(57)【要約】  パルス化された高電圧信号を発生させ、プロセスチャンバに供給するためのシステムは、高電圧信号を発生させるための、離れて配置された高電圧供給源と、高電圧ＤＣ供給源よりも相対的にプロセスチャンバの近くに配置されたパルサと、高電圧信号を、パルス化のために、離れて配置された高電圧供給源からパルサに供給するための、第１シールドケーブルと、パルス化された高電圧信号をパルサからプロセスチャンバに供給するための、第２シールドケーブルとを、含む。パルス化された高電圧信号を発生させ、プロセスチャンバに供給するための方法は、プロセスチャンバから離れた場所で高電圧信号を発生させることと、高電圧信号を、パルス化のために、プロセスチャンバに相対的に近い場所に供給することと、供給された高電圧信号をパルス化することと、パルス化された高電圧信号をプロセスチャンバに供給することとを、含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス化された高電圧信号を発生させ、プロセスチャンバに供給するためのシステムであって、
高電圧信号を発生させるための、離れて配置された高電圧供給源と、
前記高電圧供給源よりも相対的に前記プロセスチャンバの近くに配置されたパルサと、
前記高電圧信号を、パルス化のために、前記離れて配置された高電圧供給源から前記パルサに供給するための、第１シールドケーブルと、
パルス化された高電圧信号を前記パルサから前記プロセスチャンバに供給するための、第２シールドケーブルとを備える、
システム。
【請求項２】
前記プロセスチャンバがクリーンルーム内に配置され、前記高電圧供給源がサブファブ設備内に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記サブファブ設備が前記クリーンルームの下の空間を備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記パルサが前記プロセスチャンバの上面の上に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記パルス化された高電圧信号が、前記パルサから、前記プロセスチャンバの内部のケーブルを通じて前記プロセスチャンバに供給される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２シールドケーブルが低インダクタンスのシールドケーブルを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記パルス化された高電圧信号が前記プロセスチャンバのターゲットに供給される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１シールドケーブルと前記第２シールドケーブルの少なくとも一方が、標準的なＤＣケーブルを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
パルス化された高電圧信号を発生させ、プロセスチャンバに供給するための方法であって、
前記プロセスチャンバから離れた場所で高電圧信号を発生させることと、
前記高電圧信号を、パルス化のために、前記プロセスチャンバに相対的に近い場所に供給することと、
供給された前記高電圧信号をパルス化することと、
パルス化された前記高電圧信号を前記プロセスチャンバに供給することとを含む、
方法。
【請求項１０】
前記高電圧信号が、サブファブ設備内に配置された高電圧供給源によって生成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記サブファブ設備が、前記プロセスチャンバが配置されているクリーンルームとは別個の空間を備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記高電圧信号が、高電圧供給源の場所と前記プロセスチャンバの場所との間に配置されたパルサによってパルス化される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記高電圧信号が、シールドケーブルを使用して、パルス化のために供給される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記パルス化された高電圧信号が、シールドケーブルを使用して前記プロセスチャンバに供給される、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記シールドケーブルが低インダクタンスのシールドケーブルを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本開示の実施形態は、半導体プロセスチャンバにおけるプラズマ処理のための電力供給に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］スパッタリング（物理的気相堆積（ＰＶＤ）としても既知である）は、集積回路内のフィーチャ（特徴）を形成する方法である。スパッタリングにより、基板上に材料層が堆積される。ソース材料（ターゲットなど）が、電界により強力に加速されたイオンによってボンバード（衝突）される。ボンバードはターゲットから材料を弾き飛ばし、この材料が次いで基板上に堆積する。
【０００３】
［０００３］ＰＶＤチャンバ内での誘電体材料の堆積を要する応用では、金属堆積の応用と比較して、より高電圧のパルスＤＣ発電機が必要になる。ターゲットへの電力供給を最大化するためには、ＤＣパルスの電圧が増大されうる。しかし、ターゲットがアーク放電と粒子生成を開始するまでに電圧をどれほど高くまで上昇させうるかには、限度がある。あるいは、同一のパルスオン時間を維持しつつ、パルス周波数を増大させることが可能である。しかし、高電圧（ＨＶ）電力供給をどれほど迅速に切り替えうるかにも、限度がある。
【発明の概要】
【０００４】
［０００４］本書では、パルス化された高電圧信号を発生させ、プロセスチャンバに供給するための方法及びシステムについて説明する。一部の実施形態では、パルス化された高電圧信号をプロセスチャンバに供給するための方法は、プロセスチャンバから離れた場所で高電圧信号を発生させることと、高電圧信号を、パルス化のために、プロセスチャンバに相対的に近い場所に供給することと、供給された高電圧信号をパルス化することと、パルス化された高電圧信号をプロセスチャンバに供給することとを、含む。
【０００５】
［０００５］一部の実施形態では、電力供給を改善するために、パルス化された高電圧信号は、低インダクタンスのシールドケーブルを使用してプロセスチャンバに供給されうる。
【０００６】
［０００６］一部の実施形態では、パルス化された高電圧信号を発生させ、プロセスチャンバに供給するためのシステムは、高電圧ＤＣ信号を発生させる、離れて配置された高電圧供給源と、高電圧ＤＣ供給源よりも相対的にプロセスチャンバの近くに配置されたパルサと、高電圧ＤＣ信号を、パルス化のために、離れて配置された高電圧供給源からパルサに供給するための第１シールドケーブルと、パルス化された高電圧信号を、パルサからプロセスチャンバに供給するための第２シールドケーブルとを、含む。
【０００７】
［０００７］一部の実施形態では、パルサは、プロセスチャンバの上面の上に配置される。加えて、一部の実施形態では、電力供給効率を高めるために、第２シールドケーブルは低インダクタンスのシールドケーブルである。
【０００８】
［０００８］本開示のその他の実施形態及び更なる実施形態については、以下で説明する。
【０００９】
［０００９］上記で簡潔に要約されており、以下で詳述する本開示の実施形態は、付随する図面に示している本開示の例示的な実施形態を参照することにより、理解可能である。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容しうることから、付随する図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】［００１０］本開示の一部の実施形態による、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバの概略断面図を示す。
【図２】［００１１］本原理の一実施形態による、ＨｉＰＩＭＳ応用のための電力供給用システムの高度なブロック図を示す。
【図３】［００１２］本原理の代替的な実施形態による、ＨｉＰＩＭＳ応用のための電力供給用システムの高度なブロック図を示す。
【図４Ａ】［００１３］１５０ｎＨ／ｆｔを上回るインダクタンス定格を有する高インダクタンスのシールドケーブルによって供給されている、高電圧信号のオシロスコープ測定のスクリーンショットを示す。
【図４Ｂ】［００１４］５０ｎＨ／ｆｔを下回るインダクタンス定格を有する低インダクタンスのシールドケーブルによって供給されている、高電圧信号のオシロスコープ測定のスクリーンショットを示す。
【図５】［００１５］本原理の一実施形態による、パルス化された高電圧信号を発生させ、プロセスチャンバに供給するための方法のフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［００１６］理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。図は縮尺どおりではなく、分かりやすくするために簡略化されていることがある。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、その他の実施形態に有益に組み込まれうる。
【００１２】
［００１７］本開示の実施形態は、大電力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨｉＰＩＭＳ）発電機を提供する高度な解決プロセスシステム、及びその手段に関する。例えば、高電圧ＤＣパルスは、２つのフェーズでプロセスチャンバのターゲットに提供されうる。第１のフェーズにおいて、高電圧ＤＣ信号が提供される。第２のフェーズにおいて、パルス化された高電圧ＤＣ信号の供給に関連するインピーダンスを、例えば長い供給ケーブルによって低減させるために、ターゲット及びプロセスチャンバに近い場所で、電圧がパルス化される。本開示の実施形態は、有利には、パルス化された大電力ＤＣ信号のプロセスチャンバへの供給に関連する電力損失を、低減し、制御し、又はなくしうる。
【００１３】
［００１８］図１は、本開示の実施形態による、基板上に材料をスパッタ堆積させることに適した、スパッタプロセスチャンバなどの例示的なＰＶＤチャンバ（チャンバ１００）を示している。本開示から恩恵を得るよう適合しうる好適なＰＶＤチャンバの具体例は、ＡＬＰＳ(R)  Ｐｌｕｓ処理チャンバ及びＳＩＰ  ＥＮＣＯＲＥ(R)  ＰＶＤ処理チャンバであり、これらは両方とも、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．により市販されている。その他の、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．及び他の製造業者から入手可能な処理チャンバも、本書に記載の実施形態にしたがって適合しうる。
【００１４】
［００１９］本書では、処理チャンバの全ての構成要素が説明されるわけでも、図示されるわけでもない。本原理による実施形態を理解する上で必要な構成要素だけが、本書に記載される。図１のプロセスチャンバ１００は、例示的に、本体１０５を画定する上側側壁１０２、下側側壁１０３、接地アダプタ１０４、及びリッドアセンブリ１１１を備え、本体１０５は、その内部空間１０６を取り囲んでいる。アダプタプレート１０７が、上側側壁１０２と下側側壁１０３との間に配置されうる。基板支持体（例えばペデスタル１０８）が、プロセスチャンバ１００の内部空間１０６に配置される。基板を内部空間１０６に出入りさせるよう移送するために、基板移送ポート１０９が下側側壁１０３に形成される。
【００１５】
［００２０］Ｉ一部の実施形態では、プロセスチャンバ１００は、例えば、チタン、酸化アルミニウム、アルミニウム、酸窒化アルミニウム、銅、タンタル、窒化タンタル、酸窒化タンタル、酸窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、又はその他の誘電体材料を、基板（例えば基板１０１）上に堆積させるよう、構成される。
【００１６】
［００２１］接地アダプタ１０４は、スパッタリングソース１１４（例えば、基板上にスパッタ堆積されるべき材料から製造されたターゲット）を支持しうる。一部の実施形態では、スパッタリングソース１１４は、誘電体材料、チタン（Ｔｉ）金属、タンタル金属（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）金属、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらの合金、又はこれらの組み合わせなどから、製造されうる。
【００１７】
［００２２］スパッタリングソース１１４（ターゲット）は、スパッタリングソース１１４のための電力供給源１１７を備える、ソースアセンブリ１１６に連結されうる。一部の実施形態では、電力供給源１１７は、高電圧ＤＣ電力の供給源又はパルス化された高電圧ＤＣ電力の供給源でありうる。
【００１８】
［００２３］図２は、本原理の一実施形態による、パルス化された高電圧ＤＣ信号を発生させ、例えばプロセスチャンバのターゲット（図１のプロセスチャンバ１００のターゲット１１４など）に供給するための、システム２００の高度なブロック図を示している。図２のシステム２００は、例示的に、高電圧ＤＣ電力供給源２０２、高電圧シールドケーブル２０４、パルサ（パルス器）２０６、及びプロセスチャンバ１００を備える。本原理により、高電圧ＤＣ電力供給源２０２とパルサ２０６とは、別個の構成要素を備える。本原理による一部の実施形態では、高電圧ＤＣ電力供給源２０２は、パルサ２０６及びプロセスチャンバ１００から離れて配置される。つまり、典型的には、プロセスチャンバはクリーンルーム内に配置される。クリーンルーム環境を維持するには費用がかかるので、クリーンルームのスペースは限定的なものである。図２の実施形態では、高電圧ＤＣ電力供給源２０２は、例示的に、サブファブ２１０（クリーンルーム環境内にある必要はない大型のポンプ、コンプレッサ、及び電源が配置される、クリーンルームの下の空間）内に配置される。
【００１９】
［００２４］そのため、図２の実施形態では、高電圧シールドケーブル２０４は、サブファブ２１０内の高電圧ＤＣ電力供給源２０２からパルサ２０６に高電圧ＤＣ信号を供給するのに十分なほど、長いものである必要がある。本原理による一部の実施形態では、高電圧シールドケーブル２０４はおよそ７５フィートの長さである。
【００２０】
［００２５］一部の実施形態では、高電圧ＤＣ電力供給源２０２は、昇圧器、ＡＣ電圧をＤＣに変換するための整流ダイオードアセンブリ、及び、電荷を蓄えるために使用されるコンデンサのアレイと共に、制御回路と、電圧レベルを切り替えるために使用される大電力トランジスタとを、備えうる。一部の実施形態では、パルサ２０６は、入力部のコンデンサのアレイ、及び、パルス化されたＤＣ信号を発生させるために使用される高電圧電力トランジスタと共に、制御用電子機器を備えうる。
【００２１】
［００２６］本原理により、パルサ２０６は、高電圧ＤＣ電力供給源２０２よりも相対的にプロセスチャンバ１００の近くに配置される。そのため、供給ケーブル（例えば、図２の高電圧シールドケーブル２０４）のインピーダンスによる、プロセスチャンバのターゲット１１４へのパルス化された高電圧信号の供給に関連する損失が減少する。本原理により、パルス化が、高電圧ＤＣ電力供給源２０２の場所よりも相対的にプロセスチャンバ１００の近くで実施されるからである。
【００２２】
［００２７］図２のシステム２００では、パルサ２０６は、例示的に、プロセスチャンバ１００のリッドアセンブリ１１１の直上に配置される。パルサは、高電圧ＤＣ電力供給源２０２からシールドケーブル２０４を介して、高電圧ＤＣ信号を受信する。パルサ２０６は、受信した高電圧ＤＣ信号をパルス化し、パルス化された高電圧ＤＣ信号を、プロセスチャンバ１００の内部のケーブル２０５を通じて、プロセスチャンバ１００のターゲット１１４に供給する。
【００２３】
［００２８］図２のシステム２００の実施形態では、高電圧ＤＣ電力供給源２０２よりもパルサ２０６の場所の方がプロセスチャンバ１００に近い（図２の実施形態では、具体的にはプラズマチャンバ１００の上にある）ことから、かつ、高電圧ＤＣ電力供給源２０２とパルサ２０６とが別個の構成要素を備えているという事実により、高電圧シールドケーブル２０４は、ＤＣ電力供給源２０２からパルサ２０６に高電圧ＤＣ信号を供給するのに標準的なＤＣケーブルを含みうる。
【００２４】
［００２９］図２に示している本原理の実施形態では、パルサ２０６は、例示的に、プロセスチャンバ１００の直上に装着されて図示されているが、本原理による代替的な実施形態では、パルサは、高電圧電力供給源よりも相対的にプロセスチャンバの近くに配置されるものの、プロセスチャンバの直上に配置されるわけではない。例えば、図３は、本原理の代替的な実施形態による、パルス化された高電圧信号を発生させ、供給するためのシステム３００の高度なブロック図を示している。図３のシステム３００は、例示的に、高電圧ＤＣ電力供給源３０２、第１高電圧シールドケーブル３０４、第２高電圧シールドケーブル３０５、パルサ３０６、及びプロセスチャンバ（例えば、図１のプロセスチャンバ１００）を備える。図３の実施形態では、図３の高電圧ＤＣ電力供給源３０２は、パルサ２０６及びプロセスチャンバ１００から離れて配置される。図３の実施形態では、高電圧ＤＣ電力供給源３０２は、例示的に、サブファブ３１０内に配置される。そのため、第１高電圧シールドケーブル３０４は、サブファブ３１０内の高電圧ＤＣ電力供給源３０２からパルサ３０６に高電圧ＤＣ信号を供給するのに十分なほど、長いものである必要がある。
【００２５】
［００３０］図３の電力供給システム３００では、パルサ３０６は、高電圧ＤＣ電力供給源３０２から第１高電圧シールドケーブル３０４を介して、高電圧ＤＣ信号を受信する。パルサ３０６は、受信した高電圧ＤＣ信号をパルス化し、パルス化された高電圧ＤＣ信号を、第２高電圧シールドケーブル３０５を介してプロセスチャンバ１００に送信する。図３の実施形態では、パルサ３０６は、パルス化された高電圧ＤＣ信号を、プロセスチャンバ１００内のターゲット１１４に供給する。図３の実施形態では、高電圧ＤＣ電力供給源３０２よりもパルサ３０６の場所の方がプラズマチャンバ１００に近いことから、かつ、高電圧ＤＣ電力供給源３０２とパルサ３０６とが別個の構成要素を備えているという事実により、第１と第２の高電圧シールドケーブル３０４，３０５は、サブファブ３１０内のＤＣ電力供給源３０２からパルサ３０６に高電圧ＤＣ信号を通信し、パルス化された高電圧信号をプロセスチャンバ１００内のターゲット１１４に送信するのに、標準的なＤＣケーブルを含みうる。
【００２６】
［００３１］本原理による一部の実施形態では、図３の第２高電圧シールドケーブル３０５は、低インダクタンスのシールドケーブルを含みうる。発明者は、電力供給ケーブルのインピーダンスを最小化することによって、このケーブルにより供給される最大電力が最適化されうると、判断した。つまり、ケーブルのインピーダンスの単純なモデルは、Ｚ＝Ｒ＋２＊ｐｉ＊Ｆ＊Ｌであることを特徴としうる。ＤＣ信号に関しては、Ｆ＝０であり、かつインダクタンスの影響がほとんどないことから、インピーダンスは主に抵抗性である。そのため、周波数が増大するにつれて、インピーダンスも増大し、ケーブルのインダクタンスの影響は大きくなる。所与のパルス電圧では、ケーブルのインダクタンスが低くなることによって、各パルスにおける電流の上昇率は大きくなる。これにより、パルサ３０６によってプロセスチャンバ１００のターゲット１１４に通信されるパルス化されたＨＶ  ＤＣ信号の電力供給が増大することになる。
【００２７】
［００３２］例えば、図４Ａは、１５０ｎＨ／ｆｔを上回るインダクタンス定格を有する高インダクタンスのシールドケーブルによって供給されている、高電圧信号のオシロスコープ測定のスクリーンショットを示している。図４Ａに示しているように、高インダクタンスのシールドケーブルを通じて高電圧信号を供給することによって発生する振動により、電力供給が不安定になる。図４Ａに示しているように、電力供給システム内の電流変化の瞬間率（ｄｉ／ｄｔ）が低いことにより、電力供給が制限される。
【００２８】
［００３３］図４Ｂは、５０ｎＨ／ｆｔを下回るインダクタンス定格を有する低インダクタンスのシールドケーブルによって供給されている、高電圧信号のオシロスコープ測定のスクリーンショットを示している。図４Ｂに示しているように、低インダクタンスのシールドケーブルを通じて高電圧信号を供給することによって、発生する振動は著しく少なくなる。図４Ｂに示しているように、低インダクタンスのシールドケーブルは、電圧レベル及びパルス持続時間が同様である場合、図４Ａの高インダクタンスのシールドケーブルよりも２５〜３０％大きな電流を提供する。
【００２９】
［００３４］図５は、本原理の一実施形態による、パルス化された高電圧信号を発生させ、プロセスチャンバに供給するための方法５００のフロー図を示している。方法５００は５０２で始まりうる、この５０２において、プロセスチャンバから離れた場所で高電圧信号が生成される。方法は次いで、５０４に進みうる。
【００３０】
［００３５］５０４において、高電圧信号は、パルス化のために、プロセスチャンバに相対的に近い場所に供給される。方法５００は次いで、５０６に進みうる。
【００３１】
［００３６］５０６において、供給された高電圧信号がパルス化される。方法５００は次いで、５０８に進みうる。
【００３２】
［００３７］５０８において、パルス化された高電圧信号がプロセスチャンバに供給される。方法５００は次いで終了しうる。
【００３３】
［００３８］上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱しなければ、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されうる。
【図１】
2019533765.tif 000003
【図２】
2019533765.tif 000004
【図３】
2019533765.tif 000005
【図４Ａ】
2019533765.tif 000006
【図４Ｂ】
2019533765.tif 000007
【図５】
2019533765.tif 000008
【国際調査報告】
2019533765.tif 000009
2019533765.tif 000010