JP2007023386A - 大面積基板用の低電圧スパッタリング - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の実施例は一般的に材料のスパッタリングに関する。特に、本発明はアーク発生を防ぐために大面積基板の物理気相蒸着処理の間に使用されるスパッタリング電圧に関する。
【解決手段】発明の一実施例は、400ボルトより低い電圧で四角形基板上で材料をスパッタリングするための装置を記述し、この装置は、四角形基板上で材料をスパッタリングする間に400ボルトより低い電圧でバイアスされるスパッタリングターゲットと、スパッタリングターゲットを囲む接地シールドを備え、接地シールドとスパッタリングターゲットの間の最短距離がプラズマ暗部の厚さより小さく、スパッタリングターゲットの背面のマグネトロンを備え、マグネトロンの端部は接地シールドに重なり合わなず、スパッタリングターゲットと基板との間に配置され、スパッタリング処理の間に接地されたアンテナ構造体を備えている。
【選択図】図3C
【解決手段】発明の一実施例は、400ボルトより低い電圧で四角形基板上で材料をスパッタリングするための装置を記述し、この装置は、四角形基板上で材料をスパッタリングする間に400ボルトより低い電圧でバイアスされるスパッタリングターゲットと、スパッタリングターゲットを囲む接地シールドを備え、接地シールドとスパッタリングターゲットの間の最短距離がプラズマ暗部の厚さより小さく、スパッタリングターゲットの背面のマグネトロンを備え、マグネトロンの端部は接地シールドに重なり合わなず、スパッタリングターゲットと基板との間に配置され、スパッタリング処理の間に接地されたアンテナ構造体を備えている。
【選択図】図3C
Description
本発明の実施例は一般的に材料のスパッタリングに関する。特に、本発明は大面積基板の物理気相蒸着の間に使用されるスパッタリング電圧に関する。
物理気相蒸着(PVD)は、例えばフラットパネルディスプレイのような電子デバイスの製造で最も一般的に使用されるプロセスの1つである。PVDは真空チャンバ内で行われるプラズマプロセスであり、そこでは、負にバイアスされたターゲットが、相対的に重い原子を有する不活性ガス(例えば、アルゴン)又はそのような不活性ガスを含む混合気体のプラズマに露出される。不活性ガスのイオンがターゲットに衝突(即ち、スパッタリング)すると、ターゲット材の原子の放出を引き起こす。放出された原子は、チャンバ内のターゲットの下に配置された基板台に置かれた基板上に堆積膜として堆積される。フラットパネルディスプレイのスパッタリングは、基板の大きなサイズと四角形の形状によって、ウエハスパッタリングの長くかかって開発された技術から区別される。
DCマグネトロンスパッタリング法は、集積回路において電気的接続と他の構造を形成するために、半導体集積回路の製造で半導体集積回路へ金属を堆積させる主要な方法である。少なくとも一対の対向した磁極を有したマグネトロンは、ターゲットの前面と密接し且つ平行の磁界を生成するためにターゲットの背後に配置される。磁界は電子を閉じ込めプラズマを電気的中性にするために、追加のアルゴンイオンがマグネトロンに隣接した領域に引きつけられて、高密度のプラズマがそこに形成される。それによって、スパッタリング速度が増加する。通常、スパッタリアクターの側面は、スパッタ堆積からチャンバ壁を保護するためにシールドでカバーされる。シールドは一般的に電気的に接地され,従って、チャンバとプラズマにDCターゲット電力を容量結合するために、ターゲットカソードに対向したアノードを設ける。一部のスパッタリングチャンバでは、ターゲットの近くに十分に間隔をあけた暗部シールドがあり、シールドとターゲットの間に電気短絡を生じさせるプラズマの形成を阻止する。金属ターゲットは、多くの場合約−400〜−600ボルトDCの範囲で負にDCバイアスされて、アルゴンワーキングガスの陽イオンをターゲットの方へ引きつけて、金属原子をスパッタリングする。
1990年代初期にスパッタリアクターがガラスパネル上で形成される薄膜トランジスタ(TFT)回路のために開発され、その回路はコンピュータモニタ又はテレビスクリーン用途の液晶ディスプレイ(LCD)のような大きなディスプレイで使用された。テクノロジーは、プラズマディスプレイや有機半導体のような、また他のパネル組成、例えばプラスチックや重合体のような、他のディスプレイタイプに後で利用された。初期のリアクターの一部は、約400mmX600mmまでのサイズのパネルのために設計された。それは、一般に単一の連続的スパッタ層を持つそのような大きなターゲットを形成することは、実行不可能であると考えられた。選択的に、スパッタリング材料の複数タイルが、単一のターゲットバッキングプレートに接合される。フラットパネルの一部のターゲットに対しては、タイルがバッキングプレート上で一次元配列を形成できるように、タイルはターゲットの短辺方向にわたって延長するのに十分な大きさに作成される。
タイルは一般的に、タイル間にできる限り間隙を形成して、バッキングプレートに接合される。隣接したタイルは、直接接する場合があるが、互いを押しつけ合ってはならない。他方、タイル間の間隙の幅は、プラズマ暗部より小さくなければならず、それは、一般にプラズマシース厚みに対応してアルゴンワーキングガスの通常の圧力に対して、一般に約0.5mm〜1mmわずかに大きい。プラズマは、プラズマ暗部より少ない最小距離のスペースでは、形成することができない。間隙が単にプラズマ暗部よりわずかに大きい場合、間隙内のプラズマ状態は、不安定であり、また断続的なアーク発生が起きることがある。アーク発生がタイル材料に限られる場合でも、アークは、原子よりむしろターゲット材料の粒子を溶発させそうであり、また、汚染物質微粒子を生ずる。プラズマがバッキングプレートに到達する場合、それはスパッタリングする。タイルとバッキングプレートが異なる材質の場合、プレートスパッタリングは、材料汚染を招く。さらにまた、プレートスパッタリングによって、磨き直されたターゲットに対するバッキングプレートの再生利用が困難になる。
アーク発生はマルチタイルターゲットに対し重大な不安であり、スパッタリング電圧が高い時に生じる傾向がある。従って、本技術分野においては、大面積基板処理システムのため、低電圧でターゲットをスパッタリングする装置と方法の必要性がある。
本発明の実施例は、一般に材料のスパッタリングに関する。特に、本発明は、アーク発生を防ぐために大面積基板の物理気相蒸着処理の間に使用されるスパッタリング電圧に関する。
一実施例において、400ボルトより低い電圧で四角形基板上に材料をスパッタリングする装置は、四角形基板上で材料をスパッタリングする間に400ボルトより低い電圧でバイアスされるスパッタリングターゲットと、スパッタリングターゲットを囲む接地シールドを備え、接地シールドとスパッタリングターゲットの間の最短距離はプラズマ暗部の厚さより小さく、スパッタリングターゲットの背面のマグネトロンを備え、マグネトロンの端部は接地シールドに重なり合わない。
他の実施例において、400ボルトより低い電圧で四角形基板上に材料をスパッタリングする装置は、四角形基板上で材料をスパッタリングする間に400ボルトより低い電圧でバイアスされるスパッタリングターゲットと、スパッタリングターゲットを囲む接地シールドを備え、接地シールドとスパッタリングターゲットの間の最短距離がプラズマ暗部の厚さより小さく、スパッタリングターゲットの背面のマグネトロンを備え、マグネトロンの端部は接地シールドに重なり合わず、スパッタリングターゲットと基板との間に配置され、スパッタリングの間に接地されるアンテナ構造体を備える。
他の実施例において、四角形の基板上で400ボルトより低い電圧で材料をスパッタリングする方法は、スパッタリングチャンバに四角形基板を配置し、スパッタリングチャンバはスパッタリングターゲットと、スパッタリングターゲットを囲む接地シールドであって、接地シールドとスパッタリングターゲットとの間の最短距離がプラズマ暗部の厚さよりも小さい接地シールドと、スパッタリングターゲットの背後のマグネトロンであって、マグネトロンの端部が接地シールドに重なり合わないマグネトロンと、スパッタリングターゲットと基板との間に配置され、スパッタリングの間に接地されるアンテナ構造体を備えており、第1の電圧でプラズマに点火し、400ボルトより低い第2の電圧で四角形基板に材料をスパッタリングする。
発明の実施例は大面積基板システムのための低スパッタリング電圧でのターゲットのスパッタリングの装置と方法について述べる。
図1Aは、本発明の接地シールドアセンブリ111の一実施例を含む処理チャンバ100を表している。本発明の利益を用いることができる処理チャンバ100の一例は、カリフォルニア州サンタクララのAKT社から入手可能なPVD処理チャンバである。
例示的な処理チャンバ100は、チャンバ本体102と、排気可能なプロセス容積160を形成する蓋アセンブリ106を含む。チャンバ本体102は、一般的に、溶接されたステンレススチールプレート又はアルミニウムの一体ブロックから製作される。チャンバ本体102は、一般に側壁152と底部154を含む。側壁152及び/又は底部154は、一般にアクセスポート156とポンピングポート(図示せず)を含む複数の孔部を含む。また、シャッターディスクポート(図示せず)のような他の孔部は、チャンバ本体102の側壁152又は底部154内に追加的に形成されることができる。シール可能なアクセスポート156は、処理チャンバ100へ又は処理チャンバ100から、基板112の入口と出口のために設けられる。ポンピングポートは、プロセス容積160の内部を排気し、圧力を制御するポンピングシステム(図示せず)に接続される。
基板支持体104は、一般に、チャンバ本体102の底部154に配置され、処理中に基板112を支持する。基板支持体104は、一般的に、アルミニウム、ステンレス、セラミクク又はそれらの組み合わせで作られる。シャフト187は、チャンバ102の底部154を通して伸び、リフト機構188に基板支持体104を連結する。リフト機構188は、下側位置と上側位置の間で基板支持体104を移動するように構成される。基板支持体104は、図1Aでは中間位置に示されている。蛇腹(ベローズ)186は、一般的に基板支持体104とチャンバ底部154の間に配置され、その間でフレキシブルシールを提供し、それによって、チャンバ容積160の真空完全性を保つ。スパッタリングガス、一般的にアルゴンは、mTorr範囲の圧力で真空チャンバ160に供給される。
追加的に、ブラケット162と遮蔽フレーム158が、チャンバ本体102の中に配置されていてもよい。例えば、ブラケット162はチャンバ本体102の壁152に接続されてもよい。遮蔽フレーム158は、一般に遮蔽フレーム158の中心を介して露出する基板112の一部に、スパッタされた材料の堆積を閉じ込めるように構成される。処理のために基板支持体104が上側位置へ移動されると、基板支持体104に配置された基板112の外側端部は遮蔽フレーム158と係合し、ブラケット162から遮蔽フレーム158を持ち上げる。選択的に、他の構成を有する遮蔽フレームを同様に追加的に用いることもできる。
基板支持体104は、基板支持体104に対し基板をロード及びアンロードするために下側位置に移動される。下側位置では、基板支持体104は、シールド162とポート156の下の位置に置かれる。それ後、基板112は側壁152のポート156を通してチャンバ100から除去又はチャンバ100へ配置され、一方遮蔽フレーム158とシールド162はクリアされる。リフトピン(図示せず)は、基板支持体104を介して選択的に移動し、基板支持体104から基板112を離して間隔をあけ、単一のブレードロボット(図示せず)のような処理チャンバ100の外側に配置されたウエハ搬送機構によって基板112を配置又は除去することが可能になる。
蓋アセンブリ106は、一般にターゲット164とそれに直接接続された接地シールドアセンブリ111を含む。ターゲット164は、PVDプロセスの間に基板112上へ堆積される材料を提供する。ターゲット164は、機械的支持とターゲット冷却機構を提供することができるバッキングプレート150に接着されていてもよい。バッキングプレート150は、さらに、ウエハ加工用の通常のバッキングプレートより複雑であり、その理由は、非常に大きなパネルサイズのため、非常に大きなターゲット164にわたる差圧を最小にするために通常の冷却槽に加えて背部真空チャンバを設けるのが望ましいからである。ターゲットは、アルミニウム、銅、金、ニッケル、スズ、モリブデン、クロム、亜鉛、パラジウム、ステンレス、パラジウム合金、スズ合金、アルミニウム合金、銅合金及びインジウム−スズ酸化物(ITO)のようないかなる種類のスパッタリング材料からも形成することができる。
ターゲットは、一般に周辺部分163と中心部分165を含む。周辺部分163は、チャンバの壁152上に配置される。ターゲット164の中心部分165は、基板支持体104の方向に突出し又は延伸していてもよい。他のターゲット構成が同様に使用されることできると考えられる。また、ターゲット材料は、共にターゲットを構成する材料の隣接するタイル又はセグメントを備えることができる。図1B、1C及び1Dは、ターゲット上の複数タイルの3つの例示的な配列を表す。図1Bは17枚のタイルを有し、図形1Cでは6枚のタイルを有し、図1Dは3枚のタイルを有している。ターゲット164と基板支持体104は、電源184によって互いに相対的にバイアスがかけられる。ガス、例えばアルゴンは、一般的に処理チャンバ100の壁152に形成される1又はそれ以上の孔部(図示せず)を介して、ガスソース182からプロセス容積160に供給される。プラズマは、基板112とターゲット164の間のガスから形成される。プラズマ内のイオンは、ターゲット164の方へ加速されて、材料がターゲット164から放出させる。放出された材料は基板112の方へ引きつけられ、その上に材料の薄膜が堆積される。
接地シールドアセンブリ111は、接地フレーム108と接地シールド110を含む。接地シールドは、プロセス容積160内で処理領域を定めるために、ターゲット164の中心部分165を囲み、接地フレーム108によってターゲット164の周辺部分163に連結される。接地フレーム108は電気的に接地シールド110をターゲット164から絶縁し、一方で、チャンバ100の本体102への接地パスを設ける(一般的に側壁152を経由)。
接地シールド110は、接地シールド110により境界が形成される領域内のプラズマを閉じ込め、材料がターゲット164の中心部分165からのみ放出されることを可能にする。また、接地シールド110は、放出されたターゲット材料が主として基板上に堆積されることを可能にする。これによって、ターゲット材料の効率的な使用を最大化し、チャンバ本体102の他の領域を放出された種の堆積又は攻撃又はプラズマから保護し、それによってチャンバ寿命を改良し、チャンバのクリーニング又は保守に要する休止時間とコストを低減する。本発明の本態様の他の利点は、チャンバ本体102から放出され(例えば、堆積された薄膜の剥離又はチャンバ本体102のプラズマからの攻撃による)、基板112の表面に再堆積される微粒子(パーティクル)の減少であり、それによって製品品質と歩留まりが改善される。
図1Eは、接地シールドアセンブリ111の例示的な接地フレーム108と例示的な接地シールド110、ターゲット164とチャンバ本体152の間の接触面の詳細図を表す。接地フレーム108は、一般にターゲット164に連結される。選択的に、接地シールド110がターゲット164に関して必要に応じて配置と調整がされるかぎり、接地フレーム108は、蓋アセンブリ106のバッキングプレート(図示せず)又は他の部品に連結されてもよい。接地フレーム108は、一般に接地シールド110をターゲット164から絶縁する。一実施例では、接地フレーム108は、ターゲット164と絶縁の接触面122を有する。
また、接地フレーム108は接地シールド110からチャンバ本体102まで伝導経路124を設ける。一実施例では、接地フレーム108は、本体102の側壁152への伝導経路124を有する。伝導経路124は、接地シールド110と本体102の間で連結される伝導性のワイヤ、リード線、ストラップ、その他を備えてもよい。選択的に、接地シールド110と本体102の間に伝導経路124を設けるために、接地フレーム108は適切な電気伝導材料を含む下部分を有してもよい。
接地シールド110は、ターゲット164の中心部分165と接地シールド110の間の間隙120を調整し保持するために、適切な方法で接地フレーム108に連結される。間隙120は、深さと長さ方向で一般に均一であり、即ち、ターゲット164の対向している面と間隙を形成する接地シールド110は一般に平行である。このように、接地シールド110の上部の端部は、ターゲット164の中心部分165の突出している端部の合致面に平行に一般的に形成される。図1A(垂直、即ち90°)及び図1E(約45°)に示される接地シールド110とターゲット164のそれぞれの端部の角度は単に説明目的であり、他の適切な角度が同様に使用されてもよいことに注意すべきである。更に、接地シールド110は、同様に、長さに沿って間隙120の幅を調整するための手段を有してもよい。間隙120は、一般にターゲット164と接地シールド110の間のアーク発生を防ぐために十分に大きな幅であり、ターゲット164と接地シールド110の間のプラズマの暗部を維持するためにプラズマ暗部の厚みより小さくてもよく、例えばプラズマのグロー放電を防止する。接地シールドの詳細は、2005年5月16日に出願され、共通して譲渡される米国特許出願第11/131,009号、名称「PVDチャンバのための接地シールド」に記載されている。
蓋アセンブリ106はマグネトロン138を更に含み、それは処理の間、ターゲット材料の消費量を改善する。マグネトロン138は、スパッタリング均一性を増加するために四角形のターゲット164上で2つの直交する方向で走査されることができる。一実施例では、マグネトロンは、平面に垂直な第1の磁気極性を有し、前記平面で単一の両端部のある経路に沿って伸び、複数の直線部を含み、このうちの少なくともいくつかは渦巻きパターンで直交座標に沿って別々に伸びる内側の極と、前記第1の磁気極性に反対の第2の磁気極性を有し、前記内側極を囲み、セパレーションによって分離された外側の極を備える。
図2Aは、平面図で図示された例示的なマグネトロン138を表す。マグネトロン138は、マグネトロンプレート106で形成される連続的な溝102、104を含む四角形化された螺旋マグネトロンである。図示されていない反対極性の円筒形の磁石は、それぞれ2つの溝102、104を満たす。溝102は、完全に溝104を囲む。2つの溝102、104はトラックピッチQで配置され、実質的に一定幅のメサ108によって互いに分離される。上述の説明において、メサ108は反対極の間の間隙を表す。1つの溝102は外側の極を表す。他の溝104は外側の極に囲まれた内側の極を表す。レーストラックマグネトロンと同様に、ねじれの有無にかかわらず、溝104によって表される1つの磁極は、溝102によって表される他の磁極により完全に囲まれ、それによって磁界を強化し、端損失を防ぐために1又はそれ以上のプラズマループを形成する。他の溝部が互い違い配列で2つの列を収容するのに対して、最も外部の部分が磁石の一列を収容するので、溝102の最も外側の部分の幅は、溝102の内側部分と他の溝104のすべての部分の約半分の幅よりわずかに大きい。
マグネトロンの他の渦巻き型の形状も可能である。例えば、S字曲線と螺旋マグネトロンをいろいろな方法で組み合わせることができる。螺旋マグネトロンをS字曲線マグネトロンに連結してもよく、両方とも単一のプラズマループで形成される。例えば、2つの螺旋マグネトロンは、反対のねじれによって一緒に連結してもよい。2つの螺旋マグネトロンは、S字曲線マグネトロンに一体化してもよい。また、単一のプラズマループが望ましい。しかし、複数渦巻き型のプラズマループは本発明のいくつかの利点を享受する。
前述のように、スパッタリング均一性は、四角形のターゲットわたって2つの直交する次元で渦巻き型マグネトロンを走査することによって増加する。走査機構は、異なる形式を想定することができる。図2Bで図示される走査機構140では、マグネトロンプレート138の底の孔に保持される複数の絶縁パッド114又はベアリングを介した磁石を含むマグネトロンプレート138は、ターゲット164に取り付けられたバッキングプレート150上に配置される。パッド114は、テフロンで形成され、5cmの直径を有し.マグネトロンプレート112から2mm突出してもよい。外付けドライブソース118によってドライブされる対向するプッシャーロッド116は、対向方向にマグネトロンプレート138を押すために、真空密封された背後壁122を貫通する。動力源118は、一般的に背後壁122にロータリーシールを有するドライブシャフトをドライブする双方向回転モーターである。背後壁122の内側の送りねじ機構は、回転運動を直線運動に変換する。プッシャーロッド116と動力源118の垂直の配置された2つの対は、独立した二次元走査を提供する。ターゲット対角線に沿って配列されるプッシャーロッド116と動力源の一対は、ターゲットの側部に対して連結して二次元走査を与える。マグネトロンの詳細とマグネトロンの走査は、2004年6月7日に出願された米国特許出願第10/863,152号、名称「フラットパネルのスパッタリングのための二次元のマグネトロン走査」に記載されている。
図2Cは、基板への材料のスパッタリングのプロセスフローを表す。スパッタリングプロセス200は、ステップ201で基板をスパッタリングチャンバに設置することからスタートする。その後、プラズマがステップ202で点火電圧で点火する。一度プラズマが点火されると、材料がステップ203のスパッタリング電圧でスパッタリングされる。点火電圧は、スパッタリング電圧より高い。
上述のように、従来のスパッタリングプロセスでは、プラズマを点火するのに1000ボルト以上を使用し、堆積の間には400−600ボルトを使用する。マルチタイルターゲットスパッタリングでは、400〜600ボルトのスパッタリング電圧は、アークが発生することがあるため、高過ぎる。マルチタイルターゲットの実験では、アークが約400ボルトプラズマ電圧で起こることを示す。従って、400ボルト以下のスパッタリング電圧を保持するのが望ましく、望ましくは375ボルト以下であり、最も望ましいのは350ボルトに等しいかそれ以下である。
図3A(従来技術)は、ウエハ用の例示的な従来のスパッタリングシステムを表す。このチャンバで、小型に組合されたマグネトロン36が、ターゲット16の背後の図示されていないバックプレート上で支持される。チャンバ12とターゲット16は、一般に中心軸38に関して円形に対称である。マグネトロン36は、第1の垂直磁気極性の内側磁極40と反対の第2の垂直磁気極性の囲む外側磁極42を含む。両方の極は、磁気ヨーク44によって支持されて磁気的に結合される。ヨーク44は、中心軸38に沿って伸びる回転シャフト48で支持された回転アーム46に固定される。シャフト48に接続されたモーター50は、マグネトロン36を中心軸38のまわりに回転させる。ターゲット16の中心部のまわりに配置された暗部シールド80があり、それは、ターゲットとシールドの間にプラズマの形成を防ぐために、ターゲット16に最も短い距離にあり距離はプラズマ暗部より小さい。ウエハ用の従来のPVDシステムにおいて、スパッタリングが起こるターゲット16の中心部分17は基板24を覆い、またこの部分17の端部は、基板24の端部を約40〜50mm超えて広がる(オーバーハングと呼ばれる)。基板24の端部における堆積の均一性を保証するために、マグネトロン36の磁石42は、暗部シールド80上にある。図3Aに示されるように、磁石42は暗部シールド80より上にある。マグネトロン36の磁石、例えば磁石42と磁石40がそれらの下にチャンバ内の大多数の電子を閉じ込めるので、磁石42の下の電子のかなりの数は、スパッタリングプロセスの間に暗部シールド80に逃げる。図3B(従来技術)は、ターゲット16、マグネトロン36、暗部シールド80及び電子のかなりの数がシールド80に逃げる領域「M」の上面図を表す。「M」領域の電子の漏れにより、従来のウエハスパッタリングシステムのためのスパッタリング電圧は400−600ボルトの間に上がり、望ましいスパッタリング速度を得るために処理チャンバで十分な電子を保持される。
大面積基板スパッタリングシステムに関する本発明では、ターゲット164の中心部分165は基板112を覆い、中心部分165の端部は、200mm又はそれ以上基板112の端部を越えて広がることができる(200mm以上のオーバーハング)。大面積基板スパッタリングシステムにおけるより大きなオーバーハングのために、マグネトロン138は、暗部シールドとして動作するシールド110の端部ライン110E(点線)の上を横切る必要がなく、ウエハのPVDシステムのマグネトロンに必要な大面積基板の端部近くの堆積の均一性を保証する。従って、シールド110に逃げる電子はほとんど又は全くない。図3Cは、マグネトロン138、ターゲット、シールド110とシールド端部ライン110の上面図を表す。シールド110に逃げる電子が殆どない又は全くないようにするため、マグネトロン138の端部は、シールド110の端部ライン110Eを横切ってはならず、望ましくは端部ライン110Eから50mmより大きい距離「D」を維持する必要があり、端部ライン110Eから100mmより大きい距離「D」が最も望ましい。マグネトロンがシールド110から「安全」な距離に維持されるので、スパッタリング電圧は、400ボルト未満、例えば350ボルト未満まで低くすることができ、ウエハ用の従来のPVDシステムに等しい堆積速度を得るのに、堆積領域で十分な電子を有する。大面積基板を処理するシステムのためのスパッタリング電圧は約375ボルトかそれ以下に維持されなければならず、アーク発生を防ぐには望ましくは約350ボルトかそれ以下に、最も望ましいのは330ボルトか又はそれ以下である。スパッタリング電圧を低くすることに加え、シールド110から「安全」な距離に維持されているマグネトロン138によって、プラズマ点火電圧は、約1800ボルト(ウエハ用の従来のPVDシステム)から、1000ボルト以下、例えば800ボルト以下に低くすることができる。大面積基板を処理するシステムの点火電圧は、約1000ボルトかそれ以下に維持される必要があり、微粒子発生を低減するには、約800ボルトかそれ以下が望ましく、600ボルト又は以下が最も望ましい。より高い電圧でのプラズマ点火は、低電圧でのプラズマ点火よりも多くの微粒子を発生する。
大面積基板システムにおいて、基板のセンターの近くの電子Cは、図4に示されるように、接地シールド110又は接地チャンバ壁152に到達するには、長い距離Lを移動する必要がある。逆に、基板の端部の近くの電子「E」は、接地シールド110又はチャンバ壁152に到達するには、単に短い距離「S」を移動するだけである。基板中心の近くで電子のために接地経路を設けるためにアンテナをターゲットと基板の間に配置する場合、抵抗が低下するので、スパッタリング電圧はさらに低くすることができる。図5Aは、(接地された)遮蔽フレームに配置可能な、(接地された)シールド110に取り付け可能な、又は、ターゲットと基板の間の(接地された)チャンバ壁152に取り付け可能な、例示的なアンテナ構造体125の上面図を表す。図5Bは、処理チャンバで遮蔽フレームに配置されるアンテナ構造体125の側面図を表す。基板のセンターの近くの電子がより短い距離「Ds」を移動することによって接地経路を通して逃げることができるので、スパッタリング電圧は、約10〜30ボルト低くすることができる。図5Aのアンテナライン125A、125Bの幅「w」は、5mmから約30mmまでの間の範囲にあり、望ましくは約10mmから約20mmの間である。アンテナライン125A、125Bの厚みは、約1mmから約10mmまでの間の範囲であり、望ましくは約3mmから約7mmの間である。図5Aの例示的なアンテナ構造125は、中央のアンテナライン125Bに開口部「O」を有する。一般的に、スパッタリング堆積は、基板の中央で薄い。基板のセンターの近くで開口部「O」を残すことによって(開口部「O」の近くで逃げる電子は少ない)、中央の堆積厚みは、基板の他の部分により等しくすることができる。アンテナ構造125は、単にスパッタリング電圧を減少させるだけではなく、堆積均一性も改善する。図5Bのアンテナ構造体125は、単なる例である。類似の目的を達成することができる他のアンテナ設計があり得る。例えば、4本、6本、又はそれ以上のように2本以上の125Aラインであってもよく、例えば4本、6本、又はそれ以上のように2本以上の125Bラインがあってもよい。
アンテナ構造125なしで800ボルトで点火し350ボルトでスパッタリングした3000モリブデンに対する堆積不均一性は70%であり、図5Aで示されるアンテナ構造125を用いて同じ条件で堆積する3000モリブデンの不均一性は38%である。この結果はアンテナ構造125が堆積均一性を改善することを示す。不均一性は、最大厚み(Tmax)から最小厚み(Tmin)を引き、減算の結果を最大厚みと最小厚みの合計で割って計算され、(Tmax−Tmin)/(Tmax+Tmin)である。
本発明の概念は、2000cm2より大きいターゲット、望ましくは15000cm2より大きいターゲット、最も望ましくは40000cm2より大きいターゲットに用いることができる。本発明の概念は、単一ピースターゲット又は複数タイルターゲットに適用することができる。
前述は本発明の実施例を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施例は本発明の基本的な範囲から逸脱することなく案出されることができ、その範囲は特許請求の範囲に基づいて定めされる。
本発明の上述された構成がより詳細に理解されるように、上記に要約された本発明のより具体的な説明が実施例を参照して行われ、実施例のいくつかは添付図面に示される。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な形態のみを説明するものであり、従って、その範囲を制限すると解釈されるべきではなく、本発明は同等に効果的な他の実施例を含むことができる。
大面積基板のためのプラズマスパッタリアクターの簡略断面図である。
17枚のターゲットタイルから構成されるターゲットの平面図を示す。
6枚のターゲットタイルから構成されるターゲットの平面図を示す。
3枚のターゲットタイルから構成されるターゲットの平面図を示す。
図1AのPVDチャンバの接地シールド、ターゲットとチャンバ本体の間の接触面の詳細図である。
四角形の螺旋マグネトロンの平面図である。
ターゲット上でスライド可能に支持されたマグネトロンを有する線形走査機構の立面図である。
スパッタリングのプロセスフローを示す。
ウエハ用の従来のPVDチャンバの断面図である(従来技術)。
図3Aの従来のPVDチャンバのスパッタリングターゲット、マグネトロン及び暗部シールドの上面図である(従来技術)。
図1Aの大面積基板のためのPVDチャンバのスパッタリングターゲット、マグネトロン及びシールドの上面図である。
ターゲットの中央と端部の近くの例示的な電子を含む大面積基板用のPVDチャンバの概略断面図である。
例示的なアンテナの上面図である。
大面積基板のためのアンテナ構造を持つPVDチャンバの断面図である。
Claims (32)
- 400ボルトより低い電圧で四角形基板上に材料をスパッタリングする装置であって、
四角形基板上で材料をスパッタリングする間に400ボルトより低い電圧でバイアスされるスパッタリングターゲットと、
スパッタリングターゲットを囲む接地シールドを備え、接地シールドとスパッタリングターゲットの間の最短距離はプラズマ暗部の厚さより小さく、
スパッタリングターゲットの背面のマグネトロンを備え、マグネトロンの端部は接地シールドに重なり合わない装置。 - ターゲットがスパッタリングの間に375ボルト又はそれ以下の電圧でバイアスされる請求項1記載の装置。
- ターゲットがスパッタリングの間に350ボルト又はそれ以下の電圧でバイアスされる請求項2記載の装置。
- プラズマ点火電圧が1000ボルト又はそれ以下である請求項1記載の装置。
- プラズマ点火電圧が800ボルト又はそれ以下である請求項4記載の装置。
- スパッタリングターゲットが複数のタイルで形成されている請求項1記載の装置。
- 四角形基板の表面積が15000cm2より大きい請求項1記載の装置。
- マグネトロンは、平面に垂直な第1の磁気極性を有し、前記平面で両端部のある単一経路に沿って伸び、複数の直線部を有し、直線部のうち少なくともいくつかは渦巻きパターンで直交座標の1つに沿って別々に伸びる内側極と、
前記第1の磁気極性に反対の第2の磁気極性を有し、前記内側極を囲み、分離部によってそこから分離された外側極とを備える請求項1記載の装置。 - マグネトロンがスパッタリングターゲット上で2つの直交する次元で走査される請求項1記載の装置。
- マグネトロンの端部と接地シールドの端部との間の距離が50mmより大きい請求項1記載の装置。
- マグネトロンの端部と接地シールドの端部との間の距離が100mmより大きい請求項10記載の装置。
- 400ボルトより低い電圧で四角形基板上に材料をスパッタリングする装置であって、
四角形基板上で材料をスパッタリングする間に400ボルトより低い電圧でバイアスされるスパッタリングターゲットと、
スパッタリングターゲットを囲む接地シールドを備え、接地シールドとスパッタリングターゲットの間の最短距離がプラズマ暗部の厚さより小さく、
スパッタリングターゲットの背面のマグネトロンを備え、マグネトロンの端部は接地シールドに重なり合わず、
スパッタリングターゲットと基板との間に配置され、スパッタリングの間に接地されるアンテナ構造体を備える装置。 - スパッタリングの間にターゲットは350ボルト又は350ボルトより低い電圧でバイアスされる請求項12記載の装置。
- プラズマ点火電圧が800ボルト又はそれ以下である請求項12記載の装置。
- スパッタリングターゲットが複数タイルで形成されている請求項12記載の装置。
- 四角形基板の表面積は15000cm2より大きい請求項12記載の装置。
- マグネトロンは、平面に垂直な第1の磁気極性を有し、前記平面で両端部のある単一経路に沿って伸び、複数の直線部を有し、直線部のうち少なくともいくつかは渦巻きパターンで直交座標の1つに沿って別々に伸びる内側極と、
前記第1の磁気極性に反対の第2の磁気極性を有し、前記内側極を囲み、分離部によってそこから分離された外側極とを備える請求項12記載の装置。 - マグネトロンがスパッタリングターゲット上で2つの直交する次元で走査される請求項12記載の装置。
- マグネトロンの端部と接地シールドの端部の間の距離が50mmより大きい請求項12記載の装置。
- アンテナ構造体のアンテナが約5mmから30mmの範囲の幅と、約1mmから約10mmの範囲の厚さを有する請求項12記載の装置。
- アンテナ構造体のアンテナが約10mmから20mmの範囲の幅を有し、約3mmから約7mmの範囲の厚さを有する請求項20記載の装置。
- アンテナ構造体が構造の中央に開口部を有する請求項20記載の装置。
- 四角形の基板上で400ボルトより低い電圧で材料をスパッタリングする方法であって、
スパッタリングチャンバに四角形基板を配置し、スパッタリングチャンバはスパッタリングターゲットと、スパッタリングターゲットを囲む接地シールドであって、接地シールドとスパッタリングターゲットとの間の最短距離がプラズマ暗部の厚さよりも小さい接地シールドと、スパッタリングターゲットの背後のマグネトロンであって、マグネトロンの端部が接地シールドに重なり合わないマグネトロンと、スパッタリングターゲットと基板との間に配置され、スパッタリングの間に接地されるアンテナ構造体を備えており、
第1の電圧でプラズマに点火し、
400ボルトより低い第2の電圧で四角形基板に材料をスパッタリングする方法。 - 第2の電圧がスパッタリングの間に350ボルト又は350ボルト以下である請求項23記載の方法。
- 第1の電圧が800ボルト又は800ボルト未満である請求項23記載の方法。
- スパッタリングターゲットが複数タイルで形成されている請求項23記載の方法。
- 四角形基板の表面積が15000cm2より大きい請求項23記載の方法。
- マグネトロンは、平面に垂直な第1の磁気極性を有し、前記平面で両端部のある単一経路に沿って伸び、複数の直線部を有し、直線部のうち少なくともいくつかは渦巻きパターンで直交座標の1つに沿って別々に伸びる内側極と、
前記第1の磁気極性に反対の第2の磁気極性を有し、前記内側極を囲み、分離部によってそこから分離された外側極とを備える前記請求項23記載の方法。 - マグネトロンがスパッタリングターゲット上で2つの直交する次元で走査される請求項23記載の方法。
- マグネトロンの端部と接地シールドの端部の間の距離が50mmより大きい請求項23記載の方法。
- アンテナ構造体のアンテナが幅が約5mmから30mmの範囲の幅と、約1mmから約10mmの範囲の厚さを有する請求項23記載の方法。
- アンテナ構造体が構造の中央に開口部を有する請求項23の方法。
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