CN109207940A - 物理气相沉积的靶结构 - Google Patents

物理气相沉积的靶结构 Download PDF

Info

Publication number
CN109207940A
CN109207940A CN201810722214.8A CN201810722214A CN109207940A CN 109207940 A CN109207940 A CN 109207940A CN 201810722214 A CN201810722214 A CN 201810722214A CN 109207940 A CN109207940 A CN 109207940A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sputtering target
bilateral
target
workpiece
ontology
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810722214.8A
Other languages
English (en)
Inventor
陈秉源
陈宏政
谢志轩
王御轩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of CN109207940A publication Critical patent/CN109207940A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3464—Sputtering using more than one target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50—Substrate holders
    • C23C14/505—Substrate holders for rotation of the substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3417—Arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3426—Material
    • H01J37/3429—Plural materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3435—Target holders (includes backing plates and endblocks)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

一种溅射靶结构包括本体，所述本体具有第一侧及相对的第二侧。第一溅射靶耦合到所述本体的所述第一侧。所述第一溅射靶包含第一材料。第二溅射靶耦合到所述本体的所述第二侧。所述第二溅射靶包含第二材料。旋转机构耦合到所述本体且被配置成使得所述本体能够从第一取向旋转到第二取向。据此，可提供减少制造时间并在沉积期间防止颗粒污染的原位沉积工艺，从而增大可靠性并提高生产产量。

Description

物理气相沉积的靶结构
技术领域
本发明的实施例涉及一种靶结构。
背景技术
目前的物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)工艺使用靶作为所沉积材料的来源。根据工艺配方，可使用靶在单独的层中一次沉积一种或多种材料，例如金属及含有金属的化合物。然而，不能通过改变工艺配方来使用不同的材料。为了沉积不同的材料(例如，AlCu及TiN)，必须在不同的工艺室之间转移工件。在高温处理中，在不同室之间转移时的时间及延迟可影响材料性质，例如晶粒大小及界面性质。
发明内容
根据本发明的某些实施例，提供一种靶结构。所述靶结构包括本体，所述本体具有第一侧及相对的第二侧。第一溅射靶耦合到所述本体的所述第一侧。所述第一溅射靶包含第一材料。第二溅射靶耦合到所述本体的所述第二侧。所述第二溅射靶包含第二材料。旋转机构耦合到所述本体且被配置成旋转所述本体。
附图说明
结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本发明实施例的各个方面。应注意，根据本行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。
图1说明根据一些实施例，包括第一溅射靶及第二溅射靶的双侧靶。
图2说明根据一些实施例，使用图1所示的双侧靶的真空沉积室。
图3A说明根据一些实施例，用于旋转图1所示的双侧靶的旋转机构的侧视图。
图3B说明根据一些实施例，图3A所示的旋转机构的剖视图。
图3C说明根据一些实施例，图3A所示的旋转机构的侧面高程剖视图。
图4A到图4C说明根据一些实施例，处于各种取向中的双侧靶。
图5说明根据一些实施例，包括多个沉积室的沉积系统，每个沉积室具有位于其中的双侧溅射靶。
图6是根据一些实施例，说明一种使用双侧靶进行真空沉积的方法的流程图。
[符号的说明]
2：双侧溅射靶结构
2a：双侧靶结构
2c-1、2c-2、2c-3、2c-4：双侧溅射靶
4：旋转本体/可旋转本体
4a：圆形旋转本体
6a：第一侧/第一表面
6b：第二侧/第二表面
8a：第一溅射靶/第一材料/靶材料
8b：第二溅射靶/第二材料/靶材料
12：凹槽
14a：侧壁
14b：侧壁
16：孔
18：保持装置
20a：第一磁性板/第一磁体
20b：第二磁性板/第二磁体
22：轴
24a、24b：旋转机构
26：轴/旋转轴
30：旋转轴
100：沉积室/沉积溅射室
100a：沉积室
102：室本体
104：靶容纳区域
106：工件容纳区域
110：基架
112：驱动机构/柄
114：控制器
120：旋转驱动器
122：驱动器
124：耦合机构
130：工件
140：平面旋转总成
142：电动机
144：齿轮杆
146a、146b：旋转元件
200：沉积系统
202a、202b、202c、202d：沉积室
204：框架
206a、206b、206c、206d：开口
208：工件
210：拾取及放置机构
212a：第一暂存区域
212b：第二暂存区域
300：方法
302、304、306、308、310、312、314、316、318：步骤
具体实施方式
以下公开内容提供用于实作所提供主题的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下阐述组件及排列的具体实例以简化本公开内容。当然，这些仅为实例且不旨在进行限制。例如，以下说明中将第一特征形成在第二特征“之上”或第二特征“上”可包括其中第一特征及第二特征被形成为直接接触的实施例，且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征、进而使得所述第一特征与所述第二特征可能不直接接触的实施例。另外，本公开内容可能在各种实例中重复使用参考编号及/或字母。这种重复使用是出于简洁及清晰的目的，而不是自身表示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。
在各种实施例中，公开了一种双侧溅射靶。所述双侧溅射靶包括具有第一材料的第一溅射靶、以及具有第二材料的第二溅射靶。所述第一材料可包括钛系材料(例如，TiN)且所述第二材料可包括铝合金(例如，AlCu)。所述第一溅射靶耦合到所述双侧溅射靶的第一侧，且所述第二溅射靶耦合到所述双侧溅射靶的第二侧。所述双侧溅射靶被配置成容纳在沉积室内并耦合到旋转机构。所述旋转机构被配置成在原位沉积工艺期间旋转所述双侧溅射靶。举例来说，在一些实施例中，原位沉积工艺可包括第一沉积阶段及第二沉积阶段。所述旋转机构可在所述第一沉积阶段与所述第二沉积阶段之间旋转所述双侧溅射靶。
图1说明根据一些实施例的双侧溅射靶结构2。双侧溅射靶结构2包括旋转本体4。旋转本体4的第一侧6a被配置成耦合到第一溅射靶8a，且旋转本体4的第二侧6b被配置成耦合到第二溅射靶8b。在一些实施例中，旋转本体4的每一侧6a、6b具有凹槽12，凹槽12的大小被调整且配置成在其中容纳溅射靶8a及8b。凹槽12可包括被配置成与相应溅射靶8a及8b的外轮廓匹配的内周边。
在各种实施例中，旋转本体4的周边14可为任意适当的形状。举例来说，周边的适当形状可包括方形形状、圆形形状、椭圆形形状、及/或任意其他适当的形状。周边14的形状可为与溅射靶8a及8b的形状相同或不同的形状。举例来说，在所说明的实施例中，旋转本体4界定矩形周边14以及圆形凹槽12(对应于溅射靶8a、8b的圆形周边)，但应理解，旋转本体4及/或凹槽12可包括任意适当的几何形状。
在一些实施例中，旋转本体4界定从本体4的第一表面6a延伸到本体4的第二表面6b的至少一个孔16。所述至少一个孔16的大小被调整且配置成在其中容纳保持装置18。举例来说，在一些实施例中，所述至少一个孔16的大小被调整且配置成容纳磁体、柱、及/或任意其他适当的保持装置。孔16可定位在旋转本体4的中心中并延伸到由本体4界定的凹槽12中。在其他实施例中，所述至少一个孔16可被定位成偏离中心及/或位于凹槽12外。尽管实施例说明包括至少一个孔16，但应理解在一些实施例中，可省略所述至少一个孔16且可使用替代保持装置。
在一些实施例中，保持装置18经由所述至少一个孔16进行定位以将溅射靶8a及8b保持在相应凹槽12内的固定位置中。保持装置18可包括耦合在旋转本体4与溅射靶8a、8b之间的第一磁性板20a及第二磁性板20b。第一磁性板20a及第二磁性板20b可通过轴22进行耦合，轴22的大小被调整且配置成经由孔16嵌入。轴22及孔16位于由本体4界定的凹槽12内的磁性板20a及20b的中心。磁性板20a及20b可包括永久磁体及/或电磁体。尽管说明了磁性板20a及20b，但应理解，可使用任意适当的磁性结构(例如，同心磁环、同心设置的独立磁体、及/或任意其他适当的磁性结构)，且所述磁性结构位于本公开的范围内。在一些实施例中，磁性板20a、20b的几何形状与溅射靶8a、8b的几何形状互补。在一些实施例中，磁性板20a及20b可包括位于被配置成耦合到非磁性表面(例如，非磁性溅射靶及/或非磁性旋转本体4)的至少一侧上的粘著涂层。
在一些实施例中，第一溅射靶8a耦合到旋转本体4的第一侧6a，且第二溅射靶8b耦合到旋转本体4的第二侧6b。第一溅射靶8a及第二溅射靶8b可具有任意适当的形状，例如圆形形状、环形形状、及/或任意其他适当的形状。溅射靶8a及8b具有预定的厚度，所述预定的厚度被配置成在需要替换之前提供预定量的溅射。在一些实施例中，第一溅射靶8a与第二溅射靶8b包含不同的材料。在溅射工艺期间，溅射靶8a及8b的材料向衬底的表面提供源材料。在一些实施例中，溅射靶8a及8b的材料被直接提供到衬底的表面。在其他实施例中，来自溅射靶8a及8b的源材料与在沉积室内提供的一种或多种额外的材料(例如，气体材料或等离子体)进行结合以产生经沉积的材料。
在一些实施例中，第一溅射靶8a及/或第二溅射靶8b可包含一种或多种所选择的材料。举例来说，在一些实施例中，第一溅射靶8a及/或第二溅射靶8b可包含钛(Ti)、氮化钛(TiN)、铝合金(例如，铝铜合金(AlCu)、铝(Al)合金)、铂(Pt)合金、钴(Co)等。在一些实施例中，第一溅射靶8a包含第一材料(例如，Ti)，且第二溅射靶8b包含第二材料(例如，AlCu)，但应理解，有可能存在其他组合。如以下将更详细地进行论述，可选择一种或多种材料在工件上形成预定图案及/或结构。
在一些实施例中，旋转本体4包括一个或多个旋转机构24a及24b。旋转机构24a及24b被配置成将旋转本体4可旋转地耦合到一种结构，例如以下参照图2所论述的沉积室100。所述一个或多个旋转机构24a及24b可包括从旋转本体4的侧壁14a及14b中的一者或多者延伸的轴26。在一些实施例中，旋转机构24a及24b在延伸贯穿旋转本体4的中心的单个旋转轴30上对准。尽管实施例说明包括旋转轴26，但应理解，可使用任意适当的旋转机构。
如以下更详细地论述，双侧溅射靶结构2被配置成定位在沉积室中。旋转机构24a及24b被配置成使得旋转本体4能够在沉积室内从第一取向旋转到第二取向。在一些实施例中，第一取向包括处于向下(或使用中)取向中的第一溅射靶8a以及处于向上(或非使用)取向中的第二溅射靶8b，且第二取向包括处于向下取向中的第二溅射靶8b以及处于向上取向中的第一溅射靶8a。尽管本文中论述了具体取向及实施例，但应理解，第一取向及/或第二取向可将第一溅射靶8a及第二溅射靶8b定位在任意适当的取向中，使得在沉积工艺期间第一溅射靶8a及第二溅射靶8b分离开，从而使得在沉积工艺期间仅使用单个溅射靶8a及8b(例如，单个源)。
图2说明根据一些实施例，被配置成容纳双侧靶结构2的PVD溅射室100。室100包括室本体102，室本体102界定靶容纳区域104以及工件容纳区域106。在一些实施例中，靶容纳区域104设置在工件容纳区域106之上，但应理解，可能存在其他取向。靶容纳区域104的大小被调整且配置成在其中容纳双侧靶结构2。工件容纳区域106的大小被调整且配置成在其中容纳工件130，例如衬底。工件130被配置成通过PVD溅射而接收一个或多个材料层。
在一些实施例中，双侧靶结构2通过旋转机构24a及24b而保持在靶容纳区域104中。旋转机构24a及24b将双侧靶结构2保持在容纳区域104内固定的纵向、水平及垂直位置中，同时容许双侧靶结构2沿旋转轴旋转。室本体102可包括一个或多个旋转元件，所述一个或多个旋转元件被配置成与旋转本体4的旋转机构24a及24b界接。举例来说，在所说明的实施例中，旋转机构24a及24b包括从旋转本体4经由室本体102的界定容纳区域104的一部分进行延伸的旋转轴。室本体102可包括被配置成将旋转机构24a及24b耦合到室本体102的互补旋转元件，例如套管、轴承、齿轮等。可基于双侧溅射靶结构2的旋转机构24a及24b来选择互补旋转元件。
在一些实施例中，工件容纳区域106包括基架110，基架110的大小被调整且配置成在其上面容纳工件130。基架110将工件130定位在距离溅射靶8a及8b中所选择的一者预定距离处，溅射靶8a及8b中所选择的一者被定位成与工件130处于相对面向关系中。举例来说，在一些实施例中，将耦合到本体4的面朝下的侧6a的溅射靶8a及8b定位成与工件130处于相对面向关系中。基架110将工件130定位在距离溅射靶8a及8b中所选择的一者预定垂直距离处。
在一些实施例中，双侧靶结构2相对于基架110保持在预定垂直位置中，使得旋转本体4能够从第一取向旋转到第二取向而不接触定位在基架110上的工件130及/或以其他方式与定位在基架110上的工件130交互作用。在实施例中，可例如通过升高或降低双侧靶结构2及/或基架110来调整双侧靶结构2与基架110之间的距离，以为双侧靶结构2的旋转提供充足的余隙。举例来说，在一些实施例中，基架110可被垂直调整到相对于双侧靶结构2的最小间距，所述最小间距实质上等于旋转本体4的宽度的一半加上放置在基架110上的工件的厚度，但应理解，可提供更大的间距以使得在旋转本体4与工件130之间存在额外的余隙。基架110可被垂直降低到工件容纳区域106的底部。机械臂(图中未示出)将工件130递送到工件容纳区域106中。将基架110升高以支撑工件130，并收回机械臂。可在溅射工艺之前及/或在溅射工艺期间另外调整基架110。在其他实施例中，双侧靶结构2被从靶容纳区域104移除、旋转、并重新定位在靶容纳区域104中。在一些实施例中，对工件130与双侧靶结构2之间的距离进行选择以最优化PVD溅射工艺及/或工件130与双侧靶结构2之间的距离可在溅射工艺期间被调整。
在一些实施例中，将驱动机构112定位成与双侧靶结构2的旋转机构24a及24b中的一者界接。驱动机构112被配置成将双侧靶结构2从第一取向旋转到第二取向。驱动机构112可包括任意适当的驱动机构，例如电动机或其他机械驱动机构、手动驱动机构(例如，曲柄)及/或任意其他适当的机构。驱动机构112耦合到室本体102的外表面并被配置成可旋转地耦合到双侧靶结构2。驱动机构112通过室本体102的壁及/或一个或多个互补旋转元件而与容纳区域104隔离。
在操作中，双侧靶结构2可被定位成第一溅射靶8a与工件130处于相对的关系中，以将第一材料层沉积在工件130上。在沉积第一材料层之后，可旋转双侧靶结构2以将第二溅射靶8b定位成与工件130处于相对的关系中。在第一材料层之上沉积第二材料层。在其他实施例中，可在第一材料层之前沉积第二材料层(即，第一材料层沉积在第二材料层之上)。第一材料层及第二材料层沉积在同一室100中，且无需开启室100或与室100的内部交互作用便可进行沉积。在一些实施例中，对第一材料层及第二材料层进行沉积而无需在材料层之间清洁沉积室100。
在一些实施例中，驱动机构112耦合到控制器114，控制器114被配置成控制驱动机构112的操作。控制器114可包括任意适当的控制器，例如微控制器、现场可编程门阵列、应用专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)、及/或任意其他适当的控制器。控制器114被配置成操作驱动机构112，以因应于一个或多个预定的工艺条件(例如，经过的时间、所沉积材料的厚度、预定沉积分布曲线、及/或任意其他适当的工艺条件及/或用户输入)来旋转双侧靶结构2。举例来说，在一些实施例中，控制器114保持双侧靶结构2处于第一取向中达第一预定时间段。在经过第一预定时间段之后，控制器114被配置成启动驱动机构112以将双侧靶结构2旋转到第二取向。
在一些实施例中，控制器114被配置成以预定模式旋转双侧靶结构2。举例来说，在一些实施例中，控制器114被配置成将双侧靶结构2保持在其中第一溅射靶8a与工件130处于相对关系中的第一取向中。控制器114保持所述第一取向达第一预定沉积时期，在所述第一预定沉积时期期间，PVD工艺在工件130上沉积预定厚度的第一材料8a。在第一预定沉积时期之后，控制器114启动驱动机构112以将双侧靶结构2旋转到其中第二溅射靶8b与工件130处于相对关系中的第二取向。控制器114将双侧靶结构2保持在第二取向中达第二预定沉积时期。在经过第二预定沉积时期之后，可启动控制器114以将双侧靶结构2旋转回第一取向，以使得能够另外溅射第一材料8a。应理解，控制器114可被配置成将双侧靶结构2旋转任意次数，以在工件130上实现预定的分布曲线。
与其他方式相比，双侧靶结构2提供减少制造时间并在沉积期间防止颗粒污染的原位沉积工艺，从而增大可靠性并提高生产产量。举例来说，双侧靶结构2及相关联的室100减少每一沉积工艺所需的溅射靶转移次数并减少所需的工艺工具的数目。在一些情形中，可使用单个双侧靶结构2来执行完整的沉积，且单个双侧靶结构2替代其他方式中的三次或多于三次溅射靶转移。与其他方式相比，所公开的双侧靶结构2及相关联的室100进一步改善了循环时间。举例来说，在一些实施例中，利用双侧靶结构2可实现高达80％的循环时间改善。
图3A到图3C说明根据一些实施例，位于沉积室100a的容纳区域104内的双侧靶结构2a。双侧靶结构2a及沉积室100a分别类似于以上论述的双侧靶结构2以及沉积室100，于此不再予以赘述。双侧靶结构2a的第一旋转机构24a耦合到旋转驱动器120。旋转驱动器120被配置成使得双侧靶结构2a的可旋转本体4能够从第一取向旋转到第二取向。在一些实施例中，旋转驱动器120包括通过耦合机构124耦合到旋转机构24a的驱动器122。耦合机构124可包括被配置成将柄112永久性地及/或可释放地耦合到旋转机构24a的任意适当的耦合机构。
在一些实施例中，耦合机构124包括被配置成将驱动器122耦合到伺服电动机(图中未示出)的伺服电动机耦合机构，所述伺服电动机被配置成控制双侧靶结构2a的旋转。耦合机构124可包括被配置成耦合到伺服电动机的一个或多个齿轮。在一些实施例中，伺服电动机被配置成根据一个或多个预定的沉积图案来控制双侧靶结构2a的旋转。
在一些实施例中，双侧靶结构2a包括平面旋转总成140，平面旋转总成140包括电动机142及齿轮杆144。平面旋转总成140被配置成控制第一磁体20a及/或第二磁体20b的平面旋转。磁体20a及20b的平面旋转导致耦合到磁体20a及20b的相应第一材料8a及/或第二材料8b在由材料8a及8b的靶表面界定的平面中的平面旋转。在沉积工艺期间，靶材料8a及8b的平面旋转增大沉积均匀性。在一些实施例中，电动机142是被配置成围绕纵向轴旋转齿轮杆144的步进电动机(step motor)。齿轮杆144耦合到旋转元件146a及146b，旋转元件146a及146b耦合到相应的第一磁体20a及第二磁体20b。齿轮杆144围绕纵向轴的旋转转化成相应的材料8a及8b的平面旋转。尽管本文中将实施例说明为具有电动机142及齿轮杆144，但应理解，任意适当的平面旋转系统均可被配置成在沉积期间旋转第一材料8a及/或第二材料。
图4A到图4C说明根据一些实施例，处于各种旋转取向中的双侧靶结构2b。图4A说明处于第一溅射靶8a被定位成用于沉积工艺(例如，PVD工艺)的第一取向中的双侧靶结构2b。举例来说，在一些实施例中，第一溅射靶8a可被定位成与工件处于相对(或面向)的取向中，其中所述工件被配置成在沉积工艺期间在其上面形成至少一个材料层，如以上参照图2所论述。第一溅射靶8a可包含任意适当的沉积材料，例如钛。
图4B说明处于部分旋转位置中的双侧靶结构2b。双侧靶结构2b包括圆形旋转本体4a。双侧靶结构2b从图4A所示的第一取向经过图4B所示的部分旋转位置充分旋转到图4C所示的第二取向。在图4C所示的第二取向中，第二溅射靶8b被定位成与工件处于相对的取向中。第二溅射靶8b可包含任意适当的沉积材料，例如铝合金(例如，AlCu)。
在一些实施例中，溅射靶8a及8b中的每一者可具有被配置用于沉积相应沉积材料的预定沉积形貌(topography)。举例来说，如图4A及图4C所示，溅射靶8a及8b可包括界定预定沉积形貌的多个峰50及多个谷52，但应理解，可向溅射靶8a及8b中添加其他形貌特征以获得预定沉积形貌。
图5说明根据一些实施例，包括多个沉积室202a到202d的沉积系统200，沉积室202a到202d中的每一者中具有双侧溅射靶2c-1到2c-4(统称为“双侧溅射靶2c”)。所述多个沉积室202a到202d围绕沉积系统200的框架204同心排列。沉积室202a到202d中的每一者定位在框架204中的相应开口206a到206d处。开口206a到206d的大小被调整且配置成贯穿容纳工件208a到208b。
在一些实施例中，将拾取及放置(pick-and-place)机构210定位在框架204内。拾取及放置机构210被定位成从第一暂存区域(staging area)212a撷取工件208a及208b，并将工件放置在所述多个沉积室202a到202d中所选择的一者中的预定位置中。在一些实施例中，拾取及放置机构210被配置成将工件208a及208b放置在位于沉积室202a到202d内的基架上(参见图2)。
沉积室202a到202d中的每一者在其中包括双侧溅射靶结构2c。双侧溅射靶结构2c类似于以上论述的双侧溅射靶2、2a及2b，且于此不再予以赘述。在一些实施例中，双侧溅射靶2c中的每一者耦合到独立的驱动机构，所述独立的驱动机构被配置成独立地旋转相应的溅射靶结构2c。当工件208a及208b被嵌入到沉积室202a到202d中所选择的一者时，利用溅射靶2c中相关联的一者执行沉积工艺。举例来说，在一些实施例中，第一材料层从相关联的双侧溅射靶结构2c的第一侧形成在工件208上。在沉积第一材料之后，旋转相关联的溅射靶结构2c，且第二材料层从相关联的双侧溅射靶结构2c的第二侧沉积在工件208上。
在一些实施例中，在完成沉积工艺之后，拾取及放置机构210被配置成从沉积室202a到202d中的一者移除所选择的工件208。举例来说，在一些实施例中，拾取及放置机构210被配置成从沉积室202a到202d中所选择的一者撷取所选择的工件208，并将工件208移动到第二暂存区域212b。通过独立的控制器及/或通过被配置成操作沉积室202a到202d的旋转机构中的一者或多者的控制器来操作拾取及放置机构210。
图6说明根据一些实施例，利用双侧溅射靶的PVD沉积的方法300。在步骤302处，将双侧溅射靶结构2定位在沉积室100内。双侧溅射靶结构2包括耦合到第一侧的第一溅射靶8a以及耦合到第二侧的第二溅射靶8b。第一溅射靶8a以及第二溅射靶8b中的每一者包含所选择的沉积(或源)材料。一个或多个旋转机构24a及24b从可旋转本体4延伸并与形成在沉积室100中的互补旋转元件界接。
在步骤304处，将工件130定位在沉积室100内的基架110上。工件130被配置成通过沉积工艺(例如，PVD工艺)接收一个或多个材料层。在一些实施例中，工件130可通过拾取及放置机构210进行定位。
在步骤306处，将双侧溅射靶结构2定位成第一取向。在第一取向中，第一溅射靶8a被放置成与工件130处于相对(例如，面向)关系中。在第一取向中，第二溅射靶8b被定位成远离工件130并与工件130分离开。在一些实施例中，第一溅射靶8a的一面实质上界定第一平面，且工件130的一面实质上界定第二平面。所述第一平面与所述第二平面平行。
在步骤308处，沉积工艺在工件130上沉积第一材料层。第一材料层是通过从第一溅射靶8a溅射第一材料而形成。在一些实施例中，沉积工艺将第一材料层沉积到预定厚度。
在步骤310处，将双侧溅射靶结构2从第一取向旋转到第二取向。第二取向将第二溅射靶8b定位成与工件130处于相对(例如，面向)排列中。在一些实施例中，通过耦合到双侧溅射靶结构2的旋转机构24a及24b中的一者或多者的驱动机构(例如，电动机)来旋转双侧溅射靶结构2。在一些实施例中，通过耦合到旋转机构24a及24b中的一者的手动旋转机构来手动旋转双侧溅射靶结构2。在第二取向中，第一溅射靶8a被定位成远离工件130并与工件130分离开。
在步骤312处，沉积工艺在工件130上沉积第二材料层。第二材料层是通过从第二溅射靶8b溅射第二材料而形成。在一些实施例中，沉积工艺将第二材料层沉积到预定厚度。
在操作步骤314处，将双侧溅射靶结构2从当前取向(例如，第二取向)旋转到相对的取向(例如，第一取向)。可通过任意适当的机构(例如，以上论述的驱动机构及/或手动旋转机构)来旋转双侧溅射靶结构2。
在操作步骤316处，沉积工艺在工件130上沉积额外的材料层。所述额外的材料层是通过从所选择的溅射靶8a及8b(即，被定位成与工件130处于相对关系中的所选择的溅射靶)溅射材料而形成。方法300可重复步骤314及316，以从第一靶8a及第二靶8b的任意组合沉积任意数目的额外层。
在步骤318处，从沉积室100移除工件130。可将工件130提供到被配置成沉积额外及/或替代材料层的额外的室、可将工件130放置在等待区域中、及/或可提供工件130用于额外的处理。在一些实施例中，通过拾取及放置机构从室100移除工件130。
在各种实施例中，公开了一种溅射靶结构。所述溅射靶结构包括本体，所述本体具有第一侧及相对的第二侧。第一溅射靶耦合到所述本体的所述第一侧。所述第一溅射靶包含第一材料。第二溅射靶耦合到所述本体的所述第二侧。所述第二溅射靶包含第二材料。旋转机构耦合到所述本体且被配置成旋转所述本体。
在一些实施例中，所述第一溅射靶及所述第二溅射靶磁性耦合到所述本体的所述第一侧及所述第二侧。在一些实施例中，所述本体包括从所述第一侧延伸到所述第二侧的孔，且其中所述第一溅射靶及所述第二溅射靶通过经由所述孔嵌入的耦合结构而耦合到所述本体的相应第一侧及第二侧。在一些实施例中，所述第一材料及所述第二材料是不同的材料。在一些实施例中，所述第一材料包含氮化钛。在一些实施例中，所述第二材料包含铝铜合金。在一些实施例中，所述旋转机构包括从所述本体延伸的至少一个旋转轴。在一些实施例中，所述至少一个旋转轴包括在延伸贯穿所述本体的中心的纵向轴上对准的第一旋转轴及第二旋转轴。在一些实施例中，所述本体的所述第一侧及所述第二侧中的每一者包括凹槽，所述凹槽的大小被调整且配置成分别在其中容纳所述第一溅射靶及所述第二溅射靶。
在各种实施例中，公开了一种系统。所述系统包括沉积室，所述沉积室具有靶容纳区域及工件容纳区域。双侧溅射靶结构位于所述靶容纳区域内。所述双侧溅射靶结构包括本体，所述本体具有第一侧及相对的第二侧。第一溅射靶耦合到所述本体的所述第一侧。所述第一溅射靶包含第一材料。第二溅射靶耦合到所述本体的所述第二侧。所述第二溅射靶包含第二材料。旋转机构被配置成可旋转地耦合位于所述沉积室内的所述双侧溅射靶结构。所述旋转机构被配置成旋转所述双侧溅射靶结构。
在一些实施例中，所述旋转机构包括从所述双侧溅射靶结构的所述本体延伸且从所述沉积室的侧壁延伸的至少一个旋转轴。在一些实施例中，所述的系统还包括耦合到所述旋转机构的驱动机构，其中所述驱动机构被配置成将所述双侧溅射靶结构从第一取向旋转到第二取向。在一些实施例中，所述驱动机构包括电动机。在一些实施例中，所述第一溅射靶及所述第二溅射靶磁性耦合到所述本体的所述第一侧及所述第二侧。在一些实施例中，所述第一材料与所述第二材料是不同的材料。在一些实施例中，所述第一材料包括氮化钛，且所述第二材料包括铝铜。
在各种实施例中，公开了一种溅射方法。所述方法包括在沉积室中设置双侧溅射靶结构。所述双侧溅射靶结构包括在第一侧与相对的第二侧之间延伸的本体、耦合到所述本体的所述第一侧的第一溅射靶、以及耦合到所述本体的所述第二侧的第二溅射靶。所述第一溅射靶包含第一材料，且所述第二溅射靶包含第二材料。将工件定位在所述沉积室中。所述工件被定位成与所述第一溅射靶处于相对面向关系中。通过从所述第一溅射靶溅射材料而在所述工件上形成第一材料层。旋转所述双侧溅射靶结构以将所述第二溅射靶定位成与所述工件处于所述相对面向关系中。通过从所述第二溅射靶溅射材料而在所述工件上形成第二材料层。
在一些实施例中，所述第一材料层形成在所述第二材料层之上。在一些实施例中，所述第一材料层及所述第二材料层各自在所述沉积室中与所述工件一起形成。在一些实施例中，所述的方法包括：旋转所述双侧溅射靶以将所述第一溅射靶重新定位成与所述工件处于所述相对面向关系中；以及通过从所述第一溅射靶溅射材料而在所述工件上形成位于所述第二材料层之上的第三材料层。在一些实施例中，在形成所述第一材料层与形成所述第二材料层之间不对所述沉积室进行清洁。
以上概述了若干实施例的特征，以使所属领域中的技术人员可更好地理解本发明实施例的各个方面。所属领域中的技术人员应知，其可容易地使用本发明实施例作为设计或修改其他工艺及结构的基础来施行与本文中所介绍的实施例相同的目的及/或实现与本文中所介绍的实施例相同的优点。所属领域中的技术人员还应认识到，这些等效构造并不背离本发明实施例的精神及范围，而且他们可在不背离本发明实施例的精神及范围的条件下对其作出各种改变、代替、及变更。

Claims (1)

1.一种靶结构，其特征在于，包括：
本体，具有第一侧及相对的第二侧；
第一溅射靶，耦合到所述本体的所述第一侧，所述第一溅射靶包含第一材料；
第二溅射靶，耦合到所述本体的所述第二侧，所述第二溅射靶包含第二材料；以及
旋转机构，耦合到所述本体，所述旋转机构被配置成旋转所述本体。
CN201810722214.8A 2017-06-30 2018-06-29 物理气相沉积的靶结构 Pending CN109207940A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762527156P 2017-06-30 2017-06-30
US62/527,156 2017-06-30
US15/882,899 2018-01-29
US15/882,899 US10718048B2 (en) 2017-06-30 2018-01-29 Target structure of physical vapor deposition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109207940A true CN109207940A (zh) 2019-01-15

Family

ID=64734776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810722214.8A Pending CN109207940A (zh) 2017-06-30 2018-06-29 物理气相沉积的靶结构

Country Status (3)

Country Link
US (3) US10718048B2 (zh)
CN (1) CN109207940A (zh)
TW (1) TW201905227A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111155062A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 中山市博顿光电科技有限公司 靶材旋转结构、靶材安装结构以及离子源溅射系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10718048B2 (en) * 2017-06-30 2020-07-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Target structure of physical vapor deposition

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE32849E (en) * 1978-04-13 1989-01-31 Litton Systems, Inc. Method for fabricating multi-layer optical films
US4820393A (en) * 1987-05-11 1989-04-11 Tosoh Smd, Inc. Titanium nitride sputter targets
US5322606A (en) * 1991-12-26 1994-06-21 Xerox Corporation Use of rotary solenoid as a shutter actuator on a rotating arm
US6030511A (en) * 1995-02-03 2000-02-29 Nec Corporation Collimated sputtering method and system used therefor
US6031511A (en) 1997-06-10 2000-02-29 Deluca; Michael J. Multiple wave guide phosphorous display
US6224718B1 (en) * 1999-07-14 2001-05-01 Veeco Instruments, Inc. Target assembly for ion beam sputter deposition with multiple paddles each having targets on both sides
JP2003147519A (ja) * 2001-11-05 2003-05-21 Anelva Corp スパッタリング装置
TWI359872B (en) * 2007-11-15 2012-03-11 Wintek Corp Magnetron sputter cathode mechanism
US10718048B2 (en) * 2017-06-30 2020-07-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Target structure of physical vapor deposition

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111155062A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 中山市博顿光电科技有限公司 靶材旋转结构、靶材安装结构以及离子源溅射系统

Also Published As

Publication number Publication date
US11649543B2 (en) 2023-05-16
US20190003037A1 (en) 2019-01-03
US11268186B2 (en) 2022-03-08
US10718048B2 (en) 2020-07-21
US20200347491A1 (en) 2020-11-05
US20220162744A1 (en) 2022-05-26
TW201905227A (zh) 2019-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109207940A (zh) 物理气相沉积的靶结构
JP6916789B2 (ja) マルチターゲットを同時スパッタリングするための方法および装置
US10711349B2 (en) Apparatus for treating and/or coating the surface of a substrate component
TW573037B (en) Sputtering device
TWI579952B (zh) 用於增進製程腔室利用率的系統及其操作方法
US20050211545A1 (en) Ionized physical vapor deposition (iPVD) process
JP2012512321A5 (zh)
JPH048503B2 (zh)
EP2060657A1 (en) Substrate supporting device and sputtering apparatus including the same
WO1991004352A1 (en) Sputtering apparatus and sputtering processing system using the same
CN108193187B (zh) 一种可实现自动翻转的基片架
TWI643970B (zh) Film forming apparatus, method of manufacturing film-forming product, and method of manufacturing electronic component
US20200000096A1 (en) Copper-based antimicrobial pvd coatings
CN109868456A (zh) 物理气相沉积处理方法和物理气相沉积处理装置
CN100362133C (zh) 一种硬质耐磨保护薄膜的制备方法
CN100500931C (zh) 真空镀膜装置
EP0293229B1 (en) Apparatus and process for coloring objects by plasma coating
CN108165929A (zh) 一种自愈合涂层及其制备方法与应用
CN101988187B (zh) 一种真空磁控溅射彩镀设备
CN110408904A (zh) 一种溅射成膜装置
US20160273096A1 (en) Shutter system
CN107541704A (zh) 金属制杯的镀膜方法
CN114672775A (zh) 溅射装置以及晶圆镀膜方法
CN115466923A (zh) 一种pvd镀膜方法
JPS5812336B2 (ja) ジヨウチヤクマクアツソクテイホウホウ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190115

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication