KR102262978B1 - Wafer processing deposition shielding components - Google Patents

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마우리스 이. 에워트
아난타 케이. 서브라마니
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 명세서에 기술된 실시예들은 전체적으로 기판 상의 고 종횡비 피처의 바닥 및 측벽들로 재료들을 균일하게 스퍼터 증착하기 위한 장치 및 방법에 관련된다. 일 실시예에서는 기판 지지 페데스탈과 스퍼터링 타깃 사이에 위치한 쉴드 부재와의 기계적 및 전기적 결합을 위한 콜리메이터가 제공된다. 상기 콜리메이터는 중앙 영역과 주변 영역을 포함하며, 관통하여 연장하는 복수의 개구를 구비하며, 여기서 중앙 영역에 배치된 개구들은 주변 영역에 배치된 개구들보다 더 큰 종횡비를 가진다.Embodiments described herein are generally directed to an apparatus and method for uniformly sputter depositing materials to the bottom and sidewalls of a high aspect ratio feature on a substrate. In one embodiment, a collimator is provided for mechanical and electrical coupling with a shield member positioned between a substrate support pedestal and a sputtering target. The collimator includes a central region and a peripheral region and has a plurality of openings extending therethrough, wherein the openings disposed in the central region have a greater aspect ratio than the openings disposed in the peripheral region.

Description

웨이퍼 프로세싱 증착 차폐 부품 {WAFER PROCESSING DEPOSITION SHIELDING COMPONENTS}Wafer Processing Deposition Shielding Components {WAFER PROCESSING DEPOSITION SHIELDING COMPONENTS}

본 발명의 실시예들은 대체적으로, 기판에 있는 고 종횡비 피처들의 바닥과 측벽들에 재료를 균일하게 스퍼터 증착시키기 위한 방법 및 장치에 관련된다.Embodiments of the present invention relate generally to a method and apparatus for uniformly sputter depositing material to the bottom and sidewalls of high aspect ratio features in a substrate.

스퍼터링(sputtering), 또는 물리적 기상 증착(PVD)은 집적 회로의 제조에 있어서 기판 상에 얇은 금속 층들을 증착시키기 위해 널리 사용되는 기술이다. PVD는 확산 배리어(diffusion barrier), 시드 층(seed layer), 1차 컨덕터(primary conductor), 반사 방지막(antireflection coating), 및 식각 정지층(etch stop)으로서 사용하기 위한 층들을 증착하는데 사용된다. 그러나 PVD로는, 기판 내에 형성되는 비아(via)나 트랜치(trench)와 같이, 단(step)이 발생하는 기판의 형태에 정합하는 균일한 박막을 형성하는 것이 어렵다. 특히, 스퍼터링된 원자를 넓은 각도 분포(angular distribution)로 증착하는 것은, 비아와 트랜치 같은, 고 종횡비(high aspect ratio) 피처의 바닥과 측벽에 빈약한 커버리지(poor coverage)를 초래하게 된다.Sputtering, or physical vapor deposition (PVD), is a widely used technique for depositing thin metal layers on a substrate in the manufacture of integrated circuits. PVD is used to deposit layers for use as diffusion barriers, seed layers, primary conductors, antireflection coatings, and etch stops. However, with PVD, it is difficult to form a uniform thin film conforming to the shape of the substrate on which the step occurs, such as vias or trenches formed in the substrate. In particular, depositing sputtered atoms with a wide angular distribution results in poor coverage on the bottom and sidewalls of high aspect ratio features, such as vias and trenches.

PVD를 고 종횡비 피처(feature)의 바닥에 박막을 증착하는데 사용할 수 있게 개발된 한가지 기술은 콜리메이터 스퍼터링(collimator sputtering) 기술이다. 콜리메이터란 기판과 스퍼터링 소스(source) 사이에 위치하는 필터링 플레이트이다. 콜리메이터는 일반적으로 두께가 균일하며, 이러한 두께를 통해 형성되는 다수의 통로를 구비한다. 스퍼터링된 재료는 스퍼터링 소스로부터 기판으로 이어지는 그 경로 상에서 반드시 콜리메이터를 통과해야만 한다. 콜리메이터는 요구되는 각도를 넘는 예각(acute angle)으로 소재에 충돌할 수 있었던 재료를 필터링한다.One technique that has been developed to allow PVD to be used to deposit thin films on the bottom of high aspect ratio features is collimator sputtering. The collimator is a filtering plate positioned between the substrate and the sputtering source. The collimator is generally uniform in thickness and has a plurality of passages formed through the thickness. The sputtered material must pass through the collimator on its path from the sputtering source to the substrate. The collimator filters out material that could have collided with the material at an acute angle beyond the required angle.

주어진 콜리메이터에 의해 이루어지는 필터링의 실제 양은 콜리메이터를 통한 통로의 종횡비에 따른다. 이와 같이 하여, 기판에 수직하게 접근하는 경로로 이동하는 입자들은 콜리메이터를 통과하여 기판상에 증착된다. 이로써 고 종횡비 피처에서 바닥의 커버리지를 향상시킬 수 있다.The actual amount of filtering done by a given collimator depends on the aspect ratio of the passage through the collimator. In this way, particles traveling in a path perpendicular to the substrate pass through the collimator and are deposited on the substrate. This can improve the coverage of the floor in high aspect ratio features.

그러나, 종래 기술의 콜리메이터를 소형 자석의 마그네트론(small magnet magnetron)과 함께 사용하는데 있어서는 어떤 문제점들이 존재한다. 소형 자석의 마그네트론을 사용하게 되면 이온화도가 높은(highly ionized) 금속 플럭스(metal flux)를 생성할 수 있는데, 이는 고 종횡비의 피처를 채우는데 유리할 수 있다. 그러나 불행히도, 소형 자석의 마그네트론과 함께 종래 기술의 콜리메이터를 사용하는 PVD는 기판 전역에 불균일한 증착을 제공하게 된다. 기판의 일 영역에는 기판의 다른 영역에서보다 더 두꺼운 소스 재료 층들이 증착될 수 있다. 예를 들어, 소형 자석의 방사상 위치에 따라서, 기판의 중심이나 에지 부근에 더 두꺼운 층들이 증착될 수 있다. 이러한 현상은 기판 전역에서의 비 균일한 증착을 초래할 뿐만 아니라, 기판의 어떤 영역들에 있는 고 종횡비 피처 측벽들에 걸쳐 비균일한 증착도 초래한다. 예를 들어, 기판의 둘레 부근의 영역에 최적의 필드 균일성(field uniformity)을 제공하기 위해 소형 자석이 방사상으로 배치된 경우에는, 기판의 둘레를 향하는 피처 측벽들보다 기판의 중심을 향하는 피처 측벽들에 소스 재료가 더 많이 증착되게 된다.However, there are certain problems in using the collimator of the prior art with a small magnet magnetron. The use of a magnetron of a small magnet can produce a highly ionized metal flux, which can be advantageous for filling high aspect ratio features. Unfortunately, however, PVD using a prior art collimator with a magnetron of a small magnet results in non-uniform deposition across the substrate. Thicker layers of source material may be deposited in one region of the substrate than in another region of the substrate. For example, depending on the radial position of the miniature magnet, thicker layers may be deposited near the center or edge of the substrate. This phenomenon not only results in non-uniform deposition across the substrate, but also non-uniform deposition across high aspect ratio feature sidewalls in certain areas of the substrate. For example, feature sidewalls facing the center of the substrate rather than feature sidewalls facing the perimeter of the substrate when small magnets are radially disposed to provide optimal field uniformity in an area near the perimeter of the substrate. More source material is deposited on the fields.

따라서, PVD 기술로 기판에 소스 재료를 증착하는데 있어 균일성을 향상시킬 필요가 있다.Therefore, there is a need to improve the uniformity in depositing a source material on a substrate with PVD technology.

본 명세서에 기술된 일 실시예에서는 증착 장치가 전기적으로 접지된 챔버, 상기 챔버에 의해 지지되며 상기 챔버로부터 전기적으로 절연된 스퍼터링 타깃, 상기 스퍼터링 타깃의 아래에 위치하며 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터링 표면과 실질적으로 평행한 기판 지지 표면을 가지는 기판 지지 페데스탈(pedestal), 상기 챔버에 의해 지지되며 상기 챔버에 전기적으로 결합되는 쉴드 부재(shield member), 상기 쉴드 부재에 기계적 및 전기적으로 결합되며 상기 스퍼터링 타깃과 상기 기판 지지 페데스탈 사이에 위치되는 콜리메이터(collimator)를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 콜리메이터는 관통하는 복수의 개구를 가진다. 일 실시예에서, 중앙 영역에 배치된 개구들은 주변 영역(peripheral region)에 배치된 개구들보다 더 큰 종횡비를 가진다.In one embodiment described herein, the deposition apparatus is an electrically grounded chamber, a sputtering target supported by the chamber and electrically isolated from the chamber, located below the sputtering target and substantially coextensive with the sputtering surface of the sputtering target. a substrate support pedestal having a substrate support surface parallel to the substrate, a shield member supported by and electrically coupled to the chamber, mechanically and electrically coupled to the shield member, the sputtering target and the and a collimator positioned between the substrate support pedestals. In one embodiment, the collimator has a plurality of apertures therethrough. In one embodiment, the openings disposed in the central region have a greater aspect ratio than the openings disposed in the peripheral region.

다른 실시예에서, 증착 장치는 전기적으로 접지된 챔버, 상기 챔버에 의해 지지되며 상기 챔버로부터 전기적으로 절연된 스퍼터링 타깃, 상기 스퍼터링 타깃의 아래에 위치하며 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터링 표면과 실질적으로 평행한 기판 지지 표면을 가지는 기판 지지 페데스탈, 상기 챔버에 의해 지지되며 상기 챔버에 전기적으로 결합되는 쉴드 부재, 상기 쉴드 부재에 기계적 및 전기적으로 결합되며 상기 스퍼터링 타깃과 상기 기판 지지 페데스탈 사이에 위치되는 콜리메이터, 가스 소스, 및 제어기를 포함한다. 일 실시예에서, 스퍼터링 타깃은 DC 파워 소스에 전기적으로 결합된다. 일 실시예에서, 기판 지지 페데스탈은 RF 파워 소스에 전기적으로 결합한다. 일 실시예에서, 제어기는 가스 소스, DC 파워 소스, 및 RF 파워 소스를 제어하기 위한 신호들을 제공하도록 프로그래밍된다. 일 실시예에서, 콜리메이터는 관통하여 연장하는 복수의 개구를 가진다. 일 실시예에서, 콜리메이터의 중앙 영역에 배치된 개구들은 콜리메이터의 주변 영역에 배치된 개구들보다 더 큰 종횡비를 가진다. 일 실시예에서, 제어기는 기판 지지 페데스탈에 높은 바이어스를 제공하도록 프로그래밍된다.In another embodiment, a deposition apparatus includes an electrically grounded chamber, a sputtering target supported by and electrically isolated from the chamber, a substrate positioned below the sputtering target and substantially parallel to a sputtering surface of the sputtering target. a substrate support pedestal having a support surface, a shield member supported by the chamber and electrically coupled to the chamber, a collimator mechanically and electrically coupled to the shield member and positioned between the sputtering target and the substrate support pedestal, a gas source; , and a controller. In one embodiment, the sputtering target is electrically coupled to a DC power source. In one embodiment, the substrate support pedestal is electrically coupled to an RF power source. In one embodiment, the controller is programmed to provide signals for controlling the gas source, the DC power source, and the RF power source. In one embodiment, the collimator has a plurality of openings extending therethrough. In one embodiment, the openings disposed in the central region of the collimator have a greater aspect ratio than the openings disposed in the peripheral region of the collimator. In one embodiment, the controller is programmed to provide a high bias to the substrate support pedestal.

또 다른 실시예에서는, 기판 상으로 재료를 증착하기 위한 방법이 기판 지지 페데스탈과 스퍼터링 타깃 사이에 위치한 콜리메이터를 가지는 챔버 내의 스퍼터링 타깃에 DC 바이어스를 인가하는 단계, 상기 챔버 내부의 스퍼터링 타깃에 인접한 영역에 프로세싱 가스를 제공하는 단계, 상기 기판 지지 페데스탈에 바이어스를 인가하는 단계, 및 상기 기판 지지 페데스탈에 인가된 바이어스를 높은 바이어스와 낮은 바이어스 사이에서 펄싱(pulsing)하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 콜리메이터는 관통하여 연장하는 복수의 개구를 가진다. 일 실시예에서, 콜리메이터의 중앙 영역에 배치된 개구들은 콜리메이터의 주변 영역에 배치된 개구들보다 더 큰 종횡비를 가진다.In yet another embodiment, a method for depositing material onto a substrate comprises applying a DC bias to a sputtering target in a chamber having a collimator positioned between a substrate support pedestal and a sputtering target, in a region adjacent to the sputtering target within the chamber. The method includes providing a processing gas, applying a bias to the substrate support pedestal, and pulsing a bias applied to the substrate support pedestal between a high bias and a low bias. In one embodiment, the collimator has a plurality of openings extending therethrough. In one embodiment, the openings disposed in the central region of the collimator have a greater aspect ratio than the openings disposed in the peripheral region of the collimator.

또 다른 실시예에서, 기판 지지 페데스탈과 스퍼터링 타깃 사이에 위치한 쉴드 부재와의 기계적 및 전기적 결합을 위한 콜리메이터가 제공된다. 상기 콜리메이터는 중앙 영역과 주변 영역을 포함하며, 관통하여 연장하는 복수의 개구를 구비하며, 여기서 중앙 영역에 배치된 개구들은 주변 영역에 배치된 개구들보다 더 큰 종횡비를 가진다.In yet another embodiment, a collimator for mechanical and electrical coupling with a shield member positioned between a substrate support pedestal and a sputtering target is provided. The collimator includes a central region and a peripheral region and has a plurality of openings extending therethrough, wherein the openings disposed in the central region have a greater aspect ratio than the openings disposed in the peripheral region.

또 다른 실시예에서, 기판 프로세싱 챔버 내의 타깃을 향하는 기판 지지 페데스탈을 둘러싸기 위한 하부 쉴드가 제공된다. 상기 하부 쉴드는 상기 기판 지지 페데스탈과 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터링 표면을 둘러싸기 위한 치수의 제1 지름을 가지는 원통형 외부 밴드를 포함하며, 상기 원통형 외부 밴드는 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터링 표면을 둘러싸는 상부 부분, 중간 부분, 및 상기 기판 지지 페데스탈을 둘러싸는 하부 부분을 포함하며, 상기 하부 쉴드는 또한 상기 원통형 외부 밴드로부터 방사상(radially) 바깥쪽으로 연장하며 지지 표면(resting surface)을 가지는 지지 플랜지(support flange), 상기 원통형 외부 밴드의 하부 부분으로부터 방사상 안쪽으로 연장하는 기부 플레이트(base plate), 및 상기 기부 플레이트와 결합되며 상기 기판 지지 페데스탈의 주변 에지를 부분적으로 둘러싸는 원통형 내부 밴드를 포함한다.In yet another embodiment, a lower shield is provided for enclosing a substrate support pedestal facing a target within a substrate processing chamber. the lower shield includes a cylindrical outer band having a first diameter dimensioned to surround the substrate support pedestal and a sputtering surface of the sputtering target, the cylindrical outer band comprising an upper portion surrounding the sputtering surface of the sputtering target; a support flange comprising a middle portion and a lower portion surrounding the substrate support pedestal, the lower shield also extending radially outwardly from the cylindrical outer band and having a resting surface; a base plate extending radially inwardly from a lower portion of the cylindrical outer band; and a cylindrical inner band engaging the base plate and partially surrounding a peripheral edge of the substrate support pedestal.

또 다른 실시예에서는, 기판 프로세싱 챔버 내의 지지 페데스탈을 향하는 스퍼터링 타깃을 둘러싸기 위한 상부 쉴드가 제공된다. 상기 상부 쉴드는 쉴드 부분 및 지향성 스퍼터링(directional sputtering)을 위한 일체식 플럭스 최적화기(integrated flux optimizer)를 포함한다.In another embodiment, an upper shield is provided for enclosing a sputtering target facing a support pedestal in a substrate processing chamber. The upper shield includes a shield portion and an integrated flux optimizer for directional sputtering.

본 발명의 전술한 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록 하기 위하여, 위에서 간략하게 요약된 본 발명의 더욱 상세한 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 실시예 중 일부는 첨부된 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니며, 본 발명은 균등하게 효과적인 다른 실시예들도 포함할 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서에 기술된 프로세스 키트의 일 실시예를 가지는 반도체 프로세싱 시스템의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 2는 본 명세서에 기술된 일 실시예에 따른 콜리메이터의 평면도를 도시하며;
도 3은 본 명세서에 기술된 일 실시예에 따른 콜리메이터의 개략적인 횡단면도를 도시하며;
도 4는 본 명세서에 기술된 일 실시예에 따른 콜리메이터의 개략적인 횡단면도를 도시하며;
도 5는 본 명세서에 기술된 일 실시예에 따른 콜리메이터의 개략적인 횡단면도를 도시하며;
도 6은 본 명세서에 기술된 일 실시예에 따른 PVD 챔버의 상부 쉴드에 콜리메이터를 부착시키기 위한 브래킷의 확대된 부분적 횡단면도를 도시하며;
도 7은 본 명세서에 기술된 일 실시예에 따른 PVD 챔버의 상부 쉴드에 콜리메이터를 부착시키기 위한 브래킷의 부분적 횡단면도를 도시하며;
도 8은 본 명세서에 기술된 프로세스 키트의 다른 실시예를 가지는 반도체 프로세싱 시스템의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 9a는 본 명세서에 기술된 일 실시예에 따른 단일체 상부 쉴드의 부분적인 횡단면도를 도시하며,
도 9b는 본 명세서에 기술된 일 실시예에 따른 도 9a의 단일체 상부 쉴드의 평면도를 도시하며,
도 10a는 본 명세서에 기술된 일 실시예에 따른 하부 쉴드의 횡단면도를 도시하며,
도 10c는 도 10a의 하부 쉴드의 일 실시예에 대한 평면도를 도시한다.In order that the foregoing features of the invention may be understood in detail, a more detailed description of the invention, briefly summarized above, may be made with reference to embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings, in which have. However, the accompanying drawings merely illustrate exemplary embodiments of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention, and the present invention may include other equally effective embodiments.
1 shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor processing system having one embodiment of a process kit described herein;
2 shows a top view of a collimator according to an embodiment described herein;
3 shows a schematic cross-sectional view of a collimator according to an embodiment described herein;
4 shows a schematic cross-sectional view of a collimator according to an embodiment described herein;
5 shows a schematic cross-sectional view of a collimator according to an embodiment described herein;
6 shows an enlarged partial cross-sectional view of a bracket for attaching a collimator to an upper shield of a PVD chamber according to one embodiment described herein;
7 shows a partial cross-sectional view of a bracket for attaching a collimator to an upper shield of a PVD chamber according to an embodiment described herein;
8 shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor processing system having another embodiment of a process kit described herein;
9A shows a partial cross-sectional view of a monolithic upper shield according to an embodiment described herein;
9B shows a top view of the monolithic upper shield of FIG. 9A in accordance with one embodiment described herein;
10A shows a cross-sectional view of a lower shield according to an embodiment described herein;
10C shows a top view of one embodiment of the lower shield of FIG. 10A.

본 명세서에서 설명되는 실시예들은 기판상에 집적 회로를 제조하는 동안 기판의 고 종횡비 피처들에 걸쳐 스퍼터링된 재료를 균일하게 증착시키기 위한 장치 및 방법을 제공한다.Embodiments described herein provide an apparatus and method for uniformly depositing sputtered material across high aspect ratio features of a substrate during integrated circuit fabrication on the substrate.

도 1은 기판(154)을 프로세싱할 수 있는, 일 실시예의 프로세스 키트(140)를 구비하는 프로세싱 챔버(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 프로세스 키트(140)는 원피스(one-piece)의 하부 쉴드(lower shield)(180), 원피스의 상부 쉴드(186), 및 콜리메이터(110)를 구비한다. 도시된 실시예에서 프로세싱 챔버(100)는, 예를 들어 티타늄, 산화 알루미늄, 알루미늄, 구리, 탄탈, 탄탈 질화물, 텅스텐, 또는 텅스텐 질화물을 기판에 증착할 수 있는, 물리 기상 증착(PVD) 챔버라고도 불리는, 스퍼터링 챔버를 포함한다. 적당한 PVD 챔버의 예로는 ALPS® Plus 및 SIP ENCORE® PVD 프로세싱 챔버가 있으며, 이들 모두는 캘리포니아의 산타 클라라에 있는 Applied Materials, Inc. 에서 구입가능하다. 본 명세서에 기술되는 실시예들을 실행하는데 있어서, 다른 제조업체들로부터 구입할 수 있는 프로세싱 챔버들도 사용될 수 있을 것이다.1 shows an exemplary embodiment of a processing chamber 100 having a process kit 140 of one embodiment capable of processing a substrate 154 . The process kit 140 includes a one-piece lower shield 180 , a one-piece upper shield 186 , and a collimator 110 . The processing chamber 100 in the illustrated embodiment is also referred to as a physical vapor deposition (PVD) chamber, capable of depositing, for example, titanium, aluminum oxide, aluminum, copper, tantalum, tantalum nitride, tungsten, or tungsten nitride onto a substrate. It includes a so-called sputtering chamber. Examples of suitable PVD chambers include the ALPS ® Plus and SIP ENCORE ® PVD processing chambers, both of which are manufactured by Applied Materials, Inc. of Santa Clara, CA. can be purchased from In practicing the embodiments described herein, processing chambers available from other manufacturers may also be used.

챔버(100)는, 스퍼터링 표면(145)을 가지는 타깃(142)과 같은, 스퍼터링 소스와, 주변 에지(153)를 가지는, 반도체 기판(154)을 그 위에 수용하기 위한 기판 지지 페데스탈(152)을 포함한다. 기판 지지 페데스탈은 접지된 챔버 벽(150) 내에 배치될 수도 있다.The chamber 100 includes a sputtering source, such as a target 142 having a sputtering surface 145 , and a substrate support pedestal 152 for receiving thereon a semiconductor substrate 154 , having a peripheral edge 153 . include A substrate support pedestal may be disposed within the grounded chamber wall 150 .

일 실시예에서, 챔버(100)는 유전성 절연체(dielectric isolator)(146)를 통해서 접지된 전도성 어댑터(144)에 의해 지지되는 타깃(142)을 포함한다. 타깃(142)은 스퍼터링 중에 기판(154) 표면 상에 증착될 재료를 포함하며, 기판(154) 내에 형성된 고 종횡비 피처에 시드 층으로서 증착할 구리를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 타깃(142)은, 알루미늄과 같은 구조적 재료의 지지층(backing layer)과, 구리와 같이, 스퍼터링 가능한 재료의 금속성 표면 층이 접합된 복합재(bonded composite)도 포함할 수 있다.In one embodiment, chamber 100 includes a target 142 supported by a conductive adapter 144 grounded through a dielectric isolator 146 . The target 142 includes material to be deposited on the surface of the substrate 154 during sputtering, and may include copper to deposit as a seed layer in high aspect ratio features formed in the substrate 154 . The target 142 in one embodiment may also include a bonded composite in which a backing layer of a structural material, such as aluminum, and a metallic surface layer of a sputterable material, such as copper, are bonded.

일 실시예에서, 페데스탈(152)은 스퍼터 코팅될 고 종횡비 피처들을 가지는 기판(154)을 지지하며, 이러한 고 종횡비 피처들의 바닥은 타깃(142)의 주 표면에 평면적으로 대향한다(in planar opposition to). 기판 지지 페데스탈(152)은 타깃(142)의 스퍼터링 표면에 대체로 평행하게 배치되는 평평한 기판 수용 표면을 가진다. 페데스탈(152)은 바닥 챔버 벽(160)에 연결된 벨로우즈(158)를 통해 수직적으로 이동가능할 수 있어서, 기판(154)이 챔버(100)의 하부 부분에 있는 로드 록 밸브(도시되지 않음)를 통해서 페데스탈(152) 상에 운반될 수 있게 한다. 이후 페데스탈(152)은 도시된 바와 같이 증착 위치로 상승될 수 있다.In one embodiment, the pedestal 152 supports a substrate 154 having high aspect ratio features to be sputter coated, the bottom of these high aspect ratio features being in planar opposition to the major surface of the target 142 . ). The substrate support pedestal 152 has a flat substrate receiving surface disposed generally parallel to the sputtering surface of the target 142 . The pedestal 152 may be vertically movable through a bellows 158 connected to the bottom chamber wall 160 such that the substrate 154 may be moved through a load lock valve (not shown) in the lower portion of the chamber 100 . Allows it to be carried on a pedestal 152 . The pedestal 152 may then be raised to the deposition position as shown.

일 실시예에서, 프로세싱 가스는 가스 소스(162)로부터 질량 유량 제어기(164)를 통해서 챔버(100)의 하부 부분으로 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 챔버(100)에 결합된, 제어가능한 직류 전류(DC) 파워 소스(148)가 타깃(142)에 바이어스나 부전압(negative voltage)을 인가하는데 사용될 수 있다. 기판(154)에 대해 DC 셀프 바이어스(self-bias)를 유도하기 위하여 페데스탈(152)에 무선 주파수(RF) 파워 소스(156)가 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 페데스탈(152)은 접지된다. 일 실시예에서, 페데스탈(152)은 전기적으로 부유된다(electrically floated).In one embodiment, processing gas may be supplied from a gas source 162 through a mass flow controller 164 to the lower portion of the chamber 100 . In one embodiment, a controllable direct current (DC) power source 148 coupled to chamber 100 may be used to apply a bias or negative voltage to target 142 . A radio frequency (RF) power source 156 may be coupled to the pedestal 152 to induce a DC self-bias with respect to the substrate 154 . In one embodiment, pedestal 152 is grounded. In one embodiment, the pedestal 152 is electrically floated.

일 실시예에서, 마그네트론(170)은 타깃(142) 위에 위치한다. 마그네트론(170)은 샤프트(176)에 연결된 기부 플레이트(174)에 의해 지지되는 복수의 자석(172)을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 샤프트는 기판(154)과 챔버(100)의 중심 축과 축방향으로 정렬될 수 있다. 일 실시예에서, 자석들은 신장 모양 패턴(kidney-shaped pattern)으로 정렬된다. 자석(172)은, 상당한(significant) 이온 플럭스가 타깃(142)을 가격(strike)하여 타깃 재료의 스퍼터 방출을 야기하도록 플라스마를 발생시키기 위하여 타깃(142)의 전방 면 부근에서 챔버(100) 내에 자기장을 생성한다. 자석(172)은 타깃(142) 표면에 걸쳐 자기장의 균일성을 증가시키기 위하여 샤프트(176) 주위로 회전될 수 있다. 일 실시예에서, 마그네트론(170)은 소형 자석의 마그네트론이다. 일 실시예에서, 자석(172)들은 나선형 운동을 생성하기 위하여 타깃(142)의 면에 실질적으로 평행한 선형 방향을 따라 왕복식으로 이동하고 또한 회전될 수 있다. 일 실시예에서, 자석(172)들은 그 방사상 및 각 위치(angular position)들 모두를 제어하기 위하여 중심 축 및 독립적으로 제어되는 제2 축 모두를 중심으로 회전될 수 있다.In one embodiment, the magnetron 170 is positioned above the target 142 . The magnetron 170 may include a plurality of magnets 172 supported by a base plate 174 coupled to a shaft 176 , wherein the shaft is the central axis and axis of the substrate 154 and the chamber 100 . direction can be aligned. In one embodiment, the magnets are arranged in a kidney-shaped pattern. A magnet 172 is placed in the chamber 100 near the front face of the target 142 to generate a plasma such that a significant ion flux strikes the target 142 causing sputter emission of the target material. create a magnetic field The magnet 172 may be rotated about the shaft 176 to increase the uniformity of the magnetic field across the surface of the target 142 . In one embodiment, the magnetron 170 is a magnetron of small magnets. In one embodiment, the magnets 172 may be reciprocally moved and rotated along a linear direction substantially parallel to the face of the target 142 to create a helical motion. In one embodiment, the magnets 172 may be rotated about both a central axis and an independently controlled second axis to control both their radial and angular positions.

일 실시예에서, 챔버(100)는 챔버 측벽(150)에 전기적으로 결합되고 이에 의해 지지되는 지지 플랜지(182)를 가지는 접지된 하부 쉴드(180)를 포함한다. 상부 쉴드(186)는 어댑터(144)의 플랜지(184)에 전기적으로 결합되고 이에 의해 지지된다. 상부 쉴드(186) 및 하부 쉴드(180)는 챔버 벽(150)과 어댑터(144)가 그러하듯이 전기적으로 결합된다. 일 실시예에서, 상부 쉴드(186) 및 하부 쉴드(180) 모두는 스테인리스 스틸로 구성된다. 일 실시예에서, 챔버(100)는 상부 쉴드(186)에 결합되는 중간 쉴드(도시되지 않음)를 포함한다. 일 실시예에서, 상부 쉴드(186) 및 하부 쉴드(180)는 챔버(100) 내에서 전기적으로 부유된다. 일 실시예에서, 상부 쉴드(186) 및 하부 쉴드(180)는 전기 파워 소스에 결합될 수 있다.In one embodiment, chamber 100 includes a grounded lower shield 180 having a support flange 182 electrically coupled to and supported by chamber sidewall 150 . The upper shield 186 is electrically coupled to and supported by the flange 184 of the adapter 144 . Upper shield 186 and lower shield 180 are electrically coupled, as are chamber wall 150 and adapter 144 . In one embodiment, both upper shield 186 and lower shield 180 are constructed of stainless steel. In one embodiment, chamber 100 includes an intermediate shield (not shown) coupled to upper shield 186 . In one embodiment, upper shield 186 and lower shield 180 are electrically suspended within chamber 100 . In one embodiment, upper shield 186 and lower shield 180 may be coupled to an electrical power source.

일 실시예에서 상부 쉴드(186)는, 타깃(142)과 상부 쉴드(186) 사이에 좁은 갭(188)을 두고 타깃(142)의 환형 측면 요부(annular side recess)와 밀접하게(closely) 조립되는 상부 부분을 가지며, 이러한 갭은 플라스마가 통과하여 유전성 절연체(146)를 스퍼터 코팅하는 것을 방지하기에 충분히 좁다. 상부 쉴드(186)는 또한 하향 돌출 팁(190)도 포함할 수 있는데, 이는 상부 쉴드(186)와 하부 쉴드(180) 사이의 인터페이스를 커버하여, 상부 및 하부 쉴드가 스퍼터 증착된 재료에 의하여 접합되는 것을 방지한다.In one embodiment the upper shield 186 is assembled closely with an annular side recess of the target 142 with a narrow gap 188 between the target 142 and the upper shield 186 . This gap is narrow enough to prevent the plasma from passing through and sputter coating the dielectric insulator 146 . The upper shield 186 may also include a downwardly projecting tip 190, which covers the interface between the upper shield 186 and the lower shield 180 so that the upper and lower shields are joined by sputter deposited material. prevent it from becoming

일 실시예에서, 하부 쉴드(180)는 대체로 챔버 벽(150)을 따라 페데스탈(152)의 상부 표면 아래까지 연장하는, 원통형 외부 밴드(196)로 아래로 연장한다. 하부 쉴드(180)는 이러한 원통형 외부 밴드(196)로부터 방사상 안쪽으로 연장하는 기부 플레이트(198)를 구비할 수 있다. 기부 플레이트(198)는 페데스탈(152)의 둘레를 둘러싸는, 상향 연장하는 원통형 내부 밴드(103)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, 페데스탈(152)을 스퍼터 증착으로부터 보호하기 위하여, 커버링(102)이, 페데스탈(152)이 하부의 로딩 위치(loading position)에 있을 때는 원통형 내부 밴드(103)의 상부에 놓이고, 페데스탈이 상부의 증착 위치에 있을 때에는 페데스탈(152)의 외부 둘레 상에 놓인다.In one embodiment, the lower shield 180 extends downwardly into a cylindrical outer band 196 , which extends generally along the chamber wall 150 to below the upper surface of the pedestal 152 . The lower shield 180 may have a base plate 198 extending radially inward from this cylindrical outer band 196 . The base plate 198 may include an upwardly extending cylindrical inner band 103 surrounding the perimeter of the pedestal 152 . In one embodiment, to protect the pedestal 152 from sputter deposition, a covering 102 is placed on top of the cylindrical inner band 103 when the pedestal 152 is in its lower loading position. , rests on the outer perimeter of the pedestal 152 when the pedestal is in the upper deposition position.

하부 쉴드(180)는 지지 페데스탈(152)을 향하는 스퍼터링 타깃(142)의 스퍼터링 표면(145)을 둘러싸며, 또한 지지 페데스탈(152)의 둘레 벽도 둘러싼다. 하부 쉴드(180)는 스퍼터링 타깃(142)의 스퍼터링 표면(145)으로부터 발생된 스퍼터링 증착물들이 하부 쉴드(180) 뒤의 표면들 및 부품들 상에 증착되는 것을 감소시키기 위하여 챔버(100)의 챔버 벽(150)을 커버하고 가린다(shadow). 예를 들어, 하부 쉴드(180)는 챔버(100)의 바닥 벽(160), 챔버 벽(150), 기판(154)의 부분들, 및 지지 페데스탈(152)의 표면들을 보호할 수 있다.The lower shield 180 surrounds the sputtering surface 145 of the sputtering target 142 facing the support pedestal 152 , and also surrounds the peripheral wall of the support pedestal 152 . The lower shield 180 is a chamber wall of the chamber 100 to reduce sputtering deposits generated from the sputtering surface 145 of the sputtering target 142 from depositing on the surfaces and components behind the lower shield 180 . Cover and shadow (150). For example, the lower shield 180 may protect the bottom wall 160 of the chamber 100 , the chamber wall 150 , portions of the substrate 154 , and the surfaces of the support pedestal 152 .

일 실시예에서, 기판 지지 페데스탈(152)과 타깃(142) 사이에 콜리메이터(110)를 배치함으로써 지향성 스퍼터링(directional sputtering)이 이루어질 수 있다. 콜리메이터(110)는 상부 쉴드(186)에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 콜리메이터(110)는 챔버(100)의 하부에 위치하는 중간 쉴드(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 콜리메이터(110)는 도 8에 도시된 바와 같이 상부 쉴드(186)와 일체를 이룬다. 일 실시예에서, 콜리메이터(110)는 상부 쉴드(186)에 용접된다. 일 실시예에서, 콜리메이터(110)는 챔버(100) 내에서 전기적으로 부유할 수 있다. 일 실시예에서, 콜리메이터(110)는 전기 파워 소스에 결합될 수 있다. 콜리메이터(110)는 가스 및/또는 재료 플럭스를 챔버 내부로 지향시키기 위하여 복수의 개구(도 1에는 생략됨)를 포함한다.In one embodiment, directional sputtering may be achieved by disposing the collimator 110 between the substrate support pedestal 152 and the target 142 . The collimator 110 may be mechanically and electrically coupled to the upper shield 186 . In an embodiment, the collimator 110 may be coupled to an intermediate shield (not shown) positioned at a lower portion of the chamber 100 . In one embodiment, the collimator 110 is integral with the upper shield 186 as shown in FIG. 8 . In one embodiment, the collimator 110 is welded to the upper shield 186 . In one embodiment, the collimator 110 may be electrically floating within the chamber 100 . In one embodiment, the collimator 110 may be coupled to an electrical power source. Collimator 110 includes a plurality of openings (not shown in FIG. 1 ) for directing gas and/or material flux into the chamber.

도 2는 콜리메이터(110)의 일 실시예에 대한 평면도를 도시한다. 콜리메이터(110)는 대체로 조밀 팩킹 배열(close-packed arrangement)로 육각형 개구(128)를 분리시키는 육각형 벽(126)을 가지는 허니컴 구조(honeycomb structure)이다. 육각형 개구(128)들의 종횡비는 개구(128)의 깊이(콜리메이터의 두께와 동일)를 개구(128)의 폭(129)으로 나눈 값으로서 정의될 수 있다. 일 실시예에서, 벽(126)의 두께는 약 0.06 인치 내지 약 0.18 인치 사이이다. 일 실시예에서, 벽(126)의 두께는 약 0.12 인치 내지 약 0.15 인치 사이이다. 일 실시예에서, 콜리메이터(110)는 알루미늄, 구리, 및 스테인리스 스틸로부터 선택된 재료로 구성된다.2 shows a plan view of one embodiment of the collimator 110 . Collimator 110 is generally a honeycomb structure having hexagonal walls 126 that separate hexagonal openings 128 in a close-packed arrangement. The aspect ratio of the hexagonal openings 128 may be defined as the depth of the opening 128 (equal to the thickness of the collimator) divided by the width 129 of the opening 128 . In one embodiment, the thickness of the wall 126 is between about 0.06 inches and about 0.18 inches. In one embodiment, the thickness of the wall 126 is between about 0.12 inches and about 0.15 inches. In one embodiment, the collimator 110 is constructed of a material selected from aluminum, copper, and stainless steel.

도 3은 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 콜리메이터(310)의 개략적인 횡단면도이다. 콜리메이터(310)는 약 1.5:1 내지 약 3:1과 같은 고 종횡비를 가지는 중앙 영역을 포함한다. 일 실시예에서, 중앙 영역(320)의 종횡비는 약 2.5:1이다. 콜리메이터(310)의 종횡비는 중앙 영역(320)으로부터 외측의 주변 영역(340)으로 방사상 거리를 따라 감소한다. 일 실시예에서, 콜리메이터(310)의 종횡비는 약 2.5:1의 중앙 영역(320) 종횡비로부터 약 1:1의 주변 영역(340) 종횡비까지 감소한다. 다른 실시예에서는, 콜리메이터(310)의 종횡비가 약 3:1의 중앙 영역(320) 종횡비로부터 약 1:1의 주변 영역(340) 종횡비까지 감소한다. 일 실시예에서는, 콜리메이터(310)의 종횡비가 약 1.5:1의 중앙 영역(320) 종횡비로부터 약 1:1의 주변 영역(340) 종횡비까지 감소한다. 3 is a schematic cross-sectional view of a collimator 310 according to an embodiment described herein. Collimator 310 includes a central region having a high aspect ratio, such as from about 1.5:1 to about 3:1. In one embodiment, the aspect ratio of the central region 320 is about 2.5:1. The aspect ratio of the collimator 310 decreases with a radial distance from the central region 320 to the outer peripheral region 340 . In one embodiment, the aspect ratio of the collimator 310 decreases from a central region 320 aspect ratio of about 2.5:1 to a peripheral region 340 aspect ratio of about 1:1. In another embodiment, the aspect ratio of the collimator 310 decreases from a central region 320 aspect ratio of about 3:1 to a peripheral region 340 aspect ratio of about 1:1. In one embodiment, the aspect ratio of the collimator 310 decreases from a central region 320 aspect ratio of about 1.5:1 to a peripheral region 340 aspect ratio of about 1:1.

일 실시예에서, 콜리메이터(310)의 방사상 개구 감소는 콜리메이터(310)의 두께를 변화시킴으로써 달성된다. 일 실시예에서, 콜리메이터(310)의 중앙 영역(320)은 약 3 인치 내지 약 6 인치와 같이 증가된 두께를 가진다. 일 실시예에서, 콜리메이터(310)의 중앙 영역(320)의 두께는 약 5 인치이다. 일 실시예에서, 콜리메이터(310)의 두께는 중앙 영역(320)으로부터 외측 주변 영역(320)으로 감소한다. 일 실시예에서, 콜리메이터(310)의 두께는 약 5 인치의 중앙 영역(320) 두께로부터 약 2 인치의 주변 영역(340) 두께까지 방사상으로 감소한다. 일 실시예에서, 콜리메이터(310)의 두께는 약 6 인치의 중앙 영역(320) 두께로부터 약 2 인치의 주변 영역(340) 두께까지 방사상으로 감소한다. 일 실시예에서, 콜리메이터(310)의 두께는 약 2.5 인치의 중앙 영역(320) 두께로부터 약 2 인치로 방사상으로 감소한다. In one embodiment, the radial aperture reduction of the collimator 310 is achieved by varying the thickness of the collimator 310 . In one embodiment, the central region 320 of the collimator 310 has an increased thickness, such as from about 3 inches to about 6 inches. In one embodiment, the thickness of the central region 320 of the collimator 310 is about 5 inches. In one embodiment, the thickness of the collimator 310 decreases from the central region 320 to the outer peripheral region 320 . In one embodiment, the thickness of the collimator 310 decreases radially from a central region 320 thickness of about 5 inches to a peripheral region 340 thickness of about 2 inches. In one embodiment, the thickness of the collimator 310 decreases radially from a central region 320 thickness of about 6 inches to a peripheral region 340 thickness of about 2 inches. In one embodiment, the thickness of the collimator 310 decreases radially from a central region 320 thickness of about 2.5 inches to about 2 inches.

도 3에 도시된 콜리메이터(310) 실시예의 종횡비 변화가 방사상으로 감소하는 두께를 보여주고 있지만, 종횡비는 중앙 영역(320)으로부터 주변 영역(340)으로 콜리메이터(310)의 개구들의 폭을 증가시킴에 의해서도 감소될 수 있다. 다른 실시예에서는, 중앙 영역(320)으로부터 주변 영역(340)으로 콜리메이터(310)의 개구들의 폭이 증가하고 콜리메이터(310)의 두께는 감소한다.Although the aspect ratio change of the collimator 310 embodiment shown in FIG. 3 shows a radially decreasing thickness, the aspect ratio increases the width of the openings of the collimator 310 from the central region 320 to the peripheral region 340. can also be reduced by In another embodiment, from the central region 320 to the peripheral region 340 , the width of the openings of the collimator 310 increases and the thickness of the collimator 310 decreases.

대체로, 도 3의 실시예는 선형적으로 방사상으로 감소하는 종횡비를 도시하고 있어서, 뒤집힌 원뿔 형태가 나타나고 있다. 본 발명의 다른 실시예들은 종횡비에서의 비-선형적인 감소형태들을 포함할 수 있다.In general, the embodiment of FIG. 3 shows a linear, radially decreasing aspect ratio, resulting in an inverted cone shape. Other embodiments of the invention may include non-linear reductions in aspect ratio.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콜리메이터(410)의 개략적인 횡단면도를 도시한다. 콜리메이터(410)는 볼록한 형태가 되도록 중앙 영역(420)으로부터 주변 영역(440)까지 비-선형적으로 감소하는 두께를 가진다.4 shows a schematic cross-sectional view of a collimator 410 according to an embodiment of the present invention. The collimator 410 has a thickness that decreases non-linearly from the central region 420 to the peripheral region 440 such that it has a convex shape.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콜리메이터(510)의 개략적인 횡단면도를 도시한다. 콜리메이터(510)는 오목한 형태가 되도록 중앙 영역(520)으로부터 주변 영역(540)까지 비-선형적으로 감소하는 두께를 가진다.5 shows a schematic cross-sectional view of a collimator 510 according to an embodiment of the present invention. The collimator 510 has a thickness that decreases non-linearly from the central region 520 to the peripheral region 540 such that it has a concave shape.

일부 실시예들에 있어서는, 중앙 영역(320, 420, 520)이 콜리메이터(310, 410, 510)의 바닥에 있는 점으로 보이도록, 중앙 영역(320, 420, 520)의 면적이 0에 가까워진다. In some embodiments, the area of the central regions 320 , 420 , 520 approaches zero such that the central regions 320 , 420 , 520 appear as a point at the bottom of the collimator 310 , 410 , 510 . .

다시 도 1을 참조하면, 방사상으로 감소하는 콜리메이터(110) 종횡비의 정확한 형태와 관계없이 PVD 프로세스 챔버(100)의 작동과 콜리메이터(110)의 기능은 동일하다. 시스템 제어기(101)가 챔버(100)의 외부에 제공되어 전체 시스템의 제어 및 자동화를 전반적으로 가능하게 한다. 시스템 제어기(101)는 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(도시되지 않음), 메모리(도시되지 않음), 및 지원 회로들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. CPU는 여러 시스템 기능 및 챔버 프로세스들을 제어하기 위한 것으로서, 산업 현장에서 사용되는 모든 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다.Referring again to FIG. 1 , the operation of the PVD process chamber 100 and the function of the collimator 110 are the same regardless of the exact shape of the radially decreasing collimator 110 aspect ratio. A system controller 101 is provided outside the chamber 100 to enable overall system control and automation. The system controller 101 may include a central processing unit (CPU) (not shown), a memory (not shown), and support circuits (not shown). The CPU is for controlling various system functions and chamber processes, and may be one of all computer processors used in industrial sites.

일 실시예에서, 시스템 제어기(101)는 기판(154)을 기판 지지 페데스탈(152) 상에 위치시키고 챔버(100) 내에 플라스마를 생성하기 위한 신호들을 제공한다. 시스템 제어기(101)는, 아르곤과 같은, 프로세싱 가스를 플라스마로 여기시키고 타깃(142)을 바이어스시키도록 DC 파워 소스(148)를 통해 전압을 인가하기 위한 신호들을 전송한다. 시스템 제어기(101)는 RF 파워 소스(156)가 페데스탈(152)을 DC 셀프 바이어스시키도록 하는 신호들을 더 제공할 수 있다. DC 셀프 바이어스는 플라스마에 생성된 양 대전 이온들(positively charged ions)을 기판의 표면상에 있는 고 종횡비의 비아들 및 트랜치들 내부로 깊숙이 끌어당기는 것을 돕는다. In one embodiment, the system controller 101 places the substrate 154 on the substrate support pedestal 152 and provides signals for generating a plasma within the chamber 100 . The system controller 101 sends signals to excite a processing gas, such as argon, into a plasma and apply a voltage through the DC power source 148 to bias the target 142 . The system controller 101 may further provide signals that cause the RF power source 156 to DC self-bias the pedestal 152 . DC self bias helps to draw positively charged ions generated in the plasma deep into the high aspect ratio vias and trenches on the surface of the substrate.

콜리메이터(110)는 기판(154)에 거의 수직한, 선택된 각도를 넘는 각도로 타깃(142)으로부터 방출되는 이온들 및 뉴트럴(neutral)들을 포획하기 위한 필터로서 작용한다. 콜리메이터(110)는 각각 도 3, 4, 또는 5에 도시된 콜리메이터(310, 410, 또는 510) 중 하나일 수 있다. 중앙으로부터 방사상으로 감소하는 종횡비를 가지는 콜리메이터(110)의 특성은 타깃(142)의 주변 영역으로부터 방출된 이온들의 더 많은 비율이 콜리메이터(110)를 통과할 수 있게 한다. 결과적으로, 기판(154)의 둘레 영역 상에 증착된 이온들의 도달 각도 및 이온들의 개수 모두가 증가된다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판(154)의 표면에 걸쳐서 재료가 보다 균일하게 스퍼터 증착될 수 있다. 또한, 고 종횡비 피처들, 특히 기판(154)의 둘레 부근에 위치한 고 종횡비 비아들 및 트랜치들의 바닥 및 측벽들 상에 재료가 더욱 균일하게 증착될 수 있다.The collimator 110 acts as a filter to trap neutrals and ions emitted from the target 142 at an angle beyond a selected angle, approximately perpendicular to the substrate 154 . The collimator 110 may be one of the collimators 310 , 410 , or 510 illustrated in FIGS. 3 , 4 , or 5 , respectively. The nature of the collimator 110 having an aspect ratio that decreases radially from the center allows a greater proportion of the ions emitted from the peripheral region of the target 142 to pass through the collimator 110 . As a result, both the angle of arrival of the ions deposited on the peripheral region of the substrate 154 and the number of ions are increased. Accordingly, according to embodiments of the present invention, the material may be more uniformly sputter deposited over the surface of the substrate 154 . In addition, material may be more uniformly deposited on the bottom and sidewalls of high aspect ratio features, particularly high aspect ratio vias and trenches located near the perimeter of the substrate 154 .

또한, 고 종횡비 피처들의 바닥 및 측벽들 상에 스퍼터 증착된 재료의 커버리지를 더욱 증가시키기 위하여, 피처들의 필드(field) 및 바닥 영역 상으로 스퍼터 증착된 재료가 스퍼터 식각될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템 제어기(101)는 타깃 이온들(142)이 기판(154) 상에 이미 증착된 막을 식각하도록 페데스탈(152)에 높은 바이어스를 인가한다. 결과적으로 기판(154) 상으로의 필드 증착율은 감소하며, 스퍼터링된 재료가 고 종횡비 피처들의 바닥 또는 측벽에 재증착한다. 일 실시예에서, 시스템 제어기(101)는, 프로세스가 펄스 증착(pulsing deposit)/식각 프로세스가 되도록, 펄스 방식이나 교번 방식(alternating fashion)으로 페데스탈(152)에 높고 낮은 바이어스를 인가한다. 일 실시예에서, 특히 자석들(172) 아래에 위치한 콜리메이터(110) 셀(cell)들은 증착 재료의 대부분을 기판(154)을 향하여 지향시킨다. 따라서, 어느 특정 시점에서도, 기판(154)의 일 영역에서 재료가 증착될 수 있는 반면, 기판(154)의 다른 영역에 이미 증착된 재료는 식각될 수 있다.Further, to further increase the coverage of the sputter deposited material on the bottom and sidewalls of the high aspect ratio features, the sputter deposited material onto the field and bottom area of the features may be sputter etched. In one embodiment, the system controller 101 applies a high bias to the pedestal 152 such that the target ions 142 etch a film already deposited on the substrate 154 . As a result, the field deposition rate onto the substrate 154 decreases, and the sputtered material redeposits on the bottom or sidewalls of the high aspect ratio features. In one embodiment, the system controller 101 applies a high and low bias to the pedestal 152 in a pulsed or alternating fashion such that the process is a pulsing deposit/etch process. In one embodiment, the collimator 110 cells, particularly located below the magnets 172 , direct most of the deposition material towards the substrate 154 . Thus, at any particular point in time, material may be deposited in one area of the substrate 154 while material already deposited in another area of the substrate 154 may be etched.

일 실시예에서는, 고 종횡비 피처들의 측벽들 상으로 스퍼터 증착된 재료의 커버리지를 더욱 증가시키기 위하여, 기판(154) 부근의 챔버(100) 영역에서 생성된, 아르곤 플라스마와 같은, 2차 플라스마를 이용하여 피처들의 바닥 상으로 스퍼터 증착된 재료를 스퍼터 식각할 수 있다. 일 실시예에서, 챔버(100)는 복수의 코일 스탠드오프(coil standoff)(143)에 의하여 하부 쉴드(180)에 부착되는 RF 코일(141)을 포함하며, 여기서 상기 코일 스탠드오프는 코일(141)을 하부 쉴드(180)로부터 전기적으로 절연시킨다. 시스템 제어기(101)는 피드스루 스탠드오프들(도시되지 않음)에 의하여, 쉴드(180)를 통해 코일(141)로 RF 파워를 인가하기 위한 신호들을 전송한다. 일 실시예에서는, 기판(154) 부근의 2차 플라스마를 유지시키도록, 아르곤과 같은 전구체 가스를 이온화시키기 위하여, RF 코일이 RF 에너지를 챔버(100)의 내부로 유도적으로(inductively) 결합시킨다. 2차 플라스마는 고 종횡비 피처의 바닥으로부터 증착층을 재스퍼터링하고 이러한 재료를 피처의 측벽들 상으로 재증착시킨다.In one embodiment, to further increase the coverage of the sputter deposited material onto the sidewalls of high aspect ratio features, a secondary plasma, such as argon plasma, generated in the chamber 100 region proximate the substrate 154 is used. to sputter etch the sputter deposited material onto the bottom of the features. In one embodiment, the chamber 100 comprises an RF coil 141 attached to the lower shield 180 by a plurality of coil standoffs 143 , wherein the coil standoffs include the coil 141 . ) is electrically insulated from the lower shield 180 . The system controller 101 transmits signals for applying RF power to the coil 141 through the shield 180 via feedthrough standoffs (not shown). In one embodiment, an RF coil inductively couples RF energy into the interior of chamber 100 to ionize a precursor gas, such as argon, to maintain a secondary plasma in the vicinity of substrate 154 . . The secondary plasma resputters the deposited layer from the bottom of the high aspect ratio feature and redeposits this material onto the sidewalls of the feature.

계속 도 1을 참조하면, 콜리메이터(110)는 복수의 방사상 브래킷(111)에 의하여 상부 쉴드(186)에 부착될 수 있다.Still referring to FIG. 1 , the collimator 110 may be attached to the upper shield 186 by a plurality of radial brackets 111 .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 상부 쉴드(186)에 콜리메이터(110)를 부착시키기 위한 브래킷(611)의 확대된 횡단면도를 도시한다. 브래킷(611)은 콜리메이터(110)에 용접되어 이로부터 방사상 바깥방향으로 연장하는 내부 나사식 튜브(internally threaded tube)(613)를 포함한다. 스크루와 같은 체결 부재(615)가 상부 쉴드(186)의 개구를 통해 삽입되고 튜브(613) 내부로 나사결합되어, 체결 부재(615)나 튜브(613)의 나사 부분 상으로 재료가 증착될 가능성을 최소화시키면서 콜리메이터(110)를 상부 쉴드(186)에 부착시킬 수 있게 된다.6 shows an enlarged cross-sectional view of a bracket 611 for attaching the collimator 110 to the upper shield 186 in accordance with an embodiment of the present invention. Bracket 611 includes an internally threaded tube 613 welded to and extending radially outwardly from collimator 110 . A fastening member 615, such as a screw, is inserted through the opening in the upper shield 186 and screwed into the tube 613, resulting in material deposition onto the fastening member 615 or the threaded portion of the tube 613. It is possible to attach the collimator 110 to the upper shield 186 while minimizing .

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 상부 쉴드(186)에 콜리메이터(110)를 부착시키기 위한 브래킷(711)의 확대된 횡단면도를 도시한다. 브래킷(711)은 콜리메이터(110)에 용접되어 이로부터 방사상 바깥방향으로 연장하는 스터드(stud)(713)를 포함한다. 내부 나사식 체결 부재(715)가 상부 쉴드(186)의 개구를 통해 삽입되고 스터드(713) 상으로 나사결합되어, 체결 부재(715)나 스터드(713)의 나사 부분 상으로 재료가 증착될 가능성을 최소화시키면서 콜리메이터(110)를 상부 쉴드(186)에 부착시킬 수 있게 된다.7 shows an enlarged cross-sectional view of a bracket 711 for attaching the collimator 110 to the upper shield 186 in accordance with another embodiment of the present invention. Bracket 711 includes studs 713 welded to and extending radially outwardly from collimator 110 . An internally threaded fastening member 715 is inserted through the opening in the upper shield 186 and threaded onto the stud 713 , such that material is deposited onto the fastening member 715 or threaded portion of the stud 713 . It is possible to attach the collimator 110 to the upper shield 186 while minimizing .

도 8은 본 명세서에 기술된 다른 실시예의 프로세스 키트(840)를 가지는 반도체 프로세싱 시스템(800)의 개략적인 단면도이다. 프로세스 키트(140)와 유사하게, 프로세스 키트(840)는 원피스 하부 쉴드(180)를 포함한다. 그러나, 방사상 브래킷(111)에 의해 상부 쉴드(186)에 결합되는 별도의 콜리메이터(110)를 포함하는 프로세스 키트(140)와는 달리, 프로세스 키트(840)는 쉴드부(892)와 일체식 플럭스 최적화부(integrated flux optimizer portion)(810)을 포함하는 단일체(monolithic) 상부 쉴드(886)를 포함한다. 단일체 상부 쉴드(886)의 일체식 구조는 냉각 효율의 극대화를 가능하게 한다. 일체식 플럭스 최적화부(810)는 위에서 논의한 바와 같이 가스 및/또는 재료 플럭스를 챔버 내부로 지향시키기 위한 복수의 개구(도 8에는 생략되어 있음)를 포함한다.8 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor processing system 800 having another embodiment process kit 840 described herein. Similar to process kit 140 , process kit 840 includes a one-piece lower shield 180 . However, unlike the process kit 140 which includes a separate collimator 110 coupled to the upper shield 186 by a radial bracket 111 , the process kit 840 is flux optimized integral with the shield portion 892 . and a monolithic upper shield 886 including an integrated flux optimizer portion 810 . The integral structure of the monolithic upper shield 886 enables maximization of cooling efficiency. The integral flux optimizer 810 includes a plurality of apertures (not shown in FIG. 8 ) for directing gas and/or material fluxes into the chamber as discussed above.

도 9a는 본 명세서에 기술된 일 실시예에 따른 단일체 상부 쉴드(886)의 부분적인 횡단면도를 도시한다. 도 9b는 본 명세서에 기술된 일 실시예에 따른 도 9a의 단일체 상부 쉴드(886)에 대한 평면도를 도시한다. 단일체 상부 쉴드(886)는 지지 페데스탈(152)을 향하는 스퍼터링 타깃(142)의 스퍼터링 표면(145)을 둘러싸는 크기를 가진다. 단일체 상부 쉴드(886)는 챔버(100)의 어댑터(144)를 가려서 스퍼터링 타깃(142)의 스퍼터링 표면(145)에서 발생하는 스퍼터링 증착물들의 증착을 감소시킨다.9A shows a partial cross-sectional view of a monolithic upper shield 886 in accordance with one embodiment described herein. 9B shows a top view of the monolithic upper shield 886 of FIG. 9A in accordance with one embodiment described herein. The monolithic upper shield 886 is sized to enclose the sputtering surface 145 of the sputtering target 142 facing the support pedestal 152 . The monolithic upper shield 886 obscures the adapter 144 of the chamber 100 to reduce deposition of sputtering deposits occurring on the sputtering surface 145 of the sputtering target 142 .

도 8, 9a, 및 9b에 도시된 바와 같이, 단일체 상부 쉴드(886)는 단일 구조이며, 쉴드 부분(892)과 일체식 플럭스 최적화부(810)를 포함한다. 예를 들어, 쉴드 부분(892) 및 일체식 플럭스 최적화부(810)는 한 덩어리의 재료(single mass of material)로부터 제조될 수 있다. 쉴드 부분(892)은 원통형 밴드(902)를 포함한다. 원통형 밴드(902)는 상부 벽(904) 및 하부 벽(906)을 포함한다. 원통형 밴드(902)의 상부 벽(904)으로부터 방사상 바깥쪽으로 지지 플랜지(908)가 연장한다. 지지 플랜지(908)는 챔버(800)의 어댑터(144) 상에 놓이기 위한 지지 표면(910)을 포함한다. 일 실시예에서는, 지지 표면(910)이 하부 벽(906)과 90도 각도를 형성하도록 교차한다. 일 실시예에서 지지 플랜지(908)는, 상부 쉴드(892)를 어댑터(144)와 정렬시키기 위하여 핀을 수용하도록 형성되는 복수의 슬롯을 가진다. 일 실시예에서 지지 플랜지(908)는, 원통형 밴드(902) 주변에 일정한 간격으로(periodically) 배치되는 하나 또는 복수의 노치(notch)(940)를 가진다.8 , 9A , and 9B , the unitary upper shield 886 is of a unitary construction and includes a shield portion 892 and an integral flux optimizer 810 . For example, shield portion 892 and integral flux optimizer 810 may be fabricated from a single mass of material. The shield portion 892 includes a cylindrical band 902 . The cylindrical band 902 includes an upper wall 904 and a lower wall 906 . A support flange 908 extends radially outward from the top wall 904 of the cylindrical band 902 . The support flange 908 includes a support surface 910 for resting on the adapter 144 of the chamber 800 . In one embodiment, the support surface 910 intersects the lower wall 906 to form a 90 degree angle. In one embodiment, the support flange 908 has a plurality of slots configured to receive pins for aligning the upper shield 892 with the adapter 144 . In one embodiment, the support flange 908 has one or a plurality of notches 940 disposed periodically around the cylindrical band 902 .

도 9a에 도시된 바와 같이, 상부 벽(904)은 상부 표면(925), 내부 둘레(926), 및 외부 둘레(928)를 더 포함한다. 상부 벽(904)의 외부 둘레(928)는 계단형 부분(932)을 형성하도록 지지 플랜지(908)와 교차한다.As shown in FIG. 9A , the upper wall 904 further includes an upper surface 925 , an inner perimeter 926 , and an outer perimeter 928 . The outer perimeter 928 of the upper wall 904 intersects the support flange 908 to form a stepped portion 932 .

일 실시예에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 원통형 밴드(902)의 하부 벽(906)이, 어댑터(144) 내에 조립되고 하부 쉴드(180)의 계단형 부분(1032)(도 10b에 도시됨) 상에 지지되도록 하는 치수를 가지는, 화살표 "A"로 도시된 외부 지름을 가진다. 일 실시예에서, 하부 벽(906)의 외부 지름 "A"은 약 18 인치(45.7 cm) 내지 약 18.5 인치(47 cm)이다. 다른 실시예에서, 하부 벽(906)의 외부 지름 "A"은 약 18.1 인치(46 cm) 내지 약 18.2 인치(46.2 cm)이다. 일 실시예에서, 원통형 밴드(902)는 화살표 "B"로 도시된 내부 지름을 가진다. 일 실시예에서, 원통형 밴드(902)의 내부 지름 "B"는 약 17.2 인치(43.7 cm) 내지 약 17.9 인치(45.5 cm)이다. 다른 실시예에서, 원통형 밴드(902)의 내부 지름 "B"는 약 17.5 인치(44.5 cm) 내지 약 17.7 인치(45 cm)이다. 일 실시예에서, 상부 벽(904)은 화살표 "C"로 도시된 외부 지름을 가진다. 일 실시예에서, 상부 벽(904)과 하부 벽(906)은 동일한 내부 지름 "B"를 가진다.In one embodiment, as shown in FIG. 8 , the lower wall 906 of the cylindrical band 902 is assembled into the adapter 144 and the stepped portion 1032 of the lower shield 180 (shown in FIG. 10B ). has an outer diameter, indicated by arrow "A", dimensioned to be supported on In one embodiment, the outer diameter “A” of the lower wall 906 is from about 18 inches (45.7 cm) to about 18.5 inches (47 cm). In another embodiment, the outer diameter “A” of the lower wall 906 is from about 18.1 inches (46 cm) to about 18.2 inches (46.2 cm). In one embodiment, cylindrical band 902 has an inner diameter indicated by arrow “B”. In one embodiment, the inner diameter “B” of the cylindrical band 902 is from about 17.2 inches (43.7 cm) to about 17.9 inches (45.5 cm). In another embodiment, the inner diameter “B” of the cylindrical band 902 is between about 17.5 inches (44.5 cm) and about 17.7 inches (45 cm). In one embodiment, the top wall 904 has an outer diameter indicated by arrow “C”. In one embodiment, upper wall 904 and lower wall 906 have the same inner diameter “B”.

일 실시예에서, 상부 벽(904)의 외부 지름 "C"는 약 18 인치(45.7 cm) 내지 약 18.5 인치(47 cm)이다. 다른 실시예에서, 상부 벽(904)의 외부 지름 "C"는 약 18.3 인치(46.5 cm) 내지 약 18.4 인치(46.7 cm)이다. 일 실시예에서, 상부 벽(904)의 외부 지름 "C"은 하부 벽(906)의 외부 지름 "A"보다 더 크다.In one embodiment, the outer diameter “C” of the top wall 904 is from about 18 inches (45.7 cm) to about 18.5 inches (47 cm). In another embodiment, the outer diameter “C” of the top wall 904 is between about 18.3 inches (46.5 cm) and about 18.4 inches (46.7 cm). In one embodiment, the outer diameter “C” of the upper wall 904 is greater than the outer diameter “A” of the lower wall 906 .

일체식 플럭스 최적화부(810)는 도 3, 4, 및 5에 각각 도시된 콜리메이터(310, 410, 510) 중 하나와 유사하게 설계될 수 있다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 일체식 플럭스 최적화부(810)는 대체로 조밀 팩킹 배열(close-packed arrangement)로 육각형 개구(944)를 분리시키는 육각형 벽(942)을 가지는 허니컴 구조이다. 육각형 개구(944)의 종횡비는 개구(944)의 깊이(일체식 플럭스 최적화부(810)의 두께와 동일)를 개구의 폭(946)으로 나눈 값으로서 정의될 수 있다. 일 실시예에서, 쉴드 부분(892)에 인접한 육각형 벽(942)은 챔퍼(chamfer)(950) 및 반경을 가진다.The integral flux optimizer 810 may be designed similarly to one of the collimators 310, 410, and 510 shown in FIGS. 3, 4, and 5, respectively. As shown in FIG. 9B , the integral flux optimizer 810 is a honeycomb structure having a hexagonal wall 942 that separates the hexagonal openings 944 in a generally close-packed arrangement. The aspect ratio of the hexagonal opening 944 may be defined as the depth of the opening 944 (which is equal to the thickness of the integral flux optimizer 810 ) divided by the width 946 of the opening. In one embodiment, the hexagonal wall 942 adjacent the shield portion 892 has a chamfer 950 and a radius.

일 실시예에서, 단일체 상부 쉴드(886)는 한 덩어리의 알루미늄으로부터 기계가공될 수 있다. 단일체 상부 쉴드(886)는 선택적으로 코팅 또는 양극산화처리(anodized)될 수 있다. 대안적으로, 단일체 상부 쉴드(886)는 처리 환경에 적합한 다른 재료들로부터 제조될 수도 있으며, 하나 또는 복수의 구역(section)으로 구성될 수도 있다. 대안적으로, 상부 쉴드의 일체식 플럭스 최적화부(810) 및 쉴드 부분(892)은 별도의 부품으로 형성되어, 용접과 같은 적절한 부착 방법을 이용하여 함께 결합될 수 있다.In one embodiment, the monolithic upper shield 886 may be machined from a single piece of aluminum. The monolithic upper shield 886 may optionally be coated or anodized. Alternatively, the monolithic upper shield 886 may be fabricated from other materials suitable for the processing environment, and may consist of one or multiple sections. Alternatively, the integral flux optimizer 810 and shield portion 892 of the upper shield may be formed as separate parts and joined together using a suitable attachment method, such as welding.

도 10a 및 10b는 본 명세서에 기술된 실시예들에 따른 하부 쉴드의 부분적인 단면도를 도시한다. 도 10c는 도 10a에 도시된 하부 쉴드의 일 실시예에 대한 평면도이다. 도 1 및 도 10a-c에 도시된 바와 같이, 하부 쉴드(180)는 단일 구조이며, 원통형 외부 밴드(196), 기부 플레이트(198), 및 내부 원통형 밴드(103)를 포함한다. 원통형 외부 밴드(196)는 페데스탈(152)의 주변 에지(153) 및 스퍼터링 타깃(142)의 스퍼터링 표면(145)을 둘러싸도록 하는 크기의 지름을 가진다. 원통형 외부 밴드(196)는 상부 부분(1012), 중간 부분(1014), 및 하부 부분(1016)을 포함한다. 상부 부분(1012)은 스퍼터링 타깃(142)의 스퍼터링 표면(145)을 둘러싸도록 하는 크기를 가진다. 원통형 외부 밴드(196)의 상부 부분(1012)으로부터 방사상 바깥쪽으로 지지 플랜지(182)가 연장한다. 지지 플랜지(182)는 챔버(100)의 챔버 벽들(150) 상에 놓이기 위한 지지 표면(1024)을 포함한다. 지지 표면(1024)은 하부 쉴드(180)를 챔버 벽들(150) 또는 챔버 벽들(150)과 하부 쉴드(180) 사이에 위치한 어떠한 어댑터들과도 정렬시키기 위하여 핀을 수용하도록 형성된 복수의 슬롯을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 지지 표면(1024)은 약 10 내지 약 80 마이크로인치 사이의, 또는 약 16 내지 약 63 마이크로인치 사이의 표면 조도를 가지거나, 또는 일 실시예에서는 약 32 마이크로인치의 평균 표면 조도를 가진다.10A and 10B show partial cross-sectional views of a lower shield in accordance with embodiments described herein. 10C is a plan view of an embodiment of the lower shield shown in FIG. 10A . 1 and 10A-C , the lower shield 180 is of a unitary structure and includes a cylindrical outer band 196 , a base plate 198 , and an inner cylindrical band 103 . The cylindrical outer band 196 has a diameter sized to surround the peripheral edge 153 of the pedestal 152 and the sputtering surface 145 of the sputtering target 142 . The cylindrical outer band 196 includes an upper portion 1012 , a middle portion 1014 , and a lower portion 1016 . The upper portion 1012 is sized to surround the sputtering surface 145 of the sputtering target 142 . A support flange 182 extends radially outward from the upper portion 1012 of the cylindrical outer band 196 . The support flange 182 includes a support surface 1024 for resting on the chamber walls 150 of the chamber 100 . The support surface 1024 has a plurality of slots formed to receive pins for aligning the lower shield 180 with the chamber walls 150 or any adapters located between the chamber walls 150 and the lower shield 180 . can In one embodiment, the support surface 1024 has a surface roughness of between about 10 and about 80 microinches, or between about 16 and about 63 microinches, or in one embodiment an average surface roughness of about 32 microinches. have

도 10b에 도시된 바와 같이, 상부 부분(1012)은 상부 표면(1025), 내부 둘레(1026), 외부 둘레(1028)를 포함한다. 외부 둘레(1028)는 상부 표면(1025)보다 높이 위쪽으로 연장하여 환형 립(1030)을 형성한다. 환형 립(1030)은 상부 표면(1025)과 함께 계단형 부분(1032)을 형성한다. 일 실시예에서, 환형 립(1030)은 상부 표면(1025)에 대해 수직으로 배치되어 계단형 부분(1032)을 형성한다. 계단형 부분(1032)은 상부 쉴드(186)와의 접속(interfacing)을 위한 지지 표면을 제공한다.As shown in FIG. 10B , upper portion 1012 includes an upper surface 1025 , an inner perimeter 1026 , and an outer perimeter 1028 . The outer perimeter 1028 extends above the upper surface 1025 to form an annular lip 1030 . The annular lip 1030 forms a stepped portion 1032 with the upper surface 1025 . In one embodiment, the annular lip 1030 is disposed perpendicular to the upper surface 1025 to form a stepped portion 1032 . Stepped portion 1032 provides a support surface for interfacing with upper shield 186 .

일 실시예에서, 환형 립(1030)은 화살표 "D"로 도시된 외부 지름을 가진다. 일 실시예에서, 환형 립(1030)의 외부 지름 "D"은 약 18.4 인치 (46.7 cm) 내지 약 18.7 인치 (47.5 cm)이다. 다른 실시예에서, 환형 립(1030)의 외부 지름 "D"은 약 18.5 인치 (47 cm) 내지 약 18.6 인치 (47.2 cm)이다. 일 실시예에서, 환형 립(1030)은 화살표 "E"로 도시된 내부 지름을 가진다. 일 실시예에서, 환형 립(1030)의 내부 지름 "E"은 약 18.2 인치 (46.2 cm) 내지 약 18.5 인치 (47 cm)이다. 다른 실시예에서, 환형 립(1030)의 내부 지름 "E"은 약 18.3 인치 (46.5 cm) 내지 약 18.4 인치 (46.7 cm)이다.In one embodiment, the annular lip 1030 has an outer diameter shown by arrow “D”. In one embodiment, the outer diameter “D” of the annular lip 1030 is from about 18.4 inches (46.7 cm) to about 18.7 inches (47.5 cm). In another embodiment, the outer diameter “D” of the annular lip 1030 is from about 18.5 inches (47 cm) to about 18.6 inches (47.2 cm). In one embodiment, the annular lip 1030 has an inner diameter shown by arrow “E”. In one embodiment, the inner diameter “E” of the annular lip 1030 is from about 18.2 inches (46.2 cm) to about 18.5 inches (47 cm). In another embodiment, the inner diameter “E” of the annular lip 1030 is from about 18.3 inches (46.5 cm) to about 18.4 inches (46.7 cm).

일 실시예에서, 상부 표면(1025)의 외부 지름은 환형 립(1030)의 내부 지름 "E"와 동일하다. 일 실시예에서, 상부 표면은 화살표 "F"로 도시된 내부 지름을 가진다. 일 실시예에서, 상부 표면(1025)의 내부 지름 "F"는 약 17.2 인치 (43.7 cm) 내지 약 18 인치 (45.7 cm)이다. 다른 실시예에서, 상부 표면(1025)의 내부 지름 "F"는 약 17.5 인치 (44.5 cm) 내지 약 17.6 인치 (44.7 cm)이다.In one embodiment, the outer diameter of the upper surface 1025 is equal to the inner diameter “E” of the annular lip 1030 . In one embodiment, the upper surface has an inner diameter indicated by arrow “F”. In one embodiment, the inner diameter “F” of the top surface 1025 is from about 17.2 inches (43.7 cm) to about 18 inches (45.7 cm). In another embodiment, the inner diameter “F” of the upper surface 1025 is from about 17.5 inches (44.5 cm) to about 17.6 inches (44.7 cm).

일 실시예에서, 상부 부분(1012)의 내부 둘레(1026)는 수직으로부터 각도 α로 방사상 바깥쪽으로 경사진다. 일 실시예에서 각도 α는 수직으로부터 약 2도 내지 약 10도이다. 일 실시예에서, 각도 α는 수직으로부터 약 4도이다.In one embodiment, the inner perimeter 1026 of the upper portion 1012 is inclined radially outward at an angle α from vertical. In one embodiment, the angle α is from about 2 degrees to about 10 degrees from vertical. In one embodiment, the angle α is about 4 degrees from vertical.

하부 부분(1016)은 페데스탈(152)을 둘러싸는 크기를 가진다. 기부 플레이트(198)는 원통형 외부 밴드(196)의 하부 부분(1016)으로부터 방사상 안쪽으로 연장한다. 원통형 내부 밴드(103)는 기부 플레이트(198)와 결합하며, 페데스탈(152)을 둘러싸는 크기를 가진다. 원통형 내부 밴드(103, 기부 플레이트(198), 및 원통형 외부 밴드(196)는 U-자형 채널을 형성한다. 원통형 내부 밴드(103)는 원통형 외부 밴드(196)의 높이보다 낮은 높이를 가진다. 일 실시예에서, 내부 원통형 밴드(103)의 높이는 원통형 외부 밴드(196) 높이의 약 1/5이다. 일 실시예에서, 중간 부분(1014)은 노치(1040)를 가진다. 일 실시예에서, 원통형 외부 밴드(196)는 복수의 가스 구멍(1042)을 가진다.The lower portion 1016 is sized to surround the pedestal 152 . Base plate 198 extends radially inward from lower portion 1016 of cylindrical outer band 196 . The cylindrical inner band 103 engages the base plate 198 and is sized to surround the pedestal 152 . Cylindrical inner band 103, base plate 198, and cylindrical outer band 196 form a U-shaped channel. Cylindrical inner band 103 has a height less than the height of cylindrical outer band 196. One In an embodiment, the height of the inner cylindrical band 103 is about one-fifth the height of the cylindrical outer band 196. In one embodiment, the middle portion 1014 has a notch 1040. In one embodiment, a cylindrical The outer band 196 has a plurality of gas apertures 1042 .

일 실시예에서, 기부 플레이트(198)는 화살표 "G"로 도시된 외부 지름을 가진다. 일 실시예에서, 기부 플레이트(198)의 외부 지름 "G"는 약 17 인치 (43.2 cm) 내지 약 17.4 인치 (44.2 cm)이다. 다른 실시예에서, 기부 플레이트(198)의 외부 지름 "G"는 약 17.1 인치 (43.4 cm) 내지 약 17.2 인치 (43.7 cm)이다. 일 실시예에서, 기부 플레이트(198)는 화살표 "I"로 도시된 내부 지름을 가진다. 일 실시예에서, 기부 플레이트(198)의 내부 지름 "I"는 약 13.9 인치 (35.3 cm) 내지 약 14.4 인치 (36.6 cm)이다. 다른 실시예에서, 기부 플레이트(198)의 내부 지름 "I"는 약 14 인치 (35.6 cm) 내지 약 14.1 인치 (35.8 cm)이다.In one embodiment, base plate 198 has an outer diameter indicated by arrow “G”. In one embodiment, the outer diameter “G” of the base plate 198 is from about 17 inches (43.2 cm) to about 17.4 inches (44.2 cm). In another embodiment, the outer diameter “G” of the base plate 198 is from about 17.1 inches (43.4 cm) to about 17.2 inches (43.7 cm). In one embodiment, base plate 198 has an inner diameter indicated by arrow “I”. In one embodiment, the inner diameter “I” of the base plate 198 is between about 13.9 inches (35.3 cm) and about 14.4 inches (36.6 cm). In another embodiment, the inner diameter “I” of the base plate 198 is from about 14 inches (35.6 cm) to about 14.1 inches (35.8 cm).

일 실시예에서, 내부 원통형 밴드(103)는 화살표 "H"로 표시된 외부 지름을 가진다. 일 실시예에서, 내부 원통형 밴드의 외부 지름 "H"은 약 14.0 인치 (35.6 cm) 내지 약 14.3 인치 (36.3 cm)이다. 다른 실시예에서, 내부 원통형 밴드(103)의 외부 지름 "H"은 약 14.2 인치 (36.1 cm) 내지 약 14.3 인치 (36.3 cm)이다.In one embodiment, the inner cylindrical band 103 has an outer diameter indicated by arrow “H”. In one embodiment, the outer diameter “H” of the inner cylindrical band is from about 14.0 inches (35.6 cm) to about 14.3 inches (36.3 cm). In another embodiment, the outer diameter “H” of the inner cylindrical band 103 is from about 14.2 inches (36.1 cm) to about 14.3 inches (36.3 cm).

일 실시예에서, 원통형 외부 밴드(196), 기부 플레이트(198), 내부 원통형 밴드(103)는 단일 구조로 이루어진다. 단일한(unitary) 하부 쉴드(180)는 전체 하부 쉴드를 형성하기 위하여 다수의 부품, 종종 2개 또는 3개의 분리된 부분을 포함하였던 종래의 쉴드들에 비해 장점을 가진다. 예를 들어, 단벌(single piece) 쉴드는 다중-부품 쉴드보다 열적으로 더 균일하다. 예를 들어, 단벌 하부 쉴드(180)는 챔버 벽(150)에 대해 단지 하나의 열적 접속부(interface)를 가져서, 쉴드(180)와 챔버 벽(150) 사이의 열 교환에 대한 더 나은 제어를 가능하게 한다. 다수의 부품을 가지는 쉴드(180)는 세척을 위해 쉴드를 제거하는데 있어서 더 어렵고 수고스럽다. 단벌 쉴드(180)는 세척해내기 더 어려운 접속부들이나 코너들이 없이, 스퍼터링 증착물들에 노출되는 연속적인 표면을 가진다. 또한 단벌 쉴드(180)는 프로세스 사이클 중에 스퍼터 증착으로부터 챔버 벽(150)을 더 효과적으로 차폐시킨다.In one embodiment, the cylindrical outer band 196, the base plate 198, and the inner cylindrical band 103 are of a single structure. The unitary lower shield 180 has an advantage over conventional shields that have included multiple parts, often two or three separate parts, to form the entire lower shield. For example, a single piece shield is more thermally uniform than a multi-piece shield. For example, the single-piece lower shield 180 has only one thermal interface to the chamber wall 150 , allowing better control over heat exchange between the shield 180 and the chamber wall 150 . make it A shield 180 having multiple parts is more difficult and laborious to remove the shield for cleaning. The single shield 180 has a continuous surface that is exposed to sputtering deposits, with no connections or corners that are more difficult to clean. The single shield 180 also more effectively shields the chamber walls 150 from sputter deposition during the process cycle.

일 실시예에서, 상부 쉴드(186, 886) 및/또는 하부 쉴드(180)는 300 시리즈 스테인리스 스틸로 제조될 수 있거나, 또는 다른 실시예에서는, 알루미늄으로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 상부 쉴드(186, 886) 및/또는 하부 쉴드(180)의 노출 표면은 CLEANCOATTM으로 처리되는데, 이는 캘리포니아의 산타 클라라에 있는 Applied Materials, Inc. 에서 구입가능하다. CLEANCOATTM은 쉴드들에 대한 증착물들의 입자 쉐딩(shedding)을 감소시키기 위하여, 상부 쉴드(186, 886) 및/또는 하부 쉴드(180)와 같은 기판 프로세싱 챔버 부품들에 도포되어 챔버 내에서의 기판의 오염을 방지하는 트윈-와이어 알루미늄 아크 스프레이 코팅(twin-wire aluminum arc spray coating)이다. 일 실시예에서, 상부 쉴드(186, 886) 및/또는 하부 쉴드(180) 상의 트윈-와이어 알루미늄 아크 스프레이 코팅은 약 600 내지 약 2300 마이크로인치의 표면 조도를 가진다.In one embodiment, upper shields 186 , 886 and/or lower shield 180 may be made of 300 series stainless steel, or in another embodiment, may be made of aluminum. In one embodiment, the exposed surfaces of the upper shields 186, 886 and/or the lower shield 180 are treated with CLEANCOAT™ , which is manufactured by Applied Materials, Inc. of Santa Clara, CA. can be purchased from CLEANCOAT ™ is applied to substrate processing chamber components such as upper shield 186, 886 and/or lower shield 180 to reduce particle shedding of deposits to the shields to reduce the amount of substrate in the chamber. It is a twin-wire aluminum arc spray coating that prevents contamination. In one embodiment, the twin-wire aluminum arc spray coating on the upper shields 186 , 886 and/or the lower shield 180 has a surface roughness of about 600 to about 2300 microinches.

상부 쉴드(186, 886) 및/또는 하부 쉴드(180)는 챔버(100, 800) 내의 내부 용적을 향하는 노출 표면들을 가진다. 일 실시예에서, 노출 표면들은 175±75 마이크로인치의 표면 조도를 가지도록 비드 블라스트(bead blast) 처리된다. 텍스쳐링된(texturized) 비드 블라스트 처리 표면들은 입자 쉐딩을 감소시키고 챔버(100, 800) 내의 오염을 방지하는 역할을 한다. 표면 조도 평균은 노출 표면을 따른 조도 피처들(roughness features)의 마루(peak)들과 골(valley)들의 평균 라인으로부터의 변위(displacement)들의 절대값들에 대한 평균이다. 조도 평균, 왜도(skewness), 또는 다른 특성들은, 노출 표면 위로 바늘(needle)을 통과시켜 표면 상의 꺼칠꺼칠한 부분(asperity)들의 높이의 변동(fluctuation)들의 궤적(trace)을 생성하는 조면계(profilometer)에 의해, 또는 표면의 이미지를 생성하기 위하여 표면으로부터 반사된 전자 빔을 이용하는 주사 전자 현미경에 의해 결정될 수 있다.Upper shield 186 , 886 and/or lower shield 180 have exposed surfaces facing the interior volume within chamber 100 , 800 . In one embodiment, the exposed surfaces are bead blasted to have a surface finish of 175±75 microinches. The textured bead blast treated surfaces serve to reduce particle shedding and prevent contamination within chambers 100 , 800 . The surface roughness mean is the mean of the absolute values of displacements from the mean line of peaks and valleys of roughness features along the exposed surface. Roughness average, skewness, or other properties are measured by passing a needle over an exposed surface to produce a trace of fluctuations in the height of asperities on the surface. (profilometer), or by scanning electron microscopy, which uses a beam of electrons reflected from the surface to create an image of the surface.

전술한 내용들이 본 발명의 실시예들에 관한 것이기는 하나, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가의 실시예들도 본 발명의 기본적인 범위 내에서 고안될 수 있을 것이며, 본 발명의 범위는 이하의 청구범위들에 의해 결정된다.Although the foregoing relates to embodiments of the present invention, other and further embodiments of the present invention may be devised within the basic scope of the present invention, the scope of the present invention being as follows: as determined by the claims.

Claims (20)

PVD 챔버를 위한 상부 쉴드; 및
기판 프로세싱 챔버 내의 스퍼터링 타깃을 향하는 기판 지지 페데스탈을 둘러싸기 위한 하부 쉴드;를 포함하는 프로세스 키트로서,
상기 상부 쉴드는
쉴드 부분; 및
개개의 개구들을 규정하고 격리시키는 벽들을 갖는 허니컴 구조(honeycomb structure)를 포함하는 콜리메이터;를 포함하고, 상기 개개의 개구들 각각은 깊이 및 폭에 의해 규정되는 종횡비를 가지며, 상기 개개의 개구들은:
제 1 종횡비를 갖는 중앙 영역에 있는 육각형의 제 1 개구;
상기 제 1 종횡비보다 작은 제 2 종횡비를 갖는 주변 영역에 있는 비-육각형(non-hexagonal)의 복수의 제 2 개구들; 및
상기 주변 영역에서부터 상기 중앙 영역까지 배치되는 전이 영역(transitional region)에 있는 육각형의 복수의 제 3 개구들로서, 상기 육각형의 복수의 제 3 개구들의 종횡비는 상기 전이 영역을 따라 상기 주변 영역까지 감소하는, 상기 육각형의 복수의 제 3 개구들;을 포함하고,
상기 하부 쉴드는,
상기 기판 지지 페데스탈과 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터링 표면을 둘러싸기 위한 치수의 제1 지름을 가지는 원통형 외부 밴드로서,
상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터링 표면을 둘러싸는 상부 부분 ― 상기 상부 부분은
상부 표면;
내부 둘레(inner periphery); 및
외부 둘레(outer periphery);를 포함하고,
상기 외부 둘레가 상기 상부 표면보다 높이 위로 연장하여 환형 립을 형성하고, 상기 환형 립은, 상기 상부 표면과 함께, 상부 쉴드와의 접속을 위한 계단형 부분을 형성함 ―;
중간 부분; 및
상기 기판 지지 페데스탈을 둘러싸는 하부 부분;을 포함하는, 상기 원통형 외부 밴드;
상기 원통형 외부 밴드로부터 방사상 바깥쪽으로 연장하며 지지 표면을 가지는 지지 레지(support ledge);
상기 원통형 외부 밴드의 하부 부분으로부터 방사상 안쪽으로 연장하는 기부 플레이트(base plate); 및
상기 기판 지지 페데스탈의 주변 에지를 부분적으로 둘러싸기 위해 상기 기부 플레이트와 결합되는 원통형 내부 밴드;를 포함하는,
프로세스 키트.
upper shield for PVD chamber; and
A process kit comprising: a lower shield for enclosing a substrate support pedestal facing a sputtering target in a substrate processing chamber;
the upper shield
shield part; and
a collimator comprising a honeycomb structure having walls defining and isolating the individual openings, each of the individual openings having an aspect ratio defined by a depth and a width, the individual openings comprising:
a hexagonal first opening in a central region having a first aspect ratio;
a plurality of non-hexagonal second openings in a peripheral region having a second aspect ratio less than the first aspect ratio; and
a plurality of hexagonal third openings in a transitional region disposed from the peripheral region to the central region, wherein an aspect ratio of the hexagonal plurality of third openings decreases along the transition region to the peripheral region; and a plurality of third openings of the hexagonal shape;
The lower shield is
a cylindrical outer band having a first diameter dimensioned to enclose the substrate support pedestal and a sputtering surface of the sputtering target;
an upper portion surrounding the sputtering surface of the sputtering target, the upper portion comprising:
upper surface;
inner periphery; and
including; an outer periphery;
said outer perimeter extending above said upper surface to form an annular lip, said annular lip, together with said upper surface, forming a stepped portion for connection with an upper shield;
middle part; and
a lower portion surrounding the substrate support pedestal;
a support ledge extending radially outwardly from the cylindrical outer band and having a support surface;
a base plate extending radially inwardly from a lower portion of the cylindrical outer band; and
a cylindrical inner band engaged with the base plate to partially surround a peripheral edge of the substrate support pedestal;
process kit.
 제1항에 있어서,
상기 제 1 종횡비는 1.5:1 내지 3:1인,
프로세스 키트.
According to claim 1,
wherein the first aspect ratio is 1.5:1 to 3:1;
process kit.
 제1항에 있어서,
상기 허니컴 구조는 상기 중앙 영역의 외측 에지로부터 상기 주변 영역의 내측 에지까지 전이 영역을 따라 연장하는 뒤집힌 원뿔 형태(inverted conical shape)를 규정하는,
프로세스 키트.
According to claim 1,
wherein the honeycomb structure defines an inverted conical shape extending along a transition region from an outer edge of the central region to an inner edge of the peripheral region;
process kit.
 제1항에 있어서,
알루미늄, 구리, 및 스테인리스 스틸로부터 선택되는 재료를 포함하는,
프로세스 키트.
According to claim 1,
a material selected from aluminum, copper, and stainless steel;
process kit.
 제1항에 있어서,
상기 벽들은 0.06 인치 내지 0.18 인치의 두께를 갖는,
프로세스 키트.
According to claim 1,
wherein the walls have a thickness of 0.06 inches to 0.18 inches;
process kit.
 제5항에 있어서,
상기 벽들의 두께는 0.12 인치 내지 0.15 인치인,
프로세스 키트.
6. The method of claim 5,
wherein the walls have a thickness of 0.12 inches to 0.15 inches;
process kit.
 제1항에 있어서,
상기 비-육각형의 복수의 제2 개구들은 상기 허니컴 구조의 외부 둘레에 있는,
프로세스 키트.
According to claim 1,
the second plurality of non-hexagonal openings are at an outer perimeter of the honeycomb structure;
process kit.
 제7항에 있어서,
상기 비-육각형의 복수의 제2 개구들 중 적어도 6 개는 동일한 최대 폭 치수를 갖는,
프로세스 키트.
8. The method of claim 7,
at least six of the plurality of non-hexagonal second openings have the same maximum width dimension;
process kit.
 제8항에 있어서,
상기 비-육각형의 복수의 제2 개구들 중 적어도 6 개는 상기 허니컴 구조의 외부 둘레에 대해 대칭으로 분포하는,
프로세스 키트.
9. The method of claim 8,
at least six of the plurality of non-hexagonal second openings are symmetrically distributed about an outer perimeter of the honeycomb structure;
process kit.
 제1항에 있어서,
상기 콜리메이터의 두께는, 상기 주변 영역에서보다 상기 중앙 영역에서 더 큰,
프로세스 키트.
According to claim 1,
the thickness of the collimator is greater in the central region than in the peripheral region;
process kit.
 제1항에 있어서,
상기 허니컴 구조의 상기 주변 영역은 모따기 벽(chamfer wall)을 갖는,
프로세스 키트.
According to claim 1,
wherein the peripheral region of the honeycomb structure has a chamfer wall;
process kit.
 제1항에 있어서,
상기 콜리메이터는 브래킷을 통해 상기 쉴드 부분에 결합되고,
상기 브래킷은:
외면에 나사산이 있는 부재; 및
상기 외면에 나사산이 있는 부재와 맞물리는(engaged) 내면에 나사산이 있는 부재를 포함하는,
프로세스 키트.
According to claim 1,
The collimator is coupled to the shield portion through a bracket,
The bracket is:
members with threads on the outside; and
and an inner surface threaded member engaged with the outer surface threaded member;
process kit.
 제1항에 있어서,
상기 콜리메이터는 상기 쉴드 부분에 용접되는(welded),
프로세스 키트.
According to claim 1,
the collimator is welded to the shield portion;
process kit.
 제1항에 있어서,
상기 쉴드 부분 및 상기 콜리메이터는 한 덩어리(single mass)의 알루미늄으로부터 기계가공되는(machined),
프로세스 키트.
According to claim 1,
wherein the shield portion and the collimator are machined from a single mass of aluminum;
process kit.
 제1항에 있어서,
상기 쉴드 부분은 원통형 밴드(cylindrical band)로부터 바깥으로 연장하는 지지 플랜지를 포함하는,
프로세스 키트.
According to claim 1,
wherein the shield portion comprises a support flange extending outwardly from a cylindrical band;
process kit.
 제1항에 있어서,
상기 원통형 내부 밴드, 상기 기부 플레이트, 및 상기 원통형 외부 밴드가 U-자형 채널을 형성하는,
프로세스 키트.
According to claim 1,
wherein the cylindrical inner band, the base plate, and the cylindrical outer band form a U-shaped channel.
process kit.
 증착 장치로서,
전기적으로 접지된 챔버;
상기 챔버에 의해 지지되고 상기 챔버로부터 전기적으로 절연되며 DC 파워 소스에 전기적으로 결합된 스퍼터링 타깃;
상기 스퍼터링 타깃의 아래에 위치하며 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터링 표면과 평행한 기판 지지 표면을 가지며 RF 파워 소스에 전기적으로 결합된 기판 지지 페데스탈(pedestal);
상기 스퍼터링 타깃과 상기 기판 지지 페데스탈 사이에 위치된, 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 프로세스 키트;
가스 소스; 및
상기 가스 소스, 상기 DC 파워 소스, 및 상기 RF 파워 소스를 제어하기 위한 신호들을 제공하도록 프로그래밍되며 상기 기판 지지 페데스탈에 바이어스를 제공하도록 프로그래밍된 제어기;를 포함하는,
증착 장치.
A deposition apparatus comprising:
electrically grounded chamber;
a sputtering target supported by and electrically isolated from the chamber and electrically coupled to a DC power source;
a substrate support pedestal positioned below the sputtering target and having a substrate support surface parallel to the sputtering surface of the sputtering target and electrically coupled to an RF power source;
a process kit according to any one of claims 1 to 16 positioned between the sputtering target and the substrate support pedestal;
gas source; and
a controller programmed to provide signals for controlling the gas source, the DC power source, and the RF power source and programmed to provide a bias to the substrate support pedestal;
deposition apparatus.
 제17항에 있어서,
RF 코일을 더 포함하고,
상기 제어기는 상기 기판 지지 페데스탈의 바이어스가 교번하도록 하기 위해 상기 RF 파워 소스를 제어하기 위한 신호들을 제공하도록 프로그래밍되며, 그리고 상기 챔버 내에서 2차 플라스마를 제어하기 위해 상기 RF 코일 및 상기 가스 소스에 공급된 파워를 제어하도록 프로그래밍된,
증착 장치.
18. The method of claim 17,
Further comprising an RF coil,
The controller is programmed to provide signals to control the RF power source to cause the bias of the substrate support pedestal to alternate, and to supply signals to the RF coil and the gas source to control a secondary plasma within the chamber. programmed to control the
deposition apparatus.
 기판 상으로 재료를 증착하기 위한 방법으로서,
스퍼터링 타깃과 기판 지지 페데스탈 사이에 위치된, 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 프로세스 키트를 갖는 챔버 내에서 상기 스퍼터링 타깃에 DC 바이어스를 인가하는 단계;
상기 챔버 내부의 상기 스퍼터링 타깃에 인접한 영역에 프로세싱 가스를 제공하는 단계;
상기 기판 지지 페데스탈에 바이어스를 인가하는 단계; 및
상기 기판 지지 페데스탈에 인가된 바이어스를 상이한 크기들로 펄싱(pulsing)하는 단계;를 포하는
기판 상으로 재료를 증착하기 위한 방법.
A method for depositing a material onto a substrate, comprising:
17. A method comprising: applying a DC bias to a sputtering target in a chamber having the process kit according to claim 1 positioned between the sputtering target and the substrate support pedestal;
providing a processing gas to a region within the chamber adjacent the sputtering target;
applying a bias to the substrate support pedestal; and
pulsing a bias applied to the substrate support pedestal to different magnitudes;
A method for depositing a material onto a substrate.
 제19항에 있어서,
상기 챔버 내부에 2차 플라스마를 제공하도록 상기 챔버 내부에 위치된 RF 코일에 파워를 인가하는 단계를 더 포함하고,
상기 육각형의 복수의 제 3 개구들의 종횡비는 상기 중앙 영역으로부터 상기 주변 영역으로 연속적으로 감소하는,
기판 상으로 재료를 증착하기 위한 방법.
20. The method of claim 19,
applying power to an RF coil positioned within the chamber to provide a secondary plasma within the chamber;
wherein the aspect ratio of the plurality of third openings of the hexagon decreases continuously from the central region to the peripheral region;
A method for depositing a material onto a substrate.
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