JPH10183342A - スパッタ用プラズマ発生アクティブシールド - Google Patents

スパッタ用プラズマ発生アクティブシールド

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JPH10183342A
JPH10183342A JP9312570A JP31257097A JPH10183342A JP H10183342 A JPH10183342 A JP H10183342A JP 9312570 A JP9312570 A JP 9312570A JP 31257097 A JP31257097 A JP 31257097A JP H10183342 A JPH10183342 A JP H10183342A
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shield wall
conductive
shield
coil
channel
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JP9312570A
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Sergio Edelstein
エーデルシュタイン セルジオ
Mani Subramani
スブラマニ マニ
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Applied Materials Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造システムにおけるプラズマチャン
バ用のコイルとシールドの組合せを提供する。 【解決手段】 コイルシールドは、エネルギーを効率的
にプラズマに結合するために複数の巻きを持つと共に、
第１シールドの背後に配置された第２シールドに堆積材
料が到達するのを実質上阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマジェネレー
タに関し、より詳細には半導体デバイスの製造におい
て、プラズマを発生させて材料層をスパッタ堆積させる
ための方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】低圧高周波（ＲＦ）によって発生するプ
ラズマは、表面処理、堆積、およびエッチングプロセス
を含む様々な半導体デバイス製造プロセスで使用できる
高エネルギーイオンと活性原子の便利な発生源となって
いる。例えば、スパッタ堆積プロセスを使って半導体ウ
エハ上に材料を堆積させるには、負にバイアスされたス
パッタ・ターゲット材料の近くでプラズマを発生させ
る。ターゲットに隣接して生成されるイオンは、ターゲ
ットの表面に衝突してターゲットから材料を追い出す、
すなわち「スパッタ」する。スパッタされた材料は、そ
の後、運搬されて半導体ウエハの表面に堆積する。
【０００３】スパッタされた材料は、基板の表面に対し
て傾斜した角度で、ターゲットから堆積を受ける基板ま
で直線経路で移動する傾向がある。その結果、深さ対幅
の高いアスペクト比を持つ溝や穴を有する半導体デバイ
スのエッチングされた溝や穴に堆積した材料が架橋し
て、堆積層内に望ましくない空洞をもたらす場合があ
る。このような空洞を防ぐために、スパッタされた材料
がプラズマによって充分にイオン化される場合は、基板
を負に帯電させて、垂直方向に向いた電場を基板に隣接
して配置することによって、スパッタされた材料の向き
を、ターゲットと基板の間の実質的に垂直な経路に変更
することができる。しかしながら、低密度プラズマ内で
スパッタされた材料は、過剰な空洞数の形成を避けるに
は通常不十分な１％に未たないイオン化度を持つことが
多い。従って、堆積層中の望ましくない空洞の形成を減
少させるために、プラズマの密度を増加させて、スパッ
タされた材料のイオン化率を増加させることが望まし
い。本明細書で使用される場合、用語の「密なプラズ
マ」とは、電子とイオンの高い密度を有するプラズマを
指すものとする。
【０００４】容量結合、誘導結合、およびウェーブ加熱
を含め、ＲＦ電場を用いてプラズマを励起させる幾つか
の既知の技術がいくつかある。標準の容量結合プラズマ
（ＩＣＰ）ジェネレータでは、プラズマを囲むコイルを
通るＲＦ電流がプラズマ中に電磁電流を誘導する。これ
らの電流は誘導プラズマをオーム加熱によって加熱する
ので、プラズマを定常状態に維持する。例えば、米国特
許第4,362,632 号に示すように、コイルを流れる電流
は、コイルがトランスの一次巻線として働くように、イ
ンピーダンス整合回路を介してコイルに連結されるＲＦ
ジェネレータによって供給される。プラズマはトランス
の単巻の二次巻線として働く。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】物理気相堆積チャンバ
等の多くの堆積チャンバでは、チャンバ壁はステンレス
鋼等の導電性から形成されることが多い。チャンバ壁の
導電性を理由に、チャンバ自体の中にアンテナコイルま
たは電極を置くことがしばしば必要となるが、その理由
は、導体チャンバ壁がアンテナから放射する電磁エネル
ギーを阻止または実質的に減衰させるからである。その
結果、コイルとその支持構造体は、堆積フラックスと高
エネルギープラズマ粒子とに直接曝される。これがウエ
ハ上に堆積する膜の潜在的汚染源であり、望ましくな
い。
【０００６】コイルを保護するために、セラミック等の
非導電材料でできたシールドをコイルの前に置くことが
できる。しかしながら、多くの堆積プロセスは、製造中
の電子デバイス上へのアルミニウム等の導電材料の堆積
を必然的に伴う。導電材料はセラミックシールドをコー
ティングするであろうから、直ちに導電性を持つように
なり、従って、再びプラズマ内への電磁放射の貫入を実
質的に減衰させることになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、チャン
バ内でプラズマを発生させるための、上述の制限を実用
上で回避する改良された方法と装置を提供することであ
る。
【０００８】これらとその他の目的および利点は、本発
明の一局面によれば、多回巻コイルを形成する導電シー
ルドを備えるプラズマ発生装置によって達成される。導
電コイルシールドは、電磁エネルギーをプラスマに誘導
的に結合するように、ＲＦ源に連結される。そのような
編成は、ＲＦ電力の減衰を避けると同時に、コイルシー
ルドからの汚染粒子の発生を実質的に削減するものと考
えられる。更に、コイルシールドは複数の巻きを持つの
で、ＲＦ電力を放射するのに必要な電流は、単巻コイル
に要求される電流に比べて削減される。
【０００９】
【発明の実施の形態】まず図１、２を参照すれば、本発
明の実施例によるプラズマジェネレータは、真空チャン
バ１０２（図２に概略的に示す）内に収容される実質的
に円筒形のプラズマチャンバ１００を備える。本実施例
のプラズマチャンバ１００は、多回巻コイルの形に形成
された内部シールド１０４を持ち、外部シールド１０６
によって内部に絶縁的に装着される。シールド１０４、
１０６は真空チャンバ１０２の内部壁１０７（図３）
を、プラズマチャンバ１００の内部に堆積する材料から
保護する。
【００１０】ＲＦジェネレータ１０８からの高周波（Ｒ
Ｆ）エネルギーはコイルシールド１０４から堆積システ
ム１００の内部に放射され、それが堆積システム１００
内のプラズマを付勢する。イオンフラックスは、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に衝突する。ターゲット１１０はＤＣ電源１
１１によって負にバイアスされる。イオンは、堆積シス
テム１００の底部でペデスタル１１４によって支持され
たウエハその他のワークである基板１１２上に、ターゲ
ットから材料を放出する。ターゲット１１０の上方に設
ける回転マグネトロン磁石アセンブリ１１６は磁場を発
生させ、その磁場が、ターゲット１１０の均一な侵食を
促進するために、ターゲット１１０の表面を掃射する。
【００１１】ターゲット１１０から放出された材料の原
子は、次に、プラズマに誘導的に結合されたコイルシー
ルド１０４によって付勢中のプラズマによってイオン化
される。ＲＦジェネレータ１０８は、アンプとインピー
ダンス整合回路１１８を介してコイルシールド１０４に
連結されることが望ましい。コイルシールド１０４の他
端は、好ましくは、可変コンデンサでもよいコンデンサ
１２０を介して、アースに連結される。イオン化した堆
積材料は基板１１２に誘引されて、その上に堆積層を形
成する。ペデスタル１１４は、基板１１２を外部的にバ
イアスするように、ＡＣ（またはＤＣかＲＦ）源１２１
によって負にバイアスしてもよい。同時係属中の、Ken
Ngan、 Simon Hui、 Gongda Yao による特許出願第08/6
77,588号、１９９６年７月９日出願(Attorney Docket#1
402/PVD/DV) 、発明の名称名称「全面高密度プラズマ堆
積を提供するための方法」（同出願は本出願の譲受人に
譲渡され、引用によって本明細書に全体的に組み込まれ
ている）で、より詳細に記載されるように、基板１１２
の外部バイアスを任意に除去してもよい。
【００１２】コイルシールド１０４は、同時係属中の、
Ivo Raaijmakers 、Bradley Stimson 、John Forsterに
よる特許出願第08/559,345号、１９９５年１１月１５日
出願(Attorney Docket No.938/PVD/DV) 、発明の名称
「プラズマを発生させるための方法と装置」（同出願は
本出願の譲受人に譲渡され、引用によって本明細書に全
体的に組み込まれている）に記載のコイルシールドと同
様、堆積する材料から真空チャンバ壁１０７を保護す
る。しかし、より詳細に以下に説明するように、本発明
の一局面によれば、コイルシールド１０４は、コイルシ
ールド１０４に多回巻コイルとして機能させる螺旋形の
設計を持つ。その結果、ＲＦエネルギーをプラズマに結
合させるのに必要な電流の大きさは、単巻コイルが必要
とする大きさに比べて削減される。チャンバ構成要素の
電流容量要件を削減することによって、設計を簡略化し
てコストを削減できる。
【００１３】図示実施例では、コイルシールド１０４
は、直径直径１０〜１２インチのほぼ円筒形に形成され
た強力ビード吹き高純度（純度９９．９９５％が望まし
い）の中実チタン等の導電材料でできている。しかしな
がら、スパッタされる材料その他の要因によっては、他
の高導電材料を使用してもよい。例えば、スパッタされ
る材料がアルミニウムの場合は、ターゲットとコイルシ
ールド１０４の両者を高純度アルミニウムで製作しても
よい。
【００１４】コイルシールド１０４が多回巻コイルとし
て機能できるように、シールド１０４の壁を貫通して切
削された細いチャンネル１２２（１／４から１／８イン
チの幅が望ましい）が螺旋形に形成されるので、結果と
してのコイルシールド１０４は、螺旋状に巻かれた導電
材料の連続したストリップを構成する。コイルシールド
１０４の各巻き、つまりワインディング１２３は、連続
チャンネル１２２によって与えられる隙間１２５（図
３）によって、隣接する巻きから分離される。図示実施
例のコイルシールド１０４の全体形状はほぼ円筒形だ
が、用途によって他の形状を使用してもよい。
【００１５】図示実施例では、チャンネル１２２は、レ
ーザーの使用によってシールド１０４を貫通して切削さ
れる。その外に、金属の切削のために細いホットワイヤ
を使用するＥＤＭ等の他の切削方法を使用してもよい。
チャンネル１２２用の螺旋形はレーザー切削法を簡略化
するために望ましいが、チャンネル１２２ａ（図４）で
示すようなレクティリニア(rectilinear) 形を含む他の
形状にチャンネルを切削することもできると予想され
る。チャンネル１２２ａは直線平行セグメント４００、
４０２から成り、回転ブレードその他の切削手段による
切削を容易にする。更に別の実施例では、コイルシール
ドは、ほぼ円筒形の多回巻状にロール加工された材料の
平たいストリップ材から形成してもよい。
【００１６】チャンネル１２２は、図示実施例では、円
筒形コイルシールド１０４を約３回囲んで、約３回のコ
イルのワインディングつまり巻きを画成する。ワインデ
ィング数がその特定用途によって変化することは言うま
でもない。ワインディング数を増すことは、一般に、所
定の電力をプラズマに結合するための必要電流レベルを
削減するが、コイルシールドを製作するコストは、追加
ワインディングをシールドに切削することによって増加
するだろう。
【００１７】コイルシールド１０４は、支持シールド１
０６からコイルシールド１０４を電気的に絶縁する複数
のコイル支柱(standoffs) １２４（図３）によって外部
シールド１０６に装着される。１９９６年５月９日に出
願(Attorney Docket#1186/PVD/DV) されて本出願の譲受
人に譲渡された同時係属中の特許出願第08/647,182号、
発明の名称「プラズマを発生させるための埋込形コイ
ル」（同出願は引用によって本明細書に全体的に組み込
まれている）に、より詳細に記載されるように、絶縁コ
イル支柱１２４は内部ラビリンス構造を持ち、その構造
が、コイル支柱１２４上へのターゲット１１０からの導
電材料の反復堆積を許すと同時に、内部コイルシールド
１０４からターゲットシールド１０６への、堆積材料で
できた完全な導電路−−コイル１０４をシールド１０６
（通常、接地されている）に短絡させ得る−−の形成を
防止する。
【００１８】ＲＦ電力は、絶縁用フィードスルー支柱１
２８によって支持されるフィードスルー１２６によって
コイル１０４に加えられる。図２に示すように、フィー
ドスルー１２６は、コイルシールド１０４の両端１２７
に配置されることが望ましい。フィードスルー支柱１２
８は、コイル支持支柱１２４と同様、コイル１０４をシ
ールド１０６に短絡させるかもしれない導電路の形成も
なく、ターゲットからフィールドスルー支柱１２８上へ
の導電材料の反復堆積を許容する。従って、コイルフィ
ードスルー支柱１２８のラビリンス構造は、コイル支柱
１２４のものに多少類似し、コイル１０４と外部シール
ド１０６の壁１４０の間の短絡の形成を防止する。
【００１９】図示実施例の別の利点は、内部コイルシー
ルド１０４が、外部シールド１０６を、堆積する材料か
ら保護することである。図３でよく分かるように、内部
コイルシールド１０４は、その隣接する巻き（複数）の
間のチャンネル１２２を通過する材料以外の材料が外部
シールド１０６に到達するのを実質的に阻止するように
配置される。チャンネル１２２の幅は隙間１２５によっ
て示されるように比較的小さいので、チャンネルの占め
る面積はコイルシールド１０４の全内部表面積の１０％
未満であることが望ましい。かくして、コイルシールド
１０４は、ターゲット１１０と基板１１２およびクラン
プ１５４の間のプラズマ発生区域の側面の５０％以上
（９０％以上が望ましい）を取り囲む。従って、比較的
少量体積の材料しか外部シールド１０６に到達しない。
かくして、内部シールドと外部シールドの間の支柱１２
４、１２８上に堆積する導電堆積材料が実質的に削減さ
れる。支柱上には、より少ない材料しか堆積しないの
で、支柱の設計は、図３に示す比較的複雑なラビリンス
設計に比べて実質的に簡略化されるだろうと予想され
る。例えば、ラビリンス構造のチャンネルの数を少なく
してもよい。
【００２０】図４は、支柱が更に簡略化された別の設計
を示す。ここで示すように、コイル支持支柱１２４ａ
は、セラミック等の絶縁材料でできた単純なポストであ
る。フィードスルー支柱１２８ａ（想像線で表示）は同
様に、内部をＲＦフィードスルーが通る中空のセラミッ
クポストから成る。用途によっては、内部コイルシール
ド１０４ａのチャンネル１２２ａを通る導電堆積材料の
量が非常に大きいので、導電路（内部コイルシールド１
０４を外部シールド１０６に短絡させるかもしれない）
が支柱１２４ａや１２８ａ上に堆積する機会を除去する
だろう。
【００２１】支持およびフィードスルー支柱に到達する
堆積材料の量の削減に加えて、内部コイルシールド１０
４は、支柱から放出される粒状堆積物質を、基板１１２
に到達しないように、逆に削減、除去する。その比較的
鋭い曲面のために、支柱は、元来、シールド１０４や１
０６等の比較的平らな表面よりも多量の粒状物質を放出
するものと考えられる。しかしながら、支柱が内部コイ
ルシールド１０４と外部シールド１０６の間に置かれて
いるために、またコイルシールド１０４のチャンネル１
２２の幅が小さいために、コイルシールド１０４は、支
柱からのそのような粒状物質がプラズマチャンバの内部
と基板に到達するのを実質的に阻止するものと考えられ
る。
【００２２】図１と図３からよく分かるように、プラズ
マチャンバ１００は、負にバイアスされた上方のターゲ
ット１１０に対する接地面を提供する暗黒部(dark spac
e)シールドリング１３０を持つ。更に、前記の同時係属
中の特許出願第08/647,182号に、より詳細に説明される
ように、シールドリング１３０はターゲットの外縁をプ
ラズマからシールドして、ターゲット外縁のスパッタリ
ングを減少させる。暗黒部シールド１３０は、それが、
ターゲット１１０からスパッタされる材料からコイルシ
ールド０４をシールドするように配置されている点で、
更に別の機能を果たす。暗黒部シールド１３０は、スパ
ッタされる材料のすべてからコイルシールド１０４を完
全にシールドするわけではない。というのは、スパッタ
された材料の一部はプラズマチャンバ１００の垂直軸に
対して傾斜した角度で進むからである。しかしながら、
スパッタされた材料の多くは実際にチャンバの垂直軸に
平行、または垂直軸に対して比較的小さな傾斜角で進む
ので、コイルシールド１０４の上方にオーバーラップし
て配置された暗黒部シールド１３０は、スパッタされた
材料の大部分のコイルシールド１０４上への堆積を防止
する。さもなければコイルシールド１０４上に堆積する
であろう材料の量を削減することによって、コイルシー
ルド１０４上に堆積する材料による粒子の発生を実質上
削減することができる。
【００２３】図示の本実施例では、暗黒部シールド１３
０は、ほぼ逆円錐台形のチタン（チャンバ１００でチタ
ンの堆積が発生している場合）またはステンレス鋼のほ
ぼ連続したリングである。暗黒部シールドは、コイルシ
ールド１０４に１／４インチの距離だけオーバーラップ
するように、プラズマチャンバ１００の中心方向に内方
に延びる。当然のことながら、オーバーラップ量は、コ
イルの相対サイズと配置およびその他の要因によって変
更できる。例えばオーバーラップの量を増やして、スパ
ッタされた材料からのコイルシールド１０４のシールド
を増加させてもよいが、オーバーラップ量の増加は、更
にターゲットもプラズマからシールドする場合があり、
用途によっては望ましくないかもしれない。また、オー
バーラップしたコイルシールド１０４によってリング内
に誘導された渦電流を削減するために、暗黒部シールド
リングにスロットを設けてもよい。
【００２４】チャンバシールド１０６は、ほぼボウル形
（図３）を成すとともに、ほぼ円筒形の垂直方向壁１４
０を含み、その壁に支柱１２４、１２８が取り付けられ
てコイル１０４を絶縁状態で支持している。シールドは
更に、ほぼ環状の床壁１４２を持ち、その床壁が、図示
実施例では、直径８インチのワーク１１２を支持するチ
ャックまたはペデスタル１１４を取り囲む。クランプリ
ング１５４を使って、ウエハをチャック１１４にクラン
プして、シールド１０６の床壁とチャック１１４の間の
隙間をカバーしてもよい。
【００２５】プラズマチャンバ１００は、真空チャンバ
と係合するアダプタリングアセンブリ１５２によって支
持される。チャンバシールド１０６はアダプタリングア
センブリ１５２を介してシステムアースに接地される。
暗黒部シールド１３０は、チャンバシールド１０６と同
様、アダプタリングアセンブリ１５２を介して接地され
る。
【００２６】ターゲット１１０はほぼディスク形で、こ
れまたアダプタリングアセンブリ１５２によって支持さ
れる。しかしながら、ターゲット１１０は負にバイアス
されているので、接地しているアダプタリングアセンブ
リ１５２から絶縁しなければならない。従って、ターゲ
ット１１０の下側に形成された円形チャンネルにセラミ
ック絶縁リングアセンブリ１７２がはまり、そのアセン
ブリもまた、アダプタリングアセンブリ１５２の上側の
対応するチャンネル１７４にはまっている。セラミック
を含む様々な絶縁材料から作られた絶縁リングアセンブ
リ１７２は、ターゲット１１０が充分に負にバイアスさ
れるように、アダプタリングアセンブリ１５２からター
ゲット１１０を離間させる。ターゲット、アダプタ、お
よびセラミックリングアセンブリはＯリングシール面
（図示せず）を備え、真空チャンバからターゲット１１
０までの真空密アセンブリ(vacuum tight assembly) を
提供する。
【００２７】ターゲット１１０の均一な侵食を促進する
ために、マグネトロン１１６（図２）をターゲット１１
０の上方に設けてもよい。しかしながら、プラズマのＲ
Ｆイオン化を増加させることによってマグネトロンを省
略できる。
【００２８】プラズマのイオン化の促進のためにコイル
シールド１０４を適合させるには、ターゲット１１０
を、ワーク１１２の表面から間隔をあけて配置すること
が有益であることが分かっている。しかしながら、ター
ゲットとワークの間の、この間隔の増加は、ターゲット
から堆積する材料の均一性に悪影響を与える場合があ
る。このような不均一性は通常、堆積した材料がワーク
の中央部に行くほど厚くなり、その結果、堆積材料がワ
ークの端部に行くほど薄くなるという現象を示す。同時
係属中の特許出願第08/680,335号、１９９６年７月１０
日出願（Atty. Docket 1390CIP/PVD/DV ）（引用によっ
て本明細書に組み込まれている）に記載されるように、
この不均一性は、堆積材料をワーク上方のスパッタ・タ
ーゲット１１０からばかりでなく、ワークの端部を囲む
コイルその他の二次ターゲットからもスパッタすること
によって、効果的に補償できる。ここでは、ワークの端
部はワークの中心部よりもコイルシールド１０４に近い
ので、コイルシールド１０４からスパッタされた材料
は、すべて、ワークの端部に行くほど中心部より厚く堆
積する傾向がある。これは一般に、ターゲット１１０か
らの材料の堆積パターンの逆である。コイルシールド１
０４に加えられるＲＦ電力レベルとターゲットに加えら
れるバイアスのＤＣ電力レベルの比を適当に調節するこ
とによって、ターゲットからの材料の堆積プロフィール
の不均一性を実質上補償するように、コイルシールド１
０４からスパッタされる材料の堆積レベルの選択が可能
であり、両スパッタ源からの層の総合堆積プロフィール
を、オーバーヘッドターゲットのみからしばしば得られ
るよりも、実質的により均一化することができる。
【００２９】ターゲット１１０から発生するスパッタリ
ングに比べて、コイルシールド１０４から発生するスパ
ッタリングの量は、ターゲット１１０に加えられるＤＣ
電力に対するコイルシールド１０４に加えられるＲＦ電
力の関数である、と現在は考えられている。コイルＲＦ
電力対ターゲットＤＣ電力の比を調節することによっ
て、コイルシールド１０４とターゲット１１０からスパ
ッタされる材料の相対量を、所望の均一性を獲得するよ
うに変化させることができる。コイルＲＦ電力対ターゲ
ットＤＣ電力の特定の比率が、コイルとターゲットの両
方から堆積する材料の層の不均一性の最小の程度を獲得
するものと考えられる。コイルへのＲＦ電力が、ターゲ
ットに加えられるＤＣ電力に対して増加されるにつれ
て、堆積層は端部が厚くなる傾向がある。逆に、コイル
へのＲＦ電力対ターゲットに加えられるＤＣ電力の比を
減少させることによって、堆積層の中心部は端部に対し
て次第に厚く成長する傾向がある。従って、コイルへの
ＲＦ電力対ターゲットをバイアスするＤＣ電力の比を調
節することによって、コイルからスパッタされる材料
を、ターゲットから堆積する材料の不均一性を効果的に
補償するように適切に増減させて、ターゲットとコイル
の両者からの材料で構成される、より均一な堆積層を獲
得することができる。多回巻コイルシールド１０４に関
しては、約０．７のコイルＲＦ電力対ターゲットＤＣ電
力比が、８インチ径のウエハに対して満足すべき結果を
与えるだろう。
【００３０】更に、コイルとターゲットの間のスパッタ
リングの相対量は、コイルシールド１０４へのＤＣバイ
アス対ターゲット１１０へのＤＣバイアスの関数でもあ
ると考えられる。このコイルシールド１０４のバイアス
は様々な方法で調節できる。例えば、マッチング回路３
０２は通常、誘導子とコンデンサとを含む。マッチング
回路の１つ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、コイルシールド１０４のＤＣバイア
スが調節されて所望のレベルの均一性を獲得できるかも
しれない。一実施例では、コイルへのＲＦ電力とコイル
シールド１０４へのＤＣバイアスは、所望の結果を得る
ために分離した調節入力を持つ。別の電力構成として、
わずかに異なる周波数で運転される２台のＲＦジェネレ
ータが含まれるかもしれない。一方のジェネレータの出
力は従来方式でコイルに連結されるが、わずかに周波数
の異なる他方のジェネレータは、第２ジェネレータの電
力レベルの変化がコイルのＤＣバイアスを変化させるよ
うに、コイルに容量的に結合されるだろう。そのような
構成は、コイルに加えられるＲＦ電力とＤＣバイアスの
独立した制御を提供するかもしれない。現在では、コイ
ルからスパッタされる材料の量に実質的な影響を与える
には、所定のＲＦ電力レベルに対してコイルへのＤＣバ
イアスの比較的大きな変化が必要だろうと考えられてい
る。
【００３１】上記の各実施例はプラズマチャンバ内の単
一のコイルを利用した。当然のことながら、本発明は一
つ以上のＲＦ駆動コイルを持つプラズマチャンバに適用
できる。例えば、本発明は、同時係属中の特許出願第08
/559,345号に記載されるタイプのヘリコン波を発射する
ための多重コイルチャンバに適用してもよい。
【００３２】適切なＲＦジェネレータとマッチング回路
は当業者に周知のコンポーネントである。例えば、マッ
チング回路とアンテナに対するベストな周波数マッチの
ための「周波数追跡」の能力を持つENI Genesis シリー
ズ等のＲＦジェネレータが適当である。コイルシールド
１０４へのＲＦ電力を発生させるためのジェネレータの
周波数は２ＭＨｚが望ましいが、その範囲は、例えば１
ＭＨｚから１００ＭＨｚまで変更できると予想される。
４．５ｋＷのＲＦ電力の設定が望ましいが、１．５〜５
ｋＷの範囲で充分と考えられる。用途によっては、ＡＣ
またはＤＣ電力をコイルその他のエネルギー伝達部材に
加えることによってエネルギーを伝達してもよい。ター
ゲット１１０をバイアスするための３ｋＷのＤＣ電力設
定が望ましいが、２〜１０ｋＷの範囲と、−３０ボルト
ＤＣのペデスタルバイアス電圧が、多くの用途に対して
充分であると考えられる。
【００３３】図示実施例では、シールド１０６の直径は
１３．５インチだが、シールドが、チャンバをプラズマ
からシールドするために、ターゲット、基板サポート、
および基板の外径を超えて延びるだけの直径を持つ限
り、良好な結果が得られるものと予想される。シールド
１０６は、セラミックや水晶等の絶縁材料を含む様々な
材料から製作できる。しかしながら、シールドと、ター
ゲット材料でコーティングされそうなすべての金属表面
は、スパッタされるターゲット材料と同一材料で製作さ
れることが望ましいが、ステンレス鋼または銅等の材料
で製作してもよい。コーティングされる構造体の材料
は、シールドその他の構造体からウエハ上への、スパッ
タされた材料の剥離を削減するために、スパッタされる
材料とぴったり一致した熱膨張係数を持たなければなら
ない。更に、コーティングされる材料は、スパッタされ
た材料に対する良好な密着性を持たなければならない。
従って、例えば、堆積した材料がチタンの場合、シール
ド、ブラケット、およびコーティングされそうなその他
構造の材料の好ましい金属は、ビード吹きチタンであ
る。スパッタする可能性のある表面は、すべてターゲッ
トと同一タイプの材料、例えば高純度チタンで製作する
のが望ましいだろう。もちろん、堆積する材料がチタン
以外の材料の場合、好ましい金属は、その堆積する材
料、ステンレス鋼、または銅である。密着性は、ターゲ
ットのスパッタリングに先立ってモリブデンで構造をコ
ーティングすることによっても改善される。しかしなが
ら、モリブデンはコイルからスパッタされるとワークを
汚染する場合があるので、コイル（またはスパッタされ
そうなすべての他の表面）はモリブデンその他の材料で
コーティングしないことが望ましい。
【００３４】ウエハからターゲットまでの間隔は約１４
０ｍｍが望ましいが、約１．５インチから８インチまで
の範囲でもよい。このウエハからターゲットまでの間隔
に対して、約１１・１／２インチのコイル直径が望まし
い。コイルをワークの端部から離間させるコイル直径の
増加は、ボトムカバレッジ(bottom coverage) に対して
悪影響を与える場合がある。他方、コイルをウエハエッ
ジに近付けるようにコイル直径を縮小することは、層の
均一性に悪影響を与える場合がある。コイルの直径を縮
小することによって、コイルとターゲットの位置関係が
より密接になってターゲットからコイル上への材料の実
質的な堆積を生じ、それが、コイルからスパッタされる
材料の均一性に悪影響を与えることがあると考えられ
る。
【００３５】上記のように、ターゲット１１０とコイル
シールド１０４とからスパッタされた材料の相対量は、
コイルに加えられるＲＦ電力とターゲットに加えられる
ＤＣ電力の比の関数である。しかしながら、用途によっ
ては、コイルとターゲットからの材料の堆積層の均一性
を改善するために最適なＲＦ電力レベルが、イオン化の
ためのプラズマ密度を発生させるには最適ではないかも
しれないことがよく理解される。プラズマチャンバの別
の実施例では、ほぼコイル状の形状だが、ＲＦジェネレ
ータに連結されない第２ターゲットを持つことができ
る。その代わり、第２ターゲットは、フィードスルー支
柱を介して可変負ＤＣバイアス源に連結された平らな閉
リングから形成されるだろう。従って、チャンバは、第
１ターゲット１１０、第２ターゲット、ＲＦコイルシー
ルド１０４の３つの「ターゲット」を持つだろう。
【００３６】Ａｒ、Ｈ2 、Ｏ2 、またはＮＦ3 、ＣＦ4
等の反応性ガス、およびその他多数を含む様々な前駆物
質ガスを利用してプラズマを発生させることができる。
０．１mTorr〜５０mTorrの圧力を含む様々な前駆物質ガ
ス圧力が適当である。イオン化ＰＶＤに関しては、１０
mTorrと１００m Torrの間の圧力が、スパッタされる材
料の最善なイオン化のために望ましい。
【００３７】当然理解されるであろうことだが、本発明
の、様々な側面における修正は当業者には自明であり、
調査の後に初めて明らかとなるものもあれば、通常の機
械的、電子的設計事項のものもある。他の実施例も可能
であり、その具体的な設計はその用途によって決まる。
従って、本発明の適用範囲は本明細書の特定の実施例に
限定されるべきではなく、添付の特許請求範囲ならびに
それと同等の仕様のみによって定義されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるプラズマ発生チャンバ
の部分断面斜視図である。
【図２】図１のプラズマ発生チャンバに対する電気的相
互接続の概略図である。
【図３】図１のプラズマ発生チャンバの部分断面略図で
あり、真空チャンバ内に取り付けられた状態を示す。
【図４】本発明の別の実施例によるプラズマ発生チャン
バの断面略図である。
【符号の説明】
１００…プラズマチャンバ、１０２…真空チャンバ、１
０４…内部シールド、１０６…外部シールド、１０８…
ＲＦジェネレータ、１１０…ターゲット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マニ スブラマニ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， リンクフィールド ウェイ 3098

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ソースからのエネルギーをプラズマ内に
    結合するための装置であって、 ターゲットと、 基板ホルダと、 前記ターゲットと前記基板ホルダとの間のプラズマ発生
    区域と、 自身に、隔てられた複数のコイルワインディングを更に
    画成するように、チャンネルを画成する導電第１シール
    ド壁であって、前記導電第１シールドコイルワインディ
    ングは、前記ソースに結合して前記導電第１シールドコ
    イルワインディングからのエネルギーを前記プラズマ発
    生区域内に放射する、前記導電第１のシールド壁とを備
    える装置。
  2. 【請求項２】 前記チャンネルが、前記導電第１シール
    ド壁の表面積の１０％未満を占める請求項１に記載の装
    置。
  3. 【請求項３】 前記導電第１シールドワインディングの
    間隔が１／４未満となるように、前記チャンネルの幅を
    １／４インチ未満とする請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記導電第１シールド壁の形状が略円筒
    形である請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記導電第１シールド壁チャンネルが、
    前記導電第１シールド壁を複数回囲んで前記導電第１シ
    ールド壁ワインディングを画成する請求項４に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 前記導電第１シールド壁チャンネルが螺
    旋形である請求項４に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記プラズマ発生区域が側面を有し、前
    記第１シールド壁は前記プラズマ発生区域側面の少なく
    とも５０％を囲むだけの表面積を有する請求項１に記載
    の装置。
  8. 【請求項８】 前記導電第１シールド壁の外側に配置さ
    れる第２シールド壁を更に備える請求項１に記載の装
    置。
  9. 【請求項９】 前記第１シールド壁と前記第２シールド
    壁との間に絶縁用支柱を更に備える請求項８の装置。
  10. 【請求項１０】 ＲＦ源からの電磁エネルギーをプラズ
    マ内に結合するための装置であって、 チャンバ壁を有するチャンバと、 前記チャンバ内に配置されて、堆積材料から前記チャン
    バ壁の少なくとも一部を保護する導電第１シールド壁と
    を備え、前記シールド壁は、一端が前記第１ＲＦ源に連
    結されると共に他端がアースに連結される２つ端部を有
    する多回巻コイルを形成する導電材料の連続ストリップ
    を備える装置。
  11. 【請求項１１】 前記導電第１シールド壁と前記チャン
    バ壁との間に配置されて、堆積材料から前記チャンバ壁
    の少なくとも一部を保護する第２シールド壁を更に備え
    る請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記第１シールド壁と前記第２シール
    ド壁との間に絶縁用支柱を更に備える請求項１１に記載
    の装置。
  13. 【請求項１３】 前記第１導電シールド壁多回巻コイル
    の各巻きを分離するチャンネルを備え、前記チャンネル
    は前記導電第１シールド壁の表面積の１０％未満を占め
    る請求項１０に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記導電第１シールドワインディング
    の間隔が１／４未満となるように前記チャンネルの幅を
    １／４インチ未満とする請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記導電第１シールド壁の形状が略円
    筒形である請求項１０に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記第１導電シールド壁多回巻コイル
    の各巻きを分離するチャンネルを更に備え、前記導電第
    １シールド壁チャンネルは、前記導電第１シールド壁を
    複数回囲んで前記導電第１シールド壁の巻きを画成する
    請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記導電第１シールド壁チャンネルが
    螺旋形である請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記プラズマ発生区域が側面を有し、
    前記第１シールド壁が前記プラズマ発生区域側面の少な
    くとも５０％を囲むだけの表面積を有する請求項１０に
    記載の装置。
  19. 【請求項１９】 プラズマ堆積チャンバ用ＲＦアンテナ
    を形成する方法であって、 前記シールド壁が多回巻コイルを形成するように導電材
    料のシールド壁にチャンネルを切削するステップと、 ターゲットと基板ホルダの間に前記シールド壁を取り付
    けるステップ；および前記シールド壁にＲＦエネルギー
    源を連結するステップとを有する方法。
  20. 【請求項２０】 前記切削のステップはレーザーを用い
    て行なわれる請求項１９に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記切削のステップはホットワイヤを
    使って行なわれる請求項１９に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記導電第１シールド壁の形状が略円
    筒形である請求項１９に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記チャンネルが前記導電第１シール
    ド壁を複数回囲むことにより、前記コイルの前記導電第
    １シールド壁の巻きを画成する請求項２２に記載の方
    法。
  24. 【請求項２４】 前記チャンネルが螺旋形に切削される
    請求項１９に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記チャンネルの幅が１／４インチ未
    満である請求項１９に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記第１シールド壁の背後に配置され
    る第２シールド壁を用いて堆積材料を阻止するステップ
    を更に有する請求項１９に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 堆積材料を基板上にスパッタ堆積させ
    る方法であって、 複数のワインディングを有するコイルの形に形成された
    第１導電シールド壁からプラズマ内にＲＦエネルギーを
    結合するステップと、前記プラズマを通過する堆積材料
    をイオン化するステップとを有する方法。
  28. 【請求項２８】 前記導電第１シールド壁の形状が略円
    筒形である請求項２７に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記導電第１シールド壁を複数回囲ん
    で前記コイルの前記導電第１シールド壁の巻きを画成す
    るチャンネルを、前記導電第１シールド壁が有する請求
    項２８に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記チャンネルが螺旋形に切削される
    請求項２９に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記チャンネルの幅が１／４インチ未
    満である請求項２９に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 前記第１シールド壁の背後に配置され
    た第２シールド壁を用いて堆積材料を阻止するステップ
    を、更に有する請求項２７に記載の方法。
JP9312570A 1996-10-08 1997-10-08 スパッタ用プラズマ発生アクティブシールド Withdrawn JPH10183342A (ja)

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