JPH10229056A - スパッタ堆積用誘導結合プラズマ源ｒｆ透過改良型ダークスペースシールド - Google Patents

スパッタ堆積用誘導結合プラズマ源ｒｆ透過改良型ダークスペースシールド

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JPH10229056A
JPH10229056A JP9312571A JP31257197A JPH10229056A JP H10229056 A JPH10229056 A JP H10229056A JP 9312571 A JP9312571 A JP 9312571A JP 31257197 A JP31257197 A JP 31257197A JP H10229056 A JPH10229056 A JP H10229056A
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dark space
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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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シー． フォースター ジヨン
O Stimson Bradley
オー． スティムソン ブラッドリー
Zheng Xu
シュー ジェン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャンバ内のプラズマ生成及び層のスパッタ
堆積のための方法及び装置。 【解決手段】 プラズマ生成装置は、プラズマへ電磁エ
ネルギーを誘導結合するアクティブシールドと、ターゲ
ット側壁を遮蔽するためのダークスペースシールドとを
備え、ダークスペースシールドはスロット又はその他の
不連続部分を有してダークスペースシールドへの渦電流
の流入を防止する。このような構成により、スロットの
ないダークスペースシールドの場合ではその中に流入し
てしまう渦電流によるＲＦ電力の損失を防止することが
見出された。ＲＦ電力の損失を低減することにより、Ｒ
Ｆ結合の効率も向上させることができる。

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（プラズマ生成器）に関し、更に具体的には、半導
体デバイスの製造において材料層をスパッタ堆積させる
ためのプラズマ生成の方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】低密度プラズマは、表面処理、堆積、エ
ッチング処理といった様々な半導体デバイス製造プロセ
スに用いることができるエネルギーイオンや励起原子の
簡易な発生源となってきた。例えば、スパッタ堆積プロ
セスを用いて半導体ウエハ上に材料を堆積させるため、
負のバイアスを与えたスパッタターゲット材料の近傍に
プラズマを生成する。ターゲットの近隣で生成したイオ
ンがターゲット表面を叩き、ターゲットから材料を追い
出す（即ち「スパッタする」）。スパッタされた材料
は、半導体ウエハの表面に移動してそこに堆積する。
【０００３】スパッタ材料は、ターゲットから堆積しよ
うとする基板へ、基板表面に対して射角となる直線経路
を進む傾向がある。その結果、深さ対幅のアスペクト比
が大きなトレンチやホールを有する半導体デバイスで、
エッチングで形成したトレンチやホールの中に堆積した
材料は、ブリッジングを起こして、堆積層の中に望まな
い空洞が生じることがある。このような空洞を防止する
ため、スパッタ材料がプラズマにより十分イオン化され
ている場合は、基板に負の電荷を与えて基板に隣接する
電界を垂直に配向させることにより、スパッタ材料をタ
ーゲットと基板の間で実質的に垂直な経路に再配向させ
ることができる。しかし、低密度プラズマにおいてスパ
ッタされた材料のイオン化の程度がしばしば１％未満で
あることがあり、これは通常、形成されるキャビティの
数が増大することを防止するには不充分である。従っ
て、堆積層に望まないキャビティが形成されることを低
減するためには、プラズマの密度を高めてスパッタ材料
のイオン化の速度を高めることが望ましい。ここで用い
られたように、「密度の高いプラズマ」は電子とイオン
の密度が高いプラズマを意味するものである。
【０００４】ＲＦ場を用いてプラズマを励起する技術に
は、容量結合、誘導結合及びウェーブヒーティングを始
めとして様々なものがある。標準的な誘導結合プラズマ
（ＩＣＰ：inductively coupled plasma）ジェネレータ
では、プラズマを取り囲むコイルを介して流れるＲＦ電
流が、プラズマ中に電磁流を誘起する。この電磁流が抵
抗加熱により導電性のプラズマを加熱するため、定常状
態に維持されるようになる。例えば米国特許第４，３６
２，６３２号では、コイルを流れる電流は、インピーダ
ンス整合回路網を介してコイルに結合するＲＦジェネレ
ータに供給されるため、コイルはトランスの１次巻き線
として作用する。プラズマは、トランスの単巻きの２次
巻き線として作用する。
【０００５】堆積が均一でなくなる事に対して、ターゲ
ットのエッジからスパッタされた材料が寄与しているこ
とが見出された。均一な堆積を促進するためには、「ダ
ークスペース」シールドと呼ばれるものをターゲットの
エッジに近接して配置させる事がしばしば好ましい。こ
のダークスペースシールドは、ターゲットのエッジをプ
ラズマから遮蔽することにより、ターゲットエッジのス
パッタリングを低減する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】物理気相堆積チャンバ
等の様々なチャンバにおいては、チャンバ壁はステンレ
ス鋼等の導電性材料で形成されることが多い。チャンバ
壁が導電性であるため、導電性のチャンバ壁がアンテナ
から発せられるエネルギーを遮断ないし大幅に低減する
ことから、アンテナコイルないし電極はチャンバ自身の
中に配置させることがしばしば好ましい。その結果、コ
イルとその支持構造体は、堆積物の流束やエネルギーを
有するプラズマ粒子に直接さらされることになる。これ
がウエハ上の堆積膜に対する汚染物の発生源となる可能
性があり、これは望ましいことではない。
【０００７】コイルを保護するため、セラミック等の非
導電性材料でできたシールドをコイルの前に配置させる
ことができる。しかし、多くの堆積プロセスでは、製造
しようとする電子デバイスにアルミニウム等の導電性材
料を堆積させている。そして、導電性材料がセラミック
もコーティングすることから、これを導電性にしてしま
うため、プラズマへの電磁放射の浸透を大幅に低減する
こととなる。従って、シールド壁をコイルの背後に置
き、堆積チャンバの内側を堆積材料から保護することが
しばしば好ましい。しかし、このデザインのスパッタチ
ャンバには、粒子発生の問題が残ることが多い。
【０００８】出願中の米国特許出願第０８／５５９，３
４５号、標題 "Method and Apparatus for Generating
a Plasma" 及び米国特許出願第０８／７３０，７２２
号、標題 "Active Shield for Generating a Plasma fo
r Sputtering" では、アクティブシールドのデザインが
開示されており、そこでは、改良型導電性シールドがＲ
Ｆソースに結合し、シールド自身がプラズマへＲＦエネ
ルギーを結合するコイルとして機能するようになってい
る。本発明は、このようなアクティブシールドのデザイ
ンを更に改良して、エネルギー伝達の効率を高めること
に関する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、チャン
バ内のプラズマ生成及び層のスパッタ堆積のための方法
及び装置であり、これは上述の問題点を、実用目的につ
いて、取り除くものである。
【００１０】本発明の特徴の１つに従ったプラズマ生成
装置により、このような目的や利益等が得られるが、こ
のプラズマ生成装置は、プラズマへ電磁エネルギーを誘
導結合するアクティブシールドと、ターゲット側壁を遮
蔽するためのダークスペースシールドとを備え、ダーク
スペースシールドはスロット又はその他の不連続部分を
有してダークスペースシールドへの渦電流の流入を防止
する。このような構成により、スロットのないダークス
ペースシールドの場合ではその中に流入してしまう渦電
流によるＲＦ電力の損失を防止することが見出された。
ＲＦ電力の損失を低減することにより、ＲＦ結合の効率
も向上させることができる。
【００１１】好ましい具体例では、半導体製造システム
内でワークピース上に材料をスパッタさせるためプラズ
マにエネルギーを与える装置は、スロットを有するダー
クスペースシールドとこのスロット入りダークスペース
シールドに隣接するプラズマ生成領域とを有する半導体
製造チャンバを有していてもよい。チャンバに備えられ
るコイルシールドは、プラズマ生成領域内にエネルギー
を結合させるように配置される一方、スロット入りダー
クスペースシールドは、プラズマ生成領域に結合される
エネルギーに応じたダークスペースシールドへの渦電流
の流入を防止する。その結果、ＲＦエネルギーはコイル
シールドにより、プラズマ生成領域に更に効率良く結合
する。ターゲット及びコイルシールドは共に、チタン、
アルミニウム又はその他の適当な材料を有していてもよ
い。
【００１２】
【発明の実施の形態】先ず図１〜３を参照すれば、本発
明の具体例に従ったプラズマジェネレータは、真空チャ
ンバ１０２（図２に模式的に図示）に受容される略円筒
形の堆積システム１００を備えている。この具体例の堆
積システム１００は内側シールド１０４を有し、この内
側シールドは、単巻きコイルを成し外側シールド１０６
によって内側に絶縁状態で保持される。シールド１０４
及び１０６は、堆積システム１００の内部で堆積する材
料から真空チャンバ１０２の内部壁１０７を保護する。
【００１３】イオン流束が真空チャンバ１０２の頂部に
配置された、負のバイアスが与えられたターゲット１１
０に衝突する。ターゲット１１０は、ＤＣ電源１１１に
より負のバイアスが与えられる。このイオンは、ターゲ
ット１１０から材料を基板１１２へと放出させるが、こ
こで基板は、堆積システム１００の底部のペデスタル１
１４によって支持されるウエハ又はその他のワークピー
スである。ターゲット１１０の上方に与えられた回転す
るマグネトロン磁石組立体１１６により磁界が発生し、
この磁界がターゲット１１０の面の上を掃引してターゲ
ットが均一に消費されるようにする。ターゲット１１０
の周縁に隣接して配置される略環状のダークスペースシ
ールド１３０は通常接地され、ターゲット１１０のエッ
ジ部分をターゲットに衝突するイオン流から保護する。
ターゲットのエッジからのスパッタリングを低減するこ
とにより、ワークピース上への堆積の均一性を向上させ
ることができる。
【００１４】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の内部へと発せられ、堆積システム１００の
中でプラズマにエネルギーを与える。ターゲット１１０
から放出された材料の原子は、プラズマに誘導結合した
コイルシールド１０４によりエネルギーが与えられたプ
ラズマによって、イオン化される。本発明の特徴の１つ
では、ダークスペースシールド１３０の軸方向のスロッ
ト１３００により、スロット入りダークスペースシール
ド１３０内への渦電流の流入を低減又は防止することが
でき、またこのため、スロットのないダークスペースシ
ールドの場合ではその中に流入してしまう渦電流により
生ずるＲＦ電力の損失を防止することが見出された。
【００１５】ＲＦジェネレータ１０８は、増幅器及び整
合回路網１１８を介してコイルシールド１０４に結合す
る事が好ましい。コイルシールド１０４の他方の端はア
ースに結合し、このときキャパシタ１２０を介している
ことが好ましく、またキャパシタは可変キャパシタであ
ってもよい。イオン化した堆積材料は基板１１２に引き
つけられ、その上に堆積層を形成する。基板１１２に外
的にバイアスを与えられるよう、ペデスタル１１４に
は、ＡＣ電源（又はＤＣ電源やＲＦ電源）により負のバ
イアスが与えられてもよい。米国特許出願第０８／６７
７，５８８号、標題 "Method for Providing Full-face
High Density Plasma Depositon" に詳細に説明したよ
うに、基板１１２の外的なバイアス印加は随意使用しな
くてもよい。
【００１６】図１及び３に最もよく表されているよう
に、スロット入りダークスペースシールド１３０は、負
のバイアスが与えられた上記のターゲット１１０に対し
てのグラウンドプレーン（接地面）を与える。図４に
は、スロット１３００の反対側の単一接地点１３０５で
シールドが接地している様子が示される。
【００１７】更に、米国特許出願第０８／６４７，１８
２号、標題 "Recessed Coil for Generating a Plasma"
に詳細に記載されるように、ダークスペースシールド
１３０はターゲット１１０の外側エッジもプラズマから
遮蔽して、ターゲット１１０の外側エッジのスパッタリ
ングを低減する。ダークスペースシールド１３０は、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１０４を遮蔽するように配置されるという、また別
の機能を実現する。スパッタされる材料の一部はプラズ
マチャンバの縦軸に対して斜角で進むため、ダークスペ
ースシールド１３０はスパッタされる材料の全てからコ
イルシールド１０４を完全に遮蔽するわけではない。し
かし、スパッタ材料の多くはチャンバの縦軸に平行に
（若しくは縦軸に対して比較的小さな斜角で）進むた
め、コイルシールド１０４上方にオーバーラップする状
態で配置されるダークスペースシールド１３０は、スパ
ッタ材料のかなりの量を、コイルシールド１０４への堆
積から防止する。コイルシールド１０４上に堆積される
おそれのある材料の量を低減することにより、コイルシ
ールド１０４上に堆積する材料による粒子の発生は大幅
に低減する。
【００１８】ここに例示した具体例では、ダークスペー
スシールド１３０は、略逆錐台形状を有するチタン（堆
積システム１００内でチタンの堆積が行われる場合）、
アルミニウム（アルミニウムの堆積に対し）又はステン
レス鋼の略不連続なリングである。図３に最も良く図示
されるように、スロット入りダークスペースシールド１
３０は、プラズマチャンバ１００の中心に向かって内側
に伸びて、コイルシールド１０４と約１／４インチ（６
ｍｍ）の距離だけオーバーラップし、スロット入りダー
クスペースシールド１３０の底部が約１／４インチ（６
ｍｍ）だけコイルシールド１０４の壁から離れるように
なる。無論、オーバーラップ部分の程度は、コイルシー
ルドの相対的サイズや配置、その他の因子により変えて
もよい。例えば、オーバーラップを大きくして、コイル
シールド１０４のスパッタ材料に対する遮蔽を促進して
もよいが、オーバーラップを増やせばターゲット１１０
をプラズマから更に遮蔽してしまい、用途によっては望
ましくない。
【００１９】本発明の特徴の１つに従えば、ダークスペ
ースシールド１３０のスロット１３００は、ＲＦ電力が
与えられたコイルシールド１０４とプラズマの間のＲＦ
結合効率を高める。スロットのないダークスペースシー
ルドとＲＦ電力が与えられたコイルシールド１０４の間
にオーバーラップがあれば、方位的な渦電流がスロット
のないダークスペースシールドに流入するため、ＲＦ電
力の損失が生じることがあることが見出された。スロッ
ト１３００により、スロット入りダークスペースシール
ド１３０内へのこのような方位的な渦電流の流入が低減
ないし排除される。
【００２０】図２に模式的に示されるピックアップルー
プ１４００を用い、これをプラズマチャンバ１００内に
挿入してその中の電磁界を検出し、ＲＦ結合の効率が改
善されたことが見出された。ネットワークアナライザ１
４１０を用い、コイルシールド１０４に印加するＲＦ電
力にピックアップループ１４００を同調させて、ＲＦ電
磁界を検出する。図２に示されるように、ネットワーク
アナライザ１４１０は、ピックアップループ１４００と
整合回路網１４２０の両方に接続され、整合回路網はコ
イルシールド１０４に接続される。ピックアップループ
１４００により検出されるＲＦ電力とコイルシールド１
０４に入力されるＲＦ電力との伝達比Ｓ12は理論上次式
で与えられる。
【００２１】
【数１】 ここで、ωはＲＦジェネレータ４０２の角周波数（ＲＦ
ジェネレータ４０４の周波数ｖに２πを乗じたもの）、
Ｌcoilはコイルシールド１０４のインダクタンス、Ｌ
pick-upはピックアップループ１４００のインダクン
ス、ｋはコイルシールド１０４とピックアップループ１
４００の間の結合効率、Ｒcoilはコイルシールド１０４
の抵抗、Ｒanalyzerはネットワークアナライザ１４００
の抵抗（例えば５０Ω）である。スロットのないダーク
スペースシールドの場合、伝達比Ｓ12は−６９．５ｄＢ
（１．１２ｘ１０-7の値に相当）であることが見出され
た。対称的に、スロット入りダークスペースシールド１
３０の場合は、伝達比Ｓ12が−６４．３ｄＢ（３．７２
ｘ１０-7の値に相当）であり、ＲＦ結合の効率は３倍以
上も上昇し、ＲＦ結合効率が大幅に向上したことが見出
された。
【００２２】また、図５に示すように、それぞれがスロ
ット１３００から９０゜の角をなしそれぞれが直径上で
ほぼ正反対の位置に配置される２つの点１３１０及び１
３１５のところでスロット入りダークスペースシールド
１３０を接地した場合、図４に示されるようにスロット
１３００と直径上でほぼ正反対の位置に配置される点１
３０５の１点でスロット入りダークスペースシールド１
３０を接地する場合と比較して、伝送比Ｓ12が約０．９
ｄＢ劣化する（ほんの０．９倍減少したことに相当）こ
とが見出された。図５に示されるような２つの点１３１
０及び１３１５で接地されるスロット入りダークスペー
スシールド１３０は、１点ではなく２点で支持されるた
め、図４に示される１点１３０５で接地されるダークス
ペースシールド１３０よりも機械的安定性が大幅に優れ
ており、また、伝送比Ｓ12−６４．８ｄＢを与えつつ
も、スロットなしダークスペースシールドと比較してＲ
Ｆ結合効率を大幅に向上（約３倍も）させることができ
る。この伝送比Ｓ12の僅かな劣化は、ＲＦ電力が与えら
れたチャンバシールド１０６において発生した過渡的な
ＲＦ電流（図５に矢印Ｂで指示）によって、スロット入
りダークスペースシールド１３０の２つの点１３１０及
び１３１５の間の接続部分で発生した過渡的渦電流（図
５に矢印Ａで指示）が原因となって生じたものと考えら
れる。
【００２３】コイルシールド１０４は、前出のIvo Raai
jmakers, Bradley Stimson 及び John Foster による米
国特許出願第０８／５５９，３４５号、標題 "Method a
nd Apparatus for Generating a Plasma"に記載される
コイルシールドのように、材料の堆積から真空チャンバ
壁１０７（図３）を保護する。しかし、前述の用途にお
いて説明したように、コイルシールド１０４はスロット
を有するデザインを有しており、これによりコイルシー
ルド１０４が単巻きのコイルとして機能することにな
る。
【００２４】ここに例示した具体例では、コイルシール
ド１０４は導電材料製であり、この導電材料は堆積しよ
うとする材料と同じタイプの材料であることが好まし
い。従って、ターゲット１１０が、基板１１２への堆積
のためのチタンでできている場合は、コイルシールド１
０４もチタンでできていることが好ましく、例えば直径
１０〜１２インチ（２５〜３０ｃｍ）の略円筒形に形成
した耐久性の高い、ビードブラスト研磨した固体高純度
（好ましくは純度９９．９９５％）のチタン等である。
しかし、スパッタしようとする材料やその他の因子によ
っては、他の導電性の高い材料を用いてもよい。例え
ば、スパッタしようとす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の両方を高純度
アルミニウム製としてもよい。
【００２５】コイルシールド１０４を単巻きコイルとし
て機能させるようにするため、シールド１０４の壁を貫
通して切断する薄いチャンネル１２２（好ましくは幅１
／４〜１／８インチ（６〜３ｍｍ））を縦方向のスロッ
ト状に形成する。ここに例示した具体例のコイルシール
ド１０４全体形状は略円筒状であるが、用途によっては
他の形状を用いてもよい。
【００２６】コイルシールド１０４は、複数のコイルシ
ールド支柱１２４（図３）により外側シールド１０６の
上に保持されるが、このコイルシールド支柱はスパッタ
リングシールド１０６からコイルシールド１０４を電気
絶縁する。米国特許出願第０８／６４７，１８２号、標
題 "Recessed Coil for Generating a Plasma" にコイ
ル支柱について詳細に記載されるように、絶縁性のコイ
ルシールド支柱１２４は内部に迷路を有する構造を有
し、これにより、コイルシールド１０４からシールド１
０６（通常は接地している）へのショートを発生させる
ような、堆積材料による内側のコイルシールド１０４か
ら外側のシールド１０６への完全な導電性経路の形成を
防止しつつ、ターゲット１１０からの導電材料をコイル
シールド支柱１２４に繰り返し堆積させることができる
ようになる。
【００２７】絶縁性のフィードスルー支柱１２８により
支持されるフィードスルー１２６によって、ＲＦ電力が
コイルシールド１０４に印加される。図２に示されるよ
うに、フィードスルー１２６はコイルシールド１０４の
端部１２７に配置されることが好ましい。フィードスル
ー支柱１２８はコイルシールド支柱１２４と同様に、コ
イルシールド１０４からシールド１０６へのショートの
原因となる導電経路を形成させずに、ターゲットから導
電材料を繰り返し堆積することが可能となる。従って、
コイルシールドフィードスルー支柱１２８は、コイルシ
ールド支柱１２４の迷路と同様の内部迷路構造を有する
ことにより、コイルシールド１０４と外側シールド１０
６の壁１４０の間がショートすることを防止する。
【００２８】チャンバ１２２の幅がギャップ１２５で与
えられるように比較的小さいため、外側シールド１０６
に達する堆積材料の量は比較的少ない。これら支柱に堆
積する材料が少ないことから、図３に図示される比較的
複雑な迷路のデザインに対して、支柱のデザインをもっ
と簡略化してもよいだろう。例えば、迷路構造のチャン
ネルの数を少なくしてもよい。
【００２９】支持支柱１２４の配置をギャップ１２２か
ら遠ざけて支柱に堆積材料が到達する可能性を低減又は
排除した場合は、このような離れた支柱について更に簡
単にすることが可能である。例えば、支柱を、セラミッ
ク等の絶縁材料でできた単純なポストとして製造しても
よい。
【００３０】ここに例示した具体例のコイルシールド１
０４が縦スロットを１つしか有さず、また、ダークスペ
ースシールド１３０がスロット１３００を１つしか有さ
ないため、外側シールド１０６のサイズを大幅に小さく
できることが期待される。シールド１０６はセグメント
ウォールとして形成することができ、セグメントの１つ
はスロット１２２の背後にあり、もう一方のセグメント
はシールドスロット１３００の背後にありコイルシール
ド１０４を取り囲むのではない。しかし、コイルシール
ド１０４が１９９６年１０月８日出願の米国特許出願第
０８／７３０，７２２号に記載されるように、コイルシ
ールドに外接するスロットを有する多巻きコイルである
場合は、フルサイズの外側シールド１０６を用いてもよ
い。
【００３１】代替的な具体例では、出願中の米国特許出
願、標題 "Powered Shield Sourcefor High Density Pl
asma" に詳細に説明されるように、シールドスロット１
３００の中かあるいは背後の位置でシールド１３０に絶
縁部材を取り付けてもよい。同様の形態では、絶縁部材
をコイルシールド１０４のスロット１２２の中に配置さ
せてもよい。この絶縁部材によりプラズマ及びスパッタ
材料を閉じ込め、シールド１０６等、外側シールドを分
ける必要がなくなる。
【００３２】チャンバシールド１０６は、ほぼボウル状
であり（図３）、コイルシールド１０４を絶縁状態で支
持するために支柱１２４、１２８を取り付けた略円筒形
の縦方向の壁１４０を有している。このシールドは更
に、チャックないしペデスタル１１４を包囲する略環状
の床壁１４２を有しており、ここに例示の具体例ではペ
デスタル１１４は直径８インチ（２０ｃｍ）のワークピ
ース１１２を支持するものである。クランプリング１５
４を用いることにより、ウエハをチャック１１４にクラ
ンプし、また、シールド１０６の床壁とチャック１１４
の間のギャップをカバーしてもよい。
【００３３】堆積システム１００は、真空チャンバ壁１
０７の上環状フランジ１５０に係合するアダプタリング
組立体１５２によって支持される。外側シールド１０６
は、アダプタリング組立体１５２を介してシステムグラ
ウンドに接地される。スロット入りダークスペースシー
ルド１３０は、外側シールド１０６と同様に、アダプタ
リング組立体１５２を介して接地される。
【００３４】また、スロット入りダークスペースシール
ド１３０は、アダプタリング組立体１５２の水平フラン
ジに固定される上フランジ１７０を有している。スロッ
ト入りダークスペースシールド１３０はチャンバシール
ド１０６と同様に、アダプタリング組立体１５２を介し
て接地される。あるいは、スロット入りダークスペース
シールド１３０は、セラミックを始めとする様々な絶縁
材料製とすることができる絶縁性のアダプタリング組立
体１５２で保持されていてもよく、また、スロット１３
００の正反対の位置の点１３０５の１点で接地される
（図４）か、又は、それぞれがスロット１３００から９
０゜の角をなしそれぞれが直径上でほぼ正反対の位置に
配置される２つの点１３１０及び１３１５のところで接
地されて（図５）いてもよい。
【００３５】ターゲット１１０は略ディスク状であり、
またアダプタリング組立体１５２に支持されている。し
かし、ターゲット１１０には負のバイアスが与えられて
おり、このため、接地されているアダプタリング組立体
１５２から絶縁されているべきである。従って、ターゲ
ット１１０の下側に形成された円形のチャンネル１７６
の中にはセラミック絶縁リング組立体１７２が置かれ、
これはアダプタリング組立体１５２上側の対応するチャ
ンネル１７４の中にも置かれる。絶縁リング１７４はセ
ラミック等様々な絶縁材料製であってもよく、これによ
りアダプタリング組立体１５２からターゲット１１０が
隔てられ、ターゲット１１０に適切な負のバイアスが与
えられるようにする。ターゲット、アダプタ及びセラミ
ックリング組立体には、Ｏリングシール面１７８が具備
され、真空チャンバ１０２からターゲット１１０への真
空機密組立体を与える。
【００３６】ターゲット１１０の均一な消費を促進する
ため、マグネトロン１１６（図２）をターゲット１１０
の上方に与えてもよい。しかし、プラズマのＲＦイオン
化を促進するため、マグネトロンを用いなくてもよい。
【００３７】上述の具体例のそれぞれでは、プラズマチ
ャンバ内で単一のコイルを用いていた。本発明は、２つ
以上のＲＦ印加コイルを有するプラズマチャンバにも適
用可能であることが認識されるべきである。例えば、本
発明は、出願中の米国特許出願第０８／５５９，３４５
号、標題 "Method and Apparatus for Generating aPla
sma"に説明されるタイプのヘリコン波発生のためのマル
チコイル型チャンバに適用してもよい。
【００３８】適切なＲＦジェネレータ及び整合回路は、
従来技術において周知である。例えば、整合回路とアン
テナにより最も適切な周波数の整合を行うための能力を
有するＥＮＩジェネシスシリーズ等のＲＦジェネレータ
が適している。ＲＦ電力をコイルシールド１０４に発生
させるためのジェネレータの周波数は、好ましくは２Ｍ
Ｈｚであるが、この範囲は変化してもよいことが考えら
れ、例えば１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚとしてもよい。ＲＦ
電力は４．５ｋＷに設定することが好ましいが、１．５
〜５ｋＷの範囲にあれば満たされると考えられる。用途
によっては、プラズマへのエネルギーの伝達は、コイル
その他のエネルギー伝達部材にＡＣ又はＤＣの電力を印
加することにより行ってもよい。ターゲット１１０にバ
イアスを与えるためのＤＣ電力は、３ｋＷに設定するこ
とが好ましいが、これを２〜５ｋＷとしてペデスタルバ
イアス電圧をＤＣ−３０ボルトとすれば、多くの用途に
対して満たされると考えられる。
【００３９】ここに例示した具体例では、外側シールド
１０６は直径１３．５ インチ（３４ｃｍ）であるが、
ターゲット、基板支持体及び基板の外径を超えて広がり
プラズマからチャンバを遮蔽するよう、十分な直径をシ
ールドが有していれば、良好な結果が得られると考えら
れる。外側シールド１０６は、セラミックやクオーツ等
の絶縁材料を始めとする様々な材料から作られていても
よい。しかし、ターゲット材料でコーティングされるこ
とが予想されるシールド及び全てのメタル面は、スパッ
タされるターゲット材料と同じ材料でできていることが
好ましいが、ステンレス鋼や銅等の材料でできていても
よい。シールドやその他の構造体からスパッタ材料がウ
エハに剥がれ落ちるのを低減するため、コーティングを
受けるだろう構造体の材料の熱膨張係数が、スパッタさ
れるべき材料のそれとほぼ適合するようにあるべきであ
る。加えて、被コーティング材料はスパッタ材料と良好
な接着性を有しているべきである。従って、例えば堆積
材料がチタンの場合は、シールド、ブラケットやその他
のコーティングを受けるだろう構造体に好ましい材料
は、ビードブラスト処理のチタンである。スパッタする
だろうあらゆる表面は、ターゲット（例えば高純度チタ
ン）と同じタイプの材料でできていることが好ましい。
無論、堆積されるべき材料がチタン以外の材料の場合
は、好ましい材料はこの堆積材料、ステンレス鋼又は銅
である。ターゲットのスパッタに先立ち、構造体をモリ
ブデンでコーティングすることにより、接着性を改善す
ることができる。しかし、コイルからモリブデンがスパ
ッタされればワークピースを汚染し得るため、コイル
（その他のスパッタする可能性のある表面）をモリブデ
ンその他の材料でコーティングしない方が好ましい。
【００４０】ウエハとターゲットの間隔は、約１４０ｍ
ｍであることが好ましいが、約１．５〜８インチ（４ｃ
ｍ〜２０ｃｍ）の範囲にあってもよい。このウエハとタ
ーゲットの距離に対して、コイルの直径は約１１．５イ
ンチ（２９ｃｍ）であることが好ましい。コイル直径を
大きくすればワークピースのエッジからコイルを遠ざけ
ることとなるため、底部のカバレージに対して悪影響を
与えることがある。他方、コイルの直径を小さくしてコ
イルをウエハエッジに近づければ、層の均一性に悪影響
を与え得る。コイルの直径を小さくすれば、コイルがタ
ーゲットに対して更に近い位置が与えられるため、ター
ゲットからコイルへの材料の堆積量が増え、これによ
り、コイルからスパッタされる材料の均一性に悪影響を
与え得る。
【００４１】様々なスパッタガスを用いて、Ｈ2、Ｎ
Ｆ3、ＣＦ4等の様々な反応性ガスとＡｒを含むプラズマ
を生成するために、様々なスパッタガスを利用してもよ
く、その他のガスを用いてもよい。０．１〜５０ミリト
ールの圧力を始めとして、様々な前駆体ガスの圧力が適
切である。イオン化ＰＶＤに対しては、１０〜５０ミリ
トールの圧力であれば、スパッタ材料のイオン化を適正
に行うことができる。
【００４２】無論、本発明の様々な特徴における変形
は、当業者には自明なものであると、あるいは、ルーテ
ィン的な機械的又は電気的なデザインの問題であるその
他の検討の後に自明となるものもあると、理解されるべ
きである。また、この他の具体例も可能であり、その特
定のデザインは用途に依存するものである。このよう
に、本発明の範囲はここに記載した特定の具体例に限定
されるものではなく、添付の請求の範囲及びこれと均等
な事項によってのみ限定されるべきである。
【００４３】
【発明の効果】 【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体例の１つに従ったプラズマ生成チ
ャンバの斜視的な部分断面図である。
【図２】図１のプラズマ生成チャンバへの電気的な相互
接続の模式的な線図である。
【図３】真空チャンバ内に設置された図１のプラズマ生
成チャンバの模式的な部分断面図である。
【図４】スロット付きダークスペースシールドと電力印
加コイルシールドの具体例の模式的な斜視図である。
【図５】スロット付きダークスペースシールドと電力印
加コイルシールドの別の具体例の模式的な斜視図であ
る。
【符号の説明】
１００…堆積システム、１０２…真空チャンバ、１０４
…コイルシールド、１０６…シールド、１１２…ワーク
ピース、１１４…ペデスタル、１２２…スロット、１３
０…スロット入りダークスペースシールド、１３００…
スロット。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 ジヨン シー． フォースター アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン フランシスコ， ハラム 41 (72)発明者 ブラッドリー オー． スティムソン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ハンチェット アヴェニュ ー 1257 (72)発明者 ジェン シュー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フォースター シティー， ハドソン ベ イ ストリート 279

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ターゲットから基板の上に材料をスパッ
    タするため、半導体製造システムの中でプラズマにエネ
    ルギーを与えるための装置であって、 スロット入りダークスペースシールドと、前記ターゲッ
    トに近隣するプラズマ生成領域と、を有する半導体製造
    チャンバと、 前記プラズマ生成領域内へエネルギーを結合しイオンを
    生成してスパッタ材料をイオン化するような配置が与え
    られるコイルシールドとを備え、前記スロット入りダー
    クスペースシールドは、前記プラズマ生成領域内に結合
    される前記エネルギーに応じた前記ダークスペースシー
    ルドへの渦電流の流入を、実質的に防止するに十分なサ
    イズの不連続部分を有する装置。
  2. 【請求項２】 基板の上に材料をスパッタするため、半
    導体製造システムの中でプラズマにエネルギーを与える
    ための装置であって、 ターゲットと、前記ターゲットの周縁を遮蔽するように
    配置されるダークスペースシールドと、前記ターゲット
    及び前記ダークスペースシールドに近隣するプラズマ生
    成領域と、を有する半導体製造チャンバと、 前記チャンバに保持され、前記プラズマ生成領域内へエ
    ネルギーを結合しイオンを生成してスパッタ材料をイオ
    ン化するように前記ダークスペースシールドに近隣して
    配置が与えられる、コイルシールドとを備え、前記ダー
    クスペースシールドは、前記プラズマ生成領域内に結合
    される前記エネルギーに応じた前記ダークスペースシー
    ルドへの渦電流の流入を、実質的に防止するスロットを
    画成する装置。
  3. 【請求項３】 前記スロット入りダークスペースシール
    ドが、前記ダークスペースシールドに沿って間隔をおい
    て配置される複数の点で接地される請求項２に記載の装
    置。
  4. 【請求項４】 前記ダークスペースシールドが、錐台状
    である請求項２に記載の装置。
  5. 【請求項５】 基板上に材料を堆積する方法であって、 コイルシールドからプラズマにＲＦエネルギーを結合し
    イオンを生成してターゲットからスパッタ材料をイオン
    化するステップと、 前記プラズマに近隣してスロット入りダークスペースシ
    ールドを与えることにより、渦電流ＲＦエネルギー損失
    を防止するステップとを有する方法。
  6. 【請求項６】 前記ダークスペースシールドと前記コイ
    ルシールドとが、間隔を置いた配置関係にあって少なく
    とも一部がオーバーラップする請求項２に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記ダークスペースシールドが、不連続
    なリングであり、前記スロットにより隔てられる２つの
    端部を有する請求項２に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記リングが中心軸を画し、また、前記
    スロットが前記中心軸と略平行に配向される請求項７に
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記コイルシールドが、間隔を有する２
    つの端部を有する略不連続な円筒部分を有し、前記端部
    と前記端部の間でスロットが画成される請求項２に記載
    の装置。
  10. 【請求項１０】 前記コイルシールドがＲＦジェネレー
    タに結合される請求項２に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記コイルシールドが中心軸を画し、
    また、前記コイルシールドスロットが前記中心軸と略平
    行に配向される請求項９に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記スロットの背後に間隔をおいて絶
    縁状態で配置される第２のシールドを更に備える請求項
    ２に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記ダークスペースシールドが、前記
    スロットに対して直径について実質的に反対の位置に配
    置される一点で接地される請求項２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記ダークスペースシールドが、互い
    に直径について実質的に反対の位置に配置される二点で
    接地される請求項２に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記スロットが、前記ダークスペース
    シールドの周縁に沿って前記二点の接地点から約９０゜
    の位置に配置される請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記ダークスペースシールドが、少な
    くともその一部が前記ターゲットと前記コイルシールド
    との間に介在する請求項２に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記ダークスペースシールドを、前記
    スロットに対して直径について実質的に反対の位置に配
    置される一点で接地するステップを更に有する請求項５
    に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記ダークスペースシールドに沿って
    間隔をおいて配置される複数の点で前記ダークスペース
    シールドを接地するステップを更に有する請求項５に記
    載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記ダークスペースシールドにより前
    記ターゲットの周縁を遮蔽するステップを更に有する請
    求項５に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記ダークスペースシールドと前記コ
    イルシールドとが、間隔を置いた配置関係にあって少な
    くとも一部がオーバーラップする請求項５に記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 前記ダークスペースシールドが、不連
    続なリングであり、前記スロットにより隔てられる２つ
    の端部を有する請求項５に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記リングが中心軸を画し、また、前
    記スロットが前記中心軸と略平行に配向される請求項２
    １に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記コイルシールドが、間隔を有する
    ２つの端部を有する略不連続な円筒部分を有し、前記端
    部と前記端部の間でスロットが画成される請求項５に記
    載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記コイルシールドが、ＲＦジェネレ
    ータに結合される請求項５に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記コイルシールドが中心軸を画し、
    また、前記コイルシールドスロットが前記中心軸と略平
    行に配向される請求項２３に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記スロットの背後に間隔をおいて絶
    縁状態で配置される第２のシールドを更に備える請求項
    ５に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記ダークスペースシールドが、前記
    スロットに対して直径について実質的に反対の位置に配
    置される一点で接地される請求項５に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記ダークスペースシールドが、互い
    に直径について実質的に反対の位置に配置される二点で
    接地される請求項５に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記スロットが、前記ダークスペース
    シールドの周縁に沿って前記二点の接地点から約９０゜
    の位置に配置される請求項２８に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記ダークスペースシールドが、少な
    くともその一部が前記ターゲットと前記コイルシールド
    との間に介在する請求項５に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 半導体製造チャンバの内側に配置され
    たＲＦ印加コイルと前記コイルによりエネルギーが与え
    られる前記チャンバ内のプラズマとの間のＲＦ結合効率
    を決定するための方法であって、 前記チャンバ内にピックアップループを挿入して、その
    中のＲＦ電磁界を検出するステップと、 前記ＲＦコイルに接続される整合回路網を与えるステッ
    プと、 ネットワークアナライザを前記ピックアップループと前
    記整合回路網とに結合するステップと、 前記ピックアップループによりＲＦ電力を測定するステ
    ップと、 該測定ＲＦ電力を一部用いて、ＲＦ結合効率を決定する
    ステップとを有する方法。
JP9312571A 1996-10-08 1997-10-08 スパッタ堆積用誘導結合プラズマ源ｒｆ透過改良型ダークスペースシールド Withdrawn JPH10229056A (ja)

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US08/730722 1996-10-08
US08/730,722 US6254737B1 (en) 1996-10-08 1996-10-08 Active shield for generating a plasma for sputtering
US08/856421 1997-05-14
US08/856,421 US6190513B1 (en) 1997-05-14 1997-05-14 Darkspace shield for improved RF transmission in inductively coupled plasma sources for sputter deposition

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