(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング装置（１０〜１０ｂ）であって、該装置が、
真空室（１２）内に囲まれ低圧レベルに保たれた処理ガス空間（１１）を有する真空室（１２）と、
前記室（１２）内にある、スパッタリング面を有する、スパッタリング材料の供給源（１６）と、
基板（１５）を支持する、前記室（１２）にある基板支持体（１４）と、
スパッタリングされた物質が飛行して通過する、前記室（１２）の容積部（２６）の外にある少なくとも１個のコイル（３０〜３０ｄ）と、
前記コイル（３０〜３０ｄ）に接続され前記コイルを付勢するように作動して、前記容積部にＲＦエネルギを誘導結合させて二次プラズマを形成し、前記容積部を飛行通過するスパッタリングされた物質をイオン化させるＲＦエネルギ源（３２）と、
前記コイル（３０〜３０ｄ）と前記容積部（２６）との間に挟まれた非導電性の保護構造体（６０、６０ａ、６６、８６〜８６ｄ）と、
前記保護構造体（６０、６０ａ、６６、８６〜８６ｄ）を通して誘導結合されるＲＦエネルギと、
保護構造体をスパッタリングされた材料から物理的に遮蔽するように、前記真空室（１２）内で前記容積部（２６）の外、かつ前記保護構造体（６０、６０ａ、６６、８６〜８６ｄ）の内方に配置された遮蔽体（１００、３００、３００ａ）とを含むスパッタリング装置において、
前記遮蔽体（１００、２００、３００、３００ａ）が、前記室の周りの前記遮蔽体（１００、３００、３００ａ）における周方向の電流を遮るようになっている、軸線方向に延びた少なくとも１つの隙間（１０３、２０４、３０４、３０４ａ）を有し、
前記遮蔽体（１００、３００、３００ａ）と前記保護構造体（６０、６０ａ、６６、８６〜８６ｄ）との間隔が、前記室（１２）内の空間（１１）の容積部中のガス原子の平均自由行程以下であるスパッタリング装置。
【請求項２】
前記供給源（１６）がスパッタリング面を有するスパッタリングターゲットを前記室（１２）内に含み、前記装置がスパッタリング面に近接して主プラズマ（２３）を発生するようにターゲットを付勢すべく該ターゲット（１６）に接続されている陰極電源（２０、２４）と、基板（１５）に対して直角な方向においてスパッタリングした材料のイオンを電気的に導く手段（２７）とを含み、前記真空室（１２）が両端と、該両端の間で前記室の周りに延びる側壁とを有し、前記側壁が前記室（１２）の周りに延びて保護構造体を提供する誘電窓（６０、６０ａ）を有し、前記遮蔽体（３００、３００ｂ）が前記容積部（２６）の外側で前記室（１２）を囲み、前記窓の内側で、かつ該窓から離隔して少なくとも１個の傾斜した遮蔽セグメント（３０２）から形成され、各セグメントが前記ターゲット（１６）に面し、ターゲットの（１６）のスパッタリング面に対して、かつターゲットの軸線に対して一定角度で傾斜して、ターゲット（１６）のスパッタリング面から窓（６０、６０ａ）の概ね全ての個所をおおう面（３０３）を有しており、そのうちの少なくとも１個の隙間（１０３、２０４、３０４、３０４ａ）が前記室（１２）の周りで周方向の電流通路を遮断し、前記遮蔽体は二次プラズマが前記窓の近傍から前記容積部（２６）内へ延び易くする形状にされていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記遮蔽体（３００、３００ａ）が複数の区分された遮蔽セグメント（３０２、３０２ａ）を含み、前記遮蔽セグメント（３０２、３０２ａ）が該セグメントを電気的に分離している隙間（３０４、３０４ａ）によって離隔していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記遮蔽体（３００）が複数の軸線方向に離隔した切頭円錐形の遮蔽セグメント（３０２）を含み、前記遮蔽セグメント（３０２）が前記ターゲット（１６）と全体的に面するように傾斜し、かつターゲット（１６）から窓（６０、６０ａ）の概ね全ての個所を全体的におおうように相互から離隔し、前記セグメントは各々前記室（１２）の周りの周方向の電流通路を遮断する少なくとも１個の軸線方向の隙間（３０４）を有し、前記セグメント（３０２）の軸線方向の間隔は二次プラズマが前記窓から前記容積部（２６）内へそこを通って延び易くするのに有効な空間を該窓（６０、６０ａ）から前記容積部（２６）内へ画成していることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記遮蔽体が軸線方向に延びる空間を間に有する複数の周方向に離隔したブレード状遮蔽体部分（３０２ａ）を含み、前記遮蔽体（３００ａ）が前記容積部（２６）の周りで相互から周方向に離隔した複数の軸線方向に延びるブレードで形成されており、各ブレードは該ブレードを通り、かつ前記室（１２）の中心軸線（３１２）を通る半径方向平面（３１１）に対してある角度（θ）で傾斜しており、前記ブレードはターゲット（１６）から窓（６０）の概ね全ての個所を全体的におおうように方向づけられ、かつ相互から離隔しており、前記ブレード（３０２ａ）はそれぞれ二次プラズマが前記容積部（２６）内へ延び易くするのに有効な空間を窓から前記容積部（２６）内へ画成するように相互から離隔し、前記遮蔽体（１００、２００、３００、３００ａ）が材料の供給源（１６）から窓（６０、６０ａ）をおおい、かつ、プラズマにおける概ね全ての軸線方向の電界を電気的に短絡するのに十分に軸線方向に延びており、前記遮蔽体は前記室（１２）の周りで遮蔽体（１００、２００、３００、３００ａ）にある周方向の導電性通路を遮断するように遮蔽体の軸線方向長さに延びている少なくとも１個の軸線方向スリット（１０３、２０４、３０４、３０４ａ）を有し、前記遮蔽体における少なくとも１個のスリット（１０３、２０４、３０４、３０４ａ）は該スリットにおけるプラズマの形成を可能にするように前記室（１２）のガスの原子の平均自由行程より十分に幅広く、前記遮蔽体（１００、２００、３００、３００ａ）が少なくとも前記コイル（３０〜３０ｄ）の軸線方向長さである高さを有し、非電導性の保護構造体が前記室（１２）の壁にある誘電窓（６０、６０ａ）を含み、前記コイル（３０〜３０ｄ）が前記室（１２）の外側で前記窓の後ろに位置していることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
スパッタリングした材料のイオンを導く手段が前記支持体（１４）に接続されて該支持体上の基板（１５）を電気的にバイアスをかけて基板に対して直角な方向にスパッタリングされた材料のイオンを加速するバイアスエネルギ発生器（２７）を含むことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載されたスパッタリング装置（１０〜１０ｂ）を準備する段階と、
前記コイル（３０〜３０ｄ）により非導電性保護構造体（６０、６０ａ、６６、８６〜８６ｄ）を通してＲＦエネルギを前記室（１２）内へ誘導結合させる段階と、
ＲＦエネルギから前記空間（１１）を電気的に遮蔽することなく、前記遮蔽体（１００、３００、３００ａ）により、飛行するスパッタリングされた材料から保護構造体を物理的に遮蔽する段階と、
ＲＦエネルギにより前記空間（１１）内のプラズマを付勢する段階と、
スパッタリング材料をスパッタリングするために前記供給源（１６）を付勢する段階と、
スパッタリング材料粒子をプラズマでイオン化する段階とを含むスパッタリング方法。
【請求項８】
スパッタリングされつつある材料の分布を制御するように遮蔽体（１００、２００、３００、３００ａ）にバイアスをかける段階を更に含み、前記バイアスをかける段階が前記遮蔽体（３００、３００ａ）の複数の電気的に区分された部分（３０２、３０２ａ）を個々に、かつ選択的にバイアスをかける段階を含む請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明はスパッタコーティングに関し、特にコーティング材料を基板上にイオン化し物理的蒸着（ＩＰＶＤ）を行なう方法と装置とに関する。
発明の背景
半導体製造において、例えばバイアス、トレンチおよびコンタクトホールのようなサブミクロンの高いアスペクト比の形成物の存在は種々のコーティング問題を惹起している。超大規模集積半導体素子（ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ）の製造において、そのような形成物の底部における接点はライナーでコーティングする必要があることが多く、かつ形成物は導体金属で充填する必要があることがよくある。フィルム蒸着すべき多くの半導体素子の製造状況下において、物理的蒸着（ＰＶＤ）法を使用してコーティングを付与する必要があるか、少なくとも好ましい。狭くて高いアスペクト比の形成物（アパーチャ）の底部に物理的方法によってフィルム蒸着するには蒸着すべき材料を基板に向って運動させる上で高い方向性を達成する必要がある。より高いアスペクト比の形成物は、より大きな方向性を必要とする。例えば、基板の表面の狭くて高いアスペクト比の孔の底部における接点を効果的にコーティングするには、コーティング材の粒子が前記形成物の角度の付いた開口よりも著しく大きくない、直角に対する角度で運動する必要がある。
半導体素子の製造においては、幅が０．２５から０．３５ミクロンであり、素子の小型化傾向が継続するにつれて更に狭くなる傾向の高いアスペクト比の孔やトレンチの底部における接点を金属化する必要がある。例えばスパッタコーティングのような物理的蒸着法によってそのような接点を金属化することは、ＰＶＤ法が全体的に達成されるフィルムの純度、および処理装置の全体のコストおよび簡素化において代替的な方法と比較して技術的および商業的に利点があるため好ましいことである。例えば、化学的蒸着（ＣＶＤ）法は、化学的方法が孔やトレンチの内部で基板の表面にフィルムを形成することが可能であるため深い孔やトレンチにおけるフィルムの蒸着に時折使用されている。しかしながら、ＣＶＤ法はＰＶＤ法の装置よりもより複雑で高価な装置を必要とする。ＣＶＤ法は、その化学的性質のために、環境要素を含むことが多く、かつ素子の汚染源をもたらす可能性がある化学的先駆物質を採用することが多く、これらの装置は典型的にはより頻繁に防護保守作業を必要とし、そのため非生産的な休止時間をもたらす。多くの種類のフィルムに対して、ＰＶＤ法はＣＶＤ法より高速で、生産性が良好で、従ってコストが低くなる。更に、ＣＶＤ法は、例えばＣＶＤ蒸着を排除する可能性のある複雑な先駆物質や分配装置を必要とすることにより、多くの蒸着材料に対して生存し得ない、すなわち実用的でありえない。チタン、窒化チタンおよびタングステンに対しては許容される製造のためのＣＶＤ法は存在する。しかしながら、アルミニューム、銅、タンタル、および窒化タンタルに対するＣＶＤ法は存在せず、存在したとしても未完成であるか、商業的に実用的でない。更に、ある方法では、ＣＶＤは基板上に部分的に形成された素子を長期に亘って熱に対して露出させ、そのため材料の境界において材料を移動させたり、拡散させる可能性があり、あるいは当該素子をその他の損傷をもたらす熱に露出させたり、あるいは当該工程に対する熱供給を超過する可能性がありうる。
前記形成物の大きさを低減させ、アスペクト比を増大するため、ある用途においては物理的蒸着によってコーティングを付与することが好ましい基板上にコーティング材を運動させる上での益々高い方向性を達成するためにスパッタリング法に対する需要を増大させている。基板に入射するスパッタリングされた材料の粒子の通路が基板の面に対して非常に平行で、かつ直角に保つことが可能でないとすれば、高いアスペクト比の形成物をスパッタコーティングしようとすると該形成物の上側に過度の蒸着をもたらすか、あるいは形成物の口を閉鎖する結果となり、その場合、物理的蒸着法は満足な結果を達成しない。
スパッタコーティング法は、典型的には基板と高い純度のコーティング材のターゲットとを、例えばアルゴンのような不活性ガスで充填した真空室中に入れ、ガス中でプラズマを形成することによって実行される。プラズマは典型的には負の電位において常にあるいは間歇的にターゲットを保つことにより発生し、そのため、ターゲットはガスを真空室内で励起させ、ターゲットの面の近傍でプラズマを形成する電子を供給する陰極として機能する。プラズマの発生は、通常、マグネトロン陰極組立体によって高められる。該マグネトロン陰極組立体においてはターゲットの背後にある磁石がこれらの電子をターゲットの表面に亘って捕捉し、そこで電子は処理ガスの原子と衝突して、電子をガスの原子から剥ぎ取りそれらを正のイオンに変換する。ガスイオンは負に帯電したターゲットに向って加速され、そこで表面と衝突し、ターゲットの面の原子、ターゲット材料の原子クラスタあるいは粒子および二次電子から放出される。二次電子はプラズマを持続する上で主要な役目を果たす。ターゲット材料の放出された粒子は電荷が中立であり、種々の方向に真空空間を通して伝播しある程度基板と衝突し、該基板に接着してフィルムを形成する。基板上の益々狭くなる形成物と高くなるアスペクト比とは開口の許容角度を低減させ、それにによって形成物の側部を保護し、その結果形成物の側部およびその周りの領域によって遮断される入射粒子が更に増加し、底部に蒸着するために利用可能な粒子が更に少なくなる。
欧州特許第５９３９２４号は陰極スパッタリングによってプラズマを発生させる装置を記載している。本装置はコーティングすべき基板の上方に位置したマグネトロン陰極を含む。コイルが高周波数電源に接続された基板の上方の空間の周りに設けられている。コイルは２個の絶縁体の内面にある溝に配置されている。アンテナとして機能する各カバープレートが各絶縁体の内面の上方を延びており、遮蔽体が各絶縁体の下面および外面を被覆している。
伝播する粒子が基板の面に向って直角な直線運動するようにさせるために種々の方法が使用されてきた。一つの方法は、入射角を正常に分配し、コリメータを通過する粒子は基板に対して直角か、あるいは殆ど直角であるもののみであるようにコリメータに対して小さい角度で導かれた粒子を遮断することにより入射粒子の方向性を向上させるようにターゲットと基板との間で物理的なコリメータプレートを使用することを含む。ロングスロー（long-throw）スパッタリングとして知られている別な方法は基板に対して直角か、あるいは直角に近い角度で動いている粒子のみが真空室の長さに亘って移動して基板と衝突するように基板とターゲットとの間隔を増大することを必要とする。コリメータは、遮断された粒子がコリメータで堆積し、そこでフィルムが形成され、最終的にはひらひらと落下しようとするので粒子の汚染源をもたらす。コリメータによる蒸着とロングスローによる方法の双方共基板に対して小さい角度で動いている材料を排除することにより方向性を達成し、そのため基板に入射するスパッタリングした材料のパーセントを驚異的に増大し、そのため蒸着速度を著しく減少させる。それは、また防護のための保守作業を増し、ターゲット材料の使用を減少させ、生産量を低減する。
新規に検討されているスパッタリングされた材料を導く別な方法は、往々にしてイオン化した物理的蒸着法すなわちＩＰＶＤと称されるイオン化したスパッタリング法である。ＩＰＶＤによれば、コーティング材料はマグネトロンスパッタリングあるいはその他の従来のスパッタリングあるいは蒸着技術を使用してターゲットからスパッタリングされる。スパッタコーティング方法において、スパッタリングされて粒子は広い放出角度でターゲットから放出される。ＩＰＶＤは、粒子が静電子的にあるいは電気的に基板に対して直角な方向で導くことが出来るように粒子をイオン化することによって方向性を向上させようとしている。
ＩＰＶＤにおいて、ターゲットと基板との間の、そこを通してスパッタリングされた粒子が基板までの途中で通過する空間におけるガスにおいて付加的なプラズマが形成される。従来技術においては、付加的なプラズマは、例えばＲＦエネルギをターゲットの下流側の真空室中へ容量的に結合するように種々の方法によって空間内で形成され、あるいは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）あるいはその他のマイクロ波発生技術によって前記空間から離れたところで形成され、次に前記空間へ流入するようにされた。この空間を通過するスパッタリングされた材料の粒子は電子あるいはイオン化された処理ガスの準安定した中性子と衝突する。衝突は電子をスパッタリングされた粒子の原子から電子をもぎ取り粒子を正に帯電した状態に残す。スパッタリングされたこれらの正のイオンは、次に電気的に、例えば負のバイアスを基板に付加することによって基板に向って電気的に加速される。
従来技術におけるＩＰＶＤ法は製造環境におけるその粒子の使用を阻害する多数の欠点と問題とを示している。そのような方法は、例えば全体効率が低かった。特に、ＩＰＶＤ法は典型的には蒸着速度が低い。更に、従来技術による方法ではフィルムの汚染が高レベルであった。特に、従来技術のＩＰＶＤ法では、ターゲットのスパッタリングパワーが増大するにつれて高いアスペクト比の形成物の充填は低下することが判明している。そのような充填の低下はアルミニューム合金のスパッタリングを、ターゲット／マグネトロン組立体に対して典型的に達成可能である１２から３０ｋＷと比較して３０４．８ミリメートル（１２インチ）のマグネトロンターゲットにより３ｋＷのＤＣパワーに制限した。低いスパッタリングパワーによって蒸着速度は低くなり、その結果生産性および収量を低下させ、更に約４５秒から１分である典型的なウエファーの処理時間と比較して、ウエファ当たりのスパッタリング時間を、例えば１０から４０分のように汚染を増加させる。更に、当該装置がスパッタリング室における、例えば２０から４０mTorrのような比較的高い圧力で作動しないとすれば、スパッタリングされた材料の断片的なイオン化は低いことが判明している。アルゴン処理ガスを使用すれば、この圧力は典型的には１５mTorrであるか、あるいは低いmilliTorr範囲にある所望のスパッタリング圧力より高い。より高い圧力は蒸着されたフィルムの特性の質を低下させ、フィルムの汚染を増加させる傾向がある。更に、より高い圧力はプロセスのフラットフィールド均一性を低下させ、より大きな真空室構造を強要し、そのため更にイオン化効率を低下させる。従来技術のＩＰＶＤ法によって起因したその他の問題はプラズマによるＲＦ電極すなわち要素の望ましくないスパッタリングであり、望ましくない蒸着によるＲＦ要素からの堆積したスパッタリングした材料のフレーキングであり、プラズマあるいはＲＦ要素に蒸着された材料によるＲＦ要素の短絡、およびスパッタリングされた材料をイオン化するためにプラズマ中へＲＦエネルギを結合するために使用する電極すなわち要素とのその他のプラズマおよび材料の相互作用である。
従って、従来技術の欠点や問題を克服するＩＰＶＤ装置および方法に対する要望がある。特に、許容される高い全体効率、特に高い蒸着速度、高いスパッタリングされた材料のイオン化効率および蒸着されたフィルムの低い汚染をもたらす実用的で効果的なＩＰＶＤ装置に対する要望がある。高い均一性と品質のフィルムを形成し、一方プロセスを商業的に有用にするのに十分に高い生産性を提供する装置に対する特別な要望がある。
発明の要約
従って、本発明は、真空室の内部に密閉された処理ガス空間と、蒸発したコーティング材料の供給源と、前記供給源と対向して真空室に位置し、前記供給源と面しその上で基板を支持する基板支持体とを有する真空室を提供する段階と、ＲＦエネルギを前記空間を囲むコイルによって前記室に結合させる段階と、前記室に遮蔽体を設ける段階とを含む物理的蒸着方法を指向している。本発明によれば、本方法はイオン化した物理的蒸着を提供し、コイルと前記空間との間で非導電性保護構造体を提供する段階であって、ＲＦエネルギが前記保護構造体を介して前記空間に結合され、前記遮蔽体が前記保護構造体と近接して設けられている段階と、ＲＦエネルギから前記空間を電気的に遮蔽することなくコーティング材料の粒子から前記保護構造体を物理的に遮蔽する段階と、前記空間におけるプラズマをＲＦエネルギで付勢し、プラズマによりコーティング材料の粒子をイオン化する段階と、コーティング材料のイオン化された粒子を前記空間から基板上に導く段階とを含む。
本発明は、また低圧レベルで保つべき、真空室内に密閉された処理ガス空間と、前記真空室における蒸着材料の供給源と、蒸着材料の供給源と対向して前記室に位置し、前記供給源と面し、該供給源に対して平行に基板を支持する基板支持体と、前記基板支持体と前記供給源の面との間の前記室の空間を囲む少なくとも１個のコイルと、前記コイルに接続され、該コイルを付勢するように作動可能なＲＦエネルギ源と、遮蔽体とを含む、物理的蒸着装置を指向する。本発明によれば、前記装置はイオン化された物理的蒸着装置であり、更に、前記コイルと真空室の空間との間に配置された非導電性保護構造体を含み、ＲＦエネルギ源は前記空間内のガスにおいてプラズマを付勢するため保護構造体を介してＲＦエネルギを結合するように作動可能であり、遮蔽体が前記真空室の空間の周りを周方向に、かつ前記真空室の外側で配置され、保護構造体から内方に離隔され、スパッタリングした材料から保護構造体を物理的に保護し、遮蔽体は該遮蔽体における周方向の電流を低減するのに十分遮蔽体を少なくとも部分的に分離する少なくとも１個の空隙を有する。
本発明の主な目的はＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ半導体ウエファの狭くて高いアスペクト比の孔およびトレンチの底部および、ある程度は側部に薄いフィルムを蒸着する方法と装置とを提供することである。また、本発明の主な目的は全体効率が高いイオン化した物理的蒸着を行ない、特にコーティング材のイオン化効率が高くて広範囲の圧力で高い蒸着速度を提供する方法と装置とを提供することである。更に別な本発明の目的は予防保守要件が低いＩＰＶＤ法およびハードウエアを提供することである。
本発明の特別な目的はターゲットにおけるスッパッタリングパワーが少なくとも中庸のレベルに維持することが可能で、真空室を比較的高いスパッタリング圧力に保つ必要なくスパッタリングされた材料中へのＲＦエネルギの高い結合効率を提供するＩＰＶＤ装置と方法とを提供することである。本発明の更に別な目的は室内のプラズマと電極あるいはスパッタリングされた材料をイオン化するためにプラズマ中へＲＦエネルギを結合するために使用する要素との間の不利な相互作用、特に電極からのスパッタリングされた材料のスパッタリング、フレーキングあるいは電極の短絡の可能性を低く抑える方法と装置とを提供することである。
本発明の原理によれば、ＲＦ要素がエネルギをＰＶＤ処理室中へ結合し主プラズマと基板との間の室の空間において二次プラズマを発生している間に主プラズマがターゲットから材料をスパッタリングするためにターゲットの近傍で形成されるＩＰＶＤ装置と方法とが提供される。二次プラズマは典型的にはスパッタリングターゲットに近接して閉じ込められた主プラズマに対する補助である。二次プラズマは一般に室を充填するが、主としてターゲットと基板との間の空間の少なくとも一部を占有し、それによってスパッタリングされた材料の粒子が該材料を基板上にイオンに助勢されて蒸着されるとき基板に向って静電気的に加速されうるようにターゲットから動いている間にスパッタリングされた材料の粒子をイオン化する。
イオン化されスパッタリングされた材料は、ウエファの表面を損傷することなく運動しているイオンを最適に導くように制御可能な、基板に付与された負のバイアスによって基板に向って加速されることが好ましい。代替的に、あるいは追加して、室は更に室の軸線に対して平行で、基板の表面に対して直角な軌道にイオン化されスパッタリングされた粒子を閉じ込め易くするように基板とターゲットとの間の室内で軸線方向の磁界を形成する永久磁石あるいは電磁石によって囲むことが可能である。
ＲＦイオン化エネルギ結合要素はＲＦ電極でよく、例えば室を囲む１個あるいは複数のコイルのような導体要素であることが好ましい。以下詳細に説明するように、ＲＦ要素は室内に位置し、好ましくは室の処理ガスから絶縁されるか、あるいは室の外側に位置することが可能である。
好ましい装置には、また例えば主プラズマとの、あるいはＲＦ要素によって発生する二次プラズマとの相互作用のようなプラズマとの不利な相互作用からＲＦ要素を保護あるいは遮断する非導電性で非磁性の誘電材料からなる保護構造体が設けられる。保護構造体は、それに衝突するスパッタリングされた材料が該構造体から落下して汚染源とならないように該構造体に接着するようなものである。保護構造体の部分は更にその中であるいはその上に堆積したスパッタリングした材料の層において渦流を阻止し、かつＲＦ要素の静電遮蔽を阻止するように構成されることが好ましい。
ＲＦ要素および保護構造体の種々の形態が本発明の範囲内で可能である。例えば、一実施例において、ＲＦコイルは保護構造体の後ろで室を囲み、該保護構造体はＲＦコイルを外側の導電性密閉体で被覆して、処理空間を囲む室の真空気密内壁の部分を形成する。代替的に、ＲＦコイルはターゲットの周囲の外側および下流側で処理室の真空内にあり、保護構造体がＲＦコイルをプラズマとの相互作用から分離している。別な実施例においては、コイルの導体を完全に被覆する中実の絶縁体で、あるいは導体の近傍でのプラズマの形成を阻止するのに十分狭いスロットを有するスロット付きあるいはセグメント化された絶縁体と共に保護絶縁材料で被覆されたＲＦコイルが設けられている。ＲＦコイルと保護構造体とは形状が筒形で処理空間を囲むことが好ましい。
好適な装置は、更に保護構造体の機能がその上のスパッタリングした材料の蒸着の作用と相殺されないように保護構造体を遮蔽するように設けられた遮蔽体アレイを含む。保護構造体と遮蔽体アレイとの種々の実施例を以下の例で説明するように利用することが可能である。
第１の実施例
本実施例においては、ＲＦ要素は保護構造体として使用されている概ね筒形のクオーツ窓の後ろで真空室を囲む螺旋状コイルからなる。概ね筒形のクオーツ窓は前記室の真空気密内壁の一部を形成可能で、あるいは室の内部のコイルを囲む絶縁体の形態あるいは処理ガスからコイル導体を遮蔽するその他の何らかの形態でよい。
ＰＶＤ処理室からコイルを分離する窓に近接して室を囲む概ね筒形の遮蔽体が設けられている。前記遮蔽体は前記室の軸線に対して好ましくは平行な方向にスリットされる。「近接した」という用語は遮蔽体と窓との間でプラズマの形成を阻止するのに十分短い距離だけ窓から離されることを意味する。スリットされた遮蔽体はコイルを真空室および処理ガスから分離している誘電窓の形状に倣っている。遮蔽体はコーティング材料が窓に堆積するのを阻止する。材料が導電性であると、コイルの電気短絡が発生し、ＲＦエネルギが室中へ伝達されないようにする。遮蔽体は該遮蔽体がＲＦコイルからのエネルギを消費し、補助プラズマ中に結合されるエネルギの効率を減少させるような周方向電流が導入されうる周方向通路を室の周りで提供しないような仕方でスリットされることが好ましい。遮蔽体は、更にＲＦコイルに亘っての短い軸線方向電界まで軸線方向に十分遠くまで延び、それによってエネルギをプラズマに誘導結合する効率を最適化し、結合されたエネルギの容量分を低減する。更に、遮蔽体は、スパッタリングした粒子がそこを通して進行する空間においてプラズマがより効率的に発生するように遮蔽体の後ろでのプラズマの発生を阻止するように窓に近接離隔して保持される。窓からの遮蔽体のこの離隔は処理ガスの原子の平均の自由通路、すなわち空間におけるプラズマの最小拡散長さよりも小さい。
遮蔽体のスリットはその中でプラズマが形成しうるようにするのに十分広く、そのためプラズマは供給源からのコーティング材料がスリットを通過する結果、窓におけるコーティング材の蒸着を再スパッタリングすることにより連続的にプラズマが除去される。
コイルの保護被覆に対する遮蔽体の位置と形状は室の空間における高効率なプラズマ発生に寄与し、遮蔽体とコイルとの間のプラズマの発生による損失を排除する。その結果、スパッタリングされた材料の高イオン化効率が提供される。
本実施例では、例えば遮蔽体構造体とコイル保護絶縁体すなわち窓との間のような、室の非有効領域におけるプラズマの発生が阻止され、そのためイオン化効率の喪失が排除される。
第２の実施例
本実施例によれば、ＲＦ要素をプラズマおよびスパッタリングされた材料から相互に保護するために、密閉体、誘電窓および中実あるいはセグメント化した絶縁体が単独、あるいは組み合わされて使用される。遮蔽体は、プラズマによってそのスパッタリングを制御するようにバイアス可能な複数の遮蔽体部分の形態であることが好ましい。遮蔽体アレイは、誘導された渦流がエネルギを消費し、エネルギのプラズマに対する結合に対抗するのを阻止するように遮蔽体部分を少なくとも部分的に電気的に遮断する複数の空隙を有する。更に、個々の遮蔽体部分は、そのコーティングの均一性およびイオン化された材料の基板上への方向性を最適化するように個々にバイアス可能なように電気的に分離されているのが好ましい。遮蔽体セグメントの間の空間はプラズマが遮蔽体の後ろから処理空間内へ伝播し易くする。
第３の実施例
本実施例においては、螺旋状コイルが保護構造体の後ろで室を囲む。そのように配置されると、コイルが前記室内で形成されたプラズマと接触しないように保護される。前記室内には遮蔽体のアレイが設けられ、これらもターゲットと基板との間の空間を囲み、好ましくはプラズマによってそのスパッタリングを制御するようにバイアスされる。遮蔽体のアレイは複数の空隙を有しており、遮蔽体の部分を少なくとも部分的に電気的に分離、誘導された渦流がエネルギを消費し、エネルギのプラズマに対する結合に対抗するのを部分的に阻止する。遮蔽体部分がターゲットから保護構造体を保護し、一方コイルからのエネルギの結合および二次プラズマの形成および位置に影響が最小であるように遮蔽体部分が構成され、かつ方向付けられ、空隙が画成される。
遮蔽体のアレイはコーティングがその上に形成されず、その中で渦流を支持し、ＲＦコイルを静電遮蔽するように保護構造体に対して位置している。ターゲットのどの部分も保護構造体のどの部分からも見えないことが好ましく、保護構造体のいずれかの部分からターゲットを見ることができ、導電性のスパッタリング材料のコーティングが堆積するとすれば、コーティングされた領域は渦流を支持しうるか、あるいはコイルを顕著に遮蔽しうるような形状にはされない。
この第３の実施例の図示例においては、保護構造体は誘電窓からなる。遮蔽体アレイはターゲットと窓との間の全ての通路を集合的に完全に遮断する角度の付いた部分から形成されている。前記部分は主プラズマと基板との間の空間の容積の多くがコイルから見えるように角度が付いている。そのため、窓はターゲットからのスパッタ蒸着から保護され、一方スパッタリングされた材料をイオン化する二次プラズマを形成するためにエネルギの最大効率の結合を提供する。遮蔽体部分は窓から離隔されることが好ましく、コイルのある部分が、二次プラズマを形成したいと思う室の空間が見えるようにするのに十分隣接した部分の間の空間を有しており、そのためプラズマが窓の近傍で形成されスパッタリングされた材料がイオン化しうる空間内へ延びることが可能である。
この第３の実施例の一図示例によれば、遮蔽体アレイは窓の内部に位置し、ターゲットから窓までの通路に対して全体的に垂直な角度で傾斜した複数の軸線方向に離隔した切頭円錐形の部分から形成されている。遮蔽体部分は前記室の軸線に対して同じ角度で傾斜するか、前記部分を異なる角度で傾斜させる、例えば前記部分をターゲットからより離れた距離において軸線に対してより小さい角度で傾斜させることが可能である。前記部分は、重なりが最小であると拡散したスパッタリングした粒子が窓と衝突するのを低減するが、隣接する部分をターゲットの各点から保護しないことが好ましい。遮蔽体部分は該部分における空隙によって周方向に更にセグメント化することにより電位誘導電流通路を中断することが好ましい。
第３の実施例の別な図示例によれば、遮蔽体アレイは窓の内部で前記室の周りで周方向に離隔された複数の平坦あるいは僅かに湾曲し、軸線方向に延びている長方形のブレードから形成されている。これらのブレードは窓から離隔され、各各前記室の半径に対して角度を付けて傾斜し集中的に窓を、あるいは少なくともコイルの領域内に概ねある窓の部分をターゲットの全体領域から保護するが、コイルのある部分はプラズマを形成したいと思う室の空間から見えうるようにしている。このように、二次プラズマは窓の近傍で形成可能で、スパッタリングされた粒子がそこを通過する空間内へ直ちに延びることが可能である。この実施例の遮蔽部分は前記室の半径に対して同じ角度で傾斜することが好ましい。窓のコーティングを更に減少させるために最小の重なりは有効であるが、前記遮蔽部分はターゲットのあらゆる点から前記部分の近傍を保護しないことが好ましい。遮蔽部分は相互に対して周方向に離隔し、かつ真空室におけるガスの分子の少なくとも平均自由行程と等しい距離だけターゲットおよび基板から離隔されることが好ましい。
本発明がスパッタリングコーティングシステムに使用される場合、スパッタリングパワーは高いレベルに保つことが可能で、そのため高い蒸着速度と高いスパッタリングされた材料のイオン化速度を保つ。これらの結果は、例えばＲＦコイルの短絡あるいは汚染の増加、従って蒸着されたフィルムの劣化のような問題が多く発生することなく達成される。その結果、基板の面に対して直角である入射するスパッタリングされた材料の高い方向性を以ってスパッタリングにより高アスペクト比の形成物を効果的、かつ効率的に充填することができる。濃密なスパッタリングプラズマはスパッタリング材料をイオン化するプラズマを発生させるＲＦプラズマ結合要素を短絡あるいは悪影響を及ぼすことが無いようにされるので、従来技術のスパッタリングパワーを低減する必要性は排除される。ＲＦ要素自体によって形成されるプラズマは該要素を短絡しないようにされる。スパッタリングガス圧力は低い、すなわち通常のスパッタリングレベルに保たれ、拡散による方向性の喪失が阻止される。ＲＦ結合要素のスパッタリングからの悪影響は排除される。これらの利点は、本発明が提供する高品質の高アスペクト比の形成物のコーティングを提供しない従来のスパッタリング方法に匹敵する処理時間において達成可能である。
ＰＶＤ法、特にコーティングを高アスペクト比の形成物中に蒸着するスパッタコーティング法を向上させることに加えて、本発明はまた概ね物理的技術によって蒸着される蒸発材料の蒸発源あるいはその他の供給源を採用しているＰＶＤ法において利点を提供する。反応方法や、材料を化学的に蒸着することによって向上されるか、あるいは化学的蒸着を含む物理的方法も本発明によって有利とされうる。本発明は金属フィルムの蒸着に関連して特に効用があるが、その他の材料、特に酸化物や窒化物の蒸着において利点を提供しうる。
本発明の前記およびその他の目的や利点は本発明の好適実施例の以下の詳細説明から直ちに明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の一実施例によるＩＰＶＤスパッタリング装置の側面線図、
図１Ａはコイルの保護の代替形態を示す、図１のプロトコルの拡大した側面線図、
図２は図１に示す装置の遮蔽体の斜視図、
図３は本発明の一実施例によるＩＰＶＤスパッタリング装置の線図、
図４Ａから図４Ｄまでは図３に示す装置の代替的なコイル形態を示す線図、
図５は図３に示すものとは対照的な二次プラズマＲＦ結合要素および保護構造体の代替形態を有するＩＰＶＤスパッタリング装置の線図、
図６は図３および図５に示すものとは対照的な二次プラズマＲＦ結合要素および保護構造体の別な代替的形態を有するＩＰＶＤスパッタリング装置の線図、
図７Ａから図７Ｄまでは図６に示す実施例に示すものに対する代替案におけるコイル絶縁保護構造体の形態を示す線図、
図８は本発明の一実施例によるＩＰＶＤスパッタリング装置の線図、
図９は遮蔽体アレイの代替形態を示す、図８の一部の線図、
図１０は図９の線３−３に沿って見た図９に示す遮蔽体アレイの実施例の断面図である。
発明の詳細説明
図１は本発明の原理によるスパッタコーティング装置１０を線図で示す。本装置１０は室１２に密閉された真空気密の処理空間１１を含む。前記室１１には、一端で、その上に装着された半導体ウエファ１５を支持する基板支持体すなわちサセプタ１４が装着されている。ウエファ１５は基板支持体１４に装着されると、ターゲット１６に対して平行で、かつ対面している。ターゲット１６はウエファ１５の薄いフィルムとして蒸着されるスパッタコーティング材料から形成されている。処理空間１１は全体的に筒形の空間であって、超高真空圧力レベルに保たれ、処理の間、例えばアルゴンのような処理ガスで充填される。空間１１は基板支持体１４とターゲット１６との間で室１２に位置している。
ターゲット１６は基板支持体１４に対向して端部において室１２に装着された陰極組立体１７の一部である。陰極組立体１７は、その上にターゲット１６が固定されているターゲットホルダ１８を含む。磁石構造体１９は、典型的に基板支持体１４からは反対の側においてターゲットホルダ１８の後ろに設けられている。また、暗い空間遮蔽体１３をターゲット１６の周囲に設けることが出来る。磁石構造体１９は、当該技術分野の専門家には周知のように負の電位に電気的に付勢されると陰極組立体１７によって室１２中へ放出される電子を捕捉するターゲット１６の面２１の上方で閉鎖された磁石トンネルを発生させる磁石を含むことが好ましい。磁石構造体１９は、当該技術分野において周知の多数のマグネトロンスパッタリング組立体のいずれか１個の永久磁石あるいは電磁石でよい固定あるいは回転あるいはその他の方法で運動している磁石を含みうる。
ONに切り換えられると一定に留まるか、あるいはパルス化され、通常はＤＣ電源である電気エネルギ源２０が陰極組立体１７と、通常接地され、システム陽極として作用する室１２の壁との間に接続されている。陰極組立体１７は室１２の壁から絶縁されている。電源２０はＲＦフィルタ２２を介して陰極組立体１７に接続されることが好ましい。例えばＲＦ発生器２４のような補助エネルギ源もまたマッチングネットワーク２５を介して任意に陰極組立体１７に接続可能である。バイアス回路２７も設けられ、マッチングネットワーク２８を介して基板支持体１４に接続されている。バイアス回路２７は基板支持体１４に装着されたウエファ１５にバイアスを供給する。二極ＤＣ電源すなわちＲＦ供給源はこの目的のために使用可能である。定常あるいはパルス化された電源２０および（または）ＲＦ発生器２４は面２１に負の電位を発生させ、これが電子をターゲット１６の面２１から放出するようにさせる。放出された電子は、ターゲット１６の面２１に近接して処理ガスの原子と衝突し、イオン化し、ターゲットの面２１の近傍で主プラズマ２３を形成するまで磁石構造体１９によって発生した磁界によって面２１上で捕捉された状態に留まる。この主プラズマ２３は、ターゲット１６から粒子を排出する負に帯電された面２１に向って、かつそれに対して加速されたガスの正のイオン源となる。
ターゲット面２１と基板支持体１４との間の空間１１は前記２個の部分によって形成されたものと見なしうる。前記空間の一方の部分は主としてプラズマ２３によってふさがれ、ターゲット１のスパッタリング面２１上で所望の浸蝕パターンをつくるような形状にされており、一方前記空間１１の第２の部分は残りの容積分であって、基板支持体１４上でプラズマ２３と基板１５との間に位置している。ターゲット１６からのスパッタリングされた材料の粒子は、一般に皆無ではないが若干がプラズマ２３と容積部２６とを通過して基板１５に衝突する個所において空間１１を通して運動量のみによって伝播しうる電気的に中立の粒子として発生する。従来のスパッタリング装置においては、プラズマ２３を通過する中立のスパッタリングされた粒子は、前記プラズマ２３がターゲットの近傍で小さい容積を占め、対象の作動圧力において、中立のスパッタリングされた粒子とプラズマ２３の粒子との間で発生する衝突は少ないので十分イオン化されない。そのため、従来のスパッタリングにおいては、中立のスパッタリングされた粒子は殆ど中立の状態でプラズマ２３を出て行き、基板１５上に薄いフィルムとして蒸着されるまで中立状態に留まる。
高アスペクト比の孔や形成物の底部で接点をコーティングし、孔をスパッタリングした電導性材料で充填することにより孔を金属化するために、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ素子製造においては、粒子が基板に対して法線の周りで狭い角度分布状態で基板の面上に衝突し、かくして粒子が形成物中へ、かつ形成物の底部上へ直接進行し、形成物の側部と衝突したりあるいは影とされることがないことが極めて好ましい。基板上への粒子のこのような垂直方向の衝突は、スパッタリングされた粒子が容積部２６を通過するにつれて該粒子をイオン化し、そのため粒子が電荷を発生させるようにすることによって装置１０によって促進される。粒子は一旦帯電すると、室の軸線に対して平行であり、基板１５の面に対して垂直な軌道中へ静電気的に加速されるか、あるい他の方法で電気的あるいは磁気的に導かれうる。そのような方法は当該技術分野においてイオン化された物理的蒸着（ＩＰＶＤ）あるいはイオン助勢スパッタコーティングとして知られている。
本発明の好適実施例によれば、空間２６でのスパッタリングされた粒子の浮遊中中のイオン化は空間２６を囲むが、空間１１を占有しないＲＦ要素を設けることによりＲＦエネルギを該空間２６中へ反応させて、好ましくは誘導して結合することにより実行される。螺旋形以外のコイル形状を使用することは可能であるが、ＲＦ要素は螺旋コイル組立体３０の形態であることが好ましい。コイル組立体の可能な形態の例３０ａ−３０ｄが図４Ａから図４Ｄまでに示されている。更に、コイル組立体３０の形態はコイル、巻き線および（または）コイルと巻き線とからなる装置を含むべきである。更に、図示する以外の仕方で、例えば中央のタップをコイルの中心に追加し、その他の２本のリード線を設置するとか、あるいはその逆にすることにより、コイル中へＲＦエネルギを送り込むことが可能である。コイル組立体３０はエネルギを空間２６内の処理ガス中へ誘導結合することによって前記空間２６を全体的に充填し、主プラズマ２３とは峻別される二次プラズマ２９を形成する。限定的ではないが、好ましくは０．１から０．２ＭＨｚから６０または８０ＭＨｚの範囲で作動するＲＦ発生器３２がマッチングネットワーク３３を介してコイル組立体３０に接続されエネルギをコイル組立体３０に対して提供し空間２６において二次プラズマ２９を形成する。
処理ガス源４０が流量制御装置４１を介して室１１に接続されている。スパッタ処理のための供給ガス４０は典型的にはアルゴンのような不活性ガスである。反応方法に対しては、例えば窒素や酸素のような付加的なガスが補助流量制御装置を介して導入しうる。高い真空ポンプ３９がまた室１２に接続され該室１２をmilliTorrあるいはサブミリメートルトル(sub-milliTorr)の範囲の真空レベルまで吸引する。５から５０milliTorrの範囲の圧力が好ましい。ポンプ３９は毎秒５から３００の標準立方センチメータ（ｓｃｃｍ）の範囲の流量の処理ガスで超高い真空状態を維持する。本装置１０はまた前述した要素の作動を順に配列し、かつ制御するように作動するマイクロプロセッサに基づくプログラム可能な制御装置であることが好ましい主制御装置５０を含む。制御装置５０は陰極電源２０および２４、基板バイアス電源２７、コイル組立体３０である二次プラズマ発生要素を付勢するＲＦ発生器３２、ガス流量制御装置４１、ポンプ３９およびその他の本装置１０の制御可能な要素を付勢する出力を有する。
イオン化したスパッタリングした粒子の方向性を達成するために、基板の面に向って、かつその上に正にイオン化されスパッタリングされた粒子を加速するための力を提供するようにマッチングネットワーク２８を介して基板支持体１４に接続されたバイアス電源２７により二次プラズマ２９に対して基板１５を負にバイアスすることにより基板支持体１４の前方でプラズマのシースにおいて電位勾配を保持すればよい。この目的に対して二極ＤＣ電源あるいはＲＦ電源を使用することが出来る。
更に、あるいは代替案として、室１２において軸線方向に磁界を発生させるべく室１２の周りで磁石８０を設けることが出来る。磁石８０は電磁石でよく、あるいは１個以上の永久磁石で形成しうる。前記磁石８０からの磁界は帯電された粒子がラインの周りを旋回し、それによって半径方向の閉じ込めを増大させる。軸線方向の電界が存在する中で、帯電した粒子は軸線方向に導かれ、基板に向って運動し、半径方向の損失を最小にしうる。
コイル組立体３０と空間１１との間には、プラズマ２３および２９がコイル組立体３０と接触し、電気的に相互作用しないようにする保護構造体が設けられている。この構造体はコイル組立体３０が空間２６内へ達しないようにコイル組立体を囲む磁界を妨害しない非導電性材料である。保護構造体の一好適形態は室１２の壁に対して真空気密のシールを形成するように装着された、該室１２の壁における、例えばクオーツのような真空に対して相容性の誘電材料で作られた窓６０の構造体である。窓６０は電気絶縁性で透磁性の材料の単一の片でよく、あるいは接合されたセグメントに形成し、全体的に筒形の保護構造体を形成してもよい。前述の実施例に記載のコイル組立体３０は好ましくは窓６０の外側で室１２の周りに巻かれる。コイル組立体３０の外側には導電性金属の密閉体６１が被覆しており、該密閉体はコイル組立体３０を遮断し、また電磁エネルギがコイル組立体３０から、かつ室１２の内部から室１２の外側まで放射されないようにする密封空洞６２を形成している。空洞６２は室１１から密封されるが、外部環境と連通し、あるいは大気圧あるいはより低い圧力で不活性ガスで充填され、コイル組立体３０が付勢されるとプラズマの形成が空洞６２内のガスによって助長されないようにしうる。
窓６０自体は導電性ではないが、ターゲット１６からスパッタリングされる導電性材料のコーティングの堆積には敏感である。窓６０内の、あるいは窓上の導電性が室の周りの電流の誘導を支援し、空間２６においてコイル組立体３０から二次プラズマ２９までのエネルギのＲＦ結合の有効性を低減したり、削除したり、あるいは阻害する。特に方位角方向（周方向）、すなわち室１２の周りを延びる方向における窓６０のコーティングのそのような導電性は誘導結合された短絡を発生させ、前記空間２６内に誘導結合されたエネルギの全てあるいは多くの無効にしうる。
窓６０における導電性のスパッタリングされた材料のそのような堆積を阻止するために、好適な装置は、更に以下説明する遮蔽体アレイの種々の実施例を含む。
第１の実施例
図１は空間１１と窓６０との間で窓６０の内面に近接して設けられたスリットされた筒形遮蔽体１００を示す。前記遮蔽体１００はターゲット１６からスパッタリングされた材料から窓６０を保護し、ターゲット１６の面２１のいずれかの個所と窓６０との間の全ての直接的な見通し線を遮断することが好ましい。更に、本実施例によれば、遮蔽体１００は、室１２の軸線に対して平行である長手方向のスリット１０３を有する。また、周方向の電流を遮断する形状にされた１個あるいは複数のスリットを備えた遮蔽体を使用することも可能である。これは遮蔽体１００における周方向すなわち方位角方向の電流の誘導を阻止する。
更に、遮蔽体１００は、コイル組立体３０からの電界の有効な軸線方向の全範囲に概ね達するコイル組立体３０の軸線方向範囲を越えた軸線方向の範囲を有する。その結果、導電性遮蔽体１００は室１２の軸線に対して平行である二次プラズマ２９における電界を有効に抑制し、空間２６からコイル組立体３０を容量的に遮蔽させ、そのためコイル組立体３０からの空間２６へのエネルギの結合効率を下げるような軸線方向の電界を阻止する。遮蔽体１００はターゲット１６の面２１の後ろから窓６０およびコイル組立体３０を越えて軸線方向に延びることが好ましい。このような形態では、遮蔽体１００は二次プラズマ２９における軸線方向の電界をより効果的に短絡し、それによってコイル組立体３０から二次プラズマ２９内へのエネルギの誘導結合を向上させる。
本発明の好適実施例は、また遮蔽体１００が窓６０から近接離隔しているためコイル組立体３０からのエネルギの高度に効率的な結合を行なう。この間隔はガスの原子あるいは分子の平均自由行程より、あるいは室１２内の二次プラズマ２９の最小拡散長さより小さいことが好ましい距離に保たれている。この遮蔽体から窓までの近接した間隔は、窓あるいはコイルを保護する非導電性構造体に隣接して、かつ設けられているいずれかの構造体の後ろでプラズマの形成を可能にする以下説明するその他の実施例とは対照的である。窓の後ろでのプラズマの形成を排除することはコイルあるいはその他のプラズマ発生電極から、スパッタリングされた粒子が通過する空間内へのエネルギの割合を増加させる傾向があり、そのため有効なプラズマ、従ってスパッタリングされた材料のイオン化効率を増大させる。装置１０において、約５から５０milliTorrの範囲の処理ガス圧を使用することが計画されている。そのような圧力におけるアルゴンガスの平均自由行程はそれぞれ１１ミリメートルから１．０ミリメートルである。その結果、窓６０から遮蔽体までの好適な間隔は約１．０から１５ミリメートルである。
他方、スリット１０３は幅が約１５ミリメートルより大きくされることが好ましい。スリット１０３の幅は、スパッタリングされた材料がスリット１０３を通過する結果スリット１０３の近傍で遮蔽体１００の縁部に、あるいは窓６０に堆積する可能性のあるスパッタリングされた材料を掃除するために二次プラズマ２９がスリット１０３で形成されうるようにするのに十分広いものである。スリット１０３で形成されるそのようなプラズマ２９はスリット１０３の近傍で窓６０に対して延び、スリット１０３において窓６０において堆積する材料を再スパッタリングすることによって連続して除去される。
窓６０の代わりに、コイル組立体３０は代替的に図１Ａに示すように室１２内で絶縁ブロック６６に埋設することが可能である。絶縁ブロック６６は窓６０のそれと同様の仕方で機能し、コイル組立体３０を室１１内のプラズマから、かつスパッタリングされた材料から遮断する。遮蔽体１００は図１に示す窓６０に対して構成されたのと同じように絶縁ブロック６６に対して構成される。
第１の実施例の細部の多くは以下説明する実施例に対して有用であるが、説明を簡単にするために説明は省略し、実施例間の差異を強調できるようにしている。
第２の実施例
図３は図１に示す遮蔽体１００に対する代替案であるが、窓６０の内面に対して近接の度合はより少なくて空間１１と窓６０との間に設けられている遮蔽体アレイ２００を示す。遮蔽体アレイ２００は少なくとも部分的にターゲット１６からスパッタリングされた材料から窓６０を保護するが、コイル組立体３０から空間２６内へのエネルギの結合を促進するのに十分な空間すなわち空隙２０４を有する。
遮蔽体アレイ２００は、周方向の導電性通路がスパッタリングされた材料のコーティングによって形成されないように窓６０の少なくとも軸線方向の帯片を保護する複数の個々の遮蔽体あるいは遮蔽体セグメント２０２であることが好ましい。空隙２０４は遮蔽体アレイ２００における周方向の電流通路を概ね遮断するような形状にされ、かつアレイ２００の軸線方向寸法に亘って全体あるいは部分的に延びる形状にされている。遮蔽体セグメント２０２は金属あるいはスパッタリングされた材料のコーティングが遮蔽体シールド２０２に形成されるとそのようなコーティングを保持するように選択されたその他の材料から作る必要がある。さもなければ、そのようなコーティングは落下し、室１２および処理されつつあるウエファ１５を汚染させる。遮蔽体セグメント２０２における蒸着した材料の堆積を制御し、それによって汚染の危険性を低減するために、遮蔽体セグメント２０２は電気的にバイアスすればよい。セグメント２０２はまた例えば基板１５上でのコーティングの均一性、およびイオン化した材料の基板に対する方向性を最適化し、それによって基板上に蒸着されたフィルムの分布を最適化するために使用するようにバイアスを個々に制御可能として個々にバイアスすることも好ましい。そのような形態において、空隙２０４は、個々にバイアスされた遮蔽体セグメント２０２の各々を相互に対して完全に分離し、電気的に遮断する。バイアスは、各遮蔽体が個々に電流制限抵抗器２０８を介して接続された状態でフィルタあるいはマッチングネットワーク２０７を介して接続された発生器２０６によって提供される。抵抗器２０８は可変型でよく、あるいは制御装置５０に応答して遮蔽体セグメント２０２のバイアスを個々に制御するその他の手段を設けてもよい。
図５はコイル組立体３０が室１２の壁の内部であるが、依然として空間１１の外側において真空室１２に位置している装置１０に対する代替実施例を示す。保護構造体はコイル組立体３０と空間１１との間にあって、室１２の壁の内部から内方にコイル組立体３０を密閉している密閉体６１ａにある窓６０ａの形態である。密閉体６１ａはコイル組立体３０が位置している密閉体の内側から室１２の真空まで通気するポート６２を含む。遮蔽体アレイ２００は前述の実施例と同様ターゲット１６から窓６０ａを保護するように位置している。
窓６０あるいは６０ａの代わりに、図６に示す代替実施例はコイル組立体３０の導体を被覆する絶縁コーティング８６の形態の保護構造体を利用している。本実施例において、コイル組立体３０は空間１１の外側で室１２に位置し、空間２６を囲む。遮蔽体アレイ２００は前述の実施例と同様にターゲット１６から絶縁層８６を保護するように位置している。絶縁層８６は、図７Ａに示すようにコイル組立体３０の導体の表面を全体に被覆する中実の絶縁体８６ａのような多数の形態のいずれか、あるいは図７Ｂに示すように複数の断続した絶縁体セグメント８６ｂの形態でよい。セグメント化した絶縁体８６ｂでは、セグメントの間の空隙８７はコイル組立体３０の有効性を高めるが、一方室１２におけるガスの分子の平均自由行程以下に空隙８７を狭くすることによってプラズマがコイル組立体３０の導体に連通しないようにすることが好ましい。コイル組立体３０の絶縁コーティングの代わりに、それぞれ図７Ｃおよび図７Ｄに示す例えば絶縁体８６ｃおよび８６ｄのように絶縁材料がコイル組立体３０を覆うようにしうる。これらの特徴およびプラズマからコイル組立体３０を遮断するための多数のその他の代替案および保護構造体をその他の実施例に関連して使用することが可能である。
第３の実施例
図８は窓６０の内面に近接して空間１１と窓６０との間に設けられた遮蔽体アレイ３００を示す。遮蔽体アレイ３００はターゲット１６からスパッタリングされた材料から窓６０を保護し、ターゲット１６の面２１のいずれかの個所と窓６０との間の全ての直接的な見通し線を遮断することが好ましい。しかしながら、本発明のこの実施例によれば、遮蔽体アレイ３００は窓６０の後ろのコイル組立体３０とプラズマ２９が結合される空間２６との間で概ね遮断されていない領域を提供し、それによってコイル組立体３０および伝播しているプラズマとからエネルギを空間２６内へ結合し易くする空間すなわち空隙３０５を提供している。
遮蔽体アレイ３００はターゲット１６の任意の個所からも窓６０を集合的に保護する複数の遮蔽体あるいは遮蔽セグメント３０２の形態であることが好ましい。この保護によりスパッタリングしたフィルムが堆積して窓６０上に形成されようとする傾向を殆ど排除する。従って、導電性通路あるいは静電遮蔽のいずれも発生しない。
本発明の一好適実施例において、遮蔽セグメント３０２は切頭円錐形で、内面がターゲット１６の面２１に対して、かつ支持体１４上の基板１５に対して平行な平面と角度θを形成する。各遮蔽セグメント３０２の角度θは同じであるが遮蔽セグメント３０２の有効性は、セグメント３０２とターゲット１６との間の距離が大きくなるにつれて角度θを小さくすることによって向上、すなわち最適化でき、かくしてセグメント３０２の頂面３０３がターゲット１６と直接対面し、ターゲット１６を所定のセグメント領域に対して窓６０から最大保護する。遮蔽セグメント３０２は空間１１の外側に位置し、空間１１を周方向に囲み、かつ周方向の空隙すなわち空間３０５によって相互に軸線方向に分離される。空隙３０５の最大幅は線７９で示すように窓６０からターゲット１６の面を依然として完全におおう最大の空隙Ｓであり、かくして窓６０の周方向帯領域が窓６０の周りで環状の導電性帯片を蒸着するようにトーゲット１６に露出されない。従って、空隙３０５の最大幅Ｓはターゲット１６からより大きな距離においてより大きくしうる。空隙３０６はより狭くてよいが、室１２の温度と圧力とにおいて処理ガスの原子の平均自由行程以下であってはならないが、所与の処理状態においては空間２６へのＲＦプラズマの最も効率的な拡散を促進すべく最適な離隔関係とすべきである。同じ理由から、セグメント３０２は各々高さＨを有しており、該高さＨは各セグメント３０２に対して同じか、あるいはセグメント３０２間の保護と空間とを最適化するように変更してもよい。
遮蔽セグメント３０２の理想的な数は室１２の形状によって決まる。単一の遮蔽セグメント３０２を使用しうるが、典型的には、２から６個のセグメント３０２が採用される。ＲＦプラズマ損失を最小とするためセグメント３０２の数は限定され、累積した遮蔽セグメントの面積は最小とすべきである。更に、ＲＦコイル組立体３０によって誘導された渦電流あるいはその他の電流のための閉鎖された周方向通路の形成を阻止するために、セグメント３０２は各セグメントを遮断する少なくとも１個の空隙３０４を有すべきである。隣接するセグメント３０２の空隙３０４は図示のように直線でよく、あるいは窓６０に亘って軸線方向にフィルムの連続した線の堆積を阻止するように千鳥状としうることが好ましい。空隙３０４はアーチ状になるのを阻止するのに十分広くあるべきであって、処理パラメータによって変わるが、約１／４から１インチの幅を必要とする。
空隙３０４は遮蔽体アレイ３００における電流通路を概ね遮断するような形状にされ、かつ前記アレイ３００の軸線方向寸法に亘って全体的に、あるいは部分的に延びるような形状にされている。遮蔽セグメント３０２は金属、セラミックあるいはクオーツのような真空と相容性の誘導性材料あるいはスパッタリングされた材料のコーティングが遮蔽セグメント３０２上に形成されるとそのようなコーティングを保持するように選択されたその他の相容性材料から作ればよい。さもなければ、そのような堆積物は落下し、室１２および処理しつつあるウエファ１５を汚染する。遮蔽体アレイ３００に蒸着された材料の堆積を制御し、それによって汚染の危険性を低減するために、遮蔽セグメント３００は電気的にバイアスし、その目的に沿った金属から作ればよい。遮蔽セグメント３０２は、また例えば基板１５のコーティングの均一性および基板１５上へのイオン化された材料の方向性を最適することによって、基板に蒸着されつつあるフィルムの分布を最適化するために使用するように各バイアスを個々に制御可能にして個々にバイアスされることが好ましい。そのような形態において、空隙３０４は個々にバイアスされた遮蔽セグメント３０２を相互から各々完全に分離し、電気的に遮蔽する。バイアスはフィルタあるいはマッチングネットワーク３０７を介して接続された発生器３０６によって提供され、各遮断セグメント３０２は電流制限抵抗器３０８を介して個々に接続されている。抵抗器３０８は可変型でよく、制御装置５０に応答して遮蔽セグメント３０２のバイアスを個々に制御するその他の手段を設けることが出来る。
前述した遮蔽体アレイ３００の利点は図９と図１０とに示すように、遮蔽体アレイ３００ａを有する代替実施例によって実行可能である。アレイ３００ａは窓６０の内部で空間１１の周囲の周りでブレードあるいは羽根のアレイとして配置された複数の平坦あるいは僅かに湾曲した長方形のセグメント３０２ａから形成されている。セグメント３０２ａは軸線方向の空間すなわちスロット３０４ａによって相互から周方向に離隔されている。前記スロットはプラズマが空間２６内へ結合するようにするセグメント３０２ａ間の空間を提供し、かつアレイ３００ａの周りでの潜在的な周方向の電流通路を遮断する。セグメント３０２ａの方向は、各々が室１２の軸線３１２を通して半径方向平面３１１に対して角度φを画成するようなものである。遮蔽セグメント３０２ａの隣接するセグメントの間および遮蔽セグメント３０２ａと窓６０との間の間隔Ｗは窓６０の近傍でプラズマが効果的に形成され、セグメント３０２ａの間の空隙３０４ａの空間２６内へ伝播しうるように室１２におけるガスの平均自由行程以下であってはならない。セグメント３０２ａはセグメント３０２ａの端部において窓６０にコーティングの周方向の帯が形成されるのを阻止するように軸線方向に十分長く、窓６０においてターゲット１６全体を保護するように相互に対して角度φと空間Ｗとに設定されることが好ましい。
窓６０の代わりに、前述した遮蔽体アレイは室の内部に設けられた誘電性窓あるいは絶縁によりプラズマから保護されている室のコイルに使用しうる。
当該技術分野の専門家は、本明細書で示した本発明の実行は変更可能であって、本発明は好適実施例に関して説明していることを認識している。従って、本発明の原理と意図とから逸脱することなく、追加や修正が可能であって、種々の実施例の細部は交換可能である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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