KR20120089647A - Ｒｆ 물리적 기상 증착을 위한 프로세스 키트 - Google Patents

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라라 하우릴착
키란쿠말 사반다이아
무함마드 엠. 라쉬드
롱준 왕
아돌프 밀러 알렌
즈강 시에
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 프로세싱 챔버를 위한 프로세스 키트, 및 키트를 갖는 반도체 프로세싱 챔버에 관한 것이다. 더 구체적으로, 여기서 설명된 실시예들은 물리적 증착 챔버에서 사용하기 위한, 커버 링, 실드, 및 아이솔레이터를 포함하는 프로세스 키트에 관한 것이다. 프로세스 키트의 컴포넌트들은 단독으로 그리고 조합하여 작용하여, 입자 생성 및 스트레이 플라즈마를 상당히 감소시킨다. 프로세스 캐비티 외부에서 스트레이 플라즈마를 야기하는 RF 고조파들에 기여하는 연장된 RF 리턴 경로를 제공하는 기존의 다중 파트 실드들과 비교하여, 프로세스 키트의 컴포넌트들은 RF 리턴 경로를 감소시키고, 따라서, 내부 프로세싱 구역에서 개선된 플라즈마 밀폐를 제공한다.

Description

ＲＦ 물리적 기상 증착을 위한 프로세스 키트{PROCESS KIT FOR RF PHYSICAL VAPOR DEPOSITION}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 프로세싱 챔버를 위한 프로세스 키트, 및 프로세스 키트를 갖는 반도체 프로세싱 챔버에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 실시예들은, 물리적 증착 챔버에서 사용하기 위한, 커버 링, 증착 링, 실드, 및 아이솔레이터(isolator)를 포함하는 프로세스 키트에 관한 것이다.
물리적 기상 증착(PVD) 또는 스퍼터링은 전자 디바이스들의 제조에서 가장 통상적으로 사용되는 프로세스들 중 하나이다. PVD는 진공 챔버에서 수행되는 플라즈마 프로세스이며, 여기서, 비교적 무거운 원자들(예를 들어, 아르곤(Ar))을 갖는 비활성 가스 또는 그러한 비활성 가스를 포함하는 가스 혼합물의 플라즈마에, 네거티브로 바이어싱된 타겟이 노출된다. 비활성 가스의 이온들에 의한 타겟의 충격(bombardment)은 타겟 재료의 원자들을 방출(ejection)시킨다. 챔버 내에 배치된 기판 지지 페디스털 상에 배치된 기판 상에, 증착된 막으로서 방출된 원자들이 축적된다.
기판에 대하여 챔버 내의 원하는 구역 내에 프로세싱 구역을 정의하는 것을 보조하기 위해 챔버 내에 프로세스 키트가 배치될 수 있다. 프로세스 키트는 전형적으로, 커버 링, 증착 링, 및 접지 실드를 포함한다. 플라즈마 및 방출된 원자들을 프로세싱 구역으로 한정하는 것은, 방출된 원자들의 더 높은 퍼센티지가 기판 상에 증착되므로, 타겟 재료들의 더 효율적인 사용을 촉진하고, 챔버 내의 다른 컴포넌트들을 증착된 재료로부터 자유롭게(free from) 유지하는 것을 보조한다.
종래의 링 및 실드 설계들이 강인한 프로세싱 이력을 갖지만, 임계 치수들의 감소는 챔버 내의 오염원들에 대한 주의를 증가시킨다. 기판 지지 페디스털이 이송 및 프로세스 위치들 사이에서 상승 및 하강함에 따라 링들 및 실드가 서로 주기적으로 접촉하므로, 종래의 설계들은 잠재적인 입자상 오염원이다. 추가로, 기존의 실드 설계들은, 종종 다수의 접지 포인트들이 결여되고, 종종, RF 소스 플라즈마로부터의 아킹(arcing)을 방지하기 위해 필요한 전기적인 격리(isolation)를 제공할 수 없다.
증착 링은 부가적으로, 기판 지지 페디스털의 주변 상의 증착을 방지한다. 일반적으로, 증착 링과 접지 실드 사이에 미로(labyrinth) 갭을 생성하기 위해 커버 링이 사용되며, 이로 인해, 기판 아래의 증착을 방지한다. 또한, 기판의 에지에서 또는 기판의 에지 아래에서의 증착을 제어하는 것을 보조하기 위해 커버 링이 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명자들은 스트레이(stray) 플라즈마를 감소시키면서 또한 챔버 오염을 최소화시키는 프로세스 키트를 갖는 것이 유리할 것임을 인지하였다.
따라서, 당해 기술 분야에서 개선된 프로세스 키트에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로, 물리적 기상 증착(PVD) 챔버에서 사용하기 위한 프로세스 키트 및 인터리빙(interleaving) 프로세스 키트를 갖는 PVD 챔버를 제공한다. 일 실시예에서, 프로세스 키트는 인터리빙 접지 실드, 커버 링, 및 아이솔레이터 링을 포함한다.
일 실시예에서, 기판 프로세싱 챔버에서 기판 지지대에 대면하는 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드가 제공된다. 실드는 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸도록 크기조정된 제 1 직경을 갖는 원통형 외측 밴드를 포함한다. 원통형 외측 밴드는 스퍼터링 표면을 둘러싸도록 크기조정된 상부 단부 및 기판 지지대를 둘러싸도록 크기조정된 저부 단부를 갖는다. 제 1 직경을 초과하는 제 2 직경을 갖는 경사진 스텝은 원통형 외측 밴드의 상부 단부로부터 외측으로 방사상으로 연장한다. 장착 플랜지는 경사진 스텝으로부터 외측으로 방사상으로 연장한다. 베이스 플레이트는 원통형 외측 밴드의 저부 단부로부터 내측으로 방사상으로 연장한다. 원통형 내측 밴드는 베이스 플레이트와 커플링되며, 기판 지지대의 주변 에지를 에워싸도록 크기조정된다.
다른 실시예에서, 기판 프로세싱 챔버에서 증착 링 주위에 배치하기 위한 커버 링이 제공된다. 증착 링은 챔버 내의 원통형 실드와 기판 지지대 사이에 위치된다. 커버 링은 환상 웨지를 포함한다. 환상 웨지는 기판 지지대를 에워싸는 기울어진 상부 표면을 포함하며, 기울어진 상부 표면은 내측 주변부 및 외측 주변부를 갖는다. 푸팅은 증착 링 상에 높이기 위한, 기울어진 상부 표면으로부터 하측으로 연장한다. 돌출 브림은 상부 표면의 내측 주변부 주위에서 연장한다. 내측 원통형 밴드 및 외측 원통형 밴드는 환상 웨지로부터 하측으로 연장하며, 내측 밴드는 외측 밴드보다 더 작은 높이를 갖는다.
다른 실시예에서, 타겟과 접지 실드 사이에 배치하기 위한 아이솔레이터 링이 제공된다. 아이솔레이터 링은 타겟의 스퍼터링 표면 주위에서 연장하고 타겟의 스퍼터링 표면을 둘러싸도록 크기조정된 환상 밴드를 포함한다. 환상 밴드는, 제 1 폭을 갖는 상부 벽, 제 2 폭을 갖는 저부 벽, 및 제 3 폭을 가지며 상부 벽으로부터 외측으로 방사상으로 연장하는 지지 림을 포함한다. 저부 벽의 외측 주변부와 지지 림의 저부 접촉 표면 사이에 수직 트렌치가 형성된다.
또 다른 실시예에서, 기판 프로세싱 챔버에서 기판 지지대 및 스퍼터링 타겟 주위에 배치하기 위한 프로세스 키트가 제공된다. 프로세스 키트는 스퍼터링 타겟 및 기판 지지대를 에워싸는 실드를 포함한다. 실드는 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸도록 크기조정된 제 1 직경을 갖는 원통형 외측 밴드를 포함한다. 원통형 외측 밴드는 스퍼터링 표면을 둘러싸는 상부 단부 및 기판 지지대를 둘러싸는 저부 단부를 갖는다. 제 1 직경을 초과하는 제 2 직경을 갖는 경사진 스텝은 원통형 외측 밴드의 상부 단부로부터 외측으로 방사상으로 연장한다. 장착 플랜지는 경사진 스텝으로부터 외측으로 방사상으로 연장한다. 베이스 플레이트는 원통형 밴드의 저부 단부로부터 내측으로 방사상으로 연장한다. 베이스 플레이트에 커플링된 원통형 내측 밴드는 기판 지지대의 주변 에지를 부분적으로 둘러싼다. 프로세스 키트는 아이솔레이터 링을 더 포함한다. 아이솔레이터 링은 타겟의 스퍼터링 표면 주위에서 연장하고 타겟의 스퍼터링 표면을 둘러싸는 환상 밴드를 포함한다. 환상 밴드는, 제 1 폭을 갖는 상부 벽, 제 2 폭을 갖는 저부 벽, 및 제 3 폭을 가지며 상부 벽으로부터 외측으로 방사상으로 연장하는 지지 림을 포함한다. 저부 벽의 외측 주변부와 지지 림의 저부 접촉 표면 사이에 수직 트렌치가 형성된다.
본 발명의 위에서 기재된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에서 간략하게 요약된 본 발명의 보다 특정한 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 실시예들 중 일부는 첨부된 도면들에서 예시된다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 예시하며, 따라서, 본 발명이 다른 동등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있으므로, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로서 고려되지 않아야 한다는 것이 주의되어야 한다.
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 4a 내지 도 4c는 도 1의 프로세싱 시스템과 인터페이싱되는 프로세스 키트의 대안적인 실시예들의 부분적인 단면도들이다.
도 5a는 여기서 설명된 실시예에 따른 원피스(one piece) 실드의 상면도이다.
도 5b는 도 5a의 원피스 실드의 실시예의 측면도이다.
도 5c는 도 5a의 원피스 실드의 일 실시예의 단면도이다.
도 5d는 도 5a의 원피스 실드의 일 실시예의 저부도이다.
도 6a는 여기서 설명된 실시예에 따른 절연체 링의 상면도이다.
도 6b는 도 6a의 절연체 링의 일 실시예의 측면도이다.
도 6c는 도 6a의 절연체 링의 일 실시예의 단면도이다.
도 6d는 도 6a의 절연체 링의 일 실시예의 저부도이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해서, 가능한 경우에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예에서 개시된 엘리먼트들이 특정 기재 없이 다른 실시예들에 대해 유익하게 이용될 수 있다는 것이 고려된다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로, 물리적 증착(PVD) 챔버에서 사용하기 위한 프로세스 키트를 제공한다. 일 실시예에서, 프로세스 키트는 프로세스 캐비티(cavity) 외부의 스트레이 플라즈마 및 RF 고조파들의 감소에 기여하는 감소된 RF 리턴 경로를 제공하며, 그 감소된 RF 리턴 경로는 더 긴 챔버 컴포넌트 서비스 수명과 함께 더 큰 프로세스 균일성 및 반복성을 촉진한다. 일 실시예에서, 프로세스 키트는 챔버 벽들과 타겟 사이의 전기적인 단락들을 감소시키도록 설계된 아이솔레이터 링을 제공한다.
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 원피스 접지 실드(160), 인터리빙 커버 링(170), 및 아이솔레이터 링(180)을 포함한다. 도시된 버전에서, 프로세싱 챔버(100)는, 물리적 기상 증착 또는 PVD 챔버라고도 또한 호칭되는, 기판 상에 티타늄 또는 알루미늄 산화물을 증착할 수 있는 스퍼터링 챔버를 포함한다. 프로세싱 챔버(100)는 또한, 예를 들어 알루미늄, 구리, 탄탈룸, 탄탈룸 질화물, 탄탈룸 탄화물, 텅스텐, 텅스텐 질화물, 란탄, 란탄 산화물들, 및 티타늄을 증착하기 위한 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다. 본 발명으로부터 이익을 얻도록 적응될 수 있는 프로세싱 챔버의 일 예는 캘리포니아주, 산타 클라라의 Applied Materials, Inc. 로부터 입수가능한 ALPS® Plus 및 SIP ENCORE® PVD 프로세싱 챔버들이다. 다른 제조사들로부터의 프로세싱 챔버들을 포함하는 다른 프로세싱 챔버들이 본 발명으로부터 이익을 얻도록 적응될 수 있다는 것이 고려된다.
프로세싱 챔버(100)는 내부 볼륨(110) 또는 플라즈마 존을 둘러싸는, 인클로저 벽들(102) 및 측벽들(104)을 갖는 챔버 바디(101), 저부 벽(106), 및 리드 어셈블리(108)를 포함한다. 챔버 바디(101)는 전형적으로, 용접된 스테인리스 강의 플레이트들 또는 알루미늄의 단일(unitary) 블록으로 제조된다. 일 실시예에서, 측벽들은 알루미늄을 포함하며, 저부 벽은 스테인리스 강을 포함한다. 측벽들(104)은 일반적으로, 프로세싱 챔버(100)로부터의 기판(105)의 출입을 제공하기 위한 슬릿 밸브(미도시)를 포함한다. 프로세싱 챔버(100)의 리드 어셈블리(108)는, 커버 링(170)과 인터리브하는 접지 실드(160)와 협력하여, 내부 볼륨(110) 내에 형성되는 플라즈마를 기판 위의 구역으로 한정한다.
페디스털 어셈블리(120)는 챔버(100)의 저부 벽(106)으로부터 지지된다. 페디스털 어셈블리(120)는 프로세싱 동안에 기판(105)과 함께 증착 링(302)을 지지한다. 상측 위치와 하측 위치 사이에서 페디스털 어셈블리(120)를 이동시키도록 구성된 리프트 메커니즘(122)에 의해, 페디스털 어셈블리(120)가 챔버(100)의 저부 벽(106)에 커플링된다. 부가적으로, 저부 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 전형적으로, 페디스털 어셈블리(120)의 내부 및 챔버의 외부로부터 챔버 바디(101)의 내부 볼륨(110)을 격리시키기 위해, 페디스털 어셈블리(120)와 챔버 저부 벽(106) 사이에 배치된다.
페디스털 어셈블리(120)는 일반적으로, 플랫폼 하우징(128)에 밀봉(sealingly) 커플링된 기판 지지대(126)를 포함한다. 플랫폼 하우징(128)은 전형적으로, 스테인리스 강 또는 알루미늄과 같은 금속 재료로 제조된다. 쿨링 플레이트(미도시)는 일반적으로, 기판 지지대(126)를 열적으로 조절하기 위해 플랫폼 하우징(128) 내에 배치된다. 여기서 설명된 실시예들로부터 이익을 얻도록 적응될 수 있는 하나의 페디스털 어셈블리(120)는 Davenport 등에 의해 1996년 4월 16일자로 발행된 미국 특허 제5,507,499호에서 설명되며, 이 미국 특허는 그 전체가 참조로 여기에 통합된다.
기판 지지대(126)는 알루미늄 또는 세라믹으로 구성될 수 있다. 기판 지지대(126)는 프로세싱 동안에 기판(105)을 수용 및 지지하는 기판 수용 표면(127)을 가지며, 표면(127)은 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)에 실질적으로 평행한 면을 갖는다. 기판 지지대(126)는 또한, 기판(105)의 돌출 에지 전에 종단되는 주변 에지(129)를 갖는다. 기판 지지대(126)는 정전 척, 세라믹 바디, 히터, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지대(126)는, 전도성 층이 내부에 임베딩된 유전체 바디를 포함하는 정전 척이다. 유전체 바디는 전형적으로, 열분해 붕소 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 알루미나, 또는 동등한 재료와 같은 높은 열 전도성 유전체 재료로 제조된다.
리드 어셈블리(108)는 일반적으로, 리드(130), 타겟(132), 및 마그네트론(134)을 포함한다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 리드(130)는 폐쇄된 위치에 있는 경우에 측벽들(104)에 의해 지지된다. 세라믹 링 시일(136)은 아이솔레이터 링(180)과 리드(130)와 측벽들(104) 사이에 배치되어, 그 사이의 진공 누설을 방지한다.
타겟(132)은 리드(130)에 커플링되고, 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(110)에 노출된다. 타겟(132)은 PVD 프로세스 동안에 기판 상에 증착되는 재료를 제공한다. 리드(130) 및 챔버 바디(101)로부터 타겟(132)을 전기적으로 격리시키기 위해, 타겟(132), 리드(130), 및 챔버 바디(101) 사이에 아이솔레이터 링(180)이 배치된다.
타겟(132)은 전원(140)에 의해, 접지, 예를 들어 챔버 바디(101) 및 어댑터들(220)에 대하여 바이어스된다. 도관들(144)을 통해 가스 소스(142)로부터 내부 볼륨(110)에 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 무반응성(non-reactive) 가스를 포함할 수 있다. 가스 소스(142)는 또한, 기판 상에 층을 형성하기 위해 스퍼터링 재료와 반응할 수 있는, 반응성 가스, 예를 들어 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 메탄 함유 가스 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 소모된 프로세스 가스를 수용하고, 챔버(100) 내의 가스의 압력을 제어하기 위한 스로틀 밸브를 갖는 배기 도관(148)에 소모된 프로세스 가스를 안내하는 배기 포트들(146)을 통해 챔버(100)로부터 소모된 프로세스 가스 및 부산물들이 배기된다. 배기 도관(148)은 하나 이상의 배기 펌프들(149)에 접속된다. 전형적으로, 챔버(100) 내의 스퍼터링 가스의 압력은 진공 환경과 같은 대기-이하 레벨들, 예를 들어 0.6 mTorr 내지 400 mTorr의 가스 압력들로 세팅된다. 플라즈마는 가스로부터 기판(105)과 타겟(132) 사이에 형성된다. 플라즈마 내의 이온들은 타겟(132)을 향하여 가속되고, 재료가 타겟(132)으로부터 벗어나게 한다. 벗어난 타겟 재료는 기판 상에 증착된다.
마그네트론(134)은 프로세싱 챔버(100)의 외부 상에서 리드(130)에 커플링된다. 이용될 수 있는 하나의 마그네트론은, Or 등에 의해 1999년 9월 21일자로 발행된 미국 특허 제5,953,827호에서 설명되며, 이 미국 특허는 그 전체가 참조로 여기에 통합된다.
챔버(100)는 챔버(100) 내의 기판들을 프로세싱하도록 챔버(100)의 컴포넌트들을 동작시키기 위한 명령 세트들을 갖는 프로그램 코드를 포함하는 제어기(190)에 의해 제어된다. 예를 들어, 제어기(190)는, 페디스털 어셈블리(120)를 동작시키기 위한 기판 위치조정(positioning) 명령 세트; 챔버(100)로의 스퍼터링 가스의 흐름을 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 측벽들(104)의 온도들을 각각 세팅하도록 페디스털 어셈블리(120) 또는 측벽(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.
챔버(100)는 또한, 예를 들어 컴포넌트 표면들로부터 스퍼터링 침전물들을 세정하거나, 부식된 컴포넌트들을 교체 또는 수리하거나, 또는 다른 프로세서들에 대해 챔버(100)를 적응시키기 위해, 챔버(100)로부터 용이하게 제거될 수 있는 다양한 컴포넌트들을 포함하는 프로세스 키트(150)를 포함한다. 일 실시예에서, 도 4a 내지 도 4c에서 보이는 바와 같이, 프로세스 키트(150)는 아이솔레이터 링(180), 접지 실드(160) 및, 기판(105)의 돌출 에지 전에 종단되는 기판 지지대(126)의 주변 에지(129) 주위의 배치를 위한 링 어셈블리(168)를 포함한다.
실드(160)는 기판 지지대(126) 및 기판 지지대(126)의 주변 에지(129)에 대면하는 스퍼터링 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)을 에워싼다. 실드(160)는 스퍼터링 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)으로부터 유래하는 스퍼터링 침전물(deposit)들의 실드(160) 뒤의 표면들 및 컴포넌트들 상으로의 증착을 감소시키기 위해, 챔버(100)의 측벽들(104)을 커버 및 쉐도잉(shadow)한다. 예를 들어, 실드(160)는 기판 지지대(126), 기판(105)의 돌출 에지, 챔버(100)의 측벽들(104) 및 저부 벽(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 에워싸는 치수의 직경을 갖는 원통형 외측 밴드(210)를 포함한다. 일 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)는 화살표들로 표현되는 내경 "A"를 갖는다. 일 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)의 내경 "A"는 약 16인치(40.6 cm) 내지 약 18인치(45.7 cm)이다. 다른 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)의 내경 "A"는 약 16.8인치(42.7 cm) 내지 약 17인치(43.2 cm)이다. 일 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)는 화살표들로 표현되는 외경 "B"를 갖는다. 일 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)의 외경 "B"는 약 17인치(43.2 cm) 내지 약 19인치(48.3 cm)이다. 다른 실시예에서, 원통형 외측 밴드(210)의 외경 "B"는 약 17.1인치(43.4 cm) 내지 약 17.3인치(43.9 cm)이다.
원통형 외측 밴드(210)는 스퍼터링 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)을 둘러싸는 상부 단부(212) 및 기판 지지대(126)를 둘러싸는 저부 단부(213)를 갖는다. 경사진 스텝(214)은 원통형 외측 밴드(210)의 상부 단부(212)로부터 외측으로 방사상으로 연장한다. 일 실시예에서, 경사진 스텝(214)은 수직에 대해 각 "α"를 형성한다. 일 실시예에서, 각 "α" 는 수직으로부터 약 15도 내지 약 25도이다. 다른 실시예에서, 경사진 각 "α" 는 약 20도이다.
일 실시예에서, 실드(160)는 화살표들로 표현되는, 약 10인치 내지 약 12인치의 높이 "C"를 갖는다. 다른 실시예에서, 실드(160)는 약 11인치(27.9 cm) 내지 11.5인치(29.2 cm)의 높이 "C"를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 실드(160)는 약 7인치(17.8 cm) 내지 약 8인치(20.3 cm) 사이의 높이 "C"를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 실드는 약 7.2인치(18.3 cm) 내지 약 7.4인치(18.8 cm)의 높이 "C"를 갖는다.
장착 플랜지(216)는 원통형 외측 밴드(210)의 경사진 스텝(214)으로부터 외측으로 방사상으로 연장한다. 도 2 및 도 5c를 참조하면, 장착 플랜지(216)는 챔버(100)의 측벽들(104) 및 상측 접촉 표면(219)을 둘러싸는 환상 어댑터(220) 상에 놓기 위한 하측 접촉 표면(218)을 포함한다. 일 실시예에서, 장착 플랜지(216)의 하측 접촉 표면(218)은 어댑터(220)에 실드(160)를 부착하기 위한 나사를 수용하도록 형상화 및 크기조정된 복수의 카운터보어(counterbore)(미도시)들을 포함한다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 상측 접촉 표면(219)의 내측 주변부(217)는 스텝(221)을 형성한다. 스텝(221)은 전도성 재료가 아이솔레이터 링(180)과 실드(160) 사이에 표면 브리지를 생성하는 것을 방지하는 미로 갭을 제공하고, 따라서 전기적인 단절을 유지한다.
일 실시예에서, 어댑터(220)는 실드(160)를 지지하고, 기판 프로세싱 챔버(100)의 측벽(104) 주위에서 열 교환기로서 기능할 수 있다. 어댑터(220) 및 실드(160)는 실드(160)로부터의 개선된 열 전달을 허용하는 어셈블리를 형성하며, 이는 실드 상에 증착된 재료에 대한 열팽창 스트레스들을 감소시킨다. 실드(160)의 부분들은 기판 프로세싱 챔버(100)에서 형성되는 플라즈마에 대한 노출에 의해 과도하게 가열될 수 있어서, 실드의 열팽창을 초래하고, 실드 상에 형성된 스퍼터링 침전물들이 실드로부터 벗겨지게 하고 기판(105) 위에 떨어지고 기판(105)을 오염시키게 할 수 있다. 어댑터(220)는 실드(160)와 어댑터(220) 사이의 양호한 전기적 및 열적 전도성을 허용하기 위해 실드(160)의 하측 접촉 표면(218)에 접촉하는 레스팅(resting) 표면(222)을 갖는다. 일 실시예에서, 어댑터(220)는 어댑터(220)의 온도를 제어하기 위해 열 전달 유체를 흘려 보내기 위한 도관들을 더 포함한다.
도 1, 도 4a, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 및 도 5d를 참조하면, 원통형 외측 밴드(210)는 또한, 기판 지지대(126)를 둘러싸는 저부 단부(213)를 포함한다. 베이스 플레이트(224)는 원통형 외측 밴드(210)의 저부 단부(213)로부터 내측으로 방사상으로 연장한다. 원통형 내측 밴드(226)는 베이스 플레이트(224)에 커플링되고, 기판 지지대(126)의 주변 에지(129)를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 일 실시예에서, 원통형 내측 밴드는 화살표들로 표현되는 직경 "D"를 갖는다. 일 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)는 약 14인치(35.6 cm) 내지 약 16인치(40.6 cm)의 직경 "D"를 갖는다. 다른 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)는 약 14.5인치(36.8 cm) 내지 약 15인치(38.1 cm)의 직경 "D"를 갖는다. 원통형 내측 밴드(226)는 베이스 플레이트(224)로부터 상측으로 연장하고, 베이스 플레이트(224)에 수직하다. 원통형 내측 밴드(226), 베이스 플레이트(224), 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, 내측 밴드(226)의 높이는 원통형 외측 밴드(210)의 높이의 약 1/5이다. 일 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)는 화살표들로 표현된 높이 "E"를 갖는다. 일 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)의 높이 "E"는 약 0.8인치(2 cm) 내지 약 1.3인치(3.3 cm)이다. 다른 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)의 높이 "E"는 약 1.1인치(2.8 cm) 내지 약 1.3인치(3.3 cm)이다. 다른 실시예에서, 원통형 내측 밴드(226)의 높이 "E"는 약 0.8인치(2 cm) 내지 약 0.9인치(2.3 cm)이다.
원통형 외측 밴드(210), 경사진 스텝(214), 장착 플랜지(216), 베이스 플레이트(224), 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 실드를 구성하기 위해 다수의 컴포넌트들, 종종 2개 또는 3개의 별개의 피스들을 포함한 종래의 실드들에 비해 유리하다. 프로세스 캐비티 외부에 스트레이 플라즈마를 야기하는 RF 고조파들에 기여하는 연장된 RF 리턴 경로를 제공하는 기존의 다수의 부분 실드들과 비교하여, 단일 실드는 RF 리턴 경로를 감소시키고, 따라서, 내부 프로세싱 구역에서 개선된 플라즈마 밀폐(containment)를 제공한다. 다수의 컴포넌트들을 갖는 실드(160)는 세정을 위해 실드를 제거하는 것을 더 어렵고 힘들게 한다. 단일 피스 실드(160)는, 세정하기에 더 어려운 코너들 또는 인터페이스들이 없는, 스퍼터링 침전물들에 노출되는 연속적인 표면을 갖는다. 단일 피스 실드(160)는 또한, 프로세스 사이클들 동안에 스퍼터 증착으로부터 챔버 측벽들(104)을 더 효과적으로 보호한다. 일 실시예에서, 전도성 홀들과 같은 컨덕턴스 피쳐들이 제거된다. 컨덕턴스 피쳐들의 제거는 내부 볼륨(110)의 외부에서의 스트레이 플라즈마들의 형성을 감소시킨다.
일 실시예에서, 실드(160)의 노출된 표면들은 캘리포니아주, 산타 클라라의 Applied Materials사로부터 상업적으로 입수가능한 CLEANCOAT™을 이용하여 처리된다. CLEANCOAT™은, 실드(160) 상의 침전물들의 입자 쉐딩(shedding)을 감소시키고, 따라서 챔버(100) 내의 기판(105)의 오염을 방지하기 위해 실드(160)와 같은 기판 프로세싱 챔버 컴포넌트들에 도포되는 트윈-와이어 알루미늄 아크 스프레이 코팅이다. 일 실시예에서, 실드(160) 상의 트윈-와이어 알루미늄 아크 스프레이 코팅은 약 600 내지 약 2300 마이크로인치의 표면 거칠기를 갖는다.
실드(160)는 챔버(100) 내의 내부 볼륨(110)에 대면하는 노출된 표면들을 갖는다. 일 실시예에서, 노출된 표면들은 175 ± 75 마이크로인치의 표면 거칠기를 갖도록 비드 블래스트(bead blast)된다. 텍스쳐화(texturize)된 비드 블래스트된 표면들은 입자 쉐딩(shedding)을 감소시키고 챔버(100) 내의 오염을 방지하도록 기능한다. 표면 거칠기 평균은 노출된 표면을 따르는 거칠기 피쳐들의 피크들 및 밸리들의 평균선(mean line)으로부터의 변위(displacement)들의 절대값들의 평균이다. 노출된 표면 위로 바늘(needle)을 지나가게 하고 표면 상의 조도(asperity)들의 높이의 변동들의 트레이스(trace)를 생성하는 조면계에 의해, 또는 표면의 이미지를 생성하기 위해 표면으로부터 반사되는 전자 빔을 사용하는 스캐닝 전자 현미경에 의해, 거칠기 평균, 비대칭도(skewness), 또는 다른 특성들이 결정될 수 있다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 아이솔레이터 링(180)은 L-형상이다. 아이솔레이터 링(180)은 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133) 주위에서 연장하고 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)을 둘러싸는 환상 밴드를 포함한다. 아이솔레이터 링(180)은 실드(160)로부터 타겟(132)을 전기적으로 격리 및 분리시키고, 전형적으로 알루미늄 산화물과 같은 유전성 또는 절연성 재료로 형성된다. 아이솔레이터 링(180)은 하측 수평 부분(232) 및 하측 수평 부분(232)으로부터 상측으로 연장하는 수직 부분(234)을 포함한다. 하측 수평 부분(232)은 내측 주변부(235), 외측 주변부(236), 저부 접촉 표면(237), 및 상부 표면(238)을 포함하며, 여기서, 하측 수평 부분(232)의 저부 접촉 표면(237)은 장착 플랜지(216)의 상측 접촉 표면(219)에 접촉한다. 일 실시예에서, 실드(160)의 상측 접촉 표면(219)은 스텝(233)을 형성한다. 스텝(233)은, 전도성 재료가 아이솔레이터 링(180)과 실드(160) 사이에 표면 브리지를 생성하는 것을 방지하는 미로 갭을 제공하고, 따라서 전기적인 단절을 유지한다. 아이솔레이터 링(180)의 상측 수직 부분(234)은 내측 주변부(239), 외측 주변부(240), 및 상부 표면(241)을 포함한다. 상측 수직 부분(234)의 내측 주변부(239) 및 하측 수평 부분(232)의 내측 주변부(235)는 단일 표면을 형성한다. 하측 수평 부분(232)의 상부 표면(238) 및 상측 수직 부분(234)의 외측 주변부(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, 아이솔레이터 링(180)은, 약 17.5인치(44.5 cm) 내지 약 18인치(45.7 cm)의, 내측 주변부(235) 및 내측 주변부(239)에 의해 정의되는 내경을 갖는다. 다른 실시예에서, 아이솔레이터 링(180)은 약 17.5인치(44.5 cm) 내지 17.7인치(45 cm)의 내경을 갖는다. 일 실시예에서, 아이솔레이터 링(180)은 약 18인치(45.7 cm) 내지 약 19인치(48.3 cm)의, 하측 수평 부분(232)의 외측 주변부(236)에 의해 정의되는 외경을 갖는다. 다른 실시예에서, 아이솔레이터 링(180)은 약 18.7인치(47.5 cm) 내지 약 19인치(48.3 cm)의 외경을 갖는다. 다른 실시예에서, 아이솔레이터 링(180)은, 약 18 인치(45.7 cm) 내지 약 18.5인치(47 cm)의, 상측 수직 부분(234)의 외측 주변부(240)에 의해 정의되는 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, 아이솔레이터 링(180)은 약 1인치(2.5 cm) 내지 약 1.5인치(3.8 cm)의 높이를 갖는다. 다른 실시예에서, 아이솔레이터 링(180)은 약 1.4인치(3.6 cm) 내지 약 1.45인치(3.7 cm)의 높이를 갖는다.
일 실시예에서, 아이솔레이터 링(180)의 수직 부분(234)의 내측 주변부 및 상부 표면(241), 하측 수평 부분(232)의 저부 접촉 표면(237) 및 내측 주변부(235)를 포함하는 노출된 표면들은, 예를 들어 180 ± 20 Ra의 표면 거칠기로 그릿 블래스팅을 사용하여 텍스쳐링되며, 이는 낮은 증착 및 더 낮은 스트레스 막들에 대해 적절한 텍스쳐를 제공한다.
다른 실시예에서 도 2, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d를 참조하면, 아이솔레이터 링(280)은 T-형상이다. 아이솔레이터 링(280)은 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133) 주위에서 연장하고, 타겟(132)의 스퍼터링 표면(133)을 둘러싸는 환상 밴드(250)를 포함한다. 아이솔레이터 링(280)의 환상 밴드(250)는 제 1 폭을 갖는 상부 벽(252), 제 2 폭을 갖는 저부 벽(254), 및 제 3 폭을 가지며 환상 밴드(250)의 상부 벽(252)으로부터 외측으로 방사상으로 연장하는 지지 림(256)을 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 폭은 제 3 폭 미만이지만 제 2 폭을 초과한다. 일 실시예에서, 아이솔레이터 링(280)은 약 18.5인치(47 cm) 내지 약 19인치(48.3 cm)의 외경 "F"를 갖는다. 다른 실시예에서, 아이솔레이터 링(280)은 약 18.8인치(47.8 cm) 내지 약 18.9인치(48 cm)의 외경 "F"를 갖는다.
상부 벽(252)은 내측 주변부(258), 타겟(132)에 인접하게 위치된 상부 표면(260), 및 링 시일(136)에 인접하게 위치된 외측 주변부(262)를 포함한다. 지지 림(256)은 저부 접촉 표면(264) 및 상측 표면(266)을 포함한다. 지지 림(256)의 저부 접촉 표면(264)은 알루미늄 링(267) 상에 놓인다. 특정 실시예들에서, 알루미늄 링(267)이 존재하지 않으며, 어댑터(220)가 지지 림(256)을 지지하도록 구성된다. 저부 벽(254)은 내측 주변부(268), 외측 주변부(270), 및 저부 표면(272)을 포함한다. 저부 벽(254)의 내측 주변부(268) 및 상부 벽(252)의 내측 주변부(258)는 단일 표면을 형성한다. 일 실시예에서, 아이솔레이터 링(280)은, 약 17인치(43.2 cm) 내지 약 18인치(45.7 cm)의, 상부 벽(252)의 내측 주변부(258) 및 저부 벽(254)의 내측 주변부(268)에 의해 정의되는 내경 "G"를 갖는다. 다른 실시예에서, 아이솔레이터 링(280)의 내경 "G"는 약 17.5인치(44.5 cm) 내지 약 17.8인치(45.2 cm)이다.
지지 림(256)의 저부 접촉 표면(264)과 저부 벽(254)의 외측 주변부(270) 사이의 전이 포인트(278)에서 수직 트렌치(576)가 형성된다. 실드(160)의 스텝(221)은 수직 트렌치(276)와 협력하여, 전도성 재료가 아이솔레이터 링(280)과 실드(160) 사이에 표면 브리지를 생성하는 것을 방지하는 미로 갭을 제공하고, 따라서 전기적인 단절을 유지하면서 여전히 챔버 측벽들(104)에 대한 실딩을 제공한다. 일 실시예에서, 아이솔레이터 링(280)은 프로세스 키트(150)의 접지 컴포넌트들과 타겟(132) 사이에 갭을 제공하면서, 여전히 챔버 벽들에 대한 실딩을 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. 아이솔레이터 링(280)의 스텝형 설계는 실드(160)로 하여금 어댑터(220)에 대하여 중심에 있게 허용하며, 이는 또한 타겟(132)의 정렬 피쳐들 및 메이팅 실드들에 대한 장착 포인트이다. 또한, 스텝형 설계는 또한, 타겟(132)으로부터 실드(160)로의 라인-오브-사이트(line-of-site)를 제거하여, 이 영역에서의 스트레이 플라즈마 고려사항들을 제거한다.
일 실시예에서, 아이솔레이터 링(280)은 180 ± 20 Ra의 표면 거칠기를 갖는, 강화된 막 접착을 위한 그릿-블래스트된 표면 텍스쳐를 가지며, 이는 낮은 증착 및 더 낮은 스트레스 막들에 대해 적합한 텍스쳐를 제공한다. 일 실시예에서, 아이솔레이터 링(280)은 더 큰 증착 두께 및 더 높은 막 스트레스에 대해, >500 Ra의 표면 거칠기를 갖는, 강화된 필름 접착을 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 아이솔레이터 링(280)의 수명을 연장시킨다. 또한, 챔버(100)로부터 아이솔레이터 링(280)이 제거가능하여, 진공 시일 애플리케이션에서의 재사용을 방지하는 재료 다공성(porosity)에 대한 영향 없이 파트를 재활용하기 위한 능력을 제공한다. 지지 림(256)은 아이솔레이터 링(280)으로 하여금 어댑터(220)에 대하여 중심에 있게 허용하면서, 타겟(132)으로부터 접지 실드(160)로의 라인-오브-사이트를 제거하고, 따라서 스트레이 플라즈마 고려사항들을 제거한다. 일 실시예에서, 링(267)은 실드(160) 내의 일련의 슬롯들(미도시)과 위치/정렬된 일련의 정렬 핀들(미도시)을 포함한다.
도 4a를 참조하면, 링 어셈블리(168)는 증착 링(302) 및 커버 링(170)을 포함한다. 증착 링(302)은 기판 지지대(126)를 둘러싸는 환상 밴드(304)를 포함한다. 커버 링(170)은 증착 링(302)을 적어도 부분적으로 커버한다. 증착 링(302) 및 커버 링(170)은 서로 협력하여, 기판(105)의 돌출 에지 및 기판 지지대(126)의 주변 에지들(129) 상의 스퍼터 침전물들의 형성을 감소시킨다.
커버 링(170)은 증착 링(302)을 에워싸고 적어도 부분적으로 커버하여, 증착 링(302)을 수용하고, 따라서 대부분의 스퍼터링 침전물들로부터 증착 링(302)을 쉐도잉한다. 커버 링(170)은, 스퍼터링 플라즈마에 의한 부식에 견딜 수 있는 재료, 예를 들어 스테인리스 강, 티타늄 또는 알루미늄과 같은 금속 재료, 알루미늄 산화물과 같은 세라믹 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 커버 링(170)은 적어도 약 99.9 퍼센트의 순도를 갖는 티타늄으로 구성된다. 일 실시예에서, 커버 링(170)의 표면은 커버 링(170)의 표면으로부터 입자 쉐딩을 감소시키기 위해, 예를 들어 CLEANCOAT™와 같은 트윈-와이어 알루미늄 아크-스프레이 코팅으로 처리된다.
커버 링(170)은 기판 지지대(126)를 에워싸고 내측으로 방사상으로 경사진 기울어진 상부 표면(312)을 포함하는 환상 웨지(310)를 포함한다. 환상 웨지(310)의 기울어진 상부 표면(312)은 내측 주변부(314) 및 외측 주변부(316)를 갖는다. 내측 주변부(314)는 증착 링(302)의 개방 내측 채널을 포함하는 방사상으로 내측으로 향하는 딥(dip) 위에 놓인 돌출 브림(318)을 포함한다. 돌출 브림(318)은 증착 링(302)의 개방 내측 채널 상의 스퍼터링 침전물들의 증착을 감소시킨다. 일 실시예에서, 돌출 브림(318)은 증착 링(302)에 의해 형성된 아크-형상 갭(402)의 폭의 적어도 대략 절반에 대응하는 거리만큼 돌출된다. 기판 지지대(126) 및 플랫폼 하우징(128) 상으로의 프로세스 침전물들의 흐름을 억제하는, 증착 링(302)과 커버 링(170) 사이의 나선형 및 잘록한 흐름 경로를 형성하기 위해, 돌출 브림(318)은 아크-형상 갭(402)과 협력하고 아크-형상 갭(402)을 보완하도록, 크기조정, 형상화, 및 위치된다. 갭(402)의 잘록한 흐름 경로는, 증착 링(302) 및 커버 링(170)의 메이팅 표면들 상의 저-에너지 스퍼터 침전물들의 빌드업(build-up)을 제한하며, 그렇지 않은 경우, 이는 침전물들이 서로 붙게 하거나 또는 기판(105)의 주변 돌출 에지에 붙게 할 것이다.
기울어진 상부 표면(312)은 수평으로부터 약 10도 내지 약 20도, 예를 들어 약 16도의 각으로 기울어질 수 있다. 커버 링(170)의 기울어진 상부 표면(312)의 각은 기판(105)의 돌출 에지에 가장 근접한 스퍼터 침전물들의 빌드업을 최소화하도록 설계되며, 그렇지 않은 경우, 이는 기판(105)에 걸쳐 획득되는 입자 성능에 부정적으로 영향을 미칠 것이다.
커버 링(170)은 증착 링(302)의 레지(306) 상에 놓기 위한, 환상 웨지(310)의 기울어진 상부 표면(312)로부터 하측으로 연장하는 푸팅(320)을 포함한다. 푸팅(320)은 증착 링(302)을 실질적으로 균열시키거나 또는 파쇄하지 않고 증착 링(302)을 프레스(press)하도록 웨지(310)로부터 하측으로 연장한다. 일 실시예에서, 돌출 브림(318)의 하측 표면과 푸팅(320) 사이에 이중-스텝형 표면이 형성된다.
커버 링(170)은, 사이에 갭을 가지고 환상 웨지(310)로부터 하측으로 연장하는, 외측 원통형 밴드(324b) 및 내측 원통형 밴드(324a)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 내측 원통형 밴드(324a) 및 외측 원통형 밴드(324b)는 실질적으로 수직이다. 내측 및 외측 원통형 밴드들(324a 및 324b)은 환상 웨지(310)의 푸팅(320)의 외측으로 방사상으로 위치된다. 내측 원통형 밴드(324a)는 외측 원통형 밴드(324b)보다 더 작은 높이를 갖는다. 전형적으로, 외측 원통형 밴드(324b)의 높이는 내측 원통형 밴드(324a)의 높이의 적어도 약 1.2배이다. 예를 들어, 약 154 mm의 내측 반경을 갖는 커버 링(170)에 있어서, 외측 원통형 밴드(324b)의 높이는 약 15 내지 약 35 mm, 예를 들어 25 mm이며, 내측 원통형 밴드(324a)의 높이는 약 12 내지 약 24 mm, 예를 들어 약 19 mm이다. 커버 링은 티타늄 또는 스테인리스 강과 같은 프로세스 화학물(chemistry)들과 융화가능한 임의의 재료를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 내측 원통형 밴드(324a)의 표면은 수직으로부터 약 12도 내지 약 18도의 각을 이룬다. 다른 실시예에서, 내측 원통형 밴드(324a)의 표면은 약 15도 내지 약 17도의 각을 이룬다.
일 실시예에서, 커버 링(170)은 약 15.5인치(39.4 cm) 내지 약 16인치(40.6 cm)의, 외측 원통형 밴드(324b)에 의해 정의되는 외경을 갖는다. 다른 실시예에서, 커버 링(170)은 약 15.6인치(39.6 cm) 내지 약 15.8인치(40.1 cm)의 외경을 갖는다. 일 실시예에서, 커버 링(170)은 약 1인치(2.5 cm) 내지 약 1.5인치(3.8 cm)의 높이를 갖는다. 다른 실시예에서, 커버 링(170)은 약 1.2인치(3 cm) 내지 약 1.3인치(3.3 cm)이다.
실드(160)와 커버 링(170) 사이의 공간 또는 갭(404)은 플라즈마가 이동하기 위한 나선형의 S-형상 경로 또는 미로를 형성한다. 경로의 형상은, 예를 들어 그 경로의 형상이 이 구역으로의 플라즈마 종들의 진입을 저해 및 방해하여, 스퍼터링된 재료의 원하지 않는 증착을 감소시키기 때문에, 유리하다.
도 4b는 증착 링(410) 및 커버 링(440)을 포함하는 링 어셈블리(168)의 다른 실시예이다. 증착 링(410) 및 커버 링(440)을 포함하는 링 어셈블리(168)는, 도 4c를 참조하여 아래에서 설명되는, 증착 링(410) 및 커버 링(460)을 포함하는 링 어셈블리(168)와 비교하여, 높은 프로세스 압력들에서 양호한 PVD 프로세싱 결과들을 생성한다고 알려져 있다. 증착 링(410)은 원통(416)에 의해 제 2 환상 밴드(414)에 접속된 제 1 환상 밴드(412)를 포함한다. 제 1 환상 밴드(412)는 제 1 환상 밴드(412)의 내부 에지(422)로부터 상측으로 연장하는 립(lip)(418)을 갖는 스텝형 상부 표면(420)을 포함한다. 제 2 환상 밴드(414)가 제 1 환상 밴드(412)의 아래에서 수직으로 그리고 제 1 환상 밴드(412)의 외측으로 방사상으로 존재하도록, 원통(416)은 제 1 환상 밴드(412)의 저부 표면(434) 및 외부 에지로부터 하측으로 제 2 환상 밴드(414)의 상부 표면(426) 및 내부 에지(424)로 연장한다. 제 1 환상 밴드(412)의 저부 표면(434)은 기판 지지대(126)의 레지 상에 놓인다.
제 2 환상 밴드(414)의 상부 표면(426)은 상승된(raised) 환상 외측 패드(430)로부터 홈(432)에 의해 분리된 상승된 환상 내측 패드(428)를 포함한다. 상승된 환상 내측 패드(428)는 상승된 환상 외측 패드(430)보다 제 2 환상 밴드(414)의 상부 표면(426)의 더 위에서, 그러나, 제 1 환상 밴드(412)의 저부 표면(434) 아래에서 연장한다. 상승된 환상 외측 패드(430)는 커버 링(440)을 지지한다.
커버 링(440)은 증착 링(410)을 적어도 부분적으로 커버한다. 증착 링(410) 및 커버 링(440)은 서로 협력하여, 기판(105)의 돌출 에지 및 기판 지지대(126)의 주변 에지들 상의 스퍼터 침전물들의 형성을 감소시킨다.
커버 링(440)은 증착 링(410)을 에워싸고 적어도 부분적으로 커버하여, 증착 링(410)을 수용하고, 따라서 대부분의 스퍼터링 침전물들로부터 증착 링(410)을 쉐도잉한다. 커버 링(440)은 스퍼터링 플라즈마에 의한 부식에 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(440)은 적어도 약 99.9 퍼센트의 순도를 갖는 티타늄으로 구성된다. 일 실시예에서, 커버 링(440)의 표면은 커버 링(440)의 표면으로부터 입자 쉐딩을 감소시키기 위해, 예를 들어 CLEANCOAT™와 같은 트윈-와이어 알루미늄 아크-스프레이 코팅으로 처리된다.
커버 링(440)은 기판 지지대(126)를 에워싸고 내측으로 방사상으로 경사진 기울어진 상부 표면(444)을 포함하는 환상 웨지(442)를 포함한다. 환상 웨지(442)의 기울어진 상부 표면(444)은 내측 주변부(446) 및 외측 주변부(448)를 갖는다. 내측 주변부(446)는 상승된 환상 내측 패드(428)를 향하여 하측으로 연장하는 돌출 구상(bulbous) 브림(450)을 포함한다. 돌출 브림(450)은 증착 링(410)의 외측 상측 표면 상의 스퍼터링 재료들의 증착을 감소시킨다.
기울어진 상부 표면(444)은 수평으로부터 약 10도 내지 약 20도, 예를 들어 약 16도의 각으로 기울어질 수 있다. 커버 링(440)의 기울어진 상부 표면(444)의 각은 기판(105)의 돌출 에지에 가장 근접한 스퍼터 침전물들의 빌드업을 최소화하도록 설계되며, 그렇지 않은 경우, 이는 기판(105)에 결쳐 획득되는 입자 성능에 부정적으로 영향을 미칠 것이다. 일 실시예에서, 상부 표면(444)은 또한 증착 링(410)의 상부 및 기판(105)의 완전히 아래에 존재한다.
커버 링(440)은 증착 링(410)의 상승된 환상 외측 패드(430) 상에 놓기 위한, 환상 웨지(442)의 기울어진 상부 표면(444)으로부터 하측으로 연장하는 푸팅(452)을 포함한다. 일 실시예에서, 돌출 브림(450)의 하측 표면과 푸팅(452) 사이에 이중-스텝형 표면이 형성된다.
커버 링(440)은 밴드들(454, 456)로 하여금 실드(160)와 인터리빙하게 허용하는 그 사이의 갭을 정의하기 위해, 환상 웨지(442)로부터 하측으로 연장하는, 내측 원통형 밴드(454) 및 외측 원통형 밴드(456)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 내측 원통형 밴드(454) 및 외측 원통형 밴드(456)는 실질적으로 수직이다. 내측 및 외측 원통형 밴드들(454 및 456)은 환상 웨지(442)의 푸팅(452)의 외측으로 방사상으로 위치된다. 내측 원통형 밴드(454)는 외측 원통형 밴드(456)보다 더 작은 높이를 갖는다. 부가적으로, 밴드들(454, 456) 양자 모두는 푸팅(454) 아래에서 연장한다. 커버 링(440)은 티타늄 또는 스테인리스 강과 같은 프로세스 화학물과 융화가능한 임의의 재료를 포함할 수 있다.
실드(160)와 커버 링(440) 사이의 공간 또는 갭(404)은 플라즈마가 이동하기 위한 나선형의 S-형상 경로 또는 미로를 형성한다. 경로의 형상은 예를 들어, 그 경로의 형상이 이 구역으로의 플라즈마 종들의 진입을 저해 및 방해하여, 스퍼터링된 재료의 원하지 않는 증착을 감소시키기 때문에, 유리하다.
도 4c는 커버링(460) 및 상술된 바와 같은 증착 링(410)을 포함하는 링 어셈블리(168)의 다른 실시예이다. 증착 링(410) 및 커버 링(460)을 포함하는 링 어셈블리(168)는, 도 4b를 참조하여 상술된, 증착 링(410) 및 커버 링(440)을 포함하는 링 어셈블리(168)와 비교하여, 더 낮은 프로세스 압력들에서 양호한 PVD 프로세싱 결과들을 생성한다고 알려져 있다. 증착 링(410)이 기판 지지대(126) 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 돌출 에지 및 기판 지지대(126)의 주변 에지들(129) 상의 스퍼터 침전물들의 형성을 감소시킨다.
커버 링(460)은 증착 링(410)을 둘러싸고 적어도 부분적으로 커버하여, 증착 링(410)을 수용하고, 따라서 대부분의 스퍼터링 침전물들로부터 증착 링(410)을 쉐도잉한다. 커버 링(460)은 스퍼터링 플라즈마에 의한 부식에 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™와 같은 트윈-와이어 알루미늄 아크-스프레이 코팅으로 처리된다.
커버 링(460)은 기판 지지대(126)를 에워싸고 내측으로 방사상으로 경사진 기울어진 상부 표면(444)을 포함하는 환상 웨지(462)를 포함한다. 환상 웨지(462)의 기울어진 상부 표면(444)은 내측 주변부(446) 및 외측 주변부(464)를 갖는다. 내측 주변부(446)는 증착 링(410)의 상승된 환상 내측 패드(428) 위에 놓인 돌출 구상 브림(461)을 포함한다. 돌출 브림(461)은 증착 링(410)의 상측 외측 표면 상의 스퍼터링 침전물들의 증착을 감소시킨다. 일 실시예에서, 돌출 브림(461)은 증착 링(410)에 의해 형성된 아크-형상 갭(402)의 폭의 적어도 대략 절반에 대응하는 거리만큼 돌출된다. 기판 지지대(126) 및 플랫폼 하우징(128) 상으로의 프로세스 침전물들의 흐름을 억제하는, 증착 링(410)과 커버 링(460) 사이의 나선형 및 잘록한 흐름 경로를 형성하기 위해, 돌출 브림(461)은 아크-형상 갭(402)과 협력하고 아크-형상 갭(402)을 보완하도록 크기조정, 형상화, 및 위치된다. 갭(402)의 잘록한 흐름 경로는, 증착 링(410) 및 커버 링(460)의 메이팅 표면들 상의 저-에너지 스퍼터 침전물들의 빌드업을 제한하며, 그렇지 않은 경우, 이는 침전물들이 서로 붙게 하거나 또는 기판(105)의 주변 돌출 에지에 붙게 할 것이다. 일 실시예에서, 기울어진 상부 표면(444)은 증착 링(410)의 상부 아래에 존재한다.
기울어진 상부 표면(444)은 수평으로부터 약 10도 내지 약 20도, 예를 들어 약 16도의 각으로 기울어질 수 있다. 커버 링(460)의 기울어진 상부 표면(444)의 각은 기판(105)의 돌출 에지에 가장 근접한 스퍼터 침전물들의 빌드업을 최소화하도록 설계되며, 그렇지 않은 경우, 이는 기판(105)에 걸쳐 획득되는 입자 성능에 부정적으로 영향을 미칠 것이다.
커버 링(460)은 커버 링(440)과 유사하게, 증착 링(410)의 레지 상에 놓기 위한, 환상 웨지(462)의 기울어진 상부 표면(444)으로부터 하측으로 연장하는 푸팅(452)을 포함한다. 푸팅(452)은 링(410)을 실질적으로 균열시키거나 또는 파쇄하지 않고 증착 링(410)을 프레스하도록 웨지(462)로부터 하측으로 연장한다. 일 실시예에서, 돌출 브림(461)의 하측 표면과 푸팅(452) 사이에 이중-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 하측 및 상측 양자 모두로 연장하며, 내측 원통형 밴드(470)의 대부분은 환상 웨지(462) 위에 배치된다. 내측 원통형 밴드(470)의 상측 부분은 브리지(474)에 의해 외측 원통형 밴드(472)에 커플링된다. 브리지(474)는 웨지(462)의 훨씬 위에 그리고 증착 링(410) 위에 배치된다. 외측 원통형 밴드(472)는 내측 원통형 밴드(470)와 실질적으로 평행하게 브리지(474)로부터 단부(476)로 하측으로 연장하여, 밴드들(470, 472)로 하여금 실드(160)의 단부와 인터리빙하게 허용하는 그 사이의 갭을 형성한다. 단부(476)는 브림(461)의 저부 표면 위의 고도(elevation)에서 종단하며, 일 실시예에서, 제 1 환상 밴드(412)의 저부 표면(434)과 정렬된다.
일 실시예에서, 내측 원통형 밴드(470) 및 외측 원통형 밴드(472)는 실질적으로 수직이다. 내측 및 외측 원통형 밴드들(470 및 472)은 환상 웨지(462)의 푸팅(452)의 외부에 방사상으로 위치된다. 내측 원통형 밴드(470)는 외측 원통형 밴드(472)의 단부(476) 아래에서 연장한다. 일 실시예에서, 커버 링(460)은 약 15.6인치의 외경 및 약 2.5인치의 높이를 갖는다. 커버 링은 티타늄 또는 스테인리스 강과 같은 프로세스 화학물들과 융화가능한 임의의 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 정의되는 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. 경로의 형상은 예를 들어, 그 경로의 형상이 이 구역으로의 플라즈마 종들의 진입을 저해 및 방해하여, 스퍼터링된 재료의 원하지 않는 증착을 감소시키기 때문에, 유리하다.
설명된 프로세스 키트(150)의 컴포넌트들은 단독으로 그리고 조합하여 작용하여, 입자 생성 및 스트레이 플라즈마들을 상당히 감소시킨다. 프로세스 캐비티 외부에서 스트레이 플라즈마를 야기하는 RF 고조파들에 기여하는 연장된 RF 리턴 경로를 제공하는 기존의 다중 파트 실드들과 비교하여, 전술된 원피스 실드는 RF 리턴 경로를 감소시키고, 따라서, 내부 프로세싱 구역에서 개선된 플라즈마 밀폐를 제공한다. 원피스 실드의 평탄한 베이스 플레이트는 페디스털을 통하는 RF에 대한 부가적인 단축된 리턴 경로를 제공하여, 고조파들 및 스트레이 플라즈마를 더 감소시킬 뿐만 아니라 기존의 접지 하드웨어에 대한 랜딩(landing)을 제공한다. 원피스 실드는 또한, RF 리턴에서 단절들을 제공하고 프로세스 캐비티 외부에서의 스트레이 플라즈마를 이끌어 내는 모든 컨덕턴스 피쳐들을 제거한다. 원피스 실드는 프로세스 챔버 내로의 아이솔레이터 링의 삽입을 허용하도록 변형되었다. 아이솔레이터 링은 접지 경로에서 RF 소스와 프로세스 키트 부분들 사이의 라인-오브-사이트를 차단한다. 실드 상의 장착 플랜지는, 전도성 재료 증착이 아이솔레이터 링과 실드 사이에 표면 브리지를 생성하는 것을 방지하는 미로를 제공함으로써, 전기적인 단절을 유지하는 스텝 및 큰 반경을 제공하도록 변형되었다. 원피스 실드는 또한, 흐름 형성(flow forming)을 통한 제조를 허용하도록 재료 두께의 감소를 통해 저비용의 제조가능성을 위해 설계된다.
전술한 바가 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가의 실시예들이 본 발명의 기본 범주에서 벗어남이 없이 고안될 수 있으며, 본 발명의 범주는 후속하는 청구 범위에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 기판 프로세싱 챔버에서 기판 지지대에 면하는 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기(encircle) 위한 실드로서,
    상기 스퍼터링 타겟의 상기 스퍼터링 표면을 에워싸도록 크기조정된 제 1 직경을 갖는 원통형 외측 밴드 ? 상기 원통형 외측 밴드는 상기 스퍼터링 표면을 둘러싸도록(surround) 크기조정된 상부 단부 및 상기 기판 지지대를 둘러싸도록 크기조정된 저부 단부를 가짐 ? ;
    상기 원통형 외측 밴드의 상기 상부 단부로부터 외측으로 방사상으로 연장하는, 상기 제 1 직경보다 더 큰 제 2 직경을 갖는 경사진 스텝;
    상기 경사진 스텝으로부터 외측으로 방사상으로 연장하는 장착 플랜지(mounting flange);
    상기 원통형 외측 밴드의 상기 저부 단부로부터 내측으로 방사상으로 연장하는 베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트와 커플링되며, 상기 기판 지지대의 주변 에지를 에워싸도록 크기조정된 원통형 내측 밴드
    를 포함하는,
    스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형 외측 밴드, 상기 경사진 스텝, 상기 장착 플랜지, 상기 베이스 플레이트, 및 상기 원통형 내측 밴드는 단일(unitary) 알루미늄 구조를 포함하는, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형 내측 밴드는 상기 원통형 외측 밴드의 높이 미만의 높이를 포함하는, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형 내측 밴드는 상기 제 1 직경 미만의 제 3 직경을 갖는, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착 플랜지는 상기 실드와 상기 실드 위에 위치된 아이솔레이터(isolator) 링 사이에 미로(labyrinth) 갭을 제공하는 스텝을 갖는, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 실드의 표면 상의 트윈-와이어 알루미늄 아크 스프레이 코팅을 포함하는, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 트윈-와이어 알루미늄 아크 스프레이 코팅은 약 600 내지 약 2300 마이크로인치의 표면 거칠기(surface roughness)를 포함하는, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 실드의 노출된 표면들은 175 ± 75 마이크로인치의 표면 거칠기를 갖도록 비드 블래스트되는(bead blasted), 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸기 위한 실드.
  9. 제 1 항에 기재된 실드를 포함하는 프로세스 키트로서,
    상기 타겟의 스퍼터링 표면 주위에서 연장하며, 상기 타겟의 스퍼터링 표면을 에워싸도록 크기조정된 환상(annular) 밴드를 포함하는 아이솔레이터 링; 및
    기판 프로세싱 챔버 내의 증착 링 주위에 배치하기 위한 커버 링 ? 상기 증착 링은 상기 챔버 내의 원통형 실드와 기판 지지대 사이에 있음 ?
    을 더 포함하며,
    상기 환상 밴드는,
    제 1 폭을 갖는 상부 벽;
    제 2 폭을 갖는 저부 벽; 및
    제 3 폭을 가지며 상기 상부 벽으로부터 외측으로 방사상으로 연장하는 지지 림(supprot rim) ? 상기 저부 벽의 외측 주변부와 지지 림의 저부 접촉 표면 사이에 수직 트렌치가 형성됨 ? 을 포함하고,
    상기 커버 링은,
    환상 웨지; 및
    상기 환상 웨지로부터 하측으로 연장하는 내측 원통형 밴드; 및
    상기 환상 웨지로부터 하측으로 연장하는 외측 원통형 밴드 ? 상기 내측 원통형 밴드는 상기 외측 원통형 밴드의 높이보다 더 작은 높이를 가짐 ? 를 포함하고,
    상기 환상 웨지는,
    상기 기판 지지대를 에워싸는 기울어진 상부 표면 ? 상기 기울어진 상부 표면은 내측 주변부 및 외측 주변부를 가짐 ?;
    상기 증착 링 상에 놓기 위한, 상기 기울어진 상부 표면으로부터 하측으로 연장하는 푸팅(footing); 및
    상기 상부 표면의 상기 내측 주변부 주위의 돌출 브림(brim)을 포함하는,
    프로세스 키트.
  10. 타겟과 접지 실드 사이에 배치하기 위한 아이솔레이터 링으로서,
    상기 타겟의 스퍼터링 표면 주위에서 연장하며 상기 타겟의 스퍼터링 표면을 둘러싸도록 크기조정된 환상 밴드를 포함하며,
    상기 환상 밴드는,
    제 1 폭을 갖는 상부 벽;
    제 2 폭을 갖는 저부 벽; 및
    제 3 폭을 가지며, 상기 상부 벽으로부터 외측으로 방사상으로 연장하는 지지 림을 포함하고,
    상기 저부 벽의 외측 주변부와 상기 지지 림의 저부 접촉 표면 사이에 수직 트렌치가 형성되는, 아이솔레이터 링.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 폭은 상기 제 3 폭 미만이지만 상기 제 2 폭을 초과하는, 아이솔레이터 링.
  12. 제 10 항에 있어서,
    180 ± 20 Ra의 표면 거칠기를 갖는 강화된 막 접착(adherence)을 위해 그릿-블래스트된 표면 텍스쳐(texture)를 포함하는, 아이솔레이터 링.
  13. 제 10 항에 있어서,
    강화된 막 접착을 위해 >500 Ra의 표면 거칠기로 레이저 펄싱을 통해 제공되는 표면 텍스쳐를 포함하는, 아이솔레이터 링.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 아이솔레이터 링은 상기 타겟과 상기 실드 사이에 약 1인치 내지 약 2인치의 갭을 형성하는, 아이솔레이터 링.
  15. 제 10 항에 있어서,
    세라믹 재료를 포함하는, 아이솔레이터 링.
  16. 기판 프로세싱 챔버 내의 증착 링 주위에 배치하기 위한 커버 링으로서,
    상기 증착 링은 상기 챔버 내의 원통형 실드와 기판 지지대 사이에 위치되도록 적응되고,
    상기 커버 링은,
    환상 웨지;
    상기 환상 웨지로부터 하측으로 연장하는 내측 원통형 밴드; 및
    상기 환상 웨지로부터 하측으로 연장하는 외측 원통형 밴드 ? 상기 내측 원통형 밴드는 상기 외측 원통형 밴드의 높이보다 더 작은 높이를 가짐 ? 를 포함하고,
    상기 환상 웨지는,
    상기 기판 지지대를 에워싸도록 크기조정된 기울어진 상부 표면 ? 상기 기울어진 상부 표면은 내측 주변부 및 외측 주변부를 가짐 ? ;
    상기 기울어진 상부 표면으로부터 하측으로 연장하며 상기 증착 링 상에 놓이도록 구성된 푸팅; 및
    상기 상부 표면의 상기 내측 주변부 주위의 돌출 브림을 포함하는,
    커버 링.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 커버 링은 스테인리스 강을 포함하는, 커버 링.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 환상 웨지의 기울어진 상부 표면은 내측으로 방사상으로 경사지는, 커버 링.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 내측 원통형 밴드 및 상기 외측 원통형 밴드는 실질적으로 수직인, 커버 링.
  20. 제 16 항에 있어서,
    트윈-와이어 알루미늄 아크 스프레이 코팅을 갖는 노출된 표면을 포함하는, 커버 링.
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