(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）内部に配置されたシールドを有するチャンバと、
ｂ）前記チャンバ内に配置されると共に前記シールドによって囲まれた電気伝導性コイルと、
ｃ）前記シールド上の前記電気伝導性コイルを支持する支持アセンブリとを備え、
前記支持アセンブリは、
ｉ）熱伝導性誘電部材と、
ｉｉ）前記電気伝導性コイルと前記熱伝導性誘電部材との間に配置された第１の電気伝導性部材と、
ｉｉｉ）前記熱伝導性誘電部材と前記シールドとの間に配置された第２の電気伝導性部材とを有する、基板処理装置。
【請求項２】
前記支持アセンブリと前記電気導電性コイルとの間に配置された第１の部分と、前記第１の電気伝導性部材を少なくとも囲む第２の部分とを有する、内部カップと、
前記シールドに結合されており、且つ、前記第２の電気伝導性部材を少なくとも囲む部分を有している外部カップとをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ａ）内部に配置されたシールドを有するチャンバと、
ｂ）前記チャンバ内に配置されると共に前記シールドによって囲まれた電気伝導性コイルと、
ｃ）前記シールド上の前記電気伝導性コイルを支持する支持アセンブリとを備え、
前記支持アセンブリは、
ｉ）熱伝導性誘電部材と、
ｉｉ）前記電気伝導性コイルと前記熱伝導性誘電部材との間に配置された第１の電気伝導性部材と、
ｉｉｉ）前記熱伝導性誘電部材と前記シールドとの間に配置された第２の電気伝導性部材と、
ｉｖ）前記第１の電気伝導性部材及び前記第２の電気伝導性部材のうち一つを少なくとも囲む部分を備えるカップとを有する、基板処理装置。
【請求項４】
前記カップは、前記支持アセンブリと前記電気導電性コイルとの間に配置された第１の部分と、前記第１の電気伝導性部材を少なくとも囲む第２の部分とを有する、内部カップである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記シールドに結合されており、且つ、前記第２の電気伝導性部材を少なくとも囲む部分を有している外部カップをさらに備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記支持アセンブリは、共に接合された少なくとも２つの部分を含む、請求項１又は３に記載の装置。
【請求項７】
前記部分は、前記熱伝導性誘電部材と、前記第１及び第２の電気伝導性部材の少なくとも一方とを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記電気導電性コイル、前記支持アセンブリ及び前記シールドを貫通して配置された締め具を更に備える、請求項１又は３に記載の装置。
【請求項９】
前記熱伝導性誘電部材は、
基本的に窒化アルミニウム及び酸化ベリリウムで構成されるグループから選択される物質を含み、
少なくとも９０ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／ｍ・Ｋ）の熱伝導係数値と、少なくとも１０１４キロボルト／ミリメーター（ｋＶ／ｍｍ）の絶縁耐力値とを有する、請求項１又は３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板処理の装置と方法に関する。特に、基板処理チャンバに熱を分散するための、熱伝導性および電気絶縁性部材を有する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サブクオータ・ミクロンのマルチレベル・メタライズ法は、集積回路（ＩＣ）の、次世代超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）のための主用技術を代表する１つである。回路密度の増加に伴い、バイアス、コンタクト、およびその他の特徴が０．２５μｍ以下に縮小する一方で、誘電層の厚さはほぼ一定に保たれ、その結果、特徴に対するアスペクト比、すなわち、その高さを幅で割ったものは増大する。従来の多くの堆積処理で、アスペクト比が４：１を越える場合、特に１０：１に近い場合には、構造に充填することが困難である。
【０００３】
高アスペクト比特徴への堆積を達成するため、１つの方法では、イオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）処理として知られる高圧物理的気相成長法（ＰＶＤ）を用いる。一般にＩＭＰ処理は、アスペクト比の高い構造上に、良好な底面被覆率を持った高方向性の堆積を提供する。図１は、典型的なＩＭＰチャンバ１０の概略図であり、チャンバ１０内には、支持体３０によってコイル２２が支持されている。通常、ヘリウムやアルゴンなどの処理ガスがチャンバに注入され、電源装置１２によってターゲット１４にバイアスがかけられて、ターゲットと、基板１８を支持している基板支持体１６との間に、処理ガスイオンのプラズマ１３が生成される。イオンはターゲットに衝撃を与え、ターゲットの物質をスパッタする。スパッタされたターゲット物質のいくつかは、基板方向に向う。第２の電源装置２０が、ターゲット１４と基板１８の間に置かれたコイル２２に電源を供給する。コイルはプラズマ濃度を増加させ、コイルと強度を増したプラズマによって発生した磁場を横切る、スパッタされた物質をイオン化する。第３の電源装置２４が基板にバイアスをかけ、スパッタされた物質のイオンを高い方向性で基板表面に引き付けることによって、基板内の高アスペクト比の特徴はより上手く充填される。クランプ・リング２６が基板周辺に配置され、基板を正しい位置に保つ。シールド２８がチャンバの側壁とスパッタされた物質の間に配置され、チャンバ側壁にスパッタされた物質が堆積するのを避ける。シールド２８は導電性があり、通常アルミニウムで作られ、接地されており、またコイル２２は導電性があり電源供給されているので、２つの構成要素間の電気絶縁性は、通常、電気絶縁性支持体３０によるのが望ましい。
【０００４】
図１の典型的な支持体３０の詳細が、図２に示されている。コイル２２は、コイルの雌ねじピン３６と、雄ねじ３２を持つシールド２８近くのスクリュー３４との組み合わせによって、シールド２８に取り付けられる。処理中、コイルもプラズマ・イオンによってスパッタされるので、一般にコイルは銅など、ターゲットと同じ物質から作られる。ピンとスクリューは、通常酸化アルミニウム（アルミナ）で作られる絶縁性の支持迷路４０によってシールドから隔てられている。アルミナの迷路は、電気絶縁性かつ熱遮断性である。支持体３０の内部表面を支持体近くでスパッタされた物質から保護するため、内部カップ４２がコイルと支持迷路の間に置かれる。内部カップはプラズマ・イオンにさらされるため、一般に内部カップもまた、コイルと同じ物質から作られる。外部カップ４４がボルト４６ａ、４６ｂによってシールドに取り付けられ、内部カップの外周の一部を取り巻いて、支持体３０の内部表面に堆積するスパッタ物質を減少する。外部カップ４４は一般にステンレス・スチールなどの導電性物質から作られる。内部カップ、支持迷路、およびシールドとコイル間の外部カップとのアセンブリは、スクリュー３４とピン３６による位置に保持される。絶縁性セラミック・キャップ４８がスクリュー３４を保護し、チャンバ表面とスクリュー３４を隔離する。
【０００５】
チャンバの発熱性、特にプラズマ発生のために電圧を加えられるコイル内の発熱性は、基板処理および生成される膜に不利な効果をもたらすことが発見されている。熱が、コイルなど構造要素を変形させる原因となり、それによってプラズマ密度やその形が変化する可能性がある。温度上昇はまた、コイル温度の変化にともなってスパッタ速度が変化する原因ともなりうる。上昇した温度によって、コイルを過熱することなくコイルに与えることのできる電力量が、制限される可能性もある。熱は、ヒートシンクに取り付けられた導電性要素全体に分散され得ることが知られている。しかし、熱をヒートシンクに導く典型的な導電性物質には電気導電性があり、コイルや他の電気絶縁性要素の適正に機能する能力に対して不利に働くことがある。
【０００６】
さらに熱分散は、真空条件の下では、構造要素のボルト締めやクランプなどの通常の付属品によって妨害される。真空条件では、隣接する表面の間で熱を伝達する分子がほとんどない。研磨表面であっても、拡大すると表面には不規則面が見られる。２つの表面をボルトやクランプで締め合わせると、両表面間の界面をわたって熱伝達がおこなわれるのは、直接に接触している微視的表面に限られ、２表面の非接触部分間は、真空条件の下では空間を占める分子がないため、熱伝達は妨げられる。通常、界面の数が多いほど伝導性に対する抵抗が増加する。典型的な支持体３０はいくつかの表面を持ち、これにより熱伝達が妨害される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、特に真空条件において、コイルやヒートシンクなどのチャンバ要素間の熱伝導性を上昇することにより、熱による負荷をより容易に分散させ、なおチャンバ要素に対して電気的な絶縁性を提供する必要が残されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は一般に、過熱された部材に連結され、過熱された部材からの熱分散を図る熱伝導性かつ電気絶縁性の部材を有する、基板処理装置を提供する。本発明の好適実施形態では、ＩＭＰ反応チャンバ内の、電気絶縁コイルの熱伝導性により熱分散が図られる。
【０００９】
本発明は、１様態においてチャンバ、電気伝導性部材、および電気伝導性部材を支持する熱伝導性かつ電気絶縁性支持体を備え、熱伝導性かつ電気絶縁性支持体が少なくとも９０ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／ｍ・Ｋ）の熱伝導係数値と少なくとも１０14キロボルト／ミリメーター（ｋＶ／ｍｍ）の電気抵抗の指標である絶縁耐力値を持つ要素からなる、基板処理装置を提供する。別の様態において、本発明は、チャンバ、チャンバ付近の電気伝導性部材、および電気伝導性部材を支持する熱伝導性かつ電気絶縁性支持体を備え、支持体には基本的に窒化アルミニウムと酸化ベリリウムで構成するグループから選択される要素が含まれる、基板処理装置を提供する。別の様態において、本発明は、セラミックおよびセラミックに接合された金属伝導体を含む基板処理装置を提供する。本発明はまた、基板処理チャンバを冷却する方法も含んでおり、チャンバを提供するステップ、チャンバ内の電気伝導性部材を熱伝導性および電気絶縁性の接合部材によって支持するステップと、電気伝導性部材からチャンバまでの１つ以上の接合された支持接続を通る、少なくとも１つの熱流路を提供するステップとを備える。別の様態において、本発明は、少なくとも９０W／m・Ｋの熱伝導係数値と、少なくとも１０14ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力値を持つ半導体セラミックを含む、基板処理装置用支持体を提供する。さらに別の様態では、本発明は、基本的に窒化アルミニウムと酸化ベリリウムで構成するグループから選択される、半導体セラミックを含む、基板処理装置用支持体を提供する。
【００１０】
上に述べられた特徴、利点および本発明の目的の達成と詳細な理解のため、添付図面に示す実施形態を参照することにより、上に簡潔にまとめられた本発明のより具体的な説明が得られる。
【００１１】
しかしながら添付図面は本発明の典型実施形態のみを説明するものであり、したがってその範囲を制限するものとは考えられず、本発明は効果の等しいその他の実施形態を認め得るものである点に注意する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図３はＩＭＰチャンバ１００の略断面図であり、別のチャンバ要素からコイルなど、電気伝導性部材の電気的絶縁に利するため、本発明の支持体が使用されている。ＩＭＰ  ＶＥＣＴＲＡTMチャンバとして知られる、イオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）処理チャンバは、カリフォルニア、サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．から入手可能である。ＩＭＰチャンバはＥｎｄｕｒａ（登録商標）プラットフォームに統合可能であり、これもＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．から入手可能である。チャンバ１００は側壁１０１、リッド１０２、および底部１０３を含む。リッド１０２には、ターゲット支持プレート１０４が含まれ、堆積される物質のターゲット１０５を支持する。チャンバ１００の開口部１０８は、チャンバへ基板１１０を渡し、またチャンバから基板１１０を取り出すロボット（図示されない）に対し、通路を提供する。基板支持体１１２は基板１１０を支持し、通常接地されている。基板支持体はリフト・モータ１１４上に備えられ、リフト・モータ１１４は基板支持体１１２とその上に置かれた基板１１０を上下する。チャンバ内にはリフト板１１６がリフト・モータ１１８に連結されて備えられ、基板支持体に取り付けられたピン１２０ａ、１２０ｂを上下する。これらのピンが基板１１０を基板支持体１１２の表面に対して上げ下げする。基板支持体１１２とターゲット１０５の間にコイル１２２が備え付けられ、チャンバに誘導磁場を供給してターゲット−基板間のプラズマ生成、およびその維持を補助する。コイルによってスパッタ物質をイオン化するプラズマの密度が高まる。イオン化された物質は、次に基板の方向に向けられ基板上に堆積される。シールド１２４がチャンバの壁をスパッタ物質から保護するためにチャンバ内に配置されている。シールドはまたコイル１２２を本発明の支持体５０を介して支持している。支持体５０はコイル１２２を、シールド１２４とチャンバ１００から電気的に絶縁している。クランプ・リング１２８はコイル１２２と基板支持体１１２の間に取り付けられており、基板が処理位置まで上昇しクランプ・リングの低部分が噛み合わされる際に、基板の外縁および裏面をスパッタ物質から保護する。チャンバの構成によっては、基板がシールドの下まで下降されて基板搬送が可能な場合、シールド１２４がクランプ・リングを支持するものもある。
【００１３】
３つの電源供給装置がこのタイプの誘導結合形スパッタリング・チャンバの中に使用される。電源供給装置１３０はエネルギーを静電結合するＲＦ電源またはＤＣ電源のいずれかをターゲット１０５に分配し、処理ガスにプラズマを形成させる。ターゲット板１０４の後ろに配置された磁石１０６ａ、１０６ｂはスパッタ効率を増加するために、ターゲット付近のプラズマ濃度を上昇する。好ましくはＲＦ電源である電源１３２が、ＭＨｚレンジの電力をコイル１２２に供給しプラズマ濃度を増加する。ＲＦ電源もしくはＤＣ電源のいずれかである別の電源１３４が、プラズマに関して基板支持体１１２にバイアスをかけ、基板に向けてイオン化されたスパッタ物質の方向性誘引を与える。
【００１４】
アルゴンやヘリウムの不活性ガスなどの処理ガスが、質量流量制御装置１４２、１４４によって計量されながら、それぞれガス源１３８、１４０からガス注入口１３６を通ってチャンバ１００へ供給される。真空ポンプ１４６が排気ポート１４８でチャンバに接続されており、チャンバを排気しチャンバ内を望ましい圧力に維持する。
【００１５】
制御装置１４９は電源供給装置、リフト・モータ、ガス注入のための質量流量制御装置、真空ポンプ、および他の関連するチャンバ要素の機能を制御する。制御装置１４９は、好ましくはプログラム可能なマイクロプロセッサを備え、メモリに格納されたシステム制御ソフトウェアを実行し、好適実施形態ではメモリはハードディスク・ドライブであり、また制御装置１４９はアナログおよびデジタル入出力ボード、インターフェースボード、およびステッピング・モータ制御ボード（図示されない）を含み得る。制御装置１４９はチャンバ要素への電力を制御し、オペレータによるモニターおよびチャンバの操作を可能とするパネルを含む。一般に光および／または磁気センサ（図示されない）が、可動機構アセンブリの位置を移動し決定する。
【００１６】
図４と図５を参照してより詳細に記述される、本発明の支持体５０がコイル１２２に対して電気的絶縁を提供し、さらにまた基板処理チャンバ１００内で発生した熱に対するコイル１２２からの熱伝導性を提供する。物質の選択は熱伝導性と電気的絶縁性を併せて可能である。ろう付けなどの接合により要素間の積極的な接合を可能にすることにより、ボルト接続やクランプ接続による従来の取り組み程に、真空状態下における要素の界面間で熱伝達が制限されることがない。接続数を制限して界面の数を最小限にすることにより、さらなる利益がもたらされる。
【００１７】
図４は、本発明に基づく、たとえばコイル５２などの電気伝導性部材を支持する電気絶縁性および熱伝導性支持体５０の略部分断面図である。コイル５２は、ねじ山５７を有するスクリュー５６と連結された、雌ねじピン５４によりシールド２８に取り付けられる。１実施形態ではコイルはターゲットと同じ物質、たとえば銅で作られる。内部カップ５８がコイルと内部伝導体６０の間に配置され、支持体５０の内部表面をプラズマから保護する。内部カップはプラズマイオンにさらされるので、一般に内部カップもコイルと同じ物質から作られる。内部伝導体６０は導電性でかつコイル５２および内部カップ５８と同じ物質で作ることができ、コイル５２からの熱伝達を助ける。
【００１８】
誘電要素６２は内部伝導体６０とシールド２８に向けた間に配置される。誘電要素６２は、好ましくは電気絶縁性かつ熱伝導性物質である。好適な物質の１つが窒化アルミニウムである。他に酸化ベリリウムも可能である。両物質とも、少なくとも９０ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／ｍ・Ｋ）の熱伝導係数値と少なくとも１０14キロボルト／ミリメーター（ｋＶ／ｍｍ）の電気抵抗の指標である絶縁耐力値を示す。ここに指定された電気的および熱的特性を有する他の物質もまた適当であろう。外部伝導体６４が誘電要素６２から外側に配置されて、シールド２８に噛み合い、シールド２８に熱エネルギーを伝達できる。外部伝導体６４は銅などの導電性物質で作られ、内部伝導体６０と同じ物質にすることが可能である。
【００１９】
このように、１様態において、２つの伝導体６０、６４と熱伝導性誘電要素６２が、コイル５２とシールド２８の間で熱エネルギーを伝達し、同時に誘電要素６２はコイル５２とシールド２８の間に電気的絶縁を提供する。好ましくは、伝導体６０、６４のうち少なくとも１つと誘電要素６２とを接合することによって、熱伝導性がさらに向上する。上述のように、通常の基板処理の真空状態は、ボルト接続やクランプ接続された界面を含む界面間の熱伝達を阻害する。本発明は、伝導体６０、６４のうち少なくとも１つと誘電要素６２とを接合することによって、熱伝導性を向上する。接合はろう付け、はんだ付け、あるいは他に知られる２つの要素を接合する方法によって実現可能である。接合することによって、真空状態と物理的なクランプタイプの接続によりもたらされる界面効果が減じられる。好ましくは、外部伝導体６４と誘電要素６２が接合部６３でろう付けされる。図示の実施形態では、内部伝導体６０は誘電要素６２に接合されて図示されていないが、そのような接続により熱伝導性をさらに向上させる実施形態も可能である。同様に、内部カップ５８をコイル５２に、外部伝導体６４をシールド２８に接合する実施形態も可能である。図示の実施形態で外部伝導体６４と誘電要素６２の接合が不足しているのは、アセンブリと保守の実際上の考慮が反映されている。
【００２０】
ねじ要素６８、７０によりシールド２８に取り付けられる外部カップ６６は、内部カップ５８の外周の一部を取り囲んで支持体５０の内部表面にスパッタ物質が堆積するのを減少し、一般にステンレス・スチールなどの導電物質で作られる。シールド２８の外に配置されるスクリュー５６のスクリュー・ヘッドがクランプ７２に噛み合って、シールド２８のスクリュー５６とコイル５２のピン５４間の様々な要素を押しつける補助をする。クランプ７２が導電性である場合、クランプ７２とシールド２８の間に配置されるクランプ絶縁物７４によってシールド２８からクランプ７２を絶縁することが望ましい。スクリュー５６が非導電性である場合、このような絶縁物は不要である。図示の実施形態では、クランプ７２は電気伝導性でありシールド２８全体に延伸し、ライナー７６によりシールド２８から電気的に絶縁されている。クランプ７２が非導電性である場合、このような電気絶縁物はやはり不要である。アルミナなどの絶縁物質で作られる絶縁性セラミックのキャップ７８が、スクリュー５６および／またはその他の導電性要素を保護しチャンバ表面から絶縁する。
【００２１】
図５は支持体５０の、別の実施形態の略断面図である。この実施形態では、コイル８２が図４に示される内部伝導体６０と内部カップ５８を含み、それによって、これら要素にわたり界面なく連続した熱伝達がもたらされる。誘電要素８６がコイル８２とシールド２８の間に配置される。誘電要素８６は図４に示す誘電要素６２と同じ物質によって作ることが可能である。コイル８２と誘電要素８６は、セラミックワッシャ８０と誘電要素８６を通るねじ８３によってシールド２８と連結し、コイル８２のねじ穴８４に入る。支持体５０はセラミックキャップ７８によってシールド２８上に保護される。支持体５０のこの実施形態によってコイルとシールド間の界面数が減少する。
【００２２】
図６は、従来技術の支持体３０と本発明の支持体５０を用いて、図３に示される典型的なコイル１２２の温度を比較して得られた試験結果を示すものである。各支持体をコイル１２２に連結されるチャンバに取り付けて、処理を開始した。過渡的なコイル温度が、多数の堆積サイクルにわたり増加的に測定された。これら試験に使用された処理方法は、以下の通りであった。約２０００ワット（Ｗ）のＤＣ電力をターゲットに与えてプラズマを発生した。約２０００ＷのＲＦ電力をコイル１２２に与えてプラズマ濃度を増し、プラズマを横切るスパッタされたターゲット物質をイオン化した。負荷サイクルは約５０％、すなわちコイルに電力が与えられる時間とコイルに電力が与えられない時間は、ほぼ等しかった。基板１１０をバイアスしてイオン化されたスパッタ物質を基板１１０に引きつけるため、約３５０ＷのＤＣ電力が基板支持体１１２に与えられた。チャンバ圧力は約２０ｍＴｏｒｒに維持された。
【００２３】
図６に示す上の線１５０は従来技術の支持体３０のコイル温度を表す。コイル温度は約８０堆積サイクル以後、約６００℃に上昇した。これに対し、下の線１５４は本発明の支持体５０のコイル温度を表している。下の線１５４は、約４０堆積サイクル以後にコイル温度が約４００℃の温度まで上昇し、約１２５堆積サイクルの間、この温度を維持したことを示している。したがって、本発明の支持体５０は通常の従来技術による支持体３０よりも低いコイル温度を与え、より早く確定した。より低いコイル温度は、処理開始からコイルの温度の変化がより少ないことから、基板処理に安定性を与え、その結果コイルやプラズマの歪みが少なくなる。またその他の試験によって、シールド１２４の温度がわずかに約５０℃上昇し、約２００℃の温度になることが示され、確かに支持体５０がシールド１２４により多くの熱を伝え、コイル１２２を避けることを示している。
【００２４】
前述は本発明の好適実施形態に向けられているが、他のまたはさらなる実施形態が、本発明の基本的範囲および以下の請求項により定められる本発明の範囲から逸脱することなく考案され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】支持体により支持されたコイルを用いる、典型的な処理チャンバの図である。
【図２】図１の支持体の詳細を示す、略部分断面図である。
【図３】電気的に絶縁された部材と本発明の支持体が使用可能な、チャンバの略断面図である。
【図４】本発明による電気的に絶縁された部材を支持する支持体の略部分断面図である。
【図５】本発明による電気的に絶縁された部材を支持する支持体の、別の実施形態の略部分断面図である。
【図６】従来技術の支持体と本発明の支持体間の、コイル処理温度の変化を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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