JPH06502892A - スパッター被覆処理を実施する方法及びスパッター被覆装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 基体上のイオンフラックス分布の均一性を改善する方法本発明はスパッター被覆 、特にバイアススパッター被覆に係わり、更に詳しくはバイアススパッター被覆 の応用、特に磁電管強化バイアススパッター被覆の応用におけるイオンフラック ス分布の均一性の制御に関する。

発明の背景 スパッター被覆は一般に化学的に不活性なガスを充満された真空圧の室内で実施 され、その中で基体は室壁もしくは池の陽極に対して負電位とされたスパッタリ ング材料で作られた標的の材料で被覆される。標的面付近の電位勾配は電子が標 的から放出されるようになし、それらの電子は接地された室壁によって部分的に 形成されるのが普通である室陽極へ向かう途中で不活性ガスに衝突してその幾分 かをイオン化させる。発生された正イオンはしかる後に負の標的に引き付けられ て衝突して、標的材料に運動量を伝達し、且つまたは標的面からその材料の粒子 を追い出す。被覆されるへき基体は一般にその表面を標的に向けて室内に配置さ れており、追い出された粒子の幾分かを受け取り、その粒子が基体表面に付着し てその表面を被覆する。

磁電管スパッタリングによれば、標的面に平行な磁力線を一般に含む磁界であっ て、多くの応用例においては閉磁トンネル形である磁界か標的面上に形成される 。磁界は放出された電子を弯曲した螺旋経路に沿って移動させ、これらの経路か 磁界によって囲まれた標的面の近くの領域内に電子を捕捉し、これにより電子が ガスの原子と衝突する比率を高め、これがガスのイオン化およびスパッタリング 処理の効率を高める。

参照することてここに引用導入される共通して譲渡された出願中の［段付きウェ ーハのスパッター被覆方法および装置」と題する１９８９年４月１７日付けでに 出願された米国特許出願一連番号第０７／３３９．３０８号においては、凹状の 環状標的が同心的な環状電磁石を備え、これらの電磁石が一対の同心的なプラズ マリングを形成するようになされたスパッタリング被覆装置および方法が開示さ れている。プラズマリングは磁石コイルを付勢するために交互に供給される電流 によって交互に付勢される一方、標的電力レベルは磁石コイルに対する電力切換 えと同期して切換えられる。これは標的面の内側および外側の同心領域から行わ れるスパッタリング比率を変化させ、各領域から行われるスパッタリングによっ て被覆される基体すなわちウェーハ上に付着されたスパッター被覆材料の分布特 性を変化させる。２つの標的領域に対する付勢に及ぼす相対的なパラメータを変 化させることが基体表面上における被覆の均一性を割織するのであり、これは特 に段付き半導体ウェーハの異なる方向に向いた表面において特に重要である。先 に引用した特許出願は、標的の幾何形状により、また標的の付勢およびプラズマ に関連する電気的パラメータによって生しる被覆に対する効果を特に記載してい る。

バイアススパッタリングにおいては、負であるか標的に与えられるほど大きな負 ではない電圧か被覆される基体に印加される。このバイアス電圧は、成る程度の ［逆スパツタリングｊ、すなわち基体から放出された電子によって生じるイオン の衝突か原因して基体表面上に付着されたスパッタリング被覆からのスパッタリ ング、を引き起こす。しかしなからしばしば、特にスパッタリング標的か環状で その表面上に環状またはその他の閉じた磁気トラップを有する場合には、標的後 方の極部材は「−次」プラズマを標的面付近に形成する磁界を生じ、また、不均 一な基体表面付近にフリンジ磁界を生しる。このように生しるフリンジ磁界の成 分は、成る領域例えば標的の中央磁極の軸線上の中央にて基体表面に直角である 。

このフランジ磁界、および電界および磁界のその他の部分は、基体の二次イオン フラックスボンバードメントを生しる［二次」プラズマ形成領域を集中させる傾 向を見せる。この結果、基体表面にイオンフラックスの望ましくない非線形の分 布か生じる。

基体表面上の非電−なイオンフラックス分布の問題の解決策は、「磁電管スパッ タリング装置におけるイオンボンバードメントの均一性を改善する装置」と題す る共通して譲渡された米国特許第４，８７１，４３３号に記載されている。この 特許において、成る特性を育する基体の後方または周囲に二次磁石を使用するこ とが記載されている。二次磁石すなわち釣合磁石は陰極すなわち標的−電磁石に よって生しるフリンジ磁界を改善して基体上のイオンフラックスを均一にする。

有効ではあるが、この特許の装置は陰極および陰極磁石の配置に多少とも特に関 連し、大きくて多くの処理室配置に当てはめるのが困難であり、また、標的磁石 構成か変更されるときにしばしば交換しなければならなかった。更に、このよう な釣合装置により与えられるイオンフラックスのレベルは制限されている。

環状スパッタリング標的を使用する従来技術の成る種のスパッタリング被覆装置 は、標的中央に陽極を使用するものである。この陽極は、ウェーハに対する二次 電子ホンバードメントによって生じるウェーハの加熱を避けるために備えられる 。このような標的は暗部シールドと称されるものを備えており、これは外縁に沿 って標的を取り囲み、プラズマから漂遊する電子を吸収して、それらの電子か基 体表面に衝突するのを防止する。標的中央に備えられた陽極は、接地されたまた は暗部シールドの池の陽極と同じ電位に維持されて、漂遊する電子を標的中央付 近で吸収する。このような電子は基体から離しておかないと、表面を加熱する間 に電導性基体上に付着された層表面に集まって、最終的に非電導材料の破損およ び基体表面に対する損傷を引き起こすと考えられる。これらの従来技術の電極は また、成る数のプラズマトラップ磁力線を重大なことに遮断し、一般に効果を低 減する。

発明の概要 本発明の目的は、スパッター被覆処理、特に磁電管強化スパッター被覆装置で実 施されるバイアススパッター被覆処理によって被覆される基体ウェーハの表面上 に均一なイオンフラックス分布を形成することである。

本発明の特別な目的は、様々な磁気的、電気的および幾何学的な状態の標的組立 体を受け入れ可能にするために十分に融通性かあり、且つまたスパッタリング処 理か実施されている間に変化する標的付勢方法を受け入れ可能にする方法によっ て、基体表面上でのイオンフラックス分布の均一性を与えることである。

本発明の原理によればスパッタリング被覆装置は、全体的に外側縁部すなわち外 縁から離され、標的の中心線上であることか好ましいとされて標的面の近くに配 置された電極を備える。この電極は、スパッタリング室の陽極および標的外縁の 周囲の暗部シールドの電圧とは異なる電圧で、それらの電圧に対して負であるこ とか好ましいとされる電圧にバイアスされるか、その電圧は標的自体の電位と同 じ負電圧ではない。中央電極は、ゼロ電圧より大きな負電圧と約２０ボルトの負 電圧（−”２０ボルト）との間の負電圧、しばしば約８ボルトの負電圧（−８ボ ルト）の範囲内とされるのか好ましい負電圧にバイアスされるのが好ましい。こ の電圧は、通常は大体数百ボルトの負電圧である対応する標的電圧と対比される 。

更に、本発明の好ましい実施例によれば、交互に付勢される同心の内側および外 側の環状プラズマリングを備えて２つのプラズマを切換えられる環状標的は、特 に外側プラズマか付勢されるときに負電位に付勢される中央電極を備えている。

標的よりも実質的に小さい負電位に付勢されたときには、外側プラズマが付勢さ れている間は中央電極によって捕捉されるには外側暗部シールドから離れ過ぎて いる漂遊電子を中央電極が吸収し、これにより外側プラズマの付勢から標的に対 する漂遊電子のボンバードメントを低減する。しかしながら中央電極の付勢は、 内側プラズマか付勢されたときにほぼ大地電位に切換えられる。何故ならば、外 側プラズマからの漂遊電子が標的の中央にて捕捉される必要がないからである。

更に、本発明によれば、中央電極の電圧は負電圧に保持され、これは電極に向け て正イオンを引き付けるのに有効であることか見いだされた。更に重要なことと してこのように配置されたバイアスされた中央を極の作用は、特別に形成された 釣合磁石構造を基体の近くに必要としないで基体表面上のイオンフラックスの分 布を均一にするということである。

最適なＩＥ電極電圧、電極電圧を調整し且つ基体表面を横断するイオンフラック スを測定することて経験的に決定されるのか好ましい。中央電極に印加される負 電圧は異なる標的、そして標的の異なる付勢構成によって異なる。負にバイアス される中央電極を使用することで、状態か変化するにつれて負電圧か変化して、 被覆される基体表面上のイオン分布の均一性に作用してこれを維持するように電 界の形状を最適化する。

本発明のこれらの、およびその他の目的は図面を参照した以下の詳細な説明から 容易に明白となろう。図面において、 図面の簡単な説明 第１図は、本発明の原理によるスパッタリング被覆装置の処理室の横断面図。

第２図は、第１図の実施例の電気回路配置を示す線図。

第２Ａ図は、本発明の他の応用例を示す第２図に類似の線図。

第３図は、第２図の回路配置による標的、ウェーハおよび電極の電圧の波形また は切換えタイミングを示す線図。

第４図は、本発明によるイオンフラックス分布を示す比較グラフ。

図面の簡単な説明 本発明か関係する形式の磁電管スパッタリング装置は以下の共通して穣渡された 米国特許および出願中の特許願に記載されており、それらは参照することで本願 にその全てか引用導入され。すなわち、 ［スパッター被覆装置のための陽極標的設計」に関する米国特許第４，８５３， ０３３号、 「磁電管スパッタリング装置におけるイオンボンバードメントの均一性を改善す る装置」に関する米国特許第４．８７１，４３３号、 「ウェーハ状材料を操作し処理する方法および装＃Ｊと題する米国特許第４，９ ０９，６７５号および第４゜９１５．５６４号、そして 「段付きウェーハをスパッター被覆する方法および装置ｊと題する１９８９年４ 月１７日付けで出願された米国特許出願一連番号第０７／３３９，３０８号であ る。

第１図は、本発明の原理によるスパッター被覆装置のスパッター被覆処理室１０ を断面で示している。室１０は米国特許第４，９０９．６７５号に開示されたス パッター処理装置の一部である。この処理室１０は主室１１の隔離された部分て 形成された真空処理室である。主室１１はブレナム壁１４によって機械環境１２ の大気から隔離されている。処理室ｌＯはブレナム壁”ｌ　４の開口１５を通し て主室１１と通じることができる。開口１５はほぼ円形である。処理室１０はデ ィスク形の回転ウェーハ移送部材１７の一部に対する処理室後面部分１’　６の 選択された動作によって主室１１から選択的に隔離されることができ、後面部分 １６とブレナム壁１４との間にシール状態で移送部材１７をクランプし、これに より処理室１０内の後面空間１９を取り囲んで処理室ｌＯを主室１１から隔離す る。

後面部分１６と反対側では、移送部材１７の前面側において処理室ｌＯは、開口 １５を取り囲むブレナム壁１４に対して真空シール状態て取り付けられている陰 極組立体モジュール２０によって機械環境１２から隔離される。このモジュール ２０すなわち処理室前面部分は後面部分１６および移送部材１７と協働して、主 室ＩＩおよび機械環境１２の両方から隔離されているシールされ隔離された処理 室を形成する。処理室ｌＯの内部には平坦なノリコンウェーハすなわちディスク の形状をした加工片２１か配置され、この加工片は処理室１０内で実施されるス パッター被覆処理において被覆か付着される表面２２を有する。ウニ　”２１は １組のクリップまたはその他の保持装置２４によってウェーッ１ホルダー２５内 に保持され、ウェーハホルダーは移送部材１７によって弾性的に担持されている 。移送部材１７は主室内で回転されてホルダー２５、従って加工片すなわちウェ ーｌ＼２１を穴１５と整合させるように運ぶことかでき、部材１７をブレナム壁 １４に対して移動させるように後面部分１６を横方向に移動させて、処理室ｌＯ がホルダー２５上のウェーハ２１の周囲に形成される。（移送部材の部分１７は 図示されていない回転可能な割り出し板て担持された横方向に移動可能なリング である。）この好ましい実施例において、ウェーハ２１は主室ｌＯの中心軸線２ ７に直角な平面内で該軸線と同心に支持され、また、これはブレナム壁１４の穴 １５とも同心である。ホルダー２５上のウェーハ２１の周囲にはディスク２９か 配置され、このディスクはウェーハ２Ｉの表面２２の被覆を意図されたか外れて しまった被覆がホルダー２５に過剰に堆積しないように少なくとも部分的に保護 する。処理室１０かウェーハ移送部材１７、ウェーハホルダー２５、後面部分１ ６の特に細部を含む一部であるようなスパッタリング装置の詳細は、上述で参照 することにより引用導入される米国特許第４，９０９，６７５号および第４゜９ １５．５６４号に記載され図示されている。

陰極組立体モジュール２０は２つの組立体、すなわち取り外し可能な陰極組立体 ３０および固定組立体部分３１を含む。固定組立体部分３１は開口１５を取り囲 むブレナム壁１４にシール状態で剛性的に取り付けられている環状筐体である。

これは、ブレナム枠１４に電気的に接地されている室１０の円筒形金属側壁３３ と、開口１５を取り囲むウェーハホルダーシールド３４と、室扉枠組立体３５と を含む。

陰極組立体３０はヒンジ取り付けされた原級立体３７に取り付けられ、これは取 り外し可能であるがソール可能な状態で陰極組立体３０は固定組立体３１に支持 する。

陰極組立体３０はスパッタリング標的４０を担持し、これは連続して滑らかな凹 形のスパッタリング面４１を有する環状凹形標的である。組立体３０は標的４０ を、その軸線を室ｌＯの軸線２７と整合させて且つそのスパッタリング面４１を ウェーハ２１の被覆される面２２に向けて、支持する。

標的２０は軸線２７と同心のほぼ円形の後板４３を有する標的ホルダーすなわち ネスト４２に支持される。標的ホルダー４２は外側円筒壁４４および直立円筒中 間壁４５を有する。外側壁４４は標的４０の外縁を取り囲む。

標的４０は外側冷却面を有し、この冷却面は標的４０かホルダー４２に取り付け られて作動温度にまで膨張したときに、ホルダー４２の内側面と一致して密接な 冷却接触状態となる。標的４０の後部の環状溝４７はホルダー４２の直角中間壁 ４５と部分的に接触して位置される。

標的ホルダーすなわちネスト４２は通常は水である冷却液体を磁界させるために 後面に複数の環状溝４８を、また外壁４４の外側に環状溝４９を有し、伝熱標的 ホルダー４２を冷却することでスパッタリング処理間に標的４０に発生する熱を 取り除く。標的４０の表面形状は、全ての標的４０か旋盤上でスパッタリング材 料のブロックを回転させて形成できることか好ましい。標的ホルダー４０は伝熱 および電導材料、好ましくは硬く焼入れした０ＦＨＣ銅または合金１１０で作ら れる。標的４０は作動的に加熱されると、膨張し、ホルダー４２の内部空間にぴ ったりと−する形状に組成変形してホルダー４２と熱を電導するように協働する のか好ましい。ホルダー４２および標的４０の協働は上述にて参照することて引 用導入された米国特許第４，８７１，４３３号に記載されているよってあるのか 好ましい。

標的組立体３０は磁石組立体５０を備えており、この磁石組立体は一対の同心の 環状磁石５１および５２、好ましくはそれぞれ内側および外側の巻線５３および ５４を存する電磁石を含み、これらは標的４２の後方の平面内に軸線２７と同心 に且つ直角に配置される。剛性的な鉄材料、例えば４１０焼き戻しステンレス鋼 が標的組立体３０の構造支持部を形成し、また、磁石５１および５２の磁極部材 を構成する。この鉄材料は円形中央板５６を含み、これは組立体３０の平面的な 後部支持部を形成し、また、磁石５１および５２の磁極部材の間に横方向の磁界 を維持する。円筒形の外側磁極部材５７か板５６に対して外縁位置で溶接され、 そこから上方へ起立してホルダー４２の外壁を取り囲む。標的外側保持リング５ ８は外側磁極部材５７の上縁にボルト止めされ、標的４０の外側環状リップ４０ ａに係止されて標的４０をホスト４２内に保持する。外側磁極部材５７およびリ ング５８の上側の露出面は金属暗部シールド５９によってシールドされ、このシ ールドは磁極部材５７または保持リング５８がスパッタリング処理されてしまう のを防止する。

暗部シールド５９は室壁３３に剛性的に固定され、従って電気的に接地される。

軸線２７をその軸線として育する内側の円筒形の磁極部材６１は標的４０の内縁 を通して突出する。この磁極部材６１は標的４０の下側のホルダー４２の中央を 通して螺合され、また、標的４０より上方に中央保持ナツト６２が螺着されてお り、このナツトが標的４０を中央穴に保持する。中央穴の部材６１はその底端部 に磁極キャップ組立体６３をボルト止めされて存する。この磁極キャップ組立体 ６３は、円形の内側板６４と、底部で板６４の外縁に溶接された円筒形の下側中 間磁極部材６５と、内縁にて下側中間磁極部材６５の外側に溶接された環状の外 側板６６と、底部で環状ｔｆ６６の外縁に溶接された下側の円筒形の外側磁極部 材６７とを含む。磁極キャップ６３の部材６４，６５．６６および６７は室１０ の軸線上に位置する共通軸線を有する。

中間円筒磁極部材６５は標的４０の後部の環状溝４７の下方に位置し、板５６を 通して連続した環状リングとしてまたは間隔を隔ててホルダー４２の後面の凹部 ６９内に突出する。剛性的な強磁性材料で作られ、中間磁極部材とほぼ同じ直径 を有するリング６９か配置され、これは標的４０の後面の環状溝４７内に入れ込 まれている。

中間磁極部材６５の上端リング６９ａに近い後板５６の表面を通して環状溝内に 位置する。この強磁性リング６９は標的４０の後部の溝４７内でホルダー４２の 中間壁４５を取り囲む。

中間磁極部材６５はリング６９ａと一緒に磁極部材を形成し、これは内側および 外側の磁石５１および５２が共通して有する。リング６９ａは磁気的に中間磁極 部材６５に連結され、有効磁極部材を標的４ｏの環状溝４７において標的４０の 表面４１の非常に近い下方位置まで延長する。剛性的な強磁性材料で強磁性リン グか作られているので、ホルダー４０の軟鋼よりも実質的に強力な構造か加熱さ れたときにそれほど膨張しない材料で作られる。このようにされると、標的４ｏ の加熱によって生じる半径方向の膨張に対して標的ホルダー４２の中間壁４５を 実質的に補強するように働き、これにより半径方向の熱膨張に対して標的４ｏを 抑止する。

中央磁極部材６１のチューブには中央電極７ｏが同心的に取り付けられており、 この電極はセラミックワッシャー７１により磁極部材６１とは電気的に絶縁され ている。中央磁極部材６１．標的４ｏ、ホルダー４２、そして中央板５６および 磁極キャップ組立体６３の全体は、同じ陰極電位に付勢される。従って、組立体 ３ｏはテフロン（商標）絶縁環状スペーサー７３によって接地固定組立体３１か ら絶縁される。

中央磁極キャップ７６は磁極キャップ組立体６３の底部に軸線２７と同心に固定 される。このキャップ組立体６３は外側冷却チューブ７７を支持し、このチュー ブは中央磁極部材６１の穴７８を通して電極７ｏまで垂直に延在し、電気的に接 続される。チューブ７７は導電性であり、キャップ７６から絶縁されて標的４ｏ または接地室壁３３とは異なる電位でｔｉ７０を付勢するようになされる。キャ ンプ７６の底部にはチューブ７７からの冷却流体を伝える出口チューブ組立体７ ９が取り付けられる。出口組立体７９の底部に連結された入口組立体８０は入口 チューブ８１を支持し、このチューブはチューブ７７の中央を通して電極７０ま で延在し、電極に対して冷却流体を供給する。水入口８３および出口８４かそれ ぞれ入口組立体８０および出口組立体７９に備えられている。同様に、冷却通路 ８５か板５６に備えられ、通路４８および４９からの冷却水を板５６の冷却水出 口８６に通じる。冷却水人口８７は砥石（グラインダー）入口ダクトを通してホ ルダー４２の通路４８および４９に通しる。

この装置のスパッター処理部分の電気回路が第２図に示されており、第２図は装 置接地接続部１００を通じて大地電位に電気的に維持された壁部３３を育するス パッタリング室１０を示す。標的電源１０２は導線１０４を通じて標的４０に典 型的に数百ポルトの負電位のエネルギーを供給する。この電圧は標的４０の表面 ４１から１つ以上のプラズマ１０６．１０８へ流れる電子の流れとして一部現れ 、プラズマは標的表面４１の上にプラズマ１０６．１０８から標的４０の表面４ １へいたるイオンフラックスによって維持される。プラズマ１０６．１０８は室 内ガスのイオン化された雲状体であり、ガス原子と衝突し合う電子として形成さ れ、ガス原子から池の電子をはぎ取る。

ウェーハ２１は大地電位に近い電位に維持されるように接続されるが、バイアス スパッタリングの場合は５０〜１００の負ボルトの範囲、図示実施例では一１０ ０ボルト、の大地に対して実質的に負となるようにバイアスされる。このバイア ス電位は電源１０２からのライン１１０として代表される導電体を通して供給さ れる。ライン１１０を通る回路の電流は、一部は、小量の電子かつ工−ハ２１の 表面２２から放出されること、および表面２２に近い空間１１２から表面２２ヘ イオンか二次流れを生じる結果として生じる。二次イオンは、ウェーハ２１から 放出された電子が空間１１２内のガスと衝突することの結果として生じる。この 電流はまた、一部は、プラズマ１０６および１０８の領域からウェーハ２１の表 面２２に衝突する電子およびイオンによって生しる。

電源１０２はまた中央電極７０に電位を付与する出力１１４を備えている。この 電位は一〇ボルト〜−２０ボルトもしくはそれより大なる負電位とされるのが好 ましい。ライン１１４を通る電流は、一部は、電極７０へ流れる電子によって生 じ、この電子はそれ以上に負に帯電された標的４０およびプラズマ１０６．１０ ８から漂遊する電子であり、プラズマ１０６．１０８に対してこれらの電子は導 電体１０４を通して戻ることで回路を完結する。しかしながらこの電流はプラズ マ＋０６．１０８から電極７０へ吸着されるイオンによって、それ以上に多く生 じるものと確信する。典型的には、この電流はＩＯ〜１００ミリアンペアの範囲 である。同様に、成程度の電流か装置接地連結部１００を経て導電体１０４、ｌ ｌＯおよび１１４を通る回路を流れるのであり、これは電子およびイオンか室壁 ３３、暗部シールド５９、そして室１０の他の接地部材に衝突する結果である。

また、それぞれリード線１１６．１１８を通じて電流を供給することて磁石５３ および５４を活性化させる１つ以上の電源＋１５と、電源１０２および１１５の 作動を第２図においてそれぞれ１２２および１２４で代表される信号線を通じて 供給される割部信号により制御する制御回路１２０とか備えられる。この回路１ １５および１２０はまた装置接地連結部１００に接続される接地部も有する。

本発明の好ましい実施例において、一度にプラズマ１０６．１０８の一方だけか 付勢される。これは、制御装置１２０からライン１２４を通じて磁石電源１１５ に与えられる信号によって磁石巻線５３．５４に対する電流をオン−オフ切換え することで達成される。磁石巻線５３．５４に対する電流は異なる電流レベル■ ７、Ｉｏに、そして第３図のグラフＡおよびＢによって代表されるように「オン 」時間Ｔ１およびＴｏを相違させるように、切換えられる。これは、スパッタリ ングがプラズマ領域１０６．１０８の下側に位置された標的４０の表面４１のそ れぞれの２つの環状領域１２６、！２８の間で切換えられるようになす。この切 換えと同期して、標的４０の電力レベルは第３図のグラフＣに示されるように２ つのレベルＰ、　、Ｐ、の間で切換えられ、この電力がそれぞれの内側および外 側の標的領域１２６．１２８からスパッタリング処理される間に別個に維持され る。電源１０２の出力１０４における電力レベルの切換え制御は、制御装置１２ ０からの制御線１２２の信号によって維持される。

スパッタリング室ｉ０におけるスパッター被覆作動の実行において、一般に標的 ４０の表面４１から放出された電子はトラップされてプラズマ１０６．１０８内 に捕捉保持されるへきことが望まれる。磁石５１．５２の配備は、それらのコイ ル５３．５４が付勢されたときに磁界１３１，１３２を発生し、これは同心的な 磁極部材６１．６５および６７の位置によって決定される標的表面４１上の環状 リング形をしたアーチ形の閉ループ磁極トンネルを形成する。これは、ここに示 され、且つまた上述にて引用導入された米国特許出願一連番号第０７／３３９． ３０８号に更に詳細に記載されたような構造に対して応用され、これにおいてプ ラズマはオンおよびオフを交互に切換えられ、また、米国特許第４，５９５，４ ８２号に記載されているようにそれらは同時に付勢される。更に米国特許第４． ６７３，４８０号に示されるように単一プラズマ構造に応用される。

プラズマ中に保持されない電子は室ＩＯの負帯電の低い部材に向けて移動し、て 、その幾分かは基体２１に衝突し、吸収される。基体に衝突する電子は電流を生 じ、これが基体の望ましくない加熱を引き起こしたり、基体あるいは基体の付着 層か非導電である箇所に集まって電荷を蓄積して最終的に電圧破損もしくはウェ ーッ１損傷を引き起こす。

漂ｙＭ：電子か基体を打撃しないように保護するために、暗部シールド５９か通 常備えられて接地され、電子を吸着し一〇吸収するようになされる。シールド５ ９は第２図または米国特許第４，５９５，４８２号のようなプラズマ標的装置の ２“つのうちの内側プラズマから隔てられ、電極７０のような中央陽極も暗部シ ールドか吸着し吸収することのできない標的表面４１の中央近くを漂遊する電子 を吸収する。これは中央電極を接地するかあるいは暗部シールドと同し電位に接 続することで通常は行われる。米国特許第４．６７３，４８０号に示され、第２ Ａ図に図解的に示された単一プラズマ装置によれば、標的４０　Ａの中央に近い 漂遊電子が暗部シールド５９Ａに吸収されるにはそこから離れ過ぎている場合、 シールド５９Ａと同じ電位に接続された中央陽極７０Ａがウェーハ中央の近くの 電子を吸収する。

バイアススパッタリングの応用において、特に第２図および第２Ａ図の強化され た磁電管において、負のバイアスが導電体１１０、ｌｌ０Ａを通じてウェーハ２ １．２１Ａに付与されてウェーハ２１．２１Ａの表面２２．２２Ａか二次イオン フラックスの作用を受ける場合、基体上のイオンフラックスの均一性はウェーハ 表面２２．２２Ａを横断して保持されて、ウェーハ被覆の均一処理か達成される ようになされねばならない。このフラックスの非均一性は、磁石５１および５２ で発生される基体表面２２の近くの磁界の形状によって少なくとも部分的に生じ 、あるいは少なくとも強まる。基体に釣合磁石を使用してこの現象を補正するこ とは米国特許第４．８７１．４３３号で教示された。第４図の曲線ＡおよびＢは 米国特許第４，８７１，４３３号の釣合磁石のある場合および無い場合の基体上 のイオンフラックス分布を示す。

本発明によれば、電極７０．７０Ａのような中央電極は比較的小さな負電圧にバ イアスされ、これは−２０ボルトまでの範囲の強さとされるべきことが見いださ れたが、最適値となるように調整される。この電圧すなわち電極７０．７０Ａの 電圧値は、基体２１．２１Ａ上に非電−イオンフラックスを発生する作用を相殺 して、釣合磁石を必要とせずに均一化する一方、標的４０．４０Ａの中央近くて 漂遊電子を効果的に吸収できるように最適化できる。更に、基体上の高いイオン フラックスレベルが、第４図の曲線Ｃにより示されるように釣合磁石の解決策に よる以上に維持てきる。本発明の結果として、イオンフラックスレベルは釣合磁 石装置の場合よりも２５０％はど増大される。更に、しばしば多くのスパッタリ ング装置に嵌め込むのか困難とされる大きな釣合磁石組立体は省略される。更に 、中央電極７０の電圧は釣合磁石で可能とされるより以上に容易に変更できる。

電極７０．７０Ａに対する最適な負電圧バイアスは装置の他のパラメータによっ て片かし、このパラメータには幾何形状および電気的パラメータの両方が含まれ る。

従って、第２図の実施例では、内側プラズマ１０６が付勢されるときに適当とさ れる例えば約ゼロであるのか好ましい電極７０の適当電圧は、外側プラズマ１０ ８か付勢されるときに適当な、図示した特定の実施例では約−２０ボルトとは同 してない。従って、第３図のグラフＤに示されるように、電極７０に対するライ ン１１４の電圧はゼロと一２０ボルトとの間でプラズマ１０６．１０８の切換え と同期して切換えられ、電極７０の電圧は図示された切換えられるプラズマ装置 におけるスパッタリングサイクルの各部分に対して最適となる。中央電極７０． ７０Ａの位置決めおよびバイアス印加の両方が基体上のイオンフラックス分布に 影響し、従ってこれらは電極７０の性能を最適化するように変化され得る。

例えば第４図の曲線りはウェーハ２１の表面上のイオンフラックス分布を示して おり、中央電極７０は電極７０が一２０ボルトの場合の分布を示す曲線Ｃと比較 して大地電位とされている。両方の曲線は、第１図および第２図の装置が外側プ ラズマ１０８だけが付勢されて作動された電極７０に関するものである。好まし く１よ、標的４０．４０Ａ、を極７０．７０Ａおよび基体２１．２１Ａの予想さ れる幾何学的関係により、電極７０．７０Ａに印加される電圧は、作動の間の最 適電圧設定を決定するために基体２１．２１Ａにおけるイオンフラックスのよう な状態を調整するように操作されねばならない。

電極７０．７０Ａの間隔は、標的４０．４０Ａの面の中心で、標的組立体が環状 でその部材か同心とされている実施例においてはほぼ標的軸線上で、標的４０お よび基体２１の間て通常は標的表面４１に近い、ことか好ましい。

本発明の好ましい実施例を記載したか、この分野に熟知した者には、変形形態が 示唆され、この基本から逸脱しないでなし得ることが明白となろう。従って、以 下のことが請求される。

ＦＩＧ、２Ａ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ 手続補正書（酸） 平成５年５月２０日しヨ 特許片長宮殿 １−事件の表示 基体上のイオンフラックス分布の均一性を改善する方法マティリアルズ　リサー チ　コーボレイシ３ン４−代理人 ５−補正命令の日付 ６、補正により増加する請求項の数 ７、補正の対象 明細書、請求の範囲及び要約書翻訳文 明細書、請求の範囲及び要約書翻訳文の浄書（内容に変更なし）国際調査報告　 ＰＣＴ／ＵＳ　９１１０６０６ｉＰＣＴ／ＵＳ　９１１０６０６１ フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＴ、　ＬＵ、　ＮＬ、　ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ 、ＴＧ）、ＡＴ、ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，ＣＳ、　ＤＥ 、　ＤＫ。

ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、ＭＣ， ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ、ＳＤ、ＳＥ、５Ｕ （７２）発明者　ヒーロニイミ、ロバートアメリカ合衆国１２５７５　ニューヨ ーク州ロック　ケイバーン、ステーション　ロード、ボックス　１４４

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. １．標的が陰極電位に保持され、陽極が少なくとも一部を標的の外縁より外側に 配置されて陽極電位に保持され、基体が標的に向けられてバイアス電位に保持さ れるような、真空処理室内で実施されるバイアススパッター被覆処理において基 体上に対するイオンフラックス分布の均一性を改善する方法であって、 標的および基体の間に標的外縁から隔てて電極を備え、この電極を陽極電位およ び標的電位とは独立する電位に保持し、そして 基体上のイオンフラックスの分布均一性を改善するように電極の電位を調整する 諸段階を含んでなる方法。
2. ２．請求項１の方法であって、 基体におけるイオンフラックス分布を測定し、そしてこの測定イオンフラックス 分布の均一性を改善するために調整された電極電位を選択する諸段階を更に含ん でなる方法。
3. ３．請求項１の方法であって、 電極が標的中心に対して直角な線上の大体の位置に備えられた方法。
4. ４．請求項１の方法であって、 電極が標的表面に近い位置に備えられた方法。
5. ５．処理パラメータが変化する場合の基体上のイオンフラックス分布の均一性を 改善する請求項１の方法であって、 パラメータの変化に続いて電極の電位を再調整し、基体に対するイオンフラック スの分布均一性を改善するようになす段階を更に含む方法。
6. ６．標的の寿命にわたって処理パラメータが変化する場合の基体上のイオンフラ ックス分布の均一性を改善する請求項６の方法であって、 スパッター被覆処理における標的の使用に続いて電極電位の調整し直し段階を実 施する段階を更に含む方法。
7. ７．磁界が標的面上に保持されてその内部に電子をトラップするとともに標的表 面の領域上にスパッタリングが生じる標的表面の領域にわたってプラズマを支持 し、この磁界が基体上に対するイオンフラックス分布の非均一性を引き起こすよ うな、真空処理室内で実施されるバイアススパッター被覆処理において基体上の イオンフラックス分布の均一性を改善する請求項１の方法であって、電極の電位 が磁界によって生じた分布の非均一性を補償するように調整される方法。
8. ８．請求項１の方法であって、 電極が陽極の電位に対して約２０ボルト以上でない負電位に保持される方法。
9. ９．標的が陰極電位に保持され、陽極が少なくとも一部を標的の外縁より外側に 配置されて陽極電位に保持され、そして基体が標的に向けられて陽極電位に対し て負のバイアス電位に保持されて、被覆処理の実施の間にイオンフラックスを基 体に衝突させるような、真空処理室内で実施されるバイアススパッター被覆処理 において基体をスパッター被覆する方法であって、標的および基体の間に標的外 縁から隔てて電極を備え、この電極を陽極電位に対して負で、標的電位およびバ イアス電位に対して正な電位に保持し、これにより基体上のイオンフラックス分 布の均一性が改善される諸段階を含んでなる方法。
10. １０．請求項９の方法であって、 電極が陽極電位に保持されるとき以上に基体上のイオンフラックス分布の均一性 がいっそう均一化されるような電位に電極が保持される方法。
11. １１．請求項９の方法であって、 基体上のイオンフラックス分布の均一性を改善するように電極の電位を調整する 段階を更に含んでなる方法。
12. １２．標的が環状であり、スパッタリングの生じる標的の領域が環状で標的と同 心である請求項９の方法であって、 電極が標的とほぼ同心の位置に備えられている方法。
13. １３．請求項９の方法であって、 電極が標的の表面の近くに備えられている方法。
14. １４．磁界が標的表面の上に保持されてその内部に電子をトラップするように、 また、標的表面の領域の上にプラズマを支持するようになされ、この磁界が基体 上のイオンフラックス分布の非均一性を引き起こすような請求項９の方法であっ て、 電極の電位が分布の非均一性を補償するように選択される方法。
15. １５．異なる標的領域が単一部材の標的上に選択的に保持され、各領域が電子を トラップしてプラズマを標的表面上に支持する磁界を有し、磁界が領域の上に保 持されている間にその領域からのスパッタリングを引き起こすようになされる請 求項９の方法であって、電極の電位が磁界の選択された維持に従って変化する方 法。
16. １６．磁界が異なる標的領域の上に磁界を交互に保持するように切換えられる請 求項１５の方法であって、電極の電位が磁界の選択的な維持を切換える磁界の切 換えに同期して交互に切換えられる方法。
17. １７．標的が環状であり、領域が環状で標的の中心と同心である請求項１６の方 法であって、 電極が標的の中心にほぼ直角な線上位置に備えられている方法。
18. １８．請求項９の方法であって、 電極が陽極の電位に対して約２０ボルト以上でない負電位に保持される方法。
19. １９．被覆された基体を製造するスパッター被覆方法であって、 標的が陰極電位に保持され、陽極が少なくとも一部を標的の外縁より外側に配置 されて陽極電位に保持され、そして基体が標的に向けられて陽極電位に対して負 のバイアス電位に保持されて、被覆処理の実施の間にイオンフラックスを基体に 衝突させるような、真空処理室内で実施されるバイアススパッター被覆処理にお いて基体をスパッター被覆し、 標的および基体の間に標的外縁から隔てて電極を備え、この電極を陽極電位に対 して負で、標的電位およびバイアス電位に対して正な電位に保持し、これにより 基体上のイオンフラックス分布の均一性を改善する諸段階を含んでなる方法。
20. ２０．請求項１９の方法であって、 電極が陽極電位に保持されるとき以上に基体上のイオンフラックス分布の均一性 がいっそう均一化されるような電位に電極が保持される方法。
21. ２１．請求項１９の方法であって、 基体上のイオンフラックス分布の均一性を改善するように電極の電位を調整する 段階を更に含んでなる方法。
22. ２２．標的が環状であり、スパッタリングの生じる標的の領域が環状で標的と同 心である請求項１９の方法であって、 電極が標的とほぼ同心の位置に備えられている方法。
23. ２３．バイアススパッター被覆装置であって、真空処理室と、 この室内で陰極電位に保持され、外周縁を形成する外縁を有する標的と、 標的の外縁の部分的に少なくとも外側にて室内に配置され、陽極電位に保持され た陽極と、 室内に支持されて標的に向けられた基体をバイアス電位に保持する手段と、 標的および基体の間に支持され、標的外縁から隔てられた電極と、 この電極を陽極電位および標的電位とは独立した電位に保持する手段とを含んで なるバイアススパッター被覆装置。
24. ２４．請求項２３の装置であり、 電極電位保持手段が電極を、電極が陽極電位に保持されるより以上に基体上のイ オンフラックス分布の均一性が均一化される電位に保持するように作動する装置 。
25. ２５．請求項２３の装置であって、 電極バイアス手段が基体上のイオンフラックス分布の均一性を改善するために電 極の電位を変化させるように調整可能である装置。
26. ２６．請求項２３の装置であり、 標的が環状形で中心部に穴を有し、そしてこの装置が穴を通して電気的に延在す る電極のための支持部を含んでいる装置。
27. ２７．請求項２３の装置であって、 磁界を標的領域の上に保持してその内部に電子をトラップするように、また、そ の領域の上にプラズマを支持するようになす磁石であって、この磁界は基体に向 かって延在され、この磁界は基体上にイオンフラックスを非均一状態で衝突させ るような形状とされ、そして電極の前記電位が、基体上のイオンフラックス分布 がいっそう均一化されるように磁石によって生じるイオンフラックス分布の非均 一性を部分的に少なくとも補償するような値に保持される装置。
28. ２８．請求項２３の装置であって、 電極が標的の中心にほぼ直角な線上位置に配置されている装置。
29. ２９．請求項２３の装置であって、 電極が標的の表面に近い位置に配置されている装置。
30. ３０．請求項２３の装置であって、 電極が陽極の電位に対して約２０ボルト以上でない負電位に保持される装置。
31. ３１．請求項２３の装置であって、 基体上のイオンフラックス分布に異なる作用を与えるようにスパッタリングを変 化させるように標的のパラメータを変化させる手段と、 パラメータ変化手段の作動に従って電極の電位を変化させる手段を更に含む装置 。
32. ３２．請求項２３の装置であって、 電極が陽極の電位に対して負である電位に保持される装置。
33. ３３．バイアススパッター被覆装置であって、真空処理室と、 この室内に保持され、スパッタリング面と、外周縁を形成する外縁とを有する標 的と、 標的の外縁の部分的に少なくとも外側にて室内に配置され、陽極電位に保持され た陽極と、 室内に支持されて標的に向けられた基体をバイアス電位に保持する手段と、 標的および基体の間に支持され、標的外縁から隔てられた電極と、 この電極を陽極電位および標的電位とは独立した電位に保持する手段と、 標的の表面上に異なるスパッタリング領域を保持する手段であって、各領域の上 に磁界を選択的に発生して電子をトラップし、且つまたその領域上にプラズマを 支持し、磁界がそれらの上に形成されたときにその領域からのスパッタリングを 引き起こす手段と、磁界の選択された保持に従って電極の電位を変化させる手段 とを含んでなるバイアススパッター被覆装置。
34. ３４．請求項３３の装置であって、 標的が環状形で中央に穴を有し、そしてこの装置がこの穴を通して延在する電極 の支持部を含んでなる装置。
35. ３５．請求項３３の装置であって、 電極が標的の中心に対してほぼ直角な線上の位置に配置されている装置。