JP2024050576A - 改良されたプラズマ制御のためのｅｍ源 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＶＤ堆積プロセス中にプラズマプロファイルを制御するための装置および方法を提供する。【解決手段】一部の実施形態は、ターゲットの上方に配置されたＥＭコイルを利用して、堆積中にプラズマプロファイルを制御する。【選択図】図２

Description

本開示の実施形態は、一般に、プラズマを制御するための装置および方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、電磁石を使用してＰＶＤ堆積プロセスにおけるプラズマプロファイルを制御するための装置および方法に関する。

物理的気相堆積（ＰＶＤ）とも呼ばれるスパッタリングは、半導体集積回路の製造において金属および関連材料の堆積に使用される。スパッタリングの使用は、極端紫外線（ＥＵＶ）マスクブランクスの製造においてだけでなく、ビアまたは他の垂直相互接続構造などの高アスペクト比の孔の側壁上に金属層を堆積させることにも拡張されてきた。

物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバなどのプラズマ基板処理システムでは、高磁場および高ＤＣ電力を用いた高電力密度ＰＶＤスパッタリングは、スパッタリングターゲットに高エネルギーを生成することができ、スパッタリングターゲットの表面温度を大きく上昇させることができる。スパッタリングターゲットは、ターゲットバッキング板を冷却流体と接触させることによって冷却される。商業的に典型的に実施されているプラズマスパッタリングでは、スパッタ堆積させる材料のターゲットは、コーティングされるウエハを収容する真空チャンバに密封されている。アルゴンがチャンバに導入される。スパッタリングプロセスでは、プラズマなどのエネルギーイオンによってスパッタリングターゲットに衝撃を与え、材料をターゲットから追い出し、チャンバ内に配置された基板上に膜として堆積させる。

したがって、デバイス寸法が縮小するにつれて、堆積プロセスの制御が不可欠である。さらに、プラズマをスパッタリングターゲット全体にわたって均一になるように制御することにより、浸食プロファイルが改善され、経時的なターゲット材料の摩耗が均一になり、ターゲットの経年変化が制御される。

プラズマスパッタリングは、ＤＣスパッタリングまたはＲＦスパッタリングのいずれかを使用して達成することができる。プラズマスパッタリングは、典型的には、磁場を処理空間内に投射して、プラズマの密度を高め、ターゲットの前面からのスパッタリング速度を向上させるために、磁気ヨークを介して背面で磁気結合された対向する極の少なくとも２つの磁石を含む、スパッタリングターゲットの背面に位置決めされたマグネトロンを含む。マグネトロンに使用される磁石は、典型的には、ＤＣスパッタリングの場合、閉ループであり、ＲＦスパッタリングの場合、開ループである。

ＰＶＤプロセスにおけるプラズマ制御のための現在のハードウェアソリューションは、ターゲットの背後で回転させる様々な構成のこれらの固体磁石に依存する。磁石構成の調整または変更には、大規模なハードウェア作業およびチャンバの停止時間が必要である。したがって、磁場のソフトウェア制御を可能にし、新たな磁石設計を必要としないハードウェアソリューションが必要とされている。

多くの光学多層コーティングスタックにおける厚さ公差は、非常に厳しく、正確な堆積制御およびモニタリングを必要とする可能性がある。プロセス制御および層厚さモニタリングに関連付けられた一般的な問題に加えて、特に許容誤差が小さいコーティングの場合、大きな基板では、コーティング厚さの不均一性が設計の許容誤差を超えることがあるという点で、別の難しさが加わる。

したがって、堆積速度、膜特性、および他のプロセス改善点を制御するために、ＰＶＤ堆積プロセスにおけるプラズマプロファイルを制御する方法および装置も必要とされている。

本開示の１つまたは複数の実施形態は、中心軸を有する内部容積を囲む頂部と、側壁と、バッキング板と、を有するカソードハウジングを備えるプラズマカソードアセンブリを対象とする。バッキング板は、スパッタリングプロセス中にターゲットを支持するように構成されている。第１のＥＭコイルは、カソードハウジングの内部容積の内側にある。第１のＥＭコイルは、第１のコイル幅を画定する第１の内径および第１の外径と、第１のコイル厚さを画定する第１の底面および第１の頂面と、を有する。第２のＥＭコイルは、カソードハウジングの内部容積の内側にある。第２のＥＭコイルは、第２のコイル幅を画定する第２の内径および第２の外径と、第２のコイル厚さを画定する第２の底面および第２の頂面と、を有する。第１のＥＭコイルは、第２のＥＭコイルの第２の内径内にある。

本開示のさらなる実施形態は、処理容積を囲む底部と、側壁と、リッドと、を備えるチャンバ本体を備えるプラズマ処理チャンバを対象とする。基板ホルダは、処理容積内に位置決めされている。プラズマカソードアセンブリは、基板ホルダの上方に位置決めされている。プラズマカソードアセンブリは、中心軸を有する内部容積を囲む頂部と、側壁と、バッキング板と、を有するカソードハウジングを備える。バッキング板は、ターゲットを支持するように構成されている。第１のＥＭコイルは、カソードハウジングの内部容積の内側にある。第１のＥＭコイルは、第１のコイル幅を画定する第１の内径および第１の外径を有する。第２のＥＭコイルは、カソードハウジングの内部容積の内側にある。第２のＥＭコイルは、第２のコイル幅を画定する第２の内径および第２の外径を有する。第１のＥＭコイルは、第２のＥＭコイルの第２の内径内にある。

本開示のさらなる実施形態は、プラズマプロファイルを調整する方法を対象とする。本方法は、プラズマカソードアセンブリ内のＥＭコイルの間隔を制御するステップ、プラズマカソードアセンブリ内のＥＭコイルを流れる電流の方向または量を変調するステップ、あるいはプラズマカソードアセンブリ内のＥＭコイルの位置を制御するステップのうちの１つまたは複数を含む。

本開示の上記で列挙された特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上記で簡潔に要約された本開示のより具体的な説明を行うことができ、その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、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容し得るため、その範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。

本開示の１つまたは複数の実施形態によるＰＶＤ堆積チャンバの側断面図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるプラズマカソードアセンブリの断面斜視図である。 棒磁石の回転によって引き起こされる磁場の変更を示す図である。 中心軸付近の永久磁石によって引き起こされる磁場の変更を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるプラズマカソードアセンブリの断面図である。

添付の図面において、同様の構成要素および／または特徴は、同じ参照ラベルを有することがある。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、参照ラベルの後のダッシュと、同様の構成要素を区別する第２のラベルとによって区別されることがある。本明細書で第１の参照ラベルのみが使用される場合、その説明は、第２の参照ラベルにかかわらず、同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成要素のいずれか１つに適用可能である。

本開示のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本開示は、以下の説明に記載される構成またはプロセスステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な仕方で実施または実行することができる。

本明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、「基板」という用語は、プロセスが作用する表面または表面の一部を指す。また、当業者であれば、基板への言及は、文脈上明確にそうでないと示されない限り、基板の一部のみを指すこともできることを理解されよう。加えて、基板上に堆積させることへの言及は、ベアの基板、および１つまたは複数の膜または特徴が堆積または形成された基板の両方を意味することができる。

本明細書で使用される「基板」は、製造プロセス中に膜処理が行われる任意の基板または基板上に形成される材料の表面を指す。例えば、処理を行うことができる基板表面は、用途に応じて、シリコン、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素ドープ酸化ケイ素、アモルファスシリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガラス、サファイアなどの材料、ならびに金属、金属窒化物、金属合金、および他の導電性材料などの任意の他の材料を含む。基板には、半導体ウエハが含まれるが、これに限定されない。基板を、前処理プロセスに曝して、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、水酸化、アニール、ＵＶ硬化、電子ビーム硬化、および／または焼成することができる。基板自体の表面に直接膜処理を行うことに加えて、本開示では、開示される膜処理ステップのいずれかを、以下でより詳細に開示されるように、基板上に形成された下層上で行うこともでき、用語「基板表面」は、文脈が示すように、そのような下層を含むことが意図されている。したがって、例えば、膜／層または部分的な膜／層を基板表面上に堆積させた場合、新たに堆積させた膜／層の露出面が基板表面となる。

本明細書で使用される「水平」という用語は、その向きにかかわらず、マスクブランクの平面または表面に平行な平面として定義される。「垂直」という用語は、今定義した水平に対して垂直な方向を指す。「上方（ａｂｏｖｅ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「頂部（ｔｏｐ）」、「側部（ｓｉｄｅ）」（「側壁（ｓｉｄｅｗａｌｌ）」におけるような）、「より高い（ｈｉｇｈｅｒ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「の上（ｏｖｅｒ）」、および「の下（ｕｎｄｅｒ）」などの用語は、図に示されるように、水平面に対して定義される。

本開示の実施形態は、ターゲット材料の背後に複数の電磁（ＥＭ）コイルを備えるプラズマカソードアセンブリに関する。ＥＭコイルは、１つのコイルが別のコイル内にあるように位置決めされている。本開示のさらなる実施形態は、本明細書に開示されるプラズマカソードアセンブリを使用して、ＰＶＤ堆積チャンバ内のプラズマ場を制御する方法に関する。一部の実施形態では、プラズマ密度および／またはプラズマ位置が制御される。

本開示の一部の実施形態は、有利には、プラズマベースの堆積プロセス（例えば、物理的気相堆積、ＰＶＤ）におけるプラズマプロファイルの迅速な（例えば、リアルタイムの）調整を提供する。本開示の一部の実施形態は、有利には、新たなＰＶＤプロセスの開発時間の大幅な短縮を提供する。同様に、本開示の一部の実施形態は、有利には、堆積速度が制御された堆積プロセスを提供する。

本開示の一部の実施形態は、有利には、ターゲット材料の全面浸食を提供する。本開示の一部の実施形態は、有利には、堆積プロセス中に膜特性を操作する能力を提供する。一部の実施形態では、リアルタイム制御および膜特性を操作する能力により、多層特性を有する膜を堆積させるプロセスが可能になる。

図１は、本発明の１つまたは複数の実施形態による、材料をスパッタ堆積させるのに適した、「スパッタリングチャンバ」、「プロセスチャンバ」、または「スパッタプロセスチャンバ」とも呼ばれる一般化された物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ１００を示す。プロセスチャンバ１００は、処理容積１１８が内部に画定されたチャンバ本体１０８を含む。チャンバ本体１０８は、側壁１１０および底部１４６を有する。チャンバ本体１０８およびプロセスチャンバ１００の関連する構成要素の寸法は、限定されず、一般に、処理される基板１１４のサイズよりも比例的大きくなる。任意の適切な基板サイズを処理することができ、処理チャンバ１００のサイズは、潜在的には無制限とすることができる。

リッドアセンブリ１０４は、チャンバ本体１０８の頂部に取り付けられている。チャンバ本体１０８は、アルミニウムまたは他の適切な材料から製造することができる。基板アクセスポート１３０は、チャンバ本体１０８の側壁１１０を貫通して形成され、基板１１４（すなわち、ソーラーパネル、フラットパネルディスプレイ基板、半導体ウエハ、または他のワークピース）のプロセスチャンバ１００への出し入れを容易にする。アクセスポート１３０は、基板処理システムの移送チャンバおよび／または他のチャンバに結合されてもよい。

ガス源１２８は、チャンバ本体１０８に結合されて、処理容積１１８内にプロセスガスを供給する。様々な実施形態において、プロセスガスは、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１２８によって提供され得るプロセスガスの例としては、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素ガス（Ｎ₂）、酸素ガス（Ｏ₂）、水素ガス（Ｈ₂）、およびこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されない。他の処理ガスも考えられ、本発明の範囲内に含まれる。

ポンピングポート１５０は、チャンバ本体１０８の底部１４６を貫通して形成されている。ポンプ装置１５２は、処理容積１１８に結合されて、内部の圧力を排気し制御する。一実施形態では、プロセスチャンバ１００の圧力レベルは、約１０^-10Ｔｏｒｒ～約１Ｔｏｒｒの範囲に維持することができる。特定の実施形態では、圧力は、約０．１ｍＴｏｒｒ～約１０ｍＴｏｒｒの範囲内に維持される。

リッドアセンブリ１０４は、一般に、ターゲット１２０と、それに結合された接地シールドアセンブリ１２６と、を含む。ターゲット１２０は、ＰＶＤプロセス中に基板１１４の表面上にスパッタリングおよび堆積させることができる材料源を提供する。リッドアセンブリ１０４は、ターゲット１２０の上またはターゲット１２０の周囲にあり得るチャンバ天井１２７を含むこともできる。一部の実施形態では、ターゲット１２０は、天井１２７として機能することができる。ターゲット１２０は、チャンバ天井に隣接して配置されてもよい。ターゲット１２０またはターゲット板は、堆積核種に利用される材料から製造されてもよい。超高周波（ＶＨＦ）電源１３２および高周波（ＨＦ）電源１３３がターゲット１２０に接続されて、ターゲット１２０からの材料のスパッタリングを促進する。ターゲット１２０は、導電性材料および非導電性材料の両方を含む任意の適切な材料から製造することができる。

ターゲット１２０は、一般に、周辺部分１２４および中央部分１１６を含む。一部の実施形態では、周辺部分１２４は、チャンバの側壁１１０の上に配置されている。ターゲット１２０の中央部分１１６は、基板支持体１３８上に配置された基板１１４の表面に向かってわずかに突き出る湾曲面を有することができる。ターゲット１２０と基板支持体１３８との間の間隔を制御することができる。一部の実施形態では、間隔は、約５０ｍｍ～約１５０ｍｍに維持されるが、他の間隔も本発明の範囲内である。ターゲット１２０の寸法、形状、材料、構成、および直径は、具体的なプロセスまたは基板要件に応じて変更することができることに留意されたい。一部の実施形態では、ターゲット１２０は、基板表面上にスパッタリングされることが望まれる材料によって接合および／または製造された中央部分を有するバッキング板をさらに含むことができる。ターゲット１２０は、一緒になってターゲットを形成する隣接するタイルまたはセグメント材料を含むこともできる。

リッドアセンブリ１０４は、処理中にターゲット１２０からの材料の効率的なスパッタリングを向上させる、ターゲット１２０の上方に取り付けられたマグネトロンアセンブリ１０２をさらに備えてもよい。マグネトロンアセンブリの例としては、とりわけ、線形マグネトロン、蛇行マグネトロン、螺旋マグネトロン、二指状（ｄｏｕｂｌｅ－ｄｉｇｉｔａｔｅｄ）マグネトロン、矩形螺旋マグネトロンが挙げられる。

リッドアセンブリ１０４の接地シールドアセンブリ１２６は、接地フレーム１０６および接地シールド１１２を含む。また、接地シールドアセンブリ１２６には、他のチャンバシールド部材、ターゲットシールド部材、ダークスペースシールド、ダークスペースシールドフレームが含まれてもよい。接地シールド１１２は、接地フレーム１０６によって周辺部分１２４に結合され、処理容積１１８内のターゲット１２０の中央部分の下方に上部処理領域１５４を画定する。接地フレーム１０６は、接地シールド１１２をターゲット１２０から電気的に絶縁する一方で、側壁１１０を介してプロセスチャンバ１００のチャンバ本体１０８への接地経路を提供する。接地シールド１１２は、処理中に生成されるプラズマを上部処理領域１５４内に閉じ込め、ターゲット１２０の限定された中央部分１１６からターゲット原材料を追い出し、それによって、追い出されたターゲット源を側壁１１０ではなく主に基板表面上に堆積させることができる。一実施形態では、１つもしくは複数のワークピースの断片および／または接地シールド１１２は、溶接、接着、高圧圧縮などの当技術分野で知られているプロセスによるいくつかのこれらのピースの接合によって形成することができる。

図１に示される実施形態は、チャンバ本体１０８の底部１４６を貫いて延在し、リフト機構１４４に結合するシャフト１４０をさらに含む。リフト機構１４４は、下部移送位置と上部処理位置との間で基板支持体１３８を移動させるように構成されている。ベローズ１４２は、シャフト１４０を取り囲み、基板支持体１３８に結合されて、それらの間に可撓性シールを提供し、処理容積１１８の真空完全性を維持する。

シャドウフレーム１２２は、基板支持体１３８の周辺領域上に配置されてもよく、ターゲット１２０からスパッタリングされた原材料の堆積を基板表面の所望の部分に限定するように構成されている。チャンバシールド１３６は、チャンバ本体１０８の内壁に配置されてもよく、基板支持体１３８の周りに配置されたシャドウフレーム１２２を支持するように構成された、処理容積１１８へと内側に延在するリップ１５６を有することができる。基板支持体１３８が処理のために上部位置まで引き上げられると、基板支持体１３８上に配置された基板１１４の外縁部がシャドウフレーム１２２によって係止され、シャドウフレーム１２２が持ち上げられ、チャンバシールド１３６から離隔される。基板支持体１３８が基板アクセスポート１３０に隣接する移送位置まで下げられると、シャドウフレーム１２２は、チャンバシールド１３６上に戻される。リフトピン（図示せず）は、基板支持体１３８を貫いて選択的に移動し、基板１１４を基板支持体１３８の上方に持ち上げ、移送ロボットまたは他の適切な移送機構による基板１１４へのアクセスを容易にする。

少なくとも１つのコントローラ１４８が、プロセスチャンバ１００および／またはその様々な構成要素に結合されている。例えば、コントローラ１４８は、プロセスシーケンスを制御するように構成されてもよく、ガス源１２８からチャンバ１００内へのガス流、ターゲット１２０のイオン衝撃を制御するための電源の電力および周波数、プラズマの密度、ならびにスパッタリングされる核種のイオン化の程度を調整する。

一部の実施形態では、個々の構成要素に接続された２つ以上のコントローラ１４８があり、主制御プロセッサは、別々のコントローラのそれぞれに結合されて、チャンバ１００を制御する。コントローラ１４８は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために産業環境において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、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどのうちの１つであってもよい。

少なくとも１つのコントローラ１４８は、プロセッサ１６０と、プロセッサ１６０に結合されたメモリ１５８と、プロセッサ１６０に結合された入力／出力デバイスと、異なる電子構成要素間で通信するためのサポート回路１６２と、を有することができる。メモリ１５８は、一過性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ）および非一過性メモリ（例えば、ストレージ）のうちの１つまたは複数を含むことができる。

プロセッサ１６０のメモリ１５８またはコンピュータ可読媒体は、ローカルまたはリモートのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、または任意の他の形態のデジタルストレージなどの、容易に利用可能なメモリのうちの１つまたは複数であってもよい。メモリ１５８は、チャンバ１００のパラメータおよび構成要素を制御するためにプロセッサ１６０によって動作可能な命令セットを保持することができる。サポート回路１６２は、プロセッサ１６０に結合されて、従来のやり方でプロセッサをサポートする。回路は、例えば、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステムなどを含むことができる。

プロセスは、一般に、プロセッサによって行われるとプロセスチャンバに本開示のプロセスを行うソフトウェアルーチンとして、メモリに記憶されてもよい。また、ソフトウェアルーチンは、プロセッサによって制御されているハードウェアから遠隔に位置する第２のプロセッサ（図示せず）によって記憶および／または実行されてもよい。

本開示の方法の一部または全部は、ハードウェアで行われてもよい。そのため、プロセスは、ソフトウェアで実施され、コンピュータシステムを使用して、ハードウェアで、例えば、特定用途向け集積回路もしくは他のタイプのハードウェア実装として、またはソフトウェアとハードウェアとの組合せとして実行されてもよい。ソフトウェアルーチンは、プロセッサによって実行されると、汎用コンピュータを、プロセスが行われるようにチャンバ動作を制御する専用コンピュータ（コントローラ）に変換する。

一部の実施形態では、コントローラ１４８は、本方法を行うために、個々のプロセスまたはサブプロセスを実行するための１つまたは複数の構成を有する。コントローラ１４８は、本方法の機能を行うために、中間構成要素に接続され、中間構成要素を動作させるように構成することができる。例えば、コントローラ１４８は、ガスバルブ、アクチュエータ、モータ、スリットバルブ、真空制御、電源などのうちの１つまたは複数に接続され、それらを制御するように構成することができる。

処理中、ターゲット１２０からスパッタリングされた材料は、プラズマ中でイオン化され、基板１１４の表面上に堆積する。ターゲット１２０および基板支持体１３８は、ＶＨＦ電源１３２およびＨＦ電源１３３によって接地に対してバイアスされて、ガス源１２８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し、プラズマ内にイオンを形成し、基板１１４上へのイオンの指向性スパッタリングを引き起こす。プラズマ内のイオンおよび励起された核種は、ターゲット１２０に衝突し、ターゲット材料をターゲット１２０から追い出す。追い出されたターゲット材料およびプロセスガスは、プラズマ内でエネルギー衝突を経験し、その結果、基板１１４に向かって加速されるイオンターゲット材料が形成され、ターゲット１２０と同じ組成を有する層を基板１１４上に形成する。

本発明の１つまたは複数の実施形態は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）真空チャンバ１００内で基板を処理する方法を対象とする。ターゲット１２０は、チャンバの天井１２７に隣接して設けられている。あるいは、ターゲット１２０は、チャンバ１００の天井１２７として機能することができ、または天井１２７は、マグネトロンアセンブリ１０２の上方に位置することができる。基板１１４は、ターゲット１２０に面する基板支持体１３８上に配置される。プロセスガスは、プロセスガス源１２８から、選択された圧力までチャンバ１００内に導入される。プロセスガスの圧力は、ターゲットからスパッタリングされた核種のかなりの部分のイオン化を引き起こすのに十分に高くなるように調整される。容量結合された高密度プラズマは、運動電子を励起するのに十分に高い周波数でターゲットに第１の電力を第１の周波数で印加することによって維持される。基板には第１の周波数よりも低い第２の周波数で第２の電力が印加され、ターゲットからのイオンを基板上にスパッタリングするのに十分なシース電位を生成してターゲットからのスパッタリングされたイオンの膜を堆積させる。選択された圧力およびシース電位のうちの１つまたは複数を制御して、堆積膜の微細構造を制御することができる。

特定の実施形態では、ターゲットに供給される電力は、実質的に直流成分を含まない。特に、非導電性材料で構成されたターゲットに直流電流を供給すると、チャンバ内でアークが発生する傾向がある。アーク放電は、通常、スパッタリングされる基板に損傷を与える。本方法の実施形態は、ＤＣ電力を使用せずに、プラズマ密度およびスパッタ速度を生成し調整することができる。

ターゲット材料は、形成される所望の膜に基づいて選択される。スパッタリングの特徴は、形成された膜がターゲット材料と同じ組成を有することである。したがって、ターゲットは、金属、純粋な核種、ドープされた核種などとすることができ、その結果、膜が同じ材料で形成される。１つまたは複数の実施形態では、ターゲットは、シリコン、ドープされたシリコン、酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物、透明導電酸化物、金属およびそれらの組合せからなる群から選択される。詳細な実施形態では、ターゲットは、ドーパントを含むまたは含まないシリコンである。

基板支持体１３８は、加熱または冷却システムを含むことができ、基板支持体１３８および基板１１４の温度を変化させることができる。本発明の１つまたは複数の実施形態では、基板の温度が制御される。当業者であれば、電力、周波数、温度、圧力などを含む適切な処理パラメータを認識するであろう。

本開示の一部の実施形態は、プラズマカソードアセンブリを対象とする。本明細書に記載されるプラズマカソードアセンブリは、上述の処理チャンバ１００のリッドアセンブリ１０４として理解されてもよい。

図２は、本開示の１つまたは複数の実施形態によるプラズマカソードアセンブリ２００を示す。プラズマカソードアセンブリ２００は、中心軸２１５を有する内部容積２２０を囲む頂部２１２と、側壁２１４と、バッキング板２１６と、を有するカソードハウジング２１０を備える。一部の実施形態では、バッキング板２１６は、スパッタリングプロセス中にターゲット２３０を支持するように構成されている。

プラズマカソードアセンブリ２００は、カソードハウジング２１０の内部容積２２０の内側に第１のＥＭコイル２４０をさらに備える。第１のＥＭコイル２４０は、第１のコイル幅Ｗ１を画定する第１の内径２４２および第１の外径２４４と、第１のコイル厚さＴ１を画定する第１の底面２４６および第１の頂面２４８と、を有する。

プラズマカソードアセンブリ２００は、カソードハウジング２１０の内部容積２２０の内側に第２のＥＭコイル２５０を備える。第２のＥＭコイル２５０は、第２のコイル幅Ｗ２を画定する第２の内径２５２および第２の外径２５４と、第２のコイル厚さＴ２を画定する第２の底面２５６および第２の頂面２５８と、を有する。

第１のＥＭコイル２４０は、第２のＥＭコイル２５０の第２の内径２５２内にある。図２は、３つのＥＭコイルを示すが、本開示の一部の実施形態では２つのＥＭコイルのみが必要であることに留意されたい。

一部の実施形態では、プラズマカソードアセンブリ２１０は、カソードハウジング２１０の内部容積２２０内に少なくとも１つの追加のＥＭコイル２６０をさらに備える。各追加のＥＭコイルは、コイル幅を画定する内径および外径と、コイル厚さを画定する底面および頂面と、を有する。さらに、各追加のＥＭコイルは、第１のＥＭコイル２４０または第２のＥＭコイル２５０のうちの少なくとも１つが追加のＥＭコイル２６０の内径内にあるように位置決めされる。一部の実施形態では、プラズマカソードは、３つ以上のＥＭコイルを備える。一部の実施形態では、プラズマカソードは、６つ以上のＥＭコイルを備える。

図５は、６つのコイル（５１０～５６０）を有するプラズマカソードアセンブリ５００を示す。一部の実施形態では、最も外側のコイル５６０は、バッキング板２１６上のターゲット２３０の外径２３４の近くに位置決めされる。この点に関して使用される場合、「近く」は、外側のコイル５６０の直径が、ターゲット２３０の直径の±５％以内、±２％以内、±１％以内、または±０．５％以内であることを意味する。

一部の実施形態では、最も外側のコイル５６０は、バッキング板２１６上のターゲット２３０の外径２３４の外側に位置決めされる。一部の実施形態では、最も外側のコイル５６０は、バッキング板２１６上のターゲット２３０の外径２３４の内側に位置決めされる。この点に関して使用される場合、最も外側のコイル５６０がターゲット２３０の外径２３４の内側または外側に位置決めされるとき、コイル５６０およびターゲット２３０は同心であり、ターゲットは最も外側のコイル５６０の内径よりも大きいまたは小さい外径２３４をそれぞれ有する。

一部の実施形態では、内側のコイル（５１０～５５０）は、第１の方向に動作し、最も外側のコイル５６０は、反対の第２の方向に動作する。理論に束縛されることなく、コイルをカソード面の外側に位置決めし、反対方向に動作させることにより、磁場を閉じ込めることができると考えられる。磁場の閉じ込めは、プロセスキット上に堆積する材料の量を減少させる。

説明および図面は、円形のＥＭコイルについて論じ、示しているが、本開示は、特定の形状のＥＭコイルに限定されない。コイルは、円形、楕円形、多角形、またはそれらの任意の組合せであってもよい。

さらに、説明および図面は、共有平面内のＥＭコイルについて論じ、示しているが、本開示は、共有平面内のＥＭコイルに限定されない。コイルは、それらが（図示されるように）完全に重なるか、部分的に重なるか、または垂直方向に重ならないように、垂直方向にシフトさせることができる。

一部の実施形態では、図２に示されるように、第１のＥＭコイル２４０および第２のＥＭコイル２５０は、同心円状に位置決めされる。一部の実施形態では、第１のＥＭコイル２４０および第２のＥＭコイル２５０は、同心円状に位置決めされない。

一部の実施形態では、ＥＭコイル２４０、２５０の一方または両方の中心は、中心軸２１５にある。一部の実施形態では、第１のＥＭコイル２４０の中心も第２のＥＭコイル２５０の中心も、中心軸にはない。

一部の実施形態では、第１のＥＭコイル２４０および第２のＥＭコイル２５０のうちの少なくとも１つは、カソードハウジング２１０に対して移動可能である。一部の実施形態では、少なくとも１つのコイルが平行移動する。本明細書に記載される平行移動は、中心軸２１５に垂直な平面内の移動を含むと理解されてもよい。一部の実施形態では、少なくとも１つのＥＭコイルが回転する。本明細書に記載される回転は、中心軸２１５に平行な軸の周りの回転として理解されてもよい。

理論に束縛されることなく、作動させたＥＭコイルを処理中に移動させると、そこから生成される磁場を歪ませることができると考えられる。換言すれば、作動させたＥＭコイルを移動させることにより、そこから生成される磁場の形状を変更することができる。図３Ａ～図３Ｃに示されるように、棒磁石を円運動で迅速に平行移動させると、そこから生成される磁場は、図３Ｂおよび図３Ｃに示されるように歪むことが理解される。

本明細書で使用される場合、ＥＭコイルという用語は、導電性材料のコイルを指す。材料に電流を流すと、作動したＥＭコイルが電磁石として動作する。

本開示の一部の実施形態は、本明細書に開示されるプラズマカソードアセンブリを備える処理チャンバに関する。

図１に関して上述したように、本開示の一部の実施形態は、プラズマ処理チャンバに関する。一部の実施形態では、プラズマ処理チャンバは、処理容積１１８を囲む底部１４６と、側壁１１０と、天井１２７と、を備えるチャンバ本体１０８を含む。

プラズマ処理チャンバは、処理容積１１８内に位置決めされた基板支持体１３８をさらに備える。一部の実施形態では、プラズマ処理チャンバは、基板支持体１３８の上方に位置決めされたプラズマカソードアセンブリ２００を含む。プラズマカソードアセンブリ２００は、上述した通りである。

本開示の一部の実施形態は、プラズマプロファイルを調整するための方法を提供する。一部の実施形態では、本方法は、本明細書の他の箇所に記載されるプラズマカソードアセンブリを使用する。

プラズマプロファイルを制御する方法は、プラズマカソードアセンブリ内のＥＭコイルの間隔を制御するステップ、プラズマカソードアセンブリ内の１つまたは複数のＥＭコイルを流れる電流の方向または量を変調するステップ、あるいはプラズマカソードアセンブリ内のＥＭコイルの位置を制御するステップのうちの１つまたは複数を含む。

ＥＭコイルの間隔を制御するステップは、隣接していないコイルに電流を流し、介在するコイルには電流を流さないステップを含むことができる。例えば、プラズマカソードアセンブリは、順次サイズが大きくなる６つのＥＭコイルを含むことができる。他のコイルを作動させることなく、最も外側のコイル（リング６）および最も内側のコイル（リング１）を作動させることができる。リング６およびリング４、リング３および／またはリング２を作動させることもできる。結果として生じる磁場のそれぞれは、処理中に結果として生じるプラズマプロファイルに対して異なる効果を有すると予想される。

一部の実施形態では、プラズマプロファイルは、プラズマカソードアセンブリ内の１つまたは複数のＥＭコイルを流れる電流の方向または量を変調することによって制御される。例えば、所定のＥＭコイルには、ＥＭコイルを作動させるためにコイルを通る交流電流を流してもよい。交流電流は、直流電流とは異なる磁場を生成すると予想される。同様に、高／低またはオン／オフのいずれかのパルス電流は、定常電流とは異なる磁場を生成すると予想される。

一部の実施形態では、プラズマプロファイルは、プラズマカソードアセンブリ内のＥＭコイルの位置を制御することによって制御される。一部の実施形態では、ＥＭコイルの位置は、プラズマ処理が行われる前にのみ制御することができる。これらの実施形態では、ＥＭコイルは、他のＥＭコイルまたはカソードハウジングと同心円状にまたは「中心から外れて」配置されてもよい。ＥＭコイルの数が増加するにつれて、空間的な選択肢が指数関数的に増加する。これらの空間的配置のそれぞれは、異なるプラズマプロファイルを提供する。

さらに、一部の実施形態では、プラズマ処理中にＥＭコイルの位置を制御することができる。これらの実施形態では、ＥＭコイルを回転または平行移動させることができる。これらの動きは、上記でより詳細に説明されている。図３Ｂおよび図３Ｃに示されるように、回転する棒磁石は、静止した棒磁石と比較して歪んだ磁場を提供する。移動する磁石が歪んだ磁場を提供し、他の方法では得ることができない形状を提供することができるため、磁場におけるこれらの変更により、プラズマプロファイルを制御することができる。

同様に、一部の実施形態では、プラズマカソードアセンブリ２００は、少なくとも１つの永久磁石２８０をさらに備える。一部の実施形態では、少なくとも１つの永久磁石２８０は、第１のＥＭコイル２４０の第１の内径２４２内に位置決めされている。一部の実施形態では、少なくとも１つの永久磁石２８０は、中心軸２１５の周りを回転する。

図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、少なくとも１つの磁石は、存在する場合、歪んだ磁場を提供する。図４Ａは、内側のコイル４１０および外側のコイル４２０が反対の電流で動作しているときの磁場の上面図を示す。簡単にするために、内側のコイル４１０および外側のコイル４２０は、コイルの正中線として示されている。図４Ａでは、接線方向磁場４５０は、略円形で、内側のコイル４１０および外側のコイル４２０と同心である破線として示されている。

対照的に、図４Ｂは、複数の永久磁石４３０が内側のコイル４１０内に配置されている場合の磁場の上面図を示す。図４Ｂに示されるシミュレーション結果では、永久磁石４３０Ａは、Ｓ極が観察者に最も近く、永久磁石４３０Ｂは、Ｎ極が観察者に最も近い。接線方向磁場４５０（破線で示す）は、片側が永久磁石４３０によって内側に曲げられた「Ｄ字形」である。

一部の実施形態では、プラズマプロファイルを調整する方法は、プラズマ位置またはプラズマ密度のうちの１つまたは複数を調整する。一部の実施形態では、プラズマプロファイルを調整することにより、ターゲット材料の全面浸食が可能になる。

既存のマグネトロン配置では、ターゲットの縁部にあるターゲット材料は、マグネトロンによって生成される磁場の影響を受けることができない。その結果、他の部分ほどはターゲットの縁部に影響を与えない浸食プロファイルとなる。理論に束縛されることなく、ＥＭコイルは、コイルの直下の接線方向磁場を可能にし、それによって、ターゲット縁部を含むターゲット縁部までの浸食を可能にする。

本明細書全体を通して、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つまたは複数の実施形態」、あるいは「ある実施形態」への言及は、その実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、材料、または特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な場所における「１つまたは複数の実施形態において」、「特定の実施形態において」、「一実施形態において」、あるいは「ある実施形態において」などの語句の出現は、必ずしも本開示の同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切なやり方で組み合わせることができる。

本明細書における開示は、特定の実施形態を参照して説明されてきたが、当業者であれば、説明された実施形態は、本開示の原理および応用を例示するものに過ぎないことを理解するであろう。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示の方法および装置に様々な修正および変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にある修正形態および変形形態を含むことができる。

Claims (20)

1. 中心軸を有する内部容積を囲む頂部と、側壁と、バッキング板と、を有するカソードハウジングであって、前記バッキング板がスパッタリングプロセス中にターゲットを支持するように構成されている、カソードハウジングと、
   前記カソードハウジングの前記内部容積の内側の第１のＥＭコイルであって、第１のコイル幅を画定する第１の内径および第１の外径と、第１のコイル厚さを画定する第１の底面および第１の頂面と、を有する、第１のＥＭコイルと、
   前記カソードハウジングの前記内部容積の内側の第２のＥＭコイルであって、第２のコイル幅を画定する第２の内径および第２の外径と、第２のコイル厚さを画定する第２の底面および第２の頂面と、を有する、第２のＥＭコイルと、を備え、
   前記第１のＥＭコイルが前記第２のＥＭコイルの前記第２の内径内にある、
   プラズマカソードアセンブリ。
2. 前記第１のＥＭコイルおよび前記第２のＥＭコイルが同心円状に位置決めされている、請求項１に記載のプラズマカソードアセンブリ。
3. 前記第１のＥＭコイルまたは前記第２のＥＭコイルのうちの少なくとも１つが、前記第１のＥＭコイルまたは前記第２のＥＭコイルの中心が前記カソードハウジングの前記中心軸と整列するように位置決めされている、請求項１に記載のプラズマカソードアセンブリ。
4. 前記第１のＥＭコイルおよび前記第２のＥＭコイルのうちの少なくとも１つが、前記カソードハウジングに対して移動可能である、請求項１に記載のプラズマカソードアセンブリ。
5. 前記移動可能ＥＭコイルが平行移動する、請求項４に記載のプラズマカソードアセンブリ。
6. 前記第２のＥＭコイルの前記第２の内径が、スパッタリングプロセス中のターゲットの外径に近い、請求項１に記載のプラズマカソードアセンブリ。
7. 前記カソードハウジングの前記内部容積内に少なくとも１つの追加のＥＭコイルをさらに備え、各追加のＥＭコイルが、コイル幅を画定する内径および外径と、コイル厚さを画定する底面および頂面と、を有し、各追加のＥＭコイルが、前記第１のＥＭコイルまたは前記第２のＥＭコイルのうちの少なくとも１つが前記追加のＥＭコイルの前記内径内にあるように位置決めされている、請求項１に記載のプラズマカソードアセンブリ。
8. 前記第１のＥＭコイルの前記第１の内径内に位置決めされた少なくとも１つの永久磁石をさらに備える、請求項１に記載のプラズマカソードアセンブリ。
9. 前記少なくとも１つの永久磁石が、前記カソードハウジングの前記中心軸の周りを回転する、請求項８に記載のプラズマカソードアセンブリ。
10. 処理容積を囲む底部と、側壁と、天井と、を備えるチャンバ本体と、
    前記処理容積内に位置決めされた基板支持体と、
    前記基板支持体の上方に位置決めされたプラズマカソードアセンブリであって、
    中心軸を有する内部容積を囲む頂部と、側壁と、バッキング板と、を有するカソードハウジングであり、前記バッキング板がターゲットを支持するように構成されている、カソードハウジング、
    前記カソードハウジングの前記内部容積の内側の第１のＥＭコイルであり、第１のコイル幅を画定する第１の内径および第１の外径を有する、第１のＥＭコイル、ならびに
    前記カソードハウジングの前記内部容積の内側の第２のＥＭコイルであり、第２のコイル幅を画定する第２の内径および第２の外径を有する、第２のＥＭコイル、を備え、
    前記第１のＥＭコイルが前記第２のＥＭコイルの前記第２の内径内にある、プラズマカソードアセンブリと、
    を備える、プラズマ処理チャンバ。
11. 前記第１のＥＭコイルおよび前記第２のＥＭコイルが同心円状に位置決めされ、前記第１のＥＭコイルまたは前記第２のＥＭコイルのうちの少なくとも１つが、前記第１のＥＭコイルまたは前記第２のＥＭコイルの中心が前記カソードハウジングの前記中心軸と整列するように位置決めされている、請求項１０に記載のプラズマ処理チャンバ。
12. 前記第１のＥＭコイルおよび前記第２のＥＭコイルのうちの少なくとも１つが、前記カソードハウジングに対して移動可能である、請求項１０に記載のプラズマ処理チャンバ。
13. 前記第１のＥＭコイルの前記第１の内径内に位置決めされた少なくとも１つの永久磁石をさらに備える、請求項１０に記載のプラズマ処理チャンバ。
14. 前記プラズマカソードアセンブリが、前記カソードハウジングの前記内部容積内に少なくとも１つの追加のＥＭコイルをさらに備え、各追加のＥＭコイルが、コイル幅を画定する内径および外径を有し、各追加のＥＭコイルが、前記第１のＥＭコイルまたは前記第２のＥＭコイルのうちの少なくとも１つが前記追加のＥＭコイルの前記内径内にあるように位置決めされている、請求項１０に記載のプラズマ処理チャンバ。
15. プラズマカソードアセンブリ内のＥＭコイルの間隔を制御するステップ、
    プラズマカソードアセンブリ内のＥＭコイルを流れる電流の方向または量を変調するステップ、あるいは
    プラズマカソードアセンブリ内のＥＭコイルの位置を制御するステップ、
    のうちの１つまたは複数を含む、プラズマプロファイルを調整する方法。
16. ＥＭコイルの前記間隔を制御するステップが、隣接していないコイルに電流を流すステップと、介在するコイルに電流を流さないステップと、を含む、請求項１５に記載の方法。
17. ＥＭコイルの前記位置を制御するステップが、平行移動または回転によってＥＭコイルを移動させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
18. プラズマ密度が調整される、請求項１５に記載の方法。
19. プラズマ位置が調整される、請求項１５に記載の方法。
20. 全面浸食が達成される、請求項１５に記載の方法。

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