TW201432079A - 用於物理氣相沉積的射頻直流開放／封閉迴路可選式之磁控管 - Google Patents

用於物理氣相沉積的射頻直流開放／封閉迴路可選式之磁控管 Download PDF

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Abstract

本文提供用於一磁控管裝置的方法與設備。在某些實施例中，一種磁控管裝置包括：一第一板材，該第一板材具有一第一中心軸，該第一板材可繞著該第一中心軸旋轉；一第一開放迴路磁極，該第一開放迴路磁極耦接於該第一板材；一第二板材，該第二板材具有一第二中心軸，該第二板材可繞著該第二中心軸旋轉；以及一第二開放迴路磁極，該第二開放迴路磁極耦接於該第二板材，其中當該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極對準時，該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極形成一封閉迴路磁極。

Description

用於物理氣相沉積的射頻直流開放/封閉迴路可選式之磁控管
本發明的實施例一般係關於材料的濺射。具體地，本發明的實施例係關於一種磁控管，用於使用在物理氣相沉積腔室中。
濺射(或稱為物理氣相沉積(PVD))長久以來在半導體積體電路的製造中用於沉積金屬與相關材料。它的用途已經擴展到沉積金屬層至高縱橫比的孔(例如，通孔或其他垂直的互連結構)的側壁上。目前，先進的濺射應用包括：沉積金屬晶種層，以用於後續在通孔中的金屬層的電鍍，以及沉積阻障層於通孔側壁的介電質材料上，以防止金屬層擴散進入該介電質。
可使用DC濺射或RF濺射來完成電漿濺射。電漿濺射通常包括定位於濺射靶材背側處的磁控管，以投射磁場進入處理空間中，來增加電漿密度且提升濺射速率。磁控管中所用的磁鐵通常為用於DC濺射的封閉迴路與用於RF濺射的 開放迴路。DC電漿將電子緊緊限制在封閉迴路賽道(race track)中，否則靶材電壓會變很高並且不支援合理電壓與壓力時的濺射。RF濺射很有彈性並且可以與幾乎任何磁場一起作用，但是若磁場太高，則電漿在賽道區域中會過度集中。RF電漿的任何過度集中會導致非常低的靶材電壓與非常低的濺射速率。但是，一般的磁控管沒有同時提供開放迴路與封閉迴路PVD磁鐵，以根據所需的濺射種類(亦即，DC或RF濺射)來選擇性地使用。
因此，發明人已經提供一種磁鐵配置，該磁鐵配置可以利用相同的硬體而在相同的腔室中有利地提供DC與RF電漿限制。
本文提供用於一磁控管裝置的方法與設備。在某些實施例中，一種磁控管裝置包括：一第一板材，該第一板材具有一第一中心軸，該第一板材可繞著該第一中心軸旋轉；一第一開放迴路磁極，該第一開放迴路磁極耦接於該第一板材；一第二板材，該第二板材具有一第二中心軸，該第二板材可繞著該第二中心軸旋轉；以及一第二開放迴路磁極，該第二開放迴路磁極耦接於該第二板材，其中當該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極對準時，該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極形成一封閉迴路磁極。
在某些實施例中，一種基板處理系統可包括：一處理腔室，該處理腔室具有一內部容積與設置於其中的一基板支座；一靶材裝置，該靶材裝置設置於該內部容積的一上部 中，該上部相對於該基板支座；以及一磁控管裝置，該磁控管裝置在相對於該基板支座的一側上設置於該靶材裝置的附近，該磁控管裝置包括：一第一板材，該第一板材具有一第一中心軸，該第一板材可繞著該第一中心軸旋轉；一第一開放迴路磁極，該第一開放迴路磁極耦接於該第一板材；一第二板材，該第二板材具有一第二中心軸，該第二板材可繞著該第二中心軸旋轉；以及一第二開放迴路磁極，該第二開放迴路磁極耦接於該第二板材，其中當該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極對準時，該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極形成一封閉迴路磁極。
在某些實施例中，一種在一物理氣相沉積(PVD)腔室中處理一基板的方法包括：以一VHF頻率施加一第一RF電力至設置於該基板之上的一靶材，以從一電漿形成氣體來形成一電漿，該靶材包括一金屬；施加DC電力至該靶材，以導引該電漿朝向該靶材；旋轉在該靶材之上的磁控管的一第一板材，同時導引該電漿朝向該靶材，該磁控管的該第一板材具有一第一開放迴路磁極；旋轉在該靶材之上的磁控管的一第二板材，同時導引該電漿朝向該靶材，該磁控管的該第二板材具有一第二開放迴路磁極，使得該第一板材每旋轉360度時，至少會有一次該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極相對準而形成一封閉迴路磁極，其中該第一板材設置於該第二板材之下並且由該第二板材可旋轉地支撐；使用該電漿從該靶材濺射金屬原子，同時將該PVD腔室中的一第一壓力維持成足夠將從該靶材濺射的該等金屬原子的一主要部分 離子化；以及將該等離子化的金屬原子沉積於該基板上，以形成一層於該基板上。
下面敘述本發明的其他與進一步的實施例。
100‧‧‧PVD處理系統
101‧‧‧腔室蓋
103‧‧‧接地裝置
104‧‧‧處理腔室
106‧‧‧基板支座
108‧‧‧基板
110‧‧‧下部接地圍繞壁部
112‧‧‧接地屏蔽部
113‧‧‧來源材料
114‧‧‧靶材裝置
116‧‧‧上部接地圍繞壁部
120‧‧‧中心區域
122‧‧‧波紋管
124‧‧‧底部腔室壁部
126‧‧‧氣源
128‧‧‧氣體流動控制器
130‧‧‧排氣口
132‧‧‧閥
134‧‧‧RF偏壓電源
136‧‧‧電容調整器
138‧‧‧屏蔽部
140‧‧‧突出部
142‧‧‧第一磁鐵支撐板材
143‧‧‧第一開放迴路磁極
144‧‧‧內部磁極
145‧‧‧平衡物
146‧‧‧第一中心軸
148‧‧‧蓋環
152‧‧‧磁鐵
154‧‧‧電極
156‧‧‧接地板材
157‧‧‧第一表面
158‧‧‧來源分配板
160‧‧‧背板裝置
161‧‧‧第一背板
162‧‧‧第二背板
164‧‧‧支撐環
166‧‧‧第一端
168‧‧‧第二端
169‧‧‧通道
170‧‧‧孔腔
174‧‧‧第一馬達軸
175‧‧‧支撐構件
176‧‧‧第一馬達
178‧‧‧第一傳動裝置
180‧‧‧絕緣縫隙
181‧‧‧密封環
182‧‧‧RF或DC電源
183‧‧‧第二能量源
186‧‧‧中心軸
192‧‧‧中心支撐構件
196‧‧‧磁控管裝置
197‧‧‧第一可旋轉的磁鐵裝置
198‧‧‧第二可旋轉的磁鐵裝置
210、212、214‧‧‧磁嵌片
216、217、218‧‧‧板材
220‧‧‧封閉迴路磁軌
222、224‧‧‧開放迴路磁軌
242‧‧‧第二支撐板材
243‧‧‧第二開放迴路磁極
245‧‧‧平衡物
246‧‧‧第二中心軸
250、252‧‧‧封閉迴路磁極
260‧‧‧控制器
262‧‧‧中央處理單元
264‧‧‧記憶體
266‧‧‧支援電路
274‧‧‧第二馬達軸
276‧‧‧第二馬達
278‧‧‧第二傳動裝置
500‧‧‧方法
502‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
506‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
510‧‧‧步驟
512‧‧‧步驟
本發明之實施例簡短總結於上且更詳細討論於下，其可藉由參照所附圖式中所繪之本發明之例示實施例而瞭解。但是，注意到，所附圖式只例示本發明之一般實施例且因此不視為限制其範圍，因為本發明可容許其他等效實施例。
第1圖根據本發明的某些實施例，繪示處理腔室的示意橫剖面視圖。
第2A圖根據本發明的某些實施例，為形成封閉迴路磁極之旋轉的磁鐵支撐板材的底部示意視圖。
第2B圖根據本發明的某些實施例，為形成開放迴路磁軌之旋轉的磁鐵支撐板材的底部示意視圖。
第3A圖根據本發明的某些實施例，為形成第一封閉迴路磁極之旋轉的磁鐵支撐板材的底部示意視圖。
第3B圖根據本發明的某些實施例，為形成第二封閉迴路磁極之旋轉的磁鐵支撐板材的底部示意視圖。
第4圖根據本發明的某些實施例，為第一磁鐵支撐板材的等尺寸視圖。
第5圖根據本發明的某些實施例，為一沉積方法的流程圖，該沉積方法處理在物理氣相沉積(PVD)腔室中的基板。
為了促進瞭解，已經在任何可能的地方使用相同的 元件符號來表示圖式中共同的相同元件。圖式未依照尺寸繪製，且可以為了清楚加以簡化。可瞭解到，一實施例的元件與特徵可有利地併入在其他實施例中，而不用另外詳述。
本發明係關於一種磁控管以及併入此種磁控管的物理氣相沉積(PVD)腔室，該磁控管用於提供更均勻的靶材沖蝕形態與沉積分佈於基板上。更具體地，本發明的範例實施例將部分的磁性材料設置於濺射靶材之後的兩個個別的板材上，兩個個別的板材具有個別的旋轉軸並且可旋轉來形成開放與封閉迴路磁極(亦即，「磁軌」)，如同所需的。以此方式，控制兩旋轉軸之間的相位角可控制所產生的磁場的相對位置。亦即，磁軌可為開放迴路或封閉迴路，受控於驅動個別軸的馬達的相位控制。下面敘述範例的磁控管裝置。
第1圖根據本發明的某些實施例，繪示物理氣相沉積(PVD)處理系統100的簡化、橫剖面視圖。適於根據本文所提供之教示來修改的其他PVD腔室的範例包括ALPS® Plus與SIP ENCORE® PVD處理腔室，兩者都可在商業上從加州的聖克拉拉的應用材料公司取得。來自應用材料公司或其他製造商的其他處理腔室(包括那些配置來用於PVD之外的其他種類的處理)也可受益於根據本文所揭示之教示的修改。
在本發明的某些實施例中，PVD處理系統100包括腔室蓋101，腔室蓋101係可移除地設置於處理腔室104的頂部上。腔室蓋101可包括靶材裝置114與接地裝置103。處理腔室104包括基板支座106，用於接收基板108於其上。基板 支座106可定位於下部的接地圍繞壁部110內，下部的接地圍繞壁部110可為處理腔室104的腔室壁部。下部的接地圍繞壁部110可電耦接於腔室蓋101的接地裝置103，使得射頻回程路徑係提供給設置於腔室蓋101之上的RF或DC電源182。RF或DC電源182可提供RF或DC電力給靶材裝置114，如同下面討論的。
PVD處理系統100可包括來源分配板158，來源分配板158相對於靶材裝置114的背側並且沿著靶材裝置114的周邊邊緣電耦接於靶材裝置114。PVD處理系統100可包括孔腔170設置於靶材裝置114的背側與來源分配板158之間。孔腔170可至少部分容納磁控管裝置196，如同下面討論的。孔腔170係至少部分由下述所界定：導電支撐環164的內部表面、來源分配板158的面向靶材表面、與靶材裝置114(或背板裝置160)的面向來源分配板表面(例如，背側)。
磁控管裝置196的一或更多個部分可至少部分設置於孔腔170內。磁控管裝置提供靶材附近的旋轉磁場，以協助處理腔室104內的電漿處理。在某些實施例中，磁控管裝置196可包括第一可旋轉的磁鐵裝置197(第一可旋轉的磁鐵裝置197將第一磁鐵支撐板材142繞著第一支撐板材142的第一中心軸146旋轉)，以及第二可旋轉的磁鐵裝置198(第二可旋轉的磁鐵裝置198將第二磁鐵支撐板材242繞著第二支撐板材242的第二中心軸246旋轉)。在某些實施例中，第一中心軸146與第二中心軸246並未對準(亦即，偏離)。在某些實施例中，第一中心軸146或第二中心軸246的至少 一者可對準於處理腔室104的中心軸186。在某些實施例中，第一與第二磁鐵支撐板材142/242可為圓盤狀，或者其他適於使用在處理腔室104中的幾何外形。
在某些實施例中，第一可旋轉的磁鐵裝置197包括第一馬達176、第一馬達軸174、第一傳動裝置178與第一磁鐵支撐板材142。在某些實施例中，第一磁鐵支撐板材142支撐一或更多個磁鐵並且配置來將該等一或更多個磁鐵繞著第一中心軸146旋轉。在某些實施例中，該等一或更多個磁鐵的至少一者可為第一開放迴路磁極143，第一開放迴路磁極143耦接於第一磁鐵支撐板材142。第一開放迴路磁極143可為開放的幾何外形形狀，例如弧形或其他種類的曲線或直線，如同第2A圖至第3B圖圖示的以及下面討論的。在某些實施例中，該等一或更多個磁鐵的至少一者可為內部磁極144，內部磁極144耦接於第一板材142並且相鄰於第一開放迴路磁極143。第一開放迴路磁極143的極性係相反於內部磁極144的極性。在某些實施例中，第一開放迴路磁極143與內部磁極144可設置於第一磁鐵支撐板材142的一側上。在此種實施例中，當第一磁鐵支撐板材142旋轉時，平衡物145可用於平衡第一磁鐵支撐板材142。
在某些實施例中，第二可旋轉的磁鐵裝置198包括第二馬達276、第二馬達軸274、第二傳動裝置278與第二磁鐵支撐板材242。在某些實施例中，第二磁鐵支撐板材242支撐一或更多個磁鐵並且配置來將該等一或更多個磁鐵繞著第二中心軸246旋轉。在某些實施例中，該等一或更多個磁 鐵的至少一者可為第二開放迴路磁極243，第二開放迴路磁極243耦接於第二磁鐵支撐板材242。第二開放迴路磁極243可為開放的幾何外形形狀，例如弧形或其他種類的曲線或直線，如同第2A圖至第3B圖圖示的以及下面討論的。在某些實施例中，第二開放迴路磁極243的極性可相同於第一開放迴路磁極143，並且可相反於內部磁極144的極性。在某些實施例中，第二開放迴路磁極243可設置於第二磁鐵支撐板材242的一側上。在此種實施例中，當第二磁鐵支撐板材242旋轉時，平衡物245可用於平衡第二磁鐵支撐板材242。
在某些實施例中，當第一與第二開放迴路磁極對準時，第一開放迴路磁極143與第二開放迴路磁極243形成圍繞內部磁極144的封閉迴路磁極，如同第2A圖、第3A圖與第3B圖圖示的以及下面討論的。
在某些實施例中，磁控管裝置196在孔腔170內旋轉。例如，在某些實施例中，馬達176/276、馬達軸174/274、與傳動裝置178/278可提供來旋轉磁鐵支撐板材142/242。在具有磁控管的傳統PVD腔室中，磁控管驅動軸通常沿著腔室的中心軸設置，防止RF能量耦合於對準腔室中心軸的位置中。相反的，在本發明的實施例中，電極154對準於處理腔室的中心軸186，且磁控管的馬達軸174/274可設置通過接地板材156中的偏離中心開孔。從接地板材156突伸出的馬達軸174/274的端部係分別耦接於第一與第二馬達176/276。馬達軸174/274進一步設置通過通過來源分配板158的對應偏離中心開孔並且分別耦接於傳動裝置178/278。
傳動裝置178/278可藉由任何合適的方式來支撐，例如藉由耦接於來源分配板158的底部表面。藉由以介電質材料來製造傳動裝置178/278的至少上部表面，或者藉由將絕緣層(未圖示)插設於傳動裝置178/278與來源分配板158之間，或類似者，或者藉由以合適的介電質材料來建造馬達驅動軸174/276，可將傳動裝置178/278絕緣於來源分配板158。傳動裝置178/278進一步耦接於磁鐵支撐板材142/242，以將馬達176/276所提供的旋轉運動轉移給磁鐵支撐板材142/242(以及因此，一或更多個磁極143、144、243)。在某些實施例中，透過使用滑輪、齒輪、或將馬達176/276所提供的旋轉運動轉移的其他合適機構，傳動裝置178/278可耦接於磁鐵支撐板材142/242。
磁鐵支撐板材142/242可由適於提供適當機械強度來剛性支撐一或更多個磁極143、144、243的任何材料建構。例如，在某些實施例中，磁鐵支撐板材142/242可由非磁性金屬建構，例如非磁性不鏽鋼。磁鐵支撐板材142/242可具有適於允許一或更多個磁極143、144、243在所欲的位置中耦接於磁鐵支撐板材142/242的任何形狀。例如，在某些實施例中，磁鐵支撐板材142/242可包括平板、圓盤、交叉構件、或類似者。在某些實施例中，第一磁鐵支撐板材可為大約500mm的直徑至大約800mm的直徑。在某些實施例中，第二磁鐵支撐板材可為大約250mm的直徑至大約400mm的直徑。一或更多個磁極143、144、243可用任何方式來配置，以提供具有所欲形狀與強度的磁場。
或者，磁鐵支撐板材142/242可藉由任何其他機構來旋轉，該機構具有足夠的扭矩來克服在磁鐵支撐板材142/242上所導致的拉力以及在孔腔170中附接於一或更多個磁極143、144、243(當存在時)的拉力。馬達176/276可為電動馬達、氣動式或水壓式驅動，或者可提供所需扭矩的任何其他製程相容的機構。
如同上述，封閉迴路磁極通常用於DC PVD濺射，且開放迴路磁極較適於RF PVD濺射操作。DC電漿通常需要將電漿的電子緊緊限制在封閉迴路賽道(race track)中，否則靶材電壓會變很高並且不支援合理電壓與壓力時的濺射。同時，RF濺射很有彈性並且可以與幾乎任何磁場一起作用，但是若磁場太高，則電漿在賽道區域中會過度集中。RF電漿的任何過度集中會導致非常低的靶材電壓與非常低的濺射速率。第2A圖與第2B圖繪示第一磁鐵支撐板材142與第二磁鐵支撐板材242在不同位置中旋轉的底部示意視圖，第一磁鐵支撐板材142與第二磁鐵支撐板材242在不同位置中旋轉，以形成用於DC PVD濺射操作之圍繞內部磁極144的封閉迴路磁軌220(第2A圖)以及用於RF PVD濺射操作之一或更多個開放迴路磁軌222/224(第2B圖)。
在第2A圖與第2B圖中，第二磁鐵支撐板材242繞著第二中心軸246旋轉。在某些實施例中，第一磁鐵支撐板材142設置於第二磁鐵支撐板材242之下，且第一磁鐵支撐板材142由第二磁鐵支撐板材242透過如同第1圖所示之可旋轉的耦接148而支撐。當第二磁鐵支撐板材242繞著中心 軸246旋轉時，第一磁鐵支撐板材142繞著中心軸146旋轉。第2A圖圖示在第一位置中旋轉的第一磁鐵支撐板材142與第二磁鐵支撐板材242，以對準第一與第二磁極143/243而形成圍繞內部磁極144的封閉迴路磁極220。同時，第2B圖圖示在第二位置中旋轉的第一磁鐵支撐板材142與第二磁鐵支撐板材242，其中第一與第二磁極143/243並未對準，而形成一或更多個開放迴路磁軌222/224。
在某些實施例中，當第二磁鐵支撐板材242繞著中心軸246旋轉時，第一磁鐵支撐板材142可固定在一位置中，以形成封閉迴路磁極220。在某些實施例中，磁鐵支撐板材142/242可在相同方向中旋轉，而在其他實施例中，它們可在相反方向中旋轉。在某些實施例中，第一磁鐵支撐板材142的中心的位置(亦即，軸146)係相對於第二磁鐵支撐板材242為固定的。
在某些實施例中，每一磁極143、144與243可包括一或更多個磁嵌片210/212/214，一或更多個磁嵌片210/212/214透過板材216/217/218耦接在一起，如同第4圖所示。第4圖繪示第一磁鐵支撐板材142的等尺寸底部視圖，第一磁鐵支撐板材142包括平衡物145、第一開放磁極143與內部磁極144。如同第4圖所示，第一開放磁極143包括複數個磁嵌片210，磁嵌片210在一端上耦接於板材216，並且在另一端上耦接於第一開放磁極143的底部表面402。在某些實施例中，磁極143/144/243可鉚接或黏接於第一與第二磁鐵支撐板材142/242。在某些實施例中，第一磁極與內部磁極可 從底部表面402向下延伸大約25mm至大約50mm。在某些實施例中，第二磁極可從第二磁鐵支撐板材的底部表面向下延伸一距離，以對準第二開放磁極243與第一開放磁極143。
第一磁鐵支撐板材142繞著中心軸146旋轉每360度可形成的封閉磁軌的數量可從一個封閉迴路磁極(如同上面相關於第2A圖與第2B圖討論的)到複數個封閉迴路磁極。例如，第3A圖與第3B圖繪示本發明的至少一其他實施例，其中第一磁鐵支撐板材142繞著中心軸146旋轉每360度可形成兩個封閉迴路磁極250/252。在第3A圖中，當第一磁鐵支撐板材142相對於第二磁鐵支撐板材242旋轉至第一位置時，形成封閉迴路磁極250。同時，在第3B圖中，當第一磁鐵支撐板材142相對於第二磁鐵支撐板材242旋轉至第二位置時，形成封閉迴路磁極252。
在替代的實施例中，多個開放迴路磁極143可設置於第一磁鐵支撐板材142上，第一磁鐵支撐板材142可對準於設置於第二磁鐵支撐板材242上的一或更多個開放迴路磁極243。又，在其他的實施例中，內部磁極可與一或更多個開放迴路磁極243一起設置於第二磁鐵支撐板材242上，而一或更多個開放迴路磁極143設置於第一磁鐵支撐板材142上。
返回參見第1圖，基板支座106具有材料接收表面面向靶材裝置114的主要表面，且基板支座106支撐基板108，以使基板108在相對於靶材裝置114的主要表面之平坦位置中受到濺射塗覆。基板支座106可支撐基板108於處理腔室104的中心區域120中。中心區域120係界定為在處理 期間在基板支座106之上的區域(例如，當在處理位置中時，在靶材裝置114與基板支座106之間)。
在某些實施例中，基板支座106可垂直移動，以允許基板108通過處理腔室104的下部中的裝載閘閥門(未圖示)轉移至基板支座106上，且之後升舉至沉積或處理位置。可提供連接至底部腔室壁部124的波紋管122，以維持處理腔室104的內部容積與處理腔室104的大氣外部之間的分隔，同時促進基板支座106的垂直移動。一或更多個氣體可透過氣體流動控制器128從氣源126供應至處理腔室104的下部中。可提供排氣口130，且排氣口130透過閥132而耦接於幫浦(未圖示)，以用於排放處理腔室104的內部氣體並且促進維持處理腔室104內的所欲壓力。
RF偏壓電源134可耦接於基板支座106，以在基板108上引致負的DC偏壓。另外，在某些實施例中，負的DC自偏壓在處理期間可形成於基板108上。例如，RF偏壓電源134所供應的RF能量的頻率範圍可從大約2MHz至大約60MHz，例如，可使用非限制的頻率例如2MHz、13.56MHz或60MHz。在某些實施例中，RF電力可供應的範圍從大約2kW至大約20kW。在某些實施例中，DC電力可供應的範圍從大約2kW至大約40kW。在其他應用中，基板支座106可接地或電性浮接。替代地或組合地，對於RF偏壓電力並非所欲的應用，電容調整器136可耦接於基板支座106，以用於調整基板108上的電壓。
處理腔室104另外包括處理套組屏蔽部(或屏蔽部) 138，以圍繞處理腔室104的處理容積或中心區域，且保護其他腔室元件免於來自處理的損傷及/或汙染。在某些實施例中，屏蔽部138可連接至處理腔室104的上部接地圍繞壁部116的突出部140。如同第1圖例示的，腔室蓋101可放置在上部接地圍繞壁部116的突出部140上。類似於下部接地圍繞壁部110，上部接地圍繞壁部116可提供射頻回程路徑的一部分於上部接地圍繞壁部116與腔室蓋101的接地裝置103之間。但是，其他射頻回程路徑也可能，例如透過接地屏蔽部138。
屏蔽部138向下延伸並且可包括大體上管狀部分，管狀部分具有大體上固定的直徑並且大體上圍繞中心區域120。屏蔽部138沿著上部接地圍繞壁部116與下部接地圍繞壁部110的壁部向下延伸到基板支座106的頂部表面之下，並且向上返回直到到達基板支座106的頂部表面(例如，形成屏蔽部138的底部處的u形部分)。當基板支座106在它的下部、裝載位置時，蓋環148放置於底部屏蔽部138的向上延伸內部部分的頂部上，但是當基板支座106在它的上部、沉積位置時，蓋環148放置於基板支座106的外部周邊上，以保護基板支座106免於濺射沉積。可使用額外的沉積環(未圖示)，來保護基板支座106的邊緣免於基板108的邊緣周圍的沉積。
在某些實施例中，磁鐵152可設置於處理腔室104的周圍，以選擇性地提供磁場於基板支座106與靶材裝置114之間。例如，如同第1圖所示，磁鐵152可設置於腔室壁部 110的外側周圍的一區域中，該區域就在基板支座106在處理位置中時的上方。在某些實施例中，磁鐵152可額外地或替代地設置於其他位置中，例如上部接地圍繞壁部116的旁邊。磁鐵152可為電磁鐵並且可耦接於電源(未圖示)，以控制電磁鐵所產生的磁場的大小。
腔室蓋101大體上包括接地裝置103，接地裝置103設置於靶材裝置114的周圍。接地裝置103可包括接地板材156，接地板材156具有第一表面157，第一表面157可大體上平行且相對於靶材裝置114的背側。接地屏蔽部112可從接地板材156的第一表面157延伸並且圍繞靶材裝置114。接地裝置103可包括支撐構件175，以支撐靶材裝置114於接地裝置103內。
在某些實施例中，支撐構件175可耦接於支撐構件175的外部周邊邊緣附近之接地屏蔽部112的下端，並且徑向向內延伸以支撐密封環181與靶材裝置114。密封環181可為環狀物或具有所欲橫剖面的其他環形。密封環181可包括兩個相對的、平坦且大體上平行的表面，以促進密封環181的第一側上與靶材裝置114的介接(例如，背板裝置160)，以及密封環181的第二側上與支撐構件175的介接。密封環181可由介電質材料製成，例如陶瓷。密封環181可將靶材裝置114絕緣於接地裝置103。
支撐構件175可為大體上平坦的構件，具有中心開孔來容納靶材裝置114。在某些實施例中，支撐構件175可為圓形、或類似圓盤狀，但是該形狀可根據腔室蓋的對應形狀 及/或PVD處理系統100中要處理的基板的形狀而改變。
靶材裝置114可包括要沉積於基板(例如，在濺射期間的基板108)上的來源材料113，例如金屬、金屬氧化物、金屬合金、或類似者。在與本發明一致的實施例中，靶材裝置114包括背板裝置160，以支撐來源材料113。來源材料113可設置於背板裝置160的面向基板支座側上，如同第1圖例示的。背板裝置160可包括導電材料，例如銅-鋅、銅-鉻、或相同於靶材的材料，使得RF與DC電力可透過背板裝置160而耦合至來源材料113。或者，背板裝置160可為非導電的並且可包括導電元件(未圖示)，例如，饋孔(feedthrough)或類似者。
在某些實施例中，背板裝置160包括第一背板161與第二背板162。第一背板161與第二背板162可為圓盤狀、矩形、方形、或可由PVD處理系統100調整的任何其他形狀。第一背板的前側係配置來支撐來源材料113，使得來源材料的前表面相對於基板108(當存在時)。來源材料113可用任何方式耦接於第二背板162。例如，在某些實施例中，來源材料113可擴散結合於第一背板161。
複數組通道169可設置於第一與第二背板161、162之間。第一與第二背板161、162可耦接在一起，以形成實質上防水的密封(例如，第一與第二背板之間的流體密封)，以防止提供至複數組通道169的冷卻劑的洩漏。在某些實施例中，靶材裝置114可另外包括中心支撐構件192，以支撐靶材裝置114於處理腔室104內。
在某些實施例中，導電的支撐環164可設置於來源分配板158與靶材裝置114的背側之間，以從來源分配板傳送RF能量至靶材裝置114的周邊邊緣。導電的支撐環164可為圓筒狀，具有第一端166耦接於來源分配板158的周邊邊緣附近之來源分配板158的面向靶材表面，以及具有第二端168耦接於靶材裝置114的周邊邊緣附近之靶材裝置114的面向來源分配板表面。在某些實施例中，第二端168耦接於背板裝置160的周邊邊緣附近之背板裝置160的面向來源分配板表面。
絕緣縫隙180設置於接地板材156與來源分配板158的外部表面、導電的支撐環164與靶材裝置114(及/或背板裝置160)之間。絕緣縫隙180可充填有空氣或某些其他合適的介電質材料，例如陶瓷、塑膠、或類似者。接地板材156與來源分配板158之間的距離取決於接地板材156與來源分配板158之間的介電質材料。當介電質材料主要是空氣時，接地板材156與來源分配板158之間的距離可在大約15mm與大約40mm之間。
藉由密封環181以及藉由設置於接地板材156的第一表面157與靶材裝置114的背側(例如，來源分配板158的非面向靶材側)之間的一或更多個絕緣體(未圖示)，可電性分離接地裝置103與靶材裝置114。
PVD處理系統100具有RF電源182連接至電極154(例如，RF饋送結構)。電極154可通過接地板材156並且耦接於來源分配板158。RF電源182可包括RF產生器與匹配 電路，例如，用以最小化在操作期間反射回RF產生器的反射的RF能量。例如，RF電源182所供應的RF能量的頻率範圍可從大約13.56MHz至大約162MHz或更高。例如，可使用非限制的頻率，例如13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、60MHz、或162MHz。
在某些實施例中，PVD處理系統100可包括第二能量源183，以在處理期間提供額外的能量給靶材裝置114。在某些實施例中，第二能量源183可為用以提供DC能量的DC電源，例如以提升靶材材料的濺射速率(以及因此，基板上的沉積速率)。在某些實施例中，第二能量源183可為第二RF電源(類似於RF電源182)，以例如以不同於RF電源182所提供的RF能量的第一頻率之第二頻率來提供RF能量。在第二能量源183為DC電源的實施例中，第二能量源可在適於電性耦接DC能量至靶材裝置114任何位置中耦接於靶材裝置114，例如電極154或某些其他導電構件(例如來源分配板158，在下面討論)。在第二能量源183為第二RF電源的實施例中，第二能量源透過電極154耦接於靶材裝置114。
電極154可為圓柱形或者類似桿狀，且電極154可對準於處理腔室104的中心軸186(例如，電極154可在重合於靶材的中心軸的點處耦接於靶材裝置，靶材的中心軸重合於中心軸186)。對準於處理腔室104之中心軸186的電極154可促成以軸對稱的方式將RF能量從RF電源182施加至靶材裝置114(例如，電極154可在對準於處理腔室之中心軸的「單一點」處將RF能量耦合至靶材)。電極154的中心位置有助 於消除或減少基板沉積處理中的沉積不對稱。電極154可具有任何合適的直徑。例如，雖然可使用其他直徑，但是在某些實施例中，電極154的直徑可為大約0.5吋至大約2吋。電極154可大體上具有任何合適的長度，取決於處理腔室的配置。在某些實施例中，電極可具有的長度是在大約0.5吋至大約12吋之間。電極154可由任何合適的導電材料製成，例如鋁、銅、銀、或類似者。或者，在某些實施例中，電極154可為管狀。在某些實施例中，管狀電極154的直徑可為適於例如促成提供用於磁控管的中心軸。
電極154可通過接地板材156並且耦接於來源分配板158。接地板材156可包括任何合適的導電材料，例如鋁、銅、或類似者。一或多個絕緣體(未圖示)之間的開放空間可允許RF波沿著來源分配板158的表面行進。在某些實施例中，一或多個絕緣體可相對於PVD處理系統的中心軸186而對稱地定位。此種定位可以促成對稱的RF波沿著來源分配板158的表面行進，且最終，到達耦接於來源分配板158的靶材裝置114。相較於傳統的PVD腔室，可用更對稱且均勻的方式來提供RF能量，這至少部分是因為電極154的中心位置。
可設置控制器260且控制器260可耦接於PVD處理系統100的各種元件，以控制各種元件的操作。控制器260包括中央處理單元(CPU,central processing unit)262、記憶體264、與支援電路266。控制器260可直接控制PVD處理系統100，或者透過與特定處理腔室及/或支援系統元件相關的電腦(或控制器)來控制。控制器260可為可在工業裝置中使用 的任何一種形式的通用目的電腦處理器，用於控制各種腔室與子處理器。控制器260的記憶體264(或電腦可讀取媒介)可為一或更多個隨時可取用的記憶體，例如隨機存取記憶體(RAM,random access memory)、唯讀記憶體(ROM,read only memory)、軟碟、硬碟、光學儲存媒介(例如，光碟或DVD)、快閃記憶體或任何其他形式的數位儲存器，本地的或遠端的。支援電路266耦接於CPU 262，用於以傳統的方式支援處理器。這些電路包括快取、電源供應器、時脈電路、輸入/輸出電路與子系統、與類似者。本文所述的發明方法可儲存於記憶體264中作為軟體程序，軟體程序可執行或啟用來以本文所述的方式控制PVD處理系統100的操作，例如，執行下述的方法500。軟體程序也可儲存於第二CPU(未圖示)及/或由第二CPU執行，第二CPU係位於CPU 262所控制的硬體的遠端。
第5圖為方法500的流程圖，方法500使用上述的磁控管的實施例來處理在物理氣相沉積(PVD)腔室中的基板。在502，以VHF頻率施加第一RF電力至設置於基板之上的靶材，以從電漿形成氣體來形成電漿，該靶材包括金屬。在504，施加DC電力至靶材，以導引電漿朝向靶材。在506，例如使用馬達176、軸174、與傳動裝置178，旋轉磁控管的第一板材(例如，142)。第一板材係在靶材之上旋轉，同時導引電漿朝向靶材。在508，在靶材之上旋轉第二板材(例如，242)，同時導引電漿朝向靶材。在510，第一板材相對於第二板材旋轉，使得第一板材每旋轉360度時，至少會有一次第 一與第二開放迴路磁極(例如，143/243)相對準而形成封閉迴路磁極。在512，使用電漿從靶材濺射金屬原子，同時將PVD腔室中的第一壓力維持成足夠將從靶材濺射的該等金屬原子的主要部分離子化，且將離子化的金屬原子沉積於基板上，以形成一層於基板上。
雖然前述是關於本發明之實施例，本發明之其他與進一步實施例可被設想出而無偏離其基本範圍。
100‧‧‧PVD處理系統
101‧‧‧腔室蓋
103‧‧‧接地裝置
104‧‧‧處理腔室
106‧‧‧基板支座
108‧‧‧基板
110‧‧‧下部接地圍繞壁部
112‧‧‧接地屏蔽部
113‧‧‧來源材料
114‧‧‧靶材裝置
116‧‧‧上部接地圍繞壁部
120‧‧‧中心區域
122‧‧‧波紋管
124‧‧‧底部腔室壁部
126‧‧‧氣源
128‧‧‧氣體流動控制器
130‧‧‧排氣口
132‧‧‧閥
134‧‧‧RF偏壓電源
136‧‧‧電容調整器
138‧‧‧屏蔽部
140‧‧‧突出部
142‧‧‧第一磁鐵支撐板材
143‧‧‧第一開放迴路磁極
144‧‧‧內部磁極
145‧‧‧平衡物
146‧‧‧第一中心軸
148‧‧‧蓋環
152‧‧‧磁鐵
154‧‧‧電極
156‧‧‧接地板材
157‧‧‧第一表面
158‧‧‧來源分配板
160‧‧‧背板裝置
161‧‧‧第一背板
162‧‧‧第二背板
164‧‧‧支撐環
166‧‧‧第一端
168‧‧‧第二端
169‧‧‧通道
170‧‧‧孔腔
174‧‧‧第一馬達軸
175‧‧‧支撐構件
176‧‧‧第一馬達
178‧‧‧第一傳動裝置
180‧‧‧絕緣縫隙
181‧‧‧密封環
182‧‧‧RF或DC電源
183‧‧‧第二能量源
186‧‧‧中心軸
192‧‧‧中心支撐構件
196‧‧‧磁控管裝置
197‧‧‧第一可旋轉的磁鐵裝置
198‧‧‧第二可旋轉的磁鐵裝置
242‧‧‧第二支撐板材
243‧‧‧第二開放迴路磁極
245‧‧‧平衡物
246‧‧‧第二中心軸
260‧‧‧控制器
262‧‧‧中央處理單元
264‧‧‧記憶體
266‧‧‧支援電路
274‧‧‧第二馬達軸
276‧‧‧第二馬達
278‧‧‧第二傳動裝置

Claims (20)

  1. 一種磁控管裝置，包括：一第一板材，該第一板材具有一第一中心軸，該第一板材可繞著該第一中心軸旋轉；一第一開放迴路磁極，該第一開放迴路磁極耦接於該第一板材；一第二板材，該第二板材具有一第二中心軸，該第二板材可繞著該第二中心軸旋轉；及一第二開放迴路磁極，該第二開放迴路磁極耦接於該第二板材，其中當該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極對準時，該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極形成一封閉迴路磁極。
  2. 如請求項1所述之磁控管裝置，進一步包括一內部磁極，該內部磁極耦接於該第一板材並且相鄰於該第一開放迴路磁極，其中當該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極對準時，該封閉迴路磁極係形成於該內部磁極的周圍。
  3. 如請求項2所述之磁控管裝置，其中該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極的一第一極性係相反於該內部磁極的一第二極性。
  4. 如請求項1所述之磁控管裝置，進一步包括一內部磁極，該內部磁極耦接於該第二板材並且相鄰於該第一開放迴路磁 極，其中當該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極對準時，該封閉迴路磁極係形成於該內部磁極的周圍。
  5. 如請求項4所述之磁控管裝置，其中該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極的一第一極性係相反於該內部磁極的一第二極性。
  6. 如請求項1-5之任一項所述之磁控管裝置，其中該第一開放迴路磁極進一步包括一第一磁極片，以及設置於該第一磁極片與該第一板材之間的複數個第一磁鐵，且其中該第二開放迴路磁極進一步包括一第二磁極片，以及設置於該第二磁極片與該第二板材之間的複數個第二磁鐵。
  7. 如請求項1-5之任一項所述之磁控管裝置，其中該第一板材的該第一中心軸與該第二板材的該第二中心軸並未對準。
  8. 如請求項1-5之任一項所述之磁控管裝置，其中該第一板材設置於該第二板材之下。
  9. 如請求項8所述之磁控管裝置，其中該第一開放迴路磁極從該第一板材的一底部表面向下延伸，且其中該第二開放迴路磁極從該第二板材的一底部表面向下延伸。
  10. 如請求項9所述之磁控管裝置，進一步包括：一第一軸部，該第一軸部耦接於該第一板材並且在該第一板材的該第一中心軸的周圍，其中該第一軸部係由該第二板材支撐，且其中該第一軸部的一位置係相關於該第二板材而固定。
  11. 如請求項10所述之磁控管裝置，其中該第一板材係配置成繞著該第一軸部旋轉，以將該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極對準，並且將該封閉迴路磁極形成於一內部磁極的周圍。
  12. 如請求項11所述之磁控管裝置，進一步包括：一第二軸部，該第二軸部耦接於該第二板材並且在該第一板材的該第二中心軸的周圍，其中該第二板材係配置成繞著該第二軸部旋轉。
  13. 如請求項1-5之任一項所述之磁控管裝置，其中該第一開放迴路磁極係耦接於該第一板材的複數個開放迴路磁極。
  14. 如請求項1-5之任一項所述之磁控管裝置，其中該第二開放迴路磁極係耦接於該第二板材的複數個開放迴路磁極。
  15. 一種基板處理系統，包括：一處理腔室，該處理腔室具有一內部容積與設置於其中 的一基板支座；一靶材裝置，該靶材裝置設置於該內部容積的一上部中，該上部相對於該基板支座；及一磁控管裝置，該磁控管裝置在相對於該基板支座的一側上設置於該靶材裝置的附近，該磁控管裝置包括：一第一板材，該第一板材具有一第一中心軸，該第一板材可繞著該第一中心軸旋轉；一第一開放迴路磁極，該第一開放迴路磁極耦接於該第一板材；一第二板材，該第二板材具有一第二中心軸，該第二板材可繞著該第二中心軸旋轉；及一第二開放迴路磁極，該第二開放迴路磁極耦接於該第二板材，其中當該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極對準時，該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極形成一封閉迴路磁極。
  16. 如請求項15所述之基板處理系統，其中該磁控管裝置進一步包括一內部磁極，該內部磁極耦接於該第一板材並且相鄰於該第一開放迴路磁極，其中當該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極對準時，該封閉迴路磁極係形成於該內部磁極的周圍。
  17. 如請求項16所述之基板處理系統，其中該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極的一第一極性係相反於該內部磁 極的一第二極性。
  18. 如請求項15-17之任一項所述之基板處理系統，其中該磁控管裝置進一步包括一內部磁極，該內部磁極耦接於該第二板材並且相鄰於該第一開放迴路磁極，其中當該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極對準時，該封閉迴路磁極係形成於該內部磁極的周圍。
  19. 如請求項15-17之任一項所述之基板處理系統，其中該第一板材設置於該第二板材之下，其中該第一開放迴路磁極從該第一板材的一底部表面向下延伸，且其中該第二開放迴路磁極從該第二板材的一底部表面向下延伸。
  20. 一種在一物理氣相沉積(PVD)腔室中處理一基板的方法，包括：以一VHF頻率施加一第一RF電力至設置於該基板之上的一靶材，以從一電漿形成氣體來形成一電漿，該靶材包括一金屬；施加DC電力至該靶材，以導引該電漿朝向該靶材；旋轉在該靶材之上的磁控管的一第一板材，同時導引該電漿朝向該靶材，該磁控管的該第一板材具有一第一開放迴路磁極；旋轉在該靶材之上的磁控管的一第二板材，同時導引該電漿朝向該靶材，該磁控管的該第二板材具有一第二開放迴 路磁極，使得該第一板材每旋轉360度時，至少會有一次該第一開放迴路磁極與該第二開放迴路磁極相對準而形成一封閉迴路磁極，其中該第一板材設置於該第二板材之下並且由該第二板材可旋轉地支撐；使用該電漿從該靶材濺射金屬原子，同時將該PVD腔室中的一第一壓力維持成足夠將從該靶材濺射的該等金屬原子的一主要部分離子化；及將該等離子化的金屬原子沉積於該基板上，以形成一層於該基板上。
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