JP6662780B2 - 低摩擦パッドを有する物理的気相堆積(pvd)ターゲット - Google Patents

低摩擦パッドを有する物理的気相堆積(pvd)ターゲット Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、一般に、半導体処理機器に関する。
物理的気相堆積(PVD)は、基板、たとえば半導体基板上に、薄い材料層を形成するために一般に利用される。通常はバッキング板を含むスパッタリングターゲットは、適当なチャンバ内で基板近傍に設けられ、PVDスパッタチャンバの上部部分を形成する。バッキング板は、セラミックの絶縁リング上に載置されることが多い。いくつかのプロセスでは、処理中にターゲットおよびチャンバの温度が上昇し、ターゲットバッキング板およびチャンバ壁の熱膨張を引き起こす。ターゲットバッキング板およびチャンバ壁の熱膨張は異なることがあり、それによりターゲットバッキング板および絶縁リングが互いに対して動き、摩擦を引き起こすことが、本発明者らによって観察された。摩擦により、バッキング板および絶縁リングが摩砕し合い、その接触面でバッキング板の一部分が摩耗することが観察された。摩耗した材料は、チャンバを汚染することがある。
したがって、本発明者らは、ターゲットとPVDチャンバとの間の接触面で摩擦を有利に低減させることができるターゲットアセンブリを提供する。
基板処理チャンバ内で使用するためのターゲットアセンブリの実施形態が本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、ターゲットアセンブリは、中心部分および支持部分を含む第1の面を備える板と、中心部分上に配置されたターゲットと、支持部分内に形成された複数の凹みと、複数の凹み内に部分的に配置された複数のパッドとを含む。
いくつかの実施形態では、基板処理チャンバ向けのターゲットアセンブリは、中心部分および支持部分を含む第1の面を備える板と、板内に形成された溝であって、支持部分を溝から径方向に外向きの大気側および溝から径方向に内向きの真空側に分離する溝と、中心部分上に配置され、中心位置から第1の径方向位置へ延びるスパッタリング表面と、支持部分の大気側内に形成され、板の周りで円周方向に隔置された複数の凹みと、板の第1の面の上に支承表面が隔置されるように複数の凹み内に部分的に配置された複数の摩擦低減パッドとを含む。
いくつかの実施形態では、基板処理装置は、チャンバ本体と、チャンバ本体の上に配置されたリッドと、リッドに結合されたターゲットアセンブリであって、第1の面および反対側の第2の面を有するバッキング板、バッキング板の第1の面に接合されたターゲット材料、バッキング板内に形成された複数の凹み、ならびに複数の凹み内に部分的に配置された複数のパッドを含み、各パッドが支承表面を有する、ターゲットアセンブリと、支持部材であって、支持部材の外端部近傍でリッドに結合され、径方向に内向きに延びる支持部材と、バッキング板と支持部材との間に配置された密封リングとを含むことができ、密封リングは、支持部材によって密封リングの底面に沿って支持され、密封リングの頂面は、複数のパッドの支承表面に沿ってターゲットアセンブリに接触する。
本発明の他のさらなる実施形態について、以下に説明する。
上記で簡単に要約し、以下でより詳細に論じる本発明の実施形態は、添付の図面に示す本発明の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかし、本発明の実施形態は、他の等しく有効な実施形態も許容することができるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがって本発明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。
本発明のいくつかの実施形態によるターゲットアセンブリの底面図である。 線A−Aに沿って切り取った図1のターゲットアセンブリの断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるターゲットアセンブリの部分底面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるターゲットアセンブリの例示的な接触パッドの上面図である。 線D−Dに沿った図2Cの接触パッドの側面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるターゲットアセンブリの一部分の概略図である。 本発明のいくつかの実施形態によるターゲットアセンブリを有するプロセスチャンバを示す図である。
理解を容易にするため、可能な場合、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。図は原寸に比例して描かれたものではなく、見やすいように簡略化されていることがある。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記載がなくても、他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図される。
物理的気相堆積(PVD)チャンバなどの基板処理チャンバ内で使用するためのターゲットアセンブリの実施形態が本明細書に提供される。本発明のターゲットアセンブリは、ターゲットアセンブリとターゲットアセンブリを支持するプロセスチャンバの支持部材との間の摩擦を有利に低減させることができる。摩擦の低減は、支持部材またはターゲットアセンブリの摩耗を有益に低減させることができ、有利には、摩耗した材料によるチャンバの汚染を低減させることができる。
本発明の実施形態は、図1および図2を同時に参照することでよりよく理解することができ、図1は底面図であり、図2は側面断面図である。
図1は、本発明の実施形態によるターゲットアセンブリ100の底面図を示す。ターゲットアセンブリ100は、任意の適した基板処理チャンバ、たとえばカリフォルニア州サンタクララのApplied Materials,Inc.から入手可能な物理的気相堆積(PVD)チャンバのENDURA(登録商標)モデルのいずれかとともに使用することができる。ターゲットアセンブリ100を含む例示的なPVDチャンバについて、図4に関して以下に説明する。本明細書に記載する装置はまた、他のプロセスチャンバでも有益に使用することができる。ターゲットアセンブリ100は、有利には、直径200mm、300mm、または450mmの基板を処理するように構成されたチャンバとともに使用することができるが、他のサイズの基板を処理するように構成されたチャンバも同様に利益となることができる。
ターゲットアセンブリ100は、中心部分106および支持部分112を備える第1の面104を有するターゲットバッキング板102を含む。ターゲットアセンブリ100は、基板上に堆積させるべきソース材料108を含む。ソース材料108は、バッキング板102上で中心に配置され、中心点116に対応する中心位置から第1の径方向位置117まで延びる。ソース材料108は、スパッタリング表面110を含み、スパッタリング表面110は、バッキング板102から突起し(外向きに段を作る)、バッキング板102から離れる方に向けられる。いくつかの実施形態では、ソース材料108は、適当な接合プロセス、たとえば拡散接合を使用して第1の面104に付着させることができ、またはバッキング板102に機械的に取り付けることができる。アセンブリと呼ぶが、ターゲットアセンブリ100は、一体部材とすることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、ソース材料108およびバッキング板102は、同じ材料から一体形成することができる。
支持部分112は、中心部分106から径方向に外向きに配置され、バッキング板102の中心点116から距離R1をあけて、いくつかの実施形態では外周114まで、外向きに延びる。支持部分112は、チャネルまたはOリング溝、溝118を含むことができ、溝118は、中心部分106の回りに線を描き、中心点116を通って中心軸204から距離R2をあけて中心に位置する。溝118は、チャンバの一部分、たとえばPVDチャンバの絶縁リングとの密封の形成を容易にするために、Oリングまたはガスケットなどの密封要素(図4の密封要素490)を保持するように構成される。溝118は、図示のように正方形の溝とすることができ、または非限定的な例として半円形もしくは鳩尾形(すなわち、溝の側壁が散開し、基部は開口部より大きい)を含む任意の他の形状とすることができる。
溝118は、支持部分112を、溝118から径方向に外向きの大気側206と、溝118から径方向に内向きの真空側208とに分離する。真空部分は、中心軸204まで延びることができ、バッキング板102およびソース材料108の中心部分106を含む。
支持部分112の大気側206内には複数の凹み120が、第1の面104を通って、またバッキング板102の厚さTを部分的に通って形成される。図1に示すように、36個の凹み120がバッキング板102内に形成されるが、より多くの数またはより少ない数を形成することもできる。
凹み120は、図を簡単にすることのみを目的として、類似のサイズおよび同じまたは類似の方形の横断面であることが示されている。凹み120が方形である実施形態では、凹み120は、方形の凹みのそれぞれの長手方向軸122が軸122の中間点124で円形の経路126に接するように、板の周りで角度方向に均一に隔置することができ、中心軸204で中心合わせされた円形の経路126(破線として示す)に沿って位置合わせすることができる。長手方向軸122は、長軸、すなわち凹み120の長い方の面に平行な軸とすることができる。凹みのサイズおよび数は、複数の凹みの各長手方向軸122の軸方向の長さの和、すなわち全体的な軸方向の長さが、凹み120が位置合わせされる円形の経路の長さの約25%〜約75%、たとえば約50%になるように選択することができる。
いくつかの実施形態では、図3に示すように、これらの凹みは、R3に対応する内側半径とR4に対応する外側半径とを有する弓形の凹み302とすることができる(すなわち、弓形の横断面を有する)。弓形の凹みは、約2.5度〜約7.5度、たとえば約5度の角度310を含む径方向の線によって接合することができる。
いくつかの実施形態では、弓形の凹み302は、弓形の凹み302のそれぞれの内側半径R3と外側半径R4との間に位置し、内側半径R3および外側半径R4に平行な中間半径304が、バッキング板102の中心点116で中心合わせされた円形の経路306(破線として示す)に沿って位置するように位置合わせされる。弓形の凹み302のサイズおよび数は、中間半径304が弧長308を有し、複数の弓形の凹み302のそれぞれの弧長308の和、すなわち全体的な弧長が、円形の経路の長さの約25%〜約75%、たとえば約50%になるように選択することができる。
非限定的な例として、円形、楕円形、五角形、または他の曲線もしくは多角形の形状を含む他の横断面形状を、凹み120に使用することもできる。
図2Aに示すように、凹み120内にパッド210が部分的に配置され、それにより、パッド210の支承表面212は、第1の面104の上に隔置され(すなわち、第1の面104から突出する)、パッド210の設置表面214は、バッキング板102内へさらに変位しないように、凹み120の底面202によって支持される。見やすいように1つのパッド210のみを示すが、本明細書に記載するようにターゲットアセンブリ100を支持するのに十分な数のパッド210が、ターゲットアセンブリ100の周りに配置される。いくつかの実施形態では、複数の凹み120のそれぞれの中に、パッド210が部分的に配置される。他の実施形態では、パッド210は、凹み120の一部の中、たとえば交互の凹みの中、または何らかの他のパターンの凹みの中に配置される。本発明のいくつかの実施形態では、支承表面212は、第1の面104の上に約0.05mm〜約1mm、たとえば約0.75mmだけ隔置される。
いくつかの実施形態では、パッドはそれぞれ、図2Bに示すように、締め具240を使用して、対応する凹み120の中に固定することができる。締め具は、パッド210を通って配置されたボルト、ねじ、リベット、または他のタイプの締め具とすることができる。図2Bに示すように、1つまたは複数のパッド210は、バッキング板締め具242近傍に配置することができ、バッキング板締め具242は、いくつかの実施形態では、たとえばバッキング板締め具242の両側で、バッキング板をプロセスチャンバに固定する。他の実施形態では、パッド210をバッキング板102に固定するために使用される締め具240はまた、バッキング板102をプロセスチャンバに固定するように、バッキング板102を通って延びることができる。パッド210は、別法としてまたは組み合わせて、バッキング板102に沿って他の位置に配置することができる。
図2Cおよび図2Dはそれぞれ、締め具240を介してバッキング板102に固定することができる例示的なパッド210の上面図および横断面(線D−Dに沿って)側面図である。図2Cに示すように、パッド210は、支承表面212と、パッド210の本体内へ部分的に延びる第1の直径を有する皿穴付き凹み250と、第1の直径より小さい第2の直径を有する貫通孔252とを含む。締め具240は、締め具240のヘッドが、支承表面212の下で皿穴に埋められるように(すなわち、締め具240のヘッドが、図4に関して以下で論じる密封リング481に接触しないように)、または締め具240のヘッドが、支承表面212と平面になるように、皿穴付き凹み250および貫通孔252内に配置することができる。締め具240のヘッドは、パッド210の表面256と接触する。締め具240のシャフトは、パッド210をバッキング板102に固定するように、貫通孔252を通して配置される。パッド210の設置表面214は、凹み120の底面202と接触する。
いくつかの実施形態では、パッド210および凹み120は、パッド210が凹み120内に部分的に配置されたときに締まり嵌めが確立されるようなサイズを有する。パッド210はそれぞれ、凹みの少なくとも1つの寸法との干渉を提供するように、凹みの1つの中へ圧入することができる。非限定的な例では、干渉は、凹み120のエッジに沿って約0.15mmであり、すなわち、パッド210の寸法は、凹み120の対応する寸法より約0.15mm長い。形状が方形のパッド210を有するいくつかの実施形態では、支承表面212は、約10mm×約28mmの寸法および約8mmの支承表面に直交する深さを有することができる。チャンバ構成、ターゲットサイズ、パッド形状寸法などに応じて、他の寸法を使用することもできる。
いくつかの実施形態では、パッド210は、たとえば損傷したパッドを交換するため、凹み120から個々に取り外し可能である。取り外されたパッドは、パッド210と同じ構成の交換パッドと低コストで容易に交換することができ、手動を含む任意の適当な方法を使用して、凹み120内へ圧入することができる。
パッド210は、真空力または他の基板処理環境負荷に耐えるために、低い摩擦係数および高い降伏強度を有するプロセス適合材料から形成される。パッドに使用することができる材料のいくつかの非限定的な例には、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、DELRIN(登録商標)などのアセタールホモポリマー樹脂などが含まれる。
本発明者らは、従来のPVDチャンバにおける絶縁リングとターゲットとの間の材料の移動を観察した。材料の移動は、図4に関して以下に説明する密封リング481などのプロセスチャンバの支持部材と、ターゲットアセンブリ100との間で、とりわけ熱負荷および真空負荷に起因する2つの構成要素間の動きのために生じる摩擦、およびその結果生じる摩砕の結果であると理解される。摩砕はまた、これらの構成要素の一方または両方から材料を摩滅させることが観察された。摩滅された材料は、処理中にチャンバに入ってチャンバを汚染することがある。汚染は、とりわけチャンバ内のアークの発生および関連する処理結果への悪影響を引き起こすことが観察された。
本発明者らは、ターゲットと絶縁体リングとの間の摩擦の低減が材料の摩耗および移動を低減させることができることを観察した。本発明の実施形態によるターゲットアセンブリは、2つの構成要素間の摩擦を複数の方法で低減させる。互いから隔置された個々のパッドは、絶縁体リングとターゲットとの間に個別の接点を提供する。パッドに選択される材料は、たとえば熱抵抗、摩擦係数、および使用強さを含む適当な機械特性を有する任意の材料とすることができる。この用途に適当な使用強さおよび低い摩擦係数を有する材料(UHMWPE、PEEK、PTFE、およびアセタールホモポリマー樹脂など)から形成されたパッドを含むターゲットは、本発明のパッドを含まないターゲットと比較して摩擦力を低減させることが観察された。
本発明のパッドは、制限された点で接触を提供し、摩擦の原因をそれらの接点のみに低減させる。ターゲットの支持部分のうち本発明のパッドを含まない領域では、ターゲットおよび絶縁体リングは、隔置されたままであり、摩擦力を提供しない。個々のパッドへの接触を最小にすることによって、たとえば支持部材とターゲットアセンブリとを分離するリングと比較して、摩擦が低減される。
本発明者らはまた、完全なリングと比較して、個々の本発明のパッドを用いると小さい公差を維持することがより容易であることを観察した。小さい公差を維持することで、チャンバへのターゲットアセンブリ100の改善された密封を容易にすることができる。本発明者らはまた、凹み120およびパッド210が、現在のチャンバサイズ(すなわち、直径200、300、および450mmの基板を処理するチャンバ)にとって一貫したサイズを有することができることに注目した。個々のパッドはまた、将来のサイズのチャンバに適合させることができる。加えて、個々のパッドは、リングと比較して、設置および維持するのがより容易である。
図4は、本発明の実施形態によるターゲットアセンブリ100を有する物理的気相堆積(PVD)チャンバ400の簡略化された概略横断面図を示す。
本発明のいくつかの実施形態では、PVDチャンバ400は、プロセスチャンバ404の上に配置され、プロセスチャンバ404から取り外し可能なチャンバリッド401を含む。チャンバリッド401は、内側アセンブリ402および外側接地アセンブリ403を含むことができる。プロセスチャンバ404は、基板408を受け取るための基板支持体406を収容する。基板支持体406は、下部接地密閉壁410内に位置することができ、下部接地密閉壁410は、プロセスチャンバ404のチャンバ壁とすることができる。下部接地密閉壁410は、チャンバリッド401の上に配置されたRF電源482へのRFリターン経路が設けられるように、チャンバリッド401の接地アセンブリ403に電気的に結合することができる。
チャンバリッド401は、概して、内側アセンブリ402の周りに配置された接地アセンブリ403を含む。接地アセンブリ403は、第1の表面457を有する接地板456を含むことができ、第1の表面457は、内側アセンブリ402の裏面に略平行とすることができ、内側アセンブリ402の裏面の反対側に位置することができる。接地板456の第1の表面457から接地シールド412が延びて、内側アセンブリ402を取り囲むことができる。接地アセンブリ403は、接地アセンブリ403内に内側アセンブリ402を支持するために、支持部材475を含むことができる。
内側アセンブリ402は、ターゲットアセンブリ100の裏面の反対側にソース分散板458を含むことができ、ソース分散板458は、ターゲットアセンブリ100の周辺エッジに沿ってターゲットアセンブリ100に電気的に結合される。上記で論じたように、ターゲットアセンブリ100は、スパッタリング中に基板408などの基板上に堆積させるべきソース材料108を備えることができる。ソース材料108は、金属、金属酸化物、金属合金などから構成することができる。いくつかの実施形態では、ターゲットアセンブリ100は、ソース材料108を支持するために、バッキング板102を含む。ソース材料108は、図4に示すように、バッキング板102の基板支持体向きの面に配置することができる。バッキング板102は、バッキング板102を介してソース材料108にRFおよびDC電力を結合することができるように、銅、銅−亜鉛、銅−クロム、またはターゲットと同じ材料などの導電性材料を備えることができる。別法として、バッキング板102は、非導電性とすることができ、電気貫通接続などの導電性要素(図示せず)を含むことができる。バッキング板102は、密封要素490を保持するための溝118と、パッド210を保持するための1つまたは複数の凹み120とを含む。
いくつかの実施形態では、支持部材475は、支持部材475の外周エッジ近傍で接地シールド412の下端部に結合することができ、密封リング481および内側アセンブリ402を支持するように径方向に内向きに延びる。密封リング481は、所望の横断面を有するリングまたは他の環状形状とすることができる。密封リング481は、密封リング481の第1の面上で内側アセンブリ402のターゲットアセンブリ100のバッキング板102と接触し、密封リング481の第2の面上で支持部材475と接触することを容易にするために、2つの反対側の平面かつ略平行の表面を含むことができる。密封リング481は、セラミックなどの誘電体材料から作製することができる。密封リング481は、内側アセンブリ402を接地アセンブリ403から絶縁することができる。密封リング481は、パッド210の支承表面212を介してバッキング板102と接触する。加えて、バッキング板102の溝118内に配置された密封要素490はまた、密封リング481に接触して、バッキング板102と密封リング481との間に真空シールを形成する。
ソース分散板からターゲットアセンブリ100の周辺エッジへRFエネルギーを伝えるために、ソース分散板458とターゲットアセンブリ100の裏面との間に導電性部材464を配置することができる。導電性部材464は、円筒形とすることができ、第1の端部466が、ソース分散板458の周辺エッジ近傍でソース分散板458のターゲット向きの表面に結合され、第2の端部468が、ターゲットアセンブリ100の周辺エッジ近傍でターゲットアセンブリ100のソース分散板向きの表面に結合される。いくつかの実施形態では、第2の端部468は、バッキング板102の周辺エッジ近傍でバッキング板102のソース分散板向きの表面に結合される。いくつかの実施形態では、バッキング板102は、1つまたは複数の締め具を介して導電性部材464の第2の端部468に結合することができる。
内側アセンブリ402は、ターゲットアセンブリ100の裏面とソース分散板458との間に配置された空胴470を含むことができる。空胴470は、マグネトロンアセンブリを少なくとも部分的に収納することができる。空胴470は、導電性部材464の内面、ソース分散板458のターゲット向きの表面、およびターゲットアセンブリ100(またはバッキング板102)のソース分散板向きの表面(たとえば、裏面)によって少なくとも部分的に画定される。いくつかの実施形態では、空胴470は、水(H2O)などの冷却流体で少なくとも部分的に充填することができる。
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る。

Claims (10)

  1. 基板処理チャンバ向けのターゲットアセンブリであって、
    中心部分および支持部分を含む第1の面を備える板であって、前記中心部分がターゲットソース材料を支持するように構成される板と、
    前記支持部分内に形成された複数の凹みと、
    前記複数の凹み内に部分的に配置された複数のパッドとを備え、
    前記複数のパッドがそれぞれ、前記パッドを通って配置された締め具を介して前記支持部分に固定され、
    前記複数のパッドがそれぞれ、支承表面と、前記パッドの本体内へ部分的に延びる第1の直径を有する皿穴付き凹みと、前記第1の直径より小さい第2の直径を有する貫通孔とを含み、
    前記締め具のヘッドが、前記支承表面の下で前記パッドの前記皿穴付き凹み内に配置されたものであり、
    前記複数のパッドが、前記複数の凹みの対応する1つの中へ圧入されて、前記凹みとの干渉を提供し、
    前記凹みとの干渉の部分が、前記凹みのエッジに沿って0.15mmである、ターゲットアセンブリ。
  2. 前記複数の凹みが、前記板の周りで円周方向に隔置される、請求項1に記載のターゲットアセンブリ。
  3. 前記複数の凹みは、互いに同じサイズである、請求項1に記載のターゲットアセンブリ。
  4. 前記締め具が、前記皿穴付き凹みおよび貫通孔内に配置される、請求項1に記載のターゲットアセンブリ。
  5. 前記締め具のシャフトが、前記パッドを前記板に固定するように前記貫通孔を通って配置される、請求項に記載のターゲットアセンブリ。
  6. 前記複数のパッドがそれぞれ、設置表面および支承表面を備え、前記設置表面が凹みの底面上に支持されるとき、前記支承表面が、前記板の前記第1の面の上に隔置される、請求項1からまでのいずれか1項に記載のターゲットアセンブリ。
  7. 前記支承表面が、前記第1の面の上に0.05mm〜1mmだけ隔置される、請求項に記載のターゲットアセンブリ。
  8. 前記板が、溝を含み、
    前記溝は、前記支持部分を前記溝から径方向に外向きの大気側および前記溝から径方向に内向きの真空側に分離する、請求項1からまでのいずれか1項に記載のターゲットアセンブリ。
  9. 基板処理チャンバ向けのターゲットアセンブリであって、
    中心部分および支持部分を含む第1の面を備える板であって、前記中心部分がターゲットソース材料を支持するように構成される板と、
    前記板内に形成された溝であって、前記支持部分を前記溝から径方向に外向きの大気側および前記溝から径方向に内向きの真空側に分離する溝と、
    前記支持部分の前記大気側内に形成され、前記板の周りで円周方向に隔置された複数の凹みと、
    前記板の前記第1の面の上に支承表面が隔置されるように前記複数の凹み内に部分的に配置された複数の摩擦低減パッドとを備え、
    前記複数の摩擦低減パッドがそれぞれ、前記摩擦低減パッドを通って配置された締め具を介して前記支持部分に固定され、
    前記複数の摩擦低減パッドがそれぞれ、支承表面と、前記摩擦低減パッドの本体内へ部分的に延びる第1の直径を有する皿穴付き凹みと、前記第1の直径より小さい第2の直径を有する貫通孔とを含み、
    前記締め具のヘッドが、前記支承表面の下で前記パッドの前記皿穴付き凹み内に配置されたものであり、
    前記複数のパッドが、前記複数の凹みの対応する1つの中へ圧入されて、前記凹みとの干渉を提供し、
    前記凹みとの干渉の部分が、前記凹みのエッジに沿って0.15mmである、ターゲットアセンブリ。
  10. 前記複数の摩擦低減パッドが、前記複数の凹みの対応する1つの中へ圧入されたもの、または前記摩擦低減パッドを通って配置された締め具を介して各凹み内で前記支持部分に固定されたものの少なくとも1つである、請求項に記載のターゲットアセンブリ。
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