JP5751520B2 - プラズマの発生及びスパッタのためのコイル - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ発生器に関し、特には、半導体デバイスの製造において物質の層をスパッタ堆積するためにプラズマを発生するための方法及び装置に関する。

低電圧無線周波数（ＲＦ）で発生させたプラズマは、表面処理、堆積(depositions)及びエッチング工程を含む種々の半導体デバイスの製造工程において用いることができる高エネルギーイオン及び活性化された原子の慣用の供給源となっている。たとえば、スパッタ堆積方法を用いて半導体ウエハ上に物質を堆積させるために、負にバイアスされたスパッタ用ターゲット物質の近くでプラズマが作られる。プラズマ内で作られたイオンは、ターゲットの表面に衝突して、ターゲットから物質を追い出す、すなわちスパッタする。
次いで、スパッタされた物質は、半導体ウエハの表面上に移されそして堆積される。

スパッタされた物質は、基板の表面に対して斜めの角度にて、堆積される基板にターゲットからまっすぐな経路で移動する傾向がある。結果として、縦の長さ対幅の縦横比の溝及び穴を有する半導体デバイスのエッチングされた溝及び穴内に堆積された物質が、ブリッジを形成し、そして堆積層中に望ましくない空洞を引き起こす。このような空洞を防ぐために、もしスパッタされた物質がプラズマにより十分にイオン化されているならば、基板を負に荷電しかつ基板に隣接してほぼ垂直方向に向かった電場を配置することにより、スパッタされた物質はターゲット及び基板間の実質的に垂直の進路へと再び方向づけられ得る。
しかし、低密度のプラズマによってスパッタされた物質はしばしば１％未満の電離度を有し、その電離度は通常、過度の数の空洞の形成を避けるためには不十分である。従って、堆積層中の望まない空洞の形成を減少させるために、スパッタされた物質の電離化率を増加させるべくプラズマの密度を増加させることが望ましい。本明細書で用いている「密なプラズマ」なる語は、高い電子及びイオン密度を有するプラズマを意味することを意図している。

静電結合、誘導結合及び波加熱等のＲＦ場を用いたプラズマを励起するためのいくつかの公知の技術がある。標準の誘導的結合プラズマ（ＩＣＰ）発生器において、プラズマの周りのコイルを通過するＲＦ電流は、プラズマ中の電磁の流れを誘発する。これらの流れは、オーム加熱によって伝導性プラズマを加熱し、その結果それは安定な状態に維持される。例えば、米国特許第4,362,632号明細書中に示されているように、コイルを通る電流は、インピーダンス整合回路網を通じてコイルに連結されたＲＦ発生器によって供給されて、そのコイルは変圧器の最初の巻きとして働く。プラズマは、変圧器の単巻きの第二の巻きとして働く。

多くの高密度プラズマの用途においては、プラズマイオンと堆積物質原子間の衝突頻度が増加され、それによって高密度プラズマゾーン中のスパッタされる物質の滞留時間を増加するように、比較的高電圧で操作されることがチャンバにとって好ましい。しかし、堆積物原子の散乱も同様に増加する。この堆積物原子の散乱は典型的には、ターゲットの中心と一直線上に並んだ基板の部分はより厚くそして中心を離れた領域ではより薄くなるという基板上の堆積層の厚みを引き起こす。ターゲットと基板間の距離を減少すること（これは、プラズマ散乱の効果を減少させる）により、堆積層がより均一に作られうるということが判った。

一方、スパッタされた原子のスパッタ速度率及び電離化を増加させるべくプラズマの電離化を増加させるために、ターゲットと基板間の距離を増加させることが望ましいと判った。プラズマ中にエネルギーを結合させるために用いられるコイルは、典型的には、ターゲットと基板間の空間を取り囲む。もしターゲットが基板に対してあまりに近くに配置されると、プラズマの電離化は不利に影響されうる。従って、プラズマ中にＲＦエネルギーを結合させるコイルを収容するために、ターゲットを基板からある最少の距離にて空間を空けて配置することが（このような、最少の空間は、堆積物の均一性に不利に影響することがあり得るけれども）必要であるとしばしば理解されてきた。

米国特許第4,362,632号明細書

本発明の目的は、実用目的のために上記した限界を回避する、チャンバ内にプラズマを発生するための及び層をスパッタ堆積させるための改善された方法及び装置を提供することである。

これらの及び他の目的及び利点が、本発明の一つの観点に従って、コイル（このコイルはまた、ターゲットからワークピース上へスパッタされる物質を補うためにコイルからワークピース上へ物質をスパッタするのにも適している）から電磁気エネルギーを誘導的に結合させるプラズマ発生装置により達成される。

一つの実施態様において、ターゲット及びコイルの両者から基板上にスパッタされる物質が実質的に同じ物質、すなわちチタンであるように、ターゲット及びコイルが共に比較的純粋なチタンから形成される。他の実施態様においては、他の種類の物質、例えばアルミニウムが堆積されうる。この場合は、コイル並びにターゲットは、同じグレードのアルミニウム、すなわち、目標グレードのアルミニウムから作られる。もし物質の混合物又は組み合わせを堆積することが望まれる場合は、ターゲット及びコイルは、物質の同じ混合物から、或いは物質が基板上に堆積された時に組み合わさる又は混合するような異なった物質から作られうる。

また他の実施態様において、第一のコイルに加えて第二のコイル様構造物が、物質のスパッタについて追加のターゲットを提供する。この第二のコイルは好ましくは、ＲＦ発生器には連結されず、代わりにＤＣ電流でバイアスされている。物質が第一のコイルから連続的にスパッタされてもされなくても、コイルからスパッタされる物質は、第二のコイルがＤＣバイアス化されているので主として第二のコイルから由来する。このような配置は、第二コイルのＤＣバイアスに対する第一のターゲットのＤＣバイアスの比を、第一のターゲットから堆積される物質の厚みの不均一性を最適に補償するために設定することを可能とする。さらに、第一のコイルに供給されたＲＦ電流は、電離化のためのプラズマ密度の最適化のために、ターゲット及び第二のコイルに供給されたバイアスとは別個に設定されることができる。

本発明の一つの実施態様に従ったプラズマ発生チャンバの部分断面図である。 図１のプラズマ発生チャンバへの電気的な相互な連結の概略図である。 本発明の他の実施態様に従ったプラズマ発生装置のためのコイルリングの斜視図である。 図３に示したコイルリングを用いた本発明の他の実施態様に従ったプラズマ発生チャンバの概略的な部分断面図である。 図４のプラズマ発生チャンバのための複数のコイルリング支持体隔離碍子を示している。 図４のプラズマ発生チャンバのための複数のコイルリングフィードスルー隔離碍子を示している。 図１の装置のコイル及びターゲットから堆積された物質のそれぞれの堆積プロファイルを示したチャートである。 ターゲットのＤＣ電流バイアスに対するコイルに与えられたＲＦ電流の比の、堆積均一性における影響を示したグラフである。 二重コイルを用いた、本発明の他の実施態様に従ったプラズマ発生チャンバの概略的な部分断面図である。二重コイルの一つはプラズマ発生のためにＲＦ電流が与えられ、他のものは追加のターゲットを提供するためにＤＣバイアスされている。 図１０のプラズマ発生チャンバの電気的な相互の連結の概略図である。 ２つの複数のリングコイルを有するプラズマ発生チャンバのための複数のコイルリングフィードスルー隔離碍子を示している。そこでは、２つのコイルのリングは互いに重なり合っている。 図１１のプラズマ発生チャンバの電気的な相互な重なり合いの概略図を示している。

まず図１及び図２を参照すると、本発明の第一の実施態様に従ったプラズマ発生器は、減圧チャンバ１０２（図２中に概略的に示した）中に収容された実質上筒状のプラズマチャンバ１００を含む。この実施態様のプラズマチャンバ１００は、単巻きコイル１０４を有し、それはシールド１０６によって支持されている。シールド１０６は、減圧チャンバ１０２の内壁（図示せず）をプラズマチャンバ１００の内部に堆積する物質から保護する。

無線周波数（ＲＦ）発生器１０７からのＲＦエネルギーは、コイル１０４から堆積システム１００の内部に放射され、それは堆積システム１００内のプラズマを活発化する。活発化されたプラズマは、プラズマイオンの流束を発生させ、それは、チャンバ１０２の頂部に配置された負にバイアスされたターゲット１１０にぶつかる。ターゲット１１０は、ＤＣ電源１１１によって負にバイアスされている。プラズマイオンは、ターゲット１１０から基板１１２上へ物質を放出させる。基板は、台座１１４によって堆積システム１００の底に支持されたウエハ又は他のワークピースでありうる。ターゲット１１０の上に準備された回転磁石組立体１１６は、磁界を提供し、磁界は、ターゲット１１０の表面上を掃射してターゲットの均一な浸食を促進する。

ターゲット１１０から放出された物質の原子は、次いでプラズマに誘電的に結合されているコイル１０４によって活発化されているプラズマによって電離化される。ＲＦ発生器１０６は、好ましくは増幅器及びインピーダンス整合回路網１１８を通じてコイル１０４に連結されている。コイル１０４の他の終端は、好ましくは、可変コンデンサであり得るコンデンサ１２０を通じて地面に連結されている。電離化された堆積物質は、基板１１２に吸引されそしてその上に堆積層を形成する。台座（ペデスタル）１１４は、基板１１２を外部からバイアスするようにＡＣ（又はＤＣ又はＲＦ）供給源１２１によって負にバイアスされうる。同時係属している特許出願、シリアル番号第号明細書（１９９６年７月９日出願（代理人番号、1402/PVD/DV）、発明の名称：「全面の高密度プラズマ堆積を提供する方法(Method for Providing Full-Face High Density Plasma Deposition)」、これは、本出願の譲受人に譲渡されており、ここに引用する）にかなり詳細に記載されているように、基板１１２の外部からのバイアスは場合により除くことができる。

以下にかなり詳細に説明するように、本発明の一つの観点に従って、物質はまたコイル１０４から基板１１２上へスパッタされ、ターゲット１１０からワークピース上へスパッタされる物質を補う。結果として、基板１１２上に堆積された層は、コイル１０４及びターゲット１０４の両者からの物質から形成され、そのことは得られる層の均一性を実質的に改善することができる。

コイル１０４は、コイル１０４を支持シールド１０６から電気的に絶縁している複数のコイル隔離碍子(standoff)１２２（図１）によってシールド１０６上に支持されている。
同時係属している特許出願、シリアル番号第08/647,182号明細書（１９９６年５月９日出願（代理人番号、1186/PVD/DV）、発明の名称：「プラズマを発生するための埋込式コイル」、これは、本出願の譲受人に譲渡されており、引用することにより本明細書の一部である）にかなり詳細に記載されているように、絶縁コイル隔離碍子１２２は、コイル１０４をシールド１０６（これは典型的には接地されている）に短絡させることができるコイル１０４からシールド１０６への堆積された物質の完全な導電経路の形成を防ぎながら、ターゲット１１０からコイル隔離碍子１２２上へ誘電性物質を繰り返し堆積することを可能とする内部ラビリンス構造を有する。

ＲＦ電力は、絶縁性のフィードスルー隔離碍子１２４によって支持されているフィードスルー（図示せず）によってコイル１０４に加えられる。フィードスルー隔離碍子１２４は、コイル支持隔離碍子１２２と同様に、コイル１０４からシールド１０６へ短絡する導電性通路を形成することなしに、ターゲットからフィードスルー隔離碍子１２４上への伝導性物質の繰り返しの堆積を可能とする。従って、コイルフィードスルー隔離碍子１２４は、コイル１０４とシールドの壁１４０間の短絡の形成を防ぐために、コイル隔離碍子１２２と幾分似ている内部ラビリンス構造を有する。

図１に最もよく示されているように、プラズマチャンバ１００は、負にバイアスされる上部のターゲット１１０に関して接地面を提供する暗黒部シールドリング１３０を有する。さらに、上記した同時係属している特許出願、シリアル番号08/647,182号明細書にかなり詳しく説明されているように、シールドリング１３０は、ターゲットの外側の端をプラズマからシールドし、ターゲットの外側の端のスパッタリングを減少させる。暗黒部シールドリング１３０はまた、コイル１０４（及びコイル支持隔離碍子１２２及びフィードスルー隔離碍子１２４）を、ターゲットからスパッタされる物質からシールドするために配置されるという他の機能をなしている。
スパッタされる物質のあるものはプラズマチャンバ１００の垂直軸に対して斜めの角度で移動するので、暗黒部シールドリング１３０は、コイル１０４及びそれに付随する支持体構造を、スパッタされる物質の全てからは完全にはシールドしない。しかし、スパッタされる物質のほとんどは、チャンバの垂直軸に平行に又は垂直軸に対して比較的小さい斜角にて移動するので、コイル１０４の上に覆い被さるようにして配置された暗黒部シールドリング１３０は、スパッタされる物質の実質的な量がコイル１０４上に堆積されるのを防ぐ。或いは、コイル１０４上に堆積される物質の量を減らすことにより、コイル１０４（及びその支持体構造）上に堆積される物質による粒子の形成を実質的に減少することができる。

説明されている実施態様においては、暗黒部シールドリング１３０は、チタンの閉じた連続したリング（そこでは、チタンの堆積がチャンバ１００内で起こる）又は一般に逆（frusto）円錐形を有するステンレススチールである。暗黒部シールドリングは、１／４インチの距離にてコイル１０４を部分的に覆うように、プラズマチャンバ１００の中心に向かって内へと延びる。もちろん、重なり合う量は、コイル及び他の要素の相対的な大きさ及び配置に応じて変更されうることが認識される。例えば、重なり合いは、スパッタされる物質からのコイル１０４のシーリングを増加するために増加されうるが、重なり合いの増加はまた、プラズマからターゲットをさらにシールドしうることになり、このことはいくつかの用途において望ましくない可能性がある。代わりの実施態様において、コイル１０４は、コイルをさらに保護しそしてワークピース上への粒子の堆積を減少させるために、埋込式のコイルチャンバ（図示せず）内に配置されうる。

チャンバシールド１０６は、一般にボウル形状であり、そして一般に、筒状形状である垂直に延びた壁１４０を含み、隔離碍子１２２及び１２４がコイル１０４を絶縁的に支持するためにそこに取り付けられている。シールドはさらに、一般的に環状形状の床壁（図示せず）を有しており、それは、説明している実施態様では直径８インチのワークピース１１２を支持するチャック又は台座１１４を取り囲んでいる。クランプリング（図示せず）は、ウエハをチャック１１４にクランプするために、そしてシールド１１６の床壁とチャック１１４間のギャップを覆うために用いられ得る。

プラズマチャンバ１００は、減圧チャンバに係合しているアダプターリング組立品１５２によって支持されている。チャンバシールド１０６は、アダプターリング組立品１５２を通じてシステムの地面（アース）に接地されている。暗黒部シールドリング１３０は、チャンバシールド１０６と同様に、アダプターリング組立品１５２を通じて接地されている。

ターゲット１１０は、一般に平円盤形状であり、またアダプターリング組立品１５２により支持されている。しかし、ターゲット１１０は、負にバイアスされており、それ故、接地面（アース面）にあるアダプターリング組立品から絶縁されるべきである。
従って、ターゲット１１０の下側に形成された環状の溝内に、セラミック絶縁リング組立品１７２が収容され、それはまた、ターゲット１５２の上側内の対応する溝１７４内に収容されている。セラミック等の種々の絶縁性物質から作られうる絶縁環状組立品１７２は、ターゲット１１０が適当に負にバイアスされるようにターゲット１１０をアダプターリング組立品１５２から離して間隔を開ける。ターゲット、アダプター及びセラミックリング組立品は、Ｏ−リングシーリング表面（図示せず）を提供し、減圧チャンバからターゲット１１０までの減圧のしっかりとした組立体を提供する。

図解された実施態様のコイル１０４は、１／２×１／８インチの特別丈夫なビードブラストした固体の（bead blasted solid）高純度（好ましくは９９．９９５％純度）チタンリボンから作られた直径１０〜１２インチの単巻きコイルである。しかし、他の誘電性の高い物質及び他の形状も、スパッタされる物質及び他の要因に応じて用いられ得る。例えば、リボンは１／１６インチ程度の薄さであり、長さは２インチを超えることもできる。また、もしスパッタされるべき物質がアルミニウムであれば、ターゲット及びコイルは共に高純度のアルミニウムから作られうる。図で説明したリボンの形状の他に、特にもし水での冷却が望まれる場合は、中空のチューブも用いられ得る。

またさらに、図で説明したリボン形状の代わりに、コイルが複数の巻きを有する場合は、コイルの各単巻きは、平らな、端が開口した環状リング、例えば図３で２００として示したものも満足に用いられる。このような形状は、特に複数巻きのコイルに対して有利である。複数巻きコイルの利点は、要求される電流レベルが所与のＲＦ電力レベルに対して実質的に減少されうることである。しかし、複数巻きのコイルは、単巻きのコイルと比べてより複雑になり、従って、最もコストがかかり、洗浄が困難であるという傾向がある。例えば、チタンの３巻きの螺旋状コイル及びそれに付随する支持構造は、かなり高価であり得る。
複数巻きコイルの製造コストは、図４に示されている複数巻きコイル１０４’を形成するためにいくつかのこのような平らなリング２００ａ〜２００ｃを用いることにより実質的に減少しうる。各リングは、一方の側において支持体隔離碍子２０４ａ〜２０４ｃにより、そして他方の側において一対のＲＦフィードスルー隔離碍子２０６ａ〜２０６ｃ及び２０８ａ〜２０８ｃ（図６）により支持されている。図５において最もよく示されているように、支持体隔離碍子２０４ａ〜２０４ｃは、好ましくは千鳥形の位置関係でシールド壁２１０上に配置されている。各支持体隔離碍子２０４ａ〜２０４ｃは、適所にコイルリングを固定するため、対応するコイルリング２００の下側に形成された対応する溝２１２（図３）によって収容される。

コイルリング２００ａ〜２００ｃは、ＲＦフィードスルー隔離碍子２０６ａ〜２０６ｃ及び２０８ａ〜２０８ｃを通るＲＦフィードスルーによって、直列に互いに電気的に連結されている。支持体隔離碍子２０４ａ〜２０４ｃと同じ様式にて、フィードスルー隔離碍子２０６ａ〜２０６ｃ及び２０８ａ〜２０８ｃは、コイルリングの各端に隣接する各々のコイルリングの下側に形成された対応する溝２１２（図３）にそれぞれ収容される。図６に概略的に示されているように、シールド壁の外側のＲＦ導波管２２０ａは、フィードスルー隔離碍子２０６ａ中のＲＦフォードスルーによって、最も低いコイルリング２００ａの一方の端に連結されている。コイルリング２００ａの他の端は、フィードスルー隔離碍子２０８ａ中のＲＦフィードスルーによって他の外部のＲＦ導波管２２０ｂに連結されており、導波管２２０ｂは、フィードスルー隔離碍子２０６ｂ中のＲＦフィードスルーによって中央のコイルリング２００ｂの一方の端に連結されている。
コイルリング２００ｂの他の端は、フィードスルー隔離碍子２０８ｂ中のＲＦフィードスルーによって他の外部のＲＦ導波管２２０ｃに連結されており、導波管２２０ｃは、フィードスルー隔離碍子２０６ｃ中のＲＦフィードスルーによって頂部のコイルリング２００ｃの一つの端に連結されている。最後に、頂部コイルリング２００ｃの他の端は、フィードスルー隔離碍子２０８ｃ中のＲＦフィードスルーによって他の外部のＲＦ導波管２２０ｄに連結されている。このようにして互いに連結されて、コイルリング２００ａ〜２００ｃを通る電流は、コイルリングによって作られる磁界が互いに構造的に強化し合うように、同じ方向に向けられている。コイル１０４’は複数巻きコイルであるので、フィードスルー隔離碍子２０６及び２０８の電流取り扱い要求は、所与のＲＦ電流レベルのための単巻きコイル１０４のフィードスルー支持体１２４のそれに比べて実質的に減少しうる。

上記したように、プラズマの電離化を容易とするためのコイル１０４の適合のために、ターゲット１１０をワークピース１１２の表面から離すことが有益であると判った。しかし、ターゲット及びワークピース間のこの増加された空間は、ターゲットから堆積される物質の均一性には不都合に影響する。図７中の２５０に示されているように、このような不均一性は典型的には、ワークピースの中心に向かって堆積された物質が厚くなること、従って、ワークピースの端に向かって堆積された物質が薄くなることで示される。
本発明の一つの特徴に従って、この不均一性は、ワークピースの上のスパッタターゲット１１０からばかりでなく、ワークピースの端を取り囲むコイル１０４からの堆積物質をスパッタすることにより効果的に補償される。ワークピースの端はワークピースの中心よりコイル１０４に近いので、図３の２５２に示されるように、コイルからスパッタされた物質は、中心のよりワークピースの端に向かってより厚く堆積する傾向があることが判った。もちろん、このことは、ターゲット１１０からの物質の堆積パターンの逆である。
ターゲットに与えられるバイアスのＤＣ電流レベルに対するコイル１０４に与えられるＲＦ電流レベルを適当に調節することにより、コイル１０４からスパッタされる物質の堆積レベルが、ターゲットからの物質の堆積プロファイルの不均一性を実質的に補償するように選択し、図７の堆積プロファイル２５４によって示されるスパッタされた物質の両供給源からの層の全体の堆積プロファイルが、ターゲットのみからしばしば得られるプロファイルより実質的により均一になるようにできるということが判った。物質がターゲットからスパッタされそしてウエハ上に堆積されることに加えて、コイルからスパッタされる物質が、ウエハの端で測定して少なくとも１分当たり５０オングストロームの速度にて堆積されるように、コイルがスパッタされる物質を十分に供給することが好ましい。

ターゲット１１０から由来するスパッタリングに比べたコイル１０４から由来するスパッタリングの量は、ターゲット１１０に与えられたＤＣ電流に対するコイル１０４に与えられたＲＦ電流の関数である。ターゲットＤＣ電流に対するコイルＲＦ電流の比を調節することにより、コイル１０４及びターゲット１１０からスパッタされる物質の相対的な量が、所望の均一性を達成するように変更されうる。図８に示されるように、ターゲットＤＣ電流に対するコイルＲＦ電流の特定の比が、コイル及びターゲットの両者から堆積される物質の層の最も小さい程度の不均一性を達成する（０％と表される）。コイルへのＲＦ電流が、ターゲットに与えられるＤＣ電流に比べて増加すればするほど、図８に示される不均一性のだんだん負となるパーセントによって表されるように、堆積された層はより端が厚くなる傾向がある。図８の表示方式においては、端の厚さの不均一性は、不均一性の負のパーセントによって表されるように選択され、そして中心の厚さの不均一性は正の不均一性のパーセントによって表されるように選択される。
パーセントの不均一性の絶対値が大きくなればなるほど、そのパーセントによって表される不均一性の程度（端の厚み又は中心の厚みのいずれか）は大きくなる。反対に、ターゲットに与えられるＤＣ電流に対するコイルの与えられるＲＦ電流の比が減少すればするほど、堆積層の中心は、ますます増加する不均一性の正のパーセントによって表されるように端に比べてますます厚くなる傾向にある。従って、ターゲットをバイアスするＤＣ電流に対するコイルに与えられるＲＦ電流の比を調節することによって、コイルからスパッタされる物質は、ターゲット及びコイルの両者からの物質を含む堆積層をより均一にするように、ターゲットから堆積された物質の不均一性を効果的に補償するように適当に増加又は減少されうる。単巻きコイル１０４にとっては、約１．５というコイルＲＦ電流対ターゲットＤＣ電流比は、８インチ直径のウエハに対して満足な結果を提供すると判った。図８は、３巻きコイルに対しての、種々のコイルＲＦ電流対ターゲットＤＣ電流の結果を示しており、そこでは、約０．７の比が、最適であることが示されている。

さらに、コイル及びターゲット間のスパッタの相対量はまた、ターゲット１１０のＤＣバイアス化に対するコイル１０４のＤＣバイアス化の関数であり得ると信じられる。このコイル１０４のＤＣバイアス化は、種々の方法によって調節されうる。例えば、整合回路網３０２は、典型的には、誘導子及びコンデンサを含む。整合回路網の１以上のコンデンサのキャパシタンスを変化させることによって、コイル１０４のＤＣバイアス化は、所望のレベルの均一性を達成するために調節されうる。一つの実施態様において、コイルへのＲＦ電流及びコイル１０４のＤＣバイアス化は、所望の結果を達成するために別個の調節入力を有し得る。代わりの電流配置は、わずかに異なる周波数で操作される２つのＲＦ発生器を含みうる。一つの発生器の出力は、慣用の方法にてコイルに連結されるが、わずかに異なる周波数の他の発生器は、第二の発生器の電流レベルの変化がコイルのＤＣバイアスを変更するようにコイルに容量的に連結される。このような配置は、コイルに与えられるＲＦ電流及びＤＣバイアスの独立した制御を提供しうる。現時点では、所与のＲＦ電流レベルのために、コイルへのＤＣバイアスの比較的大きな変化が、コイルからスパッタされる物質の量に実質的な効果を与えるには必要であると信じられている。

上記で議論した実施態様の各々は、プラズマチャンバ中の単一のコイルを用いた。本発明は２以上のＲＦ電流が与えられたコイルを有するプラズマチャンバにも適用可能であると理解されるべきである。例えば、本発明は、同時係属している特許出願、シリアル番号第08/559,345号明細書に記載されているタイプのヘリコン波を発射するための複数コイルチャンバにも適用可能である。

適当なＲＦ発生器及び整合回路は、本技術分野の当業者によく知られた構成部品である。例えば、ENI Genesisシリーズ（これは、整合回路及びアンテナを有しており、最良の周波数整合のための「周波数追跡」の能力を有する）等のＲＦ発生器が適している。コイル１０４へとＲＦ電流を発生させるために発生器の周波数は、好ましくは、２ＭＨｚであるが、その範囲は、例えば、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚまで変化しうると予期される。４．５ｋＷでのＲＦ電流の設定が好ましいが、１．５〜５ｋＷの範囲も満足であると信じられている。いくつかの用途においては、エネルギーはまた、ＡＣ又はＤＣ電流をコイルに与えることによりまたは他のエネルギー伝達方法を用いることによりプラズマに伝達されうる。ターゲット１１０を３ｋＷにバイアス化するためのＤＣ電流設定が好ましいが、２〜５ｋＷの範囲及び−３０ボルトＤＣの台座のバイアスも多くの用途に満足であると信じられている。

図で説明した実施態様において、シールド１０６は１３．５インチの直径を有するが、良好な結果が６インチ〜２５インチの範囲の幅で得られうるということが予期される。シールドは、絶縁性物質、例えばセラミック又は石英等の種々の物質から作られうる。しかし、ターゲット物質でコートされるべきであろうシールド及び全ての金属表面は、スパッタされるターゲット物質と同じ物質で作られることが好ましいが、例えばステンレススチール又は銅等の物質からも作られうる。コートされる構造物の物質は、シールド又はウエハ上の他の構造物からスパッタされた物質の剥離を減少させるために、スパッタされる物質の熱膨張率に非常近い熱膨張率を有するべきである。さらに、コートされるべき物質は、スパッタされる物質に対して良好な付着性を有するべきである。従って、例えば、もし堆積される物質がチタンなら、コートされるであろうシールド、ブラケット及び他の構造物における好ましい金属は、ビードブラストしたチタンである。例えば、コイル支持体のエンドキャップやフィードスルー隔離碍子等をより適当にスパッタするためには表面は、好ましくは、ターゲットと同じタイプの物質、例えば高純度のチタン等から作られることが好ましい。もちろん、堆積されるべき金属がチタン以外の金属である場合は、好ましい金属は、堆積された物質、ステンレススチール又は銅である。付着性はまた、ターゲットをスパッタするのに先だってモリブデンを用いて構造物をコートすることにより改善される。しかし、モリブデンはコイルからスパッタされた場合はワークピースを汚染することがあるので、コイル（又はスパッタするであろういずれかの他の表面）はモリブデン又は他の物質でコートされないことも好ましい。

ターゲットとウエハの間隔は、好ましくは、約１４０ｍｍであるが、約１．５インチ〜８インチの範囲であり得る。このターゲットとウエハの間隔のために、満足のいくカバレッジ（被覆率）、すなわちフィールド（表面）の堆積厚に対する開口部の底の堆積厚の比が、約２．９インチの距離をターゲットから空けた直径約１１．５インチのコイルを用いて達成できた。コイルの直径を増加させてワークピースの端からコイルを離すように位置を変えると、底のカバレッジに対して不利に影響する。一方、コイルの直径を減少させてウエハの端にコイルを近づけると、層の均一性に対して不利に影響しうる。コイルの直径を減少させることは、コイルをターゲットに対してより一列に並べることをもたらし、その結果ターゲットからコイル上への物質の実質的な堆積をもたらし、従ってコイルからスパッタされる物質の均一性に対して不利に影響しうる。

堆積の均一性はまた、ターゲットからのコイルの距離の関数とも思われる。先に議論したように、約２．９インチのコイルとターゲット間の空間は、１４０ｍｍのターゲットとウエハの空間にとって満足できるものであると判った。コイルを垂直方向にて、ターゲット（又はウエハ）に近づけるか又は遠ざけると、堆積層の均一性に不利に影響しうる。

上述したように、ターゲット１１０とコイル１０４からスパッタされる物質の相対的な量は、コイルの与えられるＲＦ電流とターゲットに与えられるＤＣ電流の比の関数である。しかし、いくつかの用途においては、コイル及びターゲットからの物質の堆積された層の均一性を改善する最適のＲＦ電流レベルが、電離化のためにプラズマ密度を発生するには最適ではないことがあり得るということが認識されている。図９は、図３で示したタイプの単一の末端が開口しているコイルリング２００ｄを形成するコイル１０４”を有するプラズマチャンバ１００”である代わりの実施態様を説明している。
図１０に示す如く、コイル１０４”は、上記したコイル１０４と１０４’と同じ様式にて、フィードスルー隔離碍子２０６によりシールド３０８を通じて整合回路網１１８及びＲＦ発生器１０６に連結されている。しかし、チャンバ１００”は、第二のターゲット３１０を有し、このターゲットは、一般にコイル様の形状であるが、ＲＦ発生器には連結されない。
代わりに、平らな閉じたリング４００で形成された第二のターゲット３１０は、フィードスルー隔離碍子２０６を通じて、図１０に示した可変の負のＤＣバイアス供給源３１２に連結されている。結果として、チャンバは３つの「ターゲット」、すなわち、それぞれ第一及び第二のターゲット１１０及び３１０、並びにＲＦコイル１０４”を有する。しかし、コイル１０４”及び第二のターゲット３１０からスパッタされる物質のほとんどは、ＲＦ電流が与えられたコイル１０４”よりはＤＣバイアスされたターゲット３１０から由来する。

このような配置は、多くの利点を有する。コイルからスパッタされる物質のほとんどは、コイル１０４”よりは第二のターゲット３１０から由来するので、コイル１０４”からと第一及び第二のターゲット１１０及び３１０からスパッタされる物質の相対的な量は、ターゲット３１０及びターゲット１１０の相対的なＤＣ電流バイアス化の一時的な関数である。従って、第一のターゲット１１０及び第二のターゲット３１０をそれぞれバイアス化する可変のＤＣ電力供給源１１１及び３１２は、コイル１０４”に電力を与えるＲＦ発生器１０６のためのＲＦ電力の設定とは、かなり無関係に物質の堆積の均一性を最適にするために設定されうる。逆に、コイル１０４”へのＲＦ電力は、電離化のためにプラズマ密度を最適化するために、ターゲット１１０及び３１０へのＤＣバイアスとはかなり無関係に設定されうる。

さらに、コイル１０４”のためのＲＦ電流レベルはコイル１０４のためのそれと比べて低くてもよいと信じられている。例えば、コイル１０４”に適した電力範囲は１．５〜３．５ｋＷ ＲＦである。主要なターゲット１１０及び第二のターゲット（すなわちコイル３１０）の電力範囲は、それぞれ、２〜５ｋＷＤＣ及び１−３ｋＷ ＤＣである。もちろん、値は、特定の用途に応じて変更する。

図１１及び図１２は、他の代わりの実施態様を示しており、それは、複数巻きのＲＦコイル及び複数リングの第二のターゲットを含み、そこではターゲットのリングがＲＦコイルの巻きに挟み込まれている。図１２のＲＦコイルは、図４〜６のコイル１０４’と同様に、ＲＦフィードスルー隔離碍子２０６ａ〜２０６ｃ及び２０８ａ〜２０８ｃを通って、ＲＦフィードスルーによって直列に電気的に互いに連結されている平らなリング２００ａ〜２００ｃ、及びＲＦ供給源及びＲＦ接地面への外部の導波管２２０ａ〜２２０ｄで形成されている。

第二のターゲットの閉じたリング４００ａ〜４００ｃは、ＲＦコイルのコイルリング２００ａ〜２００ｃと互いに重なり合っている。図１１及び図１２で概略的に示されているように、シールド壁の外部の負のバイアスＤＣ電力供給源３１２は、外部のストラップ３３０ａによって、第二のスパッタ用ターゲットの最も低い位置のリング４００ａに対するフィードスルー隔離碍子２０６ｄ中のＤＣフィードスルーに連結されている。ターゲットリング４００ａはまた、フィードスルー隔離碍子２０６ｄ中のＤＣフィードスルーによって他の外部のＤＣストラップ３３０ｂに連結され、そのストラップは、フィードスルー隔離碍子２０６ｅ中のＤＣフィードスルーによって中間のターゲットリング４００ｂに連結されている。ターゲットリング４００ｂはまた、フィードスルー隔離碍子２０６ｅ中のＤＣフィードスルーによって他の外部ストラップ３３０ｃに連結され、そのストラップは、フィードスルー隔離碍子２０６ｆ中のＤＣフィードスルーによってスパッタ用の第二のターゲットの上部のターゲットリング４００ｃに連結されている。

この様式にて互いに連結されて、ターゲット３１０’のターゲットリング４００ａ〜４００ｃは、負にＤＣバイアスされて、ＲＦコイル及び第二の４００ａ〜４００ｃターゲットからスパッタされた物質の主要部分は第二のターゲットのターゲットリング４００ａ〜４００ｃから主として由来する。ＲＦコイルは複数巻きコイルなのでフィードスルー隔離碍子２０６及び２０８の電流操作条件としては、上記の所与のＲＦ電流レベルに対しての単巻きコイル１０４のフィードスルー隔離碍子１２４のそれと比べて実質的に減少させることができる。さらに、スパッタリングリングの寿命は複数のリングを用いた結果高めることができると信じられている。
第二のスパッタリングターゲット３１０及び４００ａ〜４００ｃは平らなリング４００から作製されると記載したが、スパッタリングの第二のターゲットは、リボン及び環状の物質から、並びに筒及び筒の断片を含む種々の他の形状及びサイズから作製されうると考えられるべきである。しかし、第二のターゲットは、基板の軸に対して対称であり、プラズマの円周部にてチャンバの内部を取り囲むことが好ましい。第二のターゲット物質は、固形の、伝導性の物質であるべきであり、第一のターゲット１１０のそれと比べて、同じタイプの又は異なったタイプの伝導物質であってもよい。第一の及び第二のターゲットのバイアス化はＤＣバイアス化として記載したが、いくつかの用途においては、第一の及び第二のターゲットの一つの又は両者のＡＣ又はＲＦバイアス化が適していることもあると認識されるべきである。

種々の前駆体ガス、例えば、Ａｒ、Ｈ₂又はＮＦ₃、ＣＦ₄等の反応性ガス及びその他の多くのガスが、プラズマを発生させるために用いられうる。種々の前駆体ガスの圧力は０．１〜５０ｍＴｏｒｒの圧力が適している。電離化ＰＶＤのためには、１０〜１００ｍＴｏｒｒの圧力が、スパッタされた物質を最も電離化するために好ましい。

もちろん、本発明の改良が、本発明の種々の観点において、本技術分野の当業者に明らかであり、そしてあるものは研究の後でのみ明らかであり、そしてまたあるものは日常の機械的又は電気的設計の問題であると理解される。他の実施態様もまた可能であり、それらの特定の設計は特定の用途に応じる。そういうものとして、本発明の範囲は、本明細書に記載の特定の実施態様に限定されるべきではなく、特許請求の範囲又はそれと同等のものによってのみ限定されるべきものである。

１００ プラズマチャンバ
１０２ 減圧チャンバ
１０４ 単巻きコイル
１０６ シールド
１０７ ＲＦ発生器
１１０ ターゲット
１１１ ＤＣ電源
１１２ 基板
１１４ 台座
１１６ 回転磁石組立体
１１８ 整合回路網
１２０ コンデンサ
１２１ ＡＣ供給源
１２２ コイル隔離碍子
１２４ フィードスルー隔離碍子
１３０ シールドリング
１５２ アダプターリング組立品
１７２ セラミック絶縁リング組立品
２００ コイルリング
２０４ 支持体隔離碍子
２０６、２０８ ＲＦフィードスルー隔離碍子
２１０ シールド壁
２１２ 溝
２２０ ＲＦ導波管
３０８ シールド
３１０ 第二のターゲット
３１２ ＤＣバイアス供給源
４００ リング

Claims (21)

1. ターゲットを有するスパッタ堆積チャンバ内の基板支持部材上の基板の上にコイル材料の層をスパッタ堆積するためのＲＦコイルであって、
   スパッタ堆積可能な材料で出来た外面を有するリボン状の部材を備え、前記部材は、前記チャンバ内に支持され、また前記部材から前記基板上に材料をスパッタ堆積するように構成されていることを特徴とするＲＦコイル。
2. 前記部材は、前記ターゲットと前記基板支持部材との間に形成された空間の周りに延びるのに十分な大きさの直径を有する請求項１に記載のＲＦコイル。
3. 前記直径は、１０〜１２インチの範囲である請求項２に記載のＲＦコイル。
4. 前記チャンバは、複数のＲＦフィードスルー離隔碍子を有し、前記部材は２つの端部を有し、各々の前記端部は１つのＲＦフィードスルー離隔碍子に結合することが出来る請求項１に記載のＲＦコイル。
5. 前記スパッタ堆積可能な材料は、アルミニウム、チタンからなる群から選択される請求項１に記載のＲＦコイル。
6. 前記部材は、単巻のコイルである請求項１に記載のＲＦコイル。
7. 前記部材は、１/２インチの高さを有する請求項１に記載のＲＦコイル。
8. 前記部材は、１/８インチの厚さを有する請求項７に記載のＲＦコイル。
9. 前記部材は、２インチを超える高さを有する請求項１に記載のＲＦコイル。
10. 前記部材は、１/１６インチの厚さを有する請求項９に記載のＲＦコイル。
11. 真空チャンバ内の基板の上に薄膜層をスパッタ堆積するためのＲＦ発生器と共に使用するコイルであって、
    前記チャンバは、前記チャンバ内に保持することが出来る基板支持部材と、前記チャンバ内のプラズマ発生領域と、前記プラズマ発生領域と前記基板支持部材とを実質的に取り囲む壁を有するシールドと、前記チャンバ内に配置されたバイアス可能な第一のターゲットとを有し、前記コイルは、
    前記ＲＦ発生器に結合できる第一の端部と、接地できる第二の端部とを有するスパッタ可能なコイル部材を備え、
    前記コイル部材は、前記壁によって絶縁された状態で支持され、前記プラズマ発生領域を実質的に取り囲み、前記プラズマ発生領域にエネルギーが結合するように配置され、前記コイルから前記基板上に材料のスパッタが行われるように前記基板支持部材に隣接して位置し、前記コイル部材はリボン状であることを特徴とするコイル。
12. 前記部材は、前記ターゲットと前記基板支持部材との間に形成された空間の周りに延びるのに十分な大きさの直径を有する請求項１１に記載のコイル。
13. 前記直径は、１０〜１２インチの範囲である請求項１２に記載のコイル。
14. 前記チャンバは、複数のＲＦフィードスルー離隔碍子を有し、前記部材は２つの端部を有し、各々の前記端部は１つのＲＦフィードスルー離隔碍子に結合することが出来る請求項１１に記載のコイル。
15. 前記スパッタ堆積可能な材料は、アルミニウム、チタンからなる群から選択される請求項１１に記載のコイル。
16. 前記部材は、単巻のコイルである請求項１１に記載のコイル。
17. 前記部材は、１/２インチの高さを有する請求項１１に記載のコイル。
18. 前記部材は、１/８インチの厚さを有する請求項１７に記載のコイル。
19. 前記部材は、２インチを超える高さを有する請求項１１に記載のコイル。
20. 前記部材は、１/１６インチの厚さを有する請求項１９に記載のコイル。
21. 前記ターゲットと前記コイル部材とは、前記基板上にスパッタ堆積することが出来る同じ材料で形成される請求項１１に記載のコイル。

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