(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井、前記天井に隣接するスパッタターゲット、および前記スパッタターゲットに面するその内部のウェハ支持ペデスタルを含むリアクタチャンバと、
前記天井の上に重なり、前記天井に面する頂部蓋を有する導電性ハウジングと、
前記ハウジングの中に収容され、回転可能なスピンドル、内側端部が前記スピンドルに結合された半径方向のアーム組立体、および前記半径方向のアーム組立体の外側端部に結合された磁石を含む回転磁石組立体であって、前記ハウジングの前記頂部蓋が中央ポートを有し、前記スピンドルが前記中央ポートを通って軸方向に延びる回転磁石組立体と、
前記スピンドルの前記頂部蓋より上に延びる部分を同軸に囲む、前記頂部蓋上の導電性中空シリンダと、
前記中空シリンダに接続された第１の半径方向内側端部と第１の半径方向外側端部とを有する半径方向のＲＦ接続ロッドであって、前記中空シリンダから前記第１の半径方向外側端部に向かって半径方向外側に延びる半径方向のＲＦ接続ロッドと、
ＲＦ発生器およびＲＦインピーダンス整合部を含むＲＦ電力源であって、前記インピーダンス整合部が、前記半径方向のＲＦ接続ロッドの前記第１の半径方向外側端部に接続されている、ＲＦ電力源と、
前記導電性ハウジングと前記導電性中空シリンダの外側を囲む接地された導電性遮蔽エンクロージャであって、前記半径方向のＲＦ接続ロッドは前記導電性遮蔽エンクロージャを貫通し且つ前記導電性遮蔽エンクロージャから絶縁されている、導電性遮蔽エンクロージャと
を備えるプラズマリアクタ。
【請求項２】
前記中空シリンダに接続された第２の半径方向内側端部と第２の半径方向外側端部とを有する半径方向のＤＣ接続ロッドであって、前記中空シリンダから前記半径方向のＤＣ接続ロッドの第２の半径方向外側端部に向かって半径方向外側に延びる半径方向のＤＣ接続ロッドと、
ＤＣ電力供給部およびＲＦ遮断フィルタを含むＤＣ電力源であって、前記ＲＦ遮断フィルタが、前記半径方向のＤＣ接続ロッドの前記第２の半径方向外側端部に接続されており、前記半径方向のＤＣ接続ロッドは前記導電性遮蔽エンクロージャを貫通し且つ前記導電性遮蔽エンクロージャから絶縁されている、ＤＣ電力源と
をさらに備える請求項１に記載のリアクタ。
【請求項３】
前記ＲＦ接続ロッドおよび前記ＤＣ接続ロッドが、前記中空シリンダ上の互いに角度をずらされた位置から出る請求項２に記載のリアクタ。
【請求項４】
前記位置が１８０°だけずらされる請求項３に記載のリアクタ。
【請求項５】
前記ＲＦおよびＤＣ接続ロッド、前記中空シリンダ、前記頂部蓋、前記ハウジングおよび前記天井が導電性であり、前記スパッタターゲットまでの電気経路を形成する請求項２に記載のリアクタ。
【請求項６】
前記ウェハ支持ペデスタル内の電極と、
前記ウェハ支持ペデスタルに結合されたＲＦバイアス電力源と
をさらに備える請求項１に記載のリアクタ。
【請求項７】
前記ＲＦバイアス電力源が、
高周波ＲＦ電力発生器、および前記電極に接続された高周波インピーダンス整合部と、
低周波ＲＦ電力発生器、および前記電極に接続された低周波インピーダンス整合部と
を備える請求項６に記載のリアクタ。
【請求項８】
前記導電性遮蔽エンクロージャが、
前記ハウジングを囲む導電性側壁であって、前記ハウジングと該導電性側壁の間に第１のギャップを形成するように前記ハウジングから隔離される導電性側壁と、
前記ハウジングの前記頂部蓋の上に重なる導電性遮蔽蓋であって、前記頂部蓋から第２のギャップによって隔離され、前記頂部蓋と該導電性遮蔽蓋の間に第２のギャップを形成するように前記頂部蓋から隔離される導電性遮蔽蓋と、
前記中空シリンダを囲む導電性スリーブであって、前記中空シリンダと該導電性スリーブの間に第３のギャップを形成するように前記中空シリンダから隔離され、前記第１、第２および第３のギャップが連続空間を形成する導電性スリーブと
を含む請求項１に記載のリアクタ。
【請求項９】
前記連続空間が誘電体物質で充たされる請求項８に記載のリアクタ。
【請求項１０】
前記誘電体物質が空気を含み、前記リアクタが、前記ギャップを維持するために、前記空間内に絶縁ストラットをさらに備える請求項９に記載のリアクタ。
【請求項１１】
天井、前記天井に隣接するスパッタターゲット、およびＲＦ供給システムを有するプラズマリアクタであって、前記ＲＦ供給システムが、
前記天井の上に重なり、前記天井に面する頂部蓋を有する導電性ハウジングと、
前記ハウジングの中に収容され、回転可能なスピンドル、内側端部が前記スピンドルに結合された半径方向のアーム組立体、および前記半径方向のアーム組立体の外側端部に結合された磁石を含む回転磁石組立体であって、前記ハウジングの前記頂部蓋が中央ポートを有し、前記スピンドルが前記中央ポートを通って軸方向に延びる回転磁石組立体と、
前記スピンドルの前記頂部蓋より上に延びる部分を同軸に囲む、前記頂部蓋上の導電性中空シリンダと、
前記中空シリンダに接続された第１の半径方向内側端部と第１の半径方向外側端部とを有する半径方向のＲＦ接続ロッドであって、前記中空シリンダから前記第１の半径方向外側端部に向かって半径方向外側に延び、ＲＦ電力源に接続するように適合された半径方向のＲＦ接続ロッドと、
前記導電性ハウジングと前記導電性中空シリンダの外側を囲む接地された導電性遮蔽エンクロージャであって、前記半径方向のＲＦ接続ロッドは前記導電性遮蔽エンクロージャを貫通し且つ前記導電性遮蔽エンクロージャから絶縁されている、導電性遮蔽エンクロージャと
を備えるプラズマリアクタ。
【請求項１２】
プラズマリアクタが、前記中空シリンダに接続された第２の半径方向内側端部と第２の半径方向外側端部とを有する半径方向のＤＣ接続ロッドをさらに備え、前記半径方向のＤＣ接続ロッドが、前記中空シリンダから前記半径方向のＤＣ接続ロッドの第２の半径方向外側端部に向かって半径方向外側に延び、前記導電性遮蔽エンクロージャを貫通し且つ前記導電性遮蔽エンクロージャから絶縁されており、ＤＣ電力源に接続するように適合されている請求項１１に記載のリアクタ。
【請求項１３】
前記ＲＦ接続ロッドおよび前記ＤＣ接続ロッドが、前記中空シリンダ上の互いに角度をずらされた位置から出る請求項１２に記載のリアクタ。
【請求項１４】
前記位置が１８０°だけずらされる請求項１３に記載のリアクタ。
【請求項１５】
前記ＲＦおよびＤＣ接続ロッド、前記中空シリンダ、前記頂部蓋、前記ハウジングおよび前記天井が導電性であり、前記スパッタターゲットまでの電気経路を形成する請求項１２に記載のリアクタ。
【請求項１６】
前記導電性遮蔽エンクロージャが、
前記ハウジングを囲む導電性側壁であって、前記ハウジングと該導電性側壁の間に第１のギャップを形成するように前記ハウジングから隔離される導電性側壁と、
前記ハウジングの前記頂部蓋の上に重なる導電性遮蔽蓋であって、前記頂部蓋から第２のギャップによって隔離され、前記頂部蓋と該導電性遮蔽蓋の間に第２のギャップを形成するように前記頂部蓋から隔離される導電性遮蔽蓋と、
前記中空シリンダを囲む導電性スリーブであって、前記中空シリンダと該導電性スリーブの間に第３のギャップを形成するように前記中空シリンダから隔離され、前記第１、第２および第３のギャップが連続空間を形成する導電性スリーブと
を含む請求項１１に記載のリアクタ。
【請求項１７】
前記連続空間に誘電体物質が充たされる請求項１６に記載のリアクタ。
【請求項１８】
前記誘電体物質が空気を含み、前記プラズマリアクタが、前記ギャップを維持するために、前記空間内に低誘電率の絶縁ストラットをさらに備える請求項１７に記載のリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
銅などの金属薄膜を半導体ウェハ上に堆積させ、電気的相互接続を形成するために、プラズマ強化物理蒸着（ＰＥＣＶＤ）プロセスが用いられる。アルゴンなどのキャリヤガスの存在下で、ウェハの上に重なる銅ターゲットに高レベルのＤ．Ｃ．電力が印加される。ＰＥＣＶＤプロセスは通常、高いアスペクト比の開口部の側壁および床部の上に金属を堆積させるのに、極めて狭いイオン速度の角分布に依存している。１つの問題は、開口部の床部に堆積される量に比べて、側壁に十分な材料をどのように堆積させるかである。別の問題は、開口部の頂縁部付近でのより速い堆積による、開口部のピンチオフを回避することである。フィーチャサイズの小型化が進むにつれて、典型的な開口部のアスペクト比（深さ／幅）が増大し、マイクロエレクトロニクスのフィーチャサイズは、今では約２２ナノメートルまで低減されている。さらなる小型化と共に、各開口部の床部または底部上の所与の堆積厚さに対して、側壁上で最小限の堆積厚さを得ることがますます難しくなってきている。典型的な開口部の増大したアスペクト比には、イオン速度の角分布をさらに狭くすること、ウェハとスパッタターゲットの距離を（例えば３００ｍｍ以上まで）増大させ、チャンバ圧力を（例えば１ｍＴ未満まで）低減することによる取り組みが行われてきた。これによって、ウェハの縁部付近の薄い膜のフィーチャに観察される、ある問題が生じている。すなわち、極端に小さいフィーチャサイズでは、フィーチャサイズの低減に対処するために、ウェハとターゲットのギャップを大きくすることが求められるため、高いアスペクト比の開口部の各側壁の一部分が、ターゲットの主要部分から影になる。ウェハの縁部付近で最も顕著である、このシャドーイング効果により、側壁の影になった部分で最小限の堆積厚さに達することが、不可能ではないにしても困難になる。さらなる小型化と共に、チャンバ圧力をさらに（例えば１ｍＴ未満まで）低減し、ウェハ−スパッタターゲットのギャップをさらに増大させることが求められると考えられてきたが、それは前述の問題を悪化させることになる。
【０００２】
関連する問題は、ウェハとターゲットの大きいギャップを横断する、ウェハへのイオンの十分な流れを保証するために、スパッタターゲット（例えば銅）を高レベルのＤ．Ｃ．電力（例えばキロワットの範囲）で駆動しなければならないことである。そのような高レベルのＤ．Ｃ．電力は、ターゲットを急速に消耗し（コストを押し上げ）、プロセス全体が５秒未満で完了するような極端に高い堆積速度をもたらす。そうした高速プロセスは、ほとんどまたは全く調節することができないため、制御が困難である。さらに、プロセスの持続時間が短く、後続のプラズマ点火と釣り合わせるためにＲＦ源電力のインピーダンス整合部に必要とされる時間の約４０％であり、したがって、プロセスの約４０％が、インピーダンス整合部および送出される電力の安定化より前に実施される。
【発明の概要】
【０００３】
プラズマリアクタのスパッタターゲットのための、ＲＦ供給システムが提供される。システムは、天井の上に重なり、天井に面する頂部蓋を有する導電性ハウジングを含む。ハウジングの中に回転磁石組立体が収容され、回転可能なスピンドル、スピンドルの内側端部に結合された半径方向のアーム組立体、および半径方向のアーム組立体の外側端部に結合された磁石を含む。ハウジングの頂部蓋は中央ポートを有し、スピンドルは中央ポートを通って軸方向に延びる。頂部蓋上の導電性中空シリンダが、スピンドルの頂部蓋より上に延びる部分を囲む。半径方向のＲＦ接続ロッドが、中空シリンダから半径方向に延びる。ＲＦ接続ロッドは、ＲＦ電力源のインピーダンス整合部に接続される。半径方向のＤＣ接続ロッドが、中空シリンダから半径方向に延びる。ＤＣ電力源が、ＤＣ接続ロッドに接続される。ＲＦ接続ロッドおよびＤＣ接続ロッドは、一実施形態では約１８０°だけ、中空シリンダ上の互いに角度をずらされた位置から出る。接続ロッド、中空シリンダ、頂部蓋、ハウジングおよび天井は導電性であり、スパッタターゲットまでの電気経路を形成する。
【０００４】
本発明の例示的な実施形態が得られ、詳しく理解することができるように、添付図面に図示される本発明の実施形態を参照することによって、これまで簡単に要約した本発明に関するさらに詳細な説明を行うことができる。本明細書では、本発明を不明瞭にしないために、特定のよく知られたプロセスは論じられないことを認識されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】一実施形態によるプラズマリアクタの簡略化された立面図である。
【図２】図１に対応する平面図である。
【図３】図１のリアクタ内の上側ハウジングの一実施形態に関する拡大詳細図である。
【図４】図１のリアクタ内の上側ハウジングの他の実施形態に関する拡大詳細図である。
【図５】図１のリアクタ内のスパッタターゲットへのＲＦ電流およびＤＣ電流の流れを示す、簡略化された図である。
【図６】ターゲットへのＤＣ電流の流れを示す、図５に対応する平面図である。
【図７】ターゲットへのＲＦ電流の流れを示す、図５に対応する平面図である。
【図８】供給源の電力発生器における電圧の変動に関する比較試験データのグラフである。
【図９】堆積した薄膜の厚さ分布に対応する比較試験データのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
理解しやすくするために、各図に共通する同じ要素を指すのに、可能である場合には同じ参照番号を用いている。ある実施形態の要素および特徴は、さらに詳しく述べることなく他の実施形態に有利に組み込むことが可能であることが企図される。しかしながら、添付図面は本発明の例示的な実施形態を示すにすぎず、したがって、本発明の範囲を制限するとは考えられず、本発明について他の等しく有効な実施形態を認め得ることに留意されたい。
【０００７】
我々は近頃、ウェハ上の薄い膜のシャドーイングに関連する前述の問題を解決した。我々の解決策は、とりわけ、極端に狭いウェハとターゲットのギャップ（例えば、ウェハの直径の約６分の１）を設けること、極めて高いチャンバ圧力（例えば１００ｍＴ、またはイオン衝突平均自由行程がギャップの約１／２０になる圧力）を使用すること、およびＶＨＦ源電力をターゲットに印加し、ウェハを通る低インピーダンスのＶＨＦ接地帰還経路（ＶＨＦ  ｇｒｏｕｎｄ  ｒｅｔｕｒｎ  ｐａｔｈ）を提供することによって、ウェハ表面でのプラズマ密度を高めることを含む。この解決策は、Ｄａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎ等によって２００８年３月１４日に出願され、「ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＭＥＴＨＯＤ  ＷＩＴＨ  Ａ  ＳＯＵＲＣＥ  ＯＦ  ＩＳＯＴＲＯＰＩＣ  ＩＯＮ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ  ＡＴ  ＴＨＥ  ＷＡＦＥＲ  ＳＵＲＦＡＣＥ」という名称である、本発明の譲受人に譲渡された同時係属の米国特許出願第１２／０７７，０６７号の主題であり、その開示全体を参照によって本明細書に援用する。
【０００８】
この解決策の実施について、我々は、ウェハ−ターゲットのギャップを低減すると、プロセスはターゲットへのＲＦ電力の分布が非対称になりやすくなることを見出している。特に、中心軸がマグネトロン回転装置によって占められるため、ＲＦ電力は、軸を外れた接続部でスパッタターゲットより高い頭上の構造体（例えば天井）に印加しなければならない。マグネトロン組立体の回転する磁石が軸を外れたＲＦ電力接続部の下を通るたびに、プラズマへのＲＦ結合が一時的に強められ、同時にプラズマの状態（例えば、ＶＨＦ電力に対して与えられるプラズマ負荷インピーダンス）を変化させる。ターゲットより高い他の軸を外れた位置に接続することができるＤ．Ｃ．電力は、これらの変化による影響を受ける。こうした変動は、磁石が回転して軸を外れたＲＦ電力接続部を通過するたびに起こる。そのような変動は、大きいウェハとターゲットのギャップ（例えば３００ｍｍ）を有する従来のリアクタでは問題にならなかったが、我々は、そのような変動がウェハに密接に結びつけられる、極めて小さいウェハ−ターゲットのギャップ（例えば、先に論じたように５ｃｍ）を用いて動作させることを求めている。
【０００９】
前述の問題の１つの徴候は、ターゲット上のＲＦ電力接続部およびＤＣ電力接続部の軸を外れた位置を反映する、ウェハ表面での不均一な堆積の方位パターンである。一例では、方位方向における最小と最大の堆積薄膜の厚さの間の偏移は２６％であった。他の徴候は、さらに高いチャンバ圧力でＶＨＦインピーダンス整合部が追従できなくなり、プロセス制御の喪失、また場合によってはＶＨＦ発生器の自動的な停止をまねく、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である。他の徴候は、汚染をまねく、ウェハ支持ペデスタルの下でのプラズマの浸透、およびウェハ支持ペデスタルの下の保護されていない構成要素の損傷である。インピーダンスの変動によって、所望の圧力より低い使用可能なチャンバ圧力の範囲が縮小される。関連する問題は、これまでに言及した我々の解決策の一態様に従ってＤＣ電力のレベルを低下させた場合、ターゲット上のＲＦ接続部の下を磁石が通過することによって引き起こされるプラズマ状態の変動（例えば、急な電圧の低下）が、ＤＣ電力供給部における自動的なアンチアーキング機能（ａｎｔｉ−ａｒｃｉｎｇ  ｆｅａｔｕｒｅ）を生じさせ、ＤＣ電力供給部を停止することである。同様の効果がＶＨＦ発生器でも起こる可能性があり、したがって、ＤＣ電力とＲＦ電力のどちらかまたは両方が、磁石の回転のたびに揺れることがある。これらの問題が、我々の方法に使用される高いチャンバ圧力（例えば１００ｍＴ）における実用的なプロセスの実施を難しくしてきた。
【００１０】
小さいウェハ−ターゲットのギャップによって生じる問題は、ターゲット上でＶＨＦ電力とＤＣ電力の両方の円対称分布を与えることによって解決される。非磁性の金属ハウジングが、磁石がその内部においてチャンバの天井より上で循環する空間を覆う。磁石の回転駆動軸は、この導電性ハウジングの天井内の中央通路を通って延びる。軸を囲む導電性中空シリンダは、導電性ハウジングの天井から上方に、磁石の回転駆動軸と同軸に延びる。ＶＨＦインピーダンス整合部（ＶＨＦ発生器の場合）は、中空シリンダの側面に結合されたその出力部を有する。ＤＣ電力供給部も、中空シリンダのカップの側面に結合される。ＤＣ接続部およびＲＦ接続部は、導電性中空シリンダの周りで約１８０°だけずらすことができる。ＶＨＦインピーダンス整合部およびＤＣ電力供給部からの電流は、中空シリンダの周りを対称に循環し、円対称の分布として下降して金属ハウジングの天井に達し、そこから、チャンバの天井およびスパッタターゲットに円対称の形で結合される。こうした電流の分布は、金属ハウジング内部の磁石の位置または回転による影響を実質的に受けない。これは、円対称のＲＦ電流およびＤＣ電流の分布が、磁石の回転によって変動しないためである。その結果、先に言及したプラズマの変動が解消される。そうした変動がないと、チャンバ圧力に対する制限が克服され、揺れまたは他の不安定な状態を伴わずに、我々が所望する高いチャンバ圧力（例えば１００ｍＴ）の使用が可能になる。さらに、ウェハ−ターゲットのギャップが大きく低減されるにもかかわらず（例えば、３００ｍｍのウェハに対して５５ｍｍ）、スパッタターゲットより上のＲＦ電力接続部またはＤＣ電力接続部の軸を外れた位置に起因する、堆積厚さの不均一性に関する方位パターンがほとんどまたは全くなくなる。１つの実用的な例では、方位方向における最小と最大の薄膜厚さの間の偏移は、（従来の非対称のＲＦ供給を用いて得られる２７％と比べると）わずか０．７％であった。さらに、磁石の回転によるプラズマの変動が解消されたため、ウェハの下のチャンバ領域へのプラズマの浸透が防止される。
【００１１】
導電性中空シリンダ、および磁石の循環空間を囲む導電性ハウジングはどちらも、ターゲットに印加されるＶＨＦ源電力の導体である。導電性ハウジングを囲む外側の導電性遮蔽体によって、ＲＦの遮蔽が行われる。遮蔽体は接地され、絶縁空間によってハウジングから隔離され、また絶縁空間は空気とすること、あるいは（別法として）プラスチックなどの絶縁材料で充たすことができる。絶縁空間が主に空気で充たされる場合には、空間に沿って周期的な間隔で小さいプラスチックのスペーサを配置することにより、隔離を維持することができる。絶縁空間に低い誘電率を有する材料（空気など）を与えることによって、寄生容量による電力損失が最小限に抑えられる。寄生容量は、遮蔽体とハウジングの間に大きい隔離距離を設けることによって、さらに最小限に抑えられる。一実施形態では、遮蔽体によってもたらされる寄生容量は約１４ピコファラッドであり、６０ＭＨｚで約．２Ωの接地に対するインピーダンスを示した。
【００１２】
アーキングまたは絶縁材料の破壊を回避するために、隔離距離は、天井に対する電圧に起因する絶縁空間を横切る電場が、絶縁材料の絶縁破壊の閾値を超えないように十分大きくする。ハウジング−遮蔽体の隔離空間が空気で充たされている場合には、隔離距離を十分大きくして、電場を３０，０００ボルト／ｃｍ（空気の破壊の閾値）に制限する。天井に対する電圧は、一例では、ＲＦ源からの約５００ボルトのＶＨＦに起因する約１１００ボルト、ＤＣ源からの約５００ボルトのＤＣ、およびウェハに印加され、天井を通して戻されるバイアス電圧からの約１００ボルトのＲＦとすることができる。この例では、隔離距離は少なくとも約０．３ｍｍであることが必要になる。
【００１３】
図１および２は、半導体ウェハなどの被加工物の上にプラズマ強化物理蒸着を実施するための、プラズマリアクタを図示している。真空チャンバ１００が、円筒形の側壁１０２、天井１０４および床１０６によって取り囲まれる。チャンバ１００内の被加工物の支持ペデスタル１０８が、チャンバ１００内のリフト組立体１１０に保持され、天井１０４に面する被加工物の支持面１０８ａを有する。支持面１０８ａの上に、半導体ウェハ１１２などの被加工物を保持することができる。スパッタターゲット１１４が天井１０４の内面に保持され、ペデスタル１０８の支持面１０８ａに面する主面１１４ａを有する。処理領域１１６が、支持面１０８ａとターゲットの主面１１４ａとの間に画定される。環状のセラミックスペーサ１１８が、スパッタターゲット１１４の側縁部１１４ｂを囲む。処理領域１１６を囲む環状の閉じ込め用スカート１２０が、軸方向にセラミックスペーサ１１８から、支持ペデスタル１０８の頂部周縁１０８ｂに延びる。間隔を置いた位置にある側壁１０２を貫通して延びるガス注入ノズル１２２が、中空のガス分配リング１２４に結合される。プロセスガス源１２６が、プロセスガスを、質量流量制御器または弁１２８を通してガス分配リング１２４に供給する。真空ポンプ１３０が、床１０６を貫通する通路１３２を通してチャンバ１００に結合される。真空制御弁１３３が、チャンバ圧力を制御する。
【００１４】
ウェハ支持ペデスタル１０８は、内部電極１３４を含むことができる。ペデスタル１０８が静電チャックを組み入れる場合には、制御可能なＤ．Ｃ．電圧源１３５をペデスタルの内部電極１３４に接続することができる。ウェハ１１２の表面におけるイオンエネルギーを制御するために、低周波のＲＦバイアス電力発生器１３６を、ＲＦインピーダンス整合部１３７を通して電極１３４に接続することができる。さらに、中周波または高周波のＲＦバイアス電力発生器１３８を、インピーダンス整合部１３９を通して電極１３４に接続することができる。
【００１５】
天井１０４の上に重なるエンクロージャ１４０が、マグネトロン組立体１４２を収容する。マグネトロン組立体１４２は、半径方向のアーム１４６に支持された磁石１４４、およびアーム１４６を支持する軸方向のスピンドル１４８を含む。半径方向のアーム１４６は、別個に関節でつながるアーム部分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、磁石１４４に天井１０４の上で軌道回転運動を行わせる。エンクロージャ１４０は、エンクロージャの側壁１５２およびエンクロージャの蓋１５４を含む。蓋は中央の円形開口部１５６を有し、その開口部１５６を通って、スピンドル１４８は、半径方向のアーム１４６とエンクロージャ１４０の外部の回転アクチュエータ１５０との間に延びる。
【００１６】
ＲＦ源電力のターゲット１１４への印加時に、（２つの起こりうる例として）供給源の電力をチャンバの天井１０４上の軸を外れた点、またはハウジングの蓋１５４上の軸を外れた点に結合することによって、プラズマの変動の問題が生じる。ＲＦ電力分布は必ず印加点に集中し、方位が不均一なＲＦ電力分布をもたらす。磁石１４４がＲＦ電力の印加点と整列した回転の地点を通過すると、プラズマに結合された電力が一時的にピークに達し、本明細書においてこれまでに論じたプロセスの変動をもたらす。
【００１７】
そうしたＲＦ電力の非対称分布を回避するために、ハウジング１４０の頂部に対称軸と同心の対称な導体を設け、ＲＦ電力およびＤＣ電力をターゲット１１４に印加する。具体的には、スピンドル１４８を囲む導電性中空シリンダ１５８が、円形開口部１５６の縁部から、エンクロージャ１４０から離れるように延びる。ＲＦ接続ロッド１６０が、中空シリンダ１５８から半径方向外側に延びる。ＲＦインピーダンス整合部１６２が、ＲＦ接続ロッド１６０の外側端部に結合される。ＲＦ電力発生器１６４が、ＲＦインピーダンス整合部１６２に結合される。ＤＣ接続ロッド１６６が、中空シリンダ１５８から半径方向外側へ、ＲＦ接続ロッド１６０と反対の方向に延びる。ＤＣ電力源１６８が、ＤＣ接続ロッド１６６の外側端部に結合される。ＤＣ接続ロッド１６６は、ＤＣ電力供給部１６８のＲＦ遮断フィルタ１６９に接続することができる。
【００１８】
中空シリンダ１５８、接続ロッド１６０、１６６、エンクロージャ１４０および天井１０４は、例えばアルミニウムなどの非磁性の導電性材料で形成される。接続ロッド１６０、１６６およびシリンダ１５８は、高導電性の電流路を提供するように銅で形成することができる。発生器１６４からのＲＦ電流は、エンクロージャ１４０の周縁部の周りの均一な分布、およびターゲット１１４への均一な印加のために、中空シリンダ１５８の周りを円の形で流れる。ＤＣ源１６８からのＤＣ電流は、エンクロージャ１４０の周縁部の周りの均一な分布、およびターゲット１１４への均一な印加のために、中空シリンダ１５８の周りを円の形で流れる。ターゲット１１４は通常、被加工物１１２の上に堆積される金属性の化学種である。
【００１９】
図３は、アルミニウムのエンクロージャ１４０の拡大図である。エンクロージャ１４０は、エンクロージャ１４０と共形の接地されたＲＦ遮蔽体１７０によって囲まれる。接地された遮蔽体１７０は、円筒形の側壁１７２、およびシリンダ１５８がそれを通って延びる円形通路１７６を有する環状の頂部１７４を含む。接地された遮蔽体はさらに、中空シリンダ１５８と同軸である円筒形の被覆体１７８を含む。接地された遮蔽体１７０は、例えばアルミニウムまたは銅などの非磁性金属で形成することができる。遮蔽体１７０およびエンクロージャ１４０は、絶縁空間１８０によって隔離される。一実施形態における空間１８０は、低誘電率を有する誘電体材料で充たされる。適切な材料の一例は、Ｇ−１０プラスチックなどのプラスチックである。図４は、空間１８０が主に空気で充たされ、いくつかの小さいスペーサ１８２によって維持される実施形態を示している。スペーサ１８２は、Ｇ−１０プラスチックなどの誘電体材料で形成することができる。空間１８０の誘電率を最小限に抑えることによって、寄生容量が最小限に抑えられる。例えばスペーサ１８２が、空間１８０の体積の極めて小さい割合を占め、空間１８０の残りが、空気など最小限の誘電率の物質で充たされるようにすることができる。空間１８０を横断するギャップ距離Ｄを大きくすることによって、寄生容量がさらに最小限に抑えられる。一実施形態において、接続ロッド１６０、１６６は、接地された遮蔽体１７０の円筒形の被覆体１７８中のそれぞれの開口部１８４を貫通することができる。開口部１８４に環状の絶縁リング１８６を挿入して、各ロッド１６０、１６６と各開口部１８４それぞれとの間に絶縁体を設けることができる。
【００２０】
空間１８０のギャップ距離Ｄは、ギャップを横切る電場が、空間１８０の誘電体材料（例えば、空気またはプラスチック）の破壊の閾値を超えないように十分大きくする。例えば、絶縁空間１８０の距離Ｄの両端に、１１００〜１２００ボルトの電圧差があってもよい。これは、ＲＦ発生器１６４がハウジング１４０に平均約５００ボルトのＲＦ電圧をかけ、ＤＣ源１６８がハウジング１４０に約５００ボルトのＤＣ電圧をかけ、かつハウジング１４０を通るＲＦバイアス電力の戻りが、さらに１００ボルトをかけ得る場合に起こることがある。この場合、空間１８０が空気（破壊の閾値が３３，０００ボルト／ｃｍ）で充たされていれば、必要なギャップ距離Ｄは最低約０．３ｍｍになる。
【００２１】
図５は、ＲＦ導体ロッド１６０およびＤＣ導体ロッド１６６から、シリンダ１５８の下方へ向かい、天井１５４を横切り、側壁１５２の下方へ向かい、天井１０４を通ってターゲット１１４に至るＲＦ電流およびＤＣ電流の軸方向の流れを示す、簡略化された図である。図６は、中空シリンダ１５８の周りのＤＣ電流の円形の流れ、およびハウジングの蓋１５４上の半径方向のＤＣ電流の流れを示す、図５に対応する１つの平面図である。図７は、中空シリンダ１５８の周りのＲＦ電流の円形の流れ、およびハウジングの蓋上の半径方向のＲＦ電流の流れを示す、図５に対応するもう１つの平面図である。中空シリンダ１５８の周りの円形の電流の流れは、電流分布の円対称の（かつ均一な）分布への変化を容易にする。これは、磁石１４４の回転によるプラズマの変動を実質的に解消する。この結果は、図８のグラフによって表される比較試験データによって確かめられる。図８のグラフの縦軸は、ＶＨＦターゲット源の電力発生器（例えば、図１の実施形態の発生器１６４）の出力部で測定されたＲＦ電圧に対応し、横軸は時間に対応する。点線の曲線は、ＲＦ電力がハウジング１４０の蓋１５４上の軸を外れた接続点に印加されるリアクタで得られたデータを表す。点線の曲線に対する最小と最大のＲＦ電圧の間の偏移は、２６％超である。実線の曲線は、最小−最大のＲＦ電圧の偏移が０．７％まで劇的に低減される、図１のリアクタの軸上のＲＦ供給で得られるデータを表す。これは、極めて安定したまたは静止状態の挙動に対応しており、以下の改善をもたらす：すなわち、（１）ＲＦ発生器およびインピーダンス整合部が、１００ｍＴ程度の所望される高い圧力領域より上に及ぶ、ずっと広い範囲のチャンバ圧力に対して安定した動作を維持する、（２）プラズマは、ウェハ支持ペデスタルの下に浸透するような周期的な刺激を受けない、（３）破壊もしくはアーキングが解消または低減される、（４）供給源の電力の電圧の変動が低減されることによって効率が高まる、（５）ＤＣ電力のアーキング保護回路の誤った警告なしに、ＤＣ電力のレベルを最小限に抑えることができる、（６）ウェハの堆積厚さの分布における方位の不均一性を生じることなく、ウェハ−ターゲットのギャップを（例えば５ｃｍまで）低減することができる。
【００２２】
ウェハ上の方位の不均一性の解消というこの最後の結果は、図９のグラフに表される比較試験データによって確かめられる。図９の縦軸は、堆積厚さの指標であるシート抵抗に対応し、横軸は、選択された半径方向の線に沿って得られるウェハ上の半径方向の位置に対応する。図９の点線の曲線は、本明細書でこれまでに述べた、従来のターゲットに対する軸を外れたＲＦ供給によって得られるデータを表す。点線の曲線によって表される方位の不均一性は、２５％の最小値と最大値の偏移に対応する。図９の実線の曲線は、最小値と最大値の方位の偏移が５％まで低減される、図１のリアクタの軸上のＲＦ供給によって得られるデータを表す。図９における点線の曲線の非対称性は明らかであり、点線の曲線は、左から右への明確な上向きの傾きを有する。実線の曲線の対称性は明らかであり、図１のリアクタによって方位の均一性が得られることを示している。
【００２３】
前述のものは本発明の実施形態を対象にしているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を考案することが可能であり、また本発明の範囲は、後述の特許請求の範囲によって定められる。
【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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【図８】
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【図９】
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