(57)【要約】【課題】スパッタされた膜において、均一な等方性の応力を生じさせるための方法と装置を提供すること。【解決手段】本発明は、スパッタされた膜において、均一な等方性の応力を生じさせるための方法と装置を提供する。好適な本実施例において、新規なスパッタリング形態および移動速度の新規な定義域が、示される。これらは、一緒に、X-Y応力異方性を避け、かつ、基板全体にわたる応力不均一性を避けながら、膜材料が保持することができる最大応力の達成を可能にする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に膜を堆積させるための方法であって、当該基板の垂直軸のまわりに、当該基板の、および／または、当該堆積ソースの、任意の逐次的な異なる離散的堆積回転角で、当該基板上に膜の逐次的な層を堆積させるステップと、互いの堆積角に関して、各異なる堆積角から実質的に等しい量の堆積を提供するステップとを有し、当該堆積された膜全体が、当該基板と平行な全ての方向で、かつ、当該垂直軸のまわりの異なる回転角で、実質的に等方的な特性を示す、基板上に膜を堆積させるための方法。
【請求項２】
当該膜の逐次的な層の前記厚さを、堆積材料の特性反映距離(property projection distance)の程度に、減らすステップを更に有し、ここで、当該特性反映距離とは、当該膜厚を通して逐次伝わる関連した膜特性の揺らぎが、当該膜の厚さを通して平均化されると、非常に小さくなり、当該膜の全体の特性に影響を及ぼさなくなる距離を意味し、かつ、当該揺らぎは、層状にすることによって生じる、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
当該特性反映距離が、応力および歪に対して、当該堆積材料の最低1つの原子直径から、最高10の原子直径の範囲内であり、かつ、磁気特性に対して最高1つの磁区直径である、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
遊星方式で、堆積材料の1つ以上の同じソースを通過して各基板を動かすステップを更に有し、当該基板が公転する時、当該基板が堆積材料の当該ソースのうちの1つを通過するごとに、当該基板は、静止点およびそれが通過している当該堆積材料ソースに対して回転の一定の向きを維持するように、前記遊星キャリアに対して当該基板の垂直軸のまわりに回転させた、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
当該基板が、それが当該堆積材料ソースの1つを通過するごとに、前記遊星キャリアプレートに対して、360/n度回転させ、nが2より大きい整数であり、かつ堆積ソースの数に等しい、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
円の周囲に配置された4つの堆積材料のソースを設けるステップと、各当該堆積材料のソースの関連した異方性特性を、前の堆積材料ソースのそれに対して、90度に配置するステップとを更に有し、静止点から測定される場合、当該基板が公転する時、各基板が、その垂直軸のまわりに回転の固定された向きを維持し、当該膜が、各逐次的な層に対して90度回転させた異方性を備える層に堆積される、請求項4に記載の方法。
【請求項７】
当該堆積材料ソースが、当該堆積材料ソースの関連した異方性特性において2軸対称を呈する、請求項4に記載の方法。
【請求項８】
当該基板の270度回転が、当該膜層の当該関連した特性において当該異方性に関して当該基板の90度回転に相当する、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
2つの堆積材料ソースを提供するステップを更に有し、各堆積材料ソースが、2軸対称を備え、当該堆積材料ソースが、当該堆積材料ソースの関連した異方性特性が前の堆積材料ソースに関して90度回転されるように、お互いに対して配置され、静止点から測定される場合、それが公転する時、各基板が、その垂直軸のまわりに回転の固定された向きを維持し、当該膜が、各逐次的な層に対して90度回転された異方性を備える層に堆積される、請求項7に記載の方法。
【請求項１０】
堆積材料の当該ソースが、そこから当該堆積材料が丸いコーナを備えている長方形に近いパターンに放射する、リニアのマグネトロン・スパッタリング・ターゲットを有する、請求項7に記載の方法。
【請求項１１】
基板垂直軸に沿った、かつ、基板表面とそこから堆積材料が放射するターゲット表面との間の距離が、それが当該矩形の放射パターンの端から放射するときの材料と当該基板の最も近いエッジとの間の距離より十分に小さく、その結果、当該膜の関連した特性が、当該基板の中心から当該基板のエッジまで当該基板に沿って十分に均一である、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
基板垂直軸に沿った、かつ、基板表面とそこから堆積材料が放射するターゲット表面との間の距離を、それが当該矩形の放射パターンの端から放射する材料と前記基板の前記最も近いエッジとの間の距離と比較して十分に小さくすることによって、当該基板と平行な方向に沿った膜応力を当該基板全体にわたって十分に均一にするステップを更に有する、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
基板垂直軸に沿った、かつ、基板表面とそこから堆積材料が放射するターゲット表面との間の距離の、それが当該矩形の放射パターンの端から放射するときの材料と当該基板の最も近いエッジとの間の距離に対する比が、1/4以下である、請求項11に記載の方法。
【請求項１４】
基板上に膜を堆積させるための方法であって、当該基板の垂直軸のまわりに、当該基板および当該堆積ソースの逐次的な異なる任意の堆積回転角で、少なくとも1つの堆積ソースを、対称的に配置するステップと、当該膜に高レベルの応力を実現するために当該基板上に膜の逐次的な層を堆積させるステップとを更に有し、当該応力が、膜面で等方的であり、かつ基板表面の広範囲にわたって均一でもある方法。
【請求項１５】
長い、実質的に矩形のターゲットまたは堆積材料のソースから、密閉型(close-spaced)マグネトロン・スパッタリングを使用して、堆積ソース上の1通過当たり1原子層スケールの堆積厚さを提供するステップを更に有し、堆積入射角、イオン衝撃フラックスおよび基板方位の向きの何れかの周期的揺らぎによって生じる膜応力に対する影響が、最小化される、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
当該膜を積層するために、逐次的な通過の間、実質的に90度当該基板を回転させるステップを更に有し、膜面のX-Y異方性が、除去される、請求項14に記載の方法。
【請求項１７】
基板直径と比較した場合、均一の膜厚のために必要とされるより長い、マグネトロン・ターゲットを使用するステップを更に有し、当該ターゲットの長軸に沿って均一の膜応力が、実現される、請求項14に記載の方法。
【請求項１８】
高速な遊星運動を当該基板に与えるために、基板のリングのまわりに配置された周辺チェーンを有する駆動メカニズムと、1つの基板から固定中心スプロケットまで延在しているチェーンとを提供するステップを更に有する、請求項14に記載の方法。
【請求項１９】
基板上に膜を堆積させるための装置であって、当該基板の垂直軸のまわりに、当該基板の、および／または、当該堆積ソースの、逐次的な異なる離散的な任意の堆積回転角で、当該基板上に膜の逐次的な層を堆積させるためのターゲットと、当該垂直軸のまわりに、堆積された膜全体のために使われる、当該逐次的な異なる離散的な堆積角の集合を対称的に配置するための手段と、互いの堆積角に関して、各異なる堆積角から実質的に等しい量の堆積を提供する手段とを有し、当該堆積された膜全体が、当該基板と平行な全ての方向で、かつ、当該垂直軸のまわりの異なる回転角で、実質的に等方的な特性を示す、基板上に膜を堆積させるための装置。
【請求項２０】
当該膜の逐次的な層の前記厚さを、堆積材料の特性反映距離(property projection distance)の程度に、減らす手段を更に有し、ここで、当該特性反映距離とは、当該膜厚を通して逐次伝わる関連した膜特性の揺らぎが、当該膜の厚さを通して平均化されると、非常に小さくなり、当該膜の全体の特性に影響を及ぼさなくなる距離を意味し、かつ、当該揺らぎが、層状にすることによって生じる、請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
当該特性反映距離が、応力および歪に対して、当該堆積材料の最低1つの原子直径から、最高10の原子直径の範囲内であり、かつ、磁気特性に対して最高1つの磁区直径である、請求項20に記載の装置。
【請求項２２】
遊星方式で、堆積材料の1つ以上の同じソースを通過して各基板を動かすための駆動を更に有し、当該基板が公転する時、当該基板が堆積材料の当該ソースのうちの1つを通過するごとに、当該基板を、静止点およびそれが通過している当該堆積材料ソースに対して回転の一定の向きを維持するように、前記遊星キャリアに対して当該基板の垂直軸のまわりに回転させた、請求項19に記載の装置。
【請求項２３】
当該基板が、それが当該堆積材料ソースの1つを通過するごとに、前記遊星キャリアプレートに対して、360/n度回転させられ、nが2より大きい整数であり、かつ堆積ソースの数に等しい、請求項22に記載の装置。
【請求項２４】
円の周囲に配置された4つの堆積材料のソースと、各当該堆積材料のソースの関連した異方性特性を、前の堆積材料ソースのそれに対して、90度に配置するための手段とを更に有し、静止点から測定される場合、当該基板が公転する時、各基板が、その垂直軸のまわりに回転の固定された向きを維持し、当該膜が、各逐次的な層に対して90度回転させた異方性を備える層に堆積される、請求項22に記載の装置。
【請求項２５】
当該堆積材料ソースが、当該堆積材料ソースの関連した異方性特性において2軸対称を呈する、請求項22に記載の装置。
【請求項２６】
当該基板の270度回転が、当該膜層の当該関連した特性において当該異方性に関して当該基板の90度回転に相当する、請求項25に記載の装置。
【請求項２７】
2つの堆積材料ソースを更に有し、各堆積材料ソースが、2軸対称を備え、当該堆積材料ソースが、当該堆積材料ソースの関連した異方性特性が前の堆積材料ソースに関して90度回転されるように、お互いに対して配置され、静止点から測定される場合、それが公転する時、各基板が、その垂直軸のまわりに回転の固定された向きを維持し、当該膜が、各逐次的な層に対して90度回転させた異方性を備える層に堆積される、請求項25に記載の装置。
【請求項２８】
堆積材料の当該ソースが、そこから当該堆積材料が丸いコーナを備えている長方形に近いパターンに放射する、リニアのマグネトロン・スパッタリング・ターゲットを有する、請求項25に記載の装置。
【請求項２９】
基板垂直軸に沿った、かつ、基板表面とそこから堆積材料が放射するターゲット表面との間の距離が、それが当該矩形の放射パターンの端から放射するときの材料と当該基板の最も近いエッジとの間の距離より十分に小さく、その結果、当該膜の関連した特性が、当該基板の中心から当該基板のエッジまで当該基板に沿って十分に均一である、請求項28に記載の装置。
【請求項３０】
基板垂直軸に沿った、かつ、基板表面とそこから堆積材料が放射するターゲット表面との間の距離を、それが当該矩形の放射パターンの端から放射する材料と前記基板の前記最も近いエッジとの間の距離と比較して、十分に小さくすることによって、当該基板と平行な方向に沿った膜応力を当該基板全体にわたって十分に均一にするための手段を更に有する、請求項29に記載の装置。
【請求項３１】
基板垂直軸に沿った、かつ、基板表面とそこから堆積材料が放射するターゲット表面との間の距離の、それが当該矩形の放射パターンの端から放射するときの材料と当該基板の最も近いエッジとの間の距離に対する比が、1/4以下である、請求項29に記載の装置。
【請求項３２】
基板上に膜を堆積させるための装置であって、当該基板の垂直軸のまわりに、当該基板および当該堆積ソースの逐次的な異なる任意の堆積回転角で、少なくとも1つの堆積ソースを、対称的に配置するための手段と、当該膜に高レベルの応力を実現するために当該基板上の膜の逐次的な層を堆積させるためのターゲットとを有し、当該応力が、膜面で等方的であり、かつ基板表面の広範囲にわたって均一でもある装置。
【請求項３３】
当該ターゲットが、長い、実質的に矩形のターゲットから密閉型(close-spaced)マグネトロン・スパッタリングを使用して、ターゲット上の1通過当たり1原子層スケールの堆積厚さを提供するための手段を有し、堆積入射角、イオン衝撃フラックスおよび基板方位の向きの何れかの周期的揺らぎによって生じる膜応力に対する影響が、最小化される、請求項32に記載の装置。
【請求項３４】
当該膜を積層するために、逐次的な通過の間、実質的に90度当該基板を回転させるための駆動を更に有し、膜面のX-Y異方性が、除去される、請求項32に記載の装置。
【請求項３５】
基板直径と比較した場合、均一の膜厚のために必要とされるより長い、1つ以上のマグネトロン・ターゲットを更に有し、当該ターゲットの長軸に沿って均一の膜応力が、実現される、請求項32に記載の装置。
【請求項３６】
高速な遊星運動を当該基板に与えるために、基板のリングのまわりに配置された周辺チェーンを有する駆動メカニズムと、1つの基板から固定中心スプロケットまで延在しているチェーンとを更に有する、請求項32に記載の方法。
【請求項３７】
駆動メカニズムであって、高速な遊星運動を当該基板に与えるために、固定中心被駆動スプロケットと、基板のリングのまわりに配置された周辺チェーンと、1つの基板から当該固定中心スプロケットまで延在しているチェーンとを有する、駆動メカニズム。
【請求項３８】
スパッタ堆積によって基板上に膜を堆積させるための方法であって、前記基板と前記キャリアプレートはどちらも、さまざまな速度でそれらのそれぞれの垂直軸のまわりに独立して回転することができる、実質的に円形のキャリアプレートに取り付けられた基板ホールダ上に載置された少なくとも1つの基板を提供するステップと、キャリアプレートの半径に並行に配置された長手方向の寸法を備え、それらの表面が実質的に同一平面上の前記基板に対向し、当該長手方向の寸法が基板の寸法より実質的により大きく、かつ、基板および堆積ソース表面間の小さい垂直な距離を備えている、少なくとも2つの細長い堆積ソース（ターゲット）を提供するステップと、前記キャリアプレートに対して測定される場合、前記回転しているキャリアプレートのそれと等しくかつ反対の角速度を備え、それ自身の垂直軸のまわりに同時に生じる追加の回転をする取り付けられた前記基板とともに、前記キャリアプレートが、その垂直軸のまわりに回転するとき、大気中より低いガス圧力で堆積チャンバー内部でプラズマをたたくことによってスパッタ堆積プロセスを開始するステップと、それが繰り返し各々の前記堆積ソースを横断するとき、前記基板上へ薄膜の逐次的な層を堆積させるステップとを有し、複数の薄膜層を有する、前記結果として生じる膜が、実質的に均一の厚さ、かつ、等方性の特性で形成されている方法。
【請求項３９】
当該堆積ソースが、90度分離、45度分離、120度分離の何れかを備える、請求項38に記載の方法。
【請求項４０】
当該ターゲットが、矩形のターゲットであり、かつ、前記ターゲットを通過するときに、当該基板が中央に位置決めをされる、請求項38に記載の方法。
【請求項４１】
基板と堆積ソース表面との間の垂直な距離の、当該長手方向の寸法の前記エッジと前記最も近い基板のエッジとの間の前記距離に対する前記比が、1:4、または、それより小さい、請求項38に記載の方法。
【請求項４２】
好適な堆積速度が、約 1〜60μm/hrであり、典型的には、4μm/hr であり、かつ、好適なプレート回転が、約 6〜600 rpmであり、典型的には、120 rpmである、請求項38に記載の方法。
【請求項４３】
等方性の特性が、応力を含む、請求項38に記載の方法。
【請求項４４】
当該薄膜層の厚さの範囲は、約1〜10原子直径である、請求項38に記載の方法。
【請求項４５】
前記膜材料から成る比較的より大きいターゲットをスパッタすることによって基板上に膜を堆積させる方法であって、スパッタ堆積システムにおいて、前記基板と前記ターゲット表面との間に小さい垂直な距離があるように、前記堆積ソース（ターゲット）の近くに少なくとも1つの基板を配置するステップと、スパッタリングの間、前記基板の近くでプラズマ閉じ込めを容易にするために前記堆積ソースの近くでマグネット・システムを提供するステップと、前記基板に対向する前記堆積ソース表面上にエロージョン・ゾーンの形成を引き起こす前記ターゲットから、材料がスパッタされるように、大気中より低いガス圧力で前記堆積チャンバー内部でプラズマをたたくことによって前記スパッタ堆積プロセスを開始するステップと、エロージョン・ゾーンが、少なくとも2つの直交する方向に、またはオプションとして120度離れている少なくとも３方向に、前記基板全体を交替に通過し、各通過の間、前記基板上に薄膜層を堆積させるように、前記マグネット・システムおよび前記基板の少なくとも1つを周期的に動かすステップとを有し、複数の薄膜層を有する、結果として生じる膜が、実質的に均一の厚さ、かつ、等方性の特性で形成されている方法。
【請求項４６】
基板と堆積ソース表面との間の垂直な距離の、当該長手方向の寸法の前記エッジと前記最も近い基板のエッジとの間の前記距離に対する前記比が、1:4、または、それより小さい、請求項45に記載の方法。
【請求項４７】
当該薄膜層の厚さの範囲は、約1〜10原子直径である、請求項45に記載の方法。
【請求項４８】
スパッタリングによって基板上に膜を堆積させるための方法であって、その材料の前記ソースから放射している堆積材料の前記パターンの回転角に対して測定される場合、当該基板の垂直軸のまわりの当該基板の逐次的な異なるかつ離散的な（一定の）堆積の任意の回転角で、当該基板上に膜の逐次的な層を堆積させるステップと、互いの当該堆積回転角に関して、各異なる当該堆積回転角から実質的に等しい量の堆積を提供するステップとを有し、当該堆積された膜全体が、当該基板と平行な全ての方向で、実質的に等方的な特性を示す、基板上に膜を堆積させるための方法。
【請求項４９】
イオン圧縮が、固定された基板のrfまたはdcバイアスによって得られる、請求項48に記載の方法。
【請求項５０】
複数の薄い層の膜が、堆積し、隣接層の応力は、異なり、前記膜表面に垂直な方向に応力勾配を備える膜を形成する、請求項48に記載の方法。
【請求項５１】
前記薄膜層の応力が、前記底部での圧縮応力から前記表面での引張り応力まで変化する、請求項50に記載の方法。
【請求項５２】
スパッタ堆積によって基板上に膜を堆積させるための装置であって、前記基板と前記キャリアプレートはどちらも、さまざまな速度でそれらのそれぞれの垂直軸のまわりに独立して回転することができる、実質的に円形のキャリアプレートに取り付けられた基板ホールダ上に載置された少なくとも1つの基板と、キャリアプレートの半径に並行に配置された長手方向の寸法を備え、それらの表面が実質的に同一平面上の前記基板に対向し、当該長手方向の寸法が基板の寸法より実質的により大きく、かつ、基板および堆積ソース表面間の小さい垂直な距離を備えている、少なくとも2つの細長い堆積ソース（ターゲット）と、前記キャリアプレートに対して測定される場合、前記回転しているキャリアプレートのそれと等しくかつ反対の角速度を備え、それ自身の垂直軸のまわりに同時に生じる追加の回転をする取り付けられた前記基板とともに、前記キャリアプレートが、その垂直軸のまわりに回転するとき、大気中より低いガス圧力で堆積チャンバー内部でプラズマをたたくことによってスパッタ堆積プロセスを開始するための手段とを有し、それが繰り返し各々の前記堆積ソースを横断するとき、前記基板上へ薄膜の逐次的な層を堆積させ、複数の薄膜層を有する、前記結果として生じる膜が、実質的に均一の厚さ、かつ、等方性の特性で形成されている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の膜の堆積に関する。本発明は、特に、スパッタされた膜において、均一な等方性の応力を生じさせるための方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜は、しばしば、グロー放電プラズマにおけるスパッタリングによって、基板に堆積される。ここで、このプラズマからの加速されたイオンが、ターゲット（ソース）材料の原子をノックオフし、この原子が、基板へ移動させられる。磁気閉込めプラズマ発生器（マグネトロン）が、スパッタリング効率を増やし、かつ最低動作圧力を減らすために、典型的に、使われる。スパッタリングは、それが任意の材料に対して使うことが出来、堆積する原子のエネルギーが膜の付着を促進し、かつ、基板があまり熱くならないので、好適な堆積技法である。
【０００３】
大きい基板全体にわたる膜厚の均一性は、通常、重要であり、そして、従来は、2つのアプローチのうちの1つが、このような均一性を実現するために、取られる。
【０００４】
第1のこのようなアプローチは、基板およびターゲットの直径と比較して、ターゲットから離れている半径に基板を配置することである。スループットを増やして、効率的にターゲットを使用するために、多くの基板は、領域の大部分にわたって、この半径に配置され、かつ、遊星（2軸）運動に保たれ、その結果、それらが堆積時間のコース中、領域の広範囲の場所を占める。これは、この領域上での堆積速度変動を平均化する。
【０００５】
第2のアプローチは、ターゲットの長手方向の寸法が基板より大きい、矩形のターゲットを使用する。基板は、ターゲットの近くに配置され、かつ、リニア移動で前後にそれを横切るように通過させられ、その結果、基板は、ローラによる塗装に非常に似た逐次的な層に膜の均一の帯でペイントされる。典型的に、100 nmの膜が、各通過ごとに堆積する。
【０００６】
スパッタリングは、さまざまなマイクロエレクトロニクスの構造の形成に用いられる。これらの構造の1つに、デバイス・テストのような応用に有効であるパターニングされたバネ構造がある。例えば、D. Smith と S. Alimondaの「フォトリソグラフィによるパターニングされたばね接点(Photolithographically Patterned Spring Contact)」米国特許第5,613,861号（特許発行日1997年3月25日）、米国特許第5,848,685号（特許発行日1998年12月15日）および国際特許出願番号PCT/US 96/08018（出願日1996年5月30日）により、フォトリトグラフィによるパターニングされたばね接点が開示されている。この接点は、基板上に形成され、かつ、2つのデバイス上のコンタクトパッドを電気的に接続する。このばね接点は、また、熱的および機械的変動、および他の環境要因も補償する。ばね接点の固有の応力勾配によって、ばねの自由部分が、基板から離れて曲がる。固定部分は、基板に固定されたままで、かつ、基板上の第1のコンタクトパッドに、電気的に接続されている。ばね接点は、弾性体で作られ、かつ、自由部分は素直に第2のコンタクトパッドに接触するので、2つのコンタクトパッドが接触する。
【０００７】
このようにパターニングされたバネ技術は、膜の機械的応力を、基板全体にわたって均一に、非常に高いレベルで制御可能であることに依存する。応力は、薄膜に普通にみられ、通常、望ましくない。事実、他の膜堆積プロセスと同様に遊星およびリニア移動スパッタリングにおいて、プロセス制御の多くの技法が、応力を最小化するために使われている。従って、応力に影響している多数の要因が認識されていると共に、現技術は、このような応力を実質的に除去することに関係している。
【０００８】
イオン衝撃が、任意の真空堆積プロセスにおいて圧縮応力を増大させることは、公知である。マグネトロン・スパッタリングにおいて、低いプラズマ圧力は、圧縮応力を増大させ、より高い圧力は、引張り応力を引き起こし、そして、さらに高い圧力は、膜の面内に機械的強度を有しない多孔質膜の原因となる。堆積中にプラズマ圧力を増加させることにより応力勾配を与えられる膜のマグネトロン・スパッタ堆積は、現在、パターン化されたバネ技術を実現するための好適な技法である。
【０００９】
応力を最小化する方法および高い圧縮応力または高い引張り応力を生じさせる方法が、当業者に公知であるが、応力を最大にし、かつ、大きい基板全体にわたって均一な高い応力を制御するための技法は、知られていない。応力レベルを最大にし、かつ、それを均一にすることは、パターン化されたバネ構造の製造に関して望ましい。スパッタされた膜において、均一な、等方性の応力を生じさせるための方法および装置を提供することは、有利であろう。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第5,613,861号、「フォトリソグラフィによるパターニングされたばね接点(Photolithographically Patterned Spring Contact)」（D. Smith と S. Alimonda）（特許発行日1997年3月25日）
【特許文献２】
米国特許第5,848,685号（特許発行日1998年12月15日）
【特許文献３】
国際特許出願番号PCT/US 96/08018（出願日1996年5月30日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、スパッタされた膜において、均一な等方性の応力を生じさせるための方法と装置を提供する。好適な本実施例において、新規なスパッタリング形態および移動速度の新規な定義域が、示される。これらは、一緒に、X-Y応力異方性を避け、かつ、基板全体にわたる応力不均一性を避けながら、膜材料が保持することができる最大応力の達成を可能にする。ここで、X-Yは、基板面の2つの直交する次元を指す。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の好ましい本実施例は、当該基板の垂直軸のまわりに、当該基板の、および／または、当該堆積ソースの、逐次的な異なる離散的な任意の堆積回転角で、当該基板上に膜の逐次的な層を堆積させるステップと、互いの堆積角に関して、各異なる堆積角から実質的に等しい量の堆積を提供するステップとを有し、当該堆積された膜全体が、当該基板と平行な全ての方向で、かつ、当該垂直軸のまわりの異なる回転角で、実質的に等方的な特性を示す、基板上に膜を堆積させるための方法および装置を有する。
【００１３】
本願明細書において開示される方法および装置は、当該膜の逐次的な層の厚さを、堆積材料の特性反映距離(property projection distance)の程度に、減らすステップを更に有す。ここで、当該特性反映距離とは、当該膜厚を通して逐次伝わる関連した膜特性の揺らぎが、当該膜の厚さを通して平均化されると、非常に小さくなり、当該膜の全体の特性に影響を及ぼさなくなる距離を意味し、かつ、当該揺らぎは、層状にすることによって生じる。
【００１４】
好適な一実施例の場合、当該特性反映距離が、応力および歪に対して、当該堆積材料の最低1つの原子直径から、最高10の原子直径の範囲内であり、かつ、磁気特性に対して最高1つの磁区直径である。
【００１５】
本願明細書において開示された方法と装置は、遊星方式で、堆積材料の1つ以上の同じソースを通過して各基板を動かすことを更に有し、当該基板が、当該基板が公転する時、堆積材料の当該ソースのうちの1つを通過するごとに、当該基板が、それが通過している当該堆積材料ソースに対して、当該基板の垂直軸のまわりに回転させられている。
【００１６】
好適な一実施例の場合、当該基板は、それがn個の当該堆積材料ソースの1つを通過するごとに、nが2より大きい整数の場合、360/n度回転され、または、nが2の場合、90度回転される。
【００１７】
本願明細書において開示された方法と装置は、円の周囲に配置された4つの堆積材料のソースを設けること、各当該堆積材料のソースの関連した異方性特性を、前の堆積材料ソースのそれに対して、90度に配置することを更に有し、静止点から測定される場合、当該基板が公転する時、各基板が、その垂直軸のまわりに回転の固定された向きを維持し、当該膜が、各逐次的な層に対して90度回転された異方性を備える層に堆積される。
【００１８】
好適な一実施例の場合、当該堆積材料ソースが、当該堆積材料ソースの関連した異方性特性において2軸対称を呈する。
【００１９】
好適な一実施例の場合、当該基板の270度回転が、当該ソースが2軸対称を呈する場合、当該膜層の当該関連した特性において当該異方性に関して当該基板の90度回転に相当する。
【００２０】
本願明細書において開示された方法と装置は、2つの堆積材料のソースを提供することを更に有し、各堆積材料ソースが、2軸対称を備え、当該堆積材料ソースが、当該堆積材料ソースの関連した異方性特性が前の堆積材料ソースに関して90度回転されるように、互いに対して配置され、静止点から測定される場合、それが公転する時、各基板が、その垂直軸のまわりに回転の固定された向きを維持し、当該膜が、各逐次的な層に対して90度回転された異方性を備える層に堆積される。
【００２１】
好適な一実施例の場合、堆積材料の当該ソースが、そこから当該堆積材料が丸いコーナを備えている長方形に近いパターンに放射する、リニアのマグネトロン・スパッタリング・ターゲットを有する。
【００２２】
好適な一実施例の場合、基板垂直軸に沿った、かつ、基板表面とそこから堆積材料が放射するターゲット表面との間の距離が、それが当該矩形の放射パターンの端から放射するときの材料と当該基板の最も近いエッジとの間の距離より十分に小さく、その結果、当該膜の関連した特性が、当該基板の中心から当該基板のエッジまで当該基板に沿って十分に均一である。
【００２３】
本願明細書において開示された方法と装置は、更に、基板垂直軸に沿い、かつ、基板表面とそこから堆積材料が放射するターゲット表面との間の距離を、それが当該矩形の放射パターンの端から放射する材料と基板の最も近いエッジとの間の距離と比較して、十分に小さくすることによって、当該基板と平行な方向に沿った膜応力を当該基板全体にわたって十分に均一にする。
【００２４】
好適な一実施例の場合、基板垂直軸に沿った、かつ、基板表面とそこから堆積材料が放射するターゲット表面との間の距離の、それが当該矩形の放射パターンの端から放射するときの材料と当該基板の最も近いエッジとの間の距離に対する比が、1/4以下である。
【００２５】
本願明細書において開示された方法と装置の更なる実施例は、当該基板の垂直軸のまわりに、当該基板および当該堆積ソースの逐次的な異なる任意の堆積回転角で、少なくとも1つの堆積ソースを、対称的に配置すること、かつ、当該膜に高レベルの応力を実現するために当該基板上に膜の逐次的な層を堆積させることを更に有し、当該応力が、膜面で等方的であり、かつ、基板表面の広範囲にわたって均一でもある。
【００２６】
本願明細書において開示された方法と装置は、長い、実質的に矩形のターゲットから密閉型(close-spaced)マグネトロン・スパッタリングを使用して、ターゲット上の1通過当たり1原子層スケールの堆積厚さを提供することを更に有し、堆積入射角、イオン衝撃フラックスおよび基板方位の向きの何れかの周期的揺らぎによって生じる膜応力に対する影響が、最小化される。
【００２７】
本願明細書において開示された方法と装置は、当該膜を積層するために、逐次的な通過の間、それが通過しているソースに対して実質的に90度、当該基板を回転させることを更に有し、膜面のX-Y異方性は、除去される。
【００２８】
本願明細書において開示された方法と装置は、基板直径と比較した場合、均一の膜厚のために必要とされるより長い、マグネトロン・ターゲットを使用することを更に有し、当該ターゲットの長軸に沿って均一の膜応力が、実現される。
【００２９】
本願明細書において開示された方法と装置は、高速な遊星運動を当該基板に与えるために、基板のリングのまわりに配置された周辺チェーンを有する駆動メカニズムと、1つの基板から固定中心スプロケットまで延在しているチェーンとを提供することを更に有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
新規なスパッタリング形態および移動速度の新規な定義域が、本願明細書において示される。これらは、共に、X-Y応力異方性を避け、かつ、基板全体にわたる応力の不均一性および膜の厚さによる応力変動を避けつつ、膜材料が保持することができる最大応力の達成を可能にする。
【００３１】
本発明は、部分的に、原子が基板に堆積する入射角が、膜応力の重要な決定要因であり、グレージング（オフノーマル）角が大きくなると、より大きな張力に、または、過大であるならば、多孔性となるという認識に基づく。遊星基板運動の場合、基板上の自転軸から半径の異なる箇所、そして、所定の箇所での異なる方位角は、必ず、異なる時間シーケンスの堆積角、したがって、異なる膜応力をもたらす。
【００３２】
ここでの議論のために、方位角は、膜面XYにおける+Xから+Y、-X、-Yへのその回転であり、かつ、膜応力は常に二軸、すなわち、XおよびYに沿って存在する。膜応力は、所定の箇所で、異方性である、すなわちX対Yで異なっているかもしれないし、かつ、それは基板全体にわたって、XまたはYの何れかにおいて、または膜の厚さを通して、不均一であるかもしれない。
【００３３】
リニア移動において、基板の移動に平行な方位方向は、垂直な方向と比べて１つの通過にわたって異なるシーケンスの堆積角を経験する。さらに、リニア移動では、単一の通過は典型的に100 nmまたは約300の単原子層（単分子層）の膜を堆積させる。この通過の間、入射角は、ターゲットへの基板の接近でのグレージング角度から、基板がターゲットの真正面にある場合の実質的に垂直な角度へ、再び基板の退出でのグレージング角度へと変化する。したがって、応力レベルが交替する層状化は、結果として、最大応力の達成を妨げる。
【００３４】
本願明細書において開示された形態（図1参照）において、回転プレート13上にリング状に配列された基板14は、プレートに対してそれら自身の軸のまわりに回転し、一方、基板のリングおよびプレートは、実質的に同じ角速度で、しかし、固定点に対して反対符号で、プレートの軸のまわりに同時に回転するので、基板は、固定点に対して回転しない。基板は、1つ以上の矩形のターゲット15の各々を近距離19で通過し（図2参照）、かつ、その中央におかれる。各ターゲットは、その長軸がプレートの半径に沿い、かつ、その長さが基板14より十分に長い状態で、向きが定められ、この結果、ターゲット端の近傍10によるグレージング入射の堆積量が減少し、この方向に沿った応力の不均一は生じない。ターゲットのこの長さは、一般的には、膜厚の均一性を実現するために必要である長さより長い。
【００３５】
特に効率的な実施例は、基板14がプレート13の各回転の間、2つのターゲット15が通過するように、互いに直角に向きを定められた2つのターゲットを使用する。各通過において、基板14のXおよびY方向が、通過方向に対して反転される。これは、膜を積層し、従来のリニア移動に固有のX-Y異方性を平均する。プレートの中心に向け、基板14の内側エッジの箇所が、外側の箇所と同じ線速度で、ターゲット15を横切り、したがって、通過当たり同じ時間の間の堆積量を堆積するので、固定点に関して、プレート回転と、プレートに対して実質的に同じ角速度で、しかし、反対符号の基板回転も、また、均一な膜厚をもたらす。
【００３６】
図1は、それら自身の軸16のまわりを同時に回転している基板14のリングを備えた回転プレート13を示す。図1は、また、プレート13の回転につき各ウェーハ14によるターゲット通過の数を2倍にするための、互いに直角な2つの矩形のターゲット15の可能な配置も示す。それが、矩形のターゲット15の下を通過する時のウェーハ14の所望の向き18も、また図1に示される。この具体例に対して、ウェーハは、90度回転し、固定点に対して、各ターゲットの下で等しい向き18を備える。当業者は、他の配置が本発明と関連して提供されることができるということを認識するであろう。例えば、4つのターゲットは、プレート上の円周に、次のターゲットに対し90度の向きを定めて、設けることができる。
【００３７】
イオン源17は、通過当たり一回、膜に衝撃を与え、かつ、このことにより、必要な所に圧縮応力を与えるために、プレート13の付近の1箇所に位置させることができる。図1および2は、イオン源17の1つの位置を示す。これに代えて、基板14は、イオンガンを用いずに、スパッタ・ソースによって生成するプラズマから衝突するイオンを加速するために、伝導性である場合DC電力、または、絶縁性である場合RF電力によって、電気的にバイアスすることが出来るであろう。しかしながら、RFバイアスは、基板が動く場合、供給し、かつ、保持することが困難である。
【００３８】
プレート13の一回の回転コースにわたって、各基板14は、応力に影響を及ぼすいくつかのプロセスパラメータ、例えば、堆積入射角、ターゲットの長軸に対する方位の向き、およびイオン衝撃フラックスの周期的変動を経験する。本発明の目的は、これらの変動を膜応力の周期的な層状にしないことであるので、等価膜厚に関するこの変動の周期は、数個の原子間隔のオーダーであるべきであり、この結果、その成長している原子構造は、変化を呈しない。同時に、実際問題として、生産スループットを増加させ、かつ、真空チャンバー内のバックグラウンド・ガスからの共に堆積する不純物の有害な影響を最小化するために、できるだけ高レートで、膜を堆積させることが要求される。従って、別の状況では、必要であろう以上に非常により高速度でプレートを回転させることが要求される。例えば、1 nm/sec（3.6 um/hr または約3 monolayers/sec）の典型的な所望の時間平均化された堆積速度で、プレートは、好ましくは、1〜3 rps、または、60〜180 rpmで回転しなければならない。これは、従来の遊星堆積において、必要とされる、または、要求されるより、約10倍高速であり、かつ、リニア移動における通過時間より約100倍高速である。
【００３９】
代替実施例において、従来のリニア移動形態も、また、単分子層-スケール層状化を実現することができるであろう。それは、また、各通過の終わりに基板回転連結を付加することによりX-Y積層を実現することもできるであろう。遊星運動の連結を構成するさまざまな方法は、開発中であり、かつ、使用中である。これらの方法は、典型的に、基板（遊星）回転をプレート（軌道）回転に結合させ、そして、それゆえ真空壁内での回転フィードスルーに結合させるため、外部モータによって駆動されるギヤ、チェーン、またはフリクションローラの何れかを含む。別々の遊星および軌道駆動は、また、同軸回転フィードスルーを使用して組み込むこともできる。
【００４０】
軌道および遊星駆動をチェーン結合させる新規でより簡単な手段は、本発明と関連して、本願明細書において開示される。図3は、本発明の図1に示される遊星システムのためのチェーン結合配置の平面図を示す線図である。このアプローチにおいて、第1の単一の回転フィードスルーは、プレート13を駆動し、それらのプラットホーム22上の全ての基板が、一緒に回転する。最終的に、基板駆動軸23のうちの1つは、プレート13の中央の同じ直径の静止スプロケット27に、第2のチェーン26によって結合された第2スプロケット25を備えている。この結果、最小の可動部およびハードウェアを備え、したがって高速の最大ローブスト性を備えるリング回転として、同じ角速度で、しかし、反対符号の、プレート13に対する基板回転となる。第2のチェーン上のスプロケット比は、遊星および軌道角速度の単一でない比を提供するために変更することができるであろう。しかしながら、図3の配置については、基板は、それがソースを通過するとき、堆積材料のソースに対して回転しない、従って、基板上の堆積状態において可能な半径方向の不均一性を避けることができる。等価的ギヤ結合も、また、使うことができるであろう。
【００４１】
具体例
本発明を実施する設定の実施は、例えば、ライボルト(Laybold)社および他の販売業者によって製造される、エラストマ・シールおよびクライオポンピングを備えた従来の10-7 Torrステンレス鋼またはアルミニウム製高真空チャンバーに取り付けられる。
【００４２】
このシステムは、例えば、ライボルト社によって製造されたもののような、少なくとも2つの矩形のマグネトロン・スパッタ・ソースと、コモンウェルス(Commonwealth)社によって製造されたカウフマン型ガンのような6インチ直径のビームを備えるイオンガンとを含み、上記の通りに配置される。陰極は、互いに90度の向きに定められる。マグネトロン・ターゲット表面からウェーハへの距離は、1インチである。
【００４３】
ウェーハ運動のための遊星結合は、ウェーハが、それらがチャンバーの中心軸のまわりを公転する時、固定点に対してそれら自身の垂直軸のまわりに回転の同じ向きを保つよう、接続される。
【００４４】
中心軸のまわりで回転しているプレートは、プレートの中心から10インチの軌道半径上で、6インチウェーハを搬送し、かつ、長さ14インチのマグネトロンおよびイオンガンは、ウェーハの中央に位置される。ウェーハがそれらの表面全体にわたって堆積材料の均一な角度分布およびフラックスを得るように、設定の実施は、配置される。
【００４５】
較正プロセス
較正ステップ1：
膜応力対Arスパッタガスの圧力は、さまざまな所定圧力での薄いウェーハ上へのスパッタ堆積で測定される。この応力は、堆積によって生じるウェーハの曲率の変化により従来の方法において算出される。典型的には1 mTorrの最も低い圧力での堆積は、圧縮応力を増加させるために、200から1000 eVまでArイオンのフラックスを変化させて、行える。
【００４６】
較正ステップ2：
多層構造の堆積は、応力-圧力曲線の立上りスロープ部分に沿った圧縮応力から引張り応力までの進行を用いて、行われる。ばねはパターン化されて、持ち上げられる、そして、ばね曲率半径は持ち上がりの高さから算出される。
【００４７】
代表的なパラメータ
堆積に使用する典型的なパラメータは、次の通りである（範囲は、括弧内に示される）。
【００４８】
MoCr合金ターゲット、典型的に、 0-20 at. % Cr、
電力：2400 W（500-10,000）、
ガス・フロー：Ar 80 sccm（50-500）、
圧力：0.6〜15 mT (0.2-50)、
回転：120 rpm(10-300)。
【００４９】
イオンガン：
ビーム電流：50〜500mA、
イオンエネルギー：200〜1000eV
第1の圧縮の層のために、イオンガンとマグネトロンは、一部の実施例の場合同時に動作させる。
【００５０】
本発明が好適な実施例に関して本願明細書において記載されているにもかかわらず、当業者は、他の応用が本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本願明細書において記載されるそれらと交換することができることを直ちにそれを認識する。したがって、本発明は、以下に含まれる請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による遊星システムおよびターゲットとイオンガンの配置の平面図を示す線図である。
【図２】図1に示される遊星システムの側面図を示し、かつ、本発明によるターゲットおよびイオンガンに対する基板の近傍かつ相対的なサイズを示す線図である。
【図３】本発明による図1に示される遊星システムのためのチェーン結合配置の平面図を示す線図である。
【符号の説明】
【００５２】
13   回転プレート
14   基板
15   ターゲット
17   イオン源
18   向き
22   プラットホーム
23   基板駆動軸
27   静止スプロケット
【図１】
2005501179.tif 000002
【図２】
2005501179.tif 000003
【図３】
2005501179.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2005501179.tif 000005
2005501179.tif 000006
2005501179.tif 000007
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2005501179.tif 000039
【国際調査報告】
2005501179.tif 000040
2005501179.tif 000041
2005501179.tif 000042