(57)【要約】直流電力供給装置を用いるプラズマベースのスパッタリング堆積の装置と方法が開示される。一実施形態において、プラズマは、複数の電極を電流の供給装置に接続することによって発生され、プロセシングチャンバー内の複数の電極の各々に印加される電圧の極性は、複数の電極の少なくとも一つの電極が材料を基板上にスパッタリングするように周期的に逆転される。そして、複数の電極の少なくとも一つの電極に印加される電力の量は、調節されることにより、静止した基板上に材料を所望の特質を備えて堆積する。一部の実施形態において、基板は、プロセシングの間、チャンバー内に静的に配置される。そして、多くの実施形態は、堆積の状態を示すフィードバックを利用することにより、一つ以上の電極に印加される電力の量を調節する。
2011503362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を基板上に堆積する方法であって、該方法は、
プラズマプロセシングチャンバー内の静止した位置に該基板を配置することであって、プラズマは、複数の電極を電流の供給装置に接続することによって発生される、ことと、
該基板が該プラズマプロセシングチャンバー内の静止した位置にある間に、該プロセシングチャンバー内の複数の電極の各々に印加される電圧の極性を周期的に逆転することであって、該複数の電極のうちの少なくとも一つの電極は、材料を該基板上にスパッタリングする、ことと、
該複数の電極のうちの少なくとも一つの電極に印加される電力の量を調節することにより、該材料を該静止した基板上に所望の特質を備えて堆積することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記特質は、厚さである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記特質は、材料特性である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記材料特性は、抵抗、光学特性、膜応力、密度、および粘着性からなるグループから選ばれる材料特性を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記調節することは、材料を前記基板上にスパッタリングする少なくとも二つの電極への前記電力を調節することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記調節することは、少なくとも二つの電力供給装置を利用して電力を調節することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記調節することは、前記印加される電力のデューティサイクルを調節することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記調節することは、前記印加される電力の大きさを調節することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基板上の前記材料の実際の特質を示すフィードバックを受信することであって、前記複数の電極のうちの前記少なくとも一つの電極に印加される電力の量を調節することは、該フィードバックに応答して行われる、ことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記材料は、金属性である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記材料は、セラミックである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
プラズマプロセシングチャンバー内の基板上に材料を堆積するシステムであって、該システムは、
第一の極性を有する第一の直流電力パルスおよび第二の極性を有する第二の直流電力パルスをプラズマスパッタリングチャンバー内の電極に伝達するように構成された直流電力源と、
該チャンバーからのフィードバックラインと、
該第一の直流電力パルスがトリガーされた後で、該第二の直流電力パルスをトリガーし、該フィードバックライン上のフィードバック信号に応答して、該第一の直流電力パルスにより該電極に印加される電力の量を調節するように構成されたプロセッサーと
を含む、システム。
【請求項１３】
前記プロセッサーは、前記第一の直流電力パルスと前記第二の直流電力パルスとの間の期間が前記直流電力源に関連したアーク検出時間よりも短くなるように該第二の直流電力パルスをトリガーするように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第一の電力パルスにより前記電極に印加される前記電力の量は、前記第二の電力パルスに対する該第一の電力パルスが該電極に印加される時間の長さを調節することによって調節される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第一の電力パルスにより前記電極に印加される前記電力の量は、前記第二の電力パルスの大きさに対する該第一の電力パルスの大きさを調節することによって調節される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記プロセッサーは、前記フィードバック信号に基づいて、前記第一の直流電力パルスまたは前記第二の直流電力パルスのうちの少なくとも一つを規定するために用いられるパルスパラメーター値を修正するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
材料を基板上に堆積する方法であって、該方法は、
少なくとも一つの直流電力源からプラズマスパッタリングチャンバー内の複数の電極の各々に直流電力パルスを伝達することであって、該複数の電極のうちの少なくとも一つの電極は、材料を該基板上に堆積する、ことと、
該基板上の該材料の少なくとも一つのモニタリングされた特質を示すフィードバックを受信することと、
該フィードバックに応答して該複数の電極のうちの該少なくとも一つの電極に伝達される電力の量を制御することにより、該材料の堆積を変更することと
を含む、方法。
【請求項１８】
前記制御することは、前記複数の電極のうちの前記少なくとも一つの電極に伝達される前記電力のデューティサイクルを修正することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記制御することは、前記複数の電極のうちの前記少なくとも一つの電極に伝達されるものの大きさを調節することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記伝達することは、少なくとも一つの直流電力源からプラズマスパッタリングチャンバー内の少なくとも三つの電極の各々に直流電力パルスを伝達することであって、該少なくとも三つの電極の各々は、材料を前記基板上に堆積する、ことと、
該基板を該チャンバー内の静止した位置に配置することと、
該少なくとも三つの電極のうちの少なくとも二つの電極への電力を調節することにより、該材料を該基板上に均一に堆積することと
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
材料をプラズマプロセシングチャンバー内の静止した基板上に堆積するシステムであって、該システムは、
プラズマスパッタリングチャンバーに電力を伝達するように構成された直流電力源と、
該直流電力源と通信する電力制御コンポーネントであって、該電力制御コンポーネントは、第一の期間中に該プラズマスパッタリングチャンバー内の第一の電極に該電力を向けるように構成され、該電力制御コンポーネントは、第二の期間中に該プラズマスパッタリングチャンバー内の第二の電極に該電力を向けるように構成され、該第二の電極に対する該第一の電極に印加される該電力は、該静止した基板上の該堆積された材料の所望の特質によって規定される、電力制御コンポーネントと
を含む、システム。
【請求項２２】
プラズマスパッタリングチャンバーに電力を伝達するように構成された第二の直流電力源と、
該第二の直流電力源と通信する第二の電力制御コンポーネントであって、該第二の電力制御コンポーネントは、第三の期間中に該プラズマスパッタリングチャンバー内の第三の電極に該電力を向けるように構成され、該電力制御コンポーネントは、第四の期間中に該プラズマスパッタリングチャンバー内の第四の電極に該電力を向けるように構成され、該第四の電極に対する該第三の電極に印加される該電力は、前記静止した基板上の前記堆積された材料の前記所望の特質によって規定される、第二の電力制御コンポーネントと
を含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
材料をプラズマプロセシングチャンバー内の基板上に堆積するシステムであって、該システムは、
プラズマスパッタリングチャンバー内の電極に第一の極性を有する第一の直流電力パルスおよび第二の極性を有する第二の直流電力パルスを伝達するように構成された直流電力制御コンポーネントと、
該電極上での標的材料の利用を示す信号を提供するように構成されたフィードバックラインと、
該第一の直流電力パルスがトリガーされた後で該第二の直流電力パルスをトリガーし、該標的材料の利用を示す該信号に応答して、該第一の直流電力パルスにより該電極に印加される電力の量を調節するように構成されたプロセッサーと
を含む、システム。
【請求項２４】
前記プロセッサーは、前記標的材料の利用を示す前記信号に応答して、前記第一の直流電力パルスにより前記電極に印加される電力の量を調節することにより、利用される標的材料の量を最適化するように構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記標的材料の利用を示す前記信号は、該標的材料の厚さを示す信号である、請求項２３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマベースのスパッタリング堆積に関する。限定するわけではないが、特に、本発明は、直流電力供給装置を用いるプラズマベースのスパッタリング堆積のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマプロセス技術は、プラズマ蒸着、スパッタリングなどのような商業目的のプロセスのために、産業において広範に使用されてきた。これらのプロセスは、薄膜の用途において特に有用となってきた。プラズマを発生させるために、電力供給装置は、カソードと、プラズマを形成するプロセスガスを含むプラズマチャンバーに配置された一つ以上のアノードとの間に、電位を作り出す。堆積のためのこれらのプロセスを用いる場合には、プラズマは、通常はカソード表面を含むプラズマチャンバーに配置された標的の材料（また、スパッタリング源としても参照される）に作用する。プラズマイオンは、標的に向けて加速され、標的材料が衝突時にカソード表面から除去されるようにする。除去された標的材料は、次いで、基板の上に堆積されて膜（例えば、薄膜)を形成する。膜は、上記に開示されたように、標的表面からプラズマによってスパッタリングされた材料を構成し得るか、または、標的材料と、プラズマまたはプロセスガスに含まれた何らかの他の要素との間の反応の結果であり得る。
【０００３】
高周波数電圧源（例えば、交流（ＡＣ）電力源）は、プラズマチャンバー内にプラズマを生成する高電位を発生させるために用いられてきた。これらの高周波数電圧源は、作動させるのが面倒であるとともに、組み立てて、維持するのに費用がかかる。加えて、堆積材料が、プラズマまたはプロセスガス内の要素との反応によって形成され、さらに、電気的に絶縁体である場合には、チャンバー内のアノードは、絶縁体によってコーティングされ得る。この堆積は、次いで、堆積プロセス中にアノードがプラズマから電子を収集する機能を果たすことを妨げ得る。
【０００４】
高周波数電圧源に関連した不都合を克服するために、交互パルス化された直流電力源は、特許文献１に開示されたもののようなアノードのないデュアルマグネトロンタイプのシステムに使用されてきており、特許文献１は、参照によって全体として本明細書に組み込まれている。極性を逆にするプロセスは、電極が交互にアノードとして、および、カソードとして作用することを可能にし、カソードフェーズの間に生じるスパッタリングプロセスは、全ての堆積された絶縁材料を取り去り、アノードフェーズの間にアノードとしての電極の制約されない作動を可能にする。加えて、極性を逆にするプロセスは、両方の電極の表面が標的材料を提供できるように、両方の電極が交互にカソードとして作用することを可能にする。
【０００５】
現在のパルス化された直流電力源は機能的であるが、それらは、例えば均一性および／または粒子の発生閾値を達成するのに十分に正確ではないか、他の態様で多くの薄膜プロセス用途において満足でない。任意の化学量論の同時スパッタリングはまた、標準的な技術では達成不可能である。したがって、現在の技術の不足に対処し、他の新しい革新的な特徴を提供するために、方法および装置が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，９１７，２８６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の概要）
図面に示される本発明の例示的な実施形態は、以下に要約される。これらおよび他の実施形態は、詳細な説明のセクションでより十分に記載される。しかしながら、本発明をこの発明の概要において、または詳細な説明において記載される形態に限定する意図がないことは、理解されるべきである。当業者は、請求の範囲に表されるような本発明の精神と範囲のうちに入る多数の修正、均等物および代わりの構築物があることを認め得る。
【０００８】
本発明は、プラズマベースのスパッタリング堆積の方法と装置のためのシステムと方法を提供し得る。一つの例示的な方法において、基板は、プラズマプロセシングチャンバー内の静止した位置に配置され、プラズマは、複数の電極を電流の供給装置に接続することによって発生される。基板がプラズマプロセシングチャンバー内の静止した位置にある間、プロセシングチャンバー内の複数の電極の各々に印加される電圧の極性は、周期的に逆転され、複数の電極の少なくとも一つに印加される電力の量は、調節されることにより、静止した基板上に材料を所望の特質を備えて堆積する。
【０００９】
別の実施形態において、本発明は、材料をプラズマプロセシングチャンバー内の基板上に堆積するシステムとして特徴付けられ得、システムは、プラズマスパッタリングチャンバー内の電極に第一の極性を有する第一の直流電力パルスおよび第二の極性を有する第二の直流電力パルスを伝達するように構成された直流電力源を含む。加えて、この実施形態におけるシステムは、チャンバーからのフィードバックラインと、第一の直流電力パルスがトリガーされた後で第二の直流電力パルスをトリガーするように構成されたプロセッサーとを含む。そして、プロセッサーは、フィードバックライン上のフィードバック信号に応答して、第一の直流電力パルスにより電極に印加される電力の量を調節するように構成される。
【００１０】
さらに別の実施形態において、直流電力は、少なくとも一つの直流電力源からプラズマスパッタリングチャンバー内の複数の電極の各々にパルスで伝達され、基板上の材料の少なくとも一つのモニタリングされた特質を示すフィードバックが受信される。この実施形態において、複数の電極のうちの少なくとも一つの電極に伝達される電力の量は、フィードバックに応答して制御されることにより、材料の堆積を変更する。
【００１１】
別の実施形態において、直流電力源は、プラズマスパッタリングチャンバーに電力を伝達するように構成され、電力制御コンポーネントは、第一の期間中にプラズマスパッタリングチャンバー内の第一の電極に電力を向けるように、そして、第二の期間中にプラズマスパッタリングチャンバー内の第二の電極に電力を向けるように、構成される。この実施形態において、第二の電極に対する第一の電極に印加される電力は、静止した基板上の堆積された材料の所望の特質によって規定される。
【００１２】
先に述べられたように、上に記載された実施形態および実装は、単に図示のためである。本発明の多数の他の実施形態、実装および詳細は、以下の詳細な説明および請求の範囲から当業者によって容易に認められる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の多様な目的、利点および、より完全な理解は、以下の添付の図面とともに考慮される場合には、以下に続く詳細な説明および添付の特許請求の範囲への参照によって、明らかであり、より容易に認識される。
【図１】図１は、本発明の一実施形態による、直流（ＤＣ）電力源、電力制御コンポーネント、およびプラズマスパッタリングチャンバーの概念図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、ＤＣ電力源と、プラズマスパッタリングチャンバー用に超低周波数のＤＣ電力パルスを生成するように構成された電力制御コンポーネントとを図示する概略図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による、ボリュームによって分離された一組の同心の電極を図示する概略図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による、プラズマスパッタリングチャンバーの電極用にＤＣ電力供給装置によって生成されたＤＣ電力パルスの例を図示するグラフである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による、ゼロより大きい遷移期間を含むデューティサイクルを図示するグラフである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による、パルスパラメーターおよびパルスパラメーター値の例を図示する表である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態による、ＤＣ電力供給装置と結合されたプラズマスパッタリングチャンバーを図示する概略図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の一実施形態による、図７に示された電極に伝達されたＤＣ電力パルスを図示するグラフである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の一実施形態による、図７に示された電極に伝達されたＤＣ電力パルスを図示するグラフである。
【図９】図９は、本発明の一実施形態による、ＤＣ電力供給装置によって伝達されたＤＣ電力パルスを受信するように構成されたプラズマスパッタリングチャンバーを図示するブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態による、一つ以上のセンサーからの一つ以上のフィードバック信号によってトリガーされるＤＣ電力パルスの変化を図示するグラフの概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態による、堆積層に関連した特性に応答してＤＣ電力パルスを修正する方法を図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（詳細な説明）
ここで、同様または類似の要素がいくつかの図にわたって同一の参照番号によって示されている図面を参照し、特に図１を参照すると、図１は、本発明の一実施形態による、直流（ＤＣ）電力源１００、電力制御コンポーネント１１０、およびプラズマスパッタリングチャンバー１３０を描くブロック図である。プラズマスパッタリングチャンバー１３０は、二つ以上の電極１４０を含み、二つ以上の電極１４０のそれぞれが、アノードとして、およびカソード（カソードは、スパッタリングの標的として参照され得る）として機能するように構成されている。ＤＣ電力源１００および電力制御コンポーネント１１０は、まとめてＤＣ電力供給装置１７０として参照され得る。しかしながら、ブロック図１が論理的なものに過ぎず、一部の実施形態において電力源１００および電力制御コンポーネント１１０が分離したコンポーネントとして実現されることは、認識されるべきである。例えば、一つの実施形態において、電力制御コンポーネント１１０は、既存のＤＣ電力源への付加的なコンポーネントとして実装される。
【００１５】
一般的に、ＤＣ電力源１００は、電力制御コンポーネント１１０にＤＣ電力を供給するように構成される。いくつかの実施形態において、ＤＣ電力源１００は、２０ｋＷから２００ｋＷの範囲で電力を提供するが、他の電力レベルは、確実に考慮されている。多くの実施形態において、ＤＣ電力源１００は、複数のＤＣ発生器によって実現され、複数のＤＣ発生器は、互いに結合されている。例えば、一つの実施形態において、ＤＣ電力源は、三つの５０ｋＷのＤＣ発生器によって実現され、１５０ｋＷの電力供給装置を提供する。
【００１６】
プラズマ１５０は、希ガス(例えば、アルゴン）または他のガス種を含む一つ以上のガスから形成され、特定の組成を有する化合物から形成され得る。一部の実施形態において、（図示されていない）磁界が、プラズマスパッタリングチャンバー１３０(例えば、電極１４０の周りの位置にある）の中および／または外に印加されて、ガスのイオン化、場合によってはプラズマ１５０のプラズマイオンの電極１４０のいずれかおよび／または基板１６０への方向付けを促進する。
【００１７】
プラズマ１５０が電極１４０間の電位に応答して点火および保持される場合には、プラズマイオンは、カソードとして機能する電極１４０に向けて加速され、その電極に衝突して、原子を電極１４０からの原子が基板１６０に向けて噴出されるようにする。一部の実施形態において、電極１４０は、標的として参照され、基板に向けて噴出される原子（例えば、材料）は、標的原子（例えば、標的材料）として参照される。多くの実装において、標的材料は、アルミニウムのような金属性の物質またはセラミックのような異なる物質を含む。そして、一部の実装（例えば、同時スパッタリング）において、各個別の電極１４０のための標的材料は、異なる材料または異なる組成を含み得る。
【００１８】
必須ではないが、多くの実施形態において、ＤＣ電力源１００は、プラズマスパッタリングチャンバー１３０の中に形成する一つ以上のアーク（例えば、マイクロアークおよび／またはハードアーク）を検出するように構成される。アークを扱う能力とともに構成されている例示的な電力供給装置は、Ｆｏｒｔ  Ｃｏｌｌｉｎｓ，ＣＯ．にあるＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから入手可能なＳＵＭＭＩＴモデルＤＣ発生器である。他の実施形態において、アーク検出は、電力制御コンポーネント１１０によって行われる。当業者が理解するように、アークは、例えば、プラズマスパッタリングチャンバー１３０および／またはプラズマスパッタリングチャンバー１３０の中の物（例えば、半導体基板）に対して有害な影響を有し得る。
【００１９】
電力制御コンポーネント１１０は、一般的に、ＤＣ電力源１００によって生成される電力を管理し、管理された電力をスパッタリングチャンバー１３０に提供するように構成されている。特に、電力制御コンポーネント１１０は、プラズマ１５０が点火および／または保持されるように、ＤＣ電力源１００から電極１４０への電力を管理するように構成されている。例えば、いくつかの実施形態において、電力制御コンポーネント１１０は、電極１４０の各々が、ある期間の間はカソードとして、そして、ある期間の間はアノードとして作動するように、交互する極性を有する電力のＤＣパルスを電極１４０に送信する。
【００２０】
事実上、専用のアノードがないため、多くの実施形態の利点は、電力制御コンポーネント１１０によって電極に印加されたＤＣパルスの交互する極性による、電極の間隔に関する柔軟性である。その結果、この「アノードなしの」ＤＣスパッタリングは、電極が所望されるように（例えば、膜の均一性を高めるために、および／またはプラズマがチャンバー１３０の中で発生することを所望される場所にプラズマを発生させるために）設置されることを可能にし、この「アノードなしの」ＤＣスパッタリングは、多くの実装において、汚染の源を低減し、より複雑でない機械システムをもたらす。
【００２１】
有益なことに、いくつかの実施形態における電力制御コンポーネント１１０は、少なくとも電極１４０の部分の各々に対して電力の量を調節するように構成されている。その結果、多くの実施形態における電力制御コンポーネント１１０は、電極のうちの一つ以上からスパッタリングされる標的材料の量が変化することを可能にして、標的材料が所望の方法で基板１６０の上に堆積されることを可能にする。例えば、いくつかの実施形態において、電極１４０のうちの一つ以上への電力は、材料が、所望の位相、抵抗、強度などで堆積されることを可能にするように、独立して制御可能である。さらには、多くの実装において、電極のうちの一つ以上に伝達される電力は、プラズマチャンバー１３０からのフィードバック（例えば、堆積された層の厚さ、層の抵抗、層の光学特性などを示すフィードバック）に応答して調節される。
【００２２】
さらなる例として、多くの実装における電力制御コンポーネント１１０は、標的材料が基板上に堆積されている間に、電極１４０のうちの一つ以上への電力を調節することによって、基板１６０への標的材料の均一な堆積を可能にするように構成される。さらには、一部の実施形態において、電極上に残る標的材料の量は、モニタリングされ得、その電極に印加される電力は、残っている標的材料の量に基づいて、電極から不要な材料を除去しないで最大化されるように利用される標的材料の量を可能にするように、調節され得る。このことは、標的材料がしばしば非常に高価であり、（電極からの不要な材料の除去を回避している間に）用いられる標的材料の量を増やすことが実質的な金額を節約するため、加えて、必要なメンテナンスの間の期間もまた、増やされ得る――ここでも、電極材料の不要な除去からのより少ない汚染に起因して時間と資金を節約する――ため、主要な利点である。
【００２３】
多くの実施形態において、材料が基板１６０に堆積されている間、基板１６０は、静止した位置に保持されている。その結果、これらの静止した堆積の実施形態において、動く部分に起因してプラズマ１５０に混入されるようになった所望されない粒子の量は、実質的に低減され、したがって、基板上に堆積された層における不純物に起因する欠陥の数は低減される。さらには、粒子に誘導されたアークもまた、低減され、そのことはプロセスの質を改善する。
【００２４】
本明細書に開示された多くの実施形態の別な利点は、ＤＣ電力（例えば、交互する極性を有するＤＣ電力）で金属のスパッタリングを行う能力である。例えば、本明細書に記載された多くの実施形態は、電力を電極の一つ以上に対して調節する技術を利用して、静止した基板上における金属のスパッタリングを可能にする。
【００２５】
いくつかの実施形態において、電力制御コンポーネント１１０は、約１０Ｈｚから約２０ｋＨｚの周波数で、電力の交互するＤＣパルスをトリガーするように構成される。一部の実施形態において、電力制御コンポーネント１１０は、１０Ｈｚから２ｋＨｚあたりのＤＣパルスを提供するように作動し、他の実装において、電力制御コンポーネント１１０は、１０Ｈｚから５００ＨｚあたりのＤＣパルスを提供するように作動する。一つの例示的な実施形態において、電力制御コンポーネントは、周波数６０ＨｚのＤＣ電力パルスを伝達し、さらに他の実施形態において、電力制御コンポーネント１１０は、１０Ｈｚから５０ＨｚあたりのＤＣパルスを提供するように作動する。多くの変形において、交互する電力パルスの各々のパルス幅は、少なくともＤＣ電力源１００の検出時間より長い。
【００２６】
一部の実施形態において、交互する電力パルスの各々のパルス幅は、電極１４０の一つ以上に関連した熱時定数より短く、堆積（例えば、均一性、膜の質、堆積レート）に影響し得る電極１４０の一つ以上の電極の温度の変化を実質的に防ぐ。そして、一部の変形において、パルスは、熱閾値条件に基づく特性（例えば、幅、周波数など）を有する。熱閾値条件は、プラズマスパッタリングチャンバー１３０に関連したコンポーネント（例えば、配線、コネクターなど）またはプラズマスパッタリングチャンバー１３０に関連した電極１４０に関連し得る。例えば、一部の実施形態において、熱閾値条件は、プラズマスパッタリングチャンバー１３０に関連した特定のコンポーネントまたは電極１４０が指定された温度を超える、または下回ることを防ぐように、定義される。
【００２７】
多くの実施形態における電力制御コンポーネント１１０は、例えば絶縁されたゲートバイポーラートランジスター（ＩＧＢＴ）のような一つ以上のスイッチ（図示されていない）および／または制御モジュール（図示されていない）を含む。一部の実施形態において、制御モジュールは、制御アルゴリズム（例えば、開ループアルゴリズムまたは閉ループアルゴリズム）を含み、その制御アルゴリズムは、一つ以上のスイッチとともに用いられて、パルスパラメーター値に従ってＤＣ電力パルスを生成する。一部の実施形態において、パルスパラメーター値は、電力制御コンポーネント１１０および／またはＤＣ電力源１００に関連したメモリー（図示されていない）からアクセスされる。
【００２８】
一部の実施形態において、電力制御コンポーネント１１０の機能の一つ以上は、ＤＣ電力源１００に組み込まれ、他の実施形態において、ＤＣ電力源１００の機能の一つ以上は、電力制御コンポーネント１１０に組み込まれる。そして、一部の変形において、本明細書に開示されたモジュールは、動的に修正および／または静的に構成されるソフトウェア、ファームウェアおよび／またはハードウェアによって実装される。
【００２９】
次に図２を参照すると、図２は、本発明の一実施形態による、ＤＣ電力源２５０（例えば電流源）と、プラズマスパッタリングチャンバー２４０用に超低周波数でＤＣ電力パルスを生成するように構成された電力制御コンポーネント２３０とを図示する概略図である。特に、電流２５２のプラズマスパッタリングチャンバー２４０への経路は、電力制御コンポーネント２３０によって制御され、ＤＣ電力パルスを作り出す。電力制御コンポーネント２３０は、並列構成で正の極性のノード２６４に接続されているスイッチ２３２およびスイッチ２３４を含む。電力制御コンポーネント２３０はまた、並列構成で負の極性のノード２６６に接続されているスイッチ２３６およびスイッチ２３８を含む。
【００３０】
スイッチ２３２、スイッチ２３４、スイッチ２３６およびスイッチ２３８は、プラズマスパッタリングチャンバー２４０の電極２４４および電極２４２に、プラズマがプラズマ形成領域２７０内で点火および／または保持されるように交互する態様で、電力を印加するように交互に閉じられる。プラズマがプラズマ形成領域２７０内で点火および／または保持されるときに、少なくとも、プラズマによって電極２４２および電極２４４から除去されるいくらかの材料が、堆積層２６２内の基板２６０上に堆積されるように、基板２６０がプラズマスパッタリングチャンバー２４０内に配置される。一部の実施形態において、スイッチ２３２、スイッチ２３４、スイッチ２３６およびスイッチ２３８のうちの少なくとも二つは、実質的に同時に（例えば、実質的に一斉に）閉じられる。堆積層２６２は、一部の実施形態において、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）堆積層であるが、このことは確かに必須ではなく、多くの他の用途が意図される。
【００３１】
電極２４２および電極２４４への電流を交互化することによって、電極機能の一つは、ある期間の間はカソードとして機能し、他方の機能は、その期間中はアノードとして機能する。例えば、第一の作動状態において、電流がＤＣ電力源２５０から電極２４２を流れ、次いで電極２４４を流れるように、スイッチ２３２およびスイッチ２３６は、閉じており、その間にスイッチ２３４およびスイッチ２３８は、開いている。この第一の作動状態において、電極２４２は、アノードとして機能し、その間に電極２４４は、カソードとして機能する。プラズマは、プラズマ形成領域２７０内で点火および／または保持され、基板２６０は、電極２４２から除去された材料によってコーティングされる。
【００３２】
第二の作動状態において、電流がＤＣ電力源２５０から電極２４４を流れ、次いで電極２４２を流れるように、スイッチ２３４およびスイッチ２３８は、閉じており、その間にスイッチ２３２およびスイッチ２３６は、開いている。この第二の作動状態において、電極２４２は、カソードとして機能し、その間に電極２４４は、アノードとして機能する。プラズマは、プラズマ形成領域２７０内で点火および／または保持され、基板２６０は、電極２４４から除去された材料によってコーティングされる。多くの実施形態において、ＤＣ電力源２５０に関連した制御モジュール２５４（例えば、格納された命令を実行するプロセッサー）は、パルスパラメーター値に従ってスイッチ２３２、スイッチ２３４、スイッチ２３６およびスイッチ２３８のスイッチングをトリガーするように構成される。
【００３３】
一部の実装において、電極２４２と電極２４４とは、スペース２２０によって分離され、スペース２２０は、（図２に示された）ボリューム２２２を規定し、ボリューム２２２は、ボリューム２２２中の電流放電密度が、プラズマスパッタリングチャンバー２４０の作動中に、プラズマ形成領域２７０内の電流放電密度よりも有意に小さいように規定される。ボリューム２２２の大きさおよび／または形は、一部の実施形態において、指定された電流放電密度を有するように規定される。
【００３４】
ボリューム２２２のようなボリュームにおける電流放電密度は、そのボリューム内のプラズマの点火と対応する。例えば、ボリューム２２２内の低い電流放電密度は、ボリューム２２２内のプラズマの点火の低い確率と対応する。言い換えれば、ボリューム２２２は、ボリューム２２２内の高密度プラズマの点火の確率がプラズマ形成領域２７０内の高密度プラズマの点火の確率よりも実質的に低いように規定され得る。一部の変形において、ボリューム２２２は、プラズマ形成領域２７０および／またはボリューム２２２に関連したプラズマ形成基準（例えば、閾値、条件）を満たすように規定される。論じられているように、アノードなしの作動の利点は、所望のスパッタリングの特質を引き起こすように電極間のスペース２２０を変更する柔軟性である。
【００３５】
電極２４２と電極２４４との間の電流の流れ、したがってプラズマ点火は、例えばプラズマチャンバー２４０内で（示されていない）磁石を用いて、修正される。例えば、一部の実施形態において、電極２４２と電極２４４との間の電流の流れは、一つ以上の磁石または電気的に誘導される磁界を用いて修正されて電流の放電を起こし、したがってプラズマ点火の確率は、プラズマ形成領域２７０中でボリューム２２２中よりもはるかに高い。
【００３６】
一部の実施形態において、ボリューム２２２の大きさ、プロセスガスの圧力、電極に印加される電圧、および／または磁界の方向は、プラズマ形成領域２７０とボリューム２２２との間の電流放電密度の指定された比率を生成するように規定される。一部の実装において、スペーシング２２０は、カソードダークスペースより有意に小さい。
【００３７】
一部の変形において、スペーシング２２０の大きさは、堆積層２６２中の基板２６０上の電極２４２および電極２４４からの材料の堆積に関連した標的堆積プロフィール（また、堆積プロフィール標的としても参照される）に基づいて規定される。言い換えれば、標的堆積プロフィールを達成し、その結果、少なくとも部分的には、スペーシング２２０を、それゆえボリューム２２２を規定するように、電極２４２および電極２４４は、位置を定められる。一部の実施形態において、標的堆積プロフィールは、堆積層２６２に関連した異なる位置（例えば、異なる空間的位置、異なるエリア）に関連した一つ以上の堆積プロフィール基準（例えば、閾値、条件）に従って規定される。
【００３８】
一部の変形において、例えば、スペース２２０および／またはボリューム２２２は、堆積層２６２中で電極２４２および電極２４４から基板２６０上に堆積される材料が、薄膜トランジスタープロセスに関連した一組の堆積プロフィール基準（例えば、堆積均一性基準）を満たすように規定される。一部の実装において、標的堆積プロフィールは、標的化学組成および／または標的の厚さ（例えば、基板２６０の至る所で実質的に均一な厚さ）を含む。
【００３９】
多くの実施形態におけるスペース２２０および／またはボリューム２２２は、電極２４２および電極２４４からの異方性スパッタリングを補償するように規定される。例えば、スペーシング２２０およびボリューム２２２は、基板２６０上で堆積層２６２の標的堆積プロフィールを達成するために、異方性スパッタリングの効果を低減するように規定され得る。
【００４０】
いくつかの実施形態において、スペーシング２２０（例えば、ボリューム２２２）ならびに電極２４２および／または電極２４４と基板２６０との間の距離２１０は、基板２６０上で特定の標的堆積プロフィールを達成するように規定される。電極２４２および／または電極２４４と基板２６０との間の距離２１０を減らすことは、多くの実施形態において、堆積層２６２の質を高め、かつ／または、電極２４２および／または電極２４４からの材料の堆積レートを高める。例えば、一部の実施形態において、スペース２２０（およびボリューム２２２）は、距離２１０が基板２６０上で堆積の均一性を増すために減らされるにつれて、減らされる。一部の実施形態において、スペース２２０（およびボリューム２２２）は、距離２１０が基板２６０上で堆積層２６２の厚さの均一性を増すために減らされるにつれて、増やされる。加えて、プロセスガスの圧力はまた、所望の均一性および所望の膜特性を達成するように、調整され得る。
【００４１】
さらには、一部の実装において、電極２４２と電極２４４との間のスペーシング２２０は、圧力閾値条件に基づいて規定される。例えば、一部の実施形態において、電極２４２および電極２４４は、見込まれるプロセスガスの化学種および圧力の範囲に基づいて、ボリューム２２０中でプラズマを形成する確率が最小化されるように、位置を定められる。プラズマの開始は、ガスの圧力および電極のスペーシングに依存し、そのようなものとして、このことは、プラズマ形成の確率を低減するように最適化され得る。
【００４２】
従来技術のＤＣプロセス技術と比べたときに、より柔軟な電極のスペーシングを有することの利点に加えて、多くの実施形態におけるＤＣ電力パルスが超低周波数で伝達されるため、基板２６０の加熱の確率は、例えば基板２６０の確率論的な加熱が有力な問題であり得る類似したＡＣ動力を備えたシステム中の基板２６０の加熱の確率よりも低い。したがって電極２４２および／または電極２４４と基板２６０との間の距離２１０は、一部の実施形態において、類似したＡＣ動力を備えたシステム中のその距離よりも小さい。距離２１０を減らすことによって、類似したＡＣ電力システムと比べたときに、堆積層２６２の堆積プロフィールは、より容易に制御され得、膜特性は、改善され得る。これらの実施形態中の交互するＤＣ電力パルスが超低周波数で伝達され、電極２４２および電極２４４が本来はアノードとカソードとの両方であるため、アノードの冷却およびプラズマスパッタリングチャンバー２４０の冷却の必要性は、実質的に低減されるか、または一部の実施形態において排除される。
【００４３】
堆積プロフィールに影響を与えるために電極２４２、電極２４４に間隔を置くことに加えて、スペーシング２２０は、一部の実施形態において、電極２４２と電極２４４との間のアークまたはショートの確率が実質的にゼロに近いか、または例えばアークレベル基準（例えば、閾値、条件）に従って許容し得るように低レベル（例えば、最大レベルより下）で維持されるように規定される。電極２４２と電極２４４との間でアークまたはショートが生じる場合には、プラズマ形成領域２７０でのプラズマの形成は有害な影響を受け得るが、一部の用途において電極２４２と電極２４４との間の低レベルのアークは許容され得る。
【００４４】
一部の実施形態において、電極２４２と電極２４４との間のスペース２２０および／またはボリューム２２２は、アーク（例えば、アークの数、アーク電流）が基板２６０上の堆積層２６２の標的堆積プロフィールに実質的に影響を与えないで指定されたレベルに維持され得るように規定される。例えば、一部の実施形態において、ボリューム２２２は、アークが指定されたレベルより下で、一つ以上の標的堆積基準が満たされるように、規定される。
【００４５】
電極２４２と電極２４４との間のスペーシング２２０（例えば、ボリューム２２２）を減らすことは、多くの実施形態において、堆積層２６２の至る所で増した均一性（例えば、堆積層２６２の至る所で均一な厚さ）を促進し、電極２４２と電極２４４との間の不要なプラズマの形成の確率を低めるが、電極２４２と電極２４４との間の所望でないアークの確率は高まる。その結果、電極２４２と電極２４４との間のスペーシング２２０は、一つ以上の堆積プロフィール基準、一つ以上のアークレベル基準、および／または一つ以上のプラズマ形成基準を満たす（例えば、バランスをとる）ように、規定される。
【００４６】
ボリューム２２２は図２に長方形のボリュームとして示されているが、このことは、確かに必須ではなく、変形において、ボリューム２２２は、多くの可能な異なる形（例えば、指定された厚さを有する多くの辺がある多角形）のもう一つである。例えば、図３は、本発明の一実施形態による、ボリューム３２２によって分離された一組の同心電極３４４および３４２を図示する概略図である。この実施形態において、電極３４２は、環状の電極である。図２に示された電極２４２および電極２４４のように、電極３４２および電極３４４へ電流を交互化することによって、電極の一つはある期間の間はカソードとして機能し、その間に他の電極はその期間の間はアノードとして機能する。
【００４７】
図４は、本発明の一実施形態に従って、ＤＣ電力供給装置（例えば、ＤＣ供給装置１７０）によってプラズマスパッタリングチャンバーの電極に印加されたＤＣ電圧の例を図示するグラフである。図４に示されたＤＣ電圧は、例えば、図２に示された電極２４２または電極２４４のいずれか、もしくは図３に示された電極３４２または電極３４４のいずれかに印加され得る。グラフは、＋ｚから−ｚまでの目盛りを有するｙ軸に電圧を図示し、ｘ軸は、右に向かって増える時間を図示している。
【００４８】
示されているように、正のＤＣパルス４１０は、パルス幅４８２（例えば、パルス持続時間）を有し、負のＤＣパルス４２０は、パルス幅４８４を有する。正のパルス４１０は、＋ｚのパルス波高４８６を有し、負のパルス４２０は、−ｚのパルス波高４８８を有する。一部の実施形態において、正のパルス４１０および負のパルス４２０は、同一または異なる電圧レベルを有する。正のパルス４１０のデューティサイクルは、サイクル４７８の持続時間（例えば、正のパルスのパルス幅＋負のパルスのパルス幅）によって正のパルス４８２の持続時間を割ったものとして規定される。そして、負のＤＣパルス４２０のデューティサイクルは、サイクル４７８の持続時間によって負のパルス４８４の持続時間を割ったものとして規定される。
【００４９】
多くの実施形態において、正のパルス４１０のパルス幅４８２および負のパルス４２０のパルス幅４８４の各々は、ＤＣ電力パルス４１０およびＤＣ電力パルス４２０を正確に生成する時間を可能にするために、ＤＣ電力供給装置（例えば、ＤＣ電力供給装置１７０）に関連した制御ループ（例えば、比例積分微分（ＰＩＤ）制御ループ、開ループ制御ループ）の応答時間より長い持続時間を有するように規定される。
【００５０】
必須ではないが、一部の実施形態において、正のＤＣパルス４１０のパルス幅４８２および負のＤＣ電力パルス４２０のパルス幅４８４の各々は、ＤＣ電力供給装置のアーク検出時間より長い持続時間、および／または堆積（例えば、堆積の均一性、堆積レート）に影響を与え得る電極の温度の変化を実質的に防ぐために電極（例えば、基板の端の近くにある端の電極）に関連した熱時定数より短い持続時間を有するように規定される。
【００５１】
図４に示されるように、極性は、正のＤＣパルス４１０から負のＤＣパルス４２０へ実質的に瞬時に変わる。一部の実施形態において、正のＤＣパルス４１０から負のＤＣパルス４２０への変化または遷移、およびその逆は、遷移期間４３０として参照される。電力は、遷移期間４３０が（図４に示されるように）実質的にゼロに等しい場合には、正のＤＣパルス４１０から負のＤＣパルス４２０へ、およびその逆へ、実質的に瞬時に変わる。
【００５２】
例えば負のＤＣパルス４２０と正のＤＣパルス４１０との間の、実質的に瞬時の変化を達成するために、図１に示されるもののようなＤＣ電力供給装置内の一つ以上のスイッチは、スイッチング時間の遅延を補償するために、変化の前にトリガーされる。例えば一部の実施形態において、ＤＣ電力供給装置内のＦＥＴまたはＩＧＢＴトランジスターのようなスイッチングコンポーネントは、１０ナノ秒から数百ナノ秒（ｎｓ）のスイッチング時間の遅延を有し得る（例えば、オン状態からオフ状態へ変化するために１０ｎｓから数百ｎｓを要する）。したがって、ＦＥＴまたはＩＧＢＴトランジスターは、スイッチング時間の遅延を補償するために、負のＤＣパルス４２０から正のＤＣパルス４１０への指定されたスイッチング時間の前にスイッチングするように、およびその逆にスイッチングするように、トリガーされ得る。
【００５３】
図４に示されるように、スイッチは、負のＤＣパルス４２０から正のＤＣパルス４１０への遷移が時刻Ｔ２で瞬時に生じ得るように、スイッチング時間の遅延に基づいて時刻Ｔ１でトリガーされる。一部の実施形態において、電圧降下は、交互する極性間でスイッチングするとき、ＤＣ電力供給装置に関連したアークを消す機構の誤ったトリガリングを実質的に防ぐために、ＤＣ電力供給装置のアーク電圧検出能力より小さい。
【００５４】
本発明の一部の実施形態において、遷移期間は、実質的にゼロより大きい。例えば、図５は、本発明の一実施形態に従った、ゼロより大きい遷移期間を含むデューティサイクルを図示するグラフである。この実施形態において、遷移期間は、電力がプラズマスパッタリングチャンバーに伝達されない期間５９０を含む。期間５９０は、オフ期間として参照され得、一部の実施形態において、オフ期間５９０は、オフ期間５９０がＤＣ電力供給装置によって誤って所望でないアークとして示されないように、アーク検出期間より短い。それ以外の場合では、電力制御コンポーネント１１０および／またはＤＣ電力源１００の間の通信が、アークの誤った検出を排除し得る。
【００５５】
図４に戻って参照すると、多くの実施形態における遷移期間４３０は、プラズマスパッタリングチャンバー内のプラズマの再点火が防がれ、電圧過渡現象が最小化されるように、規定され得る。特に、ＤＣ電力源（例えば、ＤＣ電力源１００）および電力制御コンポーネント（例えば、電力制御コンポーネント１１０）によって生成された交互するパルス間の遷移期間は、遷移期間がプラズマ減衰期間より短く、その結果、プラズマが交互するＤＣ電力パルスの間に再点火される必要がないように、規定され得る。このことは、ＡＣサイクル（特に、周波数が比較的小さい場合）における極性の逆転ごとに、スパッタリングチャンバー内のプラズマが再点火されるか、プラズマが実質的に減衰するか、実質的な電圧過渡現象があるＡＣ電力源による動力を備えたプラズマスパッタリングチャンバーと、対照的である。さらには、一部のＡＣ電力システムは、ＡＣの半分のサイクルごとに、比較的高い点火電圧、または電圧過渡現象を要する。なぜなら、プラズマは、完全に消され得、そして、これらの高い点火電圧、または電圧過渡現象は、上記で論じられたように遷移期間を低減するように作動する多くの実施形態において回避され得るからである。
【００５６】
図５に示されたもののように、ゼロより大きい遷移期間を有するデューティサイクルに関してさえ、遷移期間は、プラズマが遷移期間中に実質的に減衰しない、および／または消されないように、規定され得る。例えば一部の実施形態において、プラズマが電力の交互する極性パルス間で消されるために、遷移期間は、プラズマに関連した減衰時間より長いように、規定される。
【００５７】
一部の実施形態において、パルス幅４８２およびパルス幅４８４、遷移期間４３０、パルス波高４８６およびパルス波高４８８、および／またはデューティサイクルなどは、パルスパラメーター値であって、メモリーに格納され、かつ／またはＤＣ電力供給装置またはＤＣ電力供給装置のコンポーネント（例えば、電力制御コンポーネント１１０および／またはＤＣ電力源１００）に関連したプロセッサーによってアクセスされるパルスパラメーター値によって、規定される。そして、これらのパルスパラメーター値は、正のＤＣ電力パルス４１０および／または負のＤＣ電力パルス４２０を規定し得る。
【００５８】
ＤＣ電力供給装置１７０は、一部の変形において、アークを検出することに応答してアークを消すために、パルスの極性を逆転するように構成される。一部の実施形態において、ＤＣ電力供給装置１７０は、交互する電力パルスを伝達するとき、別の正のＤＣパルスに続いて一つよりも多くの正のＤＣパルスを伝達するか、または別の負のＤＣパルスに続いて一つよりも多くの負のＤＣパルスを伝達するように構成される。
【００５９】
図６は、本発明の一実施形態による、パルスパラメーター６２０およびパルスパラメーター値６３０の例を図示する表６１０である。表６１０は、パルス電力、オフ時間、パルス持続時間（幅）、パルス電圧、サイクル時間、および極性というパルスパラメーター６２０を含むが、これらに限定されない。パルスパラメーター値６３０は、例示的な値に過ぎず、一部の実施形態において、パルスパラメーター値６３０は、表６１０に示されたパルスパラメーター値６３０から広範に変化する。
【００６０】
次に図７を参照すると、本発明の一実施形態による、ＤＣ電力供給装置７４０およびＤＣ電力供給装置７４２と結合されたプラズマスパッタリングチャンバー７１０を図示する概略図が示されている。ＤＣ電力供給装置７４０およびＤＣ電力供給装置７４２は、基板７２０上に堆積層７２２（例えば、薄膜トランジスター層）の堆積をもたらすために用いられるプラズマを点火および／または保持するためにＤＣ電力パルスをプラズマスパッタリングチャンバー７１０に伝達するように構成される。特に、ＤＣ電力供給装置７４０は、交互するＤＣパルスを電極７５２および電極７５４に伝達するように構成され、ＤＣ電力供給装置７４２は、交互するＤＣ電力パルスを電極７５６、電極７５８、および電極７６０に伝達するように構成される。ＤＣ電力供給装置７４０、ＤＣ電力供給装置７４２は一まとまりのデバイスのように描かれているが、ＤＣ電力供給装置７４０、ＤＣ電力供給装置７４２が分散されたコンポーネントの集積によって実現され得ることは、認識されるべきである。例えば、電力供給装置７４０、電力供給装置７４２の各々は、一つよりも多くのＤＣ電力源を含み得、電力制御コンポーネント（例えば、スイッチング電力制御コンポーネント）は、ＤＣ電力源から分離して収納され得る。
【００６１】
確かに必須ではないが、いくつかの実施形態において、チャンバー７１０は、層７２２の堆積中に基板７２０が静止したままでいることを可能にするように構成され、パルスは、堆積層７２２の堆積を静止した基板７２０上の標的堆積プロフィール７６８（例えば、所望の形態（例えば、位相）、厚さ、抵抗、光学特性、膜応力、密度、結晶性および／または粘着性など）に従って引き起こすように、電極７３０に印加される。
【００６２】
例えば多くの実施形態において、電極７３０のうちの一つ以上への電力は、電極間の差別スパッタリングを可能にするように調節される。この方法で、標的堆積プロフィール７６８は、基板７２０を動かすことなしに所望の堆積プロフィールを完遂するように達成され得る。その結果、所望の堆積プロフィール７６８を備えた層７２２を堆積するために基板７２０の動きに依存する従来技術と違って、本発明のいくつかの実施形態は、静的基板堆積を可能にし、静的基板堆積は、所望でない粒子がコンベヤー機構によって発生され、動く基板の表面に所望でなく運ばれる可能性を低減する。このように、静的基板堆積は、層７２２中のアークおよび不純物の可能性を低減する。
【００６３】
明確さのために、図７は、光学フィードバックラインおよびセンサーを描いていないが、多くの実施形態において、層７２２の一つ以上の特質（例えば、形態、厚さ、抵抗、光学特性、膜応力、密度、および／または粘着性など）が、モニタリングされ、特質を示す情報は、ＤＣ供給装置７４０、ＤＣ供給装置７４２のうちの一方または両方にフィードバックされ、材料が基板７２０上に標的堆積プロフィール７６８に従って堆積されるように電極７３０のうちの一つ以上の電極への電力を調節するために用いられる。
【００６４】
図７に描かれた例示的な実施形態において、ＤＣ電力供給装置７４０、ＤＣ電力供給装置７４２の両方は、電極７４０および電極７４２からの材料が指定された標的堆積プロフィール７６８を備えて堆積層７２２の中に堆積されることをもたらすように規定された交互するＤＣ電圧を印加するように、構成される。図７に描かれた標的堆積プロフィール７６８は均一な厚さの堆積プロフィールであるが、一部の変形において、標的堆積プロフィール７６８は、均一でない厚さおよび／または均一でない組成のプロフィールである。言い換えれば、一部の変形において、標的堆積プロフィール中の異なる点における厚さおよび／または組成は、異なっている。
【００６５】
図７に示されるように、破線７６４は、本明細書に記載された技術を欠く基板７２０の端近くの均一な厚さの堆積プロフィール７６８からそれる典型的なテーパー堆積プロフィール（また、厚さのロールオフ（ｒｏｌｌ−ｏｆｆ）としても参照される）を図示している。基板の端は、図７に示された電極７５２のような基板の端に近い電極が、端での堆積に寄与し得る隣の電極を有さないため、厚さのロールオフの影響を受けやすい。
【００６６】
多くの変形において、電極７３０の各々に印加される交互するＤＣパルスは、堆積プロフィール７６８を生成するスパッタリングを引き起こすように規定されるパルスパラメーター値（例えば、デューティサイクル、パルス幅、パルスの大きさなどを規定するパラメーター値）に従って生成される。例えば多くの実装において、電極７５２および電極７５４に印加されるＤＣパルス（例えば、負のＤＣパルスおよび／または正のＤＣパルス）は、基板７２０の端で（例えば、テーパー堆積プロフィールなしで）実質的に均一な堆積を達成するように調整される。
【００６７】
例えば、電極７５２がカソードとして機能する時間は、電極７５４がカソードとして機能する時間より長くあり得る。また、電極７５２がカソードとして機能する間に電極７５２へ伝達されるＤＣ電力パルスの電力レベルは、電極７５４がカソードとして機能する間に電極７５４へ伝達されるＤＣ電力パルスの電力レベルより大きくあり得る。図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の一つの例示的実施形態による、図７に示されたＤＣ電力供給装置７４０から電極７５２および電極７５４へそれぞれ伝達されるＤＣパルスを図示する概略のグラフである。
【００６８】
示されているように、図８Ａおよび図８Ｂは、それぞれの縦軸上にＤＣ電圧を図示し、それぞれの横軸上に右方向に増える時間を図示している。グラフは、指定された極性のＤＣパルスが指定された期間にわたって一つの電極へ伝達されるときに、測定が縦軸上に表示された電極上のプローブの正端子、および対の他方の電極の負端子によって行われるため、反対の極性のＤＣパルスが同一の期間中に他方の電極へ伝達されることを図示している。
【００６９】
例えば、時刻Ｐ１から始めると＋ｘの電圧での正のＤＣパルスは、期間８８２中にＤＣ電力供給装置７４０から電極７５２へ伝達され、−ｘの電圧での負のＤＣパルスは、期間８８２中に電極７５４へ伝達される。同様に、時刻Ｐ２から始めると−ｙの電圧での負のＤＣパルスは、期間８８４中にＤＣ電力供給装置７４０から電極７５２へ伝達され、＋ｙの電圧での負のＤＣパルスは、期間８８４中に電極７５４へ伝達される。
【００７０】
この実施形態において、ＤＣ電力供給装置７４０によって伝達される全電力は、期間８８４中の方が期間８８２中より小さい。電極７５２がカソードとして機能しているときに、正のＤＣパルスをより高い電力レベルで、より長い期間にわたり伝達することによって、基板７２０の端近くでの堆積レート（例えば、電極７５２に対応する堆積レート）は、電極７５４に対応する堆積レートより高くなる。
【００７１】
図７に戻って参照すると、ＤＣ電力供給装置７４０に類似したＤＣ電力供給装置７４２は、一部の実施形態において、電極７６０がカソードとして機能しているときに、電極７５６および電極７５８より長い持続時間およびより大きな電力のＤＣパルスを電極７６０へ伝達するように構成される。一部の実施形態において、電極７６０へ伝達されるＤＣ電力パルスの持続時間は、電極７５６および電極７５８の結合されたＤＣ電力パルスの持続時間より長い。
【００７２】
基板７２０および／または堆積層７２２への電極の相対的距離は、一部の変形において、別の電極とは異なっている。例えば、電極７５２および電極７５４は、均一な標的堆積プロフィールのような特定の標的堆積プロフィールの堆積を容易にするように、基板７２０から異なる距離であり得る。そして、一部の実施形態において、電極に印加されるパルス（例えば、デューティサイクル）は、基板７２０および／または堆積層７２２からの電極の距離に基づいて規定される。
【００７３】
一部の実施形態において、電極７３０のうちの一つ以上の大きさ（例えば、幅、高さ）、形（例えば、環状、矩形）、および／または組成（例えば、金属、金属性化合物、またはセラミックの所定の化学組成）は、特定の堆積プロフィールの堆積を容易にするように、規定される。一部の実施形態において、電極７３０のうちの一つ以上は、電極７３０のうちの別のものとは異なる大きさ、形、および／または組成であり得る。一部の実施形態において、電極に印加されるパルス（例えば、デューティサイクル）のうちの一つ以上は、電極の大きさ、形、および／または組成に基づいて、規定される。
【００７４】
一部の実施形態において、電極７３０のうちの二つは、異なる材料（例えば、異なる標的材料）を含み、ＤＣパルスは、特定の化学組成（例えば、指定された化学量論）の堆積層７２２を達成するように、規定され得、異なる材料で構築された電極７３０に印加され得る（例えば、パルスパラメーター値を用いて規定される）。一つの例は、酸化インジウムスズを金属スパッタリングするために、インジウム標的材料およびスズ標的材料を酸素およびアルゴンガスと組み合わせることである。このタイプのスパッタリングは、一部の変形において、同時スパッタリングとして参照され、この技術は、この技術が材料の制御された混合物で膜を堆積するように用いられ得るので、魅力的である。このことは、化学量論を制御するために行われ得るか、または化合物標的材料がスパッタリングするのに困難、または作り出すのに高価かつ／または困難であるので、行われ得る。別の例として、Ａｌ２Ｏ３は、約１．６６の屈折率で堆積され得、ＴｉＯ２は、約２．４の屈折率で堆積され得る。Ａｌ標的およびＴｉ標的、ならびに反応性ガスとしての酸素を用いた反応性同時スパッタリングプロセスは、原則として、１．６６と２．４との間の屈折率で膜を堆積することが可能である。
【００７５】
多くの実施形態において、図７に描かれた実施形態中の電極７３０は、ＤＣパルスを超低周波数で印加する二つの異なるＤＣ電力供給装置７４０および７４２によって動力を与えられ、その結果、ＤＣ電力供給装置７４０およびＤＣ電力供給装置７４２は、一部の実装において、負荷が整合される。言い換えれば、例えば、プラズマのアークを低減し、標的堆積プロフィールに従って堆積制御を高め、プラズマスパッタリングチャンバー７１０内の熱の不調和を低減するように、ＤＣ電力供給装置７４０およびＤＣ電力供給装置７４２によって発生されるＤＣパルスが調整され得る。
【００７６】
一部の変形において、さらなる例として、ＤＣ電力供給装置７４０およびＤＣ電力供給装置７４２は、位置７７４で電極７５４および電極７５６の両方からの材料を同時に堆積することを回避するために電極７５４および電極７５６が同時にカソードとして機能しないように、ＤＣパルスを伝達するように構成される。一部の変形において、ＤＣ電力供給装置７４０およびＤＣ電力供給装置７４２は、電極７５４および電極７５６が同時にカソードとして、またはアノードとして機能するようにＤＣ電力パルスを伝達するように構成される。
【００７７】
この実施形態において、電極７３０は二つの異なるＤＣ電力供給装置７４０および７４２からパルスを受信するが、一部の実施形態において、電極は、単一のＤＣ電力供給装置から電力パルスを受信した。この単一のＤＣ電力供給装置は、例えば、ＤＣパルス中の電力の配分を制御および／または規定する電力制御コンポーネント中の多相ブリッジを含むこのタイプの配置は、多重マグネトロン配置として参照され得、一部の実施形態において、電極７３０は、二つよりも多くのＤＣ電力供給装置（例えば、各電極に一つのＤＣ電力供給装置）からＤＣ電力パルスを受信する。そして、他の実施形態において、ＤＣパルスは、隣接していない電極間で規定／調整される。
【００７８】
図９は、本発明の一実施形態による、ＤＣ電力供給装置９３０によって印加されたＤＣパルスを受信するように構成されたプラズマスパッタリングチャンバー９１０を図示する概略のブロック図である。ＤＣ電力供給装置９３０は、センサー９４０によって生成された少なくとも一つのプロセスフィードバック信号（例えば、電圧信号または電流信号のようなセンサー測定値に関連した信号）に基づいて、プラズマスパッタリングチャンバー９１０に伝達されたＤＣ電力パルスを修正するように構成される。
【００７９】
プロセッサー９３６は、センサー９４０からフィードバック信号を受信し、フィードバック信号に基づいてＤＣ電力供給装置９３０によってプラズマスパッタリングチャンバー９１０に印加される一つ以上のＤＣパルスの修正をトリガーするように構成される。プラズマスパッタリングチャンバー９１０は、プラズマスパッタリングチャンバー９１０内に配置された基板９２０上の堆積層９２２をスパッタリングするために用いられる。一部の実施形態において、堆積層９２２は、薄膜トランジスタープロセスと関連している。センサー９４０はチャンバー９１０内に描かれているが、これは確かに必須ではなく、当業者は、一部の例におけるセンサー９４０がチャンバーの外に設置され得ることを認識する。
【００８０】
一部の実施形態において、プロセッサー９３６は、フィードバック信号についてセンサー９４０にクエリするように構成される。一部の実施形態において、センサー９４０は、例えばセンサー９４０に関連したセンサー測定値（例えば、電圧信号）の変化が検出されるときに、フィードバック信号をプロセッサー９３６へ送信するように構成される。一部の実施形態において、プロセッサー９３６は、センサー９４０から周期的にまたは不規則にフィードバック信号を受信するように構成され、モニタリングされたパラメーターの変化（例えば、閾値条件を超える変化）が生じるときに、ＤＣ電力供給装置９３０によって伝達されるＤＣ電力パルスの一つ以上の変化をトリガーするように構成される。
【００８１】
一部の実施形態において、センサー９４０は、堆積層９２２の厚さをモニタリングして厚さを示す情報をプロセッサー９３６へ送信するように構成された厚さのモニタリングデバイス（例えば、電気および／または光学測定デバイス）である。一部の実施形態において、センサー９４０は、堆積層９２２の厚さの一部分（例えば、指定されたエリア、所定の位置）をモニタリングするように構成され、センサーからの情報に基づいて、プロセッサー９３６は、ＤＣ電力供給装置９３０が電極９５２、電極９５４、電極９５６のうちの一つ以上へ印加する電力を調節するように構成される。一部の実装において、プロセッサー９３６は、ＤＣパルスのうちの一つ以上を規定するために用いられる一つ以上のパルスパラメーター値を修正するように構成される。一部の実装において、センサー９４０は、圧力センサー、堆積レートセンサー、伝導性センサーまたは温度センサーである。
【００８２】
一部の実施形態において、多重センサー（示されていない）は、フィードバック信号をプロセッサー９３６に送信するように構成され、プロセッサー９３６は、フィードバック信号の組み合わせに基づいてＤＣパルスを変えるように構成される。一部の実装において、フィードバック信号のうちの一つ以上は、堆積層９２２の異なる空間的位置に関連し、プロセッサー９３６は、必要な場合には、空間的位置の各々と対応するＤＣパルスを修正するように構成される。
【００８３】
一部の実装において、プロセッサー９３６は、一つ以上のフィードバック信号（例えば、堆積レートフィードバック信号、温度フィードバック信号、圧力フィードバック信号）に基づいてＤＣパルスの変化をもたらすために、ＤＣパルスに関連した（例えば、メモリー（示されていない）に格納された）パルスパラメーター値を変える（例えば、修正する）またはパルスパラメーター値の変化をトリガーするように構成される。例えば、プロセッサー９３６は、一つ以上のセンサーからの一つ以上のフィードバック信号に基づいて、パルスパラメーター値のライブラリーから、メモリーに格納された一つ以上の組のパルスパラメーター値を選ぶように構成され得る。一部の代わりの実施形態において、プロセッサー９３６は、メモリーに格納された式（例えば、アルゴリズム）を用いて、（例えば、センサー９４０からのフィードバックに基づいて）一つ以上の電極に印加されるべきＤＣパルスの特質を計算するように構成される。ＤＣ電力パルスは、一部の実装において、電極９５２、電極９５４、電極９５６のうちの一つ以上への電流、デューティサイクル、および／または電圧を変える、および／または管理する（例えば、制御する）ことによって修正される。
【００８４】
一例として、一部の実施形態において、ＤＣパルスに関するデータは、電極９５２、電極９５４、電極９５６のうちの一つ以上に対する平均スパッタリング電力を計算するために収集されて用いられ、ＤＣパルスは、指定された期間にわたって、指定された平均スパッタリング電力を維持するように修正される。指定された平均スパッタリング電力は、多くの実施形態において、一つ以上の電極に関連し、一部の実施形態において、平均スパッタリング電力の閾値または平均スパッタリング電力の条件は、所望の標的堆積プロフィールに基づいて規定される。
【００８５】
プロセッサー９３６は図９で独立したコンポーネントとして示されているが、一部の実装において、プロセッサー９３６（またはプロセッサー９３６の機能性）は、ＤＣ電力供給装置９３０またはセンサー９４０の一部として含まれる。一部の実施形態におけるプロセッサー９３６は、ハードウェアのモジュールおよび／またはプロセッサー９３６上で実行されるソフトウェアのモジュールであり得る一つ以上のモジュールを含む。
【００８６】
図１０は、本発明の一実施形態による、一つ以上のセンサーからの一つ以上のフィードバック信号によってトリガーされたＤＣパルスの例示的な変化を描くグラフである。図１０に描かれたパルス調節が所望の堆積プロフィールを引き起こすように行われ得るタイプのパルス調節（例えば、パルス幅および大きさ）の例示に過ぎず、所定の調節が多くのファクター（例えば、標的材料、電極スペーシング、堆積プロフィールなど）に潜在的に依存することは、認められるべきである。加えて、一部の実施形態において、パルス調節は、特定の標的の利用を引き起こすように（例えば、標的材料の利用を最適化するように）行われる。示されるように、グラフは、ｙ軸上にＤＣ電圧を図示し、ｘ軸上に右に向かって増える時間を図示している。
【００８７】
図１０に示されるように、ＤＣパルスは、第一の期間１００２と第二の期間１００４との間のフィードバック信号に応答して時刻Ｑ１で修正される。第一の期間１００２中に、正のＤＣパルス１０２０は、Ａのパルス波高および１０２２のパルス幅を有し、負のＤＣパルス１０３０は、Ｄのパルス波高および１０３２のパルス幅を有する。期間１００４中に、正のＤＣパルス１０４０は、Ｂのパルス波高および１０４２のパルス幅を有し、負のＤＣパルス１０５０は、Ｃのパルス波高および１０５２のパルス幅を有する。
【００８８】
描かれるように、第二の期間１００４中に、正のＤＣパルス１０４０のパルス幅１０４２は、第一の期間１００２中の正のパルス１０２０のパルス幅１０２２より広く、第二の期間１００４中のパルスのパルス波高Ｂは、第一の期間１００２中の正のパルス１０２０のパルス波高Ａより低い。
【００８９】
次に図１１を参照すると、本発明の一実施形態による、堆積層に関連した特性（また、特質としても参照され得る）に応答してＤＣパルスを修正する方法を図示するフローチャートが示されている。示されるように、基板上の堆積層の標的堆積プロフィールは、最初に一つ以上の特質（例えば、厚さ、抵抗、光学特性、膜応力、密度、および粘着性）に関して規定される（ブロック１１００）。論じられるように、標的堆積プロフィールは、指定された化学組成を有する均一または均一でない厚さのプロフィールであり得、標的堆積プロフィールは、堆積層中の異なる位置で変化する化学組成を指定し得る。
【００９０】
描かれるように、一部の実施形態において、パルスパラメーター値は、標的堆積プロフィールに基づいてプラズマスパッタリングチャンバー内の少なくとも一つの電極について規定される（ブロック１１１０）。パルスパラメーター値は、標的堆積プロフィールに従って堆積をもたらすように規定される。論じられるように、一部の実施形態において、パルスパラメーター値は、堆積中に計算され得、他の実施形態において、パルスパラメーター値は、予め規定され得、表からアクセスされ得る。
【００９１】
いったんパルスパラメーター値が規定されると、ＤＣパルスは、パルスパラメーター値に基づいて印加され、プラズマは、プラズマスパッタリングチャンバー内でＤＣパルスに応答して点火される（ブロック１１２０および１１３０）。
【００９２】
示されるように、いったんプラズマが点火されると、堆積層は、プラズマスパッタリングチャンバー内の基板上に形成される（ブロック１１４０）。先に上記で論じられたように、多くの実施形態において、堆積層が形成される間に、基板は、実質的に一つの位置に静的に維持され、他の実施形態において、基板は、堆積中に動かされる。
【００９３】
図１１に描かれるように、多くの実施形態において、堆積層に関連した特性（例えば、厚さ、抵抗、化学組成、光学的特質、膜応力、密度、粘着性、温度および／またはチャンバー内の圧力）を示す情報は、堆積層が形成される間に受信される（ブロック１１５０）。
【００９４】
チャンバーからのフィードバックに応答して、多くの実装において、パルスパラメーター値は、受信された情報および所望の標的堆積プロフィールに基づいて修正される（ブロック１１６０）。例えば、特性が化学組成であり、情報が、堆積層の化学組成が標的堆積プロフィールに関連したその指定された標的特性と異なることを示す場合には、パルスパラメーター値は、標的堆積プロフィールに関連した標的特性を満たすスパッタリングをもたらすように修正され得る。示されるように、パルスパラメーター値が修正された（ブロック１１６０）後で、ＤＣパルスは、修正されたパルスパラメーター値に基づいて電極に印加される（ブロック１１７０）。
【００９５】
一部の実施形態は、多様なコンピューター実装の作動を実施するために命令またはコンピューターコードをその上に有するコンピューター読み取り可能な媒体（また、プロセッサー読み取り可能な媒体としても参照される）を備えたコンピューター格納製品に関する。媒体およびコンピューターコード（また、コードとしても参照される）は、所定の一つまたは複数の目的のために特別に設計および構築されたものであり得る。
【００９６】
当業者は、本明細書に記載された実施形態が、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアおよびそれらの組み合わせの組み合わせによって実現され得ることを認識する。一部の実施形態において、プロセッサー読み取り可能な媒体は、本明細書に記載されたプロセスを引き起こすように符号化された命令を格納するために利用される。プロセッサー読み取り可能な媒体の例は、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、および磁気テープのような磁気格納媒体、コンパクトディスク／デジタルビデオディスク（「ＣＤ／ＤＶＤ」）、コンパクトディスク・リードオンリーメモリー（「ＣＤ−ＲＯＭ」）、およびホログラフィーデバイスのような光学格納媒体、フロプティカルディスクのような磁気光学格納媒体、搬送波信号、ならびに、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、プログラマブルロジックデバイス（「ＰＬＤ」）、ＲＯＭデバイス、およびＲＡＭデバイスのようなプログラムコードを格納および実行するように特別に構成されたハードウェアデバイスを含むが、これらに限定されない。
【００９７】
コンピューターコードの例は、マイクロコードまたはマイクロ命令、コンパイラーによって生成されるような機械語命令、およびインタープリターを用いてコンピューターによって実行されるより高いレベルの命令を含むファイルを含むが、これらに限定されない。例えば、本発明の実施形態は、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｃ＋＋、または他のオブジェクト指向のプログラム言語および開発ツールを用いて実装され得る。コンピューターコードの付加的な例は、制御信号、暗号化されたコード、および圧縮されたコードを含むが、これらに限定されない。
【００９８】
最後に、本開示は、とりわけ、ＤＣ電力を用いるプラズマベースのスパッタリング堆積の方法および装置を記載する。当業者は、多数の変形および代替が、本明細書に記載された実施形態によって達成されたものと実質的に同一の結果を達成するように本発明、その使用、およびその構成において行われ得ることを容易に認め得る。したがって、開示された例示的な形態に本発明を限定する意図はない。多くの変形、修正および代わりの構築物は、特許請求の範囲に表されるように、開示された発明の範囲と精神のうちに入る。
【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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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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