JP2013537719A - 長寿命デポジションリング - Google Patents

Abstract

半導体処理チャンバのためのプロセスキットが提供され、プロセスキットは環状デポジションリング本体を備え、該本体は、内壁と、外壁と、少なくともリング本体の上面の一部を規定する傾斜上部壁と、上部壁と、下部壁と、傾斜上部壁と内壁との間のリング本体の上面に陥凹したトラフ部とを含み、トラフ部の最も低い位置が、上部壁と下部壁との間の距離の少なくとも半分まで延びている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体処理チャンバのためのプロセスキットに関し、詳細には、デポジションリングに関する。

成膜処理において、ターゲット、ガス導入マニフォールド、又は他の適切な供給源等の供給源からの化学種は、処理チャンバの壁、基板基台組立体、静電チャック、及び他のハードウェアを含む露出した処理チャンバの内部表面に堆積される場合がある。シールド組立体等のプロセスキットは、半導体処理システムの内部で静電チャックを取り囲み、システム内でチャックが堆積化学種に曝されるのを防ぐために開発されている。１つのシールド組立体は、取り外し可能なカバーリング及びデポジションリングを含む。

デポジションリングは、静電チャックの外縁から延びる円周フランジ上に置かれる。基板が保持されるチャック支持面の直径は、基板の直径よりわずかに小さい。従って、チャックに保持された基板は、デポジションリングの上面の内側部分に張り出している。カバーリングは、デポジションリングの外側部分を取り囲み、その上に置かれている。カバーリングは、デポジションリングの上面とは接触しないが、デポジションリングの外側部に張り出すリップを有しているので、カバーリングとデポジションリングとの間にはラビリンスギャップが形成される。各リングを分離するラビリンスギャップは、堆積化学種が、空間を通過して静電チャックと接触するのを防ぐ。

前述の構成のシールド組立体は、明示されたロバスト性能を有し、処理チャンバ内での微粒子発生の可能性を低減する及び／又は清浄のための交換の間の長時間の製造運転を強化する改善が望まれている。例えば、リング上に堆積した材料は、各リングの間にプロセス性能に悪影響を及ぼす望ましくない電気ブリッジをもたらす場合があり、清浄のために定期的なリング交換が必要となる。

従って、改善されたプロセスキットが望まれている。

１つの実施形態において、環状デポジションリング本体を備えるプロセスキットが提供され、該本体は、内壁と、外壁と、少なくともリング本体の上面の一部を規定する傾斜上部壁と、上部壁と、下部壁と、傾斜上部壁と内壁との間のリング本体の上面に陥凹したトラフ部とを含み、トラフ部の最も低い位置が、上部壁と下部壁との間の距離の少なくとも半分まで延びている。

他の実施形態において、環状デポジションリング本体を備えるプロセスキットが提供され、該本体は、内壁と、外壁と、少なくともリング本体の上面の一部を規定する傾斜上部壁と、上部壁と、下部壁と、傾斜上部壁と内壁との間のリング本体の上面に陥凹したトラフ部とを含み、傾斜上部壁の頂点が、前記内壁から、該内壁と前記外壁との間の距離の少なく半分の位置まで延びる、プロセスキット。

さらに、他の実施例として、本体が、内壁、外壁、少なくとも本体の上側表面の一部と定義されている傾斜した上側の壁、上部壁、下部壁、上部壁と内壁の間の、本体上側表面を引っ込ませた窪み、そして外壁からリングの半径方向の内側に向い、かつ、下部壁に平行に立ち上がったランド部から構成されている環状のデポジションリング、そして、リング本体のランド部と一致するように配置された、リッジ部を持ち、このリッジ部が、リング本体のランド部と接触した時、リング本体の上部壁との間にラビリンスギャップという狭い隙間を形成するよう配置された縁部を設けてあるカバーリング、を含んだプロセスキットが提供されている。
他の実施形態において、環状デポジションリング本体を備えるプロセスキットが提供され、該本体は、内壁と、外壁と、少なくともリング本体の上面の一部を規定する傾斜上部壁と、上部壁と、下部壁と、傾斜上部壁と内壁との間のリング本体の上面に陥凹するトラフ部と、外壁の半径方向内側に配置され下部壁と平行であるランド部と、リング本体のランド部と接合するように配置されるリッジ部を有するカバーリングとを含み、カバーリングは、該カバーリングのリッジ部がリング本体のランド部と接合する場合に、リング本体の上部壁と共にラビリンスギャップを形成するように配置されるリップを備える。

本発明の上記の特徴が詳細に理解され得るように、上で概略的に要約した本発明の実施形態に関するより詳細な説明は、実施形態によって参照することができ、その一部は、添付図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すのみであり本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、他の同等に有効な実施形態を認めることができる。

１つの実施形態のデポジションリングが配置された基板支持部の部分断面図である。 図１のデポジションリングの上面斜視図である。 図２のライン３−３で切り取ったデポジションリングの断面図である。 図３のデポジションリングの部分拡大図である。 図３のデポジションリングの他の部分拡大図である。

本発明の実施形態は、全体的には半導体処理チャンバで使用されるプロセスキットを提供する。プロセスキットは、好都合には、長時間の表面寿命及び／又はプロセス均一性を助長する少なくとも１つの特徴部を有するデポジションリングを含む。本発明の実施形態は、特に、化学蒸着チャンバ及び物理蒸着チャンバを含む、いくつかの半導体処理チャンバに有用である。

図１は、プロセスキット１００と接する基板支持部１０１の部分断面図である。プロセスキット１００は、１つ又はそれ以上のデポジションリング１０２、カバーリング１０３、及びシールド１０４を含むことができる。基板支持部１０１は、図示されていない処理チャンバ内に配置されている。シールド１０４は、基板支持部１０１の周りに配置され、処理チャンバと結合することができる。カバーリング１０３は、全体的には環状の本体１０５を有する。本体１０５は、ステンレス鋼、酸化アルミニウム、チタニウム、又は他の適切な材料で作ることができる。本体１０５は、全体的にはリングの半径方向内側に延び、デポジションリング１０２とカバーリング１０３との間に形成されるラビリンスギャップ１３２の上方境界をもたらすリップ１０６を含む。

また、カバーリング１０３の本体１０５は、内側リング１０７及び外側リング１０８を含む。内側リング１０７及び外側リング１０８は、本体１０５から離間した関係で下方に延びており、スロット１１２を形成するようになっている。スロット１１２の開口端は下方を向いており、シールド１０４の端部と係合するようになっている。

テーパー部１１０は、内側リング１０７の内壁１０９の上方部に形成されている。テーパー部１１０は、内壁１０９から内側に向けて徐々に延びて、本体１０５の下面に形成されたリッジ部１１１で終端している。テーパー部１１０によって、デポジションリング１０２及びカバーリング１０３は、相互に接触状態になると自動位置合わせ可能になる。

リッジ部１１１は略水平であり、カバーリング１０３の中心軸に対して直交する。リッジ部１１１は、デポジションリング１０２で支持されるカバーリング１０３の支持面をもたらす。リッジ部１１１は実質的に滑らかな平面であり、リッジ部１１１とデポジションリング１０２との間で繰り返し可能かつ安定した接合が可能になる。このことは、ラビリンスギャップ１３２の許容誤差の理由から重要である。リッジ部１１１は、所望であれば、微粒子発生を最小限にした状態で、デポジションリング１０２に沿って摺動するように構成される。

リッジ部１１１の内側端部は、壁１１３で終端している。壁１１３は、略垂直であり、リッジ部１１１とリップ１０６との間に延びている。壁１１３は、内側リング１０７の半径方向内側にあり、リップ１０６の半径方向外側にある。壁１１３は、ラビリンスギャップ１３２の境界の一部を形成している。

デポジションリング１０２は、全体的には環状の本体１１４を備える。本体１１４は、石英等のセラミック材、酸化アルミニウム、又は他の適切な材料で作ることができる。本体１１４は、全体的には、内壁１１５、外壁１１６、下部壁１１７、及び上部壁１１８を備える。内壁１１５及び外壁１１６は、それぞれ本体１１４の最も内側及び最も外側の直径を規定する。上部壁１１８及び下部壁１１７は、それぞれ本体１１４の最上面１３３及び最下面１３４を規定する。

下部壁１１７は、基板支持部１０１のフランジ１１９上でデポジションリング１０２を支持するように構成されている。下部壁１１７は、デポジションリング１０２の中心軸に対し略直交しており、基板支持部１０１のフランジ１１９との平行関係、及び基板支持部１０１上に配置された基板１３１との平行関係を維持するようになっている。下部壁１１７は滑らかな平面であり、下部壁１１７とフランジ１１９との間の繰り返し可能かつ安定した接合が助長される。このことは、デポジションリング１０２の内縁１２５と基板１３１との間のギャップの許容誤差の理由から重要である。インナーエッジ１２５が、基板１３１の真下で接触することなくできるだけ最小の物理的ギャップをもって配置されることは非常に重要である。ギャップが広すぎる場合は基板支持部１０１の上に堆積物が付着し、ギャップが狭すぎる場合、又はデポジションリング１０２が基板１３１と接触する場合は、各構成部品の電位差により基板裏面にプラズマ/アークが発生する可能性がある。所望であれば、下部壁１１７は、デポジションリング１０２の基板支持部１０１に対する熱膨張及び／又は収縮に起因して、フランジ１１９に沿って更に摺動するように構成される。

また、本体１１４の最下面１３４は、下部壁１１７と内壁１１５との間に形成された凹部１２０を含む。凹部１２０は、基板支持部１０１のフランジ１１９とデポジションリング１０２との間の接触面積を最小にする。デポジションリング１０２と基板支持部１０１との間の接触面積が小さくなると、デポジションリング１０２が基板支持部１０１のフランジ１１９上を移動する際に、微粒子発生を最小限にしながら摩擦が少なくなる。

また、上部内壁１２１は、内壁１１５から陥凹している。上部内壁１２１は、本体１１４と基板支持部１０１の壁１２２との間の接触面積を最小にする。

また、本体１１４の最上面１３３は、内縁１２５と、上部壁１１８の半径方向内側に向って形成されたトラフ部１２３とを含む。トラフ部１２３は、外側及び上側に向って傾斜する上部外壁１２４と、内側及び上側に向って傾斜する上部内壁１２６とを含む。本体１１４の最上面１３３の、内側及び上側に向って傾斜する上部内壁１２６は内縁１２５に向って上側に傾斜しているので、本体１１４の厚さは、トラフ部１２３の中心の半径方向内側に向って大きくなっている。内縁１２５は、下部壁１１７に対してトラフ部１２３よりも高さが高く、上部壁１１８に対して高さが低い。トラフ部１２３は、デポジションリング１０２上に堆積した物質が基板１３１と接触しないように又はデポジションリング１０２とカバーリング１０３の動きを抑制しないように、基板１３１及びカバーリング１０３から離間した集積エリアを備える。更に、内縁１２５とトラフ部１２３との間に形成される、本体１１４の内側及び上側に向って傾斜する上部内壁１２６は、内縁１２５と基板１３１との間に形成されるギャップの中に微粒子及び堆積物が移動するのを防ぐ方向を有している。

本体１１４の外壁１１６は、デポジションリング１０２及びカバーリング１０３が広範な処理温度にわたって係合し続けるように選択された直径を有している。図１に示す実施形態に、外壁１１６の直径は、カバーリング１０３の壁１１３の内径よりも大きく、カバーリング１０３のテーパー部１１０の内径よりも小さい。

ランド部１２７は、外壁１１６と上部壁１１８の間に形成され、カバーリング１０３を保持するようになっている。ランド部１２７は略水平であり、デポジションリング１０２の中心軸に対して直交する。ランド部１２７は、カバーリング１０３のリッジ部１１１を保持するよう構成されている。ランド部１２７は、実質的に滑らかな平面であり、デポジションリング１０２とカバーリング１０３とが自動的に位置合わせする場合に、リッジ部１１１がランド部１２７に沿って摺動できる。ランド部１２７は、ランド部１２７と外壁１１６との間に形成され、カバーリング１０３のテーパー部１１０と同じ角度で形成されるテーパー部１２８を有することができ、デポジションリング１０２とカバーリング１０３の位置合わせを助長するようになっている。

本体１１４は、ランド部１２７及び上部壁１１８に連結する上部外壁１２９を含む。上部壁１１８及び上部外壁１２９は、デポジションリング１０２とカバーリング１０３のリップ１０６がその間にラビリンスギャップ１３２を形成するように離間した関係で配置されるように選択された寸法を有している。図１に示す実施形態において、上部外壁１２９の直径は、カバーリング１０３のリップ１０６の内径よりも大きく、カバーリング１０３の壁１１３の直径よりも小さい。デポジションリング１０２の上部外壁１２９とカバーリング１０３の壁１１３との間の空間は、基板成膜処理の間に、デポジションリング１０２及びカバーリング１０３が最大約１０００マイクロメーターの材料で被覆されたとしても、デポジションリング１０２とカバーリング１０３との間の離間した関係が維持されるように選択される。

ノッチ部１３０は、外壁１１６と上部外壁１２９との間のランド部１２７の中に形成される。ノッチ部１３０は、ランド部１２７上に付着した材料を受け入れる領域を提供するが、付着した材料は、カバーリング１０３のリッジ部１１１がランド部１２７全域を横断する際に、カバーリング１０３によって上部外壁１２９に向って押される。ランド部１２７上に付着した材料は、カバーリング１０３がデポジションリング１０２に対して動く際にノッチ部１３０中へ移動することができ、ランド部１２７上に付着した材料がランド部１２７とリッジ部１１１との間に押し込まれる可能性が低くなり、結果的に、多数の基板を処理の間にデポジションリング１０２とカバーリング１０３の平行関係の維持が強化される。更に、付着した材料を受け入れる領域を有することで、カバーリング１０３がデポジションリング１０２に対して動く際に、ランド部１２７上に付着した材料が、デポジションリング１０２とカバーリング１０３の相対的な移動を妨げる及び／又は制限する可能性が低くなる。更に、ノッチ部１３０を配置することで、従来よりも堆積物がデポジションリング１０２とカバーリング１０３との間に堆積する及びその間を埋める可能性が低くなる。従って、ノッチ部１３０の方向及び位置は、デポジションリング１０２の耐用期間を延ばす。

図２は、少なくとも１つのタブ２０１を示すデポジションリング１０２の上面斜視図である。例えば、図２には３つのタブが示されているが、少なくとも１つのタブ２０１は、内縁１２５とデポジションリング１０２の凹部１２０との間の内壁１１５及び上部内壁１２１から延びている。タブ２０１は、基板支持部１０１の壁１２２とデポジションリング１０２との間の接触面積を低減するが、同時にデポジションリング１０２を基板支持部１０１の略中心に保持する。更に、タブ２１０は、基板１３１の１つ又はそれ以上のノッチ部（図示せず）と位置が合うように構成される。堆積材料が基板１３１のノッチ部を貫通して到来するので、タブ２０１は基板支持部１０１に関する追加的な堆積保護をもたらす。

図３は、図２のライン３−３で切り取ったデポジションリング１０２の断面図である。図４及び図５は、図３に示すデポジションリング１０２の部分拡大図である。図４を参照すると、デポジションリング１０２の厚さ４０３は、上部壁１１８と下部壁１１７との間で規定することができる。デポジションリング１０２の半分の厚さは、センターライン４０２で示される。トラフ部１２３は、上部壁１１８から、最も低い位置がリングの半分の厚さの位置又はそれよりも下方の位置まで延びることができる。例えば、図４に示すように、トラフ部１２３の最も低い位置は、センターライン４０２を超えて深さ４０１の位置まで延びることができる。トラフ部１２３を本体１１４の中に深く延ばすと、基板１３１と堆積した堆積材料との間の接触が起こる前に、追加の外部からの堆積材料がトラフ部１２３に保持される場合があるので、デポジションリング１０２の寿命を延ばすことができる。

図５を参照すると、デポジションリング１０２の幅５０４は、内壁１１５と外壁１１６との間で規定される。デポジションリング１０２の半分の幅は、図５のセンターライン５０３で示される。外側及び上側に向かって傾斜する上部外壁１２４の頂点距離５０２は、内壁１１５からデポジションリング１０２の半分の厚さまで、又はそれを超えて延びることができる。例えば、図５に示すように、外側及び上側に向かって傾斜する上部外壁１２４は、センターライン５０３を超えて延びている。外側及び上側に向かって傾斜する上部外壁１２４の頂点は、外側及び上側に向かって傾斜する上部外壁１２４の傾斜が、上向き傾斜から水平又は下向き傾斜へ移行する場所と規定することができる。外側及び上側に向かって傾斜する上部外壁１２４が高い割合でデポジションリング１０２の最上面１３３を備えると、基板１３１又はカバーリング１０３と堆積した堆積材料との間の接触が起こる前に、追加の外部からの堆積材料が保持される場合があるので、デポジションリング１０２の寿命を延ばすことができる。

処理チャンバ内にデポジションリング１０２の方向の基準をもたらすために、図５に示すように１つ又はそれ以上のスロット５０１を備けることができる。スロット５０１は、少なくとも１つの基板支持部１０１及び／又はシールド１０４から延びた特徴部（図示せず）と係合することができる。スロット５０１は、デポジションリング１０２及びタブ２０１を既知の方向に維持することを助長するので、基板１３１は相補的な方向に設けることができる。

従って、リングと基板との間の電気的短絡又は材料ブリッジに起因する処理上の欠陥を低減した状態で基板への成膜処理を助長するデポジションリング１０２が提供される。

前記は本発明の好適な実施形態を示すが、本発明の他の更なる実施形態は、本発明の基本的範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 環状のデポジションリング本体を備えるプロセスキットであって、該デポジションリング本体は、
   内壁と、
   外壁と、
   少なくともリング本体の上面の一部を規定して外壁に向って上向きに傾斜する傾斜上部壁と、
   前記傾斜上部壁と前記外壁との間に配置される上部壁と、
   前記上部壁から所定距離だけ離間した下部壁と、
   前記傾斜上部壁と前記内壁との間の前記リング本体の上面に陥凹したトラフ部と、
   を含み、
   前記トラフ部の最も低い位置が、前記上部壁と前記下部壁との間の距離の少なくとも半分まで延びている、プロセスキット。
2. 前記リング本体が、
   前記外壁と前記上部壁との間で、前記本体中に前記下部壁に向って延びる少なくとも１つのノッチ部と、
   少なくともリング本体の少なくとも上面の一部を規定して、前記内壁から半径方向外側に向かうと共に前記内壁に直交して配置される内縁と、
   外壁から半径方向内側に向って配置され、下部壁に対して平行であるランド部と、
   を更に備える、請求項１に記載のプロセスキット。
3. 前記内壁及び前記外壁は平行であり、前記上部壁及び前記下部壁は、前記内側及び外壁に対して直交する、請求項１に記載のプロセスキット。
4. 前記リング本体は、前記内壁から半径方向外側に配置され、前記内壁と平行である上部内壁を更に備える、請求項１に記載のプロセスキット。
5. 前記リング本体は、前記下部壁に陥凹され、前記下部壁に平行である凹部を更に備える、請求項１に記載のプロセスキット。
6. 前記リング本体の前記外壁は、該リング本体の上面に隣接するテーパー部を備える、請求項１に記載のプロセスキット。
7. 前記リング本体は、前記下部壁内に該リング本体の上面に向って延びるスロットを備える、請求項１に記載のプロセスキット。
8. 環状のデポジションリング本体を備えるプロセスキットであって、該デポジションリング本体は、
   内壁と、
   前記内壁から所定距離だけ離間した外壁と、
   少なくともリング本体の上面の一部を規定して外壁に向って上向きに傾斜し、頂点が前記内壁から、該内壁と前記外壁との間の距離の少なく半分の位置まで延びる、傾斜上部壁と、
   前記傾斜上部壁と前記外壁との間に配置される上部壁と、
   下部壁と、
   前記傾斜上部壁と前記内壁との間の前記リング本体の上面に陥凹したトラフ部と、
   を含む、プロセスキット。
9. 前記リング本体が、
   前記外壁と前記上部壁との間で、前記本体中に前記下部壁に向って延びる少なくとも１つのノッチ部と、
   少なくともリング本体の少なくとも上面の一部を規定して、前記内壁から半径方向外側に向かうと共に前記内壁に直交して配置される内縁と、
   外壁から半径方向内側に向って配置され、下部壁に対して平行であるランド部と、
   を更に備える、請求項８に記載のプロセスキット。
10. 前記内壁及び前記外壁は平行であり、前記上部壁及び前記下部壁は、前記内側及び外壁に対して直交する、請求項８に記載のプロセスキット。
11. 前記リング本体は、前記内壁から半径方向外側に配置され、前記内壁と平行である上部内壁を更に備える、請求項８に記載のプロセスキット。
12. 前記リング本体は、前記下部壁に陥凹され、前記下部壁に平行である凹部を更に備える、請求項８に記載のプロセスキット。
13. 前記リング本体の前記外壁は、該リング本体の上面に隣接するテーパー部を備える、請求項８に記載のプロセスキット。
14. 前記リング本体は、前記下部壁内に該リング本体の上面に向って延びる、スロットを備える、請求項８に記載のプロセスキット。
15. 環状のデポジションリング本体を備えるプロセスキットであって、該デポジションリング本体は、
    内壁と、
    前記内壁から所定距離だけ離間した外壁と、
    少なくともリング本体の上面の一部を規定して外壁に向って上向きに傾斜し、頂点が前記内壁から、該内壁と前記外壁との間の第１の距離の少なく半分の位置まで延びる、傾斜上部壁と、
    前記傾斜上部壁と前記外壁との間に配置される上部壁と、
    下部壁と、
    前記傾斜上部壁と前記内壁との間の前記リング本体の上面に陥凹し、最も低い位置が前記上部壁と前記下部壁との間の第２の距離の少なくとも半分まで延びているトラフ部と、
    前記外壁の半径方向内側に配置され、前記下部壁と平行であるランド部と、
    前記リング本体の前記ランド部と接合するように配置されるリッジ部を有するカバーリングと、
    を含み、
    前記カバーリングは、該カバーリングの前記リッジ部が前記リング本体のランド部と接合する場合に、前記リング本体の前記上部壁と共にラビリンスギャップを形成するように配置されるリップを備える、プロセスキット。

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