KR20210118198A - 펄스형 pvd에서의 플라즈마 수정을 통한 웨이퍼들로부터의 입자 제거를 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 증착되는 미립자들을 감소시키기 위한 물리적 기상 증착 방법들이 개시된다. 스퍼터링 동안의 압력은 플라즈마에서 형성된 미립자들의 응집을 야기하도록 증가될 수 있다. 응집된 미립자들은, 플라즈마를 소멸시키기 전에 프로세스 챔버의 외측 부분으로 이동될 수 있어서, 응집체들이 기판의 직경 외부에 무해하게 떨어지게 한다.

Description

펄스형 PVD에서의 플라즈마 수정을 통한 웨이퍼들로부터의 입자 제거를 위한 방법
[0001] 본 개시내용은 일반적으로 기판 프로세싱 시스템들에 관한 것으로, 더 상세하게는 물리적 기상 증착(PVD) 프로세싱 시스템들에 관한 것이다.
[0002] 대안적으로 물리적 기상 증착(PVD)으로 지칭되는 스퍼터링은 반도체 집적 회로들의 제조에서 금속들 및 관련 재료들을 증착시키는 데 오랫동안 사용되어 왔다. 스퍼터링의 사용은, EUV(extreme ultraviolet) 마스크 블랭크들의 제조에서 뿐만 아니라 비아들 또는 다른 수직 상호연결 구조들과 같은 높은 종횡비 홀들의 측벽들 상에 금속 층들을 증착시키는 데까지 확장되었다. EUV 마스크 블랭크들의 제조에서, 입자들이 최종 제품의 속성들에 부정적으로 영향을 주기 때문에, 입자 생성의 최소화가 바람직하다.
[0003] 플라즈마 스퍼터링은 DC 스퍼터링 또는 RF 스퍼터링 중 어느 하나를 사용하여 달성될 수 있다. 플라즈마 스퍼터링은 통상적으로, 플라즈마의 밀도를 증가시키고 스퍼터링 레이트를 향상시키기 위해 프로세싱 공간 내로 자기장을 투사시키도록 스퍼터링 타겟의 후방에 포지셔닝된 마그네트론을 포함한다. 마그네트론에서 사용되는 자석들은 통상적으로, DC 스퍼터링을 위한 폐쇄 루프 및 RF 스퍼터링을 위한 개방 루프이다.
[0004] 응집된 대전 입자들은 통상적으로 물리적 기상 증착에서 관찰되는 문제가 아니다. 최근에, 웨이퍼들 상의 큰 입자들이 일부 펄스형 PVD 챔버들에서 관찰되었다. 스퍼터링된 기판들에 대한 미립자 손상을 방지하거나 최소화하기 위한 장치 및 방법들을 제공할 필요가 있다.
[0005] 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들은 물리적 기상 증착 방법들에 관한 것이다. 증착 압력으로 플라즈마를 이용하여 마그네트론 물리적 기상 증착 챔버에서 기판 표면 상에 막이 증착되어, 플라즈마에서 입자들을 생성한다. 물리적 기상 증착 챔버 내의 압력은, 입자들 중 적어도 일부를 물리적 기상 증착 챔버의 외측 부분으로 이동시키기 위해 증착 압력보다 큰 미립자 퍼지 압력으로 증가된다. 이어서, 플라즈마가 소멸될 수 있다.
[0006] 본 개시내용의 부가적인 실시예들은 물리적 기상 증착 방법들에 관한 것이며, 그 방법은 마그네트론 물리적 기상 증착 챔버 내의 페디스털 상에 기판 표면을 갖는 기판을 포지셔닝시키는 단계를 포함한다. 증착 플라즈마가 챔버에서 증착 압력으로 발생되어, 기판 표면 상에 막을 증착시키고 플라즈마에서 미립자들을 생성한다. 챔버 내의 압력은, 플라즈마 내의 미립자들을 응집시키고, 응집된 미립자들을 물리적 기상 증착 챔버의 외측 부분으로 이동시키기 위해 증착 압력보다 큰 미립자 퍼지 압력으로 증가된다.
[0007] 본 개시내용의 추가적인 실시예들은 물리적 기상 증착 방법들에 관한 것이며, 그 방법은 마그네트론 물리적 기상 증착 챔버 내의 페디스털 상에 기판 표면을 갖는 기판을 포지셔닝시키는 단계를 포함한다. 마그네트론 물리적 기상 증착 챔버는 크립톤의 유동을 갖는 탄소 타겟을 포함한다. 챔버에서 약 40 mtorr 이하의 증착 압력으로 증착 플라즈마를 생성함으로써 기판 표면 상에 막이 증착되며, 막을 증착시키는 것은 플라즈마에서 미립자들을 생성한다. 기판 표면 상에 떨어지는 미립자들은, 플라즈마 내의 미립자들을 응집시키고, 응집된 미립자들을 물리적 기상 증착 챔버의 외측 부분으로 이동시키기 위해 약 70 mtorr 이상의 미립자 퍼지 압력으로 챔버 내의 압력을 증가시킴으로써 감소된다.
[0008] 본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들 중 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들이 본 개시내용의 통상적인 실시예들만을 예시하는 것이므로, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 상기 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0010] 도 2는 종래 기술의 타겟 조립체의 사시도를 예시한다.
[0011] 도 3은 도 2의 라인 3-3을 따라 취해진 단면도를 예시한다.
[0012] 도 4는 종래 기술의 타겟 조립체의 단면도를 예시한다.
[0013] 도 5a 내지 도 5c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 프로세스 챔버의 개략적인 표현 및 프로세싱 방법을 예시한다.
[0014] 도 5d는 도 5c의 구역(5D)의 확대도를 예시한다.
[0015] 도 6은 일 실시예에 따른 다중-캐소드 PVD 증착 챔버를 예시한다.
[0016] 본 개시내용의 여러 개의 예시적인 실시예들을 설명하기 전에, 본 개시내용이 다음의 설명에 기재되는 구성 또는 프로세스 단계들의 세부사항들로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 개시내용은 다른 실시예들이 가능하며, 다양한 방식들로 실시되거나 수행될 수 있다.
[0017] 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "수평"은 마스크 블랭크의 배향에 관계 없이 마스크 블랭크의 평면 또는 표면에 평행한 평면으로서 정의된다. 용어 "수직"은 직전에 정의된 수평에 수직인 방향을 지칭한다. "위쪽", "아래쪽", "하단", "상단", ("측벽"에서와 같이) "측부", "상위", "하위", "상부", "위" 및 "아래"와 같은 용어들은 도면들에 도시된 바와 같이, 수평 평면에 대해 정의된다.
[0018] 용어 "상(on)에"는 엘리먼트들 사이에 직접적인 접촉이 있다는 것을 표시한다. 용어 "바로 위"는 개재 엘리먼트들 없이 엘리먼트들 사이에 직접적인 접촉이 있다는 것을 표시한다.
[0019] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 용어들 "전구체", "반응물", "반응성 가스" 등은 기판 표면과 반응할 수 있는 임의의 가스 종들을 지칭하기 위해 상호교환가능하게 사용된다.
[0020] 당업자들은, 프로세스 구역들을 설명하기 위한 "제1" 및 "제2"와 같은 서수들의 사용이 프로세싱 챔버 내의 특정 위치 또는 프로세싱 챔버 내의 노출 순서를 암시하지 않는다는 것을 이해할 것이다.
[0021] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 물리적 기상 증착(PVD) 프로세싱 시스템(100)의 간략화된 단면도를 도시한다. 본 명세서에서 제공되는 교시들에 따른 수정에 적합한 다른 PVD 챔버들의 예들은 ALPS® Plus 및 SIP ENCORE® PVD 프로세싱 챔버들을 포함하며, 이들 둘 모두는 캘리포니아 산타클라라 소재의 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 입수가능하다. PVD 이외의 다른 타입들의 프로세싱을 위해 구성된 프로세싱 챔버들을 포함하는, Applied Materials, Inc. 또는 다른 제조사들로부터의 다른 프로세싱 챔버들이 또한, 본 명세서에 개시된 교시들에 따른 수정들로부터 이익을 얻을 수 있다.
[0022] 본 개시내용의 일부 실시예들에서, PVD 프로세싱 시스템(100)은 프로세스 챔버(104)의 정상에 제거가능하게 배치된 챔버 바디(chamber body)(101)를 포함한다. 챔버 바디(101)는 타겟 조립체(114) 및 접지 조립체(103)를 포함할 수 있다. 프로세스 챔버(104)는 상부에 기판(108)을 수용하기 위한 기판 지지부(106)를 포함한다. 기판 지지부(106)는 프로세스 챔버(104)의 챔버 벽일 수 있는 하부 접지 인클로저 벽(110) 내에 위치될 수 있다. 하부 접지 인클로저 벽(110)은, 챔버 바디(101) 위에 배치된 RF 또는 DC 전력 소스(182)에 RF 리턴 경로가 제공되도록 챔버 바디(101)의 접지 조립체(103)에 전기적으로 커플링될 수 있다. RF 또는 DC 전력 소스(182)는 아래에서 논의되는 바와 같이 RF 또는 DC 전력을 타겟 조립체(114)에 제공할 수 있다.
[0023] 기판 지지부(106)는 타겟 조립체(114)의 주 표면을 향하는 재료-수용 표면을 갖고, 타겟 조립체(114)의 주 표면에 대향하는 평면 포지션에서 스퍼터 코팅될 기판(108)을 지지한다. 기판 지지부(106)는 프로세스 챔버(104)의 중심 구역(120)에서 기판(108)을 지지할 수 있다. 중심 구역(120)은 프로세싱 동안 기판 지지부(106) 위(예컨대, 프로세싱 포지션에 있을 때 타겟 조립체(114)와 기판 지지부(106) 사이)의 구역으로서 정의된다.
[0024] 일부 실시예들에서, 기판 지지부(106)는, 기판(108)이 프로세스 챔버(104)의 하부 부분에서 로드 록 밸브(load lock valve)(도시되지 않음)를 통해 기판 지지부(106) 상으로 이송되고, 이후 증착 또는 프로세싱 포지션으로 상승되게 허용하도록 수직으로 이동가능할 수 있다. 기판 지지부(106)의 수직 이동을 가능하게 하면서, 프로세스 챔버(104) 외부의 분위기로부터의 프로세스 챔버(104)의 내측 볼륨의 분리를 유지하기 위해, 하단 챔버 벽(124)에 연결된 벨로우즈(122)들이 제공될 수 있다. 하나 이상의 가스들이 가스 소스(126)로부터 질량 유동 제어기(128)를 통해 프로세스 챔버(104)의 하부 부분 내로 공급될 수 있다. 프로세스 챔버(104)의 내부를 배기시키고 프로세스 챔버(104) 내부의 원하는 압력을 유지하는 것을 가능하게 하기 위해, 배기 포트(130)가 제공되고 밸브(132)를 통해 펌프(도시되지 않음)에 커플링될 수 있다.
[0025] RF 바이어스 전력 소스(134)는 기판(108) 상에 네거티브 DC 바이어스를 유도하기 위해 기판 지지부(106)에 커플링될 수 있다. 부가적으로, 일부 실시예들에서, 네거티브 DC 자체-바이어스가 프로세싱 동안 기판(108) 상에 형성될 수 있다. 예컨대, RF 바이어스 전력 소스(134)에 의해 공급되는 RF 에너지는 약 2 MHz 내지 약 60 MHz의 주파수 범위일 수 있으며, 예컨대, 2 MHz, 13.56 MHz, 또는 60 MHz와 같은 비-제한적인 주파수들이 사용될 수 있다. 다른 애플리케이션들에서, 기판 지지부(106)는 접지되거나 전기적으로 플로팅(floating)한 상태로 유지될 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, RF 바이어스 전력이 바람직하지 않을 수 있는 애플리케이션들에 대해 기판(108) 상의 전압을 조정하기 위해, 커패시턴스 튜너(capacitance tuner)(136)가 기판 지지부(106)에 커플링될 수 있다.
[0026] 프로세스 챔버(104)는 프로세스 챔버(104)의 중심 구역(120) 또는 프로세싱 볼륨을 둘러싸고 프로세싱으로부터의 손상 및/또는 오염으로부터 다른 챔버 컴포넌트들을 보호하기 위한 차폐부(138), 또는 프로세스 키트 차폐부를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 차폐부(138)는 프로세스 챔버(104)의 상부 접지 인클로저 벽(116)의 레지(ledge)(140)에 연결될 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 챔버 바디(101)는 상부 접지 인클로저 벽(116)의 레지(140) 상에 놓일 수 있다. 하부 접지 인클로저 벽(110)과 유사하게, 상부 접지 인클로저 벽(116)은 챔버 바디(101)의 접지 조립체(103)와 하부 접지 인클로저 벽(116) 사이에 RF 리턴 경로의 일부를 제공할 수 있다. 그러나, 이를테면 접지된 차폐부(138)를 통한 다른 RF 리턴 경로들이 가능하다.
[0027] 차폐부(138)는 하향으로 연장되며, 일반적으로 중심 구역(120)을 둘러싸는 일반적으로 일정한 직경을 갖는 일반적으로 관형 부분을 포함할 수 있다. 차폐부(138)는 상부 접지 인클로저 벽(116) 및 하부 접지 인클로저 벽(110)의 벽들을 따라 기판 지지부(106)의 상부 표면 아래로 하향으로 연장되고, 기판 지지부(106)의 상단 표면에 도달할 때까지 상향으로 리턴된다(예컨대, 차폐부(138)의 하단에 u자형 부분을 형성함). 커버 링(148)은, 기판 지지부(106)가 그의 하부의 로딩 포지션에 있을 때에는 차폐부(138)의 상향으로 연장되는 내측 부분의 상단에 놓이지만, 기판 지지부(106)가 그의 상부 증착 포지션에 있을 때에는 스퍼터 증착으로부터 기판 지지부(106)를 보호하기 위해 기판 지지부(106)의 외측 주변부에 놓인다. 기판(108)의 에지 주위에서의 증착으로부터 기판 지지부(106)의 에지들을 보호하기 위해, 부가적인 증착 링(도시되지 않음)이 사용될 수 있다.
[0028] 일부 실시예들에서, 기판 지지부(106)와 타겟 조립체(114) 사이에 자기장을 선택적으로 제공하기 위해, 자석(152)이 프로세스 챔버(104) 주위에 배치될 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 자석(152)은 프로세싱 포지션에 있을 때 기판 지지부(106) 바로 위의 구역에서 인클로저 벽(110) 외부 주위에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자석(152)은 부가적으로 또는 대안적으로, 이를테면 상부 접지 인클로저 벽(116)에 인접한 다른 위치들에 배치될 수 있다. 자석(152)은 전자석일 수 있으며, 전자석에 의해 발생되는 자기장의 크기를 제어하기 위해 전력 소스(도시되지 않음)에 커플링될 수 있다.
[0029] 챔버 바디(101)는 일반적으로 타겟 조립체(114) 주위에 배치된 접지 조립체(103)를 포함한다. 접지 조립체(103)는, 일반적으로 타겟 조립체(114)의 후면에 평행하고 그 반대편에 있을 수 있는 제1 표면(157)을 갖는 접지 플레이트(156)를 포함할 수 있다. 접지 차폐부(112)는 접지 플레이트(156)의 제1 표면(157)으로부터 연장되고, 타겟 조립체(114)를 둘러쌀 수 있다. 접지 조립체(103)는 접지 조립체(103) 내에서 타겟 조립체(114)를 지지하기 위한 지지 부재(175)를 포함할 수 있다.
[0030] 일부 실시예들에서, 지지 부재(175)는, 지지 부재(175)의 외측 주변 에지에 근접한 접지 차폐부(112)의 하부 단부에 커플링될 수 있으며, 밀봉 링(181), 타겟 조립체(114) 및 선택적으로는, 다크 스페이스(dark space) 차폐부(179)를 지지하기 위해 반경방향 안쪽으로 연장된다. 밀봉 링(181)은 링, 또는 원하는 단면을 갖는 다른 환형 형상일 수 있다. 밀봉 링(181)은, 밀봉 링(181)의 제1 측 상에서 백킹 플레이트 조립체(160)와 같은 타겟 조립체(114)와의 그리고 밀봉 링(181)의 제2 측 상에서 지지 부재(175)와의 인터페이싱을 가능하게 하기 위해, 2개의 대향하는 평면형 그리고 일반적으로는 평행한 표면들을 포함할 수 있다. 밀봉 링(181)은 세라믹과 같은 유전체 재료로 제조될 수 있다. 밀봉 링(181)은 접지 조립체(103)로부터 타겟 조립체(114)를 절연시킬 수 있다.
[0031] 다크 스페이스 차폐부(179)는 일반적으로, 타겟 조립체(114)의 외측 에지 주위에, 이를테면, 타겟 조립체(114)의 소스 재료(113)의 외측 에지 주위에 배치된다. 일부 실시예들에서, 밀봉 링(181)은 다크 스페이스 차폐부(179)의 외측 에지에 인접하게 (즉, 다크 스페이스 차폐부(179)의 반경방향 바깥쪽으로) 배치된다. 일부 실시예들에서, 다크 스페이스 차폐부(179)는 유전체 재료, 이를테면 세라믹으로 제조된다. 다크 스페이스 차폐부(179)를 제공함으로써, 다크 스페이스 차폐부와 RF 핫(RF hot)인 인접 컴포넌트들 사이의 아킹(arcing)이 회피되거나 최소화될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 다크 스페이스 차폐부(179)는 스테인리스 스틸, 알루미늄 등과 같은 전도성 재료로 제조된다. 전도성 다크 스페이스 차폐부(179)를 제공함으로써, 더 균일한 전기장이 PVD 프로세싱 시스템(100) 내에서 유지될 수 있으며, 그에 의해, PVD 프로세싱 시스템(100) 내의 기판들의 더 균일한 프로세싱을 촉진할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다크 스페이스 차폐부(179)의 하부 부분은 전도성 재료로 제조될 수 있고, 다크 스페이스 차폐부(179)의 상부 부분은 유전체 재료로 제조될 수 있다.
[0032] 지지 부재(175)는 일반적으로, 다크 스페이스 차폐부(179) 및 타겟 조립체(114)를 수용하기 위한 중심 개구를 갖는 평면형 부재일 수 있다. 일부 실시예들에서, 지지 부재(175)는 형상이 원형 또는 디스크형일 수 있지만, 형상은 챔버 덮개의 대응하는 형상 및/또는 PVD 프로세싱 시스템(100)에서 프로세싱될 기판의 형상에 의존하여 변할 수 있다. 사용 시에, 챔버 바디(101)가 개방 또는 폐쇄될 때, 지지 부재(175)는 타겟 조립체(114)에 대해 적절한 정렬로 다크 스페이스 차폐부(179)를 유지하며, 그에 의해, 챔버 조립체, 또는 챔버 바디(101)의 개방 및 폐쇄로 인한 오정렬의 위험을 최소화한다.
[0033] PVD 프로세싱 시스템(100)은, 타겟 조립체(114)의 후면에 대향하고 타겟 조립체(114)의 주변 에지를 따라 타겟 조립체(114)에 전기적으로 커플링된 소스 분배 플레이트(158)를 포함할 수 있다. 타겟 조립체(114)는 스퍼터링 동안 기판(108)과 같은 기판 상에 증착될 소스 재료(113), 이를테면 금속, 금속 산화물, 금속 합금 등을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 타겟 조립체(114)는 소스 재료(113)를 지지하기 위한 백킹 플레이트 조립체(160)를 포함한다. 도 1에 예시된 바와 같이, 소스 재료(113)는 백킹 플레이트 조립체(160)의 기판 지지부 대면 측 상에 배치될 수 있다. 백킹 플레이트 조립체(160)는 전도성 재료, 이를테면 구리-아연, 구리-크롬, 또는 타겟과 동일한 재료를 포함할 수 있어서, RF 및 DC 전력이 백킹 플레이트 조립체(160)를 통해 소스 재료(113)에 커플링될 수 있다. 대안적으로, 백킹 플레이트 조립체(160)는 비-전도성일 수 있으며, 전기 피드스루(feedthrough)들 등과 같은 전도성 엘리먼트들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
[0034] 하나 이상의 실시예들에서, 백킹 플레이트 조립체(160)는 백킹 플레이트(161) 및 커버 플레이트(162)를 포함한다. 백킹 플레이트(161) 및 커버 플레이트(162)는 디스크 형상, 직사각형, 정사각형, 또는 PVD 프로세싱 시스템(100)에 의해 수용될 수 있는 임의의 다른 형상일 수 있다. 백킹 플레이트의 전방 측은 소스 재료(113)를 지지하여, 소스 재료의 전방 표면이, 존재할 때 기판(108)에 대향하도록 구성된다. 소스 재료(113)는 임의의 적합한 방식으로 백킹 플레이트(161)에 커플링될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 소스 재료(113)는 백킹 플레이트(161)에 확산 본딩(diffusion bond)될 수 있다.
[0035] 복수의 채널들(169)이 백킹 플레이트(161)와 커버 플레이트(162) 사이에 배치될 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 백킹 플레이트(161)는 백킹 플레이트(161)의 후면에 형성된 복수의 채널들(169)을 가질 수 있으며, 커버 플레이트(162)는 채널들 각각 위에 캡/커버를 제공한다. 다른 실시예들에서, 복수의 채널들(169)은 백킹 플레이트(161)에 부분적으로 그리고 커버 플레이트(162)에 부분적으로 형성될 수 있다. 여전히, 다른 실시예들에서, 복수의 채널들(169)은 커버 플레이트(162) 내에 전체적으로 형성될 수 있는 반면, 백킹 플레이트는 복수의 채널들(169) 각각을 캡핑/커버한다. 백킹 플레이트(161) 및 커버 플레이트(162)는 함께 커플링될 수 있다.
[0036] 일부 실시예들에서, 커버 플레이트(162)는 제거되고, 백킹 플레이트(161)는 모놀리식 재료이다. 모놀리식 재료의 그러한 백킹 플레이트(161)는 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있고, 복수의 채널들(169)은 3D 프린팅 프로세스 동안 형성된다. 일부 실시예들에서, 복수의 채널들(169)은 냉각 유체를 유동시키도록 구성되며, 백킹 플레이트(161)와 커버 플레이트(162)는 복수의 채널들(169)에 제공되는 냉각제의 누설을 방지하기 위해 실질적으로 수밀 밀봉(water tight seal)(예컨대, 백킹 플레이트(161)와 커버 플레이트들(162) 사이의 유체 밀봉)을 형성하도록 함께 커플링된다. 즉, 냉각 유체는 채널들(169)과 직접 접촉한다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 백킹 플레이트(161) 및 커버 플레이트(162)는 실질적으로 수밀 밀봉을 형성하도록 함께 브레이징(braze)되거나, 또는 이들은 액체 밀봉을 제공하기 위해 확산 본딩, 브레이징, 글루잉(gluing), 피닝(pinning), 리벳팅(riveting), 또는 임의의 다른 체결 수단에 의해 커플링될 수 있으며, 백킹 플레이트(161)와 커버 플레이트(162) 사이에 형성된 채널들(169)은 냉각 유체와 직접 접촉한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 백킹 플레이트(161)는 그 내부에 기계가공된 복수의 채널들(169)을 갖는다. 이어서, 커버 플레이트(162)는 선택적으로 기계가공된다(또는 기계가공되지 않는다). 브레이징 페이스트가 백킹 플레이트(161)와 커버 플레이트(162) 사이에 배치된다. 이어서, 전자 빔(E-빔) 용접이 백킹 플레이트(161)와 커버 플레이트(162)를 함께 체결시키는데 이용된다. 그 후, 체결된 컴포넌트들은 체결 프로세스를 완료하기 위해 가열될 수 있으며, 이어서, 체결된 컴포넌트들은 최종 허용오차 및 규격들로 기계가공될 수 있다. 이어서, 타겟 형태의 소스 재료가 인듐 솔더를 이용하여 백킹 플레이트(161) 또는 커버 플레이트(162)에 본딩될 수 있다. 아래에서 추가로 설명될 바와 같이, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 채널들(169) 내에 배치된 튜빙 내에 냉각 유체가 포함되기 때문에, 백킹 플레이트(161)와 커버 플레이트(162) 사이의 유체 기밀 밀봉이 필요하지 않다.
[0037] 백킹 플레이트(161) 및 커버 플레이트(162)는 황동, 알루미늄, 구리, 알루미늄 합금들, 구리 합금들 등을 포함하는 전기 전도성 금속 또는 금속 합금과 같은 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 백킹 플레이트(161)는, 채널들이 백킹 플레이트(161)의 표면 상에 기계가공되거나 다른 방식으로 생성될 수 있도록 하는 기계가공가능 금속 또는 금속 합금(예컨대, C18200 크롬 구리 합금)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 커버 플레이트(162)는, 백킹 플레이트 조립체(160)의 개선된 강성 및 더 낮은 변형을 제공하기 위해 백킹 플레이트의 금속 또는 금속 합금보다 큰 강성/탄성 계수를 갖는 기계가공가능 금속 또는 금속 합금(예컨대, C18200 크롬 구리 합금)일 수 있다. 백킹 플레이트(161) 및 커버 플레이트(162)의 재료들 및 사이즈들은, 전체 백킹 플레이트 조립체(160)의 강성이 소스 재료(113)를 포함하는 타겟 조립체(114)의 변형 또는 휨(bowing) 없이(또는 거의 없이) 증착 프로세스 동안 타겟 조립체(114)에 가해지는 진공, 중력, 열, 및 다른 힘들을 견디도록(즉, 표면 소스 재료(113)의 전방이 기판(108)의 상단 표면과 실질적으로 평행하게 유지되도록) 이루어져야 한다.
[0038] 일부 실시예들에서, 타겟 조립체(114)의 전체 두께는 약 20 mm 내지 약 100 mm일 수 있다. 예컨대, 소스 재료(113)는 약 10 내지 약 15 mm의 두께일 수 있고, 백킹 플레이트 조립체는 약 10 내지 약 30 mm의 두께일 수 있다. 다른 두께들이 또한 사용될 수 있다.
[0039] 복수의 채널들(169)은 (아래에서 상세히 논의되는) 채널들의 하나 이상의 세트들을 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 예시적인 실시예들에서, 채널들의 하나의 세트가 존재할 수 있다. 다른 실시예들에서, 채널들의 2개 이상의 세트들이 존재할 수 있다. 각각의 채널의 사이즈 및 단면 형상 뿐만 아니라 각각의 세트 내의 채널들의 수는 다음의 특성들, 즉 채널을 통한 그리고 통틀어 모든 채널들을 통한 원하는 최대 유량을 제공하기 위한 특성; 최대 열 전달 특성들을 제공하기 위한 특성; 백킹 플레이트(161) 및 커버 플레이트(162) 내에서 채널들을 제조할 시의 용이성 및 일관성; 로드(load) 하에서 백킹 플레이트 조립체(160)의 변형을 방지하기에 충분한 구조적 무결성을 유지하면서, 백킹 플레이트 조립체(160)의 표면들에 걸쳐 최상의 열 교환 유동 커버리지를 제공하기 위한 특성 등 중 하나 이상에 기반하여 최적화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 채널의 단면 형상은 직사각형, 다각형, 타원형, 원형 등일 수 있다.
[0040] 일부 실시예들에서, 타겟 조립체는 채널들(169)과 또는 튜빙과 유체 커플링된 하나 이상의 유입구들(도 1에 도시되지 않고 아래에서 상세히 논의됨)을 포함한다. 하나 이상의 유입구들은 열 교환 유체를 수용하고, 그리고 열 교환 유체를 복수의 채널들(169) 또는 튜빙에 제공하도록 구성된다. 예컨대, 하나 이상의 유입구들 중 적어도 하나는 열 교환 유체를 복수의 채널들(169) 또는 튜빙에 분배하기 위한 플레넘(plenum)일 수 있다. 조립체는, 커버 플레이트(162)를 통해 배치되고 복수의 채널들(169) 또는 튜빙에 의해 대응하는 유입구에 유체 커플링된 하나 이상의 배출구들(도 1에 도시되지 않고 아래에서 상세히 논의됨)을 더 포함한다. 예컨대, 하나 이상의 배출구들 중 적어도 하나는 복수의 하나 이상의 채널들 또는 튜빙으로부터 열 교환 유체를 수집하기 위한 플레넘일 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나의 유입구 및 하나의 배출구가 제공되며, 채널들(169)의 복수의 세트 내의 채널들의 각각의 세트는 하나의 유입구 및 하나의 배출구에 유체 커플링된다.
[0041] 유입구들 및 배출구들은 커버 플레이트(162) 또는 백킹 플레이트(161)의 주변 에지 상에 또는 그 부근에 배치될 수 있다. 부가적으로, 유입구들 및 배출구들은, 하나 이상의 유입구들에 커플링된 공급 도관들(167) 및 하나 이상의 배출구들에 커플링된 리턴 도관들이 공동(170)에서의 마그네트론 조립체(196)의 회전을 방해하지 않도록 커버 플레이트(162) 상에 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 유입구들 및 배출구들은, 하나 이상의 유입구들에 커플링된 공급 도관들(167) 및 하나 이상의 배출구들에 커플링된 리턴 도관들(단면으로 인해 도시되지 않음)이 공동(170)에서의 마그네트론 조립체(196)의 회전을 방해하지 않도록 백킹 플레이트(161) 상에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 유입구들 및 배출구들은, 하나 이상의 유입구들에 커플링된 공급 도관들(167) 및 하나 이상의 배출구들에 커플링된 리턴 도관들(단면으로 인해 도시되지 않음)이 공동(170)에서의 마그네트론 조립체(196)의 회전을 방해하지 않도록 튜빙에 커플링될 수 있다.
[0042] 일부 실시예들에서, PVD 프로세싱 시스템(100)은 열 교환 유체를 백킹 플레이트 조립체(160)에 공급하기 위한 하나 이상의 공급 도관들(167)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 유입구는 대응하는 공급 도관(167)에 커플링될 수 있다. 유사하게, 각각의 배출구는 대응하는 리턴 도관에 커플링될 수 있다. 공급 도관들(167) 및 리턴 도관들은 절연 재료들로 제조될 수 있다. 공급 도관(167)은 공급 도관(167)과 유입구 사이의 열 교환 유체 누설을 방지하기 위한 밀봉 링(예컨대, 압축성 o-링 또는 유사한 개스킷 재료)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 공급 도관들(167)의 상단 단부는 챔버 바디(101)의 상단 표면 상에 배치된 유체 분배 매니폴드(163)에 커플링될 수 있다. 유체 분배 매니폴드(163)는 열 교환 유체를 공급 라인들(165)을 통해 복수의 공급 도관들 각각에 공급하기 위해 복수의 공급 도관들(167)에 유체 커플링될 수 있다. 유사하게, 리턴 도관들의 상단 단부는 챔버 바디(101)의 상단 표면 상에 배치된 리턴 유체 매니폴드(도시되지 않지만, 163과 유사함)에 커플링될 수 있다. 리턴 유체 매니폴드는 리턴 라인들을 통해 복수의 리턴 도관들 각각으로부터 열 교환 유체를 리턴하기 위해 복수의 리턴 도관들에 유체 커플링될 수 있다.
[0043] 유체 분배 매니폴드(163)는 액체 형태의 열 교환 유체를 백킹 플레이트 조립체(160)에 제공하기 위해 열 교환 유체 소스(도시되지 않음)에 커플링될 수 있다. 열 교환 유체는 임의의 프로세스 호환가능(process compatible) 액체 냉각제, 이를테면, 에틸렌 글리콜, 탈이온수, 퍼플루오르화된 폴리에테르(이를테면, Solvay S. A.로부터 입수가능한 Galden®) 등, 또는 이들의 용액들 또는 조합들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 채널들(169) 또는 튜빙을 통한 냉각제의 유동은 합계로 분당 약 8 내지 약 20 갤런일 수 있지만, 정확한 유동들은 냉각제 채널들의 구성, 이용가능한 냉각제 압력 등에 의존할 것이다.
[0044] 중심 개구를 갖는 전도성 지지 링(164)이 커버 플레이트(162)의 주변 에지를 따라 커버 플레이트(162)의 후면에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 별개의 공급 및 리턴 도관들 대신에, 전도성 지지 링(164)은 유체 공급 라인(도시되지 않음)으로부터 열 교환 유체를 수용하기 위한 링 유입구를 포함할 수 있다. 전도성 지지 링(164)은, 튜빙 또는 채널들(169)에 연결된 유입구에 열 교환 유체를 분배하기 위해, 전도성 지지 링(164)의 바디 내에 배치된 유입구 매니폴드를 포함할 수 있다. 전도성 지지 링(164)은 하나 이상의 배출구들로부터 열 교환 유체를 수용하기 위해 전도성 지지 링(164)의 바디 내에 배치된 배출구 매니폴드, 및 전도성 지지 링(164)으로부터 열 교환 유체를 출력하기 위한 링 배출구를 포함할 수 있다. 전도성 지지 링(164) 및 백킹 플레이트 조립체(160)는 전도성 지지 링(164)과 커버 플레이트(162) 사이에 액체 밀봉을 제공하기 위해 프로세스 호환가능 방식으로 함께 스레딩(thread)되거나, 피닝되거나, 볼트접합(bolt)되거나, 또는 체결될 수 있다. 전도성 지지 링(164)과 커버 플레이트(162) 사이에 밀봉을 제공하는 것을 가능하게 하기 위해 O-링들 또는 다른 적합한 개스킷 재료들이 제공될 수 있다.
[0045] 일부 실시예들에서, 타겟 조립체(114)는 챔버 바디(101) 내에서 타겟 조립체(114)를 지지하기 위한 중심 지지 부재(192)를 더 포함할 수 있다. 중심 지지 부재(192)는 백킹 플레이트(161) 및 커버 플레이트(162)의 중심 부분에 커플링되고, 커버 플레이트(162)의 후면으로부터 멀리 수직으로 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 중심 지지 부재(192)의 하단 부분은 백킹 플레이트(161) 및 커버 플레이트(162)의 중심 개구에 스레딩될 수 있다. 다른 실시예들에서, 중심 지지 부재(192)의 하단 부분은 백킹 플레이트(161) 및 커버 플레이트(162)의 중심 부분에 볼트접합되거나 클램핑(clamp)될 수 있다. 중심 지지 부재(192)의 상단 부분은 소스 분배 플레이트(158)를 통해 배치될 수 있으며, 중심 지지 부재(192) 및 타겟 조립체(114)를 지지하는 소스 분배 플레이트(158)의 상단 표면 상에 놓이는 피처를 포함한다.
[0046] 일부 실시예들에서, 전도성 지지 링(164)은 소스 분배 플레이트로부터 타겟 조립체(114)의 주변 에지로 RF 에너지를 전파시키기 위해 소스 분배 플레이트(158)와 타겟 조립체(114)의 후면 사이에 배치될 수 있다. 전도성 지지 링(164)은 원통형일 수 있으며, 제1 단부(166)는 소스 분배 플레이트(158)의 주변 에지에 근접하게 소스 분배 플레이트(158)의 타겟-대면 표면에 커플링되고, 제2 단부(168)는 타겟 조립체(114)의 주변 에지에 근접하게 타겟 조립체(114)의 소스 분배 플레이트-대면 표면에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 제2 단부(168)는 백킹 플레이트 조립체(160)의 주변 에지에 근접하게 백킹 플레이트 조립체(160)의 소스 분배 플레이트 대면 표면에 커플링된다.
[0047] PVD 프로세싱 시스템(100)은 타겟 조립체(114)의 후면과 소스 분배 플레이트(158) 사이에 배치된 공동(170)을 포함할 수 있다. 공동(170)은 아래에서 논의되는 바와 같이 마그네트론 조립체(196)를 적어도 부분적으로 하우징할 수 있다. 공동(170)은, 전도성 지지 링(164)의 내측 표면, 소스 분배 플레이트(158)의 타겟 대면 표면, 및 타겟 조립체(114)(또는 백킹 플레이트 조립체(160))의 소스 분배 플레이트 대면 표면(예컨대, 후면)에 의해 적어도 부분적으로 정의된다.
[0048] 소스 분배 플레이트(158), 전도성 지지 링(164), 및 타겟 조립체(114)(및/또는 백킹 플레이트 조립체(160))의 외측 표면들과 접지 플레이트(156) 사이에 절연성 갭(180)이 제공된다. 절연성 갭(180)은 공기 또는 일부 다른 적합한 유전체 재료, 이를테면, 세라믹, 플라스틱 등으로 채워질 수 있다. 접지 플레이트(156)와 소스 분배 플레이트(158) 사이의 거리는 접지 플레이트(156)와 소스 분배 플레이트(158) 사이의 유전체 재료에 의존한다. 유전체 재료가 주로 공기인 경우, 접지 플레이트(156)와 소스 분배 플레이트(158) 사이의 거리는 약 15 mm 내지 약 40 mm일 수 있다.
[0049] 접지 조립체(103) 및 타겟 조립체(114)는 접지 플레이트(156)의 제1 표면(157)과 타겟 조립체(114)의 후면, 예컨대 소스 분배 플레이트(158)의 비-타겟 대면 측 사이에 배치된 절연체들(도시되지 않음) 중 하나 이상에 의해 그리고 밀봉 링(181)에 의해 전기적으로 분리될 수 있다.
[0050] PVD 프로세싱 시스템(100)은 전극(154)(예컨대, RF 피드 구조)에 연결된 RF 또는 DC 전력 소스(182)를 갖는다. 전극(154)은 접지 플레이트(156)를 통과할 수 있으며, 소스 분배 플레이트(158)에 커플링된다. RF 또는 DC 전력 소스(182)는, 예컨대 동작 동안 RF 생성기로 다시 반사되는 반사된 RF 에너지를 최소화하기 위해 RF 생성기 및 매칭 회로를 포함할 수 있다. 예컨대, RF 또는 DC 전력 소스(182)에 의해 공급되는 RF 에너지는 약 13.56 MHz 내지 약 162 MHz 또는 그 초과의 주파수 범위일 수 있다. 예컨대, 13.56 MHz, 27.12 MHz, 40.68 MHz, 60 MHz, 또는 162 MHz와 같은 비-제한적인 주파수들이 사용될 수 있다.
[0051] 일부 실시예들에서, PVD 프로세싱 시스템(100)은 프로세싱 동안 타겟 조립체(114)에 부가적인 에너지를 제공하기 위한 제2 에너지 소스(183)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 에너지 소스(183)는, 예컨대 타겟 재료의 스퍼터링 레이트(및 그에 따라, 기판 상의 증착 레이트)를 향상시키기 위해 DC 에너지를 제공하기 위한 DC 전력 소스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 에너지 소스(183)는, 예컨대 RF 또는 DC 전력 소스(182)에 의해 제공되는 RF 에너지의 제1 주파수와 상이한 제2 주파수로 RF 에너지를 제공하기 위해 RF 또는 DC 전력 소스(182)와 유사한 제2 RF 전력 소스일 수 있다. 제2 에너지 소스(183)가 DC 전력 소스인 실시예들에서, 제2 에너지 소스는, DC 에너지를 타겟 조립체(114), 이를테면 전극(154) 또는 일부 다른 전도성 부재(이를테면, 아래에서 논의되는 소스 분배 플레이트(158))에 전기적으로 커플링시키기에 적합한 임의의 위치에서 타겟 조립체(114)에 커플링될 수 있다. 제2 에너지 소스(183)가 제2 RF 전력 소스인 실시예들에서, 제2 에너지 소스는 전극(154)을 통해 타겟 조립체(114)에 커플링될 수 있다.
[0052] 전극(154)은 원통형 또는 그렇지 않으면 막대형일 수 있으며, PVD 프로세싱 시스템(100)의 중심 축(186)과 정렬될 수 있다(예컨대, 전극(154)은 타겟의 중심 축과 일치하는 포인트에서 타겟 조립체에 커플링될 수 있으며, 그 중심 축은 중심 축(186)과 일치한다). PVD 프로세싱 시스템(100)의 중심 축(186)과 정렬된 전극(154)은 축대칭(axisymmetrical) 방식으로 RF 또는 DC 전력 소스(182)로부터 타겟 조립체(114)에 RF 에너지를 인가하는 것을 가능하게 한다(예컨대, 전극(154)은 PVD 챔버의 중심 축과 정렬된 단일 포인트에서 타겟에 RF 에너지를 커플링시킬 수 있다). 전극(154)의 중심 포지션은 기판 증착 프로세스들에서 증착 비대칭성을 제거하거나 감소시키는 것을 돕는다. 전극(154)은 임의의 적합한 직경을 가질 수 있다. 예컨대, 다른 직경들이 사용될 수 있지만, 일부 실시예들에서, 전극(154)의 직경은 약 0.5 내지 약 2인치일 수 있다. 전극(154)은 일반적으로 PVD 챔버의 구성에 의존하여 임의의 적합한 길이를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 전극은 약 0.5 내지 약 12인치의 길이를 가질 수 있다. 전극(154)은 알루미늄, 구리, 은 등과 같은 임의의 적합한 전도성 재료로 제조될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 전극(154)은 관형일 수 있다. 일부 실시예들에서, 관형 전극(154)의 직경은, 예컨대, 마그네트론에 대한 중심 샤프트를 제공하는 것을 가능하게 하는 데 적합할 수 있다.
[0053] 전극(154)은 접지 플레이트(156)를 통과할 수 있으며, 소스 분배 플레이트(158)에 커플링된다. 접지 플레이트(156)는 알루미늄, 구리 등과 같은 임의의 적합한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 하나 이상의 절연체들(도시되지 않음) 사이의 개방 공간들은 소스 분배 플레이트(158)의 표면을 따른 RF 파 전파를 허용한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 절연체들은 PVD 프로세싱 시스템의 중심 축(186)에 대해 대칭적으로 포지셔닝될 수 있다. 그러한 포지셔닝은 소스 분배 플레이트(158)의 표면을 따른 그리고 궁극적으로는 소스 분배 플레이트(158)에 커플링된 타겟 조립체(114)로의 대칭적인 RF 파 전파를 가능하게 할 수 있다. RF 에너지는, 적어도 부분적으로, 전극(154)의 중심 포지션으로 인해 종래의 PVD 챔버들과 비교하여 더 대칭적이고 균일한 방식으로 제공될 수 있다.
[0054] 마그네트론 조립체(196)의 하나 이상의 부분들이 공동(170) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 마그네트론 조립체는 챔버 바디(101) 내에서의 플라즈마 프로세싱을 보조하기 위해 타겟에 근접한 회전 자기장을 제공한다. 일부 실시예들에서, 마그네트론 조립체(196)는 모터(176), 모터 샤프트(174), 기어 박스(178), 기어 박스 샤프트 조립체(184), 및 회전가능 자석(예컨대, 자석 지지 부재(172)에 커플링된 복수의 자석들(188)), 및 분할기(194)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마그네트론 조립체(196)는 고정된 상태로 유지된다.
[0055] 일부 실시예들에서, 마그네트론 조립체(196)는 공동(170) 내에서 회전된다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 모터(176), 모터 샤프트(174), 기어 박스(178), 및 기어 박스 샤프트 조립체(184)는 자석 지지 부재(172)를 회전시키도록 제공될 수 있다. 마그네트론들을 갖는 종래의 PVD 챔버들에서, 마그네트론 구동 샤프트는 통상적으로 챔버의 중심 축을 따라 배치되어, 챔버의 중심 축과 정렬된 포지션에서 RF 에너지의 커플링을 방지한다. 하나 이상의 실시예들에서, 전극(154)은 PVD 챔버의 중심 축(186)과 정렬된다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 마그네트론의 모터 샤프트(174)는 접지 플레이트(156)에서 중심을 벗어난 개구를 통해 배치될 수 있다. 접지 플레이트(156)로부터 돌출된 모터 샤프트(174)의 단부는 모터(176)에 커플링된다. 모터 샤프트(174)는 추가로, 소스 분배 플레이트(158)를 통해 대응하는 중심을 벗어난 개구(예컨대, 제1 개구(146))를 통해 배치되고, 기어 박스(178)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 제2 개구들(도시되지 않음)은 소스 분배 플레이트(158)를 따라 축대칭 RF 분포를 유리하게 유지하기 위해 제1 개구(146)에 대해 대칭적인 관계로 소스 분배 플레이트(158)를 통해 배치될 수 있다. 하나 이상의 제2 개구들은 또한, 광학 센서들 등과 같은 아이템들을 위해 공동(170)에 대한 접근을 허용하는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 본 명세서에 설명되는 백킹 플레이트 조립체들은 회전 자석들을 갖는 다중-캐소드 PVD 시스템들에서 특히 유용하다. 더 큰 냉각 공동들을 갖는 종래 기술의 설계들은 회전 자석들을 이용하기 위한 능력을 제한했다.
[0056] 기어 박스(178)는 임의의 적합한 수단에 의해, 이를테면, 소스 분배 플레이트(158)의 하단 표면에 커플링됨으로써 지지될 수 있다. 기어 박스(178)는, 기어 박스(178)의 적어도 상부 표면을 유전체 재료로 제조함으로써, 또는 기어 박스(178)와 소스 분배 플레이트(158) 사이에 절연체 층(도시되지 않음)을 개재함으로써, 기타 다른 방식에 의해, 또는 적합한 유전체 재료로 모터 샤프트(174)를 구성함으로써 소스 분배 플레이트(158)로부터 절연될 수 있다. 기어 박스(178)는 모터(176)에 의해 제공되는 회전 모션을 자석 지지 부재(172)(및 그에 따라, 복수의 자석들(188))에 전달하기 위해 기어 박스 샤프트 조립체(184)를 통해 자석 지지 부재(172)에 추가로 커플링된다.
[0057] 자석 지지 부재(172)는 복수의 자석들(188)을 견고하게 지지하기에 적절한 기계적 강도를 제공하기에 적합한 임의의 재료로 구성될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 자석 지지 부재(172)는 비-자기 금속, 이를테면, 비-자기 스테인리스 스틸로 구성될 수 있다. 자석 지지 부재(172)는 복수의 자석들(188)이 원하는 포지션에서 자석 지지 부재(172)에 커플링되게 허용하기에 적합한 임의의 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 자석 지지 부재(172)는 플레이트, 디스크, 크로스 부재(cross member) 등을 포함할 수 있다. 복수의 자석들(188)은 원하는 형상 및 강도를 갖는 자기장을 제공하도록 임의의 방식으로 구성될 수 있다.
[0058] 대안적으로, 자석 지지 부재(172)는, 공동(170)에서 자석 지지 부재(172) 및 부착된 복수의 자석들(188)(존재할 경우) 상에 야기되는 항력(drag)을 극복하기에 충분한 토크를 이용하여 임의의 다른 수단에 의해 회전될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들(도시되지 않음)에서, 마그네트론 조립체(196)는, 공동(170) 내에 배치되고 자석 지지 부재(172)에 직접 연결되는 모터(176) 및 모터 샤프트(174)를 사용하여 공동(170) 내에서 회전될 수 있다(예컨대, 팬케이크 모터(pancake motor)). 모터(176)는 공동(170) 내에 또는 분할기(194)가 존재할 때 공동(170)의 상부 부분 내에 피팅(fit)되도록 충분히 사이징되어야 한다. 모터(176)는 전기 모터, 공압 또는 유압 구동부, 또는 요구되는 토크를 제공할 수 있는 임의의 다른 프로세스-호환가능 메커니즘일 수 있다.
[0059] 이제 도 2 내지 도 4를 참조하면, 종래 기술의 타겟 조립체(200)가 도시되며, 타겟(210), 백킹 플레이트(212), 접지 플레이트(256), RF 또는 DC 전력 소스(282) 및 공동(270) 내의 마그네트론 조립체(296)(도 4에 도시됨)를 포함한다. 공동(270)은 타겟 조립체의 후면과 소스 분배 플레이트 사이에 배치된 유동 볼륨 또는 공동이며, 유체 유입 단부(218)와 유체 배출 단부(220)의 연장된 부분을 또한 포함한다. 기존의 설계들에서, 이러한 공동은 도 1의 공동(170)에 대응하며, 이는 채널들 없이 백킹 플레이트(212) 위로 열 교환 유체를 유동시킴으로써 백킹 플레이트(212)를 통해 냉각되는 타겟(210)에 대한 열 교환 유체로 채워진다. 도 3은 타겟 조립체의 후면과 소스 분배 플레이트 사이에 배치된 공동에 형성된 유체 도관들(222)을 도시하는, 도 2의 라인 3-3을 따라 취해진 단면도이다. 도 3은 타겟 조립체의 후면과 소스 분배 플레이트 사이에 형성된 유체 도관들(222)의 간략화된 단면도를 제공한다. 도 2 내지 도 4에 도시된 구성에서, 타겟(210)은 냉각되지만, 냉각수가 계속 교체되지 않기 때문에 효과적으로 냉각되지 않으며, 이는 더 높은 타겟 온도를 야기하고, 이는 뒤틀림, 타겟의 스폴링(spalling), 입자 생성 및 결함들로 이어질 수 있다.
[0060] 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들은 PVD 프로세스들에서 입자들이 웨이퍼들 상에 떨어지는 것을 방지하는 방법들에 관한 것이다. 일부 실시예들은 유리하게, 입자들을 웨이퍼 표면으로부터 멀리 이동시키기 위해 입자들을 의도적으로 대전시키고 입자 운송 속성들을 수정하는 방법들을 제공한다. 일부 실시예들은 유리하게, 펄스형 PVD 생성기들에 의해 생성된 플라즈마를 사용하여, 미리 결정된 위치에서 대전 입자들을 포획하기 위한 방법들을 제공한다. 이후, 플라즈마 내부의 입자들에 대한 포획 포인트는 압력 및 웨이퍼 바이어스 중 하나 이상을 사용하여 변경될 것이다. 일단 입자가 웨이퍼의 부근으로부터 멀리 운송되면, 플라즈마가 소멸될 수 있고, 깨끗한 웨이퍼가 회수될 수 있다.
[0061] 예컨대, 탄소의 펄스형 스퍼터링 챔버에서, 예컨대, 계층화된 스퍼터링된 타겟의 무결성으로 인해 타겟으로부터 충분한 입자 생성이 존재한다. 스퍼터링 동안 느슨한 입자들이 웨이퍼들 상에 떨어지는 것을 방지하기 위해, 주파수 및 전력의 프로세스 조건들이 전하를 발생된 입자 상에 생성하도록 의도적으로 변화된다. 이들 대전 입자들은 플라즈마에서 서스펜딩(suspend)될 것이다. 주파수가 더 높을수록, 입자들이 방전하는 데 더 적은 양의 시간("오프-시간(off-time)")이 주어지며, 그에 의해, 정전기력으로 인한 더 높은 포획력에 기여한다. 입자의 포획 포인트는 챔버에서 가장 높은 플라즈마 밀도에 있으며, 이는 정전기력과 이온 항력이 균형을 이루는 타겟 플라즈마 시스(sheath)의 중심에 있다. 증착 시간이 길어짐에 따라, 입자들의 클러스터들이 형성되고 플라즈마의 포획 포인트에서 성장하기 시작할 것이다.
[0062] 포획 위치가 설정된 이후, 클러스터의 포획 위치를 수정하기 위해 증착 프로세스의 종료 시에 플라즈마 퍼지 단계가 도입될 수 있다. (예컨대, 가스 유동을 증가시킴으로써) 챔버의 압력을, 예컨대 약 96 mtorr로 증가시킴으로써, 포획 위치가 타겟의 중심으로부터 웨이퍼의 외측 부근을 향해 이동될 것이다. 이어서, 클러스터 입자는 포획 포인트의 변화를 따르고 웨이퍼들로부터 멀리 이동될 것이다. 일부 실시예들에서, 대략 6초 내에, 대전 입자가 웨이퍼 부근 외부로 이동되는 것이 관찰되었다. 그 후에, 플라즈마 소스 전력이 턴 오프되어, 대전 입자가 웨이퍼 표면으로부터 멀리 떨어진 챔버의 부분으로 떨어지게 할 수 있다. 그 결과, 깨끗한 탄소 웨이퍼가 획득될 수 있다.
[0063] (타겟 부근의 포획 포인트에 의해 영향받지 않는) 웨이퍼 표면 부근의 하단 플라즈마 시스에 포획된 작은 대전 입자들이 있는 실시예들에서, 소스 타겟(예컨대, 30 us에서 7 V) 또는 동기화되지 않은 웨이퍼 바이어스에서의 전압 반전 능력의 추가는 웨이퍼 표면 상에 네거티브 전위를 생성하는 데 사용될 수 있다. 그 결과, 대전 입자가 네거티브이므로, 그 입자는 정전기력으로 인해 반발하여 웨이퍼들로부터 멀리 이동될 것이다.
[0064] 따라서, 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들은, 웨이퍼 표면에 대한 입자 손상을 감소시키거나, 최소화하거나 또는 제거하는, 물리적 기상 증착을 위한 방법들에 관한 것이다. 도 5a 내지 도 5c는 마그네트론 물리적 기상 증착 챔버(200)에서 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 프로세스의 개략적인 표현을 예시한다.
[0065] 도 5a에서, 웨이퍼로 또한 지칭되는 기판(210)이 마그네트론 물리적 기상 증착 챔버(200) 내의 페디스털(205) 상에 포지셔닝된다. 기판(210)은 재료가 증착될(스퍼터링될) 표면(212)을 갖는다. 예시된 챔버(200)는 본 개시내용을 이해하도록 도시된 최소 컴포넌트들을 갖는 개략도이다. 챔버(200)는 백킹 플레이트(230) 상에 타겟(220)을 갖는다.
[0066] 타겟(220)은 기판 표면 상에서 스퍼터링되기 위한 임의의 적합한 재료일 수 있다. 일부 실시예들의 타겟(220)은 탄소를 포함하거나 이를 필수구성으로 포함한다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, 용어 "필수구성으로 포함한다"는, 타겟 조성이 원자 기준으로, 명시된 종의 약 95%, 98%, 99% 또는 99.5% 이상이라는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 타겟(220)은 탄소, 실리콘 또는 게르마늄 중 하나 이상을 포함하거나 이를 필수구성으로 포함한다. 일부 실시예들에서, 기판(210) 상에 증착된 막(280)은 탄소를 포함하거나 이를 필수구성으로 포함하며, 마그네트론 물리적 기상 증착 챔버는 탄소 타겟을 포함한다.
[0067] 마그네트론 조립체(240)는 자기장을 발생시키기 위해 타겟의 후방에 인접하게 위치된다. 예시된 마그네트론 조립체(240)는 복수의 자석들(244)(즉, 전자석들)을 갖는 회전 아암(rotating arm)(242)을 갖는다.
[0068] 증착 압력을 유지하기 위해, 가스 종이 챔버(200)의 내부로 유동된다. 증착 압력은 당업자에게 알려진 스퍼터링을 위해 사용되는 임의의 적합한 압력일 수 있다. 일부 실시예들에서, 증착 압력은 약 40 mtorr, 30 mtorr, 20 mtorr 또는 10 mtorr 이하이다. 증착 주파수 및 전력을 사용하여 가스 종으로부터 증착 플라즈마(250)가 발생된다. 일부 실시예들의 증착 주파수는 약 500 Hz 내지 약 40 MHz의 범위이다.
[0069] 막(280)(도 6d 참조)이 기판(210)의 표면(212) 상에 형성된다. 스퍼터링 동안, 미립자들로 또한 지칭되는 입자들(260)이 증착 플라즈마(250)에서 형성된다. 챔버 내의 입자들(260)의 위치는, 예컨대 입자들의 전하에 의존하여 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 입자들(260)은 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 기판(210) 또는 페디스털(205)에 바이어스 전위를 인가함으로써 기판(210)보다 타겟(220)에 더 가깝게 유지될 수 있다.
[0070] 도 5b에 도시된 바와 같이, 기판(210) 상의 막(280)의 형성 이후, 챔버(200) 내의 압력은 미립자 퍼지 플라즈마(252)를 형성하기 위해 미립자 퍼지 압력으로 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 증착 플라즈마(250)를 형성하는 데 사용되는 가스 종의 유동은 증착 플라즈마(250)를 미립자 퍼지 플라즈마(252)로 변화시키기 위해 증가된다.
[0071] 미립자 퍼지 플라즈마(252)는 증착 플라즈마(250)보다 큰 압력을 갖는다. 일부 실시예들에서, 미립자 퍼지 압력은 약 50 mtorr, 60 mtorr, 70 mtorr, 80 mtorr, 90 mtorr 또는 100 mtorr 이상이다.
[0072] 물리적 기상 증착 챔버(200) 내의 압력을 미립자 퍼지 압력으로 증가시키는 것은 미립자들(260) 중 일부를 응집체(270)로 야기한다. 응집체들(270)은 물리적 기상 증착 챔버(200)의 외측 부분(201)으로 이동될 수 있다. 임의의 특정 동작 이론에 얽매이지 않으면서, 회전 마그네트론 조립체(240)에 의해 발생된 전자기장 및 응집체들의 전하로 인해 응집체들(270)이 외측 부분(201)을 이동시키는 것으로 여겨진다. (기판(210)의 직경 외부의) 외측 부분(201)으로의 응집체들(270)의 이동은 수 초만큼 적게 걸릴 수 있다.
[0073] 도 5b에 도시된 바와 같이, 입자들(262) 중 일부는 응집체를 형성하지 않을 수 있거나 또는 챔버(200)의 외측 부분(201)으로 이동되지 않을 수 있다. 이들 입자들(262)이 웨이퍼 표면 상으로 떨어질 수 있지만, 개시된 방법은 웨이퍼 표면 상으로 떨어질 수 있는 입자들의 수를 크게 감소시킨다.
[0074] 일부 실시예들에서, 증착 플라즈마(250) 및 미립자 퍼지 플라즈마(252)는 상이한 압력들을 갖는 동일한 조성으로 구성된다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 증착 플라즈마(250) 및 미립자 퍼지 플라즈마(252)는 크립톤을 포함하거나 이를 필수구성으로 포함한다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, 용어 "필수구성으로 포함한다"는, 원자 기준으로 플라즈마의 약 95%, 98%, 99% 또는 99.5% 이상이 명시된 종으로 구성된다는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 또는 제논 중 하나 이상을 포함하거나 이를 필수구성으로 포함한다.
[0075] 일부 실시예들에서, 증착 플라즈마 압력은 챔버 내로의 플라즈마 가스의 유동을 증가시킴으로써 미립자 퍼지 플라즈마 압력으로 증가된다. 일부 실시예들에서, 미립자 퍼지 플라즈마 압력은 약 200 내지 약 3000 sccm의 범위의 유량으로의 챔버 내로의 플라즈마 가스(예컨대, 크립톤)의 유동에 의해 유지된다.
[0076] 일부 실시예들에서, 미립자 퍼지 플라즈마는 펄스형 플라즈마이다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 펄싱 프로세스의 듀티 사이클은 플라즈마의 상이한 양상들 및 속성들을 제어하도록 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 약 10% 내지 약 70%의 범위, 또는 약 20% 내지 약 60%의 범위, 또는 약 30% 내지 약 50%의 범위, 또는 약 40%의 듀티 사이클을 갖는다.
[0077] 도 5c에 도시된 바와 같이, 응집체들(270)이 챔버의 외측 부분(201)으로 이동된 이후, 플라즈마가 소멸될 수 있다. 이러한 시점에서, 응집체들(270) 및 임의의 미립자들(262)이 챔버 내에 떨어질 수 있다. 응집체들(270)은 기판(210)의 직경 외부로 이동되었으므로, 챔버 하단으로 무해하게 떨어진다. 챔버의 내측 부분 내에 남아있었던 미립자들(262)은 기판 표면 상으로 떨어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마를 소멸시킨 이후, 압력이 증착 압력으로부터 미립자 퍼지 압력으로 증가되지 않았던 경우보다 더 적은 미립자들이 기판 표면 상으로 떨어진다.
[0078] 구역(5D)은 기판(210)의 팽창된 부분 및 그 상에 형성된 막(280)을 예시한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 종의 층(290)은 미립자 퍼지 플라즈마 프로세스 동안 막(280) 상에 형성된다. 예컨대, 크립톤 플라즈마는 막(280) 상에 크립톤의 얇은 층(290)을 형성할 수 있다. 일부 실시예들의 층(290)은 약 10 Å, 9 Å, 8 Å, 7 Å, 6 Å, 또는 5 Å 이하의 두께를 갖는다. 층(290)은 기판의 후속 프로세싱(예컨대, 어닐링)에 의해 제거될 수 있다.
[0079] 이제 도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 다중-캐소드 소스 챔버(500)의 상부 부분이 도시된다. 다중-캐소드 챔버(500)는 상단 어댑터(504)에 의해 캡핑된 원통형 바디 부분(502)을 갖는 베이스 구조(501)를 포함한다. 상단 어댑터(504)는 상단 어댑터(504) 주위에 포지셔닝된 다수의 캐소드 소스들, 이를테면 캐소드 소스들(506, 508, 510, 512, 및 514)에 대한 설비(provision)들을 갖는다. 도 1에 관해 설명된 PVD 프로세싱 시스템(100)은 다층 스택 뿐만 아니라 캡핑 층들 및 흡수체 층들을 형성하기 위해 다중-캐소드 소스 챔버(500)에서 이용될 수 있다. 예컨대, 물리적 기상 증착 시스템들은 실리콘, 몰리브덴, 티타늄 산화물, 티타늄 이산화물, 루테늄 산화물, 니오븀 산화물, 루테늄 텅스텐, 루테늄 몰리브덴, 루테늄 니오븀, 크롬, 탄탈륨, 질화물들, 화합물들, 또는 이들의 조합의 층들을 형성할 수 있다. 일부 화합물들이 산화물로서 설명되지만, 화합물들이 산화물들, 이산화물들, 산소 원자들을 갖는 원자 혼합물들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다는 것이 이해된다.
[0080] 본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시예", "특정한 실시예들", "하나 이상의 실시예들" 또는 "일 실시예"에 대한 참조는, 실시예와 관련하여 설명된 특정한 피처, 구조, 재료, 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 장소들에서의 "하나 이상의 실시예들에서", "특정한 실시예들에서", "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"와 같은 어구들의 출현들은 반드시 본 개시내용의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 더욱이, 특정한 피처들, 구조들, 재료들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
[0081] 본 명세서의 개시내용이 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이들 실시예들이 단지 본 개시내용의 원리들 및 애플리케이션들의 예시일 뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시내용의 방법 및 장치에 대해 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용이 첨부된 청구항들 및 이들의 등가물들의 범위 내에 있는 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 물리적 기상 증착 방법으로서,
    증착 압력으로 플라즈마를 이용하여 마그네트론 물리적 기상 증착 챔버에서 기판 표면 상에 막을 증착시키고 상기 플라즈마에서 입자들을 생성하는 단계;
    상기 입자들 중 적어도 일부를 상기 물리적 기상 증착 챔버의 외측 부분으로 이동시키기 위해 상기 증착 압력보다 큰 미립자 퍼지 압력으로 상기 물리적 기상 증착 챔버 내의 압력을 증가시키는 단계; 및
    상기 플라즈마를 소멸시키는 단계를 포함하는, 물리적 기상 증착 방법.
  2. 물리적 기상 증착 방법으로서,
    마그네트론 물리적 기상 증착 챔버 내의 페디스털 상에 기판 표면을 갖는 기판을 포지셔닝시키는 단계;
    상기 챔버에서 증착 압력으로 증착 플라즈마를 발생시켜, 상기 기판 표면 상에 막을 증착시키고 상기 플라즈마에서 미립자들을 생성하는 단계; 및
    상기 플라즈마 내의 미립자들을 응집시키고 상기 응집된 미립자들을 상기 물리적 기상 증착 챔버의 외측 부분으로 이동시키기 위해 상기 증착 압력보다 큰 미립자 퍼지 압력으로 상기 챔버 내의 압력을 증가시키는 단계를 포함하는, 물리적 기상 증착 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 미립자 퍼지 압력은 약 50 mtorr 이상인, 물리적 기상 증착 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마는 크립톤을 포함하는, 물리적 기상 증착 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 크립톤은 약 200 내지 약 3000 sccm의 범위의 유량으로 상기 챔버 내로 유동되는, 물리적 기상 증착 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 크립톤의 층은 상기 막 상에 형성되는, 물리적 기상 증착 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 층은 약 10 Å 이하의 두께를 갖는, 물리적 기상 증착 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판 표면은 입자들을 상기 플라즈마에서 서스펜딩(suspend)되게 유지하기 위해 상기 압력을 증가시키는 동안 바이어싱되는, 물리적 기상 증착 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 막은 탄소를 포함하고, 상기 마그네트론 물리적 기상 증착 챔버는 탄소 타겟을 포함하는, 물리적 기상 증착 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마는 펄싱되는, 물리적 기상 증착 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마는 약 13.56 MHz의 주파수를 갖는, 물리적 기상 증착 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마는 약 20 내지 약 60 와트의 범위의 전력을 갖는, 물리적 기상 증착 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마는 약 40%의 듀티 사이클로 펄싱되는, 물리적 기상 증착 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 미립자 퍼지 압력에서, 상기 플라즈마에서 서스펜딩되는 미립자들은 더 큰 입자 사이즈들을 형성하도록 응집되는, 물리적 기상 증착 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마를 소멸시킨 이후, 상기 압력이 상기 증착 압력으로부터 증가되지 않았던 경우보다 더 적은 미립자들이 상기 기판 표면 상으로 떨어지는, 물리적 기상 증착 방법.
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