TWI424077B - 射頻濺鍍配置 - Google Patents

Description

射頻濺鍍配置

本發明係有關於一種濺鍍配置，且特別係有關於利用高頻(High Frequency，HF)來進行濺鍍，例如射頻(Radio Frequency，RF)。

濺鍍設備可包括有排空腔室(evacuatable chamber)，通常為真空腔室或電漿腔室，其包括至少二電極，電漿可形成於此些電極之間。此些電極中至少一者可提供被濺鍍的材料，而另一電極可作為對應電極(counter electrode)。在RF濺鍍中，高頻電壓係施加於此二電極之間，而持續地交替極性。

可注意的是，具有較小電極面積的電極會顯示擇優濺鍍效應(preferential sputtering effect)。因此，一般較小的電極係作為包含有濺鍍材料的電極，而較大的電極係作為此對應電極，此對應電極通常係接地。

但此擇優濺鍍效應並不完全限定於此較小電極面積，較大電極被濺鍍影響的程度係決定於電極電位與較大電極電位之間的差異，若此差異超過濺鍍門檻，此較大電極亦會被濺鍍。若此較大電極包含有一或更多不欲被濺鍍沈積至基材的成份，則不希望此較大電極亦會被濺鍍。

為了避免來自較大電極的濺鍍影響，RF濺鍍配置的外圍(例如真空腔室)可作為較大的對應電極。較小電極面積與較大對應電極面積之間的比例可為1：10或更高，以減少來自較大電極的濺鍍。

然而，此設計規則1：10具有限制，在特定應用中，例如， 直徑30cm的晶片(wafer)通常需40cm的靶材。若根據此1：10的規則，對應電極的面積會大於1m² ，而難以配置於真空濺鍍腔室。

德國專利第GB2191787號揭露一配置，其磁場係施加於對應電極，以確保對應電極的效果，並減少對應電極的濺鍍情形。利用施加磁場於對應電極，對應電極面積與靶材電極之間的比例可被減少。因此，可使用較小面積的對應電極，同時仍可避免來自對應電極的不預期濺鍍情形。

然而，此方法需額外的磁鐵，因而複雜化設計與濺鍍設備的製造，因此，需提供另一種RF濺鍍配置，其亦可減少對應電極的濺鍍可能性。

因此本發明之一方面係在於提供一種濺鍍裝置，其包含真空腔室、至少一第一電極、對應電極及射頻產生器。真空腔室係由至少一側壁、底部和遮蓋單元所定義，第一電極具有第一表面，其配置於真空腔室內，對應電極具有一表面，其配置於真空腔室內，射頻產生器係用以施加RF電場，其穿過第一電極與對應電極，以激發電漿於第一電極與對應電極之間。其中，對應電極包含側壁及/或底部的至少一部分以及突出導電部，突出導電部包含至少二表面，其實質平行地配置並相互間隔一距離，該突出導電部係配置於該真空腔室的一周圍區域中。

相較於未具有突出導電部之表面的對應電極，此突出導電部，特別是實質相互平行的二表面可增加對應電極的表面面積。當此二表面係相互平行配置時，此些表面和對應電極可提 供一緊密的配置。因此，相較於此些表面未相互平行配置，此對應電極可佔用較小的空間於真空腔室中。對應電極所增加的表面面積可用以減少對應電極的材料濺鍍，並避免污染沈積層。

在一實施例中，突出導電部的此些表面係相互間隔一距離，以形成電漿於此些表面之間。因此，均勻且同質的電漿可形成於此真空腔室中，使得材料可更均勻地被濺鍍於基材上，或者來自基材的材料可更均勻地被濺鍍。

若此裝置係用以沈積材料於基材上，第一電極係由欲濺鍍材料的靶材所提供。此裝置可包括複數個靶材，以作為多個第一電極。

此突出導電部可電性連接於側壁及/或底部，因而突出導電部、側壁及/或底部可共同作為對應電極。

此突出導電部可機械性連接於側壁及/或底部，以固定位置。此機械性連接亦可提供側壁及/或底部的電性連接。

突出導電部的此些表面可被適當地配置，以激發和形成電漿於一或更多個表面與第一電極之間。突出導電部的此些表面可實質垂直於側壁及/或平行於底部。

突出導電部可配置於真空腔室的周圍區域中，在一實施例中，突出導電部係配置於第一電極與基材之間的視角線之外，以避免阻礙、防止或減少由第一電極沈積材料到基材(或由基材移除材料)。

此突出導電部可具有不同的形式，在一實施例中，突出導電部的此些表面係一體成型於真空腔室的側壁，並垂直地由該側壁延伸出，此些表面可由突出於真空腔室之側壁的凸部所提供，凸部係位於真空腔室內。

此突出導電部的表面亦可具有不同的形式，在一實施例中，突出導電部的此些表面係由二個或更多個環所提供。此些環可為圓形、正方形、矩形，此些環的形狀亦可對應於真空腔室的橫向形狀。

在一實施例中，此些環係配置於真空腔室中，並鄰近與間隔於真空腔室的側壁。此些環係形成分離的元件，因而此些環可由腔室中被移除，且較佳可由相同尺寸或不同尺寸的環來取代。因此，對應電極與第一電極之間的表面面積比率可進行改變。

此些環包含一板或薄片，其包含金屬或合金材料。

此些環所提供的表面係相互上下平行配置，而形成堆疊的表面。

在一實施例中，此些環係利用一或多個軸襯來相互間隔設置。

在另一實施例中，此些環包含複數個穿孔，其間隔設置，此些穿孔係垂直地對位，一桿係設置於此些穿孔中，而形成堆疊設置的環。軸襯亦可設置於此桿上，複數個桿可間隔地沿著環來設置，桿的數量可被適當地選擇，以具有適當的機械穩定性。

一桿或複數個桿可結合於真空腔室的底部，以定位此堆疊結構於腔室中。此桿亦可作為環表面與對應電極的其他元件(例如底部和側壁)之間的電性連接。

此些環具有一寬度，在一實施例中，突出導電部的此些環具有相同的寬度。此些環的內徑可被適當地選擇，藉以使欲沈積的第一電極和基材不會被此些環來遮蔽。此些環係設置鄰近於第一電極和基材。

在另一實施例中，突出導電部的此些環具有不同的寬度，此配置可更有效地利用真空腔室內的空間。

在另一實施例中，當欲沈積的基材係位於底部上，且包含有沈積材料之第一電極係設置於真空腔室內的頂部時，此些環的寬度可朝真空腔室的底部來逐漸地增加。由於一般靶材的表面面積係大於基材，以得到均勻厚度的沈積層於基材上，因而在基材周圍會形成較大的空間，若此些環的寬度可朝真空腔室的底部來逐漸地增加，則此基材周圍的空間可被更有效地利用。

此對應電極具有表面面積Ac，第一電極具有表面面積Ae，其中Ac大於等於10 Ae。真空腔室內之對應電極的表面面積係至少大於第一電極之表面面積的10倍，以避免或減少來自對應電極的濺鍍至一較佳程度。

在另一實施例中，側壁包含二側壁單元，其至少部分相互間隔一距離。一通道係延伸於側壁單元之間，用以抽出氣體於真空腔室之外及/或提供氣體至真空腔室內。此通道的寬度可約為1mm，以減少RF能量散失於通道及濺鍍率下降的情形。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，本說明書將特舉出一系列實施例來加以說明。但值得注意的係，此些實施例只係用以說明本發明之實施方式，而非用以限定本發明。

請參照圖1，其顯示RF濺鍍配置1之圓形濺鍍裝置的剖面圖，其包含真空腔室20，真空腔室20係由側壁單元4、5、底部19和遮蓋單元(未標示)所定義。然而，下述的發明並不限於 圓形。

此濺鍍配置包含用以被濺鍍的靶材2以及基材固定器3，此基材固定器3例如係用以支撐半導體晶圓。側壁包含第一側壁單元4和第二側壁單元5，第二側壁單元5係同軸地配置於第一側壁單元4之外，因而形成通道8，其位於第一側壁單元4和第二側壁單元5之間，藉以允許經由泵浦(未繪示)來進行抽吸。工作氣體可進入真空腔室來靠近於靶材2，並經由通道8來被抽出。此側壁並不需視為由二個單元所組成，亦可由單一單元、三個部分或更多單元所組成。為求簡潔，在此省略說明電性連接關係。

靶材2包含第一電極18，第一和第二側壁單元4、5係接地，因而可共同作為對應電極17。RF電場係施加於第一電極18和對應電極17，以激發電漿。此RF濺鍍配置1更包括RF產生器21，以產生RF電漿於第一電極18和對應電極17之間，且選擇性地，RF濺鍍配置1更包括磁場產生單元(未繪示)，用以產生磁場，其鄰接於靶材2表面。

在操作RF濺鍍配置時，護罩6可固定基材25於基材固定器3上，而靶材2的材料可沈積於基材25上。此護罩6可具有相同於基材25的電位，或者具有浮動電位。

如圖1的左側所示，RF濺鍍配置更包含另一導電元件7，用以增加側壁單元4、5與底部19之對應電極17的主動面積。此導電元件7可視為金屬製的類孔徑元件，例如為金屬環，其一體成型且電性連接於此側壁(如第一側壁單元4)。由於可利用之對應電極17的面積的主要部分係靠近於靶材2，因而在元件7與靶材2之間可形成良好電漿條件。

然而，元件7可遮蔽第二側壁單元5，來免於受到電漿的 影響，因而可大幅地減少第二側壁單元5和對應電極17的濺鍍有效性。再者，元件7可擋住靶材2邊緣與基材25邊緣之間的視角線(line of sight)9，其可減少基材25之邊緣的鍍膜能力，且元件7亦可阻礙氣流的流動。

若元件7的尺寸被適當地選擇，以避免元件7擋住視角線9，則對應電極17的面積會減少。然而，由於此原因及一或更多個上述的影響，對應電極17的不預期濺鍍可能會發生。

根據本發明的一實施例，RF濺鍍配置更包含突出導電部16，其包含堆疊設置的至少二電性連接導電表面10、11、12，此些表面10、11、12少相互間隔設置。在圖1之右側所示的第一實施例中，此些電性連接表面10、11、12係利用間隔部14、15來實質地平行且相互間隔配置。導電部16係電性連接於底部19和側壁單元4、5，並形成部分的對應電極17。

如圖1之右側所示，導電部16包含一組電性連接環10、11、12，其平行堆疊設置並提供三個電性連接面。間隔部14、15係垂直於環表面，並可分別控制環10-11以及11-12之間的距離。較低的環12係直接位於真空腔室20的底部19上，環10、11、12係例如經由間隔部14、15來相互電性連接。環10、11、12之間的距離(間隔部14、15的長度)係被適當地選擇，藉以在操作RF濺鍍裝置時的最低壓力下，電漿可形成於環10、11、12之間的空間中。

本發明的系統可依據工作壓力(process pressure)，而具有高構造彈性。若相鄰環之間的距離為5至15mm，則工作壓力可變化於1Pa及0.1Pa之間，以激發電漿，其相互的對應關係呈線性變化。電漿區域的壓力係定義為“工作壓力”，若RF濺鍍裝置之間隔部的長度為15mm，則此RF濺鍍裝置可在1Pa 及0.1Pa之間的壓力範圍下進行操作。

對應電極17之突出導電部16的其他配置係顯示於圖2和圖3中。

第二實施例之突出導電部16’亦包括三個環10’、11’、12’，其利用間隔部14’、15’來平行且相互間隔配置。相較於圖1的實施例，環10’、11’、12’係傾斜於間隔部14’、15’。

在第二實施例中，環10’、11’、12’係朝真空腔室20的底部19來向下傾斜，並指向真空腔室20的中心。此配置可增加每一環10’、11’、12’表面面積，且未增加其有效寬度，亦即未增加環10’、11’、12’在真空腔室20內的橫向空間配置。此較低的環12’並未直接位於真空腔室20的底部19上，而利用另一間隔部(桿13)來設置於底部19的上方一距離處。此三個環10’、11’、12’包括穿孔，其沿著環來間隔設置，環的穿孔係垂直地對位，藉以使桿13設置於穿孔中，而形成堆疊設置的環。環10’、11’、12’係利用軸襯(bushing)的方式，而沿著桿的高度來相互上下間隔配置。

第一實施例之距離-壓力的關係仍可應用於環10’、11’、12’之間的距離，但在第二實施例之傾斜面的例子中，其並未有效於間隔部的長度。

靶材2邊緣與基材25邊緣之間的視角線係顯示於圖2中的線9，如圖2所示，此突出導電部16’並未超過此視角線，因而未遮蔽住基材25的周圍區域，因而可沈積更均勻的鍍膜於基材25上。

請參照圖3，其顯示根據第三實施例之導電部16”的示意圖。在第三實施例中，導電部亦包括三個環10”、11”、12”，其利用間隔部14”、15”來平行且相互間隔配置。在第三實施 例中，此些環可具有不同的寬度。上環10”的寬度係小於中環11”的寬度，中環11”的寬度係小於下環12”的寬度。此些堆疊設置的環的寬度係由上而下地減少。

在此實施例中，此三個環10”、11”、12”的外側面係相互地垂直對齊，其內側面則由於漸增的寬度而逐漸地朝真空腔室20的中心來延伸。此三個環10”、11”、12”係實質地相互平行配置，因而實質地垂直於側壁5並平行於底部19。然而，此些環亦如第二實施例一樣地為傾斜狀態，此環12”亦利用桿13來設置於底部19的上方一距離處。

漸增的寬度可被適當地選擇，藉以使突出導電部16”可在真空腔室20的視角線9、側壁5及底部19之間佔有最大的空間。利用增加環的表面，此配置可使用視角線9與側壁5之間的有效空間來增加對應電極17的面積。

在此三個實施例中，可適當地選擇此些環的厚度，以確保其機械和熱穩定性。此些環可包含金屬或合金材料，並可利用此預期材料的片材來形成板狀。

此突出導電部16、16’、16”係電性連接於對應電極17的側壁4、5，如實施例中所示。突出導電部16、16’、16”可在真空腔室20中機械性及電性連接於底部19及/或側壁4、5的一處或更多處。

突出導電部16、16’、16”亦可一體成型於真空腔室20之側壁4、5的底部。例如，二個或更多個的環狀可突出於側壁，因而形成相互間隔的環，此時，由於側壁可作間隔部，因而可不需額外的間隔部。

然而，此堆疊配置可形成部分的側壁，因而環係由側壁延伸出。每一實施例的環可具有相同的形狀及/或材料，以簡化此 些環的維持和提供。然而，此些環的寬度亦可不同。

間隔部14、15可視為軸襯，整個堆疊的組合可利用桿13或螺桿來經由軸襯而連接環10、11、12，間隔部14、15可視為周圍封閉、獨立、單一的柱狀單元。

用以提供表面之實質平行環的數量並不限於3個，依據可用的空間，本發明可設有更少或更多於3個環。此些環可容易地由金屬片來裁切或衝壓出，然而亦可為其他符合上述關係的形式。

此突出導電部16可包括至少二平行間隔配置的表面，以提供對應電極17的面積，其可具堆疊配置，以減少對於氣流的阻礙，且可同時增加對應電極17的表面面積。藉由適當地選擇環之間的距離，電漿與對應電極17之間的電性接觸可被最佳化。

根據本發明之一上述實施例的RF濺鍍配置可用以沈積鋯鈦酸鉛(lead-zirconium-titanate，PZT)，以作為壓電應用。當此三個環係由鋁所製成，且具有30mm寬度及5mm厚度時，操作的壓力範圍可在2及10mTorr之間。每一間隔部的長度為15mm，RF頻率為13.56MHz。

在另一實施例中，真空腔室可經由如圖4所示之通道8來進行抽吸。在一般情況中，在真空腔室內的抽吸管路較佳為暢通無阻礙的，換言之，需避免狹窄和收縮的通道。然而，RF能量容易由通道的開口來摻出，因此，導電網格可用以阻擋RF能量的摻出，但網格需額外進行增設和維護。

如圖4所示，藉由增大第二側壁單元5的頭部，此通道8可被縮小，以避免大量RF能量的損失，因而可形成狹小通道的環繞抽吸通道。為了補償抽吸通道的縮小部分，通道的開孔 係位於第二側壁單元5之頭部的下方。在本發明的一實施例中，當二側壁4、5之間的間隙為2mm時，真空腔室內的操作壓力區間可在1Pa至0.1Pa之間。

綜上所述，雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧RF濺鍍配置

2‧‧‧靶材

3‧‧‧基材固定器

4、5‧‧‧側壁單元

6‧‧‧護罩

7‧‧‧導電元件

8‧‧‧通道

9‧‧‧視角線

10、10’、10”、11、11’、11”、12、12’、12”‧‧‧環

13‧‧‧桿

14、14’、15、15’‧‧‧間隔部

16、16’、16”‧‧‧突出導電部

17‧‧‧對應電極

18‧‧‧第一電極

19‧‧‧底部

20‧‧‧真空腔室

25‧‧‧基材

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：圖1顯示具有對應電極之RF濺鍍配置的示意圖，對應電極係根據一對照部分(左側)和本發明的第一實施例(右側)。

圖2顯示根據本發明之第二實施例之具有對應電極之RF濺鍍配置的示意圖。

圖3顯示根據本發明之第三實施例之具有對應電極之RF濺鍍配置的示意圖。

圖4顯示真空腔室之抽吸通道的詳細剖面圖。

2‧‧‧靶材

3‧‧‧基材固定器

4、5‧‧‧側壁單元

6‧‧‧護罩

8‧‧‧通道

9‧‧‧視角線

10’、11’、12’‧‧‧環

13‧‧‧桿

14’、15’‧‧‧間隔部

16’‧‧‧突出導電部

17‧‧‧對應電極

18‧‧‧第一電極

19‧‧‧底部

20‧‧‧真空腔室

25‧‧‧基材

Claims (21)

1. 一種濺鍍裝置，包含一真空腔室，係由至少一側壁、一底部和一遮蓋單元所定義；至少一第一電極，其表面係配置於該真空腔室內；一對應電極，其表面係配置於該真空腔室內；以及一射頻(RF)產生器，用以施加RF電場，其穿過該至少一第一電極與該對應電極，以激發一電漿於該第一電極與該對應電極之間；其中，該對應電極包含該側壁及/或該底部的至少一部分，以及一突出導電部，該突出導電部包含至少二表面，其實質平行地配置並相互間隔一距離，該突出導電部係配置於該真空腔室的一周圍區域中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該突出導電部的該些表面係相互間隔該距離，以形成電漿於該些表面之間。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之濺鍍裝置，其中該突出導電部係電性連接於該側壁及/或該底部。
4. 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該突出導電部係機械性連接於該側壁及/或該底部。
5. 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該突出導電部的該些表面係實質垂直於該側壁。
6. 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該突出導電部的該些表面係實質平行於該底部。
7. 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該突出導 電部係配置於該第一電極與一基材之間的一視角線之外。
8. 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該突出導電部的該些表面係一體成型於該真空腔室的該側壁，並垂直地由該側壁延伸出。
9. 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該突出導電部的該些表面係由二個或更多個環所提供。
10. 如申請專利範圍第9項所述之濺鍍裝置，其中該些環係配置於該真空腔室中，並鄰近與間隔於該真空腔室的該側壁。
11. 如申請專利範圍第9或10項所述之濺鍍裝置，其中該些環包含一板或薄片，其包含金屬或合金材料。
12. 如申請專利範圍第9項所述之濺鍍裝置，其中該些環係利用一或多個軸襯來相互間隔地設置。
13. 如申請專利範圍第9項所述之濺鍍裝置，其中該些環包含複數個穿孔，其間隔設置，該些穿孔係垂直地對位，一桿係設置於該些穿孔中，而形成堆疊設置的該些環。
14. 如申請專利範圍第13項所述之濺鍍裝置，其中該桿係結合於該真空腔室的該底部。
15. 如申請專利範圍第9項所述之濺鍍裝置，其中該突出導電部的該些環的寬度係相同。
16. 如申請專利範圍第9項所述之濺鍍裝置，其中該突出導電部的該些環的寬度係不相同。
17. 如申請專利範圍第16項所述之濺鍍裝置，其中該些環的寬度係朝該真空腔室的該底部來逐漸地增加。
18. 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該對應電極具有一表面面積(Ac)，該第一電極具有一表面面積(At)， 該表面面積(Ac)大於等於該表面面積(At)。
19. 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該第一電極包含一靶材，其具有欲被濺鍍的材料。
20. 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該側壁包含二側壁單元，其至少部分相互間隔一距離。
21. 如申請專利範圍第20項所述之濺鍍裝置，其中一通道係延伸於該些側壁單元之間，用以抽出氣體於該真空腔室之外及/或提供氣體至該真空腔室內。