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Die vorliegende Erfindung betrifft die derzeit anhängige U.S.-Anmeldung Nr.
08/316,090 mit dem Titel "PVD SPUTTER SYSTEM HAVING NONPLANAR
TARGET CONFIGURATION AND METHOD FOR OPERATING SAME" von
Krivokapic et al., die am 30. September 1994 eingereicht worden ist, diese
Anmeldung ist in ihrer Gesamtheit durch Verweis eingeschlossen.
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Ferner beziehen sich die folgenden Veröffentlichungen auf die vorliegende
Anmeldung und werden hierin zu Verweiszwecken zitiert:
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(A) D.S. Bang et al. "Modeling of Ti Physical Vapor Deposition Systems",
IEEE International Workshop on Numerical Modeling of Processes and
Devices for Integrated Circuits (NUPAD V, Honululu), Juni 1994, Seite
41-44;
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(B) D.S. Bang et al "Profile Modeling of Collimated Ti Physical Vapor
Deposition", 10th Symposium on Plasma Processing, Electro Chemical
Society, San Francisco, Mai 1994; und
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(C) G, Box and N. Draper "Empirical Model Building and Response
Surfaces", John Wiley & Son, New York 1987.
HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft im wesentlichen PVD-Sputtersysteme. Die Erfindung
betrifft insbesondere ein mehrlagiges Kollimatorsystem zum Einsatz beim PVD-
Sputtern bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, wobei es
wünschenswert ist, eine Kombination aus gleichförmiger Anlagerungsdicke, hoher
Anlagerungsrate und guter Stufenüberdeckung zu erreichen.
Beschreibung der verwandten Technik
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Das PVD-Sputtern wird bei der Halbleiterbearbeitung und anderen Verfahren
zum Anlagern von Metallfilmen u.ä. auf Substratflächen angewandt.
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Das Substrat (z.B. ein Halbleiter-Wafer) ist typischerweise eine planare
Scheibe, die mit der Oberfläche nach unten oben auf einer
Vakuumplasmakammer positioniert wird.
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Ein planares Target ist ferner typischerweise mit der Oberfläche nach oben
beabstandet vom Substrat und symmetrisch gegen dieses weisend in der
Kammer positioniert. Bei älteren Sputtersystemen war das Target oben und
das Substrat unten angeordnet. Die Orientierung des Substrats mit
Anordnung oben gegenüber der Anordnung unten dient dazu, die Substratfläche
sauber zu halten und betrifft nicht direkt die vorliegende Erfindung. Aus
Gründen der Klarheit wird die ältere Konfiguration mit unten angeordnetem Substrat
dargestellt, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass andere
Orientierungen in dem Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
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Das Target ist aus dem Material gefertigt, das auf die Substratfläche
aufgesputtert wird. Beispiele dafür umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf,
Metalle, wie Aluminium (Al), Titan (Ti), Kupfer (Cu) und Legierungen oder
Verbindungen dieser Materialien.
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Grundsätzlich umfasst das PVD-Sputtern das Beschießen der Fläche mit einem
Targetmaterial, das als Film mit elektrostatisch beschleunigten Argonionen
anlagerbar ist. Generell werden elektrische Felder zum Beschleunigen von
Ionen im Plasmagas verwendet, wodurch diese auf die Targetfläche auftreffen.
Infolge der Bewegungsenergieübertragung werden Atome und Elektronen in
einem Gebiet, das als Erosionsregion bekannt ist, von der Targetfläche
entfernt. Die entfernten Partikel folgen einer im wesentlichen linearen Bahn von
ihrem Emissionspunkt auf der Targetfläche zu einem Kollisionspunkt auf der
gegen diese weisenden Fläche des Substrats. Aufgrund physikalischer
Haftmechanismen bonden die Targetpartikel auf die Fläche des Substrats,
wodurch ein Film auf dem Substrat gebildet wird.
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Die physischen Abmessungen und Positionierungen des Substrats und des
Targets spielen eine wichtige Rolle beim Bestimmen der Anlagerungsrate und
der Gleichförmigkeit des angelagerten Films. Die Verteilung von Emission
hervorrufender Energie auf dem Target spielt ebenfalls eine Rolle.
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Idealerweise sollte das Target relativ zum Substrat sehr breit sein, so dass
das Target eine unbegrenzte Quelle darstellt, die im Verhältnis zur
Partikelaufnahmefläche des Substrats eben ist. Dabei nimmt, wenn die
Partikelaufnahmefläche des Substrats vollkommen planar und parallel zum Target
ausgerichtet ist, jeder Punkt auf der Aufnahmefläche des Substrats den gleichen
Anteil an Anlagerungspartikeln auf und sind die Filmdicken über das gesamte
Substrat gleichförmig.
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Leider ist diese ideale Anordnung bei praktischen Implementierungen von
PVD-Sputterkammern nicht möglich. Das Target hat eine endliche Größe, die
normalerweise in derselben Größenordnung liegt wie die des Substrats.
Aufgrund von Grenzbedingungen entstehen Ungleichförmigkeiten auf dem
Substrat bei Merkmalen wie Anlagerungsfilmdicke und Anlagerungsrate.
Ungleichförmigkeiten im Substrat können ferner das Ergebnis ungleichförmiger
Targeterosion sein.
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Bei der Fertigung von Halbleitervorrichtungen ist die Substratfläche häufig
nicht vollständig planar. Nichtlineare Merkmale, wie Kanäle und Mesen,
befinden sich typischerweise auf dem Halbleitersubstrat. Es ist häufig
wünschenswert, die Seitenwände und/oder Unterteile jedes Kanals oder Mesas mit einer
Schicht aus Anlagerungsmaterial mit der vorgeschriebenen Dicke zu
beschichten. Die Linearität der Bahnen, denen die emittierten Targetpartikel in PVD-
Systemen folgen, erzeugt jedoch Schatteneffekte. Nicht jeder Bereich der
Substratfläche nimmt die gleiche Menge an Targetmaterial mit der gleichen
Rate auf, wenn die Substratfläche nichtlineare Merkmale, wie Kanäle oder
Mesen, aufweist.
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Der Ausdruck "Kanal" wird hier im weiten Sinn verwendet und umfasst
Merkmale in Halbleitervorrichtungen u.ä., wie Durchkontakte, Gräben und andere
Vertiefungen, die vollständig oder teilweise mit Anlagerungsmaterial füllbar
sind. Ein Kanal 12 im Wafer 10 ist in Fig. 1-3 dargestellt.
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Der Ausdruck "Mesa" wird hier in ähnlich weitem Sinn verwendet und umfasst
jedes Vorrichtungsmerkmal, das über eine dieses Merkmal umgebende Ebene
hinausragt, wobei das Merkmal und/oder die dieses umgebende Ebene mit
Anlagerungsmaterial beschichtbar sind. Eine Mesa 14 im Wafer 10 ist in Fig.
1-3 dargestellt.
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Der Ausdruck "Stufenüberdeckung" wird hier im qualitativen Sinn verwendet
und bezieht sich auf die Möglichkeit zum Beschichten einer oder mehrerer
Seitenwände oder des Unterteils eines Kanals oder einer Mesa mit einer
gewünschten
Dicke. Der Ausdruck "Stufenabdeckung" wird hier ferner im
quantitativen Sinn angewendet und bezieht sich auf das Verhältnis der Filmdicke
im unteren mittleren Teil oder oberen mittleren Teil eines Kanals bzw. einer
Mesa zur allgemeinen Filmdicke der planaren Regionen des Wafer.
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Der Ausdruck "Stufenüberdeckungsgleichförmigkeit" wird hier im
quantitativen Sinn verwendet und bedeutet die statistische Standardabweichung
(Sigma) der Stufenüberdeckung auf einem vorgegebenen Substrat.
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Der Ausdruck "Gleichförmigkeit der flachen Überdeckung" wird hier im
quantitativen Sinn verwendet und bedeutet die statistische Standardabweichung
(Sigma) der Filmdicke auf einem vorgegebenen Substrat unter
Berücksichtigung von ausschließlich im wesentlichen planaren Regionen (keinen gestuften
Regionen) der Substratfläche.
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Der Ausdruck "Gleichförmigkeit der unteren Überdeckung" wird hier im
quantitativen Sinn verwendet und bedeutet die statistische Standardabweichung
(Sigma) der Filmdicke auf einem vorgegebenen Substrat unter
Berücksichtigung von ausschließlich Regionen im Unterteil von Kanälen oder Mesen.
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Es ist beim PVD-Sputtern wünschenswert, den Pfad der gesputterten
Targetatome derart zu steuern, dass sie sich im wesentlichen orthogonal zwischen
dem Target und dem Wafersubstrat fortbewegen. Das orthogonale
Fortbewegen der Targetatome führt zu einer optimalen Stufenüberdeckung, d.h.
Verhältnis der Filmdicke am Unterteil oder Oberteil des Kanals bzw. der Mesa zur
Filmdicke in den planaren Bereichen des Wafers. Ein herkömmliches Verfahren
zum Steuern des Pfads der Targetatome ist das Platzieren von Kollimatoren in
dem Feld zwischen dem Target und dem Wafersubstrat. Ein herkömmliches
Kollimatorsystem 16 mit mehreren Kollimatoren ist in Fig. 1 zwischen einem
Target 18 und einem Wafer 10 dargestellt. Ein Kollimator ist vorzugsweise aus
mehreren im wesentlichen planaren Flächen mit minimaler Dicke gebildet,
wobei die planaren Flächen orthogonal zum Target und den Substratflächen
angeordnet sind. Bei einer solchen Orientierung erreichen die sich auf im
wesentlichen
orthogonalen Pfaden fortbewegenden Targetatome das Substrat
ohne Berührung eines Kollimators; Targetatome, die sich auf im wesentlichen
schrägen Pfaden fortbewegen, berühren jedoch die Kollimatoren und werden
am Erreichen des Wafersubstrats gehindert.
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Ein Problem mit herkömmlichen Kollimatorsystemen ist, dass zwar eine gute
Stufenüberdeckung gegeben ist, jedoch nur eine unzureichende
Gleichförmigkeit der flachen Überdeckung auf dem Wafer erreicht wird. Wie in Fig. 2 und
3 dargestellt, nimmt ein Punkt P&sub1;, der sich unmittelbar unterhalb eines
Kollimators befindet, Targetatome von einem größeren Flächengebiet auf als ein
Punkt P&sub2;, der sich zwischen den Kollimatoren befindet, da der Punkt P&sub1; einer
geringeren Blockierung oder Abschattung durch die Kollimatoren ausgesetzt
ist als der Punkt P&sub2;. Wie in Fig. 3 aus Gründen der Klarheit leicht übertrieben
dargestellt ist, weist der angelagerte Film unter den Kollimatoren
normalerweise eine größere Dicke auf als in Gebieten zwischen den Kollimatoren.
Veränderung der Abmessungen der Kollimatoren und des Abstandes zwischen
Kollimator und Wafer führen zu einer Veränderung am Ort der größten
Konzentration von Targetatomen, es treten jedoch immer noch Gebiete mit
unproportionaler Konzentration auf.
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Wenn eine gewünschte Mindestdicke am Punkt P&sub2; erreicht werden soll, muss
sich z.B. ein Überschuss an Material an P&sub1; anlagern, damit gewährleistet ist,
dass eine adäquate Filmdicke an P&sub2; vorhanden ist. Das ist wegen der dadurch
entstehenden Targetmaterialverschwendung von Nachteil. Das Target erodiert
schneller als absolut nötig und muss häufiger ersetzt werden. Die Anlagerung
eines Überschusses an Targetmaterial führt zu Zeit- und
Energieverschwendung und einer Erhöhung der Herstellkosten. Ferner muss in einigen Fällen
das überschüssige Material nahe dem Punkt P&sub1; wegpoliert oder zurückgeätzt
werden, damit eine gleichmäßige Filmdicke auf der gesamten Fläche des
Substrats erzielt wird. Auch dies führt zu einer Verschwendung von Zeit, Energie
und Resourcen.
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Eine Lösung des Problems hinsichtlich unzureichender Gleichförmigkeit der
flachen Überdeckung bei Kollimatoren ist die Druckerhöhung in der
Sputterkammer. Die Druckerhöhung führt zu mehr Kollisionen zwischen den
Targetatomen bei Annäherung der Atome an das Wafer, so dass die Atome in
größerem Maße gestreut werden. Eine weitere Lösung des Problems der
unzureichenden Gleichförmigkeit der flachen Überdeckung bei Kollimatoren ist die
Vergrößerung des Abstands zwischen den Kollimatoren und dem
Wafersubstrat. Wie die Druckerhöhung ermöglicht auch der größere Abstand mehr
Kollisionen und eine größere Streuung der Targetatome. Ferner wird durch die
Vergrößerung des Abstands zwischen den Kollimatoren und dem Wafer der
Blockier- oder Abschattungseffekt der Kollimatoren reduziert.
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Das Problem bei der Erhöhung des Kammerdrucks und/oder der Vergrößerung
des Abstands zwischen dem Kollimator und dem Substrat ist jedoch, dass
durch diese Lösungen die Targetatome das Substrat häufiger im schiefen
Winkel berühren, was zu einer unzureichenden Stufenüberdeckung führt.
Somit führen die dem Stand der Technik entsprechenden Lösungen bezüglich
unzureichender Gleichförmigkeit der flachen Überdeckung bei Kollimatoren
den Zweck und die Vorteile, die diese Kollimatoren bieten sollen, ad
absurdum.
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In EP-A-0,440,377 ist ein Kollimatorsystem zur Verwendung in einem PVD-
Verfahren beschrieben, bei dem sich von einem Target entfernte Partikel auf
einem Substrat anlagern. Eine erste Lage Kollimatoren ist zwischen dem
Target und dem Substrat und parallel zum Substrat positioniert, und eine zweite
Lage Kollimatoren ist angrenzend an die und parallel zu der ersten Lage
positioniert.
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In EP-A-0,682,125 ist ein ähnliches Kollimatorsystem beschrieben, bei dem
die erste Lage die zweite Lage derart überlappt, dass die Kollimatoren in der
ersten Lage relativ zu den Kollimatoren in der zweiten Lage parallel zum
Substrat versetzt angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß ist ein solches Kollimatorsystem gemäß Anspruch 1 dadurch
gekennzeichnet, dass die Kollimatoren derart versetzt angeordnet sind, dass
sich vom Target entfernende Partikel daran gehindert werden, das Substrat in
schiefem Winkel zu berühren.
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Entsprechend wird ein Kollimatorsystem zur Verwendung in einer
Sputtervorrichtung beschrieben, die eine verbesserte Kombination aus Gleichförmigkeit
der flachen Überdeckung und Gleichförmigkeit der Stufenüberdeckung bietet.
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Es wird ein verbessertes Kollimatorsystem beschrieben, das mit
herkömmlichen PVD-Sputtersystemen verwendbar ist.
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Durch das verbesserte Kollimatorsystem werden die Fertigungszeit für das
Wafer, die Kosten und die Verschwendung von Resourcen durch Bereitstellung
eines effizienteren Filmanlagerungsprozess reduziert.
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Jeder Kollimator hat vorzugsweise einen hexagonalen Querschnitt, es sind
jedoch auch andere Formen, wie dreieckige oder rechteckige Formen,
möglich.
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Bei einem Sputterprozess werden Targetatome dadurch vom Target entfernt,
dass geladene Ionenpartikel die Targetfläche berühren. Die entfernten
Targetpartikel wandern in im wesentlichen linearen Pfaden zum Wafersubstrat.
Das erfindungsgemäße Kollimatorsystem verhindert, dass Targetatome das
Wafer in einem im wesentlichen schiefen Winkel berühren, wodurch eine gute
Gleichförmigkeit der Stufenüberdeckung auf der Waferfläche erzeugt wird.
Ferner verhindert das Vorhandensein von mehr als einer Lage den lokalen
Aufbau von Targetatomen auf dem Wafer, der bei herkömmlichen einlagigen
Kollimatoren auftritt, so dass eine gute Gleichförmigkeit der flachen
Überdeckung auf der Waferfläche erzeugt wird.
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Die Abmessungen der speziellen Kollimatorlagen und deren Orientierung
relativ zueinander und zum Wafer können zwecks Optimierung der Gleichförmigkeit
der flachen Überdeckung, der Gleichförmigkeit der Stufenüberdeckung
und der Filmanlagerungsrate variiert werden. Ferner sind die Abmessungen
und relativen Orientierungen der Kollimatorlagen zwecks Verbesserung von
entweder der Gleichförmigkeit der flachen Überdeckung, der Gleichförmigkeit
der Stufeüberdeckung oder der Filmanlagerungsrate relativ zu den anderen
Eigenschaften steuerbar.
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In den beiliegenden Zeichnungen zeigen beispielhaft:
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Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht eines herkömmlichen
Kollimatorsystems zwischen einem Target und einem Wafer;
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Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 mit Darstellung der Pfade der
Targetatome vom Target zum Wafer;
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Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich dem aus Fig. 2 mit Darstellung eines
Profils der auf dem Wafer angelagerten Filmdicke;
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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
mehrlagigen Kollimatorsystems zwischen einem Target und einem Wafer;
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Fig. 5 eine Draufsicht des in Fig. 4 gezeigten mehrlagigen
Kollimatorsystems;
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Fig. 6 eine seitliche Querschnittansicht eines in Fig. 4 gezeigten
mehrlagigen Kollimatorsystems;
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Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen mehrlagigen Kollimatorsystems;
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Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen mehrlagigen Kollimatorsystems; und
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Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen mehrlagigen Kollimatorsystems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die Erfindung wird nun anhand von Fig. 4-9, in denen verschiedene
Ausführungsformen eines mehrlagigen Kollimatorsystems gezeigt werden,
beschrieben. Das erfindungsgemäße Kollimatorsystem wird hier anhand des PVD-
Sputterns dünner Filme auf Halbleiter-Wafer beschrieben. Es sei jedoch darauf
hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung insbesondere das
Kollimatorsystem betrifft. Ein solches System kann zum Aufsputtern von Filmen auf
andere Substrate als Halbleiter-Wafer verwendet werden. Es sei ferner darauf
hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Kollimatorsystem in verschiedenen
anderen Dünnfilm-Anlagerungsverfahren als dem PVD-Sputtern einsetzbar ist.
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Fig. 4-6 zeigen ein erfindungsgemäßes Kollimatorsystem zwischen einem
Target 30 und einem Wafersubstrat 32. Fig. 5 zeigt eine Draufsicht durch das
Kollimatorsystem und Fig. 6 eine seitliche Querschnittansicht durch das
Kollimatorsystem. Obwohl es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht
wesentlich ist, sind das Target 30 und das Wafer 32 im wesentlichen planare,
scheibenförmige Elemente, die im wesentlichen parallel und konzentrisch
zueinander ausgerichtet sind. Das Target 30 hat im wesentlichen einen
beträchtlich größeren Durchmesser und eine größere Dicke als das Wafer 32. Bei einer
Ausführungsform der Erfindung weist das Target 30 einen Durchmesser von
ungefähr 300 mm und eine Dicke von ungefähr 20 mm auf. Bei einem Target
mit diesen Abmessungen kann das Wafersubstrat einen Durchmesser von
ungefähr 200 mm und eine Dicke von ungefähr 0,75 mm haben. Es sei darauf
hingewiesen, dass sowohl die Form als auch die Größe des Wafers 30 und des
Targets 32 bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
anders sein können. Obwohl in Fig. 4-6 nur zwei dargestellt sind, kann die
Fläche des Wafers 32 eine Anzahl von Kanälen 12 und Mesen 14 aufweisen.
Das Target 30 kann aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, einschließlich
z.B.
Metallen, wie Aluminium (Al), Titan (Ti), Kupfer (Cu) und
Legierungen oder Verbindungen aus diesen Materialien.
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Emission hervorrufende Energie wird z.B. in Form eines beschleunigte
Argonionen enthaltenden Plasmas an die aktive Fläche des Targets 30 angelegt.
Eine (nicht gezeigte) Leistungsquelle kann als Quelle der beschleunigten
Argonionen mit dem Target 30 gekoppelt sein. Wie auf dem Gebiet bekannt,
können ferner (nicht gezeigte) Begrenzungsmagnete angrenzend an das
Target vorgesehen sein, die die Argonionen einfangen, wodurch der
Ionenbeschuss des Targets vergrößert wird.
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Infolge der Ionenbeschießung des Targets 30 werden Targetatome vom
Target entfernt und wandern linear vom Target weg, wobei sie gleichförmig im
dreidimensionalen Raum verteilt sind. Wie oben beschrieben, ist es
wünschenswert, dass diese Targetatome, die die Fläche des Wafers 30 berühren,
einen im wesentlichen orthogonalen Pfad zwischen dem Target und dem
Wafer 32 entlang wandern. Targetatome, die einen im wesentlichen schrägen
Pfad entlang wandern, führen zu einer relativ unzureichenden
Gleichförmigkeit der Stufenüberdeckung auf der Fläche des Wafers 32.
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Damit verhindert wird, dass Targetatome, die einen im wesentlichen schrägen
Pfad entlang wandern, das Target 32 erreichen, weist die vorliegende
Erfindung ein mehrlagiges Kollimatorsystem mit einer ersten Kollimatorlage 34
und einer zweiten Kollimatorlage 36 auf. Die Kollimatorlage 34 umfasst
mehrere Kollimatoren 34i , und die Kollimatorlage 36 umfasst mehrere
Kollimatoren 36i. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein spezieller Kollimator
34i mit jedem anderen Kollimator in der Lage 34 und mit der Konfiguration
jedes Kollimators 36i in der Lage 36 identisch. Es sei jedoch darauf
hingewiesen, dass bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein
Kollimator 34i der Kollimatorlage 34 eine andere Größe und/oder
Konfiguration aufweisen kann als andere Kollimatoren 34i der Kollimatorlage 34. Ferner
kann ein Kollimator 34i der Kollimatorlage 34 eine andere Größe und/oder
Konfiguration aufweisen als ein Kollimator 36i der Kollimatorlage 36.
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Damit sichergestellt ist, dass die Kollimatoren über die gesamte Fläche des
Wafers 32 wirksam sind, sind die Kollimatorlagen 34 und 36 vorzugsweise
konzentrisch zu dem Wafer 32 angeordnet und größer als dieses. Bei einer
Ausführungsform der Erfindung können die Kollimatorlagen 34 und 36 einen
Radius aufweisen, der ungefähr 3 Inch größer ist als der des Wafers 32.
Daher können die Kollimatorlagen 34 und 36 einen ungefähren Durchmesser von
300 mm haben, wenn das Wafer einen Durchmesser von ungefähr 200 mm
aufweist. Es sei darauf hingewiesen, dass die relativen Größen der
Kollimatorlagen und des Wafers in alternativen Ausführungsformen unterschiedlich sein
können, vorausgesetzt, dass die Kollimatorlagen größer sind als das Wafer.
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Die Kollimatoren 34i, und 36i haben, aus einer Perspektive orthogonal zur
Fläche des Wafers 32 gesehen, bei einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung einen sechseckigen Querschnitt. Die Wände, die jeweils die
Kollimatoren 34i und 36i voneinander trennen, sind vorzugsweise so dünn wie möglich
ausgeführt, z.B. 3 mm. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die
Kollimatorlage 34 um einen Abstand d&sub1; (Fig. 6) von 0,5 mm von der
Kollimatorlage 36 getrennt. Bei dieser Ausführungsform kann jede der sechs planaren
Flächen, die einen speziellen Kollimator 34i in der Kollimatorlage 34 bilden,
eine Breite d&sub2; von 10 mm und eine Höhe d&sub4; von ungefähr 7 mm aufweisen.
Ähnlich kann jede der sechs planaren Flächen, die einen speziellen Kollimator
36i der Kollimatorlage 36 bilden, eine Breite d&sub3; von 10 mm und eine Höhe d&sub5;
von 7 mm haben.
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Gemäß Fig. 5 sind die Lagen 34 und 36, aus einer Perspektive auf die Fläche
des Wafers 32 gesehen, vorzugsweise einander überlappend, jedoch
zueinander versetzt angeordnet. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die
Lage 34 um 25% relativ zur Lage 36 versetzt sein. Der Versatz um 25%
erfolgt durch Bewegen um 25% nach oben entlang einem ersten vertikalen
Bereich des Sechsecks und dann um 25% diagonal über einen zweiten
angrenzenden Bereich des Sechsecks. Daher ist bei den oben genannten
Abmessungen die Lage 34 um einen Abstand d&sub6; (Fig. 6) von 2,5 mm von der Lage 36
versetzt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Versatz einer Lage relativ zur
anderen bei alternativen Ausführungsformen kleiner oder größer als 25%
sein kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der untere Kollimator 36 eine
Unterfläche aufweisen, die um einen Abstand d&sub7; (Fig. 6) von ungefähr 20 mm
von der Fläche des Wafers 32 beabstandet sein kann. Obwohl der Abstand
zwischen dem Target und der Oberfläche der Kollimatorlage 34 nicht so
kritisch ist wie der Abstand zwischen dem Wafer 32 und der Unterfläche der
Kollimatorlage 36, beeinflusst der Gesamtabstand zwischen dem Target 30 und
dem Wafer 32 die Anlagerungsrate bei dem Prozess. Daher liegt der Abstand
zwischen dem Target 30 und dem Wafer 32 vorzugsweise zwischen 50 mm
und 100 mm und der Abstand zwischen dem Target 30 und einer Oberfläche
der Kollimatorlage 34 vorzugsweise zwischen 10 mm und 50 mm.
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Es hat sich herausgestellt, dass ein mehrlagiges Kollimatorsystem mit den
oben genannten Abmessungen d&sub1; bis d&sub7; zu einer Filmanlagerung 38 mit einer
besonders guten Kombination aus Gleichförmigkeit der flachen Überdeckung
und Gleichförmigkeit der Stufenüberdeckung führt. Gemäß Fig. 6 ist die
Filmdicke 38 auf der Fläche des Wafers 32 relativ gleichförmig. Ferner war, wie im
Abschnitt "Hintergrund der Erfindung" beschrieben, eine überschüssige
Anlagerung von Targetmaterial bei herkömmlichen Systemen nötig, um
sicherzustellen, dass in jeder Region auf dem Wafer mindestens eine erforderliche
Mindestfilmdicke erreicht wird. Durch Erzeugen einer verbesserten
Gleichförmigkeit der flachen Überdeckung nutzt das erfindungsgemäße
Kollimatorsystem ein Target dadurch effektiver aus, dass es die erforderliche
Mindestdicke auf der gesamten Fläche des Wafers ohne überschüssige Filmanlagerung
und übermäßige Erosion des Targets bietet. Ferner ist, falls überhaupt, nur
ein minimales Polieren oder Ätzen erforderlich. Daher wird durch die
vorliegende Erfindung eine Einsparung an Zeit, Energie und Resourcen erreicht.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass jede der Abmessungen d&sub1; bis d&sub7; bei
alternativen Ausführungsformen der Erfindung sowohl absolut als auch relativ
zueinander veränderbar ist. Generell kann der Abstand d&sub1; zwischen der
Kollimatorlage 34 und der Kollimatorlage 36 zwischen 0,5 mm und 5 mm
variieren; die Breite d&sub2; eines Kollimators 34i, und die Breite d&sub3; eines Kollimators 36i,
kann zwischen 5 mm und 20 mm variieren; und die Höhe d&sub4; eines Kollimators
34i und die Höhe d&sub5; eines Kollimators 36i, kann zwischen 5 mm und 20 mm
variieren. Der Versatz d&sub6; der Kollimatorlage 34 von der Kollimatorlage 36
kann von 0% bis 50% der Breite eines Kollimators 34i, oder 36i, variieren,
und die Unterfläche der Kollimatorlage 36 kann in einem Abstand d&sub7; von
10 mm bis 50 mm vom Wafer 32 angeordnet sein.
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Eine weitere Überlegung bezüglich der Abmessungen d&sub1; bis d&sub7;, ist die
Anlagerungsrate des Targetmaterials auf dem Wafer. Generell erhöht sich die
Anlagerungsrate mit der Erhöhung von d&sub2; und d&sub3;. Bei Erhöhung von d&sub4; und d&sub5;
sinkt die Anlagerungsrate. Daher ist gemeinsam mit der Gleichförmigkeit der
flachen Überdeckung und der Gleichförmigkeit der Stufenüberdeckung auch
die Anlagerungsrate ein relevanter Faktor beim Bestimmen der optimalen
Abmessungen der Kollimatoren 34i, und 36i. Die Abmessungen der
Kollimatoren 34i, und 36i, können verändert werden, um entweder die Gleichförmigkeit
der Stufenüberdeckung, die Gleichförmigkeit der flachen Überdeckung oder
die Filmanlagerungsrate gegenüber den anderen Eigenschaften
hervorzuheben.
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Bisher ist das erfindungsgemäße mehrlagige Kollimatorsystem als zweilagiges
System beschreiben worden. Die in Fig. 7 dargestellte alternative
Ausführungsform zeigt jedoch, dass die vorliegende Erfindung Kollimatorlagen 40&sub1;,
40&sub2; ... bis 40n aufweisen kann, wobei bei einer bevorzugten Ausführungsform
n nicht größer ist als 5. Es sei jedoch angemerkt, dass n in alternativen
Ausführungsformen größer als 5 sein kann. Die Länge und Breite jede der sechs
planaren Flächen, die einen Kollimator bilden, wie in Fig. 7 dargestellt, sind
vorzugsweise den Abmessungsbereichen der oben anhand von Fig. 4-6
beschriebenen Kollimatorlagen 34 und 36 gleich. Ähnlich kann der Abstand
zwischen und der Versatz von in Fig. 7 dargestellten aneinandergrenzenden
Lagen im gleichen Abmessungsbereich liegen, wie ihn die anhand von Fig. 4-6
beschriebenen Kollimatorlagen 34 und 36 aufweisen. Schließlich kann die
untere Lage 40n eine Unterfläche aufweisen, die in einem Abstand vom Wafer 32
angeordnet ist, der in einem Bereich ähnlich dem von d&sub7; in Fig. 6 liegt.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Kollimatoren, die die
Kollimatorlagen bilden, andere als sechseckige Formen haben können. Fig. 8 zeigt z.B.
ein mehrlagiges Kollimatorsystem ähnlich dem in Fig. 4 dargestellten, mit der
Ausnahme, dass die Form der einzelnen Kollimatoren 42, aus einer
Perspektive orthogonal zur Fläche des Wafers 32 gesehen, rechteckig ist. Fig. 9 zeigt
ein mehrlagiges Kollimatorsystem ähnlich dem in Fig. 4 dargestellten, mit der
Ausnahme, dass die Kollimatoren 44, aus einer Perspektive orthogonal zur
Fläche des Wafers 32 gesehen, dreieckig ausgeführt sind. Die Abmessungen
der in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellten Kollimatoren 42 und 44 und die relative
Orientierung der Kollimatorlagen zueinander und zum Wafer 32 können den
Abmessungsbereichen für die anhand von Fig. 4-6 beschriebenen
Kollimatoren 34i und 36i gleich sein. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die
erfindungsgemäßen Kollimatorlagen, aus einer Perspektive orthogonal zur Fläche
des Wafers 32 gesehen, verschiedene andere geometrische Formen aufweisen
können. Ferner kann z.B. eine Kollimatorlage eine Platte mit mehreren
kreisförmigen oder anders geometrisch geformten Öffnungen aufweisen. Ferner sei
angemerkt, dass unterschiedliche Kollimatorlagen in einem einzelnen
Kollimatorsystem unterschiedliche Formen und Größen haben können.
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Die Erfindung ist bisher mit ersten und zweiten Kollimatorlagen in
voneinander getrennten, einander nicht überlappenden Ebenen beschrieben worden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das
Kollimatorsystem jedoch eine einzelne Kollimatorlage mit einer ersten Gruppe
koplanarer Kollimatoren aufweisen, die mit einer zweiten Gruppe von
koplanaren Kollimatoren verschachtelt angeordnet sind, wobei die erste und die
zweite Gruppe, aus einer Perspektive parallel zur Fläche des Wafers 32 gesehen,
in unterschiedlichen, einander jedoch überlappenden Ebenen angeordnet sind.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass mehr als zwei Gruppen von
Kollimatoren in unterschiedlichen, einander jedoch überlappenden Ebenen vorgesehen
sein können. Ferner kann mehr als eine Kollimatorlage vorgesehen sein,
wobei eine oder mehrere Lagen Kollimatorgruppen umfasst, die in
unterschiedlichen, einander jedoch überlappenden Ebenen angeordnet sind.
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Obwohl die Erfindung detailliert beschrieben worden ist, sei darauf
hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt ist. Verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen
können von Fachleuten auf dem Gebiet durchgeführt werden, ohne dass
dadurch vom Geist oder Umfang der Erfindung, wie sie in den beiliegenden
Ansprüchen beschrieben und festgelegt ist, abgewichen wird.