(57)【要約】一実施形態は、内部にキャビティが形成された本体と、キャビティ内に配置された少なくとも２つの内蔵マグネトロンアセンブリとを含むプラズマ源に関する。マグネトロンアセンブリは、相互に電気的に絶縁され、本体から電気的に絶縁される。このような実施形態の１つの実行において、内蔵マグネトロンアセンブリは、クローズドドリフトマグネトロンアセンブリを含む。他の実施形態が開示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ源であって、
内部にキャビティが形成された本体と、
前記キャビティ内に配置された少なくとも２つの内蔵マグネトロンアセンブリと
を含み、
前記マグネトロンアセンブリが、相互に電気的に絶縁され、また前記本体から電気的に絶縁される、
プラズマ源。
【請求項２】
前記マグネトロンアセンブリが、クローズドドラフト（closed draft）マグネトロンアセンブリを含む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項３】
前記マグネトロンアセンブリがそれぞれ、少なくとも１つの電極、少なくとも１つの磁石、および冷却サブシステムを含む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項４】
前記マグネトロンアセンブリのうち少なくとも１つが、前記電極および前記磁石のうち少なくとも１つが接続されたコアを含む、請求項３に記載のプラズマ源。
【請求項５】
前記マグネトロンアセンブリのうち少なくとも１つの中の前記冷却サブシステムが、前記コア内に形成された少なくとも１つの導管を含む、請求項４に記載のプラズマ源。
【請求項６】
前記マグネトロンアセンブリのうち少なくとも１つの内部の前記冷却サブシステムが、前記マグネトロンアセンブリに含まれる少なくとも１つの電極の標的部位内に形成された少なくとも１つの導管を含む、請求項４に記載のプラズマ源。
【請求項７】
前記プラズマ源内にプロセスガスを分配するためのマニホルドまたは管路をさらに含む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項８】
前記プロセスガスを分配するための前記マニホルドまたは管路は、二元(binary)マニホルドを含む、請求項７に記載のプラズマ源。
【請求項９】
前駆体ガスを分配するためのマニホルドまたは管路をさらに含む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項１０】
少なくとも１つの電源が、前記マグネトロンアセンブリ中の各電極が相互に反対の極性を有するように交互にバイアスされるように、前記マグネトロンアセンブリ間に接続される、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの電源が、交流電源および両極性パルス電源のうち少なくとも１つを含む、請求項１０に記載のプラズマ源。
【請求項１２】
プラズマ源が、前記プラズマ源の前記本体が浮遊電位または接地電位のうち１つであるように構成される、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項１３】
プラズマ源が、前記プラズマ源の前記本体が特定の非接地電位へバイアスされているように構成される、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項１４】
前記マグネトロンアセンブリが、平面マグネトロンを含む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項１５】
プラズマを調達する方法であって、
プラズマ源の本体内に形成されたキャビティへプロセスガスを供給することであって、前記プラズマ源が、前記キャビティ内に配置された少なくとも２つの内蔵マグネトロンアセンブリを含み、前記マグネトロンアセンブリが、相互に電気的に絶縁され、また前記本体から電気的に絶縁される、ことと、
前記マグネトロンアセンブリ中の各電極が相互に反対の極性を有するように前記マグネトロンアセンブリ中の各電極を交互にバイアスすることと、
前記プラズマを実質的に基板へ方向付けることと
を含む、方法。
【請求項１６】
前駆体ガスの供給を前記基板の近隣の前記プラズマ中へ方向付けることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記マグネトロンアセンブリが、クローズドドラフトマグネトロンアセンブリを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記プロセスガスを供給することが、前記プロセスガスを二元マニホルドを用いて供給することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記前駆体ガスを供給することが、前記前駆体ガスを二元マニホルドを用いて供給することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
プラズマ源であって、
内部にキャビティが形成された本体と、
前記キャビティ内に配置された少なくとも１つの内蔵マグネトロンアセンブリと、
前記キャビティ内に配置された少なくとも２つの非マグネトロン電極と、
出力コイルを有する交流（ＡＣ）電源と
を含み、
前記少なくとも２つの非マグネトロン電極が、相互に電気的に絶縁され、前記キャビティを含む前記本体から電気的に絶縁され、
前記マグネトロンアセンブリが、前記ＡＣ電源の前記出力コイルの中心タップへ接続され、前記非マグネトロン電極が、前記ＡＣ電源の前記出力コイルのエンドタップへ接続される、
プラズマ源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１２年１２月２８日に出願された米国仮特許出願シリアル番号第６１／７４６、７３４号の恩恵を主張する。本明細書中、同出願を参考のため援用する。
【背景技術】
【０００２】
化学蒸着（ＣＶＤ）とは、所望の層に含まれる成分を含む前駆体化学の化学変換により層を基板表面上に形成するプロセスを指す。一般的な例として、前駆体ヘキサメチルジシロキサンまたはＨＭＤＳＯ（Ｏ［Ｓｉ（ＣＨ３）３］２）と酸素（Ｏ２）との間の化学反応からの二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の形成がある。この場合、ケイ素および酸素が結合して、固体ＳｉＯ２を形成する。残りのメチル基も酸素と反応して、多様な廃ガス（ＣＯ、ＣＯ２、ＨＯなど）を形成する。これらのガスは、その後化学反応炉から除去される。
【０００３】
反応の効率および蒸着層の品質を向上させるために、反応を、イオン化ガス（プラズマ）の雰囲気中において行うことができる。プラズマを生成するための典型的なガスは、アルゴンである。化学反応において利用することが可能な反応ガスを付加することができる。適切なプラズマは、高密度のエネルギー電子を持つ。これらの電子は前駆体及び、興味の対象である成分を含む他のガスと衝突し、このためガスがイオン化され、その分子が解離してより軽い留分となる。その結果、興味のある成分のラジカルが生成されて、プラズマを用いないときと比較してより容易に所望の化合物が形成される。ガス、圧力または電力パラメータの比率調節は、蒸着速度および膜特性に影響を付与するように行われ得る。
【０００４】
プラズマは、真空室内において約１〜１００ｍＴｏｒｒの範囲内の圧力において生成され、この生成は、イオン化可能ガスおよび電極を室中に提供し、電極間に電位を付加することにより、行われる。電位が付加されると、電子が陰極電極の表面から出射され、陰極と陽極との間の電界によって加速される。十分なエネルギーの電子がプロセスガスと衝突すると、ガスはイオン化され得、さらなる自由電子が生成される。新規の電子も、加速電界へ晒され、さらなるガス分子をイオン化させるよう機能し得る。適切な条件下において、このプロセスは、高速で次々に起こり高密度プラズマを形成する。電子を所望の作業領域内に取り込みかつイオン化衝突を経験させ（よってプロセス効率を向上させる）可能性を増加させるように電子の軌跡を変化させるように構成された磁界をさらに提供することが一般的である。
【０００５】
プラズマ生成のための従来技術において、多様な構成が見受けられ得る。しかし、これらの構成の場合、ＰＥＣＶＤプロセスの性能が制限されるという欠陥がある場合が多い。このような源の概要が、米国特許第７，３２７，０８９号（「‘０８９特許」とも呼ぶ）中にも見受けられ得る。同文献全体を参考のため援用する。
【０００６】
‘０８９特許（および後続の継続米国特許第７，４１１，６５２号（「‘６５２特許」とも呼ぶ））において、キャビティ内に閉じ込められた電極を含む源についての記載がある。このキャビティは、プラズマ流れを制限するノズルを通じて真空室のプロセス領域に対して開口する。このノズルは、キャビティからのスパッタリング材料流れおよびキャビティ中への化学前駆体流れも制限する。プロセスガスをキャビティ内に供給する手段が提供される。前駆体は、キャビティ外の室へ供給される。この構成は、電極上に形成される反応材料の問題と、基板上に形成された膜を汚染するスパッタリング材料の問題とに対処する。この源はまた、高密度プラズマの生成効率を向上させるために源内への電子の磁気閉じ込めを提供する磁界を組み込む。また、磁界構成は、プラズマの一部をキャビティ内から基板へ流れ出ることを提供する。
【０００７】
‘０８９特許中に記載される源における問題として、源のキャビティ外にある陽極に依存している点がある。陽極が源の外部にあるため、陽極は、プロセスによって生成される不安定性の蒸着を受ける。当業者であれば理解するように、陽極上の誘電体コーティングにより必ず、プロセス不安定性および受容不可能な不均一性が必ず発生する。さらに、キャビティ内に配置された電極は、用いられているプロセスガスからの酸化（または他の反応）を受ける。どちらの問題も、‘６５２特許中に記載のように２つの源を共に交流（ＡＣ）または両極性パルス電源と接続することにより、軽減される。この構成において、１つの源中の電極は陰極電位にある一方、その他の源中の電極は陽極として機能する。これら２つの電極は、電源の各半サイクル上において極性を切り換える。陰極の半サイクルにおいて、電極は、スパッタリングを経験する。その結果、不要な反応物質を少なくとも部分的に除去することができる。
【０００８】
‘６５２特許中に記載のこのような２つの源を用いた構成の重要な特徴として、これら２つの源に反対の磁極性を持たせることにより、これらの源を磁気的に連結させることができる点がある。これは、電子が陰極と陽極との間において移動する際において磁界に追随するため、作動電子をこれらの源から作業領域内へ方向付ける効率的な方法である。この２源構成の場合、コーティングされた電極または反応電極の問題は低下するものの、別の問題を生じる。源間を移動する電子の均一性は、これらの源を連結させる磁界の均一性に大きく依存する。各源内の磁気構造の均一性を得るために十分な注意を払ったとしても、源間の連結磁界を均一にするのは極めて困難になり得る。これは、源間の距離に起因する。磁界強度（流束密度）は、の距離の二乗の関数として低下するため、源間の距離が少しでも変動すると、磁気流束密度が大きく変化し得る。その結果、受容不可能な変化がプロセスに発生する。そのため、これら２つの源を高精度に平行にする必要がある。すなわち、均一なプロセスを維持するためには、これら２つの源を高精度に直線状にする必要もある。源の長さが長くなるほど、適切な精度の達成および維持がより困難になる。
【０００９】
ドイツ特許ＤＥ１９９２８０５３（「‘０５３特許」とも呼ぶ）において、キャビティ内に配置された、陰極および冗長陽極を含むプラズマ源が開示されている。この源は、透磁材料（例えば、鋼）製の３つの平行な陰極電極を含む。これら３つのうち１つは、円盤形状をとり得る固体スラブである。あるいは、これら３つのうち１つは、矩形形状または楕円形状を持ち得る。簡潔さのため、円盤形状の構成のみについて以下に述べる。他の２つの陰極は環状形状であり、厚さおよび外径は円盤形状陰極と実質的に同じである。これらの陰極間に配置され及び陰極を接続するのは、リング型の永久磁石であり、これらの永久磁石は、平坦表面上の陰極と結合し、陰極の外径に沿って設けられる。陰極および磁石を組み立てることにより、円筒の一端において開口するキャビティが中央に設けられた封入型の円筒構造が得られる。このアセンブリプラズマ源の主要電極および磁気回路でもある。キャビティ内と陰極間とには、相互に電気的に絶縁されかつ陰極から電気的に絶縁されたさらなる電極が設けられる。これらの電極は、円筒形状のループであり、内径は陰極の内径よりも若干大きく、外径は磁石のリングの内径よりも小さい。その横方向の寸法は、陰極間の距離よりも小さい。これらの電極は、陽極として機能し、陰極間において陰極と同心に配置される。電極陽極は電気コンポーネントとしてのみ機能し、磁気回路の一部を形成しない。
【００１０】
‘０５３特許中に開示された円盤形状構成の場合、磁界がラジアル方向において透磁陰極を透過し、内径表面またはその近隣において陰極から発生するように、磁気極性が配置される。これらの力線は、陰極間の空間中において円弧を形成し、これらの円弧は、アセンブリの対称軸に対して実質的に平行であり、陽極の内径表面に実質的にまたがる。このように、電子が磁界線を超えて陽極に到達することは困難であるため、陰極から発生した電子は、陰極間に取り込まれる。その結果、電子を豊富に含むプラズマがキャビティ内に蓄積する。電子の一部は、源からその中心軸を通じて基板へ逃げる。
【００１１】
‘０５３特許に開示される円盤形状構成において、ＤＣ電源は、陰極と接地との間に接続され、陰極を陰極電位に維持する。２つの別個の方形波電源が、陽極電極と陰極との間に接続される。これらの電源に交互にパルス付加を行うことで、一方の電極を陽極電位にし、他方の電極を陰極電位にする。一度に１つの陽極を陰極電位に対して定期的に駆動することにより、システムは、他方をスパッタリング清浄しつつ、活性陽極を常に維持することができる。このようにして、陽極は少なくとも部分的に清浄され、機能的になる。
【００１２】
‘０５３特許に開示される円盤形状構成においては、全ての電極は物理的に近接しているため、電子のために適切に均一な磁気経路を確立および維持することがずっと容易になる。‘０５３特許の場合、‘０８９特許および‘６５２特許双方のシステムによって実現される恩恵を維持しつつ、‘６５２特許の不均一性の問題は改善しているようである。さらに、‘０５３特許中に記載される源は、‘６５２特許に開示されるシステムよりもずっとコンパクトにすることができるため、より古いシステムに合わせてより容易に改造することができる。しかし、‘０５３特許中に記載される配置構成は、冷却および電力設備を３つの別個の電気コンポーネントへ提供する必要があるため、不必要に複雑であり、実際的なモデルは設計および製造が困難である。‘０５３特許の設計における重大なプロセス問題として、主要陰極がＤＣ電圧によって駆動される電流搬送電極である点がある。主要陰極はプロセスへ露出されるため、主要陰極は、誘電材料によるコーティングへ晒され得る。このような場合、アーク放電を通じてプロセス不安定性に繋がり得ることが当業者に周知である
【発明の概要】
【００１３】
一実施形態は、内部にキャビティが形成された本体と、キャビティ内に配置された少なくとも２つの内蔵マグネトロンアセンブリとを含むプラズマ源に関する。このマグネトロンアセンブリは、相互に電気的に絶縁され、また本体から電気的に絶縁される。このような実施形態の１つの実行において、内蔵マグネトロンアセンブリは、クローズドドリフトマグネトロンアセンブリを含む。
【００１４】
別の実施形態は、プラズマを調達する方法に関する。この方法は、プラズマ源の本体内に形成されたキャビティへプロセスガスを供給することであって、プラズマ源は、キャビティ内に配置された少なくとも２つの内蔵マグネトロンアセンブリを含み、マグネトロンアセンブリは、相互に電気的に絶縁され、また本体から電気的に絶縁される、ことを含む。方法は、プラズマ源へ前駆体ガスを供給することと、マグネトロンアセンブリ中の各電極が相互に反対の極性を有するようにマグネトロンアセンブリ中の各電極を交互にバイアスすることとをさらに含む。
【００１５】
別の実施形態は、内部にキャビティが形成された本体と、キャビティ内に配置された少なくとも１つの内蔵マグネトロンアセンブリと、キャビティ内に配置された少なくとも２つの非マグネトロン電極とを含むプラズマ源に関する。プラズマ源は、出力コイルを有する交流（ＡＣ）電源をさらに含む。少なくとも２つの非マグネトロン電極は、相互に電気的に絶縁され、また、キャビティを含む本体から電気的に絶縁される。マグネトロンアセンブリは、ＡＣ電源の出力コイルの中心タップへ接続され、非マグネトロン電極は、ＡＣ電源の出力コイルのエンドタップへ接続される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プラズマ源の１つの例示的な実施形態の断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ源の等角図である。
【図３】二元マニホルドを用いて実行される適切な前駆体ガスマニホルドを示す。
【図４】二元マニホルドを用いて実行される適切な前駆体ガスマニホルドを示す。
【図５】プラズマを調達する方法の１つの例示的な実施形態を示すフロー図である。
【図６】プラズマ源の別の例示的な実施形態の断面図である。
【図７】プラズマ源の別の例示的な実施形態の断面図である。
【図８】プラズマ源の別の例示的な実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、プラズマ源１００の１つの例示的な実施形態の断面図である。プラズマ源１００は、キャビティ１０４を内部に含むハウジングまたは本体１０２を含む。プラズマ源１００は、少なくとも２つの完全に内蔵型のクローズドドリフトマグネトロンアセンブリ１０６を含む。これらのマグネトロンアセンブリ１０６は、キャビティ１０４内に配置され、相互に電気的に絶縁され、また、本体１０２から電気的に絶縁される。
【００１８】
「内蔵」という用語は、マグネトロンアセンブリ１０６が動作可能なマグネトロンの全ての必要なコンポーネントを含むことを意味する。これらのコンポーネントは、１つ以上の電極１０８、１つ以上の磁石１１０、および冷却サブシステム１１２を含む。１つの実行において、マグネトロンアセンブリ１０６は、クローズドドリフトマグネトロンアセンブリとして実行される。
【００１９】
図１に示す例示的な実施形態において、各マグネトロンアセンブリ１０６は、単一の電極１０８および一対の磁石１１０を含むが、他の数の電極１０８または磁石１１０も利用可能である。各電極１０８および磁石１１０は、単一の部分として形成してもよいし、あるいは、複数のコンポーネント部品から組み立ててもよい（後者の場合、各電極１０８または磁石１１０をそれぞれ「電極アセンブリ」または「磁石アセンブリ」とみなすことができる）。
【００２０】
図１に示す例示的な実施形態において、各マグネトロンアセンブリ１０６は、電極１０８または磁石１１０の一部ではないコア１１４をさらに含む。この実施形態において、電極１０８および磁石１１０は、コア１１４上に組み立てられる。
【００２１】
図１において、４つのマグネトロンアセンブリ部位１０７の断面が図示されており、これら４つのマグネトロンアセンブリ部位１０７それぞれを、図１において参照符号１０７−Ａ、１０７−Ｂ、１０７−Ｃおよび１０７−Ｄを使って参照される。
【００２２】
図１と関連して述べる特定の実施形態において、１つの完全なマグネトロンアセンブリ（図１において参照符号１０６−Ａを用いて個別に参照する）は、（以下に述べる）前駆体ガスマニホルド１２８を包囲する図１の上部上に配置されたリング構造として形成され、ここで、上側の２つのマグネトロンアセンブリ部位１０７−Ａおよび１０７−Ｃは、上側マグネトロンアセンブリ１０６−Ａの断面部である。同様に、その他の完全なマグネトロンアセンブリ（図１において参照符号１０６−Ｂを用いて個々に示す）は、前駆体ガスマニホルド１２８を包囲する図１の下部上に配置されたリング構造として形成される。ここで、図１の下側上の２つのマグネトロンアセンブリ部位１０７−Ｂおよび１０７−Ｄは、下側のマグネトロンアセンブリ１０６−Ｂの断面部である。図１に示す例示的な実施形態において、本体１０２は、電極１０８または磁石１１０の一部ではなく、多数の用途において、本体１０２がこれらの機能を提供することは望ましくない。
【００２３】
‘０５３特許中に記載されるシステムと違って（磁石１１０そのもの以外の）透磁材料はマグネトロンアセンブリ１０６において不要である点に留意されたい。
【００２４】
また、この実施形態において、マグネトロン冷却サブシステム１１２は、各マグネトロンアセンブリ１０６において各マグネトロンアセンブリ１０６内に形成された１つ以上の冷却導管１１６を用いて実行される。より詳細には、図１に示す例示的な実施形態において、マグネトロン冷却サブシステム１１２は、各マグネトロンアセンブリ１０６において、各マグネトロンアセンブリ１０６のコア１１４内に形成された１つ以上の冷却導管１１６を用いて実行される。
【００２５】
当業者であれば深く理解されるように、冷却導管１１６は、適切な冷却流体（例えば、水）を冷却導管１１６内を通過させて対応するマグネトロンアセンブリ１０６を冷却するために、ポンプまたは他の従来の機構（図示せず）へ接続される。
【００２６】
各マグネトロンアセンブリ１０６内の電極１０８、磁石１１０および冷却サブシステム１１２は、他の様態で実行され得る。例えば、コア１１４が（用いられる場合）、コア１１４は、電極アセンブリまたは磁石アセンブリの一部であり得る。また、上記したように、コア１１４の利用は不要である。このようなアプローチの例を非限定的に挙げると、図１中にコア１１４として示す構造を電極１０８あるいは磁石１１０の一方または双方と一体化させるように、図１に示す実施形態を変更することがある。さらに、プラズマ源１００中のマグネトロンアセンブリ１０６は、常に同じ様態で実行する必要は無い。
【００２７】
図１に示す例示的な実施形態において、各アセンブリ１０６が（所望の電気絶縁が得られるような十分な空間により）本体１０２および他のアセンブリ１０６双方から分離されるようにアセンブリ１０６をプラズマ源１００のキャビティ１０４内に配置することにより、マグネトロンアセンブリ１０６が相互に電気的に絶縁されかつ本体１０２から電気的に絶縁される。電気絶縁は、他の様態により（例えば、マグネトロンアセンブリ１０６間にかつ／またはマグネトロンアセンブリ１０６および本体１０２のうち１つ以上間に配置された適切な電気絶縁体を用いることにより）得ることもできることが理解されるべきである。
【００２８】
図１に示す例示的な実施形態において、マグネトロンアセンブリ１０６（およびそのコンポーネント）は、直線的なリング形状を有するように概して構成される。これを図２に示す。図２は、図１に示すプラズマ源１００の等角図である。各電極１０８および磁石１１０は、直線的なリングとして形成され、２つのリングにより、当該マグネトロンアセンブリ１０６の電極１０８を形成するリングの外径の周囲に同心に配置された各マグネトロンアセンブリ１０６内に磁石１１０が形成される。より詳細には、図１に示す例示的な実施形態において、各マグネトロンアセンブリ１０６内の電極１０８を形成するリングは、２つの対向するフランジ１１８を有する。この実施形態において、２つのリングのうち各マグネトロンアセンブリ１０６の磁石１１０を形成する１つが上側フランジ１１８の後方に配置され、２つのリングのうち当該マグネトロンアセンブリ１０６の磁石１１０を形成する残りの１つが下側のフランジ１１８の後方に配置される。
【００２９】
磁石１１０の極性は、各マグネトロンアセンブリ１０６の電極１０８の標的部位１２０の内径上を渡ってプラズマ源１００の中心軸に対して実質的に平行な方向においてアーク放電する磁界を生成するように、配置される。標的部位１２０の内径の表面は活性表面であり、他方の表面は、暗部または絶縁体によって不活性にされる。標的部位１２０の冷却は、標的部位内の液体の冷却のための導管により、直接的に行われ得る。交互な冷却は、標的部位１２０と熱接触するコア１１４（図１に示す）内の液体を冷却するための導管１１６により、間接的に行われ得る。
【００３０】
電極１０８の標的部位１２０、磁石１１０、および任意選択のコア１１４は全て、同一電位にあり得る。単一のＡＣまたは両極性パルス電源（図示せず）は、１つのマグネトロンアセンブリ１０６内の電極１０８が陰極および陽極として交互にバイアスされ、他方のマグネトロンアセンブリ１０６内の他方の電極１０８が反対の極性を有する（すなわち、それぞれ陽極および陰極となる）ように交互にバイアスされるように、２つのマグネトロンアセンブリ１０６間に接続される。
【００３１】
図２に示す実施形態に示す１つの実行において、プラズマ源１００の本体１０２は、浮遊電位にあり得る。他の実行において、本体１０２は、接地電位にあり得るかまたは一定の他の電位へバイアスされ得る。本体１０２を浮遊電位にすることによる利点として、電子を拒絶する負の自己バイアスが得られるため、電子をキャビティ１０４内から基板（図示せず）へ方向付けることが支援される点がある。自己バイアスは、電子が可動性がイオンよりもずっと高い点を持つことに起因するため、ずっと高速で表面へ衝突および付着する。他の実施形態において、本体１０２をバイアスすることは、別個の電源を用いるかまたは電力を必要に応じて整流するためのダイオードを用いてさらなるタップを電源の出力コイルへ付加することにより、達成され得る。
【００３２】
図１に示す実施形態の１つの実行において、磁石１１０は、反対方向に分極された２つの磁石１１０と磁化方向がラジアル方向となるように、方向付けられる。しかし、他の方向に方向付けられた磁気要素も利用可能であることが理解されるべきである。典型的には、その結果得られる磁界構成は好適には、電子をプラズマ源１００内から基板（図示せず）へ方向付けかつプラズマ源１００の内面から離隔方向に方向付けるものであることが望ましい。他の実施形態において、さらなる磁気要素は、プラズマ源１００内の他の場所において、磁界構造の最適化を支援するようにマグネトロンと直接接触しないように離隔して配置され得る。磁界構造は、透磁材料を含むシャントをプラズマ源内の有利な位置（例えば、マグネトロンアセンブリ内）に配置することにより、さらに変更され得る。
【００３３】
電極材料は、特定のプロセスに適合するように、選択され得る。一例において、プロセスは、腐食性ガス（例えば、フッ素）を含み得る。そのため、耐腐食性の材料（例えば、ステンレススチール）を選択することが望ましい。別の例において、反応ガス（例えば、酸素）が用いられ得、その場合、酸化物スパッタリングが低速でありかつ酸化時に一定の導電性を保持する電極材料を選択することが望ましい場合がある。この場合、チタンが望ましい場合がある。さらに、電極１０８の活性表面は、１組の所望の特性を持つように選択された材料により、プラズマスプレー蒸着などによりコーティングされ得る。各電極１０８をコーティングすることによる１つの利点として、活性表面にとって最も望ましい材料が都合よく電極１０８中に形成されない可能性がある点がある。別の利点として、表面浸食に起因して必要になり得るメンテナンスにおいて、（より高価な電極１０８の交換ではなく）電極コーティングの再付加だけを行えばよい点がある。電極材料の選択におけるさらなる考慮事項として、スパッタリング汚染物質がその結果得られる膜または適合する汚染物質と同じ材料であり、最終コーティング内における悪影響を全く発生させない様なスパッタリング汚染物質を生成する電極材料を使用する点がある。例えば、Ｓｉ電極が、ＳｉＯ２またはＳｉＮプロセスのために用いられ得る。場合によっては、電極材料は、蒸着膜の特性を向上させる有用なドーパントを提供し得る。
【００３４】
典型的には、プラズマ源１００は、プロセスガスをマグネトロンアセンブリ１０６へ提供するためのマニホルドまたは他の管路１２４を含む。処理ガスの提供に用いられるマニホルド１２４は、ここでは「プロセスガスマニホルド」１２４とも呼ばれる。プロセスガスは通常は、希ガスおよび少なくとも１つの反応ガスを含む（しかし、他のプロセスガスも利用可能である）。図１に示す例示的な実施形態において、プロセスガスマニホルド１２４は、本体１０２のベースに内蔵された導管１２６を用いて実行される。プロセスガスマニホルド１２４は、多様な種類のマニホルドを用いて実行され得る。例えば、プロセスガスマニホルド１２４は、二元マニホルドを用いて実行され得る。二元(binary)マニホルドは、入力線を１つ有するマニホルドである。この入力線は、分離して２つの均等かつ対称な分岐となる。その結果、これらの分岐はそれぞれ、分離してさらに２つの均等かつ対称の分岐となる。これらの導管は、源の外周または長さを網羅する十分な分岐が得られるまで、このように分割し続ける。適切に設計された二元マニホルドは、極めて均一なガス分配を提供し得る。
【００３５】
また、プラズマ源１００は典型的には、前駆体ガスの分配のために、少なくとも１つの他のマニホルドまたは他の管路１２８を含む。処理ガスの提供に用いられるマニホルド１２８は、ここで「前駆体ガスマニホルド」１２８とも呼ばれる。図１に示す例示的な実施形態において、前駆体ガスマニホルド１２８は、複数の導管１３０を用いて実行される。また、本実施形態において、前駆体ガスマニホルド１２８は、キャビティ１０４の中心に配置され、前駆体ガスをキャビティ１０４の外部および基板の近隣へ送達するように、キャビティ１０４の外部において基板（図示せず）へ延びる。本実施形態において、前駆体ガスマニホルド１２８の外面は、電極表面の任意の地点からのスパッタリング材料が電極１０８の他の地点上に再度蒸着することを回避する凝縮シールドとして機能する。その結果、このような再蒸着に関連するプロセス安定性の問題が回避される。任意選択的に、さらなるマニホルド（単数または複数）が、プラズマ源１００の外部に配置され得る。前駆体ガスマニホルド１２８は、多様な種類のマニホルドを用いて実行され得る。図３および図４に示すように、前駆体ガスマニホルド１２８は、二元マニホルドを用いて実行され得る。
【００３６】
動作時において、プラズマ源１００は、調達用プラズマの方法５００の例示的実施形態を実行するために用いられ得る。図５は、調達用プラズマの方法５００の例示的実施形態を示すフロー図である。図５に示す方法５００は、図１に関連して上記したプラズマ源１００を用いて実行されるものとして述べるが、方法５００は他の様態で（例えば、ここで述べる他のプラズマ源を用いて）行うことも可能であることが理解されるべきである。また、方法５００を図５において説明を容易にするために特定の順序で行われる方法５００の要素と共に示しているが、方法５００の要素は、異なる順序で行ってもよいし、あるいは多様な要素を並列に発生させてもよいことが理解されるべきである。
【００３７】
方法５００は、プラズマ源の本体１０２内に形成されたキャビティ１０４へプロセスガスを供給すること（ブロック５０２）と、プラズマ源１００へ前駆体ガスを供給すること（ブロック５０４）と、マグネトロンアセンブリ１０６内の各電極１０８が相互に反対の極性を持つように各電極１０８を交互にバイアスすること（ブロック５０６）とを含む。方法５００は、プラズマ源１００を動作時において使用する様態の一例を含むが、プラズマ源１００を他の様態で用いることも可能であることが理解されるべきである。
【００３８】
記載のプラズマ源の実施形態は典型的には、‘０８９、‘６５２および‘０５３特許に記載のシステムと同じ利点を有する。さらに、ここに記載されるプラズマ源の実施形態は、‘０５３特許に記載されるシステムよりも単純に構成され得る。例えば、‘０５３特許に記載のシステムにおいて用いられる陰極／磁気−回路／本体アセンブリを排除することおよび ‘０５３特許に記載のシステムにおいて用いられる陽極電極を完全なマグネトロンを交換することにより、ここで述べられるプラズマ源の全体的複雑性を大幅に低減することができ、これにより、プラズマ源設計および電源配置構成を簡潔化することができる。さらに、ここに記載されるプラズマ源は、ここに記載されるプラズマ源において誘電材料でコーティングされてアーク放電問題を発生させる電流搬送ＤＣ電極が不要となる点において、‘０５３特許に記載のシステムよりも処理において利点を持ち得る。ここに記載される簡潔な構造のプラズマ源はまた、プラズマ源のメンテナンスに関連する困難も最小化させる。ここに記載されるプラズマ源は、極めて簡単な設計を用いて実行可能であるものの、‘０５３特許に記載のシステムの二重電極配置構成の利点が、このようなプラズマ源において保持される。ここに記載されるプラズマ源中に活性陰極が常に存在するため、‘０５３特許に記載のシステムと比較して、機能の損失が無くなる。
【００３９】
１つの例示的な実施形態を図１〜図５中に示しているが、他の実施形態を他の様態で実行することも可能であることが理解されるべきである。
【００４０】
例えば、図１に示す実施形態の改変例である１つの別の実施形態において、１つの完全なマグネトロンアセンブリが、図１の左側に配置されたリング構造として形成され、ここで、２つの左側マグネトロンアセンブリ部位１０７−Ａおよび１０７−Ｂは、左側マグネトロンアセンブリの断面部である。同様に、他の完全なマグネトロンアセンブリが、図１の右側に配置されたリング構造として形成され、ここで、２つの右側のマグネトロンアセンブリ部位１０７−Ｃおよび１０７−Ｄは、右側のマグネトロンアセンブリの断面部である。
【００４１】
別の代替的実施形態を図６に示す。図６は、プラズマ源６００の別の例示的な実施形態の断面図である。一般的に、図６に示すプラズマ源６００は、以下に述べるような点を除いて、図１〜図５に関連して上記したプラズマ源１００と同じである。図１に示す例示的な実施形態の対応する要素と同様の図６に示す例示的な実施形態の要素を、図６において図１において用いられる参照符号と同じ参照符号によって示すが、１桁目を「１」から「６」へ変更している。以下に述べる点を除いて、図１〜図５に示す例示的実施形態に関連して上記した要素の記載は、図６に示す例示的な実施形態の対応する要素に適用されるが、簡潔さのため、図６に関連して繰り返し記載されない。
【００４２】
図６に示す実施形態において、電極６０８の活性表面は、相互に対して方向付けられ得る。この構成において、蒸着シールド６３２を２つの電極６０８間に配置することにより、スパッタリング材料が電極６０８の１つの領域から他の電極領域上へ再蒸着する事態を回避する。磁石６１０の極性は、処理利点が得られる任意の方向に方向付けられ得る。図６に示す実施形態の改変例である他の実施形態において、電極の活性表面は、相互に離隔方向を向くか、または、両面が同一方向を向く。
【００４３】
図６に関連して上記し実施形態は、２つの様態で構成され得る。第１の構成において、１つの完全なマグネトロンアセンブリ６０６−Ａは、蒸着シールド６３２を包囲する、図６の左側上に配置されたリング構造として形成される。ここで、図６の左側の２つのマグネトロンアセンブリ部位６０７−Ａおよび６０７−Ｂは、左側マグネトロンアセンブリ６０６−Ａの断面部である。同様に、他の完全なマグネトロンアセンブリ６０６−Ｂは、蒸着シールド６３２を包囲する、図６の右側に配置されたリング構造として形成される。ここで、図６の右側の２つのマグネトロンアセンブリ部位６０７−Ｃおよび６０７−Ｄは、右側マグネトロンアセンブリ６０６−Ｂの断面部である。この第１の構成において、活性表面は、各マグネトロンアセンブリ６０６のリング構造の内面である。第２の構成において、１つの完全なマグネトロンアセンブリは、プロセスガスマニホルド６２４を包囲する、図６の上部上に配置されたリング構造として形成される。ここで、２つの上側マグネトロンアセンブリ部位６０７−Ａおよび６０７−Ｃは、上側マグネトロンアセンブリの断面部である。同様に、他の完全なマグネトロンアセンブリは、図６の下部上に配置されたリング構造として形成され、ここで、下側のマグネトロンアセンブリは蒸着シールド６３２を包囲し、２つの下側マグネトロンアセンブリ部位６０７−Ｂおよび６０７−Ｄは、下側のマグネトロンアセンブリの断面部である。この第２の構成において、上側マグネトロンアセンブリの活性表面は、下方を向く平面ジオメトリを有し、下側のマグネトロンアセンブリの活性表面は、上方を向く平面ジオメトリを有する。この第２の構成において、活性表面は環状ジオメトリを有する。
【００４４】
別の代替的実施形態を図７に示す。本実施形態において、プラズマ源７００は、電極７０８の活性表面が相互に対向する、キャビティ７０４内に配置された２つの標準的な平面マグネトロン７０６を含む。電極７０８間に配置される蒸着シールド（図示せず）が望ましい場合がある。
【００４５】
活性表面の方向が反対方向を向くさらなる代替的な実施形態が可能である。リング構造が用いられる１つの例示的な代替的実施形態において、活性表面は、マグネトロンアセンブリの（内径ではなく）外径であり得、本体の壁部に対向する。このような実施形態において、キャビティの主室に対する開口部は、円形であり得る。別の例示的な代替的実施形態において、室に対する開口部が円筒源および流出収束に対するものよりも小さくなるように、（円筒リング状のジオメトリではなく）円錐構造を用いることができる。あるいは、開口部を流出発散よりも大きくしてもよい。図７に関連して上記した平面マグネトロンの例において、活性表面は、相互に実質的に離隔方向を向き得る。この場合、２本の線形の出力スリットがあり得る。本実施形態の改変例として、２つの電極の活性表面を角度を以て相互に設けることができる。その結果、２つの出力スリットが離隔し得、流出分岐する。あるいは、これらのスリットを移動させて近接させて、恐らくは組み合わせて１つのスリットとしてもよく、その場合は流出収束する。
【００４６】
本明細書中に記載される実施形態のいずれかは、２つよりも多い電極を任意選択的に持ち得る。２つ以上の電極は、クローズドドリフトマグネトロンであり得る。２つよりも多い電極を含む実施形態において、さらなる電極を別個の電源から給電することができる。あるいは、複数の電極を電源からの単一出力から給電することもでき、その場合、複数の電極は同一電位にある。別の代替例として、各電極をＡＣ電源の出力コイル上の異なるタップから給電することができ、その場合、各電極は異なる電位になり得る。ＡＣ電源の出力コイル上に複数のタップが設けられる場合、一例において、中心タップへ接続された単一のマグネトロンアセンブリと、外側タップへ接続された２つの非マグネトロン電極とが用いられ得る。これら２つの非マグネトロン電極は、１組の冗長陽極を構成する。１つの陽極電極は、半サイクル毎に陰極の２倍の大きさの負の電位となる。その結果、陽極がスパッタリング清浄されるが、スパッタリングの程度は、磁気的に向上した電極よりもずっと低くなり得る。しかし、冗長陽極の構成の改変例により、隣接するマグネトロンアセンブリからのフリンジ磁界に起因して、一定の磁気向上が得られる当業者であれば、ここに述べられる改変例を組み合わせた他の置換例も存在することを認識する。
【００４７】
１つのこのような置換例を図８に示す。図８は、プラズマ源８００の代替的実施形態の断面図である。プラズマ源８００は、以下に述べる点を除いて、図１に関連して上記したプラズマ源１００と同様である。
【００４８】
プラズマ源８００は、内部にキャビティ８０４が形成された本体８０２を含む。プラズマ源８００はまた、キャビティ８０４内に配置された少なくとも１つの内蔵マグネトロンアセンブリ８０６も含む。図８に示す実施形態の１つの実行において、マグネトロンアセンブリ８０２は、クローズドドリフトマグネトロンアセンブリを含む。
【００４９】
図８に示す実施形態において、プラズマ源８００は、キャビティ８０４内に配置された少なくとも２つの非マグネトロン電極８１１と、出力コイル８８２を有する交流（ＡＣ）電源８８０とをさらに含む。非マグネトロン電極８１１は、相互に電気的に絶縁され、キャビティ８０４を含む本体８０２から電気的に絶縁され得る。非マグネトロン電極８１１は、図１に示すプラズマ源１００のマグネトロンアセンブリ１０６を相互に電気的に絶縁しかつ本体１０２から電気的に絶縁するのと同様の様態で、相互に電気的に絶縁され、本体８０２から電気的に絶縁され得る。
【００５０】
図８に示す実施形態において、マグネトロンアセンブリ８０６は、ＡＣ電源８８０の出力コイル８８２の中心タップ８８４へ接続され、非マグネトロン電極８１１は、ＡＣ電源８８０の出力コイル８８２のエンドタップ８８６へ接続される。本実施形態において、非マグネトロン電極８１１は、隣接するマグネトロンアセンブリ８０６から一定の磁気向上を経験し得る。
【００５１】
例示的な実施形態
【００５２】
実施例１は、内部にキャビティが形成された本体と、キャビティ内に配置された少なくとも２つの内蔵マグネトロンアセンブリとを含むプラズマ源を含む。マグネトロンアセンブリは、相互に電気的に絶縁され、また本体から電気的に絶縁される。
【００５３】
実施例２は、実施例１のプラズマ源を含み、ここで、マグネトロンアセンブリは、クローズドドラフトマグネトロンアセンブリを含む。
【００５４】
実施例３は、実施例１〜２のいずれかのプラズマ源を含み、ここで、マグネトロンアセンブリはそれぞれ、少なくとも１つの電極と、少なくとも１つの磁石と、冷却サブシステムとを含む。
【００５５】
実施例４は、実施例３のプラズマ源を含み、ここで、マグネトロンアセンブリの少なくとも１つは、電極および磁石のうち少なくとも１つが接続されたコアを含む。
【００５６】
実施例５は、実施例４のプラズマ源を含む。ここで、マグネトロンアセンブリのうち少なくとも１つの冷却サブシステムは、コア内に形成された少なくとも１つの導管を含む。
【００５７】
実施例６は、実施例４〜５のいずれかのプラズマ源を含む。ここで、マグネトロンアセンブリのうち少なくとも１つの冷却サブシステムは、マグネトロンアセンブリに含まれる少なくとも１つの電極の標的部位内に形成された少なくとも１つの導管を含む。
【００５８】
実施例７は、実施例１〜６のいずれかのプラズマ源を含み、プロセスガスをプラズマ源内に分配するためのマニホルドまたは管路をさらに含む。
【００５９】
実施例８は、実施例７のプラズマ源を含む。ここで、プロセスガスを分配するためのマニホルドまたは管路は、二元（binary）マニホルドを含む。
【００６０】
実施例９は、実施例１〜８のいずれかのプラズマ源を含み、前駆体ガスを分配するためのマニホルドまたは管路をさらに含む。
【００６１】
実施例１０は、実施例１〜９のいずれかのプラズマ源を含み、マグネトロンアセンブリ中の各電極が相互に反対の極性を持つように交互にバイアスされるように、少なくとも１つの電源がマグネトロンアセンブリ間に接続される。
【００６２】
実施例１１は、実施例１０のプラズマ源を含み、ここで、少なくとも１つの電源は、交流電源および両極性パルス電源のうち少なくとも１つを含む。
【００６３】
実施例１２は、実施例１〜１１のいずれかのプラズマ源を含み、ここで、プラズマ源は、プラズマ源の本体が浮遊電位または接地電位の１つであるように、構成される。
【００６４】
実施例１３は、実施例１〜１２のいずれかのプラズマ源を含み、ここで、プラズマ源は、プラズマ源の本体が非接地電位までバイアスされるているように、構成される。
【００６５】
実施例１４は、実施例１〜１３のいずれかのプラズマ源を含み、ここで、マグネトロンアセンブリは、平面マグネトロンを含む。
【００６６】
実施例１５は、プラズマを調達する方法を含む。この方法は、プラズマ源の本体内に形成されたキャビティへプロセスガスを供給することであって、プラズマ源は、キャビティ内に配置された少なくとも２つの内蔵マグネトロンアセンブリを含み、マグネトロンアセンブリは、相互に電気的に絶縁され、また本体から電気的に絶縁される、ことと、マグネトロンアセンブリ中の各電極が相互に反対の極性を有するようにマグネトロンアセンブリ中の各電極を交互にバイアスすることと、プラズマを実質的に基板へ方向付けることとを含む。
【００６７】
実施例１６は、実施例１５の方法を含み、前駆体ガスの供給を基板の近隣のプラズマ中へ方向付けることをさらに含む。
【００６８】
実施例１７は、実施例１５〜１６のいずれかの方法を含み、マグネトロンアセンブリは、クローズドドラフト（closed draft）マグネトロンアセンブリを含む。
【００６９】
実施例１８は、実施例１５〜１７のいずれかの方法を含み、プロセスガスを供給することは、プロセスガスを二元マニホルドを用いて供給することを含む。
【００７０】
実施例１９は、実施例１５〜１８のいずれかの方法を含み、前駆体ガスを供給することは、前駆体ガスを二元マニホルドを用いて供給することを含む。
【００７１】
実施例２０は、プラズマ源を含む。このプラズマ源は、キャビティが形成された本体と、キャビティ内に配置された少なくとも１つの内蔵マグネトロンアセンブリと、キャビティ内に配置された少なくとも２つの非マグネトロン電極と、出力コイルを有する交流（ＡＣ）電源とを含む。少なくとも２つの非マグネトロン電極は、相互に電気的に絶縁され、キャビティを含む本体から電気的に絶縁され、マグネトロンアセンブリは、ＡＣ電源の出力コイルの中心タップへ接続され、非マグネトロン電極は、ＡＣ電源の出力コイルのエンドタップへ接続される。
【００７２】
複数の実施形態について述べてきたが、記載の実施形態における多様な変更が、特許請求の範囲に記載の意図および範囲から逸脱することなく可能であることが理解される。また、上記した実施形態の個々の特徴の組み合わせは、ここに開示される発明の範囲内にあるとみなされる。
【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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【国際調査報告】
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