JP7449040B2

JP7449040B2 - 静的磁石アセンブリを有する物理的気相堆積チャンバ、及びスパッタリングする方法

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Publication number: JP7449040B2
Application number: JP2018164111A
Authority: JP
Inventors: シリシャベハラ，; サンジェイバート，; ヴィブジンダル，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2024-03-13
Anticipated expiration: 2038-09-03
Also published as: US10504705B2; US20190088456A1; JP2019081948A

Description

［０００１］本開示は概して基板処理システムに関し、より具体的には物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理システムに関する。

［０００２］半導体集積回路の製造において金属及び関連材料の堆積に物理的気相堆積（ＰＶＤ）とも称されるスパッタリングが長く使用されてきた。スパッタリングの使用は、ビア又は他の垂直配線構造等の高アスペクト比の孔の側壁上に金属層を堆積させるだけでなく、極紫外線（ＥＵＶ）マスクブランクの製造にまで拡大している。ＥＵＶマスクブランクの製造では、粒子生成を最小限に抑えることが好ましく、これは、粒子が最終製品の特性に悪影響を及ぼすためである。

［０００３］プラズマスパッタリングは、直流スパッタリング又は高周波スパッタリングのいずれかを使用して達成されうる。プラズマスパッタリングは通常、スパッタリングターゲットの裏側に位置づけされたマグネトロンを備えており、当該マグネトロンは、磁気ヨークを通して裏側において磁気的に結合された２つの反対の極の磁石を含んでおり、処理空間の中に磁場を放出して、プラズマ密度を高め、ターゲットの前面からのスパッタ速度を改善する。マグネトロン内で使用される磁石は通常、直流スパッタリングにおいては閉ループであり、高周波スパッタリングにおいては開ループである。

［０００４］例えば物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ等のプラズマ強化基板処理システムでは、高い磁場及び高い直流電力を用いた高出力密度のＰＶＤスパッタリングにより、スパッタリングターゲットにおいて高いエネルギーが発生し、スパッタリングターゲットの表面温度が大幅に上昇する場合がある。スパッタリングターゲットは、ターゲットのバッキング板を冷却流体に接触させることによって冷却される。通常、商業的に実施されるプラズマスパッタリングでは、スパッタ堆積される材料のターゲットは、コーティングされるウエハを含む真空チャンバに密封される。アルゴンがチャンバに導入される。チャンバの壁又はシールドを接地させたままターゲットに数百ボルトのマイナスの直流バイアスを印加すると、アルゴンが励起してプラズマが形成される。プラスに帯電したアルゴンイオンは、高エネルギーのマイナスにバイアスされたターゲットに引き付けられ、ターゲットからターゲット原子がスパッタリングされる。

［０００５］ターゲットの侵食により、プラズマスパッタリングに問題が生じる。ターゲットが侵食すると、ターゲット層内のスパッタリング面が減少し、マグネトロンに近づくため、ターゲットの耐用年数を通じてスパッタリング面の磁場が変化する。スパッタリング速度は、スパッタリング面に隣接する磁場の大きさによって変化し、侵食の深さとともに増加する。また、プラズマは磁場が変化すると不安定になって消滅する又は火花が飛ぶ可能性があり、火花によって損傷を与える微粒子が形成されうる。ターゲットの形状にかかわらず、ターゲットはマグネトロンの磁石の磁場に対して特定の場所でより特異的に侵食するため、むらのある（不均一な）又は非対称な侵食プロファイルが生じる。ターゲットのむらのある侵食プロファイルにより、基板全体に均一性の低い堆積膜、及びむらのある膜特性が生じうる。例えば、基板のある空間的位置ではステップカバレッジの低下が生じうるが、基板の他のエリアでは良好なステップカバレッジが達成されうる。侵食プロファイルの非対称性を軽減し、より一様な侵食プロファイルを提供する装置及び方法を提供する必要がある。

［０００６］本開示の一または複数の実施形態は、プラズマスパッタチャンバ用のマグネトロンを対象とし、プラズマスパッタチャンバ用のマグネトロンは、スパッタリングターゲットの裏側でターゲットに対して固定された関係に位置づけ可能な、外側の極と、第１の内側の極と、第２の内側の極とを備え、外側の極は、第１の磁極性の複数の第１の細長い磁石であって、中心領域周辺に配置された磁気ヨークに装着され且つ第１の閉パターンに配置された第１の細長い磁石を備え、第１の内側の極は、第１の閉パターン内に配置され且つ間隙によって外側の極から分離されており、磁気ヨークに装着され第２の閉パターンに配置された第１の磁気極性の反対の第２の磁極性の複数の第２の細長い磁石を備え、第２の内側の極は、中心領域に配置され、第２の閉パターンによって囲まれ、間隙によって第１の内側の極から分離されており、磁気ヨークに装着された第１の磁極性の少なくとも１つの第３の細長い磁石を備え、極は、第２の極性の磁石の極の全磁力に対する第１の極性の磁石の極の全磁力によって定義される比率がアンバランスになるように配置され、アンバランスな比率は１を上回り３を下回る。

［０００７］追加の実施形態は、本書に記載のマグネトロンを備えるスパッタチャンバと、本書に記載のマグネトロンを含むプラズマスパッタチャンバ内で基板を処理する方法に関連する。

［０００８］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、上記に要約した本開示を、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、より具体的に説明する。しかし、添付の図面は本開示の典型的な実施形態のみを示すものであり、したがって、実施形態の範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。

本開示の幾つかの実施形態に係る処理チャンバの一部を示す概略断面図である。本開示の幾つかの実施形態に係る磁石配置との使用に適した半導体処理チャンバを示す図である。処理チャンバにおいて使用される従来の磁石配置を示す斜視図である。図３の磁石配置における磁束密度対ターゲットの半径を示すグラフである。図３の磁石配置におけるターゲットの侵食対ターゲットの半径を示す図である。本開示の幾つかの実施形態に係る処理チャンバにおいて使用される磁石配置を示す斜視図である。図６の磁石配置における磁束密度対ターゲットの半径を示すグラフである。図６の磁石配置におけるターゲットの侵食対ターゲットの半径を示す図である。本開示のいくつかの実施形態に係る処理チャンバにおいて使用される磁石配置を示す斜視図である。図９の磁石配置における磁束密度対ターゲットの半径を示すグラフである。図９の磁石配置におけるターゲットの侵食対ターゲットの半径を示す図である。本開示の幾つかの実施形態に係るマグネトロンアセンブリを示す斜視図である。図１２Ａに示すマグネトロンアセンブリからの１つの磁石の側面図である。様々な磁石パターンの配置において磁石を組み立てる際に使用されるプレートの斜視図である。処理チャンバにおいて使用される従来の磁石配置を示す斜視図である。図１４の磁石配置における磁束密度対ターゲットの半径を示すグラフである。図１４の磁石配置におけるターゲットの侵食対ターゲットの半径を示す図である。本開示の幾つかの実施形態に係る処理チャンバにおいて使用される磁石配置を示す斜視図である。図１７の磁石配置における磁束密度対ターゲットの半径を示すグラフである。図１７の磁石配置におけるターゲットの侵食対ターゲットの半径を示す図である。一実施形態に係るマルチカソードＰＶＤ堆積チャンバを示す図である。

［００３０］本開示の幾つかの例示的な実施形態が説明される前に理解するべきことは、本開示が以下の説明で提示される構成又は処理ステップの詳細に限定されないということである。本開示は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施又は実行することができる。

［００３１］本明細書で使用する「水平」という語は、その配向性と関係なく、マスクブランクの面又は表面に平行する面として定義される。「垂直」という語は、ここで定義されたように水平に対して垂直の方向を指すものである。例えば「上方（ａｂｏｖｅ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上部（ｔｏｐ）」、（「側壁」等における）「側方（ｓｉｄｅ）」、「高い（ｈｉｇｈｅｒ）」、「低い（ｌｏｗｅｒ）」、「上方（ｕｐｐｅｒ）」、「上側（ｏｖｅｒ）」、「下側（ｕｎｄｅｒ）」等の語は、図に示すように、水平面に対して定義される。

［００３２］「の上（ｏｎ）」という語は、要素間で直接の接触があることを示す。「すぐ上、真上（ｄｉｒｅｃｔｌｙｏｎ）」という語は、介在する要素がない要素間での直接の接触を示す。

［００３３］当業者は、処理領域について説明するための「第１（ｆｉｒｓｔ）」や「第２（ｓｅｃｏｎｄ）」などの序数の使用が、処理チャンバにおける具体的な場所、又は、処理チャンバ内での曝露の順序を示唆するものではないことを、理解しよう。

［００３４］本開示の実施形態ではプラズマスパッタチャンバ用のマグネトロンが記載され、マグネトロンを含むプラズマスパッタチャンバ、及びプラズマスパッタチャンバ内でＥＵＶマスクブランク等の基板を処理する方法が開示される。マグネトロンは、１を上回り３を下回るアンバランスな比率となるようなパターンに配置された複数の細長い磁石を含む。

［００３５］図１は、本開示の幾つかの実施形態に係る物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理システム、具体的にはプラズマスパッタチャンバ１００の一部を示す簡略断面図である。本書に記載の教示内容に係る変更に適切な他のＰＶＤチャンバ例には、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社からいずれも市販されているＡＬＰＳ（登録商標）Ｐｌｕｓ及びＳＩＰＥＮＣＯＲＥ（登録商標）ＰＶＤ処理チャンバが含まれる。ＰＶＤ以外の他の種類の処理用に構成されたものを含む、アプライドマテリアルズ社又は他のメーカーからの他の処理チャンバもまた、本書に開示されている教示内容に係る変更から恩恵を受けることができる。

［００３６］本開示の幾つかの実施形態に係るプラズマスパッタチャンバ１００は、原料のターゲット１０２と、ターゲット１０２の裏面１２４に近接して配置された複数の第１の細長い磁石１１０を備える外側の極を含むマグネトロン１０３とを含むスパッタ源１０１を含む。原料は通常、堆積工程においてカソードとして機能するターゲット内に存在する。

［００３７］複数の第１の細長い磁石１１０は、ターゲット１０２からの原料の所望のスパッタリング、及びその後の処理チャンバ内に配置された基板（例えば、図２に関して以下に説明するプラズマスパッタチャンバ２００等の処理チャンバ内に配置された基板２０４）の上への材料の堆積を促進するために、例えば処理チャンバ内に形成されたプラズマを維持する及び／又は成形する磁場を発生させる。複数の第１の細長い磁石１１０は、例えば永久磁石又は電磁石等の所望の磁場を形成するのに適したいずれかの種類の磁石であってよい。加えて、複数の第１の細長い磁石１１０は、一または複数の実施形態に係る、１を上回り３を下回るアンバランスな比率となるように所望の磁場を形成するのに適したいずれかの形態に配置されうる。磁石配置パターンの特定の実施形態を以下に更に説明する。例えば、ある実施形態では、複数の第１の細長い磁石１１０は、ターゲット１０２の中心軸１０６の周りに対称に、環状に配置されうる。上記実施形態では、複数の第１の細長い磁石１１０は、複数の第１の細長い磁石１１０によって形成された磁場の少なくとも一部がターゲット１０２の裏面１２４に実質的に垂直の配向を有するように、ターゲット１０２の裏面１２４に近接して配置される。

［００３８］ある実施形態では、マグネトロン１０３は、例えばターゲット１０２の中心軸１０６に近接して配置された少なくとも内側磁石１１４等の追加の磁石を含みうる。存在する場合、内側磁石１１４により、複数の第１の細長い磁石１１０によって形成される磁場が成形されやすくなる。内側磁石１１４は、例えば永久磁石又は電磁石などの所望の磁場を形成するのに適したいずれかの種類の磁石であってよい。

［００３９］ターゲット１０２は、基板上に堆積される原料を有する前面１２６と、反対側の裏面１２４とを備える。ターゲット１０２は、スパッタリング処理中に基板上に堆積されるのに適した任意の好適な材料から製造されうる。例えば、ある実施形態では、ターゲット１０２は、ニッケル－鉄合金（ＮｉＦｅ）、コバルト－鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルト－鉄－ホウ素合金（ＣｏＦｅＢ）、コバルト（Ｃｏ）等から製造されうる。

［００４０］特定の実施形態では、ターゲットは、極紫外線（ＥＵＶ）マスクブランク又はＥＵＶレンズ素子を形成するのに有用な原料を含む。極紫外線リソグラフィシステムのレンズ素子及びマスクブランクは、モリブデン及びケイ素等の材料の多層反射コーティングでコーティングされる。多層コーティングは、ブラッグ干渉によって、１３．５ナノメートルの紫外光に対して極端に狭い紫外線バンドパス、例えば１２．５～１４．５ナノメートルのバンドパス内で光を強く反射する。プラズマスパッタチャンバ１００等のＰＶＤ処理チャンバは、ソース基板にケイ素、金属、合金、化合物、又はこれらの組み合わせの層を含む薄い層を形成する。特定の実施形態では、チャンバ１００は、第１の反射層と第２の反射層の交代反射層を含む多層スタックを形成するのに使用されうる。一実施形態では、第１の反射層と第２の反射層はそれぞれケイ素及びモリブデンから形成されるが、当然ながら、交代層は他の材料から形成されうる、又は他の内部構造を有しうる。非限定的な実施形態では、多層スタックは、２０～６０個の範囲の反射ペア、合計で最大１２０個の反射層を含む。

［００４１］スパッタチャンバは更に、多層スタック上にキャッピング層を形成するのに使用されうる原料のターゲットを含みうる。一または複数の実施形態では、キャッピング層は、例えばルテニウムを洗浄中に十分侵食に耐える硬度を有する原料のターゲットをスパッタリングすることによって形成されうる。プラズマスパッタチャンバは更に、多層スタック、及び存在する場合はキャッピング層の上に吸収体層を形成するために使用されうる。したがって、プラズマスパッタチャンバは更に、例えばプラチナ（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）、金（Ａｕ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化銀（Ａｇ_２Ｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、鉄（Ｆｅ）、二酸化スズ（ＳｎＯ_２）、コバルト（Ｃｏ）、クロムニッケル合金（Ｎｉ_８Ｃｒ_２）、酸化スズ（ＳｎＯ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アクチニウム（Ａｃ）、テルリウム（Ｔｅ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、スズ（Ｓｎ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タンタル酸化物（ＴａＮＯ）、クロム（Ｃｒ）、窒化クロム（ＣｒＮ）及びホウ化タンタル（ＴａＢＯ）からなる群から選択された、ＥＵＶ放射線（例：１３．５ｎｍ）を吸収する吸収体層を形成するための原料のターゲットを備えうる。スパッタチャンバは、例えば酸化タンタル、酸窒化タンタル、又はタンタル酸化ホウ素等のタンタルを含む原料等の、吸収体層に反射防止コーティングを形成するための原料を含むターゲットも含みうる。以下に更に説明するように、本開示の一態様は、ＥＵＶマスクブランク、つまり多層スタック、キャッピング層、吸収体層及び反射防止層を形成するために上述した材料を堆積させうる処理チャンバ又はシステムに関連する。したがって、真空下のロードロックによって互いに通信可能である複数のプラズマスパッタチャンバがあってよく、第１のチャンバは、マグネトロンと、多層スタック（例：モリブデン及びケイ素）を形成するための原料のターゲットとを含むスパッタ源を含み、第２のプラズマスパッタチャンバは、キャッピング層を形成するための原料のターゲットを含むスパッタ源を含み、第３のプラズマスパッタチャンバは、吸収体層を形成するための原料のターゲットを含むスパッタ源を含み、第４のプラズマスパッタチャンバは、反射防止コーティングを形成するための原料のターゲットを含むスパッタ源を含む。ある実行形態では、これらの層の一部あるいは全ては、ＥＵＶマスクブランクが形成されるようにそれぞれの層の各々を形成するために、複数のスパッタ源を備えるマルチカソードＰＶＤチャンバ又はプラズマスパッタチャンバで形成されうる。

［００４２］物理的気相堆積システムにより、反射層、キャッピング層、及び吸収体層が形成される。例えば、物理的気相堆積システムは、ケイ素、モリブデン、酸化チタン、二酸化チタン、酸化ルテニウム、酸化ニオブ、ルテニウムタングステン、ルテニウムモリブデン、ルテニウムニオブ、クロム、タンタル、窒化物、化合物、又はこれらの組み合わせの層を形成しうる。

［００４３］いくつかの実施形態では、ターゲット１０２を支持する及び／又はターゲット１０２をスパッタ源１０１に連結させるために、複数の第１の細長い磁石１１０とターゲット１０２との間にバッキング板１０８が配置されうる。いくつかの実施形態では、バッキング板１０８は、導電性材料、例えば銅－亜鉛、銅－クロム、又はターゲット１０２と同じ材料を含んでいてよく、これにより、バッキング板１０８を介してターゲット１０２に高周波及び直流電力が結合されうる。あるいは、バッキング板１０８は非導電性であってよく、例えば電気フィードスルー等の導電素子（図示せず）を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、バッキング板１０８は、スパッタ源１０１及び／又はターゲット１０２の温度を制御するために、一または複数の温度制御機構を備えうる。例えば、いくつかの実施形態では、バッキング板１０８は、バッキング板１０８を通して温度制御流体を流すためにバッキング板１０８内に形成された一または複数のチャネルを含みうる。

［００４４］いくつかの実施形態では、スパッタ源１０１は、複数の第１の細長い磁石１１０を囲むエンクロージャ１３０を備えうる。上記実施形態では、ターゲット１０２をスパッタ源１０１に連結させやすくするために、エンクロージャ１３０にバッキング板１０８が連結されうる。２つの構成要素として説明したが、バッキング板１０８とエンクロージャ１３０を１つの材料から製造することにより、バッキング板１０８とエンクロージャ１３０の両方を備える一体型設計を提供することが可能である。

［００４５］いくつかの実施形態では、第１の細長い磁石１１０と内側磁石１１４をスパッタ源１０１内の所望の位置に固定するために、複数の第１の細長い磁石１１０と内側磁石１１４が上部プレート１１２と底部リング１２０と底部プレート１２２との間に配置されうる。例えばスパッタ源１０１が既存のエンクロージャ（例：エンクロージャ１３０）の中に組み込まれているいくつかの実施形態では、第１の細長い磁石１１０と内側磁石１１４をエンクロージャ１３０内にしっかり嵌め込むために、複数のスペーサ（図示した２つのスペーサ１１６、１１８）が用いられうる。図１ではプレートとして示しているが、ターゲット１０２は所望の用途において材料をスパッタするのに適したいずれかの形状を有しうる。

［００４６］図２に、本発明のいくつかの実施形態に係るマグネトロンを使用するのに適したプラズマスパッタチャンバ２００等の処理チャンバを示す。いくつかの実施形態では、プラズマスパッタチャンバ２００は一般に、上に基板２０４を受け入れるための基板支持ペデスタル２０２を有するチャンバ本体２２０と、プラズマスパッタチャンバ２００の上部にターゲット２０６を有するスパッタ源１０１（例：上述したスパッタ源１０１）とを含みうる。基板支持ペデスタル２０２は、（図に示す）チャンバ壁２０８又は接地シールドであってよい、接地エンクロージャ壁内に位置していてよい。いくつかの実施形態では、スパッタ源１０１は、誘電体アイソレータ２４４を通して接地導電性アルミニウムアダプタ（アダプタ）２４２上に支持されうる。

［００４７］プラズマスパッタチャンバ２００で実施される特定の用途又は処理に対応するためにターゲット２０６に電力を送るため、任意の数の電源が用いられうる。例えば、いくつかの実施形態では、直流電源２２６と高周波電源２２４は、上述したバッキング板１０８等のソース分配板（図示せず）を介してターゲット２０６にそれぞれ直流電力及び高周波電力を送りうる。上記実施形態では、ターゲット２０６にマイナスの電圧又はバイアスを印加するために、直流電源２２６が用いられうる。いくつかの実施形態では、高周波電源２２４によって供給される高周波エネルギーは、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚまでの周波数範囲であってよい、あるいは、例えば２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、又は６０ＭＨｚ等の非限定的な周波数が使用されうる。いくつかの実施形態では、複数の上記周波数において高周波エネルギーを送るために、複数の高周波電源、すなわち２つ以上の高周波電源が配設されうる。

［００４８］基板支持ペデスタル２０２は、ターゲット２０６の主面に面し、処理される基板２０４を支持する基板支持面２１０を有する。基板支持ペデスタル２０２は、プラズマスパッタチャンバ２００の処理領域２４８において基板２０４を支持しうる。処理領域２４８は、処理中は（例えば、処理位置にあるときは、ターゲット２０６と基板支持ペデスタル２０２との間の）基板支持ペデスタル２０２の上方の領域として画定される。

［００４９］幾つかの実施形態では、基板支持ペデスタル２０２は、プラズマスパッタチャンバ２００の処理の下部のロードロックバルブ（図示せず）を通して基板支持ペデスタル２０２上に基板２０４を移送し、その後（例えば上述したように）一または複数の処理位置へ持ち上げることができるように、底部のチャンバ壁２５２に接続されたベローズ２５０を通して垂直に可動であってよい。

［００５０］ガス源２５４から一または複数の処理ガスが、質量流コントローラ２５６を通してプラズマスパッタチャンバ２００の下部の中へ供給されうる。プラズマスパッタチャンバ２００内部を排気して、プラズマスパッタチャンバ２００内の所望の圧力を維持しやすくするために、排気口２５８を設け、バルブ２６０を介してポンプ（図示せず）に連結させることができる。

［００５１］いくつかの実施形態では、一または複数の電源（図示した高周波電源２６２及び直流電源２６４）が基板支持ペデスタル２０２に連結されうる。存在する場合、基板２０４上にマイナスの直流バイアスを誘導するために、基板支持ペデスタル２０２に高周波電源２６２が連結されうる。加えて、幾つかの実施形態では、処理中に基板２０４上にマイナスの直流セルフバイアスが形成されうる。

［００５２］いくつかの実施形態では、プラズマスパッタチャンバ２００はさらに、アダプタ２４２のリッジ（ｌｅｄｇｅ）２７６に接続された処理キットシールド２７４を含みうる。アダプタ２４２が今度はチャンバ壁２０８に密閉され接地される。一般に、処理キットシールド２７４は、アダプタ２４２の壁及びチャンバ壁２０８に沿って下向きに基板支持ペデスタル２０２の上面の下方まで延びて、基板支持ペデスタル２０２の上面に達するまで上向きに戻る（底部においてＵ字状の部分２８４を形成している）。あるいは、処理キットシールドの最低部はＵ字状の部分２８４である必要はなく、いずれかの適切な形状を有しうる。カバーリング２８６は、処理キットシールド２７４の上向きに延びているリップ（ｌｉｐ）２８８の上部に置かれる。付加的な堆積リング（図示せず）を使用して、基板２０４の周囲を堆積から保護することができる。

［００５３］幾つかの実施形態では、磁石２９０は、基板支持ペデスタル２０２とターゲット２０６との間に磁場を選択的に発生させるために、プラズマスパッタチャンバ２００の近くに配置されうる。例えば、図２に示すように、磁石２９０は、処理位置にあるときに、基板支持ペデスタル２０２の真上の領域内のチャンバ壁２０８の外側の近くに配置されうる。幾つかの実施形態では、磁石２９０は、例えばアダプタ２４２の隣等の他の場所に付加的に又は代替的に配置されうる。磁石２９０は電磁石であってよく、電磁石によって生成される磁場の規模を制御するための電源（図示せず）に連結されうる。存在する場合、磁石２９０は、基板２０４の上に材料を堆積させる前、最中、又は後に、ターゲット２０６からスパッタリングされる材料を所望の配向に移動させやすくするために、基板２０４の近くに均一な磁場を発生させるように構成されうる。

［００５４］コントローラ２１８をプラズマスパッタチャンバ２００の様々な構成要素に提供および結合させて、それらの動作を制御することができる。コントローラ２１８は、中央処理装置（ＣＰＵ）２１２、メモリ２１４、及び支援回路２１６を含む。コントローラ２１８は、直接、または特定のプロセスチャンバおよび／もしくは支援システム構成要素に関連するコンピュータ（もしくはコントローラ）を介して、プラズマスパッタチャンバ２００を制御することができる。コントローラ２１８は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業環境で使用されうる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つでありうる。コントローラ２１８のメモリ又はコンピュータ可読媒体２１４は、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、光記憶媒体（例えば、コンパクトディスク若しくはデジタルビデオディスク）、フラッシュドライブ、又はローカル若しくは遠隔の任意の他の形態のデジタルストレージなど、容易に入手可能なメモリのうちの一又は複数とすることができる。支援回路２１６は、従来の方式でプロセッサを支援するためにＣＰＵ２１２に連結される。これらの回路は、キャッシュ、電力供給装置、クロック回路、入出力回路、及びサブシステムなどを含む。一又は複数の処理は、本書に記載の方法でプラズマスパッタチャンバ２００の動作を制御するために実行されうる又は呼び出されうるソフトウェアルーチンとして、メモリ２１４内に記憶させることができる。ソフトウェアルーチンは更に、ＣＰＵ２１２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ＣＰＵ（図示せず）によって記憶及び／又は実行されうる。

［００５５］図３に、支持プレート３１４と、第２の極性（例：Ｓ）の内側磁石３１２を囲む第１の極性（例：Ｎ）の複数の第１の磁石３１０を含む外側の極３０２とを備える従来のマグネトロン３０３を示す。図４に示すモデリングデータは、ターゲットの半径全体の低い磁束密度を示し、図５は、ターゲットの半径全体のむらのある侵食プロファイルを示している。

［００５６］図６に、本開示の一実施形態に係るマグネトロン３２３を示す。マグネトロン３２３は、支持プレート３５４上にあり、図１に示すターゲット１０２等のスパッタリングターゲットの裏側でターゲット１０２に対して固定された関係に位置づけ可能な外側の極３３２、第１の内側の極３３４、及び第２の内側の極３３６を備える。本書で言うターゲットに対して固定された関係とは、マグネトロン３２３が静的であり、ターゲットに対して移動又は回転しないという事実を指すものである。業界において、上記マグネトロンは、静的マグネトロン又は固定マグネトロンと称されうる。これらは、ターゲットに対して回転する磁石アレイを有する回転マグネトロンなどの、ターゲットに対して移動可能なマグネトロンとは区別される。外側の極３３２は、第１の磁極性（例：Ｎ極性）の複数の第１の細長い磁石３４２であって、磁気ヨークであってよい支持プレート３５４に装着され、第１の閉パターンで中心領域３５０周辺に配置された第１の細長い磁石３４２を備える。閉パターンは、図示したように、実質的に円形であってよい。更に以下に説明するように、「細長い」磁石は、幅又は直径の寸法よりも長い長さ寸法を有する磁石を指している。「実質的に円形」とは、いくつかの実施形態では完全な円である閉パターンを指している、あるいは、いくつかの実施形態では、一定の半径を有さない場合がある円等の不完全な円を指している。

［００５７］更に図６を参照すると、マグネトロン３２３は、第１の閉パターン内に配置され且つ間隙によって外側の極３３２から分離されている第１の内側の極３３４であって、磁気ヨークの形態の支持プレート３５４に装着され第２の閉パターンに配置された前記第１の磁極性の反対の第２の磁極性（例：Ｓ極性）の複数の第２の細長い磁石３４４を備える第１の内側の極３３４を有する。閉パターンは、図示したように、実質的に円形であってよい。

［００５８］図６に示すマグネトロンは更に、中心領域３５０に配置され、第１の内側の極３３４によって形成された第２の閉パターンによって囲まれ、間隙によって第１の内側の極３３４から分離されている第２の内側の極３３６であって、磁気ヨークの形態の支持プレート３５４に装着された第１の磁極性の少なくとも１つの第３の細長い磁石３４６を備える第２の内側の極３３６を含み、外側の極、第１の内側の極、及び第２の内側の極は、第２の極性の磁石の極の全磁力に対する第１の極性の磁石の極の全磁力によって定義される比率がアンバランスになるように配置され、アンバランスな比率は１を上回り３を下回る。つまり、第２の極性の複数の第２の細長い磁石３４４の磁石の全磁力に対する、第１の極性の複数の第１の細長い磁石３４２及び第３の細長い磁石３４６（複数可）の全磁力である。

［００５９］いくつかの実施形態では、アンバランスな比率は、１～２．９、１～２．８、１～２．７、１～２．６、１～２．５、１～２．４、１～２．３、１～２．２、１．５～２．９、１．５～２．８、１．５～２．７、１．５～２．６、１．５～２．５、１．５～２．４、１．５～２．３又は１．５～２．２の範囲である。一または複数の実施形態では、マグネトロンは、外側の極、第１の内側の極、及び第２の内側の極から選択された３つ以下の極を含む。一または複数の実施形態では、第２の内側の極は１つの磁石を備える。一または複数の実施形態では、第２の内側の極は、閉パターン、例えば実質的に円形のパターンに配置された複数の磁石を備える。一または複数の実施形態では、マグネトロンは５．５インチ～８．５インチ（１３９．７ｍｍ～２１５．９ｍｍ）の範囲の直径を有する。

［００６０］図６のマグネトロン３２３のモデリングデータを図７に示す。図７は、図３の設計よりも高い、ターゲットの半径全体の磁束密度を示している。図８に、図５に示す侵食プロファイルよりも一様な、ターゲットの半径全体の侵食プロファイルを示す。

［００６１］図９に、外側の極３７２、第１の内側の極３７４及び第２の内側の極３７６が、磁気ヨークの形態の支持プレート３９４に装着されている、マグネトロン３６３の一実施形態を示す。外側の極３７２は、第１の閉パターンに配置され且つ支持プレート３９４に装着された第１の磁極性（例：Ｎ極性）の複数の第１の細長い磁石３８２を備える。第１の内側の極３７４は、第１の閉パターン内に配置され且つ間隙によって外側の極３７２から分離されており、磁気ヨークの形態の支持プレート３９４に装着され第２の閉パターンに配置された第１の磁極性の反対の第２の磁極性（例：Ｓ極性）の複数の第２の細長い磁石３８４を備える。図９のマグネトロン３６３は、中心領域３６０に配置され、第１の内側の極３７４によって形成された第２の閉パターンによって囲まれ、間隙によって第１の内側の極３７４から分離されている第２の内側の極３７６であって、磁気ヨークの形態の支持プレート３９４に装着された第１の磁極性の第３の細長い磁石３８６を備える第２の内側の極３７６を含み、外側の極、第１の内側の極、及び第２の内側の極は、第２の極性の磁石の極の全磁力に対する第１の極性の磁石の極の全磁力によって定義される比率がアンバランスになるように配置され、アンバランスな比率は１を上回り３を下回る。図９のマグネトロン３６３のモデリングデータを図１０に示す。図１０は、図３の設計よりも均一な、ターゲットの半径全体の磁束密度を示している。図１１に、図５に示す侵食プロファイルよりも一様な、ターゲットの半径全体の侵食プロファイルを示す。図９のターゲットの特性を改善するために、アンバランスな比率を更に最適化することが期待される。

［００６２］図１２Ａに、支持プレート４０１と、上部プレート４０２及び４０３とを備える、完全に組み立てられたマグネトロン４００を示す。マグネトロン４００は、外側の極４０４と、第１の内側の極４０５と、第２の内側の極４０６とを含む。

［００６３］本開示の一または複数の実施形態では、少なくとも外側の極と第１の内側の極とに、及びいくつかの実施形態では第２の内側の極とに使用される磁石は、性能の改善と、より一様な侵食プロファイルを提供する寸法を有する。図１２Ｂを参照すると、磁石４０８は長さ「Ｌ」と幅又は直径「Ｄ」とを有する。本書で使用する「細長い」とは、幅又は直径「Ｄ」よりも長い長さ「Ｌ」を有する磁石を指し、Ｌ：Ｄの比率は１：１よりも大きく、例えばＬ：Ｄは１．１：１、１．２：１、１．３：１、１．４：１、１．５：１、１．６：１、１．７：１、１．８：１、１．９：１、２：１、２．１：１、２．２：１、２．３：１、２．４：１、２．５：１、２．６：１、２．７：１、２．８：１、２．９：１又は３：１よりも大きい。一または複数の実施形態では、Ｌ：Ｄの比率は１．５：１～５：１、２：１～５：１、又は３：１～５：１の範囲である。

［００６４］図１３は、複数の磁石を本書に記載の様々なパターンに支持するための、磁気ヨークの形態であってよい支持プレート４１０を示す図である。支持プレートは、閉パターン４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１２ｄ、４１２ｅ、４１２ｆ、４１２ｇ等を形成する複数の開口部を有し、本書に示す様々な同心の実質的に円形の閉パターンが可能でありうる。

［００６５］図１４に、あるパターンに配置された複数の第１の細長い磁石４４２からなる第１の極性（例：Ｎ）の外側の極４３２と、複数の第２の細長い磁石４４４からなる第２の極性（例：Ｓ）の第１の内側の極４３４と、複数の第３の細長い磁石４４６からなる第１の極性の第２の内側の極４３６と、１つの細長い磁石からなる第２の極性の第３の内側の極４３８とを有するマグネトロン４２３の比較例を示す。したがって、３つを上回る極がある。図１５にモデリングから得られた磁束データを示し、図１６にターゲットの侵食データを示す。第４の極を追加すると、侵食プロファイルの変動性の度合いが上がり、その結果非常にむらのあるプロファイルとなることが分かる。

［００６６］図１７に、本開示の一実施形態に係るマグネトロン４６３を示す。マグネトロン４６３は、３つの極、すなわち第１の閉パターンに配置された複数の第１の細長い磁石４８２からなる第１の極性（例：Ｎ）の外側の極４７２と、第２の閉パターンに配置され、第１の閉パターン内にあり、間隙によって分離されている複数の第２の細長い磁石４８４からなる第２の極性（例：Ｓ）の第１の内側の極４７４と、複数の第３の細長い磁石４８６からなる第１の極性の第２の内側の極４７６とを備える。図１８及び図１９を再び参照すれば、極を３つに限定し、外側の閉パターンで第１の閉パターンと第２の閉パターンを囲むことによる、改善された磁束密度の性能と、図１５及び図１６に示すよりも一様なターゲットの半径全体の侵食プロファイルが示されている。上述した範囲内のアンバランスな比率の最適化により、性能が更に改善されることが期待される。

［００６７］一または複数の実施形態では、マグネトロンの直径は５．５～８．５インチ（１３９．７ｍｍ～２１５．９ｍｍ）であり、５．５～８．５インチ（１３９．７ｍｍ～２１５．９ｍｍ）の範囲の直径を有するスパッタリングターゲットの裏側に、ターゲットに対して固定された関係に位置づけ可能である。一または複数の実施形態では、外側の極は本書に記載のＬ：Ｄ比を有する１５～３０、１５～２５、１５～２３、又は１５～１９個の個別の細長い円筒形磁石を備え、第１の内側の極は本書に記載のＬ：Ｄ比を有する８～１２、９～１２、又は１０～１２個の個別の細長い円筒形磁石を備え、第２の内側の極は本書に記載のＬ：Ｄ比を有する１～６、２～６、３～６、４～６、又は５～６個の個別の細長い円筒形磁石を備える。この選択されたＬ：Ｄ比を有する外側の極、第１の内側の極、及び第２の内側の極の磁石それぞれの各数により、アンバランスな比率の最適化が１以上及び３未満になりうる。

［００６８］一実施形態に係るマルチカソードＰＶＤチャンバ、例えばプラズマスパッタチャンバ５００の上部を示す図である図２０をここで参照する。マルチカソードプラズマスパッタチャンバ５００は、上部アダプタ５０４によって覆われている円筒形本体部５０２を有する基礎構造５０１を含む。上部アダプタ５０４は、上部アダプタ５０４の周りに位置づけされたカソードソース５０６、５０８、５１０、５１２、及び５１４等の幾つかのカソードソースを提供する。図６、図９及び図１７で説明したマグネトロン、及びそれらの変形例は、多層スタックだけでなく、単一のチャンバにおいて上述したキャッピング層、吸収体層及び反射防止層を形成するためにマルチカソードソースチャンバ５００において用いることが可能である。例えば、物理的気相堆積システムは、ケイ素、モリブデン、酸化チタン、二酸化チタン、酸化ルテニウム、酸化ニオブ、ルテニウムタングステン、ルテニウムモリブデン、ルテニウムニオブ、クロム、タンタル、窒化物、化合物の層、又はこれらの組み合わせの層を形成しうる。幾つかの化合物を酸化物として記載したが、当然ながら、化合物には酸化物、二酸化物、酸素原子を有する原子混合物、又はこれらの組み合わせが含まれうる。

［００６９］本開示の別の態様は、プラズマスパッタチャンバ内で基板を処理する方法に関連し、本方法は、チャンバ壁によって画定されたプラズマスパッタチャンバの処理領域内の基板支持体上に基板を配置することであって、処理領域は上部と下部を含み、基板支持体は下部にあり、上部は、スパッタリングターゲットの裏側でターゲットに対して固定された関係に位置づけ可能な、外側の極と、第１の内側の極と、第２の内側の極とを備えるマグネトロンを含み、外側の極は、第１の磁極性の複数の第１の細長い磁石であって、磁気ヨークに装着され且つ中心領域周辺に第１の閉パターンに配置された第１の細長い磁石を備え、第１の内側の極は、第１の閉パターン内に配置され且つ間隙によって外側の極から分離されており、磁気ヨークに装着され第２の閉パターンに配置された第１の磁極性の反対の第２の磁極性の複数の第２の細長い磁石を備え、第２の内側の極は、中心エリアに配置され、第２の閉パターンによって囲まれ、間隙によって第１の内側の極から分離されており、磁気ヨークに装着された第１の磁極性の少なくとも１つの第３の細長い磁石を備え、極は、第２の極性の磁石の極の全磁力に対する第１の極性の磁石の極の全磁力によって定義される比率がアンバランスになるように配置され、アンバランスな比率は１を上回り３を下回る、基板を配置することと、上部の基板支持体の上方に位置する原料を含むターゲットから、基板上に材料をスパッタリングすることとを含む。

［００７０］本方法の一実施形態では、マグネトロンは、外側の極、第１の内側の極、及び第２の内側の極から選択された３つ以下の極を含み、ターゲットは５．５～８．５インチの範囲の直径を有する。本方法の一または複数の実施形態では、基板はＥＵＶマスクブランクとして使用される低熱膨張基板であり、原料は、モリブデン、ケイ素、及びタンタル含有材料から選択され、モリブデンとケイ素の交互層の多層スタックを堆積し、タンタルを含むＥＵＶ吸収層を堆積することを含む。本方法の一または複数の実施形態では、プラズマスパッタチャンバは、ケイ素を含む第１のスパッタリングターゲットと、モリブデンを含む第２のターゲットと、タンタルを含む第３のターゲットとを含み、本方法は、第１のターゲットと第２のターゲットとを交互にスパッタリングすることによって多層スタックを堆積し、その後に第３のターゲットをスパッタリングして多層スタック上にタンタルを含む層を形成するためにすることとを含む。

［００７１］したがって、ターゲットのより一様な侵食プロファイルを提供するチャンバ及び方法が提供される。加えて、本書に記載のマグネトロンは、既存のマグネトロンよりも高い磁束密度で動作することができ、プラズマに対する着火圧力を低減させることができる。着火圧力が低減することで、改善された特性を有し欠陥が少ない膜を形成することが可能になり、ＥＵＶマスクブランクの製造において使用されるＭｏ／Ｓｉ多層膜にとって特に有益である。圧力の低減により、密度の高い層の形成、及びＥＵＶマスクブランクの特性の改善が可能になる。

［００７２］この明細書全体を通じて、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「一又は複数の実施形態」、又は、「実施形態」に対する言及は、実施形態に関連して説明されている特定の特徴、構造、材料、又は特性が、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。ゆえに、この明細書全体の様々な箇所での「一又は複数の実施形態で」、「特定の実施形態で」、「一実施形態で」、又は「実施形態で」などの表現は、必ずしも、本開示の同一の実施形態に言及するものではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、一又は複数の実施形態において任意の適切な様態で組み合わせることができる。

［００７３］本明細書の開示内容を特定の実施形態を参照しながら説明してきたが、これらの実施形態は本開示の原理及び用途の例示にすぎないことを理解されたい。本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に対して様々な改変及び変形を行い得ることが、当業者には明らかになろう。ゆえに、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内である改変例及び変形例を含むことが意図されている。

Claims

プラズマスパッタチャンバ用のマグネトロンであって、
スパッタリングターゲットの裏側でターゲットに対して固定された関係に位置づけられた、外側の極と、第１の内側の極と、第２の内側の極とを備え、
前記外側の極は、第１の磁極性の複数の第１の細長い磁石であって、磁気ヨークに装着され、中心領域周辺に第１の閉パターンに配置され且つ互いに分離された複数の第１の細長い磁石を備え、
前記第１の内側の極は、前記第１の閉パターン内に配置され且つ間隙によって前記外側の極から分離されており、前記磁気ヨークに装着され第２の閉パターンに配置された前記第１の磁極性の反対の第２の磁極性の複数の第２の細長い磁石であって、互いに分離された複数の第２の細長い磁石を備え、
前記第２の内側の極は、前記中心領域に配置され、前記第２の閉パターンによって囲まれ、間隙によって前記第１の内側の極から分離されており、前記磁気ヨークに装着された前記第１の磁極性の少なくとも１つの第３の細長い磁石を備え、前記外側の極、前記第１の内側の極、及び前記第２の内側の極は、第２の極性の磁石の極の全磁力に対する第１の極性の磁石の極の全磁力によって定義される比率がアンバランスになるように配置され、アンバランスな比率は１を上回り３を下回る、
プラズマスパッタチャンバ用のマグネトロン
を備えるプラズマスパッタチャンバ。
前記第１の閉パターンと前記第２の閉パターンは実質的に円形である、請求項１に記載のプラズマスパッタチャンバ。
前記アンバランスな比率は１．５～２．５の範囲である、請求項１に記載のプラズマスパッタチャンバ。
前記第２の内側の極は単一の磁石を備える、請求項２に記載のプラズマスパッタチャンバ。
前記第２の内側の極は、円形パターンに配置された複数の磁石を備える、請求項２に記載のプラズマスパッタチャンバ。
前記マグネトロンは、５．５インチ～８．５インチの範囲の直径を有する、請求項２に記載のプラズマスパッタチャンバ。
前記細長い磁石は、ある長さとある直径を有する実質的に円筒形であり、長さ対直径の比率は２：１を上回る、請求項２に記載のプラズマスパッタチャンバ。
前記プラズマスパッタチャンバ内の処理領域を画定するチャンバ壁
をさらに備える、請求項１に記載のプラズマスパッタチャンバ。
プラズマスパッタチャンバ内で基板を処理する方法であって、
チャンバ壁によって画定された前記プラズマスパッタチャンバの処理領域内の基板支持体上に基板を配置することであって、
前記処理領域は上部と下部を含み、前記基板支持体は前記下部にあり、
前記上部は、スパッタリングターゲットの裏側でターゲットに対して固定された関係に位置づけられた、外側の極と、第１の内側の極と、第２の内側の極とを備えるマグネトロンを含み、
前記外側の極は、第１の磁極性の複数の第１の細長い磁石であって、磁気ヨークに装着され且つ中心領域周辺に第１の閉パターンに配置され且つ互いに分離された複数の第１の細長い磁石を備え、
前記第１の内側の極は、前記第１の閉パターン内に配置され且つ間隙によって前記外側の極から分離されており、前記磁気ヨークに装着され第２の閉パターンに配置された前記第１の磁極性の反対の第２の磁極性の複数の第２の細長い磁石であって、互いに分離された複数の第２の細長い磁石を備え、
前記第２の内側の極は、中心領域に配置され、前記第２の閉パターンによって囲まれ、間隙によって前記第１の内側の極から分離されており、前記磁気ヨークに装着された前記第１の磁極性の少なくとも１つの第３の細長い磁石を備え、前記外側の極、前記第１の内側の極、及び前記第２の内側の極は、第２の極性の磁石の極の全磁力に対する第１の極性の磁石の極の全磁力によって定義される比率がアンバランスになるように配置され、アンバランスな比率は１を上回り３を下回る、
基板を配置することと、
前記上部の基板支持体の上方に位置する原料を含む前記ターゲットから、基板上に材料をスパッタリングすることと
を含む方法。
前記ターゲットは５．５インチ～８．５インチの範囲の直径を有する、請求項９に記載の方法。
前記基板はＥＵＶマスクブランクとして使用される低熱膨張基板であり、
前記原料は、モリブデン、ケイ素、及びタンタル含有材料から選択され、
モリブデンとケイ素の交互層の多層スタックを堆積し、タンタルを含むＥＵＶ吸収層を堆積する、請求項１０に記載の方法。
前記プラズマスパッタチャンバは、ケイ素を含む第１のスパッタリングターゲットと、モリブデンを含む第２のターゲットと、タンタルを含む第３のターゲットとを含み、
第１のターゲットと前記第２のターゲットとを交互にスパッタリングすることによって前記多層スタックを堆積し、その後に前記第３のターゲットをスパッタリングして前記多層スタック上にタンタルを含む層を形成する、請求項１１に記載の方法。
プラズマスパッタチャンバであって、
前記プラズマスパッタチャンバ内で処理領域を画定するチャンバ壁と、
スパッタリングターゲットの裏側でターゲットに対して固定された関係に位置づけられた、外側の極と、第１の内側の極と、第２の内側の極とを備えるマグネトロンと、
を備え、
前記外側の極は、第１の磁極性の複数の第１の細長い磁石であって、磁気ヨークに装着され、中心領域周辺に第１の閉パターンに配置され且つ互いに分離された複数の第１の細長い磁石を備え、
前記第１の内側の極は、前記第１の閉パターン内に配置され且つ間隙によって前記外側の極から分離されており、前記磁気ヨークに装着され第２の閉パターンに配置された前記第１の磁極性の反対の第２の磁極性の複数の第２の細長い磁石であって、互いに分離された複数の第２の細長い磁石を備え、
前記第２の内側の極は、前記中心領域に配置され、前記第２の閉パターンによって囲まれ、間隙によって前記第１の内側の極から分離されており、前記磁気ヨークに装着された前記第１の磁極性の少なくとも１つの第３の細長い磁石を備え、前記外側の極、前記第１の内側の極、及び第２の内側の極は、第２の極性の磁石の極の全磁力に対する第１の極性の磁石の極の全磁力によって定義される比率がアンバランスになるように配置され、アンバランスな比率は１を上回り３を下回る、
プラズマスパッタチャンバ。