(57)【要約】【課題】ターゲットと基板支持部を有する物理気相蒸着チャンバで用いられる電力供給源を提供する。【解決手段】基板支持部に対しスパッタリング電圧でターゲットをバイアスし、物理気相蒸着チャンバ内でアーク放電が検出された後、約１秒間に約１０回又はそれ以上、逆方向電圧でターゲットをバイアスするように構成された電源を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理気相蒸着チャンバ内でターゲットをバイアスする方法であって、
チャンバ内でプラズマを生成する電圧でターゲットをバイアスし、
物理気相蒸着チャンバ内部でアーク放電が検出された後約１秒の間に少なくとも２回電圧を逆方向にする方法。
【請求項２】
電圧を逆方向にすることは、約１０回から約２０回電圧を逆方向にすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
電圧を逆方向にすることは、約５ミリ秒から約１００ミリ秒毎に電圧を逆方向にすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
電圧を逆方向にすることは、毎回約１ミリ秒から約５０ミリ秒の間電圧を逆方向にすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
電圧を逆方向にすることは、毎回約５マイクロ秒から約１０マイクロ秒の間電圧を逆方向にすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
電圧を逆方向にすることは、毎回約１０ミリ秒の間、約１０回電圧を逆方向にすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
電圧を逆方向にすることは、毎回約５ミリ秒の間、約２０回電圧を逆方向にすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
電圧を逆方向にすることは、アーク放電による変化の電圧下降速度が約２５Ｖ／マイクロ秒の場合に、約１０回電圧を逆方向にすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
電圧を逆方向にすることは、アーク放電による変化の電圧下降速度が約５０Ｖ／マイクロ秒の場合に、約２０回電圧を逆方向にすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
電圧を逆方向にすることは、アーク放電による変化の電圧下降速度が約１００Ｖ／マイクロ秒の場合に、約４０回電圧を逆方向にすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
電圧を逆方向にすることは、約１００Ｖの大きさで電圧を逆方向にすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】
電圧を逆方向にすることは、約２５Ｖから約１２５Ｖの大きさで電圧を逆方向にすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項１３】
電圧は、ターゲットからアーク放電を生じさせる１又はそれ以上の粒子を除去するために逆方向にされる請求項１記載の方法。
【請求項１４】
電圧はアーク放電が生じることを停止するために逆方向にされる請求項１記載の方法。
【請求項１５】
物理気相蒸着チャンバ内でターゲットをバイアスする方法であって、
チャンバ内でプラスマを生成するスパッタリング電圧でターゲットをバイアスし、
物理気相蒸着チャンバ内部でアーク放電が検出された後約１秒間に約２回又はそれ以上逆方向電圧でターゲットをバイアスし、各々の逆方向電圧は約１ミリ秒から約５０ミリ秒の間存続する方法。
【請求項１６】
逆方向電圧はスパッタリング電圧の約５％から約２５％である請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
逆方向電圧でターゲットをバイアスすることは、アーク放電による変化の電圧下降速度が約２５Ｖ／マイクロ秒の場合に、約１０回逆方向電圧でターゲットをバイアスすることを含む請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
逆方向電圧でターゲットをバイアスすることは、アーク放電による変化の電圧下降速度が約５０Ｖ／マイクロ秒の場合に、約２０回逆方向電圧でターゲットをバイアスすることを含む請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
逆方向電圧でターゲットをバイアスすることは、アーク放電による変化の電圧下降速度が約１００Ｖ／マイクロ秒の場合に、約４０回逆方向電圧でターゲットをバイアスすることを含む請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
ターゲットと基板支持部を有する物理気相蒸着チャンバで用いられる電力供給源であって、
基板支持部に対しスパッタリング電圧でターゲットをバイアスするように構成され、物理気相蒸着チャンバ内でアーク放電が検出された後約１秒間に約１０回又はそれ以上逆方向電圧でターゲットをバイアスするように構成された電源を備えた電力供給源。
【請求項２１】
各々の逆方向電圧は約１ミリ秒から約６０ミリ秒の間存続する請求項２０記載の電力供給源。
【請求項２２】
逆方向電圧はスパッタリング電圧の約５％から約２５％である請求項２０記載の電力供給源。
【請求項２３】
物理気相蒸着チャンバであって、
ターゲットと、
基板を保持する基板支持部と、
基板支持部に対しスパッタリング電圧でターゲットをバイアスするように構成された電源を備え、電源は物理気相蒸着チャンバ内でアーク放電が検出された後約１秒間に約２回又はそれ以上逆方向電圧でターゲットをバイアスするように構成された物理気相蒸着チャンバ。
【請求項２４】
各々の逆方向電圧は約１ミリ秒から約６０ミリ秒の間存続する請求項２３記載の物理気相蒸着チャンバ。
【請求項２５】
逆方向電圧はスパッタリング電圧の約５％から約２５％である請求項２３記載の物理気相蒸着チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明の実施例は、一般に、物理気相蒸着システムのような基板処理システムに関する。
【関連技術の説明】
【０００２】
物理気相蒸着（ＰＶＤ）は、フラットパネルディスプレイのような電子デバイスの製造において最も一般的に用いられるプロセスの１つである。ＰＶＤは真空チャンバ内で行われるプラズマプロセスであり、負にバイアスされたターゲットは比較的大きな原子量を有する不活性ガス（例えば、アルゴン）又はこのような不活性ガスを含有する混合ガスのプラズマに露出される。不活性ガスのイオンがターゲットに衝突すると、ターゲット物質の原子が放出される。放出された原子は、チャンバ内のターゲットの下方に配置された基板支持台上に載置された基板上に堆積薄膜として蓄積される。フラットパネルディスプレイのスパッタリングは、基板の大きなサイズ及び四角形という形状により、長年に渡って開発されてきた技術であるウェハスパッタリングと原理的に区別される。
【０００３】
アーク放電はスパッタリングの間にチャンバ内でしばしば生じる。アーク放電は、ターゲットに付着している１又はそれ以上の粒子又は汚染物質により生じることがある。更に、ターゲットがいくつかの不純物を含んでいることがあり、これによってスプラッシングが生じることがある。即ち、粒子上の正電荷は不純物上の負電荷に引付けられ、これによって粒子がターゲットに溶融し、電気的なショート、即ち、スプラシュが生じることがある。これらのアーク放電及びスプラッシングは基板上に堆積された薄膜に、交互に不均一を生じさせることがある。
【０００４】
従って、本技術分野において、ターゲットから粒子を除去して、チャンバ内部でアーク放電及びスプラッシングが生じることを停止させる方法に対する需要が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施例は、物理気相蒸着チャンバ内でターゲットをバイアスする方法を対象とする。この方法は、チャンバ内でプラスマを生成する電圧でターゲットをバイアスし、物理気相蒸着チャンバ内部でアーク放電が検出された後約１秒の間に１０回又はそれ以上電圧を逆方向にする。
【０００６】
一実施例において、各々の逆方向電圧は約１ミリ秒から約１０ミリ秒の間存続する。
【０００７】
本発明の実施例は、ターゲットと基板支持部を有する物理気相蒸着チャンバで用いられる電力供給源であって、基板支持部に対しスパッタリング電圧でターゲットをバイアスするように構成され、物理気相蒸着チャンバ内でアーク放電が検出された後約１秒間に約１０回又はそれ以上逆方向電圧でターゲットをバイアスするように構成された電源を備えた電力供給源を対象とする。
【０００８】
また、本発明の実施例は、ターゲットと、基板を保持する基板支持部と、基板支持部に対しスパッタリング電圧でターゲットをバイアスするように構成された電源を備えた物理気相蒸着チャンバを対象とする。電源は物理気相蒸着チャンバ内でアーク放電が検出された後約１秒間に約１０回又はそれ以上逆方向電圧でターゲットをバイアスするように構成されている。
【詳細な説明】
【０００９】
図１は、本発明の１又はそれ以上の実施例で使用可能な処理チャンバ１００を示す。本発明の実施例から利益を得ることができる処理チャンバ１００の一例は、カリフォルニア州サンタクララのＡＫＴ社（ＡＫＴ  Ｉｎｃ．）から入手可能なＰＶＤ処理チャンバである。
【００１０】
処理チャンバ１００は、排気可能な処理空間１６０を形成するチャンバ本体１０２と蓋アセンブリ１０６を含む。典型的には、チャンバ本体１０２はステンレスプレート又はアルミニウム単位ブロックの溶接により形成される。一般に、チャンバ本体１０２は側壁１５２と底部１５４を含む。側壁１５２及び／又は底部１５４は、アクセスポート１５６、シャッターディスクポート（図示せず）及びポンピングポート（図示せず）のような複数の孔部を含むことができる。アクセスポート１５６は処理チャンバ１００に対する基板１１２の入口及び出口を提供する。典型的には、ポンピングポートは、処理空間１６０を排気し、その圧力を制御するポンプシステムに連結される。
【００１１】
基板支持部１０４はチャンバ本体１０２の内部に配置され、処理の間、基板１１２をその上に支持するように構成されている。基板支持部１０４は、アルミニウム、ステンレス、セラミック又はこれらの組合わせにより形成することができる。シャフト１８７はチャンバ１０２の底部１５４を介して延伸し、基板支持部１０４を昇降機構１８８に連結している。昇降機構１８８は、基板支持部１０４を下方位置と上方位置の間で移動するように構成されている。典型的には、昇降機構１８８とチャンバ底部１５４の間にはジャバラ１８６が配設され、その間に伸縮可能な封止部を提供し、これによって処理空間１６０の完全な真空状態を維持することが可能になる。
【００１２】
追加的に、ブラケット１６２及び遮蔽フレーム１５８をチャンバ本体１０２内に配設することができる。ブラケット１６２はチャンバ本体１０２の側壁１５２に連結することができる。一般に、遮蔽フレーム１５８は、遮蔽フレーム１５８の中心から露出している基板１１２の部分に堆積を閉込めるように構成される。基板支持部１０４が処理のために上方位置に移動すると、基板支持部１０４上に配置された基板１１２の外側端部は遮蔽フレーム１５８に係合し、遮蔽フレーム１５８をブラケット１６２から上昇させる。選択的に、他の構造を有する遮蔽フレームを同様に追加的に使用することができる。
【００１３】
基板支持部１０４は、基板支持部１０４から基板１１２をロード及びアンロードするため、下方位置に移動することができる。下方位置において、基板支持部１０４はブラケット１６２及びアクセスポート１５６の下方に位置する。その後、基板１１２はアクセスポート１５６を介してチャンバ１００から排出され、又はチャンバ１００内に配置される。リフトピン（図示せず）は基板支持部１０４を介して選択的に移動し、基板支持部１０４から基板１１２を分離し、これによって処理チャンバ１００の外部に配置されたウェハ搬送機構により基板の配置及び排出が可能になる。
【００１４】
一般に、蓋アセンブリ１０６はターゲット１６４を含み、ターゲットはＰＶＤプロセスの間に基板１１２上に堆積される物質を提供する。ターゲット１６４は周辺部１６３と中央部１６５を含むことができる。典型的には、周辺部１６３は側壁１５２上に配置される。ターゲット１６４の中央部１６５は、基板支持部１０４の方向に突出し又は延伸していてもよい。同様に、他のターゲット構造を用いることも可能であると考えられる。例えば、ターゲット１６４は、所望の物質で形成された中央部に接着又は装着されるバッキングプレートを備えていてもよい。ターゲット物質は、一体としてターゲット１６４を形成する物質の隣接するタイル又はセグメントを含んでいてもよい。一実施例において、ターゲット１６４はアルミニウム、モリブデン、チタン又はクロムのような金属物質で形成することができる。
【００１５】
一実施例において、ターゲット１６４は陽極として作用し、基板支持部１０４は陰極として作用する。他の実施例では、処理チャンバ１００の他の要素が陽極及び陰極として作用してもよい。ターゲット１６４及び基板支持部１０４は、ＤＣ電源のような電源１８４により互いに関連してバイアスされることができる。しかしながら、他の実施例では、本技術分野における当業者に公知な他の種類の電源を用いることができる。電源１８４は、本技術分野における当業者に公知なアーク放電検出機構を含むことができる。アーク放電は、電圧の顕著な下降又は電圧の顕著な上昇により検出することができる。このようなアーク放電の検出は、一般に、マイクロアーク放電検出と称されている。また、電源１８４は、ターゲットに印加された電圧を逆方向にするため、本技術分野における当業者に公知なスイッチ、オシレータ及び他の回路を含み、又はこれらと連結されることができる。
【００１６】
電源１８４は、ターゲット１６４と基板支持部１０４の間に電位差を形成し、これによって基板１１２とターゲット１６４の間にプラズマを形成することによって、基板１１２上にコーティング物質を堆積するように構成されている。プラズマ中のイオンはターゲット１６４に向かって加速され、ターゲット１６４から物質を放出させる。他の実施例において、ターゲット１６４とブラケット１６２の間に電位差が印加され、これによって基板１１２とターゲット１６４の間の領域にプラズマを形成する。いずれの構成においても、ターゲット１６４から放出された原子は基板１１２上に堆積される。更に、蓋アセンブリ１０６は、堆積の間にターゲット物質の消費を増強するためのマグネトロン１６６を含むことができる。アルゴンのようなガスは、処理チャンバ１００の側壁１５２に形成されることができる１又はそれ以上の孔部（図示せず）を介してガス源１８２から処理空間１６０に供給されることができる。
【００１７】
処理チャンバ１００はコントローラ１９０と連絡されており、このコントローラは典型的には中央演算装置（ＣＰＵ）１９４、補助回路１９６及びメモリ１９２を備えている。ＣＰＵ１９４は、種々のチャンバ及びサブプロセッサを制御するための産業用のコンピュータプロセッサでよい。メモリ１９２はＣＰＵ１９４に連結されている。メモリ１９２は、内蔵・直接連結型又は分離型のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク（登録商標）、ハードディスク又は他の形態のデジタル記憶装置のようなコンピューターで読取り可能な媒体又は容易に入手可能なメモリの１つ又はそれ以上でよい。補助回路１９６は従来の方法でＣＰＵ１９４を補助するためにＣＰＵ１９４に連結されている。これらの回路１９６は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステムのようなものを含むことができる。コントローラ１９０は、実行される全ての堆積プロセスを含む処理チャンバ１００の作用を制御するために用いることができる。
【００１８】
図２は本発明の１又はそれ以上の実施例に係るターゲット１６４をバイアスする方法２００のフロー図である。ステップ２１０において、ターゲット１６４は、約−８００Ｖのようなプラズマ点火電圧にバイアスされる。この電圧は、結果的に、典型的には−５００Ｖであるスパッタリング電圧を安定化させる。本発明の実施例は−８００Ｖのプラズマ点火電圧及び−５００Ｖのスパッタリング電圧との関係で示されているが、他の実施例においては本技術分野の当業者にとって公知な他の量を用いることができる。例えば、図３で示されるプラズマ点火電圧は約−１５００Ｖであり、スパッタリング電圧は約−４００Ｖである。ステップ２２０において、チャンバ１００内でアーク放電が検出されたか否かが決定される。アーク放電は、本技術分野における当業者にとって公知なアーク放電検出方法により検出することができる。アーク放電が検出されなかった場合、ターゲット１６４はスパッタリング電圧でバイアスされ続ける（ステップ２３０）。
【００１９】
アーク放電が検出された場合、ターゲット１６４をバイアスしている電圧はスパッタリング電圧の反対極（例えば、陽極）の方向に複数回逆方向化され、これは例えばアーク放電の検出後１秒間に約１０回又はそれ以上行われる（ステップ２４０）。スパッタリング電圧が逆方向にされる時間は、約０．１秒から約１０秒の間で変えることができる。一実施例において、ターゲット１６４は、ターゲット１６４に印加されるスパッタリング電圧と逆方向でない極性を有する逆方向電圧によりバイアスされることができる。逆方向電圧の大きさは、約２５Ｖから約１２５Ｖの間で変えることができる。一例として、逆方向電圧は約１００Ｖの大きさを有することができる。逆方向電圧の大きさは、スパッタリング電圧の約５％から約２５％の間で変えることができる。一実施例において、電圧逆方向サイクルの時間は、１秒間に約５ミリ秒から約１００ミリ秒の間でよい。一態様において、電圧逆方向サイクルの時間は約５ミリ秒から約１０ミリ秒の間でよい。このような実施例は、アーク放電が長時間生じる場合のような強度なアーク放電状態の間に用いることができる。一実施例において、電圧を逆方向にする時間は約１ミリ秒から約６０ミリ秒の長さであり、好ましくは約１ミリ秒から約１０ミリ秒の長さでよい。例えば、電圧が１秒間の間に約１０回逆方向にされると、逆方向サイクルの時間は約１００ミリ秒であり、電圧が逆方向電圧となっている時間は約５０ミリ秒である（例えば、５０％デューティーサイクル）。逆方向電圧のデューティーサイクルは、約０．１％から約６０％の間で変えることができる。他の例として、電圧が１秒間に約２０回逆方向にされると、逆方向サイクルの時間は約５０ミリ秒の長さであり、電圧が逆方向電圧である時間は約２５ミリ秒である（例えば、５０％デューティーサイクル）。更に、他の実施例において、各々の逆方向化はマイクロアーク放電状態の間に約５マイクロ秒から約１０マイクロ秒の間継続する。この方法において、アーク放電検出の後、約１秒間に約１０回又はそれ以上逆方向電圧でターゲットをバイアスすることにより、アーク放電を生じさせる原因となる粒子を除去し、アーク放電が生じることを停止することができる。本発明の様々な実施例がターゲット１６４上でスプラッシングが生じることを停止するために用いることができる。
【００２０】
アーク放電の後約１秒間に約１０回以上逆方向電圧でターゲットをバイアスすることにより、アーク放電を生じさせる原因となる粒子をターゲットから除去することができるという利点がある。一方、従来技術において、アーク放電検出後に逆方向電圧で１回ターゲットをバイアスする方法ではターゲットから粒子を除去するのに不十分であり、逆方向電圧でターゲットを連続的にバイアスする方法はやりすぎである。
【００２１】
アーク放電が停止すると、ターゲットはスパッタリング電圧でバイアスされる（ステップ２５０）。本発明の実施例は負のプラズマ点火電圧及び負のスパッタリング電圧との関連で記述されているが、他の実施例においては正のプラズマ点火電圧及び正のスパッタリング電圧を用いることも可能である。
【００２２】
図３は本発明の１又はそれ以上の実施例に係る電源１８４の電圧図３００である。電圧図３００において、ｙ軸は電圧を示し、ｘ軸は時間を示す。プラズマは約−１５００Ｖの電圧で点火され、これは結果として約−４００Ｖのスパッタリング電圧を安定化させる。アーク放電は電圧を約−２５Ｖまで下降し、この時点で電圧はアーク放電検出後約１秒間に約１０回逆方向にされる。逆方向電圧は約１００Ｖである。
【００２３】
一実施例において、電圧が逆転される回数は、アーク放電による電圧下降の変化率により決定することができる。電圧下降の変化率は図３の傾斜部３１０に示されている。例えば、アーク放電による電圧下降の変化率が約２５Ｖ／マイクロ秒の場合、電圧は所望の時間（例えば、１秒）に約１０回逆方向にされる。アーク放電による電圧下降の変化率が約５０Ｖ／マイクロ秒の場合、電圧は所望の時間（例えば、１秒）に約２０回逆方向にされる。アーク放電による電圧下降の変化率が約１００Ｖ／マイクロ秒の場合、電圧は所望の時間（例えば、１秒）に約４０回逆転される。この方法において、傾斜部が急激であるほど電圧が逆転される頻度が高くなる。
【００２４】
上述した説明は本発明の実施例を対象とするものであるが、本発明の他の及び追加的な実施例は本発明の基本的な範囲から逸脱することなく案出することができ、その範囲は特許請求の範囲に基づいて決定される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の上述した構成の詳細な理解と上記部分で要約されている本発明の具体的な説明は実施例を参照することにより得られるものであり、これらは添付図面に記載されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施例のみを記載したものであり、従って、本発明は同等に効果的な実施例を含むものであり、図面は本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】本発明の１又はそれ以上の実施例で用いることができる処理チャンバを示す図である
【図２】本発明の１又はそれ以上の実施例に係るターゲットをバイアスする方法のフロー図である。
【図３】本発明の１又はそれ以上の実施例に係る電源の電圧を示す図である。
【図１】
2007002335.tif 000003
【図２】
2007002335.tif 000004
【図３】
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【外国語明細書】
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