KR20010015664A - 플라즈마 스퍼터 반응기내의 절연 세라믹 코팅된 금속부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 반응기, 특히 플라즈마 스퍼터링 반응기내의 전기적 플로팅 시일드용 지지대로서 사용하기 위한 절연부에 관한 것이다. 상기 절연부는 금속성 베이스 및 알루미나와 같은 세라믹 절연체로 이루어진 부분 표면 커버링으로 구성된다. 바람직하게 세라믹 코팅은 열적 스프레잉에 의해 증착된다. 상기 절연부는 상기 부분의 코팅되지않은 부분에 부가되는 나사와 같은 조임 수단의 사용에 의해 챔버내의 다른 금속부에 쉽게 부착된다. 절연부가 제2 금속부를 지지하고 절연하는 절연체로서 사용될 때, 제2 금속부는 챔버 벽 또는 다른 금속지지 부재에 나사 결합된 절연부로 세라믹 코팅상에 안착될 수 있다.

Description

플라즈마 스퍼터 반응기내의 절연 세라믹 코팅된 금속부 {INSULATING CERAMIC COATED METALLIC PART IN A PLASMA SPUTTER REACTOR}

현대 집적 회로는 예를 들어 하부 실리콘 액티브 영역에 대한 콘택트 및 개별 소자간의 복잡한 상호 접속부를 위한 알루미늄 금속 배선층을 요구한다. 소위 물리적 기상 증착 또는 PVD로 불리우는 플라즈마 스퍼터링은 금속 배선층의 증착을 위해 가장 널리 보급된 방법이 되었다. 금속 스퍼터링에서, 타깃은 증착될 재료와 동일한 재료로 만들어진다. 아르곤과 같은 불활성 가스가 매우 느린 압력에서 챔버내로 유입되고 챔버 벽 또는 다른 부분에 대하여 음으로 타깃을 바이어싱함으로써 플라즈마내로 여기된다. 바람직한 바이어싱 전압은 -600V DC이다. 플라즈마는 원자 크기의 타깃 입자를 이동시키기에 충분한 속도로 타깃에 유인되는 양으로 대전된 아르곤 이온을 생성한다. 일부 스퍼터 입자는 코팅될 웨이퍼에 충돌하고 타깃 재료층으로서 그 위에 증착된다.

개선된 집적 회로에 대한 스퍼터링 응용은 스퍼터링 프로세스에서 엄밀한 요구를 강요하게 되었다. 이러한 요구중 하나는 스퍼터링된 금속이 좁고 깊은 홀을 효과적으로 충진하는 것이다. 전형적인 IC 구조에서, 예를 들어 실리콘 이산화물로 이루어진 유전체층은 하부 실리콘층 또는 이전의 금속 배선층이 될 수 있는 이전 층 위에 증착된다. 홀이 유전체층을 통해 에칭되고, 다음에 홀 내부와 유전체층상에 알루미늄 층을 증착한다. 홀내의 금속은 하부층의 작은 한정된 부분에 선택적으로 접촉한다. 다음에 금속 상부층이 수평 상호접속부내에 포토리소그래픽적으로 정의된다. 상기 홀은 실리콘이 하부 또는 비아 홀에서 접촉하거나 또는 다른 금속층이 접촉하고 있다면 콘택트 홀로 칭해진다. 매우 개선된 집적 회로에 대해, 더 낮은 금속배선 레벨을 위한 콘택트 홀 및 비아 홀은 조밀한 회로를 제공하기 위해 유전체 두께와 비교할 때 매우 협소하다. 결과적으로, 스퍼터링은 홀의 깊이 대 폭으로서 정의되는 매우 고종횡비로 홀을 충진해야 한다. 종횡비는 진보된 집적 회로에 대해 5 이상일 것이다.

홀 충진은 타깃으로부터 스퍼터링된 입자가 웨이퍼에 대한 직선 경로에 있는 어떤 아르곤 원자에 충돌하지 않도록 하는 낮은 챔버 압력에 의해 증진된다. 이런 조건은 아르곤 또는 다른 스퍼터링 가스의 동작 압력에서의 스퍼터링된 원자의 평균 자유 행정과 같거나 작은 타깃과 웨이퍼 사이의 간격으로서 표현된다. 이런 탄도 궤도는 웨이퍼에 수직으로 모여지는, 즉 깊은 홀내로 지향되는 스퍼터링된 입자 분포를 선호한다. 더욱이, 기술들은 상당히 이방적인 속도 분포로 웨이퍼로 가속하여 홀의 하부를 효과적으로 충진하기 위해 일부 스퍼터링된 입자들을 이온화하는데 유용하다. 과잉 충돌은 방향성 추출의 효율성을 감소시킬 것이다.

상당한 동작 압력 및 에너지를 가진 스퍼터링된 원자와 아르곤 원자 사이의 빈번한 충돌의 다른 단점은 충분한 에너지가 아르곤 원자에 부가되어 이들의 일부가 스퍼터링된 금속막내에 매립되게 할 수 있다는 것이다.

그러나, 일반적으로 챔버 압력이 너무 많이 감소되면, 플라즈마는 쇠퇴되어 스퍼터링 프로세스 정지를 가져온다. 즉, 최소 플라즈마 챔버 압력이 있다. 최소 압력의 값은 챔버 디자인에 따라 변화되고 불필요한 손실 메커니즘만큼 증가된다. 일반적인 상업용 스퍼터링 반응기에서, 웨이퍼의 DC 전위는 RF 바이어스가 이미 개시된 방향성 추출을 위해 인가되더라도 플로팅 상태가 된다. 스퍼터링 영역근처에 배치되는 일반적인 실린더형 시일드는 접지되어 음으로 바이어싱된 타깃을 위한 애노드로서 기능한다. 시일드는 부가적으로 챔버 벽이 스퍼터링된 재료로 코팅되지 못하도록 방지하는 코팅 시일드로서 기능한다. 시일드는 그것이 과도하게 코팅될 대 쉽게 교체될 수 있다. 그러나, 접지된 시일드는 플라즈마로부터 아르곤 이온을 추출하려는 경향이 있다. 즉, 플라즈마에 대한 손실 매커니즘으로서 기능한다. 그런 손실은 플라즈마를 유지하는데 요구되는 최소 챔버 압력을 증가시킨다.

비용 효율적인 방법면에서의 그런 문제점을 해결하기 위하여, Ding 등은 1996년 7월 10일에 제출된 미국 특허 출원 일련번호 제08/677,760호에서 하나가 전기적으로 플로팅 상태이고 다른 하나가 접지되는 2개 부분의 시일드를 제시한다. 도 1의 단면도로 설명된 바와 같이, PVD 반응기(10)는 주로 메인 챔버 벽(12) 및 타깃(14)에 마주하는 히터 페데스탈(18)상에 지지된 웨이퍼(16)에 스퍼터 증착될 재료의 타깃(14)에 의해 한정된다. 진공 펌프(12)는 10^-6토르 이하로 반응기(12)내의 기본 압력을 유지할 수 있지만, 가스 소스(22)는 낮은 밀리토르 범위의 압력에서 챔버내로 아르곤과 같은 불활성 작업 가스를 공급한다. 전기적 절연체는 DC 파워 서플라이(26)가 챔버벽(12)에 대해 충분히 음으로 타깃을 바이어싱할 수 있도록 메인 챔버 벽(12)과 타깃 사이에 진공 시일을 형성하여 작업 가스가 타깃(14)과 페데스탈(18) 사이에 있는 플라즈마 영역으로 여기되도록 한다. 타깃(14)의 후면에 배치된 도시되지않은 자석은 스퍼터링 속도를 증가시키기 위해 타깃(14) 근처에 플라즈마를 집중시킨다. Ding 등에 따르면, 2개의 중첩하는 환형 시일드(30, 32)는 플라즈마 처리 영역과 챔버 벽(10) 사이에 배치된다.

시일드(30, 32)의 목적중 하나는 웨이퍼(16)를 코팅하는 동일한 재료로 챔버 벽(10)이 스퍼터링 코팅되지 못하도록 하는 것이다. 시일드(30, 32)가 과도하게 코팅될 때, 이들은 인-시튜 세정의 필요없이 쉽게 제거되고 교체될 수 있다.

시일드(30, 32)의 다른 목적은 스퍼터링 프로세스의 전기적 바이어싱을 제공하는 것이다. 이런 구성에서, 페데스탈(18)은 전기적으로 플로팅되고, 하부 시일드(32)는 타깃(14)의 음으로 바이어싱된 애노드에 대한 캐소드를 제공하기 위해 접지된다. 접지된 시일드(32)와 타깃(14) 사이에 인가되는 음전압은 아르곤 작업 가스가 플라즈마내로 방전되도록 하고, 결과로서 생기는 양으로 대전된 아르곤 이온은 타깃(14)으로부터 스퍼터 원자와 원자 크기 입자로 음으로 바이어싱된 타깃에 충분한 에너지로 유인된다. 스퍼터링된 원자의 일부는 웨이퍼상에 증착되는 반면, 다른 원자는 시일드(30, 32)를 코팅한다. 그러나, 상부 시일드(30)는 전기적으로 플로팅 상태에 있고, 전기적으로 대전된 플라즈마 입자들은 균등하게 그것을 타깃(14)과 접지된 시일드(32) 사이의 중간 전압으로 충전시킨다. 그결과, 타깃(14)과 시일드 어셈블리(30, 32) 사이의 전기적 아크는 타깃에 가깝게 연장하는 단일 접지된 시일의 더욱 일반적인 구성과 비교할 때 상당히 감소된다. 플로팅 시일드(30)는 벽으로 인한 이온 손실 감소 목적을 제공하고, 그결과 플라즈마 및 웨이퍼(16)를 향한 양으로 대전된 스퍼터링 입자를 유지하는데 필요한 최소 압력을 감소시킨다.

도 1에 도시된 반응기(10)는 단지 예시적으로 도시되어 있고, 시일드(30, 32)의 지지 구조는 제거되었다. Ding 등에 의해 제공된 상세한 실시예는 접지된 시일드(32)의 가장자리를 통해 챔버벽의 내부로 연장하는 선반위에 자체 지지되고, 편평한 환형 세라믹 스페이서 또는 링상에 안착되는 스테인레스 강의 두꺼운 플로팅 시일드(30)를 사용한다. 상기 세라믹 스페이서는 챔버 벽과 플로팅 시일드 사이의 요구된 절연을 제공한다.

그러나, 세라믹 스페이서는 어떤 문제를 제공한다. 세라믹은 특히 조립동안 부서지기 쉽고 금가기 쉬운 경향이 있다. 부서짐은 날카로운 코너를 갖는 더욱 복잡한 모양의 바디에 대해 더욱 심해진다. 또한, 미세한 입자가 세라믹으로부터 박편화되는 경향이 있다. 이런 입자는 진보된 반도체 제조에서 주요한 문제가 된다. 더욱이, 세라믹과 금속 피스를 나사 등에 의해 결합하는 것은 어렵다. 금속 나사는 이미 개시된 균열과 박편화 문제를 증진시키며, 이들은 더욱이 세라믹에 의해 제공되는 전기적 절연을 저하시킨다. 세라믹 나사가 이용가능하지만, 이들은 나사 결합의 높은 스트레스 기능으로 균열과 박편화를 겪게 된다. 최종적으로, 금속 부품이 작은 양으로 경제적으로 가공될 수 있더라도, 세라믹 부품의 제조는 높은 시작 비용을 수반하여 단지 약간의 부품에만 허용된다. 이런 문제점의 관점에서, 플로팅 및 접지된 시일드(30, 32)를 지지하고 구속하는 Ding 등의 구조는 나사를 사용하지 않지만, 대신에 접지된 챔버 벽(12)에 대해서 기계적으로 접지된 시일드(32)를 기계적으로 바이어싱하는 다소 큰 플로팅 시일드(30)의 중량에만 관련하여 기계적으로 플로팅 상태가 된다. 결과적으로, 물리적 분리는 정밀하게 제어될 수 없으며, 아마 동작동안 필연적인 부품의 마찰이 특히 세라믹 스페이서로부터 부가적인 입자를 생성할 것이다. 또한, 접지된 시일드(32)와 챔버 벽(12) 사이의 전기적 접촉은 확실하지 않다.

폴리머 절연체가 이용가능한데, 이들은 일반적으로 고온이 포함되는 부적당한 플라즈마 환경에서는 쓸모없다. 물론, 보통 금속이 전기적 절연체가 될 것으로 고려되지 않는다.

따라서, 세라믹부를 요구하지않는 플라즈마 챔버의 절연부를 위한 지지 구조물을 제조하는 것이 바람직하다.

더욱이 그런 지지 구조물이 챔버 벽과 나사선 결합할 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명은 플라즈마 반응기에 사용되는 절연체에 관한 것이다. 특히 본 발명은 세라믹 코팅된 금속부에 관한 것이다.

도 1은 전기적 플로팅 시일드를 가지는 스퍼터링 반응기의 단면도.

도 2는 본 발명의 전기적 플로팅 시일드와 절연체를 가지는 스퍼터링 반응기의 단면도.

도 3은 본 발명의 이웃하는 절연체와 반응하는 스퍼터링의 일부에 대한 확대된 단면도.

도 4는 절연체의 단면도.

본 발명은 플라즈마 반응기에 사용되는 금속 부재로부터 주로 형성된 절연부로서 요약될 수 있다. 세라믹 절연 코팅이 절연부의 일부에 증착되어 금속 부재가 부착되는 반응기 챔버 벽과 같은 어떤 금속 부재로부터 세라믹 코팅에 마주하거나 접촉하든지 전기적으로 절연한다.

본 발명의 다른 트징에서, 나사 또는 다른 기계적 죔쇠가 다른 금속부에 절연부를 부착하는 상기 절연부의 코팅되지않은 부분에 부가된다. 죄쇠가 금속성이라면 절연부는 다른 부분에 전기적으로 접촉된다.

본 발명의 바람직한 사용은 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기내의 접지된 벽에 전기적 플로팅 시일드를 유지하는 것이다.

본 발명의 특별한 특징에서, 조임 수단이 절연부의 도전성 표면에 부가된다. 또다른 특징에서, 정지된 시일드 또는 다른 접지된 부재가 절연부의 도전성 부분과 도전성 접지된 챔버 부분 사이에 삽입되어, 접지된 부재를 확실하게 유지하고 접지시킨다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전기적 절연 부재는 금속 베이스 부재 및 절연 세라믹, 바람직하게 베이스부에만 부가되는 절연 세라믹의 표면 코팅으로 형성된다. 스퍼터링 반응기의 바람직한 구성은 도 1의 반응기(10)의 상부 및 새로운 부분만을 도시하는 도 2의 단면도로 도시된다. 도 3의 단면도는 상부 왼쪽 부분의 확대도이다. 상기 반응기는 주요 챔버 벽의 상향 확장되고 전기적으로 절연되는 어댑터(40)를 포함한다. 상기 스퍼터링 타깃(14)은 세라믹 절연체 링(44)을 통해 어댑터(40)에 유지되고 도시되지않은 전기적 수단에 의해 음으로 바이어싱된다. 도시되지않은 O-링 또는 동등한 시일링 수단이 세라믹 절연체(44)와 스퍼터링 타깃(14)과 진공 시일을 제공하는 어댑터(40) 사이에 배치된다. 환형 선반(46)이 챔버의 내부로 방사상으로 연장하여 제2 접지된 시일드(50)가 유지되는 접지된 실린더형 벽 시일드(48)를 유지한다. 상기 접지된 벽 시일드(48)는 도 1에 도시된 바와 같은 하부 홈통을 가질 수 있다. 침니(chimney)(54)는 타깃(14)과 도시되지않은 웨이퍼 사이의 위치에 제2 접지된 시일드(50)에 의해 유지된다. 본 발명에 직접 관련되지는 않지만, 상기 접지된 침니(54)는 웨이퍼(16)를 지지하는 페데스탈(18)이 음으로 전기적으로 바이어싱되도록 하여 웨이퍼(16)를 코팅하는 이온화된 스퍼터링 입자의 속도를 제어한다. 바이어싱이 없더라도, 침니 시준기(54)는 웨이퍼에 걸친 개선된 스퍼터 증착을 제공한다.

플로팅 시일드(60)는 타깃(14)의 하부에 수직으로 배치된 그것의 외부로 연장하는 립(62)에 의해 지지된다. 상기 플로팅 시일드(60)의 실린더형 스커트(64)는 시일드 립으로부터 하향으로 침니(54)를 행해 챔버내로 연장하고 마찬가지로 얇은 실린더형 벽에 강성을 제공하는 환형 굴곡부(66)에서 종결한다.

상기 플로팅 시일드(60)가 챔버의 다른 부분으로부터 전기적으로 절연되기 때문에, 상기 플라즈마는 전자가 플로팅 시일드(60)를 그것의 전위가 접지된 시일드(48, 50)와 음으로 바이어싱된 타깃(14)의 전위의 중간 음값을 형성하는 범위로 충전하도록 한다. 증가된 음전위는 타깃(14)에 바로 인접한 영역으로 이온을 반발시키고, 그러므로 플라즈마 손실을 감소시켜 최소 플라즈마 챔버 압력을 감소시킨다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 절연체(56)는 도 4의 상세 단면도로 잘 도시된 바와 같이 금속 바디(70) 및 바람직하게 상기 금속 바디(70)의 일부만을 커버하는 전기적 절연 세라믹 코팅(72)을 포함한다. 한 세트의 나사(76)가 어댑터(40)에 대해 시일드(48, 50)를 접지하기 위해 상기 금속 바디(70)를 접지된 시일드(48, 50)과 접지된 어댑터(40)에 대해 압착한다. 상기 플로팅 시일드(60)는 세라믹 코팅(72)상에 안착하고, 그러므로 금속 바디(70)로부터, 접지된 시일드(48, 50)로부터, 그리고 접지된 어댑터(40)와 챔버 벽으로부터 전기적으로 절연된다.

상기 금속 바디(70)는 금속으로 구성된다. 스테인레스 강이 상기 부적당한 플라즈마 환경에 대해 바람직하다. 그러나, 알루미늄과 같은 덜 강건한 금속이 대신 사용될 수 있다.

상기 세라믹 코팅(72)은 전기적 절연 세라믹으로 구성될 수 있다. 바람직한 예는 알루미나(Al₂O₃)이지만, 지르코니아(ZrO₂) 알루미노-티타니아((Al,Ti)O₂)와 같은 많은 다른 화합물이 사용될 수 있다. 지르코니아는 다른 산화물, 이를테면 20%MgO, 8내지 20% Y₂O₃, 또는 5% CaO에 의해 안정화되어야 한다. 상기 알루미노-티타니아는 17 내지 60% 티타니아를 가질 수 있다. 일반적으로, 어떤 전기적 절연 세라믹 코팅이 사용될 수 있다. 상기 세라믹 코팅(72)은 바람직하게 플로팅 시일드(60)를 지지하고 마주보는 금속 바디(72)의 측면에만 부가된다. 상기 금속 바디(72)의 나머지 측면은 드러난 금속이 노출된 체로 잔류하도록 코팅되지않는다. 그결과, 표준 금속 조임 수단이 어댑터(40)와 나머지 챔버에 대해 절연체(56)를 기계적으로 고정하는데 사용될 수 있다.

특히, 개시된 실시예에서, 상기 금속 바디(70)는 3개 이상의 동등하게 모나게 배치된 관통홀이 통과하는 금속 바디(70)의 하부로부터 외부로 방사상으로 연장하는 외부 환형 가장자리(74)를 가진다. 도 3에 도시된 바와 같은 세트 나사(76)는 관통홀을 자유롭게 통과하고 절연체(56)를 어댑터(40)와 챔버의 나머지에 기계적으로 고정시킨다. 바람직한 실시예에서는 12개의 동등하게 주위에 일정간격 배치된 세트 나사가 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 나사 위치에서, 리세스(78)가 세트 나사(76)의 편평한 하부 헤드(80)를 수용하도록 절연체 가장자리(74)의 외부 측면으로부터 밀링된다. 수직 관통홀(83)이 도 3에 도시된 바와 같이 세트 나사(76)의 주요부를 자유롭게 통과하도록 리세스(78)의 영역내의 절연체 가장자리(74)를 통해 밀링된다. 중요하게, 세트 나사(76)가 조여질 때, 헤드(80)의 편평한 하부는 절연체(56)의 금속부(82)에 대해 의지한다.

설명된 실시예에서, 관통홀은 또한 세트 나사(76)의 주요부를 자유롭게 통과하도록 2개의 접지된 시일드(48, 50)의 방사상으로 외부로 연장하는 상부 립(84, 86)을 통해 천공된다. 상기 시일드 상부 립(84, 86)은 절연체(56)와 어댑터(40)의 내부로 연장하는 환형 선반(46) 사이에 배치된다. 관통홀은 또한 세트 나사(76)를 자유롭게 통과하도록 어댑터 선반(46)을 통해 천공된다. 편평한 링(90)은 세트 나사(76)가 어댑터 선반(46)의 하부를 구속하도록 나사결합되는 일정간격 배치된 나사선 수직 홀을 가지며, 그결과 절연체(56)와 2개의 접지된 시일드(48, 50)를 어댑터(40)에 조여준다. 상기 링(90)은 어댑터 선반(46)를 통과하는 주요부를 가지고 그리고 링(90)내의 다른 나사선 홀을 구속하는 나사선 단부를 가지는 어댑터 선반의 상부에 있는 리세스로 압착된는 헤드를 가지는 수개의 다른 더 짧은 세트 나사에 의해 시일드(48, 50)의 어셈블리 이전에 어댑터 선반(46)에 부착된다. 다른 디자인에서, 상기 세트 나사(76)는 어댑터 선반(46)내에 태핑된 홀내로 나사 결합된다.

반응기의 플라즈마 영역으로부터 시일드 립(84, 86)과 절연체(56)의 후면으로 연장하는 갭(98)의 두께는 플라즈마가 갭(98)내로 전파하지 못하도록 하기에 충분히 작게 만들어진다. 즉, 상기 갭(98)은 플라즈마 반응기의 동작 압력과 전압에서 암공간으로서 기능한다.

상기 세라믹 코팅은 화학적 기상 증착 또는 RF 스퍼터링과 같은 다양한 증착 기술에 의해 첨가될 수 있다. 다소 더 얇은 절연층이 수용가능하다면, 상기 층은 양극산화된 알루미늄이 될 수 있다. 그러나, 바람직한 코팅 방법은 열적 스프레잉인데, 열적으로 스프레이 코팅되는 일부로 지행되는 가스 스트림에서의 세라믹 재료의 분말의 용융을 어떤 수개의 기술이 될 수 있다. 대부분의 열적 스프레잉 기술의 장점은 금속 바디가 열적 스프레이 건에 마주하는 면에만 코팅되고 마스킹이 드러난 체로 잔류하는 영역을 보호하는데 사용될 수 있다는 것이다. Pawlowski는 그의 저서 "열적 스프레이 코팅의 과학과 엔지니어링"(Jhon Wiley, 1995)에서 여러 열적 스프레잉 기술을 설명한다. 열적으로 스프레잉된 코팅은 기판 위의 용융된 분말의 스프래팅 및 다음의 급속 냉각과 응결로부터 얻어지는 텍스츄어링된 표면에 의해 쉽게 식별된다. 본 발명의 실험적 검증에서, 플라즈마 스프레잉은 Al₂O₃의 0.5 ㎜ 두께의 코팅을 갖는 스테인레스 강 금속 바디를 코팅하는데 사용되었다. 바람직한 세라믹 두께는 신뢰할 수 있는 전기적 절연을 제공하도록 0.05 내지 1 ㎜가 된다. 알루미나 스프레이 코팅 이전에, 상기 스테인레스 강 베이스가 NiAl_x의 화학적 구성을 가지는 니켈에 기초한 합급의 본드 코팅으로 스프레이 코팅되고, x는 0.05 내지 0.1 사이의 값을 가진다.

실험은 플로팅 시일드의 유용성을 증명하기 위해 수행되었다. 플라즈마를 유지하는 최소 압력 뿐만 아니라 유량 제어기를 통한 더욱 정밀하게 측정된 관련 아르곤 흐름이 3개의 공통적으로 스퍼터링된 금속들, 즉 구리, 알루미늄 및 티타늄에 대해 결정되었다. 본 바령의 실험에서, 이미 개시된 바와 같은 상기 세라믹 코팅된 금속 절연체는 플로팅 시일드를 지지하는데 사용되었다. 비교에 의한 보기에서, 플로팅 시일드를 갖지않는 표준 접지된 시일드가 사용되었다. 이런 결과는 표 1에 제시되어 있다.

알수 있는 바와 같이, 상기 플로팅 시일드는 약 2개 인자에 의해 최소 챔버 압력 감소를 가져온다.

서두에 개시된 바와 같이, 낮은 동작 압력은 고종횡비를 갖는 홀의 충진을 증진하는데 바람직하다. 실험은 3:1의 종횡비를 가지는 0.375㎛ 폭 홀을 충진하는 것으로 수행되었다. 이런 보기에서, 상기 침니 시준기가 사용되었지만, 바이어싱된 히터는 아니다. 플로팅 시일드와 더 낮은 동작 압력의 사용은 완전히 접지된 시일드와 더 높은 동작 압력의 사용과 비교하여 약 60%만큼 하부 커버리지가 증가되었다.

본 발명이 플로팅 시일과 관련하여 기술되었더라도, 유사한 유익한 결과가 기계적으로 고정되어야 하지만 전기적으로 절연되어야 하는 플라즈마 반응기의 다른 부품으로 달성될 수 있다. 그런 사용은 물리 기상 증착에 국한되지않고 플라즈마 화학 기상 증착과 플라즈마 에칭과 같은 다른 타입의 플라즈마 반응기까지 연장된다. 상기 플라즈마는 RF와 DC 용량성 결합, 유도성 결합 및 원격 플라즈마 소스를 포함하는 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.

본 발명을 사용하는 플라즈마 처리 챔버의 다른 부품의 보기는 종종 웨이퍼를 향해 플라즈마를 안내하기 위해 페데스탈의 주변 근처에 페데스탈로부터 멀리 배치되는 플라즈마 가드에 관련한다. 플라즈마 가드는 종종 석영과 같은 전기적 절연체로 형성된다. 본 발명에 따르면, 상기 플라즈마 가드는 플라즈마에 대면하는 절연 세라믹 코팅을 갖는 금속 베이스로 구성될 수 있다. 상기 금속 베이스는 페데스탈 또는 다른 금속 지지 구조물에 기계적으로 고정될 수 있다.

따라서 본 발명은 플라즈마 반응기를 위한 제조에 알맞은 부품을 제공하여 추가로 입자 생성을 감소시키는 쉽고 경제적인 조임 수단을 허용한다.

Claims (18)

1. 플라즈마 처리 반응기에 있어서,

   소정 전위로 유지된 금속부를 포함하는 플라즈마 챔버와;

   상기 플라즈마 챔버내에 플라즈마를 발생시키기 위한 수단과;

   개별 헤드를 가지는 하나 이상의 나사선 죔쇠에 의해 상기 금속부에 고정될 수 있는 복합부를 포함하고, 상기 복합부는,

   하나 이상의 나사선 죔쇠가 적어도 부분적으로 통과하는 하나 이상의 관통홀 및 상기 금속부에 접촉하는 제1 표면부를 가지는 금속 베이스, 및

   상기 제1 표면부 이외의 상기 금속 베이스의 제2 표면부상의 금속 베이스에 증착되는 전기적 절연 세라믹 코팅을 가지고, 상기 제2 표면부는 상기 제1 표면부 및 상기 나사선 죔쇠의 헤드의 하부에 인접하는 하나 이상의 평탄부로부터 상기 금속 베이스의 반대쪽에 있는 홀중 하나의 축과 관련하여 배치되며, 상기 평탄부는 상기 세라믹 코팅에 의해 코팅되지않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 반응기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 베이스의 제2 표면부에 접촉하고 상기 플라즈마에 노출되는 제2 금속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 반응기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 나사선 죔쇠의 헤드는 상기 평탄부에 인접하는 편평한 하부를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 반응기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 베이스의 제2 표면부에 접촉하고 상기 플라즈마에 노출되는 제2 금속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 반응기.
5. 플라즈마 처리 반응기에 있어서,

   소정 전위로 유지된 금속부를 포함하는 플라즈마 챔버와;

   상기 플라즈마 챔버내에 플라즈마를 발생시키기 위한 수단과;

   상기 금속부에 하나 이상의 나사선 죔쇠에 의해 고정될 수 있는 복합부를 포함하고, 상기 복합부는,

   하나 이상의 나사선 죔쇠가 적어도 부분적으로 통과하는 하나 이상의 관통홀 및 상기 금속부에 접촉하는 제1 표면부를 가지는 금속 베이스와,

   상기 제1 표면부 이외의 상기 금속 베이스의 제2 표면부상의 금속 베이스에 증착되는 전기적 절연 세라믹 코팅과,

   상기 베이스의 제2 표면부에 접촉하고 플라즈마에 노출되는 제2 금속부를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 반응기.
6. 플라즈마 스퍼터링 반응기에 있어서,

   스퍼터링될 재료의 타깃을 포함하는 타깃 어셈블리를 절연적으로 지지하는데 사용되는 금속 챔버 벽과;

   상기 금속 챔버 벽상에 지지되고 금속 베이스와 상기 금속 베이스상에 증착되는 세라믹 코팅을 포함하는 절연 부재와;

   상기 절연 부재의 세라믹 코팅상에 지지되는 외부적으로 연장하는 지지 섹션을 가지는 실린더형 전기적 도전성 시일드를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스퍼터링 반응기.
7. 제 6항에 있어서, 상기 세라믹 코팅은 상기 금속 베이스의 제1 부분에만 부가되고, 상기 제1 부분 이외의 상기 금속 베이스의 제2 부분은 상기 챔버 벽에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스퍼터링 반응기.
8. 제 7항에 있어서, 상기 금속 베이스의 제2 부분에 부가되고 상기 절연 부재를 금속 벽에 고정하는 적어도 하나의 죔쇠를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스퍼터링 반응기.
9. 제 8항에 있어서, 상기 절연 부재의 제2 부분과 챔버 벽 사이에 삽입되고 외부로 연장하는 지지 섹션을 가지는 제2 실린더형 전기적 도전성 시일드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스퍼터링 반응기.
10. 제 6항에 있어서, 상기 세라믹 코팅은 상기 금속부에 열적으로 스프레잉되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스퍼터링 반응기.
11. 제 6항에 있어서, 상기 세라믹 코팅과 금속 베이스 사이에 Ni에 기초한 본딩층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스퍼터링 반응기.
12. 금속 챔버 벽을 가지는 플라즈마 스퍼터링 반응기에 사용되는 시일드 어셈블리에 있어서,

    금속 베이스와 상기 금속 베이스의 제1 부분에 증착되는 세라믹 코팅을 포함하는 절연체를 포함하는데, 상기 베이스의 제2 부분은 상기 금속 챔버로 지지될 수 있는 코팅으로 커버되지않으며;

    상기 챔버 벽에 의해 둘러싸이고 상기 베이스의 제1 부분에 접촉하는 영역에 배치되도록 구성된 제1 시일드를 포함하며, 상기 시일드는 상기 금속 챔버 벽으로부터 전기적으로 절연가능한 것을 특징으로 하는 시일드 어셈블리.
13. 제 12항에 있어서, 상기 절연체는 상기 챔버 벽에 상기 시일드를 나사결합되게 부착되도록 제2 부분에 포함되는 나사결합 부착부를 가지는 것을 특징으로 하는 시일드 어셈블리.
14. 제 13항에 있어서, 서로 나사결합될 수 있는 적어도 세개 세트의 나사와 너트를 더 포함하며;

    상기 금속 챔버 벽은 상기 나사가 통과하는 다수의 관통홀을 갖는 선반을 가지며;

    상기 시일드는 상기 나사가 통과하는 다수의 관통홀을 가지고 상기 나사의 헤드에 접하기 위해 상기 관통홀 근처에 제2 부분의 일부를 가지는 것을 특징으로 하는 시일드 어셈블리.
15. 제 12항에 있어서, 상기 절연체의 제2 부분과 상기 절연체의 제2 부분을 지지하는 챔버벽의 일부 사이에 배치되도록 구성되는 제2 시일드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시일드 어셈블리.
16. 플라즈마 스퍼터 반응기에 사용하기 위한 시일드 어셈블리에 있어서,

    금속 베이스와 상기 금속 베이스의 제1 축방향 면과 내부면에 형성되는 세라믹 코팅을 포함하는 환형 절연체와;

    상기 절연체 부재의 중심 공동내에 고정가능한 축방향으로 연장하는 실린더형 스커트부를 가지는 제1 환형 금속성 시일드 부재와;

    상기 절연체 부재의 제1 축방향 면에 지지될 수 있게 방사상으로 외부로 연장하는 립을 포함하는 것을 특징으로 하는 시일드 어셈블리.
17. 제 16항에 있어서, 상기 금속 베이스는,

    상기 금속 베이스의 제2 축방향 면으로부터 방사상으로 외부로 연장하는 가장자리와;

    상기 가장자리를 통해 축방향으로 연장하고 나사를 수용하는데 사용되는 적어도 3개의 균일하게 모나게 일정간격 배치된 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 시일드 어셈블리.
18. 제 17항에 있어서, 제2 환형 금속성 시일드 부재를 더 포함하는데, 상기 제2 시일드는,

    상기 제1 시일드 부재의 스커트부의 외부에 고정가능한 축방향으로 연장하는 실린더형 스커트부와,

    상기 절연체 부재의 하부면에 인접하는데 사용되고 상기 베이스의 가장자리의 적어도 3개의 홀과 정렬가능한 적어도 3개의 축방향으로 연장하는 홀을 포함하는 방사상으로 외부로 연장하는 립을 포함하는 것을 특징으로 하는 시일드 어셈블리.