CN102224561B - 射频溅射配置 - Google Patents

Abstract

一种用于溅射的装置，包括真空腔室、至少一第一电极、对应电极及RF产生器。真空腔室是由至少一侧壁、底部和遮盖单元所定义，第一电极具有第一表面，其配置于真空腔室内，对应电极具有表面，其配置于真空腔室内，RF产生器是用以施加RF电场于此至少一第一电极与对应电极上，以激发等离子于第一电极与对应电极之间。其中，对应电极包括侧壁及/或底部的至少一部分以及增设导电部，增设导电部包括至少二表面，其实质平行地配置并相互间隔一距离。

Description

射频溅射配置

技术领域

本发明涉及一种配置，用于利用高频(High Frequency，HF)来进行溅射，例如射频(Radio Frequency，RF)。

背景技术

RF溅射设备可包括有排空腔室(evacuatable chamber)，通常为真空腔室或等离子腔室，其包括至少二电极，等离子可形成于此些电极之间。此些电极中至少一者是提供溅射的材料，而另一电极是提供为对应电极(counterelectrode)。在RF溅射中，高频电压是施加于二电极之间，而持续地交替极性。

可注意的是，具有较小电极面积的电极会显示择优溅射效应(preferentialsputtering effect)。因此，一般较小的电极是作为包括有溅射材料的电极，而较大的电极是作为此对应电极，此对应电极通常是接地。

但此择优溅射效应并不完全限定于此较小电极面积，较大电极被溅射影响的程度是决定于电极电位与较大电极电位之间的差异，若此差异超过溅射门坎，此较大电极亦会被溅射。若此较大电极包括有一或更多不欲被溅射沈积至基材的成份，则不希望此较大电极亦会被溅射。

为了避免来自较大电极的溅射影响，RF溅射配置的外围(例如真空腔室)可作为较大的对应电极。较小电极面积与较大对应电极面积之间的比例可为1∶10或更高，以减少来自较大电极的溅射。

然而，此设计规则1∶10具有限制，在特定应用中，例如，直径30cm的芯片(wafer)通常需40cm的靶材。若根据此1∶10的规则，对应电极的面积会大于1m2，而难以配置于真空溅射腔室。

德国专利第GB2191787号揭露一配置，其磁场是施加于对应电极，以确保对应电极的效果，并减少对应电极的溅射情形。利用施加磁场于对应电极，对应电极面积与靶材电极之间的比例可被减少。因此，对应电极可使用较小面积，同时仍可避免来自对应电极的不预期溅射情形。

然而，此方法需额外的磁铁，因而复杂化设计与溅射设备的制造，因此，需提供另一种RF溅射配置，其亦可减少对应电极的溅射可能性。

发明内容

一种装置，用于溅射，其包括真空腔室、至少一第一电极、对应电极及射频产生器。真空腔室是由至少一侧壁、底部和遮盖单元所定义，第一电极具有一表面，其配置于真空腔室内，对应电极具有一表面，其配置于真空腔室内，射频产生器是用以施加RF电场，其穿过第一电极与对应电极，以激发等离子于第一电极与对应电极之间。其中，对应电极包括侧壁及/或底部的至少一部分以及增设导电部，增设导电部包括至少二表面，其实质平行地配置并相互间隔一距离。

相较于未具有增设导电部的表面的对应电极，此增设导电部，特别是实质相互平行的二表面可增加对应电极的表面面积。当此二表面是相互平行配置时，此些表面和对应电极可提供一紧密的配置。因此，相较于此些表面未相互平行配置，此对应电极可占用较小的空间于真空腔室中。对应电极所增加的表面面积可用以减少对应电极的材料溅射，并避免污染沈积层。

在一实施例中，增设导电部的此些表面是相互间隔一距离，以形成等离子于此些表面之间。因此，均匀且同质的等离子可形成于此真空腔室中，使得材料可更均匀地被溅射于基材上，或者来自基材的材料可更均匀地被溅射。

若此装置是用以沈积材料于基材上，第一电极是由欲溅射材料的靶材所提供。此装置可包括多个靶材，以作为多个第一电极。

此增设导电部可电性连接于侧壁及/或底部，因而增设导电部、侧壁及/或底部可共同作为对应电极。

此增设导电部可机械性连接于侧壁及/或底部，以固定位置。此机械性连接亦可提供侧壁及/或底部的电性连接。

增设导电部的此些表面可被适当地配置，以激发和形成等离子于一或更多个表面与第一电极之间。增设导电部的此些表面可实质垂直于侧壁及/或平行于底部。

增设导电部可配置于真空腔室的周围区域中，在一实施例中，增设导电部是配置于第一电极与基材之间的视角线之外，以避免阻碍、防止或减少由第一电极沈积材料到基材(或由基材移除材料)。

此增设导电部可具有不同的形式，在一实施例中，增设导电部的此些表面是一体成型于真空腔室的侧壁，并垂直地由所述侧壁延伸出，此些表面可由突出于真空腔室的侧壁的凸部所提供，凸部是位于真空腔室内。

此增设导电部的表面亦可具有不同的形式，在一实施例中，增设导电部的此些表面是由二个或更多个环所提供。此些环可为圆形、正方形、矩形，此些环的形状亦可对应于真空腔室的横向形状。

在一实施例中，此些环是配置于真空腔室中，并邻近与间隔于真空腔室的侧壁。此些环是形成分离的组件，因而此些环可由腔室中被移除，且优选可由相同尺寸或不同尺寸的环来取代。因此，对应电极与第一电极之间的表面面积比率可进行改变。

此些环包括一板或薄片，其包括金属或合金材料。

此些环所提供的表面是相互上下平行配置，而形成堆栈的表面。

在一实施例中，此些环是利用一或多个轴衬来相互间隔设置。

在另一实施例中，此些环包括多个穿孔，其间隔设置，此些穿孔是垂直地对位，一杆是设置于此些穿孔中，而形成堆栈设置的环。轴衬亦可设置于此杆上，多个杆可间隔地沿着环来设置，杆的数量可被适当地选择，以具有适当的机械稳定性。

一杆或多个杆可结合于真空腔室的底部，以定位此堆栈结构于腔室中。此杆亦可作为环表面与对应电极的其它组件(例如底部和侧壁)之间的电性连接。

此些环具有一宽度，在一实施例中，增设导电部的此些环具有相同的宽度。此些环的内径可被适当地选择，藉以使欲沈积的第一电极和基材不会被此些环来遮蔽。此些环是设置邻近于第一电极和基材。

在另一实施例中，增设导电部的此些环具有不同的宽度，此配置可更有效地利用真空腔室内的空间。

在另一实施例中，当欲沈积的基材是位于底部上，且包括有沈积材料的第一电极是设置于真空腔室内的顶部时，此些环的宽度可朝真空腔室的底部来逐渐地增加。由于一般靶材的表面面积是大于基材，以得到均匀厚度的沈积层于基材上，因而在基材周围会形成较大的空间，若此些环的宽度可朝真空腔室的底部来逐渐地增加，则此基材周围的空间可被更有效地利用。

此对应电极具有表面面积Ac，第一电极具有表面面积Ae，其中Ac大于等于10Ae。真空腔室内的对应电极的表面面积是至少大于第一电极的表面面积的10倍，以避免或减少来自对应电极的溅射至一有利程度。

在另一实施例中，侧壁包括二侧壁单元，其至少部分相互间隔一距离。一通道是延伸于侧壁单元之间，用以抽出气体于真空腔室之外及/或提供气体至真空腔室内。此通道的宽度可约为1mm，以减少RF能量散失于通道及溅射率下降的情形。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1显示具有对应电极的RF溅射配置的示意图，对应电极是根据一对照部分(左侧)和本发明的第一实施例(右侧)；

图2显示根据本发明的第二实施例的具有对应电极的RF溅射配置的示意图；

图3显示根据本发明的第三实施例的具有对应电极的RF溅射配置的示意图；以及

图4显示真空腔室的抽吸通道的详细剖面图。

具体实施方式

请参照图1，其显示RF溅射配置1的圆形溅射装置的剖面图，其包括真空腔室20，真空腔室20是由侧壁单元4、5、底部19和遮盖单元(未标示)所定义。然而，下述的发明并不限于圆形。

此溅射配置包括用以被溅射的靶材2以及基材固定器3，此基材固定器3例如是用以支撑半导体晶圆。侧壁包括第一侧壁单元4和第二侧壁单元5，第二侧壁单元5是同轴地配置于第一侧壁单元4之外，因而形成通道8，其位于第一侧壁单元4和第二侧壁单元5之间，藉以允许经由泵浦(未绘示)来进行抽吸。工作气体可进入真空腔室来靠近于靶材2，并经由通道8来被抽出。此侧壁并不需视为由二个单元所组成，亦可由单一单元、三个部分或更多单元所组成。为求简洁，在此省略说明电性连接关系。

靶材2包括第一电极18，第一和第二侧壁单元4、5是接地，因而可共同作为对应电极17。RF电场是施加于第一电极18和对应电极17，以激发等离子。此RF溅射配置1更包括RF产生器21，以产生RF等离子于第一电极18和对应电极17之间，且选择性地，RF溅射配置1更包括磁场产生单元(未绘示)，用以产生磁场，其邻接于靶材2表面。

在操作RF溅射配置时，护罩6可固定基材25于基材固定器3上，而靶材2的材料可沈积于基材25上。此护罩6可具有相同于基材25的电位，或者具有浮动电位。

如图1的左侧所示，RF溅射配置更包括另一导电组件7，用以增加侧壁单元4、5与底部19的对应电极17的主动面积。此导电组件7可视为金属制的类孔径组件，例如为金属环，其一体成型且电性连接于此侧壁(如第一侧壁单元4)。由于可利用的对应电极17的面积的主要部分是靠近于靶材2，因而在组件7与靶材2之间可形成良好等离子条件。

然而，组件7可遮蔽第二侧壁单元5，来免于受到等离子的影响，因而可大幅地减少第二侧壁单元5和对应电极17的溅射有效性。再者，组件7可挡住靶材2边缘与基材25边缘之间的视角线(line of sight)9，其可减少基材25的边缘的镀膜能力，且组件7亦可阻碍气流的流动。

若组件7的尺寸被适当地选择，以避免组件7挡住视角线9，则对应电极17的面积会减少。然而，由于此原因及一或更多个上述的影响，对应电极17的不预期溅射可能会发生。

根据本发明的一实施例，RF溅射配置更包括增设导电部16，其包括堆栈设置的至少二电性连接导电表面10、11、12，此些表面10、11、12少相互间隔设置。在图1的右侧所示的第一实施例中，此些电性连接表面10、11、12是利用间隔部14、15来实质地平行且相互间隔配置。导电部16是电性连接于底部19和侧壁单元4、5，并形成部分的对应电极17。

如图1的右侧所示，导电部16包括一组电性连接环10、11、12，其平行堆栈设置并提供三个电性连接面。间隔部14、15是垂直于环表面，并可分别控制环10-11以及11-12之间的距离。较低的环12是直接位于真空腔室20的底部19上，环10、11、12是例如经由间隔部14、15来相互电性连接。环10、11、12之间的距离(间隔部14、15的长度)是被适当地选择，藉以在操作RF溅射装置时的最低压力下，等离子可形成于环10、11、12之间的空间中。

本发明的系统可依据工作压力(process pressure)，而具有高构造弹性。若相邻环之间的距离为5至15mm，则工作压力可变化于1Pa及0.1Pa之间，以激发等离子，其相互的对应关系呈线性变化。等离子区域的压力是定义为“工作压力”，若RF溅射装置之间隔部的长度为15mm，则此RF溅射装置可在1Pa及0.1Pa之间的压力范围下进行操作。

对应电极17的增设导电部16的其它配置是显示于图2和图3中。

第二实施例的增设导电部16’亦包括三个环10’、11’、12’，其利用间隔部14’、15’来平行且相互间隔配置。相较于图1的实施例，环10’、11’、12’是倾斜于间隔部14’、15’。

在第二实施例中，环10’、11’、12’是朝真空腔室20的底部19来向下倾斜，并指向真空腔室20的中心。此配置可增加每一环10’、11’、12’表面面积，且未增加其有效宽度，亦即未增加环10’、11’、12’在真空腔室20内的横向空间配置。此较低的环12’并未直接位于真空腔室20的底部19上，而利用另一间隔部(杆13)来设置于底部19的上方一距离处。此三个环10’、11’、12’包括穿孔，其沿着环来间隔设置，环的穿孔是垂直地对位，藉以使杆13设置于穿孔中，而形成堆栈设置的环。环10’、11’、12’是利用轴衬(bushing)的方式，而沿着杆的高度来相互上下间隔配置。

第一实施例的距离-压力的关系仍可应用于环10’、11’、12’之间的距离，但在第二实施例的倾斜面的例子中，其并未有效于间隔部的长度。

靶材2边缘与基材25边缘之间的视角线是显示于图2中的线9，如图2所示，此增设导电部16’并未超过此视角线，因而未遮蔽住基材25的周围区域，因而可沈积更均匀的镀膜于基材25上。

请参照图3，其显示根据第三实施例的导电部16”的示意图。在第三实施例中，导电部亦包括三个环10”、11”、12”，其利用间隔部14”、15”来平行且相互间隔配置。在第三实施例中，此些环可具有不同的宽度。上环10”的宽度是小于中环11”的宽度，中环11”的宽度是小于下环12”的宽度。此些堆栈设置的环的宽度是由上而下地减少。

在此实施例中，此三个环10”、11”、12”的外侧面是相互地垂直对齐，其内侧面则由于渐增的宽度而逐渐地朝真空腔室20的中心来延伸。此三个环10”、11”、12”是实质地相互平行配置，因而实质地垂直于侧壁5并平行于底部19。然而，此些环亦如第二实施例一样地为倾斜状态，此环12”亦利用杆13来设置于底部19的上方一距离处。

渐增的宽度可被适当地选择，藉以使增设导电部16”可在真空腔室20的视角线9、侧壁5及底部19之间占有最大的空间。利用增加环的表面，此配置可使用视角线9与侧壁5之间的有效空间来增加对应电极17的面积。

在此三个实施例中，可适当地选择此些环的厚度，以确保其机械和热稳定性。此些环可包括金属或合金材料，并可利用此预期材料的片材来形成板状。

此增设导电部16、16’、16”是电性连接于对应电极17的侧壁4、5，如实施例中所示。增设导电部16、16’、16”可在真空腔室20中机械性及电性连接于底部19及/或侧壁4、5的一处或更多处。

增设导电部16、16’、16”亦可一体成型于真空腔室20的侧壁4、5的底部。例如，二个或更多个的环状可突出于侧壁，因而形成相互间隔的环，此时，由于侧壁可作间隔部，因而可不需额外的间隔部。

然而，此堆栈配置可形成部分的侧壁，因而环是由侧壁延伸出。每一实施例的环可具有相同的形状及/或材料，以简化此些环的维持和提供。然而，此些环的宽度亦可不同。

间隔部14、15可视为轴衬，整个堆栈的组合可利用杆13或螺杆来经由轴衬而连接环10、11、12，间隔部14、15可视为周围封闭、独立、单一的柱状单元。

用以提供表面的实质平行环的数量并不限于3个，依据可用的空间，本发明可设有更少或更多于3个环。此些环可容易地由金属片来裁切或冲压出，然而亦可为其它符合上述关系的形式。

此增设导电部16可包括至少二平行间隔配置的表面，以提供对应电极17的面积，其可具堆栈配置，以减少对于气流的阻碍，且可同时增加对应电极17的表面面积。通过适当地选择环之间的距离，等离子与对应电极17之间的电性接触可被最佳化。

根据本发明的一上述实施例的RF溅射配置可用以沈积锆钛酸铅(lead-zirconium-titanate，PZT)，以作为压电应用。当此三个环是由铝所制成，且具有30mm宽度及5mm厚度时，操作的压力范围可在2及10mTorr之间。每一间隔部的长度为15mm，RF频率为13.56MHz。

在另一实施例中，真空腔室可经由如图4所示的通道8来进行抽吸。在一般情况中，在真空腔室内的抽吸管路优选为畅通无阻碍的，换言之，需避免狭窄和收缩的通道。然而，RF能量容易由通道的开口来掺出，因此，导电网格可用以阻挡RF能量的掺出，但网格需额外进行增设和维护。

如图4所示，通过增大第二侧壁单元5的头部，此通道8可被缩小，以避免大量RF能量的损失，因而可形成狭小通道的环绕抽吸通道。为了补偿抽吸通道的缩小部分，通道的开孔是位于第二侧壁单元5的头部的下方。在本发明的一实施例中，当二侧壁4、5之间的间隙为2mm时，真空腔室内的操作压力区间可在1Pa至0.1Pa之间。

Claims (14)

1.一种装置，用于溅射：其包括： 

真空腔室，是由至少一侧壁、底部和遮盖单元所定义； 

至少一第一电极，具有一表面，其配置于所述真空腔室内； 

对应电极，具有一表面，其配置于所述真空腔室内；以及 

射频产生器，用以施加射频电场，其穿过所述至少一第一电极与所述对应电极，以激发等离子于所述第一电极与所述对应电极之间； 

其中，所述对应电极包括所述真空腔室的所述侧壁及/或所述底部的至少一部分，以及增设导电部，所述增设导电部包括至少二表面，其平行地配置并相互间隔一距离，一基材固定器是位于所述底部上，用于欲被沉积的基材，所述第一电极包括靶材，其具有欲被溅射的材料，且所述第一电极是配置于所述基材固定器的上方，并朝所述真空腔室的顶部； 

其中所述导电部的所述表面是由相互间隔设置的二个或更多个环所提供，所述环包括板及穿孔。 

2.如权利要求1所述的装置，其中所述增设导电部的所述表面是相互间隔所述距离，以形成等离子于所述表面之间。 

3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述导电部是配置于所述真空腔室的周围区域中。 

4.如权利要求1所述的装置，其中所述导电部是配置于所述第一电极与欲被溅射的基材之间的视角线之外。 

5.如权利要求1所述的装置，其中所述导电部的所述表面是一体成型于所述真空腔室的所述侧壁，并垂直地由所述侧壁延伸出。 

6.如权利要求1所述的装置，其中所述环是配置于所述真空腔室中，并邻近与间隔于所述真空腔室的所述侧壁。 

7.如权利要求1或6所述的装置，其中所述环是利用一或多个轴衬来相互间隔地设置。 

8.如权利要求1所述的装置，其中所述穿孔间隔设置，所述穿孔是垂直地对位，杆是设置于所述穿孔中，而形成堆栈设置的所述环。 

9.如权利要求8所述的装置，其中所述杆是结合于所述真空腔室的所述底部。 

10.如权利要求1所述的装置，其中所述增设导电部的所述环的宽度是相同。 

11.如权利要求1所述的装置，其中所述增设导电部的所述环的宽度是不相同。 

12.如权利要求11所述的装置，其中所述环的宽度是朝所述真空腔室的所述底部来逐渐地增加。 

13.如权利要求1所述的装置，其中所述侧壁包括二侧壁单元，其至少部分相互间隔一距离。 

14.如权利要求13所述的装置，其中一通道是延伸于所述侧壁单元之间，用以抽出气体于所述真空腔室之外及/或提供气体至所述真空腔室内的所述侧壁之间。