(57)【要約】  本発明の１つまたは複数の実施形態は、接地上壁、処理チャンバ、およびプラズマ源アセンブリを備える堆積装置を対象とし、プラズマ源アセンブリは、導電性中空円筒と、中空円筒の形状と実質的に共形である実質的に連続する接地シールドとを有する。
2013538284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地側壁および接地上壁によって境界を画された堆積装置であって、
前記接地側壁によって境界を画され、天井および床面を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバの前記天井に位置し、導電性中空円筒と、前記導電性中空円筒に接続された少なくとも１つの電源とを備えるプラズマ源アセンブリと、
前記導電性中空円筒の外側に位置し、前記堆積装置の前記接地側壁および前記接地上壁の１つまたは複数に接触する実質的に連続する接地シールドであり、前記導電性中空円筒と接地シールドとの間の空間が実質的に均一になるように、前記導電性中空円筒と実質的に共形の形状を有する接地シールドとを備える装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの電源が、前記連続する接地シールドを通過しない接続ロッドを通って前記導電性中空円筒に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの電源が、前記接地上壁内の開口を通って前記導電性中空円筒に接続され、前記導電性中空円筒に軸外しで接続される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記連続する接地シールドが、前記接地側壁および接地上壁と一体形成される、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの電源が、前記導電性中空円筒の両側に接続されたＲＦ電源および直流電源を含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
ＲＦ電源および直流電源によって生成される電界が、前記実質的に連続する接地シールドをもたない類似の装置内で生成される電界より均一な分布をスパッタターゲットにわたって有する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
接地側壁および接地底壁によって境界を画された堆積装置であって、
前記接地側壁および接地底壁によって境界を画され、導電性ペデスタルの上の空間として画定される処理領域を有し、前記導電性ペデスタルが前記接地底壁に隣接して位置決めされる、処理チャンバと、
前記ペデスタルの外側に位置し、前記堆積装置の前記接地側壁および前記接地底壁の１つまたは複数に接触する実質的に連続する接地シールドであり、前記導電性ペデスタルと接地シールドとの間の空間が実質的に均一になるように、前記導電性ペデスタルと実質的に共形の形状を有する接地シールドとを備える装置。
【請求項８】
少なくとも１つの電源が、前記連続する接地シールドを通過しない接続ロッドを通って前記導電性ペデスタルに接続される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記連続する接地シールドが、前記接地側壁および接地底壁と一体形成される、請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
ＲＦ電源によって生成される電界が、前記実質的に連続する接地シールドをもたない類似の装置内で生成される電界より均一な分布を前記ペデスタルにわたって有する、請求項７ないし９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記ペデスタルが内部電極をさらに備える、請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
質量流量制御装置を通って前記チャンバ内のガス分布リングに接続されたプロセスガス源をさらに備える、請求項７ないし１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記連続する接地シールドが、対称の電界を生じさせる同軸伝送線として働く、請求項７ないし１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記連続する接地シールドが、非磁性導体、アルミニウム、銅、ニッケルめっきされた材料、銀めっきされた材料、およびそれらの組合せからなる群から選択される材料から作られる、請求項７ないし１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記空間が誘電体材料で充填される、請求項７ないし１４のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に、堆積装置および使用方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、プラズマ源アセンブリの外側に位置決めされた連続する接地シールドを含む堆積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ上へ銅などの金属膜を堆積させて電気相互接続を形成するには、物理的気相堆積（ＰＶＤ）および化学気相堆積（ＣＶＤ）を含む様々な堆積処理が使用される。一部のＰＶＤ処理では、アルゴンなどのキャリアガスの存在下で、ウエハの上にある銅のターゲットに高レベルの直流電力が印加される。ＰＶＤ処理は通常、ウエハ内のアスペクト比の高い開口の側壁および床面上へ金属を堆積させるために、イオン速度の非常に狭い角分布に依拠する。開口の床面上に堆積した量に対して、側壁上に十分な材料を堆積させることが問題になる。別の問題は、開口の上縁部付近で堆積がより速いために生じる開口のピンチオフを回避することに関する。特徴寸法の小型化が進むにつれて、典型的な開口のアスペクト比（深さ／幅）は増大し、超小型電子特徴の寸法は、今では約２２ナノメートルまで低減してきた。小型化はさらに進み、各開口の床面または底部上の所与の堆積厚さに対して、側壁上で最小の堆積厚さを実現するのはより困難になってきた。
【０００３】
典型的な開口のアスペクト比の増大には、ウエハ−スパッタターゲット距離を増大させ（たとえば、３００ｍｍ以上）、チャンバ圧力を低下させる（たとえば、１ｍＴ未満）ことによって、イオン速度の角分布をさらに狭くすることで対処してきた。これにより、ウエハの縁部付近の薄膜の特徴で観察される問題が生じてきた。それは、極めて小さい特徴寸法では、低減された特徴寸法を満たすのに必要なウエハ−ターゲット間隙がより大きいため、アスペクト比が高い各開口の側壁の一部分がターゲットの主要部分から陰になるということである。ウエハ縁部付近で最も顕著なこの陰の影響により、側壁の陰の部分で最小堆積厚さに到達することが、不可能でなくても困難になる。さらに小型化が進むと、チャンバ圧力のさらなる低下（たとえば、１ｍＴ未満）およびウエハ−スパッタターゲット間隙のさらなる増大が必要とされると思われ、前述の問題を悪化させることになる。
【０００４】
現在のＲＦおよびＶＨＦ容量源の設計では、非対称性の給電部設計を利用する。給電部設計の非対称性は、ターゲット表面で電界の非対称性を招くことが分かる。ターゲットまたは電力供給された電極におけるこの非対称性の結果、ウエハの堆積またはエッチングは常に非対称になる。給電部設計のアスペクト比を制御するだけでは、非対称性を打ち消すには不十分である。非対称性は、「スキュー」とも呼ばれ、支配的な要因になる可能性がある。したがって、許容できる不均一性を実現するには、スキューを軽減しなければならない。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の１つまたは複数の実施形態は、接地側壁および接地上壁によって境界を画された堆積装置を対象とする。装置は、処理チャンバと、プラズマ源アセンブリと、接地シールドとを備える。処理チャンバは、接地側壁によって境界を画されており、天井および床面を有する。プラズマ源アセンブリは、処理チャンバの天井に位置しており、導電性中空円筒と、導電性中空円筒に接続された少なくとも１つの電源とを備える。実質的に連続する接地シールドは、導電性中空円筒の外側に位置し、堆積装置の接地側壁および接地上壁の１つまたは複数に接触している。実質的に連続する接地シールドは、導電性中空円筒と接地シールドとの間の空間が実質的に均一になるように、導電性中空円筒と実質的に共形の形状を有する。
【０００６】
いくつかの実施形態では、接地シールドを通過しない接続ロッドを通って導電性中空円筒に接続された少なくとも１つの電源をさらに備える。特有の実施形態では、接地シールドは、対称の電界を生じさせる同軸伝送線として働く。
【０００７】
詳細な実施形態では、少なくとも１つの電源は、接地上壁内の開口を通って導電性中空円筒に接続されており、中空円筒に接続されたＲＦ電源および中空円筒に接続された直流電源を、導電性中空円筒に軸外しで接続させる。１つまたは複数の実施形態では、少なくとも１つの電源は、導電性中空円筒の両側に接続されたＲＦ電源および直流電源を含む。
【０００８】
様々な実施形態では、堆積装置は、物理的気相堆積チャンバまたは化学気相堆積チャンバである。
【０００９】
いくつかの実施形態では、連続する接地シールドは、装置の接地側壁および接地上壁と一体形成される。
【００１０】
詳細な実施形態では、処理チャンバは、ペデスタル、スパッタターゲット、および円筒形のスカートによって画定された処理領域を有する。ペデスタルは、処理チャンバの床面に隣接して位置決めされる。スパッタターゲットは、処理チャンバの天井に隣接して位置決めされる。円筒形のスカートは、スパッタターゲットおよびペデスタルを包含する半径を有する。
【００１１】
特有の実施形態では、連続する接地シールドは、非磁性導体、アルミニウム、銅、ニッケルめっきされた材料、銀めっきされた材料、およびそれらの組合せからなる群から選択される材料から作られる。
【００１２】
いくつかの実施形態によれば、プラズマ源アセンブリは、径方向アーム上に支持された磁石アセンブリと、径方向アームを支持する軸方向スピンドルとをさらに備え、軸方向スピンドルは、中空円筒内の開口を通って延びる。詳細な実施形態では、軸方向スピンドルはアクチュエータに接続されており、アクチュエータは、軸方向スピンドルを軸に沿って回転させるように適合され、それによって処理チャンバの天井の上で径方向アーム上に支持された磁石は、軸方向スピンドルの周りを回転する。特有の実施形態では、軸方向スピンドルは、１０未満の誘電率を有する誘電体材料から作られる。
【００１３】
１つまたは複数の実施形態は、空間によって分離された導電性中空円筒と、連続する接地シールドとを有する。詳細な実施形態では、空間は誘電体材料で充填される。
【００１４】
特有の実施形態では、ＲＦ電源および直流電源によって生成される電界は、実質的に連続する接地シールドをもたない類似のチャンバ内で生成される電界より均一な分布をスパッタターゲットにわたって有する。
【００１５】
装置のいくつかの実施形態は、質量流量制御装置を通ってチャンバ内のガス分布リングに接続されたプロセスガス源をさらに備える。
【００１６】
詳細な実施形態のペデスタルは、内部電極をさらに備える。特有の実施形態では、装置は、ペデスタルの内部電極に接続された制御可能な直流電圧源をさらに備える。装置を有するいくつかの実施形態は、ＲＦインピーダンス整合部を通ってペデスタルの内部電極に接続された低周波ＲＦバイアス電力生成器をさらに備える。
【００１７】
詳細な実施形態のスパッタターゲットは、ケイ素、ドープされたケイ素、酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物、透明導電酸化物、金属、銅インジウムガリウムジセレニド（ＣＩＧＳ）、およびそれらの組合せからなる群から選択される。
【００１８】
本発明の追加の実施形態は、接地側壁および接地底壁によって境界を画された堆積装置を対象とする。装置は、処理チャンバと、実質的に連続する接地シールドとを備える。処理チャンバは、接地側壁および接地底壁によって境界を画されており、接地底壁に隣接して位置決めされた導電性ペデスタルの上の空間として画定される処理領域を有する。実質的に連続する接地シールドは、ペデスタルの外側に位置決めされ、堆積装置の接地側壁および接地底壁の１つまたは複数に接触している。実質的に連続する接地シールドは、導電性ペデスタルと接地シールドとの間の空間が実質的に均一になるように、導電性ペデスタルと実質的に共形の形状を有する。
【００１９】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの電源が、連続する接地シールドを通過しない接続ロッドを通って導電性ペデスタルに接続される。
【００２０】
１つまたは複数の実施形態の連続する接地シールドは、対称の電界を生じさせる同軸伝送線として働く。いくつかの実施形態の連続する接地シールドは、接地側壁および接地底壁と一体形成される。
【００２１】
詳細な実施形態では、ＲＦ電源によって生成される電界は、実質的に連続する接地シールドをもたない類似の装置内で生成される電界より均一な分布をペデスタルにわたって有する。
【００２２】
特有の実施形態のペデスタルは、内部電極をさらに備える。ペデスタルの内部電極には、制御可能な直流電圧源を接続することができる。ペデスタルの内部電極には、ＲＦインピーダンス整合部を通って低周波ＲＦバイアス電力生成器を接続することができる。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態を獲得して詳細に理解できるように、添付の図面に示す本発明の実施形態を参照すれば、上記で簡単に要約した本発明のより具体的な説明を得ることができる。本発明を曖昧にしないために、よく知られている特定の処理については本明細書で論じていないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の１つまたは複数の実施形態による物理的気相堆積装置の簡略化した立面図である。
【図２】図１の反応器内の上部ハウジングの一実施形態の拡大詳細図である。
【図３】図１の反応器内の上部ハウジングの１つまたは複数の実施形態の拡大詳細図である。
【図４】１つまたは複数の実施形態による連続する接地シールドの拡大図である。
【図５】１つまたは複数の実施形態による堆積装置を示す図である。
【図６】本発明の１つまたは複数の実施形態による化学気相堆積装置を示す図である。
【図７】本発明の１つまたは複数の実施形態による化学気相堆積装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
理解を容易にするために、複数の図に共通の同一の要素を指すには、可能な場合、同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態で有益に組み込むことができることが企図される。しかし、本発明は他の等しく効果的な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の例示的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【００２６】
本発明のいくつかの例示的な実施形態について説明する前に、本発明は、以下の説明で述べる構造または処理ステップの詳細に限定されるものではないことを理解されたい。本発明では他の実施形態が可能であり、様々な方法で実行または実施することができる。
【００２７】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上別途明示しない限り、複数の指示対象を含む。たとえば、１つの「セル」への言及は２つ以上のセルも指すことができ、以下同様である。
【００２８】
本明細書および添付の特許請求の範囲では、「ＶＨＦ」および「ＲＦ」という用語は区別なく使用される。慣用では、「ＲＦ」という用語は、約３０ＭＨｚ未満の周波数を説明するために使用され、「ＶＨＦ」という用語は、約３０ＭＨｚを上回る周波数を説明するために使用される。本発明の様々な実施形態は、ＶＨＦまたはＲＦ周波数のいずれにも限定されるものではなく、これは実施形態の範囲を限定すると見なすべきではないことを理解されたい。周波数が高ければ高いほど、プラズマ密度も高くなることが観察されてきた。周波数が約２７ＭＨｚを超えて増大すると、プラズマの非対称性が劇的に増大する。より高い周波数が望ましいことが多いため、電界の非対称性はより大きな問題になる。
【００２９】
本発明の実施形態は、非対称性のＲＦ／ＶＨＦ設計の不均一性を軽減するのに役立つ。給電部の周りに接地面が配置されると、堆積の「スキュー」を無視できるほどのレベルまで低減できることが分かっている。いかなる特定の動作理論にも拘束されるものではないが、接地面は、電界を遮蔽して電流分布を変更すると考えられる。ソースのインピーダンスは、誘導性の高いリアクタンスから誘導性のより低いリアクタンスへ著しく変化した。追加の接地面は、下方にＲＦ給電部周りに延びて同軸型の供給システムを形成し、その結果、スキューを劇的に低減させることができる。
【００３０】
ＰＶＤ内のウエハ−ターゲット間隙を低減させると、処理はターゲットへのＲＦ電力の分布の非対称性に対して脆弱になることが分かっている。具体的には、中心軸がマグネトロン回転装置によって占有されているため、ＲＦ電力は、スパッタターゲットの上のオーバーヘッド構造（たとえば、天井）へ軸外し接続で印加しなければならない。マグネトロンアセンブリの回転磁石が軸外しＲＦ電力接続の下を通るたびに、プラズマへのＲＦ結合は一時的に強化され、プラズマ条件（たとえば、ＶＨＦ電力に付与されるプラズマ負荷インピーダンス）は変化する。ターゲットの上の別の軸外し位置で接続できる直流電力は、これらの変化の影響を受ける。これらの変動は、軸外しＲＦ電力接続を越えて磁石が回転するたびに発生する。ウエハ−ターゲット間隙が大きい（たとえば、３００ｍｍ）従来の反応器では、そのような変動は問題にならなかったが、ウエハ−ターゲット間隙が非常に小さい（たとえば、５ｃｍ）の場合、そのような変動はウエハに密接に関わる。
【００３１】
上記の１つの徴候は、ターゲット上のＲＦ電力および直流電力接続の軸外し位置を反映して、ウエハ表面上で不均一な堆積の方位パターンが生じることである。一例では、方位方向で最小の堆積膜の厚さと最大の堆積膜の厚さとの偏差は２６％であった。別の徴候は、より高いチャンバ圧力では、ＶＨＦインピーダンス整合部がプラズマの不安定性またはプラズマインピーダンスの変動に追従できず、処理制御の損失、場合によってはＶＨＦ生成器の自動停止を招くことである。もう１つの徴候は、プラズマがウエハ支持ペデスタルの下へ透過し、そこで保護されていない構成要素を損傷して汚染を招くことである。インピーダンスの変動は、使用可能なチャンバ圧力の範囲を所望の圧力未満に低減させる。関連する問題は、直流電力レベルが低減された場合、磁石がターゲットの上でＲＦ接続の下を通ることによって引き起こされるプラズマ条件の変動（たとえば、突然の電圧低下）により、直流電源内の自動アーク防止特徴が直流電源を停止させることである。ＶＨＦ生成器でも類似の影響が生じる可能性があり、その結果、直流電力とＲＦ電力のいずれかまたは両方が、磁石が回転するたびにちらつく恐れがある。これらの問題は、高いチャンバ圧力（たとえば、１００ｍＴ）で実現可能な処理の実行を困難にしてきた。
【００３２】
非磁性金属のハウジングが空間を覆い、その空間内でチャンバ天井の上を磁石が循環する。この導電性ハウジングの天井内の中心通路を、磁石回転駆動シャフトが通って延びる。シャフトを取り囲む導電性中空円筒は、磁石回転駆動シャフトと同軸方向に、導電性ハウジングの天井から上方へ延びる。ＶＨＦインピーダンス整合部（ＶＨＦ生成器用）の出力は、中空円筒の側面に結合される。直流電源もまた、中空円筒カップの側面に結合される。直流およびＲＦ接続は、導電性中空円筒の周りで約１８０°ずらすことができる。
【００３３】
磁石循環空間を取り囲む導電性中空円筒と導電性ハウジングはどちらも、ターゲットへ印加されるＶＨＦソース電力の導体である。導電性ハウジングを取り囲む外側の導電性シールドによって、ＲＦが遮蔽される。シールドは接地されており、絶縁空間によってハウジングから分離される。絶縁空間は空気とすることができ、または（別法として）プラスチックなどの絶縁材料で充填することができる。絶縁空間が主に空気で充填される場合、空間に沿って周期的な間隔で小さいプラスチックスペーサを配置することによって、分離を維持することができる。寄生容量による電力損失は、絶縁空間内に低い誘電率を有する材料（空気など）を提供することによって最小化される。寄生容量は、シールドとハウジングとの間に大きな分離距離を提供することによってさらに最小化される。一実施形態では、シールドによって付与される寄生容量は約１４ピコファラッドであり、６０ＭＨｚで約０．２Ωのインピーダンスを接地へ付与した。
【００３４】
絶縁材料のアークまたは破壊を回避するために、分離距離は、天井にかかる電圧に起因する絶縁空間全体の電界が絶縁材料の電気破壊閾値を超過しないように十分な大きさである。ハウジング−シールド分離空間が空気で充填される場合、分離距離は、電界を３０，０００ボルト／ｃｍ（空気の破壊閾値）に制限するのに十分な大きさである。一例では、天井にかかる電圧は、ＲＦソースからのＶＨＦを約５００ボルトにし、直流ソースからの直流を約５００ボルトにし、ウエハに印加されて天井を通って戻るバイアス電圧からのＲＦを約１００ボルトにすることで、約１１００ボルトにすることができる。この例では、分離距離は、少なくとも約０．３ｍｍにする必要があるはずである。
【００３５】
図１は、本発明の１つまたは複数の実施形態による、処理チャンバ１００とも呼ばれる物理的気相堆積（ＰＶＤ）装置を示す。物理的気相堆積チャンバを示すが、この装置を化学気相堆積チャンバにすることもできることを理解されたい。これは後の図に示す。図示のチャンバ１００は、半導体ウエハなどの加工物上でプラズマ物理的気相堆積を実施するのに適している。図示のＰＶＤ装置、すなわち処理チャンバ１００は、円筒形の接地側壁１０２と、接地上壁１０３とを有する。処理チャンバ１００、すなわち真空チャンバは、円筒形の側壁１０２、天井１０４、および底壁１０６によって密閉される。処理チャンバ１００内の加工物支持ペデスタル１０８は、処理チャンバ１００内でリフトアセンブリすなわちペデスタル基部１１０上に保持されており、天井１０４に面する加工物支持表面１０８ａを有する。支持表面１０８ａ上では、半導体ウエハ１１２などの加工物を保持することができる。天井１０４の内面にはスパッタターゲット１１４が保持され、ペデスタル１０８の支持表面１０８ａに面する主表面１１４ａを有する。支持表面１０８ａとターゲット主表面１１４ａとの間には、処理領域１１６が画定される。スパッタターゲット１１４の側縁部１１４ｂを、環状のセラミックスペーサ１１８が取り囲む。セラミックスペーサ１１８から支持ペデスタル１０８の上部周辺縁部１０８ｂへ軸方向に、処理領域１１６を取り囲む環状の閉じ込めスカート１２０が延びる。隔置された位置で側壁１０２を通って延びるガス噴射ノズル１２２が、中空のガス分布リング１２４に結合される。ガス分布リング１２４にはプロセスガス源１２６が、質量流量制御装置すなわちバルブ１２８を通ってプロセスガスを送る。チャンバ１００には、底壁１０６を貫通する通路１３２を通って真空ポンプ１３０が結合される。このチャンバ圧力を、真空制御バルブ１３３が制御する。特有の実施形態では、ターゲット１１４は、ケイ素、ドープされたケイ素、酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物、透明導電酸化物、金属、銅インジウムガリウムジセレニド（ＣＩＧＳ）、およびそれらの組合せからなる群から選択される。
【００３６】
ウエハ支持ペデスタル１０８は、内部電極１３４を含むことができる。ペデスタル１０８が静電チャックを具現化する場合、ペデスタル内部電極１３４に制御可能な直流電圧源１３５を接続することができる。ウエハ１１２の表面のイオンエネルギーを制御するために、電極１３４には、ＲＦインピーダンス整合部１３７を通って低周波ＲＦバイアス電力生成器１３６を接続することができる。さらに、電極１３４には、インピーダンス整合部１３９を通って中間または高周波ＲＦバイアス電力生成器１３８を接続することができる。
【００３７】
天井１０４の上にあるプラズマ源アセンブリ１４２は、導電性中空円筒１４０を収容する。図示のプラズマ源アセンブリ１４２は、径方向アーム１４６上に支持された磁石１４４と、アーム１４６を支持する軸方向スピンドル１４８とを含む。径方向アーム１４６は、別個の関節アーム部１４６ａ、１４６ｂを有する。回転アクチュエータ１５０がスピンドル１４８を回転させ、それによって磁石１４４は、天井１０４の上で軌道回転運動を実行する。導電性中空円筒１４０は、密閉側壁１５２およびハウジングリッド１５４を含む。リッドは中心の円形開口１５６を有し、スピンドル１４８は、径方向アーム１４６と導電性中空円筒１４０の外部の回転アクチュエータ１５０との間で円形開口１５６を通って延びる。詳細な実施形態では、軸方向スピンドル１４８は誘電体材料から作られる。特有の実施形態では、この材料の誘電率は約１０未満である。様々な実施形態では、誘電率は約９、８、７、６、５、４、３、または２未満である。いくつかの実施形態では、誘電率は約８未満である。１つまたは複数の実施形態では、誘電率は約４である。
【００３８】
プラズマ変動の問題は、チャンバ天井１０４上の軸外し点またはハウジングリッド１５４上の軸外し点（２つの可能な例として）にソース電力を結合することによって、ターゲット１１４にＲＦソース電力を印加するときに生じる。ＲＦ電力分布は必然的に印加点に集中し、ＲＦ電力分布は方位方向に不均一になる。磁石１４４がＲＦ電力の印加点と位置合わせされた回転点を通過すると、プラズマへの電力結合は一時的にピークに達し、本明細書ですでに論じた処理の変動を招く。
【００３９】
ＲＦ電力のそのような非対称の分布を回避するため、ＲＦ供給システムは、ターゲット１１４へＲＦおよび直流電力を印加するために、導電性中空円筒１４０上に提供される対称軸と同心円状の対称の導体を含む。具体的には、スピンドル１４８を取り囲む導電性中空円筒延長部１５８が、導電性中空円筒１４０から離れて円形開口１５６の縁部から延びる。中空円筒延長部１５８から径方向に外方へ、ＲＦ接続ロッド１６０が延びる。ＲＦ接続ロッド１６０の外端部には、ＲＦインピーダンス整合部１６２が結合される。ＲＦインピーダンス整合部１６２には、ＲＦ電力生成器１６４が結合される。中空円筒延長部１５８から径方向に外方へ、ＲＦ接続ロッド１６０とは反対の方向に、直流接続ロッド１６６が延びる。直流接続ロッド１６６の外端部には、直流電源１６８が結合される。直流接続ロッド１６６は、直流電源１６８のＲＦ阻止フィルタ１６９に接続することができる。
【００４０】
実質的に連続する接地シールド１７０が、ＲＦ供給システムを取り囲む。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、「実質的に連続する」という用語は、電界の対称性に５％を超えるずれを引き起こすのに十分な寸法の開口がシールド内にないことを意味する。より具体的には、連続する接地シールド１７０は、装置１００の円筒形の壁１０２内に位置する。連続する接地シールド１７０は、導電性中空円筒１４０のような円形の構成要素であり、図は横断面を示す。
【００４１】
図１〜３に示す連続する接地シールド１７０は、接地上壁１０３に接続された２つの端部を有する。これは、１つまたは複数の実施形態の単なる例示であり、連続する接地シールド１７０の形状を限定すると見なすべきではない。いくつかの実施形態では、図４に示すように、連続する接地シールド１７０は、円筒形の側壁１０２と接地上壁１０３の両方に接触することができる。
【００４２】
連続する接地シールド１７０は、導電性中空円筒１４０の少なくとも上部部分と実質的に共形の形状を有しており、導電性中空円筒１４０に合わせて方向を変化させることが分かる。特有の実施形態では、連続する接地シールド１７０は、非磁性導体、アルミニウム、銅、ニッケルめっきされた材料、銀めっきされた材料、およびそれらの組合せからなる群から選択される材料から作られる。連続する接地シールド１７０は、中空または中実の材料とすることができる。特有の実施形態では、連続する接地シールド１７０は中空円筒１４０に接触しないが、導電性中空円筒１４０の形状と共形である。詳細な実施形態では、実質的に連続する接地シールド１７０は、導電性中空円筒１４０と実質的に共形の形状を有しており、連続する接地シールド１７０と導電性中空円筒１４０との間に空間１８０を形成する。空間１８０は、空間１８０の長さ全体で実質的に均一である。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、「実質的に均一」という用語は、導電性中空円筒１４０と連続する接地シールド１７０との間の空間が、形成される伝送線のインピーダンスが約２５％未満しか変動しないような量しか変動しないことを意味する。様々な実施形態では、「実質的に均一」とは、形成される伝送線のインピーダンスが約２０％、１５％、１０％、または５％未満しか変動しないような量しか空間が変動しないことを意味する。
【００４３】
連続する接地シールド１７０の厚さは、製造処理に応じて変えることができる。高周波電力は、連続する接地シールド１７０内で使用される材料の厚さ全体を透過しないで、特定の深さ（侵入度）まで表面を進む。周波数が増大するにつれ、侵入度はより浅くなる。いくつかの実施形態では、連続する接地シールド１７０の厚さは、使用される周波数のおおよその侵入度より大きい。詳細な実施形態では、連続する接地シールド１７０の厚さは、使用される周波数の侵入度の約２倍より大きい。様々な実施形態では、連続する接地シールド１７０の厚さは、周波数の侵入度の約３倍、４倍、または５倍より大きい。
【００４４】
中空円筒１５８、接続ロッド１６０、１６６、導電性中空円筒１４０、および天井１０４は、たとえばアルミニウムなどの非磁性の導電性材料から形成される。接続ロッド１６０、１６６は、チャンバ１００の接地上壁１０３を通過して導電性中空円筒１４０に接続されるが、連続する接地シールド１７０は通過しない。したがって、連続する接地シールド１７０内にこの通路のための孔は必要ない。接続ロッド１６０、１６６および導電性中空円筒１４０は、導電性の高い電流路を提供するために、銅から形成することができる。生成器１６４からのＲＦ電流は、導電性中空円筒１４０の円周の周りで均一に分布してターゲット１１４へ均一に適用されるように、中空円筒延長部１５８の周りを円形に流れる。直流ソース１６８からの直流電流は、導電性中空円筒１４０の円周の周りで均一に分布してターゲット１１４へ均一に適用されるように、中空円筒延長部１５８の周りを円形に流れる。ターゲット１１４は通常、加工物またはウエハ１１２上へ堆積される金属種である。
【００４５】
いかなる特定の動作理論にも拘束されるものではないが、実質的に連続する接地シールド１７０は、ＲＦインピーダンス整合部とプラズマ負荷とを接続する同軸伝送線として働くと考えられる。伝送線として、接地シールド１７０は導波管と同様に働くが、同軸ケーブルの場合のように中心導体を有する。したがって、接地部分は外側の導体（連続する接地シールド１７０）であり、入力電力を搬送する内側の導体は、伝送線の中心導体に類似している。この構造は、内側の導体と外側の接地シールドとの間で平面波モードを維持する。これは横電磁モード、すなわちＴＥＭモードと呼ばれる。特有の実施形態では、接地シールドは、１つまたは複数の対称の電界を生じさせる同軸伝送線として働く。
【００４６】
このタイプの伝送線の重要な特性は、唯一の電位変化が伝送線の長さに沿って生じるが、軸方向には等電位であることである。この特性により、プラズマに接触する導体に供給される波の電位または電圧が中心の周りで確実に対称性になり、均一性または同心性が確保される。この構造の別の重要な特性は、広帯域であり、カットオフ周波数がないことである。言い換えれば、この設計は、間隔または誘電体に適切な変更を加えるだけで、ＲＦからマイクロ波までの非常に広い周波数スペクトルにとって良好である。
【００４７】
本発明の特有の実施形態では、伝送線の適切な構造は、導体間の一貫した間隙、導体間の一貫した誘電体（または空気もしくは真空）を組み込み、導体内のあらゆる不連続性は排除または最小化される。詳細な実施形態では、ＲＦ電源および直流電源によって生成される電界は、実質的に連続する接地シールドをもたない類似の装置内で生成される電界より均一の分布をスパッタターゲットにわたって有する。
【００４８】
図２は、本発明の１つまたは複数の実施形態による装置の拡大図である。導電性中空円筒１４０が、導電性中空円筒１４０と共形の形状を有する連続する接地シールド１７０によって取り囲まれる。連続する接地シールド１７０は、少なくとも１つの円筒形の側壁１７２と、少なくとも１つの環状上部１７４とを含み、環状上部１７４は、導電性中空円筒延長部１５８の口部に円形開口１５６を有する。連続する接地シールド１７０は、中空円筒延長部１５８と同軸の円筒形の側壁１７２をさらに含む。連続する接地シールド１７０は、たとえばアルミニウムまたは銅などの非磁性金属から形成することができる。第１の接地シールド１７０と導電性中空円筒１４０は、絶縁空間１８０によって分離される。いくつかの実施形態では、空間１８０は、低い誘電率を有する誘電体材料で充填される。適した材料の一例は、Ｇ−１０プラスチックなどのプラスチックである。
【００４９】
図２に示す実施形態は、導電性中空円筒１４０の形状と実質的に共形に成形された第１の接地シールド１７０を有する。これらの部品は、単一のユニットの２つの表面とすることができ、または別個の部品とすることができる。図４は、連続する接地シールド１７０がチャンバ１００の円筒形の側壁１０２に接続される異なる構成を示す。連続する接地シールド１７０の部品が中空円筒１４０の部品に近接していることは非限定的であり、様々な要因に依存する可能性がある。これについては、図４に関して以下でさらに説明する。
【００５０】
図３は、空間１８０が主に空気で充填され、複数の小さいスペーサ１８２によって維持される一実施形態を示す。スペーサ１８２は、Ｇ−１０プラスチックなどの誘電体材料から形成することができる。寄生容量は、空間１８０の誘電率を最小化することによって最小化される。たとえば、スペーサ１８２は、空間１８０の体積の非常に小さい割合を占有することができ、空間１８０の残りは、空気などの誘電率が最小の物質で充填される。寄生容量は、空間１８０の間隙距離Ｄを増大させることによってさらに最小化される。一実施形態では、接続ロッド１６０、１６６は、第１の接地シールド１７０の円筒形の被覆１７８内のそれぞれの開口１８４を通過することができる。開口１８４内には、環状の絶縁体リング１８６を挿入して、各ロッド１６０、１６６と対応する各開口１８４の縁部との間に絶縁を提供することができる。
【００５１】
空間１８０の間隙距離Ｄは、間隙の電界が空間１８０の誘電体材料（たとえば、空気またはプラスチック）の破壊閾値を超過しないように十分な大きさである。たとえば、絶縁空間１８０の間隙Ｄの両端間の電圧差は、１１００〜１２００ボルトにすることができる。これは、ＲＦ生成器１６４がハウジング１４０に約５００ボルトの平均ＲＦ電圧をかけ、直流ソース１６８がハウジング１４０に約５００ボルトの直流電圧をかけ、ハウジング１４０から戻るＲＦバイアス電力が追加の１００ボルトをかける場合に生じさせることができる。この場合、空間１８０が空気（破壊閾値は３３，０００ボルト／ｃｍ）で充填される場合、特有の実施形態の間隙距離Ｄは最小約０．３ｍｍを有するはずである。
【００５２】
図４は、連続する接地シールド１７０を示す１つまたは複数の実施形態の拡大図を示す。導電性中空円筒１４０と連続する接地シールド１７０との間の距離または空間１８０を、様々な位置で寸法Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、およびＤ５として示す。いくつかの実施形態では、寸法Ｄ１〜Ｄ５は異なる。特有の実施形態では、寸法Ｄ１〜Ｄ５は実質的に同じであり、これは寸法間の絶対差が約１０％未満であることを意味する。図４は５つの寸法を有する形状を示すが、これは単なる例示であり、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではない。特有の実施形態では、空間１８０が空気で充填される場合、寸法Ｄ１またはその均等物は、約５ｍｍ〜約２５ｍｍの範囲内である。これらの寸法は、必要に応じて変更することができ、プラズマ負荷および周波数に基づいて調整することができる。図５は、図２または３のものに類似の堆積チャンバの一実施形態を示すが、回転磁石アセンブリをもたない。
【００５３】
図６は、本発明の１つまたは複数の実施形態による化学気相堆積装置２００の一実施形態を示す。装置２００は、前述したものに類似の構成要素を含むが、導電性中空円筒は、導電性中空円筒２４０からガスが均一に流れるように隔置された一連の孔２４１を有する導電性中空円筒２４０に置き換えられている。図６は、導電性中空円筒２４０全体にわたって隔置された複数の孔２４１が見えるように横断面図を示すことが理解されよう。孔２４１は、ＲＦインピーダンス整合部１６２からの電力の伝導に干渉しないように十分に小さい。ガス入り口２２６が導電性中空円筒２４０内へ処理ガスを供給し、装置２００内の処理ガスの圧力を制御する計測デバイス２２４を含むことができる。ガス入り口２２６は、連続する接地シールド１７０を通過しているところを示すが、特有の実施形態では、ガス入り口２２６はシールドを通過しないため、シールド内に孔は形成されない。
【００５４】
図７は、本発明の様々な実施形態による別の装置２００を示す。図７に示す装置２００はＣＶＤ装置であるが、図１に示すようなＰＶＤ装置とすることもできる。堆積装置２００は、接地側壁１０２および接地底壁１０６を有する。接地側壁１０２および接地底壁１０６によって、処理チャンバ１００が境界を画される。処理チャンバ１００は、導電性ペデスタル基部１１０の上の空間として画定された処理領域を有する。導電性ペデスタル基部１１０は、装置２００の接地底壁１０６に隣接して位置決めされる。ペデスタル基部１１０にはＲＦインピーダンス整合部１６２が接続されており、いくつかの実施形態では、ペデスタル基部１１０は、図１に示すように内部電極１３４を有する。ペデスタル基部１１０の外側（ペデスタルの周り）には、実質的に連続する接地シールド１７０が配置されており、導電性ペデスタルと接地シールドとの間の空間が実質的に均一になるように、ペデスタル基部１１０と実質的に共形に成形される。この構成は、図１〜６に関して説明した実施形態と同じ非対称性の利益を提供する。特有の実施形態では、ペデスタル基部１１０と導電性中空円筒１４０はどちらも、実質的に連続する接地シールド１７０によって取り囲まれる。この結果、装置内の電気的対称性がより大きくなる。
【００５５】
詳細な実施形態では、連続する接地シールドを通過しない接続ロッドを通って、少なくとも１つの電源が導電性ペデスタルに接続される。特有の実施形態の連続する接地シールド１７０は、対称の電界を生じさせる同軸伝送線として働き、接地側壁および接地底壁と一体形成することができ、または別個の構成要素とすることができる。
【００５６】
本明細書全体にわたって、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「特定の実施形態」、「１つまたは複数の実施形態」、「一実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一態様（ｏｎｅ  ａｓｐｅｃｔ）」、「特定の態様」、「１つまたは複数の態様」、および「一態様（ａｎ  ａｓｐｅｃｔ）」への言及は、その実施形態に関連して記載する特定の特徴、構造、材料、または特性が本発明の少なくとも一実施形態内に含まれることを意味する。したがって、「１つまたは複数の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態では（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「１つまたは複数の態様によれば」、「一態様では」などの語句が本明細書全体にわたって様々な場所で見られるが、必ずしも本発明の同じ実施形態または態様に言及しているわけではない。さらに、１つまたは複数の実施形態または態様では、特定の特徴、構造、材料、または特性を適宜組み合わせることができる。上記の方法の説明の順序は限定的と見なされるべきではなく、方法では、順序に関わらず、または省略もしくは追加を加えて、記載の動作を使用することができる。
【００５７】
上記の説明は、例示的かつ非限定的であることを理解されたい。上記の説明を読めば、多くの他の実施形態が当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することで、そのような特許請求の範囲に与えられる均等物の完全な範囲とともに決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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