KR102473872B1 - 라이닝 어셈블리, 반응 챔버 및 반도체 가공 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 라이닝 어셈블리, 반응 챔버 및 반도체 가공 디바이스를 제공한다. 상기 라이닝 어셈블리는 접지된 라이닝 링체(3)를 포함한다. 상기 라이닝 링체(3)에는 그 원주 방향을 따라 이격 설치된 복수의 차폐 유닛이 설치된다. 각 차폐 유닛은 라이닝 링체(3)의 내주면과 외주면 사이에 관통 형성되는 갭(30)이다. 상기 갭(30)은 내주면으로부터 외주면을 향하는 방향으로 이격 설치된 복수의 제1 채널 및 각각의 인접한 2개의 제1 채널을 연통하는 복수의 제2 채널을 포함한다. 여기에서 각각의 인접한 2개의 제1 채널은 라이닝 링체(3) 내주면 상에서의 정투영이 서로 엇갈린다. 상기 라이닝 어셈블리는 반응 챔버 측벽을 보호해 반응 챔버 측벽이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 가공 분야에 속하며, 더욱 상세하게는 라이닝 어셈블리, 반응 챔버 및 반도체 가공 디바이스에 관한 것이다.
마그네트론 스퍼터링 물리 기상 증착 디바이스는 반응 챔버를 포함하고, 상기 반응 챔버에는 가공할 공작물을 운반하기 위한 베이스가 설치된다. 또한 반응 챔버에서 베이스의 상방에는 타깃이 설치되고, 이는 RF(Radio Frequency) 전원에 전기적으로 연결되어 공정 가스를 여기시켜 플라즈마를 형성하는 데 사용된다. 또한 타깃 상방에는 지지 어셈블리가 더 설치되고, 이는 타깃과 함께 밀봉된 챔버 본체를 형성하며, 그 내부는 탈이온수로 채워진다. 또한 밀봉된 챔버 본체에는 마그네트론이 설치되고, 이는 밀봉된 챔버 본체 외부의 구동원에 연결되며, 구동원의 작용 하에서 마그네트론은 타깃을 스캔한다.
공정 시, 공정 가스가 반응 챔버 내에 채워지고 RF 전원이 켜지며 공정 가스가 여기되어 플라즈마가 생성된다. 플라즈마는 타깃에 충격을 가하며, 타깃으로부터 빠져나간 금속 원자는 가공할 공작물에 증착된다. 그러나 타깃으로부터 빠져나간 일부 금속 원자는 반응 챔버의 내벽에도 증착되어 반응 챔버를 오염시킬 수 있으며, 이는 반응 챔버의 수명과 사용 원가에 영향을 미친다.
본 발명의 일 양상은 라이닝 어셈블리를 제공한다.
여기에는 접지된 라이닝 링체가 포함된다. 상기 라이닝 링체에는 그 원주 방향을 따라 이격 설치된 복수의 차폐 유닛이 설치된다. 각각의 상기 차폐 유닛은 상기 라이닝 링체의 내주면과 외주면 사이에 관통 형성되는 갭이다. 상기 갭은 상기 내주면으로부터 상기 외주면을 향하는 방향으로 이격 설치된 복수의 제1 채널 및 각각의 인접한 2개의 상기 제1 채널을 연통하는 복수의 제2 채널을 포함한다. 여기에서 각각의 인접한 2개의 상기 제1 채널은 상기 라이닝 링체 내주면 상에서의 정투영이 서로 엇갈린다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 라이닝 링체는 서로 네스팅되며 내경이 상이한 적어도 2개의 서브 링체를 포함하며, 각각의 상기 서브 링체는 모두 접지된다. 각각의 상기 갭에 대하여, 각각의 상기 제1 채널은 각각의 상기 서브 링체에 대응 설치된 반경 방향 통공이고, 각각의 상기 제2 채널은 각각의 인접한 2개의 상기 서브 링체 사이에 대응 설치된 링형 갭이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 각각의 상기 갭의 종횡비는 하기 조건을 충족한다.
B/A+C/D＞5
여기에서, A는 상기 서브 링체 원주 방향 상에서 상기 반경 방향 통공의 폭이다. B는 상기 서브 링체의 반경 방향 두께이다. C는 동일한 상기 서브 링체에서 각각의 인접한 2개의 상기 반경 방향 통공 사이의 중심 간격이다. D는 상기 링형 갭의 반경 방향 두께이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 동일한 상기 서브 링체에서 각각의 인접한 2개의 상기 반경 방향 통공 사이의 중심 간격은 2mm 이상이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 서브 링체의 반경 방향 두께는 5mm 이하이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 링형 갭의 반경 방향 두께는 10mm 미만이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 서브 링체 원주 방향 상에서 상기 반경 방향 통공의 폭은 0.5mm 내지 10mm이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 갭의 수는 수십 개 수준이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 갭의 수는 60개 이상이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 각각의 인접한 2개의 상기 서브 링체에 대응하여, 하나의 상기 서브 링체 중의 각 상기 반경 방향 통공은 다른 하나의 상기 서브 링체 중 다른 하나에서 상기 반경 방향 통공에 인접한 2개의 반경 방향 통공 사이의 중심에 위치한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 각각의 상기 반경 방향 통공은 상기 서브 링체의 축방향을 따라 연장된다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 각각의 상기 반경 방향 통공은 상기 서브 링체의 축방향을 따라 상기 서브 링체를 관통한다.
본 발명의 다른 일 양상은 반응 챔버를 제공하며, 여기에는 챔버 본체가 포함된다.
또한 상기 챔버 본체에 설치되어, 가공할 공작물을 운반하는 데 사용되는 베이스;
상기 챔버 본체에 설치되고, 상기 베이스의 상방에 위치하는 타깃; 및
본 발명에 따른 라이닝 어셈블리를 더 포함하고, 상기 라이닝 어셈블리는 상기 챔버 본체의 측벽 내측을 둘러싸도록 설치된다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서,
상기 챔버 본체의 측벽을 따라 둘러싸도록 설치되는 코일; 및
상기 코일에 전기적으로 연결되는 RF 전원을 더 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 라이닝 링체의 축방향 상에서 각각의 상기 갭의 길이는 상기 코일의 축방향 길이보다 길다. 상기 라이닝 링체의 외주면 상에서 상기 코일의 정투영은 모두 상기 라이닝 링체의 축방향 상에서 상기 갭의 양단 사이에 위치한다.
본 발명의 다른 일 양상은 반도체 가공 디바이스를 제공하며, 여기에는 본 발명에 따른 반응 챔버가 포함된다.
본 발명의 유익한 효과는 하기와 같다.
본 발명에서 제공하는 라이닝 어셈블리는 라이닝 링체에 그 원주 방향을 따라 이격 설치된 복수의 차폐 유닛이 설치된다. 상기 차폐 유닛이 라이닝 링체에 형성하는 갭은 내주면으로부터 외주면을 향하는 방향으로 이격 설치된 복수의 제1 채널을 포함한다. 각각의 인접한 2개의 제1 채널은 라이닝 링체 내주면 상에서의 정투영이 서로 엇갈린다. 이러한 방식으로 라이닝 어셈블리가 반응 챔버에 적용될 때, 플라즈마가 갭을 통과하는 것을 차단하여 반응 챔버 측벽을 보호하며 반응 챔버 측벽이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 반응 챔버는 본 발명에서 제공하는 라이닝 어셈블리를 채택하여 반응 챔버 측벽을 보호하고 반응 챔버 측벽이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 반도체 가공 디바이스는 본 발명에서 제공하는 반응 챔버를 채택하여 반응 챔버 측벽을 보호하고 반응 챔버 측벽이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명함으로써 본 발명의 상기 내용 및 기타 목적, 특징 및 장점을 보다 명백하게 설명한다.
도 1은 본 발명 실시예에 따른 라이닝 어셈블리의 단면도이다.
도 2는 본 발명 실시예에 따른 라이닝 어셈블리의 반경 방향 단면도이다.
도 3은 도 2에서 영역 P의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명 실시예에 따른 라이닝 어셈블리의 그 축방향을 따르는 단면 구조도이다.
도 5는 라이닝 링체의 내주면 상에서 본 발명 실시예에 따른 라이닝 어셈블리 갭의 제1 채널 정투영의 평면 전개도이다.
도 6은 본 발명 실시예에 따른 반응 챔버의 단면도이다.
도 7은 또 다른 마그네트론 스퍼터링 물리 기상 증착 디바이스의 단면도이다.
도 8은 라이닝 링체의 외주면 상에서 본 발명 실시예에 따른 반응 챔버의 코일과 갭의 정투영의 평면 전개도이다.
도 1은 본 발명 실시예에 따른 라이닝 어셈블리의 단면도이다.
도 2는 본 발명 실시예에 따른 라이닝 어셈블리의 반경 방향 단면도이다.
도 3은 도 2에서 영역 P의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명 실시예에 따른 라이닝 어셈블리의 그 축방향을 따르는 단면 구조도이다.
도 5는 라이닝 링체의 내주면 상에서 본 발명 실시예에 따른 라이닝 어셈블리 갭의 제1 채널 정투영의 평면 전개도이다.
도 6은 본 발명 실시예에 따른 반응 챔버의 단면도이다.
도 7은 또 다른 마그네트론 스퍼터링 물리 기상 증착 디바이스의 단면도이다.
도 8은 라이닝 링체의 외주면 상에서 본 발명 실시예에 따른 반응 챔버의 코일과 갭의 정투영의 평면 전개도이다.
본 발명의 목적, 기술적 해결책 및 장점을 보다 명확하게 설명하기 위해, 이하에서는 구체적인 실시예와 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예는 라이닝 어셈블리를 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 라이닝 어셈블리는 접지된 라이닝 링체(3)를 포함한다. 본 실시예에서 상기 라이닝 링체(3)는 분리형 구조를 채택한다. 구체적으로 네스팅되며 내경이 상이한 2개의 서브 링체를 포함하며, 이는 각각 제1 서브 링체(31) 및 상기 제1 서브 링체(31) 주위를 둘러싸는 제2 서브 링체(32)이다. 제1 서브 링체(31)와 제2 서브 링체(32)는 모두 연결 부재(34)를 통해 접지된다. 또한 제1 서브 링체(31)와 제2 서브 링체(32)는 예를 들어 원형 링이고, 이 둘 사이에는 링형 갭 갭이 있다.
도 1에서 Z 방향은 각 서브 링체의 축방향이고, X-Y 평면은 각 서브 링체의 반경 방향 단면에 평행한 평면임에 유의한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 라이닝 링체(3)에는 그 원주 방향을 따라 이격 설치된 복수의 차폐 유닛이 설치된다. 각 차폐 유닛은 라이닝 링체(3)의 내주면(즉, 제1 서브 링체(31)의 내주면)과 외주면(즉, 제2 서브 링체(32)의 외주면) 사이에 관통 형성되는 갭(30)이다. 상기 갭(30)은 내주면으로부터 외주면을 향하는 방향으로 이격 설치된 복수의 제1 채널 및 각각의 인접한 2개의 제1 채널을 연통하는 복수의 제2 채널을 포함한다. 본 실시예에 있어서, 각각의 갭(30)에 대하여, 각 제1 채널은 각 서브 링체에 대응 설치된 반경 방향 통공이다. 구체적으로 제1 서브 링체(31)에 설치된 복수의 제1 반경 방향 통공(301A)과, 제2 서브 링체(32)에 설치된 복수의 제2 반경 방향 통공(302A)이다. 각 제2 채널은 각각의 인접한 2개의 서브 링체 사이에 대응 설치된 링형 갭, 즉 제1 서브 링체(31)의 외주면과 제2 서브 링체(32)의 내주면 사이의 갭이다. 상기 링형 갭은 제1 반경 방향 통공(301A)과 제2 반경 방향 통공(302A)을 연통시킬 수 있다. 따라서 제1 반경 방향 통공(301A), 링형 갭 및 제2 반경 방향 통공(302A)은 RF 에너지의 공급을 구현할 수 있는 갭(30)을 구성한다.
본 실시예에 있어서, 도 4는 제1 반경 방향 통공(301A)만 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각 제1 반경 방향 통공(301A)의 형상은 모두 긴 띠 모양의 직선 통공이고, 길이 방향이 Z 방향을 따라 설치된다. 즉, 제1 반경 방향 통공(301A)은 제1 서브 링체(31)의 축방향을 따라 연장되어, 단일 반경 방향 통공이 서브 링체 원주 방향 상에서 차지하는 공간을 줄일 수 있으므로, 동일한 서브 링체 상에 더 많은 반경 방향 통공을 증설할 수 있다. 물론 실제 적용에서 상기 길이 방향은 Z 방향과 협각을 이룰 수도 있다. 또한 테이퍼 홀과 같은 형상의 통공으로 직선 통공을 대체할 수도 있다. 각 제2 반경 방향 통공(302A)의 형상 및/또는 크기는 제1 반경 방향 통공(301A)과 같거나 다를 수 있다.
선택적으로, 제1 반경 방향 통공(301A)은 제1 서브 링체(31)의 축방향을 따라 제1 서브 링체(31)의 일단을 관통한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 평면(33)은 라이닝 링체의 내주면(즉, 제1 서브 링체(31)의 내주면)이 전개된 평면이다. 각 갭(30)에 대하여, 각각의 인접한 2개의 제1 채널은 라이닝 링체의 내주면(즉, 제1 서브 링체(31)의 내주면) 상에서의 정투영이 엇갈린다. 구체적으로, 평면(33)에서 각 제1 반경 방향 통공(301A)의 정투영(도 5에 점선으로 도시됨)과 어느 하나의 제2 반경 방향 통공(302A)의 정투영(도 5의 구현으로 도시된 바와 같음)은 모두 서로 엇갈리므로, 갭(30)이 미로 구조로 형성된다. 이와 같이 라이닝 어셈블리가 반응 챔버에 적용될 때, 상기 갭(30)은 RF 에너지의 공급을 보장하는 것을 기반으로, 미로 구조를 이용해 플라즈마가 갭(30)을 통과하는 것을 차단할 수 있다. 이를 통해 반응 챔버 측벽을 보호하여 반응 챔버 측벽이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 각각의 인접한 2개의 제1 채널은 라이닝 링체(3)의 내주면(즉, 제1 서브 링체(31)의 내주면, 그 전개된 평면(33)) 상에서의 정투영이 서로 엇갈린다는 점에 유의한다. 여기에서 라이닝 링체의 내주면만 기준면으로 사용하여 각각의 인접한 2개의 제1 채널의 위치 관계를 나타냈다. 물론 라이닝 링체(3)의 외주면과 같이 다른 임의 기준면을 채택할 수도 있다.
또한 본 실시예에 있어서 라이닝 링체(3)는 분리형 구조를 채택한다. 즉, 복수의 서브 링체로 구성되나, 본 발명은 이에 제한되지 않음에 유의한다. 실제 적용에서 라이닝 링체(3)는 일체형 구조를 채택할 수도 있다. 즉, 라이닝 링체(3)는 단일 링체로만 구성되며, 각 갭(30)에 대해 제1 채널과 제2 채널이 모두 상기 링체에 설치된다. 이 경우 제2 채널은 더 이상 각각의 인접한 2개의 서브 링체 사이의 링형 갭이 아니라, 각각의 인접한 2개의 제1 채널 사이의 비링형 채널이다. 상기 비링형 채널은 라이닝 링체(3)가 일체형 구조를 유지한다는 전제 하에, 인접한 2개의 제1 채널을 연통시킬 수 있기만 하면 된다.
전술한 내용은 예시에 불과하며 본 실시예는 이에 한정되지 않는다. 서브 링체의 수는 2보다 클 수 있다. 각 서브 링체는 서로 네스팅되며 내경이 상이하다.
또한 도 3을 참조하면, 각 갭(30)의 종횡비는 하기 조건을 충족한다.
B/A+C/D＞5
여기에서, A는 서브 링체 원주 방향 상에서 반경 방향 통공의 폭이다(예를 들어 제1 반경 방향 통공(301A)). B는 서브 링체의 반경 방향 두께이다(예를 들어 제2 서브 링체(32)). C는 동일한 서브 링체 상에서 각각의 인접한 2개 반경 방향 통공 사이의 중심 간격이다(예를 들어 제1 반경 방향 통공(301A)). D는 링형 갭의 반경 방향 두께이다(제 1 서브 링체(31)의 외주면과 제2 서브 링체(32)의 내주면 사이의 반경 방향 간격).
여기에서 갭(30)의 종횡비는 B/A+C/D로 정의된다. 상기 종횡비는 금속 원자가 관통하는 것을 저지하는 갭(30)의 능력을 결정한다. 상기 종횡비를 5보다 크게 설정함으로써 금속 원자가 갭(30)에 의해 성공적으로 차단될 수 있도록 보장할 수 있다.
서브 링체의 반경 방향 두께(B)에 있어서, 서브 링체가 두꺼울수록 라이닝 링체(3)가 무거워지고, 반응 챔버의 내경이 작아질 수 있다. 이러한 문제를 고려하여 상기 두께(B)를 5mm 이하로 설정하여 라이닝 링체(3)가 너무 무거워지고 챔버 내경이 너무 작아지는 것을 방지할 수 있다.
링형 갭의 반경 방향 두께(D)에 있어서, 상기 두께(D)가 너무 두꺼우면 제1 서브 링체(31)와 제2 서브 링체(32) 사이의 갭에 플라즈마가 발생하기 쉽다. 이를 기반으로 상기 두께(D)를 10mm 미만으로 설정하여, 플라즈마가 제1 서브 링체(31)와 제2 서브 링체(32) 사이의 갭에 유입될 확률을 낮출 수 있다.
서브 링체 원주 방향 상에서 반경 방향 통공의 폭(A)에 있어서, 상기 폭(A)이 작을수록 금속 원자가 관통하기 어렵다. 이를 기반으로 상기 폭(A)을 10mm 미만으로 설정할 수 있으며, 최솟값은 0.5mm일 수 있다.
동일한 서브 링체 상에서 각각의 인접한 2개의 반경 방향 통공 사이의 중심 간격(C)은 동일한 서브 링체 상에서 반경 방향 통공의 수와 관련이 있다. 상기 간격(C)이 클수록 갭(30)의 종횡비가 커지며, 금속 원자는 갭(30)을 관통하기가 어려워진다. 그러나 상기 간격(C)은 너무 크지 않아야 한다. 그렇지 않으면 동일한 서브 링체 상의 반경 방향 통공의 수에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 이유로 간격(C)을 2mm 이상으로 설정하여, 금속 원자의 통과 및 반경 방향 통공 수에 대한 요건을 동시에 충족시킬 수 있다.
선택적으로, 충분한 RF 에너지 공급을 보장하기 위해 갭(30)의 수, 즉 동일한 서브 링체 상의 반경 방향 통공 수는 수십 개 수준이며, 바람직하게는 60개 미만이다.
실제 적용에서 상이한 서브 링체 상에서 반경 방향 통공의 수는 같거나 다를 수 있다. 상이한 서브 링체 상에서 반경 방향 통공의 수가 같은 경우, 각각의 인접한 2개의 서브 링체에 대응하여, 하나의 서브 링체 중의 각 반경 방향 통공은 다른 하나의 서브 링체 중의 상기 반경 방향 통공에 인접한 2개의 반경 방향 통공 사이의 중심에 위치한다. 구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 서브 링체(31) 상에서 각 제1 반경 방향 통공(301A)은 제2 서브 링체(32) 상에서 상기 제1 반경 방향 통공(301A)에 인접한 2개의 제2 반경 방향 통공(302A)의 중심에 위치한다. 이러한 방식으로, 각 갭(30)에서 RF 에너지가 통과하는 경로가 같을 수 있으며, 라이닝 링체(3) 원주 방향 상에서 복수의 갭(30)이 균일하게 분포하여 RF 에너지의 균일한 공급을 보장할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 반응 챔버를 제공한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 반응 챔버는 챔버 본체(1), 가공할 공작물(20)을 운반하도록 챔버 본체(1)에 설치되는 베이스(10), 챔버 본체(1)에 설치되어 베이스(10) 상방에 위치하는 타깃(7) 및 이전 실시예에서 제공하는 라이닝 어셈블리를 포함한다.
본 실시예에서 반응 챔버는 예를 들어 마그네트론 스퍼터링 물리 기상 증착 디바이스에 적용될 수 있다.
라이닝 어셈블리는 챔버 본체(1)의 측벽 내측을 둘러싸도록 설치되어, 타깃(7)으로부터 빠져나간 금속 원자가 반응 챔버 측벽에 증착되는 것을 방지하는 데 사용된다.
본 실시예에 있어서, 챔버 본체(1)의 측벽은 상측벽(11), 하측벽(12) 및 바닥벽(13)을 포함한다. 여기에서 상측벽(11)과 하측벽(12)은 챔버 본체(1)의 축방향 상에서 이격 설치되며, 이 둘 사이에는 절연 실린더(112)가 더 설치된다.
반응 챔버는 상부 전극 어셈블리를 더 포함한다. 상기 상부 전극 어셈블리는 플라즈마 여기원(4), 마그네트론(8) 및 지지 어셈블리(5)를 포함한다. 플라즈마 여기원(4)은 공정 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하는 데 사용된다. 마그네트론(8)은 구동 장치(9)를 연결한다. 지지 어셈블리(5) 바닥단은 타깃(7)을 고정하며, 이 둘은 탈이온수(6)를 수용하기에 적합한 밀봉 챔버를 형성한다. 마그네트론(8)은 상기 밀봉 챔버에 위치하며, 밀봉 챔버 외부의 구동 장치(9)를 연결한다. 가공할 공작물(20)의 주위에는 가공할 공작물(20)을 베이스(10) 상의 위치에 고정하기 위한 압축 링(17)이 더 설치된다. 베이스(10)는 RF 전원(16)을 통해 RF 전력을 더 인가한다. 베이스(10)의 네거티브 바이어스 전압(negative bias voltage) 작용 하에서, 플라즈마를 가속시켜 가공할 공작물(20) 상의 깊은 구멍 바닥부에 충돌시키고, 바닥부에 증착된 일부 금속을 깊은 구멍 측벽에 증착시켜 깊은 구멍 측벽 커버리지를 향상시킨다.
본 실시예에서 제공하는 라이닝 어셈블리에 있어서, 제1 서브 링체(31)의 꼭대기단은 어댑터(15)를 통해 상측벽(11)에 고정되며, 상기 상측벽(11)을 통해 접지된다. 제2 서브 링체(32)의 꼭대기단은 어댑터(14)를 통해 상측벽(11)에 고정되며, 상기 상측벽(11)을 통해 접지된다. 서브 링체와 어댑터의 고정 방식은 나사 고정일 수 있다. 제2 서브 링체(32)의 바닥단은 내측으로 구부러지며, 베이스(10)의 둘레까지 연장되어, 금속 원자가 챔버 본체(1)의 바닥벽(13)에 증착되는 것을 방지한다.
도 7은 또 다른 반응 챔버를 도시한다. 상기 반응 챔버 내에는 상부 라이닝(35), 중간 라이닝(36) 및 하부 라이닝(37)이 설치된다. 상부 라이닝(35)과 하부 라이닝(37)은 각각 2개의 어댑터(18, 19)를 통해 반응 챔버 측벽에 고정된다. 코일(21)의 에너지가 반응 챔버에 효과적으로 결합되어 진입하도록 중간 라이닝(36)에 갭이 개설된다. 이러한 방식은 금속 원자는 중간 라이닝(36)의 갭을 통해 반응 챔버의 절연 실린더(112)에 더 증착될 수 있으므로, 반응 챔버의 측벽을 오염시킬 수 있다. 동시에 중간 라이닝(36)은 플로팅 전위(floating potential)로 설치되며, 이는 절연체를 통해 상부 라이닝(35) 및 하부 라이닝(37)과 격리시킬 필요가 있다. 금속 원자가 절연체에 증착되어 절연체가 절연 기능을 잃게 되고 코일 에너지 결합 효율성이 저하될 수도 있다.
도 7에 도시된 반응 챔버에 비해, 본 실시예에서 제공하는 반응 챔버는 본 발명에 따른 라이닝 어셈블리를 채택함으로써 반응 챔버 측벽을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 반응 챔버 공정에서 금속 원자가 각 갭(30)을 지날 때, 반응 챔버 측벽의 절연 실린더에 증착되지 않고 각 갭(30)의 제1 채널에 증착될 수 있으므로, 반응 챔버 측벽이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한 라이닝 어셈블리가 접지되기 때문에, 이를 플로팅 전위로 설정할 필요가 없으며, 상기 라이닝 어셈블리와 기타 부재를 절연 처리할 필요도 없다. 종래 기술 중 다단 구조의 라이닝 어셈블리 및 플로팅 전위의 설치에 비해, 반응 챔버의 구조와 제조 공정이 간소화되고 디바이스 원가가 절감된다.
본 실시예에 있어서, 반응 챔버의 코일(21)과 RF 전원(22)은 하나의 보조 플라즈마 여기원을 구성한다. 코일(21)은 챔버 본체(1)의 측벽 외측을 둘러싸도록 설치된다. 구체적으로 예를 들어 절연 실린더(112)의 외측을 둘러싸며, 코일(21)은 RF 전원(22)에 전기적으로 연결된다.
본 실시예에 있어서, 코일(21)은 한 바퀴 또는 여러 바퀴의 나선형 코일이 감겨 형성되어, RF 전원(22)에서 제공하는 RF 전력을 절연 실린더(112)를 거쳐 챔버 본체(1) 내에 결합시키는 데 사용될 수 있다. 절연 실린더(112)는 챔버 본체(1)의 일부로서, 챔버 본체(1) 내부의 우수한 진공도를 구현하는 데 사용되며, 코일(21)에서 방출하는 에너지를 챔버 본체(1) 내에 결합시킬 수 있다.
공정 시, 아르곤과 같은 공정 가스를 챔버 본체(1) 내에 주입한다. 상부 전극 어셈블리의 플라즈마 여기원(4)이 공정 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성할 수 있다는 점을 제외하고, 코일(21)에서 방출하는 에너지는 절연 실린더(112) 및 라이닝 어셈블리를 거쳐 챔버 본체(1) 내에 결합되며, 아르곤 가스를 여기시켜 제2 플라즈마를 생성한다. 베이스(10)의 네거티브 바이어스 전압 작용 하에서, 제2 플라즈마를 가속시켜 가공할 공작물(20) 상의 깊은 구멍 바닥부의 박막에 충돌시키고, 깊은 구멍 바닥부에 증착된 일부 금속을 깊은 구멍의 두 측벽에 증착시켜 깊은 구멍 측벽의 커버리지를 향상시킨다.
본 실시예에 있어서, 라이닝 어셈블리의 각 갭은 플라즈마가 통과하는 것을 차단하는 기능을 수행하기 때문에, 반응 챔버 측벽을 보호한다는 전제 하에서, 더 많은 수의 갭을 설치하도록 허용하므로, 라이닝 어셈블리로 인한 와전류 손실을 크게 감소시킬 수 있다. 라이닝 어셈블리에 복수의 서브 링체 및 접지가 포함된 상황에서도, 코일(21)에서 방출한 에너지가 더 많이 반응 챔버의 챔버 본체(1) 내에 유입되도록 보장하여 에너지 결합 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 에너지 결합 효율이 변하지 않도록 유지할 수 있으며, 에너지 결합 효율이 공정 과정이 진행됨에 따라 저하되는 상황이 발생하지 않는다.
반응 챔버의 라이닝 어셈블리에 있어서, 서브 링체 원주 방향 상에서 반경 방향 통공의 폭(A), 및 동일한 서브 링체에서 각각의 인접한 2개의 반경 방향 통공 사이의 중심 간격(C)은 타깃 재료에 따라 상이한 값을 설정할 수 있다. 타깃 재료에 따라 점성 계수가 다르기 때문에, 갭(30)을 관통하는 능력이 같지 않다. 점성 계수가 비교적 낮은 금속 원자는 갭(30)을 더 쉽게 관통하여 절연 실린더(112)에 증착된다. 탄탈(Ta) 금속을 예로 들면, 탄탈 금속의 점성 계수는 매우 낮으므로 폭(A)은 2mm보다 작고 간격(C)은 20mm보다 커야 한다. 탄탈 금속에 비해, 구리 금속은 점성 계수가 높으므로 폭(A)은 5mm보다 작고 간격(C)은 10mm보다 커야 한다.
본 실시예에 있어서, 라이닝 어셈블리의 재료는 Al 또는 스테인리스강 등과 같은 금속 재료일 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 평면(33)은 라이닝 링체의 내주면(즉, 제1 서브 링체(31)의 내주면)이 전개된 평면이다. 상기 평면(33) 상에서 코일(21)의 정투영은 영역(332)에 위치한다. 평면(33) 상에서 제1 서브 링체(31)의 제1 반경 방향 통공(301A)과 제2 서브 링체(32)의 제2 반경 방향 통공(302A)의 정투영은 영역(331)에 위치한다. 여기에서, 각 서브 링체의 축방향 상에서 각 반경 방향 통공의 길이는 코일(21)의 축방향 길이보다 길고, 평면(33) 상에서 코일(21)의 정투영은 모두 각 서브 링체의 축방향 상에서 각 반경 방향 통공의 양단 사이에 위치한다. 이러한 방식으로 라이닝 어셈블리로 인한 와전류 손실을 줄이고 에너지 결합 효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 내용은 예시에 불과하며 본 실시예는 이에 한정되지 않는다. 반응 챔버의 라이닝 어셈블리에 포함된 라이닝의 수가 2보다 큰 경우, 이러한 라이닝은 모두 상응하는 어댑터를 통해 상부 실린더에 고정되어 접지된다.
본 발명의 다른 실시예는 반도체 가공 디바이스를 제공한다. 상기 반도체 가공 디바이스는 예를 들어 마그네트론 스퍼터링 물리 기상 증착 디바이스일 수 있다. 상기 반도체 가공 디바이스는 상기 실시예의 반응 챔버를 포함하며 Cu, Ta, Ti, Al 등 재료 및 박막의 제조 등에 사용된다.
또한 실시예에 사용된 방위 용어 "상", "하", "전", "후", "좌", "우" 등은 도면을 참고한 방향일 뿐이며, 본 발명의 보호 범위를 제한하지 않는다는 점에 유의한다. 첨부 도면 전체에서 동일한 요소는 동일하거나 유사한 첨부 도면 부호로 표시된다. 본 발명을 이해하는 데에 혼동을 야기할 수 있는 경우 종래의 구조 또는 구성을 생략하였다.
도면에서 각 구성 요소의 형상 및 크기는 실제 크기 및 비율을 반영한 것이 아니라, 본 발명 실시예의 내용을 예시한 것일 뿐이다. 또한 청구범위에서 괄호 사이에 있는 임의 참조 기호는 청구 범위를 제한하도록 구성되지 않는다.
달리 공지되지 않는 한, 본 명세서 및 첨부된 청구항의 수치 매개변수는 근사값이며, 본 발명에 개시된 내용을 통해 획득되는 필요한 특성에 따라 변경될 수 있다. 구체적으로, 명세서 및 청구항에 사용되어 성분의 함량, 반응 조건 등을 나타내는 숫자는 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 일반적으로, 그 표현의 의미는 특정 수량이 일부 실시예에서 ±10%의 변화, 일부 실시예에서 ±5%의 변화, 일부 실시예에서 ±1%의 변화, 일부 실시예에서 ±0.5%의 변화를 갖는 것을 포함한다.
또한 "포함"이라는 용어는 청구항에 나열되지 않은 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 요소 앞의 "하나" 또는 "한 개"라는 용어는 복수의 이러한 요소의 존재를 배제하지 않는다.
명세서와 청구항에 사용된 서수, 예를 들어 "제1", "제2", "제3" 등의 용어는 상응하는 요소를 수식한다. 그 자체로는 뜻을 가지지 않으며 해당 요소가 임의 서수를 가지고 있음을 나타내지 않는다. 또한 특정 요소와 다른 요소의 순서, 또는 제조 방법 상의 순서를 나타내지도 않는다. 이러한 서수의 사용은 특정 명칭을 갖는 하나의 요소를 동일한 명칭을 갖는 다른 요소와 명확하게 구분하기 위해 사용되는 것일 뿐이다.
이와 유사하게, 본 발명을 단순화하는 동시에 개시된 다양한 양상 중 하나 이상에 대한 이해를 돕기 위해, 상기 본 발명의 예시적인 실시예에서 본 발명의 각 특징을 때때로 단일 실시예, 도면 또는 그에 대한 설명으로 그룹화하였음을 이해해야 한다. 그러나 상기에서 개시된 방법은 본 발명에서 각 청구항에 명시한 특징보다 더 많은 특징에 대한 보호를 요구하는 의도가 반영된 것으로 해석되어서는 안 된다. 보다 정확하게는, 첨부된 청구 범위에 반영된 바와 같이 본 발명에 개시된 양상은 앞서 개시한 단일 실시예의 모든 특징보다 적다. 따라서 구체적인 실시예에 따른 청구 범위는 상기 구체적인 실시예에 명시적으로 통합되며, 여기에서 각각의 청구 범위는 그 자체가 모두 본 발명의 독립적인 실시예로 사용된다.
상기 구체적인 실시예는 본 발명의 목적, 기술적 해결책 및 유익한 효과를 더욱 상세하게 설명하기 위한 것이다. 상기 내용은 본 발명의 구체적인 실시예일 뿐이며 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 이해해야 한다. 본 발명의 사상 및 원칙 내에서 이루어진 모든 수정, 동등한 대체, 개선 등은 본 발명의 보호 범위에 포함되어야 한다.
1- 챔버 본체, 11- 상측벽, 12- 하측벽, 13- 바닥벽, 112- 절연 실린더, 14, 15, 18, 19- 어댑터;
2- 보조 플라즈마 여기원, 21- 코일, 22- RF 전원;
3- 라이닝 링체, 31- 제1 서브 링체, 32- 제2 서브 링체, 301A- 제1 반경 방향 통공, 302A- 제2 반경 방향 통공, 30- 갭, 33- 평면, 331, 332- 영역, 34- 연결 부재, 35- 상부 라이닝, 36- 중간 라이닝, 37- 하부 라이닝;
4- 플라즈마 여기원; 5- 지지 어셈블리, 6- 탈이온수, 7- 타깃, 8- 마그네트론, 9- 구동 장치, 10- 베이스, 20- 가공할 공작물, 16- RF 전원, 17- 압축 링, P- 영역.
2- 보조 플라즈마 여기원, 21- 코일, 22- RF 전원;
3- 라이닝 링체, 31- 제1 서브 링체, 32- 제2 서브 링체, 301A- 제1 반경 방향 통공, 302A- 제2 반경 방향 통공, 30- 갭, 33- 평면, 331, 332- 영역, 34- 연결 부재, 35- 상부 라이닝, 36- 중간 라이닝, 37- 하부 라이닝;
4- 플라즈마 여기원; 5- 지지 어셈블리, 6- 탈이온수, 7- 타깃, 8- 마그네트론, 9- 구동 장치, 10- 베이스, 20- 가공할 공작물, 16- RF 전원, 17- 압축 링, P- 영역.
Claims (18)
- 라이닝 어셈블리에 있어서,
접지된 라이닝 링체를 포함하며, 상기 라이닝 링체에는 그 원주 방향을 따라 이격 설치된 복수의 차폐 유닛이 설치되고, 각각의 상기 차폐 유닛은 상기 라이닝 링체의 내주면과 외주면 사이에 관통 형성되는 갭이고, 상기 갭은 상기 내주면으로부터 상기 외주면을 향하는 방향으로 이격 설치된 복수의 제1 채널 및 각각의 인접한 2개의 상기 제1 채널을 연통하는 복수의 제2 채널을 포함하고, 여기에서 각각의 인접한 2개의 상기 제1 채널은 상기 라이닝 링체 내주면 상에서의 정투영이 서로 엇갈리고, 상기 갭은 미로 구조로 형성되어 반응 챔버의 측벽을 보호하고,
상기 라이닝 링체는 서로 네스팅되고 내경이 상이한 적어도 2개의 서브 링체를 포함하고, 각각의 상기 서브 링체는 모두 접지되고, 각각의 상기 갭에 대하여, 각각의 상기 제1 채널은 각각의 상기 서브 링체에 대응 설치된 반경 방향 통공이고, 각각의 상기 제2 채널은 각각의 인접한 2개의 상기 서브 링체 사이에 대응 설치된 링형 갭이며, 상기 적어도 2개의 서브 링체 중에서 최외측의 서브 링체는 꼭대기단부터 바닥단으로 연장되고, 상기 바닥단은 내측으로 구부러져 연장되어, 일체로 상기 반응챔버의 측벽의 상측벽, 하측벽 및 바닥벽을 보호하고,
각각의 상기 갭의 종횡비는,
B/A+C/D＞5를 충족시키며,
여기에서, A는 상기 서브 링체 원주 방향 상에서 상기 반경 방향 통공의 폭이고, B는 상기 서브 링체의 반경 방향 두께이고, C는 동일한 상기 서브 링체에서 각각의 인접한 2개의 상기 반경 방향 통공 사이의 중심 간격이고, D는 상기 링형 갭의 반경 방향 두께인 것을 특징으로 하는 라이닝 어셈블리. - 제1항에 있어서,
동일한 상기 서브 링체에서 각각의 인접한 2개의 상기 반경 방향 통공 사이의 중심 간격이 2mm 이상인 것을 특징으로 하는 라이닝 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 서브 링체의 반경 방향 두께가 5mm 이하인 것을 특징으로 하는 라이닝 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 링형 갭의 반경 방향 두께가 10mm 미만인 것을 특징으로 하는 라이닝 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 서브 링체 원주 방향 상에서 상기 반경 방향 통공의 폭이 0.5mm 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 라이닝 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 갭의 수가 수십 개 수준인 것을 특징으로 하는 라이닝 어셈블리. - 제6항에 있어서,
상기 갭의 수가 60개 이상인 것을 특징으로 하는 라이닝 어셈블리. - 제1항에 있어서,
각각의 인접한 2개의 상기 서브 링체에 대응하여, 하나의 상기 서브 링체 중의 각 상기 반경 방향 통공은 다른 하나의 상기 서브 링체 중의 상기 반경 방향 통공에 인접한 2개의 반경 방향 통공 사이의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 라이닝 어셈블리. - 제1항에 있어서,
각각의 상기 반경 방향 통공은 상기 서브 링체의 축방향을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 라이닝 어셈블리. - 제9항에 있어서,
각각의 상기 반경 방향 통공은 상기 서브 링체의 축방향을 따라 상기 서브 링체를 관통하는 것을 특징으로 하는 라이닝 어셈블리. - 반응 챔버에 있어서,
챔버 본체를 포함하고,
상기 챔버 본체에 설치되어, 가공할 공작물을 운반하는 데 사용되는 베이스;
상기 챔버 본체에 설치되고, 상기 베이스의 상방에 위치하는 타깃; 및
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 라이닝 어셈블리를 더 포함하고, 상기 라이닝 어셈블리는 상기 챔버 본체의 측벽 내측을 둘러싸도록 설치되는 것을 특징으로 하는 반응 챔버. - 제11항에 있어서,
상기 챔버 본체의 측벽을 따라 둘러싸도록 설치되는 코일; 및
상기 코일에 전기적으로 연결되는 RF 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 챔버. - 제12항에 있어서,
상기 라이닝 링체의 축방향 상에서 각각의 상기 제1 채널의 길이는 상기 코일의 축방향 길이보다 길고, 상기 라이닝 링체의 외주면 상에서 상기 코일의 정투영은 모두 상기 라이닝 링체의 축방향 상에서 상기 갭의 양단 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 반응 챔버. - 반응 챔버를 포함하는 반도체 가공 디바이스에 있어서,
상기 반응 챔버는,
챔버 본체를 포함하고,
상기 챔버 본체에 설치되어, 가공할 공작물을 운반하는 데 사용되는 베이스;
상기 챔버 본체에 설치되고, 상기 베이스의 상방에 위치하는 타깃; 및
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 라이닝 어셈블리를 더 포함하고, 상기 라이닝 어셈블리는 상기 챔버 본체의 측벽 내측을 둘러싸도록 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 가공 디바이스. - 제14항에 있어서,
상기 챔버 본체의 측벽을 따라 둘러싸도록 설치되는 코일; 및
상기 코일에 전기적으로 연결되는 RF 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 가공 디바이스. - 제15항에 있어서,
상기 라이닝 링체의 축방향 상에서 각각의 상기 제1 채널의 길이는 상기 코일의 축방향 길이보다 길고, 상기 라이닝 링체의 외주면 상에서 상기 코일의 정투영은 모두 상기 라이닝 링체의 축방향 상에서 상기 갭의 양단 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 가공 디바이스. - 삭제
- 삭제
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