JP2022022225A - 背高の堆積リングと堆積リングクランプとを有するプロセスキット - Google Patents

Abstract

【課題】プロセスキットおよびそれを組み込んだプロセスチャンバを提供する。【解決手段】いくつかの実施形態では、プロセスキットは、所与の幅を有する基板を支持するように設計された基板支持体に配設されるように構成された堆積リングを含み、堆積リングは、基板支持体の下部レッジに載るように構成された環状バンドと、環状バンドの内側エッジから上方に延びる内側リップであって、内側リップの内面と環状バンドの内面とが、所与の幅よりも小さい幅を有する中央開口を一緒に形成し、環状バンドの上面と内側リップの上面との間の深さが、約２４ｍｍと約３８ｍｍとの間である、内側リップと、環状バンドの半径方向外側に配設されたチャネルと、チャネルの上方に延び、チャネルの半径方向外側に配設された外側リップとを含む。【選択図】図３

Description

本開示の実施形態は、一般に、基板処理装置に関する。

処理容積部を非処理容積部から分離するために、例えば物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ内でプロセスキットシールドを使用することができる。基板にアルミニウムを堆積させるように構成されたＰＶＤチャンバでは、プロセスキットシールドは、例えば、ステンレス鋼（ＳＳＴ）から製作することができる。処理中にプロセスキットシールドに堆積されたアルミニウム層は、ベースＳＳＴシールド材料からエッチング除去することができるので、ＳＳＴプロセスキットシールドは多数回リサイクルすることができる。しかしながら、本発明者等は、従来のアルミニウム堆積プロセスと比較して、著しく増大させたプロセス電力および堆積時間を使用して基板に比較的厚いアルミニウム膜を堆積させることに取り組んでいる。
高堆積プロセスでは、堆積が基板の裏面に形成され得る時点まで、プロセスキットへの堆積蓄積が大きく積み重なる。その時点において、堆積は基板の裏面に付着または固着し得るが、これが、基板取り扱いの問題を引き起こし、基板の破壊をもたらすことがある。
したがって、本発明者等は、本明細書で開示するような改善したプロセスキットの実施形態を提供している。

プロセスキットおよびそれを組み込んだプロセスチャンバの実施形態が本明細書で提供される。いくつかの実施形態では、プロセスキットは、所与の幅を有する基板を支持するように設計された基板支持体に配設されるように構成された堆積リングを含み、堆積リングは、基板支持体の下部レッジに載るように構成された環状バンドと、環状バンドの内側エッジから上方に延びる内側リップであって、内側リップの内面と環状バンドの内面とが、所与の幅よりも小さい幅を有する中央開口を一緒に形成し、環状バンドの上面と内側リップの上面との間の深さが、約２４ｍｍと約３８ｍｍとの間である、内側リップと、環状バンドの半径方向外側に配設されたチャネルと、チャネルの上方に延び、チャネルの半径方向外側に配設された外側リップとを含む。

いくつかの実施形態では、プロセスキットは、所与の幅を有する基板を支持するように設計された基板支持体に配設されるように構成された堆積リングであって、基板支持体の下部レッジに載るように構成された環状バンドと、環状バンドの内側エッジから上方に延びる内側リップであって、内側リップの内面と環状バンドの内面とが、所与の幅よりも小さい幅を有する中央開口を一緒に形成し、環状バンドの上面と内側リップの上面との間の深さが、約２４ｍｍと約３８ｍｍとの間である、内側リップと、環状バンドの半径方向外側に配設されたチャネルと、チャネルの上方に延び、チャネルの半径方向外側に配設された外側リップとを含む、堆積リングと、クランプアセンブリであって、基板支持体に結合されたベースプレートと、堆積リングの垂直移動を防止するために堆積リングと連結するための、ベースプレートから上方に延びる２つ以上のクランプとを含む、クランプアセンブリとを含む。
いくつかの実施形態では、プロセスキットは、所与の幅を有する基板を支持するように設計された基板支持体に配設されるように構成された堆積リングであって、基板支持体の下部レッジに載るように構成された環状バンドと、環状バンドの内側エッジから上方に延びる内側リップであって、内側リップの内面と環状バンドの内面とが、所与の幅よりも小さい幅を有する中央開口を一緒に形成し、環状バンドの上面と内側リップの上面との間の深さが、約２４ｍｍと約３８ｍｍとの間である、内側リップと、環状バンドの半径方向外側に配設されたチャネルと、チャネルの上方に延び、チャネルの半径方向外側に配設された外側リップとを含む、堆積リングと、クランプアセンブリであって、基板支持体に結合されたベースプレートと、堆積リングの垂直移動を防止するために堆積リングと連結するための、ベースプレートから上方に延びる２つ以上のクランプであって、２つ以上のクランプの各々が、半径方向内側に延びるアームと、アームから堆積リングのチャネル中に延びる下方突出しリップとを含む、クランプアセンブリとを含む。
本開示の他のおよびさらなる実施形態を以下で説明する。

上述で簡単に要約し、以下でさらに詳細に論じる本開示の実施形態は、添付図面に示す本開示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、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、それゆえに、本開示が他の同等に効果的な実施形態を認めることができるので範囲の限定と考えるべきでない。

本開示のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバの概略断面図である。 本開示のいくつかの実施形態によるプロセスキットの概略断面図である。 本開示のいくつかの実施形態によるプロセスキットの概略断面図である。

理解を容易にするために、可能な場合は、図に共通する同一の要素を指定するのに同一の参照符号が使用されている。図は縮尺通りに描かれておらず、明瞭にするために簡略化されていることがある。１つの実施形態の要素および特徴は、さらなる詳説なしに他の実施形態に有益に組み込むことができる。
プロセスキットおよびそのようなプロセスキットを組み込んだプロセスチャンバの実施形態を本明細書で提供する。いくつかの実施形態において、一体形プロセスキットシールドと背高の堆積リングとを含むプロセスキットを本明細書で提供する。背高の堆積リングは、有利には、従来の堆積リングと比較して、背高の堆積リングへの堆積材料の蓄積を増加させることができる。その結果、背高の堆積リングは、従来の堆積リングと比較したとき、処理している基板の裏側に堆積物がそれほど速く付着しないので、洗浄に先だってより多くのプロセスサイクルを行うことができる。基板の裏側に付着する堆積物に関連する問題をさらに緩和するために、万一背高の堆積リングへの堆積物が基板の裏側に付着する場合、背高の堆積リングを下げて保持するためにクランプアセンブリを設けることができる。その結果、クランプアセンブリによって背高の堆積リングの持ち上がりが防止されるので、基板の裏側への堆積物付着に起因して基板が持ち上げられるのに伴って背高の堆積リングが持ち上げられることに関連する損傷が、有利に避けられる。

図１は、本開示のいくつかの実施形態によるプロセスキットシールドを有する例示的なプロセスチャンバ１００（例えば、ＰＶＤチャンバ）の概略断面図を示す。本開示のプロセスキットシールドとともに使用するのに好適なＰＶＤチャンバの例には、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ＡＬＰＳ（登録商標）Ｐｌｕｓ、ＳＩＰ ＥＮＣＯＲＥ（登録商標）、および他のＰＶＤ処理チャンバが含まれる。Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．または他の製造業による他の処理チャンバも、本明細書で開示する本発明の装置から利益を得ることができる。
プロセスチャンバ１００は、内部容積部１０８を囲むチャンバ壁１０６を含む。チャンバ壁１０６は、側壁１１６と、底部壁１２０と、シーリング１２４とを含む。プロセスチャンバ１００は、独立型チャンバ、または様々なチャンバ間に基板１０４を移送する基板移送機構によって接続された相互接続型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。プロセスチャンバ１００は、基板１０４上に材料をスパッタ堆積させることができるＰＶＤチャンバとすることができる。スパッタ堆積に好適な材料の非限定の例には、アルミニウム、銅、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステンなどのうちの１つまたは複数が含まれる。

プロセスチャンバ１００は、基板１０４を支持するために、ペデスタル１３４を含む基板支持体１３０を含む。ペデスタル１３４は、プロセスチャンバ１００の上部セクションに配設されたスパッタリングターゲット１４０のスパッタリング表面１３９と実質的に平行な面を有する基板支持体表面１３８を有する。ペデスタル１３４の基板支持体表面１３８は、処理中に所与の幅を避難させる基板１０４を支持するように設計される。基板１０４の幅は、基板１０４が円形の場合は直径とすることができ、または基板が正方形／長方形の場合は幅とすることができる。ペデスタル１３４は、静電チャックまたはヒータ（抵抗加熱ヒータ、熱交換器、もしくは他の好適な加熱デバイスなど）を含むことができる。動作中、基板１０４は、プロセスチャンバ１００の側壁１１６の基板ローディング入口１４２を通してプロセスチャンバ１００内に導入され、基板支持体１３０上に配置される。基板支持体１３０は支持体リフト機構によって上昇または下降させることができ、リフトフィンガアセンブリが、ロボットアームによって基板１０４を基板支持体１３０に配置する間基板１０４を基板支持体１３０から持ち上げ、基板支持体１３０上に降ろすために使用され得る。ペデスタル１３４は、プラズマ動作の間、電気的に浮遊電位に維持するかまたは接地することができる。

プロセスチャンバ１００は、図２および図３に示すようにプロセスキット１０２をさらに含み、プロセスキット１０２は、例えば、構成要素表面からスパッタリング堆積物を洗浄して落とし、腐食した構成要素を取り替えるかもしくは修理するために、または他のプロセスにプロセスチャンバ１００を適応させるために、プロセスチャンバ１００から容易に取り外すことができる様々な構成要素を含む。本発明者等は、プロセスキットシールド、プロセスキットアダプタ、およびプロセスキットカバーリングの接触界面の熱抵抗がシールド温度に悪影響を及ぼすことを発見した。さらに、シールドとアダプタとの間のクランプ力が低いと、冷却剤チャネルを使用して伝熱率を強化している場合でさえ、アダプタとシールドとの間の伝熱が不十分になる。低い伝熱率の問題は、カバーリングが浮動要素である（すなわち、シールドに結合されていない）ため、カバーリングに関してさらに悪化する。したがって、本発明者等は、シールドおよびカバーリングの冷却／加熱を有利に改善する一体形シールド１１０を有するプロセスキットを設計した。

いくつかの実施形態では、一体形シールド１１０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と基板支持体１３０とを取り囲むような大きさとされた直径を有する円筒形本体１２６を含む（例えば、スパッタリング表面１３９よりも大きく、基板支持体１３０の支持表面よりも大きい直径）。円筒形本体１２６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の外側エッジを囲む上部部分１２８と、基板支持体１３０を囲む下部部分１３２とを有する。上部部分１２８は、一体形シールド１１０を側壁１１６上に支持するためのアダプタセクション１３６と、基板支持体１３０の周囲壁１１２のまわりに配置するためのカバーリングセクション１２２とを含む。プロセスキット１０２は、カバーリングセクション１２２の下方に配設された背高の堆積リング（堆積リング１１８）をさらに含む。堆積リング１１８は、基板支持体１３０の下部レッジ１３５上に位置する。カバーリングセクション１２２の底面は、堆積リング１１８と連結する。

上記のように、堆積材料が基板の裏側に固着し始めるまで、ターゲットからスパッタされた材料は従来の堆積リングに蓄積することを、本発明者等は発見した。基板の処理が完了した後、基板は基板支持体から持ち上げられて別の場所に移送される。しかしながら、従来の堆積リングに堆積された材料は基板の裏側に固着されているので、基板が持ち上げられたときに、材料が薄片になってはがれ、および／または基板の裏側が損傷する。したがって、本発明者等は、上述の固着問題に対処するために堆積リング１１８を開発した。

堆積リング１１８は、図２に示すように基板支持体１３０の周囲壁１１２のまわりに延びてそれを囲む環状バンド２１５を含む。内側リップ２５０が環状バンド２１５の内側エッジから上方に延び、内側リップ２５０は基板支持体１３０の周囲壁１１２と実質的に平行であり、その結果、内側リップ２５０の内面と環状バンド２１５の内面とは、位置が合わせられ、基板１０４の所与の幅よりも小さい幅を有する中央開口を一緒に形成する。内側リップ２５０は、基板１０４のオーバハングエッジ１１４の真下で終了する。内側リップ２５０は、処理の間基板１０４で覆われない基板支持体１３０の領域を保護するために、基板１０４および基板支持体１３０の周囲を囲む堆積リング１１８の内周を画定する。例えば、内側リップ２５０は、普通なら処理環境にさらされるはずの基板支持体１３０の周囲壁１１２を囲み、少なくとも部分的に覆って、周囲壁１１２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さらに完全に排除する。有利には、堆積リング１１８は、堆積リング１１８の露出面からスパッタリング堆積物を洗浄するために容易に取り外すことができ、その結果、基板支持体１３０は、洗浄するために分解する必要がない。堆積リング１１８は、活性プラズマ核種による腐食を低減するために基板支持体１３０の露出した側面を保護するのにも役立つことができる。

堆積リング１１８は、環状バンド２１５の外側エッジから下方に延びる突起部分と、突起部分の底部エッジから延びる半径方向外側延在部分と、半径方向外側延在部分から上方に延びる外側リップ２１４とをさらに含む。
いくつかの実施形態では、環状バンド２１５の第１の上面２２０と内側リップ２５０の第２の上面２２２との間の深さ２１８は、約１０ｍｍの材料堆積物を収容するように構成される。例えば、深さ２１８は、約２４ｍｍから約３８ｍｍまでの間とすることができる。実施形態によっては、深さ２１８は、約２８ｍｍと約３８ｍｍとの間とすることができる。実施形態によっては、深さ２１８は、約３０ｍｍから約３８ｍｍまでの間とすることができる。その結果、基板１０４のオーバハングエッジ１１４の裏側への材料堆積物の固着が、実質的に低減されるかまたは完全に排除される。より深い堆積リング１１８を収容するために、下部レッジ１３５は、従来の堆積リングを有する従来の基板支持体の下部レッジよりも基板支持体表面１３８からさらに離して配設される。

カバーリングセクション１２２は、堆積リング１１８を少なくとも部分的に覆う。堆積リング１１８とカバーリングセクション１２２とは互いに協同して、基板支持体１３０の周囲壁および基板１０４のオーバハングエッジ１１４へのスパッタ堆積物の形成を低減する。いくつかの実施形態では、カバーリングセクション１２２は、堆積リング１１８内の対応するチャネル２１２と連結するように構成された突起２１０を含む。チャネル２１２の側壁は、外側リップ２１４の半径方向内面と突起部分の半径方向外面とによって画定される。チャネル２１２は、内側リップ２５０の半径方向外側に配設される。堆積リング１１８は、チャネル２１２の半径方向外側に配設された外側リップ２１４を含む。外側リップ２１４は、カバーリングセクション１２２における対応する凹部２１６と連結するように構成される。

図３は、本開示のいくつかの実施形態によるプロセスキットの概略断面図を示す。上述で既に説明した要素の説明は、明瞭にするためにここでは省略される。いくつかの実施形態では、プロセスキット１０２は、材料堆積物および堆積リング１１８が基板１０４のオーバハングエッジ１１４の裏側に固着するのをさらに防止するためにクランプアセンブリ３００をさらに含むことができる。クランプアセンブリはベースプレート３０２を含み、ベースプレート３０２から、２つ以上のクランプ３０４が堆積リング１１８を押さえつけるために延びる。ベースプレートは、基板支持体１３０に（例えば、シャフトに）結合される。２つ以上のクランプ３０４は、任意の従来の手段を介してベースプレート３０２に結合することができる。例えば、２つ以上のクランプ３０４は、ねじまたはボルトを介してベースプレート３０２に結合されてもよい。代替として、２つ以上のクランプ３０４は、ベースプレート３０２に直接に溶接されてもよい。

２つ以上のクランプ３０４の各々は、クランプ３０４の半径方向内側に延びるアーム３０５から下方に延びる下方突出しリップ３０６を含む。チャネル２１２は、クランプ３０４の下方突出しリップ３０６とカバーリングセクション１２２の突起２１０の両方を収容するような大きさとされ、その結果、下方突出しリップ３０６はチャネル２１２中に延び、アーム３０５は外側リップ２１４と凹部２１６との間に配設される。堆積リング１１８は、従来の堆積リングと比較してより多くの材料堆積物を収容するように構成されるが、所期の厚さの材料堆積物が堆積リング１１８に蓄積した後に堆積リング１１８が洗浄されない場合、材料堆積物は、基板１０４のオーバハングエッジ１１４の裏側に固着することになる。その結果、基板１０４が基板支持体１３０から持ち上げられたとき、堆積リング１１８は基板１０４とともに持ち上げられることになる。不適切な使用に起因する堆積リング１１８の持上げに対処するために、クランプアセンブリ３００は堆積リング１１８と連結して堆積リングの垂直移動を防止し、それにより、有利には、堆積リング１１８を基板１０４とともに持ち上げることによって引き起こされる基板１０４または堆積リング１１８への損傷を避ける。

一体形シールド１１０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と、基板支持体１３０の外周とを取り囲む。一体形シールド１１０は、プロセスチャンバ１００の側壁１１６を覆って隠して、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリング表面１３９から生じたスパッタリング堆積物が一体形シールド１１０の背後の構成要素および表面上に堆積するのを低減する。例えば、一体形シールド１１０は、基板支持体１３０と、基板１０４のオーバハングエッジ１１４と、プロセスチャンバ１００の側壁１１６および底部壁１２０との表面を保護することができる。

アダプタセクション１３６は、一体形シールド１１０を支持し、プロセスチャンバ１００の側壁１１６のまわりの熱交換器として働くことができる。実施形態によっては、伝熱チャネル１５２が、伝熱媒体を流すために上部部分１２８に配設される。実施形態によっては、伝熱チャネル１５２はアダプタセクション１３６に配設される。一体形シールド１１０は単一構成であるので、伝熱チャネル１５２を流れる伝熱媒体は、シールドおよびカバーリングに対応する一体形シールド１１０の区域（すなわち、それぞれ、円筒形本体１２６およびカバーリングセクション１２２）を直接冷却する／加熱する。さらに、一体形シールド１１０の単一構成は、有利には、以前にはアダプタを介して伝熱媒体供給部に間接的に結合されていたシールドに伝熱媒体供給部１８０を直接結合することを可能にする。伝熱媒体供給部１８０は、所望のシールド温度を維持するのに十分な流量で伝熱チャネル１５２を通して伝熱媒体を流す。

図２に戻ると、一体形シールド１１０により、一体形シールド１１０からシールドに堆積された材料への伝熱の改善が可能になり、それにより、シールドに堆積された材料にかかる熱膨張応力が低減する。一体形シールド１１０の一部は、基板処理チャンバ内に形成されたプラズマにさらされることによって過度に加熱されることがあり、それにより、シールドの熱膨張がもたらされ、シールドに形成されたスパッタリング堆積物がシールドから剥げ落ち、基板１０４上に落ちて基板１０４を汚染する。アダプタセクション１３６と円筒形本体１２６との単一構成は、アダプタセクション１３６と円筒形本体１２６との間の熱伝導率の改善をもたらす。
いくつかの実施形態では、一体形シールド１１０は、モノリス（ｍｏｎｏｌｉｔｈ）の材料から製作された単一構造を含む。例えば、一体形シールド１１０は、ステンレス鋼またはアルミニウムで形成することができる。一体形シールド１１０の単一構成は、完全なシールドを構成するために多数の構成要素、多くの場合２つまたは３つの別個の部片を含む従来のシールドと比較して有利である。例えば、単一部片シールドは、加熱プロセスと冷却プロセスの両方において多数の構成要素のシールドよりも熱的に均一である。例えば、一体形シールド１１０は、円筒形本体１２６と、アダプタセクション１３６と、カバーリングセクション１２２との間の熱インターフェースを除去し、これらのセクション間の熱交換に対してより優れた制御を可能にする。いくつかの実施形態では、上述で説明したように、伝熱媒体供給部１８０は伝熱チャネル１５２を通して冷却剤を流して、基板１０４に堆積されたスパッタ材料に対する過熱したシールドの悪影響に対処する。いくつかの実施形態では、伝熱媒体供給部１８０は伝熱チャネル１５２を通して加熱した流体を流して、スパッタ材料の熱膨張係数とシールドの熱膨張係数との間の差を緩和する。

さらに、多数の構成要素をもつシールドは、洗浄のために取り外すことが困難で労力を要する。一体形シールド１１０は、掃除することが困難なインターフェースまたはコーナーのない、スパッタリング堆積物に対して露出した連続表面を有する。一体形シールド１１０は、さらに、プロセスサイクルの間チャンバ壁１０６をスパッタ堆積からより効果的に遮蔽する。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ１００の内部容積部１０８に対して露出した一体形シールド１１０の表面をビードブラストして、粒子脱落を低減し、プロセスチャンバ１００内の汚染を防止することができる。

図２に戻ると、カバーリングセクション１２２は、スパッタリング堆積物の大部分を受け取り、それにより、スパッタリング堆積物の大部分から堆積リング１１８を隠すために、堆積リング１１８を取り囲み、少なくとも部分的に覆う。カバーリングセクション１２２は、傾斜した上面２６４を含む環状くさび部２６２を含み、上面２６４は、半径方向内側に傾斜し、基板支持体１３０を取り囲む。環状くさび部２６２の傾斜した上面２６４は、突出し縁部２７０を含む内周辺２６６を有し、突出し縁部２７０は堆積リング１１８の一部分の上に重なる。突出し縁部２７０は、堆積リング１１８へのスパッタリング堆積物の堆積を低減する。カバーリングセクション１２２の大きさ、形状、および位置は、堆積リング１１８と協同し、堆積リング１１８を補完して、カバーリングセクション１２２と堆積リング１１８の間に蛇行流路を形成し、それにより周囲壁１１２上へのプロセス堆積物の流れを阻止するようなものとされる。

蛇行流路は、普通なら堆積リング１１８およびカバーリングセクション１２２を互いにまたは基板１０４のオーバハングエッジ１１４に固着させる、堆積リング１１８とカバーリングセクション１２２との合せ面への低エネルギースパッタ堆積物の蓄積を制限する。オーバハングエッジ１１４の下に延びる堆積リング１１８の環状バンド２１５は、カバーリングセクション１２２の突出し縁部２７０からの隠しと併せて、カバーリングセクション１２２と堆積リング１１８との合せ面へのスパッタ堆積を低減させるかまたはさらに実質的に排除しながらスパッタリングチャンバのスパッタ堆積物を収集するように設計される。傾斜した上面２６４は、少なくとも約１５°以上の角度で傾斜され得る。カバーリングセクション１２２の傾斜した上面２６４の角度は、基板１０４のオーバハングエッジ１１４に最も近いところのスパッタ堆積物の蓄積を最小にするように設計され、さもなければ、基板１０４にわたる堆積均一性に悪影響を与えることになる。

図１および図２に示したように、スパッタリングターゲット１４０は、バッキング板１５０に装着されたスパッタリング板１４４を含む。スパッタリング板１４４は、基板１０４上にスパッタさせる材料を含む。スパッタリング板１４４は、基板１０４の面と平行な面を形成するスパッタリング表面１３９を有する中央円柱状メサ２８６を有することができる。環状傾斜リム２８８は円柱状メサ２８６を囲む。環状傾斜リム２８８は、円柱状メサ２８６の面に対して少なくとも約８°、例えば、約１０°から約２０°の角度だけ傾斜することができる。突起２９４および凹部２９６を有する周囲傾斜側壁２９０は、環状傾斜リム２８８を囲む。周囲傾斜側壁２９０は、円柱状メサ２８６の面に対して少なくとも約６０°、例えば、約７５°から約８５°の角度だけ傾斜することができる。

環状傾斜リム２８８と、一体形シールド１１０の上部部分１２８に隣接する周囲傾斜側壁２９０との複雑な形状は、暗空間領域を含む回旋状間隙２００を形成する。暗空間領域は、自由電子が高度に枯渇し、真空としてモデル化できる区域である。暗空間領域を制御することにより、有利には、暗空間領域へのプラズマ侵入、アーク放電、およびプラズマ不安定性が防止される。間隙２００の形状は、スパッタされたプラズマ核種が間隙２００を通過するのを妨げる迷路として働き、それにより、周囲ターゲット領域の表面へのスパッタ堆積物の蓄積を低減する。
スパッタリング板１４４は金属または金属化合物を含む。例えば、スパッタリング板１４４は、例えば、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、またはタンタルなどの金属とすることができる。スパッタリング板１４４は、例えば、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタンなどの金属化合物とすることもできる。

スパッタリング板１４４を支持するための支持表面２０１と、スパッタリング板１４４の半径を越えて延びる周囲レッジ２０２とを有するバッキング板１５０。バッキング板１５０は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、銅－クロム、または銅－亜鉛などの金属から製作される。バッキング板１５０は、スパッタリング板１４４とバッキング板１５０の両方に形成されるスパッタリングターゲット１４０で発生した熱を放散するのに十分に高い熱伝導率を有する材料から製作することができる。熱は、これらの板１４４、１５０に生じる渦電流から、さらにスパッタリングターゲット１４０のスパッタリング表面１３９上へのプラズマからの高エネルギーイオンの衝撃から発生する。バッキング板１５０の高い熱伝導率は、スパッタリングターゲット１４０で発生した熱を、周囲の構造体に、またはさらには、バッキング板１５０の背後に装着されるかもしくはバッキング板１５０自体の中に存在することができる熱交換器に、放散させることを可能にする。例えば、バッキング板１５０はチャネル（図示せず）を含み、その中に伝熱流体を循環させることができる。バッキング板１５０の適切に高い熱伝導率は、少なくとも約２００Ｗ／ｍ・Ｋ、例えば、約２２０から約４００Ｗ／ｍ・Ｋである。そのような熱伝導率レベルにより、スパッタリングターゲット１４０は、スパッタリングターゲット１４０で発生した熱をより効率的に放散することによってより長いプロセス期間の間働くことができる。

高い熱伝導率と低い抵抗率とを有する材料で製作されたバッキング板１５０と組み合わせて、または別個にそれ自体で、バッキング板１５０は、１つまたは複数の溝（図示せず）を有する裏側面を含むことができる。例えば、バッキング板１５０は、スパッタリングターゲット１４０の裏側１４１を冷却するために環状溝などの溝またはリッジを有することができる。溝およびリッジは、他のパターン、例えば、長方形格子パターン、鶏足パターン、または単に裏側面を横切って延びる直線を有することもできる。

いくつかの実施形態では、スパッタリング板１４４は、２つの板１４４、１５０を重ねて配置し、板１４４、１５０を好適な温度、典型的には少なくとも約２００℃まで加熱することによる拡散接合によってバッキング板１５０に装着することができる。オプションとして、スパッタリングターゲット１４０は、スパッタリング板とバッキング板の両方として働くのに十分な深さを有する単一片の材料からなる一体構造とすることができる。
バッキング板１５０の周囲レッジ２０２は、プロセスチャンバ１００の絶縁体１５４に載る外側フッティング（ｏｕｔｅｒ ｆｏｏｔｉｎｇ）２０４を含む（図１および図２）。周囲レッジ２０２はＯリング溝２０６を含み、Ｏリング溝２０６にＯリング２０８を配置して真空シールを形成する。絶縁体１５４は、プロセスチャンバ１００からバッキング板１５０を電気的に絶縁し分離し、一般に、酸化アルミニウムなどの誘電体または絶縁材料で形成されたリングである。周囲レッジ２０２は、スパッタリングターゲット１４０と絶縁体１５４との間の間隙を通るスパッタ材料およびプラズマ核種の流れまたは移動を阻止して、低角度のスパッタ堆積物の間隙への侵入を妨げるような形状とされる。

図１に戻ると、スパッタリングターゲット１４０は、ＤＣ電源１４６およびＲＦ電源１４８の一方または両方に接続される。ＤＣ電源１４６は、スパッタリングプロセスの間電気的に浮くことができる一体形シールド１１０を基準にして、スパッタリングターゲット１４０にバイアス電圧を印加することができる。ＤＣ電源１４６は、スパッタリングターゲット１４０、一体形シールド１１０、基板支持体１３０、およびＤＣ電源１４６に接続された他のチャンバ部品に電力を供給するが、ＲＦ電源１４８は、スパッタリングガスのプラズマを形成するためにスパッタリングガスにエネルギーを与える。形成されたプラズマは、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリング表面１３９に突き当たり衝撃を与えて、材料をスパッタリング表面１３９から基板１０４上にスパッタする。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源１４８によって供給されるＲＦエネルギーは約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚの周波数の範囲にわたることができ、または、例えば、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、もしくは６０ＭＨｚなどの非限定の周波数を使用することができる。いくつかの実施形態では、複数の上述の周波数でＲＦエネルギーを供給するために、複数のＲＦ電源（すなわち、２つ以上）を備えることができる。

いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ１００は、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリングを改善するためにスパッタリングターゲット１４０のまわりに磁場を形成する磁場発生器１５６を含むことができる。容量的に発生されるプラズマは、例えば、永久磁石または電磁石コイルがプロセスチャンバ１００に磁場を供給することができる磁場発生器１５６で強化することができ、プロセスチャンバ１００は、基板１０４の平面に垂直な回転軸を有する回転磁界を有する。プロセスチャンバ１００は、追加としてまたは代替として、ターゲット材料のスパッタリングを改善するためにスパッタリングターゲット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るようにプロセスチャンバ１００のスパッタリングターゲット１４０の近くに磁場を発生させる磁場発生器１５６を含む。

スパッタリングガスは、設定した流量のガスを通すためのマスフローコントローラなどのガス流量制御弁１６４を有する導管１６２を介してガス供給部１６０からガスを供給するガス供給システム１５８によりプロセスチャンバ１００に導入される。ガスは、ガスを混合して所望のプロセスガス組成を形成するための混合マニホルド（図示せず）に送り込まれ、プロセスチャンバ１００にガスを導入するためのガス出口を有するガス分配器１６６に送り込まれる。プロセスガスは、スパッタリングターゲット１４０にエネルギー的に突き当たり、スパッタリングターゲット１４０から材料をスパッタすることができる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る。プロセスガスは、基板１０４に層を形成するためにスパッタ材料と反応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つまたは複数などの反応性ガスをさらに含むことができる。次いで、ガスはＲＦ電源１４８によってエネルギーを与えられてプラズマを形成し、それによって、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、プロセスチャンバ１００から排気部１６８を通して排気される。排気部１６８は排気口１７０を含み、排気口１７０は、使用済みプロセスガスを受け取り、プロセスチャンバ１００のガスの圧力を制御するスロットルバルブを有する排気導管１７２に使用済みガスを渡す。排気導管１７２は１つまたは複数の排気ポンプ１７４に接続される。
プロセスチャンバ１００の様々な構成要素は、コントローラ１７６で制御することができる。コントローラ１７６は、構成要素を操作して基板１０４を処理するための命令セットを有するプログラムコードを含む。例えば、コントローラ１７６は、基板支持体１３０および基板移送機構を操作するための基板位置決め命令セットと、プロセスチャンバ１００へのスパッタリングガスの流れを設定するためにガス流量制御弁を操作するためのガス流量制御命令セットと、プロセスチャンバ１００の圧力を維持するために排気スロットルバルブを操作するためのガス圧力制御命令セットと、ガスエネルギー付与電力レベルを設定するためにＲＦ電源１４８を操作するためのガスエナージャイザ制御命令セットと、伝熱チャネル１５２への伝熱媒体の流量を制御するために基板支持体１３０または伝熱媒体供給部１８０の温度制御システムを制御するための温度制御命令セットと、プロセスチャンバ１００における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。

前述は本開示の実施形態に関するが、本開示の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。

Claims (15)

1. 所与の幅を有する基板を支持するように設計された基板支持体に配設されるように構成された堆積リングを備えるプロセスキットであって、前記堆積リングが、
   前記基板支持体の下部レッジに載るように構成された環状バンドと、
   前記環状バンドの内側エッジから上方に延びる内側リップであって、前記内側リップの内面と前記環状バンドの内面とが、前記所与の幅よりも小さい幅を有する中央開口を一緒に形成し、前記環状バンドの上面と前記内側リップの上面との間の深さが、約２４ｍｍと約３８ｍｍとの間である、内側リップと、
   前記環状バンドの半径方向外側に配設されたチャネルと、
   前記チャネルの上方に延び、前記チャネルの半径方向外側に配設された外側リップと
   を含む、プロセスキット。
2. 上部部分と下部部分とを有する円筒形本体と、前記下部部分から半径方向内側に延びるカバーリングセクションとを有する一体形プロセスキットシールド
   をさらに含み、
   前記カバーリングセクションが、前記カバーリングセクションと前記堆積リングとの間に蛇行流路を画定するために、前記堆積リングの前記チャネル中に延びる突起と、前記外側リップがその中まで延びる凹部とを含む、請求項１に記載のプロセスキット。
3. 前記深さが、約２８ｍｍと約３８ｍｍとの間である、請求項１に記載のプロセスキット。
4. 前記深さが、約３０ｍｍから約３８ｍｍの間である、請求項１に記載のプロセスキット。
5. 前記基板支持体に結合されたベースプレートと、前記堆積リングの垂直移動を防止するために前記堆積リングと連結するための、前記ベースプレートから上方に延びる２つ以上のクランプとを含むクランプアセンブリ
   をさらに含む、請求項１から４までのいずれかに記載のプロセスキット。
6. 前記２つ以上のクランプの各々が、半径方向内側に延びるアームと、前記アームから前記堆積リングの前記チャネル中に延びる下方突出しリップとを含む、請求項５に記載のプロセスキット。
7. プロセスチャンバであって、
   前記プロセスチャンバ内に内部容積部を画定するチャンバ壁と、
   前記内部容積部の上部セクションに配設されたスパッタリングターゲットと、
   前記内部容積部内に前記スパッタリングターゲットと対向して配設された基板支持体と、
   請求項１から４までのいずれかに記載のプロセスキットであって、前記堆積リングが前記基板支持体に配設され、前記一体形プロセスキットシールドの前記アダプタセクションが前記チャンバ壁によって支持される、プロセスキットと
   を備える、プロセスチャンバ。
8. 前記基板支持体に結合されたベースプレートと、前記堆積リングの垂直移動を防止するために前記堆積リングと連結するための、前記ベースプレートから上方に延びる２つ以上のクランプとを含むクランプアセンブリ
   をさらに備える、請求項７に記載のプロセスチャンバ。
9. 前記２つ以上のクランプの各々が、半径方向内側に延びるアームと、前記アームから前記堆積リングの前記チャネル中に延びる下方突出しリップとを含む、請求項８に記載のプロセスチャンバ。
10. 前記プロセスキットに流体的に結合された伝熱媒体供給部
    をさらに備える、請求項７に記載のプロセスチャンバ。
11. 前記深さが、約２８ｍｍと約３８ｍｍとの間であり、
    上部部分と下部部分とを有する円筒形本体と、前記下部部分から半径方向内側に延びるカバーリングセクションとを有する一体形プロセスキットシールドであって、前記カバーリングセクションが、前記カバーリングセクションと前記堆積リングとの間に蛇行流路を画定するために、前記堆積リングの前記チャネル中に延びる突起と、前記外側リップがその中まで延びる凹部とを含む、一体形プロセスキットシールドと、
    前記基板支持体に結合されたベースプレートと、前記堆積リングの垂直移動を防止するために前記堆積リングと連結するための、前記ベースプレートから上方に延びる２つ以上のクランプとを有するクランプアセンブリと
    をさらに含む、請求項１に記載のプロセスキット。
12. 前記深さが、約３０ｍｍから約３８ｍｍの間であり、
    上部部分と下部部分とを有する円筒形本体と、前記下部部分から半径方向内側に延びるカバーリングセクションとを有する一体形プロセスキットシールドであって、前記カバーリングセクションが、前記カバーリングセクションと前記堆積リングとの間に蛇行流路を画定するために、前記堆積リングの前記チャネル中に延びる突起と、前記外側リップがその中まで延びる凹部とを含む、一体形プロセスキットシールドと、
    前記基板支持体に結合されたベースプレートと、前記堆積リングの垂直移動を防止するために前記堆積リングと連結するための、前記ベースプレートから上方に延びる２つ以上のクランプとを有するクランプアセンブリと
    をさらに含む、請求項１に記載のプロセスキット。
13. プロセスチャンバであって、
    前記プロセスチャンバ内に内部容積部を画定するチャンバ壁と、
    前記内部容積部の上部セクションに配設されたスパッタリングターゲットと、
    前記内部容積部内に前記スパッタリングターゲットと対向して配設された基板支持体と、
    請求項１１または１２のいずれかに記載のプロセスキットであって、前記堆積リングが前記基板支持体に配設され、前記一体形プロセスキットシールドの前記アダプタセクションが前記チャンバ壁によって支持される、プロセスキットと
    を備える、プロセスチャンバ。
14. 前記２つ以上のクランプの各々が、半径方向内側に延びるアームと、前記アームから前記堆積リングの前記チャネル中に延びる下方突出しリップとを含む、請求項１３に記載のプロセスチャンバ。
15. 前記プロセスキットに流体的に結合された伝熱媒体供給部
    をさらに備える請求項１３に記載のプロセスチャンバ。

Images