JPH0892739A - 真空チャンバ用シ−ルドの構成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 「シ−ルド」の温度を、略スパッタ−堆積材
料の温度まで加熱して非処理面に堆積するスパッタ−堆
積材料中の不利な引張応力をなくすこと。 【構成】 シールド４６からおよび、バイアスのかかっ
たターゲットと周囲の接地部材との間のアークからの剥
離による粒子の発生を低減または防止する構成を有す
る、ＰＶＤ真空プロセスチャンバ３０内のシールド４６
を開示する。シールド４６は「ｈ」形断面を有し、
「ｈ」形断面の下部アーチは、シールド４６をスパッタ
ー堆積材料の温度にほぼ等しい温度にまで加熱するヒー
ター組立体に面する。シールド４６の表面には、真空の
初期吸引時にＨ₂ Ｏの放散を促進するため、研磨を施
す。シールド４６の内面（ヒーター組立体に面する）に
は、より多くのエネルギを保持して加熱効率を高めるた
め、表面放射率係数が外面より大きくなるように処理を
施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本出願は、 Demaray等により１９
９４年４月２６日に出願された出願番号 08/236,715 の
一部継続出願である。

【０００２】本発明は、真空プロセスチャンバ、特には
大型基板上へ材料をスパッター堆積させるためのＰＶＤ
（物理的蒸着−スパッタリング）チャンバで使用するシ
−ルドつまりライニングの構造と利用に関する。

【０００３】

【従来の技術】通常の基板処理、特にはＰＶＤ（スパッ
タリング）での基板処理においては、プロセスチャンバ
内に存在する粒子および生成される粒子は処理中の基板
を汚染したり破壊したりする傾向がある。このような粒
子（「自由」粒子としても知られる）は、処理中の基板
上へ到達すると、基板の狭い一部の領域を汚染するが、
基板を打ち抜いて別々のチップにした際にその一部の領
域を廃棄することができる。しかしながら、大型基板を
単品（例えば、フラットパネルデイスプレイ）として引
き続き使用しようとする場合、ひとつの欠陥によりその
ユニット全体が不良になってしまう。

【０００４】汚染粒子の発生源はいくつかある。チャン
バ内の浄化が不完全、つまり不備であるとチャンバ内に
粒子が残留し、汚染が引き起こされる。しかし、プロセ
スチャンバが清浄であっても、スパッタリングプロセス
中に汚染物質は発生する可能性があり、発生もする。ひ
とつのタイプの汚染粒子は、堆積を意図した基板以外の
プロセスチャンバ表面上に堆積したスパッター堆積材料
が元となり、続いて、最初に堆積した真空プロセスチャ
ンバ内側の位置から離脱する（剥離する、あるいは脱落
する）。これらの粒子は、スパッタリングプロセス中は
熱くなっているが、その後周囲の表面と接触して、冷却
された多分子サイズのスパッタ−堆積材料から成るスペ
ック（汚点）であって、通常は冷えている。しかし、
（２５０℃から４００℃の高温で）スパッタされる既に
熱い基板へ自由に付着してスパッター堆積する分子サイ
ズの熱い材料とは異なり、このとき、冷えたスペック
（粒子）は基板上へ到達してその中に埋め込まれる。そ
のようなスペック（汚点）は欠陥となり、基板が不合と
なる。

【０００５】粒子の他の発生源は、高荷電（バイアスさ
れた）タ−ゲットとそれを取り巻く非荷電（接地され
た）部材との間の電気的放電である。この放電は、タ−
ゲットの端部と取り巻き面（通常は、タ−ゲットを囲
み、「ダ−ク空間リングあるいはダ−ク空間溝」として
公知の、タ−ゲット近傍の空間に突出するシ−ルド）と
の間のＰＶＤプロセスチャンバ内で発生する。隣接部材
間の放電は、ほとんどの場合、局部的な激しい温度スパ
イクを発生し、スパ−クを放つ材料の一方もしくは両方
の分子を放出する。この放出された分子が基板上へ沈降
すると、それらの分子は、運が良ければ、わずかではあ
るが許容できる被覆パタ−ンの異常を発生させ、最悪の
場合、粒子が異性材料であれば基板は汚染され、不合格
としなければならなくなるであろう。

【０００６】ＰＶＤプロセスチャンバ内で、スパッタ−
材料を含むタ−ゲットは、ほぼ平坦であり、スパッタ−
堆積すべき基板と平行に置かれる。スパッタリングはプ
ロセスチャンバ内におけるガス（例えば、アルゴン）分
子のイオン化が係わる。ガス分子は電気的バイアス、通
常はＤＣバイアスにより電気的にイオン化される。ひと
たびイオン化されると、正イオンは負にバイアスされた
タ−ゲットに衝突し、タ−ゲット材料を分子サイズの弾
道粒子としてチャンバ内へ放出する。真空チャンバの希
薄化された（rarified）真空雰囲気中で、タ−ゲット分
子は、少ししか離れていないところにあるスパッタ−堆
積すべき基板に到達するまでほとんど障害もなく運動す
る。

【０００７】このスパッタリングによって、基板はその
処理毎に所望するよう被覆されるが、スパッタ−される
タ−ゲット材料はタ−ゲットからあらゆる方向に放射さ
れるので基板を取り巻くプロセスチャンバ内の面（例え
ば、シャドウフレ−ム、チャンバシ−ルド）もスパッタ
−堆積材料で被覆される傾向がある。というのは、２５
０℃から４００℃となっているスパッタ−堆積材料とは
異なり、これら取り巻き面は普通、初めは冷えていて、
つまり室温であり、接触するとスパッタ−堆積材料は、
基板を取り巻くプロセスチャンバ面の低い温度まで急速
に冷えるからである。高温スパッタ−堆積材料と基板を
取り巻く冷えたチャンバ面との間の初期の接触と付着は
２つの材料間に接触領域を形成する。スパッタ−堆積材
料は冷却するにつれてチャンバの冷えた内側面上で収縮
する傾向がある。初期の接触領域における両材料間の付
着により新たなスパッタ−堆積材料の収縮は制限を受け
る。（プロセスチャンバ内側の被覆された領域が次第に
大きくなる結果）スパッタ−堆積材料内の張力が増加す
ると、結局、一部のスパッタ−堆積材料はチャンバ面か
ら剥離する。スパッタ−堆積材料がチャンバ面から剥離
する都度、汚染に寄与するもう一つの粒子を生成する。
この問題を認識して、ＰＶＤチャンバはプロセスチャン
バ用ライニングとして作用する「シ−ルド」部材を設け
て製作される。シャドウフレ−ムとシ−ルド（まとめて
「シ−ルド」という）は、実質的にスパッタ−されるタ
−ゲット端部と堆積しようとする基板との間のプロセス
チャンバ内側をライニングする。そして、スパッタ−堆
積材料はチャンバ壁内側ではなく「シ−ルド」の内側を
被覆する。次に、「シ−ルド」は、容易に取り外せて清
掃あるいは交換が可能であり、それによって、プロセス
チャンバ壁はイオン化された処理ガスに連続的に曝され
て、所定数の処理サイクル後に充分な浄化が必要とされ
るとき遭遇するであろう、チャンバ壁の損耗を減らす。

【０００８】しかし、「シ−ルド」を使用する場合であ
っても、結局は、シ−ルド面上のスパッタリング材料が
剥離せずに持ちこたえる「シールド」の容量を超えて堆
積すると上記の剥離現象が発生する。ビ−ドブラステイ
ングは、スパッタ−堆積材料と「シ−ルド」面との間の
付着を改良するために広く利用されている技術である。
ビ−ドブラステイング(bead blasting) によってスパッ
タ−材料用の表面領域が追加してもたらされ、かつスパ
ッタ−堆積材料と「シ−ルド」の表面との間の効果的な
機械的結合がもたらされるので、スパッタ−堆積材料は
「シ−ルド」の表面上へ保持され、剥離してプロセスチ
ャンバ内で粒子を生成することはない。

【０００９】スパッタリングタ−ゲットの端部周りの放
電によっても粒子が生成される。放電は、タ−ゲットと
その近傍にある接地（または異電圧にバイアス）された
部材との間のバイアス電圧が、ターゲットと近傍の接地
（または異電圧にバイアス）された部材との間のガス圧
とギャップ間隔の乗算積の既知関数より大きいとき誘発
される。公知の数値的関連はパッシェン曲線 (Paschen'
s curve)によって与えられる。

【００１０】（この詳細は、図１６を検討する際、以下
に記述する。）この曲線は、特定ガスに関して、タ−ゲ
ット材料と「ダ−ク空間リング」内の取り巻きシ−ルド
との間の放電誘発条件を示す。バイアスされたタ−ゲッ
トの端部と、シ−ルドのような接地体との間でア−クが
飛ぶ。このア−クによって材料からスペック（汚点）が
吹き出す。このようなスペックは基板を汚染する可能性
があり、汚染もする。

【００１１】温度変化によるプロセスチャンバ構造体の
膨張と収縮は、放電が発生する可能性のある部材間の隙
間すなわちクリアランスに影響を及ぼす。詳細には、タ
−ゲットと、プロセスチャンバ壁と、シ−ルドとの間の
温度差により、タ−ゲットが縮んだりシ−ルドが膨張す
ると隣接部材間に生ずる隙間の大きさにより放電が発生
するように、タ−ゲット端部とタ−ゲット材料に向いた
シ−ルド端部との間のダ−ク空間溝の内側端部だけでな
く、タ−ゲットを取り囲むダ−ク空間溝の外側端部でも
ア−クが発生し得る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この放電問題の一般的
解決策は、放電を阻止するために両部材（つまり、シ−
ルドとタ−ゲット）間のクリアランスをパッシェン曲線
の下端より下方に維持することである。しかし、処理
中、シ−ルドは膨張し、イオン化されたガス粒子とスパ
ッタ−材料に曝されてその温度が上昇するので、シ−ル
ドとタ−ゲット材料との間に一定のクリアランスを保つ
ことは困難である。液晶デイスプレイ用途でスパッタリ
ングをしているときにクリアランス寸法を所望の範囲に
保つことはことさら困難である。この場合、スパッタ−
を行う領域は広く（４７０ｍｍ ｘ３７０ｍｍ）、スパ
ッタ−されるタ−ゲット周縁周りに長くて幅の広いシ−
ルド（外側寸法 ６６０ｍｍ ｘ ５７０ｍｍ）が必要
になる。寸法が大きいほど熱膨張の違いによる動きが大
きくなり、設計対応が困難になる。更に、理論的に、全
ての温度で許容し得る仕様で設計が成されている場合で
あっても、プロセスチャンバ組み付け中のタ−ゲットと
シ−ルドとの不整合すなわちズレによって、チャンバの
一方側で、放電が発生するクリアランスが生ずる結果、
粒子が生成される可能性があり、また生成もされる。ス
パッタリングがオンオフされる際のエネルギの供給およ
び放出による「シ−ルド」要素の熱サイクルは、スパッ
ター堆積材料と「シ−ルド」体との間の接着結合にとっ
て試練となる。接着の弱いスペックは、熱サイクルの結
果、短時間で落下すなわち剥離しプロセスチャンバ内の
粒子の問題を悪化させる。

【００１３】プロセスチャンバ面からのスパッタ−堆積
材料の剥離あるいは放電の何れかにによって生成される
粒子は、その粒子汚染が半導体製造の歩留まりに影響を
及ぼすので受け入れ難い。これらの困難は、スパッタ−
される基板製造における歩留まりを高めるために、また
不完全な前洗浄工程ではなくスパッタリング工程が原因
である粒子汚染を理由とする不合格基板を減らすかなく
すために克服されねばならない。

【００１４】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、
「シ−ルド」（シャドウフレ−ムとシ−ルド（または熱
シ−ルド））とスパッタ−堆積材料との間の温度を均等
化することによって、また、スパッタ−堆積材料と非処
理面との間の熱膨張差がほとんどないあるいは全くない
ように「シ−ルド」の温度を、略スパッタ−堆積材料の
温度まで加熱して非処理面に堆積するスパッタ−堆積材
料中の不利な引張応力をなくすことによって、上記問題
を解決し、克服しあるいは最小化する。

【００１５】熱シ−ルドの温度は、チャンバプロセスに
影響を及ぼすことなくシ−ルドの下側を加熱するように
構成された放射ヒ−タ−組立体により制御される。シ−
ルドは加熱されて膨張する。タ−ゲット材料もまた、タ
−ゲット端部とダ−ク空間リング溝内のシ−ルド端部と
の間のクリアランスの実際の変化が最小となるように膨
張する。

【００１６】タ−ゲット材料は過熱を防ぐために水のよ
うな液体で通常は冷却されているので、スパッタ−堆積
材料は、タ−ゲットから発射される際、温度が局部的に
２５０℃から４００℃であっても、タ−ゲット材料の全
体の、あるいは裏打ちプレ−トが用いられている場合タ
−ゲット材料と裏打ちプレ−トの平均温度は５０℃ない
し１００℃である。そのために、椅子状の、つまり
「ｈ］型断面のシ−ルドが、椅子の前部をチャンバ中央
に向けた状態で設けられている。椅子状部の上方背もた
れ部分つまり「ｈ］型断面の上方脚部（上方延長部）は
シ−ルドの下方被加熱部分から上へ延在し、タ−ゲット
周りのダ−ク空間リング溝内に嵌合している。ヒ−タ−
に隣接するかあるいは直接対面しているシ−ルドの外側
面の温度がほぼ２５０℃ないし３５０℃（ほぼスパッタ
−堆積材料の温度）に制御される一方、ヒ−タ−組立体
の表面の温度はシ−ルド外側面の温度と所定の関係（例
えば、比例関係）となっているので、ヒ−タ−の温度制
御は、必要であればより簡単な（例えば、比例関係）制
御関数を用いて行える。

【００１７】ヒ−タ−組立体は、「ｈ」断面のシートの
下、すなわち下部アーチの内側に配置するのが望まし
い。シールド温度は均一であるのが理想的であるが、実
際には、シールドの断面形状の上端の温度はヒーターの
近傍の温度とは多少異なる。シールドおよびプロセスチ
ャンバが相互に正しく整列したときのターゲット材料お
よびシールドの温度差および正しい整列の予測ができれ
ば、スパッタリングプロセス中に経験する可能性のある
全温度範囲にわたってアーク発生の可能性は低くなる。

【００１８】シールドとターゲットのダ−ク空間リング
との間の整列を維持するため、シールドの周縁に一連の
４個の横方向に延在するナイフエッジ支持体が設けてあ
る。ナイフエッジの軸はシールドの中心（また、プロセ
スチャンバのほぼ中心）に向かって延びている。シール
ドとプロセスチャンバ壁との間の温度差による何らかの
動きは、軸がシールドの中心で交差するこれらナイフエ
ッジ支持体を用いてチャンバの中心から自動的に均等化
される。

【００１９】シールド温度に対するヒ−タ−組立体の効
果を改善するため、シールドの内面（底面）には（ビー
ドブラストまたは酸化）処理を施して放射係数を高め、
外面（上面）には（好ましくは研磨）処理を施して放射
係数を低くしてある。ヒ−タ−組立体に面するシールド
の底面の放射率が高いことにより、シールド部材は（真
空雰囲気における主要な熱伝達モードである）放射（輻
射）によって容易に熱エネルギを吸収する。シールドの
上面の放射係数が低いことにより、放射によるシールド
材料の熱エネルギの吸収および放出が最小になる。この
ような配置により、シールド材料の温度はヒ−タ−組立
体からの熱エネルギ入力の変化によって容易に影響を受
け、シールドの上面からの放射によるゲインまたはロス
は多くない。

【００２０】シールドの研磨された上面は、水分除去と
いう追加の利点をもたらす。プロセスチャンバが大気条
件に暴露されたとき容易にプロセスチャンバの内面に付
着する水分は、シールド面がスムーズであると、高真空
下においてはシールド面から急速に蒸発する。そのこと
により、同じ真空ポンプ装置を使用したとき、研磨した
内面を用いる方が、シールド面を粗仕上げのままにして
おくよりもはるかに急速に高真空が得られる。

【００２１】いくつかの場合に、シールドに水分やその
他の揮発可能物質が付着していないか確かめる必要があ
る。次に、プロセスチャンバの冷たい表面に付着する傾
向があり、プロセスチャンバ内の高真空吸引を妨げたり
遅らせたりする水分や望ましくない揮発性物質の乾燥
（bake-out）を促進するため、プロセスチャンバ内のシ
ールドの温度を約４５０゜に上げる。シールド面を研磨
することにより、乾燥時間（もし必要であったとして
も）が短縮される。

【００２２】本発明の他の構成においては、第２シール
ドの「ｈ」形断面は、第２シールドの「ｈ」形断面の中
間脚の端からチャンバの中心に向かって延びるほぼ水平
のフランジを含む。Ｚ形のシャドウフレームがシールド
のフランジからスパッタリングペデスタルの縁を越えて
延在し（スパッタリングペデスタルエプロンに入れ代わ
り）その縁は水平フランジを備え、水平フランジはチャ
ンバの中心から外に向かって延び、プロセスチャンバ内
の所定位置に置かれたとき、Ｚ形シャドウフレームの水
平フランジがシールドの水平フランジを越えて延在する
ように成されている。しかし、組立て時の不整合を除去
しチャンバの中心から全方向への均一な膨張を確保する
ため、第２シールドの水平で中心的に延在するフランジ
は一連の２個のナイフエッジ突起を含み、それらのエッ
ジは（前記の）シールドを支持するナイフエッジ特徴と
同様に、２つの軸に沿って整列している。同様に、Ｚ形
シャドウフレームの外に向かって延在する水平フランジ
は、第２シールドの水平フランジに接合し支持されるナ
イフエッジ受け溝を含む。

【００２３】スパッタリングプロセス中に受ける熱エネ
ルギがないときの、Ｚ形シャドウフレームと第２シール
ドとの間の温度差を小さくするため（シャドウフレーム
はスパッタされる基板にごく近いので、スパッタリング
プロセス中に大量の熱を受ける）、Ｚ形シャドウフレー
ムおよび第２シールドの相対する面の水平ストリップは
高い放射係数を有する。第２シールドを加熱すると第２
シールドの温度が上昇し、第２シールドの外側の放射率
の高い水平ストリップ領域は放射としての熱エネルギを
放出する。シールドの外面の水平ストリップ領域は一般
にＺ形シャドウフレームの外面の同様に放射率の高い水
平ストリップ領域に面しているので、シャドウフレーム
は、第２シールドからシャドウフレームの高放射率スト
リップ領域へ放射される熱エネルギを、容易に吸収す
る。そのことよって、スパッタリングプロセスからのエ
ネルギがないとき、Ｚ形シャドウフレームは加熱されて
その冷却（熱サイクルの範囲）を最小にする。そのこと
によってそのようなＺ形シャドウフレームからの粒子の
剥離のリスクが減少する。

【００２４】前記各技術および構成は、真空吸引中のプ
ロセスチャンバ内の水分除去の促進という利点をもたら
し、あるいは処理自体によって粒子が発生する可能性の
ある処理条件による粒子発生を低減または解消するのに
役立つ。

【００２５】

【実施例】ここに述べる本発明によるプロセスチャンバ
シールドの構成は、従来技術の欠点の全てではないにし
ても、それらの多くを克服する。

【００２６】図１は一般的にＰＶＤスパッタリングプロ
セスチャンバに係わる部材の分解図である。更に詳細
は、１９９４年４月２９日に Demaray等が出願した米国
特許出願 08/236,715 に述べられている。プロセスチャ
ンバ壁３１およびスリットバルブ３２を有するプロセス
チャンバ３０が、ゲートバルブ３５および極低温真空ポ
ンプ組立体３６に至るフレーム３４の上に支持されてい
る。プロセスチャンバ３０は、フィンプレート４２の上
に支持されたサセプタすなわちスパッタリングペデスタ
ル３８を含む。スパッタリングペデスタル３８ハスパッ
タリングペデスタルエプロン４０により取り囲まれてい
る。（図１には示さない）基板がスパッタリングペデス
タル３８上に支持されると、スパッター堆積材料が基板
の縁や裏側に堆積しないように、処理中、基板の縁をシ
ャドウフレーム４４でカバーする。サセプタペデスタル
３８上に支持された基板は、絶縁リング５０および下部
外側絶縁部材５２によってプロセスチャンバ３０の上部
フランジ上に支持されたターゲットあるいはタ−ゲット
組立体５４に面する。シールド（またはシールド組立
体）４６がスパッタリングペデスタル３８を取り囲み、
ターゲット５４に近接して延在する。ターゲット組立体
５４の上側はその周縁が頂部カバー５８を支持する上部
絶縁体５６によってカバーされ、両者はキャップの役目
を果たし、磁気ドライブ組立体（図示せず）を収容す
る。

【００２７】頂部カバー５８は水などの冷却流体を含む
ことが多く、この冷却流体はターゲット組立体５４の裏
側を冷却するため、カバーを貫通してパイプで送られ
る。その他の構成においては、必要な冷却を行うため、
ターゲット組立体中の通路に流体を通してターゲット組
立体５４を冷却する。ここに示した構造の上部カバー５
８は持ち上げハンドル６０によってヒンジ６２，６３を
中心としてスイングするように持ち上げることができる
が、そのとき、上部カバーの開きは、ヒンジ付きプロセ
スチャンバ３０の片側または両側でキャップ６２（ミス
プリント）とフレーム３４との間を結ぶひとつ以上のの
加圧ガスゲ−ト補助ラム６４によって補助される。

【００２８】図２は図１の分解図に示したものを組み立
てたプロセスチャンバ３０の断面図である。図２の左側
面拡大図が図３である。（これの別構造を、後に述べる
図２０に示す）。図２の左側に見られるように、プロセ
スチャンバ３０は、下部外側絶縁部材５２に取り囲まれ
た絶縁リング５０を支持し、両者はターゲット組立体５
４を支持する。ターゲット組立体５４は図２に示したよ
うに中実でも、あるいは冷却用の流体通路を貫通させて
もよい。ターゲット組立体５４は図示したように一体で
も、あるいはターゲット組立体５４は（図２０に示した
ように）ひとつの別部材をひとつの異なる材料から成る
ターゲット裏打ちプレートに半田づけまたは他の手段で
接着してもよい。高価な材料をターゲットとして用いる
必要がしばしば生じるが、それらはターゲット裏打ちプ
レートには適していない。例えば、インジウム−錫−酸
化物（ＩＴＯ）はしばしばターゲット材料として用いら
れるが、チタン、アルミ、または銅が裏打ち材料として
用いられる。その理由は、それらの材料は熱と電気の導
体であり、ＩＴＯなしでは類似構造が現在実現できない
高温強度を提供できるからである。

【００２９】電気的にバイアスをかけられたターゲット
組立体５４は、下部外側絶縁体５２および上部外側絶縁
体５６によってカバーされ、外部に対して絶縁されてい
る。上部カバー５８はひとつのチャンバを形成し、その
中に液体を入れてターゲット組立体５４の裏側を冷却
し、あるいはその中で真空吸引を行ってプロセスチャン
バと同じ圧力にすることもできる。普通は上部カバー内
に設けられる線走査マグネット担体５９は、スパッタリ
ングプロセスを補助し、ターゲット材料の不均一腐食に
よって生じる廃棄物（waste ）を低減する。

【００３０】基板６６はスパッタリングペデスタル３８
上に支持される。スパッタリングペデスタル３８の縁は
スパッタリングペデスタルエプロン４０によってカバー
される一方、基板６６の縁はシャドウフレーム４４によ
ってカバーされる。

【００３１】スパッタリングペデスタル３８が破線３８
ａで示した所定位置に降ろされた後、ロボットパドル
（図示しない）はスリットバルブ３２を介して基板６６
をプロセスチャンバ内の所定位置に移動させる。次に上
昇組立体６８が基板６６をロボットパドルから持ち上げ
ると、ロボットパドルが引き下がる。次にスパッタリン
グペデスタル３８が上昇し、基板６６に係合して、それ
とシャドウフレーム４４とを処理位置へと持ち上げる。
アンローディングはこの逆の順序で行う。

【００３２】スパッタリングペデスタル３８、エプロン
４０、および（上述の）基板サポート組立体のシャドウ
フレーム４４の周囲は椅子状すなわち「ｈ」形断面を有
するシールド４６によって取り囲まれている。シールド
４６は、プロセスチャンバ内においてスパッタリングタ
ーゲットおよびスパッタされる基板との間のライニング
の役割を果たす。シールドの断面形状は椅子状すなわち
「ｈ」形であって、椅子の前側がプロセスチャンバの中
心に面し、ターゲットが上部に隣接し、ヒーターが両脚
の間にある。シールド４６の椅子状断面の下側は一般的
にヒーター組立体に近接しかつ曝されており、ヒーター
組立体は１個または複数のヒーターユニットから成る
（図２、１３、２０にはヒーターユニット７６のみを示
した）。シールド４６は、一連のナイフエッジ式支持シ
リンダ（８４のような）を保持するプロセスチャンバの
壁３１のレッジ（棚状部分）から支持されている。

【００３３】図４、図５および図６はシールド４６の平
面図、正面図および側面図である。シールド４６はシー
ルド真直部４７およびシールドコーナー部４９を含み、
内部を破線で示した図面から分かるように、先に述べた
ような椅子状の「ｈ」形断面に形成されている。真直部
４７およびコーナー部４９は電子ビーム溶接によって溶
接合体されている。シールド４６は一般的に金属（３１
６Ｌステンレスが好ましい）で作られる。ナイフエッジ
受け溝９７、９８、９９、１００はシールドコーナー部
４９の短い直線部に形成され、シールド４６の外側の縁
において底面に、コーナー部４９の実際のカーブに隣接
したシールド長方形の長辺に沿って位置しているが、全
体的にはシールドコーナー部４９の範囲内にある。これ
らの溝の拡大断面を図７に示す。溝の山（または谷）
は、図４に示すシールドの長辺から約４５゜（この例で
は対称にするためおよびプロセスチャンバ内で他の部材
との干渉を避けるため４６．５゜）に延びる中心線１０
２および１０３に沿っている。中心線１０２および１０
３はシールドの長方形の中心で交差し、この中心は基板
プロセス中のプロセスチャンバ３１の中心に一致する。

【００３４】図８は図４の８−８断面を示す。内側脚９
４（１．２２インチ＝３１．０ｍｍ）および外側脚９５
（１．５８インチ＝４０．１ｍｍ）は、チャンバ内の諸
形状（例えばスリットバルブ開口部３２およびチャンバ
の壁からの鋭い突起）との干渉を避けるためその長さを
変えて（例えば、寸法９５ｄ＝０．３６インチ＝９．１
ｍｍ）あり、以下に述べるように、シールドがエッジ上
に完全に浮き上がって中心が合っているようにするため
に干渉は避けねばならない。椅子の背もたれに相当する
部分の高さ９１ａは１．８４インチ＝４６．７ｍｍ、厚
さは０．２インチ＝５．１ｍｍである。椅子形断面の背
もたれ部分９１の上部０．２５インチ＝６．３５ｍｍ
は、シールド９１とターゲット組立体５４との間のクリ
アランスを減らすため、厚さが０．０３０インチ＝０．
７６ｍｍである。椅子のシートに相当する部分９２の長
さは１．８４インチ＝４６．７ｍｍで、厚さは０．２５
インチ＝６．３５ｍｍである。内側脚９４の厚さは０．
２５インチ＝６．３５ｍｍであり、外側脚９５の厚さは
０．３２５インチ＝８．２５ｍｍである。

【００３５】図９はシールド４６の見取り図であり、ナ
イフエッジ式支持シリンダ８４、８５、８６、８７（こ
れらはナイフエッジ溝とともに１セット（すなわち複
数）のナイフエッジ形状を形成する）の詳細を示すた
め、一部を破断してあり、これらのシリンダは、プロセ
スチャンバ３０の内側の対応穴に緩く垂直に延びて嵌合
する（直径のクリアランスは約、０．００６ないし０．
０１５インチ＝０．１５ないし０．３８ｍｍ）。この構
成により、シリンダが回転してナイフエッジ溝の方向誤
差を吸収することができるが、なおかつ、熱サイクルに
よる膨張収縮によるシリンダの横方向への移動を確実に
阻止する。

【００３６】図１０はナイフエッジ式支持シリンダ８４
（詳細は図１２、１３、１４）を示し、ナイフエッジ式
支持シリンダ８４は、リッジ線８８ａを有する直径方向
の突起すなわちリッジ８８を有する。シリンダすなわち
ローラー８４の直径Ｄは０．７４５インチ＝１８．９ｍ
ｍ、基本高さＨは０．５インチ＝１２．７ｍｍ、リッジ
の高さは０．１８９インチ＝４．８０ｍｍ、三角突起の
基部の幅は０．３９４インチ＝１０．０ｍｍである。ナ
イフエッジリッジ８８は、図７に示すように、細長いナ
イフエッジ受け溝９７に嵌まる。「ナイフエッジ」とい
う言葉はリッジ８８のリッジ線８８ａのみによる線接触
を意味するが、実際は図１４に示すようにリッジ線は８
８ａコーナー８８ｂ，８８ｃとしてシリンダの平らな上
面とリッジ８８の傾斜面との間で丸めてある。シールド
４６は実際にはリッジ８８の両側の傾斜面で支持され
て、両斜面は負荷（シールドの重量）をそれら全面に分
布させ、面上の不必要に大きな点負荷による損傷を防い
でいる。ナイフエッジ式支持シリンダ８４の材質はアル
ミ、ステンレス鋼等の金属あるいはセラミックでもよ
い。シールド４６は、これらナイフエッジ式支持体によ
って周囲のプロセスチャンバ壁３１から絶縁されてお
り、これら両部材間の直接接触面積がごく小さいので、
熱伝導による熱損失はごく小さい。場合によっては、シ
ールド４６に電気的バイアス（ターゲット組立体へかけ
るバイアスとは異なる）をかける必要がある。そのよう
な場合には、１セットの絶縁ナイフエッジ式支持体（例
えばセラミック・アルミナ）でシールド４６を接地され
たチャンバの壁から絶縁し、シールドに電気的バイアス
（ＡＣまたはＤＣ）をかける。その他、シールド４６の
接地が必要であるときは、１セットの導体金属ナイフエ
ッジ式支持シリンダがシールド４６を支持するが、接地
を確実にするため、更にシールド４６とチャンバ３０と
の間に接地ストラップ（図示せず）を取り付ける。

【００３７】ナイフエッジ式支持シリンダ８４が、図９
および図１０に示すように、チャンバ３０の壁３１内に
正確に位置決めされた対応穴８９に挿入され、シールド
４６のナイフエッジ支持受け溝９７が所定位置に降ろさ
れると、対応穴へのシリンダ８４の嵌合が緩い（緩み嵌
め）ので、ナイフエッジ支持受け溝９７のリッジ８８が
自動的に角度的にナイフエッジ式支持シリンダ８４のリ
ッジ８８に整合し、図９に示すようにナイフエッジ支持
組立体が中心線１０２に整合する。同様に、ナイフエッ
ジ式支持シリンダ８６は中心線１０２に整合し、一方、
他のナイフエッジ式支持シリンダ対８５、８７は中心線
１０３に沿って整列する。シールド４６の膨張収縮は横
方向の力を発生し、ナイフエッジの整合を外そうとした
り、ナイフエッジ式支持シリンダ８４を対応穴８９から
外れさせようとする。しかし、ナイフエッジのリッジが
整合から外れたりナイフエッジが動いたりする前に、各
部材が平衡点へとスライドする。２本の軸１０２、１０
３がプロセスチャンバの垂直中心線において交差するの
で、上記のシールド構成は、シールド４６を一般的に
（ほぼ）プロセスチャンバの中心線から均等な距離に維
持し、シールド４６の均等な加熱は中心から全方向への
膨張をほぼ均等にする。

【００３８】シールドを加熱することはまた、ターゲッ
ト５４の周りにおいてシールド４６の上端とダ−ク空間
溝（リング）５５との間のクリアランスを維持するのに
役立ち、望ましくない粒子を発生する可能性のあるター
ゲット５４とシールド４６との間のアークの発生を防止
する。図１５に示すように、シールド４６の膨張は、タ
ーゲットまたはターゲット組立体５４の膨張と方向が同
じであり、そのダ−ク空間溝５５の中へシールド４６の
上部脚９１が入り込んでいる。シールドにおける温度変
化が大きいので、各部材間のクリアランスは多少変化す
る。

【００３９】図１５の実線で示すシールド位置は、常温
におけるシールド４６の位置である。シールド４６の温
度が上昇すると、シールド４６は均等に膨張して破線で
示した熱膨張した位置に来る。シールド４６の上部脚９
１とターゲット５４との間のアークを防止するため、シ
ールド４６とダ−ク空間リング溝５５の内外縁との間の
内側クリアランス７２および外側クリアランス７４は、
圧力、電圧およびクリアランスの各条件が、図１６の領
域１１６によって典型的に示したように、パッシェン曲
線１１５の下限点１１５ａで表した最小値より十分低く
なければならない。シールドの上部脚９１の幅は、冷え
ているときに必要なクリアランス０．０３０インチ＝
０．７６ｍｍを達成するために大きくした。典型的なス
パッタリングプロセスにおいてはアルゴンガスを４ｍ
ｔｏｒｒ で用い、アルミのターゲットを４５０ボルト
１０ｋＷで、ターゲットとシールドとの内側クリアラン
ス０．０６０ないし０．０９０インチ（１．５２ｍｍな
いし２．２９ｍｍ）でスパッタする。

【００４０】図１６は、特定のガスに関するパッシェン
曲線を示し、Ｘ軸１１９は特定のガスの圧力と分離距離
（ギャップクリアランス）との積を、Ｙ軸１１７はガス
によって選択される２個の導体要素間の破壊電圧を示
す。フラットパネル液晶ディスプレイの寸法が大きい可
能性があるので（例えば一方向に６５０ｍｍ）シールド
の熱膨張は５ｍｍにも達する可能性がある。シールドを
ナイフエッジの中心に維持し、熱膨張をターゲットの膨
張と同方向にして、内外クリアランス７２、７４を最小
にし、アークの発生を皆無ではないにしても、低減させ
る。シールド４６において維持する温度は、スパッタさ
れる材料によって異なった値とする。シールド温度は、
ガス衝突によってキックアウト（スパッタ）されるター
ゲット材料の温度によって決まる。ガス（例えばアルゴ
ン）の運動エネルギ（一定である）は、キックアウトさ
れる材料の熱エネルギに変換される。従って、ターゲッ
ト材料の分子量が小さければシールド温度は高くすべき
で、大きければ低くする。ターゲット材料の代表的なシ
ールド温度は、アルミが３５０℃、ＩＴＯが３３０℃、
タンタルが３００℃であり、これらの温度はできるだけ
近傍に（±１５℃以内が好ましい）維持すべきである。

【００４１】シールドは、図１５および図１８に示すよ
うに、シールド４６の直線部４７にほぼ沿って配置され
た４個の別々の放射ヒ−タ−ユニットから成るひとつの
ヒ−タ−組立体によって加熱される。ヒ−タ−ユニット
は、シールド４６の下に、（シールドの椅子形の断面に
おいて水平に延在しているシート部分、すなわち「ｈ」
の下部アーチ９２の下）に位置し、２本の垂直に延在し
ている脚部９３（訳注：９５の誤り）および９４のほぼ
中間にある。シールド４６の温度の上昇および制御は、
ヒ−タ−ユニットの温度を変化させて行い、シールド４
６の外面温度がほぼスパッター堆積材料の温度に等しく
なるようにする。これらの条件下においては、スパッタ
ー堆積材料がヒ−タ−シールドの外側に到達したとき、
スパッター堆積材料とシールドとの間の温度差はあった
としてもごく僅かであり、両者が室温まで冷却されたと
き熱膨張による境界応力は無視できる。シールドは冷却
されないのが理想的である。スパッター堆積材料の放出
や剥離に寄与する可能性のある熱サイクルは、ヒ−タ−
を用いてシールド４６の温度を常に通常の運転温度であ
る２５０℃ないし４００℃に維持することで避けられ
る。スパッタリング中は、プロセスから大量のエネルギ
が投入されるので、ヒ−タ−はごく小量のエネルギを供
給する。スパッタリング作業と次のスパッタリング作業
との間には、処理された基板を取り出して新しい基板を
処理のために所定の位置に取り込む間、ヒ−タ−は、シ
ールド温度を２５０℃ないし４００℃に維持するため、
大量の投入エネルギを供給する。

【００４２】図１８はヒ−タ−ユニット７６の側面図で
あり、その端面を図１５に示す。ヒ−タ−ユニット７６
は、一端において９０°の接続角度をもって垂直脚８１
に接続する鞘（さや）１２６を含み、垂直脚８１は、チ
ャンバ３０の壁の一部を貫通するヒ−タ−ステム８３に
接続している。ステム通路はヒ−タ−ステムシール（例
えばＯ‐リング）１０７によってシールされ、ネジ付き
ナット１１３で固定される。ヒ−タ−ユニットはヒ−タ
−巻線１２７を含み、これはヒ−タ−鞘１２６に覆われ
ている。すなわち、巻線はヒ−タ−鞘の水平部分の内側
に延在する。温度センサ（例えば熱電対）１２８が巻線
１２７の中心に配置されてヒ−タ−ユニット７６の温度
調節を補助する。動力配線１０９およびセンサー配線１
１１がヒ−タ−ステム８３を貫通している。ヒ−タ−鞘
１２６はステンレス鋼等の剛性で薄肉の材料から成る
が、ヒ−タ−巻線が発する高熱によってヒ−タ−ユニッ
トが垂れ下がるおそれがあるので、ヒ−タ−端部支持ブ
ラケット１０５（図１９参照）をヒ−タ−ユニット７６
の端に設けてプロセスチャンバ壁にヒ−タ−の端を取り
付けて整列させ、ヒ−タ−ユニットをシールド４６の底
部の範囲内に整列して保持する。ブラケット１０５はチ
ャンバ壁３１にボルト締めする。

【００４３】シールドの上面および、選択された底面
は、高真空ポンピングシステムに接続したとき、粗い表
面にＨ₂ Ｏ分子が付着して短時間での高真空達成を妨げ
ないよう、２０マイクロインチＲａ（中心線平均粗さ）
（好ましくは３０Ｒａまたはそれ以上）の高度の鏡面に
研磨する。スムーズな表面は分子の付着力を減じ、同様
な粗い面または研磨してない面に比べてポンプダウンに
要する時間が短縮される。

【００４４】シールドの表面は、シールドの外面は放射
率が低くなるように処理（すなわち研磨）する一方、ヒ
ーターの両端に面する内面はヒーター組立体から受ける
熱をよりよく吸収するために放射率が高くなるよう処理
される。この表面放射率の相違は、シールドを処理温度
にまで加熱するのに要するエネルギを減らすとともに、
シールドを所定の乾燥（bake-out）温度（通常４５０
℃）にまで加熱するのに要するエネルギを減らす。

【００４５】図１７はシールド４６の底面図であり、ヒ
ーターユニット７６、７７、７８、７９のアウトライン
を示し、これらユニットはシールド４６の４個の真直な
辺に沿って配置され、一般的にシールド４６の直角中心
線１０４をまたいでいる。シールド４６のコーナーは加
熱しない。シールドの各コーナーを直接加熱しないよう
にするため、そしてシールドの周りの温度を平均化する
ため、この構成においては、底（内）面の各部にそれぞ
れ異なった表面放射率が与えられている。高放射率表面
コーティング（ビードブラスティングまたは酸化など）
がコーナーの近傍のクロスハッチング部１２１、１２
２、１２３、１２４に施されている。一方、低い放射率
の表面仕上げが各直線辺４７の領域に施され、中心線１
０４に隣接する、シールドの内面が高度に研磨されてい
る（好ましくは２０Ｒａ、ただし３０Ｒａまたはそれ以
上の範囲）領域の直接加熱が放射の吸収を減少させ、シ
ールド４６の周りの温度を平均化する傾向がある。温度
がほぼ均一であると期待されるシールドの温度を、図１
７に示すように、シールド４６のひとつのコーナーに配
置した非接触熱電対８２（米国特許 5,105,200）によっ
て測定する。

【００４６】図２１は前述の第１シールド４６の断面図
である。２点鎖線はヒーター近傍のシールド面と考えら
れる領域を示す。１３２は、ヒーター近傍面以外の表面
を示す。シールド４６の外側脚９５、内側脚９４、シー
ト（ミドル）９２、および上部９１が識別されている。

【００４７】図２２は、ヒーター近傍面１３０の放射率
が０．１でその他の面１３２の放射率も０．１であると
きの、ヒーター近傍面のシールド温度１３６とシールド
温度１３４との比較を時間１３８にわたって示す。冷た
い（室温の）シールドを時間ゼロにおいて予め通電して
あるヒーター組立体の上方の所定位置に置く。これは図
２３に対応し、この図２３は同様な条件下においてヒー
ター近傍面１３０の放射率が０．４６でその他の面１３
２の放射率も０．１であるシールド４６のヒーター近傍
面のシールド温度１３６とシールド温度１３４を示す。
性能の差および熱保持の差はかなり大きい。ヒーター近
傍面１２０とヒーター近傍以外の面１３２との表面放射
率の最小差が約０．１あれば、製造工程の変動による表
面放射率の通常の変動以上の有利な効果が期待される。

【００４８】図２０は図３に示した断面に関連する他の
シールド構造を示す。前記シールド４６に一部分を除い
て同一の第２シールド４７は、ほぼ連続した、チャンバ
３０の中心方向に延び、１セットのシールドナイフエッ
ジ突起を支持する水平フランジ５１を有する（この図に
おいては突起９６のみを示す）。シールドナイフエッジ
突起は４個あり、それらは互いに対角線軸（すなわちチ
ャンバーナイフエッジ突起に関して前記したような１０
２、１０３）に沿って整列し、チャンバの中心線におい
て交差し、これは図９に示したナイフエッジ式支持シリ
ンダと類似である。この構成においては、（ピラミッド
状の）シールドナイフエッジ突起（例えば９６）は（好
ましくは溶接によって）水平フランジ５１に固定され
る。この構成においては、図３の構成における基板ペデ
スタルエプロン４０およびシャドウフレーム４４の代わ
りにＺ形シャドウフレーム４３を用いる。このＺ形シャ
ドウフレーム４３は、Ｚ形断面を有し、その上方脚４３
ａがスパッターされる基板６６の縁を越えてチャンバ３
０の中心方向へ延びている。下部脚４３ｂはチャンバの
中心から外に向かって第２シールド４７の水平フランジ
５１をシェード（陰に）するように延びている。このオ
ーバーラップすなわちシャドーイングは、スパッター堆
積材料が直線経路でプロセスチャンバ３０の下部に到達
するのを防止する。シャドウフレーム４３の下部脚４３
ｂは一連のシャドウフレームナイフエッジ溝（シールド
周縁に関して前記したものと類似）を含み、第２シール
ド４７の水平フランジ５１上のシールドナイフエッジ突
起（例えば９６）位置に合致する。この構成により、Ｚ
形シャドウフレーム４３とそれを支持する第２シールド
４７との間の温度差膨張は、これら部材をチャンバの垂
直中心軸に関して不整合にしない。図２０にはチャンバ
ー壁と第２シールドとの間のチャンバーからシールドナ
イフエッジ支持形状は何も示されていないが、シールド
およびシャドウフレームの整列とともにシールドとチャ
ンバとの整列を維持するためにそのような形状を用いる
ことが望ましい。

【００４９】Ｚ形シャドウフレーム４３の温度サイクル
（基板がスパッターされるとき温度が上がり、新しい基
板の載せ降ろしの際スパッタリングが中止されると温度
は下がる）は、スパッター堆積材料がＺ形シャドウフレ
ーム４３から離脱して基板を汚染する可能性を増大させ
る。そのような温度サイクルを最小化するため第２シー
ルド４７内においてＺ形シャドウフレーム４３をヒータ
ー組立体（例えば７６）によって間接的に加熱する。ヒ
ーター組立体は、図２、３、１５、１７における構成に
関連して述べたように第２シールド４７を加熱する。し
かし、第２シールドの上面および外面のすべてが高度に
研磨（例えばＲａ３０またはそれ以上（好ましくは２０
Ｒａ）の仕上げ）されているわけではなく、内側脚９４
の一部分（水平な帯状部分）が、Ｚ形シャドウフレーム
４３の外面と類似した高い表面放射率の領域４７ａを有
する。 第２シールド４７を加熱すると、外側領域４７
ａがＺ形シャドウフレームの領域４３ｃに向かって熱を
放射し、この領域が放射の大部分を吸収しＺ形シャドウ
フレームを加熱し、先に経験した熱サイクルを低減させ
る。この構成においては、第２シールド４７および拡張
されるシャドウフレームを３１６ＬＳ．Ｓで作ることが
望ましい。

【００５０】本発明はこのようにして、アーク発生およ
び剥離の可能性が小さく、従って粒子を減少させる、温
度に対して安定なシールド（シャドウフレームを含む）
を提供する。本発明は、シールド温度がその関連するヒ
ーター組立体と速やかに平衡することを可能にする。

【００５１】上記発明の実施例構造は、粒子によるプロ
セスチャンバの汚染低減方法を実行するために用いられ
る。

【００５２】ひとつの方法は下記ステップを含む：ター
ゲットから基板上へ材料をスパッターする際、シールド
上にスパッター堆積される材料の温度を測定し、スパッ
ターターゲットとスパッターされる基板との間のプロセ
スチャンバの壁を全体的にカバーするようにプロセスチ
ャンバをライニングしているシールドを、基板上へスパ
ッター堆積される材料とほぼ同じ温度に加熱すること。

【００５３】この用途の本発明を利用した代替の方法は
下記ステップを含む：シールドの第１の側に第１の放射
率を与え、シールドの第２の側に第２の放射率を与え、
第１の放射率と第２の放射率との間に放射係数で約０．
１以上の差をもたせる。この方法はさらに下記ステップ
を含む：個々のヒ−タ−の１セットを１箇所以上におい
てシールドの裏側に面して置き、シールドの裏側のヒ−
タ−に面する面に表面仕上げを施し、ヒ−タ−に直接隣
接する表面が第１の放射率を有し、ヒ−タ−に面する表
面以外の位置の表面が第２の放射率を有し、前記第１の
放射率が前記第２の放射率より放射率係数で約０．１以
上大きい。

【００５４】本発明によるひとつの代替方法は下記ステ
ップを含む：真空チャンバ内にヒ−タ−組立体を設ける
こと、ヒ−タ−組立体がほぼ内包されるアーチを有する
ように構成されたシールドを備えること、前記シールド
はアーチから延びてターゲットの近傍で終わる上部脚を
有し、およびヒ−タ−組立体に通電することによりシー
ルドを加熱すること。

【００５５】シャドウリングを間接的に加熱するための
本発明を利用するひとつの代替方法は下記ステップを含
む：第１の側からシールドを加熱すること、およびシー
ルドの全体的近傍におけるシャドウフレーム上の同様に
高放射率表面領域に面するシールドの第２の側に表面放
射率の高い表面領域を設けること。

【００５６】本発明を利用するひとつの代替方法は下記
ステップを含む：シールドがプロセスチャンバの中心か
らほぼ等しいクリアランスを有するように支持するこ
と、更に下記ステップを含む：チャンバの壁からシール
ドを支持するためナイフエッジ形状部材を設けること、
シールドの縁に１セットのナイフエッジ形状部材を設け
てチャンバの壁から支持されたナイフエッジ形状部材に
当接させること。

【００５７】本発明を利用するひとつの代替方法は下記
ステップを含む：一連のナイフエッジ形状部材を有する
シールドを設けること、シャドウフレーム内に一連のナ
イフエッジ形状部材を設けてシールドのナイフエッジ形
状部材に当接させ、ナイフエッジ形状部材を用いてシャ
ドウフレームを支持すること。

【００５８】特定の実施例に関して本発明を説明した
が、当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱するこ
となく、形態および細部における変形がなされ得ること
を認識するであろう。

【００５９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、「シ−ルド」（シャドウフレ−ムとシ−ル
ド（または熱シ−ルド））とスパッタ−堆積材料との間
の温度を均等化することによって、また、スパッタ−堆
積材料と非処理面との間の熱膨張差がほとんどないある
いは全くないように「シ−ルド」の温度を、略スパッタ
−堆積材料の温度まで加熱して非処理面に堆積するスパ
ッタ−堆積材料中の不利な引張応力をなくすことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に従う実施例を典型的に用いた
ＰＶＤ真空プロセスチャンバの分解図である。

【図２】図２は、図１に示したものを組み立てたＰＶＤ
真空プロセスチャンバの２−２断面図である。

【図３】図３は、図２に示したプロセスチャンバ断面の
拡大左側面図である。

【図４】図４は、本発明に従うシ−ルド実施例の平面図
である。

【図５】図５は、図４の正面図である。

【図６】図６は、図４の右側面図である。

【図７】図７は、本発明に従うナイフエッジ溝の、図４
における７−７断面図である。

【図８】図８は、図４の８−８断面図である。

【図９】図９は、本発明に従うナイフエッジ形状を備え
たシ−ルドを示す斜視図である。

【図１０】図１０は、図１１のナイフエッジ形状の分解
図である。

【図１１】図１１は、図９の１１−１１で示したナイフ
エッジ形状を示す拡大図である。

【図１２】図１２は、本発明に従うナイフエッジ支持シ
リンダの平面図である。

【図１３】図１３は、本発明に従うナイフエッジシリン
ダの側面図である。

【図１４】図１４は、図１２に示すナイフエッジ支持シ
リンダのリッジを形成する突起の詳細を示す拡大図であ
る。

【図１５】図１５は、図３に示す本発明に従うシ−ルド
とヒ−タ−との構成の拡大図である。

【図１６】図１６は、通常のパッシェン曲線 (Paschen'
s curve)を示す図である。

【図１７】図１７は、本発明に従うシ−ルドの底面図で
あり、シ−ルドをプロセスチャンバ内へ位置せしめたと
きのヒ−タ−ユニットの典型的な配置を示す。

【図１８】図１８は、本発明に従ってプロセスチャンバ
内へ取り付けたヒ−タ−ユニットの拡大側面図である。

【図１９】図１９は、本発明に従ってヒ−タ−ユニット
端部を支持する端部支持ブラケットの、図１８の１９−
１９矢視端面図である。

【図２０】図２０は、図２に示すようなプロセスチャン
バの拡大図であるが、プロセスチャンバ内のシ−ルドと
シャドウフレ−ムの、本発明に従う別の構成を示す。

【図２１】図２１は、図４に示すシ−ルドの２１−２１
断面図であり、種々の表面放射率を有する各領域を示
す。

【図２２】図２２は、一定のヒ−タ−温度と比較したシ
−ルドの温度増加を示すグラフであり、ここでシ−ルド
の上下両側での放射率は等しく、無視できる値（例え
ば、０．１）である。

【図２３】図２３は、本発明に従うシ−ルドにおいて、
一定のヒ−タ−温度と比較したシ−ルドの温度増加を示
すグラフであり、ここでヒ−タ−近傍の面の放射率は高
く（例えば、０．４６）、それ以外のシ−ルド面の放射
率は低い（例えば、０．１）。

【符号の説明】

３０…プロセスチャンバ、３１…プロセスチャンバ壁、
３２…スリットバルブ（開口）、３４…フレ−ム、３５
…ゲ−トバルブ、３６…極低温真空ポンプ組立体、３８
…スパッタリングペデスタル（サセプタペデスタル）、
４０…スパッタリングペデスタルエプロン、４２…フィ
ンプレ−ト、４３…シャドウフレ−ム、４３ａ…上方脚
（高い表面放射率領域）、４３ｂ…下方脚、４３ｃ…Ｚ
型シャドウフレ−ム領域、４４…シャドウフレ−ム、４
６…シ−ルド、４７…シ−ルド真直部（第２シ−ル
ド）、４７ａ…高い表面放射率領域、４９…シ−ルドコ
ーナー部、５０…絶縁リング、５１…水平フランジ、５
２…下部外側絶縁部材、５４…タ−ゲット組立体、５５
…ダ−ク空間リング溝、５６…上部絶縁部材、５８…頂
部カバ−、５９…線走査マグネット担体、６０…持ち上
げハンドル、６２…ヒンジ部品（キャップ）、６３…ヒ
ンジ部品、６４…ラム、６６…基板、６８…リフタ−組
立体、７２…内側クリアランス、７４…外側クリアラン
ス、７６，７７，７８，７９…ヒ−タ−ユニット、８１
…垂直脚、８２…非接触式熱電対、８３…ヒ−タ−ステ
ム、８４，８５，８６，８７…ナイフエッジ式支持シリ
ンダ、８８…リッジ、８８ａ…リッジ線、８８ｂ，８８
ｃ…隅部、８９…対応穴、９１…椅子型部の背もたれ部
分（上方脚）、９２…椅子型部のシ−ト部分、９３…脚
部分、９４…内側脚、９５…外側脚、９６…シ−ルドナ
イフエッジ突起、９７，９８，９９，１００…ナイフエ
ッジ受け溝、１０２，１０３，１０４…中心線、１０５
…ヒ−タ−端部支持ブラケット、１０７…ヒ−タ−ステ
ムシ−ル、１０９…動力配線、１１１…センサ−配線、
１１３…ナット、１１５…パッシェン曲線、１１７…Ｙ
軸、１１９…Ｘ軸、１２６…鞘、１２７…ヒ−タ−巻
線、１２８…温度センサ−

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年５月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】スパッタリングタ−ゲットの端部周りの放
電によっても粒子が生成される。放電は、タ−ゲットと
その近傍にある接地（または異電圧にバイアス）された
部材との間のバイアス電圧が、ターゲットと近傍の接地
（または異電圧にバイアス）された部材との間のガス圧
とギャップ間隔の乗算積の既知関数より大きいとき誘発
される。公知の数値的関連はパッシェン曲線 (Paschen'
s curve)によって与えられる（この詳細は、図１６を検
討する際、以下に記述する。）。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】この曲線は、特定ガスに関して、タ−ゲッ
ト材料と「ダ−ク空間リング」内の取り巻きシ−ルドと
の間の放電誘発条件を示す。バイアスされたタ−ゲット
の端部と、シ−ルドのような接地体との間でア−クが飛
ぶ。このア−クによって材料からスペック（汚点）が吹
き出す。このようなスペックは基板を汚染する可能性が
あり、汚染もする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デヴィッド イー． バークストレッサー アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95030， ロス ガトス， ベアー クリ ーク ロード 19311

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ内の特定の場所において基板処
   理が行われる真空プロセスチャンバの内面を覆うための
   シールドを有する装置であって、 前記シールドは内面および外面を有し、 前記内面は処理が行われる前記プロセスチャンバ内の特
   定の場所からほぼ反対方向を向き、 前記外面は処理が行われる前記プロセスチャンバ内の特
   定の場所からほぼ反対方向を向き、 前記内面は第１の表面放射率を有し、 前記外面は第２の表面放射率を有し、 前記第１の表面放射率は前記第２の表面放射率より大き
   い、装置。
2. 【請求項２】 前記シールドの構成がアーチ形の断面を
   含んでいて、前記内面が前記アーチの凹面上にあり、前
   記外面が前記アーチの凸面上にあるように成した、請求
   項１に記載した装置。
3. 【請求項３】 前記アーチ形断面が前記シールドの
   「ｈ」形断面の下部を形成し、前記内面が前記「ｈ」形
   断面の凹面の内側にあり、前記外面が前記アーチの凸面
   上の面を含む前記内面以外の前記シールドの表面を含
   む、請求項２に記載した装置。
4. 【請求項４】 一部の前記内面の近傍において、かつそ
   れに面して前記チャンバ内にヒ−タ−組立体が配置され
   ている、請求項１に記載した装置。
5. 【請求項５】 一部の前記内面の近傍において、かつそ
   れに面して前記チャンバ内にヒ−タ−組立体が配置され
   ている、請求項２に記載した装置。
6. 【請求項６】 一部の前記内面の近傍において、かつそ
   れに面して前記チャンバ内にヒ−タ−組立体が配置され
   ている、請求項３に記載した装置。
7. 【請求項７】 前記ヒ−タ−組立体が前記シールドの周
   縁に沿って間隔をあけて数個のヒ−タ−ユニットを含
   み、 前記内面が前記数個のヒ−タ−ユニットのうち第１のユ
   ニットの中心から直接対面する第１の中心領域表面部分
   を含み、 前記中心領域は第３の放射率を有し、 前記内面は前記中心領域表面部分の縁から始まって前記
   数個のヒーターユニットのうちのひとつの端を越えて、
   前記数個のヒ−タ−ユニットのうち第２のユニットに対
   面する第２の中心領域表面部分の端まで伸びる端部また
   はコーナー領域表面部分を含み、前記端部領域表面部分
   が第４の表面放射率を有し、 前記第３の表面放射率および前記第４の表面放射率を有
   する前記両領域表面部分がまとめて効果的に前記第１の
   放射率を提供する、請求項６に記載した装置。
8. 【請求項８】 前記第１の放射率が前記第２の放射率よ
   り放射率係数において約０．１以上大きい、請求項１に
   記載した装置。
9. 【請求項９】 基板を処理するためのプロセスチャンバ
   であって、前記基板を内部で支持する真空チャンバを有
   し、 前記チャンバは前記基板上の処理面に対面する内壁を有
   し、更に前記内壁の内側に配置され、前記処理領域に面
   する外面と前記処理領域の反対側に面する内面とを有す
   る、前記内壁を覆うシールドを有し、 前記外面および、前記内面の選ばれた部分が、約３０マ
   イクロインチＲａ（中心線平均粗さ）またはそれより細
   かい表面仕上げを有するように研磨された、基板を処理
   するためのプロセスチャンバ。
10. 【請求項１０】 前記内面が第１の表面放射率を有し、
    前記外面が第２の表面放射率を有し、前記第１の表面放
    射率が前記第２の表面放射率より大きい、請求項９に記
    載した真空チャンバ。
11. 【請求項１１】 前記内面が前記第２の表面放射率を有
    するよう、酸化されている、請求項１０に記載した真空
    チャンバ。
12. 【請求項１２】 前記第１の表面放射率と前記第２の表
    面放射率との差が放射率係数で約０．１以上である、請
    求項１０に記載した真空チャンバ。
13. 【請求項１３】 真空チャンバ内のターゲットと、前記
    ターゲットと前記基板との間の前記真空チャンバの壁部
    分を覆うシールドとを有する、スパッターチャンバ内の
    基板のスパッタリングプロセスであって、 前記プロセスが、 前記ターゲットから前記基板へ材料をスパッターしてそ
    の上に材料をスパッター堆積させるステップと、 スパッタリングステップ中、前記シールドの温度を前記
    スパッター堆積材料の温度に実質的に等しくなるように
    制御するステップとを有する、スパッタリングプロセ
    ス。
14. 【請求項１４】 前記制御ステップが、前記スパッタリ
    ングステップ中、第１の加熱率で前記シールドを加熱す
    る第１のステップと、前記スパッタリングステップが行
    われていないとき前記第１の加熱率より高い第２の加熱
    率で前記シールドを加熱する第２のステップとを有す
    る、請求項１３に記載したスパッタリングプロセス。
15. 【請求項１５】 前記制御ステップは、前記シ−ルドの
    ア−チ形部分内に配設された少なくともひとつのヒ−タ
    −によって、前記処理領域から反対方向に面している前
    記シールドのひとつの表面を放射加熱する、請求項１３
    に記載したスパッタリングプロセス。
16. 【請求項１６】 前記シールドが「ｈ」形断面を有し、
    前記処理領域から反対方向に面している前記シールドの
    表面の一部が前記「ｈ」形断面の下部アーチの内側にあ
    り、前記シールドの外面が、下部アーチの内側にある前
    記表面の一部以外の前記シールドの表面を含む、請求項
    １５に記載したスパッタリングプロセス。
17. 【請求項１７】 前記下部アーチの内側の前記表面が第
    １の表面放射率を有し、下部アーチの内側にある表面の
    前記部分以外の前記シールドの表面が第２の表面放射率
    を有し、前記第１の表面放射率が前記第２の表面放射率
    より高い、請求項１６に記載したスパッタリングプロセ
    ス。
18. 【請求項１８】 前記第１の放射率と前記第２の放射率
    との差が放射率係数で約０．１以上である、請求項１７
    に記載した載したスパッタリングプロセス。
19. 【請求項１９】 基板を処理するためのプロセスチャン
    バであって、前記基板を内部で支持する真空チャンバを
    有し、 前記チャンバは前記基板上の処理領域に対面する内壁を
    有し、前記内壁の内側に配置され、前記処理領域に面
    し、それぞれ前記シールドの中心方向に整列したナイフ
    エッジ整列線を有する複数のナイフエッジ支持組立体に
    よって浮遊状態に支持された、前記壁を覆うシールドを
    有する、プロセスチャンバ。
20. 【請求項２０】 前記ナイフエッジ式支持組立体セット
    のうちのひとつの組立体が、上面にリッジを有するナイ
    フエッジ式支持シリンダと、前記シリンダの底面および
    側面に係合して受容する座ぐり穴を前記チャンバ内に含
    み、前記ナイフエッジ支持シリンダが前記座ぐり穴に配
    置されたとき、前記ナイフエッジリッジ線に整列し前記
    シリンダの前記リッジを受容するように構成されたナイ
    フエッジ溝が、前記シールド内において前記リッジに接
    触させられ、前記シリンダが回転して前記ナイフエッジ
    式支持シリンダの前記ナイフエッジリッジ線が前記ナイ
    フエッジ溝と整合する、請求項１９に記載した、基板を
    処理するためのプロセスチャンバ。
21. 【請求項２１】 長方形の基板を処理するためのチャン
    バであって、真空チャンバと、前記チャンバ内で前記長
    方形の基板を支持するための長方形のペデスタル（台）
    と、前記ペデスタルと真空チャンバの壁との間に配置さ
    れ４個の湾曲部分によって結合された４個の実質的に直
    線的な部分と、を有し前記直線部分は前記ペデスタルの
    後方に向いた円弧状部分を含み、前記直線部分の前記円
    弧状部分に隣接して沿いかつ少なくとも部分的にその中
    に配置された４個の実質的に直線的な４個の放射ヒータ
    ーを有する、長方形の基板を処理するためのチャンバ。
22. 【請求項２２】 前記４個の湾曲部分が、それに沿って
    延在する放射加熱要素を有しない、請求項２１に記載し
    た、長方形の基板を処理するためのチャンバ。
23. 【請求項２３】 前記湾曲部分がまた、前記ペデスタル
    の後方を向いている円弧形部分を含み、前記湾曲部分の
    前記円弧形部分の後ろ向き表面および、前記直線部分の
    円弧形部分の端部の第１の後ろ向き部分が、前記直線部
    分の円弧形部分の中央部の第２の後ろ向き部分より高い
    光学的放射率を有する、請求項２２に記載した、長方形
    の基板を処理するためのチャンバ。
24. 【請求項２４】 前記中央部分の前記後ろ向き部分が４
    ０マイクロインチＲａ（中心線平均粗さ）以上に研磨さ
    れている、請求項２３に記載した、長方形の基板を処理
    するためのチャンバ。
25. 【請求項２５】 更に前記ペデスタルの上方に配置され
    たスパッタリングターゲットを含み、 前記シールドが前記直線部および湾曲部から前記スパッ
    タリングターゲットの周縁の周りに形成された環状溝に
    中へと垂直に延びる部分を含み、前記垂直に延びる部分
    が前記スパッタリングターゲットから分離している、請
    求項２１に記載した、長方形の基板を処理するためのチ
    ャンバ。
26. 【請求項２６】 スパッターターゲットと、ターゲット
    材料が堆積されるべき基板との間をまたぐ(spanning)前
    記チャンバの壁の一部分を覆う「ｈ」形シールドを含む
    請求項２５に記載したチャンバ。
27. 【請求項２７】 ヒーター組立体が前記「ｈ」形の下部
    のアーチの下にある、請求項２６に記載したチャンバ。
28. 【請求項２８】 前記シールドが、前記チャンバの長方
    形に合致するように、ほぼ長方形に形成されている、請
    求項２７に記載したチャンバ。
29. 【請求項２９】 基板支持ペデスタルの周囲を取り囲む
    Ｚ形のシャドウフレームを含み、前記Ｚ形フレームが前
    記基板支持ペデスタル上で処理されるべき基板の縁を越
    えて延びるひとつの脚を有し、前記Ｚ形フレームが前記
    基板支持ペデスタルの周縁のエプロンとして作用し、前
    記Ｚ形フレームがひとつのフランジとしてチャンバの壁
    に向かって延びる第２の脚を有する、チャンバ。
30. 【請求項３０】 ナイフエッジ突起の第１のセットを支
    持するシールドと、ナイフエッジ溝の第１のセットを含
    み前記ナイフエッジ突起の第１のセットに接合するよう
    に構成されたシャドウフレームとを含み、 前記シャドウフレームが、前記ナイフエッジ溝の第１の
    セットと全体的に接触する前記シールドのナイフエッジ
    突起の前記第１のセット上に支持される、チャンバ。
31. 【請求項３１】 更に前記チャンバの壁の中に支持され
    たナイフエッジ突起の第２のセットを含み、 前記シールドが、ナイフエッジ溝の第２のセットを含
    み、ナイフエッジ突起の前記第２のセットに接合し、前
    記シールドが、ナイフエッジ溝の前記第２のセットに全
    体的に接触するチャンバ壁のナイフエッジ突起の前記第
    ２のセットの上に支持される、請求項３０に記載したチ
    ャンバ。
32. 【請求項３２】 前記第１の放射率と前記第２の放射率
    の差が放射率係数で少なくとも０．１であり、 前記シールド温度が、スパッタリングプロセス中に堆積
    させられるスパッター堆積材料の温度とほぼ同一に制御
    され、 前記シールドが、前記シールドの中心に向かって整列さ
    れたナイフエッジリッジをそれぞれ有するナイフエッジ
    式支持組立体のセットによって浮遊支持され、 前記ナイフエッジ式支持組立体セットのうちのひとつの
    組立体が、上面にリッジを有するナイフエッジ支持シリ
    ンダと、前記シリンダの底面および側面に係合して受容
    する対応穴を前記チャンバ内に含み、前記ナイフエッジ
    支持シリンダが前記対応穴に配置されたとき、前記ナイ
    フエッジリッジ線に整列し前記シリンダの前記リッジを
    受容するように構成されたナイフエッジ溝が、前記シー
    ルド内において前記リッジに接触させられ、前記シリン
    ダが回転して前記ナイフエッジ支持シリンダの前記ナイ
    フエッジリッジ線が前記ナイフエッジ溝と整合し、 長方形の基板を支持するための前記チャンバ内のほぼ長
    方形のペデスタル、 前記ペデスタルと真空チャンバの壁との間に配置され４
    個の湾曲部分によって結合された４個の実質的に直線的
    な部分から成るシールド部材を有し、 前記直線部分は前記ペデスタルの後方に向いた円弧状部
    分を含み、および前記直線部分の前記円弧状部分に隣接
    して沿いかつ少なくとも部分的にその中に配置された４
    個の実質的に直線的な４個の放射ヒーターを有し、 前記中央部分の前記後ろ向き表面が４０マイクロインチ
    Ｒａ（中心線平均粗さ）以上に細かく研磨され、 更に、基板支持ペデスタルの周縁を取り囲むＺ形シャド
    ウフレームを有し、 前記Ｚ形フレームは、前記基板支持ペデスタル上の処理
    されるべき基板の縁を越えて延びるひとつの脚を有し、
    前記Ｚ形フレームは前記基板支持ペデスタルの周縁のエ
    プロンとして作用し、前記Ｚ形フレームはフランジとし
    てチャンバの壁に向かって延びる第２の脚を有し、 前記シールドがナイフエッジ突起の第１のセットを支持
    し、および前記シャドウフレームがナイフエッジ溝の第
    １のセットを含むように構成されてナイフエッジ突起の
    前記第１のセットに接合し、前記シャドウフレームがナ
    イフエッジ溝の前記第１のセットに全体的に接触する前
    記シールドのナイフエッジ突起の前記第１のセット上に
    支持される、請求項７に記載した装置。
33. 【請求項３３】 前記内面が酸化されて前記第２の放射
    率を与える、請求項２８に記載した真空チャンバ。
34. 【請求項３４】 真空プロセスチャンバ内においてシャ
    ドウリングを間接的に加熱するための、 第１の側からシールドを加熱するステップと、 全体的にシールドの近傍にあるシャドウフレームの表面
    上の同様に高い放射率の表面部分に面するシールドの第
    ２の側に高い表面放射率部分を与えるステップと、を有
    する方法。