JP5977036B2 - 複合シールド組立体、蒸着チャンバー及び高出力蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、複合シールド組立体、蒸着チャンバー及び高出力蒸着装置に関する。

シールド設計はＰＶＤ工具の信頼性の高い作動において重要な一つの要因である。シールドは、蒸着材料を閉じ込めることによって、例えばチャンバー壁上の蒸着を回避し、できるだけ長い間、理想的には全目標寿命の間、パーティクルを放出することなくこの材料を保持しなければならず、且つ、取り替えが容易で、安価であり、ウエハー上のフィルムコーティングに悪影響を与えないことが必要である。

典型的には、ステンレス鋼シールドが、構築されうる堅固且つ比較的複雑な組立体としてＰＶＤシステムにおいて使用され、この組立体は、プロセスチャンバー内に容易に設置されることができ、且つ、洗浄されて再使用されることができるので比較的コスト効率が良い。

高出力すなわち３０ｋＷよりも大きな出力の蒸着プロセスが実行されると、（ステンレス鋼が、比較的弱い熱伝導体であるという事実のせいで）ステンレス鋼シールドにおける熱負荷によって歪みが生じることがあり、次いで歪みはパーティクルがシールドから放出されることを引き起こす。このことは標準的な作動条件にとって許容されない。シールドが、より良好な熱特性を有する金属、例えばアルミニウムから作られうるが、このことは、製造コストを高くし、且つ洗浄するのに実際的ではない傾向がある。アルミニウムを洗浄することは困難であり、（例えばウエハー上にフィルムを均一に維持すべく）厳しい寸法公差が重要であるとき、材料を再使用することは実際的ではない。

本発明は、複合シールド組立体を使用することによって高出力蒸着プロセスについての実際的な解決策を提供しようとする。複合シールド組立体はステンレス鋼部品及びアルミニウム部品の両方を使用し、これら両部品はシステム内に設置されると単一の組立体として振る舞う。熱負荷が高い領域では、アルミニウムが使用される。このことによって、優れたプロセス性能を維持しつつ長期の高出力作動が可能となる。シールドが交換されるべきとき、アルミニウム部分は廃棄されることができ、一方、ステンレス鋼組立体は洗浄されて再使用される。

このため、本発明の第１態様では、ワークピースの配置場所を画成する蒸着装置において使用される複合シールド組立体であって、
ワークピースの配置場所の周囲に置かれる第１シールド要素と、
第１シールド要素の周りに延在して第１シールド要素を保持する第２シールド要素であって、第１シールド要素の熱伝導率が当該第２シールド要素の熱伝導率よりも大きく、第１シールド要素及び当該第２シールド要素が、熱的接触を密接にするように配置される、第２シールド要素と
を含む、複合シールド組立体が提供される。

シールド要素がバルク構造（bulk structure）であり只のコーティングではないことが理解されるであろう。

第１シールド要素はアルミニウム又はアルミニウム合金であり、第２シールド要素はステンレス鋼でありうる。第１シールド要素は第２シールド要素内に圧入され又は摩擦嵌合されうる。

本発明は、ワークピースの配置場所と、上記に定義されたような組立体とを含む蒸着チャンバーも含む。

第２シールド要素は第１シールド要素をチャンバーの壁上に取り付けうる。第１シールド要素は、シャドーシールドを構築すべくワークピースの配置場所の周囲に位置しうる。第２シールド要素はチャンバーの一部についてシールドを形成しうる。

本発明が上記に定義されてきたが、本発明が、上述された特徴又は以下の説明における特徴のあらゆる独創的な組合せを含むことが理解されるべきである。

図１は、物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバーの一部の半分を通した鉛直断面図である。 図２ａは、シールド組立体のアルミニウム要素の斜視図である。 図２ｂは、シールド組立体の上方からの図である。 図２ｃは、図２ｂにおける線Ａ−Ａの断面図である。 図３は、目標寿命の関数としての厚さ均一性のグラフである。 図４は、ウエハーエッジに関する蒸着厚を示すグラフである。

本発明は様々な態様において行われることができ、以下、添付図面を参照して特定の実施形態が例によって記述される。
図１は、ＰＶＤプロセスチャンバー１１における複合組立体１０を示す。Ａｌシールド要素１３が、熱流束がシールドについて典型的には最大である領域において、ウエハー配置場所１６のウエハー１２よりも上に配置される。シールド要素１３はシャドーシールドとして作用する。Ａｌシールド要素１３は、組立体１０を形成すべくステンレス鋼シールド要素１４によってそこに保持される。ステンレス鋼シールド要素１４はチャンバー１１の壁１５に沿って延在し且つＡｌシールド要素１３の下に延在する。複合材の全利点が実現されることを確実なものとすべく、部品は非常にきつく嵌合（図２において示されるような圧入（スペック＋０．１ｍｍ〜＋０．３ｍｍ））される必要がある。すなわち、Ａｌ１３とステンレス鋼１４との間の結合は密接になる（intimate）必要がある（シールドが熱くなるにつれて、Ａｌシールド要素１３はステンレス鋼要素１４内に膨張して更に良好な熱的接触が提供される）。蒸着サイクルの間に発生せしめられる熱の最適な消散のために、外側のステンレス鋼シールドとプロセスチャンバーの内壁との間の接触が実現される必要がある。このことは、完全なシールドが単にＡｌのみから作られる場合、Ａｌがプロセスチャンバー壁に溶接（例えば摩擦溶接）されてメンテナンス中に取り外されることが非常に困難である傾向があるので、深刻な問題となりうることに留意されたい。Ａｌシールド要素１３は、チャンバーの効率的なポンプ排水（pumping）を可能とすべく多数の開口１５を有する。

図３は、３μｍ、４０ｋＷの高出力Ａｌ（Ｃｕ）蒸着について、１１００ｋＷｈｒｓに亘るシールドの優れた均一性能を示す。

ウエハーエッジに近接したシールド（すなわちＡｌシールド要素１３）の歪みはウエハーのエッジにおける蒸着の厚みに悪影響を及ぼすであろう。図４が均一性を示すように、エッジの均一性は５ｍｍのエッジ排他値（exclusion value）で１１００ｋＷｈｒｓに亘って所望の１００％レベルに維持される。

以下のことが留意されるべきである。
１）圧入部品は、一旦熱的に循環されると、単一部品のように振る舞う。
２）ウエハーに近接しているＡｌリングと、Ａｌチャンバー壁１５と接触しているステンレス鋼の配置場所とのおかげで、シールドの熱的性能は従来のステンレス鋼部品を超えて改善される。このことによって、高出力の蒸着プロセスが、斯かる設計ではない場合よりも長く稼働することが可能となる。
３）一旦シールドが交換される必要があると、Ａｌシールド１３は取り替えられ、一方、ステンレス鋼の外側シールドは洗浄されて再利用されうる。

Claims (8)

1. ワークピースの配置場所を画成する蒸着装置において使用される複合シールド組立体であって、
   前記ワークピースの配置場所の周囲に置かれる第１シールド要素と、
   該第１シールド要素の周りに延在して該第１シールド要素を保持する第２シールド要素であって、前記第１シールド要素の熱伝導率が当該第２シールド要素の熱伝導率よりも大きく、前記第１シールド要素及び当該第２シールド要素が、熱的接触を密接にするように配置される、第２シールド要素と
   を含み、
   前記第１シールド要素が前記第２シールド要素内に圧入され又は摩擦嵌合される、複合シールド組立体。
2. 前記第１シールド要素がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記第２シールド要素がステンレス鋼である、請求項１に記載の組立体。
3. ワークピースの配置場所と、請求項１又は２に記載の組立体とを含む、蒸着チャンバー。
4. 前記第２シールド要素が前記第１シールド要素を当該チャンバーの壁上に取り付ける、請求項３に記載のチャンバー。
5. 前記第１シールド要素が、シャドーシールドを形成すべく前記ワークピースの配置場所の周囲に位置する、請求項３又は４に記載のチャンバー。
6. 前記第２シールド要素が当該チャンバー壁の一部についてシールドを形成する、請求項３〜５のいずれか１項に記載のチャンバー。
7. 請求項１又は２に記載の組立体又は請求項３〜６のいずれか１項に記載のチャンバーを含む、高出力蒸着装置。
8. ３０ｋＷよりも大きな供給のための出力供給源を有する、請求項７に記載の装置。

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