JP2001240964A - ２つの回転直径を有するスパッタマグネトロン - Google Patents
２つの回転直径を有するスパッタマグネトロンInfo
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- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スパッタリングターゲット上に再堆積する材
料の成長を防ぐ。 【解決手段】 ＤＣマグネトロンスパッタリング反応器
で使用するマグネトロンは、堆積段階では小さい直径で
回転でき、クリーニング段階では大きい直径で回転で
き、それにより堆積スパッタリング軌道の外側に再堆積
したスパッタ材料は、クリーニング段階で除去される。
２つの直径のマグネトロンの実施例は、一端をマグネト
ロン回転モーター軸に固定され、他端をピボット軸に固
定され、マグネトロンにピボット運動可能に固定された
スイングアームを含む。マグネトロンが異なる方向に回
転するとき、マグネトロンと冷却水槽の間の流体力学的
力により、マグネトロンがピボット軸の周りをピボット
運動する。２つの機械的デテントが、ピボット運動の限
界を決め、そのため２つの回転直径が出来る。
料の成長を防ぐ。 【解決手段】 ＤＣマグネトロンスパッタリング反応器
で使用するマグネトロンは、堆積段階では小さい直径で
回転でき、クリーニング段階では大きい直径で回転で
き、それにより堆積スパッタリング軌道の外側に再堆積
したスパッタ材料は、クリーニング段階で除去される。
２つの直径のマグネトロンの実施例は、一端をマグネト
ロン回転モーター軸に固定され、他端をピボット軸に固
定され、マグネトロンにピボット運動可能に固定された
スイングアームを含む。マグネトロンが異なる方向に回
転するとき、マグネトロンと冷却水槽の間の流体力学的
力により、マグネトロンがピボット軸の周りをピボット
運動する。２つの機械的デテントが、ピボット運動の限
界を決め、そのため２つの回転直径が出来る。
Description
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、一般にスパッタリングに
よる材料の堆積に関する。特に、本発明は、スパッタリ
ングを強化するため磁界を生じるマグネトロンに関す
る。
よる材料の堆積に関する。特に、本発明は、スパッタリ
ングを強化するため磁界を生じるマグネトロンに関す
る。
【０００２】
【従来の技述】現代の半導体集積回路の製作では、シリ
コン又は他の半導体基板の能動半導体デバイスを相互接
続する複数のレベルの金属被覆を堆積しパターニングを
行い、またデバイスを外部の電気ラインに接続する必要
がある。典型的には、シリコンベース材料等の誘電体層
が堆積される。次に、フォトリソグラフィーを使用し
て、誘電体を一連の垂直に延びるコンタクト又はビアホ
ール、及びおそらく他の相互接続構造をパターン化す
る。以後、ビアホールのみに付いて記載するが、殆どの
内容はコンタクトホールと、誘電体に形成される他の金
属被覆構造に適用することが出来る。次に、アルミニウ
ム等の相互接続金属が、ホール内と誘電体層の上に充填
される。過去において、垂直の相互接続は、典型的には
金属エッチングプロセスによりエッチングされた。しか
し、より最近になって、ダマシンプロセスが開発され
た。金属堆積の前に、垂直の相互接続パターンが、誘電
体内にトレンチの形でエッチングされる。次に、ビアと
トレンチ内と、誘電体上に金属が堆積される。化学機械
的研磨により、トレンチの頂部より上の任意の金属を除
去する。又より最近、低ｋ誘電体が開発され、二酸化珪
素又は珪酸塩ガラス誘電体に置き換わり、金属被覆とし
てアルミニウムを銅で置き換えるプロセスが開発され
た。
コン又は他の半導体基板の能動半導体デバイスを相互接
続する複数のレベルの金属被覆を堆積しパターニングを
行い、またデバイスを外部の電気ラインに接続する必要
がある。典型的には、シリコンベース材料等の誘電体層
が堆積される。次に、フォトリソグラフィーを使用し
て、誘電体を一連の垂直に延びるコンタクト又はビアホ
ール、及びおそらく他の相互接続構造をパターン化す
る。以後、ビアホールのみに付いて記載するが、殆どの
内容はコンタクトホールと、誘電体に形成される他の金
属被覆構造に適用することが出来る。次に、アルミニウ
ム等の相互接続金属が、ホール内と誘電体層の上に充填
される。過去において、垂直の相互接続は、典型的には
金属エッチングプロセスによりエッチングされた。しか
し、より最近になって、ダマシンプロセスが開発され
た。金属堆積の前に、垂直の相互接続パターンが、誘電
体内にトレンチの形でエッチングされる。次に、ビアと
トレンチ内と、誘電体上に金属が堆積される。化学機械
的研磨により、トレンチの頂部より上の任意の金属を除
去する。又より最近、低ｋ誘電体が開発され、二酸化珪
素又は珪酸塩ガラス誘電体に置き換わり、金属被覆とし
てアルミニウムを銅で置き換えるプロセスが開発され
た。
【０００３】スパッタリングは、物理蒸着（ＰＶＤ）と
もいわれ、金属を堆積するのに好適な技術である。スパ
ッタリングは比較的高速で、スパッタリング装置と材料
は比較的安価で、化学蒸着（ＣＶＤ）用の装置と比較し
て装置はより信頼性がある。最近、深いビアホール内に
銅を電気めっきする技術が開発された。しかし、電気め
っきした銅は、珪酸塩ベースの誘電体上に堆積される他
の多くの金属被覆と同様に、最初にビアホールの側面と
底面上に１つ又はそれ以上の薄い層を堆積させて、接着
層、次の堆積のためのシード層、及び金属と誘電体の間
の原子の移動を防止するバリヤー層とする必要がある。
これらのバリヤーと他の層は、典型的にはアルミニウム
金属被覆にはＴｉ／ＴｉＮ、銅金属被覆にはＴａ／Ｔａ
Ｎであるが、他の材料でも良い。誘電体上に堆積される
初めの層の少なくとも幾つかには、スパッタリングが好
ましい。
もいわれ、金属を堆積するのに好適な技術である。スパ
ッタリングは比較的高速で、スパッタリング装置と材料
は比較的安価で、化学蒸着（ＣＶＤ）用の装置と比較し
て装置はより信頼性がある。最近、深いビアホール内に
銅を電気めっきする技術が開発された。しかし、電気め
っきした銅は、珪酸塩ベースの誘電体上に堆積される他
の多くの金属被覆と同様に、最初にビアホールの側面と
底面上に１つ又はそれ以上の薄い層を堆積させて、接着
層、次の堆積のためのシード層、及び金属と誘電体の間
の原子の移動を防止するバリヤー層とする必要がある。
これらのバリヤーと他の層は、典型的にはアルミニウム
金属被覆にはＴｉ／ＴｉＮ、銅金属被覆にはＴａ／Ｔａ
Ｎであるが、他の材料でも良い。誘電体上に堆積される
初めの層の少なくとも幾つかには、スパッタリングが好
ましい。
【０００４】進んだ半導体集積回路構造は密集して詰ま
り、ビアはますます大きいアスペクト比になっている。
ここに、アスペクト比とは、覆われる又は充填される孔
の深さと最小幅の比である。４を超えるアスペクト比が
必要である。しかし、従来のスパッタリングはこのよう
な高いアスペクト比の孔の中に均等に(conformal)堆積
させるのに適さない。従来のスパッタリングは、スパッ
タされた粒子が広い角度に分布し、それゆえ、深く狭い
ビアホールの底部に到達する可能性は少ない。
り、ビアはますます大きいアスペクト比になっている。
ここに、アスペクト比とは、覆われる又は充填される孔
の深さと最小幅の比である。４を超えるアスペクト比が
必要である。しかし、従来のスパッタリングはこのよう
な高いアスペクト比の孔の中に均等に(conformal)堆積
させるのに適さない。従来のスパッタリングは、スパッ
タされた粒子が広い角度に分布し、それゆえ、深く狭い
ビアホールの底部に到達する可能性は少ない。
【０００５】それにもかかわらず、高アスペクト比のビ
アをより良く充填するスパッタリング装置と技術が開発
された。１つのアプローチは、イオン化金属プラズマ
（ＩＰＭ）スパッタリングといわれ、ＲＦコイルが別の
エネルギーをスパッタリングプラズマに結合し、高密度
プラズマ（ＨＰＤ）を生じる。しかし、このアプローチ
は装置のコストが高い。
アをより良く充填するスパッタリング装置と技術が開発
された。１つのアプローチは、イオン化金属プラズマ
（ＩＰＭ）スパッタリングといわれ、ＲＦコイルが別の
エネルギーをスパッタリングプラズマに結合し、高密度
プラズマ（ＨＰＤ）を生じる。しかし、このアプローチ
は装置のコストが高い。
【０００６】他のアプローチは、しばしば自己イオン化
プラズマ（ＳＩＰ）スパッタリングといわれ、改変した
ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を使用し、ＩＭＰ
スパッタリングの多くの効果を達成し、ある状況ではよ
り良い薄膜を堆積することが出来た。ＳＩＰスパッタリ
ング用に開発された装置は、また銅の持続性自己スパッ
タリング（ＳＳＳ）にも使用でき、ここでは後述するよ
うにアルゴン作用ガスは必要ない。
プラズマ（ＳＩＰ）スパッタリングといわれ、改変した
ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を使用し、ＩＭＰ
スパッタリングの多くの効果を達成し、ある状況ではよ
り良い薄膜を堆積することが出来た。ＳＩＰスパッタリ
ング用に開発された装置は、また銅の持続性自己スパッ
タリング（ＳＳＳ）にも使用でき、ここでは後述するよ
うにアルゴン作用ガスは必要ない。
【０００７】図１に、ＳＳＳ又はＳＩＭＰスパッタリン
グ用に少し改変した従来のＰＶＤ反応器10の概略断面図
を示す。この図は、カリフォルニア州サンタクララのア
プライドマテリアルズ社のEnduraＰＶＤ反応器に基づい
ている。反応器10は、真空チャンバ12を備え、該真空チ
ャンバはセラミックアイソレータ14によりPVDターゲッ
ト16にシールされ、該ターゲットはウェハ18上にスパッ
タ堆積される材料通常は金属からなり、該ウェハはウェ
ハクランプ22によりヒーターペデスタル電極20上に保持
される。ウェハクランプ22の代りに、ペデスタル20に静
電チャックを導入しても良く、又はウェハは適所に保持
されずにペデスタル20上に置いても良い。ターゲット材
料は、アルミニウム、銅、チタン、タンタル、数パーセ
ントの合金要素を含むこれらの金属の合金、又はＤＣス
パッタリングを行うことの出来る他の金属でも良い。チ
ャンバ内に保持されたシールド24が、チャンバ壁12をス
パッタされた材料から保護し、アノード接地面を与え
る。選択可能で制御可能なＤＣ電源26が、シールド24に
対して、ターゲット16をＤＣ約−600Ｖに負にバイアス
する。従来、ペデスタル20とそれゆえウェハ18は、電気
的にフローティング状態にされるが、ある種類のＳＳＳ
とＳＩＰスパッタリングでは、交流結合キャパシター30
又はより複雑なマッチング及び分離回路により、ＲＦ電
源28がペデスタル18に結合し、ペデスタル電極20がＤＣ
自己バイアス電圧を持つようにし、それが高密度プラズ
マ内に生じる正に帯電したスパッタイオンを、高アスペ
クト比の孔の中に深く引付ける。ペデスタル20が電気的
にフローティング状態でも、いくらかのＤＣバイアスを
生じる。
グ用に少し改変した従来のＰＶＤ反応器10の概略断面図
を示す。この図は、カリフォルニア州サンタクララのア
プライドマテリアルズ社のEnduraＰＶＤ反応器に基づい
ている。反応器10は、真空チャンバ12を備え、該真空チ
ャンバはセラミックアイソレータ14によりPVDターゲッ
ト16にシールされ、該ターゲットはウェハ18上にスパッ
タ堆積される材料通常は金属からなり、該ウェハはウェ
ハクランプ22によりヒーターペデスタル電極20上に保持
される。ウェハクランプ22の代りに、ペデスタル20に静
電チャックを導入しても良く、又はウェハは適所に保持
されずにペデスタル20上に置いても良い。ターゲット材
料は、アルミニウム、銅、チタン、タンタル、数パーセ
ントの合金要素を含むこれらの金属の合金、又はＤＣス
パッタリングを行うことの出来る他の金属でも良い。チ
ャンバ内に保持されたシールド24が、チャンバ壁12をス
パッタされた材料から保護し、アノード接地面を与え
る。選択可能で制御可能なＤＣ電源26が、シールド24に
対して、ターゲット16をＤＣ約−600Ｖに負にバイアス
する。従来、ペデスタル20とそれゆえウェハ18は、電気
的にフローティング状態にされるが、ある種類のＳＳＳ
とＳＩＰスパッタリングでは、交流結合キャパシター30
又はより複雑なマッチング及び分離回路により、ＲＦ電
源28がペデスタル18に結合し、ペデスタル電極20がＤＣ
自己バイアス電圧を持つようにし、それが高密度プラズ
マ内に生じる正に帯電したスパッタイオンを、高アスペ
クト比の孔の中に深く引付ける。ペデスタル20が電気的
にフローティング状態でも、いくらかのＤＣバイアスを
生じる。
【０００８】第１ガス源34が、マスフロー制御器36を通
ってスパッタリング作用ガス（典型的にはアルゴン）を
チャンバ12に供給する。窒化チタン、窒化タンタル等の
反応性金属窒化物スパッタリングでは、他のガス源38か
らそれ自身のマスフロー制御器40を通って、窒素が供給
される。Ａｌ2Ｏ3等の酸化物を生じるため、酸素を供給
することも出来る。ガスは、チャンバ12内の色々の位置
から入れることが出来る。例えば、図示するように底部
の近くから、１つ又はそれ以上の入口パイプにより、シ
ールド24の後面にガスを供給することが出来る。ガス
は、シールド24の底部のアパーチャを通って、又はウェ
ハクランプ22とシールド24とペデスタル20との間のギャ
ップ42を通って侵入する。広いポンピングポート46を通
ってチャンバ12に接続する真空システム44が、チャンバ
12の内部を低圧に保持する。ベース圧力は約10-7Ｔｏｒ
ｒ又はそれ以下に保持することが出来るが、アルゴン作
用ガスの従来の圧力は典型的には約1〜1000ｍＴｏｒｒ
に保持される。しかし、半イオン化スパッタリングで
は、圧力はいくらか低く、例えば0.1ｍＴｏｒｒに保持
される。ＳＳＳスパッタリングでは、いったんプラズマ
が点弧されると、アルゴンの供給を停止し、チャンバ圧
力は非常に低くしても良い。コンピュータベースの制御
器48が、ＤＣ電源26とマスフロー制御器36,40を含む反
応器を制御する。
ってスパッタリング作用ガス（典型的にはアルゴン）を
チャンバ12に供給する。窒化チタン、窒化タンタル等の
反応性金属窒化物スパッタリングでは、他のガス源38か
らそれ自身のマスフロー制御器40を通って、窒素が供給
される。Ａｌ2Ｏ3等の酸化物を生じるため、酸素を供給
することも出来る。ガスは、チャンバ12内の色々の位置
から入れることが出来る。例えば、図示するように底部
の近くから、１つ又はそれ以上の入口パイプにより、シ
ールド24の後面にガスを供給することが出来る。ガス
は、シールド24の底部のアパーチャを通って、又はウェ
ハクランプ22とシールド24とペデスタル20との間のギャ
ップ42を通って侵入する。広いポンピングポート46を通
ってチャンバ12に接続する真空システム44が、チャンバ
12の内部を低圧に保持する。ベース圧力は約10-7Ｔｏｒ
ｒ又はそれ以下に保持することが出来るが、アルゴン作
用ガスの従来の圧力は典型的には約1〜1000ｍＴｏｒｒ
に保持される。しかし、半イオン化スパッタリングで
は、圧力はいくらか低く、例えば0.1ｍＴｏｒｒに保持
される。ＳＳＳスパッタリングでは、いったんプラズマ
が点弧されると、アルゴンの供給を停止し、チャンバ圧
力は非常に低くしても良い。コンピュータベースの制御
器48が、ＤＣ電源26とマスフロー制御器36,40を含む反
応器を制御する。
【０００９】チャンバ内にアルゴンが導入されるとき、
ターゲット16とシールド24の間のＤＣ電圧が、アルゴン
を点弧してプラズマにし、正に帯電したアルゴンイオン
は負にバイアスされたターゲット16に引付けられる。イ
オンはターゲット16にかなりのエネルギーで衝突し、タ
ーゲットの原子又は原子クラスターがターゲット16から
スパッタされるようにする。ターゲット粒子の幾らか
は、ウェハ18を衝撃し、その上に堆積し、それによりタ
ーゲット材料上に薄膜を形成する。金属窒化物の反応性
スパッタリングでは、追加として窒素がチャンバ内に入
れられ、それがスパッタされた金属原子と反応して、ウ
ェハ18上に金属窒化物を形成する。
ターゲット16とシールド24の間のＤＣ電圧が、アルゴン
を点弧してプラズマにし、正に帯電したアルゴンイオン
は負にバイアスされたターゲット16に引付けられる。イ
オンはターゲット16にかなりのエネルギーで衝突し、タ
ーゲットの原子又は原子クラスターがターゲット16から
スパッタされるようにする。ターゲット粒子の幾らか
は、ウェハ18を衝撃し、その上に堆積し、それによりタ
ーゲット材料上に薄膜を形成する。金属窒化物の反応性
スパッタリングでは、追加として窒素がチャンバ内に入
れられ、それがスパッタされた金属原子と反応して、ウ
ェハ18上に金属窒化物を形成する。
【００１０】効率的にスパッタリングするため、ターゲ
ット16の後ろにマグネトロン50が配置される。これは対
向する磁石52,54が磁気ヨーク56により結合されたもの
で、これによりチャンバ内の磁石52,54に近くに磁界を
生じる。磁界は電子をトラップし、中性原子に電荷を与
え、イオン密度もまた増加して、チャンバ内のマグネト
ロン50に隣接する領域に高密度プラズマ領域58を形成す
る。ターゲット16のスパッタリングにおいて、マグネト
ロンで完全なカバレッジを達成するため、通常マグネト
ロン50は、モーター64により駆動されるシャフト62によ
り、ターゲット16の中心60の回りを回転する。典型的に
は、回転速度は80〜95ｒｐｍである。従来のマグネトロ
ンでは、磁石52,54に対して固定された軸57は、ターゲ
ットの中心60と同軸で、マグネトロン50はターゲットの
中心60の周りを一定の軌道で掃引する。
ット16の後ろにマグネトロン50が配置される。これは対
向する磁石52,54が磁気ヨーク56により結合されたもの
で、これによりチャンバ内の磁石52,54に近くに磁界を
生じる。磁界は電子をトラップし、中性原子に電荷を与
え、イオン密度もまた増加して、チャンバ内のマグネト
ロン50に隣接する領域に高密度プラズマ領域58を形成す
る。ターゲット16のスパッタリングにおいて、マグネト
ロンで完全なカバレッジを達成するため、通常マグネト
ロン50は、モーター64により駆動されるシャフト62によ
り、ターゲット16の中心60の回りを回転する。典型的に
は、回転速度は80〜95ｒｐｍである。従来のマグネトロ
ンでは、磁石52,54に対して固定された軸57は、ターゲ
ットの中心60と同軸で、マグネトロン50はターゲットの
中心60の周りを一定の軌道で掃引する。
【００１１】1999年８月12日出願のFuの米国特許出願第
09/373,097号には、ＳＳＳとＳＩＰに有用なマグネトロ
ンの幾つかの設計が開示されている。マグネトロンは、
強い磁界を生じ、小さい領域を有する必要がある。マグ
ネトロンを回転させてもターゲットの完全なカバレッジ
はえられない。マグネトロンは、内側磁石52と関連付け
られた内側極と、これを囲む外側磁石54と関連付けられ
た反対磁極性の外側極とを備える。内側極と外側極は非
対称で、外側極で生じる合計の磁束は、内側極で生じる
磁束よりかなり大きい。そのため、磁束ラインは、チャ
ンバ内をウェハ16に向かって深く延びる。ここに図示し
た磁石の配置は例示であり、Fuの特許を参照すると良く
理解できるであろう。ＤＣ電源26によりターゲット16に
供給される電力は、200ｍｍのウェハで20ｋＷのオーダ
ーと大きい必要がある。高電力と小さいマグネトロン領
域の組み合わせで、ＲＦ誘導コイル等による補助のプラ
ズマ源電力を使用しなくても、マグネトロン50の下で非
常に高い電力密度と、そのため適度に高密度プラズマ領
域58を生じる。
09/373,097号には、ＳＳＳとＳＩＰに有用なマグネトロ
ンの幾つかの設計が開示されている。マグネトロンは、
強い磁界を生じ、小さい領域を有する必要がある。マグ
ネトロンを回転させてもターゲットの完全なカバレッジ
はえられない。マグネトロンは、内側磁石52と関連付け
られた内側極と、これを囲む外側磁石54と関連付けられ
た反対磁極性の外側極とを備える。内側極と外側極は非
対称で、外側極で生じる合計の磁束は、内側極で生じる
磁束よりかなり大きい。そのため、磁束ラインは、チャ
ンバ内をウェハ16に向かって深く延びる。ここに図示し
た磁石の配置は例示であり、Fuの特許を参照すると良く
理解できるであろう。ＤＣ電源26によりターゲット16に
供給される電力は、200ｍｍのウェハで20ｋＷのオーダ
ーと大きい必要がある。高電力と小さいマグネトロン領
域の組み合わせで、ＲＦ誘導コイル等による補助のプラ
ズマ源電力を使用しなくても、マグネトロン50の下で非
常に高い電力密度と、そのため適度に高密度プラズマ領
域58を生じる。
【００１２】ターゲットに送られる大量の電力を打ち消
すため、ターゲット16の後面はバックチャンバ66にシー
ルしてもよい。ターゲット16を冷却するため、バックチ
ャンバ66の内側に冷却水を循環する。典型的には、マグ
ネトロン50は冷却水に浸漬され、ターゲットの回転シャ
フト62が回転シール70を通ってバックチャンバ66に入っ
ている。
すため、ターゲット16の後面はバックチャンバ66にシー
ルしてもよい。ターゲット16を冷却するため、バックチ
ャンバ66の内側に冷却水を循環する。典型的には、マグ
ネトロン50は冷却水に浸漬され、ターゲットの回転シャ
フト62が回転シール70を通ってバックチャンバ66に入っ
ている。
【００１３】マグネトロンでターゲットを完全にカバー
することが必要なのは、均一性とターゲットの利用のた
めだけでなく、ターゲットの任意の有効な部分をスパッ
タしないで残すことがないようにするためである。実
際、スパッタリングは、幾分か釣合いのとれた方法であ
り、スパッタされた材料のうち幾らか（例えば、アルミ
ニウム又は銅）は、ターゲット上に再堆積する。スパッ
タされた材料で回転するマグネトロンの軌道内に再堆積
するものは、問題を起こさない。続いてスパッタされ、
そのためいつも幾らかの新しいターゲット材料を露出し
ているからである。しかし、スパッタされた材料がマグ
ネトロンが走査する領域（高密度プラズマ領域58の有効
範囲に調節された）の外側に再堆積すると、再堆積した
材料は、ターゲット表面の頂部上に積み重なる。再堆積
した薄膜は、十分な厚さに成長し、特に温度サイクルに
より剥がれ落ち、そのためチャンバ内に粒子を生じる。
このような粒子は、処理されるウェハの上に付着し易
い。高密度の集積回路の製造で、粒子ができることが大
きな問題である。最小のフィーチャサイズにほぼ等しい
かそれより大きいサイズの１つの粒子が、集積回路ダイ
上に落ちると、その集積回路が初期試験に通らないか、
又は集積回路が販売されシステム内に組込まれた後に信
頼性の問題を起こす。再堆積の問題は、窒化チタン、窒
化タンタル等の反応性スパッタリングで特に深刻であ
る。スパッタされたチタン又はタンタルは、窒化物の形
で再堆積し易い。窒化物材料はより剥がれ落ち易い。こ
れらは、マグネトロンの軌道に隣接して積み重なり、軌
道の最も外側の縁の近くに、最大コンタミネーションの
領域が出来る。窒化物層は絶縁性なので、窒化物ターゲ
ットの表面は、局所化された電気的異常を起こし、ター
ゲットからターゲットの大きい部分が放出され、スパッ
タされた粒子は約１ｍｍほどの大きさで、スプラットと
呼ばれる。金属が比較的純粋な形で再堆積しても、不所
望な結晶の性質で、スパッタリング処理に影響を及ぼ
す。
することが必要なのは、均一性とターゲットの利用のた
めだけでなく、ターゲットの任意の有効な部分をスパッ
タしないで残すことがないようにするためである。実
際、スパッタリングは、幾分か釣合いのとれた方法であ
り、スパッタされた材料のうち幾らか（例えば、アルミ
ニウム又は銅）は、ターゲット上に再堆積する。スパッ
タされた材料で回転するマグネトロンの軌道内に再堆積
するものは、問題を起こさない。続いてスパッタされ、
そのためいつも幾らかの新しいターゲット材料を露出し
ているからである。しかし、スパッタされた材料がマグ
ネトロンが走査する領域（高密度プラズマ領域58の有効
範囲に調節された）の外側に再堆積すると、再堆積した
材料は、ターゲット表面の頂部上に積み重なる。再堆積
した薄膜は、十分な厚さに成長し、特に温度サイクルに
より剥がれ落ち、そのためチャンバ内に粒子を生じる。
このような粒子は、処理されるウェハの上に付着し易
い。高密度の集積回路の製造で、粒子ができることが大
きな問題である。最小のフィーチャサイズにほぼ等しい
かそれより大きいサイズの１つの粒子が、集積回路ダイ
上に落ちると、その集積回路が初期試験に通らないか、
又は集積回路が販売されシステム内に組込まれた後に信
頼性の問題を起こす。再堆積の問題は、窒化チタン、窒
化タンタル等の反応性スパッタリングで特に深刻であ
る。スパッタされたチタン又はタンタルは、窒化物の形
で再堆積し易い。窒化物材料はより剥がれ落ち易い。こ
れらは、マグネトロンの軌道に隣接して積み重なり、軌
道の最も外側の縁の近くに、最大コンタミネーションの
領域が出来る。窒化物層は絶縁性なので、窒化物ターゲ
ットの表面は、局所化された電気的異常を起こし、ター
ゲットからターゲットの大きい部分が放出され、スパッ
タされた粒子は約１ｍｍほどの大きさで、スプラットと
呼ばれる。金属が比較的純粋な形で再堆積しても、不所
望な結晶の性質で、スパッタリング処理に影響を及ぼ
す。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】再堆積の問題は、通常
の又はＩＭＰスパッタリングより、ＳＩＰ又はＳＳＳス
パッタリングでより取扱うのが難しい。通常の及びＩＭ
Ｐスパッタリングでは、マグネトロンの強度とＤＣ電力
密度はより低く、再堆積材料が積もりにくい。しかし、
実質的に従来のＤＣマグネトロン反応器でＳＩＰ又はＳ
ＳＳに要求される高ターゲット電力密度を達成するため
には、磁気強度の大きさはより小さい領域に集束する必
要がある。その結果、図１に示すチャンバの種類で実行
されるＳＩＰ又はＳＳＳでは、マグネトロンが掃引する
より幾らか大きい直径の外側領域のスパッタリングは速
度が遅く、マグネトロンの軌道の外側のターゲット上に
再堆積した材料が成長し易い。従って、スパッタリング
ターゲット上に再堆積したスパッタ材料の成長を防ぐこ
とが好ましい。
の又はＩＭＰスパッタリングより、ＳＩＰ又はＳＳＳス
パッタリングでより取扱うのが難しい。通常の及びＩＭ
Ｐスパッタリングでは、マグネトロンの強度とＤＣ電力
密度はより低く、再堆積材料が積もりにくい。しかし、
実質的に従来のＤＣマグネトロン反応器でＳＩＰ又はＳ
ＳＳに要求される高ターゲット電力密度を達成するため
には、磁気強度の大きさはより小さい領域に集束する必
要がある。その結果、図１に示すチャンバの種類で実行
されるＳＩＰ又はＳＳＳでは、マグネトロンが掃引する
より幾らか大きい直径の外側領域のスパッタリングは速
度が遅く、マグネトロンの軌道の外側のターゲット上に
再堆積した材料が成長し易い。従って、スパッタリング
ターゲット上に再堆積したスパッタ材料の成長を防ぐこ
とが好ましい。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、異なる回転直
径好ましくは２つの直径で回転可能なマグネトロンであ
る。本発明の１つの使用では、マグネトロンを小さい直
径で回転させて生産デバイスのスパッタリングを行い、
マグネトロンを大きい直径で回転させてターゲットをク
リーニングする。クリーニング段階で、反応器のスパッ
タリング条件を堆積段階と同じに設定するか、又はスパ
ッタリング条件を変えてもよい。
径好ましくは２つの直径で回転可能なマグネトロンであ
る。本発明の１つの使用では、マグネトロンを小さい直
径で回転させて生産デバイスのスパッタリングを行い、
マグネトロンを大きい直径で回転させてターゲットをク
リーニングする。クリーニング段階で、反応器のスパッ
タリング条件を堆積段階と同じに設定するか、又はスパ
ッタリング条件を変えてもよい。
【００１６】本発明の１態様では、マグネトロンは一方
の方向に回転するとき１つの直径をとり、反対方向に回
転するとき他の直径をとる。クリーニング中は、チャン
バから生産用のウェハは取り除き、ダミーのウェハを挿
入してウェハペデスタルを保護するのが好ましい。
の方向に回転するとき１つの直径をとり、反対方向に回
転するとき他の直径をとる。クリーニング中は、チャン
バから生産用のウェハは取り除き、ダミーのウェハを挿
入してウェハペデスタルを保護するのが好ましい。
【００１７】
【実施の形態及び実施例】本発明の実施例によれば、回
転軸62とマグネトロン50の間に偏心機構80が挟まり、マ
グネトロン50は、磁石52,54の分布において2つの異なる
点の周りを回転することが出来る。そして、マグネトロ
ン50が掃引する軌道の直径を調節することが出来る。生
産ウェハのスパッタ堆積中は小さい直径が使用され、ス
パッタリングで観測される通常の侵食パターンを生じ
る。ターゲット14をクリーニングするために大きい直径
が使用され、通常のターゲット侵食パターンの領域だけ
でなく、侵食パターンの半径方向外側の環状領域もクリ
ーニングする。それにより、環状領域に再堆積した任意
のスパッタ材料は、剥がれ落ちるほど厚く成長する前
に、スパッタ除去される。
転軸62とマグネトロン50の間に偏心機構80が挟まり、マ
グネトロン50は、磁石52,54の分布において2つの異なる
点の周りを回転することが出来る。そして、マグネトロ
ン50が掃引する軌道の直径を調節することが出来る。生
産ウェハのスパッタ堆積中は小さい直径が使用され、ス
パッタリングで観測される通常の侵食パターンを生じ
る。ターゲット14をクリーニングするために大きい直径
が使用され、通常のターゲット侵食パターンの領域だけ
でなく、侵食パターンの半径方向外側の環状領域もクリ
ーニングする。それにより、環状領域に再堆積した任意
のスパッタ材料は、剥がれ落ちるほど厚く成長する前
に、スパッタ除去される。
【００１８】内側磁石と外側磁石52,54の配置の例を図
２の平面図と、図２の３−３線に沿った断面図の図３に
示す。外側磁石54は正確に分布するので、断面図の右側
には外側磁石54を示さない。一方の磁極性の内側磁石52
は、下端部で透磁性材料の内側磁極面82に固定される。
同様に、他方の磁極性の外側磁石54は、下端部で透磁性
材料の外側磁極面84に固定される。磁極面82,84は、内
側磁石と外側磁石52,54それぞれの分布に対応する形状
と面積を有する。全ての磁石の上側端部は、透磁性材料
の単一の磁気ヨーク86に固定され、この磁気ヨークが反
対磁極性の磁石52,54を磁気的に結合する。図２の平面
図は磁気ヨーク86の下の面であり磁気ヨークは示されて
いない。
２の平面図と、図２の３−３線に沿った断面図の図３に
示す。外側磁石54は正確に分布するので、断面図の右側
には外側磁石54を示さない。一方の磁極性の内側磁石52
は、下端部で透磁性材料の内側磁極面82に固定される。
同様に、他方の磁極性の外側磁石54は、下端部で透磁性
材料の外側磁極面84に固定される。磁極面82,84は、内
側磁石と外側磁石52,54それぞれの分布に対応する形状
と面積を有する。全ての磁石の上側端部は、透磁性材料
の単一の磁気ヨーク86に固定され、この磁気ヨークが反
対磁極性の磁石52,54を磁気的に結合する。図２の平面
図は磁気ヨーク86の下の面であり磁気ヨークは示されて
いない。
【００１９】磁石52,54は2つの軸方向端部のそれぞれに
タブ88を有し、このタブは磁極面82,84とヨーク86のそ
れぞれの孔89に入る。スクリュー（図示せず）により磁
極面82,84とヨーク86の間に機械的剛性が与えられる。
磁石52,54は軸方向（図３の垂直方向）に沿って磁化さ
れる。これらは同じ大きさと組成でもよく、それぞれの
磁石の磁極性は、端部が固定される磁極面82,84により
決まる。しかし、直径又は組成を変えることにより磁石
の強度を変えて、ターゲットのスパッタリング均一性を
増す又は変化させるのが有利なこともある。図２と３に
示す堆積位置では、マグネトロン50の外側端部90は第１
直径の第１円92をトレースする。200ｍｍのウェハで
は、第１直径は約350ｍｍでウェハ上により均一なスパ
ッタ堆積が達成される。
タブ88を有し、このタブは磁極面82,84とヨーク86のそ
れぞれの孔89に入る。スクリュー（図示せず）により磁
極面82,84とヨーク86の間に機械的剛性が与えられる。
磁石52,54は軸方向（図３の垂直方向）に沿って磁化さ
れる。これらは同じ大きさと組成でもよく、それぞれの
磁石の磁極性は、端部が固定される磁極面82,84により
決まる。しかし、直径又は組成を変えることにより磁石
の強度を変えて、ターゲットのスパッタリング均一性を
増す又は変化させるのが有利なこともある。図２と３に
示す堆積位置では、マグネトロン50の外側端部90は第１
直径の第１円92をトレースする。200ｍｍのウェハで
は、第１直径は約350ｍｍでウェハ上により均一なスパ
ッタ堆積が達成される。
【００２０】磁気ヨーク86はまた、機械的支持プレート
として作用する。回転直径が一定の従来のマグネトロン
では、磁気軸57をターゲットの中心60と合わせて、ヨー
ク86は回転シャフト62に固定される。しかし、３−３線
に沿った図３の断面図と図４の平面図に示すように、こ
の実施例では、モーター回転シャフト62は、ヨーク86の
軸方向に延びる孔即ちスロット94を自由にしかし近接し
て通り、ヨーク86の底部より少し下方へ延びる。モータ
ー回転シャフト62は、ヨーク86に固定されるのではな
く、スイングアーム96に固定される。スイングアーム96
の他端は、軸方向ピボットジョイント98の一方の軸方向
端部に固定される。ピボットジョイント98の他方の軸方
向端部は磁気ヨーク86に固定される。軸方向ピボットジ
ョイント98の2つの端部は、異なる方位角に回転するこ
とが出来、磁気ヨーク86は、スイングアーム98に対し
て、ターゲットの中心60からオフセットしたピボットジ
ョイント98の軸100の周りを自由にピボット運動する。
軸方向ピボットジョイント98は、冷却水68中で作動し、
低摩擦でなければならない。このような軸方向ピボット
ジョイントの例としては、ニューヨーク州Lucas Aerosp
ace of Uticaから部品番号5032-800として商業的に入手
できるFree-Flex Pivotがある。非磁性材料のカウンタ
ウェイト102が、３つのネジ104で磁気ヨーク86に固定さ
れ、マグネトロン50とカウンタウェイト102が、モータ
ーシャフト62によりターゲット中心の周りを回るとき、
シャフトのトルクの釣合いをとる。
として作用する。回転直径が一定の従来のマグネトロン
では、磁気軸57をターゲットの中心60と合わせて、ヨー
ク86は回転シャフト62に固定される。しかし、３−３線
に沿った図３の断面図と図４の平面図に示すように、こ
の実施例では、モーター回転シャフト62は、ヨーク86の
軸方向に延びる孔即ちスロット94を自由にしかし近接し
て通り、ヨーク86の底部より少し下方へ延びる。モータ
ー回転シャフト62は、ヨーク86に固定されるのではな
く、スイングアーム96に固定される。スイングアーム96
の他端は、軸方向ピボットジョイント98の一方の軸方向
端部に固定される。ピボットジョイント98の他方の軸方
向端部は磁気ヨーク86に固定される。軸方向ピボットジ
ョイント98の2つの端部は、異なる方位角に回転するこ
とが出来、磁気ヨーク86は、スイングアーム98に対し
て、ターゲットの中心60からオフセットしたピボットジ
ョイント98の軸100の周りを自由にピボット運動する。
軸方向ピボットジョイント98は、冷却水68中で作動し、
低摩擦でなければならない。このような軸方向ピボット
ジョイントの例としては、ニューヨーク州Lucas Aerosp
ace of Uticaから部品番号5032-800として商業的に入手
できるFree-Flex Pivotがある。非磁性材料のカウンタ
ウェイト102が、３つのネジ104で磁気ヨーク86に固定さ
れ、マグネトロン50とカウンタウェイト102が、モータ
ーシャフト62によりターゲット中心の周りを回るとき、
シャフトのトルクの釣合いをとる。
【００２１】堆積中、モーター64と、取付けられたモー
ターシャフト62は、マグネトロン50とカウンタウェイト
102を冷却水槽68中で上から見て時計方向に回転させ
る。マグネトロン50とカウンタウェイト102による大き
い軸を外れた領域のため、水槽68はピボット中心100の
周りにかなりの反時計方向の力を生じる。この流体力学
的な力により、ヨーク86の細長いスロット94の反時計方
向縁部（図面で左）がモーターシャフト62に当接するま
で、ヨーク86と取付けられたマグネトロン50とカウンタ
ウェイト102が、反時計回りに回転する。ヨーク86はモ
ーターシャフト62と共に回転し、いったん係合すると係
合は摩擦によらない。スロット94の一端部とシャフト62
とは、マグネトロン50を第１直径92の外側上に画定され
るトレースで回転するように保持するデテントとして作
用する。又は、ブロックをヨーク86に固定して、スイン
グアーム96の動きを抑え、マグネトロン50が軸100の周
りをピボット運動する程度を決めるようにしても良い。
マグネトロン50が水槽68中で長期間回転した後は、水が
マグネトロン50と共に渦巻き始め、マグネトロン50をデ
テント位置に保持する水力学的力は減少する。しかし、
十分な壁の摩擦があり、幾らかの水力学的力でマグネト
ロン50をその位置に静かに保持し続けることが出来る。
内側デテント位置への移動は、モーターがシャフト62を
回転させ始める時の加速力によりさらに促進される。静
止しているプレート86の慣性がこの加速に抵抗し、プレ
ート86が結合軸100に対して例示した位置にスイングす
るようにする。水力学的力でどのデテント位置をとるか
を決める力をかけるのが好ましいが、遠心力を利用して
同じ結果を得ることも出来る。
ターシャフト62は、マグネトロン50とカウンタウェイト
102を冷却水槽68中で上から見て時計方向に回転させ
る。マグネトロン50とカウンタウェイト102による大き
い軸を外れた領域のため、水槽68はピボット中心100の
周りにかなりの反時計方向の力を生じる。この流体力学
的な力により、ヨーク86の細長いスロット94の反時計方
向縁部（図面で左）がモーターシャフト62に当接するま
で、ヨーク86と取付けられたマグネトロン50とカウンタ
ウェイト102が、反時計回りに回転する。ヨーク86はモ
ーターシャフト62と共に回転し、いったん係合すると係
合は摩擦によらない。スロット94の一端部とシャフト62
とは、マグネトロン50を第１直径92の外側上に画定され
るトレースで回転するように保持するデテントとして作
用する。又は、ブロックをヨーク86に固定して、スイン
グアーム96の動きを抑え、マグネトロン50が軸100の周
りをピボット運動する程度を決めるようにしても良い。
マグネトロン50が水槽68中で長期間回転した後は、水が
マグネトロン50と共に渦巻き始め、マグネトロン50をデ
テント位置に保持する水力学的力は減少する。しかし、
十分な壁の摩擦があり、幾らかの水力学的力でマグネト
ロン50をその位置に静かに保持し続けることが出来る。
内側デテント位置への移動は、モーターがシャフト62を
回転させ始める時の加速力によりさらに促進される。静
止しているプレート86の慣性がこの加速に抵抗し、プレ
ート86が結合軸100に対して例示した位置にスイングす
るようにする。水力学的力でどのデテント位置をとるか
を決める力をかけるのが好ましいが、遠心力を利用して
同じ結果を得ることも出来る。
【００２２】前述したように、マグネトロンスパッタリ
ングにより、スパッタされた材料がターゲット表面上
に、スパッタリング中新鮮な金属が露出する内側円形領
域のすぐ外側の環状領域に再堆積し成長する。この再堆
積材料の環状領域は、一般にマグネトロン50がトレース
する第１直径と関連付けられるが、スパッタリング条件
によってその内側にも外側にもなる。本発明により、周
期的にクリーニングサイクルを実行することにより、再
堆積した材料の大部分は除去される。クリーニング処理
は、組成と結晶性がはっきりしない再堆積材料をスパッ
タし大きい粒子を放出するので、スパッタされた再堆積
材料は、生産ウェハ上に堆積しないようにする。即ち、
クリーニングはチャンバ内に生産ウェハを置かないで行
う必要がある。しかし、クリーニング処理中にペデスタ
ル20がスパッタコーティングされ、ペデスタル20のウェ
ハ支持領域上に不所望の材料が成長することもある。そ
れゆえ、クリーニングサイクル中ペデスタル20上にダミ
ーのウェハを置くのが良い。
ングにより、スパッタされた材料がターゲット表面上
に、スパッタリング中新鮮な金属が露出する内側円形領
域のすぐ外側の環状領域に再堆積し成長する。この再堆
積材料の環状領域は、一般にマグネトロン50がトレース
する第１直径と関連付けられるが、スパッタリング条件
によってその内側にも外側にもなる。本発明により、周
期的にクリーニングサイクルを実行することにより、再
堆積した材料の大部分は除去される。クリーニング処理
は、組成と結晶性がはっきりしない再堆積材料をスパッ
タし大きい粒子を放出するので、スパッタされた再堆積
材料は、生産ウェハ上に堆積しないようにする。即ち、
クリーニングはチャンバ内に生産ウェハを置かないで行
う必要がある。しかし、クリーニング処理中にペデスタ
ル20がスパッタコーティングされ、ペデスタル20のウェ
ハ支持領域上に不所望の材料が成長することもある。そ
れゆえ、クリーニングサイクル中ペデスタル20上にダミ
ーのウェハを置くのが良い。
【００２３】クリーニングサイクル中、制御器48はモー
ター64が反対方向に回転するようにする。図５の平面図
と、図５の６−６線に沿った断面図の図６に示すよう
に、クリーニングサイクル中、マグネトロン50とカウン
タウェイト102は反時計方向に回転する。水槽68はマグ
ネトロン50上に時計方向の力をかけ、そのためヨーク94
のスロット94の時計方向（右側）側面がモーターシャフ
ト62に当たるまで、ヨーク86と取付けられたマグネトロ
ン50がピボット中心100に対して時計回りにスイングす
る。この力に加えて、図４の時計回り回転から減速し、
図５の反時計回りに加速するので、ピボット中心100に
対するプレート86の回転が促進される。スロット94の第
２側面とモーターシャフト62が、マグネトロン50を半径
方向位置に保持する第２デテントとして作用し、マグネ
トロンの外側縁部88が第２直径の第２円108をトレース
するようにする。第２直径は約370ｍｍでも良い。又は
前述したように、ヨーク86に取り付けられたブロックを
デテントとして使うことも出来る。
ター64が反対方向に回転するようにする。図５の平面図
と、図５の６−６線に沿った断面図の図６に示すよう
に、クリーニングサイクル中、マグネトロン50とカウン
タウェイト102は反時計方向に回転する。水槽68はマグ
ネトロン50上に時計方向の力をかけ、そのためヨーク94
のスロット94の時計方向（右側）側面がモーターシャフ
ト62に当たるまで、ヨーク86と取付けられたマグネトロ
ン50がピボット中心100に対して時計回りにスイングす
る。この力に加えて、図４の時計回り回転から減速し、
図５の反時計回りに加速するので、ピボット中心100に
対するプレート86の回転が促進される。スロット94の第
２側面とモーターシャフト62が、マグネトロン50を半径
方向位置に保持する第２デテントとして作用し、マグネ
トロンの外側縁部88が第２直径の第２円108をトレース
するようにする。第２直径は約370ｍｍでも良い。又は
前述したように、ヨーク86に取り付けられたブロックを
デテントとして使うことも出来る。
【００２４】マグネトロンが拡大した外径で回転し、Ｄ
Ｃマグネトロンスパッタ反応器は、ターゲットをスパッ
タするように作動する。通常の堆積サイクル中に再堆積
し易い領域で、余分に半径10ｍｍがスパッタされ、クリ
ーニングされる。余分の10ｍｍに対応する環状領域は、
新しいターゲットの領域とマグネトロンの軌道によっ
て、２つの直径92,108の間の環形の内側か外側のどちら
かになる。クリーニング中スパッタされた材料の幾らか
は更に外側に再堆積するが、クリーニングは生産の堆積
より頻度が少なく、クリーニングはチャンバ内に生産ウ
ェハを置かないで実行する。その結果、ターゲットの有
限の寿命中、外側の再堆積は微粒子の問題を起こさな
い。
Ｃマグネトロンスパッタ反応器は、ターゲットをスパッ
タするように作動する。通常の堆積サイクル中に再堆積
し易い領域で、余分に半径10ｍｍがスパッタされ、クリ
ーニングされる。余分の10ｍｍに対応する環状領域は、
新しいターゲットの領域とマグネトロンの軌道によっ
て、２つの直径92,108の間の環形の内側か外側のどちら
かになる。クリーニング中スパッタされた材料の幾らか
は更に外側に再堆積するが、クリーニングは生産の堆積
より頻度が少なく、クリーニングはチャンバ内に生産ウ
ェハを置かないで実行する。その結果、ターゲットの有
限の寿命中、外側の再堆積は微粒子の問題を起こさな
い。
【００２５】クリーニング中のスパッタリング条件は、
生産堆積中と同じでも良く、又は均一な高品質の薄膜を
堆積するため、クリーニングする必要性を反映するよう
に変えても良い。窒化物層を破るにはより高い電力を使
用しても良い。ＴｉＮ、ＴａＮ等の反応性スパッタリン
グに使用するチャンバでは、クリーニング中に窒素を供
給する必要はない。アルゴン作用ガスのみを供給しても
良い。再堆積した材料を除去し露出した新しいターゲッ
ト材料を残すように、クリーニングは十分な時間継続す
る。
生産堆積中と同じでも良く、又は均一な高品質の薄膜を
堆積するため、クリーニングする必要性を反映するよう
に変えても良い。窒化物層を破るにはより高い電力を使
用しても良い。ＴｉＮ、ＴａＮ等の反応性スパッタリン
グに使用するチャンバでは、クリーニング中に窒素を供
給する必要はない。アルゴン作用ガスのみを供給しても
良い。再堆積した材料を除去し露出した新しいターゲッ
ト材料を残すように、クリーニングは十分な時間継続す
る。
【００２６】上述した反転可能回転機構は、スパッタリ
ングの直径の所望の変化を簡単に行うが、図１の反応器
に他の種類の偏心機構を使用して同様の結果を得ること
も出来る。これらの機構には、機械的、電気的、流体又
はその他の気体作動器を回転シャフト62とマグネトロン
50の間に挟んだものがあり、容易に回転シャフト62内に
制御ラインを適合させることが出来る。又は、外側デテ
ント位置は、上述した反転可能回転機構の中で能動的に
制御することも出来る。このような能動的に制御された
機構は、２つを超える直径で制御すべきマグネトロンの
掃引を制御することができるという利点がある。ここに
記載した実施例の回転に誘導された偏心の利点は、制御
器48がモーター64に反転回転コマンドを出すこと以外に
は制御が必要ないことである。
ングの直径の所望の変化を簡単に行うが、図１の反応器
に他の種類の偏心機構を使用して同様の結果を得ること
も出来る。これらの機構には、機械的、電気的、流体又
はその他の気体作動器を回転シャフト62とマグネトロン
50の間に挟んだものがあり、容易に回転シャフト62内に
制御ラインを適合させることが出来る。又は、外側デテ
ント位置は、上述した反転可能回転機構の中で能動的に
制御することも出来る。このような能動的に制御された
機構は、２つを超える直径で制御すべきマグネトロンの
掃引を制御することができるという利点がある。ここに
記載した実施例の回転に誘導された偏心の利点は、制御
器48がモーター64に反転回転コマンドを出すこと以外に
は制御が必要ないことである。
【００２７】上述した２重直径マグネトロンは、容量結
合によるＤＣマグネトロンスパッタ反応器で使用される
が、本発明のマグネトロンはこれに限定されない。可変
直径回転可能マグネトロンは、ＲＦスパッタリングと外
部プラズマ源によるスパッタ反応器に使用することが出
来る。本発明は、構造と動作を少し変えるだけで、微粒
子の製造を大幅に減らすことが出来る。
合によるＤＣマグネトロンスパッタ反応器で使用される
が、本発明のマグネトロンはこれに限定されない。可変
直径回転可能マグネトロンは、ＲＦスパッタリングと外
部プラズマ源によるスパッタ反応器に使用することが出
来る。本発明は、構造と動作を少し変えるだけで、微粒
子の製造を大幅に減らすことが出来る。
【図１】 従来のＤＣマグネトロンスパッタリング、半
イオン化金属プラズマスパッタリング、又は持続性自己
スパッタリングに使用するＤＣマグネトロンスパッタ反
応器の概略図である。
イオン化金属プラズマスパッタリング、又は持続性自己
スパッタリングに使用するＤＣマグネトロンスパッタ反
応器の概略図である。
【図２】 本発明で使用するマグネトロンの磁石の分布
の平面図である。
の平面図である。
【図３】 図２のマグネトロンの３−３線に沿った断面
図である。
図である。
【図４】 本発明の２重直径マグネトロンの実施例の堆
積位置にあり図３の断面図に対応する平面図である。
積位置にあり図３の断面図に対応する平面図である。
【図５】 図４の２重直径マグネトロンのクリーニング
位置にある平面図である。
位置にある平面図である。
【図６】 図５の２重直径マグネトロンの６−６線に沿
った断面図である。
った断面図である。
10 反応器 12 真空チャンバ 14 セラミックアイソレータ 16 ターゲット 18 ウェハ 20 ペデスタル 22 ウェハクランプ 24 シールド 26 ＤＣ電源 28 ＲＦ電源 30 交流結合キャパシター 34 第１ガス源 36 マスフロー制御器 38 他のガス源 40 マスフロー制御器 42 ギャップ 44 真空システム 46 ポンピングポート 48 制御器 50 マグネトロン 52 内側磁石 54 外側磁石 56 磁気ヨーク 58 高密度プラズマ領域 60 中心 62 モーターシャフト 64 モーター 66 バックチャンバ 68 水槽 70 回転シール 80 偏心機構 82 内側磁極面 84 外側磁極面 86 磁気ヨーク 88 タブ 89 孔 90 外側端部 94 スロット 96 スイングアーム 98 ピボットジョイント 100 軸 102 カウンタウェイト 104 ネジ 108 第２円
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジアンミン フー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95124 ルピタス サリナ ドライヴ 4631 (72)発明者 レイフ エリック デ ローレンティス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95006 ボールダー クリーク バー ロ ード 19009 (72)発明者 ジェームズ ヴァン ゴーフ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94087 サニーヴェイル ヴァン ダイク ドライヴ 1239 (72)発明者 アレン リウ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94043 マウンテン ヴィュー イースト ミドルフィールド ロード 112−エイ
Claims (13)
- 【請求項１】 マグネトロンスパッタリング装置におい
て、 スパッタコーティングする基板を保持する支持台の対向
するターゲットを含むプラズマスパッタリングチャン
バ、 前記ターゲットの中心の周りを回転可能なシャフトに結
合したモーター、 前記支持台の反対側の前記ターゲットの側面上に位置す
る対向する磁極を含むマグネトロン、及び、 前記マグネトロンを前記シャフトに結合し、前記マグネ
トロンが前記ターゲットの前記中心の周りを回転する直
径を変化させる偏心機構を備えることを特徴とする装
置。 - 【請求項２】 前記偏心機構は、前記シャフトの回転が
反転すると、前記回転直径を第１値と第２値の間で変化
させる請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装
置。 - 【請求項３】 前記偏心機構は、 第１端部で前記シャフトに固定され、前記シャフトの軸
からオフセットした方向に延びるアーム、及び、 前記アームの第２端部に固定された第１ピボット部分
と、前記マグネトロンにに固定された第２ピボット部分
とを有するジョイントを含む請求項２に記載のマグネト
ロンスパッタリング装置。 - 【請求項４】 中で前記マグネトロンが回転する液槽を
備え、前記マグネトロンと前記液槽の間の流体力学的力
により、前記回転直径が前記第１値と第２値の間で変化
する請求項２に記載のマグネトロンスパッタリング装
置。 - 【請求項５】 前記マグネトロンが前記ジョイントの周
りを第１と第２ピボット方向へピボット運動する量を制
限する２つのデテントを含む請求項４に記載のマグネト
ロンスパッタリング装置。 - 【請求項６】 前記偏心機構は、能動的に制御される作
動器を含む請求項１に記載のマグネトロンスパッタリン
グ装置。 - 【請求項７】 マグネトロンスパッタ反応器に使用する
回転可能マグネトロンにおいて、 支持プレートに固定され、極に垂直に延びる第１軸を有
する反対磁極性の第１と第２の極、 第２軸を延びる回転シャフト、及び前記支持プレートと
回転シャフトを結合し、前記第１軸と第２軸の間で可変
のオフセットを与えることが出来る偏心機構を備え、 前記マグネトロンは、前記可変のオフセットに対応し
て、可変の直径で回転できる回転可能マグネトロン。 - 【請求項８】 前記偏心機構は、前記第２軸からオフセ
ットした第３軸の周りを延びるピボットを含む請求項７
に記載のマグネトロン。 - 【請求項９】 前記偏心機構は、前記支持プレートが前
記第３軸の周りを第１と第２の方向へ回転するのを制限
する２つのデテントを含む請求項８に記載のマグネトロ
ン。 - 【請求項１０】 液槽中での前記マグネトロンの第１方
向への回転が、前記マグネトロンに前記第１方向と反対
の力をかけ、選択した回転方向が前記可変のオフセット
を２つのオフセットのうち選択した１つに制御する請求
項８に記載のマグネトロン。 - 【請求項１１】 スパッタリング処理方法において、 (a) スパッタリングターゲットの中心の周りにその後
面上でマグネトロンを回転させ、前記ターゲットがプラ
ズマスパッタリングチャンバの側面を形成し、 (b) 前記ターゲットをプラズマスパッタリングし、 (c) ステップ(a)と(b)を含む堆積動作を行い、前記マ
グネトロンを前記中心の周りの第１直径を有する軌道の
周りを回転させ、 (d) ステップ(a)と(b)を含むクリーニング動作を行
い、前記マグネトロンを前記中心の周りの前記第１直径
より大きい第２直径を有する軌道に沿って回転させるス
テップを備えることを特徴とする方法。 - 【請求項１２】ステップ(c)とステップ(d)の違いは、ス
テップ(a)の回転方向の違いである請求項１１に記載の
方法。 - 【請求項１３】 ステップ(c)の間前記チャンバ内に生
産ウェハが置かれ、ステップ(d)の間前記チャンバ内に
ダミーウェハが置かれる請求項１１に記載の方法。
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