(57)【要約】物理気相堆積システム用の装置は、正味の侵食領域及び正味の再堆積領域を画成するアンダーカットが側壁にあるターゲットを含む。また、物理気相堆積システム用の装置は、正味の侵食領域及び正味の再堆積領域を画成するアンダーカットが側壁にあるターゲットを有し、前記アンダーカットは、正味の侵食領域を画成する下側部分と、正味の再堆積領域を画成する上側部分と、それらの間にある先端部とを有するリップを画成し、前記リップは、約０．０１から０．０５インチの水平延長部を有し、予め決定された転移点の０．００２インチ内にアンダーカットが作られる。ターゲットの製造方法は、正味の侵食領域及び正味の再堆積領域を画成する転移点を、第１のターゲットの側壁に決定するステップと、決定された転移点に従って、第２のターゲットの側壁にアンダーカットを設けるステップとを含む。【選択図】図３Ｃ
2004504486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理気相堆積システム用の装置であって、
正味の侵食領域及び正味の再堆積領域を画成するアンダーカットが側壁にあるターゲットを含む装置。
【請求項２】
前記アンダーカットは、正味の侵食領域を画成する下側部分、正味の再堆積領域を画成する上側部分、及びそれらの間にある先端部を有するリップを画成し、正味の再堆積領域は、前記上側部分上又はその上方に設けられる請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ターゲット側壁は、
リップの上側部分に接続された第１の部分、及び第２の部分を有する垂直縁端部と、
前記垂直縁端部の第２の部分に接合された外面と、
前記リップの下方に設けられた下面とをさらに含む請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記リップは、約０．０１から０．２０インチの水平延長部を有する請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記水平延長部は、垂直縁端部からリップの先端部までの水平方向の距離である請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記リップは、約０．０５から０．３インチの垂直延長部を有する請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記垂直延長部は、下面からリップの先端部までの垂直方向の距離である請求項４に記載の装置。
【請求項８】
予め決定された転移点又はその転移点の０．１インチ内の位置にアンダーカットが作られる請求項１に記載の装置。
【請求項９】
予め定められた転移点又はその転移点の０．００５インチ下方にアンダーカットが作られる請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
予め定められた転移点にアンダーカットが作られる請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記転移点は、実験的に決定される請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
物理気相堆積システム用の装置であって、
正味の侵食領域及び正味の再堆積領域を画成するアンダーカットが側壁にあるターゲットを有し、前記アンダーカットは、正味の侵食領域を画成する下側部分と、正味の再堆積領域を画成する上側部分と、それらの間にある先端部とを有するリップを画成し、前記リップは、約０．０１から０．０５インチの水平延長部を有し、予め決定された転移点の０．００２インチ内にアンダーカットが作られる装置。
【請求項１３】
物理気相堆積システム用のターゲットであって、
下面と、
前記下面の周辺に画成され、正味の侵食領域及び正味の再堆積領域を画成するアンダーカットを含む側壁と
を含むターゲット。
【請求項１４】
前記アンダーカットは、第１の部分と、第２の部分と、それらの間にある第３の部分とを有する突出部を画成し、第３の部分の曲率半径は、約０．０５インチ未満である請求項１３に記載のターゲット。
【請求項１５】
前記第３の部分は、正味の侵食及び再堆積領域の間の転移点の約０．０１インチ内に設けられる請求項１４に記載のターゲット。
【請求項１６】
前記転移点は、実験的に決定される請求項１５に記載のターゲット。
【請求項１７】
前記側壁は、約８０度より大きい角度で第２の部分から上向きに延びる垂直縁端部をさらに含む請求項１４に記載のターゲット。
【請求項１８】
前記側壁は、約４５度より大きい角度で第２の部分から上向きに延びる垂直縁端部をさらに含む請求項１４に記載のターゲット。
【請求項１９】
スパッタリングプロセスに露出される前に、正味の侵食領域及び正味の再堆積領域を画成する目に見えるフィーチャを有するスパッタリングターゲット。
【請求項２０】
ターゲットの製造方法であって、
正味の侵食領域及び正味の再堆積領域を画成する転移点を、第１のターゲットの側壁に決定するステップと、
決定された転移点に従って、第２のターゲットの側壁にアンダーカットを設けるステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
（関連出願のクロスリファレンス）
本願は、２０００年７月１７日に出願された米国仮特許出願第６０／２１８，９５３号の優先権を主張する２００１年７月１３日に出願された米国特許出願第号（代理人整理番号０１６３０１−０３８７１０ＵＳ）に関し、その優先権を主張する。
【０００２】
【発明の背景】
スパッタリングと呼ばれる物理気相堆積法（ＰＶＤ）では、基板上に材料を堆積させるためのソース又はターゲットとして、チタンなどの固体金属が使用される。ＰＶＤプロセス中、金属原子は、高エネルギーイオン衝撃によりターゲットからはじき出されることにより生じる。スパッタリングを起こす高エネルギーイオンは、典型的に、アルゴンなどの高比重不活性ガスからのものである。基板は、ターゲットから所定の距離の位置にあるペデスタルに設けられ、電源により発生されるプラズマに対して負の電位で保持される。スパッタリングされた金属原子又は原子群の大部分は、チャンバに低圧が維持されることから、角度分布にわたって実質的に線形の軌道を描く。スパッタリングチャンバにおけるガスの組成及び圧力は、典型的に、約１０−９トルまでチャンバを排気した後、アルゴンでチャンバを再充填して数ミリトルの圧力にすることにより達成される。これらのガス圧力で、チャンバ内においてペデスタルを上向きに上昇させることにより、ターゲットと基板との距離は、アルゴンガス分子の平均自由行程より短くなる。したがって、多数のスパッタリングされた粒子が、衝突することなく、基板に直接進む。
【０００３】
しかしながら、スパッタリングされた粒子のかなりの部分が、ガスとの衝突、電界効果などにより、ガス中に散乱された状態になる。これらの散乱された粒子は、チャンバのさまざまな表面に、例えば、ターゲットそのものの側壁に再堆積することがある。ターゲットの側壁に再堆積された材料は、時間の経過とともに蓄積して、材料の粒子又はシートを形成する。基板上のスパッタ堆積中、ターゲットに直流（ＤＣ）電源が印加されて、基板間でターゲットから取り除かれる。したがって、ターゲットとともに、再堆積された材料が連続して加熱及び冷却されることにより、それ自体が熱応力にさらされる。時間が経過すると、この応力により、ターゲット側壁上に堆積された材料の粒子が、基板へと剥離し脱落することになる。低付着強度で側壁に付着する材料は、より剥がれやすく、チャンバの粒子性能を低下させやすい。堆積された材料の付着強度は、側壁に衝突するときのスパッタリングされた材料の入射角に依存する。一般的に、入射角が直角に近付くほど、衝突力が大きくなり、ひいては、堆積された材料とターゲット側壁との間の付着強度が増す。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明により、スパッタリング中に発生した粒子を低減する物理気相堆積システム用のスパッタリングターゲットが提供される。本発明の一実施の形態によれば、物理気相堆積システム用の装置が、正味の侵食領域及び正味の再堆積領域を画成するアンダーカットが側壁にあるターゲットを含む。
【０００５】
別の実施の形態において、物理気相堆積システム用のターゲットが、下面と、下面の周りに画成された側壁とを含む。側壁は、正味の侵食領域及び正味の再堆積領域を画成するアンダーカットを含む。さらに、別の実施の形態において、ターゲットを製造する方法が、第１のターゲットの側壁の転移点を求めることを含む。転移点は、正味の侵食領域及び正味の再堆積領域を画成する。求められた転移点に従って第２のターゲットの側壁にアンダーカットが設けられる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、ＤＣスパッタリングマグネトロンシステム１００の概略図を示す。ターゲット１２０の一部分にわたって、マグネット１１０が配置される。ターゲットは、電導性のものであり、スパッタリングされる材料（例えば、チタンなどの金属）からなる堆積生成部分を含む。ターゲット１２０は、典型的に、円形ディスクなどの対称的な形状のものであるが、他の特徴をもつものであってもよい。ターゲット１２０は、典型的に、対応するＤＣマグネトロンＰＶＤシステム１００に取外し可能に挿入する構造のものである。ターゲットは、ＰＶＤプロセスにより、各ターゲットの堆積される材料が侵食されると、新しいターゲットと定期的に取り替えられる。
【０００７】
比較的負の電圧源１２７にターゲット１２０を選択的に接続するために、スイッチング手段１２５が設けられてもよい。一般的に、負の電圧源１２７は、反対のアノードの電位（示した例では、接地又はＧＮＤ）に対して、約−３５０Ｖから−５３０Ｖの範囲、好ましくは、約−４７０Ｖから−５３０Ｖの範囲のＤＣカソード電圧を供給する。特定のカソード電圧は、設計によって異なる。ターゲット１２０を負の電圧源１２７に接続するためにスイッチング手段１２５が閉じられると、ターゲットは、参照番号１３５などの負に帯電した粒子（ｅ−）源として作用する。その結果、ターゲットは、カソードと呼ばれることもある。
【０００８】
通常、円筒状の管状ガス汚染物質シールド１３０が、ターゲット１２０の下方に間隔を置いて設けられる。シールド１３０は、導電性のものであり、一般的に、接地（ＧＮＤ）又は別の比較的に正の参照電圧に連結されて、ターゲット１２０とシールド間に電界を画成する。シールド１３０には、シールド１３０の内部から外部へアルゴン（Ａｒ）などのガス１３１の流れを供給するように画成された複数の孔１３２がある。
【０００９】
通常、シールド１３０の内部に、ワークピース支持チャック１４０が、ターゲット１２０の下方中心に間隔を置いて設けられる。チャック１４０は、導電性のものであり、一般的に、同様に、接地（ＧＮＤ）又は別の比較的に正の参照電圧に連結されて、ターゲット１２０とチャック間にさらなる電界を画成する。
【００１０】
ターゲット１２０の下方中心にあるチャックに、半導体ウェーハなどの取り替え可能なワークピース１５０が支持される。ワークピース１５０は、本来、露出された上面１５２ａを有する基板１５２からなる。ＰＶＤスパッタリングが進むにつれ、上面１５５ａを有する金属膜１５５が、基板１５２上に蓄積する。金属膜１５５の堆積は、基板の上面１５２ａ全体にわたって均一であることが望ましい。
【００１１】
ワークピース基板１５２は、絶縁層、例えば、ＳｉＯ２を含むものであってもよい。このような場合、金属膜１５５は、チャック１４０から電気的に絶縁されたものであってよく、金属膜１５５の電圧は、チャックの電圧（例えば、ＧＮＤ）に対してわずかに負のレベルに浮動することになる。
【００１２】
ＤＣマグネトロンの動作は、以下のように始まる。スイッチング手段１２５が閉じられると、ターゲット１２０とシールド１３０とチャック１４０との間に、初期電界が発生する。プラズマ点火ガスが導入される。図１に示したアセンブリは、一般に、低圧チャンバ１０５（部分的に図示）に収容される。シールド１３０の内部に入る供給ガス１３１の一部は、初期電界にさらされると、イオン化されて、正に帯電されたイオン（Ａｒ＋）１３３と電子を供給する。
【００１３】
静電誘引により、イオン１３３の１つがターゲットの底面の方へ加速し、第１の衝突点１３４で底面と衝突する。衝突点をアスタリスク（「＊」）で示す。この第１の衝突により、カソード１２０から電子が放出される。また、ターゲット材料（Ｔｉ）の粒子が、衝突によりはじき出される。放出された電子１３５は、より正のチャック１４０の方へと下方に浮遊する。しかしながら、マグネットの１１０の磁界により、電子１３５は螺旋状の軌道１３６を描く。最終的に、電子１３５は、一般的に、Ａｒなどの希ガスである流入ガス１３１の分子と衝突する。この第２の衝突（＊）により、別の正に帯電したイオン１３７（Ａｒ＋）が生じ、ターゲットの底面の方へ加速して衝突する。この第３の衝突により、さらなる別の電子が放出され、連鎖反応が起こって、ガス汚染物質シールド１３０の内部に、持続したプラズマ１６０を生成する。プラズマ１６０は、カソード１２０に対して正に帯電され、浮遊状態のアノードのように作用し始める。これにより、ＤＣマグネトロンＰＶＤシステム１００内の電界分布が変化する。ある時点で、電界分布は、長期定常状態に安定する。
【００１４】
正に帯電したイオン１３７などの大量の粒子が、ターゲット１２０の底面と突然の衝撃により衝突すると、ターゲットの材料の微粒子が離脱して、下にあるワークピース１５０の方へ移動することがある。このように放出されたターゲットの粒子の一例が、Ｔｉ１３８として示されている。放出されたターゲット粒子のサイズと方向は、ワークピース１５０の上面にある放出された材料（例えば、チタン）の堆積を比較的均一にする傾向がある。
【００１５】
図２は、スパッタリングチャンバ２００の簡略化した断面図を示し、本発明の実施の形態に関して以下に記載されるスパッタリングチャンバのさまざまな構成部品の相対寸法をより正確に表した図である。チャンバ２００は、一般的に、少なくとも１つのガス入口２０４を有するチャンバエンクロージャ２０２を含む。チャンバ２００の下側部分に、基板支持ペデスタル又はワークピース支持チャック２０６が配置され、チャンバ２００の上側部分で、ターゲット２０８が受け取られる。ターゲット２０８は、下面２１０と、ターゲットの周辺部にある側壁２１２とを含む。エンクロージャ２０２は、接地されることが好ましいため、接地されたエンクロージャ２０２に対してターゲット２０８上に負の電圧が維持されてもよい。暗部シールド２１４が、十分に近接した位置に側壁２１２に隣接させて設けられ、それらの間にプラズマが形成されるのを防ぐ。
【００１６】
図３Ａは、チャンバ２００に使用可能なターゲットアセンブリ３００の底面図を示す。ターゲットアセンブリは、背板３０２と、背板に取り付けられたターゲット３０４とを有する。この背板は、チャンバの壁に、例えば、ねじ止めにより固定されて、スパッタリングチャンバ２００内にターゲットを適切に配置する。別の実施の形態において、ターゲットアセンブリは、一体成形のもので、ターゲットと背板は、同じ材料から作られる。しかしながら、本発明の実施の形態において、背板は、ＣｕＣｒ又はＣｕＺｎなどの銅合金から作られ、ターゲットは、チタンから作られる。ターゲットは、他の実施の形態において、アルミニウム、タンタル、銅又は他のスパッタリング材料からなるものであってもよい。ターゲットは、第１の直径３０７を画成する下側円形縁端部３０６と、第１の直径よりわずかに小さい第２の直径３０９を画成する中間円形縁端部３０８と、第１の直径より長い第３の直径３１１を画成する上側円形縁端部３１０を有する。一実施の形態において、第１の直径と、第２の直径と、第３の直径は、それぞれ、約１２．５５４インチ、約１２．５２４インチ、１２．７５インチである。したがって、以下にさらに詳細に説明されるように、ターゲットの側壁には、下側及び中間円形縁端部により画成される突出部又はリップがある。
【００１７】
図３Ｂは、図３Ａの線Ａ−Ａに沿って切り取ったターゲットアセンブリ３００の断面図を示す。ターゲットアセンブリの厚み３１２は、約０．６００インチである。背板３０２の直径３１４は、約１６．５８インチであり、厚み３１４は、約０．３３インチである。他の実施の形態において、上記厚みは変動してもよい。
【００１８】
図３Ｃは、図３Ｂの領域３１８に対応する図２の領域２１８の拡大図を示す。この領域は、ターゲット側壁２１２と、暗部シールド２１４と、それらの間にある空間４０１とを示す。側壁は、ターゲット側壁上に作られたアンダーカットにより画成されたリップ４０２を含む。リップは、傾斜した下側縁端部４０４と、水平方向の上側縁端部４０６とを含み、それらは、湾曲先端部４０８により互いに引き離されている。一実施の形態において、湾曲先端部４０８の曲率半径（Ｒ１）は、約０．０５インチ未満であり、約０．００５インチであることが好ましい。一般的に、先端部４０８の曲率半径は、傾斜縁端部４０４と水平縁端部４０６とを良好に線引きするために小さいものでなければならない。しかしながら、曲率半径は、先端部４０８でアークが発生しない程度に大きいものでなければならない。傾斜下側縁端部４０４の曲率半径（Ｒ２）は、約０．５インチ未満であり、約０．０８インチであることが好ましい。傾斜下側縁端部４０４は、ターゲットの下面２１０に接続された移行縁端部４２０に接続される。移行縁端部の曲率半径（Ｒ３）は、約１インチ未満であり、約０．１２インチであることが好ましい。移行縁端部４２０と下面２１０とがなす角度θ１は、約０から９０度、好ましくは、約５から３５度、より好ましくは、約１５度である。別の実施の形態において、傾斜下側縁端部４０４は、下面２１０に向けて接続され、それらの間に移行縁端部が設けられない。
【００１９】
一実施の形態において、ターゲット側壁は、垂直縁端部４１０と、下側湾曲部４１２と、上側湾曲部４１４と、外側延長部４１６とをさらに含む。垂直縁端部は、リップの上側縁端部４０６の上方に設けられる。垂直縁端部の角度θ２は、約４５度以上、好ましくは、約８０度以上のものが好ましく、これにより、上側に再堆積する材料の付着性が良好になる。ターゲットの側壁に衝突する流入材料は、一般的に、良好に付着し（すなわち、剥離及び脱落しにくくなり）、衝突の入射角度が直角に近ければ、粒子の制御問題が軽減する。図７は、領域７０２を有する従来のターゲット側壁の簡略化した断面図を示す。流入材料は、一般的に、直角よりも実質的に小さい入射角αで領域７０２に衝突する。したがって、材料は、領域にしっかりと付着せず、後に処理される基板に脱落しやすくなる。
【００２０】
再度、図３Ｃを参照すると、特定の実施の形態において、垂直縁端部は、水平縁端部４０６（及び、ターゲットの下面２１０）に対して直角をなす。下側湾曲部４１２の半径（Ｒ４）は、約０．００８インチであるが、他の実施の形態において、最大０．２５インチのものであってもよい。上側湾曲部４１４の直径（Ｒ５）は、約０．０８インチであるが、他の実施の形態において、最大０．５インチのものであってもよい。
【００２１】
一実施の形態において、リップの垂直縁端部Ｙは、約０．０５から０．３インチであり、約０．０９４インチであることが好ましく、この場合の垂直縁端部は、ターゲットの下面２１０から湾曲先端部４０８までの垂直方向の距離である。この代わりとして、垂直延長部Ｙは、最大０．３インチより大きいものであってもよい。リップ４０２の垂直縁端部Ｘは、約０．０１から０．２インチであり、約０．０１５インチであることが好ましく、この場合の水平延長部は、垂直縁端部４１０から湾曲先端部４０８までの水平方向の距離である。別の実施の形態において、水平方向の距離は、約０．０１から０．０５インチである。リップの水平延長部により、垂直縁端部の部分をシールドすることで、垂直縁端部上の再堆積が減少する。したがって、一般的に、水平延長部が長いほど、シールド機能が良好になる。他の実施の形態において、水平方向の距離Ｘは、０．００５インチから暗部の長さよりも短い長さまでのものであってもよい。暗部の長さは、一般的に、以下にさらに説明されるように、スパッタリングチャンバ内で約０．６インチになると見なされる。水平方向の距離Ｘが暗部の長さを超えれば、プラズマは、空間４０１内で点火し、これは明らかに望ましくない。このようなことが起きないように、スパッタリングチャンバは、暗部シールドとターゲットとの間の距離が暗部の長さより短くなるように構成される。
【００２２】
暗部は、プラズマと固体表面との間の境界であり、デバイ長に関係する。デバイ長は、電圧降下が生じるプラズマ内の特性長である。これは、数学的に（ＭＫＳ単位で）以下のように与えられる。
λＤ＝（ε０ｋＴｅ／ｎｅ２）１／２
式中、ε０は自由空間の誘電率であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔｅは電子温度であり、ｎはプラズマ密度であり、ｅは電子の電荷である。暗部は、デバイ長とともに、プラズマと固体表面との間の電圧に依存する。デバイ長は正確に画成されるが、暗部の大きさは、電子と電気的に中性のものとの間の衝突の長さに依存するため、正確に画成されない。低圧（＜１０ミリトル）での暗部の長さ又は距離の概算は以下のとおりである。
ｓ０＝２／３・λＤ・（ｅＶ／ｋＴｅ）３／４
式中、Ｖはプラズマと固体表面との間の電圧である。実際の数因子（この場合、２／３）は、導出で用いられる仮定に依存することになる。
【００２３】
例えば、プラズマ密度が１×１０１１ｃｍ−３であり、電子温度が５ｅＶであり、電圧が５００Ｖであれば、デバイ長は、λＤ＝５×１０−３ｃｍであり、暗部の長さは、ｓ０＝０．１１ｃｍ＝０．０４４インチである。この長さは、典型的に、ＰＶＤ応用で用いられる０．０６インチと同様のものである。プラズマ密度は、ターゲットの縁端部付近でより低くなる傾向にあるため、暗部の長さは、ＰＶＤ応用においてより長くなる傾向にある。
【００２４】
図４Ａを参照すると、正味の侵食領域４５２と正味の再堆積領域４５４との間の転移点４５０又はその付近に、リップの上側縁部４０６又は上側延長部が設けられる。正味の侵食領域は、堆積より多くの侵食があるターゲット２０８の領域であり、正味の再堆積は、侵食より多くの堆積があるターゲット２０８の領域である。転移点は、正味の侵食領域と正味の再堆積領域が接触する点である。図４Ｂは、従来のターゲットでの転移点の位置を示す。転移点の位置は、ターゲットの寸法、プロセスパラメータ（例えば、印加されるバイアス電力）、チャンバの寸法など、さまざまなプロセスパラメータにより影響される。チャンバ内でのプラズマ形成と電界が完全に均一なものでないため、転移点は、ターゲットの側壁に沿って変動する。本願出願人等によると、８インチウェーハを処理するために構成されたＡｐｐｌｉｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製のＳＩＰ　ＴＴＮ（商標）チャンバにおいて実行された特定のＴｉ／ＴｉＮ　ＰＶＤプロセスの場合、ターゲット側壁周辺の転移点が、最大０．１インチまで変動することが分かった。
【００２５】
ターゲット周辺の転移点は、一般的に、実験的に求められる。一実施の形態において、図４Ｂに示されているようなテストターゲットが、スパッタリングチャンバに入れられ、再現された実際のプロセス条件下で延長期間にＰＶＤプロセスが実行される。テストターゲットの側壁は滑らかであることが好ましいため、ターゲット側壁の外形は、転移点の位置に影響を与えない。いくつかの実施の形態において、最初に、チャンバ圧力、ターゲットに印加されるＤＣ電力などが調節又は最適化されて、ターゲットの側壁にある転移点（移行点）を位置付ける。一般的に、チャンバ圧力を上昇し、ＤＣ電力を低下させると、転移点の位置が下がる。例えば、チャンバ圧力が非常に高い、例えば、４ミリトル以上に上昇されると、転移点は、側壁２１２ではなく、ターゲットの下面２１０に位置することがある。
【００２６】
プロセスパラメータが最適化された後、チャンバ内で１以上のウェーハが処理される。側壁上に再堆積された材料の厚みが数ミクロンに達すると、テストターゲットは、チャンバから取り除かれる。Ｔｉスパッタリングの一実施の形態において、スパッタリングプロセスは、側壁に十分な量の材料が再堆積されるように、約２０キロワット時で実行される必要がある。テストターゲットは、ターゲット側壁の周辺の転移点の位置を決定するために、チャンバから取り除かれる。一実施の形態において、ターゲットの一部分が切り取られて、顕微鏡で断面が検査されて、ターゲットの下面又は上面から転移点までの距離を求める。その後、リップ４０２を形成するように実験的に決定された転移点に従って、別のターゲットの側壁の周辺にアンダーカットが作られる。アンダーカット又は水平上側縁端部４０６は、転移点又はその０．１インチ以内に設けられる。引き続き、前に決定された転移点を用いて、さらなるターゲットが製造されてもよい。
【００２７】
別の実施の形態において、転移点がターゲット側壁に沿って異なるため、ターゲット側壁周辺のさまざまな点で転移点を決定するために、テストターゲットの２以上の部分が切り取られる。側壁周辺で変化する転移点を反映させて、別のターゲットの周辺にアンダーカットが作られる。この代わりとして、ターゲットの下面２１０から最小の垂直距離をもつ転移点辺りのターゲット側壁周辺に、下面２１０から均一の高さにあるアンダーカットが作られてよく、アンダーカットの下方のすべての領域が正味の侵食領域となる。
【００２８】
リップ４０２は、実際の転移点の上方に設けられないかぎり、特定の範囲に転移点を人為的に設定することができる。リップ４０２をこのように設定可能であることから、実際の転移点よりわずかに下方の位置に、アンダーカットが作られてもよい。このように、ターゲット側壁の他の部分の周辺により低い転移点を有する可能性が、転移点よりわずかに下方にアンダーカットを設けることにより補償されるため、１つの転移点が決定されるだけでよい。さらに、アンダーカットは、転移点を変更する可能性があるプロセス条件のわずかな変化を補償するため、最も低い転移点よりわずかに下方にアンダーカットが設けられてもよい。これらの目的に合わせて、一実施の形態において、転移点より約０．１インチ以内の下方にアンダーカットが作られる。別の実施の形態において、アンダーカットは、転移点より０．００２インチ又は０．００５インチ以内の下方にアンダーカットが作られる。
【００２９】
さらに、他の実施の形態において、アンダーカットの最適な位置を得るために、複数のプロセス条件が使用される。すなわち、わずかに異なるプロセス条件で処理されるように、チャンバに複数のテストターゲットが挿入される。これらのテストターゲットのそれぞれの転移点が求められて、最適なアンダーカット位置が選択される。
【００３０】
再度、図４Ａを参照すると、アンダーカットから得られるリップ４０２により、正味の侵食領域と正味の再堆積領域との間が明確に線引きされる。すなわち、下側縁端部４０６の上方にある領域は、正味の再堆積領域を画成し、それよりも下方の領域（すなわち、傾斜縁端部４０４、移行縁端部４２０及び下面２１０）は、正味の侵食領域を画成する。このように明確に線引きすることにより、正味の再堆積領域にテクスチャを与えることが単純化される。このような正味の侵食及び再堆積領域間の明確な線引きがない場合、転移点がターゲット周辺で変動するため、正味の再堆積領域だけに適切にテクスチャを与えることが困難である。一般的に、正味の再堆積領域は、表面が起伏した正味の再堆積領域を与えるようにテクスチャが与えられて、その上に堆積された材料にかかる応力を低減する。一実施の形態において、正味の再堆積領域にテクスチャを与えるために、Ａｌアーク溶射が使用される。
【００３１】
さらに、リップの急な突出部により、プロセス性能の再現性が高められる。転移点の位置は、スパッタリングチャンバのさまざまな構成部品、例えば、マグネットの、ターゲット及び暗部シールドなどの相対的な整列に応じて、わずかにずれがある。これらの構成部品は、定期的に取り替えられるか、手を加える必要がある。その結果、これらの構成部品のうち１以上の構成部品が位置ずれしたり、異なって整列されたりして、わずかに異なるプロセス条件が生じる結果、異なる転移点が得られて、再現性の問題が生じることがある。アンダーカットを有するリップは、転移点を特定の範囲に人為的に画成してもよい。本願発明者等によれば、実際の転移点から約０．０１インチ離れた位置に上側縁端部４０６が設けられても、リップ４０２のアンダーカットは、転移点を効果的に画成できることが分かった。その結果、リップ４０２を有するターゲットは、位置ずれや再整列によりプロセス条件にわずかな変化があったとしても、同じ転移点を維持できる。このように転移点の位置に一貫性があることにより、プロセス性能の再現性が高められる。
【００３２】
図３Ｄは、本発明の一実施の形態による、上述したターゲットアセンブリ３００の構成部品のいくつかの好適な寸法を示す。これらの寸法は、インチ単位であり、「Ｒ」は、曲率半径を表す。例えば、上側湾曲部に対して示された「Ｒ．０８」は、曲率半径が、０．０８インチであることを意味する。
【００３３】
上記に与えられた寸法は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製の８インチウェーハ用に構成されたＳＩＰ　ＴＴＮ（商標）チャンバで使用するためのターゲットに特有のものである。したがって、他のタイプのＰＶＤチャンバ又は他のタイプのＰＶＤプロセス用のターゲットの寸法は、上記に与えられたものとは異なるものであってもよい。当業者であれば、これらの値が、ある程度チャンバ特有のものであり、他の設計及び／又は容量のチャンバが採用されれば異なるものであってもよいことを認識するであろう。図５Ａ及び図５Ｂに、例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製の１２インチウェーハ用に構成されたＳＩＰ　ＴＴＮチャンバで使用するためのターゲットの寸法が与えられる。図５Ａは、背板５０２と、背板に取り付けられたターゲット５０４とを含むターゲットアセンブリ５００と、ターゲット側壁の周辺の領域５０６とを示す。図５Ｂは、領域５０６の拡大図を示す。図３と同様に、これらの図の寸法は、インチ単位で与えられ、「Ｒ」は、曲率半径を表す。
【００３４】
図６Ａから６Ｄは、本発明の代替実施の形態によりターゲットに与えられてもよいターゲット側壁の略図を示す。図６Ａを参照すると、ターゲット側壁６００は、リップ６０２と、溝６０４と、垂直縁端部６０６と、上側湾曲部６０８と、外側延長部６１０とを含む。溝は、垂直縁端部と、上側湾曲部と、外側延長部とからの脱落粒子を収集するように構成される。図６Ｂを参照すると、ターゲット側壁６１２の垂直縁端部６１４の角度θ３は、一般的に、入射材料がより大きな入射角度（α）をもつように、９０度より大きいものであるため、再堆積材料が側壁によりしっかりと付着できる。図６Ｃを参照すると、垂直縁端部６１８の角度θ４は、９０度より小さいが、４５度より大きく、８０から９０度であることが好ましく、衝突材料の入射角（α）が一般的に側壁に良好に付着するために十分に大きくなるように、角度θ４は十分に大きいものである。図６Ｄを参照すると、ターゲット側壁６２０が、正の傾斜６２６を有する上側縁端部６２４を有するリップ６２２を含み、上側縁端部６２４の角度βは、約６０度より小さく、好ましくは、１５度以下である。
【００３５】
図８から９は、リップ４０２を有するターゲット側壁２０８により、従来のターゲット側壁より著しく良好に粒子が制御されることを示す。図８は、滑らかな側壁を有する従来のターゲットを用いて行った粒子加算実験の結果を表す線図８００を示す。この実験では、８インチウェーハ用に構成されたＳＩＰ　ＴＴＮ（商標）スパッタリングチャンバを使用した。線図のｘ軸８０２は、処理されるウェーハ数を表し、ｙ軸８０４は、特定数のウェーハが処理された後に見られる粒子加算の数を表す。０．２μｍより大きな粒子だけをカウントした。各ウェーハに対して、以下の処理シーケンス、すなわち、（１）約３２０ÅのＴｉ堆積、（２）約４８０ÅのＴｉＮ堆積、及び（３）スパッタペーストを実行した。Ｔｉ堆積ステップのプロセスパラメータは、ターゲットに対して１８キロワット、０．７ミリトルのチャンバ圧力、４００ワットのバイアス電力及び１６秒である。ＴｉＮ堆積ステップのプロセスパラメータは、ターゲットに対して１８キロワット、３．６ミリトルのチャンバ圧力、２００ワットのバイアス電力及び５２秒である。シャッタペーストのプロセスパラメータは、ターゲットに対して１８キロワット、０．７ミリトルのチャンバ圧力、０バイアス電力及び６０秒である。
【００３６】
図９は、リップ４０２を有するターゲット２０８を用いて行った粒子加算実験の結果を表す線図９００を示す。線図のｘ軸９０２は、処理されるウェーハ数を表し、ｙ軸９０４は、特定数のウェーハが処理された後に見られる粒子加算の数を表す。０．２μｍより大きな粒子だけをカウントした。この実験のプロセスシーケンス及びパラメータは、図８の実験と同じものである。
【００３７】
再度、図８及び図９を参照すると、線図８００によれば、従来のターゲットに対して数百のプロセスを実行した後、粒子加算のカウントが５０を超える数まで上昇したことが示されている。比較すると、線図９００によれば、本発明の一実施の形態によりターゲット２０８で処理されたウェーハが、３０００プロセス実行後に平均８．６個の粒子加算しか発生せず、従来の方法より実質的に改良が施されている。
【００３８】
本発明の好適な実施の形態に対して記載してきたが、本発明の他のさらなる実施の形態が、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく案出されてもよい。本発明の範囲は、特許請求の範囲により規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施の形態によるスパッタリングチャンバの簡略化した断面図である。
【図２】
本発明の一実施の形態によるスパッタリングターゲットを含むスパッタリングチャンバの簡略化した断面図である。
【図３Ａ】
本発明の一実施の形態によるスパッタリングターゲットの簡略化した底面図である。
【図３Ｂ】
線Ａ−Ａに沿って切り取った図３Ａのスパッタリングターゲットの簡略化した断面図である。
【図３Ｃ】
図３Ａ及び図３Ｂのスパッタリングターゲットの側壁領域の拡大断面図である。
【図３Ｄ】
本発明の一実施の形態による、図３Ａ及び図３Ｂのスパッタリングターゲットのいくつかの寸法を示した図である。
【図４Ａ】
ターゲット上での正味の再堆積領域と正味の侵食領域の位置を示した、図３Ａ及び図３Ｂのスパッタリングターゲットの側壁領域の拡大断面図である。
【図４Ｂ】
ターゲット上での正味の再堆積領域と正味の侵食領域の位置を示した、従来のターゲットの側壁の拡大断面図である。
【図５Ａ】
本発明の別の実施の形態によるスパッタリングターゲットの略図的断面図である。
【図５Ｂ】
図５Ａのスパッタリングターゲットの側壁領域の拡大図である。
【図６Ａ】
本発明の代替実施の形態によるターゲット側壁の簡略化した断面図である。
【図６Ｂ】
本発明の代替実施の形態によるターゲット側壁の簡略化した断面図である。
【図６Ｃ】
本発明の代替実施の形態によるターゲット側壁の簡略化した断面図である。
【図６Ｄ】
本発明の代替実施の形態によるターゲット側壁の簡略化した断面図である。
【図７】
従来のターゲット側壁の簡略化した断面図である。
【図８】
従来のターゲットを使用して行った粒子加算実験の結果である。
【図９】
本発明の一実施の形態による側壁にリップを有するスパッタリングターゲットを使用して行った粒子加算実験の結果である。
【符号の説明】
１００　ＤＣスパッタリングマグネトロンシステム
１０５　低圧チャンバ
１１０　マグネット
１２０，２０８，３０４，５０４　ターゲット
１２５　スイッチング手段
１２７　負の電圧源
１３０　ガス汚染物質シールド
１３１　ガスの流れ
１３２　孔
１３３，１３７　イオン
１３４　衝突点
１３５　電子
１４０　ワークピース支持チャック
１５０　ワークピース
１５２　基板
１５５　金属膜
１６０　プラズマ
２００　スパッタリングチャンバ
２０２　チャンバエンクロージャ
２０４　ガス入口
２１０　ターゲット下面
２１２，６００，６１２，６２０　側壁
２１４　暗部シールド
２１８，３１８，５０６，７０２　領域
３００，５００　ターゲットアセンブリ
３０２，５０２　背板
３０６　下側円形縁端部
３０８　中間円形縁端部
３１０　上側円形縁端部
３１１　第３の直径
４０１　空間
４０２，６０２，６２２　リップ
４０４　下側縁端部
４０６，６２４　上側縁端部
４０８　湾曲先端部
４１０，６０６，６１８　垂直縁端部
４１２　下側湾曲部
４１４，６０８　上側湾曲部
４１６，６１０　外側延長部
４２０　移行縁端部
４５０　転移点
４５２　正味の侵食領域
４５４　正味の再堆積領域
６０４　溝
８００，９００　線図
９０２　ｘ軸
９０４　ｙ軸
【図１】
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【図４Ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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