(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に材料をスパッタリングする半導体製造システムであって、
半導体製造チャンバ内にプラズマ発生領域を有する半導体製造チャンバと、
スパッタリング用の前記材料のターゲットを有する前記チャンバと、
前記チャンバの内部に保持されるコイルであって、エネルギーを前記プラズマ発生領域に結び付けるように位置決めされ、前記基板上に前記スパッタリングターゲット材料の層を形成する為に前記スパッタリングターゲット材料をイオン化するコイルと、
前記コイルに組み合わされたインピーダンス整合ボックスであって、前記コイルに沿った電圧分布を時間平均する為にリアクタンスの供給を変化させる第１回転コア片を有する第１誘導子を持ったインピーダンス整合ボックスと
を含む半導体製造システム。
【請求項２】
前記インピーダンス整合ボックスが第２回転コア片を備えた第２誘導子を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１及び第２回転コア片が互いに相関して方向付けされ、前記第１及び第２回転コア片は、それぞれ前記第１及び第２誘導子内に配置されている請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１及び第２回転コア片が互いに直角に相関して方向付けられた請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
更に、回転自在に装着されたシャフトを包含し、前記第１及び第２回転コア片が共に前記シャフトによって保持されている請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
更に、前記シャフトを回転させる為に前記シャフトに結合されたモーターを含む請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
更に、前記第１回転コア片を回転させるために前記第１回転コア片に結合された第１回転作動装置と、前記第２回転コア片を回転させる為に前記第２回転コア片に結合された第２回転作動装置を含む請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２作動装置が前記第２回転コア片の予め定められた回転を供することにより、前記第２誘導子の第２誘導リアクタンスを変化させ、前記第１作動装置による前記第１誘導子の前記第１回転コア片が回転することによって生じた第１誘導リアクタンスにおける第１変化を補償して、前記第１及び第２誘導リアクタンスの合計値を実質的に一定に維持する請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２作動装置がプログラム可能なステップモーターを含む請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１回転コア片が実質的に強磁性体からなる請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１回転コア片が電気的伝導体からなる請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１回転コア片が銅の成形品である請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２回転コア片が前記第１回転コア片に機械的に連結している請求項２に記載のシステム。
【請求項１４】
半導体製造システムであって、
半導体製造チャンバ内にプラズマ発生領域を有する半導体製造チャンバと、
前記チャンバの内部に保持され、前記プラズマ発生領域にエネルギーを結び付ける様に位置決めされ、前記プラズマ発生領域にプラズマを維持する為のコイルであって、前記コイルに沿って分布した複数の電圧を有するコイルと、
前記コイルに結合されたリアクタンス手段であって、前記コイルに沿って前記電圧分布を連続的に変化させる為に、第１誘導子と前記第１誘導子内に位置決めされた第１回転コアと前記第１回転コアを回転させる手段とを有するリアクタンス手段と
を含む半導体製造システム。
【請求項１５】
前記リアクタンス手段が、前記第１回転コアを回転させることによって、前記コイルに沿って前記電圧分布を周期的に変化させるようにした請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
更に、ＲＦ発生装置と前記発生装置と前記コイルとの間に結合された、連続可変の第２誘導子とを含む請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第２誘導子が第２回転コアを有する請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１回転コアが機械的に前記第２回転コアに連結され、それによって前記第２回転コアの回転が前記第１回転コアの回転に対応しているようにした請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記リアクタンス手段が更に前記第１及び第２回転コアを同一回転させるためのモーターを含む請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１及び第２誘導子のインダクタンスの合計が前記第１及び第２回転コアの回転中に本質的に一定であるように前記第１回転コアが前記第２回転コアと機械的に連結している請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
半導体製造システムであって、
半導体製造チャンバ内にプラズマ発生領域を有する前記チャンバと、
前記チャンバの内部に保持され、エネルギーを前記プラズマ発生領域と結び付けるように位置決めされ、前記プラズマ発生領域にプラズマを維持するためのコイルであって、前記コイルに沿って分布した複数の電圧を有するコイルと、
前記コイルと接地導体間を結合した第１誘導子と、
前記コイルに沿って電圧分布を変化させるように前記第１誘導子のインダクタンスを変化させるためのコア回転手段と、
を含む半導体製造システム。
【請求項２２】
前記コア回転手段が、第１回転コアと、前記第１誘導子内で前記第１回転コアを回転させる手段とを含む請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
更に、前記コイルに結合されたＲＦ発生装置と、前記発生装置と前記コイルの間に結合された第２誘導子とを含む請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第２誘導子が第２回転コアを有し、且つ前記コア回転手段が、前記第２誘導子内の前記第２回転コアを回転する為の手段を含む請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
コア回転手段が、前記第２誘導子内で前記第２回転コアを回転させるのと同時に、前記第１誘導子内で前記第１回転コアを回転させる手段を含む請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記コア回転手段が、前記第１誘導子内で前記第１回転コアを回転させ、且つ前記第２誘導子内で前記第２回転コアを回転させ、前記第１及び第２誘導子のインダクタンスを互いに補足変換する請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記コア回転手段が、前記第１誘導子内で前記第１回転コアを回転させ、且つ前記第２誘導子内で前記第２回転コアを回転させ、前記第１及び第２誘導子のインダクタンスの合計を実質的に一定に維持する請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
前記コア回転手段が、前記第１及び第２回転コアが同一回転をするように前記第１及び第２回転コアを機械的に結合する連結装置を含む請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
ＲＦ発生装置を使用する半導体製造システムであって、
半導体製造チャンバ内にプラズマ発生領域を有する前記チャンバと、
前記チャンバの内部に保持されるコイルであって、エネルギーを前記プラズマ発生領域に結び付け前記プラズマ発生領域にプラズマを維持するように位置決めされ、前記コイルは第１終端と第２終端を有し、前記第１終端が前記ＲＦ発生装置に結合されることに適合した前記コイルと、
前記コイル第２終端と接地導体間に結合された第１可変誘導子であって、前記第１誘導子内で回転することに適合した第１コアを有する前記第１誘導子と、
前記コイル第１終端と前記ＲＦ発生装置間に結合された第２可変誘導子であって、前記第２誘導子内で回転することに適合した第２コアを有し、前記第２コアは前記第１コアに機械的に結合されていて、前記第１及び第２コアが同一回転をするようにした前記第２誘導子と
を含む半導体製造システム。
【請求項３０】
半導体基板上に材料をスパッタリングする為の半導体製造方法であって、
半導体製造チャンバの内部に保持されたコイルの励磁であって、前記チャンバは前記チャンバ内にプラズマ発生領域を有し、前記チャンバはスパッタリング用前記材料のターゲットを有し、前記コイルはエネルギーを前記プラズマ発生領域に結びつける様に位置決めされ、前記スパッタリングターゲット材料をイオン化して前記基板上に前記スパッタリングターゲット材料の層を形成するためのコイルを励磁する工程と、
前記コイルに沿った電圧分布を時間平均するために、前記コイルに接続されたインピーダンス整合ボックスの第１調整可能誘導子の第１コア片を回転させる工程と
を含む半導体製造方法。
【請求項３１】
更に、前記インピーダンス整合ボックスの第２調整可能誘導子の第２コア片を回転させる工程を含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２コア片が、前記第１調整可能誘導子の第１誘導リアクタンスにおける第１の変化を、前記第２調整可能誘導子の第２誘導リアクタンスにおける第２の変化によって補償をして、前記第１および第２誘導リアクタンスの合計値を実質的に一定に保つ請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１及び第２調整可能誘導子が実質的に同一のものである請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１コア片が実質的に強磁性体である請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１コア片が実質的に電気伝導体である請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２コア片が前記第１コア片に機械的に結合されている請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
半導体製造方法であって、
半導体製造チャンバの内部に保持されたコイルの励磁であって、前記チャンバは前記チャンバ内にプラズマ発生領域を有し、前記コイルはエネルギーを前記プラズマ発生領域に結び付ける様に位置決めされ、前記プラズマ発生領域にプラズマを維持するべく前記コイルを励磁する工程と、
前記コイルに沿って電圧分布を変化させるために、前記コイルに結合された第１誘導子のコアを回転させる工程と
を含む半導体製造方法。
【請求項３８】
更に、前記コイルに結合された第２誘導子のコアを回転させる工程を含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２誘導子のコアの回転が前記第１誘導子のコアの回転と同時に起こる請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１及び第２誘導子のインダクタンスの合計が実質的には一定に維持される請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
半導体製造方法であって、
半導体製造チャンバの内部に保持されたコイルの励磁であって、前記チャンバは前記チャンバ内にプラズマ発生領域を有し、前記コイルはエネルギーを前記プラズマ発生領域に結び付ける様に位置決めされ、前記プラズマ発生領域にプラズマを維持し、更に、前記コイルは前記コイルに沿って分布した複数の電圧を有している、前記コイルを励磁する工程と、
前記コイルに沿って前記電圧の分布を変化させる為に、前記コイルに結合された誘導子のコアを周期的且つ連続的に回転させる工程と
を含む半導体製造方法。
【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装置、特に半導体デバイス製造時に材料層をスパッタリング（溶射）蒸着させたり、あるいは材料層をエッチングする目的でプラズマを発生させる方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマは表面処理、蒸着、エッチングの各プロセスを含む各種の半導体デバイス製造プロセスに採用ができる高度の活動エネルギーをもつイオンと活性化した原子から成る便利なソースになった。例えば、スパッタリング蒸着プロセスを用いて半導体ウエーハ上に材料を蒸着させるには、マイナス極性にバイアスさせたスパッタリング・ターゲット材料の近傍にプラズマが形成される。そのターゲットの近傍に形成されたイオンはターゲットの表面に衝突し、ターゲットから例えば“スパッタリング”材料を強制放出させようとする。スパッタリング放出された材料は次いで移送され、半導体ウエーハの表面に蒸着される。
【０００３】
スパッタリング放出された材料はターゲットから蒸着が行われている基板に向けた直線状の経路で、基板の表面に対し斜めの角度で移動しようとする傾向がある。その結果、深さ／幅に大きなアスペクト比を有する開口部を有する半導体デバイスの溝と穴を含むエッチング処理した開口部に蒸着させた材料は開口部の壁面、特に底部壁面を適切に被覆できないことがある。多量の材料を蒸着させようとすると、蒸着させた材料はブリッジを形成し、蒸着層内部に好ましからざる空洞を形成する。このような空洞を防止するには、基板をマイナス極性にバイアス（又は自己バイアス）し、スパッタリング放出された材料がプラズマによって十分イオン化されていれば垂直に方向設定した適切な電界を基板の近傍に位置決めすることによってスパッタリング放出させた材料はターゲットと基板との間の実質上垂直な経路内に向けて再度方向設定することができる。しかし、低密度プラズマでスパッタリング放出した材料のイオン化度は屡々１０％以下であり、それは過剰数の空洞が形成されるのを防止するには不十分である。従って、蒸着層の内部に好ましからざる空洞が形成されるのを低減させるにはプラズマ密度を強化し、スパッタリング放出した材料のイオン化速度を上げることが望ましい。本出願書に用いたように、“高濃度プラズマ”という用語はイオン数１０11−１０13／ｃｍ3の範囲に高い電子／イオン密度を有するプラズマを指すことを意図したものである。容量結合、電磁結合、及び電磁波加熱を含み、 ＲＦ（ 高周波）電磁界でプラズマを励起するという幾つかの公知なる技法がある。標準的な電磁結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置にあっては、プラズマを取り囲むコイルを流れるＲＦ電流はプラズマ中に電磁電流を誘導する。これらの電流は抵抗加熱によって電導性プラズマを加熱するため、そのプラズマは定常状態に維持される。例えば米国特許第４，３６２，６３２号におけるように、コイルに流れる電流はインピーダンス整合回路網を介しそのコイルに結合したＲＦ発生装置から供給されるため、コイルは変圧器の第一巻線として機能する。プラズマは変圧器の単巻き、二次巻線の働きをする。
【０００４】
蒸着材料ををイオン化することは大きなアスペクト比のチャンネルと導通路部（ｖｉａｓ）内部への材料の蒸着を容易にするが、多くのスパッタリング放出される接点金属はウエーハ端縁部に比べ中央部に一層厚く蒸着する傾向がある。この“中央に厚い”蒸着分布は均一な蒸着厚さが求められる多くの用途にあっては好ましくない。
【０００５】
１９９６年７月１０日に提出（整理番号＃１３９０ＣＩＰ／ＰＶＤ／ＤＶ）され、本出願書の譲受人に譲渡され、“プラズマを発生させ、スパッタリングを行うコイル”なる表題を有する同時係属の米国特許出願番号第０８／６８０，３３５号に解説されているように、コイル自体はチャンバの一次ターゲットからスパッタリング放出される蒸着材料を補足するスパッタリング放出材料を供給するソースとなり得ることは承認済みである。 ＲＦ信号をコイルに印加するとマイナス極性のバイアスをコイルに発生させ、そのマイナス極性バイアスはコイルに衝突しコイルから材料をスパッタリング放出させることができるプラス極性のイオンを吸引することになる。コイルからスパッタリング放出される材料はウエーハの周辺部に一層厚く蒸着しようとする傾向があるため、一次ターゲットからスパッタリング放出される材料の場合の中央が厚く蒸着する傾向はコイルからスパッタリング放出される材料での端縁部が厚く蒸着する傾向をもって補正できる。その結果、均一性が改善される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
１９９７年５月１６日に提出され、“コイル・スパッタの分布を制御する回転コアを備えた可変インピーダンス回路の使用（Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｈａｖｉｎｇ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｃｏｒｅ  ｔｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｐｕｔｔｅｒ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）”なる表題を有し、本出願書の譲受人に譲渡された同時係属の米国特許出願番号第０８／９５７，７２０号に述べられているように、コイルからスパッタリング放出される材料のスパッタリング蒸着速度はコイル周界部の近傍では不均一になることがあることは既に認められている。従って、目標レベルの均一性を達成する能力はある用途にあっては逆に影響されることがある。
【０００７】
コイルは基板の不均一な加熱を引き起こす可能性のある高温スポットを発生させることがある事実も既に認識されている。こうしたコイルの不均一加熱はコイル一部が加熱され過ぎ、変形することがあり、コイルに蒸着した微粒体を薄片状に剥離させ、基板を汚染させることもあるとの信頼性上の問題をも引き起こす可能性がある。単巻コイルは定型的には比較的高レベルの電流を流す必要があるため、このような単巻コイルにあってこうした問題は一層明確に語られねばならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は均一性を改善し実用上の目的で上述の各制約を排除するものであって、層のエッチング又は層をスパッタリング蒸着させる方法と装置の提供を目的とする。
【０００９】
本発明のこれら及び他の目的と利点は発明の一つの局面に従い、ＲＦコイルに結合させたインピーダンス回路にＲＦコイル全長に沿いＲＦ電圧分布をシフトさせる回転コア可変リアクタンスが備えられるプラズマ発生装置によって達成される。ＲＦコイルと接地導体との間にあるリアクタンスは、ＲＦコイルに沿ったＲＦ電圧分布を移動、あるいは変化させる少なくとも一つの誘導子のコアを回転させることによってスパッタリング作業の期間に周期的及び連続的に調整できるため、コイルに沿ったＲＦ電圧分布の各最小値点と各最大値点がコイルの特定領域に固定されぬことは既に確認されている。その代わり、ＲＦ電圧分布はコイル周辺に前後回転運動で、あるいは他の運動で繰り返し移動させることができる。更に、ＲＦ電圧分布に関連するプラズマのイオン化パターンは同様にＲＦ電圧分布の移動と共に移動してもよい。その結果、ＲＦコイルと基板は時間の平均化によって一層均一に、かつ対称的に加熱することができるが、スパッタリングの高温スポットを避け得るためである。その上、コイル自体は一層均一にスパッタリングができ、蒸着材料は一層均一に蒸着される可能性がある。
【００１０】
本発明の別な局面にあっては、回転自在の可変リアクタンスはインピーダンスが変化する結果、対応するインピーダンス再整合を必要とすることなくコイルに沿い電圧分布をシフトさせるため、オフセットする回転コアを有する誘導子を用いて蒸着期間に繰り返し変化させることができる。多くの用途にあって、ＲＦエネルギーのＲＦ発生装置への反射戻りを最小にするため、そのＲＦ発生装置のインピーダンスにコイルと関連インピダンス複合回路のインピーダンスを整合させることが望ましい。ここで、電圧分布はそれぞれのインピーダンスを再整合させる必要なく蒸着の期間に回転できるが、それは回転自在の可変リアクタンスは蒸着の期間に繰り返し変化させるが、コイルとインピーダンス回路網の複合インピーダンスは実質上一定に維持できるためである。
【００１１】
本発明の一実施形態にあって、回転自在の可変リアクタンスには一組の回転誘導子と、その一組の回転誘導子の内部に運動自在に配した一組のリンク結合させた回転コア体とが含まれ、ここで一組の回転誘導子の一方はＲＦコイルと接地導体との間に位置決めされる。以下に詳しく説明するように、各コア片は一組の内の一方の回転誘導子の誘導リアクタンスの各変化をその一組の内の他の回転誘導子の誘導リアクタンスの対応する実質上等しいが、極性が逆な変化をもって補正し、一組の回転誘導子の誘導リアクタンスの加算合計を実質上一定に維持する。その結果、ＲＦコイルのインピーダンスが適切に整合されてしまえばＲＦコイル・インピーダンスを再整合させる必要は軽減、あるいは排除することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
最初に図１、図２を参照するが、本発明の実施形態に従い使用されるプラズマ発生装置の例は真空チャンバ１０２（図２に概略を示す）の内部に収められる実質上円筒形をしたプラズマ・チャンバ１００から成る。この実施形態のプラズマ・チャンバ１００は、その内部で蒸着が進行中の材料から真空チャンバ１０２の内部壁面を保護するチャンバ遮蔽体１０６によって真空チャンバ壁の内部に保持される螺旋状コイル１０４を有する。本発明の一つの局面に従えば、ＲＦコイル１０４と接地導体との間のリアクタンスはＲＦ電圧分布をＲＦコイル１０４に沿いシフトさせるか、回転させ、かつ、関係するプラズマのイオン化パターンをシフトする回転コアを備えた誘導子によってスパッタリング作業の期間に連続して、あるいは繰り返し調整することができる。その結果、ＲＦコイル１０４と基板１１２は一層均一に、しかも軸方向対称的に加熱され、蒸着材料は時間の平均化によってそのコイルから一層均一にスパッタリング放出される。更に、第一回転コアと位相外れで回転する第二コアを備えた第二誘導子を設けることによって、ＲＦコイルのインピーダンスを適切に整合させてしまえば、ＲＦコイル１０４と接地導体との間のリアクタンスを繰り返し変化させてＲＦコイル１０４に沿い電圧分布をシフトしている事実にも拘わらずＲＦコイルのインピーダンスを再整合させる必要を排除することができる。
【００１３】
イオン・フラックス（束）はプラズマ・チャンバ１００の上方に位置決めし、マイナス極性にバイアスさせたターゲット１１０に衝突する。プラズマ・イオンはターゲット１１０から材料を基板１１２上に噴出させるが、その基板はプラズマ・チャンバ１００の底部にある受け台１１４で支持されるウエーハ又は他の加工物であってもよい。ターゲット１１０のスパッタリングによる均一な浸食を促進させるためターゲット１１０の面の上部に広がる磁界を形成すべく、任意の回転磁石アッセンブリ１１６をターゲット１１０の上方に設けることができる。
【００１４】
ＲＦ発生装置３００（図２）からの高周波（ＲＦ）エネルギーがＲＦコイル１０４からプラズマ・チャンバ１００の内部に放射され、プラズマ・チャンバ１００内部のプラズマを活性化する。ターゲット１１０からスパッタリング放出される蒸着材料は基板１１２上に蒸着される前にＲＦコイル１０４で活性化されたプラズマ内を通過する。プラズマ中を通過する蒸着材料の一部はプラズマによってイオン化される。次いで、イオンかされた蒸着材料は基板１１２上のマイナス電位に向けて吸引される。このようにして、イオン化された蒸着材料は基板にある大きなアスペクト比をもつ開口部内への材料の一層の蒸着を促す更に一つの垂直経路に向けて方向が再設定される。図に記載する実施形態はスパッタリング蒸着に関し解説されているが、本発明はエッチングに関しても有効であると思われる。
【００１５】
図２はこの図に記載した実施形態のプラズマ発生装置の電気接続部の概略を示す。基板１１２上にターゲットの材料をスパッタリング蒸着するため、好ましくは可変ＤＣ電源３０２によってターゲット１１０をマイアス極性にバイアスし、プラズマによって発生したイオンを吸引させる。同様な方式で、受け台１１４を可変ＲＦ電源３０４によってマイナス極性にバイアスし、基板１１２をマイナス極性にバイアスさせてイオン化した蒸着材料を基板１１２上に吸引させてもよい。代わる実施形態にあっては、受け台１１４は高周波ＡＣ電源によってバイアスし、イオン化した蒸着材料が一層均一に基板１１２に吸引されるよう基板１１２をバイアスさせてもよい。更に他の代わる実施形態にあっては、基板１１２を外部からバイアスさせることは省略してもよい。
【００１６】
ＲＦコイル１０４の一端ｂは増幅器３９６の出力部のようなＲＦソースと、ＲＦ発生装置３００に入力部が接続されるインピーダンス整合回路網３０６に結合する。好ましくは、ＲＦコイル１０４の他端ｄは可変キャパシタにすることができるキャパシタ３０８を介し接地する。ＲＦエネルギーが反射してＲＦ発生装置に戻るよりはＲＦ発生装置３００から効率よくＲＦコイル１０４に伝送されるよう、増幅器３９６とインピーダンス整合回路網３０６はＲＦコイル１０４とインピーダンス整合回路網３０６の複合インピーダンスを調整してＲＦ発生装置３００のインピーダンスに整合させる。
【００１７】
上述したように、ＲＦコイル１０４に沿ったＲＦ電圧分布はプラズマの各種特性に影響を及ぼす可能性があることに注目した。これらプラズマの特徴は、プラズマ密度と電位分布及び、コイルと蒸着をする基板１１２に対するイオン・ボンバードメントを含む。ＲＦコイル１０４に沿った瞬時ＲＦ電圧分布は不均一であり、ＲＦコイル１０４の対称軸を中心に軸対称ではないため、そのＲＦコイルの非均一的なスパッタリングと材料の基板１１２への不均一な蒸着はもとより、ＲＦコイル１０４と基板１１２双方の不均一、非対称的な加熱が発生する可能性がある。従って、ＲＦコイル１０４の不均一、非対称的な加熱はＲＦコイル１０４の一部が過剰に加熱され、変形することがあり、かつ、ＲＦコイル１０４に蒸着した微粒体の薄片剥離に至ることもあり、基板１１２を汚染させる可能性がある点で信頼性の問題引き起こすことがあり得る。 ＲＦコイル１０４が単巻コイルである場合、ＲＦコイル１０４に沿った非均一、非対称的な瞬時ＲＦ電圧分布と、その結果生じる非均一的効果が最も顕著になる可能性がある。
【００１８】
本発明によれば、スパッタリング作業の期間に繰り返し周期でＦＲコイルと接地導体との間のリアクタンスを変化させ、ＲＦコイル１０４に沿いＲＦ電圧分布を変化させ、あるいは移動させ、それによってプラズマのイオン化分布をも回転させるための回転コアを備えた誘導子が設けられる。プラズマ領域を中心とした軌道状又は他の経路内のコイル周囲における電圧の最小点、ピーク点又は他の基準点を連続的に移動すべく電圧分布を変化させるとき、変動するイオン化画分がある、あるいはイオン化速度が変化するプラズマの各領域はプラズマ領域内の一軸を中心に実際に回転させてもよい。その結果、ＲＦコイル１０４と基板１１２は一層均一に、しかも軸対称に加熱でき、ターゲット材料は時間の平均化によって一層均一に蒸着できるが、それは最大から最小までのイオン化（プラズマ密度）画分の領域がＲＦコイルとターゲットのスパッタリングに一層等しく寄与できるからでる。本発明の他の局面にあっては、ＲＦコイル１０４と接地導体との間のリアクタンスが連続して、あるいは繰り返し変化され、ＲＦコイル１０４に沿った電圧分布をシフトするとの事実にも拘わらず、ＲＦコイル・インピーダンスが適切に整合を済ませていればＲＦコイルのインピーダンスを再整合させる必要は排除できる。
【００１９】
図３は、可変キャパシタンスＣinを有する入力キャパシタ３１０と、可変キャパシタンスＣmatchを備えた並列整合キャパシタ３１２と、真空チャンバ１０２を介しＲＦコイル１０４の一端に結合した回転インダクタンスＬtune1を有する直列回転誘導子３１８を備えたインピーダンス整合回路網３０６の一実施形態を図解する概略図である。同様に、その回路網には真空チャンバ１０２を介しＲＦコイル１０４の他端に結合したブロッキング・インピーダンス３２１が含まれる。ブロッキング・インピーダンス３２１は回転インダクタンスＬtune2を備えた直列、回転誘導子３２０と、複合キャパシタンスＣblockを有する一組の並列ブロッキング・キャパシタ３０８ａ、３０８ｂから成る。ＲＦコイル１０４は等価抵抗器３１６及び誘導子３１７によってそれぞれ示される抵抗Ｒと、関連のインダクタンスＬcoilとを有する。インピーダンス整合回路網３０６の入力部はＲＦ入力部３０７を介しＲＦ発生装置３００に結合される。
【００２０】
本発明の別な局面によれば、回転誘導子３１８、３２０のインピーダンス値は蒸着の期間にその誘導子の各コアを回転させることによって補足的な方式で繰り返し変化させ、良好なインピーダンス整合を促すため比較的一定な複合インピーダンスを維持しながらＲＦコイル１０４の周辺に電圧分布をシフトさせてもよい。回路網３０６の一つの機能はＲＦ発生装置３００のインピーダンスに回路網３０６のインピーダンスに複合させたＲＦコイル１０４のインピーダンスを整合し、ＲＦエネルギーのＲＦ発生装置への反射戻りを最小にしＲＦコイル１０４からのＲＦエネルギーのチャンバ内のプラズマへの結合を最大にすることである。従って、ＲＦコイル１０４の特定なコイル・インピダンスＬcoilの場合、入力キャパシタ３１０と、整合キャパシタ３１２と、回転誘導子３１８、３２０及びブロッキング・キャパシタ３０８の値は、例えば５０オームでもよいＲＦ発生装置インピーダンスに対し厳密な整合が得られるように選択する。位相が進み技術によるインピーダンス整合回路のインピーダンスに対すると同様な方式で、入力キャパシタＣinと整合キャパシタＣinのインピダンスは共に蒸着に先立ち、かつまた蒸着の期間に微細に調整し、入力キャパシタ３１０と整合キャパシタ３１２の可変キャパシタンスを調整することによって一層正確な整合を達成し、維持してもよい。
【００２１】
ブロッキング・キャパシタ３０８ａ、３０８ｂは位相が進み技術のインピーダンス整合回路ブロッキング・キャパシタのものと同様、コイルの期待されるＤＣバイアスを接地導体から隔離しながらＲＦ復帰路を提供する。回転誘導子３２０のインピーダンス値はＲＦコイル１０４が目標のＤＣバイアスを発生するよう、特定なＲＦ分布が得られるように選択する。しかし、本発明の一つの局面によれば、回転誘導子３２０のインピダンス値はそれにも拘わらず誘導子３２０のコアを回転させることによって蒸着の期間に繰り返し周期で変化させ、ＲＦコイル１０４周囲の電圧分布を周期的にシフトしてＲＦコイル１０４の各部に対するスパッタリング速度とコイル加熱の均一性を強化できる。誘導子３２０のインダクタンスの各変化を補正するため、誘導子３１８、３２０のインダクタンスの加算合計が実質上維持されるよう、誘導子３１８のコアを回転させる。その結果、インピーダンス整合回路網３０６のインピーダンス合計値はＲＦ発生装置のとの良好なインピーダンス整合を促進すべく実質上一定に維持される。
【００２２】
これは下文から理解されよう。図３に記載のポイントａからポイントｅに亘る交流電流（ＡＣ）直列回路の任意の二点間の実効電位差Ｖoffはそれぞれの点相互間におけるＡＣ回路の実効電流ＩoffとインピーダンスＺの積に等しい。回転インダクタンスＬtune1を備える直列回転誘導子３１８のａ点とｂ点相互間の実効電位差Ｖabは下式によって与えられ、
【００２３】
【式１】
0004319351.tif 000002
【００２４】
ここで回転インダクタンスＬtune1を有する直列回転誘導子３１８全体に亘るインピーダンスＺabは下式で与えられ、
【００２５】
【式２】
0004319351.tif 000003
【００２６】
瞬時電位差Ｖabと回転インダクタンスＬtune1を有する直列回転誘導子３１８全体に亘って流れる瞬時電流ｉとの間の位相角φabは下式で与えられ、
【００２７】
【式３】
0004319351.tif 000004
【００２８】
そのため、直列回転誘導子３１８全体に亘る瞬時電位差Ｖabは直列回転誘導子３１８における瞬時電流ｉに９０°だけ位相が進み、実効電位差Ｖabは回転誘導子３１８全体に亘るａ点とｂ点相互間のＬωtune1に等しい。
【００２９】
実効抵抗Ｒを有する直列抵抗器３１６全体に亘るｂ点とｃ点相互間の実効電位差Ｖbcは下式によって与えられる。
【００３０】
【式４】
0004319351.tif 000005
【００３１】
インダクタンスＬcoilを有するＲＦコイル１０４全体に亘るｃ点とｄ点相互間の実効電位差Ｖcdは下式で与えられ、
【００３２】
【式５】
0004319351.tif 000006
【００３３】
ここで、インダクタンスＬcoilを有するＲＦコイル１０４全体に亘るインピーダンスＺcdは下式で与えられ、
【００３４】
【式６】
0004319351.tif 000007
【００３５】
ここで、瞬時電位差ＶcdとインダクタンスＬcoilを有するＲＦコイル１０４全体に亘り流れる瞬時電流ｉとの間の位相角φcdは下式で与えられ、
【００３６】
【式７】
0004319351.tif 000008
【００３７】
そのため、ＲＦコイル１０４全体に亘る瞬時電位差Ｖcdは直列誘導子中の瞬時電流ｉに９０°だけ位相が進み、実効電位差ＶcdはＲＦコイル１０４全体に亘るｃ点とｄ点相互間のＩωＬcoilに等しい。
【００３８】
回転インダクタンスＬtune2を有する直列回転誘導子３２０全体に亘るｄ点とｅ点相互間の実効電位差Ｖdeは下式で与えられ、
【００３９】
【式８】
0004319351.tif 000009
【００４０】
ここで、回転インダクタンスＬtune2を備えた直列回転誘導子３２０全体に亘るインピーダンスＺdeは下式で与えられ、
【００４１】
【式９】
0004319351.tif 000010
【００４２】
瞬時電位差Ｖdeと回転インダクタンスＬtune2を有する直列回転誘導子３２０全体に亘る瞬時電流ｉとの間の位相角φdeは下式で与えられ、
【００４３】
【式１０】
0004319351.tif 000011
【００４４】
そのため、直列回転誘導子３２０全体に亘る瞬時電位差Ｖdeは直列回転誘導子３２０における瞬時電流ｉに９０°だけ位相が進み、実効電位差Ｖdeは直列回転誘導子３２０全体に亘るｄ点とｅ点相互間のＩωＬtune2に等しい。
【００４５】
固定複合キャパシタンスＣblockをそれぞれ有する各ブロッキング・キャパシタ３０８ａと３０８ｂとに亘るｅ点とｆ点相互間の実効電位差Ｖefは下式で与えられ、
【００４６】
【式１１】
0004319351.tif 000012
【００４７】
ここで、それぞれキャパシタンスＣblockを備えた各ブロッキング・キャパシタ３０８ａと３０８ｂとに亘るインピーダンスＺefは下式で与えられ、
【００４８】
【式１２】
0004319351.tif 000013
【００４９】
瞬時電位差Ｖefと、キャパシタンスＣblockをそれぞれ有する各ブロッキング・キャパシタ３０８ａと３０８ｂとに亘り流れる瞬時電流ｉとの間の位相角φefは下式で与えられ、
【００５０】
【式１３】
0004319351.tif 000014
【００５１】
そのため、各ブロッキング・キャパシタ３０８ａと３０８ｂとに亘る瞬時電位差Ｖefはブロッキング・キャパシタ３０８ａを流れる瞬時電流ｉより９０°だけ位相が遅れ、実効電位差Ｖefはブロッキング・キャパシタ３０８ａ全体に亘るｅ点とｆ点相互間のＩ（ωＣblock）-1に等しい。
【００５２】
所定の角周波数ωに対し、回転誘導子３２０全体に亘るｄ点とｅ点相互間の実効電位差Ｖdeが各ブロッキング・キャパシタ３０８ａと３０８ｂとに亘るｅ点とｆ点相互間の実効電位差Ｖef=Ｉ（ωＣblock）-1と、ＲＦコイル１０４全体に亘るｃ点とｄ点相互間の実効電位差Ｖcd=Ｉωcoilとの差に実質上等しくなるような回転インダクタンスＬtune2が与えられるよう直列回転誘導子３２０は選択してよく、そのため、Ｖde=ＩωＬtune2=Ｖef−Ｖcd=Ｉ（ωＣblock）-1−ＩωＬcoilとなる。各ブロッキング・キャパシタ３０８ａと３０８ｂに亘る瞬時電位差Ｖefはｒｆコイル１０４全体に亘る瞬時電位差Ｖcdと、直列回転誘導子３２０全体に亘る瞬時電位差Ｖde双方に１８０°だけ位相が遅れると思われ、各ブロッキング・キャパシタ３０８ａと３０８ｂとに亘る瞬時電位差ＶefはＲＦコイル１０４全体に亘る瞬時電位差Ｖcdと、直列回転誘導子３２０全体に亘る瞬時電位差Ｖde双方と完全に位相外れになるであろう。いかなるＤＣオフセット・バイアスでも、あるいはＤＣ自己バイアスを無視すると、実効電位Ｖはｃ点でゼロになる（Ｖ=０）ため、ｃ点とｆ点相互間の電圧計（図には示されず）の指示値はゼロになろう。
【００５３】
同様に、回転誘導子３２０全体に亘るｄ点とｅ点相互間の実効電位差Ｖde=ＩωＬtune2が各ブロッキング・キャパシタ３０８ａと３０８ｂとに亘るｅ点とｆ点相互間の実効電位差Ｖef=Ｉ（ωＣblock）-1の（ｎ−１）-1ｎ倍と、ＲＦコイル１０４全体に亘るｃ点とｄ点相互間の実効電位差Ｖcd=ＩωＬcoilの差に実質上等しくなるような回転インダクタンスＬtune2が与えられるよう直列回転誘導子３２０は選択してもよく、そのため、
【００５４】
【式１４】
0004319351.tif 000015
【００５５】
となるが、ここで、ｎは正の実数である。各ブロッキング・キャパシタ３０８ａと３０８ｂとに亘る瞬時電位差ＶefはＲＦコイル１０４全体に亘る瞬時電位差Ｖedと、直列回転誘導子３２０全体に亘る瞬時電位差Ｖdeの双方に１８０°だけ位相が遅れると思われ、その結果、各ブロッキング・キャパシタ３０８ａと３０８ｂに亘る瞬時電位差ＶdeはＲＦコイル１０４全体に亘る瞬時電位差Ｖcdと直列回転誘導子３２０全体に亘る瞬時電位差Ｖdeの双方と完全に位相外れになろう。再度、いかなるＤＣオフセット・バイアス、あるいはＤＣ自己バイアスを無視すると、実効電位Ｖはｃ点とｅ点相互間の距離の実質上ｎ-1にあるＲＦコイル１０４に沿った点でゼロ（Ｖ=０）になるため、点（ｃ点とｅ点相互間の距離の実質上ｎ-1）と、点ｆとの間の電圧計（図には示さず）の指示値はゼロになろう。ｎ値が非常に大きくなる限界にあっては、実効電位ＶがＲＦコイル１０４に沿いゼロ（Ｖ=０）になる点は任意的にｃ点の近傍に接近する。
【００５６】
従って、直列回転誘導子３２０の回転インダクタンスＬtune2は実効電位Ｖがｃ点とｄ点相互間におけるＲＦコイル１０４に沿った実質上の任意点でゼロ（Ｖ=０）になるよう選択してもよい。実効電位Ｖがゼロ（Ｖ=０）になるＲＦコイル１０４に沿った点を経時的に変更できるということを利用してＲＦコイル１０４に沿ったＲＦ電圧分布をシフトし、特定の電圧分布に関連するイオン化パターンをシフトさせてもよい。その結果、ＲＦコイル１０４と基板１１２は一層均一に、かつ、軸対称に加熱でき、時間の平均化によってＲＦコイル１０４から一層均一に材料がスパッタリング放出できる。
【００５７】
図４は誘導子３２０のインピーダンスが蒸着期間に変化するとき、ＲＦ電圧分布がいかにＲＦコイルに沿いシフトされるかを推量する一例を示す線図である。図４では、ＲＦコイル１０４のピークピークＲＦ電圧Ｖppがコイル角度α（図２）で表される単巻ＲＦコイル１０４上の位置関数として示されるが、ここでコイル角度α=０°はＲＦコイルの一端ｄ（図３）に対応し、コイル角度α=３６０°は各ＲＦ貫通接続部がＲＦコイルに接続されるＲＦコイル１０４の一端ｂに対応する。
【００５８】
一つの分布にあって、誘導子３２０のインダクタンスの値がＬ１μＨになると、α=０°端のピークピークＲＦ電圧Ｖppは３００ｖでスタートさせてよく、コイル位置がほぼα=９０°で０ｖまで下げることができる。そこで、ＲＦ電圧はピークピークＲＦ電圧の値を例えば約６００ｖにすることができるＲＦコイルの他端ｂ（α=３６０°）に達するまでＲＦコイル周辺の連続した点で増強されよう。ピークピーク電圧はコイル角度α=３６０°に対応するコイル位置で最大になるため、例にあってはその点で高温スポットが発生することがある。しかし、本発明に従い蒸着が進行中に誘導子３２０のインダクタンスを他値に変更すると、高温スポットはシフトすることができる。
【００５９】
従って、誘導子３２０のインダクタンスが例えばＬ２に切り替わると、この例にあって電圧分布はシフトされることになるため、電圧分布は図に示すように実際上逆になる。更に詳しく言えば、このインダクタンス値で、α=０°端におけるピークピークＲＦ電圧Ｖppは６００ｖより多少高い値でスタートさせてよく、Ｖppが０ｖに等しくなることがあり得るコイル位置α=２４０°に至るまでコイル周辺の連続する位置で継続的に降下させてもよい。そこで、ピークピークＲＦ電圧の値を約３００ｖにしてもよいコイルの別端（α=３６０°）に至るまでＲＦ電圧は上昇すること思われる。従って、高温スポットはコイル角度α=０°においてコイルの別端までシフトしよう。蒸着の進行時、誘導子３２０のインピーダンスを適切に変更することによって、高温スポットはコイル円周に沿った各中間位置までシフトされ、高温スポットを一層均一に分布させ、こうしてＲＦコイルを一層均一に加熱し、スパッタリングしてもよい。
【００６０】
電圧分布をシフトさせると、ＲＦコイルに沿った最大、最小電圧値も変化する可能性がある。従って、図４に示すように、誘導子３２０のインピーダンスを例えばＬ3に切り替えると、α=０°端でのピークピークＲＦ電圧Ｖppが０ｖの近傍でスタートでき、ピークピークＲＦ電圧の値が例えば約８００ｖになるコイルの別端ｂ（α=３６０°）に至るまで連続して上昇できるよう、この例では電圧分布がシフトされるこのになる。従って、蒸着の進行時インピーダンスが変化すると最大、最小電圧値の位置はもとより、電圧分布における最大、最小値が変化してＲＦコイルの加熱とスパッタリングを一層均一にすることができる。
【００６１】
更に、回転インダクタンスの加算合計（Ｌtune1＋Ｌtune2）が実質上一定に維持されるよう、二つの直列回転誘導子３１８、３２０を補足的な方式で実質上同時に調整してもよい。このような構成では回転誘導子３２０のインピ―ダンスを変化させてＲＦコイル１０４に沿い電圧分布を回転させると、ＲＦコイル１０４、ブロッキング・キャパシタ３２１及び整合回路網３０６ａの各インピーダンスを再整合させる必要を軽減、あるいは排除することができる。図３に示すように、整合キャパシタ３２１と、整合回路網３０６ａの入力キパャシタ３１０は図３のａ点からｆ点までの直列に結合した構成部品のインピーダンスであるインピーダンスに合わせて結合する。インピーダンスＺafで表されるこのインピーダンスは下式に表されるように、ＲＦコイル１０４２を含むこれら構成部品のインピーダンスによって定義される。
【００６２】
【式１５】
0004319351.tif 000016
【００６３】
ＲＦコイル１０４（即ちＲ２＋（ωＬcoil）２）１／２）とブロッキング・キャパシタ３０８ａ、３０８ｂ（即ち１／（ωＣblock））のインピーダンスを固定し、回転誘導子３１８、３２０（即ちωＬtune1＋ωｌltune2）のインピーダンスの加算合計も一定であれば、図３のａ点からｆ点までの直列に結合した構成部品のインピーダンスＺafは回転誘導子３２０のインピーダンスωＬtune2を繰り返し変化させＲＦコイル１０４に沿った電圧分布を回転させても一定になることが理解される。実際、インピーダンスＺafを時間と共に変化させることは下式によって表されると考えられ、
【００６４】
【式１６】
0004319351.tif 000017
【００６５】
回転誘導子３１８、３２０のインピーダンスの加算合計（即ちωＬtune1＋ωＬtune2）が一定であることを条件にインピーダンスＺａｆが一定であることを示すＲＦコイル１０４とブロッキング・キャパシタ３０８ａ、３０８ｂの固定インピーダンスを用いられる。リアクタンスと比較してＲＦコイル１０４の抵抗Ｒが無視できるとき（即ちＲ≪ωＬtune1＋ωＬcoil＋ωＬtune2−１／（ωＣblock））、インピーダンスＺafはほぼ以下のようである。
【００６６】
【式１７】
0004319351.tif 000018
【００６７】
そのため、インピーダンスＺafの経時的は変化量は
【００６８】
【式１８】
0004319351.tif 000019
【００６９】
であり、これは回転誘導子３１８、３２０のインピダンスの加算合計（即ちωＬtune1＋ωＬtune2）が一定である限り、再度、実質上ゼロになる。
【００７０】
それ故に、入力キャパシタ３１０、整合キャパシタ３１２又はブロッキング・キャパシタ３０８ａのインピーダンスは回転誘導子３２０に対し行われた変更の結果として調整し、ＲＦ発生装置３００とのインピダンス整合を維持する必要はない。その代わり、入力キャパシタ３１０と、又は整合キャパシタ３１２に対する調整は蒸着が進行する期間におけるプラズマへの変更及び他の原因によって生じるＲＦコイル１０４の実効インダクタンスの通常的な変動の結果として常態にあって遭遇する値に限定することができる。このような構成では、回転誘導子３２０のインピーダンスが変化してＲＦコイル１０４に沿った電圧分布が回転するときＲＦコイル１０４とインピーダンス整合回路網３０６ａのインピーダンスをＲＦ発生装置３００に対し再整合させる必要を軽減、あるいは排除することができる。
【００７１】
代表的なインピーダンス整合回路網を使用してＲＦコイル１０４のインピーダンスを再整合させる定型的な時定数は周波数自動調整では数秒のオーダであり、機械的な自動調整では数秒以上である。再整合の期間に、プラズマに加えるＲＦエネルギーはＲＦ発生装置のインピーダンスに十分良好に整合されていないコイルＲＦ１０４とブロッキング・キャパシタのインピーダンスを原因とするＲＦエネルギーの反射があるため、実際上遮断してもよい。同様に、再整合に要する時間は、僅かに数十秒継続するような比較的短時間の蒸着工程では長すぎることがある。
【００７２】
図３に記載の実施形態では、回転インダクタンスの加算合計（Ｌtune1＋Ｌtune2）を実質上一定に維持することによって、コイルの沿った電圧分布を回転させるためブロッキング・キャパシタ３２１のブロッキング・インピーダンスを変化させ（回転誘導子３２０のインダクタンスを変化させることによって）てＲＦコイルに沿った電圧分布を回転させることはそのブロッキングキャパシタのＲＦ発生装置に対する整合を失わせる原因にはならない。従って、図３に記載の実施形態はＲＦ発生装置からのＲＦエネルギーの不当な反射を防止するために良好なインピーダンス整合を維持せねばならぬ用途に十分適合している。それ故に、図３の実施形態では他の公知の整合技法の場合と同様、周波数自動調整又は機械的な自動調整によるインピーダンス整合の維持を容易に利用できる。
【００７３】
誘導子３１８、３２０のインダクタンス（Ｌtune1＋Ｌtune2）のような回転インピーダンスの加算合計は、各種の異なる構成において実質上一定に維持することができる。例えば、図５に二つの回転誘導子３２８、３２０を備えた実施形態を示すが、この実施形態では関連の回転誘導子の加算合計（Ｌtune1＋Ｌtune2）は回転誘導子３１８、３２０の各回転コアを機械的に一体に結合することで実質上一定に維持される。図５、図６に示すように、二つの実質上同一な回転自在の環状リング形コア片３１８ｃ、３２０ｃが誘導子３１８、３２０の内部にそれぞれ配され、実質上剛性を有し、実質上電気的に絶縁性を備えた共通回転シャフト３４０によって接続される。コア片３１８ｃ、３２０ｃは共通シャフト３４０によって一体に機械的リンク結合されているため、図５の矢印で示すように、コア片３１８ｃ、３２０ｃはそれぞれの誘導子３１８、３２０と同時に回転する。コア片３１８ｃ、３２０ｃのこうした結合運動は直列回転誘導子３１８、３２０のそれぞれのインダクタンスＬtune1、Ｌtune2を事実上同時に十分調整する。
【００７４】
コア片３１８ｃ、３２０ｃは銅のような導電性材料又はソフトな磁気コア材のような強磁性材料、あるいはステンレス・スチールのような他の材料を含む各種の材料で製作してもよい。それ故、コア片３２０ｃが例えば銅で製作されていれば、コア片３２０ｃの導電特性によって誘導子３２０のインダクタンスＬtune2が減少する。この減少は図５、図６に示すように、誘導子３２０の中央軸に事実上同軸に心合わせした環状、リング形コア片３２０ｃの対称をなす中央軸をもつ誘導子３２０の実質上中央に配した位置までコア片３２０ｃが回転すると最大（最小のコイル・インダクタンスに対応する）になる。この位置で、コア片３２０ｃは実際に磁束を短絡し誘導子３２０のインダクタンスを減少させる単巻短絡として機能する。
【００７５】
コア片３１８ｃ、３２０ｃの角位置は図５に角度“β”で表している。それぞれのコア片３１８ｃ、３２０ｃの角位置βの関数としての誘導子３１８、３２０のインダクタンスの変化を図７に示す。β=０のとき、コア片３２０ｃは図５、図６に示すように誘導子３２０に同軸に心合わせされる。この位置にあって、誘導子３２０のインダクタンスＬtune2は図７に記載するように最小である。コア片３２０ｃが１／４回転する間に角位置βが大きくなると、誘導子３２０のインダクタンスＬtune2は増大する。コア片３２０ｃの中央軸が誘導子３２０の中央軸に対し直角になる位置（β=Π／２）までコア片３２０ｃが回転すると、コア片３２０ｃの短絡効果が最小になるため、誘導子３２０のインダクタンスＬtune2は最大に達する。
【００７６】
コア片３２０ｃが次いで１／４回転する間に、誘導子３２０のインダクタンスＬtune2はコア片中央軸がコイル中央軸に再度心合わせされると最小に達する（β=Πにおいて）まで減少する。第三次の１／４回転の間に、誘導子３２０のインダクタンスＬtune2はコア片３２０ｃの中央軸が誘導子３２０の中央軸に直角（β=３Π／２において）になると、最大になるまで再度増加する。コア片３２０ｃが第四次の１／４回転をする間に、コア片の３２０ｃの中央軸が誘導子３２０の中央軸に再度心合わせされると、誘導子３２０のインダクタンスＬtune2は最小に達する（β=２Π又は０において）まで減少する。従って、コア片３２０ｃが各全回転する場合、誘導子３２０のインダクタンスは全二周期に亘り変化する。他の誘導子３１８のインダクタンスも同様にコア片３１８ｃの回転につれて変化する。しかし、コア片３１８ｃは図５、図６に示すように、誘導子３２０のコア片３２０ｃの位置に直角な位置で共通シャフト３４０に装着されている。従って、コア片３２０ｃの中央軸が誘導子３２０の中央軸に心合わせされると、コア片３１８ｃの中央軸は誘導子３１８の中央軸に直角になる。逆に、コア片３２０ｃの中央軸が誘導子３２０の中央軸に直角になると、コア片３１８ｃの中央軸は誘導子３１８中央軸に直角になる。それ故に、誘導子３２０のインダクタンスの変化は誘導子３１８のインダクタンスの変化に対し１８０度位相外れである。即ち、誘導子３２０のインダクタンスが最大のとき、誘導子３１８のインダクタンスは最小であり、逆の場合も同じことが言える。そこで、各誘導子のインダクタンスの変化量は一方の誘導子のインダクタンスの減少又は増加が他誘導子の対応するインダクタンスの増加や、減少を効果的に補正できるよう、選択することができ、そのため、誘導子３１８、３２０の合計インダクタンスは誘導子３１８、３２０それぞれのインダクタンスの一定変動にも拘わらず実質上一定に維持される。その結果、ＲＦ発生装置との良好な整合の維持が促進される。
【００７７】
図７に示すように、各誘導子におけるインダクタンスの変化は誘導子コア片の角位置βの関数として実質上シヌソイドであると考えられる。図７の縦軸尺度はマイクロヘンリ（μＨ）なる単位での測定量を表す。図６に示す誘導子３１８におけるインダクタンスＬtune1の変化量、約０．６μＨ（これは図に記載の実施形態にあっては誘導子３１８の平均インダクタンスの約２５％でる）は単巻ＲＦコイル１０４の全長に沿ったＲＦ電圧分布を回転させ、かつ、ＲＦ電圧分布に関連するイオン化パターンを回転させる多くの用途に十分である。電圧分布の回転に必要なインピーダンスの変化量はスパッタリング用ＲＦコイル１０４の巻数と、ある用途にあってはＲＦコイル１０４の直径とを含む若干数の要因に準拠して決まることになる。
【００７８】
図に記載の実施形態にあっては、誘導子３１８のインダクタンスが中間値ＭＬにあるとき、誘導子３１８の可変インダクタンスＬtune1の中間値ＭLはＲＦ電圧のゼロ点がＲＦコイル１０４の二端ｂ、ｄ間にあって、ＲＦコイル１０４上のほぼ中間点（図８にＭｃで示す）に位置するよう選択することが好ましい。誘導子３１８のインダクタンスＬtune1の変化総量△ＬがＲＦコイル１０４の端部ｂ、ｄを超えたところにあるＲＦ電圧ゼロ点の掃引に十分であることが更に好ましい。このような構成はＲＦコイル１０４の端部ｂ、ｄに隣接する各コイル位置でのＲＦゼロ点の停滞時間をＲＦコイル中間点Ｍｃに隣接する各コイル位置でのＲＦゼロ点に一層厳密に一致させると考えられる。その結果、時間平均されたＲＦ電圧分布はＲＦコイルの各端部を含むコイルの全長に亘り一層均一にすることができると考えられる。多くの用途にあって、ＲＦコイルの各端をコイル全長の約５〜３０％に等しい距離だけ超えたＲＦ電圧ゼロ点を掃引すると好ましい結果が得られるであろうと考えられる。
【００７９】
最大変化量が少ない側にあるインピーダンスの変化を利用して有益なＲＦ電圧分布とプラズ・マイオン化パターンの回転又は他の運動を達成し得ることが期待される。例えば、０と０．１μＨとの間で変動するインピダンスの変化は有益なシフトになることがある。他方、１．５μＨ及びそれ以上を含み、最大変化量が実質上０．６μＨ以上であるインピーダンスの変化も均一性を改善する上で有益であると言える。同様に、上述したように、誘導子インピーダンスを最大で０．６μＨ変化させる回転コアを備えた誘導子のような可変インピーダンスは電圧分布をコア運動にＲＦコイル端ｂ、ｄを約２０％超えた付加的な動きを加えた運動が行われる各１／２周期毎にＲＦコイルの円周を中心に全３６０°シフトさせるに十分であると考えられる。２７０°、１８０°、９０°、４５°、３０°、１５°及びそれ以下角度となるようなＲＦコイル円周の僅かな部分に亘り電圧分布をシフトさせることも有益であると言える。同様に、コイル円周を全体又は一部に亘り取り囲み、インピーダンスを変化させる一周期、又は１／２周期毎に一巻き以上、コイル周囲に電圧分布をシフトさせる複巻コイル上での電圧分布のシフトも有益であると考えられる。従って、電圧分布はコア運動の１／２周期毎に３６０°を超える角距離だけシフトさせてもよい。
【００８０】
上述したように、コア片３１８ｃ、３２０ｃは回転シャフト３４０によって一体に結合する。その結果、軸方向に心合わせした誘導子３１８の中心とコア片３１８ｃの中央軸との間の心合わせを強化することは軸方向に心合わせした誘導子３２０の中心とコア片３２０ｃの中央軸相互間心合わにおいて対応の低下を生じさせる。この回転システムにあって、誘導子３１８、３２０のインダクタンスＬtune1、Ｌtune2はそれぞれシヌソイド的に変化し、かつ又、これとは実質上逆に変化し、誘導子３１８、３２０の中心と、各コア片３１８ｃ、３２０ｃの中心軸との間の軸方向心合わせが変化する。それ故に、誘導子３１８のインダクタンスＬtune1の増加は誘導子３２０のインダクタンスＬtune2における対応する実質上等しい数量の減少によって十分に補正できる。逆に、誘導子３１８のインダクタンスＬtune1の減少は誘導子３２０のインダクタンスＬtune2の対応する実質上等しい数量の増加によって十分補正される。従って、回転インダクタンスの加算合計（Ｌtune1＋Ｌtune2）は図５に示すように、二つの直列回転誘導子３１８、３２０を一体に結合することによって実質上一定に維持される。誘導子３１８、３２０の個々のインダクタンスＬtune1、Ｌtune2はそれぞれ変化するが、回転インダクタンスの加算合計（Ｌtune1＋Ｌtune2）は上述したように実質上一定に維持されるため、ＲＦ発生装置に対するＲＦコイル１０４のインピーダンスを再整合させることは必要ないと考えられる。
【００８１】
従って、結合したコア片３１８ｃ、３２０ｃをそれぞれの誘導子３１８、３２０の内部で周的に回転させることによって、誘導子３１８、３２０のインダクタンスは蒸着の進行時にＲＦコイル１０４の円周に沿った全数の、あるいは実質上全数の点に亘りコイルの電圧分布を前後に繰り返し周期でシフトさせる方式で連続的と周期的に変化させることができる。更に、誘導子３１８、３２０の個々のインダクタンスが変化するとき、誘導子３１８、３２０のインダクタンスの加算合計は実質上一定に維持されるため、インピダンス変動の結果としてインピーダンスを再整合させる必要は排除されると考えられる。
【００８２】
コア片３１８ｃ、３２０ｃはベルトとプリー・トランスミッション３５４を介し回転シャフト３４０に結合したモータ３５２により、あるいは他の適切な回転式の作動装置又は駆動装置によって回転自在に作動させてもよい。一つの代わる実施形態にあっては、各コア片は単独のプログラム操作ステップ・モータによって個別に作動してもよい。このような構成では、例えば複合インダクタンスの均一性を改善させるべく、あるいは他の効果を達成する目的で誘導子コイルのインダクタンスを変化させる上で一層の適応性が得られよう。前文に注記したように、シャフト３４０は好ましくは絶縁材料で製作する。相当量の熱を発生する可能性のある誘導子３１８、３２０の実質上内部にシャフト３４０は配されるため、シャフト３４０は例えばセラミックのような耐熱材料のシャフトを形成することで耐熱にし得る。シャフト３４０は水冷にしてもよい。
【００８３】
図５に記載のコア片３１８ｃ、３２０ｃに類似する代わる実施形態に従う回転コア片４００を図９に示す。しかし、導電材料で製作した一個のリングに代えて、図９のコア片４００は共通シャフト４０４上に装着し、導電材料から成る複数のリング４０２を備える。リング４０２は好ましくは共通面内に同心に位置決めする。図に記載の実施形態では、リング４０２は絶縁性シャフト４０４によって支持される。シャフト４０４によってコイルの内部で回転させるときコア片４００は図に示す実施形態に用いた三個のリングのように、リングの数が加わった結果としてコイル・インダクタンスに大きな変化を誘導するできると考えられる。
【００８４】
図１０ａ、図１０ｂに更に別な実施形態による回転コア片４５０を示す。コア片４５０は内側軸部分４５２がコア片の二つの“ポール”に導体を電気的に結合させている通常、球形状に螺旋巻きにした閉ループ導体から成る。コア片４５０は図に示すように、内側部分４５２に直角に結合した絶縁性シャフト４５４により回転自在に支持される。図５、図９に図解するリング形コア片のものと同じように、図１０ａ、１０ｂに記載の螺旋巻きのコア片はコア片４５０の内側軸部分４５２がコイルの中央軸に同軸に位置決めされるとコイルの磁束を“短絡”させる。逆に、コア片４５０の内側軸部分をコイル中央軸に直角な位置まで回転させるとコイル・インダクタンスは最大になる。
【００８５】
図１１ａ、図１１ｂに更に別な実施形態による回転コア片５５０を示す。コア片５５０は図９のリング形導体のように共通軸上に同心的に位置決めした直径の異なる複数のリング形閉ループ導体５５２から成る。しかし、各導体は共通面内にはないが、そのかわり一般的な球形を形成するよう間隔が開けられる。コア片５５０は図示するように中央リング形導体５５２ａに直角結合した絶縁性シャフト５５４によって回転自在に支持される。導体５５２はセラミックのような絶縁性、耐熱材料で製作したリング又はボール５５６により支持してもよい。各導体５５２はボール５５６に添えた単独部材でよく、あるいは導電性材料をボール５５６上に“塗装”して形成してもよい。
【００８６】
図５、図９に記載するリング形コア片のものと同じように、図１１ａ、１１ｂのリング形導体は各導体５５２の中軸がコイル中央軸に同軸に心合わせされるときコイルの磁束を“短絡”させる。逆に、各導体５５２の中央軸がコイル中央軸に直角な位置まで回転するとコイル・インピダンスは最大になる。図１０、図１１に記載の実施形態では球状をした形が示されているが、閉ループ導体から成るコア片には円筒形と円盤形状を含む各種の他の形にしてもよいことが理解される。更に、非対称の形も用いて差し支えない、各コア片は鉄又はステンレス・スチールのような強磁性材料で製作してもよい。このような強磁性材料で製作したコア片はコイルのインダクタンスを増加させたり、増強し、そのような増強はコア片の本体が縦長形状で、コイルの中央軸に沿い位置決めするときに最大になる。逆に、コア片がこの心合わした状態から外れて回転すると、コイル・インダクタンスの増加が減少し、コア片がコア軸に直角に心合わせされると最小になる。繰り返すが、誘導子３１８のインダクタンスＬtune1の増加は前文に述べたものと同様な方式で片寄った位置で回転させるべく各コア片を結合することによって誘導子３２０のインダクタンスＬtune2における対応する増加をもって十分厳密に補正することができる。従って、繰り返しになるが、回転インダクタンスの加算合計（Ｌtune1＋Ｌtune2）は実質上一定に維持することができる。
【００８７】
腐食を軽減するため、各コア片は好ましくは適切なコーティングで被覆する。例えば、銅製のコアは金でメッキしてもよい。
【００８８】
ＲＦコイル１０４はチャンバ遮蔽体１０６の支持からＲＦコイル１０４を電気的に絶縁する複数のコイル支持隔離体１２０（図１）によってチャンバ遮蔽体１０６上に支持される。更に、絶縁コイル支持隔離体１２０にはＲＦコイル１０４からチャンバ遮蔽体１０６に亘り蒸着した材料から成る完全な導電経路の形成を防止しながら、コイル支持隔離体１２０上へのターゲット１１０からの導電材料の繰り返し蒸着をできるようにする内部ラビリンス構造がある。このような完全な導電経路はチャンバ遮蔽体１０６（定型的には接地する）にＲＦコイル１０４を短絡させることがあり得るため好ましくない。
【００８９】
ＲＦエネルギーは貫通接続隔離体１２４を絶縁することによって支持される貫通接続ボルトによってコイル１０４に印加される。コイル支持隔離体１２０と同様に、貫通接続隔離体１２４はチャンバ遮蔽体１０６にＲＦコイル１０４をコイル１０４を短絡させることもある得る導電経路を形成することなく貫通接続隔離体１２４上にターゲットからの導電材料を繰り返し蒸着できるようにする。コイル支持隔離体１２０と同様、コイル貫通接続隔離体１２４はＲＦコイル１０４と遮蔽体の壁面との間に短絡が形成されるのを防止する内部ラビリンス構造を有する。貫通接続部はインピーダンス整合回路網３０６（図２にも概略を示す）を介しＲＦ発生装置（図２に概略を示す）に結合する。
【００９０】
上述したように、ＲＦコイル１０４から放射されたＲＦエネルギーはチャンバ内部のプラズマを活性化してターゲット１１０からスパッタリングされるターゲット材料をイオン化する。イオン化されたスパッタリング・ターゲット材料は次いでイオン化した蒸着材料を基板１１２に吸引するマイナス（ＤＣ又はＲＦ）電位にある基板１１２に吸引される。
【００９１】
上述で解説した図に記載の実施形態では、単巻ＲＦコイル１０４が使用されたが、勿論、これに代えて複巻コイルを使用してもよい。更にその上、図に記載のリボン形ＲＦコイル１０４の代わりに水冷の管状螺旋又は螺旋形をしたコイルと共に各単巻のＲＦコイル１０４を実装してもよい。同様に、１９９６年７月１０日に提出され（整理番号第１３９０−ＣＩＰ／ＰＶＤ／ＤＶ）、本出願の譲受人に譲渡され、“プラズマを発生させ、スパッタリングを行うコイル（Ｃｏｉｌｓ  ｆｏｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  Ｐｌａｓｍａ  ａｎｄ ｆｏｒ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）”なる表題を有する同時係属の米国特許出願番号第０８／６８０，３３５に述べられているように平坦で、開放端を持つ環状リングを使用してもよい。
【００９２】
上述で解説した各実施形態には、プラズマ・チャンバの内部に一個のコイルが使用された。ＲＦエネルギーが供給される一つのコイル又はＲＦエネルギーを受ける若干数の遮蔽体よりも多くを有するプラズマ・チャンバに本発明は適用し得ることを認識すべきである。例えば、本発明は１９９５年１１月１５日に提出され、“プラズマ中にヘリコン波を発射する方法と装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｌａｕｎｃｈｉｎｇ  ａ  Ｈｅｌｉｃｏｎ  Ｗａｖｅ  ｉｎ  ａ  Ｐｌａｓｍａ）”（整理番号第９３８号）なる表題を有する前記同時係属の出願に述べられているタイプのヘリコン波を発射する多数のコイル・チャンバに適用することもできる。
【００９３】
適切な各ＲＦ発生装置と整合回路には当前記技術に精通した者にとっては広く公知の構成部品が備えられている。例えば、整合回路とアンテナに対する最良の周波数整合のための“周波数検波機能”を備えたＥＮＩ  ＧｅｎｅｓｉｓシリーズのようなＲＦ発生装置が適切である。ＲＦコイル１０４に対しＲＦエネルギーを発生する発生装置の周波数は好ましくは２ＭＨｚであるが、周波数範囲は変更できることが期待される。例えば、1ＭＨｚ〜Ｚ２０ＭＨｚが適切であると考えられる。ＲＦ電源設定値１．５ｋＷが好ましいが、１．５〜５ｋＷの電源範囲であれば申し分はない。更に、ターゲット１１０をバイアスさせるＤＣ電源設定値８〜１２ｋＷが好ましいが、２〜２４ｋＷのような広い範囲もまた申し分ないと言える。受け台１１４のバイアス電圧−３０ｖＤＣも適切である。上記の各パラメータの値は特定の用途によっては変化することになる。Ａｒ及びＮＦ３、ＣＦ４、Ｈ２、Ｏ２のような各種反応ガスを含む各種のスパッタリング・ガスをプラズマの発生に利用でき、その他多くのガスも使用できる。圧力０．１〜１００ｍＴｏｒｒを含む各種スパッタリング・ガス圧は使用に適する。イオン化っしたＰＶＤの場合、１０〜５０ｍＴｔｏｒｒ範囲の圧力は屡々スパッタリング材料を良好にイオン化する。
【００９４】
本発明の様々な局面における本発明の変更については当前記技術に詳しい者にとっては明らかであろうと思われ、あるものは検討すればその直後に明らかになる事柄であり、他は定常的な機械、電気設計に係わる問題である。他の実施形態も可能であり、その特定な設計は特定用途に準拠して決まるもである。従って、本発明の範囲は本願に解説した特定の実施形態によって限定されるべきでなく、付属の請求項と、これに対応するもによってのみ規定すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に従う方法で層をスパッタリング蒸着するプラズマ・チャンバの透視的な部分断面図である。
【図２】  図１に記載のプラズマ・チャンバに対する電気的相互接続部の概略図である。
【図３】  図２に記載のインピーダンス整合回路網とプラズマ発生チャンバの一実施形態に一致する概略図である。
【図４】  ブロッキング・インピーダンス変化の関数としてコイルに沿ったＲＦ電圧分布の各シフトを図解した線図である。
【図５】  本発明の実施形態による一組の回転誘導子を備えたインピーダンス整合回路網の透視的な概略図である。
【図６】  図５に記載のインピーダンス整合回路網の上面図である。
【図７】  図５に記載のインピダンス整合回路網に対するコア片角度の関数として各誘導値を解説した線図である。
【図８】  図２に記載のインピーダンス整合回路網とプラズマ発生チャンバのコイルと一組の誘導子を示す概略図である。
【図９】  本発明の他の実施形態による一組の誘導子コイルに用いる回転コア片を示す概略図である。
【図１０Ａ】  本発明の更に別な実施形態による回転誘導子コイルに用いる回転コア片を示す透視的な概略図である。
【図１０Ｂ】  本発明の更に別な実施形態による回転誘導子コイルに用いる回転コア片を示す透視的な概略図である。
【図１１Ａ】  本発明の更に他の実施形態による回転誘導子コイルに用いる回転コア片を示すそれぞれ概略的な上面図と側面図である。
【図１１Ｂ】  本発明の更に他の実施形態による回転誘導子コイルに用いる回転コア片を示すそれぞれ概略的な上面図と側面図である。
【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】
0004319351.tif 000027
【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
0004319351.tif 000030
【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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