JP2011521107A - マイクロ波を援用した回転可能なpvd - Google Patents
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Abstract
Description
マイクロ波を援用したPVDは、典型的な13.56MHzで高周波(RF)カップリングされたプラズマ源と比べて2.45GHzでの電力カップリングと吸収を改善する結果として、より高いプラズマ密度(例えば、〜1012ions/cm3)とより高い成膜速度を達成するために開発された。RFプラズマの1つの欠点は、入力電力の大部分がプラズマシース(暗部)全域で落ち込むことである。マイクロ波プラズマを使用することによって、狭いプラズマシースが形成され、ラジカルとイオン種の生成のためにプラズマによってより多くの電力が吸収可能となり、これによってプラズマ密度を増大させ、狭いエネルギー分散を実現するための、イオンエネルギー分散の衝突による広がりを削減する。
図1はマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム100の概略をターゲットと共に示している。円筒管形状のターゲット106は、しばしばとても高価なターゲット材料のより高い使用収率を提供するためにターゲットの中心周りに回転できる。アンテナ110は同軸マイクロ波プラズマ線源であり、中心軸118上のターゲット106の外側に位置している。ターゲット106の上方で中心軸118上に位置するガス供給口112は、スパッタリング剤として振舞う、例えばアルゴン、ヘリウム、キセノン、そしてこれらの混合物のような不活性ガスの連続的な流れを提供する。ガス供給口112はターゲット106と基板102(図示されず)の間に配置されてもよい。プラズマ104はターゲット106の外側表面近傍に形成される。ターゲット材料の膜がターゲット106の下方に位置する基板102上に形成されてもよい。基板102上に膜を形成するためのイオンを引き付けるために基板102はバイアスを掛けてもよい。
例えばアルミニウム、銅、チタン、又はタンタルなどの金属を含むターゲットに対しては、ターゲットをカソードとして機能させ、基板をアノードとして機能させるために、DC電圧をターゲットに印加してもよい。DC電圧は自由電子を加速させるのを助ける。自由電子は、例えばアルゴンガスから得られるアルゴン(Ar)原子のようなスパッタリング剤に衝突し、Ar原子の励起とイオン化を引き起こす。Arの励起によってガスグローが発生する。Arのイオン化によってAr+と二次電子を生成する。二次電子はプラズマ放電を維持するための励起及びイオン化プロセスを繰り返す。
L*P>0.5(cm−torr)
ここで、Lは電極間隔、Pはチャンバ圧を示す。例えば、もしターゲットと基板間の間隔が10cmならば、Pは50mtorrを超える必要がある。
λ(cm)〜5×10−3/P(torr)
もしPが50mtorrならば、λは約0.1cmとなる。これは、スパッタリングされた原子又はイオンは、典型的には基板へ到達する前に数百回もの衝突をすることを意味している。これは成膜速度を著しく低下させる。実際、スパッタリング速度Rはチャンバ圧及びターゲットと基板間の間隔に反比例する。従って、放電の維持のために要求されるチャンバ圧を下げることによって、成膜速度が増加する。
4.マイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜の例
図7はマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム700の概略断面図を示している。このシステムは本発明の実施形態を実施するために使用されてもよい。システム700は真空チャンバ748と、2つの回転可能なターゲット716と、2つのターゲット716間に位置する同軸マイクロ波アンテナ710と、マグネトロン714と、基板支持部材724と、真空ポンプシステム726と、コントローラ728と、ガス供給システム740と、チャンバ壁及び基板支持部材724の側面をスパッタリング成膜から保護するためのシールド754を含んでいる。以下の参考文献、つまり米国特許第6,620,296B2号、米国特許出願公開第2007/0045103A1号、米国特許出願公開第US2003/0209422A1号を、アプライドマテリアルズ社他によって使用される物理気相成長(PVD)マグネトロンスパッタリングシステムの例としてここに引用する。上述の各特許の全内容は、全目的のために参照として本明細書に組み込まれる。
例証の目的のために、図8は基板上に膜を形成するために使用されるかもしれないプロセスのフローダイアグラムを提供している。まず、ブロック804において、スパッタリングターゲットが処理チャンバ内へロードされる。ブロック806において、同軸マイクロ波アンテナがマイクロ波を生成するためにスパッタリングターゲットの内側に設置される。ブロック808において、ある電圧が電源によってスパッタリングカソードターゲットに印加される。電源はDC、AC、RF又はパルス電源のうちの少なくとも1つである。ブロック810において、例えばパルス電力又は連続電力を用いた電源によってマイクロ波の電力は変調されてもよい。その後、ブロック812において、スパッタリング剤のようなガスが処理チャンバ内へ流される。
図9Aは、4つの同軸マイクロ波線源910と、基板904と、同軸電力提供装置908と、インピーダンスマッチングされた矩形導波管906を含む平面同軸マイクロ波源902を含む概略システムを示している。同軸マイクロ波線源は、導電プラズマの使用を通して外側導体層を同軸ケーブルに取り替えて形成してもよい。同軸マイクロ波線源に沿ったマイクロ波の伝播は、電磁波エネルギーをプラズマ加熱へ変換することによって大きく減衰する。
Claims (19)
- マイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システムであって、前記システムは、
処理チャンバと、
前記処理チャンバ内部に配置される回転可能なターゲットと、
前記回転可能なターゲットと電気的に連通し、前記回転可能なターゲットに電圧を印加するために適用される電源と、
前記回転可能なターゲットの外側に配置されるマイクロ波を生成するための同軸マイクロ波アンテナと、
ガスを前記処理チャンバ内へ供給するために構成されたガスシステムと、
前記基板を把持するために前記処理チャンバ内に構成された基板支持部材とを含むシステム。 - 前記回転可能なターゲットは、誘電体材料、金属、又は半導体を含む請求項1記載のマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム。
- 前記電源は、DC、AC、RF又はパルス電源のうち少なくとも1つを含む請求項1記載のマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム。
- 前記回転可能なターゲットは、前記同軸マイクロ波アンテナの周りに実質的に対称に配置された複数の回転可能なターゲットを含む請求項1記載のマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム。
- 前記回転可能なターゲットは、前記回転可能なターゲットの中心軸の周りに実質的に対称な断面を有している請求項1記載のマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム。
- 前記断面は、実質的に円形又は環状である請求項5記載のマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム。
- 前記マイクロ波は、横電磁波(TEM)モードである請求項1記載のマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム。
- 前記回転可能なターゲットの近傍にマグネトロンが配置されている前記請求項1記載のマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム。
- 前記回転可能なターゲットは少なくとも2つのターゲットを含み、前記マグネトロンは前記ターゲットの近傍に少なくとも2つのマグネトロンを含み、前記2つの前記ターゲットは前記同軸マイクロ波アンテナの周りに実質的に対称に配置されている請求項8記載のマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム。
- 前記回転可能なターゲットは、誘電体材料、金属、又は半導体を含む請求項8記載のマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム。
- 前記回転可能なターゲットは、前記回転可能なターゲットの中心軸の周りに実質的に対称な断面を有している請求項8記載のマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム。
- 前記断面は、実質的に円形又は環状である請求項8記載のマイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜システム。
- マイクロ波を援用した回転可能なスパッタリング成膜方法であって、前記方法は、
処理チャンバ内でターゲットを回転させ、
DC、AC、RF又はパルス電源のうちの少なくとも1つを前記ターゲットに印加させ、
前記ターゲットの外側に配置された同軸マイクロ波アンテナからマイクロ波を発生させ、
前記発生させたマイクロ波の電力を変調させ、
前記処理チャンバ内へガスを流し、
前記発生させたマイクロ波によって前記ガスからプラズマを形成し、
前記プラズマから基板上に膜を形成することを含む方法。 - 前記マイクロ波は、横電磁波(TEM)モードである請求項13記載の方法。
- 前記ターゲットの近傍にマグネトロンを配置することを更に含む請求項13記載の方法。
- 前記同軸マイクロ波アンテナは複数の平行同軸マイクロ波アンテナを含む請求項13記載の方法。
- 前記回転可能なターゲットは、誘電体材料、金属、又は半導体を含む請求項13記載の方法。
- 前記回転可能なターゲットは、前記回転可能なターゲットの中心軸の周りに実質的に対称な断面を有している請求項13記載の方法。
- 前記基板支持部材はRF電源によってバイアスを掛けることを更に含む請求項13記載の方法。
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