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