JP2022535278A - インシトゥチャンバ洗浄能力を備えた物理的気相堆積（ｐｖｄ）チャンバ - Google Patents
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Abstract
プロセスキットシールド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、基板を処理するためにプロセスチャンバで使用するように構成されたプロセスキットは、上部部分および下部部分を有する円筒状本体を有するシールドと、プロセスチャンバの壁で支持されるように構成され、シールドを支持するための載置面を有するアダプタセクションと、アダプタセクションに結合され、シールドを加熱するためにプロセスチャンバの少なくとも１つの電源に電気的に結合されるように構成されたヒータとを含む。【選択図】図２
Description
本開示の実施形態は、一般に、半導体基板処理機器に関する。
基板の物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理中に、ＰＶＤチャンバは、スパッタされた材料を堆積し、スパッタされた材料は、プラズマを取り囲むすべての構成要素に膜を形成する可能性がある。経時的に、ＰＶＤチャンバに一般に設けられるプロセスキットシールドに、不要な堆積材料が生じる可能性がある。スパッタされた材料のプロセスキットシールドへの堆積は、一般に受け入れられている手法であるが、そのようなスパッタされた材料は、粒子を落とすことがあり、それは、ＰＶＤ中に使用されるスパッタリングターゲットを損傷する可能性があり、および／または処理される基板を汚染する可能性がある。
プロセスキットシールドのメンテナンスには、一般に、多数の構成要素を含む可能性があるプロセスキットシールドをＰＶＤチャンバから取り外すことと、プロセスキットシールドを当初の状態に化学的にエッチングすることと、プロセスキットシールドを再使用できるようにプロセスキットシールドを再設置することとが含まれる。しかしながら、発明者らは、そのようなプロセスが、多くの時間を要し、労力を要し、費用を要し、チャンバダウンタイムを望ましくなく増加させることがあることに気づいた。
それゆえに、発明者らは、インシトゥチャンバ洗浄能力を提供する方法および装置を提供した。
プロセスキットシールド、そのようなプロセスキットシールドを組み込んだプロセスチャンバ、およびそれの使用の方法の実施形態が、本明細書で提供される。いくつかの実施形態では、基板を処理するためにプロセスチャンバで使用するように構成されたプロセスキットは、上部部分および下部部分を有する円筒状本体を有するシールドと、プロセスチャンバの壁で支持されるように構成され、シールドを支持するための載置面を有するアダプタセクションと、アダプタセクションに結合され、シールドを加熱するためにプロセスチャンバの少なくとも１つの電源に電気的に結合されるように構成されたヒータとを含む。
いくつかの実施形態では、基板を処理するように構成されたプロセスチャンバは、プロセスチャンバ内の内部容積部を少なくとも部分的に画定するチャンバ壁と、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、スパッタリングターゲットの下方で基板を支持するための支持面を有する基板支持体と、スパッタリングターゲットおよび基板支持体を取り囲むプロセスキットであり、プロセスキットが、上部部分および下部部分を有する円筒状本体を有するシールド、プロセスチャンバのプロセスチャンバ壁で支持され、シールドを支持するための載置面を有するアダプタセクション、およびアダプタセクションに結合され、シールドを加熱するためにプロセスチャンバの少なくとも１つの電源に電気的に結合されるように構成されたヒータを含む、プロセスキットとを含む。
いくつかの実施形態では、基板を処理するように構成されたプロセスキットを洗浄するための方法は、基板を処理するように構成されたプロセスチャンバの内部容積部に配設されたスパッタリングターゲットを第１の温度に維持することと、プロセスキットのシールドを第１の温度と異なる第２の温度に加熱することであり、それにより、プロセスチャンバの内部容積部内の活性化洗浄ガスが、シールドに堆積された材料と反応して、シールドから材料を選択的に取り除く、加熱することとを含む。
本開示の他のおよびさらなる実施形態が以下で説明される。
上述で簡潔に要約され、以下でより詳細に論じられる本開示の実施形態は、添付された図面に示される本開示の例示的な実施形態を参照することよって理解することができる。しかしながら、添付された図面は、単に本開示の典型的な実施形態を示しており、それゆえに、本開示は他の等しく効果的な実施形態を認めることができるので、範囲を限定すると見なされるべきではない。
理解しやすくするために、可能な場合、同一の参照番号が、図に共通する同一の要素を示すために使用されている。図は、一定の縮尺で描かれておらず、明確にするために簡単化されている場合がある。ある実施形態の要素および特徴は、さらなる詳述なしに、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が、本明細書で提供される。特に、本開示は、プロセスチャンバ、例えば、ＰＶＤチャンバに設けられたプロセスキットの化学的ベースの洗浄のためにインシトゥで使用することができる方法および装置を提供する。この方法および装置を使用して、ＰＶＤ中に使用されるターゲットを損傷することなく、プロセスキット上の不要な堆積材料を取り除くことができる。その結果、処理中にプロセスキット上の堆積材料の剥離によって引き起こされることがある粒子レベルは、大幅に低減され、および／または許容レベルに維持され、その結果として、著しく優れたＰＶＤチャンバの稼働時間および可用性がもたらされ、平均洗浄間隔時間（ＭＴＢＣ）が著しく延長される。
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２００を有するプロセスチャンバ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適するＰＶＤチャンバの例には、サンタクララ、カリフォルニア州のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．から市販されているＡＬＰＳ（登録商標）Ｐｌｕｓ、ＳＩＰ ＥＮＣＯＲＥ（登録商標）、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｎｄｕｒａ Ｉｍｐｕｌｓｅ（登録商標）、およびＡｐｐｌｉｅｄ Ｅｎｄｕｒａ Ａｖｅｎｉｒ（登録商標）、ならびに他のＰＶＤ処理チャンバが含まれる。Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．または他の製造業者からの他の処理チャンバも本明細書で開示され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、底壁１２０、およびシーリングまたはリッド１２４を含む。プロセスチャンバ１００は、スタンドアロンチャンバ、または様々なチャンバ間で基板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）の一部であり得る。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。スパッタ堆積に適する材料の非限定の例には、炭素、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を支持するためのペデスタル１３４を含む基板支持体１３０を含む。ペデスタル１３４の基板支持面１３８は、処理中に基板１０４を受け取り支持する。ペデスタル１３４は、静電チャックまたはヒータ（電気抵抗加熱器、熱交換器、または他の適切な加熱デバイスなど）を含むことができる。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１４３を通してプロセスチャンバ１００に導入され、基板支持体１３０上に配置され得る。基板支持体１３０は、支持体リフト機構により昇降させることができ、ロボットアームによって基板支持体１３０に基板１０４を配置する間に、リフトフィンガアセンブリを使用して、基板１０４を基板支持体１３０上に昇降させることができる。ペデスタル１３４は、バイアスをかけることができ、プラズマ動作中、電気的に浮遊電位に維持されるかまたは接地され得る。例えば、いくつかの実施形態では、ペデスタル１３４は、以下でさらに詳細に説明するように、所与の電位にバイアスをかけられ、その結果、プロセスキット２００の洗浄プロセス中に、ＲＦ電源１７０を使用して１つまたは複数のガス（例えば、洗浄ガス）に点火し、それにより、イオンおよびラジカルを含むプラズマを作り出し、そのプラズマを使用してプロセスキット２００に堆積された１つまたは複数の材料と反応することができる。
ペデスタル１３４は、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリング面１３９と実質的に平行な平面を有する基板支持面１３８を有する。スパッタリングターゲット１４０は、１つまたは複数の適切な装着デバイス、例えば、はんだ接合を使用してバッキング板１４２に装着されるスパッタリングプレート（またはターゲット材料）１４１を含む。スパッタリングプレート１４１は、基板１０４上にスパッタされるべき材料を含む。バッキング板１４２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１４２は、スパッタリングプレート１４１とバッキング板１４２の両方で形成されたスパッタリングターゲット１４０で発生した熱を放散するために、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、スパッタリングプレート１４１およびバッキング板１４２において生じる渦電流から、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される。より高い熱伝導率のバッキング板１４２は、スパッタリングターゲット１４０で発生した熱の周囲の構造への放散、または、さらに、バッキング板１４２の背後に装着される場合もあり、またはバッキング板１４２自体に存在する場合もある熱交換器への放散を可能にする。例えば、バッキング板１４２は、チャネル（図示せず）を含み、その中で伝熱流体を循環させることができる。バッキング板１４２の適切に高い熱伝導率は、少なくとも約２００Ｗ／ｍＫ、例えば、約２２０～約４００Ｗ／ｍＫ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動作することができ、さらに、例えば、プロセスキット２００上およびそのまわりの区域を洗浄する必要があるとき、スパッタリングプレート１４１を比較的迅速に冷却することができる。
高い熱伝導率と低い抵抗を有する材料で製作されたバッキング板１４２と組み合わせて、または別個におよびそれ自体で、バッキング板１４２は、１つまたは複数の溝（図示せず）を有する裏面を含むことができる。例えば、バッキング板１４２は、スパッタリングターゲット１４０の裏側を冷却するために、環状溝などの溝またはリッジを有することができる。溝およびリッジはまた、他のパターン、例えば、長方形格子パターン、螺旋パターン、または単に裏面を横切って延びる直線を有することができる。
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ための磁場発生器１５０を含むことができる。容量的に発生されるプラズマは、磁場発生器１５０によって強化することができ、例えば、複数の磁石１５１（例えば、永久磁石または電磁石コイル）は、磁場をプロセスチャンバ１００に供給し、プロセスチャンバ１００は、基板１０４の面に垂直な回転軸を有する回転磁場を有することができる。プロセスチャンバ１００は、加えてまたは代替として、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てターゲット材料のスパッタリングを改善するために、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１５０を含むことができる。
スパッタリングガスが、ガス供給システム１６０によってプロセスチャンバ１００に導入され、ガス供給システム１６０は、設定された流量のガスを通過させるためのマスフローコントローラなどのガス流量制御バルブ（図示せず）を有する導管１６３を介してガス供給部１６１からガスを供給する。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、非反応性ガスは、スパッタリングターゲット１４０に高エネルギーで衝突し、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。プロセスガスは、基板１０４に層を形成するためにスパッタされた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、このガスは、ＲＦ電源１７０によってエネルギーを与えられてプラズマを形成するかまたは作り出し、それにより、スパッタリングターゲット１４０をスパッタする。例えば、プロセスガスは、高エネルギー電子によってイオン化され、イオン化ガスは、負電圧（例えば、－３００～－１５００ボルト）でバイアスされたスパッタリング材料に引き寄せられる。カソードの電位によってイオン化ガス（例えば、ここでは、正に帯電したガス原子）に与えられたエネルギーは、スパッタリングを引き起こす。いくつかの実施形態では、反応性ガスは、スパッタリングターゲット１４０と直接反応して、化合物が作り出され、次いで、引き続き、スパッタリングターゲット１４０からスパッタされ得る。例えば、カソードは、ＤＣ電源１９０とＲＦ電源の両方でエネルギーを与えられることができる。いくつかの実施形態では、ＤＣ電源１９０は、カソードに電力を供給するためにパルスＤＣを供給するように構成することができる。使用済みプロセスガスおよび副生成物は、排気部１６２を通してプロセスチャンバ１００から排気される。排気部１６２は、排気口（図示せず）を含み、排気口は、使用済みプロセスガスを受け取り、使用済みガスを、プロセスチャンバ１００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１６４に渡す。排気導管１６４は、１つまたは複数の排気ポンプ（図示せず）に接続される。
加えて、ガス供給システム１６０は、エネルギーを与えて活性洗浄ガス（例えば、イオン化プラズマまたはラジカル）を作り出すことができる１つまたは複数のガス（例えば、スパッタリングターゲット１４０に使用される材料に応じて）を、シールド２０１の洗浄プロセスを実行するプロセスチャンバ１００の内部容積部１０８に導入するように構成されており、それは、以下でより詳細に説明される。代替としてまたは追加として、ガス供給システム１６０は、プロセスチャンバ１００の内部容積部１０８にラジカル（または遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）の構成に応じてプラズマ）を供給するように構成されたＲＰＳ１６５に結合することができる。スパッタリングターゲット１４０は、ＤＣ電源１９０および／もしくはＲＦ電源１７０の一方または両方に接続される。ＤＣ電源１９０は、プロセスキット２００のシールド２０１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、プロセスキット２００のシールド２０１は、スパッタリングプロセスおよび／または洗浄プロセスの間電気的に浮いていてもよい。ＤＣ電源１９０、または異なるＤＣ電源１９０ａは、例えば、シールド２０１の洗浄プロセスを実行するとき、プロセスキット２００のカバーリングセクション２１２またはプロセスキット２００のアダプタセクション２２６のヒータ２０３にバイアス電圧を印加するために使用することもできる。
ＤＣ電源１９０が、ＤＣ電源１９０に接続されたスパッタリングターゲット１４０および他のチャンバ部品に電力を供給する間、ＲＦ電源１７０は、スパッタリングガスにエネルギーを与えてスパッタリングガスのプラズマを形成する。形成されたプラズマは、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリング面１３９に衝突し衝撃を与えて、材料をスパッタリング面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１７０によって供給されるＲＦエネルギーは、約２ＭＨｚ～約６０ＭＨｚの周波数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が使用されてもよい。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）を設けることができる。例えば、プロセスキット２００上およびそのまわりの区域の洗浄プロセスを実行するとき、追加のＲＦ電源をさらに使用して、ペデスタル１３４および／またはカバーリングセクション２１２にバイアス電圧を供給することができる。例えば、いくつかの実施形態では、追加のＲＦ電源１７０ａを使用して、ペデスタル１３４（または基板支持体１３０の基板支持面１３８）に埋め込むことができるバイアス可能な電極１３７にエネルギーを与えることができる。バイアス可能な電極を使用して、シールド２０１および／または基板支持体１３０に電力を供給することができる。その上、いくつかの実施形態では、ＲＦ電源１７０は、バイアス可能な電極１３７にエネルギーを与えるように構成することができる。例えば、１つまたは複数の追加の構成要素、例えば、スイッチング回路を設けて、電気経路をカバーまたはリッド１２４からバイアス可能な電極１３７に切り替えることができる。
プロセスチャンバ１００の様々な構成要素は、コントローラ１８０で制御することができる。コントローラ１８０は、基板１０４を処理するために構成要素を操作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１８０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付け命令セット、ヒータ２０３の１つまたは複数の加熱構成要素（例えば、ランプ、放射加熱部、および／または埋込み抵抗加熱器）の温度制御、プロセスキット２００上およびそのまわりの区域に対する洗浄プロセス命令セット、マイクロ波電源１８１の電力制御、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バルブを操作するためのガス流量制御命令セット、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、ガスにエネルギーを与える電力レベルを設定するためにＲＦ電源１７０を操作するためのガスエナジャイザ制御命令セット、環状伝熱チャネル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、およびプロセスチャンバ１００内のプロセスをモニタするためのプロセスモニタリング命令セットを含むプログラムコードを含むことができる。
図１を続いて参照し、さらに図２を参照すると、プロセスチャンバ１００は、プロセスキット２００をさらに含み、プロセスキット２００は、例えば、腐食した構成要素を取り替えるかもしくは修復するために、またはプロセスチャンバ１００を他のプロセスに適応させるために、プロセスチャンバ１００から容易に取り外すことができるアダプタセクション２２６とシールド２０１とを含む様々な構成要素を含む。追加として、スパッタリング堆積物を構成要素表面（例えば、シールド２０１）から洗浄するために取り外す必要がある従来のプロセスキットと異なり、発明者らは、以下でより詳細に説明するように、シールド２０１上のスパッタされた材料の堆積物を取り除くためにインシトゥ洗浄用のプロセスキット２００を設計した。
シールド２０１は、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリング面１３９と基板支持体１３０とを囲むために大きさを合わせた直径（例えば、スパッタリング面１３９よりも大きく、基板支持体１３０の支持面よりも大きい直径）を有する円筒状本体２１４を含む。円筒状本体２１４は、チャンバに設置されたときにスパッタリングターゲット１４０のスパッタリング面１３９の外縁部を取り囲むように構成された上部部分２１６を有する。シールド２０１は、チャンバに設置されたときに基板支持体１３０の基板支持面１３８を取り囲むように構成された下部部分２１７をさらに含む。下部部分２１７は、基板支持体１３０の外周壁１３１のまわりに配置するためのカバーリングセクション２１２を含む。カバーリングセクション２１２は、基板支持体１３０のまわりに配設された堆積リング２０８を囲み、少なくとも部分的に覆って、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２０８を遮る。上記したように、いくつかの実施形態では、カバーリングセクション２１２は、例えば、プロセスキット２００上およびそのまわりの区域を洗浄する必要があるとき、ＤＣ電源１９０ａおよび／またはＲＦ電源１７０ａを使用してバイアスをかけることができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源１７０またはＤＣ電源１９０は、カバーリングセクション２１２にバイアスをかけるように構成することもできる。例えば、上述したように、スイッチング回路を使用することができる。
堆積リング２０８は、カバーリングセクション２１２の下に配設される。図２に示されるように、カバーリングセクション２１２の底面は、堆積リング２０８とインターフェースして蛇行した経路２０２を形成し、カバーリングセクション２１２は、円筒状本体２１４の下部部分２１７から半径方向内側に延びる。いくつかの実施形態では、カバーリングセクション２１２は、蛇行した経路２０２がカバーリングセクション２１２と堆積リング２０８との間に配設された間隙であるように、堆積リング２０８とインターフェースするが、堆積リング２０８と接触しない。例えば、カバーリングセクション２１２の底面は、堆積リング２０８に形成された環状トレンチ２４１内に延びる環状脚部２４０を含むことができる。蛇行した経路２０２は、有利には、プロセスキット２００の外の区域へのプラズマ漏洩を限定または防止する。その上、蛇行した経路２０２のくびれた流路により、堆積リング２０８およびカバーリングセクション２１２の嵌合面への低エネルギースパッタ堆積物の蓄積が制限され、そうでなければ、低エネルギースパッタ堆積物が、互いにまたは基板１０４の突き出し縁部２０６に固着することになる。追加として、いくつかの実施形態では、ガス供給システム１６０は、プロセスキット２００上およびそのまわりの区域を洗浄する必要があるとき、１つまたは複数の適切なガス（例えば、プロセスガスおよび／または洗浄ガス）をプロセスチャンバ１００の内部容積部１０８に供給するために、蛇行した経路２０２と流体連結する。
堆積リング２０８は、カバーリングセクション２１２の半径方向内側に延びるリップ２３０によって少なくとも部分的に覆われる。リップ２３０は下面２３１および上面２３２を含む。堆積リング２０８およびカバーリングセクション２１２は、互いに協同して、基板支持体１３０の外周壁１３１および基板１０４の突き出し縁部でのスパッタ堆積物の形成を低減させる。カバーリングセクション２１２のリップ２３０は、基板１０４の近くの破壊電界を低減させるために、約０．５インチと約１インチとの間とすることができる水平距離だけ突き出し縁部２０６から離間される（すなわち、リップ２３０の内径は、処理されるべき基板の所与の直径よりも約１インチ～約２インチだけ大きい）。
堆積リング２０８は、図２に示されるように基板支持体１３０の外周壁１３１のまわりに延び、それを取り囲む環状バンド２１５を含む。環状バンド２１５は、内側リップ２５０を含み、内側リップ２５０は、環状バンド２１５から横に延び、基板支持体１３０の外周壁２０４と実質的に平行である。内側リップ２５０は、基板１０４の突き出し縁部２０６の直下で終了する。内側リップ２５０は、処理の間基板１０４によって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の周辺を取り囲む堆積リング２０８の内周を画定する。例えば、内側リップ２５０は、別のやり方では処理環境にさらされることになる基板支持体１３０の外周壁２０４を取り囲んで少なくとも部分的に覆い、外周壁２０４へのスパッタリング堆積物の堆積を低減するかまたはさらに完全に排除する。堆積リング２０８は、エネルギーを与えられた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役立つことができる。
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のスパッタリング面１３９と、基板支持体１３０の外周とを囲む。シールド２０１は、プロセスチャンバ１００の側壁１１６を覆い、陰にして、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリング面１３９から生じ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する。例えば、シールド２０１は、基板支持体１３０、基板１０４の突き出し縁部２０６、プロセスチャンバ１００の側壁１１６および底壁１２０の表面を保護することができる。
図２を続いて参照すると、アダプタセクション２２６は、上部部分２１６から隣接して半径方向外側に延びる。アダプタセクション２２６は、シール面２３３と、シール面２３３の反対側の載置面２３４とを含む。シール面２３３は、真空シールを形成するためのＯリング２２３を受け取るＯリング溝２２２を含み、載置面２３４は、プロセスチャンバ１００の側壁１１６上に載せられ（または側壁１１６によって支持され）、Ｏリング溝２２２およびＯリング２２３はまた、載置面２３４の向い側の側壁１１６に設けることができる。
アダプタセクション２２６は、内側に延びるレッジ２２７を含み、レッジ２２７は、上部部分２１６に隣接する対応して外側に延びるレッジ２２８に係合して、シールド２０１を支持する。アダプタセクション２２６は、カバーリングセクション２１２の下でペデスタル１３４の方に内側に延びる下部部分２３５を含む。下部部分２３５は、カバーリングセクション２１２から離間し、その結果、空胴２２９が、下部部分２３５とカバーリングセクション２１２との間に形成される。空胴２２９は、下部部分２３５の上面２３７とカバーリングセクション２１２の底面２３８とによって画定される。下部部分２３５の上面２３７と、底面２３８との間の距離は、プロセスキット２００の洗浄中にヒータ２０３からシールド２０１への最大の伝熱が所定の時間内に達成され得るようなものである。空胴２２９は、蛇行した経路２０２と流体連結しており、それにより、プロセスキット２００上およびそのまわりの区域を洗浄する必要があるとき、例えば、ガス供給システム１６０を介して導入されるガスが、プロセスチャンバ１００の内部容積部１０８に流れ込むことができる。
下部部分２３５は、ヒータ２０３を収容するように構成される。より詳細には、適切な構成の環状溝２３６が、下部部分２３５内に画定され、限定はしないが、ヒータ２０３のランプ、放射加熱部、または埋込み抵抗加熱器を含む１つまたは複数の適切な加熱構成要素を支持するように構成される。図示の実施形態では、ランプエンベロープ２０７、例えば、ガラス、石英、または他の適切な材料によって取り囲まれている放射環状コイル２０５が、環状溝２３６に支持されて示されている。放射環状コイル２０５は、プロセスキット２００上およびそのまわりの区域を洗浄する必要があるとき、約２５０℃～約３００℃の温度に達するように、例えば、コントローラ１８０で制御できるＤＣ電源１９０またはＤＣ電源１９０ａを使用して、エネルギーを与えられるかまたは電力を供給され得る。
アダプタセクション２２６は、さらに、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機能することができる。代替としてまたは追加として、環状伝熱チャネル２２５が、伝熱媒体を流すために、アダプタセクション２２６もしくはシールド２０１（例えば、上部部分２１６）のいずれかまたは両方に配設され得る。伝熱媒体は、例えば、プロセスキット２００が洗浄された完了時に、または１つまたは複数の他のプロセスがプロセスチャンバ１００内で実行された完了時に、アダプタセクション２２６および／またはシールド２０１を冷却するために使用することができる。
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３００の概略断面図を示す。プロセスキット３００は、実質的に、プロセスキット２００と同様である。したがって、プロセスキット３００に特有の特徴のみが本明細書で説明される。アダプタセクション３２６は、マイクロ波電源３８１に接続するように構成された入口またはポート３２５を含む。ＲＦ電源１７０およびＤＣ電源１９０と同様に、マイクロ波電源１８１は、プロセスキット２００上およびそのまわりの区域を洗浄する必要があるとき、プロセスチャンバ１００の内部容積部１０８にプラズマを作り出すように構成される。追加として、１つまたは複数の誘電体共振器３２７（ファントムで示される）が、内部容積部１０８に沿って、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリング面１３９の周辺の近くに円形配列で設けられ、プラズマに点火して、例えば、１つまたは複数のラジカルを作り出して、プロセスキット２００のまわりで洗浄する必要のある区域の方に導くことができる。
図４は、本開示のいくつかの実施形態による基板を処理するように構成されたプロセスキットを洗浄するための方法の流れ図である。スパッタリングプレート（またはターゲット材料）１４１は、基板に堆積させるべき１つまたは複数の適切な材料から製作することができる。例えば、スパッタリングプレート（またはターゲット材料）１４１は、炭素、ケイ素、窒化ケイ素、アルミニウム、タングステン、炭化タングステン、銅、チタン、窒化チタン、炭化チタン、窒化炭素などで製作することができる。スパッタリングプレート（またはターゲット材料）１４１を製作することができる特定の材料は、プロセスチャンバで基板に堆積させたい材料に依存することができる。スパッタリングプレート（またはターゲット材料）１４１を製作する特定の材料は、チャンバ構成および洗浄プロセス、例えば、プロセスキットを洗浄するために使用される活性化洗浄ガスのタイプ、シャッタ（またはシャッタアセンブリ）が、プロセスキットを洗浄している間、スパッタリングプレート１４１を保護するために使用されるかどうか、などに関連する１つまたは複数の要因に影響を及ぼす場合がある。
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の活性化洗浄ガスを使用して、プロセスキット２００上およびそのまわりを洗浄することができる。活性化洗浄ガスは、例えば、プロセスチャンバ１００に導入され、続いて、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、プロセスキット２００の方に導かれ得るラジカル（例えば、活性化洗浄ガス）を作り出す洗浄ガスとすることができる。代替としてまたは組み合わせて、ラジカル（例えば、活性化洗浄ガス）は、遠隔プラズマ源からプロセスチャンバに導入され、次いで、プロセスキット２００の方に導かれてもよい。洗浄ガスのラジカルを形成するためにプラズマを使用して活性化される洗浄ガスは、例えば、酸素（Ｏ2）、もしくは他の酸素含有ガス、例えば、オゾン、水酸化物、過酸化物など、塩素（Ｃｌ2）、もしくは他の塩素含有ガスなど、窒素、フッ素、ホウ素、硫黄、ニオビウム、またはそれらの組合せとすることができる。使用される洗浄ガスのタイプは、例えば、ターゲット材料のタイプ、チャンバのタイプ（例えば、ＰＶＤなど）、製造業者の選択などに依存することができる。例えば、ターゲット材料がＡｌである場合、プラズマは、Ｃｌ2またはＢＣｌ3を使用して作り出すことができ、シールド２０１は、Ａｌ以外の材料から製作することができ、ターゲット材料がＴｉである場合、プラズマは、ＳＦ6またはＣｌ2を使用して作り出すことができ、ターゲット材料がＷである場合、プラズマは、Ｃｌ2、または他の塩素もしくはフッ素ベースのガスを使用して作り出すことができ、ターゲット材料がＣｕである場合、プラズマは、ＮｂＣｌ3を使用して作り出すことができ、ターゲット材料がＳｉである場合、プラズマは、ＮＦ3を使用して作り出すことができる。
本開示によれば、プロセスキット２００上およびそのまわりの洗浄は、プロセスチャンバ１００の日常保守に従って実行することができる。例えば、方法４００は、プロセスキット２００上およびそのまわりの堆積蓄積を低減するために定期的に実行することができる。例えば、炭素がスパッタリングプレート（またはターゲット材料）１４１として使用される場合、方法４００は、炭素蓄積を取り除くために使用することができる。十分な量の材料がプロセスキット２００上に蓄積されたときはいつでも、洗浄プロセスを定期的に実行することができる。例えば、洗浄プロセスは、約５μｍの炭素が堆積された後で実行することができ、それは、各基板に１０００Ａ膜を堆積させた場合、堆積物の約５０個程度の基板（またはウエハ）に相当し得る。
プロセスキット２００上およびそのまわりを洗浄する前に、ダミーウエハ１２２ａをプロセスチャンバ１００の内部容積部１０８にロードし、基板支持体１３０に配設して、基板支持体１３０の構成要素、例えば、ペデスタル１３４、基板支持面１３８などを保護することができる。代替としてまたは追加として、シャッタディスク１２２ｂを基板支持体１３０上またはその上方に配置して、基板支持体１３０の構成要素を保護することができる。それに反して、ダミーウエハ１２２ａもシャッタディスク１２２ｂも使用する必要はない。
追加として、いくつかの実施形態では、プロセスキット２００の蓄積された堆積物が取り除かれている間、シャッタディスク１２２ｂが、スパッタリングターゲット１４０の前に位置付けられ、反応性ガスがスパッタリングターゲット１４０に達するのを防止するために使用されてもよい。
ダミーウエハ１２２ａおよび／またはシャッタディスク１２２ｂは、例えば、周辺保持区域１２３に格納することができ、プロセスキット２００上およびそのまわりを洗浄する前に処理チャンバ１００に移動させることができる。
発明者らは、プロセスキット２００上の蓄積された堆積材料を取り除きやすくするために、プロセスキット２００上およびそのまわりの区域は、積極的に加熱されなければならない（例えば、基板を処理するために使用される温度より上の温度に加熱されなければならない）ことを見いだした。例えば、スパッタリングターゲット１４０が炭素であるとき、炭素および酸素ラジカル反応を促進するために（例えば、二酸化炭素を形成するために）、プロセスキット２００上およびそのまわりを選択的に洗浄するために（例えば、プロセスチャンバ１００の内部容積部１０８内の特定の区域に洗浄を集中させるために）、およびプロセスキット２００上およびそのまわりの洗浄を最大にするために、スパッタリングプレート１４１と、プロセスキット２００上およびそのまわりの区域との間の温度差を維持する必要がある。したがって、そのような温度差を積極的に達成するために、スパッタリングプレート１４１は、比較的低い温度に、例えば、約２５℃～約１００℃の温度に維持することができる。上述した裏側水冷を使用して、そのような温度を達成することができる。例えば裏側水冷などを使用してスパッタリングプレート１４１を冷却することは、ＰＶＤが実行された直後にプロセスキット２００上およびそのまわりの区域を洗浄する場合、例えば、スパッタリングプレート１４１の温度が比較的高い場合、有用であり得る。代替としてまたは追加として、スパッタリングプレート１４１は、冷却デバイスを使用せずに、時間をかけて冷却させることができる。その結果、いくつかの実施形態では、４０２において、スパッタリングプレート１４１は、洗浄プロセスの間、約２５℃～約１００℃の温度に維持することができる。
次に、上述の温度差が達成される／維持されることを保証するために、４０４において、プロセスキット２００上およびそのまわりの区域は、約２５０℃から約３００℃の温度に積極的に加熱することができる。上記のように、ヒータ２０３の放射環状コイル２０５にＤＣ電源１９０（またはＤＣ電源１９０ａ）を使用してエネルギーを与えてそのような温度を達成することができ、ＤＣ電源１９０から放射環状コイル２０５に供給されるエネルギー量は、コントローラ１８０で制御することができる。
その後、１つまたは複数のプロセスを使用してプラズマを作り出し、それによって、対応するイオンおよびラジカルを形成することができ、それを使用して、プロセスキット２００上およびそのまわりの蓄積された堆積材料と反応させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、処理キット２００のまわりの蓄積された堆積材料が炭素である場合、酸素が、例えばガス供給システム１６０を使用してプロセスチャンバ１００の内部容積部１０８に導入され得る。導入された後、イオンおよびラジカルを含む酸素プラズマは、例えば、ＲＦ電源１７０と、各々が上記のようにＲＦ電源１７０ａもしくはＤＣ電源１９０ａのいずれかまたは両方を使用してある電位にバイアスをかけることができるペデスタル１３４またはカバーリングセクション２１２とを使用して、酸素ガスにエネルギーを与えることによって作り出すことができる。
代替としてまたは追加として、例えば、ガス供給システム１６０を使用して、酸素をプロセスチャンバ１００の内部容積部１０８に導入することができ、マイクロ波電源１８１を使用して、酸素プラズマを作り出し、それによって、酸素イオンおよびラジカルを形成することができる。
代替としてまたは追加として、酸素プラズマは、例えば、ＲＰＳ１６５を使用して遠隔で作り出すことができる。例えば、酸素プラズマをＲＰＳ１６５で作り出すことができ、酸素プラズマからの酸素イオンおよびラジカルをプロセスチャンバに導くことができる。
酸素ガスがエネルギーを与えられて、酸素プラズマが形成された後、酸素ラジカルは、プロセスキット２００上およびそのまわりに堆積された炭素と反応し、堆積された炭素を二酸化炭素に変換し（例えば、炭素を選択的にエッチングまたは取り除くために）、その後、次いで、二酸化炭素は、例えば排気部１６２を介してプロセスチャンバ１００の内部容積部１０８からポンプで排出され得る。代替としてまたは追加として、酸素プラズマからの酸素イオンの一部（例えば、酸素ラジカルに加えて）をさらに使用して、プロセスキット２００上およびそのまわりに堆積された炭素と反応させて、堆積された炭素を二酸化炭素に変換させることができ、それは、酸素プラズマ中の酸素イオンに対する酸素ラジカルの比率に依存することができる。例えば、酸素ラジカルに対する酸素イオンの比率は、より多い（またはより少ない）イオン化酸素がプラズマ中に作り出され、より少ない（またはより多い）酸素ラジカルが作り出されるように制御することができる。
コントローラ１８０は、例えば、二酸化炭素生成の終点で、二酸化炭素を排気し始めるように排気部１６２を制御することができ、終点は、プロセスチャンバ１００の内部容積部１０８に配設された１つまたは複数のセンサ（図示せず）を使用して検出することができる。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ１８０は、１つまたは複数のセンサを使用して、排気ガスの組成に基づいて洗浄時間の終点を決定することができる。
代替としてまたは追加として、コントローラ１８０は、例えば、経験的なデータを介して計算することができる所定の時間に二酸化炭素を排気し始めるように排気部１６２を制御するように構成することができる。
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を本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができる。
Claims (20)
- 基板を処理するためにプロセスチャンバで使用するように構成されたプロセスキットであって、
上部部分および下部部分を有する円筒状本体を有するシールドと、
前記プロセスチャンバの壁で支持されるように構成され、前記シールドを支持するための載置面を有するアダプタセクションと、
前記アダプタセクションに結合され、前記シールドを加熱するために前記プロセスチャンバの少なくとも１つの電源に電気的に結合されるように構成されたヒータと
を含む、プロセスキット。 - 前記ヒータが、ランプ、放射加熱部、または埋込み抵抗加熱器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。
- 前記プロセスキットが前記プロセスチャンバに配置されたとき、前記プロセスチャンバの内部容積部を密封するために、プロセスチャンバリッドが載るシール面をさらに含む、請求項１に記載のプロセスキット。
- 洗浄ガスを前記プロセスチャンバに導入できるようにするのに十分な、前記シールドと前記アダプタセクションとの間に配設された経路をさらに含む、請求項１に記載のプロセスキット。
- 前記アダプタセクションが、使用時に前記プロセスチャンバの内部容積部に活性化洗浄ガスを供給するための遠隔プラズマ源に結合されるように構成されたポートを含む、請求項１に記載のプロセスキット。
- 基板を処理するように構成されたプロセスチャンバであって、
前記プロセスチャンバ内の内部容積部を少なくとも部分的に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、
前記スパッタリングターゲットの下方で基板を支持するための支持面を有する基板支持体と、
前記スパッタリングターゲットおよび前記基板支持体を取り囲むプロセスキットであり、前記プロセスキットが、
上部部分および下部部分を有する円筒状本体を有するシールド、
前記プロセスチャンバのプロセスチャンバ壁で支持され、前記シールドを支持するための載置面を有するアダプタセクション、および
前記アダプタセクションに結合され、前記シールドを加熱するために前記プロセスチャンバの少なくとも１つの電源に電気的に結合されるように構成されたヒータ
を含む、プロセスキットと
を含む、プロセスチャンバ。 - 前記ヒータが、ランプ、放射加熱部、または埋込み抵抗加熱器のうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載のプロセスチャンバ。
- 前記プロセスキットが前記プロセスチャンバに配置されたとき、前記プロセスチャンバの前記内部容積部を密封するために、プロセスチャンバリッドが載るシール面をさらに含む、請求項６に記載のプロセスチャンバ。
- 洗浄ガスを前記プロセスチャンバに導入できるようにする、前記シールドと前記アダプタセクションとの間に配設された経路をさらに含む、請求項６に記載のプロセスチャンバ。
- 前記アダプタセクションが、使用時に前記プロセスチャンバの前記内部容積部に活性化洗浄ガスを供給するように構成された遠隔プラズマ源に結合されるように構成されたポートを含む、請求項６に記載のプロセスチャンバ。
- 前記プロセスチャンバの前記内部容積部に洗浄ガスを供給するように構成されたガス供給部、および前記プロセスチャンバに結合されたＲＦ電源、ＤＣ電源、もしくはマイクロ波電源のいずれか、または
前記プロセスチャンバに結合され、前記プロセスチャンバの前記内部容積部に活性化洗浄ガスを供給するように構成された遠隔プラズマ源
のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項６に記載のプロセスチャンバ。 - 前記ＲＦ電源が、前記基板支持体のバイアス可能なペデスタルもしくは前記シールドのカバーリングの少なくとも一方に結合されること、
前記ＤＣ電源が、前記シールドの前記カバーリングに結合されること、または
前記マイクロ波電源が、前記スパッタリングターゲットの周辺の近くに円形構成で配列された複数の誘電体共振器をさらに含むこと
のうちの少なくとも１つである、請求項１１に記載のプロセスチャンバ。 - 使用済みプロセスガスを排気するように構成された排気部をさらに含む、請求項６に記載のプロセスチャンバ。
- 前記スパッタリングターゲットが、炭素、ケイ素、窒化ケイ素、アルミニウム、タングステン、炭化タングステン、銅、チタン、窒化チタン、炭化チタン、窒化炭素のうちの少なくとも１つから製作される、請求項６に記載のプロセスチャンバ。
- 基板を処理するように構成されたプロセスキットを洗浄するための方法であって、
プロセスチャンバの内部容積部に配設されたスパッタリングターゲットを第１の温度に維持することと、
プロセスキットのシールドを前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱することであり、それにより、前記内部容積部内の活性化洗浄ガスが、前記シールドから材料を選択的に取り除くために、前記シールドに堆積された前記材料と反応する、加熱することと
を含む、方法。 - 前記第１の温度が、約５０℃～約１００℃であり、前記第２の温度が、約２５０℃～約３００℃である、請求項１５に記載の方法。
- 前記活性化洗浄ガスを作り出すために、ガス供給部を介して、洗浄ガスを前記内部容積部に供給し、前記プロセスチャンバに結合されたＲＦ電源を使用して前記洗浄ガスにエネルギーを与えること、
前記活性化洗浄ガスを作り出すために、前記ガス供給部を介して、前記洗浄ガスを前記内部容積部に供給し、前記プロセスチャンバに結合されたＤＣ電源を使用して前記洗浄ガスにエネルギーを与えること、
前記活性化洗浄ガスを作り出すために、前記ガス供給部を介して、前記洗浄ガスを前記内部容積部に供給し、前記プロセスチャンバに結合されたマイクロ波電源を使用して前記洗浄ガスにエネルギーを与えること、または
前記プロセスチャンバに結合された遠隔プラズマ源を介して、前記活性化洗浄ガスを前記内部容積部に供給すること
のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１５に記載の方法。 - 前記プロセスキットの前記シールドを加熱することが、ランプもしくは埋込み抵抗加熱器のうちの少なくとも１つを加熱すること、または放射加熱部を使用することのうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
- 前記活性化洗浄ガスが、酸素（Ｏ）ラジカルを含み、前記材料が炭素である、請求項１５に記載の方法。
- 前記プロセスチャンバから使用済みプロセスガスを排気することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
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