KR20190075163A

KR20190075163A - 플로팅 쉐도우 링을 가진 프로세스 키트

Info

Publication number: KR20190075163A
Application number: KR1020197017687A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 요한슨; 시우 키트 호이; 존 마조코; 키란쿠마르 사반다이아; 프라샨트 프라부
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2016-11-19
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2019-06-28
Also published as: US20180142340A1; TWI744417B; JP2019535905A; JP7117300B2; US10648071B2; CN110036136B; WO2018094024A1; TW201833351A; CN110036136A; KR102474786B1

Abstract

프로세스 키트들 및 이를 통합하는 프로세스 챔버들의 실시예들이 본 명세서에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 프로세스 키트는, 어댑터 본체 및 이 어댑터 본체의 반경 방향 내측의 차폐 부분을 갖는 어댑터; 어댑터 본체에 형성된 열 전달 채널; 어댑터에 결합된 쉐도우 링 ― 어댑터의 차폐 부분은 쉐도우 링의 일부분 위로 연장됨 ―; 및 쉐도우 링을 어댑터로부터 전기적으로 절연시키도록 쉐도우 링과 어댑터 사이에 배치되는 세라믹 절연체를 포함한다.

Description

플로팅 쉐도우 링을 가진 프로세스 키트

[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 기판 처리 장비에 관한 것이다.

[0002] 예를 들어, 물리적 기상 증착(PVD: physical vapor deposition) 챔버에 프로세스 키트 차폐부(process kit shield)가 사용되어 처리 용적을 비처리 용적과 분리할 수 있다. 기판 상에 알루미늄을 증착하도록 구성된 PVD 챔버들에서, 프로세스 키트 차폐부는 예를 들어, 스테인리스강(SST: stainless steel)으로 제작될 수 있다. 처리 중에 프로세스 키트 차폐부 상에 증착된 알루미늄 층이 기본 SST 차폐부 재료로부터 우선적으로 에칭될 수 있기 때문에 SST 프로세스 키트 차폐부는 여러 번 재활용될 수 있다. 그러나 발명자들은 종래의 알루미늄 증착 프로세스들과 비교하여 현저히 증가된 프로세스 전력 및 증착 시간을 사용하여 비교적 두꺼운 알루미늄 막들을 기판 상에 증착하는 작업을 수행해왔다.

[0003] 보다 두꺼운 알루미늄 증착 프로세스의 경우, 발명자들은 프로세스 키트 차폐부의 온도가 기판 상에 바람직하지 않게 휘스커 성장(whisker growth)을 야기하기에 충분히 높아지는 것을 관찰하였다. 발명자들은 기판을 둘러싸는 프로세스 키트가 후속 프로세스들 사이에서 냉각되기에 충분한 시간을 갖지 않을 때 휘스커들이 형성된다고 여긴다. 증착 프로세스는 가열된 기판 지지부보다 기판을 상당히 더 많이 가열한다. 기판이 페디스털(pedestal)에 정전기적으로 척킹(chuck)되기 때문에, 두꺼운 알루미늄 막과 기판(예컨대, 실리콘) 사이의 열 팽창 계수(CTE: coefficient of thermal expansion)의 불일치로 인해 야기되는 열 응력 하에서 웨이퍼가 자유롭게 휘어지지 않는다. 기판에 대한 막 응력이 충분히 높아지면, 휘스커들이 막에서 튀어나와 막 응력을 감소시킨다. 발명자들은 기판을 둘러싸는 구조물들의 높은 온도들이 또한 기판 상에 증착된 알루미늄 막의 반사율에 악영향을 미친다는 것을 추가로 관찰하였다. 예를 들어, 발명자들은 커버 링 및 차폐부의 온도가 열 방사를 통해 기판을 냉각시키고 휘스커 형성을 최소화하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 관찰하였다.

[0004] 이에 따라, 발명자들은 개선된 프로세스 키트의 실시예들을 제공하였다.

[0005] 프로세스 키트들 및 이를 통합하는 프로세스 챔버들의 실시예들이 본 명세서에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 프로세스 키트는, 어댑터 본체 및 이 어댑터 본체의 반경 방향 내측의 차폐 부분을 갖는 어댑터; 어댑터 본체에 형성된 열 전달 채널; 어댑터에 결합된 쉐도우 링 ― 어댑터의 차폐 부분은 쉐도우 링의 일부분 위로 연장됨 ―; 및 쉐도우 링을 어댑터로부터 전기적으로 절연시키도록 쉐도우 링과 어댑터 사이에 배치되는 세라믹 절연체를 포함한다.

[0006] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는, 프로세스 챔버 내의 내부 용적을 한정하는 챔버 벽 ― 챔버 벽은 접지됨 ―; 내부 용적의 상부 섹션에 배치된 스퍼터링 타깃; 스퍼터링 타깃 아래에 기판을 지지하기 위한 지지 표면을 갖는 기판 지지부; 및 프로세스 키트를 포함한다. 프로세스 키트는: 챔버 벽에 결합된 어댑터 본체 및 이 어댑터 본체의 반경 방향 내측의 차폐 부분을 갖는 어댑터; 어댑터 본체에 형성된 열 전달 채널; 어댑터에 결합되어 기판 지지부를 둘러싸는 쉐도우 링 ― 어댑터의 차폐 부분은 쉐도우 링의 일부분 위로 연장됨 ―; 및 쉐도우 링을 어댑터로부터 전기적으로 절연시키도록 쉐도우 링과 어댑터 사이에 배치되는 세라믹 절연체를 포함한다.

[0007] 일부 실시예들에서, 프로세스 키트는, 어댑터 본체 및 이 어댑터 본체의 반경 방향 내측의 차폐 부분을 갖는 전기 전도성 어댑터; 어댑터 본체에 형성된 냉각제 채널; 어댑터에 결합된 전기 전도성 쉐도우 링; 쉐도우 링을 어댑터로부터 전기적으로 절연시키도록 쉐도우 링과 어댑터 사이에 배치되는 세라믹 절연체; 및 쉐도우 링의 하부 표면과 인터페이스하여 증착 링과 쉐도우 링 사이에 구불구불한 경로를 형성하도록 구성된 상부 표면을 갖는 증착 링을 포함하며, 차폐 부분이 쉐도우 링의 일부분 위로 연장한다.

[0008] 본 개시내용의 다른 그리고 추가 실시예들이 아래에 설명된다.

[0009] 위에서 간략하게 요약되고 아래에서 보다 상세하게 논의되는 본 개시내용의 실시예들은 첨부된 도면들에 도시된 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 참조로 이해될 수 있다. 그러나 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 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 키트의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0012] 도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0013] 도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0014] 도 5는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0015] 도 6은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 쉐도우 링의 등각도를 도시한다.
[0016] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 가리키는 데, 가능한 경우, 동일한 참조 부호들이 사용되었다. 도면들은 실측대로 그려진 것이 아니며, 명확하게 하기 위해 단순화될 수 있다. 한 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가 언급 없이 다른 실시예들에 유리하게 포함될 수 있다.

[0017] 프로세스 키트들 및 이러한 프로세스 키트들을 통합하는 프로세스 챔버들의 실시예들이 본 명세서에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 냉각된 쉐도우 링 및 냉각된 쉐도우 링의 일부분을 차폐하기 위한 차폐 부분을 갖는 어댑터를 포함하는 프로세스 키트가 본 명세서에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 쉐도우 링의 일부분을 차폐하기 위한 차폐 부분을 갖는 어댑터에 결합된 쉐도우 링을 포함하는 프로세스 키트가 본 명세서에서 제공된다. 어댑터 섹션은 일체형 프로세스 키트 차폐부를 냉각시키기 위한 열 전달 채널을 포함할 수 있다. 프로세스 키트는 처리를 위해 기판 지지부 상에 지지된 기판에 대한 프로세스 키트의 가장 가까운 컴포넌트인 쉐도우 링의 냉각을 유리하게 향상시킨다.

[0018] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트를 갖는 예시적인 프로세스 챔버(100)(예컨대, PVD 챔버)의 개략적인 단면도를 도시한다. 본 개시내용의 프로세스 키트들과 함께 사용하기에 적합한 PVD 챔버들의 예들은 California, Santa Clara 소재의 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 입수할 수 있는 ALPS^® Plus, SIP ENCORE^®, 및 다른 PVD 처리 챔버들을 포함한다. Applied Materials, Inc. 또는 다른 제조사들로부터의 다른 처리 챔버들은 또한 본 명세서에 개시된 본 발명의 장치로부터 이익을 얻을 수 있다.

[0019] 프로세스 챔버(100)는 내부 용적(108)을 둘러싸는 챔버 벽들(106)을 포함한다. 챔버 벽들(106)은 측벽들(116), 바닥 벽(120) 및 천장(124)을 포함한다. 천장(124)은 내부 용적(108)을 밀봉하기 위한 챔버 리드 또는 유사한 커버일 수 있다. 프로세스 챔버(100)는 독립 챔버일 수 있거나 다양한 챔버들 사이에서 기판들(104)을 이송하는 기판 이송 메커니즘에 의해 연결된 상호 연결 챔버들의 클러스터를 갖는 (도시되지 않은) 다중 챔버 플랫폼의 일부일 수 있다. 프로세스 챔버(100)는 기판(104) 상에 재료를 스퍼터 증착할 수 있는 PVD 챔버일 수 있다. 스퍼터 증착을 위한 적절한 재료들의 비제한적인 예들은 알루미늄, 구리, 탄탈, 탄탈 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물, 텅스텐, 텅스텐 질화물 등 중 하나 이상을 포함한다.

[0020] 프로세스 챔버(100)는 기판(104)을 지지하기 위한 페디스털(134)을 포함하는 기판 지지부(130)를 포함한다. 페디스털(134)은 프로세스 챔버(100)의 상부 섹션에 배치된 스퍼터링 타깃(140)의 스퍼터링 표면(139)에 실질적으로 평행한 평면을 갖는 기판 지지 표면(138)을 갖는다. 페디스털(134)의 기판 지지 표면(138)은 처리 동안 기판(104)을 수용하여 지지한다. 페디스털(134)은 정전 척 또는 히터(이를테면, 전기 저항 히터, 열 교환기 또는 다른 적절한 가열 디바이스)를 포함할 수 있다. 동작시에, 기판(104)이 프로세스 챔버(100)의 측벽(116) 내의 기판 로딩 입구(142)를 통해 프로세스 챔버(100) 내로 도입되어 기판 지지부(130) 상에 배치된다. 기판 지지부(130)는 지지부 리프트 메커니즘에 의해 들어올려지거나 내려질 수 있으며, 로봇 암에 의해 기판 지지부(130) 상에 기판(104)을 배치하는 동안 기판 지지부(130) 상으로 기판(104)을 들어올리고 내리는 데 리프트 핑거 어셈블리가 사용될 수 있다. 페디스털(134)은 플라즈마 동작 중에 전기적 플로팅 전위로 유지되거나 접지될 수 있다.

[0021] 프로세스 챔버(100)는 예를 들어, 컴포넌트 표면들로부터 스퍼터링 증착물들을 없애거나, 부식된 컴포넌트들을 교체 또는 수리하거나, 프로세스 챔버(100)를 다른 프로세스들에 적응시키기 위해, 프로세스 챔버(100)로부터 용이하게 제거될 수 있는 다양한 컴포넌트들을 포함하는 프로세스 키트(150)를 또한 포함한다. 발명자들은 프로세스 키트 어댑터와 프로세스 키트 쉐도우 링 사이의 접촉 계면들에서의 열 저항들이 쉐도우 링 온도들에 악영향을 준다는 것을 발견하였다. 더욱이, 어댑터와 쉐도우 링 사이의 낮은 체결력(clamping force)들은 열 전달률들을 향상시키기 위해 냉각수 채널들이 사용되더라도, 어댑터와 쉐도우 링 사이의 열악한 열 전달을 야기한다. 쉐도우 링은 냉각된 어댑터로부터 추가로 제거되는 플로팅 엘리먼트(즉, 어댑터에 전기적으로 결합되지 않음)이기 때문에 낮은 열 전달률 문제가 쉐도우 링에 대해 더욱 악화된다. 발명자들은 어댑터에 전기적으로 결합된 쉐도우 링이 접지면을 기판의 에지에 근접하게 하여, 기판의 에지 부근의 전기장에 악영향을 미친다는 것을 또한 발견하였다. 그 결과, 기판에 인접한 플라즈마는 왜곡되어 증착 불균일성으로 이어진다. 따라서 발명자들은 프로세스 키트의 냉각을 향상시키기 위해, 냉각된 어댑터 및 냉각된 쉐도우 링을 갖는 프로세스 키트를 설계하였다.

[0022] 도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트(150)의 단면도를 도시한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일부 실시예들에서, 프로세스 키트(150)는 어댑터 본체(158) 및 어댑터 본체(158)의 반경 방향 내측의 차폐 부분(157)을 갖는 어댑터(156)를 포함한다. 어댑터 본체(158)는 챔버 측벽들(116)에 결합되고 이 챔버 측벽들(116)을 통해 접지된다. 일부 실시예들에서, 어댑터 본체(158)는 어댑터(156)를 측벽들(116)에 결합하기 위해 (도시되지 않은) 볼트가 삽입될 수 있는 복수의 카운터싱크(countersunk) 홀들(260)(도 2에는 하나가 도시됨)을 포함할 수 있다. 어댑터(156)의 냉각을 가능하게 하기 위해, 열 전달 채널(162)이 어댑터 본체(158)를 통해 형성되고 열 전달 매체 공급부(180)에 유체 결합되어 열 전달 채널(162)을 통해 열 전달 매체를 흐르게 한다. 일부 실시예들에서, 열 전달 매체 공급부(180)는 냉각제를 열 전달 채널(162)에 공급하여 어댑터(156)를 냉각시킨다. 어댑터(156)는 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스강, 구리 등과 같은 열 전도성 재료로 형성될 수 있다.

[0023] 프로세스 키트(150)는 예를 들어, 복수의 볼트들(202)(도 2의 단면도에는 하나가 도시됨)과 같은 고정 엘리먼트를 통해 어댑터(156)에 결합된 쉐도우 링(155)을 또한 포함한다. 각각의 볼트(202)는 대응하는 제1 홀(204) 및 제1 홀(204)과 정렬된, 어댑터(156) 내의 대응하는 제2 홀(206)을 통해 연장하고 유지 플레이트(210)를 사용하여 고정된다. 제1 홀(204) 및 제2 홀(206)의 직경들은 처리 중에 볼트(202)의 열 팽창을 가능하게 하도록 그리고 볼트(202)를 통한 어댑터(156)로의 쉐도우 링(155)의 임의의 가능한 전기 결합을 방지하도록 볼트(202)의 직경보다 더 클 수 있는데, 이는 쉐도우 링(155)을 접지시키고 기판(104)의 에지에서의 편향된 전기장으로 인해 플라즈마에 불균일성들을 야기할 것이다. 일부 실시예들에서, 쉐도우 링(155)이 볼트(202) 및 어댑터(156)로부터 전기적으로 절연되는 상태를 유지함을 보장하기 위해 볼트(202)의 헤드와 쉐도우 링(155) 사이에 세라믹 부싱(bushing)(208)이 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 볼트(202)는 볼트(202) 주위의 영역들에서 탈가스를 방지하기 위한 관통 홀(212)을 포함할 수 있다. 제1 세라믹 절연체(125)는 쉐도우 링(155)을 접지된 어댑터(156)로부터 전기적으로 절연시키도록 쉐도우 링(155)과 어댑터(156) 사이에 배치되어, 전기적 플로팅 쉐도우 링(155)을 야기한다.

[0024] 쉐도우 링(155)은 링 본체(214) 및 링 본체(214)의 하부 부분으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 돌출 섹션(215)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 열 전달 매체 공급부(180)에 의해 공급되는 열 전달 매체를 흐르게 하고 쉐도우 링(155)의 온도 제어를 추가로 가능하게 하기 위해 링 본체(214)에 제2 열 전달 채널(250)이 형성된다. 일부 실시예들에서, 제2 열 전달 채널(250)은 링 본체(214)의 외벽에 밀링(mill)되고, 채널을 밀봉하도록 제2 열 전달 채널(250) 위에(atop) 캡(251)이 배치된다. 두 열 전달 채널들(162, 250) 모두를 통해 냉각제가 흐를 때, 쉐도우 링(155)의 온도에 대한 추가 제어가 이루어진다. 쉐도우 링이 어댑터(156)에 의해 지지되더라도, 쉐도우 링(155)의 일부는 측벽들(116) 상에 놓인다. 그러나 쉐도우 링(155)이 전기적으로 플로팅된 상태로 유지됨을 보장하도록, 쉐도우 링(155)이 측벽들(116)과 직접 접촉하지 않도록 쉐도우 링(155)과 측벽들(116) 사이에 제2 세라믹 절연체(255)가 배치된다. 쉐도우 링(155)은 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스강, 구리 등과 같은 열 전도성 재료로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 용적(108)이 주변 환경으로부터 적절하게 밀봉됨을 보장하도록 다양한 계면들에 복수의 홈들(224) 및 대응하는 o-링들(225)이 배치된다.

[0025] 처리로부터 발생하는 쉐도우 링(155)의 가열을 더욱 완화하기 위해, 차폐 부분(157)이 어댑터 본체(158)로부터 아래쪽으로 돌출하여 링 본체(214)의 적어도 일부를 덮는다. 그 결과, 처리 중에 쉐도우 링(155)이 달성하는 최고 온도는 처리 중에 링 본체(214)가 내부 용적(108)에 노출되는 시나리오와 비교하여 감소되고, 이에 따라 쉐도우 링(155)의 개선된 냉각을 가능하게 한다.

[0026] 처리되는 기판(104)의 에지에서 균일성을 유지하는 것을 돕기 위해, 쉐도우 링(155)의 반경 방향 최내측 부분이 미리 결정된 거리만큼 기판(104)의 에지로부터 이격된다. 일부 실시예들에서, 쉐도우 링(155)의 반경 방향 최내측 부분은 약 0.02 인치 내지 약 0.09 인치의 수직 거리(290)만큼 기판(104)의 상부 표면으로부터 이격된다. 일부 실시예들에서, 수직 거리(290)는 약 0.045 인치이다. 일부 실시예들에서, 쉐도우 링(155)의 최내측 부분은 기판(104)의 직경 외부의 약 1㎜ 내지 기판의 직경 내의 약 2㎜의 수평 거리(291)만큼 기판(104)의 에지로부터 이격된다. 일부 실시예들에서, 수평 거리(291)는 기판의 직경 내에서 약 1㎜이다.

[0027] 프로세스 키트(150)는 쉐도우 링(155) 아래에 배치된 증착 링(154)을 더 포함한다. 쉐도우 링(155)의 바닥 표면은 증착 링(154)과 인터페이스하여 구불구불한 경로(295)를 형성한다. 쉐도우 링(155)은 증착 링(154)을 적어도 부분적으로 덮는다. 증착 링(154)과 쉐도우 링(155)은 서로 협력하여 기판 지지부(130)의 주변 벽들(152) 및 기판(104)의 돌출 에지(153) 상의 스퍼터링 증착물들의 형성을 감소시킨다.

[0028] 도 1 - 도 5에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 타깃(140)은 백킹 플레이트(161)에 장착된 스퍼터링 플레이트(160)를 포함한다. 스퍼터링 플레이트(160)는 기판(104) 상에 스퍼터링될 재료를 포함한다. 스퍼터링 플레이트(160)는 금속 또는 금속 화합물을 포함한다. 예를 들어, 스퍼터링 플레이트(160)는 예를 들어, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 코발트, 니켈 또는 탄탈과 같은 금속일 수 있다. 스퍼터링 플레이트(160)는 또한 예를 들어, 탄탈 질화물, 텅스텐 질화물 또는 티타늄 질화물과 같은 금속 화합물일 수 있다.

[0029] 백킹 플레이트(161)는 스퍼터링 플레이트(160)를 지지하기 위한 지지 표면(221) 및 스퍼터링 플레이트(160)의 반경을 넘어 연장하는 주변 레지(ledge)(222)를 갖는다. 백킹 플레이트(161)는 예를 들어, 스테인리스강, 알루미늄, 구리-크롬 또는 구리-아연과 같은 금속으로 만들어진다. 백킹 플레이트(161)는 스퍼터링 타깃(140) 및/또는 백킹 플레이트(161)에서 발생된 열을 소산시키기에 충분한 열 전도성을 갖는 재료로 만들어질 수 있다. 스퍼터링 플레이트(160) 및 백킹 플레이트(161)에서 발생하는 와전류들로부터 그리고 또한 플라즈마로부터의 에너지 이온(energetic ion)들이 스퍼터링 타깃(140)의 스퍼터링 표면(139) 상에 충돌하는 것으로부터 열이 발생된다. 보다 높은 열 전도성의 백킹 플레이트(161)는 스퍼터링 타깃(140)에서 발생된 열을 주위 구조물들로 또는 심지어 백킹 플레이트(161) 뒤에 장착될 수 있는 또는 백킹 플레이트(161) 자체에 있을 수 있는 열 교환기로 소산시킬 수 있게 한다. 예를 들어, 백킹 플레이트(161)는 내부에서 열 전달 유체를 순환시키기 위한 (도시되지 않은) 채널들을 포함할 수 있다. 백킹 플레이트(161)의 적절하게 높은 열 전도성은 적어도 약 150W/mK, 예를 들어 약 220 내지 약 500W/mK이다. 이러한 열 전도성 레벨은 스퍼터링 타깃(140)에서 발생된 열을 보다 효율적으로 소산시킴으로써 스퍼터링 타깃(140)이 더 긴 프로세스 시간 기간들 동안 작동될 수 있게 한다.

[0030] 높은 열 전도성 및 낮은 저항률을 갖는 재료로 만들어진 백킹 플레이트(161)와 결합하여, 또는 별도로 그리고 그것만으로, 백킹 플레이트(161)는 (도시되지 않은) 하나 이상의 홈들을 갖는 배면 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 백킹 플레이트(161)는 스퍼터링 타깃(140)의 배면(141)을 냉각시키기 위한 환형 홈 또는 리지(ridge)와 같은 홈을 가질 수 있다. 홈들 및 리지들은 또한 다른 패턴들, 예를 들어 직사각형 그리드 패턴, 닭발 패턴들 또는 배면 표면을 가로질러 진행하는 단순한 직선들을 가질 수 있다.

[0031] 일부 실시예들에서, 스퍼터링 플레이트(160) 및 백킹 플레이트(161)를 서로 맞닿게 배치하고 스퍼터링 플레이트(160) 및 백킹 플레이트(161)를 적절한 온도로, 통상적으로는 적어도 약 150℃로 가열함으로써 확산 결합에 의해 백킹 플레이트(161)에 스퍼터링 플레이트(160)가 장착될 수 있다. 선택적으로, 스퍼터링 타깃(140)은 스퍼터링 플레이트 및 백킹 플레이트 모두로서 작용하기에 충분한 깊이를 갖는 단일 부분의 재료를 포함하는 모놀리식(monolithic) 구조일 수 있다.

[0032] 백킹 플레이트(161)의 주변 레지(222)는 프로세스 챔버(100) 내의 절연체(163) 상에 놓이는 외부 기반(outer footing)(223)을 포함한다(도 1 및 도 2). 주변 레지(222)는 진공 밀폐를 형성하도록 O-링(225)이 배치되는 홈(224)을 포함한다. 절연체(163)는 백킹 플레이트(161)를 프로세스 키트(150) 및 프로세스 챔버(100)로부터 전기적으로 절연시키고 분리하며, 통상적으로는 알루미늄 산화물과 같은 유전체 또는 절연 재료로 형성된 링이다. 주변 레지(222)는 스퍼터링 타깃(140)과 절연체(163) 사이의 갭을 통해, 스퍼터링된 재료 및 플라즈마 종의 흐름 또는 이동을 억제하여 갭으로의 낮은 각도로 스퍼터링된 증착물의 침투를 방해하도록 형상화된다.

[0033] 도 1로 돌아가면, 스퍼터링 타깃(140)은 DC 전원(146) 및 RF 전원(148) 중 하나 또는 둘 다에 연결된다. DC 전원(146)은 일체형 차폐부(151)에 대한 스퍼터링 타깃(140)에 바이어스 전압을 인가할 수 있으며, 이는 스퍼터링 프로세스 동안 전기적으로 플로팅될 수 있다. DC 전원(146)이 스퍼터링 타깃(140), 일체형 차폐부(151), 기판 지지부(130), 및 DC 전원(146)에 연결된 다른 챔버 컴포넌트들에 전력을 공급하는 동안, RF 전원(148)은 스퍼터링 가스에 에너지를 가하여 스퍼터링 가스의 플라즈마를 형성한다. 형성된 플라즈마는 스퍼터링 타깃(140)의 스퍼터링 표면(139)에 충돌하고 충격을 가하여 스퍼터링 표면(139)으로부터의 재료를 기판(104) 상에 스퍼터링한다. 일부 실시예들에서, RF 전원(148)에 의해 공급되는 RF 에너지는 주파수 범위가 약 2㎒ 내지 약 60㎒일 수 있고, 또는 예를 들어, 2㎒, 13.56㎒, 27.12㎒ 또는 60㎒와 같은 비제한적 주파수들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 RF 전원들(즉, 2개 이상)이 제공되어 상기 복수의 주파수들에서 RF 에너지를 제공할 수 있다.

[0034] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)는 스퍼터링 타깃(140) 위에 배치되어 스퍼터링 타깃(140)의 스퍼터링을 개선하도록 스퍼터링 타깃(140) 주위에 자기장을 형상화하는 자기장 발생기(164)를 포함할 수 있다. 용량성으로 생성된 플라즈마는 예를 들어, 영구 자석 또는 전자기 코일들이 기판(104)의 평면에 수직인 회전축을 갖는 회전 자기장을 갖는 프로세스 챔버(100) 내에 자기장을 제공할 수 있는 자기장 발생기(164)에 의해 강화될 수 있다. 프로세스 챔버(100)는 추가로 또는 대안으로, 스퍼터링 타깃(140)에 인접한 고밀도 플라즈마 영역에서 이온 밀도를 증가시켜 타깃 재료의 스퍼터링을 향상시키도록 프로세스 챔버(100)의 스퍼터링 타깃(140) 근처에 자기장을 발생시키는 자기장 발생기(164)를 포함한다.

[0035] 설정된 유동률의 가스를 가스 흐름 제어 밸브들(168)에 통과시키도록, 질량 흐름 제어기들과 같은 가스 흐름 제어 밸브들(168)을 갖는 도관들(167)을 통해 가스 공급부(166)로부터 가스를 제공하는 가스 전달 시스템(165)을 통해 스퍼터링 가스가 프로세스 챔버(100)에 도입된다. 가스들은 프로세스 가스 조성물로부터 가스들이 혼합되는 (도시되지 않은) 혼합 매니폴드에 공급되고, 프로세스 챔버(100)에 가스를 도입하기 위한 가스 출구들을 갖는 가스 분배기(169)에 공급된다. 프로세스 가스는 스퍼터링 타깃(140)에 활동적으로 충돌하여 스퍼터링 타깃(140)으로부터 재료를 스퍼터링할 수 있는 비반응성 가스, 이를테면 아르곤 또는 크세논을 포함할 수 있다. 프로세스 가스는 또한 스퍼터링된 재료와 반응하여 기판(104) 상에 층을 형성할 수 있는 반응성 가스, 이를테면 산소 함유 가스 및 질소 함유 가스 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그 다음, 가스는 RF 전원(148)에 의해 에너지가 가해져 스퍼터링 타깃(140)을 스퍼터링할 플라즈마를 형성한다. 소비된 프로세스 가스 및 부산물들은 배기관(170)을 통해 프로세스 챔버(100)로부터 배출된다. 배기관(170)은 소비된 프로세스 가스를 수용하고 프로세스 챔버(100) 내의 가스의 압력을 제어하기 위한 스로틀 밸브를 갖는 배기 도관(172)에 소비된 가스를 통과시키는 배기 포트(171)를 포함한다. 배기 도관(172)은 하나 이상의 배기 펌프들(173)에 연결된다.

[0036] 프로세스 챔버(100)의 다양한 컴포넌트들은 제어기(174)에 의해 제어될 수 있다. 제어기(174)는 기판(104)을 처리하도록 컴포넌트들을 작동시키기 위한 명령 세트들을 갖는 프로그램 코드를 포함한다. 예를 들어, 제어기(174)는, 기판 지지부(130) 및 기판 이송 메커니즘을 작동시키기 위한 기판 포지셔닝 명령 세트들; 프로세스 챔버(100)로의 스퍼터링 가스의 흐름을 설정하도록 가스 흐름 제어 밸브들을 작동시키기 위한 가스 흐름 제어 명령 세트들; 프로세스 챔버(100) 내의 압력을 유지하도록 배기 스로틀 밸브를 작동시키기 위한 가스 압력 제어 명령 세트들; 가스 에너지 공급 전력 레벨을 설정하도록 RF 전원(148)을 작동시키기 위한 가스 에너지 공급 제어 명령 세트들; 열 전달 채널(162)에 대한 열 전달 매체의 유량을 제어하도록 기판 지지부(130) 또는 열 전달 매체 공급부(180) 내의 온도 제어 시스템을 제어하기 위한 온도 제어 명령 세트들; 및 프로세스 챔버(100)에서 프로세스를 모니터링하기 위한 프로세스 모니터링 명령 세트들을 포함하는 프로그램 코드를 포함할 수 있다.

[0037] 도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트(350)를 갖는 예시적인 프로세스 챔버(100)(예컨대, PVD 챔버)의 개략적인 단면도를 도시한다. 프로세스 챔버(100)의 엘리먼트들은 도 1에 도시되고 앞서 논의한 것들과 유사하거나 동일하기 때문에, 이러한 엘리먼트들은 유사하게 라벨링되고, 유사한 엘리먼트들의 설명은 명확성 및 간결성을 위해 생략될 것이다.

[0038] 도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트(350)의 단면도를 도시한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 일부 실시예들에서, 프로세스 키트(350)는 어댑터 본체(458) 및 어댑터 본체(458)의 하부 부분으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 차폐 부분(457)을 갖는 어댑터(356)를 포함한다. 어댑터 본체(458)는 챔버 측벽들(116)에 결합되고 챔버 측벽들(116)을 통해 접지된다. 어댑터(356)의 냉각을 가능하게 하기 위해, 열 전달 채널(362)이 어댑터 본체(458)를 통해 형성되고 열 전달 매체 공급부(예컨대, 열 전달 매체 공급부(180))에 유체 결합되어 열 전달 채널(362)을 통해 열 전달 매체를 흐르게 한다. 일부 실시예들에서, 열 전달 매체 공급부(180)는 냉각제를 열 전달 채널(362)에 공급하여 어댑터(356)를 냉각시킨다. 어댑터(356)는 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스강, 구리 등과 같은 열 전도성 재료로 형성될 수 있다.

[0039] 프로세스 키트(350)는 또한 어댑터(356)에 결합된 외측 부분(406) 및 외측 부분으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 내측 부분(408)을 갖는 쉐도우 링(355)을 포함한다. 외측 부분(406)은 예를 들어, 복수의 볼트들(410)(도 4의 단면도에는 하나가 도시됨)과 같은 고정 엘리먼트를 통해 어댑터(356)에 결합된다. 각각의 볼트(410)는 쉐도우 링(355) 내의 대응하는 제1 홀(404) 및 제1 홀(404)과 정렬된, 어댑터(356) 내의 대응하는 제2 홀(402)을 통해 연장하고 유지 플레이트(412)를 사용하여 고정된다. 제1 홀(404) 및 제2 홀(402)의 직경들은 처리 중에 볼트(410)의 열 팽창을 가능하게 하도록 그리고 볼트(410)를 통한 어댑터(356)로의 쉐도우 링(355)의 임의의 가능한 전기 결합을 방지하도록 볼트(410)의 직경보다 더 클 수 있는데, 이러한 전기 결합은 쉐도우 링(355)을 접지시키고 기판(104)의 에지에서의 편향된 전기장으로 인해 플라즈마에 불균일성들을 야기할 것이다. 일부 실시예들에서, 쉐도우 링(355)이 볼트(410) 및 어댑터(356)로부터 전기적으로 절연되는 상태를 유지함을 보장하기 위해 볼트(410)의 헤드와 쉐도우 링(355) 사이에 제1 세라믹 절연체(416)가 배치될 수 있다. 제2 세라믹 절연체(414)가 쉐도우 링(355)을 접지된 어댑터(356)로부터 전기적으로 절연시키도록 쉐도우 링(355)과 어댑터(356) 사이에 배치되어, 이에 따라 전기적 플로팅 쉐도우 링(355)을 야기한다.

[0040] 쉐도우 링(155)과는 달리, 도 3 및 도 4에 도시된 쉐도우 링(355)은 쉐도우 링을 냉각시키도록 냉각제를 흐르게 하기 위한 열 전달 채널을 포함하지 않는다. 대신에, 차폐 부분(457)이 쉐도우 링(355)의 내측 부분(408)의 적어도 일부 및 외측 부분(406) 위로 연장한다. 그 결과, 처리 및 증착으로부터 발생한 대부분의 열은 냉각된 어댑터(356)에 의해 운반된다. 더욱이, 쉐도우 링(355)과 어댑터(356)의 결합은 또한 쉐도우 링(355)의 대류 냉각을 가능하게 한다. 어댑터(356)가 접지되기 때문에, 차폐 부분(457)의 반경 방향 최내측 부분은 기판(104)의 에지 부근에서 어떠한 플라즈마 불균일성들도 야기하지 않도록 기판(104)의 에지로부터 충분한 거리가 유지되어야 한다. 일부 실시예들에서, 차폐 부분(457)의 반경 방향의 최내측 부분은 기판(104)의 에지로부터 약 5㎜ 내지 약 45㎜의 수평 거리(492)만큼 이격된다. 일부 실시예들에서, 수평 거리(492)는 약 35㎜이다.

[0041] 처리되는 기판(104)의 에지에서 균일성을 유지하는 것을 돕기 위해, 쉐도우 링(355)의 반경 방향 최내측 부분이 미리 결정된 거리만큼 기판(104)의 에지로부터 이격된다. 일부 실시예들에서, 쉐도우 링(355)의 반경 방향 최내측 부분은 약 0.02 인치 내지 약 0.09 인치의 수직 거리(490)만큼 기판(104)의 상부 표면으로부터 이격된다. 일부 실시예들에서, 수직 거리(490)는 약 0.045 인치이다. 일부 실시예들에서, 쉐도우 링(355)의 최내측 부분은 기판(104)의 직경 외부의 약 1㎜ 내지 기판의 직경 내의 약 2㎜의 수평 거리(491)만큼 기판(104)의 에지로부터 이격된다. 일부 실시예들에서, 수평 거리(491)는 기판의 직경 내에서 약 1㎜이다.

[0042] 도 4 및 도 5는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 키트(500)의 단면도 및 등각도를 예시한다. 도 5에서 언급된 바와 같이, 프로세스 키트(500)의 어댑터(356)는 앞서 설명한 어댑터(356)와 동일하고, 그에 따라 동일하게 라벨링된다. 프로세스 키트(500)는 어댑터(356)에 결합된 외측 부분(506) 및 외측 부분으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 내측 부분을 갖는 쉐도우 링(555)을 포함한다. 쉐도우 링(555)이 쉐도우 링(555)과 어댑터(356) 사이에 구불구불한 경로(509)를 형성하도록 차폐 부분 아래에 배치된 위쪽으로 연장하는 환형 돌출부(505)를 포함한다는 점에서 쉐도우 링(555)은 쉐도우 링(355)과 다르다. 쉐도우 링(555)은 또한 위쪽으로 연장하는 환형 돌출부(505)의 반경 방향 외측에 배치된 복수의 가스 컨덕턴스 홀들(502)을 포함하고, 가스가 쉐도우 링(555)을 통해 흐를 수 있도록 외측 부분(506)에 형성된다. 위쪽으로 연장하는 환형 돌출부(505)에 의해 형성된 구불구불한 경로(509)는 쉐도우 링(555)과 어댑터(356) 사이의 공간으로 빗나간 증착물이 들어가는 것을 유리하게 방지한다.

[0043] 전술한 내용은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시내용의 다른 실시예들 및 추가 실시예들이 안출될 수 있다.

Claims

프로세스 키트(process kit)로서,
어댑터 본체 및 상기 어댑터 본체의 반경 방향 내측의 차폐 부분을 갖는 어댑터;
상기 어댑터 본체에 형성된 열 전달 채널;
상기 어댑터에 결합된 쉐도우 링(shadow ring) ― 상기 어댑터의 차폐 부분은 상기 쉐도우 링의 일부분 위로 연장됨 ―; 및
상기 쉐도우 링을 상기 어댑터로부터 전기적으로 절연시키도록 상기 쉐도우 링과 상기 어댑터 사이에 배치되는 세라믹 절연체를 포함하는,
프로세스 키트.
제1 항에 있어서,
상기 쉐도우 링은 링 본체 및 상기 링 본체의 하부 부분으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 돌출 섹션을 포함하는,
프로세스 키트.
제2 항에 있어서,
상기 차폐 부분은 상기 어댑터 본체로부터 아래쪽으로 돌출하여 상기 링 본체의 적어도 일부를 덮는,
프로세스 키트.
제2 항에 있어서,
상기 쉐도우 링은 상기 링 본체에 형성된 제2 열 전달 채널을 더 포함하는,
프로세스 키트.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쉐도우 링은 상기 어댑터에 결합된 외측 부분 및 상기 외측 부분으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 내측 부분을 포함하는,
프로세스 키트.
제5 항에 있어서,
상기 차폐 부분은 상기 어댑터 본체로부터 반경 방향 내측으로 돌출하여 상기 내측 부분의 일부 및 상기 외측 부분 위로 연장하는,
프로세스 키트.
제6 항에 있어서,
상기 쉐도우 링은 상기 쉐도우 링과 상기 어댑터 사이에 구불구불한 경로를 형성하도록 상기 차폐 부분 아래에 배치된 위쪽으로 연장하는 돌출부를 더 포함하는,
프로세스 키트.
제7 항에 있어서,
상기 쉐도우 링은 복수의 가스 컨덕턴스 홀들을 더 포함하며,
상기 복수의 가스 컨덕턴스 홀들은 가스가 상기 복수의 가스 컨덕턴스 홀들을 통해 흐를 수 있도록 상기 외측 부분에 형성되는,
프로세스 키트.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 어댑터는 알루미늄, 스테인리스강 또는 구리로 형성되는,
프로세스 키트.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쉐도우 링은 알루미늄, 스테인리스 강 또는 구리로 형성되는,
프로세스 키트.
프로세스 챔버로서,
상기 프로세스 챔버 내의 내부 용적을 한정하는 챔버 벽 ― 상기 챔버 벽은 접지됨 ―;
상기 내부 용적의 상부 섹션에 배치된 스퍼터링 타깃;
상기 스퍼터링 타깃 아래에 기판을 지지하기 위한 지지 표면을 갖는 기판 지지부; 및
프로세스 키트를 포함하며,
상기 프로세스 키트는,
상기 챔버 벽에 결합된 어댑터 본체 및 상기 어댑터 본체의 반경 방향 내측의 차폐 부분을 갖는 어댑터;
상기 어댑터 본체에 형성된 열 전달 채널;
상기 어댑터에 결합되어 상기 기판 지지부를 둘러싸는 쉐도우 링 ― 상기 어댑터의 차폐 부분은 상기 쉐도우 링의 일부분 위로 연장됨 ―; 및
상기 쉐도우 링을 상기 어댑터로부터 전기적으로 절연시키도록 상기 쉐도우 링과 상기 어댑터 사이에 배치되는 세라믹 절연체를 포함하는,
프로세스 챔버.
제11 항에 있어서,
상기 쉐도우 링은 링 본체 및 상기 링 본체의 하부 부분으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 돌출 섹션을 포함하는,
프로세스 챔버.
제11 항 또는 제12 항에 있어서,
상기 쉐도우 링은 상기 어댑터에 결합된 외측 부분 및 상기 외측 부분으로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 내측 부분을 포함하는,
프로세스 챔버.
제13 항에 있어서,
상기 차폐 부분은 상기 어댑터 본체로부터 반경 방향 내측으로 돌출하여 상기 내측 부분의 일부 및 상기 외측 부분 위로 연장하는,
프로세스 챔버.
제14 항에 있어서,
상기 쉐도우 링은 상기 쉐도우 링과 상기 어댑터 사이에 구불구불한 경로를 형성하도록 상기 차폐 부분 아래에 배치된 위쪽으로 연장하는 돌출부를 더 포함하고,
상기 쉐도우 링은 복수의 가스 컨덕턴스 홀들을 더 포함하며,
상기 복수의 가스 컨덕턴스 홀들은 가스가 상기 복수의 가스 컨덕턴스 홀들을 통해 흐를 수 있도록 상기 외측 부분에 형성되는,
프로세스 챔버.