CN1896300A - 用于大面积衬底的低压溅射 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例一般来说涉及材料的溅射。具体地，本发明涉及用在大面积衬底的物理气相沉积中的溅射电压，以防止电弧。本发明的一个实施例描述了一种以小于400伏的电压在矩形衬底上溅射材料的设备，其包括：溅射靶，其中，在将材料溅射在所述矩形衬底上的过程中，用小于400伏的电压对所述靶施加偏压；围绕所述溅射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述溅射靶之间的最短距离小于等离子体暗区厚度；位于所述溅射靶的后部的磁控管，其中所述磁控管的边缘不与所述接地屏蔽重叠；和布置在所述溅射靶和所述衬底之间的天线结构，其中，在溅射过程中所述天线结构接地。

Description

用于大面积衬底的低压溅射
技术领域
本发明的实施例一般来说涉及材料的溅射。具体地，本发明涉及用在大面积衬底的物理气相沉积中的溅射电压。
背景技术
物理气相沉积(PVD)是在诸如平板显示器之类的电子装置制造中最常用的工艺之一。PVD是在真空室中进行的等离子加工，在真空室中负偏压的靶暴露至具有较重的原子的惰性气体(例如氩)或包含这种惰性气体的气体混合物的等离子体。通过惰性气体的离子对靶的轰击(溅射)导致靶材料的原子射出。射出的原子在衬底上累积成沉积的膜，其中衬底放置在位于室中的靶之下的衬底基座上。平板显示器溅射主要在衬底的大尺寸和它们的矩形形状方面不同于发展了很长时间的晶片溅射技术。
DC磁控溅射是半导体集成电路的制造过程中将金属沉积到半导体集成电路上以在集成电路中形成电气连接和其它结构的主要方法。具有至少一对相对的磁极的磁控管布置在靶的后部以产生靠近靶的前表面并与其平行的磁场。磁场捕获电子，并且为了在等离子体中进行电荷中和，另外的氩离子被吸引到邻近磁控管的区域中以在那里形成高密度等离子体。由此，增加了溅射速率。通常，溅射反应器的侧面用屏蔽覆盖以保护室壁免受溅射沉积。屏蔽通常电接地，由此提供了与靶阴极相对的阳极，以将DC靶能量电容性地耦合到室中及其等离子体。在一些溅射室中有暗区屏蔽，其以足够的间隔靠近靶，以抑制在靶和屏蔽之间形成允许在屏蔽和靶之间产生电短路的等离子体。金属靶通常被偏压至大约-400至-600伏DC范围内的负DC偏压，以朝向靶吸引氩工作气体的正离子，以溅射金属原子。
在20世纪90年代早期，针对用于大显示器的玻璃面板上形成的薄膜晶体管(TFT)开发了溅射反应器，这样的大显示器例如用于计算机监视器和电视屏幕的液晶显示器(LCD)。之后该技术应用到其它类型的显示器，例如等离子显示器和有机半导体，并且应用到其它的面板组分，例如塑料和聚合物。一些早期的反应器被设计用于具有大约400mm×600mm尺寸的面板。通常认为不可能用单个连续的溅射层形成这种大的靶。作为替换，多个溅射材料块结合到单个靶的背衬板。对于一些平板靶来说，可以将靶制成足够大以延伸穿过靶的较短方向，使得块在背衬板上形成一维阵列。
块通常结合到背衬板，块之间可以形成间隙。相邻的块可以互相直接接触但是不应当互相施加力。但是，块之间的间隙的宽度应当不大于等离子体暗区，其中等离子体暗区通常对应于等离子体鞘的厚度，并且对于氩工作气体的正常压力来说通常略微大于约0.5mm至1mm。等离子体不能形成在具有小于等离子体暗区的最小距离的空间中。如果间隙仅略微大于等离子体暗区，则间隙中的等离子体状态可能不稳定且可能导致间歇放电。即使放电被限定到块材料，电弧也可能使靶材料的颗粒而不是原子剥落，由此产生污染颗粒。如果等离子体到达背衬板，其将被溅射。如果块和背衬板是不同的材料，板溅射将引入材料污染。此外，板溅射将使得很难对更新的靶再次利用背衬板。
对于多块的靶来说电弧是严重的问题，当溅射电压高时，电弧很可能发生。因此，在本领域中存在针对大面积衬底处理系统以低电压溅射衬底的设备和方法的需求。
发明内容
本发明的实施例一般涉及材料的溅射。具体地，本发明涉及用在大面积衬底的物理气相沉积中的溅射电压以防止电弧。
在一个实施例中，一种以小于400伏的电压在矩形衬底上溅射材料的设备包括：溅射靶，其中，在将材料溅射在矩形衬底上的过程中，将所述靶偏压在小于400伏的电压处；围绕所述溅射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述溅射靶之间的最短距离小于等离子体暗区厚度；和位于所述溅射靶的后部的磁控管，所述磁控管的边缘不与所述接地屏蔽重叠。
在另一个实施例中，一种以小于400伏的电压在矩形衬底上溅射材料的设备包括：溅射靶，其中，在将材料溅射在矩形衬底上的过程中，将所述靶偏压在小于400伏的电压处；围绕所述溅射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述溅射靶之间的最短距离小于等离子体暗区厚度；位于所述溅射靶的后部的磁控管，其中所述磁控管的边缘不与所述接地屏蔽交迭；和布置在所述溅射靶和所述衬底之间的天线结构，其中，在溅射过程中所述天线结构接地。
在另一个实施例中，一种以小于400伏的电压在矩形衬底上溅射材料的方法包括：将所述矩形衬底放置在溅射室中；以第一电压激发等离子体；并且以小于400伏的第二电压在所述矩形衬底上溅射材料，其中所述溅射室具有：溅射靶；围绕所述溅射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述溅射靶之间的最短距离小于等离子体暗区厚度；位于所述溅射靶的后部的磁控管，其中所述磁控管的边缘不与所述接地屏蔽交迭；和布置在所述溅射靶和所述衬底之间的天线结构，其中，在溅射过程中所述天线结构接地。
附图说明
通过参照其中一些图示在附图中的实施例，可以得到对以上简要描述的本发明进行的更具体的说明，从而能够详细理解上述特征的方式。但是，应当理解附图仅图示了本发明的典型实施例，因此不应当认为是对本发明范围的限制，因为本发明可以采用其它等效的实施例。
图1A是用于大面积衬底的等离子溅射反应器的简化剖视图。
图1B示出由17个靶块形成的靶的俯视图。
图1C示出由6个靶块形成的靶的俯视图。
图1D示出由3个靶块形成的靶的俯视图。
图1E是图1A的PVD室的室体、接地屏蔽、靶之间的接口的示意性细节。
图2A是矩形化的螺旋磁控管的俯视图。
图2B是使磁控管可滑动地支撑在靶上的线形扫描机构的正视图。
图2C示出溅射工艺流程。
图3A(现有技术)是用于晶片的传统PVD室的剖视图。
图3B(现有技术)是图3A的传统PVD室的溅射靶、磁控管和暗区屏蔽的顶视图。
图3C是图1A的用于大面积衬底的PVD室的溅射靶、磁控管和屏蔽的顶视图。
图4是用于大面积衬底的PVD室的示意性剖视图，其中示例性的电子靠近靶的中心和边缘。
图5A是示例性天线的顶视图。
图5B是用于大面积衬底的带有天线结构的PVD室的示意性剖视图。
具体实施方式
本发明的实施例描述了用于大面积衬底系统的以低溅射电压溅射靶的设备和方法。
图1A描述了处理室100，其包括本发明的接地屏蔽组件111的一个实施例。可以适于从本发明得益的处理室100的一个示例是PVD处理室，其可以从位于Santa Clara，California的AKT，Inc.，得到。
示例性的处理室100包括室体102和盖组件106，它们界定了可抽空的加工空间160。室体102通常由焊接的不锈钢板和整块铝制造。室体102通常包括侧壁152和底部154。侧壁152和/或底部154通常包含多个开口，这些开口包括进入端口156和抽吸端口(未示出)。诸如活门盘端口(未示出)之类的其它开口也可以可选地形成在室体102的侧壁152和/或底部154中。可密封的进入端口156为衬底112提供了进入处理室100的入口和离开处理室100的出口。抽吸端口连接至排放并控制加工空间160内的压力的抽吸系统(也未示出)。
衬底支撑104通常布置在室体102的底部154上，并在处理过程中将衬底112支撑在其上。衬底支撑104通常由铝、不锈钢、陶瓷或它们的组合制造。轴187延伸穿过室102的底部154并将衬底支撑104连接至升降机构188。升降机构188被构造成在较低位置和较高位置之间移动衬底支撑104。在图1A中衬底支撑104被描述位于中间位置。波纹管186通常布置在衬底支撑104和室底部154之间，并在它们之间提供柔性密封，由此保持室空间160的整体的真空。溅射气体(典型是氩气)以mTorr范围的压力供应至真空室160中。
可选地，托架162和遮挡框架158可以布置在室体102内。托架162例如可以结合到室体102的壁152。遮挡框架158一般被构造成限制溅射材料至衬底112的通过遮挡框架158的中心暴露的部分的沉积。当衬底支撑104移动到较高位置用于处理时，布置在衬底支撑104上的衬底112的外边缘与遮挡框架158接合，并从托架162升起遮挡框架158。可替换地，也可以可选地使用具有其它构造的遮挡框架。
衬底支撑104移动到较低位置中用于装载和从衬底支撑104卸载衬底。在较低位置中，衬底支撑104位于屏蔽162和端口156之下。然后衬底112可以通过侧壁152中的端口156从室100移除或放入室100中，同时清除遮挡框架158和屏蔽162。升降销(未示出)可选地移动穿过衬底支撑104以使衬底112离开衬底支撑104，以通过布置在处理室100外部的诸如单片机械手(single blade robot)(未示出)之类的晶片传输机构来辅助衬底112的放置或移除。
盖组件106一般包括靶164和直接结合到靶164的接地屏蔽组件111。靶164提供了在PVD处理过程中沉积在衬底112上的材料。靶164可以结合到背衬板150，背衬板可以提供机械支撑和靶冷却机构。此背衬板150比通常用于晶片处理的背衬板更加复杂，因为对于非常大的面板尺寸，除了常用的冷却槽之外还需要提供背侧真空室，以最小化非常大的靶164上的差压。靶可以由任何类型的溅射材料制成，例如铝、铜、金、镍、锡、钼、铬、锌、钯、不锈钢、钯合金、锡合金、铝合金、铜合金和铟锡氧化物(ITO)。
靶一般包括外围部分163和中间部分165。外围部分163布置在室的壁152上。靶164的中间部分165可以在朝向衬底支撑104的方向上突出或延伸。可以理解，同样也可以使用其它的靶构造。靶材料还可以包括一起形成靶的相邻块(tile)或部分的材料。图1B、1C和1D示出多个块在靶上的三种示例性布置。图1B具有17个块，图1C具有6个块，而图1D具有3个块。靶164和衬底支撑104被电源184互相相对地偏压。诸如氩之类的气体从气源182通过通常形成在处理室100的壁152中的一个或多个开口(未示出)供应至处理空间160。等离子体由衬底112和靶164之间的气体形成。等离子体中的离子被朝向靶164加速并引起材料被撞出靶164。被撞出的材料被朝向衬底112吸引，并在衬底112上沉积材料膜。
接地屏蔽组件111包括接地框架108和接地屏蔽110。接地屏蔽围绕靶164的中间部分165以在处理空间160中界定处理区域，并通过接地框架108结合到靶164的外围部分163。接地框架108将接地屏蔽110与靶164电绝缘，同时提供至室100的体102的接地路径(通常通过侧壁152)。
接地屏蔽110将等离子体抑制在由接地屏蔽110限定的区域中，以确保材料仅从靶164的中间部分165撞出。接地屏蔽110还可以帮助将被撞出的靶材料主要沉积在衬底112上。这使得靶材料的使用效率最大化，并保护室体102的其它区域免受来自被撞出的物质或来自等离子体的沉积或侵袭，由此增长了室的寿命并减少了清洁或其它维护室所需的停时间和成本。从本发明的这个方面得出的另一个优点是可以减少从室体102离开(例如由于沉积膜的剥落或等离子体对室体102的侵袭)并再次沉积在衬底112的表面上的粒子，由此提高了产品质量和出产率。
图1E描述接地屏蔽组件111的示例性接地框架108和示例性接地屏蔽110、靶164以及室体152之间的界面的示意性细节。接地框架108一般结合到靶164。可替换地，接地框架108可以结合到盖组件106的背衬板(未示出)或其它部件，只要接地屏蔽110可以根据需要相对于靶164进行定位和调节。接地框架108一般将接地屏蔽110与靶164绝缘。在一个实施例中，接地框架108与靶164具有绝缘界面122。
接地框架108还提供从接地屏蔽110至室体102的导电路径124。在一个实施例中，接地框架108具有至体102的侧壁152的导电路径124。导电路径124可以包括结合在接地屏蔽110和体102之间的导电的电线、导线、带等等。可替换地，接地框架108的下部可以由合适的导电材料组成，以提供接地屏蔽110和体102之间的导电路径124。
接地屏蔽110以用于调节并保持靶164的中间部分165和接地屏蔽110之间的间隙120的合适方式结合到接地框架108。间隙120通常在深度上是均匀的，并且沿着其长度，也就是靶164和接地屏蔽110的形成间隙的相对面，是大致平行的。于是，接地屏蔽110的上边缘一般形成为与靶164的中间部分165的突出边缘的配合面平行。应当注意图1A(竖直或90度)和图1B(大约45度)中所描述的接地屏蔽110和靶164的各自的边缘的角度仅为了说明的目的，也可以使用任何其它合适的角度。此外，接地屏蔽110还可以具有用于沿间隙120的长度调节间隙120的宽度的装置。间隙120一般可以是足够宽以防止靶164和接地屏蔽110之间产生电弧并且小于等离子体暗区厚度的任意宽度，以保持靶164和接地屏蔽110之间的等离子体的暗区，例如用于防止等离子体的辉光放电移动到间隙120中。接地屏蔽的细节描述在2005年5月16日提交的名为“GroundShield for a PVD Chamber”的共同转让的美国申请序号11/131,009中。
盖组件106还包括磁控管138，其在处理过程中增加靶材料的消耗。磁控管138可以在两个正交的方向上在矩形靶164上扫描，以增加溅射均匀性。在一个实施例中，磁控管包括内部磁极和外部磁极，内部磁极具有与平面垂直的第一磁极，内部磁极沿着所述平面中的一个两端路径延伸并包括多个直的部分，其中至少一些直的部分沿着回旋图案中的一个矩形坐标单独延伸，而外部磁极具有与所述第一磁极相对的第二磁极，所述外部磁极围绕所述内部磁极并与其分开一段距离。
图2A以俯视图示出说明的示例性磁控管138。磁控管138是矩形化的螺旋磁控管，其包括形成在磁控管板106中的连续的槽102、104。未示出的极性相反的柱状磁体分别填充两个槽102、104。槽102完全包围槽104。两个槽102、104布置在磁迹间距Q上，并互相间隔大致恒定宽度的台部108。在前述的内容中，台部108表示相对磁极之间的间隙。一个槽102表示外部磁极，而另一个槽104表示由外部磁极包围的内部磁极。与跑道型磁控管类似，无论是否交织，由槽104表示的一个磁极被由槽102表示的另一个磁极完全包围，由此增强了磁场，并形成一个或多个等离子体环以防止末端损耗。槽102的最外部的宽度仅略微大于槽102的内部宽度的一半，并大于槽104的所有部分的一半，因为最外部仅容纳了一排磁体，而其它槽部以交错布置的方式容纳了两排。
用于磁控管的其它回旋形状也是可以的。例如，蛇形和螺旋磁控管可以以不同方式结合。螺旋磁控管可以结合到蛇形磁控管，两者都形成单个等离子体环。两个螺旋的磁控管例如可以以相反的扭曲结合在一起。两个螺旋的磁控管可以支撑蛇形的磁控管。单个等离子体环仍然是所期望的。但是，多个回旋的等离子体环也可以得到本发明的一些优点。
如前所述，通过在两个正交方向上在矩形靶上扫描回旋的磁控管可以增加溅射均匀性。扫描机构可以采用不同的形式。在图2B所示的扫描机构140中，磁控管板138放置在附装到靶164的背衬板150上，其中磁控管板138包括穿过保持在磁控管板138的底部处的孔中的多个绝缘垫114或支撑物的磁体。垫114可以由Teflon组成，并具有5cm的直径，并从磁控管板138突出2mm。由外部驱动源118驱动的相对的推杆116穿过真空密封的衬壁122以在相反方向上推动磁控管板138。动力源118通常是双向旋转电机，用来驱动旋转密封到衬壁122的驱动轴。衬壁122内部的丝杠机构将旋转运动转换成直线运动。两对垂直布置的推杆116和动力源118提供了独立的二维扫描。沿靶对角线对准的一对推杆116和动力源相对于靶的侧面提供了结合的二维扫描。磁控管和磁控管的扫描的细节描述在2004年6月7日提交的名为“Two Dimensional Magnetron Scanning forFlat Panel Sputtering”的美国申请序号10/863,152中。
图2C示出在衬底上溅射材料的工艺流程。在步骤201处，溅射工艺200通过将衬底放在溅射室中开始。之后，在步骤202处以激发电压激发等离子体。一旦激发了等离子体，在步骤203处以溅射电压溅射材料。激发电压高于溅射电压。
如前所述，传统的溅射过程使用超过1000伏的电压来激发等离子体并在沉积过程中使用400-600伏的电压。对于多块靶溅射来说，400-600伏的溅射电压过高，因为其可能导致电弧。用多块靶进行的试验示出在400伏的等离子体电压附近产生电弧。因此，有必要将溅射电压保持在400伏以下，优选地在375伏以下，并且最优选的是等于或低于350伏。
图3A(现有技术)示出用于晶片的示例性传统溅射系统。在该室中，小的内装的磁控管36支撑在靶16后面的未示出背衬板上。室12和靶16通常绕中心轴38圆周对称。磁控管36包括第一竖直磁极的内部磁极40和相对的第二竖直磁极的周围外部磁极42。两个极都由磁轭44支撑并通过磁轭44磁耦合。轭44固定到支撑在沿中心轴38延伸的转轴48上的转臂46。连接至轴48的马达50使磁控管36绕中心轴38旋转。围绕着靶16中部布置有暗区屏蔽80，其中暗区屏蔽80至靶16的最短距离小于等离子体暗区以防止在靶和屏蔽之间产生等离子体。对于用于晶片的传统PVD系统，靶16的发生溅射的中部17覆盖衬底24，并且该部分17的边缘延伸超过(也称为突出)衬底24的边缘大约40-50mm。为了确保在衬底24的边缘处的沉积均匀性，磁控管36的磁体42在暗区屏蔽80之上。如图3A所示，磁体42在暗区屏蔽80之上。因为磁控管36的诸如磁体42和40之类的磁体将大部分电子限定在它们之下的室中，所以磁体42之下的大量电子在溅射过程中逸入暗区屏蔽80。图3B(现有技术)示出靶16、磁控管36、暗区屏蔽80和区域“M”的顶视图，在区域“M”中大量电子逸入屏蔽80。由于电子在“M”区域中的逸入，用于传统的晶片溅射系统的溅射电压升高至400-600伏之间，以在处理室中保持足够的电子用于实现需要的溅射速率。
在用于大面积衬底溅射系统的本发明中，靶164的中部165覆盖衬底12，并且中部165的边缘可以延伸超过衬底12的边缘200mm或更多(或200mm或更加突出)。由于用于大面积衬底溅射系统的较大突出，所以磁控管138不必超过屏蔽110(也作为暗区屏蔽)的边缘线110E(虚线)，以根据用于晶片的PVD系统的磁控管的需要来确保靠近大面积衬底边缘的沉积均匀性。因此，少量或没有电子逸入屏蔽110。图3C示出磁控管138、靶、屏蔽110和屏蔽边缘线110E的顶视图。为了确保少量或没有电子逸入屏蔽110，磁控管138的边缘不应当与屏蔽110的边缘线110E交叉，并应当优选地保持离边缘线110E大于50mm的距离“D”，并且最优选的是保持离边缘线110E大于100mm的距离“D”。因为磁控管保持为离屏蔽110“安全”距离，所以溅射电压可以降低至小于400伏，例如350伏或更小，但是在沉积区域中仍然具有足够的电子以实现与用于晶片的传统PVD系统相等的沉积速率。用于加工大面积衬底的系统的溅射电压应当保持为等于或低于大约375伏，优选的是等于或低于大约350伏，并且最优选的是等于或低于330V，以防止电弧。除了降低溅射电压，由于磁控管138被保持在离屏蔽110“安全”距离处，所以还可以将等离子体激发电压从大约1800伏(对于用于晶片的传统PVD系统而言)降低至低于1000伏(例如800伏或更低)。用于加工大面积衬底的系统的激发电压应当被保持为等于或低于大约1000伏，优选的是等于或低于大约800伏，并且最优选的是等于或低于600伏，以减少颗粒产生。在较高电压处进行等离子体激发将比在较低电压处进行等离子体激发产生更多的颗粒。
对于大面积衬底系统来说，靠近衬底中心的电子“C”需要运动长的距离“L”以到达接地屏蔽110或接地的室壁152，如图4所示。相反，靠近衬底边缘的电子“E”仅需要运动短的距离“S”以到达接地屏蔽110或室壁152。如果天线布置在靶和衬底之间以提供用于靠近衬底中心的电子的接地路径，则可以进一步降低溅射电压，因为阻抗降低了。图5A示出示例性天线结构125的顶视图，天线结构125可以放置在遮挡框架(接地的)上，可以附装到屏蔽110(接地的)，或者可以附装到靶和衬底之间的室壁152(接地的)。图5B示出放置在处理室中的遮挡框架上的天线结构125的侧视图。因为靠近衬底中心的电子可以通过运动较短的距离“Ds”穿过接地路径而逃离，所以溅射电压可以降低大约10-30伏。图5A中天线线路125A、125B的宽度“w”在5mm至大约30mm的范围内，并且优选地在大约10mm至大约20mm的范围内。天线线路125A、125B的厚度在大约1mm至大约10mm的范围内，并且优选地在大约3mm至大约7mm的范围内。图5A的中示例性天线结构125在中心天线125B中具有开口“O”。一般来说，溅射沉积在衬底中心较薄。通过在靠近衬底中心处留下开口“O”(少量电子靠近开口“O”逃离)，中心的衬底厚度可以接近衬底的其它部分。天线结构125不仅能降低溅射电压，而且能够提高沉积均匀性。图5B中的天线结构125仅是示例。还存在能够实现类似目的的其它天线设计。例如，可以存在多于两个的125A线路，例如4个、6个或更多，以及多于两个的125B线路，例如4个、6个或更多。
在没有天线结构125的情况下在800伏处激发并在350伏处溅射的3000钼的沉积非均匀性是70％，而在具有图5A所示天线结构125的情况下在相同条件下沉积的3000钼的非均匀性是38％。结果显示天线结构125提高了沉积均匀性。非均匀性是通过从最大厚度(Tmax)减去最小厚度(Tmin)并将减的结果除以最大厚度与最小厚度的和计算的，或者说就是(Tmax-Tmin)/(Tmax+Tmin)。
本发明的概念可以应用到大于2000cm2的靶，优选地可以应用到大于15000cm2的靶，并且最优选的是应用到大于40000cm2的靶。本发明的概念可以应用到单件的靶或多块的靶。
尽管前述内容说的是本发明的实施例，但是在不脱离本发明基本范围的情况下可以设计出本发明的其它和进一步的实施例，本发明的范围由权利要求来确定。

Claims (32)

1.一种溅射设备，能够以小于400伏的电压在矩形衬底上溅射材料，包括：
溅射靶，其中，在将材料溅射在所述矩形衬底上的过程中，能够以小于400伏的电压对所述靶施加偏压；
围绕所述溅射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述溅射靶之间的最短距离小于等离子体暗区厚度；和
位于所述溅射靶后部的磁控管，其中，所述磁控管的边缘不与所述接地屏蔽重叠。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，在溅射过程中以等于或小于375伏的电压对所述靶施加偏压。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，在溅射过程中以等于或小于350伏的电压对所述靶施加偏压。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，等离子体激发电压等于或小于1000伏。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述等离子激发电压等于或小于800伏。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述溅射靶由多个块形成。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述矩形衬底的表面积大于15000cm2。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述磁控管包括：
内部磁极，具有垂直于一个平面的第一磁极，所述内部磁极沿着所述平面中的一个两端路径延伸，并包含多个直的部分，其中至少一些直的部分沿着回旋图案中的一个矩形坐标单独延伸；和
外部磁极，具有与所述第一磁极相反的第二磁极，围绕所述内部磁极，并与所述第一磁极分离一定间隔。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述磁控管在所述溅射靶上在两个正交方向上扫描。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述磁控管的所述边缘和所述接地屏蔽的所述边缘之间的距离大于50mm。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述磁控管的所述边缘和所述接地屏蔽的所述边缘之间的距离大于100mm。
12.一种溅射设备，能够以小于400伏的电压在矩形衬底上溅射材料，包括：
溅射靶，其中，在将材料溅射在所述矩形衬底上的过程中，能够以小于400伏的电压对所述靶施加偏压；
围绕所述溅射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述溅射靶之间的最短距离小于等离子体暗区厚度；
位于所述溅射靶后部的磁控管，其中，所述磁控管的边缘不与所述接地屏蔽重叠；和
天线结构，位于所述溅射靶和所述衬底之间，其中，在溅射过程中所述天线结构接地。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，在溅射过程中以小于等于350伏的电压对所述靶施加偏压。
14.根据权利要求12所述的设备，其中，等离子激发电压等于或小于800伏。
15.根据权利要求12所述的设备，其中，所述溅射靶由多个块形成。
16.根据权利要求12所述的设备，其中，所述矩形衬底的表面积大于15000cm2。
17.根据权利要求12所述的设备，其中，所述磁控管包括：
内部磁极，具有垂直于一个平面的第一磁极，所述内部磁极沿着所述平面中的一个两端路径延伸，并包含多个直的部分，其中至少一些直的部分沿着回旋图案中的一个矩形坐标单独延伸；和
外部磁极，具有与所述第一磁极相反的第二磁极，围绕所述内部磁极，并与所述第一磁极分离一定间隔。
18.根据权利要求12所述的设备，其中，所述磁控管在所述溅射靶上在两个正交方向上扫描。
19.根据权利要求12所述的设备，其中，所述磁控管的所述边缘和所述接地屏蔽的所述边缘之间的距离大于50mm。
20.根据权利要求12所述的设备，其中，所述天线结构的天线具有大约5mm至大约30mm范围内的宽度和大约1mm至大约10mm范围内的厚度。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述天线结构的天线具有大约10mm至大约20mm范围内的宽度和大约3mm至大约7mm范围内的厚度。
22.根据权利要求20所述的设备，其中，所述天线结构在所述结构的中心具有开口。
23.一种溅射方法，能够以小于400伏的电压在矩形衬底上溅射材料，包括：
将所述矩形衬底放置在溅射室中，所述溅射室具有：溅射靶；围绕所述溅射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述溅射靶之间的最短距离小于等离子体暗区厚度；位于所述溅射靶的后部的磁控管，所述磁控管的边缘不与所述接地屏蔽重叠；和布置在所述溅射靶和所述衬底之间的天线结构，其中，在溅射过程中所述天线结构接地；
以第一电压激发等离子体；并且
以小于400伏的第二电压在所述矩形衬底上溅射材料。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，在溅射过程中所述第二电压等于或小于350伏。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述第一电压等于或小于800伏。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，所属溅射靶由多个块形成。
27.根据权利要求23所述的方法，其中，所述矩形衬底的表面积大于15000cm2。
28.根据权利要求23所述的方法，其中，所述磁控管包括：
内部磁极，具有垂直于一个平面的第一磁极，所述内部磁极沿着所述平面中的一个两端路径延伸，并包含多个直的部分，其中至少一些直的部分沿着回旋图案中的一个矩形坐标单独延伸；和
外部磁极，具有与所述第一磁极相反的第二磁极，围绕所述内部磁极，并与所述第一磁极分离一定间隔。
29.根据权利要求23所述的方法，其中，所述磁控管在所述溅射靶上在两个正交方向上扫描。
30.根据权利要求23所述的方法，其中，所述磁控管的所述边缘和所述接地屏蔽的所述边缘之间的距离大于50mm。
31.根据权利要求23所述的方法，其中，所述天线结构的天线具有大约5mm至大约30mm范围内的宽度和大约1mm至大约10mm范围内的厚度。
32.根据权利要求23所述的方法，其中，所述天线结构在所述结构的中心具有开口。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514001A (zh) * 2008-02-15 2016-04-20 应用材料公司 毫秒退火(dsa)的边缘保护
CN110709968A (zh) * 2017-06-07 2020-01-17 日新电机株式会社 薄膜晶体管的制造方法
CN111593308A (zh) * 2019-02-20 2020-08-28 咸阳彩虹光电科技有限公司 一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法
WO2022135366A1 (zh) * 2020-12-22 2022-06-30 北京北方华创微电子装备有限公司 磁控溅射设备

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030002043A1 (en) * 2001-04-10 2003-01-02 Kla-Tencor Corporation Periodic patterns and technique to control misalignment
US20080006523A1 (en) 2006-06-26 2008-01-10 Akihiro Hosokawa Cooled pvd shield
US20080078268A1 (en) 2006-10-03 2008-04-03 H.C. Starck Inc. Process for preparing metal powders having low oxygen content, powders so-produced and uses thereof
US20080145688A1 (en) 2006-12-13 2008-06-19 H.C. Starck Inc. Method of joining tantalum clade steel structures
US8197894B2 (en) 2007-05-04 2012-06-12 H.C. Starck Gmbh Methods of forming sputtering targets
US20100178525A1 (en) * 2009-01-12 2010-07-15 Scott Campbell Method for making composite sputtering targets and the tartets made in accordance with the method
WO2009117043A1 (en) * 2008-03-20 2009-09-24 Sci Engineered Materials, Inc. A method for making composite sputtering targets and the targets made in accordance with the method
US8246903B2 (en) 2008-09-09 2012-08-21 H.C. Starck Inc. Dynamic dehydriding of refractory metal powders
KR20120130335A (ko) * 2010-03-01 2012-11-30 가부시키가이샤 알박 스퍼터링 장치
KR20160001919U (ko) * 2011-08-25 2016-06-03 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 스퍼터링 장치
US8734896B2 (en) 2011-09-29 2014-05-27 H.C. Starck Inc. Methods of manufacturing high-strength large-area sputtering targets
CN102747335B (zh) * 2012-08-01 2014-05-07 天津南玻节能玻璃有限公司 一种调节真空磁控辉光均匀性的装置和方法
CN111304620A (zh) * 2020-04-24 2020-06-19 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体加工设备及其磁控管机构

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4312731A (en) * 1979-04-24 1982-01-26 Vac-Tec Systems, Inc. Magnetically enhanced sputtering device and method
US5000113A (en) * 1986-12-19 1991-03-19 Applied Materials, Inc. Thermal CVD/PECVD reactor and use for thermal chemical vapor deposition of silicon dioxide and in-situ multi-step planarized process
US5108569A (en) * 1989-11-30 1992-04-28 Applied Materials, Inc. Process and apparatus for forming stoichiometric layer of a metal compound by closed loop voltage controlled reactive sputtering
DE4018914C1 (zh) * 1990-06-13 1991-06-06 Leybold Ag, 6450 Hanau, De
US5174880A (en) * 1991-08-05 1992-12-29 Hmt Technology Corporation Magnetron sputter gun target assembly with distributed magnetic field
US5798029A (en) * 1994-04-22 1998-08-25 Applied Materials, Inc. Target for sputtering equipment
US6238533B1 (en) * 1995-08-07 2001-05-29 Applied Materials, Inc. Integrated PVD system for aluminum hole filling using ionized metal adhesion layer
US5907220A (en) * 1996-03-13 1999-05-25 Applied Materials, Inc. Magnetron for low pressure full face erosion
US6451179B1 (en) * 1997-01-30 2002-09-17 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for enhancing sidewall coverage during sputtering in a chamber having an inductively coupled plasma
US6139698A (en) * 1997-02-03 2000-10-31 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for reducing the first wafer effect
US5873989A (en) * 1997-02-06 1999-02-23 Intevac, Inc. Methods and apparatus for linear scan magnetron sputtering
US6432203B1 (en) * 1997-03-17 2002-08-13 Applied Komatsu Technology, Inc. Heated and cooled vacuum chamber shield
US5911113A (en) * 1997-03-18 1999-06-08 Applied Materials, Inc. Silicon-doped titanium wetting layer for aluminum plug
JP3846970B2 (ja) * 1997-04-14 2006-11-15 キヤノンアネルバ株式会社 イオン化スパッタリング装置
US6077402A (en) * 1997-05-16 2000-06-20 Applied Materials, Inc. Central coil design for ionized metal plasma deposition
US6139699A (en) * 1997-05-27 2000-10-31 Applied Materials, Inc. Sputtering methods for depositing stress tunable tantalum and tantalum nitride films
US6345588B1 (en) * 1997-08-07 2002-02-12 Applied Materials, Inc. Use of variable RF generator to control coil voltage distribution
US6235169B1 (en) * 1997-08-07 2001-05-22 Applied Materials, Inc. Modulated power for ionized metal plasma deposition
US6013159A (en) * 1997-11-16 2000-01-11 Applied Materials, Inc. Particle trap in a magnetron sputtering chamber
EP1034566A1 (en) * 1997-11-26 2000-09-13 Applied Materials, Inc. Damage-free sculptured coating deposition
US6001227A (en) * 1997-11-26 1999-12-14 Applied Materials, Inc. Target for use in magnetron sputtering of aluminum for forming metallization films having low defect densities and methods for manufacturing and using such target
US6280579B1 (en) * 1997-12-19 2001-08-28 Applied Materials, Inc. Target misalignment detector
US6110821A (en) * 1998-01-27 2000-08-29 Applied Materials, Inc. Method for forming titanium silicide in situ
US6077404A (en) * 1998-02-17 2000-06-20 Applied Material, Inc. Reflow chamber and process
US6773562B1 (en) * 1998-02-20 2004-08-10 Applied Materials, Inc. Shadow frame for substrate processing
US5985759A (en) * 1998-02-24 1999-11-16 Applied Materials, Inc. Oxygen enhancement of ion metal plasma (IMP) sputter deposited barrier layers
US6383915B1 (en) * 1999-02-03 2002-05-07 Applied Materials, Inc. Tailoring of a wetting/barrier layer to reduce electromigration in an aluminum interconnect
US6610184B2 (en) * 2001-11-14 2003-08-26 Applied Materials, Inc. Magnet array in conjunction with rotating magnetron for plasma sputtering
US6207558B1 (en) * 1999-10-21 2001-03-27 Applied Materials, Inc. Barrier applications for aluminum planarization
US6528180B1 (en) * 2000-05-23 2003-03-04 Applied Materials, Inc. Liner materials
US6491801B1 (en) * 2001-08-07 2002-12-10 Applied Materials, Inc. Auxiliary vertical magnet outside a nested unbalanced magnetron
US6495009B1 (en) * 2001-08-07 2002-12-17 Applied Materials, Inc. Auxiliary in-plane magnet inside a nested unbalanced magnetron
US6635154B2 (en) * 2001-11-03 2003-10-21 Intevac, Inc. Method and apparatus for multi-target sputtering
US7504006B2 (en) * 2002-08-01 2009-03-17 Applied Materials, Inc. Self-ionized and capacitively-coupled plasma for sputtering and resputtering
US6758949B2 (en) * 2002-09-10 2004-07-06 Applied Materials, Inc. Magnetically confined metal plasma sputter source with magnetic control of ion and neutral densities

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514001A (zh) * 2008-02-15 2016-04-20 应用材料公司 毫秒退火(dsa)的边缘保护
CN105514001B (zh) * 2008-02-15 2018-03-09 应用材料公司 毫秒退火(dsa)的边缘保护
CN110709968A (zh) * 2017-06-07 2020-01-17 日新电机株式会社 薄膜晶体管的制造方法
CN110709968B (zh) * 2017-06-07 2023-03-10 日新电机株式会社 薄膜晶体管的制造方法
CN111593308A (zh) * 2019-02-20 2020-08-28 咸阳彩虹光电科技有限公司 一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法
WO2022135366A1 (zh) * 2020-12-22 2022-06-30 北京北方华创微电子装备有限公司 磁控溅射设备

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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20070117