TWI376423B - Method for manufacturing sputter-coated substrates, magnetron source and sputtering chamber with such source - Google Patents
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Description
1376423 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於電漿處理基板表面，因而特別是有關於 濺鍍披覆此表面，以及甚至更特別地是有關於定向濺鍍（即 爲所知之長距離拋鍍（long-throw sputtering))及/或離子化 物理氣相沉積（IPVD)。它們亦可應用於蝕刻。 【先前技術】
所謂準直溺鍍（Collimated Sputtering)及長距離拋鍍已 用以披覆具有適當高寬比之孔。離子化物理氣相沉積（IP VD) 最近已用以在孔中沉積薄膜。在該IP VD方法中，使用離子 化金屬原子流量。在電漿與基板（例如：一矽晶圓）間之間隙 中加速此正充電金屬離子流量，其中該基板相對於該電漿具 有一負偏壓。當電場垂直於該基板（一矽晶圓表面）時，會導 致大高寬比之孔具有優異的底部覆蓋率。對於IP VD而言， 具有如何完成金屬之高離子化率的各種方法。其中一已知方 法已揭露於美國專利6,352,629號。在討論此習知技藝及進 而討論本發明之前，應該建立一些定義。 1.磁控管磁場圖案 如第1圖所示，一沿著一靶極1之靶極表面3所建立之 磁控管磁場圖案包括朝該靶極表面3所觀看之構成一封閉迴 路的磁場Fm圖案。在該靶極之剖面圖中，該磁控管磁場Fm 圖案係隧道形狀，其具有從一磁極之外區域A〇彎至另一磁 極之內區域Ai的弧形磁場。離開形成一大致封閉迴路之外 區域A〇的磁通量大致上相等於在該第二內區域Ai之磁通量 ⑧ 1376423 (不考慮正負號）。 據此，我們定義該外區域A〇由一封閉軌跡L'所界限， 該封閉軌跡L_係由沿著該磁場圖案FM之軌跡L的突出部（虛 線）所界定，其中沿著該處之垂直於該靶極表面3的磁場分 量爲零。
再者，每當本發明應用於蝕刻時，該靶極表面3爲非濺 鍍材料。對於本發明之較佳應用（例如：濺鏟披覆該靶極表 面3)而言，該靶極表面爲一濺鍍材料及因而爲一濺鍍表面。 2.具有不平衡成分圖案之磁控管磁場圖案 如果使沿著內區域八；與內區域Α〇中之一的磁通量相對 另一區域之磁通量增加，以偏離（1)之平衡結構，則該磁控 管磁場圖案變成不平衡。在第1圖中，示意性地顯示該磁控 管磁場圖案FM及另外一不平衡磁場圖案Fu。沿著該靶極1 及鄰近相對於該靶極表面3之靶極表面，提供一具有一內磁 鐵子配置5及一第二外磁鐵子配置7之磁鐵配置。面向該靶 極1之第一子配置5的表面係一磁極S，然而面對該靶極1 ^ 之外子配置7的表面具有第二磁極N。在兩個磁鐵配置間形 成該磁控管磁場圖案FM，藉此在該兩個磁鐵子配置7及5 上之磁通量大致上是相同的。雖然，在第1圖中，該磁場圖 案FM係由具有垂直於該靶極表面3之磁偶極的磁鐵子配置 5及7所產生，然而此磁場圖案？14亦可由具有大致上平行 於該靶極表面3之磁偶極的個別磁鐵配置所產生。一磁極提 供在該內區域Ai之磁通量，而另一磁極提供在該外區域A〇 之磁通量 1376423 如果在第1圖中使該等配置5及7之個別表面中之一（依 據第1圖所示之外區域Ao)的磁通量顯著地增加，則該磁控 管磁場圖案會變成不平衡。相較於該磁控管磁場圖案，會產 生具有長程之大量磁通量Fu。在第1圖中，顯示出以一迴 路中心軸AL爲中心之圓形配置的兩個子配置5及7，以作 爲一範例。 該不平衡磁場圖案Fu係沿著該外磁鐵配置7均勻分佈。
因而，此已知不平衡磁場圖案F u會造成例如在該外區 域A〇之磁通量的增量，以便沿著該區域A〇之迴路具有均勻 增加之磁通量密度。由本發明來看，我們將第1圖之不平衡 磁場圖案Fu稱爲一對稱不平衡磁場圖案。 再參考美國專利第6,352,629號，如第1圖所協助說明， 可看出其提供一種用以產生一對稱不平衡磁場圖案之磁鐵 配置，其在一偏離該對稱不平衡圓形磁控管之迴路中心軸 Al之軸的周圍移動。提供一纏繞該靶極與該所要濺鍍披覆 之基板間之空間的DC線圈，以便產生一朝該基板之軸磁場 導引金屬離子。該對稱不平衡磁控管磁場圖案所覆蓋之靶極 面積非常小於整個濺鍍表面。當第1圖所示之對稱不平衡磁 控管在該迴路中心軸上產生一示範性聚焦電漿時，該基板上 之離子密度會相當不均勻。 【發明內容】 本發明之一目的在於提供一種用以製造具有一真空電 漿處理表面之基板的方法’以使該基板表面上之電漿密度分 佈具有改善之均等性，以及因而提出個別磁控管源及處理 1376423 室。對於應用於IPVD而言，本發明因沿著該基板表面之電 漿暴露的均等性而造成該基板表面之均勻金屬離子暴露具 有改善均等性。上述所提目的可藉由製造具有電漿處理表面 之基板的方法來達成，該方法包括下列步驟： 提供一具有一 IE極表面之IG極； 提供至少一基板（亦即，單一基板或多個基板），其遠離 及相對於該靶極表面。 ' 沿著該靶極表面，產生一如第1圖之磁場圖案FM，其 | 形成一朝該濺鍍表面及平行於濺鏟表面之封閉迴路，其係從 第一磁極之外區域A〇彎至該二磁極之內區域Ai之弧形隧道 狀，藉此該內區域Ai相對於該外區域A〇係由一在磁場圖 案FM中垂直於該靶極表面之磁場分量爲零之封閉軌軌跡 ' L'所界限。
該磁場圖案進一步包括一不平衡長程磁場圖案，其係非 對稱及係藉由相對於沿著該內面積之磁通量增加沿著該外 區域之磁通量所產生，藉此該長程磁場到達該基板表面且該 長程磁場在平行於該基板表面之磁場分量具有至少0.1高 斯。在該磁場圖案中，產生一電漿放電以及電漿處理該基板 表面，藉以使該非對稱不平衡磁場圖沿著該基板表面掃掠。 因此，並非運用一對稱不平衡磁控管，而是使用一非對 稱不平衡磁控管。 【實施方式】 3.非對稱不平衡磁控管磁場圖案 爲了完全了解本發明，將以較佳實施例來描述本發明， 其中應配合第2圖來具體呈現本發明所使用之一非對稱不平 1376423 衡磁控管的原理。 依據第2圖，產生相似於第1圖之實施例的磁控管磁場 圖案FM。進一步如第2圖所示，增加沿著該第二外磁鐡子 配置7a之表面的磁通量。依據第1圖及如第2圖之虛線所 示，如果沿著該第二外磁鐵子配置7實施均勻分佈，則此會 導致一對稱不平衡磁場圖案分量Fu。
然而，依據本發明，如第2圖所示，通常藉由干擾該對 稱不平衡磁場圖案Fu以實現本發明所使用之非對稱不平衡 磁場圖案FAU，以便朝平行於該靶極表面3之方向使該個別 磁場圖案變形（見第1圖）。在一較佳實施例中此係藉由非均 等性地增加沿著該外區域A〇之磁通量密度來實施。如第2 圖所具體化，因爲區域性地沿著該外區域之迴路施加另一磁 場，其中如同額外地對磁鐵配置7之第一部分7a沿著該外 區域A〇提供對稱不平衡圖案Fu，只在沿著該外區域A〇之 預定區域上提供用以區域性地施加該另外磁場之第二磁鐵 子配置部分7b，所以可在一較佳實施例中實施朝著沿該外區 域A〇之方向的磁通量密度之非均等性增加。因此，該另外 磁場使該對稱不平衡磁場圖案Fu變形，導致非對稱不平衡 磁場圖案Fau。 回到本發明之較佳實施例，在第一實施例中，該靶極表 面係一濺鍍表面，以及濺鍍披覆該基板表面之電漿處理。然 而，本發明之方法亦可應用於該基板之表面的蝕刻（例如： 反應式電漿增強式蝕刻）。在此情況中，該靶極表面係選擇 不受濺鍍之材料，以及僅提供具有可沿著該基板之表面掃掠 ⑧ 1376423 • · · · 的本發明所使用之非對稱不平衡磁場圖案的磁控管源，以產 生個別電漿分佈。該靶極表面不會沾有任何物質。 在依據本發明之方法的另一較佳實施例中，選擇平行於 該基板表面之磁場分量爲1至20高斯之間。 最好，該隧道狀磁控管磁場圖案FM覆蓋60 %以上之靶 極表面，更佳是覆蓋85 %以上之靶極表面。因而，特別是對 實施該基板表面之濺鍍披覆而.言，因爲主要是在該磁控管磁 場圖案FM所覆蓋之區域中，會因電子陷阴1效應（electron-trap | effect)而達到電漿密度之增加及以高速率使物質濺出，所以 應用上述所提披覆係有利的。 如上所述，藉由區域性地沿著該外區域A〇施加另一磁 場以干擾一沿著該外區域 A〇之已增加磁通量密度的均等 性，以在一較佳實施例中實現該非對稱不平行磁場圖案。因 而，該另一磁場最好是由至少一永久性磁鐵及/或至少一電 磁鐵所產生。提供一電磁鐵以允許此另一磁場之控制，以便 在處理該不平衡磁場圖案之非對稱性期間可以控制方式改 % 變該另一磁場。在另一較佳實施例中，不僅使該非對稱不平 衡磁場圖案沿著該基板表面掃掠，而且亦可使該磁控管磁場 圖案沿著該基板表面掃掠。由於亦相對該基板移動該磁控管 磁場圖案，所以特別是對濺鍍披覆可進一步增加處理均等 性。 在又一較佳實施例中，該非對稱不平衡磁場圖案沿著該 基板表面之掃掠係藉由以一垂直於該靶極表面之軸爲中心 圓形移動該不平衡磁場圖案之方式來實施。 ⑧ -10- 1376423 • . β . 參考第2圖，可看出該非對稱不平衡磁場圖案FAU係沿 著一軸AS之周圍的一圓形路徑來移動，藉此選擇此軸AS之 位置遠離該非對稱不平衡磁場圖案FAU之最大通量的區域 P ° 進一步如第2圖所示，在一較佳實施例中，藉由沿著一 垂直於該靶極表面及遠離該內區域Ai之幾何中心AL的軸之 周圍移動該磁控管磁場圖案FM及該非對稱不平衡磁場圖案 ' FAU，以便藉由該兩個磁場圖案之移動相對地掃掠於該基板 表面上。 在又一較佳模式中，沿著一迴路中心軸（如第2圖所示 之軸Ad之圓形周圍產生磁場圖案之迴路。 在依據本發明之方法的另一較佳實施例中，藉由該非對 稱不平衡磁場圖案FAU產生如第2圖之符號P所示之鄰近該 ' 基板表面之周圍的最大電漿密度區域，以及使該最大區域鄰 近及沿著此周圍。 在第2圖中，該基板6係以虛線來表示。該基板6係以 % 軸AS爲中心。該最大電漿密度之區域P係延伸於該基板6 之周圍及鄰近此周圍。再者，在一較佳實施例中，藉由調整 該另一磁場來實施在該基板表面上之離子電流密度的均勻 度之控制調整，其中該另一磁場如上所述係提供用以干擾該 不平衡磁場圖案之均等性以使其成爲非對稱不平衡。 如上述所提及著眼於該非對稱不平衡磁場圖案FAU之控 制性，提供一用以產生此另一磁場之磁控管係最有利的。因 而，在又一較隹實施例中，提供至少一用以產生一大致平行 -1 1 - ⑧ 1376423 於該靶極表面之磁場的線圈。參考第2圖，此磁場以元件符 號Fa來槪略表示。因而，可看出藉由改變該至少一線圈所 產生之磁場Fa，可控制調整該非對稱不平衡磁場FAU之圖 案。此導致另一較佳模式：使該非對稱不平衡圖案沿著該基 板表面掃掠包括供應一交流電至該至少一線圈，以產生一交 變磁場Fa，藉以以振盪方式朝F之方向掃掠圖案FAU及因而 該區域P。如果在另一較佳實施例中提供多個用以產生不同 _ 方向（例如：第2圖所示之另外垂直於Fa方向之Fb方向）之 | 個別磁場的線圈及供應交流電至該等個別線圈，則將使該非 對稱不平衡磁場圖案FAU及因而使該區域P以兩度空間方式 沿著該基板6之表面掃掠，以及藉由適當選擇供應至線圈之 交流電流的振幅、相互定相及/或頻率可選擇及控制調整該 掃掠圖案，以實現沿著該基板表面之區域 P利如薩 (Lissajoux)圖案的掃掠。 在另一較佳實施例中，選擇圓形之基板及使該非對稱不 平衡磁場圖案沿著該基板之中心軸的周圍掃掠，因此如果提 ¥供多個基板，則使等基板配置於一圓形區域內及相對於此圓 形區域界定中心軸。在另一較佳實施例中，藉由調整垂直於 該基板表面之磁場分量以調整在該基板表面上之離子電 流。雖然此分量一方面可藉由調整該非對稱不平衡磁場Fau 來調整，但是如第2圖所示可額外地或改爲藉由一亥姆霍茲 線圈配置（Helmholtz coil arrangement)供應另一垂直於基板 表面之可控制變化磁場（亦即，磁場Fc) »在另一較佳實施例 中，藉由在該靶極表面與該基板表面間提供個別電位差及/ ⑧ -12- 1376423 或藉由供應適當屏蔽，使電漿之電子電流朝該基板表面以大 致垂直於該靶極表面來導引。 在另一較佳模式中，該所產生之電漿藉由一脈動供應電 壓來饋入。因而，最好選擇該脈動之頻率爲： 5 kHz<f<500 kHz 最佳爲： 100 kHz<f<200 kHz ' 在另一較佳實施例中，選擇此脈動之工作週期具有1% ^ 至99%之關閉時間（off-time)(包含此兩個値），最好具有35% 及50%(包含此兩個限制値）。特別對於長距離拋鍍及/或 IP VD應用而言，在真空室中建立最大1CT1 Pa之總壓力，最 好爲： 1〇·2 Pa<p<5xl〇·2 Pa ' 再者，在另一較佳模式中，以一射率功率來偏壓該基 板，因此撞擊該基板表面之離子能量的調整包括調整此射頻 功率。在一特別較佳實施例中，爲了濺鍍披覆該基板表面， % 該靶極表面具有鈦、鉬或銅之濺鍍表面。參考第1圖及第2 圖，必須強調的是用以產生該磁控管磁場圖案FM之磁鐵配 置未必是如圖所式之圓形，然而可認爲此磁控管磁場圖案及 個別產生此圖案之磁鐵配置是用以在濺鍍披覆中達成一期 望靶極侵蝕輪廓及披覆該基板表面時達成一所需厚度均勻 性。適當調整該磁控管磁場圖案FM及其朝該靶極表面所觀 看之迴路形狀，以達成上述所期望之結果。 基於上述所提目的，另外提出一磁控管源，其包括： ⑧ -13- 1376423 •一靶極，其具有一靶極表面及一相對表面； •一磁鐵配置，其鄰近該相對側及具有： •至少一第一磁鐵子配置： •至少一第二磁鐵子配置； •該第一磁鐵子配置具有一指向該靶極之相對表面 的第一區域及一磁極； •該第二磁鐵子配置具有一指向該靶極之相對表面 的第二區域及另一磁極；
•該第二區域形成一環繞及遠離該第一區域之迴路； •該第一區域產生一穿過該靶極表面之第一磁通量； •該第二區域產生一穿過該靶極表面之第二磁通 量，其中 •該第二磁通量大於該第一磁通量及非均勻地沿著 該第二區域分佈。 •一掃掠配置，其沿著該靶極表面移動該非均勻分佈磁 通量。
依據本發明，進一步提出一磁控管處理室，其包括一依 據本發明之磁控管源及一通常遠離且相對於該磁控管源之 靶極表面的基板載體。 除上述圖式及揭露外，熟習該項技藝者藉由圖式及所附 申請專利範圍對較佳實施例的進一步說明可使本發明甚至 成爲一清洗器。其它圖式如下： 第3圖槪要性地及簡化地顯示依據本發明之一磁控管處 理室，其倂入一依據本發明之磁控管源及操作用以依據本發 ⑧ -14- 1376423
» I • < 明之製造基板； 第4圖顯示相似於圖1及2之一對稱不平衡磁場圖案之 實現，其中藉由以一垂直於該靶極表面之軸爲中心移動以使 該對稱不平衡磁場圖案沿著該基板表面掃掠； 第5圖顯示一圓形基板之半徑與離子電流密度間之關 係，其中該離f電流密度係由操作具有第4圖之磁場源及線 圏電流J參數之變化的第3圖之處理室所造成； ' 第6圖顯示相似於第5圖之離子電流密度，該離子電流 % 密度係使用第2圖之非對稱不平衡磁場圖案以不同線圈電流 J作爲參數操作第3圖之處理室所造成： 第7圖槪要性地顯示用以實現沿著該基板表面掃掠之非 對稱性不平衡磁場圖案的另一實施例； 第8圖顯示相似於第7圖之實現該非對稱性不平衡磁場 圖案及使其沿著該基板之表面掃掠的又一實施例； 第9圖簡化地及槪要性地顯示相似於第1、2及4圖之 靶極及用以產生依據本發明之非對稱不平衡磁場圖案的磁 %鐵配置之另一實施例； 第10圖顯示金屬離子Ti +與氬離子Ar +之比率係脈動頻 率之函數，其中藉由供應具有上述頻率之脈動電壓至該磁控 管源，使金屬離子Ti +與氬離子Ar +在依據本發明之處理時 產生於該基板表面上； 第11圖顯示第10圖之比率係該脈動供應電壓之有關脈 衝重複週期的關閉時間（off-time)之函數； 第12圖再顯示上述比率係工作氣體壓力（亦即，氬氣壓 ⑧ -15- 1376423 . 1 . 力）之函數；以及 第13圖再顯示上述金屬離子對工作氣體離子比率係供 應至該磁控管源之電功率的函數》 在第3圖中’槪要性地及簡要地顯示一依據本發明之處 理室（特別是一濺鍍披覆室）’其倂入一依據本發明之磁控管 源及實施依據本發明之製造方法。依據第3圖之處理室係現 今較佳實施例，該較佳實施例係針對基板之長距離拋鍍及/ ' 或IPVD濺鍍披覆所修改及結合較佳特徵，其中可針對特定 ^ 應用刪除一些較佳特徵。 該處理室包括一圓形靶極10及一磁鐵配置12，其係藉 由一元件符號14所示意表示之馬達驅動器以旋轉軸As爲中 心來驅動。在相對於該靶極10之濺鍍表面13及以該軸As 爲中心處提供一基板載體16，該基板載體16用以對中地放 置所要濺鍍披覆之一個或多個基板之基板配置18。將至少一 線圈20安裝在該濺鏟室之側壁22的外側邊緣上及使線圈軸 與軸AS —致。此外或在另一情況中，可使用永久磁鐵以產 ^ 生一與軸As同軸之磁場。一陽極配置24係鄰近該基板載體 16及藉由一第一屏蔽26及一第二屏蔽28以遠離處理空間 PR方式來隱藏，其中該第二屏蔽28相對於該陽極配置14 及該處理室側壁22之內表面而言係用以遮蔽及大致界限該 處理空間。該基板載體16係以電性浮接或者DC偏壓電位或 AC或AC加DC電位（最好能達到在射頻範圍內之頻率）來操 作。 藉由該第一及第二屏蔽26及28大致阻礙該電漿處理空 ⑧ -16- 1376423 間PR內之電子流至該處理室側壁22。該等屏蔽26及28可 在電性浮接電位或DC電位下（最好在一陽極電位下）以相同 或不同方式來操作。最好，至少屏蔽28在比供應至該陽極 配置24之電位更負的電位下操作。 因而，可提供以相同或不同方式電性驅動之一個、兩個 或更多屏蔽。藉由此屏蔽可導引該電漿及該處理空間PR中 之電子，以使其以大致平行於該軸As方式朝該基板載體16 ' 上之基板配置18流動。對於某些應用而言，亦可不使用任 |何外側屏蔽。 在該處理空間PR中藉由至少一線圈20產生第2圖中之 大致平行於該軸As的另一磁場Fc。亦可不使用任何此線圈 °配置20或提供多個此線圈配置。它們（未顯示）係以DC功率 來操作。使該等線圈20所產生之磁場的方向定向於相同方 向，或者至少一線圈可產生一朝相反方向之磁場，以產生如 鏡面磁場（mirror-like magnetic fields)。
針對實驗，將第3圖所示意顯示之處理室構想爲： 靶極材料：鈦 祀極直徑：300mm 處理室及屏蔽之形狀：圓形 從基板載體至濺鍍表面之距離：330mm/370mm 單一圓形基板載體之直徑：200或150mm 電漿放電之供應：DC或脈衝功率 單一線圈電流：10A 單一線圈之軸磁場：10高斯 1376423 該基板載體之偏壓：DC功率 靶極至基板之距離：37cm 作一第一參考實驗，依據第1圖來構思該磁鐵系統12。 因此，應用一具有圓柱形對稱設計之不平衡磁控管。可藉由 改變第3圖之線圈配置20的DC電流供應以.改變第1圖之對 稱不平衡磁場圖案Fu的長程，其中電流供應具有強化第1 圖之不平衡磁場圖案Fu的電流極性。該大區域對稱不平衡 磁控管配置係在非常低工作氬氣壓力（低至〇.〇2 5Pa)下操作。
參考第1圖，可清楚知道以該迴路中心軸AL爲中心旋 轉此磁鐵配置並無任何效果，其中該迴路中心軸AL與第3 圖之軸As —致。 該線圏配置20中之線圈電流的功能產生聚集於該基板 之中心的銳聚焦電漿束。 將該磁鐵系統12從第1圖之系統變成第4圖之系統以 作爲下一參考實驗，其仍然是例如美國專利6,3 52，629之一 習知技藝磁鐵系統。第4圖所示之磁鐵系統不同於第1圖所 % 示之磁鐵系統旳地方在於：該迴路中心軸Al偏離該旋轉軸 AS。在該特定實驗中，使該該迴路中心軸Al偏離該旋轉軸 AS有15mm之相對小量距離。此係要藉由幾乎覆蓋該靶極之 整個濺鍍表面的大對稱不平衡磁控管來維持一大電漿局限 之優點（第4圖）。測量沿著要被濺鍍披覆之基板表面的離子 密度。結果如第5圖所示。 儘管使該對稱不平衡磁場圖案Fu沿著該基板配置之表 面掃掠，以具有第4圖之偏離該旋轉軸八5的最大密度區域 ⑧ -18- 1376423 p，一中央聚焦電漿分佈仍是由相依於所施加線圈電流之銳 聚焦電漿束所造成。該線圏電流係在〇至30A之間變化，其 中第5圖之特性係藉由該線圈電流參數來表示。再者，提供 五個在相等DC電流下操作之線圈配置20。 第3圖之基板底座16係在-80 V DC之偏壓下操作，以 及建立15 sscm及0.14 Pa總壓力p之氬流量。在濺鍍表面 與該基板間所建立之距離爲370mm以體驗長距離效應 (long-throw effect) 〇
如第2圖所顯示及描述，改變該磁鐵配置，以作爲依據 本發明之第三實驗。相似於第5圖之結果，該個別結果係顯 示於第6圖中。可清楚看出還是相依於該線圈電流，可使該 電流密度增加至高達第5圖所經歷之數値，然而同時沿著該 基板配置表面（上至100mm之半徑）具有顯著改善之電漿密 度分佈及因而離子密度分佈的均勻度。此對於4至10A之中 間範圍線圏電流是特別顯著。 參考第2圖之磁鐵配置及如在介紹部分所提，相似於第 % 2圖所示，第7圖係顯示使最大電漿密度區域P沿著該基板 配置之表面掃掠之另一技術。因而，使圍繞該迴路中心軸 AL之第一及第二磁鐵子配置5及7a保持靜止，其中該迴路 中心軸Al與該旋轉軸AS —致，而該旋轉軸AS進一步係該 基板配置之中心軸。藉此，先產生第1圖之對稱不平衡磁控 管磁場。驅動用以達成非對稱平衡之第二磁鐵配置7的部分 7b以使其以該中心軸AL( = As)爲中心旋轉，藉以使第2圖之 最大電漿密度區域P沿著及鄰近（未顯示）該基板表面週期性 -19- 1376423 地掃掠。 相似於第7圖所示，第8圖顯示用以產生第2圖之非對 稱不平衡磁場圖案FAU及使此圖案沿著該基板表面掃掠的另 —較佳具體例。此外，在沿著外區域A〇之磁鐵子配置7的 部分7a與內區域Ai之磁鐵子配置5之間產生該磁控管磁場 圖案FM。該外磁鐵子配置7之部分7a提供第2圖之對稱不 平衡磁場圖案FU。藉由在該磁鐵子配置7上提供一鄰近及 ' 位在靶極表面下方的第一線圏配置803來實現非對稱性，該 | 第一線圈配置80a沿著該靶極表面產生一平行且朝徑向之磁 場Fa(同樣如第2圖所示）。如熟知該項技藝者所顯而易見， 藉由此磁場Fa以使對稱不平衡磁場圖案Fu成爲一非對稱不 平衡磁場圖案FAU。藉由施加一交變電流Ia至該線圈配置（事 實上係一電磁鐵配置），使第2圖之最大磁場通量的區域P 爲該施加電流之振幅、電流路徑在時間上之形狀及頻率的函 數而沿著該基板表面來回地掃掠。 在另一較佳實施例中，每當提供至少一第二線圈配置 ^ 801)時，會有相同於該線圏配置80a所述之效力，然而因爲
該第二線圈配置8 0b產生一垂直於該磁場Fa之方向的如第2 圖所示之磁場Fb，所以該最大通量之區域P會因該兩個磁場 分量Fa及Fb之疊加而沿著該基板表面移動。如熟知該項技 藝者所知，該區域P沿著該基板表面之軌跡路徑可藉由選擇 該兩個線圈配置所饋入之兩個電流la及lb的相互定位、它 們的振幅、它們的頻率及它們的時間路徑之形狀來控制。因 而，可主要依據已知利如薩（Lissajoux)之規則實施該區域P -20 - 1376423 之軌跡路徑的控制》
第9圖顯示在該靶極上之用以造成一非對稱不平衡磁場 圖案的一磁鐵組件之另一實施例。該組件具有一第一迴路磁 鐵子配置87〇，其具有一極性及一像半徑之延伸部87fll。第 二磁鐵子配置87i係以遠離及沿著該外磁鐵子配置87〇之方 式來提供。這兩個磁鐵子配置產生該磁控管磁場圖案FM及 具有如第9圖所示之最大通量之區域P的非對稱不平衡磁場 圖案。如第1及2圖所示，該磁控管磁場圖案FM之零磁場 分量的軌跡界定該軌跡L'，藉以相對於該內區域Ai來界限 該外區域A〇。因而，在第9圖之右手側上，該外磁鐵子配 置87〇從元件符號88所示之靶極配置的相對邊緣處突出。 該磁鐵子配置87〇之突出區域ΑΔ造成該不平衡磁場之非對 稱。該磁控管磁場圖案FM只在該區域ΑΔ上不會從線88所 界定之靶極表面發出。此區域ΑΛ不會超過該靶極表面區域 之 12%。 當特別是針對濺鍍披覆實施依據本發明之方法（亦即， % 操作該磁控管源及磁控管室）時，最好有下面進一步之設定： 最好饋入具有0.1至60 kW(最佳爲1至40 kW之範圍） 範圍之功率的電漿。 該靶極表面最好暴露於0.1至900 W/cm2之電漿密度（最 佳是10至50 W/cm2之電漿密度）。 如以上所提及儘管亦以DC來偏壓該基板，然而此偏壓 最好以射頻功率來實現。此偏壓射頻功率最好是基板表面具 有0.01至10 w/cm2之功率密度（最佳是0·2至2 W/cm2)。 -21 - 1376423 最好將該基板之離子撞擊調整至0.1 eV至3 00 eV間之 能量値，其最好包括適當調整用以偏壓該基板之射頻功率。 再者，特別是當實施長距離拋鍍披覆時，最好藉由在 10_2 PaSp^5xl(T2 Pa範圍內調整該氣體壓力及調整垂直於 該基板表面之磁通量至小於〇_5高斯之値，以調整撞擊該基 板表面之離子能量至〇.〇1 eV至50 eV間之値及調整這些離 子之離子密度至小於0.2 mA/cm2。 對於IP VD應用而言，最好將撞擊該基板之離子能量調 H 整至20 eV至300 eV間之値，以及藉由在3xl0_2 Pa至5X1CT1 Pa間設定該真空室中之工作氣體壓力及在0.5至50高斯間 選擇垂直於該基板表面之磁場，以在0.2至10 mA/cm2範圍 內選擇這些離子之離子密度。 最好藉由調整垂直於該基板表面之磁場分量的磁通量 ' 以進一步調整在該基板表面上之離子電流密度的徑向均勻 度。特別是，當長距離拋鍍金屬鈦、鉅或銅時，最好藉由調 整壓力、該磁控管源之電功率、該電氣磁控管供應之脈衝特 % 性及垂直於該基板表面之磁場分量的磁通量中之一，以將鄰 近該基板表面之金屬離子化程度調整至小於10%之位準。 另一方面，例如：當濺鍍鈦、鉅或銅時，可藉由該磁控 管室之壓力、該磁控管源之電功率、該磁控管源之供應功率 的脈動特性及垂直於該基板表面之磁場的磁通量中之一，以 選擇該金屬離子化至大於20%之位準（甚至大於50%之位 準）。 此外，每當在一基板中之洞必須藉由依據本發明之方法 ⑧ -22 - 1376423 來披覆時，最好以至少兩個下面步驟來實施。第一步驟係由 一長距離拋鍍步驟所構成，其對金屬鈦'鉅、銅中之一而言 具有可以上述方式來調整之大於20%(最好大於50%)的金屬 離子化程度。在第二步驟（IP VD步驟）中，藉由上述參數將所 提之金屬的金屬離子化程度調整至小於10%之位準。 在本發明之另一較佳實施例中，藉由工作氣體（例如： 氬氣）之協助以產生僅用於點火之電漿，以及然後在該處理 室之反應容積中僅存在金屬原子。
再者，參考第3圖所示之磁控管室，可使沿著該基板表 面掃掠之非對稱不平衡磁場圖案在預定期間或在掃掠軌跡 路徑之預定長度期間通過在該磁控管源與該基板表面間所 提供之磁屏蔽的下方，以便遮蔽該非對稱不平衡磁場圖案之 至少一部分到達該基板表面及影響該基板表面之處理。 已實施多個實驗以決定在該基板表面上之造成上述較 佳實施例的金屬離子化比率及其相依數値。使用一能量解析 質譜儀（energy-resolved mass spectrometer)以測量駄離子 48Ti +與與氬離子36Ar +之強度間的比率。它們強度之比率反 應金屬離子化機率。結果係顯示於第10至13圖中。可看出 金屬離子化之速率可在非常廣範圍中變化。依據第12及13 圖之結果，即使在DC濺鍍時，較高工作氣體壓力及較高濺 鍍功率會導致鈦離子化相對於氬離子化之比率的增加。 此外，由於該磁控管源之預定固定電氣供應功率及該磁 控管室中之預定固定壓力，該磁控管供應及該磁控管放電之 脈動有助於該金屬之離子化程度的增加。從用以顯示該金屬 ⑧ -23 - 1376423 離子化比率相依於該脈動電氣磁控管源供應之關閉時間的 百分比之第11圖，可明顯知道該金屬離子化隨著關閉時間 之百分比的增加而增加》在具有該脈動電氣磁控管源供應之 50%關閉時間的工作週期上，第10圖揭露用於最佳金屬離子 化之100至200 kHz間的最佳頻率範圍。 特別是在長距離拋鍍模式中，可使用在非常低工作氣體 流量及5x1 (Γ3至5x1 0_2 Pa間之低壓力下濺鍍以避免金屬原 子與氣體原子間之碰撞的中性金屬原子，來實現在該基板表 ^ 面中具有大高寬比之洞的底部及側壁之披覆。在該磁控管源 之脈動供應的導通期間電漿在該整個靶極表面之所述大覆 蓋率允許在極低壓下使中性金屬原子工作，以去除該基板表 面之孔因過度離子撞擊所造成之損壞。 針對運用高離子化之效應（包括氬及金屬離子之再濺 • 鍍）的較高底部及側壁覆蓋率，該配置亦允許一 IP VD步驟使 用較高壓力。 特別地，對於IP VD應用而言，在具有大高寬比之孔的 % 底部以金屬離子來披覆及從該底部層再濺鍍該等側壁之情 況中，使用高流量及5xl(K2至2 Pa間之高壓力以主要產生 金屬離子沉積。測量已顯示出當使用所有該電漿約束及離子 化設施（如上所述，該非對稱不平衡磁場圖案、第3圖之線 圈20的界限磁場、第3圖之浮接屏蔽28及26、一靠近該基 板之陽極24、選擇適當壓力範圍以及使該電氣磁控管源供應 產生脈動）時，依據本發明之方法能夠在鈦濺鍍之情況中產 生大於50%之離子化。應該強調的是，相同結構允許在低於 ⑧ -24- 1376423 5%範圍內之基板上的均勻離子電流密度，此導致在該基板上 之階梯覆蓋率的非常均勻狀態。 【圖式簡單說明】 第1圖示意性地顯示該磁控管磁場圖案fm及另外一不 平衡磁場圖案Fu ; 第2圖顯示本發明所使用之一非對稱不平衡磁控管的原 理； 第3圖槪要性地及簡化地顯示依據本發明之一磁控管處 ^ 理室，其倂入一依據本發明之磁控管源及操作用以依據本發 明之製造基板； 第4圖顯示相似於第1圖及第2圖之一對稱不平衡磁場 圖案之實現，其中藉由以一垂直於該靶極表面之軸爲中心移 動以使該對稱不平衡磁場圖案沿著該基板表面掃掠； 第5圖顯示一圓形基板之半徑與離子電流密度間之關 係，其中該離子電流密度係由操作具有第4圖之磁場源及線 圈電流J參數之變化的第3圖之處理室所造成；
第6圖顯示相似於第5圖之離子電流密度，該離子電流 密度係使用第2圖之非對稱不平衡磁場圖案以不同線圈電流 J作爲參數操作第3圖之處理室所造成； 第7圖槪要性地顯示用以實現沿著該基板表面掃掠之非 對稱性不平衡磁場圖案的另一實施例； 第8圖顯示相似於第7圖之實現該非對稱性不平衡磁場 圖案及使其沿著該基板之表面掃掠的又一實施例； 第9圖簡化地及槪要性地顯示相似於第1、2及4圖之 ⑧ -25 - 1376423 靶極及用以產生依據本發明之非對稱不平衡磁場圖案的磁 鐵配置之另一實施例； 第10圖顯示金屬離子Ti +與氬離子Ar +之比率係脈動頻 率之函數’其中藉由供應具有上述頻率之脈動電壓至該磁控 管源，使金屬離子Ti +與氬離子Ar +在依據本發明之處理時 產生於該基板表面上； 第11圖顯示第10圖之比率係該脈動供應電壓之有關脈 衝重複週期的關閉時間（off-time)之函數；
第12圖再顯示上述比率係工作氣體壓力（亦即，氬氣壓 力）之函數；以及 第13圖再顯示上述金屬離子對工作氣體離子比率係供 應至該磁控管源之電功率的函數。 【主要元件符號說明】 1 靶極 3 IG極表面 5 內磁鐵子配置 6 基板 7 第二外磁鐵子配置 7a 第二外磁鐵子配置 7b 第二磁鐵配置之部分 10 圓形靶極 12 磁鐵配置 14 馬達驅動器 16 基板載體 ⑧ -26 - 1376423
18 基板配置 20 線圈 22 側壁 24 陽極配置 26 第一屏蔽 28 第二屏蔽 80a 第一線圏配置 87〇 第一迴路磁鐵子配置 870 1 延伸部 87i 第二磁鐵子配置 88 靶極配置 A〇 '外區域 Aj 內區域 al 迴路中心軸 As . 軸 A Δ 突出區域 Fa 磁場 Fb 磁場 Fc 磁場 F M 磁控管磁場圖案 Fu 不平衡磁場圖案 la 電流 lb 電流 L 軌跡 ⑧ -27 - 1376423
p PR 封閉軌跡 最大通量的區域 處理空間
⑧ -28
Claims (1)
1376423 i _ 修正本 ，磁控管源 10日修正） 法，包括下 一基板遠離 產生= 濺鍍表面之 且具有從一 域的隧道形 場的零分量 區域； 且藉由相對 區域之磁通 磁場具有一 分量， 基板表面掃 ， /ψ年修正本 第094107073號「用以製造職駿覆基;^之方 及具有此源之濺鍍室」專利案 (2012年5月 十、申請專利範圍： 1.—種製造具有一真空電漿處理表面之基板的方 列步驟： •提供一具有一靶極濺鍍表面之靶極：
•提供至少一具有一基板表面之基板，該至少 及相對於該靶極濺鍍表面； •在該靶極濺鍍表面與該基板表面間之容積中 a)—磁控管磁場圖案，其形成一朝著該靶極 方向及平行該靶極濺鍍表面的封閉迴路， 個磁極之外區域彎至另_個磁極之內區 狀，因而使用垂直於該靶極濺鍍表面之磁 之封閉軌跡以相對於該外區域來界限該內 b)—不平衡長距離磁場圖案，其係非對稱的 於沿著該內區域之磁通量增加沿著該外 量所產生，因而到達該基板表面之長距離 平行於該基板表面之至少0.1高斯的磁場 •在該磁場圖案中產生一電漿放電； •電漿處理該基板表面，藉以 •使該非對稱不平衡長距離磁場圖案沿著該 掠；以及 提供靶極，其具有環繞靶極之軸呈圓形的靶極濺鍍表面； 1376423 ， 修正本 藉由該磁控管磁場圖案以圓形方式環繞一迴路中心軸而 形成封閉迴路； 選擇該該呈圓形的靶極濺鍍表面的半徑大於該迴路的半 徑； 提供該迴路中心軸從該靶極之軸偏移； 提供一個極性之第一磁鐵子配置，具有朝向該迴路中心軸 之徑向延伸的部分，第二磁鐵子配置會遠離並且沿著該第 一磁鐵子配置，該第一磁鐵子配置是從該靶極邊緣突出的 外磁鐵子配置。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在1G與2〇G之間選 擇平行於基板表面之磁場分量。 3. 如申請專利範圍第1項之方法1進一步包括以該隧道狀磁 控管磁場圖案覆蓋6 0%以上之靶極濺鍍表面。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，藉此以該隧道狀磁控管磁 場圖案覆蓋85%以上之靶極濺鍍表面。 5 -如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括提供一個以上 —L— -f -l·. i»— 之基板。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，進一步包括選擇該基板爲 圓形或使一個以上之基板配置在一圓形區域中及使該不 平衡長距離磁場圖案繞著該基板或該區域之中心軸掃掠 的步驟。 7. —種磁控管源，包括： •一靶極，具有一靶極濺鍍表面及一相對表面； •一磁鐵配置，鄰近該相對表面及具有： 1376423 修正本
•至少一第一磁鐵子配置； •至少一第二磁鐵子配置； •該第一磁鐵子配置具有一指向該相對表面之第 域及一磁極； •該第二磁鐵子配置具有一指向該相對表面之第 域及另一磁極； •該第二區域形成一環繞及遠離該第一區域之迴路 •該第一區域產生一穿過該靶極濺鍍表面之第一 量； •該第二區域產生一穿過該靶極濺鍍表面之第二 里 ， •該第二磁通量大於該第一磁通量； •該第二磁通量沿著該第二區域不均勻地分佈； •一掃掠配置沿著該濺鍍表面移動至少該不均勻 磁通量；以及其中， 該靶極濺鍍表面環繞靶極之軸呈圓形； 該第一磁鐵子配置之該第一區域環繞中心軸呈圓形； 該呈圓形之靶極濺鍍表面的半徑小於該第二區域的与 該中心軸相對於該靶極之軸偏移；並且其中該第一磁 配置具有一個極性以及具有朝向該中心軸呈徑向延 部分，並提供一第二磁鐵子配置，其會遠離並且沿著 磁鐵子配置其中，該第一磁鐵子配置是從該靶極邊緣 的外部磁鐵子配置。 一區 二區 磁通 磁通 分佈 ϊ徑； 鐵子 伸的 第一 突出 8.—種磁控管處理室，包括如申請專利範圍第7項之磁控管 源及一遠離及相對於該磁控管源之靶極濺鍍表面的基板 1376423 修正本 載體。 9.如申請專利範圍第8項之磁控管處理室，進—步包括一鄰 近該基板載體之陽極配置。 10. 如申請專利範圍第9項之磁控管處理室，進一步包括一屏 蔽，其用以界限該磁控管源與該基板載體間之處理區域及 係電性浮接或處於一陽極電位》 11. 如申請專利範圍第9項之磁控管處理室，其中該陽極係隱 藏於一屏蔽配置後面及相對於處理空間來隱藏。 % 12.如申請專利範圍第8項之磁控管處理室，進一步包括至少 一線圈，其具有一垂直於該磁控管源之靶極濺鍍表面的線 圈軸。 13.如申請專利範圍第8項之磁控管處理室，其中該基板載體 係電性浮接或可連接至一預定偏壓電位。
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