(57)【要約】  物理気相堆積用の装置および方法が提供される。いくつかの実施形態において、物理気相堆積チャンバ内のターゲットを冷却するための冷却リングは、中央開口を有する環状本体と、本体に結合された入口ポートと、本体に結合された出口ポートと、本体内に配設され、入口ポートに結合された第１の端部および出口ポートに結合された第２の端部を有する冷媒チャネルと、本体に結合され、中央開口にわたって実質的に広がり、中央穴を備えるキャップとを備え得る。
2014525516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理気相堆積チャンバ内のターゲットを冷却するための冷却リングであって、
中央開口を有する環状本体と、
前記本体に結合された入口ポートと、
前記本体に結合された出口ポートと、
前記冷媒リングを通して冷媒を流すために前記本体内に配設され、前記入口ポートに結合された第１の端部および前記出口ポートに結合された第２の端部を有する、冷媒チャネルと、
前記本体に結合され、前記中央開口にわたって実質的に広がり、中央穴を備えるキャップと
を備える、冷却リング。
【請求項２】
前記本体は、銅、アルミニウム、または青銅の中の少なくとも１つから作製される、請求項１に記載の冷却リング。
【請求項３】
前記キャップは、銅、アルミニウム、または青銅の中の少なくとも１つから作製される、請求項２に記載の冷却リング。
【請求項４】
前記本体および前記キャップは、銀めっきを施される、請求項３に記載の冷却リング。
【請求項５】
前記冷媒チャネルは、前記本体の外方周囲に沿って配設される、請求項１に記載の冷却リング。
【請求項６】
前記本体内に配設された複数の冷媒チャネル
をさらに備える、請求項１に記載の冷却リング。
【請求項７】
前記キャップは、前記冷媒チャネルを封止するのに十分なように前記本体に結合される、請求項１に記載の冷却リング。
【請求項８】
物理気相堆積システムにおいて使用するためのターゲットアセンブリであって、
基板上に堆積される原料を含むターゲットと、
前記ターゲットに結合された、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の冷却リングと、
前記ターゲットの裏側に隣接し、前記冷却リングの内側壁部により少なくとも部分的に画成された中央空洞部であって、回転自在磁石アセンブリを収容するようにサイズ設定された中央空洞部と
を備える、ターゲットアセンブリ。
【請求項９】
前記ターゲットは、前記原料に結合され前記原料を支持するバッキングプレートを備え、前記冷却リングは、前記ターゲットの前記バッキングプレートに結合される、請求項８に記載のターゲットアセンブリ。
【請求項１０】
前記空洞部は、前記キャップのターゲット側表面と、前記ターゲットのキャップ側表面と、前記冷却リングの前記本体とにより画成される、請求項８に記載のターゲットアセンブリ。
【請求項１１】
前記冷媒入口ポートに結合された冷媒源をさらに備える、請求項８に記載のターゲットアセンブリ。
【請求項１２】
前記ターゲットアセンブリに結合されたＲＦ源をさらに備える、請求項８に記載のターゲットアセンブリ。
【請求項１３】
前記空洞部内に配設された回転自在磁石アセンブリと、
前記回転自在磁石アセンブリに結合されたシャフトであって、前記キャップの中央穴を貫通して配設されるシャフトと
をさらに備える、請求項８に記載のターゲットアセンブリ。
【請求項１４】
物理気相堆積チャンバ内において基板を処理する方法であって、
前記物理気相堆積チャンバ内に配設されたターゲットから材料をスパッタさせることにより、前記物理気相堆積チャンバ内に支持された前記基板の上に前記材料を堆積させることと、
前記基板の対向側の前記ターゲットの側部に結合された冷却リングの本体内に配設された冷媒チャネルを通して冷媒を流すことと
を含む、方法。
【請求項１５】
前記冷媒チャネルは、前記冷却リングの前記本体の周囲部に前記冷媒を循環させる、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に物理気相堆積処理機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理気相堆積（ＰＶＤ）は、基板上に材料を堆積するために従来から使用されているプロセスである。一例として、従来のＰＶＤプロセスは、原料を含むターゲットにプラズマからのイオンを衝突させることにより、ターゲットから原料をスパッタさせることを含む。放出された原料は、基板上に形成された負電圧または負バイアスにより基板の方向へと加速させることができ、その結果、基板上における原料の堆積がもたらされる。このＰＶＤプロセス中、ターゲットの裏側付近においてマグネトロンを水が充満した空洞部内で回転させることにより、プラズマの均一性を促進させることができる。この水充満空洞部は、処理中に発生する熱を除去するために使用される。しかし、水充満空洞部は、マグネトロンの保守性を阻害し、周囲の構造体を介してＲＦエネルギーをターゲットに送給するのを妨げる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明者らは、物理気相堆積処理を実施するための改良された装置を実現した。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
物理気相堆積用の装置および方法が提供される。いくつかの実施形態において、物理気相堆積チャンバ内のターゲットを冷却するための冷却リングは、中央開口を有する環状本体と、本体に結合された入口ポートと、本体に結合された出口ポートと、本体内に配設され、入口ポートに結合された第１の端部および出口ポートに結合された第２の端部を有する、冷媒チャネルと、本体に結合され、中央開口にわたって実質的に広がり、中央穴を備えるキャップとを備えてもよい。
いくつかの実施形態において、物理気相堆積システムにおいて使用するためのターゲットアセンブリは、基板上に堆積される原料を含むターゲットと、ターゲットに結合され、冷媒リングを通して冷媒を流すために冷却リング中に配設された１つまたは複数の冷媒チャネルを有する、冷却リングと、ターゲットの裏側に隣接し、冷却リングの内側壁部により少なくとも部分的に画成された中央空洞部と、空洞部内に配設された回転自在磁石アセンブリとを備えてもよい。
いくつかの実施形態において、物理気相堆積チャンバ内において基板を処理する方法は、物理気相堆積チャンバ内に配設されたターゲットから材料をスパッタさせることにより、物理気相堆積チャンバ内に支持された基板の上にこの材料を堆積させることと、基板の対向側のターゲットの側部に結合された冷却リングの本体内に配設された冷媒チャネルを通して冷媒を流すこととを含んでもよい。
以下、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を説明する。
上記において簡単に概説し以下においてより詳細に論ずる本発明の実施形態は、添付の図面に図示される本発明の例示的な実施形態を参照することにより理解されよう。しかし、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示すものに過ぎないため、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきでなく、本発明は他の同等に有効な実施形態も許容し得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明のいくつか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２Ａ】本発明のいくつかの実施形態による冷却リングの概略上面図である。
【図２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による冷却リングの側方断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
理解を容易にするために、可能である場合には同一の参照数字を使用して、これらの図面において共通する同一の要素を示している。図面は縮尺通りには描かれておらず、明瞭にするために単純化している場合がある。ある実施形態の要素および特徴は、さらなる詳述を行うことなく他の実施形態にも有利に組み込まれ得ることが企図されている。
本明細書においては、基板の物理気相堆積（ＰＶＤ）処理を行うための方法および装置が提示されている。いくつかの実施形態においては、改良された装置は、ＰＶＤチャンバ内における水空洞部の必要性をなくすことにより、ＲＦ効率の改善と、例えばメンテナンス時あるいはターゲットの設置時および／または交換時などのターゲットおよびマグネトロンアセンブリの取出しの簡略化とを結果的にもたらすことができる。
図１は、本発明のいくつかの実施形態による物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ１００の概略断面図を示す。適切なＰＶＤチャンバの例には、ＡＬＰＳ（登録商標）Ｐｌｕｓ処理チャンバおよびＳＩＰ  ＥＮＣＯＲＥ（登録商標）ＰＶＤ処理チャンバが含まれ、これらは共に、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。また、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．または他の製造業者による他の処理チャンバも、本明細書において開示される本発明の装置からの利益を享受することができる。
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態においては、図１に示すように、ＰＶＤチャンバ１００は、プロセスチャンバ１０４上に配設されたターゲットアセンブリ１０２を備える。プロセスチャンバ１０４は、ターゲットアセンブリ１０２の対向側の位置に基板１４８を支持するための可動基板サポート１４６を収容する。
【０００８】
ターゲットアセンブリ１０２は、プロセスチャンバ１０４の蓋の中に組み込まれてもよく、ターゲット１０６およびターゲット１０６に結合された冷却リング１１８を一般的に備える。冷却リング１１８は、ターゲット１０６の裏側に隣接する空洞部１３４を部分的に画成する。ターゲットアセンブリは、空洞部１３４内に配設された回転自在磁石アセンブリ１６８を有する回転自在マグネトロンアセンブリ１３６をさらに備えてもよい。ターゲットアセンブリ１０２は、処理中にターゲット１０６にＲＦエネルギーを供給するためのＲＦ電源１０８をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態においては、電極１１２（例えばＲＦアプリケータロッドなど）が、冷却リング１１８を介してターゲット１０６にＲＦ電源１０８を結合するために用意されてもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、電極１１２は、ターゲットアセンブリ１０２を囲む外方接地シールド１４０中の開口１５０を貫通してもよく、冷却リング１１８に結合されてもよい。ＲＦ電源１０８は、ＲＦ発生器と共に、例えば動作中にＲＦ発生器へと反射されて戻される反射ＲＦエネルギーを最小限に抑えるための整合回路を備えてもよい。
【０００９】
動作中、プロセスによって発生する熱は、冷却リング１１８により除去される。本明細書においてはリングに関して説明がなされるが、冷却リング１１８は、円形である必要はなく、特定のプロセスチャンバの形状にとって望ましいものとなるように、矩形または他の多角形の形状などの他の幾何学形状を有してもよい。水充満空洞部とは対照的に、冷却リングによりプロセスから熱を除去することにより、この設計は、水充満空洞部を有することによる望ましくない結果を排除するため、有利となる。例えば、冷却リングを使用することにより、メンテナンスのためにターゲットの奥の密閉空洞部から冷媒を排出する必要性がなくなることによって、ターゲットおよびＲＦ源の磁石の交換が大幅に容易になる。また、ターゲットが消尽した場合に、冷媒でチャンバが溢れる危険性はない。さらに、ＲＦエネルギーがターゲットの奥の水充満空洞部による吸収によって浪費されないため、ＲＦ効率が改善される。
【００１０】
いくつかの実施形態においては、冷却リング１１８は、１つまたは複数の冷媒チャネル１１６、１１７が内部に配設された本体１２５を備える。いくつかの実施形態においては、本体１２５は、環状であってもよい。いくつかの実施形態においては、冷媒チャネル１１６、１１７は、本体１２５の外周部の近傍に配設される。冷媒チャネルの個数およびそれらの幾何学形状は、任意の他の構成要素を支持する冷却リングの構造的要件を考慮に入れつつ、特定のプロセスにとって望ましくなるように決定されてもよい。
【００１１】
冷媒源１１０が、冷媒チャネル１１６、１１７に対して冷媒を供給するために、接地シールド１４０の開口を通して配設された１つまたは複数の導管１１４を経由して冷却リング１１８に結合されてもよい。冷媒は、エチレングリコール、脱イオン水、パーフルオロポリエーテル（Ｓｏｌｖａｙ  Ｓ．Ａ．から入手可能なＧａｌｄｅｎ（登録商標）など）等々、またはそれらの組合せなどの、任意のプロセス適合性冷媒であってもよい。いくつかの実施形態においては、冷媒チャネル１１６、１１７を通る冷媒流は、約１〜約７ガロン／分であってもよいが、厳密な流れは、実施されるプロセス、冷媒チャネルの形状、または利用可能な冷媒圧等々によって決定されることとなる。
【００１２】
いくつかの実施形態においては、キャップ１２２が、冷媒チャネル１１６、１１７を覆うために本体１２５に結合されてもよい。キャップ１２２は、冷媒の漏れを防止するのに適した任意の態様で本体１２５に結合されてもよい。いくつかの実施形態においては、キャップ１２２は、真空ろう付けもしくは非真空ろう付け、電子ビーム溶接、または接着剤もしくは他の結合剤等々により、本体１２５に結合されてもよい。いくつかの実施形態においては、キャップ１２２は、マグネトロンアセンブリ１３６のシャフト１７０を受けるのを容易にするための中央開口１２４を有するプレートまたはディスクであってもよい。代替的には、インサート（図示せず）が、１つまたは複数の冷媒チャネル１１６、１１７を封止するために用意されてもよい。いくつかの実施形態においては、インサートは、電子ビーム溶接、ＴＩＧ溶接、レーザ溶接、またはろう付け等々の任意の適切な方法により、キャップ１２２の下方の１つまたは複数の冷媒チャネル１１６、１１７内に溶接されてもよい。
いくつかの実施形態においては、本体１２５およびキャップ１２２は、銅、アルミニウム、青銅、真鍮、ステンレス鋼、またはそれらの合金（銅クロム合金など）等々の中の少なくとも１つから製造されてもよい。本体１２５およびキャップ１２２は、同一の材料から作製されてもよく、または異なる材料から作製されてもよい。本体１２５および／またはキャップがアルミニウムから作製される実施形態においては、腐食防止コーティングが、冷媒による腐食を防止するために、冷媒チャネル１１６、１１７に対して施されてもよく、また任意で冷媒チャネル１１６、１１７に接するキャップ１２２の表面に対して施されてもよい。１つのかかるコーティングの一例は、Ｈｅｎｋｅｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓの登録商標であるＡｌｏｄｉｎｅ（登録商標）である。いくつかの実施形態においては、本体１２５およびキャップ１２２の外側表面には、例えば本体１２５およびキャップ１２２のＲＦ伝導性を向上させるために、銀めっきが施されてもよい。
図２Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、冷媒チャネル１１６を備える冷却リング１１８の概略底面図を示す。図２Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、冷媒チャネル１１６を備える冷却リング１１８の側方断面図を示す。
【００１３】
図２Ａ〜図２Ｂを参照すると、いくつかの実施形態においては、１つまたは複数の冷媒入口ポート（図２Ａに示す１つの入口ポート２１０）および１つまたは複数の冷媒出口ポート（図２Ａに示す１つの出口ポート２１４）が、冷媒チャネル１１６を通る冷媒の循環を促すために、キャップ１２２および／または本体１２５を貫通して設けられてもよい。いくつかの実施形態においては、冷媒チャネル１１６は、冷媒を収容するために、本体１２５と緊密に熱接触状態にある導管２０４を備えてもよい。いくつかの実施形態においては、導管２０４は、ステンレス鋼、銅、真鍮、または青銅等々から作製されてもよい。いくつかの実施形態においては、導管２０４は、導管２０４と冷媒チャネル１１６の側壁部との間において優れた熱接触を確保するために、冷媒チャネル１１６内にプレス嵌めされ得る外方クラッドまたは本体（図示せず）の中に配設されてもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、ステンレス鋼管材が、成形物内に埋め込まれ、冷媒チャネル１１６内にプレス嵌めされてもよい。いくつかの実施形態においては、導管２０４は、熱連結性を強化するために、アルミニウム本体などのパーツ内にスウェージ加工またはろう付けされてもよい。いくつかの実施形態においては、冷媒チャネル１１６またはその中に配設される導管２０４は、隣接する冷媒チャネル１１６または導管２０４内における冷媒の逆方向の流れを可能にするループ形状または他の同様の形状で設けられてもよい。このような逆方向に流れる構成は、冷却リング１１８からの熱除去を向上させることができるため、有利となる。
【００１４】
本体１２５は、ボルトもしくは他の固定具、クランプ、ばね、または重力等々により、頑丈な熱結合を実現する任意の適切な様式でターゲット１０６に結合されてもよい。いくつかの実施形態においては、複数の穴２０６が、本体１２５へのターゲット１０６のボルト固定を容易にするために、本体１２５に（図２Ｂに示すように）形成されてもよい。いくつかの実施形態においては、構成要素間の熱連結性は、パターニングされた銅フォイルもしくはアルミニウムフォイルまたはｇｒａｆｏｉｌ（登録商標）（ＧｒａｆＴｅｃｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから入手可能）等々の熱フォイルを熱伝導体として使用することにより強化されてもよい。パターニングされた銅フォイルまたはアルミニウムフォイルは、複数の隆起表面を備えるパターン表面を形成してフォイルに共形の外観を与えるために、スクリーン上に押し付けられてもよい。
【００１５】
図１を再び参照すると、冷却リング１１８は、本体１２５の第２の端部１３０においてターゲット１０６に結合されてもよい。いくつかの実施形態においては、本体１２５は、第１の端部１２６がキャップ１２２の周囲エッジの近傍においてキャップ１２２のターゲット側表面１２８に結合される管状部材であってもよい。いくつかの実施形態においては、本体１２５は、ターゲット１０６の周囲エッジの近傍においてターゲット１０６のキャップ側表面１３２に（またはターゲット１０６のバッキングプレートに）結合された第２の端部１３０をさらに備える。いくつかの実施形態においては、ターゲットの周囲に接触する第２の端部１３０は、０．７５インチ〜２インチの範囲内の幅を有する。いくつかの実施形態においては、ターゲット１０６は、プロセスチャンバ内において定位置にある場合には、誘電性分離体１４４を介して、接地された導電性アルミニウムアダプタ１４２の上にさらに支持されてもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態においては、分離体プレート１３８が、ＲＦエネルギーが接地に直接的に送られるのを防止するために、キャップ１２２と接地シールド１４０との間に配設されてもよい。分離体プレート１３８は、セラミックまたはプラスチック等々の適切な誘電体材料を含んでもよい。代替的には、エアギャップが、分離体プレート１３８の代わりに用意されてもよい。エアギャップが分離体プレートの代わりに用意される実施形態においては、接地シールド１４０は、接地シールド１４０の上に載置されるいかなる構成要素も十分に支持できるだけの構造的安定性を有してもよい。
【００１７】
いくつかの実施形態においては、空洞部１３４は、本体１２５の内側壁部と、キャップ１２２のターゲット側表面１２８と、ターゲット１０６のキャップ側表面１３２とにより画成されてもよい。空洞部１３４および中央開口１１５は、回転自在マグネトロンアセンブリ１３６の１つまたは複数の部分を少なくとも部分的に収容するために使用されてもよい。本明細書においては、内側壁部が複数あるものとして述べているが、本体１２５が環状である場合などには単数も含まれる。
【００１８】
例えば、回転自在マグネトロンアセンブリ１３６は、ターゲット１０６（または存在する場合にはバッキングプレート）の裏面（例えばキャップ側表面１３２）の近傍に位置決めされてもよい。回転自在マグネトロンアセンブリ１３６は、ベースプレート上に配置された複数の磁石を備える回転磁石アセンブリ１６８を備える。回転磁石アセンブリ１６８は、回転を実現するためにシャフト１７０に結合される。いくつかの実施形態においては、シャフト１７０は、ＰＶＤチャンバ１００の中心軸と合致してもよい。いくつかの実施形態（図示せず）においては、回転シャフト１７０は、ＰＶＤチャンバ１００の中心軸に対して偏心的に配設されてもよい。モータ１７２が、マグネトロンアセンブリ１３６の回転を駆動するために回転シャフト１７０の上方端部に結合され得る。接地シールド１４０は、回転シャフト１７０をキャップ１２２の穴１２４に貫通させベースプレート１６８に連結させるための中央開口１１５を有する。いくつかの実施形態においては、回転シャフト１７０は、ＲＦエネルギーがシャフト１７０を上ってモータ１７２へと伝搬するのを防止するために、絶縁体１２０を備える。回転磁石アセンブリ１６８は、ＰＶＤチャンバ１００内においてターゲット１０６の表面に対してほぼ平行な近傍位置に磁場を発生させて、電子を捕獲し局所プラズマ密度を上昇させ、それによって、スパッタリング速度を上昇させる。回転磁石アセンブリ１６８は、ＰＶＤチャンバ１００の上部の周囲に電磁場を発生させ、回転磁石アセンブリ１６８は、ターゲット１０６をより均一にスパッタするようにプロセスのプラズマ密度に影響を及ぼす電磁場が回転するように回転される。
【００１９】
いくつかの実施形態において、接地シールド１４０は、ターゲット１０６の上方のＰＶＤチャンバ１００の少なくともいくつかの部分を覆うように図１に示されている。いくつかの実施形態においては（図示せず）、接地シールド１４０は、プロセスチャンバ１０４をさらに囲むように、ターゲット１０６の下方に延在し得る。接地シールド１４０は、アルミニウムまたは銅等々の任意の適切な導電性材料を含んでもよい。絶縁ギャップ１３９が、ＲＦエネルギーが接地に直接的に送られるのを防止するために用意される。絶縁ギャップ１３９は、空気、または、セラミックもしくはプラスチック等々の何らかの他の適切な誘電体材料で充填されてもよい。
【００２０】
本発明の実施形態に関して述べてきたが、その基本範囲から逸脱することなく本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を考案することができる。
【図１】
2014525516.tif 000003
【図２Ａ】
2014525516.tif 000004
【図２Ｂ】
2014525516.tif 000005
【国際調査報告】
2014525516.tif 000006
2014525516.tif 000007