KR20000035439A - 구리 스퍼터링 타겟 - Google Patents

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임란 하심
리차드 홍
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조셉 제이. 스위니
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Abstract

본 발명은 일반적으로 물리 기상 증착 챔버와 이러한 챔버의 상부에 배치된 타겟을 포함하는 기판 상에 금속을 물리 기상 증착시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 타겟은 중앙부와 물리 기상 증착용 챔버에 부착가능한 플랜지부를 갖춘 뒷받침판과, 뒷받침판의 중앙부 상에 배치되어 있는 스퍼터링부와, 그리고 플랜지부의 표면 상에 배치된 환형 리지를 포함한다. 바람직하게, 타겟의 스퍼터링부는 방지 측벽을 갖추고 있는데, 이러한 방지 측벽은 플라즈마의 유입을 방지하고 또한 상부 실드와 타겟 사이의 음영 공간으로 후방 산란되는 입자들의 유입을 방지한다.

Description

구리 스퍼터링 타겟 {COPPER SPUTTERING TARGET}
본 발명은 일반적으로 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition, 이하 PVD라 함)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 PVD 챔버 및 공정에 사용되는 구리 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.
회로 밀도가 차세대의 극초대규모 집적회로에 대해 증가함에 따라, 구리 및 구리 합금이 알루니늄 보다 낮은 저항성을 가지며 또한 알루미늄과 비교하여 현저하게 높은 전자이동 저항성을 가지기 때문에, 구리가 나노미터 크기의 높은 종횡비의 상호 접속 특성을 충족하는 금속으로서 선택되고 있다. 이들 특성들은 고등급의 집적도와 장치 속도를 증가시키는데 요구되는 고전류 밀도를 지원하는데 있어서 중요하다. 구리는 또한 양호한 열전도성을 제공하며, 고순도 상태로 용이하게 사용할 수 있다.
도 1은 구리를 증착시키는데 사용되는 전형적인 PVD 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 이러한 PVD 챔버(100)는 일반적으로 하우징(101), 기판 지지용 조립체(102), 커버링(104), 플라즈마 실드(106), 음영 공간 실드(108) 및 타겟(112)을 포함하고 있다. 도시된 바와 같이, PVD 챔버(100)는 또한 기판 표면 상의 개구 내로 증착을 강화하기 위해 시준기(collimator, 110)를 포함할 수도 있다. 공정을 행하는 동안, 기판(122)은 기판 지지용 조립체(102) 상에 위치되며, 아르곤과 같은 공정 가스가 타겟(112), 음영 공간 실드(108), 및 시준기(110)에 의해 한정된 영역(120)으로 도입된다. 타켓(112)과 기판 지지용 조립체(102) 사이로 바이어스(RF 또는 DC)를 가함으로써, 공정 가스의 플라즈마가 영역(120)을 가격한다. 플라즈마로부터 발생된 이온은 타겟으로 끌어당겨져서 타겟과 충돌하여, 기판(122) 상으로 타겟(112)으로부터 배출된 증착 재료를 스퍼터링한다.
도 2는 도 1의 음영 공간 실드(108)와 타겟(112)의 확대 단면도이다. 타겟(112)은 일반적으로 알루미늄으로 제조된 뒷받침판(114)과, 구리와 같은 스퍼터링 증착 재료로 제조된 스퍼터링층(116)을 포함하고 있다. 뒷받침판(114)은 하우징(101)의 상부에 배치된 절연체 링(126) 상에 놓여진(또는 고정된) 타겟 지지용 플랜지(124)를 포함하고 있다. 절연체 링(126)은 특정 전압으로 바이어스된 타겟(112)과 접지된 하우징(101) 사이를 전기적으로 절연시킨다. 기판 지지용 플랜지(124)의 하부면 상에 형성된 환형 리셋스(130) 내에 배치된 O-링(128)은 타겟 지지용 플랜지(124)와 절연체 링(126) 사이에 밀봉을 제공하여, 챔버(100)를 진공 상태로 유지시킨다. 일반적으로, 타겟 지지용 플랜지(124)의 하부면(138)과 절연체 링(126)의 상부면(140) 사이에는 작은 갭(132)이 형성되어 있다.
음영 공간 실드(108)는 하우징(101) 상에 고정되어 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 그의 하단부에서 시준기(110)를 지지하고 있다. 음영 공간 실드(108)의 상단부는 절연체 링(126)과 스퍼터링층(116) 사이에 배치되어 있다. 음영 공간 실드(108)의 상부면과 타겟 지지용 플랜지(124)의 하부면(138) 사이에는 음영 공간 갭(134)이 형성되어 있으며, 스퍼터링층(116)의 환형의 휘어진 에지(144)와 음영 공간 실드(108)의 내부면(146) 사이에는 유입 갭(142)이 형성되어 있다. 스퍼터링층(116)의 환형의 휘어진 에지(144)는 유입 갭(142)을 좁게 하는 돌출부(148)를 형성한다. 뒷받침판(114)은 리셋스형 코너부(150)를 포함하고 있다.
롱 스루우(long throw), 시준, 및 이온화된 금속 플라즈마를 포함하는 여러 진보된 PVD 기술이 PVD 기술에 의한 구리의 증착에 대해 성공적으로 증명하여 왔지만, 알루미늄 및 티타늄과 같은 다른 금속과 비교할 때, 구리가 가지는 용융점, 낮은 고착 계수, 상대적인 불활성, 및 높은 스퍼터링 수율과 같은 성질 및 특징에 의해 PVD에 의한 구리 증착은 많은 문제점을 가진다. PVD에 의한 구리 증착은 일반적으로 방향성을 덜 갖는 오우버-코사인(over-cosine) 증착 패턴으로 증착하는데, 여기서 스퍼터링된 구리 원자는 증착 시준선을 따르지 않고, 최종면에 접착되기 전에 다수의 표면을 되튕길 수도 있다. 추가로, 스퍼터링된 구리 원자는 대부분의 표면 상에서 상대적으로 약한 결합을 형성하며, 다른 아르곤/구리 이온 또는 원자의 충돌로 인해 떨어질 수도 있다. 최근에, 바람직한 PVD에 의한 구리 증착 기술 중 하나로는 저압 롱-스루우 공정(Low-Pressure Long-Throw, LPLT process)이 있는데, 여기서는 공정 동안 챔버의 압력이 약 0.2 내지 1.0 mTorr 사이로 유지되며, 타겟과 기판 사이의 공간은 일반적으로 약 100 mm 내지 300 mm 사이이다. 구리의 성질 및 특성과 PVD에 의한 구리 증착은 LPLT PVD 구리 증착 챔버에서 다른 PVD에 의한 구리 증착 및 다른 금속의 증착에서는 직면하지 않는 많은 문제점을 가진다.
첫째로, 스퍼터링층(116)이 플라즈마의 유입을 방해할 만큼 충분히 긴 유입 갭(142)을 형성할 만큼 두껍지 못하기 때문에, 플라즈마가 돌출부(148)에 의해 제한되지 않아서 유입 갭(142)을 통해 돌출부(148) 위의 표면으로 도달할 수 있다는 점이다. 돌출부(148)를 넘어서 표면에 도달한 플라즈마는 돌출부(148)와 리셋스된 코너부(150) 사이의 표면으로부터 스퍼터링 재료 및 뒷받침판 재료 모두를 포함하는 타겟 재료를 스퍼터링시킨다. 더욱이, 이러한 문제점은 저압 환경에서 악화되는데, 이는 타겟으로부터 전자를 방출하기 위해 낮은 에너지를 요구하는데 기인하여, 구리가 플라즈마가 점화된 후에 저압(sub-mTorr) 환경에서 플라즈마를 자가 유지할 수 있기 때문이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 돌출부(148) 위의 표면으로부터 스퍼터링된 재료는 음영 공간 갭(134)으로 직선형으로 유입된다. 돌출부(148)로부터 스퍼터링된 재료는 음영 공간 갭(134)으로 직접 유입될 수 있다. 음영 공간 갭(134)으로 유입된 스퍼터링된 입자들은 작은 갭(132)으로 도달하여 작은 갭(132)내의 표면과 O-링(128) 상에 증착된다. O-링(128)과 절연체 링(126) 상에서의 바람직하지 못한 증착은 연속적으로 처리되는 기판을 오염시키는 입자를 형성할 수도 있는 입자 소오스가 된다. O-링(128)과 절연체 링(126) 상에서의 바람직하지 못한 증착은 또한 타겟(112)과 음영 공간 실드(108) 사이에서 전기 단락 또는 아아크를 유발하여 타겟(112)과 음영 공간 실드(108)를 손상시킬 수도 있다.
두 번째로, 저압 환경에서, 스퍼터링된 구리 원자가 고압 PVD에 의한 구리 증착 공정에서는 도달할 수 없는 표면 상에 구리 원자를 증착시킬 수 있는 평균 자유 경로를 가진다는 점이다. 저압 플라즈마 환경에서는 아르곤 원자의 갯수가 감소하기 때문에, 스퍼터링된 구리 원자는 아르곤 원자와 충돌하기 전에 보다 긴 거리를 이동한다. 추가로, 스퍼터링된 구리 입자들은 낮은 고착 계수를 가지기 때문에, 최종 표면 상에 고착되기 전에 다수의 표면을 되튕기는 경향이 있다. 긴 평균 자유 경로와 낮은 고착 계수의 조합은 고압 PVD에 의한 구리 증착 공정에서는 도달할 수 없는 표면, 즉 갭(132)과 O-링(128) 내의 표면 상에 스퍼터링된 구리 입자가 증착되도록 한다. 상기한 바와 같이, 이들 표면 상의 증착은 타겟(112), 음영 공간 실드(108) 및/또는 다른 연속적으로 처리되는 기판을 손상시킬 수도 있다.
오염되지 않았던 이들 표면 상으로의 증착을 유도하는 다른 인자로는 구리의 LPLT 스퍼터링 공정이 다른 PVD에 의한 구리 증착 공정과 비교하여 증착 효율이 낮기 때문에 LPLT 스퍼터링 기술은 공정 시간이 길다는 점이다. 이러한 긴 공정 시간은 공정 동안 온도를 증가시키게 되며, 이에 의해 구리 원자의 유동성이 증가되어서 스퍼터링된 구리 원자가 도달할 수 없었던 표면 상으로 구리가 증착되게 된다.
갭(132), O-링(128), 및 절연체 링(126) 내의 표면 상으로의 증착은 연속적으로 처리되는 기판을 오염시키는 입자를 형성할 수도 있는 입자 소오스가 된다. 특히 구리 증착에 있어서, 구리 오염 입자들은 알루미늄계 프런트 엔드 장치(front end device)가 갖는 오염 문제를 유발할 수도 있다. 또한, O-링(128)과 절연체 링(126) 상의 증착은 타겟(112)과 음영 공간 실드(108) 사이에서 전기 단락 또는 아아크를 유발할 수도 있는데, 이는 바람직하지 못한 공정을 유발하며, 기판에 결함을 형성시킬 수도 있다. O-링(128)과 절연체 링(126)은 일반적으로 주기적으로 교체될 수 있는 처리 장치의 일부분이기 때문에, 이들의 표면 상에 구리가 증착하는 것은 공정 장치의 보다 빈번한 교환을 요구하게 되며, 공정 장치의 해체 및 조립에 소요되는 과도한 시간으로 인해 수율을 감소시키게 된다.
그러므로, 타겟 음영 공간과 절연체 링 내의 표면 상의 증착을 현저하게 감소시키고 O-링 상의 증착을 방지하여 오염물 입자의 형성을 감소시킴으로써 공정 장치의 유효 수명을 연장시킬 수 있는 구리 증착을 위한 PVD 챔버용 타겟을 필요로 하게 되었다.
본 발명의 목적은 일반적으로 타겟 음영 공간과 절연체 링 내의 표면 상의 증착을 현저하게 감소시키고 O-링 상의 증착을 방지하여 오염물 입자의 형성을 감소시킴으로써 공정 장치의 유효 수명을 연장시킬 수 있는 구리 증착을 위한 PVD 챔버용 타겟을 제공하는 것이다.
도 1은 구리 증착에 유용한 종래 기술에 따른 전형적인 PVD 챔버(100)의 개략적인 단면도.
도 2는 도 1의 음영 공간 실드(108)와 타겟(112)의 상세 단면도.
도 3은 챔버 하우징 상에 배치된 본 발명에 따른 타겟(300)의 부분 단면도.
도 4는 챔버 상에 배치된 본 발명에 따른 타겟(400)의 선택적인 실시예의 부분 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 물리 기상 증착 챔버 112,300,400 : 타겟
114,302,402 : 뒷받침판 126,316,416 : 절연체 링
128,319,419 : 0-링 130,321,421 : 환형 리셋스
142,326,426 : 유입 갭 304,404 : 스퍼터링부
308,408 : 중앙 스퍼터링면
312,412 : 방지 측벽 314,414 : 플랜지부
332,432 : 환형 리지
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 타겟은 중앙부와 PVD 챔버에 부착가능한 플랜지부와 뒷받침판의 중앙부로부터 연장하는 스퍼터링부를 갖춘 뒷받침판과, 플랜지부의 표면 상에 배치된 환형 리지를 포함하고 있다. 바람직하게, 타겟의 스퍼터링부는 방지 측벽을 갖추고 있는데, 이러한 방지 측벽은 플라즈마의 유입을 방지하고 또한 상부 실드와 타겟 사이의 음영 공간으로 후방 산란되는 입자들의 유입을 방지한다. 바람직하게, 방지 측벽은 뒷받침판내의 환형 리셋스 내부로 반경방향으로 테이퍼되어 있는 환형의 휘어진 측벽을 포함하고 있다. 환형 리셋스는 환형의 휘어진 측벽에 의해 후방-산란된 입자들이 증착되는 것이 방지된다.
본 발명의 다른 양태는 PVD 챔버와 챔버의 상부에 배치된 타겟을 포함하는, 기판 상에 금속을 증착하기 위한 PVD 장치를 제공한다. 타겟은 중앙부와 PVD 챔버에 부착가능한 플랜지부와 뒷받침판의 중앙부로부터 연장하는 스퍼터링부를 갖춘 뒷받침판과, 플랜지부의 표면 상에 배치된 환형 리지를 포함하고 있다. 바람직하게, PVD 챔버는 구리와 같은 금속의 저압 롱-스루우 PVD용이다. 본 발명은 또한 고체 타겟, 즉 뒷받침판이 없이 실시될 수도 있는데, 여기서는 조합된 스퍼터링 표면과 뒷받침판의 특징이 서로 결합된다.
본 발명의 다른 양태는 기판 상에 금속을 증착시키기 위한 방법을 제공하는 것으로, 이러한 방법은, 타겟을 구비한 PVD 챔버를 준비하는 단계와, 타겟의 스퍼터링부를 환형 실드로 둘러싸는 단계와, 플랜지부의 표면 상에 배치된 환형 리지를 사용하여 타겟의 플랜지부와 챔버의 표면 사이의 갭을 차폐하는 단계와, 챔버 내로 기판을 위치시키는 단계와, 그리고 타겟의 스퍼터링부로부터 금속을 스퍼터링하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기한 특징, 장점, 및 목적은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 기술한 이하의 상세한 설명에 의해 이해될 수 있을 것이다.
그렇지만, 첨부된 도면은 본 발명의 일반적인 실시예만을 도시한 것일 뿐 본 발명의 범위 내에서 다른 효과적인 실시예가 허용됨은 물론이다.
도 3은 챔버 하우징 상에 배치된 본 발명에 따른 타겟(300)의 부분 단면도이다. 이러한 타겟(300)은 일반적으로 뒷받침판(302)과 스퍼터링부(304)를 포함하고 있다. 타겟(300)은 일반적으로 PVD 챔버 상부에서 챔버 하우징의 절연체 링(3165) 상에 배치된다. 본 발명의 타겟(300)은 도 1에 도시된 PVD 챔버와 같은 물리 공정 챔버에 대해 교체가능하다.
타겟(300)의 스퍼터링부(304)는 PVD 챔버에서 처리되는 기판 상에 증착될 재료를 포함하고 있다. 스퍼터링부(304)는 바람직하게는 경계면(306)에서 뒷받침판(302) 상에 확산 결합되거나 또는 견고하게 부착된다. 선택적으로, 뒷받침판(302)과 스퍼터링부(304)는 동일한 스퍼터링 재료로 단일편으로 제조될 수 있다. 스퍼터링부(304)는 중앙 스퍼터링면(308)과, 이러한 중앙 스퍼터링면(308)을 둘러싸는 테이퍼된 환형 에지(310)를 포함하고 있다. 바람직하게, 중앙 스퍼터링면(308)은 실질적으로 편평하며, 챔버 내에서 기판 지지 부재의 기판 지지면과 실질적으로 평행하게 배치된다. 테이퍼된 환형 에지(310)는 편평한 중앙 스퍼터링면(308)으로부터 스퍼터링부(304)의 측면으로 유연한 변화를 제공하며, 스퍼터링면에서의 돌발적인 변화를 감소시킴으로써 증착의 균일성을 촉진시킨다. 도 3에 도시된 바와 같이, 테이퍼된 환형 에지(310)는 스퍼터링부(304) 주위로 연장하는 환형의 휘어진 측벽(312)으로 휘어져 있다. 바람직하게, 환형의 휘어진 측벽(312)은 실질적으로 볼록한 형상을 가지며, 스퍼터링부(304)와 뒷받침판(302) 사이의 경계면(306)에 접근하면서 반경방향으로 내부로 테이퍼된다. 환형 리셋스(313)는 환형의 휘어진 측벽(312)에 의해 후방-산란된 원자의 증착이 방지된다. 환형 측벽(312)은 플라즈마와 후방-산란된 입자들이 상부 실드와 타겟 사이의 음영 공간으로 유입되는 것을 방지하는 방지 측벽으로서 작용한다. 최대 응력 코너부로서 불리는 환형 리셋스(313) 부근의 표면 상의 증착을 감소시킴으로써, 본 발명은 공정 동안 처리되는 기판의 결함 형성을 유발할 수도 있는 오염물 입자의 형성을 현저하게 감소시킨다.
뒷받침판(302)은 일반적으로 구리 증착 경우에 알루미늄과 같은 증착 재료와는 상이한 금속을 포함하고 있다. 뒷받침판(302)은 챔버 하우징의 상부 상에 배치된 절연체 링(316) 상에 놓이거나 고정되는 타겟 지지용 플랜지부(314)를 포함하고 있다. 절연체 링(316)은 챔버 하우징(일반적으로 접지된)으로부터 타겟(바이어스된)을 전기적으로 절연시킨다. 환형 리셋스(321) 내에 배치된 O-링(319)은 타겟 지지용 플랜지부(314)와 절연체 링(316) 사이를 밀봉시킨다. 절연체 링(316)의 상부면(317)과 타겟 지지용 플랜지부(314)의 외부 바닥면(318a) 사이에는 갭(320)이 형성된다. 이러한 갭(320)은 O-링(319)의 내부로 반경방향으로 연장하며, 일반적으로 대기압하에서는 약 10 mils의 높이를 가지는데, 이러한 높이는 진공 압력 하에서는 10 mils 미만이 된다.
환형 리지(332)는 타겟 지지용 플랜지부(314)의 외부 바닥면(318a)과 내부 바닥면(318b) 사이에 배치되며, 스퍼터링부(304)와 동일한 방향으로 뒷받침판(302)으로부터 연장한다. 상부면(317)과 환형 리지(332)의 조합은 환형 방지부를 형성하는데, 이러한 환형 방지부는 후방-산란된 원자가 갭(320) 내로 직접 유입되는 것을 현저하게 감소시키거나 갭(320) 내로 되튕기는 것을 방지하며, 특히 수평 방향으로 이동하는 후방-산란된 원자가 갭(320)의 입구로 도달하기 전에 다수의 표면 상에서 되튕기도록 원자에 힘을 가하여 갭(320)의 입구로의 경로를 연장시킨다. 바람직하게, 환형 리지(332)는 후방-산란된 원자가 갭(320)으로부터 되튕겨나오도록 기울어지거나 테이퍼된 적어도 하나의 측면(331,333)을 포함하고 있다. 환형 리지(332)는 갭(320)의 높이 보다 큰 높이(335)를 가지는데, 이에 의해 후방-산란된 원자가 갭(320) 내로 직접 유입되는 것이 방지된다. 바람직하게, 환형 리지(332)는 갭(320)의 높이의 두 배 이상인 높이를 갖는다.
상부 실드(322)는 챔버 상부에 배치되어 있다. 상부 실드(322)의 상단부(324)는 절연체 링(316)과 스퍼터링부(304) 사이의 영역으로 연장한다. 스퍼터링부(304)의 측벽(312)과 상부 실드(322)의 수직 내부면(328) 사이에는 재유입 갭(326)이 형성된다. 재유입 갭(326)과 내부 바닥면(318b) 사이에는 제 1음영 공간 갭(329)이 형성되어 있는데, 이는 환형 리셋스(313)에 인접한 영역을 포함하고 있다. 바람직하게, 제 1음영 공간 갭(329) 내로 플라즈마 및 후방-산란된 입자들의 유입을 방지할 수 있도록 충분히 길고 좁은 재유입 갭(326)을 제공하도록, 중앙 스퍼터링면(308)과 내부 바닥면(318b) 사이의 거리(311)는 재유입 갭(326)의 폭(311a)의 약 5배 이상, 바람직하게는 약 9배이다. 상부 실드(322)의 상부면(334)과 타겟 지지용 플랜지부(314) 사이에는 제 2음영 공간 갭(330)이 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2음영 공간 갭(330)은 음영 공간 실드의 상부면(334) 위, 환형 리지(332)의 외부 및 내부 바닥면(318a,318b) 아래, 및 뒷받침판의 테이퍼된 측면(331,333)에 의해 한정된다. 제 2음영 공간 갭(330)은 제 1음영 공간 갭(329)으로부터 실질적으로 수직하게 연장하고 있다.
제 1 및 제 2음영 공간 갭(329,330)은 신장형 얇은 영역을 형성하는데, 이러한 영역에서는 스퍼터링 가스의 이동이 제한되고, 플라즈마 형성이 제한되거나 중단되거나 제거된다. PVD 공정 동안, 상부 실드(322)의 수직한 내부면(328)에 인접한 휘어진 측벽(312)은 재유입 갭(326)을 통한 플라즈마의 유입을 방지하며, 제 1음영 공간 갭(329)으로 노출된 스퍼터링부(304)의 일부가 스퍼터링되는 것을 방지하거나 현저하게 감소시킨다. 스퍼터링부(304)의 일부가 스퍼터링되는 것을 방지함으로써, 휘어진 측벽(312)은 음영 공간 갭(330)을 통해 뒷받침판(302)의 플랜지부(314)의 외부 바닥면(318a)과 절연체 링(316)의 상부면(317) 사이의 갭(320) 내로 스퍼터링된 원자가 직접 유입되는 것이 방지된다. 환형 리셋스(313)가 환형의 휘어진 측벽(312)에 의해 차단되기 때문에, 환형 리셋스(313) 부근의 표면은 후방-산란된 입자들을 거의 수용하지 않거나 입자들이 증착되지 않는다. 휘어진 측벽(312)과 상부 실드(322)의 인접한 수직 내부면(328)은 또한 재유입 갭(326)을 통해 후방-산란된 원자가 뒷받침판(302)의 플랜지부(314)의 내부 바닥면(318b)에 거의 직각으로 유입하는 것을 방지한다. 후방-산란된 원자가 거의 직각으로 내부 바닥면(318b)과 충돌하기 때문에, 후방-산란된 원자는 내부 바닥면(318b) 상에 고착되거나 증착된 상태로 남게 된다. 후방-산란된 원자가 첫 번째 충돌시에 내부 바닥면(318b)에 부착되지 않고 플랜지부(314)의 내부 바닥면(318b)으로부터 되튕겨나오더라도, 후방-산란된 원자는 상부 실드(322)의 상부면(334)의 내부 단부 상에 증착되거나 또는 환형 리지(332) 상에 증착될 것이다.
환형 리지(332)는 후방-산란된 원자의 갭(320)내로의 유입을 유도한다. 환형 리지(332)는 또한 후방-산란된 원자가 갭(320)의 입구 부근의 영역에 도달하기 전에 다수의 표면으로부터 되튕기도록 후방-산란된 원자에 힘을 가하고 되튕김 공간을 감소시켜서 밀봉의 단위 길이 당 충돌수를 증가시킴으로써 갭(320)으로의 유입 경로를 신장시킨다. 도 3에 도시된 바와 같이, 환형 리지(332)는 바람직하게는 상부 실드(322) 바로 위에 위치되어 있다. 환형 리지(332)의 높이와 위치는 음영 공간 갭(330) 내로 실질적으로 수평한 방향으로 이동하는 후방-산란된 원자가 갭(320)으로 직접 유입되는 것을 방지하도록 구성된다. 환형 리지(332)는 갭(320)의 높이만큼 외부 바닥면(318a)으로부터 떨어져서 연장하고 있다. 바람직하게, 외부 바닥면(318a)으로부터 측정된 바와 같이, 환형 리지(332)의 리지 높이(335)는 절연체 링(316)의 바닥면(318)과 상부면(317) 사이의 갭(320)의 높이의 약 두 배이다. 이러한 높이에서, 환형 리지(332)는 대부분의 후방-산란된 원자가 갭(320)으로 유입되는 것을 효과적으로 방지한다. 그렇지만, 환형 리지(332)의 높이는 상부 실드(322)의 상부면(334)과 환형 리지(332) 사이에서 요구되는 최소 거리로 제한되어서, 환형 리지(332)와 상부 실드(322) 사이에서 아아크가 발생하는 것을 방지한다.
음영 공간 갭(330)에 도달한 후방-산란된 원자들은 환형 리지(332)의 표면 상에 증착되거나, 또는 환형 리지(332)로부터 되튕겨나와서 상부 실드(322) 또는 절연체 링(316) 상에 증착된다. 환형 리지(332)는 갭(320) 내로 그리고 O-링(319) 상에 후방-산란된 원자가 증착하는 것을 현저하게 감소시키거나 방지하며, 이들 표면들 상에 증착될 수도 있는 입자의 형성을 현저하게 감소시키거나 또는 제거한다.
도 4는 챔버 상에 배치된 본 발명에 따른 타겟(400)의 선택적인 실시예의 부분 단면도이다. 이러한 타겟(400)은 형상이 약간 변한 것을 제외하고는 상기한 타겟(300)과 유사한 구성을 가지며, 유사한 재료로 제조된다. 타겟(400)은 뒷받침판(402)과, 경계면(406)으로부터 연장하는 스퍼터링부(404)를 포함하고 있다. 뒷받침판(402)은 챔버 하우징의 상부 상에 배치된 절연체 링(416) 상에 놓여지거나 고정된 타겟 지지용 플랜지부(414)를 포함하고 있다. 환형 리셋스(421) 내에 배치된 O-링(419)은 타겟 지지용 플랜지부(414)와 절연체 링(416) 사이를 밀봉시킨다. 절연체 링(416)의 상부면(417)과 타겟 지지용 플랜지부(414)의 외부 바닥면(418a) 사이에는 갭(420)이 형성된다.
스퍼터링부(404)는 중앙 스퍼터링면(408)과 방지 측벽(412)을 포함하고 있다. 환형의 휘어진 측벽(312)과 유사하게, 측벽(412) 및 상부 실드(422)의 인접한 수직 내부면(428)은 제 1음영 공간 갭(429)내로 후방-산란된 원자의 유입을 방지한다. 측벽(412) 및 인접한 수직 내부면(428)은 또한 제 1음영 공간 갭(429) 내로 플라즈마가 유입하는 것을 방지한다. 제 1테이퍼형 에지(410)는 중앙 스퍼터링면(408)으로부터 측벽(412)으로 유연한 변화를 제공한다. 제 2테이퍼형 에지(411)는 측벽(412)과 경계면(406)을 연결한다. 뒷받침판(402)은 경계면(406)으로부터 타겟 지지용 플랜지부(414)의 내부 바닥면(418b)을 리셋스된 환형 측벽(413)을 포함하고 있다.
환형 리지(432)는 타겟 지지용 플랜지부(414)의 외부 바닥면(418A)과 내부 바닥면(418B) 사이에 배치되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 사다리꼴 단면을 갖는 환형 리지(332)와 상이하게, 도 4에 도시된 환형 리지(432)는 실질적으로 수직한 리지벽(431,433)을 갖는 직사각형 단면을 갖는다. 외부 바닥면(418A)이 내부 바닥면(418B)과 상이한 높이를 가지기 때문에, 환형 리지(432)는 외부 바닥면(418A)으로부터 측정된 높이로서 정의된 외부 리지 높이(435A) 및 내부 바닥면(418B)으로부터 측정된 높이로서 정의된 내부 리지 높이(435B)를 갖는다. 외부 리지 높이(435A)는 후방-산란된 원자가 갭(420) 내로 직접 유입되지 않도록 갭(420)의 높이 보다 크게 구성되는데, 바람직하게는 갭(420)의 높이 보다 약 두 배 정도 크다.
상부 실드(422)는 챔버의 상부 내에 배치되어 있다. 상부 실드(422)의 상단부(424)는 절연체 링(416)과 스퍼터링부(404) 사이의 영역으로 연장하고 있다. 방지 측벽(412)과 상부 실드(422)의 수직한 내부면(428) 사이에는 재유입 갭(426)이 형성된다. 재유입 갭(426)과 내부 바닥면(418B) 사이에는 제 1음영 공간 갭(429)이 형성되어 있는데, 이는 환형의 리셋스된 표면(413)에 인접한 영역을 포함하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2음영 공간 갭(430)은 상부면(434) 위 및 환형 리지(432) 아래의 영역으로서 한정되며, 이는 내부 바닥면(418A,418B)의 부분을 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 환형 리지(432), 환형의 리셋스된 측벽(413), 및 측벽(412)이 도 3에 도시된 환형 리지(332), 환형 리셋스(313), 및 측벽(312)과 상이한 단면 형상을 가짐에도 불구하고, 동일한 작용 원리가 제 1 및 제 2음영 공간 갭 내로 플라즈마 및 후방-산란된 원자의 유입을 방지하기 위해 적용된다. 다른 단면 형상이 또한 본 발명을 달성하기 위해 사용될 수도 있다.
이상은 본 발명의 바람직한 실시예를 기술하였지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 변형 및 개조가 가능하다.
본 발명에 의해 제공된 주요 장점은 재유입 갭을 통해 유입되고 음영 공간 갭 및 절연체 링 내에 증착되는 스퍼터링 재료 형태의 입자를 실질적으로 감소시킨다는 점이다. 이러한 입자의 실질적인 감소는 오염물 입자 형성을 실질적으로 감소시키며, 처리된 기판 상에 형성되는 결함을 현저하게 감소시킨다. 본 발명은 또한 음영 공간 갭 내의 표면으로부터 스퍼터링을 유발할 수도 있는 재유입 갭을 통한 음영 공간 영역 내로의 플라즈마의 유입을 방지하는 방지 측벽을 제공한다. 본 발명은 또한 기판 상에서의 결함의 형성 및 오염물을 발생시키는 입자 형성을 유발하는 환형 리셋스(313) 부근의 표면 상의 증착을 현저하게 감소시킨다. 본 발명은 또한 O-링 상의 증착을 방지함으로써 공정 장치의 수명을 연장시킬 수 있으며, O-링 상에서의 과도한 증착에 의해 발생된 오염물 입자에 기인한 오염을 감소시킬 뿐만 아니라 공정 장치의 해제 및 교체에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 예컨대, 본 발명은 구리가 O-링 상에 과도하게 증착됨으로써 발생되는 오염물 입자에 기인한 오염을 방지함에 의해 알루미늄계 프런트 엔드 장치의 구리 오염을 방지한다.

Claims (20)

  1. 물리 기상 증착 챔버용 타겟으로서,
    a) 중앙부와 상기 물리 기상 증착용 챔버에 부착가능한 플랜지부를 갖춘 뒷받침판과,
    b) 상기 뒷받침판의 중앙부 상에 배치되어 있는 스퍼터링부와, 그리고
    c) 상기 플랜지부의 표면 상에 배치된 환형 리지를 포함하는 타겟.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스퍼터링부의 외부 에지가 방지 측벽을 한정하는 타겟.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 방지 측벽이 환형의 휘어진 측벽인 타겟.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 스퍼터링부가 편평한 중앙 스퍼터링 표면 및 상기 방지 측벽에 연결된 테이퍼형 에지를 구비하고 있는 타겟.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 타겟이 상기 뒷받침판의 상기 플랜지부와 상기 스퍼터링부 사이에서 한정되는 환형의 반경방향 리셋스부를 갖추고 있는 타겟.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 환형 리지로부터 반경방향으로 외부를 향해 상기 플랜지부의 표면 상의 환형 리셋스내에 배치된 O-링을 더 포함하고 있는 타겟.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 환형 리지가 상기 플랜지부의 표면과 상기 물리 기상 증착 챔버의 표면 사이에 형성된 갭의 높이 보다 더 큰 높이를 갖는 타겟.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 리지의 높이가 상기 갭의 높이의 적어도 약 2배인 타겟.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 환형 리지가 하나 이상의 테이퍼형 리지 측벽을 갖추고 있는 타겟.
  10. 기판 상에 재료를 증착시키는 장치로서,
    a) 물리 기상 증착 챔버와,
    b) 상기 물리 기상 증착 챔버의 상부에 배치된 타겟을 포함하고 있으며,
    상기 타겟이,
    i) 중앙부와 상기 물리 기상 증착용 챔버에 부착가능한 플랜지부를 갖춘 뒷받침판과,
    ii) 상기 뒷받침판의 중앙부 상에 배치되어 있는 스퍼터링부와, 그리고
    iii) 상기 플랜지부의 표면 상에 배치된 환형 리지를 포함하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 스퍼터링부를 둘러싸는 환형 실드를 더 포함하고 있으며, 상기 실드의 상부와 상기 타겟 사이에 음영 공간 갭이 형성되는 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 환형 실드의 상부면이 상기 타겟의 환형 리지 아래에 위치되어 있는 장치.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 스퍼터링부가 상기 플랜지부의 표면으로부터 상기 환형 실드와 상기 스퍼터링부 사이의 거리의 적어도 약 5배의 거리를 연장되어 있는 장치.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 환형 리지가 상기 플랜지부의 바닥면과 상기 물리 기상 증착 챔버의 표면 사이에 형성된 갭의 높이 보다 더 큰 높이를 갖는 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 높이가 상기 갭의 높이의 적어도 약 2배인 장치.
  16. 제 10항에 있어서, 상기 환형 리지가 하나 이상의 테이퍼형 리지 측벽을 갖추고 있는 장치.
  17. 기판 상에 재료를 증착하는 방법으로서,
    a) 중앙부와 상기 물리 기상 증착용 챔버에 부착가능한 플랜지부를 갖춘 뒷받침판과, 상기 뒷받침판의 중앙부 상에 배치되어 있는 스퍼터링부와, 그리고 상기 플랜지부의 표면 상에 배치된 환형 리지를 포함하는 타겟을 갖춘 물리 기상 증착 챔버를 제공하는 단계와,
    b) 상기 환형 리지 아래에 배치된 환형 실드로 상기 스퍼터링부를 둘러싸는 단계와,
    c) 상기 환형 리지를 사용하여 상기 챔버의 표면과 상기 플랜지 사이의 갭을 차폐시키는 단계와,
    d) 상기 챔버 내에 상기 기판을 위치시키는 단계와, 그리고
    e) 상기 타겟의 상기 스퍼터링부로부터 재료를 스퍼터링하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 약 0.2 mTorr 내지 1.0 mTorr 사이의 챔버 처리 압력을 유지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 스퍼터링부로부터 연장하는 환형의 방지 측벽을 사용하여 상기 타겟과 상기 환형 실드 사이의 제 1음영 공간 갭 내로 플라즈마가 유입하는 것을 방지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 타겟의 환형 리지는 상기 환형 실드의 상부면 바로 위에 위치되는 방법.
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