(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に入射する処理イオンの基板の軸に関する非対称不均一分散を非対称にさせる特性を有するプロセス・チャンバ内に収容された基板を処理するためのプラズマ処理装置（１９）であって、処理空間（２８）を取り囲み、中心軸を有する真空処理チャンバ（１３）と、チャンバ（１３）内の軸に中心を合わされた、プラズマ（２３）からのイオンによって衝突される基板（１２）を支持するための支持体（２７）と、励磁されたときに支持体（２７）上の基板（１２）に衝突するイオンのプラズマを処理空間（２８）内に提供するチャンバ内のガスと、軸に関して対称なイオンの分散を生成するためにプラズマを閉じ込めるように構成された構造（２０、３０、１２０）と、基板の軸に関する非対称分散を非対称にもたらすチャンバ特性の効果を相殺するイオンの補償された分散を生成し、それによりイオンによって基板を均一に処理するのに効果的な補償磁場を生成するように構成され、位置決めされた補償磁石（５４、７６、１００、ａ、ｂ、およびｃ）とを備え、補償磁石（１００ｂおよびｃ）が、処理空間（２８）の側部に、したがってイオンが基板に衝突するために進むときにイオンに隣接して、かつ／または基板支持体（２７）に隣接して位置決めされることを特徴とする装置。
【請求項２】
さらに、表面を有し、チャンバ（１３）内の軸に中心を合わされ、励磁されたときにコーティング材料の発生源を提供するターゲット（１０）を備え、プラズマを閉じ込めるように構成された構造が、軸に関して対称な分散でターゲットの表面から材料を除去することをもたらすように形状を取られた分散で、ターゲットに隣接してガスのプラズマを閉じ込めるように主磁石（３０）を含む陰極アセンブリ（２０）を含み、補償磁石（５４、７６、１００）が、チャンバの特性の効果を相殺する補償された分散でターゲットの表面から材料を除去するように、プラズマの分散の形状を変化させるのに効果的な補償磁場をプラズマ中に生成するように構成され、位置決めされている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
プラズマを閉じ込めるように構成された構造（２０、３０、１２０）が、チャンバの軸に中心を合わせられた、基板の表面上にイオンの所定の分散を生成するように動作可能な磁石アセンブリ（３０）を含み、補償磁石（５４、７６、１００）が、基板上に進むイオンの基板の軸に関する分散を非対称にもたらす、チャンバの構成要素に対して固定された磁石構成要素（５４、７６）を含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
基板上への発生源からの材料の基板の軸に関する非対称不均一分散を非対称にもたらす特性を有するプロセス・チャンバ内に収容された基板を処理するためのイオン化物理蒸着装置（１９）であって、処理空間（２８）を取り囲み、中心軸を有する真空処理チャンバ（１３）と、チャンバ（１３）内の軸に中心を合わされた、付着を行うために基板（１２）を支持するための基板支持体（２７）と、支持体上の基板上へ進行可能な気化材料の発生源（１０）と、チャンバ内のガスと、高周波エネルギー発生源（１２７）と、発生源（１２７）からの高周波エネルギーによって励磁されたときにガス中に２次プラズマを発生し、それによりその発生源から支持体（２７）上の基板（１２）上へ進む材料をイオン化するように、高周波エネルギー発生源（１２７）に接続され、チャンバを取り囲むコイル（１３０）と、軸に平行な、かつ支持体（２７）上の基板（１２）に向かう方向に、イオン化された材料を向けるのに効果的な電磁エネルギー源（１２０）とを備え、さらに、基板の軸に関する非対称分散を非対称にもたらすチャンバ（１３）の特性の効果を相殺するイオン化された材料の補償された分散を生成し、それによりイオン化された材料によって基板（１２）を均一に処理するのに効果的な補償磁場を生成するように構成され、位置決めされた補償磁石（５４、７６、１００ａ、ｂ、およびｃ）とを備え、補償磁石（１００ｂおよびｃ）が、処理空間（２８）の側部に、したがってイオンが基板に衝突するために進むときにイオンに隣接して、かつ／または基板支持体（２７）に隣接して位置決めされることを特徴とする装置。
【請求項５】
気化された材料の発生源が、チャンバ（１３）内の軸に中心を合わされた、励磁されたときにコーティング材料の発生源を提供するターゲット（１０）と、励磁されたときに、ターゲット（１０）から材料を除去するためのスパッタリング・ガス・イオンの主プラズマ（２３）を提供するチャンバ内のガスと、軸に関して対称なプラズマによるターゲットの侵食を生成するように形状を取られた分散で、ターゲットに隣接してスパッタリング・ガスの主プラズマ（２３）を閉じ込めるように構成された主磁石（３０）、および主プラズマを生成するためにターゲットおよびガスを励磁するためのエネルギー源（１２０）への接続を含む陰極アセンブリ（２０）を含み、補償磁石（５４、７６、１００）が、チャンバ（１３）の特性の効果を相殺する補償された分散でターゲット（１０）から材料を除去するように主プラズマ（２３）の分散の形状を変化させるのに効果的な補償磁場を主プラズマ（２３）中に生成するように構成され、位置決めされている請求項４に記載の装置。
【請求項６】
主磁石（３０）が、軸に関して対称なターゲットの侵食を生成するためにガスおよびターゲットが励磁されたときに回転するように、チャンバの軸に回転可能に取り付けられた磁石アセンブリを含み、補償磁石が、発生源から進む材料の基板の軸に関する分散を非対称にもたらす、チャンバ（１３）の構成要素に関して固定された磁石構成要素（５４、７６）を含む請求項２または請求項５に記載の装置。
【請求項７】
基板の表面上に材料の膜を付着するのに効果的なレートで材料がその発生源から基板（１２）上へ進むようにするのに効果的な制御を含む前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
基板の表面をエッチングするのに効果的なレートで材料がその発生源から基板（１２）上へ進むようにするのに効果的な制御を含む請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
基板の表面をコンディショニングするのに効果的なレートで材料がその発生源から基板（１２）上へ進むようにするのに効果的な制御を含む請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、１９９８年１月２９日に出願された本願と同時係属の米国特許出願０８／７３４２０７号、１９９５年２月２３日に出願された米国特許０８／３９３６１４号（放棄）の包袋継続出願である米国特許第５７８３０４８号、および１９９７年１１月１７日に出願された米国特許出願０８／９７１５１２号（係属中）の一部継続出願であり、上記の全ての出願を参照により本明細書に明確に組み込む。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、物理的気相エッチングおよび付着プロセス、特にスパッタリング陰極による半導体基板の製造における材料のスパッタ・エッチングまたは付着の制御に関する。
【０００３】
（発明の背景）
半導体デバイスおよび集積回路の製造は、通常シリコン・ウェハの形の基板上にある導電、絶縁、および半導電材料の多くの層の包括的かつ選択的付着と、包括的かつ選択的除去とを含む。材料のそのような付着および除去に関する重要なプロセスに、物理的気相付着およびエッチング・プロセスがある。スパッタリングは、そのような物理的気相プロセスで材料を被覆する、かつ除去するための材料を提供するための１つの一般的に使用される機構である。従来のスパッタ付着システムでは、ターゲットがスパッタされ、スパッタされた材料が、基板上に薄いコーティングまたは膜を形成する。従来のスパッタ・エッチ・システムでは、ターゲットや基板などの表面から材料が除去される。
【０００４】
半導体製造プロセスは通常、ウェハ上に一連の金属相互接続膜スタックを形成すること、次いでフォトレジスト・パターンを塗布し、その後パターンによって選択性のあるものになった反応エッチング・プロセスを行うことを含む。パターン形成され、選択的エッチングが行われると、導電層の後続のスタックがウェハ上に塗布される。これらの導電層の最下層は通常、チタン、クロム、タンタルなどの反応性元素材料であるが、金属窒化物、硫化物、または合金であってもよい。このメタライゼーション最下層の１つの役割は、下にある絶縁体のコンタクト穴の底部で、シリコンや金属などの露出された導電層との結合またはコンタクトを形成することである。結合は、下にある層と、新たなスタックの新たな層の導体との間に導電経路の初期膜部分を形成する働きをする。
【０００５】
通常、ウェハを洗浄して、メタライゼーション層を塗布する前に生じる可能性がある自然酸化物および他の汚染物質を落とす、またはその他の方法で、被覆する前にウェハの表面をコンディショニングする必要がある。汚染は、メタライゼーション層の塗布を妨害し、コンタクトとメタライゼーション層の間の導電性を低下させる。しかし、メタライゼーションを開始する直前に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）または他のソフト・スパッタ・エッチ・ステップを用いた徹底的な洗浄にウェハをさらすなど汚染物質を除去するための標準的な手法は、完全に満足のゆくものではない。これは、少なくとも一部では、機械的スパッタリング処置によって、または電荷の蓄積によって下にあるデバイス構造が損壊されるため、あるいは化学的な除去方法を使用することができない、またはそれが存在しないときの汚染物質の除去が不完全であるためである。
【０００６】
従来のスパッタ付着装置では、ターゲットおよび基板が、スパッタリング・プロセスが行われる１つまたは複数の処理チャンバ内部に位置される。ターゲットは、後面と、凹形前面またはスパッタリング面とを含む。スパッタリング面は、スパッタリング・プロセス中に基板上に薄膜を形成するためのターゲット材料を提供する。後面は、スパッタリング・プロセス中にターゲットを冷却する働きをするスパッタリング陰極に固定される。基板は、基板の外縁部に隣接する支持取付具に着脱可能に固定され、スパッタリング面から所定の距離だけ離して位置決めされ、それにより基板とスパッタリング面の間にギャップを形成する。
【０００７】
材料のスパッタ付着を行う際、アルゴンなどのプロセス・ガスが処理チャンバ内に導入され、スパッタリングに適切な真空レベルで維持される。次いで、高い直流または交流電圧が陰極およびターゲットに印加されて、負に帯電されたスパッタリング面に衝突する正に帯電されたアルゴン・イオンを有するプラズマ放電を生じる。これにより、ターゲット材料がスパッタリング面から除去されるようになり、いくらかのターゲット材料が基板上に付着されて膜を形成する付着プロセスが開始される。通常、付着プロセスは、終了するまでに５秒から５分かかることがある。基板は、付着プロセス中にスパッタリング面に関して静止位置で保持することができ、またはスパッタリング面に平行な方向にゆっくりと走査することができる。
【０００８】
陰極は、プラズマを集中させ、スパッタリング面上の様々な位置にわたってプラズマの形状および相対強度を制御するための主磁石を含むことができる。さらに、主磁石は、回転軸を中心として回転する、またはその他の方法でターゲットに関して移動するように適合することができる。また、主磁石を基板に隣接して位置決めして、基板のスパッタ・エッチングを制御することができる。主磁石は通常、複数のローブ部分を含む場合がある所定の形状を有する連続的な閉じた磁気トンネルを生成するように構成され、各ローブ部分は、ターゲットの周辺壁に隣接して位置された外周ローブ・セクションを有する。軸を中心とする主磁石の回転が、それに対応する、スパッタリング面に関する磁気トンネルの回転を生じる。これは、スパッタリング面から対称的なパターンでターゲット材料が除去されるようにプラズマ放電を制御する。
【０００９】
スパッタリング・ターゲットでは、回転が、第１、第２、および第３の同心溝などの同心溝を形成するようにプラズマを制御し、各溝が、スパッタリング面の中心領域に関して対称的に形成されたそれぞれの直径を有する。第１の溝は、最大の直径を有し、周辺壁に隣接して位置決めされる。第３の溝は、最小の直径を有し、中心領域の周りに位置決めされ、第２の溝は、中間の直径を有し、したがって第１の溝と第３の溝の間に位置決めされる。典型的には、第１の溝は、第２または第３の溝よりも、深く形成され、大きな周辺を有する。これは、第１の溝を形成するためにより多量のターゲット材料が侵食されることを示す。したがって、第１の溝の形成は、膜を形成するために使用される材料のかなりの部分を提供し、それにより基板上の膜全体の均一性に対してかなりの影響をもつ。さらに、周辺壁付近のかなりの量の材料を侵食することがまた、基板の外縁部付近の領域で均一な膜厚さを提供する能力を改善する。
【００１０】
基板上に形成される膜が、膜の最も厚い領域と最も薄い領域に関して≦約±５％、好ましくは≦約±１％の高い均一性の厚さを有することが望ましい。いくつかの要因が、高い均一性の厚さを有する膜を生成できる可能性に影響を及ぼす。これらの要因には、ターゲットと基板の間の幾何的関係、陰極の設計、および磁気トンネルの形状により得られるスパッタリング面から除去される材料の侵食パターンがある。
【００１１】
主磁石は、主磁場を発生し、プラズマ放電の形状および強度を制御する働きをして、最終的に第１の溝を形成する。第１の溝は一対の壁を含み、各壁が、ターゲット内へ徐々により深く延在して、溝の中心で合流し、溝の中心で第１の溝の最も深い部分を画定する。さらに、溝の中心は、周辺壁から第１の距離だけ離して、スパッタリング面の所定の領域内部に位置決めされるようになっている。
【００１２】
好ましくは、スパッタ被覆において、主磁石の回転が、基板上での対称的な膜の形成をもたらす。このとき、付着プロファイルは、基板上の任意の方向に延在する任意の半径に沿って全体的な厚さ均一性を表す。さらに、対称的な膜に存在する任意の望ましくない不均一性も対称的になる。そのような対称的な不均一性は、スパッタリング面と基板の間の距離を変更するなどの技法によって、または磁気トンネルの形状の調整を通して侵食プロファイルを修正することによって低減することができる。
【００１３】
しかし、非対称的不均一性の形成を頻繁にもたらす複数の要因が存在する。これらの要因は、プラズマ放電の形状を歪曲する可能性がある近傍構造が存在すること、近傍処理チャンバ内に位置された他の陰極、流れおよび圧力勾配があることなどの非対称システムに関連する条件を含む。これらの要因は、スパッタリングされる表面に向けて進むイオンおよび粒子の動きを歪ませる可能性がある。被覆では、これは、基板の軸に関して対称的なパターンで発生源からスパッタされる、またはその他の方法で放出される材料が、非対称な分散で基板の表面に達することを意味する。スパッタ・エッチングでは、これは、基板の表面に衝突するイオンまたは他の粒子が、基板の軸の周りに対称的なパターンで放出されたとしても、軸の周りに不均一な分散で、または不均一な角度で基板に当たることを意味する。これらの要因はまた、スパッタリング・ターゲットに衝突するイオンの分散に影響を及ぼす可能性もある。その結果、これらの要因が考慮されず、対処されなかった場合、基板に塗布されるコーティング、または材料が除去される基板または他の表面からの材料の除去、もしくはそのコンディショニングに不均一性をもたらす可能性がある。しかし、スパッタリング面と基板の間の距離を変更する、または磁気トンネルの形状を調整するなど、対称的な不均一性を補正するための技法は、非対称の不均一性を許容できる量まで低減するのに効果的ではない。
【００１４】
したがって、スタックの最下層にあるコンタクトまたは他の相互接続が形成される表面のメタライゼーションを汚染物質が妨害するのを防止するのに効果的な、かつ安価なプロセスが求められている。また、付着された膜の厚さの不均一性を低減するために、材料のスパッタ付着の均一性に影響を及ぼす要因の効果を克服するように物理的プロセスを制御することが求められている。
【００１５】
（発明の概要）
本発明は、発生源からの材料の分散を、基板上への非対称不均一分散に非対称的に変化させるプロセス・チャンバ内の基板上に発生源からの材料をスパッタリングするための装置を対象とする。本発明はまた、基板の軸に関する処理イオンの非対称不均一分散をもたらすプロセス・チャンバ内の基板を処理するための装置を対象とする。より詳細には、本発明は、基板上に発生源からの非対称不均一分散を非対称にもたらす特性を有するプロセス・チャンバ内の基板を処理するためのイオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）装置を対象とする。
ＪＰ８−２４６１４７号、およびそれに相当する米国特許第５７８３０４８号は、補償磁石がスパッタ・ターゲットの領域に隣接して位置決めされているスパッタリング装置を記述している。補償磁石は、ターゲット領域からの材料の非対称的な除去をもたらす非対称磁場を形成するために主磁場と相互作用する磁場を生成する。これは、ターゲット材料付着の非対称性を補償し、被覆すべき基板上に均一な膜を生成する。
ＥＰＡ０８３６２１８号は、低圧高周波生成プラズマを使用するスパッタリング装置を開示する。
ＥＰＡ０７６２４７１号は、２部片セグメント磁石から形成されるダイポール・リング磁石を使用するプラズマ・スパッタリングまたはエッチング用の装置を開示する。セグメント磁石は、磁場の均一性を高めるといわれている磁場の方向に関して非対称に配置することができる。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、プラズマを形成するために励磁される処理ガスを含むスパッタリング・チャンバと、基板支持体と、ターゲットと、主磁石を含む陰極アセンブリと、ターゲットから材料を除去するために使用されるプラズマ放電ガス中に、普通であれば非対称不均一な分散を補償する分散でターゲットから材料を除去するようにプラズマの分散の形状を変化させるのに効果的な補償磁場を生成するように位置決めされた補償磁石とを含む装置が提供される。補償磁石は、基板上に非対称不均一分散を非対称的にもたらすチャンバの構成要素に関して固定された構成要素を含むことができる。
【００１７】
本発明の１つの好ましい実施形態では、内部に基板支持体を有する真空処理チャンバと、基板およびガス上に非対称不均一分散で進行可能な気化材料の発生源と、発生源から基板上へ進む材料をイオン化するための発生源と、高周波（ＲＦ）エネルギー源と、発生源と基板支持体の間にあるガス中にプラズマを発生させて発生源から基板上へ進む材料をイオン化するように、高周波エネルギー源に接続され、チャンバを取り囲むコイルと、基板に結合された電磁エネルギー源とを含む装置が提供される。さらに、装置は、分散材料の形状を変化させるのに効果的な補償磁場をイオン化材料の経路中に生成して、補償分散を生成し、それにより非対称不均一分散を補償するように位置決めされた補償磁石を含む。
【００１８】
代替実施形態では、プラズマ、およびプラズマを提供するためのガスからのイオンによって衝突される表面用の支持体を内部に有する真空処理チャンバを含む装置が提供される。この装置はさらに、中心軸に関してイオンの分散を対称的に生成するためにプラズマを分散するように位置決めされた主磁石と、非対称不均一分散を補償するために基板上へのイオンの分散に対するチャンバの非対称効果を相殺するようにイオンを分散する補償磁場を生成するように位置決めされた補償磁石とを含む。
【００１９】
本発明の様々な実施形態では、補償磁石は、基板上に非対称不均一分散を非対称にもたらすチャンバの構成要素に関して固定された構成要素を含むことができる。
【００２０】
本発明は、基板非対称プラズマ処理不均一性、具体的には基板の軸に関する不均一性、および具体的には処理チャンバの特性によって生じる不均一性を低減する。本発明は特に、普通であれば対称プラズマを生成する装置を含むプラズマ処理チャンバの静止要素によって生じる基板に対する不均一性を相殺するという利点がある。本発明はまた、スパッタ付着システム、ＩＰＶＤシステム、およびイン・サイチュ（ｉｎ  ｓｉｔｕ）において、半導体ウェハなど基板のメタライゼーション前洗浄の制御を提供する。
【００２１】
（詳細な説明）
図１を参照すると、ターゲット１０、およびウェハまたは基板１２に関する従来の構成の断面図が示されている。ターゲット１０および基板１２は、処理チャンバ１３内部に位置され、処理チャンバは、スパッタリング・プロセスが行われる図２に示されるイオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）装置１９でよい。ＩＰＶＤ装置１９は、複数の処理チャンバ１３を含むスパッタ付着システムの一部である場合があり、２つ以上の処理チャンバが、図１に示されるターゲット１０および基板１２の構成を含むことができる。ターゲット１０は、上面または後面１４と、凹形底前面またはスパッタリング面１６とを含む。スパッタリング面１６は、スパッタリング・プロセス中に基板１２上に薄膜１８を形成するためのターゲット材料を提供する。後面１４は、スパッタリング・プロセス中にターゲット１０を冷却する働きをするスパッタリング陰極アセンブリ２０に固定されている。基板１２は、基板１２の外縁部１５に隣接する支持取付具２６に着脱可能に固定され、上に取り付けられた半導体ウェハ１２を支持するための支持体またはサセプタ２７によって一端でチャンバ１３内に取り付けられている。基板１２は通常、スパッタリング面１６から所定の距離だけ離して位置決めされ、それにより基板１２とスパッタリング面１６の間に処理空間またはギャップ２８を形成する。
【００２２】
図２は、例えば参照により本明細書に明確に組み込む１９９７年４月２１日に出願された米国特許出願第０８／８４４７５６号に例示され、記述されているものなど、イオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）装置１９を概略的に示す。この装置は、チャンバ１３内に囲まれた真空気密処理空間２８を含む。ウェハ１２は、支持体２６上に取り付けられたとき、ターゲット１０に平行であり、それに面している。ターゲット１０は、スパッタ・コーティング材料、例えばチタン金属からなる。処理空間２８は、処理中に超高真空圧レベルで維持され、アルゴンなどの処理ガスを充填される略円筒形空間であり、窒素など何らかの他のガスを含むことができる。
【００２３】
ターゲット１０は、その一端で基板ホルダ２７と対向してチャンバ１３内に取り付けられる陰極アセンブリ２０の一部である。陰極アセンブリ２０は、ターゲット１０が固定される支持取付具２６を含む。通常、主磁石３０が、支持取付具２６の後方に、支持体２７からは反対側の取付具２６の側面に提供される。暗空間遮蔽（図示せず）を、ターゲット１０の周辺部の周りに提供することもできる。主磁石３０は、当業者によく知られているように、陰極アセンブリ２０が負の電位に電気的に励磁されたときに陰極アセンブリ２０によってチャンバ１３内に放出される電子をトラップする、ターゲット１０にわたる閉じた磁気トンネルを生成する磁石を含むことが好ましい。磁石３０は、当業者に知られているいくつかのマグネトロン・スパッタリング・アセンブリの任意の１つの永久磁石または電磁石であってよく、しかし好ましくは、参照により本明細書に明確に組み込む米国特許第５１３０００５号に記述され、例示されているものである。磁石３０によって生成される磁気トンネルは、磁石３０が回転するときにターゲット１０の表面全体にわたって掃引するプラズマ２３をトラップして、成形する。
【００２４】
磁気トンネルは、スパッタリング面１６上の様々な位置にわたるプラズマの２３の形状および相対強度に影響を与える。さらに主磁石３０は、固定することができる、あるいは回転軸３２を中心としてターゲット１０に関して回転するように、またはその他の方法で移動するように適合することができる。図１に関連して図３Ａを参照すると、図１の線３Ａ−３Ａに沿ったスパッタリング面１６の図が示されている。スパッタリング面１６は、周辺壁２４によって画定されるほぼ円形の形状を有する。主磁石３０は通常、所定の形状を有する連続する閉じた磁気トンネル３４（破線で示される）を生成するように構成される。例として、磁気トンネル３４は、ターゲット１０の周辺壁２４に隣接して位置される外周ローブ・セクション３９をそれぞれが有する複数のローブ部分３８を含むことができる。軸３２を中心とする主磁石３０の回転が、それに対応する、スパッタリング面１６に関する磁気トンネル３４の回転を生じる。これがプラズマ２３を制御し、その結果、スパッタリング面１６から対称的なパターンでターゲット材料が除去されるようになり、周知の問題での同心溝を形成する。
【００２５】
例として、それぞれが当該の直径を有する第１の同心溝３６、第２の同心溝４０、および第３の同心溝４２を、スパッタリング面１６の中心領域２２に関して対称的に形成することができる。第１の溝３６は、最大の直径を有し、周辺壁２４に隣接して位置決めされる。第３の溝４２は、最小の直径を有し、中心領域２２の周りに位置決めされる。第２の溝４０は、第１の溝３６と第３の溝４２の直径の間にあるサイズの直径を有し、したがって第１の溝３６と第３の溝４２の間に第２の溝４０を位置決めする。
【００２６】
図３Ｂを参照すると、図３Ａの断面線３Ｂ−３Ｂに沿ったターゲット１０の侵食プロファイル４４の断面図が示されている。磁気トンネル３４が回転するとき、プラズマ２３は、対称的な侵食パターンの形成をもたらし、その際、スパッタリング面１６の別々の部分が円形パターンで侵食されて、第１の溝３６、第２の溝４０、および第３の溝４２を形成する。第１の溝３６は通常、第２の溝４０または第３の溝４２よりも、深く形成され、大きな円周を有する。これは、第１の溝３６を形成するために、第２の溝４０または第３の溝４２を形成するために侵食されるよりも多量のターゲット材料が侵食されることを示す。したがって、第１の溝３６の形成が、膜１８を形成するために使用される材料のかなりの部分を提供し、それにより基板１２上での膜全体の均一性に大きな影響をもつ。さらに、周辺壁２４付近のかなりの量の材料を侵食することはまた、基板１２の外縁部１５付近の領域で均一な膜厚さを提供する能力を改善する。
【００２７】
図３Ｃを参照すると、図１に関連して記述されたターゲット１０および陰極アセンブリ２０の左側部分が、拡大図で示されている。図３Ｃでは、第１の溝３６（破線で示される）に関する構成が示されている。主磁石３０は、反時計回り方向に向けられる主磁場５６（破線で示される）を発生する。磁場５６は、最終的に第１の溝３６を形成するために、プラズマ２３の形状および強度を制御する働きをする。第１の溝３６は一対の壁を含み、各壁が、ターゲット１０内へ徐々により深く延在して合流し、それにより溝中心６０で第１の溝３６の最も深い部分を画定する。さらに、溝中心６０は、周辺壁２４から第１の距離Ａだけ離して、スパッタリング面１６の所定の領域内部に位置決めされる。
【００２８】
図３Ｄを参照すると、シミュレートされた膜層に関する付着プロファイル４６のプロットが示されている。付着プロファイル４６は、基板上での任意の選択された方向に延在する半径に沿った層に関する厚さ均一性を示す。層は、選択された入力パラメータに応じて層を形成するためのスパッタリング・プロセスをシミュレートするコンピュータ・モデリング技法の使用を通じて形成された。１つの入力パラメータが、図３Ｂに関連して前述した侵食プロファイル４４を形成するようにスパッタリング面を侵食することを含んでいた。別の入力パラメータが、半径が４インチ（１０．１６ｃｍ）の基板から２インチ（５．０８ｃｍ）離してスパッタリング面を位置決めすることを含んでいた。これらのパラメータは、シミュレートされた層に関して、シミュレートされた、または理論的な厚さ均一性０．９４２％をもたらした。
【００２９】
ターゲット１０および基板１２に対するプロセス・ガスの分散が流れおよび圧力勾配の存在によって影響を受ける場合、非対称的な不均一性が生じることがある。図４は、ｘ−ｙ軸に関してプロットされた、２００ｍｍ直径シリコン・ウェハ（図示せず）上に形成されたアルミニウム膜（図示せず）の均一性のマップ５５を示す。アルミニウム膜は、図１〜３Ｃに関連して前述したターゲット１０および基板１２に関する従来の構成を使用することによって形成された。図４には、ウェハ上で測定された膜厚さが同じ点をつなぐことによってそれぞれ得られた複数の第１の等高線４８が示されている。第１の等高線４８は、平均膜厚さを示す平均等高線５０（他の等高線よりも濃く示されている）を含む。さらに、「＋」符号または「−」符号によって示される第１の等高線は、それぞれ平均膜厚さよりも小さい、または大きい膜厚さを示す。選択された等高線に関する厚さ値を、表Ｉに降順に示す。
表Ｉ（ミクロン）
１．２２１２４
１．２０９３０
１．１９７５３
１．１８５６７（平均）
１．１７３８１
１．１６１９６
１．１５０１０
さらに、膜の不均一性は３．８４％と求められた。
【００３０】
第１の等高線４８は、互いに非同心であり、ｘ−ｙ軸に関して非対称的に位置決めされており、それによりアルミニウム膜がウェハ上に非対称的に形成されていることを示す。これは、「ポンピング・スキュー」と呼ばれる効果によるものであることが明らかになっている。通常、従来のスパッタ付着システムは、システムを排気するために使用されるポンプ（図示せず）を含む。さらに、そのようなシステムは、そこを介して排気が行われるポンプ・ポート７２を含む。例示のために、ポンプ・ポート７２は、マップ５５に対して図４の右下部に位置されて示されている。これは、システム内のターゲットおよびウェハに対するポンプ・ポート７２の位置に対応する。システムの排気がまた、プロセス・ガスに関する所望の流れパターンを望ましくなく変えることが判明している。特に、ポンプによる排気は、プロセス・ガスを、ポンプ・ポート７２に向かう方向（第１の矢印５２によって示される）に流れさせる。これにより、ポンプ・ポート７２に向かうプロセス・ガス分散のスキューが生じ、最終的に望ましくない非対称不均一性を有する膜の形成をもたらす。
【００３１】
プロセス・ガスのスキューおよび他の要因が、ＩＰＶＤ装置１９内の基板１２に対する処理の均一性に３つの様式で影響を及ぼす可能性がある。そのような要因が基板表面の均一性に影響を及ぼす１つの様式は、基板１２の表面を被覆するために使用される基板１２の表面上に入射するコーティング材料の動きおよび入射を摂動させることによるものである。そのような要因が基板表面の均一性に影響を及ぼす可能性がある第２の様式は、基板１２の表面をエッチングする、またはコンディショニングするのに使用されるイオンまたは他の粒子の分散および入射を摂動させることによるものである。そのような要因が基板表面の均一性に影響を及ぼす可能性がある第３の様式は、基板１２を被覆する、またはエッチングするために使用される材料をターゲット１０の表面から除去するのに使用されるスパッタリング・イオンの分散および入射を摂動させることによるものである。
【００３２】
膜１８を形成するのに使用される材料のかなりの部分が、第１の溝３６を形成するスパッタリング面１６からのターゲット材料の侵食から得られる。したがって、第１の溝３６を形成するために侵食されるターゲット材料の量に影響を及ぼす、第１の溝３６の断面における位置の半径方向の変化は、基板１２上に形成される膜１８のパターンおよび均一性に大きな影響をもつ。
【００３３】
図５を参照すると、本発明の一実施形態によれば、第１の補償磁石または磁石デバイス５４が、ターゲット１０に隣接して位置決めされて示されている。図５〜７の以下の記述では、本発明によって最終的に第１の溝３６が形成される位置の変化を示すために、第１の溝３６および主磁場５６を実線で示す。
【００３４】
第１の補償磁石５４は周辺壁２４から離隔されており、第１の溝３６を含むターゲット１０のスパッタリング面１６での第１の領域８４に隣接して位置決めされる。第１の補償磁石５４は、Ｎ磁極６２およびＳ磁極６４を有する永久磁石５８を含む。第１の実施形態では、永久磁石５８は、垂直方向でＳ磁極６４がＮ磁極６２の上方に位置決めされるように向きを決められて、反時計回り方向に向けられる第１の補償磁場６６を形成する。さらに、永久磁石５８は、第１の磁場６６の分散を制御する働きをする上部磁場指向極部片６８と底部磁場指向極部片７０の間に位置決めされる。別法として、上部磁場指向極部片６８および底部磁場指向極部片７０を省くことができる。さらに、電磁デバイスまたは軟質磁性シャントを使用することができる。
【００３５】
第１の補償磁場６６は、主磁場５６の各外周ローブ・セクション３９と相互作用し、それにより主磁場５６を外側方向に（第２の矢印５７によって示される）、中心領域２２から離れて周辺壁２４に向かうようにシフトさせる。これは、第１の領域８４内部で最終的に第１の溝３６のセクションが形成される位置の、それに対応する外側方向へのシフトを生じる。具体的には、第１の溝３６は、第１の距離Ａよりも小さい第２の距離Ｂだけ周辺壁２４から離して溝中心６０が位置決めされるように第１の領域８４内に形成される。外側方向へのシフトは、第１の溝３６の長さを増大させ、それにより侵食されるターゲット材料の量を増大させる。さらに、外側方向へのシフトはまた、ターゲット材料が侵食されるスパッタリング面１６での半径方向位置を、周辺面２４により近い位置に変更する。
【００３６】
前述したように、膜１８を形成するのに使用される材料のかなりの部分が、第１の溝３６を形成するスパッタリング面１６からのターゲット材料の侵食から得られる。したがって、追加のターゲット材料の侵食をもたらす第１の溝３６の位置の外側方向へのシフトは、最終的に基板１２上に形成される膜１８のパターンおよび均一性に大きな影響を与える。
【００３７】
図６を参照すると、第２の補償磁石または磁石デバイス７６に関する第２の実施形態が示されている。第２の磁石７６は、溝中心６０を含むターゲット１０のスパッタリング面１６での第２の領域８６に近接して位置決めされる。第２の実施形態では、垂直方向でＮ磁極６０がＳ磁極６６の上方に位置決めされるように永久磁石５８の向きが逆にされて、時計回り方向に向けられる第２の補償磁場７８を形成する。第２の磁場７８は、主磁場５６を、図４に関連して記述したのとは反対の方向に移動させる。具体的には、第２の磁場７８は、主磁場５６の各外周ローブ・セクション３９と相互作用し、それにより主磁場５６を内側方向に（第３の矢印５９によって示される）、中心領域２２に向けて周辺壁２４から離れるようにシフトさせる。これは、第２の領域８６内部で最終的に第１の溝３６のセクションが形成される位置の、それに対応する内側方向へのシフトを生じる。具体的には、第１の溝３６は、第１の距離Ａよりも大きい第３の距離Ｃだけ周辺壁２４から離して溝中心６０が位置決めされるように第２の領域８６内に形成される。内側方向へのシフトは、第１の溝３６の長さを減少させ、それにより第１の溝３６を形成するために侵食されるターゲット材料の量を減少させる。さらに、内側方向へのシフトはまた、ターゲット材料が侵食されるスパッタリング面１６での半径方向位置を、周辺壁２４からより遠い位置に変更する。これもまた、最終的に基板１２上に形成される膜１８のパターンおよび均一性に大きな影響を与える。
【００３８】
主磁場５６と、第１の磁場６６および／または第２の磁場７８との間の適切な相互作用を提供するために、第１の磁石５４または第２の磁石７６を、処理チャンバの内側または外側に最適に位置決めすることができることに留意されたい。
【００３９】
図７を参照すると、スパッタリング面１６の平面図が示されており、第１の補償磁石５４および第２の補償磁石７６は、それぞれ第１の領域８４および第２の領域８６に隣接して位置決めされて示されている。この点では、第１の溝３６の追加のセクションの位置を変更するために、第１または第２の実施形態で構成される追加の磁石をスパッタリング面１６の他の選択された領域に隣接して位置決めすることができることに留意されたい。
【００４０】
図１〜３Ｂに関連して前述したように、従来のスパッタ付着システムは通常、ほぼ円形の第１の溝を形成する。本発明によれば、第１の磁石５４および第２の磁石７６はそれぞれ、第１の磁石５４および第２の磁石７６に隣接するそれぞれ第１の領域８４および第２の領域８６に位置された第１の溝３６の第１のセクション８０および第２のセクション８２（破線で示される）の位置を非対称的に変更する働きをする。第１の磁石５４によって発生された第１の磁場６６（図４）は、主磁場５６を外側方向に、中心領域２２から離れて周辺壁２４に向かうようにシフトさせる。これは、第１のセクション８０が形成される位置の、それに対応する外側方向へのシフトを生じ、それにより第１のセクション８０が第１の領域８４内で周辺壁２４に向けて外側方向に延在し、その結果、非対称的な侵食パターンを形成する。
【００４１】
第１の磁場６６の方向と反対の方向に向けられた第２の磁場７８（図６）は、第２のセクション８２を内側方向に、中心領域２２に向けて、第１の磁場６６によってもたらされるのとは反対の方向に延在させる。具体的には、第２の磁場７８は、主磁場５６を内側方向に、中心領域２２に向けて周辺壁２４から離れるようにシフトさせる。これは、第２のセクション８２が形成される位置の、それに対応する内側方向へのシフトを生じ、それにより第２のセクション８２が第２の領域８６内で中心領域２２に向けて内側方向に延在し、その結果、非対称的な侵食パターンを形成する。
【００４２】
図８を参照すると、ｘ−ｙ軸に関して、図４に関連して前述した流れおよび圧力勾配に関連する、第１の磁石５４を使用することによって形成されるアルミニウム膜（図示せず）の均一性のマップ８８が示されている。図８では、第１の磁石５４は、周辺壁２４に隣接し、ポンプ・ポート７２と反対側の位置に対応するマップ８８に関する位置に示されている。第１の磁石５４は、第１の溝３６の選択されたセクションを外側方向にシフトさせ（図５）、それにより、膜１８を形成するために使用可能なスパッタリング面１６から侵食される材料の量を増大させる。さらに、外側方向へのシフトはまた、ターゲット材料が侵食されるスパッタリング面１６での半径方向位置を、周辺壁２４により近い位置に変更する。これは、流れおよび圧力勾配によるプロセス・ガス分散に対する影響を打ち消すターゲット材料の新たな分散を形成し、それによりほぼ対称的な層を形成する。
【００４３】
図８に、第２の平均厚さを示す第２の平均等高線９２（他の等高線よりも濃く示されている）を含む第２の複数の等高線９０が示されている。第２の等高線９２に関する厚さ値を、表ＩＩに降順に示す。
表ＩＩ（ミクロン）
１．１６５６１
１．１５４３０
１．１４２９０
１．１３１６６（平均）
１．１２０３５
１．１０９０３
１．０９７７１
第２の等高線９２は、互いにほぼ同心状に位置決めされている。さらに、第２の等高線９２は、ｘ−ｙ軸に関してほぼ対称的に位置決めされており、スキューされていない。したがって、これはアルミニウム膜が基板上でほぼ対称的に形成されていることを示す。さらに、不均一性が１．９９％まで大幅に改善されている。
【００４４】
図２に最もよく示されているように、オンに切り換えて一定に保つことができる、またはパルスさせることができる電気エネルギーの電源または発生源１２０、好ましくは直流電力の発生源が、陰極アセンブリ２０とチャンバ１３の壁との間に接続され、通常は接地されて、システム陽極として働く。陰極アセンブリ２０は、チャンバ１３の壁から絶縁される。電源１２０は、好ましくは、高周波フィルタ１２２を介して陰極アセンブリ２０に接続される。バイアス電源または発電器１２０が提供され、整合ネットワーク１３３を介して基板ホルダ２７に接続される。バイアス電源１２０は、ホルダ２７上に取り付けられたウェハ１２にバイアス電圧を印加する。
【００４５】
電源１２０からの電力が、ターゲット１０に負の電位を生成する。負の電位は、プラズマ２３からターゲット１０の表面１６に向けて正イオンを加速し、正イオンは、衝撃時に、ターゲット１０の表面１６から電子を放出させる。これらの電子は、主磁石３０によって発生される磁場によってターゲット１０の表面１６にわたってトラップされることになり、最終的には、電子はターゲット１０の表面１６の近傍でプロセス・ガスの原子を衝撃し、それによりその原子をイオン化して、ターゲット表面１６に隣接するプラズマ２３を形成する。この主プラズマ２３は、負に帯電した表面１６に向かって、かつそこに対して加速されるガスの正イオンの発生源となり、それらがターゲット１０からコーティング材料の粒子を射出する。
【００４６】
ターゲット面１６と基板支持体２７の間の空間２８は、２つの部分からなると考えることができる。１つの部分は、ターゲット１０のスパッタリング面１６上に所望の侵食パターンを生成するように成形されているプラズマ２３によって主に占有されている部分である。空間２８の第２の部分は、プラズマ２３と支持体２６上にある基板１２との間にある残りのボリューム１２５である。ターゲット１０からのスパッタされた材料の粒子は通常、空間２８を介して運動量のみによって伝搬する電気的に中性の粒子として生じる。従来のスパッタリング装置では、プラズマ２３がターゲット面１６付近で小さなボリュームしか占有せず、対象の動作圧力で、中性スパッタ粒子とプラズマ２３の粒子との間でほとんど衝突が起こらないため、プラズマ２３を通過する中性スパッタ粒子が十分にイオン化されない。したがって、中性スパッタ粒子は、大部分が中性でプラズマ２３から出て、基板１２上に薄膜として付着されるまで中性のままである。
【００４７】
ＩＰＶＤによって基板１２上にターゲット材料の膜を付着する場合は、スパッタされた粒子は、それらがボリューム１２５を通過するときにイオン化され、それによりターゲット１０からのスパッタされた材料の粒子、例えばチタン金属の粒子が電荷を帯びる。粒子は、電荷を与えられると、静電気的に加速する、またはその他の方法でチャンバ１３の軸に平行、かつ基板１２の表面に垂直な経路中に電気的にもしくは磁気的に指向することができる。ボリューム１２５を取り囲み、好ましくはチャンバ１３の外側にあって、チャンバ１３を取り囲む高周波コイル１３０からボリューム１２５内に高周波エネルギーを誘導結合することによって、空間２８内のスパッタ粒子の飛翔中のイオン化が行われる。コイル１３０は、螺旋以外のコイル形状を使用することもできるが、螺旋コイル・アセンブリの形であることが好ましい。コイル１３０は、エネルギーをボリューム１２５内のプロセス・ガスに誘導結合し、概して空間１２５を充填する誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生じる。好ましくは０．２〜６０ＭＨｚの範囲内、例えば２ＭＨｚの周波数で動作可能な高周波発生器１２７が、整合ネットワーク１３３を介してコイル１３０に接続されて、ボリューム１２５内にプラズマを形成するためにコイル１３０にエネルギーを供給する。
【００４８】
アルゴンや窒素などの処理ガス１４０の発生源は、流れ制御デバイス１４１を介してチャンバ１３に接続されている。高真空ポンプ１３９もまた、チャンバ１３に接続されて、ミリトールまたはサブミリトール範囲の真空までチャンバ１３をポンプする。５〜３０ミリトール（０．６６７〜４．０００Ｎ／ｍ2）の範囲にある圧力、例えば１０ミリトール（１．３３３Ｎ／ｍ2）が好ましい。ポンプ１３９は超高真空を維持し、プロセス・ガスの流量は、好ましくは約５〜１００または１５０標準立方センチメートル毎秒（ｓｃｃｍ）の範囲内にある。
【００４９】
チャンバ１３の壁では、コイル１３０と空間１２５の間に、保護誘電体窓１６０が提供される。窓１６０は、コイルを取り巻く磁場がボリューム内に達するのを妨げない水晶または他の材料など真空適合誘電体材料からなる。窓１６０は、チャンバ１３の壁と共に真空密閉シールを形成するように取り付けられる。窓１６０は、電気的に絶縁性があり、磁気的に透明な材料の単一円筒形部材であることが好ましく、しかし囲み構造内に電気絶縁窓の形で略円筒形保護構造を形成するように構成された材料の接合されたセグメントからなっていてもよい。コイル１３０は、好ましくは、窓１６０の外側にあるチャンバ１３の周りに巻き付けられる。その外側で導電性材料エンクロージャ１６１がコイル１３０をカバーしており、封止キャビティ１６２を形成し、コイル１３０を隔離し、またコイル１３０から、かつチャンバ１３の内部からチャンバ１３の外側へ電磁エネルギーが放射されるのを防止する。コイル１３０が励磁されているときにプラズマの形成がキャビティ１６２内のガスによってサポートされていないことを条件として、エンクロージャ１６１内部の空間１６２は、外側雰囲気と連絡していてよく、または雰囲気圧力もしくは低圧力で不活性ガスを充填されていてよい。
【００５０】
窓１６０自体は非導電性であるが、ターゲット１０からスパッタされた導電性材料のコーティングの堆積を受けやすい。窓１６０内、または窓１６０上の導電性は、チャンバ１３の周りの方位角電流の誘導をサポートし、コイル１３０からボリューム１２５内のプラズマへのエネルギーの高周波結合の効果を減少させる、相殺する、またはその他の方法で小さくする。特に方位角（円周）方向、すなわちチャンバ１３の周りに延在する方向での窓１６０上のコーティングのそのような導電性は、誘導結合短絡回路を生成し、ボリューム１２５内に誘導結合されるエネルギーの全てまたは大半を打ち消すことがある。
【００５１】
窓１６０上への導電性スパッタ材料のそのような蓄積を防止するために、空間２８と窓１６０の間に、窓１６０の内面のごく近傍にスリット円筒形シールド１７０が提供される。シールド１７０は、ターゲット１０からスパッタされた材料から窓１６０を遮蔽し、好ましくはターゲット１０の表面１６上の任意の点と窓１６０との間の全ての直接的な視線経路を遮る。さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、シールド１７０は、チャンバ１３の軸に平行な長手方向スリットを有する。渦電流を遮断するように形作られた単一の、または複数のスリットを備えるシールドを使用することもできる。シールド１７０にあるスリットは、チャンバ１３の周りのシールド１７０内の円周経路をほぼ遮断する。これは、シールド１７０内での円周または方位角電流の誘導を防止する。
【００５２】
さらに、シールド１７０は、コイル１３０からの場の完全実効軸方向範囲にほぼ達するコイル１３０の軸方向範囲を超える軸方向範囲を有する。シールド１７０は、シールド１７０からプラズマ誘導直流電位を除去するために直流フィルタ１７１を介して接続される。その結果、導電性シールド１７０は、チャンバ１３の軸に平行な高周波プラズマ中の電場を効果的に抑制し、ボリューム１２５からコイル１３０を容量的に遮蔽し、それによりコイル１３０からボリューム１２５へのエネルギーの結合効率を小さくする軸方向電場を防止する。シールド１７０は、ターゲット１０の表面１６の平面の後方から窓１６０およびコイル１３０を越えて軸方向に延在することが好ましい。この構成では、シールド１７０が、プラズマ中の軸方向電場をより効果的に短絡させ、それによりコイル１３０からプラズマ２３へのエネルギーの誘導結合を高める。
【００５３】
本発明の好ましい実施形態はまた、窓１６０からシールド１７０の間隔が近いため、コイル１３０からボリューム１２５内へのエネルギーの高い結合効率を生み出す。この間隔は、好ましくはガス中の原子または分子の平均自由経路、またはチャンバ１３内部のプラズマ２３の最小拡散長さを超えない距離で保たれる。このシールドと窓との近い間隔は、窓またはコイル保護非導電性構造に隣接して、かつ提供される任意のシールド構造の後方にプラズマを形成することを可能にする他の提案と対照的である。そのような方法は、コイルまたは他のプラズマ発生電極から、スパッタされた粒子が通過するボリュームへのエネルギーのパーセンテージを減少させる傾向を有し、それにより効果的なプラズマ、したがってスパッタされた材料のイオン化効率を低減する。装置１９では、約５〜３０ミリトール（０．６６７〜４．０Ｎ／ｍ2）の範囲内にある処理ガス圧力がチタンのＩＰＶＤに関して使用されることが企図されている。そのような圧力でのアルゴン・ガスの平均自由経路は、それぞれ７ｍｍ〜１．０ｍｍである。その結果、窓１６０からシールド１７０の好ましい間隔は、約１．０〜１０ｍｍである。
【００５４】
他方で、シールド１７０にあるスリットは、好ましくは、およそ１５ｍｍよりも大きい幅で作成される。スリットの幅は、スリットに隣接するシールド１７０の縁部に、またはスパッタされた材料がスリットを通過する結果として窓１６０上に付着する可能性があるスパッタ材料を洗浄するためにスリット内にプラズマが生じることを可能にするのに十分な広さである。スリット内に生じるそのようなプラズマは、スリットの近傍にある窓１６０に対して延在し、スリットで窓１６０上に付着する材料を再びスパッタすることによって継続的に除去する。他のシールド構成は、参照により本明細書に明確に組み込む米国特許出願第８３７５５１号および８４４７５７号に記載されている。
【００５５】
イオン化されたスパッタ粒子の指向を達成するためにターゲット１０から基板１２上へのチタンなどの材料のＩＰＶＤを使用するとき、バイアス電源１２１を用いて基板１２をプラズマに対して負にバイアスすることによって、基板ホルダ２７の前にある空間２８内のＩＣプラズマ中で電気電位勾配を維持することができ、基板１２表面に向けて、かつ表面上へ、正にイオン化されたスパッタ粒子を加速するための力を提供する。この電源１２１は、好ましくは、約０．２〜８０ＭＨｚの範囲内、例えば１３．５６ＭＨｚで動作する高周波発生器である。そのようなチタンＩＰＶＤプロセスでは、電源１２０によってターゲット１０に印加される陰極電力は、５００〜５０００ワットの範囲内にある。１２インチ（３０．４８ｃｍ）直径ターゲットでは、電力は通常、約１．５キロワットである。発生器１２７によって印加されるＩＣＰ電力は、好ましくは２５０〜５０００ワットの範囲内にあり、典型的には２５００ワットである。基板１２のバイアスは、好ましくは−２０〜−１００ボルトの範囲内にあり、典型的には−４０ボルトである。
【００５６】
ターゲット１０に対して電源１２０を切断することによって、チャンバ１３を、ＩＣＰソフト・エッチ洗浄モジュールとして使用することができ、発生源１４０からアルゴンのみがチャンバ１３内に導入され、コイル１３０に印加される高周波発生器１２７からのエネルギーを用いて空間１２５内にＩＣプラズマを発生する。空間１２５内のプラズマ中で生成されるアルゴン・イオンは、バイアス電源または発生器１２７によって印加されるバイアスによって基板１２に向けて加速することができる。これらのイオンが基板１２の表面を衝撃して、基板１２の表面を洗浄する。そのようなプロセスを使用して、図９に示される状態にあるコンタクトを洗浄し、図９Ａに示される洗浄されたコンタクトを生成することができる。
【００５７】
図９は、半導体ウェハ１２上のスタックを介する簡略断面図であり、穴１４４の底部に導体１４６を露出する絶縁層１４５を介するバイアまたは穴１４４を示し、これは、まだ塗布されていない上塗り導体との相互接続を形成するためのものである。穴１４４を形成した後、ウェハ１２は通常、大気を介して、または汚染ガスを含む移送モジュールを介して処理装置に移送される。移送中、典型的には汚染層１４７が形成され、層１４７を除去してからでなければ、上塗り層との許容できる相互接続を塗布することができない。
【００５８】
図９Ａは、洗浄プロセス中に汚染層１４７を除去して、下にあるコンタクトまたは導体１４６を新たなスタックの導体と相互接続するように露出した後の、ウェハ１２の絶縁層１４５を介する同じ穴１４４を示す。図９Ｂは、後続のコーティング層１４８を塗布した後の、ウェハ１２の絶縁層１４５を介する穴１４４の底部にある洗浄されたコンタクト１４６を示す。このコーティング層１４８は、チタンなど金属の層であってよく、または窒化チタン（ＴｉＮ）層であってよく、一般にチタン金属層のすぐ上に塗布される。そのようなコーティング層１４８は通常、後続のプロセスでタングステンなど後続の金属層を塗布する前に障壁層として使用され、穴１４４にコンタクトを形成するために導体１４６と相互接続を形成する上側スタックの導体として働く。
【００５９】
本発明の１つの好ましい実施形態によれば、装置１９が、ウェハ１２のプラズマ前洗浄を行うために操作される。装置１９は、金属、例えばチタンのＩＰＶＤに関して上述したのと同様の形態で操作される。そのような操作では、アルゴン・ガスは、およそ１０ミリトール（１．３３３Ｎ／ｍ2）でチャンバ１３内に維持され、発生器１２７からのＩＣＰ電力は、３．５キロワットまで増大し、基板１２に対して発生器１２７によって印加される基板バイアスは、−５０〜−１００ボルトまで増大する。約５００〜１５００ワットの低電力が、電源１２０によってターゲット１０に印加される。
【００６０】
装置１９のそのような操作の結果、チタンは、ターゲット１０からスパッタされて、アルゴン・ガスの原子と共に空間１２５内のＩＣＰ中でイオン化される。チタンおよびアルゴンのイオンは、基板１２に印加されるバイアス電圧によって基板１２上へ加速される。基板１２を衝突するイオンと共に含まれているより重いチタン・イオンが、基板１２表面からの自然酸化物および水蒸気の洗浄を効果的に高め、また汚染物質と反応して、表面上の酸化物を減少させ、チタン膜内へ酸素を溶解する。ターゲット電力、ＩＣＰ電力、および基板バイアスのパラメータがバランスを取って維持され、それにより材料は、表面から除去され、または希釈され、その後表面がチタンによってカバーされ、それにより一般的なエッチング処置が行われる。このエッチング処置は、およそ２０秒の時間間隔にわたって行われる。このイオン化金属エッチング処置は、コンタクト１４６を洗浄する一方で、図９Ｃに示されるように、コンタクト１４６の表面上に金属原子１４９をいくらか付着させる。
【００６１】
さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、エッチング期間が終了したとき、装置１９内部のパラメータは、基板１２上のターゲット材料のＩＰＶＤに関して使用される典型的なパラメータにより近づけて調整される。例えば、陰極電力は、およそ１．５キロワットまで増大され、基板バイアスは、およそ−４０ボルトまで低減され、ＩＣＰ電力は、約２５００ワットまで低減される。パラメータのこの設定により、基板１２上へのチタンの薄膜の最終的な付着が得られる。この付着は、例えば約３０秒間行われる。そのようなＴｉ−ＩＰＶＤ洗浄プロセスを使用して図９に示される状態にあるコンタクト１４６を洗浄し、図９Ｃに示される洗浄されてＴｉ被覆されたコンタクト１４６を生成することができ、その際、下にある導体１４６は、洗浄され、その表面上にチタンのわずかな初期付着１４９を有し、さらに薄膜１４８で被覆される。この薄膜は、例えばチタン金属、またはチタン金属とそれに続くＴｉＮの層であってよい。
【００６２】
さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、次いで窒化チタン（ＴｉＮ）の薄膜が、元素チタンの膜を覆って基板１２上に付着される。これは、基板上に形成される次の層が化学蒸着（ＣＶＤ）によって付着されるタングステンの層である場合に特に好ましい。そのようなＴｉＮ層は、チャンバ１３内に窒素を導入することによって装置１９内で形成することができる。次いで、ＴｉＮを反応性スパッタ付着する知られている方法に従って、例えば基板１２を熱的に励磁することによって、または基板１２をバイアスすることによって、窒素を基板１２表面上のチタンと反応させることができ、それにより基板１２の表面に隣接するプラズマ２３などのプラズマを生じて、基板１２表面でガス状の窒素と、基板１２に当たる、または基板１２に付着されたチタンとの反応を刺激する。別法として、装置１９から、反応性スパッタリングによって、またはＣＶＤプロセスによってＴｉＮ付着するためのチャンバ１３へウェハ１２を移送することにより、装置１９内でチタンを付着した後に基板１２上にＴｉＮ膜を付着することができる。結果として生じる相互接続は、図９Ｂに示されるものである。
【００６３】
さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、チタン洗浄および付着プロセスの後、ならびにさらなるＴｉＮ付着がある場合はその後、ウェハ１２が他のツールに移送される、またはタングステンやアルミニウムの付着などさらなる処理のためのＣＶＤチャンバなどの処理チャンバに、同じツールの移送チャンバを介して移送される。
【００６４】
使用時に、アルゴンなどのプロセス・ガス（図示せず）がギャップ２８内に導入され、処理チャンバ１３は、スパッタリングに適切な真空レベルで維持される。次いで、高い直流または交流電圧が陰極アセンブリ２０およびターゲット１０に印加されて、スパッタリング面１６に衝突する正に帯電したアルゴン・イオンを有するプラズマ２３の形成をもたらす。これにより、ターゲット材料がスパッタリング面１６から除去され、その結果、いくらかのターゲット材料が基板１２上に付着されて膜１８を形成する付着プロセスが開始される。典型的には、付着プロセスは、終了するまでに５秒から５分かかる場合がある。多くのシステムで、付着プロセス中、基板１２はスパッタリング面１６に対して静止位置に保持される。別法として、他のシステムでは、基板１２をスパッタリング面１６に平行な方向にゆっくりと走査させることができる。
【００６５】
本発明を、円形回転磁石陰極と呼ばれる装置を有するターゲット１０および基板１２構成に関して説明してきた。しかし、移動内部磁石を有する長方形陰極、または固定内部磁石を有する陰極を用いて本発明を利用することもできることに留意されたい。さらに、本発明を、内部磁石３０を含まない陰極と共に利用することができることに留意されたい。この実施形態では、磁石デバイスが、ターゲットの局所化領域でのプラズマ充電に直接影響を及ぼして、非対称不均一性を低減する。さらに、本発明を、基板１２の表面から材料を除去するためにプラズマ２３を利用する他のプロセスに利用することができる。これは、プラズマ・スパッタ・エッチングと呼ばれるプロセスを含み、プラズマ放電を使用して基板の表面を自動的にエッチングし、洗浄する。このプロセスでは、磁石デバイスを使用してプラズマ放電の形状および強度を制御することができ、基板のエッチングの均一性を改良する。
【００６６】
本発明は、半導体の製造における表面のプラズマおよび物理気相処理の非対称不均一性に対する補償を提供し、それにより基板１２に対するプラズマ・プロセスの均一性を高める。主に上述した実施形態では、対象の非対称不均一性のほとんどが処理チャンバ１３の静止構成要素から生じたものであり、例えば、普通であれば対称的なガス・イオンまたはコーティング材料の分散の分散を、基板１２の表面に対する処理効果の分散に悪影響を及ぼすように変えるガス・ポート位置および他の要素の影響から生じたものである。スパッタ被覆適用例では、ターゲット１０から基板１２上へ動くコーティング材料の対称的な分散を生成するように意図された対称的な侵食パターンを生成するように設計されているスパッタリング陰極アセンブリ２０と共に、補償磁石５４、７６を使用する本発明の主な実施形態を記述した。補償磁石５４、７６は、元々意図されている分散を変えるように設計され、それにより、処理チャンバ１３内の構成要素およびデバイス、主に静止構成要素およびデバイスによるコーティング材料の分散の歪みを相殺し、補償する。１つの好ましい主な実施形態では、補償磁石１００ａが、ターゲット１０に隣接して、またはその略近傍に位置決めされ、さらに、変更された非対称的な侵食パターンの形でターゲット１０からスパッタされる材料の分散に補償非対称を課すような位置および向きに位置決めされる。補償非対称は、ターゲット１０からの材料の除去をもたらすためにターゲット１０の表面に衝突するプラズマ２３のプロセス・ガスのイオンの分散において生成される。補償磁石１００ａは、正に帯電したガス・イオンのターゲット表面１６に対する方向を変え、また、プラズマ２３中の電子の分散および経路に影響を及ぼすことによってプラズマ２３中でのガス・イオンの生成の分散を変えることができる。
【００６７】
ＩＰＶＤシステムでは、より多くの従来のスパッタ被覆システムにおいて本発明が解決するのと同様の問題を、本発明を使用して解決することができ、ターゲット１０の近傍で補償磁石１００ａを使用して、ターゲット侵食プロファイルの補償非対称変更を行う。ただし、特にＩＰＶＤでは、対称的な分散で基板１２の表面に達するように、発生されたコーティング材料のイオンを非対称的に基板１２に向けることができる。これは、好ましくは、イオン化された材料が基板１２に向けて進むときに、その経路に近接して補償磁石１００ｂを提供することによって達成される。イオン化された材料が基板表面１２上に付着される場合、材料の付着による表面のこの処理を、チャンバ１３内のどこかにある要素、または他の原因による非対称性および非対称効果を実質的に補償する形で均一にすることができる。補償磁石１００ｂは、永久磁石もしくは電磁石であってよく、またはターゲット１０の後方に、処理空間２８の側面に、もしくは基板１２の後方に位置決めすることができ、所望の非対称補償効果を達成するために必要である場合には様々な可能な向きの任意の向きを取ることができる。イオン化された材料を使用して基板１２の表面をエッチングする、またはその他の方法でコンディショニングする場合、本発明を同様に採用して、そのような処理での非対称性を補償し、基板１２の表面の処理を均一にすることができる。
【００６８】
さらに、スパッタ材料もしくはコーティング材料のイオンによってであれ、チャンバ１３内のガスのイオンによってであれ、基板１２またはターゲット面１６を処理する際には、処理される表面１２、１６の後部に、それらに隣接して、またはその他の形でそれらの近傍に位置決めされる磁石１００ｃは、表面１２、１６の処理において、それがコーティング、エッチング、コンディショニング、または処理によって行われる他のあらゆる処置のいずれによるものであっても所望の不均一補償を達成するように構成し、位置決めすることができる。
【００６９】
本明細書に示され、記述された本発明の実施形態は、当業者である本発明者の好ましい実施形態にすぎず、決して限定するものではないことを理解されたい。したがって、本発明の精神および頭記の特許請求の範囲の範囲を逸脱することなく、これらの実施形態に対する様々な変更、修正、または変形を行う、または用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のターゲットおよび基板構成の断面図である。
【図２】  ＩＰＶＤスパッタリング装置の概略断面図である。
【図３Ａ】  図１の線３Ａ−３Ａに沿ったスパッタリング面の図である。
【図３Ｂ】  図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿ったターゲットに関する侵食プロファイルの断面図である。
【図３Ｃ】  第１の溝に関する構成を示す図１の左側部分の拡大図である。
【図３Ｄ】  膜に関する侵食プロファイルを示す図である。
【図４】  流れおよび圧力勾配を受けるスパッタリング・プロセスによって形成されるウェハ上に形成されるアルミニウム膜に関する均一性のマップである。
【図５】  第１の補償磁石を示す図１の左側部分の拡大図である。
【図６】  第２の補償磁石に関する第２の実施形態を示す図である。
【図７】  ターゲットの周辺壁に隣接して位置決めされて示される第１および第２の補償磁石の平面図である。
【図８】  流れおよび圧力勾配を受けるスパッタリング・プロセスに関連して第１の磁石を使用することによって形成されるアルミニウム膜の均一性のマップである。
【図９】  洗浄前の典型的な状態での電気コンタクトの断面図である。
【図９Ａ】  洗浄後のコンタクトの図９と同様の図である。
【図９Ｂ】  被覆後の洗浄された電気コンタクトの図９および９Ａと同様の図である。
【図９Ｃ】  チタンなどの金属のイオンを含むプラズマを用いて洗浄された後のコンタクトの図９Ａと同様の図である。
【図１】
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【図２】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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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