JP2002512310A - 誘導結合プラズマ堆積で形成された金属膜の均一性を強化する小直径コイル - Google Patents

誘導結合プラズマ堆積で形成された金属膜の均一性を強化する小直径コイル

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プラブラム ゴパルラジャ，
ツェン クー，
ラルフ ホフマン，
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Abstract

(57)【要約】 材料を電離するプラズマを用いて電離した材料をワークピース６上にスパッタリングする装置と方法であって、前記装置及び方法は：所与の直径を有するワークピース６を支持するワークピース支持領域を有する支持部材４と；スパッタリングされる材料の供給源を構成するターゲット８と；ターゲット８とワークピース支持部材４間に位置してターゲット８からスパッタリングされた材料を電離するプラズマを生成する、ある領域を密閉するコイル５２であり、この支持部材４が、電離した材料を支持部材４に引き付けさせる電位に維持されている、コイル５２と；を利用する。このコイル５２は、ターゲット８の中心からスパッタリングされた材料がターゲットに向けて再方向付けされることを促進するようにプラズマを形作るよう構成され、操作される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ発生器に関し、より特定的には、半導体デバイスの製造の際に
材料層がスパッタ堆積されるようにプラズマを発生する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマは、表面処理プロセス、堆積プロセス及びエッチングプロセスを含む
様々な半導体デバイス製造プロセスで用いることができる高エネルギイオンと活
性化原子の便利な発生源となっている。例えば、半導体ウエハ上にスパッタ堆積
プロセスを用いて材料を堆積させるには、負にバイアスされたスパッタターゲッ
トの材料の近傍にプラズマを発生させる。このターゲットに隣接して生成された
イオンはターゲットの表面に衝突して、ターゲットから材料を取り除く、すなわ
ち「スパッタリング」する。次いで、このスパッタリングされた材料は移送され
て半導体ウエハの表面に堆積される。
【０００３】 スパッタリングされた材料はターゲットから基板まで、基板の表面に対して斜
めの角度で直線経路を走行する傾向がある。その結果、深さ対幅のアスペクト比
の高い開口部を有する半導体デバイスの溝と穴を含むエッチングされた開口部中
に堆積された材料は、この開口部の壁、特に底部の壁を適切にはコーティングし
ないことがある。多量の材料を堆積していると、この堆積された材料が上を塞い
でしまい、このため堆積層中に好ましくない空洞をもたらしかねない。このよう
な空洞を防止するために、スパッタリングされた材料がプラズマによって十分に
電離されている場合、このスパッタリングされた材料を、基板を負にバイアス（
又は自己バイアス）して縦方向付けされた適切な電場を基板に隣接して位置付け
することによって、ターゲットと基板間で実質的に垂直な経路に再方向付けすれ
ばよい。しかしながら、低密度プラズマによってスパッタリングされた材料はし
ばしば、その電離度が１０％未満であり、これでは、あまりに多くの空洞が形成
されるのを避けるには通常不十分である。したがって、スパッタリングされた材
料の電離度を増加して、堆積層中の好ましくない空洞の形成を減少させるにはプ
ラズマ密度を高めるのが好ましいことが分かっている。本書で用いる「高密度の
プラズマ」という用語は、１０11〜１０13／ｃｍ3という高い電子とイオンの密
度を有するプラズマを意味することを意図するものである。
【０００４】 容量結合、誘導結合、ウエーブヒーティングを含むＲＦ磁場でプラズマを励起
するにはいくつかの既知の技法がある。標準の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生
器においては、プラズマを囲むコイルを流れるＲＦ電流が、プラズマ中に電磁電
流を誘導する。このような電流は、プラズマが定常状態に保たれるようにオーム
加熱によって導電性プラズマを加熱する。米国特許第４，３６２，６３２号に示
すように、コイルを流れる電流は、インピーダンス整合ネットワークを介してコ
イルに結合されたＲＦ発生器によって供給されるので、コイルは変圧器の一次巻
き線として働く。プラズマは変圧器の１回巻きの二次巻き線として働く。
【０００５】 １つの方式によれば、処理用エンクロージャ、すなわちチャンバのシールド壁
の内部表面上にコイルを配置し、これによってプラズマ発生コイルが、ターゲッ
トのエッジとワークピース支持体表面間に延長してこれを包含している表面によ
って密閉されている容積、すなわち空間を囲むようにする。したがって、コイル
をこの方式に従ってチャンバ内に搭載すると、コイルはチャンバのシールド壁の
すぐ隣りに位置付けされる。上記のようなコイルの構成は、これによって、ワー
クピースに隣接したプラズマの均一性を促進し、また、スパッタリングされ電離
された材料でもたらされた処理の、ワークピースの領域上での均一性がプラズマ
の均一性に依存するという事実に基づいている。
【０００６】 しかしながら、プラズマ密度が極端に均一であると、ワークピースの単位表面
面積当たりで単位時間に得られる堆積材料の分量、したがって堆積された膜の結
果として得られる厚さは、ワークピースの表面領域のエッジよりその中心での方
が大きくなり、また、中心からエッジに向かって進行的に減少する傾向があるこ
とが経験上分かっている。
【０００７】 したがって、堆積材料の比較的大きい部分を電離することによって材料を高ア
スペクト比のチャネルとビアホール穴中に堆積しやすくなるとはいえ、スパッタ
リングされたコンタクト金属の多くが、エッジと比較してウエハの中心部でより
厚く堆積する傾向がある。この「中心厚」堆積プロフィールは、堆積厚さが均一
であることが必要とされる多くの応用分野で望ましくないものである。高密度プ
ラズマの場合、これと関連する高いガス圧力によって、この「中心厚」傾向に寄
与する散乱効果が発生するものと考えられる。
【０００８】 この中心厚傾向を埋め合わせるために、材料はコイル自身からスパッタリング
されるようにしてもよい。コイルが上述したようにチャンバシールド壁に近接し
て位置している場合、このコイルはワークピースの周辺により近接し、ワークピ
ースの中心からさらに隔たる。その結果、コイルからスパッタリングされたこの
材料の堆積プロフィールは幾分「エッジ厚」となる傾向がある。その結果、ター
ゲットにスパッタリングされた材料の中心厚傾向が補償される。
【０００９】 しかしながら、コイルから材料をスパッタリングすることはいかなる応用分野
にとっても最適であるとは限らないことが認識されている。したがって、電離さ
れた堆積材料のスパッタ堆積の均一性を改善する別の方式が必要である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような処理動作における膜の均一性を改善することであ
る。
【００１１】 本発明の別の目的は、経済的で技術的に簡単な仕方でこのような均一性の改善
をもたらすことである。
【００１２】 本発明のより特定的な目的は、処理均一性を促進するような改善された形状を
有する誘導結合プラズマを提供することである。
【００１３】 上記の目的及び他の目的は、チャンバの中心部分にある後出のコイルに隣接し
て通過するスパッタリングされた材料のかなりの部分が電離してバイアス済みタ
ーゲットに引き戻されるよう、ＲＦエネルギをプラズマ中に誘導結合するように
位置付けされたＲＦコイルを含む、堆積に先立って材料を電離するプラズマを用
いてワークピース上に材料をスパッタリングする、本発明による装置によって達
成される。その結果、ワークピースの中心部分に対する材料の相対的堆積速度は
、減少し、これによって堆積均一性を改善できると考えられる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
図示の実施形態では、コイルは外径が減少しており、これで、ターゲットと基
板間にあるチャンバの中心におけるプラズマ密度がかなり増加すると考えられる
。その結果、チャンバの中心におけるスパッタリングされた材料のかなりの部分
が、ターゲットに印加されたバイアスによって堆積材料イオンの多くがターゲッ
トに対して引き戻され得るように十分ターゲットに近接して電離される可能性が
ある。このように、ワークピースの中心部分への電離した堆積材料の堆積速度が
減少し、これによって、ワークピースの周辺における堆積速度とより緊密に一致
し得る。
【００１５】 本発明の別の態様では、コイルの直径は、それがワークピースの直径より小さ
くなるように減少する。結果としてもたらされるコイルの周辺の外部におけるプ
ラズマ密度は、コイルの内部のプラズマ密度と比較してかなり減少すると考えら
れる。その結果、基板に向かう経路上にあるコイルの外側を走行するスパッタリ
ングされた堆積材料は、コイルの内部を走行する堆積材料と比べてワークピース
により近接して電離されると考えられる。その結果、チャンバ周辺で電離された
堆積材料は、ターゲットではなくてワークピースに引き付けられる傾向がある。
これによって、周辺における堆積速度をかなり維持し得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】 図１に、その前文を参照してここに組み込む、１９９６年５月１０日に提出さ
れ（弁理士整理番号＃１３９０／ＰＶＤ／ＤＶ）、本発明の譲受人に譲受された
、「プラズマを発生してスパッタリングするコイル（Ｃｏｉｌｓ ｆｏｒ Ｇｅ
ｎｅｒａｔｉｎｇ ａ Ｐｌａｓｍａ ａｎｄ ｆｏｒ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ
）」という題名の同時係属中の出願第０８／６４４，０９６号に記載されるよう
な誘導結合されたプラズマ中でワークピースを処理する先行技術によるデバイス
の基本的構成要素を示す。これらの構成要素には、処理チャンバ２と、ワークピ
ース６を支持するワークピース支持部材４と、スパッタリングターゲット８と、
ターゲット８からの材料のスパッタリングを促進する磁場を発生する磁石アセン
ブリすなわちマグネトロン１０と、プラズマを点火して維持するのに必要とされ
るＲＦ磁場を発生するコイル１２と、が含まれる。
【００１７】 本書で述べるように、十分な圧力下にあるアルゴンなどの処理ガスをコイル１
２が発生した適切なＲＦ磁場に暴露して電離すると、プラズマがチャンバ２中で
発生され得る。また、コイル１２の内部に形成された通路に水を流してコイル１
２を冷却する。
【００１８】 ＲＦ電流が適切な整合ネットワークを介してＲＦ電源１４からコイル１２に供
給されるが、これらは全て技術上周知であるかもしれない。
【００１９】 ターゲット８は一般的にはチタンなどの金属製であり、層すなわち膜としてワ
ークピース上に堆積される。ワークピース支持部材４とターゲット８は通常はバ
イアスされて、図示するように、それぞれワークピースとターゲットの電位を負
にしており、一方チャンバ２は、接地電位に維持されているほぼ円筒形の導電性
シールド９（図２）を有しているか、又は構成している。
【００２０】 磁石アセンブリ１０によって発生した磁場は、ガス原子と衝突して該原子を電
離する電子を捕獲し、次いで電離した原子はターゲット８の表面に引き付けられ
て当たり、該イオンはターゲット８に衝突して金属から原子を引き離す。これら
の原子はプラズマ中で電離して、結果生じる金属イオンは、正の極性を有して、
支持部材４によってワークピースにもたらされた負のバイアス電位によって、ワ
ークピース６に引き付けられる。
【００２１】 ワークピース６は一般的には、１つ以上の半導体ウエハによって構成されてい
る。
【００２２】 図２に最も良く示すように、先行技術による方式におけるコイル１２は、シー
ルド９の直径より少し小さい直径を有し、これによってターゲット材料がコイル
１２に堆積される分量を最小に留めるようになっていた。したがって、コイル１
２は従来は、コイル１２を接地シールド９から電気的に絶縁する小型スタンドオ
フ１６によってシールド９に隣接して支持されていた。
【００２３】 コイルスタンドオフ１６は、セラミックなどの絶縁性誘電材料製であるのが望
ましいほぼディスク形状のベース部材１８を含んでいる。このベース部材１８を
、堆積される材料と同じ材料製であるのが望ましいほぼ円筒形状のカバー部材２
０が覆いまた遮蔽している。したがって、堆積される材料がチタン製の場合、カ
バー部材２０もチタン製であるのが望ましい。堆積された材料（ここでは例えば
チタン）が付着しやすいように、堆積された材料からの粒子の目こぼれを減少さ
せるビードブラスティングによって金属表面を処理するのが望ましい。
【００２４】 カバー部材２０の前部には、コイル１２の巻き線を受容して支持するビードブ
ラスティングされたチタン製のほぼフック形状のブラケット２２が固定されてい
る。このベース部材１８は、ボルト又は他の適切なファスナでシールド９の壁に
取り付けられていることをが示されている。ベース部材１８とカバー部材２０は
一緒になって、コイルをシールドに短絡させる恐れのあるスタンドオフ上で導電
性経路が形成されるのを防止する迷路構造を画定している。
【００２５】 図２の例では、コイル１２はしばしば、約１ｃｍ以下の距離だけシールド壁９
から離間する。したがって、内径３３ｃｍのシールドの場合、コイルの外径は、
応用例次第ではしばしば３０ｃｍ以上となる。したがって、シールド壁の内部で
担持されるコイルの外径はしばしば、シールド内径の約９０％であった。
【００２６】 チャンバ２中のプラズマは特徴ある密度パターンを持つ。このパターンの正確
な形態は、コイル、ターゲット及びワークピース支持体の幾何学形状並びにＲＦ
電流の大きさと周波数を含む多くの要因によって異なる。
【００２７】 図１に１つの例示の密度パターンを示す。曲線２６は水平線２８に沿ったプラ
ズマ密度のプロフィール、すなわち変動を表し、曲線３０は垂直線３２に沿った
プラズマ密度のプロフィール、すなわち変動を示している。これらの曲線は、プ
ラズマ密度がコイル１２の中心で最大となり、この中心から水平方向に、またコ
イル１２の平面から垂直方向に減少していくことを示している。
【００２８】 図１では、コイル１２は平坦な１回巻きコイルである。ライン２８はコイル平
面上に位置するように選択され、ライン３０は、チャンバ２の中心軸に対応する
コイル軸に対応するように選ばれている。ライン２８と３０からオフセットして
いる他のラインに沿ったプラズマ密度を示す曲線は、小さい振幅エクスカーショ
ンを示しているとはいえ、図示されるものと類似の形態を有している。
【００２９】 コイル１２の軸の近傍ではプラズマ密度が高くなるので、ターゲット８の中心
領域からスパッタリングされた原子は、そのエッジ領域からスパッタリングされ
たイオンより迅速且つ高速で電離される傾向がある。加えて、プラズマの高圧は
、スパッタリングされた材料を中心に向かって物理的に散乱させる傾向がある。
これらの現象の原因は、電離したターゲット材料を送出する速度が、ワークピー
ス支持領域のエッジ領域に対する場合よりその中心領域に対して送出する場合の
方が高いからであると考えられる。加えて、コイル１２近傍でのプラズマ密度が
十分に高い場合には、スパッタリングされたイオンの一部はコイルの上方で電離
することになり得、次いでターゲット８に引き戻されることが可能であると考え
られる。しかしながら、コイル１２が図１に示すような構成を持ち、また、チャ
ンバ２中でのプラズマ密度レベルが通常のレベルである場合、ターゲットに偏向
されて戻るイオンの分量は、ワークピースの中心領域に送出される多量のイオン
を相殺することはないものと考えられる。
【００３０】 本発明の１つの態様では、高プラズマ密度によるこの効果を利用して、ワーク
ピース支持領域の中心領域とエッジ領域間における、スパッタリング済みターゲ
ット材料イオンの送出速度の不均一性を減少させることができることが認識され
ている。これは、本発明の好ましい実施形態によれば、多くの先行技術による応
用分野で以前に用いられていた直径より小さい直径を持つプラズマ発生コイルを
提供することによって達成することができる。図３にこういった実施形態を示す
が、ここでは、コイル５２は、ワークピース支持体４の表面５５から直角に延長
している想像表面５４によって密閉される円筒形の容積内に配置されている。
【００３１】 図３に示す実施形態が図１に示す装置と異なる点は、図１のコイル１２の代わ
りに、上記の小直径を有し、多分、コイル１２からターゲット８の分だけさらに
隔たったところに位置しているコイル５２が用いられていることである。この小
直径のため、適切な値のＲＦ電流が供給されると、コイル５２は、コイル平面上
にある水平線５８に沿ったプラズマ密度の変動を表す曲線５６とコイル軸に沿っ
て延長する垂直線６２に沿ったプラズマ密度の変動を表す曲線６０によって示さ
れる密度パターンを発生する。
【００３２】 図３に示すコイル構成によって、コイル５２の内部におけるプラズマ密度は、
コイルの外部におけるそれよりもはるかに高い。加えて、プラズマ密度はコイル
平面から軸方向により急峻に減少する。曲線５６で表される半径方向プラズマ勾
配によって、ターゲット８の中心領域からスパッタリングされた原子が、ターゲ
ットのエッジ領域からスパッタリングされたイオンよりもスパッタ源（ターゲッ
ト）に対してより早期に、すなわちより近接して電離され得ると考えられる。図
示の実施形態では、ターゲットの中心領域の中心はターゲットの中心に置かれて
おり、その半径は、コイルの半径と実質的に同じである。ターゲット８の中心か
らスパッタリングされる原子の内の高いパーセンテージ、例えば半分を越えるパ
ーセンテージの原子が、プラズマ密度がピークに達するコイル平面に到達する以
前に電離されることがあり、したがって、再方向付けされる、すなわち戻るよう
に後退し、ターゲットバイアスによってもたらされた軸方向の磁場勾配のために
ターゲット８に再堆積されることがある。ターゲットに再方向付けして戻される
ことのないターゲット中心領域からスパッタリングされた材料の大部分はコイル
を通過する。
【００３３】 比較によれば、エッジにおけるプラズマ密度が急峻に低下するため、ターゲッ
ト８のエッジからスパッタリングされた原子は電離される以前により長い経路上
を走行し得る。その結果、電離が遅れて発生し、このため、原子は、たとえコイ
ル平面を通過する以前に電離されても、コイル５２によって密閉されている領域
の外側でコイル５２の平面を通過してワークピースバイアスの影響を受けてワー
クピースの軸方向磁場勾配に従ってワークピース表面に至る確率がより高くなる
傾向がある。このような原子はまた、コイル平面を通過するまでは不変のまま（
すなわち、電離されていない状態に）留まる確率も高いが、このコイル平面上で
は、電離されると、支持部材４に対するバイアスのためにワークピースに引き付
けられ易くなる。加えて、プラズマ密度が最高であるコイルを通過するスパッタ
リングされた原子の場合より、ターゲットからスパッタリングされてコイルによ
って密閉されている領域の外側を通過する原子のより多くのパーセンテージの原
子が電離されず、したがって、バイアスには影響されない。
【００３４】 コイルとバイアスの相対的なサイズ、ターゲット並びにワークピース及び／又
はワークピース支持体によって、ターゲットからスパッタリングされた原子が、
ターゲットとワークピース間のいかなる特定の位置で電離されたとしても、ター
ゲットに戻る又はワークピースに向かって走行する確率が左右される。
【００３５】 ターゲット８の中心からスパッタリングされた原子の内の高パーセンテージの
原子がターゲットに向かって再方向付けして戻されることがあり得るため、ター
ゲット８の中心からワークピース表面へのイオン流の密度すなわちフラックスは
ターゲット８のエッジからのフラックスと比較して減少することがある。スパッ
タリングされた材料は、電離されるとターゲット８（又はバイアスされた他のチ
ャンバ構成要素）の表面に直角な直線に沿って走行する傾向があるため、その結
果として、ワークピース支持体の表面上で、スパッタリングされた材料のイオン
の送出の均一性が改善されることがあり得る。
【００３６】 したがって、本発明によるコイルによって発生したプラズマ勾配の構成によっ
て、ワークピース表面の対応する直角領域に到達するターゲットのエッジ、すな
わち周辺領域からスパッタリングされた材料の、より大きい直径のコイルを用い
た同じ領域に到達するものに対する比率が増加する。上述したように、これは、
コイル５２の外側の領域におけるプラズマ密度が低いとそれだけ、スパッタリン
スされた材料のイオンがターゲットに再方向付けされて戻され、そのため、より
弾道的な経路を走行する電離されていない粒子のより多くの部分がこの領域を通
過する確率が低くなるためである。比較によれば、コイル内部におけるプラズマ
密度が高いと、ターゲットの中心領域からスパッタリングされる材料が電離して
ターゲットに再方向付けされて戻される確率が増す。
【００３７】 図４に、ターゲットスパッタリング表面６６の中心に中心を持ちコイルの外径
５４と一致する直径を有する円形状領域６４であるようなターゲット中心領域の
例を示す。ターゲット中心領域５４からスパッタリングされた材料の内、ターゲ
ットの中心領域６４からスパッタリングされた材料のかなりの部分、例えば半分
以上が、ターゲット８に再方向付けして戻されるのに十分早く電離され得る。
【００３８】 その結果、ワークピース表面に直角な経路に沿ったスパッタリング済み材料の
イオンの走行を促進するような均一性を改善しながらも全体の電離速度を維持し
得る。これによって、ワークピース表面に形成された高アスペクト比の溝の底部
にスパッタリング済み材料の均一な層を堆積することが促進される。
【００３９】 このような均一性は、所与の装置において、コイルの直径や、チャンバ２内の
ガス圧力や、コイル５２のＲＦ電源や、ターゲットからコイルまでの間隔の値を
適切に選択することによって最適化することができる。この後者の間隔はある程
度、ターゲットからワークピースの表面間隔によって異なることがある。
【００４０】 図４に示すように、コイル１２を囲む想像表面の直径５４は、ワークピースシ
ールドの直径（６８で示す）より幾分大きく、シールド９の直径よりかなり小さ
い。代替例では、想像表面の直径５４はワークピースの直径６８と一致したり又
は、ワークピース６の直径より幾分小さかったりする。現在予測されている、上
記のパラメータのあるものに対する望ましい値には次のものがある： ２０ｃｍ（８インチ）又は１５．２ｃｍ（６インチ）のワークピースの直径に
対応できるワークピース表面にとって適当な３３．５ｃｍ（１３．２インチ）の
シールド直径に対して１０ｃｍ（４インチ）から２５．４ｃｍ（１０インチ）の
コイル外径； １４ｃｍ（５．５インチ）のターゲットからワークピースへの間隔に対して、
２ｃｍ（．７５インチ）から６．３ｃｍ（２．５インチ）のターゲット８の下方
の、すなわちスパッタリング用の表面からコイル５２の頂部までの間隔。
【００４１】 一例として、２２．９ｃｍ（９インチ）というコイルの外径は、２０ｃｍ（８
インチ）というワークピースの直径に対応可能なワークピース表面にとって適切
であることが分かった。
【００４２】 シールドの直径のパーセンテージとして考えると、コイルの外径の望ましい値
は、例えば、シールド直径の約３０％からシールド直径の約７５％の範囲にある
。したがって、１２インチ直径のウエハなどのより大型のワークピース用のより
大型のワークピース支持体の表面に対応することができるより大型のシールドに
対しては、望ましいコイル直径もそれに応じて大きくなるものと予測されている
。例えば、４３．２ｃｍ（１７インチ）直径のシールドの場合、コイルの直径の
範囲は約１３ｃｍ（５．１インチ）から３２．４ｃｍ（１２．７５インチ）であ
ると予測されている。
【００４３】 一部の応用例では、コイルの直径はターゲットの外径を越えないのが望ましい
。このような応用例では、コイルの外径は、例えば、ターゲットの直径のパーセ
ンテージで言って、ターゲット直径の約３０％からターゲット直径の約１００％
の範囲である。
【００４４】 一部の応用例では、コイルの外径はワークピースの外径を越えないのが望まし
い。このような応用例では、コイルの外径は、ワークピースの外径の例えば１／
２から１５／１６の範囲である。
【００４５】 望ましいコイル直径に影響し得る別の要因は実行される特定のプロセスである
。例えば、一般的にアルゴンなどのプラズマ前駆体ガスに加えて窒素ガス成分を
提供するステップを含む窒化チタン堆積プロセスでは、この追加のガスはチャン
バ内の圧力を増加させ、これによってスパッタリングされた材料の散乱程度が増
し、また、堆積の不均一性の程度が増しかねない。このような増加した散乱を相
殺するためには、コイル直径をさらに減少させて、ワークピースの中心領域に対
するスパッタリング済み材料の相対的な供給量をさらに減少させると役に立つか
もしれない。
【００４６】 図示の実施形態では、コイル５２は、ワークピース支持体表面５５上に置かれ
たときにワークピースの予期される中心に対して中心付けされる。加えて、コイ
ル１２はワークピースに対してほぼ平行であることが示される。ホフマン（Ｒａ
ｌｆ Ｈｏｆｍａｎｎ）とフー（Ｚｈｅｎｇ Ｘｕ）による「基板の表面上での
プラズマ不均一性を減少させる方法と装置（Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒ
ａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｐｌａｓｍａ Ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉ
ｔｙ Ａｃｒｏｓｓ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ Ａ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ
）」という題名の同時係属中の出願（弁理士整理番号第１７５５／ＭＤ／ＰＶＤ
／ＤＶ）に記載するように、特定の応用例によっては、コイル５２をワークピー
スに対してオフセンターさせたり、又は、ワークピースに対して幾分斜めに方向
付けし、これによって、堆積不均一性を改善することが望ましいことが予測され
る。
【００４７】 コイル５２は、図示するように１回巻きコイルであるが、複数巻き螺旋形態の
コイル７８もまた、図３に示すように本発明の実行に用いることができる。コイ
ル７８の全ての巻き線が同じ直径を持つのが望ましいが、しかし、螺旋形態のコ
イルもまた使用され得る。コイル部材は、例えば環状、リボン状、棒状など様々
な形状を持ち得る。
【００４８】 本発明の特定の実施形態を図示し説明したが、本発明から逸脱することなくそ
のより広い態様において偏向と修正が可能であることが当業者には明らかであり
、したがって、添付クレームにおける目的は、本発明の真の精神と範囲内にある
あらゆるこのような偏向と修正を範囲に収めることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術方式によるＲＦコイルを有する装置を図示し、このような処理チャン
バコイルに対する一般的なプラズマ密度分布を示す立面図である。
【図２】 図１のコイルとチャンバの部分断面図である。
【図３】 本発明による装置の実施形態を図示し、本発明の一実施形態によるコイルを包
含する処理チャンバ中のプラズマ密度分布を示す図１の断面図に類似した断面図
である。
【図４】 図３のチャンバのターゲットスパッタリング表面の底面図である。
【図５】 本発明によるコイルの第２の実施形態の立面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クー， ツェン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フォスター シティ， ハドソン ベイ ストリート 279 (72)発明者 ホフマン， ラルフ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， サラトガ アヴェニュー 1431 ナンバー118 Ｆターム(参考） 4K029 BD01 CA05 CA13 DC20 DC28 DC34 DC39

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワークピースに材料をスパッタリングする装置であって、前
    記装置は： プラズマ発生領域を密閉するチャンバと； スパッタリングされる材料の供給源を構成し、イオンを引き付けるバイアスを
    有するターゲットと； ワークピースを支持するワークピース支持体と； ＲＦエネルギをプラズマ中に誘導結合するＲＦコイルであって、前記コイルは
    、前記コイルに隣接して通過する前記スパッタリングされた材料のかなりの部分
    が電離して前記バイアスされたターゲットに戻るよう引き付けられるように、前
    記ターゲットと前記ワークピースとの中間に位置する、ＲＦコイルと、 を備える装置。
  2. 【請求項２】 前記ターゲットが中心領域を有し、 前記ターゲット中心領域からスパッタリングされた前記材料の少なくとも半分
    が電離されて前記バイアスされたターゲットに戻るように引き付けられる、 請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記チャンバが、前記プラズマ発生領域を少なくとも部分的
    に密閉するシールド壁を備え、前記シールド壁が内径を画定し、前記コイルが、
    前記シールド壁直径の７５％を越えない外径を画定する、請求項１に記載の装置
    。
  4. 【請求項４】 前記コイル外径が前記シールド壁直径の少なくとも３０％で
    ある、請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ＲＦコイルが外径を有し、前記スパッタリングされた材
    料の第２の部分が電離するように位置付けされ、前記第２の部分が前記コイル外
    径の外側の経路を走行し、前記ワークピースに堆積される、請求項１に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 前記コイルが、前記ワークピース支持体と前記ターゲット間
    に置かれた外径を画定する、請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記材料を堆積に先立って電離するプラズマを用いてワーク
    ピース上に材料をスパッタリングする装置において、前記装置は： 所与の直径を有するワークピースを支持するワークピース支持領域を有する支
    持部材と； スパッタリングされる材料の供給源を構成するターゲットと； ＲＦエネルギをプラズマ中に誘導結合するように位置付けされたＲＦコイルと
    、 を含み、 改善点は、前記コイルが前記ワークピースの所与の直径より小さい外径を有す
    る点にある、装置。
  8. 【請求項８】 ワークピース上に材料をスパッタリングする装置であって、
    前記装置は： プラズマ発生領域を密閉するチャンバと； スパッタリングされる材料の供給源を構成し、イオンを引き付けるバイアスを
    有するターゲットと； ワークピースを支持するワークピース支持体と； ＲＦコイルを含む電離手段であって、前記手段は、前記スパッタリングされた
    材料の第１の部分を、前記第１の部分が前記ターゲットに戻って堆積されるよう
    に電離し、前記コイル外径の外側の経路を走行して前記ワークピースに堆積され
    る前記スパッタリングされた材料の第２の部分を電離する、ＲＦコイルを含む電
    離手段と、 を備える装置。
  9. 【請求項９】 前記電離手段がさらに、前記コイル外径の内側にある経路を
    前記ワークピース支持体に向かって走行する前記スパッタリングされた材料の第
    ３の部分を電離する、請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 材料を電離するプラズマを用いてワークピース上に電離し
    た材料をスパッタリングする装置において、前記装置は： 所与の直径を有するワークピースを支持するワークピース支持領域を有する支
    持部材と； スパッタリングされる材料の供給源を構成し、中心領域及び周辺領域を有する
    ターゲットと； イオンを前記ターゲットに引き付けさせる電位に前記ターゲットをバイアスさ
    せるように結合された第１のバイアス電圧電源と； 前記ターゲットと前記ワークピースの間にあって、ある領域を密閉するコイル
    と； 前記ターゲットからスパッタリングされた材料を電離するプラズマが発生する
    よう前記コイルにＲＦ電流が送出されるように接続されたＲＦ電源と； 前記支持部材によって支持されたワークピースに電離した材料を引き付けさせ
    る電位に前記支持部材が置かれるように接続された第２のバイアス電圧電源と； を含み、 改善点は、前記コイルが、前記ターゲットの前記中心領域からスパッタリング
    された材料を、前記材料が電離したらその少なくとも一部が前記ターゲットに戻
    るように引き付けられるように、また、前記ターゲットの前記周辺領域からスパ
    ッタリングされた電離した材料が、前記コイルによって密閉された領域の外側で
    前記コイルを過ぎて、前記ワークピース支持領域に向けて走行できるよう電離す
    るように構成され、操作される点にある、装置。
  11. 【請求項１１】 前記ターゲットの前記中心領域が、前記コイルの半径と実
    質的に同じである半径を有する円形状の領域である、請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記ワークピース支持領域が中心を有し、また、前記コイ
    ルが、前記所与の直径より小さい外径と、前記ワークピース支持領域の前記中心
    と同軸である中心を有する、請求項１０に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記コイルの前記外径が前記所与の直径の１／２と１５／
    １６の間にある、請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記コイルが１回巻きコイルである、請求項１３に記載の
    装置。
  15. 【請求項１５】 前記コイルが、全て同じ直径を有する複数の巻き線を有す
    る、請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記コイルが、前記コイルによって密閉された前記領域中
    を電離したイオンが走行するのを妨害するようにディメンジョン付けされ、これ
    によって、前記ワークピースの周辺まで走行する単位面積当たりの電子材料の分
    量と、前記ワークピースの中心まで走行する単位面積当たりの電離した材料の分
    量との、間の差を減少させる、請求項１０に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 ワークピース上に材料をスパッタリングする装置であって
    、前記装置は： プラズマ発生領域を密閉するチャンバと； 中心領域と周辺領域とを有し、スパッタリングされる材料の供給源を構成する
    ターゲットと； ワークピースを支持するワークピース支持体と； 前記ターゲットから材料をスパッタリングして、前記ターゲットからスパッタ
    リングされた材料を電離する誘導結合されたプラズマを発生する手段であって、
    前記プラズマが、前記ターゲットの前記中心領域からスパッタリングされた電離
    材料が前記ターゲットに戻る方向を促進し、また、前記ターゲットの前記周辺領
    域からスパッタリングされた電離材料が前記ワークピースの前記表に実質的に直
    角な経路に沿って前記ワークピースに戻るのを促進する密度勾配を有する、手段
    と、 を備える、装置。
  18. 【請求項１８】 電圧バイアスを有するターゲットから材料をスパッタリン
    グするステップと； 前記スパッタリングされた材料の一部を、前記第１の部分の少なくとも一部が
    前記ターゲットに戻って堆積されるように位置付けされたコイルから誘導結合さ
    れたＲＦエネルギを用いて電離するステップと、 を含む、半導体ワークピース上に材料をスパッタリングする方法。
  19. 【請求項１９】 電圧バイアスを有するターゲットから材料をスパッタリン
    グするステップと； 前記スパッタリングされた材料の第１の部分を、前記第１の部分が前記ターゲ
    ットに戻って堆積されるように位置付けされたコイルから誘導結合されたＲＦエ
    ネルギを用いて電離するステップと； 前記コイル外径の外側の経路上を走行し前記ワークピース上に堆積される前記
    スパッタリングされた材料の第２の部分を電離するステップと、 を含む、半導体ワークピース上に材料をスパッタリングする方法。
  20. 【請求項２０】 プラズマ発生領域を少なくとも部分的に密閉するシールド
    壁を有するチャンバ中の半導体ワークピース上に材料をスパッタリングする方法
    であって、前記シールド壁が直径を画定し、前記方法は： 電圧バイアスを有するターゲットから材料をスパッタリングするステップと； 前記スパッタリングされた材料の一部を、前記シールド壁直径の７５％を越え
    ない外径を有するコイルから誘導結合されたＲＦエネルギを用いて電離するステ
    ップと、 を含む、方法。
  21. 【請求項２１】 前記コイル外径が前記シールド壁直径の少なくとも３０％
    である、請求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 電圧バイアスを有するターゲットから材料をスパッタリン
    グするステップと； 前記スパッタリングされた材料の一部を、前記ワークピースの直径より小さい
    外径を有するコイルから誘導結合されたＲＦエネルギを用いて電離するステップ
    と、 を含む、半導体ワークピース上に材料をスパッタリングする方法。
  23. 【請求項２３】 材料を電離するプラズマを用いてワークピース上に電離し
    た材料をスパッタリングする方法において、 所与の直径を有するワークピースを支持するワークピース支持領域を有する支
    持部材と； スパッタリングされる材料の供給源を構成し、中心領域と周辺領域を有する、
    ターゲットと； 前記ターゲットからスパッタリングされた材料を電離するプラズマを生成する
    前記ターゲットと前記ワークピース支持体間に位置したコイルを含む、誘導結合
    されたプラズマ発生手段であって、前記コイルはある領域を密閉する、手段と； 電離された材料を前記支持部材に引き付けさせる電位に前記支持部材を置く手
    段と、 を含む装置を利用し、 改善点は、前記ターゲットの前記中心領域からスパッタリングされた材料が前
    記ターゲットに戻るように再方向付けされるのを促進し、また、前記ターゲット
    の前記周辺領域からスパッタリングされた材料が前記コイルを過ぎて、前記コイ
    ルによって密閉された前記領域の外側を、前記ワークピース支持領域に向かって
    走行するのを促進するように前記プラズマを形作る点を含む、方法。
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