JP6568879B2 - スマートチャンバおよびスマートチャンバ構成要素 - Google Patents

Description

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。

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を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が印加される。
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。

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。

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つの弓形のチャネルを有する、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。

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。

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のプロファイルの断面側面図である。

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。

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。

プロセスガスがプロセスチャンバ１００内へ導入された後、このガスに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。

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、容易で高速のプロセス制御、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。

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の内面に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棚（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を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。

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。

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。

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。

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。

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の破片および／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。

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。

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。

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の真空の完全性を維持する。
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、処理中に誘電体と導電基板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へＤＣ電流を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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の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。

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。

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式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、炭化ケイ素の円盤で研磨される。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。

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の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エネルギーの累積時間、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／または無許可の閲覧を防止するために、暗号化することができる。

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を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。

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、またはシステムが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。

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）作業員に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。

部品番号および通し番号などの情報以外のデータは、使用限界が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。

Claims (16)

1. その上に配置されたチャンバリッドアセンブリを有し、第１の無線周波数帯域で動作可能なチャンバ本体と、
   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であって、前記１つまたは複数の監視装置の各々が前記第１の無線周波数帯域とは異なる第２の無線周波数帯域で動作可能な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。
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。
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。
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、高周波印加の累積時間、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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つの弓形のチャネルを有する、バッキング板と、 前記バッキング板の前記裏面上にあり、第１の無線周波数帯域で動作可能な監視装置と、
    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であって、前記第１の無線周波数帯域とは異なる第２の無線周波数帯域で動作可能なスパッタリング板とを備える、ターゲット。
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。
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。
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。
14. マグネトロンであって、
    第１の無線周波数帯域で動作可能なチャンバに配置された磁石と、
    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であって、前記第１の無線周波数帯域とは異なる第２の無線周波数帯域で動作可能な監視装置とを備えるマグネトロン。
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。
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。

Images