TWI645439B - 封裝的磁控管 - Google Patents

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TWI645439B TW103126237A TW103126237A TWI645439B TW I645439 B TWI645439 B TW I645439B TW 103126237 A TW103126237 A TW 103126237A TW 103126237 A TW103126237 A TW 103126237A TW I645439 B TWI645439 B TW I645439B
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Abstract

本發明之實施例大致上提供由耐受熱及水的材料所封裝的磁控管。在一個實施例中，整個磁控管皆被封裝。在另一個實施例中，磁控管包含數個磁極片，且該等磁極片並未被封裝材料覆蓋。

Description

封裝的磁控管
本文所述的實施例大致上關於用於物理氣相沉積處理中的磁控管。特定而言，本文所述的實施例關於封裝的磁控管。
物理氣相沉積(PVD)，或者稱為濺射，為在積體電路製造中沉積金屬層及相關材料的方法。物理氣相沉積過去被發展來沉積用於內連線的平坦金屬層。工業用的物理氣相沉積通常利用濺射工作氣體例如氬之電漿，用氬離子轟擊負偏壓之靶材以濺射靶材材料之原子，之後原子將基板塗佈靶材材料層。電漿放電通常藉由直流或射頻電壓、微波、平面磁控管或技術之組合來形成於處理腔室中。
平面磁控系統通常使用設置於靶材上方的旋轉磁控管以及靶材與基板之間的直流偏壓及/或耦合進入靶材與基板之間的空間的射頻源任一者以形成電漿。磁控管為磁鐵組件，磁鐵組件提供接近靶材之濺射表面的磁場線。靶材與電漿區域之間的負偏壓使離子加速朝向靶材，以從靶材撞出靶材材料。來自磁控管的磁場將自由電子，包含從靶材材料移 出的次級電子，侷限在靶材附近，以藉由自由電子最大化與濺射之材料的游離碰撞。磁控管通常包含一或更多個磁鐵，該一或更多個磁鐵繞靶材之背側(亦即，非濺射之表面)旋轉，以繞靶材之表面均勻地分散磁場，以造成更均勻的靶材材料濺射。
PVD處理中所使用的電漿可能加熱靶材。若磁控管及/或靶材被加熱至高於指定的處理溫度，則高溫可能改變處理之效能，藉由改變濺射速率或靶材上的濺射均勻性及減少磁控管與靶材之使用壽命。傳統上，藉由使背側曝露於冷卻流體來冷卻靶材，冷卻流體例如去離子水而容納於磁控管空腔中。磁控管設置於磁控管空腔中且磁鐵及支撐結構可能被熱或冷卻所腐蝕。此外，以開放結構處理磁控管可能有問題且可能導致硬體處理問題，由於丟棄的硬體可能卡在磁鐵之內部結構中且難以移除之。
因此，需要改進的磁控管。
本文所述的實施例大致上提供由耐受熱及水的材料所封裝的磁控管。在一個實施例中，整個磁控管皆被封裝。在另一個實施例中，磁控管包含數個磁極片，且該等磁極片並未被封裝材料覆蓋。
在一個實施例中，揭示一種磁控管。磁控管包含複數個磁鐵、第一磁極片、第二磁極片及封裝材料，其中該複數個磁鐵之各者皆具有第一端及第二端，其中第一磁極片耦合至該等磁鐵之第一端，其中第二磁極片耦合至該等磁鐵之 第二端，封裝材料覆蓋該複數個磁鐵。
在另一個實施例中，揭示一種磁控管。磁控管包含複數個磁鐵，其中該複數個磁鐵之各者皆具有第一端及第二端。磁控管進一步包含背板，且背板耦合至該等磁鐵之第一端。磁控管進一步包含第一磁極片，且第一磁極片耦合至該等磁鐵之第二端。磁控管進一步包含第一封裝材料，第一封裝材料覆蓋該複數個磁鐵。
在另一個實施例中，揭示一種磁控管。磁控管包含背板、第一磁極片、第二磁極片、複數個磁鐵及第一封裝材料，該複數個磁鐵設置於背板與第一磁極片之間，第一封裝材料覆蓋該複數個磁鐵。
10‧‧‧PVD腔室/腔室
12‧‧‧真空腔室主體/腔室主體/腔室壁
14‧‧‧陶瓷絕緣體
16‧‧‧濺射靶材/靶材
18‧‧‧晶圓
20‧‧‧加熱器底座電極/底座/底座電極
22‧‧‧晶圓夾/蓋環
24‧‧‧接地屏蔽/屏蔽
26‧‧‧電源供應
28‧‧‧射頻電源供應
30‧‧‧交流電容式耦合電路
34‧‧‧第一氣源
36‧‧‧質量流動控制器
38‧‧‧氣源
40‧‧‧質量流動控制器
42‧‧‧縫隙
44‧‧‧真空泵系統
48‧‧‧控制器
50‧‧‧磁控管
52‧‧‧磁鐵/內磁鐵
54‧‧‧磁鐵/外磁鐵
56‧‧‧背板
58‧‧‧高密度電漿區域
60‧‧‧靶材之中心
62‧‧‧軸/靶材旋轉軸
64‧‧‧磁控管空腔
65‧‧‧馬達
66‧‧‧冷卻劑腔室
68‧‧‧去離子水/冷卻水/冷卻劑
70‧‧‧旋轉密封件
90‧‧‧封裝材料
106‧‧‧位置標誌
108‧‧‧位置感測器
200‧‧‧磁控管
202‧‧‧背板
204‧‧‧U型磁鐵
205‧‧‧U型磁鐵之一端
206‧‧‧第一磁極片
207‧‧‧U型磁鐵之另一端
208‧‧‧第二磁極片
210‧‧‧封裝材料
211‧‧‧封裝材料
212‧‧‧背脊
300‧‧‧磁控管
302‧‧‧背板
304‧‧‧磁鐵
306‧‧‧第一磁極片
308‧‧‧第一端
310‧‧‧第二端
312‧‧‧封裝材料
314‧‧‧第二磁極片
316‧‧‧第二封裝材料
318‧‧‧背脊
以上簡要總結的本揭示案之更特定描述可參照實施例而得到，使得以此方式可詳細瞭解本揭示案之上述特徵，該等實施例之某些實施例繪示於附圖中。然而，應注意到，附圖僅繪示典型實施例且因此不應被視為限制本揭示案之範疇，因為本揭示案可承認其他同等有效實施例。
第1圖為根據一個實施例的物理氣相沉積腔室之橫截面視圖。
第2A圖至第2C圖為根據一個實施例的磁控管之正投影視圖。
第3A圖至第3C圖繪示根據一個實施例的磁控管。
為了促進瞭解，儘可能使用了相同的元件符號來指稱圖式中共用的相同元件。考量到在一個實施例中揭示的元 件在沒有特定描述下可有益地利用在其他實施例上。
本文所述的實施例大致上提供磁控管，該磁控管由耐受熱及水的材料所封裝。第1圖為根據一個實施例的PVD腔室10之橫截面視圖。腔室10包含真空腔室主體12，真空腔室主體12經由陶瓷絕緣體14密封至濺射靶材16，濺射靶材16具有至少一前面，該至少一前面由待濺射沉積於晶圓18上的材料所組成，該材料通常為金屬，而晶圓18藉由晶圓夾22而被夾持於加熱器底座電極20上。取代晶圓夾22，蓋環或靜電夾盤可併入底座20中，或晶圓可放置於底座20上而不被固定就位。靶材材料可為鋁、銅、鈦、鉭、鈷、鎳、鉬、此些金屬之合金而含有低於10wt%的合金元素，或其他適於直流濺射的金屬及金屬合金。在另一方面，射頻濺射可用以濺射來自介電靶材的材料。
保持於腔室主體12內的接地屏蔽24保護腔室壁12免受濺射之材料且提供接地陽極。可使用額外的浮動屏蔽。射頻電源供應28可經由交流電容式耦合電路30耦合至底座電極20，以允許底座電極20在電漿存在下建立直流自偏壓。負直流自偏壓將在高密度電漿中所產生的帶正電濺射離子吸引深入先進積體電路之高深寬比孔特徵。
第一氣源34經由質量流動控制器36供應濺射工作氣體，例如氬，至腔室主體12。舉例而言，在氮化鈦或氮化鉭的反應性金屬氮化物濺射中，氮額外地從另一個氣源38經由另一個質量流動控制器40供應至腔室中。或者，可供應氧 以產生氧化物，例如Al2O3。氣體可從在腔室主體12內的各種位置被准許進入。舉例而言，位於靠近腔室主體12之底部處的一或更多個入口管在屏蔽24之背後供應氣體。氣體滲透通過位於屏蔽24之底部處的孔徑，或通過在蓋環22與屏蔽24與底座電極20之間所形成的縫隙42。經由寬泵口連接至腔室主體12的真空泵系統44維持腔室主體12之內部處於低壓。基於電腦的控制器48控制反應器，反應器包含電源供應26、28及質量流動控制器36、40。
為了提供有效濺射，磁控管50設置於磁控管空腔64中位於靶材16上方。磁控管50可包含由背板56耦合的複數個相反的磁鐵52、54，以在腔室主體12內在該複數個磁鐵52、54之鄰近處產生磁場。磁控管50為小型、巢狀且不平衡的，具有一或更多個內磁鐵52被更大磁場強度、相反的外磁鐵54所環繞。內磁鐵52及外磁鐵54可被U型磁鐵所取代。在一個實施例中，磁控管50包含複數個U型磁鐵。磁場捕捉電子並且，為了電荷中性，離子密度亦增加以在腔室主體12內鄰近磁控管50處形成高密度電漿區域58。為了達成均勻濺射至晶圓18上，磁控管50通常藉由馬達65所驅動的軸62而繞靶材16之中心60旋轉。
為了抵銷傳遞至靶材的大量功率，靶材16之背後可被密封至背側冷卻劑腔室66。冷卻劑例如冷卻的去離子水68循環通過冷卻劑腔室66之內部以冷卻靶材16。磁控管50浸入冷卻水68中，且靶材旋轉軸62經由旋轉密封件70通過冷卻劑腔室66。因為在靶材16中產生的熱及冷卻劑例如去離子 水68，磁控管50可能被腐蝕。為了避免磁控管50腐蝕，磁控管50可由封裝材料90所封裝。在一個實施例中，多個磁控管可設置於磁控管空腔64中。磁控管可個別地被封裝，或磁控管可被封裝在一起。
封裝材料90可為任何耐受熱及水的材料，例如環氧樹脂(epoxy)、氨基甲酸乙酯(urethanes)、橡膠或類似者。在一個實施例中，封裝材料90包含二液型環氧樹脂(two part epoxy)。封裝材料90可為不透明或透明的且可為黑色或其他色彩。如第1圖所示，封裝材料90可覆蓋整個磁控管50。或者，面向靶材16的磁控管50之一部分可被曝露出。
位置標誌106例如磁鐵可固定至背板56，且位置感測器108例如磁霍爾感測器可設置於磁控管50上方，以允許當旋轉磁鐵52、54通過位置感測器108下方或不通過位置感測器108下方任一情況時控制器48決定磁控管50之目前徑向位置。
第2A圖至第2C圖為根據一個實施例的磁控管200之正投影視圖。磁控管200可為第1圖中所述的磁控管50。磁控管200包含背板202、複數個U型磁鐵204、第一磁極片206及第二磁極片208。背板202可由黃銅所製成，且磁極片206、208可由不銹鋼所製成。該複數個磁鐵204可設置於背板202與第一及第二磁極片206、208之間。第一磁極片206可為環(loop)，且U型磁鐵204之各者之一端205設置於第一磁極片206上。第二磁極片208可為板，且U型磁鐵204之各者之另一端207設置於第二磁極片208上。第二磁極片208 可被第一磁極片206環繞。第一及第二磁極片206、208可為共平面的。因為磁極片206、208與靶材16之背後之間的距離非常小，舉例而言約1mm，磁極片206、208可能並未被封裝材料覆蓋。磁控管200之頂部及側邊皆被封裝材料覆蓋(未圖示)。
如第2B圖所示，磁極片206、208並未被封裝材料覆蓋。磁極片206、208之間的縫隙可被封裝材料覆蓋(未圖示)，該封裝材料可由與覆蓋磁控管200之頂部及側邊的封裝材料相同的材料所製成。第2C圖繪示磁控管200被封裝材料210、211覆蓋。封裝材料210、211可由不透明材料所製成。在一個實施例中，封裝材料210、211由黑色不透明材料所製成。如第2C圖所示，磁極片206、208並未被封裝材料210、211覆蓋。磁極片206、208之間的縫隙被封裝材料211覆蓋，且封裝材料211並非與磁極片206、208共平面。封裝材料211從平面凹陷，磁極片206、208設置於該平面上。複數個背脊212可設置於封裝材料211上。複數個背脊212可由與封裝材料210、211相同的材料所製成。當磁控管200在以冷卻劑68來填充的冷卻劑腔室66內部旋轉時，凹陷之封裝材料211及該複數個背脊212增加冷卻流體湍流且改進靶材16之冷卻。
第3A圖為根據一個實施例的磁控管300之透視圖。磁控管300具有背板302、第一磁極片306及設置於背板302與第一磁極片306之間的複數個磁鐵304。如第3A圖所示，磁鐵304可為圓柱狀。磁鐵304各者具有第一端308及第二端310。第一端308耦合至背板302且第二端310耦合至 第一磁極片306。第二磁極片(未圖示)可與第一磁極片共平面且第二磁極片可被第一磁極片306環繞。複數個磁鐵(未圖示)可設置於背板302與第二磁極片之間。
第3B圖為根據一個實施例的磁控管300之透視圖。如第3B圖所示，磁控管300以封裝材料312封裝。封裝材料312可由與封裝材料210相同的材料所製成。封裝材料312可覆蓋磁鐵304之頂部及側邊。第3C圖為根據一個實施例的磁控管300之底部視圖。如第3C圖所示，磁控管300包含第二磁極片314，第二磁極片314被第一磁極片306環繞，且第二封裝材料316覆蓋第一磁極片306與第二磁極片314之間的縫隙。複數個磁鐵(未圖示)可設置於第二磁極片314與背板302之間。第一磁極片302與第二磁極片314可為共平面的，且第二封裝材料316可從平面凹陷，第一及第二磁極片302、314設置於該平面上。複數個背脊318可形成於第二封裝材料316上。複數個背脊318可由與封裝材料312、316相同的材料所製成。當磁控管300在以冷卻劑68來填充的冷卻劑腔室66內部旋轉時，凹陷之第二封裝材料316及該複數個背脊318增加冷卻流體湍流且改進靶材16之冷卻。
封裝的磁控管可用以協助PVD處理。於PVD處理期間封裝的磁控管可在冷卻劑中旋轉。因為封裝材料耐受熱及水，磁控管由封裝材料所保護免於受腐蝕。
針對剛性的磁控管部分之任一者，組件可在封裝材料中被模製(molded)或密封(potted)。模製部件必須配合在源組件之空腔內，使得自由旋轉為可能的。封裝處理涉及製作 模具以將組件配合進入模具且然後澆注、注入或壓縮封裝材料進入組件，以產生完全地或部分地包裝的結構。封裝材料可基於對環境適當的來源，但可由二液型環氧樹脂、樹脂或彈性體、熱熔融塑膠或彈性體或熱固化材料所製成。材料較佳地為不透明的。該材料可任選地以填充材料來填充，以調整密度、結構或成本特性。填充物可包含纖(玻璃、醯胺、碳等等)或粉末(玻璃、滑石等等)或微氣球或均等物。若需要的話，通道可被模製進入封裝材料，或之後被加工，以允許水流動通過主體。此外，特徵可被模製或加工進入表面，以增強水循環。
經由消除在開放組件中可吸引/捕捉工具及硬體的多個空腔，封裝的磁控管給予減低或消除腐蝕、如所需的使冷卻流體流過通道以及改善處理及安全的優點。
雖然前述是針對本發明之實施例，在不脫離本發明之基本範疇下，可設計本發明之其他及進一步實施例，且本發明之範疇由以下的申請專利範圍所決定。

Claims (14)

  1. 一種磁控管，包括：複數個磁鐵，其中該複數個磁鐵之每個磁鐵具有一第一端及一第二端；一第一磁極片，其中該第一磁極片耦合至每個磁鐵之每個第一端；一第二磁極片，其中該第二磁極片耦合至每個磁鐵之每個第二端；一第一封裝材料，該第一封裝材料覆蓋該複數個磁鐵；一第二封裝材料，該第二封裝材料設置於該第一磁極片與該第二磁極片之間的一縫隙中；及複數個背脊，該複數個背脊設置於該第二封裝材料上。
  2. 如請求項1所述之磁控管，其中該第一封裝材料耦合至該第一磁極片。
  3. 如請求項1所述之磁控管，其中該第一封裝材料是從環氧樹脂、氨基甲酸乙酯及橡膠中之至少一者所選出。
  4. 如請求項1所述之磁控管，其中該第二磁極片被該第一磁極片環繞。
  5. 如請求項1所述之磁控管，其中該第二封裝材料包括與該第一封裝材料相同的一材料。
  6. 如請求項1所述之磁控管，其中該複數個背脊是由與該第一封裝材料相同的一材料所製成。
  7. 一種磁控管，包括：複數個磁鐵，其中該複數個磁鐵之每個磁鐵具有一第一端及一第二端；一背板，其中該背板耦合至每個磁鐵之每個第一端；一第一磁極片，其中該第一磁極片耦合至每個磁鐵之每個第二端；一第一封裝材料，該第一封裝材料覆蓋該複數個磁鐵；一第二封裝材料，該第二封裝材料設置於該第一磁極片與該第二磁極片之間的一縫隙中；及複數個背脊，該複數個背脊設置於該第二封裝材料上。
  8. 如請求項7所述之磁控管，其中該第一封裝材料是從環氧樹脂、氨基甲酸乙酯及橡膠中之至少一者所選出。
  9. 如請求項7所述之磁控管，進一步包括一第二磁極片，其中該第二磁極片被該第一磁極片環繞。
  10. 如請求項9所述之磁控管，其中該第一磁極片及該第二磁極片為共平面的。
  11. 如請求項7所述之磁控管，其中該第二封裝材料包括與該第一封裝材料相同的一材料。
  12. 如請求項7所述之磁控管，其中該複數個背脊包括與該第一封裝材料相同的一材料。
  13. 一種磁控管，包括：一背板；一第一磁極片；一第二磁極片；複數個磁鐵，該複數個磁鐵設置於該背板與該第一磁極片之間；一第一封裝材料，該第一封裝材料覆蓋該複數個磁鐵；一第二封裝材料，該第二封裝材料設置於該第一磁極片與該第二磁極片之間的一縫隙中；及複數個背脊，該複數個背脊設置於該第二封裝材料上。
  14. 如請求項13所述之磁控管，其中該第二磁極片被該第一磁極片環繞，且該第一磁極片及該第二磁極片為共平面的。
TW103126237A 2013-08-14 2014-07-31 封裝的磁控管 TWI645439B (zh)

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