JP2021523984A - 物理的気相堆積チャンバ内電磁石 - Google Patents

物理的気相堆積チャンバ内電磁石 Download PDF

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Abstract

物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバが、高い厚さ均一性を有する膜を堆積させる。ＰＶＤチャンバは、直流電力でエネルギーを与えられるとき、ＰＶＤチャンバの処理領域のエッジ部分におけるプラズマを修正することができる電磁石のコイルを含む。コイルは、ＰＶＤチャンバの真空収容部分内でＰＶＤチャンバの処理領域の外に配設される。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、一般に、半導体製造に関し、より詳細には、物理的気相堆積チャンバ内電磁石に関する。
半導体デバイスの製造において、物理的気相堆積（ＰＶＤ）は、様々な異なる材料を堆積させるために利用されるプロセスである。半導体デバイスの小型化が続いているので、そのようなデバイスに含まれる様々な膜への要件は、一般に、より厳しくなっている。
ワイヤレス通信デバイスの重要構成要素である高周波（ＲＦ）フィルタは、より良好な性能に向けて小型化され続けている半導体デバイスの１つの例である。小型化につれて、そのようなフィルタを構成する膜の堆積均一性は厳しく制御されなければならない。例えば、バルク音波（ＢＡＷ）共振器は、移動電話が携帯電話基地局から受信したＲＦ信号の正確なフィルタ処理を可能にする。スマートフォン（セル、Ｗｉ−Ｆｉ、およびＧＰＳを含む）が受信する信号の数の増加および利用可能な周波数の過密化に伴って、ＢＡＷは、動作の速度低下または中断を避けるために周波数選択性が高くなければならない。
ＢＡＷデバイスの共振周波数は、ＢＡＷの圧電層の厚さおよび圧電層の上下の電極の厚さに反比例する。この関係は、圧電層および電極層の堆積均一性がＢＡＷデバイス性能再現性にとって重要であることを意味する。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）圧電層の目標ウエハ内均一性は約０．５％であることがある。それに反して、従来のＰＶＤ技法を使用して、堆積金属膜の１％未満のウエハ内均一性を達成することは、以前から課題である。
ＰＶＤプロセスチャンバ内の堆積は、チャンバ真空レベル、プロセスガスの組成、プラズマの密度および均一性、ウエハに印加されるバイアスなどを含むいくつかの変数により制御される。上述の変数に加えて、ＰＶＤによって堆積される膜の均一性および品質はまた、ターゲットの上で回転するマグネトロンの磁気プロファイルおよび構成、チャンバ内のプロセスキット構成要素の形状、ターゲットからウエハまでの間隔などのようなＰＶＤプロセスチャンバの形状寸法に大きく依存する。しかしながら、ターゲットからウエハまでの間隔を除いて、そのような幾何学的要因は、一般に、そのような構成要素の一部またはすべてを再設計するのにかなりの時間とコストなしでは変更できない。さらに、再設計されたプロセスキット構成要素に基づく解決策は、静的であり、個々のプロセスチャンバに対して調整することができず、またはさもなければ変更することができない。その結果、チャンバ再設計による膜均一性の改善は、時間を消費し費用のかかるプロセスである。
上述に照らして、当技術分野には、ＰＶＤプロセス中の堆積の改善された均一性を可能にするシステムおよび方法の必要性がある。
本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態は、高い厚さ均一性を有する膜を堆積させることができるＰＶＤチャンバを提供する。具体的には、ＰＶＤチャンバは、直流（ＤＣ）電力でエネルギーを与えられるとき、ＰＶＤチャンバの処理領域のエッジ部分におけるプラズマを修正することができる電磁石のコイルを含む。コイルは、ＰＶＤチャンバの真空収容部分内でＰＶＤチャンバの処理領域の外に配設される。
様々な実施形態によれば、物理的気相堆積システムは、真空処理チャンバであって、スパッタリングターゲットと、基板をスパッタリングターゲットに隣接して位置付けるように構成された、真空処理チャンバ内に配設された基板支持体と、真空処理チャンバ内に配設された堆積シールドと、真空処理チャンバ内に配設され、ターゲットの表面、基板支持体の表面、および堆積シールドの内面によって境界を定められた処理領域と、電磁石のコイル部分であり、コイル部分が真空処理チャンバ内で処理領域の外に配設される、電磁石のコイル部分とを含む真空処理チャンバを含む。
様々な実施形態によれば、真空チャンバ内の物理的気相堆積の方法は、真空チャンバの処理領域に基板を位置付けることであり、処理領域が、真空チャンバのスパッタリングターゲットの表面、真空チャンバ内の基板支持体の表面、および真空チャンバ内に配設された堆積シールドの内面の間に配設される、位置付けることと、処理領域にプラズマを発生させることと、プラズマが処理領域に存在するとき、電磁石のコイル部分に直流（ＤＣ）電力を印加することであり、コイル部分が、真空チャンバ内で処理領域の外に配設される、印加することとを含む。
本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上述で簡単に要約した本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得ることができ、実施形態の一部が添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施形態のみを示しており、それゆえに、本開示の範囲の限定と見なされるべきでなく、他の同等に効果的な実施形態を認めることができることに留意されたい。
本開示の様々な実施形態による、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバの概略断面図である。 本開示の様々な実施形態による、コイル部分が図１のＰＶＤチャンバの堆積シールドのうちの１つの表面に装着される電磁石のコイル部分の概略断面図である。 本開示の様々な実施形態による、電磁石のコイル部分と、冷却液によるコイル部分の冷却を可能にする関連環状構造との概略断面図である。 本開示の実施形態による、電磁石のコイル部分と、それに接続された電気リード線との概略断面図である。 本開示の一実施形態による、ＰＶＤチャンバ内に配設された別個に電力供給される２つのコイルの近隣部分を概略的に示す図である。 本開示の様々な実施形態による、ＰＶＤプロセスによって基板に膜を堆積させるためのプロセスステップの流れ図である。
理解しやすくするために、図に共通する同一の要素を指定するのに、可能であれば、同一の参照番号が使用されている。ある実施形態の要素および特徴は、さらなる詳述なしに、他の実施形態に有利に組み込むことができることが意図される。
以下の説明では、本開示の実施形態のより完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、本開示の実施形態のうちの１つまたは複数は、これらの特定の詳細のうちの１つまたは複数なしで実践できることが当業者には明らかであろう。他の例では、本開示の実施形態のうちの１つまたは複数を不明瞭にしないために、よく知られている特徴は記載されていない。
図１は、本開示の様々な実施形態による、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ１００の概略断面図である。ＰＶＤチャンバ１００は、集積回路チップおよびディスプレイなどの電子回路を製造するプロセスの一部として基板１０１上に材料を堆積させるように構成される。より具体的には、ＰＶＤチャンバ１００は、ＰＶＤまたは「スパッタリング」プロセス中にスパッタリングターゲット１１０からの材料を基板１０１上に堆積させ、ＰＶＤまたは「スパッタリング」プロセス中に、高エネルギーイオンがスパッタリングターゲット１１０に衝突し、それにより、ターゲット材料の粒子がスパッタリングターゲット１１０から放出され、基板１０１上に膜として堆積される。ＰＶＤチャンバ１００で堆積させることができる材料の例には、限定はしないが、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）などの様々な金属、および／または窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（Ｗ2Ｎ、ＷＮ、またはＷＮ2）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮまたはＳｃxＡｌ1-xＮ）などの金属化合物、などが含まれる。
ＰＶＤチャンバ１００はチャンバ壁１０２を含む。図示のように、ＰＶＤチャンバ１００には、チャンバ壁１０２内に配設されている、リフト機構１０４に結合された基板支持体１０３、１つまたは複数の堆積シールド１２０、および電磁石のコイル部分１３０がさらに含まれる。ＰＶＤチャンバ１００は、チャンバ壁１０２に装着または結合されたスパッタリングターゲット１１０をさらに含む。図１に示された実施形態では、スパッタリングターゲット１１０は、チャンバ壁１０２に装着されたアダプタ１０７に配設されている絶縁体１０６によってチャンバ壁１０２から電気的に分離される。総合して、スパッタリングターゲット１１０、堆積シールド１２０、および基板支持体１０３（ターゲット１１０に隣接する処理位置まで持ち上げられたとき）は、ＰＶＤチャンバ１００で実行される堆積プロセス中にプラズマが形成される処理領域１０５を囲む。
ＰＶＤチャンバ１００には、それぞれのバルブ１５２を介してＰＶＤチャンバ１００に流体的に結合された１つまたは複数の真空ポンプ１５１と、ＰＶＤチャンバ１００に流体的に結合されたガス源１５３と、スパッタリングターゲット１１０に電気的に結合されたＤＣ電源１５４と、コイル部分１３０に電気的に結合されたＤＣ電源１５５とがさらに含まれる。真空ポンプ１５１は、ＰＶＤチャンバ１００内で基板１０１に実行される堆積プロセスの間目標レベルの真空を生成するように構成される。ガス源１５３は、そのような堆積プロセスの間１つまたは複数のプロセスガスを供給するように構成される。ＤＣ電源１５４は、堆積プロセスの間スパッタリングターゲット１１０に電気的に結合され、その結果、スパッタリングターゲット１１０は、プラズマが処理領域１０５で発生されるのに適した電荷を有する。ＤＣ電源１５５は、堆積プロセスの間コイル部分１３０に電気的に結合され、その結果、以下でより詳細に説明するように、基板１０１への堆積の均一性を改善することができる磁場が処理領域１０５に発生される。いくつかの実施形態では、基板支持体１０３はまた、基板１０１に堆積される材料の均一性または他の膜特性を改善するためにＤＣまたは高周波（ＲＦ）電源（図示せず）に結合されてもよい。
ＤＣ電源１５５は、コイル部分１３０にＤＣ電力を送り出すように構成された任意の適切な電源とすることができる。いくつかの実施形態では、ＤＣ電源１５５は、ＰＶＤプロセスの間コイル部分１３０に一定の電力レベルでＤＣ電力を出力するように構成される。他の実施形態では、ＤＣ電源１５５は、コイル部分１３０にＤＣ電力の時間指定パルスを出力するように構成される。加えて、いくつかの実施形態では、ＤＣ電源１５５は、異なる極性でＤＣ電力を選択的に出力するように構成することができる。したがって、そのような実施形態では、ＤＣ電源１５５は、ＰＶＤチャンバ１００に関連するコントローラからのコマンドまたは入力に応じて、ある状況では正のＤＣ電力および他の状況では負のＤＣ電力を出力することができる。その結果、コイル部分１３０によって発生される磁場の極性は、ＰＶＤプロセスにとって有益である場合に変更することができる。
いくつかの実施形態では、ＤＣ電源１５５は、コイル部分１３０に可変電力レベルでＤＣ電力を出力するように構成される。したがって、コイル部分１３０によって発生される磁場は、ＰＶＤプロセスにとって有益である場合に大きさを変更することができる。例えば、１つのそのような実施形態において、ＤＣ電源１５５は、ＰＶＤチャンバ１００のコントローラからのコマンドなどのコマンドに応じて可変ＤＣ出力を発生するプログラマブル電源として構成される。可変ＤＣ出力は、異なる電力振幅のパルスＤＣ出力を介してＤＣ電源１５５によって実現することができる。さらに、可変ＤＣ出力は、時間に応じて変化する出力プロファイルに従うことができる。例えば、可変ＤＣ出力は、ＰＶＤプロセスの開始期間の間の特定の電力上昇プロファイルと、ＰＶＤプロセスの終了期間の間の電力下降プロファイルとを含むプロファイルに従うことができる。代替としてまたは追加として、可変ＤＣ出力は、ステップ関数、正弦関数、または任意の他の適切な時変関数を含む任意の適切な関数に従って時間とともに変化することができる。したがって、そのような一実施形態では、ＰＶＤチャンバ１００のコントローラは、ＤＣ電源１５５への単一コマンドで特定の可変ＤＣ出力を開始することができる。他の実施形態では、ＤＣ電源１５５は、特定の入力値に応じて特定のＤＣ出力を発生するように構成された制御可能な電源として構成される。そのような実施形態では、ＰＶＤチャンバ１００に関連するコントローラは、実時間で変化することができる入力を送信し、それによって、ＰＶＤチャンバ１００のＰＶＤプロセスの間ＤＣ電源１５５のＤＣ電力出力を直接制御することができる。
スパッタリングターゲット１１０は、堆積されるべき固体金属または他の材料であり、時には、バッキング板（図示せず）に結合され、バッキング板によって支持される。動作中、スパッタリングターゲット１１０は、一般に、カソードとして利用され、例えば、ＤＣ電源１５４に電気的に結合されることによって負に帯電される。加えて、マグネトロン１１２は、ＰＶＤチャンバ１００の外部におよびスパッタリングターゲット１１０に隣接して配設され、一般に、水冷チャンバ（図示せず）に入れられる。マグネトロン１１２をＰＶＤプロセスの間回転させて負に帯電したスパッタリングターゲット１１０の上に電子をトラップし、それにより、ターゲットスパッタリング速度を増加させ、したがって、基板１０１により高い堆積速度を作り出す。
堆積シールド１２０は、ＰＶＤチャンバ１００内のチャンバ壁１０２および他の構成要素がスパッタされた材料の堆積を受けないようにする。図１に示された実施形態では、堆積シールド１２０は、アダプタ１０７に装着された上部シールド１２１と、下部シールド１２２と、カバーリング１２３とを含むが、ＰＶＤチャンバ１００は、本開示の範囲を超えることなく、複数の堆積シールドまたは単一の堆積シールドの他の技術的に実現可能な構成を含むことができる。
コイル部分１３０は、ＰＶＤチャンバ１００内で処理領域１０５の外に配設される電磁石のコイルである。様々な実施形態によれば、ＰＶＤチャンバ１００のＰＶＤプロセスの間、直流（ＤＣ）電力がコイル部分１３０に印加されて、処理領域１０５に延びる磁場（図示せず）を発生する。その結果、処理領域１０５のプラズマの分布および密度を変更し、それによって、基板１０１の表面上への堆積速度を変更することができる。特に、コイル部分１３０によって発生される磁場は、処理領域１０５および基板１０１の周辺の近くで最も強いので、磁場によって引き起こされる堆積速度の最大の変化は、基板１０１の周縁の近くで生じる。したがって、基板１０１に堆積された膜の中心からエッジまでの均一性の問題は、コイル部分１３０を通って流れる電流を変えることによりコイル部分１３０で発生される磁場の強度を変更することによって対処することができる。
コイル部分１３０は、基板支持体１０３の中心点１０３Ａのまわりに実質的に中心がある技術的に実現可能な導電性コイルとすることができ、すなわち、中心点１０３Ａからコイル部分１３０の中心までの距離は、中心点１０３Ａのまわりで実質的に等しい。いくつかの場合には、中心点１０３Ａからコイル部分１３０の中心までの距離は、オフセットすることができ、その結果、中心点１０３Ａは、コイル部分１３０の中心軸でないか、またはコイル部分１３０は、平面図で、すなわち、俯瞰的に、円形でないことがある。これらの場合、コイル部分１３０の構成は、基板表面の全体にわたる堆積の非均一性に対処するように変更されている。例えば、スパッタ堆積された膜の堆積厚さまたは他の特性が基板の中心のまわりで対称からオフセットされている場合、コイル部分によって生成される磁場は、コイルのすべてまたは一部を反対方向に物理的に変位させることによって反対方向にオフセットすることができる。同様に、基板にスパッタ堆積された膜の厚さまたは他の特性の環状非均一性がある場合、コイル部分１３０の電流、または中心点１０３Ａに対するコイル部分の空間的位置合わせの変更を使用して、環状領域を広げるかまたは半径方向の広がりを減少させることができる。いくつかの実施形態では、コイル部分１３０は、基板支持体１０３が、基板を処理位置、すなわち、ＰＶＤプロセス中の基板１０１の場所に位置付けるとき、基板１０１の場所に対応する面１０９に重なる。したがって、そのような実施形態では、面１０９は、図１に示されるように、コイル部分１３０を通過する。図１に示された実施形態では、コイル部分１３０の各ターンは、コイル部分１３０の他のターンと接触しない。他の実施形態では、コイル部分１３０のターンは、コイル部分１３０の１つまたは複数の他のターンに接触する。コイル部分１３０に含まれるターン数は、コイル部分１３０によって発生されるべき磁場の目標強度に基づく。さらに、目標強度は、基板１０１の直径、処理領域１０５からのコイル部分１３０の距離、コイル部分１３０に印加されるＤＣ電流の大きさ、ＰＶＤプロセスの期間などを含む多数の要因の関数とすることができる。図１に示されたコイル部分１３０の実施形態は１０ターンを含むが、コイル部分１３０は、少なくとも上述の要因に応じて任意の適切なターン数を含むことができる。したがって、図２〜図５に関連して以下で説明するように、コイル部分１３０の様々な構成を本開示の異なる実施形態で実施することができる。
図２は、本開示の様々な実施形態による、コイル部分１３０がＰＶＤチャンバ１００の堆積シールド１２０のうちの１つの表面２０１に装着されるコイル部分１３０の概略断面図である。図２に示された実施形態では、コイル部分１３０は、チャンバ壁１０２に面する下部シールド１２２の表面２０１に装着され、それにより、基板支持体１０３を囲む。図示のように、コイル部分１３０は、面１０９と重なるように下部シールド１２２に位置付けることができ、すなわち、そのターンの部分は、面１０９の両側にある。加えて、コイル部分１３０は、ターン２１０の多層２１１および２１２、ここでは、第１の半径の第１のターンおよび異なる半径の第２のターンを含むことができる。図２に示された実施形態では、コイル部分１３０は２つの層２１１および２１２を含むが、他の実施形態では、コイル部分１３０は、２つを超えるそのような層または２つ未満の層のターン２１０を含むことができる。さらに、図２に示された実施形態では、ターン２１０は、断面が円形のワイヤまたは他の導体で形成されているが、他の実施形態では、ターン２１０は、断面が正方形または長方形のワイヤまたは導体で形成されてもよい。
いくつかの実施形態では、コイル部分１３０は、下部シールド１２２の表面２０１の代わりにＰＶＤチャンバ１００内の他の適切な表面に装着される。例えば、コイル部分１３０は、下部シールド１２２の異なる表面に、または処理領域１０５の外にある他の堆積シールド１２０の表面に装着することができる。このように、代替実施形態では、コイル部分１３０は、上部シールド１２１の外面２０２、下部シールド１２２の下面２０３などに装着される。
本明細書に記載される電磁石のコイル部分１３０はＰＶＤチャンバ１００の真空収容部分内に配設されるので、コイル部分１３０の冷却は制限される。その結果、ＤＣ電源１５５によってコイル部分１３０に印加されるＤＣ電力の大きさは、期間のより長い方策の間にコイル部分１３０が過熱する可能性があるために、制限されることがある。いくつかの実施形態では、コイル部分１３０は、冷却液がコイル部分１３０の加熱を低減するのを可能にするＰＶＤチャンバ１００の構造上または構造内に装着される。１つのそのような実施形態が図３に示される。
図３は、本開示の様々な実施形態による、コイル部分１３０と、冷却液によるコイル部分１３０の冷却を可能にする関連環状構造３００との概略部分断面図である。図３に示された実施形態において、コイル部分１３０は、ＰＶＤチャンバ１００内に配設された環状構造３００の表面に装着されるか、または環状構造３００の内部に位置付けられる。
環状構造３００は、堆積シールド１２０に隣接して処理領域１０５の外に配設された実質的に環帯形状の構造である。図３では、環状構造３００の１つの部分のみの断面が示されているが、環状構造３００は堆積シールド１２０の周縁のまわりを延びる。図示のように、環状構造３００は、チャンバ壁１０２と堆積シールド１２０との間に配設される。図３に示された実施形態では、環状構造３００は、１つまたは複数のパイロン３０２によってアダプタ１０７に結合されアダプタ１０７の下に吊り下げられる。そのような実施形態では、１つまたは複数のパイロンは各々アダプタ１０７の機械加工部品として構成することができ、またはアダプタ１０７に結合される別個に組み立てられた部品とすることができる。代替として、環状構造３００は、チャンバ壁１０２の内面に結合された１つまたは複数の支持体を使用してＰＶＤチャンバ１００に吊り下げることができる。
環状構造３００は、環状構造３００内に冷却液を送出するための少なくとも１つの導管３０３と、コイル部分１３０を配設する空洞３１０とを含む。図３に示された実施形態では、導管３０３は、仕切り３０６によって互いに分離される多数のチャネル３０４を含む。代替として、導管３０３は、３つ以上のチャネル３０４を含む。いくつかの実施形態では、チャネル３０４の各々は、パイロン３０２のうちの１つの内部に形成された供給導管３０５と、パイロン３０２のうちの１つの内部にさらに形成された戻り導管（図示せず）とに流体的に結合される。次いで、供給導管３０５および戻り導管は、ポンプおよび熱交換器などの冷却液再循環システムに流体的に結合される。代替として、いくつかの実施形態では、チャネル３０４の一方は供給導管３０５に流体的に結合され、チャネル３０４の他方は戻り導管に流体的に結合される。そのような実施形態では、チャネル３０４の一方の冷却液の流れは、環状構造３００のまわりを１つの方向に流れ、チャネル３０４の他方では反対の方向に流れるように構成され、それによって、環状構造３００の周縁のまわりにより均等に冷却を分配することができる。
いくつかの実施形態では、コイル部分１３０は空洞３１０に配設され、空洞３１０はカバー３１１によって導管３０３から流体的に分離される。カバー３１１は、１つまたは複数の溶接された金属ストリップとすることができ、それは、空洞３１０を導管３０３から封止し、部分的に仕切り３０６によって支持され仕切り３０６に溶接される。例えば、カバー３１１は、２つの別の部分から構成され、それにより、チャネル３０４の各々をカバーする別個の部片を含むことができ、その結果、カバー３１１は、熱サイクルに関連する応力を受けたときに屈曲するかまたはさもなければたわむ可能性が低い。いくつかの実施形態では、空洞３１０は、カバープレート３０７によってＰＶＤチャンバ１００の真空収容部分から流体的に分離される。したがって、そのような実施形態では、空洞３１０は、真空がＰＶＤチャンバ１００に存在するとき、ＰＶＤチャンバ１００の真空から分離され、例えば、スパッタリングチャンバの圧力とは異なる圧力、例えば、大気圧または大気圧より上に維持されて、空洞３１０から環状構造３００への、したがって、導管３０３を流れる冷却剤への伝導性熱伝達が強化され得る。
導管３０３は、例えば、カバープレート（図示せず）によって、または環状構造３００の一部分３０８によって、ＰＶＤチャンバ１００の真空収容部分から流体的に分離される。図３に示された実施形態では、環状構造３００の一部分３０８は、ＰＶＤチャンバ１００の真空収容部分から導管３０３を流体的に分離する。その結果、ＰＶＤチャンバ１００の真空収容部分から導管３０３の冷却液を分離する２つの溶接部、すなわち、導管３０３を空洞３１０から封止する溶接部、および空洞３１０をＰＶＤチャンバ１００の真空収容部分から封止する溶接部が存在する。それゆえに、導管３０３の冷却液がＰＶＤチャンバ１００の真空収容部分に漏れ出し得る前には、２つの溶接部の故障が、必ず生じているに違いない。代替として、いくつかの実施形態では、環状構造３００の一部またはすべては、３Ｄ印刷プロセスを介して形成される。そのような実施形態では、導管３０３は、別個に溶接されたカバー３１１なしに形成することができ、それは、導管３０３からの冷却液の漏れの可能性をさらに低減させる。
図３に示された実施形態では、コイル部分１３０は、断面が実質的に正方形であるワイヤまたは他の導体を含む。代替として、他の実施形態では、コイル部分１３０は、断面が円形または長方形である導体を含むことができる。
いくつかの実施形態では、たとえ空洞３１０がＰＶＤチャンバ１００内に配設されるにしても、空洞３１０が大気に露出される。１つのそのような実施形態が図４に示される。図４は、図３の断面以外の断面で取得された、本開示の実施形態による、コイル部分１３０と、それに接続された電気リード線４０１との概略断面図である。さらに、図４には、電気リード線４０１がコイル部分１３０からＤＣ電源１５５まで通るチャネル４０２が示される。明瞭にするために、単一の電気リード線４０１のみが図４に示されているが、一般に、２つの電力接続がコイル部分１３０とＤＣ電源１５５との間を延び、その結果、電流が、コイル部分１３０のワイヤを通って基板支持体１０３のまわりを流れることができる。図示のように、チャネル４０２は、アダプタ１０７と、パイロン３０２のうちの１つとに形成される。したがって、チャネル４０２により、アダプタ１０７およびパイロン３０２を通してコイル部分１３０の電気接続が可能になる。図４に示された実施形態では、チャネル４０２は、大気圧であり、空洞３１０に流体的に結合される。その結果、空洞３１０も大気圧である。その結果、チャネル３０４のいずれかからカバー３１１のまわりで冷却液が漏れると、空洞３１０が満たされ、次いで、ＰＶＤチャンバ１００の外にあふれ出ることになり、それは容易に検出することができ、コイル部分１３０のワイヤと環状構造３００との間の熱移動は、コイル部分１３０が真空である場合と比較して増強される。
いくつかの実施形態では、コイル部分１３０は、反対の磁極を有する磁場を発生するように構成された２つの別個に電力供給されるコイルを含む。すなわち、第１の別個に電力供給されるコイルによって発生される磁場の北磁極は、第２の別個に電力供給されるコイルによって発生される磁場の南磁極の近くに位置付けられる。１つのそのような実施形態が図５に示される。
図５は、本開示の一実施形態による、ＰＶＤチャンバ５００内に配設された別個に電力供給される２つのコイル５１０および５２０の近隣部分を概略的に示す図である。前に説明した実施形態と同様に、コイル５１０および５２０は、ＰＶＤチャンバ５００内で処理領域１０５の外に、例えば、堆積シールド５０１の外面５０３とＰＶＤチャンバ５００のチャンバ壁５０２との間に配設される。いくつかの実施形態では、コイル５１０およびコイル５２０は、別個に電力供給される、すなわち、各々は、異なるそれぞれのＤＣ電源に電気的に結合することができる。したがって、コイル５１０は第１のＤＣ電源５５５に結合され、コイル５１０は第２のＤＣ電源５５６に結合される。
コイル５１０およびコイル５２０が別個に電力供給される結果として、コイル５１０の極性は、コイル５２０の極性と反対にすることができる。例えば、ＤＣ電流がコイル５１０の各断面５１１で図５のページの中に流れるようにＤＣ電流がコイル５１０に印加される場合、コイル５１０を含む電磁石の北磁極は＋Ｙ方向になる。さらに、ＤＣ電流がコイル５２０の各断面５２１から図５のページの外に流れるようにＤＣ電流がコイル５２０に印加される場合、コイル５２０を含む電磁石の北磁極は−Ｙ方向になる。それゆえに、コイル５２０を流れる電流の変調は、コイル５１０を含む電磁石によって発生される磁場の形状および強度に変化を発生させることができる。前記のように、処理領域１０５の磁場の形状および強度の変化は、ＰＶＤチャンバ５００内の基板への材料の堆積速度に、基板のエッジ領域において、直接影響を与える。
図５では、コイル５１０およびコイル５２０は、互いに物理的に分離して示されている。他の実施形態では、コイル５１０およびコイル５２０は、互いに物理的に接触してもよいが、例えば、それらの間の絶縁被覆により互いに電気的に絶縁される。したがって、いくつかの実施形態では、コイル５１０およびコイル５２０は各々図３の空洞３１０などの環状構造の単一の空洞に配設することができる。代替として、いくつかの実施形態では、コイル５１０および／またはコイル５２０は、堆積シールド５０１の表面に堆積された薄膜として形成される。
図６は、本開示の様々な実施形態による、ＰＶＤプロセスを使用して基板に膜を堆積させるためのプロセスステップの流れ図である。方法ステップが図１〜図５に示されたＰＶＤチャンバに関連して記載されるが、この方法ステップは適切に構成された堆積システムで実行することができることを当業者は理解するであろう。
方法６００はステップ６０１で始まり、基板１０１がＰＶＤチャンバ１００の処理領域１０５に位置付けられる。例えば、いくつかの実施形態では、ＰＶＤチャンバ１００またはＰＶＤチャンバ１００を含むシステムに関連するコントローラにより、基板１０１は基板支持体１０３に配置される。次いで、コントローラは、基板支持体１０３を処理領域１０５に隣接する処理位置まで上昇させる。
ステップ６０２において、コントローラは、ＰＶＤプロセスの一部として処理領域１０５にプラズマを発生させる。例えば、コントローラは、ガス源１５３に、１つまたは複数のプロセスガスをＰＶＤチャンバ１００に導入させ、ＤＣ電源１５４に、ＤＣ電力をスパッタリングターゲット１１０に印加させる。
ステップ６０３において、プラズマが処理領域１０５に存在する間、コントローラは、ＤＣ電源１５５にＤＣ電力をコイル部分１３０に印加させ、それによって、処理領域１０５内の磁場を修正させる。いくつかの実施形態では、ステップ６０３において、冷却液が、さらに、コイル部分１３０が装着されている環状構造のチャネルを通して流される。そのような実施形態では、冷却液の流れは連続的とすることができる、すなわち、プラズマが処理領域１０５に存在しないとき、冷却液の流れが継続する。
上述の実施形態では、プラズマが最初に処理領域１０５に発生され、次いで、ＤＣ電力がコイル部分１３０に印加される。代替実施形態では、ＤＣ電力は、処理領域１０５のプラズマの初期の発生の前にまたはそれと同時にコイル部分１３０に印加される。
方法６００の実施態様は、ＰＶＤチャンバ内の１つまたは複数の構成要素を再設計することなく、基板１０１に堆積される材料の厚さ均一性を修正できるＰＶＤプロセスを可能にする。すなわち、コイル部分１３０にＤＣ電力を印加することにより、ＰＶＤ堆積膜の厚さ均一性を調整するための１つまたは複数の追加のプロセス調整パラメータが提供される。特に、中心からエッジまでの厚さ均一性の問題は、コイル部分１３０を貫いて印加されるＤＣ電力を増減させること、コイル部分１３０に印加される電力の極性を変更すること、および／またはコイル部分１３０に印加される電力の時間可変プロファイルを変更することによって対処することができる。
本実施形態の態様は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化することができる。それに応じて、本開示の態様は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、またはソフトウェアの態様とハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形態をとることができ、それらはすべて、本明細書では、一般に、「回路」、「モジュール」、または「システム」と呼ばれることがある。さらに、本開示の態様は、コンピュータ可読プログラムコードが具現化された１つまたは複数のコンピュータ可読媒体に具現化されたコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。
１つまたは複数のコンピュータ可読媒体の任意の組合せが利用されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読ストレージ媒体とすることができる。コンピュータ可読ストレージ媒体は、例えば、限定はしないが、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、または半導体のシステム、装置、もしくはデバイス、または前述のものの任意の適切な組合せとすることができる。コンピュータ可読ストレージ媒体のより具体的な例（非網羅的なリスト）は以下のもの、すなわち、１つまたは複数のワイヤを有する電気接続、携帯用コンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭもしくはフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯用コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学ストレージデバイス、磁気ストレージデバイス、または前述のものの任意の適切な組合せを含む。本明細書の文脈において、コンピュータ可読ストレージ媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスによりまたはそれらに関連して使用するためのプログラムを包含または格納することができる任意の有形媒体とすることができる。
前述は本開示の実施形態に関するが、本開示の他のおよびさらなる実施形態を、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本開示の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

  1. 真空処理チャンバであって、
    スパッタリングターゲットと、
    基板を前記スパッタリングターゲットに隣接して位置付けるように構成された、前記真空処理チャンバ内に配設された基板支持体と、
    前記真空処理チャンバ内に配設された堆積シールドと、
    前記真空処理チャンバ内に配設され、前記ターゲットの表面、前記基板支持体の表面、および前記堆積シールドの内面によって境界を定められた処理領域と、
    電磁石のコイル部分であり、前記コイル部分が前記真空処理チャンバ内で前記処理領域の外に配設される、電磁石のコイル部分と
    を含む真空処理チャンバ
    を含む物理的気相堆積（ＰＶＤ）システム。
  2. 前記コイル部分が配設される環状構造をさらに含み、前記環状構造が、前記真空処理チャンバ内で前記処理領域の外に配設される、請求項１に記載のＰＶＤシステム。
  3. 前記環状構造が、前記環状構造内に冷却液を流すための導管を含む、請求項２に記載のＰＶＤシステム。
  4. 前記導管が、仕切りによって互いに流体的に分離される多数のチャネルを含む、請求項３に記載のＰＶＤシステム。
  5. 前記仕切りが、前記コイルを前記導管から流体的に分離する水カバーを支持するように構成される、請求項４に記載のＰＶＤシステム。
  6. 前記コイルが、前記環状構造に形成された空洞に配設される、請求項２に記載のＰＶＤシステム。
  7. 真空が前記真空処理チャンバに存在するとき、前記コイルを真空から流体的に分離するカバープレートをさらに含む、請求項６に記載のＰＶＤシステム。
  8. 前記空洞が、前記真空処理チャンバ内の基板の処理の間前記真空処理チャンバの外部の大気に流体的に結合される、請求項６に記載のＰＶＤシステム。
  9. 前記コイル部分に結合された直流（ＤＣ）電源をさらに含む、請求項１に記載のＰＶＤシステム。
  10. 前記ＤＣ電源が、出力プロファイルを選択するコマンドに応じて可変ＤＣ出力を発生するように構成されたプログラマブル電源、または入力値に応じて可変ＤＣ出力を発生するように構成された制御可能な電源の一方を含む、請求項９に記載のＰＶＤシステム。
  11. 追加の電磁石の追加のコイル部分をさらに含み、前記追加のコイル部分が、前記真空処理チャンバ内で前記処理領域の外に配設される、請求項１に記載のＰＶＤシステム。
  12. 前記コイル部分が第１のＤＣ電源に結合され、前記追加のコイル部分が第２のＤＣ電源に結合される、請求項１１に記載のＰＶＤシステム。
  13. 真空チャンバ内の物理的気相堆積の方法であって、前記方法が、
    前記真空チャンバの処理領域に基板を位置付けることであり、前記処理領域が、前記真空チャンバのスパッタリングターゲットの表面、前記真空チャンバ内の基板支持体の表面、および前記真空チャンバ内に配設された堆積シールドの内面の間に配設される、位置付けることと、
    前記処理領域にプラズマを発生させることと、
    前記プラズマが前記処理領域に存在するとき、電磁石のコイル部分に直流（ＤＣ）電力を印加することであり、前記コイル部分が、前記真空チャンバ内で前記処理領域の外に配設される、印加することと
    を含む、方法。
  14. 前記コイル部分が環状構造に配設され、前記方法は、前記プラズマが前記処理領域に存在するとき、前記環状構造内に配設された導管に冷却液を供給することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記コイル部分に前記ＤＣ電力を印加することが、可変出力ＤＣ電源から前記コイル部分にパルスＤＣ電力を印加することを含む、請求項１３に記載の方法。
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