JPH07226376A - 平行スパッタリング源を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】透過セル・アレーから成るコリメータを備えた
スパッタリングシステムで均一な厚さの膜を自動的に堆
積する方法を提供する。 【構成】コリメータ６０のエイジにより膜の堆積速度が
経時変化することを考慮して，多くの実験データから抽
出したスパッタリングシステム１０の作動条件を指定す
る各種のパラメータを含む制御プログラムを使用し，モ
ニタしたエイジの値を制御用のコンピュータに入力し
て，スパッタリングシステムを制御することにより自動
的に所望の膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の物理的蒸気凝縮
法（physical vapor deposition）に関し、特に、スパ
ッタ物質（sputtered material）がコリメータ上でビル
ドアップ（build up）されるときに平行スパッタリング
源（collimated sputtering source）によって蒸着され
た膜厚が変化しないように、平行スパッタリング源を自
動的に制御することに関する。本発明は、半導体デバイ
ス製造中に使用されるコリメータ上のスパッタ物質のビ
ルドアップに対する連続的、自動的な補償を提供するの
に特に有用である。

【０００２】

【従来技術及び発明の解決しようとする課題】基板又は
ウエーハ上の色々の材料の薄膜の蒸着が、集積回路チッ
プのようなマイクロエレクトリックデバイスの製造及び
処理に使用される主たる処理の１つである。好結果の膜
蒸着は一般に、蒸着膜の色々な特性（property）の制御
を要する。例えば、所定の一様な厚さを有する膜が共通
的に要求される。あるウエーハからその他のウエーハへ
の、ウエーハの表面上の膜厚の一様性は同様に重要であ
る。多数の応用において、基板でバイア（via）又はホ
ール（hole）を顕著に満たすことも膜において重要であ
る。最後に、蒸着膜は、比抵抗、粒径等のような要因の
要求する規格に合致させなければならない。長年の間、
半導体デバイス製造においての流行は、デバイス密度を
絶えず増加させ、大きなウエーハ基板を使用してきた。
この流行の結果は、蒸着膜に要求されるものを増加的に
強要している。８インチのウエーハのサブミクロンの範
囲の特徴を有する電子デバイスの商業的な製造が現在、
産業においてありふれたことである。

【０００３】最も共通的に使用される膜蒸着技術の１つ
が、マグネトロンスパッタリング源を使用する真空チャ
ンバ内でのスパッタリングである。在来のマグネトロン
スパッタリング源では、アルゴンのような補助ガスから
の正イオンから成る低圧プラズマが、スパッタリングさ
れるターゲット物質の陽極表面に激突（bombard）す
る。イオンの衝突は、ターゲット陽極から粒子を排除す
る。スパッタされた粒子は、ターゲットから様々な方向
に飛散し、ガスイオン又は分子、又は互いが衝突するた
め、さらに分散され得る。スパッタされた粒子のいくつ
かが、基板の方に向かい、基板の表面に付着し、コーテ
イング又は膜を形成する。在来のスパッタリングでは、
蒸着膜が、スパッタターゲット（sputter target）と同
一の物質又は物質の合金である。反応性スパッタリング
では、反応ガスが真空チャンバ内に導入され、ターゲッ
ト物質及び反応性物質の化合物から成る膜を形成する。
例えば、半導体デバイスの製造において益々重要になっ
てきた処理において、チタニウムターゲットからのスパ
ッタ物質が、チタニウム窒化物膜を形成させれるために
スパッタリングチャンバ内に低圧で導入される窒素と反
応する。

【０００４】半導体デバイスの製造に使用されるスパッ
タリング源において、複数の透過セル（transmissive c
ell）から成る空間的フィルタ又は“コリメータ”が、
スパッタリングターゲットと基板との間に位置され、ス
パッタした粒子が低い入射角（つまり、粒子の飛翔経路
と基板の表面との間での小さい角度）で基板表面に達す
るのを防ぐ。低い角度でスパッタされた物質はホール又
はバイアの底部での膜成長に寄与しないので不適当であ
る。このような粒子は通常、バイアの頂上付近の側面に
蒸着し、よって、蒸着が進行するとホール又はバイアに
入り込むことのできるスパッタ物質の量が切りつめられ
る。これは、バイア内の空隙を促し、基板上の層の間で
許容できない弱い電気的接触となる。

【０００５】平行フィルタ（collimated filter）を利
用するスパッタリング装置及びコリメーション（collim
ation）の使用の説明は、米国特許出願番号第０７／７
８０８８２号に開示されている。コリメータの使用が、
基板の表面に到達するスパッタ粒子のフラックス（flu
x）を指向的に分け与え、これにより、バイア側壁での
成長によって遮られることなくホール又はバイアの底部
にスパッタ粒子を到達させることができる。ホール及び
バイアの開口部に蒸着した膜が、ウエーハ表面での膜の
成長率に近い率で成長する。バイアの直径及びデバイス
特性が縮小化したとき、スパッタリングを行うときのコ
リメーション（collimation）の必要性が増加する。特
許出願人が、コリメータの使用が、１．５ミクロン以下
の直径のバイアを満たすことができることを示し、これ
により、バイアを満たすためのスパッタリングの使用が
少なくとも次世代の高密度集積回路に拡張された。

【０００６】しかし、コリメータが使用されると、過剰
のスパッタ物質がコリメータセル表面に蒸着される。い
くつかの場合において、８０パーセント程度のスパッタ
物質がセル表面に蒸着する。物質がセルの壁に蒸着され
ると、セルの開口部の断面積が減少される。粒子が一定
の率でターゲット陽極からスパッタされたとしても、セ
ルの壁のスパッタ物質のビルドアップがコリメータを通
過するスパッタ物質の率を減少させ、それにより、効率
的な蒸着率を減速させる。セルの開口部がその大きさを
減少されると、コリメータでのビルドアップの率を増加
させる。コリメータの“閉そく（clogging）”による蒸
着率の変化は、他の同一の条件下で同一のスパッタリン
グ源からのスパッタリングを経た基板の間の膜の厚さの
所望とされない変化を引き起こす。

【０００７】多くのスパッタリングシステムにおいて、
蒸着率が、スパッタターゲットの寿命にわたって減少
し、さらにシステムの特定的な“ラン”の間にウエーハ
上での所望とする一様な厚さの膜を得る能力を悪化させ
る。多数の先行技術が、所望の厚さの膜を得るためにス
パッタリング源からの蒸着率をモニターし調節するため
に使用される蒸着率センサの色々のタイプの使用が示さ
れる。しかし、蒸着率センサが高価でありしかも信頼性
がなく、よって商業的に広く受け入れられていない。米
国特許第４１６６７８３号では、環状ターゲットの浸食
によるスパッタリング率の減少を補償する単純な方法が
説明され特許請求の範囲に記載されている。この第４１
６６７８３号特許の方法は、スパッタターゲットのエイ
ジをモニターし、プラズマで浪費される電力を決定する
ためにプラズマに印加される電圧及び電流を計測し、コ
ンピュータのルックアップテーブル（look-up table）
に貯蔵される経験的に得られた情報に従ってプラズマ電
力を調節することによって、一定の蒸着率を維持するも
のである。

【０００８】スパッタリングシステムで使用されるコリ
メータ上のスパッタ物質のビルドアップを補償するため
の先行技術において知られているものは、有効な膜蒸着
率を決定するためにウエーハ上にスパッタリングをした
後に膜厚を周期的に計測し、所望の厚さに近い膜を維持
するために適切にスパッタリング蒸着時間を増加させる
ことを含む。一様な膜厚を維持するための方法は、多数
の制限を有する。例えば、スパッタした膜厚の制御を有
効にすることが連続的な手作業を介在させることを要
し、その手作業の介在が時間及び手間をかける。また、
膜厚が計測及び修正の人的な誤差に支配される。付加的
に、膜厚がスパッタリング源の周期的な計測と修正との
間で変化し得る。半導体処理において、実用的な事とし
て、膜蒸着が真空を損なうことなく単一の行程でなされ
なければならないことを記しておく。基板がスパッタリ
ングシステムから除かれた後に、薄すぎた膜厚に後で付
加することができない。

【０００９】そこで、コリメータでのスパッタ物質のビ
ルドアップのための連続的、自動的な調節をする平行ス
パッタリング源を使用して基板上の所定の厚さの一様な
膜を蒸着させるための方法が必要である。

【００１０】本発明の目的は、従って、スパッタ物質が
コリメータ上にビルドアップするときに平行スパッタリ
ング源によって蒸着された膜の厚さが変化しないよう
に、平行スパッタリング源を自動的に制御するための方
法を提供することである。

【００１１】本発明の他の目的は、薄膜の蒸着中に平行
スパッタリング源を維持し調節するのに要する手作業の
量を減少させることである。

【００１２】本発明のその他の目的は、コリメータ上に
ビルドアップしたスパッタ物質及びターゲットの浸食の
補償を自動的に行うことによってスパッタコーテイング
した一連の基板の間でのスパッタ膜厚の変化を減少させ
ることである。

【００１３】本発明のその他の目的は、半導体デバイス
の製造中にスパッタリングに関係する製造及び操作のコ
ストを減少させることである。

【００１４】本発明のこれら及び他の目的は、以下の説
明、添付図面及び特許請求の範囲から当業者には明らか
となるであろう。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、一連の基板上
にスパッタリング源によって蒸着された膜の属性がコリ
メータ上でのスパッタ物質のビルドアップ（build up）
のために基板の間で変化しないように、コリメータ及び
１個又はそれ以上の制御可能なスパッタリングパラメー
タを有するスパッタリング源を制御するために、コンピ
ュータ手段を使用するための方法であり、前記手段が、
コリメータのエイジ（age）の関数である乗数（multipl
ier）を計算するための公式（formula）を含むコンピュ
ータ手段のソフトウエアを与える行程と、一連の基板上
に前記コリメータを通じて膜を連続的に蒸着させる行程
と、コリメータのエイジをモニターする行程と、前記乗
数の関数としてコンピュータの制御可能なスパッタリン
グパラメータの値を周期的、自動的に制御するために前
記ソフトウエアを使用する行程とから成る。１つの好適
実施例において、乗数を定義するために使用される公式
は、ｎ次の多項方程式であり、ここでｎは３と等しいか
又はそれ以上である。その他の好適実施例において、使
用される公式は、ＡＦ＝ｙ_o／（ｙ_o−ｍ_Tｘ）の解析方
程式であり、ここでＡＦは乗数であり、ｙ_oはコリメー
タが新しいときの蒸着率であり、ｍ_Tは時間Ｔにおける
蒸着率対ターゲットエイジの曲線の傾きであり、ｘはコ
リメータのエイジである。本発明の方法に従って変化さ
れ得るスパッタリングパラメータが、蒸着電力、蒸着時
間、又は両方を含む。付加的に、ソフトウエアは、スパ
ッタターゲットのエイジに関連した蒸着率の変化の補償
のための公式をさらに含んで書かれるか、又は異なる公
式が各々の時間で使用され、コリメータがスパッタター
ゲットのエイジに従って置き換えられる。

【００１６】

【実施例】本発明は、スパッタリング源によって蒸着さ
れる膜の特性（property）がコリメータ上のスパッタ物
質のビルドアップに関わりなく所定の値のままで残るよ
うに、平行スパッタリング源を自動的に制御するための
方法である。典型的に、時間にわたって一定に維持され
る特性は、蒸着層の厚さである。本発明は、コリメータ
上でのスパッタ物質のビルドアップによって発生する蒸
着率の減少を補償するためにスパッタリング源によって
使用されるスパッタリングパラメータの１個又はそれ以
上を自動的に調節するコンピュータ手段を有する、プレ
ーナ（planer）マグネトロンスパッタリング源のような
在来のスパッタリング源を使用する。本方法のさらなる
改善において、スパッタリングパラメータもまた、スパ
ッタターゲットの浸食（erosion）による蒸着率の変化
を補償するために制御され得る。この方法において、ス
パッタされた膜は、コリメータの寿命（life）にわたっ
て一連のウエーハ又は基板上に一定の膜厚で蒸着され得
る。

【００１７】本発明の実用に使用され得る例示的なスパ
ッタリングシステムが図１に概略的に示される。スパッ
タリングシステム１０の全体は、真空外囲器２０、ウエ
ーハ４０をその上に位置させるウエーハプラットフォー
ム３０、及び気密ドア５０であって、気密ドア５０を通
じてロボットアーム（robotic arm）（図示せず）のよ
うな移送手段によってウエーハをウエーハプラットフォ
ーム３０に挿入し及びウエーハプラットフォーム３０か
ら取り出す、気密ドア５０から成る。スパッタリングシ
ステム１０はさらに、複数の個々の透過セル６５を有す
る平行フィルタ（又はコリメータ）６０、システムの陽
極としても働くスパッタターゲット７０、及びシャフト
８５で回転される回転マグネット組立体８０から成る。
シャッター、暗空間（dark-space）シールド、ウエーハ
固定手段、ウエーハ温度制御手段、取付構造、センサ等
のような当業者にとって周知の色々の付加的な構成要素
もまた、真空外囲器２０内に含まれるが、本発明を理解
するうえでそれらが重要でないことから、簡単のために
図示しない。図１は、反応表面、つまり材料がスパッタ
される上方側の表面、について水平に位置したウエーハ
４０を示し、さらにスパッタターゲット７０も水平に下
向きにしてウエーハの上方に位置されて示されている。
当業者には、例えば、ウエーハ４０をスパッタターゲッ
ト上方下向きに垂直又は水平に保持するように、これら
構成要素の他の方向が可能であることがわかるであろ
う。

【００１８】真空チャンバ２０は、真空サブシステム９
０、ガス供給サブシステム１００、電力供給１１０、及
びコンピュータ手段１２０と連結されている。コンピュ
ータ手段は、以下に述べる本発明の方法を利用し、色々
のハードウエアサブシステムを制御することのできるソ
フトウエアを含む。スパッタリング源１０は、商標Ｍ−
２０００^TMで本発明の出願人によって販売されたシステ
ムのような多重モジュールウエーハ処理システムにおい
て単一のモジュールであり得る。このような場合におい
て、図示されたサブシステムの色々のものが、１個以上
のモジュールに接続されて使用され、例えば単一のコン
ピュータ手段が色々の処理チャンバの全部を制御するた
めに使用される。

【００１９】実用的に、ウエーハ４０がドア５０を通じ
てチャンバ２０内に導入され、ウエーハプラットフォー
ム３０上に位置される。次いでドア５０が密閉され、真
空システム９０が、所望の高真空レベル、例えば１０-
８Torrへとチャンバ２０を吸気するために使用される。
周知のように、真空システム９０は、全てがコンピュー
タ手段１２０に動作的に接続される、圧力モニター手段
と同様に、粗引ポンプ及び高真空ポンプ（例えばクライ
オポンプ）から成る。適当な真空レベルが達成される
と、アルゴンのようなプラズマ補助ガスがコンピュータ
制御のもとでガス供給システム１００から真空チャンバ
に導入される。ガス供給システム１００もまた、反応性
スパッタリングが実行されると反応ガスをチャンバ２０
内に導入するために使用され得る。典型的に、スパッタ
リングを行うために、チャンバ２０内の圧力が約１−５
ミリTorrへと上昇される。コリメータを使用すると、チ
ャンバ２０内で低圧を維持することが特に重要であり、
以てコリメータを通過する粒子が、コリメータを励起し
た後に分散されないであろう。

【００２０】スパッタターゲット７０は、プラズマに接
触しウエーハに対向する表面から成り、その表面はアル
ミニウム又はチタニウムのようなスパッタされるための
物質である。上述のように、プラズマからの付勢的正イ
オンが、原子を追い出して負に帯電したターゲット表面
に激突する。この放出された原子は、真空外囲器を介し
て色々の方向に動き回り、放出された原子のいくつかが
最終的にウエーハ４０の表面に到達し、そこに膜を形成
する。プラズマが、閉ループ磁気トンネルを創り出すよ
うにターゲット表面を通じてループを描く、回転マグネ
ット組立体８０によって発生された磁場によってスパッ
タターゲットの表面に隣接した領域に閉じ込められる。
平行スパッタリングが行われると、浸食率（つまり、放
出率）がスパッタターゲット面の全面にわたって一様で
あることが重要である。スパッタターゲット７０が平坦
面を有して示されるが、他の形状も使用され得る。ター
ゲット面の全面にわたって非常に一様な浸食を提供す
る、本発明を実行するのに適当なスパッタリング源が米
国特許第０７／９１９０７４号に詳細に述べられてい
る。図１に示すように、好適実施例において、スパッタ
ターゲット７０は、ウエーハ４０よりも大きい直径を有
する。例えば、本発明の譲受人から入手可能であり、商
業的に利用可能なスパッタリング源が、８インチのウエ
ーハを処理するのに設計され、１１インチ以上のプレー
ナスパッタターゲットの直径を有する。

【００２１】コリメータ６０が、スパッタターゲット７
０とウエーハ４０との間に位置される。コリメータ６０
は、ウエーハ４０の表面に関して低い飛翔軌道を描く粒
子を遮断する空間的フィルタとして働く。この方法にお
いて、ウエーハの表面に対して垂直方向に飛翔するスパ
ッタされた原子のみが通過できる。コリメータ６０は、
複数の透過フィルタセル６５から成る。本発明の譲受人
から商業的に入手できる平行スパッタリング源におい
て、フィルタセル６５は、ハニカム模様を形成する６角
形であり、約１センチメートルの断面の寸法を有する。
フィルタセル６５のアスペクト比、つまり平均直径に対
するセルの長さの比は好適に約０．７５：１から４：１
の範囲である。図示のように、コリメータ６０は、ウエ
ーハ４０よりも大きい直径であり、ターゲット７０から
放出された粒子がコリメータ６０を通過せずにウエーハ
４０に到達され得ない。

【００２２】コンピュータ手段１２０は、スパッタリン
グシステムの動作の全態様を制御するために使用され、
コンピュータメモリで維持されるか又はシステム操作者
によって入力（enter）される処理“レシペ（recip
e）”に従って、要求される、色々のスパッタリングパ
ラメータを自動的に調節する能力を有する。コンピュー
タ手段１２０は、色々のスパッタリングパラメータの値
を調節することによって、スパッタリング源を制御する
か又はレシペを実行する。ウエーハ上に蒸着される膜厚
に影響する主パラメータは、蒸着電力（deposition pow
er）及び蒸着時間である。蒸着電力は、スパッタリング
システム電力供給によって与えられる入力電力として定
義され、スパッタリング中にプラズマを付勢する。スパ
ッタリングシステム１０において、電力供給１１０は、
領域上にプラズマを結合される電力を変化させるために
使用され、コンピュータ手段１２０によって制御可能で
ある。蒸着時間は、単一のウエーハ又は基板上にスパッ
タ蒸着がなされる時間周期として定義される。

【００２３】本発明に従って、コンピュータ手段１２０
は、一連のウエーハ上に膜を蒸着している間に選択した
スパッタリングパラメータの値を周期的に調節すること
によてスパッタリング源１０を制御するために使用され
る。この調節は、コンピュータ手段１２０のためのソフ
トウエアに含まれる所定の補償式（compensation formu
la）に従って行なわれる。本発明の１つの好適実施例に
おいて、蒸着時間は、ウエーハの各々を処理した後に増
加される。他の好適実施例において、蒸着電力は、ウエ
ーハの各々を処理した後に増加される。補償公式は、コ
リメータのエイジの関数として所定の厚さで膜を蒸着す
るためにスパッタリング源を発生させるのに必要な選択
したスパッタリングパラメータの値を経験的に決定する
ことによって、コリメータのアスペクト比、スパッタリ
ング物質、チャンバ圧力及び他の条件の組み合わせの各
々を経験的に発展され得る。公式はまた、スパッタター
ゲットの浸食による蒸着率の変化を補償し得る。補償公
式はまた、経験的な計測によるよりもむしろ適当なコン
ピュータモデリング（computer modelling）技術によっ
て発展され得る。

【００２４】使用される公式は、多項式、又はコリメー
タのエイジの関数として調節因数を定義する正確に合致
した解析式（exact fit analytic expression）のよう
な色々の数式で表される。１つの実施例において、補償
演算は、ｎ次の多項式から成り、ここでｎは３と等しい
かそれ以上である。好適実施例において、調節因数が計
算され、一連に次の基板のスパッタリング中に使用され
るパラメータの値を決定するために基板のスパッタリン
グ中に使用される蒸着パラメータの値を掛ける乗数（mu
ltiplier）として使用される。コリメータのエイジは、
コリメータを通じてスパッタされた物質の量によって決
定される。在来のスパッタリング源で、与えられた処理
パラメータのセットにおいて、物質がスパッタされる率
が、プラズマに結合される電力に関係する。よって、コ
リメータのエイジは、インストレーション（installati
on）の時間からのキロワット時間で便利的に表され得
る。

【００２５】図２は、スパッタリングパラメータを調節
しスパッタリング源を制御するためにコンピュータ手段
を使用する本発明に従ったスパッタリング源を制御する
ための方法における行程を示すフローチャートである。
図示のように、行程１において、新しいコリメータ、つ
まり物質のビルドアップが実質的にないコリメータは、
スパッタリングシステムにインストールされ、コリメー
タのエイジを貯蔵することにゆだねられる持久（non-vo
latile）コンピュータシステムメモリがゼロにリセット
される。本発明の目的において、“新しい”コリメータ
は、その上に蒸着された膜がないものである。以前に１
度も使用されなかったものを新しく使用する必要がな
い。特に、本発明に関連して使用される型のコリメータ
が通常の寿命時間の終わりに達した後に蒸着物質を清浄
化し、その後、再び使用されることが意図とされる。

【００２６】行程２において、システムが初期化され、
処理される一連のウエーハの“ラン（run）”が開始さ
れる。一連のウエーハへの蒸着のためのレシペが、コン
ピュータメモリで利用可能なものから選択されるか、又
はシステム操作者によってコンピュータに入力される。
このレシペは、他のものの間で、蒸着される膜厚を画成
する。好適実施例において、選択されたレシペを実行す
るのに使用されるスパッタリングパラメータがコンピュ
ータ手段によって計算されるように、スパッタリングシ
ステムが自動化される。当業者には明らかであるよう
に、本発明の方法は、コリメータの交換が比較的まれに
しか起こらないため、しばしば行程２で開始される。

【００２７】行程３において、いかなるスパッタリング
のランにも先立って行われ、システムコンピュータは、
メモリに貯蔵されたコリメータのエイジをチェックし、
コリメータがその必要な寿命の終わりに到達したかどう
かを決定する。新しいコリメータが行程１にインストー
ルされ、コリメータのエイジの値がゼロにリセットされ
たものと仮定し、行程５に処理が続き、ここでスパッタ
リングパラメータは入力されたレシペに従って調節され
る。上述のように、本発明に従って、コンピュータ手段
は、選択されたレシペを満たすためにスパッタリングパ
ラメータを定め更にコリメータセル上での物質のビルド
アップを補償するためにコリメータのエイジの関数とし
てパラメータの１個又はそれ以上を調節するように調節
因数を定義する公式を含むソフトウエアを与える。

【００２８】１つの好適実施例において、調節因数を定
義するために使用される公式はｎ次の多項方程式であ
り、ここでｎは３と等しいかそれ以上である。このよう
な実施例の１つでは、ｎは５である。その他の好適実施
例において、使用される公式は、ＡＦ＝ｙ_o／（ｙ_o−ｍ
_Tｘ）で表される正確に合致した解析方程式であり、こ
こでＡＦは乗数であり、ｙ_oはコリメータが新しいとき
の蒸着率であり、ｍ_Tは時間Ｔにおける蒸着率対ターゲ
ットエイジの曲線の傾きであり、ｘはコリメータのエイ
ジである。どちらかの場合において、使用される公式
は、ターゲット物質、チャンバ圧力等のようなスパッタ
リング条件の特定的なセットにおいて経験的に決定さ
れ、コンピュータモデリングによって発展され得る。

【００２９】行程６において、スパッタリングが始ま
り、膜が、行程７に進む前に選択されたレシペに従って
Ｎ個の基板又はウエーハに蒸着される。本発明の好適実
施例において、Ｎは１であり、コリメータのエイジは、
ウエーハの各々が処理された後に行程７において計算さ
れる。

【００３０】本発明の好適実施例の１つにおいて、コリ
メータのエイジは、スパッタリングの経過時間を計測
し、コリメータ使用のキロワット時間の累積数に到達す
るようにプラズマの電力を掛けることによってモニター
される。よって、行程７において、コンピュータは、基
板の蒸着中に使用される蒸着時間及び蒸着電力を掛け、
これを行程３の最後の繰り返しの前にメモリに貯蔵され
たコリメータのエイジを加えることによってコリメータ
のエイジを計算する。上述のように、この計算は、ウエ
ーハの各々のカセットが処理された後か又は他の周期的
間隔のいくつかにおいて、ウエーハの各々の後に行われ
る。

【００３１】行程７の後、コンピュータは、システムが
ウエーハのランの終わり（行程８）に到達したかどうか
を決定する。ランの終わりに到達した場合、コンピュー
タは、システムがウエーハを処理してなされ（行程
９）、さらに操作者の入力、例えば次のランの開始を待
つ。ランが完了した場合、処理は行程３に戻り、ここで
新しく計算されたコリメータのエイジが、コンピュータ
メモリに貯蔵されたコリメータの予めプログラムした最
大有効寿命と比較される。コリメータの有効寿命が続行
されない。コリメータの有効寿命が超過されていないな
らば、システムは続行し、処理、つまりコンピュータが
新しい調節因数を計算し（行程５）、調節されたスパッ
タリングパラメータを使用してコーテイングされる次の
Ｎ個の基板に開始する（行程６）ということを繰り返
す。上述のように、処理がウエーハの各々（Ｎ＝１）の
後に実行されるか又はウエーハのカセットの各々が処理
された後又は他の周期的間隔のいくつかにおいて実行さ
れる。コリメータでの物質のビルドアップが比較的ゆっ
くりとした処理、つまりコリメータの寿命が数千個のウ
エーハへと延長し、行程３の補償がウエーハの各々の後
に実行される必要がないのである。或いは、この行程の
手順は十分に単純であり、ウエーハの各々が続行された
後の補償が簡単に実行され、負担ではない。

【００３２】スパッタリングパラメータの調節（行程
５）が、コリメータのエイジの計算（行程７）と同一の
周期的間隔において実行され得るか（つまり、Ｎ個のウ
エーハが処理された後）又は異なる間隔においてなされ
得る。例えば、行程７のエイジ計算はウエーハの各々の
後に行われるが、新しい調節因数は、ウエーハのカセッ
トの各々が続行された後にのみ計算される（行程５）。
本発明のこの変形は、さほど好適ではなく、図２のフロ
ーチャートには示されていないが、ｋＮ個毎のウエーハ
が続行された後にのみ行程５の調節と共に続行し、（こ
こで、Ｎは行程７への処理の前に行程６において処理さ
れたウエーハの数であり、ｋは整数である）。よって、
行程５は、ｋ回目の行程６、７及び３の各々が行われる
間に一旦実行されるのみである。

【００３３】行程３−６の一連の作業は、一連のウエー
ハのウエーハ全部がコーテイングされるか（行程９）又
はコリメータの有効寿命を越えるか（行程４）又はスパ
ッタリングソースが操作者の中断によるように処理を終
えるまで、繰り返される。通常、スパッタリングは、コ
リメータの有効寿命の終わりに先立って終了され、コリ
メータのエイジは、永久（持久（non-volatile））コン
ピュータメモリに維持され、以て次の一連のウエーハが
ランされるときに本発明を実施するために使用される。

【００３４】本発明の更なる改善において、調節因数の
乗数の周期的応用が、コリメータのエイジのみならずタ
ーゲットの浸食に関連する蒸着率をもカウントする。再
度、多項式又は正確に合致する公式が、コリメータのエ
イジ及びターゲットのエイジの両方をカウントする調節
因数になるように、経験的なデータ又はコンピュータモ
デリングを使用して発展される。

【００３５】コリメータ及びスパッタターゲットの交換
は、真空が中断している間に修理のための操作からスパ
ッタリングシステムを取り出すことを要する。スパッタ
リングシステムの最も商業的な使用者が可能な限りシス
テムの“オンライン化”を所望とすることから、これら
アイテムの交換の通常の修理手順が、好適に、一方のも
のの交換の間の間隔が他方のものの交換の間隔の複合的
なものであるように、確立される。例えば、ターゲット
が他のコリメータの交換のいずれの時間において交換さ
れるように、修理スケジュールが確立されてもよい。こ
の方法の修理スケジュールを有する使用の本発明のその
他の実施例において、スパッタリングシステムコンピュ
ータが、各々の間隔に１個の調節因数を計算するための
複合的な公式を貯蔵する。よって、例えば、ターゲット
が他のコリメータの交換のいずれの時間において交換さ
れる場合、（つまり、２個のコリメータがターゲットの
各々に使用される場合）、第１の公式が新しいターゲッ
ト及び新しいコリメータが使用されるときに開始して第
１の間隔の間に適用され、第２の公式が新しいコリメー
タ及びすでに使用しているターゲットが用いられるとき
に開始して第２の間隔の間に適用される。この方法は、
どの間隔の間にも使用される公式が単一の変化量、つま
りコリメータのエイジをカウントするのみならずターゲ
ットの浸食の補償をも必要とすることから、適切な公式
の発展を単純にする。

【００３６】本発明が好適実施例に関して特定的に説明
されてきたが、色々の変形物、変更物、及び結合物がこ
こで開示したものを基礎としてなされ、しかも本発明の
範囲を逸脱しないよう意図されることが理解されるであ
ろう。本発明が最も実用的で好適な実施例を必然的に考
慮したものに関連して説明されてきたが、本発明が開示
した実施例に制限されることなく、また特許請求の範囲
内にある色々の変更物及び同等物を含むことを意図とし
ていることが理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用されるスパッタリングシス
テムの略図である。

【図２】本発明に従った、スパッタリング源を制御する
ための方法における行程を示すフローチャートである。

【符号の説明】

1．．．行程１ 2．．．行程２ 3．．．行程３ 4．．．行程４ 5．．．行程５ 6．．．行程６ 7．．．行程７ 8．．．行程８ 9．．．行程９ 10．．．スパッタリングシステム 20．．．真空外囲器 30．．．ウエーハプラットフォーム 40．．．ウエーハ 50．．．気密ドア 60．．．コリメータ 65．．．透過セル 70．．．スパッタターゲット 80．．．回転マグネット組立体 85．．．シャフト 90．．．真空サブシステム 100．．．ガス供給サブシステム 110．．．電力供給 120．．．コンピュータ手段

フロントページの続き (72)発明者 スティーブン・エム・ヒガ アメリカ合衆国カリフォルニア州サン・ホ セ、ミル・ストーン・レーン55 (72)発明者 バンス・イー・ホフマン，ジェー・アール アメリカ合衆国カリフォルニア州ロス・ア ルトス、ロウクス・アベニュー295 (72)発明者 パトリック・オー・ミラー アメリカ合衆国カリフォルニア州マウンテ ン・ビュー、＃305、カリフォルニア・ス トリート2685 (72)発明者 パメラ・アール・パターソン アメリカ合衆国カリフォルニア州マウンテ ン・ビュー、イージー・ストリート280

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コリメータを有するスパッタリング源を自
   動的に制御するための方法であって、前記スパッタリン
   グ源がコンピュータによって制御可能であり、前記方法
   が、（ａ） 乗数を計算するために公式を含む前記コン
   ピュータのためのソフトウエアを与える行程であって、
   前記乗数が前記コリメータのエイジの関数である、とこ
   ろの工程と、（ｂ） 前記スパッタリング源を使用して
   一連の基板に前記コリメータを通過したスパッタターゲ
   ットからの物質から成る膜を連続的に蒸着させる行程
   と、（ｃ） 前記コリメータの前記エイジをモニターす
   る行程と、（ｄ） 前記一連の基板に前記スパッタリン
   グ源によって蒸着された膜の特性が前記コリメータでス
   パッタ物質がビルドアップするときに基板の間で実質的
   に変化しないように、行程（ｂ）の間、前記乗数の関数
   として制御可能なスパッタリングパラメータの値を自動
   的に周期的に調節するために前記ソフトウエアを使用す
   る行程とから成る方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法であって、 前記公式がｎ次の多項式である、ところの方法。
3. 【請求項３】請求項２記載の方法であって、 前記ｎが少なくとも３である、ところの方法。
4. 【請求項４】請求項２記載の方法であって、 前記多項式が、ＡＦ＝１＋ａｘ＋ｂｘ²＋ｃｘ³＋ｄｘ⁴
   ＋ｅｘ⁵であり、ここでＡＦが乗数であり、ａ、ｂ、
   ｃ、ｄ及びｅは係数であり、ｘは前記コリメータの前記
   エイジである、ところの方法。
5. 【請求項５】請求項４記載の方法であって、 前記コリメータの前記エイジが、前記コリメータの寿命
   の間にスパッタリング源に印加されるエネルギーのキロ
   ワット時間の数として表される、ところの方法。
6. 【請求項６】請求項１記載の方法であって、 前記公式が、ＡＦ＝ｙ_o／（ｙ_o−ｍ_Tｘ）であり、ここ
   でＡＦは前記乗数であり、ｙ_oは前記コリメータが新し
   いときの蒸着率であり、ｍ_Tは時間Ｔにおける蒸着率対
   ターゲットエイジの曲線の傾きであり、ｘは前記コリメ
   ータの前記エイジである、ところの方法。
7. 【請求項７】請求項６記載の方法であって、 ｍ_Tが前記コリメータの前記寿命にわたって一定であ
   る、ところの方法。
8. 【請求項８】請求項１記載の方法であって、 さらに、前記スパッタターゲットの寿命をモニターする
   行程と、 前記スパッタターゲットのエイジの関数として制御可能
   なスパッタリングパラメータを自動的に周期的に調節す
   るために前記ソフトウエアを使用する行程とから成る、
   ところの方法。
9. 【請求項９】請求項８記載の方法であって、 前記スパッタターゲットのエイジの関数として調節され
   た制御可能な前記スパッタリングパラメータが行程
   （ｄ）で調節された制御可能な前記スパッタリングパラ
   メータと異なる、ところの方法。
10. 【請求項１０】請求項１記載の方法であって、 前記スパッタリングパラメータが蒸着電力である、とこ
    ろの方法。
11. 【請求項１１】請求項１記載の方法であって、 前記スパッタリングパラメータが蒸着時間である、とこ
    ろの方法。
12. 【請求項１２】請求項１記載の方法であって、 前記公式が、調節因数を定義することによって特定の基
    板の蒸着中に使用される前記スパッタリングパラメータ
    の値を決定し、前記調節因数が、前記一連の基板におい
    て次の基板のスパッタリング中に使用されるパラメータ
    の値を得るために、前記一連の基板における基板のスパ
    ッタリング中に使用されるパラメータの値を掛けられ
    る、ところの方法。
13. 【請求項１３】請求項１記載の方法であって、 前記スパッタリングパラメータの調節が、前記一連の基
    板の各々の基板が処理された後になされる、ところの方
    法。
14. 【請求項１４】請求項１記載の方法であって、 前記一連の基板が、複数の基板を梱包するカセットから
    前記スパッタリング源へと移送され、前記スパッタリン
    グパラメータの調節が、前記カセットの各々が処理され
    た後になされる、ところの方法。
15. 【請求項１５】請求項１記載の方法であって、 前記公式が、経験的に決定される、ところの方法。
16. 【請求項１６】請求項１記載の方法であって、 前記コリメータが期間Ｉの所定の部分間隔で交換され、
    前記スパッタターゲットが、期間Ｉχの間隔で交換さ
    れ、ここでχは１以上の総数であり、異なる公式が、期
    間Ｉχ内の部分間隔の各々の間に使用され、システム
    が、前記コリメータの前記エイジ及び前記スパッタター
    ゲットのエイジの両方に対して補償する、ところの方
    法。
17. 【請求項１７】請求項１記載の方法であって、 前記スパッタリング源が、プレーナマグネトロンスパッ
    タリング源である、ところの方法。
18. 【請求項１８】請求項１記載の方法であって、 前記膜の特性が、膜厚である、ところの方法。
19. 【請求項１９】マグネトロンスパッタリング源であっ
    て、 真空外囲器と、 前記真空外囲器内に位置されるスパッタターゲットと、 前記真空外囲器内に位置されるウエーハプラットフォー
    ムと、 前記真空外囲器内の前記スパッタターゲットと前記ウエ
    ーハプラットフォームとの間に位置される平行フィルタ
    と、 前記平行フィルタを通過して前記スパッタターゲットか
    らの物質から成る膜を基板上に蒸着させるためにスパッ
    タリング源を制御するためのコンピュータ手段と、 前記平行フィルタのエイジをモニターするための手段
    と、 前記平行フィルタのエイジの関数として制御可能なスパ
    ッタリングパラメータの値を自動的に周期的に調節する
    公式を含む前記コンピュータのためのソフトウエア手段
    であって、蒸着された膜の特性が前記平行フィルタでス
    パッタ物質がビルドアップするときに基板の間で実質的
    に変化しない、ところのソフトウエア手段とから成る、
    マグネトロンスパッタリング源。