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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