KR20080106463A - Vent groove modified sputter target assembly - Google Patents

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KR20080106463A
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sputter target
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장 삐에르 블랑셰뜨
정훈 허
케이 텅 쉬
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프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

A sputter target assembly (105) including vent grooves (420) having a certain configuration so as to reduce target (110) arcing during the physical vapor deposition of a film. ® KIPO & WIPO 2009

Description

변형된 벤트 홈을 갖는 스퍼터 타겟 조립체{VENT GROOVE MODIFIED SPUTTER TARGET ASSEMBLY}VENT GROOVE MODIFIED SPUTTER TARGET ASSEMBLY}

본 발명은 특정 벤트 홈(vent groove) 구성을 가진 스퍼터 타겟과 이를 포함하는 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 홈 구성은 아킹(arcing) 및 기판 상의 후속 입자 증착의 감소를 통해 결함율을 감소시킨다.The present invention relates to a sputter target having a specific vent groove configuration and an apparatus comprising the same. In particular, the groove configuration of the present invention reduces the defect rate through arcing and subsequent deposition of particles on the substrate.

반도체 산업에서와 같이, 장치에 사용되는 스퍼터링 타겟의 제조에 있어서, 웨이퍼 상에 스퍼터링하는 동안 필름의 균일성을 제공하는 스퍼터 표면을 구비한 타겟을 생산하는 것이 바람직하다. 물리적 증착은 폭넓게 사용되는 공정이며, 이러한 공정에서 타겟은 요구되는 기판 상에 재료의 얇은 층의 증착을 위해 이용된다.As in the semiconductor industry, in the manufacture of sputtering targets for use in devices, it is desirable to produce a target with a sputter surface that provides uniformity of the film during sputtering on a wafer. Physical vapor deposition is a widely used process in which targets are used for the deposition of thin layers of material on a desired substrate.

이러한 공정은 기판 상에 박막 또는 얇은 층으로서 증착되는 소정의 재료로 형성된 표면을 가진 타겟의 기체 이온 충격(ion bombardment)을 필요로 한다. 타겟의 이온 충격은 타겟 재료의 원자 또는 분자가 스퍼터링되도록 할 뿐만 아니라, 상당한 열에너지를 타겟으로 전달한다. 이러한 열은 타겟과 열 교환 관계로 배치된 백킹 플레이트의 하부 또는 주변에 방산된다. 타겟은, 양호하게는 아르곤과 같은 불활성 기체로 충전된 진공 챔버에 양극과 함께 위치한 음극 조립체의 일부를 형성한다. 고 전압 전기장은 양극 및 음극에 걸쳐 인가된다. 불활성 기체는 음극으로부터 방출된 전자와의 충돌에 의해 이온화된다. 양으로 하전된 기체 이온은 음극으로 유인되며, 타겟 표면과 충돌 시, 이러한 이온은 타겟 재료를 이탈시킨다. 이탈된 타겟 재료는 진공 인클로저(enclosure)를 가로지르며 통상적으로 양극에 근접하게 위치한 필요한 기판 상에 박막으로서 증착된다.This process requires gas ion bombardment of the target with a surface formed of any material deposited as a thin film or thin layer on the substrate. The ion bombardment of the target not only causes the atoms or molecules of the target material to be sputtered, but also transfers significant thermal energy to the target. This heat is dissipated at or below the backing plate disposed in heat exchange relationship with the target. The target forms part of a cathode assembly, preferably located with the anode, in a vacuum chamber filled with an inert gas such as argon. High voltage electric fields are applied across the anode and cathode. Inert gases are ionized by collisions with electrons emitted from the cathode. Positively charged gas ions are attracted to the cathode and, upon impact with the target surface, these ions leave the target material. The released target material is deposited as a thin film on the required substrate across the vacuum enclosure and typically located proximate to the anode.

증착된 필름은 매우 균일하고 결함이 없는 것이 이상적이다. 그러나, 타겟 재료의 바람직하지 못한 상당량의 블롭(blob) 또는 스플랫(splat)이 종래의 스퍼터링 챔버 내에서 기판 상에 형성된다. 이러한 결함은 아킹(arcing)(아킹이 발생할 경우, 타겟 재료의 핏팅(pitting), 박리(flaking), 균열 및 국부적 가열과 같은 바람직하지 못한 영향들이 타겟에 발생될 수 있다)으로 알려진 현상으로부터 기인하는 것으로 여겨진다.The deposited film is ideally very uniform and free of defects. However, undesirably significant blobs or splats of the target material are formed on the substrate in conventional sputtering chambers. These defects result from a phenomenon known as arcing (unfavorable effects such as pitting, flaking, cracking and local heating of the target material may occur on the target when arcing occurs). It is considered to be.

종래의 스퍼터 증착 챔버는 진공 시일을 형성하기 위하여 타겟 조립체와 챔버 벽 사이에 배치된 o-링과 같은 실링 부재를 포함한 홈을 구비하는 실링 표면을 통상적으로 사용한다. 특히, 실링 부재는 대체로 스퍼터 타겟 조립체(즉, 소위 레이스 또는 레이스 트랙)와, 타겟 조립체가 챔버의 상부 또는 덮개부로서 작용하는 진공 챔버의 측벽 사이에 배치된다. 기체는 실링 표면과 같은 홈의 정합 표면들 사이에서 o-링 시일에 의해 생성된 공간 내에 포집될 수 있다. 따라서, 스퍼터링 공정 동안, 포집된 기체는 실링 표면 홈으로부터 진공 챔버로 유동하여 타겟의 아킹을 유발한다.Conventional sputter deposition chambers typically use a sealing surface with a groove including a sealing member such as an o-ring disposed between the target assembly and the chamber wall to form a vacuum seal. In particular, the sealing member is generally disposed between the sputter target assembly (ie a so-called race or race track) and the side wall of the vacuum chamber in which the target assembly acts as the top or lid of the chamber. The gas may be trapped in the space created by the o-ring seal between mating surfaces of the groove, such as the sealing surface. Thus, during the sputtering process, the trapped gas flows from the sealing surface grooves into the vacuum chamber, causing arcing of the target.

포집된 기체로부터 기인하는 아킹 현상을 감소, 제거 또는 제어하기 위하여 다양한 시도들이 행해졌다. 미국 특허 제6,416,634호에서 모스토보이(Mostovoy)등은 특정한 제한된 개구를 통해 o-링 레이스로부터 기체의 유동을 제한하도록 형성된 복수의 벤트 홈을 개시한다. 아킹을 감소시키기 위한 시도로 벤트 홈의 다른 재설계가 제안되었다. 도1A 내지 도1C에 도시된 바와 같이, 벤트 홈의 형상은 측벽으로부터의 홈의 거리의 증가, 홈의 폭 증가, 및 이 둘의 조합에 의해 변형되었다. 그러나, 이러한 변형의 어떤 것도 아킹을 최소화시킴으로써 기판 상에 증착된 필름의 결함을 최소화하는데 적합하지 않은 것으로 판명되었다.Various attempts have been made to reduce, eliminate or control arcing phenomena resulting from the trapped gas. In US Pat. No. 6,416,634, Mostovoy et al. Disclose a plurality of vent grooves configured to restrict the flow of gas from an o-ring race through certain limited openings. In an attempt to reduce arcing, another redesign of the vent groove has been proposed. As shown in Figures 1A-1C, the shape of the vent groove was modified by an increase in the distance of the groove from the side wall, an increase in the width of the groove, and a combination of the two. However, none of these variations have been found to be suitable for minimizing defects in films deposited on substrates by minimizing arcing.

종래 기술과 관련된 단점을 극복하기 위하여, 본 발명의 목적은 펌프 다운 시 진공 챔버로부터의 기체 제거를 유도하는 새로운 홈이 있는 벤트의 구성을 제공하는 것이다.In order to overcome the drawbacks associated with the prior art, it is an object of the present invention to provide a construction of a new grooved vent that induces gas removal from the vacuum chamber upon pumping down.

본 발명의 다른 목적은 난류를 최소화하고 기체 유동을 제한하지 않도록 예리한 모서리가 없는 반원형 단면으로 설계된 벤트 홈을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a vent groove designed with a semi-circular cross section without sharp edges to minimize turbulence and not limit gas flow.

본 발명의 다른 목적 및 태양은 첨부되는 명세서, 도면 및 청구범위를 통해 당업자에게 명백해질 것이다.Other objects and aspects of the present invention will become apparent to those skilled in the art through the following specification, drawings and claims.

스퍼터 타겟 조립체는 필름의 물리적 증착 시 타겟 아킹을 감소시키도록 특정 구성을 가진 벤트 홈을 포함한다.The sputter target assembly includes a vent groove having a particular configuration to reduce target arcing upon physical deposition of the film.

본 발명의 목적 및 장점은, 전체적으로 동일한 특징부를 동일한 부호로 표기한 첨부 도면과 관련하여 후술되는 양호한 실시예의 상세한 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것이다.The objects and advantages of the present invention will be better understood from the following detailed description of the preferred embodiments, which is described below in connection with the accompanying drawings in which like features are designated by like reference numerals.

도1A 내지 도1C는 홈이 있는 벤트의 치수가 다양한 스퍼터 타겟 조립체의 도면이다.1A-1C are illustrations of sputter target assemblies of varying dimensions of grooved vents.

도2는 종래의 마그네트론 스퍼터링 시스템의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a conventional magnetron sputtering system.

도3은 실링 부재를 수용하는 레이스 트랙과 그 내부에 배치된 벤트 홈을 구비하는 타겟 백킹 플레이트의 사시도이다.3 is a perspective view of a target backing plate having a race track for receiving the sealing member and a vent groove disposed therein;

도4A는 본 발명에 따른 벤트 홈의 개략도이다.4A is a schematic representation of a vent groove in accordance with the present invention.

도4B는 레이스 트랙과 접촉하여 위치하는 8개의 반원형의 원추형 홈을 구비한 스퍼터 타겟 조립체의 사시도이다.4B is a perspective view of a sputter target assembly with eight semicircular conical grooves positioned in contact with the race track.

도4C는 본 발명에 따라 제조된 스퍼터 타겟의 실제도이다.4C is an actual view of a sputter target made in accordance with the present invention.

도5는 종래의 홈과 비교한 반원형의 원추형 홈을 구비한 타겟 조립체의 성능 결과를 도시한다. 5 shows the performance results of a target assembly with semicircular conical grooves compared to conventional grooves.

물리적 증착 공정을 통한 기판 상의 박막 제조에 있어서, 공정 중에 발생하는 아크 유도 결함을 이해하고 최소화하는 것이 필요하다.In the manufacture of thin films on substrates through physical vapor deposition processes, it is necessary to understand and minimize arc induced defects occurring during the process.

도2는 스퍼터 타겟 조립체(105)를 사용하는 종래의 스퍼터링 시스템(100)을 도시한다. 스퍼터 타겟 조립체는 타겟(100)과, 타겟(100)의 주연부 이상으로 연장되는 타겟 백킹 플레이트(target backing plate; 115)를 포함하며, 타겟 백킹 플레이트(115)는 밀봉된 처리 챔버(125)를 형성하도록 측벽(120)과 결부되는 주연 립(peripheral lip)을 포함한다. 도3을 참조하면, 주연 립 또는 특정한 경우 스퍼 터 타겟 조립체(110) 자체는 o-링과 같은 실링 부재를 수용하는 소위 "레이스(race)", "레이스 트랙(race track)" 또는 홈(300)을 포함한다. 실링 부재는 o-링 구성을 가질 필요가 없으며 실링 기능을 하는 적절한 모든 재료로 제조될 수 있다.2 shows a conventional sputtering system 100 using a sputter target assembly 105. The sputter target assembly includes a target 100 and a target backing plate 115 extending beyond the periphery of the target 100, the target backing plate 115 forming a sealed processing chamber 125. A peripheral lip associated with the sidewall 120. Referring to Figure 3, the peripheral lip or in some cases the sputter target assembly 110 itself is a so-called "race", "race track" or groove 300 that receives a sealing member such as an o-ring. ). The sealing member need not have an o-ring configuration and can be made of any suitable material that functions as a sealing function.

레이스 트랙은 처리 챔버(125)의 내측 상에 동일하게 이격될 수 있는 다수의 벤트 홈(310)을 포함한다. 후술되는 바와 같이 처리 구역이 진공 압력으로 펌핑될 때, 벤트 홈은 o-링과 내부 벽의 레이스 트랙 사이에 포집된 기체가 처리 구역으로부터 펌핑되도록 한다. 이러한 포집된 기체는, o-링의 탈기, 스퍼터링 시스템(100) 주위의 대기 환경으로부터 스퍼터링 시스템(100) 내의 진공 환경으로의 o-링을 통한 공기의 투과, 대기 압력으로의 스퍼터링 시스템(100)의 통기 동안 o-링에 의해 포집된 공기 등을 포함하는 여러 원인에서 기인될 수 있다. 홈이 있는 벤트의 도움 없이는 포집된 기체가 레이스 트랙 내에서 o-링의 장착을 방해하며, 홈(300) 내에서의 o-링의 적절한 장착은 진공 처리 동안 타겟 백킹 플레이트(115)와 측벽(120) 사이의 적절한 실링에 필수적이다.The race track includes a number of vent grooves 310 that can be equally spaced on the inside of the processing chamber 125. When the treatment zone is pumped to vacuum pressure as described below, the vent grooves allow gas trapped between the o-ring and the race track of the inner wall to be pumped out of the treatment zone. Such trapped gas may be degassed, the permeation of air through the o-ring from the atmospheric environment around the sputtering system 100 to the vacuum environment within the sputtering system 100, the sputtering system 100 to atmospheric pressure. This may be due to a number of causes, including air trapped by the o-ring during aeration of the air. Without the aid of grooved vents, the trapped gas interferes with the mounting of the o-rings in the race track, and proper mounting of the o-rings in the grooves 300 allows the target backing plate 115 and the sidewalls ( It is essential for proper sealing between 120).

도2를 다시 참조하면, 스퍼터 시스템(100)은 타겟 백킹 플레이트(115) 위에 배치된 자석(130)과, 타겟 백킹 플레이트(115)를 직류 전압원(140)에 연결시키는 스위치(135)를 포함한다. 기판 지지부(145)는 밀봉된 처리 챔버(125) 내의 스퍼터 타겟 조립체(105)의 하부에 배치된다. 기판 지지부는 스퍼터 시스템(100) 내에서 공정시 반도체 기판(150)을 지지하도록 구성된다.Referring again to FIG. 2, the sputter system 100 includes a magnet 130 disposed on the target backing plate 115, and a switch 135 connecting the target backing plate 115 to a direct current voltage source 140. . The substrate support 145 is disposed below the sputter target assembly 105 in the sealed processing chamber 125. The substrate support is configured to support the semiconductor substrate 150 during processing in the sputter system 100.

작동시, 제1 상승 기구(155)는 기판(150)을 상승시키고, 밀봉된 처리 챔 버(125)는 진공 펌프(미도시)를 통해 약 2 내지 5 밀리토르(milliTorr)의 압력(즉, 진공)으로 소기된다. 스위치(135)가 폐쇄되고 큰 음전압(예컨대, 약 500볼트)이 기판 지지부(145)에 대해 타겟 조립체(105) 상에 발생한다. 상응하는 전기장이 타겟 조립체(105)와 기판 지지부(145) 사이에 형성된다. 그 후, 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체가 챔버 내로 유입된다. 따라서, 아르곤 이온(160)과 같은 양으로 하전된 아르곤 이온들(Ar+)이 타겟 조립체(105)와 반도체 기판(150) 사이에 형성된다. 이러한 양으로 하전된 아르곤 이온들은 음으로 하전된 타겟(110)의 표면을 향해 가속되고 그 표면과 충돌한다. 이러한 충돌의 결과로서, 타겟(110)으로부터 전자들이 방출된다.In operation, the first raising mechanism 155 raises the substrate 150, and the sealed processing chamber 125 is about 2 to 5 milliTorr of pressure (ie, through a vacuum pump (not shown)). Vacuum). The switch 135 is closed and a large negative voltage (eg, about 500 volts) occurs on the target assembly 105 relative to the substrate support 145. A corresponding electric field is formed between the target assembly 105 and the substrate support 145. Thereafter, an inert gas such as argon (Ar) is introduced into the chamber. Thus, argon ions Ar + charged in the same amount as argon ions 160 are formed between the target assembly 105 and the semiconductor substrate 150. These positively charged argon ions are accelerated toward and collide with the surface of the negatively charged target 110. As a result of this collision, electrons are emitted from the target 110.

타겟 조립체(105)와 기판 지지부(145) 사이에 형성된 전기장 및 자석(130)에 의해 형성된 자기장으로 인해, 각각의 전자는 기판 지지부(145)를 향해 가속화되고 나선 궤적으로 이동한다. 나선운동하는 전자는 기판 상부의 아르곤 원자에 결국 충돌하여, 타겟(110)을 향해 가속화되어 충돌하는 추가적인 양전하 아르곤 이온들을 생성한다. 따라서, 추가적인 전자들이 타겟(100)으로부터 허용되며, 타겟은 추가적인 전자 등을 형성하는, 추가적인 양전하 아르곤 이온들을 형성한다. 이러한 피드백 과정은 정상 상태 플라즈마가 기판 지지부(145) 상부에 생성될 때까지 계속된다.Due to the electric field formed between the target assembly 105 and the substrate support 145 and the magnetic field formed by the magnet 130, each electron is accelerated toward the substrate support 145 and moves in a spiral trajectory. Spiral electrons eventually impinge on the argon atoms above the substrate, creating additional positively charged argon ions that accelerate and collide towards the target 110. Thus, additional electrons are allowed from the target 100, which forms additional positively charged argon ions, forming additional electrons and the like. This feedback process continues until a steady state plasma is generated over the substrate support 145.

플라즈마가 정상 상태에 도달할 때, 기본적으로 하전된 입자가 없는 영역이 타겟(110)의 표면과 플라즈마의 상부 경계선 사이에 형성되며, 타겟(110)으로부터 방출된 개별적인 전자들은 이러한 큰 전압 차이를 유지하도록 (예컨대, 입자 형태 보다는 파동 형태로) 터널링되는 것으로 여겨진다. 이하에서 더 기술되는 바와 같이, 때때로 플라즈마는 파손되고 (전류 유동과 유사한) 하전된 입자들의 큰 플럭스(flux)는 플라즈마를 통해 이동한다.(즉, 아크가 생성된다.)When the plasma reaches a steady state, a region essentially free of charged particles is formed between the surface of the target 110 and the upper boundary of the plasma, and the individual electrons emitted from the target 110 maintain this large voltage difference. Is considered to be tunneled (eg, in wave form rather than particle form). As will be described further below, sometimes the plasma is broken and a large flux of charged particles (similar to current flow) moves through the plasma (ie, an arc is generated).

전자들 외에도, 아르곤 이온과 타겟(110) 사이의 모멘텀 이동으로 인해, 타겟 원자는 타겟(110)으로부터 방출되거나 "스퍼터링(sputtered)"된다. 스퍼터링된 타겟 원자는 타겟 재료의 박막을 형성하는 반도체 기판(150)으로 이동하여 그 위에 응축된다. 이러한 박막은 매우 균일하고 결함이 없는 것이 이상적이다. 그러나, 타겟 재료의 다수의 블롭 또는 스플랫(즉, 스플랫 결함 또는 스플랫)은 내부에 홈이 난 벤트를 구비한 종래의 타겟 백킹 플레이트를 사용하는 스퍼터링 시스템 내의 스퍼터 증착에 의해 형성된 박막 내에서 나타날 수 있다.In addition to the electrons, due to the momentum movement between the argon ions and the target 110, the target atoms are released or “sputtered” from the target 110. The sputtered target atoms travel to and condense on the semiconductor substrate 150 to form a thin film of target material. Such thin films are ideally very uniform and free of defects. However, many blobs or splats of target material (i.e., splat defects or splats) are in thin films formed by sputter deposition in sputtering systems using conventional target backing plates with grooved vents therein. May appear.

어떤 특정 이론에 한정되지 않음에도, 이러한 스플랫 결함은 타겟 재료의 일부를 용해시키고 유리시키는, 타겟(110)의 국부적인 아크 유도 국부 가열의 결과로서 형성되는 것으로 여겨진다. 유리된 타겟 재료는 증착된 박막의 스플랫 결함인 표면 장력으로 인해, 기판(150)으로 이동하여 스플랫터(splatter)되고, 냉각되며 재생성된다. 스플랫은 통상적인 금속선 폭(예컨대, 1㎛ 이하)과 비교하여 매우 크며(예컨대, 500㎛), 금속선을 짧게 함으로써 장치 수율에 영향을 미친다. 현재 상호 연결 금속화 기구에서 생성된 인필름(in-film) 결함의 최대 50%는 스플랫 타입 결함으로 여겨진다.Without being bound to any particular theory, it is believed that such splat defects are formed as a result of local arc induced local heating of the target 110, which dissolves and liberates a portion of the target material. The liberated target material migrates to the substrate 150 and splatters, cools, and regenerates due to the surface tension, which is the splat defect of the deposited thin film. The splats are very large (eg 500 μm) compared to conventional metal line widths (eg 1 μm or less), and shortening the metal wires affects device yield. Currently, up to 50% of in-film defects generated by interconnect metallization tools are considered to be splat type defects.

종래의 벤트 홈은 타겟 아킹을 개시함으로써 스플랫 형성에 기여하는 것으로 발견되었다. 특히, 특정 구성을 지닌 다수의 홈의 사용은 포집된 기체의 밀집된 유동을 o-링으로부터 처리 구역으로 유도하는 것으로 판명되었다. 밀집된 포집 기체 유동은 형성된 플라즈마를 향해 포집 기체의 높은 부분압력을 생성한다. 처리 시에 타겟과 기판 사이의 공간에 걸쳐 존재하는 높은 전압으로 인해, 각각의 벤트 홈 내의 포집 기체의 높은 부분압력은, 포집된 기체가 홈이 난 벤트에서 배출되고 처리 구역으로 유입될 때 타겟 표면과 플라즈마의 상부 경계선 사이에서 아킹의 발생 가능성을 증가시킨다. 예컨대, 포집된 기체는 충분한 압력에 의해 홈이 난 벤트를 이탈하여 포집된 기체 원자의 전기적 분해로 이어지는 밀도를 지닌 플라즈마로 유입될 수 있다. 따라서, 스플랫 형성의 확률이 증가된다.Conventional vent grooves have been found to contribute to splat formation by initiating target arcing. In particular, the use of multiple grooves with a particular configuration has been found to lead a dense flow of trapped gas from the o-ring to the treatment zone. Dense capture gas flow creates high partial pressure of the capture gas towards the plasma formed. Due to the high voltage present across the space between the target and the substrate at the time of processing, the high partial pressure of the trapping gas in each vent groove causes the target surface to exit when the trapped gas exits the slotted vent and enters the treatment zone. Increase the likelihood of arcing between and the upper boundary of the plasma. For example, the trapped gas may enter the plasma with a density that leaves the grooved vent by sufficient pressure leading to the electrical decomposition of the trapped gas atoms. Thus, the probability of splat formation is increased.

도4A는 본 발명에 따른 벤트 홈 구성의 개략도이다. 종래의 스퍼터 타겟 조립체에 대해 기술한 바와 같이, 스퍼터 타겟 조립체는 순형의(lipped) 주연부를 구비한 백킹 플레이트를 포함한다. 그러나, 본 발명은 전술한 바와 같이, 립이 없는 타겟 조립체에 동등하게 적용가능하다. 도4A 및 도4B를 참조하면, 타겟 조립체는 o-링과 같은 실링 부재를 내부에 수용하기 위한 레이스 트랙(400)을 포함한다. 도2의 종래의 타겟 백킹 플레이트(115)와 달리, 본 발명의 타겟 백킹 플레이트의 홈은 특정 구성을 지니며 내부에 배치된 복수의 벤트 홈(420)을 구비하는 내부 벽(410)을 가진다. 동일하게 이격된 어떠한 갯수의 벤트 홈도 사용될 수 있지만, 처리 챔버에 진공을 인가(즉, "펌프 다운(pump-down)"으로도 칭해짐)하는 동안 벤트 홈으로부터의 기체 제거에 대해 균형을 이루기 위해 벤트 홈(420)은 짝수인 것이 바람직하다. 8개의 제한적인 벤트 홈이 사용되는 것이 더욱 바람직하다. 벤트 홈의 양호한 형상 및 치수는 도4C를 참조하여 후술된다.4A is a schematic diagram of a vent groove configuration in accordance with the present invention. As described for a conventional sputter target assembly, the sputter target assembly includes a backing plate with a lipped periphery. However, the invention is equally applicable to a target assembly without a lip, as described above. 4A and 4B, the target assembly includes a race track 400 for receiving therein a sealing member, such as an o-ring. Unlike the conventional target backing plate 115 of FIG. 2, the groove of the target backing plate of the present invention has an inner wall 410 having a specific configuration and having a plurality of vent grooves 420 disposed therein. Any number of equally spaced vent grooves may be used, but to balance out gas degassing from the vent grooves while applying a vacuum to the process chamber (ie, also referred to as “pump-down”). The vent groove 420 is preferably even. More preferably eight restrictive vent grooves are used. Preferred shapes and dimensions of the vent grooves are described below with reference to FIG. 4C.

본 발명은 신속하고 완전한 펌프 다운 작동을 촉진시킴으로써 아킹을 감소시키도록 그 구성이 설계된 임의의 갯수의 벤트 홈을 포함할 수 있다. 더욱 자세하게는, 벤트 홈의 기하학적 변화는 o-링의 진공 측면이 펌프 다운 시 포집된 공기 또는 기체의 온전한 유동을 가능하게 하는 것을 보장한다. 결과적으로, 본 발명의 벤트 홈은 각각의 벤트 홈에 의해 배출되는 포집된 공기의 밀도를 실질적으로 감소시키고, 처리 구역으로 배출되는 포집된 기체의 부분 압력을 감소시킴으로써, 아킹의 가능성을 감소시킨다.The present invention may include any number of vent grooves whose construction is designed to reduce arcing by promoting rapid and complete pump down operation. More specifically, the geometric change of the vent groove ensures that the vacuum side of the o-ring allows for full flow of trapped air or gas upon pump down. As a result, the vent grooves of the present invention substantially reduce the density of trapped air discharged by each vent groove and reduce the partial pressure of trapped gas discharged to the treatment zone, thereby reducing the possibility of arcing.

도4C를 참조하면, 벤트 홈은, 고 진공 상태 하에서 o-링 시일의 일체성을 유지하지만 o-링의 진공 측면 상의 기체를 챔버로 배출시키는 구성으로 o-링 레이스 주변에 배치된다. 벤트 홈은 수직면 또는 수평면 모두에 대해 가변 단면을 지닌 반구형 또는 반원형의 형상을 가지는 것이 바람직하다. 예리한 모서리가 없는 것이 제한되지 않은 기체 유동을 촉진시켜서 난류를 최소화한다.Referring to FIG. 4C, the vent groove is disposed around the o-ring race in a configuration that maintains the integrity of the o-ring seal under high vacuum but discharges gas on the vacuum side of the o-ring to the chamber. The vent groove preferably has a hemispherical or semicircular shape with a variable cross section for both the vertical plane or the horizontal plane. The absence of sharp edges promotes unrestricted gas flow to minimize turbulence.

도4C에 도시된 바와 같이, 벤트 홈은 타겟 조립체의 주연부 상에 배치된다. 벤트 홈은 처리 구역을 향한 개구를 갖고 레이스 트랙 상에 위치한다. 벤트 홈의 크기는 벤트 홈이 사용되는 타겟 조립체 및 각각의 챔버의 다양한 크기에 적합하게 구성될 수 있다. 양호한 실시예에서, 8개의 반원형의 원추형 홈은 레이스 트랙의 주연부 둘레에 거의 동일한 간격으로 이격된다. 벤트 홈의 치수는 다양한 크기의 홈 트랙에 대해 구성될 수 있으며, 양호한 실시예에서 직경 0.200 인치(약 0.508 cm) 및 깊이 약 0.080 인치(약 0.203 cm)의 치수로 규격화된다. 벤트 홈의 깊이는 예컨대, 레이스 트랙의 바닥 높이에 닿지 않는 것이 자연스럽다. 벤트 홈은 o-링 홈의 내경과 타겟 측벽 사이에 45도 각도로 배치된다.As shown in Figure 4C, the vent groove is disposed on the periphery of the target assembly. The vent groove is located on the race track with an opening towards the treatment zone. The size of the vent grooves may be adapted to suit the various sizes of the target assembly and each chamber in which the vent grooves are used. In a preferred embodiment, the eight semicircular conical grooves are spaced at approximately equal intervals around the periphery of the race track. Vent groove dimensions can be configured for groove tracks of various sizes, and in preferred embodiments are dimensioned to dimensions of 0.200 inch (about 0.508 cm) in diameter and about 0.080 inch (about 0.203 cm) in depth. It is natural that the depth of the vent groove does not reach, for example, the bottom height of the race track. The vent groove is disposed at a 45 degree angle between the inner diameter of the o-ring groove and the target sidewall.

예시example

도5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 형성된 벤트 홈은 분석된 기판에 의해 도시된 바와 같이 아킹이 감소된 것을 보여준다. 알루미늄 합금 재료의 층이 위에 증착된 25개의 웨이퍼의 로트(lot)가 처리되었다. 일 로트는 반구형 또는 반원형 형상의 벤트 홈을 구비한 본 발명의 타겟을 사용하여 처리되었으며, 3개의 로트는 표준 직사각형 형상의 벤트 홈을 구비한 타겟으로 준비되었다. 모든 웨이퍼들은 950kWh의 수명 동안(즉, 타켓이 최대 포텐셜로 이용될 때까지) 챔버에서 2.1토르의 압력으로 13kW의 전력에서 처리되었다. 아래 표에 나타난 바와 같이, 알루미늄 합금은 4,000Å 두께로 증착되었고 결함이 측정되었다. As shown in Figure 5, the vent grooves formed in accordance with the present invention show reduced arcing as shown by the analyzed substrate. Lots of 25 wafers with a layer of aluminum alloy material deposited thereon were processed. One lot was processed using the target of the present invention with vent grooves of hemispherical or semicircular shape, and three lots were prepared as targets with vent grooves of standard rectangular shape. All wafers were processed at a power of 13 kW at a pressure of 2.1 Torr in the chamber for a life of 950 kWh (ie, until the target was used at full potential). As shown in the table below, aluminum alloys were deposited to 4,000 mm thick and defects were measured.

타겟 상의 벤트 홈 타입Vent groove type on target 공구tool 처리된 로트Processed Lot 로트 결함Lot defect 결함율Defect rate 본 발명 (반구형 형상)The present invention (semi-spherical shape) TSP 143TSP 143 4848 22 4%4% 종래기술 (직사각형 형상)Prior Art (Rectangular Shape) TBM 150TBM 150 5454 77 13%13% TBM 144TBM 144 9292 1717 18%18% TSP 145TSP 145 6363 99 14%14% 평균 (Normal Avg.)Average Avg. 209209 3333 15%15% 차이Difference 11%11%

따라서, 상기 표에 나타난 바와 같이, 반구형 홈을 구비한 본 발명의 타겟은 아킹으로부터 기인하는 결함의 제거에 있어서 11% 향상됨을 보여준다. 유사하게, 이러한 결과는 도5에 그림으로 도시된다.Thus, as shown in the table above, the target of the invention with hemispherical grooves shows an 11% improvement in the removal of defects resulting from arcing. Similarly, these results are shown graphically in FIG.

본 발명은 특정 실시예를 참조로 하여 자세히 기술되었으나, 다양한 변화 및 변형이 가능하며, 첨부되는 청구항의 범위 내에서 등가물이 사용될 수 있음이 당업자에게는 명백하다.Although the invention has been described in detail with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible and equivalents may be used within the scope of the appended claims.

Claims (14)

물리적 증착 시스템의 실링 구조이며, Sealing structure of physical vapor deposition system, 실링 부재를 수용하는 트랙을 포함하며,A track for receiving the sealing member, 상기 트랙은 내부에 진공을 형성하고 후속 플라즈마 공정 동안 타겟의 아킹을 감소 또는 제거하기 위하여, 물리적 증착 시스템의 펌프 다운 시 트랙에 포집된 실질적으로 모든 기체의 제거를 허용하는 반구형 또는 반원형 방식으로 형성된 복수의 벤트 홈을 구비하는 실링 구조.The tracks are formed in a hemispherical or semi-circular manner allowing removal of substantially all gas trapped in the tracks when pumping down the physical deposition system to create a vacuum therein and to reduce or eliminate arcing of the target during subsequent plasma processing. Sealing structure provided with the vent groove of the. 제1항에 있어서, 벤트 홈은 수직면 및 수평면 모두에서 가변 형상을 가지는 실링 구조.The sealing structure according to claim 1, wherein the vent groove has a variable shape in both the vertical plane and the horizontal plane. 제1항에 있어서, 트랙의 주연부 상에 서로로부터 거의 동일한 간격으로 배치되는 적어도 4개의 벤트 홈을 더 포함하는 실링 구조.The sealing structure as claimed in claim 1, further comprising at least four vent grooves disposed at approximately equal intervals from each other on the periphery of the track. 제1항에 있어서, 실링 부재는 o-링인 실링 구조.The sealing structure of claim 1, wherein the sealing member is an o-ring. 제1항에 있어서, 실링 부재는 상기 물리적 증착 시스템의 타겟 백킹 플레이트와 처리 챔버의 측벽 사이에 적절한 시일을 제공하는 실링 구조.The sealing structure of claim 1, wherein the sealing member provides a suitable seal between the target backing plate of the physical deposition system and the sidewall of the processing chamber. 제1항에 있어서, 벤트 홈은 직경 0.200 인치(0.508 cm) 및 깊이 약 0.080 인치(0.203 cm)인치의 치수로 규격화되는 실링 구조.The sealing structure of claim 1, wherein the vent grooves are standardized to dimensions of 0.200 inch (0.508 cm) in diameter and about 0.080 inch (0.203 cm) in depth. 제1항에 있어서, 벤트 홈은 트랙의 내경과 타겟의 측벽 사이에 45도 각도로 배치되는 실링 구조.The sealing structure of claim 1, wherein the vent groove is disposed at a 45 degree angle between the inner diameter of the track and the sidewall of the target. 물리적 증착 시스템의 스퍼터 타겟 조립체이며,Sputter target assembly of a physical deposition system, 실링 표면을 포함하는 타겟 백킹 플레이트와, 상기 백킹 플레이트에 연결된 스퍼터 타겟을 포함하며,A target backing plate comprising a sealing surface, and a sputter target connected to the backing plate, 상기 실링 표면은 실링 부재를 수용하는 트랙을 포함하며, 상기 트랙은 내부에 진공을 형성하고 후속 플라즈마 공정 동안 타겟의 아킹을 감소 또는 제거하기 위하여, 물리적 증착 시스템의 펌프 다운 시 홈에 포집된 실질적으로 모든 기체의 제거를 허용하는 반구형 또는 반원형 방식으로 형성된 다수의 개구를 구비하는 스퍼터 타겟 조립체.The sealing surface includes a track that receives the sealing member, the track being substantially trapped in the grooves upon pumping down of the physical deposition system to create a vacuum therein and to reduce or eliminate arcing of the target during subsequent plasma processing. A sputter target assembly having a plurality of openings formed in a hemispherical or semicircular manner to allow removal of all gases. 제8항에 있어서, 개구는 수직면 및 수평면 모두에서 가변 형상을 가지는 스퍼터 타겟 조립체.The sputter target assembly of claim 8, wherein the opening has a variable shape in both the vertical plane and the horizontal plane. 제8항에 있어서, 트랙의 주연부 상에 서로로부터 거의 동일한 간격으로 배치되는 적어도 4개의 개구를 더 포함하는 스퍼터 타겟 조립체.9. The sputter target assembly of claim 8, further comprising at least four openings disposed on the periphery of the track at substantially equal intervals from each other. 제8항에 있어서, 실링 부재는 o-링인 스퍼터 타겟 조립체.The sputter target assembly of claim 8, wherein the sealing member is an o-ring. 제8항에 있어서, 실링 부재는 상기 물리적 증착 시스템의 타겟 백킹 플레이트와 처리 챔버의 측벽 사이에 적절한 시일을 제공하는 스퍼터 타겟 조립체.The sputter target assembly of claim 8, wherein the sealing member provides a suitable seal between the target backing plate of the physical deposition system and the sidewall of the processing chamber. 제8항에 있어서, 개구는 직경 0.200 인치(0.508 cm) 및 깊이 약 0.080 인치(0.203 cm)의 치수로 규격화되는 스퍼터 타겟 조립체.The sputter target assembly of claim 8, wherein the opening is sized to a dimension of 0.200 inch (0.508 cm) in diameter and about 0.080 inch (0.203 cm) in depth. 제8항에 있어서, 개구는 트랙의 내경과 타겟의 측벽 사이에 45도 각도로 배치되는 스퍼터 타겟 조립체. The sputter target assembly of claim 8, wherein the opening is disposed at a 45 degree angle between the inner diameter of the track and the sidewall of the target.
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