DE69332009T2

DE69332009T2 - Zerstäusungsanlage mit magnetanordnung deren geometrie ein vorgegebenes targetprofil erzeugt

Info

Publication number: DE69332009T2
Application number: DE69332009T
Authority: DE
Inventors: David J. Harra
Original assignee: Varian Medical Systems Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1992-03-20
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 2003-01-16
Also published as: DE69332009D1; DE69332009T9; EP0585445B1; CA2109588A1; US5314597A; EP0585445A1; KR100291375B1; TW278191B; JPH06510334A; WO1993019221A1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Zerstäubungsvorrichtung, und insbesondere eine Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung unter Verwendung einer allgemein herzförmigen, geschlossen-schleifigen Drehmagnetgruppierung.

Hintergrund der Erfindung

Bei der physikalischen Dampfabscheidung durch Zerstäubung handelt es sich um einen an sich bekannten Prozess, der bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungsvorrichtungen weit verbreitete Anwendung gefunden hat. Bei der Halbleiterherstellung wird normalerweise eine große Anzahl integrierter Schaltungsvorrichtungen auf einem dünnen, allgemein kreisförmigen Halbleitersubstrat gebildet, das als Wafer bezeichnet wird. Die Herstellung einer integrierten Schaltungsvorrichtung umfasst eine große Anzahl von Verarbeitungsschritten, wobei Zerstäuben typischerweise verwendet wird, um Metallisierungsschichten und gegenseitige Verbindungen zwischen Vorrichtungsschichten bereitzustellen. Zerstäubtes Aluminium ist das am weitesten verbreitet für diese Zwecke verwendete Material. Die moderne Halbleiterverarbeitung sieht auch die zunehmende Verwendung von zerstäubtem Wolfram, Wolframsilicid, Titan, Titannitrid oder anderen Dünnschichten vor.
Eine Magnetron-Zerstäubungsquelle erlaubt eine hohe Zerstäubungsrate und stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber Vorrichtungen dar, die Dünnschichten auf Grundlage von Dioden zerstäuben oder Verdampfungstechniken erzeugen. Magnetron- Zerstäubungsquellen werden routinemäßig verwendet durch die Halbleiterverarbeitungsindustrie, um Halbleiterwafer während der Herstellung integrierter Schaltungen herzustellen.
Beim Magnetron-Zerstäuben wird ein Plasma in einem Niedrigdruck-Inertgas durch Anlegen einer geeigneten Spannung gebildet. Das Plasma wird auf einen Bereich in der Nähe eines Zerstäubungstargets eingeschlossen, das aus dem zu zerstäubenden Material besteht und üblicherweise als Kathode des Systems dient. Ein Magnetfeld, typischerweise mit Feldlinien, die durch die Zerstäubungstarget-Oberfläche in geschlossenen Bahnen verlaufen, beschränkt die Bahnen der Elektronen in dem Plasma, wodurch das Plasma verstärkt und eingeschlossen wird. Ionen in dem Plasma bombardieren die Zerstäubungstarget- Verschiebungsatome des Targetmaterials, die daraufhin auf einem Substrat abgeschieden werden.
In jüngerer Zeit sind Waferabmessungen kontinuierlich größer geworden, und die Verwendung von Wafern mit einem Durchmesser von 203 mm (acht Zoll) sind in der Industrie nunmehr üblich. Große Waferabmessungen erlauben es, dass eine große Anzahl Von integrierten Schaltungsvorrichtungen auf einem einzigen Substrat aufgewachsen werden. Größere Waferabmessungen stellen jedoch an die Zerstäubungssysteme erhöhte Anforderungen. Beispielsweise besteht eine Anforderung an ein Zerstäubungssystem, das bei der Halbleiterverarbeitung zum Einsatz kommt, darin, dass es eine Schicht gleichmäßiger Dicke über die gesamte Waferoberfläche abzuscheiden vermag. (Der Begriff Gleichmäßigkeit bzw. Gleichförmigkeit wird vorliegend in Verbindung mit der Dicke der abgeschiedenen Dünnschicht bzw. des abgeschiedenen Films ungeachtet dessen genutzt, dass der Kontext anderes nahe legt.) Mangelnde Gleichmäßigkeit kann zu einer verringerten Vorrichtungsausbeute führen (d. h. zu einem verringerten Prozentsatz an Vorrichtungen, die Funktionsspezifikationen erfüllen) und/oder zu Variationen bzw. Schwankungen des Vorrichtungsleistungsvermögens. Größere Waferabmessungen machen es deshalb schwieriger, sehr hohe Anforderungen an die Gleichmäßigkeit zu erzielen. Der Trend geht außerdem zu immer kleineren Geometrien der integrierten Schaltungsvorrichtung, wodurch es erforderlich ist, dass ein stets größeres Ausmaß an Gleichmäßigkeit für die zerstäubte Dünnschicht erzielt wird.
Weitere Zerstäubungs-Dünnschichteigenschaften sind ebenfalls sehr wichtig für die Herstellung von integrierten Schaltungsvorrichtungen. Wie vorstehend angeführt, wird beispielsweise leitfähiges Zerstäubungsmaterial häufig verwendet, um Zwischenverbindungen zwischen Vorrichtungsschichten auszubilden. Die Ausbildung von Zwischenverbindungen erfordert das gleichmäßige Auffüllen von Löchern kleinen Durchmessers, so genannten Vias, in der Waferoberfläche. Da die Geometrien der integrierten Schaltungsvorrichtungen kleiner geworden sind, hat die Schwierigkeit beim Auffüllen von Vias über Zerstäubungsmaterial beträchtlich zugenommen. Das Abdecken von Stufen oder die Fähigkeit, eine Zerstäubungsdünnschicht gleichmäßig formmäßig an Winkelmerkmale auf der Waferoberfläche anzupassen, stellt ebenfalls eine wesentliche Dünnschichteigenschaft dar.
Ein früherer Ansatz zum Verbessern der Gleichförmigkeit bzw. Gleichmäßigkeit und der Stufenabdeckungseigenschaft eines Zerstäubungssystems besteht darin, ausgehend von zwei konzentrischen Targets zu zerstäuben. Für ein Beispiel dieses Ansatzes wird auf das US-Patent Nr. 4606806 verwiesen, das eine Zerstäubungsquelle erläutert, die durch den Eigner der vorliegenden Erfindung unter der Handelsmarke ConMag® II angeboten wird. In der ConMag®-II-Zerstäubungsquelle besitzt jedes der Zerstäubungstargets eine einzigartige bzw. spezielle Form, und sie weist seine eigene Stromversorgung auf, die eine getrennte Steuerung der Zerstäubungsrate von jedem Target ermöglicht.
Eine Anzahl kommerziell erhältlicher Zerstäubungsquellen nutzt planare bzw. ebene Zerstäubungstargets. Frühe Konstruktionen, bei denen die planare Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung einen stationären Magneten genutzt hat, hatten praktische Nachteile, deren gravierendster darin besteht, dass die Plasmaentladung örtlich festgelegt ist und eine schmale Rille in dem Target im Bereich der größten Magnetfeldstärke erodiert. Diese lokalisierte Erosion erzeugt eine ungleichmäßige Verteilung von von dem Target ausgehend zerstäubten Atomen und eine Dünnschicht mit ungleichmäßiger Dicke auf dem Halbleiterwafer. Die ungleichmäßige Erosion des Zerstäubungstargets führt zu einer ineffizienten Targetausnutzung. Berücksichtigt man die hohen Kosten der Zerstäubungstargets, die bei der Halbleiterherstellung verwendet werden, ist es wichtig, die größtmögliche Targetnutzung zu erzielen, die mit dem Bedarf an einer Zerstäubungsdünnschicht-Gleichmäßigkeit sowie weiteren Zerstäubungsdünnschichteigenschaften konsistent ist.
Zahlreiche Versuche, von denen einige partiell erfolgreich waren, sind gemacht worden, um die planare Magnetronquelle zu modifizieren, um die Targeterosion auszubreiten und die Verteilung der zerstäubten Atome gleichmäßiger zu machen. Es sind Versuche unternommen worden, die Erosion über eine größere Oberfläche unter Verwendung ausgedehnter Magnetfelder auszudehnen. Die für einen derartigen Ansatz benötigten Magneten sind groß und kompliziert und es ist schwierig sicherzustellen, dass die Eigenschaften des Magnetrons sich nicht ändern, wenn das Target wegerodiert. Das resultierende Erosionsmuster ist schwer vorhersagbar.
Das US-Patent 4444643, auf das hiermit Bezug genommen wird, beschreibt eine Zerstäubungsvorrichtung, die einen mechanisch gedrehten Ring-Permanentmagnetaufbau vorsieht. Die Drehung des Permanentmagnetaufbaus veranlasst eine Erosion über eine größere Fläche des Targets. Eine Version der in dem '643-Patent beschriebenen Zerstäubungsquelle ist kommerziell gehandelt worden durch den Eigner der vorliegenden Erfindung unter dem Handelsnamen VersaMagTM. Diese Quelle beruht auf einem Drehmagneten, der hinter dem Target angebracht ist, um das Plasma über die Fläche des Targets zu bewegen. Die Drehung des Targets wurde zu dem Zweck eingeführt, die Gleichförmigkeit und die Stufenabdeckung zu verbessern sowie die Gleichförmigkeit der Targeterosion zu verbessern, so dass Targets effizienter genutzt werden können.
Obwohl die VersaMag-Zerstäubungsquelle eine deutliche Verbesserung gegenüber planaren Magnetronquellen darstellt, die stationäre Magneten verwenden, erzeugte sie tatsächlich keine gleichmäßige Zerstäubungsdünnschicht noch eine gleichmäßige Targetnutzung. Es wurden deshalb Anstrengungen unternommen, verbesserte Drehmagnetkonstruktionen zur Verwendung mit planaren Targets zu entwickeln. (Der Begriff "planares Target" wird in der vorliegenden Beschreibung zur Beschreibung der Zerstäubungstarget-Oberfläche verwendet, bevor diese erodiert wird. Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich, dass, nachdem das Target erodiert wurde, es keine planare Oberfläche mehr besitzt.)
Ein Weg, der bei dieser Vorgehensweise eingeschlagen wurde, bestand darin, die Konstruktion von Drehmagneten zu verbessern, die mit planaren Magnetron-Zerstäubungsquellen eingesetzt wurden, unter Verwendung von geschlossen-schleifigen, allgemein herzförmigen Magnetkonfigurationen. Derartige Magnetkonfigurationen verwenden typischerweise eine Gruppierung von Magneten, die entlang einer Linie zentriert sind, die eine herzförmige geschlossene Schleife festlegen.
Eine derartige Anordnung ist in dem US-Patent Nr. 4872964 mit dem Titel "Planar Magnetron Sputtering Apparatus And Its Magnetic Source", erteilt am 10. Oktober 1989 auf Suzuki et al., beschrieben. Suzuki et al. geben einen Überblick über die Nachteile einer Zerstäubungsquelle des in dem '643-Patent beschriebenen Typs, und sie beschreiben eine herzförmige Drehmagnetgruppierung zur Erzeugung einer gleichmäßigeren Targeterosion. Das Patent von Suzuki et al. vereinfacht jedoch die Mathematik der Situation in unzulässiger Weise und lehrt damit nicht vollständig, wie tatsächlich eine gleichmäßige Targeterosion erzielt werden kann. Da Suzuki et al. dieser Nachteil offensichtlich bekannt ist, beschreiben sie die Notwendigkeit der Einstellung der Magnetgruppierung, nachdem diese in Übereinstimmung mit ihrer mathematischen Analyse ausgelegt worden ist, "um eine gleichmäßigere Erosion nach einem Testlauf der Zerstäubungsvorrichtung zu erhalten" (Spalte 7, Zeilen 7-8). Unglücklicherweise lehren Suzuki et al. keinerlei methodischen Ansatz zur Durchführung der erforderlichen Einstellungen. Die Lehren von Suzuki et al. sind darauf gerichtet, wie eine gleichmäßige Erosion des Targets erzielt werden kann. Während eine gleichmäßige Targeterosion wichtig ist, sind die Eigenschaften der Zerstäubungsdünnschicht, wie etwa ihre Gleichförmigkeit, wichtiger für die Hersteller integrierter Schaltungsvorrichtungen. In zahlreichen Fällen, und wie nachfolgend erläutert, verbessert ein ungleichmäßiges Target-Erosionsmuster die Gleichförmigkeit bzw. Gleichmäßigkeit der Zerstäubungsdünnschicht.
Eine weitere Zerstäubungsquelle mit herzförmiger Magnetanordnung ist in der japanischen Patenranmeldungsoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 62-211375 mit dem Titel "Sputtering Apparatus", veröffentlicht am 17. September 1987, beschrieben. Dieses Patent beschreibt die Verwendung eines herzförmigen geschlossen-schleifigen Magneten mit einer Krümmung, die festgelegt ist durch die Gleichung r = l - a + 2a Θ /π (wobei gilt: -π ≤ Θ ≤ π); wobei das Zentrum des Zerstäubungstargets im Ursprung eines Polarkoordinatensystems zu liegen kommt, wobei r die Distanz zwischen dem Ursprung und einem Punkt auf der die Magnetenmittenlinie festlegenden Kurve ist, wobei l die Distanz zwischen dem Zentrum des Herzens und dem Einschnitt des Herzens ist, und wobei a die Distanz zwischen dem Zentrum des Herzens und dem Zentrum des Targets ist. Kein Hinweis wird gegeben, wie die Erfinder zu dieser Gleichung gekommen sind, und es scheint sich bei ihr um einen ICompromiss zwischen dem ringförmigen Magneten des '643-Patents und dem herzförmigen Magneten des '964-Patents zu handeln. Wie in der '375-Anmeldung diskutiert, erzeugt ein Magnet mit der vorstehend beschriebenen Kurve keine gleichmäßige Erosion. Die '375-Anmeldung lehrt jedoch nicht, wie ein beliebig gewähltes Erosionsprofil gewonnen werden kann.
Das US-Patent Nr. 4995958 mit dem Titel "Sputtering Apparatus With a Rotating Magnet Array Having A Geometry For Specified Target Erosion Profile", erteilt am 26. Februar 1991 auf Anderson et al. und ebenfalls geeignet vom Eigner der vorliegenden Erfindung, beschreibt eine weitere allgemein herzförmige, geschlossen-schleifige Magnetgruppierung zur Verwendung in einer planaren Magnetron-Zerstäubungsquelle. Das Anderson-etal. -Patent, auf das hiermit Bezug genommen wird, umfasst eine rigorose mathematische Analyse, um zu zeigen, wie ein geschlossen-schleifiger Drehmagnet aufgebaut werden muss, um ein vorbestimmtes Erosionsprofil zu realisieren, um dadurch beispielsweise eine hochgradig effiziente Target-Materialnutzung und hohe Abscheidungsraten zu erzielen. Es wird bemerkt, dass die Erfindung gemäß dem '958-Patent problemlos zur Verwendung in einer VersaMagTM-Zerstäubungsquelle angepasst werden kann.
Unter anderem beschreibt das '958-Patent die Nachteile des vorstehend genannten Suzuki-etal. -Patents und die Lehren der japanischen Patentanmeldung '375, wobei aufgezeigt wird, wie jede Referenz darin fehlgeht, eine Lehre bereitzustellen, die es tatsächlich ermöglicht, eine gleichmäßige Erosion eines planaren Zerstäubungstargets zu erzielen. Wesentlich ist es, dass die Fig. 12A-12E des '958-Patents zusammen mit dem dazugehörigen Text deutlich zeigen, dass die geringen Änderungen der Form des herzförmigen Magneten zu sehr dramatischen Unterschieden beim resultierenden Erosionsmuster des Zerstäubungstargets führen. (Es wird angenommen, dass dies auch durch die '375-Anmeldung gezeigt ist.) Berücksichtigt man die dargestellte Tatsache, dass geringe Störungen der Form des herzförmigen Magneten signifikante Änderungen des resultierenden Target-Erosionsprofils hervorrufen können, wird es sehr schwierig, die Form empirisch zu optimieren. Die mathematische Analyse von Anderson et al. stellt deshalb eine hochgradig signifikante Lehre zur Herstellung herzförmiger, geschlossenschleifiger Magneten für den praktischen Einsatz dar.
Die geschlossen-schleifige Magnetkonfiguration des im '958- Patent erläuterten Typs hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie problemlos derart einstellbar ist, dass die Form bzw. Gestalt der Magnetgruppierung, und damit die Eigenschaft der Zerstäubungsquelle ohne große Schwierigkeiten oder Kostenaufwand geändert werden kann. Wie in diesem Patent erläutert, werden mehrere Magneten durch zwei Eisenhalter oder Polstücke in Position gehalten, die die Form der geschlossenen Schleife festlegen. Ein Ersetzen und/oder Einstellen der Eisenhalter zur Bereitstellung einer unterschiedlichen Konfiguration für eine geschlossene Schleife gestaltet sich relativ einfach. Auf diese Weise ist es möglich, eine Quelle für verschiedene Zwecke einzusetzen oder die Quelle gemäß den sich ändernden Bedürfnissen entsprechend einzustellen.
Ein primäres Ziel des '958-Patents betreffend den geschlossenschleifigen Drehmagneten besteht darin, einen besseren Target- Nutzungswirkungsgrad zu erzielen, welches Ziel normalerweise angesichts der hohen Kosten der Zerstäubungstargets wesentlich ist, und hohe Abscheidungsraten zu erzielen, wobei es sich hierbei um einen weiteren wesentlichen Faktor aufgrund des Bedarfs an einem immer größeren System-"Durchsatz" handelt. Wie vorstehend angeführt, überwiegt der Bedarf an einer größeren Zerstäubungsdünnschicht-Gleichmäßigkeit üblicherweise den Bedarf an einer effizienten Targetnutzung und einer hohen Abscheidungsrate. Das Patent von Anderson et al. bereitet demnach die Grundlage zur Erzielung eines beliebigen Target- Erosionsprofils. Es wird jedoch bemerkt, dass das Patent von Anderson et al. keine Anleitung dafür gibt, wie ermittelt werden soll, welches Erosionsprofil unter einem gegebenen Satz von Bedingungen verwendet werden soll, um die Zerstäubungsdünnschicht-Gleichmäßigkeit oder andere Zerstäubungsdünnschicht-Eigenschaften zu maximieren.
Wie vorstehend erläutert, ist die durch Anderson et al. gegebene mathematische Analyse nicht anwendbar auf zwei Bereiche des Herzens, d. h. auf den Bereich in der Nähe der "Spitze" des Herzens, der vorliegend den allgemein konvexen Teil der Schleife am weitesten entfernt von der Drehachse bedeutet, und in dem Bereich in der Nähe des "Einschnitts" des Herzens, der vorliegend den allgemein konkaven Abschnitt in unmittelbarer Nähe zur Drehachse bedeutet und der zwischen den zwei keulenförmigen Abschnitten des Herzens zu liegen kommt. Durch die Nicht-Anwendbarkeit der Lehre von Anderson et al. für den Einschnittsbereich des Herzens lassen die von diesen Autoren gegebenen Konstruktionen das eigentliche Zentrum des Targets ungenützt, und sie sind nicht optimiert für die beste Ausnutzung des Zerstäubungstargetrands. Die Analyse des '958-Patents beruht außerdem auf der Annahme, dass der Magnet in sämtlichen Punkten entlang der Schleife gleichmäßige Stärke hat, d. h. dass die Zerstäubungsintensität an sämtlichen Punkten dieselbe ist. Mit anderen Worten ist die Gesamtmenge des pro Einheitslänge des Magneten zerstäubten Materials konstant. Es wurde beobachtet, dass die Annahme jedoch nicht zutrifft.
Es wird bemerkt, dass sämtliche der durch Anderson et al., Suzuki et al. und die '375-Anmeldung aufgezeigten herzförmigen Konstruktionen um eine Linie symmetrisch verlaufen, die die Spitze, den Einschnitt und die Drehachse des Herzens durchsetzt. Die Symmetrie der Konstruktionen von Anderson et al. beruht auf der Tatsache, dass ihr Verfahren zum Erzeugen eines herzförmigen Magneten darin besteht, über 180º eine spiralartige Gestalt zu bilden (d. h. über eine Hälfte eines Polarkoordinatensystems), und daraufhin diese Form zu spiegeln, um die Schleife bzw. den Kreis über die restlichen 180º zu schließen. Der Begriff herzförmig bedeutet vorliegend nicht, dass zwei streng symmetrische Hälften vorliegen. Wie nachfolgend erläutert, können Umstände vorliegen, bei denen ein asymmetrischer herzförmiger Magnet erwünscht ist. Der Begriff herzförmig erfordert außerdem vorliegend nicht, dass das Herz eine ausgeprägte "Spitze" aufweist. Es wurde herausgefunden, dass es von Vorteil sein kann, eine Konstruktion zu verwenden, demnach der am weitesten von der Drehachse entfernte und üblicherweise sich in Gegenüberlage zum Einschnitt befindende Bereich einen Kreisbogen bildet. Der Begriff "Herz" bedeutet vorliegend, dass zwischen zwei Keulen ein einschnittartiger Übergang vorliegt. Der einschnittartige Übergang kann zur Erleichterung der Konstruktion geglättet verlaufen.
Schließlich wurde entdeckt, dass zwischen der Position des Magnetfelds benachbart zu der Zerstäubungstarget-Oberfläche in der Vorhersage von Anderson et al. Diskrepanzen vorliegen, wie empirisch gemessen wurde. Wie vorstehend bemerkt, können selbst geringe Änderungen der Form des Magnetfelds, das durch einen herzförmigen Magneten erzeugt wird, signifikante Veränderungen des erzielten Erosionsprofils hervorrufen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Konfigurieren einer geschlossen-schleifigen Drehmagneteinrichtung zur Verwendung in einer Magnetron- Zerstäubungsvorrichtung bereitgestellt, wie im Anspruch 1 beansprucht.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nunmehr beispielhaft und in Bezug auf die anliegenden Zeichnungen Ausführungsformen erläutert; es zeigen:
Fig. 1A eine schematische Draufsicht einer herzförmigen, geschlossen-schleifigen Magnetgruppierung zur Verwendung in einem planaren Magnetron-Zerstäubungssystem, gemäß dem Stand der Technik, erstellt in Übereinstimmung mit den Lehren des US-Patents Nr. 4995958, und Fig. 1B eine Darstellung des berechneten Erosionsprofils für die Magnetgruppierung von Fig. 1A,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht einer herzförmigen, geschlossen-schleifigen Magnetgruppierung gemäß dem Stand der Technik zur Verwendung in einem planaren Magnetron-zerstäubungssystem, das durch den Eigner der vorliegenden Erfindung kommerziell in den Handel gebracht wurde,
Fig. 3A eine schematische Draufsicht einer herzförmigen geschlossen-schleifigen Magnetgruppierung zur Verwendung in einem planaren Magnetron-Zerstäubungssystem,
Fig. 3B und 3C ein berechnetes Target-Erosionsprofil und ein gemessenes Target-Erosionsprofil für den in Fig. 3A gezeigten Magneten,
Fig. 4 eine schematische Draufsicht der Magnetgruppierung gemäß dem Stand der Technik von Fig. 2 über der Magnetgruppierung von Fig. 3 angeordnet,
Fig. 5A einen Probenkurvenverlauf unter graphischer Darstellung eines statischen Target-Erosionsprofils mit einem gegebenen Radius, gemessen in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, Fig. 5B ein als Probe berechnetes Erosionsprofil, erzeugt aus einem Satz von Kurvenaufträgen des in Fig. 5A gezeigten Typs, und Fig. 5C einen probenhaften Kurvenverlauf eines statischen Erosionsprofils unter einem gegebenen Winkel, gemessen in Verbindung mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6A und 6B Kurvenverläufe in Polarkoordinaten unter Darstellung der Winkelverteilung von Nickelatomen und Platinatomen, die von einer Oberfläche durch Ionenbombardement ausgetragen sind,
Fig. 7 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Technik zum praktischen Ausführen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1A zeigt eine schematische Draufsicht einer herzförmigen, geschlossen-schleifigen Magnetgruppierung 5 gemäß dem Stand der Technik, aufweisend mehrere einzelne Permanentmagneten 7a, 7b, 7c ... 7n, zur Verwendung in einem planaren Magnetron- Zerstäubungssystem, aufgebaut in Übereinstimmung mit den Lehren des US-Patents 4995958. Wie durch das '958-Patent gelehrt, liegt die Mittenlinie 10 der Magnetgruppierung 5 auf einer Kurve, die durch folgende Gleichung festgelegt ist:
wobei ξ(u) eine Funktion ist, welche ein vorher ausgewähltes Erosionsprofil festlegt, und wobei C eine gewählte Konstante ist.
Wie in dem '958-Patent erläutert, ist jeder der Magnete 7i gleichmäßig auf einer Mittenlinle 10 angeordnet, die zwischen beabstandeten inneren und äußeren Eisenhaltern 12 bzw. 14 liegt. Der Abstand zwischen den inneren und äußeren Haltern 12 und 14 ist an allen Punkten gleichmäßig, mit Ausnahme vom Bereich der Spitze 11 und dem Einschnitt 12 des Herzens. Die Eisenhalter 12 und 14 sind in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 1/16 Zoll dick. Die Magnetgruppierung 5 ist auf einer Platte 17 angebracht, die mit (nicht gezeigten) Mitteln zum Drehen der Gruppierung um eine Drehachse 60 verbunden ist.
Während ein Verfahren in Verbindung mit einer Magnetgruppierung des in Fig. 1A gezeigten Typs mit Eisenhaltern erläutert wird, die als Polstücke dienen, wird bemerkt, dass dem Fachmann sich andere Magnetanordnungen als möglich erschließen. Beispielsweise sind segmentierte Magnete des in dem vorstehend genannten Patent von Suzuki et al. gezeigten und erläuterten Typs als äquivalent anzusehen. Eine segmentierte Magnetgruppierung bietet den Vorteil einer leichteren Einstellbarkeit von einer Konfiguration zu einer anderen und, falls gewünscht, eine Feinabstimmung.
Fig. 1B zeigt das theoretisch berechnete Erosionsprofil 19 für die Magnetgruppierung 5 von Fig. 1A. Mit anderen Worten, die Mittenlinie 10 der Magnetgruppierung 5 ist durch die vorstehend genannte Gleichung so ausgelegt, dass sie das in Fig. 1B gezeigte Erosionsprofil 19 erzeugt. Mit anderen Worten, es handelt sich in Fig. 1B bei der Funktion ξ(u) um eine Konstante zur Erzeugung einer gleichmäßigen Erosion zwischen den Integrationsgrenzen. Es wird jedoch bemerkt, dass für r ≤ 1 die Gleichung nicht auflösbar ist. Wenn die Mittenlinie 10 der Magnetgruppierung 5 in Übereinstimmung mit den Lehren des '958-Patents ausgelegt wird, liegt eine geringfügige oder keine Erosion des Zentrums des Targets vor, wie in Fig. 1B gezeigt.
Verschiedene andere herzförmige, geschlossen-schleifige Magnetformen, die dazu ausgelegt sind, theoretisch unterschiedliche Zerstäubungstarget-Erosionsprofile zu erzeugen, wobei die Funktion ξ(u) keine Konstante ist, sind in Fig. 12A-12E des vorstehend genannten '958-Patents gezeigt. Aus diesen Figuren und dem zugehörigen Text geht hervor, dass geringfügige Veränderungen der Gestalt des herzförmigen Magneten signifikante Unterschiede bezüglich der Form bzw. Gestalt des resultierenden Target-Erosionsprofils erzeugen. Daraus folgt, dass, während die Verwendung eines geeignet konfigurierten, sich drehenden, herzförmigen, geschlossen-schleifigen Magneten in Verbindung mit einer planaren Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung zu einer verbesserten Target-Erosionsgleichmäßigkeit bzw. -gleichförmigkeit führen kann, es nicht offensichtlich ist, wie empirisch die geeignete Form erreicht werden soll, die erforderlich ist, um ein beliebiges Erosionsprofil zu erzeugen.
Jede der in dem '958-Patent gezeigten herzförmigen Magnetgruppierungen ist symmetrisch um die Linie 18, die durch die Spitze 11, den Einschnitt 12 und die Drehachse 60 des Magneten verläuft. Jeder der Magneten gemäß dem Stand der Technik ist darüber hinaus an seiner Spitze 11 "zugespitzt"; mit anderen Worten, die Mittenlinie verläuft an dem Punkt nicht gleichmäßig, an dem die Kurve reflektiert bzw. gespiegelt ist, d. h., die Ableitung der Mittenlinie ist an diesem Punkt diskontinuierlich.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 91-300565.8, veröffentlicht am 15. Januar 1992 (EP-A-0 439 360) (nachfolgend als die '565-Anmeldung bezeichnet), die ebenfalls durch den Eigner der vorliegenden Erfindung geeignet ist, beschreibt Magnetkonfigurationen auf Grundlage der Lehren des '958-Patents, ist jedoch dahingehend erweitert, dass die Beschränkungen des '958- Patents so korrigiert sind, dass eine gleichmäßige Erosion im Mittenbereich des Targets erzielt werden kann.
Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht der herzförmigen, geschlossen-schleifigen Magnetgruppierung 5' gemäß dem Stand der Technik zur Verwendung in einem planaren Magnetron- Zerstäubungssystem, das kommerziell durch den Eigner der vor- liegenden Erfindung unter dem Handelsnamen "Quantum STM" verbreitet wurde. Aus Klarheitsgründen sind die Magneten innerhalb der Gruppierung weggelassen, oder lediglich die inneren und äußeren Eisenhalter 20 und 30 sind gezeigt. Mehrere einzelne Permanentmagneten sind zwischen den Eisenhaltern ähnlich zu der Darstellung von Fig. 1 verteilt.
Die Magnetgruppierung 5' von Fig. 2 basiert auf den Lehren des '958-Patents, die durch die '565-Anmeldung erweitert sind. Im Gegensatz zu den herzförmigen Konstruktionen des '958-Patents umfasst die Konstruktion gemäß Fig. 2 Magneten, die im Bereich der Drehachse 60 der Magnetgruppierung 5' zu liegen kommen. In der Anordnung gemäß Fig. 2 basiert die Platzierung der Magneten in der Nähe der Drehachse nicht strikt auf den Lehren der '565-Anmeldung, sondern umfasst außerdem eine Kombination der Intuition des Konstrukteurs und empirische Ergebnisse. Es wird bemerkt, dass in der Nähe der Keulen und des Einschnitts 12 des Herzens die Eisenhalter nicht gleichmäßig beabstandet sind und dass die Abweichung vom gleichmäßigen Abstand der Halter im Bereich des Einschnitts 12 weitaus größer ist als die geringe Abweichung, die aus der Konstruktion gemäß Fig. 1A hervorgeht. Das Fehlen eines gleichmäßigen Abstands führt dazu, dass die Platzierung der Magneten in diesem Bereich schwieriger ist. Wie in der '565-Anmeldung erläutert, können die Magneten im zentralen Bereich unterschiedliche Stärken besitzen.
Während die Magnetkonstruktion gemäß Fig. 2 eine Verbesserung gegenüber der Konstruktion gemäß Fig. 1A darstellt, insofern als sie eine bessere Ausnutzung in der Nähe der Mitte bzw. des Zentrums des Zerstäubungstargets erzeugt, ist die hierfür erforderliche mathematische Analyse äußerst aufwändig, wodurch es schwierig ist, eine vorhersagbare Kontrolle bezüglich des Zerstäubens ausgehend vom Zentrum unter Änderungen des Designs zu erzielen. Außerdem wurde ermittelt, dass weder die Konstruktion gemäß Fig. 1A noch gemäß Fig. 2 präzise das Erosionsprofil ergibt, das durch die Lehren des '958-Patents oder der '565-Anmeldung vorhergesagt wird.
Fig. 3A zeigt eine schematische Draufsicht einer herzförmigen, geschlossen-schleifigen Magnetgruppierung 5" zur Verwendung in einem planaren Magnetron-Zerstäubungssystem. Erneut sind zugunsten der Klarheit die einzelnen Magnete, die die Gruppierung umfassen, nicht gezeigt. Lediglich die inneren und äußeren Eisenhalter 40 und 50 sind in Bezug auf die Drehachse 60 und die Platte 17, auf welcher die Magnetgruppierung 5" angebracht ist, gezeigt.
Bevor das Verfahren erläutert wird, das verwendet wird, um zur Form der Magnetgruppierung 5" gemäß Fig. 3A zu gelangen, erfolgt eine Erläuterung ihrer Form im Hinblick auf den Stand der Technik. Ausgehend vom Einschnitt 12 des Herzens wird bemerkt, dass der innere Halter 40 die Drehachse 60 der Magnetgruppierung wie bei der Konstruktion gemäß Fig. 2 kreuzt, während der Abstand zwischen den inneren und äußeren Haltern 40 und 50 im Bereich des Einschnitts nahezu aufrechterhalten ist. Dieser Teil des Magnets erzielt dadurch die Vorteile der Konstruktion gemäß Fig. 2, ohne die Vorteile aufzugeben, die Abstandhalter gleichmäßig beabstandet zu halten, und ohne die Komplexität der Konstruktion der übrigen Anordnung, die in der '565-Anmeldung dargestellt sind.
Es wird bemerkt, dass, gerade unmittelbar jenseits der Keulen des Herzens, die Form der Magnetgruppierung zwei einwärts verlaufende Biegungen 76 und 77 aufweist. Während, mit anderen Worten, die Form der herzförmigen Magneten gemäß dem Stand der Technik, wie vorstehend erläutert, jeweils derartig sind, dass die Kurve an sämtlichen Punkten in Bezug auf das Innere der Keule konvex verläuft, befinden sich in der Konstruktion gemäß Fig. 3A zwei Teile der Kurve 76 und 77, die in Bezug auf das Innere der Schleife konkav verlaufen.
Schließlich wird bemerkt, dass die Konstruktion gemäß Fig. 3A keine "Spitze" aufweist. Während die Konstruktion gemäß Fig. 3A um die Linie 18 symmetrisch verläuft, die durch den Einschnitt 12 und die Drehachse 60 des Herzens sich erstreckt, liegt derjenige Teil der Kurve, der am weitesten entfernt von der Drehachse 60 sich befindet und auf jeder Seite der Symmetrieachse 18 zu liegen kommt, auf einem Kreisbogen. Die Kurve in diesem Punkt verläuft deshalb gleichmäßig, d. h. die Ableitung der Kurve ist an diesem Punkt kontinuierlich bzw. durchgehend. Bei der Konstruktion gemäß Fig. 3A liegt darüber hinaus ein Hauptteil des Herzens, voraussichtlich in etwa ein Viertel oder mehr der Kurve, auf diesem Bogen.
Fig. 4 zeigt die Magnetgruppierung von Fig. 2 und 3A einander gegenübergestellt, so dass die Formunterschiede deutlicher hervorgehen. Die Gesamtformen erscheinen ziemlich unterschiedlich zu sein, wobei die Abweichung an jedem gegebenen Punkt um die Schleife nicht so groß ist.
Fig. 3B und 3C zeigen das berechnete und beobachtete Target- Erosionsprofil für den Magneten gemäß Fig. 3A, wenn ein Titantarget zum Einsatz kommt. Es wird bemerkt, dass die beiden Kurven nahezu identisch mit Ausnahme des Mittenbereichs sind, wo die tatsächliche Erosion größer als berechnet ist. Diese Diskrepanz im Zentrum bzw. in der Mitte kann auf die Tatsache zutückgeführt werden, dass die tatsächliche Position des Magneten von der Position geringfügig abweicht, die verwendet wird, um das berechnete Erosionsprofil herzustellen. Außerdem spiegelt dies möglicherweise den relativen Mangel der gemessenen statischen Erosionsdatenpunkte in der Nähe des absoluten Zentrums des Targets wider. Bei der Erzielung der Magnetkonfiguration gemäß Fig. 3A wurde ermittelt, dass ein ungleichmäßiges Target-Erosionsprofil die beste Gleichmäßigkeit bzw. Gleichförmigkeit des Zerstäubungsfilms erzeugt.
Das Verfahren, durch welches die Form der in Fig. 3A gezeigten Magnetgruppierung und durch welche die weiteren Formen erstellt werden können, um ein gewähltes Erosionsprofil zu erzeugen, wird nunmehr erläutert. Eine anfängliche, herzförmige, geschlossen-schleifige Magnetgruppierung wird zunächst erstellt. In der bevorzugten Art und Weise der Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung kann der anfängliche geschlossen-schleifige Magnet entweder in Übereinstimmung mit den in dem '958-Patent erläuterten Prinzipien oder in der Art und Weise erstellt werden, die verwendet wird, um den Magneten Quantum STM zu erzeugen, so dass ein erwünschtes Erosionsprofil durch die anfängliche Magnetform approximiert wird. Außerdem ist es möglich, mit anderen herzförmigen Konstruktionen zu beginnen, einschließlich denjenigen, die zum Stand der Technik gehören.
Diese anfängliche Magnetgruppierung wird daraufhin in einem Zerstäubungssystem angeordnet, und das System wird betrieben, während die Magnetgruppierung stationär gehalten wird, um eine statische Erosionsrille in der Oberfläche des Zerstäubungstargets zu erzeugen. Wenn dieser Schritt durchgeführt wird, ist es bevorzugt, dass das Zerstäubungstarget aus Material erstellt wird, das mit der im Entstehen befindlichen Magnetgruppierung verwendet wird, und dass die Betriebsparameter des Systems mit den tatsächlichen Betriebsparametern übereinstimmen, die durch das System bei der Produktion verwendet werden. Aus Gründen, deren Verständnis sich nicht vollständig erschließt, wurde beobachtet, dass das statische Erosionsprofil, das durch eine gegebene Magnetgruppierung erzeugt wird, sich geringfügig unterscheidet, abhängig vom Material, das zerstäubt wird.
Wie zu erwarten war, ist die resultierende statische Erosionsrille ebenfalls herzförmig und bildet eine geschlossene Schleife. Wie aus dem Stand der Technik betreffend planares Magnetron-Zerstäuben unter Verwendung einer stationären Magnetgruppierung zu erwarten, weist außerdem jeder gegebene Querschnitt der Erosionsrille um die Schleife herum ein talartiges Aussehen auf mit einem Bodenbereich, wo die Erosion am größten ist. Aus Gründen, die sich nicht vollständig dem Verständnis erschließen, liegt der Boden der Erosionsrille nicht über der Mittenlinie der Magnetgruppierung. Diese Diskrepanz zwischen dem Boden der Erosionsrille und der Mittenlinie der Magnetgruppierung erzeugt, falls sie korrigiert oder kompensiert wird, Ergebnisse, die von den Lehren des '958-Patents abweichen.
Eine wesentliche Voraussetzung des '958-Patents besteht darin, dass der Bereich größter Target-Erosion direkt über der Mittenlinie der Magnetgruppierung liegt. Diese Voraussetzung beruht auf der Annahme, dass die Magnetfeldintensität benachbart zu der Targetoberfläche direkt über der Magnetmittenlinie am größten ist. Der Erfinder hat empirisch festgestellt, dass diese Voraussetzung nicht vollständig exakt ist. Wie vorstehend angeführt, können geringfügige Änderungen der Konfiguration einer herzförmigen, geschlossen-schleifigen Magnetgruppierung zu signifikanten Änderungen des Erosionsprofils führen, das durch die Magnetgruppierung erzeugt wird. Diese Diskrepanz zwischen der Form der Magnetgruppierung und dem Erosionsprofil, das sie während des statischen Zerstäubens erzeugt, kann gegebenenfalls bedeuten, dass die Magnetgruppierung, die verwendet wird, eine von der beabsichtigten Form unterschiedliche effektive Form aufweist. Dieses Problem ist weder in dem '958-Patent erkannt worden, noch lehrt dieses, wie diese Diskrepanz kompensiert werden kann, um einen Magneten mit geeigneter effektiver Form zu erzeugen.
Nachdem eine statische Erosionsrille ausgebildet worden ist, wird die Form der Rille sorgfältig in einer endlichen Anzahl von Punkten um die Rille gemessen und ein Kurvenausdruck wird erzeugt unter Darstellung der mathematischen Beziehung zwischen der Position und Tiefe der Target-Erosion. Bei der bevorzugten Art und Weise der Implementierung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgen diese Messungen in Polarkoordinaten. Mit einer endlichen Anzahl von Werten von R (wobei R die radiale Distanz von der Drehachse 60 der Magnetgruppierung 5 ist) wird die Tiefe der Target-Erosion als Funktion von Θ gemessen.
Ein Beispiel eines in dieser Weise erzeugten Kurvenausdrucks ist in Fig. 5A gezeigt. In Fig. 5a bezeichnet die horizontale Achse den Winkel Θ, und die vertikale Achse bezeichnet die Erosionstiefe E(Θ). Für R = Ki, wobei Ki ein gegebener Distanzwert vom Zentrum des Koordinatensystems, d. h. von der Drehachse ist, ist zu erkennen, dass das typische Erosionsprofil 100 zwei Erosionsbereiche 110 und 120 umfasst, wenn eine Drehung von 0º bis 360º durchlaufen wird. Ein Satz ähnlicher Kurvenausdrucke wird daraufhin erzeugt für eine endliche Anzahl von Werten von Ki, beispielsweise können zwanzig derartige Kurvenausdrucke erzeugt werden, wenn der Radius des Targets 127 mm (5 Zoll) beträgt, so dass Kurvenausdrucke mit jeweils 6,35 mm (einem Viertel Zoll) Intervall zwischen dem Ursprung und dem Rand des Targets erzeugt werden können. Die Werte von Ki können als einen Satz konzentrischer Kreise definierend angesehen werden, die um die Drehachse zentriert sind. Diese Technik erfordert nicht, dass die Werte von Ki gleichmäßig beabstandet sind. Beispielsweise können Werte von Ki gewählt werden, die den Positionen der einzelnen Magneten in der Gruppierung entsprechen. In dem in Fig. 5A gezeigten Beispiel beträgt der gewählte Wert von Ki 76,2 mm (3 Zoll).
Jeder der statischen Erosionskurvenausdrucke, der empirisch erzeugt wurde unter Verwendung dieser Technik, wird daraufhin integriert über eine Umdrehung des Magneten, um einen Wert der Erosionstiefe in E(R) für diesen speziellen Wert von Ki zu erzeugen. Die Erosionstiefewerte für jedes Ki werden daraufhin auf eine Kurve aufgetragen, um ein Gesamterosionsprofil für den Magneten zu erzeugen, wenn er gedreht wird. Ein Beispiel einer Kurve 130, die durch dieses Verfahren erzeugt wurde, ist in Fig. 5B gezeigt. Die Integration, die durch diesen Schritt erforderlich ist, kann durchgeführt werden unter Verwendung von standardgemäßen numerischen Integrationstechniken, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik bekannt sind. In dem Kurvenverlauf von Fig. 5B bezeichnet die vertikale Achse wiederum die Erosionstiefe E(R), während die horizontale Achse die radiale Position auf der Targetoberfläche relativ zu dem Ursprung, d. h. der Drehachse, bezeichnet. Der Punkt 140 stellt denjenigen Datenpunkt dar, der aus dem Kurvenausdruck von Ki erzielt wird, der in Fig. 5A gezeigt ist, d. h. bei R = 76,2 mm (3 Zoll). (Jeder der berechneten Datenpunkte des Erosionsprofils 130 ist durch ein durchgezogen gezeichnetes Quadrat dargestellt, und diese Punkte sind auf den Maximalwert eins normiert.)
Es wurde ermittelt, dass das berechnete Erosionsprofil 130 von Fig. 5B mit dem beobachteten Erosionsprofil übereinstimmt, das erzeugt wird, wenn der Magnet gedreht wird.
Die statischen Erosionsdaten, die aufgetragen sind, um den Kurvenverlauf von Fig. 5A zu bilden, können in anderer Weise aufgetragen bzw. ausgedruckt werden, wie in Fig. 5C gezeigt. Anstatt die Erosionstiefe mit einer bestimmten radialen Distanz als Funktion eines Winkels aufzutragen, wie in Fig. 5A gezeigt, können die Erosionstiefendaten auch mit einer endlichen Anzahl von Winkeln Θ = αi als Funktion der Distanz r aufgetragen werden. Wenn das in Rede stehende Target ein Rad ist, können die in der Fig. 5C aufgetragenen Datenpunkte als Erosionsprofil angesehen werden, das entlang einer "Speiche" des Targets gedacht ist, wobei jede Speiche mit einem Winkel αi vorliegt. In dem Beispiel von Fig. 5C gilt αi = 160º. Das in Fig. 5B gezeigte Erosionsprofil kann aus den Daten in dem Satz von Kurven gemäß Fig. 5C erzeugt werden.
Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich, dass die statischen Erosionsprofildaten gemäß Fig. 5A und 5C äquivalent in einem dreidimensionalen System oder einer numerischen Gruppierung dargestellt werden können, wobei eine endliche Anzahl von Datenpunkten auf der Oberfläche des Zerstäubungstargets jeweils einen Satz von Werten aufweist, die der Winkelposition Θ, der Erosionstiefe E(R,Θ) und der radialen Distanz R von diesem Punkt auf der Oberfläche des Zerstäubungstargets ausgehend vom Ursprung, d. h. der Drehachse, zugeordnet sind.
Die Kurven in Fig. 5C sind durch den Erfinder zum Umsetzen der vorliegenden Erfindung verwendet worden, um die Form der Magnetgruppierung so einzustellen, dass die Diskrepanz zwischen dem vorhergesagten Erosionsprofil gemäß dem '958-Patent und dem beobachteten statischen Erosionsprofil korrigiert war. Wie dies bewerkstelligt werden kann, wird nunmehr erläutert. In Fig. 5c ist die Radialposition der Mittenlinie der Magnetgruppierung für Θ = αi mit der strichpunktierten Linie 160 gezeigt. Die Positionen der Innen- und Außenpolstücke 170 und 180 sind ebenfalls gezeigt. Die Diskrepanz zwischen der effektiven Form des Magneten und der tatsächlichen Form geht problemlos hervor aus der Versetzung zwischen der Linie 160 und dem Punkt größter Erosion. Die Position der Mittenlinie des Magneten entlang der x-Achse ist der Einfachheit halber beliebig im Punkt x = 0 gewählt. (Aus Darstellungszwecken ist eine äquivalente horizontale Achse 190 betreffend das Erosionsprofil zu der radialen Position auf dem Target gezeigt.) Ein Polynom fünfter Ordnung wird daraufhin abgeleitet unter Verwendung bekannter mathematischer Techniken, um die in Fig. 5C aufgedruckten bzw. ausgedruckten Datenpunkte anzupassen. Dieses Polynom fünfter Ordnung ist als Kurve 150 gezeigt.
Es wird angenommen, dass eine geringe Abweichung von der Mittenlinie des Magneten bei einem gegebenen αi die Form der Kurve 150 nicht beeinträchtigt und auch nicht die Versetzung zwischen der Magnetmittenlinie 160 relativ zur Kurve 150 beeinträchtigt. Ferner wird angenommen, dass eine geringe Abweichung von der Mittenlinie des Magneten mit einem gegebenen αi die Form der Versetzung der Kurve 150 bei einem beliebigen anderen Wert von α nicht beeinträchtigt. Diese Annahmen sind dann gerechtfertigt, wenn die Verschiebung des Magneten bei jedem α klein ist. Damit diese Annahmen gültig bleiben, wird am besten von einer anfänglichen Magnetform ausgegangen, von der zu erwarten ist, dass sie nahe an der endgültigen Form liegt, so das die Abweichungen der Positionen der einzelnen Magnete klein bleiben. Wenn jedoch die Abweichungen zu groß werden, kann die vorstehend erläuterte Technik auf iterativer Basis erfolgen.
Die Auswirkung der Ausführung kleinerer Einstellungen auf die Position der Magnetmittenlinie bei gewählten Werten von αi kann problemlos in ein revidiertes berechnetes Erosionsprofil übergeleitet werden, das die Einstellungen widerspiegelt, die vorgenommen wurden. Beispielsweise spiegelt das in Fig. 5B gezeigte Erosionsprofil 130' die mehrfache Einstellung der Magnetenmittenlinie in einer Anzahl von Positionen wider. (Jeder der berechneten Datenpunkte, der das Erosionsprofil 130' umfasst, ist als nicht ausgefülltes Quadrat gezeigt.) Dadurch ist es möglich, die Abweichungen der Position des Magnetmittels in gewählten Positionen zu berechnen, die erforderlich sind, um ein vorab gewähltes Erosionsprofil auf der Oberfläche des Targets zu erzeugen.
Solange die Abweichungen der Magnetpositionen klein genug sind, damit die vorstehend erläuterten Annahmen gerechtfertigt bleiben, stellt die erläuterte Technik ein sehr wirksames Werkzeug zum Wählen einer Magnetform dar, die ein gewähltes Erosionsprofil erzeugt. Prinzipiell basierend auf den Lehren des '958-Patents wird deutlich, dass die Technik in Übereinstimmung mit der Erfindung mehrere Vorteile in Bezug auf die Offenbarung des '958-Patents hat. Diese Vorteile umfassen:
(1) Die Fähigkeit der vorliegenden Technik, eine Magnetform zu erhalten, die ein vorab gewähltes Erosionsprofil ergibt, unter Berücksichtigung der Diskrepanz zwischen der tatsächlichen und der effektiven Form der Magnetgruppierung;
(2) die Fähigkeit der vorliegenden Technik, das Erosionsprofil im Bereich des Einschnitts des Magneten einzustellen und vorherzusagen, sowie im Bereich des Magneten in unmittelbarer Nähe des Rands des Zerstäubungstargets;
(3) die Fähigkeit der vorliegenden Technik, Veränderungen der Erosionsintensität über die Länge der geschlossenen Schleife zu korrigieren; und
(4) die Fähigkeit, Abweichungen in der Form des Magneten vorzunehmen, um eine asymmetrische, herzförmige Konstruktion zu erzeugen.
Die Verwendung einer asymmetrischen Konstruktion erlaubt ein stärkeres "Feinabstimmen" der Magnetform. Bei einer symmetrischen Konstruktion wird jede Magnetmittenlinieneinstellung in einem Bereich, der auf einer Hälfte des Magneten liegt, verdoppelt, weil dieselbe Einstellung automatisch die symmetrische Hälfte betrifft. Unter Verwendung der vorliegenden Technik ist es möglich, eine Hälfte des Magneten in vorhersagbarer Weise einzustellen, während die andere Hälfte ungeändert gehalten wird. Dies ist deshalb der Fall, weil die Technik Daten verwendet, die über volle 360º des Koordinatensystems erfasst wurden.
Es wird bemerkt, dass durch Vornehmen geeigneter Einstellungen an der Mittenlinie des Magneten es möglich ist, einen Magneten zu erzeugen, der eine effektive Form aufweist, die sich in Übereinstimmung mit den Lehren des '958-Patents befindet. Mit anderen Worten, es ist möglich, einen Magneten zu konfigurieren, der ein statisches Erosionsmuster auf der Oberfläche des Targets eines Teils erzeugt, der mit folgender Gleichung übereinstimmt:
wobei ξ(u) ein vorab gewähltes Erosionsprofil festlegt, und wobei die Mittenlinie des Magneten ausgehend von der Mittenlinie der statischen Erosionsrille versetzt ist, um die Diskrepanz dazwischen zu kompensieren.
Nachdem nunmehr aufgezeigt wurde, wie ein Magnet mit einer Form erhalten wird, die in einem vorbestimmten Erosionsprofil auf der Oberfläche des Zerstäubungstargets resultiert, wird nunmehr diskutiert, wie das optimale Erosionsprofil ermittelt wird. Während zahlreiche der Patente gemäß dem Stand der Technik hervorheben, wie erwünscht und wichtig es ist, die Oberfläche des Zerstäubungstargets gleichmäßig zu erodieren, stellt die Gleichmäßigkeit bzw. Gleichförmigkeit der Erosion tatsächlich für die meisten Nutzer von Zerstäubungssystemen ein sekundäres Ziel dar. Das primäre Ziel besteht in der Notwendigkeit, eine Zerstäubungsdünnschicht mit einer gewünschten Eigenschaft, beispielsweise Gleichförmigkeit, auf den zu beschichtenden Wafern konsistent zu erhalten. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Technik, die eingesetzt werden kann, um das Zielerosionsprofil zu berechnen, das in einer Dünnschicht mit der gewünschten Eigenschaft auf der Oberfläche des Wafers resultiert.
Die vorliegende Technik zum Vorhersagen der Gleichförmigkeit der Dünnschichtabscheidung berücksichtigt eine Anzahl von Variablen, welche die Rate bzw. Geschwindigkeit beeinflussen, mit welcher sich Zerstäubungsmaterial in einem beliebigen gegebenen Punkt auf der Oberfläche des Substrats ansammelt. Die wesentlichen Variablen, die in die Technik gemäß der vorliegenden Erfindung eingehen, werden nunmehr erläutert.
Zunächst ist es erforderlich, die Winkelverteilung von Atomen zu kennen, die von der Oberfläche des Zerstäubungstargets ausgetragen werden. Häufig wird zugunsten der Einfachheit angenommen, dass Verdampfungsatome mit cosinusförmiger Verteilung ausgetragen werden. Diese Annahme ist im Fall von Aluminium gerechtfertigt, das am weitesten verbreitet für Zerstäubungsdünnschichten bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen verwendet wird, wobei hier das Atomgewicht des Materials (Z = 27) deutlich kleiner ist als das Atomgewicht von Argon (Z = 40), das typischerweise als Zerstäubungsgas verwendet wird. Es ist jedoch bekannt, dass dann, wenn Zerstäubungsmaterialien mit höherem Atomgewicht, wie etwa Titan (Z = 48) oder Wolfram (Z = 184) verwendet wird, die Winkelverteilung der Zerstäubungsatome nicht mit der cosinusförmigen Verteilung übereinstimmt. In einigen Fällen kann die Kristallstruktur des Zerstäubungstargetmaterials die Winkelverteilung der Zerstäubungsatome ebenfalls beeinflussen.
Fig. 6A und 6B zeigen Kurvenverläufe bzw. -ausdrucke, die aus der wissenschaftlichen Literatur gewonnen wurden, unter Darstellung der Winkelverteilung von Nickelatomen (Z = 59) und Platinatomen (Z = 195), ausgestoßen durch ein Bombardement mit Quecksilberionen (Z = 201). Fig. 6A zeigt deutlich den Einfluss dieser Faktoren beim Erzeugen einer nicht-cosinusförmigen Verteilung. Diese Figur zeigt eine starke Abweichung von einer kosinusförmigen Verteilung trotz der Tatsache, dass Nickel ein viel kleineres Atomgewicht als Quecksilber aufweist.
Fig. 6B zeigt den Einfluss der kinetischen Energie der Bombardierungsionen, d. h., wenn die Ionen eine größere Energie bekommen, nähert sich die Winkelverteilung zunehmend einer kosinusförmigen Verteilung. Es wird hingegen beobachtet, dass bei niedrigeren Energien die Verteilungsfunktion ein "flacheres" Aussehen hat, d. h. weniger der ausgestoßenen Atome treten unter einem Winkel aus, der nahezu senkrecht zur Oberfläche verläuft. Dieses Phänomen kann durch die Tatsache erklärt werden, dass mehr Einfallsenergie erforderlich ist, um ein Atom zu veranlassen, in der senkrechten Richtung herausgeschlagen zu werden, als dieses Atom unter einem spitzen Winkel herauszuschlagen.
Der anfängliche Schritt zur Ermittlung eines gewünschten Erosionsprofils besteht demnach darin, die Winkelverteilung der Atome festzulegen, die unter den Betriebsbedingungen zerstäubt werden, die in dem System zum Einsatz kommen. Wenn die erforderliche Information aus der Literatur nicht verfügbar ist, kann dies erreicht werden durch empirisches Messen unter Verwendung des in einem System zu zerstäubenden Materials, das unter ähnlichen Bedingungen betrieben wird. Nachdem die Verteilung empirisch ermittelt ist, werden die Daten daraufhin an eine mathematische Funktion angepasst, die zumindest in erster Ordnung die Messverteilung approximiert. Bei dem bevorzugten Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hat es sich als nützlich erwiesen, die empirischen Daten unter Verwendung einer Verteilungsfunktion zu approximieren, die eine Funktion der Cosinusfunktion ist, multipliziert mit einer zweiten Funktion mit einem einstellbaren Parameter, wie in der folgenden Gleichung ausgeführt:
wobei K&sub1; ein einstellbarer Parameter ist, der so gewählt ist, dass er an die Daten angepasst ist, und wobei K&sub2; ein Skalierungsfaktor ist.
Der nächste Parameter, der bekannt sein muss, bevor eine Berechnung eines gewünschten Erosionsprofils erfolgen kann, ist die Distanz zwischen dem Substrat und dem Zerstäubungstarget. Die Distanz zwischen der Zerstäubungstarget-Oberfläche und dem Wafer ist normalerweise bei einer vorgegeben Systemkonfiguration (ungeachtet der Effekte der Targeterosion) konstant. In den meisten Anwendungen ist es erwünscht, das Substrat so nahe wie möglich an dem Zerstäubungstarget unter Abstand anzuordnen, um die Abscheidungsrate zu maximieren und den Targetmaterialverlust zu minimieren. (Aus der vorstehend angeführten Diskussion der Winkelverteilung von Zerstäubungsatomen geht aus der Geometrie hervor, dass ein Atom, das die Oberfläche des Targets unter einem spitzen Winkel verlässt, eine größere Wahrscheinlichkeit hat, auf dem Substrat zu landen, wenn das Substrat nahe zum Target unter Abstand angeordnet ist. Wenn eine signifikante Anzahl von Zerstäubungsatomen nicht auf dem Substrat landet, wird sowohl die Rate der Dünnschichtabscheidung verringert wie die Zerstäubungsmaterialverschwendung erhöht.)
Eine enge Verbindung von Target und Substrat macht es andererseits schwierig, eine angemessene Zerstäubungsdünnschicht- Gleichmäßigkeit zu erzielen. Es ist mitunter bevorzugt, Abschirmungen, Kollimatoren und dergleichen dazwischen anzuordnen, um die Zerstäubungsdünnschicht-Eigenschaften zu verbessern oder um den Zerstäubungsprozess zu steuern, und die vorliegenden Magnetkonstruktionen und -verfahren sind anwendbar, wenn der Quellen-/Substratabstand vergrößert wird, um diese Strukturen aufzunehmen. Aus praktischer Sicht finden sich nunmehr Zerstäubungsquellen mit einem Wafer-/Targetabstand von 2 bis 10 cm im Einsatz.
Ein weiterer geometrischer Parameter, der in die Berechnung des gewünschten Erosionsprofils einbezogen werden muss, sind die relativen Größen des Zerstäubungstargets und des Wafers. Bei gleichmäßiger Erosion führt ein Target, das viel größer ist als das Substrat, zu einer beträchtlichen Verschwendung von Zerstäubungsmaterial. Wenn andererseits das Target eine ähnliche Größe aufweist wie der Wafer oder kleiner als dieser ist, wird es schwieriger, eine angemessene Gleichmäßigkeit bzw. Gleichförmigkeit der abgeschiedenen Dünnschicht zu erzielen. Eine derartige Konfiguration würde es auch schwierig machen, eine angemessene "Stufenabdeckung" in der abgeschiedenen Dünnschicht zu erzielen, wobei die Stufenabdeckung ein an sich bekanntes Maß für die Fähigkeit der Dünnschicht ist, mit Winkeln versehene Vorrichtungsmerkmale auf der Waferoberfläche abzudecken. Eine enge Übereinstimmung der Größe zwischen dem Target und dem Wafer würde beispielsweise zu einer deutlichen Differenz der Fähigkeit der Zerstäubungsdünnschicht führen, gewinkelte Merkmale bzw. Winkelmerkmale auf der Vorrichtung abzudecken abhängig davon, wohin diese Merkmale weisen. Dadurch würde ein geringer Fluss an Zerstäubungsmaterial vorliegen, das auf dem Wafer unter Winkeln in Richtung auf den Halbmesser ankommt, und dadurch ist es wahrscheinlich, dass auswärts weisende Merkmale in der Nähe des Rands des Wafers keine angemessene Beschichtung aus der Zerstäubungsdünnschicht aufnehmen würden. Andererseits würden einwärts weisende Merkmale in derselben Position wahrscheinlich eine angemessene Beschichtung aufnehmen, weil der Materialfluss aus Winkeln entsprechend der Mitte bzw. dem Zentrum des Targets herstammt.
Die meisten modernen integrierten Schaltungsvorrichtungen werden aktuell auf Wafern mit einem Durchmesser von 203 mm (acht Zoll) hergestellt, und ein Zerstäubungstarget des in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Typs weist einen Durchmesser von 295,7 mm (11,64 Zoll) auf, d. h. der Rand des Targets erstreckt sich über nahezu 50,8 mm (zwei Zoll) über den Rand des Wafers hinaus.
Ein weiterer beim Berechnen des optimalen Zerstäubungstarget- Erosionsprofils in Betracht zu ziehender Parameter ist der Betriebsdruck des Zerstäubungssystems. Während die zerstäubten Atome die Oberfläche des Targets mit einer bestimmten Winkelverteilung verlassen können, können Kollisionen zwischen Gasmolekülen (oder Plasmaionen) und zerstäubten Atomen bzw. Zerstäubungsatomen die Bahnen der Zerstäubungsatome ändern, bevor sie die Waferoberfläche erreichen. Die Zerstäubungseffekte von Gaskollisionen auf der Winkelverteilung von Zerstäubungsatomen, welche die Oberfläche des Wafers erreichen, können berechnet werden. Es wurde herausgefunden, dass im Zusammenhang mit den Betriebsparametern, die in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, Gaskollisionen einen signifikanten Faktor abhängig vom Gesamtdruck, der während des Zerstäubens verwendet wird, sein können oder auch nicht. Die Effekte der Gasstreuung können verringert werden durch eine enge Kopplung bzw. Verbindung zwischen dem Target und dem Substrat und einem niedrigen Betriebsdruck des Zerstäubungssystems, d. h. 1 Millitorr.
Der Einsatz des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zum Ermitteln des gewünschten Target-Erosionsprofils sieht demnach damit zunächst die Ermittlung der Geometrie des Systems vor. Information bezüglich des Target-/Substratabstands und die Durchmesser des Targets und des Substrats sind insbesondere erforderlich. Eine mathematische Funktion wird als Nächstes definiert, die zumindest in erster Ordnung die Verteilung der Zerstäubungsatome approximiert, welche die Oberfläche des Zerstäubungstargets unter den Betriebsbedingungen der Zerstäubungsquelle verlassen. Falls erforderlich, erfolgt schließlich eine Einstellung der Verteilungsfunktion, um die Gasstreueffekte in Betracht zu ziehen.
Wenn die vorstehend genannte Information zur Verfügung steht, ist es möglich, ein Ziel-Erosionsprofil zu berechnen, das in dem Auftragen einer gleichmäßig dicken Zerstäubungsdünnschicht auf der Oberfläche des Wafers resultiert. Die Berechnung beruht auf der Tatsache, dass die Erosionsrate in einem Punkt auf der Oberfläche des Targets ein Maß der Zerstäubungsrate ausgehend von diesem Punkt ist. Eine derartige Berechnung kann durchgeführt werden unter Verwendung einer Vielzahl von Computer-Modellierungstechniken der auf diesem Gebiet der Technik bekannten Art. Es wird bemerkt, dass mehr als ein Erosionsprofil möglich ist, das eine gleichmäßige bzw. gleichförmige Zerstäubungsdünnschichtabscheidung erzeugt. Es ist erwünscht, ein Erosionsprofil zu wählen, das sowohl eine gleichmäßige Dünnschicht erzeugt und so weit als möglich aus dem Targetmaterial den besten Nutzen zieht, sowie eine geringe Partikelverteilung, um reine Target-Aufbaubereiche zu vermeiden.
Wenn das gewünschte Erosionsprofil in der vorstehend genannten Weise erzielt ist, ist es möglich, den Magneten zu konfigurieren, und zwar in der vorstehend erläuterten Weise, um das gewünschte Erosionsprofil zu erzeugen.
Die bislang erläuterten Techniken sind als zwei getrennte Prozeduren erläutert worden, d. h. eine Prozedur zum Berechnen eines gewünschten Erosionsprofils und eine Prozedur zum Konfigurieren eines herzförmigen geschlossen-schleifigen Magneten zur Erzielung des gewünschten Erosionsprofils. Diese beiden Prozeduren können jedoch auch in ein einziges Verfahren kombiniert werden, in welchem die gesamte erforderliche Information in ein Computermodell eingegeben wird. Die Auswirkung auf die Zerstäubungsdünnschicht-Gleichmäßigkeit aufgrund geringer Abweichungen bezüglich der Position der Magnetenmittenlinie in einer oder mehreren Positionen kann daraufhin direkt berechnet werden. Es kann ein derartiges kombiniertes Modell verwendet werden, um eine geeignete Magnetkonfiguration für einen gegebenen Satz von Parametern festzulegen.
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm für die Ausführung eines bevorzugten Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, demnach die Zerstäubungsdünnschicht-Gleichmäßigkeit direkt mit Änderungen der Magnetposition berechnet wird. Wie vorstehend erläutert, dient der erste Schritt 710 zur Bildung einer statischen Erosionsrille auf der Oberfläche des Zerstäubungstargets. Die Tiefe der Targeterosion wird daraufhin im Schritt 720 in einer endlichen Anzahl von Punkten (r, Θ) auf der Oberfläche des Targets gemessen. Für gewählte Werte von Θ werden im Schritt 730 Polynome fünfter Ordnung erstellt, um eine Anpassung an die beobachteten Daten zu erzielen, und die Polynome werden in ein Array bzw. eine Gruppierung eingegeben. Aus Einfachheitsgründen wird das Polynom fünfter Ordnung für ein bestimmtes Θ relativ zur Mittenlinie des Magneten festgelegt, der verwendet wird, um die statische Erosionsrille zu erzeugen.
Die Koordinaten der Mittenlinie einer neuen, zu testenden Magnetform werden daraufhin in eine Gruppierung im Schritt 740 eingegeben, und die Distanz von jedem Wert von (r, Θ), der in dem Array verwendet wird, zu der neuen Magnetmittenlinie wird berechnet und in eine Gruppierung eingegeben. Bevorzugt verändert sich die Position der Mittenlinie des neuen Magneten nicht signifikant in jeder gegebenen Position ausgehend von der Position der Mittenlinie des Magneten, der zur Bildung der statischen Erosionsrille verwendet wird. Eine Berechnung der statischen Erosionstiefe im Schritt 750 erfolgt daraufhin für jedes (r, Θ) auf Grundlage der neuen Magnetpositionen. Die Information über die berechnete statische Erosionstiefe wird daraufhin über eine Umdrehung des Magneten integriert, um ein berechnetes Erosionsprofil zu erzielen, das den neuen Magnetpositionen zugeordnet ist (Schritt 760).
Die Gleichmäßigkeit bzw. Gleichförmigkeit der Zerstäubungsdünnschicht wird daraufhin im Schritt 770 unter Verwendung des Target-Erosionsprofils berechnet, das im Schritt 760 berechnet wurde. Wie vorstehend erläutert, sollte die Berechnung der Dünnschichtgleichmäßigkeit die Geometrie des Zerstäubungssystems ebenso in Betracht ziehen wie die Eigenschaften des zerstäubten Materials sowie sämtliche signifikanten Gasstreuungseffekte. Die Berechnung im Schritt 770 sieht eine doppelte Integration derart vor, dass die Effekte der Materialfreigabe mit einer bestimmten Rate und einer bestimmten Verteilung ausgehend von jedem Punkt auf dem Target für jeden Punkt auf dem Wafer bewertet wird. Die doppelte Integration sieht für jeden Punkt auf der Oberfläche des Wafers eine Berechnung der Materialmenge vor, die abgeschieden wird. Dies wiederum sieht das Integrieren des Flusses von jedem Punkt auf dem Target ausgehend sowohl als Funktion der Winkelposition wie als Funktion der radialen Position vor. Nachdem die Gleichmäßigkeitsinformation derart berechnet ist, erfolgt eine Beurteilung, ob eine akzeptable Gleichförmigkeit bzw. Gleichmäßigkeit erzielt wurde, d. h. die berechnete Gleichmäßigkeit für jeden der Punkte auf dem Wafer wird verglichen, um die Varianz der Dünnschichtdicke über die Waferoberfläche zu ermitteln. Wenn eine akzeptable Dünnschichtgleichmäßigkeit bzw. -gleichförmigkeit erzielt worden ist, d. h. wenn die Varianz minimiert wurde, ist das Verfahren beendet und die Magnetform erstellt. Wenn die Dünnschichtgleichmäßigkeit nicht akzeptabel ist oder wenn davon ausgegangen wird, dass eine weitere Verbesserung erzielt werden kann, wird die Magnetform weiter geändert und im Schritt 740 eingegeben, und der Prozess wird ausgehend von diesem Punkt erneut wiederholt.
Ein systematischer Ansatz zum Ändern des Magneten im Schritt 740, der vom Erfinder angewendet wurde, ist folgender. Startend mit der Magnetform, die verwendet wird, um die statische Erosionsrille gemäß dem Schritt 710 zu bilden, wird ein neuer Magnet definiert, wobei die Position des Magneten an ausschließlich einem Punkt geändert wird, der einem beliebigen gewählten Wert von Θ entsprechen kann. Nachdem die Zerstäubungsdünnschicht-Gleichmäßigkeit bzw. -Gleichförmigkeit für diesen neuen Magneten berechnet ist, wird die erhaltene Gleichförmigkeit mit der Gleichförmigkeit verglichen, die durch die vorausgehende Magnetkonfiguration erhalten wird.
Wenn die Gleichförmigkeit verbessert ist, wird dieselbe Magnetposition in derselben Richtung eingestellt, und eine weitere Gleichförmigkeitsberechnung wird durchgeführt. Wenn die Gleichförmigkeit schlechter ist, wird der Magnet in die entgegengesetzte Richtung bewegt, und eine Gleichförmigkeitsberechnung wird durch die Schritte 740-780 durchgeführt. Die erste Magnetposition wird iterativ eingestellt, bis keine weitere Verbesserung der Gleichförmigkeit erzielt wird. Die nächste Magnetposition wird daraufhin eingestellt und dieselbe Prozedur wird verfolgt, bis keine weitere Einstellung des zweiten Magneten eine verbesserte Gleichförmigkeit erzeugt. Dieser Prozess wird für sämtliche Magnetpositionen nacheinander wiederholt, woraufhin der gesamte Prozess so oft wie erwünscht wiederholt werden kann, erneut ausgehend von der ersten Magnetposition. Dieser systematische Ansatz eignet sich sehr gut für die Automatisierung und kann problemlos durch ein Computerprogramm implementiert werden. Weitere äquivalente systematische Ansätze erschließen sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik. Beispielsweise könnten die Einstellungen einer gegebenen Magnetposition auf eine beschränkte Anzahl während jeder "Schleife" um den Magneten beschränkt werden.
Bislang ist das Verfahren ausschließlich im Hinblick auf cas Messen einer statischen Erosionsrille zur Ermittlung der "effektiven" Magnetform erläutert worden. Während dies die bevorzugte Implementierungsart darstellt, sind andere Verfahrer möglich. Beispielsweise ist es möglich, die "effektive" Magnetposition zu messen durch Beobachten der Position und Irtensität des Plasmas, das durch einen Startmagneten erzeugt Wird. Moderne Techniken erlauben es, die Plasmaintensität in eirer endlichen Anzahl vorab gewählter Punkte über das Target zu messen, und diese Information könnte als Ersatz für die Irformation genutzt werden, die von der Messung einer statischen Erosionsrille gewonnen wird. Es wird jedoch angenommen, dass die Plasmaintensitätsinformation nicht ebenso exakt ist, weshalb sie weniger bevorzugt ist.
Während das Flussdiagramm von Fig. 7 ausschließlich im Zusammenhang mit der Zerstäubungsdünnschicht-Gleichförmigkeit bzw. -Gleichmäßigkeit erläutert wurde, können andere Zerstäubungsdünnschicht-Eigenschaften ebenfalls in Betracht gezogen werden. Beispielsweise könnte der Schritt 770 alternativ eine Berechnung der Stufenabdeckung vorsehen, die durch die neue Magnetkonfiguration erzeugt wird, oder die Berechnung der Via- Auffüllungseigenschaften. Während die vorliegenden Techniken zum Via-Auffüllen Schritte vorsehen, die über das einfache Zerstäuben hinausgehen, handelt es sich bei der Fähigkeit, eine geeignet dicke Dünnschicht auf dem Boden des Vias abzuscheiden, um einen wesentlichen Aspekt des Prozesses. Aus geometrischen Betrachtungen geht hervor, dass die Fähigkeit zum Füllen des Bodens eines engen bzw. schmalen Vias die Winkelverteilung der Atome des zerstäubten Materials betrifft, die auf der Oberfläche des Wafers auftreffen. Die zerstäubten Atome, die auf der Waferoberfläche in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung eintreffen, erreichen mit einiger Wahrscheinlichkeit den Boden eines Vias, während Atome, die mit einem scharfen Winkel eintreffen, durch die Wand des Vias abgefangen werden, bevor sie den Boden erreichen.
In ähnlicher Weise kann mehr als eine Dünnschichteigenschaft berechnet werden mit dem Ziel, die Balance dazwischen zu optimieren. Eine verbesserte Gleichförmigkeit, hervorgerufen durch eine spezielle Magnetänderung, kann beispielsweise durch eine beeinträchtigte Stufenabdeckung unwirksam gemacht werden.
Während die Beschreibung bislang ausschließlich im Zusammenhang mit einer herzförmigen planaren Magnetron-Zerstäubungsquelle erfolgt ist, erschließt sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik, dass die vorstehend erläuterte Methodenlehre gleichermaßen anwendbar ist auf andere Magnetkonstruktionen mit dem Ziel, ein vorbestimmtes Erosionsprofil in der Oberfläche eines Zerstäubungstargets zu erzeugen. Beispielsweise sind die Lehren des '958-Patents nicht auf herzförmige Magnetgruppierungen beschränkt, vielmehr sind mehrere herzförmige Magnetgruppierungskonfigurationen offenbart. Mit dem Ausmaß, dass eine ähnliche Diskrepanz zwischen der tatsächlichen und der effektiven Form einer Magnetgruppierung vorliegt, die in Übereinstimmung mit einer der anderen Konfigurationen erstellt ist, d. h., bei welcher die statische Erosionsrille nicht über der Magnetmittenlinie zu liegen kommt, kann die vorliegende gelehrte Methodenlehre verwendet werden, um die Positionen der einzelnen Magneten in der Gruppierung einzustellen, um eine gewünschte effektive Magnetform und ein gewünschtes Erosionsprofil zu erzielen. In ähnlicher Weise kann durch ein geeignetes Computermodellieren der Effekt bezüglich der Zerstäubungsdünnschicht-Gleichförmigkeit, hervorgerufen durch Einstellungen der Positionen der einzelnen Magnetpositionen, direkt ermittelt werden.
Die US-Patentanmeldung Nr. 471898 (EP-A-0439361), die eine Continuation-In-Part des '958-Patents darstellt, erweitert die Lehren des '958-Patents derart, dass die Magnetgruppierungen zur Verwendung mit nicht-planaren Zerstäubungstarget-Oberflächen erstellt sein können, um beliebige gewählte Erosionsprofile zu erzeugen. Eine durch die '898-Anmeldung erforderliche Bedingung lautet, dass die Zerstäubungstarget-Oberfläche eine Rotations- bzw. Umlaufoberfläche ist. Die '898-Anmeldung lehrt, dass die Mittenlinie der geschlossen-schleifigen Magnetgruppierung auf einer Kurven liegen sollte, die wie folgt definiert ist:
wobei ξ(u) ein vorab gewähltes Erosionsprofil ist, das in dem gekrümmten Target erzeugt werden soll, wenn der Magnet gedreht und das Zerstäuben durchgeführt wird, wobei z(r) eine Umlaufoberfläche ist, die die Oberfläche des Zerstäubungstargets festlegt, und wobei C eine gewählte Konstante ist.
Ähnlich wie bei dem '958-Patent setzt die '898-Anmeldung voraus, das die Magnetfeldihtensität benachbart zu der Targetoberfläche am größten ist direkt über der Mittenlinie der Magnetgruppierung, so dass die Form einer statischen Erosionsrille mit der Form des Magneten übereinstimmt. Erneut erschließt sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik, dass die aktuelle Methodenlehre auf Magnete angewendet werden kann, die in Übereinstimmung mit der '898-Anmeldung konfiguriert sind, um die Diskrepanzen zwischen den tatsächlichen und effektiven Magnetgruppierungsformen zu kompensieren.
Während die vorstehend angeführte Beschreibung auf die bevorzugten Ausführungsformen gerichtet ist, die vorliegend angeführt sind, ist es beabsichtigt, dass diese Beschreibung lediglich beispielhaft und nicht beschränkend ist. Zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen erschließen sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik angesichts der vorstehend gegebenen Offenbarung.

Claims

1. Verfahren zum Konfigurieren eines geschlossen-schleifigen Drehmagnetmittels (5") zur Verwendung in einer Magnetron- Zerstäubungsvorrichtung zum Erzielen eines gewünschten Erosionsmusters in einem Zerstäubungstarget benachbart zu dem Magnetmittel, wobei das Magnetmittel (5") eine Mittenlinie (10) aufweist, und wobei das Verfahren die Form der Erosionsrille und die Diskrepanz zwischen der Position der Mittenlinie und der Position der Erosionsrille in Betracht zieht, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Positionieren eines geschlossen-schleifigen Magnetmittels (5"), dessen Mittenlinie (10) mit der gewünschten Form hinter dem Zerstäubungstarget übereinstimmt,

Bilden einer Erosionsrille in der Targetoberfläche, während das Magnetmittel (5") in einer stationären Position gehalten wird,

Messen der Form der Erosionsrille und Verwenden der Erosionsformmessungen zur Erzeugung eines berechneten Gesamterosionsprofils (130), das erzeugt wird, wenn das Zerstäuben mit dem gedrehten Magnetmittel (5") durchgeführt wurde,

Berechnen des Gesamterosionsprofils (130'), das erhalten wird, wenn die Position der Mittenlinie (10) des Magnetmittels in zumindest einem Punkt geändert wurde, und Einstellen der Position des geschlossen-schleifigen Magnetmittels (5") in dem zumindest einen Punkt, so dass dann, wenn das Magnetmittel gedreht wird, ein vorbestimmtes Erosionsprofil in dem Zerstäubungstarget erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens der Form der Erosionsrille das Messen der Erosionstiefe des Zerstäubungstargets in Punkten entlang mehreren Radiallinien ausgehend von der Drehachse (60) des Magnetmittels (5") aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens der Form der Erosionsrille das Messen der Erosionstiefe des Zerstäubungstargets in Punkten entlang mehrerer konzentrischer Kreise aufweist, die auf der Drehachse (60) des Magnetmittels (5") zentriert sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens der Form der Erosionsrille das Bilden einer Gruppierung aufweist, wobei jeder Eintrag eine Positionsmessung und eine Erosionstiefenmessung vorsieht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Positionsmessung in Polarkoordinaten ausgedrückt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend den Schritt, einen Satz von Funktionen auf Grundlage der gemessenen Erosionsform zu erzeugen, die das Querschnittsprofil mit einer endlichen Anzahl von Winkeln darstellen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erzeugten Funktionen Polynome sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Polynome Polynome fünfter Ordnung sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schritt des Berechnens der Wirkung von zumindest einer Änderung der Position der Mittenlinie (10) des Magnetmittels (5") bezüglich des Erosionsprofils iterativ durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schritt des Einstellens der Position des Magnetmittels (5") den Schritt enthält, eine Eigenschaft der Dünnschicht zu berechnen, die auf dem Wafer abgeschieden ist, die erhalten wird, wenn die Position der Mittenlinie (10) des Magnetmittels (5") in zumindest einem Punkt geändert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Eigenschaft der Zerstäubungsdünnschicht die Gleichförmigkeit der Dicke ist.