TW202202645A - 用於物理氣相沉積（ｐｖｄ）的多半徑磁控管及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供了用於處理基板的方法及設備。在實施例中，用於PVD腔室中的磁控管組件包括：底板，其具有第一側、與第一側相對的第二側及中心軸；可旋轉地耦合到底板的磁體板，其中磁體板相對於底板圍繞偏移軸旋轉；磁體組件，其耦合到偏離偏移軸的磁體板，並被配置為圍繞中心軸及偏移軸旋轉；第一電動機，其耦合到底板以圍繞中心軸旋轉磁體組件；及第二電動機，其耦合到磁體板以控制其角位置，並將磁體組件定位在限定複數個不同固定半徑的複數個固定角位置中的每一者。

Description

用於物理氣相沉積(PVD)的多半徑磁控管及其使用方法
本揭示案的實施例大體係關於基板處理設備。
半導體元件大體作為積體電路製造在基板上，各種導電層相互連接以促進元件內的信號傳播。在一些情況下，元件藉由通孔或電連接互連，通孔或電連接藉由積體電路的不同層提供連接。在矽材料中形成的通孔被稱為矽通孔(through silicon via; TSV)。隨著電路複雜性的增加，半導體結構的尺寸減小，每個給定區域內允許有更多的結構。越來越多的層亦被併入以增加積體電路的密度。高密度迫使矽通孔直徑變小，同時層數的增加要求矽通孔的深度顯著增加。發明人已經發現，由於矽通孔的小直徑尺寸及增加的深度，諸如銅或鉭的阻障層材料，例如，在物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)室中不能均勻地濺射在矽通孔的側面及底部。
因此，本發明人提供了改進的PVD腔室，以在高深寬比TSV結構上均勻沉積材料。
本文提供了用於在PVD腔室中處理基板的方法及設備。在一些實施例中，用於PVD腔室的磁控管組件包括：具有第一側、與第一側相對的第二側及中心軸的底板；磁體板，其在底板的第一側上可旋轉地耦合到底板，其中磁體板相對於底板圍繞偏移軸旋轉；磁體組件，其耦合到偏離偏移軸的磁體板，並被配置為圍繞中心軸及偏移軸旋轉；第一電動機，其耦合到底板以圍繞中心軸旋轉磁體組件；及第二電動機，其耦合到磁體板以控制其角位置，並將磁體組件定位在限定複數個不同固定半徑的複數個固定角位置中的每一個，其中磁體組件被配置成在複數個固定半徑中的每一者處繞中心軸旋轉360度。
在一些實施例中，在基板上沉積金屬膜的方法包括：將磁體組件定位在物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)室中相對於靶的中心軸的第一固定半徑處；在相對於中心軸以第一固定半徑旋轉磁體組件達第一時間段的同時，將金屬膜沉積到與PVD腔室中的靶相對設置的基板上；藉由圍繞偏移軸旋轉磁體組件，將磁體組件定位在相對於中心軸的第二固定半徑處；及在相對於中心軸以第二固定半徑旋轉磁體組件達第二時間段的同時，將金屬膜沉積到基板上。
在一些實施例中，一種用於儲存電腦指令的非暫時性電腦可讀媒體，在由至少一個處理器執行時，該等電腦指令使得至少一個處理器執行一方法，該方法包括：將磁體組件定位在物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)室中相對於靶的中心軸的第一固定半徑處；在相對於中心軸以第一固定半徑旋轉磁體組件達第一時間段的同時，將金屬膜沉積到與PVD腔室中的靶相對設置的基板上；藉由圍繞偏移軸旋轉磁體組件，將磁體組件定位在相對於中心軸的第二固定半徑處；及在相對於中心軸以第二固定半徑旋轉磁體組件達第二時間段的同時，將金屬膜沉積到基板上。
下文描述本揭示案的其他及進一步的實施例。
本文提供了用於在具有高深寬比結構沉積的矽通孔(through silicon via; TSV)中以增加的階梯覆蓋率形成阻障層的方法及設備。本文提供的設備包括物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)室，該腔室包括磁控管組件，該磁控管組件具有更小及更強的磁體組件，該磁體組件具有額外的電磁體控制，用於增強在TSV結構上的PVD銅覆蓋率，同時增強薄膜均勻性。與本文提供的方法一起使用的磁體組件產生高電離分數，此有利地產生更好的階梯覆蓋效能。使用位於距磁控管組件中心軸複數個半徑處的磁體組件的製程配方有利地提高了階梯覆蓋率及薄膜沉積速率。例如，製程配方可包括五個半徑製程配方。PVD腔室亦可包括圍繞腔室主體的下部及上部電磁體。額外的上部電磁體有助於將通常會在腔室遮罩上損失的離子導向基板，以在基板上產生更多的離子及更佳的不均勻性百分比(NU%)控制。
隨著經典莫耳定律的擴展放緩，半導體行業正在尋求新的垂直擴展範式，以推動功率、效能及成本的改良。TSV是不可或缺的3D封裝賦能器，將TSV深寬比從5x50 μm擴展到3x50 μm，為PVD的覆蓋率及PVD在TSV上實現連續阻障層及種晶層的能力提出了挑戰。更小的直徑及更高的深寬比導致需要更厚的PVD薄膜，此增加了成本並允許來自替代的非PVD金屬化方法的競爭。本發明原理的PVD腔室賦能了下一代TSV的成本有效TSV金屬化，並且賦能了3D封裝更大的市場採用率。
在一些實施例中，PVD腔室包括用於射頻偏壓電流返回的增強接地以實現更均勻的沉積，包括具有增強沉積控制的沉積環，及/或具有用於增加沉積速率及覆蓋率的磁體組件的磁控管組件。在一些實施例中，PVD腔室包括較高的DC功率以提高覆蓋率及沉積速率，包括較高的射頻偏壓以保持恆定的高離子能，及/或具有中心給水的磁控管組件的源件，以在靶腐蝕時賦能穩定的沉積速率。
第1圖是根據一些實施例的PVD腔室100的橫剖面視圖。PVD腔室100可用於將銅及其他材料沉積到基板110上，基板110可包含半導體結構，如TSV等。在一些實施例中，PVD腔室100可使用約30千瓦至約50千瓦的DC功率及約1.6千瓦至2.8千瓦的射頻偏壓功率提供約80埃/秒至約135埃/秒或更大的沉積速率，同時實現小於約5%的薄層電阻率百分比(Rs)NU%。PVD腔室100包括腔室主體102及源190，腔室主體102包括設置在其中的處理容積118，源190包括磁控管組件104及靶112。基板110被支撐在基板支撐組件192上，基板支撐組件192包括由基板支撐基座106支撐的靜電卡盤(electrostatic chuck; ESC) 108。一或更多種氣體可從氣體源184供應到PVD腔室100的下部。幫浦182連接到PVD腔室100，用於抽空PVD腔室100的內部，並有助於保持PVD腔室100內部的期望壓力。
在處理容積118的頂部，是具有背板114的靶112。靶112包括面向基板110的濺射表面156。在一些實施例中，靶112可為銅、鈦、鉭、鎢等。DC電源128藉由背板114向靶112提供DC功率，以在處理期間濺射靶112。背板114可包括導電材料，如銅-鋅、銅-鉻或與靶112相同的材料，使得DC功率可經由背板114耦合到靶112。或者，背板114可為不導電的，並且可包括導電元件（未示出），如電饋通等。背板114可為圓盤形、矩形、正方形或可由PVD腔室100容納的任何其他形狀。背板114被配置成支撐靶112，使得靶112的前表面在存在時與基板110相對。靶112可以任何合適的方式耦合到背板114。例如，在一些實施例中，靶112可擴散接合至背板114。
磁控管組件104包括磁體組件136，其圍繞中心軸154在複數個不同的固定半徑處或固定位置在靶112上行進。在一些實施例中，磁體組件136可包括複數個單獨的磁體。支撐設備134支撐磁體組件136，並賦能磁體組件136圍繞中心軸154旋轉。在一些實施例中，第一電動機174耦接到支撐設備134，以圍繞中心軸154旋轉磁體組件136。磁體組件136可圍繞偏離磁體組件136並偏離中心軸154的偏離軸172旋轉，以將磁體組件136定位在複數個不同固定半徑中的每一個處。在一些實施例中，第二電動機178耦接到磁體組件136，以圍繞偏移軸172旋轉磁體組件136，從而控制磁體組件136相對於中心軸154的徑向位置。在一些實施例中，磁體組件136被配置成圍繞偏移軸172旋轉至少180度。在一些實施例中，磁體組件136被配置成從零度位置繞偏移軸172旋轉約180度，以將磁體組件136定位在複數個不同固定半徑中的每一個處。零度位置可對應於磁體組件136處於徑向最內側位置或徑向最內側半徑的時候。在一些實施例中，第二電動機178被配置成獨立於第一電動機174旋轉磁體組件136。
在一些實施例中，不同於被配置為在行星運動（其中磁體組件與中心軸之間的半徑或距離不斷變化）中旋轉磁體組件的典型磁控管組件，磁控管組件104被配置為將磁體組件136相對於中心軸定位到某個固定半徑（例如，第一固定半徑），隨後在預定時間段（例如，第一時間段）內圍繞中心軸154以固定半徑旋轉磁體組件136。磁體組件136隨後被定位到不同的固定半徑（例如，第二固定半徑），隨後在後續時間段（例如，第二時間段）內以不同的固定半徑圍繞中心軸154旋轉。磁體組件136經重新定位以設定不同的固定半徑，且磁體組件136在不同的固定半徑處在後續時間段的旋轉可重複（例如，以視情況提供第三固定半徑、第四固定半徑、第五固定半徑等），如本文所揭示。
在一些實施例中，磁體組件136被配置成圍繞底板202的中心軸154以五個不同的半徑旋轉，並且磁體板204被配置成圍繞偏移軸172旋轉，以將磁體組件136定位在五個不同半徑中的每一個處。在一些實施例中，第一固定半徑可被稱為徑向最內半徑（例如，最小可能半徑），第五固定半徑可被稱為最外半徑（例如，最大可能半徑）。在一些實施例中，第一固定半徑為約1.5吋至約2.6吋。在一些實施例中，第二固定半徑為約2.6吋至約3.5吋。在一些實施例中，第三固定半徑為約3.5吋至約4.5吋。在一些實施例中，第四固定半徑為約4.5吋至約5.5吋。在一些實施例中，第五固定半徑為約5.9吋至約7.5吋。
在一些實施例中，PVD腔室100的源190使用中心冷卻劑供給132，以藉由減輕由於過熱導致的靶的破裂及/或彎曲，及在靶壽命期間沉積速率的降低來使靶壽命增至最大限度。在一些實施例中，習用方式供應的冷卻劑供給結構從磁控管組件104的空腔194的一側供應冷卻劑。然而，因為流向磁體組件136正下方的靶112部分的冷卻劑被磁體組件136阻擋，所以磁體組件136正下方的靶112部分沒有接收足夠量的冷卻劑。因而，隨著磁控管組件104旋轉，磁體組件136移動經過的區域變得過熱，有時達到400℃。由此在靶112充分冷卻的部分與未充分冷卻的部分之間形成溫度梯度。溫度梯度導致靶破裂及/或彎曲。
為了將靶112保持在低於約200℃的溫度，提供冷卻劑供給132，其向靶112的中心（即，沿著中心軸154）供應冷卻劑。中心冷卻劑供給132沿著中心軸154延伸穿過主體部分130。冷卻劑供給132包括從歧管部分160穿過主體部分130沿著中心軸154延伸的中心通道158。冷卻劑供應166流體連接到歧管部分160的入口168，以穿過中心冷卻劑供給132供應冷卻劑並進入空腔194內。中心冷卻劑供給132沿著中心軸154延伸穿過主體部分130，以在靶112的中心向空腔194供應冷卻劑（如流線170所示）。因此，有利地實現了更均勻的冷卻劑流，從而實質上降低或消除了整個靶112的溫度梯度，減少了靶的破裂及彎曲。在穿過冷卻劑供給132進入空腔194之後，冷卻劑隨後經由開口（未示出）流出空腔194，該開口形成在設置在空腔頂部的出口（未示出）中。回流管線（未示出）連接到出口，以在冷卻劑已經流過空腔194之後接收冷卻劑。
射頻偏壓電源126可耦合到基板支撐組件192，以便在基板110上感應負DC偏壓。此外，在一些實施例中，負DC自偏壓可在處理期間在基板110上形成。例如，由射頻偏壓電源126提供的射頻能量可在從約2兆赫到約60兆赫的頻率範圍內，例如，可使用諸如2兆赫、2.2兆赫、13.56兆赫或60兆赫的非限制性頻率。在一些實施例中，可在從約1.9千瓦到約3.0千瓦的範圍內提供射頻功率。在一些實施例中，所提供的射頻功率可基於磁體組件136相對於中心軸154定位的距離或半徑而變化。例如，在最外半徑處，提供的射頻偏壓功率可大於在徑向最內半徑處提供的射頻偏壓功率。在一些實施例中，當磁體組件136處於第一固定半徑及第二固定半徑時，所提供的射頻偏壓功率可為約2.0兆赫。在一些實施例中，當磁體組件136處於第三固定半徑、第四固定半徑及第五固定半徑時，供應的射頻偏壓功率可為約2.2兆赫。
在一些實施例中，DC功率可在從約30千瓦到約50千瓦的範圍內從DC電源128提供給靶112。在一些實施例中，DC電源128可提供範圍從約36千瓦到約40千瓦的DC功率。在其他應用中，基板支撐組件192可接地或保持電浮動。
PVD腔室100進一步包括處理套件遮蔽或遮蔽152，以圍繞PVD腔室100的處理容積118，並保護其他腔室部件免受來自處理的損壞及/或污染。在一些實施例中，遮蔽152可在最上方的點196處接地到腔室主體，以提供射頻接地返回路徑。遮蔽152向下延伸，並且可包括大致管狀部分，該管狀部分具有大致恆定的直徑，並且大致圍繞處理容積118。遮蔽152沿著腔室主體102的壁向下延伸到ESC 108的最上表面198下方，並向上返回，直到到達蓋環122（例如，在遮蔽152的底部形成u形部分）。當基板支撐組件192處於較低的裝載位置時，蓋環122擱置在遮蔽152的向上延伸的內部的頂部上，但是當基板支撐組件192處於較上方沉積位置時，蓋環122擱置在沉積環120的外周上，以保護基板支撐組件192免受濺射沉積影響。沉積環120可用於保護包括基板支撐基座及/或ESC 108的基板支撐組件192的邊緣免受基板110邊緣周圍的沉積的影響。在一些實施例中，沉積環120具有大的沉積腔186，其允許在沉積環120需要更換之前有更多的沉積堆積。
在一些實施例中，下磁體組件142可設置在PVD腔室100周圍，用於選擇性地在ESC 108與靶112之間提供磁場。例如，當基板支撐組件192處於處理位置時，下磁體組件142可設置在腔室主體102的外部周圍處於ESC 108正上方的區域中。在一些實施例中，上磁體組件140可設置在腔室主體102的周圍及外部，比ESC 108更靠近靶112（當存在下磁體組件142時在下磁體組件142上方）。下磁體組件142及/或上磁體組件140可為電磁體，並且可耦合到電源（未示出），用於控制由電磁體產生的磁場的大小。電磁鐵產生磁場B，其允許控制離子的方向及能量。添加上磁體組件140允許以比單獨使用下磁體組件142更高的精度控制離子方向及能量。更高的精度允許改善TSV結構的階梯覆蓋（在TSV內部沉積）。
下磁體組件142及/或上磁體組件140可耦合到冷卻劑源（未示出），用於控制由電磁體的操作產生的溫度。在一些實施例中，向上部磁體組件140供應約6.0安培至約16.0安培的電流。在一些實施例中，向下部磁體組件142供應約負18.0安培到約18.0安培的電流以用於底部內磁體142C。在一些實施例中，向下部磁體組件142供應約負18.0安培到約18.0安培的電流，以用於頂部內磁體142A及頂部外磁體142B。在一些實施例中，不使用底部外磁體142D。
使用射頻產生的電漿的基板處理系統要求處理期間產生的射頻電流回到源的返回路徑，如供應電流的射頻電源。在一些情況下，返回路徑可包括電流沿著處理系統的底板穿過基板支架（例如，ESC），隨後最終沿著處理系統的壁及/或遮蔽回到源。當在某些處理條件下操作時，腔室部件之間會不當地發生電弧放電，如在基板支撐組件192（包括ESC 108及/或基板支撐基座106）與相鄰的室部件之間的電弧放電，及/或雜散電漿，導致部件損壞及/或顆粒的產生，該等顆粒會進一步不當地污染設置在腔室中的基板。在處理容積118內，處理套件及遮蔽152接地到腔室主體102，並提供電漿電流的主要返回。在一些實施例中，PVD腔室100可包括一或更多個接地環124，其將基板支撐組件192（例如，ESC 108及/或基板支撐基座106）電連接到遮蔽152。
控制器144可被提供並耦合到PVD腔室100的各種部件，以控制其操作。例如，控制器144可被配置成在處理期間控制磁體組件136的旋轉速度及位置，及流經下磁體組件142及/或上磁體組件140的電流。控制器144包括中央處理器(central processing unit; CPU) 146、記憶體148及支援電路150。控制器144可直接控制PVD腔室100，或者藉由與特定處理室及/或支援系統部件相關聯的電腦（或控制器）來控制。控制器144可為任何形式的通用電腦處理器中的一種，其可在工業環境中用於控制各種腔室及子處理器。控制器144的記憶體或電腦可讀媒體148可為一或更多個容易獲得的記憶體，例如隨機存取記憶體(random access memory; RAM)、唯讀記憶體(read only memory; ROM)、軟碟、硬碟、光儲存媒體（例如光碟或數位視訊碟）、快閃記憶體碟或任何其他形式的本端或遠端數位儲存器。支援電路150耦合到中央處理器146，用於以習用方式支援處理器。該等電路包括快取記憶體、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路系統及子系統等。控制PVD腔室100的方法及/或過程可作為軟體常式儲存在記憶體148中，該軟體常式可被執行或調用來以本文描述的方式控制PVD腔室100的操作。軟體常式亦可由遠離由中央處理器146控制的硬體的第二中央處理器（未示出）儲存及/或執行。
第2圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的磁控管組件104在第一固定角度位置的示意性截面圖，該第一固定角度位置具有複數個不同固定半徑中的最內側，例如最小的固定半徑。第一固定半徑R1被定義為當磁體組件136處於第一固定角位置時，中心軸154與磁體組件136的中心之間的距離。在一些實施例中，第一固定半徑R1為約1.5吋至約2.6吋。
第3A圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的磁控管組件104的示意性仰視圖。第3A圖描繪了從第一固定角度位置旋轉到第二固定角度位置的磁體組件136。例如，在一些實施例中，第二固定角位置可藉由相對於第一固定半徑R1圍繞偏移軸172旋轉磁體組件136約50度至約70度來設定，如第2圖所示。將第二固定半徑R2定義為當磁體組件136處於第二固定角度位置時，中心軸154與磁體組件136的中心之間的距離。在一些實施例中，第二固定半徑R2為約1.5吋至約2.6吋。
第3B圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的磁控管組件104的示意性仰視圖。第3B圖描繪了從第二固定角度位置旋轉到第三固定角度位置的磁體組件136。例如，在一些實施例中，第三固定角位置可藉由相對於第一固定半徑R1圍繞偏移軸172旋轉磁體組件136約60度至約80度來設定，如第2圖所示。第三固定半徑R3被定義為當磁體組件136處於第三固定角位置時，中心軸154與磁體組件136的中心之間的距離。在一些實施例中，第三固定半徑R3為約3.1吋至約3.3吋。
第3C圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的磁控管組件104的示意性仰視圖。第3A圖描繪了從第三固定角度位置旋轉到第四固定角度位置的磁體組件136。例如，在一些實施例中，第四固定角位置可藉由相對於第一固定半徑R1繞偏移軸172旋轉磁體組件136約80度至約90度來設定，如第2圖所示。第四固定半徑R4被定義為當磁體組件136處於第四固定角位置時，中心軸154與磁體組件136的中心之間的距離。在一些實施例中，第四固定半徑R4約為4.5吋至5.5吋。
第4圖描繪了磁體組件136相對於第一固定半徑R1圍繞偏移軸172旋轉約180度，如第2圖所示。第4圖示出了位於第五固定半徑或徑向最外側位置的磁體組件136，其中第五固定半徑R5約為5.9吋至7.5吋。磁體組件136可圍繞偏移軸172旋轉，以將磁體組件136定位在第二固定半徑、第三固定半徑及第四固定半徑處。
返回參看第2圖，在一些實施例中，磁控管組件104的支撐設備134包括底板202，底板202具有第一側232及與第一側相對的第二側234。底板202包括與靶的中心軸154重合的中心軸。在一些實施例中，底板202的直徑大於靶116的直徑。在一些實施例中，底板202是大致扁平的圓形板。在一些實施例中，支撐設備134包括在底板202的第一側232上可旋轉地耦合到底板202的磁體板204。偏移軸172大體位於磁體板204的中心。在一些實施例中，磁體板204不在中心軸154上延伸。在一些實施例中，中心軸154與偏移軸172之間的距離210為約4.0吋至約5.0吋。在一些實施例中，偏移軸172與磁體組件136的中心之間的距離250約為2.0吋至3.0吋。
在一些實施例中，磁控管組件104包括齒輪箱208，用於容納一或更多個齒輪、軸等，以便於磁體組件136圍繞中心軸154及偏移軸172旋轉。例如，第一電動機174可耦接到軸（未示出）上，以繞中心軸154旋轉底板202（及耦接到其上的磁體組件136）。第二電動機178可耦接到軸（未示出）上，以繞偏移軸172旋轉磁體板204（及耦接到其上的磁體組件136）。第二電動機178旋轉磁體板204，以控制磁體組件136的角位置，並將磁體組件136定位在複數個固定角位置中的每一個（例如，第一固定角位置、第二固定角位置等），該等角位置定義複數個不同的固定半徑。一旦磁體組件136定位在複數個固定角度位置中的每一個，第二電動機178停止磁體板204的旋轉，並且第一電動機174繼續圍繞中心軸154旋轉底板202，使得磁體組件136被配置為在複數個不同固定半徑中的每一處圍繞中心軸154旋轉360度。
在一些實施例中，底板202包括用於位置感測器的通孔218。塊206可安裝到底板202的第二側234，以支撐位置感測器216。在一些實施例中，磁體板204包括耦接到上板224的下板220。下板220耦合到磁體組件136，且上板224耦合到底板202。在一些實施例中，上板224的尺寸小於下板220，或者包括切口以暴露設置在下板220的上表面上或嵌入其中的旗標226。旗標226可為當位置感測器216與旗標226之間存在視線時能夠觸發位置感測器216的任何部件或材料。例如，第2圖描繪了定位成使得旗標226與底板202的通孔218對準的磁體板204，向位置感測器216觸發磁體組件處於複數個不同固定半徑中的一者，例如第一固定半徑。
在一些實施例中，當磁體組件設置在第一固定半徑時，磁體組件136相對於偏移軸172與位置感測器216成約180度設置。在一些實施例中，當磁體組件設置在第五固定半徑處時，磁體組件136相對於偏移軸172與位置感測器216成約0度設置。
在一些實施例中，第一配重212圍繞中心軸154與磁體板204相對地耦接到底板202，以補償磁體板204及磁體組件136的重量。在一些實施例中，第二配重214圍繞偏移軸172在與磁體組件136相對的一側耦接到磁體板204，以補償磁體組件136的重量。
第5圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的在PVD腔室中將金屬膜沉積到基板（例如，基板110）上的方法500的流程圖。在一些實施例中，金屬可包括銅、鈦、鉭、鎢等。在一些實施例中，方法500包括在矽通孔(through silicon via; TSV)上沉積金屬膜。DC電源（例如，DC電源128）向靶提供DC功率，以濺射靶，從而將材料沉積到基板上。在一些實施例中，DC電源提供約30千瓦至約50千瓦的DC功率。在一些實施例中，DC電源提供約35千瓦至約40千瓦的DC功率。
在502，方法500包括藉由圍繞偏移軸（例如，偏移軸172）旋轉磁體組件，以相對於靶（例如，靶112）的中心軸（例如，中心軸154）的第一固定半徑將磁體組件（例如，磁體組件136）定位在PVD腔（例如，PVD腔100）中。在一些實施例中，第一固定半徑為約1.5吋至約2.6吋。在一些實施例中，第一固定半徑為約2.3吋至約2.5吋。
在504，方法500包括在相對於中心軸以第一固定半徑旋轉磁體組件達第一時間段的同時，將金屬膜沉積到與PVD腔室中的靶相對設置的基板上。在一些實施例中，當以第一固定半徑旋轉磁體組件時，金屬膜在基板上的沉積速率為約85至約105埃/秒。在一些實施例中，將頻率為約1.9千瓦至約2.1千瓦的射頻偏壓功率施加到PVD腔室的基板支撐組件（例如，基板支撐組件192），同時以第一固定半徑沉積金屬膜。
在一些實施例中，當在第一固定半徑處沉積金屬膜時，設置在PVD腔室的腔室主體周圍的上磁體組件（例如，上磁體組件140）被供應約11.0安培至約15.0安培的電流。在一些實施例中，設置在腔室主體周圍的下磁體組件（例如，下磁體組件142）可包括頂部內磁體（例如，頂部內磁體A）、頂部外磁體（例如，頂部外磁體B）及底部內磁體（例如，底部內磁體C）。在一些實施例中，頂部外磁體、頂部內磁體被供應約負7.0安培到約負1.0安培的電流，同時在第一固定半徑處沉積金屬膜。在一些實施例中，當在第一固定半徑處沉積金屬膜時，底部內磁體被供應約7.0安培至約11.0安培的電流。
在506，方法500包括藉由圍繞偏移軸旋轉磁體組件，將磁體組件定位在相對於中心軸的第二固定半徑處。在一些實施例中，第二固定半徑為約2.6吋至約3.5吋。在一些實施例中，第二固定半徑為約3.1吋至約3.3吋。
在508，方法500包括在相對於中心軸以第二固定半徑旋轉磁體組件達第二時間段的同時，在基板上沉積金屬膜。第二時間段可與第一時間段相同或不同於第一時間段。在一些實施例中，當以第二固定半徑旋轉磁體組件時，金屬膜在基板上的沉積速率為約95至約115埃/秒。在一些實施例中，頻率為約1.9千瓦至約2.1千瓦的射頻偏壓功率被施加到PVD腔室的基板支撐組件，同時在第二固定半徑處沉積金屬膜。
在一些實施例中，當在第二固定半徑沉積金屬膜時，向上磁體組件供應約13.0安培至約17.0安培的電流。在一些實施例中，向頂部外磁體及頂部內磁體供應約負8.0安培到約負12.0安培的電流，同時在第二固定半徑沉積金屬膜。在一些實施例中，當在第二固定半徑處沉積金屬膜時，向底部內磁體供應約8.0安培到約12.0安培的電流。
在510，方法500包括藉由圍繞偏移軸旋轉磁體組件，將磁體組件定位在相對於中心軸的第三固定半徑處。在一些實施例中，第三固定半徑為約3.5吋至約4.5吋。在一些實施例中，第三固定半徑為約4.1吋至約4.3吋。
在512，方法500包括在相對於中心軸以第三固定半徑旋轉磁體組件達第三時間段的同時，將金屬膜沉積到基板上。在一些實施例中，第三時間段類似於第一時間段或第二時間段中的至少一者。在一些實施例中，第三時間段不同於第一時間段及第二時間段中的每一者。在一些實施例中，當以第三固定半徑旋轉磁體組件時，金屬膜在基板上的沉積速率為約75至約95埃/秒。在一些實施例中，將頻率為約2.1千瓦至約2.3千瓦的射頻偏壓功率施加到PVD腔室的基板支撐組件，同時在第三固定半徑處沉積金屬膜。
在一些實施例中，向上磁體組件供應約12.0安培至約16.0安培的電流，同時在第三固定半徑處沉積金屬膜。在一些實施例中，向頂部外磁體及頂部內磁體供應約14.0安培至約18.0安培的電流，同時在第三固定半徑沉積金屬膜。在一些實施例中，向底部內磁體供應約負14.0安培到約負18.0安培的電流，同時在第三固定半徑處沉積金屬膜。
在514，方法500包括藉由圍繞偏移軸旋轉磁體組件，將磁體組件定位到相對於中心軸的第四固定半徑。在一些實施例中，第四固定半徑為約4.5吋至約5.5吋。在一些實施例中，第四固定半徑為約4.9吋至約5.1吋。
在516，方法500包括在相對於中心軸以第四固定半徑旋轉磁體組件達第四時間段的同時，將金屬膜沉積到基板上。在一些實施例中，第四時間段類似於第一時間段、第二時間段或第三時間段中的至少一者。在一些實施例中，第四時間段不同於第一時間段、第二時間段及第三時間段中的每一者。在一些實施例中，當以第四固定半徑旋轉磁體組件時，金屬膜在基板上的沉積速率為約115至約135秒/埃/秒。在一些實施例中，將頻率為約2.1千瓦至約2.3千瓦的射頻偏壓功率施加到PVD腔室的基板支撐組件，同時在第四固定半徑處沉積金屬膜。
在一些實施例中，向上磁體組件供應約10.0安培至約14.0安培的電流，同時在第四固定半徑處沉積金屬膜。在一些實施例中，向頂部外磁體及頂部內磁體供應約14.0安培至約18.0安培的電流，同時在第四固定半徑沉積金屬膜。在一些實施例中，向底部內磁體供應約負14.0安培到約負18.0安培的電流，同時在第四固定半徑沉積金屬膜。
在518，方法500包括藉由圍繞偏移軸旋轉磁體組件，將磁體組件定位到相對於中心軸的第五固定半徑。在一些實施例中，第五固定半徑為約5.9吋至約7.5吋。在一些實施例中，第五固定半徑為約6.0吋至約6.7吋。
在520，方法500包括在相對於中心軸以第五固定半徑旋轉磁體組件達第五時間段的同時，將金屬膜沉積到基板上。在一些實施例中，第五時間段類似於第一時間段、第二時間段、第三時間段或第四時間段中的至少一個。在一些實施例中，第五時間段不同於第一時間段、第二時間段、第三時間段及第四時間段中的每一個。在一些實施例中，當以第五固定半徑旋轉磁體組件時，金屬膜在基板上的沉積速率為約80至約100埃/秒。在一些實施例中，將頻率為約2.1千瓦至約2.3千瓦的射頻偏壓功率施加到PVD腔室的基板支撐組件，同時在第五固定半徑處沉積金屬膜。
在一些實施例中，當在第五固定半徑處沉積金屬膜時，向上磁體組件供應約5.0安培至約9.0安培的電流。在一些實施例中，向頂部外磁體及頂部內磁體供應約10.0安培至約14.0安培的電流，同時在第五固定半徑處沉積金屬膜。在一些實施例中，向底部內磁體供應約負10.0安培到約負14.0安培的電流，同時在第五固定半徑處沉積金屬膜。
金屬膜可以任何順序在五個半徑處沉積在基板上。例如，在一些實施例中，金屬膜在第一固定半徑、隨後第二固定半徑、隨後第三固定半徑、隨後第四固定半徑、隨後第五固定半徑處沉積在基板上。在一些實施例中，金屬膜在第五固定半徑、隨後第四固定半徑、隨後第三固定半徑、隨後第二固定半徑、隨後第一固定半徑處沉積在基板上。在一些實施例中，當磁體組件處於第一固定半徑時，金屬膜在基板上的沉積速率大於磁體組件處於第五位置時的沉積速率。
儘管前述針對本揭示案的實施例內容，但在不脫離本揭示案的基本範疇的情況下，可設計本揭示案的其他及進一步的實施例。
100:PVD腔室 102:腔室主體 104:磁控管組件 106:基板支撐基座 108:ESC 110:基板 112:靶 114:背板 118:處理空間 120:沉積環 122:蓋環 124:接地環 126:射頻偏壓電源 128:DC電源 130:主體部分 132:冷卻劑供給 134:支撐設備 136:磁體組件 140:上磁體組件 142:下磁體組件 144:控制器 146:中央處理器 148:記憶體 150:支援電路 152:遮蔽 154:中心軸 156:濺射表面 160:歧管部分 166:冷卻劑供應 168:入口 170:流線 172:偏移軸 174:第一電動機 178:第二電動機 182:幫浦 186:沉積腔 190:源 192:基板支撐組件 194:空腔 196:點 198:最上表面 202:底板 204:磁體板 206:塊 208:齒輪箱 210:距離 212:第一配重 214:第二配重 216:位置感測器 218:通孔 220:下板 224:上板 226:旗標 232:第一側 234:第二側 250:距離 500:方法 502:步驟 504:步驟 506:步驟 508:步驟 510:步驟 512:步驟 514:步驟 516:步驟 518:步驟 520:步驟 R1:第一固定半徑 R2:第二固定半徑 R3:第三固定半徑 R4:第四固定半徑 R5:第五固定半徑
藉由參考附圖中描述的本揭示案的說明性實施例，可理解上文簡述並在下文更詳細論述的本揭示案的實施例。然而，附圖僅示出了本揭示案的典型實施例，因此不應被認為是對範疇的限制，因為本揭示案可允許其他同等有效的實施例。
第1圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的PVD腔室的示意性側視圖。
第2圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的磁控管組件的示意性橫剖面視圖。
第3A圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的磁控管組件的示意性仰視圖。
第3B圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的磁控管組件的示意性仰視圖。
第3C圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的磁控管組件的示意性仰視圖。
第4圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的磁控管組件的示意性橫剖面視圖。
第5圖描繪了根據本揭示案的一些實施例的在PVD腔室中將金屬膜沉積到基板上的方法的流程圖。
為了便於理解，儘可能使用相同的元件符號來表示附圖中相同的元件。附圖不是按比例繪製的，為了清楚起見可簡化。一個實施例的元件及特徵可有益地結合到其他實施例中，而無需贅述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:PVD腔室
102:腔室主體
104:磁控管組件
106:基板支撐基座
108:ESC
110:基板
112:靶
114:背板
118:處理空間
120:沉積環
122:蓋環
124:接地環
126:射頻偏壓電源
128:DC電源
130:主體部分
132:冷卻劑供給
134:支撐設備
136:磁體組件
140:上磁體組件
142:下磁體組件
144:控制器
146:中央處理器
148:記憶體
150:支援電路
152:遮蔽
154:中心軸
156:濺射表面
160:歧管部分
166:冷卻劑供應
168:入口
170:流線
172:偏移軸
174:第一電動機
178:第二電動機
182:幫浦
186:沉積腔
190:源
192:基板支撐組件
194:空腔
196:點
198:最上表面

Claims (20)

  1. 一種用於一PVD腔室的磁控管組件，包括： 一底板，具有一第一側、與該第一側相對的一第二側及一中心軸； 一磁體板，在該底板的該第一側上可旋轉地耦合到該底板，其中該磁體板相對於該底板圍繞一偏移軸旋轉； 一磁體組件，其耦合到偏離該偏移軸的該磁體板，並被配置為圍繞該中心軸及該偏移軸旋轉； 一第一電動機，其耦合到該底板以圍繞該中心軸旋轉該磁體組件；及 一第二電動機，其耦合到該磁體板，以控制其一角位置，並將該磁體組件定位在限定複數個不同固定半徑的複數個固定角位置中的每一者處，其中該磁體組件被配置成在該複數個固定半徑中的每一者處繞該中心軸旋轉360度。
  2. 如請求項1所述的磁控管組件，其中該磁體組件被配置成從一零度位置繞該偏移軸旋轉約180度，以將該磁體組件定位在該複數個不同固定半徑中的每一者處。
  3. 如請求項1所述的磁控管組件，進一步包括圍繞該中心軸與該磁體板相對地連接到該底板的一配重。
  4. 如請求項1所述的磁控管組件，進一步包括圍繞該偏移軸在與該磁體組件相對的一側耦接到該磁體板的一配重。
  5. 如請求項1所述的磁控管組件，其中，當該磁體組件相對於該偏移軸與一位置感測器成一約180度角設置時，該磁體組件設置在一第一固定半徑處，該第一固定半徑對應於該磁體組件相對於該中心軸的一徑向最內側位置。
  6. 如請求項1至5中任一項所述的磁控管組件，其中該複數個不同的固定半徑包括約1.5吋至約2.6吋的一第一固定半徑、約2.6吋至約3.5吋的一第二固定半徑、約3.5吋至約4.5吋的一第三固定半徑、約4.5吋至約5.5吋的一第四固定半徑及約5.9吋至約7.5吋的一第五固定半徑。
  7. 如請求項1至5中任一項所述的磁控管組件，其中該中心軸與該偏移軸之間的一距離為約4.0吋至約5.0吋。
  8. 如請求項1至5中任一項所述的磁控管組件，其中該偏移軸與該磁性元件的一中心之間的一距離為約2.0吋至約3.0吋。
  9. 一種在一基板上沉積金屬膜的方法，包括以下步驟： 將一磁體組件放置在一物理氣相沉積(PVD)室中相對於一靶的一中心軸的一第一固定半徑處； 在相對於該中心軸以該第一固定半徑旋轉該磁體組件達一第一時間段的同時，將金屬膜沉積到與該PVD腔室中的該靶相對設置的該基板上； 藉由圍繞一偏移軸旋轉該磁體組件，將該磁體組件定位在相對於該中心軸的一第二固定半徑處；及 在相對於該中心軸以該第二固定半徑旋轉該磁體組件達一第二時間段的同時，將金屬膜沉積到該基板上。
  10. 如請求項9所述的方法，進一步包括以下步驟： 藉由圍繞該偏移軸旋轉該磁體組件，將該磁體組件定位在相對於該中心軸的一第三固定半徑處； 在相對於該中心軸以該第三固定半徑旋轉該磁體組件達一第三時間段的同時，將金屬膜沉積到該基板上； 藉由圍繞該偏移軸旋該轉磁體組件，將該磁體組件定位在相對於該中心軸的一第四固定半徑處； 在相對於該中心軸以該第四固定半徑旋轉該磁體組件達一第四時間段的同時，將金屬膜沉積到該基板上； 藉由圍繞該偏移軸旋轉該磁體組件，將該磁體組件定位在相對於該中心軸的一第五固定半徑處；及 在相對於該中心軸以該第五固定半徑旋轉該磁體組件達一第五時間段的同時，將金屬膜沉積到該基板上。
  11. 如請求項10所述的方法，其中該金屬膜在該第一固定半徑、隨後該第二固定半徑、隨後該第三固定半徑、隨後該第四固定半徑、隨後該第五固定半徑處沉積在該基板上。
  12. 如請求項10所述的方法，其中該第一固定半徑為約1.5吋至約2.6吋，其中該第二固定半徑為約2.6吋至約3.5吋，其中該第三固定半徑為約3.5吋至約4.5吋，其中該第四固定半徑為約4.5吋至約5.5吋，並且該第五固定半徑為約5.9吋至約7.5吋。
  13. 如請求項9至12中任一項所述的方法，進一步包括以下步驟：在該第一固定半徑處沉積金屬膜的同時，以約2.0千瓦至約2.2千瓦的一頻率向該PVD腔室的一基板支撐組件施加一射頻偏壓功率。
  14. 如請求項9至12中任一項所述的方法，進一步包括以下步驟：在該第一固定半徑及該第二固定半徑處沉積金屬膜的同時，向設置在該PVD腔室的一腔室主體周圍的一上磁體組件供應約6.0安培至約16.0安培的一電流。
  15. 一種用於儲存電腦指令的非暫時性電腦可讀媒體，當該等電腦指令被至少一個處理器執行時，使得該至少一個處理器執行一方法，該方法包括以下步驟： 將一磁體組件定位在一物理氣相沉積(PVD)室中相對於一靶的一中心軸的一第一固定半徑處； 在相對於該中心軸以該第一固定半徑旋轉該磁體組件達一第一時間段的同時，將金屬膜沉積到與該PVD腔室中的該靶相對設置的一基板上； 藉由圍繞一偏移軸旋該轉磁體組件，將該磁體組件定位在相對於該中心軸的一第二固定半徑處；及 在相對於該中心軸以該第二固定半徑旋轉該磁體組件達一第二時間段的同時，將金屬膜沉積到該基板上。
  16. 如請求項15所述的非暫時性電腦可讀媒體，進一步包括： 藉由圍繞該偏移軸旋轉該磁體組件，將該磁體組件定位在相對於該中心軸的一第三固定半徑處； 在相對於該中心軸以該第三固定半徑旋轉該磁體組件達一第三時間段的同時，將金屬膜沉積到該基板上； 藉由圍繞該偏移軸旋轉該磁體組件，將該磁體組件定位在相對於該中心軸的一第四固定半徑處； 在相對於該中心軸以該第四固定半徑旋轉該磁體組件達一第四時間段的同時，將金屬膜沉積到該基板上； 藉由圍繞該偏移軸旋轉該磁體組件，將該磁體組件定位在相對於該中心軸的一第五固定半徑處；及 在相對於該中心軸以該第五固定半徑旋轉該磁體組件達一第五時間段的同時，將金屬膜沉積到該基板上。
  17. 如請求項16所述的非暫時性電腦可讀媒體，其中該金屬膜以該第一固定半徑、隨後該第二固定半徑、隨後該第三固定半徑、隨後該第四固定半徑、隨後該第五固定半徑處沉積在該基板上。
  18. 如請求項16所述的非暫時性電腦可讀媒體，其中該第一固定半徑為約1.5吋至約2.6吋，其中該第二固定半徑為約2.6吋至約3.5吋，其中該第三固定半徑為約3.5吋至約4.5吋，其中該第四固定半徑為約4.5吋至約5.5吋，並且該第五固定半徑為約5.9吋至約7.5吋。
  19. 如請求項15至18中任一項所述的非暫時性電腦可讀媒體，進一步包括在以該第一固定半徑沉積金屬膜的同時，以約2.0千瓦至約2.2千瓦的一頻率向該PVD腔室的一基板支撐組件施加一射頻偏壓功率。
  20. 如請求項15至18中任一項所述的非暫時性電腦可讀媒體，進一步包括在以該第一固定半徑及該第二固定半徑沉積金屬膜的同時，向設置在該PVD腔室的一腔室主體周圍的一上磁體組件供應供約6.0安培至約16.0安培的一電流。
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