TW201715065A - 濺射裝置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本申請案涉及濺射裝置及其操作方法。本發明實施例提供一種濺射設備，其包括：一磁控管結構體，經組態為按照一預定的侵蝕率分佈侵蝕一標靶，該預定的侵蝕率分佈以該磁控管結構體之一中心軸為對稱軸對稱分佈，且包括：該中心軸附近之一第一峰值；及位於距離該中心軸約0.7至0.75標靶半徑之一第二峰值。

Description

濺射裝置及其操作方法
本發明涉及一種濺射裝置及其操作方法。
濺射是製造半導體積體電路時用於形成金屬及相關物質沈積層之通用生產流程，同時亦用於在其他類型之面板上形成被覆材料沈積層。
濺射裝置包括一個攜帶相對磁極永磁體之磁控管。該磁控管包括多種形式或模式以便在晶圓或其他類型之面板上形成合適之金屬或其他材料沈積。
本發明實施例提供一種濺射裝置，其包括磁控管結構體，經組態為按照預定的侵蝕率分佈侵蝕標靶，該預定的侵蝕率分佈以該磁控管結構體之中心軸為對稱軸對稱分佈，且包括：該中心軸附近之第一峰值；以及位於距離該中心軸約0.7至0.75標靶半徑之第二峰值。
在本發明一些實施例中，該磁控管結構體包括：具有第一磁性之外部磁極及具有第二磁性之內部磁極，該第二磁性與該第一磁性相反，該內部磁極被該外部磁極包圍。
在本發明一些實施例中，該磁控管結構體之該外部磁極及該內部磁極按照預定的標準化環路長度分佈排列，該預定的標準化環路長 度分佈包括：在大約0.4標靶半徑內標準化環路長度大體恆定的部分。
在本發明一些實施例中，該標準化環路長度分佈在0.4標靶半徑附近，由一個大體恆定的輪廓轉變為遞增輪廓。
在本發明一些實施例中，該內部磁極包括指向該中心軸之終極部。
在本發明一些實施例中，該遞增輪廓在0.4標靶半徑以上包括非線性曲線。
在本發明一些實施例中，該磁控管結構體在邊界之外並正切於以該中心軸為圓心之圓周的部分大體上大於該磁控管結構體在該邊界之內並正切於該圓周的部分，該邊界包圍了該內部磁極之終極部及該外部磁極之終極部。
本發明實施例提供一種濺射裝置，其包括磁控管結構體。該磁控管結構體包括：邊界外之第一部分；以及該邊界內之第二部分；該第一部分中正切於以該中心軸為圓心之圓周的量大體上大於該第二部分中正切於以該圓周的量；該磁控管結構體經組態為按照預定的侵蝕率分佈侵蝕標靶。該分佈包括：在該磁控管結構體中心軸附近之第一峰值；及位於距離該中心軸大約0.7至0.75標靶半徑之第二峰值。
在本發明一些實施例中，該分佈包括在距離該中心軸大約0.5標靶半徑附近之第三峰值。
在本發明一些實施例中，該磁控管結構體包括封閉帶狀的具有第一磁性之外部磁極及被該外部磁極包圍的具有第二磁性之內部磁極，該第二磁性與該第一磁性相反。
在本發明一些實施例中，該內部磁極包括在該中心軸附近之終極部。
在本發明一些實施例中，該內部磁極與該外部磁極之間的距離 大體恆定。
在本發明一些實施例中，該邊界包括包圍該內部磁極之該終極部的圓形。
在本發明一些實施例中，該第二部分中正切於圓周的量在該邊界之內近似為常量。
在本發明一些實施例中，該第一部分繞該中心軸至少掃過270度。
本發明實施例提供一種濺射方法。該方法包括：在距離標靶預定距離處放置晶圓；相對於中心軸旋轉磁控管結構體；以及按照預定的侵蝕率分佈侵蝕該標靶。該中心軸附近之該標靶按照第一速率侵蝕；在該標靶半徑0.5至0.55附近之該標靶按照約0.5之第一速率侵蝕；在該標靶半徑0.7至0.75附近之該標靶按照約1.1之第一速率侵蝕。
在本發明一些實施例中，該方法進一步包括：形成該磁控管結構體，該磁控管結構體具有封閉循環第一磁性之外部磁極以及由該外部磁極包圍內部磁極，且該內部磁極之第二磁性與該第一磁性相反。
在本發明一些實施例中，該在距離標靶預定距離處放置晶圓包括：在距離該標靶約40至70毫米處放置該晶圓。
在本發明一些實施例中，該標靶包括氮化鈦。
在本發明一些實施例中，該磁控管結構體成型為擁有邊界外之第一部分及該邊界內之第二部分。該第一部分中正切於以該中心軸為圓心之圓周的量大體上上大於該第二部分中正切於以該圓周的量。
在本發明一些實施例中，該邊界包括圓形並包圍該中心軸以及該內部磁極及該外部磁極之終極部。
在本發明一些實施例中，該邊界之半徑的範圍包括約70mm至約80mm。
2‧‧‧盤體
3‧‧‧磁體
4‧‧‧磁體
5‧‧‧氬氣源
6‧‧‧真空排氣管
7‧‧‧晶圓
8‧‧‧基座
9‧‧‧真空倉
10‧‧‧桿
11‧‧‧磁控管結構體
15‧‧‧標靶
17‧‧‧凹槽
20‧‧‧沈積層
30‧‧‧區域
31‧‧‧區域
32‧‧‧區域
37‧‧‧區域
70‧‧‧磁力線
71‧‧‧晶圓
75‧‧‧路徑
77‧‧‧標靶材料
78‧‧‧撞擊位置
100‧‧‧圖樣
115‧‧‧部分
117‧‧‧部分
120‧‧‧邊界
141‧‧‧段
142‧‧‧段
143‧‧‧段
200‧‧‧濺射倉
300‧‧‧侵蝕率分佈
312‧‧‧終極部
314‧‧‧終極部
315‧‧‧段
317‧‧‧終極部
318‧‧‧終極部
325‧‧‧中間部
328‧‧‧尖端
329‧‧‧平行部
391‧‧‧南磁極
392‧‧‧北磁極
400‧‧‧環路長度分佈
751‧‧‧離子
781‧‧‧中央部
為了能更好的理解本發明的具體實施方式提供以下附圖。注意，為了適應工業標準實踐，各種特徵並未按特定規格繪製。事實上，各個特徵之尺寸可以任意放大或縮小以便進行清楚的論述。
圖1為本發明實施例提供之濺射裝置之橫截面圖；圖2為本發明實施例提供之標靶之橫截面圖；圖3為本發明提供之實施例中標靶半徑比例與標準化侵蝕率之關係示意圖；圖4至圖7為本發明提供之實施例標靶之俯視圖；圖8為本發明提供之實施例中磁控管半徑比例與標準化環路長度之關係示意圖；圖9至圖12為本發明提供之實施例磁控管之俯視圖；圖13、圖15、圖16、圖18、圖19、圖21、圖22及圖25為本發明提供之圖12所示實施例磁控管之局部放大視圖；圖14、圖17、圖20、圖23、圖24、圖26及圖27為本發明提供之實施例磁控管之橫截面視圖；圖28至圖29為本發明提供之實施例標靶之俯視圖；圖30為本發明實施例中測試點之分佈圖；圖31為本發明提供之實施例中厚度與測試點之關係示意圖；圖32為本發明提供之實施例中表面電阻與測試點之關係示意圖。
本發明提供了實現不同特徵之多個不同的實施例。下述組件或組態之特定實施例用以簡化表示本發明之技術方案，固然，這些實施例並不用於限制本發明之保護範疇。舉例而言，說明書中出現第一特徵在第二特徵之上的描述形式，既可以包括第一特徵與第二特徵以直接相連之方式形成的實施例，亦可以包括第一特徵與第二特徵之間還 包括附加的特徵、即第一特徵與第二特徵不以直接相連之方式形成的實施例。此外，本發明在不同實施例中可能重複引用數字及/或字母。這種重複之目的是為了簡單明瞭，並非指示各個實施例及/或組態之間的關係。
進一步的，本文中之空間關係術語，「之下」，「下方」，「較低」，「上方」，「較高」等諸如此類的表述，在此用於簡化附圖所示之一個元素或特徵對另一個元素或特徵之關係。除了附圖中描寫之方向，空間關係術語旨在包含使用或操作之裝置的不同方向。設備可以以其他方式定向(旋轉90度或其他方向)，並可以據此同樣地解釋本文所使用之空間關係術語。
如圖1所示，真空倉9以中心軸C1為對稱軸對稱之放置於濺射倉200中。真空排氣管6用於將廢棄物排出真空倉9，以維持其中的氣壓在預定的低壓範圍內。與真空倉9相連之氬氣源5向真空倉9中提供氬氣以擊打標靶15。基座8同樣以中心軸C1為對稱軸對稱的放置，用於支撐待被濺射之晶圓7或其他底板。
標靶15與基座8相對放置，標靶15在晶圓7及基座8之上。標靶15由待在晶圓7上沈積之金屬材料構成，例如：氮化鈦(TiN)、鋁或鈦。標靶15被電偏置為負的或正的電壓以使得具有相反電荷之氬氣被標靶15吸引並從標靶15濺射出原子。標靶材料從標靶15中濺射出落在晶圓7上，在晶圓7上形成沈積層。在一些實施例中，進行反應離子濺射，諸如氮氣或氧氣等反應氣體被引入真空倉9中，以促進形成金屬氮化物或金屬氧化物之沈積層。在一些實施例中，基座8被電偏置為與標靶15之偏壓相反。
磁控管結構體11置於標靶15上方，可以是各種形狀及形式。磁控管結構體11包括擁有相反磁極之磁體4或3，磁體4或3是具有封閉帶狀連續形態之永久磁體。磁體4是外部磁極，磁體3是內部磁極。當磁體 4、3為圖4中所示之圖樣100時，約束在臨近標靶15下方處之高密度電漿區域PR。磁體4、3之圖樣100形成之磁域向下擴張至標靶15之下，以便將電漿保持在高密度電漿區域PR內，並捕捉標靶15前之離子，以此增加該高密度電漿區域PR之電漿密度。電漿密度一旦增加，將提高高密度電漿區域PR附近標靶15之濺射率。濺射率一旦提高，將加快標靶15之侵蝕速度，這樣在臨近高密度電漿區域PR之上方，標靶15之側面厚度中包括一個更薄之部分。高密度電漿區域PR中保有電流循環，阻止電漿洩露出高密度電漿區域PR之外。
磁控管結構體11不以中心軸C1為對稱軸放置。磁控管結構體之外邊緣距離中心軸C1的半徑為R110。磁控管結構體11附接在沿著中心軸C1伸展的桿10上。桿10圍繞中心軸C1旋轉，帶動磁控管結構體11沿著中心軸C1旋轉從而掃過標靶15上方之區域，該區域是以中心軸C1為圓心，以R110為半徑之圓。磁控管結構體11包括盤體2，其固定至桿10並由桿10帶動旋轉。盤體2支撐磁體3、4，以便磁控管結構體11沿中心軸C1旋轉，在標靶15下方產生一個方位統一的時間平均磁場。在一些實施例中，盤體2具有磁性材料以與磁體3、4或桿10磁耦合。
圖2中，晶圓7以預定的長度L位於距離標靶15之下。長度L是變數。在一些實施例中，晶圓7距離標靶15之距離長度L大約為40至70毫米。由於在濺射操作中不斷被侵蝕，標靶15上形成凹槽17。標靶15具有半徑TR1。對於被放置在較短長度L位置之晶圓7，中心軸C1附近從標靶15濺射之離子以角度M42被投射至晶圓7上。而標靶15邊緣從標靶15濺射離子以角度M40被投射至晶圓7上。角度M40小於角度M42。當凹槽17在標靶15各處之深度大體均為DT1，則晶圓7中心軸C1附近比晶圓7邊緣附近沈積更多的離子。中心軸C1附近比晶圓7邊緣附近沈積的更多將導致晶圓7中心軸C1附近比晶圓7邊緣附近沈積更厚。 為了更好的使得晶圓各處之厚度保持一致，標靶15邊緣附近之侵蝕率應高於中心軸C1附近之侵蝕率，從而彌補晶圓邊緣處相應沈積的不足。對於被置於更長之長度L71處之晶圓71，中心軸C1附近從標靶15濺射之離子以角度M43被投射至晶圓71上。角度M43之度數小於角度M42之度數。位於離標靶15更遠之晶圓71，則中心軸C1附近離子沈積在晶圓71上的較少。對於晶被置於更長之長度L71處之晶圓71，標靶15邊緣附近從標靶15濺射之離子以角度M41被投射至晶圓71上。角度M41之度數大於角度M40之度數。晶圓71比晶圓7接收更多的離子沈積在晶圓71邊緣附近。當凹槽17在標靶15各處之深度大體均為DT1，離標靶15更遠之晶圓71在邊緣周圍比在中心軸C1附近接收到更多的沈積。比起中心軸C1附近，更多的侵蝕標靶15邊緣周邊之部分從而補償晶圓71邊緣周邊沈積物之缺乏。由於距離較短，晶圓7之中心軸C1附近與邊緣附近沈積之差異大於具有更長長度L71之晶圓71，晶圓71之一致性要優於晶圓7。
晶圓71上標靶材料沈積層20之厚度為TH2。標靶材料有電阻率。標靶材料沈積層20亦有表面電阻。電阻率是由厚度TH2及表面電阻所產生的。在一些實施例中，標靶材料在晶圓71上之不同位置有不同之電阻率。當厚度TH2恆定時，表面電阻及電阻率在晶圓71不同位置成比例變化。舉例而言：沈積層20中含有TiN，當厚度TH2恆定時，沈積之TiN膜在晶圓71邊緣附近之表面電阻低於在晶圓71中心附近的。磁控管結構體11調整整個標靶15之侵蝕率分佈來控制在晶圓71不同位置厚度TH2之一致性。舉例而言：變化沈積層20之厚度TH2維持沈積層20表面電阻之一致性。通過從晶圓71之中心到邊緣增加沈積層20之厚度TH2，以維持晶圓71從中心到邊緣之標靶材料之表面電阻的實質恆定。如圖1所示之磁控管結構體11控制晶圓71從中心到邊緣的沈積層厚度TH2。
該磁控管結構體11以如圖3所示預定的侵蝕率分佈300將離子導向標靶15以不同的速率侵蝕標靶15。該預定的侵蝕率分佈300可維持標靶材料之表面電阻基本上恆定。因該磁控管結構體11圍繞中心軸C1旋轉，故該預定的侵蝕率分佈300亦圍繞磁控管結構體11之中心軸C1對稱分佈。
該預定的侵蝕率分佈300之橫軸代表標靶15半徑TR1之不同分數，取值為從0到1，其中0為中心軸C1處，1為標靶15之邊緣的一點處。該點與中心軸C1之距離為半徑TR1。該預定的侵蝕率分佈300豎軸表示標準化之侵蝕率，中心軸C1處之第一侵蝕率是1。
該預定的侵蝕率分佈300包括幾個峰值。該峰值速率是預定的侵蝕率分佈300曲線之局部最大值。峰值處曲線之斜率接近於零。舉例而言，第一峰值PR1出現在第一侵蝕率的1.1附近，並落在大約0.1個半徑TR1處。第二峰值PR2大體為第一侵蝕率的1.1，並落在大約0.7到0.75個半徑TR1處。該第一峰值PR1大體上等於該第二峰值PR2。次峰值PR3出現在第一侵蝕率的0.6附近，並落在大約0.4到0.5個半徑TR1處。次峰值PR3大體上小於該第二峰值PR2。
該預定的侵蝕率分佈300從中心軸C1到外圍包括幾個谷值。該谷值是預定的侵蝕率分佈300曲線之局部最小值。谷值處曲線之斜率接近於零。第一谷值MR1大體為第一侵蝕率的0.3，並落在大約從0.3到0.4個半徑TR1處。第二谷值MR2大體上為第一侵蝕率的0.5，並落在大約從0.5到0.55個半徑TR1處。第三谷值MR3大約為第一侵蝕率的0.01，並落在大約從0.9到0.99個半徑TR1處。
該預定的侵蝕率分佈300從中心軸C1到外圍包括幾個變化率。該變化率表示該預定的侵蝕率分佈300曲線之斜率變化。舉例而言，該曲線之斜率變化速率包括從平緩正斜率轉變為陡峭正斜率。第一變化率LR1大體出現在第一侵蝕率的0.6處，並落在半徑TR1之大約0.6到 0.7處。第一變化段LR1之斜率由平緩正斜率為陡峭正斜率。在半徑TR1之大約0.63之前的斜率平緩遞增，半徑TR1的0.63之後的斜率陡峭遞增。第二變化率LR2大體在第一侵蝕率的0.2處，並落在半徑TR1的大約0.8到0.9處。第二變化率LR2由陡峭負斜率變為平緩負斜率。在第二變化率LR2之前的斜率是陡峭遞減的，而第二變化率LR2之後的斜率是平緩遞減的。
圖1中之磁控管結構體11被設計為經由將多數離子導向並碰撞如圖4所示之撞擊位置78以產生如圖3所示之預定的侵蝕率分佈300。撞擊位置78是本發明實施例中磁控管結構體11之內部磁極3與外部磁極4之間的一個想像中構造。高能離子集中在內部磁極3與外部磁極4之間，因此撞擊位置78標出了離子與標靶之間發生活躍碰撞之位置。撞擊位置78大體的形狀是一個圍繞中心軸C1之封閉式渦旋帶。撞擊位置78大體與磁控管結構體11重迭。標靶15之中心軸C1處規定為0，而標靶15之半徑TR1邊緣處規定為1。邊界120圍繞中心軸C1繪製。邊界120內包括撞擊位置78在中心軸C1附近之中央部781。該中央部781是撞擊位置78之終極部分。周圍部782是撞擊位置78在邊界120以外之部分。邊界120近似為圓形。
圖5中，向量R1之起點為中心軸C1，終點為撞擊位置78在邊界120內之第一點P1。向量R2之起點為中心軸C1，終點為撞擊位置78中之第二點P2。向量R2大於向量R1，徑向增量為DR1。徑向增量DR1是指在半徑TR1的0.26處兩個同心圓之間的距離。撞擊位置78之第一部分L1是從第一點P1到第二點P2。跟隨第一部分L1，方位角方向之變化量為角度M1。角度M1為向量R1與向量R2之間的角度。
向量R3起點為中心軸C1，終點為撞擊位置78在邊界120內之第三點P3。向量R4之起點為中心軸C1，終點為撞擊位置78中之第四點P4。向量R4大於向量R3，徑向增量為DR1。撞擊位置78之第二部分 L2是從第三點P3到第四點P4。跟隨第二部分L2，從向量R3到R4徑向之變化伴隨著幾乎為零的方位角方向變化。向量R3及R4幾乎是彼此重迭的。
圖6中，邊界120之內，向量R11之起點為中心軸C1，終點為中央部781上之一個點P11。向量R21之起點為中心軸C1，終點為中央部781上之一個點P21。向量R21大於向量R11，徑向增量為DR2。徑向增量DR2是指在半徑TR1的0.49附近兩個同心圓之間的距離。長度L3為沿撞擊位置78的點P11到點P21量測的。長度L3是點P11到點P21之間撞擊位置78之環路段的長度。伴隨著沿著該環路段徑向上以徑向增量DR2之變化，邊界120內方位角方向之變化為角度值M3。邊界120外，周圍部782中包括有另一個方位角方向變化量，為角度M5。正切段指向方位角方向。該正切段與以中心軸C1為圓點的圓相切。徑向段指向徑向方向。周圍部782中之正切段多於中心部781中之正切段。中心部781中之徑向段多於周圍部782中之徑向段。周圍部782之環路段長度大於中心部781之環路長度。對於徑向增量DR2，方向變化總量為角度值M5及M3之和。圖5中之徑向增量DR1大體上等於圖6中之徑向增量DR2。圖6中角度M5及M3之和大於圖5中之角度值M1。圖3中，0.49半徑TR1附近之標準化侵蝕率大於0.26半徑TR1附近之標準化侵蝕率。0.49半徑TR1附近之標準化侵蝕率為次峰值PR3。
圖6中，向量R31之起點為中心軸C1，終點為邊界120外撞擊位置78上之一個點P31。向量R41之起點為中心軸C1，終點為撞擊位置78上之一個點P41。向量R41大於向量R31，徑向增量為DR3。徑向增量DR3是指在半徑TR1的0.7至0.75附近兩個同心圓之間的距離。跟隨撞擊位置78從點P31到點P41一段，伴隨著徑向上以徑向增量DR3之變化，方位角方向之變化量為角度M4。徑向增量DR3大體上等於徑向增量DR2。角度值M4近似為120度左右。角度M4大體上大於角度M5 與M3之和。圖3中，0.7至0.75半徑TR1附近之標準化侵蝕率大於0.49半徑TR1附近之標準化侵蝕率。0.7至0.75半徑TR1附近之標準化侵蝕率為第二峰值PR2。
圖7中，向量R5之起點為中心軸C1處，終點為中央部781上之一個點P5。向量R6之起點為中心軸C1處，終點為中央部781上之一個點P6。向量R5之長度大體等於向量R6之長度。P5及P6同在以中心軸C1處為圓心，半徑大致等於0.1半徑TR1之圓上。向量R5與R6之間的角度為M2。長度L5為沿撞擊位置78從點P5到點P6量測的。長度L5是撞擊位置78之環路段的長度。圖6中徑向增量DR3大體上等於圖7中向量R5之長度。角度值M2近似為120度左右。圖3中，0.1半徑TR1附近之標準化侵蝕率大體上等於0.7至0.75半徑TR1附近之標準化侵蝕率。0.1半徑TR1附近之標準化侵蝕率為第一峰值PR1。第一峰值PR1大體上等於第一侵蝕率為1.1附近之第二峰值PR2。
標準化環路長度分佈400如圖8所示。該標準化環路長度分佈400是根據圖4所示之實際位置78及圖3所示之預定的侵蝕率分佈300。
該標準化環路長度分佈400之橫軸表示磁控管結構體11之半徑R110的分數，取值從0到1，其中0為中心軸C1處，1為半徑R110處。該標準化環路長度分佈400之豎軸表示標準化之環路長度，1表示半徑接近半徑R110處之最大環路的長度。
在預定的半徑範圍之間的撞擊位置78的環路長度集合與在該預定的半徑範圍內之標準化環路長度相匹配。在一些實施例中，如圖5所示，預定的範圍是徑向增量DR1。徑向增量DR1大致包含角度M1。徑向增量DR1閉包了撞擊位置78上環路長度L1及L2的一些段。環路長度L1及L2之和為在徑向增量DR1內部之環路長度總和。徑向增量DR1內部之環路長度總和相當於圖8中0.25半徑R110附近處之標準化環路長度。
圖6中，徑向增量DR2大致包含角度M5及M3。徑向6，徑向增量DR2閉包了撞擊位置78上環路長度L3及L31的幾段。環路長度L3及L31之和大體上大於圖5中環路長度L1及L2之和。環路長度L3及L31之和相當於圖8中約0.5半徑R110處之標準化環路長度。圖8中，0.5半徑R110附近處之標準化環路長度大體上大於0.25半徑R110附近處之標準化環路長度。
圖7中，徑向增量DR3大致包含角度M4。徑向7，徑向增量DR3閉包了撞擊位置78上環路長度L4的一段。環路長度L4大體上大於圖6中環路長度L3及L31之和。環路長度L3及L31之和相當於圖8中約0.75半徑R110處之標準化環路長度。圖8中，0.75半徑R110附近處之標準化環路長度大體上大於0.5半徑R110附近處之標準化環路長度。
圖7中，徑向增量DR5被定義為從中心軸C1處到點P5。徑向增量DR5大致包含角度M2。徑向增量DR5閉包了撞擊位置78上環路長度L5的一些段。環路長度L5大體上等於圖5中L1及L2之和。環路長度L5相當於圖8中0.01半徑R110附近處之標準化環路長度。
如圖7所示之環路長度L5大體上等於圖5中環路長度L1及L2之和。環路長度L5大體上等於圖6中環路長度L3。邊界120包圍了撞擊位置78之終極段。在邊界120內，徑向增量DR5、DR1及DR2內之每個環路長度及大體相等。徑向增量DR5、DR1及DR2是寬帶大體相同之不同圓環。在邊界120內，前述任一徑向增量內之環路長度及維持不變。
參考圖8，小於約0.4半徑R110的標準化環路長度大體上維持不變。該標準化環路長度大體維持在0.08的量。對於大於近似0.4半徑R110的半徑，標準化環路長度大體是增加的。在一些實施例中，在大於0.4半徑R110處計算的標準化環路長度以非線性的方式增加。
參照圖9，磁控管結構體11之圖樣100被設計為根據該侵蝕率分佈 300在標靶之不同位置產生預定的侵蝕率。磁控管結構體11之圖樣100約束離子在撞擊位置78處侵蝕標靶15。在一些實施例中，磁控管結構體11之磁極3、4以磁控管結構體11之圖樣100排列。磁極3為內部磁極3。磁極4為外部磁極4。磁控管結構體11之外部磁極4具有第一磁性，而內部磁極3具有與第一磁性相反之第二磁性。內部磁極3被外部磁極4所環繞。圖樣100中，外部磁極4以非對稱螺旋形式圍繞中心軸C1螺旋。
圖樣100為減少圖2中沈積層20在中心軸C1附近之厚度TH2，在中心軸C1附近佈置較少的內部磁極3及外部磁極4。圖樣100為增加距離中心軸C1較遠處沈積層20之厚度TH2，在距離中心軸C1較遠處佈置較多的內部磁極3及外部磁極4。在一些實施例中，在中心軸C1附近佈置較少的磁體3及4包括相對於中心軸C1少以切線方式佈置、多以徑向方式佈置磁體3及4。在一些實施例中，在距離中心軸C1較遠處佈置較多磁體3及4包括相對於中心軸C1多以切線方式佈置，少以徑向方式佈置磁體3及4。舉例而言，在一些實施例中，磁控管結構體11中之部分115在邊界120外。磁控管結構體11中之部分117在邊界120內。部分115正切於以中心軸C1為圓心之圓周的量大體上大於部分117正切於以中心軸C1為圓心之圓周的量。換言之，部分117係指撞擊位置78在邊界120內的一段。在邊界120內，部分117正切於圓周的量大體維持常量，與圖8中標準化環路長度分佈400中平滑區401相一致。平滑區401與部分117相對應。部分115在邊界120外，部分115圍繞中心軸C1掃過超過270度。部分115之正切段大於部分117。部分117幾乎與中心軸C1之徑向方向平行。在一些實施例中，邊界120之半徑為約70到約75毫米或者為約75到約80毫米。在一些實施例中，邊界120之半徑約0.3到約0.4的磁控管結構體11的半徑R110。
如圖9所示，內部磁極3包括指向中心軸C1之終極部312。終極部 312接近中心軸C1。邊界120包圍了內部磁極3之終極部312及外部磁極4之終極部314。邊界120是包圍了內部磁極3之終極部312及外部磁極4之終極部314的圓形。終極部312比內部磁極3之其他部分厚，以使終極部312及終極部314之距離D43保持恆定。內部磁極3及外部磁極4之距離D43大體恆定使得外部磁極4與撞擊位置78之輪廓大體平行。該撞擊位置78位於內部磁極3與外部磁極4之間。
圖10中僅示出磁控管結構體11之外部磁極4。外部磁極4包括幾個段，通過為螺旋曲線函數設定不同參數而表示不同的段。舉例而言，下述為每個段之通用公式：r=a×θn+b×(cosθ)m+c×(tanθ)k+d，其中，r表示外部磁極4之部分輪廓，圖樣100之角度值θ以弧度表示，其在圖樣100之上方弧度為0。舉例而言，表示段141之函數為：r=17.54×θ0.78+5.45×(cosθ)1.12+179.42，其中0θ1.15π。段142之函數為：r=5.84×θ0.72-10.86×(cosθ)1.35-95.02，其中1.02πθ1.65π。段143之函數為：r=6.42×θ1.98+1.88×(cosθ)1.95+45.41，其中0.3θ1.14π。段144(圖10中未示出)之函數為：r=3.54×θ1.97-42.68×(cosθ)1.69-45.12，其中0.65πθ1.58π。
圖11中僅示出磁控管結構體11之內部磁極3。內部磁極3包括幾個段。在一些實施例中，段315之函數為：r=8.31×θ1.235+10.84×(cosθ)1.362+39.02，其中1.72πθ3.14π。段312之函數為：r=3.42×θ1.91+6.24×(cosθ)1.56-3.41，其中1.28πθ1.81π。
圖12中，磁控管結構體11之圖樣100包括具有第一磁性的、封閉帶之外部磁極4及被外部磁極環繞的具有與第一磁性相反的第二磁性之內部磁極3。圖樣100包括三個區域，分別是區域30、31及32，下面對這些區域進行詳細論述。
區域30包括在邊界120外之內部磁極3之終極部318及外部磁極4 之終極部317。終極部317包括包圍終極部318之部分曲線，使得距離D43幾乎保持恆定。距離D43是內部磁極3上之點離外部磁極4最短之距離。
區域31包括內部磁極3及外部磁極4之中間部325。外部磁極4之中間部325比區域30中外部磁極4之平行部329稍微寬一些，使得內部磁極3之中間部325比內部磁極3之平行部329更厚，以便維持距離D43基本恆定。該平行部329是指區域30中內部磁極3與外部磁極4平行的部分。
區域32包括在邊界120內之內部磁極3及外部磁極4的部分。區域32包括內部磁極3和外部磁極4之角落部323。角落部323是指內部磁極3及外部磁極4相對於中心軸C1彎曲約90度角而形成之彎曲部。外部磁極4在0.3個半徑R110附近出現一個急彎。
在圖13中，區域30被放大。外部磁極4可以是北磁極392之磁性。內部磁極3可以是南磁極391之磁性。磁力線70從外部磁極4之一點穿出，進入內部磁極3之一點。磁力線70從外部磁極4指向內部磁極3。在一些實施例中，磁力線70之方向與量測距離D43之方向平行。磁力線70之長度近似等於或大於距離D43。
對於圖13，內部磁極3及外部磁極4之曲線接近平行，除了在尖端328處。區域30中之平行部329，外部磁極4之磁場分佈在內部磁極3之兩邊，在一些實施例中，平行部329中外部磁極4之磁體量是內部磁極3的兩倍。磁力線70圍繞內部磁極3兩側均勻分佈。在尖端328附近，外部磁極4之磁場分佈多於內部磁極3的。外部磁極4之部分磁體不能與內部磁極3之相對磁體相匹配。部分未匹配的外部磁極4的磁體偏離磁力線70向其他方向傳播。
圖14是圖13中直線AA'處之橫截面。在圖14中，磁控管結構體11位於標靶15之上。外部磁極4之北磁極指向標靶15。磁力線70從外部 磁極4伸展向內部磁極3。部分磁力線70擴展至標靶14下方。內部磁極3之磁體數量少於外部磁極4之磁體數量。外部磁極4之部分過剩或未匹配之磁體向磁域線以下的其他方向擴散。
離子751之電漿沿著磁力線70導向內部磁極3。離子751按照路徑75繞磁力線70旋轉。在橫截面圖中，撞擊位置78是離子751撞向標靶15之一個點。離子751擊中標靶15並從撞擊位置78處敲擊出標靶材料77。隨著離子751撞擊之增加，移除之標靶材料77亦增多，導致撞擊位置78附近標靶15上出現縫隙或凹槽。
圖15是與圖13相似的俯視圖，只不過圖15中以帶狀虛線表示預定位置78。撞擊位置78共形地圍繞內部磁極3。撞擊位置78在內部磁極3與外部磁極4之間。由於碰撞而產生之縫隙或凹槽大致沿著撞擊位置78。撞擊位置78與內部磁極3之距離大體保持恆定。
在圖16中，圖12中之區域31被放大。外部磁極4包括北磁極392之磁性。內部磁極3包括南磁極391之磁性。磁力線70從外部磁極4的一點穿出，指向內部磁極3的一點。磁力線70從外部磁極4指向內部磁極3。在一些實施例中，在內部磁極3兩邊的距離D43是大體相等的。然而，在另一些實施例中，內部磁極3兩邊的距離D43彼此不相同，從而磁力線70之長度大體上亦不與另一邊相同。在後一種情況下，電漿以不同之方式被約束在內部磁極3的兩邊。
在中間部325處，內部磁極3與外部磁極4共形彎曲。中間部325包括內部磁極3及外部磁極4。在中間部325處，內部磁極3兩邊的磁力線70之密度是均勻分佈的。中間部325處之內部磁極3比圖15平行部329處之更厚，包含更多的磁體。外部磁極4之磁體可以與內部磁極3之磁體相匹配。在中間部325處不匹配磁極的量少於平行部329處，因此，傳播到其他方向之磁力線70的量亦更少。中間部325處磁力線70之密度大於圖15中平行部329處之磁力線70的密度。
圖17是圖16中直線AA'處之橫截面。內部磁極3與外部磁極4之磁體數量近似相等。與圖14中之磁力線70相比，更多的磁力線70從外部磁極4伸展向內部磁極3。
在中間部325處，相比圖14所示之平行部329處，更多的離子751之電漿流向內部磁極3。在中間部325處，相比圖14所示之平行部329處，更多的離子751在撞擊位置78附近與標靶15相撞。圖17中，在內部磁極3兩邊撞擊之離子751數量近似相等。離子751擊中標靶15並從撞擊位置78處敲擊出標靶材料77。在一些實施例中，在中間部325處，相比圖14所示之平行部329處，出現更多的離子751撞擊，導致在中間部325附近標靶15上產生之縫隙或凹槽比在平行部329附近的要多。
圖18是與圖16相似之部分磁控管之俯視圖，只不過圖18中以虛線表示在內部磁極3與外部磁極4之間的撞擊位置78。在中間部325附近以雙虛線表示撞擊位置78以表明相比圖15所示之平行部329處在中間部325處發生更多的撞擊。在中間部325附近，內部磁極3與外部磁極4之間的撞擊位置78之密度被增加。在中間部325處之縫隙及凹槽比圖15所示之平行部329處的更多。在一些實施例中，內部磁極3兩邊的撞擊位置78之形狀不同。
在圖19中，圖12中之區域32被放大。在一些實施例中，在內部磁極3兩邊的距離D43是大體相等的。如圖19所示，在角落部323處，內部磁極3隨外部磁極4共形彎曲了大概90度。在角落部323處，內部磁極3朝向終極部312之部分，厚度增加。內邊331比外邊332更接近中心軸C1。在角落部323處，外邊332之磁體數目大體上大於內邊331之磁體數目。外部磁極4之外邊332附近之磁力線70的密度大於外部磁極4之內邊331附近之磁力線70的密度。
圖20是圖19中直線AA'處之橫截面。外邊332之磁體數目大體上 大於內邊331之磁體數目，從而外部磁極4之外邊332比外部磁極4之內邊331有更多的磁力線70伸向內部磁極3。
外部磁極4之外邊332比內邊331有更多的離子751的電漿流向內部磁極3。外部磁極4之外邊332比內邊331有更多的離子751在撞擊位置78附近與標靶15相撞。在內部磁極3兩邊撞擊的離子751數量大體是不相同的。外部磁極4之外邊332比內邊331在標靶15上出現更多的離子751撞擊，導致在外部磁極4之外邊332附近，標靶15上產生更多的縫隙或凹槽。
圖21是與圖17相似之部分磁控管11之俯視圖，只不過圖21中以虛線表示在隨角落部323共形彎曲的撞擊位置78。在角落部323附近以雙虛線表示撞擊位置78以表明相比圖15所示之平行部329處，在角落部323處發生更多的撞擊。在外邊332附近比在內邊331附近分佈了更多的撞擊位置78。在外部磁極4之外邊332附近，標靶15上產生之縫隙或凹槽比在內邊331附近的要多。
在圖22中，區域37是圖9中之區域37之放大。區域37包括中心軸C1附近之終極部310。終極部310包括內部磁極3之終極部312及外部磁極之終極部314。在一些實施例中，終極部312及終極部314之距離D43大體相等。外部磁極4包括比外邊332更靠近中心軸C1之內邊331。內邊331與終極部312之距離D43與外邊332與終極部312之距離D43大體相等。
根據圖22，內部磁極3之終極部312之厚度根據外部磁極4之終極部314的形狀而共形增加。外部磁極4之內邊331及外邊332在點333處匯合。點333接近平行部329處。在外部磁極4之終極部314與另一相對之終極部317之間，有一個外部磁極4之開口411。
在內部磁極3之終極部312與外邊332之間的磁力線70的密度大體上等於終極部312與內邊331之間的。穿過中心軸C1、內邊331、外邊 332及終極部312畫一條橫截面線AA'。穿過點333及終極部312畫一條橫截面線BB'。橫截面線AA'及橫截面線BB'大體垂直。
圖23是圖22中直線BB'處之橫截面。外部磁極4之磁體45與內部磁極3之磁體35配對。兩條磁力線70從磁體45指向磁體35。
圖24是圖21中直線AA'處之橫截面。外部磁極4之磁體數量大體等於內部磁極3之磁體數量。內部磁極3中間的磁體35與圖24所示之磁體45配對。外部磁極4之磁體45在內部磁極3之後。磁力線70從磁體35後面的外部磁極4的磁體45指向內部磁極3的磁體35。
在終極部312附近撞擊標靶15之離子751的數量大體上大於圖16及圖17中所示之在中間部325附近撞擊標靶15之離子751的數量。終極部312附近比中間部附近325在標靶15上出現更多的離子751撞擊，導致在終極部312附近比在圖16及圖17中所示之中間部325附近，標靶15上產生之縫隙或凹槽更多。
圖25是與圖22相似之部分磁控管之俯視圖，只不過圖25中以虛線表示在撞擊位置78。撞擊位置78共形地包圍著內部磁極3之終極部312。在終極部312附近以雙虛線表示撞擊位置78以表明從角落部323向終極部310的撞擊增加。
圖26是圖22中直線AA'處之橫截面。外部磁極4之磁體導致離子751在三個撞擊位置78處與標靶15發生撞擊，並將標靶材料77沈積在晶圓7上之三個區域。該三個區域之重迭區域大致在內部磁極3下。該重迭區域之寬度為W4，厚度為D4。
圖27是圖22中直線BB'處之橫截面。磁力線70導致離子751與標靶15發生撞擊，並將標靶材料77沈積在晶圓7上之特定區域。
圖28及圖29為將圖12中區域30、31及32之撞擊位置78合併後之示意圖。在一些實施例中，終極部310比中間部325更靠近中心軸C1。在一些實施例中，終極部310比角落部323更靠近中心軸C1。在 一些實施例中，平行部329比角落部323更遠離中心軸C1。
在一些實施例中，標靶15之半徑TR1大體上等於磁控管結構體11之半徑R110。在另一些實施例中，標靶15之半徑TR1大體上大於磁控管結構體11之半徑R110。
回顧圖12，圖12中磁控管結構體11之圖樣100是可調整的，以使圖2中之沈積層20之表面電阻及厚度大體上一致。圖30示出了沈積層20上一系列測試點PT之分佈。
圖31給出了在每個測試點PT處量測之厚度TH2的值。圖31表明使用本發明提供之技術得到的沈積厚度TH2的一致性優於使用習知技術得到的沈積厚度的一致性。
圖32給出了用於量測表面電阻(RS)之測試點PT。圖32表明使用本發明提供之技術沈積的表面電阻的一致性優於使用習知技術沈積的表面電阻的一致性。
前面所述概括了幾個實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更好地理解本發明之各個態樣。熟習此項技術者應瞭解其可將本發明當作基礎，用來設計或修改用於執行相同目的及/或獲得在此介紹的實施例的相同優勢的其他處理程序及結構。熟習此項技術者亦可意識到這樣等同的構造並不脫離本發明之精神及保護範疇，且在不脫離本發明之精神及保護範疇的情況下，其可在此做各種改變、替換及修改。
2‧‧‧盤體
3‧‧‧磁體
4‧‧‧磁體
5‧‧‧氬氣源
6‧‧‧真空排氣管
7‧‧‧晶圓
8‧‧‧基座
9‧‧‧真空倉
10‧‧‧桿
11‧‧‧磁控管結構體
15‧‧‧標靶
200‧‧‧濺射倉

Claims (22)

  1. 一種濺射裝置，其包含：一磁控管結構體，經組態為按照一預定的侵蝕率分佈侵蝕一標靶，該預定的侵蝕率分佈以該磁控管結構體之一中心軸為對稱軸對稱分佈，且包含：該中心軸附近之一第一峰值；以及位於距離該中心軸約0.7至0.75標靶半徑之一第二峰值。
  2. 如請求項1之裝置，其中，該磁控管結構體包含：具有一第一磁性之一外部磁極及具有一第二磁性之一內部磁極，該第二磁性與該第一磁性相反，該內部磁極被該外部磁極包圍。
  3. 如請求項2之裝置，其中，該磁控管結構體之該外部磁極及該內部磁極按照一預定的標準化環路長度分佈排列，該預定的標準化環路長度分佈包含：在大約0.4標靶半徑內一標準化環路長度大體恆定的一部分。
  4. 如請求項3之裝置，其中，該標準化環路長度分佈在0.4標靶半徑附近，由一大體恆定之輪廓轉變為一遞增輪廓。
  5. 如請求項4之裝置，其中，該遞增輪廓在0.4標靶半徑以上包含一非線性曲線。
  6. 如請求項2之裝置，其中，該內部磁極包含指向該中心軸之一終極部。
  7. 如請求項6之裝置，其中，該磁控管結構體在一邊界之外並正切於以該中心軸為圓心之一圓周的一部分大體上大於該磁控管結構體在該邊界之內並正切於該圓周之一部分，該邊界包圍了該內部磁極之該終極部及該外部磁極之一終極部。
  8. 一種濺射裝置，其包含： 一磁控管結構體包含：一邊界外之一第一部分；以及該邊界內之一第二部分；該第一部分中正切於以中心軸為圓心之圓周的一量大體上大於該第二部分中正切於該圓周的一量；該磁控管結構體經組態為按照一預定的侵蝕率分佈侵蝕一標靶；該分佈包含：在該磁控管結構體之該中心軸附近之一第一峰值；及位於距離該中心軸大約0.7至0.75標靶半徑之一第二峰值。
  9. 如請求項8之裝置，其中，該分佈包含在距離該中心軸大約0.5標靶半徑附近之一第三峰值。
  10. 如請求項8之裝置，其中，該磁控管結構體包含封閉帶狀的具有一第一磁性之一外部磁極及被該外部磁極包圍的具有一第二磁性之一內部磁極，該第二磁性與該第一磁性相反。
  11. 如請求項10之裝置，其中，該內部磁極包含接近該中心軸之一終極部。
  12. 如請求項10之裝置，其中，該內部磁極與外部磁極之間的一距離大體恆定。
  13. 如請求項11之裝置，其中，該邊界包含包圍該內部磁極之該終極部的一圓形。
  14. 如請求項8之裝置，其中，該第二部分中正切於一圓周的該量在該邊界之內近似為常量。
  15. 如請求項13之裝置，其中，該第一部分繞該中心軸至少掃過270度。
  16. 一種濺射方法，其包含：在距離一標靶一預定距離處放置一晶圓； 相對於一中心軸旋轉一磁控管結構體；以及按照一預定的侵蝕率分佈侵蝕該標靶，其中，該中心軸附近之該標靶按照一第一速率侵蝕；在該標靶半徑0.5至0.55附近之該標靶按照約0.5之該第一速率侵蝕；在該標靶半徑0.7至0.75附近之該標靶按照約1.1之該第一速率侵蝕。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包含：組態該磁控管結構體，該磁控管結構體具有一封閉循環的、一第一磁性之一外部磁極以及由該外部磁極包圍的一內部磁極，且該內部磁極之一第二磁性與該第一磁性相反。
  18. 如請求項17之方法，其中，在距離標靶一預定距離處放置該晶圓包含：在距離該標靶約40至70毫米處設置該晶圓。
  19. 如請求項16之方法，其中，該標靶包含氮化鈦。
  20. 如請求項17之方法，該磁控管結構體組態為擁有邊界外之一第一部分及該邊界內之一第二部分，其中該第一部分中正切於以該中心軸為圓心之一圓周的一量大體上大於該第二部分中正切於該圓周的一量。
  21. 如請求項20之方法，其中，該邊界包含一圓形並包圍該中心軸以及該內部磁極及該外部磁極之終極部。
  22. 如請求項21之方法，其中，該邊界之一半徑約為70mm至80mm。
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