KR102311740B1 - 물리 기상 증착 프로세스들에서 이온 프랙션을 제어하기 위한 방법들 및 장치 - Google Patents

물리 기상 증착 프로세스들에서 이온 프랙션을 제어하기 위한 방법들 및 장치 Download PDF

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마틴 리 리커
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아돌프 밀러 알렌
수유인 장
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Abstract

물리 기상 증착 프로세스들에서 이온 프랙션을 제어하기 위한 방법들 및 장치가 개시된다. 일부 실시예들에서, 주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버는: 내부 볼륨 및 스퍼터링될 타겟 ― 내부 볼륨은 중심 부분 및 주변 부분을 포함함 ―; 주변 부분에 환형 플라즈마를 형성하기 위한, 타겟 위의 회전가능 마그네트론; 주어진 직경을 갖는 기판을 지지하기 위한, 내부 볼륨 내에 배치된 기판 지지부; 주변 부분 내에 실질적으로 수직 자기장 라인들을 형성하기 위한, 바디를 중심으로 배치된 제1 세트의 자석들; 지지 표면의 중심을 향해 지향되는 자기장 라인들을 형성하기 위한, 바디를 중심으로 그리고 기판 지지부 위에 배치된 제2 세트의 자석들; 타겟을 전기적으로 바이어싱하기 위한 제1 전력 소스; 및 기판 지지부를 전기적으로 바이어싱하기 위한 제2 전력 소스를 포함한다.

Description

물리 기상 증착 프로세스들에서 이온 프랙션을 제어하기 위한 방법들 및 장치
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 반도체 제조 시스템들에서 사용되는 기판 프로세싱 챔버들에 관한 것이다.
[0002] 물리적 기상 증착(PVD; physical vapor deposition)으로 또한 알려진 스퍼터링은 집적 회로들에 금속성 피처(feature)들을 형성하는 방법이다. 스퍼터링은 기판 상에 재료 층을 증착한다. 소스 재료, 이를테면, 타겟은 전기장에 의해 강하게 가속된 이온들에 의해 타격된다. 타격은 타겟으로부터 재료를 추출(eject)하고, 이어서, 재료가 기판 상에 증착된다. 증착 동안, 추출된 입자들은, 기판 표면에 일반적으로 직교하기보다는, 다양한 방향들로 이동할 수 있어, 바람직하지 않게 기판의 높은 종횡비의 피처들의 코너들 상에 형성되는 오버행잉 구조(overhanging structure)들을 초래할 수 있다. 오버행(overhang)은 바람직하지 않게, 증착된 재료 내에 형성되는 홀들 또는 보이드들을 초래하여, 형성된 피처의 약화된 전기 전도도를 초래할 수 있다. 더 높은 종횡비의 기하학적 구조들은 보이드들 없이 채우는데 더 높은 정도의 어려움을 갖는다.
[0003] 기판 표면에 도달하는 이온 프랙션(ion fraction) 또는 이온 밀도를 원하는 범위로 제어하는 것은 금속 층 증착 프로세스 동안 최하부 및 측벽 커버리지를 개선할 수 있다(그리고 오버행 문제를 감소시킬 수 있음). 일 예에서, 타겟으로부터 방출된(dislodged) 입자들은, 피처로의 입자들의 더 수직의 궤적을 제공하는 것을 용이하게 하기 위해 콜리메이터와 같은 프로세스 툴을 통해 제어될 수 있다. 콜리메이터는, 콜리메이터의 통로들에 충격을 가하고 달라붙는 비-수직으로 이동하는 입자들을 필터링(filter out)하기 위해, 타겟과 기판 사이에 비교적 길고 직선이며 좁은 통로들을 제공한다.
[0004] 그러나, 본 발명자들은, 일부 애플리케이션들에서, 콜리메이터들이 기판 상의 증착 균일성에 악영향을 미칠 수 있다는 것을 발견하였다. 구체적으로, 일부 경우들에서, 통로들의 형상이 기판 상에 임프린트된다(imprinted). 본 발명자들은 추가로, 이온들, 및 이온 프랙션(즉, 플라즈마 내의 이온들의 수 대 뉴트럴 입자(neutral particle)들의 수)에 대한 제어가, 기판 상의 증착 특징들, 이를테면, 균일성 등을 제어하는 데 사용될 수 있다는 것을 발견하였다.
[0005] 따라서, 본 발명자들은 물리 기상 증착 프로세스에서 이온 프랙션을 제어하기 위한 방법들 및 장치의 개선된 실시예들을 제공한다.
[0006] 물리 기상 증착 프로세스들에서 이온 프랙션을 제어하기 위한 방법들 및 장치가 개시된다. 일부 실시예들에서, 주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버는: 스퍼터링될 타겟을 포함하는 리드 어셈블리 및 내부 볼륨을 갖는 바디 ― 내부 볼륨은 대략 주어진 직경을 갖는 중심 부분 및 중심 부분을 둘러싸는 주변 부분을 포함함 ―; 타겟 위에 배치된 마그네트론 ― 마그네트론은 내부 볼륨의 주변 부분에 환형 플라즈마를 형성하기 위해 프로세스 챔버의 중심 축을 중심으로 복수의 자석들을 회전시키도록 구성되고, 그리고 복수의 자석들의 회전 반경은 주어진 직경과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큼 ―; 내부 볼륨 내에서 타겟 반대편에 배치되고, 그리고 주어진 직경을 갖는 기판을 지지하도록 구성된 지지 표면을 갖는 기판 지지부; 주변 부분에 실질적으로 수직 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해 바디를 중심으로 그리고 타겟 근처에 배치된 제1 세트의 자석들; 지지 표면의 중심을 향해 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해 기판 지지부의 지지 표면 위에 그리고 바디를 중심으로 배치된 제2 세트의 자석들; 타겟을 전기적으로 바이어싱하기 위해 타겟에 커플링된 제1 전력 소스; 및 기판 지지부를 전기적으로 바이어싱하기 위해 기판 지지부에 커플링된 제2 전력 소스를 포함한다.
[0007] 일부 실시예들에서, 주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버는: 스퍼터링될 타겟을 포함하는 리드 어셈블리 및 내부 볼륨을 갖는 바디 ― 내부 볼륨은 대략 주어진 직경을 갖는 중심 부분 및 중심 부분을 둘러싸는 주변 부분을 포함함 ―; 타겟 위에 배치된 마그네트론 ― 마그네트론은 내부 볼륨의 주변 부분에 플라즈마를 형성하기 위해 프로세스 챔버의 중심 축을 중심으로 복수의 자석들을 회전시키도록 구성되고, 그리고 복수의 자석들의 회전 반경은 주어진 직경과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큼 ―; 내부 볼륨 내에서 타겟 반대편에 배치되고, 그리고 주어진 직경을 갖는 기판을 지지하도록 구성된 지지 표면을 갖는 기판 지지부; 타겟과 기판 지지부 사이에 배치되는 콜리메이터; 콜리메이터를 통해 그리고 주변 부분에 실질적으로 수직 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해 바디를 중심으로 그리고 타겟 근처에 배치된 제1 세트의 자석들; 지지 표면의 중심을 향해 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해 기판 지지부의 지지 표면 위에 그리고 바디를 중심으로 배치된 제2 세트의 자석들; 콜리메이터의 기판-대향 표면과 대등한 또는 그 아래의 높이에 바디를 중심으로 배치된 제3 세트의 자석들 ― 제3 세트의 자석들은 중심 부분을 향해 그리고 지지 표면의 중심을 향해 내측으로 그리고 하향으로 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 생성하도록 구성됨 ―; 타겟을 전기적으로 바이어싱하기 위해 타겟에 커플링된 제1 전력 소스; 및 기판 지지부를 전기적으로 바이어싱하기 위해 기판 지지부에 커플링된 제2 전력 소스를 포함한다.
[0008] 일부 실시예들에서, 기판을 프로세싱하는 방법은: 타겟으로부터 재료를 스퍼터링하기 위해 타겟 근처의 그리고 기판 위의, 프로세스 챔버의 환형 영역 내에 플라즈마를 형성하는 단계 ― 환형 영역의 내측 직경은, 플라즈마의 지배적인 부분(predominant portion)이 기판 위 및 기판의 반경방향 외측 둘 모두의 포지션에 배치되도록, 기판의 직경과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큼 ―; 타겟으로부터 스퍼터링된 재료들을 기판을 향해 안내하는 단계; 및 타겟으로부터 스퍼터링된 재료들을 기판 상에 증착하는 단계를 포함한다.
[0009] 본 개시내용의 다른 그리고 추가의 실시예들은 아래에서 설명된다.
[0010] 앞서 간략히 요약되고 하기에서 보다 상세히 논의되는 본 개시내용의 실시예들은 첨부된 도면들에 도시된 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0011] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적 단면도를 도시한다.
[0012] 도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 콜리메이터의 평면도를 도시한다.
[0013] 도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 기판을 프로세싱하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
[0014] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 그려지지 않았으며, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 일부 실시예들의 엘리먼트들 및 피처들이 추가적인 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있다.
[0015] 물리 기상 증착 프로세스들에서 이온 프랙션을 제어하기 위한 방법들 및 장치의 실시예들이 본원에서 개시된다. 본 발명의 방법들 및 장치는 유리하게, PVD 프로세스들에서 이온들에 대한 더 큰 제어를 제공하여서, 추가로 유리하게 기판 상에서의 재료의 증착의 균일성과 같은 증착 결과들에 대한 제어를 용이하게 한다. 본 발명의 장치 및 방법들의 실시예들은 또한 유리하게, 기판 상에 증착되는 뉴트럴(neutral)들의 수를 감소시키고 이온들의 수를 증가시킴으로써, 기판에서의 피처들의 증착을 개선하고 필요한 증착 레이트를 감소시킬 수 있다.
[0016] 본 개시내용의 실시예들은 물리 기상 증착(PVD) 챔버에 대해 본원에서 예시적으로 설명된다. 그러나, 본 발명의 방법은 본원에서 개시되는 교시들에 따라 수정된 임의의 프로세스 챔버에서 사용될 수 있다. 도 1은 주어진 직경을 갖는 기판 상에 재료들을 스퍼터 증착하기에 적절한, 본 개시내용의 실시예들에 따른 PVD 챔버(프로세스 챔버(100)), 예컨대, 스퍼터 프로세스 챔버를 예시한다. 일부 실시예들에서, PVD 챔버는, 그 내부에 배치되고 프로세스 툴 어댑터(138)에 의해 지지되는 콜리메이터(118)를 더 포함한다. 도 1에 예시된 실시예에서, 프로세스 툴 어댑터(138)는 냉각된 프로세스 툴 어댑터이다. 본 개시내용으로부터 이익을 얻도록 적응될 수 있는 적절한 PVD 챔버들의 예시적인 예들은 ALPS® Plus 및 SIP ENCORE® PVD 프로세싱 챔버들을 포함하며, 이들 둘 모두는 캘리포니아, 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 입수가능하다. Applied Materials, Inc.뿐만 아니라 다른 제조업자들로부터 입수가능한 다른 프로세싱 챔버들이 또한 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 적응될 수 있다.
[0017] 일반적으로 프로세스 챔버(100)는, 내부 볼륨(106)을 둘러싸는 바디(105)를 정의하는, 상부 측벽(102), 하부 측벽(103), 접지 어댑터(104), 및 리드 어셈블리(111)를 포함한다. 내부 볼륨(106)은 프로세싱될 기판의 대략 주어진 직경을 갖는 중심 부분 및 중심 부분을 둘러싸는 주변 부분을 포함한다. 부가하여, 내부 볼륨(106)은 기판 위 및 타겟 근처에 환형 영역을 포함하며, 환형 영역의 내측 직경은, 플라즈마의 지배적인 부분이 기판 위 및 기판의 반경방향 외측 둘 모두의 포지션에 배치되도록, 기판의 직경과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 더 크다.
[0018] 어댑터 플레이트(107)는 상부 측벽(102)과 하부 측벽(103) 사이에 배치될 수 있다. 기판 지지부(108)가 프로세스 챔버(100)의 내부 볼륨(106) 내에 배치된다. 기판 지지부(108)는 주어진 직경(예컨대, 150 mm, 200 mm, 300 mm, 450 mm 등)을 갖는 기판을 지지하도록 구성된다. 내부 볼륨(106) 내로 그리고 내부 볼륨(106) 밖으로 기판들을 이송하기 위해, 기판 이송 포트(109)가 하부 측벽(103)에 형성된다.
[0019] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)는, 기판(101)과 같은 기판 상에, 예컨대, 티타늄, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄, 알루미늄 옥시니트라이드, 구리, 탄탈룸, 탄탈룸 니트라이드, 탄탈룸 옥시니트라이드, 티타늄 옥시니트라이드, 텅스텐, 또는 텅스텐 니트라이드를 증착하도록 구성된다. 적절한 애플리케이션들의 비-제한적 예들은 비아들, 트렌치들, 듀얼 다마신 구조들 등에서의 시드 층 증착을 포함한다.
[0020] 가스 소스(110)가, 내부 볼륨(106) 내로 프로세스 가스들을 공급하기 위해, 프로세스 챔버(100)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 프로세스 가스들은, 필요한 경우, 불활성 가스들, 비-반응성 가스들 및 반응성 가스들을 포함할 수 있다. 가스 소스(110)에 의해 제공될 수 있는 프로세스 가스들의 예들은 특히, 아르곤 가스(Ar), 헬륨(He), 네온 가스(Ne), 질소 가스(N2), 산소 가스(O2) 및 물(H2O) 증기를 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음).
[0021] 펌핑 디바이스(112)가, 내부 볼륨(106)의 압력을 제어하기 위해, 내부 볼륨(106)과 연통하게 프로세스 챔버(100)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 증착 동안, 프로세스 챔버(100)의 압력 레벨은 대략 1 Torr 또는 그 미만으로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)의 압력 레벨은 증착 동안 대략 500 mTorr 또는 그 미만으로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)의 압력 레벨은 증착 동안 대략 1 mTorr 내지 대략 300 mTorr로 유지될 수 있다.
[0022] 접지 어댑터(104)는 타겟, 이를테면, 타겟(114)을 지지할 수 있다. 타겟(114)은 기판 상에 증착될 재료로 제조된다. 일부 실시예들에서, 타겟(114)은 티타늄(Ti), 탄탈룸(Ta), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 이들의 합금들, 이들의 조합들 등으로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 타겟(114)은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 탄탈룸(Ta), 또는 알루미늄(Al)으로 제조될 수 있다.
[0023] 타겟(114)은 타겟(114)을 위한 전력 공급부(117)를 포함하는 소스 어셈블리에 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급부(117)는 매치 네트워크(match network)(116)를 통해 타겟(114)에 커플링될 수 있는 RF 전력 공급부일 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급부(117)는 대안적으로, DC 전력 공급부일 수 있으며, 이 경우, 매치 네트워크(116)는 생략된다. 일부 실시예들에서, 전력 공급부(117)는 DC 전력 소스 및 RF 전력 소스 둘 모두를 포함할 수 있다.
[0024] 마그네트론(170)이 타겟(114) 위에 포지셔닝된다. 마그네트론(170)은 샤프트(176)에 연결된 베이스 플레이트(174)에 의해 지지되는 복수의 자석들(172)을 포함할 수 있고, 샤프트(176)는 프로세스 챔버(100) 및 기판(101)의 중심 축과 축방향으로 정렬될 수 있다. 자석들(172)은, 상당한 이온들의 플럭스가 타겟(114)에 충돌하여 타겟 재료의 스퍼터 방출을 야기하도록 플라즈마를 생성하기 위해 타겟(114)의 전면에 가까운 프로세스 챔버(100) 내에 자기장을 생성한다. 자석들(172)은 타겟(114)의 표면에 걸쳐 자기장의 균일성을 증가시키기 위해 샤프트(176)를 중심으로 회전될 수 있다. 마그네트론의 예들은 특히, 전자기 선형 마그네트론, 서펜타인(serpentine) 마그네트론, 나선형 마그네트론, 이중-디지테이트형(double-digitated) 마그네트론, 직사각형화 나선형 마그네트론, 듀얼 모션 마그네트론을 포함한다. 자석들(172)은, 대략 기판의 외측 직경 내지 내부 볼륨(106)의 외측 직경 사이에서 연장되는 환형 영역 내에서 프로세스 챔버(100)의 중심 축을 중심으로 회전된다. 일반적으로, 자석들(172)은, 자석들(172)의 회전 동안 최내측 자석 포지션이, 프로세싱되는 기판의 직경의 위 또는 외부에 배치되도록(예컨대, 회전 축으로부터 자석들(172)의 최내측 포지션까지의 거리는 프로세싱되는 기판의 직경과 동일하거나 또는 그보다 더 큼), 회전될 수 있다.
[0025] 마그네트론은 임의의 적절한 모션 패턴을 가질 수 있으며, 마그네트론의 자석들은 대략 기판의 외측 직경과 프로세싱 볼륨의 내측 직경 사이의 환형 영역 내에서 회전된다. 일부 실시예들에서, 마그네트론(170)은 프로세싱 챔버(100)의 중심 축을 중심으로 자석들(172)의 고정된 회전 반경을 갖는다. 일부 실시예들에서, 마그네트론(170)은 프로세스 챔버(100)의 중심 축을 중심으로 자석들(172)의 다수의 회전 반경들 또는 조정가능한 회전 반경들을 갖도록 구성된다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 마그네트론은 (예컨대, 300 mm 기판을 프로세싱하기 위해) 대략 5.5 인치와 대략 7 인치 사이에서 조정가능한 회전 반경을 가질 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 마그네트론은 듀얼 모션을 가지며, 듀얼 모션에서 자석들(172)은 제1 미리 결정된 시간 기간 동안 제1 반경(예컨대, 300 mm 기판들을 프로세싱할 때, 대략 6.7 인치)으로 회전되고, 제2 미리 결정된 시간 기간 동안 제2 반경(예컨대, 300 mm 기판들을 프로세싱할 때, 대략 6.0 인치)으로 회전된다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 미리 결정된 시간 기간들은 실질적으로 동일하다(예컨대, 마그네트론은 프로세싱 시간의 대략 절반 동안 제1 반경으로 회전되고, 프로세싱 시간의 대략 절반 동안 제2 반경으로 회전됨). 일부 실시예들에서, 마그네트론은, 별개의 시간 기간들 동안 이산적으로 설정될 수 있거나 또는 프로세싱 전체에 걸쳐 계속해서 변화하는 복수의 반경들(즉, 정확히 2개보다는 2개 초과)로 회전할 수 있다. 본 발명자들은, 마그네트론의 다중-회전 반경들을 사용하여 프로세싱할 때, 타겟 수명 및 플라즈마 안정성이 유리하게 추가로 개선된다는 것을 발견하였다.
[0026] 프로세스 챔버(100)는 상부 차폐부(113) 및 하부 차폐부(120)를 더 포함한다. 콜리메이터(118)는 내부 볼륨(106) 내에서 타겟(114)과 기판 지지부(108) 사이에 포지셔닝된다. 일부 실시예들에서, 콜리메이터(118)는 두께(T1)를 갖는 중심 영역(135) 및 두께(T1) 미만의 두께(T2)를 갖는 주변 영역(133)을 갖는다. 중심 영역(135)은 일반적으로, 프로세싱되는 기판의 직경에 대응한다(예컨대, 기판의 직경과 동일하거나 또는 실질적으로 동일함). 따라서, 주변 영역(133)은 일반적으로, 프로세싱되는 기판의 반경방향 외측의 환형 영역에 대응한다(예컨대, 주변 영역(133)의 내측 직경은 기판의 직경과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큼). 대안적으로, 콜리메이터(118)의 중심 영역은 프로세싱되는 기판의 직경보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 콜리메이터(118)는 별개의 중심 및 주변 영역들 없이 전체 콜리메이터에 걸쳐 균일한 두께를 가질 수 있다. 콜리메이터(118)는 임의의 고정 수단을 사용하여 상부 차폐부(113)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 콜리메이터(118)는 상부 차폐부(113)와 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 콜리메이터(118)는 프로세스 챔버 내의 일부 다른 컴포넌트에 커플링되고 상부 차폐부(113)에 대한 포지션을 도울 수 있다.
[0027] 일부 실시예들에서, 콜리메이터(118)는, 부가된 DC 바이어스로 인해 증착 레이트를 증가시킬 뿐만 아니라, 기판으로의 이온 플럭스 및 기판에서의 뉴트럴 각도 분포(neutral angular distribution)를 제어하도록 전기적으로 바이어싱될 수 있다. 콜리메이터를 전기적으로 바이어싱하는 것은 콜리메이터에 대한 감소된 이온 손실을 초래하여, 유리하게 기판에서 더 큰 이온/뉴트럴 비율(ion/neutral ratio)들을 제공한다. 콜리메이터(118)의 바이어싱을 가능하게 하기 위해, 콜리메이터 전력 소스(190)(도 2에 도시됨)가 콜리메이터(118)에 커플링된다.
[0028] 일부 실시예들에서, 콜리메이터(118)는 접지 어댑터(104)와 같은 접지된 챔버 컴포넌트들로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 콜리메이터(118)는 상부 차폐부(113)에 커플링되며, 상부 차폐부(113)는 차례로 프로세스 툴 어댑터(138)에 커플링된다. 프로세스 툴 어댑터(138)는 프로세스 챔버(100) 내의 프로세싱 조건들과 양립가능한 적절한 전도성 재료들로 제조될 수 있다. 절연체 링(156) 및 절연체 링(157)은 프로세스 툴 어댑터(138)의 양측에 배치되어, 프로세스 툴 어댑터(138)를 접지 어댑터(104)로부터 전기적으로 절연시킨다. 절연체 링들(156, 157)은 적절한 프로세스 호환가능 유전체 재료들로 만들어질 수 있다.
[0029] 일부 실시예들에서, 제1 세트의 자석들(196)은, 타겟(114)으로부터 방출된 이온들을 주변 영역(133)에 통해 안내하기 위해 자기장을 생성하는 것을 보조하도록 접지 어댑터(104) 근처에 배치될 수 있다. 제1 세트의 자석들(196)에 의해 형성되는 자기장은 대안적으로 또한 조합하여, 이온들이 챔버의 측벽들(또는 상부 차폐부(113)의 측벽들)에 부딪치는 것을 방지하고, 콜리메이터(118)를 통해 이온들을 수직으로 지향시킬 수 있다. 예컨대, 제1 세트의 자석들(196)은 주변 부분 내에 실질적으로 수직 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하도록 구성된다. 실질적으로 수직 자기장 라인들은 유리하게, 이온들을 내부 볼륨의 주변 부분을 통해 그리고 존재하는 경우에는 콜리메이터(118)의 주변 영역(133)을 통해 안내한다.
[0030] 일부 실시예들에서, 제2 세트의 자석들(194)은, 콜리메이터(118)의 최하부와 기판 사이에 자기장을 형성하여, 타겟(114)으로부터 방출된 금속성 이온들을 안내하고, 이온들을 기판(101) 위로 더 균일하게 분배하는 포지션에 배치될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 제2 세트의 자석들은 어댑터 플레이트(107)와 상부 측벽(102) 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 세트의 자석들(194)은 지지 표면의 중심을 향해 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하도록 구성된다. 지지 표면의 중심을 향해 지향된 자기장 라인들은 유리하게, 이온들을 내부 볼륨의 주변 부분으로부터 내부 볼륨의 중심 부분으로 그리고 기판(101) 위로 재분배한다.
[0031] 일부 실시예들에서, 제3 세트의 자석들(154)은, 제1 세트의 자석들(196)과 제2 세트의 자석들(194) 사이에 그리고 콜리메이터(118)의 중심 영역(135)의 기판-대향 표면과 대략 센터링되거나 또는 기판-대향 표면 아래에 배치되어, 금속성 이온들을 기판(101)의 중심을 향해 추가로 안내할 수 있다. 예컨대, 제3 세트의 자석들(154)은 중심 부분을 향해 그리고 지지 표면의 중심을 향해 내측으로 그리고 하향으로 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 생성하도록 구성된다. 지지 표면의 중심을 향해 지향된 자기장 라인들은 추가로 유리하게, 이온들을 내부 볼륨의 주변 부분으로부터 내부 볼륨의 중심 부분으로 그리고 기판(101) 위로 재분배한다.
[0032] 프로세스 챔버(100) 주위에 배치된 자석들의 수는 플라즈마 해리(plasma dissociation), 스퍼터링 효율, 및 이온 제어를 제어하도록 선택될 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 세트의 자석들(196, 194, 154)은 타겟으로부터 콜리메이터를 통해 기판 지지부(108)의 중심을 향해 원하는 궤적을 따라 금속성 이온들을 안내하는 데 필요한 전자석들 및/또는 영구 자석들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 세트의 자석들(196, 194, 154)은 챔버의 중심 축과 평행한 방향으로 일 세트의 자석들의 포지션을 조정하도록 이동가능하거나 또는 고정식일 수 있다.
[0033] 타겟(114)과 기판 지지부(108) 사이에 바이어스 전력을 제공하기 위해, RF 전력 소스(180)가 기판 지지부(108)를 통해 프로세스 챔버(100)에 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 전력 소스(180)는 대략 400 Hz 내지 대략 60 MHz, 이를테면, 대략 13.56 MHz의 주파수를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 세트의 자석들(154)은 제외될 수 있고, 바이어스 전력은 금속성 이온들을 기판(101)의 중심을 향해 끌어당기는 데 사용될 수 있다.
[0034] 동작에서, 자석들(172)은 타겟(114)을 스퍼터링하기 위해 내부 볼륨(106)의 환형 부분에 플라즈마(165)를 형성하도록 회전된다. 타겟(114)을 주변 영역(133) 위로 스퍼터링하기 위해 콜리메이터(118)가 존재할 때, 플라즈마(165)는 콜리메이터의 주변 영역(133) 위에 형성될 수 있다. 기판(101) 위에 스퍼터링된 재료가 거의 또는 전혀 존재하지 않는 것을 보장하기 위해, 자석들(172)의 회전 반경은 기판(101)의 반경보다 더 크다. 본 개시내용에 따른 적절한 반경 또는 반경들의 범위로 회전하도록 수정될 수 있는 적절한 마그네트론들의 비-제한적인 예들은, "Control of Arbitrary Scan Path of a Rotating Magnetron"라는 명칭으로, 2012년 2월 14일자로, Chang 등에 허여된 미국 특허 제8,114,256 호, 및 "Sputter Source for Use in a Semiconductor Process Chamber"라는 명칭으로 2017년 2월 28일자로, Miller 등에 허여된 미국 특허 제9,580,795 호에 개시된 마그네트론을 포함한다.
[0035] 제1 세트의 자석들(196)은 스퍼터링된 재료들을 주변 영역(133)을 향해 끌어당기기 위해 주변 영역(133) 근처에 자기장을 형성한다. 일부 실시예들에서, 스퍼터링된 재료들(예컨대, 이온화된 스퍼터링된 재료들)의 지배적인 부분은 제1 세트의 자석들에 의해 주변 영역을 향해 끌어당겨진다.
[0036] 콜리메이터(118)는, 금속성의 스퍼터링된 재료가 콜리메이터(118)를 통해 강제되도록, 포지티브로 바이어싱된다. 그러나, 플라즈마(165) 및 금속성의 스퍼터링된 재료의 전부는 아니더라도 대부분이 주변 영역(133)에 배치되기 때문에, 금속성의 스퍼터링된 재료는 주변 영역(133)을 통해서만 이동한다. 더욱이, 콜리메이터의 중심 영역을 향해 이동하는 뉴트럴 스퍼터링된 재료의 전부는 아니더라도 대부분은 콜리메이터 벽들과 충돌하여 콜리메이터 벽들에 달라붙을 가능성이 있을 것이다. 기판 지지부(108)에 인가되는 바이어스 전력에 부가하여, 제2 세트의 자석들(194) 및 제3 세트의 자석들(154)(존재하는 경우)은 스퍼터링된 금속성 이온들의 궤적이 기판(101)의 중심을 향하게 재지향시킨다. 결과적으로, 콜리메이터(118)의 형상에 의해 야기되는 기판 상의 임프린트(imprint)들이 회피되고, 더 균일한 증착이 달성된다.
[0037] 금속성의 뉴트럴들의 지향성이 변경될 수 없기 때문에, 금속성의 뉴트럴들의 전부는 아니더라도 대부분은 유리하게, 기판 상에 증착되지 않는다. 스퍼터링된 금속성 이온들의 궤적이 변경되기에 충분한 공간을 갖는 것을 보장하기 위해, 콜리메이터(118)는 기판 지지부(108)의 지지 표면(119) 위의 미리 결정된 높이(h1)에 배치된다. 일부 실시예들에서, 높이(h1)(콜리메이터(118)의 최하부로부터 지지 표면(119)까지 측정됨)는 대략 400 mm 내지 대략 800 mm, 예컨대, 대략 600 mm이다. 높이(h1)는 또한, 기판(101) 상의 증착 특징들을 추가로 개선하기 위해, 콜리메이터(118) 아래의 자기장을 사용하여 이온들의 제어를 용이하게 하도록 선택된다. 콜리메이터(118) 위의 자기장의 변조를 가능하게 하기 위해, 콜리메이터(118)는 타겟(114) 아래의 미리 결정된 높이(h2)에 배치될 수 있다. 높이(h2)는, 대략 25 mm 내지 대략 75 mm, 예컨대 대략 50 mm일 수 있다. 전체 타겟 대 기판 간격(또는 타겟 대 지지 표면 간격)은 대략 600 mm 내지 대략 800 mm이다.
[0038] 프로세스 툴 어댑터(138)는 내부 볼륨(106) 내에 프로세스 툴, 이를테면, 콜리메이터(118)를 지지하는 것을 용이하게 하기 위한 하나 또는 그 초과의 피처들을 포함한다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 프로세스 툴 어댑터(138)는 장착 링(mounting ring), 또는 상부 차폐부(113)를 지지하기 위해 반경방향 내측 방향으로 연장되는 쉘프(shelf)(164)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 장착 링 또는 쉘프(164)는, 프로세스 툴 어댑터(138)에 장착된 상부 차폐부(113)와의 보다 균일한 열 접촉을 용이하게 하기 위한, 프로세스 툴 어댑터(138)의 내측 직경 주위의 연속적인 링이다.
[0039] 일부 실시예들에서, 프로세싱 동안 생성되는 열을 제거하도록 프로세스 툴 어댑터(138)를 통해 냉각제를 유동시키는 것을 용이하게 하기 위해, 냉각제 채널(166)이 프로세스 툴 어댑터(138) 내에 제공될 수 있다. 예컨대, 냉각제 채널(166)은 적절한 냉각제, 이를테면, 물을 제공하기 위해 냉각제 소스(153)에 커플링될 수 있다. 냉각제 채널(166)은 유리하게, 다른 냉각된 챔버 컴포넌트들, 이를테면, 접지 어댑터(104)로 용이하게 전달되지 않는, 프로세스 툴(예컨대, 콜리메이터(118))로부터의 열을 제거한다. 예컨대, 프로세스 툴 어댑터(138)와 접지 어댑터(104) 사이에 배치된 절연체 링들(156, 157)은 통상적으로, 불충분한 열 전도도를 갖는 재료들로 제조된다. 따라서, 절연체 링들(156, 157)은 콜리메이터(118)로부터 접지 어댑터(104)로의 열 전달 레이트를 감소시키고, 프로세스 툴 어댑터(138)는 유리하게, 콜리메이터(118)의 냉각 레이트를 유지 또는 증가시킨다. 프로세스 툴 어댑터(138) 내에 제공된 냉각제 채널(166)에 부가하여, 프로세싱 동안 생성되는 열의 제거를 더 용이하게 하기 위해, 접지 어댑터(104)가 또한 냉각제 채널을 포함할 수 있다.
[0040] 프로세스 챔버(100)의 내부 볼륨(106) 내의 중심 개구 내에 상부 차폐부(113)를 지지하기 위해, 반경방향 내측으로 연장되는 리지(ledge)(예컨대, 장착 링 또는 쉘프(164))가 제공된다. 일부 실시예들에서, 쉘프(164)는 사용 동안 콜리메이터(118)로부터 냉각제 채널(166) 내에서 유동하는 냉각제로의 열 전달을 최대화하는 것을 용이하게 하기 위해, 냉각제 채널(166) 근처의 위치에 배치된다.
[0041] 일부 실시예들에서, 하부 차폐부(120)는 상부 측벽(102) 또는 접지 어댑터(104)의 내부 및 콜리메이터(118) 근처에 제공될 수 있다. 콜리메이터(118)는 가스 및/또는 재료 플럭스를 내부 볼륨(106) 내로 지향시키기 위해 복수의 애퍼처들을 포함한다. 콜리메이터(118)는 프로세스 툴 어댑터(138)를 통해 콜리메이터 전력 소스에 커플링될 수 있다.
[0042] 하부 차폐부(120)는 관형 바디(121)를 포함할 수 있으며, 관형 바디(121)는 관형 바디(121)의 상부 표면에 배치된 반경방향 외측으로 연장되는 플랜지(122)를 갖는다. 플랜지(122)는 상부 측벽(102)의 상부 표면과의 정합 계면(mating interface)을 제공한다. 일부 실시예들에서, 하부 차폐부(120)의 관형 바디(121)는 관형 바디(121)의 나머지의 내측 직경보다 더 작은 내측 직경을 갖는 숄더 영역(123)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 관형 바디(121)의 내부 표면은 테이퍼형 표면(tapered surface)(124)을 따라 반경방향 내측으로 숄더 영역(123)의 내부 표면으로 전환된다. 차폐 링(126)이, 프로세스 챔버(100) 내에서, 하부 차폐부(120) 근처에, 그리고 하부 차폐부(120)와 어댑터 플레이트(107)의 중간에 배치될 수 있다. 차폐 링(126)은, 어댑터 플레이트(107)의 내부 측벽 및 하부 차폐부(120)의 숄더 영역(123)의 대향 측면에 의해 형성된 리세스(128) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.
[0043] 일부 실시예들에서, 차폐 링(126)은 축방향으로 돌출된 환형 측벽(127)을 포함할 수 있으며, 축방향으로 돌출된 환형 측벽(127)은 하부 차폐부(120)의 숄더 영역(123)의 외측 직경보다 더 큰 내측 직경을 갖는다. 반경방향 플랜지(130)는 환형 측벽(127)으로부터 연장된다. 반경방향 플랜지(130)는 차폐 링(126)의 환형 측벽(127)의 내측 직경 표면에 대해 대략 90도(90°)보다 더 큰 각도로 형성될 수 있다. 반경방향 플랜지(130)는 반경방향 플랜지(130)의 하부 표면 상에 형성된 돌출부(132)를 포함한다. 돌출부(132)는 차폐 링(126)의 환형 측벽(127)의 내측 직경 표면에 실질적으로 평행한 배향으로 반경방향 플랜지(130)의 표면으로부터 연장되는 원형 리지(ridge)일 수 있다. 돌출부(132)는 일반적으로, 기판 지지부(108) 상에 배치된 에지 링(136)에 형성된 리세스(134)와 정합(mate)하도록 적응된다. 리세스(134)는 에지 링(136)에 형성된 원형 홈일 수 있다. 리세스(134)와 돌출부(132)의 맞물림은, 차폐 링(126)을 기판 지지부(108)의 길이방향 축에 대해 센터링(center)한다. (리프트 핀들(140) 상에 지지되는 것으로 도시된) 기판(101)은, 로봇 블레이드(도시되지 않음)와 기판 지지부(108) 사이의 조정된 포지셔닝 캘리브레이션(coordinated positioning calibration)에 의해, 기판 지지부(108)의 길이방향 축에 대해 센터링된다. 따라서, 기판(101)은 프로세스 챔버(100) 내에서 센터링될 수 있고, 차폐 링(126)은 프로세싱 동안 기판(101)에 대해 반경방향으로 센터링될 수 있다.
[0044] 동작에서, 기판(101)이 상부에 배치된 로봇 블레이드(도시되지 않음)가 기판 이송 포트(109)를 통해 연장된다. 기판 지지부(108)는, 기판 지지부(108)로부터 연장된 리프트 핀들(140)로 기판(101)이 이송되는 것을 가능하게 하기 위해, 하강될 수 있다. 리프트 핀들(140) 및/또는 기판 지지부(108)의 리프팅 및 하강은, 기판 지지부(108)에 커플링된 드라이브(drive)(142)에 의해 제어될 수 있다. 기판(101)은 기판 지지부(108)의 기판 수용 표면(144) 상으로 하강될 수 있다. 기판(101)이 기판 지지부(108)의 기판 수용 표면(144) 상에 포지셔닝된 채로, 기판(101)에 대해 스퍼터 증착이 수행될 수 있다. 에지 링(136)은 프로세싱 동안 기판(101)으로부터 전기 절연될 수 있다. 따라서, 기판 수용 표면(144)은, 기판(101)이 에지 링(136)과 접촉하는 것이 방지되도록, 기판(101) 근처의 에지 링(136)의 부분들의 높이를 초과하는 높이를 포함할 수 있다. 스퍼터 증착 동안, 기판(101)의 온도는, 기판 지지부(108)에 배치된 열 제어 채널들(146)을 활용함으로써 제어될 수 있다.
[0045] 스퍼터 증착 후에, 기판(101)은, 기판 지지부(108)로부터 멀리 이격된 포지션으로, 리프트 핀들(140)을 활용하여 상승될 수 있다. 상승된 위치는 어댑터 플레이트(107) 근처의 반사기 링(148) 및 차폐 링(126) 중 하나 또는 둘 모두에 근접할 수 있다. 어댑터 플레이트(107)는 반사기 링(148)의 하부 표면과 어댑터 플레이트(107)의 오목 표면(152)의 중간의 포지션에서 어댑터 플레이트(107)에 커플링된 하나 또는 그 초과의 램프들(150)을 포함한다. 램프들(150)은 가시 또는 근사 가시 파장들의, 이를테면, 적외선(IR; infra-red) 및/또는 자외선(UV; ultraviolet) 스펙트럼의 광학 및/또는 복사 에너지를 제공한다. 램프들(150)로부터의 에너지는 기판(101) 및 기판(101) 상에 증착된 재료를 가열하기 위해 기판(101)의 배면(즉, 하부 표면)을 향해 반경방향 내측으로 포커싱된다. 기판(101)을 둘러싸는 챔버 컴포넌트들 상의 반사 표면들은, 에너지가 손실될 그리고/또는 활용되지 않을 다른 챔버 컴포넌트들로부터 멀리 그리고 기판(101)의 배면을 향해 에너지를 포커싱하는 역할을 한다. 어댑터 플레이트(107)는 가열 동안 어댑터 플레이트(107)의 온도를 제어하기 위해 냉각제 소스(153)에 커플링될 수 있다.
[0046] 기판(101)을 미리 결정된 온도로 제어한 후에, 기판(101)은 기판 지지부(108)의 기판 수용 표면(144) 상의 포지션으로 하강된다. 기판(101)은, 전도를 통해, 기판 지지부(108) 내의 열 제어 채널들(146)을 활용하여 신속하게 냉각될 수 있다. 기판(101)의 온도는 겨우 수초 내지 대략 1 분 내에 제1 온도로부터 제2 온도로 떨어질(ramped down) 수 있다. 기판(101)은, 추가의 프로세싱을 위해, 기판 이송 포트(109)를 통해 프로세스 챔버(100)로부터 제거될 수 있다. 기판(101)은 미리 결정된 온도 범위로, 이를테면, 250℃ 미만으로 유지될 수 있다.
[0047] 제어기(198)가 프로세스 챔버(100)에 커플링된다. 제어기(198)는 중앙 프로세싱 유닛(CPU; central processing unit)(160), 메모리(158) 및 지원 회로들(162)을 포함한다. 제어기(198)는 프로세스 시퀀스를 제어하도록 활용되어, 가스 소스(110)로부터 프로세스 챔버(100) 내로의 가스 유동들을 조절하고, 타겟(114)의 이온 타격을 제어한다. CPU(160)는 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 소프트웨어 루틴들은, 메모리(158), 이를테면, 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플로피 또는 하드 디스크 드라이브, 또는 다른 형태의 디지털 저장소에 저장될 수 있다. 지원 회로들(162)은 통상적으로 CPU(160)에 커플링되며, 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 서브시스템들, 전력 공급부들 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 루틴들은, CPU(160)에 의해 실행될 때, CPU를, 아래에서 개시되는 플라즈마 점화 프로세스들을 포함한 프로세스들이 본 개시내용의 실시예들에 따라 수행되도록 프로세스 챔버(100)를 제어하는 특수 목적 컴퓨터(제어기)(198)로 변환한다. 소프트웨어 루틴들은 또한, 프로세스 챔버(100)로부터 원격에 로케이팅되는 제2 제어기(도시되지 않음)에 저장되고 그리고/또는 제2 제어기에 의해 실행될 수 있다.
[0048] 프로세싱 동안, 재료가 타겟(114)으로부터 스퍼터링되어, 기판(101)의 표면 상에 증착된다. 타겟(114) 및 기판 지지부(108)는, 가스 소스(110)에 의해 공급된 프로세스 가스들로부터 형성되는 플라즈마를 유지하기 위해, 전력 공급부(117) 또는 RF 전력 소스(180)에 의해, 서로에 대해 바이어싱된다. 콜리메이터(118)에 인가된 DC 펄스형 바이어스 전력은 또한, 콜리메이터(118)를 통과하는 이온들 및 뉴트럴들의 비율을 제어하여, 유리하게 트렌치 측벽 및 최하부 필-업(fill-up) 능력을 향상시키는 것을 보조할 수 있다. 플라즈마로부터의 이온들은 타겟(114) 쪽으로 가속되고 타겟(114)에 충돌하여, 타겟 재료가 타겟(114)으로부터 방출되게 한다. 방출된 타겟 재료 및 프로세스 가스들은 원하는 조성들을 갖는 층을 기판(101) 상에 형성한다.
[0049] 도 2는, 도 1의 프로세스 챔버(100) 내에 배치될 수 있는, 콜리메이터 전력 소스(190)에 커플링된 예시적인 콜리메이터(118)의 평면도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 콜리메이터(118)는, 밀집형 배열(close-packed arrangement)로 육각형 애퍼처들(244)을 분리하는 육각형 벽들(226)을 갖는 일반적으로 허니콤(honeycomb) 구조를 갖는다. 그러나, 다른 기하학적 구성들이 또한 사용될 수 있다. 육각형 애퍼처들(244)의 종횡비는, 애퍼처(244)의 깊이(콜리메이터의 길이와 동일함)를 애퍼처(244)의 폭(246)으로 나눈 것으로 정의될 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽들(226)의 두께는 대략 0.06 인치 내지 대략 0.18 인치이다. 일부 실시예들에서, 벽들(226)의 두께는 대략 0.12 인치 내지 대략 0.15 인치이다. 일부 실시예들에서, 육각형 애퍼처들(244)의 종횡비는, 주변 영역(133)에서 대략 1:1 내지 대략 1:5이고 그리고 중심 영역(135)에서 대략 3:5 내지 대략 3:6일 수 있다. 일부 실시예들에서, 콜리메이터(118)는 알루미늄, 구리, 및 스테인리스 강으로부터 선택된 재료로 구성된다.
[0050] 콜리메이터(118)의 허니콤 구조는 콜리메이터(118)를 통과하는 이온들의 유동 경로, 이온 프랙션, 및 이온 궤적 거동을 최적화하기 위한 통합형 플럭스 최적화기(210)로서의 역할을 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐 부분(202) 근처의 육각형 벽들(226)은 챔퍼(chamfer)(250) 및 반경을 갖는다. 콜리메이터(118)의 차폐 부분(202)은 프로세스 챔버(100) 내에 콜리메이터(118)를 설치하는 것을 보조할 수 있다.
[0051] 일부 실시예들에서, 콜리메이터(118)는 단일의 알루미늄 덩어리로부터 기계가공될 수 있다. 콜리메이터(118)는 선택적으로, 코팅되거나 양극산화처리될 수 있다. 대안적으로, 콜리메이터(118)는 프로세싱 환경과 양립가능한 다른 재료들로 제조될 수 있으며, 또한, 하나 또는 그 초과의 섹션들로 구성될 수 있다. 대안적으로, 차폐 부분(202) 및 통합형 플럭스 최적화기(210)는 별개의 피스들로서 형성되고, 용접과 같은 적절한 부착 수단을 사용하여 함께 커플링될 수 있다.
[0052] 도 3은 기판을 프로세싱하기 위한 방법(300)을 예시한다. 방법(300)은 위에서 논의된 것과 유사한 장치에서 수행될 수 있으며, 도 1의 프로세스 챔버(100)와 관련하여 설명된다. 방법은 일반적으로 302에서 시작되며, 302에서, 프로세스 챔버(100)의 환형 영역 내에 플라즈마가 형성된다. 환형 영역은 기판(101)의 직경과 실질적으로 동일한 또는 그보다 더 큰 내측 직경을 갖는다. 예컨대, 플라즈마는 타겟으로부터 재료를 스퍼터링하기 위해 타겟 근처의 그리고 기판 위의, 프로세스 챔버의 환형 영역 내에 형성될 수 있고, 환형 영역의 내측 직경은, 플라즈마의 지배적인 부분이 기판 위 및 기판의 반경방향 외측 둘 모두의 포지션에 배치되도록, 기판의 직경과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 더 크다.
[0053] 304에서, 타겟으로부터 스퍼터링된 재료들은 기판을 향해 안내된다. 재료들(예컨대, 이온들)은, 본원에서 개시된 기법들 중 임의의 것을 단독으로 또는 조합하여 사용하여 기판을 향해 안내될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 기판(101)을 향해 실질적으로 수직으로 이동하지 않아서, 콜리메이터(118)의 통로들의 측벽들에 부딪치고 달라붙는 재료들, 이를테면, 뉴트럴 입자들을 필터링하기 위해, 콜리메이터(예컨대, 콜리메이터(118))가 제공될 수 있다. 부가하여, 306에서 표시된 바와 같이, 콜리메이터(118)는, 콜리메이터의 통로들의 측벽들 상에서의 이온들의 충돌을 감소시키고 더 수직이도록 이온들의 궤적을 곧게 하기(straighten out) 위해, 플라즈마에서 형성된 이온들의 극성과 동일한 극성을 갖는 전압으로 전기적으로 바이어싱될 수 있다. 예컨대, 포지티브로 대전된 이온들(이를테면, 구리 이온들)이 존재할 때, 포지티브 전압이 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 조합되어, 308에서 표시된 바와 같이, 환형 영역에 (그리고 존재하는 경우, 콜리메이터(118)를 통해) 실질적으로 수직 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해, 제1 세트의 자석들을 사용하여 제1 자기장이 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 전술한 내용과 조합하여, 310에 표시된 바와 같이, 기판의 중심을 향해 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해, 제2 세트의 자석들을 사용하여 제2 자기장이 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 전술한 내용과 조합하여, 기판의 중심을 향해 내측으로 그리고 하향으로 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 생성하기 위해, 제3 세트의 자석들을 사용하여 제3 자기장이 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 전술한 내용과 조합하여, 기판을 향해 이온들을 끌어당기기 위해, 기판 지지부가 전기적으로 바이어싱될 수 있다.
[0054] 그 다음, 312에서, 타겟으로부터 스퍼터링된 재료들이 기판 상에 증착된다. 원하는 두께로 증착 시에, 방법(300)은 일반적으로 종료되고, 기판의 추가의 프로세싱이 수행될 수 있다.
[0055] 예컨대, 방법(300)의 일부 실시예들에서, 플라즈마(165)는 자석들(172)을 사용하여 콜리메이터(118)의 주변 영역(133) 위에 형성되고, 재료는 타겟(114)으로부터 주변 영역(133) 위로 스퍼터링된다. 스퍼터링된 재료들을 주변 영역(133)을 향해 끌어당기기 위해, 제1 세트의 자석들(196)을 사용하여, 주변 영역(133) 근처에 자기장이 생성된다. 콜리메이터(118)는, 스퍼터링된 재료를 콜리메이터(118)의 주변 영역(133)을 통해 끌어당기기 위해, 포지티브 전압으로 바이어싱된다. 재료들을 콜리메이터(118)를 통해 끌어당기기 위해 그리고 스퍼터링된 재료의 이온들을 기판 지지부의 중심을 향해 재지향시키기 위해, 콜리메이터(118) 아래에 제2 자기장이 생성된다. 제2 자기장은 제2 세트의 자석들(194), 기판 지지부(108)에 인가되는 바이어스 전력 중 하나 또는 그 초과에 의해 생성될 수 있다. 선택적으로, 기판(101)의 중심을 향해 내측으로 그리고 하향으로 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 생성하기 위해, 제3 세트의 자석들(154)을 사용하여 제3 자기장이 생성될 수 있다. 부가하여, 기판(101)을 향해 이온들을 끌어당기기 위해, 기판 지지부(108)가 전기적으로 바이어싱될 수 있다.
[0056] 따라서, 기판 증착 균일성을 개선하기 위한 방법들 및 장치의 실시예들이 본원에서 개시된다. 본 발명자들은, 본 발명의 방법들 및 장치가, 콜리메이터를 사용하여 종래의 증착 프로세스들에 의해 야기되는 임프린트들을 실질적으로 제거하여, 프로세싱되는 기판 상에서의 보다 균일한 증착을 초래한다는 것을 관찰하였다.
[0057] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 고안될 수 있다.

Claims (19)

  1. 주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버로서,
    스퍼터링될 타겟을 포함하는 리드 어셈블리 및 내부 볼륨을 갖는 바디 ― 상기 내부 볼륨은 상기 주어진 직경과 동일한 직경을 갖는 중심 부분 및 상기 중심 부분을 둘러싸는 주변 부분을 포함함 ―;
    상기 타겟 위에 배치된 마그네트론 ― 상기 마그네트론은 상기 내부 볼륨의 주변 부분에 환형 플라즈마를 형성하기 위해 상기 프로세스 챔버의 중심 축을 중심으로 복수의 자석들을 회전시키도록 구성되고, 그리고 상기 중심 축으로부터 상기 복수의 자석들의 가장 안쪽 위치까지의 거리는 상기 주어진 직경과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큼 ―;
    상기 내부 볼륨 내에서 상기 타겟 반대편에 배치되고, 그리고 상기 주어진 직경을 갖는 기판을 지지하도록 구성된 지지 표면을 갖는 기판 지지부;
    상기 타겟과 상기 기판 지지부 사이의 상기 내부 볼륨 내에 배치되는 콜리메이터;
    상기 콜리메이터에 커플링되고 그리고 상기 콜리메이터에 DC 바이어스 전력을 공급하도록 구성되는 콜리메이터 전력 소스;
    상기 내부 볼륨의 상기 주변 부분에 실질적으로 수직 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해 상기 바디를 중심으로, 상기 타겟 근처에, 그리고 상기 콜리메이터 위에 배치된 제1 세트의 자석들;
    상기 지지 표면의 중심을 향해 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해 상기 기판 지지부의 상기 지지 표면 위에 그리고 상기 바디를 중심으로 배치된 제2 세트의 자석들;
    상기 타겟을 전기적으로 바이어싱하기 위해 상기 타겟에 커플링된 제1 전력 소스;
    상기 기판 지지부를 전기적으로 바이어싱하기 위해 상기 기판 지지부에 커플링된 제2 전력 소스; 및
    상기 환형 플라즈마를 형성하기 위해 상기 마그네트론을 제어하도록 구성되는 제어기 ― 상기 제1 전력 소스 및 상기 제2 전력 소스는 상기 타겟 및 상기 기판 지지부를 서로에 대해 개별적으로 바이어스 하여 상기 콜리메이터 위에 형성되는 상기 환형 플라즈마를 유지하고, 상기 콜리메이터 위의 상기 환형 플라즈마를 유지하면서 상기 콜리메이터를 통과하는 스퍼터 재료의 이온들 및 뉴트럴들의 비율을 제어하도록 상기 콜리메이터를 포지티브로 바이어싱하기 위해 상기 콜리메이터 전력 소스를 제어하고, 상기 제1 세트의 자석들은 상기 콜리메이터를 통과하는 이온들을 안내하고, 그리고 상기 제2 세트의 자석들은 상기 지지 표면의 중심을 향해 이온들을 안내함 ―
    를 포함하는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 상기 주어진 직경과 동일하거나 또는 그보다 더 큰 직경을 갖는 중심 영역, 및 상기 중심 영역을 둘러싸는 주변 영역을 포함하고, 상기 중심 영역에서의 상기 콜리메이터의 두께는 상기 주변 영역에서의 상기 콜리메이터의 두께보다 더 큰,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 콜리메이터의 기판-대향 표면과 대등한 또는 그 아래의 높이에서 상기 바디를 중심으로 배치된 제3 세트의 자석들을 더 포함하고,
    상기 제3 세트의 자석들은 상기 중심 부분을 향해 그리고 상기 지지 표면의 중심을 향해 내측으로 그리고 하향으로 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 생성하도록 구성되는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 400 mm 내지 600 mm의 제1 높이만큼 상기 기판 지지부의 지지 표면으로부터 이격되는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 25 mm 내지 75 mm의 제2 높이만큼 상기 타겟으로부터 이격되는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 회전의 반경은 상기 주어진 직경 내지 상기 내부 볼륨의 내측 직경 사이인,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 회전의 반경은 5.5 인치 내지 7 인치 사이에서 조정가능한,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전력 소스는 스퍼터링된 재료를 상기 기판 지지부의 중심을 향해 끌어당기도록 구성되는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  11. 주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버로서,
    스퍼터링될 타겟을 포함하는 리드 어셈블리 및 내부 볼륨을 갖는 바디 ― 상기 내부 볼륨은 상기 주어진 직경과 동일한 직경을 갖는 중심 부분 및 상기 중심 부분을 둘러싸는 주변 부분을 포함함 ―;
    상기 타겟 위에 배치된 마그네트론 ― 상기 마그네트론은 상기 내부 볼륨의 주변 부분에 환형 플라즈마를 형성하기 위해 상기 프로세스 챔버의 중심 축을 중심으로 복수의 자석들을 회전시키도록 구성되고, 그리고 상기 중심 축으로부터 상기 복수의 자석들의 가장 안쪽 위치까지의 거리는 상기 주어진 직경과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 더 큼 ―;
    상기 내부 볼륨 내에서 상기 타겟 반대편에 배치되고, 그리고 상기 주어진 직경을 갖는 기판을 지지하도록 구성된 지지 표면을 갖는 기판 지지부;
    상기 타겟과 상기 기판 지지부 사이의 상기 내부 볼륨 내에 배치되는 콜리메이터;
    상기 콜리메이터에 커플링되고 그리고 상기 콜리메이터에 DC 바이어스 전력을 공급하도록 구성되는 콜리메이터 전력 소스;
    상기 콜리메이터를 통해 그리고 상기 주변 부분에 실질적으로 수직 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해 상기 바디를 중심으로, 상기 타겟 근처에, 그리고 상기 콜리메이터 위에 배치된 제1 세트의 자석들 ― 상기 타겟의 기판-대향 표면의 평면은 상기 콜리메이터 위의 상기 제1 세트의 자석들과 교차함 ―;
    상기 지지 표면의 중심을 향해 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해 상기 기판 지지부의 상기 지지 표면 위에 그리고 상기 바디를 중심으로 배치된 제2 세트의 자석들;
    상기 콜리메이터의 기판-대향 표면과 대등한 또는 그 아래의 높이에서 상기 바디를 중심으로 배치되는 제3 세트의 자석들 ― 상기 제3 세트의 자석들은 상기 중심 부분을 향해 그리고 상기 지지 표면의 중심을 향해 내측으로 그리고 하향으로 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 생성하도록 구성되고, 상기 제2 세트의 자석들은 전체적으로 상기 콜리메이터 및 상기 제3 세트의 자석들 아래에 배치됨 ―;
    상기 타겟을 전기적으로 바이어싱하기 위해 상기 타겟에 커플링된 제1 전력 소스;
    상기 기판 지지부를 전기적으로 바이어싱하기 위해 상기 기판 지지부에 커플링된 제2 전력 소스; 및
    상기 환형 플라즈마를 형성하기 위해 상기 마그네트론을 제어하도록 구성되는 제어기 ― 상기 제1 전력 소스 및 상기 제2 전력 소스는 상기 타겟 및 상기 기판 지지부를 서로에 대해 개별적으로 바이어스 하여 상기 콜리메이터 위에 형성되는 상기 환형 플라즈마를 유지하고, 상기 콜리메이터 위의 상기 환형 플라즈마를 유지하면서 상기 콜리메이터를 통과하는 스퍼터 재료의 이온들 및 뉴트럴들의 비율을 제어하도록 상기 콜리메이터를 포지티브로 바이어싱하기 위해 상기 콜리메이터 전력 소스를 제어하고, 상기 제1 세트의 자석들은 상기 콜리메이터를 통과하는 이온들을 안내하고, 그리고 상기 제2 세트의 자석들은 상기 지지 표면의 중심을 향해 이온들을 안내함 ―
    를 포함하는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 자석들은 상기 콜리메이터의 타겟-대향 표면 위의 높이에서 상기 바디를 중심으로 배치되고,
    상기 제2 세트의 자석들은 상기 기판 위의 높이에서 상기 바디를 중심으로 배치되고, 그리고
    제3 세트의 자석들이 상기 콜리메이터의 기판-대향 표면과 대등한 또는 그 아래의 높이에서 상기 바디를 중심으로, 상기 제2 세트의 자석들 위에서, 그리고 상기 제1 세트의 자석들 아래에서 배치되는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 자석들은 상기 콜리메이터의 타겟-대향 표면 위의 높이에서 상기 바디를 중심으로 배치되고,
    상기 제2 세트의 자석들은 상기 기판 위의 높이에서 상기 바디를 중심으로 배치되고, 그리고
    상기 제3 세트의 자석들은 상기 제2 세트의 자석들 위에서 그리고 상기 제1 세트의 자석들 아래에서 상기 바디를 중심으로 배치되는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버는 상기 제1 세트의 자석들, 상기 제2 세트의 자석들, 및 제3 세트의 자석들을 포함하는 세 개의 세트들의 자석들로 구성되는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버는 상기 마그네트론, 상기 복수의 자석들, 상기 제1 세트의 자석들, 상기 제2 세트의 자석들, 및 상기 제3 세트의 자석들로 구성되는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  16. 주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버로서,
    스퍼터링될 타겟을 포함하는 리드 어셈블리 및 내부 볼륨을 갖는 바디 ― 상기 내부 볼륨은 상기 주어진 직경과 동일한 직경을 갖는 중심 부분 및 상기 중심 부분을 둘러싸는 주변 부분을 포함함 ―;
    상기 내부 볼륨 내에서 상기 타겟 반대편에 배치되고, 그리고 상기 주어진 직경을 갖는 기판을 지지하도록 구성된 지지 표면을 갖는 기판 지지부;
    상기 타겟 위에 배치된 마그네트론 ― 상기 마그네트론은 상기 내부 볼륨의 주변 부분에 환형 플라즈마를 형성하기 위해 상기 프로세스 챔버의 중심 축을 중심으로 복수의 자석들을 회전시키도록 구성되고, 그리고 상기 복수의 자석들의 회전 반경은 사용 중에 상기 타겟으로부터의 스퍼터링된 물질이 상기 기판 위에 존재하지 않도록 상기 기판의 반경보다 더 큼 ―;
    상기 타겟과 상기 기판 지지부 사이의 상기 내부 볼륨 내에 배치되는 콜리메이터;
    상기 콜리메이터에 커플링되고 그리고 상기 콜리메이터에 DC 바이어스 전력을 공급하도록 구성되는 콜리메이터 전력 소스;
    상기 내부 볼륨의 상기 주변 부분에 실질적으로 수직 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해 상기 바디를 중심으로, 상기 타겟 근처에, 그리고 상기 콜리메이터 위에 배치된 제1 세트의 자석들;
    상기 지지 표면의 중심을 향해 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 형성하기 위해 상기 기판 지지부의 상기 지지 표면 위에 그리고 상기 바디를 중심으로 배치된 제2 세트의 자석들;
    상기 타겟을 전기적으로 바이어싱하기 위해 상기 타겟에 커플링된 제1 전력 소스;
    상기 기판 지지부를 전기적으로 바이어싱하기 위해 상기 기판 지지부에 커플링된 제2 전력 소스; 및
    상기 환형 플라즈마를 형성하기 위해 상기 마그네트론을 제어하도록 구성되는 제어기 ― 상기 제1 전력 소스 및 상기 제2 전력 소스는 상기 타겟 및 상기 기판 지지부를 서로에 대해 개별적으로 바이어스 하여 상기 콜리메이터 위에 형성되는 상기 환형 플라즈마를 유지하고, 상기 콜리메이터 위의 상기 환형 플라즈마를 유지하면서 상기 콜리메이터를 통과하는 스퍼터 재료의 이온들 및 뉴트럴들의 비율을 제어하도록 상기 콜리메이터를 포지티브로 바이어싱하기 위해 상기 콜리메이터 전력 소스를 제어하고, 상기 제1 세트의 자석들은 상기 콜리메이터를 통과하는 이온들을 안내하고, 그리고 상기 제2 세트의 자석들은 상기 지지 표면의 중심을 향해 이온들을 안내함 ―
    를 포함하는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 콜리메이터 전력 소스는 사용 동안 DC 펄스형 바이어스 전력을 상기 콜리메이터에 제공하도록 구성되어, 상기 내부 볼륨의 주변 부분에 대응하는 상기 콜리메이터의 주변 영역에 배치되는 스퍼터링된 물질이 상기 콜리메이터의 주변 영역을 통해서만 이동하는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 콜리메이터의 기판-대향 표면과 대등한 또는 그 아래의 높이에서 상기 바디를 중심으로 배치된 제3 세트의 자석들을 더 포함하고,
    상기 제3 세트의 자석들은 상기 중심 부분을 향해 그리고 상기 지지 표면의 중심을 향해 내측으로 그리고 하향으로 지향되는 자기장 라인들을 갖는 자기장을 생성하도록 구성되는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 타겟의 기판-대향 표면의 평면은 상기 콜리메이터 위의 상기 제1 세트의 자석들과 교차하고, 상기 제2 세트의 자석들은 전체적으로 상기 콜리메이터 및 제3 세트의 자석들 아래에 그리고 상기 바디를 중심으로 배치되는,
    주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 챔버.
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