CN100511569C - 小行星式磁电管 - Google Patents

Abstract

一种小型不平衡磁铁组件(60)是绕一被电浆溅镀的标靶(90)背面在一较佳为逆行(retrograde)行星式或周转圆式路径(92)中扫描，该扫描包括一绕该标靶的中心轴(72)的轨道式旋转，及一绕相对该标靶中心轴旋转的另一轴的行星式旋转。该磁铁组件可通过该标靶中心，因此可完全覆盖标靶。具有齿轮的一行星式机构可包括一旋转驱动板(74)、一固定中心齿轮(62)及一惰齿轮(76)，及一可旋转支撑在该驱动板上的随动齿轮(78)，该驱动板支撑一在该面对该标靶的驱动板的一侧上的悬臂式磁铁组件(84)。一带件(342)及滑轮(344、346)可取代该等齿轮。所述侵蚀轮廓可藉由改变通过该旋转循环的旋转速率或藉由变化该标靶功率而控制。一第二行星式阶段(302、304、306)可被加入或使用非圆形齿轮(310)。位于该室内部旁及台架(122)下的辅助电磁线圈(254、258)可产生一集中的磁场。

Description

小行星式磁电管

技术领域

本发明广义上涉及材料的溅镀。本发明尤其是涉及磁电管的扫描动作，其产生—磁场以增进等离子体溅镀。

背景技术

溅镀(或称为物理气相沉积；PVD)通常是用于制造半导体集成电路，尤其是供沉积用以形成电性互联机的各层材料及相关材料。前些年的集成电路技术使用铝用于金属化层间的水平互连(horizontal interconnects)及垂直互连(vertical interconnects)，互连是通过具有相对适当深宽比的通孔。此应用需求用溅镀容易获得的快速沉积率及高均匀性。达成快速沉积率可部份地通过磁电管等离子体溅镀，其中工作气体(例如氩气)被激发成为等离子体。带有正电荷的氩离子被吸附至负偏压金属标靶，且以足够能量撞击标靶，以移动(溅镀)金属原子离开该标靶，其接着涂布与该标靶相对放置的晶片(圆形衬底)。溅镀速率是通过将磁铁组件定位在该标靶后而增强，磁铁组件产生一平行该标靶前表面的磁场。该磁场捕捉电子且因此增加等离子体密度及溅镀速率。最普遍型式的商业制造用磁电管使用一系列具有紧密分布的磁极的马蹄型或类似磁铁。该磁铁配置在密集的肾状路径中。虽然该磁电管具有相当大的总面积(即被外部极的外周边包围的面积)，该磁场在二极中仅仅延伸一相当小的范围。为达成沉积所需的均匀性，该肾状磁电管会绕该标靶中心旋转。

更先进的集成电路技术已对溅镀提出不同且更困难的要求，且溅镀的重点已从沉积水平互连转移到沉积垂直通孔。先进集成电路的高复杂度大部份已通过降低最小特征尺寸及特征间的间距而达成。由于大量装置的复杂布线业已借着互连多个布线层次而达成，而此互连是通过通孔延伸通过一中间介电层(通常称为层间介电层)。如图1中的概要示范，下方介电层10(通常由二氧化硅或相关硅酸盐玻璃形成)在其表面包括导电特征12。上方介电层14沉积于其上。通过覆盖导电特征的上方介电层14蚀刻通孔16。通孔16的宽度被推向0.13微米及更少。0.10微米和甚至0.07微米的最小特征尺寸现正研发中.然而，层间介电层14的厚度可能会被限制到约0.7至1.0微米的最小值，以使干扰最小且防止介电放电。结果，通孔16可具有5∶1且更大的深宽比。溅镀基本上是一大体上等向性弹道型制程，不利于达成高深宽比的孔。如果使用传统的溅镀用金属填充孔16，该溅镀可能会优先涂布孔16的上方角落，且在底部被填充前加以封闭。

此外，由于小特征尺寸，必须使金属与介电质部分之间的扩散最小化。因此，已发展出一标准实施，以一薄阻障层20预涂布通孔16以及上方介电层14的平坦顶部，以防止通过它的明显原子扩散。用于铝金属化的典型阻障是钛/氮化钛双层，而对于铜金属化是钽/氮化钽，虽然其它阻障材料及组合已经提出。为达此目的，阻障层20应明显及相当均匀地涂布通孔16的侧边，且通常也涂布其底部。同样的，溅镀本质上不适于侧壁覆盖。

近来许多努力已用在发展铜金属化的技术。铜提供较低传导性及减少电子迁移的优势。此外，铜可通过电化学电镀(ECP)易于沉积，甚至进入高深宽比孔中。然而，电化学电镀铜需要在通过ECP沉积一厚铜层32前，涂布一铜籽晶层30(如图2所示)至介电质14的顶部及通孔16的侧壁及底部。铜籽晶层30需求良好的底部及侧壁覆盖。铜溅镀因为其经济性及优良膜品质，甚至对困难的几何形状也较佳。

可兼作为垂直电性互联机或通孔及作为水平互联机的厚ECP铜层32，通常是在一称为双镶嵌的制程，其中一槽形成在介电层14的上半部分中，与介电层14底部中多个通孔互连。延伸到该渠沟上方及介电层14顶部的厚ECP铜层32的部份，是通过化学机械抛光(CMP)移除。如在铜籽晶及阻障的应用中所示，溅镀较少用于沉积厚导电层，且多用以沉积较不规则几何形状的薄层，其被称为衬层应用。

当通过传统溅镀沉积时，阻障层20及铜籽晶层30二者倾向于遭受相同型式的不均匀沉积，典型如图3剖面图中所示的溅镀层36。在介电层14顶部上的毯覆式(blanket)或范围部分38，与侧壁部份40及底部42相比是相当地厚。在高深宽比孔16中的侧壁部份与毯覆式部分38相比，通常显现最低覆盖，因此通常更受害于最小厚度44，厚度44需要维持在标准水准之上，以提供到孔16底部的一电镀电流路径。而且，一悬空部分46倾向于在孔16的顶部形成具有—入口渐缩的孔径48。虽然电镀大体上能有效地将铜填入—高深宽比孔16中，但其倾向于将近共形，使得入口孔径48可能在完成填充孔16底部前关闭。在铜中产生的空洞严重地影响生成装置的效能及可靠性。—极薄的侧壁区域44也会产生一包括在铜中的空洞。另外，侧壁不对称需要最小化，如下所述。

已了解到达成有效溅镀阻障及铜籽晶层，可通过确保—高比率的离子化溅镀金属原子(阻障金属或铜)，且通过射频偏压支持晶片的台架。该射频偏压在晶片上产生一负直流偏压，加速金属离子朝向晶片。高前进速度促成金属离子穿透深入到高深宽比的孔中。此外，高能量离子倾向于从露出的悬空46蚀刻一些材料。

溅镀工作气体的一高密度等离子体增加了金属离子化比率。已提出一些建议通过感应地耦合额外射频功率进入室内，以达到高密度等离子体。然而，感应耦合反应器倾向于需求导致高温操作的高氩气压力，这可能使具有能量的氩离子被加速到晶片而造成损害。金属离子化比率也可藉由增加直流标靶功率而增加。然而，对于研发中的300毫米晶片技术及甚至对于200毫米晶片而言，此方式造成需求的电力供应费用变成极高。同时，变得难以控制该标靶温度，且又需要用于冷却标靶的另一电力。

由Fu公开于美国专利6,183,614号(以引用方式全数并入本文)中的另一且较佳方式(有时称为自离子化等离子体(SIP)溅镀)，尤其是可用于阻障层或籽晶的溅镀，其中只沉积极薄的数层，例如厚度为150奈米或更少的一范围，其在该孔中产生一更薄的侧壁厚度。SIP溅镀能以公知的平面标靶在大体上公知且廉价的磁电管溅镀反应器室中实施。相反地，感应耦合反应器需求以一昂贵新式设计的感应线圈，及使用昂贵复杂形状标靶的空心阴极或拱形标靶反应器。SIP溅镀是基于一小型但强力磁电管，其集中高密度等离子体区域于一该标靶的一相当小区域上。结果，约20至40千瓦的一些适当电源供应可用以在覆盖该磁电管的标靶部份产生一非常高效率的功率密度。该高密度等离子体产生金属离子的一高离子化比率，估计约为20％或更多。金属离子受台架电极的射频偏压吸引，以促成涂布深孔的侧边。

在SIP溅镀中，金属离子密度可能升到足够高。使—明显比率的金属离子被吸回到已偏压标靶，以再溅镀该标靶，因此称为自离子化等离子体。结果，一旦该等离子体被激起，该室内的氩气压力可减少至5毫托或更少，通常是少于0.5毫托。压力的减少会减少金属离子在其至晶片的途中散射的可能性，以及减少氩气加热晶片。一金属离子与氩气的碰撞将可能中和金属原子。在铜溅镀的例子中，在正常情况下，氩气可以在一称为自维持溅镀(SSS)的制程中完全移除。

不平衡磁电管也有利于SIP溅镀，该磁电管包括一垂直磁极性的一内磁极，其由一相反极性的外磁极围绕。外磁极的总磁力或强度(即对外磁极面积积分的磁通量)实质上系大于内磁极，例如至少有1.5倍且较佳是2倍或更多。该磁电管的密闭形状减轻邻近标靶的高密度等离子体的电子损耗。该不平衡磁场导致磁力线投射远离较强的外磁极朝向晶片。投射磁场线同时支持更密集等离子体且导引金属离子朝向晶片。

通过将小型磁电管绕标靶的中心旋转，可在SIP中达到溅镀均匀性及完全标靶侵蚀的合理程度，且藉由使磁电管形状有利于该标靶较外部份。在一具体实施例中，该不平衡磁电管的外磁极具有一大体上三角形状，其具有置放内磁极的三角形内孔径。最小锐角的顶角通常约20至35度，且该三角形磁极的锐角顶点覆盖或接近旋转中心。三角形磁极的底接近外部周边，且可弯曲以循标靶周围。

虽然旋转三角形磁电管提供合理地适当均匀性用于平面或毯覆式沉积，对于高深宽比孔中的薄衬层的均匀性是一复杂的要求，正如参考图3部份说明的那样。侧壁覆盖率需要相当高，且其需要均匀地遍及大型晶片。再者，在一侧壁上的侧壁覆盖不能与相对侧壁上的侧壁覆盖明显地不同。即，在晶片上所有点处的侧壁覆盖应该对称。对于中性溅镀原子，靠近晶片边缘的沉积均匀性及侧壁对称将难以达到，因为边缘是显著地暴露于主要由该标靶内侧引起的大体上异向性的中性通量。来自不平衡三角形磁电管的投射磁场在径向非常不均匀，且其不均匀性无法只以周围式扫描补偿。在最佳化均匀性及深孔涂布的许多因数中，三角形设计受限于其本身极少的独立设计参数。已提供各种型式的辅助磁铁以补偿在三角形磁电管中固有的不均匀磁场，但此等设计受害于其本身的缺陷。即使一圆形磁电管也会产生沿其径向变化的磁场。

周围扫描式磁电管显现出在径向不均匀侵蚀的另一问题。此问题即使当具有相当大尺寸的磁电管(诸如公知的肾状磁电管)时也会发生。对于三角形SIP磁电管，在初始平面标靶表面54下方的典型侵蚀模式52显示在图4中，其用于具有该溅镀材料(诸如钽)的一标靶层的磁电管，该材料沿一接口56结合到较不昂贵且较易于加工的不同材料的背板上。不同的圆槽状侵蚀路径会发展出。只以有利于SIP溅镀的小型磁电管的周围扫描，难以达到标靶中心的高使用率。虽然不均匀侵蚀可通过使用大型肾状磁电管减少，其仍发生到一明显程度。标靶的寿限系取决于背板的首先暴露。进一步的溅镀会以不符合需求的背板材料污染该晶片，且该标靶必须抛弃或至少重新抛光以具有一新标靶层。不均匀侵蚀产生不良的整体标靶使用率，在所示实例中约占38％。当使用一体式标靶而无一不同背板时(如通常用于铝或铜溅镀时)，考率则稍有不同，但不良标靶使用导致侵蚀痕迹仍是问题。因此通常需求达到更均匀溅镀，以避免在修复标靶时的过度花费及停机时间。

对于SIP溅镀而言，磁电管的设计直接影响三大课题：(1)横跨该晶片的一薄层的均匀厚度及尤其是对称侧壁覆盖；(2)均匀标靶侵蚀；及(3)溅镀原子的离子化比率。难以使一磁电管设计对于所有三因子均最佳化。因此需求解除一些此等课题的最佳化的耦合。

用于各种应用的磁电管溅镀在形状及磁场强度上具有不同要求。此变异产生商业性问题。虽然令人满意的溅镀反应器已经针对大多数此等应用设计，通常反应器及其等的磁电管具有明显不同设计。数量日增的不同型式反应器及磁电管，在设计、分布及维护如此多不同型式反应器时会造成费用及存货的损失。因此需求获得用于溅镀反应器及其磁电管的通用设计，其中在设计中的小改变及改变操作参数，允许相同设计被用于不同应用中。

各种建议已经提出绕一圆形标靶以周围及径向扫描一磁电管，通常是依绕标靶中心的主要旋转的一周转圆模式，及一绕该主要旋转的臂末端的次要旋转。参见例如Freeman等人的美国专利第4,714,536号及Tomer等人的美国专利5,126,029号。Freeman的设计似乎较实用，但其苦于无法旋转该磁电管靠近或越过标靶中心，且其倾向于过度振动。Tomer的设计允许中心扫描，但其固定且具内齿的周围齿轮大而不便。Tomer的设计是关于使由大型磁电管产生的不均匀侵蚀痕迹平顺化。

发明内容

一行星式磁电管可用于一等离子体溅镀反应器，供增加溅镀沉积的均匀性、更完全的标靶利用率、且增加等离子体密度。该磁电管可针对高等离子体密度最佳化(例如，藉由一小型圆形设计)，同时该行星式运动可针对均匀膜厚度及完全标靶利用率最佳化。

一行星式机构造成磁电管(较佳是包括远小于该标靶的磁铁组件)执行行星或周转圆式运动，其中磁铁组件同时以一轨道式运动绕标靶的中心旋转，且在一行星式旋转中绕一也对该标靶中心旋转的轴旋转。该机构较佳是允许磁铁组件扫描通过标靶中心。该运动最好是逆行(retrograde)行星式运动，其中该行星式旋转系与轨道式旋转相反，但前行式行星运动提供许多相同结果。

在一具体实施例中，由齿轮比或其它啮合比测量出的旋转比1:03比6为较佳，但应避免整数值。从约1.2至约1.66及从约2.5至4.97的旋转比，可在标靶中心提供比标靶周边明显较大的速度。较佳的是，啮合比不应太接近整数值，其将产生一极小量的瓣状而因此产生不良的标靶利用率。齿轮比最好是根据在固定及不相称(即没有公约数)随动齿轮中的齿数。对于通常可用的齿轮，此要求通常可藉由一齿轮中的奇数齿及另一个中的偶数齿，或用于二齿轮的二不同奇数齿而满足。

该行星式机构可包括一具齿轮的机构，其包括一绕标靶中心轴配置的内齿轮、一沿该轴延伸且旋转一驱动板的旋转驱动轴、一支撑在该驱动板上且与该内齿轮啮合的惰轮，及一支撑在驱动板上且与该惰轮啮合的随动齿轮。一位于驱动板及标靶间的底板被固定至随动齿轮的轴，且与它一同旋转。一磁铁组件倚靠与标靶背面相邻的该底板的一端，且执行逆行行星式运动。其它具齿轮行星式机构的特征也可应用于带状行星式机构。

该内齿轮可固定，该例中介于随动与固定内齿轮间的齿轮比，决定随动齿轮与附接磁铁组件及驱动板间的旋转比，即行星式及轨道式旋转速率比。磁铁组件在标靶中心及标靶周边的速度比，由齿轮比且额外由自标靶中心至随动齿轮及自随动齿轮至磁铁组件间的旋转臂的比而决定。

较佳的是，一第一平衡件支撑在驱动板上与随动齿轮相反的末端，且一第二平衡件支撑在底板上与磁铁组件相反的末端。

该内齿轮可另由一第二旋转轴加以旋转

标靶侵蚀的轮廓的控制，可藉由调变行星式机构的旋转频率，或藉由将标靶功率调变成旋转位置(尤其是在标靶上磁铁组件的径向位置)的一函数。在-具体实施例中，当磁电管接近标靶中心时，旋转速率会增加或标靶功率降低。一部份置于磁铁组件上的位置感应器可用于使旋转或功率调变与磁铁组件的径向位置同步。

该行星式机构可包括二行星阶段(stage)，其具有经选定用于最佳化溅镀图案的三臂长及二齿轮比。该具齿轮的行星式机构或者能以一具有向内突出齿的固定外齿轮实施，其啮合在驱动板上旋转的随动齿轮。无须惰齿轮。

该行星式机构或者可包括一带式机构，其包括一绕中心轴的主动轮，一沿该轴延伸且旋转一驱动板的旋转驱动轴、一支撑在该驱动板上的随动滑轮、及一环绕该主动轮及随动滑轮的带件。位于驱动板下方的底板及附接磁电管被固定到随动滑轮的轴，且随之旋转。该主动轮可固定或由一分离的驱动轴旋转。

该小型磁铁组件(较佳是具有不超过被扫描标靶的面积的10％)可为一不平衡的磁电管，具有一沿中央标靶轴的极性的弱内磁极，其由一相反极性的较强外磁极围绕。二磁极的整体磁通量的比最好是至少1.5且较佳是至少2。对于深孔填充，磁通量比进一步增加至3或5或甚至更多较有利。额外的磁通量可藉由多列紧密堆积的圆柱状磁铁或藉由一磁性环形件(可能由多个弧形节段组成)提供。该小型磁铁组件或者可为一已平衡的磁电管，具有相等强度的内与外相反的箍状磁极，由一间隙隔开。在任一例中，磁铁组件可为圆形对称或可具有其它形状。

对于不平衡磁电管，可使用辅助同轴电磁铁，较佳是提供能量以在其等的内孔产生磁场，平行(非不平行)由强外磁电管磁极产生的磁场，因此提供投射磁场至该基材。该同轴电磁铁可环置于标靶与基材之间或在基材后的处理空间。后置电磁铁的内孔可小于基材的直径。如果使用二种电磁铁，侧置者大于后置者的比最好至少1.5或更佳是2。

本发明公开了一种设置用以配合一绕一中心轴对称地配置的溅镀标靶使用的振荡磁电管，其用于一绕该中心轴对称配置的磁电管溅镀反应器中，该振荡磁电管至少包含：一磁铁组件，其至少包含：一内磁极，其具有一沿该中心轴的第一磁极性及一第一总磁性强度，及一外磁极，其围绕该内磁极，且具有一与该第一磁极性相反的第二磁极性，及一为该第一总磁性强度的至少150％的第二总磁性强度；及一扫描机构，其在一路径中相对于该中心轴径向地且周围地移动该磁铁组件，且移动该外磁极通过该中心轴。

本发明公开了一种设置用以在一磁电管溅镀反应器中配合一绕一中心轴对称的溅镀标靶使用的振荡磁电管，其至少包含：一磁铁组件，其至少包含：一内磁极，其具有一沿该中心轴的第一磁极性及一第一总磁性强度，及一外磁极，其围绕该内磁极，且具有一与该第一磁极性相反的第二磁极性和第二总磁性强度；及一行星式扫描机构，其在一路径中相对于该中心轴径向地且周围地移动该磁铁组件并移动该外磁极通过该中心轴，且该行星式扫描机构包括一绕该中心轴配置的固定齿轮；复数个可旋转臂，他们包括一支撑自该固定齿轮径向朝外的至少一可旋转齿轮的第一臂；及一固设至该第一臂的驱动轴，用于驱动该机构并通过所述固定齿轮；一支撑该磁铁组件的臂，其被耦合至该至少一个可旋转齿轮的其中之一的一轴。

本发明公开了一种设置用以配合一溅镀标靶使用的旋转磁电管，其至少包含：一磁铁组件，其具有多个配置在一平面的相反磁极；及一行星式机构，其至少部分由一沿一垂直该平面的中心轴延伸的第一轴作支撑及旋转，且可装设该磁铁组件于一位置以按一将该磁铁组件的该磁性部分通过该中心轴的路径进行行星式运动。

本发明公开了一种两段式行星式磁电管，其设置用以在一磁电管溅镀反应器中配合一绕一中心轴对称的溅镀标靶使用，所述两段式行星式磁电管至少包含：一第一固定齿轮，其绕所述中心轴配置；一驱动轴，其通过所述第一固定齿轮；一第一臂，其附接于所述驱动轴；一第一随动齿轮，其通过一第一齿轮轴可旋转地支撑于所述第一臂上，所述第一齿轮轴沿一第一轴延伸且以齿轮啮合所述第一固定齿轮；一第二固定齿轮，其固设于所述第一臂上且绕所述第一轴配置；一第二臂，其附接于所述第一齿轮轴；一第二随动齿轮，其经由一第二齿轮轴可旋转地支撑于所述第二臂上，所述第二齿轮轴沿一第二轴延伸且以齿轮啮合所述第二固定齿轮；一第三臂，其附接于所述第二齿轮轴；及一磁铁组件，其附接于所述第三臂并具有第一磁极性的内磁极，该内磁极由与该第一磁极性相反的第二磁极性的外磁极围绕，其中围绕该第二齿轮轴的该第三臂的旋转使该外磁极通过该中心轴。

本发明公开了一种磁电管溅镀反应器，至少包含：一标靶，其绕一中心轴配置；一台架，其是用以支撑一与所述标靶相对的基材，所述基材将被来自所述标靶的材料溅镀；及一行星式机构，其位于与所述台架相反的所述标靶的一侧上，所述行星式机构包括：一固定的第一轮，其绕所述中心轴配置，一第一臂，其绕所述中心轴旋转且可旋转地支撑于所述第一轮外部一点上，且所述第一轮与一第二轮啮合，一第二臂，其固设至所述第二轮，及一磁铁组件，其固设至所述第二臂并且通过所述第二臂可移动经过所述中心轴。

本发明公开了一种溅镀方法，至少包含一磁电管绕一在磁电管溅镀反应中具有一中心对称轴的溅镀标靶的背面扫描，所述方法包括一磁铁组件以行星扫描进行扫描，所述磁铁组件包括一沿所述中心对称轴的第一磁极性的外磁极，其围绕一与第一磁极性相反的第二磁极性的一内磁极，所述内磁极沿着一其中所述外磁极越过所述中心对称轴的路径。

附图说明

图1及图2是可应用本发明的溅镀设备的集成电路通孔结构的剖面图。

图3是显示溅镀沉积不均匀性的典型的一通孔结构的剖面图。

图4是一溅镀标靶的径向侵蚀模式的图形。

图5是一具齿轮的行星式磁电管的立体图。

图6是图5的行星式磁电管的顶视平面图。

图7及图8是在行星式运动下的磁铁组件的路径图形。

图9是一结合图5及图6的行星式磁电管的溅镀反应器的剖面侧视图。

图10是一使用在图9的溅镀反应器的磁电管组件的剖面侧视图。

图11是一不平衡的圆形对称磁铁组件的剖面图。

图12是图11的磁铁组件沿线12-12的底视图。

图13是由一不平衡圆形磁电管产生的磁场分布的概要示范。

图14及图15是二替代性圆形对称磁铁组件的剖面底视图。

图16是一绘出由三种型式的磁电管所产生的电气特征的图表。

图17是对于一阶段行星式运动，计算出的径向位置随时间的一函数的图表。

图18是对于一阶段行星式运动，计算出的速度平方随时间的一函数的图表。

图19是根据图17中计算出的径向位置，及需求位置随时间的一函数的图表。

图20是对于一阶段行星式运动及对于臂长的二比值，径向速度平方相对于半径的图表。

图21是图20中径向速度平方的倒数的图表。

图22是一包括一行星式磁电管及辅助同轴线圈的溅镀反应器的概要侧视图。

图23是一在图22的溅镀反应器中产生的磁场的概要图式。

图24是一包括该旋转频率的调变的行星式磁电管组件的概要侧视图。

图25是一包括标靶功率的调变的行星式磁电管组件的概要侧视图。

图26是一两段式行星式扫描磁电管的顶视平面图。

图27是图26的扫描式磁电管的一立体图。

图28是一包括一偏心齿轮的扫描式磁电管组件的部份的概要顶视平面图。

图29是一具有一偏离惰齿轮的扫描式磁电管组件的部份的概要顶视图。

图30是另一型式的具齿轮行星式机构的一顶视平面图。

图31是一带式行星式磁电管组件的概要顶视平面图。

图32是一已平衡窄间隙圆形磁铁组件的底视平面图。

具体实施方式

本发明的一主要具体实施例依靠一行星式机构，例如使用一段式行星式齿轮系统，以允许一小型圆形对称磁电管完全覆盖溅镀标靶。该行星式机构产生一行星式运动，类似于行星表面上的一点绕恒星而轨道运行，同时该行星绕其本身的极轴执行行星式旋转。或者是其可看成一卫星绕一行星而轨道运行，且该行星同时绕恒星旋转的运动。在此具体实施例的磁电管中，卫星的轨道轴平行但离开行星的轨道轴，且该轨道为绕该轨道轴的圆形。该磁电管的磁铁组件离开且绕行星轴旋转，同时该行星轴在轨道上运行或绕轨道轴旋转，因而产生一复杂的轨迹，用于固定第二行星式臂的末端处的磁电管。在逆行行星式运动中，行星式旋转的方向与轨道式旋转的方向相反。

在如图5立体图所示的一齿轮在具体实施例中，一磁电管组件60包括一固设于一固定圆形架64的固定齿轮62，其经由二安装板66、68附接于磁电管壳体的一未显示顶部壁。一马达驱动轴70沿一中央室的轴72与固定齿轮62同轴，且通过固定齿轮62以支撑其下方的一附接主承载器或驱动板74，其据以绕固定齿轮62的中心72旋转，且作为行星式驱动器。一中央或惰齿轮76被自由地且旋转地支撑在驱动板74上，但其齿是啮合固定齿轮62的齿。一旋转或随动齿轮78同样自由且旋转地支撑在驱动板74上，且其齿是啮合惰齿轮76的齿。结果，也如图6中的顶视平面图所示范，当马达驱动轴70旋转且驱动该驱动板74时，惰齿轮76及随动齿轮78随之绕中心轴72旋转(例如在逆时针方向)，且惰齿轮76在逆时针方向绕其本身的轴旋转。同时，随动齿轮78绕其本身的轴在相反(顺时针)方向旋转。

随动齿轮78固设在且支撑在一位于驱动板74下方的底板80，使得该底板80因此连同随动齿轮78旋转。因为该悬挂及悬臂设计，底板80可经由中心轴72旋转。一磁铁组件84被支撑于底板80的一端下面，且一磁铁平衡件86被支撑于底板80的其它端下面。另一磁铁平衡组件88附接于驱动板74的其它端。驱动板74及底板80将可另称为臂，虽然所述臂长是从臂的旋转中心测量到外部支撑点。平衡件86、88最好实施为一体的圆形对称状。此齿轮配置造成磁铁组件84执行一周转圆或行星式运动，具有一沿驱动板74延伸而长度为A₁的主要旋转臂，及一延伸通过底板80而长度为A₂的第二旋转臂。请参考图6，该行星式机构使相对较小的磁铁组件84扫过实质上一大许多的标靶90(其也是绕其中心轴72呈圆形对称)的整个可用表面。

双重平衡使磁电管在其复杂运动中的振动最小，不管在该旋转组件的底部处缺乏机械支撑。较佳的是，磁铁组件84及其平衡件86，具有相同质量且具有相对随动齿轮78中心的相同旋转臂。同样地，主要平衡件88较佳是具有与其平衡的全部组件相同的质量且具有相对中心轴72的相同旋转臂。彼此平衡的质量及转动惯量应在90％内，且较佳是在95％内。

该行星式运动(如详见在图6顶视图中所示)包括驱动板74绕中心轴72的逆时针旋转。由驱动板74承载的该惰及随动齿轮76、78也随之绕中心轴72旋转但额外地绕其自身的轴旋转，惰齿轮76额外地逆时针旋转，而随动齿轮78额外地顺时针旋转。承载于固设到随动齿轮78的底板80的磁铁组件84也在一绕中心轴72的逆时针旋转轨道上旋转，且额外地施行围绕随动齿轮78的轴的顺时针行星式旋转。磁铁组件的该等二相反旋转方向称为一逆行行星式运动。随动齿轮78的旋转速率系与驱动轴70的旋转速率直接相关(此相关依据固定以及随动齿轮62、78间的齿轮比R_G)。对于概示的具齿轮行星式系统，齿轮比G等于随动与固定齿轮78、62的直径比

G＝D_FIXED/D_FOLLOWER，

虽然齿轮比更主要是由齿轮的齿数比决定G＝N_FIXED/N_FOLLOWER，

其中在二齿轮62、78的齿被沿各自的周围空间上等距分隔的情况下二等式相等。这些等式并未考虑齿轮比G的符号，即该齿轮配置是产生正行或逆行运动。可将一或多个惰齿轮置于固定与随动齿轮62、78间。如果一个别的惰齿轮以相同的齿数啮合其二相邻的齿轮，该齿轮比G将不受影响。然而，如果该惰齿轮包括不同直径的二同轴齿轮部份，该比将影响整个齿轮比。如何计算更复杂齿轮配置的齿轮比已属公知技术。

该行星式齿轮系统可变化以达到不同操作结果。然而，已经发现绝佳的结果可在具有一圆形对称磁电管的例中获得，是当磁电管的二臂具有大约相等长度、例如一介于0.66及4间的比、其中该行星式运动系逆行、且其中在随动与固定齿轮间的齿轮比是非整数。所述将近相等臂长(各等于标靶半径的半)允许圆形磁电管自标靶90的周边扫向其中心且越过中心72，因此允许完全标靶覆盖。大于2的齿轮比产生一如图7中所示的密集路径92，其中钻石状标记了相等时间区间，且代表磁铁组件84的中心。此路径92是针对一1:3.15的齿轮比、行星式臂的主要臂是0.8、及随动齿轮反转(即逆行行星式运动)计算出。

路径92被假设为一中等规模磁铁组件84的中心，使得该磁铁组件的磁性部份可接近或可越过标靶中心72。图5、6的磁电管组件的完整平衡，允许免除一中心支撑柱件(这在Freeman设计中会阻止越过标靶中心的扫描)。大体上，瓣状数目(在此对于驱动板的单一旋转约为3)大约等于正行或者逆行行星式运动的齿轮比。然而，如果齿轮比不是一整数值，该图案不会在所示的相当短区间中重复。而是该瓣状具有岁差以更均匀地覆盖标靶90。

如果齿轮比是相当接近1，在逆行运动中的路径是大体上绕一偏离中心的圆，但该饼图案对非一的值有岁差。另一方面，在正行运动中的对应路径系心脏形曲线，其中心处速度接近0。

图7中所示的路径92用于该驱动轴的单次旋转，其对于一60rpm的旋转代表约1秒。图8所示的路径90延伸超过6秒。可预见约10秒的扫描将提供标靶的完全覆盖，且代表一完全覆盖周期。虽然理想中的溅镀时间应为一完全覆盖周期(所示实例中为10秒)或其整数倍，以防止在连续完整扫描间的不均匀重迭，事实上，对于具有将近整数齿轮比的逆行行星式运动，该溅镀图案具有一接近多重方位角对称，因此对于一合理地大射程长度，该方位角的非均匀性通常不是明显问题。从以下导出的方程式中，可明白具优势的速度差可在1至6的范围中获得，较佳是1.5至5，其中整数值不符合需求，因为缺乏一岁差。正行行星式旋转将产生具有一不同形状路径的大约相同侵蚀图案，且大体上具有一相对于固定坐标更大的变异。

薄膜沉积均匀性将可通过减少在标靶的近似且甚至均匀侵蚀中轨迹92本身重复的时间区间而改进。侵蚀不均匀性可藉由使轨迹92中瓣状的数目及重迭最大化而改进。此可易于藉由确保在固定及随动齿轮62、78中的齿数N₁及N₂为不相称而达成(即不含公约数)。例如，一25:22的齿轮比是优于一24:22的齿轮比。一组供测试实施的齿轮比具有35:22＝1.59的齿轮比，导致一22秒的重复周期。至于许多有用及实际的齿轮比，齿数是介于16及80，此要求导致一奇及一偶的齿数，或二不同的奇数。

如果轨迹92的瓣状不太窄且不是非常紧密分布，均匀性也可针对短且可变的溅镀时间加以改进。如果齿轮比G不但不是整数且不接近一整数，此条件会符合，例如G与任何整数的差至少为0.1且较佳是至少0.2(例如介于3.1与3.9或3.2与3.8)。然而，正好为整数的半、三分的一或三分的二整数值(即例如3-1/2、3-1/3及3-2/3)及其类似者亦应避免，因为配合一合理大齿轮齿数的不相称齿轮比的需求。

无平衡件及固定支撑结构的磁电管60(图9中概示)可用在一相当熟知的等离子体溅镀反应器100中，其具有一绕中心轴72配置的室本体102。在此具体实施例中，一连接至轴70的马达104以一固定旋转速率(100rpm)绕中心轴72旋转该行星式磁电管60。

金属化标靶90是通过到转接器110的环状隔离件108而真空密封，转接器110被密封到本体102上且允许易于调整标靶与晶片间的间隙。一真空泵112通过一泵接口114抽吸室102的内部。一气源116供应溅镀工作气体(诸如氩)经由一质量流控制器118进入室102。如果需求反应式溅镀(例如)一金属氮化物，则也会供应一反应气体(在实例中诸如氮气)。

一晶片120被支撑于一台架电极122上与标靶90相对。一晶片卡环124可用以支撑晶片120到台架122或保护台架周边。现代反应器使用静电夹盘以夹定晶片120至台架122。一支撑在转接器110上的电性接地遮蔽件126会保护室壁及台架侧边，以防止溅镀沉积且也作为在等离子体放电中的阳极。工作气体经由一在卡环124与遮蔽件126间的间隙128进入主处理范围。其它遮蔽配置可包括一在主要遮蔽件126内侧的电性浮动次要遮蔽件，且贯穿由次要遮蔽件保护的主要遮蔽件126，以促进气体流入处理范围。

一直流电源供应器130相对于接地遮蔽件126负向偏压标靶90，且造成氩工作气体放电成为等离子体。具正电荷的氩离子带着足够能量被吸引到标靶90，以自标靶90溅镀金属，且被溅镀的金属沉积至且涂布于晶片120的表面上。对于深孔填充，一射频电源供应器132较佳是通过一电容式耦合电路134连接至台架电极122(其作为一高通滤波器)，以在晶片上120产生一负直流自偏压。该自偏压对加速正金属离子以垂直轨迹朝向晶片120是有效的，使其更易于进入高深宽比的孔中。该自偏压也将高能量赋予该等离子，其可受控制以有区别地溅镀沉积及溅镀蚀刻晶片120。一控制器136依照需求的溅镀条件控制真空泵112、氩质量流控制器118及电源供应器130、132。

磁电管60产生一磁场分量，其平行于圆形磁铁组件84的瞬时位置底下方的标靶90面，且因而产生一高密度等离子体的小区域138，该高密度等离子体在标靶90的邻近部份产生一高溅镀速率及一高金属离子化比率。该未平衡磁铁组件84也产生磁场分量，其从标靶90投射离开朝向晶片120，且导引金属离子至晶片120。圆形对称磁铁组件84产生一圆形对称磁场分布用于磁场的平行及投射分量。

磁铁组件84施行一绕与标靶90中心吻合的中心轴72的行星式运动。请参考图5及图6，驱动轴70沿中心轴72延伸且绕其旋转，以在绕中心轴72的轨道式运动中可旋转地驱动该承载或驱动板74。啮合固定齿轮62(其支撑结构未显示于第6图)的惰齿轮76及随动齿轮78(其啮合惰齿轮76)，可旋转地支撑于轨道运行的驱动板74上，以绕其各自的轴旋转。将磁铁组件84支撑于一侧的底板80，由随动齿轮78绕随动齿轮轴旋转。

磁铁组件84因而施行一行星式运动，其设计可通过适当选择能扫过或随意接近标靶90中心72及标靶轨迹的臂长及磁铁大小。获得完全覆盖可通过使二板74、80悬空离开轴70。图5的二平衡件86、88允许此偏心及悬臂运动而无过度的振动。然而，通常会需要磁铁组件84的强磁部份不通过中心轴72，因为此通常产生过量的中心侵蚀。而且，磁铁组件84的机械部份可能需要通过标靶中心72，且甚至通常需求的掠过轨迹会阻止旋转磁电管在其面对标靶的侧上的明显机械支撑件。

磁电管组件150的更详细剖面图显示在图10中。标靶90包括一附接至标靶背板154的待溅镀材料的一标靶层152。在直流磁电管溅镀中，标靶材料通常是金属，因此其可被电性偏压。一顶盖156系经由一环形隔离件158固设至标靶背板154，及围绕且密封一空腔160，其内有一水冷式磁电管会旋转。隔离件158允许标靶90电性偏压，而附接到它的顶盖156与附接的磁电管组件为安全理由维持接地。

在磁电管150与标靶90相对的一侧上，一底部环162及一安装凸缘164是固设至顶盖156的相反二侧，且一具有中心孔168的一驱动轴166通过他们。一球轴承套筒170可旋转地支撑在一固设至安装凸缘164的杯状壳体172内部的驱动轴166。一驱动钟状件174被固设于定位螺丝176间的驱动轴168，且通过未显示的齿轮及马达旋转以转动驱动轴166。一旋转联结器178可支撑地支承在驱动轴166顶部，以允许冷却水或其它液体经由一水管180流入轴内孔168，且因而进入空腔160。一未显示的水出口会贯穿顶盖160，以允许冷却水的再循环。一介于驱动轴168与安装凸缘164间的旋转定位环182密封空腔160内的冷却水。

未显示的螺丝将固定齿轮62附接至底部环162，且到达顶盖156。一卡环184会卡住驱动轴168的底部，且固设至驱动板74。主要平衡件88被支撑在驱动板74的第一端。惰齿轮76被固设到一旋转地支撑在驱动板74第二端的惰轮轴186。个别组的相互啮合齿将固定及惰齿轮62、76啮合在一起。同样地，随动齿轮78被固设至一旋转地支撑在驱动板74更远处的第二端的随动轴188，且互相啮合的齿将惰及随动齿轮76、78啮合在一起。底板80被固设至驱动板74下的随动轴188的末端，且随着随动齿轮78的行星式运动旋转。

磁铁组件84可为圆形对称，可自图11内侧边的剖面图中，及自图12的底部更明白了解。其具有的总面积较佳是不超过标靶被扫描的面积的10％，更佳者少于5％。即使一具有少于2％面积比的磁铁组件也经验证在一行星式磁电管中具有相当良好的均匀性。虽然可能有其它补偿考量，一圆形磁铁组件可最大化磁场强度用于一给定尺寸及型式的磁性材料。

具有沿圆柱轴的第一磁极的大量圆柱形外磁铁192，系配置在一绕一磁性中心轴194的饼图案中。他们是由一圆形磁性轭196(例如由一磁性软质不锈钢制成)支撑，其最后被固设至行星式底板80底部一中心支撑点处。外磁铁192自由端底部藉由一环状磁极件198覆盖且磁性耦合。一相反磁极的圆柱形内磁铁200被定位在外磁铁192的圆形数组的中心，且由磁性轭196支撑，其也磁性耦合内磁铁200至外磁铁192。内磁铁200的底端最好(但不一定必须)由一圆形磁极件202覆盖。所述磁铁通常是封入不锈钢封装中，具有的尖端是通过磁性轭196及磁极件198、202中的孔抓取。未显示的螺丝会固定磁极件198、202至轭196，使磁铁192、200夹置于他们之间。组合的外磁铁192的总磁性强度系大于内磁铁200达至少1.5的倍数，且较佳是超过2，导致磁铁组件84不平衡。如果使用相同磁性材料于所有磁铁，总磁性强度(其为磁通量对表面积积分)是正比于外磁铁192或内磁铁200的总剖面积。应了解内磁铁200可细分成具有一共同中心磁极件202的多个圆柱形磁铁。虽然因为此配置较低的堆积系数而提供较少磁性强度，对于不平衡磁电管的较弱内磁极而言，此损失较不具关键性。

在决定完全标靶覆盖时，应考虑磁电管组件84的宽度。一用于完全覆盖的条件如下

A₂+(D_M/2)≧A₁，

其中D_M为磁电管组件84绕中心194的外磁性零件的直径(即外磁极件198的绕行直径组件)，虽然一较佳但较难计量的半径为以下将描述的环形磁性组件。然而，由实验确认的有限磁电管直径的实际模拟结果是标靶中心被过度溅镀。因此，对于完全及均匀标靶侵蚀而言，磁电管的边缘应是稍掠过标靶中心，即

A₂+(D_M/2)≦A₁，

再者，均匀膜沉积似乎是比均匀标靶侵蚀更重要。在金属化溅镀的例中(例如铜或铝)，有时均匀膜沉积最佳化是通过基本上不溅镀标靶的极靠近中心处。在此情况下，被喷镀的铜可充分在造成负侵蚀的标靶中心再沉积。但因为被溅镀的铜是相当稳定，再沉积大体上不被视为问题。然而，在用作阻障层的耐燃材料(诸如钽、钛及钨)的例中，尤其是结合其等氮化物的反应式溅镀时，再沉积呈现一明显的微粒问题。再沉积的耐燃材料或耐燃氮化物显现高内应力，且很可能剥落明显厚度的再沉积层。因此，对于耐燃材料的溅镀，应藉由溅镀通过整个标靶范围至一足以避免净再沉积的程度，以保持标靶干净。即磁电管应相当靠近标靶中心，即使标靶在接近其中心被过度溅镀。

一圆形未平衡磁铁组件提供数种用于均匀溅镀进入高深宽比孔的优势。如图13中概要显示，一圆形未平衡磁铁组件包括一种极性的内孔206，其由另一极性的较强外磁极208围绕，且二者大体上均相对中心轴194圆形对称。该圆形磁铁组件产生一也对轴194圆形对称的磁场。该磁场分布包括半环形分量210，其循着一自外磁极208至内磁极206的平顺路径。磁极206、208的面被紧密置放在标靶90的后面，他们之间具有一最小尺寸的间隙212。结果，一些半环形分量210大体上平行延伸至标靶90的前面。该等平行磁场捕捉电子且大幅增加邻近标靶的等离子体密度。半环形分量210系相对磁性中心轴194对称，且形成一用于捕捉等离子体电子的封闭回路，因此减少电子损耗。图5、6的磁电管的双平衡件设计减少颤动及振动，且因此允许间隙212降低，此与Freeman设计中行星式旋转没有平衡件相反。

磁场分布也包括自较强外磁极208投射离开标靶90朝向被溅镀涂布的晶片的分量214。自较强外磁极208发射的投射分量214，在其在回到外磁极208或背面轭196前将近晶片时，会弯曲朝向磁铁组件的中心线194。因磁电管不平衡产生的投射分量214，延伸等离子体且导引离子化金属原子到达晶片。在一圆形磁铁组件中，投射分量214也是圆形对称，且不偏向晶片的内或外部，尤其是在考虑到完整的行星式运动后。再者，圆形几何形状允许磁铁的不平衡达到最大，因此允许增加投射分量而不降低增加等离子体密度的半环形分量210。电子损耗在一圆形配置中也会减少。最后，不平衡磁电管在磁场分布中产生一零磁场216以及局部最大值218。该零磁场216捕捉电子至一极高密度。当中性被溅镀金属原子通过高度离子化零磁场216，他们倾向于碰撞电子且变成离子化，因此增加金属离子化比率。

数种变化可用于图11及图12的磁电管100。圆柱形中心磁铁200可用多个小磁铁取代(较佳数目为3、4或7)，后者系在一六边形最密堆积配置中。为了特定效果，圆柱形中心磁铁200可由一具有一圆形内孔件的环形内磁铁取代。外磁铁192可由(如图14的剖面图中所示)的二环列的磁铁220、222取代，他们被一单一圆形磁极件198覆盖。较佳的是，外磁铁220尺寸稍大使得多列能够紧密堆积。另一选择是如图15的剖面所示，外磁铁212是由一环在一沿轴194方向磁化的弧状磁铁224的环箍取代，且其沿方位角方向具有一大体上矩形剖面。较佳的是，磁铁224数目为二或更多以有利于制造。任一配置均增加外磁极的磁性密度，因此允许增加磁电管中的不平衡，因而增加投射磁场不牺牲邻近标靶面的重要半环形分量。所增加的投射磁性分量大幅促进深孔填充及其它溅镀效率。同时，外磁极所增加密度允许一较小磁电管，不需与零磁场的地点妥协。外与内磁性强度的比因此有利地增加至3或甚至5以上。

虽然上述具体实施例包括一固设于图10的顶盖186的最内部齿轮62，应了解最内部齿轮62绕中心轴72的额外旋转，造成其相对于顶盖186旋转，且提供相对于驱动板74的额外旋转，其具有对其余设计的少许冲击。虽然此具体实施例的机械设计的复杂性在于需要二绕中心轴72的同轴旋转，或一第二偏离驱动轴，由于与该最内部齿轮62的齿轮啮合以及相伴的旋转密封与旋转驱动，该额外独立旋转提供操作控制的额外弹性，无须改变机械零件。例如，可能会需要提供一反应器，其能够在条件稍许变化下在参考图8所述的整数次完全覆盖循环中沉积相当薄的阻障或籽晶层。一支撑最内部齿轮62的可变速率轴允许图8中相对于一固定标靶90的模式，以循环一整数次用于不同溅镀周期。即一单一磁电管组件可被最佳化用于不同阻障/衬层应用。此外，相同的磁电管组件可最佳化用于需要长沉积时间的较厚毯覆式沉积，因此使得一通用磁电管能够用于不同应用。

本发明磁电管的操作，可参考图16的图表解说，其针对三不同磁电管绘出，当使用在等离子体溅镀反应器中时，各自的标靶电压为应用于标靶的直流功率的函数，因此在某些意义上是绘出等离子体阻抗与功率的函数。产生相当低密度等离子体及相当低离子化比率金属原子的习知磁电管，显现一电压对功率的特征曲线230，其升至一峰值234且接着单调地落回，越过任何可用功率范围朝向零。一周围扫描式三角形SIP磁电管(其需要适度大小以自中心延伸到标靶边缘)，产生一中等密度等离子体及适度离子化比率(可能为20％)。其特征曲线236也单调地自峰值234落下，但只直到通过一转态点238。在转态点238的上，标靶电压开始上升。在转态点238以上的升高咸信是由增加金属离子密度造成。在转态点238以上的操作是有利于产生一高金属离子化比率，其促进溅镀进入高深宽比的孔。

可与本发明的行星式运动一起使用的极小型磁电管(例如，具有图11及图12的结构)，显现一类似SIP磁电管的特征曲线240。然而，其转态点242出现在实质上更低功率处。此表示其产生一还更高的金属离子化比率。该较低转态点242另也允许在具有一实质上功率减少的需求方式中操作。

磁电管60已被用以涂布金属进入高深宽比的孔中，其使用图9中所示的普遍型式的溅镀反应器100，但具有一比所示(尤其是)在标靶90及300毫米晶片120间的400毫米分隔更长的射程。该行星式磁电管的第一臂长为117.5毫米，第二臂长为53.3毫米且磁铁直径为117毫米。该固定齿轮具有35齿且随动齿轮具有22齿。优异的效能可在具有介于600与900瓦的偏压功率时观察到。请参考图3，超越习知或甚至SIP磁电管的最大改进是在悬空件46的明显减少。此改进将使得溅镀能具有更高深宽比地进入孔。再者，对于124奈米范围厚度而言，最小侧壁厚度44已增加至5奈米以上且更均匀。底部42的厚度也已增加到至少40奈米。此等效应相信能从通过一更小型磁铁组件达成的更高等离子体密度中推导出。再者，靠近晶片周边的侧壁覆盖的不对称性降低，表示更高的离子化比率。更高的偏压功率进一步减低悬空件，但侧壁的部份会变太薄。

行星式运动的轨迹系易于计算为在一复数平面中的一复数位置r，其原点在标靶中心。执行行星式运动的对象的位置x系给定为

$x=A_1{e}^{i{\mathrm{\ω}}_{1}t}+A_2{e}^{i{\mathrm{\ω}}_{2}t},$

其中一般A₁及A₂是代表主要及次要力臂的长度的正实数，ω₁是以每秒径度表示的驱动板旋转速率，而ω₂是随动齿轮相对于固定坐标的旋转速率。对于可表示为一齿轮比G或其它啮合比的行星式运动，二旋转速率是由以下关联

ω₂＝(1+G)ω₁

对于正行行星式运动，齿轮比G为正，而对于逆行行星式运动是为负。使臂长的比表示为

$R_A=\frac{A_2}{A_1}$

因此该位置可表示为

$x=A_1{e}^{{\mathrm{i\ω}}_{1}t}\{1+R_A{e}^{+\mathrm{iG}{\mathrm{\ω}}_{1}t}\}.$

复数速度v是位置x的时间积分，其由以下给定

$v=x={\mathrm{i\ω}}_1{A}_1{e}^{1{\mathrm{\ω}}_{1}t}\{1+e^{\mathrm{iG}{\mathrm{\ω}}_{1}t}{R}_A(G+1)\}$

为回到实数值，速度大小的平方(即速率的平方)系给定为

${\left|v\right|}^2={\mathrm{vv}}^{*}$

    $={\mathrm{\ω}}_1^2{A}_1^2\{1+R_A^2{(G+1)}^2-R_A(G+1)(e^{{\mathrm{iG\ω}}_{1}t}+e^{-\mathrm{iG}{\mathrm{\ω}}_{1}t}\}$

    $={\mathrm{\ω}}_1^2{A}_1^2\{1+R_A^2{(G+1)}^2-{2R}_A(G+1)\cos G{\mathrm{\ω}}_{1}t\}.$

当余弦项系正或负时会出现最大及最小速度。其系取决于G的符号及大小。虽然最大及最小速度的讨论会受关注，但其并不直接针对标靶侵蚀。

用于均匀标靶溅镀的实际需求系根据相对于中心轴的径向速度，而非沿一路径的切线速度。为了均等覆盖，磁电管花费在一半径r宽度Δr的环箍中的时间Δt(无限小)是正比于r。平行于环箍的方位角速度不直接与均匀溅镀相关。结果，需求的径向速度成为

$\stackrel{.}{r}=\frac{\mathrm{\Δr}}{\text{\Δt}}=\frac{1}{r}.$

该微分方程式是通过简单积分而解出，且产生

$r=\sqrt{t}$

及

$\stackrel{.}{r}=\frac{1}{\sqrt{t}}=\frac{1}{r}$

最后方程序系等于

$\frac{d{r}^2}{\mathrm{dt}}=1.$

此等方程式未明显地计入常数及符号。

请回到复数代数，随时间变化用于行星式运动的半径平方系定为

$r^2={\mathrm{xx}}^{*}$

   $=A_1^2\{1+R_A^2+R_A(e^{\mathrm{iG}{\mathrm{\ω}}_{1}t}+e^{-\mathrm{iG}{\mathrm{\ω}}_{1}t})\}$

   $=A_1^2\{1+R_A^2+2R_A\cos G{\mathrm{\ω}}_{1}t\}$

   $=A_1^2+A_2^2+2A_1{A}_2\cos G{\mathrm{\ω}}_{1}t.$

此方程式也可由余弦定律推出。对于A₁>A₂的情况，此函数绘在7图17中。对于A₁<A₂的情况，可观察到相同的相依性，但在纵坐标轴上的差的阶会相反。有趣的是，除改变周期性外，对于任何齿轮比G的值均可获得相同的相依性(不管正或负)，即不管正行或逆行的行星式运动。而且，需要避免整数值以确保一岁差图案。

该时间微分系

$\frac{{\mathrm{dr}}^2}{\mathrm{dt}}=-2G{A}_1{A}_2{\mathrm{\&omega;}}_1\sin G{\mathrm{\&omega;}}_{1}t.$

此方程式是绘于图18中，其中负值以虚线显示。再次，除周期性及幅度外，波形系与G无关。该函数围绕着0变化，但请注意到只有其大小系明显用于覆盖效应。该图式业经正常化至最大值为1，且其平均大小是2/π。如示范于以上微分方程式的解答，对于该轨迹上的均匀覆盖而言绘于第18图中的量应为固定。虽然此量在时间或整个半径中明显并非固定，我们需要自平均值建立变异程度及其是否有意义。

首先，上述微分是根据一点状大小的磁电管，事实上该磁电管有效地延伸达一直径D，其通常是约圆形磁电管的实际外部直径，且取决于不平衡的程度及磁电管的尺寸。结果，图17的图形应予以淡化。例如，在最小半径A₁-A₂处，磁电管实际上延伸更接近中心r＝0，然而具有较减少的效果，因为磁电管只有一部份在该侧延伸。同样地，在最大半径A₁+A₂处，磁电管以较减少的效果更向外延伸。

其次，径向速度与一常数值的偏差对大多数轨迹而言并非多么重要。为量化该效果，时间与径向位置的平方的相依性绘于图19的A₁＝A₂例中。自以上微分方程式推导的理想时间相依性由锯齿状波形绘出。此显示磁电管花太多时间在靠近中心及靠近周边处。相同的结论可自图18的图中推出。

该误差的一较佳计量与以半径r表示dr²/dt的侵蚀模式有关。简化包括不相等臂长的微分是通过将t正常化成Gω₁t且正常化r成为

$r/\sqrt{2A_1{A}_2}$

且使用一无单位的参数

${\mathrm{\&alpha;}}^2=\frac{1}{2}(\frac{A_1}{A_2}+\frac{A_2}{A_1}),$

其中对于相等臂长是1。该等二径向方程式是接着表示为

r²＝α²+cost

且

$\frac{{\mathrm{dr}}^2}{\mathrm{dt}}=-\sin t,$

其组合后产生

$\frac{{\mathrm{dr}}^2}{\mathrm{dt}}=-\sin \left({\cos }^{-1}(r^2-{\mathrm{\&alpha;}}^2\right)$

$=-\sqrt{1-{(r^2-{\mathrm{\&alpha;}}^2)}^2}$

如果t偏移π则出现在根号前的负号会消失。此时间微分是绘于图20成为一经正常化的半径的函数，用于臂长的三种比。事实上，半径的倒数会产生相同结果。用于考虑标靶侵蚀轮廓的一更直接函数系时间微分的倒数，如图21中所绘。当包括一有限磁电管直径时，在最内及最外点处的奇异点将被平滑化。然而，标靶的最内及最外部份被过度地侵蚀。一进一步的结论是一非1的臂比A₂/A₁减少了在最内点处的奇异点的范围。对于此等原因，一较佳具体实施例使用一非1的臂比及一适度地大的磁电管，其将近掠过但不触及标靶中心轴。

辅助同轴磁铁可借着增强由不平衡磁电管产生的投射场而进一步改进效能。如图22的概要剖面图所示，一反应器250包括一转接器252，其延伸且有效地形成部份室侧壁102。转接器252是用以易于改变标靶90与晶片120间的射程。一电磁线圈254会环绕与中心轴70同轴的转接器252外部。一直流电源供应器256提供一经控制量的电流通过线圈254，以在该室内产生一大体上垂直磁场，其平行且增强自不平衡行星式顶部磁电管60的较强外磁极208投射进入该室的磁场。

结果，如图23中概要显示，投射场214在回到外磁极208背面前，更延伸进入室内朝向晶片120。该效应是借着另一同轴电磁线圈258进一步增强，该同轴电磁线圈258系置于晶片台架122后且由另一直流电源供应器260提供能量，以产生一大体上垂直磁场，其是平行且增强来自磁电管的外磁极208的投射磁场。该较低电磁线圈258具有比上方电磁线圈254小的径向尺寸，且作用为在投射磁场自晶片120后回到磁电管的外磁极208前，将其集中朝向晶片120。该侧电磁线圈254的内孔系实质上大于晶片120的直径，同时底部电磁线圈258的内孔通常稍小。一内孔的侧边完全由相关电磁线圈围绕。线圈254、258造成投射磁场214自行星式顶部磁电管60延伸至晶片120，且因此导引金属离子一直到达晶片120。图23中所示的磁场并不完整。例如，该图式未显示更紧密围绕产生其等的线圈254、258的螺线管形磁场。较佳的是二线圈254、258的内孔比是至少1.5且更佳是至少2.0，以达到一集中效果。

图22中所示的侧同轴线圈254只在标靶90与台架122间的处理空间的上半部中延伸。其它线圈配置也可行。例如，一长侧线圈提供一自标靶90延伸至晶片的更均质磁场。此一场将准直自等离子体138发射的电子通量(且因此跟随该等电子的离子通量)。可藉由使用沿该室侧壁轴向配置的多个侧线圈达到几乎相同效果。产生一汇聚磁场以使电子通量及因此离子通量集中的一均质场与较小型后线圈258的组合，已用于习知扫描式电子显微镜的电子光学系统中。

电磁线圈254、258可被用以增加已不平衡的顶置磁铁组件84的有效不平衡。同样地，他们可用以影响一不平衡磁电管，同时使用一经平衡或将近平衡的顶置磁铁组件84，因此使顶置磁电管60免于提供准直及导引磁场的负担，因而允许更自由地设计顶置磁电管60。

以上呈现的学理，虽然未计入磁电管直径及局部磁场分布，但示范了调整齿轮比及臂长比在增加完全标靶覆盖上具有有限的应用。一改进效能的方法藉由当磁电管行经标靶的周边及中心间时，调变行星式运动的速率而有效地改变该时间刻度。相反地，较习知的行星式磁电管以一固定旋转速率绕标靶的中心旋转驱动板。

在图24的剖面图中所示的磁电管组件250内，旋转磁电管160的马达104具有一输出轴272，其通过一或多个齿轮274、276耦合至驱动钟状件174。马达104是一习知无碳刷交流马达。在此具体实施例中，其是由一可变频率交流来源278驱动。一频率调变器280控制交流来源278的频率，因此驱动轴272且因此行星式磁电管160在一些径向扫描期间比其它时间旋转得更快，例如当磁铁组件84较靠近标靶90中心72时较快。即，旋转速度是在每次第二臂80朝向及远离中心轴时调变。使用一脉冲式步进马达可简化该配置，由于脉冲速率可变化以控制相对磁铁组件84的旋转的旋转速率。旋转速率也可在靠近标靶周边时增加，但此显然不如靠近中心时重要。标靶90那个部份扫描较久，也取决于磁铁组件84的大小及离标靶中心与周边的偏离。

以大多数齿轮比而言，磁铁组件84的径向位置不会由直接驱动轴166或其驱动钟状件174的旋转位置确定。因此，该调变必须与行星式机构的第二臂80的运动同步。即使调变是在各次旋转中小百分率的不同步，第二行星臂的快速旋转将很快变成完全不同步。同步化是依照一位于磁铁组件84最外部位置处后或侧面的顶盖156上的位置感应器282而确实控制。感应器282在一连接至第二臂80或磁铁组件84的外部的信号放射器284靠近行星式路径的外周边时会侦测到。该感应器可为能够感应一紧密分布的信号放射器284的光、磁性或其它设计。例如，感应器282可包括一雷射或光源及一对应光侦测器。在此例中的信号放射器284可为一周期性反射模式，其将产生一系列适当决定周期的光脉冲，一连接到该光侦测器的电性滤波器将其转换成一由感应器传递到调变器280的单一同步脉冲。二位置感应器可有利地用以预先触动该等电子系统，且减少不正确的侦测。应注意到所示的位置感应器是定位在该标靶的一扇区，且不侦测在其它扇区器中的径向位置。然而，如果每次旋转的不同步相当小，所产生的临时位置感应将足够。

一刻蚀该侵蚀轮廓的第二方法会调变应用至标靶的电力。该标靶电力在大多数商用溅镀反应器中通常是直流，但其在一些应用中可为交流或射频。在图25的概要剖面图所示的磁电管组件290中，供应电力至标靶90的直流电源供应器292的功率调变，是通过一经由位置感应器282与第二行星臂80的旋转同步的功率调变器292。实际调变可就标靶电压或电流，但通常标靶偏压是依照功率而定。功率调变器292在磁铁组件84重迭标靶90的部份时供应较少功率而较少侵蚀，(例如)在靠近标靶中心处。应用的功率越少，底下标靶的溅镀越少。明显的调变不只影响标靶溅镀速率，且其也影响溅镀原子的离子化比率。功率越高，离子化比率越高。

诚然，图24的频率调变可与图25的功率调变组合。应了解频率及功率调变280、292可纳入第9图的控制器136中。

另一控制径向侵蚀模式的方式系增加行星式运动的另一阶段。如图26的顶视平面图及图27的立体图所示，一两段式磁电管300包括一第二段随动齿轮302，其被可旋转地安装在固设于旋转中第一段随动齿轮78的第二臂80上，且啮合一固设于第一臂74的第二段固定齿轮304。一第三臂306被固设于旋转中的第二段随动齿轮302。磁铁组件84被固设于第三臂306的一端，且另一平衡件308被固设于其它端。在此具体实施例中，在二随动齿轮78、302间未置入惰齿轮，使得第三臂306执行相对于第二臂80的正行行星式运动，但相对于第一臂74的逆行行星式运动。整体效应是一两段式行星式旋转机构，其提供的轨迹近似发生在绕一行星轨道运行的旋转中月球表面的一点，该行星本身绕太阳轨道运行中；或者是一卫星绕月球轨道运行，该月球绕地球轨道运行，而地球绕太阳轨道运行。额外的阶段提供对侵蚀轮廓更多的控制。

两段式运动的复数平面位置被定为

$x=A_1{e}^{i{\mathrm{\&omega;}}_{1}t}+A_2{e}^{{\mathrm{i\&omega;}}_{2}t}+A_3{e}^{\mathrm{i\&phi;}}{e}^{{\mathrm{i\&omega;}}_{3}t},$

相位系数

表示复数量A₁及A₃间的相位差，且当齿轮比中的一个是1或一小整数时可能需要。对于只有二行星臂时将不需要类似的相位差，因为坐标轴是随机选定且(除在退化(degenerate)中或接近退化情况时)在一些时间点，二臂会对齐。

跟随先前的推导，该等旋转速率的关系为

ω₂＝(1+G₁)ω₁

且

ω₃＝(1+G₂)(ω₂

＝(1+G₁)(1+G₂)ω₁

其中齿轮比G₁及G₂有关用于一段式的齿轮。该时间相依位置接着被表示为

$x=e^{{\mathrm{i\&omega;}}_{1}t}\{A_1+A_2{e}^{+i{G}_1{\mathrm{\&omega;}}_{1}t}+A_3{e}^{+i(G1+G2+G1G2){\mathrm{\&omega;}}_{1}t}\}$

且径向位置的平方表示为

$r^2=A_1^2+A_2^2+A_3^2+2A_1{A}_2\cos G_1{\mathrm{\&omega;}}_{1}t$

          $+2A_1{A}_3\cos \left((G_1+G_2+G_1{G}_2\right){\mathrm{\&omega;}}_{1}t+\mathrm{\&phi;}$

          $+2A_2{A}_3\cos (G_2(1+G_1){\mathrm{\&omega;}}_{1}t+\mathrm{\&phi;})$

此一大数目的可变系数提供在平滑侵蚀模式的最佳化轨迹中更大的弹性。

具有一偏心齿轮的一段式行星式磁电管，可达到以上用于两段式磁电管所述的类似效应。例如，如图28的平面图中所示，一椭圆形惰齿轮310被夹置于固定齿轮62及随动齿轮78之间。椭圆形齿轮310是可偏心地绕一偏离齿轮310中心304的轴312旋转。椭圆形齿轮310的齿是沿其周围等距均布。一臂316绕一不规则形状驱动板320中的枢轴318摆动。驱动轴70绕驱动轴72旋转驱动板320。固设在驱动板320一端的一弹簧322(其可在伸张或压缩中操作)或其它施力构件在一方向推进臂316，因此椭圆形齿轮310在其旋转的所有点处维持与二齿轮62、78的啮合。取决于椭圆形齿轮310的位置，瞬间齿轮比会改变，使得即使在主驱动轴70的固定旋转速率下，第二臂80的旋转速率也会改变。所描述的配置提供二种型式的偏心率、非圆形的齿轮、及齿轮轴与齿轮中心的偏离。此等中任一者均可单独提供需求的效果。其它非圆形状(较佳是卵形)是属可行。其它齿轮62、78中的一而非惰齿轮310可为偏心或非圆形。

三齿轮不成一线的配置可节省比习知圆形齿轮更多空间。如图29中所示，圆形惰齿轮76的一中心326是偏离连接固定及随动齿轮62、78的中心72、328的线，使得后二齿轮彼此可靠近地置放，但不直接啮合。如果需求逆行运动，一类似不成一线的配置可有利地应用到图26的两段式行星式机构的第二段，但较少空间可用于一中等惰齿轮的极短第二臂80上。

图29也可用以解说惰齿轮76(不论是否配置在线内或线外)可包括二齿轮部份，他们是固设至一沿中心轴306配置的共同轴，但具有不同直径。一齿轮部份啮合固定齿轮62，而其它啮合随动齿轮78。在惰齿轮76上的二同轴齿轮部份的齿轮比需要被包括在总齿轮比G中。

所有先前描述的行星式机构均纳入一中央固定的惰齿轮及耦合其至磁电管臂的复数个齿轮。其它型式的具齿轮行星式机构系可行。一替代者使用一固定式外齿轮。在图30的顶视平面图所示的一一段式具齿轮行星式机构330中，驱动板74被支撑在马达驱动轴70上且由其旋转。在其末端可旋转地支撑随动齿轮78，且在其与中心轴72间无其它齿轮。而随动齿轮78啮合一在其内部具有齿的固定式外齿轮332。磁铁组件84、其底板80及平衡件86与主要平衡件88可在该固定式外齿轮312下通过，且磁铁组件84可通过中心轴72。用于固定式外齿轮332的支撑机构未显示，但将延伸过标靶90的周边。所示的行星式机构以一极简单机构提供需求的逆行行星式运动。此机构与Tomer的行星式机构不同处在于，本发明的磁铁组件84是非常小且该设计允许其磁铁部份通过中心轴72，而非Tomer的绕中心振荡的大型磁电管。所示范的行星式机构不包括一惰齿轮。然而，可能包括他们中的一或多个。他们有助于使齿轮比成为较小值。

也能以一带件及滑轮机构340达成需求的行星式机构(如图31顶视平面图所示)，其中不同轮是由带件而非经由齿轮啮合。一带件342会围绕一静止或固定主动轮344。可旋转地支撑一随动滑轮346的驱动板，是可旋转地经由一可旋转轴348支撑于驱动板72上。底板80被固设于随动滑轮346的轴348，因此其与随动滑轮346一起旋转，且附接于底板80的末端的磁电管86执行行星式运动。随动滑轮346与驱动板74的旋转速率的比(近似于具齿轮行星式机构机的齿轮比)，是取决于固定主动轮344及随动滑轮346的直径的比。该行星式运动系逆行而不使用一惰轮。一带件应视为包括一滑轮带、具脊状带、金属带、链、链带、缆线、环带或其它弹性结构，是环绕二个大体上圆形构件，至少其一是可旋转且啮合他们。所述具齿轮及带式具体实施例共享圆形构件的共同功能，是经由在一齿轮或轴上的齿或轴，或经由环绕一滑轮或轴的带件，可旋转地彼此啮合。一用于包括具齿轮及带式二具体实施例的旋转比的更通用概念，是介于最内部圆形构件及随动圆形构件间的啮合比。视需要，主动轮344可连接至一第二同轴驱动轴，以允许磁电管轨迹及完全覆盖周期的动态控制。

该行星式机构不限于所描述的具齿轮及带式的具体实施例，只要能达到磁电管需求的行星式运动。再者，即使更复杂的行星式运动也可能(诸如椭圆形路径)。

虽然行星式机构尤其适于用在深孔填充的不平衡磁电管，其也可有利地应用至更适用于毯覆式覆盖的平衡磁电管。例如，在图32中所示的磁电管组件350包括二相反磁极性的同心圆箍状磁极面352、356，是由一间隙354分隔且产生相同的总磁性强度。其下的磁铁可为配置成一圆的马蹄型磁铁，或由一磁性轭磁性耦合的成对的不平行圆柱形磁铁。虽然能以空心使此一大型磁电管不平衡，通常磁强度是平衡。此相同磁性构造通常是用在相当大尺寸的习知肾形磁电管中。该行星式扫描以一小许多的圆形平衡磁电管提供均匀溅镀及标靶的完全利用率。再者，一相当高密度等离子体通常是用于快速溅镀速率所需。一小面积磁电管允许一非常适当的电源供应器，以在邻近小型扫描式磁电管的标靶范围中产生高度有效电力密度，且因此高等离子体密度。较小的电源供应器也有利地减少需要维持标靶在一合理温度的冷却容量。

行星式机构也可驱动非圆形磁电管(诸如三角形者)，其形状已为均匀性及其它原因而进一步最佳化。

任何各种设计的行星式机构均可配合广泛范围的磁铁配置使用，(例如)平衡对不平衡、高对低等离子体密度、及厚对薄沉积厚度，使得通用行星式机构可被应用至一些范围的溅镀应用，因而使得经济型扫描设计及减少零件库存可行。不同齿轮或滑轮的简单替换或以另一通用设计中的不同磁铁组件取代，允许在覆盖模式、速度变化、及离子化比率与投射磁性分量中的变化。

虽然该机构已参考具有绕一中心轴的行星式运动的一扫描式磁电管解说，其它对中心轴径向或周围地扫描的机构均可获得。较佳的是，该设计允许机械参数的选择，其可选定以造成至少部份磁铁组件通过中心轴。此机构包括一用于磁铁组件的径向动作致动器，及一周围旋转驱动板。

该行星式磁电管运动允许以相当简单扁平标靶的高效能溅镀，此与复杂形状且因此昂贵的空心阴极或圆拱形标靶不同。然而，行星式磁电管可具优势地配合更复杂标靶(尤其是空心阴极标靶)使用，以增加顶置溅镀的均匀性，同时降低功率需求。

本发明因而促成均匀溅镀且增加标靶使用率。其也允许使用极小磁电管，以相当小电源供应器提供高等离子体密度，无须牺牲溅镀均匀性及标靶使用率。所有此等特征能够以一通用磁电管设计获得。

Claims (50)

1.一种设置用以配合一绕一中心轴对称地配置的溅镀标靶使用的振荡磁电管，其用于一绕该中心轴对称地配置的磁电管溅镀反应器中，该振荡磁电管至少包含：

一磁铁组件，其至少包含：

一内磁极，其具有一沿该中心轴的第一磁极性及一第一总磁性强度，及

一外磁极，其围绕该内磁极，且具有一与该第一磁极性相反的第二磁极性，及一为该第一总磁性强度的至少150％的第二总磁性强度；及

一扫描机构，其在一路径中相对于该中心轴径向地且周围地移动该磁铁组件，且移动该外磁极通过该中心轴。

2.如权利要求1所述的磁电管，其中该扫描机构是一行星式扫描机构，其绕该中心轴以至少一段式行星式运动而移动该磁铁组件的一点。

3.如权利要求2所述的磁电管，其中该行星式运动是一两段式行星式运动。

4.如权利要求2所述的磁电管，其中该行星式运动是一逆行行星式运动。

5.一种设置用以在一磁电管溅镀反应器中配合一绕一中心轴对称的溅镀标靶使用的振荡磁电管，其至少包含：

一磁铁组件，其至少包含：

一内磁极，其具有一沿该中心轴的第一磁极性及一第一总磁性强度，及

一外磁极，其围绕该内磁极，且具有一与该第一磁极性相反的第二磁极性和第二总磁性强度；及

一行星式扫描机构，其在一路径中相对于该中心轴径向地且周围地移动该磁铁组件并移动该外磁极通过该中心轴，且该行星式扫描机构包括一绕该中心轴配置的固定齿轮；多个可旋转臂，其包括第一臂，该第一臂从所述固定齿轮径向向外支撑至少一个可旋转齿轮；及一固设至该第一臂的驱动轴，用于通过该固定齿轮驱动该机构；一支撑该磁铁组件的臂，其被耦合至该至少一个可旋转齿轮的其中之一的一轴。

6.如权利要求5所述的磁电管，其中该至少一可旋转齿轮包括一随动齿轮，其可旋转地装设于该第一臂上且啮合该固定齿轮。

7.如权利要求6所述的磁电管，其中该至少一可旋转齿轮另包括至少一惰齿轮(idler gear)，其在该固定齿轮与随动齿轮之间啮合。

8.如权利要求5至7中任一项所述的磁电管，其中该行星式扫描机构包括两个行星式阶段和其中三个所述臂。

9.如权利要求5至7中任一项所述的磁电管，更包含：

一可变速率马达，其驱动该驱动轴；及

一用于该马达的控制器，其依据该磁铁组件距离该中心轴的一径向位移而改变所述马达的速率。

10.如权利要求5至7中任一项所述的磁电管，更包含：

一可变电源供应器，用以将电力应用至该标靶；及

一用于该电源供应器的控制器，其依据该磁铁组件距离该中心轴的一径向位移而改变所述马达的电力电平。

11.如权利要求5至7中任一项所述的磁电管，其中所述第二总磁性强度是所述第一总磁性强度的至少200％。

12.如权利要求5至7中任一项所述的磁电管，其中该磁铁组件的包围面积与由该磁铁组件扫描的该标靶面积之间的面积比不大于10％。

13.如权利要求12所述的磁电管，其中所述面积比是少于2％。

14.一种设置用以配合一溅镀标靶使用的旋转磁电管，其至少包含：

一磁铁组件，其具有多个配置在一平面的相反磁极；及

一行星式机构，其至少部分由一沿一垂直该平面的中心轴延伸的第一轴作支撑及旋转，且可装设该磁铁组件于一位置以按一将该磁铁组件的磁性部分通过该中心轴的路径进行行星式运动。

15.如权利要求14所述的磁电管，其中该行星式机构包括一可装设该磁铁组件且可绕一随动轴旋转的构件，且该构件可进一步装设一平衡件，该平衡件被装设于该构件相对于该随动轴与该磁铁组件相反的一部分上，且在一绕该随动轴的旋转中平衡该磁铁组件。

16.如权利要求14或15所述的磁电管，其中该行星式运动是逆行行星式运动。

17.如权利要求14或15所述的磁电管，其中该行星式运动包括一轨道式分量，及具有与该轨道式分量旋转方向相反的一行星式旋转分量。

18.如权利要求17所述的磁电管，其中在绕各自的轴的该行星式旋转分量与该轨道式分量间的一旋转速率比是在1.03至5的范围中。

19.如权利要求18所述的磁电管，其中该旋转速率比不是一整数。

20.如权利要求14或15所述的磁电管，其中该行星式机构至少包含：

一第一齿轮，其绕该中心轴配置；

一驱动构件，其固设于该第一轴且据以旋转；

一惰齿轮，其由该驱动构件可旋转地支撑，且啮合该固定齿轮；

一随动齿轮，其由所述驱动构件可旋转地支撑，且啮合该惰齿轮；及

一支撑板，其与所述随动齿轮一起旋转且支撑该磁铁组件。

21.如权利要求20所述的磁电管，其中该第一齿轮可旋转。

22.如权利要求20所述的磁电管，其中该第一齿轮是固定的。

23.如权利要求20所述的磁电管，其中所述第一齿轮及所述随动齿轮的齿轮比是大于1.03且不是一整数。

24.如权利要求23所述的磁电管，其中该齿轮比是在1.03至6的范围内。

25.如权利要求20所述的磁电管，其中所述惰齿轮及随动齿轮被设置在该驱动构件的一第一侧，且所述支撑板被设置在该驱动构件的一第二侧。

26.如权利要求20所述的磁电管，更包含一平衡件，其设置在所述支撑板相对于所述驱动构件上的所述支撑板的一旋转轴的一第二侧上，且平衡所述磁铁组件。

27.如权利要求14或15所述的磁电管，其中该行星式机构至少包含：

一第一齿轮，其绕所述中心轴配置，且在面对所述中心轴的一内表面上具有齿；

一驱动构件，其固设于所述第一轴且据以旋转；

一被可旋转地支撑的随动齿轮，其啮合所述第一齿轮；及

一支撑板，其与所述随动齿轮一起旋转且支撑所述磁铁组件。

28.如权利要求27所述的磁电管，其中所述第一齿轮是固定的。

29.如权利要求27所述的磁电管，更包含一平衡件，设置于所述支撑板一侧上，其与所述磁铁组件相对于所述驱动构件上的所述支撑板的一旋转轴相对。

30.如权利要求14或15所述的磁电管，其中所述行星式机构至少包含：

一主动轮，其支撑于所述第一轴上；

一旋转轴，其沿所述中心轴延伸；

一驱动构件，其固设于所述旋转轴；

一随动滑轮，其可旋转地由所述驱动构件支撑，

一带件，其环绕且啮合所述主动轮及所述随动滑轮；及

一支撑板，其与所述随动滑轮一起旋转且支撑所述磁铁组件。

31.如权利要求30所述的磁电管，其中所述主动轮及所述随动滑轮的直径的比是大于1.03但不是一整数。

32.如权利要求14或15所述的磁电管，其中所述磁铁组件包括一第一磁极性的第一磁极，其沿所述中心轴延伸；及一具有相反的第二磁极性的第二磁极，其围绕所述第一磁极。

33.如权利要求32所述的磁电管，其中所述第一与第二磁极实质上绕一平行所述中心轴的磁电管轴而圆形对称。

34.一种两段式行星式磁电管，其设置用以在一磁电管溅镀反应器中配合一绕一中心轴对称的溅镀标靶使用，所述两段式行星式磁电管至少包含：

一第一固定齿轮，其绕所述中心轴配置；

一驱动轴，其通过所述第一固定齿轮；

一第一臂，其附接于所述驱动轴；

一第一随动齿轮，其通过一第一齿轮轴可旋转地支撑于所述第一臂上，所述第一齿轮轴沿一第一轴延伸且以齿轮啮合所述第一固定齿轮；

一第二固定齿轮，其固设于所述第一臂上且绕所述第一轴配置；

一第二臂，其附接于所述第一齿轮轴；

一第二随动齿轮，其经由一第二齿轮轴可旋转地支撑于所述第二臂上，所述第二齿轮轴沿一第二轴延伸且以齿轮啮合所述第二固定齿轮；

一第三臂，其附接于所述第二齿轮轴；及

一磁铁组件，其附接于所述第三臂并具有第一磁极性的内磁极，该内磁极由与该第一磁极性相反的第二磁极性的外磁极围绕，其中围绕该第二齿轮轴的该第三臂的旋转使该外磁极通过该中心轴。

35.如权利要求34所述的磁电管，其中所述磁铁组件至少包含：

一内磁极，其具有一沿所述中心轴的第一磁极性及一第一总磁性密度，及

一外磁极，其围绕所述内磁极，且具有一与所述第一磁极性相反的第二磁极性，及一是所述第一磁性密度至少150％的第二总磁性密度。

36.如权利要求34或35所述的磁电管，其中所述磁铁组件的包围面积与由所述磁铁组件扫描的所述标靶的面积之间的面积比是不大于10％。

37.如权利要求36所述的磁电管，其中所述面积比是少于2％。

38.如权利要求34或35所述的磁电管，更包含：

一第一平衡件，其被支撑于所述第一臂的一端上，与支撑所述第一随动齿轮的一端相反；

一第二平衡件，其被支撑于所述第二臂的一端上，与支撑所述第二随动齿轮的一端相反；

一第三平衡件，其被支撑于所述第三臂的一端上，与支撑所述磁铁组件的一端相反。

39.一种磁电管溅镀反应器，至少包含：

一标靶，其绕一中心轴配置；

一台架，其是用以支撑一与所述标靶相对的基材，所述基材将被来自所述标靶的材料溅镀；及

一行星式机构，其位于与所述台架相反的所述标靶的一侧上，所述行星式机构包括：

一固定的第一轮，其绕所述中心轴配置，

一第一臂，其绕所述中心轴旋转且可旋转地支撑于所述第一轮外部一点上，且所述第一轮与一第二轮啮合，

一第二臂，其固设至所述第二轮，及

一磁铁组件，其固设至所述第二臂并且通过所述第二臂可移动经过所述中心轴。

40.如权利要求39所述的反应器，其中所述臂具有的尺寸使得所述磁铁组件通过所述中心轴。

41.如权利要求39或40所述的反应器，其中所述第一与第二轮是以齿轮直接或间接彼此啮合。

42.如权利要求39至40中任一项所述的反应器，其中所述磁铁组件至少包含一内磁极，其具有一沿所述中心轴的第一磁极性且具有一第一总磁性密度；及一外磁极，具有一与所述第一磁极性相反的第二磁极性，其具有的第二总磁性密度为所述第一总磁性密度的至少二倍，且围绕所述内磁极，所述外磁极据以产生一投射磁场，其在回到所述第二磁极的背面前延伸朝向所述台架。

43.如权利要求39或40所述的反应器，更包含与所述中心轴同轴的至少一磁性线圈，且在其内孔中产生一磁场，所述磁场平行于延伸朝向所述台架的投射磁场。

44.如权利要求43所述的反应器，其中所述至少一磁性线圈至少包含一第一磁性线圈，其轴向位于标靶与所述台架间；及一第二磁性线圈，其位于所述台架与所述标靶相反的一侧上。

45.如权利要求44所述的反应器，其中所述第一磁性线圈的一第一内孔具有的直径是大于所述第二磁性线圈的一第二内孔的直径。

46.如权利要求45所述的反应器，其中所述第二内孔的所述直径是小于所述基材的一直径。

47.一种溅镀方法，至少包含磁电管绕一在溅镀反应中具有一中心对称轴的溅镀标靶的背面扫描，所述方法包括一磁铁组件以行星扫描而进行扫描，所述磁铁组件包括一沿所述中心对称轴的第一磁极性的外磁极，其围绕一与第一磁极性相反的第二磁极性的一内磁极，所述内磁极沿着一其中所述外磁极越过所述中心对称轴的路径。

48.如权利要求47所述的方法，其中所述外磁极的第一总磁性强度的与所述内磁极的一第二总磁性强度的比率为至少150％。

49.如权利要求48所述的方法，其中所述比率是大于3。

50.如权利要求47至49中任一项所述的方法，其中所述磁电管的所述扫描步骤是所述磁铁组件以一至少一段式行星式运动进行扫描。

Images