TW202200815A - 濺鍍標靶部件、濺鍍設備及濺鍍方法 - Google Patents

濺鍍標靶部件、濺鍍設備及濺鍍方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202200815A
TW202200815A TW110108783A TW110108783A TW202200815A TW 202200815 A TW202200815 A TW 202200815A TW 110108783 A TW110108783 A TW 110108783A TW 110108783 A TW110108783 A TW 110108783A TW 202200815 A TW202200815 A TW 202200815A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
sputtering
target
aperture
backing plate
sealed
Prior art date
Application number
TW110108783A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI834029B (zh
Inventor
鍾承芳
鄭文正
楊博文
何明杰
呂彥姿
鄧承翊
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
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 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW202200815A publication Critical patent/TW202200815A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI834029B publication Critical patent/TWI834029B/zh

Links

Images

Classifications

    • 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)
    • 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
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron 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
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • 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
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • 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
    • H01J37/3447—Collimators, shutters, apertures

Abstract

一種濺鍍標靶部件、濺鍍設備及方法，該標靶部件包括：一背板，其具有形成於其中的一孔隙；及一標靶，其黏結至該背板的一前表面。該孔隙設置於該背板上，以使得該孔隙的一第一末端由該標靶的一部分密封，該部分由一濺鍍標靶侵蝕輪廓預測為在一對應的濺鍍製程期間具有一最高蝕刻速率。

Description

防止背板過度蝕刻之濺鍍標靶部件以及其使用方法
無
濺鍍沈積係用於藉由將來自標靶或源材料的材料射出至基板(諸如矽晶圓)上來形成薄膜的物理氣相沈積(physical vapor deposition, PVD)方法。可控制或更改廣泛多種參數以便控制並操縱使用濺鍍沈積形成材料的方式。控制濺鍍沈積的廣泛多種參數的可用性導致複雜的製程，但亦允許專家對使用此類技術沈積之膜的成長及微結構進行更精細的控制。
無
以下揭露內容提供用於實現所提供標的物之不同特徵的許多不同的實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例，且不意欲具有限制性。例如，以下描述中在第二特徵之上或第二特徵上形成第一特徵可包括其中第一特徵及第二特徵形成為直接接觸的實施例，且亦可包括其中額外特徵可形成於第一特徵與第二特徵之間以使得第一特徵及第二特徵可能不直接接觸的實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複參考數字及/或字母。此重複係為了簡單及清楚的目的且本身並不表示所論述的各種實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，本文可使用諸如「下方」、「之下」、「下部」、「上方」及「上部」等等空間相對術語來描述一個元件或特徵與另一(些)元件或特徵之關係，如圖中所例示。除圖中所描繪的定向之外，空間相對術語還意欲涵蓋裝置在使用或操作中的不同定向。可以其他方式來定向設備(旋轉90度或以其他定向)，並且同樣地可相應地解釋本文所使用的空間相對描述詞。除非另外明確陳述，否則假定具有相同參考數字的每個元件具有相同材料組成且具有在相同厚度範圍內的厚度。如本文所用，術語「約」係指+/- 5%之變化。
本揭露係關於濺鍍標靶部件、包括該濺鍍標靶部件的濺鍍設備及利用濺鍍部件的濺鍍方法。
濺鍍沈積係可用於形成薄膜的物理氣相沈積(physical vapor deposition, PVD)方法。在濺鍍沈積製程中，可將來自標靶或源材料的材料曝露於來自電漿或氣體的高能粒子。曝露於來自電漿或氣體的高能粒子致使來自標靶(亦稱為源材料)的粒子被射出至基板(諸如矽晶圓)上，以在基板上形成標靶或源材料的薄膜。自標靶射出的濺鍍原子具有寬的能量分佈，通常高達幾十eV(100,000 K)。濺鍍離子(通常，射出粒子僅有小部分被離子化—約為1%)可在直線中自標靶彈道學地飛出且有力地衝擊在基板或真空室上(導致再濺鍍)。或者，在更高的氣體壓力下，離子可與氣體原子碰撞。氣體原子可充當緩和劑且擴散地移動。濺鍍離子到達基板或真空室壁且在經歷隨機漫步之後聚集。可藉由改變背景氣體壓力來修改濺鍍離子的自高能彈道衝擊至低能熱化運動的能量的整個範圍。濺鍍氣體常常為諸如氬氣之惰性氣體。為了有效的動量傳送，濺鍍氣體的原子量應接近標靶的原子量，因此，為了濺鍍輕的元素，氖氣係較佳的，而為了濺鍍重的元素，可使用氪氣或氙氣。亦可使用反應氣體來濺鍍化合物。根據製程參數，可在標靶表面上、在飛行中或在基板上形成化合物。改變控制濺鍍沈積的許多參數的能力使其成為複雜的製程。然而，此種細微的控制允許在製造期間對膜之成長及微結構的很大程度的控制。
各種實施例提供一種濺鍍標靶部件，其包含：背板，其具有形成於其中的孔隙；及標靶，其黏結至背板的前表面。孔隙可設置於背板上，以使得孔隙的第一末端由標靶的一部分密封。孔隙可設置於由濺鍍標靶侵蝕輪廓預測為在對應的濺鍍製程期間具有最高蝕刻速率的位置處。隨著濺鍍製程侵蝕標靶板，背板中的孔隙可被曝露，從而釋放其中所含的氣體/流體。濺鍍室可藉由該室內的壓力或電壓衝擊來偵測所含氣體/流體的存在，其指示需要停止濺鍍操作並替換標靶部件。
本揭露之各種實施例提供一種濺鍍設備，其包含：沈積室；磁控管；及濺鍍標靶部件，其設置於磁控管與沈積室之間。濺鍍標靶部件包含：背板，其具有形成於其中的孔隙；及標靶，其黏結至背板的前表面。孔隙可設置於背板上，以使得孔隙的第一末端由標靶的一部分密封。孔隙可設置於由濺鍍標靶侵蝕輪廓預測為在對應的濺鍍製程期間具有最高蝕刻速率的位置處。
本揭露之一些實施例提供一種濺鍍方法，其包含：將濺鍍標靶部件插入至濺鍍設備的沈積室中；對標靶進行濺鍍；及在偵測到濺鍍條件中的波動的情況下停止濺鍍。
現在參考隨附圖式描述本揭露之實施例的方法及結構的各種態樣。
第1圖例示在濺鍍沈積操作期間的濺鍍標靶部件10。參考第1圖，濺鍍標靶部件10可包括背板12及設置於其上的標靶14。標靶14可包括意欲濺鍍至基板20上的材料。背板12可包括與標靶14不同的材料。背板12可用以支撐標靶14並對其進行電偏壓。可將製程氣體PG引入至位於濺鍍標靶部件10與基板20之間的室內。
在濺鍍期間，施加至濺鍍標靶部件10的電壓可將製程氣體轉換成含有製程氣體離子PG+的電漿。離子PG+可高速撞擊標靶14，從而釋放標靶原子T，標靶原子T可被濺鍍至基板20上以形成標靶材料之薄膜。
然而，標靶14可能由電漿不均勻地蝕刻。詳言之，可使用磁場將電子集中在濺鍍標靶部件10的某些部分中，從而在鄰近於集中的電子處產生更多電漿。因此，濺鍍標靶部件10的某些區R可比濺鍍標靶部件10的剩餘部分以更高的速率被蝕刻。因此，標靶層在區R中可被完全蝕刻掉，從而將背板12曝露於電漿。
在濺鍍製程繼續的情況下，可蝕刻背板12，從而釋放背板原子B。因此，背板原子B亦可濺鍍至基板20上。在背板12由與標靶14不同的材料形成的情況下，背板原子B可污染形成於基板20上的由標靶14材料之射出原子形成的所要薄膜。
然而，濺鍍部件及裝置通常不能立即偵測到背板12的曝露。因而，在可停止濺鍍製程之前，大量背板12材料可濺鍍至基板20上。因此，可使曝露於此類製程的基板20不令人滿意且不可用。
為了避免此種污染，可在濺鍍標靶部件10的背板12曝露之前停止濺鍍製程。然而，濺鍍製程的此種停止可能效率低下，因為可能留下大量未使用的標靶14材料。因此，需要改良的濺鍍裝置及方法，其避免了產品污染且改良標靶14材料的利用。
第2A圖係根據本揭露之各種實施例的濺鍍設備100的示意圖。第2B圖及第2C圖係可包括在第2A圖之濺鍍設備100中的實施例濺鍍標靶部件200的橫截面視圖。參考第2A圖及第2B圖，濺鍍設備100可包括設置於濺鍍標靶部件200的第一側上的沈積室120及設置於濺鍍標靶部件200的第二側上的磁控管130。沈積室120可包括吸盤122，例如靜電吸盤(electrostatic chuck, ESC)。吸盤122可用以支撐基板124，諸如半導體晶圓。吸盤122可進一步用以加熱基板124且可電接地。
沈積室120可由真空泵126至少部分地排空。沈積室120可填充有處理氣體。處理氣體相對於所濺鍍標靶材料可為化學惰性的。例如，處理氣體可包括氬氣、氪氣、氙氣、氖氣、氮氣(nitrogen, N2 )等。在其他實施例中，處理氣體可用以與所濺鍍標靶材料反應以形成其氧化物或氮化物。出於說明目的，第2A圖描繪氬氣處理氣體入口。然而，如上文所論述，可利用其它處理氣體。
磁控管130可包括用以將磁場施加至濺鍍標靶部件200的磁體部件132。通常，磁體部件132可包括永磁體。然而，在一些實施例中可使用電磁體。在一些實施例中，可藉由馬達134使磁體部件132在磁控管130內旋轉。可將諸如水的冷卻流體經由冷卻流體入口136供應至磁控管130以防止濺鍍標靶部件200過熱。
濺鍍標靶部件200可包括背板210及耦接至背板210的第一側的標靶220。在操作期間，可將電壓施加至濺鍍標靶部件200，以使得濺鍍標靶部件200作為陰極操作(例如，帶負電)。吸盤122可電接地且因此可作為陽極操作。施加至濺鍍標靶部件200的電壓可致使自由電子自帶負電的標靶220材料流動。自由電子可與惰性氣體原子(例如，氬氣)的外部電子殼層碰撞。歸因於其相似的負電荷，自由電子可自惰性氣體剝離電子。因此，可產生包含帶正電的惰性氣體離子的電漿。
帶正電的惰性氣體離子被吸附至帶負電的標靶220。詳言之，磁體部件132可操作以將電子局限在帶負電的標靶220之上，從而提高初始離子化製程的效率且允許在更低的壓力下產生電漿。在碰撞串級期間，此吸附最終致使帶正電的惰性氣體離子以極高的速度撞擊標靶220。撞擊的帶正電的惰性氣體離子可具有足夠的力以自標靶220的表面去除並射出(濺鍍出)原子。來自標靶220的的原子橫穿排空的沈積室120且可按典型的視線餘弦分佈精確地沈積在基板124表面上作為標靶220材料的薄膜。
濺鍍設備100可包括控制單元150，諸如中央處理單元。控制單元150可用以監測在濺鍍期間施加至濺鍍標靶部件200的電壓。控制單元150可進一步偵測任何電壓不穩定性。例如，控制單元150可偵測由沈積室120內的電弧產生的電壓不穩定性。控制單元150亦可用以監測沈積室120內的真空度以偵測排空的沈積室120中的任何真空不穩定性(即，壓力變化)。例如，控制單元150可用以偵測沈積室120內的壓力的增大或減小。
若控制單元150偵測到電壓及/或真空不穩定性，則控制單元150可產生警報，諸如直流功率不穩定性警報及/或真空惡化警報，且立即停止濺鍍製程。因而，控制單元150可用以減少且/或阻止背板210材料的濺鍍，如下文詳細地論述。
標靶220可使用任何適當黏結方法黏結至背板210的前側。例如，標靶220可擴散黏結、硬焊或焊接至背板210。其他黏結製程在本揭露之涵蓋範疇內。背板210可向濺鍍標靶部件200提供機械強度、導電性及導熱性。例如，背板210可由銅、非磁性不銹鋼(SS 316或SS 304)、鉬、鋁、鈦、其合金(諸如鋁銅合金)等形成。適合於背板210的其他材料在本揭露之涵蓋範疇內。標靶220可由任何可濺鍍材料形成。例如，標靶220可由鋁、銅、鈷、鉭、鈦、鈷、鉑、金、銀、鉛、其合金等形成。適合於標靶220的其他材料在本揭露之涵蓋範疇內。
在一些實施例中，背板210及標靶220可由不同材料形成。例如，標靶220可由鉭、鈦、鈷、鉑等形成，而背板210可由銅、非磁性不銹鋼(SS 316或SS 304)、鋁等形成。
在其他實施例中，背板210及標靶220可由相同材料形成。例如，背板210及標靶220可由銅、鈦、鋁銅合金等形成。在此類實施例中，背板210可被熱處理以具有比標靶220更高的機械強度。
參考第2B圖及第2C圖，背板210可包括一或多個孔隙230。孔隙230可設置於標靶220之鄰近部分處，與標靶220之其他區相比，此等鄰近部分經歷相對高的磁通量。換言之，孔隙230可設置成鄰近於標靶220之在濺鍍期間經歷最高蝕刻速率的部分。在濺鍍期間經歷最高蝕刻速率的此等部分可歸因於由磁控管130施加至此等部分的磁場的變化。歸因於在沈積室120內產生的磁場，帶正電的惰性氣體離子的集合可與標靶220的某些區域碰撞。帶正電的惰性氣體離子的此集合在某些區域中與標靶220碰撞可導致蝕刻標靶220以曝露形成於背板210中的至少一個孔隙230。在一些實施例中，孔隙230可基於對應的濺鍍設備的預測標靶侵蝕輪廓來定位。濺鍍侵蝕輪廓可預測標靶220之在對應的濺鍍期間可經歷最高蝕刻速率的某些區或區域。
孔隙230可在背板210黏結至標靶220之前或之後形成。例如，如第2B圖所展示，背板210可使用多種黏結方法中之任一種黏結至標靶220。在背板210黏結至標靶220之後，可藉由穿過背板210的後表面鑽孔來形成孔隙230。例如，孔隙230可為在大體上垂直於背板210之平面的方向上延伸穿過背板210的通孔。
黏結的標靶220可操作以密封每個孔隙230的第一末端。每個孔隙230的相反的第二末端可使用非磁性的不透液體的密封元件來密封，此密封元件用以防止冷卻水進入孔隙230。例如，薄的非磁性金屬片232(諸如鋁箔片)可使用黏合劑附接至或焊接至背板210的後表面，以密封每個孔隙230。在替代案中，非磁性螺釘234及防水O形環236可用於密封每個孔隙230。
在一些實施例中，流體可密封在孔隙230中。例如，流體可為去離子水、空氣、可偵測氣體等。在各種實施例中，孔隙230可用以含有一定量的流體，其足以在孔隙230中之至少一者中所含的流體在濺鍍操作期間被釋放至沈積室120中時觸發濺鍍設備100中的警報。例如，每個孔隙230可具有範圍為約1毫米(millimeter, mm)至約5 mm的直徑，諸如約2 mm至約4 mm或約為3 mm。亦可使用具有更大或更小的直徑的孔隙230。在其他實施例中，孔隙230可填充有一定體積的氣體，其足以在孔隙230中所含的氣體在濺鍍操作期間自孔隙230中之至少一者釋放至沈積室120中時觸發濺鍍設備100中的警報。在其他實施例中，孔隙230可填充有氣體，以使得在孔隙230中所含的氣體在濺鍍操作期間自孔隙230中之至少一者釋放至沈積室120中且由沈積室120中的感測器偵測到時，可觸發濺鍍設備100中的警報。
參考第2C圖，孔隙230可能不完全穿透背板210。例如，孔隙230可在背板210黏結至標靶220之前形成於背板210的前表面中。例如，可將孔隙230鑽入背板210的前側中，以使得孔隙230不完全穿透背板210。例如，每個孔隙230的第一末端可由背板210之部分密封，此等部分具有範圍為約1 mm至約4 mm的厚度，諸如約2 mm至約3 mm，儘管可使用更大或更小的厚度。標靶220隨後可黏結至背板的前部，以密封每個孔隙230的相反的第二末端。
以此方式，孔隙230可用以含有一定量的流體(例如，液體或氣體)，其足以在孔隙230中所含的流體在濺鍍操作期間自孔隙230中之至少一者釋放至沈積室120中時觸發濺鍍設備100中的警報。在其他實施例中，孔隙230可填充有一定體積的流體，其足以在孔隙230中所含的流體在濺鍍操作期間自孔隙230中之至少一者釋放至沈積室120中時觸發濺鍍設備100中的警報。例如，若含有去離子(deionized, DI)水的孔隙230在濺鍍期間破裂，則DI水可進入沈積室120，其可能增大沉積室120內部的壓力。因此，室聯鎖裝置可觸發真空泵閘閥之關閉及製程停止警報。
在其他實施例中，孔隙230可填充有氣體(例如，空氣或其他非製程氣體)，以使得在孔隙230中所含的氣體被釋放至沈積室120中時，可觸發濺鍍設備100中的警報。例如，濺鍍控制單元150可包括且/或連接至用以偵測沈積室120中的濺鍍條件的波動的故障偵測及分類(fault detection and classification, FDC)系統。例如，FDC系統可用以偵測沈積室120中的壓力變化。例如，FDC系統可偵測0.5e-2 毫托的壓力變化，諸如1.0e-2 毫托。在其他實施例中，沈積室120中的氣體之組成的變化(歸因於自破裂的孔隙230釋放流體)可在濺鍍操作期間由沈積室120中的感測器偵測到。
在一些實施例中，諸如當如第2B圖所展示利用金屬片232來密封上孔隙230的一個末端時，歸因於沈積室120內部的真空條件，孔隙230的破裂可導致金屬片232變形。詳言之，金屬片232可變形至破裂的孔隙230中。濺鍍設備100可包括用以光學地偵測金屬片232的變形的光學偵測系統。若偵測到金屬片232的變形，則控制單元150可用以停止濺鍍操作。另外，金屬片232的變形可用於直觀地確認對應的孔隙230已開裂。
在其他實施例中，可基於在孔隙230破裂且其中所含的流體被釋放至沈積室120中時發生的功率波動來觸發警報。例如，流體可導致施加至濺鍍標靶部件200的電壓及/或電流的波動。若電壓及/或電流波動超過預設定的程度，則FDC系統可觸發系統警報且停止濺鍍製程。
第3圖例示在第2A圖之濺鍍設備100中使用第2B圖或第2C圖之實施例濺鍍標靶部件200的濺鍍操作。如第3圖所展示，濺鍍標靶部件200包括黏結至標靶220的背板210。另外，濺鍍標靶部件200包括形成於背板210中的孔隙230。隨著濺鍍操作進行，標靶220不斷被蝕刻以在由吸盤122支撐的基板124(即，矽晶圓)上形成標靶220材料的薄膜。歸因於在沈積室120內產生的磁場，帶正電的惰性氣體離子的集合可與標靶220的某些區域碰撞。帶正電的惰性氣體離子的此集合在某些區域中與標靶220碰撞可導致蝕刻標靶220以曝露形成於背板210中的至少一個孔隙230。曝露孔隙230將其中所儲存的流體釋放至沈積室120中。釋放的流體可增大沈積室120內的壓力且/或可導致施加至濺鍍標靶部件200及/或吸盤122的電壓及/或電流的波動。在沈積室120內偵測到壓力的增大及/或偵測到釋放的流體可觸發警報以停止濺鍍操作。可在濺鍍設備內更換濺鍍標靶部件200以便防止不合意地濺鍍背板210材料。以此方式，可避免污染沈積在基板124上的所要薄膜。另外，可達成標靶220材料的有效使用。
第4圖係根據本揭露之各種實施例的濺鍍方法400的方塊圖。參考第4圖，在步驟401中，可形成濺鍍標靶部件200。詳言之，可藉由以下操作來形成如上文關於第2B圖所描述的濺鍍標靶部件200：將標靶220黏結至背板210的前側；藉由鑽入背板210的後側中在背板210中形成孔隙230；及隨後在將標靶220黏結至背板210的前側之後使用密封裝置(即金屬片232、非磁性螺釘234、防水O形環236)密封孔隙230的開口。
在替代案中，可藉由以下操作來形成如上文關於第2C圖所描述的濺鍍標靶部件200：藉由鑽孔至背板210的前側中來形成不完全延伸穿過背板210的孔隙230。可藉由將標靶220黏結至背板210的前側來密封孔隙230。
在步驟402中，可將濺鍍標靶部件200插入至濺鍍設備100中。在步驟403中，可開始濺鍍操作以濺鍍標靶220。作為濺鍍操作之部分，可至少部分地排空濺鍍設備100的沈積室120，且可將製程氣體施加至沈積室120。另外，可將電壓施加至標靶220以開始對標靶220的濺鍍。
在步驟404中，可藉由濺鍍設備100的控制單元150及/或FDC監測濺鍍條件。例如，控制單元150可監測施加至濺鍍標靶部件200的功率(例如，電壓及/或電流)的穩定性且/或可監測沈積室120內的真空度的穩定性。
在步驟406中，控制單元150可判定是否已發生濺鍍條件的波動。例如，控制單元150可判定沈積室120中是否已發生功率波動(諸如電壓及/或電流波動，其指示電弧的或導電率變化)及/或沈積室120中的真空度是否已減小。若蝕刻標靶220以使得孔隙230的第一末端未密封，則孔隙230內所含的任何流體可被釋放且進入沈積室120。此種流體釋放可導致沈積室120的真空度的波動。任一種條件可指示：已發生標靶220的過度蝕刻，背板210中的孔隙230已曝露，且流體(諸如DI水、空氣或除了處理氣體的另一種氣體)已釋放至沈積室120中。
回應於控制單元150判定未偵測到波動(例如，判定步驟406=否)，方法返回至步驟404。以此方式，對標靶220的濺鍍可蝕刻標靶220，直至孔隙230的第一末端未密封為止。回應於控制單元150判定偵測到波動(例如，判定步驟406=是)，方法進行至步驟408。在步驟408中，產生警報且立即停止濺鍍製程。因而，在形成於基板上的沈積膜由自背板210濺鍍的任何或任何大量材料污染之前，可停止濺鍍製程。
參考所有圖式且根據本揭露之各種實施例，提供濺鍍標靶部件200且其包括背板210，此背板210具有形成於其中的孔隙230。濺鍍標靶部件200亦包括黏結至背板210的前表面的標靶220，其中孔隙230設置於背板210上，以使得孔隙230的第一末端由標靶220的一部分密封，該部分由濺鍍標靶侵蝕輪廓預測為在對應的濺鍍製程期間具有最高蝕刻速率。
參考所有圖式且根據本揭露之各種實施例，提供濺鍍設備100。濺鍍設備100可包括：沈積室120；磁控管130；及濺鍍標靶部件200，其設置於磁控管130與沈積室120之間，該濺鍍標靶部件200包括背板210，此背板210具有形成於其中的孔隙230。濺鍍標靶部件200亦包括黏結至背板210的前表面的標靶220，其中孔隙230設置於背板210上，以使得孔隙230的第一末端由標靶220的一部分密封，該部分由濺鍍標靶侵蝕輪廓預測為在對應的濺鍍製程期間具有最高蝕刻速率。
參考所有圖式且根據本揭露之各種實施例，可提供濺鍍方法400。濺鍍方法可包括以下操作：將濺鍍標靶部件200插入至濺鍍設備100的沈積室120中。濺鍍標靶部件200包括背板210，此背板210具有形成於其中的孔隙230。濺鍍標靶部件200亦包括黏結至背板210的前表面的標靶220，其中孔隙230設置於背板210上，以使得孔隙230的第一末端由標靶220的一部分密封，該部分由濺鍍標靶侵蝕輪廓預測為在對應的濺鍍製程期間具有最高蝕刻速率。濺鍍方法400可繼續執行濺鍍標靶220的步驟403。隨著濺鍍標靶220的步驟403繼續，控制單元150可監測濺鍍設備100內的濺鍍條件(步驟404)。控制單元150可判定是否偵測到所監測濺鍍條件的波動(判定步驟406)；且回應於判定偵測到所監測濺鍍條件的波動而停止對標靶220的濺鍍。
各種實施例部件、設備及方法允許經由濺鍍操作在基板上形成薄膜。實施例部件、設備及方法提供對標靶220材料的有效利用，同時防止過度蝕刻背板210以使得基板124上的所形成薄膜由來自背板210的材料污染。
前述內容概述了若干實施例的特徵，以便熟習此項技術者可更好地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，他們可容易使用本揭露作為基礎來設計或修改其他製程及結構以便實現本文所介紹的實施例的相同目的及/或達成此等實施例的相同優點。熟習此項技術者亦應意識到，此類等效構造不脫離本揭露的精神及範疇，且他們可在不脫離本揭露的精神及範疇的情況下在本文中進行各種改變、替代及變更。
10:濺鍍標靶部件 12:背板 14:標靶 20:基板 100:濺鍍設備 120:沈積室 122:吸盤 124:基板 126:真空泵 130:磁控管 132:磁體部件 134:馬達 136:冷卻流體入口 150:控制單元 200:濺鍍標靶部件 210:背板 220:標靶 230:孔隙 232:金屬片 234:非磁性螺釘 236:防水O形環 400:濺鍍方法 401,402,403,404,405,06,407,408:步驟
當結合隨附圖式來閱讀時，根據以下詳細描述將最好地理解本揭露之態樣。應注意，根據業內的標準做法，並未按比例繪製各種特徵。事實上，為了論述的清楚起見，任意地擴大或縮小各種特徵之尺寸。 第1圖例示對習知濺鍍標靶部件的濺鍍。 第2A圖係根據本揭露之各種實施例的濺鍍設備的示意圖。 第2B圖及第2C圖係可包括在第2A圖之濺鍍設備中的標靶部件的橫截面視圖。 第3圖例示根據本揭露之各種實施例的使用第2A圖之濺鍍設備對標靶部件的濺鍍的示意圖。 第4圖係根據本揭露之各種實施例的濺鍍方法的製程流程圖。
100:濺鍍設備
120:沈積室
122:吸盤
124:基板
126:真空泵
130:磁控管
132:磁體部件
134:馬達
136:冷卻流體入口
150:控制單元
200:濺鍍標靶部件
210:背板
220:標靶

Claims (20)

  1. 一種濺鍍標靶部件，包含： 一背板，其具有形成於其中的一孔隙；以及 一標靶，其黏結至該背板的一前表面； 其中該孔隙設置於該背板上，以使得該孔隙的一第一末端由該標靶的一部分密封，該部分由一濺鍍標靶侵蝕輪廓預測為在一對應的濺鍍製程期間具有一最高蝕刻速率。
  2. 如請求項1所述之濺鍍標靶部件，其中該背板具有至少一個額外孔隙，該至少一個額外孔隙具有由該標靶的另一部分密封的一第一末端，該另一部分由該濺鍍標靶侵蝕輪廓預測為在該對應的濺鍍製程期間具有該最高蝕刻速率。
  3. 如請求項1所述之濺鍍標靶部件，其中該孔隙具有範圍為約2毫米(mm)至約4 mm的一直徑。
  4. 如請求項1所述之濺鍍標靶部件，其中該孔隙的一第二末端由該背板的一部分密封，該部分具有範圍為約2 mm至約4 mm的一厚度。
  5. 如請求項1所述之濺鍍標靶部件，其中： 該孔隙係形成於該背板中的一通孔；以及 該標靶部件進一步包含一非磁性不透液體密封裝置，其設置於該背板的一後表面上且用以密封該孔隙的一第二開口。
  6. 如請求項5所述之濺鍍標靶部件，其中該密封裝置包含一金屬箔，其藉由焊接或一黏合劑附接至該背板的該後表面。
  7. 如請求項5所述之濺鍍標靶部件，其中該密封裝置包含一螺釘及一不透水O形環。
  8. 如請求項1所述之濺鍍標靶部件，其中該背板及該標靶包含不同材料。
  9. 如請求項8所述之濺鍍標靶部件，其中： 該背板包含銅、鋁、鉬或一非磁性不銹鋼；以及 該標靶包含鉭、鈷、鉑、金或鈦。
  10. 如請求項1所述之濺鍍標靶部件，其中一流體密封在該孔隙中。
  11. 如請求項1所述之濺鍍標靶部件，其中： 該背板及該標靶包含不同材料；以及 該背板經熱處理以具有比該標靶高的一機械強度。
  12. 如請求項11所述之濺鍍標靶部件，其中，該背板及該標靶包含銅、鈦或一鋁銅合金。
  13. 一種濺鍍設備，包含： 一沈積室； 一磁控管；以及 一濺鍍標靶部件，其設置於該磁控管與該沈積室之間，該濺鍍標靶部件包含： 一背板，其具有形成於其中的一孔隙；以及 一標靶，其黏結至該背板的一前表面； 其中該孔隙設置於該背板上，以使得該孔隙的一第一末端由該標靶的一部分密封，該部分由一濺鍍標靶侵蝕輪廓預測為在一對應的濺鍍製程期間具有一最高蝕刻速率。
  14. 如請求項13所述之濺鍍設備，其中該背板具有至少一個額外孔隙，該至少一個額外孔隙由該標靶的另一部分密封，該另一部分由該濺鍍標靶侵蝕輪廓預測為在該對應的濺鍍製程期間具有該最高蝕刻速率。
  15. 如請求項14所述之濺鍍設備，其中一流體密封在該孔隙中。
  16. 一種濺鍍方法，包含： 將一濺鍍標靶部件插入至一濺鍍設備的一沈積室中，該濺鍍標靶部件包含： 一背板，其具有形成於其中的一孔隙；以及 一標靶，其黏結至該背板的一前表面； 其中該孔隙設置於該背板上，以使得該孔隙的一第一末端由該標靶的一部分密封，該部分由一濺鍍標靶侵蝕輪廓預測為在一對應的濺鍍製程期間具有一最高蝕刻速率； 濺鍍該標靶； 監測該濺鍍設備內的一濺鍍條件； 判定是否偵測到該所監測濺鍍條件的一波動；以及 回應於判定偵測到該所監測濺鍍條件的一波動而停止對該標靶的該濺鍍。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該所監測濺鍍條件包含施加至該濺鍍標靶部件的一電壓及/或一電流。
  18. 如請求項16所述之方法，其中該所監測濺鍍條件包含該沈積室內的一真空度。
  19. 如請求項16所述之方法，其中該濺鍍該標靶之步驟包含：蝕刻該標靶，直至該孔隙的該第一末端未密封為止。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該濺鍍條件的該波動係由於該孔隙中所含的一流體進入該沈積室而產生。
TW110108783A 2020-06-25 2021-03-11 濺鍍標靶部件、濺鍍設備及濺鍍方法 TWI834029B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/911,670 2020-06-25
US16/911,670 US11424111B2 (en) 2020-06-25 2020-06-25 Sputtering target assembly to prevent overetch of backing plate and methods of using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202200815A true TW202200815A (zh) 2022-01-01
TWI834029B TWI834029B (zh) 2024-03-01

Family

ID=

Also Published As

Publication number Publication date
CN113265632A (zh) 2021-08-17
US11557470B2 (en) 2023-01-17
US20220351953A1 (en) 2022-11-03
CN113265632B (zh) 2023-05-30
US20210407777A1 (en) 2021-12-30
US11424111B2 (en) 2022-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1184483B1 (en) Thin-film formation system and thin-film formation process
US6416634B1 (en) Method and apparatus for reducing target arcing during sputter deposition
JPH073450A (ja) 低圧動作用マグネトロンスパッタリングソース
US5362372A (en) Self cleaning collimator
JPH09241841A (ja) 低圧の平行化した金属膜のマグネトロンスパッタ付着 のための改良された装置および方法
CN102428209A (zh) 成膜方法以及成膜装置
KR100786366B1 (ko) 막 증착시 금속 두께의 자동 제어
US7115193B2 (en) Sputtering target producing very few particles, backing plate or apparatus within sputtering device and roughening method by electric discharge machining
US20200105511A1 (en) Physical vapor deposition apparatus and method thereof
US20050178653A1 (en) Method for elimination of sputtering into the backing plate of a target/backing plate assembly
TWI834029B (zh) 濺鍍標靶部件、濺鍍設備及濺鍍方法
CN113265632B (zh) 溅镀标靶部件、溅镀设备及溅镀方法
US10566177B2 (en) Pulse shape controller for sputter sources
JP7262235B2 (ja) スパッタリング装置及びスパッタリング方法
JP2011168825A (ja) 基板処理装置および半導体装置の製造方法
JP4566367B2 (ja) パーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット
JP5265309B2 (ja) スパッタリング方法
TWI417407B (zh) 通氣槽改良之濺鍍靶材組成件及含有此濺鍍靶材組成件之裝置
JP2002302766A (ja) 高周波マグネトロンスパッタリング装置
TW202307927A (zh) 物理氣相沉積設備的腔體
Bellido-Gonzalez et al. HIPIMS in full face erosion circular cathode for semiconductor applications
EP2002028A2 (en) Vent groove modified sputter target assembly
US20080236499A1 (en) Vent groove modified sputter target assembly and apparatus containing same
JPH10130832A (ja) 低圧遠隔スパッタ装置
JPH01253236A (ja) プラズマ真空装置