KR19980032632A - 스퍼터링 증착용 유도 커플링된 플라즈마 소스에서의 ｒｆ전달을 위한 암공간 시일드 - Google Patents

스퍼터링 증착용 유도 커플링된 플라즈마 소스에서의 ｒｆ전달을 위한 암공간 시일드 Download PDF

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존씨. 포스터
브래들리오. 스팀슨
젱 수
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조셉 제이. 스위니
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Abstract

반도체 제조 시스템의 증착 시스템은 타겟 측벽을 보호하는 홈파인 접지된 암공간 시일드를 제공한다. 접지된 암공간 시일드내의 축의 홈은 와상 전류가 암공간 시일드로 흐르는 것을 방지할 수 있고, 그결과 RF 코일 시일드에 인가되는 RF 전력에 기인하여 홈이 파이지 않은 암공간 시일드로 흐를 수 있는 와상 전류 때문에 RF 전력이 손실되는 것을 방지한다. RF 전력 손실을 방지함으로써, RF 코일 시일드에 인가되는 RF 전력의 RF 커플링 효율은 개선될 수 있다.

Description

스퍼터링 증착용 유도 커플링된 플라즈마 소스에서의 ＲＦ 전달을 위한 암공간 시일드
본 발명은 플라즈마 발생기에 관한 것으로서, 특히 반도체 소자의 제조에서 재료층을 스퍼터링하기 위해 플라즈마를 발생하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
저밀도 플라즈마는 표면 처리, 증착, 및 에칭 처리를 포함하는 다양한 반도체 소자 제조 방법에 사용될 수 있는 에너지 이온과 활성 원자의 편리한 소스가 되었다. 예를 들면, 스퍼터 증착 방법을 사용하여 반도체 웨이퍼 상에 재료를 증착하기 위하여, 플라즈마는 음적으로 바이어싱되는 스퍼터 타겟 재료의 근처에 발생된다. 이온은 타겟으로부터 스퍼터 재료를 이동시키기 위해 타겟의 표면에 충격을 주어 타겟 근처에 형성된다. 다음에 스퍼터링된 재료는 반도체 웨이퍼의 표면으로 이송되어 증착된다.
스퍼터링된 재료는 기판의 표면에 비스듬한 각도로 타겟으로부터 증착될 기판까지의 직선 경로로 이동하려는 경향을 가진다. 결과로서, 재료는 높은 길이 대 폭 종횡비를 갖는 트렌치 또는 홀을 가지는 반도체 소자의 에칭된 트랜치와 홀내에 증착된다. 공동을 방지하기 위하여, 스퍼터링된 재료는 스퍼터링된 재료가 플라즈마에 의해 충분히 이온화된다면 기판에 인접한 수직 지향된 전계를 위치시키기 위하여 기판을 음적으로 대전시킴으로써 타겟과 기판 사이의 수직 경로로 다시 진행될 수 있다. 그러나, 저밀도 플라즈마로 스퍼터링된 재료는 종종 초과 수의 공동의 형성을 방지하는데 통상 불충분한 1% 미만의 이온화 정도를 가진다. 따라서, 증착층내의 원치않는 공동의 형성을 감소시키기 위하여 스퍼터링된 재료의 이온화 속도를 증가시키기 위하여 플라즈마의 밀도를 증가시키는 것이 바람직하다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 상기 용어 고밀도 플라즈마는 높은 전자 및 이온 밀도를 가지는 것으로 참조하려 한다.
정전 커플링, 유도 커플링 및 전파 가열을 포함하는 RF계로 플라즈마를 여기하기 위한 수개의 공지된 기술들이 있다. 표준 유도 커플링된 플라즈마(ICP : inductively coupled plasma) 발생기에서, 플라즈마를 둘러싸는 코일을 통과하는 RF 전류는 플라즈마내의 전자기 전류를 유도한다. 이런 전류는 플라즈마가 안정된 상태로 유지되도록 오믹 가열에 의해 전도 플라즈마를 가열한다. 미국 특허 번호 제4,362,632호에 도시된 바와 같이, 코일을 통과하는 전류는 임피던스 정합 네트워크를 통해 코일에 커플링된 RF 발생기에 의해 공급되어 상기 코일은 트랜스포머의 1차 권선으로서 기능한다. 플라즈마는 트랜스포머의 단일 회전 2차 권선으로서 기능한다.
타겟의 에지로부터 스퍼터링된 재료는 불균일 증착에 기여할 수 있다는 것이 알려져 있다. 균일한 증착을 증진하기 위하여, 종종 암공간 시일드로서 참조되는 것을 타겟의 에지에 인접하게 배치시키는 것이 바람직하다. 암공간 시일드는 플라즈마로부터 타겟 에지를 시일딩함으로써 타겟 에지의 스퍼터링을 감소시킨다.
다수의 증착 챔버, 이를테면 기상 증착 챔버에서, 챔버 벽은 종종 스텐레스강과 같은 도전 금속으로 형성된다. 챔버 벽의 도전성 때문에, 도전 챔버 벽이 안테나로부터의 전자기 에너지 방사를 차단 또는 감쇠시키기 때문에 종종 챔버 자체내에 안테나 코일 또는 전극을 배치하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 코일과 그것의 스퍼터링 구조물은 증착 플럭스와 에너지 플라즈마 미립자에 직접 노출된다. 이것은 웨이퍼상에 증착된 막의 오염의 잠재적 소스이며, 바람직하지 못하다.
코일을 보호하기 위하여, 세라믹과 같은 비도전 재료로 제조된 시일드가 코일의 전방에 배치될 수 있다. 그러나. 많은 증착 방법은 제조되는 전자 소자상의 알루미늄과 같은 도전 재료의 증착을 포함한다. 도전 재료가 세라믹 시일드를 코팅할 것이기 때문에, 곧 도전되게 되어 다시 실질적으로 플라즈마내로의 전자기 방사선의 관통을 감쇠시킨다. 결론적으로, 종종 증착 재료로부터 증착 챔버의 내부를 보호하기 위하여 코일 후방에 시일드 벽을 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 이런 디자인의 스퍼터링 챔버에는 지속성 문제가 남아있다.
플라즈마 발생 방법 및 장치로 명명되고, 1995년 11월15일에 제출된 계류중인 특허 제08/559,345호와 스퍼터링을 위한 플라즈마 발생용 액티브 시일드로 명명되고, 1996년 10월 8일에 제출된 출원 번호 제08/730,722호에서, 액티브 시일드 디자인이 개시되어 있는데, 변형된 도전 시일드는 시일드 자체가 플라즈마내로 RF 에너지를 커플링시키는 코일로서 기능하도록 RF 소스에 커플링된다. 본 발명은 에너지 전달의 효율을 증가시키기 위한 액티브 시일드 디자인의 추가 개선에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 챔버내에 플라즈마를 발생하고 이미 언급된 단점을 극복하는 실제 목적을 위하여 층을 스퍼터링 증착하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 발생 챔버의 투시적 부분 단면도.
도 2는 도 1의 플라즈마 발생 챔버에 대한 전기적 상호접속의 개략도.
도 3은 도 1의 플라즈마 발생 챔버가 진공 챔버내에 설치되는 것을 도시하는 부분 단면도.
도 4는 홈파인 암공간 시일드와 동력 코일 시일드의 일실시예의 투시도.
도 5는 홈파인 암공간 시일드와 동력 코일 시일드의 다른 실시예의 투시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
102 : 진공 챔버 104 : 코일 시일드
110 : 타겟 130 : 암공간 시일드
1300 : 홈 1400 : 픽업 루프
상기 목적은 본 발명의 한 특징에 따른 플라즈마내에 전자기 에너지를 유도적으로 커플링하는 액티브 시일드, 및 타겟 측벽를 시일딩하고 와상 전류가 암공간 시일드로 흐르지 못하도록 홈 또는 다른 불연속선을 가지는 암공간 시일드를 포함하는 플라즈마 발생 장치에 의해 달성된다. 상기 장치는 홈이 없는 암공간 시일드내로 흐를 수 있는 와상 전류에 기인하는 RF 전력 손실을 방지 또는 감소시킨다는 것을 알 수 있다. 또한 RF 전력 손실의 감소에 의하여, RF 커플링 효율은 개선될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제품상에 재료를 스퍼터링하기 위해 반도체 제조 시스템내에서 플라즈마를 에너지화하기 위한 장치는 홈파인 암공간 시일드와 상기 홈파인 암공간 시일드에 인접한 플라즈마 발생 영역을 가지는 반도체 제조 챔버를 포함할 수 있다. 홈파인 암공간 시일드가 플라즈마 발생 영역에 커플링된 에너지에 응하여 암공간 시일드로 흐르지 못하도록 하는 동안, 챔버에 의해 지탱되는 코일 시일드는 플라즈마 발생 영역에 에너지를 커플링시키도록 배치된다. 결론으로서, RF 에너지는 코일 시일드에 의해 플라즈마 발생 영역에 더욱 효과적으로 커플링된다. 타겟과 코일 시일드는 티타늄, 알루미늄 또는 다른 적당한 재료가 될 수 있다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 발생기는 진공 챔버(102)(도 2에 개략적으로 도시됨)내에 수용되는 실린더형 증착 시스템(100)을 포함한다. 이런 실시예의 상기 증착 시스템(100)은 단일 회전 코일로 형성되고 외부 시일드(106)에 의해 내부로 절연적으로 지탱되는 내부 시일드(104)를 가진다. 상기 시일드(104와 106)는 상기 증착 시스템(100)의 내부에 증착되어지는 재료로부터 상기 진공 챔버(102)의 내부 벽(107)(도 3)을 보호한다.
이온 플럭스는 상기 진공 챔버(102)의 상부에 배치된 음적으로 바이어싱된 타겟(110)을 때린다. 상기 타겟(110)은 DC 전력 소스(111)에 의해 음적으로 바이어싱된다. 상기 이온은 상기 증착 시스템(100)의 하부에서 페데스탈(114)에 의해 지지되는 웨이퍼 또는 다른 제품이 될 수 있는 기판(112)상에 상기 타겟(110)으로부터 재료를 배출시킨다. 상기 타겟(110) 위에 제공되는 회전 자기 자석 어셈블리(116)는 타겟의 균일한 부식을 증진하도록 상기 타겟(110)의 표면에 걸쳐 스위핑하는 자계를 형성한다. 상기 타겟(110)의 주변에 인접하게 배치된 일반적으로 환형 모양인 암공간 시일드(130)는 통상 접지되어 상기 타겟을 때리는 이온 흐름으로부터 상기 타겟(110)의 에지 부분을 보호한다. 상기 타겟의 에지로부터의 스퍼터링을 감소시킴으로써, 제품상의 증착 균일성은 증진될 수 있는 것을 알 수 있다.
RF 발생기(108)로부터의 무선 주파수(RF) 에너지는 상기 코일 시일드(104)로부터 상기 증착 시스템(100)의 내부로 방사되어 상기 증착 시스템(100)내에서 플라즈마를 에너지화한다. 상기 타겟(110)으로부터 배출된 재료의 원자는 플라즈마에 유도적으로 커플링되는 상기 코일 시일드(104)에 의해 에너지화되어지는 플라즈마에 의해 차례로 이온화된다. 본 발명의 한 특징에서, 상기 암공간 시일드(130)내의 축 홈(1300)은 와상 전류가 홈파인 암공간 시일드(130)로 흐르는 것을 감소 또는 방지할 수 있어 마찬가지로 홈이 없는 암공간 시일드로 흐를 수 있는 와상 전류에 기인하는 RF 전력 손실을 감소시킨다는 것을 알 수 있다.
상기 RF 발생기(108)는 바람직하게 증폭기와 임피던스 정합 네트워크(118)를 통하여 상기 코일 시일드(104)에 커플링된다. 상기 코일 시일드(104)의 다른 단부는 바람직하게 가변 캐패시터가 될 수 있는 캐패시터(120)를 통해 접지에 커플링된다. 상기 이온화된 증착 재료는 상기 기판(112)으로 유인되어 그 위에 증착층을 형성한다. 상기 페데스탈(114)은 외부적으로 상기 기판(112)을 바이어싱하도록 AC(또는 DC 또는 RF)에 의해 음적으로 바이어싱된다. 1996년 7월 9일에 제출되고, 전면 고밀도 플라즈마 증착을 제공하기 위한 방법으로 명명된 계류중인 특허 제08/677,588호에 더욱 상세히 설명된 바와 같이, 상기 기판(112)의 외부 바이어싱은 임의로 제거될 수 있다.
도 1과 3에 잘 도시된 바와 같이, 상기 홈파인 암공간 시일드(130)는 상기 타겟(110) 상부에 관련하여 접지된 평면을 제공하며, 상기 타겟(110)은 음적으로 바이어싱되어 있다. 도 4는 상기 시일드(130)가 상기 홈(1300)에 마주보는 단일 접지점(1305)에 접지되는 것을 도시한다.
부가적으로, 플라즈마를 발생하기 위한 리세스된 코일로 명명된 계류중인 출원 일련 번호 제08/647,182호에 더욱 상세히 설명된 바와 같이, 또한 상기 암공간 시일드(130)는 상기 타겟(110) 외부 에지의 스퍼터링을 감소하도록 상기 플라즈마로부터 상기 타겟(110)의 외부 에지를 시일링한다. 상기 암공간 시일드(130)는 상기 타겟(11)으로부터 스퍼터링되는 재료로부터 상기 코일 시일드(104)를 시일링하도록 배치된다는 점에서 다른 기능을 수행한다. 상기 암공간 시일드(130)는 스퍼터링된 재료의 일부가 상기 플라즈마 챔버(100)의 수직 축에 관련하여 비스듬한 각도로 이동하기 때문에 스퍼터링되는 모든 재료로부터 상기 코일 시일드(104)를 완전히 시일링하지 못한다. 그러나, 많은 스퍼터링된 재료가 상기 챔버의 수직 축에 평행하거나 또는 상기 수직축에 관련한 상당히 작은 비스듬한 각도로 이동하기 때문에, 중첩하는 형태로 상기 코일 시일드(104)상에 배치된 상기 암공간 시일드(130)는 상당한 양의 스퍼터링된 재료가 상기 코일 시일드(104)상에 증착되지 못하도록 한다. 마찬가지로 상기 코일 시일드(104)상에 증착될 수 있는 재료의 양을 감소시킴으로써, 상기 코일 시일드(104)상에 증착되는 재료에 의한 미립자 발생은 실질적으로 감소될 수 있다.
설명된 실시예에서, 상기 암공간 시일드(130)는 일반적으로 반전된 절두(frusto) 원추형을 가지는 일반적으로 티타늄(티타늄 증착은 상기 증착 시스템(100)에서 발생한다), 알루미늄(알루미늄 증착을 위한) 또는 스텐레스강의 불연속 링이다. 상기 홈파인 암공간 시일드(130)는 도 3에 잘 도시된 바와 같이 약 1/4인치(6㎜) 만큼 상기 코일 시일드(104)의 벽으로부터 일정간격 떨어진 상기 홈파인 암공간 시일드(130)의 하부와 대략 1/4인티(6㎜)의 거리만큼 상기 코일 시일드(104)에 중첩되도록 플라즈마 챔버(100)의 중앙을 향해 내부로 연장한다. 물론, 중첩의 정도는 상기 코일 시일드(104)의 관련 크기와 배치 및 다른 인자에 의존하여 변경될 수 있다. 에를 들면, 상기 중첩은 상기 스퍼터링된 재료로부터 상기 코일 시일드(104)의 시일딩을 증가시켜 증가될 수 있지만, 중첩의 증가는 다소의 응용에 바람직하지 않을 수 있는 플라즈마로부터 상기 타겟(110)을 추가로 시일딩할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에서, 상기 암공간 시일드(130)의 홈(1300)은 상기 RF 동력 코일 시일드(104)와 플라즈마 사이의 RF 커플링 효율을 개선한다. 상기 홈이 없는 암공간 시일드와 RF 동력 코일 시일드(104)사이의 중첩은 홈이 없는 암공간 시일드로 흐르는 방위각의 와상 전류에 기인하는 RF 전력 손실을 초래할 수 있다고 알려져 있다. 상기 홈(1300)은 방위각의 와상 전류가 홈파인 암공간 시일드(130)로 흐르는 것을 감소 또는 제거한다.
RF 커플링 효율의 개선은 RF 전자계를 검출하기 위해 상기 플라즈마 챔버(100)내에 삽입되는 도 2에 개략적으로 도시된 픽업 루프(1400)를 사용하여 측정될 수 있다고 알려져 있다. 네트워크 분석기(1410)는 상기 코일 시일드(104)에 인가된 RF 전력과 동시에 상기 픽업 루프(1400)로 RF 전자계를 검출하는데 사용된다. 상기 회보 분석기(1410)은 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 상기 코일 시일드(104)에 저속되는 상기 픽업 루프(1400)와 정합 네트워크(1420) 둘다에 접속된다. 상기 픽업 루프(1400)에 의해 검출된 RF 전력 대 상기 코일 시일드(104)에 대한 RF 전력 입력의 전달율(S12)은 다음과 같이 이론적으로 주어진다.
여기에서는 RF 발생기(404)의 각주파수이고(상기 RF 발생기(404) 주파수(v)의 2배), L코일은 코일 시일드(104)의 인덕턴스이고, L픽업은 픽업 루프(1400)의 인덕턴스이고, k는 코일 시일드(104)와 픽업 루프(1400) 사이의 커플링 계수이고, R코일은 코일 시일드(104)의 저항이며, R분석기는 네트워크 분석기(1410)의 저항(예를 들면, 50Ω)이다. 홈이 없는 암공간 시일드는 -69.5㏈의 전달율(S12)(1.12×10-7의 값에 대응하는)을 준다는 것이 알려져 있다. 대조적으로, 또한 홈파인 암공간 시일드(130)는 -64.3㏈의 전달율(S12)(3.72×10-7의 값에 대응하는), 3개 이상의 인자에 의한 RF 커플링 효율의 증가, RF 커플링 효율의 상당한 개선을 준다는 것이 알려져 있다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이 홈(1300)으로부터 약 90°가 되는 각각의 2개 점(1310과 1315)으로 서로 정반대로 마주보게 배치된 2개 점(1310과 1315)에서의 홈파인 암공간 시일드(130)의 접지는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 홈(1300)에 정반대로 마주보게 배치된 하나의 점(1305)에서 홈파인 암공간 시일드(130)의 접지에 관련하여 약 -0.5㏈(단지 0.9의 인자에 의한 감소에 대응하는) 만큼 전달율(S12)의 열화를 초래한다는 것이 알려져 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 2개 점(1310과 1315)에 접지된 홈파인 암공간 시일드(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 한점에서보다 2개 점에 유지됨으로써 한 점(1305)에 접지되는 홈파인 암공간 시일드(130)보다 홈파인 암공간 시일드의 더 큰 기계적 안정성을 초래할 수 있으며, -64.8㏈의 전달율(S12)(3.31×10-7의 값에 대응하는) 및 여전히 홈이 없는 암공간 시일드와 비교할 때 RF 커플링 효율(약 3의 인자 만큼)의 상당한 개선을 줄 수 있다. 상기 전달율(S12)의 근소한 열화는 RF 동력 챔버 시일드(108)에서 발생된 과도 RF 전류(도 5에서 화살표 B에 의해 표시된)에 의해 2개 접지점(1310과 1315) 사이의 홈파인 암공간 시일드의 접속부에서 발생된 과도 와상 전류(도 5에서 화살표 A에 의해 표시된)로부터 초래된다고 믿어진다.
1995년 11월 15일에 제출되고, 플라즈마 발생을 위한 방법 및 장치로 명명된 이미 언급된 계류중인 출원 번호 제08/559,345호에 개시된 코일 시일드와 같이 상기 코일 시일드(104)는 증착되어지는 재료로부터 진공 챔버 벽(107)(도 3)을 보호한다. 그러나, 이미 언급된 출원에 개시된 바와 같이, 상기 코일 시일드(104)는 상기 코일 시일드(104)가 단일 회전 코일로서 기능하도록 허용하는 홈파인 디자인을 가진다.
예시된 실시예에서, 상기 코일 시일드(104)는 바람직하게 재료가 증착될 때의 동일한 타입의 재료로 형성되는 도전 재료로 제조된다. 그러므로, 상기 타겟(110)이 기판(112)상의 증착을 위해 티타늄으로 제조된다면, 상기 코일 시일드는 바람직하게 아주 튼튼한 10-12 인치(25-30㎝)의 직경을 가지는 일반적으로 실리더형 모양으로 형성된 비즈-블라스트(bead-blasted) 고체 고순수(바람직하게 99.995% 순수한) 티타늄과 같은 티타늄으로 제조된다. 그러나, 다른 높은 도전 재료가 스퍼터링되는 재료와 다른 인자에 의존하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 스퍼터링될 재료가 알루미늄이라면, 상기 타겟과 코일 시일드(104)는 고순수 알루미늄으로 제조될 수 있다.
상기 코일 시일드(104)가 단일 회전 코일로서 기능할 수 있도록, 상기 시일드(104)의 벽을 완전히 컷팅하는 얇은 채널(122)(바람직하게 1/4 내지 1/8인치, 또는 6 내지 3㎜ 폭)이 수직 홈파인 모양으로 형성된다. 예시적 실시예의 코일 시일드(104)이 전체 모양은 일반적으로 실린더형이지만, 다른 모양이 응용에 의존하여 사용될 수 있다.
상기 코일 시일드(104)는 지지용 시일드(108)로부터 코일 시일드(104)를 전기적으로 절연하는 다수의 코일 시일드 스탠드오프(124)(도 3)에 의해 외부 시일드(106)상에 적재된다. 상기 코일 스탠드오프에 관련하여, 1996년 5월 9일에 제출되고, 플라즈마 발생용 리세스 코일로 명명된 계류중인 출원 번호 제08/647,182호에 상세히 언급된 바와 같이, 절연용 코일 시일드 스탠드오프(124)는 코일 시일드 스탠드오프(124)상의 타겟(110)으로부터 도전 재료의 반복된 증착을 허용하는 내부 미로 구조를 가지는 반면, 내부 코일 시일드(104)로부터 상기 시일드(106)(전형적으로 접지에 있는)에 상기 코일 시일드(104)를 단락시킬 수 있는 외부 시일드(108)까지의 증착된 재료의 완전한 도전 경로의 형성을 방지한다.
RF 전력은 절연 피드스루 스탠드오프(128)에 의해 지지되는 피드스루(126)에 의해 상기 코일 시일드(104)에 인가된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 피드스루(126)는 바람직하게 상기 코일 시일드(104)의 단부(127)에 배치된다. 상기 코일 시일드 스탠드오프(124)와 같은 피드스루 스탠드오프(128)는 상기 시일드(106)에 상기 코일 시일드(104)를 단락시킬 수 있는 도전 경로의 형성없이 피드스루 스탠드오프(128) 상의 타겟으로부터 도전 재료의 반복된 증착을 허용한다. 그러므로, 상기 코일 시일드 피드스루 스탠드오프(124)는 상기 코일 시일드(104)와 상기 외부 시일드(106)의 벽(140) 사이의 단락의 형성을 방지하도록 상기 코일 시일드 스탠드오프(124)와 다소 유사한 내부 미로 구조를 가진다.
상기 채널(122)의 폭이 갭(125)에 의해 표현된 바와 같이 상대적으로 작기 때문에, 단지 상대적으로 작은 양의 증착 재료가 상기 외부 시일드(106)에 도달한다. 적은 재료가 스탠드오프상에 증착되기 때문에, 스탠드오프의 디자인은 도 3에 도시된 상대적으로 복잡한 미로 디자인 이상으로 간략화 될 수 있다고 기대된다. 예를 들면, 상기 미로 구조는 더 적은 채널을 가질 수 있다.
상기 지지용 스탠드오프(124)가 증착 재료의 스탠드오프에 대한 도달 가능성을 감소 또는 제거하도록 갭(122)으로부터 멀리 배치된다면, 원격 스탠드오프는 더욱 추가로 간략화될 수 있다. 예를 들면, 상기 스탠드오프는 세라믹과 같은 절연 재료로 이루어진 간단한 기둥으로서 형성될 수 있다.
예시적 실시예의 상기 코일 시일드(104)가 단지 단일 수직 홀(122)을 가지고 상기 암공간 시일드(130)가 단지 단일 홈(1300)을 가지기 때문에, 상기 외부 시일드(106)는 실질적으로 크기에서 감소될 수 있다고 기대된다. 상기 시일드(106)는 상기 전체 코일 시일드(104)를 둘러싼다기 보다는 상기 홈(122) 뒤에 하나의 구획 및 시일드 홈(1300) 뒤에 다른 구획을 갖는 구획 벽으로서 형성될 수 있다. 그러나, 상기 코일 시일드(104)가 1996년 10월 8일에 제출된 계류중인 특허 일련 번호 제 08/730,722호에 개시된 바와 같이 코일 시일드에 외접하는 홀을 가지는 다중 회전 코일이라면, 완전 외부 시일드(106)가 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 절연 부재는 고밀도 플라즈마를 위한 동력 시일드 소스로 명명된 계류중인 특허 일련번호 제 호에 더욱 상세히 개시된 바와 같이 상기 시일드 슬롯(1300) 내부 또는 뒤의 위치에서 상기 시일드(103)에 부착될 수 있다. 유사한 형태로, 절연 부재는 코일 시일드(104)의 홈(122)에 배치될 수 있다. 상기 절연 부재는 플라즈마와 스퍼터링된 재료를 한정하고 상기 시일드(106)와 같은 개별 외부 시일드 필요성을 제거한다.
상기 챔버 시일드(108)는 일반적으로 사발 모양이고(도 3), 상기 스탠드오프(124와 128)가 상기 코일 시일드(104)를 절연적으로 지지하기 위해 부착되는 일반적으로 실린더 모양의 수직 지향 벽(140)을 포함한다. 상기 시일드는 예시적 실시예에서 8(20㎝) 직경을 가지는 제품(112)을 지지하는 척 또는 페데스탈(114)을 둘러싸는 일반적으로 환형 모양 바닥 벽(142)을 추가로 가진다. 클램핑 링(154)은 상기 척(114)에 대해 웨이퍼를 크램핑하고 상기 시일드(106)의 바닥 벽과 상기 척(114) 사이의 갭을 커버하는데 사용될 수 있다.
상기 증착 시스템(100)은 상기 진공 챔버 벽(107)의 상부 환형 플랜지(150)를 구속하는 어댑터 링 어셈블리(152)에 의해 지지된다. 상기 외부 시일드(106)는 상기 어댑터 링 어셈블리(152)를 통해 시스템 접지에 접지된다. 상기 외부 시일드(106)처럼 상기 홈파인 암공간 시일드(130)는 상기 어댑터 링 어셈블리(152)를 통해 접지된다.
또한 상기 홈파인 암공간 시일드(130)는 상기 어댑터 링 어셈블리(152)의 수평 플랜지(162)에 고정되는 상부 플랜지(170)를 가진다. 상기 홈파인 암공간 시일드(130)는 상기 챔버 시일드(106)처럼 상기 어댑터 링 어셈블리(152)를 통해 접지된다. 선택적으로, 상기 홈파인 암공간 시일드(130)는 세라믹을 포함하는 다양한 절연 재료로 제조될 수 있는 절연 어댑터 링 어셈블리(152)에 의해 지탱될 수 있고, 홈(1300)으로부터 약 90°가 되는 각각의 2 점(1310과 1315)으로 상기 홈(1300)에 마주보는 한점(1305), 또는 실질적으로 직경 방향으로 서로 마주보게 배치된 2점(1310과 1315)(도 5)에 접지된다.
상기 타겟(110)은 일반적으로 디스크 모양이고, 또한 상기 어댑터 링 어셈블리(152)에 의해 지지된다. 그러나, 상기 타겟(110)은 음적으로 바이어싱되어 접지되는 상기 어댑터 링 어셈블리(152)로부터 절연되어야 한다. 따라서, 상기 타겟(110)의 하부에 형성된 원형 채널(176)에 안착된 것은 상기 어댑터 링 어셈블리(152)의 상부내의 대응하는 채널(174)에 또한 안착되는 세라믹 절연 링 어셈블리(172)이다. 세라믹을 포함하는 다양한 절연 재료로 제조될 수 있는 상기 절연 링 어셈블리(172)는 상기 타겟(110)이 적당히 음적으로 바이어싱되도록 상기 어댑터 링 어셈블리(152)로부터 상기 타겟(110)을 일정 간격 유지한다. 상기 타겟, 어댑터 및 세라믹 링 어셈블리는상기 진공 챔버(102)로부터 상기 타겟(110)까지 진공 밀폐 어셈블리를 제공하기 위해 O-링 시일링 표면(178)으로 제공된다.
상기 타겟(110)의 균일한 부식을 증진하기 위하여, 자석(116)(도 2)이 상기 타겟(110)상에 제공될 수 있다. 그러나, 상기 자석은 상기 플라즈마의 RF 이온화를 증가시킴으로써 제거될 수 있다.
이미 언급된 각각의 실시예는 플라즈마 챔버에 단일 코일이 사용되고 있다. 본 발명은 하나 이상의 RF 동력 코일을 가지는 플라즈마 챔버에 적용할 수 있다는 것을 인식하여야 한다. 예를 들면, 본 발명은 계류중인 출원 일련번호 제08/559,345호, 플라즈마 발생을 위한 방법 및 장치에 개시된 바와 같은 타입의 헬리콘파를 발사하기 위한 다중 코일 챔버에 적용될 수 있다.
적당한 RF 발생기와 정합 네트워크는 종래 기술에서 숙련된 자들에게 잘 알려진 부품이다. 예를 들면, 정합 네트워크 및 안테나와 정합하는 최상의 주파수를 위해 주파수 추적할 수 있는 능력을 가지는 ENI 제니스 시리즈와 같은 RF 발생기가 적당하다. 상기 코일 시일드(104)에 대한 RF 전력을 발생하기 위한 발생기의 주파수는 바람직하게 2㎒이지만, 상기 범위는 1㎒로부터 100㎒까지 변화할 수 있다고 예기된다. 4.5㎾의 RF 전력 설정이 바람직하지만 1.5-5㎾의 범위가 만족스럽다고 믿어진다. 다소의 응용에서, 또한 에너지는 코일과 다른 에너지 전달 부재에 AC 또는 DC 전력을 인가함으로써 플라즈마에 전달될 수 있다. 3㎾의 타겟(110) 바이어싱을 위한 DC 전력 설정이 바람직하지만 2-5㎾의 범위와 -30볼트 DC의 페데스탈 바이어스 전압이 많은 응용을 위해 만족스럽다고 믿어진다.
예시적 실시예에서, 상기 외부 시일드(106)는 13 1/2(34㎝)의 직경을 가지지만 양호한 결과는 상기 시일드가 플라즈마로부터 챔버를 시일링하도록 상기 타겟, 기판 지지대 및 기판의 외부 직경 이상으로 연장할만큼 충분한 직경을 가질 때 얻어질 수 있다고 예기된다. 상기 외부 시일드(106)는 절연 재료, 이를테면 세라믹 또는 수정을 포함하는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 그러나, 상기 타겟 재료로 마찬가지로 코팅될 상기 시일드와 모든 금속 표면은 바람직하게 스퍼터링된 타겟 재료와 같은 동일한 재료로 제조되지만, 스테인레스강 또는 구리와 같은 재료로 제조될 수 있다. 코팅되어야 할 표면의 재료는 시일드 또는 웨이퍼 상의 다른 구조물로부터 스퍼터링된 재료의 박편화를 감소시키도록 스퍼터링된 재료의 열팽창 계수에 거의 일치하는 열팽창 계수를 가져야 한다. 부가적으로, 코팅될 상기 재료는 스퍼터링된 재료에 대해 양호한 접착성을 가져야 한다. 그러므로, 예를 들어 상기 증착된 재료가 티타늄이라면, 코팅될 상기 시일드, 브래킷 및 다른 구조물의바람직한 금속은 비즈-블라스트 티타늄이다. 스퍼터링될 어떤 표면은 바람직하게 타겟과 동일한 타입의 재료, 이를테면 고순수 티타늄으로 제조될 수 있을 것이다. 물론, 증착될 재료가 티타늄 외의 재료라면, 바람직한 금속은 상기 증착된 재료, 스테인레스강 또는 구리이다. 또한 접착성은 타겟 스퍼터링 이전에 몰리브덴으로 상기 구조물들을 코팅함으로써 개선될 수 있다. 그러나, 몰리브덴이 코일로부터 스퍼터링된다면 제품을 오염시킬 수 있기 때문에 상기 코일(또는 스퍼터링될 어떤 다른 표면)은 몰리브덴 또는 다른 재료로 코팅하지 않는 것이 바람직하다.
상기 웨이퍼 대 타겟 간격은 바람직하게 약 140㎜이지만 약 1.5 내지 8(4㎝ 내지 20㎝)의 범위가 될 수 있다. 이런 웨이퍼 대 타겟 간격에 대하여, 약 11 1/2 인치(29㎝)의 코일 직경이 바람직하다. 제품 에지로부터 멀리 코일이 이동하는 코일의 직경 증가는 하부 커버리지에 대하여 역효과를 가질 수 있다. 다른한편, 웨이퍼 에지에 가깝게 코일이 이동하는 코일 직경의 감소는 층 균일성에 악영향을 줄 수 있다. 코일 직경 감소는 코일로부터 스퍼터링되는 재료의 균일성에 악영향을 줄 수 있는 코일상의 타겟으로부터 재료의 실질적 증착을 초래하여 코일이 타겟과 더욱 가깝게 정렬되도록 할 것이라고 믿어진다.
다양한 스퍼터링 가스가 Ar과 여러 가지 반응 가스, 이를테면 H2, NF3, CF4을 포함하여 플라즈마를 발생하는데 사용될 수 있고 다른 것들이 사용될 수 있다. 0.1-50mTorr를 포함하는 여러 가지 선구물질 가스 압력이 적당하다. 이온화된 PVD를 위하여, 10 내지 50mTorr의 압력은 스퍼터링된 재료의 적당한 이온화를 제공한다.
이상에서는 본 발명의 양호한 일 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.
본 발명의 한 특징에 따른 플라즈마내에 전자기 에너지를 유도적으로 커플링하는 액티브 시일드, 및 타겟 측벽를 시일딩하고 와상 전류가 암공간 시일드로 흐르지 못하도록 홈 또는 다른 불연속선을 가지는 암공간 시일드를 포함하는 플라즈마 발생 장치에 의해 홈이 없는 암공간 시일드내로 흐를 수 있는 와상 전류에 기인하는 RF 전력 손실을 방지 또는 감소시킨다. 또한 RF 전력 손실의 감소에 의하여, RF 커플링 효율이 개선될 수 있다.

Claims (31)

  1. 기판상에 타겟으로부터 재료를 증착하는 반도체 제조 시스템에서 플라즈마를 에너지화하기 위한 장치에 있어서,
    홈파인 암공간 시일드와 상기 타겟에 인접한 플라즈마 발생 영역을 가지는 반도체 제조 챔버; 및
    스퍼터링된 재료를 이온화하는 이온을 생성하기 위하여 상기 플라즈마 발생 영역내로 에너지를 커플링하도록 배치된 코일 시일드를 포함하며, 상기 홈파인 암공간 시일드는 와상 전류가 상기 플라즈마 발생 영역내로 커플링된 상기 에너지에 응답하여 상기 암공간 시일드로 흐르는 것을 방지하기에 충분한 크기의 불연속선을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  2. 기판상에 재료를 증착하는 반도체 제조 시스템에서 플라즈마를 에너지화하기 위한 장치에 있어서,
    타겟, 상기 타겟의 주변을 시일딩하도록 배치된 홈파인 암공간 시일드 및 상기 타겟과 상기 홈파인 암공간 시일드에 인접한 플라즈마 발생 영역을 가지는 반도체 제조 챔버; 및
    상기 챔버에 의해 지탱되고 스퍼터링된 재료를 이온화하는 이온을 생성하기 위하여 상기 플라즈마 발생 영역내로 에너지를 커플링하도록 상기 홈파인 암공간 시일드에 인접하여 배치된 코일 시일드를 포함하며, 상기 홈파인 암공간 시일드는 와상 전류가 상기 플라즈마 발생 영역내로 커플링된 상기 에너지에 응답하여 상기홈파인 암공간 시일드로 흐르는 것을 방지하도록 홈을 한정하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 홈파인 암공간 시일드는 상기 암공간 시일드를 따라 일정 간격으로 배치된 다수의 점에 접지되는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 암공간 시일드는 절두 원추형 모양인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  5. 기판상에 재료를 증착하는 방법에 있어서,
    타겟으로부터 스퍼터링된 재료를 이온화하는 이온을 생성하도록 코일 시일드로부터 플라즈마내로 RF 에너지를 커플링하는 단계; 및
    상기 플라즈마에 인접하여 홈파인 암공간 시일드를 제공함으로써 와상 전류 RF 에너지 손실을 방지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 암공간 시일드와 상기 코일 시일드는 적어도 부분적으로 일정 간격 배치된 관계로 중첩하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 암공간 시일드는 상기 홈에 의해 분리된 2개 단부를 가지는 불연속 링인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 링은 중심 축을 한정하고 상기 홈은 상기 중심 축에 평행하게 향하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 코일 시일드는 상기 단부 사이의 홈을 한정하는 2개 일정간격 배치된 단부를 가지는 불연속 실린더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  10. 제 2항에 있어서, 상기 코일 시일드는 RF 발생기에 커플링되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 코일 시일드는 중심 축을 한정하고 상기 코일 시일드 홈은 상기 중심 축에 평행하게 향하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  12. 제 2항에 있어서, 상기 홈 뒤에 절연적으로 일정 간격 배치된 제 2 시일드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  13. 제 2항에 있어서, 상기 암공간 시일드는 상기 홈에 직경 방향으로 마주보게 배치된 단일 점에 접지되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  14. 제 2항에 있어서, 상기 암공간 시일드는 서로 직경 방향으로 마주보게 배치된 2개 점에 접지되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  15. 제 8항에 있어서, 상기 홈은 상기 2개 접지 점으로부터 상기 암공간 시일드의 주변 둘레에 대략 90도로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  16. 제 2항에 있어서, 상기 암공간 시일드는 상기 타겟과 상기 코일 시일드 사이에 적어도 부분적으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 시스템내의 플라즈마 에너지화 장치.
  17. 제 5항에 있어서, 상기 암공간 시일드상의 홈에 직경 방향으로 마주보게 배치된 단일 점에 상기 암공간 시일드를 접지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  18. 제 5항에 있어서, 상기 암공간 시일드를 따라 일정 간격 배치된 다수의 점에 상기 암공간 시일드를 접지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  19. 제 5항에 있어서, 상기 암공간 시일드로 상기 타겟의 주변을 시일딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  20. 제 5항에 있어서, 상기 암공간 시일드와 상기 코일 시일드는 적어도 부분적으로 일정 간격 배치된 관계로 중첩하는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  21. 제 5항에 있어서, 상기 암공간 시일드는 상기 홈에 의해 분리된 2개 단부를 가지는 불연속 링인 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 링은 중심 축을 한정하고 상기 홈은 상기 중심 축에 평행하게 향하는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  23. 제 5항에 있어서, 상기 코일 시일드는 상기 단부 사이의 홈을 한정하는 2개 일정 간격 배치된 단부를 가지는 불연속 실린더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  24. 제 5항에 있어서, 상기 코일 시일드는 RF 발생기에 커플링되는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 코일 시일드는 중심 축을 한정하고 상기 코일 시일드 홈은 상기 중심 축에 평행하게 향하는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  26. 제 5항에 있어서, 상기 홈 뒤에 절연적으로 일정 간격 배치된 제 2 시일드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  27. 제 5항에 있어서, 상기 암공간 시일드는 상기 홈에 직경 방향으로 마주보게 배치된 단일 점에 접지되는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  28. 제 5항에 있어서, 상기 암공간 시일드는 서로 직경 방향으로 마주보게 배치된 2개 점에 접지되는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  29. 제 14항에 있어서, 상기 홈은 상기 2개 접지 점으로부터 상기 암공간 시일드의 주변 둘레에 대략 90도로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  30. 제 5항에 있어서, 상기 암공간 시일드는 상기 타겟과 상기 코일 시일드 사이에 적어도 부분적으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 기판상의 재료 증착 방법.
  31. 반도체 제조 챔버 내부에 배치된 RF 동력 코일과 상기 코일에 의해 에너지화된 상기 챔버의 플라즈마 사이의 RF 커플링 효율을 결정하는 방법에 있어서,
    상기 RF 전자계를 검출하도록 상기 챔버내에 픽업 루프를 삽입하는 단계;
    상기 RF 코일에 접속된 정합 네트워크를 제공하는 단계;
    상기 픽업 루프와 상기 정합 네트워크에 네트워크 분석기를 커플링하는 단계;
    상기 픽업 루프로 RF 전력을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 RF 전력에 기초하여 부분적으로 상기 RF 커플링 효율을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1019970051489A 1996-10-08 1997-10-08 스퍼터링 증착용 유도 커플링된 플라즈마 소스에서의 ｒｆ전달을 위한 암공간 시일드 KR19980032632A (ko)

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