JP5133049B2 - スパッタ被覆された基板を製造する方法、マグネトロン源、およびそのような源を有するスパッタリングチャンバ - Google Patents

Description

本発明は、基板表面を処理するプラズマに関し、それによって特にそのような表面をスパッタ被覆することに関し、より詳細にはロングスロースパッタリングおよび／またはイオン物理蒸着（ＩＰＶＤ）として実現される方向性スパッタリングに関する。本発明は、エッチングに適用されることもできる。

いわゆるコリメートされたスパッタリングおよびロングスロースパッタリングは、中程度のアスペクト比の孔を被覆するために使用されている。イオン物理蒸着、すなわちＩＰＶＤは、より最近では、孔内に薄膜を堆積するために使用されている。ＩＰＶＤ方法において、イオン化された金属原子の磁束が使用される。正に帯電された金属イオンのそのような磁束は、プラズマと、基板、例えばプラズマに対して負のバイアスを有するシリコンウエハとの間の空隙で加速される。電界が、シリコンウエハ表面に関して基板に対して垂直であるので、これは、高いアスペクト比の孔の優れた底部被覆性を結果として生じる。ＩＰＶＤのために金属の高いイオン化部分をどのように達成するかの様々な方法が存在する。１つの方法は、米国特許第６３５２６２９号から知られている。この従来技術を議論しかつ本発明に進む前に、いくつかの定義が確立されるべきである。

１．マグネトロン磁界パターン
図１に例示されるように、ターゲット１のターゲット表面３に沿って確立されるマグネトロン磁界パターンは、ターゲット表面３に向かって見て、閉じたループを形成する磁界のパターンＦ _ｍ を含む。ターゲット上の断面図において、マグネトロン磁界パターンＦ _ｍ は、一方の磁極の外側領域Ａ_０から他方の磁極を有する隣接する内側領域Ａ_ｉへ弧を描く磁界を有するトンネル形状である。実質的に閉じられたループを形成する外側領域Ａ_０から外の磁束は、シグナムを除いて第２の内側領域Ａ_ｉでの磁束に実質的に等しい。

それによって、閉じられたループの位置線Ｌ’によって閉じ込められるように外側領域Ａ_０を定義し、閉じられたループの位置線Ｌ’は、磁界パターンＦ _ｍ に沿った位置Ｌの投影（破線）によって定義され、この磁界パターンＦ _ｍ に沿って、ターゲット表面３に対して垂直な磁界成分はゼロである。

さらに、本発明がエッチングに提供されるときはいつでも、ターゲット表面３は、スパッタリングされない材料である。本発明の好ましい適用のために、すなわちターゲット表面３のスパッタ被覆のために、ターゲット表面は、スパッタされる材料であり、したがってスパッタリング表面である。

２．非平衡の成分パターンを有するマグネトロン磁界
マグネトロン磁界パターンは、図１のような平衡の構成から逸脱して、内側領域Ａ_ｉおよび外側領域Ａ_０の一方を通る磁束が、他方の領域でのそのような磁束に対して増加される場合、非平衡になる。図１において、マグネトロン磁界パターンＦ_ｍ、およびさらに非平衡の磁界パターンＦ_ｕの生成が概略的に示されている。ターゲット１に沿ってかつターゲット表面３とは反対側のターゲット表面に隣接して、内側の磁石副構成５および第２の外側の磁石副構成７を有する磁石構成が提供される。ターゲット１に面する第１の副構成５の表面は、一方の磁極Ｓであるのに対し、ターゲット１に面する外側の副構成７の表面は、一方の磁極Ｎを有する。２つの磁石副構成の間に、磁界パターンＦ_ｍが形成され、それによって２つの磁石副構成７および５の表面での磁束が、実質的に等しい。

図１において、磁界パターンＦ _ｍ は、それぞれターゲット表面３に垂直に向けられた磁気双極子を有する磁石副構成５および７の手段によって生成されるが、この磁界パターンＦ _ｍ は、一方の磁極が内側領域Ａ_ｉでの磁束のために提供され、他方の磁極が外側領域Ａ_０での磁束のために提供される、ターゲット表面３に実質的な平行な磁気双極子を有するそれぞれの磁石構成によって生成されることもできる。

マグネトロン磁界パターンは、図１にしたがって、外側領域Ａ_０での図１による副構成５および７を有するそれぞれの表面の一方での磁束が、著しく増大される場合、非平衡になる。マグネトロン磁界パターンＦ _ｍ と比べて、かなりの量の長い範囲を有する磁束Ｆ_ｕが生じる。図１において、一例として、２つの副構成５および７のループ中心軸Ａ_Ｌに対して中心となる環状の構成が示される。

非平衡の磁界パターンＦ_ｕは、外側の磁石副構成７に沿って一様に分配される。
そのように知られている非平衡の磁界パターンＦ_ｕは、したがって、例えば外側領域Ａ_０で、その領域Ａ_０のループに沿った磁束密度の均一な増加を有する、磁束増加の結果である。本発明を考慮して、図１のようなそのような非平衡の磁界パターンＦ_ｕを、対称の非平衡の磁界パターンと呼ぶ。

米国特許第６３５２６２９号を参照して、対称の非平衡の環状マグネトロンのループ中心軸Ａ_Ｌからオフセットされた軸の周りで移動される、図１を用いて説明されたような対称の非平衡の磁界パターンを生成する磁石構成が提供されることが分かり得る。基板に向かう金属イオンを案内する軸方向磁界を生成するように、ターゲットとスパッタ被覆される基板との間の空間の周りに巻かれる直流コイルが提供される。対称の非平衡のマグネトロン磁界パターンによって覆われるターゲット領域は、スパッタリング表面全体よりかなり小さい。図１に示されるように対称の非平衡のマグネトロンが、ループ中心軸上に極めて集束されたプラズマを生成するので、基板でのイオン密度は、かなり不均一である。

本発明の目的は、基板表面にわたるプラズマ密度分布の改善された平均の均一性を有する、真空プラズマ処理された表面を有する基板を製造する方法を提供し、それによってそれぞれのマグネトロン源および処理チャンバを提案することである。ＩＰＶＤに適用される本発明は、基板表面に沿ったプラズマ露出の対処される均一性のために、基板表面の平均化された金属イオン露出の改善された均一性を導く。

対処される目的は、プラズマ処理された表面を有する基板を製造する方法によって達成され、以下のステップを含む、
ターゲット表面を有するターゲットを提供するステップと、
ターゲット表面から離間しておよびターゲット表面に対向して、少なくとも１つの基板、すなわち単一の基板または１を超える基板を提供するステップ。

ターゲット表面に沿って、図１のＦ _ｍ のようなマグネトロン磁界の磁界パターンが生成され、この磁界パターンは、スパッタリング表面に向かう方向で考えられ、かつスパッタリング表面に平行と考えられ、第１の磁極の外側領域Ａ_０から第２の磁極の内側領域Ａ_ｉへ弧を描くトンネル状である閉じたループを形成し、それによって、内側領域Ａ_ｉは、マグネトロン磁界パターンＦ _ｍ のターゲット表面に垂直な磁界のゼロ成分の閉じた位置Ｌ’によって、外側領域Ａ_０に対して閉じ込められる。

磁界パターンは、さらに非平衡の長い範囲の磁界パターンを含み、この非平衡の長い範囲の磁界パターンは、非対称であり、内側領域を通る磁束に対して外側領域を通る磁束を増加することによって生成され、それによって長い範囲の磁界は、少なくとも０．１ガウスの基板表面に平行な磁界の成分を有して基板表面に到達する。磁界パターンにおいて、プラズマ放電が生成され、基板表面がプラズマ処理され、それによって非対称の非平衡の磁界パターンが、基板表面に沿って掃引される。

したがって対称の非平衡のマグネトロンではなく、非対称の非平衡のマグネトロンが利用される。

３．非対称の非平衡のマグネトロン磁界パターン
本発明を完全に理解するために好ましい実施形態で記載されるように、本発明によって独創的に用いられる非対称の非平衡のマグネトロンの原理は、図２を用いて例示される。

図２にしたがって、図１マグネトロン磁界パターンＦ_ｍの実施形態に類似して生成される。図２にさらに示されるように、第２の外側の磁石副構成７ａの表面を通る磁束が増加される。これが、外側の磁石副構成７に沿って均一に分配されて行われる場合、これは、図１にしたがった非対称の非平衡の磁界パターン成分Ｆ_ｕを導き、破線で図２に導入される。

それにかかわらず、図２に示されるように本発明により、独創的に用いられる非対称の非平衡の磁界パターンＦ_ＡＵは、それぞれの磁界パターンが、ターゲット表面３に平行な方向に歪ませられるように（図１を参照）、対称の非平衡の磁界パターンＦ_ｕを乱すことによってほとんど一般的に実現される。これは、外側領域Ａ_０に沿って磁束密度を不均一に増加することによって、好ましい実施形態で実行される。図２で例示されるように、外側領域Ａ_ｏに沿って方位角の方向における磁束密度の不均一のそのような増加は、ある好ましい実施形態において実現され、その実施形態において、対称の非平衡の磁界パターンＦ_ｕを提供する磁石副構成７の第１の部分７ａに追加して外側領域Ａ_０に沿って、外側領域Ａ_０の所定領域に沿ってだけ提供され、したがってさらなる磁界を局所的に印加する第２の磁石副構成部分７ｂを提供することによってなど、外側領域にループに沿ってさらなる磁界が、局所的に印加される。それによって、このさらなる磁界は、対称の非平衡の磁界パターンＦ_ｕを歪ませ、結果として非対称の非平衡の磁界パターンＦ_ＡＵを生じる。

本発明の好ましい実施形態に戻って、第１の好ましい実施形態において、ターゲット表面は、スパッタリング表面であり、基板表面のプラズマ処理は、スパッタ被覆である。それにもかかわらず、本発明による方法は、基板表面のエッチング、例えば基板表面のプラズマ強化された反応性エッチングにも適用されることができる。この場合、ターゲット表面は、スパッタリングされない材料から選択され、基板の表面に沿って掃引される独創的に用いられる非対称の非平衡の磁界パターンを有するマグネトロン源は、それぞれプラズマ分布を生成するためにだけ提供される。いずれの材料も、ターゲット表面と無関係ではない。

本発明による方法のさらに好ましい実施形態において、基板表面に平行な磁界の成分は、１ガウスと２０ガウスとの間であるように選択される。

さらに好ましいトンネル状のマグネトロン磁界パターンＦ _ｍ は、ターゲット表面の６０％超を覆い、それによってより好ましくは、ターゲット表面の８５％超を覆う。それによって、特に基板表面のスパッタ被覆の実行に対する見地で、対処される被覆を加えることが有利である。なぜなら、それが、電子トラップ効果のために、増加されたプラズマ密度が達成され、材料が高いレートでスパッタオフされるマグネトロン磁界パターンＦ _ｍ によって主に覆われる領域にあるからである。

上記で対処されるように、非対称の非平衡の磁界パターンは、前記外側領域に沿ってさらなる磁界を局所的に印加することによって、外側領域Ａ_０に沿って増加された磁束密度の均一性を乱すことにより、ある好ましい実施形態で実現される。それによって、前記さらなる磁界は、好ましくは少なくとも１つの永久磁石および／または少なくとも１つの電磁石によって生成される。同様に処理の間に、非対称の非平衡の磁界パターンが、制御可能に変更されることができるように、電磁石を設けることによって、そのようなさらなる磁界の制御を可能にする。

さらなる好ましい実施形態において、非対称の非平衡の磁界パターンが、基板表面に沿って掃引されるだけでなく、磁界パターンも掃引される。マグネトロン磁界パターンが、基板に対しても移動される事実により、特にスパッタ被覆上に対する見地で、さらに増加された処理均一性が達成される。

他のさらなる好ましい実施形態において、基板表面に沿った非対称の非平衡の磁界パターンの掃引は、ターゲット表面に垂直な軸の周りに非平衡の磁界パターンを環状に移動することによって実行される。

図２での見地で、非対称の非平衡の磁界パターンＦ_ＡＵが、軸Ａ_Ｓの周りの環状経路に沿って移動され、それによってそのような軸Ａ_Ｓの位置が、非対称の非平衡の磁界パターンＦ_ＡＵの最大磁束の領域Ｐから離間して選択されることが分かり得る。

図２にさらに同様に示されるように、好ましい実施形態において、掃引は、軸の周りでマグネトロンＦ _ｍ ならびに非対称の非平衡の磁界パターンＦ_ＡＵを移動することによって生成され、軸は、ターゲット表面に対して垂直であり、かつ内側領域Ａ_ｉの幾何中心Ａ_Ｌからオフセットされ、その結果、そのように移動することによって、両方の磁界パターンが、基板表面に対して掃引される。

さらに好ましい態様において、マグネトロン磁界パターンのループが、ループ中心軸の周りで、図２に示されるような軸Ａ_Ｌの周りで環状に生成される。

本発明による方法のさらなる好ましい実施形態において、基板表面の周囲に隣接する図２のＰで示されるような最大プラズマ密度の領域が、非対称の非平衡の磁界パターンＦ_ＡＵによって生成され、前記最大領域は、この周囲に隣接しかつこの周囲に沿って掃引される。

図２において、基板６は、破線表示で示される。それは、およそ軸Ａ_Ｓを中心とする。最大プラズマ密度の領域Ｐは、基板６の周囲に沿ってかつそのような周囲に隣接して掃引される。

さらに、好ましい実施形態において、基板表面でのイオン電流密度の均一性の制御された調整は、説明されたように、それを非対称に非平衡するために非平衡の磁界パターンの均一性を乱すために提供される、さらなる磁界を調整することによって実行される。

既に対処されたように、非対称の非平衡の磁界パターンＦ_ＡＵの制御性に対する見地で、そのようなさらなる磁界を生成するために電磁石を提供することは、最も有利である。それによって、さらなる好ましい実施形態において、ターゲット表面に実質的に平行である磁界を生成する少なくとも１つのコイルが提供される。図２の見地で、そのような磁界は、Ｆ_ａで概略的に示される。それによって、前記少なくとも１つのコイルによって生成されるそのような磁界Ｆ_ａを変更することによって、非対称の非平衡の磁界のパターンＦ_ＡＵは、制御可能に調整されることができることは分かり得る。これは、基板表面に沿って非対称の非平衡パターンの掃引を生成することが、交番磁界Ｆ_ａを生成する交流電流を少なくとも１つのコイルに供給することを含み、それによってパターンＦ_ＡＵ、およびこのようにＦ_ａの方向に振動する方法で領域Ｐを掃引するさらに好ましい方法を導く。さらに好ましい実施形態において、異なる方向、例えば図２の見地で、Ｆ_ａの方向に対して垂直なさらにＦ_ｂの方向にそれぞれ磁界を生成する１を超えるこれらコイルが提供され、かつ交流電流が、それぞれのコイルに加わり、非対称の非平衡の磁界のパターンＦ_ＡＵおよびしたがって領域Ｐは、基板６の表面に沿った２つの次元で掃引され、コイルに印加される交流電流の振幅、相互の位相、および／または周波数を適切に選択することによって、掃引パターンは、領域Ｐの掃引を実現する意味で、基板表面に沿ったＬｉｓｓａｊｏｕｘパターンを選択しかつ制御可能に調整されることができる。

さらに好ましい実施形態において、基板は、円形であるように選択され、非対称の非平衡の磁界のパターンは、基板の中心軸の周りで掃引され、それによって、１を超える基板が提供される場合、基板は、円形領域内に配置され、中心軸は、そのような円形領域に関して画定される。

さらに好ましい実施形態において、基板表面でのイオン電流は、基板表面に垂直な磁界成分を調整することによって調整される。そのような成分は、一方では非対称の非平衡の磁界のパターンＦ_ＡＵを調整することによって調整可能であるが、例えばヘルムホルツコイル構成によって、基板表面に垂直な制御可能で可変のさらなる磁界、すなわち図２に示されるような磁界Ｆ_ｃを印加することによって、さらにまたは代わりに実行され得る。さらに好ましい実施形態において、プラズマ内の電子電流は、ターゲット表面と基板表面との間にそれぞれの電位を印加することによって、および／または適切な遮蔽を提供することによって実現されることができる、基板表面に向かってターゲット表面に実質的に垂直に案内される。

さらに好ましい態様において、生成されるプラズマは、パルス状の供給電圧によって電気的に給電される。それによって、さらに好ましくはパルスの周波数ｆは、
５ｋＨｚ≦ｆ≦５００ｋＨｚ
であるように選択され、それによって好ましくは、
１００ｋＨｚ≦ｆ≦２００ｋＨｚ
であるように選択される。

さらに好ましい実施形態において、そのようなパルスのデューティサイクルは、１％から９９％のオフ時間（両方の値が含まれる）を有するように選択され、それによって、より好ましくは３５％と５０％との間のオフ時間（両方の制限が含まれる）を有するように選択される。

特にロングスローおよび／またはＩＰＶＤ適用について、多くとも１０^−１Ｐａである真空チャンバ内に全圧が確立され、それによって好ましくは、
１０^−２Ｐａ≦ｐ≦５×１０^−２Ｐａ
である。

さらに好ましい態様において、基板は、無線周波数電力でバイアスされ、それによって、基板表面に衝突するイオンのエネルギーを調整することは、そのような無線周波数電力を調整することを含む。特に好ましい実施形態において、基板表面をスパッタ被覆するために、ターゲット表面は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｕの１つのスパッタリング表面が設けられる。

図１および図２での見地で、マグネトロン磁界パターンＦ _ｍ を生成する磁石構成が、必ずしもこれらの図に示されたように環状に選択される必要はないが、そのようなマグネトロン磁界パターン、およびそのようなパターンを生成するそれぞれ磁石構成は、スパッタ被覆における所望のターゲット腐食プロファイルおよび基板表面上の被覆の所望の厚み均一性を達成することを想定されることができことが強調されなければならない。適切に合わせられたマグネトロン磁界パターンＦ _ｍ および特にターゲット表面に向かう視点におけるそのループ形状は、対処される所望の結果を達成するために非常に多様であることが知られる。

上述の目的に続いて、マグネトロン源がさらに提案され、このマグネトロン源は、
ターゲット表面および反対側表面を有するターゲットと、
反対側表面に隣接する磁石構成とを備え、
この磁石構成が、
少なくとも１つの第１の磁石副構成と、
少なくとも１つの第２の磁石副構成とを備え、
前記第１の磁石副構成は、前記ターゲットの反対側表面に向かって向きかつ一方の磁極である第１の領域を有し、
前記第２の磁石副構成は、前記ターゲットの反対側表面に向かって向きかつ他方の磁極である第２の領域を有し、
第２の領域は、第１の領域の周囲に第１の領域から離れたループを形成し、
第１の領域は、ターゲット表面を通る第１の磁束を生成し、
第２の領域は、ターゲット表面を通る第２の磁束を生成し、
第２の磁束は、第１の磁束より大きく、かつ第２の領域に沿って不均一に分配され、
ターゲット表面に沿って不均一に分配された磁束を移動する掃引構成を備える。

本発明によれば、本発明によるマグネトロン源、および全体的に上記で議論されたように、ならびにマグネトロン源のターゲット表面から離間してかつターゲット表面とは反対側である基板キャリアを備えるマグネトロン処理チャンバがさらに提案される。

さらに、対処される図および上記で与えられる開示に対して、本発明は、図による好ましい実施形態のさらなる記載、ならびに添付の請求項によって、当業者により明瞭になるであろう。

図３において、本発明による処理チャンバ、特に本発明によるマグネトロン源を組み込み、本発明による製造方法を実行するスパッタ被覆チャンバが、概略的に簡単に示される。図３による処理チャンバは、基板のロングスローおよび／またはＩＰＶＤスパッタ被覆のために調整され、そのいくつかが特定の適用のついて取り除かれることができる好ましい特徴を組み合わせる現在の好ましい実施形態である。

チャンバは、円形ターゲット１０と、１４で概略的に示されるようなモータ駆動によって回転軸Ａ_Ｓの周りで駆動される磁石構成１２とを備える。スパッタ被覆されるべき１つの基板、またはスパッタ被覆されるべき１を超える基板の基板構成１８を中心に配置するための基板キャリア１６が、ターゲット１０のスパッタリング表面１３の反対側で軸Ａ_Ｓに中心合わせされて提供される。少なくとも１つのコイル２０が、軸Ａ_Ｓと一致するコイル軸を有するスパッタリングチャンバの壁２２の外側に、壁２２に沿って搭載される。さらにまたは代わりに、永久磁石が、軸Ａ_Ｓに同軸に磁界を生成するために使用されることができる。アノード構成２４が、基板キャリア１６に隣接して提供され、第１のシールド２６および第２のシールド２８によって処理空間ＰＲから実質的に隠され、第１のシールド２６および第２のシールド２８は、アノード構成２４およびチャンバ壁２２の内側表面に対して処理空間を実質的に閉じ込める。基板キャリア１６は、電気的に浮動して動作されるか、または無線周波数範囲内の周波数までかつ好ましくはその周波数に、直流バイアス電位または交流または直流電位を加えた交流である。

第１のシールド２６および第２のシールド２８によって、プラズマ処理空間ＰＲ内の電子は、チャンバ壁２２上の流れから実質的に隠す。シールド２６および２８は、電気的浮動する電位、または直流電位、それによって好ましくはアノード電位で等しくまたは異なって動作されることができる。少なくともシールド２８は、好ましくは、アノード構成２４に印加される電位より負の大きな電位で電気的に動作される。

それによって、１つだけ、２つ、それを超えるシールドが、提供され、異なってまたは等しく電気的に駆動されることができる。そのようなシールドによって、プラズマおよび処理空間ＰＲ内の電子は、基板キャリア１６上で基板構成１８に向かって軸Ａ_Ｓに実質的に平行に流れるように案内される。所定の適用のために、任意の側方シールドを使用しないことも可能である。

少なくとも１つのコイル２０によって、軸Ａ_Ｓに実質的に平行な処理空間ＰＲ内で、図２における追加の磁界ＦＣが生成される。任意のそのようなコイル構成２０を使用しない、または１を超えるそのようなコイル構成を提供することも可能である。それらは、直流電力で動作される（図示せず）。コイル２０によって生成される磁界の向きは、全く同一の方向に向けられることができ、または少なくとも１つのコイルが、ミラー状の磁界を生成するために反対方向に磁界を生成することができる。

実験のために、図３に概略的に示されるようなチャンバは、以下のように想定される。
ターゲット材料：Ｔｉ
ターゲット直径：３００ｍｍ
処理チャンバおよびシールドの形状：円筒形
基板キャリアからスパッタリング表面への距離：３３０ｍｍ／３７０ｍｍ
円形の単一基板キャリアの直径：２００ｍｍまたは１５０ｍｍ
プラズマ放電源：直流またはパルス電源
単一のコイル電流：１０Ａ
単一のコイルによる軸方向磁界：１０ガウス
基板キャリアのバイアス：直流源
ターゲットと基板との距離：３７ｃｍ
第１の参照実験として、磁石システム１２は、図１にしたがって想定される。したがって、円筒状の対称設計を有する非平衡のマグネトロンが適用される。図１にしたがった対称の非平衡の磁界パターンＦ_ｕの長い範囲は、図１にしたがった非平衡の磁界パターンＦ_ｕを強化する電流極性を有する、図３にしたがったコイル構成２０の直流電流源を変えることによって変更される。大きな領域の対称の非平衡のマグネトロン構成は、０．０２５Ｐａより下のＡｒなどの非常に低い作動ガス圧で動作される。

図１の見地で、図３のような軸Ａ_Ｓと一致するループ中心軸Ａ_Ｌの周りで、この磁石構成を回転することは、何ら作用を有さないことは明らかになる。

コイル構成２０内のコイル電流の機能として、基板の中心に集中された鋭く集束されたプラズマビームが生成される。

次の参照実験として、磁石システム１２は、図１にしたがったシステムから、例えば米国特許第６３５２６２９号にしたがった今もなお従来技術の磁石システムである図４にしたがったシステムへ変更される。図４に示されるような磁石システムは、ループ中心軸Ａ_Ｌが回転軸Ａ_Ｓからオフセットされる事実によって、図１に示される磁石システムに対して異なる。考えられる特定の実験において、ループ中心軸Ａ_Ｌが、１５ｍｍの比較的小さな量により軸Ａ_Ｓからオフセットされる。これは、ターゲットの完全なスパッタリング表面近くを覆う大きな対称の非平衡のマグネトロンによって、大きなプラズマ閉じ込めの利点を維持する（図４）。スパッタ被覆されるべき基板表面に沿ったイオン密度が測定される。結果が、図５に示される。

対称の非平衡の磁界パターンＦ_ｕが、回転軸Ａ_Ｓからオフセットされた図４にしたがった最大密度領域Ｐを有する基板構成の表面に沿って掃引される事実にもかかわらず、印加されたコイル電流の依存性の鋭く集束されたプラズマビームまで、中心に集束されたプラズマ分布を結果として生じる。図５の特徴がパラメータ化されるコイル電流は、０Ａから３０Ａの間を変化する。さらに、等しい直流電流で動作される図３のような５つのコイル構成２０が適用される。

図３の基板キャリア１６は、直流−８０Ｖのバイアスで動作され、１５ｓｃｃｍのＡｒ流量が確立され、全圧ｐは０．１４Ｐａである。スパッタリング表面と基板との間に確立される距離は、ロングスロー効果を受けるために３７０ｍｍである。

今や本発明による第３の実験として、磁石構成は、示されかつ図２を用いて記載される磁石構成に対して変更される。それぞれの結果は、図５の結果と類似して図６に示される。再びコイル電流に応じて、電流密度は、１００ｍｍの径まで、図５にしたがうが、著しく改善されたプラズマ密度分布の均一性、およびしたがって基板構成表面に沿ったイオン密度分布を有して実験される電流密度までの値に増加されうることは、明らかに分かり得る。これは、特に４Ａから１０Ａの中程度の範囲のコイル電流に関して当てはまる。

図２の磁石構成の見地に戻り、導入部で既に対処されたように、図７は、図２の表示に類似する表示で、基板構成の表面に沿った最大プラズマ密度領域Ｐを掃引する代わりの技術を示す。それによって、第１の磁石副構成５および第２の磁石副構成７は、さらに基板構成の中心軸である回転軸Ａ_Ｓと一致する、ループ中心軸Ａ_Ｌの周りを静止してループを形成したままである。それによって、図１にしたがって対称の非平衡のマグネトロン磁界がはじめに生成される。図２を用いて説明されたような非対称の非平衡を達成するために重要である第２の磁石構成７の部分７ｂは、Ａ_Ｌ＝Ａ_Ｓの中心軸の周りで駆動回転され、それによって、基板表面に沿ってかつ基板表面に隣接して（図示せず）図２のような最大プラズマ密度領域Ｐを周期的に掃引する。

図８は、図７の表示に類似する表示で、図２のような非対称の非平衡の磁界パターンＦ_ＡＵを生成し、かつ基板表面に沿ってこのパターンを掃引するためのさらなる好ましい実施形態を示す。再びマグネトロン磁界パターンＦ _ｍ は、外側領域Ａ_０に沿った磁石副構成７の部分７ａと内側領域Ａ_ｉでの磁石副構成５との間に生成される。外側磁石副構成７の部分７ａは、図２にしたがった対称の非平衡の磁界パターンＦ_ｕのために提供される。磁石副構成７でのターゲット表面に隣接しかつターゲット表面の下に第１のコイル構成を提供することによって、非対称性が実現され、このコイル構成は、同様に図２に示されるように、ターゲット表面に沿って平行にかつ径方向に磁界Ｆａを生成する。現在当業者によって明らかなように、この磁界Ｆａを印加することによって、以前の対称の非平衡の磁界パターンＦ_ｕは、非対称の非平衡の磁界パターンＦ_ＡＵになる。実際の電磁石構成であるコイル構成に交流電流Ｉ _ａ を印加することによって、図２のような最大磁束の領域Ｐは、印加電流の振幅、時間にわたる電流推移の形状、および周波数に応じて、基板表面に沿って前後に掃引される。

さらなる好ましい実施形態において、少なくとも１つの第２のコイル構成が加えられるときはいつでも、第１のコイル構成の効果に関して説明されたように、第２のコイル構成が優勢であるが、第２のコイル構成は、例えば磁界Ｆａの方向に垂直に、また図２に示されるように磁界Ｆｂを生成するので、最大磁束の領域Ｐは、２つの磁界成分ＦａおよびＦｂの重ね合わせの結果として基板表面に沿って移動される。当業者によって知られるように、基板表面に沿って領域Ｐの軌跡経路は、２つのコイル構成を給電する２つの電流Ｉ_ａ、Ｉ_ｂの相互の位相、それらの振幅、それらの周波数、ならびにそれらの時間推移の形状を選択することによって、制御可能に調整されることができる。領域Ｐの軌跡経路を制御することは、このように原理的に良く知られているＬｉｓｓａｊｏｕｘの法則に従って実現される。

図９は、非対称の非平衡の磁界パターンを結果として生じるターゲットでの磁石アセンブリのさらなる実施形態を示す。このアセンブリは、半径状の延長部８７_０１を有する一方の極性の第１のループ形成磁石副構成８７_０を有する。第２の磁石副構成８７_ｉは、他方の磁石副構成８７_０から離れてかつ他方の磁石副構成８７_０に沿って提供される。これら２つの磁石副構成は、図９に示されるように、一方ではマグネトロン磁界パターンＦ _ｍ および最大磁束の領域Ｐを有する非対称の非平衡の磁界パターンを生成する。マグネトロン磁界パターンＦ _ｍ のゼロ磁界成分の位置は、図１および図２において既に示されるような位置Ｌ’について定義し、それによって内側領域Ａ_ｉに対して外側領域Ａ_０を閉じ込める。それによって、図９の構成の右側で、外側磁石副構成８７_０は、８８で示されるターゲット構成のそれぞれの縁部から突出する。磁石副構成８７_０の突出領域Ａ_△は、非平衡の磁界の非対称性を引き起こす。その領域Ａ_△においてのみ、マグネトロン磁界パターンＦ _ｍ は、ライン８８で制限されるターゲット表面から放散しない。この領域Ａ _△ は、ターゲット表面領域の１２％以下である。

本発明にしたがった方法を実行するとき、すなわちマグネトロン源およびマグネトロンチャンバを動作するとき、特にスパッタ被覆のために、以下のさらなる設定が好ましい。

プラズマは、好ましくは０．１ｋＷから６０ｋＷの範囲の電力を給電され、それによってより好ましくは１ｋＷから４０ｋＷの範囲内の電力を給電される。

ターゲット表面は、０．１Ｗ／ｃｍ^２から９００Ｗ／ｃｍ^２のプラズマ密度に露出され、それによってより好ましくは１０Ｗ／ｃｍ_２から５０Ｗ／ｃｍ^２のプラズマ密度に露出される。

基板が直流でバイアスされることもできるにもかかわらず、既に対処されるように、そのようなバイアスすることは、好ましくは無線周波数電力で実現される。そのような無線周波数電力をバイアスすることは、好ましくは０．０１Ｗ／ｃｍ^２から１０Ｗ／ｃｍ^２の電力密度を有し、より好ましくは基板表面の１ｃｍ^２当たり０．２Ｗ／ｃｍ^２から２Ｗ／ｃｍ^２の電力密度を有する。

基板のイオン衝突（Ｉｏｎ ｂｏｍｂａｒｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ：基板のイオンボンバード）は、好ましくは、基板にバイアスする無線周波数電力を適切に調整することを含む、０．１ｅＶから３００ｅＶのエネルギー値に好ましくは調整される。

さらに、特にロングスロースパッタ被覆を実行するとき、基板表面をイオン衝突するエネルギーは、０．１ｅＶから５０ｅＶの値に調整され、これらイオンのイオン密度は、好ましくは１０^−２Ｐａ≦ｐ≦５×１０^−２Ｐａの範囲内にガス圧を調整することによって、０．２ｍＡ／ｃｍ^２未満に調整され、基板表面に垂直な磁束は、０．５ガウス未満の値に調整される。

ＩＰＶＤ適用のために、基板をイオン衝突するエネルギーは、好ましくは２０ｅＶから３００ｅＶの値に調整され、これらイオンのイオン密度は、３×１０^−２Ｐａから５×１０^−１Ｐａの間の真空チャンバ内の作動ガス圧を設定し、かつ基板表面に垂直な磁界を０．５ガウスから５０ガウスの間であるように選択することによって、０．２ｍＡ／ｃｍ^２から１０ｍＡ／ｃｍ^２の範囲内に選択される。

基板表面でのイオン電流密度の径方向均一性は、さらに好ましくは、基板表面に垂直な磁界成分の磁束を調整することによって調整される。特に、金属Ｔｉ、Ｔａ、またはＣｕの１つをロングスロースパッタリングのときに、基板表面に隣接する金属電離度は、圧力、マグネトロン源への電力、マグネトロン電源のパルス特徴、および基板表面へ垂直な磁界の磁束の少なくとも１つを調整することによって行われる１０％未満のレベルに好ましくは調整される。

他方、例えばＴｉ、Ｔａ、またはＣｕのスパッタリングのときに、金属イオン化は、マグネトロンチャンバ内の圧力、マグネトロン源へ印加される電力、マグネトロン源への電源のパルス特徴、および基板表面へ垂直な磁界成分の磁束の少なくとも１つを調整することによって、２０％より高いレベル、さらに５０％より高いレベルで選択されることができる。

さらに、基板内の孔が、本発明にしたがった方法によって被覆されなければならないときはいつも、これは、好ましくは少なくとも２つの以降のステップで実行される。第１のステップは、まさに概略を上記したように調整される、特に２０％より多い、好ましくは５０％よりも多い金属Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｕの１つの金属電離度を有するロングスロースパッタリングステップからなる。ＩＰＶＤステップである第２の以降のステップにおいて、対処される金属の金属電離度は、１０％より少ないレベルに概略を上記したようなパラメータによって調整される。

本発明のさらに好ましい実施形態において、プラズマは、例えばアルゴンなどの作用ガスを用いて点火のだけために生成され、次に金属原子だけが、チャンバの反応容積に存在する。

さらに、図３に示されるようなマグネトロンチャンバの見地で、基板表面に沿って掃引される非対称の非平衡の磁界パターンは、基板表面で非対称の非平衡の磁界パターンの少なくとも一部を処理に到達しかつ影響を与えることから遮蔽するように、マグントロン源と基板表面との間に提供される磁気遮蔽の下で、所定の時間量の間または掃引する軌跡経路の所定範囲の間に通過することができる。

実験は、上記の好ましい実施形態に導かれる基板表面での金属イオン化比およびその依存性を決定するために実行される。エネルギー分解された質量分析器が、Ｔｉイオン４８Ｔｉ＋の強度と、アルゴンイオン^３６Ａｒ^＋の強度との間の比を測定するために使用された。それら強度の比は、金属イオン化確率を反映する。結果は、図１０から図１３に示される。金属イオン化の比が非常に広い範囲で変化できることが分かる。図１２および図１３の結果にしたがったより高い作用ガス圧ならびにより高いスパッタリング電力は、直流スパッタリングのときでも、Ａｒイオン化に対するＴｉイオン化の増加を導く。

マグネトロン源への所定の固定電源、およびマグネトロン源、したがってマグネトロン放電のパルス状のマグネトロンチャンバにおける所定の固定圧力を使用して、増大された程度を有する金属のイオン化に役立つ。金属イオン化比が、パルス状のマグネトロン電源でのオフ時間のパーセント量の従属性で示される図１１から、オフ時間のパーセントの増大とともに、金属イオン化が増大することは明らかになる。パルス状のマグネトロン電源での５０％オフ時間を有するデューティサイクルで、図１０は、最適な金属イオン化について１００ｋＨｚと２００ｋＨｚとの間の好ましい最適周波数範囲を明らかにする。

特に、ロングスロースパッタリングモードにおいて、基板表面内の高いアスペクト比孔の底部および側壁の被覆は、金属原子とガス原子との間の衝突を避けるために、非常に低い作動ガス流で、したがって５×１０^−３Ｐａと５×１０^−２Ｐａとの間の低い圧力でスパッタリングされた中性金属原子で実現されることができる。同様にマグネトロン源のパルス状の給電のオン時間継続期間の間に、プラズマでターゲット表面全体の記載された大きな被覆性は、過剰なイオン衝突によって基板表面における孔の損傷を排除する、非常に低圧の中性金属原子での作動を可能にする。

構成は、また、アルゴンおよび金属イオンによる再スパッタリングを含む高いイオン化の全ての効果を用いる、より高い底部および側壁の被覆性のためのより高い圧力を使用するＩＰＶＤステップを可能にする。

特に、高いアスペクト比を有する孔の底部が、金属イオンで被覆され、かつ底部層からの再スパッタリングが、側壁を被覆するＩＰＶＤ適用に関して、大きな流れおよびしたがって５×１０^−２Ｐａと２Ｐａとの間の高い圧力が、主な金属イオン堆積を作るために使用される。本発明による処理は、全てのプラズマ閉じ込めおよびイオン化設備、すなわち、上述のような、非対称の非平衡の磁界パターン、図３のようなコイル２０の閉じ込め磁界、図３の浮動遮蔽２８および２６、基板に近接するアノード２６、適切な圧力範囲の選択、およびパルス状のマグネトロン電源が使用されるとき、Ｔｉスパッタリングの場合に５０％を超えるイオン化が生成できることが測定によって示された。同じ構成が、基板でのステップ被覆性のための非常に均一な状態を結果として生じる、５％より低い範囲で基板にわたる均一なイオン電流密度を可能にする。

マグネトロン磁界パターンを示す図である。 非対称の非平衡のマグネトロンの原理を示す図である。 本発明によるマグネトロン源を組み込み、かつ本発明による基板を製造するために動作する、最も概略的にかつ単純化された本発明によるマグネトロン処理チャンバを示す。 図１および図２の表示に類似する表示において、ターゲット表面に垂直な軸の周りで移動されることによって、基板表面に沿って掃引される対称の非平衡の磁界パターンの実現を示す。 円形基板の半径にわたって、可変コイル電流Ｊパラメータを有する、図４のような源とともに構成された図３のようなチャンバの動作の結果としてのイオン電流密度を示す。 図５の表示に類似する表示において、図３のようなチャンバが、パラメータとして異なるコイル電流Ｊを再び有する、図２のような非対称の非平衡の磁界パターンを有する本発明にしたがって動作されるときの結果としてのイオン電流密度を示す。 最も概略的な表示において、基板表面に沿って掃引された非対称の非平衡の磁界パターンを実現するためのさらなる実施形態を示す。 図７の表示に類似する表示において、非対称の非平衡の磁界パターンを実現しかつ基板表面に沿ったそのような磁界パターンで掃引するためのさらに他の実施形態を示す。 図１、図２、および図４の表示に類似する単純化されかつ概略的な表示において、本発明による非対称の非平衡の磁界パターンを生成するためのターゲットおよび磁石構成のさらなる実施形態を示す。 本発明により処理され、それによって対処された周波数のパルス電圧を有するマグネトロン源を提供するとき、基板表面での結果としてアルゴンイオンＡｒ＋に対する金属イオンＴｉ＋の比を、パルス周波数の関数として示す。 パルス繰り返し期間に対する前記パルス供給電圧のオフ時間％の関数として、図９のような比を示す。 作動ガス圧、すなわちアルゴン圧力の関数として対処された比を再び示す。 マグネトロン源に供給される電力の関数として、作動ガスイオン比に対する対処された金属イオンを再び示す。

Claims (14)

1. 真空プラズマ処理された表面を有する基板を製造する方法であって、
   軸（Ａ_Ｓ）の周りの円状のターゲット表面を有するターゲットを提供するステップと、
   前記ターゲット表面から離間しておよびターゲット表面に対向する、基板表面を有する少なくとも１つの基板（１８）を提供するステップと、
   前記ターゲット表面と前記基板表面との間の容積（ＰＲ）内に磁界パターン（Ｆ_ｍ、Ｆ_ＡＵ）を生成するステップであって、磁界パターンが、
   ａ）前記スパッタリング表面に向かう方向で考えて、前記軸（Ａ_Ｓ）の周りでそこから離れかつ前記ターゲット表面の沿ったループを形成するマグネトロン磁界パターン（Ｆ_ｍ）であり、前記ループは前記軸（Ａ_Ｓ）に向かう半径方向の拡張を有し、前記ターゲット表面に平行に考えて、前記マグネトロン磁界パターン（Ｆ_ｍ）は第１の磁極の外側領域（Ａ_０、Ａ_△）から第２の磁極の内側領域（Ａ_ｉ）へのトンネル状円弧であり、それによって、前記内側領域（Ａ_ｉ）は、前記ターゲット表面に垂直な前記マグネトロン磁界パターン（Ｆ_ｍ）の磁界のゼロ成分の位置（Ｌ’）によって、前記外側領域（Ａ_０、Ａ_△）に対して閉じ込められ、
   ｂ）非平衡の長い範囲の磁界パターン（Ｆ_ＡＵ）であり、これは前記内側領域（Ａ_ｉ）を通る磁束に比べて前記外側領域（Ａ_０、Ａ_△）の特別領域（Ａ_△）を通る磁束を前記外側領域の残りの部分（Ａ_０）を通る磁束に比べても増大させることによって非対称に生成され、前記特別領域（Ａ_△）は前記外側領域の前記ターゲットの端（８８）に向けて前記残りの部分（Ａ_０）を増大させる突出部であり、それによって基板表面に到達する前記長い範囲の磁界（Ｆ_ＡＵ）は、少なくとも０．１ガウスの前記基板表面に平行な磁界の成分を有する、磁界パターンを生成するステップと、
   前記磁界パターン（Ｆ_ｍ、Ｆ_ＡＵ）においてプラズマ放電を生成するステップと、
   前記基板表面をプラズマ処理するステップと、それによって、
   前記軸（Ａ_Ｓ）の周りの回転運動によって前記磁界パターン（Ｆ_ｍ、Ｆ_ＡＵ）を前記基板表面に沿って掃引するステップとを含む方法。
2. 前記基板表面に平行な前記磁界の成分は、１ガウスと２０ガウスとの間であるように選択される請求項１に記載の方法。
3. 前記ターゲット表面の６０％より多くを前記トンネル状のマグネトロン磁界パターン（Ｆ _ｍ ）で覆うステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
4. 前記ターゲット表面の８５％より多くを前記トンネル状のマグネトロン磁界パターン（Ｆ _ｍ ）で覆うステップを含む請求項３に記載の方法。
5. 前記特別領域（Ａ_△）を通る前記磁束を調整することによって、前記基板表面でのイオン電流密度の均一性を調整するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
6. １を超える基板を提供するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
7. 円形である前記基板、または円形領域内に配置された前記１を超える基板を選択し、前記基板または領域の中心軸の周りで前記磁界パターン（Ｆ _ｍ 、Ｆ _ＡＵ ）を掃引するステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
8. マグネトロン源が、
   軸（Ａ_Ｓ）の周りに円状のターゲット表面および反対側表面を有するターゲットと、
   前記反対側表面に隣接する磁石構成とを備え、磁石構成が、
   第１の磁石副構成と、
   第２の磁石副構成とを有し、
   前記第１の磁石副構成は、前記反対側表面に向かって向きかつ一方の磁極である第１の領域（８７_０、８７_０１）を有し、
   前記第２の磁石副構成（８７_ｉ）は、前記反対側表面に向かって向きかつ他方の磁極である第２の領域（８７_ｉ）を有し、
   前記第１の領域（８７_０、８７_０１）は、前記軸（Ａ_Ｓ）の周りでそこから離れたループを形成しかつ前記軸（Ａ_Ｓ）に向かう半径方向の拡張部（８７_０１）を有し、
   前記第２の磁石副構成（８７_ｉ）は前記第１の領域（８７_０、８７_０１）に沿って内側へ離れて閉じたループを形成し、
   前記第１の領域（８７_０、８７_０１）は、前記ターゲット表面を通る第１の磁束（Ｆ_ｍ、Ｆ_ｕ）を生成し、
   前記第２の領域（８７_ｉ）は、前記ターゲット表面を通る第２の磁束（Ｆ_ｍ）を生成し、
   前記第１の磁束（Ｆ_ｍ、Ｆ_ｕ）は、前記第２の磁束（Ｆ_ｍ）より大きく、
   前記反対側表面に対向していて前記ターゲット表面を通る前記第１の磁束（Ｆ_ｍ、Ｆ_ｕ）に重畳された第３の磁束を生じる第３の磁石副構成をさらに含み、前記第３の磁石副構成は前記第１の磁石副構成（８７_０、８７_０１）の突出部として形成されており、それによって特別領域（Ａ_△）を通る合成磁束（Ｆ_ＡＵ）を生じ、前記特別領域（Ａ_△）は前記第１領域（８７_０、８７_０１）の前記ターゲットの端（８８）に向かう範囲を拡大させ、前記合成磁束（Ｆ_ＡＵ）は前記第１の領域（８７_０、８７_０１）の残りの部分を通る前記第１の磁束（Ｆ_ｍ、Ｆ_ｕ）より大きく、それによって非平衡で非対称の長範囲磁界（Ｆ_ＡＵ）を生じかつ前記軸（Ａ_Ｓ）の周りで前記第１、第２および第３の磁石副構成を動かすようにされた掃引構成を生じる、マグネトロン源。
9. 請求項８のマグネトロン源と、前記マグネトロン源のターゲット表面（１３）から離れてそれに対向する基板キャリア（１６）とを備えるマグネトロン処理チャンバ。
10. 前記基板キャリア（１６）に隣接するアノード構成（２４）をさらに備える請求項９に記載のチャンバ。
11. 前記源と前記基板キャリア（１６）との間の処理領域（ＰＲ）を閉じ込め、かつ電気的に浮動しまたはアノード電位にある遮蔽（２６、２８）をさらに備える請求項１０に記載のチャンバ。
12. 前記アノード（２４）は、遮蔽構成（２８）の背後に隠れ、かつ処理容積（ＰＲ）に対して隠れる請求項１０に記載のチャンバ。
13. 前記源のターゲット表面に垂直なコイル軸を有する少なくとも１つのコイル（２０）をさらに備える請求項９に記載のチャンバ。
14. 前記基板キャリア（１６）は、所定のバイアス電位に対して電気的に浮動し、または所定のバイアス電位に接続可能である請求項９に記載のチャンバ。

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