JP2016517469A - 半導体プロセスチャンバ内で使用するためのスパッタ源 - Google Patents

Abstract

いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ用のスパッタ源は、頂部、側面、および開いた底部を有する第１の囲壁と、開いた底部に結合されたターゲットと、第１の囲壁を介してターゲットへ電力を提供するように第１の囲壁の中心軸近傍で第１の囲壁の頂部に結合された給電部と、シャフト、シャフトに結合された支持アーム、および第１の囲壁内に配置された支持アームに結合された磁石を有する磁石アセンブリと、第１の囲壁の中心軸に対して軸外に配置され、第１の囲壁の中心軸の周りで磁石を回転させるように磁石に回転可能に結合された第１の回転アクチュエータと、第１の囲壁の中心軸に対して軸外に配置され、磁石アセンブリの中心軸の周りで磁石を回転させるように磁石に回転可能に結合された第２の回転アクチュエータとを含むことができる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、一般に半導体処理機器に関する。

マグネトロンを位置決めするために多軸回転方式（たとえば、一般的な磁石の運動）を利用する従来のスパッタ源は、典型的には、中心以外の位置からスパッタターゲットへ電力を提供する。しかし、本発明者らは、そのような方法でスパッタターゲットへ電力を提供する結果、スパッタターゲット全体にわたって電力の分布が不揃いで非対称になり、それによってスパッタリングが均一でなくなることを観察した。加えて、従来のスパッタ源は、典型的には、スパッタターゲットの周辺エッジの周りでスパッタターゲットを支持する。しかし、本発明者らは、そのような方法でスパッタターゲットを支持することで、スパッタターゲットが処理中に湾曲し、それによってスパッタターゲットの厚さ、したがって耐用寿命が制限されることを観察した。

したがって、本発明者らは、プロセスチャンバ用のスパッタ源の実施形態を提供する。

プロセスチャンバへプラズマを提供する装置の実施形態が、本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、電源は、頂部、側面、および開いた底部を有する第１の囲壁と、第１の囲壁の開いた底部に結合されたターゲットと、第１の囲壁を介してターゲットへ電力を提供するように第１の囲壁の中心軸近傍で第１の囲壁の頂部に結合された給電部と、シャフト、シャフトに結合された支持アーム、および第１の囲壁内に配置された支持アームに結合された磁石を有する磁石アセンブリと、第１の囲壁の中心軸に対して軸外に配置され、第１の囲壁の中心軸の周りで磁石を回転させるように磁石に回転可能に結合された第１の回転アクチュエータと、第１の囲壁の中心軸に対して軸外に配置され、磁石アセンブリの中心軸の周りで磁石を回転させるように磁石に回転可能に結合された第２の回転アクチュエータとを含むことができる。
いくつかの実施形態では、基板の上に材料を堆積させるプロセスチャンバは、プロセスチャンバ内に配置された基板支持体と、プロセスチャンバ内で基板支持体の反対側に配置されたスパッタ源とを含むことができ、スパッタ源は、頂部、側面、および開いた底部を有する第１の囲壁と、第１の囲壁の開いた底部に結合されたターゲットと、第１の囲壁を介してターゲットへ電力を提供するように第１の囲壁の中心軸近傍で第１の囲壁の頂部に結合された給電部と、シャフト、シャフトに結合された支持アーム、および第１の囲壁内に配置された支持アームに結合された磁石を有する磁石アセンブリと、第１の囲壁の中心軸に対して軸外に配置され、第１の囲壁の中心軸の周りで磁石を回転させるように磁石に回転可能に結合された第１の回転アクチュエータと、第１の囲壁の中心軸に対して軸外に配置され、磁石アセンブリの中心軸の周りで磁石を回転させるように磁石に回転可能に結合された第２の回転アクチュエータとを備える。
本発明の他のさらなる実施形態は、以下に説明する。
上記で簡単に要約し、以下でより詳細に論じる本発明の実施形態は、添付の図面に示す本発明の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかし、本発明は他の等しく有効な実施形態にも許容されうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。

本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバ用のスパッタ源を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバ用のスパッタ源を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバ用のスパッタ源を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバ用のスパッタ源とともに使用するのに適したプロセスチャンバを示す図である。

理解を容易にするために、可能な場合、これらの図に共通の同一の要素を指すために、同一の参照番号を使用する。これらの図は原寸に比例して描かれたものではなく、見やすいように簡略化されていることがある。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図される。
プロセスチャンバ内で使用するためのスパッタ源の実施形態が、本明細書に提供される。少なくともいくつかの実施形態では、本発明のスパッタ源は、有利には、従来利用されているスパッタ源と比較して、ターゲットに対する１つまたは複数の磁石の正確な動きを容易にし、それによってより精密なスパッタリングプロセスを容易にすることができる。加えて、少なくともいくつかの実施形態では、本発明のスパッタ源は、従来のターゲットと比較して、増大された厚さを有するターゲットの使用を可能にし、それによって従来のターゲットと比較して、より長い耐用寿命をターゲットに提供することができる。加えて、少なくともいくつかの実施形態では、本発明のスパッタ源は、有利には、従来利用されているスパッタ源と比較して、より均一で対称の電力分布がターゲットへ提供されることを容易にし、それによってターゲットからの材料のより均一なスパッタリングを提供することができる。

図１は、本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバ内で使用するためのスパッタ源を示す。いくつかの実施形態では、スパッタ源１００は、概して、第１の囲壁１０２、給電部１０４、１つまたは複数の磁石１０８、第１の回転アクチュエータ１１２、第２の回転アクチュエータ１１４、およびターゲット１４０を備えることができる。いくつかの実施形態では、第１の囲壁１０２の周りに第２の囲壁１８０を配置することができる。そのような実施形態では、第１の囲壁１０２と第２の囲壁１８０との間に絶縁ブロックなどの絶縁体１８２を配置して、第１の囲壁１０２から第２の囲壁１８０を電気的に絶縁することができる。いくつかの実施形態では、第２の囲壁１８０は、接地に結合することができる。第２の囲壁１８０は、存在するとき、第１の囲壁１０２を保護し、かつ／または帯電している第１の囲壁１０２に使用者が接触するのを防止することができる。第２の囲壁は、プロセスに適合している任意の適した材料、たとえばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼などの金属などから製造することができる。

第１の囲壁１０２は、電源１２４によってターゲット１４０へ提供される電力（たとえば、高周波電力または直流電力）の送達を容易にする。いくつかの実施形態では、第１の囲壁１０２は、頂部１１６、１つまたは複数の側面１１８、および開いた底部１２０を含む。第１の囲壁１０２は、プロセスに適合している任意の適した導電性材料から製造することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、第１の囲壁１０２は、たとえばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼などの金属などから製造することができる。別個の構成要素として記載するが、第１の囲壁１０２を一体の材料から製造して頂部１１６および側面１１８を形成し、それによって単体の設計を提供することもできる。
いくつかの実施形態では、ターゲット１４０は、第１の囲壁１０２の開いた底部１２０に結合することができる。ターゲット１４０は、堆積プロセス中に基板の上でスパッタリングすべき任意の材料を備えることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、ターゲット１４０は、チタン、アルミニウム、銅、タンタル、タングステン、コバルトなどから製造することができる。いくつかの実施形態では、ターゲット１４０は、第１の囲壁１０２の開いた底部１２０を閉鎖するように側面１１８の下面に取り付けられたモノリシックのスパッタリングターゲットアセンブリを含むことができる。いくつかの実施形態では、ターゲット１４０は、バッキング板に取り付けられたスパッタリングターゲットを含むターゲットアセンブリとすることができ、バッキング板は、第１の囲壁の開いた底部１２０を閉鎖するように側面１１８の下面に取り付けられる。

いくつかの実施形態では、第１の囲壁１０２の頂部１１６とターゲット１４０との間でターゲット１４０の中心１５０近傍に、支持カラム１４４が結合される。いくつかの実施形態では、支持カラム１４４の端部１４６は、ターゲット１４０の裏側１４２内に形成されたチャネル１４８と界接して支持カラム１４４をターゲット１４０に結合することを容易にするように構成することができる。支持カラム１４４は、存在するとき、ターゲット１４０の中心１５０を支持して、使用中にターゲット１４０を加熱している間に生じうるターゲット１４０の湾曲を防止する。支持カラム１４４を介してターゲット１４０を支持して上記の湾曲を防止することによって、本発明者らは、ターゲット１４０の厚さを増大させ、それによってターゲット１４０の耐用寿命を増大させることができることを観察した。

いくつかの実施形態では、第１の囲壁１０２の側面１１８内にチャネル１５２を形成して、伝熱流体源１５６からターゲット１４０内に形成されたチャネル１５４への伝熱流体の送達を容易にし、ターゲット１４０の温度を制御することができる。チャネル１５４は、モノリシックのターゲット内またはターゲット１４０のバッキング板内に形成することができる。いくつかの実施形態では、第１の囲壁１０２の頂部１０６内に形成された貫通孔１６４内に導管１６５を配置して、伝熱流体源１５６をチャネル１５２に流体的に結合することができる。

給電部１０４は、第１の囲壁１０２の側面１１８を介した電源１２４からターゲット１４０への電力（たとえば、高周波電力または直流電力）の送達を容易にする。いくつかの実施形態では、給電部１０４は、ターゲット１４０の各側面からターゲット１４０への均一で対称の電力分布を容易にするために、第１の囲壁１０２の中心軸１１０近傍で第１の囲壁１０２に結合される。給電部１０４は、プロセスに適合している任意の適した導電性材料から製造することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、給電部１０４は、たとえばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼などの金属などから製造することができる。

１つまたは複数の磁石１０８は、ターゲット１４０の裏側１４２近傍に配置される。１つまたは複数の磁石１０８は、ターゲット１４０の下に延びる磁場を生じさせ、ターゲット１４０からスパッタリングされる材料の量、ターゲットに対する位置、または指向性の少なくとも１つに対する制御を容易にする。１つまたは複数の磁石１０８は、たとえば永久磁石（たとえば、ネオジウム（ＮｄＦｅＢ）磁石）または電磁石など、所望の磁場を生じさせるのに適した任意のタイプの磁石とすることができる。１つまたは複数の磁石１０８は、開ループ、閉ループ、これらの組合せなど、所望の磁場を生じさせるように任意の方法で配置することができる。
１つまたは複数の磁石１０８は、磁石アセンブリ１２８（たとえば、マグネトロン）に結合される。いくつかの実施形態では、磁石アセンブリ１２８は、概して、シャフト１３０に結合された支持アーム１３２を備えることができ、１つまたは複数の磁石１０８は、支持アーム１３２に結合される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の磁石１０８の反対側で、支持アーム１３２に釣合い錘１３４を結合することができる。釣合い錘１３４は、存在するとき、支持アーム１３２の均等な回転を容易にする。いくつかの実施形態では、磁石アセンブリ１２８は、第１の囲壁１０２内に配置された外側キャリッジ１７４を支持することができる。そのような実施形態では、シャフト１３０は、外側キャリッジ１７４の底部１８６内に形成された貫通孔１８４内に配置することができ、それによってシャフト１３０を外側キャリッジ１７４に回転可能に結合することができる。いくつかの実施形態では、外側キャリッジ１７４の底部１８６とシャフト１３０との間の貫通孔１８４内に、軸受１０３（たとえば、ボール軸受などの転がり軸受）を配置して、シャフト１３０の平滑な回転を提供し、シャフト１３０を外側キャリッジ１７４に回転可能に結合することを容易にすることができる。動作の際には、シャフト１３０が貫通孔１８４内で回転すると、１つまたは複数の磁石１０８は磁石アセンブリ１２８の中心軸１２６の周りを回転する。

第１の回転アクチュエータ１１２は、第１の囲壁１０２の中心軸１１０に対して軸外に配置され、磁石アセンブリ１２８の中心軸１２６に対する１つまたは複数の磁石１０８の回転を容易にする。第１の囲壁１０２の頂部１０６内に形成された貫通孔１５８内に第１のシャフト１２２が配置され、第１の回転アクチュエータ１１２に結合され、第１の回転アクチュエータ１１２によって回転させられる。いくつかの実施形態では、貫通孔１５８内に軸受１７８を配置して、第１のシャフト１２２の平滑かつ／または均等な回転を容易にすることができる。

いくつかの実施形態では、第１のシャフト１２２は、第１の囲壁１０２内に配置された内側キャリッジ１３６の内面１６２と界接するように構成された端部１６０を有する。いくつかの実施形態では、第１のシャフト１２２の端部１６０は、内側キャリッジ１３６の内面１６２内に形成された相手側の特徴（たとえば、相手側の歯）と界接する特徴（たとえば、歯）を備えることができる。いくつかの実施形態では、第１のシャフト１２２の端部１６０は、たとえば、第１のシャフト１２２に結合されたホイールまたはスプロケットとすることができる。

内側キャリッジ１３６は、支持カラム１４４の周りに配置され、第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りを回転する。いくつかの実施形態では、内側キャリッジ１３６は環状であり、側面１７０、開いた頂部１８８、および開いた底部１９０を有する。内側キャリッジ１３６の内面１６２は、第１のシャフト１２２および磁石アセンブリ１２８のシャフト１３０と界接して、第１のシャフト１２２の回転時に磁石アセンブリ１２８の回転を容易にする。いくつかの実施形態では、内側キャリッジ１３６は、外側キャリッジ１７４（後述）によって支持することができる。そのような実施形態では、内側キャリッジ１３６と外側キャリッジ１７４との間に軸受１７６を配置して、内側キャリッジ１３６と外側キャリッジ１７４のそれぞれの独立した回転を可能にすることができる。動作の際には、第１の回転アクチュエータ１１２は第１のシャフト１２２を回転させ、第１のシャフト１２２は、第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りで内側キャリッジ１３６を回転させ、それによって磁石アセンブリ１２８の中心軸１２６の周りで１つまたは複数の磁石１０８を回転させる。

第２の回転アクチュエータ１１４は、第１の囲壁１０２の中心軸１１０に対して軸外に配置され、第１の囲壁１０２の中心軸１１０に対する１つまたは複数の磁石１０８の回転を容易にする。第１の囲壁１０２の頂部１０６内に形成された貫通孔１９４内に第２のシャフト１９２が配置され、第２の回転アクチュエータ１１４に結合され、第２の回転アクチュエータ１１４によって回転させられる。いくつかの実施形態では、頂部１０６の貫通孔１９４内に軸受１９６を配置して、第２のシャフト１９２の平滑かつ／または均等な回転を容易にすることができる。
いくつかの実施形態では、第２のシャフト１９２は、外側キャリッジ１７４の内面１０１と界接するように構成された端部１９８を有する。いくつかの実施形態では、第２のシャフト１９２の端部１９８は、外側キャリッジ１７４の内面１０１内に形成された相手側の特徴（たとえば、相手側の歯）と界接する特徴（たとえば、歯）を備えることができる。いくつかの実施形態では、第２のシャフト１９２の端部１９８は、たとえば、第２のシャフト１９２に結合されたホイールまたはスプロケットとすることができる。

外側キャリッジ１７４は、内側キャリッジ１３６の周りに配置され、第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りを回転する。いくつかの実施形態では、外側キャリッジ１７４は、側面１６８および底部１８６を備える。いくつかの実施形態では、支持カラム１４４は、外側キャリッジ１７４の底部１８６内に形成された孔１７２を通って配置される。いくつかの実施形態では、外側キャリッジ１７４は、第１の囲壁１０２によって支持される。そのような実施形態では、外側キャリッジ１７４と第１の囲壁１０２との間に１つまたは複数の軸受１９３を配置して、外側キャリッジ１７４を第１の囲壁１０２に可動に結合することができる。動作の際には、第２の回転アクチュエータ１１４は第２のシャフト１９２を回転させ、第２のシャフト１９２は、第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りで外側キャリッジ１７４を回転させ、それによって第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りで１つまたは複数の磁石１０８を回転させる。

本発明者らは、２つの別個の軸（たとえば、第１の囲壁１０２の中心軸および磁石アセンブリ１２８の中心軸１２６）の周りで磁石の回転を提供することで、たとえば１つの回転軸のみを利用する従来のマグネトロンアセンブリと比較して、ターゲット１４０に対して所望の領域への１つまたは複数の磁石１０８のより精密な配置が可能になることを観察した。加えて、本発明者らは、上記の実施形態に記載のように、軸外の位置（たとえば、第１の囲壁１０２の中心軸１１０に対する第１の回転アクチュエータ１１２および第２の回転アクチュエータ１１４の軸外の配置）から回転を提供することで、ターゲット１４０に対して中心で電力を提供することが可能になり、それによって、軸外の位置からターゲット１４０に電力が提供されることと比較して、より均一で対称の電力分布をターゲット１４０に提供することを観察した。加えて、軸外の位置から回転を提供することで、ターゲット１４０の中心１５０近傍の領域から（たとえば、支持カラム１４４を介して）ターゲット１４０を支持することがさらに可能になり、したがってターゲット１４０の湾曲が最小になる。

１つまたは複数の磁石１０８の２軸回転について、内側キャリッジ１３６と外側キャリッジ１７４の組合せを介して提供されると上述したが、他の軸外の回転構成を介して、１つまたは複数の磁石１０８を２軸回転で回転させることもできる。
たとえば、いくつかの実施形態では、第１の回転アクチュエータ１１２は、図２に示すように、第１のベルト２０２、第２のベルト２０４、および回転シャフト２０６を介して、磁石アセンブリ１２８の中心軸１２６の周りで１つまたは複数の磁石１０８の回転を提供することができる。

いくつかの実施形態では、回転シャフト２０６は、第１の囲壁１０２に回転可能に結合され、支持カラム１４４の周りに配置される。そのような実施形態では、回転シャフト２０６は、頂部１０６および／または第１の囲壁１０２内に配置された横材２３０によって支持することができる。回転シャフト２０６が頂部１０６によって支持される実施形態では、回転シャフト２０６の端部２３２を収納するように構成されたチャネル２３４を、頂部１０６の底面２３６内に形成することができる。そのような実施形態では、回転シャフト２０６の端部２３２とチャネル２３４との間に軸受２１４を配置して、回転シャフト２０６を第１の囲壁１０２の頂部１０６に回転可能に結合することができる。別法として、または組み合わせて、回転シャフト２０６が横材２３０によって支持される実施形態では、回転シャフト２０６は、横材２３０内に形成された貫通孔２２８内に配置することができる。そのような実施形態では、貫通孔２２８内で横材２３０と回転シャフト２０６との間に軸受２１２を配置して、回転シャフト２０６を横材２３０に回転可能に結合することができる。
磁石アセンブリ１２８は、横材２３０の下に配置されて横材２３０によって支持された下部キャリッジ２０８に回転可能に結合される。いくつかの実施形態では、下部キャリッジ２０８は、側面２２２および底部２２０を備え、軸受２１６を介して横材２３０に回転可能に結合される。いくつかの実施形態では、磁石アセンブリのシャフト１３０は、下部キャリッジ２０８の底部２２９内に形成された貫通孔２３８内に配置される。そのような実施形態では、貫通孔２３８内で下部キャリッジ２０８の底部２０と磁石アセンブリのシャフト１３０との間に軸受２１８を配置して、磁石アセンブリ１２８のシャフト１３０を下部キャリッジ２０８の底部２２０に回転可能に結合することができる。

上記の第１のベルト２０２、第２のベルト２０４、および回転シャフト２０６の動作の際には、第１のシャフト１２２の端部１６０が第１のベルト２０２と界接する。第１のベルト２０２はまた、回転シャフト２０６と界接し、したがって、第１のシャフト１２２の回転時に、回転シャフト２０６が第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りで回転することを容易にする。第２のベルト２０４は、回転シャフト２０６および磁石アセンブリ１２８のシャフト１３０と界接し、したがって、回転シャフト１３０の回転時に、磁石アセンブリ１２８のシャフト１３０（したがって、１つまたは複数の磁石１０８）が磁石アセンブリ１２８の中心軸１２６の周りで回転することを容易にする。したがって、第１の回転アクチュエータ１１２は第１のシャフト１２２を回転させ、それによって第１のベルト２０２は回転シャフト２０６を回転させる。回転シャフト２０６が回転すると、第２のベルト２０４は磁石アセンブリ１２８のシャフト１３０を回転させ、それによって磁石アセンブリ１２８の中心軸１２６の周りで磁石アセンブリ１２８を回転させる。

いくつかの実施形態では、第２の回転アクチュエータ１１４は、第３のベルト２１０および下部キャリッジ２０８を介して第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りで１つまたは複数の磁石１０８の回転を提供することができる。そのような実施形態では、第２の回転アクチュエータ１１４は、第１の囲壁１０２内に配置することができ、第２の回転アクチュエータ１１４は、たとえば、横材２３０に結合され、横材２３０によって支持される。
第３のベルト２１０および下部キャリッジ２０８の動作の際には、第２のシャフト１９２の端部１９８が第３のベルト２１０と界接する。第３のベルト２１０はまた、下部キャリッジ２０８と界接し、したがって、第２のシャフト１９２の回転時に、下部キャリッジ２０８が第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りで回転することを容易にする。したがって、第２の回転アクチュエータ１１４は第２のシャフト１９２を回転させ、それによって第３のベルト２１０は下部キャリッジ２０８を回転させ、それによって第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りで磁石アセンブリ１２８を回転させる。

いくつかの実施形態では、第１の回転アクチュエータ１１２は、図３に示すように、第１のベルト３０２、第２のベルト３０４、および内側スリーブ３０６を介して磁石アセンブリ１２８の中心軸１２６の周りで１つまたは複数の磁石１０８の回転を提供することができる。

いくつかの実施形態では、内側スリーブ３０６は、支持カラム１４４の周りに配置され、支持カラム１４４に回転可能に結合される。そのような実施形態では、支持カラム１４４と内側スリーブ３０６との間に１つまたは複数の軸受（図示せず）を配置して、支持カラム１４４を内側スリーブ３０６に回転可能に結合することを容易にすることができる。
いくつかの実施形態では、磁石アセンブリ１２８は、支持アーム３０８に回転可能に結合される。そのような実施形態では、磁石アセンブリ１２８のシャフト１３０は、支持アーム３０８内に形成された貫通孔３１０内に配置することができる。いくつかの実施形態では、貫通孔３１０内で支持アーム３０８と磁石アセンブリ１２８のシャフト１３０との間に１つまたは複数の軸受（図示せず）を配置して、磁石アセンブリ１２８を支持アーム３０８に回転可能に結合することを容易にすることができる。
いくつかの実施形態では、支持アーム３０８は外側スリーブ３１６に結合され、外側スリーブ３１６は、内側スリーブ３０６の周りに配置され、内側スリーブ３０６とは独立して回転する。いくつかの実施形態では、内側スリーブ３０６と外側スリーブ３１６との間に軸受（図示せず）を配置して、内側スリーブ３０６を外側スリーブ３１６に回転可能に結合することができる。いくつかの実施形態では、磁石アセンブリ１２８の反対側で、支持アーム３０８に釣合い錘３１２を結合して、支持アーム３０８の平滑な回転を容易にすることができる。

上記の第１のベルト３０２、第２のベルト３０４、および内側スリーブ３０６の動作の際には、第１のシャフト１２２の端部１６０が第１のベルト３０２と界接する。第１のベルト３０２はまた、内側スリーブ３０６と界接し、したがって、第１のシャフト１２２の回転時に、内側スリーブ３０６の回転を容易にする。第２のベルト３０４は、内側スリーブ３０６および磁石アセンブリ１２８のシャフト１３０と界接し、したがって、内側スリーブ３０６の回転時に、磁石アセンブリ１２８のシャフト１３０（したがって、１つまたは複数の磁石１０８）が磁石アセンブリ１２８の中心軸１２６の周りで回転することを容易にする。したがって、第１の回転アクチュエータ１１２は第１のシャフト１２２を回転させ、それによって第１のベルト３０２は内側スリーブ３０６を回転させる。内側スリーブ３０６が回転すると、第２のベルト３０４は磁石アセンブリ１２８のシャフト１３０を回転させ、それによって磁石アセンブリ１２８の中心軸１２６の周りで磁石アセンブリ１２８を回転させる。

いくつかの実施形態では、第２の回転アクチュエータ１１４は、第３のベルト３１４および外側スリーブ３１６を介して第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りで１つまたは複数の磁石１０８の回転を提供することができる。そのような実施形態では、第２の回転アクチュエータ１１４は、たとえば、図１に関して上述したように、軸外に配置することができる。
第３のベルト３１４および外側スリーブ３１６の動作の際には、第２のシャフト１９２の端部１９８が第３のベルト３１４と界接する。第３のベルト３１４はまた、外側スリーブ３１６と界接し、したがって、第２のシャフト１９２の回転時に、第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りで外側スリーブ３１６の回転を容易にする。したがって、第２の回転アクチュエータ１１４は第２のシャフト１９２を回転させ、それによって第３のベルト３１４は外側スリーブ３１６を回転させ、それによって支持アーム３０８を回転させ、したがって第１の囲壁１０２の中心軸１１０の周りで磁石アセンブリ１２８を回転させる。

図４は、本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバ用の電源とともに使用するのに適したプロセスチャンバを示す。適したプロセスチャンバの例には、ＥＮＤＵＲＡ（登録商標）ＥＸＴＥＮＳＡ ＴＴＮおよびＥＮＤＵＲＡ（登録商標）ＥＮＣＯＲＥという処理チャンバが含まれ、どちらもカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されている。他の製造者からのものを含む他の処理チャンバを利用して、本発明を実行することもできることが企図される。

いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ４００は、その上に基板４０１を受け取る基板支持ペデスタル４５２と、スパッタ源１００とを収容する。基板支持ペデスタル４５２は、接地囲壁内に位置することができ、囲壁は、チャンバ壁４５０（図示）または接地シールド（図示せず）とすることができる。基板支持ペデスタル４５２は、たとえば抵抗加熱要素、放射空胴、および光源など、基板４０１に熱を提供する任意の適した手段（図示せず）を含むことができる。
いくつかの実施形態では、ターゲット１４０は、誘電体アイソレータ４４６を通って、接地導電アルミニウムアダプタ４４４上に支持することができる。基板支持ペデスタル４５２は、ターゲット１４０の主表面の方を向く材料受け取り表面を有し、ターゲット１４０の主表面とは反対側の平面の位置でスパッタ被覆される基板４０１を支持する。基板支持ペデスタル４５２は、プロセスチャンバ４００の中心領域４４０内に基板４０１を支持することができる。中心領域４４０は、処理中に基板支持ペデスタル４５２の上（たとえば、処理位置にあるときにターゲット１４０と基板支持ペデスタル４５２との間）の領域として画定される。

基板支持ペデスタル４５２は、底部チャンバ壁４６０に接続されたベローズ４５８を通って垂直方向に可動であり、プロセスチャンバ４００の下部部分内のロードロックバルブ（図示せず）を通って基板支持ペデスタル４５２上へ基板４０１を移送し、その後、図４に示す堆積または処理位置まで持ち上げることを可能にする。ガス源４６２から質量流量コントローラ４６４を通ってプロセスチャンバ４００の下部部分内へ、１つまたは複数のプロセスガスを供給することができる。プロセスチャンバ４００の内部を排気して、処理チャンバ４００内部で所望の圧力を維持することを容易にするために、排気口４６８を提供して、バルブ４６６を介してポンプ（図示せず）に結合することができる。
基板支持ペデスタル４５２に高周波電源４５６を結合して、基板４０１に負の直流バイアスをかけることができる。加えて、いくつかの実施形態では、処理中、基板４０１上に正または負の直流自己バイアスを形成することができる。他の応用分野では、基板支持ペデスタル４５２は、接地させても、電気的に浮動のままとしてもよい。

プロセスチャンバ４００は、アダプタ４４４のレッジ４８４に接続された接地底部シールド４８０をさらに含む。いくつかの実施形態では、底部シールド４８０上に暗黒シールド４８６が支持され、ねじまたは他の適した方法によって底部シールド４８０に締め付けられる。底部シールド４８０と暗黒シールド４８６との間の金属のねじ接続により、２つのシールド４８０、４８６をアダプタ４４４に接地することが可能になる。いくつかの実施形態では、暗黒シールド４８６と底部シールド４８０は、一体として製造される。アダプタ４４４は密閉され、アルミニウムのチャンバ壁４５０に接地される。シールド４８０、４８６はどちらも、典型的には、硬質で非磁気的なステンレス鋼から形成され、または高周波プロセスの場合、アルミニウムなどの高導電性材料から形成される。

底部シールド４８０は、第１の直径の上部管状部分４９４および第２の直径の下部管状部分４９６内を下方へ延びる。底部シールド４８０は、アダプタ４４４の壁およびチャンバ壁４５０に沿って基板支持ペデスタル４５２の頂面の下まで下方へ延び、上方へ戻った後、基板支持ペデスタル４５２の頂面に到達する（たとえば、底部にｕ字状部分４９８を形成する）。基板支持ペデスタル４５２が下部のローディング位置にあるときは、底部シールド４８０の上方へ延びる内側部分の頂部上にカバーリング４０２が位置するが、上部の堆積位置にあるときは、基板支持ペデスタル４５２の外周上に位置して、基板支持ペデスタル４５２をスパッタ堆積から保護する。基板４０１の周辺を堆積から遮蔽するために、追加の堆積リング（図示せず）を使用することもできる。

プロセスチャンバ４００はまた、基板上へ材料のより指向性の高いスパッタリングを提供するように適合させることができる。いくつかの実施形態では、指向性スパッタリングは、より均一で対称の堆積材料束を基板４０１へ提供するために、ターゲット１４０と基板支持ペデスタル４５２との間に任意選択のコリメータ４１０を位置決めすることによって実現することができる。
コリメータ４１０は、存在するとき、底部シールド４８０のレッジ部分上に位置し、それによってコリメータ４１０を接地させることができる。コリメータ４１０は、金属リングとすることができ、外側管状区間と、少なくとも１つの内側の同心円状の管状区間、たとえばクロスストラット４２０、４１８によってつながれた３つの同心円状の管状区間４１２、４１４、４１６とを含むことができる。外側管状区間４１６は、底部シールド４８０のレッジ部分４０６上に位置する。底部シールド４８０を使用してコリメータ４１０を支持することで、プロセスチャンバ４００の設計および保守が簡略化される。少なくとも２つの内側管状区間４１２、４１４は、スパッタリングされた粒子を部分的に視準する高アスペクト比の開孔を画定するのに十分な高さである。さらに、コリメータ４１０の上面は、バイアスをかけたターゲット４４２に対する接地平面として作用し、プラズマ電子を基板４０１から離して保つのを容易にする。このコリメータは、ＡＭＡＴ整理番号＃０１２９９６、米国特許出願第２００９０３０８７３２号に従って、リング型ではなくモノリシック型にするべきである。

いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ４００の周りに磁石４５４を配置して、基板支持ペデスタル４５２とターゲット１４０との間に磁場を選択的に提供することができる。たとえば、図４に示すように、磁石４５４は、チャンバ壁４５０の外側の周りで、処理位置にあるときの基板支持ペデスタル４５２の真上の領域内に配置することができる。磁石４５４は、電磁石とすることができ、電磁石によって生成される磁場の大きさを制御するための電源（図示せず）に結合することができる。

プロセスチャンバ３００の様々な構成要素には、その動作を制御するためのコントローラ４３０が結合され、コントローラ４３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）４３２と、メモリ４３４と、ＣＰＵ４３２のための支持回路４３６とを備える。コントローラ４３０は、基板処理装置を直接制御することができ、または特定のプロセスチャンバおよび／もしくは支持システム構成要素に付随するコンピュータ（もしくはコントローラ）を介して制御することができる。コントローラ４３０は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために産業用の設定で使用することができる任意の形の汎用コンピュータプロセッサの１つとすることができる。ＣＰＵ４３２のメモリまたはコンピュータ可読媒体４３４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、フラッシュ、またはローカルもしくは遠隔の任意の他の形のデジタルストレージなど、容易に入手可能なメモリの１つまたは複数とすることができる。支持回路４３６は、従来の方法でプロセッサを支持するようにＣＰＵ４３２に結合される。これらの回路には、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、およびサブシステムなどが含まれる。プロセスチャンバ４００内で実行されるプロセスは、プロセスチャンバ４００の動作を制御するために実行または起動することができるソフトウェアルーチンとして、メモリ４３４内に記憶することができる。このソフトウェアルーチンはまた、ＣＰＵ４３２によって制御されているハードウェアから離れて位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶および／または実行することができる。

したがって、プロセスチャンバ用の電源の実施形態を本明細書に提供した。少なくともいくつかの実施形態では、本発明の電源は、有利には、従来のターゲットと比較して、ターゲットに対する１つまたは複数の磁石の正確な動きを容易にし、増大された厚さを有するターゲットの使用を可能にし、それによって従来のターゲットと比較して、より長い耐用寿命をターゲットに提供することができる。

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することができる。

Claims (15)

1. プロセスチャンバ用のスパッタ源であって、
   頂部、側面、および開いた底部を有する第１の囲壁と、
   前記第１の囲壁の前記開いた底部に結合されたターゲットと、
   前記第１の囲壁を介して前記ターゲットへ電力を提供するように前記第１の囲壁の中心軸近傍で前記第１の囲壁の前記頂部に結合された給電部と、
   シャフト、前記シャフトに結合された支持アーム、および前記第１の囲壁内に配置された前記支持アームに結合された磁石を有する磁石アセンブリと、
   前記第１の囲壁の前記中心軸に対して軸外に配置され、前記磁石アセンブリの前記中心軸の周りで前記磁石を回転させるように前記磁石に回転可能に結合された第１の回転アクチュエータと、
   前記第１の囲壁の前記中心軸に対して軸外に配置され、前記第１の囲壁の中心軸の周りで前記磁石を回転させるように前記磁石に回転可能に結合された第２の回転アクチュエータとを備えるスパッタ源。
2. 前記第１の囲壁の周りに配置された第２の囲壁をさらに備え、前記第２の囲壁が接地に結合される、
   請求項１に記載のスパッタ源。
3. 前記ターゲット内に形成されたチャネルへ伝熱流体を提供するように前記第１の囲壁の前記側面上に形成されたチャネル
   をさらに備える、請求項１に記載のスパッタ源。
4. 前記第１の囲壁の前記中心軸を通って配置された支持カラムをさらに備え、前記支持カラムが、前記第１の囲壁の前記頂部および前記ターゲットに結合される、
   請求項１に記載のスパッタ源。
5. 前記第１の囲壁内に配置された環状の内側キャリッジをさらに備え、前記磁石アセンブリの前記シャフトと前記第１の回転アクチュエータがそれぞれ、前記内側キャリッジの内面と界接し、したがって、前記第１の回転アクチュエータが回転することで、前記第１の囲壁の前記中心軸の周りで前記内側キャリッジを回転させ、前記磁石アセンブリの前記中心軸の周りで前記磁石アセンブリを回転させる、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のスパッタ源。
6. 前記内側キャリッジの周りに配置された側面および底部を有する外側キャリッジをさらに備え、前記磁石アセンブリの前記シャフトが、前記外側キャリッジの前記底部に回転可能に結合され、前記第１の回転アクチュエータが、前記外側キャリッジの前記側面と界接し、したがって、前記第１の回転アクチュエータが回転することで、前記第１の囲壁の前記中心軸の周りで前記外側キャリッジを回転させ、前記第１の囲壁の前記中心軸の周りで前記磁石アセンブリを回転させる、
   請求項５に記載のスパッタ源。
7. 前記外側キャリッジが、前記第１の囲壁に回転可能に結合される、請求項６に記載のスパッタ源。
8. 前記第１の囲壁内に配置された側面および底部を有し、前記第１の囲壁の前記中心軸の周りで回転可能な下部キャリッジをさらに備え、前記磁石アセンブリの前記シャフトが、前記外側キャリッジの前記底部に回転可能に結合され、前記第２の回転アクチュエータが前記下部キャリッジに回転可能に結合される、
   請求項６に記載のスパッタ源。
9. 前記回転アクチュエータが、前記第１の囲壁内に配置される、請求項８に記載のスパッタ源。
10. 前記回転アクチュエータが、前記第１の囲壁内に配置された横材に結合される、請求項９に記載のスパッタ源。
11. 前記第１の囲壁内で前記第１の囲壁の前記中心軸の周りに配置された回転シャフトをさらに備え、前記回転アクチュエータが、前記回転シャフトに回転可能に結合され、前記回転シャフトが、前記磁石アセンブリの前記シャフトに回転可能に結合される、
    請求項１から４のいずれか１項に記載のスパッタ源。
12. 前記回転シャフトが、前記第１の囲壁内に配置された横材に回転可能に結合される、請求項１１に記載のスパッタ源。
13. 前記第１の囲壁内に配置され、前記第１の囲壁の前記中心軸の周りを回転可能な内側スリーブをさらに備え、前記第１の回転アクチュエータが、前記内側スリーブに回転可能に結合され、前記内側スリーブが、前記磁石アセンブリの前記シャフトに回転可能に結合される、
    請求項１から４のいずれか１項に記載のスパッタ源。
14. 前記第１の囲壁内に配置され、前記第１の囲壁の前記中心軸の周りを回転可能な外側スリーブと、
    前記第２の回転アクチュエータを前記外側スリーブに回転可能に結合する第３のベルトと、
    前記外側スリーブに結合された支持アームとをさらに備え、前記磁石アセンブリが前記支持アームに結合される、
    請求項１から４のいずれか１項に記載のスパッタ源。
15. 基板の上に材料を堆積させるプロセスチャンバであって、
    接地囲壁と、
    前記接地囲壁内に配置された基板支持体と、
    前記基板支持体の反対側に配置されたスパッタ源とを備え、前記スパッタ源が、請求項１から１４のいずれか１項に記載のものである、プロセスチャンバ。

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