同心円状の中空陰極マグネトロンスパッタ源
これまで得られていたものよりも１または２桁低い圧力で高速の堆積を可能にする新規のスパッタ源が開示される。これにより、基板のイオンおよび電子損傷が低減されたより高密度の膜がもたらされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にスパッタ源、より詳細には、マグネトロンスパッタ源に関するとともに、物質の堆積、より詳細には、物質の堆積のためのスパッタ源の利用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロン増強スパッタ源を使用する物質の堆積は、３０年間以上使用されている。図１には、一般的な円形マグネトロンスパッタ源の断面図が示されている。スパッタ源１００は真空チャンバ１０１内に配置されている。真空チャンバ１０１は、ポート１０９を介して真空ポンプ（図示省略）に取り付けられている。磁石１０６は２つの同心円状のリングに配列されて、鉄ヨーク１０７に取り付けられ、その結果、ターゲット１０８を貫通してターゲット表面１０９と大部分が平行１１０である強力な磁場１０４がもたらされる。ターゲット表面１０９と平行な強力な磁場１１０は、一般的に３００ガウスを越えるが、ターゲット表面１０９近傍の気体イオンを捕捉し、それがスパッタリングに利用可能なイオンの桁違いの増加をもたらし、それに対応するスパッタ率の増加をもたらす。電源（図示省略）ＤＣまたはＲＦは、チャンバ１０１からターゲット１０８に電気的に取り付けられている。気体、典型的にはアルゴンは、一般的に３×１０Ｅ−３乃至１×１０Ｅ−２トールの圧力に、ＭＦＣ１１１を介して真空チャンバ１０１内に計量されながら供給される。電源が作動されて、電圧が、ＤＣ電源用に３００−４００ボルトに、ＲＦ電源用に１−１０ｋＷに上昇されて、それによりターゲット表面１０９のスパッタリングがもたらされる。ターゲット物質１０８は、基板１０５上に堆積され、その基板は、一般的に温度制御されているチャック０３により定位置で保持される。そのような配置構成は、ターゲット１０８から基板表面１０５への物質の堆積速度を、磁石１０６無しのスパッタリングと比較して、１０乃至１００倍増加させる。
【０００３】
その他の様々な磁石の配置構成がスパッタリングに使用されているが、すべて、ターゲットの表面を貫通する磁場と、ターゲット表面に平行な磁場とに基づくものである。図２には、中空陰極２００として知られる一例が示されている。中空陰極２００は、真空チャンバ１０１内に配置され、この真空チャンバは真空ポンプ（図示省略）に取り付けられ、図１と同じ気体注入ポート１１０を備える。中空陰極２００は、真空チャンバ１０１内に配置され、この真空チャンバは真空ポンプ（図示省略）に取り付けられ、図１と同じ気体注入ポート１１０を備える。中空陰極２００は筒状ハウジング２０２により構成される。磁石２０６の２つのリングが、鉄ヨーク２０７に取り付けられ、それによりターゲット２０８を通り抜ける強力な磁場２０４がもたらされている。ＤＣまたはＲＦ電源（図示省略）は、図１と同様に、真空チャンバ１０１からターゲット２０８に取り付けられている。アルゴンが、ポート１１０を介して真空チャンバ内１０１に導入され、３−１０×１０Ｅ−３トールの圧力に、ＭＦＣ１１１により一般的に計量されながら供給される。電源が作動されて、ＤＣ電源用に３００−４００ボルト、ＲＦ電源用に一般に１−１０ｋＷとされる。磁界２１０がターゲット表面２０９と大部分が平行な位置で、スパッタリングが生じる。基板への堆積速度は、磁石無しの堆積速度の何倍も大きい。中空陰極２００は、方向性スパッタリングをもたらし、アスペクト比、すなわちアスペクト比＞５：１を有する特性で基板へのスパッタリングに使用される。
【０００４】
よって、必要とされるのは、低圧力で高速の堆積を可能にするシステムおよび方法である。本発明は、このような必要性に対処するものである。
【発明の概要】
【０００５】
これまで得られていたものよりも１または２桁低い圧力で高速の堆積を可能にする新規のスパッタ源が開示される。これにより、基板へのイオンおよび電子損傷が低減されたより高密度の膜がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、一般的な円形マグネトロンスパッタ源の断面の一例を示している。
【図２】図２は、中空陰極として知られる先行技術の一例を示している。
【図３】図３は、本発明を示すもので、円形ハウジングにより構成されるスパッタ源の断面図を示している。
【図４】図４は、本発明の平面図であり、六角形に配列された内側リングの磁石および外側リングの磁石を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、一般にスパッタ源、より詳細には、マグネトロンスパッタ源に関するとともに、物質の堆積、より詳細には、物質の堆積のためのスパッタ源の利用に関するものである。以下の説明は、本発明を当業者が作成および使用することを可能にするために提示されるとともに、特許出願およびその要件との関連で提供されるものである。本明細書に記載の好ましい実施形態および基本原理および特徴に対する様々な変更が当業者にとって直ちに明らかなものとなるであろう。すなわち、本発明は、ここに示す実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に記載の原理および特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。
【０００８】
本発明は、“同心円状の中空陰極スパッタ源”であり、図３に示されている。図３は、円形ハウジング３０２により構成されるスパッタ源３００の断面図である。二列の磁石３０６，３１９の外側六角形リングが、鉄ヨーク３０２に取り付けられ、二列の磁石３０６，３１９の内側六角形リングが、鉄ヨーク３０２に取り付けられ、二列の磁石３１３，３１８の内側六角形リングも、鉄ヨーク３０２に取り付けられている。鉄ヨーク３０２は、すべての磁石からの磁束のための帰還路である。
【０００９】
図４は、本発明の平面図であり、六角形に配列された磁石３１３の内側リングおよび磁石３０６の外側リングを示している。３の側部（サイド）、４の側部など、その他の構成も可能であるが、６の側部が好ましい構成である。磁石はすべて鉄ヨーク３０７に取り付けられている。
【００１０】
図３を参照すると、磁場は３成分を有している。第１成分は、上列の外側磁石３１９から下列の外側磁石３０６に向かう、外側列のターゲット３１２を通り抜ける磁場３１４であり、その大部分が外側ターゲット表面３０９と平行で、表面３０９近傍においてイオンを捕捉し、外側ターゲット表面３１２から高速スパッタリングをもたらす。第２磁場３１６は、内側列の上側磁石３１８から内側列の下側磁石３１３に生成されて、内側ターゲット３０８を通り抜けるものであり、内側ターゲット表面３２２と大部分が平行で、この内側ターゲット表面３２２でイオンを捕捉し、内側ターゲット表面３２２から高速スパッタリングをもたらす。第３磁場３０４は、外側リングの上側磁石３１９から内側リングの磁石３１８に生成される。同様の磁場３２１が、外側リングの下側磁石３０６と内側リングの下側磁石３１３との間のキャビティ３１５の底部で生成される。磁場３０４および３２１はキャビティ３１５内でイオンおよび電子を捕捉し、その結果、キャビティ３１５内のイオン密度が増加するとともに、２×１０Ｅ−５乃至１×１０Ｅ−２トールの圧力、好ましくは５×１０Ｅ−５乃至５×１０Ｅ−４トールの圧力で、スパッタリングすることが可能になる。面線源１００および中空陰極２００のようなその他のマグネトロンスパッタ源は、３×１０Ｅ−３乃至１×１０Ｅ−２トールの圧力を必要とする。この同心円状の中空源３００の低圧力は、スパッタリングプロセスで使用されて堆積膜内に捕捉されるアルゴンまたはその他の気体の少ない、より高密度のスパッタ膜をもたらす。また、低圧力は、気体分子とスパッタ物質との間の衝突を減少させる真空における平均自由行程を増加させ、それにより、基板表面における到達スパッタ物質の平均エネルギーが増加し、それが、堆積物質密度をも増加させる。キャビティ３１５内のイオンおよび電子を捕捉することの第２の利点は、基板表面１０５に到達するイオンおよび電子の数が、面線源１００または中空陰極２００と比較して大幅に減少することである。基板表面１０５に到達するイオンおよび電子の減少によって、基板表面１０５上に組み立てられた半導体デバイスに与えられるイオンおよび電子損傷が大幅に低減される。
【００１１】
本明細書に示す実施形態に従って本発明を説明してきたが、当業者であれば、実施形態の変形例が存在し得るものであり、それら変形例が本発明の趣旨および範囲内にあることを容易に認識するであろう。例えば、スプライスはアルミニウムのような導電性材料から形成することが望ましいが、その表面に導電性能が加えられた非導電性材料を利用して形成することも可能であり、その使用も、本発明の趣旨および範囲内であろう。よって、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変更が可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にスパッタ源、より詳細には、マグネトロンスパッタ源に関するとともに、物質の堆積、より詳細には、物質の堆積のためのスパッタ源の利用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロン増強スパッタ源を使用する物質の堆積は、３０年間以上使用されている。図１には、一般的な円形マグネトロンスパッタ源の断面図が示されている。スパッタ源１００は真空チャンバ１０１内に配置されている。真空チャンバ１０１は、ポート１０９を介して真空ポンプ（図示省略）に取り付けられている。磁石１０６は２つの同心円状のリングに配列されて、鉄ヨーク１０７に取り付けられ、その結果、ターゲット１０８を貫通してターゲット表面１０９と大部分が平行１１０である強力な磁場１０４がもたらされる。ターゲット表面１０９と平行な強力な磁場１１０は、一般的に３００ガウスを越えるが、ターゲット表面１０９近傍の気体イオンを捕捉し、それがスパッタリングに利用可能なイオンの桁違いの増加をもたらし、それに対応するスパッタ率の増加をもたらす。電源（図示省略）ＤＣまたはＲＦは、チャンバ１０１からターゲット１０８に電気的に取り付けられている。気体、典型的にはアルゴンは、一般的に３×１０Ｅ−３乃至１×１０Ｅ−２トールの圧力に、ＭＦＣ１１１を介して真空チャンバ１０１内に計量されながら供給される。電源が作動されて、電圧が、ＤＣ電源用に３００−４００ボルトに、ＲＦ電源用に１−１０ｋＷに上昇されて、それによりターゲット表面１０９のスパッタリングがもたらされる。ターゲット物質１０８は、基板１０５上に堆積され、その基板は、一般的に温度制御されているチャック０３により定位置で保持される。そのような配置構成は、ターゲット１０８から基板表面１０５への物質の堆積速度を、磁石１０６無しのスパッタリングと比較して、１０乃至１００倍増加させる。
【０００３】
その他の様々な磁石の配置構成がスパッタリングに使用されているが、すべて、ターゲットの表面を貫通する磁場と、ターゲット表面に平行な磁場とに基づくものである。図２には、中空陰極２００として知られる一例が示されている。中空陰極２００は、真空チャンバ１０１内に配置され、この真空チャンバは真空ポンプ（図示省略）に取り付けられ、図１と同じ気体注入ポート１１０を備える。中空陰極２００は、真空チャンバ１０１内に配置され、この真空チャンバは真空ポンプ（図示省略）に取り付けられ、図１と同じ気体注入ポート１１０を備える。中空陰極２００は筒状ハウジング２０２により構成される。磁石２０６の２つのリングが、鉄ヨーク２０７に取り付けられ、それによりターゲット２０８を通り抜ける強力な磁場２０４がもたらされている。ＤＣまたはＲＦ電源（図示省略）は、図１と同様に、真空チャンバ１０１からターゲット２０８に取り付けられている。アルゴンが、ポート１１０を介して真空チャンバ内１０１に導入され、３−１０×１０Ｅ−３トールの圧力に、ＭＦＣ１１１により一般的に計量されながら供給される。電源が作動されて、ＤＣ電源用に３００−４００ボルト、ＲＦ電源用に一般に１−１０ｋＷとされる。磁界２１０がターゲット表面２０９と大部分が平行な位置で、スパッタリングが生じる。基板への堆積速度は、磁石無しの堆積速度の何倍も大きい。中空陰極２００は、方向性スパッタリングをもたらし、アスペクト比、すなわちアスペクト比＞５：１を有する特性で基板へのスパッタリングに使用される。
【０００４】
よって、必要とされるのは、低圧力で高速の堆積を可能にするシステムおよび方法である。本発明は、このような必要性に対処するものである。
【発明の概要】
【０００５】
これまで得られていたものよりも１または２桁低い圧力で高速の堆積を可能にする新規のスパッタ源が開示される。これにより、基板へのイオンおよび電子損傷が低減されたより高密度の膜がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、一般的な円形マグネトロンスパッタ源の断面の一例を示している。
【図２】図２は、中空陰極として知られる先行技術の一例を示している。
【図３】図３は、本発明を示すもので、円形ハウジングにより構成されるスパッタ源の断面図を示している。
【図４】図４は、本発明の平面図であり、六角形に配列された内側リングの磁石および外側リングの磁石を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、一般にスパッタ源、より詳細には、マグネトロンスパッタ源に関するとともに、物質の堆積、より詳細には、物質の堆積のためのスパッタ源の利用に関するものである。以下の説明は、本発明を当業者が作成および使用することを可能にするために提示されるとともに、特許出願およびその要件との関連で提供されるものである。本明細書に記載の好ましい実施形態および基本原理および特徴に対する様々な変更が当業者にとって直ちに明らかなものとなるであろう。すなわち、本発明は、ここに示す実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に記載の原理および特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。
【０００８】
本発明は、“同心円状の中空陰極スパッタ源”であり、図３に示されている。図３は、円形ハウジング３０２により構成されるスパッタ源３００の断面図である。二列の磁石３０６，３１９の外側六角形リングが、鉄ヨーク３０２に取り付けられ、二列の磁石３０６，３１９の内側六角形リングが、鉄ヨーク３０２に取り付けられ、二列の磁石３１３，３１８の内側六角形リングも、鉄ヨーク３０２に取り付けられている。鉄ヨーク３０２は、すべての磁石からの磁束のための帰還路である。
【０００９】
図４は、本発明の平面図であり、六角形に配列された磁石３１３の内側リングおよび磁石３０６の外側リングを示している。３の側部（サイド）、４の側部など、その他の構成も可能であるが、６の側部が好ましい構成である。磁石はすべて鉄ヨーク３０７に取り付けられている。
【００１０】
図３を参照すると、磁場は３成分を有している。第１成分は、上列の外側磁石３１９から下列の外側磁石３０６に向かう、外側列のターゲット３１２を通り抜ける磁場３１４であり、その大部分が外側ターゲット表面３０９と平行で、表面３０９近傍においてイオンを捕捉し、外側ターゲット表面３１２から高速スパッタリングをもたらす。第２磁場３１６は、内側列の上側磁石３１８から内側列の下側磁石３１３に生成されて、内側ターゲット３０８を通り抜けるものであり、内側ターゲット表面３２２と大部分が平行で、この内側ターゲット表面３２２でイオンを捕捉し、内側ターゲット表面３２２から高速スパッタリングをもたらす。第３磁場３０４は、外側リングの上側磁石３１９から内側リングの磁石３１８に生成される。同様の磁場３２１が、外側リングの下側磁石３０６と内側リングの下側磁石３１３との間のキャビティ３１５の底部で生成される。磁場３０４および３２１はキャビティ３１５内でイオンおよび電子を捕捉し、その結果、キャビティ３１５内のイオン密度が増加するとともに、２×１０Ｅ−５乃至１×１０Ｅ−２トールの圧力、好ましくは５×１０Ｅ−５乃至５×１０Ｅ−４トールの圧力で、スパッタリングすることが可能になる。面線源１００および中空陰極２００のようなその他のマグネトロンスパッタ源は、３×１０Ｅ−３乃至１×１０Ｅ−２トールの圧力を必要とする。この同心円状の中空源３００の低圧力は、スパッタリングプロセスで使用されて堆積膜内に捕捉されるアルゴンまたはその他の気体の少ない、より高密度のスパッタ膜をもたらす。また、低圧力は、気体分子とスパッタ物質との間の衝突を減少させる真空における平均自由行程を増加させ、それにより、基板表面における到達スパッタ物質の平均エネルギーが増加し、それが、堆積物質密度をも増加させる。キャビティ３１５内のイオンおよび電子を捕捉することの第２の利点は、基板表面１０５に到達するイオンおよび電子の数が、面線源１００または中空陰極２００と比較して大幅に減少することである。基板表面１０５に到達するイオンおよび電子の減少によって、基板表面１０５上に組み立てられた半導体デバイスに与えられるイオンおよび電子損傷が大幅に低減される。
【００１１】
本明細書に示す実施形態に従って本発明を説明してきたが、当業者であれば、実施形態の変形例が存在し得るものであり、それら変形例が本発明の趣旨および範囲内にあることを容易に認識するであろう。例えば、スプライスはアルミニウムのような導電性材料から形成することが望ましいが、その表面に導電性能が加えられた非導電性材料を利用して形成することも可能であり、その使用も、本発明の趣旨および範囲内であろう。よって、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変更が可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内の同心円状のスパッタ源であって、
外側リングにある２列の磁石と、内側リングにある２列の磁石とを備えることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項２】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
前記外側リングの２列の磁石および前記内側リングの２列の磁石は、上側のリングの磁極が内側リングの上側の磁石を引き寄せるとともに外側リングの磁石も引き寄せ、かつ内側リングの下側の磁石が外側リングの下側の磁石を引き寄せるように、配列されていることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項３】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
前記外側リングの磁石が、磁場の帰還路である第１鉄ヨークに取り付けられ、前記内側リングの磁石が、磁場の帰還路である第２鉄ヨークに取り付けられていることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項４】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
内側および外側の磁石のリングが、３またはそれ以上の側部からなることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項５】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
内側および外側の磁石のリングが、望ましくは６の側部からなることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項６】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
ターゲット表面における磁場が、２００−１０００ガウスであることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項７】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
ターゲット表面における磁場が、望ましくは３００−４００ガウスであることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項８】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
外側の磁石のリングから内側の磁石のリングに至る磁場が、３００−１０００ガウスであることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項９】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
外側の磁石のリングから内側の磁石のリングに至る磁場が、望ましくは３００−４００ガウスであることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項１０】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
前記真空チャンバが、２×１０Ｅ−５トールの低い圧力で動作することを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項１】
真空チャンバ内の同心円状のスパッタ源であって、
外側リングにある２列の磁石と、内側リングにある２列の磁石とを備えることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項２】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
前記外側リングの２列の磁石および前記内側リングの２列の磁石は、上側のリングの磁極が内側リングの上側の磁石を引き寄せるとともに外側リングの磁石も引き寄せ、かつ内側リングの下側の磁石が外側リングの下側の磁石を引き寄せるように、配列されていることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項３】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
前記外側リングの磁石が、磁場の帰還路である第１鉄ヨークに取り付けられ、前記内側リングの磁石が、磁場の帰還路である第２鉄ヨークに取り付けられていることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項４】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
内側および外側の磁石のリングが、３またはそれ以上の側部からなることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項５】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
内側および外側の磁石のリングが、望ましくは６の側部からなることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項６】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
ターゲット表面における磁場が、２００−１０００ガウスであることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項７】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
ターゲット表面における磁場が、望ましくは３００−４００ガウスであることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項８】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
外側の磁石のリングから内側の磁石のリングに至る磁場が、３００−１０００ガウスであることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項９】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
外側の磁石のリングから内側の磁石のリングに至る磁場が、望ましくは３００−４００ガウスであることを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【請求項１０】
請求項１に記載の同心円状のスパッタ源において、
前記真空チャンバが、２×１０Ｅ−５トールの低い圧力で動作することを特徴とする同心円状のスパッタ源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５１５２５９（Ｐ２０１２−５１５２５９Ａ）
【公表日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４５３４０（Ｐ２０１１−５４５３４０）
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３１５５０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９２０９７
【国際公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（５１１１６９７４８）４ディー−エス ピーティワイ リミテッド (2)
【氏名又は名称原語表記】４Ｄ−Ｓ Ｐｔｙ Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３１５５０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９２０９７
【国際公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（５１１１６９７４８）４ディー−エス ピーティワイ リミテッド (2)
【氏名又は名称原語表記】４Ｄ−Ｓ Ｐｔｙ Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
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