KR20140044306A

KR20140044306A - 보호된 백킹 플레이트를 가지는 물리 기상 증착 스퍼터링 타겟

Info

Publication number: KR20140044306A
Application number: KR1020137023437A
Authority: KR
Inventors: 무함매드 엠. 라쉬드; 롱준 왕
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2014-04-14
Also published as: JP2014508222A; WO2012109069A3; US8968537B2; JP6130304B2; CN103348037A; CN103348037B; KR101938851B1; WO2012109069A2; TWI540216B; TW201243078A; US20120199469A1

Abstract

본원 발명의 실시예들은 물리 기상 증착(PVD)에서 이용되는 스퍼터링 타겟들 및 그러한 스퍼터링 타겟들을 형성하기 위한 방법들을 제공한다. 일 실시예에서, 스퍼터링 타겟은 백킹 플레이트 상에 배치된 타겟 층, 및 PVD 프로세스들 중에 플라즈마에 노출될 수 있는 백킹 플레이트의 영역을 덮고 보호하는 - 일반적으로 니켈 재료를 포함하는 - 보호용 코팅 층을 포함한다. 많은 예들에서, 타겟 층이 니켈 합금을 포함하고, 백킹 플레이트는 구리 합금(예를 들어, 구리-아연 합금)을 포함하고, 그리고 보호용 코팅 층은 금속 니켈을 포함한다. 보호용 코팅 층은, 전형적으로 백킹 플레이트의 노출된 표면들 내에 포함된 구리 합금의 플라즈마 침식에 의해서 유도되는, 높은 전도성의 구리 오염물질의 형성을 배제한다. 그에 따라, PVD 프로세스들 동안에 기판들 및 PVD 챔버의 내부 표면들이 그러한 구리 오염물질들이 없이 유지된다.

Description

보호된 백킹 플레이트를 가지는 물리 기상 증착 타겟{PVD SPUTTERING TARGET WITH A PROTECTED BACKING PLATE}

본원 발명의 실시예들은 일반적으로 기상 증착에서 이용되는 장치들 및 방법들에 관한 것이고, 보다 특히 물리 기상 증착(PVD)에서 이용되는 스퍼터링 타겟들 및 그 형성 방법들에 관한 것이다.

금속 니켈 및 니켈-백금 합금들을 포함하는 니켈-계 재료들이 전자 디바이스들 반도체 디바이스들의 제조에서 종종 이용된다. 니켈-백금 합금들은 실리사이드 적용예들에서 널리 이용되고 있다. 종종, 니켈-백금 합금들뿐만 아니라 다른 재료들이 무선-주파수(RF) PVD 프로세스 중에 스퍼터링 타겟 또는 PVD 타겟으로부터 증착된다. 스퍼터링 타겟은 일반적으로 백킹 플레이트에 부착된 니켈 타겟을 포함한다. 전형적으로, 니켈 타겟은 99.9% 또는 그 초과와 같은 고순도 금속이고, 그리고 금속 니켈 또는 니켈 합금을 포함할 수 있다. 백킹 플레이트는 일반적으로 구리 재료와 같은 높은 전도성 금속으로 이루어진다.

스퍼터링 타겟은 PVD 프로세스 중에 스퍼터링되는 동안 플라즈마에 노출된다. 프로세스 중에 금속 타겟 재료(예를 들어, 니켈)를 스퍼터링하는 것에 더하여, PVD 챔버 내의 노출된 표면들로부터 유도된 다른 금속 재료가 또한 PVD 프로세스 중에 분리되고 그리고 침식될 수 있다. 그러한 금속 재료는 PVD 챔버 내에서 미립자 오염을 유발하고 그에 따라 기판 상에 증착된 재료들을 심각하게 손상시킨다. 종종 세라믹 라이너들 또는 차폐부들을 이용하여 PVD 챔버의 스테인리스 스틸 및/또는 알루미늄 표면들을 덮고 플라즈마로부터 보호한다. 그러나, 타겟 백킹 플레이트들 상의 노출된 영역들과 같은 다른 금속 표면들은 일반적으로 세라믹 라이너들 및 차폐부들에 의해서 보호되지 않고 그에 따라 플라즈마에 직접적으로 노출된다. 많은 백킹 플레이트들이 구리 재료로 구성되기 때문에, 높은 전도성의 입자들 및 오염물질들이 빈번하게 발생되고 그리고 PVD 챔버 내의 표면들 상으로 침착되거나(disembark) 또는 기판 상으로 직접적으로 침착된다. 전도성 오염물질들은 결국 기판 제조 프로세스를 손상시킨다.

그에 따라, 스퍼터링 또는 PVD 프로세스 중에 플라즈마에 노출될 때 오염물질 공급원(source)을 가지지 않는 또는 실질적으로 가지지 않는 스퍼터링 타겟을 제공할 필요가 있다.

본원 발명의 실시예들은 일반적으로 물리 기상 증착(PVD)에서 이용되는 스퍼터링 타겟들 및 그러한 스퍼터링 타겟들을 형성하기 위한 방법들을 제공한다. 일 실시예에서, 스퍼터링 타겟은 백킹 플레이트 상에 배치된 타겟 층, 및 PVD 프로세스들 중에 플라즈마에 노출될 수 있는 백킹 플레이트의 영역을 덮고 보호하는 보호용 코팅 층을 포함한다. 많은 예들에서, 타겟 층이 니켈 합금(예를 들어, 니켈-백금 합금)을 포함하고, 백킹 플레이트는 구리 합금(예를 들어, 구리-아연 합금)을 포함하고, 그리고 보호용 코팅 층은 니켈 재료(예를 들어, 금속 니켈)를 포함한다. 다른 예들에서, 타겟 층은 텅스텐 또는 텅스텐 합금을 포함하고, 백킹 플레이트는 구리 합금(예를 들어, 구리-아연 합금)을 포함하고, 그리고 보호용 코팅 층은 텅스텐 재료(예를 들어, 금속 텅스텐)를 포함한다. 백킹 플레이트는 후방 측부(side; 후방면)에 대향하는 전방 측부를 가지며, 상기 전방 측부는 내측 타겟 표면을 둘러싸는 외측 지지 표면을 포함하고, 상기 후방 측부는 내측 리세스형 표면을 둘러싸는 외측 후방 표면을 포함한다. 타겟 층은 적어도 하나의 금속을 포함하고 그리고 백킹 플레이트의 내측 타겟 표면 상에 배치되는 한편, 상기 보호용 코팅 층은 조질화된(roughened) 영역과 같은 외측 지지 표면의 적어도 일부 상에 배치된다. 보호용 코팅 층은, 전형적으로 백킹 플레이트의 노출된 표면들 내에 포함된 구리 합금의 플라즈마 침식에 의해서 유도되는, 높은 전도성의 구리 오염물질과 같은 금속 오염물질들의 형성을 배제한다. 그에 따라, PVD 프로세스들 동안에 기판들 및 PVD 챔버의 내부 표면들이 그러한 구리 오염물질들이 없이 유지된다.

타겟 층은 일반적으로 니켈, 백금, 니켈-백금 합금, 텅스텐, 팔라듐, 코발트, 이들의 합금들, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합들과 같은 재료를 포함한다. 많은 예들에서, 타겟 층의 재료가 니켈 또는 니켈-백금 합금과 같은 니켈 합금을 포함하거나, 텅스텐, 텅스텐 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함할 수 있다. 니켈-백금 합금은 중량%로 약 80% 내지 약 98%, 예를 들어 약 85% 내지 약 95%의 니켈 농도뿐만 아니라, 중량%로 약 2% 내지 약 20%, 예를 들어 약 5% 내지 약 15%의 백금 농도를 포함할 수 있다. 몇몇 특정 예들에서, 타겟 층은 NiPt5%(약 95 wt%의 니켈 및 약 5 wt%의 백금), NiPt10%(약 90 wt%의 니켈 및 약 10 wt%의 백금), 또는 NiPt15%(약 85 wt%의 니켈 및 약 15 wt%의 백금)과 같은 니켈-백금 합금들을 포함한다.

다른 실시예에서, 스퍼터링 타겟이 제공되고, 상기 스퍼터링 타겟은 구리 합금을 포함하고 후방 측부에 대향하는 전방 측부를 가지는 백킹 플레이트로서, 상기 전방 측부가 내측 타겟 표면을 둘러싸는 외측 지지 표면을 포함하고 그리고 상기 후방 측부가 내측 리세스형 표면을 둘러싸는 외측 백킹 표면을 포함하는, 백킹 플레이트, 상기 백킹 플레이트의 상기 내측 타겟 표면 상에 배치된 니켈-백금 합금을 포함하는 타겟 층, 및 조질화된 영역과 같은 외측 지지 표면의 적어도 일부 상에 배치된 니켈을 함유하는 보호용 코팅 층으로서, 상기 보호용 코팅 층이 약 0.004 인치(0.10 mm) 내지 약 0.040 인치(1.02 mm), 예를 들어 약 0.008 인치(0.20 mm) 내지 약 0.016 인치(0.41 mm)의 두께를 가지는, 보호용 코팅 층을 포함한다. 일부 예들에서, 백킹 플레이트 내에 포함된 구리 합금이 구리-아연 합금이고, 그리고 구리-아연 합금은 중량%로 약 58% 내지 약 62%의 구리 농도 및 중량%로 약 38% 내지 약 42%의 아연 농도를 추가적으로 가진다.

다른 실시예에서, 타겟 백킹 플레이트 위에 보호용 필름을 가지는 증착 타겟을 형성하는 방법이 제공되고, 그러한 방법은 약 2.03 ㎛(80 마이크로인치(μin)) 내지 약 12.7 ㎛(500 마이크로인치)의 중간(mean) 표면 조도를 가지는 조질화된 영역을 형성하기 위해서 스퍼터링 타겟의 외측 지지 표면의 적어도 일부를 조질화처리 하는 단계를 포함한다. 스퍼터링 타겟은 구리 합금을 포함하고 후방 측부에 대향하는 전방 측부를 가지는 백킹 플레이트로서, 상기 전방 측부가 내측 타겟 표면을 둘러싸는 외측 지지 표면을 포함하고 그리고 상기 후방 측부가 내측 리세스형 표면을 둘러싸는 외측 백킹 표면을 포함하는, 백킹 플레이트, 및 상기 백킹 플레이트의 상기 내측 타겟 표면 상에 배치된 니켈, 니켈 합금, 텅스텐 또는 텅스텐 합금을 포함하는 타겟 층을 포함한다. 하나의 예에서, 상기 방법은 상기 외측 지지 표면의 조질화된 영역 상에 니켈을 포함하는 보호용 코팅 층을 증착하는 단계를 더 제공한다. 다른 예에서, 상기 방법은 상기 외측 지지 표면의 조질화된 영역 상에 텅스텐을 포함하는 보호용 코팅 층을 증착하는 단계를 더 제공한다. 상기 보호용 코팅 층은 0.002 인치 내지 약 0.100 인치의 두께를 가진다.

보호용 코팅 층을 증착하기에 앞서서, 백킹 플레이트의 외측 지지 표면의 영역 또는 일부가, 비드 브래스팅(bead blasting) 및/또는 샌드 브래스팅을 포함하는 마모성 브래스팅에 의해서 조질화될 수 있다. 백킹 플레이트의 외측 지지 표면의 조질화된 영역은, 약 2.03 ㎛(80 마이크로인치) 내지 약 12.7 ㎛(500 마이크로인치), 예를 들어 약 2.54 ㎛(100 마이크로인치) 내지 약 10.6 ㎛(400 마이크로인치), 예를 들어 약 3.05 ㎛(120 마이크로인치) 내지 약 5.59 ㎛(220 마이크로인치) 또는 약 5.08 ㎛(200 마이크로인치) 내지 약 7.62 ㎛(300 마이크로인치)의 중간 표면 조도를 가지도록 조질화된다. 후속하여, 보호용 코팅 층이 플라즈마 스프레이 기술과 같은 증착 프로세스에 의해서 조질화된 영역상에 또는 그 위에(on or over) 증착될 수 있다. 보호용 코팅 층의 노출된 표면 또는 상부 표면이 약 2.54 ㎛(100 마이크로인치) 내지 약 12.7 ㎛(500 마이크로인치), 예를 들어 약 3.05 ㎛(120 마이크로인치) 내지 약 10.6 ㎛(400 마이크로인치), 예를 들어 약 3.81 ㎛(150 마이크로인치) 내지 약 8.89 ㎛(350 마이크로인치)의 중간 표면 조도를 가질 수 있다.

본원 발명의 앞서 인용한 특징들이 구체적으로 이해될 수 있는 방식으로, 첨부된 도면들에 일부가 도시된 실시예들을 참조하여, 앞서서 간략하게 요약한 본원 발명의 보다 특별한 설명이 이루어진다. 그러나, 본원 발명이 다른 동일한 효과의 실시예들에 대해서도 인정되기 때문에, 첨부 도면들이 본원 발명의 전형적인 실시예들만을 도시한 것이고 그에 따라 본원 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 주지하여야 할 것이다.
도 1a-1d는, 본원의 실시예들에서 설명된 바와 같은, 스퍼터링 타겟을 도시한 도면이다.
도 2는, 본원의 실시예들에서 설명된 바와 같은, 도 1a-1d의 스퍼터링 타겟을 포함하는 PVD 챔버의 단순화된 단면도이다.
도 3a-3b는, 본원의 실시예들에서 설명된 바와 같은, 도 2의 PVD 챔버의 부분적인 단면도이다.
이해를 돕기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에서 공통되는 동일한 요소들을 나타내기 위해서 동일한 참조 번호들을 사용하였다. 특별한 언급이 없이도, 일 실시예에서 개시된 요소들이 다른 실시예들에서 유리하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

본원 발명의 실시예들은 물리 기상 증착(PVD)에서 이용되는 스퍼터링 타겟들 및 그러한 스퍼터링 타겟들을 형성하기 위한 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 스퍼터링 타겟은 백킹 플레이트 상에 배치된 타겟 층, 및 PVD 프로세스들 중에 플라즈마에 노출될 수 있는 백킹 플레이트의 영역을 덮고 보호하는 보호용 코팅 층을 포함한다. 많은 예들에서, 타겟 층이 니켈-백금 합금을 포함하고, 백킹 플레이트는 구리 합금을 포함하고, 그리고 보호용 코팅 층은 니켈 재료를 포함한다. 다른 예들에서, 타겟 층은 텅스텐 또는 텅스텐 합금을 포함하고, 백킹 플레이트는 구리 합금을 포함하고, 그리고 보호용 코팅 층은 텅스텐 재료를 포함한다. 타겟 층으로부터 분리된 보호용 코팅 층은, 전형적으로 백킹 플레이트의 노출된 표면들 내에 포함된 구리 합금의 플라즈마 침식에 의해서 유도되는, 높은 전도성의 구리 오염물질들의 형성을 배제한다. 그에 따라, PVD 프로세스들 동안에 기판들 및 PVD 챔버의 내부 표면들이 그러한 구리 오염물질들이 없이 유지된다.

도 1a-1d는 본원에서 개시된 실시예들에 따른 스퍼터링 타겟(100)을 개략적으로 도시한 도면이다. 일 실시예에서, 스퍼터링 타겟(100)은 백킹 플레이트(110) 상에 배치된 타겟 층(150), 및 백킹 플레이트(110)의 외측 지지 표면(122)의 영역(114)과 같은 백킹 플레이트(110)의 적어도 일부 상에 배치된 보호용 코팅 층(160)을 포함한다.

타겟 층(150)은 백킹 플레이트(110)의 내측 타겟 표면(124) 상에 배치된 적어도 하나의 금속을 포함한다. 일부 예들에서, 타겟 층(150)이 니켈, 백금, 니켈-백금 합금, 텅스텐, 팔라듐, 코발트, 이들의 합금들, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합들과 같은 금속 재료를 포함한다. 타겟 층(150) 내에 포함된 타겟 재료는 일반적으로 고순도 레벨, 예를 들어 약 99.99%(4N) 또는 그 초과, 또는 예를 들어, 약 99.995%(4N5) 또는 그 초과, 또는 약 99.999%(5N) 또는 그 초과, 또는 약 99.9995%(5N5) 또는 그 초과를 가진다. 그러한 순도 레벨은 불순물들, 오염물질들, 또는 트레이스(trace; 미량) 원소들에 대한 금속 타겟 재료 농도를 나타낸다. 금속 타겟 재료의 니켈-백금 합금들의 경우에, 순도 레벨은 임의의 불순물들 또는 트레이스 원소들의 중량 농도에 대한 니켈-백금 중량 농도를 나타낸다. 하나의 예에서, 타겟 재료는 적어도 4N5 또는 그 초과의 순도를 가지는 니켈-백금 합금을 포함한다. 유사하게, 금속 텅스텐 타겟 재료의 경우에, 순도 레벨은 임의의 불순물들 또는 트레이스 원소들의 중량 농도에 대한 텅스텐 중량 농도를 나타낸다. 하나의 예에서, 타겟 재료는 적어도 5N 또는 그 초과의 순도를 가지는 금속 텅스텐을 포함한다.

많은 예들에서, 타겟 층(150)의 재료가 니켈 또는 니켈-백금 합금과 같은 니켈 합금을 포함한다. 니켈-백금 합금은 중량으로 약 70% 내지 약 99.9%, 예를 들어 약 80% 내지 약 98%, 또는 예를 들어 약 85% 내지 약 95%의 니켈 농도를 포함할 수 있다. 니켈-백금 합금은 또한 중량으로 약 0.5% 내지 약 40%, 예를 들어 약 2% 내지 약 20%, 또는 예를 들어 약 5% 내지 약 15%의 백금 농도를 포함할 수 있다. 몇몇 특정 예들에서, 타겟 층(150)은 NiPt5%(약 95 wt%의 니켈 및 약 5 wt%의 백금), NiPt10%(약 90 wt%의 니켈 및 약 10 wt%의 백금), 또는 NiPt15%(약 85 wt%의 니켈 및 약 15 wt%의 백금)과 같은 니켈-백금 합금들을 포함한다. 다른 예들에서, 타겟 층(150)은 금속 텅스텐, 텅스텐 합금, 코발트, 또는 코발트 합금을 포함한다.

타겟 층(150)의 두께는 스퍼터링 타겟(100)의 수명뿐만 아니라 증착된 필름에 대한 균일성 및 단차 피복(step coverage)의 최적화에 비례한다. 도 1c-1d는 백킹 플레이트(110)의 내측 타겟 표면(124) 및 타겟 층(150)의 타겟 표면(151) 각각을 가로질려 연장하는 평면들(128 및 152)을 도시한다. 일반적으로, 평면들(128 및 152)은 타겟 두께(154)로서 지칭되는 미리 결정된 거리 또는 두께만큼 분리되어 서로에 대해서 평행하게 연장된다. 일 실시예에서, 타겟 층(150)은 약 0.050 인치(1.3 mm) 내지 약 0.400 인치(10.2 mm), 예를 들어 약 0.120 인치(3.0 mm) 내지 약 0.150 인치(3.8 mm) - 예를 들어, 약 0.138 인치(3.5 mm)의 두께를 가질 수 있다. 대안적인 실시예에서, 타겟 층(150)은 약 0.080 인치(2.0 mm) 내지 약 0.600 인치(15.2 mm), 예를 들어 약 0.150 인치(3.8 mm) 내지 약 0.350 인치(8.9 mm) - 예를 들어, 약 0.250 인치(6.4 mm)의 두께를 가질 수 있다. 타겟 층(150)의 지름은 PVD 프로세스로 노출하고자 하는 기판의 크기에 비례한다. 예를 들어, 만약 300 mm 지름 기판을 프로세싱하고자 한다면, 타겟 층(150)은 약 16 인치(406 mm) 내지 약 19 인치(483 mm), 예를 들어 약 17 인치(432 mm) 내지 약 18 인치(457 mm) - 예를 들어, 약 17.5 인치(445 mm)의 지름을 가질 수 있다.

타겟 층(150)은 내측 타겟 표면(124) 및 타겟 층(150) 사이의 계면에서 백킹 플레이트(110) 상으로 확산 본딩되거나 달리 부착될 수 있다. 다른 실시예에서, 타겟 층(150)이 백킹 플레이트(110)의 내측 타겟 표면(124) 상에 또는 그 위에 증착될 수 있다. 그 대신에, 백킹 플레이트(110) 및 타겟 층(150)이 중간층(미도시)을 사이에 배치함으로써 함께 커플링되거나 달리 부착될 수 있다. 선택적인 중간층을 이용하여 백킹 플레이트(110)와 타겟 층(150) 사이의 부착력을 높일 수 있다. 중간층은 일반적으로 알루미늄, 구리, 니켈, 이들의 유도체들 또는 이들의 합금들과 같은 금속을 포함하고, 그리고 금속 삽입체, 필름, 플레이트, 또는 땜납(solder)의 형태가 될 수 있다. 일부 예들에서, 중간층은 내측 타겟 표면(124)과 타겟 층(150) 사이에 배치된 - 예를 들어 확산 본딩된 - 금속 삽입체를 포함한다. 금속 삽입체는 - 하나의 예에서 - 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 중간층이 알루미늄-함유 땜납, 니켈-함유 땜납, 또는 구리-함유 땜납과 같은 금속 땜납을 포함한다.

전형적으로, 백킹 플레이트(110)는 구리, 구리 합금들, 아연, 구리-아연 합금들, 스틸, 스테인리스 스틸, 철, 니켈, 크롬, 구리-크롬 합금들, 알루미늄, 납, 실리콘, 이들의 합금들, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합들과 같은 전도성 재료로 이루어지거나 제조된다. 많은 예들에서, 백킹 플레이트(110)는 구리 또는 구리 합금을 포함할 수 있다. 구리 합금은 중량으로 약 50% 내지 약 99.9%, 예를 들어 약 55% 내지 약 95%의 구리 농도를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 구리 합금은 중량으로 약 50% 내지 약 70%, 예를 들어 약 60%, 그리고 다른 예들에서, 약 70% 내지 약 90%, 예를 들어 약 80%의 구리 농도를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 백킹 플레이트(110)는 구리-아연 합금을 포함한다. 일부 예들에서, 구리-아연 합금은 중량으로 약 58% 내지 약 62%의 구리 농도 및 중량으로 약 38% 내지 약 42%의 아연 농도를 가질 수 있다. 특정 예에서, 백킹 플레이트(110)의 구리-아연 합금은 중량으로 약 60.8%의 구리 및 약 39.3%의 아연을 포함하며, 이는 또한 Cu-Zn 합금 C46400로 공지되어 있다. 다른 예들에서, 구리-아연 합금이 중량으로 약 75% 내지 약 85%의 구리 농도 및 중량으로 약 15% 내지 약 25%의 아연 농도를 가질 수 있다. 다른 특정 예에서, 백킹 플레이트(110)의 구리-아연 합금이 중량으로 약 80% 구리 및 약 20% 아연을 포함하고, 이는 또한 Cu-Zn 합금 C24000으로 공지되어 있다.

추가적인 예들에서, 백킹 플레이트(110)가 또한 중량으로 약 95% 내지 약 99.5%의 구리 농도 및 중량으로 약 0.5% 내지 약 5%의 크롬 농도를 가지는 구리-크롬 합금을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 백킹 플레이트(110)의 구리-크롬 합금은 중량으로 약 99% 구리 및 약 1% 크롬을 포함한다.

전방 측부(120)가 내측 타겟 표면(124)을 둘러싸는 외측 지지 표면(122)을 포함하도록, 그리고 후방 측부(130)가 내측 리세스형 표면(134)을 둘러싸는 외측 후방 표면(132)을 포함하도록, 백킹 플레이트(110)의 전방 측부(120)가 후방 측부(130)에 대향한다. 영역(114)은 백킹 플레이트(110)의 외측 지지 표면(122)을 따라서 연장하고 그에 따라 내측 타겟 표면(124)을 또한 둘러싼다.

스퍼터링 타겟(100), 백킹 플레이트(110), 및 타겟 층(150)은, 도 1b-1c에 도시된 중심 축(112)과 같은 공통 중심 축을 공유한다. 중심 축(112)은 타겟 층(150)의 타겟 표면(151)을 가로질러(across) 연장하는 평면(152), 외측 지지 표면(122)을 가로질러 연장하는 평면(126), 내측 타겟 표면(124)을 가로질러 연장하는 평면(128), 외측 후방 표면(132)을 가로질러 연장하는 평면(136), 및 내측 리세스형 표면(134)을 가로질러 연장하는 평면(138)에 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 연장한다.

도 1c-1d는 백킹 플레이트(110)의 외측 후방 표면(132) 및 내측 리세스형 표면(134) 각각을 가로질러 연장하는 평면들(136 및 138)을 도시한다. 그러한 평면들(136 및 138)은 타겟 리세스 깊이(140)로서 지칭되는 미리 결정된 거리만큼 분리되어 서로에 대해서 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 연장한다. 타겟 리세스 깊이(140)는 또한 백킹 플레이트(110)의 본체의 일부의 미리 결정된 거리 또는 두께 - 이는 또한 평면들(136 및 138) 사이에서 연장한다 - 와 또한 동일하다. 도 1c는 또한 백킹 플레이트(110)의 외측 지지 표면(122) 및 내측 타겟 표면(124) 각각을 가로질러 연장하는 평면들(126 및 128)을 도시한다. 평면들(126 및 128)은 일반적으로 백킹 플레이트(110)의 본체의 일부의 미리 결정된 거리 또는 두께 - 이는 백킹 플레이트 두께(142)로서 지칭된다 - 만큼 분리되어 서로 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 연장된다. 유사하게, 평면들(126 및 128)은 일반적으로 백킹 플레이트(110)의 본체의 다른 부분의 미리 결정된 거리 또는 두께 - 이는 백킹 플레이트 두께(144)로서 지칭된다 - 만큼 분리되어 서로 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 연장된다.

각각의 스퍼터링 타겟(100)은 특정 프로세스 조건들 또는 챔버 구성들에 대한 백킹 플레이트(110) 내의 타겟 리세스 깊이(140)를 위한 미리 결정된 값을 가질 수 있다. 스퍼터링 타겟(100)의 타겟 층(150)과 도 2 및 3a-3b에 도시된 마그네트론 유닛(234)과 같은 마그네트론 사이의 거리가 되는 타겟/자석 간격을 조정하기 위해서, 타겟 리세스 깊이(140)를 위한 미리 결정된 값이 선택될 수 있다. 타겟 리세스 깊이(140)는 백킹 플레이트(110)의 외측 후방 표면(132)과 내측 리세스형 표면(134)을 각각 가로질러 연장하는 평면들(136 및 138) 사이에서 연장하는 미리 결정된 거리이다. 타겟 리세스 깊이(140)는 평면들(136 및 138) 사이에서 연장하는 백킹 플레이트(110)의 중심 축(112)의 일부를 따라서 측정될 수 있다. 타겟 리세스 깊이(140)는 약 0.05 인치(1.3 mm) 내지 약 0.50 인치(12.7 mm), 예를 들어 약 0.10 인치(2.5 mm) 내지 약 0.40 인치(10.2 mm), 예를 들어 약 0.10 인치(2.5 mm) 내지 약 0.20 인치(5.1 mm) - 예를 들어, 약 0.12 인치(3.0 mm) 또는 약 0.15 인치(3.8 mm)가 될 수 있다.

타겟 리세스 지름 및 내측 리세스형 표면(134)의 지름은, 부분적으로, PVD 프로세스 중에 높은 균일성 및 단차 피복을 달성하기 위해서 자석 회전 지름을 최대화하도록 결정된다. 도 1b-1c에 도시된 바와 같이 평면(136)을 따라서 지점들(135a 및 135b) 사이에서 측정된 상응하는 타겟 리세스 지름의 길이가 약 17.5 인치 내지 약 19.5 인치, 예를 들어 약 18 인치 내지 약 19 인치, 예를 들어 약 18.5 인치가 될 수 있다. 내측 리세스형 표면(134)의 지름은 도 1c에 도시된 바와 같이 평면(138)을 따라서 측정되고, 그리고 약 17.5 인치 내지 약 19.5 인치, 예를 들어 약 18 인치 내지 약 19 인치, 예를 들어 약 18.5 인치가 될 수 있다. 많은 실시예들에서, 타겟 리세스 지름의 길이가 내측 리세스형 표면(134)의 지름의 길이 보다 약간 더 긴데, 이는 외측 후방 표면(132)과 내측 리세스형 표면(134) 사이의 측벽이 일반적으로 중심 축(112)을 향해서 내측으로 테이퍼링(taper)되기 때문이다. 외측 후방 표면(132)과 내측 리세스형 표면(134) 사이의 테이퍼형 측벽은 약 0.05 인치(1.3 mm) 내지 약 0.30 인치(7.6 mm), 예를 들어 약 0.10 인치(2.5 mm) 내지 약 0.2 인치(5.1 mm) - 예를 들어, 약 0.15 인치(3.8 mm)의 반경을 가지는 원호로 테이퍼링될 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 타겟 리세스 지름 및 내측 리세스형 표면(134)의 지름이 동일한 길이가 되고 그리고 외측 후방 표면(132)과 내측 리세스형 표면(134) 사이의 측벽이 중심 축(112)에 대해서 평행하게 연장한다.

백킹 플레이트(110)의 전체 두께가 약 0.30 인치(7.6 mm) 내지 약 1 inch(25.4 mm), 예를 들어 약 0.50 인치(12.7 mm) 내지 약 0.80 인치(20.3 mm) - 예를 들어, 약 0.65 인치(16.5 mm)가 될 수 있다. 평면들(136 및 138) 사이에서 연장하는 부분과 같은 백킹 플레이트(110)의 제 1 부분이 약 0.05 인치(1.3 mm) 내지 약 0.50 인치(12.7 mm), 예를 들어 약 0.10 인치(2.5 mm) 내지 약 0.40 인치(10.2 mm) - 예를 들어 약 0.15 인치(3.8 mm)가 될 수 있다. 외측 백킹 플레이트 두께(142)가 약 0.05 인치(1.3 mm) 내지 약 0.70 인치(17.8 mm), 예를 들어 약 0.10 인치(2.5 mm) 내지 약 0.50 인치(12.7 mm) - 예를 들어, 약 0.33 인치(8.4 mm)가 될 수 있다. 내측 백킹 플레이트 두께(144)가 약 0.05 인치(1.3 mm) 내지 약 0.50 인치(12.7 mm), 예를 들어 약 0.10 인치(2.5 mm) 내지 약 0.40 인치(10.2 mm) - 예를 들어, 약 0.17 인치(4.3 mm)가 될 수 있다.

보호용 코팅 층(160)을 증착하기에 앞서서, 백킹 플레이트(110)의 외측 지지 표면(122)의 영역(114)이 비드 브래스팅, 샌드 브래스팅, 소다 브래스팅, 분말 브래스팅뿐만 아니라 다른 미립자 브래스팅 기술들을 포함하는 마모성 브래스팅에 의해서 조질화될 수 있다. 기계적인 기술들(예를 들어, 휘일 마모), 화학적 기술들(예를 들어, 산 에칭), 플레이트 에칭 기술들, 및 레이저 에칭 기술들을 포함하는 다른 기술들을 이용하여 외측 지지 표면(122)의 영역(114)을 조질화할 수 있다. 외측 지지 표면(122)과 보호용 코팅 층(160) 사이의 강한 접착 계면을 제공하기 위해서, 백킹 플레이트(110)의 외측 지지 표면(122)의 영역(114)을 조질화시킨다. 외측 지지 표면(122)의 영역(114)은 약 2.03 ㎛(80 마이크로인치) 내지 약 12.7 ㎛(500 마이크로인치), 예를 들어 약 2.54 ㎛(100 마이크로인치) 내지 약 10.6 ㎛(400 마이크로인치), 예를 들어 약 3.05 ㎛(120 마이크로인치) 내지 약 5.59 ㎛(220 마이크로인치) 또는 약 5.08 ㎛(200 마이크로인치) 내지 약 7.62 ㎛(300 마이크로인치)의 중간 표면 조도를 가질 수 있다. 하나의 예에서, 외측 지지 표면(122)의 영역(114) 상에 보호용 코팅 층(160)을 증착하기에 앞서서, 영역(114)은 약 2.03 ㎛(80 마이크로인치) 내지 약 12.7 ㎛(500 마이크로인치)의 중간 표면 조도를 가진다.

보호용 코팅 층(160)은 타겟 백킹 플레이트(110) 상에 또는 그 위에 증착, 도금(plated), 또는 달리 형성될 수 있는 보호용 필름이다. 일 실시예에서, 보호용 코팅 층(160)이 플라즈마 스프레이 기술과 같은 증착 프로세스에 의해서 백킹 플레이트(110)의 외측 지지 표면(122) 상의 영역(114) 상에 또는 그 위에 증착된다. 보호용 코팅 층(160)은 영역(114)과 같은 외측 지지 표면(122)의 적어도 일부 상에 배치된 금속(예를 들어, 금속 니켈, 니켈 합금, 금속 텅스텐, 또는 텅스텐 합금)을 포함한다. 보호용 코팅 층(160)은, 영역(114)의 플라즈마 및/또는 화학적 노출 지역들(areas)로부터 금속 오염물질들을 생성할 수 있는 백킹 플레이트(110)의 침식을 방지한다. 많은 예들에서, 백킹 플레이트(110)는 구리-아연 합금을 포함하고 - 따라서 - 보호용 코팅 층(160)은 백킹 플레이트(110)의 침식을 방지하고 그에 따라 높은 전도성의 구리-함유 오염물질들의 다른 생산을 중단시킨다.

일부 예들에서, 보호용 코팅 층(160)은 금속 니켈 또는 금속 텅스텐과 같은 플라즈마-스프레이된 금속, 또는 니켈 재료 또는 텅스텐 재료와 같은 스퍼터링된 금속을 포함한다. 하나의 실시예에서, 보호용 코팅 층(160)은 타겟 층(150)과 같은 공통 금속 원소를 포함한다. 예를 들어, 타겟 층(150)은 니켈 또는 니켈 합금(예를 들어, 니켈-백금 합금)을 포함하고 보호용 코팅 층(160)은 금속 니켈을 포함한다. 다른 예에서, 타겟 층(150)은 텅스텐 또는 텅스텐 합금을 포함하고 보호용 코팅 층(160)은 금속 텅스텐을 포함한다. 다른 예에서, 타겟 층(150)이 코발트 또는 코발트 합금을 포함하고 보호용 코팅 층(160)이 금속 코발트를 포함한다. 플라즈마 스프레이 프로세스, 스퍼터링 프로세스, PVD 프로세스, CVD 프로세스, PE-CVD 프로세스, ALD 프로세스, PE-ALD 프로세스, 전해도금 또는 전기화학적 도금 프로세스, 무전해 증착 프로세스, 또는 이들로부터 유도된 프로세스와 같은, 여러 가지 증착 기술들을 이용하여 백킹 플레이트(110)의 영역(114) 상으로 보호용 코팅 층(160)을 형성하거나 달리 증착할 수 있다. 일반적으로, 보호용 코팅 층(160)은 단일 재료 층을 포함하나, 대안적인 실시예에서, 보호용 코팅 층(160)이 동일한 재료 또는 상이한 재료들로 이루어진 복수의 층들을 포함할 수 있다.

보호용 코팅 층(160)의 두께는 예상되는 타겟 수명에 비례한다. 도 1d는 두께(164)를 가지는 보호용 코팅 층(160)을 도시한다. 보호용 코팅 층(160)의 두께(164)는 약 0.002 인치(0.05 mm) 내지 0.100 인치(2.54 mm), 예를 들어 약 0.004 인치(0.10 mm) 내지 약 0.040 인치(1.02 mm), 예를 들어 약 0.008 인치(0.20 mm) 내지 약 0.016 인치(0.41 mm)가 될 수 있다. 보호용 코팅 층(160)의 노출된 또는 상부 표면(162)은 약 2.54 ㎛(100 마이크로인치) 내지 약 12.7 ㎛(500 마이크로인치), 예를 들어 약 3.05 ㎛(120 마이크로인치) 내지 약 10.6 ㎛(400 마이크로인치), 예를 들어 약 3.81 ㎛(150 마이크로인치) 내지 약 8.89 ㎛(350 마이크로인치)의 중간 표면 조도(Ra)를 가질 수 있다. 하나의 예에서, 보호용 코팅 층(160)이 금속 니켈을 포함하고, 약 0.008 인치(0.20 mm) 내지 약 0.016 인치(0.41 mm)의 두께를 가지며, 그리고 약 3.81 ㎛(150 마이크로인치) 내지 약 8.89 ㎛(350 마이크로인치)의 상부 표면의 중간 표면 조도를 가진다. 다른 예에서, 보호용 코팅 층(160)이 텅스텐을 포함하고, 약 0.008 인치(0.20 mm) 내지 약 0.016 인치(0.41 mm)의 두께를 가지며, 그리고 약 3.81 ㎛(150 마이크로인치) 내지 약 8.89 ㎛(350 마이크로인치)의 상부 표면의 중간 표면 조도를 가진다.

백킹 플레이트(110)의 전방 측부(120)의 외측 지지 표면(122)을 따라서 연장하는 영역(114)의 상단부 상에 보호용 코팅 층(160)을 증착함으로써, 보호용 코팅 층(160)은 하부의 외측 지지 표면(122)의 영역을 덮고 그 영역을 도 2 및 3a-3b에 도시된 PVD 챔버(200)와 같은 프로세싱 챔버들 내에서의 화학물질들 및/또는 플라즈마들과의 반응으로부터 보호하며, 그에 따라 백킹 플레이트(110)의 전도성 재료가, 프로세싱 챔버 전체를 통해서 형성되고 프로세싱 챔버 전체를 통해서 그리고 기판(205)과 같은 공작물-피스들 상으로 분포될 수 있는 바람직하지 못한 오염물질들의 생성을 방지한다. 비록 본원에서 개시된 일부 실시예들이 금속 니켈 또는 니켈 합금들을 포함하는 보호용 코팅 층(160) 및 니켈, 니켈-백금 합금, 또는 다른 니켈 합금들을 포함하는 타겟 층(150)을 가지는 스퍼터링 타겟(100)을 설명하고 있지만, 보호용 코팅 층(160) 내에 포함된 금속들 또는 재료들이 타겟 층(150)과 화학적으로 양립가능하다면(compatible), 실시예들의 기본적인 범위가 타겟 층(150) 내에 포함된 그러한 다른 금속들 또는 재료들에 대해서도 적용될 수 있다. 본원에서 개시된 다른 실시예들에서, 스퍼터링 타겟(100)은 금속 텅스텐 또는 텅스텐 합금을 포함하는 타겟 층(150) 및 텅스텐, 텅스텐 재료, 또는 텅스텐 합금을 포함하는 보호용 코팅 층(160)을 가진다.

도 1a-1d는 원형의 기하형태를 가지는 스퍼터링 타겟(100)을 도시한다. 스퍼터링 타겟(100)의 크기는 PVD 챔버(200) 내에서 증착하고자 하는 기판들의 상이한 크기들에 따라서 조정될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세싱하고자 하는 기판의 지름이 약 200 mm 내지 약 450 mm, 예를 들어 약 300 mm일 수 있다. 많은 예들에서, 스퍼터링 타겟(100)으로부터의 타겟 재료가 300 mm 기판 상으로 스퍼터링된다. 스퍼터링 타겟(100)의 전체 지름 길이는 PVD 챔버(200)와 같은 프로세싱 챔버 내에 적절하게 피팅되어야 하고, 그리고 플라즈마 아아크 발생(arcing)을 방지하기 위해서 그리고 백킹 플레이트(110)로부터의 보호용 코팅 층(160)의 스퍼터링을 감소시키기 위해서 미리 결정된 폭으로 다크 스페이서 갭(dark spacer gap)을 유지하여야 한다. 스퍼터링 타겟(100)의 전체 지름 길이는 평면(136)을 따라서 측정된 백킹 플레이트(110)의 지름 길이에 상응하고, 양 지름 길이는 약 18 인치 내지 약 23 인치, 예를 들어 약 20 인치 내지 약 22 인치, 예를 들어 약 20.7 인치가 될 수 있다.

타겟 리세스 지름 및 내측 리세스형 표면(134)의 지름의 상응하는 길이들이, 독립적으로, 약 17.5 인치 내지 약 19.5 인치, 예를 들어 약 18 인치 내지 약 19 인치, 예를 들어 약 18.5 인치가 될 수 있다. 상응하는 타겟 리세스 깊이(140)의 길이가 약 0.05 인치(1.3 mm) 내지 약 0.50 인치(12.7 mm), 예를 들어 약 0.10 인치(2.5 mm) 내지 약 0.40 인치(10.2 mm) - 예를 들어, 약 0.15 인치(3.8 mm)일 수 있다. 상응하는 타겟 층(150)의 지름이 약 16.5 인치 내지 약 18.5 인치, 예를 들어 약 17 인치 내지 약 18 인치, 예를 들어 약 17.5 인치가 될 수 있다.

백킹 플레이트(110)는 또한 적어도 하나의 O-링 홈(172), 체결구 홀들(174), 적어도 하나의 타겟 층(150) 정렬 슬롯(176), 및 적어도 하나의 핀 슬롯(178)을 포함한다. 도 1a는 내측 타겟 표면(124)을 둘러싸는 하나의 O-링 홈(172)을 둘러싸는 3개의 타겟 정렬 슬롯들(176)을 가지는 외측 지지 표면(122)의 전방 측부(120)를 도시한다. 타겟 정렬 슬롯들(176)은 스퍼터링 타겟(100)을 프로세싱 챔버 내에서, 예를 들어 PVD 챔버(200)의 다크 스페이스 차폐부(262)에 대해서 상대적으로, 센터링하기 위해서 이용된다. 도 1c는 O-링 홈(172)을 외측 지지 표면(122) 내에 형성된 2-측부형(sided) 홈으로서 도시한다. O-링, 가스켓, 밀봉재 스트립, 또는 2개의 표면들 사이에 밀봉 계면을 형성하기 위해서 이용되는 다른 타입의 밀봉 디바이스가 O-링 홈(172) 내에 배치될 수 있다. O-링 홈(172)은 약 0.10 인치(2.54 mm) 내지 약 0.30 인치(7.62 mm), 예를 들어 약 0.16 인치(4.06 mm)의 깊이, 및 약 0.10 인치(2.54 mm) 내지 약 0.50 인치(12.7 mm), 예를 들어 약 0.20 인치(5.08 mm)의 테이퍼링 폭을 가질 수 있다. 체결구 홀들(174)이 백킹 플레이트(110)를 통해서 그리고 백킹 플레이트(110)의 전방 측부(120)와 후방 측부(130) 사이를 통과한다. 복수의 체결구 홀들(174)이 O-링 홈(172)의 외측을 둘러싸고, 그리고 스퍼터링 타겟(100)을 PVD 챔버(200)와 같은 프로세싱 챔버 내의 성분들 또는 표면들에 부착 또는 커플링시키기 위해서 체결구들을 통과하여 연장시키기 위해서 이용될 수 있다. 백킹 플레이트(110)가 체결구들에 의해서 챔버에 부착 또는 커플링될 때, O-링 홈(172) 내에 배치된 O-링은 백킹 플레이트(110)의 전방 측부(120)와 프로세싱 챔버의 성분들 또는 그 내부의 표면들 사이에 밀봉부를 형성한다. 체결구들(미도시)이 볼트들, 스크류, 핀들, 클립들, 등을 포함할 수 있다. 복수의 체결구 홀들(174)의 수가 약 10개의 홀들 내지 약 30 개의 홀들, 예를 들어 약 16개의 홀들이 될 수 있다. 체결구 홀들(174)은 약 0.10 인치(2.54 mm) 내지 약 0.40 인치(10.2 mm), 예를 들어 약 0.22 인치(5.59 mm)의 지름을 가질 수 있다. 백킹 플레이트(110)는 또한 O-링 홈(172)과 백킹 플레이트(110)의 외측 엣지 사이에 배치된 복수의 핀 슬롯들(178)을 포함한다. 복수의 핀 슬롯들(178)의 수가 약 2개의 홀들 내지 약 8개의 홀들, 예를 들어 약 3개의 홀들 내지 약 5개의 홀들이 될 수 있을 것이고, 예를 들어 4개의 홀들이 도 1a에 도시되어 있다.

타겟 층(150)은 타겟 표면(151)으로부터 타겟 측부(158)까지 연장하는 테이퍼형 엣지(156)를 포함한다. 테이퍼형 엣지(156) 및 타겟 측부(158)는 타겟 표면(151) 주위로 환형으로 연장하고 둘러싼다. 일 실시예에서, 타겟 표면(151)은 실질적으로 편평하고 그리고 기판 지지 상부 표면에 대해서 실질적으로 평행하게 프로세싱 챔버(예를 들어, PVD 챔버(200)) 내에 배치된다. 테이퍼형 엣지(156)는 백킹 플레이트(110) 상에서 타겟 측부(158)까지 연장한다. 타겟 측부(158)는, 그러한 타겟 측부가 타겟 층(150)과 백킹 플레이트(110) 사이의 계면에 접근함에 따라, 방사상 내측으로 테이퍼링된다. 일부 실시예들에서, 테이퍼형 엣지(156)는 편평한 부분으로부터 타겟 표면(151)의 평면(152)을 따라서 타겟 층(150)의 타겟 측부(158)까지 매끄러운 전이부를 제공하고, 그리고 타겟 표면(151) 내의 급격한 변화부들을 감소시킴으로써 증착 균일성을 향상시킨다. 추가적으로, 테이퍼형 엣지(156)는 미리 결정된 모서리 반경의 원호 또는 곡률을 가지며, 그에 따라 최적의 다크 스페이스 갭을 제공하고, PVD 프로세스 중에 플라즈마 아아크 발생을 방지하고, 그리고 매우 균일한 증착 필름들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 테이퍼형 엣지(156)의 미리 결정된 모서리 반경이 약 0.01 인치(0.25 mm) 내지 약 0.15 인치(3.8 mm), 예를 들어 약 0.02 인치(0.5 mm) 내지 약 0.08 인치(2.0 mm) - 예를 들어, 약 0.04 인치(1.0 mm)의 변경을 가질 수 있다.

대안적인 실시예들에서, 테이퍼형 엣지(156)는 편평한 부분으로부터 타겟 표면(151)의 평면(152)을 따라서 타겟 측부(158)까지의 타겟 표면(151)의 하향 경사 부분 또는 세그먼트까지(평면(152)으로부터 평면(128) - 미도시 - 을 향해서 경사진다) 전이된다(transition). 하향 경사 부분 또는 세그먼트가 약 0.20 인치 내지 약 0.80 인치, 예를 들어 약 0.50 인치의 길이를 가질 수 있고, 그리고 약 5°내지 약 20°, 예를 들어 약 10°의 평면(152)으로부터 그 평면 아래로 연장하는 각도를 가진다.

다른 실시예들에서, 타겟 층(150)은 백킹 플레이트(110)의 내측 타겟 표면(124) 보다 약간 더 긴 지름을 가질 수 있다. 따라서, 타겟 층(150)이 오버행(overhang; 돌출부)을 형성할 수 있고, 그에 따라 타겟 측부(158)가 - 타겟 층(150)이 평면(128)을 따라서 내측 타겟 표면(124) 보다 더 연장하는 도 1d에 도시된 바와 같이 - 영역(114)의 수직 부분 보다 더 둘레방향으로 연장한다. 보호용 코팅 층(160)이 영역(114) 위로 형성 또는 증착되어 타겟 측부(158)와 동일한 높이(flush)가 될 수 있거나, 또는 보다 더 얇아서 보호용 코팅 층(160)의 재료로 충진되지 않은 오버행을 제공할 수 있다. 그에 따라 타겟 층(150)은, 약 0.01 인치(0.25 mm) 내지 약 0.05 인치(1.27 mm), 예를 들어 약 0.03 인치(0.76 mm)의 길이 만큼, 내측 타겟 표면(124)의 둘레 주위로 백킹 플레이트(110)의 내측 타겟 표면(124) 위로 돌출(overhang)할 수 있다.

하나의 예에서, 백킹 플레이트(110), 타겟 층, 및 보호용 코팅 층(160)을 포함하는 스퍼터링 타겟(100)이 제공되며, 상기 백킹 플레이트(110)는 구리 합금을 포함하고 후방 측부(130)에 대향하는 전방 측부(120)를 가지고, 상기 전방 측부(120)는 내측 타겟 표면(124)을 둘러싸는 외측 지지 표면(122)을 포함하고 그리고 상기 후방 측부(130)는 내측 리세스형 표면(134)을 둘러싸는 외측 후방 표면(132)을 포함하며, 상기 타겟 층은 상기 백킹 플레이트(110)의 내측 타겟 표면(124) 상에 배치된 니켈-백금 합금을 포함하며, 상기 보호용 코팅 층(160)은 영역(114)과 같은 외측 지지 표면(122)의 적어도 일부 상에 배치된 니켈을 포함하며, 상기 보호용 코팅 층(160)은 약 0.004 인치 내지 0.050 인치의 두께를 가진다.

도 2 및 3a-3b는 기판(205)을 프로세싱하는 동안에 이용될 수 있는 스퍼터링 타겟(100) 및 프로세스 키트(250)를 포함하는 PVD 챔버(200)를 도시한다. 프로세스 키트(250)는, 적어도, 받침대 조립체(220) 상에서 지지되는 증착 링(280)을 포함하고, 그리고 또한 차폐부(260)(예를 들어, 단일-피스 접지 차폐부), 다크 스페이스 차폐부(262)(예를 들어, 절연 링), 및 서로 끼워진(interleaving) 커버 링(270)을 포함할 수 있다. 스퍼터링 챔버라고도 지칭되는 PVD 챔버(200)는 금속 재료들 및/또는 세라믹 재료들, 예를 들어, 니켈, 니켈 합금들(예를 들어, 니켈-백금 합금들), 니켈 실리사이드, 니켈-백금 합금 실리사이드, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 질화물, 텅스텐 탄화물, 코발트, 코발트 실리사이드, 티타늄, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 알루미늄, 알루미늄 산화물, 구리, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 탄탈륨 탄화물, 란탄, 란탄 산화물들, 이들의 실리사이드들, 이들의 합금들, 이들의 유도체들, 등을 증착할 수 있다. 본원에서 개시된 실시예들의 장점을 위해서 구성될 수 있는 프로세싱 챔버의 하나의 예를 들면, 미국 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc.로부터 이용가능한, ALPS

Plus 및 SIP ENCORE PVD 프로세싱 챔버들이 있다. 다른 제조자들로부터의 프로세싱 챔버들을 포함하는 다른 프로세싱 챔버들이 본원에서 개시된 실시예들의 장점을 위해서 구성될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

PVD 챔버(200)는, 내부 부피(201) 또는 플라즈마 구역을 둘러싸는, 상부 어댑터들(202) 및 측벽 어댑터들(204)을 가지는 챔버 본체(201), 챔버 하단부(206), 및 덮개 조립체(208)를 포함한다. 전형적으로, 챔버 본체(201)는 금속 플레이트들을 가공 및 용접함으로써 또는 알루미늄, 스테인리스, 또는 이들의 합금들과 같은 단일 금속 본체를 가공함으로써 제조된다. 일 실시예에서, 측벽 어댑터들(204)이 알루미늄을 포함하고 그리고 챔버 하단부(206)가 스테인리스 스틸을 포함한다. 일반적으로, PVD 챔버(200) 내외로의 기판(205)의 진입 및 진출을 제공하기 위해서, 챔버 하단부(206)가 슬릿 밸브(미도시)를 포함한다. PVD 챔버(200)의 덮개 조립체(208)는, 커버 링(270)과 서로 끼워진 차폐부(260)와 협력하여, 내부 부피(210) 내에 형성된 플라즈마를 기판(205) 위의 영역으로 한정한다.

받침대 조립체(220)는 PVD 챔버(200)의 챔버 하단부(206)로부터 지지된다. 받침대 조립체(220)는 프로세싱 중에 기판(205)을 따라서 증착 링(280)을 지지한다. 받침대 조립체(220)는, 받침대 조립체(220)를 하부 위치(도 2)와 상부 위치(도 3a) 사이에서 이동시키도록 구성된 상승 메커니즘(222)에 의해서 PVD 챔버(200)의 챔버 하단부(206)에 커플링된다. 추가적으로, 하부 위치에서, 상승 핀들(미도시)이 받침대 조립체(220)를 통해서 이동되어 기판(205)을 받침대 조립체(220)로부터 이격시킴으로써, 단일 블레이드 로봇(미도시)과 같은, PVD 챔버(200) 외부에 배치된 웨이퍼 이송 메커니즘과 기판을 교환하는 것을 돕는다. 전형적으로, 벨로우즈(224)가 받침대 조립체(220)와 챔버 하단부(206) 사이에 배치되어, 내부 부피(210)를 받침대 조립체(220)의 내부 및 PVD 챔버(200) 외부로부터 격리시킨다.

일반적으로, 받침대 조립체(220)는 접지된 플레이트(225)에 커플링된 베이스 플레이트(228)에 밀봉식으로 커플링된 기판 지지부(226)를 포함한다. 기판 지지부(226)는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 또는 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 기판 지지부(226)는 정전기 척(chuck), 세라믹 본체, 히터 또는 이들의 조합이 될 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지부(226)는 정전기 척이며, 그러한 정전기 척은 내부에 매립된 전극들(238)을 가지는 유전체 본체를 포함한다. 전형적으로, 유전체 본체는 열분해(pyrolytic) 붕소 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 알루미나, 또는 균등한 재료와 같은 높은 열 전도도의 유전체 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 기판 지지부(226)는, 베이스 플레이트(228) 및 기판 지지부(226)를 확산 본딩하는, 알루미늄 호일과 같은, 금속 호일에 의해서 베이스 플레이트(228)에 부착된다.

베이스 플레이트(228)는 상부에 놓이는 기판 지지부(226)에 대해서 적절하게 매칭되는(matched) 열적 성질들을 가지는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베이스 플레이트(228)는 알루미늄 실리콘 탄화물과 같은 복합 재료를 포함할 수 있다. 열 팽창 부조화(mismatch)를 감소시키기 위해서, 복합체 재료가 기판 지지부(226)의 재료와 매칭되는 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 하나의 버전에서, 복합체 재료는, 기공들을 적어도 부분적으로 충진하여 복합 재료를 형성하는 금속으로 함침된(infiltrated) 기공들을 가지는 세라믹 재료를 포함한다. 복합 재료는, 예를 들어, 실리콘 탄화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화물, 코디어라이트(cordierite), 또는 이들의 유도체들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 세라믹 재료가 전체 부피의 약 20 부피% 내지 약 80 부피%의 기공 부피를 가질 수 있을 것이고, 나머지 부피는 함침된 금속이 차지한다. 함침된 금속은 실리콘이 첨가된 알루미늄을 포함할 수 있고 그리고 또한 구리를 포함할 수 있다. 다른 버전에서, 복합체는, 세라믹 입자들이 분산된 금속과 같은, 다른 세라믹 재료 및 금속의 조성을 가질 수 있다. 그 대신에, 베이스 플레이트(228)가 스테인리스 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 냉각 플레이트(미도시)가 베이스 플레이트(228) 내에 배치되나, 접지된 플레이트(225) 내에 또한 배치될 수 있으며, 그리고 기판 지지부(226)의 열 조절을 위해서 이용될 수 있다.

전형적으로, 접지된 플레이트(225)는 스테인리스 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속 재료로 제조된다. 베이스 플레이트(228)는 복수의 연결부들(237)에 의해서 접지 플레이트에 커플링될 수 있다. 연결부들(237)이 볼트, 스크류, 키이, 또는 임의의 다른 타입의 연결부 중 하나가 될 수 있다. 기판 지지부(226) 및 베이스 플레이트(228)의 보다 용이한 교체 및 유지보수를 돕기 위해서, 베이스 플레이트(228)가 접지된 플레이트(225)로부터 분리될 수 있다.

기판 지지부(226)는 프로세싱 동안에 기판(205)을 수용하고 지지하는 기판 수용 표면(227)을 가지며, 그러한 기판 수용 표면(227)은 타겟 층(150)의 타겟 표면(151)에 대해서 실질적으로 평행한 평면을 가진다. 또한, 기판 지지부(226)는 기판(205)의 오버행잉 엣지에 못 미쳐 종료되는 둘레 엣지(229)를 가진다. 기판 지지부(226)의 둘레 엣지(229)는 약 275 mm 내지 약 300 mm의 지름을 가진다. 기판 지지부(226)는 약 0.25 인치 초과의, 예를 들어 약 0.30 인치 내지 약 0.75 인치의 높이를 가질 수 있다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 그러한 기판 지지부(226)의 높이는 기판(205)을 프로세스 키트(250)의 증착 링(280)의 수평 표면들로부터 수직으로 유리하게 이격시킨다.

일반적으로, 덮개 조립체(208)는 스퍼터링 타겟(100)의 위에 배치된 마그네트론 유닛(234)을 포함한다. 스퍼터링 타겟(100)은 백킹 플레이트(110)와 함께 배치된 타겟 층(150)을 포함한다. 도 2 및 3a-3b에 도시된 바와 같이, 백킹 플레이트(110)는 상부 어댑터들(202)에 의해서 PVD 챔버(200) 내에서 지지된다. 세라믹 링 밀봉부(236)가 백킹 플레이트(110)와 상부 어댑터들(202) 사이에 배치되어 그들 사이의 진공 누설을 방지한다. 타겟 층(150)이 백킹 플레이트(110)에 커플링되고 그리고 PVD 챔버(200)의 내부 부피(210)에 대해서 노출된다. 타겟 층(150)은 PVD 프로세스 동안에 기판 상에 증착되는 재료를 제공한다. 다크 스페이스 차폐부(262)가 절연 링일 수 있고 그리고 스퍼터링 타겟(100)과 챔버 본체(201) 사이에 배치되어 스퍼터링 타겟(100)을 세라믹 본체(201)의 상부 어댑터(202)로부터 전기적으로 절연시킨다. 일반적으로, 갭(264)이 백킹 플레이트(110)와 다크 스페이스 차폐부(262) 사이에서 뿐만 아니라 백킹 플레이트(110)와 세라믹 링 밀봉부(236) 사이에서 유지된다. 백킹 플레이트(110) 상에 배치된 보호용 코팅 층(160)이 - 외측 지지 표면(122)과 같은 - 하부 표면을 갭(264) 내로 유입되는 플라즈마로부터 커버한다.

타겟 층(150)은, 스퍼터링 타겟(100)에 커플링된 전원(240)에 의해서 접지에 대해서, 예를 들어 챔버 본체(201)에 대해서 RF 및/또는 DC 전력으로 바이어스된다. 아르곤과 같은 가스가 도관들(244)을 통해서 가스 공급원(242)으로부터 내부 부피(210)로 공급된다. 가스 공급원(242)은, 타겟 층(150) 상으로 에너지적으로(energetically) 충돌할 수 있고 타겟 층(150)으로부터 재료를 스퍼터링할 수 있는, 아르곤, 제논, 네온, 또는 헬륨과 같은 비-반응성 가스를 포함할 수 있다. 가스 공급원(242)은 또한, 스퍼터링 재료와 반응하여 기판 상에 층을 형성할 수 있는, 산소-함유 가스, 질소-함유 가스, 메탄-함유 가스 중 하나 또는 둘 이상과 같은 반응성 가스를 포함할 수 있다. 소비된 프로세스 가스들 및 부산물들은, PVD 챔버(200)로부터, 소비된 프로세스 가스를 수용하고 그러한 소비된 프로세스 가스를 PVD 챔버(200) 내의 가스의 압력을 제어하기 위한 스로틀 밸브를 가지는 배기 도관(248)으로 지향시키는 배기 포트들(246)을 통해서 배기된다. 배기 도관(248)은 하나 또는 둘 이상의 배기 펌프들(249)로 연결된다. 전형적으로, PVD 챔버(200) 내의 스퍼터링 가스의 압력은, 예를 들어, 진공 분위기와 같은 대기압-미만의 레벨들로 셋팅되고, 그러한 가스 압력들은 약 0.6 mTorr 내지 약 400 mTorr가 될 수 있다. 플라즈마가 기판(205)과 타겟 층(150) 사이의 가스로부터 형성된다. 플라즈마 이온들이 타겟 층(150)을 향해서 가속되고 그리고 재료가 타겟 층(150)으로부터 재료가 방출(dislodge)되게 한다. 이어서, 방출된 타겟 재료가 기판 표면 상으로 증착된다.

마그네트론 유닛(234)이 PVD 챔버(200)의 외부의 백킹 플레이트(110)에 커플링되거나 백킹 플레이트(110)와 커플링된다. 구체적으로, 마그네트론 유닛(234)은, 적어도 내측 리세스형 표면(134) 상의 또는 그 바로 위와 같은, 백킹 플레이트(110)의 후방 측부(130) 상에 일반적으로 배치된다. 마그네트론 유닛(234)의 자석 회전 지름을 최대화하기 위해서, PVD 프로세스 중에 높은 균일성 및 단차 피복을 달성하기 위한 - 적어도 내측 리세스형 표면(134)의 지름 및 임의의 엣지 표면을 포함하는 - 타겟 리세스 지름이 결정된다. 이용될 수 있는 하나의 마그네트론이 미국 특허 제 5,953,827 호에 개시되어 있고, 그러한 특허 전체가 본원에서 참조로서 포함된다.

PVD 챔버(200) 내에서 실시되는 프로세스들은 제어기(290)에 의해서 관리되며, 그러한 제어기는 PVD 챔버(200) 내에서 기판들을 프로세싱하는 것을 돕기 위해서 PVD 챔버(200)의 성분들을 동작시키기 위한 지시어 세트들을 가지는 프로그램 코드를 포함한다. 예를 들어, 제어기(290)가 프로그램 코드를 가질 수 있고, 그러한 프로그램 코드는 받침대 조립체(220)를 동작시키기 위한 기판 배치 지시어 세트; PVD 챔버(200)로의 스퍼터링 가스의 유동을 셋팅하기 위해서 가스 유동 제어 밸브들을 셋팅하기 위한 가스 유동 제어 지시어 세트; PVD 챔버(200) 내의 압력을 유지하기 위해서 스로틀 밸브를 동작시키기 위한 가스 압력 제어 지시어 세트; 기판 또는 측벽 어댑터들(202) 각각의 온도들을 셋팅하기 위해서 받침대 조립체(220) 또는 측벽 어댑터(204) 내의 온도 제어 시스템(미도시)을 제어하기 위한 온도 제어 지시어 세트; 및 PVD 챔버(200) 내의 프로세스를 모니터링하기 위한 프로세스 모니터링 지시어 세트를 포함한다.

프로세스 키트(250)는, 예를 들어, 성분 표면들로부터 스퍼터링 증착물들을 세정하기 위해서, 마모된 성분들을 교체, 또는 수리하기 위해서, 또는 PVD 챔버(200)를 다른 프로세스들을 위해서 개조(adapt)하기 위해서, PVD 챔버(200)로부터 용이하게 분리될 수 있는 여러 성분들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 프로세스 키트(250)는 적어도 증착 링(280)을 포함하나, 차폐부(260), 다크 스페이스 차폐부(262), 및 커버 링(270)을 또한 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 커버 링(270) 및 증착 링(280)이 기판 지지부(226)의 둘레 엣지(229) 주위로 배치된다.

차폐부(260)는 챔버 본체(201)에 의해서 지지되고 그리고 다크 스페이스 차폐부(262)가, 적어도 부분적으로, 차폐부(260)에 의해서 지지된다. 다크 스페이스 차폐부(262)는 기판 지지부(226)와 대면하는 스퍼터링 타겟 층(150)의 타겟 표면(151)을 둘러싼다. 차폐부(260)는 기판 지지부(226)의 둘레 엣지(229)를 둘러싼다. 스퍼터링 타겟 층(150)의 타겟 표면(151)으로부터 기원하는 스퍼터링 증착물들이 차폐부(260) 뒤쪽의 성분들 및 표면들 상으로 증착되는 것을 감소시키기 위해서, 차폐부(260)는 또한 PVD 챔버(200)의 측벽 어댑터들(204)을 덮고 가린다(shadow). 예를 들어, 차폐부(260)는 기판 지지부(226)의 표면들, 기판(205)의 오버행잉 엣지, 측벽 어댑터들(204), 및 PVD 챔버(200)의 챔버 하단부(206)를 보호할 수 있다.

전술한 내용들이 본원 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본원 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본원 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고도 안출될 수 있을 것이고, 그러한 본원 발명의 범위는 이하의 청구항들에 의해서 결정된다.

Claims

스퍼터링 타겟으로서:
후방 측부에 대향하는 전방 측부, 및 미리 결정된 거리를 가지는 백킹 플레이트로서, 상기 전방 측부는 내측 타겟 표면을 둘러싸는 외측 지지 표면을 포함하고 그리고 상기 후방 측부는 내측 리세스형 표면을 둘러싸는 외측 후방 표면을 포함하며, 상기 미리 결정된 거리는 상기 백킹 플레이트의 중심 축을 따르고 그리고 상기 내측 리세스형 표면과 외측 후방 표면을 가로질러 연장하는 평행한 평면들 사이의 거리인, 백킹 플레이트;
상기 백킹 플레이트의 내측 타겟 표면 상에 배치된 적어도 하나의 금속을 포함하는 타겟 층; 및
상기 외측 지지 표면의 적어도 일부 상에 배치된 니켈 또는 텅스텐을 포함하는 보호용 코팅 층을 포함하는,
스퍼터링 타겟.
제 1 항에 있어서,
상기 타겟 층이 니켈, 백금, 니켈-백금 합금, 텅스텐, 팔라듐, 코발트, 이들의 합금들, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는,
스퍼터링 타겟.
제 2 항에 있어서,
상기 타겟 층의 재료가 니켈-백금 합금을 포함하고, 그리고 상기 니켈-백금 합금이 중량으로 약 2% 내지 약 20%의 백금 농도를 포함하는,
스퍼터링 타겟.
제 2 항에 있어서,
상기 타겟 층의 재료가 니켈-백금 합금을 포함하고, 그리고 상기 니켈-백금 합금이 중량으로 약 80% 내지 약 98%의 니켈 농도를 포함하는,
스퍼터링 타겟.
제 1 항에 있어서,
상기 타겟 층이 약 1.3 mm(0.050 인치) 내지 약 10.2 mm(0.400 인치)의 두께를 가지고, 그리고 상기 타겟 층이 약 406 mm(16 인치) 내지 약 483 mm(19 인치)의 지름을 가지는,
스퍼터링 타겟.
제 1 항에 있어서,
상기 보호용 코팅 층이 약 0.10 mm(0.004 인치) 내지 약 1.3 mm(0.050 인치)의 두께를 가지는,
스퍼터링 타겟.
제 6 항에 있어서,
상기 보호용 코팅 층이 플라즈마-스프레이된 금속 니켈을 포함하고, 상기 타겟 층이 니켈 또는 니켈 합금을 포함하고, 그리고 상기 백킹 플레이트가 구리-아연 합금을 포함하는,
스퍼터링 타겟.
제 6 항에 있어서,
상기 보호용 코팅 층이 플라즈마-스프레이된 금속 텅스텐을 포함하고, 상기 타겟 층이 텅스텐 또는 텅스텐 합금을 포함하고, 그리고 상기 백킹 플레이트가 구리-아연 합금을 포함하는,
스퍼터링 타겟.
제 1 항에 있어서,
상기 중심 축을 따르는 상기 평행한 평면들 사이의 미리 결정된 거리가 약 1.3 mm(0.050 인치) 내지 약 12.7 mm(0.50 인치)인,
스퍼터링 타겟.
스퍼터링 타겟으로서:
구리 합금을 포함하고 그리고 후방 측부에 대향하는 전방 측부를 가지는 백킹 플레이트로서, 상기 전방 측부는 내측 타겟 표면을 둘러싸는 외측 지지 표면을 포함하고 그리고 상기 후방 측부는 내측 리세스형 표면을 둘러싸는 외측 후방 표면을 포함하는, 백킹 플레이트;
상기 백킹 플레이트의 내측 타겟 표면 상에 배치된 니켈-백금 합금을 포함하는 타겟 층; 및
상기 외측 지지 표면의 적어도 일부 상에 배치된 니켈을 포함하는 보호용 코팅 층으로서, 상기 보호용 코팅 층이 약 0.10 mm(0.004 인치) 내지 약 1.02 mm(0.040 인치)의 두께를 가지고 그리고 상기 보호용 코팅 층의 상부 표면이 약 2.54 ㎛(100 마이크로인치) 내지 약 12.7 ㎛(500 마이크로인치)의 중간 표면 조도를 가지는, 보호용 코팅 층을 포함하는,
스퍼터링 타겟.
제 10 항에 있어서,
상기 니켈-백금 합금이 중량으로 약 80% 내지 약 98%의 니켈 농도 및 중량으로 약 2% 내지 약 20%의 백금 농도를 포함하는,
스퍼터링 타겟.
제 10 항에 있어서,
상기 구리 합금이 구리-아연 합금을 포함하고, 상기 구리-아연 합금이 중량으로 약 58% 내지 약 62%의 구리 농도 및 중량으로 약 38% 및 약 42%의 아연 농도를 더 포함하는,
스퍼터링 타겟.
스퍼터링 타겟으로서:
구리 합금을 포함하고 그리고 후방 측부에 대향하는 전방 측부를 가지는 백킹 플레이트로서, 상기 전방 측부는 내측 타겟 표면을 둘러싸는 외측 지지 표면을 포함하고 그리고 상기 후방 측부는 내측 리세스형 표면을 둘러싸는 외측 후방 표면을 포함하는, 백킹 플레이트;
상기 백킹 플레이트의 내측 타겟 표면 상에 배치된 금속 텅스텐을 포함하는 타겟 층으로서, 상기 타겟 층이 약 3.8 mm(0.150 인치) 내지 약 8.9 mm(0.350 인치)의 두께를 가지는, 타겟 층; 및
상기 외측 지지 표면의 적어도 일부 상에 배치된 텅스텐을 포함하는 보호용 코팅 층으로서, 상기 보호용 코팅 층이 약 0.10 mm(0.004 인치) 내지 약 1.02 mm(0.040 인치)의 두께를 가지고 그리고 상기 보호용 코팅 층의 상부 표면이 약 2.54 ㎛(100 마이크로인치) 내지 약 12.7 ㎛(500 마이크로인치)의 중간 표면 조도를 가지는, 보호용 코팅 층을 포함하는,
스퍼터링 타겟.
타겟 백킹 플레이트 위에 보호용 필름을 가지는 증착 타겟을 형성하기 위한 방법으로서:
스퍼터링 타겟의 조질화된 영역 상에 니켈을 포함하는 보호용 코팅 층을 증착하는 단계를 포함하고,
상기 보호용 코팅 층이 약 0.05 mm(0.002 인치) 내지 약 2.54 mm(0.100 인치)의 두께를 가지며,
상기 스퍼터링 타겟은:
구리 합금을 포함하고 그리고 후방 측부에 대향하는 전방 측부를 가지는 백킹 플레이트로서, 상기 전방 측부는 내측 타겟 표면을 둘러싸는 외측 지지 표면을 포함하고 그리고 상기 후방 측부는 내측 리세스형 표면을 둘러싸는 외측 후방 표면을 포함하고, 상기 외측 지지 표면의 적어도 일부가 약 2.03 ㎛(80 마이크로인치) 내지 약 12.7 ㎛(500 마이크로인치)의 중간 표면 조도를 가지는 조질화된 영역을 포함하는, 백킹 플레이트; 및
상기 백킹 플레이트의 내측 타겟 표면 상에 배치된 니켈 합금을 포함하는 타겟 층을 포함하는,
증착 타겟 형성 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 백킹 플레이트의 외측 지지 표면의 조질화된 영역이 마모성 브래스팅에 의해서 조질화되고 그리고 상기 보호용 코팅 층이 플라즈마 스프레이 기술에 의해서 증착되는,
증착 타겟 형성 방법.