JP6480445B2 - カプセル化されたマグネトロン - Google Patents

Description

本明細書に記載の実施形態は、一般に、物理的気相堆積プロセスで使用されるマグネトロンに関する。詳細には、本明細書に記載の実施形態は、カプセル化されたマグネトロンに関する。

物理的気相堆積（ＰＶＤ）は、別法としてスパッタリングとも呼ばれており、集積回路の製造において金属および関連する材料の層を堆積させる方法である。ＰＶＤは、相互接続に使用される平板の金属層を堆積させるために開発された。産業用のＰＶＤは、典型的には、アルゴンなどのスパッタ作用ガスのプラズマを利用して、負にバイアスされたターゲットにアルゴンイオンを衝突させ、ターゲット材料の原子をスパッタリングし、その後ターゲット材料層で基板を被覆する。プラズマ放電は、典型的には、処理チャンバ内で、ＤＣもしくはＲＦ電圧、マイクロ波、平板マグネトロン、または技法の組合せによって形成される。
平板マグネトロンシステムは、典型的には、ターゲット上に配置された回転式マグネトロンと、プラズマを形成するためのターゲットと基板との間のＤＣバイアスおよび／またはターゲットと基板との間の空間内へ結合されたＲＦ源とを使用する。マグネトロンは、ターゲットのスパッタリング表面付近に磁力線を提供する磁石アセンブリである。ターゲットとプラズマ領域との間の負のバイアス電圧は、イオンをターゲットの方へ加速させて、ターゲットからターゲット材料を取り除く。マグネトロンからの磁界は、ターゲット材料から移動した２次電子を含む自由電子をターゲット付近に閉じ込めて、スパッタリングされた材料と自由電子によるイオン化衝突を最大にする。マグネトロンは、典型的には、１つまたは複数の磁石を含み、これらの磁石は、ターゲットの裏側、すなわちスパッタリングされていない表面の周りを回転して、ターゲットの表面の周りに磁界を均一に分散させ、その結果、ターゲット材料のスパッタリングをより均一にする。
ＰＶＤプロセスで使用されるプラズマは、ターゲットを加熱することがある。マグネトロンおよび／またはターゲットが指定のプロセス温度を超えて加熱された場合、この高温で、ターゲット上のスパッタリング速度またはスパッタリングの均一性が変化し、マグネトロンおよびターゲットの耐用寿命が短くなることによって、プロセスの性能が変わることがある。従来、ターゲットは、マグネトロン空胴内に収納された脱イオン水などの冷却流体に裏側を露出させることによって冷却される。マグネトロンは、マグネトロン空胴内に配置されており、磁石および支持構造は、熱および冷却によって腐食されることがある。加えて、マグネトロンの取扱いは、その開放的な構造に伴って問題となる可能性があり、落下によりハードウェアが磁石の内部構造内に詰まり、除去するのが困難になるため、ハードウェアの取扱い上の問題を招く可能性がある。

したがって、改善されたマグネトロンが必要とされている。

本明細書に記載の実施形態は、概して、熱および水に耐える材料によってカプセル化されたマグネトロンを提供する。一実施形態では、マグネトロン全体がカプセル化される。別の実施形態では、マグネトロンは磁極片を含み、磁極片はカプセル化材料によって覆われない。
一実施形態では、マグネトロンが開示される。マグネトロンは、それぞれ第１の端部および第２の端部を有する複数の磁石と、磁石の第１の端部に結合された第１の磁極片と、磁石の第２の端部に結合された第２の磁極片と、複数の磁石を覆うカプセル化材料とを含む。
別の実施形態では、マグネトロンが開示される。マグネトロンは、複数の磁石を含み、複数の磁石はそれぞれ、第１の端部および第２の端部を有する。マグネトロンは、バッキング板をさらに含み、バッキング板は、磁石の第１の端部に結合される。マグネトロンは、第１の磁極片をさらに含み、第１の磁極片は、磁石の第２の端部に結合される。マグネトロンは、複数の磁石を覆う第１のカプセル化材料をさらに含む。

別の実施形態では、マグネトロンが開示される。マグネトロンは、バッキング板と、第１の磁極片と、第２の磁極片と、バッキング板と第１の磁極片との間に配置された複数の磁石と、複数の磁石を覆う第１のカプセル化材料とを含む。
本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによって得ることができ、実施形態の一部を添付の図面に示す。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は、典型的な実施形態のみを示し、したがって本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。

一実施形態によるＰＶＤチャンバの横断面図である。 一実施形態によるマグネトロンの正投影図である。 一実施形態によるマグネトロンの正投影図である。 一実施形態によるマグネトロンの正投影図である。 一実施形態によるマグネトロンを示す図である。 一実施形態によるマグネトロンを示す図である。 一実施形態によるマグネトロンを示す図である。

理解を容易にするために、可能な場合、複数の図に共通の同一の要素を指すために、同一の参照番号を使用した。特別な記載がなくても、一実施形態に開示する要素は、他の実施形態でも有益に利用することができることが企図される。
本明細書に記載の実施形態は、概して、熱および水に耐える材料によってカプセル化されたマグネトロンを提供する。図１は、一実施形態によるＰＶＤチャンバ１０の横断面図である。チャンバ１０は、セラミック絶縁体１４によってスパッタリングターゲット１６に密閉された真空チャンバ本体１２を含み、ターゲット１６の少なくとも前面は、ウエハクランプ２２によってヒータペデスタル電極２０上に保持されたウエハ１８上にスパッタ堆積されるべき材料、通常は金属から構成される。ウエハクランプ２２の代わりに、カバーリングもしくは静電チャックをペデスタル２０内へ組み込むことができ、またはウエハを定位置に保持しないでペデスタル２０上に配置することができる。ターゲット材料は、アルミニウム、銅、チタン、タンタル、コバルト、ニッケル、モリブデン、１０質量％未満の合金元素を含有するこれらの金属の合金、またはＤＣスパッタリングに適用できる他の金属および金属合金とすることができる。他方では、ＲＦスパッタリングを使用して、誘電体ターゲットから材料をスパッタリングすることができる。

チャンバ本体１２内で保持された接地シールド２４は、スパッタリングされた材料からチャンバ壁１２を保護し、接地アノードを提供する。追加の浮遊シールドを使用することもできる。ＡＣ容量結合回路３０を通ってペデスタル電極２０にＲＦ電源２８を結合して、ペデスタル電極２０がプラズマの存在下でＤＣ自己バイアス電圧を生じさせることを可能にすることができる。負のＤＣ自己バイアスは、高密度プラズマ内に生じさせた正に充電されたスパッタイオンを、高度な集積回路の高アスペクト比の孔特徴の中へ深く引き寄せる。
第１のガス源３４が、アルゴンなどのスパッタリング作用ガスを、質量流量コントローラ３６を通ってチャンバ本体１２へ供給する。たとえば窒化チタンまたは窒化タンタルの反応性金属窒化物スパッタリングでは、別の質量流量コントローラ４０を通って別のガス源３８からチャンバ内へ窒素がさらに供給される。別法として、酸素を供給して、Ａｌ₂Ｏ₃などの酸化物を生じさせることもできる。これらのガスは、チャンバ本体１２内の様々な位置から入れることができる。たとえば、チャンバ本体１２の底部付近に位置する１つまたは複数の入り口パイプが、シールド２４の裏面でガスを供給する。ガスは、シールド２４の底部の開孔を通って、またはカバーリング２２とシールド２４およびペデスタル電極２０との間に形成された間隙４２を通って貫入する。広いポンピングポートを通ってチャンバ本体１２に接続された真空ポンピングシステム４４が、チャンバ本体１２の内部を低圧で維持する。コンピュータベースのコントローラ４８が、電源２６、２８および質量流量コントローラ３６、４０を含むリアクタを制御する。

効率的なスパッタリングを提供するために、ターゲット１６の上のマグネトロン空胴６４内にマグネトロン５０が配置される。マグネトロン５０は、バッキング板５６によって結合された複数の逆の磁石５２、５４を含むことができ、チャンバ本体１２内で複数の磁石５２、５４の近傍に磁界を生じさせる。マグネトロン５０は、小さく、入れ子状で、不均衡であり、１つまたは複数の内側磁石５２が、磁気強度のより大きい逆の外側磁石５４によって取り囲まれる。内側磁石５２および外側磁石５４は、Ｕ字形磁石に置き換えることができる。一実施形態では、マグネトロン５０は、複数のＵ字形磁石を含む。磁界は電子を閉じ込め、電荷の中性のため、イオン密度がやはり増大して、チャンバ本体１２内でマグネトロン５０に隣接して高密度プラズマ領域５８を形成する。ウエハ１８上への均一のスパッタリングを実現するために、マグネトロン５０は通常、モータ６５によって駆動されるシャフト６２によってターゲット１６の中心６０の周りを回転させられる。

ターゲットへ送達される大量の電力を抑制するため、ターゲット１６の裏面は、裏側冷却剤チャンバ６６に密閉することができる。低温の脱イオン水６８などの冷却剤が冷却剤チャンバ６６の内部を循環させられて、ターゲット１６を冷却する。マグネトロン５０は、冷却水６８内に浸漬されており、ターゲット回転シャフト６２は、回転シール７０を通って冷却剤チャンバ６６を通過する。ターゲット１６内に生成される熱および脱イオン水６８などの冷却剤のため、マグネトロン５０は腐食することがある。マグネトロン５０の腐食を防止するために、マグネトロン５０は、カプセル化材料９０によってカプセル化することができる。一実施形態では、マグネトロン空胴６４内に複数のマグネトロンを配置することができる。マグネトロンは、個々にカプセル化することができ、またはマグネトロンは、ともにカプセル化される。

カプセル化材料９０は、エポキシ、ウレタン、ゴムなど、熱および水に耐える任意の材料とすることができる。一実施形態では、カプセル化材料９０は、２液型エポキシを含む。カプセル化材料９０は、不透明または透明とすることができ、黒色または他の色とすることができる。カプセル化材料９０は、図１に示すように、マグネトロン５０全体を覆うことができる。別法として、マグネトロン５０のうちターゲット１６に面する部分を露出させることができる。
バッキング板５６には磁石などの位置フラグ１０６を固定することができ、マグネトロン５０の上には磁気ホールセンサなどの位置センサ１０８を配置して、回転する磁石５２、５４が位置センサ１０８の下を通るかどうかによって、コントローラ４８がマグネトロン５０の現在の径方向位置を判定することを可能にすることができる。

図２Ａ〜２Ｃは、一実施形態によるマグネトロン２００の正投影図である。マグネトロン２００は、図１に記載のマグネトロン５０とすることができる。マグネトロン２００は、バッキング板２０２と、複数のＵ字形磁石２０４と、第１の磁極片２０６と、第２の磁極片２０８とを含む。バッキング板２０２は、真鍮から作ることができ、磁極片２０６、２０８は、ステンレス鋼から作ることができる。複数の磁石２０４は、バッキング板２０２と第１の磁極片２０６および第２の磁極片２０８との間に配置することができる。第１の磁極片２０６は、ループとすることができ、それぞれのＵ字磁石２０４の一方の端部２０５がループ上に配置される。第２の磁極片２０８は、プレートとすることができ、それぞれのＵ字磁石２０４の他方の端部２０７がプレート上に配置される。第２の磁極片２０８は、第１の磁極片２０６によって取り囲むことができる。第１の磁極片２０６と第２の磁極片２０８は、共平面とすることができる。磁極片２０６、２０８とターゲット１６の裏面との間の距離が非常に小さく、たとえば約１ｍｍであるため、磁極片２０６、２０８は、カプセル化材料によって覆うことができない。マグネトロン２００の頂部および側面は、カプセル化材料（図示せず）によって覆される。

図２Ｂに示すように、磁極片２０６、２０８は、カプセル化材料によって覆われない。磁極片２０６、２０８間の間隙は、カプセル化材料（図示せず）によって覆うことができ、カプセル化材料は、マグネトロン２００の頂部および側面を覆うカプセル化材料と同じ材料から作ることができる。図２Ｃは、カプセル化材料２１０、２１１によって覆われたマグネトロン２００を示す。カプセル化材料２１０、２１１は、不透明な材料から作ることができる。一実施形態では、カプセル化材料２１０、２１１は、黒色の不透明な材料から作られる。図２Ｃに示すように、磁極片２０６、２０８は、カプセル化材料２１０、２１１によって覆われない。磁極片２０６、２０８間の間隙は、カプセル化材料２１１によって覆われ、カプセル化材料２１１は、磁極片２０６、２０８と共平面でない。カプセル化材料２１１は、磁極片２０６、２０８が配置された平面から凹んでいる。カプセル化材料２１１上には、複数の突条２１２を配置することができる。複数の突条２１２は、カプセル化材料２１０、２１１と同じ材料から作ることができる。凹んでいるカプセル化材料２１１および複数の突条２１２は、冷却剤６８で充填された冷却剤チャンバ６６内でマグネトロン２００が回転させられるとき、冷却流体の乱流を増大させ、ターゲット１６の冷却を改善する。

図３Ａは、一実施形態によるマグネトロン３００の斜視図である。マグネトロン３００は、バッキング板３０２と、第１の磁極片３０６と、バッキング板３０２と第１の磁極片３０６との間に配置された複数の磁石３０４とを有する。磁石３０４は、図３Ａに示すように、円筒形とすることができる。磁石３０４はそれぞれ、第１の端部３０８および第２の端部３１０を有する。第１の端部３０８は、バッキング板３０２に結合され、第２の端部３１０は、第１の磁極片３０６に結合される。第１の磁極片と共平面に第２の磁極片（図示せず）を配置することができ、第２の磁極片（図示せず）を第１の磁極片３０６によって取り囲むことができる。バッキング板３０２と第２の磁極片との間には、複数の磁石（図示せず）を配置することができる。

図３Ｂは、一実施形態によるマグネトロン３００の斜視図である。図３Ｂに示すように、マグネトロン３００は、カプセル化材料３１２でカプセル化される。カプセル化材料３１２は、カプセル化材料２１０と同じ材料から作ることができる。カプセル化材料３１２は、磁石３０４の頂部および側面を覆うことができる。図３Ｃは、一実施形態によるマグネトロン３００の底面図である。図３Ｃに示すように、マグネトロン３００は、第１の磁極片３０６によって取り囲まれた第２の磁極片３１４を含み、第２のカプセル化材料３１６が、第１の磁極片３０６と第２の磁極片３１４との間の間隙を覆う。第２の磁極片３１４とバッキング板３０２との間には、複数の磁石（図示せず）を配置することができる。第１の磁極片３０２と第２の磁極片３１４は、共平面とすることができ、第２のカプセル化材料３１６は、第１の磁極片３０２および第２の磁極片３１４が配置された平面から凹ませることができる。第２のカプセル化材料３１６上には、複数の突条３１８を形成することができる。複数の突条３１８は、カプセル化材料３１２、３１６と同じ材料から作ることができる。凹んでいる第２のカプセル化材料３１６および複数の突条３１８は、冷却剤６８で充填された冷却剤チャンバ６６内でマグネトロン３００が回転させられるとき、冷却流体の乱流を増大させ、ターゲット１６の冷却を改善する。

カプセル化されたマグネトロンを使用して、ＰＶＤプロセスを助けることができる。カプセル化されたマグネトロンは、ＰＶＤプロセス中に冷却剤内で回転させることができる。カプセル化材料は熱および水に耐えるため、マグネトロンは、カプセル化材料によって腐食から保護される。

剛性のマグネトロン部分のいずれに対しても、カプセル化剤内にアセンブリを成形しまたは埋め込むことができる。成形された部分は、自由な回転が可能になるようにソースアセンブリ内の空胴内に収まらなければならない。カプセル化プロセスは、アセンブリを収めるための金型を作ることと、次いでカプセル化材料をアセンブリ内へ注ぎ、注入し、または圧縮して、完全または部分的に封入された構造を生成することとを伴う。カプセル化剤は、ソース上の環境に適当なものとすることができるが、２液型エポキシ、樹脂、もしくはエラストマ、熱溶融プラスチックもしくはエラストマ、または熱硬化材料から作ることもできる。材料は、好ましくは、不透明である。材料は、任意選択で、密度、構造、またはコストの特性を調整するために、フィラー材料で充填することができる。フィラーは、繊維（ガラス、アラミド、カーボンなど）もしくは粉末（ガラス、タルクなど）、またはマイクロバルーンもしくは均等物を含むことができる。必要な場合、本体を通る水の流れを可能にするために、後にカプセル化剤内へチャネルを成形または機械加工することができる。加えて、水の循環を促進するために、表面内へ特徴を成形または機械加工することができる。

カプセル化されたマグネトロンは、腐食を低減しまたはなくし、所望されるように冷却流体の流れを誘導し、工具およびハードウェアを引き寄せる／捕獲する可能性のある開放的なアセンブリ内の複数の空胴をなくすことによって取扱いおよび安全性を改善するという利点を提供する。

上記は、本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (9)

1. 複数の磁石であって、それぞれの磁石が第１の端部および第２の端部を有する複数の磁石と、
   それぞれの磁石のそれぞれの第１の端部に結合された第１の磁極片と、
   それぞれの磁石のそれぞれの第２の端部に結合された第２の磁極片と、
   前記複数の磁石を覆う第１のカプセル化材料と、
   前記第１の磁極片と前記第２の磁極片の間の間隙に配置される第２のカプセル材料と、
   前記第２のカプセル材料上に配置された複数の突条と
   を備えるマグネトロン。
2. 前記第１のカプセル化材料が、前記第１の磁極片に結合される、請求項１に記載のマグネトロン。
3. 前記第１のカプセル化材料が、エポキシ、ウレタン、およびゴムの少なくとも１つから選択される、請求項１に記載のマグネトロン。
4. 前記第２の磁極片が、前記第１の磁極片によって取り囲まれる、請求項１に記載のマグネトロン。
5. 複数の磁石であって、それぞれの磁石が第１の端部および第２の端部を有する複数の磁石と、
   それぞれの磁石のそれぞれの第１の端部に結合されたバッキング板と、
   それぞれの磁石のそれぞれの第２の端部に結合された第１の磁極片と、
   前記複数の磁石を覆う第１のカプセル化材料と、
   前記第１の磁極片と第２の磁極片の間の間隙に配置される第２のカプセル材料と、
   前記第２のカプセル材料上に配置された複数の突条と
   を備えるマグネトロン。
6. 前記第１のカプセル化材料が、エポキシ、ウレタン、およびゴムの少なくとも１つから選択される、請求項５に記載のマグネトロン。
7. 前記第２の磁極片は、前記第１の磁極片によって取り囲まれている、請求項５に記載のマグネトロン。
8. バッキング板と、
   第１の磁極片と、
   第２の磁極片と、
   前記バッキング板と前記第１の磁極片との間に配置された複数の磁石と、
   前記複数の磁石を覆う第１のカプセル化材料と、
   前記第１の磁極片と前記第２の磁極片の間の間隙に配置される第２のカプセル材料と、
   前記第２のカプセル材料上に配置された複数の突条と
   を備えるマグネトロン。
9. 前記第２の磁極片が、前記第１の磁極片によって取り囲まれ、前記第１の磁極片と前記第２の磁極片が共平面である、請求項８に記載のマグネトロン。

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