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KR20130100061A - Rf 파워가 중앙에 공급되고 회전하는 마그넷 조립체를 구비한 물리적 기상 증착 챔버 - Google Patents

Rf 파워가 중앙에 공급되고 회전하는 마그넷 조립체를 구비한 물리적 기상 증착 챔버 Download PDF

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KR20130100061A
KR20130100061A KR1020127031075A KR20127031075A KR20130100061A KR 20130100061 A KR20130100061 A KR 20130100061A KR 1020127031075 A KR1020127031075 A KR 1020127031075A KR 20127031075 A KR20127031075 A KR 20127031075A KR 20130100061 A KR20130100061 A KR 20130100061A
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KR
South Korea
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target
vapor deposition
physical vapor
distribution plate
source distribution
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020127031075A
Other languages
English (en)
Inventor
앨런 리치
케이쓰 밀러
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 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
Priority claimed from US13/048,440 external-priority patent/US8795488B2/en
Application filed by 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 filed Critical 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Publication of KR20130100061A publication Critical patent/KR20130100061A/ko
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Abstract

본 발명의 실시예들은 기판들을 물리기상증착(PVD) 프로세싱하기 위한 개선된 방법들과 장치를 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 물리기상증착(PVD) 장치는, 기판 상에 증착될 소스 물질을 포함하고 있는 타겟, 상기 타겟의 배면에 대향하여 배치되고 상기 타겟의 주연 에지를 따라 상기 타겟에 전기적으로 커플링된 대향 소스 분배판 및 상기 타겟의 배면과 상기 소스 분배판 사이에 배치된 공동을 가진 타겟 조립체; 상기 타겟의 중심축선과 일치하는 지점에서 상기 소스 분배판에 커플링되는 전극; 및 상기 타겟 조립체의 중심축선과 정렬된 회전축선을 갖고 상기 공동 내부에 배치된 회전가능한 마그넷을 포함하고 상기 전극을 통해 구동되지 않는 마그네트론 조립체를 포함할 수 있다.

Description

RF 파워가 중앙에 공급되고 회전하는 마그넷 조립체를 구비한 물리기상증착 챔버 {PHYSICAL VAPOR DEPOSITION CHAMBER WITH ROTATING MAGNET ASSEMBLY AND CENTRALLY FED RF POWER}
본 발명의 실시예들은, 일반적으로, 물리기상증착 프로세싱 장비에 관한 것이다.
반도체 프로세싱에 있어서, 물리기상증착(PVD)은 기판 위에 물질들을 증착하기 위해 통상적으로 사용되고 있는 프로세스이다. 통상적인 PVD 프로세스는 소스 물질을 포함한 타겟을 플라즈마로부터의 이온으로 충돌시켜 상기 소스 물질이 타겟으로부터 스퍼터링되도록 하는 공정을 포함한다. 방출된 소스 물질은 기판 상에 형성된 음 전압 또는 바이어스에 의해 기판을 향하여 가속될 수 있으며, 그 결과 상기 기판 위에 소스 물질이 증착된다. 몇몇 프로세스들에 있어서, 소스 물질의 증착에 후속하여, 상기 플라즈마로부터의 이온을 상기 기판에 충돌시킴으로써, 증착된 물질이 다시 스퍼터링될 수 있으며, 이로 인해, 기판에 대한 물질의 재분배를 용이하게 한다. PVD 프로세스시, 플라즈마의 균일성을 조장하기 위해, 타겟의 배면 부근에서 마그네트론이 회전할 수 있다.
몇몇 통상적인 무선 주파수(RF) PVD 프로세스 챔버들은 타겟에 커플링된 전기 공급선들을 통해 타겟에 RF 에너지를 제공한다. 본 발명자들은 타겟에 커플링된 RF 에너지를 가진 통상적인 PVD 챔버들에서의 증착 프로세스들이 프로세싱되고 있는 기판들 상에서 불균일한 증착 프로파일들을 종종 산출하는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명자들은 PVD 프로세스 챔버에서 프로세싱되고 있는 기판들 상에서 보다 균일한 증착 프로파일들을 제공할 수 있는 PVD 프로세스들을 위한 개선된 방법들과 장치를 제공하였다.
본 발명의 실시예들은 기판들을 물리기상증착(PVD) 프로세싱하기 위한 개선된 방법들과 장치를 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 물리기상증착(PVD) 장치는, 기판 상에 증착될 소스 물질을 포함하고 있는 타겟, 상기 타겟의 배면에 대향하여 배치되고 상기 타겟의 주연 에지를 따라 상기 타겟에 전기적으로 커플링된 대향 소스 분배판 및 상기 타겟의 배면과 상기 소스 분배판 사이에 배치된 공동을 가진 타겟 조립체; 상기 타겟의 중심축과 일치하는 지점에서 상기 소스 분배판에 커플링되는 전극; 및 상기 타겟 조립체의 중심축과 정렬된 회전축을 갖고 상기 공동 내부에 배치된 회전가능한 마그넷을 포함하고 상기 전극을 통해 구동되지 않는 마그네트론 조립체;를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 물리기상증착(PVD) 장치는, 기판 지지체가 내부에 배치된 프로세스 챔버; 기판 상에 증착될 소스 물질을 포함하고 있으며 상기 기판 지지체의 지지면을 대면하며 상기 프로세스 챔버의 내부에 배치된 타겟, 상기 타겟의 배면에 대향하여 배치되고 상기 타겟의 주연 에지를 따라 상기 타겟에 전기적으로 커플링된 대향 소스 분배판 및 상기 타겟의 배면과 상기 소스 분배판 사이에 배치된 공동을 가진 타겟 조립체; 상기 타겟의 중심축과 일치하는 지점에서 상기 소스 분배판에 커플링되는 전극; 상기 타겟에 RF 에너지를 제공하기 위해 상기 전극에 커플링된 RF 파워 소스; 및 상기 타겟 조립체의 중심축과 정렬된 회전축을 갖고 상기 공동 내부에 배치된 회전가능한 마그넷을 포함하고 상기 전극을 통해 구동되지 않는 마그네트론 조립체;를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 물리기상증착(PVD) 장치는, 기판 지지체가 내부에 배치된 프로세스 챔버; 기판 상에 증착될 소스 물질을 포함하고 있으며 상기 기판 지지체의 지지면을 대면하며 상기 프로세스 챔버의 내부에 배치된 타겟, 상기 타겟의 배면에 대향하여 배치되고 상기 타겟의 주연 에지를 따라 상기 타겟에 전기적으로 커플링된 대향 소스 분배판 및 상기 타겟의 배면과 상기 소스 분배판 사이에 배치된 공동을 가진 타겟 조립체; 상기 타겟 조립체를 중심으로 하여 그로부터 이격되어 배치된 접지 쉴드(ground shield); 상기 접지 쉴드와 상기 소스 분배판 사이에 커플링되고, 상기 타겟의 중심축에 대하여 선대칭 패턴으로 배치된 복수의 유전체 스페이서들; 상기 접지 쉴드의 개구를 관통하여, 상기 타겟의 중심축과 일치하는 지점에서 상기 소스 분배판에 커플링되는 전극; 상기 타겟에 RF 에너지를 제공하기 위해 상기 전극에 커플링된 RF 파워 소스; 및 상기 타겟 조립체의 중심축과 정렬된 회전축을 갖고 상기 공동 내부에 배치된 회전가능한 마그넷을 포함하고 상기 전극을 통해 구동되지 않는 마그네트론 조립체를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예들을 설명한다.
첨부도면에 도시된 본 발명의 예시적 실시예들을 참조하면, 위에서 약술하고 아래에 매우 구체적으로 설명한 본 발명의 실시예들을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 첨부도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시하고 있을 뿐이며, 본 발명은 다른 동등한 효과를 가진 실시예들을 포함할 수 있으므로, 그 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 아니됨을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 물리기상증착 챔버의 단순화된 단면도이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 타겟 조립체의 부분 등각도이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 물리기상증착 챔버의 단순화된 단면도이다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 가능한 한 도면들에서 공통된 동일 요소들은 동일한 참조번호들을 사용하여 표시하였다. 도면들은 척도에 따라 도시되지 않았으며, 명료함을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소들과 특징들이 특별한 언급없이 다른 실시예들에서 유리하게 통합될 수 있음을 고려하였다.
기판들을 물리기상증착(PVD) 프로세싱하기 위한 방법들과 장치가 본 명세서에 제공되어 있다. 몇몇 실시예들에서, 개선된 상기 방법들과 장치는 본 명세서에 개시된 신규한 방법들과 장치에 따라 프로세싱되고 있는 기판들 상에서 보다 균일한 증착 프로파일들을 산출할 수 있다. 상기 신규한 장치의 실시예들은 PVD 프로세스 챔버 내의 타겟에 대한 RF 파워의 커플링을 허용함으로써, 상기 타겟 부근과 상기 챔버 내부에서 전자기장들이 보다 균일하게 되며, 이에 따라, 프로세싱되고 있는 기판 상에서 상기 타겟 물질의 보다 균일한 분배를 용이하게 한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 PVD 챔버(100)의 단순화된 단면도이다. 적당한 PVD 챔버들의 예들은 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드로부터 모두 상업적으로 구입가능한 ALPS®Plus와 SIP ENCORE®PVD 프로세싱 챔버들을 포함한다. 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드 또는 제조업자들로부터의 다른 프로세싱 챔버들도 본 명세서에 개시된 신규한 장치에 따른 변형예들로부터의 잇점을 활용할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, PVD 챔버(100)는 프로세스 챔버(104) 위에 배치된 타겟 조립체(102)를 포함한다. 프로세스 챔버(104)는 그 위에 기판(108)을 수용하기 위한 기판 지지체(106)를 포함한다. 기판 지지체(106)는 접지된 인클로져 벽체(110) 내부에 위치될 수 있으며, 상기 접지된 인클로져 벽체는, 타겟(114) 위에 있는 타겟 조립체(102)의 적어도 일부 부분들을 덮고 있는 접지 쉴드(112)와 같이, 접지된 쉴드이거나 (도시된 바와 같은) 챔버 벽체일 수 있다. 몇몇 실시예들(미도시)에서, 접지 쉴드(112)는 기판 지지체(106)도 감싸도록 타겟(114) 아래로 연장될 수 있다.
기판 지지체(106)는 타겟(114)의 주면을 대면하고 있는 물질 수용면을 갖고, 타겟(114)의 주면에 반대되는 평면 위치에서 스퍼터 코팅될 기판(108)을 지지한다. 기판 지지체(106)는 프로세스 챔버(104)의 중앙 영역(120)에서 기판(108)을 지지할 수 있다. 중앙 영역(120)은 프로세싱시 기판 지지체(106) 위의 영역(예컨대, 프로세싱 위치에 있을 때, 타겟(114)과 기판 지지체(106) 사이)으로서 규정된다.
몇몇 실시예들에서, 기판 지지체(106)는, 기판(108)이 프로세스 챔버(104)의 하부에 있는 로드 락 밸브(미도시)를 통해 기판 지지체(106)로 전달된 후, 증착 또는 프로세싱 위치로 상승하게 될 수 있도록, 하부 챔버 벽체(124)에 연결된 벨로우즈(122)를 통해 수직으로 이동가능할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 프로세싱 가스들이 가스 소스(126)로부터 질량 유동 제어기(128)를 통해 프로세스 챔버(104)의 하부로 공급될 수 있다. 프로세스 챔버(104)의 내부를 배기하고, 프로세스 챔버(104) 내부를 소정의 압력으로 유지하는 것을 용이하게 하기 위해, 밸브(132)를 통해 펌프(미도시)에 배기 포트(130)가 제공되어 커플링될 수 있다.
기판(108)에 대해 음의 DC 바이어스를 유도하기 위하여, RF 바이어스 파워 소스(134)가 기판 지지체(106)에 커플링될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 음의 DC 셀프-바이어스가 프로세싱시 기판(108) 상에 형성될 수 있다. 예컨대, RF 바이어스 파워 소스(134)에 의해 공급되는 RF 에너지는 약 2㎒ 내지 약 60㎒의 주파수 범위일 수 있으며, 예컨대, 2㎒, 13.56㎒ 또는 60㎒와 같은 비한정적인 주파수들이 사용될 수 있다. 다른 응용예들에서, 기판 지지체(106)는 접지되거나 전기적으로 부유된 상태로 남을 수 있다. 대안적으로, 또는 조합적으로, RF 바이어스 파워가 바람직하지 않은 응용예들에 있어서, 기판(108) 상의 전압을 조절하기 위해 커패시턴스 튜너(136)가 기판 지지체(106)에 커플링될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 프로세스 챔버(104)는 접지된 전도성 알루미늄 어댑터(116)의 레지(ledge)(140)에 연결된 접지된 하부 쉴드(138)를 더 포함할 수 있다. 암공간 쉴드(142)가 접지된 하부 쉴드(138) 상에 지지될 수 있으며, 스크류들 또는 다른 적당한 방식으로 상기 접지된 하부 쉴드(138)에 고정될 수 있다. 상기 접지된 하부 쉴드(138)와 상기 암공간 쉴드(142) 사이의 금속성 나사식 연결은 상기 두 쉴드(138, 142)들이 접지된 전도성 알루미늄 어댑터(116)에 접지될 수 있도록 허용한다. 이어서, 상기 접지된 전도성 알루미늄 어댑터(116)는 밀봉되고, 알루미늄 챔버 측벽(110)에 대해 접지된다. 양 쉴드(138, 143)들은, 통상적으로, 강한 비자성의 스테인리스 스틸로 형성된다.
하부 쉴드(138)는 하방으로 연장하며, 대체로 일정한 직경을 가진 대체로 관형인 부분(144)을 포함할 수 있다. 하부 쉴드(138)는 접지된 전도성 알루미늄 어댑터(116)와 챔버 벽체(110)를 따라 기판 지지체(106)의 상면 아래까지 하방으로 연장하다가 기판 지지체(106)의 상면에 도달할 때까지 상방향으로 되돌아온다(예컨대, 하부에서 U자형 부분을 형성한다). 기판 지지체(106)가 그 하부의 로딩 위치에 있을 때, 커버 링(138)은 하부 쉴드(138)의 상방향으로 연장하고 있는 내측부(150)의 상단에 안착하지만, 기판 지지체(106)가 그 상부의 증착 위치에 있을 때는 스퍼터 증착으로부터 기판 지지체(106)를 보호하기 위해 기판 지지체(106)의 외주연에 안착한다. 기판(108)의 주연을 증착으로부터 차폐하기 위해 추가적인 증착 링(미도시)이 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 기판 지지체(106)와 타겟(114) 사이에 자기장을 선택적으로 제공하기 위해 프로세스 챔버(104) 주위에 마그넷(152)이 배치될 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 프로세싱 위치에 있을 때, 기판 지지체(106) 바로 위의 영역에서 챔버 벽체(110)의 외부 주위에 마그넷(152)이 배치될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 마그넷(152)은 접지된 전도성 알루미늄 어댑터(116) 부근과 같이 다른 위치들에 부가적으로 또는 대안적으로 배치될 수 있다. 마그넷(152)은 전자석일 수 있으며, 전자석에 의해 발생되는 자기장의 크기를 제어하기 위해 파워 소스(미도시)에 커플링될 수 있다.
타겟 조립체(102)는 전극(154)에 연결된 RF 파워 소스(182)를 갖는다. RF 파워 소스(182)는 RF 제너레이터와, 예컨대, 작동중 상기 RF 제너레이터로 다시 반사되는 RF 에너지를 최소화하기 위해, 정합 회로를 포함할 수 있다. 예컨대, RF 파워 소스로부터 공급되는 RF 에너지는 약 13.56㎒ 내지 약 162㎒ 또는 그 초과의 주파수 범위일 수 있다. 예컨대, 13.56㎒, 27.12㎒, 60㎒ 또는 162㎒와 같은 비한정적인 주파수들이 사용될 수 있다. 본 발명자들은, 중앙에 배치된 마그네트론 샤프트를 둘러싸고 있는 관형 칼라에 RF 에너지를 커플링함으로써 약간의 프로세싱 균일성의 개선이 이루어질 수도 있으나, 더 높은 주파수들을 가진 RF 에너지를 커플링할 경우 프로세스 균일성이 예상외로 악화된다는 것을 발견하였다. 특히, 인가되는 RF 에너지의 주파수가 증가할수록, 프로세싱 균일성은 악화된다. 본 발명자들은, 타겟의 중심축과 나란하게 축방향으로 배치된 작은 직경의 전극을 사용하여 타겟 조립체에 RF 에너지를 커플링함으로써, 마그네트론 구동 메커니즘이 타겟 조립체에 대해 비(非)-선대칭 위치로 이동하는 경우에도, 향상된 프로세스 균일성이 얻어질 수 있다는 것을 발견하였다.
몇몇 실시예들에서, 프로세싱시 타겟(114)에 추가적인 에너지를 제공하기 위해, 제 2 에너지 소스(183)가 타겟 조립체(102)에 커플링될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 에너지 소스(183)는, 예컨대, 타겟 물질의 스퍼터링 레이트(rate)(및 그에 따라 기판 상에서의 증착 레이트)를 향상시키기 위해, DC 에너지를 제공하는 DC 파워 소스일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 에너지 소스(183)는, 예컨대, 상기 RF 파워 소스(182)에 의해 제공되는 RF 에너지의 제 1 주파수와는 상이한 제 2 주파수로 RF 에너지를 제공하는, 상기 RF 파워 소스(182)와 유사한, 제 2 RF 파워 소스일 수 있다. 제 2 에너지 소스(183)가 DC 파워 소스인 실시예들에서, 상기 제 2 에너지 소스는, 상기 전극(154) 또는 (이하에 설명한 소스 분배판(158)과 같은) 다른 전도성 부재와 같이, 타겟(114)에 DC 에너지를 전기적으로 커플링하기에 적당한 임의의 위치에서 타겟 조립체(102)에 커플링될 수 있다. 제 2 에너지 소스(183)가 제 2 RF 파워 소스인 실시예들에서, 상기 제 2 에너지 소스는 전극(154)을 통해 타겟 조립체(102)에 커플링될 수 있다.
전극(154)은 원통형이 아니면 로드 형태일 수 있으며, PVD 챔버(100)의 중심축(186)과 정렬될 수 있다(예컨대, 전극(154)은, 상기 중심축(186)과 일치하는, 타겟의 중심축과 일치하는 지점에서 타겟 조립체에 커플링될 수 있다). PVD 챔버(100)의 중심축(186)과 정렬된 상기 전극(154)은 선대칭 방식으로 RF 소스(182)로부터 타겟(114)으로 RF 에너지의 인가를 용이하게 한다(예컨대, 상기 전극(154)은 PVD 챔버의 중심축과 정렬된 "단일 지점"에서 타겟에 대해 RF 에너지를 커플링할 수 있다). 전극(154)의 중앙 위치는 기판 증착 프로세스들에서 증착 비대칭성을 없애거나 줄이는데 도움이 된다. 전극(154)은 임의의 적당한 직경을 가질 수 있으나, 전극(154)의 직경이 작을수록, RF 에너지 인가는 진정한 단일 지점에 더 가깝게 접근한다. 예컨대, 다른 직경들이 사용될 수도 있으나, 몇몇 실시예들에서, 전극(154)의 직경은 약 0.5 내지 약 2 인치일 수 있다. 일반적으로, 전극(154)은 PVD 챔버의 구조에 따라 임의의 적당한 길이를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전극(154)은 약 0.5 내지 약 12 인치의 길이를 가질 수 있다. 전극(154)은 알루미늄, 구리, 은 등과 같은 임의의 적당한 물질로 제조될 수 있다.
전극(154)은 원형 접지판(156)을 관통할 수 있으며, 소스 분배판(158)에 커플링된다. 접지판(156)은 알루미늄, 구리 등과 같은 임의의 적당한 전도성 물질을 포함할 수 있다. 복수의 절연체(160)들이 소스 분배판(158)을 접지판(156)에 대해 커플링한다. 절연체(160)들은 접지판(156)에 대해 소스 분배판(158)을 전기적으로 커플링하지 않고 조립체에 안정성과 강성을 제공한다. 절연체(160)들 사이의 개방된 공간들은 소스 분배판(158)의 표면을 따라 RF파가 전파할 수 있도록 허용한다. 몇몇 실시예들에서, 절연체(160)들은 PVD 챔버(100)의 중심축(186)에 대해 대칭적으로 위치될 수 있다. 그러한 위치결정은, 궁극적으로, 소스 분배판(158)에 커플링된 타겟(114)까지, 소스 분배판(158)의 표면을 따라 RF파가 대칭적으로 전파하는 것을 용이하게 할 수 있다.
타겟(114)은 단일체이거나, 수개의 부품들로 제조될 수 있으며, 배면판(162)에 더 커플링될 수 있다. 타겟(114)의 주연 에지에 가깝게 RF 에너지를 수용하기 위하여, 배면판(162)이 전도성 부재(164)를 통해 (또는 타겟(114)이 직접) 소스 분배판(158)에 커플링된다. 적어도 부분적으로, 상기 전극(154)의 중앙 위치로 인하여, 전형적인 PVD 챔버들보다 더 대칭적이고 균일한 방식으로 RF 에너지가 제공될 수 있다.
타겟(114)은 유전체 아이솔레이터(118)를 통해 접지된 전도성 알루미늄 어댑터(116) 상에 지지될 수 있다. 타겟(114)은 금속 또는 금속 산화물과 같이 스퍼터링시 기판(미도시) 상에 증착될 물질을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 배면판(162)은 소스 분배판을 대면하고 있는 타겟(114)의 표면에 커플링될 수 있다. 배면판(162)은 구리-아연, 구리-크롬 또는 타겟과 동일한 물질과 같은 전도성 물질을 포함할 수 있으며, 그에 따라, 상기 배면판(162)을 통해 RF 파워가 타겟(114)에 커플링될 수 있다. 대안적으로, 배면판(162)은 비전도성일 수 있으며, 전도성 부재(164)의 제 2 단부(168)에 대해 소스 분배판을 대면하고 있는 타겟(114)의 표면을 커플링하기 위해 전기 피드스루(feedthroughs)들 등과 같은 전도성 요소(미도시)들을 포함할 수 있다. 배면판(162)은, 예컨대, 타겟(114)의 구조적 안정성을 개선하기 위해, 포함될 수 있다. 타겟(114)은 부분적으로 프로세스 챔버(104)의 천정을 형성한다.
전도성 부재(164)는 원통형일 수 있으며, 소스 분배판(158)의 주연 에지에 인접하여 타겟을 대면하고 있는 소스 분배판(158)의 표면에 커플링된 제 1 단부(166)와, 타겟(114)의 주연 에지에 인접하여 소스 분배판을 대면하고 있는 타겟(114)의 표면에 커플링된 제 2 단부(168)를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 단부(168)는 배면판(162)의 주연 에지에 인접하여 소스 분배판을 대면하고 있는 배면판(162)의 표면에 커플링된다. 접지판(156)과 소스 분배판(158), 전도성 부재(165)와 타겟(114)(및/또는 배면판(162)) 사이에 절연성 갭(180)이 제공된다. 절연성 갭(180)은 공기나, 세라믹, 플라스틱 등과 같은 몇몇 다른 적당한 유전체 물질로 충진될 수 있다. 접지판(156)과 소스 분배판(158) 사이의 거리는 접지판(156)과 소스 분배판(158) 사이의 유전체 물질에 따라 좌우된다. 유전체 물질이 주로 공기인 경우, 접지판(156)과 소스 분배판(158) 사이의 거리는 5㎜ 내지 40㎜ 사이여야 한다.
전도성 부재(164)의 내면, 타겟을 대면하고 있는 소스 분배판(158)의 표면 및 소스 분배판을 대면하고 있는 타겟(114)(또는 배면판(162))의 표면에 의해 공동(170)이 적어도 부분적으로 규정된다. 몇몇 실시예들에서, 공동(170)은 물(H2O) 등과 같은 냉각 유체(192)로 적어도 부분적으로 충진될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 분할기(194)가 제공될 수 있으며, 이 분할기는 공동(170)의 (도시된 바와 같이, 하부와 같은) 소정 부분에 냉각 유체(192)를 수납하고, 냉각 유체(192)가 분할기(194)의 다른 측에 배치된 부품들에 도달하지 않도록 한다.
마그네트론 조립체(196)의 하나 또는 그 초과의 부분들이 적어도 부분적으로 공동(170) 내부에 배치될 수 있다. 마그네트론 조립체는 프로세스 챔버(104) 내부에서의 플라즈마 프로세싱을 돕기 위해 타겟에 인접한 회전 자기장을 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 마그네트론 조립체(196)는 모터(176), 모터 샤프트(174), 기어박스(178), 기어박스 샤프트(184) 및 회전가능한 마그넷(예컨대, 마그넷 지지 부재(172)에 커플링된 복수의 마그넷(188)들)을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 마그네트론 조립체(196)는 공동(170) 내부에서 회전하게 된다. 예컨대, 몇몇 실시예들에서, 모터(176), 모터 샤프트(174), 기어박스(178) 및 기어박스 샤프트(184)는 마그넷 지지 부재(172)를 회전시키기 위해 제공될 수 있다. 마그네트론들을 가진 통상적인 PVD 챔버들에 있어서, 마그네트론 구동 샤프트는 통상적으로 챔버의 중심축을 따라 배치되어, 챔버의 중심축과 정렬된 위치에서 RF 에너지의 커플링을 방지한다. 반면에, 본 발명의 실시예들에서, PVD 챔버의 중심축(186)과 전극(154)이 정렬된다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 마그네트론의 모터 샤프트(174)는 접지판(156)의 편심 개구를 통해 배치될 수 있다. 접지판(156)으로부터 돌출된 모터 샤프트(174)의 단부는 모터(176)에 커플링된다. 모터 샤프트(174)는 대응하는 소스 분배판(158)의 편심 개구(예컨대, 제 1 개구(146))를 통해 더 배치되어 기어박스(178)에 커플링된다. 몇몇 실시예들에서, 소스 분배판(158)을 따라 선대칭의 RF 분포를 유리하게 유지하기 위하여, 하나 또는 그 초과의 제 2 개구(198)들이 상기 제 1 개구(146)에 대해 대칭적인 관계로 소스 분배판(158)을 통해 배치될 수 있다. 또한, 광 센서들 등과 같은 아이템들의 공동(170)으로의 접근을 허용하기 위해 하나 또는 그 초과의 제 2 개구(158)들이 사용될 수도 있다.
기어박스(178)는, 소스 분배판(158)의 바닥면에 커플링되는 것과 같이, 임의의 적당한 수단으로 지지될 수 있다. 예컨대, 적어도 기어박스(178)의 상면을 유전체 물질로 제조하거나, 기어박스(178)와 소스 분배판(158) 사이에 절연체층(190)을 개재시킴으로써, 기어박스(178)가 소스 분배판(158)으로부터 절연될 수 있다. 모터(176)에 의해 제공된 회전 운동을 마그넷 지지 부재(172)에(그리고, 그에 따라, 복수의 마그넷(188)들에) 전달하기 위해, 기어박스(178)는 기어박스 샤프트(184)를 통해 마그넷 지지 부재(172)에 더 커플링된다.
마그넷 지지 부재(172)는 복수의 마그넷(188)들을 견고하게 지지하기 위해 적당한 기계적 강도를 제공하기에 적합한 임의의 물질로 제조될 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예들에서, 마그넷 지지 부재(188)는 비자성 스테인리스 스틸과 같은 비자성 금속으로 제조될 수 있다. 마그넷 지지 부재(172)는 소정의 위치에서 복수의 마그넷(188)들이 커플링될 수 있도록 하기에 적합한 임의의 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예들에서, 마그넷 지지 부재(172)는 판, 디스크, 크로스 부재 등을 포함할 수 있다. 복수의 마그넷(188)들은 소정의 형상과 강도를 가진 자기장을 제공하도록 임의의 방식으로 구성될 수 있다.
대안적으로, 마그넷 지지 부재(172)는, 예컨대, 공동(170) 내에 냉각 유체(192)가 있는 경우, 그 냉각 유체로 인하여, 마그넷 지지 부재(172)와 부착된 복수의 마그넷(188)들에 대해 가해지는 항력을 극복하기에 충분한 토크로 임의의 다른 수단에 의해 회전될 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예들에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 마그네트론 조립체(196)는 공동(170) 내부에 배치되어 마그네트론 지지 부재(172)에 직접 연결된 모터 샤프트(174)와 모터(176)(예컨대, 팬케익 모터)를 사용하여 공동(170) 내부에서 회전될 수 있다. 상기 모터(176)는 공동(170) 내부에 맞거나, 분할기(194)가 있는 경우, 공동(170)의 상부 내에 맞는 크기여야만 한다. 모터(176)는 전기 모터, 공압 또는 유압 드라이브, 또는 필요한 토크를 제공할 수 있는 임의의 다른 프로세스 호환형 메커니즘일 수 있다.
따라서, PVD 프로세싱을 위한 방법들과 장치가 제공되었다. 몇몇 실시예들에서, 상기 신규한 방법들과 장치는 프로세스 챔버의 타겟에 대해 중앙으로 공급되는 RF 에너지를 제공하며, 이는 전형적인 PVD 프로세싱 장치에 비해 PVD 프로세스 챔버에서 프로세싱되고 있는 기판들 상에서 보다 균일한 증착 프로파일들을 유리하게 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대해 전술하였으나, 본 발명의 다른 추가적인 실시예들이 그 기본적인 범위를 벗어나지 않고 안출될 수 있다.

Claims (15)

  1. 물리기상증착(PVD) 장치로서,
    기판 상에 증착될 소스 물질을 포함하고 있는 타겟, 상기 타겟의 배면에 대향하여 배치되고 상기 타겟의 주연 에지(peripheral edge)를 따라 상기 타겟에 전기적으로 커플링된 대향 소스 분배판, 및 상기 타겟의 배면과 상기 소스 분배판 사이에 배치된 공동을 가진 타겟 조립체;
    상기 타겟의 중심축선과 일치하는 지점에서 상기 소스 분배판에 커플링되는 전극; 및
    상기 타겟 조립체의 중심축선과 정렬된 회전축선을 갖고 상기 공동 내부에 배치된 회전가능한 마그넷을 포함하고 상기 전극을 통해 구동되지 않는 마그네트론 조립체를 포함하는,
    물리기상증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    프로세스 챔버의 내부에 배치된 기판 지지체를 갖는 상기 프로세스 챔버를 더 포함하고, 상기 타겟은 상기 기판 지지체의 지지면을 대면하며 상기 프로세스 챔버의 내부에 배치된,
    물리기상증착 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 타겟에 RF 에너지를 제공하기 위해 상기 전극에 커플링된 무선 주파수(RF) 파워 소스를 더 포함하는,
    물리기상증착 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 타겟 조립체는,
    상기 소스 분배판을 중심으로 그리고 상기 소스 분배판으로부터 이격되어 배치된 접지 쉴드로서, 상기 전극이 상기 접지 쉴드의 개구를 관통하는, 상기 접지 쉴드; 및
    상기 접지 쉴드와 상기 소스 분배판 사이에 커플링된 복수의 유전체 스페이서들을 더 포함하는,
    물리기상증착 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 유전체 스페이서들은 상기 중심축선에 대하여 선대칭으로(axisymmetrically) 배열된,
    물리기상증착 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 타겟 조립체는,
    상기 접지판과 상기 소스 분배판 사이에 배치된 유전체 물질을 더 포함하는,
    물리기상증착 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유전체 물질은 주로 공기를 포함하는,
    물리기상증착 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 접지판과 상기 소스 분배판 사이의 거리는 약 5㎜ 내지 약 40㎜인,
    물리기상증착 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 타겟 조립체는,
    상기 공동의 측벽들을 적어도 부분적으로 형성하기 위해 그리고 상기 소스 분배판으로부터 상기 타겟의 주연 에지까지 RF 에너지를 전파하기 위해, 상기 타겟의 배면과 상기 소스 분배판 사이에 배치된 전도성 부재를 더 포함하는,
    물리기상증착 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전도성 부재는,
    상기 소스 분배판의 주연 에지 근처에서 상기 소스 분배판의 타겟 대면 표면에 커플링된 제 1 단부와, 상기 타겟의 주연 에지 근처에서 상기 타겟의 소스 분배판 대면 표면에 커플링된 제 2 단부를 가진 원통형 부재를 더 포함하는,
    물리기상증착 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 타겟은,
    상기 소스 물질을 지지하기 위한 배면판을 더 포함하는,
    물리기상증착 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마그네트론 조립체는,
    상기 타겟의 중심축선과 정렬되지 않은 위치에서 상기 소스 분배판의 제 1 개구를 관통하여 배치되고 상기 회전가능한 마그넷에 회전식으로 커플링되는 샤프트; 및
    상기 공동의 외부에 배치되고 상기 회전가능한 마그넷을 회전시키기 위해 상기 샤프트에 커플링되는 모터를 더 포함하는,
    물리기상증착 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 소스 분배판을 관통하여 배치되고, 상기 제 1 개구와 조합하여, 상기 중심축선에 대해 대칭적인 패턴으로 배열되는 하나 또는 그 초과의 제 2 개구들을 더 포함하는,
    물리기상증착 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 공동 내부에 배치되고 상기 샤프트로부터 상기 회전가능한 마그넷으로 토크를 전달하기 위해 상기 샤프트와 상기 회전가능한 마그넷 사이에 커플링되는 기어박스를 더 포함하는,
    물리기상증착 장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마그넷 조립체는,
    상기 공동 내부에 배치되고 상기 회전가능한 마그넷 조립체에 커플링되는 모터를 더 포함하는,
    물리기상증착 장치.
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