JP4564660B2

JP4564660B2 - Ｒｆフィードスルー、半導体製造システム、及び、半導体処理チャンバ内へｒｆ電流と冷却剤を与える方法

Info

Publication number: JP4564660B2
Application number: JP2000576469A
Authority: JP
Inventors: アナンササブラマニ; マイケルローゼンシュタイン; ティモシーシーロンマッソン; ピーターサティパンウェイカ
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2019-10-01
Also published as: JP2002527900A; KR100649278B1; WO2000022646A1; KR20010080191A

Description

【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、イオン化蒸着とエッチングの装置と方法に関し、より詳しくは、半導体デバイスの製造のためのチャンバにコイルを取付ける方法と装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
ウェハ又は他の基板の高アスペクト比のビア、チャンネル及び他の開口部について、蒸着プロセス中の底部カバレッジを改善するため、蒸着材料は基板に蒸着する前にプラズマ中でイオン化しても良い。イオン化された蒸着材料は、電界により再度方向付けされ、より多くの材料が底部領域に到達するようにしても良い。蒸着層の不所望のキャビティの形成を減らすためには、プラズマの密度を上げて、スパッタされた材料のイオン化率を増加させるのが好ましいことが分かった。このようなプラズマはまた、ウェハをエッチングする等の他の半導体プロセスにも有用である。
【０００３】
プラズマをＲＦ電界で励起する公知の技術には、容量結合、誘導結合、波動加熱等がある。標準誘導結合プラズマ（ＩＰＣ）発生器では、プラズマを取囲むコイルの形のアンテナを通るＲＦ電流が、プラズマ内に電磁電流を誘導する。これらの電流は、電導性のプラズマをオーム加熱により加熱し、定常状体に保たれるようにする。例えば、米国特許第4,362,632号に示されるように、コイルを通る電流は、インピーダンスマッチングネットワークを通ってコイルに結合するＲＦ発生器により供給され、コイルが、トランスフォーマーの第１巻き線として作用するようにする。プラズマは、トランスフォーマーの１巻の第２巻き線として作用する。
【０００４】
共に係属する本発明の譲受人に譲受けられた「プラズマ発生とスパッタリング用コイル」という題の1996年7月10日出願の米国特許出願第08/680,335号（代理人ドケット番号＃1390/CIP/PVD/DV）に記述されているように、チャンバの主なターゲットからスパッタされる材料を補うため、コイル自体がスパッタされる材料の源を供給しても良い。チャンバ内のシールド壁上に絶縁されて位置するコイルにＲＦ信号をかけると、コイルに負のバイアスが起こり、正のイオンを引付け、それがコイルを衝撃し、コイルから材料をスパッタさせる。
【０００５】
比較的大きい電流がコイルを通過してプラズマを励起するので、コイルはしばしばかなり抵抗加熱を受ける。さらに、コイルがスパッタリング源として使用されると、コイルを衝撃するイオンは、さらにコイルを加熱する場合がある。その結果、内部のコイルが比較的高温になり、ウェハ、ウェハ蒸着プロセス、又はコイル自体に悪影響を与える場合がある。さらに、いったん蒸着が完了すると、コイルは冷却し、コイルへの電流は遮断される。コイルの加熱と冷却の都度、コイルは伸長し次に収縮する。このコイルの熱サイクルが、コイル上に蒸着されたターゲット材料から粒子状物質を発生させ、それがウェハ上に落ちウェハを汚染する。
【０００６】
コイルの加熱を減らすため、ある用途ではコイルを中空のチューブで作り、そこを通って水等の冷却剤をが流すことを提案した。しかし、冷却剤の源はチャンバの外側に位置するので、中にコイルのある真空チャンバは、冷却剤がチャンバ壁を通って通過し、コイルを通り、チャンバ外へ戻るためのフィードスルーが必要である。さらに、ＲＦ電源もチャンバの外に位置するかもしれないので、壁面にはＲＦ電力をコイルにかけるためのフィードスルーも必要である。しかし、安全上及び他の理由により、チャンバ壁は通常接地電位に保持される。そのため、ＲＦフィードスルーは、チャンバ壁からコイルを電気的に絶縁することができなければならない。さらに、冷却剤とＲＦフィードスルーは、通常大気圧力のチャンバ壁外側と、1ミリトール又はそれより低い圧力のチャンバの内側との間の大きい圧力差を維持することができなければならない。その結果、公知のＲＦと液体のフィードスルーは、比較的複雑で取付けるのが難しい。
【０００７】
例えば、１つの公知のフィードスルーは、ＲＦエネルギーと冷却剤の源が結合する外側端部と、コイルがロー付け又は他の方法で結合される内側端部とを有する導管を備える。しかし、このようなフィードスルーは、コイルとフィードスルーの間の内部結合部は、潜在的な漏出ポイントとなり、それがチャンバ内で行われる半導体プロセスを妨げ、チャンバ自体を損傷する恐れがある。共に係属する本発明の譲受人に譲受けられたPeter Satitpunwaychaによる「改善されたコイルとコイルフィードスルー」という題の出願（代理人ドケット番号＃1802/MD/PVD/DV）に、ＲＦコイルが記述されていて、このＲＦコイルは、チャンバ外側に位置する第１と第２端部を有する導電性材料の連続一体導管と、チャンバ内側に位置するコイル部分と、チャンバ壁のアパーチャ内に位置するフィードスルー部分とを備える。この設計は、導管はフィードスルーとコイル部分の間の結合部がないので、冷却剤の漏れの潜在的な元をなくす。
【０００８】
上述した共に係属する出願に記述されているようなコイルフィードスルーでは、絶縁部材を使用して、ＲＦ電源から供給される電位（「ＲＦホット」）のＲＦコイルを、典型的には接地電位であるチャンバ壁から電気的に絶縁する。通常接地電位のシールド壁もまた、間隔をおいたアパーチャを有し、そこを通ってＲＦコイルが通過する。フィードスルーの絶縁部材の表面をスパッタされる材料の蒸着から保護し、またチャンバ内のプラズマ発生領域内で発生するプラズマから保護するのが好ましい。例えば、蒸着材料が金属等の導電性材料のときは、絶縁部材の保護されない表面は、蒸着材料で覆われ、導電性になるかもしれない。
【０００９】
（発明の概要）
本発明の目的は、コイルを取付ける改善された方法と装置を提供し、実際的な用途で、比較的複雑でない配置で上述した制限を無くすることである。
【００１０】
この及び他の目的と利点は、本発明の１態様によるＲＦコイルフィードスルー組立体により達成され、この組立体は、コイルをチャンバ壁から電気的に絶縁するための絶縁体部材と、絶縁体をスパッタされる材料から保護し、プラズマをチャンバ内に閉じ込めるためのダークスペースギャップを形成するブロッキング部材とを有する。ダークスペースギャップは、チャンバ壁に電気的に結合したブロッキング部材と、ＲＦコイルに電気的に結合した部材との間に形成され、内側プラズマ領域と絶縁体の間のコイルに沿って位置する。１実施例では、コイルはチャンバ壁に電気的に結合したブロック内のアパーチャを通り、ダークスペースギャップはコイルの外側表面とアパーチャの内側表面との間に形成される。他の実施例では、スリーブがＲＦコイルの周りに設けられてこれに電気的に結合し、スリーブとコイルは、チャンバ壁に電気的に結合したチャンバシールドのアパーチャを通過する。この実施例では、ダークスペースギャップは、スリーブと、シールド上のアパーチャの内側表面との間に形成される。スリーブは、コイルより構造的に硬く、通過するアパーチャ内で移動しにくいので、スリーブとアパーチャの間に形成されるダークスペースギャップは、より容易に保持することができる。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、ＲＦフィードスルー組立体の全体が、ＲＦコイルにより支持されても良い。フィードスルー組立体は、チャンバ壁の外側壁面に気密に固定できるようになっていていも良い。フィードスルー組立体は、外側からチャンバに固定されるので、ＲＦコイルの取付は、非常に簡単になる。さらに、フィードスルーは、コイルを完全に支持し、コイル用の他の接続又は支持具をチャンバの内側に設ける必要はない。
【００１２】
（詳細な説明）
図１と２を参照すると、本発明の第１実施例によるＲＦコイルを利用するプラズマ発生器は、ほぼ円筒形のプラズマチャンバ100が、真空チャンバ102（図１には概略を示す）内に受入れられている。この実施例のプラズマチャンバ100は、１巻又は複数巻の流体冷却されたチューブ状コイル104を有し、このチューブ状コイルは、ほぼ円筒形シールド106内で、シールド106内の内側プラズマ発生領域108内に位置する部分104aを備える。シールド106は、チャンバ102の外側壁114（一般的には接地されている）に電気的に結合している。ＲＦ発生器110からのラジオ周波数（ＲＦ）エネルギーが、コイル104の外側部分104bに結合し、このコイルは、チャンバ102の外側壁114に取付けられたフィードスルー組立体112を通って、内側コイル部分104aとＲＦコイル104の残りの部分へ行く。ＲＦエネルギーは、蒸着システム100の内側領域108に誘導結合し、これが蒸着システム100のプラズマを励起する。後述するように、この実施例のＲＦコイル104は、チャンバの外側（コイル部分104b）から、フィードスルー組立体112を通って（コイル部分104d）、チャンバの内側を回り（コイル部分104a）、フィードスルー組立体112通って（コイル部分104e）、チャンバの外側へ戻る（コイル部分104f）連続一体型チューブ状導管を備え、コイル内の流体の冷却剤の漏れを起こす結合部がない。さらに、フィードスルー組立体112は、チャンバ102の外側壁114に固定できるブロック部材202（図２）を有し、コイル104をチャンバ内に組込むのを容易にする。
【００１３】
スパッタ蒸着処理中、イオンフラックスが、チャンバ102の頂部に位置する負にバイアスされたターゲット120を衝撃する。ターゲット120は、ＤＣ電源122により負にバイアスされるのが好ましい。コイル104は、イオンを引付けるため負のバイアスを作り出すかもしれない。プラズマイオンは、ターゲット120とおそらくコイル104から材料を射出し、基板124上に載せる。この基板は、蒸着システムの底部にペデスタル126により支持されるウェハ又は他の加工片でも良い。ターゲット120上に設けられた回転マグネット組立体128が、ターゲット120上をスイープする磁界を生じ、ターゲット面上の所望の腐食パターンを促進する。
【００１４】
ターゲット120とコイル140から射出された材料の原子は、プラズマに誘導結合したコイル140により励起されたプラズマによりイオン化される。ＲＦ発生器110は、アンプとインピーダンスマッチングネットワーク130を通ってコイル104の外側端部104bに結合するのが好ましい。コイルのスパッタリングを望むなら、ＲＦコイル104の他方の外部端部104fは、ブロッキングキャパシター132（可変キャパシターでも良い）を通って接地に結合するのが好ましい。イオン化された蒸着材料は、基板124に引付けられ、その上に蒸着層を形成する。ペデスタル126は、ＲＦ（又はＤＣ又はＡＣ）電源136により負にバイアスされ、基板124に外からバイアスをかける。また、ある用途では、基板124を自己バイアスし、基板の外部バイアスを除くこともできる。
【００１５】
図２、２ａ、３は、本発明の１実施例による水冷されたコイル用のＲＦフィードスルー組立体を示す。後述するように、フィードスルー112は、導電性蒸着材料が絶縁性表面上に蒸着されないように設計されている。これが起こるとコイルと隣接する接地表面との間で短絡が起こる場合がある。また、短絡を起こさずに、ある程度の屈曲を行うことができる。さらに、コイルと隣接する接地表面との間にダークスペースが形成されて、プラズマイオンの通過を遅らせ、コイルと隣接する接地表面との間のアーキングを防止する。
【００１６】
図２は、コイル部分104dと104eの軸を通りチャンバの円筒形軸にほぼ垂直な面でのフィードスルー112の断面図である。図２ａは、図２の矢印Ａで示す方法に見た図２のフィードスルーの側面図である。図３は、図２の矢印Ｂで示す方法に見た図２のフィードスルーの概略図である。図２と３に示すように、ＲＦコイル104の実施例の部分104b,104d,104e,104fは、ほぼ円筒形である。部分104dと104eは、相互にほぼ平行に配置され、それぞれブロック部材202の２つのアパーチャ202aと202b（図２）を通過する。アパーチャの内径は、通過するコイル部分104dと104eの外径より少し大きく、コイル部分の外面とアパーチャの内面の間に環状空間が形成され、導電性材料の通過を防ぎ、後述するようにダークスペースを作る。フィードスルーの構造的構成要素は、典型的には２つのコイル部分104dと104eについて同じであるが、上述し図１に示したように、コイルの２つの端部分104bと104fは、異なる電気回路に結合するようになっていても良い。
【００１７】
図２に示すように、絶縁体チューブ204は、外部コイル部分104bの一部の周りで、ブロック部材202とコイルの端部の間に配置される。絶縁体チューブ204は、セラミック又は他の好適な絶縁材料でできてきても良い。リング形部材206が、ロー付け又は他の方法で、コイル部分104bの一部の外面で絶縁体チューブ204とコイルの端部の間に固定される。リング部材206は、チタン又は他の好適な導電性材料で形成しても良い。絶縁体チューブ204は、その一端部204aで、コイル部分の周りで、絶縁体チューブ204とリング部材206の間に配置された第１スリーブ208により、リング部材206に結合される。また、他端部204bで、コイル部分の周りで、絶縁体チューブ204とブロック部材202の間に配置された第２スリーブ210により、ブロック部材202に結合される。第１と第２スリーブ208,210は、コバール又は他の好適な材料でできてきても良い。第１スリーブ208は、一端部208aでリング部材206に結合し、他端部208bで絶縁体チューブ204の端部204aに結合する。第２スリーブ210は、一端部210aで絶縁体チューブ204の端部204bに結合する。
【００１８】
第１スリーブの端部208bと第２スリーブ210の端部210aは、絶縁体チューブ204に沿って間隔をおき、第１と第２スリーブ208,210は、相互に電気的に絶縁されるようになっている。第２スリーブ210の他方の端部210bは、ブロック部材202のアパーチャ202a内に延び、アパーチャの内面に固定される。第２スリーブの内径は、通過するコイル部分の外径より十分なだけ大きく、第２スリーブ210がコイル部分104dの外面に接触しないようになっている。さらに、アパーチャ202aの内面の直径は、通過するコイル部分104dの外径より所定の距離だけ大きく、アパーチャ202aの内面とコイル部分104dの外面との間に環状空間212が形成されるようになっている。ブロック部材202は、絶縁体チューブ204を通ってコイル104に機械的に結合するので、コイル104とブロック部材202とは、相互に電気的に絶縁される。このように、コイル104は、ブロック部材202により絶縁されて支持される。
【００１９】
ブロック部材202は、チタン、アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の好適な構造材料でできてきても良い。第１と第２スリーブ208,210は、点208a,208b,210a,210bで、それぞれリング部材206と、絶縁体チューブ204と、ブロック部材202の内面に結合さててもよい。この結合は、例えば融点約800℃の高温ロー付けにより結合しても良い。フィードスルーの作動温度は、典型的には800℃より低いので、このようなロー付けは、多くの用途で堅固な結合を形成する。溶接等の他の好適な手段を使用して、上述の構成要素を結合することもできる。コイルと、リング構造206と、第１スリーブ208と、絶縁体チューブ204と、第２スリーブ208と、ブロック部材202の間の接続は、気密であるのが好ましい。さらに、コイル部分104dの端部にニップル214が設けられ、ガス又は水等の冷却剤流体等の冷却剤源との結合を与える。ニップル214は、チタン又は他の好適な材料でも良い。
【００２０】
図２と３に示すように、コイル部分104eは、ブロック部材202のマッチングアパーチャ202bを通る。コイル部分104eをブロック部材202に結合する構造は、コイル部分104dに付いて前述した構造と同じである。これらの構造を通って、ブロック部材202は、コイル104を気密で絶縁して保持する。フィードスルー組立体112は、チャンバ100に組立てることができる。この組立は、フィードスルー組立体をシールド壁106のアパーチャ106aと、チャンバの壁114のアパーチャを通し、例えば図３に示すボルト216を使用して、ブロック部材202を壁に固定することにより行う。ボルト216は、チャンバの主な壁に直接受けても良く、又は他の実施例に付いて述べるように別のアダプタープレートに受けても良い。ブロック部材202と壁114の間に真空シールを設け、気密充填を保証するようにすることもできる。
【００２１】
フィードスルー112はコイルを完全に支持するので、チャンバの内部に他の接続部又は支持具を設ける必要はない。しかし、この実施例では、シールド壁106のアパーチャ106aは、フィードスルーのブロック部材202をぴったりと受け屡大きさで、蒸着材料とプラズマイオンが、ブロック部材202とシールド壁の間で移動するのを防止する。従って、ブロック部材202は、シールド壁に支持され固定されて、フィードスルー112とコイル104を更に支持する。
【００２２】
フィードスルー112が取付けられるとき、ブロック部材202は、典型的には接地されたチャンバに電気的に結合する。コイル104は、絶縁体チューブ204によりブロック部材202から電気的に絶縁され、典型的にはＲＦ電源から比較的高電圧をかけられる（「ＲＦホット」という）。前述したように、コイル104とブロック部材202は、相互に間隔をおいて、ブロック部材202とコイル部分104dの間に所定の大きさの環状空間212を形成する。図２にもっとも良く示すように、環状空間212は、絶縁体部材204と、スパッタされた蒸着材料がイオン化されるプラズマ発生領域108との間に狭い通路を形成する。環状空間212の比較的狭い幅と、環状空間212の比較的長い長さにより、スパッタされた蒸着材料が絶縁体部材204に行くのが防止される。そのため、導電性のスパッタされた蒸着材料が絶縁体部材204を通って導電性の経路を作るとコイル104をブロック部材202へ短絡させるが、このような経路の形成は、遅くなり又は完全に阻止され、そのためコイルとフィードスルー112の有効寿命を長くする。
【００２３】
同時に、環状空間212の幅は、コイル104のある程度の屈曲を許し、コイルがフィードスルーのブロック部材202と接触して電気的に短絡する事がないように、十分な広さがあるのが好ましい。この実施例では、コイル104の導電性の外面と、ブロック部材のアパーチャ202aと202bの接地された内面の間の環状空間212の幅は、約0.04〜0.08インチ（1〜2ｍｍ）、長さは約1/2〜1インチ（12〜25ｍｍ）であり、幅と長さの比は約1：12である。この比は、少なくとも1：2が好ましい。これらの寸法は、特定の用途により変る。特定の用途により、他の寸法にすることができる。この実施例では、ブロック部材202は、良く形成された環状空間212の長さを延びる。環状空間212はまた、「ダークスペースギャップ」を形成するような大きさが好ましい。
【００２４】
ダークスペースギャップは、プラズマ発生環境内に異なる電圧に保持された２つの導体の間に形成される空間であり、２つの導体の間の距離は２つの導体の間にプラズマの形成を遅らせるのに十分なだけ小さく、導体間のアーキングを防ぐのに十分なだけ大きい。それゆえ、プラズマは隣接するプラズマ領域108からダークスペース内に侵入するのを防止される。このようなダークスペースを作ることのできる２つの導体間の最大距離は、２つの導体の相対的電圧、動作圧力、プラズマ発生領域内のプラズマの密度等の要因による。図２に示す実施例では、ダークスペースのギャップ即ち環状空間212は十分に小さく、コイル部分104dとブロック部材202のアパーチャ202aの内面との間にこのようなダークスペースを形成する。従って、ダークスペースのギャップは、環状空間212内にプラズマが形成されるのを遅らせるように作用し、コイルと、ブロック部材202のアパーチャ202aと202bの隣接する表面との間のアーキングを防止する。チャンバ圧力が数ミリトールから約30ミリトールまででは、ダークスペースのギャップは0.06インチ（1.5ｍｍ）が好ましい。
【００２５】
例示の実施例では、ブロック部材202は開口部220を有し、コイル104と開口部220に隣接するブロック部材との間にギャップを与え、このギャップはダークスペースギャップより実質的に大きく、コイルと開口部220の間のアーキングと偶然の接触が起きないだけの大きさである。開口部220は、ブロック部材202内に形成され、所望の長さのアパーチャ102aと202bを形成する。
【００２６】
図４と５は、本発明の他の実施例による水冷コイル用のＲＦフィードスルー組立体を示す。図４は、コイル部分104dの軸を含みチャンバの円筒形軸にほぼ平行な面でのフィードスルーの断面図である。コイル部分104e（図１と５）は、コイル部分104dに平行であり、図４には示されていない。図５は、図４の矢印Cの方向に見た図４のフィードスルーの前面立面図である。図４と５に示すように、ＲＦコイル104の部分104dと104eは、ほぼ円筒形で、相互にほぼ平行で、アダプタープレート302の２つのアパーチャ301を通る。図４はまた、チャンバ内のプラズマ発生領域108を示す。
【００２７】
図4に示すように、チューブ状部材304が、コイル部分104dの周りに配置されて結合し、コイルがアダプタープレート302のアパーチャ301を通るほぼ全体部分に沿って延びる。チューブ状部材304は、チューブ状部材304の「内側」端部に又はその近く（即ち、チャンバの圧力ベッセルの内側のチューブの端部）に環状フランジ304aを有し、またチューブ304の部分304bの外面上でチューブの外側端部（即ち、チャンバの圧力ベッセルの外側のチューブの端部）にネジが設けられる。円筒形スリーブ306が、コイル部分104dの周りに配置され、チューブ状部材304のフランジ304aでチューブ状部材304から延びる。スリーブ306内径は、コイル部分104dの外径より大きく、スリーブはコイルから間隔をおいている。スリーブ306とチューブ状部材304とは、コイル部分104dと電気的に接触する。後述するように、スリーブ306は、シールド106（図１と４）のアパーチャ316を通過する。チューブ状部材304は、溶接又は他の好適な手段によりコイルに結合され、スリーブ306は同様にチューブ状部材304に結合される。又は、スリーブ306と、チューブ状部材304と、おそらくはコイルとは、一体の単一片として作ることができる。
【００２８】
コイル104は、固定絶縁組立体によりプレート302に絶縁して固定される。この組立体は、チューブ状部材304のフランジ304aと、フランジ304aとアダプタープレート302の間に配置された絶縁リング308と、チューブ状部材304とアダプタープレート302の間に配置された絶縁体スリーブ310と、チューブ状部材304のネジ部分304b上にネジ止めされたナット312とを備える。絶縁体スリーブ310は、アダプタープレート302のアパーチャ301を通過する比較的小さい外径の部分310aと、比較的大きい外径でアダプタープレート302の肩部302aで受けられるフランジ部分310bとを有する。ナット312は、フランジ部分310bの肩部310cで受けられる。絶縁リング308と絶縁スリーブ310は、ベスペル（vespel）又は他の好適な材料でできてきても良い。
【００２９】
図4に示すように、アダプタープレート302は、絶縁体リング308と絶縁スリーブ310のフランジ部分310bの間に受けられる。ナット312が締められると、ナット312は絶縁スリーブ310のフランジ部分310bに対して圧力をかけ、それによりチューブ状部材304のフランジ304aが絶縁体リング308に対して圧縮するようにする。次に、絶縁体リング308と絶縁体チューブのフランジ部分310bは、アダプタープレート302を押し、コイル104をアダプタープレート302に絶縁して固定する。フランジ304aと絶縁体リング308の間、絶縁体リング308とアダプタープレート（ブロック）302の間に真空シール314を設けることもできる。
【００３０】
図５に示すように、コイル部分104eは、アダプタープレート302の他のアパーチャ302bを通過する。コイル部分104eをアダプタープレート302に結合する構造は、例示した実施例では、コイル部分104dに付いて前述した構造とほぼ同じである。図４に示すフィードスルーが前記蒸着装置100に組込まれるとき、アダプタープレート302はボルト318等の好適な固定具により、チャンバ壁114に固定しても良い。アダプタープレート302とチャンバ壁114の間に、真空シール314aを設けることもできる。アダプタープレート302は、典型的にはチャンバ壁114と同じ電位であり、これは典型的には接地電位である。
【００３１】
再度図４を参照すると、フィードスルー組立体が前記蒸着装置100に組込まれるとき、コイルの部分に沿って延びる環状スリーブ306は、シールド（又、図１に示す）内のアパーチャ106aを通過する。シールドのアパーチャ106aは、内径が環状スリーブ306の外径より所定の距離だけ大きい。前述したように、シールド106は典型的には接地されているチャンバ壁114に電気的に結合する。一方、フランジ306は、動作中ＲＦホットであるＲＦコイル140に電気的に結合する。従って、ダークスペースギャップ316が、フランジ306とシールド106のアパーチャ106aの内面との間に与えられる。図４に示すように、ダークスペースギャップ316は、内側のプラズマ発生領域108と絶縁体リング308との間に位置し、絶縁体リング308はプラズマ発生領域108に晒されない。従って、ダークスペースギャップ316は、プラズマ発生領域108にあるプラズマイオンとスパッタされた蒸着材料から、絶縁体リング308を保護する。
【００３２】
フィードスルー組立体112は、フィードスルー組立体をチャンバの壁114のアパーチャを通過させ、例えば図４と５に示すボルト318によりアダプタープレート302を壁の上に固定することにより、チャンバ100内に組込んでも良い。アダプタープレート302と壁114の間に真空シールを設けても良い。シールド106は１つ又はそれ以上の部分で形成し、アパーチャ106aの下部分を含む下部文106bがコイル104の前に組込まれても良い。コイル104を組込んだ後、シールド106の残りの部分106cを組込んで、スリーブ306の周りのシールドアパーチャ106aを完成させても良い。フィードスルー112は、コイルを完全に支持できるので、チャンバの内側に他の接続部又は支持具は不要である。
【００３３】
図４に示す第２実施例のフィードスルー組立体では、ダークスペースギャップは、接地された部材（シールド106）と、コイル104の周りに配置されたＲＦホットのスリーブ306との間に形成される。比較すると、図２の実施例では、ダークスペースギャップは、接地された部材（ブロック部材202）と、コイル自体との間に形成される。その結果、コイルを合わせるのにある程度の精度が要求され、アパーチャ202aを通るコイル部分は、アパーチャに対して正確に位置させ、その間にダークスペース212を形成するようにする。さらに、コイルの大きさと重量により、コイルはアパーチャの内側でぐらつく傾向があり、アパーチャ212とコイルの間に形成された環状のダークスペースは、アパーチャの周囲に沿って変化する場合がある。他方において、第２実施例の設計では、スリーブ306は、コイル部分より堅固な傾向がある。その結果、スリーブ306と、シールド306アパーチャ106aの内面との間に形成されるダークスペースギャップ316は、より固定されて形成される。
【００３４】
図４の実施例の他の利点は、スリーブを除いてフィードスルー組立体の全体が、シールド106とダークスペースギャップ316により保護されることである。又は、プレート302の一部又はチャンバ壁の一部等のシールド106以外の接地された部材を使用して、スリーブ306との間にダークスペースギャップを形成することもできる。
【００３５】
本発明の実施例を詳細に説明してきた。しかし、例示した実施例の詳細な構造は、本発明の精神から離れることなく変えることができる。
個濃い記載した好適なコイルの実施例を使用して、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｕ等の金属、ＴｉＮ、ＴａＮ等の金属窒化物等の多くの異なる種類を蒸着することができる。１つ又はそれ以上の別のコイルをチューブ状コイルと共に使用すると、チューブ状コイルと別のコイルは、同じ材料でも又は異なる材料でも良い。さらに、ここに記載した実施例に、別のチューブ状コイルとスパッタリングコイルを追加することもできる。
【００３６】
ここに示した環状形に加えて、チャンバ内のコイルの中央部分は、色々の形状をとることができる。例えば、平らな螺旋形でも、円錐形の多数巻形でもよい。又は、共に係属する「イオン化金属プラズマ蒸着用の中央コイルの設計」という題の1997年5月16日出願の米国出願第08/857,719号（代理人ドケット番号1752/PVD/DV）に記載されているものでも良い。さらに、本発明による一体型チューブ状コイルは、スパッタリング表面、又は蒸着ブロッキング表面が、チューブ状コイルの外面に取り付けられ又は形成されていてもよい。これは、例えば、共に係属する「イオン化蒸着用のハイブリッドコイルの設計」という題の1997年5月16日出願の米国出願第08/857,719号（代理人ドケット番号1871/PVD/DV）に記載されている。
【００３７】
適当なＲＦ発生器とマッチング回路は、当業者が良く知っている構成要素である。例えば、ENI Genesisシリーズ等のＲＦ発生器は、マッチング回路及びアンテナと最適に周波数マッチングするため「周波数追跡」することができ、好適である。コイル104へのＲＦ電力を発生する発生器の周波数は、2ＭＨｚが好適であるが、この範囲を変化させることができる。例えば、1ＭＨｚから28ＭＨｚが満足できる。1.5ｋＷのＲＦ電力設定が好適であるが、1.5〜5ｋＷが満足できる。さらに、ターゲット128をバイアスするＤＣ電力設定は8〜12ｋＷが好適であるが、2〜24ｋＷの範囲で、ペデスタル126のバイアス電圧−30Ｖが満足できる。これらのパラメータは、特定の用途により変る。
【００３８】
Ａｒ等の色々のスパッタリングガスを使用して、プラズマを発生することができ、ＮＦ_３、ＣＦ_４、Ｈ_２、Ｏ_２等の色々の反応ガスを使用することができる。色々のスパッタリングガス圧力、例えば0.1〜50ミリトールが好適である。イオン化ＰＶＤでは、10から100ミリトールの圧力、例えば30ミリトールでスパッタされた材料をよりよくイオン化する。
【００３９】
もちろん、色々の態様での本発明の変形は、当業者には明らかであろう。一般的な機械的電気的業務を研究した後、明らかになるものもある。他の実施例ももちろん可能であり、その特定の設計は特定の用途による。本発明の範囲は、ここに記載した特定の実施例により制限されず、特許請求の範囲とその均等範囲により制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気的相互接続の概略図である。
【図２】本発明の実施例によるコイルとフィードスルー組立体の一部の断面図である。
【図２ａ】図２のフィードスルーの側面図である。
【図３】図２のフィードスルーの外面図である。
【図４】本発明の他の実施例によるコイルとフィードスルー組立体の一部の断面図である。
【図５】図４のフィードスルーの外面図である。

Claims

壁と内側プラズマ発生領域を有するプラズマチャンバ用のＲＦフィードスルーにおいて、
ＲＦ信号を伝えるための、表面を有する導体部材、を備え、前記導体部材の表面は、前記プラズマ発生領域にさらされるように位置し、
前記導体部材に結合した電気絶縁性の絶縁体部材、及び、
前記絶縁体部材に結合し、前記絶縁体部材から電気的に絶縁された導電性のブロック部材、を備え、前記ブロック部材は、前記プラズマ発生領域にさらされるように位置する表面を有し、前記ブロック部材の表面は、前記導体部材の表面に面し、前記導体部材の表面から、ダークスペースギャップを形成するための所定の最大距離より小さい距離だけ間隔をおき、前記所定の最大距離は２ｍｍであることを特徴とするＲＦフィードスルー。
前記絶縁体部材は前記導体部材に取付けられ、前記ブロック部材は前記絶縁体部材に取付けられる請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
前記絶縁体部材は前記導体部材の周りに保持される請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
前記ブロック部材の前記表面は、前記導体部材の前記表面の周りに環状形状のダークスペースギャップを形成する請求項３に記載のＲＦフィードスルー。
前記ブロック部材は、前記チャンバの前記壁に固定され、前記ダークスペースギャップは、前記チャンバの前記プラズマ発生領域と前記絶縁体部材との間に位置する請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
前記ブロック部材は、前記壁に電気的に結合する請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
前記ブロック部材と前記絶縁体部材の間に気密シールを備える請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
前記導体部材の周りの前記絶縁体部材と前記ブロック部材の間に配置された第１スリーブを備え、前記第１スリーブは、第１と第２端部を有し、前記第１端部は前記絶縁体部材に密封して結合され、前記第２端部は前記ブロック部材に密封して結合される請求項４に記載のＲＦフィードスルー。
前記導体部材の周りに配置された第２スリーブを備え、前記第２スリーブは、第１と第２端部を有し、前記第１端部は前記絶縁体部材に密封して結合され、前記第２端部は前記導体部材に結合され、前記絶縁体部材は前記導体部材に気密に保持される請求項８に記載のＲＦフィードスルー。
前記絶縁体部材は、セラミックでできている請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
前記ブロック部材は、ステンレス鋼でできている請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
前記第１と第２スリーブは、鉄、ニッケル、コバルト合金でできている請求項９に記載のＲＦフィードスルー。
前記導体部材は、前記導体部材内に冷却剤を送るチャンネルを形成し、前記導体部材は冷却剤源に結合できる第１端部を有する請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
壁と内側プラズマ発生領域を有するプラズマチャンバ用のＲＦフィードスルーにおいて、
ＲＦ信号を伝えるための、表面を有する導体部材、を備え、前記導体部材の表面は、前記プラズマ発生領域にさらされるように位置し、
前記導体部材に保持される電気絶縁性の絶縁体部材、及び、
前記絶縁体部材に保持され、前記絶縁体部材から電気的に絶縁された導電性のブロック部材、を備え、前記ブロック部材は前記壁に固定され、前記ブロック部材は、前記プラズマ発生領域にさらされるように位置する表面を有し、前記ブロック部材の表面は、前記導体部材の表面に面し、前記導体部材の表面から、ダークスペースギャップを形成するための所定の最大距離より小さい距離だけ間隔をおき、前記所定の最大距離は２ｍｍであり、
前記ダークスペースギャップは、前記絶縁体部材と前記プラズマ発生領域の間に位置することを特徴とするＲＦフィードスルー。
前記絶縁体部材は、チューブ状断面を有し、前記導体部材の周りに保持される請求項１４に記載のＲＦフィードスルー。
前記ブロック部材の前記表面が、前記ブロック部材内の前記導体部材の一部の周りにアパーチャを形成する請求項１５に記載のＲＦフィードスルー。
前記ブロック部材は、前記壁に電気的に結合される請求項１４に記載のＲＦフィードスルー。
壁と内側プラズマ発生領域を有する蒸着チャンバ用のＲＦフィードスルーにおいて、
ＲＦ信号を伝えるための導体部材、を備え、前記導体部材の表面は、前記プラズマ発生領域にさらされるように位置し、
前記導体部材と前記壁の間に位置し、前記導体部材を前記壁から電気的に絶縁する第１絶縁体部材、
前記導体部材に電気的に結合し、表面を有する導電性部材、及び、
電気的に導電性の接地された部材を備え、前記接地された部材は、前記プラズマ発生領域にさらされるように位置する表面を有し、前記接地された部材の表面は、前記導電性部材の表面に面し、前記導電性部材の表面から、ダークスペースギャップを形成するための所定の最大距離より小さい距離だけ間隔をおき、前記所定の最大距離は２ｍｍであり、
前記ダークスペースギャップは、前記絶縁体部材と前記プラズマ発生領域の間に位置することを特徴とするＲＦフィードスルー。
前記第１絶縁体部材は、前記導体部材の周りに配置される請求項１８に記載のＲＦフィードスルー。
前記導電性部材は、前記導体部材の周りに配置されたスリーブであり、前記電気的に接地された部材の前記表面は、前記スリーブの周りにアパーチャを形成する請求項１８に記載のＲＦフィードスルー。
前記チャンバは、内側プラズマ発生領域をほぼ取囲むシールドを含み、前記接地された部材は前記シールドの一部である請求項２０に記載のＲＦフィードスルー。
前記チャンバ壁に結合できるアダプター部材を備える請求項２１に記載のＲＦフィードスルー。
前記導電性部材はフランジを有し、前記第１絶縁体部材は、前記フランジと前記アダプター部材の間に配置される請求項２２に記載のＲＦフィードスルー。
前記第１絶縁体部材は、前記導電性部材を受けるアパーチャと、前記フランジに係合する第１肩部と、前記アダプター部材に係合する第２肩部とを有する請求項２３に記載のＲＦフィードスルー。
前記導電性部材の前記フランジと前記アダプター部材の間に、前記第１絶縁体部材を圧縮する固定具を備える請求項２４に記載のＲＦフィードスルー。
前記固定具は、ナットと、前記導電性部材により保持され、前記ナットをネジ止めするように位置するネジを備える請求項２５に記載のＲＦフィードスルー。
スリーブ形状で、前記アダプター部材の周りの前記アダプター部材と前記導電性部材の間に位置する第２絶縁体部材を備える請求項２２に記載のＲＦフィードスルー。
スリーブ形状で、前記アダプター部材の周りで前記アダプター部材と前記導電性部材の間に位置する第２絶縁体部材を備え、前記第２絶縁体部材は前記導電性部材により受けられる前記ナットが係合するように位置する肩部を備える請求項２２に記載のＲＦフィードスルー。
前記第２絶縁体部材は、前記アダプター部材に係合するように位置する第２肩部を有し、前記アダプター部材は前記第１と第２絶縁体部材の間に圧縮される請求項２８に記載のＲＦフィードスルー。
前記導体部材は、前記導体部材内に冷却剤を送るチャンネルを形成し、前記導体部材は冷却剤源に結合できる第１端部を有する請求項１８に記載のＲＦフィードスルー。
半導体製造システムにおいて、
前記チャンバの外面と前記チャンバの内面とを形成する壁を有する低圧チャンバであって、前記チャンバの内側は前記チャンバの外側の圧力より実質的に低い圧力に保持される圧力チャンバ、
前記チャンバ壁に結合されアパーチャを形成するアダプタープレート、
前記チャンバ内に位置しアパーチャを形成する導電性表面を有するシールド壁、
前記チャンバの内側にプラズマを発生するＲＦコイルであって、前記チャンバの内側に位置するコイル部分と、前記アダプタープレートのアパーチャと前記シールド壁のアパーチャ内に位置するフィードスルー部分とを含むＲＦコイル、
前記ＲＦコイルのフィードスルー部分と前記アダプタープレートの間に位置する絶縁体部材、
前記ＲＦコイルのフィードスルー部分により保持され、前記シールド壁表面に面し、前記シールド壁表面から、ダークスペースギャップを形成するための所定の最大距離より小さい距離だけ間隔をおいた導電性表面を有するスリーブを備え、前記所定の最大距離は２ｍｍであり、
前記ダークスペースギャップは、前記絶縁体部材と前記プラズマ発生領域の間に位置することを特徴とするシステム。
前記ＲＦコイルのフィードスルー部分により保持され、前記絶縁体部材に係合するように位置するフランジを備える請求項３１に記載のシステム。
前記アダプター部材と前記ＲＦコイルのフィードスルー部分との間に位置する第２絶縁体部材と、前記ＲＦコイルのフィードスルー部分により保持され、前記アダプタープレートを前記第１と第２絶縁体部材の間で圧縮するように位置する固定具とを備える請求項３１に記載のシステム。
フィードスルーを通ってプラズマを有する半導体処理チャンバ内へ、ＲＦ電流と冷却剤を与える方法において、
冷却剤を充填したＲＦコイルを前記チャンバの壁から、前記チャンバ壁と前記ＲＦコイルの間に位置する絶縁体部材を使用して、電気的に絶縁し、
前記絶縁体部材に隣接するダークスペースギャップ内のプラズマの形成を遅らせ、前記ダークスペースギャップは異なる電圧に保持された２つの間隔をあけた導電性表面により形成されることを特徴とする方法。
前記ダークスペースギャップは、前記ＲＦコイルにより保持され、シールド壁の表面から、ダークスペースギャップを形成するための所定の最大距離より小さい距離だけ間隔をおいた表面を有する導電性のスリーブにより形成され、
前記ダークスペースギャップは、前記絶縁体部材と前記プラズマ発生領域の間に位置する請求項３４に記載の方法。
前記ダークスペースギャップは、前記絶縁体部材に結合し、前記ＲＦコイルから電気的に絶縁されたブロック部材により形成され、前記ブロック部材は、前記ＲＦコイルの表面から、ダークスペースギャップを形成するための所定の最大距離より小さい距離だけ間隔をおいた表面を有する請求項３４に記載の方法。
壁と内側プラズマ発生領域を有するプラズマチャンバ用のＲＦフィードスルーにおいて、
壁を通してＲＦエネルギーを通過させるためのＲＦ導体部材、
前記ＲＦ導体部材を電気的に絶縁するための絶縁体手段、及び、
前記絶縁体手段に隣接してダークスペースギャップを形成し、前記絶縁体手段に隣接してプラズマが形成されないようにするダークスペースギャップ手段を備え、前記ダークスペースギャップ手段は異なる電圧に保持された所定の最大距離より小さい距離だけ間隔をあけた２つの導電性表面を備え、前記所定の最大距離は２ｍｍであることを特徴とするＲＦフィードスルー。
前記絶縁体部材は、チューブ状断面を有し、前記導体部材の周りに保持される請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
前記ダークスペースギャップは１〜２ｍｍの範囲である請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
前記ダークスペースギャップは１.５ｍｍである請求項３９に記載のＲＦフィードスルー。
前記ブロック部材は長さを有し、前記ダークスペースギャップと長さの比は、少なくとも１：２である請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
前記比は、１：１２である請求項４１に記載のＲＦフィードスルー。
前記ダークスペースギャップの最大距離は２ｍｍである請求項３４に記載の方法。
前記ダークスペースギャップは１〜２ｍｍの範囲である請求項３４に記載の方法。
前記ダークスペースギャップは１.５ｍｍである請求項４４に記載の方法。
１つの前記導電性部材は長さを有し、前記ダークスペースギャップと長さの比は、少なくとも１：２である請求項３４に記載の方法。
前記比は、１：１２である請求項４６に記載の方法。