JP7277609B2 - ガス流システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、装置に関し、より詳細には、ガス流システムに関する。

集積回路（ＩＣ）は、トランジスタ、キャパシタ、およびレジスタなどの百万個以上の微小電子デバイスを含むことができる。現代のＩＣは、処理チャンバ内でスパッタリング堆積などの多数のステップを使用して製造される。スパッタリング堆積とは、スパッタリングによる薄膜堆積の物理的気相堆積（ＰＶＤ）方法である。これは、ターゲットからシリコンウエハなどの基板上へ材料を放出することを伴う。ターゲットから放出されたスパッタリング原子は、典型的には最大数十ｅＶまでの幅広いエネルギー分布を有する。スパッタリングされたイオンは、ターゲットから直線で弾道的に飛行し、処理チャンバ内の基板、処理チャンバの壁、または処理チャンバの他の構成要素に強く衝突することができる。

スパッタリングは、ＩＣ処理において様々な材料の薄膜を堆積させるために、半導体産業で広く使用されている。光学応用例の場合、ガラス上の薄い反射防止コーティングもスパッタリングによって堆積される。スパッタリングは、使用される基板温度が低いため、薄膜トランジスタのためのコンタクト金属を堆積させるのに理想的な方法である。別のよく知られたスパッタリングの応用例は、２重ガラス窓アセンブリで使用されるガラス上の低放射率コーティングである。このコーティングは、銀および酸化亜鉛、酸化スズ、または二酸化チタンなどの金属酸化物を含有する多層である。

ただし、ターゲットへのプロセスガスの供給のために高いガス圧力が必要であるが、所望の膜の化学量論および完全性を維持するために、基板の表面では低圧を維持しなければならない。当技術分野における現在のガス流システムは、ターゲットにおいて高いガス圧力を提供するように設計されているが、基板では低いガス圧力も提供するように装備されていない。むしろ、当技術分野における現在のガス流システムは、スパッタリングからの所望の膜成長の妨げになる高いガス圧力を基板でも維持する。加えて、多くのガス流システムは、非常に高圧で維持されており、圧力を抜くための容易な方法はなく、高いプロセスガス圧力によって引き起こされる応力のため、ガス流システムの構成要素に構造的損傷が生じる。

したがって、処理チャンバの一部分で高圧を維持しながら、同時に同じチャンバの異なる部分で低圧を維持することができるガス流システムが必要とされている。

一実施形態では、ガス流源に流体的に結合可能な１つまたは複数のガス入口と、１つまたは複数のガス出口と、ガス流領域と、低圧領域と、第１の板と第２の板との間の間隙を介してガス流領域に流体的に結合された高圧領域とを含むガス流システムが提供される。低圧領域は、１つまたは複数のガス出口に流体的に結合される。ガス流領域は、１つまたは複数のガス入口および１つまたは複数のガス出口に流体的に結合される。第１の板は、ガス流領域を高圧領域から分離する。

別の実施形態では、ガス流システムおよび可動基板支持体を含む処理システムが提供される。ガス流システムは、ガス流源、１つまたは複数のガス入口、１つまたは複数のガス出口、ガス流領域、低圧領域、および高圧領域を含む。低圧領域は、１つまたは複数のガス出口に流体的に結合される。１つまたは複数のガス入口は、ガス流源に流体的に結合される。ガス流領域は、１つまたは複数のガス入口および１つまたは複数のガス出口に流体的に結合される。高圧領域は、第１の板と第２の板との間の間隙を介してガス流領域に流体的に結合される。第１の板は、ガス流領域を高圧領域から分離する。可動基板支持体は、低圧領域に配置される。可動基板支持体は、運動経路に沿って動くように構成される。

別の実施形態では、ガス流システムと、可動基板支持体と、開孔が貫通する上部パネルと、１つまたは複数のチャンバ壁と、チャンバ底部とを含む処理チャンバが提供され、内部体積は、上部パネル、１つまたは複数のチャンバ壁、およびチャンバ底部によって少なくとも部分的に囲まれている。ガス流システムは、ガス流源、１つまたは複数のガス入口、１つまたは複数のガス出口、ガス流領域、低圧領域、および高圧領域を含む。低圧領域は、１つまたは複数のガス出口に流体的に結合される。１つまたは複数のガス入口は、ガス流源に流体的に結合される。ガス流領域は、１つまたは複数のガス入口および１つまたは複数のガス出口に流体的に結合される。間隙は、ガス流領域を高圧領域に流体的に結合する。可動基板支持体は、支持構造と、支持構造に接続されたロボットアームと、ロボットアームに接続されたロボットアクチュエータとを含む。支持構造は、基板支持体表面と、基板支持体表面を取り囲むリングと、ハローとを含む。ロボットアクチュエータは、ロボットアームおよび支持構造を運動経路に沿って動かすように構成される。上部パネルは、高圧領域を低圧領域から分離する。間隙は、上部パネルと側板との間に形成され、側板は、ガス流領域を高圧領域から分離する。開孔は、高圧領域を低圧領域に流体的に結合する。可動基板支持体は、内部体積に配置される。内部体積は、低圧領域を収容する。

ターゲット付近の高圧領域は、所望の材料が基板にスパッタリングされるように、プロセスガスとターゲットとの間の適切な相互作用にとって所望の圧力を可能にする。基板付近の低圧領域は、所望の膜成長を妨げるプロセスガスと基板との間の望ましくない相互作用を防止する。

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、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した実施形態のより具体的な説明を得ることができ、実施形態のいくつかは、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施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施形態のみを示し、したがって本開示の範囲の限定であると見なされるべきではないことに留意されたい。

一実施形態による処理プラットフォームの概略上面図である。 一実施形態による処理チャンバの等角上面側面図である。 一実施形態によるチャンバ本体の等角上面側面図である。 一実施形態による図１Ｂの処理チャンバの概略側面図である。 一実施形態による半導体特徴内の材料の堆積を示す図である。 一実施形態による半導体特徴内の材料の堆積を示す図である。 一実施形態によるソース内に設置されるシールドキットの部分断面図である。 一実施形態による側板の底端と上部パネルの頂面との間の間隙内に形成された蛇行経路の拡大図である。

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。さらなる記載がなくても、一実施形態の要素および特徴を他の実施形態にも有益に組み込むことができることが企図される。

本明細書に提供する本開示の実施形態は、プロセスチャンバの高圧領域で高圧を維持しながら、プロセスチャンバの低圧領域で低圧を維持するガス流システムを含む。どちらの領域も、ガス流領域に流体的に結合される。プロセスチャンバ部品間の間隙は、ガス流領域と高圧領域との間のガス流を可能にしながら、望ましくない堆積がガス流領域に到達することは可能にしない。真空ポンプが、プロセスガスと基板との間の望ましくない化学反応が最小になるように、基板が配置される低圧領域で低圧を維持する。高圧領域内のターゲットのプロセスガスは、ターゲットからの材料が基板表面へスパッタリングされるように、プロセスガスとターゲットとの間の所望の相互作用を可能にする。本明細書に提供する本開示の実施形態は、それだけに限定されるものではないが、スパッタリングプロセスチャンバ内のガス流システムにとって特に有用となりうる。

本明細書では、「約」という用語は、公称値から±１０％の変動を指す。本明細書に提供するいずれの値にも、そのような変動を包含することができることを理解されたい。

図１Ａは、一実施形態による処理プラットフォーム１００の概略上面図を示す。図示のように、処理プラットフォーム１００は、第１の移送チャンバ１０２および第２の移送チャンバ１０４と、第１の移送チャンバ１０２および第２の移送チャンバ１０４にそれぞれ位置決めされた伝達ロボット１０６、１０８と、第１の移送チャンバ１０２および第２の移送チャンバ１０４に配置された処理チャンバ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１３０とを含む。第１の移送チャンバ１０２および第２の移送チャンバ１０４は、隣接する処理チャンバ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１３０と連係する中央真空チャンバである。第１の移送チャンバ１０２および第２の移送チャンバ１０４は、通過チャンバ１２０によって分離されており、通過チャンバ１２０は、冷却または事前加熱チャンバを含むことができる。通過チャンバ１２０はまた、基板の取扱い中に、第１の移送チャンバ１０２および第２の移送チャンバ１０４が異なる圧力で動作しているとき、ポンプダウンまたは通気を行うことができる。たとえば、第１の移送チャンバ１０２は、約４０ミリトルなど、約１００ミリトル～約５トルで動作することができ、第２の移送チャンバ１０４は、約１×１０^-7トルなど、約１×１０^-5トル～約１×１０^-10トルで動作することができる。

第１の移送チャンバ１０２は、２つのガス抜きチャンバ１２４、２つのロードロックチャンバ１２８、化学気相堆積（ＣＶＤ）または高速熱処理（ＲＴＰ）チャンバ１１０、１１８、および通過チャンバ１２０に結合される。基板（図示せず）は、ロードロックチャンバ１２８を通って処理プラットフォーム１００内へロードされる。たとえば、工場インターフェースモジュール１３２が存在する場合、人間の操作者または自動基板取扱いシステムから、１つまたは複数の基板、たとえばウエハ、ウエハのカセット、またはウエハの密閉ポッドを受け取るはずである。工場インターフェースモジュール１３２は、該当する場合、基板のカセットまたはポッドを開き、基板をロードロックチャンバ１２８に出し入れすることができる。処理チャンバ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１３０は、移送チャンバ１０２、１０４から基板を受け取り、基板を処理し、基板を再び移送チャンバ１０２、１０４内へ伝達することを可能にする。

処理チャンバ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１３０の各々は、隔離弁によって移送チャンバ１０２、１０４から分離される。隔離弁は、処理チャンバが移送チャンバ１０２、１０４とは異なる真空レベルで動作することを可能にし、かつ処理チャンバ内で使用されているあらゆるガスが移送チャンバ１０２、１０４に導入されることを防止する。ロードロックチャンバ１２８もまた、隔離弁によって第１の移送チャンバ１０２から分離される。各ロードロックチャンバ１２８は、外部環境へ、たとえば工場インターフェースモジュール１３２へ開くドアを有する。通常動作の際、基板がロードされたカセットが、工場インターフェースモジュール１３２からドアを通ってロードロックチャンバ１２８内へ配置され、ドアが閉められる。次いで、ロードロックチャンバ１２８は、第１の移送チャンバ１０２と同じ圧力まで排気され、ロードロックチャンバ１２８と第１の移送チャンバ１０２との間の隔離弁が開かれる。第１の移送チャンバ１０２内の伝達ロボット１０６が定位置へ動かされ、１つの基板がロードロックチャンバ１２８から取り出される。ロードロックチャンバ１２８は、好ましくはエレベータ機構を装備しており、したがって１つの基板がカセットから取り出されると、エレベータはカセット内の基板のスタックを動かして、別の基板を伝達平面に位置決めし、したがってこの基板を伝達ロボット１０６によって位置決めすることができる。

次いで、第１の移送チャンバ１０２内の伝達ロボット１０６は、基板が処理チャンバ位置と位置合わせされるように、基板とともに回転する。処理チャンバ１１０または１１８は、あらゆる有毒なガスが一掃されて、第１の移送チャンバ１０２と同じ圧力レベルになり、隔離弁が開かれる。次いで、伝達ロボット１０６は、基板を処理チャンバ１１０または１１８内へ動かし、そこで基板は伝達ロボット１０６から取り外される。次いで、伝達ロボット１０６は、処理チャンバ１１０または１１８から後退させられ、隔離弁が閉じられる。次いで、処理チャンバ１１０または１１８は、基板で指定のプロセスを実行するための一連の動作を行う。完了後、処理チャンバ１１０または１１８は、第１の移送チャンバ１０２と同じ環境に戻され、隔離弁が開かれる。伝達ロボット１０６は、処理チャンバ１１０または１１８から基板を取り出し、次いでその基板を別の動作のために別の処理チャンバ１１０もしくは１１８へ動かし、または基板のカセット全体が処理されたときは、処理プラットフォーム１００から基板を取り出せるように、ロードロックチャンバ１２８内の元の位置に戻す。

伝達ロボット１０６、１０８は、異なる処理チャンバ間で基板を支持しながら動かすロボットアーム１０７、１０９をそれぞれ含む。伝達ロボット１０６は、基板への材料の堆積のために、ガス抜きチャンバ１２４と処理チャンバ１１０、１１８との間で基板を動かす。

第２の移送チャンバ１０４は、処理チャンバ１１２、１１４、１１６、および１３０のクラスタに結合される。処理チャンバ１１２、１１４、１１６、および１３０は、一実施形態によれば、材料を堆積させるための物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバである。ＣＶＤ処理された基板は、通過チャンバ１２０を介して第１の移送チャンバ１０２から第２の移送チャンバ１０４へ動かされる。その後、伝達ロボット１０８が、処理に必要とされる材料の堆積およびアニーリングのために、処理チャンバ１１２、１１４、１１６、１３０の１つまたは複数の間で基板を動かす。

図示しないが、複数の真空ポンプが、各移送チャンバおよび各処理チャンバと流体連結して、それぞれのチャンバ内の圧力を独立して調整するように配置される。これらのポンプは、装置においてロードロックチャンバから処理チャンバへ圧力を増大させる真空勾配を確立することができる。

別法または追加として、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．によって製造された減結合プラズマ源チャンバ（ＤＰＳ（商標）チャンバ）などのプラズマエッチングチャンバを、処理プラットフォーム１００または別個の処理プラットフォームに結合して、基板表面をエッチングし、ＰＶＤ金属堆積および／または堆積した金属のアニーリング後、未反応の金属を除去することができる。たとえば、コバルトおよびケイ素材料からアニーリングプロセスによってケイ化コバルトを形成するとき、エッチングチャンバを使用して、未反応のコバルト材料を基板表面から除去することができる。

本明細書に記載するプロセスおよび装置に関連して、湿式エッチングチャンバなどの他のエッチングプロセスおよび装置を使用することもできる。

プログラム可能コンピュータなどのコントローラ１９０が、処理プラットフォーム１００に接続されて、ロボット１０６、１０８の動き、および様々な処理チャンバ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１３０と２つの移送チャンバ１０２、１０４との間の基板の運動を制御する。コントローラ１９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１９２、メモリ１９４、および支持回路１９６、たとえば入出力回路、電源、クロック回路、キャッシュなどを含むことができる。メモリ１９４は、ＣＰＵ１９２に接続される。メモリ１９４は、非一時的コンピュータ可読媒体であり、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、または他の形態のデジタルストレージなどの１つまたは複数の容易に利用可能なメモリとすることができる。加えて、コントローラ１９０は単一のコンピュータとして示されているが、たとえば独立して動作する複数のプロセッサおよびメモリを含む分散システムとすることもできる。このアーキテクチャは、チャンバとの間の基板の動きの順序およびタイミングを制御するためのコントローラ１９０のプログラミングに基づいて、処理プラットフォーム１００の様々な実施形態に適合可能である。加えて、コントローラ１９０はまた、温度、圧力など、処理チャンバ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１３０および移送チャンバ１０２、１０４の各々における様々なプロセス変数を制御する。

図１Ｂは、一実施形態による処理チャンバ１１２の等角上面側面図を示す。図示のように、処理チャンバ１１２は、ソースアセンブリ１５０およびチャンバ本体１３４を含む。ソースアセンブリ１５０は、チャンバ本体１３４から分離可能である。ソースアセンブリ１５０は、開孔１４８（図１Ｃ）にアクセスするために、チャンバ本体１３４から取り外すことができる。ソースアセンブリ１５０は、処理チャンバ１１２の動作中にチャンバ本体１３４に固定される。

図１Ｃは、一実施形態によるチャンバ本体１３４の等角上面側面図を示す。図示のように、チャンバ本体１３４は、チャンバ上面１３８、上部パネル１４２、可動基板支持体２００（図１Ｄ）、スロット１３６、傾斜部分１４４、および開孔１４８を含む。チャンバ本体１３４は、チャンバ本体１３４の上記のチャンバ上面１３８、チャンバ壁１３５、およびチャンバ底部１３７によって少なくとも部分的に囲まれた内部体積１４５（図１Ｄ）を収容する。内部体積１４５は、図３Ａに後述するように、低圧領域３２４を含むことができる。スロット１３６は、チャンバ本体１３４の側面に配置されており、チャンバ本体の内外への基板の運動を可能にする。

チャンバ上面１３８は、上部パネル１４２を含むことができる。上部パネル１４２は、一実施形態によれば、チャンバ上面１３８から分離可能である。分離可能な上部パネル１４２は、チャンバ本体１３４内に設置されたまま上部パネルを洗浄する必要なく、取り外された上部パネルのより容易な洗浄を可能にする。チャンバ上面１３８は開孔１４８を含む。チャンバ上面１３８は傾斜部分１４４を含み、傾斜部分は、開孔１４８を少なくとも部分的に取り囲む。チャンバ上面１３８、上部パネル１４２、および傾斜部分１４４はすべて、１つの固体の部品とすることができ、またはチャンバ上面１３８、上部パネル１４２、および傾斜部分１４４はすべて、別個の部品とすることができる。

図１Ｄは、一実施形態による図１Ｂの処理チャンバ１１２の概略側面図を示す。図示のように、ソースアセンブリ１５０は、複数のプーリガード１５２と、複数のプーリ１９１と、複数のベルト１９３と、複数のカソードアセンブリ３１２を密閉するソース１５４と、複数のターゲット電源１９５とを含む。複数のカソードアセンブリ３１２は各々、ターゲット１８８および磁石１９７を含む。ターゲット１８８の材料は、金属または半導体を含む。一実施形態によれば、ターゲット１８８の材料は、チタン（Ｔｉ）を含む。一実施形態によれば、ターゲット１８８の材料は、ケイ素（Ｓｉ）を含む。ターゲット１８８は、金属、たとえば銅、アルミニウム、タンタル、コバルト、またはこれらの任意の合金を含むことができる。ターゲット１８８は、誘電体材料を含むことができる。ターゲット１８８は、複数のターゲット磁石１９７を含む。複数のターゲット磁石１９７は、固定の磁界強度とすることができ、各磁石１９７は、異なる磁界強度とするとすることができる。一実施形態によれば、ターゲット磁石１９７は電磁石であり、ターゲット電源１９５によって給電することができる。一実施形態によれば、ターゲット磁石１９７は永久磁石である。ターゲット電源１９５は、ソースアセンブリ１５０内またはソースアセンブリ外に配置することができる。給電されたターゲット磁石１９７は、電磁相互作用によってターゲット１８８のスパッタリングを引き起こし、下の開孔１４８を通じて、ターゲットからの材料を基板に堆積させる。

いくつかの実施形態によれば、ターゲット１８８は円筒形である。一実施形態によれば、ターゲット１８８は、ベルト１９３によってプーリ１９１に接続することができ、ターゲット１８８は、スパッタリング中にプーリによって回転させることができる。ターゲット１８８の回転の結果、ターゲット１８８からの材料が、下に位置決めされた基板へ、より均一に浸食する。プーリ１９１は、プーリガード１５２によって外部環境から保護される。プーリガード１５２は、処理チャンバ１１２の組立て、解体、または機能中の損傷からプーリ１９１を保護する。

いくつかの実施形態では、スパッタリングプロセス中にガス流源３５１によってプロセスガスが提供され、プロセスガスの少なくとも一部は、スパッタリング材料と反応する。一実施形態では、プロセスガスは窒素ガス（Ｎ₂）を含み、ターゲット１８８の材料はＴｉを含み、基板に堆積する材料は窒化チタン（ＴｉＮ）を含む。一実施形態では、プロセスガスは酸素ガス（Ｏ₂）を含み、ターゲット１８８の材料はＴｉを含み、基板に堆積する材料は酸化チタン（ＴｉＯ_x）を含む。一実施形態では、プロセスガスは窒素ガス（Ｎ₂）を含み、ターゲット１８８の材料はＳｉを含み、基板に堆積する材料は窒化ケイ素（ＳｉＮ）を含む。一実施形態では、プロセスガスは酸素ガス（Ｏ₂）を含み、ターゲット１８８の材料はＳｉを含み、基板に堆積する材料は酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を含む。プロセスガスは、ヘリウム（Ｈｅ）またはアルゴン（Ａｒ）などの中性ガスを含むことができる。中性ガスは、プロセスガスの所望の圧力を維持する。中性ガスが使用される場合、中性ガスは、ターゲットの材料との弾道的相互作用によって、ターゲット１８８からの材料をスパッタリングすることができる。

傾斜部分１４４の上部面１４４Ｓは、Ｘ方向およびＹ方向に対して角度θをなしており、Ｘ方向およびＹ方向は、チャンバ上面１３８に対して実質的に平行である。角度θは、一実施形態によれば、約１５°～約３５°など、約０°超～約９０°未満の範囲である。ターゲット１８８からの堆積スプレーは、角度θより大きい角度でのみ基板に堆積する。図１Ｄに示すように、傾斜部分１４４の異なる部分は、θ₁およびθ₂などの異なる角度を有することができる。

上部パネル１４２が存在する場合、開孔１４８および傾斜部分１４４は上部パネル１４２内に配置することができる。開孔１４８は、任意の所望の形状とすることができる。一実施形態によれば、開孔１４８は方形である。別の実施形態によれば、開孔１４８は砂時間形である。上部パネル１４２は、異なる堆積方法のために交換することができ、開孔１４８の形状、開孔１４８のサイズ、および傾斜部分１４４の角度θ、θ₁、θ₂は、所望の堆積プロセスによって変動する。チラーポンプ１４０が、供給配管系統１３１を介してチャンバ１１２へ水または別の流体を供給し、戻り配管系統１３９を介してチャンバ１１２から水または別の流体を供給する。チラーポンプ１４０は、上部パネル１４２へ水または別の流体を供給して、上部パネル１４２に冷却を提供し、上部パネル１４２を所望の温度で維持する。上部パネル１４２の温度は、約－２０℃～約１００℃で制御することができる。一実施形態では、上部パネル１４２はアルミニウム（Ａｌ）を含み、流体の冷却により、上部パネル１４２の過熱を防止し、堆積材料の剥離およびフレーキングを最小にする。チャンバ１１２には真空ポンプ１４１が接続され、真空ポンプ１４１は、望ましくない副生成物および排気を処理チャンバ１１２から除去する。

図示のように、可動基板支持体２００は、支持体アクチュエータ２２０、取付けフランジ２２１、支持体シャフト２０４、ロボットアクチュエータ２２２、ロボットアーム２０６、シャフト２０８、ロボットリスト２１０、および支持構造２５０を含む。可動基板支持体２００は、内部体積１４５に配置される。支持体アクチュエータ２２０は、取付けフランジ２２１によってチャンバ底部１３７に取り付けられる。支持体アクチュエータ２２０は、支持体シャフト２０４に接続される。支持体アクチュエータ２２０は、支持体シャフト２０４を垂直に動かすように構成され、それにより可動基板支持体２００の残り部分も垂直に動く。ロボットアクチュエータ２２２は、支持体シャフト２０４に取り付けられる。ロボットアーム２０６は、ロボットアクチュエータ２２２に接続される。ロボットアクチュエータ２２２は、ロボットアーム２０６を水平に動かすように構成される。シャフト２０８は、ロボットアーム２０６に接続される。シャフト２０８は、ロボットリスト２１０を支持する。ロボットリスト２１０は、支持構造２５０を支持する。支持体アクチュエータ２２０からの垂直運動とロボットアクチュエータ２２２の水平運動とを組み合わせることで、支持構造２５０を３次元空間において動かすことが可能になる。

支持構造２５０に基板を配置することができる。伝達ロボット１０６、１０８は、スロット１３６を通じて、チャンバ１１２の外側からチャンバ１１２内へ基板を動かすように構成される。可動基板支持体２００は、基板上への材料のスパッタリングのために、スロット１３６から開孔１４８付近へ基板を動かすように構成される。いくつかの実施形態では、スロット１３６は、基板上へのスパッタリングにとって理想的な垂直位置にはなく、可動基板支持体２００が、堆積を始めるために、基板をスロット１３６の上下に動かす。堆積プロセス中に支持構造２５０を水平および／または垂直に動かすことによって、基板のうち開孔１４８によって現在露出されていない様々な区域に到達することができる。

図示のように、支持構造２５０は、基板支持体表面２１２、リング２１４、およびハロー２１６を含む。基板支持体表面２１２は、ロボットリスト２１０によって支持される。基板支持体表面２１２は、静電チャックで使用される任意の材料を含むことができる。一実施形態によれば、基板支持体表面２１２は、セラミック材料、たとえば酸化アルミニウムまたは窒化ホウ素を含む。基板支持体表面２１２は、金属、たとえばステンレス鋼を含むことができる。基板支持体表面２１２は、基板を支持構造２５０に固定する。リング２１４は、基板支持体表面２１２を取り囲んでおり、リングは、ロボットリスト２１０に接続される。リング２１４は、たとえばステンレス鋼、チタン、低熱膨張係数（ＣＴＥ）合金、またはアルミニウムベリリウム合金などの金属を含むことができる。ハロー２１６は、リング２１４を少なくとも部分的に取り囲んでおり、ハローは、リング２１４に接続される。ハロー２１６は、たとえばステンレス鋼、チタン、低ＣＴＥ合金、またはアルミニウムベリリウム合金などの金属を含む。ハロー２１６は、ハロー内の歪みを低減させるパターンまたは補強要素を含む。パターンまたは補強要素は、Ｘ字形または十字形などのハロー２１６内のくぼみとすることができる。ハロー２１６の寸法は、開孔１４８が支持構造２５０によって完全に塞がれるようになっている。ハロー２１６は、下の可動基板支持体２００の他の構成要素への材料の望ましくない堆積を防止する。開孔１４８とハロー２１６とを組み合わせることで、チャンバ１１２内への堆積を防止しながら、それでもなお基板上への堆積を可能にする。

支持構造２５０は、ヒータ（図示せず）、冷却装置（図示せず）、たとえば水冷却システム、または両方を含むことができる。一実施形態によれば、ヒータおよび／または冷却装置は、支持構造２５０および支持構造２５０に配置された基板の温度を約－２０℃～約４００℃の温度に制御する。一実施形態によれば、支持構造２５０は静電チャック（ＥＳＣ）（図示せず）を含み、基板はＥＳＣに固定される。一実施形態によれば、ＥＳＣは、支持構造２５０に配置された基板に印加電圧を提供する。一実施形態によれば、支持構造２５０は、裏側ガス（図示せず）を提供するように構成されたポートを含み、裏側ガスは、基板へ提供される。一実施形態によれば、裏側ガスは、アルゴンガス（Ａｒ）またはヘリウムガス（Ｈｅ）などの中性ガスを含むことができる。

スパッタリング中、可動基板支持体２００は、運動経路２０２に沿って基板を動かす。運動経路２０２は、途切れのない平滑な運動とすることができ、または運動経路は、支持構造２５０が静止している経路部分を含むことができる。一実施形態によれば、運動経路２０２は、図１Ｄに示すように直線運動である。いくつかの実施形態によれば、運動経路２０２は、一方向、前後方向とすることができ、または複数回の通行を含むことができる。一実施形態によれば、運動経路２０２は、開孔１４８の周りの円形回転である。運動経路２０２は、基板支持体表面２１２が、運動経路の少なくとも一部分に対して開孔１４８の下に位置するようになっている。運動経路２０２は、基板支持体表面２１２が、運動経路の少なくとも一部分に対して開孔１４８の下に位置せず、ハロー２１６の少なくとも一部分が、運動経路の少なくとも一部分に対して開孔の下に位置するようになっている。

図２Ａは、一実施形態による半導体特徴２５１内の材料の堆積を示す。スパッタリング源２５２が、開孔１４８を通じて、材料スプレー２５４を半導体特徴２５１の方へスパッタリングする。図２Ａでは、半導体特徴２５１がスパッタリング源２５２の右に配置されており、半導体特徴の左側は上部パネル１４２によって覆われているため、堆積物２５６Ｒは半導体特徴の右側にのみ成長する。スパッタリング源２５２は、上記のターゲット１８８とすることができる。

図２Ｂは、一実施形態による半導体特徴２５１内の材料の堆積を示す。スパッタリング源２５２が、開孔１４８を通じて、材料スプレー２５４を半導体特徴２５１の方へスパッタリングする。図２Ｂでは、半導体特徴２５１がスパッタリング源２５２の左に配置されており、半導体特徴の左側が上部パネル１４２によって覆われているため、堆積物２５６Ｌは半導体特徴の左側にのみ成長する。どちらの場合も、半導体特徴２５１の底部に堆積する材料はほとんどまたはまったくない。スパッタリング源２５２は、上述したターゲット１８８とすることができる。

図３Ａは、一実施形態による上部パネル１４２上のソース１５４内に設置されたシールドキット３０２の部分断面図を示す。図示のように、シールドキット３０２は、上板４０２および複数の取付板４１０を含む。処理システム３４０は、ガス流システム３５０および可動基板支持体２００（図１Ｄ）を含む。上板４０２は、ソース１５４の上面３０４の下で、複数のカソード開口３１１の隣接する対同士の間に位置決めされる。上板４０２には、シールドキット３０２の上板４０２とソース１５４の上面３０４との間を封止する真空シール４１２が配置される。

ソースアセンブリ１５０の複数のプーリ１９１およびプーリガード１５２（図１Ｄに示す）は、複数の取付板４１０に固定される。複数のカソードアセンブリ３１２が、シールドキット３０２の内部体積３１４に設置される。ソース１５４の複数のカソード開口３１１は、取付板４１０の下で、取付板シール７０２によって真空封止される。側板４０６の上端７０４および底端７０６に、蛇行経路７１０が形成される。

図示のように、ガス流システム３５０は、ガス流源３５１、１つまたは複数のガス入口３２０、１つまたは複数のガス出口３２２、ガス流領域３２３、低圧領域３２４、高圧領域３２５、間隙７１６、および真空ポンプ１４１を備える。１つまたは複数のガス入口３２０、１つまたは複数のガス出口３２２、および間隙７１６は、システムの様々な領域間の流れ区間である。１つまたは複数のガス入口３２０は、ガス流源３５１に流体的に結合可能である。一実施形態によれば、１つまたは複数のガス入口３２０は、ガス流源３５１に流体的に結合される。ガス流領域３２３は、１つまたは複数のガス入口３２０および１つまたは複数のガス出口３２２に流体的に結合される。一実施形態によれば、ガス流領域３２３は、ソース１５４と側板４０６との間に形成される。高圧領域３２５は、第１の板と第２の板との間の間隙７１６を通じて、ガス流領域３２３に流体的に結合される。第１の板は、たとえば側板４０６であり、第２の板は、たとえば上部パネル１４２である。

高圧領域は、約１トル～約１０トルの圧力で維持される。一実施形態によれば、圧力ゲージ１４９（図１Ｄ）が送り管１４７に流体的に結合され、送り管は、Ｌ字経路１４６に流体的に結合され、Ｌ字経路は、高圧領域３１５に流体的に結合される。圧力ゲージ１４９は、高圧領域３２５の圧力を監視し、ガス流システム３５０のフィードバック制御を可能にする。ターゲット１８８からのスパッタリング材料がＬ字経路１４６に入った場合、材料は数回弾んでＬ字経路の壁に再堆積物を形成するが、これは圧力ゲージの機能の妨げになる圧力ゲージ１４９への堆積を生じない。一実施形態によれば、側板４０６は、ガス流領域３２３を高圧領域３２５から分離し、間隙７１６は、側板４０６の底端７０６と上部パネル１４２の頂面１４２Ｓとの間に形成される。低圧領域３２４は、１つまたは複数のガス出口３２２を通じて、ガス流領域３２３に流体的に結合される。低圧領域３２４は、約１×１０^-4トル～約１×１０^-10トルなど、可能な限り低圧で維持される。

シールドキット３０２は、蛇行経路７０８、７１０、７１２を提供するように構成されて組み立てられた特有の部分を含む。ターゲット１８８からの材料が２回弾むまでに、蛇行経路７０８、７１０、７１２を通過するために残っている材料の量はごくわずかであると考えられる。蛇行経路７０８、７１０、７１２は、プロセスガス流のための経路を提供しながら、それと同時に蛇行経路を通るスパッタリング材料の動きを少なくとも部分的に防止する。蛇行経路７０８、７１０、および７１２は、上端７０４と取付板４１０との間の間隙７１４、底端７０６と上部パネル１４２との間の間隙７１６、および上板４０２と取付板４１０との間の間隙７１８を介して、ソース１５４の内面へのターゲット１８８からの材料の堆積をそれぞれ防止する。たとえば、ターゲット１８８からの材料は、蛇行経路７１２で弾み、取付板シール７０２の先端７２０でさらに弾む可能性がある。ターゲット１８８からの材料が２回弾むまでに、間隙７１８を通過するために残っている材料の量はごくわずかであると考えられる。したがって、蛇行経路７０８、７１０、および７１２によって、ソース１５４の内面は、ターゲット１８８からの材料の堆積から保護される。

一実施形態によれば、上部パネル１４２は、高圧領域３２５を低圧領域３２４から分離し、可動基板支持体２００は、低圧領域３２４に配置される。一実施形態によれば、１つまたは複数のガス入口３２０および１つまたは複数のガス出口３２２は、上部パネル１４２に配置される。一実施形態によれば、真空ポンプ１４１が、低圧領域３２４に流体的に結合され、真空ポンプは、低圧領域で低圧を維持するように構成されて動作する。一実施形態によれば、ガス流源３５１からのガスの流量および真空ポンプ１４１の動作は、高圧領域３２５と低圧領域３２４との間の圧力勾配（図３ＡにＰで示す。矢印は、最高圧力の区域から最低圧力の区域を指す）を維持する。内部体積３１４および高圧領域３２５のコンダクタンスの変化は、開孔１４８を横切る可動基板支持体２００の動きによって生じ、これによって可動基板支持体２００は、開孔１４８の一部分を塞ぐ。これらのコンダクタンスの変化は、真空ポンプ１４１およびガス流源３５１の動作によって管理される。ガス流領域３２３、高圧領域３２５、および低圧領域３２４の圧力は、プロセスガスの流量およびコンダクタンスによって制御される。プロセスガスのコンダクタンスは、領域を互いに分離する各流れ区間の断面積によって制御される。たとえば、高圧領域３２５およびガス流領域３２３の圧力は、間隙７１６の断面積によって制御され、間隙７１６の断面積は、間隙７１６内に収容されるプロセスガスのコンダクタンスを制御する。

ガス流領域を取り囲む構成要素が高圧によって引き起こされる応力からの損傷を受け始めるほど、ガス流領域３２３の圧力が高くなりすぎることを防止するために、１つまたは複数のガス出口３２２は、低圧領域３２４内へのプロセスガスの流れを可能にし、ガス流領域の圧力を軽減する。１つまたは複数のガス出口３２２を通るプロセスガスの流量は、ガス出口の断面積によって制御される。ガス出口３２２のサイズは、プロセスガスの流量が約５ｓｃｃｍ～約５０ｓｃｃｍになるように設計される。ガス出口３２２が誤ったサイズである場合、そのガス流量は、自動流量制御弁または質量流量コントローラ（ＭＦＣ）（図示せず）によって容易に制御されるには低くなりすぎる（約５ｓｃｃｍ未満）。このようにして通気されるあらゆり余分なガスは、真空ポンプ１４１によって送り出すことができ、それにより低圧領域３２４で低圧を維持することができる。一実施形態によれば、低圧領域３２４および高圧領域３２５は、開孔１４８を通じて流体的に結合される。一実施形態によれば、可動基板支持体２００の機能および運動中、可動基板支持体の一部分は、運動経路２０２のいずれの部分に沿っても、ガス入口３２０のうちの少なくとも１つまたはガス出口３２２のうちの少なくとも１つを覆わない。一実施形態によれば、可動基板支持体２００の機能および運動中、可動基板支持体の一部分は、運動経路２０２のいずれの部分に沿っても、ガス入口３２０またはガス出口３２２のいずれかを覆わない。１つまたは複数のガス入口３２０および１つまたは複数のガス出口３２２は、上部パネル１４２内でソース１５４の隅部に配置することができる。

図３Ａに、真空ポンプ１４１を含む一実施形態に対するガス流システム３５０を通るプロセスガスの流れが示されている。プロセスガスは、ガス流源３５１から１つまたは複数のガス入口３２０を通ってガス流領域３２３内へ流れる（矢印３３０によって示す流れ）。プロセスガスの一部（矢印３３１によって示す流れ）は、間隙７１６を通って高圧領域３２５内へ流れる。しかし、プロセスガスの一部（矢印３３２によって示す流れ）は、１つまたは複数のガス出口３２２を通って低圧領域３２４内へ流れる。プロセスガス流（矢印３３２によって示す）は、ガス流領域３２３の通気によって生じる可能性があり、ガス流領域における望ましくない高圧の蓄積を防止することができる。プロセスガス流（矢印３３２によって示す）はまた、低圧領域３２４内へのプロセスガスの不規則な熱ゆらぎによって、またはガス流領域３２３と低圧領域との間の圧力差によって生じる可能性がある。いずれにせよ、真空ポンプ１４１はプロセスガスを圧送して、真空ポンプ内への流れ（矢印３３４によって示す）を引き起こし、プロセスガスを低圧領域３２４から除去して、低圧領域で所望の低圧を維持する。

図３Ｂは、一実施形態による側板４０６の底端７０６と上部パネル１４２の頂面１４２Ｓとの間の間隙７１６に形成された蛇行経路７１０の拡大図を示す。蛇行経路７１０は、側板４０６の底端７０６と上部パネル１４２の頂面１４２Ｓとの間に形成されるチャネルである。この図では、チャネルはいかなる特徴も含まないが、スパッタリング材料が蛇行経路７１０全体を通過するのではなく、チャネルはスパッタリング材料が再堆積する追加の特徴を含む可能性もあることが企図される。これらの特徴は、上部パネルおよび側板４０６に配置される裂け目、傾斜部分、チャネル、トンネルなどを含むことができる。

蛇行経路７１０は、ターゲット１８８からの材料が間隙７１６を介してソース１５４の内面に堆積することを防止する。たとえば、ターゲット１８８からのスパッタリング材料（２８０によって示す経路）は、蛇行経路７１０で弾んで、再堆積２８１を形成する可能性がある。ターゲット１８８からの材料が２回弾むまでに、間隙７１６を通過するために残っている材料の量はごくわずかであると考えられる。したがって、蛇行経路７１０は、ターゲット１８８からの材料の堆積からソース１５４の内面を保護する。しかし、少なくとも間隙７１６は、ガス流領域から高圧領域３２５へのプロセスガスの流れを可能にしながら、ターゲット１８８からの望ましくない堆積を阻止する。

高圧領域３２５のプロセスガスは、ターゲット１８８の機能、したがって開孔１４８を通じた基板への適切な堆積を可能にする。たとえば、プロセスガスがＡｒを含む場合、ターゲット１８８との弾道的相互作用により、基板へのターゲット１８８のスパッタリングが可能になる。プロセスガスがＮ₂またはＯ₂を含む場合、プロセスガスとターゲット１８８との間の化学的相互作用が、化学反応した材料の基板へのスパッタリングに寄与する。

上述したように、ガス流システム３５０は、１つまたは複数のガス出口３２２によってガス流領域３２３に流体的に結合された低圧領域３２４と、間隙７１６によってガス流領域に流体的に結合された高圧領域３２５とを含む。ガス流源３５１は、所望の圧力のプロセスガスをガス流領域３２３へ提供し、ガス流領域とガス流システム３５０の残り部分との間の流体的結合により、高圧領域３２５の高圧を維持しながら、低圧領域３２４の低圧を維持する。

ターゲット１８８付近の高圧領域３２５は、所望の材料が基板へスパッタリングされるように、プロセスガスとターゲット１８８との間の適切な相互作用にとって所望の圧力を可能にする。基板付近の低圧領域３２４は、所望の膜成長を妨げるプロセスガスと基板との間の望ましくない相互作用を防止する。１つまたは複数のガス出口３２２は、ガス流領域３２３のための逃がし弁を提供し、この逃がし弁は、ガス流領域の圧力が高すぎる場合はガス流領域の圧力を逃し、圧力によって誘起される応力および損傷によるガス流領域を取り囲む構成要素への損傷を防止する。高圧領域３２５は、大きい体積の高圧領域においてプロセスガスのコンダクタンスが大きくなることにより、ガス流システム３５０に沿ってプロセスガスをより均一に分散させる。

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

Claims (19)

1. ガス流源に流体的に結合可能な１つまたは複数のガス入口と、
   １つまたは複数のガス出口と、
   前記１つまたは複数のガス入口および前記１つまたは複数のガス出口に流体的に結合されたガス流領域と、
   前記１つまたは複数のガス出口に流体的に結合された低圧領域と、
   第１の板と第２の板との間の間隙を介して前記ガス流領域に流体的に結合された高圧領域であって、前記第１の板が、前記ガス流領域を前記高圧領域から分離している、高圧領域と、
   前記高圧領域に流体的に結合されたＬ字経路と、
   前記Ｌ字経路に流体的に結合された送り管と、
   前記送り管に流体的に結合された圧力ゲージとを備え、前記圧力ゲージが、前記高圧領域の圧力を測定するように構成されている、
   ガス流システム。
2. 前記間隙が、前記第１の板の底端と前記第２の板の頂面との間に形成され、前記第２の板が、前記高圧領域を前記低圧領域から分離している、請求項１に記載のガス流システム。
3. 前記１つまたは複数のガス入口を介して前記ガス流領域に流体的に結合された前記ガス流源と、
   前記低圧領域に流体的に結合された真空ポンプとをさらに備え、前記真空ポンプが、前記低圧領域で低圧を維持するように構成されている、
   請求項１に記載のガス流システム。
4. 前記ガス流源からのガスの流量および前記真空ポンプが、前記高圧領域と前記低圧領域との間で圧力勾配を維持するように制御されている、請求項３に記載のガス流システム。
5. 前記ガス流源によって供給されるプロセスガスが、アルゴンガス（Ａｒ）を含む、請求項３に記載のガス流システム。
6. 前記ガス流源によって供給されるプロセスガスが、窒素ガス（Ｎ ₂ ）または酸素ガス（Ｏ ₂ ）を含む、請求項３に記載のガス流システム。
7. 前記第２の板に開孔が配置され、前記第２の板が、前記高圧領域を前記低圧領域から分離する上部パネルであり、前記開孔が、前記低圧領域および前記高圧領域を流体的に結合している、請求項１に記載のガス流システム。
8. ガス流システムであって、
   ガス流源、
   前記ガス流源に流体的に結合された１つまたは複数のガス入口、
   １つまたは複数のガス出口、
   前記１つまたは複数のガス入口および前記１つまたは複数のガス出口に流体的に結合されたガス流領域、
   前記１つまたは複数のガス出口に流体的に結合された低圧領域、ならびに
   第１の板と第２の板との間の間隙を介して前記ガス流領域に流体的に結合された高圧領域を備え、前記第１の板が、前記ガス流領域を前記高圧領域から分離している、ガス流システムと、
   前記高圧領域に流体的に結合されたＬ字経路と、
   前記Ｌ字経路に流体的に結合された送り管と、
   前記送り管に流体的に結合された圧力ゲージであって、前記高圧領域の圧力を測定するように構成されている、圧力ゲージと、
   前記低圧領域に配置された可動基板支持体であって、運動経路に沿って動くように構成されている、可動基板支持体と
   を備える処理システム。
9. 前記ガス流システムが、前記低圧領域に流体的に結合された真空ポンプをさらに備え、前記真空ポンプが、前記低圧領域で低圧を維持するように構成されている、請求項８に記載の処理システム。
10. 前記ガス流源からのガスの流量および前記真空ポンプの動作が、前記高圧領域と前記低圧領域との間で圧力勾配を維持するように制御されている、請求項９に記載の処理システム。
11. 前記可動基板支持体が、
    支持構造であって、
    基板支持体表面、
    前記基板支持体表面を取り囲むリング、および
    ハローを備える支持構造と、
    前記支持構造に接続されたロボットアームと、
    前記ロボットアームに接続されたロボットアクチュエータとを備え、前記ロボットアクチュエータが、前記ロボットアームおよび前記基板支持体表面を前記運動経路に沿って動かすように構成されている、請求項８に記載の処理システム。
12. 前記間隙が、前記第１の板の底端と前記第２の板の頂面との間に形成され、前記第２の板が、前記高圧領域を前記低圧領域から分離している、請求項８に記載の処理システム。
13. 前記可動基板支持体の一部分が、前記運動経路のいずれの部分に沿っても、前記ガス入口のうちの少なくとも１つまたは前記ガス出口のうちの少なくとも１つを覆わない、請求項８に記載の処理システム。
14. ガス流システムであって、
    ガス流源、
    前記ガス流源に流体的に結合された１つまたは複数のガス入口、
    １つまたは複数のガス出口、
    前記１つまたは複数のガス入口および前記１つまたは複数のガス出口に流体的に結合されたガス流領域、
    前記１つまたは複数のガス出口に流体的に結合された低圧領域、
    間隙を介して前記ガス流領域に流体的に結合された高圧領域、
    前記高圧領域に流体的に結合されたＬ字経路、
    前記Ｌ字経路に流体的に結合された送り管、ならびに
    前記送り管に流体的に結合された圧力ゲージであって、前記高圧領域の圧力を測定するように構成されている、圧力ゲージを備えるガス流システムと、
    可動基板支持体であって、
    支持構造であり、
    基板支持体表面、
    前記基板支持体表面を取り囲むリング、および
    ハローを備える支持構造、
    前記支持構造に接続されたロボットアーム、ならびに
    前記ロボットアームに接続されたロボットアクチュエータを備え、前記ロボットアクチュエータが、前記ロボットアームおよび前記基板支持体表面を運動経路に沿って動かすように構成されている、可動基板支持体と、
    開孔が貫通する上部パネルであって、前記高圧領域を前記低圧領域から分離し、前記開孔が、前記高圧領域を前記低圧領域に流体的に結合し、前記間隙が、前記上部パネルと側板との間に形成され、前記側板が、前記ガス流領域を前記高圧領域から分離している、上部パネルと、
    １つまたは複数のチャンバ壁と、
    チャンバ底部とを備え、内部体積が、前記上部パネル、１つまたは複数のチャンバ壁、および前記チャンバ底部によって少なくとも部分的に囲まれ、前記可動基板支持体が前記内部体積内に配置され、前記内部体積が前記低圧領域を収容している、
    処理チャンバ。
15. 前記間隙が、前記側板の底端と前記上部パネルの頂面との間に形成されている、請求項１４に記載の処理チャンバ。
16. 前記ガス流システムが、前記低圧領域に流体的に結合された真空ポンプをさらに備え、前記真空ポンプが、前記低圧領域で低圧を維持するように構成されている、請求項１４に記載の処理チャンバ。
17. 前記ガス流源からのガスの流量および前記真空ポンプの動作が、前記高圧領域と前記低圧領域との間で圧力勾配を維持するように制御されている、請求項１６に記載の処理チャンバ。
18. 前記可動基板支持体の一部分が、前記運動経路のいずれの部分に沿っても、前記ガス入口のうちの少なくとも１つまたは前記ガス出口のうちの少なくとも１つを覆わない、請求項１４に記載の処理チャンバ。
19. 前記運動経路がほぼ直線である、請求項１４に記載の処理チャンバ。

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