TW400538B - Method and apparatus for selectively attracting or repelling ionized materials from a target surface in physical vapor deposition - Google Patents

Description

經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 ______B7 五、發明説明（丨） 發明背景 發明領域 本發明係關於例如於積體電子電路製造時物理蒸氣沉 積（PVD)源自目標來源的材料薄膜於晶圓或基材上。特別 ，本發明係關於改良PVD製程中目標溶蝕均勻度及目標材 料材料有效利用同時減少顆粒再沉積於目標上之方法。 相關技術背景 物理蒸氣沉積（PVD)或漱散為用於製造積艘電路的已 知技術。於PVD中，所需塗覆材料的目標被加速的離子撞 擊而由目標堪逐及排出目標材料，然後沉積於基材或晶圓 上。目標及有待塗覆的晶圓通常置於真空腔.室内，該腔室 抽真空並維持於低於10毫托耳壓力。典型地，重惰氣如氬 氣，供應至真空腔室及泵送系統維持所需腔室内氣體壓力 。藉供應高負DC，AC或RF電位給陰極（典型為目標）及將 腔室壁及陽極（典型為基材）接地可於低壓氬氣形成輝光放 電電漿，至少部份離子化氣體。輝光放電電漿係於陰極與 陽極間之空間形成，通常藉暗空間或電漿鞘與電極隔離β 因電漿本身為良好導體，故電漿相對於負偏壓陰極大體保 持穩定正電位。如此，於目標產生電場，電場大體垂直目 挺的暴露面。如此，來自電漿的正離子加速穿過暗空間至 目標暴露面上，其彈道垂直目標暴露正面結果導致目標濺 散。 平面磁控管濺散中，於目標表面的撞擊密度可經由於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐} ^ -4 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂

J A7 A7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 Β7 五、發明説明（2 ) 献鄰目標的電漿鞘產生磁場而增進，磁場有助於捕捉及偏 折接近目標的電子《永久磁鐵或電磁鐵位在目標後方或位 於女裝目標的背板上而產生平行目標表面的磁場。電漿電 子沿磁場線螺形旋轉而增加此等區的電子密度。增高電子 密度有助於此區之額外氣體離子化’結果導致目標碰撞增 加及磁鐵兩極間的目標濺散’產生某種類型的目標溶蝕。 物理旋轉設置於目標後方的偏心軸磁鐵可用來控制及改變 目標溶蝕類型。 典型’介於磁鐵兩極間的目標上形成跑道圖樣，此處 目標溶蝕較為快速。目標其它區的溶蝕較為緩慢，可能絲 毫也未溶蝕，因此使顆粒可再沉積或反向濺散於目標上。 反向濺散顆粒傾向於鬆鬆黏著於其沉積表面上且容易隨時 間之經過而片落。此外，如此於兩極間之區域被溶蝕時， 留下目標相當大未使用部份。 重要地，於目標溶餘低至目標搭接的背板前再更換目 標。由背板材#濺散的顆粒到達工作件將嚴重污染或摧毀 工作件。結果目標典型於完全被利用前需要更換，造成昂 貝的目標材料未經使用。由於昂貴的目標材料會浪費，故 希望採用其它手段確保橫跨全表面的目標溶蝕均勻。 讓予本發明之受讓人之美國專利5,320,728及 5,242,566教示增進目標溶蝕均勻度之磁控管陣列設計。 其它技術例如使用阻罩或障礙媒介設置於目標上也曾用來 防止材料再沉積於目標上。但所有磁控管目標通常皆有由 I 1— . 訂 \ ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 於目標材料於濺散期間或其後變成離子化再沉積於目標表 面區域，及沉積於施加高負電位形成的濺散溝間的目標表 面上。阻罩表面無法防止表面顆粒沉精於阻覃表面上 ，故_不適合篇材料。如此，奮五Jim散射料_匹 積於目標或阻罩上時，材iL傾向於鬆鬆玲表面，可能 片落而污染腔室。 因此，仍需要有一種目標源及濺散系統其可有效使用 目標材料及減少反向濺散材料沉積於目標上變成顆粒來源 的可能。 發明概述 本發明提供一種增進目標面溶蝕均勻度及防止材料再 沉積於目標表面上之裝置及方法。根據本發明之具體例， 提供一種目標具ϋ環，環鋪設於背上呈同心環面形區段 ，而二^内部。鸡接地或偏壓而 斥反向碜散材料不接觸遮護抵或再濺散可能沉積於遮護 板上的反向濺戒材料。磁鐵總成或來源較佳設置於目標後 方而捕捉接近目標面的電子及增進目標的濺散。兩種不同 電位，，分別施加於目標及遮護板，俾使目標濺 散及排斥反向濺散材料不接觸遮護板。施加於遮護板的電 MVP1&VP2低約200至約800伏，VP2為施加於目標環面的 電壓。如此，遮護板的吸引力較低，因此排斥來自電漿的 離子或其它腔室面i再濟教的材料。經由於約 200至約800伏-(V-)改變▽1>1與¥1>2間之電壓差，可控制目標 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ---------1^------，玎——^----- ./ -i ^ ; %. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7

經濟部中央榡準局貝工消費合作社印裂 面上的溶㈣率且侷限於目標材料，同時反㈣散材料由 目標的濺散區間被驅逐β 第二具體例中，提供單一目標/陰極具有多個單元或 區段，較佳包含一個外環面單元及一個内環單元。各個獨 立陰極單兀具有本身磁控管區段設置毗鄰該單元且較佳個 別以不同電位vPl，vP2_..Vpn偏壓。磁場、目標直徑及施 加於單元或區段的電位可基於基材上所需沉積曲線及目標 面上的再沉積決定。例如，Vj»2可改變成比vP1更高或更低 負電位因而選擇性吸引或排斥離子至目標面的不同部份， 因而控制跨越目標面的濺散速率，如此影審基材上的沉積 形式。各早元間之空間係藉於特選工作壓力之暗空間需求 界定以防介於目標單元或區段間產生電漿。 圖式之簡單說明 本發明之前述特點、優點及目的可經由參照附圖舉例 說明之具體例而達成，且更詳細了解前文簡述之本發明之 細節說明。 但需了解，附圖僅舉例說明本發明之典型具體例，因 此絕非限制其範圍，本發明許可其它同等有效的具體例。 第1A圖為沿第1B圊磁控管蓋總成線1A-1A所取之頂 挺示意剖面圖； 第1B圊為沿第1A圊之磁控管蓋總成線1B-1B所取之侧 視示意剖面圖； 第2圖為使用第1A及1B圖之磁控管總成之濺散系統’ 本紙張尺度ii用中固國家標準（CNS ) A4現格（2丨〇><297公釐） 7 n - - _ - I --- ju i— n _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 " A7 ^_____ B?___ 五、發明説明（5 ) " 其中第1A及1B圖之磁控管蓋總成構成第2圖之真空系統蓋 9 第3圖為示意圖顯示根據本發明之一個具趙例之目標/ 遮護板及偏壓草圖； 第4圖為顯示目標第二具體例之示意圖，顯示根據本 發明之另一具體例之目標單元或區段及偏壓草圖。 較佳具體例之詳細說明 概略而言，本發明提供一種目標結構其可減少反向濺 散顆粒沉積於目標之可能，及其提供目標材料的均勻溶蝕 及有效利用《目標結構包含個別單元或曲段其較佳個別施 加偏壓來吸引或排斥來自目標結構不同區段的離子俾促進 目標材料的濺散及防止反向減散顆粒沉積於正向減散最少 的目標上。本發明方法提供個別偏壓電位施加於目標材料 不同區段或單元而控制反向濺卷顆粒濺散於沉積於目標上 〇 經濟部中央橾隼局員工消費合作社印製 -- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 參照第ΙΑ ’ 1B及2圖’示意圖顯示根據本發明之磁控 管濺散系統。第1A及1B圖顯示磁控管總成及目標結構（概 略顯示於90)之示意頂視及側視圖。磁鐵93顯示為單純馬 蹄形'磁鐵，及極件91及92位於目標後方俾增進目標減散且 kPVD塗層的產生具有均勻厚度及絕佳基材上階級覆蓋率 。濺散系統包含真空腔室21，如第2圖所示，具有由不錢 鋼或鋁材料製成的側壁22。磁控管總成及目標結構90也做 為腔室21的蓋91A，腔室内產生約10毫托耳真空。目標41 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 A 7 __._B7_五、發明説明（6 ) 附接於蓋底側，於後文將參照第3及4圖討論其細節。目標 41係由所需沉積於基材32上的材料製成》基材32由基材支 撐件23支撐供處理。電壓源24包括RF，DC，AC或脈衝DC 源，施加於目標41而產生目標41與側壁22間之電位差，側 壁22典型接地來加速目標41上的離子濺散目標材料至基材 32上。 側壁22頂包含環繞周邊之一溝，溝内插入一個彈性體 0形環26。0形環形成介於蓋總成與側壁22間的真空封。 非導電環形環27係由例如鐵弗龍或陶瓷材料製成典型設置 於側壁頂上可介於側壁22與蓋90間產生電壓差。由於處理 期間產生的熱量，冷卻板或腔室94也做為馬達95之座，藉 傳導熱連接至目標41。欲冷卻目標41，蓋90可由導熱材料 如銅製成β 磁控管總成90包含極件91及92，磁鐵93 ,蓋91Α，目 標41及水冷式馬達座94’其偶聯磁鐵總成至電動馬達％-。 全部磁鐵93於奋件91上具有相同磁極而極件92上亦然。馬 達95旋轉磁鐵93及其極件以對申於基座23上的軸Α為軸旋 轉。如此產生時間平均磁場及於目標41上的濺散圖樣，目 標41典型為圓形對稱。溶姓溝％及97係於錢散過程中當電 孚被捕捉於毗鄰目標表面的磁場時蝕刻入目標表面41。但 如所知，當溝96及97變夠深而威脅溶蝕完全貫穿目標41時 ，大量目標材料將保留於目標41表面上介於溝96及97間。 此種材料於本發明之方法前可能被浪費，原因為目標“於 (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 裝 訂 J. 本紙張尺度適用中®國家標準（CNS ) A4規格（210'乂 297公着） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7 ) 溝96及97完全溶蝕之前已被更換。 現在參照第3及4圖，本發明之偏壓技術將參照兩種不 同具體例舉例碎明。一個具體例中，如第3圖所示，提供 目標51其藉偏壓電源55偏壓於電壓VP1。偏壓電源55於目 標51提供負偏壓而吸引來自氬電敦的離子至目標上引起賤 散。磁鐵52如前壤捕捉接近目標表面的電裝電子及引起圓 形對稱溶蝕溝’類似主要介於極件間區形成的溝96及97。 於目標中心區及介巧磁鐵52間之環56設置有一個遮護板53 其係以不同的電壓VP2偏壓》VP2比較偏壓目標材料的電壓 VP1低約200至約800伏，故遮護板53比較目標51相對於電 漿較為負電位’因此傾向於排斥由目標面濺散的目標離子 〇 現在參照第4圖’以示意圊顯示本發明之第二具體例 ，此處單一目標/陰極係由個別單元61，62及65形成。雖 然此處僅顯示三個單元’但需了解若有所需可使用四個或 更多單元。各杨目標單元/陰極可具有本身的磁控管及本 身的偏壓電源63及64。此處偏壓電源63以偏壓VP2對目標 區段65施加偏壓。第二偏壓電源64以偏壓VP1對目標/陰極 區段61及62施加偏壓。再度，VP2比較VP1低約200至約800 k負電位’因此傾向於排斥由目標區段61及62濺散的離子 且防止反向濺散材料沉積於Η標區段65上。 第3及4圖中’小距雖JO隔^目標單元或區段51，61及 62與個別不同偏壓區段65或遮護板53。此種距離D選擇夠 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公着） r^-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 10 ΑΊ Β7 五、發明説明（8 ) 小以防止電漿於其空間内點燃。如此，對特定操作壓力及 操作電壓而言可決定D之最大值。也須了解若於第4圖所 示具體例中使用四個或更多個目標/陰極區段，則各目標 區段須視需要具有不同的偏壓VPn。偏麂VPn可調整配合選 擇性良5J 或排斥源 蛊均勻的目標溶蝕輪廓。 業界人士須了解用於本技術偏壓用途之電源視需要可 為DC，脈衝DC，AC，或RF電源。 雖然前文係針對本發明之較佳具體例，但可未悖離其 基本範圍對本發明做出其它具體例，本發明之範圍係由隨 附之申請專利範圍界定。 --------'1 裝--------^訂-------Λ /'- * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 11 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9 ) 元件標號對照 90 目標結構 90 磁控管總成 91，92 極件 94 冷卻板，腔室 93 磁鐵 95 馬達 91A 蓋 96，97 溶蝕溝 21 真空腔室 51 目標 22 側壁 52 磁鐵 23 基材支撐件 53 遮護板 24 電源 55 電源 26 0形環 56 環 27 非導電環形環 61 ， 62 ， 65 目標/陰極區段 32 基材 63，64 偏壓電源 41 目標 --------^裝—.—^---訂——^------ ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 12

Claims (1)

1. 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 h —種物理蒸氣沉積用目標結構，包括： (a) —個第一目標區段； (b) —個第二目標區段； (c) 一個第一偏壓電位連接至第一目標區段；及 (d) 個第二偏壓電位連接至第二目標區段。 2.如申請專利範圍第i項之目標結構，其又包括一個磁鐵 總成設置於第一目標區段後方。 3·如申請專利範圍第2項之目標結構，其又包括一個第二 磁鐵總成設置於第二目標區段後方。 4. 如申請專利範圍第3項之目標結構，其又包括一個背概 件，目標區段附接於背襯件之第一侧上而磁鐵總成設 置於其反側上。 5. 如申請專利範圍第丨項之目標結構 段為遮護板件。 6‘如申請專利範圍第5項之目標結構 環形件。 7.如申請專利範圍第5項之目標結構 段係由目標材料製成》 8·如申請專利範圍第7項之目標結構 目標材料製成。 9. 如申請專利範圍第丨項之目標結構 位係低於第一偏壓電位。 10. 如申請專利範圍第9項之目標結構 其中該第二目標區 其中該遮護板件為 其中該第一目標區 其中該遮護板係由 其中該第二偏壓電 其中該第二偏壓電 --------'裝--：---^--杯---- (請先閱讀背面之注$項再填寫本K ) 13 A8 B8 C8 D8

   4005S8 ------- 申請專利範圍 位係比第一偏壓電位低約200伏至約800伏。 11. 如申請專利範圍第3項之目標結構，其中該等目標區段 係由目標材料製成β 12. 如申請專利範圍第1()項之目標結構，其中該等目標區 段係安裝於背襯板上。 3·種於輝光放電電漿物理蒸氣沉積系統改良目標材料 之溶蝕之輪廓之方法，包括下列步驟： (a) 提供一間真空腔室其中具有極低壓惰性氣體氣 氛； (b) 於該腔室内設置一個有待塗覆以材料薄膜做為 陽極的工作件； (c) 於該腔室内提供一種目標材料製成的陰極，分 隔成多個區段，各該目標材料區段係相對於地電位以 個別的預定電壓偏壓；及 (d) 於該腔室内於低壓惰性氣氛中維持輝光放竜-， 藉此惰性氣體之正離子加速遂揸目標陰極並由目標上 錢散材料至工作件上，由目標濺散的離子被預定電壓 偏壓排斥而不會再沉積於目標之特選區段上。 14.如申請專利範圍第13項之方法，其又包含對目標材料 多個區段中之特選區段設置磁控管來增進接近其表面 的離子產生。 15·如申請專利範圍第14項之方法’其中該目標材料陰極 係分隔成多個區段，其各對間具有間距D。 良紙張尺度適用中國國家梯準（〇呢）八4規格（210><297公釐） --------/ 裝--^--^——甘---r (請先閎讀背面之注$項再填寫本頁} 經濟部中央揉隼局身工消费合作社印製 14 - 經 中 央 揉 準 局 員 消 費 合 作 社 印 % 40G538 as η D8 六、申請專利範圍 "" '--- %如申請專利第3項之方法，其中料目標區段構成 目標材料之環形圓盤’其各對間係以間距D分隔。 17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中成對目標材料環 形圓盤係藉遮護板材料分隔，遮護板材料也藉預定電 屋施加偏㈣排斥濺散目標材料離子不會沉積其上。 18. 如申請專利範圍第15’ 16及17項之方法，其中該距離 D選擇為相當小故介於該等目標區段或遮護板與該目 標區段間之空間形成輝光放電。 19. -種於輝光放電物理蒸氣沉積方法中更有效溶姓使用 的目標材料表面供沉積目標材料薄膜於晶圓或基材工 作件上之方法，包括下列步驟： (a)提供一個輝光放電真空系統，於低於1〇毫粍耳 之低惰性氣體壓力工作且具有晶圓或基材陽極及目標 材料陰極分隔成個別區段，各區段間彼此電隔離而其 特選的區段結合磁控管來增進接近其表面的離子也-， 及至少二個個別偏壓電源供施加至少二種個別電偏壓 至目標材料之個別區段； (b)於該系統内之惰性氣氛維持輝光放電同時選轉 磁控管而產生目標材料之濺散原子及離子，其均勻沉 積於基材陽極上，同時設置至少兩種個別電偏壓來排 斥目標材料之濺散離子不會再沉積於目標材料上。 20.如申請專利範圍第丨9項之方法，其中該個別目標區段 係彼此精遮護板隔離，該遮護板施加電偏壓而排斥目 本紙張尺度逍用中國國家檩率（CNS ) A4規也（210X297公釐）

   400538 申請專利範圍 標材料濺散離子不會再沉積於其上。 21. 如申請專利範圍第19項之方法其中該目標材料之個 別區段係分隔一段距離D，該距離D過小而可支援其中 的輝光放電。 22. 如申請專利範圍第19項之方法其中該等磁控管旋轉 可於與磁控管相關的目標材料上產生溶蝕溝，及其中 該等偏塵係設置成可增進介於溶蚀溝間的目標區的目 標材料溶钱。 23. 如申請專利範圍第7項之方法，其_該目標材料係分隔 成多個區段，該等區段相對於磁控管的轉輪形成環形 圓盤。 經濟部中央樣率局貝工消費合作社印製

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