KR200483057Y1 - 물리 기상 증착 챔버를 위한 실드, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드, 및 프로세스 키트 - Google Patents

물리 기상 증착 챔버를 위한 실드, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드, 및 프로세스 키트 Download PDF

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Abstract

본 고안의 실시예들은 일반적으로, 물리 증착(PVD) 챔버에서의 사용을 위한 프로세스 키트를 제공한다. 일 실시예에서, 프로세스 키트는, 조정가능한 프로세스 간격, 커버 링과 실드(shield) 사이의 센터링(centering), 및 균일한 가스 분포에 기여하는 커버 링과 실드 사이의 제어된 가스 유동을 제공하고, 그러한 프로세스 키트는 보다 긴 챔버 컴포넌트 서비스 수명과 함께 보다 큰 프로세스 균일성 및 반복가능성을 촉진한다.

Description

물리 기상 증착 챔버를 위한 실드, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드, 및 프로세스 키트{SHIED FOR A PHYSICAL VAPOR DEPOSITION CHAMBER, SHIED FOR ENCIRCLING A SPUTTERING SURFACE OF A SPUTTERING TARGET AND PROCESS KIT}
본 고안의 실시예들은 일반적으로 반도체 프로세싱 챔버를 위한 프로세스 키트, 및 키트(kit)를 갖는 반도체 프로세싱 챔버에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 고안의 실시예들은, 물리 증착(deposition; 편의상 '증착'이라 함) 챔버에서의 사용을 위한, 커버 링, 실드(shield), 및 격리부(isolator)를 포함하는 프로세스 키트에 관한 것이다.
물리 기상 증착(PVD) 또는 스퍼터링은 전자 소자들의 제조에서 가장 통상적으로 사용되는 프로세스들 중 하나이다. PVD는 진공 챔버에서 수행되는 플라즈마 프로세스이며, 여기서, 비교적 무거운 원자들(예를 들어, 아르곤(Ar))을 갖는 불활성 가스 또는 그러한 불활성 가스를 포함하는 가스 혼합물의 플라즈마에, 음으로 바이어싱된 타겟이 노출된다. 불활성 가스의 이온들에 의한 타겟의 충격(bombardment)은 타겟 재료의 원자들의 방출(ejection)을 초래한다. 방출된 원자들은 챔버 내에 배치된 기판 지지 페디스털 상에 놓인 기판상에 증착된 막으로서 축적된다.
기판에 대하여 챔버 내의 원하는 구역에 프로세싱 구역을 규정(define)하는 것을 돕기 위해 챔버 내에 프로세스 키트가 배치될 수 있다. 프로세스 키트는 통상적으로, 커버 링, 증착 링, 및 접지 실드를 포함한다. 더 높은 백분율의 방출된 원자들이 기판상에 증착됨에 따라, 플라즈마 및 방출된 원자들을 프로세싱 구역으로 한정하는 것이, 챔버 내의 다른 컴포넌트들을 증착된 재료 없이(free from) 유지하는 것을 보조하고, 타겟 재료들의 더 효율적인 사용을 촉진한다.
종래의 링 및 실드 디자인들이 견실한(robust) 프로세싱 이력을 가질지라도, 임계 치수들의 감소는 챔버 내의 오염원들에 대한 주의를 증가시키게 된다. 기판 지지 페디스털이 이송 위치와 프로세스 위치 사이에서 상승 및 하강함에 따라 링들 및 실드가 주기적으로 서로 접촉하기 때문에, 종래의 디자인들은 잠재적인 입자상 오염원이 된다.
또한, 챔버 내의 가스 분포를 제어할 수 있는 능력은 증착된 막들의 품질 및 균일성 모두에 기여한다. 통상적으로, 커버 링들은 페디스털에 대해서 중앙에 위치되어, 커버 링과 실드 사이에 생성되는 불균일한 갭들을 유도하고, 그에 따라 불균일한 가스 분포를 유도한다. 게다가, 통상적으로, 커버 링들은 타겟과 기판 사이의 거리의 변화(variation)를 허용하지 않는다. 또한, 이전의 디자인들에서, 기판의 표면은 커버 링의 상부에 또는 그 근처에 위치되며, 이로 인해 반응성 종들이 기판의 엣지들 근처에 집중되게 된다.
따라서, 개선된 프로세스 키트가 당해 기술 분야에 필요하다.
본 고안의 실시예들은 일반적으로, 물리 기상 증착(PVD) 챔버에서의 사용을 위한 프로세스 키트 및 인터리빙(interleaving) 프로세스 키트를 갖는 PVD 챔버를 제공한다. 일 실시예에서, 프로세스 키트는 인터리빙 접지 실드, 커버 링, 및 격리부 링을 포함한다.
일 실시예에서, 물리 기상 증착 챔버를 위한 실드가 제공된다. 실드는 원통형 외측 밴드(band), 원통형 내측 밴드, 단일 피스의 단일형(unitary) 부재를 형성하기 위해서 상기 내측 및 외측 밴드들을 커플링하는 베이스 플레이트, 및 상기 원통형 내측 밴드에 커플링된 복수의 볼들을 포함한다. 볼들은 원통형 내측 밴드의 방사상 내부로 연장한다.
다른 실시예에서, 기판 프로세싱 챔버에서 기판 지지대에 대면하는 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드가 제공된다. 실드는, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸도록 크기 설정된 제 1 직경을 가지고, 스퍼터링 표면을 둘러싸도록 크기 설정된 최상단부 및 기판 지지대를 둘러싸도록 크기 설정된 최하단부를 구비하는 원통형 외측 밴드, 원통형 외측 밴드의 최상단부로부터 방사상 외부로 연장하고 제 1 직경을 초과하는 제 2 직경을 갖는 경사진 스텝, 경사진 스텝으로부터 방사상 외부로 연장하는 장착 플랜지, 원통형 밴드의 최하단부로부터 방사상 내부로 연장하는 베이스 플레이트, 및 베이스 플레이트와 커플링되고 기판 지지대의 둘레 에지를 에워싸도록 크기 설정되는 원통형 내측 밴드를 포함하며, 원통형 내측 밴드는 복수의 홀들을 가지며, 복수의 홀들은 각각 상기 실드와 상기 커버 링 사이의 제어된 갭을 실드의 직경 주위에서 균일하게 유지하도록 센터링 메커니즘을 수용하기 위한 것이다.
또 다른 실시예에서, 기판 프로세싱 챔버 내에서 기판 지지대와 대면하는 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드, 기판 프로세싱 챔버 내에서 증착 링 주위에 배치하기 위한 커버 링, 그리고 커버 링에 대해서 실드를 중앙에 위치시키기 위한 센터링 메커니즘을 포함하는 프로세스 키트가 제공되고, 증착 링은 챔버 내의 실드와 기판 지지대 사이에 있다. 실드는 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸도록 크기 설정된 제 1 직경을 가지는 원통형 외측 밴드, 장착 플랜지, 경사진 스텝, 원통형 밴드의 최하단부로부터 방사상 내부로 연장하는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트와 커플링되고 그리고 기판 지지대의 둘레 에지를 둘러싸도록 크기 설정된 원통형 내측 밴드를 포함한다. 원통형 외측 밴드는 스퍼터링 표면을 둘러싸도록 크기 설정된 최상단부를 가지며, 최하단부는 기판 지지대를 둘러싸도록 크기 설정된다. 경사진 스텝은 상기 원통형 외측 밴드의 최상단부로부터 방사상 외부로 연장하고 제 1 직경을 초과하는 제 2 직경을 갖는다. 장착 플랜지는 경사진 스텝으로부터 방사상 외부로 연장한다. 원통형 내측 밴드는 복수의 홀들을 가지며, 복수의 홀들은 각각 상기 실드와 상기 커버 링 사이의 제어된 갭을 실드의 직경 주위로 균일하게 유지하도록 센터링 메커니즘을 수용하기 위한 것이다. 커버 링은 환상 웨지, 내측 원통형 밴드, 브리지(bridge), 및 외측 원통형 밴드를 포함한다. 환상 웨지는 기판 지지대를 에워싸는 경사진 최상부 표면, 경사진 최상부 표면으로부터 아래로 연장하는 푸팅(footing), 및 상기 최상부 표면의 내측 둘레 주위의 돌출하는 브림(projecting brim)을 포함하며, 경사진 최상부 표면은 내측 둘레 및 외측 둘레를 갖는다. 내측 원통형 밴드는 환상 웨지로부터 위로 및 아래로 연장한다. 브리지는 내측 원통형 밴드의 상단부에 커플링된다. 외측 원통형 밴드는 브리지로부터 아래로 연장하고, 그리고 외측 원통형 밴드는 내측 원통형 밴드의 높이보다 더 낮은 높이를 가진다.
또 다른 실시예에서, 커버 링이 제공된다. 커버 링은 환상 웨지, 내측 원통형 밴드, 브리지, 및 외측 원통형 밴드를 포함한다. 환상 웨지는 기판 지지대를 에워싸고 내측 둘레 및 외측 둘레를 가지는 경사진 최상부 표면, 경사진 최상부 표면으로부터 아래로 연장하는 푸팅, 및 최상부 표면의 내측 둘레 주위의 돌출하는 브림을 포함한다. 내측 원통형 밴드는 환상 웨지로부터 위로 및 아래로 연장한다. 브리지는 내측 원통형 밴드의 상단부에 커플링된다. 외측 원통형 밴드는 브리지로부터 아래로 연장하고, 그리고 외측 원통형 밴드는 내측 원통형 밴드의 높이보다 낮은 높이를 가진다.
본 고안의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 고안의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 고안의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 고안의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 고안이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 프로세스 키트의 일 실시예를 갖는 반도체 프로세싱 시스템의 간략화된 단면도이다.
도 2는 도 1의 타겟 및 어댑터(adapter)와 인터페이싱되는 프로세스 키트의 일 실시예의 부분적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 타겟 및 어댑터와 인터페이싱되는 프로세스 키트의 일 실시예의 부분적인 단면도이다.
도 4a는 도 1의 프로세싱 시스템과 인터페이싱되는 프로세스 키트의 대안적인 실시예의 부분적인 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 프로세스 키트의 부분적인 단면도이다.
도 4c는 도 1의 프로세싱 시스템과 인터페이싱되는 프로세스 키트의 대안적인 실시예의 부분적인 단면도이다.
도 5a는 여기서 설명된 실시예에 따른 단일 피스(one piece) 실드의 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 단일 피스 실드의 실시예의 측면도이다.
도 5c는 도 5a의 단일 피스 실드의 일 실시예의 단면도이다.
도 5d는 도 5a의 단일 피스 실드의 일 실시예의 하면도이다.
도 6a는 여기서 설명된 것에 따른 센터링 메커니즘의 하면도이다.
도 6b는 도 6a의 선 6B-6B를 따라 취해진 센링 메커니즘의 단면도이다.
도 7a는 도 4a에 도시된 커버 링의 평면도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 커버 링의 측면도이다.
도 8은 도 4c에 도시된 커버 링의 평면도이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지시하기 위해서, 가능한 경우에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예에서 개시된 엘리먼트들은 특정 설명 없이도 다른 실시예들에 대해 유리하게 이용될 수 있는 것으로 고려된다.
본 고안의 실시예들은 일반적으로, 물리 기상 증착(PVD) 챔버에서 사용하기 위한 프로세스 키트를 제공한다. 일 실시예에서, 프로세스 키트는 조정가능한 프로세스 간격, 커버 링과 실드 사이의 센터링, 및 균일한 가스 분포에 기여하는 실드와 커버 링 사이의 제어된 가스 유동을 제공하며, 이는 보다 긴 챔버 컴포넌트 서비스 수명과 함께 보다 큰 프로세스 균일성 및 반복가능성을 촉진한다.
일 실시예에서, 실드의 내경 벽이 높고(tall), 커버 링의 내경 벽 및 외경 벽들이 높아서, 실드에 대한 커버 링의 병진 운동(translation)을 통한 보다 큰 간격 범위를 가능하게 한다. 커버 링의 증가된 트렌치 깊이는, 보다 폭 넓은 운동(motion) 범위를 가능하게 하면서, 프로세싱 영역 내로 플라즈마가 누설되는 것을 방지하기 위해 오버랩(overlap)을 여전히 유지한다. 일 실시예에서, 실드는 직경 주위의 커버 링과 실드 사이에 균일한 갭을 유지하도록 센터링 메커니즘들을 위해 균일하게 이격된 홀들을 갖는다. 특정 실시예들에서, 센터링 메커니즘들은 실드 내로 프레싱(press)될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 센터링 메커니즘들은 금속 홀더들 내로 프레싱된 정밀하게 제어된 사파이어 볼들로 제조되며, 그러한 사파이어 볼들은 최소 콘택 또는 "포인트 콘택"을 제공하고, 그리고 직경 주위의 커버 링과 실드 사이의 갭의 제어를 가능하게 한다. 이러한 제어된 갭은 기판 주위에 균일한 가스 전도를 가능하게 하여, 기판 주위에 균일한 가스 분포를 유도한다. 일 실시예에서, 기판 표면은 커버 링의 최상부의 훨씬 아래쪽에 위치되고, 그에 따라 기판 표면 위로 가스 입구(entry)를 이동시키고 그리고 기판 표면에 걸쳐서 반응성 가스 분포를 개선한다. 특정 실시예들에서, 상부에 증착되는 막들을 처리하기(account for) 위해서 커버 링 텍스쳐 및 형상이 조정될 수 있다.
도 1은 기판(105)을 프로세싱할 수 있는 프로세스 키트(150)의 일 실시예를 갖는 예시적인 반도체 프로세싱 챔버(100)를 도시한다. 프로세스 키트(150)는 단일 피스 접지 실드(160), 인터리빙 커버 링(170), 그리고 상기 단일 피스 접지 실드(160)와 인터리빙 커버 링(170) 사이에 제어된 갭을 제공하기 위한 센터링 메커니즘(175)을 포함한다. 프로세스 키트(150)는 또한 페디스털 어셈블리 상에서 지지되는 증착 링(302)을 포함할 수 있다. 도시된 버전에서, 프로세싱 챔버(100)는, 물리 기상 증착 또는 PVD 챔버라고도 또한 불리며, 기판상에 티타늄 또는 알루미늄 산화물들 또는 질화물들을 증착할 수 있는 스퍼터링 챔버를 포함한다. 프로세싱 챔버(100)는 또한, 예를 들어 알루미늄, 구리, 탄탈, 탄탈 질화물, 탄탈 탄화물, 텅스텐, 텅스텐 질화물, 란탄, 란탄 산화물들, 및 티타늄을 증착하기 위한 것과 같은 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다. 본 고안으로부터 이익을 얻도록 구성될 수 있는 프로세싱 챔버의 일 예는 캘리포니아주, 산타 클라라의 Applied Materials, Inc. 로부터 입수가능한 ALPS® Plus 및 SIP ENCORE® PVD 프로세싱 챔버이다. 다른 제조사들로부터의 프로세싱 챔버들을 포함하는 다른 프로세싱 챔버들이 본 고안으로부터 이익을 얻도록 구성될 수 있음이 고려된다.
프로세싱 챔버(100)는 내부 체적(110) 또는 플라즈마 존을 둘러싸는, 상부 어댑터(102)들 및 측벽 어댑터(104)들, 챔버 최하부(106), 및 리드(lid) 어셈블리(108)를 갖는 챔버 바디(101)를 포함한다. 챔버 바디(101)는 통상적으로, 스테인리스 강으로 된 플레이트들의 기계가공 및 용접에 의해서 또는 단일한 알루미늄 매스(single mass)의 기계가공에 의해서 제조된다. 일 실시예에서, 측벽 어댑터(104)들은 알루미늄을 포함하며, 챔버 최하부(106)는 스테인리스 강을 포함한다. 챔버 최하부(106)는 일반적으로, 프로세싱 챔버(100)로부터의 기판(105)의 출입을 제공하기 위해 슬릿 밸브(미도시)를 포함한다. 프로세싱 챔버(100)의 리드 어셈블리(108)는 커버 링(170)과 인터리브하는 접지 실드(160)와 협력하여, 내부 체적(110) 내에 형성되는 플라즈마를 기판 위의 구역으로 한정시킨다.
페디스털 어셈블리(120)는 챔버(100)의 챔버 최하부(106)로부터 지지된다. 페디스털 어셈블리(120)는 프로세싱 동안에 기판(105)과 함께 증착 링(302)을 지지한다. 상부 위치와 하부 위치 사이에서 페디스털 어셈블리(120)를 이동시키도록 구성되는 리프트 메커니즘(122)에 의해, 페디스털 어셈블리(120)가 챔버(100)의 챔버 최하부(106)에 커플링된다. 부가적으로, 보다 하부의 위치에서, 프로세싱 챔버(100) 외부에 배치된, 단일 블레이드 로봇(미도시)과 같은 웨이퍼 이송 메커니즘을 이용한 기판의 교환을 용이하게 하기 위해, 페디스털 어셈블리(120)로부터 기판을 이격시키도록, 페디스털 어셈블리(120)를 통해 리프트 핀들(미도시)이 이동된다. 벨로우즈(124)는 통상적으로, 페디스털 어셈블리(120)의 내부 및 챔버의 외부로부터 챔버 바디(101)의 내부 체적(110)을 격리시키기 위해, 페디스털 어셈블리(120)와 챔버 최하부(106) 사이에 배치된다.
페디스털 어셈블리(120)는 일반적으로, 접지 플레이트(125)에 커플링되는 베이스 플레이트(128)에 밀봉식으로(sealingly) 커플링된 기판 지지대(126)를 포함한다. 기판 지지대(126)는 알루미늄 또는 세라믹으로 구성될 수 있다. 기판 지지대(126)는 정전 척, 세라믹 바디, 히터, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지대(126)는, 전극(138)들이 내부에 매립된 유전체 바디를 포함하는 정전 척이다. 유전체 바디는 통상적으로, 열분해 붕소 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 알루미나, 또는 동등한 재료와 같은 높은 열 전도성 유전체 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 기판 지지대(126)는, 베이스 플레이트(128)와 기판 지지대(126)를 확산 접합하는, 알루미늄 호일과 같은 금속 호일에 의해서 베이스 플레이트(128)에 부착된다.
베이스 플레이트(128)는 위에 놓이는 기판 지지대(126)에 적절하게 매칭되는 열 특성들을 가지는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스 플레이트(128)는, 세라믹 단독인 경우보다 더 우수한 강도 및 내구성을 제공하고 또한 우수한 열 전달 특성들을 가지는, 알루미늄 실리콘 탄화물과 같은 세라믹 및 금속의 복합물을 포함할 수 있다. 열 팽창 미스매치를 감소시키기 위해서, 복합 재료는 기판 지지대(126)의 재료에 매칭되는 열 팽창 계수를 가진다. 하나의 버전에서, 복합 재료는 기공들을 가지는 세라믹을 포함하며, 기공에는 적어도 부분적으로 기공들을 충진하여 복합 재료를 형성하는 금속이 침투된다(infiltrated). 세라믹은, 예를 들어, 실리콘 탄화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화물 또는 근청석(cordierite) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 세라믹은 전체 체적의 약 20 내지 약 80 부피%의 기공 부피를 포함할 수 있고, 나머지 체적은 침투된 금속으로 이루어진다. 침투된 금속은 실리콘이 첨가된 알루미늄을 포함할 수 있고, 또한 구리를 포함할 수 있다. 다른 버전에서, 복합물은 세라믹 입자들이 분산된 금속과 같은 세라믹 및 금속의 다른 조성물을 포함할 수 있고; 또는 베이스 플레이트(128)는 스테인리스 강 또는 알루미늄과 같은 금속으로만 제조될 수 있다. 냉각 플레이트(도시하지 않음)는 일반적으로 베이스 플레이트(128) 내에 배치되어 기판 지지대(126)를 열적으로 조정하나, 또한 접지 플레이트(125) 내에 배치될 수 있다.
접지 플레이트(125)는 통상적으로 스테인리스 강 또는 알루미늄과 같은 금속 재료로부터 제조된다. 베이스 플레이트(128)는 복수의 커넥터(137)들에 의해서 접지 플레이트에 커플링될 수 있다. 커넥터(137)들은 볼트, 스크류, 키, 또는 임의의 다른 유형의 커넥터 중 하나일 수 있다. 기판 지지대(126)와 베이스 플레이트(128)의 보다 더 용이한 교체 및 유지보수를 돕기 위해서, 베이스 플레이트(128)는 접지 플레이트(125)로부터 제거가능할 수 있다.
기판 지지대(126)는 프로세싱 동안에 기판(105)을 수용하고 지지하는 기판 수용 표면(127)을 가지며, 표면(127)은 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)에 대해서 실질적으로 평행한 평면을 가진다. 기판 지지대(126)는 또한 기판(105)의 돌출하는(overhanging) 에지에 앞서서 종료되는 둘레 에지(129)를 가진다.
리드 어셈블리(108)는 일반적으로, 타겟 배킹(backing) 플레이트(130), 타겟(132), 및 마그네트론(134)을 포함한다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 타겟 배킹 플레이트(130)는 폐쇄된 위치에 있는 경우에 상부 어댑터(102)들에 의해 지지된다. 세라믹 링 시일(136)은 타겟 배킹 플레이트(130)와 상부 어댑터(102)들 사이에 배치되어, 그들 사이의 진공 누설을 방지한다.
타겟(132)은 타겟 배킹 플레이트(130)에 커플링되고, 프로세싱 챔버(100)의 내부 체적(110)에 노출된다. 타겟(132)은 PVD 프로세스 동안에 기판상에 증착되는 재료를 제공한다. 챔버 바디(101)의 상부 어댑터(102) 및 타겟 배킹 플레이트(130)로부터 타겟(132)을 전기적으로 격리시키기 위해, 타겟(132), 타겟 배킹 플레이트(130), 및 챔버 바디(101) 사이에 격리부 링(180)이 배치된다.
타겟(132)은 전원(140)에 의해서, 접지에 대해, 예를 들어 챔버 바디(101)에 대하여 RF 및/또는 DC 전력으로 바이어스된다. 도관(144)들을 통해 가스 소스(142)로부터 내부 체적(110)으로 아르곤과 같은 가스가 공급된다. 가스 소스(142)는, 타겟(132)에 활동적으로(energetically) 충돌할 수 있고 타겟(132)으로부터 재료를 스퍼터링할 수 있는, 아르곤 또는 크세논과 같은 비-반응성(non-reactive) 가스를 포함할 수 있다. 가스 소스(142)는 또한 기판상에 층을 형성하기 위해 스퍼터링 재료와 반응할 수 있는, 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 메탄 함유 가스 중 하나 또는 그 초과와 같은 반응성 가스를 포함할 수 있다. 소모된 프로세스 가스를 수용하고, 챔버(100) 내의 가스의 압력을 제어하기 위해 스로틀 밸브를 갖는 배출 도관(148)으로 소모된 프로세스 가스를 지향시키는 배출 포트(146)들을 통해 소모된 프로세스 가스 및 부산물들이 챔버(100)로부터 배기된다. 배출 도관(148)은 하나 또는 그 초과의 배출 펌프(149)들에 연결된다. 통상적으로, 챔버(100) 내의 스퍼터링 가스의 압력은 진공 환경과 같은 대기보다 낮은(sub-atmospheric) 레벨들, 예를 들어 0.6 mTorr 내지 400 mTorr의 가스 압력들로 세팅된다. 플라즈마는 기판(105)과 타겟(132) 사이의 가스로부터 형성된다. 플라즈마 내의 이온들은 타겟(132)을 향하여 가속되고, 타겟(132)으로부터 재료가 이동되도록(dislodge) 한다. 이동된 타겟 재료는 기판상에 증착된다.
마그네트론(134)은 프로세싱 챔버(100)의 외부 상에서 타겟 배킹 플레이트(130)에 커플링된다. 이용될 수 있는 하나의 마그네트론은, Or 등에 대해 1999년 9월 21일자로 발행된 미국 특허 제5,953,827호에서 설명되며, 이 미국 특허는 본원에 의해 그 전체가 인용에 의해 포함된다.
챔버(100) 내에서 수행되는 프로세스들은 제어기(190)에 의해 제어되며, 제어기는 챔버(100) 내의 기판들의 프로세싱을 용이하게 하도록 챔버(100)의 컴포넌트들을 동작시키기 위한 명령 세트들을 갖는 프로그램 코드를 포함한다. 예를 들어, 제어기(190)는, 페디스털 어셈블리(120)를 동작시키기 위한 기판 위치조정(positioning) 명령 세트; 스퍼터링 가스의 흐름을 챔버(100)로 세팅하도록 가스 흐름 제어 밸브들을 동작시키기 위한 가스 흐름 제어 명령 세트; 챔버(100) 내의 압력을 유지하도록 스로틀 밸브를 동작시키기 위한 가스 압력 제어 명령 세트; 기판 또는 측벽 어댑터(104)들의 온도들을 각각 세팅하도록 페디스털 어셈블리(120) 또는 측벽 어댑터(104) 내의 온도 제어 시스템(미도시)을 제어하기 위한 온도 제어 명령 세트; 및 챔버(100) 내의 프로세스를 모니터링하기 위한 프로세스 모니터링 명령 세트를 포함하는 프로그램 코드를 포함할 수 있다.
프로세스 키트(150)는, 예를 들어, 컴포넌트 표면들로부터 스퍼터링 증착물들을 세정하거나, 부식된 컴포넌트들을 교체 또는 수리하거나, 또는 다른 프로세스들을 위해서 챔버(100)를 개조(adapt)하기 위해서, 챔버(100)로부터 용이하게 제거될 수 있는 다양한 컴포넌트들을 포함한다. 일 실시예에서, 프로세스 키트(150)는 접지 실드(160), 인터리빙 커버 링(170), 및 단일 피스 접지 실드(160)와 인터리빙 커버 링(170) 사이에 제어된 갭을 제공하기 위한 센터링 메커니즘(175)을 포함한다.
실드(160)는 챔버 바디(101)에 의해서 지지되고, 기판 지지대(126)에 대면하는 스퍼터링 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)을 에워싼다. 실드(160)는 또한 기판 지지대(126)의 둘레 에지(129)를 둘러싼다. 실드(160)는 스퍼터링 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)으로부터 유래하는 스퍼터링 증착물들이 실드(160) 뒤의 표면들 및 컴포넌트들 상으로 증착되는 것을 감소시키기 위해, 챔버(100)의 측벽 어댑터(104)들을 커버하고 보호(shadow)한다. 예를 들어, 실드(160)는 기판 지지대(126), 기판(105)의 돌출하는 에지, 챔버(100)의 측벽 어댑터(104)들 및 챔버 최하부(106)의 표면들을 보호할 수 있다.
도 1, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 실드(160)는 단일 구성으로 이루어지며, 스퍼터링 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133) 및 기판 지지대(126)를 에워싸도록 치수 설정된 직경을 갖는 원통형 외측 밴드(210)를 포함한다. 일 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)는 화살표들에 의해 표현되는 내경("A")을 갖는다. 일 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)의 내경("A")은 약 16인치(40.6 cm) 내지 약 18인치(45.7 cm)이다. 다른 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)의 내경("A")은 약 16.8인치(42.7 cm) 내지 약 17인치(43.2 cm)이다. 일 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)는 화살표들에 의해 표현되는 외경("B")을 갖는다. 일 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)의 외경("B")은 약 17인치(43.2 cm) 내지 약 19인치(48.3 cm)이다. 다른 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)의 외경("B")은 약 17.1인치(43.4 cm) 내지 약 17.3인치(43.9 cm)이다.
원통형 외측 밴드(210)의 상부 부분은 스퍼터링 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)을 둘러싸고, 그리고 원통형 외측 밴드(210)의 최하부 부분은 기판 지지대(126)를 둘러싼다. 경사진 스텝(214)은 원통형 외측 밴드(210)의 상부 부분으로부터 방사상 외부로 연장한다. 일 실시예에서, 경사진 스텝(214)은 수직에 대해 각도("α")를 형성한다. 일 실시예에서, 각도("α")는 수직으로부터 약 15도 내지 약 25도이다. 다른 실시예에서, 경사진 각도("α")는 약 20도이다.
일 실시예에서, 실드(160)는 약 5인치(12.7 cm) 내지 약 7인치(약 17.8 cm)의 높이("C")를 갖는다. 다른 실시예에서, 실드(160)는 약 5.5인치(14 cm) 내지 6.5인치(16.5 cm)의 높이("C")를 갖는다.
장착 플랜지(216)는 원통형 외측 밴드(210)의 경사진 스텝(214)으로부터 방사상 외부로 연장한다. 장착 플랜지(216)는 상부 콘택 표면(219) 및 챔버(100)의 상부 어댑터(102) 상에 놓이도록 하부 접촉 표면(218)을 포함한다. 일 실시예에서, 장착 플랜지(216)는 상부 어댑터(102)에 실드(160)를 부착하기 위한 스크류를 수용하도록 형상화되고 크기 설정된 복수의 카운터보어(counterbore)(미도시)들을 포함한다.
일 실시예에서, 상부 어댑터(102)는 실드(160)를 지지하고, 기판 프로세싱 챔버(100)의 측벽 어댑터(104) 주위에서 열 교환기의 역할을 할 수 있다. 상부 어댑터(102) 및 실드(160)는 실드(160)로부터의 개선된 열 전달을 가능하게 하는 어셈블리를 형성하며, 이는 실드 상에 증착된 재료에 대한 열 팽창 응력들을 감소시킨다. 실드(160)의 부분들은 기판 프로세싱 챔버(100)에서 형성되는 플라즈마에 대한 노출에 의해 과도하게 가열될 수 있어서, 실드의 열 팽창을 초래하고, 실드 상에 형성된 스퍼터링 증착물들이 실드로부터 벗겨지고 기판(105) 위에 떨어져 기판(105)을 오염시키게 할 수 있다. 상부 어댑터(102)는 실드(160)와 상부 어댑터(102) 사이에 양호한 전기적 및 열적 전도성을 허용하기 위해 실드(160)의 하부 접촉 표면(218)에 접촉하는 레스팅(resting) 표면(222)을 갖는다. 일 실시예에서, 상부 어댑터(102)는 상부 어댑터(102)의 온도를 제어하기 위해 열 전달 유체를 관통하여 흘려 보내기 위한 도관들을 추가로 포함한다.
도 1, 도 4a, 도 4c, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 및 도 5d를 참조하면, 실드(160)는 또한 원통형 외측 밴드(210)로부터 방사상 내부로 연장하는 베이스 플레이트(213)를 포함한다. 원통형 내측 밴드(226)는 베이스 플레이트(213)와 커플링되고, 기판 지지대(126)의 둘레 에지(129)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 있다. 일 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)는 화살표들에 의해 표현되는 직경("D")을 갖는다. 일 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)는 약 14인치(35.6 cm) 내지 약 16인치(40.6 cm)의 직경("D")을 갖는다. 다른 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)는 약 14.5인치(36.8 cm) 내지 약 15인치(38.1 cm)의 직경("D")을 갖는다. 원통형 내측 밴드(226)는 베이스 플레이트(213)로부터 위로 연장하며, 베이스 플레이트(213)에 대해 수직이다. 원통형 내측 밴드(226), 베이스 플레이트(213), 및 원통형 외측 밴드(210)는 U-형상 채널을 형성한다. 원통형 내측 밴드(226)는 원통형 외측 밴드(210)의 높이보다 더 낮은 높이를 포함한다. 일 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)의 높이는 원통형 외측 밴드(210)의 높이의 약 1/3이다. 일 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)는 화살표들에 의해 표현된 높이("E")를 갖는다. 일 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)의 높이("E")는 약 1.5인치(3.8 cm) 내지 약 4인치(10.2 cm)이다. 다른 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)의 높이("E")는 약 2인치(5.1 cm) 내지 약 3인치(7.6 cm)이다. 다른 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)의 높이는 약 2.4인치(6.1 cm) 내지 약 2.5인치(6.4 cm)이다.
일 실시예에서, 실드(160)의 원통형 내측 밴드(226)는 개별적인 센터링 메커니즘(475)을 각각 수용하기(holding) 위한 복수의 홀(290)들을 가진다. 일 실시예에서, 복수의 홀(290)들 각각은 다른 복수의 홀(290)들 각각으로부터 일정한 거리만큼 떨어져 위치된다. 일 실시예에서, 복수의 홀(290)들 각각은 원통형 내측 밴드(226)의 최상부로부터 일정한 거리만큼 떨어져 위치된다. 일 실시예에서, 실드(160)의 직경 주위에 균일하게 분포된 6개의 홀(290)들이 존재한다.
원통형 외측 밴드(210), 경사진 스텝(214), 장착 플랜지(216), 베이스 플레이트(213), 및 원통형 내측 밴드(226)는 단일 구조를 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 전체 실드(160)는 알루미늄으로 만들어질 수 있거나, 또는 다른 실시예에서, 300 시리즈 스테인리스 강으로 만들어질 수 있다. 단일 실드(160)는, 완전한 차폐를 이루기 위해 복수의 컴포넌트들, 종종 2개 또는 3개의 별개의 피스들을 포함했던 종래의 실드들에 비해 유리하다. RF 고조파들에 기여하는 연장된 RF 리턴 경로를 제공하여 프로세스 캐비티 외부에 부유 플라즈마를 야기하는 기존의 복수 부분의 실드들과 비교하여, 단일 실드는 RF 리턴 경로를 감소시키고, 그에 따라 내부 프로세싱 구역에서 개선된 플라즈마 봉쇄(containment)를 제공한다. 복수의 컴포넌트들을 갖는 실드는 세정을 위해 실드를 제거하는 것을 더 어렵고 힘들게 한다. 단일 피스 실드(160)는, 세정(clean out)하기에 더 어려운 코너들 또는 인터페이스들이 없이 스퍼터링 증착물들에 노출되는 연속적인 표면을 갖는다. 단일 피스 실드(160)는 또한, 프로세스 사이클들 동안에 스퍼터 증착으로부터 챔버 바디(101)를 더 효과적으로 차폐한다. 일 실시예에서, 컨덕턴스 홀들과 같은 컨덕턴스 피쳐들이 제거된다. 컨덕턴스 피쳐들의 제거는 내부 체적(110)의 외부에서의 부유 플라즈마들의 형성을 감소시킨다.
일 실시예에서, 실드(160)의 노출된 표면들은 캘리포니아주, 산타 클라라에 소재하는 Applied Materials로부터 상업적으로 입수가능한 CLEANCOAT™ 보호 코팅을 이용하여 처리된다. CLEANCOAT™ 보호 코팅은, 실드(160) 상의 증착물들의 입자 쉐딩(shedding)을 감소시키고, 그에 따라 챔버(100) 내의 기판(105)의 오염을 방지하기 위해 실드(160)와 같은 기판 프로세싱 챔버 컴포넌트들에 도포되는 트윈-와이어 알루미늄 아크 스프레이 코팅(twin-wire aluminum arc spray coating)이다. 일 실시예에서, 실드(160) 상의 트윈-와이어 알루미늄 아크 스프레이 코팅은 약 600 내지 약 2300 마이크로인치의 표면 조도를 갖는다.
실드(160)는 챔버(100) 내의 내부 체적(110)에 대면하는 노출된 표면들을 갖는다. 일 실시예에서, 노출된 표면들은 175 ± 75 마이크로인치의 표면 조도를 갖도록 비드 블래스팅된다(bead blasted). 텍스쳐링된(texturize) 비드 블래스팅되는 표면들은 입자 쉐딩을 감소시키고 챔버(100) 내의 오염을 방지하는 역할을 한다. 표면 조도 평균은 노출된 표면을 따르는 조도 피쳐들의 피크들 및 밸리들의 평균선(mean line)으로부터의 변위(displacement)들의 절대값들의 평균이다. 노출된 표면 위로 바늘(needle)을 통과시키고 표면상의 조도(asperity)들의 높이의 변동들의 트레이스(trace)를 생성하는 조면계(profilometer)에 의해, 또는 표면의 이미지를 생성하기 위해 표면으로부터 반사되는 전자 빔을 사용하는 스캐닝 전자 현미경에 의해, 조도 평균, 비대칭도(skewness), 또는 다른 특성들이 결정될 수 있다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 격리부 링(180)은 L-형상이다. 격리부 링(180)은 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133) 주위에서 연장하고 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)을 둘러싸는 환상 밴드를 포함한다. 격리부 링(180)은 실드(160)로부터 타겟(132)을 전기적으로 격리 및 분리시키고, 통상적으로 알루미늄 산화물과 같은 유전성 또는 절연성 재료로 형성된다. 격리부 링(180)은 하부 수평 부분(232) 및 하부 수평 부분(232)으로부터 위로 연장하는 수직 부분(234)을 포함한다. 하부 수평 부분(232)은 내측 둘레(235), 외측 둘레(236), 최하부 콘택 표면(237), 및 최상부 표면(238)을 포함하며, 여기서, 하부 수평 부분(232)의 최하부 콘택 표면(237)은 장착 플랜지(216)의 상부 콘택 표면(219)에 접촉한다. 일 실시예에서, 실드(160)의 상부 콘택 표면(219)은 스텝(233)을 형성한다. 스텝(233)은, 전도성 재료가 격리부 링(180)과 실드(160) 사이에 표면 브리지를 생성하는 것을 방지하는 미로 갭(labyrinth gap)을 제공하며, 그에 따라 전기적인 단절을 유지한다. 격리부 링(180)의 상부 수직 부분(234)은 내측 둘레(239), 외측 둘레(240), 및 최상부 표면(241)을 포함한다. 상부 수직 부분(234)의 내측 둘레(239) 및 하부 수평 부분(232)의 내측 둘레(235)는 단일 표면을 형성한다. 하부 수평 부분(232)의 최상부 표면(238) 및 상부 수직 부분(234)의 외측 둘레(240)는 전이 포인트(242)에서 교차하여 스텝(243)을 형성한다. 일 실시예에서, 스텝(243)은 링 시일(136) 및 타겟(132)과 함께 미로 갭을 형성한다.
일 실시예에서, 격리부 링(180)은, 약 17.5인치(44.5 cm) 내지 약 18인치(45.7 cm)의, 내측 둘레(235) 및 내측 둘레(239)에 의해 규정되는 내경을 갖는다. 다른 실시예에서, 격리부 링(180)은 약 17.5인치(44.5 cm) 내지 17.7인치(45 cm)의 내경을 갖는다. 일 실시예에서, 격리부 링(180)은 약 18인치(45.7 cm) 내지 약 19인치(48.3 cm)의, 하부 수평 부분(232)의 외측 둘레(236)에 의해 규정되는 외경을 갖는다. 다른 실시예에서, 격리부 링(180)은 약 18.7인치(47.5 cm) 내지 약 19인치(48.3 cm)의 외경을 갖는다. 다른 실시예에서, 격리부 링(180)은, 약 18 인치(45.7 cm) 내지 약 18.5인치(47 cm)의, 상부 수직 부분(234)의 외측 둘레(240)에 의해 규정되는 제 2 외경을 갖는다. 다른 실시예에서, 제 2 외경은 약 18.2인치(46.2 cm) 내지 약 18.4인치(46.7 cm)이다. 일 실시예에서, 격리부 링(180)은 약 1인치(2.5 cm) 내지 약 1.5인치(3.8 cm)의 높이를 갖는다. 다른 실시예에서, 격리부 링(180)은 약 1.4인치(3.6 cm) 내지 약 1.45인치(3.7 cm)의 높이를 갖는다.
일 실시예에서, 격리부 링(180)의 하부 수평 부분(232)의 최하부 콘택 표면(237) 및 내측 둘레(235), 수직 부분(234)의 내측 둘레 및 최상부 표면(241)을 포함하는 노출된 표면들은, 예를 들어 그릿 블래스팅(grit blasting)을 사용하여 180 ± 20 Ra의 표면 조도로 텍스쳐링되며, 이는 낮은 증착 및 보다 낮은 응력의 막들에 적합한 텍스쳐를 제공한다.
도 2를 참조하면, 다른 실시예에서, 격리부 링(280)은 T-형상이다. 격리부 링(280)은 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133) 주위에서 연장하고, 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)을 둘러싸는 환상 밴드(250)를 포함한다. 격리부 링(280)의 환상 밴드(250)는 제 1 폭을 갖는 최상부 벽(252), 제 2 폭을 갖는 최하부 벽(254), 및 제 3 폭을 가지며 환상 밴드(250)의 최상부 벽(252)으로부터 방사상 외부로 연장하는 지지 림(256)을 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 폭은 제 3 폭 미만이지만 제 2 폭보다는 크다.
최상부 벽(252)은 내측 둘레(258), 타겟(132) 근처에 위치되는 최상부 표면(260), 및 링 시일(136) 근처에 위치되는 외측 둘레(262)를 포함한다. 지지 림(256)은 최하부 콘택 표면(264) 및 상부 표면(266)을 포함한다. 지지 림(256)의 최하부 콘택 표면(264)은 알루미늄 링(267) 상에 놓인다. 특정 실시예들에서, 알루미늄 링(267)은 존재하지 않으며, 어댑터(220)가 지지 림(256)을 지지하도록 구성된다. 최하부 벽(254)은 내측 둘레(268), 외측 둘레(270), 및 최하부 표면(272)을 포함한다. 일 실시예에서, 외측 둘레(270)는 약 18.5인치(47cm) 내지 약 19인치(48.3cm)의 외경을 가진다. 다른 실시예에서, 외측 둘레(270)는 약 18.8인치(47.8cm) 내지 약 18.9인치(48cm)의 외경을 가진다. 최하부 벽(254)의 내측 둘레(268) 및 최상부 벽(252)의 내측 둘레(258)는 단일 표면을 형성한다. 일 실시예에서, 격리부 링(280)은, 약 17인치(43.2 cm) 내지 약 18인치(45.7 cm)의, 최상부 벽(252)의 내측 둘레(258) 및 최하부 벽(254)의 내측 둘레(268)에 의해 규정되는 내경을 갖는다. 다른 실시예에서, 격리부 링(280)의 내경은 약 17.5인치(44.5 cm) 내지 약 17.8인치(45.2 cm)이다.
지지 림(256)의 최하부 콘택 표면(264)과 최하부 벽(254)의 외측 둘레(270) 사이의 전이 포인트(278)에 수직 트렌치(276)가 형성된다. 상부 콘택 표면(219)의 내측 둘레(217)가 스텝(221)을 형성한다. 스텝(221)은, 수직 트렌치(276)와 결합하여, 전도성 재료가 격리부 링(280)과 실드(160) 사이에 표면 브리지를 생성하는 것을 방지하는 미로 갭을 제공하며, 그에 따라 측벽 어댑터(104)에 대한 차폐를 여전히 제공하면서 전기적인 단절을 유지한다. 일 실시예에, 격리부 링(280)은 프로세스 키트(150)의 접지 컴포넌트들과 타겟(132) 사이에 갭을 제공하면서, 여전히 챔버 벽들에 대한 차폐를 제공한다. 일 실시예에서, 타겟(132)과 실드(160) 사이의 갭은 약 1인치(2.5 cm) 내지 약 2인치(5.1 cm), 예를 들어 약 1인치(2.5 cm)이다. 다른 실시예에서, 타겟(132)과 실드(160) 사이의 갭은 약 1.1인치(2.8 cm) 내지 약 1.2인치(3 cm)이다. 또 다른 실시예에서, 타겟(132)과 실드(160) 사이의 갭은 1인치(2.5 cm)보다 더 크다. 격리부 링(280)의 스텝형 디자인은 실드(160)로 하여금 어댑터(220)에 대하여 중앙에 위치되게 할 수 있으며, 이는 또한 타겟(132)에 대한 정렬 피쳐들 및 교합 실드들에 대한 장착 포인트이다. 스텝형 디자인은 또한, 타겟(132)으로부터 실드(160)로의 라인-오브-사이트(line-of-site)를 제거하여, 이 영역에서의 부유 플라즈마 염려들을 제거한다.
일 실시예에서, 격리부 링(280)은 180 ± 20 Ra의 표면 조도를 갖는, 강화된 막 점착(adherence)을 위한 그릿-블래스팅된 표면 텍스쳐를 가지며, 이는 낮은 증착 및 보다 낮은 응력의 막들에 적합한 텍스쳐를 제공한다. 일 실시예에서, 격리부 링(280)은 더 큰 증착 두께 및 더 높은 막 응력에 대해, >500 Ra의 표면 조도를 갖는, 강화된 막 점착을 위한, 레이저 펄싱을 통해 제공되는 표면 텍스쳐를 갖는다. 일 실시예에서, 프로세싱 챔버(100)가 금속들, 금속 질화물들, 금속 산화물들, 및 금속 탄화물들을 증착하기 위해 사용되는 경우에, 텍스쳐링된 표면들은 격리부 링(280)의 수명을 연장시킨다. 또한, 챔버(100)로부터 격리부 링(280)이 제거가능하여, 진공 시일 애플리케이션에서의 재사용을 못하게 할 재료 다공성(porosity)에 대한 충격 없이 부품을 재활용할 능력을 제공한다. 지지 림(256)은 격리부 링(280)으로 하여금 어댑터(220)에 대하여 중앙에 위치되게 할 수 있으면서, 타겟(132)으로부터 접지 실드(160)로의 라인-오브-사이트를 제거하고, 그에 따라 부유 플라즈마 염려들을 제거한다. 일 실시예에서, 링(267)은 실드(160) 내의 일련의 슬롯들(미도시)과 위치/정렬되는 일련의 정렬 핀들(미도시)을 포함한다.
도 4a는 단일 피스 실드(160), 증착 링(410), 커버 링(460), 및 센터링 메커니즘(475)을 포함하는 프로세스 키트(150)의 부분 단면도의 일 실시예이다. 프로세스 키트(150)는 도 1의 프로세싱 시스템과 인터페이싱될 수 있다. 도 7a는 도 4a에 도시된 커버 링(460)의 평면도이다. 도 7b는 도 7a에 도시된 커버 링(460)의 측면도이다. 증착 링(410)은 페디스털 어셈블리(120) 상에 놓이는 한편, 커버 링(460)은 증착 링(410)을 적어도 부분적으로 커버한다. 증착 링(410) 및 커버 링(460)은 서로 협력하여, 기판(105)의 돌출하는(overhanging) 에지 및 기판 지지대(126)의 둘레 에지(129)들 상의 스퍼터 증착물들의 형성을 감소시킨다.
커버 링(460)은 증착 링(410)을 에워싸고 적어도 부분적으로 커버하여, 증착 링(410)을 수용하고, 그에 따라 대부분의 스퍼터링 증착물들로부터 증착 링(410)을 차폐한다. 커버 링(460)은 스퍼터링 플라즈마에 의한 부식을 견딜 수 있는 재료, 예를 들어 스테인리스 강, 티타늄 또는 알루미늄과 같은 금속 재료, 또는 알루미늄 산화물과 같은 세라믹 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 커버 링(460)은 적어도 약 99.9 퍼센트의 순도를 갖는 티타늄으로 구성된다. 일 실시예에서, 커버 링(460)의 표면은 커버 링(460)의 표면으로부터 입자 쉐딩을 감소시키기 위해, 예를 들어 CLEANCOAT™ 보호 코팅과 같은 트윈-와이어 알루미늄 아크-스프레이 코팅으로 처리된다.
커버 링(460)은 기판 지지대(126)를 에워싸고 방사상 내부로 경사지는 기울어진 최상부 표면(444)을 포함하는 환상 웨지(462)를 포함한다. 환상 웨지(462)의 기울어진 최상부 표면(444)은 내측 둘레(446) 및 외측 둘레(464)를 갖는다. 내측 둘레(446)는 증착 링(410)의 상승된 환상 내측 패드(428) 위에 놓인 돌출하는 구근형(bulbous) 브림(461)을 포함한다. 돌출하는 브림(461)은 증착 링(410)의 상부 외측 표면상의 스퍼터링 증착물들의 증착을 감소시킨다. 일 실시예에서, 돌출하는 브림(461)은 증착 링(410)으로 형성된 아크-형상 갭(402)의 폭의 적어도 대략 절반에 대응하는 거리만큼 돌출된다. 페디스털 어셈블리(120) 상으로의 프로세스 증착물들의 흐름을 억제하는, 증착 링(410)과 커버 링(460) 사이의 나선형(convoluted) 및 좁아진(constricted) 흐름 경로를 형성하기 위해, 돌출하는 브림(461)은 아크-형상 갭(402)과 협력하고 아크-형상 갭(402)을 보완하도록(complement) 크기 설정되고, 형상화되며, 그리고 위치된다. 갭(402)의 좁아진 흐름 경로는, 커버 링(460) 및 증착 링(410)의 교합(mating) 표면들 상의 저-에너지 스퍼터 증착물들의 축적(build-up)을 제한하며, 그렇지 않은 경우, 증착물들이 서로 달라붙게 되거나 또는 기판(105)의 주변의 돌출하는 에지에 달라붙게 될 것이다. 일 실시예에서, 기울어진 최상부 표면(444)은 증착 링(410)의 최상부 아래에 존재한다.
경사진 최상부 표면(444)은 수평으로부터 약 10도 내지 약 20도, 예를 들어 약 16도의 각도로 기울어질 수 있다. 커버 링(460)의 기울어진 최상부 표면(444)의 각도는 기판(105)의 돌출하는 에지에 가장 근접한 스퍼터 증착물들의 축적을 최소화하도록 디자인되며, 그렇지 않은 경우 이는 기판(105)에 걸쳐 획득되는 입자 성능에 부정적으로 영향을 미칠 것이다.
커버 링(460)은 증착 링(410)의 레지(ledge) 상에 놓기 위해, 환상 웨지(462)의 기울어진 최상부 표면(444)으로부터 아래로 연장하는 푸팅(452)을 포함한다. 푸팅(452)은 링(410)을 실질적으로 균열시키거나(cracking) 또는 파괴하지(fracturing) 않고 증착 링(410)을 프레싱하도록(press against) 웨지(462)로부터 아래로 연장한다. 일 실시예에서, 돌출하는 브림(461)의 하부 표면과 푸팅(452) 사이에 듀얼-스텝형 표면이 형성된다.
커버 링(460)은 내측 원통형 밴드(470) 및 외측 원통형 밴드(472)를 더 포함한다. 내측 원통형 밴드(470)는 환상 웨지(462)로부터 아래로 및 위로 모두로 연장하며, 내측 원통형 밴드(470)의 대부분은 환상 웨지(462) 위에 배치된다. 내측 원통형 밴드(470)의 상부 부분은 브리지(474)에 의해 외측 원통형 밴드(472)에 커플링된다. 브리지(474)는 증착 링(410)보다 상당히 위에 그리고 웨지(462)보다 상당히 위에 배치된다. 외측 원통형 밴드(472)는 내측 원통형 밴드(470)와 실질적으로 평행하게 브리지(474)로부터 단부(476)로 아래로 연장하여, 그들 사이에 갭을 형성하고, 그러한 갭은 밴드(470, 472)들이 실드(160)의 원통형 내측 밴드(226)와 인터리빙하도록 허용한다. 단부(476)는 브림(461)의 최하부 표면보다 높은 높이에서(at an elevation) 종료되며, 일 실시예에서, 증착 링(410)의 내측 플랜지의 하단 표면과 정렬된다.
일 실시예에서, 내측 원통형 밴드(470) 및 외측 원통형 밴드(472)는 실질적으로 수직이다. 내측 및 외측 원통형 밴드(470 및 472)들은 환상 웨지(462)의 푸팅(452)의 방사상 외부에 위치된다. 내측 원통형 밴드(470)는 외측 원통형 밴드(472)의 단부(476) 아래로 연장한다. 일 실시예에서, 커버 링(460)은 약 15.6인치의 외경 및 약 2.5인치의 높이를 갖는다. 커버 링은 티타늄 또는 스테인리스 강과 같이 프로세스 화학반응(chemistry)들에 적합한(compatible) 재료를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 커버 링(460)은, 약 15.5인치(39.4 cm) 내지 약 16인치(40.6 cm)의, 외측 원통형 밴드(472)에 의해 규정되는 외경을 갖는다. 다른 실시예에서, 커버 링(460)은 약 15.6인치(39.6 cm) 내지 약 15.8인치(40.1 cm)의 외경을 갖는다. 일 실시예에서, 커버 링(460)은 약 2인치 내지 약 3인치의 높이를 갖는다.
실드(160)와 커버 링(460) 사이의 공간 또는 갭(404)은 플라즈마가 이동하기 위한 나선형의 S-형상 경로 또는 미로를 형성한다. 예를 들어, 경로의 형상이 구역으로의 플라즈마 종들의 진입을 저해 및 방해하여, 스퍼터링된 재료의 원하지 않는 증착을 감소시키기 때문에, 그러한 경로의 형상이 유리하다.
특정 프로세스 동안에, 타겟(132)에 보다 가깝게 기판(105)을 위치시키는 것이 유리할 수 있다. 실드(160)의 원통형 내측 밴드(226)의 높이 및 커버 링(460)의 높이는, 커버 링(460)과 실드(160) 사이에 형성된 나선형 S-형상의 경로를 유지하면서, 페디스털 어셈블리(120) 및 커버 링(460)이 상승되도록 허용한다.
도 4a, 4b, 6a, 및 6b에 도시된 바와 같이, 센터링 메커니즘(475)이 단일 피스 실드(160)의 원통형 내측 밴드(226)의 복수의 홀(290)들 중 하나 내에 위치된다. 일 실시예에서, 센터링 메커니즘(475)은 원통형 홀더(484) 내로 프레싱된 볼(482)을 포함한다. 볼(482)은 커버 링(460)의 내측 원통형 밴드(470)의 내측 표면(478)과의 포인트 콘택(486)을 제공한다. 센터링 메커니즘(475)은 단일 피스 실드(160)의 원통형 내측 밴드(226)의 직경 주위에 위치된 다른 센터링 메커니즘(475)과 협력하여 작용하여, 커버 링(460)과 단일 피스 실드(160) 사이에 제어된 갭(488)을 유지한다. 센터링 메커니즘(475)으로 인해 커버 링(460)이 단일 피스 실드(160)에 대하여 중앙에 위치될 수 있어서, 기판 주위의 균일한 가스 분포를 유도하는 기판(105) 주위의 균일한 가스 전도가 가능해진다. 이전의 디자인들에서, 통상적으로 커버 링이 페디스털에 대해서 중앙에 위치되었으며, 이는 커버 링과 실드 사이의 큰 이동을 허용하여 커버 링과 실드 사이에 균일하지 못한 갭을 유도하였다.
일 실시예에서, 볼(482)은 약 0.05인치(0.127 cm) 내지 0.2인치(0.508 cm)의 직경을 가진다. 다른 실시예에서, 볼(482)은 약 0.1인치(0.254 cm) 내지 0.13인치(0.33 cm)의 직경을 가진다.
일 실시예에서, 원통형 홀더(484)는 볼(482)을 홀딩하기 위한 홀(485)을 둘러싸는 원통형 벽(483)을 포함한다. 원통형 벽(483)은 원통형 홀더(484)의 단부(489)에서 원통형 벽(483)에 대해서 외부로 각을 이루는 환상의 각진(angled) 표면(487)을 포함한다. 원통형 홀더(484)는 실드(160)의 홀(290)들 내로 압입 끼워맞춤(press fit)될 수 있다. 다른 실시예에서, 원통형 벽(483)의 외부는 그 상부에 나사산들을 가질 수 있다. 원통형 홀더(484)는 실드(160)의 홀(290)을 통과될 수 있고 그리고 너트에 의해서 고정될 수 있다.
도 4c는 단일 피스 실드(160), 증착 링(410), 커버 링(490), 및 센터링 메커니즘(475)을 포함하는 프로세스 키트의 부분적인 단면도의 다른 실시예이다. 프로세스 키트(150)는 도 1의 프로세싱 시스템과 인터페이싱될 수 있다. 도 8은 도 4c에 도시된 커버 링(490)의 평면도이다. 도 4c의 프로세스 키트는, 커버 링(490)을 제외하고, 도 4a의 프로세스 키트와 유사하다. 증착 링(410)은 페디스털 어셈블리(120) 상에 놓이는 반면, 커버 링(490)은 증착 링(410)을 적어도 부분적으로 커버한다. 증착 링(410) 및 커버 링(490)은 서로 협력하여 기판(105)의 돌출하는 에지 및 기판 지지대(126)의 둘레 에지(129) 상의 스퍼터 증착물들의 형성을 감소시킨다.
커버 링(490)은 기판 지지대(126)를 에워싸는 곡면형 상단 표면(492)을 포함하는 환상 웨지(491)를 포함한다. 환상 웨지(491)의 곡면형 상단 표면(492)은 내측 둘레(493) 및 외측 둘레(494)를 가진다. 내측 둘레(493)는 증착 링(410)의 상승된 환상 내측 패드(428) 위에 놓이는 라운딩된 브림(rounded brim)(495)을 포함한다. 라운딩된 브림(495)은 증착 링(410)의 상부 외측 표면상의 스퍼터링 증착물들의 증착을 감소시킨다. 일 실시예에서, 라운딩된 브림(495)은 증착 링(410)에 의해서 형성되는 아크-형상 갭(402)의 폭의 적어도 대략 절반에 상응하는 거리 만큼 돌출한다. 페디스털 어셈블리(120) 상으로의 프로세스 증착물의 유동을 방지하는 증착 링(410)과 커버 링(490) 사이의 나선형 및 좁아진 흐름 경로를 형성하기 위해, 라운딩된 브림(495)이 아크-형상 갭(402)과 협력하고 그리고 아크-형상 갭(402)을 보완하도록 크기 설정되고, 형상화되며, 그리고 위치된다. 갭(402)의 좁아진 흐름 경로는, 증착 링(410) 및 커버 링(490)의 교합 표면들 상의 저-에너지 스퍼터 증착물들의 축적을 제한하며, 그렇지 않은 경우, 증착물들이 서로 달라붙게 되거나 또는 기판(105)의 둘레의 돌출하는 에지에 달라붙게 될 것이다. 일 실시예에서, 곡면형 최상부 표면(492)은 증착 링(410)의 최상부 아래에 존재한다.
커버 링(460)과 유사하게, 커버 링(490)은 환상 웨지(491)의 곡면형 최상부 표면(492)으로부터 아래로 연장하여, 증착 링(410)의 레지 상에 놓이는 푸팅(496)을 포함한다. 푸팅(496)은 웨지(491)로부터 아래로 연장하여, 실질적으로 링(410)의 균열 또는 파괴 없이, 증착 링(410)을 프레싱한다. 일 실시예에서, 라운딩된 브림(495)의 하부 표면과 푸팅(496) 사이에 듀얼-스텝형 표면이 형성된다.
도 4a의 커버 링(460)과 유사하게, 커버 링(490)은 내측 원통형 밴드(470) 및 외측 원통형 밴드(472)를 더 포함한다. 내측 원통형 밴드(470)는 환상 웨지(491)로부터 아래로 및 위로 모두로 연장하며, 내측 원통형 밴드(470)의 대부분은 환상 웨지(491) 위에 배치된다. 내측 원통형 밴드(470)의 상부 부분은 브리지(474)에 의해 외측 원통형 밴드(472)에 커플링된다. 브리지(474)는 웨지(491)보다 상당히 위에 그리고 증착 링(410)보다 상당히 위에 배치된다. 외측 원통형 밴드(472)는 내측 원통형 밴드(470)와 실질적으로 평행하게 브리지(474)로부터 단부(476)로 아래로 연장하여, 밴드(470, 472)들이 실드(160)의 원통형 내측 밴드(226)와 인터리빙하도록 허용하는 갭을 그들 사이에 형성한다. 단부(476)는 라운딩된 브림(495)의 최하부 표면보다 높은 위치에서 종료되며, 일 실시예에서, 증착 링(410)의 내측 플랜지의 최하부 표면과 정렬된다.
일 실시예에서, 내측 원통형 밴드(470) 및 외측 원통형 밴드(472)는 실질적으로 수직이다. 내측 및 외측 원통형 밴드(470 및 472)들은 환상 웨지(491)의 푸팅(496)의 방사상으로 외부에 위치된다. 내측 원통형 밴드(470)는 외측 원통형 밴드(472)의 단부(476) 아래에서 연장한다. 커버 링(490)은 티타늄 또는 스테인리스 강과 같이 프로세스 화학반응들에 적합한 재료를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 커버 링(490)은, 약 15.5인치(39.4 cm) 내지 약 16인치(40.6 cm)의, 외측 원통형 밴드(472)에 의해 규정되는 외경을 갖는다. 다른 실시예에서, 커버 링(490)은 약 15.6인치(39.6 cm) 내지 약 15.8인치(40.1 cm)의 외경을 갖는다. 일 실시예에서, 커버 링(490)은 약 12인치(30.5 cm) 내지 약 13인치(33 cm)의 내경을 갖는다. 일 실시예에서, 커버 링(490)은 약 2인치 내지 약 3인치의 높이를 갖는다.
설명된 프로세스 키트(150)의 컴포넌트들은 단독으로 그리고 조합되어 작용하여, 증착된 그대로의(as-deposited) 막들의 균일성을 크게 개선한다.
이상의 설명은 본 고안의 실시예들에 관한 것이지만, 본 고안의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 고안의 기본 범주에서 이탈되지 않고 안출될 수 있으며, 본 고안의 범주는 후속하는 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (16)

  1. 스퍼터링 타겟을 에워싸기 위한 실드로서,
    베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트로부터 최상단부까지 제 1 거리를 수직으로 연장하는 제 1 직경을 갖는 원통형 외측 밴드;
    상기 베이스 플레이트로부터 상기 제 1 거리보다 작은 제 2 거리를 수직으로 연장하는, 상기 제 1 직경보다 작은 제 2 직경을 갖는 원통형 내측 밴드; 및
    상기 실드와 커버링 사이의 제어된 갭을 유지하도록 커버링에 대해 상기 실드를 센터링하기 위한 하나 이상의 센터링 메커니즘으로서, 상기 원통형 내측 밴드의 내부 둘레 상에 배치되며 상기 원통형 내측 밴드에 수직으로 연장되고 그리고 상기 원통형 내측 밴드로부터 방사상 내부로 연장되는, 하나 이상의 센터링 메커니즘;을 포함하고,
    상기 센터링 메커니즘은 상기 원통형 내측 밴드의 내부 둘레 상에 배치된 볼을 포함하는,
    스퍼터링 타겟을 에워싸기 위한 실드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형 외측 밴드 및 상기 원통형 내측 밴드가 상기 베이스 플레이트에 실질적으로 수직한,
    스퍼터링 타겟을 에워싸기 위한 실드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 거리는 5 인치 내지 7 인치인,
    스퍼터링 타겟을 에워싸기 위한 실드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 거리는 1.5 인치 내지 4 인치인,
    스퍼터링 타겟을 에워싸기 위한 실드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 직경은 16 인치 내지 18 인치이며, 상기 제 2 직경은 14 인치 내지 16 인치인,
    스퍼터링 타겟을 에워싸기 위한 실드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트, 상기 원통형 외측 밴드, 및 상기 원통형 내측 밴드가 단일 구조를 구성하며, 상기 단일 구조는 알루미늄 또는 스테인레스 강으로부터 만들어진,
    스퍼터링 타겟을 에워싸기 위한 실드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    6 개의 센터링 메커니즘들이 상기 제 2 직경 주위에 균일하게 분포되며, 상기 센터링 메커니즘들 각각이 상기 원통형 내측 밴드의 최상부로부터 균일한 거리에 위치된,
    스퍼터링 타겟을 에워싸기 위한 실드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    경사진 스텝이 상기 원통형 외측 밴드의 최상단부로부터 상기 제 1 직경을 초과하여 방사상으로 연장하는,
    스퍼터링 타겟을 에워싸기 위한 실드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    장착 플랜지가 상기 경사진 스텝으로부터 방사상 외부로 연장하는,
    스퍼터링 타겟을 에워싸기 위한 실드.
  10. 물리 기상 증착 챔버를 위한 실드로서,
    원통형 외측 밴드;
    원통형 내측 밴드;
    단일 피스의 단일형 부재를 형성하기 위하여 상기 원통형 내측 밴드 및 외측 밴드를 커플링하는 베이스 플레이트; 및
    상기 원통형 내측 밴드의 내부 둘레에 커플링된 복수의 볼들을 포함하고,
    상기 실드와 커버링 사이의 제어된 갭을 유지하도록 커버링에 대해 상기 실드를 센터링하기 위한 센터링 메커니즘 내에 상기 복수의 볼들의 각각의 볼이 배치되고, 각각의 센터링 메커니즘이 상기 원통형 내측 밴드에 수직하게 연장되고 그리고 상기 원통형 내측 밴드로부터 방사상 내부로 연장되는,
    물리 기상 증착 챔버를 위한 실드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 볼들은 사파이어 재료를 포함하는,
    물리 기상 증착 챔버를 위한 실드.
  12. 제 11 항에 있어서,
    복수의 원통형 홀더들을 더 포함하고, 각각의 홀더가 그 내부에 삽입된 상기 볼들 중 각각 하나를 가지고,
    상기 복수의 원통형 홀더들이 상기 원통형 내측 밴드 내에 형성된 홀들 내에 배치된,
    물리 기상 증착 챔버를 위한 실드.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 홀들은 상기 원통형 내측 밴드 주위에 균일하게 이격되며, 상기 홀들이 상기 원통형 내측 밴드의 최상부로부터 균일한 거리에 위치된,
    물리 기상 증착 챔버를 위한 실드.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 원통형 외측 밴드의 상부 부분은 스퍼터링 타겟을 둘러싸도록 크기화되며, 상기 원통형 외측 밴드의 최하부 부분은 기판 지지대를 둘러싸도록 크기화되는,
    물리 기상 증착 챔버를 위한 실드.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 원통형 외측 밴드 및 상기 원통형 내측 밴드가 상기 베이스 플레이트에 실질적으로 수직한,
    물리 기상 증착 챔버를 위한 실드.
  16. 삭제
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