JP2002513862A - イオン化物理蒸着方法およびその装置 - Google Patents

イオン化物理蒸着方法およびその装置

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Abstract

(57)【要約】 環状マグネトロンスパッタターゲット（51）から導電性金属被覆材料をスパッタする方法および装置(40)によりイオン化物理蒸着（ＰＶＤ）がなされる。この環状マグネトロンスパッタターゲット（51）の開口の中心で室（41）の壁内に設けた誘電体窓（61，71，81）の背後の真空室の外側に配置したコイル（65，75）から伝達されるエネルギにより室（41）内におけるターゲット（51）と基板との間の処理空間に高密度のプラズマを発生することにより処理空間内のスパッタ材料をイオン化する。ファラディ型シールド（66，67）が上記窓を物理的に遮蔽して被覆材料が窓に被着するのを防止し、しかしてコイルから処理空間へエネルギを誘導的に伝達している。ターゲット平面あるいはターゲット背後にコイル65を配置しているので，ウェーハー間隔に対してターゲットが最適膜被着速度でかつ一様となるよう選択でき、さらにターゲット中心の開口への被着が原因する問題を生ずることなくリング形状の蒸着源たる効果を向上している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、イオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）に関し、そして、さらに詳細には、
被覆材料が供給されかつイオン化されて基板上への被覆材料の指向性を向上させ
る方法および装置に関している。
【０００２】 （発明の背景） イオン化物理蒸着は、特にシリコンウエーハー上に高アスペクト比の構造体に
充填しかつライニングする際に有用性を有する処理である。半導体ウエーハー上
に薄い被覆材料の被着のためのイオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）においては、被着
される材料が供給源からスパッタされるかまたは別の方法で蒸気化され、そして
同時に蒸気化された材料の実質的な留分が被覆されるウエーハーに達する前に正
のイオンに変換される。このイオン化は、真空室内のプロセスガスにおいて発生
される高密度プラズマによって達成される。プラズマは、処置室の真空内にＲＦ
促進励起コイルを通るＲＦエネルギを磁気的に結合することによって発生される
。このように発生されたプラズマは、供給源とウエーハーとの間の領域に凝縮さ
れる。電磁力は、ウェーハーに負のバイアスを作用させることによるような、被
覆材料の正のイオンに作用される。このような負のバイアスは、プラズマにウエ
ーハーを浸漬することによるかまたはＲＦ電圧をウェーハーに作用させることに
よるかのいずれかで電気的に隔離されたウェーハーとともに発生する。バイアス
は、被覆材料のイオンを、被覆材料の増大した留分がウェーハーに対して直角に
近い角度でウエーハー上に被着するようにウェーハーに向って加速されるようす
る。このことは、深くそして狭い穴に含むウエーハー形態においての金属の被着
を許しかつウェーハー表面上に溝を入れることになり、このような形態の底部お
よび側壁に良好な適用範囲を提供する。
【０００３】 本願の譲受人によって提案されているあるシステムは、１９９７年４月２７日
出願の米国特許出願第０８／８４４，７５１号，同第０８／８３７，５５１号、
および同第０８／８４４，７５６号に開示されていて、かつこれによりここに参
照することにより明白に取り込まれる。このようなシステムは、典型的な円筒形
状していてかつ誘電体材料または窓の形状にされたその曲がった外壁の一部を具
備している真空室を含む。螺旋形の電気的な伝導コイルは、誘電体窓の外側およ
び室の回りおよび同心に配置され、コイルの軸線方向の延長部が誘電体窓の顕著
な一部分となる。作用において、コイルは、適当な補助システムを通るＲＦ電力
の供給により付勢される。誘電体窓は、コイルをプラズマとの直接接触から隔離
しながら、室内に接続されるコイルからのエネルギを許容する。窓は、室の内部
領域内へＲＦ磁場を通過することができる、代表的には金属により形成されたシ
ールドの配置によって金属被覆材料の被着に対して保護され、一方これらの磁場
によって生じられる電流が循環する伝導路を形成する傾向にある誘電体窓上への
金属の被着を阻止する。このような電流は、抵抗加熱をもたらしかつコイルから
プラズマへのプラズマ励起エネルギの磁気結合の減少をもたらすので、望ましく
ない。この励起エネルギの目的は、室の内部領域において高密度プラズマを生じ
させることである。結合の減少というのは、プラズマ密度を減少させかつ処理の
結果を低下させる。
【０００４】 このようなＩＰＶＤシステムにおいては、材料は、例えば、通常ＤＣ電源装置
によって、プラズマに対して負の荷電がなされるターゲットに対してスパッタさ
れる。ターゲットは、しばしばターゲットにスパッタするためのターゲットにお
いてプラズマを閉じ込める磁気回路または他の磁石構造を取り込んだ平面のマグ
ネトロンデザインからなるものである。材料は、ウェーハー支持体またはテーブ
ル上に支持されたウェーハーに達し、ウェーハーにはＲＦバイアスが典型的には
ＲＦ電源装置および補助ネットワークによって作用される。
【０００５】 幾分異なった形態は、真空室に対して内部に配置されたコイルによって
生じたプラズマを採用している。かかる装置は、誘電性の室壁も該誘電性の室壁
を保護する特殊な遮蔽体も必要としない。かかる装置は、本願明細書に引用して
特に組み込んであるバーンズ他（Ｂａｒｎｅｓ ｅｔ ａｌ）の米国特許第５，１
７８，７３９号に記載されている。バーンズ他の特許に開示された装置と同じく
、真空室の外部にコイルを具備した装置は、スパッタターゲットとウェファの面
の間の空間に物理的に位置し、これを占有する、真空室の内部または外部にある
誘導コイルまたは他の結合素子の使用を伴う。
【０００６】 コイルのような結合素子が真空室の内部または外部にあろうと、装置の大
きさは、蒸着源と基板との間におけるＲＦエネルギ結合素子の設置を許容する十
分な蒸着源と基板との分離の必要性により抑制されていた。コイルまたは他の結
合素子の設置のためウェファの回りに十分な直径もなければならない。結合素子
用の空間を見越しておく必要性により蒸着源と基板との間の増大した間隔の直接
的な結果として、かかる装置により蒸着の十分な一様性を達成するのは困難であ
る。一様性を向上するため真空室の高さを減じると、真空室の中央領域において
プラズマ密度の損失があり、そして被覆材料のイオン化率が減じる。また、事実
上、装置全体が抑制された直径内に適合する必要がある。その結果、ＲＦコイル
が金属表面に近接していることから生じる加熱による問題がしばしば生じ、この
ことは余分な冷却を必要とすることがあり、技術および生産コストを増大させ、
電力を浪費する。
【０００７】 室内にコイルを備えたＩＰＶＤ装置は、コイルがプラズマにより腐食し
、それゆえターゲットからスパッタされるものと同じ種類のターゲット級の材料
からなる必要があるという付加的不利益がある。さらに、真空室に置かれるコイ
ルを相当に冷却する必要がある。コイルの冷却に液体を用いる場合、一様でない
腐食またはアーキングがコイルを貫き、結果として装置に液体が漏洩するが、こ
れは非常に望ましくなく、装置の長期間の清掃と再修正をもたらすことがある。
さらに、室内の励起コイルはまたプラズマと容量結合して、励起電力の非効率な
使用とイオンエネルギスペクトルの拡大に至り、このことはプロセスに望ましく
ない効果がある。
【０００８】 上記の考慮事項および問題の結果、ＩＰＶＤ処理装置において高密度の
被覆材料イオン化プラズマにより効率的にエネルギを結合し、そして室の最適な
大きさと干渉することなく、かつ好ましくは真空室にコイルまたは他の結合素子
を配置することなくエネルギを結合する必要が残っている。
【０００９】 （発明の要約） 本発明の一目的は、コイルまたは他の結合素子の配置が処理装置の室の
形態に悪影響を及ぼさないＩＰＶＤ法およびＩＰＶＤ処理装置を提供することで
ある。本発明の他の目的は、ＩＰＶＤ性能についてより効率的で有効な方法と装
置を提供することである。
【００１０】 本発明の原理によると、ＩＰＶＤ装置は、真空室内の処理空間への被覆
材料の原子および微小粒子を含む蒸気を作り出す被覆材料のリング形状の源を備
えている。リング形状の源の中央には、処理空間を通過する被覆材料をイオン化
する、高密度で反作用的に結合したプラズマを処理空間内に生じさせるため、Ｒ
Ｆエネルギを室内に結合させる結合素子が設けられている。被覆材料のイオンは
、静電場または電磁場または他のものの影響下にあろうと、室内で処理空間の他
端にある基板に向かって動いていく。例えば、基板からセンチメートルのオーダ
ーの一定距離内に到着するイオンは、外装場に出会い、そして基板に向かって加
速され、被覆材料の高い割合が基板に直角に対し基板に到着し、それにより基板
の底部および側部をより有効にライニングまたは充填し、小さくて高いアスペク
ト比が基板の表面上で重要な役割をする。
【００１１】 本発明の好適実施例においては、好ましくはスパッタリングターゲットである
被覆材料源には中央開口が設けられており、その中に非誘電体窓が配置されてい
る。この窓の背後の、室の吸引部の外側には、ＲＦエネルギー源の出力に連結さ
れた好ましくはコイルである結合要素を含むプラズマ源が配置されている。結合
要素は、エネルギー源から供給された好ましくは誘電的なエネルギーを、材料源
の中央の開口における窓を通して、室の反対側端部における基板支持体上の半導
体ウェハーのような、被覆材料源と基板の間の室の領域内に結合させる。
【００１２】 好ましくは、本発明の装置はセラミック製の中央窓を包囲する環状スパッタリ
ングターゲットを含む。或る好適実施例では、この環状カソードは、平坦または
ほとんど平坦に近い。マグネトロン磁気組立体はターゲットの背後に位置づけら
れてターゲット上に、その中央部における中央開口を包囲する環状ターゲットの
表面上で、好ましくは環状トンネル形状の、ターゲット上に磁場を閉じ込めるプ
ラズマを生成する。ターゲットは、負の直流またはパルス状直流電圧であること
が好ましい負の電圧に励磁される。全体的にトンネルに閉じ込められたプラズマ
が生成されて、ターゲットからの材料をスパッターする。
【００１３】 結合要素は、好ましくは、環状スパッタリングターゲットの中央開口における
非誘電体窓の背面の外側表面の背後およびこれに近く位置づけられるコイルであ
る。例えば、１３．５６ＭＨＺのＲＦエネルギーをコイルに印加してターゲット
と基板との間の室内に高密度の誘電結合プラズマを励起させる。ターゲットの表
面においてマグネトロン磁石の場の下で補足される主スパッタリングプラズマは
、ターゲットからの被覆材料を材料の大部分が電子を奪われて正イオンの被覆材
料を形成する高密度の第２プラズマによって占有される処理空間の領域内にスパ
ッターする。負バイアス電圧が基板ホルダー上のウェハーに印加されると、該印
加は第２プラズマの領域からの材料を基板の表面に向けて並びに該表面上にスパ
ッターする正イオンを引き寄せ、接近する入射角度は基板に対して垂直であるた
めウェハー基板上の堀および孔に入ってこれらの孔および堀の底部を覆うことが
できるようになっている。
【００１４】 本発明による装置の構造によれば、処理室は被覆材料源と基板との間に最適な
空間を形成すべく寸法づけられ、もってスパッターした種の良好なイオン化並び
にウェハー上へ付着を均一性良く行なうものである。
【００１５】 本発明はＩＰＶＤプロセスを最適化すると共に上記の発明の背景技術に述べ
たような困難さを克服するべく処理室を構成する上で設計の選択に多大な自由度
を与える。
【００１６】 本発明のこれらおよび他の目的は、図面を参照した以下の詳細な説明からより
容易に明らかとなるであろう。
【００１７】 （発明の詳細な説明） 図1に図式的にしめす先行技術のイオン化物理蒸着装置10は、処理するための
半導体ウェファ12などの基板を内部で支持した密封真空室11を有し、すなわちこ
の室11は、典型的には形状が円筒の室壁13により画成されている。この室壁13は
、導電性の材料製であり、アース電位に維持されている。ウェファ12は、絶縁体
15により室壁13から電気的に絶縁された状態で室壁13により支持された基板ある
いはウェファ支持体14上に担持されるか、あるいはこれによりクランプされてい
る。室11内でスパッタターゲット16が基板支持体14に対向配置されている。この
スパッタターゲット16は、ターゲットホルダすなわち受け板17に装着されている
。すなわち、これは概略的に図示するように室壁13と密封関係にある電気的絶縁
体18上に装着されている。ターゲット16は、陰極電源19の出力側に電気的に接続
されている。この陰極電源19は、直流電源として図示されており，ターゲット16
に負電位を与えている。ターゲット16の背後で室11の外側に通例のマグネトロン
磁気パッケージ（図示せず）が配置されている。このパッケージにより、ターゲ
ット16の表面上にプラズマ捕捉磁界を発生させターゲット16の表面に近接して主
プラズマを閉じ込めるようになっている。この主プラズマにより室11内に発生し
た、通例アルゴンなどの処理ガスの正イオンは、ターゲット16の表面に引き付け
られ、ターゲット16を構成する被覆材料の原子およびその他の小さな粒子がター
ゲット16から飛散スパッタされる。通常ターゲットホルダ17にターゲット16冷却
用の冷却流体を流す構成（図示せず）が設けられている。
【００１８】 イオン化物理蒸着装置10は、真空室11の内部で基板ホルダ14とターゲット16と
の間にコイル20が設けられており、このコイル20は、RFゼネレータ22の出口側に
適当な整合ネットワーク21を介して結合されている。コイル20は、RFエネルギを
室11内のガスに伝達し、これにより室11内にプラズマが発生する。RFエネルギに
より発生するプラズマは、材料に正イオンを発生するためのものであり、室11内
のターゲット16と支持体14上の基板12との間の領域を通過した時点でターゲット
から材料がスパッタされる。通例エネルギ源であるバイアスエネルギ源23が支持
体14とウェファ12に整合ネットワーク23を介して結合され、これによりウェファ
12上に負のバイアス電位が発生する。
【００１９】 ＩＰＶＤ装置において、基体１２に対するターゲット１６の位置は、ＲＦコ
イル２０の存在により、ターゲット１６とウエーハー１２との間の空所に制限さ
れる。該コイル２０のために必要とされるターゲットと基体との間隔の直接の結
果として、基体１２への堆積の均一性は、基体１２に対してターゲット１６を配
置させる融通性に欠けていることにより危うくされている。更に、コイル２０内
で冷却することが典型的には必要とされ、このことは製造及び製造コストに影響
し且つ電力を消費する。装置１０のコイル２０は室１１内に有り且つその結果と
してプラズマにより損なわれる。このためコイル２０は、ターゲット１６を形成
している材料と同じターゲット・グレードの材料から作られねばならない。更に
コイル２０の冷却は通常、コイル２０が作られている管あるいはその中空内部を
通って水を流すことでおこなわれる。
【００２０】 図２は、典型的には円筒形である室壁３２によって画定されている室３１を
備えたＩＰＶＤ装置３０を例示している。室３１中で基体１２が支持体１４に支
持され、それはまた、絶縁体１５により室壁３２から電気的に絶縁されて支持さ
れている。室３１は、誘電性の材料あるいは窓（ウインドウ）３３から作られ且
つ湾曲した外壁３２を有する。室３１内で基体支持体１４の反対側にスパッタリ
ングターゲット１６があり、このスパッタリングターゲットは、室壁３２と密封
関係で電気絶縁体１８に装着されているとして概略が示されているターゲットホ
ルダーあるいは裏板１７に装着されている。ターゲット１６はＤＣあるいはパル
ス化されたＤＣとして例示され且つマイナスの電位をターゲット１６に付与する
カソード電源装置の出力部分に電気的に連結されている。ターゲット１６の後方
で室３１の外側に、ターゲット１６の表面にプラズマ捕捉磁場を形成するマグネ
トロン・マグネット・パッケジ（図示せず）があり、該プラズマ捕捉磁場は主要
なプラズマをターゲット１６の表面近くに閉じ込める。室１１内の典型的にはア
ルゴンである処理ガスの＋イオンはこの主要なプラズマ中に発生し、且つターゲ
ット１６の表面に引き寄せられ、そこでそれらはターゲット１６から、ターゲッ
ト１６が作られている被覆材料の原子あるいは他の小粒子を放出させる。
【００２１】 螺旋形の電導コイル３５は、誘電体窓３３の外側で且つ室３１と中心を同じ
くして配置され、コイル３５の軸線方向の範囲は誘電性壁３３の軸線方向の範囲
の大部分である。作動において、コイル３５は、整合装置２１を介してＲＦ電源
２２からエネルギー供給を受ける。誘電体窓３３は、コイル３５をプラズマと直
接に接触させないように隔てながら、コイル３５からのエネルギーを室３１中に
誘導的に連結させるようにする。窓３３は、典型的には金属から作られ且つＲＦ
磁場を室３１の内側領域中に通すことのできる一つ以上のシールド３６を配置す
ることにより、誘電体窓３３に金属が堆積するのを殆ど防止しながら、ターゲッ
ト１６から放出された金属被覆材から保護されている。シールド３６は、室３１
の周囲で電気的に分離された部分で形成されるか或いは室３１の周りで周囲を取
り巻く電流通過を阻止する少なくとも一つの軸線方向のスリットあるいは空隙３
７を有し、スリットあるいは空隙は室３１内でプラズマからコイル３５を電気的
に遮蔽あるいはプラズマと電気的に結合しないようにする。室３１内でコイル３
５により結合されたＲＦエネルギーは室３１内で密度の高いプラズマを発生させ
、ターゲット１６から放出された材料の大部分が室３１を通り正にイオン化され
るようにする。
【００２２】 陰性のバイアスが、整合ネットワーク２４を介してＲＦ給源２３から基体１
２に付与され、結果として放出材料の正のイオンをプラズマから基体に該基体に
ほぼ垂直な方向に静電気的に引き付けあるいは向かわせる。このバイアスエネル
ギー給源２３は、スパッタ放出された陽性イオンをプラズマから基体のほうに引
き付けるためプラズマの電位に対し充分に陰性である電位を基体に発生させるの
に効果的なＲＦエネルギーあるいは他の形の電気的なエネルギーを使用し、結果
として該陽性のイオンは基体表面に好ましくはほぼ直角な角度で基体１２に衝突
し、結果として基体１２に高いアスペクト比形状の被覆を設けるのを可能とする
。基体１２でのバイアス・ポテンシャルは、基体１２に形成される装置あるいは
膜を実質的に腐食する或いは損傷するほど充分に高いエネルギーでイオンを基体
に引き付けるほどの高いものであるべきではない。
【００２３】 本発明の好適な実施例によるＩＰＶＤスパッタリング装置４０が図３に例示さ
れている。このＩＰＶＤ装置４０は室壁４２によって規定された真空室４１を含
む。室４１は、高真空に室内を排気するための真空ポンプシステム４３と、ＲＦ
発生させた負のバイアスを与えるための供給２３，２４を備えたウェーハ・ホル
ダ１４と、反応性のスパッタリングの際に用いる不活性ガスおよび反応ガスを供
給するためのシステム４４と、ウェーハ・サポートまたはウェーハ・ホルダ１４
と反対側の室４１の端部分に位置する大きな開口４５とを備えている。開口４５
は、供給源配置または陰極および電極組立体５０によってシールされている。
【００２４】 サポート１４は、好適にはターゲットに対して調整可能に間隔をあけて配置さ
れており、それによってターゲットの寿命まで所望の均一性を維持するようにタ
ーゲットを基板間隔に対して調整することができる。そのような調整可能なサポ
ートが設けられている場合、サポート１４と室４１の壁４２との間に、例えば金
属製ベローズ（図示せず）の形態のシールが設けられていてもよい。室４１の構
成、特にウェーハ縁部に対する室の側壁の位置は、特に壁４２がウェーハに近い
場合に蒸着の均一性に対して影響し、したがって室４１の構成は蒸着が均一とな
るように他のパラメータに関連して経験的配慮がなされていなければならない。
【００２５】 図３に示すように、組立体５０は、作動中に陰極電源供給器５２によって負に
帯電される概ね環状のターゲット５１を含む。陰極電源供給器５２は、好適には
ＤＣまたはパルスＤＣ電源供給器のいずれかの形態であるが、適切な対応ネット
ワークを介してターゲット５１に接続されたＲＦ供給器の形態であってもよい。
ターゲット５１の浸食は内側および外側の暗部リング５３，５４によって制御さ
れるが、好適には領域５５に概を示したマグネトロン磁石組立体５９の発生する
磁場によっても制御される。ターゲット５１の冷却は、従来の内部ウォーターチ
ャネル（図示せず）を使用して、または従来の適切な外部冷却システム（図示せ
ず）を投入することによって達成される。ターゲット５１は絶縁体５６，５７に
よって接地表面から電気的に分離されている。環状ターゲット５１は内側開口５
８を有し、この開口内にＲＦプラズマ励起システム６０が取り付けられる。
【００２６】 ＲＦプラズマ励起システム６０を幾つかの方法で設けることができる。１つの
好適な実施例を図３および図４に例示する。このプラズマ励起システム６０は、
環状ターゲット５１の開口５８をシールする平坦な誘電窓６１を含む。窓６１の
基板１２側は室４１の真空に接し、窓６１の反対側すなわち外側は通常の大気環
境に接している。窓６１の外面近傍には窓と平行に延びる励起コイル６５が設け
られる。この励起コイルは、平面、または実質的に平面とすることができる。１
つの好適なコイル６５は、例えばＯｇｌｅに付与された米国特許第４，９４８，
４５８号、またはＡｓｈｔｉａｎｉに付与された米国特許第５，６６９，９７５
号で説明されており、それらは参照によって本明細書に明確に組み込まれる。窓
６１の内側には複数の遮蔽体６６，６７があり、これらは誘電窓６１にスパッタ
金属または他のスパッタ材料が蒸着することを防ぐ物理的シールドとして作用す
るとともに、コイル６５から室４１への誘導結合ＲＦエネルギの通路を実現する
ファラデーシールドとして作用する。遮蔽体６６，６７は小さな距離を隔てて誘
電窓６１の内側表面に近接して取り付けられている。遮蔽体６６，６７は、好適
には暗部遮蔽体５３のスロットに取り付けられ、また、暗部遮蔽体５３に接地さ
れていてもよく、好適には暗部遮蔽体５３と良好な熱接触状態に維持されている
。暗部遮蔽体５３は好適には水冷されている。この代りに、遮蔽体６６，６７の
一方または両方が少なくともコイル６５のＲＦエネルギに関して電気的に浮遊し
ていてもよい。好適な実施例において、遮蔽体６６，６７は水冷された暗部遮蔽
体５３に連結された、または必要であれば遮蔽体６６，６７を暗部遮蔽体５３か
ら電気的に絶縁しつつ遮蔽体６６，６７の冷却を許容する任意の電気的絶縁およ
び熱的伝導サポートリング６８を介して連結された縁部からの伝導によって冷却
されている。他の遮蔽体冷却技術および遮蔽体の配置を使用することも可能であ
る。
【００２７】 作動時にはＲＦ電圧が電力給源２２から整合ネットワーク２１を介して励磁コ
イル６５へ供給される。遮蔽体６６，６７への望ましくない容量結合を最小にす
るための整合ユニットおよび連結部の設計技術はアシタニに付与された米国特許
第５，６６９，９７５号に記載されている。プロセスガスは室内の圧力を約１〜
４０ｍＴｏｒｒに上昇させるように供給される。その後、室内で高密度のプラズ
マカンが点火される。ＤＣまたはＲＦ電力がスパッタリングターゲット５１に供
給され、スパッタリングターゲット５１がメインプラズマからのイオン衝撃によ
って腐食される。メインプラズマによってターゲットから飛散した材料は、コイ
ル６５からの誘導結合エネルギーによって支持された高密度プラズマを通るとき
にイオン化される。このイオン化されて飛散した被覆材料は、図２の装置３０に
関連して記載したように負のバイアスをかけられたウェーハー１２に向けて加速
される。
【００２８】 図５には、別のプラズマ励起システム６０ａを有する、装置４０の実施例が示
されている。このプラズマ励起システム６０ａは、環状ターゲット５１の中央の
内部開口５８内に位置する凹所若しくは室７０を備えている。凹所７０は石英ま
たは他の適当な誘電材料の壁７１によって仕切られており、その背後には、真空
室４１の外側で窓７１と同心に、螺旋コイル７５が巻かれている。適当なファラ
デイ（Ｆａｒａｄａｙ）シールド７６，７７が窓７１に隣接して位置決めされて
いる。このシールド７６，７７は、誘電材料が蒸着しないように保護する物理的
遮蔽体としても機能し、また、ＲＦエネルギーがコイル７５から凹所７０へ通り
そこから処理スペース全体に広がることを可能にしている。シールド７６，７７
は、図２に関連して記載したシールド６６，６７と同様に物理的遮蔽体機能とＲ
Ｆ伝達機能とを有し、米国特許出願第０８／８４４，７５１号、０８／８３７，
５５１号および０８／８４４，７５６号に記載された特徴を備えることができる
。これら米国出願は、出願番号を記載することにより、本明細書に組み込まれて
いるものとする。作動時に、螺旋コイル７５は高周波数のＲＦエネルギーによっ
て付勢され、真空室４１内の凹所７０の領域に高密度プラズマが発生する。高密
度プラズマは室４１の主処理領域に流入し、そこでターゲット５１から飛散した
材料のイオン化が生じる。
【００２９】 図６に示した別の装置４０は、プラズマ励起システム６０ｂを有する。このシ
ステム６０ｂは、図５のシステム６０と類似のものであるが、ターゲット５１の
中央に円筒形で石英からなる壁８１に包囲された凹所７０ａを有し、壁８１の遠
端部に除去可能な補助カソード装置８２が設けられている。 補助カソード装置
８２には、小さくかつ平坦で、環状ターゲット５１と同一材料で形成された補助
ターゲット８３が装架されている。好ましくは、ターゲット８３の背後にマグネ
トロン装置が設けられる。補助ターゲット８３はＤＣ電力給源８４によって付勢
される。ターゲット８３の目的は、所望のときに基板へスパッタリング材料をよ
り均一に蒸着するための、付加的な任意に使用し得るスパッタリング材料源を提
供することである。
【００３０】 カソード・電極組立体５０の主環状スパッタリングターゲット４１は、図７〜
９に示されているような多数の代替構成のものにすることができる。図７におい
ては、組立体５０ａのターゲットは、適切な形状の内方および外方の暗黒スペー
ス遮蔽体１６ａ，１７ａの間の平坦な環状ターゲット５１ａの形態になっており
、一方、図８においては、カソード・電極組立体５０ｂのターゲットは、円筒形
ターゲット５１ｂの形態になっている。図９においては、カソード・電極組立体
５０ｃは、切頭円錐形のターゲット５０ｃを有する。ターゲットの幾何学形状の
選定は、イオン化とターゲット材料の最適利用との間の所望のバランスに影響を
与えるように行うことができる。例えば、図８の幾何学形状のターゲット５１ｂ
は、材料をスパッタリングターゲット５１ｂからプラズマの最高密度領域へ向わ
せ、それにより飛散（スパッタ）材料を効率的にイオン化し、少量の飛散材料を
ウェーハーに到達させるようにする傾向がある。
【００３１】 環状ターゲットあるいは他のリング形状源の中央の開口にプラズマ励起システ
ムを位置決めすることの利点は、ヘリカルコイルをスパッタリング源の中心とウ
ェーハーの中心との間で軸線周りに同心状に挿置する必要性から生ずる寸法上の
束縛が無くなることである。別の利点は、環状ターゲットあるいは他のリング形
状源の使用から、平坦で固体の平面状源の場合よりも、より大きなターゲットに
おいてウェーハー分離に対してフィルムの均一性を向上させる恩恵が生ずること
である。より大きなターゲットにおいて基板距離に対する均一性を達成する能力
は、スパッタ材料をイオン化する一層の機会を可能にする。従来技術のスパッタ
被覆装置にリング形状源をかって用いた際には、そのような装置は普通、その源
の中央領域に、この領域におけるスパッタ材料の再堆積を防ぐように特別の遮蔽
を必要とした。そのような場合、この材料の良好な吸着を確保し、室の粒子汚染
を増すであろう堆積材料の剥がれ落ちを防ぐために、この中央領域の加熱が必要
であった。本発明の実施例では、リング形状源の中央開口は、高密度プラズマを
励起するのに使用する機器用の位置として用いられ、基板上への指向性堆積のた
めのスパッタ材料のイオン化に寄与することによって、責務よりも寧ろシステム
の有用な部分になる。
【００３２】 本発明の種々の実施例から生ずる更なる利点は、カソードと、二次プラズマ励
起構造とが従来技術におけるよりも一層コンパクトにでき、処理真空室への余分
なフィードスルー（連通導体）或いは他の変更を要せず、励起モジュールへの源
の適合を実際的にすることである。 当業者には、本文における本発明の手段が変更でき、発明が好適な実施例にて
説明されていることが判るであろう。従って、追加と変更は、発明の原理と意図
から逸脱することなく、成し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術によるＩＰＶＤ装置の一形式を示す横断面図である。
【図２】 本発明の譲受け人によって提案されたＩＰＶＤ装置の一般的形式
を示す図１に類似の横断面図である。
【図３】 本発明の一実施例によるＩＰＶＤ装置を示す図２に類似の横断面
図である。
【図４】 図３のカソードおよび電極組立体の分解斜視図である。
【図５】 図３のＩＰＶＤ装置に示された別のカソードおよび電極組立体を
示す横断面図である。
【図６】 更に別のカソードおよび電極組立体を示す図５に類似の横断面図
である。
【図７】 もう１つ別のカソードおよび電極組立体を示す図５に類似の横断
面図である。
【図８】 さらに別のカソードおよび電極組立体を示す図７に類似の横断面
図である。
【図９】 さらに別のカソードおよび電極組立体を示す図７に類似の横断面
図である。

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空室と、環状被覆材料源と、前記真空室の内部の基板支持
    体と、前記真空室の外部のＲＦエネルギー源と、前記真空室の外部のコイルと、
    遮蔽構造体とを有し、 前記真空室が、該真空室内の真空処理空間を包囲する室壁を有し、 前記環状被覆材料源が、前記真空処理空間に被覆材料を供給するためのもので
    あって、中央開口と、前記真空処理空間に連なる少なくとも一つの表面を有し、 前記基板支持体が、前記環状被覆材料源に対して前記真空処理空間の反対側に
    あり、 前記室壁が、前記環状被覆材料源の中央開口に誘電体窓を具備し、 前記コイルが、前記窓に隣接するとともに、前記ＲＦエネルギー源に結合され
    、前記窓を通して前記真空室内に誘導的にエネルギーを結合して、誘導的に結合
    されたプラズマを前記真空処理空間内に形成するようになっており、該プラズマ
    は、前記環状被覆材料源から前記真空処理空間を経て移動する被覆材料をイオン
    化するための十分な密度を有するものであり、 前記遮蔽構造体が、前記窓と前記真空処理空間の間で前記窓の内側にあって、
    前記コイルから前記真空処理空間内へのＲＦエネルギーの有効な結合を可能にす
    るとともに前記真空処理空間の被覆材料から前記窓を物理的に遮蔽する構造にな
    されているイオン化物理蒸着装置。
  2. 【請求項２】 前記基板支持体上の基板にＤＣ電位を作るように前記基板支
    持体に連結されたバイアス電力源を更に有し、前記基板支持体は、プラズマに対
    して十分な負電位であり、それによって前記真空処理空間から前記基板に対して
    被覆材料から成る正イオンを向かわせるようになっている請求項１に記載された
    イオン化物理蒸着装置。
  3. 【請求項３】 前記環状被覆材料源が、前記真空室の内部に連通するスパッ
    タリング表面を有する導電性被覆材料から成る少なくとも一つのスパッタリング
    ・ターゲットと、前記スパッタリング表面にＤＣ電位を付与するために前記スパ
    ッタリング・ターゲットに連結されたターゲット電力供給源とを含み、 前記スパッタリング・ターゲットの前記スパッタリング表面から前記真空処理
    空間内に材料を飛ばすために、前記スパッタリング表面がプラズマに対して十分
    な負電位になされる請求項１に記載されたイオン化物理蒸着装置。
  4. 【請求項４】 前記真空室の外側の、前記スパッタリング・ターゲットの背
    後に位置するマグネトロン磁石を更に有し、該マグネトロン磁石は、前記スパッ
    タリング・ターゲットの前記スパッタリング表面に近接する範囲にスパッタリン
    グ・プラズマを制限するために有効である請求項３に記載されたイオン化物理蒸
    着装置。
  5. 【請求項５】 前記環状被覆材料源が、少なくとも一つの平坦な環状スパッ
    タリング・ターゲットを含み、該環状スパッタリング・ターゲットが、前記基板
    支持体上の基板に対して実質的に平行である平面内に概ね位置するスパッタリン
    グ表面を有する請求項３に記載されたイオン化物理蒸着装置。
  6. 【請求項６】 前記リング形状の蒸着源が少なくとも一つの円筒スパッタタ
    ーゲットを含み、該スパッタターゲットが支持された基板にほぼ垂直なスパッタ
    面を有する請求項１に記載された装置。
  7. 【請求項７】 前記リング形状の蒸着源が少なくとも一つの切頭円錐スパッ
    タターゲットを含み、該スパッタターゲットが基板の表面に対しある角度で基板
    に面しているスパッタ面を有する請求項１に記載された装置。
  8. 【請求項８】 前記誘電性窓が前記リング形状の蒸着源の中央開口内に配置
    されているほぼ平らな窓であり、 前記コイルが、窓にほぼ平行で背後に設けられている実質的に平らなコイルであ
    る請求項１に記載された装置。
  9. 【請求項９】 前記遮蔽構造が地面に高いRFインピーダンスを有するスロッ
    トのある電気的伝導性材料シートを含む請求項１に記載された装置。
  10. 【請求項１０】 前記誘電性窓が、ほぼベル形状の窓であって円筒側壁及び
    閉端を有すると共に、前記リング形状の蒸着源の中央開口内にあって前記処理空
    間に連通する凹所を形成し、 前記コイルが前記窓の円筒壁を囲むヘリカルコイルであり、 前記遮蔽構造が、前記処理空間から移動する材料から前記円筒壁を物理的に遮蔽
    する電気的伝導性材料である１以上のシートの円筒配列を含む請求項１に記載さ
    れた装置。
  11. 【請求項１１】 前記誘電性窓が、前記リング形状の蒸着源の中央開口内に
    あるほぼ円筒窓であって前記処理空間に連通し閉端を有する凹所を形成し、 前記コイルが前記円筒窓を囲む螺旋形コイルであり、 前記遮蔽構造が前記処理空間から移動する材料から前記円筒壁を物理的に遮蔽す
    る電気的伝導性材料である１以上のシートの円筒配列を含み、 前記装置が更に前記凹所の閉端に設けた追加のターゲットを有する請求項１に記
    載された装置。
  12. 【請求項１２】 真空室であって、該真空室内の真空処理空間を包囲する室
    壁を有する真空室と、 該処理空間の一側にある前記真空室内の基板支持体と、 該基板支持体から前記処理空間の反対側にあり、中心開口と、前記基板支持体
    に向いたほぼ平坦なリング形状のスパッタ面とを有した被覆材料の環状スパッタ
    ターゲットと、 前記ターゲットに接続され、スパッタプラズマを生成し、材料を前記ターゲッ
    トの前記スパッタ面から前記処理空間内に、前記基板支持体に向かって飛ばすの
    に十分な電位を前記スパッタ面に供給するターゲット電源装置と、 前記室外部のＲＦエネルギ源と、 前記中心開口の近くにあり、前記ＲＦエネルギ源に接続され、エネルギを前記
    処理空間内に反応的に結合させ、前記処理空間内で前記環状ターゲットからの被
    覆材料を濃縮しイオン化するに十分である前記処理空間内に反応的に結合された
    プラズマを形成するＲＦ電極とを有し、 前記基板支持体は、ＤＣ源によって付勢された時、前記支持台上の基板にプラ
    ズマに対して十分に負であるＤＣ電位を付加し、前記基板を損ねることなく被覆
    材料の正イオンを前記処理空間から前記基板へ向けるようになっているイオン物
    理蒸着装置。
  13. 【請求項１３】 前記室壁は前記環状ターゲットの中心開口の近くに誘電体
    窓を有しており、 前記ＲＦ電極は、前記室の外部で、前記窓の近くに、前記ＲＦエネルギ源に接
    続されたコイルを有し、前記窓を介して前記室内にエネルギを誘電的に結合させ
    、前記処理空間内で前記環状ターゲットからの被覆材料を濃縮しイオン化するに
    十分である前記処理空間内に誘電結合されたプラズマを形成しており、 該イオン物理蒸着装置は、前記窓と前記処理空間の間で前記窓の内側に、前記
    コイルからのＲＦエネルギの前記処理空間内への効果的結合を許すように形付け
    られ及び前記窓を前記処理空間からの被覆材料から物理的に遮蔽するように形付
    けられた、遮蔽構造体をさらに有している請求項１２に記載されたイオン物理蒸
    着装置。
  14. 【請求項１４】 前記誘電体窓は前記環状ターゲットの前記中心開口内に横
    たわった概ね平面的な窓であり、 前記コイルは前記窓の後ろに、窓と平行に位置したコイルである請求項１３に
    記載されたイオン物理蒸着装置。
  15. 【請求項１５】 前記遮蔽構造体は、接地に対して高ＲＦインピーダンスを
    有した導電材料のスロットが形成されたシートである請求項１３に記載されたイ
    オン物理蒸着装置。
  16. 【請求項１６】 前記誘電体窓は、円筒形の側壁と閉じた頂部を有する概ね
    ベル形の窓であり、該窓は前記環状ターゲットの前記中心開口内にあり、前記処
    理空間に連通している凹所を形成しており、 前記コイルは、前記窓の前記側壁を包囲している螺旋コイルであり、 前記遮蔽構造体は、前記処理空間から移動してくる材料から前記円筒形の壁を
    物理的に遮蔽する導電性材料の一つ以上のシートの円筒形配置を有している請求
    項１３に記載されたイオン物理蒸着装置。
  17. 【請求項１７】 前記誘電体窓は、環状ターゲットの中心開口内にあって処
    理空間と連通すると共に閉鎖端をもった凹所を形成された一般的に円筒形の窓側
    壁であり、 前記コイルは円筒形窓を包囲するら螺旋形コイルであり、 シールド構造体は処理空間から移動する材料から円筒壁を物理的に遮蔽する1
    枚又は多数枚の導電材料のシートの円筒形配列を含み、 更に凹所の閉鎖端に位置して補助ターゲットを有する請求項１３に記載された
    装置。
  18. 【請求項１８】 真空処理室内の処理空間の一端における被覆材料のリング
    から該被覆材料の粒子を前記処理空間内に釈放する段階と、 前記真空処理室の外部の源泉から被覆材料のリングの中心における被覆材料の
    開口を通して前記処理空間の中へＲＦエネルギーを反作用的に結合する段階と、 前記結合されたＲＦエネルギーで、前記処理空間内に反作用的に結合されたプ
    ラズマ、即ち処理空間内の被覆材料の大部分をイオン化するに十分な高密度のプ
    ラズマを形成する段階と、 被覆材料のリングの反対側の処理空間の端部における基板を電気的に偏倚し処
    理空間から前記基板に向って被覆材料の正イオンをほぼ直角に向けるようにプラ
    ズマに対して十分に負のＤＣポテンシャル作る段階とからなるイオン化物理蒸着
    方法。
  19. 【請求項１９】 粒子釈放段階は、 基板支持体から処理空間に反対の開口を囲み被覆材料の環状スパッタターゲッ
    トを与える段階と、 スパッタ表面にプラズマに対して十分負のＤＣポテンシャルを供給しターゲッ
    トのスパッタ表面から処理空間の中へそして基板支持体に向って材料をスパッタ
    するためにターゲット電源装置でターゲットに電圧を加える段階と、 ターゲットのスパッタ表面の上とターゲットの中心開口を囲み磁場を発生し、
    そしてスパッタプラズマをターゲットのスパッタ表面の直ぐ近くに制限する段階
    と含む請求項１８に記載された方法。
  20. 【請求項２０】 ＲＦエネルギー結合およびプラズマ形成段階は、 真空処理室の外部にコイルを設ける段階と、 前記コイルから被覆材料の中心リングにおける窓を通して処理空間の中へエネ
    ルギーを誘導的に結合する段階と、 コイルから処理空間の中へＲＦエネルギーの有効な結合を許しながら、被覆材
    料の付着から窓を物理的に遮蔽する段階とを含む請求項１８に記載された方法。
  21. 【請求項２１】 前記ＲＦ電極は、ターゲットの中央開口に置かれかつＲＦエ
    ネルギー源に連結されたコイルを含んで、処理空間内にエネルギーを誘導的に伝
    達して、処理空間内で環状ターゲットから被覆材料をイオン化するに充分な密度
    の誘導的に伝達されるプラズマを処理空間内に形成し；さらに、 前記環状ターゲットの中央開口に最も近くかつ処理空間からコイルを遮断する
    ように位置される誘電体窓と、 前記窓と処理空間との間で該窓の内側の遮蔽構造体で、処理空間内へのコイル
    からのＲＦエネルギーの誘導的な伝達を可能としかつ処理空間からの被覆材料か
    ら前記窓を物理的に遮断するように形成されるシールド構造と、を備えた請求項
    １２に記載された装置。
  22. 【請求項２２】 前記ＲＦ電極は、ターゲットの中央開口に置かれかつ処
    理空間内にエネルギーを誘導的に伝達するＲＦエネルギー源に連結されたコイル
    を含んで、処理空間内で被覆材料を環状ターゲットからイオン化するに充分な密
    度の処理空間内に誘導的に伝達されるプラズマを形成し；さらに、 前記環状ターゲットの中央開口に最も近くかつ処理空間からコイルを遮断する
    ように位置される誘電体窓を備えた請求項１２に記載された装置。
  23. 【請求項２３】 前記コイルが処理空間から誘導体窓に対応する室の外側
    に位置され、該誘導体窓を通して処理空間内へエネルギーを誘導的に反応的に伝
    達する請求項２２に記載された装置。
  24. 【請求項２４】 さらに、前記窓と処理空間の間で該窓の内側のシールド
    構造で、処理空間内にコイルからＲＦエネルギーの効果的な伝達を可能としかつ
    該窓を処理空間からの被覆材料から物理的に遮断するよう形成される遮蔽構造体
    を備える請求項２３に記載された装置。
  25. 【請求項２５】 リング形状のスパッタリング面の周りに磁界を形成する
    ことに有効で、スパッタリングプラズマをターゲットのスパッタリング面に極め
    て近接に閉じ込めるようにターゲットの中央開口を取り囲む、室の外側でターゲ
    ットの背後のマグネトロン磁石組立体を、さらに備える請求項２４に記載された
    装置。
  26. 【請求項２６】 リング形状のスパッタリング面の周りに磁界を形成する
    ことに有効で、スパッタリングプラズマをターゲットのスパッタリング面に極め
    て近接に閉じ込めるようにターゲットの中央開口を取り囲む、室の外側でターゲ
    ットの背後のマグネトロン磁石組立体を、さらに備える請求項１２に記載された
    装置。
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