JP2023520958A - 基板を処理するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
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および装置が提供される。例えば、基板を処理するためのプロセスチャンバは、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を含むペデスタルと、内部容積部内にプラズマを形成するためにスパッタガスにエネルギーを与えるように構成された電源と、スパッタリングターゲットおよび基板支持体を囲むプロセスキットと、ペデスタルに接続されたACTと、内部容積部内のプラズマとプロセスキットとの間の所定の電位差を維持するためにACTを使用してペデスタルを調整するように構成されたコントローラであり、所定の電位差が、ACTの全静電容量とプロセスチャンバの接地経路に関連する浮遊静電容量の割合に基づく、コントローラとを含むことができる。
Description
本開示の実施形態は、一般に、半導体基板処理装置に関し、より詳細には、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させ、スパッタされた材料は、プラズマを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ているプロセスキットシールドに、望ましくない堆積材料が形成する可能性がある。スパッタされた材料がプロセスキットシールドに堆積されることは常識であるが、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/または処理されてい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保守は、一般に、多数の構成要素を含むこと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を含む。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、コストがかかり、チャンバ休止時間を望ましくなく増加させることがあることを観察した。
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。
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の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を含むペデスタルと、内部容積部内にプラズマを形成するためにスパッタガスにエネルギーを与えるように構成された電源と、スパッタリングターゲットおよび基板支持体を囲むプロセスキットと、ペデスタルに接続されたアクティブキャパシタチューナ(ACT)と、内部容積部内のプラズマとプロセスキットとの間の所定の電位差を維持するためにACTを使用してペデスタルを調整するように構成されたコントローラであり、所定の電位差が、ACTの全静電容量とプロセスチャンバの接地経路に関連する浮遊静電容量の割合に基づく、コントローラとを含む。
少なくともいくつかの実施形態において、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、プロセスチャンバの内部容積部に配された洗浄ガスにエネルギーを与えてプラズマを作り出すことと、内部容積部内のプラズマと、プロセスキットとの間の所定の電位差が、プロセスキット上に堆積された材料を除去するために維持されるように、基板支持体を含むペデスタルに接続されたアクティブキャパシタチューナ(ACT)を調整することであり、所定の電位差が、ACTの全静電容量とプロセスチャンバの接地経路に関連する浮遊静電容量の割合に基づく、調整することとを含む。
少なくともいくつかの実施形態において、非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体が、プロセッサによって実行されたときに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を実行する命令を格納している。この方法は、例えば、プロセスチャンバの内部容積部に配された洗浄ガスにエネルギーを与えてプラズマを作り出すことと、内部容積部内のプラズマと、プロセスキットとの間の所定の電位差が、プロセスキット上に堆積された材料を除去するために維持されるように、基板支持体を含むペデスタルに接続されたアクティブキャパシタチューナ(ACT)を調整することであり、所定の電位差が、ACTの全静電容量とプロセスチャンバの接地経路に関連する浮遊静電容量の割合に基づく、調整することとを含む。
本開示の他のおよびさらなる実施形態を以下で説明する。
上述で簡潔に要約し、以下でより詳細に論じる本開示の実施形態は、添付の図面に示す本開示の例示の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、本開示は他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、添付の図面は、範囲を限定するものと考えられるべきではない。
理解を容易にするために、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指定するために使用されている。図は、縮尺通りに描かれておらず、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。
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の実施形態が本明細書で提供される。より詳細には、少なくともいくつかの実施形態において、本明細書に記載の方法および装置は、プロセスチャンバ内のプロセスキット上の堆積された材料を選択的に除去する(例えば、エッチングする)ために、ヒータとともに機能するアクティブキャパシタチューナ(ACT)および上部高周波(RF)電源を使用する。本明細書に記載の方法および装置は、PVDチャンバの内部プロセス容積部(空洞)内のプラズマ電位を高めることによって、従来の方法および装置と比較して、エッチング速度を増加させる(例えば、特定の例では、最大50%)ことができる。より詳細には、空洞内のプラズマとプロセスキット(例えば、接地されたプロセスキット)との間に比較的高いプラズマ電位差を与えると、エッチング速度が増加し、それにより、インシトゥチャンバ洗浄を比較的速く効率的に完了することができる。その上、本明細書に記載の方法および装置は、より多くの洗浄間の平均ウエハ数(MWBC)、インシトゥ洗浄プロセスを実行した後のより速い膜回復、および/またはプロセスチャンバのより短い洗浄方策を提供する。加えて、上部RF電源を使用すると、インシトゥ洗浄プロセスを実行するために底部RF電源を使用する従来の方法および/または装置と比較して、インシトゥ洗浄プロセス中に生じることがあるターゲット汚染(例えば、ペデスタル/シャッタからの)を排除しないにしても低減する。
図1は、本開示のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバ100(例えば、PVDチャンバ)の概略側面図を示す。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、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)、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に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(プロセス容積部/空洞)を密閉するチャンバ壁106を含む。チャンバ壁106は、側壁116、底壁120、および底壁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ホーム(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。スパッタ堆積に適する材料の非限定的な例には、炭素、窒化炭素、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。支持リフト機構によって基板支持体130を上昇または下降させることができ、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上に上昇または下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するか、または接地することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ペデスタル134は、以下でより詳細に説明するように、所与の電位にバイアスをかけることができ、その結果、プロセスキットの洗浄プロセス中に、RF電源170は、1つまたは複数のガス(例えば、洗浄ガス)に点火して、イオンおよびラジカルを含むプラズマを作り出すことができ、そのプラズマは、プロセスキット上に堆積された1つまたは複数の材料と反応するために使用することができる。
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、熱伝導性とすることができるバッキング板142に、1つまたは複数の適切な取り付けデバイス、例えば、はんだ接合を使用して取り付けられたスパッタリングプレート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に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する。バッキング板142により、スパッタリングターゲット140で発生した熱を、周囲の構造に、あるいはバッキング板142の裏に取り付けるかまたはバッキング板142内に配設することができる熱交換器に放散することが可能である。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時間の間動作することが可能になり、さらに、例えば、プロセスキット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を比較的速く冷却することが可能になる。
代替としてまたは追加として、高い熱伝導率および低い抵抗率を有する材料から製作されたバッキング板142と、それに設けられたチャネルとを組み合わせて、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、または隆起を有することができる。溝および隆起はまた、他のパターン、例えば、長方形格子パターン、螺旋パターン、鶏足パターン、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。溝は、バッキング板から熱を放散しやすくするために使用することができる。
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のまわりに磁界を形成するための磁界発生器150を含むことができる。容量的に発生されたプラズマは、磁界発生器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)が、基板104の面に対して垂直な回転軸を有する回転磁界を有する磁界をプロセスチャンバ100内に提供することができる。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の近くに磁界を発生する磁界発生器150を含むことができる。
スパッタガスが、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に勢いよく衝突し、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、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、イオン化されたガスは、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、イオン化されたガス(例えば、ここでは、正に帯電したガス原子)に付与されたエネルギーは、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ることができる。いくつかの実施形態では、DC電源190は、パルスDCを供給してカソードに電力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によりプロセスチャンバ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、プロセスキットのシールドの洗浄プロセスを実行するために、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ガスのうちの1つまたは複数(例えば、スパッタリングターゲット140に使用されている材料に依存して)を、プロセスチャンバ100の内部容積部108内に導入するように構成され、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内にラジカル(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遠隔プラズマ源(RPS)165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/またはRF電源170の一方または両方に接続される。DC電源190は、プロセスキットのシールド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、プロセスキットのシールドは、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遊することができる。DC電源190または異なるDC電源190aは、さらに、例えば、シールドの洗浄プロセスを実行するとき、プロセスキットのカバーリングセクションまたはアダプタセクションのヒータにバイアス電圧を印加するために使用することができる。
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とともに、RF電源170がスパッタガスにエネルギーを与えてスパッタ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などの非限定的な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(すなわち、2つ以上の)RF電源を備えることができる。例えば、プロセスキット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に、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、スイッチング回路が、電気経路をカバーまたはリッド124からバイアス電極137に切り替えるために設けられてもよい。
DC電源190(またはDC電源190a)とRF電源170(またはRF電源170a)との間にRFフィルタ191を接続することができる。例えば、少なくともいくつかの実施形態では、RFフィルタは、RF電源170が動作しているとき、例えば、洗浄プロセスを実行しているとき、RF信号がDC電源190のDC回路に入るのを阻止するためのDC電源190の回路の構成要素とすることができる。
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(プロセッサ)によって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を有するプログラムコード(例えば、非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体(メモリ)に格納された)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づけ命令セット、ヒータの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へのスパッタガスの流量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内の圧力(例えば、約120sccm)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、例えば、アクティブキャパシタチューナ(ACT)192をモニタする/調節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。例えば、少なくともいくつかの実施形態において、ACT192は、以下でより詳細に説明するように、洗浄プロセスの間ペデスタル134を調整するために使用することができる。
図2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の概略断面図を示す。プロセスキット200は、アダプタセクション226およびシールド201を含む様々な構成要素を含み、それらは、例えば、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のため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。追加として、構成要素表面(例えば、シールド201)からスパッタリング堆積物を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で洗浄するためのプロセスキット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とを取り囲むように大きさを合わされた直径(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の外側エッジを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を取り囲み、少なくとも部分的に覆って、堆積リング208を受け取り、それにより、堆積リング208をスパッタリング堆積物の大部分から遮蔽する。上記のように、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と連係して蛇行経路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から半径方向内向きに延びる。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と連係するが、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制限または防止する。その上、蛇行経路202の狭窄した流路により、堆積リング208とカバーリングセクション212の対になった表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は、互いに、または基板104のオーバハングエッジ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、プロセスチャンバ100の内部容積部108内に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)を供給するために、蛇行経路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の半径方向内向きに延びるリップ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、基板支持体130の周壁131および基板104のオーバハングエッジでのスパッタ堆積物の形成を低減するために互いに協同する。カバーリングセクション212のリップ230は、基板104の近くの破壊的な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オーバハングエッジ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の周壁131のまわりに延びて、それを囲む環状バンド215を含む。環状バンド215には、環状バンド215から横方向に延び、基板支持体130の周壁204と実質的に平行である内側リップ250が含まれる。内側リップ250は、基板104のオーバハングエッジ206の直下で終端する。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の周囲を囲む堆積リング208の内周を画定する。例えば、内側リップ250は、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ために、基板支持体130の周壁204を囲み、少なくとも部分的に覆うが、基板支持体130の周壁204は、そうしなければ、処理環境にさらされることになる。堆積リング208は、基板支持体130の露出した側面を保護して、エネルギーを与えられたプラズマ核種による側面の腐食を減少させるのに役立つことができる。
シールド201は、基板支持体130と向き合う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の外周とを取り囲む。シールド201は、プロセスチャンバ100の側壁116を覆い遮蔽して、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と、基板104のオーバハングエッジ206と、プロセスチャンバ100の側壁116および底壁120との表面を保護することができる。
引き続き図2を参照すると、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向きに延びる。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にOリング223を受け取るための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に載り(またはそれによって支持され)、Oリング溝222およびOリング223は、載置面234の向い側の側壁116に設けることもできる。
アダプタセクション226は、プロセスチャンバ100の壁で支持されるように構成される。より詳細には、アダプタセクション226は、内向きに延びるレッジ227を含み、レッジ227は、上部部分216に隣接する対応して外向きに延びるレッジ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の方に内向きに延びる下部部分235を含む。下部部分235は、空洞229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ように、カバーリングセクション212から離間される。空洞229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、ヒータ203からシールド201への最大伝熱が、プロセスキット200の洗浄中に所定の時間内に達成され得るような距離である。空洞229は、蛇行経路202と流体連結しており、それにより、例えば、ガス供給システム160を介して導入されるガスは、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、他の適切な材料によって囲まれた放射環状コイル205が環状溝236内に支持されることが示されている。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で制御することができる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はまた、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、水などのような伝熱媒体を流すためにアダプタセクション226またはシールド201(例えば、上部部分216)のいずれかまたは両方に配設されてもよい。伝熱媒体は、例えば、プロセスキット200の洗浄が完了したとき、またはプロセスチャンバ100内で実行されていた1つまたは複数の他のプロセスが完了したとき、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、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300の流れ図である。スパッタリングプレート141は、基板に堆積されるべき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141は、炭素(C)、ケイ素(Si)、窒化ケイ素(SiN)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、炭化タングステン(WC)、銅(Cu)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、炭化チタン(TiC)、窒化炭素(CN)などで製作することができる。スパッタリングプレート141を製作することができる特定の材料は、プロセスチャンバ内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に関連する1つまたは複数の要因、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、などに影響を及ぼすことがある。
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内に導入され、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)、または他の酸素含有ガス、例えばオゾン(O3)、水酸化物(OH)、過酸化物(H2O2)など、塩素(Cl2)、または他の塩素含有ガスなど、ホウ素(B)、フッ素(F)、窒素(N)、ニオブ(Nb)、硫黄(S)、あるい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)、製造業者の選好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300は、プロセスキット200上およびそのまわりの堆積物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141として使用される場合、方法300を使用して、炭素蓄積を取り除くことができる。十分な量の材料がプロセスキット200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、約5μmの炭素は、各基板に1000A膜を堆積させた場合、堆積のための約50枚ほどの基板(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内にロードし、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の上または上方に配置して、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も使用しなくてもよい。
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の前に位置づけられ、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、周辺保持領域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内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が、能動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を上回る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能動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。例えば、上述した伝熱流体を使用したスパッタリングプレート141の裏側冷却を使用して、そのような温度を達成することができる。スパッタリングプレート141を能動的に冷却することは、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、時間をかけて受動的に冷却させることが可能である。その結果、いくつかの実施形態では、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。代替としてまたは追加として、洗浄プロセスの間、スパッタリングプレート141は、エッチング反応がスパッタリングターゲット140に発生しないように能動的に冷却され、それにより、スパッタリングターゲット140の完全性を保護する(例えば、ターゲット材料を持続させる)ことができる。
次に、上述の温度差が達成/維持されることを保証するために、プロセスキット200上およびそのまわりの区域は、例えばシールドを加熱して、約250℃~約300℃の温度に能動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の量は、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、302において、プロセスチャンバの内部容積部に配された洗浄ガスにエネルギーを与えてプラズマを作り出すことができる。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、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内に酸素を導入することができる。導入された後、例えば、RF電源170と、各々が上記のようにRF電源170aまたはDC電源190aのいずれかまたは両方を使用してある電圧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、イオンおよびラジカルを含む酸素プラズマを作り出すことができる。
次に、304において、内部容積部108内のプラズマと、プロセスキット200との間の電位差が、プロセスキット200上およびそのまわりに堆積された材料を除去しやすくするために、所定の値(例えば、所定の電位差)、例えば最大値などに維持されるように、ペデスタル134に接続されたアクティブキャパシタチューナ(例えば、ACT192)を調整することができる。例えば、ペデスタル134に接続されたACT192は、内部容積部108内のプラズマと、シールド201との間の電圧電位差を最大に維持するために使用される。より詳細には、RF電源170が酸素ガスに点火した後、RF電源170は、プロセスチャンバ100内のプラズマを維持する(例えば、約100W~約2500W)ために使用され、コントローラ180は、プラズマの電圧電位が、洗浄プロセスの間一般にプロセスチャンバ100を通して接地されるシールド210の電圧電位よりも大きいことを保証するようにACT192を制御する。
プロセスチャンバの浮遊静電容量は、プロセスチャンバの接地経路に依存する。したがって、ACT192は、プロセスチャンバ100の接地経路を通して失われた浮遊静電容量を補償するように構成/設定することができる。例えば、最大電位差は、ACT192の全静電容量とプロセスチャンバの接地経路125に関連する浮遊静電容量の割合に基づく。したがって、少なくともいくつかの実施形態では、ACT192は、ACT192が全静電容量の約80%であるとき、プラズマと、接地されたプロセスキット200との間の最大電圧電位差(例えば、10~200V)が最も高くなるように構成/設定することができ、それにより、プロセスチャンバ100の接地経路125を通して失われる浮遊静電容量に起因する静電容量の約20%の損失が許容される。少なくともいくつかの実施形態では、ACT192は、ACT192が全静電容量の80%より少ないかまたは多いとき、プラズマと、接地されたプロセスキット200との間の最大電圧電位差が最も高くなるように構成することができる。
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内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するか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を(例えば、酸素ラジカルに加えて)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193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193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。コントローラ180はまた、1つまたは複数のセンサ193を使用して、プロセスチャンバ100の内部容積部108内のペデスタル134またはプラズマの電圧を決定して、例えば、内部容積部内のプラズマと、プロセスキット200との間の最大電位差を維持することができる。
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。
少なくともいくつかの実施形態では、洗浄プロセスが完了した後、コントローラ180は、1つまたは複数の追加のプロセスを実行することができ、例えば、洗浄プロセス中にスパッタリングターゲット140上に堆積されたデブリ(フレーク)の一部を除去するために、シーズニングが必要とされる。例えば、スパッタリングターゲット140の状態が十分に回復されるまで、ダミーウエハ122aおよび/またはシャッタディスクが基板支持体130に配設された状態で、パルスDCプラズマのシーズニング/適用を実行することができる(例えば、10~20回の実行)。
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の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を含むペデスタルと、
前記内部容積部内にプラズマを形成するためにスパッタガスにエネルギーを与えるように構成された電源と、
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囲むプロセスキットと、
前記ペデスタルに接続されたアクティブキャパシタチューナ(ACT)と、前記内部容積部内の前記プラズマと前記プロセスキットとの間の所定の電位差を維持するために前記ACTを使用して前記ペデスタルを調整するように構成されたコントローラであり、前記所定の電位差が、前記ACTの全静電容量と前記プロセスチャンバの接地経路に関連する浮遊静電容量の割合に基づく、コントローラと
を含む、プロセスチャンバ。 - 前記電源が、物理的気相堆積のためにパルスDCを前記スパッタリングターゲットに供給するようにさらに構成される、請求項1に記載のプロセスチャンバ。
- 前記電源は、パルスDCが供給されているとき、RF信号が前記電源のDC回路に入るのを阻止するように構成されたRFフィルタを含む、請求項1に記載のプロセスチャンバ。
- 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、請求項1に記載のプロセスチャンバ。 - 前記ペデスタルに接続され、二酸化炭素生成の終点、排気ガスの組成に基づく洗浄時間の終点、または前記プロセスチャンバの前記内部容積部内の前記ペデスタルもしくは前記プラズマの電圧のうちの少なくとも1つに関連する情報を供給するように構成されたセンサをさらに含む、請求項1~4のいずれかに記載のプロセスチャンバ。
- プロセスチャンバの内部容積部に配設されたプロセスキットを洗浄するための方法であって、
前記プロセスチャンバの前記内部容積部に配された洗浄ガスにエネルギーを与えてプラズマを作り出すことと、
前記内部容積部内の前記プラズマと、プロセスキットとの間の所定の電位差が、前記プロセスキット上に堆積された材料を除去するために維持されるように、基板支持体を含むペデスタルに接続されたアクティブキャパシタチューナ(ACT)を調整することであり、前記所定の電位差が、前記ACTの全静電容量と前記プロセスチャンバの接地経路に関連する浮遊静電容量の割合に基づく、調整することと
を含む、方法。 - 前記プラズマが酸素(O)ラジカルを含み、前記材料が炭素である、請求項6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6に記載の方法。
- 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高周波(RF)電源を使用して前記洗浄ガスにエネルギーを与えて、前記プラズマを作り出すこと、
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て、前記プラズマを作り出すこと、
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て、前記プラズマを作り出すこと、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、前記プラズマ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6~8のいずれかに記載の方法。 - 前記プロセスチャンバに結合された直流(DC)電源を使用して、物理的気相堆積のために前記プロセスチャンバの前記内部容積部に配設されたスパッタリングターゲットにパルスDCを供給することをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 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、請求項10に記載の方法。 - 前記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、
前記プロセスキットの前記シールドを前記第1の温度よりも高い第2の温度に加熱することと
をさらに含む、請求項11に記載の方法。 - 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6~8または10~12のいずれかに記載の方法。
- 前記プロセスキットの前記シールドを加熱することが、ランプまた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、あるいは放射加熱を使用することのうちの少なくとも1つを含む、請求項6~8または10~12のいずれかに記載の方法。
- プロセッサによって実行されたとき、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を実行する命令を格納した非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体であって、前記方法が、
プロセスチャンバの内部容積部に配された洗浄ガスにエネルギーを与えてプラズマを作り出すことと、
前記内部容積部内の前記プラズマと、プロセスキットとの間の所定の電位差が、前記プロセスキット上に堆積された材料を除去するために維持されるように、基板支持体を含むペデスタルに接続されたアクティブキャパシタチューナ(ACT)を調整することであり、前記所定の電位差が、前記ACTの全静電容量と前記プロセスチャンバの接地経路に関連する浮遊静電容量の割合に基づく、調整することと
を含む、非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体。 - 前記プラズマが酸素(O)ラジカルを含み、前記材料が炭素である、請求項15に記載の非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体。
- 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に記載の非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体。
- 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高周波(RF)電源を使用して前記洗浄ガスにエネルギーを与えて、前記プラズマを作り出すこと、
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て、前記プラズマを作り出すこと、
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て、前記プラズマを作り出すこと、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、前記プラズマ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に記載の非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体。 - 前記プロセスチャンバに結合された直流(DC)電源を使用して、物理的気相堆積のために前記プロセスチャンバの前記内部容積部に配設されたスパッタリングターゲットにパルスDCを供給することをさらに含む、請求項15に記載の非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体。
- 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、請求項15~19のいずれかに記載の非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体。
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