KR20150002719A - 플라즈마­제한 갭을 갖는 프로세스 키트 - Google Patents

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Abstract

기판들을 프로세싱하기 위한 장치들이 여기에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 장치는 프로세스 키트를 포함하고, 상기 프로세스 키트는 제 1 부피를 둘러싸도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 측벽들을 갖는 차폐부로서, 상기 제 1 부피가 프로세스 챔버의 내측 부피 내에 배치되는, 차폐부; 및 제 1 링이 상기 차폐부 상에 놓이는 제 1 위치와 제 1 링의 외측 표면과 하나 또는 둘 이상의 측벽들의 내측 표면 사이에 갭이 형성되는 제 2 위치 사이에서 이동가능한 제 1 링으로서, 상기 갭의 폭은 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 및 약 140 mTorr 또는 그 미만의 압력에서 형성된 플라즈마에 대해서 대략적으로 2개의 플라즈마 시스 폭들 미만인, 제 1 링을 포함한다.

Description

플라즈마­제한 갭을 갖는 프로세스 키트{PROCESS KIT WITH PLASMA­LIMITING GAP}
본원 발명의 실시예들은 일반적으로 플라즈마-강화형(enhanced) 기판 프로세싱 시스템들에 관한 것이다.
물리기상증착(PVD) 챔버들과 같은 기판 프로세싱 시스템들은, 비-프로세싱 부피를 내부 부피의 프로세싱 부피로부터 격리시키기 위해서 프로세스 키트들을 이용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 프로세스 키트들을 이용하여, 플라즈마로부터 형성된 반응성 종들(species), 또는 스퍼터링된 금속들, 등과 같은 재료들이 내측 부피의 비-프로세싱 측부(side) 상의 하나 또는 둘 이상의 구성요소들을 오염시키는 것을 방지할 수 있을 것이다. 발명자들은, 높은 무선 주파수(RF)의 주파수들 및 낮은 챔버 압력들을 이용하는 플라즈마-강화형 PVD 프로세스들의 경우에, 프로세싱 부피로부터의 재료들이 프로세스 키트의 구성요소들 내의 갭들을 통해서 이동할 수 있고 내부 부피의 비-프로세싱 측부 상의 구성요소들을 오염시킬 수 있다는 것을 관찰하였다.
따라서, 본원 발명은 플라즈마-강화형 기판 프로세싱 시스템들에서 이용하기 위한 개선된 프로세스 키트들을 제공한다.
기판들을 프로세싱하기 위한 장치들이 여기에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 장치는 프로세스 키트를 포함하고, 상기 프로세스 키트는 제 1 부피를 둘러싸도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 측벽들을 갖는 차폐부로서, 상기 제 1 부피가 프로세스 챔버의 내측 부피 내에 배치되는, 차폐부; 및 제 1 링이 상기 차폐부 상에 놓이는 제 1 위치와 제 1 링의 외측 표면과 하나 또는 둘 이상의 측벽들의 내측 표면 사이에 갭이 형성되는 제 2 위치 사이에서 이동가능한 제 1 링으로서, 상기 갭의 폭은 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 및 약 140 mTorr 또는 그 미만의 압력에서 형성된 플라즈마에 대해서 대략적으로 2개의 플라즈마 시스(sheath) 폭들 미만인, 제 1 링을 포함한다.
일부 실시예들에서, 장치가 기판 프로세싱 시스템을 포함하고, 상기 기판 프로세싱 시스템은 내측 부피를 갖는 프로세스 챔버; 상기 내측 부피 내에 배치되고 상기 내측 부피 내의 제 1 부피를 둘러싸도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 측벽들을 갖는 차폐부; 상기 내측 부피 내에 배치된 기판 지지부; 및 제 1 링이 상기 차폐부 상에 놓이는 제 1 위치와 제 1 링이 상기 기판 지지부의 정상부에 놓이고 제 1 링의 외측 표면과 하나 또는 둘 이상의 측벽들의 내측 표면 사이에 갭이 형성되는 제 2 위치 사이에서 이동가능한 제 1 링으로서, 상기 갭의 폭은 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 및 약 140 mTorr 또는 그 미만의 압력에서 형성된 플라즈마에 대해서 대략적으로 2개의 플라즈마 시스 폭들 미만인, 제 1 링을 포함한다.
본원 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 이하에서 설명된다.
앞서서 간략히 요약되고 이하에서 더 구체적으로 설명되는 본원 발명의 실시예들이, 첨부 도면들에 도시된 발명의 예시적인 실시예들을 참조함으로써 이해될 수 있다. 그러나, 발명이 다른 균등하게 효과적인 실시예들에 대해서도 인정될 수 있기 때문에, 첨부 도면들이 이러한 발명의 단지 전형적인 실시예들 만을 도시한 것이고 그에 따라 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다는 것을 주목하여야 할 것이다.
도 1은 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 2는 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버 내의 기판 지지부의 일부 및 프로세스 키트의 횡단면적 측면도를 도시한다.
이해를 돕기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에서 공통되는 동일한 요소들을 나타내기 위해서 동일한 참조 번호들을 사용하였다. 도면들은 실척으로(scale) 도시된 것이 아니고 그리고 명료함을 위해서 단순화되어 있을 수 있을 것이다. 추가적인 언급이 없이도, 일 실시예의 요소들 및 특징들이 다른 실시예들에서 유리하게 포함될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
플라즈마-강화형 기판 프로세싱 시스템에서 이용하기 위한 프로세스 키트들의 실시예들이 여기에서 제공된다. 프로세스 키트는, 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 및 약 140 mTorr 또는 그 미만의 압력에서 형성된 플라즈마가, 프로세스 키트의 차폐부와 커버 링 사이와 같은 프로세스 키트의 인접한 구성요소들 사이의 하나 또는 둘 이상의 갭들을 통해서 이동하는 것을 적어도 제한하도록 유리하게 구성될 수 있을 것이다. 프로세스 키트의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 이하에서 설명된다.
도 1은 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 PVD 챔버(100)의 단순화된 횡단면도를 도시한다. 여기에서 제공된 교시 내용들에 따른 변경을 위해서 적합한 PVD 챔버들의 예들은 ALPS® Plus 및 SIP ENCORE® PVD 프로세싱 챔버들을 포함하고, 상기 양 챔버들은 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 이용가능하다. PVD 이외의 다른 타입들의 프로세싱을 위해서 구성된 챔버들을 포함하는, Applied Materials, Inc. 또는 다른 제조자들로부터의 다른 프로세싱 챔버들이 또한, 여기에서 개시된 발명에 따른 장치에 따른 변경으로부터 이득을 취할 수 있을 것이다.
본원 발명의 일부 실시예들에서, PVD 챔버(100)는 프로세스 챔버(104) 정상부에 배치되고 프로세스 챔버(104)로부터 제거가능한 챔버 덮개(101)를 포함한다. 챔버 덮개(101)는 표적 조립체(102) 및 접지 조립체(103)를 포함할 수 있을 것이다. 프로세스 챔버(104)는 기판(108)을 상부에 수용하기 위한 기판 지지부(106)를 포함한다. 기판 지지부(106)는, 프로세스 챔버(104)의 챔버 벽일 수 있는 하부의 접지된 외장(enclosure) 벽(110) 내에 위치될 수 있을 것이다. RF 복귀 경로가 챔버 덮개(101) 위에 배치된 RF 전원(182)으로 제공되도록, 하부의 접지된 외장 벽(110)이 챔버 덮개(101)의 접지 조립체(103)에 전기적으로 커플링될 수 있을 것이다. 대안적으로, 기판 지지부(106)로부터 프로세스 키트 차폐부(예를 들어, 이하에서 설명되는 바와 같은 차폐부(128))를 통해서 그리고 최종적으로 챔버 덮개(101)의 접지 조립체(103)로 다시 연장되는 것들과 같은, 다른 RF 복귀 경로들이 가능하다. 이하에서 설명하는 바와 같이, RF 전원(182)이 RF 전력을 표적 조립체(102)로 제공할 수 있을 것이다.
기판 지지부(106)는 표적(114)의 주요(principal) 표면과 대면하는 재료-수용 표면을 가지고, 스퍼터 코팅하고자 하는 기판(108)을 표적(114)의 주요 표면에 대향하는 평면형 위치 내에서 지지한다. 기판 지지부(106)는, 기판(108)을 상부에서 지지하기 위한 기판 프로세싱 표면(109)을 갖는 유전체 부재(105)를 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부(106)가 유전체 부재(105) 아래에 배치된 하나 또는 둘 이상의 전도성 부재(107)를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 유전체 부재(105) 및 하나 또는 둘 이상의 전도성 부재(107)가, 척킹 또는 RF 전력을 기판 지지부(106)로 제공하기 위해서 이용될 수 있는 정전기 척, 또는 RF 전극, 등의 일부일 수 있을 것이다.
기판 지지부(106)가 프로세스 챔버(104)의 제 1 부피(120) 내에서 기판(108)을 지지할 수 있을 것이다. 제 1 부피(120)는 기판(108)을 프로세싱하기 위해서 이용되는 프로세스 챔버(104)의 내측 부피의 일부일 수 있고 그리고 기판(108)의 프로세싱 중에 내측 부피의 나머지(예를 들어, 비-프로세싱 부피)로부터 분리될 수 있을 것이다. 제 1 부피(120)는 프로세싱 중에 기판 지지부(106) 위의 (예를 들어, 프로세싱 위치에 있을 때, 표적(114)과 기판 지지부(106) 사이의) 영역으로서 규정된다.
일부 실시예들에서, 기판(108)이 프로세스 챔버(104)의 하부 부분 내의 로드 록 밸브(미도시)를 통해서 기판 지지부(106) 상으로 이송되고 그 후에 증착 또는 프로세싱 위치로 상승될 수 있게 허용하기 위해서, 기판 지지부(106)가 수직으로 이동될 수 있을 것이다. 프로세스 챔버(104)의 내측 부피를 프로세스 챔버(104) 외부의 대기로부터 분리하는 것을 유지하기 위해서, 하단부 챔버 벽(124)에 연결된 벨로우즈(122)가 제공될 수 있을 것이다. 하나 또는 둘 이상의 가스들이 가스 공급원(126)으로부터 질량 유동 제어기(128)를 통해서 프로세스 챔버(104)의 하부 부분 내로 공급될 수 있을 것이다. 프로세스 챔버(104)의 내부를 배출하기 위해서 그리고 프로세스 챔버(104) 내부에서 희망 압력을 유지하는 것을 돕기 위해서, 배출 포트(130)가 제공되고 밸브(132)를 통해서 펌프(미도시)로 커플링될 수 있을 것이다.
기판(108) 상에서 음의 DC 바이어스를 유도하기 위해서, RF 바이어스 전원(134)이 기판 지지부(106)에 커플링될 수 있을 것이다. 또한, 일부 실시예들에서, 음의 DC 자가-바이어서(self-bias)가 프로세싱 중에 기판(108) 상에서 형성될 수 있을 것이다. 예를 들어, RF 바이어스 전원(134)에 의해서 공급되는 RF 에너지가 약 2 MHz 내지 약 60 MHz의 주파수 범위일 수 있을 것이고, 예를 들어, 2 MHz, 13.56 MHz, 또는 60 MHz와 같은 비-제한적인 주파수들이 이용될 수 있다. 다른 적용예들에서, 기판 지지부(106)가 접지되거나 전기적으로 플로팅(floating)되어 유지될 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 조합되어, RF 바이어스 전력이 바람직하지 않을 수 있는 적용예들에 대해서 기판(108) 상의 전압을 조정하기 위해서, 커패시턴스 튜너(136)가 기판 지지부(106)에 커플링될 수 있을 것이다.
프로세스 챔버(104)의 프로세싱 또는 제 1 부피를 둘러싸기 위해서 그리고 프로세싱으로부터 다른 챔버 구성요소들이 손상 및/또는 오염되는 것으로부터 보호하기 위해서, 프로세스 챔버(104)가 프로세스 키트 차폐부, 또는 차폐부(138)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 차폐부(138)가 프로세스 챔버(104)의 상부 접지된 외장 벽(116)의 렛지(ledge)(140)에 커플링될 수 있을 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버 덮개(101)가 상부 접지된 외장 벽(116)의 렛지(140) 상에 놓일 수 있을 것이다. 하부 접지된 외장 벽(110)과 유사하게, 상부 접지된 외장 벽(116)이 하부 접지된 외장 벽(110)과 챔버 덮개(101)의 접지 조립체(103) 사이의 RF 복귀 경로의 일부를 제공할 수 있을 것이다. 그러나, 접지된 차폐부(138)를 경유하는 것과 같은, 다른 RF 복귀 경로들이 가능하다.
차폐부(138)는 하향 연장하고 제 1 부피(120)를 둘러싸도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 측벽들(139)을 포함할 수 있을 것이다. 차폐부(138)는 상부 접지된 외장 벽(116) 및 하부 접지된 외장 벽(110)의 벽들을 따라서 기판 지지부(106)의 상단부 표면 아래까지 하향 연장하고, 기판 지지부(106)의 상단부 표면에 도달할 때까지 상향 복귀된다(예를 들어, 차폐부(138)의 하단부에서 u-형상의 부분을 형성한다). 기판 지지부(106)가 그 하부의 로딩(loading) 위치(미도시)에 있을 때, 제 1 링(148)(예를 들어, 커버 링)이 u-형상의 부분(예를 들어, 제 1 링(148)의 제 1 부분)의 상단부 상에 놓이나, 기판 지지부(106)가 그 상부의 증착 위치(도 1에 도시된 바와 같음)에 있을 때 기판 지지부(106)를 스퍼터 증착으로부터 보호하기 위해서 기판 지지부(106)의 외측 둘레 상에 놓인다(예를 들어, 제 1 링(148)의 제 2 위치). 비록 기판 지지부(106)가 차폐부(138) 및 제 1 링(148)에 대해서 이동가능한 것으로 전술하였지만, 일부 실시예들에서, 기판 지지부(106)가 정지형일 수 있을 것이고 차폐부(138) 및 제 1 링(148)이 기판 지지부(106)에 대해서 이동가능할 수 있을 것이다.
부가적인 유전체 링(111)을 이용하여 기판(108)의 둘레를 증착으로부터 차폐할 수 있을 것이다. 예를 들어, 유전체 링(111)이 기판 지지부(106)의 둘레 엣지 주위에 그리고 도 1에 도시된 바와 같이 기판 프로세싱 표면(109) 근처에 배치될 수 있을 것이다.
제 1 링(148)이 제 2 위치에 있을 때(예를 들어, 기판 지지부(106)의 외측 둘레 상에 배치될 때), 갭(145)이 제 1 링(148)의 외측 표면(147)과 하나 또는 둘 이상의 측벽들(139)의 내측 표면(143) 사이에 형성될 수 있을 것이다. 갭(145)이, 제 1 링(148)의 하단부 표면으로부터 트렌치(141)의 하단부 표면을 향해서 연장하는 제 1 링(148)의 제 1 돌출부(149)에 의해서 형성될 수 있을 것이다. 제 1 돌출부(151)가 제 1 링(148)의 외측 표면(147)을 포함할 수 있을 것이다.
발명자들은, 높은 무선 주파수(RF)의 주파수들 및 낮은 챔버 압력들을 이용하는 일부 플라즈마-강화형 PVD 프로세스들의 경우에, 프로세싱 부피로부터의 재료들이 프로세스 키트의 구성요소들 내의 갭들을 통해서 이동할 수 있고 내부 부피의 비-프로세싱 측부 상의 구성요소들을 오염시킬 수 있다는 것을 관찰하였다. 발명자들은, 그러한 프로세스 조건들에서 플라즈마 차폐부 폭이 프로세스 키트의 구성요소들 사이에 형성된 갭들 사이의 폭 보다 좁게 수축될 수 있고, 그에 의해서 플라즈마가 갭으로 진입하게 허용하고 아크 발생(arcing), 증착 또는 전술한 오염을 유도할 수 있는 다른 바람직하지 못한 효과들을 허용할 수 있기 때문에 문제가 발생하는 것으로 생각한다.
따라서, 일부 실시예들에서, 갭(145)은, 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 및 약 140 mTorr 또는 그 미만의 압력에서 형성된 플라즈마에 대해서 대략적으로 2개의 플라즈마 시스 폭들 미만이 될 수 있을 것이다. 예를 들어, 주파수가 약 20 MHz 내지 약 162 MHz 범위일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 주파수가 약 20 MHz 미만일 수 있을 것이다. 플라즈마를 형성하기 위해서 사용된 압력이 약 60 mTorr 내지 약 140 mTorr 범위일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 갭(145)의 폭이 약 6 밀리미터(mm) 미만이다. 일부 실시예들에서, 갭(145)이 적어도 약 4:1의 길이 대 폭의 비율을 가진다. 발명자들은, 일부 실시예들에서, 적어도 약 4:1의 길이 대 폭의 비율이, 제 1 부피(120) 내에 형성된 플라즈마가 기판 지지부(106) 아래에 배치된 내측 부피의 비-프로세싱 부피에 도달하는 것을 제한하거나 방지하는데 있어서 필수적일 수 있다는 것을 발견하였다.
일부 실시예들에서, 제 1 링(148)이 제 2 위치에 있을 때, 제 2 갭(153)이 제 1 돌출부(151)의 내측 표면(155)과 트렌치(141)의 내측 표면(150) 사이에 형성될 수 있을 것이다. 제 2 갭(153)은 갭(145)과 실질적으로 유사할 수 있을 것이고 그리고 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 및 약 140 mTorr 또는 그 미만의 압력에서 형성된 플라즈마에 대해서 대략적으로 2개의 플라즈마 시스 폭들 미만인 폭을 가질 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 주파수가 약 20 MHz 내지 약 162 MHz 범위일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 주파수가 약 20 MHz 미만일 수 있을 것이다. 플라즈마를 형성하기 위해서 이용되는 압력이 약 60 mTorr 내지 약 140 mTorr 범위일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제 2 갭(153)의 폭이 약 6 mm 일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제 2 갭(153)이 적어도 약 4:1의 종횡비를 가질 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 제 1 링(148)이 제 2 위치에 있을 때, 제 3 갭(159)이 제 1 돌출부(151)의 하단부 표면(161)과 트렌치(141)의 하단부 표면(163) 사이에 형성될 수 있을 것이다. 제 3 갭(159)은 갭들(145, 153)과 실질적으로 유사할 수 있을 것이고 그리고 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 및 약 140 mTorr 또는 그 미만의 압력에서 형성된 플라즈마에 대해서 대략적으로 2개의 플라즈마 시스 폭들 미만인 폭을 가질 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 주파수가 약 20 MHz 내지 약 162 MHz 범위일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 주파수가 약 20 MHz 미만일 수 있을 것이다. 플라즈마를 형성하기 위해서 이용되는 압력이 약 60 mTorr 내지 약 140 mTorr 범위일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제 3 갭(159)의 폭이 약 6 mm 일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제 3 갭(159)이 적어도 약 4:1의 종횡비를 가질 수 있을 것이다.
제 1 링(148)이 제 1 링(148)의 하부 표면으로부터 연장하는 제 2 돌출부(165)를 포함할 수 있을 것이다. 제 2 돌출부(165)는 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 돌출부의 내측에 배치될 수 있을 것이다. 기판 지지부가 증착 위치로 이동됨에 따라 제 1 링(148)이 제 2 위치로 이동될 때, 기판 지지부(106)와 상호작용하여 제 1 링(148)을 차폐부(138)에 대해서 정렬시키도록 제 2 돌출부(165)가 구성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 제 1 링(148)이 제 2 위치에 있을 때, 제 2 돌출부의 기판 지지부 대면 표면(167)이, 기판 지지부(106) 상의 상응하는 표면 내에/상에 놓이도록 테이퍼링되거나(tapered), 노치가공되거나(notched), 또는 기타 등등이 될수 있을 것이고, 그에 따라 제 1 링(148)의 정렬에 의해서 전술한 바와 같은 폭들을 가지도록 갭들(145, 153, 159)이 형성된다.
일부 실시예들에서, 기판 지지부(106)와 표적(114) 사이에 자기장을 선택적으로 제공하기 위해서, 자석(152)이 프로세스 챔버(104) 주위로 배치될 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 자석(152)이, 프로세싱 위치에 있을 때 기판 지지부(106) 바로 위의 영역 내에서 챔버 벽(외장(110))의 외부 주위에 배치될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 자석(152)이, 상부 접지된 외장 벽(116) 근처와 같은 다른 위치들에 부가적으로 또는 대안적으로 배치될 수 있을 것이다. 자석(152)이 전자석일 수 있을 것이고 전자석에 의해서 생성되는 자기장의 크기를 제어하기 위한 전원(미도시)에 커플링될 수 있을 것이다.
챔버 덮개(101)는 일반적으로 표적 조립체(102) 주위로 배치된 접지 조립체(103)를 포함한다. 접지 조립체(103)는, 표적 조립체(102)의 후방측부에 대해서 일반적으로 평행하고 대향할 수 있는 제 1 표면(157)을 갖는 접지 플레이트(156)를 포함할 수 있을 것이다. 접지 차폐부(112)가 접지 플레이트(156)의 제 1 표면(157)으로부터 연장할 수 있을 것이고 표적 조립체(102)를 둘러쌀 수 있을 것이다. 접지 조립체(103)는, 접지 조립체(103) 내에서 표적 조립체(102)를 지지하기 위한 지지 부재(175)를 포함할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 지지 부재(175)가 지지 부재(175)의 외측 둘레 엣지 근처의 접지 차폐부(112)의 하부 단부에 커플링될 수 있을 것이고 방사상 내측으로 연장하여 밀봉 링(181), 표적 조립체(102), 및 선택적으로 암부(dark space) 차폐부(179)를 지지할 수 있을 것이다. 밀봉 링(181)이 희망하는 횡단면을 갖는 링 또는 다른 환형 형상일 수 있을 것이다. 밀봉 링(181)의 제 1 측부 상에서 백킹(backing) 플레이트(162)와 같은 표적 조립체(102)와, 그리고 밀봉 링(181)의 제 2 측부 상에서 지지 부재(175)와 상호작용하는 것을 돕기 위해서, 밀봉 링(181)이 2개의 대향하는 평면형의 그리고 대체로 평행한 표면들을 포함할 수 있을 것이다. 밀봉 링(181)이 세라믹과 같은 유전체 재료로 제조될 수 있을 것이다. 밀봉 링(181)이 접지 조립체(103)로부터 표적 조립체(102)를 절연시킬 수 있을 것이다.
암부 차폐부(179)는, 표적(114)의 공급원 재료(113)의 외측 엣지 주위와 같은, 표적(114)의 외측 엣지 주위에 일반적으로 배치된다. 일부 실시예들에서, 밀봉 링(181)이 암부 차폐부(179)의 외측 엣지 근처에(즉, 암부 차폐부(179)의 방사상 외측에) 배치된다. 일부 실시예들에서, 암부 차폐부(179)가 세라믹과 같은 유전체 재료로 제조된다. 유전체 암부 차폐부(179)를 제공하는 것에 의해서, 암부 차폐부와 RF가 흐르는(RF hot) 근처의 구성요소들 사이의 아크 발생이 방지되거나 최소화될 수 있을 것이다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 암부 차폐부(179)가 스테인리스 스틸, 또는 알루미늄, 등과 같은 전도성 재료로 제조된다. 전도성 암부 차폐부(179)를 제공하는 것에 의해서, 보다 균일한 전기장이 프로세스 챔버(104) 내에서 유지될 수 있을 것이고, 그에 의해서 그 내부의 기판들의 보다 균일한 프로세싱을 촉진할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 암부 차폐부(179)의 하부 부분이 전도성 재료로 제조될 수 있을 것이고 암부 차폐부(179)의 상부 부분이 유전체 재료로 제조될 수 있을 것이다.
지지 부재(175)는 암부 차폐부(179) 및 표적(114)을 수용하기 위한 중앙 개구부를 갖는 대체로 평면형인 부재일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 지지 부재(175)가 원형, 또는 디스크-유사 형상일 수 있을 것이나, 그러한 형상은 상응하는 챔버 덮개의 형상 및/또는 프로세스 챔버(104) 내에서 프로세스하고자 하는 기판의 형상에 의존하여 달라질 수 있을 것이다. 사용시에, 챔버 덮개(101)가 개방되거나 폐쇄될 때, 지지 부재(175)는 암부 차폐부(179)를 표적(114)에 대한 적절한 정렬로 유지하고, 그에 의해서 챔버 조립체 또는 챔버 덮개(101)의 개방 및 폐쇄로 인한 오정렬 위험을 최소화한다.
표적 조립체(102)는 표적(114)의 후방측부와 대면하고 표적(114)의 둘레 엣지를 따라서 표적(114)에 전기적으로 커플링된 공급원 분배 플레이트(158)를 포함할 수 있을 것이다. 표적(114)은, 금속, 금속 산화물, 또는 금속 합금과 같은, 스퍼터링 중에 기판(108)과 같은 기판 상에 증착하고자 하는 공급원 재료(113)를 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 표적(114)이 공급원 재료(113)를 지지하기 위한 백킹 플레이트(162)를 포함할 수 있을 것이다. 공급원 재료(113)가 도 1에 도시된 바와 같이 백킹 플레이트(162)의 기판 지지부 대면 측부 상에 배치될 수 있을 것이다. 백킹 플레이트(162)는, 구리-아연, 구리-크롬, 또는 표적과 동일한 재료와 같은 전도성 재료를 포함할 수 있을 것이고, 그에 따라 RF 및 DC 전력이 백킹 플레이트(162)를 통해서 공급원 재료(113)로 커플링될 수 있다. 대안적으로, 백킹 플레이트(162)가 비-전도성일 수 있을 것이고 전기 피드스루들(feedthroughs) 등과 같은 전도성 요소들(미도시)을 포함할 수 있을 것이다.
전도성 부재(164)가 공급원 분배 플레이트와 표적(114)의 후방 측부 사이에 배치되어, RF 에너지를 공급원 분배 플레이트로부터 표적(114)의 둘레 엣지로 전파시킬 수 있을 것이다. 전도성 부재(164)가, 공급원 분배 플레이트(158)의 둘레 엣지에 근접한 공급원 분배 플레이트(158)의 표적-대면 표면에 커플링된 제 1 단부(166) 및 표적(114)의 둘레 엣지에 근접한 표적(114)의 공급원 분배 플레이트-대면 표면에 커플링된 제 2 단부(168)를 갖는 원통형일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제 2 단부(168)는 백킹 플레이트(162)의 둘레 엣지에 근접한 백킹 플레이트(162)의 공급원 분배 플레이트 대면 표면에 커플링된다.
표적 조립체(102)가 표적(114)의 후방측부와 공급원 분배 플레이트(158) 사이에 배치된 공동(170)을 포함할 수 있을 것이다. 공동(170)은, 이하에서 설명하는 바와 같이, 마그네트론 조립체(196)를 적어도 부분적으로 수용할 수 있을 것이다. 공동(170)은 전도성 부재(164)의 내측 표면, 공급원 분배 플레이트(158)의 표적 대면 표면, 및 표적(114)(또는 백킹 플레이트(162))의 공급원 분배 플레이트 대면 표면(예를 들어, 후방측부)에 의해서 적어도 부분적으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 공동(170)이 물(H2O) 등과 같은 냉각 유체(192)로 적어도 부분적으로 충진될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 전술한 바와 같이, 공동(170)의 희망 부분(예를 들어, 도시된 바와 같은, 하부 부분) 내에서 냉각 유체(192)를 수용하기 위해서 그리고 냉각 유체(192)가 분할부(194)의 외부에 배치된 구성요소들에 도달하는 것을 방지하기 위해서, 분할부(194)가 제공될 수 있을 것이다.
절연성 갭(180)이 접지 플레이트(156)와, 공급원 분배 플레이트(158), 전도성 부재(164), 및 표적(114)(및/또는 백킹 플레이트(162))의 외측 표면들 사이에 제공된다. 절연성 갭(180)이 공기, 또는 일부 다른 적합한 유전체 재료, 예를 들어, 세라믹, 또는 플라스틱, 등으로 충진될 수 있을 것이다. 접지 플레이트(156)와 공급원 분배 플레이트(158) 사이의 거리는, 접지 플레이트(156)와 공급원 분배 플레이트(158) 사이의 유전체 재료에 의존한다. 유전체 재료가 주로 공기인 경우에, 접지 플레이트(156)와 공급원 분배 플레이트(158) 사이의 거리가 5 mm 내지 40 mm이어야 한다.
접지 조립체(103) 및 표적 조립체(102)가 밀봉 링(181)에 의해서, 그리고 접지 플레이트(156)의 제 1 표면(157)과 표적 조립체(102)의 후방측부, 예를 들어 공급원 분배 플레이트(158)의 비-표적 대면 측부, 사이에 배치된 하나 또는 둘 이상의 절연체들(160)에 의해서 전기적으로 분리될 수 있을 것이다.
표적 조립체(102)는 전극(154)(예를 들어, RF 피드(feed) 구조물)에 연결된 RF 전원(182)을 가진다. RF 전원(182)은, 동작 중에 RF 에너지가 RF 발생기로 다시 반사되는 것을 최소화하기 위해서, 예를 들어, RF 발생기 및 매칭 회로를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, RF 전원(182)에 의해서 공급되는 RF 에너지가 약 13.56 MHz 내지 약 162 MHz 또는 그 초과의 주파수 범위일 수 있을 것이다. 예를 들어, 13.56 MHz, 27.12 MHz, 60 MHz, 또는 162 MHz와 같은 비-제한적인 주파수들이 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 2 에너지 공급원(183)이 표적 조립체(102)에 커플링되어, 프로세싱 중에 표적(114)으로 부가적인 에너지를 제공할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제 2 에너지 공급원(183)은, 예를 들어, 표적 재료의 스퍼터링 레이트(rate)를 향상시키기 위해서(그리고, 그에 따라 기판 상의 증착 레이트를 향상시키기 위해서), DC 에너지를 제공하기 위한 DC 전원일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제 2 에너지 공급원(183)은, 예를 들어, RF 전원(182)에 의해서 제공되는 RF 에너지의 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수에서, RF 에너지를 제공하기 위한, RF 전원(182)과 유사한, 제 2 RF 전원일 수 있을 것이다. 제 2 에너지 공급원(183)이 DC 전원인 실시예들에서, 제 2 에너지 공급원은, 전극(154) 또는 일부 다른 전도성 부재(예를 들어, 이하에서 설명되는, 공급원 분배 플레이트(158))와 같이, 표적(114)으로 DC 에너지를 전기적으로 커플링시키기에 적합한 임의 위치에서 표적 조립체(102)에 커플링될 수 있을 것이다. 제 2 에너지 공급원(183)이 제 2 RF 전원인 실시예들에서, 제 2 에너지 공급원이 전극(154)을 통해서 표적 조립체(102)에 커플링될 수 있을 것이다.
전극(154)이 원통형 또는 다른 막대-유사형일 수 있을 것이고 PVD 챔버(100)의 중앙 축(186)과 정렬될 수 있을 것이다(예를 들어, 전극(154)이, 중앙 축(186)과 일치하는 표적의 중앙 축과 일치하는 지점에서 표적 조립체에 커플링될 수 있을 것이다). PVD 챔버(100)의 중앙 축(186)과 정렬된 전극(154)은 RF 에너지를 RF 전원(182)으로부터 표적(114)으로 비대칭적인 방식으로 인가하는 것을 돕는다(예를 들어, 전극(154)이 PVD 챔버의 중앙 축과 정렬된 "단일 지점"에서 표적으로 RF 에너지를 커플링시킬 수 있을 것이다). 전극(154)의 중앙 위치는, 기판 증착 프로세스들에서의 증착 비대칭성을 배제 또는 감소하는데 도움이 된다. 전극(154)이 임의의 적합한 직경을 가질 수 있을 것이나, 전극(154)의 직경이 작아질수록, RF 에너지 인가가 진정한 단일 지점에 더 가까이 근접한다. 예를 들어, 비록 다른 직경들이 이용될 수 있지만, 일부 실시예들에서, 전극(154)의 직경이 약 0.5 내지 약 2 인치일 수 있을 것이다. 일반적으로, 전극(154)은 PVD 챔버의 구성에 의존하여 임의의 적합한 길이를 가질 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 전극이 약 0.5 내지 약 12 인치의 길이를 가질 수 있을 것이다. 전극(154)이, 알루미늄, 구리, 또는 은, 등과 같은 임의의 적합한 전도성 재료로 제조될 수 있을 것이다.
전극(154)이 접지 플레이트(156)를 통과할 수 있을 것이고, 공급원 분배 플레이트(158)와 커플링된다. 접지 플레이트(156)가, 알루미늄, 또는 구리, 등과 같은 임의의 적합한 전도성 재료를 포함할 수 있을 것이다. 하나 또는 둘 이상의 절연체들(160) 사이의 개방 공간들은, 공급원 분배 플레이트(158)의 표면을 따른 RF 파동 전파를 허용한다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 둘 이상의 절연체들(160)이 PVD 챔버(100)의 중앙 축(186)에 대해서 대칭적으로 배치될 수 있을 것이다. 그러한 배치는, 공급원 분배 플레이트(158)의 표면을 따른 그리고, 최종적으로, 공급원 분배 플레이트(158)에 커플링된 표적(114)으로의, 대칭적인 RF 파동 전파를 도울 수 있을 것이다. 적어도 부분적으로, 전극(154)의 중앙 위치로 인해서, 통상적인 PVD 챔버들에 대비하여, 보다 대칭적이고 균일한 방식으로 RF 에너지가 제공될 수 있을 것이다.
마그네트론 조립체(196)의 하나 또는 둘 이상의 부분들이 공동(170) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있을 것이다. 마그네트론 조립체는 프로세스 챔버(104) 내의 플라즈마 프로세싱을 보조하기 위해서 표적에 근접한 회전 자기장을 제공한다. 일부 실시예들에서, 마그네트론 조립체(196)가 모터(176), 모터 샤프트(174), 기어박스(178), 기어박스 샤프트(184), 및 회전가능한 자석(예를 들어, 자석 지지 부재(172)에 커플링된 복수의 자석들(188))을 포함할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 마그네트론 조립체(196)가 공동(170) 내에서 회전된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 모터(176), 모터 샤프트(174), 기어박스(178), 기어박스 샤프트(184)가 제공되어 자석 지지 부재(172)를 회전시킬 수 있을 것이다. 마그네트론들을 갖는 통상적인 PVD 챔버들에서, 마그네트론 구동 샤프트가 챔버의 중앙 축을 따라서 전형적으로 배치되어, 챔버의 중앙 축과 정렬된 위치에서의 RF 에너지의 커플링을 방지한다. 대조적으로, 본원 발명의 실시예들에서, 전극(154)이 PVD 챔버의 중앙 축(186)과 정렬된다. 그에 따라, 일부 실시예들에서, 마그네트론의 모터 샤프트(174)가 접지 플레이트(156) 내의 중심-이탈(off-center) 개구부를 통해서 배치될 수 있을 것이다. 접지 플레이트(156)로부터 돌출하는 모터 샤프트(174)의 단부가 모터(176)에 커플링된다. 모터 샤프트(174)는 공급원 분배 플레이트(158)를 통한 상응하는 중심-이탈 개구부(예를 들어, 제 1 개구부(146))를 통해서 추가적으로 배치되고 기어 박스(178)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 둘 이상의 제 2 개구부들(198)이, 공급원 분배 플레이트(158)를 따른 축대칭적인(axsymmetric) RF 분포를 바람직하게 유지하기 위해서 제 1 개구부(146)에 대해서 대칭적인 관계로 공급원 분배 플레이트(158)를 통해서 배치될 수 있을 것이다. 하나 또는 둘 이상의 개구부들(198)이 또한 광학적 센서들 등과 같은 물품들이 공동(170)으로 접근할 수 있게 하기 위해서 이용될 수 있을 것이다.
기어 박스(178)가, 공급원 분배 플레이트(158)의 하단부 표면에 커플링되는 것에 의한 것과 같이, 임의의 적합한 수단에 의해서 지지될 수 있을 것이다. 유전체 재료로 적어도 기어 박스(178)의 상부 표면을 제조하는 것에 의해서, 또는 기어 박스(178)와 공급원 분배 플레이트(158) 사이에 절연 층(190)을 배치하는 것에 의해서, 또는 기타 등등에 의해서, 기어 박스(178)가 공급원 분배 플레이트(158)로부터 절연될 수 있을 것이다. 기어 박스(178)가 기어 박스 샤프트(184)를 통해서 자석 지지 부재(172)에 추가적으로 커플링되어, 모터(176)에 의해서 제공되는 회전 운동을 자석 지지 부재(172)로 (그리고, 그에 따라, 복수의 자석들(188)로) 전달한다.
자석 지지 부재(172)가, 복수의 자석들(188)을 견고하게 지지하기 위한 충분한 기계적 강도를 제공하기에 적합한 임의 재료로 구성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 자석 지지 부재(172)가 비-자성 스테인리스 스틸과 같은 비-자성 금속으로 구성될 수 있을 것이다. 자석 지지 부재(172)는, 복수의 자석들(188)이 희망 위치에서 커플링될 수 있게 허용하기에 적합한 임의 형상을 가질 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 자석 지지 부재(172)가 플레이트, 디스크, 또는 교차 부재, 등을 포함할 수 있을 것이다. 복수의 자석들(188)이, 희망 형상 및 강도를 갖는 자기장을 제공하기 위한 임의 방식으로 구성될 수 있을 것이다.
대안적으로, 자석 지지 부재(172)는, 예를 들어, 공동(170) 내에 냉각 유체(192)가 존재하는 경우에 그러한 냉각 유체로 인한, 자석 지지 부재(172) 및 부착된 복수의 자석들(188)에서 유발되는 항력(drag)을 극복하기에 충분한 토크를 갖는 임의의 다른 수단에 의해서 회전될 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들(미도시)에서, 마그네트론 조립체(196)가 모터(196), 및 공동(170) 내에 배치되고 자석 지지 부재(172)에 직접적으로 연결된 모터 샤프트(174)(예를 들어, 팬케이크(pancake) 모터)를 이용하여 공동(170) 내에서 회전될 수 있을 것이다. 모터(176)는 공동(170) 내에, 또는 분할부(194)가 존재할 때 공동(170)의 상부 부분 내에 피팅되기에 충분한 크기를 가져야 할 것이다. 모터(176)가 전기 모터, 공압식 또는 수압식 구동부, 또는 요구되는 토크를 제공할 수 있는 임의의 다른 프로세스-양립성 메커니즘일 수 있을 것이다.
전술한 내용이 본원 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고도 안출될 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 프로세스 키트로서:
    제 1 부피를 둘러싸도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 측벽들을 갖는 차폐부로서, 상기 제 1 부피는 프로세스 챔버의 내측 부피 내에 배치되는, 차폐부; 및
    제 1 링이 상기 차폐부 상에 놓이는 제 1 위치와 제 1 링의 외측 표면과 하나 또는 둘 이상의 측벽들의 내측 표면 사이에 갭이 형성되는 제 2 위치 사이에서 이동가능한 제 1 링으로서, 상기 갭의 폭은 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 및 약 140 mTorr 또는 그 미만의 압력에서 형성된 플라즈마에 대해서 약 2개의 플라즈마 시스(sheath) 폭들 미만인, 제 1 링을 포함하는, 프로세스 키트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 형성하기 위해서 이용된 압력은 약 60 내지 약 140 mTorr 범위인, 프로세스 키트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭의 폭은 약 6 mm 미만인, 프로세스 키트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭은 약 4:1의 길이 대 폭의 비율을 갖는, 프로세스 키트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차폐부는:
    상기 차폐부의 하단부에 그리고 상기 하나 또는 둘 이상의 측벽들의 내측 표면 주위에 배치된 트렌치를 더 포함하는, 프로세스 키트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 링은:
    상기 트렌치의 하단부 표면을 향해서 연장하는 제 1 돌출부를 더 포함하고,
    상기 제 1 돌출부는 상기 차폐부의 트렌치 내에 배치되어 상기 갭을 형성하는, 프로세스 키트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 링은:
    상기 제 1 링의 하부 표면으로부터 연장하는 제 2 돌출부를 포함하고,
    상기 제 2 돌출부는, 상기 제 1 링이 상기 제 2 위치에 있을 때, 상기 제 1 링을 상기 차폐부에 대해서 정렬하기 위해서 기판 지지부와 상호작용하도록 구성되는, 프로세스 키트.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 링이 상기 제 2 위치에 있을 때, 상기 제 1 돌출부의 내측 표면과 상기 트렌치의 내측 표면 사이에 형성되는 제 2 갭을 더 포함하고,
    상기 갭의 폭은 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 또는 약 60 내지 약 140 mTorr 범위의 압력 중 적어도 하나에서 형성된 플라즈마에 대해서 약 2개의 플라즈마 시스 폭들 미만인, 프로세스 키트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 갭은 약 4:1의 길이 대 폭의 비율을 갖는, 프로세스 키트.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 링이 상기 제 2 위치에 있을 때, 상기 제 1 돌출부의 하단부 표면과 상기 트렌치의 하단부 표면 사이에 형성되는 제 3 갭을 더 포함하고,
    상기 갭의 폭은 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 또는 약 60 내지 약 140 mTorr 범위의 압력 중 적어도 하나에서 형성된 플라즈마에 대해서 약 2개의 플라즈마 시스 폭들 미만인, 프로세스 키트.
  11. 기판 프로세싱 시스템으로서:
    내측 부피를 갖는 프로세스 챔버;
    상기 내측 부피 내에 배치되고, 그리고 상기 내측 부피 내의 제 1 부피를 둘러싸도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 측벽들을 갖는 차폐부;
    상기 내측 부피 내에 배치된 기판 지지부; 및
    제 1 링이 상기 차폐부 상에 놓이는 제 1 위치와 제 1 링이 상기 기판 지지부의 정상부에 놓이고 제 1 링의 외측 표면과 하나 또는 둘 이상의 측벽들의 내측 표면 사이에 갭이 형성되는 제 2 위치 사이에서 이동가능한 제 1 링으로서, 상기 갭의 폭은 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 및 약 140 mTorr 또는 그 미만의 압력에서 형성된 플라즈마에 대해서 약 2개의 플라즈마 시스 폭들 미만인, 제 1 링을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 차폐부는:
    상기 차폐부의 하단부에 그리고 상기 하나 또는 둘 이상의 측벽들의 내측 표면 주위에 배치된 트렌치를 더 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 링은:
    상기 트렌치의 하단부 표면을 향해서 연장하는 제 1 돌출부를 더 포함하고,
    상기 제 1 링이 상기 제 2 위치에 있을 때, 상기 제 1 돌출부는 상기 차폐부의 트렌치 내에 배치되어 상기 갭을 형성하는, 기판 프로세싱 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 링은:
    상기 제 1 링의 하부 표면으로부터 연장하는 제 2 돌출부를 포함하고,
    상기 제 2 돌출부는, 상기 제 1 링이 상기 제 2 위치에 있을 때, 상기 제 1 링을 상기 차폐부에 대해서 정렬하기 위해서 기판 지지부와 상호작용하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 링이 제 2 위치에 있을 때, 상기 제 1 돌출부의 내측 표면과 상기 트렌치의 내측 표면 사이에 형성되는 제 2 갭을 더 포함하고,
    상기 갭의 폭은 약 40 MHz 또는 그 초과의 주파수 또는 약 60 내지 약 140 mTorr 범위의 압력 중 적어도 하나에서 형성된 플라즈마에 대해서 약 2개의 플라즈마 시스 폭들 미만인, 기판 프로세싱 시스템.
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