KR200455669Y1 - 프로세스 챔버 실드용 에지 프로파일링 - Google Patents

프로세스 챔버 실드용 에지 프로파일링 Download PDF

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Abstract

특별히 프로파일된 에지(profiled edge)들을 가진 프로세스 챔버 실드(process chamber shield)들은 PVD 및 CVD 증착 챔버들 내에서 증가된 수명을 제공한다. 에지 프로파일링(edge profiling)은 실드들 상에 증착된 재료들의 플레이킹(flaking)과 디라미네이션(delamination)을 감소시키며 이에 따라 실드의 수명을 연장시켜서 그 결과 증착과 연관된 비용들을 감소시킨다. 한 실시예에서, 둥근 끝단에서 말단을 이루는 에지 부분을 가진 실드가 제공되며 여기서 끝단은 매우 큰 곡률과 작은 두께를 가진다. 또 다른 특징에서, 에지 부분과 연결되는 오목한 부분을 가진 실드가 제공되며 여기서 에지 부분의 상측(내측) 표면은 오목한 표면의 상측(내측) 오목한 표면에 대해 접선방향 평면을 형성한다. 또 다른 특징에서, 테이퍼링된 에지 부분을 가진 실드가 제공된다. 이 특징들과 상기 특징들의 조합들에 따르는 프로파일된 에지들을 가진 실드들은 증착된 필름, 특히 금속 질화물들과 같이 압축 응력을 받는 재료들을 포함하는 필름들을 보다 우수하게 지지할 수 있다.
진공 프로세스 챔버, 에지 프로파일링, 실드, 증착 챔버, 금속 질화물 필름

Description

프로세스 챔버 실드용 에지 프로파일링{EDGE PROFILING FOR PROCESS CHAMBER SHIELDS}
본 고안은 바람직하지 못한 재료의 증착으로부터 챔버벽을 보호하기 위하여 진공 프로세스 챔버 내에서 사용되는 실드에 관한 것이다. 특히, 본 고안은 프로세스 챔버 실드, 구체적으로 물리적 기상 증착(PVD) 챔버 실드의 에지 프로파일을 개선하기 위한 것이다.
집적회로(IC)의 제조는 통상 진공 프로세스 챔버 내에서 수행되는 하나 또는 그 이상의 단계들을 포함하는데, 여기서 재료의 처리(예컨대 증착 및/또는 에칭)는 대기압이하의 압력에서 수행된다. 예를 들어, 다수의 금속들과 금속 질화물들은 PVD 프로세스 챔버 내에서, 일반적으로 플라즈마-도움식 iPVD 프로세스에서 스퍼터링(sputtering) 함으로써 웨이퍼 기판 상에 증착된다. 다수의 유전성 재료(dielectirc material)들은 화학적 기상 증착(CVD) 프로세스 챔버 예를 들어 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD) 챔버, 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착(HDPCVD) 챔버, 저압 화학적 기상 증착(LPCVD) 챔버 및 이와 유사한 것 내에서 증착된다. 게다가 다수의 에칭 공정(etching process)들은 진공 프로세스 챔버 예컨대 플라즈마 에칭 및 리액티브 화학적 에칭(reactive chemical etching)에 적합한 챔버 내에서 수행된다.
증착 및/또는 에칭 동안, 챔버벽, 웨이퍼 지지대 측면 그리고 웨이퍼 척(wafer chuck)과 같은 챔버의 구성요소들은, 증착된 재료의 바람직하지 못한 플럭스(오버-스프레이)를 수용하도록 형성된 하나 또는 그 이상의 실드들을 포함하는 보호 시스템(shielding system)에 의해 바람직하지 못한 재료의 증착으로부터 보호된다. 그 결과, 챔버의 보호된 표면들 상에서는 증착이 거의 일어나지 않거나 또는 증착이 발생되지 않으며 이 때 재료의 층(layer)은 실드 상에 축적된다(bulid up).
프로세스 챔버 실드들은 종종 보호된 표면들의 기하학적 배열을 일반적으로 따르는 원통형 또는 그 외의 다른 형태를 가진다. 상기 실드들은 통상 한 단부에서 챔버 요소(예를 들어 챔버벽 또는 웨이퍼 지지대)에 장착되며 프로세스 챔버의 내부 공간 내에서 자유롭게 말단을 이루는 원위단부를 가진다. 일반적인 형태에 추가하여, 실드들은 다양한 형태를 가진 부분들, 예컨대 오목한 부분들, 볼록한 부분들, S형 부분들 등등을 가질 수 있으며 이 형태들은 챔버 표면을 최적으로 보호하기 위해 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 일반적으로 평평한 실드들이 제공될 수 있다.
프로세스 챔버 실드들은 특정 기간 동안 세척 또는 교체하지 않고 사용될 수 있다. 통상, 실드들은 실드 표면 상에 증착된 재료의 층(layer)이 실드에 의해 지지될 수 있기에 너무 두꺼워질 때까지 그리고 플레이킹(flaking) 또는 디라미네 이션(delamination)을 시작하여 오염될 때까지 사용된다. 또한 주기적인 예방정비 요구사항(Preventive Maintenance, PM)에 따라 실드들이 지속적으로 사용될 수 있는 기간이 제한된다. 플레이킹은 기판을 오염시켜 그 결과 기판 상에서 입자들을 바람직하지 못하게 느슨하도록 구속해제 시킨다. 플레이킹이 실질적으로 발생되기 바로 직전에, 실드는 통상 새로운 실드로 교체되거나 또는 증착된 재료의 층을 제거하기 위하여 세척되며 그리고 난 뒤 프로세스 챔버 내로 다시 장착된다.
실드 특히 복잡한 형태를 가진 실드는 종종 값비싸다. 게다가 증착 챔버에서 실드 시스템의 재장착 비용도 상당할 수 있다. 따라서 IC 제조비용을 최소화하기 위하여 증가된 수명을 가진 보호 시스템을 제공하는 것이 매우 바람직하다. 특히, 필름의 플레이킹 또는 디라미네이션 없이 실드 표면 상에서 상대적으로 두꺼운 필름을 지지할 수 있는 실드를 제공하는 것이 바람직하다.
프로세스 챔버 실드들은 특정 기간 동안 세척 또는 교체하지 않고 사용될 수 있다. 통상, 실드들은 실드 표면 상에 증착된 재료의 층(layer)이 실드에 의해 지지될 수 있기에 너무 두꺼워질 때까지 그리고 플레이킹(flaking) 또는 디라미네이션(delamination)을 시작하여 오염될 때까지 사용된다. 또한 주기적인 예방정비 요구사항(Preventive Maintenance, PM)에 따라 실드들이 지속적으로 사용될 수 있는 기간이 제한된다. 플레이킹은 기판을 오염시켜 그 결과 기판 상에서 입자들을 바람직하지 못하게 느슨하도록 구속해제 시킨다. 플레이킹이 실질적으로 발생되기 바로 직전에, 실드는 통상 새로운 실드로 교체되거나 또는 증착된 재료의 층을 제거하기 위하여 세척되며 그리고 난 뒤 프로세스 챔버 내로 다시 장착된다.
실드 특히 복잡한 형태를 가진 실드는 종종 값비싸다. 게다가 증착 챔버에서 실드 시스템의 재장착 비용도 상당할 수 있다. 따라서 IC 제조비용을 최소화하기 위하여 증가된 수명을 가진 보호 시스템을 제공하는 것이 매우 바람직하다. 특히, 필름의 플레이킹 또는 디라미네이션 없이 실드 표면 상에서 상대적으로 두꺼운 필름을 지지할 수 있는 실드를 제공하는 것이 바람직하다.
특별히 프로파일된 에지들을 가진 프로세스 챔버 실드들은 프로세스 챔버 내에서 실드의 수명을 증가시킬 수 있다. 실드들은 증착 및/또는 에칭에 적합한 다양 한 프로세스 챔버들 내에서 사용될 수 있으며 이들은 예를 들어 PVD 및 CVD 프로세스 챔버와 같은 진공 프로세스 챔버에서 사용하기에 특히 적합하다. 에지 프로파일링은 실드들 상에 증착된 재료들의 플레이킹과 디라미네이션을 감소시키며 이에 따라 실드의 수명을 연장시키고 그 결과 재료의 처리(증착 및/또는 에칭)에 관련된 비용들을 감소시킨다. 한 실시예에서, 둥근 끝단에서 말단을 이루는 에지 부분을 가진 실드가 제공되는데 여기서 끝단은 매우 큰 곡률과 작은 두께를 가진다. 또 다른 특징에서, 에지 부분과 연결되는 오목한 부분을 가진 실드가 제공되며 여기서 에지 부분의 상측(내측) 표면은 오목한 부분의 상측(내측) 오목한 표면에 대해 접선방향 평면을 형성한다. 또 다른 특징에서, 테이퍼링된 에지 부분을 가진 실드가 제공된다. 이 특징들과 상기 특징들의 조합들에 따르는 프로파일된 에지들을 가진 실드들은 증착된 필름, 특히 금속 질화물들과 같이 압축 응력을 받는 재료들을 포함하는 필름들을 보다 우수하게 지지할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "실드(shield)"들은 재료의 바람직하지 못한 증착으로부터 챔버 구성요소들을 보호하기에 적합한 프로세스 챔버의 요소들을 의미한다. 상기 실드들은 이동식(movable) 또는 정지식(stationary)이 될 수 있으며 그리고 챔버벽, 웨이퍼 지지대, 웨이퍼 척 그리고 그 외의 다른 챔버 구성요소들을 바람직하지 못한 재료의 증착으로부터 보호하도록 사용될 수 있다. 예를 들어 본원에 사용된 바와 같이 실드들은 웨이퍼 척을 보호하기에 적합한 셔터(shutter)를 포함할 것이다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "연결하는(connecting)" 그리고 "연결된(connected)"은 연속적인 연결(예컨대, 연속적인 실드, 여기서 에지 부분은 메 인 부분에 연속됨)과 상이한 세그먼트들 간의 연결(예를 들어, 에지 부분이 용접되거나 또는 그 외의 경우 메인 실드 부분에 부착된 실드) 모두를 포함한다.
한 특징에 따르면, 진공 프로세스 챔버(vacuum process chamber)의 구성요소들을 바람직하지 못한 재료의 증착으로부터 보호하기 위해 형성된 실드(shield)는,
-진공 프로세스 챔버의 요소(예를 들어, 챔버벽, 지지대, 또는 일렉트로스태틱 척)에 연결되도록 디자인되거나 또는 상기 요소에 연결되기에 적합한 메인 부분(main portion)을 포함하며, 메인 부분은 상측 메인 표면과 하측 메인 표면을 포함하고, 메인 부분은 제 1 평균 두께를 가지며,
-메인 부분과 연결되는 주변방향으로 형성된(perimetrically shpaed) 에지 부분(edge portion)을 포함하고, 에지 부분은 상측 메인 표면과 연결된 상측 에지 표면과 하측 메인 표면과 연결된 하측 에지 표면을 가지며, 에지 부분은 제 2 평균 두께를 가지고,
-챔버의 내부 공간 내에서 에지 부분의 말단(terminus)을 형성하고 상측 에지 표면과 하측 에지 표면을 연결하는 끝단 부분(tip portion)을 포함하며, 끝단 부분은 둥근 프로파일을 가지고 이에 따라 아크(arc)와 유사한 형태가 상측 에지 표면과 하측 에지 표면을 연결하며, 끝단에서 상측 에지 표면과 하측 에지 표면 간의 거리는 실드의 메인 부분의 평균 두께보다 더 작다.
본원에서, 용어 "상측(upper)"과 "하측(lower)"은 실드의 서로 다른 표면들을 구분짓도록 사용되며, 반드시 챔버 내에서 상기 표면들의 상대적인 위치를 정의하는 것은 아니다.
몇몇 실시예들에서, 끝단에서 실드 두께를 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 끝단에서 상측 에지 표면과 하측 에지 표면 사이의 거리( 또는 끝단에서의 두께)는 대략 0.2인치 미만, 예를 들어 대략 0.1인치 미만, 대략 0.05인치 미만 그리고 심지어 대략 0.02인치 미만이 된다. 실드의 메인 부분의 평균 두께는 끝단에서의 두께보다 상대적으로 더 크며, 통상 대략 0.2인치보다 더 크다.
한 실시예에서, 둥근 끝단은 180°의 중심각도와 끝단에서 실드 두께의 1/2과 동일한 곡률 반경을 가진다. 그 외의 다른 실시예들에서, 둥근 끝단은 상대적으로 작은 중심각도와 상이한 곡률 반경을 가질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 실드의 메인 부분의 평균 두께는 실드의 에지 부분의 평균 두께보다 상대적으로 더 크다. 한 실시예에서, 에지 부분은 테이퍼링 되며(tapered) 이에 따라 에지 부분의 두께는 실드의 메인 부분을 포함하는 인터페이스(interface)로부터 끝단을 향하여 감소된다.
한 실시예에서, 실드의 메인 부분의 적어도 일부분은 오목한 상측 표면을 포함하는 전체적으로 오목한 형태를 가지며, 실드의 에지 부분의 상측 표면은 실드의 메인 부분의 오목한 상측 표면에 대해 접선방향 평면(tangent plane)을 형성한다. 오목한 실드 상에서 오목한 에지를 사용하는 대신, 에지에서 접선방향 평면을 사용함으로써("에지 플래터닝(edge flattening)"), 증착된 필름들을 지지하기 위한 실드의 기능이 개선되며 이에 따라 실드의 수명이 추가적으로 증가된다. 오목한 메인 부분에서 곡률 반경은 광범위하게 가변될 수 있으며 예를 들어 대략 0.1인치와 대 략 10인치 사이에서 가변될 수 있다. 몇몇 실시예들에서 에지(edge)에서(횡단면에서 볼 수 있듯이) 접선방향으로 형성된 길이는 대략 0.1인치와 5인치 사이이다.
제 2 특징에서, 오목한 실드 부분과 연결되는 개선된 에지 프로파일을 포함하는 실드가 제공된다. 진공 프로세스 챔버의 구성요소들을 바람직하지 못한 재료의 증착으로부터 보호하기 위해 형성된 실드에 있어서, 상기 실드는,
-상측 오목한 표면과 하측 표면을 포함하는 오목한 부분을 포함하며, 실드의 오목한 부분은 제 1 평균 두께를 가지고,
-오목한 부분과 연결되는 에지 부분을 포함하며, 에지 부분은 상측 오목한 표면과 연결되는 상측 에지 표면과 오목한 부분의 하측 표면과 연결되는 하측 에지 표면을 가지고, 에지 부분은 제 2 평균 두께를 가지며, 실드의 에지 부분의 상측 표면은 실드의 오목한 부분의 오목한 상측 표면에 대해 접선방향 평면을 형성한다. 이 특징에 의해 제공된 실드는 개별적인 실드 디자인으로서 또는 위에서 기술된 제 1 특징의 실드 디자인과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 실드는 둥근 끝단을 가질 수 있으며 그리고 끝단에서 작은 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 에지 부분의 평균 두께는 오목한 부분의 평균 두께보다 상대적으로 더 작다.
제 3 특징에서, 실드의 끝단에서 작은 두께를 가지는 개선된 에지 부분을 포함하는 실드가 제공된다. 진공 프로세스 챔버의 구성요소들을 바람직하지 못한 재료의 증착으로부터 보호하기 위해 형성된 실드는,
-진공 프로세스 챔버의 요소(예를 들어, 챔버벽, 지지대, 또는 일렉트로스태틱 척)에 연결되도록 디자인되거나 또는 상기 요소에 연결되기에 적합한 메인 부분 을 포함하며, 메인 부분은 상측 메인 표면과 하측 메인 표면을 포함하고, 메인 부분은 제 1 평균 두께를 가지며,
-메인 부분과 연결되는 주변방향으로 형성된 에지 부분을 포함하고, 에지 부분은 상측 메인 표면과 연결된 상측 에지 표면과 하측 메인 표면과 연결된 하측 에지 표면을 가지며, 에지 부분은 제 2 평균 두께를 가지고,
-챔버의 내부 공간 내에서 에지 부분의 말단을 형성하고 상측 에지 표면과 하측 에지 표면을 연결하는 끝단 부분을 포함하며, 끝단 부분은 둥근 프로파일을 가지고 이에 따라 아크와 유사한 형태가 상측 에지 표면과 하측 에지 표면을 연결하며, 끝단에서 상측 에지 표면과 하측 에지 표면 간의 거리는 대략 0.2인치 미만(예를 들어 대략 0.1인치 미만, 대략 0.05인치 미만, 그리고 심지어 대략 0.02인치 미만)이다. 이 특징에 의해 제공된 실드는 개별적인 디자인으로서 또는 위에서 기술된 실드 특징들과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 실드의 메인 부분은 상측 오목한 표면을 가진 오목한 부분을 포함할 수 있으며, 이 상측 오목한 표면은 이전의 특징에서 기술된 바와 같이, 실드의 평평한 에지를 형성하는 접선방향 평면과 연결된다.
또 다른 특징에 의하면, 위에서 기술된 실드들 중 한 실드를 포함하는 프로세스 챔버가 제공된다. 프로세스 챔버는 PVD, CVD 또는 플라즈마 에칭 프로세스 챔버와 같은 진공 프로세스 챔버가 될 수 있다.
몇몇 실시예들에 의하면, 본원에서 제공된 실드들은 진공 챔버에서 사용될 때 적어도 대략 2,000 kWh의 키트 수명(kit life)을 가진다.
또 다른 특징에서, 프로세스 챔버(예컨대 PVD 또는 CVD 프로세스 챔버)를 바람직하지 못한 재료의 증착으로부터 보호하는 방법이 제공되며, 이 보호 방법은,
-웨이퍼 기판과 위에서 기술된 바와 같은 하나 이상의 실드를 진공 프로세스 챔버 내에 제공하는 단계를 포함하며, 실드는 챔버 구성요소와 연결되고,
-재료를 기판 상으로 그리고 실드 상으로 증착하는 단계 또는 재료를 실드 상으로 증착할 때 상기 재료를 기판으로부터 에칭하는 단계를 포함하며, 실드 상으로 증착된 재료는 플레이킹 되거나 혹은 기판을 오염시키지 않는다.
특별히 프로파일된 에지들을 가진 프로세스 챔버 실드들은 프로세스 챔버 내에서 실드의 수명을 증가시킬 수 있다. 실드들은 증착 및/또는 에칭에 적합한 다양한 프로세스 챔버들 내에서 사용될 수 있으며 이들은 예를 들어 PVD 및 CVD 프로세스 챔버와 같은 진공 프로세스 챔버에서 사용하기에 특히 적합하다. 에지 프로파일링은 실드들 상에 증착된 재료들의 플레이킹과 디라미네이션을 감소시키며 이에 따라 실드의 수명을 연장시키고 그 결과 재료의 처리(증착 및/또는 에칭)에 관련된 비용들을 감소시킨다. 한 실시예에서, 둥근 끝단에서 말단을 이루는 에지 부분을 가진 실드가 제공되는데 여기서 끝단은 매우 큰 곡률과 작은 두께를 가진다. 또 다른 특징에서, 에지 부분과 연결되는 오목한 부분을 가진 실드가 제공되며 여기서 에지 부분의 상측(내측) 표면은 오목한 부분의 상측(내측) 오목한 표면에 대해 접선방향 평면을 형성한다. 또 다른 특징에서, 테이퍼링된 에지 부분을 가진 실드가 제공된다. 이 특징들과 상기 특징들의 조합들에 따르는 프로파일된 에지들을 가진 실드들은 증착된 필름, 특히 금속 질화물들과 같이 압축 응력을 받는 재료들을 포함하는 필름들을 보다 우수하게 지지할 수 있다.
실드의 메인 부분의 적어도 일부분은 오목한 상측 표면을 포함하는 전체적으로 오목한 형태를 가지며, 실드의 에지 부분의 상측 표면은 실드의 메인 부분의 오목한 상측 표면에 대해 접선방향 평면을 형성한다. 오목한 실드 상에서 오목한 에지를 이용하는 대신, 에지에서 접선방향 평면을 이용함으로써("에지 플래터닝(edge flattening)"), 증착된 필름들을 지지하기 위한 실드의 기능이 개선되며 이에 따라 실드의 수명이 추가적으로 증가된다.
본 고안을 완전히 이해하기 위하여 하기 본 고안의 상세한 설명에서 다수의 특정 실시예들이 기술된다. 하지만, 종래 기술의 당업자에게 자명하듯이, 본 고안은 특정 세부사항들 없이 혹은 대안의 요소들 또는 공정들을 이용하여 실시될 수도 있다. 그 외의 다른 경우에서, 잘 알려진 공정, 절차 및 구성요소들은 본 고안의 특징들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세하게 기술되지 않는다.
개요
본 고안은 프로세스 챔버(process chamber) 내에서 실드 수명(shield lifetime)을 연장시키기 위하여 실드 에지 프로파일링(profiling of shield edge) 에 관한 것이다. 재료가 플레이킹(flaking)되고 디라미네이션(delamination)되는 것이 감소되는, 상대적으로 두꺼운 층들을 가진 재료들을 지지할 수 있는 특정의 실드 에지 형태들이 제공된다. 본원에서 기술된 바와 같이, 프로파일된 에지들을 가진 실드를 사용함으로써 실드 수명이 증가될 수 있으며 이에 따라 IC 제조비용이 감소될 수 있다.
본원에서 기술된 실드들은 바람직하지 못한 재료 증착으로부터 챔버벽, 웨이퍼 척(wafer chuck) 또는 웨이퍼 지지대(wafer pedestal)와 같은 챔버 구성요소들을 보호하고자 하는 다양한 프로세스 챔버들 내에서 사용될 수 있다. 이 실드들은 PVD 증착 챔버(deposition chamber)와 CVD 증착 챔버와 같은 진공 증착 챔버 뿐만 아니라 플라즈마 및 리액티브 에치 챔버(plasma and reactive etch chamber) 내에서 사용되도록 적합하게 된다. 예를 들어, 기술된 실드들은 과도한 분사로 인해 PVD 타겟으로부터 스퍼터링되는(sputtered) 재료로부터 PVD 챔버 벽들과 웨이퍼 지지대를 보호하기 위하여 플라즈마 PVD 챔버(iPVD 챔버)(플레이너 마그네트론 시스템 및 중공 캐소우드 마그네트론(HCM) 시스템을 포함) 내에서 사용될 수 있다. 이제, 기술된 실드들은 하나의 예시로서 PVD 챔버에 대해서 기술될 것이지만, 이와 유사하게, PECVD, LPCVD, HDPCVD와 원자층증착(ALD) 프로세스 챔버 및 에치 챔버(예컨대 프리-클린 챔버)들을 포함하는 CVD 챔버들에 실드들이 사용될 수 있다.
도식적으로 도시된 PVD 챔버의 횡단면이 도 1에서 예시된다. 예시된 PVD 챔버는 진공 밸브 또는 게이트 시스템(101)을 가지며 이에 따라 웨이퍼들은 챔버의 내부로 장착될 수 있고 그리고 챔버의 내부로부터 제거될 수 있다. 챔버 내부는 하 부벽(103), 측벽(105) 및 상부벽(107)에 의해 경계가 결정되며, 전체적으로는 원통형의 내부 체적을 형성한다. 웨이퍼 홀더 또는 웨이퍼 지지대(109)는 챔버의 중심축을 따라 이동식 서포트(111)에 고정된다. 웨이퍼 지지대는 로딩 위치 및 언로딩 위치와 처리 위치(processing position) 사이에서 이동될 수 있으며(도 1 참조), 상기 처리 위치에서 웨이퍼 지지대 상의 웨이퍼는 챔버의 내부 최상측 부분에 고정된 스퍼터 타겟(sputter target, 113)의 인접부에 상대적으로 가까이 상승된다. 측벽 실드(115)와 지지대 실드(117)는 챔버 내에 제공되고, 스퍼터링된 재료들이 스퍼터 타겟으로부터 증착 챔버의 측벽과 하부벽들로 바람직하지 못하게 증착되는 것을 방지하기 위하여 각각 챔버 벽(107)들 및 웨이퍼 지지대(109)들과 연결된다.
측벽 실드(115)는 실질적으로 챔버 측벽들 내와 챔버 측별들 주위로 연장되고 하부방향으로 연장되는 부분과 내부방향으로 연장되는 부분을 포함하며 이에 따라 타겟(113)으로부터 볼 수 있듯이 오목한 아치 형태로 형성된다. 측벽 실드는 일반적으로 챔버벽 프로파일에 유사한 형태이며 통상 주변부를 형성하는(예를 들어 원통 형태의 챔버 내에서 원주방향으로) 에지 부분(119)과 함께 말단을 이루고(terminate), 이는 챔버 공간 내로 연장되는 끝단(tip)에서 종료된다.
지지대 실드(117)는 지지대(109)를 둘러싸도록 실질적으로 주변으로 연장되고 상기 지지대와 함께 이동가능하다. 지지대 실드(117)는 오목한 아치 형태의 부분(타겟(113)으로부터 볼 수 있듯이)을 포함하며, 이 오목한 아치 형태의 부분은 챔버 측벽(105)들을 향해 외부방향으로 연장되며 상부방향으로 만곡되고 그리고 챔버 공간 내로 연장된 끝단에서 종료되는 상부방향 및 외부방향 에지 부분(121)에서 말단을 이룬다. 이 끝단은 지지대(109)에 장착된 실드 부분에 대해 멀리 떨어져 위치된다. 본원에서 기술된 실드들은 증착 챔버(deposition chamber)의 보호에 통상 사용되는 임의의 재료 예를 들어 스테인레스 강 또는 알루미늄으로 제조될 수 있다. 기판 공정(substrate process) 동안, 웨이퍼 지지대는 타겟으로 상승되어 실드(115, 117)들은 포개지고 챔버 측벽들을 보호한다. 물론, 본 고안은 도 1에 도시된 특정 실드의 배열(arrangement)에만 국한되는 것은 아니며 종래 기술의 당업자가 용이하게 이해할 수 있는 다양한 실드 배열과 연관되어 사용될 수 있다. 예를 들어 웨이퍼 지지대는 몇몇 PVD 시스템에 고정될 수 있으며 웨이퍼 지지대에 부착된 실드를 반드시 가질 필요는 없을 것이다. 대신, 바닥 챔버 상에 고정되거나 또는 챔버 측벽들에 장착된 실드가 사용될 수 있다.
현재 IC 제조에서 통상적으로 사용되는 iPVD 시스템에서, 플라즈마를 사용하는 증착법이 사용된다. 증착 동안, 플라즈마는 챔버 내에서 통상 대략 100mTorr 미만의 압력에서 발화된다(ignited). 플라즈마는 음으로 편향된(negatively biased) 타겟 상에 부딪치는 비활성기체 이온(예컨대 Ar+)을 포함하며, 이에 따라 웨이퍼 기판 상에 증착되고 실드 상에 증착되는 타겟 재료가 스퍼터링 된다. 금속(예를 들어 Cu, Ti, Ta, W, Al 및 이들의 다양한 합금들)들과 금속 질화물(예를 들어 TaNx, TiNx, WNx 및 이들과 유사한 것들)을 포함하는 다수의 재료들이 PVD 챔버 내에 증착될 수 있다. 금속 질화물의 증착은 통상 질소원(예를 들어 N2)을 증착 챔버 내로 유입시키는 단계, 플라즈마를 발화시키는 단계 및 타겟으로부터 금속을 스퍼터링하는 단계를 포함한다. 증착된 재료는 이 조건들 하에서 즉시 질화된다. 위에서 언급된 재료들은 웨이퍼 기판과 실드 상에서 증착될 것이다.
실드의 수명은, 그 외의 다른 요인들 중에서도, 증착된 필름의 응력(stress)을 수용하기 위한 실드의 기능에 좌우된다. 쉽게 플레이킹 되고 그리고 디라미네이션되려는 경향이 있는 압축 응력을 받는 재료(compressively stressed material)들을 수용하는 것이 특히 요구된다. 압축 응력을 받는 필름들은 실드들의 오목한 표면 상에서 더 많이 디라미네이션 된다. 따라서, 다수의 실시예들에서, 스퍼터링된 종(species)들의 플럭스(flux)에 대해서 오목한 표면을 제공하는 것이 바람직하다. 도 1에서 실드(115, 117)들은 오목한 부분들을 포함하며(타겟으로부터 볼 수 있듯이), 이에 따라 TaNx, TiNx, WNx, Cu, Al 및 이와 유사한 것과 같이 압축 응력을 받는 재료들을 가지는 필름들을 포함하여, 상대적으로 두꺼운 층들을 가진 증착된 필름들을 수용할 수 있다. 오목한 실드들을 제공하는 것이 다수의 실수예들에서 바람직함에도 불구하고, 심지어 오목한 실드 형태를 사용할 때, 증착된 필름은 실드 에지 상에서(예를 들어 도 1에서 도시된 에지(119, 121) 상에서) 보다 용이하게 디라미네이션되는 것이 관측되었다.
본원에서 사용된 용어 "오목한(concave)"과 "볼록한(convex)"은 실드 상으로 증착된 재료의 플럭스에 대한 오목한 표면과 볼록한 표면을 의미한다. 다수의 실시예들에서, 이는 PVD 타겟에 대한 오목함(concavity) 혹은 볼록함(convexity)에 상응한다.
실드 에지에서 필름의 플레이킹과 디라미네이션을 감소시킴으로써 실드의 수명을 현저하게 증가시킬 수 있는 몇몇의 에지 프로파일(edge profile)들이 제공된다. 상기 프로파일들은 종래의 실드 디자인에 비해 예기치 못하게 실드의 수명을 증가시키는 결과를 가져오는 기하학적 배열(geometry)을 구현하도록 실드 스트레인(shiled strain)과 필름 응력 사이의 복잡한 상호작용을 이용한다.
위에서 기술된 실드들을 사용하는 것은 PVD 및 CVD-증착된 전도성의(conductive) 그리고 유전성의(dielectirc) 압축 응력을 받는 필름 둘 다 포함하는, 압축 응력을 받는 필름들의 증착을 포함하는 증착 공정에 특히 바람직하다(하지만 여기에만 국한되지 않음). 하지만 위에서 기술된 실드들은 또한 그 외의 다른 유형의 재료들의 증착과 연관되어 사용될 수도 있다.
실드 끝단(Shiled Tip)
한 특징에 따르면, 특별하게 제조된 끝단을 가진 실드가 제공된다. 위에서 언급한 바와 같이, 다수의 실시예들에서 실드 상의 볼록한 표면을 최소화하거나 또는 심지어 완전히 제거하는 것이 바람직하다. 몇몇 실시예에서 증착 챔버 내의 10% 이하, 선호적으로는 1% 이하의 실드 표면 영역이 볼록하며, 여기서 상기 표면은 예를 들어 증착 조준선(line-of-sight deposition)에 사용가능한 표면과 같이 증착 플럭스(depositing flux)에 자유로이 사용가능한 실드 표면을 의미한다. 하지만 심지어 대부분의 부분들에서 볼록한 표면들이 제거될 때도, 실드들의 끝단 부분들은 필수불가결하게 몇몇의 볼록한 표면들을 포함할 것이며 이는 끝단이 실드 에지의 상측 표면과 하측 표면을 연결하기 때문이다. 본원에 사용된 용어 "상측(upper)"과 "하측(lower)"은 실드의 2개 표면들 사이를 구분짓기 위해 사용되는 것이며, 반드시 증착 챔버 내의 표면들의 위치를 정의하는 것은 아니다. 하지만, 본원에 사용된 바와 같이, 일반적으로 "상측" 표면은 증착 챔버 내에서 "하측" 표면에 비해 상대적으로 큰 증착된 재료의 플럭스가 가해지게 될 것이다.
통상, 종래의 실드 디자인에서는 상대적으로 큰 끝단 두께와 상대적으로 큰 곡률 반경을 가진 둥글고 볼록한 끝단이 제공되었다. 예를 들어, 종래의 디자인에서는 0.2인치를 초과하는 끝단 두께와 0.1인치를 초과하는 곡률 반경이 제공되었다. 이러한 디자인은 (예를 들어 Hutchinson, J. W., J. Mech. Phys. Sol, 49 (2001) 1864-1874의 "Delamination of compressed films on curved substrates"에서 기술된 바와 같이) 큰 곡률( 및 작은 곡률 반경)이 증착된 필름의 무결성에 해가 된다는 통상적인 생각으로부터 기인한다. 날카롭거나 또는 상당히 만곡된 에지들 상에 증착된 필름은 매우 작은 곡률을 가진 매끄러운 표면들 상에 증착된 필름보다 더 용이하게 플레이킹될 것이라고 일반적으로 믿어져 왔다.
하지만, 이러한 통상적인 생각에 상반되게, 매우 작은 곡률 반경에 의해 특징지어지는 상당히 만곡된 끝단 상에서 현저하게 덜 플레이킹되고 디라미네이션되는 것이 밝혀졌다. 게다가, 본원에서는, 끝단에서 실드의 두께를 감소시킴으로써 플레이킹이 감소되는 것이 밝혀졌다. 이에 따라 몇몇 실시예들에서, 실드는 끝단에서 대략 0,2인치 미만, 대략 0.1인치 미만, 대략 0.05인치 미만 그리고 심지어 대략 0.02인치 미만의 두께를 가진다. 예를 들어 끝단에서 대략 0.08인치, 0.04인치 및 0.01인치의 두께를 가진 실드들은 모두 끝단에서 대략 0.2인치의 두께를 가진 종래의 실드에 비해 개선된 성능을 보여주었다. 본 고안이 특정 이론에 구속받지 않지만, 얇은 끝단에 의해 특징지어진 위에서 기술된 실드 디자인으로 인해 끝단에서 볼록한 표면 영역이 감소되고 재료는 볼록한 표면 상에서 상대적으로 적은 양의 응력을 받게 되며 이에 따라 심지어 끝단 에지(tip edge)에서 곡률이 크다 하더라도 더 우수한 결과를 제공하는 것으로 믿어진다.
도 2A-2D는 이러한 개념을 설명하도록 사용된다. 몇몇 실시예들에 의하면, 실드는 (횡단면에서 본 바와 같이) 일반적으로 아크(arc)와 유사한 형태를 가진 둥근 끝단(rounded tip)을 가지며 이 끝단은 실드의 에지 부분의 말단에 형성되고 끝단에서 에지 두께는 매우 작다. 본원에서 사용된 바와 같이 끝단에서의 두께는 상측 표면과 하측 표면에 대해 아크 연결부의 지점들에서 상측 표면과 하측 표면 사이의 거리를 의미한다. 예를 들어 도 2A는 실드 에지 부분(209)의 횡단면을 도시한다. 에지 부분(209)은 상기 에지 부분의 상측 표면과 하측 표면을 연결하는 아크를 형성하는 지점(217, 218)에서 만곡되는 하측 에지 표면(213)과 상측 에지 표면(203)을 가지며 이에 따라 끝단은 둥글게 형성된다. 이 지점(217, 218)들은 상측 표면 또는 하측 표면에 대한 아크 연결부(arc connection)의 지점들로서 또는 아크 원점(arc origin)의 지점들로서 언급될 것이다.
끝단에서의 두께는 h1이며, 이는 아크 원점의 지점(217, 218)들에서 상측 표면과 하측 표면 사이의 거리와 동일하다. 일반적인 경우에서, 상기 두께(또는 끝단 에서 상측 에지 표면과 하측 에지 표면 사이의 거리)는 아크 원점의 제 1 지점에서 에지 표면들 중 한 에지 표면과 접선방향인 평면을 제공함으로써, 아크 원점의 제 2 지점을 통과하는 평행한 평면을 제공함으로써 결정되며 그리고 이 2개의 평행한 평면들 사이의 거리를 정함으로써 결정된다. 예를 들어 도 2A에서 표면(213)은 만곡되지 않으며 아크 원점의 지점(218)에서 상기 표면에 접선방향인 평면은 표면(213)과 일치한다. 그 뒤 평행한 평면은 아크 원점의 제 2 지점(217)에서 제공된다. 끝단에서의 두께는 상기 2개의 평행한 평면들 간의 거리로서 측정된다.
언급된 바와 같이, h1이 작은, 예를 들어 대략 0.2인치 미만, 대략 0.1인치 미만, 대략 0.05인치 미만 그리고 심지어 대략 0.02인치 미만인 것이 바람직하다. 아크의 곡률 반경은 R이며, 이 경우에서 아크에 대한 중심각도(central angle)는 180°이다. 이 실례에서, 에지 부분(209)는 하측 에지 표면(213)에 평행하지 않은 상측 에지 표면(203)과 테이퍼링 된다. 일반적으로, 상측 에지 표면과 하측 에지 표면은 다양한 형태들을 가질 수 있으며 이는 즉 동일하거나 또는 상이할 수 있고 만곡되고, 평평하며, 평행하거나 또는 평행하지 않을 수 있다. 하지만 몇몇 실시예들에서 상측 에지 표면들은 만곡된 끝단으로 부드럽게 전이(transition)되는 것이 선호되며, 이에 따라 바람직하게 끝단의 상측 부분에서 볼록한 영역은 최소화된다.
도 2A에서 예시된 실시예에서, 아크는 180°의 중심각도에 상응하며, 아크 원점의 지점들 간의 거리는 곡률 직경과 동일하다. 따라서 이 실시예들에서 곡률 반경은 대략 0.1인치 미만, 대략 0.5인치 미만, 대략 0.025인치 미만 그리고 대략 0.01인치 미만이 된다.
하지만 그 외의 다른 실시예들에서, 둥근 끝단에서의 아크는 상대적으로 작은 중심각도 예컨대 대략 10-120°사이의 각도에 상응할 수 있다. 이는 도 2B에 도시된 실드 에지 프로파일로 예시된다. 이 디자인에서, 끝단 아크에 대한 중심각도는 대략 45°가 되며, 이전의 실시예에서와 같이, 에지에서의 두께 h1은 매우 작고 위에서 언급된 값들을 가질 수 있다. 끝단 아크 각도가 대략 180°미만인 경우, 끝단의 실질적인 곡률 반경은 다소 광범위하게 가변될 수 있으며 심지어 끝단에서의 두께 h1과 동일하거나 또는 상대적으로 더 클 수도 있다.
몇몇 실시예들에서, 적어도 대략 90°의 중심각도를 가진 둥근 끝단들이 사용된다. 그 외의 다른 실시예들에서, 거의 둥글지 않거나 또는 라운딩(rounding)이 없는 뾰족한 끝단(pointed tip)이 사용될 수 있다. 일반적으로 끝단이 횡단면에서 아크와 유사한 형태를 가진 경우에서, 이 형태가 반드시 완전히 만곡된 아크가 될 필요는 없다. 예를 들어, 일반적으로 아크와 유사한 외형을 가지며 하나 또는 그 이상의 만곡된 부분과 평평한 부분을 가진 끝단들은 이 실시예의 범위 내에 있게 된다.
본 고안의 한 실시예에 따른 실드 부분은 도 2C에 도시되어 예시된다. 실드는 증착 챔버의 요소 상에서 상기 실드에 장착되도록 디자인되거나 또는 상기 실드에 장착되기에 적합한 메인 부분(207)을 가진다. 메인 부분(207)은 둥글고 얇은 끝단(205)을 가진 공간에 말단이 형성되는 에지 부분(209)으로 연속된다(continue). 메인 부분(207)은 각각 상측 에지 표면(203)과 하측 에지 표면(213)에 연결되는 상측 메인 표면(201)과 하측 메인 표면(211)으로 형성된다. 둥근 끝단(205)은 아크와 유사한 형태(횡단면에서 볼 수 있듯이)에 의해 하측 에지 표면(213)과 함께 상측 에지 표면(203)에 연결된다. 이 실시예에서, 끝단(205)은 횡단면이 아크와 유사한 형태를 가지며 이는 180°의 중심각도에 상응한다. 이 실시예에서 아크 원점의 지점들 간의 거리(h1)는 끝단의 곡률 직경과 동일하다. 이 실시예에서 아크 원점의 지점들 간의 거리는 만곡부의 원점에서 상측 에지 표면(203)과 하측 에지 표면(213) 사이의 거리와 동일하다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 거리(h1)는 대략 0.2인치 미만, 대략 0.05인치 미만 그리고 심지어 대략 0.02인치 미만이 되며, 곡률 반경은 상기 값들의 1/2에 해당한다.
끝단에서 매우 작은 곡률 반경에 추가하여, 도 2C에 도시된 실드 부분은 에지에서 테이퍼링 된다. 따라서 하측 표면(211, 213)들이 일직선으로 형성되고 180°의 각도로 연결될 때, 상측 에지 표면(203)은 상측 메인 표면(201)과 180° 미만의 각도를 형성하며 이에 따라 끝단에서 에지 부분의 두께(h1)은 메인 부분(207)의 두께(h2)보다 더 얇다. 한 실례에서, h1의 범위는 대략 0.005인치로부터 대략 0.15인치까지 형성되는 반면, h1보다 더 두꺼운 h2의 범위는 대략 0.05인치로부터 대략 1인치까지 형성된다. 다수의 실시예들에서, 실드의 메인 부분의 평균 두께는 실드의 에지 부분의 평균 두께보다 상대적으로 더 크다. 본원에서 사용된 바와 같이, 실드의 에지 부분은 실드의 원위부분에 상응하며(챔버 요소에 장착되기에 적합한 메인 실드 부분에 대해서), 이는 인접한 메인 부분에 비해 상이한 기하학적 배열 특성을 가진다. 예를 들어, 도 2C에 대해서, 에지 부분은 지점(215)에서 시작되며 테이퍼링도 이 지점에서 시작한다. 통상, 실드의 에지 부분은 실드 끝단으로부터 대략 1인치 내에 있다.
위에서 기술된 실드 끝단들은 다양한 실드 형태들과 연관되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 실드들은 오목한 메인 부분들, 볼록한 메인 부분들, 만곡되지 않은 메인 부분들 그리고 이들의 조합(횡단면에서 볼 수 있듯이)들을 포함할 수 있다. 일반적으로 실드 형태는 웨이퍼 지지대 또는 증착 챔버의 윤곽을 따른다. 따라서, 다수의 실시예들에서, 실드들은 일반적으로 원통형의 중공 형태들을 포함하며, 이들의 에지 부분들은 통상적으로 원주방향으로(혹은 주변방향으로) 형성되어 목표로 하는 주변부(perimeter)를 형성하며 상기 주변부는 종종 원통형으로 형성된 증착 챔버들에서 원형으로 형성된다. 일반적으로 직사각형 그리고 6각형과 같은 그 외의 다른 주변 형태들로 제공될 수 있다. 일반적으로 원통형의 실드의 벽들은 일직선의 수직 형태로 형성될 수 있거나 또는 다양하게 만곡될 수 있다. 위에서 기술된 끝단들과 연관되어 사용될 수 있는 상이한 실드 형태들의 실례들은, 상기 목적을 위해 그리고 참조문헌으로 본원에 통합된, Martinson씨 등이 2004년 4월 12일에 출원한 "MOVING INTERLEAVED SPUTTER CHAMBER SHIELDS"인 US Ser. No. 10/823,355호에 기술된다. 따라서, 예를 들어, 도 2A에 도시된 실드 부분은 일직선 부분, 오목한 부분, 볼록한 부분, S형 부분 그리고 이들 부분들의 다양한 조합들와 연결될 수 있 다. 도 2A에 도시된 실드 부분은 증착 챔버 내에서 다양한 배향(orientation)을 가질 수 있다.
오목한 실드와 연관되어 사용된 프로파일된 에지 디자인(profiled edge design)은 도 2D에 도시된다. 이 실시예에서, 실드의 메인 부분은 오목한 부분(207), 작은 둥근 끝단(205)에서 말단을 이루는 테이퍼링된 에지 부분(209)을 포함하는데, 여기서 상기 끝단은 횡단면에서 아크와 유사한 형태를 가지며 도 2C에 대해서 기술된 수치들과 유사한 수치들을 가진다. 유사한 도면부호들을 가진 그 외의 다른 실드의 구성요소들은 도 2C에 대해 기술된 수치들과 유사한 수치들을 가진다. 오목한 영역(207)은 통상 대략 0.1인치로부터 대략 10인치까지 광범위하게 가변될 수 있는 곡률 반경(R1)에 의해 특징지어진다. 도 1에 도시된 실시예와 같은 몇몇의 오목한 실드 실시예들에 대해서, 곡률 반경(R1)은 대략 2인치로부터 대략 3인치까지 가변된다. 본 고안의 또 다른 특징을 예시하는 바와 같이, 도 2D에 예시된 실시예는 하기에서 보다 상세하게 기술될 것이다.
오목한 표면에 연결된 실드 에지
또 다른 특징에서, 오목한 부분을 포함하는 실드를 위한 개선된 에지 프로파일은 실드의 오목한 부분의 상측(내측) 오목 표면과 연결되고 실드의 에지 부분을 형성하는 접선방향 평면(tangent plane)을 포함한다. 상기 접선방향 평면은 이전의 섹션에서 기술된 바와 같이 동일한 프로파일 또는 상이한 프로파일을 가질 수 있는 끝단을 가진 공간에서 종료된다. 이 특징에 따르면, 에지 부분은 상기 끝단으로부터 오목한 만곡부(횡단면으로 언급됨)를 가진 접선방향의 지점으로 연장된다.
도 2D는 오목한 부분(207)과 에지 부분(209)를 포함하는 실드 프로파일의 한 실례를 예시하는데, 여기서 오목한 부분(207)의 상측(내측) 표면(201)은 상측 에지 표면(203)과 매끄럽게 연결되어 이에 따라 상기 상측 에지(203)는 접선방향의 지점(215)에서 오목한 상측 표면(201)에 대해 접선방향 선분(3차원 좌표계에서는 접선방향 평면)을 형성한다. 이 실례에서, 오목한 부분(207)의 바닥(외측) 표면(211)과 바닥(외측) 에지 표면(213)은 하나의 아크와 유사한 만곡부를 형성한다. 하지만 바닥(외측) 표면(211, 213)은, 상기 디자인들이 내측 표면의 프로파일과 간섭되지 않는한, 다양한 형태들을 가질 수 있음을 이해해야 한다.
평평한 에지를 포함하는 오목한 부분을 가진 실드는 균일하게 만곡된 오목한 상측(내측) 에지 표면을 가진 실드에 비해 증착 챔버 내에서 현저하게 증가된 수명을 가질 수 있는 것으로 밝혀졌는데, 여기서 평평한 에지는 만곡된 내측의 오목한 표면에 연결된 상측(내측) 접선방향 평면을 가진다. 이 프로파일은 증착된 필름 특히 압축 응력을 받는 필름의 디라미네이션과 플레이킹을 지연시키는 것으로 밝혀졌다.
끝단(217)에서 라운딩(rounding)을 가진 인터페이스(interface)로부터 상측(내측) 오목한 표면(201)을 가진 인터페이스까지의 접선방향 평면(203)의 길이(접선방향의 지점은 215임)는 특정 실드 디자인에 기초하여 광범위하게 가변될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 접선방향 평면의 길이는 대략 0.1인치와 5인치 사이, 예컨 대 대략 0.5인치와 1.5인치 사이에 형성된다. 이 실시예들에서, 실드의 에지 부분은 접선방향의 지점 즉 메인 실드 부분의 오목한 만곡된 영역의 기하학적 배열 특성이 만곡되는 것으로부터 평평하게 되는 것으로 가변되는 지점에서 시작한다.
한 특정 실례에서, 실드는 대략 0.2인치의 균일한 두께(h2)와 대략 2.5인치의 내측 곡률 반경(R1)을 가진 오목한 부분(207)을 가진다. 오목한 부분(207)은 상측(내측) 오목한 표면(201)에 접선방향인 평평한 상측(내측) 평면(203)과 표면(211)에 연결된 하측의 만곡된 오목한 에지 표면(213)에 의해 형성된 평평하고 테이퍼링된 에지 부분(209)에 연결된다. 이 에지 부분은 아크와 유사한 형태로 종료되는 둥근 끝단(205)과 함께 말단을 이룬다. 아크의 원점에서 상측 에지 표면과 하측 에지 표면 사이의 거리(h1)는 대략 0.1인치이며 이는 h2의 대략 절반이 된다. 끝단에서의 곡률 반경은 대략 0.05인치가 된다. 끝단(217)을 가진 인터페이스와 오목한 상측 표면(201)을 가진 인터페이스로부터의 접선방향 평면(203)의 길이는 대략 1인치가 된다.
도 3A는 평평한 에지 부분과 연결된 오목한 부분을 가진 실드의 또 다른 실시예를 예시하는데, 여기서 에지 부분의 상측(내측) 표면은 오목한 부분의 상측(내측) 표면에 대해 접선방향 평면을 형성한다. 이 실드 디자인은 도 2D에 도시된 디자인과 유사하며, 동일한 요소들은 동일한 도면부호들로 표시된다. 도 3A에 예시된 디자인은 둥근 끝단이 아니라 뾰족한 끝단(305)을 가진다는 점에서 도 2D에 예시된 디자인과 상이하다. 도 3A에 예시된 다자인에서, 끝단은 접선방향 평면(303)과 만 곡된 오목한 바닥(외측) 에지 표면(313)의 인터섹션(intersection)에 의해 형성된다.
본 고안의 상기 특징에 따른 또 다른 실시예는 도 3B에 예시되는데, 에지 부분(309)의 바닥(외측) 표면(313)이 만곡되지 않는다는 점에서 도 2D와 도 3A에 예시된 실시예들과 상이하다. 언급된 바와 같이, 오목한 부분과 에지 부분의 바닥(외측) 표면은 다양한 형태들을 가질 수 있는데, 이 형태들은 언급된 상측(내측) 표면들의 프로파일과 기학학적인 배열에서 일치되지 않는다. 도 3B에서 예시된 실드 에지는 작은 곡률 반경을 가진 둥근 끝단(305)에서 말단을 이룬다. 그 외의 다른 실시예들에서, 그 외의 다른 끝단의 디자인들도 사용될 수 있다.
실드 에지 두께
또 다른 특징에서, 얇은 에지를 가진 실드가 제공된다. 심지어, 실드의 에지에서 특정 형태에 상관없이, 에지 부분의 실드의 감소된 두께를 가진 실드는 증착된 필름들의 응력을 수용하기에 유용하다. 얇은 에지들에서 개선된 응력 수용(stress accommodation)은 실드 재료(통상 금속)가 상대적으로 두꺼운 에지에 비해 얇은 에지에서 보다 적합하기 때문이다. 실드 재료의 상대적으로 더 우수한 적합성으로 인한 개선된 응력 수용에 따라서, 증착된 필름들의 플레이킹이 감소되며 이에 따라 실드의 수명이 증가된다.
몇몇 실시예들에서, 에지 부분에서의 실드 두께(예를 들어 끝단으로부터 대략 1인치 내의)는 대략 0.2인치, 대략 0.1인치 그리고 심지어 0.01인치를 초과하지 않는다. 몇몇 실시예들에서, 실드의 에지 부분은 테이퍼링 되며, 실드의 두께는 실드의 메인 부분을 가진 에지 부분의 인터페이스로부터 실드의 끝단으로 점차적으로 감소된다.
몇몇 실시예들에서, 에지 부분의 평균 두께는 실드의 메인 부분의 평균 두께보다 상대적으로 적은데, 예를 들어 실드 에지 부분의 평균 두께는 대략 80% 미만, 대략 60% 미만 또는 대략 50% 미만이 될 수 있다.
도 2C, 도 2D, 도 3A 그리고 도 3B는 모두 본 고안의 그 외의 다른 특징들에 따른 실드 요소들과 조합하여 테이퍼링된 얇은 에지 부분들을 가진 실드들을 예시한다.
도 4A와 도 4B는 본 고안의 그 외의 다른 실시예들에 따른 테이퍼링된 얇은 에지들을 가진 실드 부분들을 예시한다. 도 4A에서, 예를 들어, 에지 부분(409)과 연결된 오목한 부분(407)을 가진 실드가 예시되며, 이 에지 부분은 작은 둥근 끝단(405)에서 말단을 이룬다. 하지만, 이 실시예에서, 상측(내측) 에지 표면(403)은 상측(내측) 오목한 표면(401)에 대해 접선방향 평면을 형성하지 않지만, 그 대신 오목한 표면으로 연속된다(continue). 대신, 이 실시예에서, 에지 부분(409)은 하측(외측) 에지 표면(413)을 상부방향으로 만곡시킴으로써 프로파일되며 이에 따라 얇고 테이퍼링된 실드 에지가 형성된다.
도 4B는 얇고 테이퍼링된 에지를 구현하는 하측 에지 표면을 확대한 또 다른 실례를 예시한다. 이 실시예에서, 에지 부분(409)과 연결된 실드 부분(407)은 만곡되지 않는다. 상측 표면(401, 403)들은 하나의 평면을 형성하고 하측 에지 표 면(409)은 하측 표면(411)과 180°미만의 각도를 형성하여 이에 따라 에지 부분(409)이 테이퍼링 되며, 이 실례에서, 상기 에지 부분은 뾰족한 끝단(409)과 말단을 이룬다.
증착 공정에서 실드의 용도(use)
위에서 기술된 에지 프로파일링(edge profiling)의 각각의 특징들은 단독으로 사용될 수 있거나 또는 그 외의 다른 특징들과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 실드들이 증착 챔버의 내부 공간 내에서 말단을 이루는 자유 끝단(free tip)을 가지는 한, 실드 형태들에 상관없이, 개선된 끝단 프로파일링은 다양한 실드 상에서 사용될 수 있다. 챔버 내의 실드의 정확한 배향(orientation)은 실드의 목적에 기초하여 가변될 수 있으며 이에 따라 끝단은 상부방향, 하부방향, 측면방향(sideways) 또는 증착 챔버 내에 위치될 때 다양한 각도를 이루며 배열될 수 있다.
이와 유사하게, 실드의 오목한 부분과 연결된 접선방향 평면을 제공하는 디자인은 단독으로 사용될 수 있거나 또는, 위에서 기술된 바와 같이, 실드의 에지에 인접한 오목한 부분을 가진 다양한 실드들 상에서 그 외의 다른 특징들(끝단 프로파일링 및 에지 두께 프로파일링)과 조합하여 사용될 수 있다. 본원의 "오목한(concave)"은 실드 상에 증착된 입자(particle)들의 메인 플럭스(main flux)에 대한 오목함(concavity)을 의미한다.
게다가, 얇은 실드 에지들( 및/또는 메인 부분보다 상대적으로 얇은 에지들) 을 포함하는 디자인은 단독으로 사용될 수 있거나 또는 위에서 기술된 2개의 특징들과 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 날카롭거나 또는 둥근 끝단들을 가진 얇은 에지들을 가진 실드들이 제공될 수 있다. 오목한 부분들을 가진 실드들을 위하여, 위에서 기술된 접선방향 평면 디자인을 사용하거나 또는 사용하지 않고서, 얇은 에지는 오목한 부분과 연결될 것이다.
다수의 증착 시스템에서, 실드의 수명은 증착 챔버에 공급된 파워(power)(예를 들어 PVD 챔버 내의 금속 타겟에 공급된 파워)를 고려할 때 실드가 사용할 수 있는 시간을 정량화하는 키트(kit)의 수명으로서 측정된다. 이 키트 수명은 kWh 단위로 측정되며 이는 중단(failure)이 발생될 때까지의 실드 수명을 가리키는데, 여기서 중단은 통상 플레이크 또는 디라미네이션된 재료 또는 입자들의 형태로 불순물이 구속해제(release) 되는 것으로서 정의된다.
위에서 기술된 바와 같은 프로파일된 에지들을 가진 실드들은 적어도 대략 2,000 kWh의 키트 수명을 보여줄 수 있고 그리고 종래의 실드들에 비해 상대적으로 우수한 성능을 보여준다.
매우 중요하게, 기술된 실드들은 금속 또는 금속 질화물 필름(metal nitride film)들 또는 이들의 조합들과 같은 매우 높은 압축 응력을 받는 필름들의 증착 동안에 사용될 수 있는데, 이는 상기 실드들이 압축 하중을 받는 재료들을 수용하기에 매우 적합하기 때문이다. 예를 들어, 실드들은 2,000 kWh의 키트 수명 그리고 금속 질화물 재료들의 PVD 증착을 위해 상대적으로 우수한 키트 수명을 보여줄 수 있다. 기술된 실드들의 용도(use)는 압축 응력을 받는 재료들의 증착을 포함하는 공정들에 국한되지 않으며 이 공정들은 단지 다양한 진공 프로세스 챔버들 내에서 기술된 실드들이 가지는 다수의 적용분야들을 예시하기 위해 제공되는 것으로 이해해야 한다.
다양한 세부사항들이 간결성을 위해 생략되었음에도 불구하고, 다양한 디자인 대안물들이 실시될 수 있다. 예를 들어, 위에서 기술된 실드들의 디자인들은 종래 기술의 당업자들이 이해할 수 있듯이 증착된 특정 재료를 위해 최적화될 수 있다. 게다가 기술된 실드들의 표면은 증착된 필름들을 실드에 부착하는 것을 개선하기 위하여 울퉁불퉁하게(roughened) 할 수 있고 및/또는 텍스쳐링(textured) 할 수 있다. 예를 들어 그릿-블라스트(grit-blast) 및/또는 아크-스프레이된(arc-sprayed) 표면들이 제공될 수 있다.
이에 따라, 본 실례들은 제한하려는 목적이 아닌 예시적인 목적으로서 간주되어야 하며, 본 고안은 본원에 주어진 세부사항들에만 국한되는 것이 아니라 첨부된 청구항들의 범위 내에서 개조될 수 있다.
위에서 기술된 본 고안의 특징들과 이점들 그리고 그 외의 다른 특징들과 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 하기에서 보다 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 측벽과 지지대 실드들을 예시하는 PVD 챔버의 일부분을 횡단면에서 도시한 측면도.
도 2A는 본 고안의 실시예에 따른 실드의 외측 부분을 도시한 측면 횡단면도. 작은 곡률 반경을 가진 얇은 끝단이 예시된다.
도 2B는 본 고안의 실시예에 따른 실드의 외측 부분을 도시한 측면 횡단면도. 얇은 끝단이 예시된다.
도 2C는 본 고안의 실시예에 따른 실드의 외측 부분을 도시한 측면 횡단면도. 작은 끝단 반경을 가진 둥근 끝단이 예시된다.
도 2D는 본 고안의 실시예에 따른 실드의 외측 부분을 도시한 측면 횡단면도. 평평한 에지 부분과 연결되는 오목한 실드 부분이 예시되며 상기 평평한 에지 부분은 작은 끝단 반경을 가진 둥근 끝단과 함께 말단을 이룬다.
도 3A는 본 고안의 실시예에 따른 실드의 외측 부분을 도시한 측면 횡단면도. 평평한 에지 부분과 연결되는 오목한 실드 부분이 예시되며 상기 평평한 에지 부분은 부분적으로 둥근 끝단과 함께 말단을 이룬다.
도 3B는 본 고안의 실시예에 따른 실드의 외측 부분을 도시한 측면 횡단면도. 평평한 에지 부분과 연결되는 오목한 실드 부분이 예시되며 상기 평평한 에지 부분은 둥근 끝단과 함께 말단을 이룬다.
도 4A는 본 고안의 실시예에 따른 실드의 외측 부분을 도시한 측면 횡단면도. 상대적으로 얇은 테이퍼링된 에지 부분과 연결되는 오목한 실드 부분이 예시되며 상기 테이퍼링된 에지 부분은 둥근 끝단과 함께 말단을 이룬다.
도 4B는 본 고안의 실시예에 따른 실드의 외측 부분을 도시한 측면 횡단면도. 뾰족한 끝단에서 말단을 이루는 테이퍼링된 에지 부분이 예시된다.

Claims (24)

  1. 진공 프로세스 챔버(vacuum process chamber)의 구성요소들을 재료의 증착으로부터 보호하기 위한 실드(shield)에 있어서,
    상기 실드는
    -진공 프로세스 챔버의 요소에 연결되거나 진공 프로세스 챔버의 요소에 연결되는 메인 부분(main portion)을 포함하며, 메인 부분은 상측 메인 표면과 하측 메인 표면을 포함하고, 메인 부분은 제 1 평균 두께를 가지며,
    -메인 부분과 연결되는 주변방향으로 형성된(perimetrically shpaed) 에지 부분(edge portion)을 포함하고, 에지 부분은 상측 메인 표면과 연결된 상측 에지 표면과 하측 메인 표면과 연결된 하측 에지 표면을 가지며, 에지 부분은 제 2 평균 두께를 가지고,
    -챔버의 내부 공간 내에서 에지 부분의 말단(terminus)을 형성하고 상측 에지 표면과 하측 에지 표면을 연결하는 끝단 부분(tip portion)을 포함하며, 끝단 부분은 둥근 프로파일을 가지고 이에 따라 아크(arc) 형상의 부분이 상측 에지 표면과 하측 에지 표면을 연결하며, 끝단에서 상측 에지 표면과 하측 에지 표면 간의 거리는 제 1 평균 두께보다 더 작은 것을 특징으로 하는 실드.
  2. 제 1항에 있어서, 끝단에서 상측 에지 표면과 하측 에지 표면 간의 거리는 0.1인치 미만인 것을 특징으로 하는 실드.
  3. 제 1항에 있어서, 끝단에서 상측 에지 표면과 하측 에지 표면 간의 거리는 0.05인치 미만인 것을 특징으로 하는 실드.
  4. 제 1항에 있어서, 끝단에서 상측 에지 표면과 하측 에지 표면 간의 거리는 0.02인치 미만인 것을 특징으로 하는 실드.
  5. 제 1항에 있어서, 제 1 평균 두께는 제 2 평균 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는 실드.
  6. 제 5항에 있어서, 실드의 에지 부분은 테이퍼링 되며(tapered) 이에 따라 실드 에지 부분의 두께는 실드의 메인 부분을 포함하는 인터페이스(interface)로부터 끝단을 향하여 감소되는 것을 특징으로 하는 실드.
  7. 제 5항에 있어서, 제 1 평균 두께는 0.2인치이상인 것을 특징으로 하는 실드.
  8. 제 1항에 있어서, 실드의 메인 부분의 적어도 일부분은 오목한 상측 표면을 포함하는 오목한 메인부분을 가지며, 실드의 에지 부분의 상측 표면은 실드의 메인 부분의 오목한 상측 표면에 대해 접선방향 평면(tangent plane)을 형성하는 것을 특징으로 하는 실드.
  9. 제 8항에 있어서, 실드의 오목한 메인 부분의 반경은 0.1인치와 10인치 사이인 것을 특징으로 하는 실드.
  10. 제 8항에 있어서, 끝단으로부터 오목한 중앙 부분을 포함하는 인터페이스까지의 접선방향 길이는 0.1인치와 5인치 사이인 것을 특징으로 하는 실드.
  11. 제 1항에 있어서, 실드는 2,000 kWh 이상의 키트 수명(kit life)을 가지는 것을 특징으로 하는 실드.
  12. 제 1항에 있어서, 실드의 에지 부분은 가변적인 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 실드.
  13. 제 1항에 있어서, 끝단은 상기 끝단에서 상측 에지 표면과 하측 에지 표면 사이 거리의 절반과 동일한 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 실드.
  14. 제 11항에 있어서, 실드는 진공 프로세스 챔버 내에서 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 실드.
  15. 제 1항에 있어서, 실드는 셔터(shutter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 실드.
  16. 제 1항의 실드를 포함하는 진공 프로세스 챔버(vacuum process chamber).
  17. 제 16항에 있어서, 진공 프로세스 챔버는 물리적 기상 증착(PVD) 챔버이거나 또는 화학적 기상 증착(CVD) 챔버인 것을 특징으로 하는 진공 프로세스 챔버.
  18. 진공 프로세스 챔버의 구성요소들을 재료의 증착으로부터 보호하기 위한 실드에 있어서,
    상기 실드는
    -상측 오목한 표면과 하측 표면을 포함하는 오목한 부분을 포함하며, 실드의 오목한 부분은 제 1 평균 두께를 가지고,
    -오목한 부분과 연결되는 에지 부분을 포함하며, 에지 부분은 상측 오목한 표면과 연결되는 상측 에지 표면과 오목한 부분의 하측 표면과 연결되는 하측 에지 표면을 가지고, 에지 부분은 제 2 평균 두께를 가지며, 실드의 에지 부분의 상측 표면은 실드의 오목한 부분의 오목한 상측 표면에 대해 접선방향 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 실드.
  19. 제 18항에 있어서, 제 2 평균 두께는 제 1 평균 두께보다 더 작은 것을 특징으로 하는 실드.
  20. 제 18항에 있어서, 에지 부분은 테이퍼링 되며 이에 따라 에지 부분의 두께는 실드의 오목한 부분을 포함하는 인터페이스로부터 실드 에지의 말단에서 끝단을 향하여 감소되는 것을 특징으로 하는 실드.
  21. 제 18항에 있어서, 오목한 부분의 상측 표면과 하측 표면은 둘 다 아크형상을 가지고 오목한 것을 특징으로 하는 실드.
  22. 제 1항의 실드를 포함하는 증착 챔버(deposition chamber).
  23. 진공 프로세스 챔버의 구성요소들을 재료의 증착으로부터 보호하기 위한 실드에 있어서,
    상기 실드는
    -상측 오목한 표면과 하측 표면을 포함하는 오목한 부분을 포함하며, 실드의 오목한 부분은 제 1 평균 두께를 가지고,
    -오목한 부분을 포함하는 에지 부분을 포함하며, 에지 부분은 상측 에지 표면과 하측 에지 표면을 가지고, 에지 부분은 제 2 평균 두께를 가지며,
    -챔버의 내부 공간 내에서 에지 부분의 말단을 형성하고 상측 에지 표면과 하측 에지 표면을 연결하는 끝단 부분을 포함하며, 끝단 부분은 둥근 프로파일을 가지고 이에 따라 아크형상의 부분이 상측 에지 표면과 하측 에지 표면을 연결하며, 끝단에서 상측 에지 표면과 하측 에지 표면 간의 거리는 0.2인치 미만인 것을 특징으로 하는 실드.
  24. 제 23항에 있어서, 하나 이상의 상측 에지 표면과 하측 에지 표면은 평평한 것을 특징으로 하는 실드.
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