KR20050105265A

KR20050105265A - 물리 기상 증착 챔버에서 이용하도록 구성된 코일 구조 및이 코일 구조의 형성 방법

Info

Publication number: KR20050105265A
Application number: KR1020057016113A
Authority: KR
Inventors: 존 디. 미즈; 케네스 아이. 니에멜라; 렌 홈
Original assignee: 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-11-03
Also published as: JP2006519315A; WO2004079764A3; WO2004079764A2; US20060124634A1; WO2004079764B1; US7791005B2; EP1606977A2; CN1757266A

Abstract

본 발명은 PVD 챔버에 활용되도록 구성된 코일 구조 및 PVD 챔버에 활용하기에 적합한 코일 구성을 형성하는 방법을 포함한다. 상기 코일 구조는 상기 고리 모양 코일 본체의 외주로부터 뻗은 하나 이상의 컵 돌기를 포함한다. 상기 컵 돌기 중의 적어도 하나는 상기 고리 모양 코일 본체와 단일체로서 그 안에 연장된 오목부와 상기 오목부 둘레 전체로 연장된 둘출형 립이 있다. 컵 돌기는 또한, 상기 코일 구조를 상기 챔버와 연결하기 위한 파스너를 수용하는 파스너 수용부를 상기 오목부 안에 구비한다. 코일 구조 형성 방법은 코일 교체 키트와 연관된 조립체의 개별적인 구성요소를 확인하는 단계; 및 상기 코일 교체 키트의 상기 구성요소들 중의 적어도 2 개를 대체할 수 있는 단일체 구조를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

물리 기상 증착 챔버에서 이용하도록 구성된 코일 구조 및 이 코일 구조의 형성 방법{COIL CONSTRUCTIONS CONFIGURED FOR UTILIZATION IN PHYSICAL VAPOR DEPOSITION CHAMBER, AND METHODS OF FORMING COIL CONSTRUCTIONS}

본 발명은 물리 기상 증착 챔버에 이용하도록 구성된 코일 구조와 이 코일 구조를 형성하는 방법에 관한 것이다.

물리 기상 증착(PVD)은 박막 형성을 위해 상업적으로 이용되고 있다. 예컨대, PVD는 반도체 구조에 이용하는 박막의 증착에 이용되고, 특히 금속 재료의 증착에 유용하다. PVD 공정은 일반적으로 스퍼터링 공정이라고도 하며, 원하는 물질을 타깃으로부터 스퍼터링한다. 스퍼터링된 물질은 기재 전면에 증착되어 원하는 박막을 형성한다.

도 1의 장치(110)를 참조하여 예시적인 PVD 동작을 기술한다. 장치(110)는 이온 금속 플라즈마(IMP) 장치의 일종이며, 측벽(114)이 있는 챔버(112)를 구비한다. 챔버(112)는 보통 고진공 챔버이다. 타깃(10)은 챔버의 상부 영역에 제공되고, 기재(118)가 챔버의 하부 영역에 제공된다. 기재(118)는 홀더(120) 위에 유지되고, 홀더(120)는 보통 정전 척을 구비한다. 타깃(10)은 (도시 생략한) 적합한 지지부재에 의해 유지되며, 지지부재는 동력원을 포함할 수 있다. 타깃(10)의 가장자리를 차폐하도록 상부 차폐물(도시 생략)을 제공할 수 있다. 타깃(10)은 예컨대 알루미늄, 카드뮴, 코발트, 구리, 금, 인듐, 몰리브덴, 니켈, 니오븀, 팔라듐, 백금, 레늄, 루테늄, 은, 주석, 탄탈, 티타늄, 텅스텐, 바나듐 및 아연 중의 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 이들은 원소, 화합물 또는 합금 형태일 수 있다. 타깃은 모노리식 즉 단일체 타깃이거나, 타깃/받침판 조립체의 일부일 수 있다.

기재(118)는 예컨대 반도체 웨이퍼, 더 구체적으로는 단결정 실리콘 웨이퍼일 수 있다.

타깃(10)의 표면으로부터 재료를 스퍼터링하여 기재(118) 쪽으로 향하게 한다. 스퍼터링된 재료는 화살표(122)로 나타낸다.

일반적으로, 스퍼터링된 재료는 수많은 서로 다른 방향으로 타깃 표면에서 나온다. 이것은 문제가 될 수 있으며, 스퍼터링된 재료가 기재(118)의 상면으로 비교적 직각으로 향하면 바람직하다. 따라서, 챔버(112) 안에는 집속 코일(126)이 제공된다. 집속 코일은 스퍼터링된 재료(122)의 방향성을 개선할 수 있고, 스퍼터링된 재료를 비교적 직각으로 기재(118)의 상면으로 향하게 하는 것으로 도시된다.

코일(126)은 핀(128)들에 의해 챔버(112) 안에 유지되며, 이들 핀(128)은 코일의 측벽을 통해 연장되고 챔버(112)의 측벽(114)을 통해서도 연장된 것으로 도시된다. 핀(128)은 유지 나사(130)로 도시된 구성에 의해 유지된다. 도 1의 개략적인 도시는 코일(126)의 내면을 따라 핀의 헤드(132)들을 보여주고, 챔버 측벽(114)의 외면을 따라 다른 세트의 유지 나사 헤드(130)를 보여준다.

스페이서(140)(자주 컵으로도 부름)가 핀(128) 둘레로 연장되고, 코일(126)을 측벽(114)으로부터 이격시키도록 활용된다.

코일(126)은 일반적으로 챔버(112) 안에 제공되고, 핀(128), 유지 나사(130), 컵(14) 및 (도 1에서 도시 생략한) 다양한 다른 구성요소를 포함하는 키트이다. 이와 같은 키트에 이용되는 코일은 구멍이 뚫려 있는 고리 모양의 링(이하 "고리 모양 코일 본체"라 한다)을 구비할 것이다. 도 와 3은 종래기술에 따른 코일 구조(200, 250)를 각각 도시한다. 각각의 코일 구조(200, 250)는 도 1의 코일(126)에 이용될 수 있다. 양쪽 코일 구조는 실질적으로 둥근 고리 모양의 링이다. "실질적으로 둥근 또는 원형"이라는 용어는 링이 적용 과정의 공차 범위 내에서 원형이라는 것을 의미하며, 이는 링이 엄격한 수학적 의미에서 원형인 용례를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

코일(200)에는 내주(202)와 외주(204)가 있고, 코일(250)에는 이와 마찬가지로 내주(252)와 외주(254)가 있다.

코일(200)에는 (도 1의 핀(128)과 같은) 핀을 수용하기 위한 복수의 구멍(206, 208, 210)이 뚫려, 코일을 PVD 챔버 안에 유지하는데 이용된다. 마찬가지로, 코일(250)에는 핀을 수용하기 위한 복수의 구멍(256, 258, 260)이 뚫려 있다.

코일(200)에는 코일에 동력을 제공하는 한 쌍의 전극 조립체를 수용하도록 구성된 한 쌍의 구멍(212, 214)이 있다. 구멍(212, 214)은 슬롯(216)에 의해 서로 떨어져 있다. 슬롯의 형태는 이른바 계단 모양으로 들고난 형상이다. 도 3의 코일(250)에는 전극을 수용하도록 구성되고 슬롯(266)에 의해 서로 떨어진 한 쌍의 구멍(262, 264)이 있다. 코일(250)의 슬롯(266)은 "나란한" 형상으로 구성된다.

도 4는 도 1에 기재된 유형의 부착물을 차폐하는 코일을 도 1에 도시한 것보다 더 상세하고 정밀하게 보여준다. 도 4를 참조하면, 고유한 구성요소에는 도 1에 기재한 것과 같은 참조번호를 사용하지만, 코일은 도 2와 3의 코일(200, 250)일 수 있다. 도 4는 차폐물(114)(즉 챔버 측벽(114))에 부착된 코일(126)을 보여준다. 부착물은 암나사(129)가 있는 핀(128)과 이 암나사 안에 유지된 나사(130)를 포함한다. 핀(128)은 코일(126)의 내주에 삽입된 헤드(132)를 포함한다. 나사(130)는 도시한 구성에서 차폐물(114) 밖으로 돌출한 헤드(131)를 포함한다.

핀(128)은 전기 전도성 컵(140)을 통해 뻗어있다. 핀(128)은 또한 컵(140) 안에 있는 내부 전도체(141)를 통해 뻗어있다. 컵과 함께 내부 전도체는 오목부(145) 둘레에 연장된 돌출 립(142)을 갖는 구조를 형성한다. 핀은 컵과 내부 전도체의 구멍(147)을 통해 뻗어있다.

절연재 스페이서(151)가 컵(140)과 내부 전도체(141)로 된 조립체 둘레에 제공되어, 컵(140)과 내부 전도체(141)의 전도성 재료를 차폐물(114)로부터 분리하도록 이용된다. 스페이서(151)는 모든 적합한 재료로 될 수 있고, 일반적으로 하나 이상의 세라믹 재료로 구성된다. 유사한 유전체(153)가 나사(130)를 차폐물(114)로부터 격리시키도록 차폐물(114) 안쪽에 제공된다.

코일(126)은 시간이 감에 따라 마모되고, 키트는 코일의 교체를 위해 제공된다. 그러한 키트는 일반적으로, 도 2 또는 3에 도시한 것과 유사한 구성을 갖는 코일과 코일을 부착하기 위한 다수의 개별 구성요소를 포함하며, 이들 개별 구성요소는 예컨대 (핀(128)과 같은) 핀, (컵(140)과 같은) 컵 및 (전도체(141)와 같은) 내부 전도체를 포함한다. 키트는 코일을 챔버 안에 제공하기 위해 조립된다. 도 5는 부분적으로 조립된 키트의 외주를 따라 도시한 것으로, 코일(126), 컵(140), 내부 전도체(141) 및 핀(128)을 보여준다. 도 5를 보면 립(143)이 오목부(145) 둘레 전체로 연장되어 있다.

새로운 코일을 스퍼터링 챔버 안에 유지하기 위해 이용되는 키트는 일반적으로, 코일과 함께 이용되는 전극용 조립체도 역시 포함할 것이다. 도 6은 전극 조립체의 개략도이다. 도 6은 구멍(161)이 뚫려 있고, 이 구멍 안에 핀(163)이 있는 코일(126)을 보여준다. 구멍(161)은 예컨대, 도 2와 3을 참조하여 전술한 구멍(212, 214; 262, 264)에 해당할 수 있다. 핀(163)의 내주(165)에는 암나사가 형성되어 있다. 클램프(167)가 핀 위에 제공되고, 나사(169)가 핀의 암나사(165)와 나사 결합되어 있다. 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자(당업자)에가 알고 있듯이, 적합한 동력원이 전극과 연결되어 코일(126)에 동력을 제공하는데 이용된다.

도 1 내지 6의 코일 구조는 예시적인 종래기술의 코일 구조이다. 다른 코일 구조들도 구성되었다. 예컨대, 전극 조립체가 코일과 단일체인 일체형 코일 구조와, 컵과 내부 전도체가 코일과 단일체인 일체형 코일 구조가 구성되었다. 전극, 컵 및 내부 전도체를 코일과 단일체로 형성하는 것은 (예컨대 도 4의 핀(128)과 도 6의 핀(163)과 같은) 핀을 이용하지 않게 되는 장점이 있고, 코일의 내주면을 따라 존재하게 될 오목한 핀 헤드를 제거함으로써 코일의 내주면을 따른 불연속을 제거할 수 있다. 코일의 내주로부터 불연속을 제거하면 코일의 수명과 코일의 성능을 개선할 수 있다는 장점이 있다.

제조된 단일체 코일 구조는 수정된 물리 진공 증착 장치에 이용되어 왔다. 달리 말하면, 단일체 코일 구조는 종래의 물리 진공 증착 장치에 이용되는 키트 구성을 대체할 수 있는 조립체에 부합하지 않는 대신, 전술한 종래의 장치 이외의 장치에 어울리는 차이점을 갖는다. 예컨대, 단일체 코일 조립체 중의 하나는 오목부(145) 둘레 전체로 연장된 도 4와 5의 립(143)이 없는 대신 그와 같은 오목부 둘레의 일부에만 연장된 립을 이용한다.

새로운 구성의 코일 구조 개발이 요망된다.

본 발명의 바람직한 실시예를 아래의 첨부 도면을 참조하여 기술한다.

도 1은 물리 기상 증착 (예컨대 스퍼터링) 공정 중에 보이는 종래기술의 물리 기상 증착 장치의 개략적인 단면도이다.

도 2는 예시적인 종래기술의 집속 코일을 보여준다.

도 3은 다른 종래기술의 집속 코일을 보여준다.

도 4는 스퍼터링 챔버 측벽에 고정된 집속 코일의 일부를 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 5는 코일, 컵 및 내부 전도 부재를 포함하는 종래기술의 조립체의 일부를 보여주는 측면도이다.

도 6은 코일 및 이 코일과 결합된 전극 구성요소를 포함하는 종래기술의 조립체의 일부를 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 7은 본 발명의 특징에 따라 형성될 수 있는 예시적인 단일체 코일 구조의 개략도이다.

도 8은 본 발명의 예시적인 단일체 코일 구조를 포함하는 조립체의 일부를 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 9는 본 발명의 예시적인 단일체 코일 구조의 일부를 보여주는 개략적인 측면도이다.

도 10은 본 발명의 특징에 따른 측벽에 부착된 코일을 포함하는 조립체의 일부를 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 11은 도 10의 구조에 이용되는 유형의 컵 및 코일 조립체의 일부를 보여주는 측면도이다.

도 12는 본 발명의 특징에 따라 구성된 단일체 코일 구조의 단자부를 떼어내어 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 13 내지 17은 본 발명의 특징에 따라 구성된 예시적인 단일체 코일 구조의 개략적인 도면이다.

도 18은 본 발명의 단일체 코일 구조 형성에 이용하기에 적합한 단조 장치를 예비 공정 단계에서 도시한 개략적인 단면도이다.

도 19는 도 18에 후속하는 공정 단계에 있는 도 18의 단조 장치를 보여주는 도면이다.

도 20은 본 발명의 단일체 코일 구조 형성에 이용하기에 적합한 블록의 개략적인 단면도이다.

도 21은 도 20의 블록의 평면도로, 본 발명의 특징에 따른 단일체 코일 구조를 형성하도록 블록으로부터 절단될 수 있는 영역에 해당하는 점선을 보여준다.

일 구조를 포함한다. 상기 코일 구조는 내주와 그 반대편의 외주가 있는 고리 모양 코일 본체를 포함한다. 상기 코일 구조는 상기 고리 모양 코일 본체의 외주로부터 뻗은 하나 이상의 컵 돌기도 포함한다. 상기 컵 돌기 중의 적어도 하나는 상기 고리 모양 코일 본체와 단일체로서 그 안에 연장된 오목부와 상기 오목부 둘레 전체로 연장된 둘출형 립이 있다. 컵 돌기는 또한, 상기 코일 구조를 상기 챔버와 연결하기 위한 파스너를 수용하는 파스너 수용부를 상기 오목부 안에 구비한다.

다른 특징에 따르면, 본 발명은 물리 기상 증착 챔버에 활용하기에 적합한 코일 구조를 형성하는 방법을 포함한다. 상기 방법은, 재료를 제공하는 단계와, 상기 재료를 부품으로 형상화하는 단계를 포함하며, 상기 부품은 내주와 그 반대편의 외주를 갖는 고리 모양 코일 본체 및 상기 고리 모양 코일 본체의 외주로부터 뻗은 하나 이상의 컵 돌기를 구비한다. 상기 형상화 단계는 예컨대 주조, 절단, 단조 또는 분말 프레싱을 포함한다.

또 다른 특징에 따르면, 물리 기상 증착 챔버에 활용하기에 적합한 구조를 형성하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 조립체의 개별적인 구성요소를 확인하는 단계를 포함한다. 상기 구성요소는 고리 모양 코일, 컵, 핀 및 내부 전도체를 포함한다. 상기 물리 기상 증착 챔버의 수정 없이 상기 코일 교체 키트의 상기 구성요소들 중의 적어도 2 개를 대체할 수 있는 단일체 구조를 형성한다.

본 발명은 물리 기상 증착 챔버에 이용될 수 있는 단일체 코일 구조에 관한 것이다. 본 명세서의 “배경기술” 부분에서 설명한 것과 같이, 물리 기상 증착 챔버에 이용하는 집속 코일은 한정된 수명을 갖는다. 집속 코일은 일반적으로 교체 키트를 이용하여 교체되며, 이러한 키트는 예컨대, 고리 모양 코일, 복수의 컵, 복수의 핀 및 복수의 내부 전도체와 같은 다수의 구성요소를 포함한다. 코일 교체 키트를 이용하는 예시적인 반응 챔버 구조로는 구리 200 밀리미터 IPM ElectraTM Enduar 스퍼터링 챔버가 있다. 본 발명의 일 특징은 물리 기상 증착 챔버의 수정 없이 교체 키트의 구성요소 중의 적어도 두 개를 대체할 수 있는 단일체 구조를 제공하는 것이다.

이 개시 내용을 설명하자면, 단일체 코일 구조는 단일 블록의 재료로 형성된 구조이다. 아래에 더 상세히 설명하는 바와 같이, 단일체 구조는 단일의 판 재료를 단조하거나, 단일한 덩어리 재료를 절단하거나, 용융된 재료를 주조하거나, 분말을 단일체 재료로 가압하여 형성될 수 있다. 몇 가지 관점을 아래에서 더 상세히 검토하면, 본 발명은 집속 코일의 내주면을 통과하는 핀의 활용을 생략하기 위해 단일체 구조를 활용한다. 그러한 특징에서, 단일체 구조의 활용은 코일 내면을 따른 불연속이 코일에 의해 발생하는 집속장(focusing field)의 불연속을 초래할 수 있고, 그에 따라, 본 발명은 그와 같은 집속장의 불연속을 완화하고, 특히 제거할 수 있다는 장점이 있다.

단일체의 코일 구조를 형성하는 것은 특정 재료의 용접 시도와 연관된 문제를 제거할 수 있는 장점이 있다. 예컨대, 구리는 일반적으로 별로 잘 용접되지 않는다. 그러므로 구성상 구리 또는 용접이 어려운 다른 재료를 함유하는 단일체 구조를 활용하는데 특히 유리할 수 있다.

도 7은 본 발명의 특징에 따라 형성될 수 있는 예시적인 단일체 코일 구조(300)를 보여준다. 코일 구조(300)는 내주(304)와 반대편의 외주(306)를 갖는 고리 모양 코일 본체(302)를 포함한다. 도시한 고리 모양 코일 본체는 실질적으로 원형이지만, 고리 모양 코일 본체는 다른 고리 모향 형태를 가질 수 있다. 도시한 고리 모양 본체는 계단 모양으로 들고난 슬릿 형상을 갖지만, 코일 본체는 이와 달리 본 발명의 다른 특징에 따라 나란한 슬릿 형상을 가질 수 있다. 또는, 계단 모양으로 들고난 슬릿 형상 또는 나란한 슬릿 형상과 다른 형상을 가질 수 있는데, 예컨대, 계단 모양으로 들고난 슬릿 형상과 나란한 슬릿 형상의 혼성일 수 있다. 그와 같은 혼성은 각진 슬릿을 포함할 수 있다.

이 구조(300)는 외주(306)로부터 뻗은 복수의 컵 돌기(310)를 갖는다. 도시한 구성은 그러한 컵 돌기를 세 개 갖지만, 본 발명은 세 개 이상 또는 세 개 미만의 컵 돌기가 제공되는 구성을 포함한다. 도시한 구조는 외주(306)로부터 뻗은 하나 이상의 돌기를 갖는다고 간주할 수 있다. 구조(300)는 외주로부터 뻗은 한 쌍의 전극 돌기(312)도 포함한다. 컵 돌기(310)와 전극 돌기(312)는 코일 본체(302)와 단일체이다.

구조(300)는 적합하다면 어떠한 조성으로도 될 수 있다. 몇 가지 특징에 따르면, 코일은 물리 기상 증착 챔버에 활용되는 타깃과 동일한 조성으로 되고, 다른 특징에 따르면, 코일은 물리 기상 증착 공정용 타깃과 양립 가능한 조성으로 될 것이다. 코일 조성은 타깃으로부터 스퍼터-증착되는 층에 악영향을 주지 않는다면 타깃 조성과 양립 가능하다고 여겨진다. 코일 조성은 예컨대, 알루미늄, 카드뮴, 코발트, 구리, 금, 인듐, 몰리브덴, 니켈, 니오븀, 팔라듐, 백금, 레늄, 루테늄, 은, 주석, 탄탈, 티타늄, 텅스텐, 바나듐 및 아연 중의 적어도 하나일 수 있다. 이들은 원소, 화합물 또는 합금 형태일 수 있다

두드러진 특징에 따르면, 코일 구조(300)는 구리, 철, 탄탈, 티타늄 및 지르코늄 중의 하나 이상으로 되거나, 필수적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 예컨대, 코일 구조(300)는 99wt% 이상의 순도를 갖는 구리로 될 수 있다. 이와 달리, 코일 구조(300)는 99wt% 이상의 순도를 갖는 티타늄, 99wt% 이상의 순도를 갖는 텅스텐 또는 99wt% 이상의 순도를 갖는 탄탈로 될 수 있다. 코일의 조성으로 구리를 활용하면, 구리는 몇 가지 특징에서 해당 분야에서 무산소 요소(OFE: Oxygen Free Element)라 부르는, 매우 낮은 산소량을 갖는 조성에 해당한다. 코일 구조가 철로 되면, 철은 예컨대 스테인리스강과 같은 적절한 합금 또는 조성물로서 존재할 수 있다.

도 7의 조립체는 구리 200mm IPM ElectrTM Endura 스퍼터링 챔버에 적합한 코일 조립체에 해당한다.

컵 돌기와 전극 돌기를 단일체 코일 구조(300)에 합체하는 것은 코일 주변구성을 단일체 코일 구조 설계에 합체하는 것으로 간주할 수 있다. 단일체 설계는 챔버의 수정 없이 반응 챔버에 활용되도록 바람직하게 구성되거나, 달리 말하면, 복수의 키트 구성요소를 대체하도록 구성될 수 있다. 그와 같이 하면 종래의 코일 교체 키트의 활용에 비해 많은 장점이 있다. 예컨대, 종래기술에 따른 구조의 개별 구성요소 사이의 다수의 계면이 본 발명에 따른 구조에서 제거되므로, 본 발명에 따른 구조는 종래기술의 구조에 비해 전기 접촉이 더 우수하다. 또한, 본 발명에 따른 코일 구조에서 많은 개별적인 기계 구조가 생략되므로, 예컨대, 본 발명의 코일 구조(300)의 내주를 따라 불연속을 제거함에 따라 종래기술의 구조에 비해 본 발명의 제품은 부품 수가 감소할 수 있다.

도 8은 (차폐물이라고도 하는) 챔버 측벽(114)에 부착된 코일 구조(300)를 포함하는 조립체(350)의 확대한 영역을 보여준다. 종리개술의 코일/컵 구조를 본 발명에 따른 코일 구조로 교체한 점을 제외하고는 도 8의 조립체는 도 4의 종래기술의 조립체와 유사하다. 도 8을 참조할 때, 적절하다면 도 4와 7의 참조번호를 사용할 것이다.

도 8의 횡단면도는 고리 모양 본체(302)와 단일체인 컵부(310)를 도시하고, 그에 따라 도 4의 핀(128)이 도 8의 구조에서 생략된 것이 보인다. 이것은 코일 표면의 내주를 따른 불연속을 제거한다. 특히, 도 4의 코일 조립체의 내주는 핀(128)의 헤드가 코일(126)의 내주를 따라 부분에 불연속을 갖는 반면, 코일 구조9302)의 내주(304)는 그와 같은 불연속이 없다. 도시한 컵 돌기(310)는 도 4의 구조의 컵(140, 핀(128) 및 내부 전도체(141)의 결합 형태와 유사하다. 따라서, 컵 돌기(310)는 안쪽에 연장된 오목부(315)와 이 오목부 둘레 전체에 연장된 돌기 립(313)을 포함한다. 컵 돌기(310)는 오목부의 바닥에 소정의 표면(317)이 더 있고, 표면(317)에는 구멍(329)이 뚫려 있다. (본 발명의 도시를 보면, 구멍은 표면(317)으로부터 바깥으로 연장된 돌기 안쪽에 있지만, 어쨌거나 표면을 관통한다.) 구멍(329)에는 나사가 있으므로, 코일 조립체(300)를 차폐물(114)과 연결하도록 활용되는 파스너(130)(즉 나사)를 수용하도록 구성된다. 구멍(327)은 오목부 안에 있는 파스너 수납부로 인식할 수 있다. 도 4의 종래기술의 구조에 활용되는 세라믹 스페이서(151)는 컵 돌기(310)가 종래기술 구조의 결합된 컵(140)과 내부 전도체(141)의 치수와 유사하다는 점에서 도 8의 구조에도 활용될 수 있다. 몇 가지 특징에서, 컵 돌기(310)는 유전체(151, 153)의 하나 또는 양자의 형상을 수정하기에 바람직하도록 결합된 컵(140)과 전도체(141)와 다소 다를 수 있다. 달리 말하면, 본 발명의 코일 구조가 코일 키트의 연관된 구성요소를 닮지 않는 한도에서, PVD 챔버 안에 본 발명의 코일 구조를 수용하도록 (유전체(151, 153)와 같은) 세라믹을 수정함이 바람직하다.

도 9는 오목부(315) 둘레 전체로 연장된 컵 돌기(310)의 립(313)을 보여주는 코일 구조(300)의 측면도이다.

도 7 내지 9를 참조하여 설명한 본 발명의 특징은 어떤 의미에서는 코일 교체 키트(즉, 핀 내부 전도체 및 컵)의 컵 조립체와 관련된 단일체 구성요소 전체를 취하여 이들을 고리 모양 집속 코일과 일체로 하였다. 하지만, 본 발명은 코일 교체 키트의 2 이상의 구성요소를 단일체 조립체로 교체하는 다른 특징도 포함한다. 예컨대, 본 발명의 특징은 코일 교체 키트의 금속재 구성요소가 고리 모양 코일, 컵, 핀 및 내부 전도체를 포함하는 것을 고려하여, 그러한 키트가 설계되기 위한 물리 기상 증착 챔버의 수정 없이 그러한 구성요소 중의 적어도 2개를 대체할 수 있는 단일체 구조를 형성하는 것이다. 교체 구조는 예컨대 컵과 내부 전도체를 대체하도록 활용되는 구조일 수 있다. 그와 같은 본 발명의 특징이 도 10의 조립체(400)에 드러난다. 적절한 경우, 도 4의 종래기술을 설명하는데 사용한 유사한 참조번호를 사용하여 조립체(400)를 참조한다.

조립체(400)는 고리 모양 코일 본체(402)를 포함한다. 코일 본체는 도 4의 구조의 본체(126)와 동일할 수 있거나, 본 발명의 다양한 특징에 따라 형성된 수정된 본체일 수 있다. (예컨대, 본체는 전극이 구조와 단일체이거나 도시한 컵 이외의 다른 컵들이 구조와 단일체인 구조일 수 있다.) 조립체(400)는 차폐물(114), 핀(128), 나사(130) 및 전술한 유전체 요소(151, 153)를 포함한다. 구조(400)는 도 4의 컵과 내부 전도체 요소(140, 141)를 단일체 구조(404)로 교체한 점에서 도 4의 구조와 구별된다. 구조(404)는, 구성요소가 도 4의 결합된 컵(140)과 내부 전도체(141)와 유사하도록, 안쪽에 연장된 오목부(405) 및 오목부 둘레 전체에 연장된 립(403)을 포함하며, 그에 따라, 구성요소(404)는 종래기술의 키트 조립체의 결합된 컵(140) 및 내부 전도체(141)로 직접 대체할 수 있다.

도 11은 핀(128)에 의해 서로 결합된 고리 모양 링(402) 및 컵 돌기(403)를 포함하는 조립체의 측면도이다. 측면도는 립(403)이 컵 돌기(404)의 오목부(405) 둘레 전체에 연장된 것을 보여준다.

도 7의 구조(300)를 다시 참조하면, 고리 모양 코일 본체(302)와 단일체인 전극 조립체(312)를 갖는다. 도 12는 구조(300)의 확대된 부분을 단면도로 보여주고, 고리 모양 본체와 전극 조립체(310)의 예시적인 단일체 구조를 도시한다. 도 12의 구성은 도 6의 구성과 유사하며, 구체적으로는, 도 6의 구조의 코일(126), 핀(163) 및 클램프(176)의 개별 요소를 대체하는 단일체 구조를 포한한다. 따라서, 도 12의 구조(300)는 집속 코일의 교체 중에 전극 조립체를 교체하도록 활용되는 키트의 몇 가지 개별적인 구성요소를 교체하도록 활용될 수 있다. 도 12의 구조의 장점은 종래기술의 핀(163)의 활용에 따라 초래되는 코일의 내면을 따라 생기는 불연속을 제거하는 것이다. 도 12의 단일체 전극 구조의 형성에서 핀을 제거하는 것은 도 8의 단일체 컵 구조의 형성에서 핀을 제거하는 것과 유사하다. 바람직하게는, 도 8의 단일체 컵 구조와 도 12의 단일체 전극 구조는 공히 본 발명의 코일 구조에 활용되므로, 코일 구조는 고리 모양 코일 본체의 내주면을 관통하는 핀을 갖지 않는다.

도 7 내지 9와 12는 본 발명에 다른 예시적인 단일체 코일 구조를 개략적으로 도시한다. 예시적인 구조 요소들 사이의 다양한 관계에 대한 독자의 이해를 돕기 위해 본 발명의 예시적인 단일체 코일 구조의 다른 개략적인 도시가 도 13 내지 17에 제공된다. 도 13 내지 17의 코일 본체는 예컨대 약 1 내지 4.5 인치, 전형적으로는 2 인치의 높이를 가질 수 있다. 코일 본체는 예컨대 약 0.01 인치 내지 0.5 인치의 두께, 전형적으로는 약 0.25 인치의 두께를 가질 수 있다. 도 15 내지 17의 태핑된 구멍은 적절한 크기일 수 있고, 일부 용례에서는 No. 8 구멍(0.164 인치)일 것이다.

본 발명의 단일체 구조는 단조, 가공, 주조 등의 적절한 공정으로 형성할 수 있다. 이들의 예는 도 18 내지 21에서 설명한다.

도 18을 참조하면, 초기 공정 단계의 장치(500)를 도시한다. 장치(500)는 함께 가압(프레스 작업)되면 본 발명의 단일체 구조를 성형하도록 형성된 한 쌍의 요소(502, 504)를 포함한다. 재료(506)의 판이 요소(502, 504) 사이에 제공된 것이 도시된다. 재료(506)는 본 발명의 구조를 형성하기 위한 적절한 조성을 가질 수 있다.

이어 도 19를 참조하면, 요소(502, 504)는 서로 압박된 것으로 도시되고, 판의 재료(506)는 본 발명의 단일체 코일 구조로 형성된 것으로 도시된다. 도 18 및 19의 공정은 단조 공정으라고 할 수 있으며, 모든 적합한 온도에서 수행할 수 있다. 도 18 내지 19로부터 단조로부터 기인하는 단일체 구조는 적어도 본 발명의 최종 단일체 코일 구조의 근사치가 된다고 고려할 수 있다. 일부 특징에서, 단조로부터 기인하여 형성된 코일 구조는 형성된 상태로 본 발명의 용례에서의 활용에 적합할 것이며, 다른 특징에 따르면, 재료는 활용에 적합한 구조에 매우 근접하지만, 후속 가공을 받기까지는 원하는 공차 밖일 것이다.

도 18과 19의 방법은 중실형의 판 재료(506)로 시작한 것으로 도시되지만, 그러한 중실형 판을 다른 형태의 재료(506)로 교체할 수 있다. 예컨대, 재료(506)는 분말로서 제공될 수 있고, 원하는 단일체 구조를 형성하는 프레싱을 활용하여, 분말을 적어도 원하는 코일 구조에 근접한 중실형 재료로 변형할 수 있다.

이어, 도 20과 21을 참조하면, 블록 재료(520)가 각각 단면도와 평면도로 도시된다. 블록은 본 발명의 단일체 코일 구조를 형성하기 위한 모든 적합한 조성으로 될 수 있다. 도 21의 도면은 본 발명의 코일 구조가 블록 안으로부터 절단될 수 있는 점선 형판을 도시한다. 후속 공정에서, 예컨대 톱과 펀치 중의 하나 또는 양자와 같이 적합한 공구 또는 공구의 조합으로 코일 구조를 블록으로부터 가공할 수 있다. 블록(520)으로부터 가공한 구조는 적어도 본 발명의 원하는 코일 구조에 근접할 수 있다.

바람직한 단일체 코일 구조에 적어도 근접하게 형성하기 위한 다른 예시적인 공정은 구조를 용융된 금속 재로로부터 직접 주조한다. 특히, 용융된 재료를 적절한 형상을 갖는 몰드에 부어 적어도 바람직한 단일체 코일 구조에 근접하게 성형한다.

본 발명의 다양한 특징을 아래와 같이 기술할 수 있다. 본 발명의 코일은 표준 ElectraTM 200 밀리미터 구리 코일로 되고, 단일체 조립체의 모든 주변 부품들을 코일과 하나로 할 수 있다. 단일체 코일은 스퍼터링 중에 더 적은 입자를 발생하며 더 긴 수명을 가질 수 있다. 코일은 계단 모양으로 들고난 간격 형상, 나란한 형상 또는 다른 간격 마감 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 코일 구조는 200 밀리미터 코일을 비롯한 모든 크기의 코일에 이용될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 몇몇 특징에서, 본 발명의 코일 구조는 300 밀리미터 이상의 코일에 활용될 수 있다.

도 13 내지 17의 도면은 200 밀리미터 구리 Endura 유형 스퍼터링 챔버로 활용되는 코일을 보여준다. 코일은 스퍼터 매체를 스퍼터링 중에 플라즈마 안에서 집속하도록 이용된다. 코일은 어떤 점에서는 챔버내 RF 장치 키트이다. 본 발명의 코일 설계는 종래기술의 코일 설계에 활용되는 컵, 핀, 내부 전도체 및 클램프의 이용을 생략할 수 있다. 도 13 내지 17의 본 발명의 코일은 단일체이고, 구리 200mm IMP ElectraTM Endura 스퍼터링 챔버에 맞는다. 본 발명의 특징 중에서, 새로운 코일 설계는 키트 유형을 바꿀 필요 없이 오래된 코일 설계를 활용하고자 하는 고객에 의해 활용될 수 있다. 또한, 다수의 주변 부품들이 생략되고, 코일은 종래기술의 코일에 비해 입자 방출을 줄이면서 코일 수명을 증가시킬 수 있으므로, 수명은 타깃의 대략 2 내지 3 배이다.

일부 특징에서, 본 발명은 적절한 코일을 제공하고 이를 스퍼터링 키트에 설치함으로써 활용될 수 있다. 코일은 본 발명의 두드러진 특징에 따르면 단일체(monolithic)이고, 내주를 따라 요철이 없을 수 있거나, 다른 특징으로서, 입자 트랩을 형성하도록 내주를 따라 널링 처리 또는 거칠게 처리될 수 있다. 코일은 종래기술의 설계에 활용되는 우묵한 핀에 의해 형성되는 불연속의 내주를 갖지 않는다. 따라서, 코일은 종래기술 설계보다 더 적은 입자를 발생할 수 있다. 그 결과, 코일을 활용하는 작업자는 본 발명의 코일이 단일체이므로, 종래기술의 코일과 전형적으로 결합된 다수의 부품(예컨대 하나의 코일, 2 개의 클램프, 5 개의 핀, 3 개의 컵 및 3 개의 내부 전도체)을 짜 맞출 필요가 없다. 본 발명의 코일은 다양한 종래기술의 설계에 비해 더 우수한 전기적 연결을 통한 전도성을 갖는다고 생각된다. 종래기술의 전기적 연결부들은 본 발명과 대조적으로 코일하고만 접촉하는 갭에서 핀에 연결되지만 코일의 일부가 아니다. 몇 가지 종래기술의 코일은 약 2 개의 타깃의 전형적인 수명을 갖지만, 본 발명의 코일은 타깃의 2 또는 3 배의 수명을 가질 수 있다.

본 발명의 코일 설계는 다양한 타깃 조성으로 활용될 수 있다. 일반적으로, 코일은 타깃과 동일한 조성 또는 타깃보다 더 순수한 원하는 재료 조성을 가질 것이다. 따라서, 본 발명의 코일은 구리의 물리 기상 증착을 위한 스퍼터링 챔버에서 구리 타깃으로 활용되는 용례에서 고도로 순수한 구리로 형성될 것이다. 대조적으로, 예컨대, 코일이 티타늄 타깃에서 활용되는 경우, 코일은 일반적으로 티타늄으로 될 것이며, 코일이 탄탈 증착 중에 스퍼터링 챔버에서 활용되는 경우, 코일은 일반적으로 탄탈로 될 것이다. 이와 달리, 전술한 것과 같이, 코일은 타깃과 다른 재료로 될 수 있고, 특정한 PVD 공정을 위해 타깃과 양립할 수 있다.

본 발명의 특징은 일반적으로 종래기술에서 코일과 별개인 부분으로 제공되는 다양한 주변 구성요소들이 코일과 단일체 구조로 형성되는 단일체 코일에 관한 것이다. 본 발명의 코일 구조는 바람직하게는 코일이나 챔버의 개장을 위한 키트의 활용 없이 직접 챔버에 활용될 수 있다.

Claims

물리 기상 증착 챔버에 활용되도록 구성된 코일 구조에 있어서,

상기 코일 구조는,

내주와 그 반대편의 외주가 있는 고리 모양 코일 본체; 및

상기 고리 모양 코일 본체의 외주로부터 뻗은 하나 이상의 컵 돌기를 포함하며,

상기 컵 돌기 중의 적어도 하나는 상기 고리 모양 코일 본체와 단일체로서 고리 모양 코일 본체를 통해 연장된 핀에 의해 고리 모양 코일 본체에 연결되지 않고, 안에 연장된 오목부와 상기 오목부 둘레 전체로 연장된 둘출형 립이 있으며, 상기 코일 구조를 상기 챔버와 연결하기 위한 파스너를 수용하는 파스너 수용부를 상기 오목부 안에 구비하는 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 상기 저어도 하나의 컵 돌기는 상기 오목부의 바닥에 면이 있고, 상기 파스너 수용부는 상기 코일을 상기 챔버와 연결하는 상기 파스너를 수용하도록 상기 바닥면을 통해 연장된 구멍인 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 상기 고리 모양 코일 본체와 단일체인 상기 컵 돌기는 3 개인 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 계단 모양으로 들고난 슬릿 형상체와 상기 슬릿의 양면에 있는 한 쌍의 클램프 구조를 더 포함하며, 상기 클램프 구조는 상기 고리 모양 코일 본체와 단일체인 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 나란한 슬릿 형상체와 상기 슬릿의 양면에 있는 한 상의 클램프 구조를 더 포함하며, 상기 클램프 구조는 상기 고리 모양 코일 본체와 단일체인 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 원소, 화합물 또는 합금 형태의 알루미늄, 카드뮴, 코발트, 구리, 금, 인듐, 몰리브덴, 니켈, 니오븀, 팔라듐, 백금, 레늄, 루테늄, 은, 주석, 탄탈, 티타늄, 텅스텐, 바나듐 및 아연 중의 하나 이상을 함유하는 재료로 된 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 적어도 99wt%의 순도를 갖는 구리인 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 적어도 99.99wt%의 순도를 갖는 구리인 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 적어도 99wt%의 순도를 갖는 티타늄인 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 적어도 99wt%의 순도를 갖는 지르코늄인 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 적어도 99wt%의 순도를 갖는 텅스텐인 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 적어도 99wt%의 순도를 갖는 탄탈륨인 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 철로 된 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 상기 고리 모양 코일 본체는 실질적으로 원형인 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
제1항에 있어서, 상기 고리 모양 코일 본체의 내주에는 구멍이 뚫리지 않은 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 챔버용 코일 구조.
물리 기상 증착 챔버에 활용하기에 적합한 코일 구조를 형성하는 방법에 있어서,

상기 방법은,

재료를 제공하는 단계;

상기 재료를 부품으로 형상화하는 단계를 포함하며,

상기 부품은 내주와 그 반대편의 외주를 갖는 고리 모양 코일 본체 및 상기 고리 모양 코일 본체의 외주로부터 뻗은 하나 이상의 컵 돌기를 구비하며,

상기 컵 돌기는 안에 연장된 오목부와 상기 오목부 둘레 전체로 연장된 둘출형 립, 상기 오목부의 바닥에 있는 면 및 상기 코일을 상기 챔버와 연결하는 상기 파스너를 수용하도록 상기 표면을 통해 연장된 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 재료는 블록이며, 상기 형상화 단계는 상기 블록을 적어도 상기 부품에 근접하게 분리하는 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 재료는 판이며, 상기 형상화 단계는 상기 판을 적어도 부품에 근접하게 단조하는 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 재료는 분말이며, 상기 형상화 단계는 분말을 적어도 원하는 형태에 근접하게 가압하는 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 재료는 용융된 액체이며, 상기 형상화 단계는 액체를 몰드에 부어 원하는 형태에 근접하게 주조하는 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 재료는 구리, 티타늄, 지르코늄, 텅스텐 탄탈륨 및 철 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 재료는 적어도 99wt%의 구리인 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 재료는 적어도 99wt%의 티타늄인 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 재료는 적어도 99wt%의 지르코늄인 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 재료는 적어도 99wt%의 텅스텐인 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 재료는 적어도 99wt%의 탄탈륨인 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 재료는 철인 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 고리 모양 코일 본체는 실질적으로 원형인 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
제16항에 있어서, 상기 부품은 상기 고리 모양 코일 본체의 내주에 구멍이 뚫리지 않도록 형상화되는 것을 특징으로 하는 코일 구조 형성 방법.
물리 기상 증착 챔버에 활용하기에 적합한 구조를 형성하는 방법에 있어서,

상기 방법은,

상기 물리 기상 증착 챔버에 활용하도록 코일 교체 키트와 연관된 조립체의 고리 모양 코일, 컵, 핀 및 내부 전도체를 비롯한 개별적인 구성요소를 확인하는 단계; 및

상기 물리 기상 증착 챔버의 수정 없이 상기 코일 교체 키트의 상기 구성요소들 중의 적어도 2 개를 대체할 수 있는 단일체 구조를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 구성요소들 중의 적어도 2 개는 컵과 내부 전도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 구성요소들 중의 적어도 2 개는 열거된 모든 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 단일체 구조 형성 단계는 재료의 블록을 제공하고, 상기 블록을 적어도 상기 단일체 구조에 근접하게 분리하는 것을 특징으로 하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 단일체 구조 형성 단계는 재료의 판을 제공하고, 상기 판을 적어도 상기 단일체 구조에 근접하게 단조하는 것을 특징으로 하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 단일체 구조 형성 단계는 분말을 제공하고, 분말을 상기 단일체 구조에 근접하게 가압하는 것을 특징으로 하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 단일체 구조 형성 단계는 적어도 상기 단일체 구조에 근접하게 주조하는 것을 특징으로 하는 방법.