特許 7117300 浮遊シャドウリングを有するプロセスキット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-03

(45)【発行日】2022-08-12

(54)【発明の名称】浮遊シャドウリングを有するプロセスキット

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/54 20060101AFI20220804BHJP

   C23C 14/34 20060101ALI20220804BHJP

【ＦＩ】

C23C14/54 B

C23C14/34 L

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019526557

(86)(22)【出願日】2017-11-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-12-12

(86)【国際出願番号】 US2017061979

(87)【国際公開番号】W WO2018094024

(87)【国際公開日】2018-05-24

【審査請求日】2020-11-16

(31)【優先権主張番号】15/814,696

(32)【優先日】2017-11-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(72)【発明者】

【氏名】ジョハンソン ウィリアム

(72)【発明者】

【氏名】ホイ シウ キット

(72)【発明者】

【氏名】マゾッコ ジョン

(72)【発明者】

【氏名】サヴァンダイアー キランクマール

(72)【発明者】

【氏名】プラブ プラシャント

【審査官】▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５２８７０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８

Ｈ０１Ｌ ２１／２０３、２１／３６３

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アダプタ本体および前記アダプタ本体の半径方向内側のシールド部分を有するアダプタと、
前記アダプタ本体内に形成された熱伝達チャネルと、
前記アダプタの前記シールド部分がシャドウリングの一部にわたって延在するように前記アダプタ本体と前記シールド部分の間で前記アダプタに結合されたシャドウリングと、
前記シャドウリングを前記アダプタから電気的に絶縁するために前記シャドウリングと前記アダプタとの間に配置されたセラミック絶縁体と、
を備える、プロセスキット。

【請求項2】

前記シャドウリングがリング本体および前記リング本体の下部から半径方向内側に延在する突出部分を含む、請求項１に記載のプロセスキット。

【請求項3】

前記シールド部分が前記リング本体の少なくとも一部を覆うように前記アダプタ本体から下方に突出している、請求項２に記載のプロセスキット。

【請求項4】

シャドウリングが前記リング本体内に形成された第２の熱伝達チャネルをさらに備える、請求項２に記載のプロセスキット。

【請求項5】

前記シャドウリングが前記アダプタに結合された外側部分と、前記外側部分から半径方向内側に延在する内側部分と、を備える、請求項１から４までのいずれか１項に記載のプロセスキット。

【請求項6】

前記シールド部分が前記外側部分および前記内側部分の一部にわたって延在するように前記アダプタ本体から半径方向内側に突出する、請求項５に記載のプロセスキット。

【請求項7】

前記シャドウリングが前記シャドウリングと前記アダプタとの間に曲がりくねった経路を形成するように前記シールド部分の真下に配置された上方に延在する突起部をさらに備える、請求項６に記載のプロセスキット。

【請求項8】

前記シャドウリングが前記外側部分に形成された複数のガス導通孔をさらに備え、ガスが前記複数のガス導通孔を流れることを可能にする、請求項７に記載のプロセスキット。

【請求項9】

前記アダプタがアルミニウム、ステンレス鋼、または銅から形成されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のプロセスキット。

【請求項10】

前記シャドウリングがアルミニウム、ステンレス鋼、または銅から形成されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のプロセスキット。

【請求項11】

プロセスチャンバであって、
前記プロセスチャンバ内の内部容積を画定するチャンバ壁であり、接地されているチャンバ壁と、
前記内部容積の上側部分に配置された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で基板を支持するための支持面を有する基板支持体と、
前記チャンバ壁に結合されたアダプタ本体および前記アダプタ本体の半径方向内側のシールド部分を有するアダプタ、
前記アダプタ本体内に形成された熱伝達チャネル、
前記アダプタに結合されたシャドウリングで、前記アダプタの前記シールド部分が前記シャドウリングの一部にわたって延在するように前記基板支持体を取り囲む、シャドウリング、ならびに
前記シャドウリングを前記アダプタから電気的に絶縁するために前記シャドウリングと前記アダプタとの間に配置されたセラミック絶縁体であって、前記アダプタが前記セラミック絶縁体の上面に配置される、セラミック絶縁体、
を備えるプロセスキットと、
を備える、プロセスチャンバ。

【請求項12】

前記シャドウリングがリング本体および前記リング本体の下部から半径方向内側に延在する突出部分を備える、請求項１１に記載のプロセスチャンバ。

【請求項13】

前記シャドウリングが前記アダプタに結合された外側部分および前記外側部分から半径方向内側に延在する内側部分を備える、請求項１１から１２までのいずれか１項に記載のプロセスチャンバ。

【請求項14】

前記シールド部分が前記アダプタ本体から半径方向内側に突出して、前記外側部分および前記内側部分の一部にわたって延在する、請求項１３に記載のプロセスチャンバ。

【請求項15】

前記シャドウリングが、前記シャドウリングと前記アダプタとの間に曲がりくねった経路を形成するために前記シールド部分の真下に配置された上方へ延在する突起部をさらに備え、前記シャドウリングが前記外側部分に形成された複数のガス導通孔をさらに備え、ガスが前記複数のガス導通孔を通って流れることを可能にする、請求項１４に記載のプロセスチャンバ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、一般に基板処理設備に関する。

【背景技術】

【0002】

プロセスキットシールドは、処理容積を非処理容積から分離するために、例えば、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバにおいて使用されることがある。基板上にアルミニウムを堆積させるように構成されたＰＶＤチャンバでは、プロセスキットシールドは、例えば、ステンレス鋼（ＳＳＴ）から製造されることがある。ＳＳＴプロセスキットシールドは、処理中にプロセスキットシールド上に堆積したアルミニウム層をベースＳＳＴシールド材から優先的にエッチング除去することができるため、複数回リサイクルすることができる。しかしながら、本発明者らは、従来のアルミニウム堆積プロセスと比較して、大幅に向上させたプロセス電力および堆積時間を使用して、比較的厚いアルミニウム膜を基板上に堆積させることに取り組んできた。
より厚いアルミニウム堆積プロセスについては、本発明者らは、プロセスキットシールドの温度が十分に高くなり、望ましくないことには基板上にウィスカ成長が結果として生じることを観察した。本発明者らは、基板を取り囲むプロセスキットが、連続するプロセス間で冷却するのに十分な時間がない場合にウィスカが形成されると考えている。堆積プロセスは、加熱された基板支持体よりも著しく多く基板を加熱する。基板は、ペデスタルに静電的にチャックされているため、ウエハは、厚いアルミニウム膜と基板（例えばシリコン）との間の熱膨張率（ＣＴＥ）の不整合によって引き起こされる熱応力の下で自由に曲がらない。基板上の膜応力が十分に高くなると、ウィスカが膜から飛び出して膜応力を低下させる。本発明者らは、基板を取り囲む構造体の高温も基板上に堆積させたアルミニウム膜の反射率に悪影響を及ぼすことをさらに観察した。例えば、本発明者らは、カバーリングおよびシールドの温度が熱放射を介して基板を冷却するのに、およびウィスカ形成を最小限に抑えるのに重要な役割を果たすことを観察した。
したがって、本発明者らは、改善されたプロセスキットの実施形態を提供した。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

プロセスキットおよびこれを組み込むプロセスチャンバの実施形態が本明細書で提供される。一部の実施形態では、プロセスキットは、アダプタ本体およびアダプタ本体の半径方向内側のシールド部分を有するアダプタと、アダプタ本体内に形成された熱伝達チャネルと、アダプタのシールド部分がシャドウリングの一部にわたって延在するようにアダプタに結合されたシャドウリングと、シャドウリングをアダプタから電気的に絶縁するためにシャドウリングとアダプタとの間に配置されたセラミック絶縁体と、を含む。
幾つかの実施形態では、プロセスチャンバは、プロセスチャンバ内部の内部容積を画定するチャンバ壁であって、接地されているチャンバ壁と、内部容積の上側部分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で基板を支持するための支持面を有する基板支持体と、プロセスキットとを含んでいる。プロセスキットは、チャンバ壁に結合されたアダプタ本体およびアダプタ本体の半径方向内側のシールド部分を有するアダプタと、アダプタ本体内に形成された熱伝達チャネルと、アダプタに結合されたシャドウリングであって、アダプタのシールド部分がシャドウリングの一部にわたって延在するように基板支持体を取り囲む、シャドウリングと、シャドウリングをアダプタから電気的に絶縁するためにシャドウリングとアダプタとの間に配置されたセラミック絶縁体と、を含む。
幾つかの実施形態では、プロセスキットは、アダプタ本体およびアダプタ本体の半径方向内側のシールド部分を有する導電性アダプタと、アダプタ本体内に形成された冷却剤チャネルと、アダプタに結合された導電性シャドウリングと、シャドウリングをアダプタから電気的に絶縁するためにシャドウリングとアダプタとの間に配置されたセラミック絶縁体と、堆積リングとシャドウリングとの間に曲がりくねった経路を形成するようにシャドウリングの下面とインターフェースするように構成された上面を有する堆積リングであって、シールド部分がシャドウリングの一部にわたって延在する、堆積リングとを含んでいる。
本開示の他のおよびさらなる実施形態が以下に記載される。
上で簡単に要約され、以下でより詳細に論じる本開示の実施形態は、添付図面に表された本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解され得る。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを例示しており、したがって、本開示が他の等しく効果的な実施形態を受け入れることができるため、範囲を限定していると考えられるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】本開示の一部の実施形態によるプロセスチャンバの概略断面図である。

【図2】本開示の一部の実施形態によるプロセスキットの概略断面図である。

【図3】本開示の一部の実施形態によるプロセスチャンバの概略断面図である。

【図4】本開示の一部の実施形態によるプロセスキットの概略断面図である。

【図5】本開示の一部の実施形態によるプロセスキットの概略断面図である。

【図6】本開示の一部の実施形態によるシャドウリングの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0005】

理解を容易にするために、各図に共通の同一の要素を指定するために、可能な場合は、同一の参照数字が使用された。図は、縮尺通りには描かれておらず、明瞭にするために簡略化されることがある。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳説することなく他の実施形態に有益に組み込まれることがある。
そのようなプロセスキットを組み込むプロセスキットおよびプロセスチャンバの実施形態が本明細書で提供される。一部の実施形態では、冷却されたシャドウリングと、冷却されたシャドウリングの一部をシールドするためのシールド部分を有するアダプタと、を含むプロセスキットが本明細書で提供される。一部の実施形態では、シャドウリングの一部をシールドするためのシールド部分を有するアダプタに結合されたシャドウリングを含むプロセスキットが本明細書で提供される。アダプタ部分は、一体型のプロセスキットシールドを冷却するための熱伝達チャネルを含むことができる。プロセスキットは、有利には、処理のために基板支持体上に支持された基板に対してプロセスキットの最も近い構成要素であるシャドウリングの冷却を改善する。
図１は、本開示の一部の実施形態によるプロセスキットを有する例示的なプロセスチャンバ１００（例えばＰＶＤチャンバ）の概略断面図を表す。本開示のプロセスキットと共に使用するのに適したＰＶＤチャンバの例には、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されているＡＬＰＳ（登録商標）Ｐｌｕｓ、ＳＩＰ ＥＮＣＯＲＥ（登録商標）、および他のＰＶＤ処理チャンバが含まれる。アプライドマテリアルズ社または他のメーカからの他の処理チャンバも本明細書に開示された本発明の装置から恩恵を得ることができる。

【0006】

プロセスチャンバ１００は、内部容積１０８を囲むチャンバ壁１０６を備える。チャンバ壁１０６は、側壁１１６、底壁１２０、および天井１２４を含む。天井１２４は、内部容積１０８を密閉するためのチャンバリッドまたは同様のカバーであってもよい。プロセスチャンバ１００は、独立型のチャンバ、または様々なチャンバ間で基板１０４を移送する基板移送機構によって接続された相互接続チャンバのクラスタを有するマルチチャンバプラットフォーム（図示せず）の一部とすることができる。プロセスチャンバ１００は、基板１０４上に材料をスパッタ堆積させることができるＰＶＤチャンバであってもよい。スパッタ堆積に適した材料の非限定的な例には、アルミニウム、銅、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステンなどのうちの１つまたは複数が含まれる。
プロセスチャンバ１００は、基板１０４を支持するためのペデスタル１３４を含む基板支持体１３０を備える。ペデスタル１３４は、プロセスチャンバ１００の上側部分に配置されたスパッタリングターゲット１４０のスパッタリング面１３９と実質的に平行な面を有する基板支持面１３８を有する。ペデスタル１３４の基板支持面１３８は、処理中に基板１０４を受け取り支持する。ペデスタル１３４は、静電チャックまたは（電気抵抗ヒータ、熱交換器、もしくは他の適切な加熱装置などの）ヒータを含むことができる。動作において、基板１０４は、プロセスチャンバ１００の側壁１１６の基板ローディング入口１４２を通してプロセスチャンバ１００内に導入され、基板支持体１３０上に配置される。基板支持体１３０は、支持リフト機構によって昇降させることができ、ロボットアームによって基板１０４を基板支持体１３０上に配置する間に、リフトフィンガアセンブリ（ｌｉｆｔ ｆｉｎｇｅｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を使用して、基板１０４を基板支持体１３０上に昇降させることができる。ペデスタル１３４は、プラズマ動作中に電気的に浮遊電位に維持されるかまたは接地され得る。

【0007】

また、プロセスチャンバ１００は、例えば、構成要素表面からスパッタリング堆積物を洗い落とすために、腐食した構成要素を交換または修理するために、あるいはプロセスチャンバ１００を他のプロセスに適合させるために、プロセスチャンバ１００から容易に取り外すことができる様々な構成要素を備えるプロセスキット１５０を含む。本発明者らは、プロセスキットアダプタとプロセスキットシャドウリングとの間の接触インターフェースにおける熱抵抗がシャドウリングの温度に悪影響を及ぼすことを発見した。さらに、アダプタとシャドウリングとの間のクランプ力が弱いと、熱伝達率を高めるために冷却剤チャネルを使用したとしても、アダプタとシャドウリングとの間の熱伝達が悪くなる。シャドウリングが、冷却されたアダプタからさらに取り外される浮遊要素である（すなわち、アダプタに電気的に結合されていない）ため、低熱伝達率の問題は、シャドウリングに関してさらに悪化する。本発明者らは、アダプタに電気的に結合されたシャドウリングが接地面を基板のエッジに接近させ、したがって基板のエッジ近くの電界に悪影響を及ぼすことも発見した。その結果、基板に近接するプラズマは、歪められて、堆積の不均一性をもたらす。したがって、本発明者らは、プロセスキットの冷却を改善するために、冷却されたアダプタおよび冷却されたシャドウリングを有するプロセスキットを設計した。

【0008】

図２は、本開示の一部の実施形態によるプロセスキット１５０の断面図を表す。図１および図２を参照すると、一部の実施形態では、プロセスキット１５０は、アダプタ本体１５８およびアダプタ本体１５８の半径方向内側のシールド部分１５７を有するアダプタ１５６を含む。アダプタ本体１５８は、チャンバ側壁１１６に結合され、この側壁１１６を通して接地されている。一部の実施形態では、アダプタ本体１５８は、アダプタ１５６を側壁１１６に結合するために、ボルト（図示せず）を挿入することができる複数の皿孔２６０（図２に示すもの）を含むことができる。アダプタ１５６の冷却を促進するために、熱伝達チャネル１６２がアダプタ本体１５８を貫いて形成され、熱伝達チャネル１６２を通して熱伝達媒体を流すために熱伝達媒体源１８０に流体結合されている。一部の実施形態では、熱伝達媒体源１８０は、冷却剤を熱伝達チャネル１６２に供給してアダプタ１５６を冷却する。アダプタ１５６は、熱伝導性材料（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅など）から形成されてもよい。

【0009】

プロセスキット１５０は、例えば複数のボルト２０２（図２の断面図に示すもの）などの固定要素を介してアダプタ１５６に結合されたシャドウリング１５５も含む。各ボルト２０２は、対応する第１の孔２０４、および第１の孔２０４と整列したアダプタ１５６内の対応する第２の孔２０６を貫いて延在し、保持プレート２１０を使用して固定されている。第１の孔２０４および第２の孔２０６の直径は、処理中のボルト２０２の熱膨張を可能にし、かつシャドウリング１５５がボルト２０２を介してアダプタ１５６に電気的に結合する可能性を防止するために、ボルト２０２の直径よりも大きくてもよく、電気的結合は、シャドウリング１５５を接地し、結果として基板１０４のエッジにおける電界のゆがみに起因するプラズマの不均一性をもたらす。一部の実施形態では、シャドウリング１５５がボルト２０２およびアダプタ１５６から電気的に絶縁されたままにしておくことを確実にするために、セラミックブッシング２０８がボルト２０２のヘッドとシャドウリング１５５との間に配置されることがある。一部の実施形態では、各ボルト２０２は、ボルト２０２の周りの領域でのガス放出を防ぐために貫通孔２１２を含むことができる。シャドウリング１５５を接地されたアダプタ１５６から電気的に絶縁させるために、第１のセラミック絶縁体１２５がシャドウリング１５５とアダプタ１５６との間に配置されており、したがって、結果として電気的に浮遊するシャドウリング１５５が得られる。

【0010】

シャドウリング１５５は、リング本体２１４およびリング本体２１４の下部から半径方向内側に延在する突出部分２１５を含む。一部の実施形態では、第２の熱伝達チャネル２５０がリング本体２１４内に形成されて、熱伝達媒体源１８０によって供給される熱伝達媒体を流し、シャドウリング１５５の温度の制御をさらに容易にする。一部の実施形態では、第２の熱伝達チャネル２５０は、リング本体２１４の外部壁にミル加工され、チャネルを密閉するためにキャップ２５１が第２の熱伝達チャネル２５０の上に配置されている。冷却剤が両方の熱伝達チャネル１６２、２５０を通って流れるとき、シャドウリング１５５の温度に対するさらなる制御が達成される。シャドウリングは、アダプタ１５６によって支持されているが、シャドウリング１５５の一部は、側壁１１６に載置されている。しかしながら、シャドウリング１５５が電気的に浮遊したままであることを確実にするために、シャドウリング１５５が側壁１１６に直接接触しないように、第２のセラミック絶縁体２５５がシャドウリング１５５と側壁１１６との間に配置されている。シャドウリング１５５は、熱伝導性材料、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅などから形成されてもよい。図２に表されるように、内部容積１０８が周囲環境から適切に密閉されることを確実にするために、複数の溝２２４および対応するＯリング２２５が様々なインターフェースに配置されている。

【0011】

処理から生じるシャドウリング１５５の加熱をさらに軽減するために、シールド部分１５７は、リング本体２１４の少なくとも一部を覆うようにアダプタ本体１５８から下方に突出している。その結果、シャドウリング１５５が処理中に達成する最高温度は、リング本体２１４が処理中に内部容積１０８にさらされるシナリオと比較して低くなり、したがって、シャドウリング１５５の冷却の改善が促進される。
処理されている基板１０４のエッジでの均一性を維持するのを助けるために、シャドウリング１５５の半径方向最内側部分は、所定の距離だけ基板１０４のエッジから離間されている。一部の実施形態では、シャドウリング１５５の半径方向最内側部分は、約０．０２インチ～約０．０９インチの垂直距離２９０だけ基板１０４の上面から離間されている。一部の実施形態では、垂直距離２９０は、約０．０４５インチである。一部の実施形態では、シャドウリング１５５の最内側部分は、基板１０４の直径の外側の約１ｍｍと基板の直径の内側の約２ｍｍとの間の水平距離２９１だけ基板１０４のエッジから離間されている。一部の実施形態では、水平距離２９１は、基板の直径の内側の約１ｍｍである。

【0012】

プロセスキット１５０は、シャドウリング１５５の下に配置された堆積リング１５４をさらに備える。シャドウリング１５５の底面は、堆積リング１５４とインターフェースして曲がりくねった経路２９５を形成する。シャドウリング１５５は、堆積リング１５４を少なくとも部分的に覆う。堆積リング１５４およびシャドウリング１５５は、互いに協働して、基板支持体１３０の周壁１５２および基板１０４のオーバハングエッジ１５３上のスパッタ堆積物の形成を低減させる。
図１～図５に示すように、スパッタリングターゲット１４０は、バッキング板１６１に取り付けられたスパッタリングプレート１６０を備える。スパッタリングプレート１６０は、基板１０４上にスパッタされる材料を含む。スパッタリングプレート１６０は、金属または金属化合物を含む。例えば、スパッタリングプレート１６０は、例えば、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、タンタルなどの金属とすることができる。スパッタリングプレート１６０は、例えば、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタンなどの金属化合物とすることもできる。

【0013】

バッキング板１６１は、スパッタリングプレート１６０を支持するための支持面２２１と、スパッタリングプレート１６０の半径を超えて延在する周辺レッジ２２２と、を有する。バッキング板１６１は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、銅クロム、または銅亜鉛などの金属から作られている。バッキング板１６１は、スパッタリングターゲット１４０および／またはバッキング板１６１で発生した熱を放散するのに十分な熱伝導率を有する材料から作ることができる。熱は、スパッタリングプレート１６０およびバッキング板１６１内で生じる渦電流から、およびまたスパッタリングターゲット１４０のスパッタリング面１３９上へのプラズマからのエネルギーイオンの衝撃から発生する。バッキング板１６１の熱伝導率が高いほど、スパッタリングターゲット１４０で発生した熱を周囲の構造体に、あるいはバッキング板１６１の後ろに取り付けられることがある、またはバッキング板自体１６１の中にあることがある熱交換器にさえ放散させることができる。例えば、バッキング板１６１は、熱伝達流体を内部で循環させるためのチャネル（図示せず）を含むことができる。バッキング板１６１の適切に高い熱伝導率は、少なくとも約１５０Ｗ／ｍＫ、例えば約２２０～約５００Ｗ／ｍＫである。そのような熱伝導率のレベルは、スパッタリングターゲット１４０で発生した熱をより効率的に放散させることによって、スパッタリングターゲット１４０をより長いプロセス時間にわたって動作させることを可能にする。

【0014】

高い熱伝導率および低い抵抗率を有する材料で作られたバッキング板１６１との組合せにおいて、または別個に単独で、バッキング板１６１は、１つまたは複数の溝（図示せず）を有する裏側を含むことができる。例えば、バッキング板１６１は、スパッタリングターゲット１４０の裏側１４１を冷却するために、環状溝などの溝または隆起を有することができる。溝および隆起は、他のパターン、例えば、矩形格子パターン、鶏足パターン、または単に裏側を横切って走る直線を有することもできる。
一部の実施形態では、スパッタリングプレート１６０は、スパッタリングプレート１６０とバッキング板１６１とを互いの上に配置して、スパッタリングプレート１６０およびバッキング板１６１を適切な温度、典型的には少なくとも約１５０℃に加熱することにより、拡散接合によってバッキング板１６１に取り付けることができる。任意選択で、スパッタリングターゲット１４０は、スパッタリングプレートおよびバッキング板の両方として働くのに十分な深さを有する単一の材料片を含むモノリシック構造であってもよい。

【0015】

バッキング板１６１の周辺レッジ２２２は、プロセスチャンバ１００内のアイソレータ１６３上に載置される外側フーチング２２３を含む（図１および図２）。周辺レッジ２２２は、真空シールを形成するためにＯリング２２５が配置された溝２２４を含む。アイソレータ１６３は、バッキング板１６１をプロセスキット１５０およびプロセスチャンバ１００から電気的に絶縁し分離し、典型的には酸化アルミニウムなどの誘電性または絶縁性の材料から形成されたリングである。周辺レッジ２２２は、スパッタリングターゲット１４０とアイソレータ１６３との間の間隙を通るスパッタ材料およびプラズマ核種の流れまたは移動を抑制して、間隙への低角度のスパッタ堆積物の侵入を妨げるように成形されている。
図１に戻ると、スパッタリングターゲット１４０は、ＤＣ電源１４６およびＲＦ電源１４８の一方または両方に接続されている。ＤＣ電源１４６は、スパッタリングプロセス中に電気的に浮遊していてもよい一体型のシールド１５１に対してスパッタリングターゲット１４０にバイアス電圧を印加することができる。ＤＣ電源１４６がスパッタリングターゲット１４０、一体型のシールド１５１、基板支持体１３０、およびＤＣ電源１４６に接続された他のチャンバ部品に電力を供給している間、ＲＦ電源１４８は、スパッタリングガスを励起してスパッタリングガスのプラズマを形成する。形成されたプラズマは、スパッタリングターゲット１４０のスパッタリング面１３９に当たって、衝突し、スパッタリング面１３９から材料を基板１０４上にスパッタする。一部の実施形態では、ＲＦ電源１４８によって供給されるＲＦエネルギーは、約２ＭＨｚ～約６０ＭＨｚの周波数の範囲にあってもよく、あるいは例えば、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、または６０ＭＨｚなどの非限定的な周波数を使用することができる。一部の実施形態では、複数の上記の周波数のＲＦエネルギーを提供するために、複数の（すなわち２つ以上の）ＲＦ電源が設けられてもよい。

【0016】

一部の実施形態では、プロセスチャンバ１００は、スパッタリングターゲット１４０の周りの磁界を成形してスパッタリングターゲット１４０のスパッタリングを改善するためにスパッタリングターゲット１４０の上に配置された磁界発生器１６４を含むことができる。容量的に生成されたプラズマは、例えば、永久磁石または電磁気コイルが、基板１０４の面に垂直な回転軸を有する回転磁界を有する磁界をプロセスチャンバ１００内に提供することができる磁界発生器１６４によって増強されてもよい。プロセスチャンバ１００は、加えてまたは代替として、プロセスチャンバ１００のスパッタリングターゲット１４０の近くに磁界を生成して、スパッタリングターゲット１４０に隣接する高密度プラズマ領域中のイオン密度を増加させターゲット材料のスパッタリングを改善する磁界発生器１６４を備える。

【0017】

スパッタリングガスは、ガス供給システム１６５を介してプロセスチャンバ１００に導入され、ガス供給システム１６５は、マスフローコントローラなどのガス流量制御バルブ１６８を有する導管１６７を介してガス供給源１６６からガスを提供して、ガス流量制御バルブ１６８を介して設定流量のガスを通過させる。ガスは、ミキシングマニホールド（図示せず）に供給され、そこでガスは、混合されてプロセスガス組成物を形成し、ガス出口を有するガス分配器１６９に供給されてガスをプロセスチャンバ１００に導入する。プロセスガスは、スパッタリングターゲット１４０に勢いよく当たって、スパッタリングターゲット１４０から材料をスパッタリングすることができるアルゴンまたはキセノンなどの非反応性ガスを含むことができる。プロセスガスは、スパッタされた材料と反応して基板１０４上に層を形成することができる酸素含有ガスおよび窒素含有ガスのうちの１つまたは複数などの反応性ガスを含むこともできる。次いで、ガスは、ＲＦ電源１４８によって励起され、スパッタリングターゲット１４０をスパッタするためのプラズマを形成する。使用済みプロセスガスおよび副生成物は、排気１７０を通してプロセスチャンバ１００から排出される。排気１７０は、使用済みプロセスガスを受け取り、使用済みガスを、プロセスチャンバ１００内のガスの圧力を制御するスロットルバルブを有する排気導管１７２を通過させる排気口１７１を備える。排気導管１７２は、１つまたは複数の排気ポンプ１７３に接続されている。

【0018】

プロセスチャンバ１００の様々な構成要素は、コントローラ１７４によって制御され得る。コントローラ１７４は、基板１０４を処理するために構成要素を操作するための命令セットを有するプログラムコードを含む。例えば、コントローラ１７４は、基板支持体１３０および基板移送機構を操作するための基板位置決め命令セットと、スパッタリングガスの流れをプロセスチャンバ１００に設定するためのガス流量制御バルブを操作するためのガス流量制御命令セットと、プロセスチャンバ１００内の圧力を維持するために排気スロットルバルブを操作するためのガス圧力制御命令セットと、ガス励起電力レベルを設定するためにＲＦ電源１４８を操作するためのガスエナジャイザー制御命令セットと、基板支持体１３０または熱伝達媒体源１８０内の温度制御システムを制御して熱伝達チャネル１６２への熱伝達媒体の流量を制御するための温度制御命令セットと、プロセスチャンバ１００内のプロセスをモニタするためのプロセスモニタリング命令セットと、を含むプログラムコードを含むことができる。
図３は、本開示の一部の実施形態によるプロセスキット３５０を有する例示的なプロセスチャンバ１００（例えばＰＶＤチャンバ）の概略断面図を表す。プロセスチャンバ１００の要素は、図１に示され上で論じたものと同様または同一であるため、これらの要素は、同様にラベル付けされ、同様の要素の説明は、明瞭かつ簡潔にするために省略される。

【0019】

図４は、本開示の一部の実施形態によるプロセスキット３５０の断面図を表す。図３および図４を参照すると、一部の実施形態では、プロセスキット３５０は、アダプタ本体４５８およびアダプタ本体４５８の下部から半径方向内側に延在するシールド部分４５７を有するアダプタ３５６を含む。アダプタ本体４５８は、チャンバ側壁１１６に結合され、側壁を通して接地されている。アダプタ３５６の冷却を促進するために、熱伝達チャネル３６２がアダプタ本体４５８を貫いて形成され、熱伝達媒体源（例えば熱伝達媒体源１８０）に流体結合されて、熱伝達媒体を、熱伝達チャネル３６２を通して流す。一部の実施形態では、熱伝達媒体源１８０は、アダプタ３５６を冷却するために熱伝達チャネル３６２に冷却剤を供給する。アダプタ３５６は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅などの熱伝導性材料から形成されてもよい。

【0020】

プロセスキット３５０は、アダプタ３５６に結合された外側部分４０６および外側部分から半径方向内側に延在する内側部分４０８を有するシャドウリング３５５も含む。外側部分４０６は、例えば複数のボルト４１０（図４の断面図に示すもの）などの固定要素を介してアダプタ３５６に結合されている。各ボルト４１０は、シャドウリング３５５の対応する第１の孔４０４、および第１の孔４０４と整列したアダプタ３５６内の対応する第２の孔４０２を貫いて延在し、保持プレート４１２を使用して固定されている。第１の孔４０４および第２の孔４０２の直径は、処理中のボルト４１０の熱膨張を可能にし、かつシャドウリング３５５がボルト４１０を介してアダプタ３５６に電気的に結合する可能性を防止するために、ボルト４１０の直径よりも大きくてもよく、電気的結合は、シャドウリング３５５を接地し、結果として基板１０４のエッジにおける電界のゆがみに起因するプラズマの不均一性をもたらす。一部の実施形態では、シャドウリング３５５がボルト４１０およびアダプタ３５６から電気的に絶縁されたままにしておくことを確実にするために、セラミック絶縁体４１６がボルト４１０のヘッドとシャドウリング３５５との間に配置されてもよい。シャドウリング３５５を接地されたアダプタ３５６から電気的に絶縁させるために、第２のセラミック絶縁体４１４がシャドウリング３５５とアダプタ３５６との間に配置されており、したがって、結果として電気的に浮遊するシャドウリング３５５が得られる。

【0021】

シャドウリング１５５とは異なり、図３および図４に表されたシャドウリング３５５は、シャドウリングを冷却するために冷却剤を流すための熱伝達チャネルを含まない。その代りに、シールド部分４５７が、外側部分４０６、およびシャドウリング３５５の内側部分４０８の少なくとも一部にわたって延在する。その結果、処理および堆積に起因する熱の大部分が冷却されたアダプタ３５６によって運ばれる。さらに、シャドウリング３５５のアダプタ３５６への結合は、シャドウリング３５５の対流冷却も促進する。アダプタ３５６は、接地されているため、シールド部分４５７の半径方向最内側部分は、基板１０４のエッジ近くにいかなるプラズマ不均一性も生じさせないように、基板１０４のエッジから十分な距離に保たれるべきである。一部の実施形態では、シールド部分４５７の半径方向最内側部分は、約５ｍｍ～約４５ｍｍの水平距離４９２だけ基板１０４のエッジから離間されている。一部の実施形態では、水平距離４９２は、約３５ｍｍである。
処理されている基板１０４のエッジでの均一性を維持するのを助けるために、シャドウリング３５５の半径方向最内側部分は、所定の距離だけ基板１０４のエッジから離間されている。一部の実施形態では、シャドウリング３５５の半径方向最内側部分は、約０．０２インチ～約０．０９インチの垂直距離４９０だけ基板１０４の上面から離間されている。一部の実施形態では、垂直距離４９０は、約０．０４５インチである。一部の実施形態では、シャドウリング３５５の最内側部分は、基板１０４の直径の外側の約１ｍｍと基板の直径の内側の約２ｍｍとの間の水平距離４９１だけ基板１０４のエッジから離間されている。一部の実施形態では、水平距離４９１は、基板の直径の内側の約１ｍｍである。

【0022】

図４および図５は、本開示の一部の実施形態によるプロセスキット５００の断面図および斜視図を示す。図５に示すように、プロセスキット５００のアダプタ３５６は、上記のアダプタ３５６と同一であり、そのため同じラベルが付けられている。プロセスキット５００は、アダプタ３５６に結合された外側部分５０６および外側部分から半径方向内側に延在する内側部分を有するシャドウリング５５５を含む。シャドウリング５５５は、シャドウリング５５５がシャドウリング５５５とアダプタ３５６との間に曲がりくねった経路５０９を形成するようにシールド部分の真下に配置された上方に延在する環状突起部５０５を含むという点でシャドウリング３５５とは異なる。シャドウリング５５５は、上方に延在する環状突起部５０５の半径方向外側に配置された複数のガス導通孔５０２も含み、ガスがシャドウリング５５５を通って流れることができるように外側部分５０６に形成されている。上方に延在する環状突起部５０５によって形成された曲がりくねった経路５０９は、有利には、漂遊堆積物がシャドウリング５５５とアダプタ３５６との間の空間に入るのを防ぐ。
前述の事項は、本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他のおよびさらなる実施形態が本開示の基本的な範囲から逸脱せずに考案されてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】