(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバであって、前記チャンバ内の真空処理空間を囲むチャンバ壁を有するチャンバと、
コーティング材料が前記処理空間にそこから供給されるコーティング材料の供給源であって、中心開口と、前記真空処理空間と通じる少なくとも１つの表面と、前記中心開口内に配置され、リング形状の構成要素と同心状の中心構成要素とを含む供給源と、
チャンバ壁であって、誘電ウィンドウをその中に、前記供給源の前記リング形状の構成要素の前記中心開口で有するチャンバ壁と、
前記供給源の反対側の前記処理空間にあるチャンバ内の基板サポートと、
チャンバ外部のＲＦエネルギー供給源と、
前記ウィンドウに隣接し、前記ＲＦエネルギー供給源に接続されたチャンバ外部のコイルであって、前記ウィンドウを介して、チャンバ内にエネルギーを誘導結合して、前記供給源から前記処理空間を通って移動するコーティング材料をイオン化するだけ十分に高密度である誘導結合されたプラズマを前記処理空間内に形成するコイルと、
前記ウィンドウと前記処理空間の間にあるチャンバ内部のシールド構造であって、前記コイルからのＲＦエネルギーの前記処理空間への前記効果的な結合を可能にし、かつ前記ウィンドウを前記処理空間からのコーティング材料からシールドするように構成された構造とを含むイオン化物理蒸着装置。
【請求項２】
スパッタリング・ターゲットの供給源の構成要素および装置が、
前記供給源の各構成要素に接続され、処理空間内に前記ターゲットからの材料をスパッタリングするのに十分なだけ、プラズマに対して電気的に負であるＤＣ電位を前記スパッタリング・ターゲットに供給するターゲット電源であって、前記構成要素の各々に対する電力を別々に制御するように動作可能な電源をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
基板サポートに接続され、コーティング材料の正イオンを処理空間から基板に向けて引き寄せるのに十分なだけ、プラズマに対して負であるＤＣ電位を前記サポート上の基板上に生成するバイアス電源をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
供給源のリング形状の構成要素が、チャンバの内部と通じるスパッタリング表面を有する、導電性コーティング材料の少なくとも１つの環状スパッタリング・ターゲットを含み、かつ
前記供給源の中心構成要素が、前記リング形状の供給源と同じコーティング材料の少なくとも１つの円形スパッタリング・ターゲットを含み、かつ前記チャンバの内部と通じるスパッタリング表面を有する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
スパッタリング・プラズマを前記ターゲットのスパッタリング表面の近接に閉じ込める効果を有する、チャンバ外部の各ターゲットの後方にあるマグネトロン磁石をさらに含む請求項４に記載の装置。
【請求項６】
供給源の構成要素が、少なくとも１つの平坦な環状スパッタリング・ターゲットと、サポート上の基板に実質的に平行な平面にほぼあるスパッタリング表面を有する少なくとも１つの円形ターゲットとを含む請求項４に記載の装置。
【請求項７】
シールド構造が、導電性材料のスロット付き環状ディスクを含む請求項１に記載の装置。
【請求項８】
シールド構造が、接地に対する高いＲＦインピーダンスを有する導電性材料のスロット付き環状ディスクを含む請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記誘電ウィンドウがリング形状構成要素の中央開口内にあるほぼ平らなウィンドウであって前記コイルは少なくともその一部がウィンドウにほぼ平行である請求項１から請求項８に記載のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【請求項１０】
前記ウィンドウと処理空間との間で前記チャンバの内側のシールド構造を更に有し該シールドが前記コイルから処理空間へＲＦエネルギーを効果的に与えるように形成されて処理空間からのコーティング材料からウィンドウを物理的にシールドする請求項１から請求項９に記載のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【請求項１１】
前記シールド構造が、接地に対する高いＲＦインピーダンスを有する導電性材料のスロット付きシートを含む請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記シールド構造が導電性材料のスロット付き環状デスクを含む請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
導電性材料の前記スロット付き環状デスクが接地に対する高いＲＦインピーダンスを有する請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記真空処理チャンバ内の処理空間の一方の端にある基板サポート上で基板をサポートするステップと、内側構成要素およびリング形状の外側構成要素を有し、前記基板サポートの反対側の前記処理空間でチャンバの端に配置されたコーティング材料のターゲットを提供するステップであって、前記ターゲットの前記内側構成要素が、前記外側構成要素の中心開口内にそれと同心状に配置されるステップと、前記ターゲットの前記構成要素に別々に通電して前記ターゲットの前記内側構成要素および前記外側構成要素からの材料をスパッタリングして前記基板での材料の分布を制御しそして基板にイオン化されスパッタリング材料を電気的に向けて基板上にフィルムを堆積するステップとを含む物理蒸着方法にして、該方法がＲＦ供給源からのＲＦエネルギーを前記ターゲットの前記内側構成要素および前記外側構成要素の間にある環状の誘電ウィンドウを介して前記チャンバ内に、前記環状ウィンドウの外に配置された環状コイルから結合して、前記処理空間内で高密度のプラズマを形成し、かつ前記プラズマで、前記ターゲットからスパッタリングされる材料をイオン化するステップを含むことを特徴とする物理蒸着方法。
【請求項１５】
前記ターゲット構成要素に通電する前記ステップが、前記ターゲットのそれぞれの構成要素に対する相対電力を調整する行程を含む請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、イオン化物理蒸着に関し、より詳細には、コーティング材料が、それにより、気体の状態で供給されてイオン化され、基板上へのコーティング材料の堆積の方向性および一様性を改善する方法および装置に関する。
【０００２】
（発明の背景）
イオン化物理蒸着は、シリコン・ウエハ上の高アスペクト比構造を埋め、ライニングする上で特に有用性を有するプロセスである。半導体ウエハ上の薄いコーティングの堆積に使用されるイオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）では、堆積されるべき材料は、通常の固体供給源からスパッタリングまたは別の方式で気化されて、次に、気化した材料の相当な割合が、コーティングされるべきウエハに達する前に、正イオンに変換される。このイオン化は、真空チャンバ内のプロセス・ガス内で生成される高密度プラズマによって実現される。このプラズマは、ＲＦ電力の与えられた励起要素からのＲＦエネルギーを真空プロセシング・チャンバ内にリアクタンス（静電または誘導）結合することによって生成することができる。そのようなプラズマは、例えば、コイルからのＲＦエネルギーを誘導結合して、チャンバ内に誘導結合されたプラズマ（ＩＣＰ）を生成することによって生成することができる。
【０００３】
コーティング材料をイオン化するためには、高密度のプラズマを供給源とウエハの間の領域内で生成する。スパッタリングされた材料が高密度のプラズマを含んだ領域を通過するとき、その材料の相当な割合がイオン化される。材料がイオン化されると、ウエハ上に負バイアスを加えるなどすることにより、イオン化されたコーティング材料に加えられた電磁力が、コーティング材料の正イオンをウエハに向かって引き寄せる。そのような負バイアスは、プラズマ内にウエハを浸すことによって、またはＲＦ電圧をウエハまたはウエハ・サポートに加えることによって電気的に分離されたウエハで生じ得る。このバイアス電位は、コーティング材料のイオンがウエハに向かって加速することを引き起こし、これは、ウエハに対してほぼ垂直の各でウエハの表面に到達するコーティング材料の割合を増加させる。このことは、ウエハ表面上の深く狭い穴およびトレンチなどのウエハ・トポロジに被さる金属の堆積を可能にして、そのようなトポロジの底面および側壁の被覆を提供する。
【０００４】
本出願の譲渡人によって提案される、あるＩＰＶＤシステムが、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｉｏｎｉｚｅｄ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ」という名称の米国特許出願第０８／８４４７５１号、現在では米国特許第５８００６８８号になっている「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｉｏｎｉｚｅｄ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ」という名称の第０８／８３７５５１号、および「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｉｏｎｉｚｅｄ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」という名称の第０８／８４４７５６号で開示されている。これらの出願の各々は、１９９７年４月２１日に出願されている。そのようなシステムは、通常、円筒形であり、誘電性の材料またはウィンドウで形成されている曲線の外壁の部分を有する真空チャンバを含む。らせん状の導電性コイルが、誘電ウィンドウの外側でそのまわりに、チャンバと同心で配置されて、このコイルの軸方向の延びは、誘電壁の軸方向の延びのかなりの部分となっている。オペレーションでは、コイルは、適切なマッチするシステムを介するＲＦ電力の供給によって通電される。誘電ウィンドウは、コイルをプラズマとの直接の接触から分離しながら、コイルからのエネルギーがチャンバ内に結合されることを可能にする。ウィンドウは、シールドの配置によって金属コーティング材料の堆積から保護され、このシールドは、通常、チャンバの内部領域内にＲＦ磁界を通過させる一方で、これらの磁界によって生成される循環する電流の導電パスを形成する傾向を有することになる金属が誘電ウィンドウ上に堆積するのを防止する金属で形成される。そのような電流は、オーム加熱につながり、またコイルからプラズマへのプラズマ励起エネルギーの磁気結合の低下につながるので、望ましくない。この励起エネルギーの目的は、チャンバの内部領域内に高密度プラズマを生成することである。結合の低下は、プラズマ密度が低下すること、およびプロセス結果が劣化することを引き起こす。
【０００５】
そのようなＩＰＶＤシステムでは、材料は、例えば、ターゲットからスパッタリングされ、このターゲットには、ターゲット近くに形成された高エネルギー・プラズマ・スパッタリングに関して負の電荷がかけられ、これは、通常、ターゲットと接地されたチャンバ壁などのチャンバ陽極の間に接続されたＤＣ電源を使用して行われる。ターゲットは、しばしば、ターゲットにスパッタリングするために、ターゲット上にスパッタリング・プラズマを閉じ込める磁気回路または他の磁石構造を組み込んだ平らなマグネトロン設計である。材料は、ウエハ・サポートまたはウエハ・テーブルの上でサポートされたウエハに到達し、このサポートには、通常、負バイアスがマッチング・ネットワークを介して基板サポートに接続されたＲＦ電源を使用して加えられている。
【０００６】
いくぶん異なる幾何学的配置は、真空チャンバの内部に配置されたコイルによって生成されたプラズマを使用する。そのようなシステムは、誘電チャンバ壁または誘電壁を保護する特別のシールドを必要としない。そのようなシステムは、Ｂａｒｎｅｓ他の米国特許第５１７８７３９号に記載されている。チャンバの外にコイルを有するシステム、およびＢａｒｎｅｓ他の特許で開示されるタイプのシステムは、スパッタリング・ターゲットとウエハの平面の間の空間に物理的に配置され、そこを占有する、真空の内側または外側いずれかで、誘電コイルまたは他のリアクタンス結合要素の使用を伴う。
【０００７】
コイルなどの結合要素が真空チャンバの内部、または外部のどちらで提供されても、システムの寸法は、供給源と基板の間でのＲＦエネルギー結合要素の設置を可能にする適切な供給源−基板間の分離の必要性によって制約される。コイルまたは他の結合要素の設置のために、ウエハのまわりでも、適切な直径が得られなければならない。結合要素にスペースを与える必要のために、供給源−基板間のスペーシングを大きくした直接の結果として、そのようなシステムで堆積の適切な一様性を実現することが困難になる。チャンバの高さを減じて一様性を改善した場合、チャンバの中心領域でのプラズマ密度の損失があり、コーティング材料のイオン化パーセンテージが低下する。また、実際には、システム全体が、制約された半径内に収まらなければならない。この結果、金属表面に対するＲＦコイルの近接から生じる加熱による問題が頻繁に起き、これは特別な冷却を必要として、これが、エンジニアリング・コストおよび生産コストを増大させて、電力を浪費する。
【０００８】
チャンバ内にコイルを有するＩＰＶＤ装置は、コイルがプラズマによって侵食され、したがって、ターゲットがそれで作られているのと同じタイプのターゲット・グレード材料で構成されていなければならないというさらなる不都合を有する。さらに、真空チャンバ内に配置されたコイルのかなりの冷却が必要とされる。コイルのこの冷却のために液体が使用される場合、コイルが一様ではない侵食またはアーキングによって侵入され、結果として、システム内への液体の漏れをもたらす危険があり、これは、極めて望ましくなく、システムの長期のクリーニングおよび再認定をもたらすことになる可能性が高い。さらに、チャンバ内の励起コイルは、また、プラズマにも静電結合して、励起電力の非効率的な使用、およびイオン・エネルギー・スペクトルが広がることにつながり、これはプロセスに対する望ましくない効果を有し得る。
【０００９】
前記の考察および問題の結果、ＩＰＶＤ処理・システム内でプラズマをイオン化して、エネルギーを高密度コーティング材料により効率的に結合すること、チャンバの最適寸法に干渉することなく、また好ましくは、真空チャンバ内にコイルまたは他の結合要素を配置することなしに、そうすることの必要性が未だに存在する。さらに、これらの問題に対する解決法は、基板上に堆積されるフィルムの一様性をさらに提供しなければならない。
独国特許出願第１９５０６５１３号は、１つが他の内にある２つの同心リング形状の構成要素と同心の中央構成要素とを備えたスパッタリング装置を開示している。
【００１０】
（発明の概要）
本発明の一目的は、コイルまたは他の結合要素の配置が、そこで、処理装置のチャンバの幾何学的配置に悪影響を与えないＩＰＶＤ方法およびＩＰＶＤ装置を提供することである。本発明の別の目的は、コイルまたは他の結合要素の配置が、そこで、基板上に堆積されるフィルムの一様性に悪影響を与えないＩＰＶＤ方法およびＩＰＶＤ装置を提供することである。本発明のさらなる目的は、ＩＰＶＤのパフォーマンスのより効率的で効果的な方法および装置を提供することである。
【００１１】
本発明の原理によれば、ＩＰＶＤ装置は、その中心に中心開口を有するコーティング材料のリング形状の供給源を備え、リング形状の供給源の材料にマッチするコーティング材料の中心供給源は、その開口内、好ましくは、その中心に配置されている。供給源は、真空チャンバ内の処理空間内に、コーティング材料の原子および微小の粒子で形成された蒸気を生成する。環状結合要素が、中心供給源を囲むリング形状の供給源の中心開口で提供される。この結合要素は、ＲＦエネルギーをチャンバ内にリアクタンス結合して、処理空間内に高密度のリアクタンス結合されたプラズマを生成するように動作する。高密度のプラズマは、その処理空間を通過するコーティング材料をイオン化する。コーティング材料のイオンは、基板に向かってドリフトし、この基板は、チャンバの中で、処理空間内に存在する静電界または電磁界によって影響されるパス内に、処理空間の供給源の反対側の端でサポートされている。基板のある距離内、例えば、基板からセンチメートルのオーダでに到達するイオンは、シース界に出会って、プラズマと基板の間の電位によって基板に向かって加速される。この結果、コーティング材料の高いパーセンテージが、基板と垂直の各で基板に到達し、これにより、基板の表面上の小さく高いアスペクト比のフィーチャの底および側面をより効果的にライニングする、または埋める。
【００１２】
本発明のある目的によれば、ＩＰＶＤ装置および方法は、好ましくは、同心状に配置された、２つの独立に電力供給される金属スパッタリング・ターゲット、コイル、およびファラデー・シールドを備える。１つのターゲットは、中心円形プレートである。ファラデー・シールドは、環状であり、このプレートを囲んでいる。第２ターゲットもまた、環状であり、ファラデー・シールドを囲んでいる。コイルは、シールドの後方に配置されて、このシールドを通過して、処理空間内にＲＦエネルギーを結合する。ファラデー・シールドおよびコイルは、２つの同心ターゲットと協調して働くように最適化され、高い堆積速度、かつターゲットに対する相対電力の調整を介して最適化され得る一様性で基板にコーティング材料を送達する。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、好ましくは、リング形状のスパッタリング・ターゲットを含んだコーティング材料供給源が、その中心開口に配置された環状の誘電ウィンドウを備えている。ウィンドウの後方で、チャンバの真空の外に、結合要素を含んだリング形状のプラズマ供給源が配置される。この要素は、ＲＦエネルギー供給源の出力に接続される。結合要素は、好ましくは、エネルギー供給源から供給されたエネルギーをリング形状の材料供給源の中心の開口にあるウィンドウを介して、コーティング材料供給源と前記コーティング材料供給源の反対側のチャンバの端にある基板サポート上の基板の間にあるチャンバの領域に結合する。
【００１４】
好ましい実施形態によれば、コーティング材料供給源は、環状ウィンドウの中心に配置された、中心供給源、好ましくは、円形スパッタリング・ターゲットを含み、供給源の中心から発するコーティング材料を提供する。中心供給源は、リング形状供給源と協調して、基板上に材料の一様な流束を提供し、また詳細には、基板および供給源がその中心に置かれているチャンバの中心軸に向かって内側に径方向に面する基板上のフィーチャの側面のコーティングを補足する。
【００１５】
好ましくは、本発明の装置は、環状スパッタリング・ターゲットおよび中心スパッタリング・ターゲットを含み、それらの間にチャンバの壁にある開口を密閉する環状誘電ウィンドウがある。ウィンドウの後方には、コイルまたは他の結合要素がある。ある好ましい実施形態では、環状ターゲットおよび中心ターゲットは、平坦であるか、ほぼ平坦であり、共通の平面にある。マグネトロン磁石アセンブリが、好ましくは、ターゲットの後方に配置されて、ターゲット上に磁界を閉じ込めるプラズマを生成する。この磁石アセンブリは、好ましくは、リング形状ターゲットの上方に、環状磁石トンネルを含む。これらのターゲットは、負の電圧で同時に通電され、この電圧は、好ましくは、ＤＣ電源またはパルスＤＣ電源によって生成される。高エネルギー・スパッタリング・プラズマが生成され、これは、一般的に、ターゲットの表面に閉じ込められて、ターゲットから材料をスパッタリングする。ターゲットの各々に対する別個のＤＣ電源が、ターゲットの相対スパッタリング速度を別々に制御することを可能にする。
【００１６】
結合要素は、好ましくは、環状スパッタリング・ターゲットの中心開口にある誘電ウィンドウの外部背面の後方でそれに近く配置されたコイルである。ＲＦエネルギー、例えば、１３．５６ＭＨＺのものが、そのコイルに加えられて、ターゲットと基板の間でチャンバ内に高密度の誘導結合されたプラズマを励起する。ターゲットの表面にあるマグネトロン磁石の界の下にトラップされたメイン・スパッタリング・プラズマが、ターゲットからのコーティング材料を高密度２次プラズマによって占有される処理空間の領域内にスパッタリングされ、そこで、材料の相当な部分が、電子を奪われてコーティング材料の正イオンを形成する。基板ホルダ上のウエハに加えられる負バイアス電圧が、スパッタリング材料の正イオンを２次プラズマの領域から基板の表面に向けてその上に引き寄せる。基板上に到達する材料の入射の角は、基板に対してほぼ垂直であり、基板表面上の穴およびトレンチに入って、これらの穴およびトレンチの底部をコーティングする。中心ターゲットは、フィーチャの径方向で内側に面する側面により多くの材料を提供して、フィルムの一様性を高める。ターゲットに加えられる相対電力は、別々に調整されて、基板上の一様な被覆を実現する。これらの電力は、ターゲットの寿命にわたって再調整されて、ターゲットが侵食される、または他のパラメータが変化するのに応じて一様性を維持する。
【００１７】
本発明の装置によれば、処理・チャンバは、コーティング材料供給源と基板の間で最適のスペーシングを提供して、スパッタリングされる種の最適なイオン化とウエハ上の堆積の最適な一様性の両方を提供するように寸法が定められる。
【００１８】
本発明は、ＩＰＶＤプロセスを最適化して、それを前記背景で提示した困難を克服しながら行う処理・チャンバを構成する上で、より大きな自由を提供して、ミクロン以下のサイズの高いアスペクト比のフィーチャをその上に有する基板上で、一様なフィルムを提供する。詳細には、本発明は、従来技術のシステムよりも、凹んだフィーチャ上での、より高い堆積速度、より良好な平坦なフィールド一様性、およびより一様な段差被覆を実現する。これらの利点は、供給源を平坦なフィールド堆積、ならびに段差被覆および充填堆積のために都合よく使用できるようにする。
【００１９】
本発明のこれらの目的および他の目的ならびに利点が、図面の下記の詳細な説明からより容易に明白となる。
【００２０】
（発明の詳細な説明）
本発明の好ましい実施形態によるＩＰＶＤスパッタリング装置１０が、図１に図示されている。ＩＰＶＤ装置１０は、チャンバ壁１２によって限られた真空チャンバ１１を含む。チャンバ１１は、高い真空にチャンバ１１を真空排気する真空ポンプ・システム１３、および物理スパッタリングで使用するアルゴンなどのイナート・ガスを含む、またはリアクタンス・スパッタリング適用形態で使用するリアクタンス・ガスを含むプロセス・ガスをチャンバ１１内に通気させる供給ガス制御バルブ１４を備える。処理のためにウエハをロードし、またアンロードするシステム（図示せず）も提供される。
【００２１】
チャンバ１１の一方の端には、ウエハ・ホルダ１５が配置され、これにＲＦ生成器１６が、基板またはウエハ・ホルダ１５、および処理のためにその上にサポートされるウエハ１８に対してＲＦ生成された負バイアスを加えるために、マッチング・ネットワーク１７を介して接続される。大きな開口が、ウエハ・サポート、つまりホルダ１５の反対側のチャンバ１１の端にある壁１２に提供される。この開口は、陰極−電極アセンブリ２０を含む供給源構成によってシールされる。サポート１５は、好ましくは、陰極−電極アセンブリ２０に対して軸方向に移動可能であり、陰極−電極アセンブリ２０上のターゲット間のスペーシングが、主に、ターゲットが侵食されるのに応じた所望の一様性を維持するため、初期でも、またターゲット寿命の間でも、サポート１５上のウエハ１８に対して調整することができる。そのような調整可能なサポートが提供される場合、例えば、金属ベロー（図示せず）の形態でのシールをサポート１５のマウントとチャンバ１１の壁１２の間に提供することができる。チャンバ１１の幾何学的配置、詳細には、ウエハ１８の外縁に対するチャンバ壁１１の側面の位置は、堆積の一様性に対する効果を有する。この効果は、壁１２がウエハに近接している場合、より大きく、したがって、好ましくは、ウエハ１８からの壁１２の側面の広いスペーシングを維持する。したがって、チャンバ１１の幾何学的配置は、プロセスの他のパラメータとの関係で経験的に構成して、堆積するフィルムの堆積の一様性および他の特性を最適化する。
【００２２】
図１および２にさらに示すとおり、アセンブリ２０は、裏当てプレート２３上に示される全体的に環状のターゲット２１を含み、このプレートは、オペレーション中、陰極電源２２によって負の電位に通電される。電源２２は、好ましくは、金属堆積のためのＤＣ電源またはパルスＤＣ電源であるが、適切なマッチング・ネットワーク（図示せず）を介してターゲット２１に接続されたＲＦ供給であることも可能である。ターゲット２１の侵食は、内側および外側の暗部リング２４、２５によってコントロールされ、また好ましくは、マグネトロン磁石アセンブリ２６によって生成される磁界２７によってもコントロールされる。ターゲット２１の冷却は、内部ウエハ・チャネル（図示せず）の使用により、または適切な外部冷却システム（図示せず）により実現され、これは従来どおりである。ターゲット２１は、絶縁体２８、２９によって、装置１０の電気的に接地された表面から電気的に分離される。
【００２３】
アセンブリ２０は、また、ターゲット裏当てプレート３３上に示される全体的に円形のターゲット３１も含む。オペレーション中、ターゲット３１は、電源２２と同様であるが、電源２２とは独立に制御可能な陰極電源３２によって負の電荷が加えられるる。ターゲット３１の侵食は、環状暗部シールド３９によってコントロールされ、また好ましくは、マグネトロン磁石アセンブリ３５によって生成される磁界３４によってもコントロールされる。ターゲット３１の冷却（図示せず）も提供される。ターゲット３１は、環状絶縁体３６によって装置１０の電気的に接地された表面から電気的に分離される。内側環状ターゲット３１は外側環状ターゲット２１と同心である。
【００２４】
外側環状ターゲット２１と内側環状ターゲット３１の間に、ＲＦプラズマ励起システム６０が設置される。ＲＦ励起システム６０は、いくつかの方式で実装することができる。１つの好ましい実施形態は、図示したものであり、そこで、プラズマ励起システム６０は、ターゲット２１と３１の間でのチャンバ１１の壁１２にある環状の開口を密封する平らな環状誘電ウィンドウ６１を含む。基板ホルダ１５に面するウィンドウ６１の側面は、チャンバ１１の真空に接しており、他方、ウィンドウ６１の反対側の側面つまり外面は、名目上の大気環境に接している。ウィンドウ６１の外面近くに、励起コイル６５があり、これは、好ましくは、ウィンドウ６１に全体的に平行な方向に延び、またこれは平らまたは実質的に平らであり得る。適切なコイル６５は、例えば、Ｏｇｌｅに与えられた米国特許第４９４８４５８号およびＡｓｈｔｉａｎｉに与えられた米国特許第５６６９９７５号に記載されるコイルから適合することができ、この両方の特許は、参照により、明示的に本明細書に組み込まれる。コイル６５は、それがそこにマッチング・ネットワーク６３を介して接続されているＲＦ電源６２によって通電される。
【００２５】
ウィンドウ６１の内面上には、シールド６６があり、これは、ファラデー・シールドと物理シールドの組み合せである。ファラデー・シールドとして、シールド６６は、チャンバ１１をコイル６５から静電シールドすることなく、コイル６５からのＲＦエネルギーが、チャンバ１１内に結合することを可能にする。物理シールドとして、シールド６６は、金属であり導電性であり得るコーティング材料が、ウィンドウ６１上に堆積することを防止する。シールド６６は、ウィンドウから小さな距離で、誘電ウィンドウ６１の内面近くに取り付けられる。シールド６６には、好ましくは、スロットを入れ、好ましくは水で冷却される暗部シールド２４および２５との良好な熱接触に接地されて、それが保たれる。別法では、シールド６６は、例えば、低域フィルタ６７を介して接地されることによって、少なくともコイル６５上のＲＦエネルギーに対して、電気的に浮動していることが可能である。好ましい実施形態では、シールド６６は、その縁から水冷式の暗部シールド２５への伝導によって冷却されるか、または、それが所望される場合、シールド６６を暗部シールド２５から電気的に分離しながら、シールド６６の冷却を可能にするオプションとしての電気的に絶縁する熱伝導性のサポート・リング（図示せず）を介して、冷却される。他のシールド冷却技法およびシールドの構成も使用することができる。
【００２６】
オペレーション中、ＲＦ電圧が、電源６２により、マッチング・ネットワーク６３を介して励起コイル６５に供給される。シールド６６に対する望ましくない静電結合を最小限に抑えるマッチング・ユニットおよびある接続の設計のための技法が、Ａｓｈｔｉａｎｉに与えられた米国特許第５６６９９７５号に記載されている。プロセス・ガスが供給されて、チャンバ内の圧力をおよそ１ミリトルから１００ミリトル（０．１３３から１３．３３Ｎ／ｍ2）にまで、通常は１〜４０ミリトル（０．１３３から５．３３２Ｎ／ｍ2）の範囲で高める。次に、高密度プラズマをチャンバ内に点火することができる。ＤＣ電力またＲＦ電力がスパッタリング・ターゲット２１、３１に供給され、このターゲットは、メイン・プラズマからのイオン衝撃によって侵食される。メイン・プラズマによってターゲットからスパッタリングされる材料は、コイル６５からの誘電結合されたエネルギーによってサポートされる高密度プラズマを通過するにつれて、イオン化される。
【００２７】
基板１８に対し、ＲＦ供給源１６からマッチング・ネットワーク１７を介して、負バイアスが加えられ、スパッタリング材料の正イオンを電気的に引き寄せて、プラズマから基板１８上に、基板１８にほぼ垂直な方向で向かわせる。バイアス・エネルギー供給源１６は、スパッタリング材料の正イオンをプラズマから基板１８に向けて引き寄せて、それらが、好ましくは、その表面に直角に、またはほぼ直角に基板１８上に入射し、これにより、基板１８の高アスペクト比の底部のコーティングを可能にするのに十分なだけ、プラズマの電位に対して負である電位を基板上に発達させるのに有効なＲＦエネルギーまたは他の形態の電気エネルギーを使用する。堆積のため、基板１８上のバイアス電位は、フィルムまたは基板１８上に形成されるデバイスに実質的にエッチングする、またはそれを別の仕方で損傷するほど高いエネルギーで、基板上にイオンを引き寄せるほと高くあってはならない。
【００２８】
図２および３に示すとおり、シールド６６は、それを貫通する径方向に向いたスロット７０の配列を備え、これらは、その内側の端および外側の端で狭い円周リム７２、７３によって接続された径方向に配置されたフィン７１の配列に、シールド６６を分割する。リム７２、７３の円周方向の広がりは、シールド６６の円周上の１つの角位置でシールド６６の横断する径方向の延び全体に広がる１つのスロット７４によって中断される。リム７２、７３の中断は、コイル６５からの結合された界をショートさせ、それにより、コイル６５からのエネルギーのチャンバ１１内のプラズマへの結合を低下させることになる、シールド６６内での円周方向の電流パスの形成を防止する。複数のスロット７１は、コイル６５からプラズマへのエネルギーの結合をやはり低下させることになるシールド内でのうず電流の誘導を防止する。
【００２９】
図３に示すとおり、スロット７１は、好ましくは、コーティング材料がチャンバ１１内の処理空間から、シールド６６のスロット７１をウィンドウ６１上に通過する直接のパスをブロックすることになる角のあるベンドを備えている。ウィンドウ６１のそのようなコーティングは、それが堆積することを許すと、導電性フィルムでウィンドウをコーティングすることになり、プラズマをコイル６５から電気的にシールドして、プラズマを形成するＲＦエネルギーの結合を低下させる、またはなくすることになる。図３のシールド６６のスロット７０は、鋳造、対向する側面からのプレートのフライス削り、または放電加工（ＥＤＭ）によるなど、任意の適切な方法で形成することができる。
【００３０】
図３Ａは、代替のシールド６６ａを示し、これは、２つの層またはプレート７５ａ、７５ｂで形成され、そのそれぞれがその中に、それぞれ、スロット７０ａ、７０ｂの配列、および介在するフィン７１ａ、７１ｂを有し、それぞれのフィンは、それぞれの内側および外側リム（図示せず）によって、その内側の端および外側の端で相互接続されている。スロット７０ａは、スロット７０ｂに対して互い違いになっており、フィン７１ａおよび７１ｂが、チャンバ１１の処理空間からウィンドウ６１へのコーティング材料の直接のパスを中断するようになっている。
【００３１】
プラズマ励起システムを環状ターゲットまたは他のリング形状供給源の中心にある開口に配置することの利点は、スパッタリング供給源の中心とウエハの中心の間で軸のまわりに同心状にらせん状コイルを配置する必要性によって課せられる寸法上の制約をなくすることである。さらなる利点は、環状ターゲットまたはリング状の供給源の使用から、平坦な固体の平らな供給源の場合よりも、より大きなターゲット−ウエハ間の分離で、フィルムの一様性を高める便宜がもたらされることである。より大きな目標−基板間の距離で一様性を実現できることは、スパッタリングされる材料をイオン化するより多くの機会を可能にする。リング形状の供給源が、従来技術のスパッタリング・コーティング・デバイスで使用されるとき、そのようなデバイスは、通常、供給源の中心領域内での特別なシールドをこの領域でのスパッタリングされる材料の再堆積を防止するために必要とした。そのような場合、この中心領域を加熱して、この材料の良好な付着を確実にして、チャンバの微粒子汚染を高めることになる堆積した材料のはく離を防止することが、しばしば必要であった。本発明の実施形態では、リング形状の中心開口は、高密度プラズマを励起するのに使用する装置の場所として使用され、したがって、基板上への方向性のある堆積のためのスパッタリングされる材料のイオン化に貢献することによって、システムの弱点ではなく、有用な一部となる。
【００３２】
本発明の様々な実施形態から生じるさらなる利点は、陰極および２次プラズマ励起構造を従来技術におけるよりもコンパクトにすることができ、追加のフィードスルーまたはプロセス真空チャンバに対する他の変更を必要とせず、既存のモジュールに供給源をフィットさせるのを実用的にすることである。
【００３３】
２つの部分のターゲット、詳細には、環状ターゲット・リング２１および内側ターゲット円形ディスク３１を提供することの利点は、より高い堆積速度を実現され、また堆積するフィルムのより高い一様性が実現され得ることである。それを介して２つのターゲット２１および３１の相対電力および他のオペレーティング・パラメータを別々に制御することができるコントローラ８０を提供することによって、基板上のコーティング材料の一様性を正確に維持することができる。本発明による陰極を使用すると、ＩＰＶＤプロセスの最適化を可能にする処理・チャンバの構成上で、設計選択のより大きな自由が提供される。本発明による内側ターゲットおよび外側ターゲットの使用は、従来技術の困難を克服して、ミクロン以下のサイズの高いアスペクト比のフィーチャをその上に有する基板上での、一様なフィルム被覆を提供する。詳細には、本発明は、凹んだフィーチャ上で、従来技術のシステムと比べて、より高い堆積速度、より良好な平坦なフィールドの一様性、およびより一様な段差被覆を実現する。これらの利点は、平坦なフィールド堆積、ならびに段差被覆および充填堆積のために、供給源を都合よく使用することを可能にする。
【００３４】
当分野の技術者には、本明細書に記載した本発明の実装形態を変更することができ、また本発明は、好ましい実施形態で記載していることが明白であろう。したがって、本発明の原理および趣旨を逸脱することなく、追加および変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１つの好ましい実施形態によるＩＰＶＤ装置を示す横断面図である。
【図２】  図１のＩＰＶＤ装置の陰極−電極アセンブリを示す平面図である。
【図３】  図２の線３−３に沿って見た図２の陰極−電極アセンブリのシールドを示す横断面図である。
【図３Ａ】  陰極−電極アセンブリのシールドの代替の実施形態を図示する、図３と同様の横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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