DE69922816T2

DE69922816T2 - Oberflächenbehandlung mittels physikalischer dampfabscheidung mit kompensierung der ungleichförmigkeit

Info

Publication number: DE69922816T2
Application number: DE69922816T
Authority: DE
Inventors: J. Thomas LICATA; D. DI Steven HURWITT
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: KR20010099597A; JP2002521567A; EP1114436A2; TW476801B; US6224724B1; KR100455494B1; EP1114436B1; WO2000005745A1; WO2000005745A8; JP3737363B2; DE69922816D1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft die Steuerung von physikalischen Dampfätz- und Aufdampfprozessen, und insbesondere von Sprühätzen oder Aufdampfen eines Materials bei der Herstellung von Halbleitersubstraten durch eine Zerstäubungskathode.
Hintergrund der Erfindung
Die Herstellung von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltkreisen umfasst die Abdeckung und selektives Aufdampfen und die Abdeckung und selektives Entfernen zahlreicher Schichten aus leitendem, isolierenden und halbleitenden Material auf Substraten, die normalerweise die Form von Siliziumplättchen haben. Wichtige Verfahren für solches Aufbringen und Entfernen von Material umfassen physikalische Dampfauftrags- und Ätzverfahren. Sputtern ist eine häufig angewandte Arbeitsweise zum Bereitstellen von Material zum Beschichten und Entfernen von Material in solchen physikalischen Aufdampfverfahren. In einem konventionellen Sputterbeschichtungssystem wird ein Target gesputtert, und das gesputterte Material bildet eine dünne Beschichtung oder einen Film auf einem Substrat. In einem konventionellen Sputterätzsystem wird Material von einer Oberfläche entfernt, wie zum Beispiel eines Targets oder eines Substrats.
Halbleiterfertigungsverfahren umfassen typischerweise das Ausbilden einer Reihe von Metallverbindungsschichten auf einem Wafer, dann Auftragen einer Fotoresiststruktur, gefolgt von reaktiven Ätzprozessen, die durch die Struktur selektiv werden. Nach dem Strukturieren und selektiven Ätzen wird eine nachfolgende Schichtung von leitfähigen Schichten auf den Wafer aufgetragen, Die unterste dieser leitfähigen Schichten ist gewöhnlich ein reaktives elementares Metall, wie Titan, Chrom oder Tantal, kann jedoch ebenso ein Metallnitrit, Silizid oder eine Legierung sein. Eine Funktion dieser untersten Metallisierungsschicht besteht darin, am Boden einer Kontaktöffnung in dem darunter liegenden Isolator eine Verbindung oder einen Kontakt mit einer freiliegenden leitfähigen Schicht auszubilden, wie zum Beispiel Silizium oder Metall. Die Verbindung dient zum Ausbilden des Anfangsschichtteiles eines Leitpfades zwischen der unten liegenden Schicht und dem Leiter einer neuen Schicht des neuen Schichtaufbaus.
Normalerweise ist es notwendig, den Wafer von natürlichen Oxiden und anderen Verunreinigungen zu reinigen, die sich vor dem Auftragen der Metallisierungsschicht ausgebildet haben können, oder die Oberfläche des Wafers vor dem Beschichten auf andere Weise vorzubehandeln. Verunreinigung beeinträchtigt den Auftrag der Metallisierungsschicht und führt zu verminderter Leitfähigkeit zwischen dem Kontakt und der Metallisierungsschicht. Standardlösungen zum Entfernen von Verunreinigungen, wie zum Beispiel das gründliche Reinigen des Wafers mit einem induktiv gekoppelten Plasma (ICP), oder einem anderen leichten Sputterätzschritt unmittelbar vor Beginn der Metallisierung, sind jedoch nicht ganz zufriedenstellend. Dieses beruht mindestens teilweise auf der Beschädigung der darunter liegenden Bauelementstruktur entweder durch den mechanischen Sputtervorgang oder durch die Ladungsakkumulation, oder die unvollständige Entfernung von Verunreinigungen, wenn chemische Entfernungsmethoden nicht verwendet werden können oder anderweitig fehlen.
In einer konventionellen Sputterbeschichtungsanordnung sind ein Target und ein Substrat in einer oder mehreren Behandlungskammern angeordnet, in denen der Sputterprozess ausgeführt wird. Das Target umfasst eine hintere Fläche und eine konkave vordere oder Sputterfläche. Die Sputterfläche stellt während des Sputterprozesses Targetmaterial zum Ausbilden eines dünnen Films auf dem Substrat zur Verfügung. Die hintere Fläche ist an einer Zerstäubungskathode befestigt, die zum Kühlen des Targets während des Sputterprozesses dient. Das Substrat ist lösbar an einer Trägervorrichtung nahe einem Außenrand des Substrates befestigt und ist in einem vorgegebenen Abstand von der Sputterfläche angeordnet, so dass zwischen dem Substrat und der Sputterfläche ein Zwischenraum ausgebildet wird.
Zum Sputterbeschichten eines Materials wird ein Prozessgas, wie zum Beispiel Argon, in die Behandlungskammer eingeführt und auf einem zum Sputtern geeigneten Vakuumniveau gehalten. An die Kathode und das Target wird dann eine hohe Gleich- oder Wechselspannung angelegt, um eine Plasmaentladung zu bilden, die positiv geladene Argonionen besitzt, die die negativ aufgeladene Sputterfläche beschießen. Das bewirkt das Entfernen von Targetmaterial von der Sputterfläche und initiiert einen Auftragsprozess, in dem etwas von dem Targetmaterial auf dem Substrat aufgetragen wird, um eine dünne Schicht zu bilden. Typischerweise kann der Auftragsprozess bis zum Ab schluss zwischen fünf Sekunden und fünf Minuten dauern. Das Substrat kann während des Auftragsprozesses in Bezug auf die Sputterfläche in einer stationären Position gehalten werden oder kann langsam in eine Richtung parallel zur Sputterfläche vorbeigeführt werden.
Die Kathode kann einen Hauptmagneten zum Konzentrieren des Plasmas und Steuern der Form und relativen Intensität des Plasmas über verschiedenen Stellen an der Sputterfläche umfassen. Außerdem kann der Hauptmagnet so angepasst sein, dass er um eine Rotationsachse rotiert oder sich auf andere Weise in Bezug auf das Target bewegt. Ein Hauptmagnet kann auch in der Nähe eines Substrates angeordnet sein, um das Sputterätzen des Substrates zu steuern. Der Hauptmagnet ist typischerweise so konfiguriert, dass er einen kontinuierlichen geschlossenen magnetischen Tunnel erzeugt, der eine vorgegebene Form besitzt, die mehrere Flügelabschnitte umfassen kann, die jeweils einen äußeren peripheren Flügelabschnitt besitzen, der benachbart zur Umfangswand des Targets angeordnet ist. Die Rotation des Hauptmagneten um die Achse bewirkt eine entsprechende Rotation des magnetischen Tunnels in Bezug auf die Sputterfläche. Dieses steuert die Plasmaentladung, um die Entfernung von Targetmaterial von der Sputterfläche in einem symmetrischen Muster zu bewirken.
Bei einem Sputtertarget steuert die Rotation das Plasma, um konzentrische Vertiefungen zu bilden, wie zum Beispiel erste, zweite und dritte konzentrische Vertiefungen, die jeweils entsprechende, symmetrisch um einen Mittelbereich der Sputterfläche herum ausgebildete Durchmesser besitzen. Die erste Vertiefung hat den größten Durchmesser und ist nahe der Umfangswand angeordnet. Die dritte Vertiefung hat den kleinsten Durchmesser und ist um den Mittelbereich herum angeordnet, und die zweite Vertiefung hat einen mittleren Durchmesser und ist somit zwischen den ersten und dritten Vertiefungen angeordnet. Typischerweise ist die erste Vertiefung tiefer ausgebildet und hat einen größeren Umfang als entweder die zweite oder dritte Vertiefung. Dieses zeigt an, dass eine größere Menge des Targetmaterials erodiert wird, um die erste Vertiefung zu bilden. Deshalb stellt die Bildung der ersten Vertiefung einen wesentlichen Teil des zur Ausbildung einer Dünnschicht verwendeten Materials zur Verfügung, was somit eine wesentliche Auswirkung auf die gesamte Schichtgleichmäßigkeit auf dem Substrat hat. Des Weiteren verbessert das Erodieren einer wesentlichen Materialmenge nahe der Umfangswand die Möglichkeit des Vorsehens einer gleichmäßigen Schichtdicke in Bereichen nahe dem Außenrand des Substrates.
Es ist wünschenswert, dass eine auf dem Substrat gebildete Schicht eine hochgradig gleichmäßige Dicke besitzt, bis ≤ ungefähr ± 5 Prozent, und vorzugsweise bis ≤ ungefähr ± 1 Prozent für die dicksten und dünnsten Bereiche der Schicht. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Fähigkeit zum Erzeugen einer Schicht mit einer hochgradig gleichmäßigen Dicke. Diese Faktoren umfassen die geometrische Beziehung zwischen dem Target und dem Substrat, die Konstruktion der Kathode und das Erosionsmuster des von der Sputterfläche entfernten Materials, das aus der Form des magnetischen Tunnels resultiert.
Der Hauptmagnet erzeugt ein Hauptmagnetfeld und dient der Steuerung der Form und Intensität der Plasmaentladung, um schließlich die erste Vertiefung zu bilden. Die erste Vertiefung umfasst ein Paar Wände, die sich jeweils allmählich tiefer in das Target erstrecken, so dass sie sich am tiefsten Abschnitt der ersten Vertiefung an einem Vertiefungszentrum treffen und dieses somit begrenzen. Des Weiteren wird bewirkt, dass das Zentrum der Vertiefung in einem ersten Abstand von der Umfangswand und in einem vorgegebenen Bereich der Sputterfläche angeordnet ist.
Die Rotation des Hauptmagneten bewirkt bei der Sputterbeschichtung vorzugsweise die Bildung einer symmetrischen Schicht auf einem Substrat. Das Auftragsprofil würde dann eine Gesamtdickengleichmäßigkeit entlang eines Radius darstellen, der sich in irgendeine Richtung auf einem Substrat erstreckt. Des Weiteren würden jegliche unerwünschten Ungleichmäßigkeiten, die in einer symmetrischen Schicht bestehen, ebenfalls symmetrisch sein. Solche symmetrischen Ungleichmäßigkeiten können durch Techniken reduziert werden, wie zum Beispiel Verändern des Abstandes zwischen der Sputterfläche und dem Substrat oder durch Modifizieren des Erosionsprofils durch Einstellung der Form des magnetischen Tunnels.
Es gibt jedoch Faktoren, die häufig die Bildung von asymmetrischen Ungleichmäßigkeiten bewirken. Diese Faktoren umfassen asymmetrische systembezogene Bedingungen, wie die Anwesenheit von benachbarten Strukturen, die die Form der Plasmaentladung stören können, andere, nahe den Behandlungskammern angeordnete Kathoden oder die Existenz von Strömungs- und Druckgefällen. Diese Faktoren können die Bewegung von Ionen und Partikeln stören, die sich zu der zu sputternden Fläche bewegen. Beim Beschichten kann dieses bedeuten, dass Material, das in einem symmetrischen Muster um eine Achse des Substrates herum gesputtert oder auf andere Weise aus einer Quelle ausgetragen wird, in nicht symmetrischer Verteilung auf der Oberfläche des Substrates ankommen wird. Beim Sputterätzen kann dieses bedeuten, dass die Ionen oder anderen Partikel, die eine Oberfläche eines Substrates beschießen, selbst wenn sie in einem symmetrischen Muster um eine Achse des Substrates herum ausgestoßen werden, auf dem Substrat in einer ungleichmäßigen Verteilung oder in ungleichmäßigen Winkeln um die Achse herum auftreffen. Diese Faktoren können auch die Verteilung von Ionen beeinflussen, die ein Sputtertarget beschießen. Infolge dessen können diese Faktoren, wenn sie nicht berücksichtigt und gehandhabt werden, Ungleichmäßigkeiten in den auf ein Substrat aufgetragenen Beschichtungen bewirken oder zum Entfernen von Material aus einem Substrat oder einer anderen Oberfläche, von der Material entfernt wird, oder zum Konditionieren derselben führen. Techniken zum Korrigieren symmetrischer Ungleichmäßigkeiten, wie zum Beispiel Verändern des Abstandes zwischen der Sputterfläche und dem Substrat oder Einstellen der Form des magnetischen Tunnels sind jedoch nicht wirksam, um asymmetrische Ungleichmäßigkeiten in einem akzeptablen Ausmaß zu reduzieren.
Somit besteht eine Notwendigkeit für einen effektiven und preiswerten Prozess, der verhindert, dass Verunreinigungen die Metallisierung von Oberflächen behindern, an denen Kontakte an der untersten Schicht eines Schichtaufbaus oder andere Verbindungen auszubilden sind. Es besteht auch eine Notwendigkeit, physikalische Prozesse zu steuern, um die Einflüsse von Faktoren zu überwinden, die die Gleichmäßigkeit des Sputterauftrags von Material beeinflussen, um Ungleichmäßigkeiten in einer Dicke einer aufgetragenen Schicht zu reduzieren.
JP 8-246147 und das äquivalente US-Patent 5,783,048 beschreiben eine Sputtervorrichtung, in der ein Kompensationsmagnet nahe einem Bereich der Zerstäubungskathode angeordnet ist. Der Kompensationsmagnet erzeugt ein Magnetfeld, das mit dem Hauptmagnetfeld zusammenwirkt, um ein asymmetrisches Magnetfeld zu bilden, das eine asymmetrische Entfernung von Material vom Targetbereich bewirkt. Dieses gleicht Asymmetrien im Targetmaterialauftrag aus und erzeugt eine gleichmäßige Schicht auf dem zu beschichtenden Substrat.
EP-A 0836218 offenbart eine Sputtervorrichtung, die ein durch Hochfrequenz erzeugtes Niederdruckplasma verwendet.
EP-A 0762471 offenbart eine Vorrichtung zum Plasmasputtern oder Ätzen, die einen Dipolringmagneten verwendet, der aus zweiteiligen Segmentmagneten gebildet wird.
Die Segmentmagneten können in Bezug auf die Magnetfeldrichtung asymmetrisch angeordnet sein, was die Gleichmäßigkeit des Magnetfeldes verbessern soll.
Die Erfindung ist auf eine Vorrichtung zum Behandeln eines Substrates in einer Behandlungskammer gerichtet, die eine asymmetrische ungleichmäßige Verteilung von Prozessionen um eine Achse des Substrats herum gemäß Anspruch 1 bewirkt. Die Erfindung ist insbesondere auf Vorrichtungen für die ionisierte physikalische Dampfphasenabscheidung (IPVD) zum Behandeln eines Substrates in einer Behandlungskammer gerichtet, die gemäß Anspruch 4 Merkmale aufweist, die eine asymmetrische ungleichmäßige Verteilung von einer Quelle auf das Substrat bewirken.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die eine Zerstäubungskammer, die ein Prozessgas enthält, das zum Bilden eines Plasmas angeregt wird, einen Substratträger, ein Target, eine Kathodenanordnung einschließlich eines Hauptmagneten und eines Kompensationsmagneten umfasst, der zum Erzeugen eines Kompensationsmagnetfeldes in einem Plasmaentladungsgas angeordnet ist, das zum Entfernen von Material vom Target verwendet wird, das wirksam ist, um die Form der Plasmaverteilung zu verändern, um Material vom Target in einer Verteilung zu entfernen, die die ansonsten asymmetrische ungleichmäßige Verteilung ausgleicht. Der Kompensationsmagnet kann Komponenten umfassen, die in Bezug auf die Komponenten der Kammer feststehend sind, die die asymmetrische ungleichmäßige Verteilung auf dem Substrat asymmetrisch bewirken.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die eine Vakuumbehandlungskammer umfasst, die darin einen Substratträger, eine Quelle für Verdampfungsmaterial, das in einer asymmetrischen ungleichmäßigen Verteilung auf ein Substrat bewegbar ist, und ein Gas, eine Hochfrequenz (HF)-Energiequelle und eine mit der HF-Energiequelle verbundene und die Kammer umgebende Spule zum Erzeugen eines Plasmas in dem Gas zwischen der Quelle und dem Substratträger zum Ionisieren von sich von der Quelle auf das Substrat bewegendem Material, und eine Quelle für elektromagnetische Energie umfasst, die an das Substrat angeschlossen ist. Die Vorrichtung umfasst außerdem einen Kompensationsmagneten, der zum Erzeugen eines Kompensationsmagnetfeldes in dem Pfad des ionisierten Materials angeordnet ist, das wirksam ist, um die Form des Verteilermaterials zu verändern, um eine kompensierte Verteilung zu erzeugen und dadurch die asymmetrische ungleichmäßige Verteilung auszugleichen.
In alternativen Ausführungsformen ist eine Vorrichtung vorgesehen, umfassend eine Vakuumbehandlungskammer mit einem Träger für eine mit Ionen aus einem Plasma zu beschießende Oberfläche, und ein Gas zum Bereitstellen eines Plasmas. Die Vorrichtung umfasst außerdem einen Hauptmagneten, der zum Verteilen des Plasmas angeordnet ist, um eine symmetrische Verteilung von Ionen um eine Mittelachse zu erzeugen, und einen Kompensationsmagneten, der zum Erzeugen eines Kompensationsmagnetfeldes angeordnet ist, um Ionen zum Ausgleich asymmetrischer Wirkungen der Kammer auf die Verteilung von Ionen auf dem Substrat zu verteilen, um die asymmetrische ungleichmäßige Verteilung auszugleichen.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann der Kompensationsmagnet Komponenten umfassen, die in Bezug auf die Komponenten der Kammer feststehend sind, die die asymmetrische ungleichmäßige Verteilung auf dem Substrat asymmetrisch bewirken.
Die vorliegende Erfindung reduziert asymmetrische Plasmaprozessungleichmäßigkeiten des Substrates, insbesondere Ungleichmäßigkeiten um eine Achse eines Substrats herum und insbesondere Ungleichmäßigkeiten, die durch Eigenschaften einer Bearbeitungskammer verursacht werden. Die Erfindung ist insbesondere beim Ausgleichen von Ungleichmäßigkeiten auf einem Substrat vorteilhaft, die durch stationäre Elemente einer Plasmabearbeitungskammer verursacht werden, die eine ansonsten symmetrische plasmaerzeugende Vorrichtung umfasst. Die Erfindung stellt auch eine Steuerung von Sputterbeschichtungssystemen, IPVD-Systemen und der In-situ-Vormetallisierungs-Reinigung von Substraten, wie zum Beispiel Halbleiterplättchen, zur Verfügung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht einer konventionellen Target- und Substratanordnung.
2 ist eine schematische Darstellung einer IPVD-Sputtervorrichtung.
3A ist eine Ansicht einer Sputterfläche entlang der Linie 3A-3A der 1.
3B ist eine Schnittansicht eines Erosionsprofils für das Target entlang der Linie 3B-3B der 3A.
3C ist eine vergrößerte Ansicht eines linken Teiles der 1, die eine Konfiguration für eine erste Vertiefung zeigt.
3D stellt ein Erosionsprofil für eine Schicht dar.
4 ist eine Darstellung der Gleichmäßigkeit für eine Aluminiumschicht, die durch einen Sputterprozess auf einem Wafer ausgebildet ist, der Strömungs- und Druckgefällen ausgesetzt ist.
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines linken Teiles der 1, die einen ersten Kompensationsmagneten zeigt.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform für einen zweiten Kompensationsmagneten.
7 ist eine Draufsicht der ersten und zweiten Kompensationsmagneten, die nahe einer Umfangswand des Targets angeordnet gezeigt sind.
8 ist eine Darstellung der Gleichmäßigkeit einer Aluminiumschicht, die durch Anwendung eines ersten Magneten in Verbindung mit einem Sputterprozess ausgebildet wurde, der den Strömungs- und Druckgefällen ausgesetzt wurde.
9 ist eine Schnittansicht eines elektrischen Kontaktes in einem typischen Zustand vor dem Reinigen.
9A ist eine Darstellung des Kontaktes ähnlich der 9 im Anschluss an die Reinigung.
9B ist eine Darstellung des gereinigten elektrischen Kontaktes ähnlich den 9 und 9A im Anschluss an die Beschichtung.
9C ist eine Darstellung des Kontaktes ähnlich der 9A im Anschluss an die Reinigung mit Plasma, das Ionen eines Metalls enthält, wie zum Beispiel Titan.
Ausführliche Beschreibung
Bezugnehmend auf 1 ist eine Schnittansicht einer konventionellen Anordnung für ein Target 10 und einen Wafer oder ein Substrat 12 gezeigt. Das Target 10 und das Substrat 12 sind in einer Behandlungskammer 13 angeordnet, die eine Vorrichtung 19 zum ionisierten physikalischen Aufdampfen (IPVD-Vorrichtung) sein kann, wie sie in 2 gezeigt ist, in der der Sputterprozess ausgeführt wird. Die IPVD-Vorrichtung 19 kann Teil eines Sputterbeschichtungssystems sein, das mehrere Behandlungskammern 13 umfasst, von denen mehr als eine eine Anordnung aus Target 10 und Substrat 12 umfassen kann, wie sie in 1 gezeigt ist. Das Target 10 umfasst eine obere oder hintere Fläche 14 und eine konkav ausgebildete untere Vorder- oder Sputterfläche 16. Die Sputterfläche 16 stellt Targetmaterial zum Ausbilden einer dünnen Schicht 18 auf dem Substrat 12 während des Sputterprozesses zur Verfügung. Die hintere Fläche 14 ist an einer Zerstäubungskathodenanordnung 20 befestigt, die zum Kühlen des Targets 10 während des Sputterprozesses dient. Das Substrat 12 ist an einer Trägervorrichtung 26 nahe einem Außenrand 15 des Substrats 12 lösbar befestigt und ist an einem Ende durch einen Träger oder Heizer 27 zum Halten eines daran befestigten Halbleiterplättchens 12 befestigt. Das Substrat 12 ist typischerweise in einem vorgegebenen Abstand von der Sputterfläche 16 angeordnet, so dass zwischen dem Substrat 12 und der Sputterfläche 16 ein Bearbeitungsraum oder -zwischenraum 28 ausgebildet wird.
2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 19 zur ionisierten physikalischen Aufdampfung (IPVD-Vorrichtung), wie sie zum Beispiel in WO 98/48444 A dargestellt und beschrieben ist. Die Vorrichtung umfasst einen vakuumdichten Bearbeitungsraum 28, der in der Kammer 13 eingeschlossen ist. Der Wafer 12 ist, wenn er am Träger 26 befestigt ist, parallel zum Target 10 und zeigt zu diesem. Das Target 10 wird aus einem Sputterbeschichtungsmaterial gebildet, zum Beispiel Titan-Metall. Der Bearbeitungsraum 28 ist ein im Wesentlichen zylindrischer Raum, der auf einem ultrahohen Vakuumdruckniveau gehalten wird und während der Bearbeitung mit einem Prozessgas, wie zum Beispiel Argon, gefüllt ist, und kann einige andere Gase, wie zum Beispiel Stickstoff, enthalten.
Das Target 10 ist Teil einer Kathodenanordnung 20, die in der Kammer 13 an einem Ende derselben gegenüber vom Substrathalter 27 befestigt ist. Die Kathodenanordnung 20 umfasst eine Trägervorrichtung 26, an der das Target 10 befestigt ist. Hinter der Trägervorrichtung 26 auf ihrer vom Träger 27 entgegengesetzten Seite ist typischerweise ein Hauptmagnet 30 vorgesehen. Eine Dunkelraumabschirmung (nicht gezeigt) kann ebenfalls um den Umfang des Targets 10 herum vorgesehen sein. Der Hauptmagnet 30 umfasst vorzugsweise Magneten, die einen geschlossenen magnetischen Tunnel über dem Target 10 erzeugen, der Elektronen einfängt, die von der Kathodenanordnung 20 in die Kammer 13 abgegeben werden, wenn sie elektrisch auf ein negatives Potential erregt wird, wie es dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist. Die Magneten 30 können Permanentmagnete oder Elektromagnete aus einer Reihe von auf dem Gebiet bekannten Magnetron-Sputteranordnungen sein, ist vorzugsweise jedoch der im US-Patent Nr. 5,130,005 beschriebene und dargestellte. Der durch den Magneten 30 erzeugte magnetische Tunnel fängt ein Plasma 23 ein und formt es, das über die Fläche des Targets 10 streicht, wenn der Magnet 30 rotiert.
Der magnetische Tunnel beeinflusst die Form und relative Intensität des Plasmas 23 über verschiedenen Stellen der Sputterfläche 16. Des Weiteren kann der Hauptmagnet 30 feststehend sein oder kann so angepasst sein, dass er rotiert oder sich auf andere Weise in Bezug auf das Target 10 um eine Rotationsachse 32 bewegt. Bezugnehmend auf 3A in Verbindung mit 1 ist eine Ansicht der Sputterfläche 16 entlang der Linie 3A-3A der 1 gezeigt. Die Sputterfläche 16 hat eine im Wesentlichen runde Form, die durch eine Umfangswand 24 begrenzt ist. Der Hauptmagnet 30 ist typischerweise so konfiguriert, dass er einen kontinuierlichen geschlossenen magnetischen Tunnel 34 erzeugt (in gestrichelten Linien gezeigt), der eine vorgegebene Form besitzt. Beispielsweise kann der magnetische Tunnel 34 mehrere Flügelteile 38 besitzen, die jeweils einen Außenumfangsflügelabschnitt 39 haben, der sich in der Nähe der Umfangswand 24 des Targets 10 befindet. Die Rotation des Hauptmagneten 30 um die Achse 32 bewirkt eine entsprechende Drehung des magnetischen Tunnels 34 in Bezug auf die Sputterfläche 16. Dieses steuert das Plasma 23, um die Entfernung von Targetmaterial in einem symmetrischen Muster von der Sputterfläche 16 zum Bilden konzentrischer Vertiefungen in allgemein bekannter Art und Weise zu bewirken.
Beispielsweise können erste 36, zweite 40 und dritte 42 konzentrische Vertiefungen um einen Mittelbereich 22 der Sputterfläche 16 symmetrisch ausgebildet werden, die jeweils entsprechende Durchmesser besitzen. Die erste Vertiefung 36 hat den größten Durchmesser und befindet sich nahe der Umfangswand 24. Die dritte Vertiefung 42 hat den kleinsten Durchmesser und befindet sich um den Mittelbereich 22 herum. Die zweite Vertiefung 40 hat einen Durchmesser, dessen Größe zwischen jenem der ersten Vertiefung 36 und dritten Vertiefung 42 liegt, so dass sich die zweite Vertiefung 40 zwischen der ersten Vertiefung 36 und der dritten Vertiefung 42 befindet.
Bezugnehmend auf 3B ist eine seitliche Schnittansicht eines Erosionsprofils 44 des Targets 10 entlang der Schnittlinie 3B-3B der 3A gezeigt. Wenn der magnetische Tunnel 34 rotiert, bewirkt das Plasma 23 die Bildung eines symmetrischen Erosionsmusters, wobei einzelne Teile der Sputterfläche 16 in einem runden Muster erodieren, um die erste Vertiefung 36, zweite Vertiefung 40 und dritte Vertiefung 42 zu bilden. Typischerweise ist die erste Vertiefung 36 tiefer ausgebildet und hat einen größeren Umfang als jeweils die zweite Vertiefung 40 oder dritte Vertiefung 42. Dieses zeigt an, dass eine größere Menge des Targetmaterials erodiert wird, um die erste Vertiefung 36 zu bilden, als zum Ausbilden entweder der zweiten Vertiefung 40 oder der dritten Vertiefung 42 erodiert wird. Deshalb stellt die Ausbildung der ersten Vertiefung 36 einen wesentlichen Teil des zum Bilden der Schicht 18 verwendeten Materials zur Verfügung, das somit einen wesentlichen Einfluss auf die gesamte Schichtgleichmäßigkeit auf dem Substrat 12 hat. Die Erosion einer wesentlichen Materialmenge nahe der Umfangswand 24 verbessert darüber hinaus auch die Möglichkeit des Vorsehens einer gleichmäßigen Schichtdicke in Bereichen nahe dem Außenrand 15 des Substrats 12.
Bezugnehmend auf 3C ist ein in Verbindung mit 1 beschriebener linker Teil des Targets 10 und der Kathodenanordnung 20 in einer vergrößerten Ansicht gezeigt. In 3C ist eine Konfiguration für die erste Vertiefung 36 (in gestrichelten Linien gezeigt) dargestellt. Der Hauptmagnet 30 erzeugt ein Hauptmagnetfeld 56 (in gestrichelten Linien gezeigt), das in entgegengesetzter Uhrzeigerrichtung ausgerichtet ist. Das Magnetfeld 56 dient zum Steuern der Form und Intensität des Plasmas 23, um schließlich die erste Vertiefung 36 zu bilden. Die erste Vertiefung 36 umfasst ein Paar Wände, die sich jeweils allmählich tiefer in das Target 10 erstrecken und sich treffen, so dass sie auf diese Weise den tiefsten Teil der ersten Vertiefung 36 an einem Vertiefungszentrum 60 begrenzen. Das Vertiefungszentrum 60 ist außerdem in einem ersten Abstand A von der Umfangswand 24 und in einem vorgegebenen Bereich der Sputterfläche 16 positioniert.
Bezugnehmend auf 3D ist ein Diagramm eines Auftragsprofils 46 für eine simulierte Filmschicht gezeigt. Das Auftragsprofil 46 zeigt Dickengleichmäßigkeit für die Schicht entlang eines sich in eine beliebige ausgewählte Richtung auf einem Substrat erstreckenden Radius. Die Schicht wurde durch Anwendung einer Computermodelltechnik ausgebildet, die einen Sputterprozess zum Ausbilden der Schicht gemäß ausgewählten Eingangsparametern simulierte. Ein Eingangsparameter umfasste das Erodieren einer Sputterfläche, um das zuvor in Verbindung mit 3B beschriebene Erosionsprofil 44 zu bilden. Ein anderer Eingangsparameter umfasste das Positionieren der Sputterfläche zwei Inches (5,08 cm) von einem Substrat entfernt, das einen Radius von vier Inches (10,16 cm) besitzt. Diese Parameter führen zu einer simulierten oder theoretischen Dickengleichmäßigkeit von 0,942% für die simulierte Schicht.
Asymmetrische Ungleichmäßigkeiten können sich ergeben, wenn die Verteilung des Prozessgases in Bezug auf das Target 10 und das Substrat 12 durch die Existenz von Strömungs- und Druckgefällen beeinflusst wird. 4 zeigt eine in Bezug auf die X-Y-Achsen gezeichnete Darstellung 55 der Gleichmäßigkeit einer Aluminiumschicht (nicht gezeigt), die auf einem Siliziumwafer (nicht gezeigt) mit einem Durchmesser von 200 mm ausgebildet ist. Die Aluminiumschicht wurde durch Anwendung der konventionellen Anordnung für das Target 10 und das Substrat 12 ausgebildet, die zuvor in Verbindung mit den 1–3C beschrieben wurde. In 4 sind mehrere erste Höhenlinien 48 gezeigt, die jeweils durch Verbinden von auf dem Wafer gemessenen Punkten erhalten werden, die die gleiche Schichtdicke haben. Die ersten Höhenlinien 48 umfassen eine Haupthöhenlinie 50 (dunkler als die anderen Höhenlinien dargestellt), die eine Hauptschichtdicke kennzeichnet. Außerdem kennzeichnen erste Höhenlinien, die entweder mit dem Zeichen „+" oder dem Zeichen „-" bezeichnet sind, Schichtdicken, die jeweils entweder kleiner oder größer als die Hauptschichtdicke ist. Dickenwerte für ausgewählte Höhenlinien sind in absteigender Reihenfolge in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1 (Mikrometer
Die Schichtungleichmäßigkeit wurde außerdem mit 3,84% ermittelt.
Die ersten Höhenlinien 48 sind in Bezug aufeinander nicht konzentrisch und sind in Bezug auf die X-Y-Achsen asymmetrisch angeordnet, was angibt, dass die Aluminiumschicht asymmetrisch auf dem Wafer ausgebildet ist. Es wurde festgestellt, dass dieses infolge eines als „pumping skew" bekannten Effektes auftritt. Typischerweise umfassen konventionelle Sputterauftragssysteme eine Pumpe (nicht gezeigt), die zum Evakuieren des Systems verwendet wird. Des Weiteren umfassen solche Systeme eine Pumpöffnung 72, durch die die Evakuierung ausgeführt wird. Zu Zwecken der Darstellung ist die Pumpöffnung 72 in einem unteren rechten Abschnitt von 4 in Bezug auf die Darstellung 55 angeordnet gezeigt. Dieses entspricht der Anordnung der Pumpöffnung 72 in Bezug auf das Target und den Wafer im System. Es wurde herausgefunden, dass die Evakuierung des Systems ein gewünschtes Strömungsmuster für das Prozessgas auch unerwünscht ändert. Insbesondere bewirkt die Evakuierung durch die Pumpe, dass das Prozessgas in eine Richtung (angezeigt durch einen ersten Pfeil 52) zur Pumpöffnung 72 strömt. Dieses führt zu einer unsymmetrischen Prozessgasverteilung zur Pumpöffnung 72 hin, die schließlich zur Bildung einer Schicht führt, die unerwünschte asymmetrische Ungleichmäßigkeiten besitzt.
Die Asymmetrie des Prozessgases und andere Faktoren können die Ungleichmäßigkeit der Bearbeitung auf dem Substrat 12 in einer IPVD-Vorrichtung 19 in dreifacher Art und Weise beeinflussen: Eine Art, dass solche Faktoren die Substratoberflächengleichmäßigkeit beeinflussen, besteht durch Stören der Bewegung und des Auftreffens von auf der Oberfläche des Substrates 12 auftreffendem Beschichtungsmaterial, das zum Beschichten der Oberfläche des Substrates 12 verwendet wird. Eine zweite Art, dass solche Faktoren die Substratoberflächengleichmäßigkeit beeinflussen können, besteht durch Stören der Verteilung und des Auftreffens von Ionen oder anderen Partikeln, die beim Ätzen oder Konditionieren der Oberfläche des Substrates 12 verwendet werden. Eine dritte Art, dass solche Faktoren die Substratoberflächengleichmäßigkeit beeinflussen können, besteht durch Stören der Verteilung und des Auftreffens von Zerstäubungsionen, die zum Entfernen von Material von der Oberfläche des Targets 12 verwendet werden, das zum Beschichten oder Ätzen des Substrates 12 verwendet wird.
Ein wesentlicher Teil des zum Bilden der Schicht 18 verwendeten Materials wird aus der Erosion des Targetmaterials von der Sputterfläche 16 erhalten, die die erste Vertiefung 36 bildet. Deshalb haben Veränderungen in der Positionierung in Abschnitten der ersten Vertiefung 36, die die Menge des erodierten Targetmaterials zum Ausbilden der ersten Vertiefung 36 beeinflussen, in einer Radialrichtung einen wesentlichen Einfluss auf das Muster und die Gleichmäßigkeit der Schicht 18, die auf dem Substrat 12 ausgebildet wird.
Bezugnehmend auf 5 ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein erster Kompensationsmagnet oder Magnetvorrichtung 54 nahe dem Target 10 positioniert gezeigt. In der folgenden Beschreibung der 5 – 7 sind die erste Vertiefung 36 und das Hauptmagnetfeld 56 in durchgehenden Linien gezeigt, um eine Ortsveränderung zu kennzeichnen, wobei die erste Vertiefung 36 schließlich infolge der vorliegenden Erfindung ausgebildet wurde.
Der erste Kompensationsmagnet 54 ist von der Umfangswand 24 beabstandet und ist benachbart zu einem ersten Bereich 84 auf der Sputterfläche 16 des Targets 10 positioniert, der die erste Vertiefung 36 umfasst. Der erste Kompensationsmagnet 54 umfasst einen Permanentmagneten 58, der einen magnetischen Nordpol 62 und einen magnetischen Südpol 64 besitzt. In einer ersten Ausführungsform ist der Permanentmagnet 58 so ausgerichtet, dass der magnetische Südpol 64 vertikal über dem magnetischen Nordpol 62 positioniert ist, um ein erstes Kompensationsmagnetfeld 66 auszubilden, das entgegen der Uhrzeigerrichtung ausgerichtet ist. Der Permanentmagnet 58 ist außerdem zwischen einem oberen feldrichtenden Polschuh 68 und einem unteren feldrichtenden Polschuh 70 angeordnet, die zum Steuern der Verteilung des ersten Magnetfeldes 66 dienen. Alternativ können der obere feldrichtende Polschuh 68 und untere feldrichtende Polschuh 70 weggelassen werden. Außerdem kann eine elektromagnetische Vorrichtung oder ein weichmagnetischer Nebenschluss verwendet werden.
Das erste Kompensationsmagnetfeld 66 steht mit jedem Außenumfangsflügelabschnitt 39 des Hauptmagnetfeldes 56 in Wechselwirkung, um zu bewirken, dass sich das Hauptmagnetfeld 56 nach außen (angezeigt durch den zweiten Pfeil 57) und vom Mit telbereich 22 weg und zur Umfangswand 24 hin verschiebt. Dieses bewirkt eine entsprechende Auswärtsverschiebung der Position, an der schließlich ein Abschnitt der ersten Vertiefung 36 innerhalb des ersten Bereiches 84 ausgebildet wird. Insbesondere wird eine erste Vertiefung 36 im ersten Bereich 84 so ausgebildet, dass das Vertiefungszentrum 60 in einem zweiten Abstand B von der Umfangswand 24 positioniert ist, der kleiner ist als der erste Abstand A. Die Auswärtsverschiebung vergrößert die Länge der ersten Vertiefung 36, was somit die Menge des erodierten Targetmaterials erhöht. Die Auswärtsverschiebung verändert außerdem die radiale Position auf der Sputterfläche 16, von der Targetmaterial erodiert wird, in eine, die sich dichter an der Umfangswand 24 befindet.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird ein wesentlicher Teil des zum Ausbilden der Schicht 18 verwendeten Materials aus der Erosion des Targetmaterials aus der Sputterfläche 16 erhalten, die die erste Vertiefung 36 bildet. Deshalb beeinflusst eine Auswärtsverschiebung der Position der ersten Vertiefung 36, die eine Erosion von zusätzlichem Targetmaterial bewirkt, erheblich das Muster und die Gleichmäßigkeit der schließlich auf dem Substrat 12 ausgebildeten Schicht 18.
Bezugnehmend auf 6 ist eine zweite Ausführungsform für einen zweiten Kompensationsmagneten oder Magneteinrichtung 76 gezeigt. Der zweite Magnet 76 ist benachbart zu einem zweiten Bereich 86 auf der Sputterfläche 16 des Targets 10 positioniert, der das Vertiefungszentrum 60 umfasst. In der zweiten Ausführungsform ist die Ausrichtung des Permanentmagneten 58 umgekehrt, so dass der magnetische Nordpol 62 vertikal über dem magnetischen Südpol 66 angeordnet ist, um ein zweites Kompensationsmagnetfeld 78 zu bilden, das in Uhrzeigerrichtung ausgerichtet ist. Das zweite Magnetfeld 78 bewirkt die Bewegung des Hauptmagnetfeldes 56 in eine zu der in Verbindung mit 5 beschriebenen Richtung entgegengesetzten Richtung. Insbesondere steht das zweite Magnetfeld 78 mit jedem Außenumfangsflügelabschnitt 39 des Hauptmagnetfeldes 56 in Wechselwirkung, um zu bewirken, dass sich das Hauptmagnetfeld 56 nach innen (angezeigt durch den dritten Pfeil 59) zum Mittelbereich 22 und von der Umfangswand 24 weg verschiebt. Dieses bewirkt eine entsprechende Einwärtsverschiebung der Position, an der schließlich ein Abschnitt der ersten Vertiefung 36 innerhalb des zweiten Bereiches 86 ausgebildet wird. Insbesondere wird die erste Vertiefung 36 so in dem zweiten Bereich 86 ausgebildet, dass das Vertiefungszentrum 60 in einem dritten Abstand C von der Umfangswand 24 positioniert ist, der größer ist als der erste Abstand A. Die Einwärtsverschiebung verringert die Länge der ersten Vertiefung 36, was somit die Menge des erodierten Targetmaterials zum Ausbilden der ersten Vertiefung 36 verringert. Die Einwärtsverschiebung verändert außerdem die radiale Position auf der Sputterfläche 16, von der Targetmaterial erodiert wird, in eine, die sich weiter weg von der Umfangswand 24 befindet. Dieses beeinflusst ebenfalls erheblich das Muster und die Gleichmäßigkeit der Schicht 18, die schließlich auf dem Substrat 12 ausgebildet wird.
Es ist zu beachten, dass entweder der erste Magnet 54 oder zweite Magnet 76 entweder innerhalb oder außerhalb der Bearbeitungskammer optimal angeordnet sein kann, um für eine geeignete Wechselwirkung zwischen dem Hauptmagnetfeld 56 und dem ersten Magnetfeld 66 und/oder zweiten Magnetfeld 78 zu sorgen.
Bezugnehmend auf 7 ist eine Draufsicht der Sputterfläche 16 gezeigt, wobei der erste Kompensationsmagnet 54 und zweite Kompensationsmagnet 76 benachbart zum ersten Bereich 84 bzw. zweiten Bereich 86 positioniert gezeigt sind. In dieser Hinsicht ist zu beachten, dass entweder in der ersten oder zweiten Ausführungsform konfigurierte zusätzliche Magneten benachbart zu anderen ausgewählten Bereichen der Sputterfläche 16 angeordnet sein können, um die Position zusätzlicher Abschnitte der ersten Vertiefung 36 zu verändern.
Wie zuvor in Verbindung mit den 1 – 3B beschrieben wurde, bilden konventionelle Sputterauftragssysteme typischerweise eine im Wesentlichen runde erste Vertiefung. Erfindungsgemäß dienen der erste Magnet 54 und zweite Magnet 76 jeweils dazu, die Position des ersten Abschnitts 80 und zweiten Abschnitts 82 (in gestrichelten Linien gezeigt) der ersten Vertiefung 36 asymmetrisch zu verändern, die im ersten Bereich 84 und zweiten Bereich 86 benachbart zu dem ersten Magneten 54 bzw. zweiten Magneten 76 positioniert ist. Das durch den ersten Magneten 54 erzeugte erste Magnetfeld 66 (4) bewirkt, dass sich das Hauptmagnetfeld 56 nach außen und vom Mittelbereich 22 weg und zur Umfangswand 24 hin verschiebt. Dieses bewirkt eine entsprechende Auswärtsverschiebung der Position, an der der erste Abschnitt 80 ausgebildet wird, so dass sich der erste Abschnitt 80 nach außen in den ersten Bereich 84 zur Umfangswand 24 hin erstreckt, um auf diese Weise ein asymmetrisches Erosionsmuster zu bilden.
Das zweite Magnetfeld 78 (6), das in entgegengesetzter Richtung wie das erste Magnetfeld 66 ausgerichtet ist, bewirkt, dass sich der zweite Abschnitt 82 nach innen zum Mittelbereich 22 in eine entgegengesetzte Richtung wie die durch das erste Magnetfeld 66 bewirkte verschiebt. Insbesondere bewirkt das zweite Magnetfeld 78, dass sich das Hauptmagnetfeld 56 nach innen und zum Mittelbereich 22 hin und von der Umfangswand 24 weg verschiebt. Dieses bewirkt eine entsprechende Einwärtsverschiebung der Position, an der der zweite Abschnitt 82 ausgebildet wird, so dass sich der zweite Abschnitt 82 nach innen in den zweiten Bereich 86 zum Mittelbereich 22 hin erstreckt, um auf diese Weise ein asymmetrisches Erosionsmuster zu bilden.
Bezugnehmend auf 8 ist in Bezug auf die X-Y-Achsen eine Darstellung 88 der Gleichmäßigkeit einer Aluminiumschicht (nicht gezeigt) gezeigt, die durch Anwendung des ersten Magneten 54 in Verbindung mit den zuvor in Verbindung mit 4 beschriebenen Strömungs- und Druckgefällen ausgebildet wurde. In 8 ist der erste Magnet 54 in einer Position in Bezug auf die Darstellung 88 gezeigt, die einer Position nahe der Umfangswand 25 und gegenüber der Pumpöffnung 72 entspricht. Der erste Magnet 54 bewirkt die Auswärtsverschiebung eines ausgewählten Abschnittes der ersten Vertiefung 36 (5), und somit das Erhöhen der aus der Sputterfläche 16 erodierten Materialmenge, die zum Bilden der Schicht 18 verfügbar ist. Die Auswärtsverschiebung verändert außerdem die radiale Position auf der Sputterfläche 16, von der das Targetmaterial erodiert wird, in eine, die sich dichter an der Umfangswand 24 befindet. Dieses bildet eine neue Verteilung von Targetmaterial, die den Wirkungen auf die Prozessgasverteilung infolge der Strömungs- und Druckgefälle entgegenwirkt, um eine im Wesentlichen symmetrische Schicht zu bilden.
In 8 ist eine zweite Vielzahl von Höhenlinien 90 gezeigt, die eine zweite Haupthöhenlinie 92 (dunkler als die anderen Höhenlinien gezeigt) umfasst, die eine zweite Hauptdicke kennzeichnet. Dickenwerte für die zweiten Höhenlinien 92 sind in absteigender Reihenfolge in Tabelle II gezeigt.
Tabelle II (Mikrometer)
Die zweiten Höhenlinien 92 sind im Wesentlichen konzentrisch in Bezug aufeinander angeordnet. Die zweiten Höhenlinien 92 sind außerdem im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf die X-Y-Achsen angeordnet und sind nicht unsymmetrisch. Als solches zeigt dieses an, dass die Aluminiumschicht im Wesentlichen symmetrisch auf dem Substrat ausgebildet ist. Die Ungleichmäßigkeit ist außerdem wesentlich verbessert auf 1,99%.
Wie am besten in 2 gezeigt ist, ist eine Elektroenergieversorgung oder Elektroenergiequelle 120, vorzugsweise eine Gleichstromquelle, die angeschaltet werden kann, so dass sie konstant bleibt, oder gepulst werden kann, zwischen der Kathodenanordnung 20 und der Wand der Kammer 13 angeschlossen, die normalerweise geerdet ist und als die Systemanode dient. Die Kathodenanordnung 20 ist von der Wand der Kammer 13 isoliert. Die Stromversorgung 120 ist vorzugsweise über ein HF-Filter 122 mit der Kathodenanordnung verbunden. Eine Vormagnetisierungsstromversorgung oder Vormagnetisierungsgenerator 120 ist vorgesehen und über ein Anpassungsnetzwerk 133 an den Substrathalter 27 angeschlossen. Die Vormagnetisierungsstromversorgung 120 legt eine Vorspannung an einen an dem Halter 27 befestigten Wafer 12 an.
Energie von der Stromversorgung 120 erzeugt auf dem Target 10 ein negatives Potential. Das negative Potential beschleunigt positive Ionen vom Plasma 23 zur Oberfläche 16 des Targets 10, die beim Auftreffen bewirken, dass Elektronen aus der Oberfläche 16 des Targets 10 emittiert werden. Diese Elektronen werden über der Oberfläche 16 des Targets 10 durch das vom Hauptmagneten 30 erzeugte Magnetfeld eingefangen, bis die Elektronen schließlich in nächster Nähe zur Oberfläche 16 des Targets 10 auf Atome des Prozessgases treffen und diese dadurch ionisieren, wodurch ein Plasma 23 nahe der Targetoberfläche 16 gebildet wird. Dieses Hauptplasma 23 wird eine Quelle positiver Ionen des Gases, die in Richtung auf und gegen die negativ geladene Oberfläche 16 beschleunigt werden, wo sie Partikel des Beschichtungsmaterials aus dem Target 16 emittieren.
Der Zwischenraum 28 zwischen der Targetoberfläche 16 und dem Substratträger 27 kann als aus zwei Teilen bestehend betrachtet werden. Ein Teil ist jener, der hauptsächlich vom Plasma 23 eingenommen wird, das so geformt ist, dass ein gewünschtes Erosionsmuster auf der Sputterfläche 16 des Targets 10 erzeugt wird. Der zweite Teil des Zwischenraumes 28 ist ein Restvolumen 125, das zwischen dem Plasma 23 und dem Substrat 12 am Träger 26 liegt. Die Partikel des gesputterten Materials vom Target 10 entstehen generell als elektrisch neutrale Partikel, die sich nur durch Impuls durch den Zwischenraum 28 fortpflanzen. In einer konventionellen Sputtervorrichtung werden neutrale gesputterte Teilchen, die das Plasma 23 passieren, nicht merklich ionisiert, da das Plasma 23 ein geringes Volumen nahe der Targetoberfläche 16 einnimmt und bei den betreffenden Betriebsdrücken wenige Kollisionen zwischen den neutralen gesputterten Partikeln und Partikeln des Plasmas 23 auftreten. Als solche verlassen die neutralen gesputterten Partikel das Plasma 23 meistens neutral und bleiben neutral, bis sie als eine Dünnschicht auf dem Substrat 12 aufgebracht werden.
Zum Auftragen einer Schicht aus Targetmaterial auf dem Substrat 12 durch IPVD, werden gesputterte Partikel ionisiert, wenn sie das Volumen 125 passieren, so dass die Partikel des gesputterten Materials vom Target 10, zum Beispiel Titanpartikel, eine elektrische Ladung entwickeln. Sobald sie geladen sind, können die Partikel elektrostatisch beschleunigt oder auf andere Weise elektrisch oder magnetisch in Pfade gelenkt werden, die parallel zur Achse der Kammer 13 und senkrecht zur Oberfläche des Substrates 12 sind. Die Ionisierung von gesputterten Partikeln im Zwischenraum 28 während des Fluges wird durch induktives Einkoppeln von HF-Energie in das Volumen 125 von einer HF-Spule 130 durchgeführt, die das Volumen 125 umgibt und vorzugsweise außerhalb der Kammer 13 liegt, wobei sie die Kammer 13 umgibt. Die Spule 130 hat vorzugsweise die Form einer spiralförmigen Spulenanordnung, obwohl andere als spiralförmige Spulenkonfigurationen verwendet werden können. Die Spule 130 koppelt induktiv Energie in das Prozessgas im Volumen 125 ein, was ein induktiv gekoppeltes Plasma (ICP) bildet, das den Zwischenraum 125 im Wesentlichen füllt. Ein HF-Generator 127, der vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 60 MHz arbeitet, zum Beispiel bei einer Frequenz von 2 MHz, ist über ein Anpassungsnetzwerk 133 an die Spule 130 angeschlossen, um der Spule 130 die Energie zum Bilden des Plasmas im Volumen 125 zuzuführen.
Mit der Kammer 13 sind über eine Durchflussregelungseinrichtung 141 Quellen für das Prozessgas 140, wie zum Beispiel Argon oder Stickstoff, verbunden. Außerdem ist eine Hochvakuumpumpe 139 an die Kammer 13 angeschlossen, um die Kammer 13 auf ein Vakuum im Millitorr- oder Submillitorr-Bereich zu evakuieren. Drücke im Bereich von 5 bis 30 Millitorr (0,667 bis 4,000 N/m²), zum Beispiel 10 Millitorr (1,333 N/m²) werden bevorzugt. Die Pumpe 139 hält das Ultrahochvakuum mit einer Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases vorzugsweise im Bereich von ungefähr 5 bis 100 oder 150 Standard-Kubikzentimeter pro Sekunde (sccm) aufrecht.
In der Wand der Kammer 13 ist zwischen der Spule 130 und dem Zwischenraum 125 ein dielektrisches Schutzfenster 160 vorgesehen. Das Fenster 160 wird aus einem vakuumkompatiblen dielektrischen Material gebildet, wie zum Beispiel Quarz oder einem anderen Material, das nicht verhindert, dass das die Spule umgebende Magnetfeld in das Volumen reicht. Das Fenster 160 ist so befestigt, dass eine vakuumdichte Abdichtung mit der Wand der Kammer 13 gebildet wird. Das Fenster 160 ist vorzugsweise ein einzelnes zylindrisches Teil aus elektrisch isolierendem und magnetisch durchlässigem Material, kann aber aus verbundenen Segmenten eines Materials gebildet sein, die so angeordnet sind, dass eine im Wesentlichen zylindrische Schutzkonstruktion in Form elektrisch isolierender Fenster in einer umschließenden Struktur gebildet wird. Die Spule 130 ist vorzugsweise außerhalb des Fensters 160 um die Kammer 13 herum gewickelt. Die Spule 130 abdeckend befindet sich an der Außenseite derselben ein leitfähiges Metallgehäuse 161, das einen abgedichteten Hohlraum 162 bildet, der die Spule 130 isoliert und außerdem verhindert, dass elektromagnetische Energie von der Spule 130 und aus der Kammer 13 heraus zur Außenseite der Kammer 13 strahlt. Der Zwischenraum 162 innerhalb des Gehäuses 161 kann in Verbindung mit der Außenatmosphäre stehen oder kann mit Luftddruck oder Niederdruck mit Edelgas gefüllt sein, vorausgesetzt, dass die Bildung eines Plasmas nicht durch das Gas in dem Hohlraum 162 unterstützt wird, wenn die Spule 130 erregt ist.
Obwohl das Fenster 160 selbst nicht elektrisch leitend ist, ist es anfällig für die Ansammlung einer Beschichtung aus einem vom Target 10 gesputterten leitenden Material. Die elektrische Leitfähigkeit in oder am Fenster 160 unterstützt das Induzieren von Azimuthalströmen um die Kammer 13 herum, die die Effektivität der HF-Energiekopplung von der Spule 130 zum Plasma im Volumen 125 reduzieren, aufheben oder auf andere Weise unterminieren. Eine derartige Leitfähigkeit einer Beschichtung am Fenster 160, insbesondere in der Azimuthal- (Umfangs-) richtung, das heißt, einer Richtung, die sich um die Kammer 13 herum erstreckt, erzeugt einen induktiv gekoppelten Kurzschluss und kann die gesamte oder einen Großteil der induktiv in das Volumen 125 gekoppelten Energie zunichte machen.
Um einen solchen Aufbau von leitendem gesputterten Material auf dem Fenster 160 zu verhindern, ist zwischen dem Zwischenraum 28 und dem Fenster 160 in nächster Nähe zur Innenseitenfläche des Fensters 160 ein geschlitzter zylindrischer Schirm 170 vorgesehen. Der Schirm 170 schirmt das Fenster 160 gegen aus dem Target 10 gesputtertes Material ab, und sperrt vorzugsweise alle direkten Sichtlinienpfade zwischen einem beliebigen Punkt auf der Oberfläche 16 des Targets 10 und dem Fenster 160. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der Schirm 170 außerdem einen Längsschlitz darin, der parallel zur Achse der Kammer 13 ist. Es können auch Schirme mit einem einzelnen Schlitz oder mehreren Schlitzen verwendet werden, die zum Unterbrechen von Wirbelströmen gestaltet sind. Der Schlitz in dem Schirm 170 unterbricht im Wesentlichen Umfangsstrompfade im Schirm 170 um die Kammer 13 herum. Dieses verhindert die Induzierung von Umfangs- oder Azimuthalströmen im Schirm 170.
Außerdem hat der Schirm 170 eine axiale Ausdehnung über die axiale Ausdehnung der Spule 130 hinaus, die im Wesentlichen die volle effektive axiale Ausdehnung des Feldes von der Spule 130 erreicht. Der Schirm 170 ist über ein Gleichstromfilter 171 angeschlossen, um plasmainduziertes Gleichstrompotential vom Schirm 170 abzuleiten. Infolge dessen unterdrückt der elektrisch leitfähige Schirm 170 wirksam elektrische Felder in dem HF-Plasma, die parallel zur Achse der Kammer 13 sind, wodurch solche axialen elektrischen Felder verhindert werden, die die Spule 130 vom Volumen 125 kapazitiv abschirmen würden und dadurch die Energiekopplungseffektivität von der Spule 130 zum Volumen 125 unterminieren würde. Es wird bevorzugt, dass sich der Schirm 170 axial von der Rückseite der Ebene der Oberfläche 16 des Targets 10 bis hinaus über das Fenster 160 und die Spule 130 erstreckt. Mit diesem Aufbau überbrückt der Schirm 170 axiale elektrische Felder im Plasma effektiver, wodurch die induktive Energiekopplung von der Spule 130 in das Plasma 23 verbessert wird.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erzeugt auch eine hohe Energiekopplungseffektivität von der Spule 130 in das Volumen 125 infolge eines dichten Abstandes des Schirmes 170 vom Fenster 160. Dieser Zwischenraum wird in einem Abstand gehalten, der vorzugsweise nicht größer als die mittlere freie Weglänge der Atome oder Moleküle im Gas oder die minimale Diffusionslänge des Plasmas 23 innerhalb der Kammer 13 ist. Dieser dichte Abstand vom Schirm zum Fenster steht im Gegensatz zu anderen Vorschlägen, die die Bildung von Plasma in der Nähe eines Fensters oder einer die Spule schützenden nicht leitfähigen Struktur und hinter irgend einer vor gesehenen Schirmstruktur erlauben. Solche Verfahren reduzieren meistens den Energieanteil von der Spule oder einer anderen plasmaerzeugenden Elektrode in das Volumen, das die gesputterten Partikel passieren, wodurch das effektive Plasma reduziert wird und somit der Ionisationswirkungsgrad des gesputterten Materials. Es wird angenommen, dass Prozessgasdrücke in der Vorrichtung 19 im Bereich von ungefähr 5 bis 30 Millitorr (0,667 bis 40 N/m²) für die IPVD von Titan angewandt werden. Die mittlere freie Weglänge von Argongas bei solchen Drücken reicht jeweils von 7 bis 1,0 mm. Infolge dessen beträgt der bevorzugte Abstand des Schirms 170 vom Fenster 160 ungefähr 1,0 bis 10 mm.
Andererseits wird der Schlitz im Schirm 170 vorzugsweise größer als ungefähr 15 mm in der Breite gemacht. Die Breite des Schlitzes ist ausreichend weit, so dass sich im Schlitz Plasma ausbilden kann, um gesputtertes Material, das sich auf den Rändern des Schirms 170 nahe dem Schlitz oder am Fenster 160 infolge von durch den Schlitz passierendem gesputterten Material abgelagert haben kann, zu entfernen. Derartiges Plasma, das sich in dem Schlitz bildet, wird sich am Fenster 160 in der Nähe des Schlitzes erstrecken und durch erneutes Sputtern des sich am Fenster 160 am Schlitz ablagernden Materials dieses kontinuierlich entfernen. Andere Schirmkonfigurationen sind in den US-Patent-Anmeldungen mit den Aktenzeichen 837,551 und 844,757 beschrieben.
Wenn die IPVD eines Metalls, wie zum Beispiel Titan, vom Target 10 auf das Substrat 12 angewandt wird, um die Richtfähigkeit der ionisierten gesputterten Partikel zu erreichen, kann in dem IC-Plasma im Zwischenraum 28 vor dem Substrathalter 27 mit der Vormagnetisierungsstromversorgung 121 ein elektrisches Potentialgefälle durch negatives Vorspannen des Substrats 12 in Bezug auf das Plasma aufrecht erhalten werden, um eine Kraft zum Beschleunigen der positiv ionisierten, gesputterten Partikel zu der und auf die Oberfläche des Substrates 12 vorzusehen. Diese Energiequelle 121 ist vorzugsweise ein HF-Generator, der im Bereich von 0,2 bis 18 MHz arbeitet, zum Beispiel mit 13,56 MHz. Für solch einen Titan-IPVD-Prozess liegt die dem Target 10 von der Stromversorgung 120 zugeführte Kathodenleistung im Bereich von 500 bis 5000 Watt. Für ein Target mit einem Durchmesser von 12 Inch (30,48 cm) beträgt die Leistung typischerweise ungefähr 1,5 kW. Die durch den Generator 127 zugeführte ICP-Leistung liegt vorzugsweise im Bereich von 250 bis 5000 Watt, typischerweise 2500 Watt. Die Vorspannung des Substrates 12 liegt vorzugsweise im Bereich einer negativen Spannung von 20 bis 100 Volt, typischerweise -40 Volt.
Die Kammer 13 kann durch Abschalten der Stromversorgung 120 zum Target 10 und nur mit in die Kammer 13 eingeleitetem Argon von der Quelle 140 als ICP-Leichtätzreinigungsmodul verwendet werden, wodurch mit Energie vom HF-Generator 127, die der Spule 130 zugeführt wird, ein IC-Plasma in dem Zwischenraum 125 erzeugt wird. Die in dem Plasma im Zwischenraum 125 erzeugten Argonionen können durch die Vorspannung, die durch die Vormagnetisierungsenergieversorgung oder den Vormagnetisierungsgenerator 127 angelegt wird, zum Substrat 12 hin beschleunigt werden. Diese Ionen treffen auf der Oberfläche des Substrates 12 auf, um die Oberfläche des Substrats 12 zu reinigen. Solch ein Prozess kann zum Reinigen eines Kontaktes verwendet werden, der in dem in 9 dargestellten Zustand ist, um einen gereinigten Kontakt zu erzeugen, der in 9A dargestellt ist.
9 ist eine vereinfachte Schnittansicht durch eine Schichtaufbau auf einem Halbleiterwafer 12, die ein Kontaktloch oder Loch 144 durch eine Isolierschicht 145 auf diesem zeigt, das einen Leiter 146 am Boden des Loches 144 freilegt, der zum Bilden einer Verbindung mit einem darüber liegenden Leiter dient, der noch aufzutragen ist. Nach der Ausbildung des Loches 144 würde der Wafer 12 typischerweise entweder durch die Luft oder durch ein Transfermodul, das kontaminierende Gase enthält, zu einer Verarbeitungsvorrichtung überführt werden. Während der Überführung hätte sich typischerweise eine Verunreinigungsschicht 147 ausgebildet, wobei die Schicht 147 entfernt werden müsste, bevor eine brauchbare Verbindung mit einer darüber liegenden Schicht ausgeführt werden kann.
9A zeigt das gleiche Loch 144 durch die Isolierschicht 145 des Wafers 12 nach der Entfernung der Verunreinigungsschicht 147 während eines Reinigungsprozesses zum Freilegen des darunter liegenden Kontaktes oder Leiters 146 zur Verbindung mit einem Leiter einer neuen Schichtung. 9B zeigt einen sauberen Kontakt 146 am Boden des Loches 144 durch die Isolierschicht 145 des Wafers 12 nach dem Aufbringen einer nachfolgenden Beschichtungsschicht 148. Diese Beschichtungsschicht 148 kann eine Schicht aus Metall sein, wie zum Beispiel Titan, oder kann eine Titannitritschicht (TiN) sein, die meistens unmittelbar über einer Titanmetallschicht aufgebracht wird. Solch eine Beschichtungsschicht 148 wird typischerweise als eine Sperrschicht vor dem Auftrag einer nachfolgenden Metallschicht, wie zum Beispiel Wolfram, in einem nachfolgenden Prozess verwendet, die als Leiter der oberen Schichtung dient, die die Verbindung mit dem Leiter 146 herstellt, um in dem Loch 144 einen Kontakt zu bilden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Vorrichtung 19 betrieben, um eine Plasmavorreinigung des Wafers 12 durchzuführen. Die Vorrichtung 19 wird in einem Modus betrieben, der ähnlich dem oben beschriebenen für die IPVD des Metalls, zum Beispiel Titan, ist. In solch einem Vorgang wird Argongas in der Kammer 13 bei ungefähr 10 Millitorr (1,333 N/m²) gehalten und die ICP-Leistung vom Generator 127 wird auf 3,5 kW erhöht, während die durch den Generator 127 an das Substrat 12 angelegte Substratvorspannung auf eine negative Spannung von 50 bis 100 Volt erhöht wird. Dem Target 10 wird durch die Stromversorgung 120 eine geringe Leistung von ungefähr 500 bis 1500 Watt zugeführt.
Als Ergebnis solch eines Arbeitsvorganges der Vorrichtung 19 wird Titan vom Target 10 gesputtert und wird im ICP im Raum 125 zusammen mit den Atomen des Argongases ionisiert. Die Ionen des Titans und Argons werden durch die an das Substrat 12 angelegte Vorspannung zum Substrat 12 hin beschleunigt. Die schwereren Titanionen, die in den Ionen eingeschlossen sind, die das Substrat beschießen, verbessern die Entfernung von nativen Oxiden und Wasserdampf von der Oberfläche des Substrates 12 wirksam und reagieren außerdem mit den Verunreinigungen, so dass Oxide auf der Oberfläche reduziert und Sauerstoff in der Titanschicht gelöst wird. Die Parameter der Targetenergie, ICP-Energie und Substratvorspannung werden in einem Gleichgewicht gehalten, so dass Material von der Oberfläche entfernt oder verdünnt wird, bevor die Oberfläche mit Titan beschichtet wird, wodurch ein genereller Ätzvorgang ausgeführt wird. Dieser Ätzvorgang wird für einen Zeitraum von ungefähr 20 Sekunden durchgeführt. Dieser ionisierte Metallätzvorgang während des Reinigens des Kontaktes 146 wird zu etwas Ablagerung von Metallatomen 149 auf der Oberfläche des Kontaktes 146 führen, wie es in 9C dargestellt ist.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden des Weiteren die Parameter in der Vorrichtung 19, wenn der Ätzzeitraum beendet ist, mehr zu den typischen Parametern hin eingestellt, die für die IPVD des Targetmaterials auf das Substrat 12 verwendet werden. Die Kathodenleistung wird zum Beispiel auf ungefähr 1,5 kW erhöht, die Substratvorspannung wird auf ungefähr -40 Volt verringert und die ICP-Leistung wird auf ungefähr 2500 Watt reduziert. Diese Einstellung der Parameter führt zu einem Gesamtauftrag einer dünnen Schicht aus Titan auf dem Substrat 12.
Dieser Auftrag wird zum Beispiel für einen Zeitraum von ungefähr 30 Sekunden ausgeführt. Solch ein Ti-IPVD-Reinigungsprozess kann zum Reinigen eines Kontaktes 146 angewandt werden, der sich in dem in 9 dargestellten Zustand befindet, um einen gereinigten und Ti-beschichteten Kontakt 146 zu erzeugen, wie er in 9C dargestellt ist, bei dem der unten liegende Leiter 146 gereinigt ist und einen geringen Anfangsauftrag 149 aus Titan auf seiner Oberfläche besitzt, der weiter mit einer dünnen Schicht 148 beschichtet ist, die zum Beispiel aus Titanmetall sein kann, oder aus Titanmetall gefolgt von einer Schicht aus TiN.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dann des Weiteren eine dünne Schicht aus Titannitrit (TiN) auf dem Substrat 12 über der Schicht aus Elementartitan aufgetragen. Dieses wird insbesondere dann bevorzugt, wenn die nächste auf dem Substrat auszubildende Schicht jene aus Wolfram ist, die durch chemische Aufdampfung (CVD) aufgebracht wird. Solch eine TiN-Schicht kann durch Einführen von Stickstoff in die Kammer 13 in der Vorrichtung 19 gebildet werden. Dieser Stickstoff kann dann gemäß den bekannten Verfahren der reaktiven Aufstäubungsbeschichtung des TiN, wie zum Beispiel durch thermisches Energetisieren des Substrates 12 oder durch Vorspannen des Substrates 12, mit Titan auf der Oberfläche des Substrates 12 in Reaktion gebracht werden, um ein Plasma zu bilden, wie zum Beispiel das Plasma 23 nahe der Oberfläche des Substrates 12, um eine Reaktion zwischen dem Stickstoff in dem Gas auf der Oberfläche des Substrates 12 und Titan, das auf dem Substrat aufprallt oder auf diesem aufgebracht ist, zu stimulieren. Alternativ kann die TiN-Schicht auf dem Substrat 12 nach dem Auftrag des Titans in der Vorrichtung 19 durch Überführen des Wafers 12 von der Vorrichtung 19 zu einer Kammer 13 für den TiN-Auftrag durch ein reaktives Sputtern oder durch einen CVD-Prozess aufgebracht werden. Die daraus resultierende Verbindung ist die in 9B dargestellte.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Wafer 12 des Weiteren nach dem Titanreinigungs- und Auftragsprozess und nachdem es einen weiteren TiN-Auftrag gab, zu einem anderen Werkzeug oder durch eine Transferkammer des gleichen Werkzeugs zu einer Bearbeitungskammer, wie zum Beispiel eine CVD-Kammer, zur weiteren Behandlung, wie zum Beispiel zum Aufbringen von Wolfram oder Aluminium, überführt.
Während des Betriebes wird ein Prozessgas (nicht gezeigt), wie zum Beispiel Argon, in den Zwischenraum 28 eingeführt, und die Bearbeitungskammer 13 wird auf einem zum Sputtern geeigneten Vakuumniveau gehalten. An die Kathodenanordnung 20 und das Target 10 wird dann eine hohe Gleich- oder Wechselspannung angelegt, um die Bildung eines Plasmas 23 zu bewirken, das positiv geladene Argonionen besitzt, die die Sputterfläche 16 beschießen. Dieses bewirkt das Entfernen von Targetmaterial von der Sputterfläche 16, wodurch eine Beschichtungsprozess initiiert wird, bei dem etwas von dem Targetmaterial auf dem Substrat 12 aufgetragen wird, um die Schicht 18 zu bilden. Typischerweise können bis zum Ende des Beschichtungsprozesses 5 Sekunden bis 5 Minuten notwendig sein. In vielen Systemen wird das Substrat 12 während des Beschichtungsprozesses in Bezug auf die Sputterfläche 16 in einer feststehenden Position gehalten. In anderen Systemen kann das Substrat 12 alternativ langsam in eine Richtung parallel zur Sputterfläche 16 vorbeigeführt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Bezug auf eine Anordnung eines Targets 10 und eines Substrats 12 beschrieben, die als eine runde rotierende Magnetkathode bekannt ist. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit rechteckigen Kathoden verwendet werden kann, die sich intern bewegende Magnete oder Kathoden besitzen, die feststehende interne Magnete besitzen. Außerdem ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Kathode verwendet werden kann, die keine internen Magneten 30 umfasst. In dieser Ausführungsform beeinflusst die Magneteinrichtung die Plasmaladung in einem lokalisierten Bereich des Targets direkt, um die asymmetrische Ungleichmäßigkeit zu reduzieren. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung in anderen Prozessen verwendet werden, in denen ein Plasma 23 zum Entfernen von Material von der Oberfläche eines Substrats 12 verwendet wird. Dieses umfasst einen Prozess, der als Plasmasputterätzen bekannt ist, bei dem eine Plasmaentladung angewandt wird, um eine Oberfläche eines Substrates atomar zu ätzen und zu reinigen. In diesem Prozess kann die Magneteinrichtung verwendet werden, um die Form und Intensität der Plasmaentladung zu steuern, um die Gleichmäßigkeit der Ätzung auf dem Substrat zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung sorgt für den Ausgleich von asymmetrischen Ungleichmäßigkeiten bei der Plasma- und physikalischen Dampfbearbeitung von Oberflächen bei der Herstellung von Halbleitern, um die Gleichmäßigkeit von Plasmaverfahren auf dem Substrat 12 zu verbessern. In den oben zuerst beschriebenen Ausführungsformen sind die meisten der betroffenen asymmetrischen Ungleichmäßigkeiten jene, die aus stationären Komponenten der Bearbeitungskammer 13 resultieren, wie zum Beispiel die Wirkungen von Gasöffnungspositionen und anderen Elementen, die die Verteilungen von ansonsten symmetrischen Verteilungen von Gasionen oder Beschichtungsmaterial in einer Weise verändern, die die Verteilung der Bearbeitungsauswirkungen auf die Oberfläche des Substrats 12 nachteilig beeinflussen. In Sputterbeschichtungsanwendungen wurden erste Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, bei denen Kompensationsmagnete 54, 76 in Kombination mit Zerstäubungskathodenanordnungen 20 verwendet werden, die so konstruiert sind, dass symmetrische Erosionsmuster erzeugt werden, die symmetrische Verteilungen des Beschichtungsmaterials zur Bewegung von einem Target 10 auf ein Substrat 12 erzeugen sollen. Die Kompensationsmagneten 54, 76 sind so konstruiert, dass sie die ursprünglich vorgesehenen Verteilungen so ändern, dass Verzerrungen der Beschichtungsmaterialverteilungen durch Komponenten und Vorrichtungen, meistens stationär, in der Bearbeitungskammer 13 ausgeglichen und kompensiert werden. In einer bevorzugten ersten Ausführungsform ist der Kompensationsmagnet 100a neben oder in ungefährer Nähe zum Target 10 und in solchen Positionen und Ausrichtungen angeordnet, dass der Verteilung des von einem Target 10 gesputterten Materials eine Kompensationsasymmetrie in Form eines veränderten und asymmetrischen Erosionsmusters auferlegt wird. Die Kompensationsasymmetrie wird in der Verteilung von Ionen des Prozessgases des Plasmas 23 erzeugt, die die Oberfläche des Targets 10 beschießen, um die Entfernung von Material aus dem Target 10 zu bewirken. Der Kompensationsmagnet 100a verändert die Richtungen der positiv geladenen Gasionen zur Targetoberfläche 16 hin und kann außerdem die Verteilung der Produktion von Gasionen im Plasma 23 durch Beeinflussen der Verteilung und Pfade von Elektronen im Plasma 23 verändern.
In IPVD-Systemen kann die Erfindung angewandt werden, um unter Anwendung des Kompensationsmagneten 100a in der Nähe des Targets 10, um kompensierende, nicht symmetrische Veränderungen im Targeterosionsprofil herzustellen, die gleichen Probleme zu lösen, die sie in konventionelleren Sputterbeschichtungssystemen löst. Insbesondere bei der IPVD können die Ionen des Beschichtungsmaterials, die erzeugt werden, jedoch asymmetrisch zum Substrat 12 gerichtet werden, so dass sie auf der Oberfläche des Substrats 12 in symmetrischer Verteilung ankommen. Dieses wird vorzugsweise durch Vorsehen eines Kompensationsmagneten 100b neben den Pfaden des ionisierten Materials erreicht, wenn es sich zum Substrat 12 bewegt. Dort wo das ionisierte Material auf der Substratoberfläche 12 aufgetragen wurde, kann diese Bearbeitung der Oberfläche durch Auftrag von Material in einer Weise vergleichmäßigt werden, die bis zu einem gewissen Grad die Asymmetrien und asymmetrischen Wirkungen von Elementen anderswo in der Kammer 13 oder aus anderen Gründen aus gleicht. Der Kompensationsmagnet 100b kann permanent oder elektromagnetisch sein oder hinter dem Target 10 zu der Seite des Bearbeitungsraumes 28 oder hinter dem Substrat 12 angeordnet sein, und kann eine von verschiedenen möglichen Ausrichtungen annehmen, wie es zum Erreichen der gewünschten Asymmetrieausgleichwirkung erforderlich ist. Wenn das ionisierte Material verwendet wird, um die Oberfläche des Substrats 12 zu ätzen oder auf andere Weise zu konditionieren, kann die Erfindung ähnlich angewandt werden, um Asymmetrien bei solcher Bearbeitung auszugleichen und die Bearbeitung der Oberfläche des Substrats 12 zu vergleichmäßigen.
Des Weiteren kann bei der Bearbeitung eines Substrates 12 oder einer Targetoberfläche 16, entweder durch Ionen eines gesputterten Materials oder Beschichtungsmaterials oder durch Ionen eines Gases in der Kammer 13 ein Magnet 100c hinter, neben oder anderweitig in der Nähe der zu bearbeitenden Oberfläche 12, 16 so konfiguriert und positioniert sein, dass die gewünschte Ungleichmäßigkeitskompensation bei der Bearbeitung der Oberfläche 12, 16 entweder durch Beschichten, Ätzen, Konditionieren oder irgend eine andere durch die Bearbeitung ausgeführte Behandlung erreicht wird.

Claims

Plasmabehandlungsvorrichtung (19) zum Behandeln eines Substrats, das in einer Vakuum-Behandlungskammer enthalten ist, die Charakteristika aufweist, welche um eine Achse des Substrats herum eine asymmetrisch ungleichförmige Verteilung von auf das Substrat einfallenden Behandlungsionen asymmetrisch herbeiführen, wobei die Vorrichtung aufweist die Vakuum-Behandlungskammer (13), welche einen Behandlungsraum (28) umschließt und eine zentrale Achse hat, einen auf der Achse in der Kammer (13) zentrierten Träger (27) zum darauf Abstützen eines Substrats (12), das mit Ionen von einem Plasma (23) beschossen werden soll, ein Gas in der Kammer, das, wenn es angeregt wird, in dem Behandlungsraum (28) ein Ionenplasma zum Beschießen des Substrats (12) auf dem Träger (27) bereitstellt, wobei die Vorrichtung ferner aufweist eine Struktur (20, 30, 120), die so ausgebildet ist, dass sie das Plasma derart begrenzt, dass eine Ionenverteilung erzeugt wird, die um die Achse symmetrisch ist, und einen Kompensationsmagnet (54, 76, 100, a, b und c), der so ausgebildet und positioniert ist, dass ein kompensierendes Magnetfeld erzeugt wird, das dahingehend wirksam ist, eine kompensierte Verteilung von Ionen zu erzeugen, welche die Auswirkungen solcher Kammer-Charakteristika ausgleicht, die um die Achse des Substrats herum eine asymmetrische Verteilung derselben asymmetrisch herbeiführen, um dadurch das Substrat mit den Ionen gleichförmig zu behandeln, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsmagnet (100b und c) auch an der Seite des Behandlungsraumes (28) und so angrenzend an die Ionen, wie sich diese bewegen, um das Substrat zu beschießen und/oder angrenzend an dem Substrathalter (27) positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Target (10), das eine darauf befindliche Oberfläche aufweist und auf der Achse in der Kammer (13) zentriert ist, das, wenn es angeregt ist, die Quelle des Beschichtungsmaterials liefert, wobei die zum Begrenzen des Plasmas ausgebildete Struktur eine Kathodenanordnung (20) aufweist, die einen Hauptmagneten (30) enthält, um das Plasma des Gases angrenzend an dem Target auf eine Verteilung zu begrenzen, die eine solche Form aufweist, dass eine Materialentfernung von der Oberfläche des Targets in einer symmetrischen Verteilung um die Achse erzeugt wird, und wobei der Kompensationsmagnet (54, 76, 100) auch so ausgebildet und positioniert ist, dass in dem Plasma das kompensierende Magnetfeld erzeugt wird, das dahin gehend wirksam ist, die Form der Verteilung des Plasmas so zu verändern, dass Material von der Oberfläche des Targets in einer solchen kompensierten Verteilung entfernt wird, dass die Auswirkungen der Charakteristika der Kammer ausgeglichen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die zum Begrenzen des Plasmas ausgebildete Struktur (20, 30, 120) eine Magnetanordnung (30) aufweist, die auf der Achse der Kammer zentriert ist und dahingehend funktionsfähig ist, eine vorbestimmte Verteilung von Ionen auf der Oberfläche des Substrats zu erzeugen, und der Kompensationsmagnet (54, 76, 100) in Bezug zu den Komponenten der Kammer fixierte Magnetkomponenten (54, 76) aufweist, welche um die Achse des Substrats herum eine Verteilung von sich auf das Substrat zu bewegenden Ionen herbeiführen.
Vorrichtung für die ionisierte physikalische Dampfphasenabscheidung (19) zum Behandeln eines Substrats, das in einer Vakuum-Behandlungskammer enthalten ist, die Charakteristika aufweist, welche um eine Achse des Substrats herum eine asymmetrisch ungleichförmige Verteilung von Material von seiner Quelle auf das Substrat asymmetrisch herbeiführt, wobei die Vorrichtung umfasst die Vakuum-Behandlungskammer (13), welche einen Behandlungsraum (28) umschließt und eine zentrale Achse hat, einen Substrathalter (27), der auf der Achse in der Kammer (13) zum darauf Abstützen eines Substrats (12) für die Abscheidung zentriert ist, eine Quelle für verdampftes Material (10), wobei das Material auf ein Substrat auf dem Träger bewegbar ist, ein Gas in der Kammer, eine Hochfrequenz (HF)-Energiequelle, eine Wicklung (130), die mit der HF-Energiequelle (127) verbunden ist und die Kammer umgibt, um so ein sekundäres Plasma in dem Gas zu erzeugen, wenn dieses mit der HF-Energie aus der Quelle (127) angeregt wird, und dadurch Material zu ionisieren, das sich von seiner Quelle aus auf ein Substrat (12) auf dem Träger (27) zu bewegt, und eine elektromagnetische Energiequelle (120), die zum Lenken des ionisierten Materials in einer Richtung parallel zu der Achse und in Richtung zu einem Substrat (12) auf dem Träger (27) wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner einen Kompensationsmagneten (54, 76, 100a,b und c) umfasst, der so ausgebildet und positioniert ist, dass ein kompensiertes Magnetfeld erzeugt wird, das dahingehend wirksam ist, eine kompensierte Verteilung des ionisierten Materials zu erzeugen, welche die Auswirkungen solcher Charakteristika der Kammer (13) ausgleicht, die um die Achse des Substrats herum eine asymmetrische Verteilung asymmetrisch herbeiführen, um dadurch das Substrat (12) mit dem ionisierten Material gleichförmig zu behandeln, und dass der Kompensationsmagnet (100b und c) auch auf der Seite des Behandlungsraumes (28) und so angrenzend an den Ionen, wie sich diese bewegen, um das Substrats zu beschießen, und/oder angrenzend an den Substratträger (27) positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, in welcher die Quelle des verdampften Materials aufweist ein auf der Achse in der Kammer (13) zentriertes Target (10), das, wenn es angeregt ist, die Quelle des Beschichtungsmaterials liefert, ein Gas in der Kammer, das, wenn es angeregt ist, ein Hauptplasma (23) aus zerstäubenden Gasionen zum Entfernen von Material vom Target (10) bereitstellt, eine Kathodenanordnung (20), die einen Hauptmagnet (30) aufweist, der so ausgebildet ist, dass das Hauptplasma (23) des Zerstäubungsgases angrenzend an das Target auf eine Verteilung begrenzt ist, die eine solche Form aufweist, dass eine Erosion des Targets durch das Plasma erzeugt wird, die symmetrisch um die Achse herum ist, und eine Verbindung mit der Energiequelle (120) zum Anregen des Targets und des Gases, um das Hauptplasma zu erzeugen, und wobei der Kompensationsmagnet (54, 76, 100) auch so ausgebildet und positioniert ist, dass in dem Hauptplasma (23) ein kompensierendes Magnetfeld erzeugt wird, das dahingehend wirksam ist, die Form der Verteilung des Hauptplasmas (23) zu verändern, so dass Material von dem Target (10) in einer solchen kompensierten Verteilung entfernt wird, dass die Auswirkungen der Charakteristika der Kammer (13) ausgeglichen werden.
Vorrichtung nach entweder Anspruch 2 oder Anspruch 5, in welcher der Hauptmagnet (30) eine Magnetanordnung enthält, die auf der Achse der Kammer drehbar montiert ist, so dass sie rotiert, wenn das Gas und das Target angeregt sind, um die Erosion des Targets zu erzeugen, die symmetrisch um die Achse herum ist, und der Kompensationsmagnet in Bezug zu den Komponenten der Kammer (13) fixierte Magnetkomponenten (54, 76) enthält, welche um die Achse des Substrats herum eine Verteilung von sich von seiner Quelle her bewegendem Material asymmetrisch herbeiführen.
Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, in welchem die Vorrichtung eine Steuerung enthält, die dahingehend wirksam ist, die Bewegung des Materials von seiner Quelle auf das Substrat (12) mit einem Durchsatz herbeizuführen, der dahingehend wirksam ist, einen Film des Materials auf der Oberfläche des Substrats abzuscheiden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung eine Steuerung enthält, die dahingehend wirksam ist, die Bewegung des Materials von seiner Quelle auf das Substrat (12) mit einem Durchsatz herbeizuführen, der dahingehend wirksam ist, die Oberfläche des Substrats zu atzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung eine Steuerung enthält, die dahingehend wirksam ist, die Bewegung des Materials von seiner Quelle auf das Substrat (12) mit einem Durchsatz herbeizuführen, der dahingehend wirksam ist, die Oberfläche des Substrats zu konditionieren.