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KR20120004502A - 고압 ｒｆ-ｄｃ 스퍼터링과 이 프로세스의 단차 도포성 및 막 균일성을 개선하기 위한 방법 - Google Patents

고압 ｒｆ-ｄｃ 스퍼터링과 이 프로세스의 단차 도포성 및 막 균일성을 개선하기 위한 방법 Download PDF

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KR20120004502A
KR20120004502A KR1020117026049A KR20117026049A KR20120004502A KR 20120004502 A KR20120004502 A KR 20120004502A KR 1020117026049 A KR1020117026049 A KR 1020117026049A KR 20117026049 A KR20117026049 A KR 20117026049A KR 20120004502 A KR20120004502 A KR 20120004502A
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아돌프 밀러 알렌
라라 호릴착
쯔강 시에
무함만드 엠. 라시드
롱준 왕
시안민 탕
젠동 리우
트자-징 궁
스리니바스 간디코타
메이 창
마이클 에스. 콕스
도니 영
키란쿠마르 스반다이아
젠빈 지
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 실시예들은 일반적으로 물리기상증착(PVD) 프로세스를 수행하기 위해 사용되는 프로세싱 챔버 및 다성분 막의 증착 방법을 제공한다. 상기 프로세싱 챔버는, 임의의 정재파 효과를 저감시키는 개선된 RF 공급 구조; RF 플라즈마 균일성, 증착된 막의 조성과 두께 균일성을 향상시키도록 개선된 마그네트론 디자인; 프로세스 제어를 향상시키도록 개선된 기판 바이어싱 구조; 및 기판의 주요 표면 부근에서 RF 전계 균일성을 향상시키도록 개선된 프로세스 키트 디자인을 포함할 수 있다. 상기 방법은 다성분 타겟에 연결된 RF 전력공급장치를 이용하여, 챔버의 프로세싱 영역에 플라즈마를 형성하는 단계; 상기 다성분 타겟에 대해 마그네트론을 병진 이동시키는 단계로서, 상기 마그네트론은 상기 마그네트론이 이동하고 플라즈마가 형성되는 동안, 상기 다성분 타겟의 중심점에 대하여 제 1 위치에 위치되는, 마그네트론 병진 이동 단계; 및 상기 챔버에서 기판에 다성분 막을 증착하는 단계;를 포함한다.

Description

고압 ＲＦ-ＤＣ 스퍼터링과 이 프로세스의 단차 도포성 및 막 균일성을 개선하기 위한 방법{HIGH PRESSURE RF-DC SPUTTERING AND METHODS TO IMPROVE FILM UNIFORMITY AND STEP-COVERAGE OF THIS PROCESS}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 금속 및 유전층들을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 금속 게이트와 관련 유전층을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
집적 회로는 트랜지스터, 커패시터 및 레지스터와 같은 백만개보다 많은 초소형 전자 디바이스들을 포함할 수 있다. 집적 회로의 한 유형은 기판(예를 들어, 반도체 기판) 상에 형성되어 회로 내에서 다양한 기능을 수행하도록 상호작용하는 전계 효과 트랜지스터(예를 들어, 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 전계 효과 트랜지스터)들이다. CMOS 트랜지스터는 기판에 형성된 소오스와 드레인 영역 사이에 배치된 게이트 구조를 포함한다. 일반적으로, 상기 게이트 구조는 게이트 전극과 게이트 유전체를 포함한다. 상기 게이트 전극은 게이트 유전체 아래 드레인과 소오스 영역 사이에 형성된 채널 영역에서 전하 캐리어의 흐름을 제어하기 위해 상기 게이트 절연체 위에 배치된다. 트랜지스터의 속도를 증대시키기 위해, 상기 게이트 절연체는 4.0보다 큰 유전 상수를 가진 재료로 제조될 수 있다. 여기서, 그러한 유전체 재료를 고유전율 재료(high-k materials)라 칭한다.
상기 게이트 유전층은 이산화 규소(SiO2)와 같은 유전체 재료, 또는 SiON, SiN, 하프늄 산화물(HfO2), 하프늄 실리케이트(HfSiO2), 하프늄 실리콘 옥시나이트라이드(HfSiON), 지르코늄 산화물(ZrO2), 지르코늄 실리케이트(ZrSiO2), 바륨 스트론튬 티타네이트(BaSrTiO3, 또는 BST), 리드 지르코네이트 티타네이트(Pb(ZrTi)O3, 또는 PZT)와 같이 4.0보다 큰 유전 상수를 가진 고유전율 재료 등으로 제조될 수 있다. 그러나, 막 스택(film stack)이 다른 재료로 형성된 층을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다.
게이트 스택들은 통상의 폴리실리콘 대신 고유전율 재료 상에 형성된 금속층들을 포함할 수도 있다. 상기 금속층들은 TiN, TiAl, WN, HfC, HfN, FUSI 또는 완전 실리사이드화된 금속 게이트용 실리사이드를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 기판과 상기 고유전율의 유전층 사이의 게이트 구조에 고이동성의 인터페이스층이 증착될 수 있다. 게이트 대체법(replacement gate approach), 선(先)게이트법(gate first approach) 및 후(後)게이트법(gate last approach)과 같은 다양한 방법이 CMOS 고율전율/금속 게이트 스택 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
고유전율 게이트 유전체를 가진 전계 효과 트랜지스터들의 게이트 구조들의 제조/후게이트법은 일련의 프로세싱 단계(예를 들어, 다층 증착)를 포함한다. 게이트 스택 구조 형성 프로세스에서, 형상 추종성(conformal) 막이 요구될 뿐만 아니라, 각 층 사이의 계면층들의 우수한 품질도 필수적이다.
통상의 CMOS 제조 방식에 있어서, 기판은 다양한 반응기가 연결된 툴 사이를 통과하여야 한다. 툴 사이로 기판을 통과시키는 프로세스는 주위 압력에서 제 2 툴의 진공 환경으로의 이송을 위해 하나의 툴의 진공 환경으로부터 기판을 제거할 필요가 있다. 주위 환경에서, 기판은 입자, 습기 등과 같은 기계적 및 화학적 오염물에 노출되며, 이는 제조되고 있는 게이트 구조를 손상시킬 수 있으며, 가능하다면 이송중 각 층 사이에 바람직하지 않은 계면층, 예를 들어 자연 산화물을 형성할 수 있다. 장치 속도를 증대시키기 위해 게이트 구조들이 더 소형화되고/소형화되거나 더 얇아질수록, 오염 또는 계면층 형성의 악영향에 대한 관심이 높아지고 있다. 아울러, 클러스터 툴 사이에서 기판을 이송하는데 소요되는 시간이 전계 효과 트랜지스터의 제조에서 생산성을 저하시킨다.
아울러, 게이트 스택 구조의 제조 프로세스는 금속층을 형성하기 위해 화학기상증착(CVD) 프로세스를 포함할 수 있다. 그러나, 유기금속 전구체로부터의 잔류 입자는 게이트 스택의 금속부를 형성할 때 하부 유전층을 오염시킬 수 있으며, 이는 게이트 유전층의 유전 특성에 악영향을 준다. 더욱이, 트랜지스터의 크기가 45㎚ 미만으로 감소하고 보다 높은 종횡비를 가질수록, 충분한 막 균일성과 단차 도포성의 실현은 매우 어렵게 된다.
따라서, 개선된 특성을 가진 게이트 스택을 형성하기 위한 장치 및 방법이 당해 분야에서 요구된다.
본 발명의 일 실시예에서, 비대칭 자석 링, 낮은 프로파일의(low profile) 커버 링 및 증착 링을 포함하는 이중 링 마그네트론과 페디스털 용량성 튜너를 가진 고압 RF DC PVD 챔버가 개시된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 금속 막의 증착 방법이 개시된다. 상기 방법은 고압 가스를 챔버로 유동시키는 단계, 스퍼터링 타겟에 전기적으로 연결된 RF DC 전원을 이용하여 상기 가스로부터의 플라즈마를 점화하는 단계, 마그네트론을 이용하여 농축 플라즈마를 형성하는 단계, 상기 RF 전원에 일치하도록 페디스털을 튜닝하는 단계, 및 상기 챔버에서 기판상에 금속 막을 증착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 전술한 특징이 상세하게 이해될 수 있도록, 첨부도면에 그 일부가 도시되어 있는 실시예를 참조하여, 위에서 약술한 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나, 첨부도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예만을 도시한 것이며, 따라서 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 아니되고, 본 발명이 다른 동등한 효과의 실시예들을 허용할 수 있음에 유의한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버의 단면도이고,
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버의 등각 투영도를 도시하며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1a에 도시된 챔버의 일부를 도시한 확대 단면도이고,
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1a에 도시된 챔버의 일부를 도시한 확대 단면도이며,
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1a에 도시된 챔버의 일부를 도시한 평면도이고,
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1a에 도시된 챔버의 일부를 도시한 평면도이며,
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 타겟 측으로부터 본 마그네트론의 등각 투영도이고,
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론의 일부를 도시한 저면도이며,
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론의 일부를 도시한 저면도이고,
도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론의 일부를 도시한 저면도이며,
도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론의 일부를 도시한 평면도이고,
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 키트의 일부를 도시한 단면도이며,
도 5b는 통상의 프로세스 키트의 일부를 도시한 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 컨트롤러의 개략도이며,
도 7a 내지 도 7h는 CMOS형 집적회로를 제조하기 위한 프로세스의 예를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 8은 스퍼터링 프로세스 과정에서 입자의 탄성 충돌을 도시한 도면이며,
도 9는 스퍼터링 챔버에서 복합 성분 타겟의 스퍼터링 분포를 도시한 도면이고,
도 10a 내지 도 10c는 프로세싱 과정에서 스퍼터링 타겟에 형성되는 침식 트랙을 도시한 도면이며,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 막 증착 방법을 도시한 공정 흐름도이다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면에서 공통되는 동일한 구성요소는 가능한 한 동일한 참조번호를 사용하여 표시하였다. 일 실시예의 구성요소 및 특징부들은 다른 설명이 없다면 다른 실시예에도 유리하게 통합될 수 있음을 고려하였다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 물리기상증착(PVD) 프로세스를 실시하기 위해 사용되는 프로세싱 챔버를 제공한다. 일 실시예에서, 상기 프로세스 챔버의 디자인은 RF 물리기상증착(PVD) 프로세스를 이용하여 소정의 재료를 증착하도록 구성된다. 본 명세서에 개시된 프로세싱 챔버는 다성분 막의 증착에 특히 유용할 수 있다. 상기 프로세싱 챔버의 디자인 특징부는, 임의의 정재파(standing wave) 효과를 저감시키도록 개선된 RF 공급 구조; RF 플라즈마 균일성, 증착된 막의 조성과 두께 균일성을 향상시키도록 개선된 마그네트론 디자인; 프로세스 제어를 향상시키도록 개선된 기판 바이어싱 구조; 및 기판의 주요 표면 부근에서 RF 전계 균일성을 향상시키도록 프로세스 균일성과 재현가능성을 크게 촉진하는 개선된 프로세스 키트 디자인을 포함할 수 있다.
도 1a는 상부 프로세스 조립체(108), 프로세스 키트(150) 및 페디스털 조립체(120)를 가진 예시적 반도체 프로세싱 챔버(100)를 도시하고 있으며, 이들은 모두 프로세싱 영역(110)에 배치된 기판(105)을 처리하도록 구성되어 있다. 상기 프로세스 키트(150)는 일체형 접지 실드(160), 하부 프로세스 키트(165) 및 절연체(isolator) 링 조립체(180)를 포함한다. 도시된 양태에서, 상기 프로세싱 챔버(100)는 기판(105) 상에 타겟(132)으로부터의 단일 또는 다성분 재료를 증착할 수 있는 소위 물리기상증착 또는 PVD 챔버라고도 불리우는 스퍼터링 챔버를 포함한다. 상기 프로세싱 챔버(100)는 알루미늄, 구리, 니켈, 플래티늄, 하프늄, 은, 크롬, 금, 몰리브덴, 실리콘, 루테늄, 탄탈, 탄탈 질화물, 탄탈 카바이드, 티타늄 질화물, 텅스텐, 텅스텐 질화물, 란탄, 알루미나, 란탄 산화물, 니켈 플래티넘 합금, 및 티타늄 및/또는 이들의 조합을 증착하기 위해 사용될 수도 있다. 이러한 프로세싱 챔버는 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼스사로부터 구할 수 있다. 다른 제조사의 제품을 포함한 다른 프로세싱 챔버도 본 명세서에 개시된 발명의 하나 또는 그보다 많은 실시예에 따른 잇점을 향유하도록 적합화될 수 있다.
상기 프로세싱 챔버(100)는 프로세싱 영역(110) 또는 플라즈마 구역을 감싸는 챔버 본체(101)를 포함하며, 상기 챔버 본체는 측벽(104), 바닥 벽체(106) 및 상부 프로세스 조립체(108)를 갖는다. 상기 챔버 본체(101)는 통상적으로 용접된 스테인리스강판 또는 알루미늄으로 된 일체형 블럭으로 제조된다. 일 실시예에서, 상기 측벽은 알루미늄을 포함하고, 상기 바닥 벽체는 스테인리스강판을 포함한다. 일반적으로, 상기 측벽(104)은 프로세싱 챔버(100)에 대해 기판(105)이 출입할 수 있도록 하는 슬릿 밸브(미도시)를 포함한다. 상기 접지된 실드(160), 페디스털 조립체(120) 및 커버 링(170)과 상호작용하여 프로세싱 챔버(100)의 상부 프로세스 조립체(108)의 구성요소들은 프로세싱 영역(110) 내에 형성된 플라즈마를 기판(105) 위의 영역에 국한시킨다.
페디스털 조립체(120)는 챔버(100)의 바닥 벽체(106)로부터 지지된다. 상기 페디스털 조립체(120)는 프로세싱하는 동안 기판(105)과 함께 증착 링(502)을 지지한다. 상기 페디스털 조립체(120)는 리프트 기구(122)에 의해 챔버(100)의 바닥 벽체(106)에 연결되며, 상기 리프트 기구는 페디스털 조립체(120)를 상부 프로세싱 위치와 하부 이송 위치 사이에서 이동시키도록 구성되어 있다. 또한, 상기 하부 이송 위치에서, 단일 블레이드 로봇(미도시)과 같이 프로세싱 챔버(100)의 외부에 배치된 기판 이송 기구와의 기판 교환을 용이하게 하기 위해, 리프트 핀(123)은 페디스털 조립체(120)를 통과하여 이동되어 페디스털 조립체(120)로부터 소정 거리에 기판을 위치시킨다. 통상적으로, 상기 프로세싱 영역(110)을 페디스털 조립체(120)의 내부 및 챔버의 외부로부터 격리시키기 위해 상기 페디스털 조립체(120)와 챔버 바닥 벽체(106) 사이에 벨로우즈(124)가 배치된다.
일반적으로, 상기 페디스털 조립체(120)는 플랫폼 하우징(128)에 밀봉 결합된 지지체(126)를 포함한다. 상기 플랫폼 하우징(128)은 통상적으로 스테인리스강 또는 알루미늄과 같은 금속성 재료로 제조된다. 일반적으로, 상기 플랫폼 하우징(128)의 내부에는 냉각판(미도시)이 배치되어 지지체(126)를 열적으로 조절한다. 본 명세서에 개시된 실시예의 잇점을 향유하도록 적합화될 수 있는 하나의 페디스털 조립체(120)가 1996년 4월 16일자로 Davenport 등에게 허여된 미국특허 제5,507,499호에 개시되어 있으며, 상기 특허는 인용에 의해 그 전체가 본 명세서에 통합되었다.
상기 지지체(126)는 알루미늄 또는 세라믹으로 구성될 수 있다. 상기 기판 지지체(126)는 프로세싱 과정에서 기판(105)을 수용하여 지지하는 기판 수용면(127)을 갖고, 상기 기판 수용면(127)은 타겟(132)의 스퍼터링면(133)에 실질적으로 평행하다. 또한, 상기 지지체(126)는 기판(105)의 돌출 에지(105A) 전에 종료되는 주연부 에지(129)를 갖는다. 상기 지지체(126)는 정전척, 세라믹 본체, 히터 또는 이들의 조합일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 지지체(126)는 도전층 또는 전극(126A)이 내장된 유전체를 포함하는 정전척이다. 통상적으로, 상기 유전체는 열분해 붕소 질화물(pyrolytic boron nitride), 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 알루미나 또는 등가의 재료와 같이 열전도성이 높은 유전체 재료로 제조된다. 상기 페디스털 조립체(120)와 지지체(126)의 다른 양태가 아래에 더 개시되어 있다. 일 실시예에서, 상기 전도층(126A)은, 정전척 전력공급장치(143)에 의해 DC 전압이 상기 전도층(126A)에 인가될 때, 기판 수용면(127) 상에 배치된 기판(105)이 그에 정전기적으로 척킹되어 기판(105)과 지지체(126) 간의 열전달이 향상되도록, 구성된다. 다른 실시예에서, 프로세싱 과정에서 기판에서의 전압이 유지되어 기판(105) 표면과의 플라즈마 상호작용에 영향을 미칠 수 있도록, 상기 전도층(126A)에 임피던스 컨트롤러(141)가 또한 연결된다.
상기 챔버(100)는 일반적으로 프로세싱 챔버(100)의 제어와 자동화를 용이하게 하도록 설계된 시스템 컨트롤러(190)에 의해 제어되며, 상기 시스템 컨트롤러는 중앙처리장치(CPU)(미도시), 메모리(미도시) 및 지원회로(또는 I/O)(미도시)를 포함한다. 상기 CPU는 다양한 시스템 기능, 기판 운동, 챔버 프로세스 및 지원 하드웨어(예를 들어, 센서, 로봇, 모터 등)를 제어하고 프로세스들(예를 들어, 기판 지지 온도, 전력공급장치 변수, 챔버 프로세스 시간, I/O 신호 등)을 모니터링하기 위해 산업환경에서 사용되는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 상기 메모리는 CPU에 연결되며, 임의 접근 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 형태의 로컬 또는 원격의 디지털 저장소와 같이 용이하게 구입할 수 있는 메모리 중 하나 이상(one or more)일 수 있다. 소프트웨어 명령 및 데이터는 CPU에 대한 명령을 위해 메모리 내에 코드화되어 저장될 수 있다. 또한, 상기 지원 회로는 통상의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU에 연결된다. 상기 지원 회로는 캐시, 전력공급장치, 클록 회로, 입출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다. 시스템 컨트롤러(190)에 의해 판독가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령)은 기판에서 어떠한 작업(tasks)이 실행가능한지를 결정한다. 바람직하게, 상기 프로그램은 시스템 컨트롤러(190)에 의해 판독가능한 소프트웨어이며, 이는 프로세싱 챔버(100)에서 실시되고 있는 운동과 다양한 프로세스 레시피 작업 및 레시피 단계에 대한 모니터링, 실행 및 제어와 관련된 작업을 실시하기 위한 코드를 포함한다. 예를 들어, 상기 컨트롤러(190)는 프로그램 코드를 포함할 수 있으며, 이는 페디스털 조립체(120)를 작동시키도록 설정된 기판 위치결정 명령; 챔버(100)에 대한 스퍼터링 가스의 흐름을 설정하기 위해 가스 유동 제어 밸브를 작동시키도록 설정된 가스 유동 제어 명령; 챔버(100) 내의 압력을 유지하기 위해 스로틀 밸브 또는 게이트 밸브를 작동시키도록 설정된 가스 압력 제어 명령; 기판 또는 측벽(104) 각각의 온도를 설정하기 위해 페디스털 조립체(120) 또는 측벽(104) 내의 온도 제어 시스템(미도시)을 제어하도록 설정된 온도 제어 명령; 및 챔버(100)에서의 프로세스를 모니터링하도록 설정된 프로세스 모니터링 명령을 포함한다.
또한, 상기 챔버(100)는 프로세스 키트(150)를 포함하며, 이는 예를 들어 구성요소의 표면으로부터 스퍼터링 증착물을 세척하거나, 부식된 구성요소를 교환 또는 수리하거나, 다른 프로세스를 위해 챔버(100)를 구성하기 위해, 챔버(100)로부터 용이하게 제거될 수 있는 다양한 구성요소를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 프로세스 키트(150)는 기판(105)의 돌출 에지 전에 종료되는 지지체(126)의 주연부 에지(129) 주위에 배치되도록 절연체 링 조립체(180), 접지된 실드(160) 및 링 조립체(168)를 포함한다.
도 1b는 클러스터 툴(103)의 프로세싱 위치에 연결된 프로세싱 챔버(100)의 등각 투영도이다. 상기 클러스터 툴(103)은 상기 프로세싱 챔버(100)에서 증착 프로세스를 실시하기 전 또는 후에 기판상에 하나 또는 그보다 많은 프로세싱 단계를 실시하도록 구성된 다른 프로세싱 챔버들(미도시)을 포함할 수도 있다. 예시적인 클러스터 툴(103)은 캘리포니아 산타 클라라에 소재한 어플라이드 머티어리얼스사로부터 구할 수 있는 CenturaTM 또는 EnduraTM 시스템을 포함할 수 있다. 상기 클러스터 툴(103)은 하나 또는 그보다 많은 로드락 챔버(미도시), 하나 또는 그보다 많은 프로세스 챔버, 및 냉각 챔버(미도시)를 포함할 수 있으며, 이들은 모두 중앙 이송 챔버(103A)에 부착되어 있다. 일례에서, 상기 클러스터 툴(103)은 주기적 층 증착, 화학기상증착(CVD), 물리기상증착(PVD), 원자층증착(ALD), 에칭, 예비 세정(pre-clean), 탈기(degas), 어닐링, 배향 및 다른 기판 프로세스와 같은 다수의 기판 프로세싱 작업을 실시하도록 구성된 프로세싱 챔버들을 가질 수 있다. 이송 툴, 예를 들어, 상기 이송 챔버(103A) 내에 배치된 로봇(미도시)이 클러스터 툴(103)에 부착된 하나 또는 그보다 많은 챔버들로 및 챔버들로부터 기판을 이송하기 위해 사용될 수 있다.
도 1a 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에서, 상기 프로세스 챔버(100)는 절연체 링 조립체(180)를 포함하며, 이는 타겟(132), 접지된 실드(160)의 에지(216) 및 타겟 절연체(136)에 인접하여 배치된 절연체 링(250)과 지지 링(267)을 포함한다. 상기 절연체 링(250)은 타겟(132)의 스퍼터링면(133)의 외측 에지 주위에서 연장하여 외측 에지를 둘러싼다. 상기 절연체 링 조립체(180)의 절연체 링(250)은 상부 벽체(252), 바닥 벽체(254) 및 상기 절연체 링(250)의 상부 벽체(252)로부터 방사상 외측으로 연장하는 지지 림(256)을 포함한다. 예시적 절연체 링 디자인의 일례가 일반 양도된 미국 특허 출원번호 제12/433,315호에 더 개시되어 있으며, 상기 특허출원은 인용에 의해 본 명세서에 통합되었다.
상기 상부 벽체(252)는 내측 주연부(258), 타겟(132)에 인접하여 배치된 상단면(260) 및 타겟 절연체(136)에 인접하여 배치된 외측 주연부(262)를 포함한다. 상기 지지 림(256)은 바닥 접촉면(264)과 상면(266)을 포함한다. 상기 지지 림(256)의 바닥 접촉면(264)은 타겟 절연체(136)의 표면을 향하여 및 그에 대항하여 절연체 링을 바이어스시키기 위해 상기 지지 링(267)에 연결된 스프링 부재(267A)(예를 들어, 압축가능한 금속 스프링 요소)에 의해 지지된다. 상기 스프링 부재(267A)의 사용은 절연체 링(250)과 그 지지 구성요소 및 스퍼터링면(133) 간의 공차 누적을 줄이는데 도움이 될 수 있으며, 따라서, 상기 스퍼터링면(133)과 상기 절연체 링(250)의 상단면(260) 사이에 바람직한 갭이 안정적으로 유지될 수 있다. 상기 스퍼터링면(133)과 상기 상단면(260) 사이에 형성된 갭은 프로세싱 영역(110)에 형성된 플라즈마가 갭속으로 연장되어 밀폐 및/또는 입자 문제를 야기하는 것을 방지하는데 있어서 중요하다. 상기 바닥 벽체(254)는 내측 주연부(268), 외측 주연부(270) 및 바닥면(272)을 포함한다. 상기 바닥 벽체(254)의 내측 주연부(268)와 상기 상부 벽체(252)의 내측 주연부(258)는 단일 표면을 형성한다.
상기 지지 림(256)의 바닥 접촉면(264)과 상기 바닥 벽체(254)의 외측 주연부(270) 사이의 전이점(278)에 수직 트랜치(276)가 형성된다. 상기 수직 트랜치(276)와 협력하여 상기 실드(160)의 단차부(221)는 전도성 재료가 절연체 링 조립체(180)와 실드(160) 사이에 표면 브릿지를 생성하는 것을 방지하는 레버린스 갭(labyrinth gap)을 제공함으로써, 전기적 불연속성을 유지하면서 챔버 벽체(104,106)에 대한 차폐를 제공한다. 일 실시예에서, 상기 절연체 링 조립체(180)는 프로세스 키트(150)의 접지 구성요소와 타겟(132) 사이에 갭을 제공하면서도 챔버 벽체들에 대한 차폐를 제공한다. 상기 절연체 링 조립체(180)의 단차형 디자인은 실드(160)가 어댑터(220)와 중심이 일치되도록 하고, 또한 이는 타겟(132)의 정렬 특징부 및 결합하는 실드의 장착점(mounting point)이다. 또한, 상기 단차형 디자인은 타겟(132)으로부터 지지 링(267)까지의 고저선(line of site) 증착을 제거하고, 이 영역에서 아킹(arcing)의 우려를 없앤다.
일 실시예에서, 상기 절연체 링 조립체(180)는 막 접착성을 향상시키기 위해 180±20 마이크로인치(0.0041 내지 0.0051㎜) 이상의 표면 조도(Ra 값)를 실현하도록 그릿 블라스트 처리된(grit blasted) 표면 조직 또는 그 위에 아크 분사되어 증착된 알루미늄 막을 갖는다. 상기 지지 림(256)은 절연체 링 조립체(180)가 어댑터(220)와 중심이 일치되도록 하면서도 타겟(132)으로부터 접지 실드(160)까지의 고저선을 제거함으로써, 표류 플라즈마 우려를 없앤다. 일 실시예에서, 상기 지지 링(267)은 실드(160)내 일련의 슬롯(미도시)의 위치를 결정하거나 그들과 정렬되는 일련의 정렬 핀들(미도시)을 포함한다.
일반적으로, 상기 실드(160)의 내면(214)은 지지체(126)의 주연부 에지(129)와 지지체(126)를 대면하고 있는 스퍼터링 타겟(132)의 스퍼터링면(133)을 둘러싼다. 상기 실드(160)는 챔버(100)의 측벽(104)을 덮고 은폐하여 스퍼터링 타겟(132)의 스퍼터링면(133)으로부터 기인한 스퍼터링 증착물이 실드(160) 배후의 구성요소와 표면들에 증착되는 것을 줄인다. 예를 들어, 상기 실드(160)는 지지체(126)의 표면들, 기판(105)의 돌출 에지, 챔버(100)의 측벽(104)과 바닥 벽체(106)를 보호할 수 있다.
덮개 조립체 영역
또한, 상기 상부 프로세스 조립체(108)는 RF 소오스(181), 직류(DC) 소오스(182), 어댑터(102), 모터(193) 및 덮개 조립체(130)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 상기 덮개 조립체(130)는 타겟(132), 마그네트론 시스템(189) 및 덮개 인클로져(191)를 포함한다. 상기 상부 프로세스 조립체(108)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 폐쇄 위치에 있을 때 측벽(104)에 의해 지지된다. 상기 절연체 링 조립체(180), 타겟(132) 및 덮개 조립체(130)의 어댑터 사이에 진공 누설을 방지하기 위한 세라믹 타겟 절연체(136)가 배치된다. 상기 어댑터(102)는 측벽(104)에 밀봉 결합되며, 상부 프로세스 조립체(108)와 절연체 링 조립체(180)의 제거에 도움이 되도록 구성되어 있다.
프로세싱 위치에 있을 때, 상기 타겟(132)은 어댑터(102)에 인접하여 배치되고, 프로세싱 챔버(100)의 프로세싱 영역(110)에 노출된다. 상기 타겟(132)은 PVD 또는 스퍼터링 프로세스 과정에서 기판(105) 상에 증착되는 재료를 포함한다. 상기 절연체 링 조립체(180)는 실드(160)와 챔버 본체(101)로부터 타겟(132)을 전기적으로 격리시키기 위해 타겟(132)과 실드(160)와 챔버 본체(101) 사이에 배치된다.
프로세싱 과정에서, 상기 타겟(132)은 RF 소오스(181) 및/또는 직류(DC) 소오스(182) 내에 배치된 전원에 의해 프로세싱 챔버의 접지 영역(예를 들어, 챔버 본체(101) 및 어댑터(102))에 대해 바이어스된다. 고압 PVD 프로세스 과정에서 RF 에너지 및 DC 전력을 타겟(132)에 전달함으로써, 단지 몇 가지만 말하면, 티타늄과 알루미늄 또는 티타늄과 텅스텐을 스퍼터링하는 것과 같이 다성분 막의 스퍼터링과 함께 사용될 때, 종래의 저압 직류(DC) 플라즈마 프로세싱 기술보다 상당한 프로세스 잇점을 얻을 수 있는 것으로 믿어진다. 아울러, 일 실시예에서, RF와 DC 전원의 조합은 RF 단독 소오스에 비해 프로세싱 과정에서 전체적으로 낮은 RF 전력이 사용될 수 있도록 하고, 이는 기판의 손상과 관련된 플라즈마를 감소시키고 장치의 수율을 증대시키는데 도움이 될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 RF 소오스(181)는 타겟(132)에 RF 에너지를 효과적으로 전달하도록 구성된 RF 전원(181A)과 RF 매치(match)(181B)를 포함한다. 일례에서, 상기 RF 전원(181A)은 약 0 내지 약 5 kWatts 사이의 전력에서 약 13.56 ㎒ 내지 약 128 ㎒ 사이의 주파수의 RF 전류를 발생시킬 수 있다. 일례에서, 상기 DC 소오스(182) 내의 DC 전력공급장치(182A)는 약 0 내지 약 10 kWatts 사이의 DC 전력을 전달할 수 있다. 다른 예에서, 상기 RF 전원(181A)은 타겟에서 약 0 내지 약 33 kWatts/m2 사이의 RF 전력 밀도를 발생시킬 수 있고, 상기 DC 소오스(182)는 약 0 내지 약 66 kWatts/m2 사이의 전력 밀도를 전달할 수 있다.
프로세싱 과정에서, 아르곤과 같은 가스가 도관(144)을 통해 가스 소오스(142)로부터 프로세싱 영역(110)으로 공급된다. 상기 가스 소오스(142)는 아르곤, 크립톤, 헬륨 또는 제논과 같은 비반응성 가스를 포함할 수 있으며, 이는 타겟(132)으로부터의 재료에 강하게 충돌하여 스퍼터링할 수 있다. 또한, 상기 가스 소오스(142)는 하나 또는 그보다 많은 산소 함유 가스 또는 질소 함유 가스와 같은 반응성 가스를 포함할 수 있으며, 이는 기판상에 층을 형성하도록 스퍼터링 재료와 반응할 수 있다. 사용된 프로세스 가스와 부산물들은 배출 포트(146)를 통해 챔버(100)로부터 배출되며, 상기 배출 포트는 사용된 프로세스 가스를 수용하여 이를 배출 도관(148)으로 보내고, 상기 배출 도관은 챔버(100)의 프로세싱 영역(110) 내의 압력을 제어하도록 조절이 가능한 위치결정 게이트 밸브(adjustable position gate valve; 147)를 갖는다. 상기 배출 도관(148)은 극저온 펌프와 같은 하나 또는 그보다 많은 배출 펌프(149)에 연결된다. 통상적으로, 프로세싱 과정에서 챔버(100) 내의 스퍼터링 가스의 압력은 진공 환경과 같은 대기보다 낮은 레벨, 예를 들어, 약 0.6 mTorr 내지 약 400 mTorr의 압력으로 설정된다. 일 실시예에서, 프로세싱 압력은 약 20 mTorr 내지 약 100 mTorr로 설정된다. 플라즈마는 가스로부터 타겟(132)과 기판(105) 사이에 형성된다. 플라즈마 내부의 이온은 타겟(132)을 향하여 가속되며, 타겟(132)으로부터 재료가 제거되도록 한다. 제거된 타겟 재료는 기판상에 증착된다.
도 3a를 참조하면, 일반적으로 덮개 인클로져(191)는 도전성 벽체(185), 센터 피드(center feed)(184) 및 쉴딩(186)을 포함한다(도 1a 및 도 1b). 이 구성에서, 상기 도전성 벽체(185), 센터 피드(184), 타겟(132) 및 모터(193)의 일부분은 후방 영역(134)을 감싸며 형성한다. 상기 후방 영역(134)은 타겟(132)의 후면에 배치된 밀봉 영역이며, 프로세싱 과정에서 타겟(132)에서 발생된 열을 제거하기 위해 프로세싱 과정에서 유동성 액체로 충진된다. 일 실시예에서, 상기 도전성 벽체(185)와 센터 피드(184)가 모터(193)와 마그네트론 시스템(189)을 지지하도록 구성됨으로써, 상기 모터(193)는 프로세싱 과정에서 마그네트론 시스템(189)을 회전시킬 수 있다. 일 실시예에서, 상기 모터(193)는 델린(Delrin), G10 또는 아델(Ardel)과 같은 유전층(193B)을 이용하여 전력공급장치로부터 전달되는 RF 또는 DC 전력으로부터 전기적으로 절연된다.
상기 쉴딩(186)은 하나 또는 그보다 많은 유전체 재료를 포함할 수 있으며, 유전체 재료는 타겟(132)에 전달되는 RF 에너지를 포위하여 클러스터 툴(103)(도 1b) 내에 배치된 다른 프로세싱 챔버를 간섭하고 이에 영향을 미치는 것을 방지한다. 일 구성에서, 상기 쉴딩(186)은 델린(Delrin), G10, 아델(Ardel) 또는 다른 유사한 재료 및/또는 접지된 얇은 판금 RF 실드를 포함할 수 있다.
전력 전달
일 실시예에서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 프로세싱 과정에서, 용량적으로 결합된 타겟(132)에 RF 또는 VHF 에너지를 이용하여 플라즈마 프로세싱 과정에서 전력이 공급되어 타겟(132)의 스퍼터링면(133) 부근의 프로세싱 가스를 이온화시키고 해리함으로써, 이온화된 가스가 바이어스된 타겟으로부터 재료를 스퍼터링할 것이다. 그러나, 프로세싱 챔버의 크기가 300㎜ 및 그보다 큰 기판을 프로세싱하도록 커짐에 따라, 한정된 반응기 치수와 전극에서의 경계 조건으로 인하여, 발생된 RF 전계는 전형적인 RF 및 VHF 주파수에서 프로세싱 영역(110)에 정재파를 본질적으로 형성할 수 있다. 전극의 크기가 여기 파장과 비교가능하게 된다면, 형성된 정재파에 의해 생성되는 전자기 효과는 기판상에 증착된 막과 플라즈마에 불균일성을 유발할 수 있다. 상기 정재파와 플라즈마의 불균일성은 PVD 반응기에 의해 증착된 박막의 특성과 두께, 또는 일반적인 플라즈마 프로세싱 챔버에서의 프로세스 균일성에 강력한 영향을 미친다. 불균일한 막은 센터 대 에지(center-to-edge) 및 에지 대 에지(edge-to-edge)의 불균일성을 야기할 수 있으며, 이는 일부 경우에서, 비기능형 디바이스를 야기할 수 있다.
일부 경우에서, 상기 정재파 효과 및 관련된 플라즈마 불균일성은, 전극(예를 들어, PVD 타겟) 성형, RF 주파수 강하, 및 챔버 압력과 같은 프로세싱 변수의 튜닝, 및/또는 이들의 조합에 의해 어느 정도 개선될 수 있다. 그러나, 대형 기판에 대한 수요를 반영하기 위해 프로세싱 챔버의 크기가 증가하는 경우, 상기 정재파 효과 및 플라즈마 불균일성에 대한 전술한 대항조치를 단순히 확대하는 것은 충분하지 않을 수 있고/있거나 비이상적인 플라즈마 프로세싱 조건을 야기할 수 있다.
이러한 불균일성은 전극에 대한 RF 전력의 비대칭적 전달에 의해서, 그리고 프로세싱 압력이 증가할수록, 더 유도되고 악화될 수 있는 것으로 여겨진다. 상기 RF 전력의 비대칭적 전달은 전극에 전달된 RF 전력의 불균일한 확산을 야기하여 플라즈마 불균일성을 발생시킨다. 도 3b는 타겟 표면에 걸쳐서 비대칭적으로 위치된 전력 전달점 "F"로부터 전달된 RF 전력의 흐름을 개략적으로 도시한 타겟(132)의 개략적인 평면도이다. 도시된 바와 같이, RF 전력 전달점 "F"는 타겟(132)의 중심 "M"으로부터 거리 "O"만큼 오프셋되어 있다. 이 구성에서, 전력 전달점 "F"으로부터 발산되는 전류 흐름은 불균일한데, 그 이유는, 예를 들어, 타겟(132)의 에지에 도달하기 위해 서로 다른 경로 길이를 가진 반대 방향(C12 및 C11)에서의 전류 흐름으로 개략적으로 도시한 바와 같이, 전류가 서로 다른 거리를 흘러 타겟의 표면에 걸쳐서 확산될 것이기 때문이다. 이와 같이 불균일한 흐름은 비대칭적 정재파를 프로세싱 영역(110)에 발생시킬 것이며, 이는 플라즈마 및 증착 불균일성을 유발하게 될 것으로 여겨진다.
일 실시예에서, 도 3a 및 도 3c에 도시된 바와 같이, RF 전력은 타겟(132)의 중심 "M" 또는 중심축에 위치된 센터 피드(184)로 전달된다. 이 구성에서, RF 소오스(181) 내에 배치된 RF 전원(181A)으로부터 전달된 RF 에너지는 프로세싱 과정에서 센터 피드(184)와 도전성 벽체(185)를 통해 타겟(132)으로 흐르도록 구성된다. 일 실시예에서, 도 3a 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 센터 피드(184)는 타겟(132)의 중심 "M"을 중심으로 축방향으로 대칭이다. 일 실시예에서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 센터 피드(184)의 상면(184A)의 한 에지에서의 RF 에너지 전달이 센터 피드(184)의 하면(184B)의 도전성 벽체(185) 및/또는 타겟(132)에 대한 RF 에너지의 균일한 전달을 가능하게 하도록, 센터 피드(184)의 종횡비가 구성된다. 일반적으로, RF 전류는 도 3a에 화살표 "C"로 표시한 경로를 따라 흐른다. 이 경우에서, 센터 피드(184)로부터 발산되는 RF 전류 흐름(예를 들어, 도 3c에서 참조번호 C21)은 균일하게 되며, RF 정재파의 영향과 플라즈마 불균일성은 최소화되고/최소화되거나 사라질 것이다.
몇몇 실시예에서, 센터 피드(184)는 적어도 약 1:1의 길이"A" 대 내경비(예를 들어, 직경"D2") 또는 직경 종횡비를 가질 수 있다. 적어도 1:1 또는 그보다 더 긴 직경 종횡비를 제공하면, 센터 피드(184)로부터 보다 균일한 RF 전달을 제공하는 것으로 여겨진다. 일 실시예에서, 센터 피드(184)의 내경 또는 직경"D2"은 예를 들어 약 1인치 내지 약 6인치, 또는 4인치로 가능한 작을 수 있다. 더 작은 내경을 제공함으로써, 센터 피드(184)의 길이를 크게 증대시키지 않고 원하는 직경 종횡비를 용이하게 유지할 수 있다. 몇몇 구성에 있어서, 예를 들어, 센터 피드(184)는 약 1(25.4㎜) 내지 약 12인치(304.8㎜), 또는 약 4인치(101.6㎜)의 길이 "A"를 가질 수 있다.
도전성 물체를 투과하는 RF 또는 VHF 전류의 양은 전류의 주파수 및 재료의 물리적 특성의 함수이다. 따라서, 센터 피드(184)를 제조한 재료의 도전성 및/또는 센터 피드(184)의 표면상에 증착된 피막이 전달된 RF 또는 VHF 전류를 분배하는 능력에 영향을 줄 수 있다. 일례에서, 센터 피드(184) 및/또는 도전성 벽체(185)는 알루미늄(예를 들어, 6061T6 알루미늄) 또는 오스테나이트계 스테인리스강 재료로 제조된다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 바람직한 RF 전력 전달 균일성을 가진 센터 피드(184)를 설계하기 위해 사용될 수 있는 표면적 종횡비를 규정하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 표면적 종횡비는, 센터 피드(184)의 길이 "A" 대 RF 전력이 따라 전파하도록 구성된 표면적의 비로 규정된다. 일례에서, 도 3a 및 도 3c에 도시된 구성을 이용하면, 상기 종횡비는 RF 전류가 따라 흐를 수 있는 직경(D1 및 D2) 상에 존재하는 표면적(예를 들어, πD1A+πD2A)에 대한 길이 "A"이다. 일례에서, 중앙에 배치된 센터 피드(184)의 종횡비는 약 0.001 /㎜ 내지 약 0.025 /㎜, 예를 들면 약 0.016 /㎜이다. 다른 일례에서, 중앙에 배치된 센터 피드(184)는 6061T6 알루미늄으로 제조되며, 약 0.006/㎜의 표면적 종횡비를 갖고, 여기서 길이 "A"는 약 101.6㎜이고, 직경 "D2"은 약 25.4㎜이며 직경 "D1"은 약 33㎜이다.
도 3c는 단면이 환형인 센터 피드를 도시하고 있으나, 이 구성이 본 명세서에 개시된 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 몇몇 실시예에서, 상면(184A)과 하면(184B) 사이에서 연장하는 센터 피드(184)의 단면은 사각형, 육각형 또는 RF 전력을 도전성 벽체(185) 및/또는 타겟(132)에 실질적으로 균일하게 분배할 수 있는 다른 형상의 단면적을 가질 수 있다. 상기 상면(184A)과 하면(184B)이 서로에 대해 평행할 필요가 없으며, 따라서 길이 "A"는 상면(184A)과 하면(184B) 사이의 최소 거리로 규정될 수 있음에 유의하여야 한다.
마그네트론 조립체
효율적인 스퍼터링을 제공하기 위해, 타겟(132)의 스퍼터링면(133)에 인접한 프로세싱 영역(110)에 자계를 생성하도록 마그네트론 시스템(189)이 상부 프로세스 조립체(108)에서 타겟(132)의 후방에 위치된다. 상기 자계는 전자와 이온을 포획(trap)함으로써 플라즈마 밀도를 높이고 또한 그에 따라 스퍼터링 속도를 향상시키기 위해 생성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마그네트론 시스템(189)은 회전판(413), 외부 전극(421) 및 내부 전극(422)을 포함하는 소오스 마그네트론 조립체(420)를 포함한다. 일반적으로, 상기 회전판(413)은 소오스 마그네트론 조립체(420)의 자계 발생 구성요소가 챔버(100)의 중심축(194)에 대하여 상대적으로 이동하여 위치결정할 수 있도록 한다.
도 4a, 도 4b 및 도 4d는 소오스 마그네트론 조립체(420)를 도시하고 있으며, 이는 타겟(132)의 스퍼터링면(133)측에서 보았을 때 중심축(194)에 대해 제 1 방사상 위치에 위치되어 있다. 도 4c는 중심축(194)에 대해 제 2 방사상 위치에 위치된 경우의 소오스 마그네트론 조립체(420)를 도시하고 있으며, 상기 제 2 방사상 위치는 상기 제 1 방사상 위치와는 다르며 하기된 바와 같이 회전 방향과 속도를 조절함으로써 생성된다. 일반적으로, 상기 회전판(413)은 수직방향으로의 제 1 자극을 가진 외부 전극(421)과 상기 제 1 자극과는 반대인 제 2 자극을 가진 내부 전극(422)을 지지하고 자기적으로 결합시키도록 구성된다. 상기 내부 전극(422)는 갭(426)에 의해 외부 전극(421)으로부터 분리되며, 각 전극들은 일반적으로 하나 또는 그보다 많은 자석과 극편(pole piece)(429)을 포함한다. 2개의 전극(421,422) 사이에서 연장하는 자계는 타겟(132)의 스퍼터링면의 제 1 부분에 인접한 플라즈마 영역 "P"(도 3a, 도 4d)을 생성한다. 상기 플라즈마 영역 "P"은 일반적으로 갭(426)의 형상을 따르는 고밀도 플라즈마 영역을 형성한다.
일 실시예에서, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 마그네트론 시스템(189)은 RF 소오스(181)로부터 타겟(132)까지 RF 에너지 전달에 의해 생성되는 향상된 이온화 포텐셜(potential)의 사용을 보상하기 위하여 플라즈마 영역 "P"에 형성된 플라즈마의 강도를 저감시키는 비폐쇄형 루프 디자인(예를 들어, 개방형 루프 디자인)이다. RF 전력공급형 플라즈마는, 플라즈마 내의 전자에 대해 인가된 에너지의 보다 효율적인 결합과 전자의 에너지를 증대시키고 플라즈마 내에서 이온화 레벨을 향상시키는 다른 전자-플라즈마 상호작용 현상으로 인하여, DC 전력공급형 플라즈마 보다 플라즈마 내의 원자(예를 들어, 가스 원자 및 스퍼터링된 원자)의 이온화를 증대시키는데 있어서 더 효과적임을 이해할 수 있을 것이다.
일반적으로, "폐쇄형 루프" 마그네트론 구조는 마그네트론의 외부 전극이 마그네트론의 내부 전극을 둘러쌈으로써 연속 루프인 갭을 전극들 사이에 생성하도록 형성된다. 폐쇄형 루프 구조에서, 발생되어 타겟의 표면을 통해 재진입하여 "폐쇄형 루프" 패턴을 형성하는 자계는 종종 "레이스트랙"형 패턴으로 불리우는 폐쇄형 패턴으로 타겟의 표면 근처에 전자를 구속하기 위해 사용될 수 있다. 개방형 루프의 반대인 폐쇄형 루프 마그네트론 구조는 전자를 구속하고 타겟(132)의 스퍼터링면(133) 부근에 고밀도 플라즈마를 발생시켜 스퍼터링 수율을 증대시킬 수 있다.
개방형 루프 마그네트론 구조에서, 내부 및 외부 전극 사이에 포획된 전자들은 이동하고 누설되어 마그네트론의 개방형 단부에 생성된 B 필드로부터 탈출하게 되며, 따라서 감소된 전자 구속력으로 인해 스퍼터링 프로세스 과정에서 짧은 시간 주기 동안만 전자를 유지하게 된다. 그러나, 놀랍게도 본 명세서에 기재된 다성분 타겟의 RF 및 DC 스퍼터링과 함께 사용되는 경우, 개방형 루프 마그네트론 구조의 사용은, 본 명세서에 개시된 바와 같이 상당한 단차 도포성 향상을 제공하고, 기판 표면에 걸쳐서 향상된 재료 조성 균일성을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
마그네트론 시스템(189)의 일 실시예에서, 모터(193)에 의해 전력공급되는 회전 샤프트(193A)는 중심축(194)을 따라 연장하여 방사상 시프팅 기구(410)를 지지하며, 방사상 시프팅 기구는 회전판(413), 균형추(415) 및 소오스 마그네트론 조립체(420)를 포함한다. 이에 따라, 상기 방사상 시프팅 기구(410)는, 모터(193)가 상이한 방향(R1,R2)들로 회전함에 따라 중심축(194)으로부터 멀리 또는 그를 향하여(즉, 도 4a의 참조번호 "S") 반경방향으로 이동시키는 것과 같이, 상보적 방사상 방향으로 소오스 마그네트론 조립체(420)를 이동시킨다(도 4b, 도 4c).
프로세싱 과정에서, 스퍼터링은 타겟(132)을 상당히 가열한다. 따라서, 후방 영역(134)은 타겟(132)의 배후에 밀봉되고 냉각수 액체로 충진되며, 냉각수는 도시되지 않은 냉각기와 냉각수 재순환용 수관에 의해 냉각된다. 상기 회전 샤프트(193A)는 회전 시일(미도시)을 통해 백 챔버(100)를 관통한다. 상기 방사상 시프팅 기구(410)를 포함한 마그네트론 시스템(189)은 후방 영역(134)에 배치된 액체에 침지된다.
도 4a는 마그네트론 시스템(189)의 일 실시예를 도시한 등각 투영도이며, 일반적으로, 이는 그 중심이 클램프(414A)에 의해 회전 샤프트(193A)에 고정된 크로스 암(414)을 포함한다. 상기 크로스 암의 일단은 균형추(415)를 지지한다. 상기 균형추(415)로부터 회전축(194)을 가로지르는 크로스 암(414)의 타단은 피봇(412) 또는 회전 베어링을 지지하며, 이는 오프셋 수직 피봇축(419)을 중심으로 회전하도록 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)를 회전가능하게 지지하기 위해 사용된다. 일 구성에서, 상기 피봇축(419)은 회전축(194)에 대해 실질적으로 평행하다. 이 구성에서, 크로스 암(414) 상의 마그네트론(420)은 상기 크로스 암을 회전 중심(194)에 대하여 상이하며 상보적인 방사상 방향들로 스윙할 수 있도록 한다. 상기 상보적인 운동은 소오스 마그네트론 조립체(420)의 질량 중심이 피봇축(419)으로부터 소정 거리에 위치됨으로써 발생한다. 따라서, 모터(193)에 의해 크로스 암(414)과 소오스 마그네트론 조립체(420)가 회전될 때, 소오스 마그네트론 조립체(420)에 작용하는 원심 가속도가 이를 모터(193)가 회전하는 방향에 따라 일방향 또는 타방향으로 피봇축(419)을 중심으로 피봇하도록 한다. 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)의 질량 중심은 소오스 마그네트론 조립체(420)의 중력 중심으로 규정될 수 있으며, 이는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 구성에서 내부 전극(422)의 내부 또는 회전축(194)에 근접하여 위치될 수 있다.
상기 두 위치 사이의 스위칭은 회전축(194)을 중심으로 한 회전 샤프트(193A)의 회전 방향과 그에 따른 회전축(194)을 중심으로 한 전체 마그네트론 시스템(189)의 회전 방향을 역전시킴으로써 이루어진다. 도 4d의 평면도에 도시된 바와 같이, 회전 샤프트(193A)가 회전축(194)을 중심으로 시계 방향(R1)으로 크로스 암(414)을 회전시킬 때, 관성과 방해력으로 인하여 소오스 마그네트론 조립체(420)는 소오스 마그네트론 조립체(420)에 고정된 범퍼(416)가 크로스 암(414)의 일측과 맞물릴 때까지 피봇축(419)을 중심으로 시계방향으로 회전하게 된다. 이 프로세싱 구성에서, 또는 마그네트론 프로세싱 위치에서, 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)는 타겟(132)의 에지에 근접한 방사상 외측 위치에 배치됨으로써, 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)는 기판(105)의 스퍼터링 증착 또는 스퍼터링 에칭을 위한 플라즈마를 지원할 수 있다. 이 위치는 마그네트론 "아웃(out)" 위치 또는 제 1 위치로서 지칭될 수 있다.
대안적으로, 도 4c의 평면도에 도시된 바와 같이, 회전 샤프트(193A)가 회전축(194)을 중심으로 반시계 방향(R2)으로 크로스 암(414)을 회전시킬 때, 관성과 방해력으로 인하여 소오스 마그네트론 조립체(420)는 소오스 마그네트론 조립체(420)에 고정된 범퍼(417)(도 4a)가 크로스 암(414)의 타측에 접촉할 때까지 피봇축(419)을 중심으로 시계방향으로 회전하게 된다. 이 구성에서, 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)는 회전축(194)에 근접하고 타겟(132)의 에지로부터 먼 내측 위치에 배치됨으로써, 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)는 이 영역을 세척하기 위해 타겟의 중심 부근의 플라즈마를 지원할 수 있다. 이 위치는 마그네트론 "인(in)" 위치 또는 제 2 위치로서 지칭될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)는 비평형 마그네트론이다. 일 실시예에서, 상대적 불균형은 작으며, 그에 따라 그 비(ratio)는 1에 가깝다. 통상적으로, 상기 불균형은 외부 전극(421) 위에 집속된 자속 또는 전체 자성 강도를 내부 전극(422) 위에 집속된 자속 또는 전체 자성 강도로 나눈 비로서 규정된다. 외부 대 내부 전계 강도 불균형을 약 0.5 내지 약 1.5 사이로 유지하면, 다성분 막의 RF 증착 프로세스가 개선될 수 있음이 밝혀졌다. 일 실시예에서, 외부 대 내부 전계 강도 불균형은 약 18:17 내지 약 20:16 사이의 비이다. 상기 자성 불균형은 외부 전극(421)으로부터 발산되는 자계의 일부를 기판(105)측으로 투사시키고 이온화된 스퍼터 입자를 기판(105)으로 안내한다. 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)는 타겟의 넓은 면적 위로 확산되기 때문에, 이는 플라즈마 영역 "P"을 확대시키고, 타겟(132)으로의 RF 및 DC 전력 전달에 의해 생성되는 전체 플라즈마 강도를 줄이는 경향이 있다. 그러나, 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)는 소오스 마그네트론 조립체(420)에 바로 인접하지 않은 타겟(132)의 부분에 비해 플라즈마 영역 "P"에 고밀도 플라즈마를 생성하게 된다. 그 결과, 상기 타겟(132)은 소오스 마그네트론 조립체(420)가 스위핑(sweep)하는 영역에 주로 스퍼터링되며, 형성된 플라즈마는 스퍼터링된 상당량의 입자가 이온화되도록 한다. 이온화된 입자는 불균형 자계에 의해 기판(105)을 향하여 적어도 부분적으로 안내된다.
일 실시예에서, 도 4a 및 도 4d에 도시되고 전술한 바와 같이, 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)는 플라즈마 영역 "P"에 형성된 플라즈마의 강도를 줄이기 위해 비폐쇄형 루프 디자인으로 형성된다. 이 구성에서, 상기 비폐쇄형 루프 디자인은 반경(D)(도 4b 및 도 4d)을 가진 원호 형상으로 형성되며, 이는 원호 중심으로부터 갭(426)의 중심까지 연장한다. 상기 원호의 크기와 위치는, 제 1 프로세싱 위치에서 마그네트론 내에 회전축이 배치될 때, 상기 회전축(194)의 중심과 상기 원호의 반경(D)의 중심이 같은 공간에 걸치도록(coextensive) 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 형성된 원호는 약 7.3인치(185㎜) 내지 8.3인치(210㎜)의 반경을 갖고, 상기 타겟(132)은 약 17.8인치(454㎜)의 직경을 갖는다. 일 실시예에서, 상기 원호는 형상이 원형이며, 약 70 내지 약 180도, 가령 약 130도의 각(441)에 대(對)한다(subtends)(도 4d). 일 실시예에서, 회전축(194)에서 피봇축(419)까지의 거리는 원호의 반경(D)과 거의 동일하다.
일 실시예에서, 외부 전극(421)과 내부 전극(422)은 각각 갭(426)의 양측에 어레이 패턴으로 위치되고 극편(429)으로 캡핑된 복수의 자석(423)을 포함한다(도 4a). 일 구성에서, 외부 전극(421) 내 자석(423)의 N극은 회전판(413)으로부터 멀리 위치되고, 내부 전극(422) 내 자석(423)의 S극은 회전판(413)으로부터 멀리 위치된다. 몇몇 구성에서, 상기 회전판(413)과 상기 내부 및 외부 전극의 자석 사이에 자기 요크(미도시)가 배치된다. 일례에서, 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)는 18개의 자석이 수납된 외부 전극(421)과 17개의 자석이 수납된 내부 전극(422)을 포함하며, 여기서 상기 자석(423)들은 알니코 합금, 희토류 재료 또는 다른 유사한 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 상기 자석(423)들은 선단 또는 그 부근에서 약 1.1 kGauss 내지 약 2.3 kGauss의 강도를 가진 자계를 생성하도록 각각 구성된다. 일 실시예에서, 상기 갭(426)과 외부 전극(421) 및/또는 내부 전극(422)은 형성된 원호를 가로지르는 폭이 균일하다. 일 실시예에서, 상기 원호는 약 1 내지 약 1.5인치(38.1㎜)의 폭을 갖는다.
상기 소오스 마그네트론 조립체(420)가 타겟(132)의 방사상 외측 부분 상에 위치되면, 스퍼터링 증착의 균일성이 개선되는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 타겟(132)의 외측 원주 대역에서 주요 스퍼터링이 이루어지고 있다면, 스퍼터링된 타겟 원자의 일부가 타겟(132)의 내측 부분에 재증착될 수 있다. 소오스 마그네트론 조립체(420)로부터 먼 위치에서 이루어지는 상대 스퍼터링 속도는 작기 때문에, 재증착된 재료가 회전축(194)을 향하여 성장할 수 있는 것으로 여겨진다. 재증착된 막이 충분히 두껍게 성장하면, 이는 박리되어 상당한 입자를 생성할 수 있으며, 그에 따라 기판(105)에 증착된 막의 품질을 악화시키고, 입자 부근에 형성된 디바이스가 타겟(132)의 중간으로부터 떨어지게 된다. 따라서, 일 구성에서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 샤프트(193A)의 회전 방향은 컨트롤러(190)로부터 전송된 명령에 의해 변환되어, 소오스 마그네트론 조립체(420)가 피봇(412)을 중심으로 하여 타겟(132)의 중심 부근에서 재료의 스퍼터링을 증대시키는 위치로 피봇되도록 한다. 일 구성에서, 중앙에 위치된 마그네트론 조립체(420)는 발생된 플라즈마가 타겟(132)의 중심 부근 및/또는 그 위로 연장할 수 있도록 하여 위에 증착된 재증착 재료를 제거한다. 하기에서 더 논의되는 바와 같이, 형성된 마그네트론 "레이스트랙" 또는 침식 그루브(916)(도 10b) 외부에서 타겟 표면(133) 영역 상의 다른 요소에 대한 한 스퍼터링된 요소의 우선적(preferential) 재증착으로 인하여, 시간이 지남에 따라 노출된 타겟 표면(133) 영역의 재료 조성에서의 차이 때문에, 타겟 표면상의 재증착 재료는 기판상에 형성된 스퍼터링 증착층의 조성에 영향을 줄 수 있다. 일반적으로, 상기 "레이스트렉" 외부의 영역은 타겟(920)의 중심 영역(918) 및 외부 에지 영역과 같은 침식 그루브(들)(916)의 외부 영역을 포함한다. 생성된 마그네트론 침식 그루브(들)(916)의 외부에 있는 영역에 대한 스퍼터링은, 타겟에 대한 RF 에너지 전달에 의해 타겟 표면에 걸쳐서 균일하게 플라즈마를 발생시키는데 있어서 매우 용이하기 때문에, 순수한 DC로 발생된 플라즈마와 대비하여 RF로 발생된 플라즈마에서 훨씬 더 중요한 문제이다.
도 4e는 외부 전극(424)과 내부 전극(425)이 타겟(132)의 중심 "M"에 중심을 둔 폐쇄형 루프 링 마그네트론을 형성하는 마그네트론 시스템(189)의 대안적 실시예를 도시하고 있다. 일 실시예에서, 방사상 대칭 형상의 마그네트론 디자인이 사용되며, 이는 RF 및 DC 플라즈마를 이용하여 막을 증착하는데 유용할 수 있는 불균형 및 비자기적 대칭 폐쇄형 루프 마그네트론 디자인이다.
일 실시예에서, 상기 외부 전극(424)과 내부 전극(425) 내에 배치된 자석(423)들은 제 1 축(491)을 중심으로 대칭적으로 분포되고, 제 2 축(492)을 중심으로 비대칭적으로 분포되어 있다. 일 실시예에서, 외부 전극(424)과 내부 전극(425)은 제 1 축(491)을 따라 외부 전극(424)과 내부 전극(425) 사이의 한 점에서 약 0.5 내지 약 1.5 사이의 외부 대 내부 전계 강도 불균형을 갖는다. 비평형 폐쇄형 루프 디자인의 다른 실시예에서, 제 1 축(491)을 따라 외부 전극(424)과 내부 전극(425) 사이의 한 점에서 외부 전극(424)과 내부 전극(425) 사이의 불균형은 약 18:17 내지 약 20:16 사이의 외부 대 내부 전계 강도 비를 갖는다. 내부 및 외부 전극 사이의 자계 불균형은 제 2 축(492)에 대한 자석(423)들의 비대칭과는 상이한데, 그 이유는 비대칭성이 타겟 표면에 걸친 다양한 영역에서 평균 자계 강도의 존재 또는 변화와 연관되고, 불균형이 전극들 사이에 생성된 전계와 연관되기 때문임에 주목한다. 이 구성에서, 상기 갭(427)에 중심을 둘 수 있는 링 형상의 플라즈마 영역 "PR"을 생성하기 위해 불균형한 폐쇄형 루프 마그네트론이 사용된다.
일반적으로, 제 2 축(492) 아래 마그네트론 시스템(189)의 영역 또는 저밀도 자석을 갖거나 자석이 없는 영역에 비해, 제 2 축(492)(도 4e) 위 마그네트론 시스템(189)의 영역 또는 고밀도 자석(431)을 가진 영역에 인접한 프로세싱 영역에서 플라즈마 밀도가 더 높을 것이다. 각각 외부 전극(424)과 내부 전극(425)에 연결된 극편판(424A,425A)은 원형이면서 자기적으로 전도성인 반면, 제 2 축(492) 아래 영역에서 제 1 축(491)을 따라 전극들 사이에 생성된 자계는 제 2 축(492) 위 영역에서 제 1 축(491)을 따라 전극들 사이에 생성된 자계보다 상당히 더 낮을 것이다.
일례에서, 제 2 축(492) 아래에서 제 1 축(491)을 따라 외부 전극(424)과 내부 전극(425) 사이 한 점에서의 자계 강도는 제 2 축(492) 위에서 제 1 축(491)을 따라 외부 전극(424)과 내부 전극(425) 사이 한 점에서의 자계 강도보다 훨씬 더 작거나 심지어 거의 제로의 크기를 갖는다. 이 구성에서, 도 4e에 도시된 제 2 축(492) 아래의 하프 섹션과 같이 덜 자화된 영역에 인접하여 위치된 전자들은 내부 및 외부 전극 사이에 형성된 폐쇄형 루프를 더 용이하게 탈출하여 타겟 중심 "M"을 향하여 방사상으로 이동할 수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 탈출한 전자들은 타겟 중심 영역 부근의 가스 이온화를 증대시켜 타겟의 이용도를 개선하는데 도움이 될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 마그네트론의 내경은 6.5인치이고 외경은 8.3인치이다. 상기 마그네트론은 타겟과 챔버 위의 전체적인 중심축 상에서 회전하며, 따라서, 일 실시예에서, 프로세싱 과정에서 모터(193)에 의해 그 중심 "M"을 중심으로 회전하도록 구성된다.
기판 증착 프로세스 제어
프로세싱 챔버(100)의 일 실시예에서, 임피던스 컨트롤러(141)(도 1a)가 전극과 RF 접지 사이에 연결되며, 프로세싱 과정에서 기판에 대한 바이어스 전압을 조절하여 기판 표면에 대한 충격도를 제어한다. 일 실시예에서, 상기 전극은 지지체(126)의 기판 수용면(127)에 인접하여 배치되고 전극(126A)을 포함한다. PVD 반응기에서, 접지에 대한 전극의 임피던스를 제어하여 기판 표면의 충격을 조절하는 것은 단차 도포성, 돌출 형상, 그리고 입도, 막 응력, 결정 배향성, 막 밀도, 조도 및 막 조성 등과 같은 증착된 막의 특성에 영향을 미칠 것이다. 따라서, 임피던스 컨트롤러(141)는 증착 속도, 에칭 속도 및 심지어 기판 표면에서 다성분 막의 조성을 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 임피던스 컨트롤러(141)는 접지에 대한 전극/기판의 적절한 임피던스 조절에 의해 증착 또는 에칭을 가능하게 하거나 방지하도록 채용된다.
도 6은 기판상에 증착된 금속 또는 비금속층의 특성을 제어하기 위해 피드백 회로를 구비한 가변 용량 튜닝 회로를 가진 임피던스 컨트롤러(141)의 일 실시예를 도시하고 있다. 하기된 바와 같이, 상기 가변 용량 튜닝 회로는 PVD 증착 레시피 단계중 하나 또는 그보다 많은 부분동안 주어진 설정점에 대해 자동화될 수 있다. 실제 임피던스 설정점은 측정된 전류 또는 전압에 기초하여, 또는 가변 커패시터의 커패시턴스의 풀 스케일(full scale)의 비율과 같은 몇몇 사용자가 규정한 설정점에 의해 조절될 수 있다. 설정점은 기판상에 구현하고자 하는 희망 프로세싱 결과에 따라 좌우될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 임피던스 컨트롤러(141)는 가변 커패시터(610), 입력(616), 선택적 출력 회로(618), 선택적 인덕터(620), 선택적 레지스터(621), 인터페이스(622), 프로세서(624), 모터 컨트롤러(626) 및 모터(628)를 포함할 수 있다. 상기 모터(628)는 바람직하게 가변 커패시터(610)의 커패시턴스를 변화시킬 수 있는 방식으로 상기 가변 커패시터(610)에 부착된 스텝퍼 모터이다. 인덕터(620)의 추가는 선택적일 수 있으며, 일반적으로, 상이한 챔버 장비에서 임피던스 컨트롤러(141)와 전극(126A) 간에 상이한 케이블 길이를 가짐으로써 생성되는 인덕턴스 변화를 약화시키거나 보상하기에 효과적일 수 있다. 상기 인덕터(620)의 추가는 클러스터 툴(130)에서 모든 상이한 챔버 위치와 구성에 대하여 임피던스 제어 설정점들을 재계산할 필요를 없애는데 유용할 수 있다.
또한, 상기 출력 회로(618)는 선택적이며, 프로세싱 과정에서 기판 바이어스 전압을 결정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 상기 센서는 전압 센서 또는 전류 센서일 수 있다. 이 센서들은, 모터를 제어하며 상기 가변 커패시터(610)의 연산 설정점을 제어하기 위한 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 상기 출력 회로(618)는, 포함되어 있다면, 인터페이스(622)에 피드백 신호를 제공할 수 있다. 상기 인터페이스(622)는 프로세서(624)와 컨트롤러(190)에 피드백 신호를 제공한다. 상기 프로세서(624)는 전용화된 전기 회로일 수 있건, 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러 기반 회로일 수도 있다.
상기 가변 커패시터(610) 장치는 접지에 대한 임피던스를 조절함으로써 프로세싱 과정에서 기판과 플라즈마 및 이온의 상호작용을 조절하기 위해 이용된다. 상기 가변 커패시터(610)는 전극(126A)에 접속된 입력(616)에 연결된다. 일 실시예에서, 상기 입력(616)은 선택적 인덕터(620)와 같은 하나 또는 그보다 많은 추가적인 구성요소를 통해 전극(126A)에 접속된다. 본 발명의 다양한 양태에 따라, 다른 구성요소들이 도 6의 회로에 제공될 수도 있다. 일례에서, 상기 가변 커패시터(610)는 약 50 pF(picoFarads) 내지 약 1000 pF 사이에서 변하는 커패시턴스를 갖고, 상기 선택적 인덕터(620)는 약 0.26μH(microhenries)의 인덕턴스를 갖는다.
또한, 상기 인터페이스(622)는 모터 컨트롤러(626)로부터 신호를 수신할 수 있다. 상기 프로세서(624)는 모터 컨트롤러(626)를 제어하며, 상기 모터 컨트롤러는 센서의 출력으로부터 수신된 정보와 신호에 따라 모터(628)를 제어한다. 상기 모터 컨트롤러(626)는 바람직하게는 스텝퍼 모터인 상기 모터(628)가 그 위치들을 통하여 스탭핑하도록 하여 센서의 출력 및 모드 제어 신호에 따라 상기 가변 커패시터(610)의 커패시턴스를 변화시키도록 한다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 임피던스 컨트롤러(141)는 프로세싱 챔버(100)에 장착되는 하우징(605)에 수납되어 있다. 상기 임피던스 컨트롤러(141)를 프로세싱 챔버(100)에 설치함으로써, 기판에 대한 바이어스 전압의 제어가 보다 용이하고 보다 효과적으로 제어될 수 있다.
또한, 상기 프로세서(624)는 특수 목적 인터페이스 회로일 수 있다. 상기 인터페이스 회로 또는 프로세서(624)의 주요 목적은 전술한 바와 같이 임피던스 컨트롤러(141)에 형성된 회로 부분에 부착된 전류 센서(663) 또는 전압 센서(662)와 같은 센서로부터 수신된 입력에 기초하여 모터 컨트롤러(626)를 제어하는 것이다. 상기 프로세서(624)가 희망 바이어스 전압 설정점을 특정하면, 상기 모터 컨트롤러(626)는 상기 설정점을 얻기 위해 커패시턴스를 발생시키도록 제어된다. 예를 들어, 상기 프로세서(624)가 임피던스 컨트롤러(141)에서 측정된 전압에 기초하여 기판 바이어스 전압을 제어하고 있다면, 상기 모터 컨트롤러(626)는 회로 내에 일정한 전압을 유지하기 위해 전압 센서(662)의 출력에 따라 모터(628)를 제어하게 된다. 다른 예에서, 상기 프로세서(624)가 임피던스 컨트롤러(141)에서 측정된 전류에 기초하여 기판 바이어스 전압을 제어하고 있다면, 상기 모터 컨트롤러(626)는 회로에서 일정한 전류를 유지하기 위해 모터(628)를 제어하게 된다. 본 발명의 다양한 양태에 따라 임의의 유형의 공지의 전압 센서가 사용될 수 있으며, 이는 상기 가변 커패시터(610)의 프로세싱 챔버측과 접지 사이에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 임의의 유형의 공지의 전류 센서(미도시)가 본 발명의 다양한 양태에 따라 사용될 수 있다. 전압 센서와 전류 센서는 모두 당업계에 공지되어 있다.
하부 프로세스 키트 및 기판 지지 조립체
도 1a 및 도 5a를 참조하면, 상기 하부 프로세스 키트(165)는 증착 링(502)과 커버 링(170)을 포함한다. 일반적으로, 상기 증착 링(502)은 지지체(126)를 둘러싸는 환형 형상 또는 환형 밴드로 형성된다. 상기 커버 링(170)은 증착 링(502)의 일부를 적어도 부분적으로 덮고 있다. 프로세싱 과정에서, 상기 증착 링(502)과 커버 링(170)은 서로 협동하여 지지체(126)의 주연부 에지(129)와 기판(105)의 돌출 에지(105A) 상에 스퍼터링 증착물의 형성을 저감시킨다.
상기 커버 링(170)은 증착 링(502)을 둘러싸고 적어도 부분적으로 덮어서 대량의 스퍼터링 증착물로부터 증착 링(502)을 가린다. 상기 커버 링(170)은 스퍼터링 플라즈마에 의한 침식을 견딜 수 있는 재료, 예를 들어 스테인리스강, 티타늄 또는 알루미늄과 같은 금속성 재료, 또는 알루미늄 산화물과 같은 세라믹 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 상기 커버 링(170)은 스테인리스강 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 상기 커버 링(170)의 표면은 커버 링(170)의 표면으로부터 발산되는 입자를 줄이기 위해, 예를 들어, CLEANCOATTM과 같은 트윈 와이어 알루미늄 아크 스프레이 코팅(twin-wire aluminum arc-spray coating)으로 처리된다. 일 실시예에서, 상기 증착 링(502)은 스퍼터링 플라즈마에 의한 침식을 견딜 수 있는 유전체 재료, 예를 들어 알루미늄 산화물과 같은 세라믹 재료로 제조된다.
상기 커버 링(170)은 방사상 내측으로 경사져 상기 지지체(126)를 둘러싸는 상단면(573)을 구비한 환형 링(510)을 포함한다. 상기 환형 링(510)의 상단면(573)은 내측 주연부(571)와 외측 주연부(516)를 갖는다. 상기 내측 주연부(571)는 돌출형 브림(brim)(572)을 포함하고, 이는 증착 링(502)의 개방형 내부 채널을 포함하는 방사상 내향 딥(dip) 위에 놓인다. 상기 돌출형 브림(572)은 당해 돌출형 브림(572)과 증착 링(502)의 표면(503) 사이에 배치된 개방형 내부 채널에 대한 스퍼터링 증착물의 증착을 저감시킨다. 상기 돌출형 브림(572)의 크기, 형상 및 위치는 상기 원호형 갭(402)과 협동하고 이를 보완하여 커버 링(170)과 증착 링(502) 사이에 구불구불하고 수축된 유동 경로를 형성하여 지지체(126)와 플랫폼 하우징(128)에 대한 프로세스 증착물의 흐름을 억제하도록 되어 있다.
상기 상단면(573)은 수평으로부터 약 10도 내지 약 20도의 각도로 경사질 수 있다. 상기 커버 링(170)의 상단면(573)의 각도는 기판(105)의 돌출 에지에 최근접한 스퍼터링 증착물의 성장을 최소화하도록 설계되며, 그렇지 않으면, 기판(105)에 걸쳐서 얻어지는 입자 성능에 악영향을 미치게 될 것이다. 상기 커버 링은 티타늄 또는 스테인리스강과 같은 프로세스 화학물과 호환가능한 임의의 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 커버 링(170)은 약 15.5인치(39.4㎝) 내지 약 16인치(40.6㎝)의 외경을 갖는다. 일 실시예에서, 상기 커버 링(170)은 약 1인치(2.5㎝) 내지 약 1.5인치(3.8㎝)의 높이를 갖는다.
상기 커버 링(170)과 실드(160)의 링 지지부(561) 사이의 공간 또는 갭(554)은 플라즈마가 이동하는 구불구불한 S자형 경로 또는 미로를 형성한다. 상기 경로의 형상은 예를 들어 이 영역으로 플라즈마 종이 유입되는 것을 방지하고 지연시켜서 스퍼터링된 재료의 바람직하지 않은 증착을 저감시키기 때문에 유리하다.
일 실시예에서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 커버 링(170)은 상기 접지된 실드와 접촉하지 않도록, 프로세싱 과정에서 상기 접지된 실드(160)에 대해 상대적으로 설계되고 위치됨으로써, 전기적으로 "부유(float)"할 것이다. 또한, 일 실시예에서, 타겟(132)에 대한 RF 및/또는 DC 전력의 전달에 의해 생성된 전계 "E"가 프로세싱 과정에서 기판의 표면에 걸쳐서 보다 균일하게 될 수 있도록, 상기 커버 링(170)과 증착 링(502)을 기판(105)으로부터 거리를 두고 지지체(126)의 기판 수용면(127) 아래에 위치시키는 것이 바람직하다. 커버 링(170)의 표면과 같이 전기적으로 부유하는 표면들은 RF 전력이 전달되는 하프 사이클의 다양한 과정동안 전자 충격을 받게 되고, 이에 따라 기판(105)의 에지(105A) 부근의 영역에서 RF 전계의 균일성에 영향을 미치는 것으로 생각된다. 충격은 상단면(573)에서 전원(181A)으로부터의 RF 포텐셜이 상단면(573)에 형성된 평균 DC 포텐셜보다 더 양성일 때 발생하는 것으로 여겨진다. 따라서, 일 실시예에서, 커버 링(170)의 상면에 형성된 증착 막층이 접지로의 전기 경로를 갖지 않도록 하고, 기판(105)의 에지(105A)로부터 멀리 배치되도록 보장하는 것이 바람직하다. 일례에서, 상기 커버 링(170)의 내측 주연부(571)는 기판(105)의 에지(105A)로부터 0.5인치(12.7㎜) 이상의 거리에 배치된다. 다른 예에서, 상기 커버 링(170)의 내측 주연부(571)는 기판(105)의 에지(105A)로부터 약 0.5인치(12.7㎜) 내지 약 3인치(76.2㎜), 가령 약 1인치(25.4㎜)의 거리에 배치된다.
또한, 커버 링(170)의 표면과 같이 전기적으로 부유하는 표면들을 기판(105)의 노출면 위 또는 기판 수용면(127) 위에 배치하는 것은 기판(105)에 증착된 막의 균일성에 바람직하지 않은 영향을 미칠 것으로 밝혀졌다. 도 5b는 통상의 커버 링(170A)의 상단면(573A)과 내측 주연부(571A)가 기판(105)의 표면(105B)과 기판 수용면(127) 위에 배치된 종래의 프로세싱 키트 구성을 도시하고 있다. 이러한 조건에서는 증착층이 기판(105)의 에지 부근에서 얇아지는 경향이 있는 것으로 밝혀졌다. 기판 에지(105A) 부근에서 감소된 증착은, 기판 표면(105B) 위에 배치된 프로세스 키트 표면과 플라즈마의 증대된 상호작용으로 인하여, 커버 링(170)의 상단면(573)에 이온화된 증착 막 원자의 증착이 증가함으로써 발생하는 것으로 여겨진다. 따라서, 일 실시예에서, 커버 링(170)과 증착 링(502)은 도 5a에서 연장선 "T" 아래에 도시한 바와 같이 기판 수용면(127) 아래에 배치된다. 일 실시예에서, 상기 커버 링(170)과 증착 링(502)은 기판 수용면(127)(예를 들어, 연장선 "T")의 0.2인치(5㎜) 만큼 아래에 배치된다. 본 명세서의 논의 및 도 1a 내지 도 6의 도면은 모두 기판 수용면(127)이 타겟(132) 아래에 위치되고, 커버 링(170)과 증착 링(502)이 기판 수용면(127) 아래에 위치되는 것을 기재하지만, 이와 같이 수직적으로 배향된 구성이 본 명세서에 개시된 발명의 범위를 한정하고자 의도한 것이 아니며, 서로에 대한 구성요소 각각의 상대적인 순서 및/또는 거리를 규정하기 위한 기준틀로서 오직 이용된 것임을 이해하여야 한다. 몇몇 실시예에서, 상기 기판 수용면(127)은 타겟(132)에 대해 다른 배향(예를 들어, 그 위, 수평으로 정렬됨)으로 위치될 수 있는 반면, 상기 커버 링(170)과 증착 링(502)은 여전히 타겟(132)으로부터 기판 수용면(127)의 거리보다 타겟(132)으로부터 더 먼 거리에 배치된다.
다른 실시예에서, 상기 증착 링(502)의 상면(504)에 형성되고 유전체 재료로 제조된 증착 막 층은 기판의 에지(105A) 부근 영역에서의 전계가 시간이 지남에 따라(예를 들어, 프로세스 키트 수명) 변하지 않도록 하기 위해 접지에 대한 전기적 경로를 갖지 않는 것이 바람직하다. 상면(504)에 증착된 막 층들이 실드(160) 및 커버 링(170)과 전기적 접촉을 형성하지 않도록 하기 위해, 커버 링(107)의 돌출형 브림(572)의 크기, 형상 및 위치는, 증착 링(502) 상의 증착물이 커버 링(170)에 증착된 층들과 브릿지를 형성하지 않도록, 그리고 실드(160)까지의 경로를 형성하지 않도록, 이루어진다.
하부 프로세스 키트(165)의 구성요소들은 입자 발생과 표류 플라즈마를 현저히 저감시키기 위해 단독으로 그리고 조합하여 작동한다. 프로세스 공동 외부에 표류 플라즈마를 RF 고조파가 유발하도록 하는 확장된 RF 회귀 경로를 제공한 기존의 다부품 실드와 비교하면, 전술한 일체형 실드는 RF 회귀 경로를 줄임으로써 내부 프로세싱 영역에서의 플라즈마 오염을 개선한다. 일체형 실드의 평탄한 베이스 플레이트는 페디스털을 통해 RF 회귀 경로를 추가로 단축함으로써, 고조파 및 표류 플라즈마를 저감할 뿐만 아니라 기존의 접지 하드웨어를 위한 랜딩(landing)을 제공한다.
도 5a를 참조하면, 일 실시예에서, 페디스털 조립체(120)는 프로세싱 과정에서 벨로우즈(124)가 접지되는 것을 보장하도록 구성된 페디스털 접지 조립체(530)를 더 포함한다. 벨로우즈(124)가 실드(160)와 상이한 RF 포텐셜을 가지면, 이는 플라즈마 균일성에 영향을 주고 프로세싱 챔버에서 아킹이 발생하도록 하며, 이는 증착된 막 층의 특성에 영향을 미치게 되고, 입자를 발생시키며/발생시키거나 프로세스 균일성에 영향을 미칠 것이다. 일 실시예에서, 상기 페디스털 접지 조립체(530)는 도전성 스프링(532)을 수용한 플레이트(531)를 포함한다. 상기 도전성 스프링(532)과 플레이트(531)는, 페디스털 조립체(120)가 리프트 기구(122)에 의해 "V" 방향으로 (도 5a에 도시된) 프로세싱 위치로 이동할 때, 실드(160)의 표면과 전기적으로 접촉하도록 구성된다. 상기 도전성 스프링(532)은, 상기 페디스털 조립체(120)가 리프트 기구(122)에 의해 "V" 방향으로 (도 1a에 도시된) 이송 위치로 이동할 때, 실드(160)로부터 분리될 수 있다.
프로세싱 세목
본 발명의 실시예들은 CMOS형 집적 회로와 같은 집적 회로 디바이스를 형성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 다양한 반도체 디바이스, 박막 트랜지스터 등을 형성하기 위해 사용될 수도 있다. 일 실시에에서, 상기 장치는 고율전율/금속 게이트형 구조를 형성할 때, 특히 후(後)게이트법("gate last" approach)을 이용할 때, 금속 증착을 실시하도록 구성된다. 본 발명의 일반적인 원리들은 텅스텐(W), 텅스텐 질화물(WN), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN) 및 티타늄-알루미늄(TiAl) 합금, HfC, HfN, FUSI용 실리사이드 및 알루미늄과 같은 다양하고 상이한 금속 및 화합물의 증착에 적용되는 것으로 개시되어 있다. 일례에서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 50-50 합금 조성을 가진 티타늄 알루미늄(TiAl)과 같은 둘 이상의 상이한 요소를 포함하는 층을 증착하는데 있어서 유용하다.
디바이스 구조가 소형화됨에 따라, 특히 45㎚ 아래의 노드에 형성된 디바이스에서, 집적 회로 구조 내부의 우수한 막 단차 도포성은, 금속 게이트, 콘택트 및 상호접속 피쳐들과 같은 기능성 반도체 디바이스에 다양한 디바이스 구성요소를 형성하는데 있어서 필수적이다. 긴 타겟-기판 간격, 이온화된 금속 플라즈마(IMP), 마그네트론에 의한 강력한 자계의 적용, 리스퍼터링(resputtering) 등과 같은 다양한 방법들이 PVD 단차 도포성을 개선하기 위해 사용되었다. 본 발명의 실시예들은 그 중에서 용량적 결합, RF 및 DC 스퍼터링과 함께, 고압 프로세스를 이용한다. IMP와는 상이한 이 구성에서, RF 전력은 코일 대신 타겟에 직접 인가된다. RF 전력과 함께 고압은 타겟 부근에 고밀도 플라즈마를 발생시킨다.
RF 플라즈마와 함께 고압을 이용하여 스퍼터링하면, 플라즈마를 통과하는 원자 또는 종들이 보다 용이하게 이온화되며, 이는 이온/중성 비를 상당히 증대시킨다. 아울러, 원자 또는 종들이 고압 환경에서 기판에 접근할 때, 많은 충돌이 발생하게 되며, 이는 기판 표면에 대해 수직인 수직 방향에서의 종들의 에너지를 줄이는데 도움이 되고, 기판에 대해 평행한 방향에서의 그들의 운동을 증대시킨다. 또한, IMP와는 상이하게, 종들이 타겟 부근에서 이온화되고, IMP 프로세스에서와 같이 외부 전자계에 의해 가속 및/또는 안내되지 않기 때문에, RF 증착 프로세스는 IMP형 프로세스(예를 들어, 유도 코일)에 비해 더 우수한 측벽 도포성을 제공하게 된다. 아울러, 상기 플라즈마는 기판으로부터 먼 거리에 형성되는 경향이 있어서 플라즈마 손상을 줄이는데 도움이 되며, 이는 콘택트, 금속 게이트 및 다른 선단에 대한 본 발명의 적용을 적합하게 한다.
본 발명의 실시예들은 이러한 증착 프로세스에서 막 균일성과 단차 도포성을 개선하기 위한 방법을 포함한다. 이 프로세스의 다른 장점에는 바닥 도포성의 비대칭이 없다는 것과, 바닥 도포성이 구조 크기에 덜 좌우된다는 것이 포함될 수 있다. 이하에서는 금속 게이트 형성 프로세스에 대해 주로 설명하였으나, 이 구성은 본 명세서에 개시되어 있는 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니다. 본 발명의 실시예들은, 특히 "게이트 대체법" 또는 "후 게이트법"에서, 전술한 바와 같이 MOSFET 디바이스를 형성하는 것과 같이, 고유전율 금속 게이트를 위해 바람직한 일함수를 가진 금속을 증착하는 능력을 제공한다. 고유전율 금속 게이트 스택을 위해 사용되는 바람직한 일함수를 가진 금속들은 역치 전압 반도체 디바이스를 조절하기 위한 대안으로서 바람직할 수 있다. 금속을 포함한 여러 가지 재료들의 일함수는 변화하며, CMOS 반도체 디바이스와 같이 특수한 반도체 디바이스에 대한 필요조건에 기초하여 선택될 것이다.
또한, 실시예들은 전형적인 PVD 프로세스에 비해 기판에 대한 손상을 감소시키기 위해 RF 에너지를 사용하여 스퍼터링하는 능력을 제공한다. 또한, 실시예들은 RF 에너지를 이용하여 생성된 확산성이 강한 플라즈마(전면 침식)와, 마그네트론 내의 자석과 DC 전력을 이용하여 표적화된 침식을 제어하기 위해, 높은 전자 수용성의 장점을 이용하는 능력을 제공한다. 더욱이, 실시예들은 유전체 재료(예를 들어, LaOx, AlOx 등)를 스퍼터링하고, 박막(10Å 또는 그 미만)에 대한 제어를 위해 증착 속도를 낮추는 능력을 제공한다. 바람직한 화학량론 및 일함수를 실현하기 위해, TixAlyN 같이 다른 잠재적으로 신규한 일함수 재료가 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 저렴한 제조 방법을 위한 단순한 형태와 아울러 우수한 RF 수용을 위한 연속적인 경로 실드 및 일관된 회귀 경로를 제공한다. 본 명세서에 개시된 낮은 프로파일의 커버 링 및 증착 링 디자인은 RF-DC PVD 소오스가 막 불균일성이 매우 낮고 양호한 단차 도포성이 요구되는 고압 응용분야에 사용될 수 있도록 한다. 상기 기판 지지체는 증착된 막 특성과 막 균일성을 개선하기 위한 용량적 튜닝을 포함한다. 상기 가변 커패시터는 RF 접지 경로의 임피던스가 조절될 수 있도록 하며, 이에 따라 다중 레시피 유형/조건의 프로세스 균일성이 조절될 수 있다.
상기 45㎚ 노드 아래의 CMOS 금속 게이트와 같은 MOSFET 디바이스에 대한 대체 게이트법을 위한 일함수 금속의 증착은, 2.5 내지 5 범위의 종횡비와 35㎚ 내지 12㎚의 상부 개구를 가진 피쳐에 대하여 우수한 단차 도포성(바닥 두께/전계 두께)으로 막이 증착되도록 요구한다. 통상적으로, "선 게이트"법을 형성하는 RF-DC PVD 챔버는 저압(약 2mTorr)으로 형성되어 상기 피쳐가 아닌 기판의 전계 영역에 고도로 균일한 막이 증착되도록 한다. 이들 저압 증착 막은 약 15 내지 20%인 열악한 단차 도포성을 가질 수 있다. "대체 게이트"법을 위해 바람직한 높은, 가령 75% 및 그보다 높은 단차 도포성을 실현하기 위해, 고압 프로세스가 사용될 수 있다.
도 7a 내지 도 7h는 프로세싱 과정에서 CMOS 트랜지스터(700)와 같은 MOSFET 트랜지스터의 단면을 도시하고 있다. 상기 CMOS 트랜지스터(700)는 게이트 유전층, 게이트 금속층, 및 p형 금속 및 n형 금속과 같이 게이트 벽체를 따르는 다른 일함수 금속들을 통합한다. 상기 도면들은 게이트 유전층과 게이트 금속층이 위에 배치된 기판을 도시하고 있다. 게이트 유전층과 게이트 금속층의 수직 측벽들에 인접하여 측벽 스페이서가 도시되어 있다. 본 발명의 실시예들은 도 7a 내지 도 7h에 도시된 MOSFET 트랜지스터의 게이트 스택을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
도 7a 내지 도 7h는 본 발명의 실시예들을 이용하여 형성될 수 있는 CMOS 트랜지스터(700)와 같은 MOSFET의 단면을 도시하고 있다. 도 7a 내지 도 7h는 CMOS 트랜지스터를 형성하기 위한 후 게이트법을 도시하고 있다. 도 7a는 공지된 방법에 따라 STI(Shallow Trench Isolation)(704)가 내부에 형성된 기판(702)을 가진 CMOS 트랜지스터(700)를 도시하고 있다. 고 이동도 인터페이스층(706)이 기판 표면과 STI(704) 위에 형성되며, 그 후, 상기 층(706) 위에 고유전율층(708)이 형성된다. 폴리실리콘층(710)이 도 7b에 도시된 바와 같이 기판과 층(706,708) 위에 증착된다. 상기 폴리실리콘(710)은 포토리소그래피 프로세스를 거쳐 에칭됨으로써, 도 7c에 도시된 바와 같이 게이트 구조(711)가 형성되어지는 영역을 형성한다.
다양한 후속 단계들에서, 스페이서(717), 살리시데이션(716), 응력 질화물층(714) 및 소오스/드레인 영역(712)이 당업계에 공지된 방법에 따라 기판상에 형성된다. 예비 금속 유전층(718)이 나머지 층 위에 형성되며, 도 7d에 도시된 기하형상으로 폴리싱된다. 그 다음, 상기 폴리실리콘 게이트 구조(711)는 에칭되어 도 7e에 도시된 바와 같이 트랜치(720)를 형성한다. 그 후, 상기 트랜치(720)에는 도 7f에 도시된 바와 같이 p형 금속 게이트(723) 및 n형 금속 게이트(722)와 같은 도핑된 금속 게이트들이 증착된다. 그 다음, 상기 게이트 구조들은 도 7g에 도시된 바와 같이 금속(724)으로 충진된다. 마지막으로, 상기 기판은 기판(702) 상에 금속 게이트(725)를 형성하도록 폴리싱된다. 본 발명의 실시에들은 고유전율 금속 게이트, 특히 금속 합금을 가진 금속 게이트를 형성하는데 있어서 특히 유용할 수 있다.
도 1a 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RF-DC PVD 챔버(100)를 도시한 다양한 도면이다. 상기 RF-DC PVD 챔버(100)는, 도 7a 내지 도 7h에 도시되어 있는 후 게이트법을 이용하는 것과 같이, 게이트 스택을 형성하기 얇은 금속 박막의 고압 스퍼터링을 가능하게 한다. 상기 챔버는 RF 에너지를 이용하여 타겟 재료를 스퍼터링하기 위한 로컬 정합 네트워크를 가진 RF 소오스를 포함한다. 마그네트론은 막 균일성을 제어하는데 도움이 되고, 타겟에 대한 추가적인 DC 접속은 침식 및 불균일성 제어를 향상시킨다.
상기 타겟의 형상은 플라즈마 분포 및 그에 따른 막 균일성에 영향을 미칠 수도 있다. 평탄형, 절두형 또는 오목형과 같은 다양한 타겟 기하형상이 본 발명의 실시예들에 따라 사용될 수 있다. 절두형 타겟은 에지가 더 두껍고 중간 반경에 범프가 더 높은 경향이 있다. 오목형 타겟은 플라즈마를 타겟의 중심에 포커싱하는 경향이 있으며, 그 결과 중앙이 두껍고 중간 반경에 범프가 적게 된다. 일 실시예에서, 상기 타겟은 미량 금속 오염(trace metal contamination)을 줄일 수 있고, 6061Al 합금 배킹 플레이트를 사용한다. 일 실시예에서, 다성분 타겟이 프로세싱 챔버(100)에서 사용될 수 있으며, 여기서 상기 다성분 타겟은 본 명세서에 개시된 둘 이상의 상이한 성분을 가진 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 다성분 타겟은 본 발명의 다양한 실시예에서 1:1, 3:1 또는 1:3의 조성비를 가진 TiAl 합금 타겟이다. 1:1의 비를 가진 다성분 TiAl 타겟은 고온에서 TiAl3의 형성을 방지하는 Al 필(fill)에 대해 효과적인 배리어를 가질 수 있다. Ti와 Al이 분리하여 증착되고 과잉 Al이 이용가능하면, TiAl3가 형성될 것이다.
다성분 타겟은 바람직한 두께 균일성, 조성 균일성, Rs 균일성, 조성비, 단차 도포성, 바닥 도포성, 돌출부(overhang) 등을 가진 막을 스퍼터링하는데 특별한 도전을 제공한다. 상이한 성분들, 예를 들어 다성분 타겟 내의 성분들은 플라즈마 특성, 요소의 질량, 타겟 내에서 성분들의 결합 및 결정 구조 뿐만 아니라 다른 변수들에 기초하여 서로 다르게 스퍼터링 된다. 다성분 고체 표면과 이웃한 플라즈마로부터의 이온 및/또는 중성 원자의 충돌은, 타겟의 여러가지 구성 성분의 스퍼터링 수율에서의 차이로 인하여, 타겟 표면의 화학적 조성을 변화시킬 수 있다. 도 8 및 도 9는 이 문제의 일부에 대해 보다 구체적으로 도시하고 있다.
도 8은 상이한 질량(m1,m2)을 가진 다양한 성분의 탄성 충돌과 그에 따른 산란을 도시하고 있다. 개략도 "800"은 정지 상태의 입자(m2)와, 플라즈마로부터의 Ar+ 이온과 같은 질량(m1)을 가진 다른 입자와 충돌한 결과를 도시하고 있다. 개략도 "802"는 2개의 운동 상태의 입자(m1,m2)가 충돌하여, 이들의 충돌로 인해 양 입자가 산란되는 결과를 도시하고 있다. 훨씬 더 큰 규모에서, 챔버 내에서 스퍼터링된 성분들의 일반적인 산란 분포 또는 스퍼터 프로파일은, 코사인 분포, 언더 코사인 분포 또는 오버 코사인 스퍼터링 분포로 특정될 수 있다. 도 9는 다성분 타겟(906)으로부터의 요소들의 스퍼터링 분포(900) 또는 플럭스 분포를 도시하고 있다. 예를 들어, 상기 다성분 타겟(906)이 티타늄-알루미늄(TiAl) 타겟인 본 발명의 일 실시예에서, 스퍼터링 분포는 각각의 구성 재료 마다 매우 상이할 것이다. 알루미늄은 티타늄(질량=48)과 아르곤(질량=40)에 비해 가벼운 원자(질량=27)이며, 따라서 타겟 표면으로부터 티타늄이 갖는 것과 상이한 플럭스 분포를 가질 것이다.
플라즈마로부터 타겟까지 가속된 아르곤 이온(Ar+)은 알루미늄 원자와 충돌하여 언더 코사인(902) 플럭스 분포 또는 스퍼터링 분포를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 반면, 아르곤 이온(Ar+)이 타겟(906) 내의 티타늄 원자와 충돌하면, 그 스퍼터링 분포는 오버 코사인 분포(904)에 매우 근접하게 특정된다. 따라서, 알루미늄 원자는 티타늄 원자에 비해 수직보다는 수평으로 더 운동하려는 경향이 있다. 알루미늄 원자는 더 산란하여 확산되며, 기판보다는 실드에서 아주 많은 알루미늄 원자가 소실된다. 그러나, 기판의 중심에서, 언더 코사인 압력 프로파일로 인하여, 알루미늄이 약간 더 많다. 따라서, 압력이 증가할수록, 더 많은 산란이 실드로 가기 때문에, 증착 속도도 증가되어야 할 필요가 있다.
타겟으로부터 불균등한 스퍼터링 분포는 챔버 내에서 기판에 스퍼터링된 막의 불균일한 조성 특성을 유발한다. 타겟(906)에서 2개의 구성요소의 불균등한 분포비를 보상하지 않으면, 예를 들어, 알루미늄의 언더 코사인 스퍼터링 분포는 기판의 주연부 영역에 다량의 알루미늄을 유발할 수 있는 반면, 티타늄의 오버 코사인 스퍼터링 분포는 기판의 중심 영역에 다량의 티타늄을 유발할 수 있다.
챔버의 압력 증가는 스퍼터링된 성분들의 산란 분포에 영향을 미칠수도 있다. 압력의 증가는 더 많은 알루미늄이 산란되도록 하는데, 그 이유는 티타늄 보다 낮은 질량 및 플라즈마 내에서 활성화된 이온 및 중성자와의 상호 작용 때문이다. 리스퍼터링은 스퍼터링 과정에서 막 특성 및 타겟 조성에 영향을 미칠 수도 있다. 증착된 막으로부터의 원자가 상기 막으로부터 기판상의 다른 위치 또는 실드 또는 타겟과 같은 주변 구성요소 및 심지어 프로세싱 영역으로 다시 리스퍼터링될 수 있다. 다성분 타겟의 하나 이상의 과제는 기판 표면에 걸쳐서 균일한 조성비를 가진 기판상에 막을 증착하고 전체적으로 희망 단차 도포성을 실현하는 것이다.
다성분 타겟의 다른 도전은 시간이 지남에 따라 타겟에서 성분 재료의 비를 변화시키는 것이다. 타겟 표면의 화학적 조성이 변하여 변형층(altered layer)으로 알려진 영역을 형성한다. 표면의 초기 충격시, 높은 스퍼터링 수율을 가진 구성 요소가 표면으로부터 우선적으로 제거되며, 정상 상태에 도달할 때까지, 스퍼터링 수율이 낮은 재료의 표면층을 농후화시킨다. 그러나, 장기간 사용하는 과정에서 타겟이 약간 침식된 후에는 비정상 상태 상황이 또한 발생할 수 있으며, 불균일한 조성 분포로 이어질 수 있다. TiAl 타겟의 예에서, 상기 타겟은 알루미늄을 농후하게 변화시킬 수 있는데, 그 이유는 알루미늄이 타겟으로부터의 초기 스퍼터링이 보다 용이하지만 보다 수평으로 이동할 수 있고 주변 구성요소로부터 리바운드되어 타겟에 재증착할 수 있기 때문이다. 반면에, 티타늄은 보다 수직으로 이동하려는 경향이 있고, 더 무거우며, 따라서 플라즈마의 성분들에 의해 그만큼 산란되지 않는다. 따라서, 다성분 타겟의 스퍼터링은 스퍼터링 막의 희망하는 조성을 실현하기 위해서 바람직하고/바람직하거나 균일한 타겟 표면 조성을 유지하도록 특수한 프로세싱 단계들을 필요로 할 수도 있다.
또한, 플라즈마에 대한 DC 전력의 추가는 다성분 타겟으로부터 증착된 막층 특성에 영향을 미친다. 타겟에 연결된 DC 전력은 타겟 전압과 타겟 표면(133)을 둘러싼 대응하는 쉬스(sheath)를 생성한다. DC 전력의 증대는 쉬스를 넓히고, Ar+ 이온을 더 가속하며, 상기 Ar+ 이온에 더 많은 에너지를 제공함으로써, 타겟 표면으로부터 스퍼터링된 재료의 방향성 또는 플럭스 분포(예를 들어, 코사인 분포)에 또한 영향을 미치게 된다. 타겟에 증대된 DC 전압이 인가되면, 다성분 타겟으로부터 오버 코사인 형태에 더 가까운 스퍼터링 분포가 기판을 향하여 더 지향되기 때문에, 기판 표면에 형성된 막의 조성비가 개선된다. 전압이 증대됨에 따라 이온 플럭스가 증가하고 보다 중성적인 증착이 발생하게 됨으로써, 스퍼터링된 종의 방향성에 또한 도움이 된다. 전압이 높아질수록, 타겟에 입사되는 이온들이 타겟 표면(즉, 타겟의 제 1 표면)에 대해 더 수직하게 되고, 타겟을 떠나는 스퍼터링 종들이 상기 타겟 표면에 대해 더 수직하게 된다.
증대된 DC 타겟 전압은 요소들의 플럭스 분포를 첨예하게 하거나, 또는 보다 오버 코사인 분포로 변형시키는 경향이 있다. 낮은 타겟 전압(예를 들어, 300볼트 또는 그 미만)은 더 큰 확산을 야기하는 경향이 있고, DC 및 타겟 전압을 (예를 들어, 약 500볼트로) 증대시킬 때, 확산이 감소되고 조성비가 개선되는데, 이는 적어도 부분적으로 스퍼터링 양의 감소 때문이다. 일정한 RF 전력에 대해 DC 전력이 증대되기 때문에, 상기 비는 낮아지고 1에 근접하게 된다. 타겟 포텐셜이 높아지므로 양자의 경우에서 모두 스퍼터링 각도는 표면에 대해 보다 더 수직하게 되고, 모든 스퍼터링 프로파일이 보다 더 오버 코사인 분포가 되는 경향이 있다. 또한, DC 전력이 증대되면, RF 플라즈마에서의 이온 대 중성 비가 낮아지게 되어, 증대된 DC 전압이 기판에 대한 바이어스 인가로 인해 기판 표면의 리스퍼터링을 감소시키는 경향이 있을 것이다. 일반적으로, 증대된 중성 플럭스는 플라즈마에서 스퍼터링된 재료의 산란을 증대시키지 않을 것이다.
기판상의 피쳐에서 막의 단차 도포성은 다성분 타겟에 대한 DC 전력이 증대되면 감소하는 경향이 있다. DC 전력이 증가하면 중성 플럭스가 높아지는데, 이는 유효 이온 분율이 낮아짐을 의미한다. 따라서, 더 적은 스퍼터링된 재료가 이온화됨으로써, 전계에 증착된 양에 비해 피쳐의 바닥에 도달하는 스퍼터링 재료의 양이 감소하게 된다. 중성 플럭스 분포는 에너지와 방향면에서 본질적으로 등방성인 것으로 간주될 수 있는 반면, 기판에 대한 이온 플럭스(예를 들어, 하전 입자)는 기판 바이어스 포텐셜을 통해 가속되며, 단차 도포성을 개선하게 되는 보다 많은 동적 에너지가 전달된다.
그러나, 상당히 높은 DC 전력도 단지 약 20%의 단차 도포성 감소를 유도한다. 따라서, 적당량의 금속 이온화가 존재하며, 이들 이온들은 기판에 부착되어 피쳐로 이동한다. 아울러, 타겟으로부터 나오는 스퍼터링 재료의 수직 방향성 증대로 인하여, 기판에 증착된 막의 알루미늄 대 티타늄의 조성비도 DC 전력이 증가함에 따라 감소하게 된다.
일부 경우에서, DC 전력을 강하시킴으로써 개선된 바닥 도포성을 실현할 수 있는데, 그 이유는 기판에 인가되는 바이어스로 인하여 막이 더 리스퍼터링될 수 있기 때문이다. 그러나, 기판 표면의 리스퍼터링은 조성비에 유해할 수도 있으며, 단지 DC 전력을 제어함으로써 튜닝을 어렵게 할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 플라즈마는 다성분 타겟(132)에 연결된 DC 소오스(182)를 이용하여 점화된다.
DC 전력공급형 타겟에 전달된 RF 전력은 전체 타겟 전압을 감소시킬 수 있으며, DC 전력 유도 쉬스를 둘러싸며 지배하는 대응 쉬스를 제공한다. 한편, RF-DC 전력공급형 타겟은 타겟 아래에 형성된 더 두꺼운 플라즈마 쉬스와, 타겟과 플라즈마 간에 전체적으로 높은 전압 강하를 갖고, 상기 플라즈마의 도전성은 플라즈마에서의 이온 농도 증대로 인하여 증가되며, 이는 증간 RF 전력으로 낮게 타겟 전압 강하를 형성할 것이다. 따라서, 아르곤 이온(Ar+)은 두꺼운 쉬스에 의해 보다 더 가속되며, 더 높은 스퍼터링 이온 에너지를 제공하게 된다. 일부 경우에서, RF 전력의 추가에 의해 생성되는 피크 대 피크 전압은 플라즈마 일부의 이온 에너지를 더 증가시킬 것이다. 두꺼운 쉬스는 산란 수율을 증대시킬 것이다. RF 전력은 플라즈마의 이온화를 증대시키고, 이는 증착되는 이온에 대한 기판 바이어스 효과를 향상시키는데 도움이 되며, 따라서 막의 단차 도포성 개선에 도움이 된다. RF 주파수가 증가할수록 플라즈마 이온화도 증대되며, 이는 전자 이동을 증대시킨다. RF 전력의 증대로 인하여, 아르곤 이온의 에너지 레벨이 증가함에 따라 스퍼터링 수율도 증대된다.
RF 전력은 스퍼터링 및 막 특성을 개선하고, 특히 막의 단차 도포성을 개선하는 이온화 레벨을 제공하도록 최소의 전력이어야 할 필요가 있다. 막 증착 과정에서의 RF 전력 설정값은 약 1 ㎾ 내지 3.5 ㎾, 예를 들어 약 2 ㎾ 일 수 있다. 다른 실시예에서, RF 전력 설정값은 약 3.2 ㎾ 일 수 있다. 최고 DC 전력에 대한 RF 전력의 인가는 타겟 전압, 산란 및 스퍼터링 수율을 변화시킬 것이고, 이는 조성비에 영향을 미친다. 일 실시예에서, 타겟 전압은 약 300 볼트 내지 약 550 볼트 사이, 가령 약 520 볼트 또는 약 400 볼트일 수 있다. 타겟 전압이 증가할 때, Al:Ti비는 감소하게 된다. 높은 전력은 높은 전력 밀도를 생성하며, 따라서 산란각 차이를 감소시키고, 이는 다시 Al:Ti비를 감소시키게 된다. 또한, 높은 전력은 에지 효과를 증대시키고, Rs 균일성은 악화된다.
상술한 바를 고려하여, 본 발명의 실시예들은, RF 플라즈마가 프로세싱 영역(110)에 생성될 때, 다성분 타겟(132)에 연결된 DC 전원(182)으로부터 DC 전력을 인가하는 단계를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, DC 전원은 약 450 W 내지 약 2.5 ㎾로 설정될 수 있고, RF 전원은 약 1 ㎾ 내지 약 3.5 ㎾로 설정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서, DC 전원과 RF 전원은 모두 약 2 ㎾로 설정된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, DC 전원은 약 2 ㎾로 설정되고, RF 전원은 약 3.2 ㎾로 설정된다. 보다 구체적으로, 일 실시예에서, 타겟 전압이 320 볼트이면, RF 전력은 2 ㎾이고, DC 전력은 540 W이며, 이는 고종횡비의 피쳐에 대해 우수한 단차 도포성을 제공한다. 다른 실시예에서, 타겟 전압이 500 볼트이고, RF 및 DC 전력은 모두 2 ㎾이며, 이는 막의 우수한 조성비를 유지한다.
아르곤이 이온화될 때 RF 전력공급형 플라즈마가 한 점에 도달할 수 있음에 따라, 스퍼터링된 재료가 더 이온화되며, 이는 기판 바이어스 인가로 인해 개선된 기판 피쳐의 바닥 도포성을 제공한다. 프로세싱 영역에서 압력이 강하하면, 바닥 도포성도 특히 10 mTorr 미만의 압력으로 강하한다. 저압은 DC 전력만 공급된 플라즈마와 같이 Al:Ti비가 1:1에 가깝게 만들지만, 단차 도포성을 감소시킨다. 따라서, 고압에 더하여 RF 전력은 적절한 바닥 도포성을 구현하기에 매우 곤란할 수 있는, 기판 내 피쳐의 특히 고종횡비를 가진 바닥 도포성의 개선에 도움이 된다.
프로세싱 영역에서의 통상적인 압력은 사용되는 다성분 타겟의 종류, 기판에 형성된 피쳐의 크기 및 희망하는 막 특성에 따라 변화될 수 있다. 막 증착 과정에서 챔버의 압력은 약 20 mTorr 내지 약 60 mTorr, 또는 심지어 75 mTorr일 수 있으며, 챔버 압력으로 인한 희망 프로세스 효과에 따라 예를 들어 약 22 mTorr, 30 mTorr 또는 40 mTorr일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 아르곤의 유속은 약 50 sccm 내지 100 sccm, 예를 들어 75 sccm일 수 있다. 챔버 프로세싱 과정에서 게이트 밸브(147)는 완전히 또는 부분적으로 개방될 수 있다.
그러나, 프로세싱 영역에서의 압력이 너무 많이 증가하면, 특히 TiAl과 같은 2원계 막의 산란을 증대시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 알루미늄과 티타늄은 다성분 타겟을 상이하게 산란시킨다. 따라서, 타겟으로부터 종들이 스퍼터링된 후, 평균 충돌 빈도에 영향을 줄 수 있는 변수들을 조절함으로써 기판에 도달하는 각도 분포차가 조절될 수 있다. 또한, 프로세스 압력이 증가하면, 스퍼터링된 종들과 플라즈마 내의 이온 및 전자 간의 충돌 시간과 충돌 빈도가 더 높아지게 될 수 있으며, 이에 따라 상이한 성분들의 각도 분포차가 더 커지게 된다. 그러나, DC 또는 RF 소오스로부터 인가되는 전력이 높으면, 스퍼터링된 원자에 전방 모우멘텀(forward momentum)을 더 제공함으로써, 각도 분포차를 좁힐 수 있게 된다.
또한, 프로세싱 영역에서의 압력 증가는 바닥 도포성을 개선할 수 있다. 그러나, 프로세싱 영역에서 압력이 너무 많이 증가하면, 타겟으로부터 스퍼터링된 종들의 산란을 증가시킬 수도 있으므로, 방향성이 줄어들게 되고, 이에 따라 바닥 도포성이 낮아지게 된다. 이러한 압력 증가 효과를 방지하기 위해, 타겟 전압을 증가시켜 알루미늄 및 티타늄 같이 상이한 스퍼터링 수율과 분포를 가진 임의의 2원계 성분의 산란 효과를 감소시킬 수 있다. 또한, DC 전력을 증가시키면, 증착속도가 증가하는데, 이 또한 시스템에 대한 고압의 증대된 산란 효과를 방지하는데 도움이 되지만, 전계 두께가 기판 피쳐 내에서 가능한 것 보다 더 빠르게 성장하기 때문에 단차 도포성은 약간 감소할 수 있다.
따라서, 압력은 타겟의 스퍼터링 분포를 바람직한 프로파일로 변화시키는데 도움이 되며, 증착된 막 특성을 개선하는데 도움이 될 수 있다. 또한, 압력은 타겟, 기판 및 실드에 스퍼터링된 종들의 재분포에 영향을 준다. 높은 압력은 알루미늄과 같이 경량의 화합물이 특히 실드와 타겟에 재분포될 수 있도록 하며, 이에 따라 타겟 표면의 조성비를 변화시키고, 기판 표면에 도달하는 알루미늄의 양을 감소시키게 된다. 증가된 압력은 산란 각도차에 더 큰 차이를 제공함으로써, Al:Ti 조성비를 증대시킨다. 또한, 고압은 에지 효과를 덜 제공하며, 이에 따라 Rs 균일성을 개선하게 된다. 압력은 DC, RF, 전력 또는 용량성 튜너 위치보다 Rs 및 두께 균일성의 개선에 더 큰 영향을 미치며, 이에 대해 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
또한, 압력은 기판을 향하여 플라즈마를 통과하는 스퍼터링된 종들 및 아르곤의 이온화에 영향을 준다. 증가된 압력과 플라즈마에 인가되는 RF 전력은 패닝 이온화(penning ionization)로 알려진 것을 만들 수도 있다. 상기 패닝 이온화는 중성 원자 및/또는 분자 간의 반응과 관련한 프로세스이다. 패닝 이온화에서, 가스상 활성 상태의 원자 또는 분자와 타겟 분자 간의 상호작용은 라디칼 분자 양이온, 및 전자 및 중성 가스 분자의 형성을 유발한다. 예를 들어, 아르곤 원자는 패닝 이온화로 인해 플라즈마 내의 다른 아르곤 원자들을 이온화할 수 있으며, 이에 따라 RF 전력은 아르곤 플라즈마를 더 직접적으로 여기시킨다. 프로세스에 대해 희망하는 아르곤 이온 에너지는 약 45 eV(전자 볼트) 내지 약 70 eV, 가령 약 50 eV일 수 있다. 또한, 접지까지의 경로가 더 전도성이 되기 때문에, 프로세싱 챔버의 압력이 증가할수록 타겟 전압도 강하한다. 압력 증가에 따라 쉬스 두께가 낮아지게 되며, 이는 타겟에 대한 원자 재분포 및 타겟 전압에 영향을 미친다.
마그네트론은 막 증착 및 특성에 영향을 줄 수도 있다. 마그네트론의 종류와 위치는 상이한 B 필드를 만들 것이며, 이 또한 다성분 막의 조성비에 영향을 준다. 타겟을 덮고 타겟을 침식하는 것 이외에, 다성분 타겟 위의 특정 위치에 마그네트론을 배치하는 것은 Ti:Al비를 개선하는데 또한 도움이 된다. 특정의 위치에 마그네트론을 배치하는 것은, 전술한 바와 같은 알루미늄의 발산으로 인해 통상적으로 발생하는 실드에 대한 알루미늄의 대량 소실을 방지하는데 도움이 될 것이다. 예를 들어, 타겟의 중심에 마그네트론을 위치시키면 동일한 스퍼터링 프로파일이 생성될 것이지만, 국소적으로 상기 중심 위치로부터 종들이 확산되면, 스퍼터링된 종들이 챔버를 통하여 확산되는 위치를 완전히 변화시키게 될 것이다. 한 상황에서, 알루미늄은 발산성이지만, 이는 실드에 대해 넘치지 않고, 그 대신 기판의 전체 영역에 걸쳐서 확산된다.
단일 성분이 균일하게 스퍼터링되는 프로파일 형태의 상황에서, 타겟의 크기 및 타겟으로부터의 기판 간격과 같은 챔버의 기하형상에 따라, 임의의 순간에서 단일 요소의 스퍼터링 프로파일은 마그네트론이 회전할 때 기판상에 균일한 도포성을 제공하는 단일 지점 소오스로 특정될 수 있다. 그러나, 2개의 상이한 프로파일을 가진 다성분 타겟에 있어서, 균일한 도포성은 어려울 수 있다. 그러나, 마그네트론이 중심에 있고, 스퍼터링이 중심으로부터 주로 발생하는 경우, 스퍼터링 소오스가 중심 위에 있고 스퍼터링된 종들이 기판 위에 상당히 균일하게 확산되기 때문에, 조성비는 개선될 수 있을지라도, Rs 균일성은 악화되며, 그로 인해 기판 위에서 상대적으로 균일한 분포가 얻어진다.
폐쇄형 루프 마그네트론은 마그네트론에 의해 형성되는 B 필드 경계 사이에 플라즈마를 한정하며, 이는 마그네트론에 사용된 자석의 종류 및 자석의 정확한 구성에 따라 좌우될 것이다. 마그네트론의 종류와 그 용도에 따라 소정의 형상과 위치를 가진 타겟에 침식 트랙이 생성될 것이다. DC 플라즈마에서, 마그네트론은 플라즈마 트랙 주위에서 이동하는 전자를 한정하며, 플라즈마의 이온화에 도움이 된다. 본질적으로, 마그네트론은 전자를 국소적으로 한정하는데 도움이 됨으로써, 아르곤이 이온화되는 영역을 타겟 표면에 가깝게 항상 제공할 수 있게 되며, 이에 따라 타겟 침식 트랙을 그와 동일한 영역에 성장시키는 경향이 있다. 따라서, 상기 마그네트론은 타겟 면에서 침식 트랙이 형성되는 위치를 제어하는데 도움이 된다.
개방형 루프 마그네트론은 개방 단부 위치에 더 약한 B 필드를 생성함으로써, 마그네트론을 포함하지 않은 RF 스퍼터링 프로세싱 챔버에 비해 전체적으로 더 우수한 RF 전력이 플라즈마에 전달된다. 그러나, 일반적인 RF 스퍼터링 프로세스에 있어서, 마그네트론은 스퍼터링에 필수적이지는 않다. RF 전력 자체는 타겟으로부터 전자로 전력이 전달될 수 있도록 하는데, 이는 마그네트론의 자기적 한정을 필요로 하지 않고 아르곤 원자를 이온화하기 위해 사용된다. 폐쇄형 루프 마그네트론을 타겟 중심에 더 가까이 배치하는 것은 RF 전원으로 프로세스를 튜닝할 수 없게 만드는 것으로 생각된다. 따라서, RF 전력과 함께 타겟의 중심부 근처에 전자를 한정하는 것은 스퍼터링 프로세스에 어떠한 장점도 제공하지 않는 것으로 생각된다.
개방형 루프 자석을 이용함으로써, 완전 연속 폐쇄형 플라즈마 트랙이 생성되지 않는다. 즉, 전자들이 단지 잠시 포획된 다음, 자계 포획 영역으로부터 발산될 수 있다. 그 이유는 개방형 루프 마그네트론의 전극들 사이에 생성된 자계가, 타겟 표면에 평행한 2차원 평면을 따라 보았을 때, 연속적인 폐쇄형 루프 경로를 형성하지 않기 때문이다. 즉, 형성된 자계의 부분들을 따르는 경로를 추적하면, 자계 벡터는 타겟 표면에 대해 평행한 2차원 평면을 따라 타겟면에 대해 평행하고(즉, Bz=0; 여기서 z 방향은 타겟면에 대해 수직함), 상기 경로는 연속적인 폐쇄형 루프를 형성하지 않는다. 막 조성은 플라즈마 침식 트랙과 기판 위치 간의 상대적 위치에 따라 크게 좌우될 수 있다. 상기 마그네트론 위치는 플라즈마 침식 트랙을 조절하고, 막 조성을 조정할 것이다. 예를 들어, 마그네트론 위치는 도 4d에 도시된 바와 같이 타겟의 외부 영역 부근에 플라즈마를 형성하는 제 1 위치일 수 있다. 기판상에 증착된 막 조성은 마그네트론이 제 1 위치에 있을 때 1에 근접할 수 있으며, 이는 타겟의 구성요소의 상이한 분포 프로파일을 설명한다. 상기 마그네트론은 타겟 위에 약 2.2 ㎜내지 2.8 ㎜, 가령 2.5 ㎜ 이격되어 있을 수 있다. 상기 마그네트론은 약 60 rpm 내지 약 70 rpm, 가령 65 rpm에서 회전할 수 있다.
마그네트론과 함께 DC 단독 플라즈마는 전자를 일반적으로 보다 한정된 영역에 포획한다. RF 전력의 추가는 본질적으로 전자와 아르곤을 튜닝함으로써, 상기 플라즈마는 더 작은 영역에 한정되어 있을지라도 훨씬 더 고도로 활성화된다. 개방형 루프 마그네트론은, 마그네트론 아래의 플라즈마 영역에 단지 부분적으로 전자를 한정함으로써, 전자가 탈출할 수 있도록 허용한다. 개방형 루프 마그네트론은 타겟 표면의 더 큰 부분의 스퍼터링을 허용할 수 있다. 따라서, 내부 및 외부 전극 사이의 자계는 일단부에서 개방되며, 전자들은 전극의 양단부와 연관된 자계로부터 누설될 것이다. "아웃" 위치에 마그네트론을 위치시킴으로써, 다성분 타겟 요소의 변화하는 스퍼터링 분포의 영향으로 인하여, 기판 표면 상에서 Al과 Ti의 조성비를 개선할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 아울러, 중심 영역 또는 "인" 위치로 마그네트론을 이동시키는 것이 타겟에 재증착된 스퍼터링 재료와 같이 챔버를 세척하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
증착된 막 특성은 기판 바이어스에 의해 영향을 받을 수도 있다. 전술한 바와 같이 기판 지지체에 바이어스를 제공하기 위해 자동 조절식 가변 용량성 튜너가 이용될 수 있다. 용량성 튜너의 커패시턴스를 조절하면, 기판 지지체에 대한 바이어스 전압을 변화시킬 것이다. 용량성 튜너의 상이한 위치들은 증착된 막을 증착시키고/증착시키거나 리스퍼터링하기 위해 이용될 수 있다. 일부 경우, 기판 바이어스는, 기판 표면에 형성된 막에서의 응력을 조절하기 위해, 순 증착을 발생시키지 않는 "에칭 모드"에서 사용된다. 스퍼터링된 금속 원자는 상이한 질량들을 갖기 때문에, 기판에 대한 바이어스 전압을 조절함으로써, 증착된 막의 이온 충격 및 리스퍼터링을 조절하여, 증착된 막 조성을 어떻게든 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 알루미늄과 티타늄은 상이한 스퍼터링 수율을 갖기 때문에, 바이어스 전압을 변화시키는 것이 충격의 활성화 정도를 변화시키기 위해 이용될 수 있으며, 이는 증착된 막의 조성비를 변화시키게 된다.
일례에서, 기판에서 양의 전압이 높으면 높을수록, 더 크고 무거운 티타늄 원자가 알루미늄과 같이 용이하게 재유도되지 않기 때문에, 더 많은 티타늄이 농후하게 증착된다. 따라서, 양의 기판 바이어스 전압하에서, 플라즈마에서 더 많은 중성을 포함한 타타늄 원자들은 기판 표면으로 향하려는 경향이 있다. 반면에, 알루미늄은 더 가볍고 보다 용이하게 이온화되며, 티타늄과 같은 정도로 양의 바이어스 전압으로 인해 기판 표면에 도달하지 않고, 티타늄 농후 막을 만들 것이다. 스펙트럼의 타측에서, 높은 음의 기판 바이어스 전압에서, 알루미늄은 티타늄보다 더 많이 주위에서 이동할 것인데, 이는 기판 바이어스의 인가에 의해 플라즈마로부터 끌어 당겨져 도달하는 이온들에 의해 보다 용이하게 리스퍼터링되기 때문이다. 음의 전압은 기판 표면에 충돌하는 이온들의 에너지에 영향을 미치며, 이는 알루미늄 원자들을 주위로 더 많이 이동시키고, 또한 티타늄 농후 표면을 생성할 것이다. 그리고, 다른 재료에 비해 하나의 재료가 상이한 속도로 우선하여 리스퍼터링되기 때문에, 기판 바이어스 전압을 효율적으로 설정함으로써, 리스퍼터링 양을 제어하고, 그에 따라 조성비도 제어하게 된다. 따라서, 기판상에 증착된 막의 실질적으로 균일한 조성비를 구현하기 위해서는 너무 양성이거나 너무 음성이지 않은 중간 기판 바이어스 전압이 필요하다.
임피던스 컨트롤러(141)에서 가변 커패시터의 커패시턴스가 증가함에 따라, Al:Ti비는 감소하여 1에 근접하며, 예를 들어, 1.2, 그리고 심지어 일부 경우에서는 0.90와 같은 1 미만이 된다. 일 실시예에서, Al:Ti비는 약 0.9 내지 약 1.2 사이, 가령 1.0 및 1.1이다. 중심으로부터 에지까지 평균 조성비는 약 1.15 내지 약 1.16 사이일 수 있다. 바이어스 전압이 음이 되는 경우, 알루미늄은 아르곤(Ar+) 이온에 의해 스퍼터링되기 더 쉽다. 바이어스 전압이 양인 경우, Al과 Ti 이온들은 기판으로부터 멀리 밀려난다. 그러나, 플라즈마에서 Ti 이온 분획이 Al 이온 분획보다 더 낮기 때문에, Al:Ti비는 증가한다. 임피던스 컨트롤러(141)에서 회로의 공진 설정도 바이어스 전압에 영향을 미친다. 바이어스 전압이 공진에 근접함에 따라, 기판에서 거의 최대치의 음의 기판 바이어스 전압이 구현됨으로 인하여, Al:Ti비는 감소하게 된다. 일 실시예에서, 기판에서의 전압 바이어스는 +250 내지 -250 Vdc일 수 있다. 다른 실시예에서, 기판에서의 전압 바이어스는 약 -150 볼트 내지 +50 볼트 사이이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 프로세싱 영역(110)에 배치된 기판 수용면(127)을 가진 기판 지지체(126)에 배치된 전극(126A)에 대한 바이어스 전압을 조절하는 단계를 포함하며, 상기 바이어스 전압은 전기적 접지에 대하여 상기 전극(126A)에서 구현되는 상기 바이어스 전압을 제어하기 위해 가변 커패시터(610)의 커패시턴스를 변화시킴으로써 조절된다. 상기 가변 커패시터(610)의 커패시턴스는 약 5 내지 1,000 pF 사이에서 변화된다. 예를 들어, 상기 가변 커패시터는 전체 용량의 12.5%로 설정되거나, 전체 용량의 85% 정도로 높게 설정될 수 있다. 상기 시스템의 공진은 전체 용량의 약 55%일 수 있다.
따라서, 전술한 다양한 변수들을 이용함으로써, 상기 장치들을 사용할 때, 여러가지 방법들이 단차 도포성과 막 균일성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 게이트 구조에 금속 막을 증착하기 위해 고압, RF 전력 및 DC 전력이 RF-DC PVD 챔버에서 이용된다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 박막 증착 방법(1100)의 프로세스 흐름을 도시한 도면이다. 단계(1102)에서, 상기 방법은 도 1a에 도시된 바와 같이 챔버(100)의 프로세싱 영역(110)에 플라즈마를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 플라즈마는 챔버(100) 내에서 다성분 타겟(132)에 연결된 RF 전력공급장치(181)를 이용하여 형성되며, 상기 다성분 타겟(132)은 챔버(100)의 프로세싱 영역(110)과 접촉하고 있는 스퍼터링 표면(133)과 같은 제 1 표면과, 상기 제 1 표면(133)에 대향하고 있는 제 2 표면(135)을 갖는다. 단계 1104에서, 상기 방법은 상기 다성분 타겟(132)에 대해 마그네트론 시스템(189)을 병진 이동시키는 단계를 포함하며, 상기 마그네트론 시스템(189)은 다성분 타겟(132)의 중심점에 대하여 도 4d에 도시된 바와 같이 제 1 위치에 위치되며, 상기 마그네트론 시스템이 병진 이동할 때, 플라즈마(P)가 형성된다. 단계 1106에서, 챔버 내의 기판 지지체(126) 상에 위치된 기판(105)에 다성분 막이 증착된다. 상기 다성분 막은 도 7a 내지 도 7h에 도시된 바와 같이, 금속 게이트(725)에 증착된 TiAl 합금과 같은 금속 합금일 수 있다. 상기 다성분 막은 분당 120Å으로 증착되며, 약 100Å의 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 상기 막의 두께는 약 40Å 내지 약 150Å 사이일 수 있으며, 증착 속도는 약 30Å/분 내지 240Å/분일 수 있다. 그러나, 희망 두께는 일함수 조건에 의해 좌우되며, 그에 따라 당업자는 이를 조절할 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예들은 시간당 20개보다 많은 기판을 처리할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 도 4b 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 다성분 타겟의 중심점을 중심으로 마그네트론 시스템(189)을 회전시킴으로써 마그네트론 시스템(189)이 병진 이동될 때, 상기 마그네트론 시스템(189)은 다성분 타겟(132)의 제 2 표면(135)에 인접하여 배치된다. 전술한 바와 같이, 상기 마그네트론 시스템은 다수의 자석(423)을 포함하는 외부 전극(421)과 다수의 자석(423)을 포함하는 내부 전극(422)을 포함할 수 있으며, 상기 내부 및 외부 전극은 개방형 루프 마그네트론 조립체를 형성한다. 다른 실시예에서, 상기 방법은 기판 지지체(126)에 배치된 전극(126A)과 전기적 접지 사이에 접속된 가변 커패시터(610)의 커패시턴스를 조절함으로써 기판에 대한 바이어스 전압을 변화시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 방법은 기판 지지체(126)의 기판 수용면(127)의 주연부 에지(129)로부터 소정 거리에 커버 링(170)을 위치시키는 단계를 포함하며, 형성된 플라즈마에 노출되는 상기 커버 링의 표면은 또한 상기 기판 수용면(127) 보다 상기 다성분 타겟(132)으로부터 더 먼 거리에 배치되고, 상기 커버 링(170)은 프로세싱 영역에 플라즈마가 형성될 때 상기 전기적 접지와 전기적으로 소통하지 않는다. 다른 실시예에서, 상기 다성분 타겟(132)과 기판(105) 사이의 거리는 174㎜ 내지 182㎜ 사이일 수 있다. 타겟으로부터 멀어질수록, 더 많은 언더 코사인 스퍼터링 재료가 실드에 더 큰 속도로 충돌할 것이다. 따라서, 간격도 산란에 영향을 미치게 된다. 아울러, 간격이 커지면 기판은 플라즈마로부터 멀어지게 된다.
다른 실시예에서, 상기 마그네트론 시스템은 도 4e에 도시된 바와 같이 폐쇄형 루프 마그네트론 조립체를 형성하며 중심점을 통과하여 연장하는 제 1 축(491)을 중심으로 동심인 외부 전극(424) 및 내부 전극(425)을 포함할 수 있다. 상기 내부 및 외부 전극(425,424)에는 복수의 자석(423)이 배치되고, 이들은 상기 제 1 축(491)에 대해 수직이며 상기 중심점을 통과하여 연장하는 제 2 축(492)을 중심으로 대칭적이지 않다. 본 발명의 실시예들에서, 단차 도포성은 기판상의 고 종횡비 피쳐의 80% 정도로 높을 수 있다. 일부 실시예에서, 단차 도포성은 심지어 100%일 수 있다.
다른 실시예에서, 박막 증착 방법은 챔버의 프로세싱 영역에 형성된 플라즈마에 에너지를 전달하는 단계를 포함하고, 상기 에너지를 전달하는 단계는 RF 전력공급장치로부터 RF 전력을 다성분 타겟으로 전달하는 단계와 DC 전력공급장치로부터 DC 전력을 상기 다성분 타겟으로 전달하는 단계를 포함한다. DC 전력을 전달한다는 것은 DC 전력공급장치로부터 DC 전압 또는 전류와 같은 DC 에너지를 다성분 타겟에 인가한다는 의미이다. RF 전력을 전달한다는 것은 RF 전력공급장치로부터 RF 에너지를 다성분 타겟에 인가한다는 의미이다.
또한, 상기 방법은, 상기 다성분 타겟에 대해 마그네트론을 이동시키는 단계로서, 상기 마그네트론은 다성분 타겟의 중심점에 대하여 제 1 위치에 위치되며, 상기 마그네트론이 병진 이동할 때, 플라즈마가 형성되는 단계; 기판 지지체의 기판 수용면 부근에 배치된 전극에 대한 바이어스 전압을 조절하는 단계로서, 상기 바이어스 전압이 전기적 접지에 대하여 상기 전극에서 구현되는 상기 바이어스 전압을 제어하기 위해 가변 커패시터의 커패시턴스를 변화시킴으로써 조절되는 단계; 상기 프로세싱 영역을 20 mTorr 이상으로 가압하는 단계; 및 상기 기판 수용면 상에 배치된 기판에 금속 합금 막을 증착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 막 증착을 시작하기 전에, 타겟 상에 바람직한 개질층을 얻기 위해 타겟의 예비증착 번인(Burn-In)이 실시된다. 타겟 번인은 타겟 제조 프로세스에서 남은 오염물과 타겟으로부터 흡착된 가스를 제거하며, 프로세스 키트가 TiAl 막 증착에 대비할 수 있도록 조절한다. 또한, 타겟 번인은 타겟에 "레이스트랙" 또는 침식 그루브의 형성을 개시할 수 있다.
일단의(a batch of) 기판을 프로세싱한 후, 상기 챔버는 세척되고 특히 타겟은 리컨디셔닝되어야 할 필요가 있을 수 있다. 전술한 바와 같이, 다성분 타겟의 구성요소들은 타겟에 다시 증착될 수 있다. 특히, 알루미늄은 그 질량이 가볍고 프로세스의 산란 효과 때문에 타겟의 중심 영역에 쉽게 다시 증착된다. 도 10a 내지 도 10c는 여러 사용 단계들에서의 타겟을 도시한 도면이다. 도 10a는 예를 들어 1:1 비율의 TiAl 함금을 포함하는 다성분 타겟(914)과 배킹 플레이트(912)를 가진 신규한 타겟 조립체(910)를 도시하고 있다. 번인 후, 막 증착 프로세스 과정에서, 상기 레이스트랙 또는 침식 그루브(916)가 타겟에 형성되기 시작한다. 스퍼터링 과정에서 마그네트론이 "아웃" 위치로 회전할 때, 타겟의 외부 영역을 따라 마그네트론 아래에 플라즈마가 형성된다.
상기 중심 영역(918)은 또한 약간 부식되지만, 마그네트론이 위치된 외부 영역의 타겟 아래에서 플라즈마 밀도가 더 높기 때문에, 그다지 심하지 않다. 그러나, 프로세싱 시간이 지남에 따라, 도 10c에 도시된 바와 같이, 구성 물질이 타겟에 재증착되어 타겟의 나머지 영역과는 상이한 조성을 가진 재증착 영역(919)을 형성할 수 있다. 1개의 배치(batch)는 25 내지 50개의 기판일 수 있으며, 재증착 영역(919)이 형성되고 세정을 필요로 하는 정도는 또 다른 막을 증착하기에 앞서, 다양한 프로세싱 환경에 따라 좌우될 것이다.
일단의 기판을 프로세싱한 후, 사후 증착 세척 프로세스가 실시될 수 있다. 상기 세척 프로세스는 제 1 프로세스와 제 2 프로세스를 포함할 수 있다. 제 1 프로세스는 챔버로부터 기판을 제거하는 단계와 소오스 마그네트론 조립체(420)를 제 2 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 일례에서, 상기 소오스 마그네트론 조립체(420)의 위치는 상기 마그네트론 병진 이동 디바이스(예를 들어, 모터(193))의 회전 방향을 변화시킴으로써 조절된다. 상기 제 2 위치는 도 4c에 도시된 바와 같은 "인" 위치이다. 플라즈마(P)는 다성분 타겟(132)에 연결된 RF 및 DC 전력을 이용하여 점화되며, 플라즈마는 다성분 타겟의 제 1 표면의 내부 아래에 형성된다. 챔버는 2 mTorr로 가압된다. 그 다음, 타겟의 중심 영역(918)에서 성장된 재증착된 재료(919)가 제거된다. DC 전력과 RF 전력은 제 1 프로세스 과정에서 모두 2 kW로 설정된다. 가변 커패시터는 12.5%로 설정될 수 있다. 플라즈마는 45초 동안 챔버를 세척하기 위해 계속 남는다. 플라즈마 점화/형성 및 제거와 같은 제 1 프로세스중 일부는 타겟의 중심으로부터 재증착물을 제거하기 위해 7회 정도 수회 반복될 수 있다.
제 2 프로세스는 마그네트론 조립체를 도 4d에 도시된 바와 같이 제 1 위치 또는 "아웃" 위치로 이동시키는 단계를 포함한다. 플라즈마는 다성분 타겟에 연결된 RF 및 DC 전력을 이용하여 점화되고, 플라즈마는 상기 다성분 타겟의 제 1 표면의 외부 아래에 형성된다. 상기 챔버는 40 mTorr로 가압되며, 침식 그루브(916)가 도 10b와 유사하게 다성분 타겟에 다시 형성된다.
본 발명의 실시예들의 고압 범위에서, RF 전력은 아르곤과 같은 플라즈마 이온을 여기시키고, 상승된 압력과 아르곤 이온 충돌이 이온 분획(ion fraction)을 증대시킨다. 크립톤(Kr) 또는 크세논(Xe)과 같이 무거운 가스들은 보다 효과적인 산란을 유발할 수 있음으로써, 이온들의 수평 속도가 감소될 수 있다. 이는 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 등과 같이 무거운 금속 증착에 특히 유용하다. 본 발명의 실시예들은 고도의 막 균일성과 단차 도포성을 구현할 수 있는 능력을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 타겟에 인가되는 RF 전력과 고압은 타겟 근처에 고밀도 플라즈마를 발생시킨다. 스퍼터링된 종들이 플라즈마를 통과할 때, 이들은 이온화되며, 이는 플라즈마의 이온/중성비를 상당히 증대시킨다. 아울러, 스퍼터링된 종들이 고압 환경에서(in a high pressure ambient) 기판으로 유도될 때, 많은 충돌이 발생하며, 이는 기판 방향에 대해 평행한 종들의 에너지를 감소시키는데 도움이 되며, 그 수직 방향성을 증대시킨다. (플라즈마가 마그네트론으로부터의 비대칭적인 B 필드에 의해 구속됨에 따라) 원자들이 기판 표면 부근이 아닌 타겟 부근에서 이온화되기 때문에, 이온들의 속도는 이온화된 금속 플라즈마(IMP)와 같은 다른 종류의 방법들과 같이 수직적이지 않고, 더 우수한 측벽/단차 도포성을 제공한다.
다성분 타겟에 연결된 RF-DC 전원을 이용함으로써, 비대칭 및 불균형을 제공하며, 이는 전자들이 타겟 중심과 플라즈마 중심을 향하여 방사상으로 이동할 수 있도록 하여, 이온화 및 타겟 이용도를 증대시키는데 도움이 된다.
이 프로세스의 개선된 단차 도포성은 다음과 같은 이유로 인해 나타날 수 있다. 고밀도 플라즈마가 타겟 아래에 형성됨으로써, 금속 종들이 플라즈마를 통과할 때 이온화된다. 고압 및 고 RF 전력이 RF 플라즈마 밀도를 증대시키며, 이는 전자와 Ar+의 밀도가 증가함을 의미한다. 또한, 고압은 평균 자유 경로를 감소시킴으로써, 금속 종들이 전자 또는 Ar+과 보다 용이하게 충돌하여 이온화된다. 또한, 스퍼터링된 금속이 기판 표면 부근에서 더 낮은 수평 속도를 가짐으로써, 금속 이온이 기판으로 용이하게 끌어당겨질 수 있다. 금속 종들의 낮은 속도는 Ar+에 의한 다중 랜덤 산란을 통해 수평 방향을 따라 고유의 속도를 소실함으로써 실현되며, 이는 고압에 의해 더 증강된다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면, 우수한 단차 도포성, 균일한 두께, 바람직한 구성비 및 Rs 값을 가진 다성분 타겟으로부터 균일한 막 조성이 형성될 수 있다.
전술한 바는 본 발명의 실시예들에 대한 것이지만, 본 발명의 다른 추가적인 실시예들이 그 기본적 범위를 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 그 범위는 하기된 특허청구범위에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 프로세싱 영역과 접촉하고 있는 제 1 표면과 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 가진 타겟;
    상기 타겟에 연결된 RF 전력공급장치;
    상기 타겟에 연결된 DC 전력공급장치;
    기판 수용면을 가진 기판 지지체; 및
    상기 타겟의 제 2 표면에 인접하여 배치된 마그네트론으로서, 복수의 자석을 포함한 외부 전극과, 복수의 자석을 포함한 내부 전극을 포함하며, 상기 내부 및 외부 전극이 개방형 루프 마그네트론 조립체를 형성하는 마그네트론;을 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟에 전기적으로 연결되고, 제 1 표면과 제 2 표면을 가진 센터 피드를 더 포함하고,
    상기 RF 전력공급장치가 상기 제 1 표면에 연결되며, 상기 제 2 표면은 상기 타겟에 연결되고, 상기 센터 피드는 상기 타겟의 중심축 위에 위치된,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟에 전기적으로 연결되고, 제 1 표면과 제 2 표면 사이에서 연장되며 제 1 축을 중심으로 대칭인 단면을 가진 센터 피드를 더 포함하며,
    상기 RF 전력공급장치가 상기 제 1 표면에 연결되고, 직경 종횡비는 약 0.001 /㎜ 내지 약 0.025 /㎜이며, 상기 단면 표면은 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에서 연장하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 영역의 일부를 적어도 부분적으로 둘러싸며, 접지에 전기적으로 연결된 접지된 실드;
    상기 기판 수용면 아래에 배치된 전극을 더 포함하는 상기 기판 지지체;
    커버 링; 및
    상기 기판 지지체의 일부 위에 배치된 증착 링;을 더 포함하고,
    프로세싱 과정에서, 상기 커버 링은 상기 증착 링의 일부 상에 배치되며, 상기 커버 링은 접지로부터 전기적으로 절연되고, 상기 증착 링과 상기 커버 링이 상기 타겟 아래에 배치된 상기 기판 수용면 아래에 배치된,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전극과 상기 접지 사이에 배치된 가변 커패시터; 및
    프로세싱 과정에서 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 양을 조절하도록 구성된 컨트롤러;를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  6. 프로세싱 영역과 접촉하고 있는 제 1 표면, 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면, 및 에지를 가진 타겟;
    상기 타겟에 연결된 RF 전력공급장치;
    기판 수용면을 가진 기판 지지체;
    회전축을 구비한 샤프트를 가진 모터; 및
    상기 타겟의 제 2 표면에 인접하여 배치된 마그네트론으로서, 상기 샤프트에 연결된 크로스 암, 상기 회전축으로부터 소정 거리의 피봇 포인트에서 상기 크로스 암에 연결된 플레이트, 및 상기 플레이트에 연결되며 개방형 루프 마그네트론 조립체를 형성하는 외부 전극과 내부 전극을 포함하는 마그네트론;을 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플레이트의 질량 중심은 제 1 방향으로 회전될 때 상기 회전축으로부터 제 1 거리 만큼 이동하도록 구성되고, 상기 플레이트의 질량 중심은 제 2 방향으로 회전될 때 상기 회전축으로부터 제 2 거리 만큼 이동하도록 구성된,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 플레이트의 질량 중심은 상기 샤프트가 제 1 방향으로 회전될 때 상기 피봇 포인트를 중심으로 제 3 방향으로 회전하도록 구성되고, 상기 플레이트의 질량 중심은 상기 샤프트가 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전될 때 상기 피봇 축을 중심으로 제 4 방향으로 회전하도록 구성된,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 외부 전극과 상기 내부 전극이 원호의 일부를 형성하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세싱 영역의 일부를 적어도 부분적으로 둘러싸며, 접지에 전기적으로 연결된 접지된 실드;
    상기 기판 수용면 아래에 배치된 전극을 더 포함하는 상기 기판 지지체;
    커버 링; 및
    상기 기판 지지체의 일부 위에 배치된 증착 링;을 더 포함하고,
    프로세싱 과정에서, 상기 커버 링은 상기 증착 링의 일부 상에 배치되며, 상기 커버 링은 접지로부터 전기적으로 절연되고, 상기 증착 링과 상기 커버 링이 상기 타겟 아래에 배치된 상기 기판 수용면 아래에 배치된,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  11. 프로세싱 영역과 접촉하고 있는 제 1 표면, 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면, 및 에지를 가진 타겟;
    상기 타겟에 연결된 RF 전력공급장치;
    기판 수용면을 가진 기판 지지체;
    회전축을 구비한 샤프트를 가진 모터; 및
    상기 타겟의 제 2 표면에 인접하여 배치된 마그네트론으로서, 중심점을 통과하여 연장하는 제 1 축을 중심으로 동심이며 폐쇄형 루프 마그네트론 조립체를 형성하는 외부 전극과 내부 전극을 포함하며, 상기 내부 및 외부 전극에 배치된 복수의 자석들은 상기 제 1 축에 대해 수직이면서 상기 중심점을 통과하여 연장하는 제 2 축을 중심으로 비-대칭적인, 마그네트론;을 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 프로세싱 영역의 일부를 적어도 부분적으로 둘러싸며, 접지에 전기적으로 연결된 접지된 실드;
    상기 기판 수용면 아래에 배치된 전극을 더 포함하는 상기 기판 지지체;
    커버 링; 및
    상기 기판 지지체의 일부 위에 배치된 증착 링;을 더 포함하고,
    프로세싱 과정에서, 상기 커버 링은 상기 증착 링의 일부 상에 배치되며, 상기 커버 링은 접지로부터 전기적으로 절연되고, 상기 증착 링과 상기 커버 링이 상기 타겟 아래에 배치된 상기 기판 수용면 아래에 배치된,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  13. 프로세싱 영역과 접촉하고 있는 제 1 표면, 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 가진 타겟;
    상기 타겟에 연결된 RF 전력공급장치;
    상기 프로세싱 영역의 일부를 적어도 부분적으로 둘러싸며, 접지에 전기적으로 연결된 접지된 실드; 및
    상기 타겟 타겟 아래에 있는 기판 수용면을 가진 기판 지지체, 커버 링 및 상기 지지체의 일부 위에 배치된 증착링을 포함하는 기판 지지 조립체;를 포함하며,
    프로세싱 과정에서, 상기 기판 수용면 상에 기판이 배치될 때, 상기 커버링은 상기 증착 링의 일부 상에 배치되고, 상기 커버 링은 접지로부터 전기적으로 절연되며, 상기 증착 링과 상기 커버 링이 상기 기판 수용면 아래에 배치된,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  14. 제 13 항에 있어서,
    회전축을 구비한 샤프트를 가진 모터; 및
    상기 타겟의 제 2 표면에 인접하여 배치된 마그네트론으로서, 중심점을 통과하여 연장하는 제 1 축을 중심으로 동심이며 폐쇄형 루프 마그네트론 조립체를 형성하는 외부 전극과 내부 전극을 포함하며, 상기 내부 및 외부 전극에 배치된 복수의 자석들은 상기 제 1 축에 대해 수직이면서 상기 중심점을 통과하여 연장하는 제 2 축을 중심으로 비-대칭적인, 마그네트론;을 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 지지체에 배치된 전극;
    상기 전극과 상기 접지 사이에 배치된 가변 커패시터; 및
    프로세싱 과정에서 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 양을 조절하도록 구성된 컨트롤러;를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  16. 제 13 항에 있어서,
    회전축을 구비한 샤프트를 가진 모터; 및
    상기 타겟의 제 2 표면에 인접하여 배치된 마그네트론;을 더 포함하며,
    상기 마그네트론은 복수의 자석을 포함한 외부 전극과, 복수의 자석을 포함한 내부 전극을 포함하며, 상기 내부 및 외부 전극은 개방형 루프 마그네트론 조립체를 형성하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 타겟에 전기적으로 연결되고, 제 1 표면과 제 2 표면을 가진 센터 피드를 더 포함하고,
    상기 RF 전력공급장치가 상기 제 1 표면에 연결되며, 상기 제 2 표면은 상기 타겟에 연결되고, 상기 센터 피드는 상기 타겟의 중심축 위에 위치된,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 타겟에 전기적으로 연결되고, 제 1 표면과 제 2 표면 사이에서 연장되며 제 1 축을 중심으로 대칭인 단면을 가진 센터 피드를 더 포함하며,
    상기 RF 전력공급장치가 상기 제 1 표면에 연결되고, 직경 종횡비는 약 0.001 /㎜ 내지 약 0.025 /㎜이며, 상기 단면 표면은 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에서 연장하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  19. 챔버 내에서, 챔버의 프로세싱 영역과 접촉하고 있는 제 1 표면과 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 가진 다성분 타겟에 연결된 RF 전력공급장치를 이용하여, 챔버의 프로세싱 영역에 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 다성분 타겟에 대해 마그네트론을 병진 이동시키는 단계로서, 상기 마그네트론은 상기 마그네트론이 병진 이동하고 플라즈마가 형성되는 동안, 상기 다성분 타겟의 중심점에 대하여 제 1 위치에 위치되는, 마그네트론 병진 이동 단계; 및
    상기 챔버 내의 기판 지지체 상에 위치된 기판에 다성분 막을 증착하는 단계;를 포함하는,
    박막 증착 방법.
  20. 챔버의 프로세싱 영역에 형성된 플라즈마에 에너지를 전달하는 단계로서, RF 전력공급장치로부터 RF 전력을 다성분 타겟으로 전달하는 단계와 DC 전력공급장치로부터 DC 전력을 상기 다성분 타겟으로 전달하는 단계를 포함하며, 상기 다성분 타겟은 챔버의 프로세싱 영역과 접촉하고 있는 제 1 표면과 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 가진, 에너지 전달 단계;
    상기 다성분 타겟에 대해 마그네트론을 병진 이동시키는 단계로서, 상기 마그네트론은 상기 마그네트론이 병진 이동하고 플라즈마가 형성되는 동안, 상기 다성분 타겟의 중심점에 대하여 제 1 위치에 위치되는, 마그네트론 병진 이동 단계; 및
    기판 지지체의 기판 수용면 부근에 배치된 전극에 대한 바이어스 전압을 조절하는 단계로서, 상기 바이어스 전압이 전기적 접지에 대하여 상기 전극에서 구현되는 상기 바이어스 전압을 제어하기 위해 가변 커패시터의 커패시턴스를 변화시킴으로써 조절되는 단계;
    상기 프로세싱 영역을 20 mTorr 이상으로 가압하는 단계; 및
    상기 기판 수용면 상에 배치된 기판에 금속 합금 막을 증착하는 단계;를 포함하는,
    기판상에 박막을 증착하는 방법.
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