(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料をワークピースにスパッタリングする装置であって、
チャンバと、
前記ワークピースを支持する表面を有するワークピースホルダであって、前記ワークピースホルダの表面が当該表面と垂直な軸線を画定する、ワークピースホルダと、
前記ホルダに隣接するプラズマ生成領域と、
前記プラズマ生成領域内のプラズマにＲＦエネルギを結合するように構成されたコイルであって、第一の端部と、該第一の端部から離間しているが該第一の端部と近接し、該第一の端部との間にスロットを画定する第二の端部とを有する導電部材を備え、前記第一の端部と前記第二の端部とが前記ワークピースホルダの前記軸線に対して平行な方向で重なり合う、コイルと、
を備え、
前記コイルが単一ターン・コイルである装置。
【請求項２】
前記コイルの導電部材が、略円形の形状で且つ中心軸線を画定し、前記第一の端部及び前記第二の端部が、前記中心軸線に平行な方向で重複する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第一及び前記第二の端部が面取りされている、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突出部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項１記載の装置。
【請求項５】
材料をワークピースにスパッタリングする装置であって、
チャンバと、
前記ワークピースを支持する表面を有するホルダと、
前記ホルダに隣接するプラズマ生成領域と、
前記プラズマ生成領域内のプラズマにＲＦエネルギを結合するように構成されたコイルであって、第一の端部と、該第一の端部から離間しているが該第一の端部と近接し、該第一の端部との間にスロットを画定する第二の端部とを有する導電部材を備え、前記コイルが半径を画定し、前記第一の端部及び前記第二の端部が半径方向で重なり合う、コイルとを備え、
前記コイルが単一ターン・コイルである装置。
【請求項６】
前記コイルの導電部材が略円形の形状で、中心軸線と、略一定の長さで前記中央軸線に対して垂直な半径とを画定し、前記第一の端部と前記第二の端部とが前記中心軸線に垂直な半径方向で重なり合う、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記第一及び前記第二の端部が面取りされている、請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突出部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項５記載の装置。
【請求項９】
前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突出部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記第一の端部が少なくとも一つの突出部と少なくとも一つの凹部とを有し、前記第二の端部が少なくとも一つの突出部と少なくとも一つの凹部とを有し、前記第一の端部の前記突出部が前記第二の端部の前記凹部に収容され、前記第二の端部の前記突出部が前記第一の端部の前記凹部に収容される、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記第一及び第二の端部が面取りされている、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
スパッタされた堆積材料のソースが提供されるように前記チャンバ内に位置決めされるスパッタ・ターゲットを更に備え、前記コイルの導電部材が前記ターゲットと同じ種類の材料から形成されると共に、前記ワークピース上に前記コイル材料がスパッタされるように配置され、前記コイル材料及び前記ターゲット材料の両方が前記ワークピース上に堆積され層を形成する、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記コイルが前記プラズマ生成領域及び前記ワークピースホルダを取り囲む、請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記コイルが前記ワークピースホルダに対して軸線方向に変移している、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
材料をワークピース上にスパッタリングする装置であって、
チャンバと、
前記材料が前記ワークピース上にスパッタリングされるように前記チャンバ内に配置されるターゲットと、
前記ワークピース用のホルダと、
前記ターゲット及び前記ホルダの間の略円柱形のプラズマ生成領域と、
前記プラズマ生成領域を取り囲み、前記プラズマ生成領域内のプラズマにＲＦエネルギを誘導結合するように構成された単一ターンの円形コイルであって、第一の端部と該第一の端部と離間して重なり合う第二の端部とを有し、前記第一の端部が、突出部を有し、前記第二の端部が、前記突出部が離間した状態で収容されるような凹部を画定する、コイルと、
を備える装置。
【請求項１６】
半導体デバイスの処理方法であって、
コイルから、該コイルにより励起されたプラズマを含むプラズマ生成領域内に高周波エネルギを放射するステップであって、前記コイルが、互いに離間しているが近接して重なり合い、その間にスロットを画定する第一の端部及び第二の端部を備え、前記コイルの第一の端部と第二の端部とが、半導体デバイスホルダの表面に対して垂直な半導体デバイスホルダの軸に対して平行な方向で重なり合う、ステップと、
前記半導体デバイス上に材料の層が形成されるように前記コイルの導電部材から前記半導体デバイス上に材料をスパッタリングするステップと、
を備え、
前記コイルが単一ターン・コイルである方法。
【請求項１７】
前記コイルの導電部材が、略円形の形状を有して中心軸線を画定し、前記第一の端部及び前記第二の端部が、前記中心軸線に平行な方向で重なり合う、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記第一及び前記第二の端部が面取りされている、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突出部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
半導体デバイスの処理方法であって、
コイルから、該コイルにより励起されたプラズマを含むプラズマ生成領域内に高周波エネルギを放射するステップであって、前記コイルが、互いに離間しているが近接して重なり合い、その間にスロットを画定する第一の端部及び第二の端部を有し、前記コイルが半径を画定し、前記第一の端部と前記第二の端部とが半径方向で重なり合う、ステップと、
前記半導体デバイス上に前記材料の層が形成されるように前記コイルの導電部材から前記半導体デバイス上に材料をスパッタリングするステップと、
を備え、
前記コイルが単一ターン・コイルである方法。
【請求項２１】
前記コイルの導電部材が略円形の形状で、中心軸線と、略一定の長さで前記中央軸線に対して垂直な半径とを画定し、前記第一の端部と前記第二の端部とが前記中心軸線に垂直な半径方向で重なり合う、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記第一及び前記第二の端部が面取りされている、請求項２０記載の方
法。
【請求項２３】
前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突出部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
前記第一の端部が突出部を有し、前記第二の端部が前記突出部を離間して収容するように凹部を画定する、請求項１６記載の方法。
【請求項２５】
前記第一の端部が少なくとも一つの突出部と少なくとも一つの凹部とを有し、前記第二の端部が少なくとも一つの突出部と少なくとも一つの凹部とを有し、前記第一の端部の前記突出部が前記第二の端部の前記凹部に収容され、前記第二の端部の前記突出部が前記第一の端部の前記凹部に収容される、請求項１６記載の方法。
【請求項２６】
前記第一及び第二の端部が面取りされている、請求項１６記載の方法。
【請求項２７】
スパッタされた堆積材料のソースが提供されるように前記チャンバ内に位置決めされるスパッタ・ターゲットを更に備え、前記コイルの導電部材が前記ターゲットと同じ種類の材料から形成されると共に、前記半導体デバイス上に前記コイル材料がスパッタされるように配置され、前記コイル材料及び前記ターゲット材料の両方が前記半導体デバイス上に堆積される層を形成する、請求項１６記載の方法。
【請求項２８】
前記コイルが前記プラズマ生成領域及び前記半導体デバイスホルダを取り囲む、請求項１６記載の方法。
【請求項２９】
前記コイルが前記半導体デバイスホルダに対して軸線方向に変移している、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
ワークピース上に堆積材料を堆積させる方法であって、
単一ターン・コイルからのエネルギを、プラズマ生成領域に結合することにより、プラズマを生成して前記材料をイオン化するステップであって、前記コイルが、離間して重なり合う第一の端部及び第二の端部を有することでプラズマ生成領域の周囲全体を囲み、前記第一の端部が、突出部を有し、前記第二の端部が、前記突出部が離間した状態で収容されるような凹部を画定する、ステップと、
前記材料を前記コイルから前記ワークピース上にスパッタリングして前記ワークピース上に前記材料の層を形成するステップと、
を備える方法。
【請求項３１】
前記第二の端部が前記第一の端部から４〜８ｍｍだけ離間している、請求項１、５、１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
前記第二の端部が前記第一の端部から６ｍｍだけ離間している、請求項３１記載の装置。
【請求項３３】
前記第二の端部が前記第一の端部から４〜８ｍｍだけ離間している、請求項１６、２０、３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記第二の端部が前記第一の端部から６ｍｍだけ離間している、請求項３３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ発生器に関し、特に、半導体デバイスの製造において、材料層をスパッタ堆積させるプラズマを生成する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマは、表面処理、堆積、エッチング処理を含む多様な半導体デバイス製造プロセスにおいて利用される、エネルギーを持つイオン及び活性原子の都合の良いソースとなっている。例えば、スパッタ堆積処理を使用して半導体ウェーハ上に材料を堆積させるためには、負のバイアスを加えたスパッタ・ターゲット材料の周辺でプラズマを発生させる。プラズマ内で発生したイオンは、ターゲットの表面に衝突し、ターゲットから材料をはじき出す、つまり、「スパッタ」する。その後、スパッタされた材料は、半導体ウェーハの表面に運ばれ、堆積する。
【０００３】
スパッタされた材料は、基板の表面に対して傾斜した角度で、ターゲットから堆積する基板へ、直線の経路を通って移動する傾向にある。その結果、幅対深さのアスペクト比が高いトレンチ又はホールを有する半導体デバイスのエッチングされたトレンチ及びホール内に堆積する材料は、オーバハングを形成する可能性があり、これは間隙を埋め、堆積層に望ましくないキャビティが発生させる恐れがある。こうしたオーバハングを防ぐために、スパッタされた材料がプラズマにより十分にイオン化されている場合、基板に負の電圧を加え、基板付近に適切な垂直方向の電場を配置することで、スパッタされた材料の方向を、ターゲット及び基板の間で、ほぼ垂直な経路に向け直すことができる。しかし、低密度のプラズマによりスパッタされた材料は、通常はオーバハングの形成を回避するには不十分な１％未満のイオン化度を有する場合が多い。したがって、堆積層における不要なオーバハング形成を減らすために、プラズマの密度を増やし、スパッタされた材料のイオン化率を高めるのが望ましい。ここで使用したように、「密度の高いプラズマ」という用語は、電子及びイオンの高い密度を有するものを指すことを意図している。
【０００４】
高周波フィールドでプラズマを励起する手法がいくつか知られており、容量結合、誘導結合、及びウェーブ・ヒーティングがこれに含まれる。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生器では、コイルを通過する高周波電流が電磁場を誘導し、高密度プラズマを生成する。この電流はオーミック・ヒーティングにより伝導性のプラズマを加熱し、安定した状態を維持する。例えば、米国特許第４，３６２,６３２号が示すように、コイルを通る電流は、インピーダンス・マッチング・ユニットを通じてコイルと結合する高周波電源が供給し、コイルが変圧器の最初の巻線の役割を果たすようにする。プラズマは変圧器の単一ターンの第二の巻線の役割を果たす。
【０００５】
多くの高密度プラズマの応用においては、チャンバを比較的高圧で動作させ、プラズマ・イオン又はプラズマ先駆体ガス原子と堆積材料原子との衝突の頻度を増やし、スパッタされた材料が高密度プラズマ・ゾーンに存在する時間を増やすのが好ましい。その結果、堆積材料原子がイオン化される確率が高まり、全体的なイオン化率が増加する。しかし、堆積原子の散乱も同じように増加する。この堆積原子の散乱により、基板上の堆積層がターゲットの中心に近い基板の部分では厚くなり、離れた区域では薄くなる場合が多い。
【０００６】
堆積の均一性を改善するために、高周波エネルギをプラズマに結合させるのに使用するコイルは、コイルからワークピース上に材料をスパッタし、ターゲットからワークピース上にスパッタされる材料を補うように改造されており、これは本願の譲受人に譲渡され出典を明記することによりその開示内容全体を本願明細書の一部とした、発明の名称を「プラズマ生成及びスパッタリング用コイル」とする１９９６年７月１０日出願のジェイム・ナルマン他による同時係属出願第０８／６８０，３３５号（弁理士整理番号１３９０−ＣＩＰ／ＰＶＤ／ＤＶ）において詳細に説明されている。その中で論じられているように、コイルは基板付近に配置し、コイルからスパッタされる材料をワークピース周辺に主に堆積させる。コイルの端部は高周波電源に結合し、別の端部は、通常は、コイル上でＤＣバイアスを作り出し、コイルのスパッタリングを促進するために阻止コンデンサを経由して装置のアースに結合する。コイルが単一ターン・コイルである場合、通常、コイルの両端は互いに近接するがギャップ（通常は１／４インチ（４〜８ｍｍ）程度）を空けた配置とし、高周波電源と阻止コンデンサとがショートしコイルをバイパスするのを防ぐ。
【０００７】
コイルからワークピース上への材料のスパッタリングは堆積の均一性を改善できるが、本出願者は、依然として堆積の不均一が発生するのを指摘している。したがって、堆積の均一性の更なる改善が望まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記の制限を実際的な用途において回避した、チャンバ内でのプラズマの生成及び層のスパッタ堆積用の改善された方法及び装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記及びその他の目的及び利点は、本発明の態様の一つに従って、電磁エネルギを誘導結合し、間隔を置いて重複する両端を有するコイルから材料をスパッタするプラズマ発生装置により達成される。本出願人は、従来の単一ターン・コイルで一般的な両端の間のギャップが、コイルからスパッタされる材料の堆積速度について、コイルのギャップに最も近い基板の部分と基板のその他の部分との比較において不連続性を生み出す可能性があることを確認している。コイルの両端を近接しているが間隔のある関係で重複させることにより、コイルは、コイルの周辺、更には両端近辺においても、堆積材料のより均一なソースを提供できると考えられる。更に、こうしたコイルはコイル両端近辺のプラズマの均一性も改善できると考えられる。
【００１０】
いくつかの図示された実施形態において、コイルの両端は、基板ホルダ及びホルダ上で支持される基盤の軸線と全体的に平行な方向で重複している。別の図示された実施形態においては、コイルの両端は放射状に重複している。以下で説明するそれぞれの実施形態において、こうしたコイル両端の重複が、基板上に堆積する層の品質を改善できると考えられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
最初に図１及び２について、本発明の第一の実施形態に従ったプラズマ発生器は、真空チャンバ１０２（図２で図式的に表示）に収納された、ほぼ柱状のプラズマ・チャンバ１００を備える。本実施形態のプラズマ・チャンバ１００は単一ターン・コイル１０４を有し、これは、以下で詳細に説明するように、堆積の均一性の改善を可能にする重複した端部を有する。コイル１０４は、真空チャンバ１０２の内壁（表示なし）をプラズマ・チャンバ１００の内部に堆積する材料から保護するシールド１０５により、内部で保持されている。
【００１２】
高周波電源１０６からの高周波（ＲＦ）エネルギは、コイル１０４から堆積装置１００の内部に放射され、堆積装置１００内のプラズマを励起し、チャンバ１０２の最上部に配置されたターゲット１１０からスパッタされた材料をイオン化する。ターゲット１１０には、スパッタリングしたイオンを誘引するために、ＤＣ電源１１１により負のバイアスが加えられる。ターゲット１１０に衝突したイオンは、ターゲットから、堆積装置１００の底部にあるペデスタル１１４により支持されるウェーハ又はその他のワークピースとすることが可能な基板１１２に向けて、材料をはじき出す。ターゲット１１０の上に設けられた回転磁石アセンブリ１１６は、ターゲット全面に広がる磁場を生成し、ターゲットの均一な浸食を促進する。
【００１３】
上で述べたように、ターゲット１１０からはじき出された材料の原子は、次に、プラズマと誘導結合するコイル１０４により励起されているプラズマによりイオン化される。高周波電源１０６は、好ましくは、増幅器及びインピーダンス・マッチング・ネットワーク１１８を経由してコイル１０４の端部１１７と結合する。コイル１０４の別の端部１１９は、好ましくは、可変コンデンサにすることが可能なコンデンサ１２０を経由して、アースに結合する。イオン化した堆積材料は基板１１２に誘引され、そこで堆積層を形成する。基板１１２に外側からバイアスを加えるために、ペデスタル１１４にはＡＣ（又はＤＣ又は高周波）電源１２１により、負のバイアスを加えることができる。
【００１４】
同時係属出願第０８／６８０，３３５号において詳細に説明されているように、材料は、コイル１０４から基板に対してもスパッタされ、ターゲット１１０からワークピースにスパッタされる材料を補う。その結果、基板１１２上に堆積する層は、コイル１０４及びターゲット１１０の両方からの材料で形成され、結果として生じる層の均一性を大幅に改善できる。ターゲット１１０からスパッタされる材料は、端に比べ、ワークピースの中心部において厚く堆積する傾向にある。しかし、コイル１０４からスパッタされた材料は、ワークピースの中心部に比べ、ワークピースの端において厚く堆積する傾向にある。その結果、コイル及びターゲットから堆積した材料は、組み合わさり、ワークピースの中心部から端までの厚さの均一性が改善された層を形成できる。
【００１５】
一般に、プラズマの生成およびスパッタリング用のコイルは、コイルのショートを防止するために、コイルの両端が接触しない設計になっている。図８は、２つの端部８０２及び８０４が、それぞれ高周波電源及びアースに結合する従来の単一ターン・コイル８００を示している。２つの端部８０２及び８０４は、両端のショートを防ぐスロット８０６により間隔がとってある。しかし、本出願者は、スロット８０６が基板上の材料の堆積の不均一を生み出す可能性があることを確認している。本発明は、こうしたスロットにより発生する不均一性の減少又は排除に向けられている。
【００１６】
コイル１０４は、支持するシールド１０５からコイルを電気的に絶縁する複数のコイル・スタンドオフ１２２（図１）により、シールド上に保持されている。本願の譲受人に譲渡され、発明の名称を「プラズマ生成用凹型コイル」とした１９９７年５月８日出願の同時係属出願第０８／８５３，０２４号（弁理士整理番号１１８６−Ｐ１／ＰＶＤ／ＤＶ）において詳細に説明されているように、絶縁コイル・スタンドオフ１２２は内部迷路構造を有し、これはターゲット１１０からの導電材料のコイル・スタンドオフ１２２上での反復した堆積を可能にする一方で、（通常はアースにおける）コイル１０４とシールド１０５とのショートを引き起こす恐れのあるコイル１０４からシールド１０５への堆積材料の完全な導電経路の形成を防止する。
【００１７】
高周波電力は、絶縁フィードスルー・スタンドオフ１２４により支持されたフィードスルー２００により、コイル１０４に加えられる。フィードスルー・スタンドオフ１２４は、コイル支持スタンドオフ１２２と同じように、コイル１０４とシールド１０５とのショートを引き起こす恐れのある導電経路を形成せずに、ターゲットからの導電材料のフィードスルー・スタンドオフ１２４上での反復した堆積を可能にする。そのため、コイル・フィードスルー・スタンドオフ１２４は、コイル１０４とシールドの壁１４０とのショートの形成を防止するコイル・スタンドオフ１２２に幾分類似する内部迷路構造を有する。
【００１８】
図示した実施形態のコイル１０４は、１／２インチ×１／８インチ（１．２７ｃｍ×０．３２ｃｍ）の高耐久性のビードブラストされた均質な高純度（好ましくは純度９９．９９５％）チタン・リボンを直径１０〜１２インチ（２５．４ｃｍ〜３０．４８ｃｍ）の単一ターン・コイルにしたもので作られている。しかし、スパッタされる材料及びその他の要素に応じて、他の高導電材料及び形状を利用してもよい。例えば、リボンは、１／１６インチ（０．１６ｃｍ）程度の厚さ及び２インチ（５．０８ｃｍ）を超える高さにしてもよい。さらに、スパッタされる材料がアルミニウムの場合、ターゲット及びコイルを高純度のアルミニウムで作ってもよい。図示したリボン形状に加え、特に水冷が望ましい場合などは、中空の管を利用できる。
【００１９】
図３及び４で最も明確に確認できるように、本発明の態様の一つに従って、コイル１０４の２つの端部１１７及び１１９は、「軸線方向で重複」して、基板の周囲全体を取り囲んでいる。図示した実施形態のコイル１０４は、全体として円形で、好ましくは基板及び基板ホルダの中心軸線１３１と一致する中心軸線１３０（図２）を定めている。「軸線方向で重複」という用語は、基板を保持する基板ホルダの表面に直角な軸線を有する基板ホルダの軸線に対して全体として平行な方向において、コイルの両端が重複していることを意味する。基板ホルダの軸線は、コイルから基板上に堆積する堆積材料の移動に関して、「垂直」方向を定める。図示した実施形態において、このコイルの重複の「軸線」方向は、ターゲット１１０及び基板１１２間のチャンバの軸線の全体的な方向とも同じである。したがって、図示した実施形態において、コイルから基板への方向及びターゲットから基板への方向はどちらも、（重力に対して）上及び下方向という意味において、「垂直」である。しかし、チャンバが別の方向を向き、コイル及び基板の間の方向も（重力に対して）上又は下方向以外になる可能性もある。また、コイルの中心軸線が基板と一致しない場合、又はコイルが円形ではなく、対称な中心軸線がない場合もあり得る。しかし、ここで使用されているように、実際のコイルから基板への方向に関係なく、コイルの両端が基板ホルダの軸線と全体的に平行な方向において重複しているとき、コイルの両端は「軸線方向で重複」していると考えられる。
【００２０】
前に述べたとおり、２つの端部１１７及び１１９はそれぞれ高周波電源及び装置のアースと結合している。したがって、スロット６００は２つの端部１１７及び１１９の間隔を離し、高周波電源１０６と装置のアースとのショートを防ぐ。コイル１０４は重複した端部を有しているため、コイルは基板の周囲全体を囲んでいる。言い換えれば、チャンバのプラズマ発生領域の基板を含む任意の軸方向の断面図は、たとえスリットの近辺であっても、コイルの一部を含む。そのため、コイルの一部は、基板のあらゆる半径方向で、基板と並ぶ。その結果、コイルのスロットと並ぶ基板の部分に関して、堆積の均一性が改善されると考えられる。これに比べて、図８に示す従来のコイルのスロット８０６内にある線８２０に沿った軸線方向の断面図には、コイル８００の両端が重複していないため、従来のコイルの一部が含まれない。したがって、図３及び４のコイル１０４のスロットに比べ、スロット８０６周辺のスパッタリング速度は、不均一の度合いが高くなる可能性がある。
【００２１】
コイル周囲のスパッタリング速度の均一性は、コイルの高周波電圧の分布をシフトさせることでさらに改善できる。１９９７年５月１６日に出願され発明の名称を「コイルのスパッタ分布を制御する可変インピーダンスの使用」とした同時係属出願第０８／８５７，９２１号（弁理士整理番号１７３７／ＰＶＤ／ＤＶ）、及び１９９７年８月７日に出願され発明の名称を「コイル電圧の分布を制御する可変高周波電源の使用」とした同時係属出願第８／９０８，３４１号（弁理士整理番号１８７３／ＰＶＤ／ＤＶ）に説明されているように、こうしたシフトは、コイルと結合するインピーダンスの変更及びコイルと結合する高周波電源の出力又は周波数の変更を含め、様々な手法で達成することができる。
【００２２】
また、図３及び４のコイル１０４は、プラズマ生成領域のプラズマ密度の均一性を改善することもできる。例えば、コイル１０４は、プラズマ生成領域を完全に囲んでいるため、コイルで誘導されるＤＣバイアスはプラズマ生成領域の周辺で、より均一に分布する。その結果、コイルのＤＣバイアスにより影響を受けるプラズマ密度も、同じくより均一に分布する。その結果、プラズマを通過する堆積材料は、より均一にイオン化され、コイルのギャップに近い基板のアスペクト比が高いバイア、トレンチ、その他のアパーチャにおいて、より均一な底面カバレージが提供される。これに比べて、端部の重複がない従来のコイルでは、これに付随して、コイルのＤＣバイアスが生成するＤＣフィールドの不連続性を有するため、これに対応して、ギャップ近辺のプラズマ密度は不均一になる。
【００２３】
図４は、２つの端部１１７及び１１９の間のスロット６００近辺における、コイル１０４の部分正面図である。コイル端部１１７はフィードスルー２００ａにより高周波電源１０６と結合し、コイル端部１１９はフィードスルー２００ｂにより阻止コンデンサ１２０と結合している。前記の１９９７年５月８日に提出され発明の名称を「プラズマ生成用凹型コイル」とした同時係属出願第０８／８５３，０２４号（弁理士整理番号１１８６−Ｐ１／ＰＶＤ／ＤＶ）において詳細に説明されているとおり、フィードスルーは、シールド１０５を通して、コイル１０４に高周波電力を伝える。また、フィールドスルーはシールド１０５上でコイルを支持するが、コイルをシールドから絶縁する。
【００２４】
端部１１７は、間隔のあいた突出部６０２及び６０４を有し、突出部６０２及び６０４の間に形成された凹部中央６１０を定めている。端部１１９は中央突出部６２６を有し、これは凹部ショルダ６２８の上、凹部ショルダ６３０の下に位置している。
【００２５】
コイルの２つの端部１１７及び１１９は、間隔をあけて、互いにかみ合わせた形で重複している。具体的には、端部１１９の突出部６２６が、端部１１７の切込み凹部領域６１０に収容されている。しかし、端部６００の境界表面６３４のすべての部分は、端部１１９のショルダ６２８及び６３０及び中央部６２６から離れ、スロット６００を形成しているため、高周波電源１０６と装置のアースとのショートを防止できる。
【００２６】
スロット６００は二つの端部１１７及び１１９を隔てているが、端部１１９の突出部６２６は端部１１７の突出部６０２及び６０４と軸線方向で重複しているため、コイル１０４は事実上、基板及びプラズマ生成領域の周囲全体を、カバレージのギャップ又は中断なしに囲んでいる。言い換えれば、プラズマ生成領域の周囲全体において、コイル１０４の軸線方向のすべての断面には、コイル１０４の一部が含まれる。コイル１０４の軸線方向の断面において、コイル１０４の一部が含まれないものはない。
【００２７】
コイル１０４の内部垂直面６４０は、ファントム画法で示したウィンドウ領域６４２により表されるような、コイルの軸線方向の幅全体に広がる複数の垂直領域に小区分することができる。ウィンドウ６４２が、コイル１０４のコイルの凹部６１０から離れた架空の線６４４を中心とする場合、ウィンドウ６４２により囲まれた領域は、ウィンドウ６４２の範囲全体でコイル表面６４０と重複する。その結果、コイル１０４は、架空の線６４４の近辺で、最大量のコイル材料をスパッタし、最大量の高周波エネルギを結合させることができる。しかし、ウィンドウ６４２が、凹部６１０と交差する架空の線６４８を中心とする場合、ウィンドウ６４２内の領域の一部はコイル材料が存在しないスロット６００の一部を取り囲むため、ウィンドウ６４２により囲まれる領域のすべてがコイル表面にはならない。その結果、ウィンドウ６４２の領域のうち、コイル表面と一致する部分が１００パーセント未満（７５パーセントなど）となり、線６４８付近のスパッタリング速度は線６４４付近よりも少なくなる。スパッタリング速度は、間隔のあいたショルダ６３０と６３４の間にある架空の線６５０を中心とするウィンドウではさらに少なくなるが（最大値の２５パーセントなど）、コイル１０４の一部が含まれないウィンドウはないため、プラズマ生成領域の周囲全体のどの部分においても、垂直ウィンドウ領域６４２のスパッタリング速度がゼロになることはない。しかし、これに比べて、ウィンドウ６４２が、図８に示す従来のコイルのギャップ８０６内の中心に位置する架空の線８２０を中心とする場合、ギャップ４１０内にはコイル材料がまったく存在しないため、こうしたウィンドウのスパッタリング速度はゼロになる。
【００２８】
コイルの両端間のギャップは、電位が大きく異なる端部間でアークが生じるのを防ぐために、十分に大きくすべきである。また、このギャップは、スパッタされた堆積材料が両端をブリッジして、両端を電気的にショートさせるのを防ぐために、十分に大きくするべきである。一方、ギャップが小さければ、コイルのギャップ付近の部分でのスパッタリング速度の不連続性も小さくなる。図示した実施形態において、スロット６００のギャップは約４〜８ｍｍであり、好ましくは約６ｍｍである。しかし、これまでに説明した特定の応用に応じて、ギャップの大きさを選択できると考えられる。
【００２９】
図５は、本発明の第二の実施形態に従ったコイル１０４ａの部分正面図である。コイル１０４ａは、二つの端部６６０及び６７０の形状が異なる点を除き、図４のコイル１０４と同じである。コイル１０４のように、二つの端部のほぼ中央に凹部と突出部を有する代わりに、コイル１０４は、２つの端部６６０及び６７０に、相補的に切込み凹部領域６７２及び６７６を有する。端部６６０は、切込み凹部領域６７２の下に突出部６７８を有する。反対に、端部６７０は、切込み凹部領域６７６の上に突出部６７６を有する。端部６７０の突出部６８０は、端部６６０の切込み凹部領域６７２に収容されており、端部６６０の突出部６７８は、端部６７０の切込み凹部領域６７６に収容されている。しかし、端部６６０の境界表面６８２のすべての部分は、端部６７０の境界表面６８４のすべての部分から離れ、表面６８２及び６８４の間にスリット６９０を形成しており、高周波電源１０６と装置のアースとの間のショートは防止されている。
【００３０】
コイル１０４と同じく、コイル１０４ａは、端部６６０の突出部６７８及び端部６７０の突出部６８０が互いに軸線方向で重複しているため、カバレージのギャップ又は中断なしに、基板の周囲全体に伸びている。
【００３１】
図６は、本発明の第三の実施形態に従ったコイル１０４ｂの部分正面図である。コイル１０４ｂは、コイル１０４ｂの二つの端部７００及び７０２が軸線方向で重複している点において図５のコイル１０４ａと同じであり、コイル１０４ｂはカバレージのギャップ又は中断なしに、プラズマ生成領域の周囲全体に伸びている。しかし、コイル１０４ｂは、コイル１０４ａの二つの端部とは異なる形状の二つの端部７００及び７０２を有し、コイル１０４ａのスリット６８０とは幾分異なる形状のスリット７０５が形成されている。コイル１０４ｂの二つの端部７００及び７２０は、斜めに切り取られ、ほぼ三角形の形状を有しているが、コイル１０４及び１０４ａは、全体として長方形の形状を有する突出部及び切込み凹部領域が付いた端部を有している。
【００３２】
スリット７２２は、斜めに傾斜したスロープの形状を有し、表面７０２及び７２１の間に形成されている。スリット７２２は二つの端部７００及び７２０の間に間隔を作っているが、前に述べたように、二つの端部７００及び７２０は軸線方向で重複しており、コイル１０４ｂはカバレージのギャップ又は中断なしに、基板の周囲全体に伸びている。コイル１０４及び１０４ａと同じく、コイル１０４ｂは、プラズマ生成領域の周囲全体において、コイル１０４ｂのすべての放射状の断面がコイル１０４ｂの一部を含むため、プラズマ生成領域の周囲全体においてコイル材料をスパッタし、エネルギを結合することができる。
【００３３】
図７は、本発明の第四の実施形態に従ったコイル１０４ｃを示している。コイル１０４ｃは、図４乃至６のコイル１０４、１０４ａ及び１０４ｂとは異なり、これまでのコイル１０４、１０４ａ及び１０４ｂのように軸線方向で重複するのではなく、コイル１０４ｃの二つの端部７５０及び７６０は互いに半径方向で重複している。言い換えれば、端部７６０は、軸線方向で端部７５０の上方又は下方に位置するのではなく、端部７５０の「裏側」（つまり、端部７５０及びシールド１０５の間）に位置している。コイル１０４ｃの二つの端部は、軸線方向ではなく半径方向で重複しているが、コイル１０４はカバレージのギャップ又は中断なしに、プラズマ生成領域の周囲全体に伸びており、これまでのコイル１０４、１０４ａ及び１０４ｂと同じく、プラズマ生成領域の周囲全体において、コイル１０４ｃのすべての放射状の断面がコイル１０４ｃの一部を含む。
【００３４】
軸線方向で傾斜したスリット７７０は二つの端部７５０及び７７０の間に間隔を作っており、高周波電源と装置のアースとのショートが防止できる。コイル１０４ｃの二つの端部は軸線方向ではなく半径方向で重複しているが、コイル１０４ｃは、プラズマ生成領域の周囲全体において、コイル１０４ｃのすべての放射状の断面がコイル１０４ｃの一部を含むため、このプラズマ生成領域の周囲全体においてコイル材料をスパッタし、エネルギを結合することができる。
【００３５】
図１において最も明確に確認できるように、プラズマ・チャンバ１００は、上部に負のバイアスが加わるターゲット１１０に関する接地板を提供するダーク・スペース・シールド・リング１３２を有する。加えて、前記の同時係属出願第０８／６４７，１８２号において詳細に説明されているように、シールド・リング１３２は、ターゲットの外側の縁をプラズマから守り、ターゲットの外側の縁のスパッタリングを減らす。
【００３６】
図示した実施形態において、ダーク・スペース・シールド１３２は、チタン（チャンバ内でチタンの堆積が発生する場合）又はステンレス鋼の閉じた連続的なリングで、全体として逆さまにした截頭円錐の形状を有している。ダーク・スペース・シールドは、プラズマ・チャンバ１００の中心に向かって、内側に伸びており、約６ｍｍ（１／４インチ）離れて、コイル１０４と重複している。当然ながら、重複する量は、相対的なサイズ及び配置その他の要素により可変であることが確認されている。例えば、スパッタされる材料からコイル１０４を守る度合いを増やすために、重複を増やすことができるが、重複は更にプラズマからターゲットを守ることも可能であり、これは一部の応用では望ましくない。別の実施形態においては、コイル１０４は、凹型コイル・コイル・チャンバ（表示なし）内に配置し、更にコイルを保護し、ワークピース上での粒子の堆積を減らすことができる。
【００３７】
プラズマ・チャンバ１００は、真空チャンバを固定するアダプタリング・アセンブリ１５２により支持される。チャンバ・シールド１０５はアダプタリング・アセンブリ１５２を通じて装置アースに接地される。ダーク・スペース・シールド１３２は、チャンバ・シールドと同じく、アダプタリング・アセンブリ１５２を通じて接地される。
【００３８】
ターゲット１１０は、全体としてディスク形状で、アダプタリング・アセンブリ１５２により支持される。しかし、ターゲット１１０には負のバイアスが加わっているため、アース電位のアダプタリング・アセンブリ１５２から絶縁すべきである。したがって、ターゲット１１０の下側に形成される円形のチャネルにセラミック絶縁リングアセンブリ１７２が設置され、更にこれは、ターゲット１５２の上側の対応するチャネル１７４にも設置されることになる。セラミックを含む様々な絶縁材料で作ることが可能な絶縁リングアセンブリ１７２は、ターゲット１１０に適切な負のバイアスを加えられるように、ターゲット１１０とアダプタリング・アセンブリ１５２との間に間隔を作る。ターゲット、アダプタ及びセラミック・リング・アセンブリは、Ｏリング・シーリング面（表示なし）を備え、真空チャンバからターゲット１１０にかけての真空を維持するアセンブリを提供する。
【００３９】
同時係属出願第０８／６８０，３３５号において詳細に説明されているように、ターゲット１１０で発生するスパッタリングと比較したコイル１０４で発生するスパッタリングの量は、ターゲット１１０に加えたＤＣ電力に対するコイル１０４に加えたＲＦ電力の関数であると考えられる。更に、コイルとターゲットの間のスパッタリングの相対的な量は、ターゲット１１０に対するコイル１０４のＤＣバイアスの関数であると考えられる。
【００４０】
また、本発明は、一つ以上の高周波電力コイルを有するプラズマ・チャンバにも適用できることが認められる。例えば、本発明は、本願の譲受人に譲渡され出典を明記することによりその開示内容全体を本願明細書の一部とした１９９５年１１月１５日出願の同時係属出願第０８／５５９，３４５号の「プラズマ内でヘリコン波を発生させる方法及び装置」において詳細に説明されているタイプのヘリコン波を発生させる複数コイル・チャンバに応用することができる。
【００４１】
適切な高周波電源及びマッチング回路は当業者に広く知られているコンポーネントである。例えば、マッチング回路との最適な周波数の一致を探す「周波数ハント」の機能を有するＥＮＩ  Ｇｅｎｅｓｉｓなどの高周波電源が最適である。コイルに対する高周波電力を発電する電源の周波数は、好ましくは２ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚだが、この範囲は例えば１ＭＨＺから１５ＭＨｚまで変更できると予想される。
【００４２】
これまでに図示した実施形態において、チャンバ・シールド１０５は４００ｍｍ（１６インチ）の直径を有するが、満足できる結果は、１５０〜６３５ｍｍ（６インチ〜２５インチ）の範囲の直径で得られると予想される。チャンバ・シールド１０５は、セラミック又は石英などの絶縁材料を含む様々な材料で製造できる。しかし、チャンバ・シールド１０５及びターゲット材料でコートされると思われるすべての金属表面は、スパッタされるターゲット材料と同じ材料でできていない場合は、好ましくはステンレス鋼又は銅などの材料で作る。コートされる構造体の材料は、チャンバ・シールド１０５その他の構造体から基板１１２上へスパッタされる材料の剥離を減らすために、スパッタされる材料と厳密に一致する熱膨張係数を有するべきである。加えて、コートされる材料は、スパッタされる材料に対する十分な粘着性を有するべきである。したがって、例えば、堆積材料がチタンの場合、コートされると思われるチャンバ・シールド１０５、スタンドオフ１２２及び１２４その他の構造体に好適な金属はビードブラストされたチタンである。コイルのエンド・キャップ及びフィードスルー・スタンドオフ１２２及び１２４のように、スパッタされる確率の高い任意の面は、好ましくは、例えば高純度のビードブラストされたチタン等、ターゲット１１０と同じタイプの材料で作る。当然ながら、堆積する材料がチタン以外の材料である場合、好適な金属は、例えばステンレス鋼などの堆積材料である。粘着性は、ターゲット１１０のスパッタリングの前に構造体をモリブデンでコートすることで向上する。しかし、モリブデンはコイル１０４からスパッタされた場合に基板を汚染する恐れがあるため、コイル１０４（その他スパッタされると思われる任意の面）は、モリブデンその他の材料でコートしないのが好ましい。
【００４３】
基板１１２とターゲット１１０の間隔は、約１２０〜１５０ｍｍの範囲で、好ましくは約１４０ｍｍ（約５．５インチ）だが、約３８〜２００ｍｍ（１．５〜８インチ）の範囲にすることができる。このウェーハからターゲットの間隔においては、ターゲットから約５０ｍｍ（１．９インチ）の距離にある直径２９０ｍｍ（１１．５インチ）のコイルにより、段差の付いたウェーハ底面での好適なカバレージを実現できる。コイルの直径を増やし、ワークピース外縁からコイルを離すと、底面のカバレージに悪影響を及ぼす恐れがあることが分かっている。一方、コイルの直径を減らし、ワークピース外縁にコイルを近づけると、層の均一性に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００４４】
堆積の均一性は、コイルとターゲットの間隔の関数にもなると思われる。前に述べたように、ターゲットとウェーハの間隔が１４０ｍｍの場合は、コイルとターゲットの間隔が５０ｍｍ（１．９インチ）で十分となる。コイルをターゲット（又はウェーハ）の方向又は反対方向に垂直に移動させると、堆積層の均一性に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００４５】
プラズマの生成には様々な先駆体ガスが利用可能で、これにはＡｒ、Ｈ2、Ｏ2又はＮＦ3、ＣＦ4その他多数の反応ガスが含まれる。様々な先駆体ガス圧が最適であり、これには図３で述べた代表的な圧力を含む０．１〜５０ｍＴｏｒｒの圧力が含まれる。しかし、１０ｍＴｏｒｒから５０ｍＴｏｒｒの圧力は、スパッタされた材料のイオン化を促進する。
【００４６】
当然ながら、本発明の変形例は、様々な態様において、当業者にとって明白であり、後の研究によってのみ明らかになるものもあれば通例の機械的及び電子的構成の問題に過ぎないものもあることは理解されよう。他の実施形態も可能であり、その具体的な構成は特定の用途に応じて異なる。従って、本発明の範囲は、ここに説明した特定の実施形態により限定されるべきではなく、前記特許請求の範囲の各請求項並びにその等価物によってのみ画定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の一つに従ったプラズマ生成チャンバの斜視部分断面図である。
【図２】  図１のプラズマ生成チャンバの電気的な相互接続の略図である。
【図３】  本発明の第一の実施形態に従ったコイルの斜視図である。
【図４】  図３のコイルの部分正面図である。
【図５】  本発明の第二の実施形態に従ったコイルの部分正面図である。
【図６】  本発明の第三の実施形態に従ったコイルの部分正面図である。
【図７】  本発明の第四の実施形態に従ったコイルの部分斜視図である。
【図８】  従来のコイルの斜視図である。
【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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