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技術 スマートチャンバおよびスマートチャンバ構成要素

出願人 アプライドマテリアルズインコーポレイテッド
発明者 ビンズサイモンニコラスウェストブライアンティーシャウアーロナルドヴァーンジョンソンロジャーエムコックスマイケルエス
出願日 2019年8月5日 (10ヶ月経過) 出願番号 2019-143647
公開日 2019年11月7日 (7ヶ月経過) 公開番号 2019-194365
状態 未査定
技術分野 物理蒸着 CVD
主要キーワード 接地フレーム 遮蔽フレーム バッキング板 視覚識別 寿命限界 高周波識別タグ ターゲット源 処理体積
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年11月7日)のものです。
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図面 (7)

課題

チャンバ内で実行される構成要素またはプロセスの監視識別、および/または制御の測定基準を提供する能力を含むチャンバおよび/またはチャンバ構成要素を提供する。

解決手段

プロセスチャンバは、その上に配置されたチャンバリッドアセンブリを有するチャンバ本体と、チャンバリッドアセンブリに結合された1つまたは複数の監視装置と、チャンバリッドアセンブリに隣接して配置され、1つまたは複数の監視装置と通信する1つまたは複数のアンテナとを含む。

概要

背景

電子装置の製造では、消耗構成要素および/または最終的に複数のサイクル後に交換を必要とする構成要素を有する処理チャンバ内で、多くの熱プロセスが実行される。熱プロセスの中でも特に、エッチングプラズマ化学気相堆積(PECVD)、物理的気相堆積(PVD)、およびアニーリングなど、これらの熱プロセス内で利用される構成要素は、満足のいく安全な動作を保証するために、入念な監視を必要とする。追加として、消耗品の多くは、チャンバ内で効率的かつ/または安全な使用を提供し、最終製品の満足のいく結果を提供するために、特有の基準によって制限される。一例では、いくつかのPVDプロセスは、集積回路およびディスプレイの製造において、スパッタリングターゲットを使用して堆積材料基板上へスパッタリングする。スパッタリングターゲットから基板上への材料のスパッタリングで基板上に薄膜を形成することを容易にするために、スパッタリングターゲットには電磁エネルギー印加される。
しかし、いくつかのスパッタリングターゲットは、特有の電力印加に対して定格化されており、その特有の電力印加は、チャンバが送出することが可能な電力印加とは異なる可能性がある。たとえば、チャンバは、高い電力をスパッタリングターゲットへ送出することが可能であったとしても、特有のスパッタリングターゲットは、基板上での安全な動作および満足のいく堆積を実現するために、チャンバの能力よりはるかに低い電力印加に定格化されている可能性がある。使用者がスパッタリングターゲットに対する定格より大きい電力を利用した場合、基板上で適した堆積を得ることはできない。追加として、スパッタリングターゲットへ送出される電力は、スパッタリングターゲットを損傷する可能性がある。特有のスパッタリングターゲットに対する定格電力印加とチャンバの能力との間の不整合は、チャンバおよび/またはチャンバ内で実行されるプロセスの他の消耗構成要素にも及ぶ可能性がある。

概要

チャンバ内で実行される構成要素またはプロセスの監視、識別、および/または制御の測定基準を提供する能力を含むチャンバおよび/またはチャンバ構成要素を提供する。プロセスチャンバは、その上に配置されたチャンバリッドアセンブリを有するチャンバ本体と、チャンバリッドアセンブリに結合された1つまたは複数の監視装置と、チャンバリッドアセンブリに隣接して配置され、1つまたは複数の監視装置と通信する1つまたは複数のアンテナとを含む。

目的

追加として、消耗品の多くは、チャンバ内で効率的かつ/または安全な使用を提供し、最終製品の満足のいく結果を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

その上に配置されたチャンバリッドアセンブリを有するチャンバ本体と、前記チャンバリッドアセンブリに結合された1つまたは複数の監視装置と、前記チャンバリッドアセンブリに隣接して配置され、前記1つまたは複数の監視装置と通信する1つまたは複数のアンテナとを備えるプロセスチャンバ

請求項2

前記1つまたは複数の監視装置が、前記チャンバリッドアセンブリの構成要素に対する識別情報を含む、請求項1に記載のプロセスチャンバ。

請求項3

前記情報が、固定のデータおよび可変のデータの一方または両方を含む、請求項2に記載のプロセスチャンバ。

請求項4

前記情報が、製造日使用開始日、活動しているプロセス中の時間、高周波印加累積時間、およびそれらの組合せを含む、請求項2に記載のプロセスチャンバ。

請求項5

前記情報が、寿命限界を含む、請求項2に記載のプロセスチャンバ。

請求項6

前記情報が、動作パラメータを含む、請求項2に記載のプロセスチャンバ。

請求項7

前記1つまたは複数の監視装置がそれぞれ、高周波識別装置を備える、請求項1に記載のプロセスチャンバ。

請求項8

前記1つまたは複数の監視装置がそれぞれ、メモリを備える、請求項1に記載のプロセスチャンバ。

請求項9

前記チャンバリッドアセンブリが、マグネトロンおよびスパッタリングターゲットを含む、請求項1に記載のプロセスチャンバ。

請求項10

スパッタリングチャンバのためのスパッタリングターゲットであって、前記スパッタリングターゲットが、前面および裏面を有するバッキング板であって、前記裏面が、互いから隔置された複数の円形の溝、および前記円形の溝を貫通する少なくとも1つの弓形チャネルを有する、バッキング板と、前記バッキング板の前記裏面上の監視装置と、前記バッキング板の前記前面上に取り付けられたスパッタリング板とを備える、ターゲット

請求項11

前記監視装置が、高周波識別タグを備える、請求項10に記載のターゲット。

請求項12

前記監視装置が、前記ターゲットに対する識別情報を含む、請求項10に記載のターゲット。

請求項13

前記情報が、製造日、使用開始日、活動しているプロセス中の時間、高周波印加の累積時間、およびそれらの組合せを含む、請求項12に記載のターゲット。

請求項14

マグネトロンであって、磁石と、前記磁石に隣接して位置決めされたカウンタウエイトと、前記マグネトロンの金属構成要素に結合された監視装置とを備えるマグネトロン。

請求項15

前記監視装置が、前記マグネトロンに対する識別情報を含む、請求項14に記載のマグネトロン。

請求項16

前記情報が、製造日、使用開始日、活動しているプロセス中の時間、高周波印加の累積時間、およびそれらの組合せを含む、請求項15に記載のマグネトロン。

技術分野

0001

本開示の実施形態は、チャンバ内またはチャンバ上の構成要素を監視する能力を有するチャンバ、ならびにそのチャンバ内で実行されるプロセスに関する。より詳細には、伝送受信能力を有する1つまたは複数の一体化された監視装置を有するチャンバおよび/またはチャンバ構成要素に関する。

背景技術

0002

電子装置の製造では、消耗構成要素および/または最終的に複数のサイクル後に交換を必要とする構成要素を有する処理チャンバ内で、多くの熱プロセスが実行される。熱プロセスの中でも特に、エッチングプラズマ化学気相堆積(PECVD)、物理的気相堆積(PVD)、およびアニーリングなど、これらの熱プロセス内で利用される構成要素は、満足のいく安全な動作を保証するために、入念な監視を必要とする。追加として、消耗品の多くは、チャンバ内で効率的かつ/または安全な使用を提供し、最終製品の満足のいく結果を提供するために、特有の基準によって制限される。一例では、いくつかのPVDプロセスは、集積回路およびディスプレイの製造において、スパッタリングターゲットを使用して堆積材料基板上へスパッタリングする。スパッタリングターゲットから基板上への材料のスパッタリングで基板上に薄膜を形成することを容易にするために、スパッタリングターゲットには電磁エネルギー印加される。
しかし、いくつかのスパッタリングターゲットは、特有の電力印加に対して定格化されており、その特有の電力印加は、チャンバが送出することが可能な電力印加とは異なる可能性がある。たとえば、チャンバは、高い電力をスパッタリングターゲットへ送出することが可能であったとしても、特有のスパッタリングターゲットは、基板上での安全な動作および満足のいく堆積を実現するために、チャンバの能力よりはるかに低い電力印加に定格化されている可能性がある。使用者がスパッタリングターゲットに対する定格より大きい電力を利用した場合、基板上で適した堆積を得ることはできない。追加として、スパッタリングターゲットへ送出される電力は、スパッタリングターゲットを損傷する可能性がある。特有のスパッタリングターゲットに対する定格電力印加とチャンバの能力との間の不整合は、チャンバおよび/またはチャンバ内で実行されるプロセスの他の消耗構成要素にも及ぶ可能性がある。

発明が解決しようとする課題

0003

したがって、チャンバ内で実行される構成要素またはプロセスの監視、識別、および/または制御の測定基準を提供する能力を含むチャンバおよび/またはチャンバ構成要素が必要とされている。

課題を解決するための手段

0004

本明細書に開示する実施形態は、1つまたは複数の監視装置を有するプロセスチャンバに関する。監視装置は、データまたは情報の中でも特に、プロセスチャンバの様々な構成要素に対する識別情報を含むことができる。
一実施形態では、プロセスチャンバが提供される。プロセスチャンバは、その上に配置されたチャンバリッドアセンブリを有するチャンバ本体と、チャンバリッドアセンブリに結合された1つまたは複数の監視装置と、チャンバリッドアセンブリに隣接して配置され、1つまたは複数の監視装置と通信する1つまたは複数のアンテナとを含む。
別の実施形態では、スパッタリングチャンバのためのスパッタリングターゲットが提供される。スパッタリングターゲットは、前面および裏面を有するバッキング板であって、裏面が、互いから隔置された複数の円形の溝、および円形の溝を貫通する少なくとも1つの弓形チャネルを有する、バッキング板と、監視装置とを含む。スパッタリングターゲットはまた、バッキング板の前面上に取り付けられたスパッタリング板を含む。
別の実施形態では、マグネトロンが提供される。マグネトロンは、磁石と、磁石に隣接して位置決めされたカウンタウエイトと、マグネトロンの金属構成要素に結合された監視装置とを含む。

0005

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を得ることができる。実施形態のいくつかを添付の図面に示す。しかし、本開示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、本開示の典型的な実施形態のみを示すものであり、したがって本開示の範囲の限定と見なされるべきではないことに留意されたい。

図面の簡単な説明

0006

一実施形態によるプロセスチャンバの横断面図である。
一実施形態によるマグネトロンの正投影図である。
バッキング板上に取り付けられたスパッタリング板を備えるスパッタリングターゲットの一実施形態の断面側面図である。
バッキング板の裏面の斜視図である。
スパッタリング板の前面の上面図である。
スパッタリングターゲットの周辺エッジプロファイルの断面側面図である。

実施例

0007

理解を容易にするために、可能な場合、同一の参照番号を使用して、図に共通の同一の要素を指す。一実施形態に開示する要素は、特別な記述がなくても、他の実施形態で有益に利用することができることが企図される。
図1は、例示的なプロセスチャンバ100(たとえば、物理的気相堆積(PVD)もしくはスパッタリングプロセスチャンバ、または化学気相堆積チャンバ(CVD))を示す。プロセスチャンバ100は、たとえばMEMSの製造中、基板190上の窒化アルミニウム(AlN)材料のスパッタ堆積に適したPVDチャンバとすることができる。しかし、プロセスチャンバ100は、CVDチャンバまたは基板の熱処理に適した他のチャンバとすることができることを理解されたい。
プロセスチャンバ100はチャンバ本体108を含み、チャンバ本体108内に処理体積118が画定される。チャンバ本体108は、側壁110および底部112を有する。プロセスチャンバ100のチャンバ本体108および関連する構成要素の寸法は、制限されるものではないが、概してその中で処理される基板190のサイズより比較的大きい。しかし、任意の適した基板サイズを処理することができるため、プロセスチャンバ100はそれに応じてサイズ設定することができる。適した基板サイズの例には、直径200mm、直径300mm、または直径450mmを有する基板が含まれる。

0008

チャンバ本体108の頂部には、チャンバリッドアセンブリ104が取り付けられる。チャンバ本体108は、ステンレス鋼アルミニウム、または他の適した材料から製造することができる。チャンバ本体108の側壁110を通って、基板アクセスポート138が形成され、プロセスチャンバ100の内外への基板190の移送を容易にする。アクセスポート138は、移送チャンバおよび/または基板処理システムの他のチャンバに結合することができる。
チャンバ本体108内には、基板支持体150が配置される。基板支持体150は、基板支持体150の頂部とチャンバリッドアセンブリ104との間の間隔を制御するように可動とすることができる。一実施形態では、基板支持体150は、静電チャックESC)152を備える。
チャンバ本体108には、処理体積118内へプロセスガスを供給するためにガス源132が結合される。一実施形態では、プロセスガスは、必要な場合、不活性ガス非反応性ガス、および反応性ガスを含むことができる。ガス源132によって提供することができるプロセスガスの例には、それだけに限定されるものではないが、とりわけ、アルゴンガス(Ar)、ヘリウム(He)、ネオンガス(Ne)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、窒素ガス(N2)、酸素ガス(O2)、水素ガス(H2)、アンモニア(NH3)、メタン(CH4)、一酸化炭素(CO)、および/または二酸化炭素(CO2)が含まれる。一実施形態では、ガス源132は、N2およびArをチャンバ体積内へ供給する。

0009

プロセスガスがプロセスチャンバ100内へ導入された後、このガスエネルギーを与えて、プラズマを形成する。プロセスチャンバ100に隣接して、1つまたは複数のインダクタコイルなどのプロセスアンテナ142を設けることができる。アンテナ電源140は、プロセスアンテナ142に給電して、高周波(RF)エネルギーなどのエネルギーをプロセスガスに誘導結合し、プラズマを形成することができる。プラズマは、プロセスチャンバ100内で基板支持体150とリッドアセンブリ104との間に画定されたプロセスゾーン内で形成することができる。別法または追加として、基板190の下にカソードを備え、基板190の上にアノードを備えるプロセス電極を使用して、RF電力を結合し、プラズマを生成することができる。プロセスチャンバ100内の他の構成要素の動作も制御するコントローラ180が、アンテナ電源140の動作を制御することができる。

0010

リッドアセンブリ104は、概して、ターゲット120と、ターゲット120に結合された接地シールドアセンブリ130とを含む。ターゲット120は、PVDプロセス中に基板190の表面上へスパッタリングおよび堆積させることができる材料源を提供する。ターゲット120は、DCスパッタリング中にプラズマ回路のカソードとして働くことができる。リッドアセンブリ104は、処理中にターゲット120からの効率的なスパッタリング材料を向上させるターゲット120の上に取り付けられたマグネトロン102をさらに備えることができる。マグネトロン102は、容易で高速プロセス制御、ならびに調整された膜特性を可能にしながら、基板190中で一貫したターゲット侵食および均一のAlNなどの膜の堆積を確実にする。マグネトロンアセンブリの例には、とりわけ、線形のマグネトロン、蛇行したマグネトロン、螺旋状のマグネトロン、2重指状のマグネトロン、方形化された螺旋状のマグネトロンが含まれる。

0011

プロセスチャンバ100はまた、ターゲット120に結合された監視装置173Aおよびマグネトロン102に結合された監視装置173Bなどの監視装置を含む。監視装置173A、173Bはそれぞれ、データを記憶し、1つまたは複数のアンテナ175を介してコントローラ180との間でデータを伝送し、かつ/またはデータを受信する能力を有する高周波識別(RFID)チップとすることができる。監視装置173A、173Bは、それだけに限定されるものではないが、命令の中でも特に、プロセス方策、チャンバ100内のガス流、電力印加パラメータおよびタイミング、処理中の圧力パラメータ、マグネトロン102に対する回転パラメータに関連するデータを含む命令を、コントローラ180へ伝送することができる。監視装置173A、173Bはまた、コントローラ180からプロセス情報を受信することが可能なものとすることができる。コントローラ180から受信した情報は、監視装置173A、173B内に記憶することができる。別法として、監視装置173A、173Bはそれぞれ、スキャナによって可読のバーコードとすることができる。監視装置173A、173Bはそれぞれ、コントローラと、少なくとも読み取り書き込み動作が可能なメモリとを含むことができる。1つまたは複数のアンテナ175は、監視装置173A、173Bのそれぞれに専用のものとすることができ、または監視装置173A、173Bのそれぞれと共用することができる。アンテナ175は、カバー177の内面直接結合することができ、またはカバー177の内面に結合された(図示せず)上に配置することができる。安全性および保全性の向上として、監視装置173A、173B内に含まれるデータは、固有の手段によって暗号化することができる。暗号化の用途および利益は、監視装置173A、173B内のデータの内容をさらに認証および検証することである。このデータは、構成要素に対する通し番号または他の識別子、構成要素の製造日、構成要素に対する使用開始日、構成要素のプロセス時間、ならびに構成要素に対する安全な耐用寿命およびその使用期限予測するために使用することができる任意の他のデータなどの情報を含むことができる。

0012

監視装置173A、173Bは、チャンバ100内で利用される周波数とは異なる周波数で動作することができる。監視装置173A、173Bの周波数は、極高周波UHF)範囲などの第1の周波範囲または高周波範囲を含むことができ、チャンバ100は、高周波(HF)範囲または超高周波VHF)範囲などの第1の周波範囲より低い第2の周波範囲で動作することが可能である。一例では、監視装置173A、173Bは、約840〜930MHzの範囲内で動作可能とすることができ、チャンバ100は、約400kHz(DC、パルスDC)または13MHzの範囲内(RFバイアス)の周波数で動作する。したがって、周波数が異なることで、チャンバ100の動作からの干渉なく、監視装置173A、173Bの動作が可能になる。監視装置173A、173Bとの間で連続して読み取りかつ/または書き込む必要をなくすことができる。たとえば、一実施形態では、監視装置173A、173Bとの間の読み取りおよび/または書き込みは、基板処理期間の間に実行することができる。これらの期間中、チャンバが基板を処理していないとき、監視装置173A、173Bに問い合わせて、それぞれの構成要素が完全に動作状態であることを検査および/または確認することができ、結果を監視装置173A、173Bへ書き込むことができる。

0013

一例では、基板が処理された後、監視装置173A、173Bに問い合わせることができ、基板が処理された後、クロックおよびカウンタの結果の書き込みによって監視装置173A、173Bを更新することができる。また問い合わせにより、すべてが動作状態であることを確認することができ、別の基板を処理の準備ができていることができる。追加として、この問い合わせ/読み取り/書き込み期間中、基板移送プロセスは、チャンバのダウンタイムをそれほど招かないように実行することができ、スループットは影響を及ぼされない。チャンバ本体108の底部112を通ってポンピングポート192が形成される。処理体積118には、処理体積118を排気して処理体積118内の圧力を制御するために、ポンピング装置194が結合される。

0014

ターゲット120(またはターゲット板)は、プロセスチャンバ100内で形成される堆積層または堆積層の要素に利用される材料から製造することができる。ターゲット120からの材料のスパッタリングを容易にするために、電源144などの高圧電源がターゲット120に接続される。ターゲット120は、シリコン(Si)、チタン(Ti)金属、タンタル金属(Ta)、ハフニウム(Hf)、タングステン(W)金属、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、これらの合金、これらの組合せなどを含有する材料から製造することができる。追加として、処理中のターゲットからの電子放出は、ターゲットのn型またはp型ドーピングによって制御することができる。ターゲット120は、ホウ素(B)などの導電性元素でドープすることができる。一実施形態では、ターゲット120は、Alイオンを生成するためにAl合金を含むことができ、Alイオンは、基板190上の窒素イオンと組み合わさってAlN層を形成する。

0015

ターゲット120は、概して、周辺部分128および中心部分124を含む。周辺部分128は、チャンバの側壁110の上に配置される。ターゲット120の中心部分124は、基板支持体150上に配置された基板190の表面の方へわずかに延びる湾曲を有することができる。ターゲット120と基板支持体150との間の間隔は、約50mm〜約150mmで維持することができる。ターゲット120の寸法、形状、材料、構成、および直径は、特有のプロセスまたは基板要件に合わせて変更することができることに留意されたい。ターゲット120はまた、ともにターゲットを形成する隣接するタイルまたは区分けされた材料を含むことができる。

0016

リッドアセンブリ104の接地シールドアセンブリ130は、接地フレーム106および接地シールド122を含む。接地フレーム106は、ターゲット120をプロセスチャンバ100の他の構成要素から電気的に絶縁することができる。接地シールドアセンブリ130はまた、他のチャンバ遮蔽部材、ターゲット遮蔽部材、暗黒部シールド、および暗黒部遮蔽フレームを含むことができる。接地シールド122は、接地フレーム106によって周辺部分128に結合されて、処理体積118内でターゲット120の中心部分の下に上部処理領域126を画定する。接地フレーム106は、接地シールド122をターゲット120から電気的に絶縁しながら、側壁110を通ってプロセスチャンバ100のチャンバ本体108への接地経路を提供する。接地シールド122は、処理中に生成されるプラズマを上部処理領域126内に拘束し、ターゲット120の閉じ込められた中心部分124からターゲット源材料を取り除き、それによって取り除かれたターゲット源をチャンバ側壁110ではなく基板表面上に主に堆積させることを可能にする。一実施形態では、接地シールド122は、溶接接着高圧圧縮などの当技術分野で知られているプロセスによって、1つもしくは複数の加工物破片および/または複数のこれらの断片のボンディングによって形成することができる。

0017

コントローラ180は、プロセスチャンバ100に結合される。コントローラ180は、中央処理装置(CPU)184、メモリ182、および支持回路186を含む。コントローラ180は、プロセスシーケンスを制御し、ガス源132からプロセスチャンバ100内へのガス流を調整し、ターゲット120のイオン衝撃を制御するために利用される。CPU184は、工業的な環境で使用することができる汎用コンピュータプロセッサの任意の形態とすることができる。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ読み取り専用メモリフロッピー、もしくはハードディスクドライブ、または他の形態のデジタルストレージなどのメモリ182内に記憶することができる。支持回路186は、従来、CPU184に結合されており、キャッシュクロック回路入出力サブシステム、電源などを備えることができる。ソフトウェアルーチンは、CPU184によって実行されるとき、このCPUを、本開示によるプロセスが実行されるようにプロセスチャンバ100を制御する特殊目的コンピュータ(コントローラ)180に変換する。ソフトウェアルーチンはまた、プロセスチャンバ100から遠隔に位置する第2のコントローラ(図示せず)によって記憶および/または実行することができる。ソフトウェアルーチンはまた、監視装置173Aおよび/または173Bから受信したデータによって修正することができる。

0018

処理中、ターゲット120から材料がスパッタリングされ、基板190の表面上に堆積する。ターゲット120および基板支持体150は、ガス源132によって供給されるプロセスガスから形成されるプラズマを維持するように、電源144によって互いに対してバイアスされ、かつ/または接地に対してバイアスされる。プラズマからのイオンは、ターゲット120に向かって加速してターゲット120に当たり、ターゲット120からターゲット材料を取り除く。取り除かれたターゲット材料および反応性プロセスガスはともに、所望の組成物を有する層を基板190上に形成する。RF、DC、もしくは高速スイッチングパルスDC電源、またはこれらの組合せが、スパッタリングされた材料に対するスパッタリング組成および堆積率の精密な制御のために調整可能なターゲットバイアスを提供する。

0019

チャンバ本体108の底部112を通って延びるシャフト164が、持ち上げ機構160に結合される。持ち上げ機構160は、下部の移送位置と上部の処理位置との間で基板支持体150を動かすように構成される。シャフト164にはベローズ162が外接し、基板支持体150に結合されて、それらの間に可撓性の密閉を提供し、それによってプロセスチャンバ100に対する処理体積118の真空完全性を維持する。
上記で論じたように、基板支持体150は、チャック電極158を有する静電チャック(ESC)を含む。ESC152は、逆の電荷の引力を使用して、処理中に誘電体導電基板190との両方を保持しており、DC電源166によって給電される。ESC152は、誘電体本体153内に埋め込まれたチャック電極158を備える。DC電源166は、約200〜約2000ボルトのDCチャッキング電圧をチャック電極158に提供することができる。DC電源166はまた、基板190のチャッキングおよびデチャッキングのために電極DC電流誘導することによってチャック電極158の動作を制御するシステムコントローラ180を含むことができる。

0020

いくつかの実施形態では、層堆積プロセスの異なる段階中の基板190へのバイアス。したがって、ソース154(たとえば、DCおよび/またはRF源)から基板支持体150内のバイアス電極156(またはチャック電極158)へバイアスを提供することができ、その結果、基板190には、堆積プロセスの1つまたは複数の段階中にプラズマ内に形成されたイオンによる衝撃が与えられる。

0021

基板支持体150の周辺領域上にシャドウフレーム136が配置され、ターゲット120からスパッタリングされるソース材料の堆積を基板表面の所望の部分に閉じ込めるように構成される。チャンバ本体108の内壁上にチャンバシールド134を配置することができ、チャンバシールド134は、処理体積118へ内向きに延びるリップを有し、リップは、基板支持体150の周りに配置されたシャドウフレーム136を支持するように構成される。基板支持体150が処理のために上部位置へ引き上げられると、基板支持体150上に配置された基板190の外側エッジが、シャドウフレーム136によって係合され、シャドウフレーム136は持ち上げられて、チャンバシールド134から隔置される。基板支持体150が基板移送アクセスポート138に隣接する移送位置へ下ろされると、シャドウフレーム136は、再びチャンバシールド134上へ設置される。移送ロボットまたは他の適した移送機構による基板190へのアクセスを容易にするために、基板190を基板支持体150の上へ持ち上げるように、リフトピン(図示せず)が基板支持体150を通って選択的に動かされる。

0022

図2は、一実施形態によるマグネトロン200の正投影図である。マグネトロン200は、図1のチャンバ100内で使用可能とすることができる。マグネトロン200は、支持板202、複数のU字状の磁石204、第1の磁極片206、および第2の磁極片208を含む。支持板202は真鍮から作ることができ、磁極片はステンレス鋼から作ることができる。第1の磁極片206は、ループとすることができ、各U字磁石205の一方の端部が、そのループ上に配置される。第2の磁極片208は、板とすることができ、各U字磁石205の他方の端部が、その板上に配置される。磁極片206、208は、共平面とすることができる。一実施形態では、これらの磁石は、円筒形の磁石から作られ、または円筒形の磁石を構成し、主上板は、磁気SST(410合金)であり、底部の磁極片もまた、410から作られる。

0023

図2に示すように、マグネトロン200の外周に位置決めされた監視装置173Bを示す。監視装置173Bは、カウンタウエイト214などのマグネトロン200の金属部材に結合することができる。一実施形態では、監視装置173Bは、RFIDタグ216である。RFIDタグ216は、覆うことができ、セラミック材料被覆することができ、または他の方法で、セラミック材料から作られたハウジングを含むことができる。RFIDタグ216をカウンタウエイト214上へ設置するための可能な取り付け方法には、エポキシポッティングねじ込み式のハウジング、カウンタウエイト214にしっかりと締まるカバー、ばねクリップなどが含まれる。場合により、代替の監視装置も適用可能である。たとえば、貼り付け式のRFIDタグ216またはバーコードタグも同様に使用することができる。一実施形態では、アンテナ175(図1に示す)による可読性を向上させるために、RFIDタグ216の裏側は金属背面に接触または密接する。追加として、アンテナ175(図1に示す)による可読性を向上させるために、RFIDタグ216の周囲に約1mm〜約5mmの間隔をあけることができる。

0024

マグネトロン200の周辺部上の監視装置173Bの位置は、マグネトロン200によってもたらされる磁場からの干渉を最小にする。追加として、図2に示すようにマグネトロン200の上側に監視装置173Bを位置決めすることで、監視装置173Bがアンテナ175(図1に示す)により近接して配置される。

0025

図3〜6は、スパッタリングターゲット300の例示的な実施形態の様々な図である。ターゲット300は、低減された侵食溝および微小亀裂で、スパッタリングされた材料を基板上に堆積させるために、図1のチャンバ100内で使用可能とすることができる。図3を参照すると、一実施形態では、スパッタリングターゲット300は、バッキング板305およびスパッタリング板310を備える。スパッタリング板310およびバッキング板305は、バッキング板としてもスパッタリング板としても働く同じ高純度の材料から作られた単一の構造を構成するモノリスとすることができ、またはともにボンディングされてスパッタリングターゲットを形成する別個の構造とすることができる。スパッタリング板310は、スパッタリング表面320として働く中心の円筒形のメサ315を備え、メサ315の頂面322は、図1のチャンバ100内でのターゲット300の使用中に基板190(図1に示す)の平面に対して平行に維持される。スパッタリング板310は、金属または金属化合物から作られる。たとえば、スパッタリング板310は、たとえば、アルミニウム、銅、コバルト、ニッケル、タンタル、チタン、タングステン、およびこれらの合金から構成することができる。スパッタリング板310はまた、たとえば窒化タンタル窒化タングステン、または窒化チタンなどの金属化合物とすることができる。一変形形態では、スパッタリング板310は、たとえば少なくとも約99.9%、またはさらには少なくとも約99.99%の高い純度レベルでチタンを含む。追加として、LiCo、LiPON、LiPON(B)、酸化バナジウムVOX)のような誘電体材料を、スパッタリング板310の材料として使用することができる。

0026

一変形形態では、スパッタリング板310は、バッキング板305上に取り付けられる。バッキング板305は、スパッタリング板310を支持するための前面324と、スパッタリング板310の半径を越えて延びる環状フランジ326とを有する別個の構造とすることができる。環状フランジ326は、周辺の円形表面を含み、図1のチャンバ100に示す接地フレーム106上に載置される外側フランジ328を有する。接地フレーム106は、バッキング板305をチャンバ100から電気的に隔離および分離しており、典型的には酸化アルミニウムなどのセラミック材料から作られたリングである。

0027

バッキング板305は、高い熱伝導率を有するように、また熱伝達流体をその中で循環させるように選択された材料から作られる。バッキング板305の適度な高さの熱伝導率は、少なくとも約200W/mK、たとえば約220〜約400W/mKである。そのような熱伝導率レベルでは、ターゲット300内に生成される熱を効率的に放散することによって、より長いプロセス期間にわたってターゲット300を動作させることが可能である。一変形形態では、バッキング板305は、銅またはアルミニウムなどの金属から作られる。別の変形形態では、バッキング板305は、たとえば銅−亜鉛ネーバル黄銅)またはクロム−銅の合金などの金属合金を含む。例示的な実施形態では、バッキング板305は、Cr(0.8%)、Cu(96.1%)、Ni(2.5%)、およびSi(0.6%)の成分重量を有する合金であるC18000を含む。バッキング板305はまた、1つまたは複数のボンディングされた板を含む別個の構造とすることができる。バッキング板305は、平坦または皿状とすることができる。
バッキング板305はまた、侵食溝の発生を低減させながらやはり長期間にわたってターゲット300の動作を可能にするのに所望の範囲内の電気抵抗率を有することができる。電気抵抗率は、スパッタリング中にターゲット300を電気的にバイアスしまたは帯電させることを可能にするのに十分なほど低くするべきである。しかし、経路に沿ってターゲット300を通って進むにつれて、渦電流によって生成される熱は、経路に沿って生じる電気抵抗に比例するため、電気抵抗率はまた、ターゲット300内の渦電流の影響を低減させるのに十分なほど高くするべきである。一変形形態では、バッキング板305の電気抵抗率は、約2〜約5マイクロオームセンチメートル(μΩcm)またはさらには約2.2〜約4.1μΩcmである。

0028

例示的なバッキング板305は、銅−クロムを含む金属合金から作られる。銅−クロムの抵抗率は、その温度が600℃を超過するまで変化しない。600℃は、正常のスパッタリングプロセス温度を超過するのに十分なほど高い。一変形形態では、銅−クロム合金の銅とクロムの比は、約80:1〜約165:1である。銅−クロム合金は、重量%で約98.5〜約99.1重量%の銅と、重量%で約0.6〜約1.2重量%のクロムとを含む。銅−クロム合金の熱伝導率は約340W/mKであり、電気抵抗率は約2.2μΩcmである。

0029

一実施形態では、バッキング板305は、前面324の反対に裏面330を含む。裏面330は、同心円状のパターンの円形の溝332(または溝334aおよび334b)と、交差する弓形のチャネル336とを有する。円形の溝332は、リッジ338によって分離することができる。交差する弓形のチャネル336は、交差点における溝332への局部的な水平方向接線に対して60〜90度の範囲の角度で円形の溝332を貫通する。交差する溝は、円形の溝332の連続トレンチ構造を分割して、熱伝達流体が交差点で溝332間を循環することを可能にする。交差する弓形のチャネル336は、円形の溝332の連続トレンチ構造内での熱伝達流体の停滞を大幅に低減させることが分かった。

0030

スパッタリングターゲット300は、図3および図4に示す監視装置173Aを含む。一実施形態では、監視装置173Aは、RFIDタグ216である。一実装形態では、RFIDタグ216は、バッキング板305の環状フランジ326の周辺部内に形成されるポケット356内に配置される。ポケット356は、アンテナ175(図1に示す)による可読性を向上させるために、RFIDタグ216の周囲に約1mm〜約5mmの間隔を配置することができるように、RFIDタグ216の寸法より大きくサイズ設定することができる。RFIDタグ216は、ポケット356内でバッキング板305の金属材料上に取り付けることができる。ポケット356内の金属材料からRFIDタグ216の間隔は、RFIDタグ216の機能性を向上させる。RFIDタグ216は、覆うことができ、セラミック材料で被覆することができ、または他の方法で、セラミック材料から作られたハウジングを含むことができる。RFIDタグ216をバッキング板305の環状フランジ326上へ設置するための可能な取り付け方法には、エポキシポッティング、ねじ込み式のハウジング、ねじ込み式のカバー、ばねクリップなどが含まれる。貼り付け式のRFIDタグ216またはバーコードタグも同様に使用することができる。一実施形態では、アンテナ175(図1に示す)による可読性を向上させるために、RFIDタグ216の裏側は金属背面に接触または密接する。

0031

スパッタリングターゲット300の周辺部上の監視装置173Aの位置は、電磁場からの干渉を最小にすることができる。追加として、図4に示すようにスパッタリングターゲット300の上側に監視装置173Aを位置決めすることで、監視装置173Aがアンテナ175(図1に示す)により近接して配置される。
裏面330を再び参照すると、弓形のチャネル336はまた、図3および図6に示すように、バッキング板305の裏面330に向かって上向きに先細りしている湾曲した先端領域340を有することができる。湾曲した先端領域340は、外側の円形の溝334bの半径付近で始まる。
溝332およびチャネル336は、事前に形成されたバッキング板305の機械加工、たとえば旋盤またはミリングによる切削によって形成することができる。機械加工プロセスでは、隅角における侵食および応力の集中を低減させるために、溝332およびその結果得られるリッジ338の隅角を丸めることもできる。

0032

一変形形態では、スパッタリング板のスパッタリング表面320は、図3〜6に示すプロセス堆積物剥離を低減させるようにプロファイルされる。例示的な実施形態では、スパッタリング表面320の頂面322を、周辺の傾斜した縁342が取り囲む。傾斜した縁342は、スパッタリング表面320の平面322に対して、少なくとも約8度、たとえば約10度〜約20度またはさらには約15度の角度で傾斜している。傾斜した縁342の周りには弓形のリップ348が位置決めされ、弓形のリップ348は、傾斜した縁342から外向きおよび上向きに延びる湾曲部分を含む。湾曲部分は、スパッタリング表面320の平面に対して実質上平行な内向きのレッジ346内で終端し、内向きのレッジ346は、リップ348の周辺エッジ344から内向きに延びる。内向きのレッジ346は、弓形のリップ348の周辺エッジ344から内向きに凹んでいる円筒形の凹んだ側壁350に接続される。内向きのレッジ346はまた、ターゲット300がプロセスチャンバ100内に設置されている間に凹んだ側壁350から剥離して落ちてくるプロセス堆積物を捕獲するための表面を提供する。

0033

凹んだ側壁350は、バッキング板305の環状フランジ326に接続される。環状フランジ326は、スパッタリング表面320の平面に対して実質上平行であり、外側フランジ328を備える。外側フランジ328は、接地フレーム106(図1に示す)上に載置することができ、流体の密閉のためにoリング溝360を含む。環状フランジ326の一部およびターゲット300の側面は、スパッタリングされた材料のより良好な付着力を提供し、これらの表面からの材料の剥離を低減させるために、保護コーティング354で被覆することができる。

0034

一変形形態では、内側のフランジ表面352および凹んだ側壁350は、図4および図5に示すように、保護コーティング354、たとえば、ツインワイアアーク溶射アルミニウムコーティングで被覆することができる。被覆前、内側のフランジ表面352および凹んだ側壁350は、グリースが除去され、200〜300マイクロインチの粗さを実現するために、炭化ケイ素円盤研磨される。コーティング354は、スパッタリング板310の凹んだ側壁350およびバッキング板305の内側のフランジ表面352を覆うように延びる。コーティング354の最終表面粗さは約500〜約900マイクロインチであり、厚さは約5〜約10ミルである。コーティング354は、ターゲット300のエッジを保護し、これらの表面に対するスパッタリングされた材料のより良好な付着力を提供する。

0035

本明細書に記載する実施形態は、ターゲット120またはマグネトロン102の本体に取り付けまたはその中に埋め込むことができる監視装置173A、173Bの形態で、識別装置を提供する。監視装置173A、173Bは、バーコードまたは他の形態の一意視覚識別を含むことができる。監視装置173A、173Bは、一意に識別される高周波装置または他の電子タグ装置を備えることができる。監視装置173A、173Bは、不揮発性メモリ400(図4に示す)を備えることができる。
不揮発性メモリは、ターゲット120またはマグネトロン102に関する情報を記憶するために利用されるビットを含むことができる。この情報は、ターゲット120もしくはマグネトロン102のプロセス限界を一意に識別し、かつ/またはそのようなプロセス限界を含む、固定のデータおよび可変のデータの一方または両方を含むことができる。この情報は、製造日、使用開始日、活動しているプロセス中の時間、RFエネルギー累積時間、および/またはプロセスガス体積をさらに含むことができる。この情報は、ターゲット120およびマグネトロン102に対する予測寿命限界をさらに含むことができる。これらの限界を定義することができ、装置内の他のデータ(履歴データを含むことができる)または外部で記憶される他のデータ(履歴データを含むことができる)と比較することができる。監視装置173A、173B内のデータは、不正な変更および/または無許可閲覧を防止するために、暗号化することができる。

0036

プロセスチャンバ100は、監視装置173A、173B内のデータを使用して、構成要素および/またはプロセスチャンバ100に対する安全な動作限界確立することができる。安全な動作限界には、それだけに限定されるものではないが、最大RF電力、適合しているプロセスおよびプロセス材料、適合している処理工具、ならびに工具および操作者の安全性およびプロセス均一性を向上させるために使用することができる他の情報が含まれる。

0037

本明細書に記載する実施形態は、一実施形態では最高4つの独立したアンテナ175を読み取ることが可能な処理システムメインフレームに対するRFIDリーダモジュールを含む。各アンテナ175は、PVDチャンバ源(リッド)の周辺部の上に位置決めすることができ、それにより各アンテナ175は、ターゲット120の縁の中に設置された監視装置173Bおよび回転するマグネトロン102上に位置する監視装置173Aからのデータを送信および受信することが可能になる。コントローラ180内のソフトウェアは、各堆積前もしくは各堆積後、またはシステム休止されている任意の時点で、ターゲット120内の監視装置173Aを読み取ることができる。同様に、監視装置173Bは、各堆積前もしくは各堆積後、またはシステムが休止されている任意の時点で、コントローラ180のソフトウェアによって読み取ることができる。

0038

情報は、指定の動作寿命を有する構成要素の使用を記録するために、間隔をあけて、監視装置173A、173Bから読み取ることも、監視装置173A、173Bへ再び書き込むこともできる。たとえば、ターゲット120上の監視装置173Aは、各堆積プロセスを記録して、どれだけ多くの追加の堆積プロセスが利用可能であるかを(コンピュータスクリーンを介して)作業員通知することができる。監視装置173A、173Bはまた、識別の目的で使用することができ、ならびにプロセス方策データおよび処理制限を含むことができる。たとえば、ターゲット120の電力定格をコントローラ180に通信して、電力印加をその定格範囲内に制限するようにコントローラ180に命令することができる。

0039

部品番号および通し番号などの情報以外のデータは、使用限界不注意または故意で修正される可能性をなくすために、暗号化することができる。次いで、監視装置173A、173Bを有する構成要素が承認されたことがコントローラ180によって検出されたことを使用して、チャンバおよび/または基板を保護するために普通なら除外されうるより高電力の堆積方策の適用を可能にすることができる。たとえば、構成要素が高電力の動作に対して承認されたことが識別されない場合、プロセスチャンバ100がそれでもなお機能することを可能にすることができるが、識別された構成要素に対して許容できることが分かっている電力レベルでしか機能することができない。チャンバ内のRFIDタグの使用の結果は、試験で証明されている。安全性および保全性の向上として、RFIDチップ内に含まれるデータは、固有の手段によって暗号化することができる。
上記は本開示の実施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施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。

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