JP5762281B2 - Ｒｆ物理気相蒸着用処理キット - Google Patents

Description

発明の背景

（発明の分野）
本発明の実施形態は概して、半導体処理チャンバのための処理キット及びキットを有する半導体処理チャンバに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、物理気相蒸着チャンバにおける使用のためのカバーリング、シールド及びアイソレータを備えた処理キットに関する。

（関連技術の説明）
物理気相蒸着（ＰＶＤ）又はスパッタは、電子デバイスの製造において最も一般的に用いられる処理の１つである。ＰＶＤは真空チャンバ内で行われるプラズマ処理であり、負のバイアスをかけたターゲットを比較的重い原子（例えば、アルゴン（Ａｒ））を有する不活性ガスのプラズマ又はこのような不活性ガスを含むガス混合物に暴露する。不活性ガスのイオンがターゲットに衝突することによりターゲット材料の原子が弾き出される。弾き出された原子は、チャンバ内に配置された基板支持台座部上の基板上に堆積膜として蓄積される。

処理キットをチャンバ内に配置して、チャンバ内の所望の領域における、基板に対しての処理領域の規定に役立てることができる。この処理キットは典型的には、カバーリング、堆積リング、接地シールドを含む。プラズマや弾き出された原子をこの処理領域内に限局することは、チャンバ内のその他の構成部品を堆積材料から保護することや、弾き出された原子がより高い割合で基板上に堆積されることからターゲット材料のより効率的な使用を促すことに役立つ。

慣用のリング及びシールドの構造でも手堅い処理ができてはいたが、限界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の縮小に伴って、チャンバ内の汚染源への関心が高まりつつある。基板支持台座部が搬送位置と処理位置との間で上下する際にリングとシールドとが定期的に互いに接触するため、慣用の構造では微粒子による汚染が発生する可能性がある。更に、既存のシールド構造は複数の接地点を欠くことが多く、またＲＦソースプラズマからのアーク放電を防止するための必要な電気的絶縁を施せないことが多い。

加えて、堆積リングは、基板支持台座部の外周上への堆積を防止する。カバーリングは一般に、堆積リング及び接地シールドとの間にラビリンス間隙を形成することで基板下での堆積を防止するのに用いられる。カバーリングは、基板縁部での又は基板下での堆積の制御を補助するために用いることもできる。このため、本発明の発明者は、チャンバ汚染を最小限に抑えつつ漂遊プラズマを減少させる処理キットを有することが有利であるとの考えに至った。

従って、当該分野において、改良された処理キットが求められている。

本発明の実施形態は概して、物理気相蒸着（ＰＶＤ）チャンバで使用するための処理キット及び介挿型処理キットを有するＰＶＤチャンバを提供する。一実施形態において、この処理キットは、介挿接地シールド、カバーリング及びアイソレータリングを含む。

一実施形態において、基板処理チャンバ内の基板支持体に面するスパッタリングターゲットのスパッタリング面を取り囲むシールドが提供される。このシールドは、スパッタリングターゲットのスパッタリング面を取り囲む寸法設計の第１直径を有する円筒状外方バンドを備える。この円筒状外方バンドは、スパッタリング面を取り囲む寸法設計の上端部及び基板支持体を取り囲む寸法設計の底端部を有する。第１直径より大きい第２直径を有する傾斜段差部は、円筒状外方バンドの上端部から半径方向外側に延びる。取付フランジは、この傾斜段差部から半径方向外側に延びる。ベースプレートは、円筒状外方バンドの底端部から半径方向内側に延びる。円筒状内方バンドはベースプレートに連結され且つ基板支持体の周縁部を取り囲むように寸法設計されている。

別の実施形態において、基板処理チャンバにおいて堆積リングの周囲に配置するためのカバーリングが提供される。この堆積リングは、チャンバにおいて基板支持体と円筒状シールドとの間に位置決めされる。カバーリングは環状ウェッジを備える。この環状ウェッジは、基板支持体を取り囲む傾斜上面を備え、この傾斜上面は内周部及び外周部を有する。足場が傾斜上面から下方向に延び、堆積リング上に載る。突出ブリムが、上面の内周部の周囲に延びる。内方円筒状バンド及び外方円筒状バンドは環状ウェッジから下方向に延び、内方バンドは、外方バンドより低い高さを有する。

更に別の実施形態において、ターゲットと接地シールドとの間に配置するためのアイソレータリングが提供される。このアイソレータリングは、ターゲットのスパッタリング面周囲に延び且つそれを取り囲むように寸法設計された環状バンドを備える。環状バンドは、第１幅を有する上壁と、第２幅を有する底壁と、第３幅を有し且つ上壁から半径方向外側に延びる支持リムを備える。垂直トレンチが、底壁の外周部と支持リムの底部接触面との間に形成される。

更に別の実施形態において、基板処理チャンバにおいてスパッタリングターゲット及び基板支持体の周囲に配置するための処理キットが提供される。この処理キットは、スパッタリングターゲット及び基板支持体を取り囲むシールドを備える。シールドは、スパッタリングターゲットのスパッタリング面を取り囲むように寸法設計された第１直径を有する円筒状外方バンドを備える。円筒状外方バンドは、スパッタリング面を取り囲む上端部及び基板支持体を取り囲む底端部を有する。第１直径より大きい第２直径を有する傾斜段差部は、円筒状外方バンドの上端部から半径方向外側に延びる。取付フランジは、傾斜段差部から半径方向外側に延びる。ベースプレートは、円筒状バンドの底端部から半径方向内側に延びる。ベースプレートに連結された円筒状内方バンドは、基板支持体の周縁部を部分的に取り囲む。処理キットはアイソレータリングを更に備える。アイソレータリングは、ターゲットのスパッタリング面周囲に延び且つそれを取り囲む環状バンドを備える。環状バンドは、第１幅を有する上壁と、第２幅を有する底壁と、第３幅を有し且つ上壁から半径方向外側に延びる支持リムを備える。垂直トレンチが、底壁の外周部と支持リムの底部接触面との間に形成される。

本発明の上記の構成が詳細に理解されるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明を実施形態を参照して行う。実施形態の一部は添付図面に図示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態しか図示しておらず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得ることから、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。

処理キットの一実施形態を有する半導体処理システムの簡略化された断面図である。 図１のターゲット及びアダプタと界接した処理キットの一実施形態の部分断面図である。 図１のターゲット及びアダプタと界接した処理キットの一実施形態の部分断面図である。 図１の処理システムと界接した処理キットの一実施形態の部分断面図である。 本明細書に記載の実施形態による一体型シールドの上面図である。 図５Ａの一体型シールドの実施形態の側面図である。 図５Ａの一体型シールドの一実施形態の断面図である。 図５Ａの一体型シールドの一実施形態の底面図である。 本明細書に記載の実施形態による絶縁リングの上面図である。 図６Ａの絶縁リングの一実施形態の側面図である。 図６Ａの絶縁リングの一実施形態の断面図である。 図６Ａの絶縁リングの一実施形態の底面図である。

円滑な理解のために、可能な限り図に共通する同一の要素は同一の参照番号を用いて表した。一実施形態において開示の要素を、特記することなくその他の実施形態において便宜上利用する場合がある。

詳細な説明

本発明の実施形態は概して、物理気相蒸着（ＰＶＤ）チャンバで使用するための処理キットを提供する。一実施形態において、この処理キットは、ＲＦ高調波及び処理キャビティの外の漂遊プラズマの減少に寄与するより短いＲＦリターンパスを提供し、これによってより長いチャンバ構成材耐用年数と共により高い処理均一性と繰り返し精度が得られる。一実施形態において、処理キットは、チャンバ壁とターゲットとの間での電気的短絡を軽減するように設計されたアイソレータリングを提供する。

図１は、基板１０５を処理可能な処理キット１５０の一実施形態を有する例示的な半導体処理チャンバ１００を示す。処理キット１５０は、一体型接地シールド１６０、介挿カバーリング１７０及びアイソレータリング１８０を含む。図示の実施形態において、処理チャンバ１００は、チタン又は酸化アルミニウムを基板上に堆積可能なスパッタリングチャンバ（物理気相蒸着又はＰＶＤチャンバとも称される）を含む。処理チャンバ１００はその他の目的、例えばアルミニウム、銅、タンタル、窒化タンタル、炭化タンタル、タングステン、窒化タングステン、ランタン、酸化ランタン及びチタンを堆積するために使用することもできる。本発明が有益となるように構成し得る処理チャンバの一例が、ＡＬＰＳ（商標名）Ｐｌｕｓ及びＳＩＰ ＥＮＣＯＲＥ（商標名）ＰＶＤ処理チャンバであり、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能である。その他の製造業者から入手可能なものを含めたその他の処理チャンバを、本発明が有益となるように構成することも考えられる。

処理チャンバ１００は、内部容積１１０又はプラズマ区域を取り囲む囲壁１０２及び側壁１０４を有するチャンバ本体部１０１、底壁１０６並びに蓋アセンブリ１０８を含む。チャンバ本体部１０１は典型的にはステンレススチールの溶接板又はアルミニウムの単塊から作製される。一実施形態において、側壁はアルミニウムを含み、底壁はステンレススチールを含む。側壁１０４は一般に、基板１０５を処理チャンバ１００内外に搬入・搬出するためのスリットバルブ（図示せず）を有する。処理チャンバ１００の蓋アセンブリ１０８は、カバーリング１７０に介挿される接地シールド１６０と協働して、内部容積１１０内で形成されたプラズマを基板の上の領域に閉じ込める。

台座アセンブリ１２０は、チャンバ１００の底壁１０６によって支持される。台座アセンブリ１２０は、処理中、堆積リング３０２を基板１０５と共に支持する。台座アセンブリ１２０は、上方位置と下方位置との間で台座アセンブリ１２０を移動するように構成された昇降機構１２２によって、チャンバ１００の底壁１０６に連結される。加えて、下方位置において、昇降ピンを台座アセンブリ１２０を貫通させて動かすことによって基板を台座アセンブリ１２０から離し、処理チャンバ１００外部に配置されたウェハ搬送機構（シングルブレードロボット等（図示せず））との間での基板の受け渡しを円滑に行うことができる。蛇腹部１２４は典型的には台座アセンブリ１２０とチャンバ底壁１０６との間に配置され、チャンバ本体部１０１の内部容積１１０を台座アセンブリ１２０の内部及びチャンバ外部から隔離している。

台座アセンブリ１２０は一般に、プラットフォームハウジング１２８に封止連結された基板支持体１２６を含む。このプラットフォームハウジング１２８は典型的には、ステンレススチール、アルミニウム等の金属材料から作製される。一般には冷却プレート（図示せず）をプラットフォームハウジング１２８内に配置し、基板支持体１２６の温度調節を行う。本明細書に記載の実施形態が有益となるように構成し得る台座アセンブリ１２０の１つが、１９９６年４月１６日にＤａｖｅｎｐｏｒｔらに発行された米国特許第５５０７４９９号に記載されており、この文献は参照により全て本明細書に組み込まれる。

基板支持体１２６は、アルミニウム又はセラミックを含むことができる。基板支持体１２６は、処理中、基板１０５を受け止めて支持する基板受け面１２７を有し、基板受け面１２７は、ターゲット１３２のスパッタリング面１３３に実質的に平行な面を有する。支持体１２６は、基板１０５の張り出し縁部の手前で終端する周縁部１２９も有する。基板支持体１２６は、静電チャック、セラミック体、ヒータ又はこれらの組み合わせであってもよい。一実施形態において、基板支持体１２６は、導電層が埋設された誘電性本体部を含む静電チャックである。誘電性本体部は、典型的には、高熱伝導性の誘電体（熱分解窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化シリコン、アルミナ等）又は同等の材料から作製される。

蓋アセンブリ１０８は一般に、蓋部１３０、ターゲット１３２及びマグネトロン１３４を含む。蓋部１３０は、図１に示されるように、閉鎖位置にある場合、側壁１０４によって支持される。セラミックリングシール１３６が、アイソレータリング１８０、蓋部１３０及び側壁１０４の間に配置され、その間での真空漏れを防止する。

ターゲット１３２は蓋部１３０に連結され、処理チャンバ１００の内部容積１１０に露出している。ターゲット１３２は、ＰＶＤ処理中、基板上に堆積させる材料を提供する。アイソレータリング１８０を、ターゲット１３２、蓋部１３０及びチャンバ本体部１０１の間に配置し、ターゲット１３２を蓋部１３０及びチャンバ本体部１０１から電気的に絶縁する。

ターゲット１３２は、グランド（例えば、チャンバ本体部１０１、アダプタ２２０）に相対して電源１４０によってバイアス印加される。アルゴン等のガスは、ガス供給源１４２から導管１４４を介して内部容積１１０に供給される。ガス供給源１４２は、アルゴン、キセノン等の非反応性ガスを含むことができ、この非反応性ガスは、ターゲット１３２に力強く衝突し、材料をターゲットからスパッタ可能である。ガス供給源１４２は、スパッタリング材料と反応して基板上に層を形成可能な反応性ガス、例えば酸素含有ガス、窒素含有ガス、メタン含有ガスの１種以上を含むこともできる。使用済みの処理ガス及び副生成物は、排出ポート１４６を通してチャンバ１００から排出される。排出ポート１４６は、使用済みの処理ガスを受け取ると、スロットルバルブを有する排出管１４８へとその使用済みの処理ガスを流すことによってチャンバ１００内のガス圧を制御する。排出管１４８は１つ以上の排出ポンプ１４９に接続される。典型的には、チャンバ１００内のスパッタリングガスの圧力は、大気圧より低いレベル（真空環境、例えばガス圧０．６ｍＴｏｒｒ〜４００ｍＴｏｒｒ等）に設定される。プラズマは、基板１０５とターゲット１３２との間でガスから形成される。プラズマ中のイオンはターゲット１３２に向かって加速し、ターゲット１３２から材料を叩き出す。この叩き出されたターゲット材料が、基板上に堆積される。

マグネトロン１３４は、蓋部１３０に処理チャンバ１００の外側で連結される。利用し得るマグネトロンの１つが、１９９９年９月２１日にＯｒらに発行された米国特許第５９５３８２７号に記載されており、この文献は参照により全て本明細書に組み込まれる。

チャンバ１００は、チャンバ１００の構成材を操作してチャンバ１００内で基板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搭載したコントローラ１９０によって制御される。例えば、コントローラ１９０は、台座アセンブリ１２０を操作するための基板位置決め命令セット、ガス流量制御バルブを操作してスパッタリングガスのチャンバ１００への流量を設定するためのガス流量制御命令セット、スロットルバルブを操作してチャンバ１００内の圧力を維持するためのガス圧制御命令セット、台座アセンブリ１２０又は側壁１０４内の温度制御システム（図示せず）を制御して基板又は側壁１０４の温度をそれぞれ設定するための温度制御命令セット及びチャンバ１００内の処理を監視するための処理監視命令セットを含むプログラムコードを搭載可能である。

チャンバ１００は、例えば構成材表面のスパッタリング堆積物を洗浄するために、侵食された構成材を交換若しくは修繕するために又はチャンバ１００を別の処理用に適合させるためにチャンバ１００から簡単に取り外し可能な様々な構成材を備えた処理キット１５０も備える。一実施形態において、処理キット１５０は、アイソレータ１８０、接地シールド１６０及び基板１０５の張り出し縁部の手前で終端する基板支持体１２６の周縁部１２９周囲に配置するためのリングアセンブリ１６８を備える。

シールド１６０は、基板支持体１２６に面するスパッタリングターゲット１３２のスパッタリング面１３３及び基板支持体１２６の周縁部１２９を取り囲む。シールド１６０は、チャンバ１００の側壁１０４を覆って隠し、シールド１６０の背後の構成材及び表面上への、スパッタリングターゲット１３２のスパッタリング面１３３から発生するスパッタリング堆積物の堆積を軽減する。例えば、シールド１６０は、支持体１２６の表面、基板１０５の張り出し縁部、チャンバ１００の側壁１０４及び底壁１０６を保護可能である。

図１、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに示されるように、シールド１６０は一体構成であり、スパッタリングターゲット１３２のスパッタリング面１３３及び基板支持体１２６を取り囲む寸法設計の直径を有する円筒状外方バンド２１０を備える。一実施形態において、円筒状外方バンド２１０は、矢印Ａで表される内径を有する。一実施形態において、円筒状外方バンド２１０の内径Ａは約１６インチ（４０．６ｃｍ）〜約１８インチ（４５．７ｃｍ）である。別の実施形態において、円筒状外方バンド２１０の内径Ａは、約１６．８インチ（４２．７ｃｍ）〜約１７インチ（４３．２ｃｍ）である。一実施形態において、円筒状外方バンド２１０は、矢印Ｂによって表される外径を有する。一実施形態において、円筒状外方バンド２１０の外径Ｂは約１７インチ（４３．２ｃｍ）〜約１９インチ（４８．３ｃｍ）である。別の実施形態において、円筒状外方バンド２１０の外径Ｂは約１７．１インチ（４３．４ｃｍ）〜約１７．３インチ（４３．９ｃｍ）である。

円筒状外方バンド２１０は、スパッタリングターゲット１３２のスパッタリング面１３３を取り囲む上端部２１２及び基板支持体１２６を取り囲む底端部２１３を有する。傾斜段差部２１４は、円筒状外方バンド２１０の上端部２１２から半径方向外側に延びる。一実施形態において、傾斜段差部２１４は、垂直線に対して角度αを形成する。一実施形態において、角度αは垂直線から約１５°〜約２５°である。別の実施形態において、傾斜角度αは約２０°である。

一実施形態において、シールド１６０は約１０インチ〜約１２インチの高さＣを有する。別の実施形態において、シールド１６０は、約１１インチ（２７．９ｃｍ）〜１１．５インチ（２９．２ｃｍ）の高さＣを有する。更に別の実施形態において、シールド１６０は、約７インチ（１７．８ｃｍ）〜約８インチ（２０．３ｃｍ）の高さＣを有する。更に別の実施形態において、シールドは、約７．２インチ（１８．３ｃｍ）〜約７．４インチ（１８．８ｃｍ）の高さＣを有する。

取付フランジ２１６が、円筒状外方バンド２１０の傾斜段差部２１４から半径方向外側に延びる。図２及び５Ｃを参照するが、取付フランジ２１６は、チャンバ１００の側壁１０４を取り囲む環状アダプタ２２０上に載置される下方接触面２１８及び上方接触面２１９を備える。一実施形態において、取付フランジ２１６の下方接触面２１８は、シールド１６０をアダプタ２２０に取り付けるためのネジを受ける形状及びサイズの複数のカウンターボア（図示せず）を備える。図２に示されるように、上方接触面２１９の内周部２１７は段差部２２１を形成する。段差部２２１は、アイソレータリング１８０とシールド１６０との間が伝導性材料によって面続きになることを防止するラビリンス間隙を作り出すことによって、電気的不連続性を維持する。

一実施形態において、アダプタ２２０はシールド１６０を支持し、また基板処理チャンバ１００の側壁１０４周囲での熱交換機として機能可能である。アダプタ２２０とシールド１６０とがアセンブリを構成することによってシールド１６０からのより良好な熱伝達がなされ、またシールド上に堆積された材料にかかる熱膨張応力が減少する。基板処理チャンバ１００内で形成されたプラズマへの曝露によってシールド１６０の一部が過剰に熱せられてシールドが熱膨張してしまい、その上のスパッタリング堆積物が剥落し、基板１０５上に落ちて基板を汚染する場合がある。アダプタ２２０は、シールド１６０の下方接触面２１８と接触する載置面２２２を有していることからシールド１６０とアダプタ２２０との間で良好な電気的及び熱的伝導性が得られる。一実施形態において、アダプタ２２０は、熱伝達流体を流してアダプタ２２０の温度を制御するための導管を更に備える。

図１、４、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを参照するが、円筒状外方バンド２１０は、基板支持体１２６を取り囲む底端部２１３も備える。ベースプレート２２４が円筒状外方バンド２１０の底端部２１３から半径方向内側に延びる。円筒状内方バンド２２６はベースプレート２２４に連結され、少なくとも部分的に基板支持体１２６の周縁部１２９を取り囲む。一実施形態において、円筒状内方バンドは、矢印Ｄによって表される直径を有する。一実施形態において、円筒状内方バンド２２６は、約１４インチ（３５．６ｃｍ）〜約１６インチ（４０．６ｃｍ）の直径Ｄを有する。別の実施形態において、円筒状内方バンド２２６は、約１４．５インチ（３６．８ｃｍ）〜約１５インチ（３８．１ｃｍ）の直径Ｄを有する。円筒状内方バンド２２６は、ベースプレート２２４から上方向且つ垂直に延びる。円筒状内方バンド２２６、ベースプレート２２４及び円筒状外方バンド２１０はＵ型チャネルを構成する。円筒状内方バンド２２６は、円筒状外方バンド２１０の高さより低い高さを有する。一実施形態において、内方バンド２２６の高さは、円筒状外方バンド２１０の高さの約５分の１である。一実施形態において、円筒状内方バンド２２６は、矢印Ｅによって表される高さを有する。一実施形態において、円筒状内方バンド２２６の高さＥは約０．８インチ（２ｃｍ）〜約１．３インチ（３．３ｃｍ）である。別の実施形態において、円筒状内方バンド２２６の高さＥは約１．１インチ（２．８ｃｍ）〜約１．３インチ（３．３ｃｍ）である。別の実施形態において、円筒状内方バンド２２６の高さは約０．８インチ（２ｃｍ）〜約０．９インチ（２．３ｃｍ）である。

円筒状外方バンド２１０、傾斜段差部２１４、取付フランジ２１６、ベースプレート２２４及び円筒状内方バンド２２６は一体構造をなす。例えば、一実施形態においては、シールド１６０全体をアルミニウムから、別の実施形態においては３００シリーズステンレススチールから形成可能である。一体型シールド１６０は、複数の構成材を含む、多くは２つか３つの別々の部品で完全なシールドを構成する従来のシールドより有利である。処理キャビティ外での漂遊プラズマを引き起こすＲＦ高調波の一因となる長いＲＦリターンパスをもたらす既存の複数部品から成るシールドと比較すると、一体型シールドではＲＦリターンパスが短くなることから、内部処理領域内にプラズマがより良好に閉じ込められる。複数の構成材から成るシールド１６０だと、クリーニングの際にシールドを取り外すのがより困難で手間がかかってしまう。一体型シールド１６０のスパッタリング堆積物に曝される面は連続的であり、洗浄がより困難となる界面や角がない。また、この一体型シールド１６０は、処理サイクル中、チャンバ壁１０４をスパッタ堆積からより効果的に遮断する。一実施形態において、コンダクタンス特徴部（コンダクタンスホール等）は排除される。コンダクタンス特徴部の排除によって、内部容積１１０外での漂遊プラズマの形成が減少する。

一実施形態においては、シールド１６０の露出面を、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販のＣＬＥＡＮＣＯＡＴ（商標名）で処理する。ＣＬＥＡＮＣＯＡＴ（商標名）はツインワイヤアルミニウムアーク溶射コーティングであり、基板処理チャンバ構成材（シールド１６０等）に適用することによってシールド１６０上の堆積物の粒子落下を軽減してチャンバ１００内の基板１０５の汚染を防止する。一実施形態において、シールド１６０上のツインワイヤアルミニウムアーク溶射コーティングは、約６００〜約２３００マイクロインチの表面粗さを有する。

シールド１６０は、チャンバ１００内の内部容積１１０に面した露出面を有する。一実施形態においては、この露出面にビードブラスト加工を施して表面粗さを１７５±７５マイクロインチとする。テクスチャ加工されたビードブラスト加工済み表面は、粒子の落下を軽減し、またチャンバ１００内の汚染を防止する役割を果たす。平均表面粗さは、露出面に沿った粗さを特徴づける山及び谷の平均線からの差の絶対値の平均である。平均粗さ、ひずみ又はその他の特性は、露出面に針を通して表面上の凸凹の高さの変動のトレースを描く粗面計又は表面で反射した電子ビームを利用して表面の画像を得る走査電子顕微鏡によって求めることができる。

図３を参照するが、一実施形態において、アイソレータリング１８０はＬ型である。このアイソレータリング１８０は、ターゲット１３２のスパッタリング面１３３周囲に延び且つそれを取り囲む環状バンドを備える。アイソレータリング１８０は、ターゲット１３２をシールド１６０から電気的に絶縁し且つ分離し、また典型的には酸化アルミニウム等の誘電性又は絶縁材料から形成される。アイソレータリング１８０は、下方水平部２３２及びこの下方水平部２３２から上方向に延びる垂直部２３４を備える。下方水平部２３２は、内周部２３５、外周部２３６、底部接触面２３７及び上面２３８を備え、下方水平部２３２の底部接触面２３７は、取付フランジ２１６の上方接触面２１９と接触する。一実施形態において、シールド１６０の上方接触面２１９は、段差部２３３を形成する。段差部２３３は、アイソレータリング１８０とシールド１６０との間が伝導性材料によって面続きになることを防止するラビリンス間隙を作り出すことによって、電気的不連続性を維持する。アイソレータリング１８０の上方垂直部２３４は、内周部２３９、外周部２４０及び上面２４１を備える。上方垂直部２３４の内周部２３９及び下方水平部２３２の内周部２３５は、単一面を形成する。下方水平部２３２の上面２３８及び上方垂直部２３４の外周部２４０は、移行点２４２で交差して段差部２４３を形成する。一実施形態において、段差部２４３は、リングシール１３６及びターゲット１３２とラビリンス間隙を形成する。

一実施形態において、アイソレータリング１８０は、内周部２３５と内周部２３９とによって規定される約１７．５インチ（４４．５ｃｍ）〜約１８インチ（４５．７ｃｍ）の内径を有する。別の実施形態において、アイソレータリング１８０は、約１７．５インチ（４４．５ｃｍ）〜１７．７インチ（４５ｃｍ）の内径を有する。一実施形態において、アイソレータリング１８０は、下方水平部２３２の外周部２３６によって規定される約１８インチ（４５．７ｃｍ）〜約１９インチ（４８．３ｃｍ）の外径を有する。別の実施形態において、アイソレータリング１８０は、約１８．７インチ（４７．５ｃｍ）〜約１９インチ（４８．３ｃｍ）の外径を有する。別の実施形態において、アイソレータリング１８０は、上方垂直部２３４の外周部２４０によって規定される約１８インチ（４５．７ｃｍ）〜約１８．５インチ（４７ｃｍ）の第２外径を有する。別の実施形態において、第２外径は約１８．２インチ（４６．２ｃｍ）〜約１８．４インチ（４６．７ｃｍ）である。一実施形態において、アイソレータリング１８０は、約１インチ（２．５ｃｍ）〜約１．５インチ（３．８ｃｍ）の高さを有する。別の実施形態において、アイソレータリング１８０は、約１．４インチ（３．６ｃｍ）〜約１．４５インチ（３．７ｃｍ）の高さを有する。

一実施形態において、アイソレータリング１８０の垂直部２３４の上面２４１及び内周部、下方水平部２３２の内周部２３５及び底部接触面２３７を含む露出面には、表面粗さ１８０±２０Ｒａでテクスチャ加工が施され（例えば、グリットブラスト加工）、この加工によって堆積及び応力が少ない膜に適したテクスチャが得られる。

別の実施形態の図２、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを参照するが、アイソレータリング２８０はＴ型である。このアイソレータリング２８０は、ターゲット１３２のスパッタリング面１３３周囲に延び且つそれを取り囲む環状バンド２５０を備える。アイソレータリング２８０の環状バンド２５０は、第１幅を有する上壁２５２と、第２幅を有する底壁２５４と、第３幅を有し且つ環状バンド２５０の上壁２５２から半径方向外側に延びる支持リム２５６を備える。一実施形態において、第１幅は第３幅より狭いが、第２幅よりは広い。一実施形態において、アイソレータリング２８０は約１８．５インチ（４７ｃｍ）〜約１９インチ（４８．３ｃｍ）の外径Ｆを有する。別の実施形態において、アイソレータリング２８０は、約１８．８インチ（４７．８ｃｍ）〜約１８．９インチ（４８ｃｍ）の外径Ｆを有する。

上壁２５２は、内周部２５８、ターゲット１３２に隣接して位置決めされた上面２６０及びリングシール１３６に隣接して位置決めされた外周部２６２を備える。支持リム２５６は、底部接触面２６４及び上面２６６を備える。支持リム２５６の底部接触面２６４は、アルミニウムリング２６７上に載る。特定の実施形態において、アルミニウムリング２６７は存在せず、アダプタ２２０が、支持リム２５６を支持するように構成される。底壁２５４は、内周部２６８、外周部２７０及び底面２７２を備える。底壁２５４の内周部２６８及び上壁２５２の内周部２５８が単一面を形成する。一実施形態において、アイソレータリング２８０は、底壁２５４の内周部２６８及び上壁２５２の内周部２５８によって規定される約１７インチ（４３．２ｃｍ）〜約１８インチ（４５．７ｃｍ）の内径Ｇを有する。別の実施形態において、アイソレータリング１８０の内径Ｇは、約１７．５インチ（４４．５ｃｍ）〜約１７．８インチ（４５．２ｃｍ）である。

垂直トレンチ２７６が、底壁２５４の外周部２７０と支持リム２５６の底部接触面２６４との間の移行点２７８に形成される。この垂直トレンチ２７６にシールド１６０の段差部２２１が組み合わさると、チャンバ壁１０４を依然として遮蔽したまま、アイソレータリング２８０とシールド１６０との間が伝導性材料によって面つながりになることを防止するラビリンス間隙が作り出されて電気的不連続性が維持される。一実施形態において、アイソレータリング２８０は、依然としてチャンバ壁を遮蔽したまま、ターゲット１３２と処理キット１５０の接地構成材との間に間隙を作り出す。一実施形態において、ターゲット１３２とシールド１６０との間の間隙は約１インチ（２．５ｃｍ）〜約２インチ（５．１ｃｍ）であり、例えば約１インチ（２．５ｃｍ）である。別の実施形態において、ターゲット１３２とシールド１６０との間の間隙は約１．１インチ（２．８ｃｍ）〜約１．２インチ（３ｃｍ）である。更に別の実施形態において、ターゲット１３２とシールド１６０との間の間隙は１インチ（２．５ｃｍ）より広い。アイソレータリング１８０が階段状に設計されていることによってシールド１６０をアダプタ２２０に対して中心に据えることができ、係合するシールド及びターゲット１３２の整列用特徴部のための取付点でもある。階段状のデザインによって、ターゲット１３２からシールド１６０への見通し線もなくなり、この領域における漂遊プラズマ問題も解決する。

一実施形態において、アイソレータリング２８０は、膜密着性をより高くするための表面粗さ１８０±２０Ｒａのグリットブラスト加工された表面テクスチャを有し、このグリットブラスト加工によって、堆積が少なく応力が低い膜に適したテクスチャが得られる。一実施形態において、より厚い堆積及びより高い膜応力のために、アイソレータリング２８０は、より高い膜密着性のための、レーザーパルス技法によって施された表面粗さ＞５００Ｒａの表面テクスチャを有する。一実施形態において、処理チャンバ１００を金属、金属窒化物、金属酸化物及び金属炭化物の堆積に使用する場合、テクスチャ加工を施した表面によってアイソレータリング２８０の寿命が延びる。アイソレータリング２８０はチャンバ１００から取り外し可能でもあり、真空シール用途での再使用を阻む材料の多孔性への影響なしに部品をリサイクルすることができる。支持リム２５６によって、アイソレータリング２８０をアダプタ２２０に対して中心に据え、同時にターゲット１３２から接地シールド１６０への見通し線をなくして漂遊プラズマ問題を解決することができる。一実施形態において、リング２６７は、シールド１６０の一連のスロット（図示せず）を確認し、それと整列する一連の整列ピン（図示せず）を備える。

図４を参照するが、リングアセンブリ１６８は、堆積リング３０２及びカバーリング１７０を備える。堆積リング３０２は、支持体１２６を取り囲む環状バンド３０４を備える。カバーリング１７０は少なくとも部分的に堆積リング３０２を覆う。堆積リング３０２とカバーリング１７０とが協働することによって、支持体１２６の周縁部１２９及び基板１０５の張り出し縁部上でのスパッタ堆積物の発生が減少する。

カバーリング１７０は、堆積リング３０２を取り囲み且つ少なくとも部分的に覆うことによってスパッタリング堆積物の大部分を受け止め、堆積リング３０２を堆積物から守っている。カバーリング１７０は、スパッタリングプラズマによる侵食に耐性がある材料、例えば金属材料（ステンレススチール、チタン、アルミニウム等）又はセラミック材料（酸化アルミニウム等）から作製される。一実施形態において、カバーリング１７０は、少なくとも約９９．９％の純度を有するチタンから構成される。一実施形態においては、カバーリング１７０の表面をツインワイヤアーク溶射コーティング（例えば、ＣＬＥＡＮＣＯＡＴ（商標名）等）で処理することによって、カバーリング１７０の表面からの粒子落下を軽減する。

カバーリング１７０は、半径方向内側に傾斜し且つ基板支持体１２６を取り囲む傾斜上面３１２を備える環状ウェッジ３１０を備える。環状ウェッジ３１０の傾斜上面３１２は内周部３１４及び外周部３１６を有する。内周部３１４は突出ブリム３１８を含み、この突出ブリムは堆積リング３０２の開放内方チャネルを構成する半径方向内側凹部上にかかる。突出ブリム３１８によって、堆積リング３０２の開放内方チャネル上へのスパッタリング堆積物の堆積が減少する。一実施形態において、突出ブリム３１８は、堆積リング３０２と共に形成されるアーク状間隙４０２の幅の少なくとも約半分に対応する距離だけ突出する。突出ブリム３１８は、アーチ状間隙４０２と協働し且つ相補することによってカバーリング１７０と堆積リング３０２との間に回旋状の狭窄した流路を形成するようなサイズ、形状及び位置に構成され、この流路が基板支持体１２６及びプラットフォームハウジング１２８への処理堆積物の流れを阻害する。間隙４０２の狭窄した流路により、そのままでは互いに膠着する又は基板１０５の外縁の張り出し縁部と膠着してしまう、堆積リング３０２とカバーリング１７０との係合面上での低エネルギースパッタ堆積物の増加が制限される。

傾斜上面３１２は、水平面から約１０°〜約２０°、例えば約１６°の角度で傾斜し得る。カバーリング１７０の傾斜上面３１２の角度は、基板１０５の張り出し縁部に最も近い位置での、そのままでは基板１０５全体で得られる粒子性能に悪影響を与えてしまうスパッタ堆積物の増加を最小限に留めるように設計されている。

カバーリング１７０は、環状ウェッジ３１０の傾斜上面３１２から下方向に延びる足場３２０を備え、堆積リング３０２の棚部３０６上に載る。この足場３２０は、ウェッジ３１０から下方向に延び堆積リング３０２に押し付けられ、実質的にリング３０２に亀裂を生じさせたり破損させたりすることがない。一実施形態においては、足場３２０と突出ブリム３１８の下面との間に二重段差面が形成される。

カバーリング１７０は、環状ウェッジ３１０から下方向に延びる内方円筒状バンド３２４ａ及び外方円筒状バンド３２４ｂを更に備え、これらの間に間隙を有する。一実施形態において、内方円筒状バンド３２４ａ及び外方円筒状バンド３２４ｂは実質的に垂直である。内方及び外方円筒状バンド３２４ａ、３２４ｂは、環状ウェッジ３１０の足場３２０の半径方向外側に位置する。内方円筒状バンド３２４ａは、外方円筒状バンド３２４ｂより低い高さを有する。典型的には、外方円筒状バンド３２４ｂの高さは、内方円筒状バンド３２４ａの高さの少なくとも約１．２倍である。例えば、内径約１５４ｍｍを有するカバーリング１７０の場合、外方円筒状バンド３２４ｂの高さは約１５〜約３５、例えば約２５ｍｍであり、内方円筒状バンド３２４ａの高さは約１２〜約２４ｍｍ、例えば約１９ｍｍである。カバーリングは、処理化学反応に対応したいずれの材料から構成することもでき、例えばチタン、ステンレススチールである。

一実施形態において、内方円筒状バンド３２４ａの表面は、垂直線から約１２°〜約１８°で傾斜している。別の実施形態において、内方円筒状バンド３２４ａの表面は、約１５°〜約１７°で傾斜している。

一実施形態において、カバーリング１７０は、外方円筒状バンド３２４ｂによって規定される約１５．５インチ（３９．４ｃｍ）〜約１６インチ（４０．６ｃｍ）の外径を有する。別の実施形態において、カバーリング１７０は、約１５．６インチ（３９．６ｃｍ）〜約１５．８インチ（４０．１ｃｍ）の外径を有する。一実施形態において、カバーリング１７０は、約１インチ（２．５ｃｍ）〜約１．５インチ（３．８ｃｍ）の高さを有する。別の実施形態において、カバーリング１７０は、約１．２インチ（３ｃｍ）〜約１．３インチ（３．３ｃｍ）である。

シールド１６０とカバーリング１７０との間の空間又は間隙４０４が、プラズマが通る回旋状のＳ型経路又はラビリンスを形成する。この経路の形状は、例えば、プラズマ種のこの領域への侵入を妨害し且つ遅らせることによってスパッタ材料の望ましくない堆積を軽減することから有利である。

記載の処理キット１５０の構成材は単体で及び他の部品と協働することによって粒子の発生及び漂遊プラズマを大幅に減少させる。処理キャビティ外での漂遊プラズマを引き起こすＲＦ高調波の一因となる長いＲＦリターンパスをもたらす既存の複数部品から成るシールドと比較すると、上記の一体型のシールドではＲＦリターンパスが短くなることから、内部処理領域内にプラズマがより良好に閉じ込められる。一体型シールドの平坦なベースプレートによって、台座部を通るＲＦのリターンパスがより短くなって高調波及び漂遊プラズマが更に減少し、また既存の接地ハードウェアの設置面も得られる。一体型シールドでは、ＲＦリターンにおける不連続性をもたらし且つ処理キャビティ外での漂遊プラズマにつながった全てのコンダクタンス特徴部も排除される。一体型シールドは、処理チャンバ内にアイソレータリングを挿入できるように改造された。アイソレータリングによって、接地経路のＲＦ源と処理キット部品との間の見通し線がブロックされる。シールド上の取付フランジを改造して段差部を作り半径を広くすることによって、伝導性材料の堆積によってアイソレータリングとシールドとの間が面つながりになるのを防止するラビリンスを作り出し、電気的不連続性を維持する。また、一体型シールドは、材料の厚みを減らすことを通じた低コスト製造性を目標として設計されており、フローフォーミングによる製造が可能である。

上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他及び更に別の実施形態を創作することができ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。

Claims (14)

1. 基板処理チャンバ内の基板支持体に面するスパッタリングターゲットのスパッタリング面を取り囲むためのシールドであって、
   スパッタリングターゲットのスパッタリング面を取り囲む寸法設計の第１直径を有し、スパッタリング面を取り囲む寸法設計の上端部と基板支持体を取り囲む寸法設計の底端部を有する円筒状外方バンドと、
   第１直径より大きい第２直径を有する傾斜段差部と、
   傾斜段差部の上端部から半径方向外側に延びる取付フランジであって、
   環状アダプタ上に載置される下方接触面と、
   アイソレータリングを支持するための部分と、段差部によって画定された部分を有する上方接触面であって、段差部によって画定された上方接触面の部分は、アイソレータリングが接地シールドと接触しているとき、アイソレータリングを支持するための上方接触面の部分の下方に間隔を置いており、段差部はシールドとアイソレータリングの間にラビリンス間隔を提供する上方接触面とを有する取付フランジと、
   円筒状バンドの底端部から半径方向内側に延びるベースプレートと、
   ベースプレートに連結され且つ基板支持体の周縁部を取り囲むように寸法設計された円筒状内方バンドを備え、傾斜段差部は、円筒状外方バンドの上端部から取付フランジの下方接触面まで半径方向外側に延びるシールド。
2. 円筒状外方バンド、傾斜段差部、取付フランジ、ベースプレート及び円筒状内方バンドが一体型アルミニウム構造体を構成する請求項１記載のシールド。
3. 円筒状内方バンドが円筒状外方バンドの高さより低い高さを有する請求項１記載のシールド。
4. 円筒状内方バンドが、第１直径より小さい第３直径を有する請求項１記載のシールド。
5. ツインワイヤアルミニウムアーク溶射コーティングをシールドの表面上に備え、ツインワイヤアルミニウムアーク溶射コーティングが、６００〜２３００マイクロインチ（０．０１５２４〜０．０５８４２ｍｍ）の表面粗さを有する請求項１記載のシールド。
6. 表面粗さが１７５±７５マイクロインチ（０．００４４４５±０．００１９０５ｍｍ）となるようにシールドの露出面にビードブラスト加工を施す請求項１記載のシールド。
7. 基板処理チャンバにおいて堆積リングの周囲に配置するためのカバーリングであって、
   堆積リングは、チャンバにおいて基板支持体と円筒状シールドとの間に位置決めされ、
   カバーリングは環状ウェッジを備え、
   環状ウェッジは、基板支持体を取り囲むように寸法設計された、内周部及び外周部を有する傾斜上面と、
   傾斜上面から下方向に延び且つ堆積リング上に載るように構成された足場と、
   上面の内周部の周囲の丸みを帯びた突出ブリムを備え、
   二重段差面が足場と突出ブリムの下面との間に傾斜上面の反対側にアーク状間隙によって形成され、
   カバーリングは更に、
   環状ウェッジから下方向に延びる内方円筒状バンドと、
   環状ウェッジから下方向に延びる外方円筒状バンドを備え、
   内方円筒状バンドは、外方円筒状バンドの高さより低い高さを有し、内方円筒状バンド及び外方円筒状バンドは、環状ウェッジの足場の半径方向外側に配置され、外方円筒状バンドの外周部は、傾斜上面の外周部へと鉛直上方に延びるカバーリング。
8. 環状ウェッジの傾斜上面が半径方向内側に傾斜する、請求項７記載のカバーリング。
9. 請求項１記載のシールドを有するプロセスキットであって、
   ターゲットのスパッタリング面周囲に延び且つそれを取り囲むように寸法設計された環状バンドを有するアイソレータリングを備え、
   環状バンドは、第１幅を有する上壁と、第２幅を有する底壁と、第３幅を有し且つ上壁から半径方向外側に延びる支持リムを備え、垂直トレンチが、底壁の外周部と支持リムの底部接触面との間に形成されており、
   基板処理チャンバにおいて堆積リングを配置するためのカバーリングを備え、堆積リングは、チャンバにおいて基板支持体と円筒状シールドとの間に位置決めされ、
   カバーリングは環状ウェッジを備え、
   環状ウェッジは、基板支持体を取り囲むように寸法設計された、内周部及び外周部を有する傾斜上面と、
   傾斜上面から下方向に延び且つ堆積リング上に載るように構成された足場と、
   上面の内周部の周囲の突出ブリムを備え、
   カバーリングは更に、
   環状ウェッジから下方向に延びる内方円筒状バンドと、
   環状ウェッジから下方向に延びる外方円筒状バンドを備え、内方円筒状バンドは、外方円筒状バンドの高さより低い高さを有する、プロセスキット。
10. カバーリングは、チタン又はアルミニウムより成る群から選択される金属材料から製造される請求項７記載のカバーリング。
11. カバーリングは、少なくとも９９．９％の純度を有するチタンから製造される請求項１０記載のカバーリング。
12. 突出ブリムは、アーク状間隙の幅の少なくとも半分に対応する距離だけ突出する請求項７記載のカバーリング。
13. 傾斜上面は、１０°〜２０°の間の角度で傾斜している請求項７記載のカバーリング。
14. 堆積リングと対向する内方円筒状バンドの面は、垂直線から１２°〜１８°の角度である請求項７記載のカバーリング。

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