KR20060023115A - 증착 챔버내 입자 포착을 위한 트랩 - Google Patents

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KR20060023115A
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protrusion
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KR1020057019973A
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재연 김
테리 제이. 펠란
존 디. 마이즈
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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 반응 챔버를 갖는 증착 장치와, 상기 챔버내 하나 이상의 표면을 따라 형성된 입자-트랩핑 형상을 포함한다. 특정한 관점에 있어서, 상기 입자-트랩핑 형상은 일정 패턴의 굽은 돌출부가 형성된 리셉타클을 포함할 수 있으며, 상기 굽은 돌출부상에 미세구조를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 초기에 일정 패턴의 돌출부를 형성하고, 상기 돌출부를 구부리며, 그리고 이후 상기 굽은 돌출부상에 미세구조를 형성하기 위하여 상기 돌출부를 입자에 적용함에 의한 입자-트랩핑 형상의 형성방법을 포함한다.
입자 트랩핑, 돌출부, 패턴, 증착 챔버, 트랩

Description

증착 챔버내 입자 포착을 위한 트랩{Traps For Particle Entrapment In Deposition Chambers}
본 특허는 2003년 6월 11일에 출원된 U.S. 가출원 씨리얼 No. 60/477,810호와, 2003년 8월 26일에 출원된 U.S. 가출원 씨리얼 No. 60/498,036호에 우선권을 갖는다.
본 발명은 증착 챔버내 입자 포착을 위한 트랩을 형성하는 방법에 관한 것이며, 특정한 관점에서 증착 조건에 노출된 챔버 부재상에 거칠어진 표면을 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 거칠어진 표면은 예를 들면, 하나 이상의 쉴드(shield), 커버 링(cover ring), 코일(coil), 컵(cup), 핀(pin) 및/또는 클램프(clamp)상에 형성될 수 있다.
증착방법은 기판 표면을 가로지르는 재료의 박막을 형성하기 위하여 이용된다. 증착방법은 예를 들어, 집적 회로 구조 및 디바이스의 제조시 궁극적으로 이용되는 층들을 형성하기 위한 반도체 제조공정에서 이용될 수 있다. 대표적인 증착방법은 화학증착(CVD), 원자층증착(ALD), 금속유기화학증착(MOCVD, metalorganic chemical vapor deposition) 및 물리증착(PVD)이 있다. PVD 방법은 스퍼터링 공정을 포함한다.
입자들이 형성된다면 상기 입자들이 증착된 박막으로 떨어질 수 있고, 상기 박막의 바람직한 특성을 붕괴시킬 수 있다는 점에서, 증착공정시 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 증착공정동안 증착된 재료로 떨어지는 입자들과 연관된 문제들을 경감시킬 수 있는 트랩을 개발하는 것이 바람직하다.
본 발명의 특정한 관점에서, 증착 챔버내 하나 이상의 표면상에 형성된 굽은 스크롤 패턴은 입자 트랩으로 작용할 수 있으며, 증착 챔버내 입자형성과 연관된 문제들을 감소시키는 상당한 개량을 제공함을 알 수 있다. 상기 입자 트랩은 예를 들어, PVD, CVD, MOCVD 및 ALD를 포함하는 다양한 증착 적용에 이용될 수 있다. PVD 이용시, 상기 입자 트랩은 예를 들어, 쉴드(shields), 커버링(cover rings), 코일(coils), 컵(cups), 핀(pins) 및/또는 클램프(clamps)를 포함하는 어떠한 챔버 부재상에 또는 부재들의 조합상에 형성될 수 있다.
특정한 관점에 있어서, 본 발명에 따라 형성된 입자 트랩은 처리된 표면상에 거시-스케일(macro-scale) 조도(roughness)를 부여하는 머신 스크롤링(machine scrolling) 및/또는 널링(knurling)을 통하여 형성될 수 있다. 상기 거시-스케일 조도는 그 이후 입자 트래핑(trapping)을 추가로 향상시킬 수 있는 미시-스케일(micro-scale) 조도를 형성하기 위하여 비드 블라스팅(bead blasting) 또는 다른 적합한 공정으로 처리될 수 있다.
몇몇 관점들에 있어서, 거시-스케일의 굽은 스크롤링은 가능한 입자의 떨어짐을 기하학적으로 방지할 수 있다. 또한, 상기 거시-스케일의 굽은 스크롤상으로 부여되는 미시-스케일 표면 조도는 증착공정동안 주기적인 열응력을 경감시킬 수 있다. 몇몇 관점들에 있어서, 장치된 스크롤(및/또는 예를 들어, 널링 및 비드 블라스팅과 같은 다른 방법에 의하여 제조된 표면 텍스쳐링)은 재-증착된 박막 및 처리된 표면의 베이스 재료의 다른 열팽창계수과 연관된 열응력에 취약한 재-증착된 긴 박막을 형성할 수 있다. 그러나, 열응력의 감소는 예를 들어, 굽은 스크롤 패턴과 연관된 거친 텍스쳐를 이용한 불연속적으로 재증착된 박막으로부터 발생할 수 있다.
본 발명의 하나의 관점에서, 증착 챔버의 하나 이상의 부재는 상기 하나 이상의 부재상에 거칠어진 표면을 형성하기 위하여 처리된다. 상기 거칠어진 표면은 상기 부재의 표면을 따라 반복하는 패턴의 돌출부(projections)를 형성하기 위하여 하나 이상의 적합한 기구(tools)를 이용함에 의하여 형성될 수 있다. 상기 돌출부는 예를 들면, 스크롤 패턴의 형태일 수 있다. 그 이후의 공정에서, 상기 돌출부는 예를 들면, 롤러에 상기 돌출부들을 적용시킴에 의하여 접혀질 수 있다. 상기 돌출부는 상기 돌출부상에 미시-스케일 조도를 형성하기 위하여, 비드 블라스팅 또는 다른 적합한 공정에 대신하여 또는 부가적으로 놓여질 수 있다.
증착 챔버 부재를 처리하기 위한 널링 또는 비드 블라스팅을 이용하는 것이 이전에 몇번 시도되었으나, 시간초과된 재료가 상기 부재상에 증착되고 상기 처리된 영역으로부터 벗겨지거나 떨어져 나갈 수 있다. 본 발명의 방법은 필링(peeling), 후레이킹(flaking) 및 널링과 비드 블라스팅 처리와 연관된 다른 바람직하지 못한 문제들을 경감할 수 있으며, 심지어 완전하게 예방할 수 있다.
본 발명의 대표적인 관점들은 그것과 연관된 거시-스케일 및 미시-스케일 입자 트랩핑 형상을 갖는 굽은 스크롤을 이용한다. 본 발명의 대표적인 굽은 스크롤의 미시-스케일 및 거시-스케일 디자인은 필링 이슈(peeling issues)를 감소시키거나 또는 심지어 최소화하는 동안, 그리고 또한 뾰족한 포인트와 연관된 가능한 아킹(arcing)을 피하는 동안 입자들을 효과적으로 붙잡을 수 있다. 본 발명의 대표적인 표면처리는 다음의 3가지 공정들중 하나 이상으로 수행될 수 있다:
1. 거시-스케일 트랩핑 영역 형성(예를 들면, 굽은 스크롤의 형성);
2. 미시-스케일 트랩핑 영역 형성(예를 들면, 거칠어진 표면의 비드-블라스트 형성); 및
3. 상기 트랩핑 영역내 재료들의 부착을 향상시키기 위한 트랩핑 영역내 표면 화학의 변경.
하나의 관점에 있어서, 본 발명은 증착 챔버내에서 이용하기에 적합한 부재의 표면 돌출부를 처리하는 것을 포함한다. 상기 처리는: (1) 상기 표면 돌출부에 미세한 조도를 부여하기 위해 화학 에칭제(etchant) 또는 피팅제(pitting agent)에 상기 돌출부를 적용하는 단계, 및/또는 (2) 상기 표면 돌출부에 미세한 조도를 부여하기 위해 휘발성의 비드 블라스트 매체(media)에 상기 돌출부를 적용하는 단계, 및/또는 (3) 상기 표면 돌출부에 미세한 조도를 부여하기 위해 용매에 녹을 수 있는 비드 블라스트 매체에 상기 돌출부를 적용하고, 이어 상기 용매를 이용하여 상기 미세한 조도로부터 상기 비드 블라스트 매체를 세척하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 다음에 첨부되는 도면을 참조하여 아래에 설명된다.
도 1은 물리증착(예를 들면, 스퍼터링)공정동안 보여지는 물리증착장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 2-2선을 따라 보여지는 도 1 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 대표적인 방법의 초기공정 단계에서 코일의 개략적인 상부도이다.
도 4는 도 3의 공정단계에서 보여지는 도 3 코일의 확대된 영역의 도면이다.
도 5는 도 4의 공정에 이은 공정단계에서 보여지는 도 4의 확대된 영역의 도면이다.
도 6은 도 5의 공정에 이은 공정단계에서 보여지는 도 4의 확대된 영역의 도면이다.
도 7은 상기 도 6 구조의 일부를 확대한 도면이다.
도 8은 도 6의 공정에 이은 공정단계에서 보여지는 도 4의 확대된 영역의 도면이다.
도 9는 도 8에 보여지는 상기 구조의 확대도이다.
도 10~17은 본 발명의 대표적인 관점들에서 이용될 수 있는 대표적인 거칠어진 표면을 보여주는 현미경사진 이미지의 사본이다.
도 18은 본 발명의 관점에 따라 처리될 수 있는 대표적인 CVD 및/또는 ALD 증착장치의 개략적인 단면도이다.
본 발명은 증착공정 부재의 하나 이상의 표면상에 형성될 수 있는 새로운 텍스쳐(textures)를 포함한다. 상기 부재는 예를 들면, PVD, CVD, MOCVD 또는 ALD 반응챔버중 하나 이상에 이용하기에 적합할 수 있다. 상기 텍스쳐는 증착공정동안 상기 부재상에 증착되는 재료를 트랩핑하기 위해 이용될 수 있다. 특정한 관점에 있어서, 구부러진 돌출부(예를 들면, 굽은 스크롤 패턴과 같은)는 입자 트랩핑 영역을 형성하기 위하여 상기 부재의 하나 이상의 표면상에 형성된다.
상기 부재상에 형성된 상기 돌출부는 상기 돌출부의 표면을 거칠게 하여 상기 돌출부의 트랩핑 특성을 향상시키기 위하여, 입자들에 적용될 수 있다. 상기 돌출부는 트랩핑 영역의 거시스케일 조도를 형성하기 위한 것으로 고려될 수 있으며, 상기 돌출부의 거칠어진 표면은 트랩핑 영역의 미시스케일 조도를 형성하기 위한 것으로 고려될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 거시스케일 및 미시스케일 조도를 둘다 가지며, 트랩핑 영역에서 이용되는 패턴을 포함할 수 있다.
거시스케일 및 미시스케일 패턴을 둘다 이용하는 것은 유리할 수 있다. 상기 결합된 패턴은 증착공정동안 부재의 처리된 표면으로부터 떨어지는 재료를 상당히 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 거시스케일 패턴상에 미시스케일의 거칠어진 표면을 형성하는 것은 주기적인 증착공정동안 발생하는 주기적인 열응력과 다르게 연관될 수 있는 문제들을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 특히, 거시스케일 패턴 단독(예를 들면, 길게 장착된 스크롤과 같은)은 트랩핑 영역내 긴 박막을 형성하기 위하여 재증착된 재료들을 붙잡을 수 있다. 주기적인 열응력(예를 들면, 재증착된 박막과 상 기 처리된 부재의 베이스 재료사이의 다른 열팽창계수와 연관된 응력과 같은)은 상기 박막 또는 상기 처리된 부재로부터 재증착된 박막의 클러스트(clusters)의 필링(peeling)을 초래할 수 있다. 상기 박막 또는 클러스터는 상기 부재로부터 벗겨지기 때문에, 증착공정동안 상기 부재에 인접한 기판상으로 떨어져 상기 기판상에 증착된 층내에 바람직하지 못하게 입자들을 형성할 수 있으며, 이는 상기 증착공정의 처리량 또는 수율을 감소시킬 수 있다. 만약 상기 공정이 PVD 공정이라면, 상기 박막 또는 클러스터의 필링은 상기 PVD 공정동안 상기 기판을 지지하기 위하여 제공된 정전기적 척(chuck)상으로 직접 떨어질 수 있으며, 이는 시스템 고장을 초래할 수 있다.
특정한 관점에 있어서, 본 발명은 비드-블라스팅 및/또는 화학적 에칭 및/또는 스틸 브러싱(brushing) 및/또는 상기 패턴내 잔류하는 재증착된 재료를 돕기 위하여 궁극적으로 이용될 수 있는 상기 패턴상에 미세한 조도를 부여하기 위한 거시스케일 패턴의 다른 처리를 포함하며, 따라서 상기 트랩핑영역으로부터 재증착된 박막재료의 필링을 경감하거나, 또는 심지어 방지할 수 있다. 즉, 상기 거시스케일 및 미시스케일 구조는 재증착된 클러스터들의 크기를 감소시킬 수 있으며, 특정한 관점에 있어서 증착된 박막으로 결합되는 것으로부터 재증착된 클러스터들을 제거할 수 있다.
본 발명의 첫번째 대표적인 관점은 PVD 작동을 참조하여 여기에서 설명된다. 대표적인 PVD(예를 들면, 스퍼터링) 작동은 도 1 및 2를 참조하여 설명된다. 도 1을 살펴보면, 스퍼터링 장치(10)는 측벽(14)을 갖는 챔버(12)를 포함한다. 타겟 (16)은 상기 챔버의 상부영역에 제공되며, 기판(18)은 상기 챔버의 하부영역에 제공된다. 기판(18)은 커버링(21)을 갖는 홀더(20)상에 지지되며, 타겟(16)은 적절한 지지멤버(도시되지 않음)를 이용하여 지지될 것이다. 쉴드(23)는 상기 타겟(16)의 쉴딩 에지(sheilding edges)를 나타낸다. 당업계에서 통상적인 지식을 가진 자들에게 알려진 바와 같이, 상기 챔버의 내부 측벽 및/또는 내부 꼭대기(top)를 따라 추가적인 쉴딩(도시되지 않음)이 있을 수도 있다.
기판(18)은 예를 들면, 단결정 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼를 포함할 수 있다. 타겟(16)은 예를 들면, 니켈, 탄탈륨, 티타늄, 구리, 알루미늄, 은, 금, 니오븀, 백금, 팔라듐 및 루테늄중 1종 이상과, 상기 다양한 금속의 1종 이상의 합금을 포함할 수 있으며; 특정한 적용에서 상기 타겟은 예를 들면, Ti/N, Ti/Nb 및 Ti/Al을 포함하는 다양한 혼합물, 화합물 또는 합금중 1종 이상을 포함할 수 있다.
작동시, 재료는 타겟(16)의 표면으로부터 스퍼터되고 기판(18)을 향하게 된다. 상기 스퍼터된 재료는 화살표(22)로 나타낸다.
일반적으로, 상기 스퍼터된 재료는 다수의 다른 방향으로 상기 타겟 표면을 벗어날 것이다. 이는 문제가 될 수 있으며, 상기 스퍼터된 재료가 기판(18)의 상부 표면과 상대적으로 직각으로 향하는 것이 바람직하다. 따라서, 포커싱 코일(focusing coil, 26)이 챔버(12)내에 제공된다. 상기 포커싱 코일은 스퍼터된 재료(22)의 오리엔테이션을 향상시킬 수 있으며, 상기 스퍼터링 재료가 기판(18)의 상부 표면에 상대적으로 직각으로 향함을 보여준다. 상기 코일은 몇몇 리액터 디자인 에서 선택적인 것에 주목한다.
약간의 재료는 스퍼터링 작동동안 코일(26)로부터 제거될 수 있으며, 이러한 재료는 기판(18)상에 증착될 수 있다. 따라서, 코일(26)이 타겟(16)과 동일한 재료로 이루어지거나, 또는 적어도 스퍼터 작동에 부정적인 영향을 미치지 않는 재료로 이루어짐이 바람직할 수 있다.
코일(26)은 상기 코일의 측벽을 통하여, 그리고 또한 챔버(12)의 측벽(14)을 통하여 신장하는 것으로 나타낸 핀(28)에 의하여 챔버(12)내에 지지된다. 핀(28)은 상기 나타낸 형상에서 지지 스크류(32)내부에 지지된다. 도 1의 개략적인 도면은 챔버 측벽(14)의 외부 표면을 따라 상기 핀의 헤드(30)를 보여준다.
스페이서(40)는 핀(28)의 주변에서 신장하며, 측벽(14)으로부터 코일(26)을 이격시키기 위하여 이용된다. 스페이서는 통상적으로 컵과 같은 형태를 가지며, 따라서 통상적으로 컵으로 언급된다.
다수의 지지구조가 코일(코일(26)과 같이)을 지지하기에 적합한 것으로 알려져 있으며, 상기 나타낸 핀, 지지 스크류 및 컵의 이용은 상기 다수의 지지 구조들의 일실시예에 불과하다. 예를 들면, 상기 코일이 평탄한 내부 디멘션을 갖는 단독 조각(single piece)이고, 상기 핀, 컵 및 다른 지지 형상이 상기 코일에 부착된 보스(boss)와 결합되는 구조가 상기 다른 지지구조들중에 있다. 상기 보스(boss)는 상기 코일을 갖는 하나의 조각으로 제조될 수 있으며, 또는 상기 코일로부터 분리된 조각으로 제조되고, 이후 예를 들면, 용접과 같은 적합한 수단에 의하여 상기 코일에 부착될 수 있다.
도 2는 도 1의 2-2선을 따라 절단된 단면도를 나타내며, 코일(26)이 환상(circular shape)을 가짐을 보여준다.
이전에 논의된 것처럼, 스퍼터링 작동동안 발생할 수 있는 문제는 입자들이 반응 챔버내부에 형성된다는 것이다. 상기 입자들은 예를 들면, 보이드 또는 타겟(16)내부에 존재하는 다른 작은 결함을 포함하는 다수의 다른 소스로부터 형성될 수 있다. 만약 상기 입자들이 기판(18)의 상부표면에 증착된다면, 그들은 스퍼터-증착된 층에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 기판(18)의 상부 표면으로 떨어지는 입자들을 피할 수 있는 방법을 개발하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 입자 트랩은 챔버(12)내 하나 이상의 노출된 표면상에 형성될 수 있다. 특정한 관점에 있어서, 상기 표면은 예를 들면, 상기 쉴드, 핀, 코일, 커버링 등을 포함하는 상기 챔버내 하나 이상의 부재들과 연관될 수 있다.
상기 거칠어진 표면은 적당한 가공으로 형성될 수 있다. 대표적인 공정이 코일(26)과 연관된 입자 트랩을 형성하기 위하여 이용된 가공을 참조하여 아래에 설명되나, 유사한 공정이 다른 부재들의 표면에 적용될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
도 3은 초기 공정 단계에서의 코일(26)을 나타낸다. 코일(26)은 방사상의 외주면(outer periphery, 102) 및 방사상의 내주면(inner periphery, 104)을 포함하는 환상의 링(annular ring)이다. 입자들이 외주면(102)보다 내주면(104)을 따라 통과될 가능성이 크기 때문에, 입자 트랩이 외주면(102)보다 내주면(104)에 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 아래에 설명되는 공정에서, 입자 트랩은 2가지 주면 (102 및 104)을 따르기 보다 내주면(104)를 따라서만 형성되나, 본 발명은 입자 트랩이 주면(104)을 따른 입자 트랩의 형성에 부가하여 또는 대신하여 주면(102)을 따라 형성되는 다른 관점들(도시되지 않음)을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 만약 입자 트랩이 2가지 주면(102 및 104)을 따라 형성된다면, 주면(104)을 따른 상기 트랩은 주면(102)을 따른 트랩과 같거나, 또는 다르게 형성될 수 있다.
도 4는 초기 공정단계에서 내주면(104)의 확대된 영역(105)을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 상기 주면은 구조벽(114)을 따라 상대적으로 평평한 표면(121)을 갖는다. 도 4의 공정단계에서의 상기 코일은 통상적인 상업적으로 구매가 가능한 코일일 수 있다.
도 5는 주면(104)이 측벽(114)의 표면을 가로질러 신장하는 일정 패턴의 돌출부(122)를 형성하기 위하여 처리된 후의 확대된 영역(105)을 예시한다. 돌출부(122)는 톱(saw), 널링 디바이스(knurling device), 컴퓨터 수치 제어(CNC) 디바이스, 매뉴얼 선반(lathe) 또는 다른 적합한 머시닝 툴을 이용하여 형성될 수 있으며, 스크롤 패턴에 대응할 수 있다. 특히, 톱은 측벽(114)안으로 절단하고 상기 나타낸 패턴을 남기기 위하여 이용될 수 있고, 및/또는 널링 디바이스는 측벽(114)을 프레스하고 상기 패턴을 남기기 위하여 이용될 수 있다. 상기 패턴은 예를 들면, 비드 블라스팅에 의하여 형성될 수 있는 일정하지 않은 패턴과는 달리 반복적인 패턴이다. 돌출부(122)의 패턴은 이후에 형성될 수 있는(아래에 설명됨) 미시-패턴과 상기 패턴을 구별하기 위하여 거시-패턴으로 언급될 수 있다. 상기 돌출부(122)는 약 28 티쓰/인치(TPI)에서 약 80 TPI, 통상적으로 약 40 TPI를 갖는 툴로 형성될 수 있다. 상기 툴의 티쓰는 상기 돌출부(122)에 1대1로 대응될 수 있다. 28 TPI에서 80 TPI의 범위는 대표적인 적용을 포함하나, 본 발명은 28 TPI에서 80 TPI의 범위로 제한되지는 않는다. 본 발명의 적용을 위한 적합한 툴은 또한 28 TPI보다 작거나 80 TPI보다 클 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
도 6은 상기 돌출부(122)가 상기 돌출부를 구부리는 기계적 힘에 적용된 후의 확대된 영역(105)을 나타낸다. 상기 기계적 힘은 예를 들면, 볼 또는 롤러를 포함하는 어떠한 적합한 툴에 의하여 제공될 수 있다. 상기 굽은 돌출부는 상기 돌출부들 사이에 공동(cavities, 123)을 형성하며, 이러한 공동은 입자 트랩으로 작용할 수 있다. 바람직하게, 상기 공동은 코일(26)이 스퍼터링 챔버(예를 들면, 도 1의 챔버(12)와 같은)내 궁극적으로 지지되는 오리엔테이션에서 위쪽으로 열린다.
도 7은 상기 도 6 구조의 확대된 영역(130)을 예시하며, 특히 단독 돌출부(122)를 예시한다.
도 6 및 7의 굽은 돌출부는 약 0.0001 인치에서 약 0.1 인치(통상적으로, 약 0.01 인치)의 표면(114) 위로의 높이 "H", 그리고 약 0.001 인치에서 약 1 인치(통상적으로, 약 0.027 인치)의 반복 거리 "R"을 가질 수 있다.
도 10~17은 본 발명의 대표적인 관점들에 따라 도 6 및 7의 공정단게에서의 실제 거칠어진 표면들의 현미경사진 이미지이다.
도 6 및 7의 공정단계에서 형성된 상기 구조는 적합한 입자 트랩을 가질 수 있으며, 스퍼터링 챔버내에서 이용될 수 있다. 또한, 상기 구조는 상기 돌출부(122)상에 미세구조를 형성하기 위하여 추가적인 공정이 행해질 수 있으며, 이는 상기 돌출부의 입자-트랩핑 능력을 향상시킬 수 있다. 상기 미세구조를 형성하기 위하여 이용되는 상기 공정은 예를 들면, 비드 블라스팅 및/또는 화학적 처리를 포함할 수 있다.
비록 미세구조의 형성이 상기 거시구조의 형성 다음에 설명되기는 하지만(예를 들면, 도 6 및 7의 굽은 스크롤 패턴), 본 발명은 미세구조가 상기 거시구조의 형성에 뒤따르지 않는 다른 관점들을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 비드 블라스팅이 상기 미세구조를 형성하기 위하여 이용될 수 있다면, 상기 비드 블라스팅은 트랩핑 영역을 형성하기 위하여 단독으로 이용될 수 있으며, 따라서 도 6 및 7의 굽은 돌출부(122)의 형성없이 수행될 수 있다. 그러나, 다른 관점들에서, 상기 비드 블라스팅은 돌출부 형성후에, 그리고 상기 돌출부를 굽히기 전에(예를 들면, 도 5 및 6에 나타낸 공정단계사이의 공정단계에서) 수행될 수 있다.
도 8 및 9는 상기 돌출부가 공동 또는 디봇(divots)과 같은 돌출부내 신장하는 미세구조(132)(도 9에서 번호 매겨짐)를 형성하기 위하여, 비드 블라스팅 또는 다른 적합한 입자들에의 노출이 행해진 후의 돌출부(122)를 나타낸다.
돌출부(122)의 처리는 예를 들면, 화학 에칭제 및 기계적 러프닝(roughening)의 하나 또는 두가지 모두를 이용할 수 있다. 대표적인 기계적 러프닝 절차는 입자들의 압축된 스트림에의 노출(예를 들면, 비드-블라스팅), 또는 단단한 브리슬(bristles)(와이어 브리슬과 같은)에의 노출을 포함한다. 대표적인 화학 에칭제는 상기 돌출부(122)의 재료에 화학적으로 구멍내는 용액을 포함하며, 강한 염기성 용액, 약한 염기성 용액, 강한 산성 용액, 약한 산성 용액 및 중성 용액을 포 함할 수 있다.
만약 비드 블라스팅이 미세구조(132)를 형성하기 위하여 이용된다면, 상기 미세구조를 형성하기 위하여 이용된 상기 입자들은 예를 들면, 실리콘 탄화물, 알루미늄 산화물, 고체 H2O(얼음), 고체 이산화탄소 및 염(예를 들면, 중탄산소다와 같은 중탄산염과 같이)중 1종 이상을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대신하여, 상기 입자들은 적어도 상기 미세구조가 형성될 수 있을 정도로 단단한 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다.
만약 상기 비드-블라스팅을 위하여 이용된 상기 입자들이 비-휘발성 재료를 포함한다면, 상기 입자들을 제거하기 위하여 디봇(132)의 형성후에 세척단계가 도입될 수 있다. 예를 들면, 상기 입자들이 실리콘 탄화물 또는 알루미늄 산화물을 포함한다면, 돌출부(122)가 세척재료 욕(bath) 또는 스트림에 노출되고, 및/또는 적절한 브러싱 툴(와이어 브러시와 같은)로 브러시되는 세척단계가 이용될 수 있다. 적합한 스트림은 고체 H2O 또는 고체 이산화탄소 입자를 포함하는 스트림일 수 있다. 만약 디봇(132)을 형성하기 위하여 초기에 이용된 상기 입자들이 휘발성 입자들(고체 얼음 또는 고체 CO2와 같은)로 필수적으로 구성되거나, 또는 구성된다면, 이후 상술한 세척단계는 생략될 수 있다.
몇몇 관점들에 있어서, 상기 입자들은 유체(fluid)에 녹을 수 있으며, 상기 입자들의 재료로 상기 유체를 포화시키고 상기 유체내 고체 입자들을 남기는 충분한 농도에서 상기 유체내에 부유될 수 있다. 예를 들면, 중탄산염으로 포화된 수용 성 유체내 중탄산염을 포함할 수 있다. 상기 입자들 및 유체는 기계적 마찰 및/또는 기계적 마찰과 화학적 에칭의 조합(예를 들면, 화학적 피팅)을 통하여 바람직한 미세 조도를 형성할 수 있다. 이후, 상기 입자들은 상기 부재로부터 상기 입자들을 용해하기 위하여 상기 입자 재료로 포화되지 않은 일정 부피의 유체내에서 상기 부재를 세척함에 의하여 상기 처리된 부재로부터 세척될 수 있다. 몇몇 관점들에 있어서, 상기 유체는 수성(aqueous) 유체일 수 있으며, 압축된 수성 기계적 마찰에 이용될 수 있는 것으로 고려될 수 있다. 상기 수성 처리 유체의 pH는 강한 산성, 강한 염기성, 또는 그 사이일 수 있다. 상기 세척 유체는 수성일 수 있으며, 상기 수성 세척 유체의 pH는 상기 처리 유체와 같거나, 또는 다를 수도 있다.
특정한 관점에 있어서, 상기 비드-블라스팅 매체는 24 그릿(grit) Al2O3 매체일 수 있으며, 상기 비드-블라스팅은 예를 들면, 약 1에서 약 4000 마이크로-인치 RA, 바람직하게는 약 50에서 약 2000 마이크로-인치 RA, 그리고 전형적으로는 약 100에서 약 350 마이크로-인치 RA로 수행될 수 있다.
본 발명의 비드-블라스팅은 통상적인 종래기술 공정의 압력보다 매우 낮은 압력에서 수행될 수 있으며, 이는 비드-블라스트된 입자들이 본 발명에 따라 처리된 구조내에 파묻히게 될 가능성을 감소시킬 수 있다. 특히, 종래기술의 비드-블라스팅은 적어도 약 80 파운드/in2(psi)의 압력에서 통상적으로 수행된다(예를 들면, 적어도 약 80 psi에서 평균하는 상기 구조상에 상기 미립자들에 의하여 부여된 충격 압력을 갖는 구조에서 미립자들을 밀어냄에 의하여 수행된다). 반대로, 본 발명 의 비드-블라스팅은 20 psi 이하의 압력에서 수행될 수 있다. 삽입되거나 또는 본 발명에 따라 처리된 표면과 다르게 연관되어 잔존하는 비드-블라스트된 입자들의 가능성을 추가적으로 감소시키기 위하여, 상기 표면은 상기 비드-블라스팅 후 상기 표면을 기계적으로 브러싱(예를 들면, 와이어 브러시를 이용하여)함에 의하여, 및/또는 휘발성 세척제로 상기 표면을 스프레이(예를 들면, CO2를 상기 표면에 블라스팅함에 의하여)함에 의하여, 및/또는 비-휘발성 세척제로 상기 표면을 스프레이함에 의하여 세척될 수 있다. 상술한 몇몇의 대표적인 관점들에 의하여 설명된 것처럼, 특정한 관점에 있어서 본 발명은 용매에 녹을 수 있는 미립자(예를 들면, 비드)를 이용할 수 있으며, 상기 세척은 상기 미립자들을 제거하기 위하여 상기 용매를 이용하는 것을 포함할 수 있다.
이전에 논의된 것처럼, 상기 비드 블라스팅은 돌출부(122)를 형성하기 위하여, 이전의 공정을 생략하고 수행될 수 있다. 이러한 관점들에서, 상기 비드-블라스팅 매체는 예를 들면, 24 그릿 Al2O3 매체일 수 있으며, 상기 비드 블라스팅은 예를 들면, 약 150에서 약 350 마이크로-인치 RA에서 수행될 수 있다.
도 8의 공정단계에서 나타낸 측벽(114)은 그 안에 형성된 거시-스케일 및 미시-스케일 구조를 둘다 갖는 표면을 갖는 것으로 고려될 수 있다. 특히, 돌출부(122)는 0.01 인치의 길이를 가질 수 있으며, 기판상에 형성된 거시-스케일 형상으로 고려될 수 있다. 상기 돌출부 내부에 형성된 디봇은 측벽(114)의 표면을 따라 형성된 미시-스케일 구조로 고려될 수 있다. 상기 미시-스케일 및 거시-스케일 구 조의 조합은 증착된 박막으로 입자들의 바람직하지 못한 결합과 관련하여 본 명세서에서 이전에 설명된 문제들을 경감할 수 있으며, 심지어 방지할 수도 있다.
여기에서 설명된 상기 입자 트랩을 형성하기 위한 코일(26)의 공정은 통상적인 코일 구조의 제조동안 또는 후에 어떠한 적합한 공정단계에서 발생할 수 있다. 유사하게, 본 발명의 공정은 상기 부재들의 통상적인 형태를 제조하는 동안 또는 후에 스퍼터링 장치의 다른 부재들에 적용될 수 있다. 특정한 관점들에 있어서, 본 발명의 공정이 오프-더-쉘프(off-the-shelf) 부재들에 적용될 수 있기 위하여 통상적인 부재가 형성된 후에 본 발명의 공정은 추가적인 단계로 제공될 것이다.
도 8 및 9에 묘사된 추가적인 적용들을 가지고 또는 가지지 않고, 도 3~7을 참조하여 설명된 상기 러프닝 적용은 입자들에 노출될 수 있고, 따라서 입자 트랩으로 이용될 수 있는 반응 챔버내 어떠한 부재에 적용될 수 있다. 도 1 및 2를 참조하여 설명된 대표적인 PVD 챔버에서, 상기 처리된 표면들은 예를 들면, 표면의 쉴드(23), 표면의 핀(40), 표면의 코일(26), 내부 표면의 측벽(14) 및/또는 표면의 커버링(21), 그러한 것들의 사이를 포함할 수 있다. 본 발명의 방법은 예를 들면, 프로세스 키트(쉴드, 커버링, 코일 등)에 적용될 수 있다. 바람직하게, 상기 표면과 연관된 입자 트랩핑 공동이 상기 표면이 상기 반응 챔버내에서 이용되는 오리엔테이션에서 위쪽으로 배향되기 위하여, 상기 처리된 표면이 형성될 것이다.
이전에 논의된 바와 같이, 본 발명의 공정은 PVD 장치를 제외한 다른 장치들의 부재들을 처리하기 위하여 이용될 수 있다. 도 18은 본 발명의 방법에 따라 처리된 하나 이상의 부분을 가질 수 있는 장치(200)를 예시한다. 장치(200)는 CVD 및 /또는 ALD 장치일 수 있다. 상기 장치는 반응 챔버(202)와 상기 챔버주위에서 신장하는 측벽(204)을 포함한다. 측벽(204)은 상기 챔버의 내부영역을 따라 내부 표면(203)을 갖는다.
장치(200)는 상기 챔버 내부에 기판 홀더(206)을 추가로 포함한다. 상기 기판 홀더는 기판(208)을 지지하는 것으로 나타낸다.
입구(210) 및 출구(212)는 상기 챔버의 측벽(204)를 통하여 신장한다. 작동시, 반응물은 상기 입구를 통하여 상기 챔버내로 들어오며, 재료는 상기 출구를 통하여 상기 챔버로부터 배출된다. 밸브(도시되지 않음)는 상기 챔버로 들어오거나 나가는 플로우를 조절하기 위하여 상기 입구 및 출구를 가로질러 제공될 수 있다.
분산 구조(214)는 상기 입구(210) 아래에 보여진다. 상기 가스가 기판(208)의 표면을 가로질러 균일하게 흐를 수 있기 위하여, 상기 입구를 통하여 흘러들어온 가스는 구조(214)에 의하여 분산될 수 있다. 분산 구조(214)는 소위 샤워헤드를 포함할 수 있다.
도 5~9의 상기 거시스케일 및/또는 미시스케일 러프닝은 챔버(202) 내부의 하나 이상의 표면에 적용될 수 있다. 예를 들면, 분산 장치(214) 또는 기판 홀더(206)의 표면에 처리될 수 있으며, 및/또는 표면의 일부 또는 전체에 처리될 수 있다.

Claims (62)

  1. PVD 장치의 타겟이 아닌 증착 장치의 부재(component)를 제공하는 단계;
    상기 부재의 표면을 따라 일정 패턴의 돌출부를 형성하는 단계;
    상기 돌출부를 구부리는 단계; 및
    상기 돌출부를 기계적 러프닝(roughening) 및 화학적 에칭중 1종 또는 2종에 적용하여 상기 돌출부상에 미세구조를 형성하는 단계;를 포함하는 증착 장치의 부재를 처리하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 돌출부가 상기 기계적 러프닝에 적용되며, 상기 기계적 러프닝은 단단한 브리슬(rigid bristles)에 상기 돌출부를 적용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 돌출부가 상기 기계적 러프닝에 적용되며, 상기 기계적 러프닝은 입자들의 압축된 스트림(stream)에 상기 돌출부를 적용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 입자들은 고체 H2O 및 고체 CO2의 1종 또는 2종을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 입자들은 염을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 염은 물에 녹을 수 있음을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 염은 중탄산염인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 3항에 있어서, 상기 입자들은 실리콘 탄화물 및 알루미늄 산화물의 1종 또는 2종을 포함하며; 상기 압축된 스트림에 상기 영역을 노출하는 것은 상기 노출동안 상기 스트림내 20 psi 미만의 압력을 이용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 3항에 있어서, 상기 입자들은 실리콘 탄화물 및 알루미늄 산화물의 1종 또는 2종을 포함하며; 상기 입자들에 노출한 후 상기 영역을 브러싱하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 3항에 있어서, 상기 입자들은 실리콘 탄화물 및 알루미늄 산화물의 1종 또는 2종을 포함하며; 상기 입자들에 노출한 후 상기 영역을 세척제 스트림에 적용하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 세척제는 고체 H2O 및 고체 CO2중 1종 또는 2종을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 돌출부가 상기 화학적 에칭에 적용되며, 상기 화학적 에칭은 상기 돌출부를 염기성 용액에 적용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 돌출부가 상기 화학적 에칭에 적용되며, 상기 화학적 에칭은 상기 돌출부를 산성 용액에 적용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 돌출부가 상기 화학적 에칭 및 상기 기계적 러프닝 모두에 적용됨을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 장치는 PVD 장치임을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 장치는 ALD 장치임을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 ALD 장치는 내부 측벽을 갖는 반응 챔버를 포함하며, 상기 부재는 상기 반응 챔버의 내부 측벽임을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 장치는 CVD 장치임을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 CVD 장치는 내부 측벽을 갖는 반응 챔버를 포함하며, 상기 부재는 상기 반응 챔버의 내부 측벽임을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 장치는 MOCVD 장치임을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 1항의 방법에 의하여 처리된 부재.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 부재가 ALD 장치의 부재임을 특징으로 하는 부재.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 부재가 CVD 장치의 부재임을 특징으로 하는 부재.
  24. 제 21항에 있어서, 상기 부재가 PVD 장치의 부재임을 특징으로 하는 부재.
  25. 타겟이 아니며, 처리된 영역을 갖는 부재를 제공하는 단계;
    상기 영역을 따라 일정 패턴의 돌출부를 형성하는 단계;
    상기 돌출부를 구부리는 단계; 및
    상기 돌출부를 기계적 러프닝 및 화학적 에칭중 1종 또는 2종에 적용하여 상기 돌출부상에 미세구조를 형성하는 단계;를 포함하는 일정영역의 PVD 부재를 처리 하는 방법.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 부재가 코일임을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 코일은 환상의 링(annular ring)이고 상기 링의 방사상 내주면 및 방사상 외주면을 가지며; 그리고 상기 처리된 영역은 상기 링의 방사상 내주면을 따라 존재함을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 26항에 있어서, 상기 코일은 환상의 링이고 상기 링의 방사상 내주면 및 방사상 외주면을 가지며; 그리고 상기 처리된 영역은 상기 링의 방사상 외주면을 따라 존재함을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 26항에 있어서, 상기 코일은 환상의 링이고 상기 링의 방사상 내주면 및 방사상 외주면을 가지며; 그리고 상기 처리된 영역은 상기 링의 방사상 내주면 및 상기 링의 방사상 외주면을 따라 존재함을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 25항에 있어서, 상기 부재가 컵(cup)임을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 25항에 있어서, 상기 부재가 핀(pin)임을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 25항에 있어서, 상기 부재가 쉴드(shield)임을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 25항에 있어서, 상기 부재가 커버링(cover ring)임을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 25항에 있어서, 상기 부재가 클램프(clamp)임을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 25항에 있어서, 상기 부재가 PVD 반응 챔버의 내부 측벽임을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 25항에 있어서, 상기 기계적 러프닝 및 상기 화학적 에칭중 1종 또는 2종에 상기 돌출부를 적용시키기 이전에 상기 돌출부가 구부러짐을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 25항에 있어서, 상기 기계적 러프닝 및 상기 화학적 에칭중 1종 또는 2종에 상기 돌출부를 적용시킨 후에 상기 돌출부가 구부러짐을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 25항에 있어서, 상기 돌출부의 패턴은 상기 부재의 영역으로 절단하기 위하여 CNC 툴(tool)을 이용함에 의하여 스크롤 패턴으로 형성됨을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 25항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 기계적 러프닝에 적용되며, 상기 기계적 러프닝은 상기 돌출부를 단단한 브리슬에 적용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 25항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 기계적 러프닝에 적용되며, 상기 기계적 러프닝은 상기 돌출부를 입자들의 압축된 스트림에 적용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 입자들은 고체 H2O 및 고체 CO2중 1종 또는 2종을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  42. 제 40항에 있어서, 상기 입자들은 염을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  43. 제 42항에 있어서, 상기 염은 물에 녹을 수 있음을 특징으로 하는 방법.
  44. 제 43항에 있어서, 상기 염은 중탄산염임을 특징으로 하는 방법.
  45. 제 40항에 있어서, 상기 입자들은 실리콘 탄화물 및 알루미늄 산화물중 1종 또는 2종을 포함하며; 그리고 상기 영역을 상기 압축된 스트림에 적용하는 것은 상기 적용동안 상기 스트림내 20 psi 미만의 압력을 이용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  46. 제 40항에 있어서, 상기 입자들은 실리콘 탄화물 및 알루미늄 산화물을 포함하며; 그리고 상기 입자들에 적용한 후 상기 영역을 브러싱하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  47. 제 40항에 있어서, 상기 입자들은 실리콘 탄화물 및 알루미늄 산화물을 포함하며; 그리고 상기 입자들에 적용한 후 상기 영역을 세척제 스트림에 적용하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  48. 제 47항에 있어서, 상기 세척제는 고체 H2O 및 고체 CO2중 1종 또는 2종을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  49. 제 25항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 화학적 에칭에 적용되며, 그리고 상기 화학적 에칭은 상기 돌출부를 염기성 용액에 적용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  50. 제 25항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 화학적 에칭에 적용되며, 그리고 상기 화학적 에칭은 상기 돌출부를 산성 용액에 적용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  51. 제 25항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 화학적 에칭 및 상기 기계적 러프닝중 1종 또는 2종에 적용됨을 특징으로 하는 방법.
  52. 제 25항에 있어서, 상기 굽은 돌출부는 베이스를 가지고, 상기 부재의 영역은 상기 굽은 돌출부의 베이스 사이에서 신장하는 표면을 가지며, 그리고 상기 굽은 돌출부는 약 0.0001 인치에서 약 0.01 인치의 표면으로부터의 최대 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제 25항에 있어서, 상기 영역을 가로질러 상기 굽은 돌출부의 주기적인 반복은 약 0.0001 인치에서 약 1 인치의 거리에서 발생함을 특징으로 하는 방법.
  54. 제 25항의 방법에 의하여 처리된 PVD 부재.
  55. 제 54항에 있어서, 상기 PVD 부재가 코일임을 특징으로 하는 PVD 부재.
  56. 제 55항에 있어서, 상기 코일이 환상의 링이고 상기 링의 방사상 내주면 및 방사상 외주면을 가지며; 그리고 상기 처리된 영역은 상기 링의 방사상 내주면을 따라 존재함을 특징으로 하는 PVD 부재.
  57. 제 55항에 있어서, 상기 코일이 환상의 링이고 상기 링의 방사상 내주면 및 방사상 외주면을 가지며; 그리고 상기 처리된 영역은 상기 링의 방사상 외주면을 따라 존재함을 특징으로 하는 PVD 부재.
  58. 제 55항에 있어서, 상기 코일이 환상의 링이고 상기 링의 방사상 내주면 및 방사상 외주면을 가지며; 그리고 상기 처리된 영역은 상기 링의 방사상 내주면 및 상기 링의 방사상 외주면을 따라 존재함을 특징으로 하는 PVD 부재.
  59. 제 54항에 있어서, 상기 PVD 부재가 컵임을 특징으로 하는 PVD 부재.
  60. 제 54항에 있어서, 상기 PVD 부재가 쉴드임을 특징으로 하는 PVD 부재.
  61. 제 54항에 있어서, 상기 PVD 부재가 커버링임을 특징으로 하는 PVD 부재.
  62. 제 54항에 있어서, 상기 PVD 부재가 클램프임을 특징으로 하는 PVD 부재.
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