JP4551080B2 - アーク噴霧コーティングアプリケーション及び機能を容易にするハードウェア・フィーチャーの設計 - Google Patents

Description

発明の背景

発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、半導体デバイス生産用ハードウェアを製造するための装置及び方法に関する。特に、本発明は、基板汚染を減少させるアーク噴霧スパッタチャンバハードウェアに関する。
関連技術の説明
[0002]スパッタリングは半導体基板上に材料層を堆積する方法である。典型的なスパッタリング装置は、スパッタリング・チャンバ内に封入されたターゲットと、基板支持用ペデスタルを含んでいる。ターゲットは、基板上に堆積される材料を含んでいる。スパッタリングがフィルム形成には概して有効であるが、基板の表面以外で堆積チャンバ内の表面上に堆積する材料は、特に著しい量の材料が蓄積した場合、チャンバが熱循環するのにつれてチャンバ表面から剥がれたり砕けたりする可能性がある。そのように剥がれたり砕けたりすると基板汚染を引き起こしてしまう。

[0003]従って、この種の汚染を減少させるために、半導体製造分野において、チャンバ・ハードウェア上に蓄積するスパッタ粒子が剥がれたり砕けることにより生じる基板汚染を減少させる装置及び方法が求められている。

発明の要約

[0004]本発明の実施形態は、一般的には、スパッタチャンバを含んでいる。スパッタチャンバは、一般的には、1つ以上のトレンチが形成された少なくとも1つのワークピースを含んでおり、該トレンチはアーク噴霧領域を画成するために構成されている。

[0005]発明の実施形態は、更に、スパッタチャンバワークピース上にをコーティングを形成する方法を提供する。該方法は、一般には、ワークピースにおいて1つ以上のトレンチを形成するステップであって、該トレンチが被覆すべき領域を画成している、前記ステップと、該トレンチによって画成された境界内に金属スプレーコーティングで噴霧して該トレンチを所望の厚さまで充填するステップと、を含んでいる。

[0006]本発明の上記特徴が詳細に理解され得るように、上で簡単に纏めた本発明の具体的な説明は実施形態によるものであり、その一部は添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示したものにすぎず、その範囲を制限するものとしてみなされないので、本発明が他の同様に有効な実施形態を加えることができることは留意すべきである。

好適実施形態の詳細な説明

[0009]図1はスパッタリング・チャンバ１００を示している。スパッタリング・チャンバ１００は、一般的には、少なくとも１つのガス入口１０４が処理ガス源１０６に結合し、且つ排出口１０８が排気ポンプ１１０に結合したスパッタリング・チャンバエンクロージャ壁１０２を含んでいる。基板支持用ペデスタル１１２は、一般的には、スパッタリング・チャンバ１００の下の部分に配置され、通例知られるように、ターゲット１１４は、スパッタリング・チャンバ１００の上部に取り付けられるか、又は上部を形成する。基板支持用ペデスタル１１２は、一般的には、基板支持用ペデスタル１１２の表面上にワークピース又は基板１２２を保持するために、静電チャックのようなチャッキング装置１３２上に支持される。基板支持用ペデスタル１１２は、更に、支持体１１２から半径方向に伸び、全支持体１１２を囲んでいるフランジ１３４を含めることができる。このフランジ１３４は堆積リング１１３を支持している。基板支持用ペデスタル１１２は洗浄のためにスパッタリング・チャンバ１００から取り出すことがほとんど困難であるので、堆積リング１１３が、一般的には、基板支持用ペデスタル１１２の側面の堆積を防止する。

[0010]ターゲット１１４は、前面１１６と少なくとも１つの側面１１８を有する。一般的には、ターゲットは円板形であるので、単一の円周側面１１８を有する。ＡＣ電源１２０は基板支持用ペデスタル１１２に作用的に示された結合しているので、ＡＣ電源１２０から出されたＡＣ電力信号は基板支持用ペデスタル１１２を通って、その上に配置された基板１２２に結合する。

[0011]ターゲット１１４は、絶縁部材１２４によってスパッタリング・チャンバエンクロージャ壁１０２から電気的に分離される。スパッタリング・チャンバエンクロージャ壁１０２は接地されることが好ましい。負電圧はＤＣ電源１２８によって（接地スパッタリング・チャンバエンクロージャ壁１０２に関して）ターゲット１１４上で維持される。コントローラ１３０は、ＤＣ電源１２８、ガス入口１０４、排出口１０８及びＡＣ電源１２０に作用的に結合している。

[0012]動作中、ガス（例えば、アルゴン）は、コントローラ１３０によって調節される選定流量でガス入口１０４を通ってスパッタリング・チャンバ１００の中に充填される。コントローラ１３０は、また、ガスが排出口１０８を通ってポンプで送られる流量を絞ることにより、スパッタリング・チャンバ圧を調節する。従って、一定のチャンバ圧がスパッタリング中維持されるが、新鮮な処理ガスの連続する供給がスパッタリング・チャンバ１００に供給される。

[0013]ターゲット１１４に印加された負電圧は、プラズマ状態へ処理ガスを励起させる。プラズマからのイオンはターゲット１１４に衝突し、そこからターゲット原子をスパッタさせる。スパッタされたターゲット原子は、ターゲット１１４から直線軌道で移動し、基板１２２上に堆積する。

[0014]スパッタされたターゲット原子の一部は、プラズマ中に散在することがあり、最後には、ターゲット１１４や堆積リング１１３の側面１１８を含む、スパッタリング・チャンバ１００内の他の表面に蓄積することがある。上述したように、基板上に堆積しないスパッタされたターゲット原子は、スパッタ粒子と呼ばれる。ターゲット１１４の側面１１８に強く付着しないスパッタ粒子の一部は、スパッタリング・チャンバ１００が熱循環するのにつれて、そこから剥がれたり砕けたりすることがある。そのような剥がれたり砕けたりするスパッタ粒子が沈積し、それによって基板１２２を汚染することがある。絶縁部材１２４上に蓄積するどんなスパッタ粒子も、スパッタリング・チャンバ包囲壁１０２とターゲット１１４の間に電気短絡回路を生じることがある。そのような電気短絡回路は、スパッタリング・チャンバ１００に誤動作を生じさせることがある。それ故、一般的には、シールド１２６が配置され、これは、粒子がそこから砕け、潜在的な基板汚染源を作り出すとき、スパッタ粒子が絶縁部材１２４上に蓄積することを防止し、また、粒子がスパッタリング・チャンバ包囲壁面１０２上に蓄積することを防止する。

[0015]スパッタリング・チャンバ１００のハードウェアからスパッタ粒子が剥がれたり砕けたりすることにより生じる基板の汚染を減少させる努力に様々な方法が用いられてきた。例えば、金属スプレーコーティングのようなコーティングは、スパッタリング・チャンバ１００におけるハードウェアに適用することができる。そのようなコーティングは、一般的には、例えば、約５マイクロメートル（約２００マイクロインチ）より大きな表面の粗さ（ＲＡ）の粗い表面仕上げが施されている。コーティングは、一般的には、スパッタ粒子が砕けるのを防止するような十分な厚さを有する。厚さは行われる特定のスパッタリング・プロセスに左右されるが、一般的には約１５０マイクロメートル〜約５００マイクロメートルのコーティング厚さが十分である。更に、コーティングは、一般的には、熱膨張率がスパッタ粒子と同様の材料である。例えば、コーティングはアルミニウム、チタン、又は他の金属であってもよい。コーティングの粗さは、プロセスチャンバハードウェアとハードウェア上に蓄積したスパッタ粒子の間の付着を著しく高めることができる。

[0016]アーク噴霧は、粉末、ワイヤ又はロッドのような形の材料が、トーチ又はガンに供給され、次に材料の融点近く又は融点より高い温度に加熱される熱スプレー技術である。その結果生じた材料は、ガス流中で加速され、コーティングすべき表面に運搬される。典型的なアーク噴霧プロセスにおいては、堆積すべき材料は、共に供給される２つの電気的に反対に帯電されたワイヤの形であるので制御されたアークがワイヤ先端の交差部に生じる。先端の溶融材料が噴霧され、圧縮空気又は他のガスの流れによって被覆すべき表面に噴射される。アーク噴霧プロセスは、一般的には、高堆積速度を与え、比較的低コストプロセスである。

[0017]しかしながら、アーク噴霧は、一般的には、制御できないものであり、結果としてスプレーの場所、厚さ、粗さ、及び部分表面上の、ポストスプレーコーティングの他の特性を束縛することができない。従って、チャンバ・ハードウェアをスパッタするために表面の粗さを与えるために改善された方法が求められている。

[0018]図２は、コーティングを促進させる第１トレンチ２００と第２トレンチ２０１を含む堆積リング１１３の側面図である。堆積リング１１３は、一般的には、基板支持用ペデスタル１１２のエッジの周りに伸びているリップ部分２０２を含んでいる。トレンチ２００と２０１は、堆積リング１１３内に正確に機械加工され、それにより複数の部分を噴霧する場合にアーク噴霧の制御と反復性を与える。第１トレンチは、一般には、内部表面２０３を有する。内部表面２０３は、一般的には、アーク噴霧コーティングの内側の限界を画成する。第２トレンチ２０１は、一般的には、外部表面２０７と、アーク噴霧コーティングの外側の限界である、内部表面２０５を含んでいる。アーク噴霧コーティングは、ワークピース上の粗面を与えることができる金属コーティングを含むことができる。個々の実施形態においては、コーティングは、約１８マイクロメートル（約７００マイクロインチ）〜約２３マイクロメートル（約９００マイクロインチ）の表面の粗さを与える。金属コーティングは酸化アルミニウムであることができる。例えば、個々の実施形態においては、金属コーティングは純度が約９９.５％である酸化アルミニウムである。トレンチ２００と２０１の表面／エッジは、一般には、粗い表面又はエッジというよりむしろ丸い表面／エッジを持ち、よってコーティングは付着可能である。表面許容量（例えば、他の部分との間の臨界距離）が小さいワークピースは、トレンチ２００と２０１の距離と深さによって求められる所定のコーティング厚さを受容する。例えば、コーティング厚さは、一般的には約０.０２５ミリメートル（約０.００１インチ）や約０.５０８ミリメートル（約０.０２０インチ）からである。個々の実施形態においては、コーティング厚さは約０.１５２ミリメートル（約０.００６インチ）や約０.２２９ミリメートル（約０.００９インチ）からである。厚さは、一般的には、コーティング領域で予め決定されるが、コーティング厚さはコーティング領域全体の異なる位置で変動してもよい。トレンチ２００と２０１を形成する方法は、当業者に既知である。

[0019]トレンチ２００と２０１も、堆積リング１１３の誤った噴霧を更に阻止するマスキングプロセスを容易にする。被覆されない表面は、マスクで覆うことができ、コーティングがハードウェアに適用された後に除去される。マスクは、ワークピース間の反復性のためのトレンチ２００と２０１の表面に容易に適用することができる。

[0020]本発明の実施形態は、主として堆積リングに適用されるように記載されてきたが、スパッタリング・チャンバ１００内のどのような表面も本発明の使用から恩恵を受けることができる。例えば、本明細書に記載された実施形態は、カバーリング、チャンバ側壁、ターゲット、バッキングプレート又はダーク・スペース・シールドに適用することができる。本発明の実施形態は、また、コイル（図示せず）をもつ従来の高密度プラズマ型スパッタリング・チャンバ内で用いることができる。

[0021]上記は本発明の実施形態に関するものであるが、発明の更に多くの実施形態をその基本的な範囲から逸脱することなく構成することができ、発明の範囲は前述の特許請求の範囲によって決定される。

スパッタリング・チャンバを示している。 コーティングを促進させるトレンチを含む堆積リングの側面図である。

符号の説明

１００…スパッタリング・チャンバ、１０２…スパッタリング・チャンバ包囲壁、１０４…ガス入口、１０６…処理ガス源、１０８…排出口、１１０…排気ポンプ、１１２…基板支持用ペデスタル、１１３…堆積リング、１１４…ターゲット、１１８…側面、１２０…AC電源、１２２…基板、１２４…絶縁部材、１２８…DC電源、１３０…コントローラ、１３２…チャッキング装置、１３４…フランジ、２００…第１トレンチ、２０１…第２トレンチ、２０２…リップ部分、２０３…内部表面、２０５…内部表面、２０７…外部表面。

Claims (15)

1. １つ以上のトレンチが内部に形成された少なくとも１つの堆積リングを含み、該トレンチは、コーティングが上部に形成されたアーク噴霧コーティング領域を画成する、スパッタチャンバ。
2. 該アーク噴霧コーティング領域が、０.０２５ミリメートル（０.００１インチ）〜０.５０８ミリメートル（０.０２０インチ）の厚さのコーティングが上部に堆積するように構成されている、請求項１記載のスパッタチャンバ。
3. 該アーク噴霧コーティング領域が、０.１５２ミリメートル（０.００６インチ）〜０.２２９ミリメートル（０.００９インチ）の厚さのコーティングが上部に堆積するように構成される、請求項１記載のスパッタチャンバ。
4. 該堆積リングがチタンから形成されている、請求項１記載のスパッタチャンバ。
5. 該コーティングが酸化アルミニウムを含んでいる、請求項１記載のスパッタチャンバ。
6. 該コーティングが該アーク噴霧コーティング領域に１５０マイクロメートル〜５００マイクロメートルの表面粗さを与える、請求項５記載のスパッタチャンバ。
7. スパッタチャンバの堆積リングにコーティングを形成する方法であって、
   該堆積リングにおいて１つ以上のトレンチを形成し、該トレンチがコーティング領域を画成するステップと、
   該コーティング領域にアーク噴霧によりコーティングを形成するステップと、
   を含む、前記方法。
8. １つ以上の該トレンチをマスキングして該堆積リング上の過剰スプレーを防止するステップを更に含む、請求項７記載の方法。
9. 該コーティングの厚さが０.０２５ミリメートル（０.００１インチ）〜０.５０８ミリメートル（０.０２０インチ）である、請求項７記載の方法。
10. 該コーティングの厚さが０.１５２ミリメートル（０.００６インチ）〜０.２２９ミリメートル（０.００９インチ）である、請求項７記載の方法。
11. １つ以上のトレンチが第１トレンチと第２トレンチを含み、該第１トレンチと第２トレンチが内部表面と外部表面を持ち、該コーティング領域は、該第１トレンチの該内部表面と該第２トレンチの該内部表面とにより画成されている、請求項７記載の方法。
12. １つ以上のトレンチの場所が噴霧器に伝達されて該コーティング領域を画成する、請求項７記載の方法。
13. 内部に形成された１つ以上のトレンチを含み、該トレンチは、上部にコーティングが形成されたアーク噴霧コーティング領域を画成して該コーティング領域に１５０マイクロメートル〜５００マイクロメートルの表面粗さを与える、スパッタチャンバ堆積リング。
14. １つ以上の該トレンチが第１トレンチと第２トレンチを含み、該第１トレンチと該第２トレンチが内部表面と外部表面を持ち、該コーティング領域は、該第１トレンチの該内部表面と該第２トレンチの該内部表面により画成されている、請求項１３記載のスパッタチャンバ堆積リング。
15. 該第２トレンチが該堆積リングの全周囲に沿って伸びている、請求項１４記載のスパッタチャンバ堆積リング。

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