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KR19980032631A - 스퍼터링을 위한 플라즈마 발생용 액티브 시일드 - Google Patents

스퍼터링을 위한 플라즈마 발생용 액티브 시일드 Download PDF

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KR19980032631A
KR19980032631A KR1019970051488A KR19970051488A KR19980032631A KR 19980032631 A KR19980032631 A KR 19980032631A KR 1019970051488 A KR1019970051488 A KR 1019970051488A KR 19970051488 A KR19970051488 A KR 19970051488A KR 19980032631 A KR19980032631 A KR 19980032631A
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KR
South Korea
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shield wall
conductive shield
plasma
coil
channel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1019970051488A
Other languages
English (en)
Inventor
서지오 에델스테인
마니 서브라마니
Original Assignee
조셉제이.스위니
어플라이드머티어리얼스,인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 조셉제이.스위니, 어플라이드머티어리얼스,인코포레이티드 filed Critical 조셉제이.스위니
Publication of KR19980032631A publication Critical patent/KR19980032631A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

반도체 제조 시스템의 플라즈마 챔버를 위한 조합형 코일 및 시일드가 제공된다. 상기 코일 시일드는 플라즈마내로 충분히 에너지를 커플링하는 다수의 권선을 가지고, 또한 증착 재료가 제 1 시일드 뒤에 배치된 제 2 시일드에 도달하는 것을 차단한다.

Description

스퍼터링을 위한 플라즈마 발생용 액티브 시일드
본 발명은 플라즈마 발생기에 관한 것으로서, 특히 반도체 소자의 제조에서 재료층을 스퍼터링하기 위해 플라즈마를 발생하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
저압 무선 주파수(RF) 발생된 플라즈마는 표면 처리, 증착, 및 에칭 처리를 포함하는 다양한 반도체 소자 제조 방법에 사용될 수 있는 에너지 이온과 활성 원자의 편리한 소스가 되었다. 예를 들면, 스퍼터 증착 방법을 사용하여 반도체 웨이퍼 상에 재료를 증착하기 위하여, 플라즈마는 음적으로 바이어싱되는 스퍼터 타겟 재료의 근처에 발생된다. 이온은 타겟으로부터 스퍼터 재료를 이동시키기 위해 타겟의 표면에 충격을 주어 타겟 근처에 형성된다. 다음에 스퍼터링된 재료는 반도체 웨이퍼의 표면으로 이송되어 증착된다.
스퍼터링된 재료는 기판의 표면에 비스듬한 각도로 타겟으로부터 증착될 기판까지의 직선 경로로 이동하려는 경향을 가진다. 결과로서, 재료는 높은 길이 대 폭 종횡비를 갖는 트렌치 또는 홀을 가지는 반도체 소자의 에칭된 트랜치와 홀내에 증착된다. 공동을 방지하기 위하여, 스퍼터링된 재료는 스퍼터링된 재료가 플라즈마에 의해 충분히 이온화된다면 기판에 인접한 수직 지향된 전계를 위치시키기 위하여 기판을 음적으로 대전시킴으로써 타겟과 기판 사이의 수직 경로로 다시 진행될 수 있다. 그러나, 저밀도 플라즈마로 스퍼터링된 재료는 종종 초과 수의 공동의 형성을 방지하는데 통상 불충분한 1% 미만의 이온화 정도를 가진다. 따라서, 증착층내의 원치않는 공동의 형성을 감소시키기 위하여 스퍼터링된 재료의 이온화 속도를 증가시키기 위하여 플라즈마의 밀도를 증가시키는 것이 바람직하다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 상기 용어 고밀도 플라즈마는 높은 전자 및 이온 밀도를 가지는 것으로 참조하려 한다.
정전 커플링, 유도 커플링 및 전파 가열을 포함하는 RF계로 플라즈마를 여기하기 위한 수개의 공지된 기술들이 있다. 표준 유도 커플링된 플라즈마(ICP : inductively coupled plasma) 발생기에서, 플라즈마를 둘러싸는 코일을 통과하는 RF 전류는 플라즈마내의 전자기 전류를 유도한다. 이런 전류는 플라즈마가 안정된 상태로 유지되도록 오믹 가열에 의해 전도 플라즈마를 가열한다. 미국 특허 번호 제4,362,632호에 도시된 바와 같이, 코일을 통과하는 전류는 임피던스 정합 네트워크를 통해 코일에 커플링된 RF 발생기에 의해 공급되어 상기 코일은 트랜스포머의 1차 권선으로서 기능한다. 플라즈마는 트랜스포머의 단일 회전 2차 권선으로서 기능한다.
물리 기상 증착 챔버와 같은 증착 챔버에서, 챔버 벽은 종종 스텐레스강과 같은 도전 금속으로 형성된다. 챔버 벽의 도전성 때문에, 도전 챔버 벽이 안테나로부터의 전자기 에너지 방사를 차단 또는 감쇠시키기 때문에 종종 챔버 자체내에 안테나 코일 또는 전극을 배치하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 코일과 그것의 스퍼터링 구조물은 증착 플럭스와 에너지 플라즈마 미립자에 직접 노출된다. 이것은 웨이퍼상에 증착된 막의 오염의 잠재적 소스이며, 바람직하지 못하다.
코일을 보호하기 위하여, 세라믹과 같은 비도전 재료로 제조된 시일드가 코일의 전방에 배치될 수 있다. 그러나. 많은 증착 방법은 제조되는 전자 소자상의 알루미늄과 같은 도전 재료의 증착을 포함한다. 도전 재료가 세라믹 시일드를 코팅할 것이기 때문에, 곧 도전되게 되어 다시 실질적으로 플라즈마내로의 전자기 방사선의 관통을 감쇠시킨다.
본 발명의 목적은 챔버내에 플라즈마를 발생하고 이미 언급된 단점을 극복하는 실제 목적을 위하여 챔버내에 플라즈마를 발생하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 발생 챔버의 투시적 부분 단면도.
도 2는 도 1의 플라즈마 발생 챔버에 대한 전기적 상호접속의 개략도.
도 3은 도 1의 플라즈마 발생 챔버가 진공 챔버내에 설치되는 것을 도시하는 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 챔버의 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
104, 106 : 시일드 110 : 타겟
112 : 기판 122 : 채널
124 : 스탠드오프 130 : 암공간 시일드 링
상기 목적은 본 발명의 한 특징에 따른 다중 회전 코일을 형성하는 도전 시일드를 포함하는 플라즈마 발생 장치에 의해 달성된다. 상기 도전 코일 시일드는 상기 코일 시일드가 플라즈마에 전자기 에너지를 유도적으로 커플링하도록 RF 소스에 커플링된다. 이런 배열은 RF 전력의 감쇠를 방지하고 동시에 코일 시일드로부터 오염 미립자의 발생을 감소시키는 것으로 믿어진다. 더욱이, 코일 시일드가 다수의 회전을 가지기 때문에, RF 전력을 방사하는데 요구된 전류는 단일 회전 코일의 요구된 그것과 비교할 때 감소된다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 발생기는 진공 챔버(102)(도 2에 개략적으로 도시됨)내에 수용되는 실린더형 증착 시스템(100)을 포함한다. 이런 실시예의 상기 증착 시스템(100)은 다중 회전 코일로 형성되고 외부 시일드(106)에 의해 내부로 절연적으로 지탱되는 내부 시일드(104)를 가진다. 상기 시일드(104와 106)는 상기 증착 시스템(100)의 내부에 증착되어지는 재료로부터 상기 진공 챔버(102)의 내부 벽(107)(도 3)을 보호한다.
RF 발생기(108)로부터 무선 주파수(RF) 에너지는 상기 증착 시스템(100)내의 플라즈마를 에너지화하는 상기 코일 시일드(104)로부터 상기 플라즈마 시스템(100)의 내부로 방사된다. 상기 이온 플럭스는 상기 진공 챔버(102)의 상부에 배치된 음적으로 바이어싱된 타겟(110)을 때린다. 상기 타겟(110)은 DC 전력 소스(111)에 의해 음적으로 바이어싱된다. 상기 이온은 상기 증착 시스템(100)의 하부에서 페데스탈(114)에 의해 지지되는 웨이퍼 또는 다른 제품이 될 수 있는 기판(112)상에 상기 타겟(110)으로부터 재료를 배출시킨다. 상기 타겟(110) 위에 제공되는 회전 자기 자석 어셈블리(116)는 타겟의 균일한 부식을 증진하도록 상기 타겟(110)의 표면에 걸쳐 스위핑하는 자계를 형성한다.
상기 타겟(110)으로부터 배출된 재료의 원자는 플라즈마에 유도적으로 커플링되는 상기 코일 시일드(104)에 의해 에너지화되어지는 플라즈마에 의해 차례로 이온화된다. 상기 RF 발생기(108)는 바람직하게 증폭기와 임피던스 정합 네트워크(118)를 통하여 상기 코일 시일드(104)에 커플링된다. 상기 코일 시일드(104)의 다른 단부는 바람직하게 가변 캐패시터가 될 수 있는 캐패시터(120)를 통해 접지에 커플링된다. 상기 이온화된 증착 재료는 상기 기판(112)으로 유인되어 그 위에 증착층을 형성한다. 상기 페데스탈(114)은 외부적으로 상기 기판(112)을 바이어싱하도록 AC(또는 DC 또는 RF)에 의해 음적으로 바이어싱된다. 1996년 7월 9일에 제출되고, 전면 고밀도 플라즈마 증착을 제공하기 위한 방법으로 명명된 계류중인 특허 제08/677,588호에 더욱 상세히 설명된 바와 같이, 상기 기판(112)의 외부 바이어싱은 임의로 제거될 수 있다.
1995년 11월 15일에 제출되고, 플라즈마 발생을 위한 방법 및 장치로 명명된 이미 언급된 계류중인 출원 번호 제08/559,345호에 개시된 코일 시일드와 같이 상기 코일 시일드(104)는 증착되어지는 재료로부터 진공 챔버 벽(107)을 보호한다. 그러나, 이미 언급된 출원에 개시된 바와 같이, 본 발명의 한 특징에 따른 상기 코일 시일드(104)는 상기 코일 시일드(104)가 다중 회전 코일로서 기능하도록 허용하는 나선 모양 디자인을 가진다. 결과적으로, 플라즈마내로 RF 에너지를 커플링하는데 필요한 전류의 양은 단일 회전 코일에 의해 요구되는 그것과 비교할 때 감소된다. 챔버 부품의 요구 야기하는 전류를 감소시킴으로써, 상기 디자인은 간략화될 수 있고 비용이 감소된다.
예시된 실시예에서, 상기 코일 시일드(104)는 바람직하게 10-12 인치의 직경을 가지는 일반적으로 실리더형 모양으로 형성된 아주 튼튼한 비즈-블라스트(bead-blasted) 고체 고순수(바람직하게 99.995% 순수한) 티타늄과 같은 도전 재료로 제조된다. 그러나, 다른 높은 도전 재료가 스퍼터링되는 재료와 다른 인자에 의존하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 스퍼터링될 재료가 알루미늄이라면, 상기 타겟과 코일 시일드(104)는 고순수 알루미늄으로 제조될 수 있다.
상기 코일 시일드(104)가 다중 회전 코일로서 기능할 수 있도록, 상기 시일드(104)의 벽을 완전히 컷팅하는 얇은 채널(122)(바람직하게 1/4 내지 1/8인치 폭)이 상기 얻어지는 코일 시일드(104)가 나선으로 될 도전 재료의 연속 스트립을 포함하도록 나선 모양으로 형성된다. 상기 코일 시일드(104)의 각각의 회전 또는 권선(123)은 연속 체널(122)에 의해 제공된 갭(125)(도 3) 만큼 인접한 회전으로부터 분리된다. 예시된 실시예의 상기 코일 시일드(104)의 전체 모양은 일반적으로 실리더형이지만 다른 모양이 응용에 의존하여 사용될 수 있다.
예시된 실시예에서, 상기 채널(122)은 레이저의 사용에 의해 상기 시일드(104)를 컷팅한다. 선택적으로 금속을 컷팅하기 위해 뜨거운 얇은 와이어를 사용하는 EDM과 같은 다른 컷팅 방법이 사용될 수 있다. 상기 채널(122)을 위해 나선 모양이 레이저 컷팅 방법을 단순화하는데 바람직하더라도, 상기 채널(122)은 채널(122a)에 의해 표시된 바와 같은 직선 모양을 포함하는 다른 모양으로 컷팅될 수 있다는 것이 예기된다. 상기 채널(122a)은 로타리 블래이드와 다른 컷팅 수행에 의한 컷팅을 용이하도록 세그먼트(400과 402)에 평행한 직선을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 코일 시일드는 일반적으로 실린더, 다중 회전 모양으로 둥글게 말리는 평면 스트립으로 형성될 수 있다.
상기 채널(122)은 대략 3개 권선 또는 코일의 회전을 한정하도록 예시된 실시예에서 대략 3번 상기 실린더 모양 코일 시일드(104)를 둘러싼다. 특별한 수의 권선이 특별한 응용에 의존하여 변경될 수 있다고 예기될 것이다. 권선수의 증가는 일반적으로 플라즈마에 소정 양의 전력을 커플링하기 위해 필요한 전류 레벨을 감소시킬 것이지만 코일 시일드를 제조하는 비용은 시일드내의 부가적 권선을 컷팅함으로써 증가될 수 있다.
상기 코일 시일드(104)는 지지용 시일드(108)로부터 코일 시일드(104)를 전기적으로 절연하는 다수의 코일 시일드 스탠드오프(124)(도 3)에 의해 외부 시일드(106)상에 적재된다. 상기 코일 스탠드오프에 관련하여, 1996년 5월 9일에 제출되고, 플라즈마 발생용 리세스 코일로 명명된 계류중인 출원 번호 제08/647,182호에 상세히 언급된 바와 같이, 절연용 코일 시일드 스탠드오프(124)는 내부 코일 시일드(104)로부터 상기 시일드(106)(전형적으로 접지에 있는)에 상기 코일 시일드(104)를 단락시킬 수 있는 외부 시일드(108)까지의 증착된 재료의 완전한 도전 경로의 형성을 방지하는 동안 코일 시일드 스탠드오프(124)상의 타겟(110)으로부터 도전 재료의 반복된 증착을 허용하는 내부 미로 구조를 가진다.
RF 전력은 절연 피드스루 스탠드오프(128)에 의해 지지되는 피드스루(126)에 의해 상기 코일 시일드(104)에 인가된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 피드스루(126)는 바람직하게 상기 코일 시일드(104)의 단부(127)에 배치된다. 상기 코일 시일드 스탠드오프(124)와 같은 피드스루 스탠드오프(128)는 상기 시일드(106)에 상기 코일 시일드(104)를 단락시킬 수 있는 도전 경로의 형성없이 피드스루 스탠드오프(128) 상의 타겟으로부터 도전 재료의 반복된 증착을 허용한다. 그러므로, 상기 코일 시일드 피드스루 스탠드오프(124)는 상기 코일 시일드(104)와 상기 외부 시일드(106)의 벽(140) 사이의 단락의 형성을 방지하도록 상기 코일 시일드 스탠드오프(124)와 다소 유사한 내부 미로 구조를 가진다.
예시된 실시예의 다른 장점은 상기 내부 코일 시일드(104)가 증착되는 재료로부터 상기 외부 시일드(106)를 보호한다는 것이다. 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 상기 내부 코일 시일드(104)는 재료가 상기 내부 코일 시일드(106)의 인접한 회전 사이의 채널(122)을 통과한다는 것만 제외하고 상기 재료가 외부 시일드(106)에 도달하지 못하게 차단하도록 배치된다. 상기 채널(122)의 폭이 갭(125)에 의해 표시된 바와 같이 상대적으로 작기 때문에, 상기 채널은 바람직하게 상기 코일 시일드(104)의 전체 내부 표면적의 10% 미만을 차지한다. 그러므로, 상기 코일 시일드는 상기 타겟(110)과 기판(112)과 클램프(154) 사이의 플라즈마 발생 영역의 측면의 50%이상(바람직하게 90%이상)을 밀봉한다. 결론적으로, 단지 상대적으로 작은 양의 증착 재료가 외부 시일드(106)에 도달한다. 그러므로, 상기 내부와 외부 시일드 사이의 스탠드오프(124, 128) 사이에 증착되는 도전 증착 재료는 실질적으로 감소될 수 있다. 상기 스탠드오프상에 소량의 재료가 증착되기 때문에, 상기 스탠드오프의 디자인은 실질적으로 도 3에 도시된 상대적으로 복잡한 미로 디자인이상으로 단순화될 수 있을 것이라고 기대된다. 예를 들면, 상기 미로 구조는 더 작은 수의 채널을 가질 수 있다.
도 4는 스탠드오프가 추가로 간략화되어있는 다른 디자인을 도시한다. 여기에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 상기 코일 지지용 스탠드오프(124)는 세라믹과 같은 절연 재료로 이루어진 간단한 기둥이다. 상기 피드스루 스탠드오프(128a)(점선으로 표시된)는 유사하게 RF 피드스루가 통과하는 속이 빈 세라믹 기둥을 포함한다. 일부 응용엣, 상기 내부 코일 시일드(104a)의 채널(122a)을 통과하는 도전 증착 재료의 양은 상기 내부 코일 시일드(104)를 외부 시일드(106)에 단락시킬 수 있는 실질적으로 스탠드오프(124a 또는 128a)상에 증착되는 도전 경로의 기회를 제거시킬 만큼 감소될 수 있다.
지지 및 피드스루 스탠드오프에 도달하는 증착 재료의 양의 감소에 부가적으로, 상기 내부 코일 시일드(104)는 거꾸로 스탠드오프로부터 배출된 미립자 증착 물질이 기판(112)에 도달하는 것을 감소 또는 제거한다. 이들의 상대적인 경사 곡선 때문에, 상기 스탠드오프는 시일드(104와 106)와 같은 상대적으로 평탄한 표면보다 미립자 물질을 본래 더욱 많이 배출한다고 믿어진다. 그러나, 상기 스탠드오프가 내부 코일 시일드(104)와 외부 시일드(106) 사이에 배치되고, 상기 코일 시일드(104)의 채널(122)의 폭이 작기 때문에, 상기 코일 시일드(104)는 스탠드오프로부터의 임의 미립자 물질이 플라즈마 챔버의 내부와 기판에 도달하는 것을 실질적으로 차단한다고 믿어진다.
도 1과 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 챔버(100)는 음적으로 바이어싱되는 상기 타겟(110)에 대하여 접지면을 제공하는 암공간 시일드 링(130)을 가진다. 부가적으로, 이미 언급된 계류중인 특허 제08/647,182에 더욱 상세히 설명된 바와 같이 상기 시일드 링(130)은 타겟 외부 에지의 스퍼터링을 감소하도록 플라즈마로부터 상기 타겟의 외부 에지를 시일딩한다. 상기 암공간 시일드(130)는 타겟(110)으로부터 스퍼터링되는 재료로부터 상기 코일 시일드(104)를 시일딩하도록 배치된다는 또다른 기능을 수행한다. 일부의 스퍼터링된 재료가 플라즈마 챔버(100)의 수직축에 대해 비스듬한 각도로 이동하기 때문에 상기 암공간 시일드(130)는 스퍼터링되는 모든 재료로부터 완전히 상기 코일 시일드(104)를 시일딩하지 않는다. 그러나, 많은 양의 스퍼터링된 재료가 챔버의 수직 축 또는 수직축에 관련하여 상대적으로 작은 기울기 각도로 이동하기 때문에, 코일 시일드(104)상에 중첩하는 형태로 배치되는 암공간 시일드(130)는 실질적 양의 스퍼터링된 재료가 코일 시일드(104)상에 증착되지 못하도록 한다. 코일 시일드(104)상에 마찬가지로 증착될 수 있는 재료의 양을 감소시킴으로써, 코일 시일드(104)상에 증착되어지는 재료에 의한 미립자 발생은 실질적으로 감소될 수 있다.
예시된 실시예에서, 상기 암공간 시일드(130)는 일반적으로 반전된 절두 원추형 모양을 가지는 일반적으로 티타늄의 연속적 링(여기에서 티타늄 증착은 챔버(100)에서 발생한다) 또는 스테인레스강이다. 상기 암공간 시일드는 1/4인치의 거리만큼 상기 코일 시일드(104)를 시일딩하도록 플라즈마 챔버(100)의 중앙을 향해 내부로 연장한다. 물론, 중첩의 정도는 상기 코일 시일드(104)의 관련 크기와 배치 및 다른 인자에 의존하여 변경될 수 있다. 에를 들면, 상기 중첩은 상기 스퍼터링된 재료로부터 상기 코일 시일드(104)의 시일딩을 증가시켜 증가될 수 있지만, 중첩의 증가는 일부의 응용에 바람직하지 않을 수 있는 플라즈마로부터 상기 타겟(110)을 추가로 시일딩할 수 있다. 또한, 상기 암공간 시일드 링은 중첩하는 코일 시일드(104)에 의한 링으로 유도되는 와상 전류를 감소하도록 슬롯을 가질 수 있다.
상기 챔버 시일드(106)는 일반적으로 사발 모양이고(도 3), 상기 스탠드오프(124와 128)가 상기 코일 시일드(104)를 절연적으로 지지하기 위해 부착되는 일반적으로 실린더 모양의 수직 지향 벽(140)을 포함한다. 상기 시일드는 예시적 실시예에서 8 직경을 가지는 제품(112)을 지지하는 척 또는 페데스탈(114)을 둘러싸는 일반적으로 환형 모양 바닥 벽(142)을 추가로 가진다. 클램핑 링(154)은 상기 척(114)에 대해 웨이퍼를 크램핑하고 상기 시일드(106)의 바닥 벽과 상기 척(114) 사이의 갭을 커버하는데 사용될 수 있다.
상기 플라즈마 챔버(100)은 상기 진공 챔버를 구속하는 어댑터 링 어셈블리(152)에 의해 지지된다. 상기 챔버 시일드(106)는 상기 어댑터 링 어셈블리(152)를 통해 시스템 접지에 접지된다. 상기 암공간 시일드(130)는 상기 챔버 시일드(106)처럼 상기 어댑터 링 어셈블리(152)를 통해 접지된다.
상기 타겟(110)은 일반적으로 디스크 모양이고, 또한 상기 어댑터 링 어셈블리(152)에 의해 지지된다. 그러나, 상기 타겟(110)은 음적으로 바이어싱되어 접지되는 상기 어댑터 링 어셈블리(152)로부터 절연되어야 한다. 따라서, 상기 타겟(110)의 하부에 형성된 원형 채널(176)에 안착된 것은 상기 어댑터 링 어셈블리(152)의 상부내의 대응하는 채널(174)에 안착되는 세라믹 절연 링 어셈블리(172)이다. 세라믹을 포함하는 다양한 절연 재료로 제조될 수 있는 상기 절연 링 어셈블리(172)는 상기 타겟(110)이 적당히 음적으로 바이어싱되도록 상기 어댑터 링 어셈블리(152)로부터 상기 타겟(110)을 일정 간격 유지한다. 상기 타겟, 어댑터 및 세라믹 링 어셈블리는상기 진공 챔버로부터 상기 타겟(110)까지 진공 밀폐 어셈블리를 제공하기 위해 O-링 시일링 표면(도시안됨)으로 제공된다.
상기 타겟(110)의 균일한 부식을 증진하기 위하여, 자석(116)(도 2)이 상기 타겟(110)상에 제공될 수 있다. 그러나, 상기 자석은 상기 플라즈마의 RF 이온화를 증가시킴으로써 제거될 수 있다.
플라즈마 이온화를 용이하게 하도록 상기 코일 시일드(104)를 수용하기 위하여, 상기 제품(112)의 표면으로부터 상기 타겟(110)을 일정 간격 배치하는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 타겟과 제품 사이의 이런 증가된 간격은 타겟으로부터 증착되어지는 재료의 균일성에 악영향을 끼칠 수 있다. 불균일성은 전형적으로 제품의 에지를 향하는 증착된 재료의 얻어진 얇음과 제품의 중앙을 향하는 증착된 재료의 두꺼움으로서 자체를 표시한다. 1996년 7월 10일에 제출된 계류중인 특허 제08/680,335호에 설명된 바와 같이, 이런 불균일성은 제품상의 스퍼터 타겟(110)과 제품의 에지를 둘러싸는 코일 또는 다른 2차 타겟으로부터 스퍼터링 증착 재료에 의해 효과적으로 보상된다. 여기에서, 제품의 에지가 제품의 중앙보다는 코일 시일드(104)에 더 가깝기 때문에, 상기 코일 시일드(104)로부터 스퍼터링된 어떤 재료는 중앙 보다 제품의 에지를 향해 더욱 두껍게 증착되려고 할 수 있다. 이것은 일반적으로 타겟(110)으로부터의 재료 증착 패턴의 반전이다. 타겟에 인가된 바이어스의 DC 전력 레벨에 대한 코일 시일드(104)에인가된 RF 전력 레벨의 비율을 적당히 조절함으로써, 상기 코일 시일드(104)로부터 스퍼터링되는 재료의 증착 레벨은 둘다의 소스로부터의 스퍼터링된 층의 전체 증착 프로파일이 종종 오버헤드 타겟만으로 얻어지는 것보다 실질적으로 더욱 균일하게 될 수 있도록 타겟으로부터 재료의 증착 프로파일의 불균일성을 실질적으로 보상하도록하는 방식으로 선택될 수 있다.
타겟(110)으로부터 시작하는 스퍼터링에 비교할 때 코일 시일드(104)로부터 시작될 스퍼터링의 양은 타겟(110)에 인가된 DC 전력에 관련한 코일 시일드(104)에 인가된 RF 전력의 함수가 될 수 있다고 믿어진다. 상기 코일 RF 전력 대 타겟 DC 전력의 비율을 조절함으로써, 코일 시일드(104)와 타겟(110)으로부터 스퍼터링되는 재료의 상대적 앵은 요구된 균일도를 얻도록 변경될 수 있다. 코일 RF 전력 대 타겟 DC 전력의 특별한 비율은 코일과 타겟 둘다로부터 증착된 재료 층의 가장 작은 정도의 불균일도를 얻을 수 있을 것이하고 믿어진다. 코일에 인가된 RF 전력이 타겟에 인가된 DC 전력에 관련하여 증가될 때, 상기 증착된 층은 더욱 에지가 두거워지려는 경향이 있다. 거꾸로, 타겟에 인가된 DC 전력에 관련하여 코일에 대한 RF 전력의 비율을 감소시킴으로써, 상기 증착된 층의 중앙은 에지에 관련하여 점차 더 두껍게 성장하려는 경향이 있다. 그러므로, 타겟을 바이어싱하는 DC 전력에 관련하여 코일에 대한 RF 전력의 비율을 조절함으로써, 코일로부터 스퍼터링되어지는 재료는 타겟과 코일 둘다로부터의 재료를 포함하는 더욱 균일한 증착된 층을 얻기 위하여 타겟으로부터 증착되는 재료의 불균일성을 효과적으로 보상하도록 적당히 증가 또는 감소될 수 있다. 다중 회전 코일 시일드(10)에 대해, 대략 7의 코일 RF 전력 대 타겟 DC 전력비는 8인치 웨이퍼에서 만족할만한 결과를 제공한다.
또한 코일과 타겟 사이의 스퍼터링의 상대적 양은 타겟(110)의 DC 바이어싱에 관련한 코일 시일드(104)의 그것의 함수가 될 수 있다고 믿어진다. 이런 코일 시일드(104)의 DC 바이어싱은 다양한 방법으로 조절될 수 있다. 예를 들면, 정합 네트워크(302)는 전형적으로 인덕터와 캐패시터를 포함한다. 정합 네트워크의 하나 이상의 캐패시터에 대한 캐패시턴스를 변경함으로써, 상기 코일 시일드(104)의 DC 바이어싱은 요구된 레벨의 균일도를 얻도록 조절될 수 있을 것이다. 한 실시예에서, 상기 코일에 대한 RF 전력과 상기 코일 시일드(104)의 DC 바이어싱은 요구된 결과를 얻기 위하여 개별 조절 입력을 가질 수 있다. 다른 전력 구성은 약간 다른 주파수에서 동작되는 2개 RF 발생기를 포함할 수 있다. 상기 하나의 발생기 출력은 일반적 방식으로 코일에 커플링될 것이지만, 약간 다른 주파수의 다른 발생기는 제 2 발생기의 전력 레벨 변화가 코일의 DC 바이어스를 변화하도록 코일에 정전 커플링될 것이다. 이런 배열은 코일에 인가된 RF 전력과 DC 바이어스의 개별적인 제어를 제공할 것이다. 요즈음, 소정 RF 전력 레벨을 위한 코일에 대한 DC 바이어스의 상대적으로 큰 변화는 코일로부터 스퍼터링된 재료의 양에 실질적 효과를 가지는데 필요로 될 것이라고 믿어진다.
이미 개시된 각각의 실시예는 플라즈마 챔버에 단일 코일이 사용된다. 본 발명은 하나 이상의 RF 동력 코일을 가지는 플라즈마 챔버에 적용가능하다고 인식하여야 한다. 예를 들면, 본 발명은 계류중인 출원 일련번호 제08/559,345호에 개시된 타입의 헬리콘파를 발사하기 위한 다중 코일에 적용될 수 있다.
적당한 RF 발생기와 정합 네트워크는 종래 기술에서 숙련된 자들에게 잘 알려진 부품이다. 예를 들면, 정합 네트워크 및 안테나와 정합하는 최상의 주파수를 위해 주파수 추적할 수 있는 능력을 가지는 ENI 제니스 시리즈와 같은 RF 발생기가 적당하다. 상기 코일 시일드(104)에 대한 RF 전력을 발생하기 위한 발생기의 주파수는 바람직하게 2㎒이지만, 상기 범위는 1㎒로부터 100㎒까지 변화할 수 있다고 예기된다. 4.5㎾의 RF 전력 설정이 바람직하지만 1.5-5㎾의 범위가 만족스럽다고 믿어진다. 다소의 응용에서, 또한 에너지는 코일과 다른 에너지 전송 부재에 AC 또는 DC 전력을 인가함으로써 플라즈마에 전송될 수 있다. 3㎾의 타겟(110) 바이어싱을 위한 DC 전력 설정이 바람직하지만 2-5㎾의 범위와 -30볼트 DC의 페데스탈 바이어스 전압이 많은 응용을 위해 만족스럽다고 믿어진다.
예시적 실시예에서, 상기 외부 시일드(106)는 13 1/2의 직경을 가지지만 양호한 결과는 상기 시일드가 플라즈마로부터 챔버를 시일링하도록 상기 타겟, 기판 지지대 및 기판의 외부 직경 이상으로 연장할만큼 충분한 직경을 가질 때 얻어질 수 있다고 예기된다. 상기 시일드(106)는 절연 재료, 이를테면 세라믹 또는 수정을 포함하는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 그러나, 마찬가지로 상기 타겟 재료로 코팅될 상기 시일드와 모든 금속 표면은 바람직하게 스퍼터링된 타겟 재료와 같은 동일한 재료로 제조되지만, 스테인레스강 또는 구리와 같은 재료로 제조될 수 있다. 코팅되어야 할 구조물의 재료는 시일드 또는 웨이퍼 상의 다른 구조물로부터 스퍼터링된 재료의 박편화를 감소시키도록 스퍼터링된 재료의 열팽창 계수에 거의 일치하는 열팽창 계수를 가져야 한다. 부가적으로, 코팅될 상기 재료는 스퍼터링된 재료에 대해 양호한 접착성을 가져야 한다. 그러므로, 예를 들어 상기 증착된 재료가 티타늄이라면, 코팅될 상기 시일드, 브래킷 및 다른 구조물의 바람직한 금속은 비즈-블라스트 티타늄이다. 스퍼터링될 어떤 표면은 바람직하게 타겟과 동일한 타입의 재료, 이를테면 고순수 티타늄으로 제조될 수 있을 것이다. 물론, 증착될 재료가 티타늄 외의 재료라면, 바람직한 금속은 상기 증착된 재료, 스테인레스강 또는 구리이다. 또한 접착성은 타겟 스퍼터링 이전에 몰리브덴으로 상기 구조물들을 코팅함으로써 개선될 수 있다. 그러나, 몰리브덴이 코일로부터 스퍼터링된다면 제품을 오염시킬 수 있기 때문에 상기 코일(또는 스퍼터링될 어떤 다른 표면)은 몰리브덴 또는 다른 재료로 코팅하지 않는 것이 바람직하다.
상기 웨이퍼 대 타겟 간격은 바람직하게 약 140㎜이지만 약 1.5 내지 8의 범위가 될 수 있다. 이런 웨이퍼 대 타겟 간격에 대하여, 약 11 1/2 인치의 코일 직경이 바람직하다. 제품 에지로부터 멀리 코일이 이동하는 코일의 직경 증가는 하부 커버리지에 대하여 역효과를 가질 수 있다. 다른한편, 웨이퍼 에지에 가깝게 코일이 이동하는 코일 직경의 감소는 층 균일성에 악영향을 줄 수 있다. 코일 직경 감소는 코일로부터 스퍼터링되는 재료의 균일성에 악영향을 줄 수 있는 코일상의 타겟으로부터 재료의 실질적 증착을 초래하여 코일이 타겟과 더욱 가깝게 정렬되도록 할 것이라고 믿어진다.
이미 설명된 바와 같이, 상기 타겟(110)과 코일 시일드(104)로부터 스퍼터링된 재료의 상대적 양은 코일에 인가된 RF 전력과 타겟에 인가된 DC 전력 레벨의 비율의 함수이다. 그러나, 일부 응용에서, 코일과 타겟으로부터 증착된 재료층의 균일도를 개선하기 위해 최적인 RF 전력 레벨은 이온화를 위한 플라즈마 밀도를 발생하기 위해 최적이 될 수 없다. 플라즈마 챔버의 다른 실시예는 일반적으로 코일과 같은 모양일지라도 RF 발생기에 커플링되지 않는 제 2 타겟을 가질 수 있다. 대신에, 상기 제 2 타겟은 가변 음 DC 바이어스 소스에 피드스루 스탠드오프를 통해 커플링된 평면 밀폐 링으로 형성될 수 있다. 결론적으로, 상기 챔버는 3개 타겟, 즉 제 1 타겟(110), 제 2 링 타겟, 및 RF 코일 시일드(104)를 가질 수 있다.
다양한 스퍼터링 가스가 Ar과 여러 가지 반응 가스, 이를테면 H2, NF3, CF4을 포함하여 플라즈마를 발생하는데 사용될 수 있고 다른 것들이 사용될 수 있다. 0.1-50mTorr를 포함하는 여러 가지 선구물질 가스 압력이 적당하다. 이온화된 PVD를 위하여, 10 내지 50mTorr의 압력은 스퍼터링된 재료의 적당한 이온화를 제공한다.
이상에서는 본 발명의 양호한 일 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.
플라즈마내로 충분히 에너지를 커플링하는 다수의 권선을 가지고, 증착 재료가 제 1 시일드 뒤에 배치된 제 2 시일드에 도달하는 것을 차단하는 시일드를 이용함으로서 RF 전력의 감쇠를 방지하고 동시에 코일 시일드로부터 오염 미립자의 발생을 감소시키며, 코일 시일드가 다수의 회전을 가지기 때문에 RF 전력을 방사하는데 요구된 전류가 단일 회전 코일의 요구된 그것과 비교할 때 감소된다.

Claims (32)

  1. 소스로부터 플라즈마내로 에너지를 커플링하기 위한 장치에 있어서,
    타겟;
    기판 홀더;
    상기 타겟과 상기 기판 홀더 사이의 플라즈마 발생 영역; 및
    상기 플라즈마 발생 영역내로 에너지를 방사하도록 상기 소스에 커플링되는 다수의 일정 간격 배치된 제 1 도전 시일드 코일 권선을 추가로 한정하도록 채널을 한정하는 제 1 도전 시일드 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 소스로부터 플라즈마내로 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 채널은 상기 제 1 도전 시일드 벽의 표면 영역중 10% 미만을 차지하는 것을 특징으로 하는 소스로부터 플라즈마내로 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 권선이 1/4인치 미만으로 떨어져 배치되도록 상기 채널은 1/4 인치 폭 미만이 되는 것을 특징으로 하는 소스로부터 플라즈마내로 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 벽은 실린더형인 것을 특징으로 하는 소스로부터 플라즈마내로 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 벽 채널은 상기 제 1 도전 시일드 벽 권선을 한정하도록 여러번 상기 제 1 도전 시일드 벽을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 소스로부터 플라즈마내로 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 벽 채널은 나선형인 것을 특징으로 하는 소스로부터 플라즈마내로 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 영역은 측면을 가지고 상기 제 1 시일드 벽은 상기 플라즈마 발생 영역 측면의 적어도 50%를 둘러싸기에 충분한 표면 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 소스로부터 플라즈마내로 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 벽의 외부에 배치된 제 2 시일드 벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소스로부터 플라즈마내로 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 시일드 벽 사이에 절연 스탠드오프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소스로부터 플라즈마내로 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  10. RF 소스로부터 플라즈마내로 전자기 에너지를 커플링하기 위한 장치에 있어서,
    챔버 벽을 가지는 챔버; 및
    증착 재료로부터 상기 챔버의 적어도 일부를 보호하도록 상기 챔버내에 배치된 제 1 도전 시일드 벽을 포함하며, 상기 시일드 벽은 한 단부가 상기 제 1 RF 소스에 커플링되고 다른 단부가 접지에 커플링되는 2개 단부를 가지는 다중 회전 코일을 형성하는 도전 재료의 연속 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 소스로부터 플라즈마내로 전자기 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 증착 재료로부터 상기 챔버 벽의 적어도 일부를 보호하도록 상기 제 1 도전 시일드 벽과 상기 챔버 벽 사이에 배치된 제 2 시일드 벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 소스로부터 플라즈마내로 전자기 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 시일드 벽 사이에 절연 스탠드오프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 소스로부터 플라즈마내로 전자기 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 시일드 벽 다중 회전 코일의 각각의 회전을 분리하는 채널을 더 포함하고, 상기 채널은 상기 제 1 도전 시일드 벽의 표면 영역중 10% 미만을 차지하는 것을 특징으로 하는 RF 소스로부터 플라즈마내로 전자기 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 권선이 1/4인치 떨어져 배치되도록 상기 채널은 1/4인치 미만의 폭인 것을 특징으로 하는 RF 소스로부터 플라즈마내로 전자기 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 벽은 실린더형인 것을 특징으로 하는 RF 소스로부터 플라즈마내로 전자기 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 벽 다중 회전 코일의 각각의 회전을 분리하는 채널을 더 포함하고, 상기 제 1 도전 시일드 벽 채널은 상기 제 1 도전 시일드 벽 권선을 한정하도록 여러번 상기 제 1 도전 시일드 벽을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 RF 소스로부터 플라즈마내로 전자기 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 벽 채널은 나선형인 것을 특징으로 하는 RF 소스로부터 플라즈마내로 전자기 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  18. 제 10항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 영역은 측면을 가지고 상기 제 1 시일드 벽은 상기 플라즈마 발생 영역 측면의 적어도 50%을 둘러싸기에 충분한 표면 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 소스로부터 플라즈마내로 전자기 에너지를 커플링하기 위한 장치.
  19. 플라즈마 증착 챔버용 RF 안테나 형성 방법에 있어서,
    시일드 벽이 다중 회전 코일을 형성하도록 도전 재료의 시일드 벽내에 채널을 컷팅하는 단계;
    타겟과 기판 홀더 사이의 상기 시일드 벽을 절연하는 단계; 및
    상기 시일드 벽에 RF 에너지의 소스를 커플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착 챔버용 RF 안테나 형성 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 컷팅은 레이저를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착 챔버용 RF 안테나 형성 방법.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 컷팅은 핫 와이어를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착 챔버용 RF 안테나 형성 방법.
  22. 제 19항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 벽은 실린더형인 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착 챔버용 RF 안테나 형성 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 채널은 상기 코일의 상기 제 1 도전 시일드 벽을 한정하도록 여러번 상기 제 1 도전 시일드 벽을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착 챔버용 RF 안테나 형성 방법.
  24. 제 19항에 있어서, 상기 채널은 나선형으로 컷팅되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착 챔버용 RF 안테나 형성 방법.
  25. 제 19항에 있어서, 상기 채널은 1/4 인치 폭 미만인 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착 챔버용 RF 안테나 형성 방법.
  26. 제 19항에 있어서, 상기 제 1 시일드 벽 뒤에 배치된 제 2 시일드 벽을 사용하여 증착 재료를 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착 챔버용 RF 안테나 형성 방법.
  27. 기판 상에 증착 재료를 스퍼터 증착하기 위한 방법에 있어서,
    다수의 권선을 가지는 코일내에 형성된 제 1 도전 시일드 벽으로부터 플라즈마내로 RF 에너지를 커플링하는 단계; 및
    상기 플라즈마를 통과하는 증착 재료를 이온화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 상에 증착 재료를 스퍼터 증착하기 위한 방법.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 벽은 실린더형인 것을 특징으로 하는 기판 상에 증착 재료를 스퍼터 증착하기 위한 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 제 1 도전 시일드 벽은 상기 코일의 상기 제 1 도전 시일드 벽을 한정하도록 여러번 상기 제 1 도전 시일드 벽을 둘러싸는 채널을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 상에 증착 재료를 스퍼터 증착하기 위한 방법.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 채널은 나선형으로 컷팅되는 것을 특징으로 하는 기판 상에 증착 재료를 스퍼터 증착하기 위한 방법.
  31. 제 29항에 있어서, 상기 채널은 1/4 인치 폭 미만인 것을 특징으로 하는 기판 상에 증착 재료를 스퍼터 증착하기 위한 방법.
  32. 제 27항에 있어서, 상기 제 1 시일드 벽 뒤에 배치된 제 2 시일드 벽을 사용하여 증착 재료를 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 상에 증착 재료를 스퍼터 증착하기 위한 방법.
KR1019970051488A 1996-10-08 1997-10-08 스퍼터링을 위한 플라즈마 발생용 액티브 시일드 Withdrawn KR19980032631A (ko)

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Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 19971008

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid