JP2002507661A - 重複端部を有するコイルを備えるスパッタリング装置 - Google Patents
重複端部を有するコイルを備えるスパッタリング装置Info
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Abstract
Description
をスパッタ堆積させるプラズマを生成する方法および装置に関する。
造プロセスにおいて利用される、エネルギーを持つイオン及び活性原子の都合の
良いソースとなっている。例えば、スパッタ堆積処理を使用して半導体ウェーハ
上に材料を堆積させるためには、負のバイアスを加えたスパッタ・ターゲット材
料の周辺でプラズマを発生させる。プラズマ内で発生したイオンは、ターゲット
の表面に衝突し、ターゲットから材料をはじき出す、つまり、「スパッタ」する
。その後、スパッタされた材料は、半導体ウェーハの表面に運ばれ、堆積する。
堆積する基板へ、直線の経路を通って移動する傾向にある。その結果、幅対深さ
のアスペクト比が高いトレンチ又はホールを有する半導体デバイスのエッチング
されたトレンチ及びホール内に堆積する材料は、オーバハングを形成する可能性
があり、これは間隙を埋め、堆積層に望ましくないキャビティが発生させる恐れ
がある。こうしたオーバハングを防ぐために、スパッタされた材料がプラズマに
より十分にイオン化されている場合、基板に負の電圧を加え、基板付近に適切な
垂直方向の電場を配置することで、スパッタされた材料の方向を、ターゲット及
び基板の間で、ほぼ垂直な経路に向け直すことができる。しかし、低密度のプラ
ズマによりスパッタされた材料は、通常はオーバハングの形成を回避するには不
十分な1%未満のイオン化度を有する場合が多い。したがって、堆積層における
不要なオーバハング形成を減らすために、プラズマの密度を増やし、スパッタさ
れた材料のイオン化率を高めるのが望ましい。ここで使用したように、「密度の
高いプラズマ」という用語は、電子及びイオンの高い密度を有するものを指すこ
とを意図している。
合、誘導結合、及びウェーブ・ヒーティングがこれに含まれる。誘導結合プラズ
マ(ICP)発生器では、コイルを通過する高周波電流が電磁場を誘導し、高密
度プラズマを生成する。この電流はオーミック・ヒーティングにより伝導性のプ
ラズマを加熱し、安定した状態を維持する。例えば、米国特許第4,362,6 32号が示すように、コイルを通る電流は、インピーダンス・マッチング・ユニ
ットを通じてコイルと結合する高周波電源が供給し、コイルが変圧器の最初の巻
線の役割を果たすようにする。プラズマは変圧器の単一ターンの第二の巻線の役
割を果たす。
プラズマ・イオン又はプラズマ先駆体ガス原子と堆積材料原子との衝突の頻度を
増やし、スパッタされた材料が高密度プラズマ・ゾーンに存在する時間を増やす
のが好ましい。その結果、堆積材料原子がイオン化される確率が高まり、全体的
なイオン化率が増加する。しかし、堆積原子の散乱も同じように増加する。この
堆積原子の散乱により、基板上の堆積層がターゲットの中心に近い基板の部分で
は厚くなり、離れた区域では薄くなる場合が多い。
使用するコイルは、コイルからワークピース上に材料をスパッタし、ターゲット
からワークピース上にスパッタされる材料を補うように改造されており、これは
本願の譲受人に譲渡され出典を明記することによりその開示内容全体を本願明細
書の一部とした、発明の名称を「プラズマ生成及びスパッタリング用コイル」と
する1996年7月10日出願のジェイム・ナルマン他による同時係属出願第0
8/680,335号(弁理士整理番号1390−CIP/PVD/DV)にお
いて詳細に説明されている。その中で論じられているように、コイルは基板付近
に配置し、コイルからスパッタされる材料をワークピース周辺に主に堆積させる
。コイルの端部は高周波電源に結合し、別の端部は、通常は、コイル上でDCバ
イアスを作り出し、コイルのスパッタリングを促進するために阻止コンデンサを
経由して装置のアースに結合する。コイルが単一ターン・コイルである場合、通
常、コイルの両端は互いに近接するがギャップ(通常は1/4インチ(4〜8m
m)程度)を空けた配置とし、高周波電源と阻止コンデンサとがショートしコイ
ルをバイパスするのを防ぐ。
きるが、本出願者は、依然として堆積の不均一が発生するのを指摘している。し
たがって、堆積の均一性の更なる改善が望まれる。
のプラズマの生成及び層のスパッタ堆積用の改善された方法及び装置を提供する
ことである。
を誘導結合し、間隔を置いて重複する両端を有するコイルから材料をスパッタす
るプラズマ発生装置により達成される。本出願人は、従来の単一ターン・コイル
で一般的な両端の間のギャップが、コイルからスパッタされる材料の堆積速度に
ついて、コイルのギャップに最も近い基板の部分と基板のその他の部分との比較
において不連続性を生み出す可能性があることを確認している。コイルの両端を
近接しているが間隔のある関係で重複させることにより、コイルは、コイルの周
辺、更には両端近辺においても、堆積材料のより均一なソースを提供できると考
えられる。更に、こうしたコイルはコイル両端近辺のプラズマの均一性も改善で
きると考えられる。
ルダ上で支持される基盤の軸線と全体的に平行な方向で重複している。別の図示
された実施形態においては、コイルの両端は放射状に重複している。以下で説明
するそれぞれの実施形態において、こうしたコイル両端の重複が、基板上に堆積
する層の品質を改善できると考えられる。
は、真空チャンバ102(図2で図式的に表示)に収納された、ほぼ柱状のプラ
ズマ・チャンバ100を備える。本実施形態のプラズマ・チャンバ100は単一
ターン・コイル104を有し、これは、以下で詳細に説明するように、堆積の均
一性の改善を可能にする重複した端部を有する。コイル104は、真空チャンバ
102の内壁(表示なし)をプラズマ・チャンバ100の内部に堆積する材料か
ら保護するシールド105により、内部で保持されている。
置100の内部に放射され、堆積装置100内のプラズマを励起し、チャンバ1
02の最上部に配置されたターゲット110からスパッタされた材料をイオン化
する。ターゲット110には、スパッタリングしたイオンを誘引するために、D
C電源111により負のバイアスが加えられる。ターゲット110に衝突したイ
オンは、ターゲットから、堆積装置100の底部にあるペデスタル114により
支持されるウェーハ又はその他のワークピースとすることが可能な基板112に
向けて、材料をはじき出す。ターゲット110の上に設けられた回転磁石アセン
ブリ116は、ターゲット全面に広がる磁場を生成し、ターゲットの均一な浸食
を促進する。
、プラズマと誘導結合するコイル104により励起されているプラズマによりイ
オン化される。高周波電源106は、好ましくは、増幅器及びインピーダンス・
マッチング・ネットワーク118を経由してコイル104の端部117と結合す
る。コイル104の別の端部119は、好ましくは、可変コンデンサにすること
が可能なコンデンサ120を経由して、アースに結合する。イオン化した堆積材
料は基板112に誘引され、そこで堆積層を形成する。基板112に外側からバ
イアスを加えるために、ペデスタル114にはAC(又はDC又は高周波)電源
121により、負のバイアスを加えることができる。
、材料は、コイル104から基板に対してもスパッタされ、ターゲット110か
らワークピースにスパッタされる材料を補う。その結果、基板112上に堆積す
る層は、コイル104及びターゲット110の両方からの材料で形成され、結果
として生じる層の均一性を大幅に改善できる。ターゲット110からスパッタさ
れる材料は、端に比べ、ワークピースの中心部において厚く堆積する傾向にある
。しかし、コイル104からスパッタされた材料は、ワークピースの中心部に比
べ、ワークピースの端において厚く堆積する傾向にある。その結果、コイル及び
ターゲットから堆積した材料は、組み合わさり、ワークピースの中心部から端ま
での厚さの均一性が改善された層を形成できる。
トを防止するために、コイルの両端が接触しない設計になっている。図8は、2
つの端部802及び804が、それぞれ高周波電源及びアースに結合する従来の
単一ターン・コイル800を示している。2つの端部802及び804は、両端
のショートを防ぐスロット806により間隔がとってある。しかし、本出願者は
、スロット806が基板上の材料の堆積の不均一を生み出す可能性があることを
確認している。本発明は、こうしたスロットにより発生する不均一性の減少又は
排除に向けられている。
のコイル・スタンドオフ122(図1)により、シールド上に保持されている。
本願の譲受人に譲渡され、発明の名称を「プラズマ生成用凹型コイル」とした1
997年5月8日出願の同時係属出願第08/853,024号(弁理士整理番
号1186−P1/PVD/DV)において詳細に説明されているように、絶縁
コイル・スタンドオフ122は内部迷路構造を有し、これはターゲット110か
らの導電材料のコイル・スタンドオフ122上での反復した堆積を可能にする一
方で、(通常はアースにおける)コイル104とシールド105とのショートを
引き起こす恐れのあるコイル104からシールド105への堆積材料の完全な導
電経路の形成を防止する。
ィードスルー200により、コイル104に加えられる。フィードスルー・スタ
ンドオフ124は、コイル支持スタンドオフ122と同じように、コイル104
とシールド105とのショートを引き起こす恐れのある導電経路を形成せずに、
ターゲットからの導電材料のフィードスルー・スタンドオフ124上での反復し
た堆積を可能にする。そのため、コイル・フィードスルー・スタンドオフ124
は、コイル104とシールドの壁140とのショートの形成を防止するコイル・
スタンドオフ122に幾分類似する内部迷路構造を有する。
cm×0.32cm)の高耐久性のビードブラストされた均質な高純度(好まし
くは純度99.995%)チタン・リボンを直径10〜12インチ(25.4c
m〜30.48cm)の単一ターン・コイルにしたもので作られている。しかし
、スパッタされる材料及びその他の要素に応じて、他の高導電材料及び形状を利
用してもよい。例えば、リボンは、1/16インチ(0.16cm)程度の厚さ
及び2インチ(5.08cm)を超える高さにしてもよい。さらに、スパッタさ
れる材料がアルミニウムの場合、ターゲット及びコイルを高純度のアルミニウム
で作ってもよい。図示したリボン形状に加え、特に水冷が望ましい場合などは、
中空の管を利用できる。
イル104の2つの端部117及び119は、「軸線方向で重複」して、基板の
周囲全体を取り囲んでいる。図示した実施形態のコイル104は、全体として円
形で、好ましくは基板及び基板ホルダの中心軸線131と一致する中心軸線13
0(図2)を定めている。「軸線方向で重複」という用語は、基板を保持する基
板ホルダの表面に直角な軸線を有する基板ホルダの軸線に対して全体として平行
な方向において、コイルの両端が重複していることを意味する。基板ホルダの軸
線は、コイルから基板上に堆積する堆積材料の移動に関して、「垂直」方向を定
める。図示した実施形態において、このコイルの重複の「軸線」方向は、ターゲ
ット110及び基板112間のチャンバの軸線の全体的な方向とも同じである。
したがって、図示した実施形態において、コイルから基板への方向及びターゲッ
トから基板への方向はどちらも、(重力に対して)上及び下方向という意味にお
いて、「垂直」である。しかし、チャンバが別の方向を向き、コイル及び基板の
間の方向も(重力に対して)上又は下方向以外になる可能性もある。また、コイ
ルの中心軸線が基板と一致しない場合、又はコイルが円形ではなく、対称な中心
軸線がない場合もあり得る。しかし、ここで使用されているように、実際のコイ
ルから基板への方向に関係なく、コイルの両端が基板ホルダの軸線と全体的に平
行な方向において重複しているとき、コイルの両端は「軸線方向で重複」してい
ると考えられる。
置のアースと結合している。したがって、スロット600は2つの端部117及
び119の間隔を離し、高周波電源106と装置のアースとのショートを防ぐ。
コイル104は重複した端部を有しているため、コイルは基板の周囲全体を囲ん
でいる。言い換えれば、チャンバのプラズマ発生領域の基板を含む任意の軸方向
の断面図は、たとえスリットの近辺であっても、コイルの一部を含む。そのため
、コイルの一部は、基板のあらゆる半径方向で、基板と並ぶ。その結果、コイル
のスロットと並ぶ基板の部分に関して、堆積の均一性が改善されると考えられる
。これに比べて、図8に示す従来のコイルのスロット806内にある線820に
沿った軸線方向の断面図には、コイル800の両端が重複していないため、従来
のコイルの一部が含まれない。したがって、図3及び4のコイル104のスロッ
トに比べ、スロット806周辺のスパッタリング速度は、不均一の度合いが高く
なる可能性がある。
フトさせることでさらに改善できる。1997年5月16日に出願され発明の名
称を「コイルのスパッタ分布を制御する可変インピーダンスの使用」とした同時
係属出願第08/857,921号(弁理士整理番号1737/PVD/DV)
、及び1997年8月7日に出願され発明の名称を「コイル電圧の分布を制御す
る可変高周波電源の使用」とした同時係属出願第8/908,341号(弁理士
整理番号1873/PVD/DV)に説明されているように、こうしたシフトは
、コイルと結合するインピーダンスの変更及びコイルと結合する高周波電源の出
力又は周波数の変更を含め、様々な手法で達成することができる。
性を改善することもできる。例えば、コイル104は、プラズマ生成領域を完全
に囲んでいるため、コイルで誘導されるDCバイアスはプラズマ生成領域の周辺
で、より均一に分布する。その結果、コイルのDCバイアスにより影響を受ける
プラズマ密度も、同じくより均一に分布する。その結果、プラズマを通過する堆
積材料は、より均一にイオン化され、コイルのギャップに近い基板のアスペクト
比が高いバイア、トレンチ、その他のアパーチャにおいて、より均一な底面カバ
レージが提供される。これに比べて、端部の重複がない従来のコイルでは、これ
に付随して、コイルのDCバイアスが生成するDCフィールドの不連続性を有す
るため、これに対応して、ギャップ近辺のプラズマ密度は不均一になる。
イル104の部分正面図である。コイル端部117はフィードスルー200aに
より高周波電源106と結合し、コイル端部119はフィードスルー200bに
より阻止コンデンサ120と結合している。前記の1997年5月8日に提出さ
れ発明の名称を「プラズマ生成用凹型コイル」とした同時係属出願第08/85
3,024号(弁理士整理番号1186−P1/PVD/DV)において詳細に
説明されているとおり、フィードスルーは、シールド105を通して、コイル1
04に高周波電力を伝える。また、フィールドスルーはシールド105上でコイ
ルを支持するが、コイルをシールドから絶縁する。
び604の間に形成された凹部中央610を定めている。端部119は中央突出
部626を有し、これは凹部ショルダ628の上、凹部ショルダ630の下に位
置している。
形で重複している。具体的には、端部119の突出部626が、端部117の切
込み凹部領域610に収容されている。しかし、端部600の境界表面634の
すべての部分は、端部119のショルダ628及び630及び中央部626から
離れ、スロット600を形成しているため、高周波電源106と装置のアースと
のショートを防止できる。
突出部626は端部117の突出部602及び604と軸線方向で重複している
ため、コイル104は事実上、基板及びプラズマ生成領域の周囲全体を、カバレ
ージのギャップ又は中断なしに囲んでいる。言い換えれば、プラズマ生成領域の
周囲全体において、コイル104の軸線方向のすべての断面には、コイル104
の一部が含まれる。コイル104の軸線方向の断面において、コイル104の一
部が含まれないものはない。
642により表されるような、コイルの軸線方向の幅全体に広がる複数の垂直領
域に小区分することができる。ウィンドウ642が、コイル104のコイルの凹
部610から離れた架空の線644を中心とする場合、ウィンドウ642により
囲まれた領域は、ウィンドウ642の範囲全体でコイル表面640と重複する。
その結果、コイル104は、架空の線644の近辺で、最大量のコイル材料をス
パッタし、最大量の高周波エネルギを結合させることができる。しかし、ウィン
ドウ642が、凹部610と交差する架空の線648を中心とする場合、ウィン
ドウ642内の領域の一部はコイル材料が存在しないスロット600の一部を取
り囲むため、ウィンドウ642により囲まれる領域のすべてがコイル表面にはな
らない。その結果、ウィンドウ642の領域のうち、コイル表面と一致する部分
が100パーセント未満(75パーセントなど)となり、線648付近のスパッ
タリング速度は線644付近よりも少なくなる。スパッタリング速度は、間隔の
あいたショルダ630と634の間にある架空の線650を中心とするウィンド
ウではさらに少なくなるが(最大値の25パーセントなど)、コイル104の一
部が含まれないウィンドウはないため、プラズマ生成領域の周囲全体のどの部分
においても、垂直ウィンドウ領域642のスパッタリング速度がゼロになること
はない。しかし、これに比べて、ウィンドウ642が、図8に示す従来のコイル
のギャップ806内の中心に位置する架空の線820を中心とする場合、ギャッ
プ410内にはコイル材料がまったく存在しないため、こうしたウィンドウのス
パッタリング速度はゼロになる。
を防ぐために、十分に大きくすべきである。また、このギャップは、スパッタさ
れた堆積材料が両端をブリッジして、両端を電気的にショートさせるのを防ぐた
めに、十分に大きくするべきである。一方、ギャップが小さければ、コイルのギ
ャップ付近の部分でのスパッタリング速度の不連続性も小さくなる。図示した実
施形態において、スロット600のギャップは約4〜8mmであり、好ましくは
約6mmである。しかし、これまでに説明した特定の応用に応じて、ギャップの
大きさを選択できると考えられる。
。コイル104aは、二つの端部660及び670の形状が異なる点を除き、図
4のコイル104と同じである。コイル104のように、二つの端部のほぼ中央
に凹部と突出部を有する代わりに、コイル104は、2つの端部660及び67
0に、相補的に切込み凹部領域672及び676を有する。端部660は、切込
み凹部領域672の下に突出部678を有する。反対に、端部670は、切込み
凹部領域676の上に突出部676を有する。端部670の突出部680は、端
部660の切込み凹部領域672に収容されており、端部660の突出部678
は、端部670の切込み凹部領域676に収容されている。しかし、端部660
の境界表面682のすべての部分は、端部670の境界表面684のすべての部
分から離れ、表面682及び684の間にスリット690を形成しており、高周
波電源106と装置のアースとの間のショートは防止されている。
部670の突出部680が互いに軸線方向で重複しているため、カバレージのギ
ャップ又は中断なしに、基板の周囲全体に伸びている。
。コイル104bは、コイル104bの二つの端部700及び702が軸線方向
で重複している点において図5のコイル104aと同じであり、コイル104b
はカバレージのギャップ又は中断なしに、プラズマ生成領域の周囲全体に伸びて
いる。しかし、コイル104bは、コイル104aの二つの端部とは異なる形状
の二つの端部700及び702を有し、コイル104aのスリット680とは幾
分異なる形状のスリット705が形成されている。コイル104bの二つの端部
700及び720は、斜めに切り取られ、ほぼ三角形の形状を有しているが、コ
イル104及び104aは、全体として長方形の形状を有する突出部及び切込み
凹部領域が付いた端部を有している。
21の間に形成されている。スリット722は二つの端部700及び720の間
に間隔を作っているが、前に述べたように、二つの端部700及び720は軸線
方向で重複しており、コイル104bはカバレージのギャップ又は中断なしに、
基板の周囲全体に伸びている。コイル104及び104aと同じく、コイル10
4bは、プラズマ生成領域の周囲全体において、コイル104bのすべての放射
状の断面がコイル104bの一部を含むため、プラズマ生成領域の周囲全体にお
いてコイル材料をスパッタし、エネルギを結合することができる。
ル104cは、図4乃至6のコイル104、104a及び104bとは異なり、
これまでのコイル104、104a及び104bのように軸線方向で重複するの
ではなく、コイル104cの二つの端部750及び760は互いに半径方向で重
複している。言い換えれば、端部760は、軸線方向で端部750の上方又は下
方に位置するのではなく、端部750の「裏側」(つまり、端部750及びシー
ルド105の間)に位置している。コイル104cの二つの端部は、軸線方向で
はなく半径方向で重複しているが、コイル104はカバレージのギャップ又は中
断なしに、プラズマ生成領域の周囲全体に伸びており、これまでのコイル104
、104a及び104bと同じく、プラズマ生成領域の周囲全体において、コイ
ル104cのすべての放射状の断面がコイル104cの一部を含む。
を作っており、高周波電源と装置のアースとのショートが防止できる。コイル1
04cの二つの端部は軸線方向ではなく半径方向で重複しているが、コイル10
4cは、プラズマ生成領域の周囲全体において、コイル104cのすべての放射
状の断面がコイル104cの一部を含むため、このプラズマ生成領域の周囲全体
においてコイル材料をスパッタし、エネルギを結合することができる。
部に負のバイアスが加わるターゲット110に関する接地板を提供するダーク・
スペース・シールド・リング132を有する。加えて、前記の同時係属出願第0
8/647,182号において詳細に説明されているように、シールド・リング
132は、ターゲットの外側の縁をプラズマから守り、ターゲットの外側の縁の
スパッタリングを減らす。
チャンバ内でチタンの堆積が発生する場合)又はステンレス鋼の閉じた連続的な
リングで、全体として逆さまにした截頭円錐の形状を有している。ダーク・スペ
ース・シールドは、プラズマ・チャンバ100の中心に向かって、内側に伸びて
おり、約6mm(1/4インチ)離れて、コイル104と重複している。当然な
がら、重複する量は、相対的なサイズ及び配置その他の要素により可変であるこ
とが確認されている。例えば、スパッタされる材料からコイル104を守る度合
いを増やすために、重複を増やすことができるが、重複は更にプラズマからター
ゲットを守ることも可能であり、これは一部の応用では望ましくない。別の実施
形態においては、コイル104は、凹型コイル・コイル・チャンバ(表示なし)
内に配置し、更にコイルを保護し、ワークピース上での粒子の堆積を減らすこと
ができる。
ンブリ152により支持される。チャンバ・シールド105はアダプタリング・
アセンブリ152を通じて装置アースに接地される。ダーク・スペース・シール
ド132は、チャンバ・シールドと同じく、アダプタリング・アセンブリ152
を通じて接地される。
リ152により支持される。しかし、ターゲット110には負のバイアスが加わ
っているため、アース電位のアダプタリング・アセンブリ152から絶縁すべき
である。したがって、ターゲット110の下側に形成される円形のチャネルにセ
ラミック絶縁リングアセンブリ172が設置され、更にこれは、ターゲット15
2の上側の対応するチャネル174にも設置されることになる。セラミックを含
む様々な絶縁材料で作ることが可能な絶縁リングアセンブリ172は、ターゲッ
ト110に適切な負のバイアスを加えられるように、ターゲット110とアダプ
タリング・アセンブリ152との間に間隔を作る。ターゲット、アダプタ及びセ
ラミック・リング・アセンブリは、Oリング・シーリング面(表示なし)を備え
、真空チャンバからターゲット110にかけての真空を維持するアセンブリを提
供する。
、ターゲット110で発生するスパッタリングと比較したコイル104で発生す
るスパッタリングの量は、ターゲット110に加えたDC電力に対するコイル1
04に加えたRF電力の関数であると考えられる。更に、コイルとターゲットの
間のスパッタリングの相対的な量は、ターゲット110に対するコイル104の
DCバイアスの関数であると考えられる。
も適用できることが認められる。例えば、本発明は、本願の譲受人に譲渡され出
典を明記することによりその開示内容全体を本願明細書の一部とした1995年
11月15日出願の同時係属出願第08/559,345号の「プラズマ内でヘ
リコン波を発生させる方法及び装置」において詳細に説明されているタイプのヘ
リコン波を発生させる複数コイル・チャンバに応用することができる。
ントである。例えば、マッチング回路との最適な周波数の一致を探す「周波数ハ
ント」の機能を有するENI Genesisなどの高周波電源が最適である。
コイルに対する高周波電力を発電する電源の周波数は、好ましくは2MHz又は
13.56MHzだが、この範囲は例えば1MHZから15MHzまで変更でき
ると予想される。
m(16インチ)の直径を有するが、満足できる結果は、150〜635mm(
6インチ〜25インチ)の範囲の直径で得られると予想される。チャンバ・シー
ルド105は、セラミック又は石英などの絶縁材料を含む様々な材料で製造でき
る。しかし、チャンバ・シールド105及びターゲット材料でコートされると思
われるすべての金属表面は、スパッタされるターゲット材料と同じ材料でできて
いない場合は、好ましくはステンレス鋼又は銅などの材料で作る。コートされる
構造体の材料は、チャンバ・シールド105その他の構造体から基板112上へ
スパッタされる材料の剥離を減らすために、スパッタされる材料と厳密に一致す
る熱膨張係数を有するべきである。加えて、コートされる材料は、スパッタされ
る材料に対する十分な粘着性を有するべきである。したがって、例えば、堆積材
料がチタンの場合、コートされると思われるチャンバ・シールド105、スタン
ドオフ122及び124その他の構造体に好適な金属はビードブラストされたチ
タンである。コイルのエンド・キャップ及びフィードスルー・スタンドオフ12
2及び124のように、スパッタされる確率の高い任意の面は、好ましくは、例
えば高純度のビードブラストされたチタン等、ターゲット110と同じタイプの
材料で作る。当然ながら、堆積する材料がチタン以外の材料である場合、好適な
金属は、例えばステンレス鋼などの堆積材料である。粘着性は、ターゲット11
0のスパッタリングの前に構造体をモリブデンでコートすることで向上する。し
かし、モリブデンはコイル104からスパッタされた場合に基板を汚染する恐れ
があるため、コイル104(その他スパッタされると思われる任意の面)は、モ
リブデンその他の材料でコートしないのが好ましい。
ましくは約140mm(約5.5インチ)だが、約38〜200mm(1.5〜
8インチ)の範囲にすることができる。このウェーハからターゲットの間隔にお
いては、ターゲットから約50mm(1.9インチ)の距離にある直径290m
m(11.5インチ)のコイルにより、段差の付いたウェーハ底面での好適なカ
バレージを実現できる。コイルの直径を増やし、ワークピース外縁からコイルを
離すと、底面のカバレージに悪影響を及ぼす恐れがあることが分かっている。一
方、コイルの直径を減らし、ワークピース外縁にコイルを近づけると、層の均一
性に悪影響を及ぼす恐れがある。
述べたように、ターゲットとウェーハの間隔が140mmの場合は、コイルとタ
ーゲットの間隔が50mm(1.9インチ)で十分となる。コイルをターゲット
(又はウェーハ)の方向又は反対方向に垂直に移動させると、堆積層の均一性に
悪影響を及ぼす恐れがある。
であり、これには図3で述べた代表的な圧力を含む0.1〜50mTorrの圧
力が含まれる。しかし、10mTorrから50mTorrの圧力は、スパッタ
された材料のイオン化を促進する。
あり、後の研究によってのみ明らかになるものもあれば通例の機械的及び電子的
構成の問題に過ぎないものもあることは理解されよう。他の実施形態も可能であ
り、その具体的な構成は特定の用途に応じて異なる。従って、本発明の範囲は、
ここに説明した特定の実施形態により限定されるべきではなく、前記特許請求の
範囲の各請求項並びにその等価物によってのみ画定されるべきである。
る。
Claims (34)
- 【請求項1】 材料をワークピースにスパッタリングする装置であって、 チャンバと、 前記ワークピースを支持する表面を有するホルダと、 前記ホルダに隣接するプラズマ生成領域と、 前記プラズマ生成領域内のプラズマにエネルギを誘導結合するコイルにして、
第一の端部と、該第一の端部から離間しているが物理的にごく近接して重なり合
う第二の端部とを有するコイルと、 を備える装置。 - 【請求項2】 前記コイルが単一ターン・コイルである、請求項1記載の装
置。 - 【請求項3】 前記ワークピース・ホルダ表面が、前記ワークピース・ホル
ダ表面と略垂直な軸線を画定し、前記第一のコイル端部と前記第二のコイル端部
とが、前記ワークピース・ホルダ軸線と略平行な方向で重複する、請求項1記載
の装置。 - 【請求項4】 前記コイルが、略円形の形状で且つ中心軸線を画定し、前記
第一の端部及び前記第二の端部が、前記中心軸線に平行な方向で重複する、請求
項3記載の装置。 - 【請求項5】 前記第一及び前記第二の端部が面取りされている、請求項3
記載の装置。 - 【請求項6】 前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突出
部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項3記載の装置。 - 【請求項7】 前記コイルが半径を画定し、前記第一の端部及び前記第二の
端部が半径方向で重なり合う、請求項1記載の装置。 - 【請求項8】 前記コイルが略円形の形状で、中心軸線と、略一定の長さで
前記中央軸線に対して垂直な半径とを画定し、前記第一の端部と前記第二の端部
とが前記中心軸線に垂直な半径方向で重なり合う、請求項7記載の装置。 - 【請求項9】 前記第一及び前記第二の端部が面取りされている、請求項7
記載の装置。 - 【請求項10】 前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突
出部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項7記載の装置。 - 【請求項11】 前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突
出部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項1記載の装置。 - 【請求項12】 前記第一の端部が少なくとも一つの突出部と少なくとも一
つの凹部とを有し、前記第二の端部が少なくとも一つの突出部と少なくとも一つ
の凹部とを有し、前記第一の端部の前記突出部が前記第二の端部の前記凹部に収
容され、前記第二の端部の前記突出部が前記第一の端部の前記凹部に収容される
、請求項1記載の装置。 - 【請求項13】 前記第一及び第二の端部が面取りされている、請求項1記
載の装置。 - 【請求項14】 スパッタされた堆積材料のソースが提供されるように前記
チャンバ内に位置決めされるスパッタ・ターゲットを更に備え、前記コイルが前
記ターゲットと同じ種類の材料から形成されると共に、前記ワークピース上に前
記コイル材料がスパッタされるように配置され、前記コイル材料及び前記ターゲ
ット材料の両方が前記ワークピース上に堆積され層を形成する、請求項1記載の
装置。 - 【請求項15】 前記コイルが前記プラズマ生成領域及び前記基板ホルダを
取り囲む、請求項3記載の装置。 - 【請求項16】 前記コイルが前記基板ホルダに対して軸線方向に変移して
いる、請求項15記載の装置。 - 【請求項17】 材料をワークピース上にスパッタリングする装置であって
、 チャンバと、 前記材料が前記ワークピース上にスパッタリングされるように前記チャンバ内
に配置されるターゲットと、 前記ワークピース用のホルダと、 前記ターゲット及び前記ホルダの間の略円柱形のプラズマ生成領域と、 前記プラズマ生成領域を取り囲み、前記プラズマ生成領域内のプラズマにエネ
ルギを誘導結合する単一ターンの円形コイルにして、第一の端部と該第一の端部
と離間して重なり合う第二の端部とを有するコイルと、 を備える装置。 - 【請求項18】 半導体デバイスの処理方法であって、 互いに離間して物理的にごく近接して重なり合う二つの端部を有するコイルか
ら、該コイルにより励起されたプラズマを含むプラズマ生成領域内に高周波エネ
ルギを放射するステップと、 前記半導体デバイス上に前記材料の層が形成されるように前記コイルから前記
半導体デバイス上に材料をスパッタリングするステップと、 を備える方法。 - 【請求項19】 前記コイルが単一ターン・コイルである、請求項18記載
の方法。 - 【請求項20】 前記ワークピース・ホルダ表面が、該ワークピース・ホル
ダ表面に略垂直な軸線を画定し、前記第一のコイル端部及び前記第二のコイル端
部が、前記ワークピース・ホルダ軸線と略平行な方向で重なり合う、請求項18
記載の方法。 - 【請求項21】 前記コイルが、略円形の形状を有して中心軸線を画定し、
前記第一の端部及び前記第二の端部が、前記中心軸線に平行な方向で重なり合う
、請求項20記載の方法。 - 【請求項22】 前記第一及び前記第二の端部が面取りされている、請求項
20記載の方法。 - 【請求項23】 前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突
出部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項20記載の方法。 - 【請求項24】 前記コイルが半径を画定し、前記第一の端部と前記第二の
端部とが半径方向で重なり合う、請求項18記載の方法。 - 【請求項25】 前記コイルが略円形の形状で、中心軸線と、略一定の長さ
で前記中央軸線に対して垂直な半径とを画定し、前記第一の端部と前記第二の端
部とが前記中心軸線に垂直な半径方向で重なり合う、請求項24記載の方法。 - 【請求項26】 前記第一及び前記第二の端部が面取りされている、請求項
24記載の方法。 - 【請求項27】 前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突
出部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項24記載の方法。 - 【請求項28】 前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突
出部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項18記載の方法。 - 【請求項29】 前記第一の端部が少なくとも一つの突出部と少なくとも一
つの凹部とを有し、前記第二の端部が少なくとも一つの突出部と少なくとも一つ
の凹部とを有し、前記第一の端部の前記突出部が前記第二の端部の前記凹部に収
容され、前記第二の端部の前記突出部が前記第一の端部の前記凹部に収容される
、請求項18記載の方法。 - 【請求項30】 前記第一及び第二の端部が面取りされている、請求項18
記載の方法。 - 【請求項31】 スパッタされた堆積材料のソースが提供されるように前記
チャンバ内に位置決めされるスパッタ・ターゲットを更に備え、前記コイルが前
記ターゲットと同じ種類の材料から形成されると共に、前記ワークピース上に前
記コイル材料がスパッタされるように配置され、前記コイル材料及び前記ターゲ
ット材料の両方が前記ワークピース上に堆積され層を形成する、請求項18記載
の方法。 - 【請求項32】 前記コイルが前記プラズマ生成領域及び前記基板ホルダを
取り囲む、請求項20載の方法。 - 【請求項33】 前記コイルが前記基板ホルダに対して軸線方向に変移して
いる、請求項32記載の方法。 - 【請求項34】 ワークピース上に堆積材料を堆積させる方法であって、 離間して重なり合う二つの端部を有することでプラズマ生成領域の周囲全体を
囲むコイルからのエネルギを、前記プラズマ生成領域に結合することにより、均
等に分布したプラズマを生成して前記材料をイオン化するステップと、 前記材料を前記コイルから前記ワークピース上にスパッタリングして前記ワー
クピース上に前記材料の均一な層を形成するステップと、 を備える方法。
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