KR20180040734A - 기판 근처의 전기장의 영향을 감소시키기 위한 단일-피스 프로세스 키트 실드 - Google Patents

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KR20180040734A
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Abstract

프로세스 키트 실드들 및 그러한 프로세스 키트 실드들을 포함하는 프로세스 챔버들의 실시예들이 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위해 프로세싱 챔버에서 사용하도록 구성된 단일-피스 프로세스 키트 실드는, 상부 부분 및 하부 부분을 갖는 원통형 바디; 상부 부분 내에 배치된 환상 열 전달 채널; 및 하부 부분으로부터 반경방향 내측으로 연장되는 커버 링 섹션을 포함하며, 상기 커버 링 섹션은 상기 커버 링 섹션의 하단 표면으로부터 연장되는 환상 레그를 갖고, 상기 환상 레그는 상기 하단 표면과 상기 증착 링 사이에 구불구불한 경로를 형성하기 위해 증착 링과 인터페이스하도록 구성된다.

Description

기판 근처의 전기장의 영향을 감소시키기 위한 단일-피스 프로세스 키트 실드
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판 프로세싱 장비에 관한 것이다.
[0002] 물리 기상 증착(PVD) 챔버들은 플라즈마를 둘러싸는 모든 컴포넌트들 상에 막들을 증착한다. 시간이 흐름에 따라, 증착된 층은 프로세싱되고 있는 기판을 오염시키는 입자들을 떨어뜨릴 수 있다. 플라즈마가 중단된 상태인 동안에 프로세스 키트가 플라즈마 가열 및 후속 냉각으로부터의 열 사이클링을 받는 경우, 증착된 막은 열 응력을 받는데, 그 열 응력은 막과 아래에 놓인 컴포넌트 재료 사이의 열 팽창 계수(CTE)의 미스매치로부터 기인한다. 응력이 접착의 한계들을 초과하는 경우에, 입자들이 프로세스 키트로부터 떨어지고, 기판 상에 도달한다.
[0003] 고온 알루미늄 PVD 챔버들은 기판 상에 알루미늄 위스커(whisker)들을 생성할 수 있다. 이들 위스커들은 기판을 둘러싸는 프로세스 키트가 후속 프로세스들 사이에서 냉각되기에 충분한 시간을 갖지 않은 경우에 형성된다. 증착 프로세스는 가열된 페데스탈보다 상당히 더 많이 기판을 가열한다. 기판이 페데스탈에 정전기적으로 척킹되기 때문에, 웨이퍼는 두꺼운 알루미늄 막과 기판(예컨대, 실리콘) 사이의 CTE 미스매치에 의해 야기되는 열 응력 하에서 자유롭게 휘어질 수 없다. 기판 상의 막 응력이 충분히 높게 되는 경우에, 위스커들이 튀어나오게 되고, 그에 따라, 막 응력을 감소시킨다. 본 발명자들은 커버 링 및 실드의 온도가 열 복사를 통해 기판을 냉각시키는 것에서 그리고 위스커 형성을 최소화하는 것에서 중요한 역할을 한다는 것을 관찰하였다.
[0004] 따라서, 본 발명자들은 개선된 프로세스 키트를 제공하였다.
[0005] 프로세스 키트 실드들 및 그러한 프로세스 키트 실드들을 포함하는 프로세스 챔버들의 실시예들이 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위해 프로세싱 챔버에서 사용하도록 구성된 단일-피스 프로세스 키트 실드는, 상부 부분 및 하부 부분을 갖는 원통형 바디; 상부 부분 내에 배치된 환상 열 전달 채널; 및 하부 부분으로부터 반경방향 내측으로 연장되는 커버 링 섹션을 포함하며, 커버 링 섹션은 커버 링 섹션의 하단 표면으로부터 연장되는 환상 레그를 갖고, 환상 레그는 하단 표면과 증착 링 사이에 구불구불한 경로를 형성하기 위해 증착 링과 인터페이스하도록 구성된다.
[0006] 일부 실시예들에서, 주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위해 프로세싱 챔버에서 사용하도록 구성된 프로세스 키트는 단일-피스 프로세스 키트 실드를 포함하며, 그 단일-피스 프로세스 키트는, 상부 부분 및 하부 부분을 갖는 원통형 바디; 상부 부분으로부터 반경방향 외측으로 연장되고, 그리고 챔버의 벽들 상에 단일-피스 프로세스 키트 실드를 지지하기 위한 안착 표면, 및 밀봉 표면을 갖는 어댑터 섹션 ― 단일-피스 프로세스 키트 실드가 챔버에 배치되는 경우에, 챔버의 내부 볼륨을 밀봉하도록 밀봉 표면 상에 챔버 덮개가 안착함 ―; 어댑터 섹션 내에 배치된 환상 열 전달 채널; 및 하부 부분으로부터 반경방향 내측으로 연장되는 커버 링 섹션을 포함한다. 증착 링이 커버 링 섹션 아래에 배치되며, 단일-피스 프로세스 키트 실드가 기판 주위에 배치되는 경우에, 커버 링 섹션은 미리 결정된 거리만큼 기판으로부터 이격되도록 구성되고, 커버 링 섹션의 하단 표면은 증착 링의 상부 표면과 인터페이스하도록 구성되고, 하단 표면과 상부 표면 사이에 구불구불한 경로가 형성된다.
[0007] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는, 프로세스 챔버 내의 내측 볼륨을 정의하는 챔버 벽; 내측 볼륨의 상부 섹션에 배치된 스퍼터링 타겟; 스퍼터링 타겟 아래에서 주어진 직경을 갖는 기판을 지지하기 위한 지지 표면을 갖는 기판 지지부; 및 프로세스 키트를 포함한다. 프로세스 키트는, 스퍼터링 타겟 및 기판 지지부를 둘러싸는 단일-피스 프로세스 키트 실드 및 증착 링을 포함한다. 단일-피스 프로세스 키트 실드는, 스퍼터링 타겟을 둘러싸는 상부 부분 및 기판 지지부를 둘러싸는 하부 부분을 갖는 원통형 바디; 상부 부분을 통해 연장되는 환상 열 전달 채널; 및 하부 부분으로부터 반경방향 내측으로 연장되고 기판 지지부를 둘러싸는 커버 링 섹션을 포함한다. 증착 링은 커버 링 섹션 아래에 배치된다. 커버 링 섹션은 증착 링을 적어도 부분적으로 덮는 반경방향 내측으로 연장되는 립을 포함한다. 반경방향 내측으로 연장되는 립은 미리 결정된 거리만큼 기판으로부터 이격되도록 구성된다. 커버 링 섹션의 하단 표면은 하단 표면과 상부 표면 사이에 구불구불한 경로를 형성하기 위해 증착 링의 상부 표면과 인터페이스하도록 구성된다.
[0008] 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들은 아래에서 설명된다.
[0009] 앞서 간략히 요약되고 아래에서 더 상세히 논의되는 본 개시내용의 실시예들은 첨부된 도면들에 도시된 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0011] 도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트 실드의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0012] 도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트 실드의 상부 부분의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0013] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 도시된 것이 아니고, 명료성을 위해 간략화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가적인 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있다.
[0014] 프로세스 키트 실드들 및 그러한 프로세스 키트 실드들을 포함하는 프로세스 챔버들의 실시예들이 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 프로세싱되고 있는 기판 상의 증착 균일성 및 냉각 효율을 유리하게 개선하는 냉각식 프로세스 키트 실드가 제공된다. 일부 실시예들에서, 어댑터 및 커버 링에 각각 대응하는 어댑터 섹션 및 커버 링 섹션을 포함하는 단일-피스 프로세스 키트 실드가 본원에서 제공된다. 어댑터 섹션은 단일-피스 프로세스 키트 실드를 냉각시키기 위한 열 전달 매체를 포함할 수 있다. 단일-피스 프로세스 키트 실드는 유리하게, 실드의 냉각을 개선하고, 이전에는 별개의 컴포넌트들이었던 실드의 다양한 부분들 사이의 열 전도도를 개선한다. 유리하게, 단일-피스 실드는 또한, 깔때기/테이퍼 형상의 실드 설계들과 연관된 플라즈마 불균일성들을 감소시키는 것을 보조하기 위해 경계를 향하는 플라즈마 팽창을 가능하게 한다.
[0015] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트 실드를 갖는 프로세스 챔버(100)(예컨대, PVD 챔버)의 개략적인 단면도를 도시한다. 본 개시내용의 프로세스 키트 실드들과 함께 사용하는 데 적합한 PVD 챔버들의 예들은 ALPS® Plus, SIP ENCORE®, 및 캘리포니아, 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 상업적으로 입수가능한 다른 PVD 프로세싱 챔버들을 포함한다. 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 또는 다른 제조자들로부터의 다른 프로세싱 챔버들이 또한, 본원에서 개시되는 본 발명의 장치로부터 이익을 얻을 수 있다.
[0016] 프로세스 챔버(100)는 내측 볼륨(108)을 밀폐하는 챔버 벽들(106)을 포함한다. 챔버 벽들(106)은 측벽들(116), 하단 벽(120), 및 천장(124)을 포함한다. 프로세스 챔버(100)는 독립형 챔버일 수 있거나, 또는 다양한 챔버들 사이에서 기판들(104)을 이송하는 기판 이송 메커니즘에 의해 연결된 상호연결된 챔버들의 클러스터를 갖는 다-챔버 플랫폼(미도시)의 일부일 수 있다. 프로세스 챔버(100)는 기판(104) 상에 재료를 스퍼터 증착할 수 있는 PVD 챔버일 수 있다. 스퍼터 증착을 위한 적합한 재료들의 비-제한적인 예들은 알루미늄, 구리, 탄탈럼, 탄탈럼 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물, 텅스텐, 텅스텐 질화물 등 중 하나 또는 그 초과를 포함한다.
[0017] 프로세스 챔버(100)는 기판(104)을 지지하기 위한 페데스탈(134)을 포함하는 기판 지지부(130)를 포함한다. 페데스탈(134)은 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139)에 실질적으로 평행한 평면을 갖는 기판 지지 표면(138)을 갖는다. 페데스탈(134)의 기판 지지 표면(138)은 프로세싱 동안에 기판(104)을 수용 및 지지한다. 페데스탈(134)은 정전 척 또는 가열기(이를테면, 전기 저항 가열기, 열 교환기, 또는 다른 적합한 가열 디바이스)를 포함할 수 있다. 동작 시에, 기판(104)은 프로세스 챔버(100)의 측벽(116) 내의 기판 로딩 입구(142)를 통해 프로세스 챔버(100) 내로 도입되고, 기판 지지부(130) 상에 배치된다. 기판 지지부(130)는 지지부 리프트 메커니즘에 의해 리프팅 또는 하강될 수 있고, 로봇 암에 의한 기판 지지부(130) 상으로의 기판(104)의 배치 동안에 기판(104)을 리프팅하고 기판 지지부(130) 상으로 하강시키기 위해 리프트 핑거 조립체가 사용될 수 있다. 페데스탈(134)은 플라즈마 동작 동안에 전기적 플로팅 전위로 유지될 수 있거나 또는 접지될 수 있다.
[0018] 프로세스 챔버(100)는 또한, 도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같은 프로세스 키트(200)를 포함하고, 그 프로세스 키트(200)는 다양한 컴포넌트들을 포함하고, 그 다양한 컴포넌트들은, 예컨대, 컴포넌트 표면들로부터 스퍼터링 증착물들을 세정하기 위해, 또는 부식된 컴포넌트들을 교체 또는 수리하기 위해, 또는 다른 프로세스들에 대해 프로세스 챔버(100)를 적응시키기 위해, 프로세스 챔버(100)로부터 용이하게 제거될 수 있다. 본 발명자들은 프로세스 키트 실드, 프로세스 키트 어댑터, 및 프로세스 키트 커버 링의 접촉 계면들에서의 열 저항들이 실드 온도들에 악영향을 미친다는 것을 발견하였다. 게다가, 실드와 어댑터 사이의 낮은 클램핑력들은, 심지어 열 전달 레이트들을 향상시키기 위해 냉각제 채널들이 사용되는 경우에도, 어댑터와 실드 사이의 불량한 열 전달을 초래한다. 낮은 열 전달 레이트 문제는 커버 링에 대하여 더 악화되는데, 이는 커버 링이 플로팅 엘리먼트이기(즉, 실드에 커플링되지 않기) 때문이다. 따라서, 본 발명자들은 실드 및 커버 링의 개선된 냉각/가열을 유리하게 제공하는 단일-피스 실드(201)를 갖는 프로세스 키트를 설계하였다.
[0019] 일부 실시예들에서, 단일-피스 실드(201)는 원통형 바디(214)를 포함하고, 그 원통형 바디(214)는 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139) 및 기판 지지부(130)를 에워싸도록 사이즈가 설정된 직경(예컨대, 스퍼터링 표면(139)보다 더 크고 기판 지지부(130)의 지지 표면보다 더 큰 직경)을 갖는다. 원통형 바디(214)는 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139)의 외측 에지를 둘러싸는 상부 부분(216), 및 기판 지지부(130)를 둘러싸는 하부 부분(217)을 갖는다. 상부 부분(216)은 측벽(116) 상에 단일-피스 실드(201)를 지지하기 위한 어댑터 섹션(226)을 포함하고, 하부 부분(217)은 기판 지지부(130)의 주변 벽(204) 주위의 배치를 위한 커버 링 섹션(212)을 포함한다. 종래의 실드 및 커버 링 설계들은 실드 및 커버 링의 테이퍼링된 형상으로 인해 플라즈마가 기판 쪽으로 깔때기형이 되게 한다. 본 발명자들은, 수직 측벽들을 갖는 원통으로서 상부 부분(216)을 구성하고, 하부 부분(217)으로부터 반경방향 내측으로 그리고 하부 부분(217)에 실질적으로 수직으로 연장되는 커버 링 섹션(212)을 구성하는 것이, 플라즈마가 내측 볼륨(108)에서 팽창되고 평형이 될 수 있게 함으로써, 더 균일한 플라즈마 분포를 가능하게 한다는 것을 발견하였다.
[0020] 프로세스 키트(200)는 커버 링 섹션(212) 아래에 배치된 증착 링(208)을 더 포함한다. 커버 링 섹션(212)의 하단 표면은, 도 2에서 도시된 바와 같이, 구불구불한 경로(202)를 형성하도록, 증착 링(208)과 인터페이스한다. 일부 실시예들에서, 커버 링 섹션(212)은, 구불구불한 경로(202)가 커버 링 섹션(212)과 증착 링(208) 사이에 배치된 갭이 되도록, 증착 링(208)과 인터페이스하지만 접촉하지 않는다. 예컨대, 커버 링 섹션(212)의 하단 표면은 증착 링(208)에 형성된 환상 트렌치(241) 내로 연장되는 환상 레그(240)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 환상 레그(240)는 내측 환상 피처일 수 있고, 커버 링 섹션(212)의 하단 표면은 외측의 하방으로 연장되는 환상 피처(242)를 더 포함할 수 있으며, 그 환상 피처(242)는 환상 트렌치(241)로부터 반경방향 외측에 그리고 환상 트렌치(241)에 인접하게 배치되고, 환상 트렌치(241)에 인접하고 환상 트렌치(241)로부터 반경방향 외측에 있는, 증착 링(208)의 상부 표면 아래로 연장된다. 구불구불한 경로(202)는 프로세스 키트(200) 외부의 영역으로의 플라즈마 누설을 유리하게 제한하거나 또는 방지한다.
[0021] 증착 링(208)은 기판 지지부(130)를 둘러싸는 환상 밴드(215)를 포함한다. 커버 링 섹션(212)은 증착 링(208)을 적어도 부분적으로 덮는 반경방향 내측으로 연장되는 립(230)을 포함한다. 립(230)은 하부 표면(231) 및 상부 표면(232)을 포함한다. 증착 링(208)과 커버 링 섹션(212)은 서로 협력하여, 기판 지지부(130)의 주변 벽들(204) 및 기판(104)의 돌출 에지(206) 상의 스퍼터 증착물들의 형성을 감소시킨다. 커버 링 섹션(212)의 립(230)은 수평 거리(D1) 및 수직 거리(H1)만큼 돌출 에지(206)로부터 이격된다. 일부 실시예들에서, 수평 거리(D1)는 기판(104) 근처에서 파괴적인 전기장을 감소시키기 위해 약 0.5 인치 내지 약 1 인치일 수 있다(즉, 립(230)의 내측 직경은 프로세싱될 기판의 주어진 직경보다 약 1 인치 내지 약 2 인치만큼 더 크다). 일부 실시예들에서, 기판 지지부(130)는, 수직 거리(H1)가 기판(104) 아래로 약 0.11 인치(즉, 상부 표면(232)과 기판의 지지부-대면 표면 사이에서 약 0.11 인치) 내지 기판(104) 위로 약 0.2 인치(즉, 하부 표면(231)과 기판의 타겟-대면 표면 사이에서 약 0.2 인치)일 수 있도록, 리프팅 및 하강된다.
[0022] 단일-피스 실드(201)는, 기판 지지부(130)의 외측 주변부 및 기판 지지부(130)와 대면하는 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139)을 에워싼다. 단일-피스 실드(201)는, 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139)으로부터 발원하는 스퍼터링 증착물들이 단일-피스 실드(201) 뒤의 컴포넌트들 및 표면들 상에 증착되는 것을 감소시키기 위해, 프로세스 챔버(100)의 측벽들(116)을 덮고 섀도잉(shadow)한다. 예컨대, 단일-피스 실드(201)는 기판 지지부(130)의 표면들, 기판(104)의 돌출 에지(206), 프로세스 챔버(100)의 측벽들(116) 및 하단 벽(120)을 보호할 수 있다.
[0023] 도 1 내지 도 3에서 도시된 바와 같이, 어댑터 섹션(226)은 상부 부분(216)으로부터 반경방향 외측으로 연장되고, 커버 링 섹션은 원통형 바디(214)의 하부 부분(217)으로부터 반경방향 내측으로 연장된다. 어댑터 섹션(226)은 밀봉 표면(233), 및 밀봉 표면(233) 반대편의 안착 표면(234)을 포함한다. 밀봉 표면(233)은 진공 밀봉을 형성하기 위해 O-링(223)을 수용하기 위한 O-링 그루브(222)를 포함한다. 어댑터 섹션(226)은 프로세스 챔버(100)의 측벽들(116) 상에 안착하기 위해 안착 표면(234)을 포함한다.
[0024] 어댑터 섹션(226)은 단일-피스 실드(201)를 지지하고, 기판 프로세스 챔버(100)의 측벽(116) 주위의 열 교환기로서 역할을 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 환상 열 전달 채널(289)이 열 전달 매체를 유동시키기 위해 상부 부분(216)에 배치된다. 일부 실시예들에서, 환상 열 전달 채널(289)은 어댑터 섹션(226)에 배치된다. 단일-피스 실드(201)가 일체형 구성으로 이루어지기 때문에, 환상 열 전달 채널(289)을 통해 유동하는 열 전달 매체는, 실드 및 커버 링(즉, 각각 원통형 바디(214) 및 커버 링 섹션(212))에 대응하는 단일-피스 실드(201)의 영역들을 직접적으로 냉각/가열한다. 게다가, 단일-피스 실드(201)의 일체형 구성은 실드로의 열 전달 매체 공급부(180)의 직접적인 커플링을 유리하게 가능하게 하는데, 이전에, 실드는 어댑터를 통해 열 전달 공급부에 간접적으로 커플링되었다. 열 전달 매체 공급부(180)는 원하는 실드 온도를 유지하기에 충분한 유량으로 환상 열 전달 채널(289)을 통해 열 전달 매체를 유동시킨다.
[0025] 도 2로 돌아가면, 단일-피스 실드(201)는 단일-피스 실드(201)로부터 실드 상에 증착된 재료로의 더 양호한 열 전달을 가능하게 하고, 이는 실드 상에 증착된 재료에 대한 열 팽창 응력들을 감소시킨다. 단일-피스 실드(201)의 부분들은 기판 프로세싱 챔버에서 형성된 플라즈마에 대한 노출에 의해 과도하게 가열될 수 있고, 그에 따라, 실드의 열 팽창을 결과로 발생시킬 수 있고, 실드 상에 형성된 스퍼터링 증착물들이 실드로부터 벗겨지고 기판(104) 상에 떨어지고 기판(104)을 오염시키게 할 수 있다. 어댑터 섹션(226)과 원통형 바디(214)의 일체형 구성은 어댑터 섹션(226)과 원통형 바디(214) 사이의 개선된 열 전도도를 결과로 발생시킨다.
[0026] 일부 실시예들에서, 단일-피스 실드(201)는 재료의 모놀리스(monolith)로 제조된 일체형 구조를 포함한다. 예컨대, 단일-피스 실드(201)는 스테인리스 강 또는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 단일-피스 실드(201)의 일체형 구성은, 완전한 실드를 형성하기 위해 다수의 컴포넌트들, 종종 2개 또는 3개의 별개의 피스들을 포함하는 종래의 실드들에 비해 유리하다. 예컨대, 단일 피스 실드는 가열 및 냉각 프로세스들 둘 모두에서 다-컴포넌트 실드보다 더 열적으로 균일하다. 예컨대, 단일-피스 실드(201)는 원통형 바디(214), 어댑터 섹션(226), 및 커버 링 섹션(212) 사이의 모든 열 인터페이스들을 제거하여, 이들 섹션들 사이의 열 교환에 대한 더 우수한 제어를 가능하게 한다. 일부 실시예들에서, 열 전달 매체 공급부(180)는, 위에서 설명된 바와 같은, 기판(104) 상에 증착된 스퍼터링된 재료에 대한 과열된 실드의 악영향들을 방지하기 위해, 환상 열 전달 채널(289)을 통해 냉각제를 유동시킨다. 일부 실시예들에서, 열 전달 매체 공급부(180)는 스퍼터링된 재료와 실드의 열 팽창 계수들 사이의 차이를 완화시키기 위해, 환상 열 전달 채널(289)을 통해 가열된 유체를 유동시킨다.
[0027] 게다가, 다수의 컴포넌트들을 갖는 실드는 세정을 위해 제거하는 데 더 어렵고 곤란하다. 단일-피스 실드(201)는, 세정하는 데 더 어려운 인터페이스들 또는 코너들이 없고 스퍼터링 증착물들에 노출되는 연속적인 표면을 갖는다. 단일-피스 실드(201)는 또한, 프로세스 사이클들 동안에 스퍼터 증착으로부터 챔버 벽들(106)을 더 효과적으로 차폐한다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100) 내의 내측 볼륨(108)에 노출되는 단일-피스 실드(201)의 표면들은, 입자 떨어짐을 감소시키고 프로세스 챔버(100) 내의 오염을 방지하기 위해 비드 블라스팅될 수 있다.
[0028] 도 2에서 도시된 바와 같이, 증착 링(208)은, 기판 지지부(130)의 주변 벽(204) 주위로 연장되고 그 주변 벽(204)을 둘러싸는 환상 밴드(215)를 포함한다. 환상 밴드(215)는 내측 립(250)을 포함하고, 그 내측 립(250)은 환상 밴드(215)로부터 횡단하여(transversely) 연장되고, 기판 지지부(130)의 주변 벽(204)에 실질적으로 평행하다. 내측 립(250)은 기판(104)의 돌출 에지(206) 바로 아래에서 종단된다. 내측 립(250)은, 프로세싱 동안에 기판(104)에 의해 덮이지 않는 기판 지지부(130)의 구역들을 보호하기 위해 기판 지지부(130) 및 기판(104)의 주변부를 둘러싸는 증착 링(208)의 내측 둘레를 정의한다. 예컨대, 내측 립(250)은, 주변 벽(204) 상의 스퍼터링 증착물들의 증착을 감소시키거나 또는 심지어 완전히 막기 위해, 기판 지지부(130)의 주변 벽(204)을 둘러싸고, 적어도 부분적으로 덮는다(그렇지 않으면, 기판 지지부(130)의 주변 벽(204)은 프로세싱 환경에 노출될 것이다). 유리하게, 증착 링(208)은, 기판 지지부(130)가 세정되기 위해 분해될 필요가 없도록, 증착 링(208)의 노출된 표면들로부터 스퍼터링 증착물들을 세정하기 위해 용이하게 제거될 수 있다. 증착 링(208)은 또한, 에너자이징된 플라즈마 종에 의한, 기판 지지부(130)의 노출된 측 표면들의 부식을 감소시키기 위해, 기판 지지부(130)의 노출된 측 표면들을 보호하는 역할을 할 수 있다.
[0029] 커버 링 섹션(212)은, 증착 링(208)을 수용하고, 그에 따라, 스퍼터링 증착물들의 벌크(bulk)로부터 증착 링(208)을 섀도잉하기 위해, 증착 링(208)을 에워싸고 적어도 부분적으로 덮는다. 구불구불한 경로(202)의 억제된 유동 경로는 증착 링(208)과 커버 링 섹션(212)의 메이팅 표면들 상의 저-에너지 스퍼터 증착물들의 축적을 제한하고, 그러한 축적은, 제한되지 않는 경우에, 그 메이팅 표면들이 서로 점착되게 하거나 또는 기판(104)의 돌출 에지(206)에 접착되게 할 것이다.
[0030] 도 1 내지 도 3에서 도시된 바와 같이, 스퍼터링 타겟(140)은 배킹 플레이트(284) 상에 탑재된 스퍼터링 플레이트(280)를 포함한다. 스퍼터링 플레이트(280)는 기판(104) 상에 스퍼터링될 재료를 포함한다. 스퍼터링 플레이트(280)는, 기판(104)의 평면에 평행한 평면을 형성하는 스퍼터링 표면(139)을 갖는 중앙의 원통형 메사(286)를 가질 수 있다. 환상 경사 림(288)은 원통형 메사(286)를 둘러싼다. 상부 부분(216)은 환상 경사 림(288)의 경사와 매칭하는 기울어진 또는 경사진 표면을 포함할 수 있다.
[0031] 단일-피스 실드(201)의 상부 부분(216)에 인접한 환상 경사 림(288)의 복잡한 형상은 암흑 공간 구역을 포함하는 복잡한(convoluted) 갭(300)을 형성한다. 암흑 공간 구역은, 자유 전자들이 고도로 고갈되고 진공으로서 모델링될 수 있는 영역이다. 암흑 공간 구역의 제어는 암흑 공간 구역 내로의 플라즈마 진입, 아킹, 및 플라즈마 불안정성을 유리하게 방지한다. 갭(300)의 형상은, 갭(300)을 통한 스퍼터링된 플라즈마 종의 통과를 방해하고 주변 타겟 구역의 표면들 상의 스퍼터링된 증착물들의 축적을 감소시키는 미로로서 작용한다.
[0032] 스퍼터링 플레이트(280)는 금속 또는 금속 화합물을 포함한다. 예컨대, 스퍼터링 플레이트(280)는, 예컨대 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 코발트, 니켈, 또는 탄탈럼과 같은 금속일 수 있다. 스퍼터링 플레이트(280)는 또한, 예컨대 탄탈럼 질화물, 텅스텐 질화물, 또는 티타늄 질화물과 같은 금속 화합물일 수 있다.
[0033] 배킹 플레이트(284)는 스퍼터링 플레이트(280)를 지지하기 위한 지지 표면(303), 및 스퍼터링 플레이트(280)의 반경을 넘어서 연장되는 주변 레지(304)를 갖는다. 배킹 플레이트(284)는, 예컨대 스테인리스 강, 알루미늄, 구리-크롬, 또는 구리-아연과 같은 금속으로 제조된다. 배킹 플레이트(284)는 스퍼터링 타겟(140)에서 생성되는 열을 방산하기에 충분히 높은 열 전도도를 갖는 재료로 제조될 수 있으며, 그러한 열은 스퍼터링 플레이트(280)와 배킹 플레이트(284) 둘 모두에서 형성된다. 열은 이들 플레이트들(280, 284)에서 발생하는 와상 전류들로부터 생성되고, 또한, 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139) 상으로의 플라즈마로부터의 에너제틱 이온들의 충격으로부터 생성된다. 더 높은 열 전도도 배킹 플레이트(284)는, 주위의 구조들로의, 또는 심지어, 배킹 플레이트(284) 뒤에 탑재될 수 있거나 또는 배킹 플레이트(284) 그 자체에 있을 수 있는 열 교환기로의 스퍼터링 타겟(140)에서 생성되는 열의 방산을 가능하게 한다. 예컨대, 배킹 플레이트(284)는 열 전달 유체를 내부에서 순환시키기 위한 채널들(미도시)을 포함할 수 있다. 배킹 플레이트(284)의 적합하게 높은 열 전도도는 적어도 약 200 W/mK이고, 예컨대, 약 220 W/mK 내지 약 400 W/mK이다. 그러한 열 전도도 레벨은, 스퍼터링 타겟(140)에서 생성되는 열을 더 효율적으로 방산함으로써, 스퍼터링 타겟(140)이 더 긴 프로세스 시간 기간들 동안 동작될 수 있게 한다.
[0034] 낮은 저항률 및 높은 열 전도도를 갖는 재료로 제조된 배킹 플레이트(284)와 조합하여, 또는 별개로 그리고 그 자체로, 배킹 플레이트(284)는 하나 또는 그 초과의 그루브들(미도시)을 갖는 배면 표면을 포함할 수 있다. 예컨대, 배킹 플레이트(284)는 스퍼터링 타겟(140)의 배면(141)을 냉각시키기 위해 그루브, 이를테면 환상 그루브 또는 리지를 가질 수 있다. 그루브들 및 리지들은 또한, 다른 패턴들, 예컨대, 직사각형 그리드 패턴, 닭발 패턴(chicken feet pattern)들, 또는 단순하게, 배면 표면에 걸쳐 이어지는 직선들을 가질 수 있다.
[0035] 일부 실시예들에서, 스퍼터링 플레이트(280)는, 2개의 플레이트들(280, 284)을 층층이 배치하고 적합한 온도, 전형적으로는 적어도 약 200 ℃로 플레이트들(280, 284)을 가열하는 것에 의해, 확산 본딩에 의해, 배킹 플레이트(284) 상에 탑재될 수 있다. 선택적으로, 스퍼터링 타겟(140)은, 스퍼터링 플레이트 및 배킹 플레이트 둘 모두로서 역할을 하기에 충분한 깊이를 갖는 단일 피스의 재료를 포함하는 모놀리식(monolithic) 구조일 수 있다.
[0036] 배킹 플레이트(284)의 주변 레지(304)는 프로세스 챔버(100) 내의 아이솔레이터(310) 상에 안착하는 외측 푸팅(308)을 포함한다. 주변 레지(304)는 O-링 그루브(312)를 포함하고, 진공 밀봉을 형성하기 위해 그 O-링 그루브(312) 내로 O-링(314)이 배치된다. 아이솔레이터(310)는 프로세스 챔버(100)로부터 배킹 플레이트(284)를 전기적으로 격리시키고 분리하며, 전형적으로, 알루미늄 산화물과 같은 유전체 또는 절연성 재료로 형성된 링이다. 주변 레지(304)는, 갭 내로의 저각의 스퍼터링된 증착물들의 침투를 방해하기 위해, 스퍼터링 타겟(140)과 아이솔레이터(310) 사이의 갭을 통한 스퍼터링된 재료 및 플라즈마 종의 유동 또는 이동을 억제하도록 성형된다.
[0037] 도 1로 돌아가면, 스퍼터링 타겟(140)은 DC 전력 소스(146)와 RF 전력 소스(148) 중 하나 또는 둘 모두에 연결된다. DC 전력 소스(149)는, 스퍼터링 프로세스 동안에 전기적 플로팅 상태일 수 있는 단일-피스 실드(201)에 대하여 스퍼터링 타겟(140)에 바이어스 전압을 인가할 수 있다. DC 전력 소스(146)가 스퍼터링 타겟(140), 단일-피스 실드(201), 기판 지지부(130), 및 DC 전력 소스(146)에 연결된 다른 챔버 컴포넌트들에 전력을 공급하는 동안에, RF 전력 소스(148)는 스퍼터링 가스의 플라즈마를 형성하기 위해 스퍼터링 가스를 에너자이징한다. 형성된 플라즈마는 스퍼터링 표면(139)으로부터 기판(104) 상으로 재료를 스퍼터링하기 위해 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링 표면(139) 상에 충돌하고 그 스퍼터링 표면(139)에 충격을 가한다. 일부 실시예들에서, RF 전력 소스(118)에 의해 공급되는 RF 에너지는 약 2 Mhz 내지 약 60 Mhz의 주파수 범위에 있을 수 있거나, 또는 예컨대, 2 MHz, 13.56 MHz, 27.12 MHz, 또는 60 Mhz와 같은 비-제한적인 주파수들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 위의 주파수들로 RF 에너지를 제공하기 위해, 복수의(즉, 2개 또는 그 초과의) RF 전력 소스들이 제공될 수 있다.
[0038] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)는 스퍼터링 타겟(140)의 스퍼터링을 개선하기 위해 스퍼터링 타겟(140) 주위의 자기장을 성형하기 위한 자기장 생성기(330)를 포함할 수 있다. 용량성으로 생성된 플라즈마는 자기장 생성기(330)에 의해 강화될 수 있고, 그 자기장 생성기(330)에서, 예컨대, 영구 자석 또는 전자기 코일들은 기판(104)의 평면에 수직인 회전 축을 갖는 회전 자기장을 갖는 자기장을 프로세스 챔버(100)에 제공할 수 있다. 부가하여 또는 대안적으로, 프로세스 챔버(100)는, 타겟 재료의 스퍼터링을 개선하기 위하여, 스퍼터링 타겟(140)에 인접한 고-밀도 플라즈마 구역에서 이온 밀도를 증가시키기 위해, 프로세스 챔버(100)의 스퍼터링 타겟(140) 근처에 자기장을 생성하는 자기장 생성기(330)를 포함할 수 있다.
[0039] 스퍼터링 가스는 가스 전달 시스템(332)을 통해 프로세스 챔버(100) 내로 도입되고, 그 가스 전달 시스템(332)은 가스 공급부(334)로부터 도관들(336)을 통해 가스를 제공하고, 그 도관들(336)은 도관들(336)을 통해 가스의 세팅된 유량을 통과시키기 위해 가스 유동 제어 밸브들(338), 이를테면 질량 유동 제어기들을 갖는다. 가스들은 혼합 매니폴드(미도시)로 공급되고, 그 혼합 매니폴드에서, 가스들은 원하는 프로세스 가스 조성을 형성하도록 혼합되고, 프로세스 챔버(100) 내로 가스를 도입하기 위한 가스 배출구들을 갖는 가스 분배기(340)로 공급된다. 프로세스 가스는, 스퍼터링 타겟(140) 상에 활동적으로 충돌할 수 있고 스퍼터링 타겟(140)으로부터 재료를 스퍼터링할 수 있는 비-반응성 가스, 이를테면 아르곤 또는 크세논을 포함할 수 있다. 프로세스 가스는 또한, 기판(104) 상에 층을 형성하기 위해 스퍼터링된 재료와 반응할 수 있는 반응성 가스, 이를테면 산소-함유 가스와 질소-함유 가스 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 이어서, 가스는 스퍼터링 타겟(140)을 스퍼터링하기 위한 플라즈마를 형성하기 위해 RF 전력 소스(148)에 의해 에너자이징된다. 소모된 프로세스 가스 및 부산물들은 배기부(342)를 통해 프로세스 챔버(100)로부터 배기된다. 배기부(342)는 배기 포트(344)를 포함하고, 그 배기 포트(344)는 소모된 프로세스 가스를 수용하고, 프로세스 챔버(100) 내의 가스의 압력을 제어하기 위한 스로틀 밸브를 갖는 배기 도관(346)으로 소모된 가스를 통과시킨다. 배기 도관(346)은 하나 또는 그 초과의 배기 펌프들(348)에 연결된다.
[0040] 프로세스 챔버(100)의 다양한 컴포넌트들은 제어기(350)에 의해 제어될 수 있다. 제어기(350)은 기판(104)을 프로세싱하도록 컴포넌트들을 동작시키기 위한 명령 세트들을 갖는 프로그램 코드를 포함한다. 예컨대, 제어기(350)는 프로그램 코드를 포함할 수 있으며, 그 프로그램 코드는, 기판 지지부(130) 및 기판 이송 메커니즘을 동작시키기 위한 기판 포지셔닝 명령 세트들; 프로세스 챔버(100)로의 스퍼터링 가스의 유동을 세팅하도록 가스 유동 제어 밸브들을 동작시키기 위한 가스 유동 제어 명령 세트들; 프로세스 챔버(100) 내의 압력을 유지하도록 배기 스로틀 밸브를 동작시키기 위한 가스 압력 제어 명령 세트들; 가스 에너자이징 전력 레벨을 세팅하도록 RF 전력 소스(148)를 동작시키기 위한 가스 에너자이저 제어 명령 세트들; 환상 열 전달 채널(289)로의 열 전달 매체의 유량을 제어하도록, 열 전달 매체 공급부(180) 또는 기판 지지부(130) 내의 온도 제어 시스템을 제어하기 위한 온도 제어 명령 세트들; 및 프로세스 챔버(100) 내의 프로세스를 모니터링하기 위한 프로세스 모니터링 명령 세트들을 포함한다.
[0041] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있다.

Claims (15)

  1. 주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위해 프로세싱 챔버에서 사용하도록 구성된 단일-피스 프로세스 키트 실드(one-piece process kit shield)로서,
    상부 부분 및 하부 부분을 갖는 원통형 바디;
    상기 상부 부분 내에 배치된 환상 열 전달 채널; 및
    상기 하부 부분으로부터 반경방향 내측으로 연장되는 커버 링 섹션
    을 포함하며,
    상기 커버 링 섹션은 상기 커버 링 섹션의 하단 표면으로부터 연장되는 환상 레그를 갖고, 상기 환상 레그는 상기 하단 표면과 증착 링 사이에 구불구불한 경로(tortuous path)를 형성하기 위해 상기 증착 링과 인터페이스(interface)하도록 구성되는,
    단일-피스 프로세스 키트 실드.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 부분은,
    반경방향 외측으로 연장되고, 그리고 챔버의 벽들 상에 상기 단일-피스 프로세스 키트 실드를 지지하기 위한 안착 표면, 및 밀봉 표면을 갖는 어댑터 섹션을 포함하며, 상기 단일-피스 프로세스 키트 실드가 상기 챔버에 배치되는 경우에, 상기 챔버의 내부 볼륨을 밀봉하도록 상기 밀봉 표면 상에 챔버 덮개가 안착하고,
    상기 환상 열 전달 채널은 상기 어댑터 섹션에 배치되는,
    단일-피스 프로세스 키트 실드.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 커버 링 섹션은 상기 주어진 직경보다 약 1 인치 내지 약 2 인치만큼 더 큰 내측 직경을 갖는 반경방향 내측으로 연장되는 립을 포함하는,
    단일-피스 프로세스 키트 실드.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 원통형 바디는 수직으로 연장되고, 상기 커버 링 섹션은 상기 원통형 바디의 하부 부분에 실질적으로 수직인,
    단일-피스 프로세스 키트 실드.
  5. 제1 항 내지 제4 항에 있어서,
    상기 단일-피스 프로세스 키트 실드는 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 형성되는,
    단일-피스 프로세스 키트 실드.
  6. 주어진 직경을 갖는 기판을 프로세싱하기 위해 프로세싱 챔버에서 사용하도록 구성된 프로세스 키트로서,
    단일-피스 프로세스 키트 실드; 및
    증착 링
    을 포함하며,
    상기 단일-피스 프로세스 키트 실드는,
    상부 부분 및 하부 부분을 갖는 원통형 바디;
    상기 상부 부분으로부터 반경방향 외측으로 연장되고, 그리고 챔버의 벽들 상에 상기 단일-피스 프로세스 키트 실드를 지지하기 위한 안착 표면, 및 밀봉 표면을 갖는 어댑터 섹션 ― 상기 단일-피스 프로세스 키트 실드가 상기 챔버에 배치되는 경우에, 상기 챔버의 내부 볼륨을 밀봉하도록 상기 밀봉 표면 상에 챔버 덮개가 안착함 ―;
    상기 어댑터 섹션 내에 배치된 환상 열 전달 채널; 및
    상기 하부 부분으로부터 반경방향 내측으로 연장되는 커버 링 섹션
    을 포함하고,
    상기 증착 링은 상기 커버 링 섹션 아래에 배치되고,
    상기 단일-피스 프로세스 키트 실드가 기판 주위에 배치되는 경우에, 상기 커버 링 섹션은 미리 결정된 거리만큼 상기 기판으로부터 이격되도록 구성되고, 상기 커버 링 섹션의 하단 표면은 상기 증착 링의 상부 표면과 인터페이스하도록 구성되고, 상기 하단 표면과 상기 상부 표면 사이에 구불구불한 경로가 형성되는,
    프로세스 키트.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 커버 링 섹션은 상기 주어진 직경보다 약 1 인치 내지 약 2 인치만큼 더 큰 내측 직경을 갖는 반경방향 내측으로 연장되는 립을 포함하는,
    프로세스 키트.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 커버 링 섹션의 하단 표면은 상기 증착 링 내의 대응하는 환상 트렌치 내로 연장되도록 구성된 환상 레그를 포함하는,
    프로세스 키트.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 원통형 바디는 수직으로 연장되고, 상기 커버 링 섹션은 상기 원통형 바디의 하부 부분에 실질적으로 수직인,
    프로세스 키트.
  10. 제6 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단일-피스 프로세스 키트 실드는 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 형성되는,
    프로세스 키트.
  11. 프로세스 챔버로서,
    상기 프로세스 챔버 내에 내측 볼륨을 정의하는 챔버 벽;
    상기 내측 볼륨의 상부 섹션에 배치된 스퍼터링 타겟;
    상기 스퍼터링 타겟 아래에서 주어진 직경을 갖는 기판을 지지하기 위한 지지 표면을 갖는 기판 지지부; 및
    프로세스 키트
    를 포함하며,
    상기 프로세스 키트는,
    상기 스퍼터링 타겟 및 상기 기판 지지부를 둘러싸는 단일-피스 프로세스 키트 실드; 및
    증착 링
    을 포함하고,
    상기 단일-피스 프로세스 키트 실드는,
    상기 스퍼터링 타겟을 둘러싸는 상부 부분 및 상기 기판 지지부를 둘러싸는 하부 부분을 갖는 원통형 바디;
    상기 상부 부분을 통해 연장되는 환상 열 전달 채널; 및
    상기 하부 부분으로부터 반경방향 내측으로 연장되고 상기 기판 지지부를 둘러싸는 커버 링 섹션
    을 포함하고,
    상기 증착 링은 상기 커버 링 섹션 아래에 배치되고,
    상기 커버 링 섹션은 상기 증착 링을 적어도 부분적으로 덮는 반경방향 내측으로 연장되는 립을 포함하고, 상기 반경방향 내측으로 연장되는 립은 미리 결정된 거리만큼 상기 기판으로부터 이격되도록 구성되고, 상기 커버 링 섹션의 하단 표면은 상기 하단 표면과 상기 상부 표면 사이에 구불구불한 경로를 형성하기 위해 상기 증착 링의 상부 표면과 인터페이스하도록 구성되는,
    프로세스 챔버.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 상부 부분은,
    반경방향 외측으로 연장되고, 그리고 챔버 벽 상에 상기 단일-피스 프로세스 키트 실드를 지지하기 위한 안착 표면 및 밀봉 표면을 갖는 어댑터 섹션을 포함하며, 상기 내측 볼륨을 밀봉하도록 상기 밀봉 표면 상에 챔버 덮개가 안착하고, 상기 환상 열 전달 채널은 상기 어댑터 섹션에 배치되는,
    프로세스 챔버.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 어댑터 섹션의 제1 부분은 상기 내측 볼륨 내에 배치되고, 상기 어댑터 섹션의 제2 부분은 상기 내측 볼륨 외부에 배치되는,
    프로세스 챔버.
  14. 제11 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 거리는,
    상기 반경방향 내측으로 연장되는 립과 상기 기판의 돌출 에지 사이의 약 0.5 인치 내지 약 1 인치의 수평 거리; 또는
    상기 반경방향 내측으로 연장되는 립과 상기 기판의 지지부-대면 표면 사이의 약 0.11 인치 내지 상기 반경방향 내측으로 연장되는 립의 하부 표면과 상기 기판의 타겟-대면 표면 사이의 약 0.2 인치의 범위에 있는 수직 거리인,
    프로세스 챔버.
  15. 제11 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 부분에 인접한 상기 스퍼터링 타겟의 주변부는 암흑 공간(dark space) 구역을 갖는 복잡한(convoluted) 갭을 형성하도록 구성되는,
    프로세스 챔버.
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