KR102451617B1 - 일체형 프로세스 키트 쉴드 - Google Patents

일체형 프로세스 키트 쉴드 Download PDF

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Abstract

프로세스 키트 쉴드들 및 이를 포함하는 프로세스 챔버들의 실시예들이 본원에 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 일체형(one-piece) 프로세스 키트 쉴드는, 상부 부분 및 하부 부분을 갖는 원통형 본체; 상부 부분을 통해 연장되는 열 전달 채널; 및 하부 부분으로부터 방사상 내측으로 연장되는 커버 링 섹션을 포함한다.

Description

일체형 프로세스 키트 쉴드
[0001] 본 개시물의 실시예들은 일반적으로, 기판 프로세싱 장비에 관한 것이다.
[0002] 프로세스 키트 쉴드는, 예컨대, 프로세싱 용적을 비(non)-프로세싱 용적으로부터 분리시키기 위해 PVD(physical vapor deposition) 챔버에서 사용될 수 있다. 알루미늄을 기판 상에 증착시키도록 구성된 PVD 챔버들에서, 프로세스 키트 쉴드는, 예컨대, SST(stainless steel)로 제조될 수 있다. 프로세싱 동안 프로세스 키트 쉴드 상에 증착된 알루미늄 층은 베이스 SST 쉴드 재료로부터 우선적으로 에칭되어 제거될 수 있기 때문에, SST 프로세스 키트 쉴드는 여러 번 재활용될(recycled) 수 있다. 그러나, 본 발명자들은, 종래의 알루미늄 증착 프로세스들과 비교하여, 현저히 증가된 프로세스 전력 및 증착 시간을 사용하여 기판상에 상대적으로 더 두꺼운 알루미늄 필름들을 증착시키는 작업을 해왔다.
[0003] 더 두꺼운 알루미늄 증착 프로세스의 경우, 본 발명자들은, 프로세스 키트 쉴드의 온도가, 바람직하지 않게, 기판 상에서의 위스커 성장(whisker growth)을 초래하기에 충분할만큼 높아진다는 것을 관찰하였다. 본 발명자들은, 기판을 둘러싸는 프로세스 키트가, 후속하는 프로세스들 사이에서 냉각되기에 충분한 시간을 갖지 않을 때 위스커들이 형성된다고 생각한다. 증착 프로세스는, 가열된 기판 지지부보다 훨씬 더 많이 기판을 가열한다. 기판이 정전기적으로(electrostatically) 페데스탈(pedestal)에 척킹되기(chucked) 때문에, 웨이퍼는, 두꺼운 알루미늄 필름과 기판(예컨대, 실리콘) 사이의 CTE(coefficient of thermal expansion)의 미스매치(mismatch)에 의해 야기된 열 응력 하에서, 자유롭게(free) 휘지(bow) 않는다. 기판에 대한 필름 응력이 충분히 높아질 때, 위스커들은, 필름 응력을 감소시키기 위해, 필름 밖으로 튕겨나온다(pop). 본 발명자들은, 기판을 둘러싸는 구조들에서의 높은 온도들이 또한, 기판 상에 증착된 알루미늄 필름의 반사율에 악영향을 미친다는 것을 추가적으로 관찰하였다. 쉴드 및 커버 링의 온도는, 열 복사(thermal radiation)를 통해 기판을 냉각시키는 것에서, 그리고 위스커 형성을 최소화하는 것에서 중요한 역할을 담당한다.
[0004] 게다가, 프로세스 키트가, 플라즈마 가열 및 플라즈마가 오프(off) 된 동안 후속되는 냉각으로부터 열 사이클링(cycling)을 겪을 때, 프로세스 키트 상에 증착된 필름은, 필름과 아래 놓인 컴포넌트 재료 사이의 CTE의 미스매치로부터 기인한 열 응력을 경험한다. 그 응력이 접착의 한계들을 초과하는 경우, 입자들이 프로세스 키트로부터 플레이킹(flake)되어 기판 상에 착지된다.
[0005] 따라서, 본 발명자들은, 본원에서 개시되는 바와 같은 개선된 프로세스 키트 쉴드들의 실시예들을 제공하였다.
[0006] 프로세스 키트 쉴드들 및 이를 포함하는 프로세스 챔버들의 실시예들이 본원에 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 일체형(one-piece) 프로세스 키트 쉴드는, 상부 부분 및 하부 부분을 갖는 원통형 본체; 상부 부분을 통해 연장되는 열 전달 채널; 및 하부 부분으로부터 방사상 내측으로 연장되는 커버 링 섹션을 포함한다.
[0007] 몇몇 실시예들에서, 일체형 프로세스 키트 쉴드는, 상부 부분 및 하부 부분을 갖는 원통형 본체; 상부 부분으로부터 방사상 외측으로 연장되는 어댑터(adapter) 섹션 ― 어댑터 섹션은, 챔버의 벽들 상에 일체형 쉴드를 지지하기 위한 안착(resting) 표면, 및 일체형 쉴드가 챔버에 위치될 때 챔버의 내부 용적을 밀봉하도록 챔버 덮개가 안착되는 밀봉(sealing) 표면을 가짐 ―; 어댑터 섹션을 통해 연장되는 열 전달 채널; 하부 부분으로부터 방사상 내측으로 연장되는 커버 링 섹션; 및 열 전달 채널 내에 배치된 난류(turbulence) 생성 디바이스를 포함한다.
[0008] 몇몇 실시예들에서, 프로세스 챔버는, 프로세스 챔버 내에서 내측 용적을 정의하는 챔버 벽; 내측 용적의 상부 섹션에 배치된 스퍼터링 타겟; 스퍼터링 타겟 아래에서 기판을 지지하기 위한 지지 표면을 갖는 기판 지지부; 기판 지지부 및 스퍼터링 타겟을 둘러싸는 일체형 프로세스 키트 쉴드를 포함한다. 일체형 프로세스 키트 쉴드는, 스퍼터링 타겟을 둘러싸는 상부 부분 및 기판 지지부를 둘러싸는 하부 부분을 갖는 원통형 본체; 상부 부분을 통해 연장되는 열 전달 채널; 및 하부 부분으로부터 방사상 내측으로 연장되고 기판 지지부를 둘러싸는 커버 링 섹션을 포함한다.
[0009] 본 개시물의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 이하에서 설명된다.
[0010] 첨부된 도면들에 도시된 본 개시물의 예시적 실시예들을 참조하여, 앞서 간략히 요약되고 이하에서 더 상세하게 논의되는 본 개시물의 실시예들이 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시물의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 개시물이, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0011] 도 1은, 본 개시물의 몇몇 실시예들에 따른, 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0012] 도 2는, 본 개시물의 몇몇 실시예들에 따른, 프로세스 키트 쉴드의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0013] 도 3은, 본 개시물의 몇몇 실시예들에 따른, 프로세스 키트 쉴드의 상부 부분의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0014] 도 4는, 본 개시물의 몇몇 실시예들에 따른 프로세스 키트 쉴드에서 사용하기 위한 난류 생성 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
[0015] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 엘리먼트들을 나타내기 위해 동일한 참조번호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 도시된 것은 아니며, 명료함을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은, 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다.
[0016] 프로세스 키트 쉴드들 및 그러한 프로세스 키트 쉴드들을 포함하는 프로세스 챔버들의 실시예들이 본원에 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 어댑터 섹션 및, 각각, 어댑터 및 커버 링에 대응하는 커버 링 섹션을 포함하는 일체형 프로세스 키트 쉴드가 본원에 제공된다. 어댑터 섹션은, 일체형 프로세스 키트 쉴드를 냉각시키기 위해 열 전달 채널을 포함할 수 있다. 일체형 프로세스 키트 쉴드는, 이전에는 개별 컴포넌트들이었던, 쉴드의 다양한 부분들 사이의 개선된 열 전도율, 및 쉴드의 냉각을 유리하게 개선한다.
[0017] 도 1은, 본 개시물의 몇몇 실시예들에 따른 프로세스 키트 쉴드를 갖는 예시적인 프로세스 챔버(100)(예컨대, PVD 챔버)의 개략적인 단면도를 도시한다. 본 개시물의 프로세스 키트 쉴드들과 함께 사용하기에 적합한 PVD 챔버들의 예들은, 캘리포니아주 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능한, ALPS® Plus, SIP ENCORE®, 및 다른 PVD 프로세싱 챔버들을 포함한다. Applied Materials, Inc. 또는 다른 제조업자들로부터의 다른 프로세싱 챔버들은 또한, 본원에서 개시되는 본 발명의 장치로부터 이익을 향유할 수 있다.
[0018] 프로세스 챔버(100)는, 내측 용적(108)을 에워싸는 챔버 벽들(106)을 포함한다. 챔버 벽들(106)은 측벽들(116), 바닥부 벽(120), 및 천장(ceiling; 124)을 포함한다. 프로세스 챔버(100)는 단독형 챔버, 또는 다양한 챔버들 사이에서 기판들(104)을 이송하는 기판 이송 메커니즘에 의해 연결된 상호 연결된 챔버들의 클러스터를 갖는 다중-챔버 플랫폼(도시되지 않음)의 일부일 수 있다. 프로세스 챔버(100)는, 재료를 기판(104) 상에 스퍼터 증착시킬 수 있는 PVD 챔버일 수 있다. 스퍼터 증착을 위한 적합한 재료들의 비-제한적인 예들은, 알루미늄, 구리, 탄탈륨, 탄탈륨 나이트라이드, 티타늄, 티타늄 나이트라이드, 텅스텐, 텅스텐 나이트라이드, 등 중 하나 또는 그 초과를 포함한다.
[0019] 프로세스 챔버(100)는, 기판(104)을 지지하기 위해 페데스탈(134)을 포함하는 기판 지지부(130)를 포함한다. 페데스탈(134)은, 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139)에 대해 실질적으로 평행한 평면을 갖는 기판 지지 표면(138)을 갖는다. 페데스탈(134)의 기판 지지 표면(138)은, 프로세싱 동안 기판(104)을 수용하고 지지한다. 페데스탈(134)은 정전 척 또는 가열기(예컨대, 전기 저항성 가열기, 열 교환기, 또는 다른 적합한 가열 디바이스)를 포함할 수 있다. 동작 시, 기판(104)은 프로세스 챔버(100)의 측벽(116)에 있는 기판 로딩(loading) 유입구(142)를 통해 프로세싱 챔버(100) 내로 유입되고, 기판 지지부(130) 상에 위치된다. 기판 지지부(130)는 지지 리프트(lift) 메커니즘에 의해 리프팅되거나 하강될 수 있으며, 리프트 핑거(finger) 조립체는, 로봇 아암에 의한 기판 지지부(130) 상에서의 기판(104)의 배치 동안, 기판(104)을 리프팅하고 기판 지지부(130) 상에 하강시키는 데에 사용될 수 있다. 페데스탈(134)은, 플라즈마 동작 동안, 전기적으로 플로팅 전위에서 유지될 수 있거나 또는 접지될 수 있다.
[0020] 프로세스 챔버(100)는 또한, 도 2 및 3에 도시된 바와 같은 프로세스 키트(200)를 포함하고, 프로세스 키트는 다양한 컴포넌트들을 포함하며, 다양한 컴포넌트들은, 예컨대, 컴포넌트 표면들로부터 스퍼터링 증착물들(deposits)을 세정하기 위해, 부식된 컴포넌트들을 교체하거나 수리하기 위해, 또는 프로세스 챔버(100)를 다른 프로세스들에 적응시키기 위해, 프로세스 챔버(100)로부터 쉽게 제거될 수 있다. 본 발명자들은, 프로세스 키트 쉴드, 프로세스 키트 어댑터, 및 프로세스 키트 커버 링의 접촉 인터페이스들에서의 열 저항들이 쉴드 온도들에 악영향을 미치는 것을 발견하였다. 게다가, 쉴드와 어댑터 사이의 낮은 클램핑 력들은, 심지어, 열 전달 레이트들을 증진시키기 위해 냉각제 채널들이 사용되더라도, 어댑터와 쉴드 사이의 열악한 열 전달을 초래한다. 낮은 열 전달 레이트 문제는, 커버 링이 플로팅 엘리먼트(즉, 쉴드에 커플링되지 않음)이기 때문에, 커버 링에 대해서 더 악화된다. 따라서, 본 발명자들은, 커버 링 및 쉴드의 개선된 냉각/가열을 유리하게 제공하는 일체형 쉴드(201)를 갖는 프로세스 키트를 설계하였다.
[0021] 몇몇 실시예들에서, 일체형 쉴드(201)는, 기판 지지부(130) 및 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139)을 둘러싸도록 크기가 정해진 직경(예컨대, 스퍼터링 표면(139)보다 더 크고 기판 지지부(130)의 지지 표면보다 더 큰 직경)을 갖는 원통형 본체(214)를 포함한다. 원통형 본체(214)는, 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139)의 외측 에지를 둘러싸는 상부 부분(216), 및 기판 지지부(130)를 둘러싸는 하부 부분(217)을 갖는다. 상부 부분(216)은, 측벽(116) 상에 일체형 쉴드(201)를 지지하기 위한 어댑터 섹션(226), 및 기판 지지부(130)의 주변 벽(204) 주위의 배치를 위한 커버 링 섹션(212)을 포함한다.
[0022] 프로세스 키트(200)는, 커버 링 섹션(212) 아래에 배치된 증착 링(208)을 더 포함한다. 커버 링 섹션(212)의 바닥부 표면은 증착 링(208)과 인터페이싱한다. 증착 링(208)은, 기판 지지부(130)를 둘러싸는 환형 밴드(215)를 포함한다. 커버 링 섹션(212)은 증착 링(208)을 적어도 부분적으로 커버한다. 증착 링(208) 및 커버 링 섹션(212)은 서로 협동하여, 기판(104)의 돌출(overhanging) 에지(206) 및 기판 지지부(130)의 주변 벽들(204) 상에서의 스퍼터 증착물들의 형성을 감소시킨다.
[0023] 일체형 쉴드(201)는, 기판 지지부(130) 및 기판 지지부(130)의 외측 주변과 대면하는, 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139)을 둘러싼다. 일체형 쉴드(201)는, 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139)으로부터 기원하는 스퍼터링 증착물들의, 일체형 쉴드(201) 뒤의 표면들 및 컴포넌트들 상으로의 증착을 감소시키기 위해, 프로세스 챔버(100)의 측벽들(116)을 커버하고 섀도잉한다(shadow). 예컨대, 일체형 쉴드(201)는, 프로세스 챔버(100)의 바닥부 벽(120) 및 측벽들(116), 기판(104)의 돌출 에지(206), 및 기판 지지부(130)의 표면들을 보호할 수 있다.
[0024] 도 1-3에 도시된 바와 같이, 커버 링 섹션은 원통형 본체(214)의 하부 부분(217)으로부터 방사상 내측으로 연장되고, 어댑터 섹션(226)은 상부 부분(216)으로부터 방사상 외측으로 연장된다. 어댑터 섹션(226)은 밀봉 표면(233), 및 밀봉 표면(233)에 대향하는(opposite) 안착 표면(234)을 포함한다. 밀봉 표면(233)은, 진공 밀봉을 형성하기 위해 O-링(223)을 수용하도록 O-링 그루브(groove)(222)를 포함한다. 어댑터 섹션(226)은, 프로세스 챔버(100)의 측벽들(116) 상에 안착되기 위해 안착 표면(234)을 포함한다.
[0025] 어댑터 섹션(226)은 일체형 쉴드(201)를 지지하며, 프로세스 챔버(100)의 측벽(116) 주위에서 열 교환기로서 역할을 할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 열 전달 채널(289)은 열 전달 매체를 유동시키기 위해 상부 부분(216)에 배치된다. 몇몇 실시예들에서, 열 전달 채널(289)은 어댑터 섹션(226)에 배치된다. 일체형 쉴드(201)는 단일 구조로 이루어지기 때문에 열 전달 채널(289)을 통해 유동하는 열 전달 매체는, 쉴드 및 커버 링에 대응하는, 일체형 쉴드(201)의 지역들(즉, 각각, 원통형 본체(214) 및 커버링 섹션(212))을 직접적으로 냉각/가열한다. 게다가, 일체형 쉴드(201)의 단일 구조는 유리하게, 이전에는 어댑터를 통해 열 전달 매체 공급부에 간접적으로 커플링되었던 쉴드에 대한 열 전달 매체 공급부(180)의 직접 커플링을 허용한다. 열 전달 매체 공급부(180)는 열 전달 매체를 열 전달 채널(289)을 통해, 원하는 쉴드 온도를 유지하기에 충분한 유량으로 유동시킨다.
[0026] 도 4는, 본 개시물의 몇몇 실시예들에 따른 난류 생성 디바이스(400)를 예시한다. 몇몇 실시예들에서, 열 전달 채널(289)은 하나 또는 그 초과의 난류 생성 디바이스들(400)(도 4에 도시됨)을 포함할 수 있다. 난류 생성 디바이스(400)는, 열 전달 매체의 유동에 난류를 유발하기 위한 나선형 형상(helically shaped) 본체(402), 및 베이스(404)를 포함한다. 베이스(404)는, 열 전달 매체가 난류 생성 디바이스(400)를 유동하며 지나갈 때 난류 생성 디바이스(400)가 움직이는 것을 방지하기 위해, 열 전달 채널(289)의 벽들과 맞물리도록 구성된다. 난류 생성 디바이스(400)에 의해 유발되는 난류는 유리하게, 열 전달 매체와 일체형 쉴드(201) 사이의 열 전달 레이트를 개선한다.
[0027] 다시 도 2로 돌아가면, 일체형 쉴드(201)는, 일체형 쉴드(201)로부터의 더 양호한 열 전달을 허용하며, 이는, 쉴드 상에 증착된 재료에 대한 열 팽창 응력들을 감소시킨다. 일체형 쉴드(201)의 부분들은, 기판 프로세싱 챔버에 형성된 플라즈마에 대한 노출에 의해 과도하게 가열될 수 있어서, 결과적으로 쉴드의 열 팽창을 초래하고, 쉴드 상에 형성된 스퍼터링 증착물들이 쉴드로부터 플레이킹되어 기판(104) 상에 떨어져 기판을 오염시키게 한다. 원통형 본체(214) 및 어댑터 섹션(226)의 단일 구조는, 어댑터 섹션(226)과 원통형 본체(214) 사이의 개선된 열 전도율을 초래한다.
[0028] 몇몇 실시예들에서, 일체형 쉴드(201)는, 재료의 단일체(monolith)로 만들어진 단일 구조를 포함한다. 예컨대, 일체형 쉴드(201)는 스테인리스 스틸 또는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 일체형 쉴드(201)의 단일 구조는, 완전한 쉴드를 만들기 위해 다수의 컴포넌트들, 보통 둘 또는 셋의 개별 피스들(pieces)을 포함하는 종래의 쉴드들에 비해 유리하다. 예컨대, 단일 피스 쉴드는, 가열 및 냉각 프로세스들 둘 모두에서, 다수-컴포넌트 쉴드보다 열적으로 더 균일하다. 예컨대, 일체형 쉴드(201)는, 원통형 본체(214), 어댑터 섹션(226), 및 커버 링 섹션(212) 간의 모든 열 인터페이스들을 제거하여, 이러한 섹션들 사이에서의 열 교환에 대한 더 많은 제어를 허용한다. 몇몇 실시예들에서, 열 전달 매체 공급부(180)는, 상기 설명된 바와 같이, 기판(104) 상에 증착된 스퍼터링된 재료에 대한, 과열된 쉴드의 악영향들을 방지하기 위해, 냉각제를 열 전달 채널(289)을 통해 유동시킨다. 몇몇 실시예들에서, 열 전달 매체 공급부(180)는, 스퍼터링된 재료와 쉴드의 열 팽창 계수들 간의 차이를 완화시키기 위해, 가열된 유체를 열 전달 채널(289)을 통해 유동시킨다.
[0029] 게다가, 다수의 컴포넌트들을 갖는 쉴드는, 세정을 위해 제거하기가 더 어렵고 힘들다. 일체형 쉴드(201)는, 세정하기 더 어려운 코너들 또는 인터페이스들 없이 스퍼터링 증착물들에 노출되는 연속적인 표면을 갖는다. 일체형 쉴드(201)는 또한, 프로세스 사이클들 동안 스퍼터 증착으로부터 챔버 벽들(106)을 더 효과적으로 쉴딩한다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)의 내측 용적(108)에 노출된, 일체형 쉴드(201)의 표면들은, 프로세스 챔버(100) 내에서의 오염을 방지하고 입자 쉐딩(shedding)을 감소시키도록 비드 블라스팅될(bead blasted) 수 있다.
[0030] 증착 링(208)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(130)의 주변 벽(204) 주위에서 연장되고 주변 벽을 둘러싸는 환형 밴드(215)를 포함한다. 환형 밴드(215)는, 환형 밴드(215)로부터 횡으로(transversely) 연장되고 기판 지지부(130)의 주변 벽(204)에 대해 실질적으로 평행한 내측 립(lip)(250)을 포함한다. 내측 립(250)은, 기판(104)의 돌출 에지(206) 바로 아래에서 종료된다. 내측 립(250)은, 프로세싱 동안 기판(104)에 의해 커버되지 않는, 기판 지지부(130)의 영역들을 보호하기 위해 기판 지지부(130) 및 기판(104)의 주변을 둘러싸는 증착 링(208)의 내측 둘레를 정의한다. 주변 벽(204) 상에서의 스퍼터링 증착물들의 증착을 감소시키거나 또는 심지어 완전히 방지하기 위해, 예컨대, 내측 립(250)은 기판 지지부(130)의 주변 벽(204)을 둘러싸고 적어도 부분적으로 커버하는데, 주변 벽은, 그렇게 하지 않으면 프로세싱 환경에 노출될 것이다. 유리하게, 증착 링(208)은, 스퍼터링 증착물들을 증착 링(208)의 노출된 표면들로부터 세정하기 위해 쉽게 제거될 수 있으며, 이로써, 기판 지지부(130)는 세정되기 위해 분해될 필요가 없다. 증착 링(208)은 또한, 기판 지지부(130)의 노출된 측 표면들을 보호하기 위해, 에너자이징된(energized) 플라즈마 종에 의한 측 표면들의 부식을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
[0031] 몇몇 실시예들에서, 증착 링(208)의 환형 밴드(215)는, 환형 밴드(215)의 중앙 부분을 따라 연장되는 반(semi)-원형 돌기(252)를 갖고, 반-원형 돌기(252)의 양 측 상에는 방사상 내측 딥들(dips)(254a, 254b)이 있다. 방사상 내측 딥(254a)은, 증착 링(208)과 커버 링 섹션(212) 사이에 원호(arc)-형상 갭(256)을 형성하도록 커버 링 섹션(212)으로부터 이격되며, 이는 원호 형상 갭(256) 내로의 플라즈마 종의 침투를 감소시키기 위한 래버린스(labyrinth)로서 작용한다. 개방 내측 채널(258)이 내측 립(250)과 반-원형 돌기(252) 사이에 놓인다. 개방 내측 채널(258)은, 적어도 부분적으로 기판(104)의 돌출 에지(206) 아래에서 종료되도록 방사상 내측으로 연장된다. 개방 내측 채널(258)은, 증착 링(208)의 세정 동안, 이러한 부분들로부터 스퍼터링 증착물들의 제거를 용이하게 한다. 증착 링(208)은 또한, 외측으로 연장되고 반-원형 돌기(252)의 방사상 외측에 로케이팅되는 레지(ledge; 260)를 갖는다. 레지(260)는 커버 링 섹션(212)을 부분적으로 지지하는 역할을 하며, 따라서 일체형 쉴드(201)에 부가적인 지지를 제공한다.
[0032] 커버 링 섹션(212)은, 증착 링(208)을 수용하고 그리고 이에 따라 증착 링(208)을 스퍼터링 증착물들의 벌크(bulk)로부터 섀도잉하기 위해, 증착 링(208)을 둘러싸고 적어도 부분적으로 커버한다. 커버 링 섹션(212)은, 방사상 내측으로 경사지고(sloped) 기판 지지부(130)를 둘러싸는 경사진(inclined) 상부 표면(264)을 포함하는 환형 웨지(wedge)(262)를 포함한다. 환형 웨지(262)의 경사진 상부 표면(264)은, 증착 링(208)의 개방 내측 채널(258)을 포함하는 방사상 내측 딥(254a) 위에 놓이는 돌출된 브림(brim)(270)을 포함하는 내측 주변부(266)를 갖는다. 돌출된 브림(270)은 증착 링(208)의 개방 내측 채널(258) 상에서의 스퍼터링 증착물들의 증착을 감소시킨다. 유리하게, 돌출된 브림(270)은, 증착 링(208)과 함께 형성된 원호-형상 갭(256)의 폭의 적어도 약 절반에 대응하는 거리만큼 돌출된다. 돌출된 브림(270)은, 커버 링 섹션(212)과 증착 링(208) 사이에 회선형(convoluted) 및 수축형(constricted) 유동 경로를 형성하기 위해, 원호-형상 갭(256)과 협력하도록 그리고 그러한 갭을 보완하도록 크기가 정해지고, 성형되며, 포지셔닝되고, 이에 따라, 주변 벽(204) 상으로의 프로세스 증착물들의 유동이 억제된다.
[0033] 협소한 아크-형상 갭(256)의 수축형 유동 경로는, 커버 링 섹션(212)과 증착 링(208)의 짝맞춤(mating) 표면들 상에서의 저-에너지 스퍼터 증착물들의 축적(build up)을 제한하는데, 그렇지 않으면 그러한 증착물들이 서로 들러붙게 되거나, 또는 기판(104)의 돌출 에지(206)에 들러붙게 될 것이다. 돌출 에지(206) 밑에서 연장되는 증착 링(208)의 개방 내측 채널(258)은, 증착 링(208)과 커버 링 섹션(212)의 짝맞춤 표면들 상에서의 스퍼터 증착을 감소시키거나 또는 심지어 실질적으로 방지하면서, 스퍼터링 챔버에서 스퍼터 증착물들을 수집하기 위해, 커버 링 섹션(212)의 돌출된 브림(270)으로부터의 섀도잉과 함께 설계된다. 경사진 상부 표면(264)은 적어도 약 15°부터의 각도로 경사질 수 있다. 커버 링 섹션(212)의 경사진 상부 표면(264)의 각도는, 기판(104)의 돌출 에지(206)에 가장 근접한 곳에서의 스퍼터 증착물들의 축적을 최소화하도록 설계되는데, 그렇지 않으면 기판(104)에 걸친 증착 균일성에 부정적으로 영향을 미칠 것이다.
[0034] 커버 링 섹션(212)은, 환형 웨지(262)의 경사진 상부 표면(264)으로부터 하방으로 연장되어 증착 링(208)의 레지(260) 상에 안착되는 푸팅(footing; 276)을 포함한다. 푸팅(276)은, 증착 링(208)을 실질적으로 크래킹(cracking) 또는 프랙쳐링(fracturing)하지 않고 증착 링(208)에 대하여 가압하도록, 웨지(262)로부터 하방으로 연장된다.
[0035] 도 1-3에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 타겟(140)은, 배킹(backing) 플레이트(284)에 장착된 스퍼터링 플레이트(280)를 포함한다. 스퍼터링 플레이트(280)는 기판(104) 상에 스퍼터링될 재료를 포함한다. 스퍼터링 플레이트(280)는, 기판(104)의 평면에 대해 평행한 평면을 형성하는 스퍼터링 표면(139)을 갖는 중앙의 원통형 메사(mesa)(286)를 가질 수 있다. 경사진 환형 림(288)이 원통형 메사(286)를 둘러싼다. 경사진 환형 림(288)은, 적어도 약 8°, 예컨대, 약 10° 내지 약 20°의 각도만큼, 원통형 메사(286)의 평면에 대해 경사질 수 있다. 돌출부(294) 및 리세스(296)를 갖는 경사진 주변 측벽(290)은 경사진 환형 림(288)을 둘러싼다. 경사진 주변 측벽(290)은, 원통형 메사(286)의 평면에 대해 적어도 약 60°, 예컨대, 약 75° 내지 약 85°의 각도만큼 경사질 수 있다.
[0036] 일체형 쉴드(201)의 상부 부분(216)에 인접한 경사진 주변 측벽(290) 및 경사진 환형 림(288)의 복잡한 형상은, 암 공간(dark space) 영역을 포함하는 회선형 갭(300)을 형성한다. 암 공간 영역은, 자유 전자들이 매우 격감되어 진공으로서 모델링될 수 있는 지역이다. 암 공간 영역의 제어는 유리하게, 암 공간 영역 내로의 플라즈마 진입, 아킹(arcing), 및 플라즈마 불안정성을 방지한다. 갭(300)의 형상은, 갭(300)을 통한, 스퍼터링된 플라즈마 종의 통과를 방해하는 래버린스로서 작용하고, 따라서 주변 타겟 영역의 표면들 상에서의, 스퍼터링된 증착물들의 축적을 감소시킨다.
[0037] 스퍼터링 플레이트(280)는 금속 또는 금속 화합물을 포함한다. 예컨대, 스퍼터링 플레이트(280)는, 예컨대, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 코발트, 니켈, 또는 탄탈륨과 같은 금속일 수 있다. 스퍼터링 플레이트(280)는 또한, 예컨대, 탄탈륨 나이트라이드, 텅스텐 나이트라이드, 또는 티타늄 나이트라이드와 같은 금속 화합물일 수 있다.
[0038] 배킹 플레이트(284)는, 스퍼터링 플레이트(280)를 지지하기 위한 지지 표면(303), 및 스퍼터링 플레이트(280)의 반경 너머로 연장되는 주변 레지(304)를 갖는다. 배킹 플레이트(284)는, 예컨대, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 구리-크롬 또는 구리-아연과 같은 금속으로 만들어진다. 배킹 플레이트(284)는, 스퍼터링 플레이트(280) 및 배킹 플레이트(284) 양자 모두에 형성되는 스퍼터링 타겟(140)에서 생성되는 열을 소산시키기에 충분히 높은 열 전도율을 갖는 재료로 만들어질 수 있다. 열은, 이러한 플레이트들(280, 284)에서 발생하는 와전류들(eddy currents)로부터, 그리고 또한, 플라즈마로부터 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139) 상으로의 에너지 이온들의 충돌로부터 생성된다. 배킹 플레이트(284)의 더 높은 열 전도율은, 스퍼터링 타겟(140)에서 생성된 열의, 주위 구조들로의 또는 심지어 열 교환기로의 소산을 허용하며, 열 교환기는 배킹 플레이트(284) 뒤에 장착될 수 있거나, 배킹 플레이트(284) 자체 내에 있을 수 있다. 예컨대, 배킹 플레이트(284)는, 채널들 내에서 열 전달 유체를 순환시키기 위해 채널들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 백킹 플레이트(284)의 적합하게 높은 열 전도율은 적어도 약 200W/mK, 예컨대, 약 220 내지 약 400W/mK이다. 그러한 열 전도율 레벨은, 스퍼터링 타겟(140)에서 생성되는 열을 더 효율적으로 소산시킴으로써, 스퍼터링 타겟(140)이 더 긴 프로세스 시간 기간들 동안 동작되는 것을 허용한다.
[0039] 높은 열 전도율 및 낮은 저항률을 갖는 재료로 만들어진 배킹 플레이트(284)와 조합하여, 또는 별개로 그리고 단독으로, 배킹 플레이트(284)는, 하나 또는 그 초과의 그루브들(도시되지 않음)을 갖는 후면 표면을 포함할 수 있다. 예컨대, 배킹 플레이트(284)는, 스퍼터링 타겟(140)의 후면(141)을 냉각시키기 위해, 환형 그루브와 같은 그루브, 또는 리지(ridge)를 가질 수 있다. 그루브들 및 리지들은 또한, 다른 패턴들, 예컨대, 직사각형 그리드(grid) 패턴, 닭발 패턴들, 또는 후면 표면에 걸쳐서 이어지는 단순한 직선들을 가질 수 있다.
[0040] 몇몇 실시예들에서, 스퍼터링 플레이트(280)는, 2개의 플레이트들(280, 284)을 서로 위에 위치시키고 플레이트들(280, 284)을 적합한 온도로, 전형적으로 적어도 약 200°C로 가열함으로써, 확산 접합(diffusion bonding)에 의해 배킹 플레이트(284) 상에 장착될 수 있다. 선택적으로, 스퍼터링 타겟(140)은, 스퍼터링 플레이트 및 배킹 플레이트 양자 모두로서 역할을 하기에 충분한 깊이를 갖는, 재료의 단일 피스를 포함하는 단일체 구조일 수 있다.
[0041] 배킹 플레이트(284)의 주변 레지(304)는, 프로세스 챔버(100)(도 2 및 3)의 아이솔레이터(310) 상에 안착되는 외측 푸팅(308)을 포함한다. 주변 레지(304)는, 진공 밀봉을 형성하기 위해 O-링(314)이 위치되는 O-링 그루브(312)를 포함한다. 아이솔레이터(310)는 배킹 플레이트(284)를 프로세스 챔버(100)로부터 전기적으로 격리시키고 분리시키며, 전형적으로, 유전체 또는 절연 재료, 예컨대, 알루미늄 옥사이드로 형성된 링이다. 주변 레지(304)는, 낮은-각도로 스퍼터링된 증착물들의, 갭 내로의 침투를 방해하기 위해, 스퍼터링 타겟(140)과 아이솔레이터(310) 사이의 갭을 통한, 플라즈마 종 및 스퍼터링된 재료의 이동 또는 유동을 억제하도록 성형된다.
[0042] 다시 도 1로 돌아가면, 스퍼터링 타겟(140)은 DC 전력 소스(146) 및 RF 전력 소스(148) 중 하나 또는 양자 모두에 연결된다. DC 전력 소스(149)는, 일체형 쉴드(201)에 대해 스퍼터링 타겟(140)에 바이어스 전압을 인가할 수 있고, 스퍼터링 타겟은 스퍼터링 프로세스 동안 전기적으로 플로팅 상태일 수 있다. DC 전력 소스(146)는 전력을 스퍼터링 타겟(140), 일체형 쉴드(201), 기판 지지부(130), 및 DC 전력 소스(146)에 연결된 다른 챔버 컴포넌트들에 공급하는 반면에, RF 전력 소스(148)는 스퍼터링 가스의 플라즈마를 형성하기 위해, 스퍼터링 가스를 에너자이징한다. 형성된 플라즈마는, 재료를 스퍼터링 표면(139)으로부터 기판(104) 상으로 스퍼터링하기 위해, 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139)에 충돌하고 충격을 준다. 몇몇 실시예들에서, RF 전력 소스(118)에 의해 공급되는 RF 에너지는 약 2MHz 내지 약 60MHz의 주파수의 범위에 있을 수 있거나, 또는 예컨대, 2MHz, 13.56MHz, 27.12MHz, 또는 60 MHz와 같은 비-제한적인 주파수들이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 상기 주파수들의 RF 에너지를 제공하기 위해, 복수의(즉, 둘 또는 그 초과의) RF 전력 소스들이 제공될 수 있다.
[0043] 몇몇 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)는, 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링을 개선하도록 스퍼터링 타겟(140) 주위에 자기장을 성형하기 위해, 자기장 생성기(330)를 포함할 수 있다. 용량성으로(capacitively) 생성된 플라즈마는, 예컨대, 영구 자석 또는 전자기 코일들이 프로세스 챔버(100)에 자기장을 제공할 수 있는 자기장 생성기(330)에 의해 증진될 수 있으며, 프로세스 챔버는, 기판(104)의 평면에 대해 수직인 회전축을 갖는 회전 자기장을 갖는다. 부가적으로 또는 대안적으로, 프로세스 챔버(100)는, 타겟 재료의 스퍼터링을 개선하기 위해 스퍼터링 타겟(140)에 인접한 고-밀도 플라즈마 영역에서 이온 밀도를 증가시키도록, 프로세스 챔버(100)의 스퍼터링 타겟(140) 근처에 자기장을 생성하는 자기장 생성기(330)를 포함할 수 있다.
[0044] 가스의 설정된 유량을 통과시키기 위해 질량 유동 제어기들과 같은 가스 유동 제어 밸브들(338)을 갖는 도관들(336)을 통해 가스 공급부(334)로부터 가스를 제공하는 가스 전달 시스템(332)을 통하여, 스퍼터링 가스가 프로세스 챔버(100) 내에 유입된다. 가스들은, 원하는 프로세스 가스 조성을 형성하기 위해 가스들이 혼합되는 혼합 매니폴드(도시되지 않음)에 피딩되고(fed), 가스를 프로세스 챔버(100) 내에 유입하기 위해 가스 배출구들을 갖는 가스 분배기(340)에 피딩된다. 프로세스 가스는, 스퍼터링 타겟(140)에 활동적으로(energetically) 충돌하고 스퍼터링 타겟(140)으로부터 재료를 스퍼터링할 수 있는 비-반응성 가스, 예컨대, 아르곤 또는 제논을 포함할 수 있다. 프로세스 가스는 또한, 산소-함유 가스 및 질소-함유 가스 중 하나 또는 그 초과와 같은 반응성 가스를 포함할 수 있으며, 반응성 가스는, 기판(104) 상에 층을 형성하기 위해, 스퍼터링된 재료와 반응할 수 있다. 그런 다음에, 가스는, 스퍼터링 타겟(140)을 스퍼터링하기 위해 플라즈마를 형성하도록, RF 전력 소스(148)에 의해 에너자이징된다. 소비된 프로세스 가스 및 부산물들은 배기부(342)를 통해 프로세스 챔버(100)로부터 배기된다. 배기부(342)는, 소비된 프로세스 가스를 수용하고, 소비된 가스를, 프로세스 챔버(100)에서의 가스의 압력을 제어하기 위해 스로틀 밸브를 갖는 배기 도관(346)을 통과시키는 배기 포트(344)를 포함한다. 배기 도관(346)은 하나 또는 그 초과의 배기 펌프들(348)에 연결된다.
[0045] 프로세스 챔버(100)의 다양한 컴포넌트들은 제어기(350)에 의해 제어될 수 있다. 제어기(350)는, 기판(104)을 프로세싱하기 위해 컴포넌트들을 동작시키기 위한 명령 세트들을 갖는 프로그램 코드를 포함한다. 예컨대, 제어기(350)는, 기판 지지부(130) 및 기판 이송 메커니즘을 동작시키기 위한 기판 포지셔닝 명령 세트들; 프로세스 챔버(100)로의 스퍼터링 가스의 유동을 설정하도록 가스 유동 제어 밸브들을 동작시키기 위한 가스 유동 제어 명령 세트들; 프로세스 챔버(100)에서의 압력을 유지하도록 배기 스로틀 밸브를 동작시키기 위한 가스 압력 제어 명령 세트들; 가스 에너자이징 전력 레벨을 설정하도록 RF 전력 소스(148)를 동작시키기 위한 가스 에너자이저 제어 명령 세트들; 열 전달 채널(289)로의 열 전달 매체의 유량을 제어하도록 열 전달 매체 공급부(180) 또는 기판 지지부(130)의 온도 제어 시스템을 제어하기 위한 온도 제어 명령 세트들; 및 프로세스 챔버(100)에서 프로세스를 모니터링하기 위한 프로세스 모니터링 명령 세트들을 포함하는 프로그램 코드를 포함할 수 있다.
[0046] 전술한 내용은 본 개시물의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시물의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 본 개시물의 기본 범위를 벗어나지 않고 안출될 수 있다.

Claims (15)

  1. 일체형 프로세스 키트 쉴드(one-piece process kit shield)로서,
    상부 부분 및 하부 부분을 갖는 원통형 본체 ― 상기 상부 부분은 어댑터 섹션(adapter section)을 포함하고, 상기 어댑터 섹션은 방사상 외측으로 연장되고, 챔버의 벽들 상에 상기 일체형 프로세스 키트 쉴드를 지지하기 위한 안착(resting) 표면 및 상기 일체형 프로세스 키트 쉴드가 상기 챔버에 위치될 경우 상기 챔버의 내부 용적을 밀봉하기 위해 챔버 덮개가 안착되는 밀봉 표면을 가짐 ―;
    상기 상부 부분을 통해 연장되는 열 전달 채널; 및
    상기 하부 부분으로부터 방사상 내측으로 연장되는 커버 링 섹션 ― 상기 원통형 본체를 통해 배치된 개구 및 상기 커버 링 섹션은 상기 일체형 프로세스 키트 쉴드의 프로세스 용적-대향 표면을 정의하고, 상기 프로세스 용적-대향 표면의 직경은 상기 상부 부분으로부터 상기 커버 링 섹션까지 감소함 ―;을 포함하는,
    일체형 프로세스 키트 쉴드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전달 채널은 상기 어댑터 섹션에 배치되는,
    일체형 프로세스 키트 쉴드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉 표면은 아이솔레이터(isolator)를 수용하는 채널을 갖는,
    일체형 프로세스 키트 쉴드.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 전달 채널 내에 배치된 난류(turbulence) 생성 디바이스를 더 포함하는,
    일체형 프로세스 키트 쉴드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 난류 생성 디바이스는,
    열 전달 매체의 유동에 난류를 유발하기 위한 나선형 형상(helically shaped) 본체; 및
    상기 열 전달 매체가 상기 난류 생성 디바이스를 유동하며 지나갈 때 상기 난류 생성 디바이스가 움직이는 것을 방지하기 위해, 상기 열 전달 채널의 벽들과 맞물리도록 구성된 베이스;를 포함하는,
    일체형 프로세스 키트 쉴드.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일체형 프로세스 키트 쉴드는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸로 형성되는,
    일체형 프로세스 키트 쉴드.
  7. 프로세스 챔버로서,
    상기 프로세스 챔버 내에 내측 용적을 정의하는 챔버 벽;
    상기 내측 용적의 상부 섹션에 배치된 스퍼터링 타겟;
    상기 스퍼터링 타겟 아래에서 기판을 지지하기 위한 지지 표면을 갖는 기판 지지부; 및
    상기 스퍼터링 타겟 및 상기 기판 지지부를 둘러싸는 일체형 프로세스 키트 쉴드;를 포함하고,
    상기 일체형 프로세스 키트 쉴드는,
    상기 스퍼터링 타겟을 둘러싸는 상부 부분, 및 상기 기판 지지부를 둘러싸는 하부 부분을 갖는 원통형 본체 ― 상기 상부 부분은 어댑터 섹션을 포함하고, 상기 어댑터 섹션은 방사상 외측으로 연장되고, 상기 챔버 벽 상에 상기 일체형 프로세스 키트 쉴드를 지지하기 위한 안착 표면 및 상기 내측 용적을 밀봉하기 위해 챔버 덮개가 안착되는 밀봉 표면을 가짐 ―;
    상기 상부 부분을 통해 연장되는 열 전달 채널; 및
    상기 하부 부분으로부터 방사상 내측으로 연장되고 상기 기판 지지부를 둘러싸는 커버 링 섹션 ― 상기 원통형 본체를 통해 배치된 개구 및 상기 커버 링 섹션은 상기 일체형 프로세스 키트 쉴드의 프로세스 용적-대향 표면을 정의하고, 상기 프로세스 용적-대향 표면의 직경은 상기 상부 부분으로부터 상기 커버 링 섹션까지 감소함 ―;을 포함하는,
    프로세스 챔버.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열 전달 채널은 상기 어댑터 섹션에 배치되고, 상기 밀봉 표면은 아이솔레이터를 수용하는 채널을 갖는,
    프로세스 챔버.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 밀봉 표면의 채널은, 상기 어댑터 섹션과 상기 챔버 덮개 사이에 진공 밀봉을 형성하기 위해 O-링을 수용하도록 O-링 그루브를 포함하는 바닥부 표면을 정의하는,
    프로세스 챔버.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 어댑터 섹션의 제 1 부분은 상기 내측 용적 내에 배치되고, 상기 어댑터 섹션의 제 2 부분은 상기 내측 용적의 외부에 배치되는,
    프로세스 챔버.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일체형 프로세스 키트 쉴드는,
    상기 열 전달 채널 내에 배치된 난류 생성 디바이스를 더 포함하는,
    프로세스 챔버.
  12. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 수직으로 이동가능하고,
    상기 기판 지지부와 이동가능하고 상기 기판 지지부 상에 배치되는 증착 링을 더 포함하고, 상기 커버 링 섹션은, 상기 기판 지지부의 주변 상에서의 스퍼터 증착물들(sputter deposits)의 형성을 감소시키기 위해 상기 증착 링과 인터페이싱하도록 구성되는,
    프로세스 챔버.
  13. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 부분에 인접한, 상기 스퍼터링 타겟의 주변은, 암 공간(dark space) 영역을 갖는 회선형(convoluted) 갭을 형성하도록 구성되는,
    프로세스 챔버.
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