(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化物理蒸着装置（１０，１０ａ）であって、真空処理空間、該処理空間を通る軸線（３５）、及び前記真空処理空間と前記軸線（３５）とを囲む内面を持つ室壁（３２）を有する真空室（３１）と、前記室（３１）の一端において前記軸線（３５）上にほぼ中心を置き、前記処理空間へ塗被材料を供給する塗被材料源（５１）と、該塗被材料源（５１）に対して前記処理空間の反対の端で前記軸線（３５）上にほぼ中心を置く、前記真空室（３１）の内部の基板支持体（３６）と、処理ガス源（３７）と、高周波エネルギー源（７２）と、前記軸線（３５）上にほぼ中心を置き且つ前記高周波エネルギー源（７２）に結合されていて、リアクタンス結合エネルギーを提供するように機能して前記処理空間内にプラズマを形成する高周波結合要素（６５）と、前記軸線（３５）上にほぼ中心を置き、該軸線（３５）及び前記処理空間を囲む磁気バケット（２０，４０）とを含み、この磁気バケット（２０，４０）は、前記軸線（３５）上に中心を置き且つ前記真空室（３１）を囲む永久磁石（２３，４３）のアレイ（２２，４２）を含み、該磁石（２３，４３）の各々は半径方向に向いた極軸を有し、前記アレイ（２２，４２）の永久磁石（２３，４３）は、極性が交互して且つ密な間隔で配置されていて、前記真空室（３１）の周りに広がる複数の離間したカスプの磁界を作り、前記プラズマから前記室壁（３２）に向かって移動する荷電粒子を跳ね返すようになっている、前記イオン化物理蒸着装置において、
前記室壁（３２）は、前記処理空間と該室壁（３２）との間の前記真空室（３１）の内部に該室壁（３２）から隔置された壁ライナ（２１）を有し、前記永久磁石（２３，４３）のアレイ（２２，４２）は前記ライナ（２１）と前記室壁（３２）との間の前記真空室（３１）の内部にあって、前記複数の離間したカスプが前記壁ライナ（２１）に近接して前記真空室（３１）の周りに広がり、非磁性であって高い電導性の材料が前記磁石（２３，４３）と前記処理空間との間に備えられ、この非磁性であって高い電導性の材料は、前記磁気バケット（２０，４０）の前記永久磁石（２３，４３）の各々を覆う非磁性で高い電導性の材料を含むことを特徴とするイオン化物理蒸着装置。
【請求項２】
前記磁性で電導性の材料は銅又はアルミニウムである請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記磁性で電導性の材料は少なくとも２０ミクロンの厚さである請求項２記載の装置。
【請求項４】
イオン化物理蒸着装置（１０，１０ａ）であって、真空処理空間、該処理空間を通る軸線（３５）、及び前記真空処理空間と前記軸線（３５）とを囲む内面を持つ室壁（３２）を有する真空室（３１）と、前記室（３１）の一端において前記軸線（３５）上にほぼ中心を置き、前記処理空間へ塗被材料を供給する塗被材料源（５１）と、該塗被材料源（５１）に対して前記処理空間の反対の端で前記軸線（３５）上にほぼ中心を置く、前記空間室（３１）の内部の基板支持体（３６）と、処理ガス源（３７）と、高周波エネルギー源（７２）と、前記軸線（３５）上にほぼ中心を置き且つ前記高周波エネルギー源（７２）に結合されていて、リアクタンス結合エネルギーを提供するように機能して前記処理空間内にプラズマを形成する高周波結合要素（６５）と、前記軸線（３５）上にほぼ中心を置き、該軸線（３５）及び前記処理空間を囲む磁気バケット（２０，４０）とを含み、この磁気バケット（２０，４０）は、前記軸線（３５）上に中心を置き且つ前記真空室（３１）を囲む永久磁石（２３，４３）のアレイ（２２，４２）を含み、該磁石（２３，４３）の各々は半径方向に向いた極軸を有し、前記アレイ（２２，４２）の永久磁石（２３，４３）は、極性が交互して且つ密な間隔で配置されていて、前記真空室（３１）の周りに広がる複数の離間したカスプの磁界を作り、前記プラズマから前記室壁（３２）に向かって移動する荷電粒子を跳ね返すようになっている、前記イオン化物理蒸着装置において、
前記室壁（３２）は、前記処理空間と該室壁（３２）との間の前記真空室（３１）の内部に該室壁（３２）から隔置された壁ライナ（２１）を有し、前記永久磁石（２３，４３）のアレイ（２２，４２）は前記ライナ（２１）と前記室壁（３２）との間の前記真空室（３１）の内部にあって、前記複数の離間したカスプが前記壁ライナ（２１）に近接して前記真空室（３１）の周りに広がり、非磁性であって高い電導性の材料が前記磁石（２３，４３）と前記処理空間との間に備えられ、この非磁性であって高い電導性の材料は、非磁性で電導性の材料で成る前記壁ライナ（２１）を形成することによって備えられたものであることを特徴とするイオン化物理蒸着装置。
【請求項５】
前記永久磁石のアレイは、前記軸線（３５）上に中心を置き且つ前記室（３１）を囲む、軸線方向に隔置された環状リングの永久磁石（４３）のアレイ（４２）である、請求項１から４までのいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】
前記磁気バケット（４０）は前記処理空間内に、圧力が約１０から１００ｍＴｏｒｒ（１．３３及び１３．３３Ｐａ）の間である時、前記室（３１）内のｍＴｏｒｒでの圧力（Ｐａ）の少なくとも１．３倍の強度であって且つ少なくとも５０ガウス（５×１０-3Ｔ）の強度を有する磁界を作る請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記磁気バケット（４０）で作られる前記磁界は、ｍｉｌｌｉ  Ｔｏｒｒでの圧力（Ｐａ）の５倍又は３００ガウス（０．０３Ｔ）を越えない、室壁（３２）の内面の内部のガウスでの強度を有している請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記アレイ（４２）の磁石（４３）は、軸線方向厚さが約３．１８と約６．３５ｍｍの間および半径方向幅が約９．５３と約６．３５ｍｍの間の扁平なリングであり、且つ３．１８と約６．３５ｍｍの間で離間しており、このアレイは塗被材料源（５１）と前記基板（３９）の間の前記室（３１）の軸線方向長さの約２／３を越えて延びている請求項５から７までのいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】
前記永久磁石（２３）のアレイ（２２）は、前記室（３１）の壁（３２）の周りに円周方向に密接に隔置された複数の軸線方向に延びる棒状磁石（２３）を含み、各該磁石（２３）は、軸線方向の長さを有し、この長さに対して横方向の極軸を有し、この極軸は前記壁（３２）の内面に垂直である請求項１から４までのいずれか１つに記載の装置。
【請求項１０】
塗被材料が前記処理空間に供給される塗被材料源（５１）はリング形状をしており、このリング形状の源（５１）は中央開口（５８）を有し且つ少なくとも１つの表面が前記処理空間と連通しており、前記高周波結合要素（６５）は前記リング形状の源（５１）の該中央開口（５８）に位置してリアクタンス結合エネルギーを前記室（３１）内に提供して前記処理空間にプラズマを形成し、このプラズマは、前記処理空間を通して前記リング形状の源（５１）から塗被材料をイオン化して移動させるのに十分な濃さを有している請求項１から９までのいずれか１つに記載の装置。
【請求項１１】
前記高周波結合要素は前記リング形状の源（５１）の中央開口（５８）に位置するコイル（６５）であって、前記室（３１）内に誘導結合エネルギを提供して前記処理空間に誘導結合プラズマを形成する請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記中央開口（５８）に誘電体窓（６１）が備えられ、前記高周波結合要素（６５）は前記室（３１）の外側の該窓（６１）の外側で且つ背後に位置しており、該窓（６１）を通して高周波エネルギーを前記室（３１）内に結合して該室（３１）内にプラズマを付勢するようになっている請求項１０又は１１記載の装置。
【請求項１３】
前記窓（６１）と前記処理空間との間の該窓（６１）の内側にシールド構造体（６６，６７）が備えられ、このシールド構造体は前記結合要素（６５）から前記処理空間内に高周波エネルギーを有効に結合し得る形状であって、前記窓（６１）を前記処理空間からの塗被材料から物理的に遮蔽するようになっている請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記塗被材料源は、前記室（３１）の内部に連通するスパッタリング面を有する電導性塗被材料でなる少なくとも１つの環状スパッタリング・ターゲット（５１）と、前記スパッタリング面に直流電位を与えるために該ターゲット（５１）と連結されたターゲット電力供給源（５２）とを含み、この直流電位は前記プラズマに対して十分に負電位であって前記ターゲット（５１）のスパッタリング面からの材料を前記処理空間内にスパッタするようにされている請求項１から９までのいずれか１つに記載の装置。
【請求項１５】
前記室（３１）の外側の前記ターゲット（５１）の後ろにマグネトロン磁石（５９）を備え、スパッタリング・プラズマをこのターゲット（５１）のスパッタリング面に極めて接近して閉じ込めるようにした請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記基板支持体（３６）に連結されたバイアス電源（８３）を備えて該支持体（３６）上の基板（３９）に直流電位を形成し、この直流電位は、前記プラズマに対して十分に負の電位であって前記処理空間からの塗被材料の正イオンを前記基板（３９）に向けるようになっている請求項１から１５までのいずれか１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、イオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）に関し、更に詳しくは、基板上への塗被材料の指向性を向上するために、供給する塗被材料をイオン化する方法および装置に関する。
【０００２】
（発明の背景）
イオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）は、シリコンウエハ上の高アスペクト比構造体の充填および内張に特に有用性があるプロセスである。半導体ウエハ上に薄膜を蒸着するためのイオン化物理蒸着では、蒸着すべき材料を供給源からスパッタまたはその他の方法で気化し、次にこの気化した材料のかなりの部分を塗被すべきウエハに達する前に正イオンに変換する。このイオン化は、真空室内のプロセスガス中に発生する高密度プラズマによって達成する。このプラズマは、高周波エネルギーを高周波駆動励起コイルによってこの処理室の真空内へ磁気的に高周波結合することによって発生してもよい。そのように発生したプラズマをこの供給源とウエハの間の領域に位置付ける。静電気力がこの塗被材料の正イオンに影響し、それらをこの室内の種々の表面の方へ向ける。このウエハに負バイアスを掛けることによって、正イオンをこのプラズマからウエハに引付ける。そのような負バイアスは、このウエハをプラズマに浸漬することにより電気的に絶縁したウエハでか、またはこのウエハに高周波電圧を掛けることによって発生してもよい。このバイアスは、塗被材料のイオンをこのウエハの方へ加速させ、この塗被材料の多くの割合をこのウエハにほぼ垂直な角度でこのウエハ上に蒸着させる。これは、ウエハ表面上の深く狭い穴および溝を含むウエハ表面微細構造上に金属を蒸着させ、そのような微細構造の底および側壁の優れた被覆率をもたらす。
【０００３】
あるＩＰＶＤシステムが１９７７年４月２１に提出し、本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願第０８／８４４，７５１号および第０８／８４４，７５６号に開示してあるので詳細については、これらの出願を参考にされたい。そのようなシステムは、典型的に形状が円筒形で、その湾曲外壁に誘電体材料で作った部分または窓を備える真空室を含む。螺旋状の導電性コイルがこの誘電体窓の外に、この室の周りの同心に配置してあり、このコイルの軸方向長さは、この誘電体壁の軸方向長さのかなりの部分を占める。作動する際、高周波電力供給源から適当な整合システムを介して付勢する。この誘電体窓は、このコイルをこのプラズマと直接接触することを防止し、このコイルからのエネルギーをこの室内へ結合させる。この窓は、高周波磁界をこの室の内部領域へ通せるが、これらの磁界によって発生した電流を循環するための導電路を形成しがちである、この誘電体窓への金属の蒸着を防ぐ、典型的には金属で作ったシールドを配置することによって金属被覆材料の蒸着から保護する。そのような電流は、オーム加熱、およびこれらのコイルからプラズマへのプラズマ励起エネルギーの磁気結合の低下に繋がるので好ましくない。この励起エネルギーの目的は、この室の内部領域に高密度プラズマを発生することである。結合の低下は、プラズマ密度を減少させ、処理結果を悪化させる。
【０００４】
そのようなＩＰＶＤシステムでは、材料を、通常直流電源によって、このプラズマに関して負に帯電したターゲットからスパッタする。このターゲットは、このターゲットをスパッタリングするためにプラズマをこのターゲットの上に閉込める磁気回路またはその他の磁石構造体を組込んだ平面マグネトロン設計である。このターゲットからの材料は、ウエハ支持体またはテーブル上に支持したウエハに達し、そのテーブルには、典型的に、屡々インピーダンス整合回路網を介してこの基板支持体に結合した高周波電源によってバイアスが掛けてある。
【０００５】
幾らか異なるＩＰＶＤ形態は、この真空室の内部に配置したコイルによって発生したプラズマを使う。そのようなシステムは、誘電体室壁もこの誘電体壁を守るための特別のシールドも要しない。そのようなシステムは、バーンズ等の米国特許第５，１７８，７３９号に開示されているので参照されたい。バーンズ等の特許に開示してあるシステムは勿論、この室の外部のコイルを備えるシステムは、この真空の内部か外部に誘導コイルまたはその他の結合要素を使うことを伴い、それらは、このスパッタリングターゲットおよびウエハの平面の間に物理的に配置され、そのスペースを占める。
【０００６】
コイルのような結合要素を真空室の内部に設けようと外部に設けようと、このシステムの大きさは、この高周波エネルギー結合要素をこの供給源と基板の間に設置させるために適当な供給源と基板の分離の必要性によって制約されていた。コイルまたはその他の結合要素の設置のために適した直径がウエハの周りに利用できねばならない。この結合要素用のスペースを許容する必要性によるこの供給源と基板の間隔を増加すると、そのようなシステムで適当な均一性の蒸着が困難となる。もし、均一性を改善するために、この室の高さを減らすと、この室の中央領域にプラズマ密度の減少があり、かつこの塗被材料のイオン化率が下がる。また、実際には、この全システムが限定容積内に収らねばならない。その結果、この高周波コイルの壁およびその他の金属面への接近により生ずる加熱の問題が屡々生じ、エンジニアリング費および生産費を増大し且つ電力を浪費する余分な冷却が必要となりうる。
【０００７】
この室内にコイルを備えるＩＰＶＤ装置は、これらのコイルがプラズマによって腐食され、従ってこのターゲットからスパッタされるのと同じ種類のターゲット級材料から成らねばならないという付加的欠点を有する。その上、この真空室内に配置したコイルのかなりの冷却が必要である。もし、コイルのこの冷却のために液体を使うと、これらのコイルに不均一な腐食またはアーク発生が入り込み、その結果液体冷却剤のこのシステム内への漏れを生じ、それは非常に望ましくなく、およびこのシステムの清掃ならびに復旧検査に長時間を要するという結果になりそうな危険がある。更に、この室内の励起コイルもこのプラズマに容量的に結合し、この励起電力が効率良く使用できず、このイオンエネルギースペクトルが広くなり、よってこの蒸着プロセスに望ましくない影響を与える恐れがある。
【０００８】
以上に鑑み、ドリューワリおよびリカータが、同一出願人に譲渡された、併行米国特許出願第０９／０７３，１４４号でイオン化物理蒸着用の方法および装置を提案しているので参照されたい。このドリューワリ等の出願に記載してある方法および装置は、エネルギーの濃いプラズマへの効率的結合を提供し、そのプラズマによって塗被材料をＩＰＶＤ処理システムでイオン化し、且つそれをこの室の最適形状寸法を妨害せず、およびコイルまたはその他結合要素をこの真空室内に配置することなく行う。それは、中心に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）のような高密度リアクタンス結合プラズマを作るために高周波エネルギーをこの室内へ結合するための誘電体窓の後ろの扁平コイルのような結合要素を有する環状スパッタリングターゲットのような、リング形塗被材料源を備える装置を使う。
【０００９】
上に説明したもののような、ＩＰＶＤシステムおよび方法は、それらの目的、特にサブミクロンの高アスペクト比形で塗被するという目的を効率的に達成するうえで、高プラズマ密度および高プラズマ均一性から利益を得る。高プラズマ密度は、金属イオン化を増大させる。プラズマ均一性の向上も、蒸着均一性へのバイアス、例えば、高周波源によって作った高周波バイアスの影響を減じ、他のプロセスパラメータの許容範囲を拡げる。上に説明した種々のシステムは、この室の壁へのイオンの消失のために有効性を低下しがちであり、その結果プラズマ均一性を向上する。
【００１０】
ＩＰＶＤを伴わない型式のプラズマシステムでは、これらの室壁へのイオンの消失を減らすために種々の手法が試みられた。例えば、低温プラズマ発生で、プラズマ均一性を向上し且つプラズマ密度を増す一つのアプローチは、“磁気バケット”を使うことである。磁気バケットによって作った型式の磁界は、磁気ミラー閉込めと呼ばれる種類の閉込めによって、処理室の壁への電子束を減らす。このプラズマが中性のままでいる、即ち、正イオンと同数の電子を有する傾向は、壁へのイオン束も減らす。上に議論したシステムの異なる処理室構成は、各々プラズマの密度および均一性を達成することに於いて問題を提示する。磁気ミラーおよび磁気バケットは、マグネトロン磁界と逆に影響し合い、ターゲット利用率を低下させる。これは、それらを、ＩＰＶＤ用のように、高プラズマ密度および高プラズマ均一性が必要な場合に不適当にする。
【００１１】
これらおよびその他の理由で、環状ターゲットの中心に位置するＩＣＰプラズマ源を備えるものを含むＩＰＶＤシステムで、蒸着均一性を改善し且つプラズマ密度を増加することが必要である。
【００１２】
（発明の概要）
本発明の目的は、塗被材料をイオン化するように機能するプラズマを、この塗被材料が基板への途中で通過する処理室の部分により完全に、密度濃く均一に満たすＩＰＶＤ方法およびＩＰＶＤ装置を提供することである。本発明の更なる目的は、カソードおよびマグネトロン設計を過度に複雑にすることなく、塗被材料イオン化プラズマを強化することである。本発明の詳細な目的は、この室壁の中へのプラズマ束を磁気的に減少し、更に詳しくは、それによってプラズマ密度およびプラズマ均一性を改善する方法および装置を提供することである。
【００１３】
本発明の原理によれば、イオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）装置が、塗被室の周囲にこの室の壁の方へ動くプラズマからの移動荷電粒子を跳ね返すために配置した外部磁石アレイ、好ましくは永久磁石の磁気バケットアレイを備える。この発明は、一端に塗被材料のリング形源をおよび他端にこの源に向いた基板を有するＩＰＶＤ室の周囲に永久磁石の磁気バケット装置を使うのが好ましい。この発明の好適実施例では、この塗被材料のリング形源がその中央またはその後ろにこの源からの塗被材料をイオン化するためにこの室内に濃いプラズマを維持するようにこの室の中へエネルギーをリアクタンス結合する高周波結合要素を有する。この源は、特に環状スパッタリングターゲットの形をしているとき、その後ろまたは近くに、このスパッタリングプラズマを成形し且つこの源の腐食形状を制御するためにマグネトロン磁石を有してもよい。
【００１４】
更に、この好適実施例で、この磁石アレイは、極軸をこの室の軸に対して放射状に向けた複数の永久磁石を含む。このアレイの磁石の極性方向は、この室の壁の周りに複数カスプ磁界を作るように交互する。これらの磁石は、より普通の磁気バケット構造の場合のように、まとまってこの室壁の表面近くに軸方向に伸びる磁力線のトンネルのリングを作る、軸方向に向いた磁石棒のケージの形をしていてもよい。しかし、この発明の好適実施例では、この磁石アレイがこの室軸と同心の軸方向に離間した円周リングのスタックの形をしていて、この室の周囲にリング形磁気トンネルを作る。そのような配置で、このカソードとの磁界相互作用が方位角的に均一である。これらの磁力線は収束し、それによって磁界がこの室壁に近付くとこの室内で強くなり、これらの磁力線に沿ってこの室壁の方へ動く荷電粒子を跳ね返す効果を有する。
【００１５】
この磁石アレイは、このプラズマ縁で電子を磁化するに十分強い、即ち、この磁界内を動く電子を偏向させるに十分強い磁界を作る。これらの磁石からの磁界は、これに反して、このプラズマの本体内に実質的に侵入するに十分な強度は有しない。本発明が関係するようなＩＰＶＤシステムに対して、室圧は、一般的に必ず０．１３Ｐａより上、典型的には１．３３〜１３．３３Ｐａの範囲内にある。アルゴンガス中の１．３３〜２．６６Ｐａの範囲内の圧力に対して、そのような磁界は、強度が約５×１０-3〜１０-2Ｔまでかも知れない。約１３．３３Ｐａの圧力では、磁界強度が２×１０-2〜３×１０-2Ｔまでかも知れない。しかし、一般的に、圧力は、このプラズマの中に深く侵入し過ぎないように、必要以上に高くあるべきではないが、Ｂ磁界（ガウス（１０-4Ｔ）での）は、この圧力（ｍＴｏｒｒ（０．１３３Ｐａ）での）の少なくとも約１．３倍であるべきである。この磁界強度は、この最小限レベルより約３０％高いのが好ましい。
【００１６】
これらの磁石は、磁気びんとして知られるものを創るために互いに十分接近して配置してあるので、このアレイの一つの磁石からの磁力線がこの磁石の一つの極からこの磁石の他の極へ各側で反対極性配置の隣の磁石を介して伸びる。これらの磁石を離し過ぎて配置すると、このアレイの有効性を損い、一方間隔が狭いと、このプラズマ本体の中への磁界の過度の侵入を避け、この磁石アレイのこのカソード磁界への結合を減らす。
【００１７】
これらの磁石は、この室壁に出来るだけ近く位置し、それらをこの室壁への荷電粒子消失を防ぐことに於いてより効果的にする。これらの磁石は、この真空の外側でこの室の外壁の後ろに配置するよりもむしろ、この室の真空内でこの室壁ライナまたはシールドの後ろに配置してあるのが好ましい。冷却ガスまたはその他の冷却流体がこれらの磁石を冷却する際に有用かも知れない。これらの磁石がこのプラズマを維持するためにエネルギーを供給するコイルまたはその他の要素からの高周波磁界が存在するところにある場合、これらの磁石は、この高周波磁界からのそれらの過熱を防ぐためにこれらの磁石を遮蔽するに十分な厚さの適当な被膜、例えば、銅またはアルミニウム被膜で保護してもよい。１３．５６ＭＨｚ高周波エネルギーで、少なくとも２０〜５０μｍ、好ましくは８０〜１００μｍの銅またはアルミニウムの被膜が適当である。
【００１８】
この発明の好適実施例では、ＩＰＶＤ室が一端に環状ターゲット、他端に基板支持体、およびこのターゲットの中央の開口に位置する高周波コイルを備える。永久磁石のアレイが室壁でこの室を囲む。このアレイは、このターゲットの中心およびこの基板を貫通する、この室の軸上に中心を置く。このアレイは、極軸がこの室軸の周りに放射状に伸びる環状磁石リングの形をした磁気バケットアレイであるのが好ましい。これらのリングは、それらの極軸がこの室の全長に亘って交互して、この軸方向に密な間隔で配置した複数の薄く扁平なリングである。これらのリングは、この室の真空の内部にこの室壁と、通常この室からの蒸着物を遮断し且つこの室の内部の清掃を容易にするために設ける種類の取外し可能な壁ライナとの間に位置するのが好ましい。この壁ライナは、金属またはその他の導電性であるが、非磁性の材料の閉じた円筒でもよい。
【００１９】
代替実施例で、このアレイは、やはりそれらの極軸がこの室の軸に対して半径方向に向いた、真っ直ぐな軸方向に伸び、角度的に円周方向に密な間隔の永久磁石ストリップで作った磁気バケットアレイの形をしていてもよい。この軸方向磁石アレイも、この室壁と室壁ライナの間に位置するのが好ましいとはいえ、各アレイ構成で、これらの磁石を室の外部に位置付けることができるが、そのような配置は、あまり効果的でないと思われる。この軸方向に伸びる磁石のアレイで、このアレイ磁石と典型的にこのカソード組立体でこの環状ターゲットの後ろに存在するマグネトロン磁石の間に、円周方向に伸びる磁石によるより多くの結合が生ずる。その結果、この磁石バケットアレイの付加後にカソード磁石の設計の再最適化に着手せねばならず、それは、従来のマグネトロン最適化技法を使ってもよいが、望ましくない。
【００２０】
コイルのような高周波要素を有するＩＰＶＤ処理装置用に濃い低エネルギー塗被材料イオン化プラズマを励起するために磁気バケットを備えることは、このプラズマの有効性を増す。別の状況ではこの室壁へ逃げるであろう電子のこの磁石バケットによる反発は、このプラズマからの電子の損失を防ぐ。これは、この室壁へのイオン束を減じ、このプラズマのイオン密度および均一性を向上する。この高イオン密度は、金属のイオン化を増し、この高周波源についての所要電力量を減らす。プラズマ均一性が向上し、蒸着均一性への高周波バイアスの影響を減じ、および他のプロセスパラメータについての制約を減らす。
【００２１】
本発明のこれらおよびその他の目的並びに利点は、以下の図面の詳細な説明からより容易に明白となろう。
【００２２】
（発明の詳細な説明）
図１は、米国特許出願第０９／０７３，１４４号に記載してある種類のＩＰＶＤ処理装置３０と組合わせて従来の磁気バケット磁石組立体２０を含むイオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）装置１０を示す。ＩＰＶＤ処理装置の詳細については、当該文献を参照されたい。この処理装置３０は、一端に環状スパッタリングターゲットおよびカソード組立体３３並びに他端に基板支持体（図示せず）を有する封止室壁３２によって囲まれた真空室３１を含む。この室３１は、このカソード組立体３３およびこの基板支持体の中心を貫通する中心軸３５を有する。この室壁３１は、ほぼ円筒形で、軸３５と同心である。この軸３５に中心がある、この環状ターゲットおよびカソード組立体３３の中央に、高密度低エネルギープラズマをこの室３１の中へ結合するための高周波発生器３４がある。
【００２３】
典型的ＰＶＤ処理装置は、この壁の内側に取外し可能なライナを備え、この壁に蒸着する塗被材料を遮断し且つこのライナを清掃のために取外させることによってこの室の清掃を容易にする。この装置１０では、処理装置３０がこの室壁３２から僅かな距離、好ましくは、この室壁３２の直径が約３８１ｍｍのとき、約１２．７ｍｍ、内方に離間したライナ２１を備える。
【００２４】
この磁気バケット２０は、各々この室３１の高さより僅かに短い長さの磁気棒で作った磁石２３のアレイ２２を含む。各磁石は、図２にＮおよびＳの記号で表すように、この室３１に関して放射状に向いた極軸を有する。即ち、一つの極がこの磁石２３の棒の放射状に内縁にあり、他の極がこの磁石２３の棒の放射状に外縁にある。従って、偶数の磁石２３が設けてある。これらの棒の各々は、単一磁石で作ってもよく、または共通のストリップ上に組立てた小さい別々の磁石の列で作ってもよく、そのストリップは、例えば、鉄で作ってもよい。
【００２５】
好適寸法で、磁石２３は、半径方向に厚さ約９．５３ｍｍ、円周方向に厚さ約３．１８ないし４．７６ｍｍである。そのような磁石２３は、約１２０の磁石２３がこの室３１を取巻いて、約３．１８ないし６．３５ｍｍ離間するのも好ましい。これらの磁石２３は、共に非磁性でしかして導電性でも良いこの室壁３２とシールド２１の間に伸びる。何れの場合も、この室のこのプラズマに接近している十分な面積が接地してあるか、この室のアノード電位に維持すべきである。
【００２６】
図２に示すように、磁力線２５が各磁石２３の内縁から、直ぐ隣接する、反対極性の磁石２３の内縁までアーチを描く。これらの磁力線２５は、磁石２３の極に近付くと収束し、それでこれらの磁力線と平行に動く電子が、これらの磁極に接近すると斥力を受け、それによってこの室３１の中へそらせ戻される。
【００２７】
図３および図４は、米国特許出願第０９／０７３，１４４号のＩＰＶＤ処理装置３０と組合わせて修正した磁気バケット型磁石組立体４０を含むイオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）装置１０ａの好適実施例を示し、その出願の全ての実施例が適当であるが、その一を詳しく説明する。この処理装置３０は、封止室壁３２によって囲まれた真空室３１を含む。環状スパッタリングターゲットおよびカソード組立体３３がこの室３１の一端に位置し、基板支持体３６がこの室３１の他端にこのターゲットおよびカソード組立体３３と平行に位置する。中心軸３５がこのカソード組立体３３およびこの基板支持体３６の中心を貫通する。この室壁３２は、軸３５の周りに対称でその上に中心を置くのが好ましく、この軸３５と同心であってもよい。この環状ターゲットおよびカソード組立体３３の中に、この軸３５上に中心を置くのは、高周波発生器３４である。
【００２８】
図４に示すように、このターゲットおよびカソード組立体３５は、作動状態で、カソード電源５２によって負に帯電される、一般的に環状のターゲット５１を含むのが好ましく、その電源は、直流かパルス状直流電源の形をしているのが好ましく、または適当な整合回路網を介してこのターゲット５１に接続した高周波源の形をしていてもよい。ターゲット５１の腐食は、内および外暗黒部リング５３、５４によって、および好ましくは、領域５５に概略的に示すようなマグネトロン磁石組立体５９によって発生した磁界によっても制御する。ターゲット５１の冷却は、内部水路またはその他の冷却流体口（図示せず）を使うことによって、または従来の適当な外部冷却システム（図示せず）に浸漬することによって達成してもよい。このターゲット５１は、絶縁体５６、５７によって接地面から電気的に絶縁してある。この環状ターゲット５１は、中に高周波プラズマ励起システム３４が取付けてある内部開口５８を有する。典型的に、ガス源３７がこの室３１にアルゴンのような処理ガスを供給するために、この処理装置３０に設けてあり、一方真空ポンプ３８がこの室３１を所望の真空に維持する。
【００２９】
この高周波プラズマ励起システム３４は、この環状ターゲット５１の開口を封止する平面誘電体窓６１を含むのが好ましい。この窓６１の支持体３６上の基板３９に向いた側は、この室３１の真空と接触していて、一方この窓６１の反対側または外面は、名目上大気圧の環境と接触している。この窓６１の外面近くに、好ましくはこの窓６１と平行方向に拡がり且つ平面または実質的の平面でもよい励起コイル６５がある。適当なコイル６５は、例えば、オーグルに付与された米国特許第４，９４８，４５８号およびアッシチアーニに付与された米国特許第５，６６９，９７５号に記載してあるので詳細はこの文献を参照されたい。この窓６１の内側に、誘導的に結合した高周波エネルギーがコイル６５からこの室３１の中へ通過させるファラデーシールドの役もしながら、この誘電体窓６１をスパッタ材料の蒸着から物理的の保護する、シールドまたは複数のシールド６６、６７がある。これらのシールド６６、６７は、この誘電体窓６１の内面から僅かに離してそれに近く取付けてある。これらのシールド６６、６７は、好ましくは溝付で、好ましくは水冷式の、暗部シールド５３に電気的に接地され且つそれとよい熱接触状態に維持してもよい。その代りに、これらのシールド６６、６７の一つまたは両方が少なくともコイル６５上の高周波エネルギーに関して電気的に浮動していてもよい。この好適実施例では、これらのシールド６６、６７をこれらの縁から水冷式の暗部シールド５３へか、または、もし望むなら、これらのシールド６６、６７を暗部シールド５３から電気的に絶縁しながら、これらのシールド６６、６７を冷却させる、任意の電気的に絶縁性で熱的に伝導性の支持リング（図示せず）を介する伝導によって冷却する。他のシールド冷却技術およびシールド配置を使うことができる。
【００３０】
動作状態では、高周波電圧を電源７２によって整合回路網７１を介して励起コイル６５へ供給する。この整合ユニットおよびこれらのシールド６６、６７への望ましくない静電結合を最小にするようなある接続の設計手法は、アッシチアーニの米国特許第５，６６９，９７５号に記載してある。処理ガスは、この室内の圧力を約１．３３ないし１３．３３Ｐａに上げるために供給する。そこで高密度プラズマをこの室内に触発することができる。直流または高周波電力をこのスパッタリングターゲット５１へ供給し、それはこの主プラズマからのイオン衝撃によって腐食される。このターゲットからこの主プラズマによってスパッタされた材料は、コイル６５からの誘導結合エネルギーによって支持された高密度プラズマを貫通するときイオン化される。このイオン化したスパッタ塗被材料を基板またはウエハ３９の方へ加速し、そのウエハは、例えば、整合回路網８４を介して基板支持体３６に接続した高周波発生器８３によって、負にバイアスされているのが好ましい。
【００３１】
この実施例１０ａで、磁気バケット４０は、各々外径がこの室壁３２の内径にほぼ等しいかそれより僅かに小さく且つ内径がシールド２１の外径のほぼ等しいか僅かに大きい磁気リングで作った磁石４３のアレイ４２を含む。これらの磁石４３は、この室３１の高さより僅かに小さく伸びるスタック状態に配置してある。各磁石４３は、図５にＮおよびＳの記号で表すように、この室３１に関して放射状に向いた極軸を有する。即ち、一つの極がこの磁石４３のリングの放射状に内縁にあり、他の極がこの磁石４３の棒の放射状に外縁にある。これらの磁石４３のリングの好適寸法は、半径方向に約９．５３ｍｍ、軸方向に厚さ約３．１８ないし４．７６ｍｍ、これらリング間の軸方向の間隔は、約４．７６ｍｍで、それで磁石リングの数は、この室３１の高さに依って、約１６ないし２４である。上に説明した実施例の磁石２０同様、これらの磁気リング形磁石４０は、各々単一リング形磁石で作ってもよく、または共通リング上に組立てた複数の小さい別々の磁石で作ってもよい。そのようなリングは、鉄で作っり、およびこれらの磁石をこのリングに機械的に締結するか、またはそこに磁気吸引力によって保持してもよい。
【００３２】
図５に示すように、磁力線４５が各磁石４３の内縁から、直ぐ隣接する、反対極性の磁石４３の内縁までアーチを描く。これらの磁力線４５は、磁石４３の極に近付くと収束し、それでこれらの磁力線と平行に動く電子が、これらの磁極に近付いて動くとき斥力を受け、それによってこの室３１の内方偏向させられ戻される。実施例１０ａの磁石４３で、磁力線４５は、ライナ２１の周囲に閉環状アーチを作り、これらの磁石からの磁力線は、この室軸３５を通って広がる平面内にある。実施例１０の磁石２３では、磁力線２５が室３１の周囲に各々この室軸３５と平行に伸びるトンネル形の弧を作り、これらの磁力線は、この軸３５に垂直で且つこの基板ホルダおよびターゲット組立体３３に平行な平面内にある。その結果、実施例１０ａは、カソード組立体３３のマグネトロン磁界への影響が少なく、従ってこの装置への磁気バケットの追加による特別な設計再最適化を少ししか必要ない。
【００３３】
当業者は、ここの本発明の実施を変えられること、およびこの発明を好適実施例で説明してあることが分るだろう。従って、付加および修正をこの発明の原理および意図から逸脱することなく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例によるＩＰＶＤ処理装置の透視図である。
【図２】  図１の線２−２による部分断面線図である。
【図３】  本発明のもう一つの好適実施例によるＩＰＶＤ処理装置の図１に類似する透視図である。
【図４】  図２の線４−４による断面線図である。
【図５】  図４のＩＰＶＤ装置の磁気バケット構造体の一部の拡大断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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