JP2019528373A - 動的なマグネトロン制御による物理的気相堆積（ｐｖｄ）のプラズマエネルギーの制御 - Google Patents

動的なマグネトロン制御による物理的気相堆積（ｐｖｄ）のプラズマエネルギーの制御 Download PDF

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Abstract

プロセスチャンバ内部で基板の処理を制御するための方法、装置、およびシステムが本明細書に記載される。一部の実施形態では、プロセスチャンバ内部で基板プロセスを制御する方法は、基板の表面上の基準位置に対するプロセスチャンバ内の可動マグネトロンの位置を決定するステップと、マグネトロンの決定された位置に基づいて基板処理に影響を与える少なくとも１つの電源の電力パラメータを変調して、例えば、基板処理の堆積速度またはエッチング速度のうちの少なくとも１つを制御するステップと、を含む。一実施形態では、変調される電力パラメータは、直流（ＤＣ）ソース電力、高周波（ＲＦ）バイアス電力、ＤＣシールドバイアス電圧、または少なくとも１つの電源の電磁コイル電流のうちの少なくとも１つの電力設定点である。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、半導体プロセスチャンバ内のプラズマ処理に関する。
サブミクロン以下の特徴を確実に生産することは、次世代の半導体デバイスの大規模集積（ＶＬＳＩ）および超大規模集積（ＵＬＳＩ）にとっての課題の１つである。しかしながら、回路技術の小型化が進むにつれ、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ技術の相互接続部の寸法の縮小は、処理能力にさらなる要求を課している。例えば、回路密度が次世代デバイスに向けて増加するとともに、ビア、トレンチ、コンタクト、ゲート構造および他の特徴などの相互接続部、ならびにそれらの間の誘電体材料の幅が減少するが、誘電体層の厚さは、実質的に一定のままであり、結果として特徴のアスペクト比が増加する。
一用途において物理的気相堆積（ＰＶＤ）としても知られているスパッタリングは、集積回路において金属特徴を形成する方法である。そのような用途では、スパッタリングは、基板上に材料層を堆積させる。ターゲットなどのソース材料は、電界によって強く加速されたイオンによって衝撃が与えられる。この衝撃によって、ターゲットから材料が放出され、次いでその材料が基板上に堆積する。しかしながら、他の用途では、スパッタリングは、基板をエッチングするために使用されることもある。本発明者らは、堆積およびエッチング中に、放出された粒子が、基板表面に対して概ね直交するのではなく様々な方向に進み、望ましくないことには基板の不均一な堆積およびエッチングをもたらすことに気付いた。加えて、プロセス条件またはプロセスチャンバ設計などの他の要因も、望ましくないことには基板上の処理均一性に影響を与える可能性がある。
プロセスチャンバ内部で基板の処理を制御するための方法、装置、およびシステムが本明細書に記載される。本原理による様々な実施形態において、可動マグネトロンおよび少なくとも１つの電源を含むプロセスチャンバ内部で基板の処理を制御する方法は、基板の表面上の基準位置に対してマグネトロンの位置を決定するステップと、マグネトロンの決定された位置に基づいて基板処理に影響を与える少なくとも１つの電源の電力パラメータを変調するステップと、を含む。一実施形態では、電力パラメータは、直流（ＤＣ）ソース電力、高周波（ＲＦ）バイアス電力、ＤＣシールドバイアス電圧、または少なくとも１つの電源の電磁コイル電流のうちの少なくとも１つの電力設定点を含む。
一部の実施形態では、プロセスチャンバは、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバを備え、変調は、マグネトロンの決定された位置に対応する基板の表面上の位置における材料堆積の速度を制御する。
一部の実施形態では、プロセスチャンバは、エッチングチャンバを備え、変調は、マグネトロンの決定された位置に対応する基板の表面上の位置における材料エッチングの速度を制御する。
本原理による様々な実施形態において、可動マグネトロンおよび少なくとも１つの電源を含むプロセスチャンバ内部で基板の処理を制御するための装置は、プロセッサ、およびプロセッサに結合されたメモリを含む。そのような実施形態では、メモリは、基板の表面上の基準位置に対するマグネトロンの位置を決定し、かつマグネトロンの決定された位置に基づいて少なくとも１つの電源の電力パラメータを変調するように本装置を構成するための、プロセッサによって実行可能な命令を内部に記憶している。
一部の実施形態では、本装置は、プロセスチャンバ内に含まれる２軸ドライバーからマグネトロンの位置情報を受け取る。
本原理による様々な実施形態において、基板処理システムは、内部容積と、基板を支持するために内部容積内部に配置された基板支持体と、内部容積に露出した前面を有するターゲットと、前面と反対側のターゲットの裏面に近接して配置され、基板支持体の中心軸の周りで回転可能な可動マグネトロンと、プロセスチャンバに電力を供給する少なくとも１つの電源と、を含むプロセスチャンバを含む。基板処理システムは、プロセッサと、プロセッサに結合されたメモリと、を備えるコントローラをさらに含む。そのような実施形態では、メモリは、基板の表面上の基準位置に対するマグネトロンの位置を決定し、かつマグネトロンの決定された位置に基づいて少なくとも１つの電源の電力パラメータを変調するようにコントローラを構成するための、プロセッサによって実行可能な命令を内部に記憶している。
一部の実施形態では、基板処理システムは、マグネトロンの移動を制御し、コントローラにマグネトロンの位置情報を伝達するための２軸ドライバーをさらに含む。
本原理による他のおよびさらなる実施形態が以下に記載される。
上で簡単に要約され、以下でより詳細に論じられる本開示の実施形態は、添付図面に表される本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解され得る。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって、範囲を限定していると考えられるべきではなく、その理由は本開示が他の等しく効果的な実施形態を受け入れることができるためである。
本開示の一部の実施形態による物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバの概略断面図である。 本原理の実施形態によるプロセスチャンバ内部で基板上のプロセス均一性を制御するためのシステムの高レベルのブロック図である。 本原理の実施形態による図２のシステムで使用するのに適したコントローラの高レベルのブロック図である。 堆積プロセスから生じる軸外堆積速度測定である。 軸周りの膜堆積プロセスの堆積速度測定であり、基板の外側部分が基板の中心部よりも大きな堆積速度を示す。 不均一な堆積プロセスから生じる基板上のターゲット材料の堆積のグラフィック表現である。 本原理の実施形態により補正された図５Ａの不均一な堆積プロセスの補正のグラフィック表現である。 本原理の実施形態によりプロセスチャンバのマグネトロンの半径方向位置に基づいて電源の電力設定点を調整するために使用することができる例示的な関数曲線のグラフィック表現である。 本原理の実施形態によりプロセスチャンバのマグネトロンの角度位置に基づいて電源の電力設定点を調整するために使用することができる例示的な関数曲線のグラフィック表現である。 本原理の実施形態によりプロセスチャンバ内部で基板処理を制御するための方法の流れ図である。
理解を容易にするために、各図に共通の同一の要素を指定するために、可能な場合は、同一の参照数字が使用された。図は、縮尺通りには描かれておらず、明瞭にするために簡略化されることがある。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳説することなく他の実施形態では有益に組み込まれてもよい。
本原理の実施形態は、マグネトロンの角度位置および／または半径方向位置に基づいて実時間でプロセス制御を可能にする高分解能制御システムに関する。例えば、マグネトロンの位置および／または角度は、プロセスに直接影響を与える電源の制御において入力パラメータとして使用され、したがって、結果として得られる堆積膜またはエッチングされたターゲットに新しい制御層を付加することができる。本原理の実施形態は、プラズマプロセスチャンバ内で誘起される、基板上の中心が高速のスキュー、中心が低速のスキュー、および左右方向または非対称のスキューなどのプロセス速度の不均一性を、有利には低減、制御、あるいは排除することができる。スキューは、一般に、基板のある領域から別の領域へのプロセス結果の差を指す。例示的な例として、プロセス結果は、物理的気相堆積操作によるような、基板のターゲット表面に堆積させた材料の量、またはエッチング操作中に基板から除去される材料の量であってもよい。スキューは、左対右の差、中心対エッジの差、特徴の頂部対底部、またはこれらの任意の組合せによって特徴付けられてもよい。場合によっては、スキューは、プロセスシーケンスにおいて基板を処理するために使用される直前のプロセスチャンバに関連するか、または他の形でそのようなプロセスチャンバによって引き起こされる。スキューに対するさらなる要因は、流量、圧力、温度、およびプラズマを生成するために使用されるＲＦ電力アプリケータによる電力供給の非対称を含む。本原理の実施形態は、主としてＰＶＤプロセスに関して記載されるが、開示された実施形態は、限定的であると考えられるべきではない。本開示の実施形態は、堆積プロセスおよびエッチングプロセスに適用することができる。
図１は、本開示の実施形態による、基板上に材料をスパッタ堆積させるのに適した例示的なＰＶＤチャンバ（プロセスチャンバ１００）、例えば、スパッタプロセスチャンバを表す。本開示から恩恵を得るように適合させることができる適切なＰＶＤチャンバの例示的な例には、両方とも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から市販されているＡＬＰＳ（登録商標）ＰｌｕｓおよびＳＩＰ ＥＮＣＯＲＥ（登録商標）ＰＶＤプロセスチャンバが含まれる。アプライドマテリアルズ社ならびに他のメーカーから入手可能な他の処理チャンバも、本明細書に記載された実施形態に従って適合され得る。
プロセスチャンバ１００は、内部容積１０６を囲む本体１０５を画定する上部側壁１０２、下部側壁１０３、接地アダプタ１０４、およびリッドアセンブリ１１１を有する。アダプタプレート１０７が上部側壁１０２と下部側壁１０３との間に配置されてもよい。ペデスタル１０８などの基板支持体は、プロセスチャンバ１００の内部容積１０６内に配置されている。基板移送ポート１０９は、基板を内部容積１０６に出し入れするために下部側壁１０３に形成されている。
一部の実施形態では、プロセスチャンバ１００は、基板１０１などの基板上に、例えば、チタン、アルミニウム酸化物、アルミニウム、アルミニウム酸素窒化物、銅、タンタル、タンタル窒化物、タンタル酸素窒化物、チタン酸素窒化物、タングステン、タングステン窒化物、または他の材料を堆積させるように構成されている。
ガス源１１０は、プロセスチャンバ１００に結合されて、内部容積１０６内にプロセスガスを供給する。一部の実施形態では、プロセスガスは、必要に応じて、不活性ガス、非反応性ガス、および反応性ガスを含むことができる。ガス源１１０によって供給することができるプロセスガスの例には、限定されることなく、とりわけ、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）、窒素ガス（Ｎ2）、酸素ガス（Ｏ2）、および水（Ｈ2Ｏ）蒸気が含まれる。
ポンプ１１２は、内部容積１０６と通じるプロセスチャンバ１００に結合されて、内部容積１０６の圧力を所与のプロセスに対して任意の適切な圧力に制御する。一部の実施形態では、堆積中に、プロセスチャンバ１００の圧力レベルは、約１Ｔｏｒｒ以下に維持されてもよい。一部の実施形態では、プロセスチャンバ１００の圧力レベルは、堆積中に約５００ｍＴｏｒｒ以下に維持されてもよい。一部の実施形態では、プロセスチャンバ１００の圧力レベルは、堆積中に約１ｍＴｏｒｒおよび約３００ｍＴｏｒｒに維持されてもよい。
接地アダプタ１０４は、基板上にスパッタ堆積させる材料から製造されたターゲットなどのスパッタリング源１１４を支持することができる。一部の実施形態では、スパッタリング源１１４は、チタン（Ｔｉ）金属、タンタル金属（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）金属、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらの合金、これらの組合せなどから製造されてもよい。
スパッタリング源１１４は、スパッタリング源１１４用の電源１１７を備えるソースアセンブリ１１６に結合されてもよい。一部の実施形態では、電源１１７は、ＲＦ電源であってもよい。一部の実施形態では、電源１１７は、代わりにＤＣ電源であってもよい。一部の実施形態では、電源１１７は、ＤＣ電源およびＲＦ電源の両方を含んでもよい。
一連の回転可能な磁石を含むマグネトロンアセンブリ（マグネトロン１１９）は、スパッタリング源１１４に隣接して結合されて、処理中にスパッタリング源１１４からの材料の効率的なスパッタリングを促進することができる。マグネトロンアセンブリの例には、とりわけ、電磁線形マグネトロン、蛇行マグネトロン、螺旋マグネトロン、二重指状突起マグネトロン、矩形化螺旋マグネトロンが含まれる。マグネトロンアセンブリは、磁石の回転を制御するための少なくとも１つのモータを含む。一部の実施形態では、２つのモータが磁石の回転を制御するために設けられている。ロータリーエンコーダー、位置センサーなどがマグネトロン１１９の角度位置を表す信号を供給するために使用されることがある。マグネトロン１１９の半径方向位置は、角度位置から計算されてもよく、あるいは１つまたは複数のエンコーダ、位置センサーなどを使用して決定されてもよい。
一部の実施形態では、第１の組の磁石１９４は、アダプタプレート１０７と上部側壁１０２との間に配置されて、スパッタリング源１１４からたたき出された金属イオンを誘導するための磁場を生成するのを支援することができる。第２の組の磁石１９６は、接地アダプタ１０４に隣接して配置されて、スパッタリング源１１４からたたき出された材料を誘導するための磁場を生成するのを支援することができる。プロセスチャンバ１００の周りに配置される磁石の数は、プラズマ解離およびスパッタリング効率を制御するように選択されてもよい。第１および第２の組の磁石１９４、１９６は、電磁石によって生成された磁場の大きさを制御するための電源に結合された電磁石であってもよい。
ＲＦ電源１８０は、スパッタリング源１１４とペデスタル１０８との間のバイアス電力を提供するために、ペデスタル１０８を介してプロセスチャンバ１００に結合されてもよい。一部の実施形態では、ＲＦ電源１８０は、約１３．５６ＭＨｚなどの、約４００Ｈｚ〜約６０ＭＨｚの周波数を有することができる。
プロセスチャンバ１００は、上部シールド１１３および下部シールド１２０をさらに含む。コリメータ１１８は、スパッタリング源１１４とペデスタル１０８との間の内部容積１０６内に配置されている。コリメータ１１８は、ガスおよび／または材料フラックスを内部容積１０６内部に導くための複数の開孔を含む。コリメータ１１８は、任意の固定手段を用いて、上部シールド１１３に結合されている。一部の実施形態では、コリメータ１１８は、上部シールド１１３と一体に形成されてもよい。コリメータ１１８は、電気的にバイアスされて、基板へのイオンフラックスおよび基板における中性物質角度分布を制御するとともに、追加されたＤＣバイアスにより堆積速度を増加させることができる。コリメータを電気的にバイアスすることにより、結果としてコリメータへのイオン損失が減少し、有利には基板においてより大きなイオン／中性物質比が可能になる。任意選択で、上部シールド１１３とコリメータ電源１９０との間にスイッチ１９９を配置して、上部シールド１１３およびコリメータ１１８をコリメータ電源１９０に選択的に結合させることができる。
一部の実施形態では、コリメータ１１８は、バイポーラモードで電気的にバイアスされて、コリメータ１１８を通過するイオンの方向を制御することができる。例えば、制御可能な直流（ＤＣ）またはＡＣコリメータ電源１９０をコリメータ１１８に結合して、パルス状の正または負の交番電圧をコリメータ１１８に供給し、コリメータ１１８をバイアスすることができる。一部の実施形態では、コリメータ電源１９０は、ＤＣ電源である。
コリメータ１１８にバイアスを印加するのを容易にするために、コリメータ１１８は、接地アダプタ１０４などの接地されたチャンバ部品から電気的に絶縁されている。例えば、図１に表された実施形態では、コリメータ１１８は、上部シールド１１３に結合され、この上部シールド１１３がプロセスツールアダプタ１３８に結合されている。プロセスツールアダプタ１３８は、プロセスチャンバ１００内の処理条件に適合する適切な導電性材料から作られてもよい。絶縁体リング１５６および絶縁体リング１５７は、プロセスツールアダプタ１３８の両側に配置されて、プロセスツールアダプタ１３８を接地アダプタ１０４から電気的に絶縁する。絶縁体リング１５６、１５７は、適切なプロセス適合性誘電体材料から作られてもよい。
プロセスツールアダプタ１３８は、内部容積１０６内部で、コリメータ１１８などのプロセスツールを支持するのを容易にする１つまたは複数の特徴を含む。例えば、図１に示すように、プロセスツールアダプタ１３８は、上部シールド１１３を支持するために半径方向内向きに延在する取付けリングまたは棚１６４を含む。一部の実施形態では、取付けリングまたは棚１６４は、プロセスツールアダプタ１３８に取り付けられた上部シールド１１３とのより均一な熱コンタクトを容易にするための、プロセスツールアダプタ１３８の内径の周りの連続的なリングである。
一部の実施形態では、冷却剤チャネル１６６がプロセスツールアダプタ１３８に設けられ、冷却剤を、プロセスツールアダプタ１３８を通して流すのを容易にし、処理中に発生する熱を除去することができる。例えば、冷却剤チャネル１６６は、冷却剤源１５３に結合されて、水などの適切な冷却剤を供給することができる。冷却剤チャネル１６６は、有利には、接地アダプタ１０４などの他の冷却されたチャンバ部品に容易には伝達されないプロセスツール（例えば、コリメータ１１８）からの熱を除去する。例えば、プロセスツールアダプタ１３８と接地アダプタ１０４との間に配置された絶縁体リング１５６、１５７は、典型的には、熱伝導率の低い材料から作られている。したがって、絶縁体リング１５６、１５７は、コリメータ１１８から接地アダプタ１０４への伝熱速度を低下させ、プロセスツールアダプタ１３８は、有利には、コリメータ１１８の冷却速度を維持し、または増加させる。プロセスツールアダプタ１３８に設けられた冷却剤チャネル１６６に加えて、接地アダプタ１０４も、処理中に発生した熱を除去するのをさらに容易にするために冷却剤チャネルを含むことができる。
プロセスチャンバ１００の内部容積１０６内部の中央開口部内で上部シールド１１３を支持するために、半径方向内向きに延在するレッジ（例えば、取付けリングまたは棚１６４）が設けられている。一部の実施形態では、棚１６４は、冷却剤チャネル１６６に近接した位置に配置され、使用中にコリメータ１１８からの、冷却剤チャネル１６６内を流れる冷却剤への熱伝達を最大化するのを容易にする。
一部の実施形態では、下部シールド１２０が、コリメータ１１８に近接して、接地アダプタ１０４または上部側壁１０２の内部に設けられてもよい。下部シールド１２０は、管状体１２１の上面に配置された半径方向外向きに延在するフランジ１２２を有する管状体１２１を含むことができる。フランジ１２２は、上部側壁１０２の上面との嵌合インタフェースを提供する。一部の実施形態では、下部シールド１２０の管状体１２１は、管状体１２１の残りの部分の内径よりも小さな内径を有する肩部領域１２３を含むことができる。一部の実施形態では、管状体１２１の内面は、テーパ面１２４に沿って半径方向内向きに肩部領域１２３の内面に移行する。
シールドリング１２６は、下部シールド１２０に隣接した、下部シールド１２０とアダプタプレート１０７の中間のプロセスチャンバ１００内に配置されてもよい。シールドリング１２６は、下部シールド１２０の肩部領域１２３とアダプタプレート１０７の内部側壁との対向する側部によって形成された凹部１２８に少なくとも部分的に配置されてもよい。
一部の実施形態では、シールドリング１２６は、下部シールド１２０の肩部領域１２３の外径よりも大きい内径を有する軸方向に突出する環状側壁１２７を含むことができる。半径方向フランジ１３０は、環状側壁１２７から延在する。半径方向フランジ１３０は、半径方向フランジ１３０の下面に形成された突部１３２を含む。突部１３２は、シールドリング１２６の環状側壁１２７の内径面と実質的に平行な配向に半径方向フランジ１３０の表面から延在する円形隆起部であってもよい。突部１３２は、一般に、ペデスタル１０８上に配置されたエッジリング１３６に形成された凹部１３４と嵌合するように適合されている。凹部１３４は、エッジリング１３６に形成された円形溝であってもよい。突部１３２と凹部１３４との係合は、シールドリング１２６をペデスタル１０８の長手方向軸に対してセンタリングする。
（リフトピン１４０上に支持されて示されている）基板１０１は、ペデスタル１０８とロボットブレード（図示せず）との間の協調位置決め較正によって、ペデスタル１０８の長手方向軸に対してセンタリングされる。したがって、基板１０１を、プロセスチャンバ１００内部でセンタリングすることができ、シールドリング１２６を、処理中に基板１０１の周りで半径方向にセンタリングすることができる。
動作において、基板１０１が配置されたロボットブレード（図示せず）は、基板移送ポート１０９を貫いて延在する。基板１０１をペデスタル１０８から延在するリフトピン１４０に移送することができるように、ペデスタル１０８を下降させることができる。ペデスタル１０８および／またはリフトピン１４０の上昇および下降は、ペデスタル１０８に結合された駆動装置１４２によって制御されてもよい。ペデスタル１０８の基板受け取り面１４４上に基板１０１を下降させることができる。基板１０１がペデスタル１０８の基板受け取り面１４４上に置かれた状態で、基板１０１上にスパッタ堆積を行うことができる。エッジリング１３６は、処理中に基板１０１から電気的に絶縁されてもよい。したがって、基板受け取り面１４４は、基板１０１がエッジリング１３６に接触するのを防止するように、基板１０１に隣接するエッジリング１３６の部分の高さよりも高い高さを有することができる。スパッタ堆積中に、基板１０１の温度は、ペデスタル１０８に配置された熱制御チャネル１４６を利用することによって制御されてもよい。
一部のプロセスでは、スパッタ堆積の後、リフトピン１４０を利用してペデスタル１０８から離隔された位置まで基板１０１を上昇させることができる。上昇させた位置は、アダプタプレート１０７に隣接するシールドリング１２６およびリフレクタリング１４８の一方または両方に近接していてもよい。アダプタプレート１０７は、リフレクタリング１４８の下面とアダプタプレート１０７の凹面１５２との中間の位置に、アダプタプレート１０７に結合された１つまたは複数のランプ１５０を含む。ランプ１５０は、可視波長あるいは赤外線（ＩＲ）および／または紫外線（ＵＶ）スペクトルなどの近可視波長の、光学エネルギーおよび／または放射エネルギーを供給する。ランプ１５０からのエネルギーは、基板１０１の裏側（すなわち下面）に向かって半径方向内向きに集束され、基板１０１およびその上に堆積させた材料を加熱する。基板１０１を取り囲むチャンバ部品上の反射面は、エネルギーを基板１０１の裏側に向かって、かつエネルギーが失われるおよび／または利用されない他のチャンバ部品とは反対向きに集束させるように働く。アダプタプレート１０７は、冷却剤源１５３または１５４に結合されて、加熱中にアダプタプレート１０７の温度を制御することができる。
基板１０１を所定の温度に制御した後、基板１０１を、ペデスタル１０８の基板受け取り面１４４上の位置に下降させる。基板１０１は、ペデスタル１０８の熱制御チャネル１４６を利用して、伝導を介して速やかに冷却され得る。基板１０１の温度は、数秒から約１分で第１の温度から第２の温度に下降することができる。基板１０１は、さらなる処理のために、基板移送ポート１０９を通してプロセスチャンバ１００から除去されてもよい。基板１０１は、摂氏２５０度未満などの所定の温度範囲に維持されてもよい。
コントローラ１９８は、プロセスチャンバ１００に結合されている。コントローラ１９８は、中央処理装置（ＣＰＵ）１６０、メモリ１５８、およびサポート回路１６２を含む。コントローラ１９８は、プロセスシーケンスを制御するために利用され、ガス源１１０からプロセスチャンバ１００内へのガス流を調節し、スパッタリング源１１４のイオン衝撃を制御する。ＣＰＵ１６０は、産業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサであってもよい。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、フロッピーまたはハードディスクドライブなどのメモリ１５８、あるいは他の形態のデジタル記憶装置に記憶することができる。サポート回路１６２は、通常、ＣＰＵ１６０に結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源などを備えることができる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１６０によって実行されると、ＣＰＵを、プロセスチャンバ１００を制御する特定目的のコンピュータ（コントローラ）１９８へと変え、それにより以下に開示されるプロセスを含むプロセスが本開示の実施形態に従って行われる。また、ソフトウェアルーチンは、プロセスチャンバ１００から遠隔に位置する第２のコントローラ（図示せず）によって記憶および／または実行されてもよい。
一部の実施形態では、プロセスチャンバ１００は、実質的に実時間でのプロセスの制御を容易にするために、デジタル通信の場合に約１ｍｓ以下のネットワークレイテンシーとなるように配線されている。本明細書で使用される場合、「実時間」とは、約１ｍｓ以内であることを意味する。
処理中に、材料は、スパッタリング源１１４からスパッタされ、基板１０１の表面に堆積する。スパッタリング源１１４およびペデスタル１０８は、ガス源１１０によって供給されるプロセスガスから形成されるプラズマを維持するために、電源１１７またはＲＦ電源１８０によって互いに対してバイアスされている。また、コリメータ１１８に印加されるＤＣ電力は、一定電力またはパルス状電力によって、コリメータ１１８を通過するイオンと中性物質との比を制御するのを支援し、有利には、トレンチの側壁および底部の充填能力を向上させる。プラズマからのイオンは、スパッタリング源１１４に向かって加速され、スパッタリング源１１４に衝突し、ターゲット材料をスパッタリング源１１４からたたき出す。たたき出されたターゲット材料、および一部の実施形態ではプロセスガスからの１つまたは複数の元素が基板１０１上に層を形成する。
動作において、および図１を参照すると、マグネトロン１１９は、スパッタリング源１１４の後方に配置されて、マグネトロン１１９に近接したスパッタリング源１１４の領域内でのターゲット材料のたたき出しを促進する。本発明者らは、マグネトロン１１９の位置情報を使用して、堆積またはエッチングプロセスを制御し、例えば、本明細書に記載された原理に従って均一性誤差を補正することができると判断した。
図１のプロセスチャンバ１００は、プロセスチャンバの例示的な例であり、本開示の範囲を限定するものではない。本原理による一部の実施形態では、プロセスチャンバは、図１のプロセスチャンバ１００の構成要素の一部のみを含むことができる。例えば、図１のプロセスチャンバ１００では、ランプ１５０、リフレクタリング１４８、およびコリメータ１１８は、本原理による実施形態を適用することができる図１のプロセスチャンバ１００内で行われる一部のプロセスのための任意の構成要素と考えることができる。加えて、図１のプロセスチャンバ１００は、材料堆積プロセスに使用されるＰＶＤチャンバとして表されているが、一部の実施形態では、本明細書に記載された本発明のプロセスは、エッチングされる基板が「ターゲット」と考えられることがあるスパッターエッチングプロセスに適用することができる。
図２は、本原理の実施形態による、例えば、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはエッチングチャンバ内部で基板上のプロセス均一性を制御するためのシステム２００の高レベルのブロック図を表す。図２のシステム２００は、例示的に、コントローラ２０２と、図１のＰＶＤプロセスチャンバ１００または代替としてエッチングチャンバ（図示せず）などのプロセスチャンバと、を備える。本原理による様々な実施形態において、図２のコントローラ２０２は、図１のコントローラ１９８を備えることができ、または代替の実施形態では、コントローラ２０２は、図１のコントローラ１９８を参照して上述したような第２のコントローラとすることができる。図２は、プロセスチャンバ１００の様々な構成要素に関連付けられた電源２０４1〜２０４n、ひとまとめにして電源２０４の表現をさらに例示的に表す。そのような電源は、ＤＣ電源もしくはＲＦソース電源（例えば、電源１１７）、ＲＦバイアス電源（例えば、ＲＦ電源１８０）、ＡＣもしくはＤＣシールドバイアス電圧源（例えば、コリメータ電源１９０）、電磁コイル電流源（例えば、第１および／または第２の磁石１９４、１９６に供給される電流）、あるいは基板処理に影響を与える任意の他の電源を含むことができる。
図２のシステム２００は、プロセスチャンバ１００のマグネトロン１１９を位置決めするために使用されるそれぞれのモータ２０８、２０９を制御するための２軸ドライバー２０６をさらに例示的に含む。図２では、電源２０４、２軸ドライバー２０６、およびそれぞれのモータ２０８、２０９は、プロセスチャンバ１００とは別の構成要素として表されているが、本原理による代替の実施形態では、電源２０４、２軸ドライバー２０６、およびそれぞれのモータ２０８、２０９は、プロセスチャンバ１００の一体化された構成要素を構成してもよい。
図３は、本原理の実施形態による図２のシステム２００で使用するのに適したコントローラ２０２の高レベルのブロック図を表す。図３のコントローラ２０２は、プロセッサ３１０、ならびに関数曲線などの電力制御関数型、制御プログラム、バッファプールなどを記憶するためのメモリ３２０を備える。プロセッサ３１０は、電源、クロック回路、キャッシュメモリなどのサポート回路３３０、ならびにメモリ３２０に記憶されたソフトウェアルーチン／プログラムの実行を支援する回路と協働する。そのため、ソフトウェアプロセスとして本明細書で論じられるプロセスステップの一部は、例えば、プロセッサ３１０と協働して様々なステップを行う回路として、ハードウェア内部で実施されてもよい。また、コントローラ２０２は、コントローラ２０２と通信する様々な機能要素間のインタフェースを形成する入出力回路３４０を含む。図３の実施形態に表されるように、コントローラ２０２は、ディスプレイ３５０をさらに含むことができる。コントローラ２０２のディスプレイ３５０を使用して、堆積プロセスに影響を与える電源に適用される関数曲線、本明細書の教示に従って関数曲線が適用された堆積プロセスの結果などをユーザに提示することができる。
図３のコントローラ２０２は汎用コンピュータとして表されているが、コントローラ２０２は、本原理に従って様々な特殊化された制御機能を行うようにプログラムされ、コントローラ２０２の実施形態は、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）としてハードウェアで実施することができる。そのため、本明細書に記載されたプロセスステップは、ソフトウェア、ハードウェア、またはこれらの組合せによって同等に行われるものとして幅広く解釈されることが意図されている。
本原理による様々な実施形態において、基板は、（図１のＰＶＤプロセスチャンバ１００などの）適切なプロセスチャンバ内で処理されて、基板上に材料を堆積させる。そのような実施形態では、基板の表面上の堆積速度を測定して、基板の表面上の堆積プロセスのための堆積プロファイルを決定する。望ましくない（例えば、不均一な）堆積の領域が検出された場合は、基板の表面上の望ましくない（例えば、不均一な）堆積の位置、および望ましくない（例えば、不均一な）堆積の速度（量）が決定される。一部の実施形態では、基板は、基板から材料をエッチングまたは除去するために、（図１のＰＶＤプロセスチャンバ１００などの）適切なプロセスチャンバ内で処理される。そのような実施形態では、基板の表面上のエッチング速度を測定して、基板の表面上のエッチングプロセスのためのエッチングプロファイルを決定する。同様に、望ましくない（例えば、不均一な）エッチングの領域が検出された場合は、基板の表面上の望ましくない（例えば、不均一な）エッチングの位置、および望ましくない（例えば、不均一な）エッチングの速度（量）が決定される。プロファイル情報は、コントローラ２０２に伝達される。
一部の実施形態では、処理されている基板の表面上の堆積速度は、抵抗測定によっておよび／またはＸ線蛍光（ＸＲＦ）によって測定されてもよい。エッチングプロセスを対象とした本原理による代替の実施形態では、基板は、基板表面からどれだけの材料が除去されたかを検出するためにエッチングプロセスの前後で、例えば、ＸＲＦを使用して測定される。本明細書では堆積速度およびエッチング速度を測定するための特定の例が提供されるが、これらの例は、限定的であると考えられるべきではない。本原理による代替の実施形態では、堆積速度およびエッチング速度を測定／決定するための知られているまたはまだ知られていないいかなる方法もしくは手段も、本原理に従って実施することができる。
本原理による様々な実施形態において、コントローラ２０２は、処理される基板の表面上の基準位置に対するマグネトロン１１９の位置を決定する。本原理による一実施形態では、基板の表面に対するマグネトロン１１９の位置は、２軸ドライバー２０６によってコントローラ２０２に提供されるモータエンコーダ情報を使用して、コントローラ２０２によって決定されてもよい。一部の実施形態では、ホームフラグが、処理されている基板の表面に対するマグネトロンのゼロ角度位置を確立し、磁石がホームフラグセンサの傍を通過するとき（例えば、１回転につき１回）にこの角度位置を検出することができる。代替の実施形態では、基板の表面上の基準位置に対するマグネトロンの位置に関する情報は、あらかじめ決定され、コントローラ２０２のメモリ３２０に記憶されて、コントローラ２０２のメモリ３２０から検索されてもよい。
本原理によると、基板処理に影響を与える電源の電力設定点（または複数の位置を参照する場合は、電力プロファイル）などの電力パラメータは、マグネトロンの位置に基づいて基板の表面上の位置における堆積またはエッチング速度を制御するために変調される。図１のプロセスチャンバ１００を参照すると、一部の実施形態では、変調される電源のそのような電力パラメータは、例示的に、ＤＣもしくはＲＦソース電力（例えば、電源１１７）、ＲＦバイアス電力（例えば、ＲＦ電源１８０）、ＡＣもしくはＤＣシールドバイアス電圧（例えば、コリメータ電源１９０）、電磁コイル電流（例えば、第１および／または第２の磁石１９４、１９６に供給される電流）、あるいは基板処理に影響を与える任意の他の電源の電力設定点を含むことができる。本原理による一実施形態では、電源の電力設定点は、基板の処理中の特定の時間に、その電源によって供給される電力量、または基板の表面上の特定の位置におけるその電源によって供給される電力量を指してもよい。そのため、本原理による実施形態では、電源によって供給される電力量は、マグネトロンの位置に基づいて基板の表面上のある位置における堆積速度またはエッチング速度を制御するために本明細書に記載されるように変調（例えば、増減）されてもよい。
例えば、本原理による様々な実施形態において、堆積速度および／またはエッチング速度を制御して、不均一な堆積またはエッチング速度を有する基板の表面上の領域を補正する。あらかじめ決定された堆積およびエッチングプロファイルを使用して決定することができる、不均一な堆積またはエッチングを含む基板の表面上の位置に関する情報、および基板の表面上の基準位置に対するマグネトロン１１９の位置に関する情報を使用して、コントローラ２０２は、マグネトロンの角度位置および／または半径方向位置に基づいて、電源２０４などの１つまたは複数の電源の電力プロファイルを変調するように信号を伝達して、不均一処理の領域を補正することができる。
例えば、図４Ａおよび図４Ｂは、基板の表面に対する不均一な堆積プロセスの適用から生じる堆積速度測定の図形表現を表す。図４Ａおよび図４Ｂは、参考のために堆積速度の目盛を含む。より具体的には、図４Ａは、堆積プロセスから生じる軸外堆積速度測定を表す。図４Ａに表されるように、基板の表面上の１つの四分円は、基板の表面上の他の四分円よりも大きい堆積速度を示す。
本原理による一実施形態では、図４Ａに表される軸外堆積速度プロセスは、マグネトロン１１９の角度位置に基づいて１つまたは複数の電源２０４の電力プロファイルを制御することによって補正することができる。例えば、電源２０４などの基板処理に影響を与える電源は、マグネトロン１１９の角度位置に基づいて変調されて、マグネトロンの角度位置に対する基板の表面上の位置において、より薄い堆積領域を厚く、および／またはより厚い堆積領域を薄くする。そのような変調は、ターゲット材料の堆積速度を調整することによって、それぞれ、より薄い堆積領域を厚く、および／またはより厚い堆積領域を薄くするように、電源２０４のうち１つまたは複数の電力プロファイルを増減させることを含むことができる。
図４Ｂは、基板の外側部分が基板の中心部よりも大きな堆積速度を示す軸周りの膜堆積プロセスの堆積速度測定を表す。本原理による代替の実施形態では、図４Ｂに表されるように、中心からエッジまで基板上で測定されるような厚さ不均一性を有する軸周りの膜堆積は、マグネトロンの半径方向位置に基づいて電力入力を制御することによって補正することができる。そのような実施形態では、基板処理に影響を与える電源は、マグネトロン１１９の半径方向位置に基づいて変調されて、基板の表面上の薄い堆積領域にターゲット材料をより多く堆積させ、および／または厚い堆積領域にターゲット材料をより少なく堆積させる。
本原理による様々な実施形態において、電源の電力プロファイルを増加させることによって、マグネトロンの位置に対する基板の表面上の位置において基板上のターゲット材料の堆積速度が増加する。逆に、電源の電力プロファイルを減少させることによって、マグネトロンの位置に対する基板の表面上の位置において基板上のターゲット材料の堆積速度が減少する。一部の実施形態では、電源の電力プロファイルを増加させることによって、マグネトロンの位置に対する基板の表面上の位置において基板上のターゲット材料の堆積速度が減少し、電源の電力プロファイルを減少させることによって、マグネトロンの位置に対する基板の表面上の位置において基板上のターゲット材料の堆積速度が増加する。
本原理によると、ターゲット材料を堆積させている基板の表面上の位置は、マグネトロン１１９の位置を使用して識別されてもよい。そのため、本原理の実施形態によると、処理されている基板の表面上の対応する位置における材料堆積の速度を調整するために、１つまたは複数の電源２０４の電力プロファイルをいつ調整するかの決定を行うことができ、これを用いて不均一な堆積を補正することができる。
上述の実施形態は、相互に排他的ではない。本原理による様々な実施形態において、上述の実施形態の組合せも可能である。例えば、軸周りの不均一性が軸外不均一性と組み合わされた堆積プロセスは、マグネトロンの半径方向位置および角度位置の両方に基づいて電力入力を制御することによって調整されてもよい。加えて、図４Ａおよび図４Ｂに示す実施形態は、不均一な堆積プロセスに関して記載されているが、本原理による代替の実施形態では、同じプロセスを不均一なエッチングプロセスに適用することができる。不均一なエッチングプロセスを対象とするそのような実施形態では、上述したように、不均一なエッチングを有する基板の表面上の位置が測定され、識別される。不均一なエッチングプロセスは、マグネトロン１１９の角度位置または半径方向位置に基づいて１つまたは複数の電源の電力プロファイルを制御することによって補正することができる。例えば、電源２０４などの基板処理に影響を与える電源は、マグネトロン１１９の角度位置または半径方向位置に基づいて変調されて、マグネトロン１１９の角度位置または半径方向位置に対する基板の表面上の位置において不均一なエッチングを補正することができる。そのような変調は、それぞれの領域のエッチング速度を変更するために、電源２０４のうち１つまたは複数の電力プロファイルを増減させることを含んでもよい。
図５Ａは、不均一な堆積プロセスから生じる基板上のターゲット材料の堆積のグラフィック表現を表す。図５Ａに表されるように、堆積プロセスは、結果として基板上のターゲット材料の偏心堆積となっている。本原理による様々な実施形態において、そのような偏心堆積プロセスを補正するために、第１の電力設定点、例えば、ＡＣウエハバイアスの第１の電力レベルが、マグネトロンの半径方向位置を使用して識別することができる図５Ａに表されるような第１の半径方向位置Ｒ１において設定されてもよく、第２の電力設定点、例えば、ＡＣウエハバイアスの第２の電力レベルが、やはりマグネトロンの半径方向位置を使用して識別することができる第２の半径方向位置Ｒ２において設定されてもよい。その場合、本原理による一実施形態では、ＡＣウエハバイアスの電力レベルは、Ｒ１とＲ２との間で線形にスケーリングされてもよい。本原理による代替の実施形態では、Ｒ１とＲ２の電力レベル間のスケーリングは、例えば、Ｒ１とＲ２との間の領域の不均一な堆積の条件に応じて、二次、三次、または他の数学関数に従って行われてもよい。本原理の実施形態によるマグネトロンの半径方向位置に応じた上述の電力調整プロセスの結果、基板上の堆積プロセスは、図５Ｂに表されるようにセンタリングされる。
図５Ａを再び参照すると、本原理による代替の実施形態では、偏心堆積プロセスは、マグネトロンの角度に基づいて補正されてもよい。そのような実施形態では、オフセットの中心は、基板中心からの角度および距離によって規定されてもよい。その場合、電力設定点は、オフセットの中心からの距離に応じてスケーリングされてもよい。例えば、第１の電力設定は、最も遅い堆積速度に対応する半径Ｒ１において提供されてもよく、第２の電力設定は、最も速い堆積速度に対応する半径Ｒ２において提供されてもよい。その場合、電力設定は、Ｒ１とＲ２との間で線形に、またはその他の方法でスケーリングされてもよい。本原理の実施形態による上述のプロセスの結果は、図５Ｂに表されるように、基板上の堆積プロセスのセンタリングである。
本原理の実施形態は、基板の表面上の堆積およびエッチング速度を制御して、不均一な基板処理（例えば、不均一な堆積およびエッチング）を補正するために、少なくとも１つの電源の電力プロファイルを変調することに関して上述されているが、本原理による代替の実施形態では、少なくとも１つの電源の電力プロファイルは、基板の表面上の堆積およびエッチング速度を制御して、基板の表面上の実質的に任意の堆積および／またはエッチングプロファイルを生成するために変調されてもよい。例えば、基板処理の一部の用途では、不均一な堆積またはエッチングは、例えば、不均一であることが知られている先行のまたは後続のプロセスを補償するための基板処理の意図された結果である。そのため、本原理による実施形態を実施して、そのような不均一な堆積およびエッチングプロファイルを生成することができる。
本原理の様々な実施形態によると、様々な関数型または形状（例えば、直線、曲線、二次、正弦曲線など）を実施して、マグネトロンの角度位置または半径方向位置に基づいて１つまたは複数の電源の電力プロファイルを調整することができる。本原理の一実施形態では、関数型または形状を１つまたは複数の電源の設定点に適用して、基板処理に影響を与える１つまたは複数の電源の設定点の変化率を得る。本原理の実施形態による電源の設定点の変更は、マグネトロンの位置に基づいて基板の表面にわたる基板プロセスの歩留まり（堆積速度、エッチング速度）を調整するために使用される。そのような関数型は、電源設定点の一部のみに、またはすべてに適用されてもよく、任意の２つの電源間で同じであっても、異なっていてもよい。
例えば、図６Ａは、マグネトロン１１９の半径方向位置に基づいて電源の電力設定点を調整するために使用することができる例示的な関数曲線のグラフィック表現を表す。図６Ｂは、マグネトロン１１９の角度位置に基づいて電源の電力設定点を調整するために使用することができる例示的な関数曲線のグラフィック表現を表す。図６Ａおよび図６Ｂに表されるように、本原理の実施形態によると、関数曲線は、マグネトロンの角度位置または半径方向位置に基づいて電源の電力設定点を調整して、基板の表面上のターゲット材料の堆積速度および／またはエッチング速度を調整するために、例えば、コントローラによって使用されるように決定されてもよい。本原理による様々な実施形態において、そのような関数曲線の電力設定点は、以下でさらに詳細に記載される反復プロセスを使用して決定することができる。図６Ａは、マグネトロン半径に対する電力設定点のグラフとして例示的に提示され、図６Ｂは、マグネトロン角度に対する電力設定点のグラフとして例示的に提示されている。
本原理の様々な実施形態によると、基板の表面上のある位置における堆積／エッチング速度を制御するために電源の設定点に対して行われる調整量は、基板の表面上のそれぞれの基準位置における堆積速度またはエッチング速度に行われる変更の量に基づいて決定されてもよく、反復プロセスを使用して決定されてもよい。一実施形態では、マグネトロン１１９の位置は、マグネトロン１１９が、ターゲット材料の堆積速度またはエッチング速度に対する調整が行われる基板の表面上の位置に対応する位置に達するまで、例えば、コントローラ２０２によって追跡される。一部の実施形態では、ターゲット材料の堆積速度またはエッチング速度に対する調整が、基板の表面上のどこで達成されることになるかに関する決定は、上述のように決定された堆積速度プロファイルまたはエッチング速度プロファイルを使用して行われてもよい。マグネトロン１１９の位置が、ターゲット材料の堆積速度またはエッチング速度に対する調整が行われる基板の表面上の位置に対応したとき、コントローラ２０２は、少なくとも１つの電源２０４に信号を伝達し、１つまたは複数の電源のうちの少なくとも１つの電力プロファイルの少なくとも１つの設定点を変調して、マグネトロン１１９の位置に対応する基板の表面上の位置におけるターゲット材料の堆積速度／エッチング速度を変更する。
堆積速度／エッチング速度の変更が１つまたは複数の電源２０４の電力プロファイルに対して行われた変更によって意図された方向に変化したかどうかを判定するために、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置において堆積速度／エッチング速度の測定が行われる。堆積速度／エッチング速度が許容可能なレベルに改善された場合は、１つまたは複数の電源の電力プロファイルに対してそれ以上の変更は行われない。本原理の一実施形態では、結果として許容可能な堆積速度／エッチング速度が得られた１つまたは複数の電源に伝達された電力設定点は、例えば、コントローラ２０２によって、マグネトロンの対応する位置に対する、図６Ａおよび図６Ｂに表される曲線などの関数曲線上の点として保存される。
１つまたは複数の電源の電力プロファイルの最初の変更が、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置において堆積速度／エッチング速度を改善したにもかかわらず、後続の堆積速度／エッチング速度の測定からより大きな変更を行う必要があると判断された場合は、１つまたは複数の電源の電力プロファイルに対して、直前の最初の変更と同じ方向（例えば、極性）に、より大きな調整が行われる。１つまたは複数の電源の電力プロファイルに対して行われた調整によって堆積速度／エッチング速度が改善されたかどうかを判定するために、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置において堆積速度／エッチング速度の別の測定が行われる。このプロセスは、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置における堆積速度／エッチング速度が、許容可能なレベルに達するまで繰り返される。様々な実施形態では、許容可能なレベルは、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置における所定のレベルのターゲット材料の堆積／エッチングとして規定される。
１つまたは複数の電源の電力プロファイルの最初の変更が、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置において堆積速度／エッチング速度を悪化させた場合は、１つまたは複数の電源の電力プロファイルに対して、直前の最初の変更と逆方向（例えば、逆極性）に変更が行われる。次いで、１つまたは複数の電源の電力プロファイルに対して行われた変更によって堆積速度／エッチング速度が改善されたかどうかを判定するために、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置において堆積速度／エッチング速度の測定値が測定される。このプロセスは、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置における堆積速度／エッチング速度が許容可能なレベルに達するまで繰り返される。
本原理による上述の実施形態は、基板の表面上の位置における不均一な堆積速度／エッチング速度を補正するために実施することができる。例えば、本原理の様々な実施形態によると、不均一な堆積またはエッチングを有する基板の領域を補正するために電源の設定点に対して行われる調整の量および位置は、反復プロセスを使用して決定されてもよい。一実施形態では、マグネトロン１１９の位置は、マグネトロン１１９がターゲット材料の不均一な堆積またはエッチングを有する基板の表面上の位置に達するまで、例えば、コントローラ２０２によって追跡される。上述され、以下でさらに詳細に記載されるように、例えば、基板の表面上で測定された不均一な堆積もしくはエッチングの位置および／または形状に応じて、マグネトロン１１９の半径方向位置および／または角度位置を追跡するべきかどうかの判定が行われる。マグネトロン１１９の位置がターゲット材料の不均一な処理を有する基板の表面上の位置に対応すると、コントローラ２０２は、少なくとも１つの電源２０４に信号を伝達して、１つまたは複数の電源の電力プロファイルを変調または制御し、マグネトロン１１９の位置に対応する基板の表面上の位置におけるターゲット材料の堆積速度／エッチング速度を変更する。
１つまたは複数の電源２０４の電力プロファイルに対して行われた変更によって堆積プロセス／エッチングプロセスの均一性が改善されたかどうかを判定するために、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置において堆積速度／エッチング速度の測定が行われる。堆積速度／エッチング速度が許容可能なレベル（例えば、基板の表面上の位置において結果としてターゲット材料の均一な堆積／エッチングが得られるレベル）に改善された場合は、１つまたは複数の電源の電力プロファイルに対してそれ以上の変更は行われない。本原理の一実施形態では、結果として許容可能な堆積速度／エッチング速度が得られた１つまたは複数の電源に伝達された入力電力設定点は、例えば、コントローラ２０２によって、マグネトロンの対応する位置に対する、図６Ａおよび図６Ｂに表される曲線などの関数曲線上の点として保存される。
しかしながら、１つまたは複数の電源の電力プロファイルの最初の変更が、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置において堆積／エッチングされたターゲット材料の均一性を改善したにもかかわらず、堆積速度／エッチング速度の測定からより大きな変更を行う必要があると判断された場合は、１つまたは複数の電源の電力プロファイルに対して、直前の最初の変更と同じ方向（例えば、極性）に、より大きな変更が行われる。次いで、１つまたは複数の電源の電力プロファイルに対して行われた変更によって堆積プロセス／エッチングプロセスの均一性が改善されたかどうかを判定するために、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置において堆積速度／エッチング速度の測定値が測定される。このプロセスは、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置における堆積速度／エッチング速度が、許容可能なレベルに達するまで繰り返される。
１つまたは複数の電源の電力プロファイルの最初の変更が、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置において堆積／エッチングされたターゲット材料の均一性を低下させた場合は、１つまたは複数の電源の電力プロファイルに対して、直前の最初の変更と逆方向（例えば、逆極性）に変更が行われる。次いで、１つまたは複数の電源の電力プロファイルに対して行われた変更によって堆積プロセス／エッチングプロセスの均一性が改善されたかどうかを判定するために、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置において堆積速度／エッチング速度の測定値が測定される。このプロセスは、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上の位置における堆積速度／エッチング速度が許容可能なレベルに達するまで繰り返される。
上述のプロセスは、マグネトロンのそれぞれの位置に対応する基板の表面上の他の位置において繰り返されて、１つまたは複数の電源に対する電力プロファイルの電力設定点を決定し、本明細書に記載されるように基板の表面上の堆積速度／エッチング速度を制御することができる。決定されたそれぞれの電力設定点は、例えば、コントローラ２０２によって、マグネトロンの対応する位置に対する関数曲線上の点として保存されてもよい。上述のプロセスからの結果として得られる関数曲線は、図６Ａおよび図６Ｂに関して上で示したような関数曲線を含んでもよい。
図７は、本原理の実施形態によるプロセスチャンバ内部で基板処理を制御するための方法７００の流れ図を表す。方法７００は、７０２で始まり、その間に基板の表面上の基準位置に対するマグネトロンの位置が決定される。上述したように、本原理による一実施形態では、基板の表面上の基準位置に対するマグネトロンの位置は、図２の２軸ドライバー２０６などのマグネトロンのポジショナからコントローラに伝達された位置情報を使用して決定されてもよい。次いで、方法７００は、７０４に進むことができる。
７０４では、プロセスチャンバに関連付けられた、基板処理に影響を与える少なくとも１つの電源の電力パラメータがマグネトロンの決定された位置に基づいて変調される。本原理による一実施形態では、電力パラメータは、直流（ＤＣ）ソース電力、高周波（ＲＦ）バイアス電力、ＤＣシールドバイアス電圧、または少なくとも１つの電源の電磁コイル電流のうちの少なくとも１つの電力設定点を含むことができる。上述したように、マグネトロンの位置が堆積速度またはエッチング速度の変更が達成されるべき基板の表面上の位置に対応する場合、基板処理に影響を与える電源の電力設定点が変調されて、マグネトロンの位置に対応する基板の表面上のそれぞれの位置における堆積速度またはエッチング速度の変更を達成する。上述したように、本原理による一実施形態では、堆積速度またはエッチング速度の変更が行われるべき基板の表面上の位置は、測定された堆積速度プロファイルまたはエッチング速度プロファイルを使用して識別することができる。次いで、方法７００は、終了することができる。
本原理の様々な実施形態によると、図２のコントローラ２０２などのコントローラは、基板を処理するための様々な異なるプロセス中に、プロセスチャンバ１００の構成要素、具体的には電源２０４の動作を制御するための様々な関数型にアクセスすることができる。そのような実施形態では、基板プロセスに影響を与える電源の電力設定点は、アクセス可能な関数型に従って変調または制御されてもよい。本原理による一実施形態では、本明細書に記載されたやり方で電源２０４を変調するための関数型は、コントローラ２０２のメモリ３２０に記憶されてもよい。
例えば、および本原理の実施形態に従って上述したように、関数型（例えば、関数曲線）は、マグネトロンの位置に基づいて処理されている基板の表面上の堆積速度／エッチング速度を調整するための、堆積プロセス／エッチングプロセスの１つまたは複数の電源の設定点を調整するために決定されてもよい。決定された関数型は、関数が決定されたパラメータを有するそれぞれの堆積プロセス／エッチングプロセスに適用可能である。堆積プロセス／エッチングプロセスのいずれかのパラメータが変更された場合（例えば、プロセスガス、基板、電源設定、処理時間などの変更）、新しいパラメータに関連付けられたそれぞれの電源の電力設定点を変更するための新しい関数型（例えば、関数曲線）が、本原理に従って決定／適用される必要があり得る。様々な関数型は、例えば、コントローラ２０２のメモリ３２０に記憶されて、それぞれの関数型が決定されたパラメータを有する堆積プロセスの電源に適用するために、例えば、コントローラ２０２によって呼び出されてもよい。
本原理による代替の実施形態では、ターゲットに結合されたＤＣ電力は、マグネトロンの角度に基づいて設定点の百分率によって変えられる。例えば、処理されている基板の特定の四分円または角度範囲が比較的少ない堆積を受けており、異なる四分円または角度範囲が比較的多くの堆積を受けている場合、マグネトロンの角度位置に応じて、それらの特定の角度における電力を増減して、上述したような堆積のばらつきを補正することができる。前述の事項は、基板上の材料堆積不均一性を有利には低減させる。
本原理による実施形態は、例えば、プロセスチャンバ内の物理的な障害物による堆積プロセスの遮閉に起因する基板上の不均一な堆積を補正するために実施されてもよい。例えば、コリメータのフィンは、基板上の規則的な影または堆積ばらつきの原因となることがある。本原理の様々な実施形態によると、ターゲットに結合されたＤＣ電力などの堆積プロセスに影響を与える電源の電力設定は、陰になっている基板上のそれらの位置に対応するマグネトロンのそれぞれの角度において調整されてもよい。そのような用途では、これらの角度において電力設定を調整して、より多くの堆積が必要とされる場所にはより多くの電力を、および／またはより少ない堆積が必要とされる場所にはより少ない電力を供給することによって、上述したように基板上のより均一の堆積が提供される。
本原理による代替の実施形態では、電磁石に印加される電流（例えば、図１の第１および／または第２の磁石１９４、１９６に供給される電流）は、マグネトロンの角度位置または半径方向位置に基づいて制御／調整されて、上述したようにターゲット材料の堆積速度／エッチング速度を制御することができる。すなわち、マグネトロン１１９がプロセスチャンバ１００（したがって、基板支持体）の中心軸に近づくにつれ、電磁石（例えば、図１の磁石１９４、１９６）によって生成されるＢ磁場の影響が劇的に変化する。したがって、電磁石の電源の電流がマグネトロンの角度位置または半径方向位置に応じて制御されて、基板上の材料堆積／エッチング不均一性を低減させることができる。本明細書に開示されたプロセスは、相互に排他的ではなく、基板処理結果に有利であることがわかっている任意の組合せで使用されてもよい。
前述の事項は、本原理の実施形態を対象としているが、本原理の他のおよびさらなる実施形態が本原理の基本的な範囲から逸脱せずに考案されてもよい。

Claims (15)

  1. プロセスチャンバ内部で基板の処理を制御する方法であって、
    前記基板の表面上の基準位置に対する前記プロセスチャンバ内のマグネトロンの位置を決定するステップと、
    前記マグネトロンの前記決定された位置に基づいて基板処理に影響を与える少なくとも１つの電源の電力パラメータを変調するステップと、
    を含む、方法。
  2. 前記電力パラメータが、直流（ＤＣ）ソース電力、高周波（ＲＦ）バイアス電力、ＤＣシールドバイアス電圧、または電磁コイル電流のうちの少なくとも１つの電力設定点を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記直流（ＤＣ）ソース電力、前記高周波（ＲＦ）バイアス電力、前記ＤＣシールドバイアス電圧、または前記電磁コイル電流のうちの少なくとも１つの電力設定点が、前記マグネトロンの前記決定された位置に対応する前記基板の前記表面上の位置において材料の堆積を増加させるように変調される、請求項２に記載の方法。
  4. 前記直流（ＤＣ）ソース電力、前記高周波（ＲＦ）バイアス電力、前記ＤＣシールドバイアス電圧、または前記電磁コイル電流のうちの少なくとも１つの電力設定点が、前記マグネトロンの前記決定された位置に対応する前記基板の前記表面上の位置において材料の堆積を減少させるように変調される、請求項２に記載の方法。
  5. 前記少なくとも１つの電源の電力パラメータが関数曲線に従って変調される、請求項１に記載の方法。
  6. 前記関数曲線上の点が、前記基板の前記表面上のそれぞれの基準位置における堆積速度またはエッチング速度に行われる変更の量に基づいて決定される、請求項５に記載の方法。
  7. 前記プロセスチャンバが物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバを備え、前記変調が前記マグネトロンの前記決定された位置に対応する前記基板の前記表面上の位置における材料堆積の速度を制御する、請求項１に記載の方法。
  8. 前記基板の前記表面上のそれぞれの位置において堆積速度を測定して、前記変調を介して材料堆積の速度を調整すべき前記基板の前記表面上の少なくとも１つの位置を識別するステップを含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記プロセスチャンバがエッチングチャンバを備え、前記変調が前記マグネトロンの前記決定された位置に対応する前記基板の前記表面上の位置における材料エッチングの速度を制御する、請求項１に記載の方法。
  10. 前記基板の前記表面上のそれぞれの位置においてエッチング速度を測定して、前記変調を介して材料エッチングの速度を調整すべき前記基板の前記表面上の少なくとも１つの位置を識別するステップを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 可動マグネトロンおよび少なくとも１つの電源を含むプロセスチャンバ内部で基板の処理を制御するための装置であって、
    プロセッサと、
    前記プロセッサに結合されたメモリであって、
    前記基板の表面上の基準位置に対する前記可動マグネトロンの位置を決定し、
    前記可動マグネトロンの前記決定された位置に基づいて前記少なくとも１つの電源の電力パラメータを変調する
    ように前記装置を構成するための、前記プロセッサによって実行可能な命令を内部に記憶している、メモリと、
    を備える、装置。
  12. 前記電力パラメータが、直流（ＤＣ）ソース電力、高周波（ＲＦ）バイアス電力、ＤＣシールドバイアス電圧、または電磁コイル電流のうちの少なくとも１つの電力設定点を含む、請求項１１に記載の装置。
  13. プロセスチャンバであって、
    内部容積、
    基板を支持するために前記内部容積内部に配置された基板支持体、
    前記内部容積に露出した前面を有するターゲット、
    前記前面と反対側の前記ターゲットの裏面に近接して配置され、前記基板支持体の中心軸の周りで回転可能な可動マグネトロン、および
    前記プロセスチャンバに電力を供給する少なくとも１つの電源、
    を備える、プロセスチャンバと、
    プロセッサおよび前記プロセッサに結合されたメモリを備えるコントローラであって、前記メモリが、
    前記基板支持体上に取り付けられた基板の表面上の基準位置に対する前記可動マグネトロンの位置を決定し、
    前記可動マグネトロンの前記決定された位置に基づいて前記少なくとも１つの電源の電力パラメータを変調する
    ように前記コントローラを構成するための、前記プロセッサによって実行可能な命令を内部に記憶している、コントローラと、
    を備える、基板処理システム。
  14. 前記可動マグネトロンの移動を制御し、前記コントローラに前記可動マグネトロンの位置情報を伝達するための２軸ドライバーを備える、請求項１３に記載の基板処理システム。
  15. 前記電力パラメータが、直流（ＤＣ）ソース電力、高周波（ＲＦ）バイアス電力、ＤＣシールドバイアス電圧、または電磁コイル電流のうちの少なくとも１つの電力設定点を含む、請求項１３に記載の基板処理システム。
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