KR20090094144A - 비접촉 프로세스 키트 - Google Patents

비접촉 프로세스 키트

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KR20090094144A
KR20090094144A KR1020097014871A KR20097014871A KR20090094144A KR 20090094144 A KR20090094144 A KR 20090094144A KR 1020097014871 A KR1020097014871 A KR 1020097014871A KR 20097014871 A KR20097014871 A KR 20097014871A KR 20090094144 A KR20090094144 A KR 20090094144A
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

비접촉 프로세스 키트를 갖는 물리기상증착 챔버와 함께, 물리기상증착(PVD) 챔버에서 사용하기 위한 프로세스 키트가 제공된다. 일 실시예에서, 프로세스 키트는 대체로 원통형인 실드를 포함하고, 상기 실드는 실질적으로 편평한 원통형 본체, 상기 본체로부터 하부로 연장하는 하나 이상의 긴 원통형 링, 및 상기 본체의 상부 표면으로부터 상부로 연장하는 장착부를 포함한다. 다른 실시예에서, 프로세스 키트는 대체로 원통형인 증착 링을 포함한다. 상기 증착 링은 실질적으로 편평한 원통형 본체, 상기 본체의 외부 부분에 결합되는 하나 이상의 하부로 연장하는 u-채널, 상기 본체의 내부 영역의 상부 표면으로부터 상부로 연장하는 내부 벽, 및 상기 내부 벽으로부터 방사상 내부로 연장하는 기판 지지 선반을 포함한다.

Description

비접촉 프로세스 키트{NON-CONTACT PROCESS KIT}
본 발명의 실시예는 일반적으로 반도체 처리 챔버용 프로세스 키트 및 프로세스 키트를 갖는 반도체 처리 챔버에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 물리기상증착 챔버에서 사용하기에 적합한 실드 및 링을 포함하는 프로세스 키트에 관한 것이다.
물리기상증착(PVD) 또는 스퍼터링은 전자 소자의 제조시 가장 일반적으로 사용되는 프로세스 중 하나이다. PVD는 진공 챔버 내에서 실행되는 플라즈마 프로세스이며, 진공 챔버 내에서는 마이너스로 바이어스된 타켓이 비교적 무거운 원자(예를 들면, 아르곤(Ar))를 갖는 비활성 가스 또는 이러한 비활성 가스를 포함하는 가스 혼합물의 플라즈마에 노출된다. 비활성 가스의 이온에 의한 타겟의 충격(bombardment)으로 타겟 물질의 원자가 방출된다. 방출된 원자는 챔버 내에 배치된 기판 지지 페디스털 상에 놓이는 기판상에 증착되는 필름으로서 축적된다.
프로세스 키트는 챔버 내에 배치되어, 기판에 대하여 챔버 내에서 희망 영역에 처리 영역을 형성하는 것을 도울 수 있다. 프로세스 키트는 통상적으로 커버 링, 증착 링, 및 그라운드 실드(ground shield)를 포함한다. 방출된 원자 및 플라즈마를 처리 영역에 한정시키는 것(confining)은, 높은 비율의 방출된 원자가 기판상에 증착되기 때문에, 다른 성분들을 증착된 물질이 없이 챔버 내에 유지하는 돕고, 타겟 물질의 보다 효과적인 사용을 촉진한다. 증착 링은 기판 지지 페디스털의 둘레 상의 증착을 추가로 방지한다. 커버 링은 일반적으로 증착 링과 그라운드 실드 사이에 미로 간격(labyrinth gap)을 형성하여 기판 아래에서의 증착을 방지하는데 사용된다. 커버 링은 기판의 에지 아래에서의 또는 에지에서의 증착을 제어하는 것을 돕도록 또한 활용될 수 있다.
통상적인 링 및 실드 디자인은 확고한 처리 히스토리(processing history)를 갖지만, 임계 치수의 감소는 챔버 내의 오염원에 대한 주의를 증가시킨다. 기판 지지 페디스털이 이송 위치와 처리 위치 사이에서 상승 및 하강할 때, 링과 실드가 주기적으로 서로 접촉하기 때문에, 통상적인 디자인은 미립자 오염(particulate contamination)의 잠재적인 원인이다.
또한, 통상적인 커버 링 디자인은 챔버 벽 또는 기판 지지 페디스털과 같은 온도 제어 소오스에 일반적으로 연결되지 않기 때문에, 커버 링의 온도는 프로세스 주기동안 변동이 심할 수 있다. 커버 링의 가열 및 냉각은 커버 링 상에 증착된 재료 내에 응력을 증가시켜서, 응력을 받은 재료를 박리(flaking)되기 쉽게 하며 입자 발생되기 쉽게 한다. 따라서, 발명자는 챔버 오염을 최소화하는데 기여하는 프로세스 키트를 갖는 것이 유리할 것임을 깨달았다.
따라서, 기술상 개선된 프로세스 키트에 대한 요구가 존재한다.
도 1은 프로세스 키트의 일 실시예를 갖는 반도체 처리 시스템의 단순화된 단면도이고,
도 2는 도 1의 기판 지지 페디스털과 상호 작동되는(interfaced) 프로세스 키트의 부분 단면도이며,
도 3은 기판 지지 페디스털과 상호 작동되는 프로세스 키트의 다른 실시예의 부분 단면도이며,
도 4는 기판 지지 페디스털과 상호 작동되는 프로세스 키트의 다른 실시예의 부분 단면도이며,
도 5는 기판 지지 페디스털과 상호 작동되는 프로세스 키트의 다른 실시예의 부분 단면도이며,
도 6은 기판 지지 페디스털과 상호 작동되는 프로세스 키트의 다른 실시예의 부분 단면도이다.
본 발명은 일반적으로 물리기상증착(PVD) 챔버에서 사용하기 위한 프로세스 키트 및 서로 끼우는(interleaving) 프로세스 키트를 갖는 PVD 챔버를 제공한다. 일 실시예에서, 프로세스 키트는 서로 끼우는 증착 링 및 그라운드 실드를 포함한다. 증착 링은 넓은 페디스털 접촉 표면 및 복수의 기판 지지 버튼을 갖도록 형성된다. PVD 챔버 내에 설치될 때, 서로 끼우는 증착 링 및 그라운드 실드는 유리하게 기판 지지 페디스털 및 챔버 벽과 접촉하여 유지됨으로써, 그 위에 증착되는 필름으로부터 프로세스 오염물을 실질적으로 최소화하는 우수하고 예측 가능한 온도 제어를 돕는다. 또한, 서로 끼우는 증착 링 및 그라운드 실드는 유리하게 PVD 챔버 내에서 사용중에 접촉하지 않도록 형성됨으로써, 통상적인 디자인에 존재하는 잠재적인 입자 발생원을 제거한다.
일 실시예에서, 본 발명의 프로세스 키트는 대체로 원통형인 실드를 포함하고, 상기 실드는 실질적으로 편평한 원통형 본체, 상기 본체로부터 하부로 연장하는 하나 이상의 긴 원통형 링 및 상기 본체의 상부 표면으로부터 상부로 연장하는 장착부를 구비한다.
다른 실시예에서, 프로세스 키트는 대체로 원통형인 증착 링을 포함한다. 상기 증착 링은 실질적으로 편평한 원통형 본체, 상기 본체의 외부 부분에 결합되는 하나 이상의 하부로 연장하는 u-채널, 상기 본체의 내부 영역의 상부 표면으로부터 상부로 연장하는 내부 벽, 및 상기 내부 벽으로부터 방사상 내부로 연장하는 기판 지지 선반을 포함한다.
또 다른 실시예에서, PVD 챔버의 사용중에 접촉하지 않도록 형성되는, 서로 끼우는 그라운드 실드 및 증착 링을 포함하는 PVD 챔버가 제공된다.
상기 요약된, 본 발명의 보다 상세한 설명은 첨부 도면에 도시된 실시예를 참조로 이루어질 수 있다. 그러나 첨부 도면은 본 발명의 단지 통상적인 실시예를 도시하며, 따라서 본 발명이 다른 동등하게 유효한 실시예를 허용할 수 있도록 그 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않음에 주의한다.
이해를 돕기 위해, 도면에서 공유하고 있는 동일한 요소를 지시하기 위해, 가능한 동일한 참조 부호가 사용되었다. 일 실시예에서 개시된 요소는 특정한 설명 없이 다른 실시예에서 유리하게 활용될 수 있는 것으로 예상된다.
본 발명은 일반적으로 물리기상증착(PVD) 챔버에서 사용하기 위한 프로세스 키트를 제공한다. 프로세스 키트는 유리하게 미립자 오염을 발생시키는 데 대한 잠재성을 감소시키며, 이는 더 긴 챔버 부품 수명과 함께 더 큰 프로세스 균일성 및 반복성을 증진시킨다.
도 1은 프로세스 키트(114)의 일 실시예를 갖는 예시적인 반도체 처리 챔버(150)를 도시한다. 프로세스 키트(114)는 서로 끼우는 증착 링(102) 및 그라운드 실드(162)를 포함한다. 본 발명으로부터 유리하도록 구성될 수 있는 처리 챔버의 일례는 캘리포니아 산타 클라라에 소재한 Applied Materials, Inc.로부터 입수 가능한 IMP VECTRA™ PVD 처리 챔버이다. 다른 제조업자로부터의 처리 챔버를 포함한, 다른 처리 챔버가 본 발명으로부터 유리하도록 구성될 수 있는 것으로 생각된다.
예시적인 처리 챔버(150)는 챔버 본체(152)를 포함하고, 챔버 본체는 배기 가능한(evacuable) 내부 체적(160)을 형성하는 바닥(154)과 덮개 조립체(156)와 측벽(158)을 갖는다. 챔버 본체(150)는 통상적으로 용접된 스테인리스 강 플레이트 또는 단일한 알루미늄 블록으로 제조된다. 측벽(158)은 일반적으로 처리 챔버(150)로부터 기판(104)의 출입을 제공하도록 밀봉 가능한 접근 포트(미도시)를 포함한다. 측벽(158)에 배치되는 펌핑 포트(122)는 펌핑 시스템(120)에 결합되며, 펌핑 시스템은 내부 체적(160)을 배기하고, 내부 체적(160)의 압력을 제어한다. 챔버(150)의 덮개 조립체(156)는 일반적으로 환형인 실드(162)를 지지하고, 이 실드는 내부 체적(160) 내에서 형성되는 플라즈마를 기판(104) 상의 영역에 한정시키도록 증착 링(102)과 서로 끼운다.
페디스털 조립체(100)는 챔버(150)의 바닥(154)으로부터 지지된다. 페디스털 조립체(100)는 처리중에 기판(104)과 함께 증착 링(102)을 지지한다. 페디스털 조립체(100)는 리프트 기구(118)에 의해 챔버(150)의 바닥(154)에 결합되며, 리프트 기구는 (도시된 바와 같은) 상부와 하부 위치 사이에서 페디스털 조립체(100)를 이동시키도록 형성된다. 상부 위치에서, 증착 링(102)은 이격되는 관계로 실드(162)와 서로 끼워진다. 하부 위치에서, 증착 링(102)은 실드(162)로부터 분리되어, 링(102)과 실드(162) 사이의 챔버(150)로부터 측벽(158)에 배치된 접근 포트를 통해 기판(104)이 제거되도록 한다. 추가로, 하부 위치에서, 리프트 핀(도 2에 도시됨)이 페디스털 조립체(100)를 통해 이동되어, 페디스털 조립체(100)로부터 기판(104)을 이격시켜서, 단일 블레이드 로봇(미도시)과 같이 처리 챔버(150)의 외부에 배치되는 웨이퍼 이송 기구를 이용하여 기판(104)의 교환을 돕는다. 통상적으로 페디스털 조립체(100)와 챔버 바닥(154) 사이에 벨로우즈(186)가 배치되어 챔버 본체(152)의 내부 체적(160)을 페디스털 조립체(100)의 내부 및 챔버의 외부로부터 격리시킨다.
페디스털 조립체(100)는 일반적으로 플랫폼 하우징(108)에 밀봉 결합되는 기판 지지부(140)를 포함한다. 플랫폼 하우징(108)은 통상적으로 스테인리스 강 또는 알루미늄과 같은 금속 재료로 제조된다. 기판 지지부(140)를 열적으로 조절하기 위해 플랫폼 하우징(108) 내에는 냉각 플레이트(124)가 일반적으로 배치된다. 본 발명으로부터 유리하도록 구성될 수 있는 한 페디스털 조립체(100)는 1996년 4월 16일자로 Davenport 등에게 허여된 미국 특허 제5,507,499호에서 설명된다.
기판 지지부(140)는 알루미늄 또는 세라믹으로 구성될 수 있다. 기판 지지부(140)는 정전 척, 세라믹 본체, 히터, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지부(140)는 정전 척이며, 정전 척은 그 내부에 매립된 전도성 층(112)을 갖는 유전체(dielectric body; 106)를 포함한다. 유전체(106)는 통상적으로 열붕소질화물(pyrolytic boron nitride), 알루미늄 질화물(aluminum nitride), 실리콘 질화물, 알루미나, 또는 등가의 물질과 같이, 높은 열 전도성 유전체 물질로 제조된다.
덮개 조립체(156)는 일반적으로 덮개(130), 타겟(132), 스페이서(182) 및 마그네트론(134)을 포함한다. 덮개(130)는 도 1 도시된 바와 같이, 폐쇄 위치에 있을 때, 측벽(158)에 의해 지지된다. 스페이서(182)와 덮개(130)와 측벽(158) 사이에는 시일(136)이 배치되어 이들 사이의 진공 누출을 방지한다.
타겟(132)은 덮개(130)에 결합되며 처리 챔버(150)의 내부 체적(160)에 노출된다. 타겟(132)은 PVD 프로세스 중에 기판(104) 상에 증착되는 물질을 제공한다. 스페이서(182)는 타겟(132)과 덮개(130)와 챔버 본체(152) 사이에 배치되어 타겟(132)을 덮개(130) 및 챔버 본체(152)로부터 전기적으로 격리시킨다.
타겟(132) 및 페디스털 조립체(100)는 전력원(184)에 의해 서로에 대해 바이어스된다. 가스 소오스(미도시)로부터 체적(160)으로 아르곤과 같은 가스가 공급된다. 플라즈마는 가스로부터 타겟(132)과 기판(104) 사이에 형성된다. 플라즈마 내의 이온은 타겟(132)을 향해 가속되어, 타겟(132)으로부터 물질이 떼어지게 한다. 떼어진 타겟 물질은 기판(104) 상에 증착된다.
마그네트론(134)은 처리 챔버(150)의 외부 상의 덮개(130)에 결합된다. 마그네트론(134)은 하나 이상의 회전식 마그네트론 조립체(138)를 포함하며, 회전식 마그네트론은 PVD 처리중에 타겟(132)의 균일한 소모를 돕는다. 활용될 수 있는 한 마그네트론은 1999년 9월 21일자로 Or 등에게 허여된 미국 특허 제5,953,827호에서 설명된다.
힌지 조립체(110)는 처리 챔버(150)에 덮개 조립체(156)를 결합시킨다. 동력 설비된(motorized) 액츄에이터(116)가 힌지 조립체(110) 및/또는 덮개(130)에 결합되어 개방부와 폐쇄부 사이에서 덮개 조립체(156)의 이동을 용이하게 할 수 있다.
도 2는 기판 지지 페디스털 조립체(100)와 상호 작동되는 프로세스 키트(114)의 부분 단면도이다. 도시되지는 않았지만, 프로세스 키트(114)의 실드(162)는 덮개 조립체(156)에 대해 고정된 높이로(at a fixed elevation) 챔버 본체(152)에 장착된다. 증착 링(102)은 상승된 위치 또는 프로세스 위치로 도시되며, 이 위치에서 증착 링(102)과 그라운드 실드(162) 사이에 미로 간격(250)이 형성되어, 플라즈마 및 증착 종(deposition species)을 기판(104)과 타겟(132) 사이에 형성되는 영역 내에 한정시킨다. 증착 링(102) 및 그라운드 실드(162)는 배리어를 추가로 제공하며, 배리어는 타겟(132)으로부터 방출된 물질이 챔버의 다른 부분 상에 부주의하게 증착되는 것을 방지한다. 따라서, 증착 링(102) 및 그라운드 실드(162)는 기판(104) 상에 증착되는 물질 층으로 타겟(132)을 효율적으로 변형시키도록 돕는다.
그라운드 실드(162)는 편평하며 실질적으로 원통형인 본체(202)를 갖고, 금속과 같은 전도성 물질로 제조 및/또는 코팅될 수 있다. 그라운드 실드(162)로 사용하기 적합한 금속은 특히 스테인리스 스틸 및 티타늄을 포함한다. 그라운드 실드(162)용으로 선택되는 물질은 챔버 내에서 사전 형성되는 프로세스와 양립하도록 선택되어야 한다. 본체(202)는, 본체(202)와 페디스털 조립체(100)의 중심선이 실질적으로 동심이 되도록, 챔버 본체(152)에 장착된다. 도 2의 실시예에 도시된 본체(202)의 중심선(200)은 실질적으로 수직한 방위로 배향된다. 중심선(200)의 위치는 단지 예시적이며, 도면의 다른 특징과 함께 비례하지 않는다.
본체(202)는 상부 표면(204), 하부 표면(206), 외부 벽(220) 및 내부 에지(224)를 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 상부 표면(204) 및 하부 표면(206)은 상부 표면(204)의 경사 표면(226)을 제외하고, 중심선(200)에 실질적으로 수직하며, 경사면은 본체(202)의 내부 에지(224) 쪽으로 하부로 경사진다.
내부 및 외부 링(208, 210)은 하부 표면(206)으로부터 하부로 연장한다. 링(208, 210)은 (본체(202)의 전반적인 형상에 비해) 전체적으로 긴 원통이다. 도 2에 도시된 실시예에서, 링(208, 210)은 대체로 평행하며 이격된 관계로 배향된다. 외부 링(210)은 외부 벽(220)의 외경과 동일한 외경을 또한 가질 수 있다.
장착 섹션(212)은 외부 벽(220)을 따라 상부 표면(204)으로부터 상부로 연장한다. 장착 섹션(212)은 내부 벽(214), 내부 테이퍼(216), 외부 벽(222) 및 장착 플랜지(218)를 포함한다. 내부 벽(214)은 상부 표면(204)으로부터 내부 테이퍼(216)까지 실질적으로 수직한 배향으로 상부로 연장한다. 내부 테이퍼(216)는 상부로 및 외부로 연장하여 (도 1에 도시된) 타겟(130)과 실드(162) 사이에 간극을 제공한다. 외부 벽(222)은 일반적으로 본체(202)의 외부 벽(220)의 외경보다 더 큰 직경을 갖는다.
장착 플랜지(218)는 외부 벽(222)으로부터 외부로 연장하며, 본체(152) 및/또는 덮개 조립체(156)와 맞물려 실드(162)를 적소에 고정시킨다. 장착 플랜지(218)는 복수의 구멍 및/또는 슬롯을 포함하여 본체(152) 및/또는 덮개 조립체(156)에 대한 결합을 용이하게 할 수 있다. 실드(162)가 장착되는 본체(152) 및/또는 덮개 조립체(156)는 열적으로 조절되기 때문에, 장착 플랜지(218)의 온도 제어는 전도를 통해 가능해진다.
그라운드 실드(162)의 일부 부분은 코팅, 텍스처(textured), 또는 처리(treated)될 수 있다. 일 실시예에서, 그라운드 실드(162)는 적어도 일부의 표면상에서 거칠어진다. 거칠어짐(Roughening)(예를 들면, 텍스처링)은 다른 적합한 프로세스 중에서 에칭, 엠보싱(embossing), 연삭(abrading), 비드 분사(bead blasting), 그릿 분사(grit blasting), 연마(grinding), 또는 샌딩(sanding)에 의해 이루어질 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 그라운드 실드(162)의 모든 표면은 비드 분사된다. 비드 분사된 그라운드 실드의 표면은 일반적으로 약 250 마이크로인치 또는 그보다 큰 RA 표면 마무리(RA surface finish)된다.
증착 링(102)은 편평하며 실질적으로 원통형인 본체(252)를 가지며, 전도성 또는 비전도성 물질로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 증착 링(102)은 석영과 같은 세라믹 물질, 알루미늄 산화물 또는 다른 적합한 물질로 제조된다.
본체(252)는 외부 부분(274), 내부 부분(276), 하부 표면(256) 및 상부 표면(254)을 포함한다. 상부 표면(254)은 홈(258)을 포함하며, 홈은 실드(162)와 링(102)이 서로 가까이 위치될 때 실드(162)의 립(228)을 수용한다. 하부 표면(256)은 페디스털 조립체(100)의 둘레에 형성된 선반(240) 상에 놓도록 형성된다. 하부 표면(256)은 선반(240)과의 우수한 열 접촉을 촉진하도록 편평할 수 있고/편평할 수 있거나 매끄러운 표면 마무리될 수 있다. 하부 표면(256)과 선반(240) 사이의 (통상적인 디자인에 비해) 비교적 큰 접촉 영역은 본체(252)의 비교적 얇은 링 단면적과 함께 링(102)과 페디스털 조립체(100) 사이에 우수한 열 전달을 제공한다. 따라서, 링(102)의 온도는 페디스털 조립체(100)와의 열 전달을 통해 일정한 온도로 쉽게 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 하나 또는 그보다 많은 온도 제어 요소(246)가 선반(240) 바로 아래에서 페디스털 조립체(100) 내에 배치되어, 기판(104)의 온도를 제어하도록 활용되는 페디스털 조립체(100)의 특징과 독립적으로 링(102)의 온도 제어를 향상시킬 수 있다. 온도 제어 요소(246)는, 열 전달 유체가 통과하여 유동하도록 하는 하나 또는 그보다 많은 도관, 저항 가열식 요소 등을 포함할 수 있다. 온도 제어 요소(246)의 출력은 전력원, 열전달 유체 공급원 등과 같은 하나 또는 그보다 많은 적합한 온도 제어 소오스(248)에 의해 제어된다.
내부 벽(260)은 내부 부분(276)으로부터 기판 지지 플랜지(262)까지 상부로 연장한다. 내부 벽(260)은 페디스털 조립체(100)의 상부 표면(244)에 대해 선반(240)을 결합시키는 단(242)과 벽(260) 사이의 간격을 유지하도록 선택되는 내경을 갖는다. 내부 벽(260)은 페디스털 조립체(100)의 상부 표면(244)과 링(102)의 플랜지(262) 사이의 간격을 유지하도록 선택되는 높이를 갖는다.
기판 지지 플랜지(262)는 내부 벽(260)의 상단으로부터 내부로 연장하며, 페디스털 조립체(100)의 상부 표면(244)의 외부 에지를 덮는다. 일 실시예에서, 플랜지(262)는 내부 벽(260)에 대체로 수직하며, 하부 및 상부 표면(256, 254)에 평행하다. 플랜지(262)는 복수의 기판 지지 버튼(264)을 포함하고, 기판 지지 버튼은 플랜지(262)의 상부 표면상에서 이격되어 기판(104)을 지지한다. 버튼(264)은 둥글린 형상, 원통형 형상, 절두형(truncated) 원뿔 형상, 또는 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 버튼(264)은 기판(104)과 링(102) 사이의 접촉을 최소화한다. 버튼(264)과 기판(104) 사이의 최소 접촉은 링(102)과 기판(104) 사이의 열 전달을 최소화하면서 잠재적인 입자 발생을 감소시킨다. 일 실시예에서, 3개의 버튼(264)은 원형 배열(polar array)로 대칭적으로 배열되며, 약 1mm의 높이를 갖는다.
상부로 향하는 u-채널(266)은 일반적으로 본체의 외부 부분(274)에 형성된다. u-채널(266)은 바닥(270)에 의해 외부 레그(272)에 결합되는 내부 레그(268)를 갖는다. 내부 레그(268)는 본체(252)의 하부 표면(256)으로부터 하부로 연장하며, 링(102)과 페디스털 조립체(100) 사이의 간격을 유지하도록 선택되는 내경을 갖는다.
레그(268, 272)는 (링(102)의 본체(252)에 비해) 대체로 긴 원통이다. 도 2에 도시된 실시예에서, 레그(268, 272)는 대체로 평행하게 이격된 관계로 배향되며, 그라운드 실드(162)의 내부 링(208)과 서로 끼우도록 형성된다.
레그(268, 272)와 내부 링(208) 사이의 간격은 미로 간격(250)의 외부 영역을 형성한다. 미로 간격(250)의 내부 영역은 실드(162)의 립(228)과 증착 링(102)의 벽(260)과 홈(258) 사이에 형성된다. 립(228)과 증착 링(102) 사이의 간격은 페디스털 조립체(100)를 향하는 기판(104)의 측면상에 증착을 촉진하거나 최소화하도록 선택될 수 있다.
미로 간격(250)의 내부 영역으로의 입구가 기판(104)에 의해 부분적으로 덮히고 내부 체적(160) 내의 스퍼터 타겟 물질의 궤도로부터 빗나가기 때문에, 통상적인 디자인에 비해 미로 간격(250) 내의 증착 강화 및 브리징(deposition build up and bridging)이 덜 일어날 것이며, 이에 따라 프로세스 키트(114)의 세척 사이의 사용 기간을 연장시킨다. 또한, 프로세스 키트(114)의 증착 링(102) 및 그라운드 실드(162)는 절대로 접촉하게 되지 않기 때문에, 잠재적인 입자 발생원이 제거된다. 또한, 프로세스 키트(114)의 그라운드 실드(162) 및 증착 링(102)이 이들의 지지 구조물(예를 들면, 페디스털 조립체(100) 및 챔버 본체(152)/덮개 조립체(156))과 우수한 열 접촉을 유지하기 때문에, 키트(114)의 열 제어가 향상된다. 향상된 열 제어는 키트(114) 상에 증착된 필름의 응력 관리를 가능하게 하여, 통상적인 디자인에 비해 입자 발생을 덜 시킨다.
도 3은 기판 지지 페디스털(100)과 상호 작동되는 프로세스 키트(300)의 다른 실시예의 단면도이다. 프로세스 키트(300)는 미로 간격(350)을 형성하도록 서로 끼워지는 그라운드 실드(304) 및 증착 링(302)을 일반적으로 포함한다.
그라운드 실드(304)는 전술한 그라운드 실드와 대체로 유사하다. 도 3에 도시된 실시예에서, 실드(304)는 원통형 본체(306)를 포함하고, 원통형 본체는 상부 표면(308), 하부 표면(310), 내부 에지(312) 및 외부 벽(314)을 갖는다. 상부 표면(308)은 경사 표면(316)을 포함한다. 본체(306)의 하부 표면(310)은 내부 및 외부 링(208, 210)을 포함한다. 일 실시예에서, 내부 에지(312)는 경사 표면(316)을 실질적으로 절두(truncates)한다.
증착 링(302)은 링(302)의 전술한 증착 링과 대체로 유사하며, 상부 표면(254) 상에 형성된 트랩(352)을 추가한다. 트랩(352)은 링(302)의 상부 표면(254)과 트랩 벽(trap wall; 360) 사이에 형성된다.
트랩 벽(360)은 링(302)의 상부 표면(254)으로부터 립(356)으로 연장하는 링(354)을 포함한다. 립(356)은 상부 표면(254)과 내부 벽(260)의 연결점을 향해 내부로 및 하부로 연장한다. 립(356)의 원위 단부는, 트랩(352)의 상부 천장이 립(356)의 원위 단부보다 더 높도록, 링(354) 옆의 립(356)의 일부보다 상부 표면(254)에 일반적으로 더 가깝다. 이러한 기하학적 구조는 증착 강화 없이 증착 물질의 포착을 용이하게 하여, 기판(104)과 립(356) 사이에 형성된 간격의 브리징(bridging)을 방지한다.
일 실시예에서, 링(354)의 상부 표면은 정점(apex; 366)에서 만나는 외부 경사 벽(362)과 내부 경사 벽(364)을 포함한다. 내부 경사 벽(364)은 정점(366)으로부터 립(356)까지 하부로 연장한다. 외부 경사 벽(362)은 정점(366)으로부터 외부 트랩 벽(368)까지 하부로 연장한다. 증착 링(302)의 외부 경사 벽(362) 및 실드(304)의 내부 에지(312)는 내부 체적(160)의 처리 영역으로부터 미로 간격(350)으로의 입구를 형성한다.
도 3의 프로세스 키트(300)는 미로 간격(350)을 통한 플라즈마 차단 구조(plasma isolation feature)를 하여 트랩(352)을 통한 에지 증착 제어로부터 분리한다. 추가로, 이 실시예에서 정합하는 증착 링(302)을 제조하는데 필요한 재료에 대한 상당한 증가 없이, 실드(304)의 내경과 외경 사이의 간격이 실질적으로 감소되기 때문에, 제조 비용이 감소된다.
도 4는 기판 지지 페디스털(100)과 상호 작동되는 프로세스 키트(400)의 다른 실시예의 단면도이다. 프로세스 키트(400)는 미로 간격(450)을 형성하도록 서로 끼워지는 그라운드 실드(404) 및 증착 링(402)을 일반적으로 포함한다.
그라운드 실드(404)는 도 1 및 도 2를 참조로 전술된 그라운드 실드와 대체로 유사하다. 도 4에 도시된 실시예에서, 실드(404)는 편평한 원통형 본체(406)를 포함하고, 원통형 본체는 상부 표면(408), 하부 표면(410), 내부 에지(412) 및 외부 벽(414)을 갖는다. 상부 표면(408)은 경사 표면(416)을 포함한다. 본체(406)의 하부 표면(410)은 원통형 링(418)을 갖는다.
원통형 링(418)은 하부로 및 외부로 연장하며, 증착 링(402)과 서로 끼운다. 도 4에 도시된 실시예에서, 링(418)은 실드(404)의 중심선에 대해 약 5 내지 35도의 배향을 갖는다.
증착 링(402)은 전술된 증착 링과 대체로 유사하며, 경사진 u-채널(420)을 추가한다. u-채널(420)은 바닥(426)에 의해 외부 레그(424)에 결합되는 내부 레그(422)를 포함한다. 레그(422, 424)는 링(402)의 중심선에 대해 약 5 내지 35도의 배향을 갖는다. 도 4에 도시된 실시예에서, 레그(422, 424)는 실드(404)의 원통형 링(418)과 동일한 각도로 배향된다.
외부 레그(424)의 원위 단부의 내경은 일반적으로 링(418)의 원위 단부를 해제하도록 선택되어서, 실드(404) 및 증착 링(402)은 기판 교환을 용이하게 하기 위해 페디스털 조립체(100)가 하강될 때, 간섭 없이 분리될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같은 프로세스 위치로 페디스털 조립체(100)가 상승될 때, 레그(422, 424) 및 링(418)은 미로 간격(450)의 외부 부분을 형성한다.
선택적으로, (가상으로 도시된) 연장부(430)가 외부 레그(424)의 원위 단부에 형성될 수 있다. 연장부(430)는 길어지며 미로 간격(450)에 대해 추가의 회전(turns)을 더한다. 연장부(430)는 플랜지(432) 및 말단 링(434)을 포함한다. 플랜지(432)는 외부 레그(424)의 원위 단부로부터 말단 링(434)까지 외부로 연장한다. 말단 링(434)은 페디스털 조립체(100)가 도시된 바와 같은 상승 위치에 있을 때, 실드(404)의 외부 벽(414)을 이격된 관계로 둘러싸도록 선택되는 내경을 갖는다.
도 4의 프로세스 키트(400)는 제조하는데 경제적이며, 전술한 바와 같이 통상적인 디자인에 비해 이점을 갖는다.
도 5는 기판 지지 페디스털(100)과 상호 작동되는 프로세스 키트(500)의 다른 실시예의 단면도이다. 프로세스 키트(500)는 미로 간격(550)을 형성하도록 서로 끼워지는 그라운드 실드(504) 및 증착 링(502)을 일반적으로 포함한다.
그라운드 실드(504)는 도 3 및 도 4를 참조로 전술된 그라운드 실드와 대체로 유사하다. 도 5에 도시된 실시예에서, 실드(504)는 원통형 본체(506)를 포함하고, 원통형 본체는 상부 표면(308), 하부 표면(310), 내부 에지(312) 및 외부 벽(314)을 갖는다. 상부 표면(308)은 경사 표면(316)을 포함한다. 본체(306)의 하부 표면(310)은 원통형 링(418)을 포함한다. 원통형 링(418)은 하부로 및 외부로 연장하며, 증착 링(502)과 서로 끼운다.
증착 링(502)의 내부 부분은 도 3을 참조로 전술된 증착 링(302)과 대체로 유사하다. 링(502)은 링(502)의 상부 표면(254) 상에 형성된 트랩(352)을 포함한다. 트랩(352)은 상부 표면(254)과 트랩 벽(360) 사이에 형성된다. 트랩 벽(360)은 링(354), 립(356) 및 정점(366)에서 만나는 경사 표면(362, 364)을 포함한다.
증착 링(502)의 외부 부분은 도 4를 참조로 전술된 증착 링(402)과 대체로 유사하다. 링(502)은 경사진 u-채널(420)을 포함한다. u-채널(420)은 바닥(426)에 의해 외부 레그(424)에 결합되는 내부 레그(422)를 포함한다. 레그(422, 424)는 전술한 바와 같이, 실드(504)의 원통형 링(418)과 서로 끼워지도록 형성된다.
도 6은 기판 지지 페디스털(100)과 상호 작동되는 프로세스 키트(600)의 다른 실시예의 단면도이다. 프로세스 키트(600)는 미로 간격(650)을 형성하도록 서로 끼워지는 그라운드 실드(662) 및 증착 링(620)을 일반적으로 포함한다. 증착 링(620) 및 실드(662)는 전술한 바와 같은 그라운드 실드(162) 및 증착 링(102)과 실질적으로 유사하며, 따라서 유사한 구성은 간결성을 위해 더 설명하지 않고 동일한 참조 부호를 갖는다.
도 6에 도시된 실시예에서, 증착 링(620)의 내부 벽(260)은 기판 지지 단부(622)를 갖는다. 기판 지지 단부(622)는 내부 벽(260)의 방사상 내부로 연장하지 않는다. 기판 지지 단부(622)는 페디스털 조립체(100)의 표면(244) 상에서 기판(104)을 지지하도록 형성되는 기판 안착 표면을 제공하며, 일 실시예에서 실질적으로 편평하며 링(620)의 중심선에 대해 수직하다. 일 실시예에서, 내부 벽(260)은 약 0.45 인치의 높이를 갖는다. 증착 링 플랜지(262)의 하부 표면(256)과 내부 벽(260) 사이의 교차점은 예를 들면 45도 각도로 모따기되어, 페디스털 조립체(100)와 추가 간극을 제공할 수 있다.
도 6에 도시된 일 실시예에서, 증착 링(620)은 점선(624)으로 지지된 바와 같이, 그 상부 표면에 또한 텍스처될 수 있다. 텍스처된 표면은 링(620) 상에 증착된 물질에 대한 향상된 점착성을 제공하여, 증착된 물질의 입자 또는 박편이 링(620)으로부터 쉽게 분리되지 않으며 처리 과정에 걸쳐서 처리 오염물을 발생시키지 않는다. 이렇게 점착된 증착 물질은 현장(in-situ) 및/또는 현장외(ex-situ)의 세척 프로세스를 활용하여 링(620)으로부터 제거될 수 있다. 일 실시예에서, 링은 전술된 바와 같이 텍스처될 수 있다.
그라운드 실드(662)는 장착 섹션(212)을 포함하고, 장착 섹션은 상부의 외경(604)에 형성되는 단(608)을 갖는다. 단(606)은 외경(604)을 실질적으로 수평한 상부 표면(602)에 결합시킨다. 전이 반경(608)은 그라운드 실드(662)의 외부 벽(222) 및 상부의 외부 벽(604)을 결합시킨다.
립(610)은 도 6에 도시된 바와 같이, 상부의 외부 벽(604)으로부터 전이 반경(608)을 지나 하부로 연장한다. 립(610)은 처리 챔버와 그라운드 실드(662) 사이에 감소된 접촉 영역을 제공한다.
그라운드 실드(662)의 상부의 내부 표면은 점선(654)으로 지시된 바와 같이 텍스처될 수도 있다. 전술된 바와 같이, 그라운드 실드의 텍스처된 표면은 증착 물질의 향상된 점착성을 제공하여 증착 재료가 후에 프로세스 오염물이 되지 않을 수 있다.
그라운드 실드(662)의 립(228)은 실드 본체(202)의 하부 표면(206)과 립(228) 사이의 전이부에 형성되는 홈(612)을 또한 포함할 수 있다. 이 홈(612)은 링(620)의 홈(258) 내에 증착된 대량의 물질을 수용하도록 링(620)과 실드(662) 사이에 추가의 간극을 제공한다.
전술된 프로세스 키트와 같이, 도 6의 프로세스 키트(600)는 제조하기에 경제적이며, 전술된 바와 같이 통상적인 디자인에 비해 이점을 갖는다.
따라서, 프로세스 키트의 증착 링과 그라운드 실드가 작동중에 접촉하지 않기 때문에, 미립자 발생에 대한 잠재성이 유리하게 감소하는, PVD 프로세스 챔버용 프로세스 키트가 설명되었다. 또한, 키트의 링 및 실드는 온도 제어되는 표면과 접촉하여 유지되기 때문에, 프로세스 키트의 온도는 열 주기(thermal cycling)를 감소 및/또는 제거시키도록 제어될 수 있으며, 이에 따라 프로세스 키트 상에 증착되는 재료 내에 포함된 응력을 관리할 수 있다. 또한, 본 발명의 프로세스 키트는 소형 디자인 및 통상적인 프로세스 키트에 존재하는 제 3 링의 제거로 인해, 매력적인 제조 비용을 제공한다.
전술한 바는 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이지만, 그 기본 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 다른 추가의 실시예가 안출될 수 있으며, 본 발명의 범주는 이어지는 특허청구범위에 의해 결정된다.

Claims (28)

  1. 프로세스 키트로서:
    대체로 원통형인 실드를 포함하고, 상기 실드는:
    내부 단부까지 하부로 점점 감소하는 상부 표면을 갖는 실질적으로 편평한 원통형 본체;
    상기 본체로부터 하부로 연장하는 하나 이상의 긴 원통형 링; 및
    상기 본체의 상부 표면으로부터 상부로 상기 본체의 외부 벽으로부터 연장하는 장착부;를 구비하며, 상기 장착부는 상기 본체의 외부 벽을 지나 방사상 외부로 연장하는 장착 플랜지, 상기 본체의 상부 표면으로부터 연장하는 내부 벽, 및 상기 내부 벽으로부터 방사상 외부로 및 상부로 벌어지는(flares) 내부 테이퍼를 갖는
    프로세스 키트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는 스테인리스 강 또는 티타늄 중 하나 이상으로 제조되는
    프로세스 키트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는 전도성 물질로 제조 또는 코팅되는
    프로세스 키트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체의 적어도 일부는 표면 처리되는
    프로세스 키트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체의 적어도 일부는 비드 분사된 표면(bead blasted surface)을 갖는
    프로세스 키트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 긴 원통형 링은 상기 본체의 중심선에 대해 수직한 배향을 갖는
    프로세스 키트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 긴 원통형 링은 상기 본체의 중심선에 대해 약 5 내지 35도의 배향을 갖는
    프로세스 키트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 긴 원통형 링은:
    내부 링; 및
    상기 내부 링에 대해 실질적으로 평행하게 이격되는 외부 링;을 더 포함하는
    프로세스 키트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착부는 상기 플랜지의 외경으로부터 하부로 연장하는 립을 더 포함하는
    프로세스 키트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체의 내부 에지는 경사진 표면을 절두하고(truncate), 상기 내부 에지는 상기 본체의 중심선에 대해 실질적으로 평행한
    프로세스 키트.
  11. 제 1 항에 있어서,
    대체로 원통형인 증착 링을 더 포함하고, 상기 증착 링은:
    기판 지지 페디스털의 선반상에 지지되도록 형성되는 하부 표면 및 상부 표면을 갖는 실질적으로 편평한 원통형 본체;
    상기 본체의 외부 부분에 결합되는 하나 이상의 하부로 연장하는 u-채널;
    상기 본체의 내부 영역의 상부 표면으로부터 상부로 연장하며 기판 지지 표면을 갖는 내부 벽; 및
    상기 내부 벽으로부터 방사상 내부로 연장하는 기판 지지 선반;을 구비하는
    프로세스 키트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 증착 링은:
    상기 내부 벽으로부터 방사상 내부로 연장하는 선반; 및
    상기 기판 지지 표면을 형성하고 상기 선반의 상부 표면상에 배치되는 복수의 버튼;을 더 포함하는
    프로세스 키트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 버튼은 원형 배열(polar array)로 균등하게 이격되는 3개의 버튼을 더 포함하는
    프로세스 키트.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 u-채널은 상기 실드의 하나 이상의 링을 사이에 끼우도록 형성되는
    프로세스 키트.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 u-채널은:
    상기 증착 링의 본체에 결합되는 제 1 레그;
    상기 제 1 레그로부터 외부로 이격되는 제 2 레그; 및
    상기 레그들을 연결하는 바닥;을 더 포함하는
    프로세스 키트.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 레그들은 상기 증착 링의 중심선에 대해 실질적으로 평행한
    프로세스 키트.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 레그들은 상기 증착 링의 중심선에 대해 약 5 내지 35도의 배향을 갖는
    프로세스 키트.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 증착 링의 본체는:
    상기 증착 링의 상부 표면으로부터 상부로 연장하는 트랩 벽; 및
    상기 증착 링의 상부 표면의 내부 부분 위에 현수하도록(overhang) 상기 트랩 벽으로부터 하부로 및 내부로 연장하는 립;을 더 포함하는
    프로세스 키트.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 트랩 벽의 상부 표면은 정점에서 외부 경사 벽과 만나는 내부 경사 벽;을 더 포함하는
    프로세스 키트.
  20. 프로세스 키트로서:
    대체로 원통형인 증착 링을 포함하고, 상기 증착 링은:
    기판 지지 페디스털의 선반상에 지지되도록 형성되는 하부 표면 및 상부 표면을 갖는 실질적으로 편평한 원통형 본체;
    상기 본체의 외부 부분에 결합되는 하나 이상의 하부로 연장하는 u-채널;
    상기 본체의 내부 영역의 상부 표면으로부터 상부로 연장하며 기판 지지 표면을 갖는 내부 벽;을 구비하는
    프로세스 키트.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 증착 링은:
    상기 내부 벽으로부터 방사상 내부로 연장하는 선반; 및
    상기 기판 지지 표면을 형성하고 상기 선반의 상부 표면상에 배치되는 복수의 버튼;을 더 포함하는
    프로세스 키트.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 버튼은 원형 배열로 균등하게 이격되는 3개의 버튼을 더 포함하는
    프로세스 키트.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 u-채널은 상부를 향하는
    프로세스 키트.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 u-채널은:
    상기 증착 링의 본체에 결합되는 제 1 레그;
    상기 제 1 레그로부터 외부로 이격되는 제 2 레그; 및
    상기 레그들을 연결하는 바닥;을 더 포함하는
    프로세스 키트.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 레그는 상기 증착 링의 중심선에 대해 실질적으로 평행한
    프로세스 키트.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 본체는 스테인리스 강 또는 티타늄 중 하나 이상으로 제조되는
    프로세스 키트.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 증착 링의 본체는:
    상기 증착 링의 상부 표면으로부터 상부로 연장하는 트랩 벽; 및
    상기 증착 링의 상부 표면의 내부 부분 위에 현수하도록 상기 트랩 벽으로부터 하부로 및 내부로 연장하는 립;을 더 포함하는
    프로세스 키트.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 트랩 벽의 상부 표면은 정점에서 외부 경사 벽과 만나는 내부 경사 벽을 더 포함하는
    프로세스 키트.
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