JP7034912B2 - Ｐｖｄスパッタチャンバ向けのバイアス可能なフラックスオプティマイザ／コリメータ - Google Patents

Description

本開示の実装形態は、一般に、基板上の高アスペクト比の特徴の底部および側壁内へ材料を均一にスパッタ堆積する装置および方法に関する。

０．５μｍ以下の特徴を確実に作製することは、半導体デバイスの次世代の超大規模集積（ＶＬＳＩ）および超々大規模集積（ＵＬＳＩ）のための主要な技術的難題の１つである。しかし、回路技術の小型化が進むにつれて、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ技術における相互接続の寸法が縮小することで、処理能力に対する要求が高まってきた。たとえば、次世代デバイスに対して回路密度が増大するにつれて、バイア、トレンチ、コンタクト、ゲート構造、および他の特徴、ならびにそれらの間の誘電体材料などの相互接続の幅が減少するのに対して、誘電体層の厚さは実質上一定のままであり、その結果、特徴のアスペクト比が増大する。
物理的気相堆積（ＰＶＤ）としても知られているスパッタリングは、集積回路内に金属性の特徴を堆積させるために広く使用されている。スパッタリングは、拡散バリア、シード層、１次導体、反射防止コーティング、およびエッチング停止として使用するための層を堆積させるために使用される。電界によって強く加速されたイオンが、ターゲットなどのソース材料に衝撃を与える。この衝撃によりターゲットから材料が排出され、次いでこの材料が基板上に堆積する。堆積中、排出された粒子は、基板表面に対して略直交ではなく、様々な方向に進むことがあり、その結果、基板内の高アスペクト比の特徴の隅に張り出し構造が形成される。望ましくないことに、張り出しの結果、堆積した材料内に孔またはボイドが形成される可能性があり、その結果、形成された特徴の導電率が低下する。幾何形状のアスペクト比が高ければ高いほど、ボイドなく充填する難易度も高くなる。
スパッタリングを使用して高アスペクト比の特徴の底部内に薄い膜を堆積させることを可能にするために開発された１つの技法は、コリメータスパッタリングである。コリメータとは、スパッタリング源と基板との間に位置決めされる濾板である。コリメータは、典型的には、均一の厚さを有し、この厚さを通って形成された複数の通路を含む。スパッタされた材料は、スパッタリング源から基板へのその経路上でコリメータを通過する。コリメータは、普通なら所望の角度を超過する鋭角で加工物に当たるはずの材料を濾過または収集する。
所与のコリメータによって実現される実際の材料濾過量は、コリメータを通る開孔のアスペクト比に依存する。基板に対して法線方向に接近する経路を進む粒子などの材料は、コリメータを通過し、基板上に堆積する。これにより、高アスペクト比の特徴の底部内で到達範囲の改善が可能になる。しかし、典型的には全体的に六角形の形状を有する従来技術のコリメータの使用に伴って、特定の問題が存在する。残念ながら、従来技術のコリメータを有するＰＶＤチャンバは、六角形のコリメータの隅が影になるため、基板のエッジ付近でセルが詰まり、６点の堆積物が残ることが多い。

したがって、ＰＶＤ技法によって基板中にソース材料を堆積させる均一性の改善が必要とされている。

本開示の実装形態は、一般に、基板上の高アスペクト比の特徴の底部および側壁内へ材料を均一にスパッタ堆積する装置および方法に関する。一実装形態では、コリメータが提供される。コリメータは、中心領域と、周辺領域と、中心領域と周辺領域との間に配置された遷移領域とを有する本体を備える。コリメータは、第１のアスペクト比を有する中心領域内の第１の複数の開孔と、第１のアスペクト比より小さい第２のアスペクト比を有する周辺領域内の第２の複数の開孔と、遷移領域内の第３の複数の開孔とを有する。第３の複数の開孔は、遷移領域が中心領域を取り囲む円錐形の形状を形成するように切断される。第１の複数の開孔、第２の複数の開孔、および第３の複数の開孔の上部は、入口角部分を含む。

別の実装形態では、コリメータが提供される。コリメータは、六角形開孔を画定および分離する壁を有するハニカム構造を備える。六角形開孔は、第１のアスペクト比を有する中心領域内の第１の複数の六角形開孔と、第１のアスペクト比より小さい第２のアスペクト比を有する周辺領域内の第２の複数の六角形開孔と、中心領域と周辺領域との間に配置された遷移領域内の第３の複数の六角形開孔とを含む。遷移領域の第３の複数の開孔を画定する壁は、中心領域を取り囲む円錐形の形状を形成し、これらの壁の上部は、入口角部分を含む。
さらに別の実装形態では、スパッタリングターゲットを取り囲むコリメータアセンブリが提供される。コリメータアセンブリは、コリメータ部分に結合された遮蔽部分を備える。コリメータ部分は、中心領域と、周辺領域と、中心領域と周辺領域との間に配置された遷移領域とを有する本体を備える。中心領域は、第１のアスペクト比を有する中心領域内の第１の複数の開孔を有する。周辺領域は、第１のアスペクト比より小さい第２のアスペクト比を有する第２の複数の開孔を有する。遷移領域は、遷移領域内の第３の複数の開孔を有し、第３の複数の開孔は、遷移領域が中心領域を取り囲む円錐形の形状を形成するように切断される。遮蔽部分は、頂部リングと、半径方向外方へ延びる頂部リングの下の支持レッジと、支持レッジから下方へ延びる円筒形バンドとを備える。円筒形バンドは、第１の垂直または略垂直部分と、第１の垂直または略垂直部分から下方へ延びる半径方向内方へ傾斜した部分と、半径方向内方へ傾斜した部分から下方へ延びる第２の垂直または略垂直部分とを有し、半径方向内方へ傾斜した部分は、周辺領域内の第２の複数の開孔の一部分にわたって延びる。

さらに別の実装形態では、スパッタリングターゲットを取り囲むコリメータアセンブリが提供される。コリメータアセンブリは、コリメータ部分に結合された遮蔽部分を備える。コリメータ部分は、六角形開孔を画定および分離する壁を有するハニカム構造を備える。六角形開孔は、第１のアスペクト比を有する中心領域内の第１の複数の六角形開孔と、第１のアスペクト比より小さい第２のアスペクト比を有する周辺領域内の第２の複数の六角形開孔と、中心領域と周辺領域との間に配置された遷移領域内の第３の複数の六角形開孔とを含む。遷移領域の第３の複数の開孔を画定する壁は、中心領域を取り囲む円錐形の形状を形成し、これらの壁の上部は、入口角部分を含む。遮蔽部分は、頂部リングと、半径方向外方へ延びる頂部リングの下の支持レッジと、支持レッジからハニカム構造の下の高さまで下方へ延びる円筒形バンドとを備える。

さらに別の実装形態では、基板処理チャンバが提供される。基板処理チャンバは、内部体積を画定するチャンバ本体と、内部体積の上部内に配置されたスパッタリングターゲットと、スパッタリングターゲットの下に配置された基板支持体と、スパッタリングターゲットを取り囲むコリメータアセンブリとを備える。シールドは、コリメータ部分に結合された遮蔽部分を備える。コリメータ部分は、中心領域と、周辺領域と、中心領域と周辺領域との間に配置された遷移領域とを有する本体を備える。中心領域は、第１のアスペクト比を有する中心領域内の第１の複数の開孔を有する。周辺領域は、第１のアスペクト比より小さい第２のアスペクト比を有する第２の複数の開孔を有する。遷移領域は、遷移領域内の第３の複数の開孔を有し、第３の複数の開孔は、遷移領域が中心領域を取り囲む円錐形の形状を形成するように切断される。遮蔽部分は、頂部リングと、半径方向外方へ延びる頂部リングの下の支持レッジと、支持レッジから下方へ延びる円筒形バンドとを備える。円筒形バンドは、第１の垂直または略垂直部分と、第１の垂直または略垂直部分から下方へ延びる半径方向内方へ傾斜した部分と、半径方向内方へ傾斜した部分から下方へ延びる第２の垂直または略垂直部分とを有し、半径方向内方へ傾斜した部分は、周辺領域内の第２の複数の開孔の一部分にわたって延びる。

さらに別の実装形態では、基板処理チャンバが提供される。基板処理チャンバは、内部体積を画定するチャンバ本体と、内部体積の上部内に配置されたスパッタリングターゲットと、スパッタリングターゲットの下に配置された基板支持体と、スパッタリングターゲットを取り囲むコリメータアセンブリとを備える。コリメータアセンブリは、コリメータ部分に結合された遮蔽部分を備える。コリメータ部分は、六角形開孔を画定および分離する壁を有するハニカム構造を備える。六角形開孔は、第１のアスペクト比を有する中心領域内の第１の複数の六角形開孔と、第１のアスペクト比より小さい第２のアスペクト比を有する周辺領域内の第２の複数の六角形開孔と、中心領域と周辺領域との間に配置された遷移領域内の第３の複数の六角形開孔とを含む。遷移領域の第３の複数の開孔を画定する壁は、中心領域を取り囲む円錐形の形状を形成し、これらの壁の上部は、入口角部分を含む。遮蔽部分は、頂部リングと、半径方向外方へ延びる頂部リングの下の支持レッジと、支持レッジからハニカム構造の下の高さまで下方へ延びる円筒形バンドとを備える。
本開示の上述した特徴を詳細に理解することができるように、実装形態を参照することによって、上記で簡単に要約した実装形態のより具体的な説明を得ることができる。これらの実装形態のいくつかが、添付の図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実装形態も許容しうるため、添付の図面は本開示の典型的な実装形態のみを示しており、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。

本開示の実装形態によるコリメータアセンブリを有する基板処理チャンバの概略横断面図である。 本開示の実装形態によるコリメータアセンブリの斜視図である。 本開示の実装形態によるコリメータアセンブリの別の斜視図である。 図２Ａ～２Ｂのコリメータアセンブリの上面図である。 本開示の実装形態による図２Ａ～２Ｂのコリメータアセンブリの横断面図である。 図２Ａ～２Ｂのコリメータアセンブリの一部分の横断面図である。 図２Ａ～２Ｂのコリメータアセンブリの別の実装形態の一部分の横断面図である。 コリメータアセンブリの上部シールドおよび下部シールドの交差部の部分横断面図である。

理解を容易にするために、可能な場合、これら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。一実装形態の要素および特徴は、さらなる記述がなくても、他の実装形態内に有益に組み込むことができることが企図される。
以下の開示は、ＰＶＤスパッタリング向けのコリメータ／フラックスオプティマイザについて記載する。以下の説明および図１～６では、本開示の様々な実装形態の徹底的な理解を提供するために、特定の詳細について述べる。コリメータおよびＰＶＤスパッタリングに関連することが多いよく知られている構造およびシステムについて記載する他の詳細については、様々な実装形態の説明を不必要に曖昧にしないために、以下の開示では述べない。
これらの図に示す詳細、寸法、角度、および他の特徴の多くは、特定の実装形態の単なる例示である。したがって、他の実装形態では、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、他の詳細、構成要素、寸法、角度、および特徴を有することができる。加えて、後述する詳細のいくつかがなくても、本開示のさらなる実装形態を実行することができる。
本明細書に記載の実装形態について、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ＥｎＣｏＲｅ（登録商標）ＰＶＤ処理チャンバなどのＰＶＤ処理システムを参照して以下に説明する。スパッタリングプロセスを実行することが可能な他の工具も、本明細書に記載の実装形態から利益を得るように適合することができる。加えて、本明細書に記載のスパッタリングプロセスを可能にする任意のシステムを有利に使用することができる。本明細書に記載の装置の説明は例示的であり、本明細書に記載の実装形態の範囲を限定すると推論または解釈されるべきではない。

ＰＶＤスパッタプラズマの物理的な視準は、角度の外れた中性のスパッタ化学種を基板に到達する前に濾過することによって、基板上のスパッタ結果を改善するために使用されてきた。本明細書に記載のいくつかの実装形態では、バイアス可能なコリメータが提供される。コリメータをバイアスする能力により、スパッタ化学種が通過する電界の制御が可能になる。本開示のいくつかの実装形態では、コリメータの六角形アレイのコリメータの周辺部に沿って低いアスペクト比を維持しながら高い有効アスペクト比を有するコリメータが提供される。いくつかの実装形態では、六角形アレイ内に急勾配の入口エッジを有するコリメータが提供される。コリメータ内で急勾配の入口エッジを使用することで、従来技術のコリメータ設計に比べて、六角形アレイのセルの堆積物の張り出しおよび閉塞が実質上低減されることがわかった。従来技術のコリメータ設計に比べて、これらの様々な特徴により、膜の均一性が実質上増大し、洗浄間の期間が低減される一方で、コリメータおよびプロセスキットの寿命が延びる。

図１は、基板１５４を処理することが可能なプロセスキット１４０の一実装形態を有する基板処理チャンバ１００の例示的な実装形態を示す。処理チャンバは、コントローラ１０１に結合される。プロセスキット１４０は、一体型の下部シールド１８０と、コリメータアセンブリ１０８とを含む。コリメータアセンブリ１０８は、コリメータ部分１１０に結合された一体型の上部シールド部分１８６を含む。図示の実装形態では、処理チャンバ１００は、たとえば、チタン、酸化アルミニウム、アルミニウム、銅、タンタル、窒化タンタル、タングステン、または窒化タングステンを基板上に堆積させることが可能な物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバとも呼ばれるスパッタリングチャンバを構成する。適したＰＶＤチャンバの例には、どちらもカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されている、ＡＬＰＳ（登録商標）ＰｌｕｓおよびＳＩＰ ＥｎＣｏＲｅ（登録商標）のＰＶＤ処理チャンバが含まれる。他の製造者から入手可能な処理チャンバも、本明細書に記載の実装形態から利益を得ることができることが企図される。

処理チャンバ１００は、内部プロセス量１０６を画定するチャンバ本体１０５を有する。チャンバ本体１０５は、チャンバ壁１５０と、接地導電アダプタ１４４と、チャンバ壁１５０の上に配置された導電フランジ１８４とを含む。チャンバ壁１５０は接地することができる。導電フランジ１８４は、第１の誘電体絶縁リング１４３と第２の誘電体絶縁リング１４７との間に位置決めされる。１つまたは複数のＲＦ電源１５１が、整合ネットワーク１５５を通って導電フランジ１８４にバイアス電位を提供して、一体型の上部シールド部分１８６およびコリメータ部分１１０を励磁する。
処理チャンバ１００は、スパッタリング表面１４５を有するスパッタリングターゲット１４２などのスパッタリング源と、基板１５４（たとえば、半導体基板）をその上に受け取るための基板支持ペデスタル１５２とを含み、支持ペデスタル１５２は、周辺エッジ１５３を有する。基板支持ペデスタル１５２は、チャンバ壁１５０内に位置することができる。
一実装形態では、処理チャンバ１００は、接地導電アダプタ１４４によって誘電体絶縁物１４６を介して支持されたスパッタリングターゲット１４２を含む。スパッタリングターゲット１４２は、スパッタリング中に基板１５４の表面上に堆積させるべき材料を含んでおり、基板１５４内に形成された高アスペクト比の特徴内にシード層として堆積させるために銅を含むことができる。一実装形態では、スパッタリングターゲット１４２はまた、銅などのスパッタ可能な材料の金属性の表面層とアルミニウムなどの構造材料のバッキング層との接着複合材を含むことができる。

一実装形態では、基板支持ペデスタル１５２は、スパッタ被覆するべき高アスペクト比の特徴を有する基板１５４を支持し、基板１５４の底部は、スパッタリングターゲット１４２の主表面に対して平面に対向している。基板支持ペデスタル１５２は、スパッタリングターゲット１４２のスパッタリング表面１４５に対して略平行に配置された平面の基板受け取り表面を有する。基板支持ペデスタル１５２は、底部チャンバ壁１６０に接続されたベローズ１５８を介して垂直方向に可動とすることができ、それにより処理チャンバ１００の下部内のロードロックバルブ（図示せず）を介して基板１５４を基板支持ペデスタル１５２上へ移送することが可能になる。次いで基板支持ペデスタル１５２は、図示の堆積位置へ上昇させることができる。
一実装形態では、ガス源１６２から質量流量コントローラ１６４を通って処理チャンバ１００の下部内へ処理ガスを供給することができる。一実装形態では、処理チャンバ１００に結合された制御可能な直流（ＤＣ）電源１４８を使用して、スパッタリングターゲット１４２に負の電圧またはバイアスを印加することができる。基板支持ペデスタル１５２に高周波（ＲＦ）電源１５６を結合して、基板１５４上でＤＣ自己バイアスを誘起することができる。一実装形態では、基板支持ペデスタル１５２は接地されている。一実装形態では、基板支持ペデスタル１５２は電気的に浮遊している。

一実装形態では、スパッタリングターゲット１４２の上にマグネトロン１７０が位置決めされる。マグネトロン１７０は、シャフト１７６に接続されたベースプレート１７４によって支持された複数の磁石１７２を含むことができ、シャフト１７６は、処理チャンバ１００および基板１５４の中心軸と軸方向に位置合わせすることができる。一実装形態では、磁石１７２は、腎臓形のパターンで位置合わせされる。磁石１７２は、処理チャンバ１００内でスパッタリングターゲット１４２の前面付近に磁界を作り出してプラズマを生成し、それにより大きなイオン束がスパッタリングターゲット１４２に当たり、ターゲット材料のスパッタ放出を引き起こす。スパッタリングターゲット１４２の表面中で磁界の均一性を増大させるために、シャフト１７６の周りで磁石１７２を回転させることができる。一実装形態では、マグネトロン１７０は、小さい磁石のマグネトロンである。一実装形態では、磁石１７２は、回転しながら、スパッタリングターゲット１４２の面に対して平行または略平行の線形方向に往復運動して、螺旋運動をもたらすことができる。一実装形態では、磁石１７２は、半径方向および角度方向の位置を制御するために、中心軸と独立して制御される２次軸との両方の周りで回転させることができる。

一実装形態では、スパッタリングターゲット１４２から外れた金属イオンに対する電子場の生成を助けるために、チャンバ壁１５０に隣接して第１の組の磁石１９４を配置することができる。さらに、スパッタリングターゲット１４２から材料を外す電極場の生成を助けるために、スパッタリングターゲット１４２に隣接して第２の組の磁石１９５を配置することができる。処理チャンバ１００の周りに配置される磁石の数は、プラズマ解離およびスパッタリング効率を改善するために必要とされる磁石と同数にすることができることに留意されたい。
一実装形態では、処理チャンバ１００は、接地することができる一体型の下部シールド１８０を含み、一体型の下部シールド１８０は、チャンバ壁１５０によって支持されてチャンバ壁１５０に電気的に結合された支持フランジ１８２を有する。一体型の上部シールド部分１８６は、接地導電アダプタ１４４の導電フランジ１８４によって支持され、導電フランジ１８４に電気的に結合される。一体型の上部シールド部分１８６および一体型の下部シールド１８０は、接地導電アダプタ１４４およびチャンバ壁１５０と同様に、電気的に結合される。一実装形態では、一体型の上部シールド部分１８６と一体型の下部シールド１８０はどちらも、ステンレス鋼から構成される。別の実装形態では、一体型の上部シールド部分１８６と一体型の下部シールド１８０はどちらも、アルミニウムから構成される。一実装形態では、処理チャンバ１００は、一体型の上部シールド部分１８６に結合された中間シールド（図示せず）を含む。一実装形態では、一体型の上部シールド部分１８６および一体型の下部シールド１８０は、処理チャンバ１００内で電気的に浮遊している。一実装形態では、一体型の上部シールド部分１８６および一体型の下部シールド１８０は、電源に結合することができる。

一実装形態では、一体型の上部シールド部分１８６は、スパッタリングターゲット１４２の環状の側凹部にぴったりはまる上部を有し、一体型の上部シールド部分１８６とスパッタリングターゲット１４２との間には狭い間隙１８８があり、間隙１８８は、プラズマが誘電体絶縁物１４６を貫通してスパッタ被覆するのを防止するのに十分に狭い。
一実装形態では、一体型の下部シールド１８０は、円筒形の外側バンド１９６内へ下方へ延び、円筒形の外側バンド１９６は概して、基板支持ペデスタル１５２の頂面の下までチャンバ壁１５０に沿って延びる。一体型の下部シールド１８０は、円筒形の外側バンド１９６から半径方向内方へ延びるベースプレート１９８を有することができる。ベースプレート１９８は、基板支持ペデスタル１５２の周囲を取り囲む上方へ延びる円筒形の内側バンド１０３を含むことができる。一実装形態では、基板支持ペデスタル１５２が下部のローディング位置にあるときは、カバーリング１０２が円筒形の内側バンド１０３の頂部上に位置し、基板支持ペデスタル１５２が上部の堆積位置にあるときは、基板支持ペデスタル１５２をスパッタ堆積から保護するために、基板支持ペデスタル１５２の外周部上に位置する。

一体型の下部シールド１８０は、スパッタリングターゲット１４２のスパッタリング表面１４５を取り囲み、スパッタリング表面１４５は、基板支持ペデスタル１５２に面し、基板支持ペデスタル１５２の周壁を取り囲む。一体型の下部シールド１８０は、処理チャンバ１００のチャンバ壁１５０を覆って影にし、スパッタリングターゲット１４２のスパッタリング表面１４５からくるスパッタリング堆積物が一体型の下部シールド１８０の後ろの構成要素および表面上へ堆積するのを低減させる。たとえば、一体型の下部シールド１８０は、基板支持ペデスタル１５２の表面、基板１５４の部分、チャンバ壁１５０、および処理チャンバ１００の底部チャンバ壁１６０を保護することができる。
一実装形態では、スパッタリングターゲット１４２と基板支持ペデスタル１５２との間にコリメータアセンブリ１０８を位置決めすることによって、指向性スパッタリングを実現することができる。

図２Ａは、本開示の実装形態によるコリメータアセンブリ１０８の斜視図を示す。図２Ｂは、本開示の実装形態によるコリメータアセンブリ１０８の別の斜視図を示す。図３は、図１の処理チャンバ１００内に配置することができる図２Ａ～２Ｂのコリメータアセンブリ１０８の上面図を示す。コリメータアセンブリ１０８は、コリメータ部分１１０に結合された一体型の上部シールド部分１８６を含む。コリメータ部分１１０は、処理チャンバ１００内でガスおよび／または材料フラックスを誘導するための複数の開孔を含む。
コリメータ部分１１０は、一体型の上部シールド部分１８６に機械的および電気的に結合することができる。一実装形態では、コリメータ部分１１０は、処理チャンバ１００内でより下に位置決めされた中間シールド（図示せず）に結合することができる。一実装形態では、コリメータ部分１１０は、図２Ａ～２Ｂに示すように、一体型の上部シールド部分１８６に一体化される。一実装形態では、コリメータ部分１１０は、一体型の上部シールド部分１８６に溶接される。一実装形態では、コリメータ部分１１０および一体型の上部シールド部分１８６は、一塊の材料から機械加工される。一実装形態では、コリメータ部分１１０および一体型の上部シールド部分１８６は、アルミニウム、銅、およびステンレス鋼から選択された材料から構成される。別法として、一体型の上部シールド部分１８６およびコリメータ部分１１０は、別個の部品として形成され、溶接などの適した取り付け手段を使用してともに結合される。一実装形態では、コリメータ部分１１０は、処理チャンバ１００内で電気的に浮遊することができる。一実装形態では、コリメータ部分１１０は、電源に結合することができる。

コリメータ部分１１０は、概して、六角形開孔１２８を最密配置で画定および分離する壁１２６を有する本体またはハニカム構造２１８である。六角形開孔１２８のアスペクト比は、六角形開孔１２８の深さ（コリメータの厚さに等しい）を六角形開孔１２８の幅１２９によって割ることによって定義することができる。一実装形態では、壁１２６の厚さは、約０．０６インチ（１．５２４ミリメートル）～約０．１８インチ（４．５７２ミリメートル）である。一実装形態では、壁１２６の厚さは、約０．１２インチ（３．０４８ミリメートル）～約０．１５インチ（３．８１ミリメートル）である。一実装形態では、コリメータ部分１１０は、アルミニウム、銅、およびステンレス鋼から選択された材料から構成される。
コリメータ部分１１０のハニカム構造２１８は、コリメータ部分１１０を通過するイオンの流路、イオン分率、およびイオン軌道挙動を改善するために、一体化されたフラックスオプティマイザとして働くことができる。一実装形態では、遮蔽部分に隣接する壁１２６は、入口角部分４０６および半径を有する。コリメータ部分１１０の一体型の上部シールド部分１８６は、処理チャンバ１００内へのコリメータ部分１１０の設置を助けることができる。

一実装形態では、コリメータ部分１１０は、一塊のアルミニウムから機械加工することができる。コリメータ部分１１０は、任意選択で、被覆または陽極酸化することができる。別法として、コリメータ部分１１０は、処理環境に適合している他の材料から作ることができ、１つまたは複数の区分から構成することができる。いくつかの実装形態では、コリメータ部分１１０の壁１２６は、壁１２６への高応力膜（たとえば、銅合金）の接着性を改善するために、テキスチャ化（たとえば、ビードブラスト）することができる。
一実装形態では、コリメータ部分１１０は、コリメータ部分１１０を通過するイオンの方向を制御するために、バイポーラモードで電気的にバイアスすることができる。たとえば、制御可能な直流（ＤＣ）またはＡＣコリメータ電源３９０をコリメータ部分１１０に結合して、交番する正または負のパルス電圧をコリメータ部分１１０に提供し、コリメータ部分１１０をバイアスすることができる。いくつかの実装形態では、電源３９０はＤＣ電源である。

コリメータ部分１１０は、スパッタリングターゲット１４２からの材料から基板１５４に対してほぼ法線方向の選択された角度を超過する角度で放出されたイオンおよび中性化学種を閉じ込めるフィルタとして機能する。コリメータ部分１１０の六角形開孔１２８は、スパッタリングターゲット１４２からの材料の中心または周辺領域から放出される異なる割合のイオンがコリメータ部分１１０を通過することを可能にするように設計される。その結果、イオンの数と基板１５４の周辺領域および中心領域上へ堆積するイオンの到達角との両方が調整および制御される。したがって、基板１５４の表面中に材料をより均一にスパッタ堆積させることができる。加えて、高アスペクト比の特徴、特に基板１５４の周辺部付近の高アスペクト比のバイアおよびトレンチの底部および側壁上に、材料をより均一に堆積させることができる。
図４は、本開示の実装形態による図２Ａ～２Ｂのコリメータアセンブリ１０８の横断面図を示す。コリメータ部分１１０は、約２．５：１～約３：１などの高いアスペクト比を伴う第１の複数の開孔３２０を有する中心領域２２０を有する本体またはハニカム構造２１８を含む。一実装形態では、中心領域２２０のアスペクト比は、約２．６：１～約２．７：１である。外周領域２４０内のコリメータ部分１１０の第２の複数の開孔３４０のアスペクト比は、中心領域２２０内の第１の複数の開孔３２０に対して減少する。一実装形態では、外周領域２４０内の第２の複数の開孔３４０は、約１：１～約２：１のアスペクト比を有する。一実装形態では、外周領域２４０内の第２の複数の開孔３４０は、約１：１のアスペクト比を有する。アスペクト比が高ければ高いほど、コリメータ部分１１０の中心領域２２０内の開孔をより多くすることが可能になる。一実装形態では、中心領域は、６１個の開孔を含む。

一実装形態では、六角形開孔１２８の半径方向の減少は、中心領域２２０と外周領域２４０との間に配置された遷移領域２６０内に第３の複数の開孔３６０を提供することによって実現される。第３の複数の開孔３６０を画定する壁１２６は、遷移領域２６０が第１の複数の開孔３２０を取り囲む円錐形の形状を形成するように、所定の角度「α」に沿って切断される。一実装形態では、所定の角度は、１５度～４５度である。遷移領域は、有利には、中心領域２２０内の開孔の円形のプロファイル２８０を提供し、それにより従来の六角形のコリメータの隅によって引き起こされる影による基板１５４のエッジ付近の６点の堆積物を克服する。
六角形開孔１２８を画定する壁１２６の上部は、スパッタされた材料によって六角形開孔１２８が詰まる速度を減少させるために、入口角部分４０６を有する。入口角部分４０６は、六角形開孔１２８内へ所定の距離４０２だけ延び、所定の角度４０４で形成される。一実装形態では、所定の距離４０２は、約０．１５インチ（３．８１ミリメートル）～約１インチ（２．５４センチメートル）であり、所定の角度は、約２度～約１６度である。一実装形態では、所定の距離４０２および所定の角度４０４は、それぞれ約０．１５インチ（３．８１ミリメートル）および１５度である。一実装形態では、所定の距離４０２および所定の角度４０４は、それぞれ約１インチ（２．５４センチメートル）および２．５度である。

図５Ａは、図２Ａ～２Ｂのコリメータアセンブリ１０８の一部分の横断面図を示す。一体型の上部シールド部分１８６は、基板支持ペデスタル１５２に面するスパッタリングターゲット１４２のスパッタリング表面１４５、基板支持ペデスタル１５２の周辺エッジ１５３を取り囲み、接地導電アダプタ１４４および処理チャンバ１００のチャンバ壁１５０を影にするようなサイズの直径を有する。一体型の上部シールド部分１８６は、スパッタリングターゲット１４２のスパッタリング表面１４５からくるスパッタリング堆積物が基板支持ペデスタル１５２の表面、基板１５４の張り出しエッジ、接地導電アダプタ１４４、チャンバ壁１５０、および処理チャンバ１００の底部チャンバ壁１６０上へ堆積するのを低減させる働きをする。

一体型の上部シールド部分１８６は、頂部リング５１６を備える。頂部リング５１６のすぐ下には、支持レッジ５２６が位置する。支持レッジ５２６は、処理チャンバ１００の導電フランジ１８４に向かって半径方向外方へ延びる。支持レッジ５２６は、頂面５２８ａおよび底面５２８ｂを備える。支持レッジ５２６の底面５２８ｂは、一体型の上部シールド部分１８６を支持する導電フランジ１８４と一体型の上部シールド部分１８６を位置合わせするために、複数の突起（図示せず）を備えることができる。一実装形態では、一体型の上部シールド部分１８６の支持レッジ５２６は、一体型の上部シールド部分１８６を導電フランジ１８４に取り付けるための締め具を受け取るような形状およびサイズの複数の座ぐり（図示せず）を有する。一体型の上部シールド部分１８６の支持レッジ５２６は、複数の締め具（たとえば、ねじ）によって導電フランジ１８４に固定することができる。一実装形態では、複数の締め具は、３０～４０個（たとえば、３６個）である。一体型の上部シールド部分１８６を導電フランジ１８４に固定する締め具の数を増大させることで、一体型の上部シールド部分１８６の改善された温度制御が提供される。

一体型の上部シールド部分１８６の頂部リング５１６から円筒形バンド５１４が下方へ延び、円筒形バンド５１４は、第１の垂直または略垂直部分５２１と、半径方向内方へ傾斜した部分５２２と、第２の垂直または略垂直部分５２３とを有する。第１の垂直または略垂直部分５２１は、頂部リング５１６から半径方向内方へ傾斜した部分５２２まで下方へ延びる。半径方向内方へ傾斜した部分５２２は、円筒形バンド５１４の第１の略垂直部分５２１に対して約４０～約５０度（たとえば、約４５～約５０度）の角度「β」を有する。図５Ａに示すように、半径方向内方へ傾斜した部分５２２は、外周領域２４０内の第２の複数の開孔３４０の一部分にわたって延びる。第２の垂直または略垂直部分５２３は、半径方向内方へ傾斜した部分５２２から下方へ延び、丸いエッジ５２５で終端する。円筒形バンド５１４の半径方向内方へ傾斜した部分５２２は、たとえば、頂部リング５１６から剥離したスパッタ堆積物およびスパッタリングターゲット１４２の周辺部からのスパッタ堆積物がそこに付着するための表面を提供する。これにより、特にエッジの周りで基板１５４の汚染が実質上最小になる。
一実装形態では、コリメータ部分１１０は、円筒形バンド５１４の第１の垂直または略垂直部分５２１に結合される。一実装形態では、コリメータ部分１１０および第１の垂直または略垂直部分５２１は、一塊の材料から機械加工される。

いくつかの実装形態では、円筒形バンド５１４は、支持レッジ５２６からハニカム構造２１８の下の高さまで下方へ延びる。たとえば、図５Ａに示すように、円筒形バンド５１４は、コリメータ部分１１０の外周領域２４０の下の高さまで延びる。一実装形態では、第１の垂直または略垂直部分５２１は、コリメータ部分１１０の外周領域２４０の第２の複数の開孔３４０の下の高さまで延びる。一実装形態では、第２の垂直または略垂直部分５２３は、コリメータ部分１１０の中心領域２２０の第１の複数の開孔３２０の下の高さまで延びる。
図５Ｂは、図２Ａ～２Ｂのコリメータアセンブリ５４８の別の実装形態の一部分の横断面図を示す。図５Ｂのコリメータアセンブリ５４８は、図５Ｂの円筒形バンド５１４が図５Ａの円筒形バンド５１４より短いことを除いて、コリメータアセンブリ１０８に類似している。図５Ａのコリメータアセンブリ１０８と同様に、コリメータアセンブリ５４８の円筒形バンド５１４は、第１の垂直または略垂直部分５２１と、半径方向内方へ傾斜した部分５２２と、第２の垂直または略垂直部分５５３とを有する。しかし、コリメータアセンブリ５４８の第２の垂直または略垂直部分５５３は、コリメータアセンブリ１０８の第２の垂直または略垂直部分５２３より短い。一実装形態では、コリメータアセンブリ５４８の第２の垂直または略垂直部分５５３は、ハニカム構造２１８の中心領域２２０より短い。たとえば、第２の垂直または略垂直部分５５３は、外周領域２４０の第２の複数の開孔３４０の下の高さまで延びるが、中心領域２２０の第１の複数の開孔３２０の下の高さまでは延びない。

図６は、一体型の上部シールド部分１８６および一体型の下部シールド１８０の交差部の部分横断面図を示す。第２の垂直または略垂直部分５２３は、一体型の下部シールド１８０と一体型の上部シールド部分１８６との間の境界面を覆い、一体型の下部シールド１８０と一体型の上部シールド部分１８６との間にラビリンス間隙６０２を形成するように位置決めすることができる。ラビリンス間隙６０２は、導電性材料が一体型の下部シールド１８０と一体型の上部シールド部分１８６との間に表面ブリッジを形成するのを防止し、したがって電気的断絶を維持する。
要約すると、本開示の利益のいくつかは次のとおりである。本明細書に記載のいくつかの実装形態では、バイアス可能なコリメータアセンブリが提供される。コリメータアセンブリをバイアスする能力により、スパッタ化学種が通過する電界の制御が可能になる。本開示のいくつかの実装形態では、コリメータアセンブリの六角形アレイのコリメータアセンブリの周辺部に沿って低いアスペクト比を維持しながら高い有効アスペクト比を有するコリメータアセンブリが提供される。いくつかの実装形態では、六角形アレイ内に急勾配の入口エッジを有するコリメータアセンブリが提供される。コリメータアセンブリ内で急勾配の入口エッジを使用することで、従来技術のコリメータ設計に比べて、六角形アレイのセルの堆積物の張り出しおよび閉塞が実質上低減されることがわかった。いくつかの実装形態では、半径方向内方へ傾斜した部分を含む円筒形バンドを有するコリメータアセンブリが提供される。半径方向内方へ傾斜した部分は、コリメータアセンブリの他の部分から剥離したスパッタ堆積物およびスパッタリングターゲットの周辺部からのスパッタ堆積物がそこに付着するための表面を提供する。半径方向内方へ傾斜した部分により、特にエッジの周りで基板の汚染が実質上最小になる。従来技術のコリメータ設計に比べて、これらの様々な特徴により、膜の均一性が実質上増大し、洗浄間の期間が低減される一方で、コリメータアセンブリおよびプロセスキットの寿命が延びる。

本開示の要素またはそれらの例示的な態様もしくは実装形態を導入するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、それらの要素が１つまたは複数存在することを意味することが意図される。
「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であり、記載した要素以外の追加の要素が存在しうることを意味することが意図される。

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

Claims (15)

1. コリメータ部分であって、
   第１の表面と、前記第１の表面から離れて対向する第２の表面を備え、前記第２の表面は、前記第１の表面から第１の距離にある第１の部分と、前記第１の表面から第２の距離にある第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分の間に延びる第３の部分とを有し、
   更に、
   前記第１の表面から前記第２の表面に延びる個別の開孔を画定および分離する壁を有するハニカム構造を備え、前記個別の開孔は、
   中心領域内の第１の複数の六角形開孔であって、前記第１の複数の六角形開孔の各々が第１のアスペクト比を有し、前記第１の表面から前記第２の表面の前記第２の部分に延びている、第１の複数の六角形開孔と、
   周辺領域内の第２の複数の開孔であって、前記第２の複数の開孔の各々が前記第１のアスペクト比より小さい第２のアスペクト比を有し、前記第１の表面から前記第２の表面の前記第１の部分に延びている、第２の複数の六角形開孔と、
   前記周辺領域から前記中心領域に配置された遷移領域内の第３の複数の開孔とを含み、
   前記遷移領域の前記第３の複数の開孔の各々を画定する前記壁の少なくとも１つが、前記第２の表面の前記第３の部分を備え、前記第２の表面の前記第３の部分が円錐形の突起に沿って存在する、コリメータ部分と、
   前記コリメータに結合された遮蔽部分であって、
   頂部リング、
   半径方向外方へ延びる前記頂部リングの下の支持レッジ、および
   前記支持レッジから前記第２の複数の開孔の下の高さまで下方へ延びる円筒形バンドを備える遮蔽部分と
   を備え、前記円筒形バンドは、
   第１の略垂直な部分と、
   前記第１の略垂直な部分から下方に延びている半径方向内方へ傾斜した部分と、
   前記半径方向内方へ傾斜した部分から下方に延びている第２の略垂直な部分とを備え、
   前記第２の略垂直な部分は、前記第１の複数の六角形開孔の下の高さまでは延びておらず、
   前記半径方向内方へ傾斜した部分は、前記周辺領域内の前記第２の複数の開孔の一部分にわたって延びている、コリメータアセンブリ。
2. 前記第１の複数の六角形開孔、前記第２の複数の開孔、および前記第３の複数の開孔は、テキスチャ化される、請求項１に記載のコリメータアセンブリ。
3. 前記壁の少なくとも１つの壁の上部は、２度～１６度の所定の角度を有する入口角部分を含む、請求項１に記載のコリメータアセンブリ。
4. 前記所定の角度は、２．５度であり、２．５４センチメートルの長さを有する、請求項３に記載のコリメータアセンブリ。
5. 前記第１の複数の六角形開孔の前記第１のアスペクト比は、２．５：１～３：１である、請求項１に記載のコリメータアセンブリ。
6. 前記第２のアスペクト比は、１：１～２：１である、請求項５に記載のコリメータアセンブリ。
7. 前記半径方向内方へ傾斜した部分は、前記第１の略垂直部分に対して４０～５０度の角度を有する、請求項１に記載のコリメータアセンブリ。
8. 前記第１のアスペクト比は、前記第１の表面から前記第２の表面の前記第１の部分までの前記第１の距離である深さを前記六角形開孔の対向する壁の間の距離である幅によって割ることによって画定される、請求項６に記載のコリメータアセンブリ。
9. 前記第２のアスペクト比は、前記第１の表面から前記第２の表面の前記第２の部分まで延びる前記第２の距離である深さを前記第２の複数の開孔の対向する壁の間の幅によって割ることによって画定される、請求項８に記載のコリメータアセンブリ。
10. 基板処理チャンバであって、
    内部体積を画定するチャンバ本体と、
    前記内部体積の上部に配置されるスパッタリングターゲットと、
    前記スパッタリングターゲットの下に配置される基板支持部と、
    前記スパッタリングターゲットを取り囲むコリメータアセンブリとを備え、
    前記コリメータアセンブリは、
    コリメータ部分であって、
    第１の表面と、前記第１の表面から離れて対向する第２の表面を備え、前記第２の表面は、前記第１の表面から第１の距離にある第１の部分と、前記第１の表面から第２の距離にある第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分の間に延びる第３の部分とを有し、
    更に、
    前記第１の表面から前記第２の表面に延びる個別の開孔を画定および分離する壁を有するハニカム構造を備え、前記個別の開孔は、
    中心領域内の第１の複数の六角形開孔であって、前記第１の複数の六角形開孔の各々が第１のアスペクト比を有し、前記第１の表面から前記第２の表面の前記第２の部分に延びている、第１の複数の六角形開孔と、
    周辺領域内の第２の複数の開孔であって、前記第２の複数の開孔の各々が前記第１のアスペクト比より小さい第２のアスペクト比を有し、前記第１の表面から前記第２の表面の前記第２の部分に延びている、第２の複数の六角形開孔と、
    前記周辺領域から前記中心領域に配置された遷移領域内の第３の複数の開孔とを含み、
    前記遷移領域の前記第３の複数の開孔の各々を画定する前記壁の少なくとも１つが、前記第２の表面の前記第３の部分を備え、前記第２の表面の前記第３の部分が円錐形の突起に沿って存在する、コリメータ部分と、
    前記コリメータに結合された遮蔽部分であって、
    頂部リング、
    半径方向外方へ延びる前記頂部リングの下の支持レッジ、および
    前記支持レッジから前記第２の複数の開孔の下の高さまで下方へ延びる円筒形バンドを備える遮蔽部分と
    を備え、前記円筒形バンドは、
    第１の略垂直な部分と、
    前記第１の略垂直な部分から下方に延びている半径方向内方へ傾斜した部分と、
    前記半径方向内方へ傾斜した部分から下方に延びている第２の略垂直な部分とを備え、
    前記第２の略垂直な部分は、前記第１の複数の六角形開孔の下の高さまでは延びておらず、
    前記半径方向内方へ傾斜した部分は、前記周辺領域内の前記第２の複数の開孔の一部分にわたって延びている、基板処理チャンバ。
11. 前記半径方向内方へ傾斜した部分は、前記第１の略垂直な部分に対して４０～５０度の角度を有する、請求項１０に記載の基板処理チャンバ。
12. 前記第１の複数の六角形開孔、前記第２の複数の開孔、および前記第３の複数の開孔は、テキスチャ化される、請求項１０に記載の基板処理チャンバ。
13. 前記壁の上部は、２度～１６度の所定の角度を有する入口角部分を含む、請求項１０に記載の基板処理チャンバ。
14. 前記第１の複数の六角形開孔の前記第１のアスペクト比は、２．５：１～３：１である、請求項１０に記載の基板処理チャンバ。
15. 前記第２のアスペクト比は、１：１～２：１である、請求項１０に記載の基板処理チャンバ。

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