JP3315114B2

JP3315114B2 - スパッター被覆処理を実施する方法及びスパッター被覆装置

Info

Publication number: JP3315114B2
Application number: JP51695091A
Authority: JP
Inventors: ディー．ハーウィット，スチーブン; ワグナー，イスリール; ヒーロニィミ，ロバート
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: US5080772A; SG49731A1; JPH06502892A; CA2089644A1; EP0544831B1; AU8742291A; EP0544831A1; DE69125718D1; DE69125718T2; WO1992003589A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明はスパッター被覆、特にバイアススパッター被
覆に係わり、更に詳しくはバイアススパッター被覆の応
用、特に磁電管強化バイアススパッター被覆の応用にお
けるイオンフラックス分布の均一性の制御に関する。

発明の背景スパッター被覆は一般に化学的に不活性なガスを充満
された真空圧の室内で実施され、その中で基体は室壁も
しくは他の陽極に対して負電位とされたスパッタリング
材料で作られた標的の材料で被覆される。標的面付近の
電位勾配は電子が標的から放出されるようになし、それ
らの電子は接地された室壁によって部分的に形成される
のが普通である室陽極へ向かう途中で不活性ガスに衝突
してその幾分かをイオン化させる。発生された正イオン
はしかる後に負の標的に引き付けられて衝突して、標的
材料に運動量を伝達し、且つまたは標的面からその材料
の粒子を追い出す。被覆されるべき基体は一般にその表
面を標的に向けて室内に配置されており、追い出された
粒子の幾分かを受け取り、その粒子が基体表面に付着し
てその表面を被覆する。

磁電管スパッタリングによれば、標的面に平行な磁力
線を一般に含む磁界であって、多くの応用例においては
閉磁トンネル形である磁界が標的面上に形成される。磁
界は放出された電子を弯曲した螺旋経路に沿って移動さ
せ、これらの経路が磁界によって囲まれた標的面の近く
の領域内に電子を捕捉し、これにより電子がガスの原子
と衝突する比率を高め、これがガスのイオン化およびス
パッタリング処理の効率を高める。

参照することでここに引用導入される共通して譲渡さ
れた出願中の「段付きウェーハのスパッター被覆方法お
よび装置」と題する1989年４月17日付けでに出願された
米国特許出願一連番号第07/339,308号においては、凹状
の環状標的が同心的な環状電磁石を備え、これらの電磁
石が一対の同心的なプラズマリングを形成するようにな
されたスパッタリング被覆装置および方法が開示されて
いる。プラズマリングは磁石コイルを付勢するために交
互に供給される電流によって交互に付勢される一方、標
的電力レベルは磁石コイルに対する電力切換えと同期し
て切換えられる。これは標的面の内側および外側の同心
領域から行われるスパッタリング比率を変化させ、各領
域から行われるスパッタリングによって被覆される基体
すなわちウェーハ上に付着されたスパッター被覆材料の
分布特性を変化させる。２つの標的領域に対する付勢に
及ぼす相対的なパラメータを変化させることが基体表面
上における被覆の均一性を制御するのであり、これは特
に段付き半導体ウェーハの異なる方向に向いた表面にお
いて特に重要である。先に引用した特許出願は、標的の
幾何形状により、また標的の付勢およびプラズマに関連
する電気的パラメータによって生じる被覆に対する効果
を特に記載している。

バイアススパッタリングにおいては、負であるが標的
に与えられるほど大きな負ではない電圧が被覆される基
体に印加される。このバイアス電圧は、或る程度の「逆
スパッタリング」、すなわち基体から放出された電子に
よって生じるイオンの衝突が原因して基体表面上に付着
されたスパッタリング被覆からのスパッタリング、を引
き起こす。しかしながらしばしば、特にスパッタリング
標的が環状でその表面上に環状またはその他の閉じた磁
気トラップを有する場合には、標的後方の極部材は「一
次」プラズマを標的面付近に形成する磁界を生じ、ま
た、不均一な基体表面付近にフリンジ磁界を生じる。こ
のように生じるフリンジ磁界の成分は、或る領域例えば
標的の中央磁極の軸線上の中央にて基体表面に直角であ
る。このフリンジ磁界、および電界および磁界のその他
の部分は、基体の二次イオンフラックスボンバードメン
トを生じる「二次」プラズマ形成領域を集中させる傾向
を見せる。この結果、基体表面にイオンフラックスの望
ましくない非線形の分布が生じる。

基体表面上の非均一なイオンフラックス分布の問題の
解決策は、「磁電管スパッタリング装置におけるイオン
ボンバードメントの均一性を改善する装置」と題する共
通して譲渡された米国特許第4,871,433号に記載されて
いる。この特許において、或る特性を有する基体の後方
または周囲に二次磁石を使用することが記載されてい
る。二次磁石すなわち釣合磁石は陰極すなわち標的一次
磁石によって生じるフリンジ磁界を改善して基体上のイ
オンフラックスを均一にする。有効ではあるが、この特
許の装置は陰極および陰極磁石の配置に多少とも特に関
連し、大きくて多くの処理室配置に当てはめるのが困難
であり、また、標的磁石構成が変更されるときにしばし
ば交換しなければならなかった。更に、このような釣合
装置により与えられるイオンフラックスのレベルは制限
されている。

環状スパッタリング標的を使用する従来技術の或る種
のスパッタリング被覆装置は、標的中央に陽極を使用す
るものである。この陽極は、ウェーハに対する二次電子
ボンバードメントによって生じるウェーハの加熱を避け
るために備えられる。このような標的は暗部シールドと
称されるものを備えており、これは外縁に沿って標的を
取り囲み、プラズマから漂遊する電子を吸収して、それ
らの電子が基体表面に衝突するのを防止する。標的中央
に備えられた陽極は、接地されたまたは暗部シールドの
他の陽極と同じ電位に維持されて、漂遊する電子を標的
中央付近で吸収する。このような電子は基体から離して
おかないと、表面を加熱する間に電導性基体上に付着さ
れた層表面に集まって、最終的に非電導材料の破損およ
び基体表面に対する損傷を引き起こすと考えられる。こ
れらの従来技術の電極はまた、或る数のプラズマトラッ
プ磁力線を重大なことに遮断し、一般に効果を低減す
る。

発明の概要本発明の目的は、スパッター被覆処理、特に磁電管強
化スパッター被覆装置で実施されるバイアススパッター
被覆処理によって被覆される基体ウェーハの表面上に均
一なイオンフラックス分布を形成することである。

本発明の特別な目的は、様々な磁気的、電気的および
幾何学的な状態の標的組立体を受け入れ可能にするため
に十分な融通性があり、且つまたスパッタリング処理が
実施されている間に変化する標的付勢方法を受け入れ可
能にする方法によって、基体表面上でのイオンフラック
ス分布の均一性を与えることである。

本発明の原理によればスパッタリング被覆装置は、全
体的に外側縁部すなわち外縁から離され、標的の中心線
上であることが好ましいとされて標的面の近くに配置さ
れた電極を備える。この電極は、スパッタリング室の陽
極および標的外縁の周囲の暗部シールドの電圧とは異な
る電圧で、それらの電圧に対して負であることが好まし
いとされる電圧にバイアスされるが、その電圧は標的自
体の電位と同じ負電圧ではない。この電圧は、通常は大
体数百ボルトの負電圧である対応する標的電圧と対比さ
れる。

更に、本発明の好ましい実施例によれば、交互に付勢
される同心の内側および外側の環状プラズマリングを備
えて２つのプラズマを切換えられる環状標的は、特に外
側プラズマが付勢されるときに負電位に付勢される中央
電極を備えている。標的よりも実質的に小さい負電位に
付勢されたときには、外側プラズマが付勢されている間
は中央電極によって捕捉されるには外側暗部シールドか
ら離れ過ぎている漂遊電子を中央電極が吸収し、これに
より外側プラズマの付勢から標的に対する漂遊電子のボ
ンバードメントを低減する。しかしながら中央電極の付
勢は、内側プラズマが付勢されたときにほぼ大地電位に
切換えられる。何故ならば、外側プラズマからの漂遊電
子が標的の中央にて捕捉される必要がないからである。

更に、本発明によれば、中央電極の電圧は負電圧に保
持され、これは電極に向けて正イオンを引き付けるのに
有効であることが見いだされた。更に重要なこととして
このように配置されたバイアスされた中央電極の作用
は、特別に形成された釣合磁石構造を基体の近くに必要
としないで基体表面上のイオンフラックスの分布を均一
にするということである。

最適な電極電圧は、電極電圧を調整し且つ基体表面を
横断するイオンフラックスを測定することで経験的に決
定されるのが好ましい。中央電極に印加される負電圧は
異なる標的、そして標的の異なる付勢構成によって異な
る。負にバイアスされた中央電極を使用することで、状
態が変化するにつれて負電圧が変化して、被覆される基
体表面上のイオン分布の均一性に作用してこれを維持す
るように電界の形状を最適化する。

本発明のこれらの、およびその他の目的は図面を参照
した以下の詳細な説明から容易に明白となろう。図面に
おいて、図面の簡単な説明第１図は、本発明の原理によるスパッタリング被覆装
置の処理室の横断面図。

第２図は、第１図の実施例の電気回路配置を示す線
図。

第2A図は、本発明の他の応用例を示す第２図に類似の
線図。

第３図は、第２図の回路配置による標的、ウェーハお
よび電極の電圧の波形または切換えタイミングを示す線
図。

第４図は、本発明によるイオンフラックス分布を示す
比較グラフ。

図面の詳細な説明本発明が関係する形式の磁電管スパッタリング装置は
以下の共通して譲渡された米国特許および出願中の特許
願に記載されており、それらは参照することで本願にそ
の全てが引用導入され。すなわち、「スパッター被覆装置のための陽極標的設計」に関す
る米国特許第4,853,033号、「磁電管スパッタリング装置におけるイオンボンバー
ドメントの均一性を改善する装置」に関する米国特許第
4,871,433号、「ウェーハ状材料を操作し処理する方法および装置」
と題する米国特許第4,909,675号および第4,915,564号、
そして「段付きウェーハをスパッター被覆する方法および装
置」と題する1989年４月17日付けで出願された米国特許
出願一連番号第07/339,308号である。

第１図は、本発明の原理によるスパッター被覆装置の
スパッター被覆処理室10を断面で示している。室10は米
国特許第4,909,675号に開示されたスパッター処理装置
の一部である。この処理室10は主室11の隔離された部分
で形成された真空処理室である。主室11はプレナム壁14
によって機械環境12の大気から隔離されている。処理室
10はプレナム壁14の開口15を通して主室11と通じること
ができる。開口15はほぼ円形である。処理室10はディス
ク形の回転ウェーハ移送部材17の一部に対する処理室後
面部分16の選択された動作によって主室11から選択的に
隔離されることができ、後面部分16とプレナム壁14との
間にシール状態で移送部材17をクランプし、これにより
処理室10内の後面空間19を取り囲んで処理室10を主室11
から隔離する。

後面部分16と反対側では、移送部材17の前面側におい
て処理室10は、開口15を取り囲むプレナム壁14に対して
真空シール状態で取り付けられている陰極組立体モジュ
ール20によって機械環境12から隔離される。このモジュ
ール20すなわち処理室前面部分は後面部分16および移送
部材17と協働して、主室11および機械環境12の両方から
隔離されているシールされ隔離された処理室を形成す
る。処理室10の内部には基体、すなわち平坦なシリコン
ウェーハすなわちディスクの形状をした加工片21が配置
され、この加工片は処理室10内で実施されるスパッター
被覆処理において被覆が付着される表面22を有する。ウ
ェーハ21は１組のクリップまたはその他の保持装置24に
よってウェーハホルダー25内に保持され、ウェーハホル
ダーは移送部材17によって弾性的に担持されている。移
送部材17は主室内で回転されてホルダー25、従って加工
片すなわちウェーハ21を穴15と整合させるように運ぶこ
とができ、部材17をプレナム壁14に対して移動させるよ
うに後面部分16を横方向に移動させて、処理室10がホル
ダー25上のウェーハ21の周囲に形成される。（移送部材
の部分17は図示されていない回転可能な割り出し板で担
持された横方向に移動可能なリングである。）この好ま
しい実施例において、ウェーハ21は主室10の中心軸線27
に直角な平面内で該軸線と同心に支持され、また、これ
はプレナム壁14の穴15とも同心である。ホルダー25上の
ウェーハ21の周囲にはディスク29が配置され、このディ
スクはウェーハ21の表面22の被覆を意図されたが外れて
しまった被覆がホルダー25に過剰に堆積しないように少
なくとも部分的に保護する。処理室10がウェーハ移送部
材17、ウェーハホルダー25、後面部分16の特に細部を含
む一部であるようなスパッタリング装置の詳細は、上述
で参照することにより引用導入される米国特許第4,909,
675号および第4,915,564号に記載され図示されている。

陰極組立体モジュール20は２つの組立体、すなわち取
り外し可能な陰極組立体30および固定組立体部分31を含
む。固定組立体部分31は開口15を取り囲むプレナム壁14
にシール状態で剛性的に取り付けられている環状筐体で
ある。これは、プレナム枠14に電気的に接地されている
室10の円筒形金属側壁33と、開口15を取り囲むウェーハ
ホルダーシールド34と、室扉枠組立体35とを含む。

陰極組立体30はヒンジ取り付けされた扉組立体37に取
り付けられ、これは取り外し可能であるがシール可能な
状態で陰極組立体30は固定組立体31に支持する。陰極組
立体30はスパッタリング標的40を担持し、これは連続し
て滑らかな凹形のスパッタリング面41を有する環状凹形
標的である。組立体30は標的40を、その軸線を室10の軸
線27と整合させて且つそのスパッタリング面41をウェー
ハ21の被覆される面22に向けて、支持する。

標的20は軸線27と同心のほぼ円形の後板43を有する標
的ホルダーすなわちネスト42に支持される。標的ホルダ
ー42は外側円筒壁44および直立円筒中間壁45を有する。
外側壁44は標的40の外縁を取り囲む。標的40は外側冷却
面を有し、この冷却面は標的40がホルダー42に取り付け
られて作動温度にまで膨張したときに、ホルダー42の内
側面と一致して密接な冷却接触状態となる。標的40の後
部の環状溝47はホルダー42の直角中間壁45と部分的に接
触して位置される。標的ホルダーすなわちネスト42は通
常は水である冷却液体を循環させるために後面に複数の
環状溝48を、また外壁44の外側に環状溝49を有し、伝熱
標的ホルダー42を冷却することでスパッタリング処理間
に標的40に発生する熱を取り除く。標的40の表面形状
は、全ての標的40が旋盤上でスパッタリング材料のブロ
ックを回転させて形成できることが好ましい。標的ホル
ダー42は伝熱および電導材料、好ましくは硬く焼入れし
たOFHC銅または合金110で作られる。標的40は作動的に
加熱されると、膨張し、ホルダー42の内部空間にぴった
りと一する形状に組成変形してホルダー42と熱を電導す
るように協働するのが好ましい。ホルダー42および標的
40の協働は上述にて参照することで引用導入された米国
特許第4,871,433号に記載されているようであるのが好
ましい。

標的組立体30は磁石組立体50を備えており、この磁石
組立体は一対の同心の環状磁石51および52、好ましくは
それぞれ内側および外側の巻線53および54を有する電磁
石を含み、これらは標的ホルダー42の後方の平面内に軸
線27と同心に且つ直角に配置される。剛性的な鉄材料、
例えば410焼き戻しステンレス鋼が標的組立体30の構造
支持部を形成し、また、磁石51および52の磁極部材を構
成する。この鉄材料は円形中央板56を含み、これは組立
体30の平面的な後部支持部を形成し、また、磁石51およ
び52の磁極部材の間に横方向の磁界を維持する。円筒形
の外側磁極部材57が板56に対して外縁位置で溶接され、
そこから上方へ起立してホルダー42の外壁を取り囲む。
標的外側保持リング58は外側磁極部材57の上縁にボルト
止めされ、標的40の外側環状リップ40aに係止されて標
的40をネスト42内に保持する。外側磁極部材57およびリ
ング58の上側の露出面は金属暗部シールド59によってシ
ールドされ、このシールドは磁極部材57または保持リン
グ58がスパッタリング処理されてしまうのを防止する。
暗部シールド59は室壁33に剛性的に固定され、従って電
気的に接地される。

軸線27をその軸線として有する内側の円筒形の磁極部
材61は標的40の内縁を通して突出する。この磁極部材61
は標的40の下側のホルダー42の中央を通して螺合され、
また、標的40より上方に中央保持ナット62が螺着されて
おり、このナットが標的40を中央穴に保持する。中央穴
の部材61はその底端部に磁極キャップ組立体63をボルト
止めされて有する。この磁極キャップ組立体63は、円形
の内側板64と、底部で板64の外縁に溶接された円筒形の
下側中間磁極部材65と、内縁にて下側中間磁極部材65の
外側に溶接された環状の外側板66と、底部で環状板66の
外縁に溶接された下側の円筒形の外側磁極部材67とを含
む。磁極キャップ63の部材64,65,66および67は室10の軸
線上に位置する共通軸線を有する。

中間円筒磁極部材65は標的40の後部の環状溝47の下方
に位置し、板56を通して連続した環状リングとしてまた
は間隔を隔ててホルダー42の後面の凹部69内に突出す
る。剛性的な強磁性材料で作られ、中間磁極部材とほぼ
同じ直径を有するリング69aが配置され、これは標的40
の後面の環状溝47内に入れ込まれている。中間磁極部材
65の上端はリング69aに近い後板56の表面を通して環状
溝内に位置する。この強磁性リング69aは標的40の後部
の溝47内でホルダー42の中間壁45を取り囲む。

中間磁極部材65はリング69aと一緒に磁極部材を形成
し、これは内側および外側の磁石51および52が共通して
有する。リング69aは磁気的に中間磁極部材65に連結さ
れ、有効磁極部材を標的40の環状溝47において標的40の
表面41の非常に近い下方位置まで延長する。剛性的な強
磁性材料で強磁性リングが作られているので、ホルダー
42の軟銅よりも実質的に強力な構造であって加熱された
ときにそれほど膨張しない材料で作られる。このように
されると、標的40の加熱によって生じる半径方向の膨張
に対して標的ホルダー42の中間壁45を実質的に補強する
ように働き、これにより半径方向の熱膨張に対して標的
40を抑止する。

中央磁極部材61のチューブには中央電極70が同心的に
取り付けられており、この電極はセラミックワッシャー
71により磁極部材61とは電気的に絶縁されている。中央
磁極部材61、標的40、ホルダー42、そして中央板56およ
び磁極キャップ組立体63の全体は、同じ陰極電位に付勢
される。従って、組立体30はテフロン（商標）絶縁環状
スペーサー73によって接地固定組立体31から絶縁され
る。

中央磁極キャップ76は磁極キャップ組立体63の底部に
軸線27と同心に固定される。このキャップ組立体63は外
側冷却チューブ77を支持し、このチューブは中央磁極部
材61の穴78を通して電極70まで垂直に延在し、電気的に
接続される。チューブ77は導電性であり、キャップ76か
ら絶縁されて標的40または接地室壁33とは異なる電位で
電極70を付勢するようになされる。キャップ76の底部に
はチューブ77からの冷却流体を伝える出口チューブ組立
体79が取り付けられる。出口組立体79の底部に連結され
た入口組立体80は入口チューブ81を支持し、このチュー
ブはチューブ77の中央を通して電極70まで延在し、電極
に対して冷却流体を供給する。水入口83および出口84が
それぞれ入口組立体80および出口組立体79に備えられて
いる。同様に、冷却通路85が板56に備えられ、通路43お
よび49からの冷却水を板56の冷却水出口86に通じる。冷
却水入口87は砥石（グラインダー）入口ダクトを通して
ホルダー42の通路48および49に通じる。

この装置のスパッター処理部分の電気回路が第２図に
示されており、第２図は装置接地接続部100を通じて大
地電位に電気的に維持された壁部33を有するスパッタリ
ング室10を示す。標的電源102は導線104を通じて標的40
に典型的に数百ボルトの負電位のエネルギーを供給す
る。この電圧は標的40の表面41から１つ以上のプラズマ
106、108へ流れる電子の流れとして一部現れ、プラズマ
は標的表面41の上にプラズマ106、108から標的40の表面
41へいたるイオンフラックスによって維持される。プラ
ズマ106、108は室内ガスのイオン化された雲状体であ
り、ガス原子と衝突し合う電子として形成され、ガス原
子から他の電子をはぎ取る。

ウェーハ21は大地電位に近い電位に維持されるように
接続されるが、バイアススパッタリングの場合は50〜10
0の負ボルトの範囲、図示実施例では−100ボルト、の大
地に対して実質的に負となるようにバイアスされる。こ
のバイアス電位は電源102からのライン110として代表さ
れる導電体を通して供給される。ライン110を通る回路
の電流は、一部は、小量の電子がウェーハ21の表面22か
ら放出されること、および表面22に近い空間112から表
面22へイオンが二次流れを生じる結果として生じる。二
次イオンは、ウェーハ21から放出された電子が空間112
内のガスと衝突することの結果として生じる。この電流
はまた、一部は、プラズマ106および108の領域からウェ
ーハ21の表面22に衝突する電子およびイオンによって生
じる。

電源102はまた中央電極70に電位を付与する出力114を
備えている。この電位は−０ボルト〜20ボルトもしくは
それより大なる負電位とされるのが好ましい。ライン11
4を通る電流は、一部は、電極70へ流れる電子によって
生じ、この電子はそれ以上に負に帯電された標的40およ
びプラズマ106、108から漂遊する電子であり、プラズマ
106、108に対してこれらの電子は導電体104を通して戻
ることで回路を完結する。しかしながらこの電流はプラ
ズマ106、108から電極70へ吸着されるイオンによって、
それ以上に多く生じるものと確信する。典型的には、こ
の電流は10〜100ミリアンペアの範囲である。同様に、
或程度の電流が装置接地連結部100を経て導電体104、11
0および114を通る回路を流れるのであり、これは電子お
よびイオンが室壁33、暗部シールド59、そして室10の他
の接地部材に衝突する結果である。

また、それぞれリード線116、118を通じて電流を供給
することで磁石53および54を活性化させる１つ以上の電
源115と、電源102および115の作動を第２図においてそ
れぞれ122および124で代表される信号線を通じて供給さ
れる制御信号により制御する制御回路120とが備えられ
る。この回路115および120はまた装置接地連結部100に
接続される接地部も有する。

本発明の好ましい実施例において、一度にプラズマ10
6、108の一方だけが付勢される。これは、制御装置120
からライン124を通じて磁石電源115に与えられる信号に
よって磁石巻線53、54に対する電流をオン−オフ切換え
することで達成される。磁石巻線53、54に対する電流は
異なる電流レベルI_T、I_Oに、そして第３図のグラフＡお
よびＢによって代表されるように「オン」時間T_Iおよび
T_Oを相違させるように、切換えられる。これは、スパッ
タリングがプラズマ領域106、108の下側に位置された標
的40の表面41のそれぞれの２つの環状領域126、128の間
で切換えられるようになす。この切換えと同期して、標
的40の電力レベルは第３図のグラフＣに示されるように
２つのレベルP_I、P_Oの間で切換えられ、この電力がそれ
ぞれの内側および外側の標的領域126、128からスパッタ
リング処理される間に別個に維持される。電源102の出
力104における電力レベルの切換え制御は、制御装置120
からの制御線122の信号によって維持される。

スパッタリング室10におけるスパッター被覆作動の実
行において、一般に標的40の表面41から放出された電子
はトラップされてプラズマ106、108内に捕捉保持される
べきことが望まれる。磁石51、52の配備は、それらのコ
イル53、54が付勢されたときに磁界131、133を発生し、
これは同心的な磁極部材61、65および67の位置によって
決定される標的表面41上の環状リング形をしたアーチ形
の閉ループ磁極トンネルを形成する。これは、ここに示
され、且つまた上述にて引用導入された米国特許出願一
連番号第07/339,308号に更に詳細に記載されたような構
造に対して応用され、これにおいてプラズマはオンおよ
びオフを交互に切換えられ、また、米国特許第4,595,48
2号に記載されているようにそれらは同時に付勢され
る。更に米国特許第4,673,480号に示されるように単一
プラズマ構造に応用される。

プラズマ中に保持されない電子は室10の負帯電の低い
部材に向けて移動して、その幾分かは基体21に衝突し、
吸収される。基体に衝突する電子は電流を生じ、これが
基体の望ましくない加熱を引き起こしたり、基体あるい
は基体の付着層が非導電である箇所に集まって電荷を蓄
積して最終的に電圧破損もしくはウェーハ損傷を引き起
こす。

漂遊電子が基体を打撃しないように保護するために、
暗部シールド59が通常備えられて接地され、電子を吸着
して吸収するようになされる。シールド59は第２図また
は米国特許第4,595,482号のようなプラズマ標的装置の
２つのうちの内側プラズマから隔てられ、電極70のよう
な中央陽極も暗部シールドが吸着し吸収することのでき
ない標的表面41の中央近くを漂遊する電子を吸収する。
これは中央電極を接地するかあるいは暗部シールドと同
じ電位に接続することで通常は行われる。米国特許第4,
673,480号に示され、第2A図に図解的に示された単一プ
ラズマ装置によれば、標的40Aの中央に近い漂遊電子が
暗部シールド59Aに吸収されるにはそこから離れ過ぎて
いる場合、シールド59Aと同じ電位に接続された中央陽
極70Aがウェーハ中央の近くの電子を吸収する。

バイアススパッタリングの応用において、特に第２図
および第2A図の強化された磁電管において、負のバイア
スが導電体110、110Aをじてウェーハ21、21Aに付与され
てウェーハ21、21Aの表面22、22Aが二次イオンフラック
スの作用を受ける場合、基体上のイオンフラックスの均
一性はウェーハ表面22、22Aを横断して保持されて、ウ
ェーハ被覆の均一処理が達成されるようになされねばな
らない。このフラックスの非均一性は、磁石51および52
で発生される基体表面22の近くの磁界の形状によって少
なくとも部分的に生じ、あるいは少なくとも強まる。基
体に釣合磁石を使用してこの現象を補正することは米国
特許第4,871,433号で教示された。第４図の曲線Ａおよ
びＢは米国特許第4,871,433号の釣合磁石のある場合お
よび無い場合の基体上のイオンフラックス分布を示す。

本発明によれば、電極70、70Aのような中央電極は比
較的小さな負電圧にバイアスされ、これは−20ボルトま
での範囲の強さとされるべきことが見いだされたが、最
適値となるように調整される。この電圧すなわち電極7
0、70Aの電圧値は、基体21、21A上に非均一イオンフラ
ックスを発生する作用を相殺して、釣合磁石を必要とせ
ずに均一化する一方、標的40、40Aの中央近くで漂遊電
子を効果的に吸収できるように最適化できる。更に、基
体上の高いイオンフラックスレベルが、第４図の曲線Ｃ
により示されるように釣合磁石の解決策による以上に維
持できる。本発明の結果として、イオンフラックスレベ
ルは釣合磁石装置の場合よりも250％ほど増大される。
更に、しばしば多くのスパッタリング装置に嵌め込むの
が困難とされる大きな釣合磁石組立体は省略される。更
に、中央電極70の電圧は釣合磁石で可能とされるより以
上に容易に変更できる。

電極70、70Aに対する最適な負電圧バイアスは装置の
他のパラメータによって変化し、このパラメータには幾
何形状および電気的パラメータの両方が含まれる。従っ
て、第２図の実施例では、内側プラズマ106が付勢され
るときに適当とされる例えば約ゼロであるのが好まし
い。電極70の適当電圧は、外側プラズマ108が付勢され
るときに適当な電圧、図示した特定の実施例では約−20
ボルトとは同じでない。従って、第３図のグラフＤに示
されるように、電極70に対するライン114の電圧はゼロ
と−20ボルトとの間でプラズマ106、108の切換えと同期
して切換えられ、電極70の電圧は図示された切換えられ
るプラズマ装置におけるスパッタリングサイクルの各部
分に対して最適となる。中央電極70、70Aの位置決めお
よびバイアス印加の両方が基体上のイオンフラックス分
布に影響し、従ってこれらは電極70の性能を最適化する
ように変化され得る。

例えば、第４図の曲線Ｄは中央電極70が大地電位にさ
れている場合のウエーハ21の表面上のイオンフラックス
分布を示しているが、これと比較して、曲線Ｃは中央電
極70が−20ボルトの電位にされている場合のウエーハ21
の表面上のイオンフラックス分布を示している。両方の
曲線は、第１図および第２図の装置が外側プラズマ108
だけが付勢されて作動された電極70に関するものであ
る。好ましくは、標的40、40A、電極70、70Aおよび基体
21、21Aの予想される幾何学的関係により、電極70、70A
に印加される電圧は、作動の間の最適電圧設定を決定す
るために基体21、21Aにおけるイオンフラックスのよう
な状態を調整するように操作されねばならない。

電極70、70Aの間隔は、標的40、40Aの面の中心で、標
的組立体が環状でその部材が同心とされている実施例に
おいてはほぼ標的軸線上で、標的40および基体21の間で
通常は標的表面41に近い、ことが好ましい。

本発明の好ましい実施例を記載したが、この分野に熟
知した者には、変形形態が示唆され、この基本から逸脱
しないでなし得ることが明白となろう。従って、以下の
ことが請求される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヒーロニィミ，ロバートアメリカ合衆国12575 ニューヨーク州ロックケイバーン，ステーションロード，ボックス 144 (56)参考文献特開昭58−87272（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01J 37/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外縁を有する標的が陰極電位に保持され、
該標的の外縁から隔離した電極が備えられて、この電極
が前記陰極電位とは独立した電位に保持される、スパッ
ター被覆処理を実施する方法において、前記スパッター被覆処理が真空処理室内で実施されるバ
イアススパッター被覆処理であり、該真空処理室内で
は、前記標的が保持され、少なくとも一部が前記標的の
外縁の外側に配置された陽極が陽極電位に保持され、更
に、被覆されるべき基体が前記標的に面していて且つバ
イアス電位に保持されており、前記方法は、前記電極を
前記標的と前記基体との間に備える段階と、この電極を
前記陽極電位とも独立した電位で、かつ前記電極は、前
記陽極電位に対しては負であるが、前記陰極電位及び前
記バイアス電位に対しては正である電位に保持する段階
とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法において、更に、前
記基体におけるイオンフラックスの分布を測定し、前記
電極の電位を選択して、測定されたイオンフラックスの
分布の均一性を改善することを特徴とする方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２のいずれか１つに記
載の方法において、前記電極の電位が処理パラメータの
変化に引続いて再調整されて、前記基体上のイオンフラ
ックスの分布の均一性を改善することを特徴とする方
法。
【請求項４】請求項１から請求項３までのいずれか１つ
に記載の方法において、単一片の標的上に異なる標的領
域が保持され、各該領域は、その上に選択的に磁界を保
持するようになっており、この磁界が各該領域上に保持
されている時には、各該領域は、その内に電子をトラッ
プするとともに前記標的の表面の該領域にわたってプラ
ズマを支持して、前記領域からスパッタリングを生ぜし
めるようになっており、前記電極の電位は、前記磁界が
選択的に保持されることに従って変化されるようにされ
ており、前記磁界は、前記異なる標的領域にわたって磁
界を交替で保持するように切換えられ、前記電極の電位
は、前記磁界を交替で選択的に保持するための前記磁界
の切換えに同期して、交替で切換えられることを特徴と
する方法。
【請求項５】請求項１から請求項４までのいずれか１つ
に記載の方法において、前記電極が、前記陽極の電位に
対して約20ボルトを超えない負電位に保持されることを
特徴とする方法。
【請求項６】外周縁を画定する縁を有する標的手段を陰
極電位に保持するための手段と、前記縁から隔離して支
持され且つ前記標的手段とは別個である電極と、該電極
を前記陰極電位とは独立した電位に保持するための手段
とを含むスパッター被覆装置において、該装置は、真空処理室（10）と、該室（10）内に支持さ
れた前記標的手段（40）と、該標的手段（40）の縁の外
側に少なくとも一部が位置して前記室（10）内に配置さ
れ且つ陽極電位に保持される陽極（33,59）とを含み、
また、前記室（10）内に支持されて且つ前記標的手段
（40）に面する基体（21）をバイアス電位に保持するた
めの手段（102,110）が備えられ、また、前記電極（7
0）は前記標的手段（40）と前記基体（21）との間に支
持されており、更に、前記電極（70）を前記陽極電位と
は独立で、かつ前記陽極電位に対して負であるが前記陰
極電位および前記バイアス電位に対して正である電位に
保持するための手段（102,114,120）が備えられている
ことを特徴とする装置。
【請求項７】請求項６に記載の装置において、前記電極
の電位を保持するための手段（102,114,120）は、この
電位を変化するために調整可能であり、前記基体（21）
上のイオンフラックスの分布の均一性を改善するように
前記電極の電位が保持されることを特徴とする装置。
【請求項８】請求項６又は請求項７に記載の装置におい
て、前記標的手段（40）は環状形であり且つその中心に
孔を有し、また、前記装置は、前記孔を通って延びてい
て前記電極（70）を支持する支持手段（61）を含むこと
を特徴とする装置。