JP2021511443A - Ｐｖｄプロセスにおける粒子低減のためのプロセスキットの形状寸法 - Google Patents

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Abstract

プロセスキットは、内部チャンバ部品および基板の張り出しエッジ上のプロセス堆積物の堆積を低減させるために、処理チャンバ内で基板支持体の周りに配置するためのシールドおよびリングアセンブリを備える。シールドは、スパッタリングターゲットを取り囲むように構成された頂壁を有する円筒形バンドと、基板支持体を取り囲むように構成されたガスコンダクタンス孔を有する実質的に直線のプロファイルを有する底壁の傾斜部分と、を備える。リングアセンブリは、リングの周辺部の周りに球状突起を有するカバーリングを備える。カバーリングの球状突起は、シールドのガスコンダクタンス孔と処理チャンバのチャンバ本体キャビティへの入り口との間の見通し線を遮断することができる。【選択図】図２

Description

本原理の実施形態は、一般に、半導体プロセスに関し、より詳細には、物理的気相堆積プロセスにおける粒子低減のためのプロセスキットの形状寸法に関する。
集積回路およびディスプレイの製造では、半導体ウエハまたはディスプレイパネルなどの基板が基板処理チャンバ内に配置され、基板上に材料を堆積またはエッチングするためにチャンバ内で処理条件が設定される。典型的なプロセスチャンバは、プロセスゾーンを取り囲むエンクロージャ壁と、チャンバ内にプロセスガスを供給するガス供給と、プロセスガスを励起して基板を処理するガスエナジャイザーと、使用済みガスを除去し、チャンバ内のガス圧を維持するガス排気装置と、基板を保持するための基板支持体と、を含むチャンバ部品を備える。そのようなチャンバは、例えば、スパッタリング（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、およびエッチングチャンバを含むことができる。ＰＶＤチャンバでは、ターゲットが、励起されたガスによってスパッタされて、ターゲット材料がスパッタされ、次いで、このターゲット材料がターゲットに面する基板上に堆積する。
スパッタリングプロセスでは、ターゲットからスパッタされた材料は、ターゲットを取り囲むチャンバ部品のエッジにも堆積し、これは望ましくない。周辺ターゲット領域は、暗空間領域を有し、この領域では暗空間領域でのイオン散乱の結果としてスパッタされた材料が再堆積する。暗空間領域でのスパッタされた材料の蓄積および付着は、そのような蓄積された堆積物が、ターゲットおよび周囲の構成要素の分解と洗浄または交換を必要とし、プラズマの短絡をもたらすことがあり、ターゲットとチャンバ壁との間でアーク放電をもたらすことがあるため、望ましくない。これらの堆積物はまた、しばしば熱応力のために剥離して剥がれ落ちて、チャンバおよび関連付けられた構成要素の内部に落下して汚染する。
基板支持体およびチャンバ側壁の周りに配置されたシールドおよびカバーリングを含むプロセスキットは、過剰なスパッタ材料を受け取って、チャンバ壁および他の構成要素表面の保護および堆積を防止するためにしばしば使用される。プロセスチャンバの内面に形成されるスパッタ堆積物の量を低減させ、スパッタ堆積物の剥離を低減させるように互いに関連して成形および配置されたプロセスキット構成要素が開示される。
本明細書では、物理的気相堆積プロセスにおける粒子低減のためのプロセスキットシールドおよびプロセスキット形状寸法の実施形態が開示される。
本原理による一部の実施形態では、基板処理チャンバ内の基板支持体に面するスパッタリングターゲットを取り囲むためのシールドは、スパッタリングターゲットを取り囲むように構成された頂壁および基板支持体を取り囲むように構成された底壁を有する円筒形バンドと、円筒形バンドの底壁から下向きかつ半径方向内向きに延在する傾斜壁であって、実質的に直線のプロファイルを有する傾斜壁と、プロセスガスを通過させることができるように傾斜壁に位置する少なくとも１つのガス孔と、を含む。
本原理による一部の実施形態では、基板処理チャンバ内のスパッタリングターゲットおよび基板支持体の周りに配置するためのプロセスキットは、スパッタリングターゲットおよびリングアセンブリを取り囲むように構成されたシールドを含む。一部の実施形態では、シールドは、スパッタリングターゲットを取り囲むように構成された頂壁および基板支持体を取り囲むように構成された底壁を有する円筒形バンドと、円筒形バンドの底壁から下向きかつ半径方向内向きに延在する傾斜壁であって、実質的に直線のプロファイルを有する傾斜壁と、プロセスガスを通過させることができるように傾斜壁に位置する少なくとも１つのガス孔と、を含む。
一部の実施形態では、リングアセンブリは、基板支持体を取り囲むように構成されたカバーリングであって、基板支持体の周りに傾斜した頂面を含み、傾斜した頂面が内周および外周を有する環状ウェッジと、傾斜した頂面の外周の周りの球状突起と、傾斜した頂面から下向きに延在するフーチングと、傾斜した頂面の内周の周りの突出縁部と、環状ウェッジから下向きに延在する内側および外側の円筒形バンドと、を含むカバーリングを備える。
一部の実施形態では、カバーリングの球状突起は、シールド上の少なくとも１つのガス孔と基板処理チャンバのチャンバ本体キャビティへの入り口との間の見通し線を遮断する。
本原理による一部の実施形態では、基板を処理するための装置は、プロセスキャビティおよびチャンバ本体キャビティを有するプロセスチャンバと、プロセスキャビティ内に配置された基板支持体と、プロセスキャビティ内で基板支持体の反対側に配置されたターゲットと、基板支持体およびターゲットの周りに位置するプロセスキットと、を含む。
一部の実施形態では、プロセスキットは、ターゲットを取り囲むシールドと、リングアセンブリと、を含む。一部の実施形態では、シールドは、スパッタリングターゲットを取り囲む頂壁および基板支持体を取り囲む底壁を有する円筒形バンドと、円筒形バンドの底壁から半径方向内向きに延在する傾斜壁であって、実質的に直線のプロファイルを有する傾斜壁と、プロセスガスを通過させることができるように傾斜壁に位置する少なくとも１つのガス孔と、を含む。
一部の実施形態では、リングアセンブリは、基板支持体の周りに位置するカバーリングであって、基板支持体の周りに傾斜した頂面を含み、傾斜した頂面が内周および外周を有する環状ウェッジと、傾斜した頂面の外周の周りの球状突起と、傾斜した頂面から下向きに延在するフーチングと、傾斜した頂面の内周の周りの突出縁部と、環状ウェッジから下向きに延在する内側および外側の円筒形バンドと、を含むカバーリングを含む。
一部の実施形態では、カバーリングの球状突起は、シールド上の少なくとも１つのガス孔と基板処理チャンバのチャンバ本体キャビティへの入り口との間の見通し線を遮断する。
本原理の他のおよびさらなる実施形態が以下に記載される。
上で簡潔に要約し、以下でより詳細に論じる本原理の実施形態は、添付の図面に示す本原理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。しかしながら、添付の図面は、本原理の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本原理が他の等しく効果的な実施形態を受け入れることができるため、範囲を限定していると考えられるべきではない。
本原理のある実施形態による基板処理チャンバの高レベルのブロック図である。 本原理のある実施形態による、図１の基板処理チャンバ、ならびに基板処理チャンバ内にシールドおよびリングアセンブリを有するプロセスキットの斜視図である。 コンピュータ支援エンジニアリング（ＣＡＥ）分析を使用して生成された最もよく知られた方法（ＢＫＭ）の基板処理チャンバのガス流速のプロットである。 本原理の実施形態による、基板処理チャンバのガス流速のプロットである。 本原理の代替の実施形態による、図１の基板処理チャンバ、ならびに基板処理チャンバ内にシールドおよびリングアセンブリを有するプロセスキットの斜視図である。
理解を容易にするために、各図に共通の同一の要素を指定するために、可能な場合は、同一の参照数字が使用された。図は、縮尺通りには描かれておらず、明瞭にするために簡略化されることがある。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳説することなく他の実施形態に有益に組み込まれることがある。
以下の詳細な説明では、本明細書で説明される例示的な実施形態または他の例の完全な理解を提供するために、数多くの特定の詳細が示されている。しかしながら、これらの実施形態および例は、特定の詳細なしで実施されてもよい。さらに、開示された実施形態は、例示目的のみのためであり、他の実施形態は、開示された実施形態の代わりに、または開示された実施形態と組み合わせて使用されてもよい。
図１は、本原理のある実施形態による基板処理チャンバの高レベルのブロック図を示す。基板処理チャンバ１００は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているＣＬＥＡＮＷ（商標）チャンバを代表するものである。しかしながら、他のプロセスチャンバもまた、本原理と併せて使用することができる。図１の基板処理チャンバ１００は、例示的に、プロセスキャビティ１０８を取り囲むエンクロージャ壁１０６を備える。壁１０６は、側壁１１６、底壁１２０、および天井１２４を含む。基板処理チャンバ１００は、様々なチャンバ間で基板１０４を移送するロボットアームなどの基板移送機構によって接続された相互接続されたチャンバのクラスタを有するマルチチャンバプラットフォーム（図示せず）の一部とすることができる。図１に示す実施形態では、基板処理チャンバ１００は、例示的に、アルミニウム、銅、タンタル、タンタル窒化物、チタン、チタン窒化物、タングステン、およびタングステン窒化物のうちの１つまたは複数などの材料を基板１０４上にスパッタ堆積させることができる物理的気相堆積またはＰＶＤチャンバとしても知られているスパッタ堆積チャンバである。
基板処理チャンバ１００は、基板１０４を支持するためのペデスタル１３４を備える基板支持体１３０を備える。ペデスタル１３４は、オーバーヘッドスパッタリングターゲット１４０のスパッタリング表面１３９に実質的に平行な平面を有する基板受け面１３８を有する。ペデスタル１３４の基板受け面１３８は、処理中に基板１０４を受けて、支持する。ペデスタル１３４は、静電チャック、または電気抵抗ヒータもしくは熱交換器などのヒータを含むことができる。動作において、基板１０４は、基板処理チャンバ１００の側壁１１６の基板装填入り口１４２を通して基板処理チャンバ１００内に導入され、基板支持体１３０上に配置される。支持体１３０は、支持体リフトベローズによって昇降可能であり、ロボットアームによって基板１０４を基板支持体１３０上に配置する間に、リフトフィンガアセンブリを使用して、基板１０４を支持体１３０上に昇降させることができる。ペデスタル１３４は、プラズマ動作中に電気的に浮遊電位に維持されてもよく、または接地されてもよい。
図２は、本原理のある実施形態によるプロセスキット２００を含む図１の基板処理チャンバ１００の斜視図を示す。図１および図２を相互に参照すると、スパッタリングターゲット１４０は、バッキング板２８４に取り付けられたスパッタリング板２８０を含む。スパッタリング板２８０は、基板１０４上にスパッタされる材料を含む。スパッタリング板２８０は、基板１０４の平面に平行な平面を形成するスパッタリング表面１３９を有する中央円筒形メサ２８６を含むことができる。環状傾斜リム２８８は、円筒形メサ２８６を取り囲む。環状リム２８８は、少なくとも約８０度、例えば、約１００度〜約２００度の角度で、円筒形メサ２８６の平面に対して傾斜させることができる。
環状傾斜リム２８８、および基板処理チャンバ１００内のシールド２０１の頂壁２１６に隣接する側壁の複雑な形状は、暗空間領域、すなわち、自由電子が高度に枯渇した、真空としてモデル化することができる領域を含む渦巻き状の間隙３００形成する。暗空間領域は、プラズマの侵入、アーク放電、不安定性を防止するように制御される。間隙３００の形状は、間隙３００を通るスパッタされたプラズマ核種の通路を妨げる迷路として作用し、したがって、スパッタされた堆積物の周辺ターゲット領域の表面への蓄積を低減させる。
バッキング板２８４は、スパッタリング板２８０を支持するための支持表面３０３と、スパッタリング板２８０の半径を超えて延在する周辺レッジ３０４と、を有する。バッキング板２８４の周辺レッジ３０４は、基板処理チャンバ１００内のアイソレータ３１０上に戴置された外側フーチング３０８を備える。周辺レッジ３０４は、真空シールを形成するためにＯリング３１４が配置されたＯリング溝３１２を含む。アイソレータ３１０は、バッキング板２８４を基板処理チャンバ１００から電気的に絶縁および分離し、典型的には、アルミニウム酸化物などの誘電体または絶縁材料から形成されたリングである。周辺レッジ３０４は、ターゲット１４０とアイソレータ３１０との間の間隙３００を通るスパッタされた材料およびプラズマ核種の流れまたは移動を阻止し、間隙３００へのスパッタされた堆積物の侵入を妨げるように成形されている。
スパッタリングターゲット１４０は、ターゲット１４０にバイアス電圧を印加するターゲット電源３２０に接続されている。ターゲット電源３２０がターゲット１４０に電力を供給している間に、ガスエナジャイザー３２４がスパッタリングガスを励起して、スパッタリングガスのプラズマを形成する。ガスエナジャイザー３２４は、コイル３２６を通る電流の印加によって電力が供給されるソースコイル３２６を備えることができる。形成されたプラズマは、ターゲット１４０のスパッタリング表面１３９に激しくぶつかり、衝突し、材料をスパッタリング表面１３９から引き離して基板１０４上にスパッタリングする。
基板処理チャンバ１００は、ターゲット１４０のスパッタリングを改善するためにターゲット１４０の周りの磁場を成形するための磁場発生器３３０を備えることができる。容量的に生成されたプラズマは、例えば、永久磁石または電磁コイルが、基板処理チャンバ１００内で、基板１０４の平面に対して平行に回転する軸を有する回転磁場を有する磁場を提供することができる磁場発生器３３０によって増強させることができる。磁場発生器３３０は、基板処理チャンバ１００のターゲット１４０の近くに磁場を生成して、ターゲット１４０に隣接する高密度プラズマ領域のイオン密度を増加させて、ターゲット１４０材料のスパッタリングを改善することができる。磁場は、実質的に非磁性ターゲット１４０を通って基板処理チャンバ１００内に延在する。
スパッタリングガスは、ガス供給システム３３２を介して基板処理チャンバ１００内に導入され、ガス供給システム３３２は、質量流量コントローラなどのガス流量制御バルブ３３８を有する導管３３６を介してガス供給３３４からガスを供給し、設定された流量のガスを通過させる。ガスは、ミキシングマニホールド（図示せず）に供給され、そこでガスが混合されて所望のプロセスガス組成物が形成され、ガス出口を有するガス分配器３４０に供給されて、ガスを基板処理チャンバ１００内に導入する。プロセスガスは、アルゴンまたはキセノンなどの非反応性ガスを含むことができ、このガスがターゲット１４０に激しくぶつかり、材料をスパッタリングすることができる。プロセスガスは、反応性ガス、例えば、スパッタされた材料と反応して基板１０４上に層を形成することができる酸素含有ガスおよび窒素含有ガスのうちの１つまたは複数を含むこともできる。次いで、ガスは、ガスエナジャイザー３２４によって励起されて、プラズマを形成し、スパッタリングターゲット１４０をスパッタする。使用済みプロセスガスおよび副産物は、排気システム３４２を通して基板処理チャンバ１００から排気される。排気システム３４２は、使用済みプロセスガスを受け取り、使用済みガスを、基板処理チャンバ１００内のガスの圧力を制御するためのスロットルバルブを有する排気導管３４６に渡す排気口３４４を備える。排気導管３４６は、１つまたは複数の排気ポンプ３４８に接続されている。
基板処理チャンバ１００は、基板１０４を処理するために基板処理チャンバ１００の構成要素を動作させる命令セットを有するプログラムコードを含むコントローラ３５０によって制御することができる。例えば、コントローラ３５０は、基板支持体１３０および基板移送機構を動作させるための基板位置決め命令セットと、基板処理チャンバ１００へのスパッタリングガスの流量を設定するためにガス流量制御バルブを動作させるためのガス流量制御命令セットと、基板処理チャンバ１００内の圧力を維持するために排気スロットルバルブを動作させるためのガス圧力制御命令セットと、ガス励起電力レベルを設定するためにガスエナジャイザー３２４を動作させるためのガスエナジャイザー制御命令セットと、基板処理チャンバ１００内のプロセスをモニタするためのプロセスモニタ命令セットと、を含むプログラムコードを含むことができる。
図１および図２の実施形態では、プロセスキット２００は、シールド２０１と、基板１０４の張り出したエッジ２０６の手前で終端する基板支持体１３０の周壁２０４の周りに配置するためのリングアセンブリ２０２と、を備える。リングアセンブリ２０２は、堆積リング２０８およびカバーリング２１２を含む。堆積リング２０８は、支持体１３０を取り囲む環状バンド２１５を含む。カバーリング２１２は、堆積リング２０８を少なくとも部分的に覆う。堆積リング２０８およびカバーリング２１２は、互いに協働して、支持体１３０の周壁２０４および基板１０４の張り出したエッジ２０６上のスパッタ堆積物の形成を低減させる。
図２に示し上述したように、堆積リング２０８は、支持体１３０の周壁２０４の周りに延在し、この周壁を取り囲む環状バンド２１５を備える。環状バンド２１５は、環状バンド２１５から横方向に延在し、支持体１３０の周壁２０４に対して実質的に平行な内側リップ２５０を含む。内側リップ２５０は、基板１０４の張り出したエッジ２０６の直下で終端する。内側リップ２５０は、基板１０４および基板支持体１３０の周辺部を取り囲む堆積リング２０８の内周を画定して、処理中に基板１０４によって覆われていない基板支持体１３０の領域を保護する。例えば、内側リップ２５０は、普通ならば処理環境にさらされる支持体１３０の周壁２０４を取り囲み、少なくとも部分的に覆って、周壁２０４へのスパッタリング堆積物の堆積を低減させるか、または完全に排除さえする。堆積リング２０８は、支持体１３０の露出した側面を保護して、励起されたプラズマ核種による浸食を低減させる働きもすることができる。
図１および図２に示す実施形態では、堆積リング２０８の環状バンド２１５は、環状バンド２１５の中央部分に沿って延在する半円形突起２５２を有し、この半円形突起２５２の両側に半径方向内向きの窪み２５４ａ、ｂがある。半径方向内向きの窪み２５４ａは、カバーリング２１２から離間して、それらの間に円弧形間隙２５６を形成し、この円弧形間隙が迷路として作用して、プラズマ核種の円弧形間隙２５６への侵入を低減させる。開いた内側チャネル２５８は、内側リップ２５０と半円形突起２５２との間に位置する。開いた内側チャネル２５８は、半径方向内向きに延在して、基板１０４の張り出したエッジ２０６の下で少なくとも部分的に終端する。開いた内側チャネル２５８は、堆積リング２０８の洗浄中にこれらの部分からのスパッタリング堆積物の除去を容易にする。堆積リング２０８は、外側に延在し、半円形突起２５２の半径方向外向きに位置するレッジ２６０も有する。レッジ２６０は、カバーリング２１２を支持するのに役立つ。
図２に示し上述したように、カバーリング２１２は、堆積リング２０８を取り囲み、堆積リング２０８を受け入れるように少なくとも部分的に覆い、したがって、スパッタリング堆積物の大部分から堆積リング２０８を遮る。カバーリング２１２は、半径方向内向きに傾斜し、基板支持体１３０を取り囲む傾斜した頂面２６４を含む環状ウェッジ２６２を備える。カバーリング２１２の傾斜した頂面２６４の角度は、例えば、基板１０４の張り出したエッジ２０６に最も近いスパッタ堆積物の蓄積を最小化するように設計されており、そうでなければ、基板１０４全体にわたって得られる堆積均一性に悪影響を及ぼす。
環状ウェッジ２６２の傾斜した頂面２６４は、内周２６６および外周２６８を有する。内周２６６は、堆積リング２０８の開いた内側チャネル２５８を含む半径方向内向きの窪み２５４ａの上を覆う突出縁部２７０を含む。突出縁部２７０は、堆積リング２０８の開いた内側チャネル２５８上へのスパッタリング堆積物の堆積を低減させる。突出縁部２７０は、堆積リング２０８で形成された円弧状の間隙２５６の幅の少なくとも約半分に相当する距離突出する。突出縁部２７０は、円弧状の間隙２５６と協働し補完して、カバーリング２１２と堆積リング２０８との間に、周壁２０４へのプロセス堆積物の流れを阻止する渦巻き状の狭窄した流路を形成するように、サイズ調整され、成形され、位置決めされている。狭い間隙２５６の狭窄した流路は、堆積リング２０８とカバーリング２１２の合わせ面上での低エネルギースパッタ堆積物の蓄積を制限しており、そうでなければ、堆積物を互いに、または基板１０４の周囲の張り出したエッジ２０６に付着させることになる。
傾斜した頂面２６４の外周２６８の周りには、球状突起２７２がある。図２の実施形態では、球状突起２７２は、シールド２０１とともに円弧状の間隙を形成する楕円形の円周面２７４を含む。
カバーリング２１２は、環状ウェッジ２６２の傾斜した頂面２６４から下向きに延在して、堆積リング２０８のレッジ２６０上に戴置されるフーチング２７６を備える。フーチング２７６は、ウェッジ２６２から下向きに延在して、堆積リング２０８を実質的に亀裂または破断させることなく、堆積リング２０８を押圧する。カバーリング２１２は、環状ウェッジ２６２から下向きに延在し、間に間隙を有する内側および外側の円筒形バンド２７８ａ、ｂをさらに備える。一部の実施形態では、内側および外側の円筒形バンド２７８ａ、ｂは、実質的に垂直である。円筒形バンド２７８ａ、ｂは、ウェッジ２６２のフーチング２７６の半径方向外向きに位置する。内側円筒形バンド２７８ａは、外側円筒形バンド２７８ｂよりも高さが低い。
カバーリング２１２は、調整可能とすることができ、シールド２０１のガスコンダクタンス孔２４９を異なる高さの範囲で効果的にシールドする。例えば、カバーリング２１２は、チャンバ内の基板支持体１３０との関係でカバーリング２１２の高さを調整するために上げ下げすることができる。
図２に示すように、プロセスキット２００のシールド２０１は、基板支持体１３０に面するスパッタリングターゲット１４０のスパッタリング表面１３９、および基板支持体１３０の外周を取り囲む。シールド２０１は、基板処理チャンバ１００の側壁１１６を覆い、かつ遮って、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリング表面１３９に由来するスパッタリング堆積物がシールド２０１の背後の構成要素および表面上に堆積するのを低減させる。例えば、シールド２０１は、支持体１３０の表面、基板１０４の張り出したエッジ２０６、基板処理チャンバ１００の側壁１１６および底壁１２０を保護することができる。
図２に示す実施形態では、シールド２０１は、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリング表面１３９および基板支持体１３０を取り囲むようにサイズ調整された直径を有する円筒形バンド２１４を含む。円筒形バンド２１４は、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリング表面１３９を取り囲む頂壁２１６を有する。シールド２０１の環状アダプタ２２６は、基板処理チャンバ１００の側壁１１６を取り囲む。複数のピン２３０は、アダプタ２２６に沿って円形または円形の配置に沿って離間して配置されている。一部の実施形態では、少なくとも３つのピン２３０が、アダプタ２２６上で円形に配置されている。各ピン２３０は、例えば鋼、または例えばステンレス鋼などの材料から構成された剛性部材を含むことができる。
シールド２０１は、基板支持体１３０を取り囲む底壁２４２を備える。傾斜壁２４４は、円筒形バンド２１４の底壁２４２から内向きに延在し、基板支持体１３０を取り囲む。図２に示す実施形態では、傾斜壁２４４は、実質的に直線のプロファイルを含む。すなわち、本発明者らは、傾斜壁２４４が、シールドの下方部分に傾斜した段差を含むＢＫＭプロセスチャンバと比較して、実質的に直線のプロファイルを含む場合、シールド２０１上に堆積するスパッタ材料の剥離が低減されると判断した。したがって、傾斜壁２４４を傾斜した段差と比較してより直線的にすることにより、シールド２０１上に堆積したスパッタされた材料の剥離が低減される。
シールド２０１の傾斜壁２４４は、プロセスガスを通過させることができる少なくとも１つのガスコンダクタンス孔２４９を有するチャネル２４６の外側区間を形成する。チャネル２４６は、傾斜壁２４４から離間された内側の第２の区間２５３も備える。シールド２０１により、基板処理チャンバ１００からのガスがガスコンダクタンス孔２４９を通過し、チャネル２４６を通って循環し、プロセスキャビティ１０８（例えば、処理容積）に入るのが可能になる。図２に示す実施形態では、傾斜壁２４４のガスコンダクタンス孔２４９は実質的に矩形状であるが、本原理による他の実施形態では、傾斜壁２４４のガスコンダクタンス孔は実質的に任意の形状に従うことができる。加えて、図２に示す実施形態では、ガスコンダクタンス孔２４９は、例示的に傾斜壁２４４の中央部分に位置しているが、代替の実施形態では、ガスコンダクタンス孔２４９は、カバーリング２１２が、シールド２０１のガスコンダクタンス孔２４９を通過するガスが間隙３００への直接の見通し線を有するのを防止することができる限り、傾斜壁２４４に沿った実質的に任意の場所に位置することができる。例えば、一部の実施形態では、ガスコンダクタンス孔２４９は、傾斜壁２４４の下方部分に位置することができる。
本原理の実施形態によると、カバーリング２１２の球状突起２７２、シールド２０１の傾斜壁２４４の角度および長さ、ならびにシールド２０１上のガスコンダクタンス孔２４９のサイズ、形状、および位置は、プロセスキット構成要素上に堆積したスパッタ材料の剥離を低減させ、見通し線堆積物がプロセスキャビティ１０８を出てチャンバ本体キャビティ（例えば、非処理容積）に入るのを遮断するように設計され、協働する。より具体的には、カバーリング２１２の球状突起２７２、シールド２０１の傾斜壁２４４の角度および長さ、ならびにシールド２０１上のガスコンダクタンス孔２４９の形状および位置は、プロセスキット構成要素上のスパッタ堆積物の剥離を低減させ、シールド２０１のガスコンダクタンス孔２４９を通過するガスがターゲット１４０とアイソレータ３１０との間の間隙３００への直接の見通し線を有すること防止するように設計され、プラズマをプロセスキャビティ１０８内に閉じ込め、そのためプラズマによって運ばれたスパッタ堆積物が間隙３００に入るのを防止する。
本発明者らは、傾斜壁２４４が実質的に直線のプロファイルを含む場合、シールド２０１上に堆積したスパッタ材料の剥離が低減すると判断した。より具体的には、シールド２０１の下方部分の傾斜壁２４４を実質的に直線にすることにより、結果として、スパッタ堆積物のシールド２０１上への膜接着が良好になり、スパッタ堆積物の剥離が少なくなる。本発明者らは、カバーリング２１２の突起２７２がシールド２０１のガスコンダクタンス孔２４９と、ターゲット１４０とアイソレータ３１０間の間隙３００との間の見通し線を遮断することができるように傾斜壁２４４に角度を付ける必要があるとさらに判断した。加えて、傾斜壁２４４の長さは、シールド２０１のガスコンダクタンス孔２４９と、ターゲット１４０とアイソレータ３１０間の間隙３００との間の見通し線を、カバーリング２１２の突起２７２によって遮断することができるように、ガスコンダクタンス孔２４９が傾斜壁２４４上に位置することができるような長さでなければならない。本発明の原理による一部の実施形態では、ガスコンダクタンス孔２４９は、ＢＫＭプロセスキットのガスコンダクタンスよりも典型的には低い位置でシールド２０１の傾斜壁２４４上に位置し、そのためガスコンダクタンス孔２４９は、カバーリング２１２のより近くに位置する。一実施形態では、本原理によるプロセスキットは、幅が約０．４５インチ、例えば約０．２インチ〜約０．８インチ、長さが約１．６インチ、例えば約１インチ〜約２インチのコンダクタンス孔２４９を有するシールド２０１を含む。シールド２０１は、約２５度、例えば約１５度〜約４５度の角度を有する傾斜壁２４４をさらに含むことができる。そのような構成により、本原理によるプロセスキット２００は、結果としてシールド２０１からのスパッタ堆積物の剥離を少なくする。加えて、シールド２０１のガスコンダクタンス孔２４９と、ターゲット１４０とアイソレータ３１０間の間隙３００との間の見通し線は、カバーリング２１２の球状突起２７２によって遮断され、プラズマによって運ばれるスパッタ堆積物が間隙３００に入るのを防止する。
図２において、ターゲット１４０とアイソレータ３１０との間の間隙３００に始まり、カバーリング２１２の突起２７２に向かって延在する点線２９９は、シールド２０１のガスコンダクタンス孔２４９と間隙３００との間の見通し線を表す。図２に示すように、カバーリング２１２の球状突起２７２、シールド２０１の傾斜壁２４４の角度および長さ、ならびにシールド２０１上のガスコンダクタンス孔２４９は、シールド２０１のガスコンダクタンス孔２４９と、ターゲット１４０とアイソレータ３１０間の間隙３００との間の見通し線を遮断し、少なくともシールド２０１上のスパッタ堆積物の剥離を低減させるように、互いに関係して成形され、配置されている。
本原理によるプロセスキット２００では、ガスコンダクタンス孔２４９は、シールド２０１およびシールド２０１の傾斜壁２４４の下方に位置し、コンダクタンス孔が円筒形バンド２１４の表面に平行で、シールドの上方に位置する最もよく知られた方法（ＢＫＭ）のプロセスキットとは異なる。本原理によるプロセスキット２００の形状寸法は、プラズマを閉じ込めるために、プロセスキット２００のライナー２０３がさらに内向きに延在することを必要とする。すなわち、図２に戻って参照すると、プロセスキット２００は、ライナー２０３をさらに備えることができる。図２のライナー２０３は、例示的に、アダプタ２２６とシールド２０１との間に位置し、シールド２０１の基部のレベルまで延在し、ＢＫＭプロセスキットと比較して内向きに移動して、シールド２０１の底部の傾斜壁２４４上に位置する、ＢＫＭプロセスキットと比較してカバーリング２１２に相対的に近いシールド２０１のガスコンダクタンス孔２４９を遮る。
シールド接地ユニットを備えるプロセスチャンバでは、本発明の原理に従って、シールド接地ユニットをより小さくして、プロセスキットのライナーを内向きに移動させることができる。図４は、本原理の代替の実施形態によるプロセスキット４００を含む図１の基板処理チャンバ１００の斜視図を示す。図４の基板処理チャンバ１００は、プロセスキット４００、ライナー２０３、およびシールド接地ユニット４０２を含む。図４のプロセスキット４００は、シールド２０１、カバーリング２１２、および堆積リング２０８を備える。図４に示すように、シールド接地ユニット４０２は、シールド２０１の下に位置し、シールド２０１を接地するように実装されている。図４に示すシールド接地ユニット４０２は、プロセスキット４００のライナー２０３を内向きに移動させて、プラズマを効果的に閉じ込めることができるようにサイズが縮小されている。図４のシールド接地ユニット４０４の点線部分４０６は、シールド２０１のガスコンダクタンス孔２４９を遮り、プラズマを閉じ込めるために、シールド２０１に対してライナー２０３の配置を適応させるように除去されたシールド接地ユニット４０４の部分を表す。
図４に示すように、シールド接地ユニット４０４のサイズが縮小しているため、シールド２０１は、シールド接地ユニット４０２にわずかしか接触しない。そのため、図４の実施形態では、シールド２０１の内側の第２の区間２５３は、例示的に、シールド接地ユニット４０２と接触するためのフランジ４０４を備える。上述したように、サイズを縮小させたシールド接地ユニット４０２は、シールド２０１のコンダクタンス孔２４９を適切に遮り、プラズマを閉じ込めるために、ライナー２０３を内向きに移動させることができる。
本原理による一部の実施形態では、プロセスチャンバ内のガスコンダクタンスは、カバーリング２１２の少なくとも球状突起２７２、シールド２０１の傾斜壁２４４の角度および長さ、ならびにシールド２０１上のガスコンダクタンス孔２４９を互いに関連させて成形および配置する際に考慮に入れられる。より具体的には、図１の基板処理チャンバ１００などの基板処理チャンバでは、必要なプロセスガスをプロセスキャビティに供給し、使用済みプロセスガスを適切に排気するために、高コンダクタンスのガス流路が必要である。本原理による一部の実施形態では、カバーリング２１２の球状突起２７２、シールド２０１の傾斜壁２４４の角度および長さ、ならびにシールド２０１上のガスコンダクタンス孔２４９を互いに関連させて成形および配置して、シールド２０１のガスコンダクタンス孔２４９とターゲット１４０とアイソレータ３１０間の間隙３００との間の見通し線を遮断し、スパッタ堆積物の剥離を低減させることに加えて、カバーリング２１２の球状突起２７２、シールド２０１の傾斜壁２４４の角度および長さ、ならびにシールド２０１上のガスコンダクタンス孔２４９を、さらに成形および配置して、基板処理チャンバ１００内のガスコンダクタンスを最大化させるように、または最もよく知られている方法（ＢＫＭ）のガスコンダクタンスと少なくとも一致させるように試みる。
図３Ａは、コンピュータ支援エンジニアリング（ＣＡＥ）分析を使用して生成されたＢＫＭ基板処理チャンバのガス流速のプロットを示す。図３Ｂは、ＣＡＥ分析を使用して生成された、図１の基板処理チャンバ１００などの本原理による基板処理チャンバのガス流速のプロットを示す。図３Ａと図３Ｂのプロットの比較から判断することができるように、本原理による処理チャンバのガスコンダクタンスの最大速度は、ＢＫＭ処理チャンバと一致している。図３Ａと図３Ｂのプロットの比較は、図１の基板処理チャンバ１００のシールド２０１の傾斜壁２４４におけるガスコンダクタンス孔２４９の周りのガスの速度が、ＢＫＭ基板処理チャンバのガスコンダクタンススロット周辺のガスの速度よりも低いことをさらに示す。そのため、本原理による基板処理チャンバ１００内の基板の表面上の粒子付着物は、少なくとも、より低速のガスにより、プロセスキャビティ１０８の表面上のスパッタ堆積物の剥離が少なくなり、より低速のガスにより、はがれたスパッタ粒子を運ぶことが少なくなるため、少なくなる。
本原理による一部の実施形態では、シールド２０１、堆積リング２０８、およびカバーリング２１２のうちの少なくとも１つの露出表面は、コーティングで処理されて、基板処理中に露出表面上に堆積させた膜の粒子保持を改善する。コーティングは、一般に、露出表面にミクロまたはマクロのテクスチャリングを提供する突起を含む。一実施形態では、コーティングは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なＬａｖａＣｏａｔまたはＬａｖａＣｏａｔＩＩコーティングを含むことができる。一部の実施形態では、コーティングは、丸みを帯びた粒子、半円形の突起を含むことができ、ならびに／または他の形状および形状寸法を含むことができる。コーティングの突起は、隣接する突起から分離した離散的な突起を含むことができる。代替としてまたは加えて、コーティングの表面テクスチャリングは、粒子接着を改善するために波形プロファイルを含むことができる。コーティングの波形プロファイルは、エッチング、ビーズもしくはグリット、ブラスト、レーザアブレーション、または３Ｄ印刷によって形成することができる。一部の実施形態では、コーティングは、基板処理チャンバ１００およびプロセスキット２００の露出表面全体に塗布することができ、または代替として基板処理チャンバ１００およびプロセスキット２００の露出表面の一部のみに塗布することができる。一部の他の実施形態では、基板処理チャンバ１００の構成要素のいずれかの露出表面は、コーティングで処理されて、上述したように、基板処理中に露出表面に堆積させた膜の粒子保持を改善する。
本発明者らは、上述したような、本原理によるプロセスキットに対してモル分率分析試験を行って、反応性ガスを用いたプロセス条件がＢＫＭプロセスキットとどれだけよく一致するかを判定した。プロセスキャビティの領域を綿密に調べると、いくつかの相違が認められたが、本原理によるプロセスキットの反応性ガスを用いたプロセス条件は、マクロレベルでよく一致している。
上述したプロセスキット２００は、基板処理チャンバ１００のプロセスサイクル数および処理時間を大幅に増加させ、洗浄間の時間量を増加させる。このような利点は、基板１０４の周囲の構成要素上に形成されるスパッタリング堆積物の剥離の量を減らすこと、およびターゲット１４０とアイソレータ３１０との間の間隙３００に向かってガスによって運ばれるスパッタリング堆積物の量を減らすことによって達成される。
前述の事項は、本原理の実施形態を対象としているが、他のおよびさらなる実施形態が、その基本的な範囲から逸脱することなく考案され得る。例えば、プロセスキット２００またはその構成要素は、当業者には明らかなように、他のタイプの用途、例えば、エッチング、ＣＶＤ、およびエッチングチャンバで使用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲の精神および範囲は、本明細書に含まれる実施形態の説明に限定されるべきではない。

Claims (15)

  1. 基板処理チャンバ内の基板支持体に面するスパッタリングターゲットを取り囲むように構成されたプロセスキットシールドであって、
    前記スパッタリングターゲットを取り囲むように構成された頂壁および前記基板支持体を取り囲むように構成された底壁を有する円筒形バンドと、
    前記円筒形バンドの前記底壁から下向きかつ半径方向内向きに延在する傾斜壁であり、実質的に直線のプロファイルを有する、傾斜壁と、
    プロセスガスを通過させることができるように前記傾斜壁に位置する少なくとも１つのガス孔と、
    を備える、プロセスキットシールド。
  2. 前記傾斜壁の前記少なくとも１つのガス孔が、約０．２インチ〜約０．８インチの幅、および約１インチ〜２インチの長さを含む、請求項１に記載のプロセスキットシールド。
  3. 前記傾斜壁が約１５度〜４５度の角度を含む、請求項１に記載のプロセスキットシールド。
  4. 前記シールドの露出表面上にミクロまたはマクロのテクスチャコーティングのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のプロセスキットシールド。
  5. 基板処理チャンバ内のスパッタリングターゲットおよび基板支持体の周りに配置するように構成されたプロセスキットであって、
    前記スパッタリングターゲットを取り囲むように構成されたシールドであり、
    前記スパッタリングターゲットを取り囲むように構成された頂壁および前記基板支持体を取り囲むように構成された底壁を有する円筒形バンド、
    前記円筒形バンドの前記底壁から下向きかつ半径方向内向きに延在する傾斜壁で、実質的に直線のプロファイルを有する、傾斜壁、および
    プロセスガスを通過させることができるように前記傾斜壁に位置する少なくとも１つのガス孔、
    を備える、シールドと、
    リングアセンブリであり、
    前記基板支持体を取り囲むように構成されたカバーリングで、前記基板支持体の周りに傾斜した頂面を含む環状ウェッジを備え、前記傾斜した頂面が内周および外周を有するカバーリング、前記傾斜した頂面の外周の周りの球状突起、前記傾斜した頂面から下向きに延在するフーチング、前記傾斜した頂面の内周の周りの突出縁部、および前記環状ウェッジから下向きに延在する内側および外側の円筒形バンド、
    を備える、リングアセンブリと、
    を備える、プロセスキット。
  6. 前記基板処理チャンバに取り付けられると、前記カバーリングの前記球状突起が、前記シールド上の前記少なくとも１つのガス孔とチャンバ本体キャビティへの入り口との間の見通し線を遮断するように構成されている、請求項５に記載のプロセスキット。
  7. 前記シールドの前記傾斜壁の前記少なくとも１つのガス孔が、約０．２インチ〜約０．８インチの幅、および約１インチ〜２インチの長さを含む、請求項５に記載のプロセスキット。
  8. 前記シールドの前記傾斜壁が、約１５度〜４５度の角度を含む、請求項５に記載のプロセスキット。
  9. 前記基板処理チャンバ、前記シールド、または前記カバーリングのうちの少なくとも１つの露出表面上にミクロもしくはマクロのテクスチャコーティングのうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載のプロセスキット。
  10. 前記リングアセンブリが、前記フーチングによって前記カバーリングを支持し、前記基板支持体上に位置する基板の周辺部をシールドするための堆積リングをさらに備える、請求項５に記載のプロセスキット。
  11. 前記シールドを取り囲み、前記基板処理チャンバのプロセスキャビティ内にプラズマを閉じ込めるように構成されたライナーをさらに備える、請求項５に記載のプロセスキット。
  12. プロセスキャビティおよびチャンバ本体キャビティを有するプロセスチャンバと、
    前記プロセスキャビティ内に配置された基板支持体と、
    前記プロセスキャビティ内で前記基板支持体の反対側に配置されたターゲットと、
    前記基板支持体および前記ターゲットの周り配置されたプロセスキットと、
    を備える、基板を処理するための装置であって、前記プロセスキットが、
    前記ターゲットを取り囲むシールドであり、
    前記ターゲットを取り囲む頂壁および前記基板支持体を取り囲む底壁を有する円筒形バンド、
    前記円筒形バンドの前記底壁から半径方向内向きに延在する傾斜壁で、実質的に直線のプロファイルを有する傾斜壁、および
    プロセスガスを通過させることができるように前記傾斜壁に位置する少なくとも１つのガス孔
    を備える、シールド
    ならびに
    リングアセンブリであり、
    前記基板支持体の周りに位置するカバーリングで、
    前記基板支持体の周りに傾斜した頂面を含む環状ウェッジで、前記傾斜した頂面が内周および外周を有する、環状ウェッジ、
    前記傾斜した頂面の外周の周りの球状突起、
    前記傾斜した頂面から下向きに延在するフーチング、
    前記傾斜した頂面の内周の周りの突出縁部、および
    前記環状ウェッジから下向きに延在する内側および外側の円筒形バンド、
    を備える、カバーリング
    を備える、リングアセンブリ
    を備える、
    装置。
  13. 前記カバーリングの前記球状突起が、前記シールド上の前記少なくとも１つのガス孔と前記プロセスチャンバの前記チャンバ本体キャビティへの入り口との間の見通し線を遮断する、請求項１２に記載の装置。
  14. 前記プロセスチャンバの前記プロセスキャビティ、前記シールド、または前記カバーリングのうちの少なくとも１つの露出表面上にミクロもしくはマクロのテクスチャコーティングのうちの少なくとも１つを含み、前記ミクロもしくはマクロのテクスチャコーティングが丸みを帯びた粒子または半円形の突起のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の装置。
  15. 前記プロセスキットが、前記フーチングによって前記カバーリングを支持し、前記基板支持体上に位置する基板の周辺部をシールドするための堆積リング、またはプラズマを前記プロセスチャンバの前記プロセスキャビティ内に閉じ込めるための前記シールドを取り囲むライナーのうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項１２に記載の装置。
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