真空中の表面のプラズマ処理方法およびそのための装置
真空処理プロセスから所定の２次元の処理結果の平面分布を有する基板の表面を実現するために、不均一な密度分布のプラズマ（５）が発生され、このプラズマが所定の移動により基板（９）に対して相対的に移動し、プラズマ放電を供給する電気出力が時間的に変化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板のマグネトロンスパッタコーティングにおいて生じている需要から出発する。しかし、本発明によって見出された解決策は、真空処理プロセスによって処理される基板表面に一般的に使用できることが判明している。
【０００２】
定義
本発明の枠組の中で真空処理プロセスおよび対応する基板に及ぼす前記真空処理プロセスの作用のもとに以下のプロセスが理解されている。
ａ）プラズマ支援により材料が反応性または非反応性のプラズマエッチングの場合のように基板表面から除去されるプロセス、
ｂ）反応性のプラズマ支援による後処理、たとえば基板表面材料の後酸化のような、材料が基板表面で改質されるプロセス、
ｃ）反応性であれ、非反応性であれ、あるいはプラズマ励起ＣＶＤ法を利用するものであれ、材料が基板表面上に塗布されるプロセス。その際に材料が固相からプロセス雰囲気中に遊離され、直接的またはガスと反応後に基板表面で取り去られる場合、これは、排他的に前記材料の遊離が固体相から材料ソースに生じ、そこでただ１種の物質のみの固相が存在するときに観察されるプロセスである。
【背景技術】
【０００３】
プロセス雰囲気中へ遊離するために、固相中に異なる材料を有する２つまたはそれ以上のソースが存在する場合、遊離プロセスおよび対応する材料もしくは個々の材料を有するコーティングプロセスの各々はそれ自体真空処理プロセスとみなされる。このような場合に同時に２つまたはそれ以上の処理プロセスが実施される。
【０００４】
マグネトロンスパッタコーティングの基板表面において、すでに今日、それぞれ基板の表面に垂直の断面でこの分布を観察すると、良好な層厚分布が達成されている。しかし前記断面でそれぞれ良ないし非常に良として生じる層厚分布を相互に−つまり断面から断面へ−比較すると、ここに層厚分布として表面全体にわたり２次元的に観察して不満足な分布が生じている。たとえばスパッタコーティングされた円盤状の基板に層厚が基板周縁に沿って受容されるとき、多くのアプリケーション目的に対し全く満足できない分布が生じる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の課題は、基本的に表面が所定の２次元の処理結果の平面分布を有する、真空処理プロセスによって処理された表面を備える基板の製造方法を提案することである。本発明によって見出された解決策は、
−局所的に不均一な密度分布を有するプラズマ放電を発生すること、
−基板が不均一な密度分布のプラズマ放電の作用にさらされること、
−処理結果の分布が、
−不均一な密度分布と基板との所定の相対運動の発生と、
−放電を供給する電気出力の所定の時間的変化および／または必要な場合は基板をバイアスに印加する所定の別の電気信号の発生と、
−前記変化および前記移動の調整と、によって発生すること、にその本質がある。
【０００６】
たとえば処理結果の所定の均一な平面分布を達成するために、期待されるような、可能な限り均一な密度分布のプラズマ放電が目指されず、局所的に不均一であるプラズマ放電
、すなわち明らかに他の領域よりも増大したプラズマ密度をもつ領域を有する。不均一な密度分布と出力変化の相対運動の調整を限定することによって基板表面で処理結果の平面分布が調整される。
【０００７】
両方の量、すなわち前記の運動および前記の時間的変化は、それによって調整される独立の量もしくは前記量に依存する関数「処理結果分布」の変数として使用される。
【０００８】
本発明と同一の出願人のヨーロッパ特許第１ ２５４ ９７０号明細書から以下が知られている。
【０００９】
マグネトロンスパッタリング配列から様々な物質がプロセス雰囲気中で遊離される。様々な物質からなるターゲット部はそれぞれ１つのソースを形成し、該ソースで各物質がプロセス雰囲気中に遊離される。ターゲット部によって形成された個々の固形物質ソースは、その際に共通のマグネトロン配列から動かされる。様々な物質によりそれぞれ両方のソースの各スパッタリング条件に調整し、かつただ１つのマグネトロン配列を利用して調整するために、一方でマグネトロン配列のマグネトロン磁界が所定のターゲット部へ移動され、それによって基板と相対的にも移動され、ターゲット材料特異的に磁界移動と共に両方のソースを介してスパッタ出力も時間で変化される。それによって両方のソースの様々なスパッタ特性を構造的に極く簡単にマグネトロン配列から考慮することも可能である。
【００１０】
好ましい変形態様において優れた極大密度を有する少なくとも１つの領域を有するプラズマ放電が作られる。
【００１１】
所定の相対運動の発生は、第１実施形態において、放電が作られる真空受容体に対して基板が移動されることによって実現される。この場合不均一な密度分布のプラズマ放電は、その極大密度 − および極小密度の位置で、受容体中に固定して保持でき、あるいは該受容体中で同様に移動することができる。
【００１２】
しかし、好ましい実施形態において、さらに好ましくは基板の固定保持によって所定の相対運動の発生が真空受容体に対する不均一な密度分布の所定の移動によって作られる。
【００１３】
本発明に係る製造方法のもう１つの好ましい実施形態において、不均一な密度分布は磁界を利用して少なくとも同時に作られる。
【００１４】
それによって、ここで特に好ましい実施形態に従って、不均一なプラズマ密度分布の相対運動を実現する簡単な可能性、すなわち磁界分布が同様に不均一な、放電が作られる受容体中で移動されることによって作られる。
【００１５】
プラズマ放電は、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）、ＤＣとＡＣの組合せを利用して、あるいは高周波（Ｈｆ）を利用して作られる。同様に、必要な場合は、基板がＤＣ、ＡＣ、ＤＣとＡＣの組合せまたはＨｆ供給を利用してバイアスに印加させることができ、その場合に好ましくはプラズマ放電を働かせる電気信号の変化に付加して、このバイアス信号が付与されて時間的に変化される。この関連性でＡＣ信号の時間的変化について述べるときは、該信号の角度 − または振幅変化、つまり前記信号の変調が意味されている。
【００１６】
本発明に係る方法の最も好ましい実施形態において、真空処理プロセスはマグネトロンスパッタプロセスとして形成され、所定の相対運動が少なくともターゲットスパッタ面に対するマグネトロントンネル磁界の所定の移動によっても実現される。
【００１７】
マグネトロンスパッタリングの場合、ターゲットのスパッタ面全体に磁界が発生され、
この磁界は、スパッタ面から出て、次にスパッタ面に再び入り込むため、ある区間で本質的にターゲット面と平行に延びる力線によって１つまたは複数のトンネル状の力線パターンを形成する磁界を作ることが知られている。力線がスパッタ面と平行に延びる該力線の領域に集中して周知の効果、アバランシェ効果、増加したプラズマ密度のチューブ状の領域によって発生する。これはスパッタ面が増大して浸食される増加したプラズマ密度の前記領域にあり、マグネトロンスパッタリングとの関係で知られる浸食穴になる。ここで特にターゲット材料をより良く利用するために、とりわけターゲット下方に移動したマグネトロン配列を設けることによって、力線パターンをスパッタコーティング中にスパッタ面に沿って移動することが知られている。
【００１８】
そこから、すでにその箇所に基板に対して不均一なプラズマ密度分布を移動する手段を設けているために、本方法による実行に特にマグネトロンスパッタリングが好適であることが明らかである。
【００１９】
従って、基本的に好適に、真空受容体の外部および／または内部の磁界発生配列の機械的移動によって、基板に対してプラズマの局所的に不均一な密度分布の相対運動が実現される。
【００２０】
このような配列は、たとえば電磁石、コイル配列、たとえばヘルムホルツコイル、偏向コイルによって、ターゲット下方の磁石配列を備えるマグネトロンで回転させ、または所定のｘ−およびｙ−移動、直線的および相互依存性で移動されることによって実現される。しかしまた機械的移動の代わりに、固定して取り付けられたコイル配列の制御された時間変数の駆動によって、磁界を電気的に移動することができる。磁界発生器の機械的移動と、この場合さらに機械的にも移動できるコイルの電気的な時間変数の駆動は、どのようにでも組み合わせることができる。
【００２１】
目下、基板の移動は、現実性からみて、あまり好適ではないと思われる。
【００２２】
本発明に係る方法の別の好ましい実施形態において、所定の相対運動と所定の時間的変化とがそれぞれ周期的に発生され、その依存関係は同期によって作られる。この場合、一般的にそれぞれ発生した周期性を等しく形成する必要がないことを指摘しておく。前記の時間的変化および前記の相対運動の周期は全く異なっていてよく、しかも一方の周期が他方の整数倍でもよく、あるいは周期は互いに非整数的関係であってもよい。
【００２３】
本発明に係る方法の別の好ましい実施形態において、放電を利用して固形物が処理雰囲気中で遊離される。さらに前記雰囲気中に反応性ガスが入れられる。表面上の固形物と反応性ガスの成分との間の化合比の分布は処理結果として調整される。
【００２４】
たとえば固形物として１種の金属が反応性ガスを含む処理雰囲気中で遊離される場合、表面に沈積する化合物質の化学量論の分布が達成されるべき処理結果の意味で調整される。
【００２５】
本発明に係る方法の特に好ましい実施形態において、処理結果は前記表面のコーティングである。しかしこの場合、処理結果は処理表面のエッチング、両方の、コーティングまたはエッチング、反応性または非反応性であってもよい。
【００２６】
本発明に係る方法の別の好ましい実施形態において、処理終了前に、処理中間結果が測定され、目標処理中間結果と比較され、比較結果の関数で所定の相対運動および／または時間的変化が後調整される。この場合、さらに好ましくは、真空遮断なしに前記測定が行われる。その際に基板は完全に真空から他方へ、たとえば処理雰囲気から測定雰囲気に移
行することができ、あるいは前記測定は、さらに好ましくは、現位置（ｉｎ ｓｉｔｕ）で基板処理中に、つまり処理プロセス雰囲気中で行われる。次に、さらに好ましくは、この測定結果が測定された制御量として、所定の相対運動および／または時間的変化を処理結果制御のための調整量として設定する制御回路に供給される。
【００２７】
提案された方法は、特に表面音波に基づいてまたは「体積音波」によって作動するコンポーネントの製造に適している。
【００２８】
特に本発明に係る製造方法を実施するための、本発明に係るプラズマ処理チャンバは、請求項２０に詳細に規定し、その好ましい実施形態は、請求項２１および２２に規定する。
【００２９】
本発明は、以下、たとえば図を利用して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１を利用して、本発明に係る製造方法ならびに本発明に係る処理チャンバの基本原理を紹介する。セレクタスイッチ３ａで概略的に示したように、接地または必要な場合は別の基準電位φ1に電気的に印加されている真空受容体１の中に、プラズマ放電区間５が設けられており、電極５ａと電極５ｂとにより概略的に示している。プラズマ放電区間５は発生器７を利用して電気的に駆動され、これはＤＣ−、ＡＣ−、ＤＣ＋ＡＣ−またはＨｆ発生器としてよい。もちろん所定のプラズマ放電の分類に従って電極５ａ、５ｂも当業者によく知られているように形成される。
【００３１】
さらにセレクタスイッチ３ｂを概略的に示しているように、発生器７はそれぞれの使用目的に応じて電気的に移動して接地電位または別の基準電位φ2に印加することができ、これはもちろん同じφ1を選択してもよい。
【００３２】
発生器７は変調入力７MODを有し、該変調入力に基本的に区間５に供給する電気信号Ｅ5を、ＤＣ値および／または位相および／または振幅および／または時間推移に対する時間で変調することができる。
【００３３】
プラズマ放電区間５は、プラズマ放電区間５が不均一な密度分布のプラズマを発生するように形成されている。２次元の不均一なプラズマ密度分布は図１にρPLで、たとえば極大密度Ｍで示している。プラズマ密度分布ρPLは、基板９に対して所定の運動で移動できる。
【００３４】
当業者に、局所的にプラズマ密度を上昇させ（たとえば移動したプラズマビーム）と共に不均一なプラズマ密度分布を作り、かつ移動させるその他の措置も充分に知られているが、図１はこれを磁界を利用して実現する可能性を示している。そのためにプラズマ内に局所的に、たとえば制御されて移動するコイル配列により磁界
【００３５】
【数１】
【００３６】
が作られる。放電区間５内の磁界分布は、コイル配列Ｌの機械的移動によって、図１にモータ駆動装置１３で概略的に示したように移動する。コイル配列Ｌの駆動装置１３によって励起された運動は、制御入力１３SX、１３SYでそれぞれ駆動装置１３のｘ−およびｙ−方向に付与されている。本発明の枠内において、基板担体もしくは基板９に対して所定の
移動のプラズマの不均一な密度分布ρPLが励起されることが本質的であり、これは図１に従ってプラズマ区間５内の磁界分布の対応する所定の移動によって行われる。
【００３７】
プラズマ放電区間５の電気供給信号Ｅ5の変調に代わりまたは付加して、基板担体もしくは基板９は、信号発生器１５を利用してバイアスに、基本的には再びＤＣ、ＡＣ、ＡＣ＋ＤＣまたはＨｆに印加することができる。これは、別のセレクタスイッチ３ｃで概略的に示しているように、接地電位または別の基準電位φ3に関係する。
【００３８】
基板担体９のこのバイアス印加が考慮されている場合、発生器１５は、好ましくは変調入力１５MODも有し、この変調入力にバイアス信号が、すでにプラズマ放電区間５の駆動のための信号Ｅ5に対して説明したように、時間で変調もしくは変化される。
【００３９】
各記号は以下を表す：
Ｅs：プラズマ放電の電気供給信号（電流および／または電圧）
Ｂ（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））：基板に対する分布ρPLのｘ／ｙ移動、略してＢでも表す。
Ｅ9：基板バイアス信号
Ｅ5、ＢもしくはＥ9、Ｂが周期的信号である場合、対応して７MCD、１３Sもしくは５MOD、１３Sで調整され、各振幅、時間的信号経過（パルス、台形、三角形、正弦等々）のほかに、それらに信号周期もしくは−周波数も調整される。
【００４０】
図１を利用して示されたように、処理される基板表面に対する不均一なプラズマ密度分布ρPLの相対運動は、受容体１に対するプラズマ密度分布ρPLの変位もしくは移動によって行うことができる。しかし、もちろん必要な場合は付加的に基板担体もしくは基板９を受容体１に対して移動することも全く可能である。処理時間全体にわたって見ると、および前記移動によって調整可能のパターンによれば、基板表面は連続的に不均一なプラズマ密度分布ρPLによって上塗されることが本質的である。同時に、上述のように、放電電圧もしくは放電電流の変化および／または、考慮されている場合、バイアス電圧の変化を基板で全時間にわたり行われる。
【００４１】
基板に対する不均一なプラズマ密度分布ρPLの移動に関して、この移動は２次元（ｘ、ｙ）であることを指摘しておかなければならない。
【００４２】
図２に、さらに大幅に概略的に、基板担体２１上の円盤状の基板１９を平面図で示している。図１のプロセスチャンバ１はこの図面に示していない。ここでも描いていないプラズマ放電区間に真空受容体内に固定してプラズマ放電ＰＬが、図２に示すように、本質的に２次元の不均一なプラズマ密度分布ρPLにより調整される。駆動装置１３Xおよび１３yを利用して基板担体２１と共に、基板１９がチャンバに固定される不均一な密度分布ρPLと相対的に移動される。制御信号１３SXにより基板担体のｘ移動が駆動され、制御信号１３SYによりｙ移動が駆動される。
【００４３】
図３に、たとえば時間ｔにわたり移動B（ｘ、ｙ）ならびにＥ5もしくはＥ9の経過が示されている。図３に示した移動ＢXおよびＢyは、同じ周期Ｔを有し、他方、信号Ｅ5もしくはＥ9は周期Ｔ’＝（１／２）×Ｔを有する。周期信号で相互の位相状態が調整される。位相状態Δφxyがｘ方向の移動とｙ方向の移動との間で、ならびに位相状態がＥ5と、たとえばＢx、ΔφEBとの間で調整される。この場合、２もしくは３信号の周期は整数または非整数の有理係数だけシフトさせることができる。この周期が周期的である場合、好ましくは位相シフトΔφxy、ΔφESが調整され、信号は位相ロックの意味で同期される。さらに好ましくはＢxに対して、極大値および極小値Ｂmaxx、Ｂminxまたは移動シフトＢHXが調整され、同様に、図３に示したように、ｙ移動成分ならびにＥ5もしくはＥ9に対しても調整される。さらに好ましくは、各信号の時間経過が、図３に（ａ）でＢxの経過で
示すように調整される。
【００４４】
特に前記の量とその相互の調整の対応する選択によって、本発明によりプラズマ処理された基板表面で処理結果の平面分布が調整される。
【００４５】
図１および２を利用して示したような方法によって、処理結果として、エッチングプロフィルを基板表面で非反応性または反応性エッチング方法で調整することができる。プラズマ励起化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）の場合も、図示した方式により、観察した基板表面上に沈積した層の平面プロフィルを調整することができる。反応性方法で、またはＰＥＶＣＤ法の場合も、一定の反応性ガス分圧が基板表面にわたって調整されるとき、図示した方法は、層厚もしくは化学量論比に対して標定して堆積層の生ずる平面分布を整えることを可能にする。
【００４６】
上述のように、本発明の本質により処理される基板表面に対して不均一なプラズマ密度分布ρPLが移動されている。
【００４７】
とりわけ不均一なプラズマ密度分布は、その箇所にトンネル状の磁界ループに沿って高いプラズマ密度の領域がターゲットスパッタ面にわたって作られることによって、マグネトロンスパッタリングに使用される。冒頭に述べたように、マグネトロンスパッタリングの場合、特に、たとえばターゲットの下で移動する磁石配列を設けることによって、ターゲット材料利用の増加の理由から、トンネル磁界領域と共に不均一なプラズマ密度分布を移動することは、充分普通に行われている。従ってマグネトロンスパッタリングは、本発明に係る方法に従って使用されるために、まさに理想的に提供される。この場合、マグネトロン放電は、ＤＣ、ＡＣ、ＡＣ＋ＤＣの組合せ、またはＨｆで駆動させることができる。さらに、これは反応性マグネトロンスパッタリングまたは非反応性マグネトロンスパッタリングとしてよい。
【００４８】
冒頭に述べたように、本発明もマグネトロンスパッタコーティング技術から生じる需要に対応して作られており、図１ないし３を利用して説明したように、まったく基本的に基板表面に沿ってプラズマ処理の作用−もしくは結果分布の調整に拡大される。
【００４９】
図４に、本発明に係る真空処理チャンバをマグネトロンスパッタコーティングチャンバの形態で表しており、このチャンバで本発明に係る製造方法が実施される。真空チャンバ３０は、ポンプ装置３２を介して排気可能である。ターゲットバックプレート４４上に被スパッタリング材料からなるターゲット３３が取り付けられる。真空チャンバ３０の外部のターゲットバックプレート４４の後部に磁石システム３５がある。この磁石システムは、それに対して非対称的に配置された、たとえば平面図で腎臓形−これは図６を参照されたい−の永久磁石４０の配列を有する、中心軸Ａ周りに駆動される回動可能の磁石担体ディスク３６を含む。必要な場合は磁石配列の磁石４０を駆動し、Ｒで示したようにその軸Ａ周りの回動ωに加えて半径方向にも駆動して移動させることができる。磁石配列４０を利用して、概略的にＨで示したように、特に不均一な磁界が基板担体４３上の基板４５に対して移動される。
【００５０】
磁石配列３５の回動は、制御入力３７Sを有するモータによって発生され、検出器配列３７を利用して走査される。検出器ユニット３７の走査パルスＩは、ユニット４１で調整可能に時間遅延される、τ：出力側で時間遅延したパルスＩ（τ）、たとえば正弦状の信号Ｅ5をトリガもしくは同期する。従って図３に戻ってτΔφEBで設定される。発生器３８、３８sの別の制御入力でＥ5の正弦状の信号成分の長さが調整される。
【００５１】
処理チャンバ３０の中へ、４２で示したように、作業ガス好ましくはアルゴン用のガス
管が接合され、必要な場合は同じガス供給部を介して、しかし好ましくは概略的に５０で示したガス噴射器を利用して、反応性ガスが反応性マグネトロンスパッタコーティングのためにプロセス空間の中に流される。
【００５２】
基板４５の表面上に少なくとも近似的に等しく分布された反応性ガスの分圧が発生され、不均一な密度分布のマグネトロンプラズマの移動の調整と、プラズマ放電出力Ｅ5の時間的誘導とによって、基板表面に沿って層の組成分布または層厚分布を調整することができる。
【００５３】
図５により本発明に係る方法の実施中に現位置で測定装置５１を利用して、たとえばエリプソメータ法を利用して、電気抵抗測定、表面のプロフィル測定が光学的反射法等を利用して固定式、場合により可動式の測定感知器を用いて、処理結果の分布が基板５４の表面で検出される。測定結果ｘは微分ユニット５６で所定の結果分布Ｗと比較される。この場合、すでに実行された処理時間に対して２次元の基準となる目標分布と、瞬間的に測定によって算出された結果分布の比較が行われる。実分布（Ｘ）と目標分布（Ｗ）との間の偏差は、計算ユニットＲを介してプラズマ放電用の発生器ユニット５８および／または不均一なプラズマ密度分布ρPLの移動用の案内ユニット６０の調整信号５８sとして基板表面に対して供給される。発生時に把握される処理作用のこの種の現位置制御に代わり、所定のまたは指定可能の処理時間部分後に基板を処理チャンバから測定チャンバへ、真空条件を維持したまま移行し、そこで中間結果としてそれまでに達成された処理結果もしくはその分布を検出し、基板を処理チャンバへ戻して案内し、そこで対応して適合された量を不均一なプラズマ密度分布とプラズマ放電出力Ｅ5の移動に対してプロセスをさらに誘導することも充分可能である。
【００５４】
以下、本発明に従って実施されたマグネトロンスパッタコーティングによる、原理的に図５に示したような装置を利用する製造方法で達成されるような結果を紹介する。
【００５５】
実験構造：
・処理チャンバ：ＣＬＣ ２００ ＢＢ２８１１００ ｘ
・真空ポンプ：Ｃｒｙｏ ＣＴＩ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ ＰＪ９７４４４４５
・マグネトロン磁石システム：ＭＢ ３００ＤＫ ＡＬＮ０２
・ＤＣ電源：Ｐｉｎｎａｃｌｅ（アドバンスト・エナジー社）、ａｄ ｃｕｐ １０ ｋＷ Ｍ／Ｎ ３１５２４３６−１００Ａで補完
・層厚記録：スペクトル・エリプソメータＷＶＡＳＥ Ｍ−２０００Ｆ、３．３３３型
・基板：６インチ−シリコーンウェハ
・窒素含有雰囲気中のアルミニウムターゲットＡｌＮからのマグネトロンスパッタコーティング
・放電出力の平均値：
【００５６】
【数２】
【００５７】
・出力変調形式：正弦
・出力変調周波数：５．９５Ｈｚ
・出力変調Ｅ5による図４記載の磁石配列回動ωの調整可能の位相ロック
・調整可能のＥ5の変調シフト。
【００５８】
図６は一定の回転速度ωで駆動されるマグネトロン配列の磁石システムを表す平面図で
ある。
【００５９】
図７に６インチ基板による処理結果すなわちＡｌＮ層と反応性マグネトロンスパッタコーティングの平面分布を示している。ａ１：放電出力Ｅ5の変調なしの基準例である。
【００６０】
変調シフト５．６％によりここでプラズマ出力Ｅ5がロックされた位相ΔφEB＝０で変調された。図８はその結果を示す。
【００６１】
図９記載の層厚分布は、さらにロックされた９０゜の位相ΔφEBで放電出力５．６％の変調シフトで生じる。
【００６２】
さらに変調シフト５．６％の順守と、さらにΔφEB＝１８０゜への位相回転により、図１０記載の分布が生じる。さらに位相差ΔφEBが２７０゜に上昇すると、図１１に示すような分布となった。さらに一様の変調シフトにより最終的に位相状態がΔφEB＝１９５゜に最適化された。図１２に示した分布が生じる。
【００６３】
図１３記載の分布を得るために、ここでさらに図１２により一定に負荷した位相状態ΔφEB＝１９５゜で変調シフトが５．６％から８．７％に上昇する。
【００６４】
初めに位相最適化で、次に変調シフト最適化によるシーケンスから、本発明に従って一方で不均一な密度分布のプラズマとプラズマ放電供給信号の時間変化との間の移動の調整によって、所望の平面作用分布、ここでは層厚分布を、どのように達成できるかが明らかである。つまり、たとえば図１３に従って、どのように所望の方位角と半径方向に可能な限り均一に、すなわち一様な層厚分布を達成できるかが明らかである。
【００６５】
図１４に、これまでと多少異なる視点から本発明の主適用を概略的に示している。上述のように、本発明により達成された処理結果の分布の１つが層厚分布である。図１４に従って平らな基板の表面Ｔに、本発明による方法に従って、表面Ｓと、表面Ｔに沿った厚さｄの分布とを有する層が堆積する。基板の平らな表面Ｔに、座標系ｘT／ｙTおよびｚTで、場所ｘ0／ｙ0におかれるとき、ｚ軸は前記場所で面法線ＮTの方向を有する。層表面Ｓで、ここで本発明により同一の場所ｘ0／ｙ0に面法線Ｎ5が面法線ＮTの方向に対して空間的に傾斜しており、場所ｘ0／ｙ0で表面Ｓ内の座標系に相当する。本質的に平らな基板表面Ｔに対する層表面Ｓの前記傾斜または一般的に平らではない表面Ｔが層傾斜と呼ばれる。本発明の本質的な適用事例は、層傾斜を空間的に所定の比率に置くことであり、しかも必要な場合は基板表面Ｔに沿って局所的に異なることである。本発明に従って目指されている層傾斜は、この場合少なくとも表面Ｔの領域で零とすることができ、その場合は方向Ｎsが方向ＮTと一致する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の製造方法を実施するための、また本発明を原理的に説明するための、本発明により使用する処理チャンバの概略図である。
【図２】さらに本発明による不均一な密度分布のプラズマ中で移動する基板の概略的平面図である。
【図３】たとえば、基板と不均一なプラズマの密度分布との間の移動経過ならびに、たとえば、プラズマを供給する電気出力の時間的経過である。
【図４】本発明に係る方法がマグネトロンスパッタソースを利用して実現された本発明に係る処理チャンバの簡略な縦断面図である。
【図５】基板処理中に発生する処理結果の現位置検出と、制御された方法としての本発明による方法の誘導の概略図である。
【図６】図４記載の装置に以下に示す実験に使用されたマグネトロン磁石配列の配置の平面図である。
【図７】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図８】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図９】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図１０】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図１１】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図１２】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図１３】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図１４】本発明により達成された層傾斜の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板のマグネトロンスパッタコーティングにおいて生じている需要から出発する。しかし、本発明によって見出された解決策は、真空処理プロセスによって処理される基板表面に一般的に使用できることが判明している。
【０００２】
定義
本発明の枠組の中で真空処理プロセスおよび対応する基板に及ぼす前記真空処理プロセスの作用のもとに以下のプロセスが理解されている。
ａ）プラズマ支援により材料が反応性または非反応性のプラズマエッチングの場合のように基板表面から除去されるプロセス、
ｂ）反応性のプラズマ支援による後処理、たとえば基板表面材料の後酸化のような、材料が基板表面で改質されるプロセス、
ｃ）反応性であれ、非反応性であれ、あるいはプラズマ励起ＣＶＤ法を利用するものであれ、材料が基板表面上に塗布されるプロセス。その際に材料が固相からプロセス雰囲気中に遊離され、直接的またはガスと反応後に基板表面で取り去られる場合、これは、排他的に前記材料の遊離が固体相から材料ソースに生じ、そこでただ１種の物質のみの固相が存在するときに観察されるプロセスである。
【背景技術】
【０００３】
プロセス雰囲気中へ遊離するために、固相中に異なる材料を有する２つまたはそれ以上のソースが存在する場合、遊離プロセスおよび対応する材料もしくは個々の材料を有するコーティングプロセスの各々はそれ自体真空処理プロセスとみなされる。このような場合に同時に２つまたはそれ以上の処理プロセスが実施される。
【０００４】
マグネトロンスパッタコーティングの基板表面において、すでに今日、それぞれ基板の表面に垂直の断面でこの分布を観察すると、良好な層厚分布が達成されている。しかし前記断面でそれぞれ良ないし非常に良として生じる層厚分布を相互に−つまり断面から断面へ−比較すると、ここに層厚分布として表面全体にわたり２次元的に観察して不満足な分布が生じている。たとえばスパッタコーティングされた円盤状の基板に層厚が基板周縁に沿って受容されるとき、多くのアプリケーション目的に対し全く満足できない分布が生じる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の課題は、基本的に表面が所定の２次元の処理結果の平面分布を有する、真空処理プロセスによって処理された表面を備える基板の製造方法を提案することである。本発明によって見出された解決策は、
−局所的に不均一な密度分布を有するプラズマ放電を発生すること、
−基板が不均一な密度分布のプラズマ放電の作用にさらされること、
−処理結果の分布が、
−不均一な密度分布と基板との所定の相対運動の発生と、
−放電を供給する電気出力の所定の時間的変化および／または必要な場合は基板をバイアスに印加する所定の別の電気信号の発生と、
−前記変化および前記移動の調整と、によって発生すること、にその本質がある。
【０００６】
たとえば処理結果の所定の均一な平面分布を達成するために、期待されるような、可能な限り均一な密度分布のプラズマ放電が目指されず、局所的に不均一であるプラズマ放電
、すなわち明らかに他の領域よりも増大したプラズマ密度をもつ領域を有する。不均一な密度分布と出力変化の相対運動の調整を限定することによって基板表面で処理結果の平面分布が調整される。
【０００７】
両方の量、すなわち前記の運動および前記の時間的変化は、それによって調整される独立の量もしくは前記量に依存する関数「処理結果分布」の変数として使用される。
【０００８】
本発明と同一の出願人のヨーロッパ特許第１ ２５４ ９７０号明細書から以下が知られている。
【０００９】
マグネトロンスパッタリング配列から様々な物質がプロセス雰囲気中で遊離される。様々な物質からなるターゲット部はそれぞれ１つのソースを形成し、該ソースで各物質がプロセス雰囲気中に遊離される。ターゲット部によって形成された個々の固形物質ソースは、その際に共通のマグネトロン配列から動かされる。様々な物質によりそれぞれ両方のソースの各スパッタリング条件に調整し、かつただ１つのマグネトロン配列を利用して調整するために、一方でマグネトロン配列のマグネトロン磁界が所定のターゲット部へ移動され、それによって基板と相対的にも移動され、ターゲット材料特異的に磁界移動と共に両方のソースを介してスパッタ出力も時間で変化される。それによって両方のソースの様々なスパッタ特性を構造的に極く簡単にマグネトロン配列から考慮することも可能である。
【００１０】
好ましい変形態様において優れた極大密度を有する少なくとも１つの領域を有するプラズマ放電が作られる。
【００１１】
所定の相対運動の発生は、第１実施形態において、放電が作られる真空受容体に対して基板が移動されることによって実現される。この場合不均一な密度分布のプラズマ放電は、その極大密度 − および極小密度の位置で、受容体中に固定して保持でき、あるいは該受容体中で同様に移動することができる。
【００１２】
しかし、好ましい実施形態において、さらに好ましくは基板の固定保持によって所定の相対運動の発生が真空受容体に対する不均一な密度分布の所定の移動によって作られる。
【００１３】
本発明に係る製造方法のもう１つの好ましい実施形態において、不均一な密度分布は磁界を利用して少なくとも同時に作られる。
【００１４】
それによって、ここで特に好ましい実施形態に従って、不均一なプラズマ密度分布の相対運動を実現する簡単な可能性、すなわち磁界分布が同様に不均一な、放電が作られる受容体中で移動されることによって作られる。
【００１５】
プラズマ放電は、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）、ＤＣとＡＣの組合せを利用して、あるいは高周波（Ｈｆ）を利用して作られる。同様に、必要な場合は、基板がＤＣ、ＡＣ、ＤＣとＡＣの組合せまたはＨｆ供給を利用してバイアスに印加させることができ、その場合に好ましくはプラズマ放電を働かせる電気信号の変化に付加して、このバイアス信号が付与されて時間的に変化される。この関連性でＡＣ信号の時間的変化について述べるときは、該信号の角度 − または振幅変化、つまり前記信号の変調が意味されている。
【００１６】
本発明に係る方法の最も好ましい実施形態において、真空処理プロセスはマグネトロンスパッタプロセスとして形成され、所定の相対運動が少なくともターゲットスパッタ面に対するマグネトロントンネル磁界の所定の移動によっても実現される。
【００１７】
マグネトロンスパッタリングの場合、ターゲットのスパッタ面全体に磁界が発生され、
この磁界は、スパッタ面から出て、次にスパッタ面に再び入り込むため、ある区間で本質的にターゲット面と平行に延びる力線によって１つまたは複数のトンネル状の力線パターンを形成する磁界を作ることが知られている。力線がスパッタ面と平行に延びる該力線の領域に集中して周知の効果、アバランシェ効果、増加したプラズマ密度のチューブ状の領域によって発生する。これはスパッタ面が増大して浸食される増加したプラズマ密度の前記領域にあり、マグネトロンスパッタリングとの関係で知られる浸食穴になる。ここで特にターゲット材料をより良く利用するために、とりわけターゲット下方に移動したマグネトロン配列を設けることによって、力線パターンをスパッタコーティング中にスパッタ面に沿って移動することが知られている。
【００１８】
そこから、すでにその箇所に基板に対して不均一なプラズマ密度分布を移動する手段を設けているために、本方法による実行に特にマグネトロンスパッタリングが好適であることが明らかである。
【００１９】
従って、基本的に好適に、真空受容体の外部および／または内部の磁界発生配列の機械的移動によって、基板に対してプラズマの局所的に不均一な密度分布の相対運動が実現される。
【００２０】
このような配列は、たとえば電磁石、コイル配列、たとえばヘルムホルツコイル、偏向コイルによって、ターゲット下方の磁石配列を備えるマグネトロンで回転させ、または所定のｘ−およびｙ−移動、直線的および相互依存性で移動されることによって実現される。しかしまた機械的移動の代わりに、固定して取り付けられたコイル配列の制御された時間変数の駆動によって、磁界を電気的に移動することができる。磁界発生器の機械的移動と、この場合さらに機械的にも移動できるコイルの電気的な時間変数の駆動は、どのようにでも組み合わせることができる。
【００２１】
目下、基板の移動は、現実性からみて、あまり好適ではないと思われる。
【００２２】
本発明に係る方法の別の好ましい実施形態において、所定の相対運動と所定の時間的変化とがそれぞれ周期的に発生され、その依存関係は同期によって作られる。この場合、一般的にそれぞれ発生した周期性を等しく形成する必要がないことを指摘しておく。前記の時間的変化および前記の相対運動の周期は全く異なっていてよく、しかも一方の周期が他方の整数倍でもよく、あるいは周期は互いに非整数的関係であってもよい。
【００２３】
本発明に係る方法の別の好ましい実施形態において、放電を利用して固形物が処理雰囲気中で遊離される。さらに前記雰囲気中に反応性ガスが入れられる。表面上の固形物と反応性ガスの成分との間の化合比の分布は処理結果として調整される。
【００２４】
たとえば固形物として１種の金属が反応性ガスを含む処理雰囲気中で遊離される場合、表面に沈積する化合物質の化学量論の分布が達成されるべき処理結果の意味で調整される。
【００２５】
本発明に係る方法の特に好ましい実施形態において、処理結果は前記表面のコーティングである。しかしこの場合、処理結果は処理表面のエッチング、両方の、コーティングまたはエッチング、反応性または非反応性であってもよい。
【００２６】
本発明に係る方法の別の好ましい実施形態において、処理終了前に、処理中間結果が測定され、目標処理中間結果と比較され、比較結果の関数で所定の相対運動および／または時間的変化が後調整される。この場合、さらに好ましくは、真空遮断なしに前記測定が行われる。その際に基板は完全に真空から他方へ、たとえば処理雰囲気から測定雰囲気に移
行することができ、あるいは前記測定は、さらに好ましくは、現位置（ｉｎ ｓｉｔｕ）で基板処理中に、つまり処理プロセス雰囲気中で行われる。次に、さらに好ましくは、この測定結果が測定された制御量として、所定の相対運動および／または時間的変化を処理結果制御のための調整量として設定する制御回路に供給される。
【００２７】
提案された方法は、特に表面音波に基づいてまたは「体積音波」によって作動するコンポーネントの製造に適している。
【００２８】
特に本発明に係る製造方法を実施するための、本発明に係るプラズマ処理チャンバは、請求項２０に詳細に規定し、その好ましい実施形態は、請求項２１および２２に規定する。
【００２９】
本発明は、以下、たとえば図を利用して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１を利用して、本発明に係る製造方法ならびに本発明に係る処理チャンバの基本原理を紹介する。セレクタスイッチ３ａで概略的に示したように、接地または必要な場合は別の基準電位φ1に電気的に印加されている真空受容体１の中に、プラズマ放電区間５が設けられており、電極５ａと電極５ｂとにより概略的に示している。プラズマ放電区間５は発生器７を利用して電気的に駆動され、これはＤＣ−、ＡＣ−、ＤＣ＋ＡＣ−またはＨｆ発生器としてよい。もちろん所定のプラズマ放電の分類に従って電極５ａ、５ｂも当業者によく知られているように形成される。
【００３１】
さらにセレクタスイッチ３ｂを概略的に示しているように、発生器７はそれぞれの使用目的に応じて電気的に移動して接地電位または別の基準電位φ2に印加することができ、これはもちろん同じφ1を選択してもよい。
【００３２】
発生器７は変調入力７MODを有し、該変調入力に基本的に区間５に供給する電気信号Ｅ5を、ＤＣ値および／または位相および／または振幅および／または時間推移に対する時間で変調することができる。
【００３３】
プラズマ放電区間５は、プラズマ放電区間５が不均一な密度分布のプラズマを発生するように形成されている。２次元の不均一なプラズマ密度分布は図１にρPLで、たとえば極大密度Ｍで示している。プラズマ密度分布ρPLは、基板９に対して所定の運動で移動できる。
【００３４】
当業者に、局所的にプラズマ密度を上昇させ（たとえば移動したプラズマビーム）と共に不均一なプラズマ密度分布を作り、かつ移動させるその他の措置も充分に知られているが、図１はこれを磁界を利用して実現する可能性を示している。そのためにプラズマ内に局所的に、たとえば制御されて移動するコイル配列により磁界
【００３５】
【数１】
【００３６】
が作られる。放電区間５内の磁界分布は、コイル配列Ｌの機械的移動によって、図１にモータ駆動装置１３で概略的に示したように移動する。コイル配列Ｌの駆動装置１３によって励起された運動は、制御入力１３SX、１３SYでそれぞれ駆動装置１３のｘ−およびｙ−方向に付与されている。本発明の枠内において、基板担体もしくは基板９に対して所定の
移動のプラズマの不均一な密度分布ρPLが励起されることが本質的であり、これは図１に従ってプラズマ区間５内の磁界分布の対応する所定の移動によって行われる。
【００３７】
プラズマ放電区間５の電気供給信号Ｅ5の変調に代わりまたは付加して、基板担体もしくは基板９は、信号発生器１５を利用してバイアスに、基本的には再びＤＣ、ＡＣ、ＡＣ＋ＤＣまたはＨｆに印加することができる。これは、別のセレクタスイッチ３ｃで概略的に示しているように、接地電位または別の基準電位φ3に関係する。
【００３８】
基板担体９のこのバイアス印加が考慮されている場合、発生器１５は、好ましくは変調入力１５MODも有し、この変調入力にバイアス信号が、すでにプラズマ放電区間５の駆動のための信号Ｅ5に対して説明したように、時間で変調もしくは変化される。
【００３９】
各記号は以下を表す：
Ｅs：プラズマ放電の電気供給信号（電流および／または電圧）
Ｂ（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））：基板に対する分布ρPLのｘ／ｙ移動、略してＢでも表す。
Ｅ9：基板バイアス信号
Ｅ5、ＢもしくはＥ9、Ｂが周期的信号である場合、対応して７MCD、１３Sもしくは５MOD、１３Sで調整され、各振幅、時間的信号経過（パルス、台形、三角形、正弦等々）のほかに、それらに信号周期もしくは−周波数も調整される。
【００４０】
図１を利用して示されたように、処理される基板表面に対する不均一なプラズマ密度分布ρPLの相対運動は、受容体１に対するプラズマ密度分布ρPLの変位もしくは移動によって行うことができる。しかし、もちろん必要な場合は付加的に基板担体もしくは基板９を受容体１に対して移動することも全く可能である。処理時間全体にわたって見ると、および前記移動によって調整可能のパターンによれば、基板表面は連続的に不均一なプラズマ密度分布ρPLによって上塗されることが本質的である。同時に、上述のように、放電電圧もしくは放電電流の変化および／または、考慮されている場合、バイアス電圧の変化を基板で全時間にわたり行われる。
【００４１】
基板に対する不均一なプラズマ密度分布ρPLの移動に関して、この移動は２次元（ｘ、ｙ）であることを指摘しておかなければならない。
【００４２】
図２に、さらに大幅に概略的に、基板担体２１上の円盤状の基板１９を平面図で示している。図１のプロセスチャンバ１はこの図面に示していない。ここでも描いていないプラズマ放電区間に真空受容体内に固定してプラズマ放電ＰＬが、図２に示すように、本質的に２次元の不均一なプラズマ密度分布ρPLにより調整される。駆動装置１３Xおよび１３yを利用して基板担体２１と共に、基板１９がチャンバに固定される不均一な密度分布ρPLと相対的に移動される。制御信号１３SXにより基板担体のｘ移動が駆動され、制御信号１３SYによりｙ移動が駆動される。
【００４３】
図３に、たとえば時間ｔにわたり移動B（ｘ、ｙ）ならびにＥ5もしくはＥ9の経過が示されている。図３に示した移動ＢXおよびＢyは、同じ周期Ｔを有し、他方、信号Ｅ5もしくはＥ9は周期Ｔ’＝（１／２）×Ｔを有する。周期信号で相互の位相状態が調整される。位相状態Δφxyがｘ方向の移動とｙ方向の移動との間で、ならびに位相状態がＥ5と、たとえばＢx、ΔφEBとの間で調整される。この場合、２もしくは３信号の周期は整数または非整数の有理係数だけシフトさせることができる。この周期が周期的である場合、好ましくは位相シフトΔφxy、ΔφESが調整され、信号は位相ロックの意味で同期される。さらに好ましくはＢxに対して、極大値および極小値Ｂmaxx、Ｂminxまたは移動シフトＢHXが調整され、同様に、図３に示したように、ｙ移動成分ならびにＥ5もしくはＥ9に対しても調整される。さらに好ましくは、各信号の時間経過が、図３に（ａ）でＢxの経過で
示すように調整される。
【００４４】
特に前記の量とその相互の調整の対応する選択によって、本発明によりプラズマ処理された基板表面で処理結果の平面分布が調整される。
【００４５】
図１および２を利用して示したような方法によって、処理結果として、エッチングプロフィルを基板表面で非反応性または反応性エッチング方法で調整することができる。プラズマ励起化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）の場合も、図示した方式により、観察した基板表面上に沈積した層の平面プロフィルを調整することができる。反応性方法で、またはＰＥＶＣＤ法の場合も、一定の反応性ガス分圧が基板表面にわたって調整されるとき、図示した方法は、層厚もしくは化学量論比に対して標定して堆積層の生ずる平面分布を整えることを可能にする。
【００４６】
上述のように、本発明の本質により処理される基板表面に対して不均一なプラズマ密度分布ρPLが移動されている。
【００４７】
とりわけ不均一なプラズマ密度分布は、その箇所にトンネル状の磁界ループに沿って高いプラズマ密度の領域がターゲットスパッタ面にわたって作られることによって、マグネトロンスパッタリングに使用される。冒頭に述べたように、マグネトロンスパッタリングの場合、特に、たとえばターゲットの下で移動する磁石配列を設けることによって、ターゲット材料利用の増加の理由から、トンネル磁界領域と共に不均一なプラズマ密度分布を移動することは、充分普通に行われている。従ってマグネトロンスパッタリングは、本発明に係る方法に従って使用されるために、まさに理想的に提供される。この場合、マグネトロン放電は、ＤＣ、ＡＣ、ＡＣ＋ＤＣの組合せ、またはＨｆで駆動させることができる。さらに、これは反応性マグネトロンスパッタリングまたは非反応性マグネトロンスパッタリングとしてよい。
【００４８】
冒頭に述べたように、本発明もマグネトロンスパッタコーティング技術から生じる需要に対応して作られており、図１ないし３を利用して説明したように、まったく基本的に基板表面に沿ってプラズマ処理の作用−もしくは結果分布の調整に拡大される。
【００４９】
図４に、本発明に係る真空処理チャンバをマグネトロンスパッタコーティングチャンバの形態で表しており、このチャンバで本発明に係る製造方法が実施される。真空チャンバ３０は、ポンプ装置３２を介して排気可能である。ターゲットバックプレート４４上に被スパッタリング材料からなるターゲット３３が取り付けられる。真空チャンバ３０の外部のターゲットバックプレート４４の後部に磁石システム３５がある。この磁石システムは、それに対して非対称的に配置された、たとえば平面図で腎臓形−これは図６を参照されたい−の永久磁石４０の配列を有する、中心軸Ａ周りに駆動される回動可能の磁石担体ディスク３６を含む。必要な場合は磁石配列の磁石４０を駆動し、Ｒで示したようにその軸Ａ周りの回動ωに加えて半径方向にも駆動して移動させることができる。磁石配列４０を利用して、概略的にＨで示したように、特に不均一な磁界が基板担体４３上の基板４５に対して移動される。
【００５０】
磁石配列３５の回動は、制御入力３７Sを有するモータによって発生され、検出器配列３７を利用して走査される。検出器ユニット３７の走査パルスＩは、ユニット４１で調整可能に時間遅延される、τ：出力側で時間遅延したパルスＩ（τ）、たとえば正弦状の信号Ｅ5をトリガもしくは同期する。従って図３に戻ってτΔφEBで設定される。発生器３８、３８sの別の制御入力でＥ5の正弦状の信号成分の長さが調整される。
【００５１】
処理チャンバ３０の中へ、４２で示したように、作業ガス好ましくはアルゴン用のガス
管が接合され、必要な場合は同じガス供給部を介して、しかし好ましくは概略的に５０で示したガス噴射器を利用して、反応性ガスが反応性マグネトロンスパッタコーティングのためにプロセス空間の中に流される。
【００５２】
基板４５の表面上に少なくとも近似的に等しく分布された反応性ガスの分圧が発生され、不均一な密度分布のマグネトロンプラズマの移動の調整と、プラズマ放電出力Ｅ5の時間的誘導とによって、基板表面に沿って層の組成分布または層厚分布を調整することができる。
【００５３】
図５により本発明に係る方法の実施中に現位置で測定装置５１を利用して、たとえばエリプソメータ法を利用して、電気抵抗測定、表面のプロフィル測定が光学的反射法等を利用して固定式、場合により可動式の測定感知器を用いて、処理結果の分布が基板５４の表面で検出される。測定結果ｘは微分ユニット５６で所定の結果分布Ｗと比較される。この場合、すでに実行された処理時間に対して２次元の基準となる目標分布と、瞬間的に測定によって算出された結果分布の比較が行われる。実分布（Ｘ）と目標分布（Ｗ）との間の偏差は、計算ユニットＲを介してプラズマ放電用の発生器ユニット５８および／または不均一なプラズマ密度分布ρPLの移動用の案内ユニット６０の調整信号５８sとして基板表面に対して供給される。発生時に把握される処理作用のこの種の現位置制御に代わり、所定のまたは指定可能の処理時間部分後に基板を処理チャンバから測定チャンバへ、真空条件を維持したまま移行し、そこで中間結果としてそれまでに達成された処理結果もしくはその分布を検出し、基板を処理チャンバへ戻して案内し、そこで対応して適合された量を不均一なプラズマ密度分布とプラズマ放電出力Ｅ5の移動に対してプロセスをさらに誘導することも充分可能である。
【００５４】
以下、本発明に従って実施されたマグネトロンスパッタコーティングによる、原理的に図５に示したような装置を利用する製造方法で達成されるような結果を紹介する。
【００５５】
実験構造：
・処理チャンバ：ＣＬＣ ２００ ＢＢ２８１１００ ｘ
・真空ポンプ：Ｃｒｙｏ ＣＴＩ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ ＰＪ９７４４４４５
・マグネトロン磁石システム：ＭＢ ３００ＤＫ ＡＬＮ０２
・ＤＣ電源：Ｐｉｎｎａｃｌｅ（アドバンスト・エナジー社）、ａｄ ｃｕｐ １０ ｋＷ Ｍ／Ｎ ３１５２４３６−１００Ａで補完
・層厚記録：スペクトル・エリプソメータＷＶＡＳＥ Ｍ−２０００Ｆ、３．３３３型
・基板：６インチ−シリコーンウェハ
・窒素含有雰囲気中のアルミニウムターゲットＡｌＮからのマグネトロンスパッタコーティング
・放電出力の平均値：
【００５６】
【数２】
【００５７】
・出力変調形式：正弦
・出力変調周波数：５．９５Ｈｚ
・出力変調Ｅ5による図４記載の磁石配列回動ωの調整可能の位相ロック
・調整可能のＥ5の変調シフト。
【００５８】
図６は一定の回転速度ωで駆動されるマグネトロン配列の磁石システムを表す平面図で
ある。
【００５９】
図７に６インチ基板による処理結果すなわちＡｌＮ層と反応性マグネトロンスパッタコーティングの平面分布を示している。ａ１：放電出力Ｅ5の変調なしの基準例である。
【００６０】
変調シフト５．６％によりここでプラズマ出力Ｅ5がロックされた位相ΔφEB＝０で変調された。図８はその結果を示す。
【００６１】
図９記載の層厚分布は、さらにロックされた９０゜の位相ΔφEBで放電出力５．６％の変調シフトで生じる。
【００６２】
さらに変調シフト５．６％の順守と、さらにΔφEB＝１８０゜への位相回転により、図１０記載の分布が生じる。さらに位相差ΔφEBが２７０゜に上昇すると、図１１に示すような分布となった。さらに一様の変調シフトにより最終的に位相状態がΔφEB＝１９５゜に最適化された。図１２に示した分布が生じる。
【００６３】
図１３記載の分布を得るために、ここでさらに図１２により一定に負荷した位相状態ΔφEB＝１９５゜で変調シフトが５．６％から８．７％に上昇する。
【００６４】
初めに位相最適化で、次に変調シフト最適化によるシーケンスから、本発明に従って一方で不均一な密度分布のプラズマとプラズマ放電供給信号の時間変化との間の移動の調整によって、所望の平面作用分布、ここでは層厚分布を、どのように達成できるかが明らかである。つまり、たとえば図１３に従って、どのように所望の方位角と半径方向に可能な限り均一に、すなわち一様な層厚分布を達成できるかが明らかである。
【００６５】
図１４に、これまでと多少異なる視点から本発明の主適用を概略的に示している。上述のように、本発明により達成された処理結果の分布の１つが層厚分布である。図１４に従って平らな基板の表面Ｔに、本発明による方法に従って、表面Ｓと、表面Ｔに沿った厚さｄの分布とを有する層が堆積する。基板の平らな表面Ｔに、座標系ｘT／ｙTおよびｚTで、場所ｘ0／ｙ0におかれるとき、ｚ軸は前記場所で面法線ＮTの方向を有する。層表面Ｓで、ここで本発明により同一の場所ｘ0／ｙ0に面法線Ｎ5が面法線ＮTの方向に対して空間的に傾斜しており、場所ｘ0／ｙ0で表面Ｓ内の座標系に相当する。本質的に平らな基板表面Ｔに対する層表面Ｓの前記傾斜または一般的に平らではない表面Ｔが層傾斜と呼ばれる。本発明の本質的な適用事例は、層傾斜を空間的に所定の比率に置くことであり、しかも必要な場合は基板表面Ｔに沿って局所的に異なることである。本発明に従って目指されている層傾斜は、この場合少なくとも表面Ｔの領域で零とすることができ、その場合は方向Ｎsが方向ＮTと一致する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の製造方法を実施するための、また本発明を原理的に説明するための、本発明により使用する処理チャンバの概略図である。
【図２】さらに本発明による不均一な密度分布のプラズマ中で移動する基板の概略的平面図である。
【図３】たとえば、基板と不均一なプラズマの密度分布との間の移動経過ならびに、たとえば、プラズマを供給する電気出力の時間的経過である。
【図４】本発明に係る方法がマグネトロンスパッタソースを利用して実現された本発明に係る処理チャンバの簡略な縦断面図である。
【図５】基板処理中に発生する処理結果の現位置検出と、制御された方法としての本発明による方法の誘導の概略図である。
【図６】図４記載の装置に以下に示す実験に使用されたマグネトロン磁石配列の配置の平面図である。
【図７】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図８】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図９】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図１０】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図１１】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図１２】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図１３】本発明により使用した調整量の様々な調整による層厚分布の形態で達成された処理結果分布である。
【図１４】本発明により達成された層傾斜の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理プロセスによって処理された表面を備える基板の製造方法において、表面が処理結果の所定の平面分布を有する方法であって、
−局所的に不均一な密度分布を有するプラズマ放電が発生され、
−基板が不均一な密度分布のプラズマ放電の作用にさらされ、
−処理結果の分布が
−不均一な密度分布と基板との所定の相対運動の発生と、
−放電を供給する電気出力の所定の時間的変化および／または必要な場合は基板にバイアスを印加する所定の別の電気信号の発生と、
−前記変化および前記移動の調整と、によって発生することを特徴とする方法。
【請求項２】
優れた極大密度を有する少なくとも１つの領域を有するプラズマ放電が作られることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
不均一な密度分布と基板の所定の相対運動が、少なくとも放電が作られる真空受容体に対する基板の移動によっても実現されることを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項記載の方法。
【請求項４】
所定の相対運動が、放電が作られる真空受容体に対する不均一な密度分布の所定の移動によって実現されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
不均一な密度分布が磁界を利用して少なくとも同時に作られることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
放電が作られる受容体の中で局所的に磁界分布が移動されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
プラズマ放電および／またはバイアス印加が、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）、ＤＣとＡＣの組合せまたは高周波（Ｈｆ）を利用して発生されることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
基板がＤＣ、ＡＣ、ＤＣとＡＣの組合せまたはＨｆ供給を利用してバイアスに印加されることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
真空処理プロセスがマグネトロンスパッタプロセスであり、所定の相対運動がターゲットスパッタ面に対するマグネトロントンネル磁界の所定の移動を含むことを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
所定の相対運動と所定の時間的変化とがそれぞれ周期的に発生され、相対運動と変化が同期していることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
放電を利用して固形物が処理雰囲気中に遊離され、前記雰囲気中に反応性ガスが入れられ、表面上の固形物と反応性ガスの成分との間の化合比の分布が処理結果として調整されることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
処理結果が前記表面のコーティングであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
処理結果が処理表面のエッチングであることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
処理終了前に処理中間結果が測定され、目標処理中間結果と比較され、それによって比較結果の関数で所定の相対運動および／または時間的変化が後調整されることを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
処理中間結果の測定が真空遮断なしに行われることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
測定が現位置で基板処理中に行われ、測定結果が測定制御量として、所定の相対運動および／または時間的変化を処理結果制御用の調整量として設定する制御回路に供給されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
基板が処理中および真空受容体に対して固定して保持されることを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
担体の所定の表面領域に沿って所定の層厚分布を有するコーティングされたワークピースの製造のための、請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の方法の使用。
【請求項１９】
表面音波（ＳＡＷ）に基づいてまたは「体積音波」“Bｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅｓ”（ＢＡＷ）によって作動するコンポーネントの製造のための、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の方法の使用。
【請求項２０】
多分割ターゲットを有するマグネトロンスパッタソースによって形成されず、または該マグネトロンスパッタソースに基板担体が移動しない基板担体とプラズマソースとを備えるプラズマ処理チャンバであって、処理チャンバ内に不均一な磁界を発生し、制御可能の駆動装置配列と作用接続され、該駆動装置配列を利用して不均一に分布された磁界がチャンバ内で制御されて移動される磁石配列が設けられ、さらに制御可能の発生器配列と接続されるプラズマ放電区間が設けられている、プラズマ処理チャンバ。
【請求項２１】
制御可能の駆動装置配列がチャンバ内で不均一に分布された磁界の周期的移動を発生し、発生器配列が周期的出力信号を発生し、発生器配列と駆動装置配列とが同期されていることを特徴とする、請求項２０に記載のプラズマ処理チャンバ。
【請求項２２】
制御可能の駆動装置配列がマグネトロン磁石配列の駆動装置配列であることを特徴とする、請求項２０または２１のいずれか１項に記載のプラズマ処理チャンバ。
【請求項１】
真空処理プロセスによって処理された表面を備える基板の製造方法において、表面が処理結果の所定の平面分布を有する方法であって、
−局所的に不均一な密度分布を有するプラズマ放電が発生され、
−基板が不均一な密度分布のプラズマ放電の作用にさらされ、
−処理結果の分布が
−不均一な密度分布と基板との所定の相対運動の発生と、
−放電を供給する電気出力の所定の時間的変化および／または必要な場合は基板にバイアスを印加する所定の別の電気信号の発生と、
−前記変化および前記移動の調整と、によって発生することを特徴とする方法。
【請求項２】
優れた極大密度を有する少なくとも１つの領域を有するプラズマ放電が作られることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
不均一な密度分布と基板の所定の相対運動が、少なくとも放電が作られる真空受容体に対する基板の移動によっても実現されることを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項記載の方法。
【請求項４】
所定の相対運動が、放電が作られる真空受容体に対する不均一な密度分布の所定の移動によって実現されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
不均一な密度分布が磁界を利用して少なくとも同時に作られることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
放電が作られる受容体の中で局所的に磁界分布が移動されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
プラズマ放電および／またはバイアス印加が、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）、ＤＣとＡＣの組合せまたは高周波（Ｈｆ）を利用して発生されることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
基板がＤＣ、ＡＣ、ＤＣとＡＣの組合せまたはＨｆ供給を利用してバイアスに印加されることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
真空処理プロセスがマグネトロンスパッタプロセスであり、所定の相対運動がターゲットスパッタ面に対するマグネトロントンネル磁界の所定の移動を含むことを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
所定の相対運動と所定の時間的変化とがそれぞれ周期的に発生され、相対運動と変化が同期していることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
放電を利用して固形物が処理雰囲気中に遊離され、前記雰囲気中に反応性ガスが入れられ、表面上の固形物と反応性ガスの成分との間の化合比の分布が処理結果として調整されることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
処理結果が前記表面のコーティングであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
処理結果が処理表面のエッチングであることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
処理終了前に処理中間結果が測定され、目標処理中間結果と比較され、それによって比較結果の関数で所定の相対運動および／または時間的変化が後調整されることを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
処理中間結果の測定が真空遮断なしに行われることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
測定が現位置で基板処理中に行われ、測定結果が測定制御量として、所定の相対運動および／または時間的変化を処理結果制御用の調整量として設定する制御回路に供給されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
基板が処理中および真空受容体に対して固定して保持されることを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
担体の所定の表面領域に沿って所定の層厚分布を有するコーティングされたワークピースの製造のための、請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の方法の使用。
【請求項１９】
表面音波（ＳＡＷ）に基づいてまたは「体積音波」“Bｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅｓ”（ＢＡＷ）によって作動するコンポーネントの製造のための、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の方法の使用。
【請求項２０】
多分割ターゲットを有するマグネトロンスパッタソースによって形成されず、または該マグネトロンスパッタソースに基板担体が移動しない基板担体とプラズマソースとを備えるプラズマ処理チャンバであって、処理チャンバ内に不均一な磁界を発生し、制御可能の駆動装置配列と作用接続され、該駆動装置配列を利用して不均一に分布された磁界がチャンバ内で制御されて移動される磁石配列が設けられ、さらに制御可能の発生器配列と接続されるプラズマ放電区間が設けられている、プラズマ処理チャンバ。
【請求項２１】
制御可能の駆動装置配列がチャンバ内で不均一に分布された磁界の周期的移動を発生し、発生器配列が周期的出力信号を発生し、発生器配列と駆動装置配列とが同期されていることを特徴とする、請求項２０に記載のプラズマ処理チャンバ。
【請求項２２】
制御可能の駆動装置配列がマグネトロン磁石配列の駆動装置配列であることを特徴とする、請求項２０または２１のいずれか１項に記載のプラズマ処理チャンバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２００６−５０８２４２（Ｐ２００６−５０８２４２Ａ）
【公表日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５５５９４２（Ｐ２００４−５５５９４２）
【出願日】平成１５年１１月１３日（２００３．１１．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＨ２００３／０００７４４
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０５０９４３
【国際公開日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（５９６０１３５０１）ユナキス・バルツェルス・アクチェンゲゼルシャフト (55)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１１月１３日（２００３．１１．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＨ２００３／０００７４４
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０５０９４３
【国際公開日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（５９６０１３５０１）ユナキス・バルツェルス・アクチェンゲゼルシャフト (55)
【Ｆターム（参考）】
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