폐부를 접지하도록 구성된 복수의 컴플라이언트 콘택 표면들(compliant contact surfaces)을 가짐 ―;을 더 포함하는, 프로세스 챔버.
프로세스 챔버로서,
내부 볼륨을 정의하는 챔버 몸체;
상기 챔버 몸체의 상부 부분에 커플링된 챔버 몸체 어댑터 ― 상기 챔버 몸체 어댑터는 접지됨 ―;
상기 내부 볼륨 내에 기판을 지지하기 위한 기판 지지부;
상기 챔버 몸체 어댑터에 커플링되고 복수의 타겟들을 갖는 복수의 캐소드들;
상기 챔버 몸체 어댑터에 회전가능하게 커플링된 차폐부 ― 상기 차폐부는, 프로세스에서 스퍼터링될, 상기 복수의 타겟들 중 적어도 하나의 타겟을 노출시키기 위한 적어도 하나의 홀, 및 상기 프로세스에서 스퍼터링되지 않을, 상기 복수의 타겟들 중 적어도 다른 하나의 타겟을 수용하고 자기 차폐하기 위한 적어도 하나의 자기 션트를 갖고, 상기 차폐부는 상기 프로세스 챔버의 중심 축을 중심으로 회전하고 상기 중심 축을 따라 선형으로 이동하도록 구성됨 ―; 및
상기 복수의 타겟들 중 적어도 하나를 적어도 부분적으로 둘러싸는 상기 챔버 몸체 어댑터의 하부 표면 상의 적어도 하나의 접지 트레이스 ― 상기 적어도 하나의 접지 트레이스는 상기 챔버 몸체 어댑터에 상기 차폐부를 접지하도록 구성된 복수의 컴플라이언트 콘택 표면들을 가짐 ―;을 포함하며,
상기 복수의 타겟들은 적어도 하나의 유전체 타겟 및 적어도 하나의 금속 타겟을 포함하는, 프로세스 챔버.
제9항에 있어서,
상기 복수의 타겟들은 6개의 타겟들을 포함하는, 프로세스 챔버.
제10항에 있어서,
상기 6개의 타겟들은 3개의 유전체 타겟들 및 3개의 금속 타겟들을 포함하는, 프로세스 챔버.
제9항에 있어서,
상기 자기 션트는 Mu-금속 또는 410 스테인리스 스틸에 기반한 재료로 제조되는, 프로세스 챔버.
프로세스 챔버에서 기판들을 프로세싱하기 위한 장치로서,
상기 프로세스 챔버의 챔버 몸체에 회전가능하게 커플링되도록 구성가능한 차폐부를 포함하며,
상기 차폐부는, 스퍼터링될, 복수의 타겟들 중 적어도 하나의 타겟을 노출시키기 위한 적어도 하나의 홀, 및 스퍼터링되지 않을, 복수의 타겟들 중 적어도 하나의 타겟을 자기 차폐시키기 위한 적어도 하나의 자기 션트를 갖고,
상기 차폐부는 상기 프로세스 챔버의 중심 축을 중심으로 회전하고 상기 중심 축을 따라 선형으로 이동하도록 구성가능한, 프로세스 챔버에서 기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
제13항에 있어서,
상기 차폐부는 상기 적어도 하나의 자기 션트를 지지하는 장착 아암(mounting arm)을 갖는, 프로세스 챔버에서 기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
제14항에 있어서,
상기 장착 아암은 상기 차폐부로부터 제거가능한, 프로세스 챔버에서 기판들을 프로세싱하기 위한 장치.