JP2007321244A - 基板処理チャンバのためのリングアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】 種々な処理サイクルの後でも変形や反りに耐え且つ浸食に耐えるような、基板処理チャンバにて使用されるリングアセンブリを提供する。
【解決手段】 基板処理チャンバにおいて使用され、環状棚及び内側周辺側壁を備える基板支持体のためのリングアセンブリ２０が提供される。１つの変形例においては、リングアセンブリ２０は、（ｉ）上記支持体の環状棚に乗る水平脚及び上記支持体の内側周辺側壁に当接する垂直脚を備えるＬ字形分離リング２９と、（ii）上記分離リングの水平脚に重なる重複棚を有する環状バンドを備える堆積リング２６とを備える。別の変形例では、堆積リングは、上記支持体の環状棚を取り巻きそれに重なる絶縁環状バンドを備える。
【選択図】図１

Description

背景

本発明の実施形態は、基板処理チャンバにおける基板支持のためのリングアセンブリに関する。
半導体ウエハ及びディスプレイの如き基板の処理においては、基板は、処理チャンバに置かれ、基板上に物質を堆積させたり基板上の物質をエッチングしたりするため付勢されるガスに対して露出させられる。典型的な処理チャンバは、処理ゾーンを包囲する包囲壁、チャンバにガスを与えるためのガス供給源、基板を処理するための処理ガスを付勢するためのガス付勢装置、基板支持体及びガス排出ポートを含む処理構成要素を備える。処理チャンバは、例えば、スパッタリング又は物理気相堆積（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）及びエッチングチャンバを含むことがある。ＰＶＤチャンバにおいては、ターゲットは、スパッタされたターゲット物質がターゲットに面した基板上に堆積させられるようにスパッタリングされる。ＣＶＤチャンバにおいては、処理ガスは、基板上に物質を堆積させるように熱的に又はその他の仕方で分解させられる。エッチングチャンバにおいては、基板は、エッチング成分を有する処理ガスでエッチングされる。
処理チャンバは、また、典型的には、処理中に基板を確保し保護するための構成要素、例えば、堆積リング、カバーリング及びシャドウリングのような基板の周辺に配置される環状構造体の如き構成要素を含む処理キットをも備えることがある。例えば、ＰＶＤチャンバ及びＣＶＤチャンバにおいては、堆積リングを含むリングアセンブリが、基板支持体の側壁及び周辺縁部を処理堆積物から遮蔽するため、基板の周りに設けられることがよくある。堆積リングは、典型的には、基板支持体上に載置され、さもなければ、基板支持体の露出部分上に堆積してしまう処理堆積物を受け止めるように与えられる棚を有した環状金属リングである。堆積リングは、蓄積された堆積物を取り除くため定期的にチャンバから外され、例えば、ＨＦ及びＨＮＯ_３で清掃されるので、チャンバの処理ランタイムを増大させる。堆積リングは、又、チャンバ内の付勢ガスによる支持体の浸食を減少させる。
しかしながら、ある特定の処理においては、堆積リングは、処理中に高温に曝され、その結果として、堆積リングが処理サイクル中に繰り返し加熱されたり冷却されたりするので、堆積リングが反ってしまうことがある。このような反りにより、堆積リングと支持体との間に隙間が生じて、プラズマが支持体を浸食したり支持体上に堆積物を形成したりしてしまう。タンタルＰＶＤ処理の如きある種の処理においては、プラズマが堆積リングを望ましくない高い温度にまで加熱してしまい、リングを更に変形してしまうことがある。また、リングの過度な加熱は有害である。何故ならば、加熱サイクル中にリングが膨張し、その後の冷却中にリングが収縮することにより、堆積リング上に形成された処理堆積物が剥離させられてしまうからである。また、過度に熱いリングにより、基板の周辺が高温度とさせられ、これにより、基板縁の局部処理温度に望ましくない影響が与えられてしまう。また、堆積リングは、特に、清掃プロセスがリングに付着した堆積物を清掃するために強い薬品を使用するような場合に、清掃及び刷新中に浸食されてしまうことがある。

したがって、種々な処理サイクルの後でも変形や反りに耐えるようなリングアセンブリの如き処理キット構成要素を持つことが望ましい。また、基板処理サイクル中にチャンバ内でこのようなリングが受ける温度変動及び温度勾配を最小とすることが望ましい。さらにまた、通常の清掃プロセスによって清掃されるときに過剰に浸食されないようなリングを持つことが望ましい。

本発明の特徴、態様及び効果は、本発明の実施形態を例示する添付図面、以下の説明及び特許請求の範囲の記載を参照するときより良く理解されよう。しかしながら、それら特徴の各々は本発明において一般的に使用されうるものであって、特定の図面のようにのみ使用されるものではなく、本発明は、それらの特徴の任意の組み合わせを含むものであることを理解されたい。

説明

基板処理チャンバ内に形成された基板処理環境において基板支持体２２の少なくとも一部分をカバー又は保護するのに使用されるリングアセンブリ２０の一例を、図１に示している。基板支持体２２は、処理中に基板２５を受けて支持する突出基板受け面２４を有しており、この突出面２４は、基板２５の張り出した縁の下に位置する周辺側壁２７を有している。支持体２２は、また、突出面２４の内側周辺側壁２７の周囲を取り巻く環状棚２１を有している。基板支持体２２は、例えば、静電的チャック（図示されるような）、又は、真空チャック、又は、機械的チャックを備えてもよい。

リングアセンブリ２０は、Ｌ字形分離リング２９を取り巻く内側周辺２８を有する堆積リング２６を備える。堆積リング２６と分離リング２９とは協働して、支持体２２の周辺縁３０を保護し、チャンバにおける処理ガス環境における浸食を減少させ且つ支持体２２上の堆積物の蓄積を制限する。

分離リング２９は、Ｌ字形とされ、垂直脚３３に接合された水平脚３１を有しており、各角部が面取りされている。水平脚３１は、支持体２２の環状棚２１に乗っており、環状棚２１の長さより短い長さとされている。例えば、水平脚３１の長さは、環状棚２１の周辺縁の手前で止まるように環状棚２１の長さの約８０％より短くされる。例えば、環状棚２１の長さが約１０mmから約１mmである時には、水平脚３１の長さは、約６mmから約１１mmである。垂直脚３３は、支持体２２の周辺側壁２７に当接し、内側周辺側壁２７の高さより低い高さとされており、例えば、内側周辺側壁２７の高さの約９０％より小さい高さを有している。例えば、内側周辺側壁２７の高さが約５．５mmから約６．５mmである時には、垂直脚３３の高さは、約５．２mmから約６．２mmである。

分離リング２９は、例えば、酸化アルミニウムや酸化シリコンのようなセラミックの如き絶縁材料で構成される。セラミックの分離リング２９は、対応する金属構造体よりも剛性を有しており、種々な処理サイクルの後でさえ残留応力による反りを生ぜずにその形状を保つという点で効果的である。また、分離リング２９は、チャンバの処理環境において浸食に耐えるように選択されたセラミック材料で形成される。したがって、分離リング２９は、通常のリングアセンブリの場合のようにプラズマ環境における浸食に対して保護するための付加的な保護被覆を必要としていない。保護被覆は、しばしば、プラズマ処理サイクルに曝されて構造体の反りや変形を生ずることになるような残留応力をこの種の構造体に生ずる原因となる。金属リングに応力を生ずる主たる原因は、機械加工による残留応力である。これらリングがチャンバにおいて加熱されるとき、応力が解放され、構成要素が反ることになる。例えば、分離リング２９は、処理環境がアルゴンのプラズマを含む時には、酸化アルミニウムで形成される。

堆積リング２６は、分離リング２９を取り巻き且つそれに重なり、少なくとも部分的に支持体２２の周辺縁３０を覆い、支持体２２の周辺縁３０を包囲して保護するような環状バンド４３を備える。堆積リング２６は、水平脚３１の一部分に重なり、分離リング２９の垂直脚３３の手前で終わる重複棚３２を備える。したがって、重複棚は、分離リング２９の水平脚３１の長さより短い、例えば少なくとも１０％短い長さを有している。堆積リング２６の重複棚３２の底面３４及び内側周辺２８は、分離リング２９の上面３５と形状が一致するようにされており、それらの間に複雑な迷路が形成され、プラズマ及び漂遊処理堆積物が支持体２２の周辺縁３０へ入り込まないようにしている。

堆積リング２６は、更に、この堆積リング２６から下方に延びて、支持体２２の環状棚２１の上に乗りバンド２６を支持する足部３６を備えている。この足部３６は、実質的に支持体２０に亀裂や破断を生じない程度に基板支持体２２を押圧するような形状及びサイズとされている。例えば、図示されるように、足部３６は、堆積リング２６の重複棚３２から下方に延長する実質的に垂直な柱部でもよい。この足部３６は、棚２１の破断を生ずる可能性を減ずるため水平方向の応力を最小にしつつ棚２１に圧縮応力を及ぼす。足部３６の両側部付近に切欠き又は凹所部分を設けると、足部３６が棚２１の外側角部４０に接触又は押圧することによりその外側角部４０が裂けたり欠けたりする可能性を減少させることができる。堆積リング２６は、更に、支持体２２の周辺縁３０を下方に延びる下方側壁３７を備える。

また、堆積リング２６の環状バンド４３は、垂直に上方に延長して内側周辺２８に接続して、処理サイクルにおいて処理堆積物を収集する作用を果たす緩やかに傾斜した面３９を作り出している上方ウエッジ３８を有している。その傾斜面３９は、典型的には、少なくとも約５°の角度をなしており、この角度は、約２５°まででもよい。このような緩やかな傾斜面によれば、この滑らかで途切れのない傾斜面３９上に、例えば、典型的には堆積物がより集中した又はより変動した熱応力効果のために破断又は剥離させられてしまうような鋭い角部又はエッジを有する表面上に蓄積される厚さレベルよりも厚い厚さレベルまでに、処理堆積物が蓄積しうるようになる。ある場合には処理堆積物が蓄積する凹所に隣接した隆起部を有する従来の堆積リングと違って、堆積リング２６の傾斜面３９は、そのような隆起部又はその他の突出部を実質的に有していない。滑らかで途切れのない傾斜面によれば、処理堆積物が、隆起部上よりも、より厚いレベルまで蓄積されるという効果が得られることが確認された。これは、隆起部上では、隆起部の厚さの変化のため、不均一な熱膨張応力が生じ、その結果として、堆積物の破断及び剥離が生じてしまうためである。このような隆起部は、特に、タンタル膜を堆積させる場合には望ましくなことが分かった。何故ならば、厚くて圧縮応力を受けるタンタル堆積物は、そのような隆起部から容易に剥離することが分かったからである。環状バンド４３は、また、平らで傾斜していない上方面を有してもよい。

好ましくは、堆積リング２６は、金属で形成されると良い。何故ならば、セラミックよりも金属の方が、堆積リング２６の幾何学的形状を複雑なものとすることが容易であるからである。リングアセンブリ２０の内側部分は、分離リング２９によって形成される別の構造体であるので、堆積リング２６の半径長さがより小さくなることにより、金属の単一部品からなる通常の堆積リングで生ずる変形及び反りの量を減ずることができる。また、セラミックで形成された分離リング２９は、熱に耐え得るものでもよい。堆積リング２６は、支持体２２の覆われた面を、付勢処理ガスによる浸食に対して保護し、且つこれらの面上に処理堆積物が累積するのを減ずる。そための適当な金属としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、チタンがあり、典型的には、ステンレス鋼が使用される。

１つの変形例においては、堆積リング２６の傾斜面３９は、処理堆積物が容易に付着し、したがって、より厚い厚さまで蓄積しうるようなテクスチャ特性を有するように設計されたテクスチャ処理被覆４２を備える。そのテクスチャ処理被覆４２は、連結機構によって処理堆積物を物理的に付着させるような形状及び寸法とされた特徴５２を備える。その適切なテクスチャ処理被覆は、アプライドマテリアルによるＬＡＶＡＣＯＡＴ（商標名）被覆であり、これは、例えば、２００４年６月２８日に出願されアプライドマテリアル社へ譲渡されたTsai氏等による米国特許出願第１０８８０２３５号明細書に記載されており、その全体の記載はこの引用によりここに組み入れられているものとする。任意なこととして、分離リング２９の露出面も、このような被覆で被覆可能である。

リングアセンブリ２０は、更に、支持体２２の環状棚２１に及ぼされる圧力又は応力の量を減ずるように設計されたブラケット４４を備える。例えば、このブラケット４４は、実質的に圧縮力だけで環状棚２１に押圧する隆起リップ４６と、棚２１の底部角部４９に隙間を与えてこの底部角部４９に加えられる熱的応力による圧力を制限する隣接凹所４８とを備えることができる。堆積リング２６のブラケット４４及び足部３６は、また、これらの構成要素のうちの一方によって環状棚２１に対して及ぼされる締め付け力が少なくとも部分的に他方によって受け止められるように相補的な位置に配置できる。例えば、ブラケット４４は、足部３６が圧する場所の実質的に真下で環状棚２１を押圧し、棚２１への力が棚２１の上下で実質的に等しくなるようにできる。このようなリングアセンブリ２０は、容易に破断又は破砕される環状棚２１の角部４０、４９の如き支持体２２の部分を実質的に押圧せずに、支持体２２の環状棚２１に実質的に垂直な圧縮応力のみを及ぼすことにより、基板支持体２２の破断又は破砕を減ずる。

１つの変形例においては、リングアセンブリ２０は、また、堆積リング２６を基板支持体２２に締め付けるための締付け具５０を備えることが可能である。堆積リング２６を支持体２２に締め付けることにより、少なくとも部分的に処理結果を改善することができる。何故ならば、締め付けられた堆積リング２６と支持体２２との間の熱交換が良好とされるからである。このような締め付けがないと、堆積リング２６は、基板処理中に過度に熱くなってしまう。何故ならば、例えば、堆積リング２６の傾斜面３９が、周囲のプラズマからのプラズマ種のエネルギーを有した衝突に曝されてしまうからである。前述したように、堆積リング２６が過度に加熱されると、堆積リング２６とその上の処理堆積物との間に熱膨張応力が生じて、その処理堆積物が傾斜面３９から剥がれ落とされ、基板２５を汚染してしまう可能性が生ずる。堆積リング２６を支持体２２に締め付けることにより、バンド２６と支持体２２との間の熱交換がより良好なものとされ、堆積リング２６の温度を減少させることができる。その上、支持体２２は、また、例えば、図３に示されるように、支持体２２に冷却導管１２３を備える温度制御される冷却板１２７を設けることによって、温度制御が可能である。堆積リング２６を支持体２２へ締め付けることにより、支持体２２をより安全に覆い保護することにもなる。

締付け具５０は、堆積リング２６の傾斜面３９からバンドの底面へ延びる開口５２を通して延長している。この締付け具５０は、堆積リング２６の開口５２を通して更にブラケット４４の開口５２を通して堆積リング２６を支持体２２に対して締め付けるような形状及び寸法とされた締付け具５０である。この締付け具５０は、例えば、ネジ、クリップ、スプリング又はナットでもよい。例えば、１つの変形例では、この締付け具５０は、堆積リング２６の開口５２にはまり込み、且つ少なくとも部分的にブラケット４４の開口５２にはまり込むネジである。ブラケット４４は、締付け具５０を回転させるとき、そのブラケット４４が支持体２２に対して締め付けられるようにする相補的なネジ溝を有している。また、堆積リング２６を支持体２２へ固定するのに所望数の開口５２及び締付け具５０を設けることができる。例えば、リングアセンブリ２０は、約３から約２４個の開口５２を備えることができ、例えば、約８個の開口を、堆積リング２６の周りに所望の配置にて設けることができる。

１つの変形例においては、締付け具５０は、ブラケット４４が支持体２２に対して所定位置に回転され、ブラケット４４を支持体２２に対して堆積リング２６を締め付ける所望位置へと回転させうるようにする自在継ぎ手ナットである。この自在継ぎ手締付け具５０によれば、例えば、アセンブリの清掃のために、実質的にブラケット４４からその締付け具を取り外さずに、また、支持体２２の環状棚２１の下のリングアセンブリ２０の部分又はその他の要素へ近づく必要さえなしに、リングアセンブリ２０を容易に取り外すことができるようになる。

また、ブラケット４４は、このブラケットが堆積リング２６にロックしてバンド２６をより良好に固定することができるようにする付加的な特徴を備えてもよい。例えば、ブラケット４４は、堆積リング２６の下方側壁３７の周辺凹部６３に対して押圧し、堆積リングを所望の締付け位置にロックするように構成された隆起壁５９を備えてもよい。

リングアセンブリ２０は、また、堆積リング２６の少なくとも一部分に亘って延びてバンド２６の部分を覆い保護する半径方向内側へ延びるマントル７２を備えるカバーリング７０を含められる。１つの変形例では、マントル７２は、堆積リング２６の傾斜面３９の少なくとも一部分への処理堆積物の堆積を禁止し、例えば、プラズマ種及び処理堆積物が傾斜面３９上に流れないようにする形状及び寸法とされた下方に延長する隆起部７４を備える。この隆起部７４は、堆積リング２６の傾斜面３９の縁３８に向かって下方に延長して、処理堆積物がその隆起部７４を越して流れないようにする渦巻き状の制限された流路７５を形成する内側直径部７９に頂点７８を備える。頂点７８は、カバーリング７０の底面７６から約２mmから約５mmの高さまで延びている。カバーリング７０は、好ましくは、例えば、ステンレス鋼及びチタンのうちの少なくとも一方の如き金属材料である耐浸食性材料で形成されるのがよい。このカバーリング７０は、また、例えば、酸化アルミニウムの如きセラミック材料で形成可能である。また、カバーリング７０は、処理堆積物が付着しうるテクスチャ処理された上面を備えることができる。

１つの変形例では、分離リング２９の上面３５は、図１Ａに示されるように、レーザーテクスチャ面を備える。このレーザーテクスチャは、レーザー２０２及びレーザーコントローラ２０４を備えるレーザービームドリル２００を使用して得られる。このレーザービームドリル２００は、上面３５へ凹所２０６のパターンをレーザー穴あけで形成するのに使用される。図１Ｂに詳細に示されるように、凹所２０６は、円形開口２０８、側壁２１０及び湾曲底壁２１２を有する井戸として形成される。レーザー穴あけされた凹所２０６は、処理堆積物が集められ分離リング２９に付着したままとする開口として作用してプラズマ処理にて形成される処理堆積物の付着性を改善する。テクスチャ処理された面３５は、処理堆積物をしっかりと付着させて、処理堆積物とテクスチャ処理された面３５との間に機械的なロック力を与えることにより、処理堆積物がリング２９から実質的に剥がれ落ちないようにする。１つの変形例では、凹所２０６は、約２５ミクロンから約８００ミクロン（１から３０ミル）、又は５０ミクロンから１００ミクロン（２から４ミル）まででさえの直径（ａ）を有する開口２０８を有する。更に、凹所２０６は、約２５ミクロンから約８００ミクロン（１から３０ミル）、又は５０ミクロンから４００ミクロン（２から１５ミル）まででさえの深さ（ｄ）を有してもよい。凹所２０６は、また、隣接する凹所２０６の中心点間の間隔が約２５ミクロンから約１０００ミクロン（１から４０ミル）、又は２５ミクロンから２００ミクロン（２から８ミル）でさえあってよく、又は、約１２５ミクロン（５ミル）でさえあってよいものである。

凹所２０６を形成するために、レーザービームドリル２００は、深い凹所２０６を作り出すため表面の物質を蒸発させるように分離リング２９の上面３５へレーザービーム２２０を向ける。一実施形態では、このレーザービームドリル２００は、時間的に強度が変調されたパルス化されたレーザービーム２２０を発生するレーザー２０２及びレーザーコントローラ２０４を備える。そのパルス化されたレーザービーム２２０は、凹所２０６の形状を良好に制御するため熱損失を最小としつつ表面物質の蒸発を改善するようにピークパルス電力を使用する。レーザーエネルギーは、物質への過度な熱伝送をすることなく、連続して上面３５の分子層を分離させる。レーザー２０２は、好ましくは、約３６０ナノメートルより短い、例えば、約３５５ナノメートルの波長を有する紫外線レーザービームを発生するエクサイマレーザーである。適当なエクサイマレーザーとしては、例えば、ニューハンプシャー州、ナシュアのレゾネティック社から市販されているものがある。

このレーザービームドリル２００は、また、レーザー２０２とリング２９の上面３５との間の距離を決定し、それに応じてレーザービーム２２０を集中させる自動焦点機構を含みうる光学系２３０を含むことができる。例えば、この自動焦点機構は、上面３５からの光ビームを反射させて、反射光ビームを検出して上面までの距離を決定できる。その検出された光ビームは、例えば、干渉法によって分析される。レーザービームドリル２００は、更に、ガス流をレーザー穴あけされる表面領域の方へ向けるためのガス噴射源２４０を備えてもよい。そのガス流は、その領域から蒸発物質を除去して、穴あけの速度及び均一性を改善し且つ蒸発物質が光学系２３０に堆積するのを防止し又はその堆積を減少させる。そのガスは、例えば、不活性ガスでありうる。ガス噴射源２４０は、ガスを上面３５への流れとして集中させて指向させるためリング２９からある離れた距離のところにノズルを備える。レーザー穴あけされるリング２９は、典型的には、移動ステージ２４８の上に載置され、レーザービーム２２０が凹所２０６を穿つように分離リング２９の上面３５の種々な点に当てられるようにしている。例えば、適当なステージ２４８は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向において±１ミクロンずつ移動可能であり、±．５ミクロンの分解能及び５０mm／秒の最大速度を有する４−５軸移動システムである。レーザーコントローラ２０４は、また、移動ステージ２４８を作動させる。

凹所２０６は、構造体のある部分を蒸発させるように分離リング２９の上面３５の所定位置へパルス化レーザービーム２２０を向けることによりレーザー穴あけされる。それから、パルス化レーザービーム２２０は、別の凹所２０６を形成するためその上面の別の部分を蒸発させるようにリング２９の上面３５の別の位置へと向けられる。このようなステップは、分離リング２９の上面３５に凹所２０６の所定のパターンを作り出すために繰り返される。レーザービームドリル２００は、レーザービーム２２０のピークパルス電力、パルス持続時間、及びパルス化周波数を設定できるレーザーコントローラ２０４によって制御される。パルス化レーザービーム２２０は、物質の所望深さまで除去するに十分に高いピーク電力レベルで作動される。例えば、テクスチャ処理された上面３５を形成するため、パルス化レーザービーム２２０は、リングの全厚さに亘って穴あけせずに、分離リング２９内で終端する湾曲底壁２１２を有する凹所２０６を形成するのに十分に高い予め選択された電力レベルで作動される。レーザービーム２２０は、物質を十分に高い温度へと加熱してその点での物質を液相及び／又は気相へと変換するように、凹所２９が形成されるべき上面３５の点へ集中させられる。所望の凹所構造は、パルス毎によるその場所からの液相及び気相除去によって形成される。例えば、ＵＶパルス化エクサイマレーザーを備えるレーザー２０２は、約１０ナノ秒から約３０ナノ秒のパルス幅（各パルスの時間）、約１０ワットから約４００ワットの平均電力、及び約１００Ｈｚから約１００００Ｈｚのパルス化周波数で作動可能である。１０から３０ナノ秒パルス化レーザー動作中、固相から液相及び気相への物質の変換は、十分に急速に行われるので、熱がリング２９の本体内へ伝送される時間は実質的にはなく、したがって、構造体の局所的マイクロ破砕が生ずるようなことはない。

別の変形例としての支持体２２の周りのリングアセンブリ２０ａは、図２に示すように、支持体２２の環状棚２１に乗る一体堆積リング８０を備える。この堆積リング８０は、基板２５の下で支持体２２の内側周辺側壁２７に当接する内側周辺８２を有している。堆積リング８０は、例えば、酸化アルミニウム、酸化シリコン又は窒化アルミニウムのようなセラミック材料の如き絶縁材料で形成される。堆積リング８０はセラミック材料で形成されるので、この変形例は、別の分離リングを有していない。その代わりに、セラミック堆積リング８０は、チャンバ内の処理ガス環境における浸食を減じ且つ支持体２２上の処理堆積物の蓄積を制限するように支持体２２の周辺縁３０を保護する形状とされた一体構造体とされている。堆積リング８０は、剛性セラミックで形成されるのが好ましい。何故ならば、種々な処理サイクルの後でも、残留応力による反りを生ぜずにその形状を維持できるからである。また、チャンバの処理環境における浸食に耐性のあるセラミック材料が選択される。堆積リング８０は、また、アルミニウムのアーク吹き付け被覆で被覆されうる。このアルミニウムアーク吹き付け被覆は、動作中の処理堆積物の付着を改善するため堆積リング８０へ付与される。

堆積リング８０は、支持体２０の周辺縁３０を包囲して保護するように環状棚２１を取り巻きそれに重なる環状バンド８３を備える。この環状バンド８３は、環状棚２１に重なり支持体２２の内側周辺側壁２７の手前で終わる重複棚８５を備える。典型的には、この重複棚は、環状棚の長さの約９０％より短い長さを有している。この重複棚８５の底面８６及び内側周辺８２は、環状棚２１の上面８８の形状に合わせるようにして、それらの間に複雑な迷路が形成されるようにして、支持体２２の周辺縁３０にプラズマが達しないようにしている。堆積リング８０は、更に、環状バンド８３から下方へ延長して支持体２２の環状棚２１の上に乗りバンド２６を支持する実質的に垂直なポストの如き足部８９を備える。足部８９の両側の周りの切欠き部分は、環状棚２１の外側角部４０に足部が押圧する可能性を減ずる。堆積リング８０は、更に、支持体２２の周辺縁３０にそって下方に延長する下方側壁９０を備える。

この変形例では、堆積リング８０は、環状バンド８３から上方垂直に延長する外側リム９１を半径方向外側周辺９２に有し、また、環状バンド８３の内側周辺８２からから上方に延長する内側リム９２を有する。外側及び内側リム９１、９３は、処理サイクルにおいて処理堆積物を収集する作用を果たす凹面９３によって接続されている。凹面９３は、少なくとも約５０度の径範囲に亘って湾曲されており、又は、約３０度から約８０度の径範囲に亘ってさえも湾曲されていてよい。この凹面９３は、堆積リング８０を清掃のために取り外さねばならなくなるまでに、より厚いレベルまで処理堆積物を蓄積しうるような凹所を与える。この凹面９３は、鋭い角部又はエッジを有する面で生ずる蓄積堆積物への応力を減ずるように緩やかに湾曲させられている。前述の変形例の場合のように、堆積リング８０の凹面９３は、実質的になかったり、隆起やその他の突出であると、その上の堆積物の剥離や破砕を生ずる不均一な熱応力は生ずる。

前のように、リングアセンブリ２０ａは、また、支持体２２の環状棚２１に及ぼされる圧力又は応力の量を減ずるように設計されたブラケット４４を備える。堆積リング８０のブラケット４４及び足部８９は、これらの構成要素により支持体２２の環状棚２１に締付け力が及ぼされるように少なくとも部分的に協働するような相補的な位置に配列される。

リングアセンブリ２０ａは、また、堆積リング８０を基板支持体２２へ締め付けるための締付け具５０を備える。支持体２２へ堆積リング８０を締付け固定すると、少なくとも部分的に処理結果が改善される。何故ならば、堆積リング８０の絶縁材料（典型的には金属材料に比べて悪い熱伝導体である）と支持体２２との間の熱交換がより良好なものとされるからである。このような締付けがない場合には、絶縁堆積リング８０は、処理中に過度に熱くなり、その堆積リング８０とその上の処理堆積物との間に熱的膨張応力が生じてしまう。堆積リング８０を支持体２２へ締め付けると、また、支持体２２のカバー及び保護がより確実なものとされる。締付け具５０は、堆積リング８０の外側リム９１から延びる開口９４を通して延長している。この締付け具５０は、例えば、堆積リング８０の開口９４にはまり込み、少なくとも部分的にブラケット４４の開口５２にはまり込むネジでもよい。ブラケット４４の開口５２には、締付け具５０を回転させるときにブラケット４４が支持体２２に対して締め付けられるようにする相補的なネジ溝が設けられている。ブラケット４４は、下方側壁３７の周辺凹所６３に押圧するように構成された隆起壁５９を備えており、ブラケットが堆積リング８０にロックされてバンド２６をより確実に固定しうるようにする付加的な特徴を備えうる。

リングアセンブリ２０ａは、また、堆積リング８０の少なくとも一部分に亘って延びる半径方向内側へ延長するマントル７２を備えるカバーリング７０を含むことができる。このカバーリング７０は、堆積リング８０の外側リム９１へ向かって下方に延長して、隆起部７４を越えてプラズマが流れないようにし且つ処理堆積物が形成されないようにする渦巻き状の制限された流路９５を形成する下方延長隆起部７４を備え、この下方延長隆起部７４は、内側径７９に頂点７８を有している。

支持体２２の周りに堆積リング２６及び分離リング２９を持つリングアセンブリ２０を有する処理チャンバ１０６を備える適当な基板処理装置１００の一実施例を、図３に示している。チャンバ１０６は、また、堆積リング８０（図示していない）を有するリングアセンブリ２０ａを有してもよい。チャンバ１０６は、異なるチャンバの間に基板２５を移送するロボットアーム機構によって接続された複数の相互接続チャンバを有するマルチチャンバプラットホーム（図示していない）の一部分でもよい。図示の変形例では、処理チャンバ１０６は、物理的気相堆積又はＰＶＤチャンバと称されるスパッタ堆積チャンバを備える。スパッタ堆積チャンバは、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、銅、タングステン、窒化タングステン、アルミニウムのうちの１つ以上の如き物質を基板２５上にスパッタ堆積させることができるものである。チャンバ１０６は、処理ゾーン１０９を包囲し、側壁１６４、底壁１６６及び天井１６８を含む包囲壁１１８を備える。天井１６８を支持するため、側壁１６４と天井１６８との間に支持リング１３０が配列可能である。他のチャンバ壁としては、包囲壁１１８をスパッタリング環境から遮蔽する１つ以上のシールド１２０が可能である。

チャンバ１０６は、基板２５を支持する支持体２２を備える。この基板支持体２２は、電気的に浮いているか、又はＲＦ電力源の如き電力源１７２によってバイアスされる電極１７０を有する。この基板支持体２２は、また、基板２５が無いときに、支持体２２の上面１３４を保護できる移動シャッタディスク１３３を備えてもよい。動作において、基板２５は、チャンバ１０６の側壁１６４における基板装填入口（図示していない）を通してチャンバ１０６内へ導入され、支持体２２上に置かれる。支持体２２は、支持体リフトベローによって上げ下げされ、リフトフィンガアセンブリ（図示していない）は、基板２５をチャンバ１０６内へ移送したりチャンバ１０６から出したりする間に、基板を支持体２２へ上げたり支持体２２から下げたりするのに使用される。

チャンバ１０６は、更に、支持体２２の温度の如きチャンバ１０６内の１つ以上の温度を制御する温度制御システム１１９を備える。１つの変形例においては、温度制御システム１１９は、流体源１２１から支持体２２へ熱交換流体を与えるように構成された流体供給源を備える。１つ以上の導管１２３により、流体源１２１から支持体２２へ熱交換流体が供給される。支持体２２は、例えば、金属冷却板１２７におけるチャンネル１２５の如き１つ以上のチャンネル１２５を備えることができる。これらチャンネルを通して、熱交換流体が流され、支持体２２と熱交換して支持体２２の温度を制御する。適切な熱交換流体は、例えば、水である。支持体２２の温度を制御することにより、支持体２２と良好に熱接触している要素、例えば、支持体２２の上面１３４上の基板２５やリングアセンブリ２０の締め付けられた部分等の温度を良好なものとすることができる。

支持体２２は、また、カバーリング７０及び堆積リング２６の如き１つ以上のリングを備えてもよい。これらは、堆積リングと称されて、支持体２２の周辺縁３０の一部分の如き支持体２２の上面１３４の少なくとも一部分をカバーし、支持体２２が浸食されないようにする。堆積リング２６は、少なくとも部分的に基板２５を取り巻き、基板２５によって覆われていない支持体２２の部分を保護する。カバーリング７０は、堆積リング２６の少なくとも一部分を包囲して覆い、堆積リング２６及びその下の支持体２２の両者への粒子の堆積を減少させる。リングアセンブリ２０は、更に、堆積リング２６を基板支持体２２上に締め付けるための締付け具５０を備える。

スパッタリングガスの如き処理ガスは、１つ以上のガス源１７４を備える処理ガス供給装置を含むガス分配システム１１２によりチャンバ１０６へと導入される。各ガス源１７４は、設定された流量のガスを通すようにする流量コントローラの如きガス流制御弁１７８を有する導管１７６にガスを供給する。導管１７６は、混合マニホルド（図示していない）へガスを供給し、その混合マニホルドにおいてガスが混合され、所望の処理ガス組成とされる。混合マニホルドは、チャンバ１０６における１つ以上のガス出口１８２を有するガス分配器１８０にガスを供給する。処理ガスは、ターゲットにエネルギーを持って衝突しそのターゲットから物質をスパッタリングすることのできるアルゴン又はキセノンの如き非反応性ガスを含んでもよい。処理ガスは、また、スパッタされた物質と反応して基板２５上に層を形成しうるような酸素含有ガス及び窒素含有ガスのうちの１つ以上の如き反応性ガスを含んでもよい。消費された処理ガス及び副産物は、排出部１２２を通してチャンバ１０６から排出される。排出部１２２は、消費された処理ガスを受け入れてその消費ガスを排出導管１８６へ通す１つ以上の排出口１８４を含む。排出導管１８６には、チャンバ１０６内のガスの圧力を制御する絞り弁１８８が設けられている。排出導管１８６は、１つ以上の排出ポンプ１９０に供給する。典型的には、チャンバ１０６内のスパッタリングガスの圧力は、大気圧以下のレベルに設定される。

スパッタリングチャンバ１０６は、更に、基板２５の表面１０５に面していて、例えば、タンタル及び窒化タンタルのうちの少なくとも１つの如き基板２５上へスパッタリングされる物質からなるスパッタリングターゲット１２４を備える。そのターゲット１２４は、環状絶縁リング１３２によってチャンバ１０６から電気的に絶縁されており、且つ電力源１９２に接続されている。スパッタリングチャンバ１０６は、また、スパッタされた物質からチャンバ１０６の壁１１８を保護するシールド１２０を有する。シールド１２０は、チャンバ１０６の上方領域及び下方領域を遮蔽する上方及び下方シールド部分１２０ａ、１２０ｂを有する壁状円筒部を備える。図３に示す変形例では、シールド１２０は、支持リング１３０に取り付けられる上方部分１２０ａと、カバーリング７０にはめ込まれる下方部分１２０ｂとを有する。締付けリングを備えるクランプシールド１４１も、上方シールド及び下方シールド１２０ａ、１２０ｂを締め付ける為に設けられる。内側及び外側シールドの如き別のシールド構成体を設けることもできる。１つの変形例では、電力供給源１９２、ターゲット１２４及びシールド１２０のうちの１つ以上が、スパッタリングガスを付勢してターゲット１２４から物質をスパッタさせることができるガス付勢装置１１６として作動する。電力供給源１９２は、シールド１２０に対するバイアス電圧をターゲット１２４に加える。印加電圧によってチャンバ内に発生された電界は、スパッタリングガスを付勢して、プラズマを形成し、このプラズマがターゲット１２４にエネルギーを持って衝突してターゲット１２４から物質を基板２５へとスパッタさせることができるようにする。電極１７０及び電力供給源１７２を有する支持体２２は、また、ターゲット１２４からスパッタされたイオン化物質を付勢して基板２５の方へと加速させることにより、ガス付勢装置１１６の一部分として作動可能である。さらにまた、電力供給源１９２によって付勢され且つチャンバ１０６内に配置されて、改良された付勢ガス濃度を与えるようにするガス付勢コイル１３５も設けられてもよい。このガス付勢コイル１３５は、シールド１２０又はチャンバ１０６内の他の壁に取り付けられるコイル支持体１３７によって支持される。

チャンバ１０６は、チャンバ１０６において基板２５を処理するためチャンバ１０６の構成要素を作動させる命令セットを有したプログラムコードを備えるコントローラ１９４によって制御可能である。例えば、コントローラ１９４は、基板支持体２２の１つ以上を作動させて基板移送してチャンバ１０６内に基板２５を位置決めさせる基板位置決め命令セット、流量制御弁１７８を作動させてチャンバ１０６へのスパッタリングガスの流量を設定するガス流量制御命令セット、ガス付勢装置１１６を作動させてガス付勢電力レベルを設定するガス付勢装置制御命令セット、温度制御システム１１９を制御してチャンバ１０６内の温度を制御する温度制御命令セット、及びチャンバ１０６における処理を監視する処理制御命令セットを備えることができる。

本発明を特定の好ましい変形例に関して説明してきたのであるが、その他の変形例が可能である。例えば、リングアセンブリ２０又は２０ａは、堆積リング２６又は８０の他の変形例を採ることができ、これらの変形例の各々の特徴を単独にて使用することも、または、それらを互いに組み合わせて使用することもでき、これらのことは、当業者には明らかであろう。リングアセンブリ２０、２０ａは、また、エッチング、ＣＶＤ又は清掃チャンバの如き他の処理チャンバにも使用されうる。したがって、特許請求の範囲の精神及び範囲は、ここに記載した好ましい変形例に限定されるべきではない。

基板支持体の環状棚上のリングアセンブリの一実施形態を示す断面側面図である。 分離リング及び分離リング上にレーザーテクスチャ処理表面を形成するためのレーザードリルを示す断面側面図である。 分離リングのテクスチャ処理された表面の凹部を示す詳細断面側面図である。 基板支持体上のリングアセンブリの別の実施形態を示す断面図である。 リングアセンブリを有する処理チャンバの一実施形態を示す部分断面側面図である。

符号の説明

２０…リングアセンブリ、２１…環状棚、２２…基板支持体、２５…基板、２６…堆積リング、２７…内側周辺側壁、２８…内側周辺、２９…Ｌ字形分離リンク、３１…水平脚、３２…重複棚、３３…垂直壁、３６…足部、４３…環状バンド、４４…ブラケット、５０…締付け具、７０…カバーリング、７２…マントル、１００…基板処理装置、１０６…基板処理チャンバ、１１９…流体源、１７４…ガス源、１９０…ポンプ、１９４…コントローラ、２００…レーザーコントローラ、２０２…レーザー、２０４…レーザーコントローラ、２４６…ガス源、２４８…移動ステージ

Claims (26)

1. 基板処理チャンバに使用され環状棚及び内側周辺側壁を備える基板支持体のためのリングアセンブリにおいて、
   （ａ）上記支持体の環状棚に乗る水平脚及び上記支持体の内側周辺側壁に当接する垂直脚を備えるＬ字形分離リングと、
   （ｂ）上記分離リングの水平脚の部分に重なる重複棚を有する環状バンドを備える堆積リングと、
   を備えるリングアセンブリ。
2. 上記分離リングの水平脚は、上記支持体の環状棚の長さより短いサイズとされた長さを有する、請求項１に記載のリングアセンブリ。
3. 上記水平脚の長さは、上記支持体の環状棚の長さの約８０％より短いサイズとされている、請求項２に記載のリングアセンブリ。
4. 上記分離リングの垂直脚は、上記支持体の内側周辺側壁の高さより低いサイズとされた高さを有する、請求項１に記載のリングアセンブリ。
5. 上記垂直脚は、上記内側周辺側壁の高さの約９０％より低い高さを有する、請求項４に記載のリングアセンブリ。
6. 上記分離リングは、絶縁材料で形成されている、請求項１に記載のリングアセンブリ。
7. 上記分離リングは、セラミックからなる、請求項６に記載のリングアセンブリ。
8. 上記分離リングは、レーザーテクスチャ処理された表面を備える、請求項１に記載のリングアセンブリ。
9. 上記レーザーテクスチャ処理された表面は、離間した凹所を備える、請求項８に記載のリングアセンブリ。
10. 上記離間した凹所は、約２５ミクロンから約８００ミクロンの直径を有する開口と、約２５ミクロンから約８００ミクロンの深さとを有し、隣接する凹所の中心点の間隔は、約２５ミクロンから約１０００ミクロンである、請求項８に記載のリングアセンブリ。
11. 上記環状バンドは、垂直に上方に延び上記堆積リングの内側周辺に接続して傾斜面を定める上方ウエッジを有する、請求項１に記載のリングアセンブリ。
12. 上記傾斜面は、
    （１）少なくとも約５°の角度、又は
    （２）約２５°までの角度、
    のうちの少なくとも１つを有する、請求項１１に記載のリングアセンブリ。
13. 上記傾斜面は、テクスチャ処理された被覆を備える、請求項１１に記載のリングアセンブリ。
14. 上記堆積リングは、アルミニウム、ステンレス鋼、又はチタンからなる、請求項１に記載のリングアセンブリ。
15. 請求項１に記載のリングアセンブリと、上記堆積リングを少なくとも部分的に覆うカバーリングと、ブラケットと、上記ブラケットを上記堆積リングへ取り付けて上記支持体の環状棚に対して上記堆積リングを保持させる締付け具とを備える、基板処理チャンバのための処理キット。
16. 請求項１に記載のリングアセンブリを備え、更に基板支持体、ガス分配システム、ガス付勢装置及びガス排出部を備える、基板処理チャンバ。
17. 基板処理チャンバに使用され環状棚及び内側周辺側壁を備える基板支持体のためのリングアセンブリにおいて、
    （ａ）上記支持体の環状棚を取り巻きそれに重なり、上記支持体の内側周辺側壁に当接する内側周辺と、外側周辺と、上記支持体の環状棚に乗る足部と、そこを通して延びる第１のアパーチャーとを有する環状バンドを備える絶縁体堆積リングと、
    （ｂ）第２のアパーチャーを有し上記支持体の環状棚に接触する隆起リップを有するブラケットと、
    （ｃ）上記環状バンドの第１のアパーチャー及び上記ブラケットの第２のアパーチャーに通され上記堆積リングを上記基板支持体の環状棚に確保させるサイズとされた締付け具と、
    を備えるリングアセンブリ。
18. 上記堆積リングは、セラミックである、請求項１７に記載のリングアセンブリ。
19. 上記堆積リングは、上記環状バンドの外側周辺から上方へ延びる外側リムを備える、請求項１７に記載のリングアセンブリ。
20. 上記堆積リングは、上記環状バンドの内側周辺から上方に延長する内側リムを備える、請求項１７に記載のリングアセンブリ。
21. 上記外側及び内側リムは、少なくとも約５０°の径範囲に亘って湾曲させられている凹面によって接続されている。請求項２０に記載のリングアセンブリ。
22. 上記凹面は、約３０°から約８０°の径範囲に亘って湾曲させられている、請求項２１に記載のリングアセンブリ。
23. 上記凹面は、実質的に隆起部を有しない、請求項２１に記載のリングアセンブリ。
24. 上記締付け具は、上記支持体に対して上記ブラケットを支えるように該ブラケットを回転させることができる自在継ぎ手締付け具を備える、請求項１７に記載のリングアセンブリ。
25. 請求項１７に記載のリングアセンブリと、上記堆積リングを少なくとも部分的に覆うカバーリングとを備える基板処理チャンバのための処理キット。
26. 請求項１７に記載のリングアセンブリを備え、更に基板支持体、ガス分配システム、ガス付勢装置及びガス排出部を備える基板処理チャンバ。