專(zhuān)利名稱(chēng)：特別是雙層折疊磁控管的多磁控管的聯(lián)動(dòng)掃描的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及在半導(dǎo)體集成電路制造中的濺射沉積。特別地，本發(fā)明涉 及在整個(gè)等離子體濺射靶背部掃描的磁控管。
背景技術(shù)：
等離子體磁控管濺射已經(jīng)在硅集成電路的制造中實(shí)施了很長(zhǎng)時(shí)間。最近， 濺射已經(jīng)應(yīng)用于在玻璃、金屬或聚合物的大而且通常離散的矩形板上或者在等 效片上沉積材料層。己完成的面板可包括薄膜晶體管、等離子體顯示器、場(chǎng)發(fā) 射器、液晶顯示器(LCD)元件或有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)并且典型地涉及 平板顯示器?？深?lèi)似地制造光電池。相關(guān)的技術(shù)可用于以光學(xué)層涂覆玻璃窗。 所濺射沉積層的材料可以為諸如鋁或鉬的金屬、諸如銦錫氧化物(ITO)的透 明導(dǎo)體以及包括硅、金屬氮化物和氧化物的其它材料。Demaray等人在美國(guó)專(zhuān)利5， 565， 071中描述了這樣的平板濺射腔室，在 此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。如在圖1的示意性截面圖中示出的，其濺射腔室 10包括通常電性接地的矩形濺射底座電極12，用于保持矩形玻璃面板14或在 真空腔室18內(nèi)與矩形濺射靶組件16相對(duì)的其它基板。靶組件16，至少由待 濺射的金屬組成的其表面通過(guò)絕緣體20被真空密封到真空腔室18。典型地， 將待濺射材料的靶層粘結(jié)到背板，在背板中形成有冷卻水通道以冷卻靶組件 16。將通常為氬的濺射氣體供應(yīng)到保持在毫托范圍的壓力下的真空腔室18中。有利地，背腔室22或磁體腔室被真空密封到靶組件16的背部，并且被真 空抽吸至低壓，從而基本上消除整個(gè)靶16及其背板上的壓差。從而，耙組件 16可以做的更薄。當(dāng)將相對(duì)于底座電極12或者諸如壁護(hù)板的腔室其它接地部
件的負(fù)直流(DC)偏壓施加到導(dǎo)電耙組件16時(shí)，氬氣被電離為等離子體。正的氬離子被吸引到靶組件16并從靶層濺射金屬原子。金屬原子部分被導(dǎo)引至 面板14并在其上沉積為至少部分由靶金屬組成的層。在金屬的濺射期間，通 過(guò)額外地將氧氣或氮?dú)夤?yīng)到腔室18中，可在被稱(chēng)為反應(yīng)濺射的工藝中沉積 金屬氧化物或氮化物。為了增加濺射速度，磁控管24傳統(tǒng)地放置在靶組件16的背面。如果其具 有一個(gè)由相反極性的外磁極28圍繞的垂直磁極的內(nèi)磁極26以在腔室18內(nèi)并 平行于耙組件16的前面形成磁場(chǎng)，則在適當(dāng)?shù)那皇覘l件下，高密度的等離子 體回路在鄰近耙層的處理空間中形成。兩個(gè)相對(duì)的磁極26、 28由限定等離子 體回路軌跡的基本恒定的間隙隔開(kāi)。來(lái)自磁控管24的磁場(chǎng)俘獲電子，從而增 加等離子體的密度并且從而增加靶組件16的濺射速度。線(xiàn)性磁控管24和間隙 的相對(duì)小的寬度產(chǎn)生較高的磁通量密度。沿著單一封閉軌跡的封閉狀磁場(chǎng)分布 防止等離子體泄露出端部。濺射沉積的矩形面板的尺寸在繼續(xù)增加。 一代處理具有1.87mx2.2m尺寸 的面板并被稱(chēng)為40K,原因在于其總面積大于40， OOOcm2。被稱(chēng)為50K的接 下來(lái)的一代具有每側(cè)大于2m的尺寸。這些非常大的尺寸為磁控管帶來(lái)了設(shè)計(jì)問(wèn)題，原因在于靶橫跨大的面積并 且磁控管非常重，但是無(wú)論如何磁控管應(yīng)該在靶的整個(gè)面積上并且非常接近耙 地被掃描。Tepman在公開(kāi)號(hào)為2006/004卯40的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中解決了許多這些問(wèn) 題，在此引入其作為參考。在Tepman的設(shè)計(jì)中，具有僅稍小于靶尺寸的單一 的大矩形磁控管形成有由相反極性的單一外磁極圍繞的單一內(nèi)磁極。在內(nèi)磁極 和外磁極之間的間隙形成長(zhǎng)的回旋路徑，該回旋路徑限定鄰近靶的濺射表面的 封閉的等離子體軌跡。以延伸過(guò)稍微小于磁控管或靶的尺寸的二維圖案掃描磁 控管。特別地，掃描尺寸近似等于相鄰的等離子體軌跡之間的節(jié)距(pitch)， 從而提供單一連續(xù)靶的更均勻的濺射侵蝕和更均勻的濺射沉積。Le等人在 2006年7月11日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/484， 333并且公開(kāi)號(hào)為2007/0012562的 美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中描述了 Tepman裝置及其操作方法的改進(jìn)，在此引入其作為參 考。然而，用于大平面板的之前可用的磁控管濺射腔室已經(jīng)顯示出不完全的靶
利用。特別地，鄰近磁控管的掃描區(qū)域的外圍的靶邊緣部分比內(nèi)部侵蝕的更快。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一方案包括具有外磁極的磁控管，該外磁極圍繞相反磁性的內(nèi)磁 極并通過(guò)形成封閉回路的間隙將其與內(nèi)磁極隔開(kāi)。當(dāng)磁控管放置在等離子體濺 射腔室中濺射靶的背面時(shí)，該封閉回路限定在耙的濺射表面上的等離子體軌 跡。在該方案中，所述回路具有由弧形部分連接的平行的直部分并且該回路折 疊一次。該回路的兩端可在靶的同一側(cè)上并排放置，或者更有利地可在中間區(qū) 域接觸，從而接近靶側(cè)的回路曲率可以很大。該磁控管可同時(shí)垂直于并平行于平行部分進(jìn)行掃描。該磁控管可被折轉(zhuǎn)(replicate)且并排放置。所折轉(zhuǎn)的磁控管可同時(shí)在每 個(gè)條形靶上被掃描。在本發(fā)明的另一方案中，可以增強(qiáng)形成磁極的磁體在接近回路的拐角處的 強(qiáng)度或數(shù)量。額外的磁體可向外推所述弧形的內(nèi)角。明顯的曲線(xiàn)可由將大于 180°的凸邊緣通過(guò)成對(duì)的凹部分連接到直部分的內(nèi)磁極形成。在本發(fā)明的再一方案中，多個(gè)磁控管可完全地或部分地分開(kāi)支撐在以一維 或二維掃描的支撐結(jié)構(gòu)上，從而聯(lián)動(dòng)磁控管被一起水平掃描。各磁控管包括在 相對(duì)的磁極之間的一個(gè)封閉的間隙，以在等離子體腔室中產(chǎn)生封閉的等離子體 軌跡。垂直支架可以是彈性并且局部的，從而多個(gè)磁控管可沿垂直方向單獨(dú)移 動(dòng)。


圖1是適于濺射到大面板上的濺射腔室的示意性截面視圖； 圖2是用于磁控管系統(tǒng)的二維掃描的掃描機(jī)構(gòu)的正交視圖； 圖3是各自部分支撐在附屬的條形靶上的條形磁控管的聯(lián)動(dòng)系列的示意 性截面視圖；圖4是組成磁控管系統(tǒng)的條形磁控管的正交仰視圖；圖5是傳統(tǒng)的跑道型磁控管的平面視圖；圖6是雙層折疊磁控管的示意性平面視圖；圖7是兩端對(duì)稱(chēng)的雙層折疊磁控管的示意性平面視圖； 圖8是圖7的雙層折疊磁控管的示意性平面視圖，其包括圓柱狀磁體的通常分布；圖9是改進(jìn)的雙層折疊磁控管的平面視圖，其示出了收集器和在等離子體軌跡的角落周?chē)拇朋w的特制分布；圖10和圖11是圖9的雙層折疊磁控管的兩端的詳細(xì)視圖；圖12是圖9的雙層折疊磁控管的中間截面的詳細(xì)視圖；圖13是多個(gè)條形磁控管的磁控管系統(tǒng)的平面視圖，其中每個(gè)條形磁控管為圖9的雙層折疊磁控管的形式；圖14是濺射源的示意性截面視圖，其包括多個(gè)條形靶和相關(guān)的條形磁控管。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的源組件的一個(gè)實(shí)施方式將靶和磁控管都分離為相關(guān)的條形靶和 條形磁控管。條形靶被支撐在單獨(dú)的耙架上而條形磁控管被支撐在單獨(dú)的掃描 支撐板上，從而在掃描期間磁控管是聯(lián)動(dòng)的。另一實(shí)施方式包括適于在聯(lián)動(dòng)的磁控管組件或其它磁控管配置中使用的 磁控管。在圖2的正交視圖中示出的二維掃描機(jī)構(gòu)30接近于由Le等人描述的掃描 機(jī)構(gòu)。所提交的申請(qǐng)應(yīng)該是更加詳細(xì)的考慮。然而，掃描機(jī)構(gòu)30支撐優(yōu)選地 由諸如鋁的非磁性材料組成的大支撐板32，掃描機(jī)構(gòu)30可以任意的二維圖案 掃描大支撐板32。相反，Tepman和Le的裝置掃描剛性支撐并磁性耦合整個(gè) 磁控管組件的單獨(dú)的磁軛。支撐板32不需要是片構(gòu)件，但是可由形成剛性支 撐結(jié)構(gòu)的多個(gè)連接構(gòu)件形成，其可通過(guò)兩個(gè)垂直排列的致動(dòng)器進(jìn)行移動(dòng)。支撐 在主腔室主體18上的框架34在框架34的相對(duì)側(cè)上支撐兩排輥?zhàn)?6，以可滾 動(dòng)地支撐反轉(zhuǎn)的框架軌道38、 40，其中該反轉(zhuǎn)的框架軌道38、 40支撐位于其 間的龍門(mén)架(gantry) 42。龍門(mén)架42包括在內(nèi)支柱44、 46和外支柱48、 50 上未示出的四排輥?zhàn)?。四個(gè)支柱可滾動(dòng)地支撐反轉(zhuǎn)的龍門(mén)架內(nèi)軌道52、 54和 外軌道56、 58。龍門(mén)架軌道部分地支撐支撐板32，該支撐板32包括在其下側(cè) 上的部分懸浮的磁體。外支柱48、 50和外軌道56、 58是可選的，但是其在重 支架34的側(cè)部上提供額外的支撐以降低邊緣附近的下垂量。將托架形的基板 60固定到形成龍門(mén)架42的框架結(jié)構(gòu)上。形成圖1的后腔室22的頂壁的磁體腔室頂62被支撐并密封到框架34上， 而龍門(mén)架結(jié)構(gòu)設(shè)置在它們之間并提供容納磁控管系統(tǒng)的腔室的頂部上的真空 壁。磁體腔室頂62包括矩形孔64和托架凹槽66的底部。托架腔室68安裝在 托架凹槽66內(nèi)并密封到矩形孔64周?chē)那皇翼?2。頂板72密封到托架腔室 68的頂部以完成真空密封?？梢苿?dòng)地設(shè)置在托架腔室68內(nèi)的龍門(mén)托架70固定到龍門(mén)架42的基板60 上。固定到在磁體腔室頂62的頂部上的裝配75的支撐托架74，以及中間角 鐵76在真空密封外部的磁體腔室頂62中的致動(dòng)器凹槽79中保持致動(dòng)器組件 78。支撐托架74進(jìn)一步用作結(jié)合到磁體腔室頂62中的構(gòu)架系統(tǒng)的一部分。致 動(dòng)器組件78通過(guò)兩個(gè)密封的真空口耦合到托架腔室68的內(nèi)部。包括兩個(gè)單獨(dú)致動(dòng)器的致動(dòng)器組件78經(jīng)由通過(guò)固定到龍門(mén)架的基板60 的龍門(mén)托架70施加的力而沿一個(gè)方向獨(dú)立地移動(dòng)龍門(mén)架42，并且通過(guò)皮帶驅(qū) 動(dòng)而沿垂直方向移動(dòng)支撐板32，該皮帶驅(qū)動(dòng)具有圍繞固定到支撐板32上并且 通過(guò)龍門(mén)架窗口 84向上突出的支柱80、 82上的兩個(gè)未示出的輥?zhàn)永p繞的帶。 該帶的末端固定到支撐板32上的底座86、 88。如圖3的橫截面視圖中示意性地示出的，支撐板32通過(guò)各自的彈簧機(jī)構(gòu) 114依次部分地支撐平行排列的各多個(gè)條形磁控管112。每個(gè)條形磁控管112 包括各自的條形磁軛116，該磁軛116也用作條形磁控管112的背支撐板。磁 軛116支撐并磁性耦合具有一種磁性的內(nèi)磁極118和圍繞內(nèi)磁極118并且具有 相反磁性的外磁極120。兩個(gè)磁極118、 120之間的間隙122具有稍微一致的 寬度并沿著封閉的路徑或回路形成。所示的磁極118、 120的結(jié)構(gòu)和間隙122 的結(jié)構(gòu)比以下所描述的優(yōu)選實(shí)施方式簡(jiǎn)單。各條形磁控管112還通過(guò)在固定到磁軛116或可能通過(guò)中間結(jié)構(gòu)粘結(jié)到磁 軛116上的球狀固定器中俘獲的輥球126而被部分支撐在各條形耙124上。隨 著支撐板32連同條形磁控管112 —起被掃描，輥球126允許條形磁控管112 在條形靶124上滾動(dòng)。等效的軟滑動(dòng)器可替代輥球126。對(duì)于各條形磁控管112， 通常有多個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)114和多個(gè)輥球126以保持單獨(dú)稍微柔性的條形磁控管 112的角取向。優(yōu)選地，支撐板32支撐磁控管的大部分重量，但是彈簧機(jī)構(gòu) 114的彈力允許各條形磁控管112適應(yīng)條形耙124的任何變形。Le等人在2006
年2月2日提交的序列號(hào)為11/347， 667的專(zhuān)利申請(qǐng)中描述了該部分支撐，并 且Lavitsky等人在臨時(shí)申請(qǐng)60/835， 680和Inagawa等人在2006年11月17 曰提交的申請(qǐng)11/601， 576中描述了進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，特別是關(guān)于使軛116更加 靈活的內(nèi)容，在此引入以上申請(qǐng)文件的所有內(nèi)容作為參考。條形靶124可以被 負(fù)偏置以用作濺射陰極，并可由陽(yáng)極127環(huán)繞，其中陽(yáng)極127接地或者比條形 靶124更加正極性地偏置以激發(fā)條形靶124附近的等離子體。也可能是RF偏 置。聯(lián)動(dòng)的條形磁控管可由單獨(dú)一組致動(dòng)器一起掃描，從而它們?cè)诙鄠€(gè)條形靶 上平行地掃描類(lèi)似的路徑。但是，條形磁控管不直接機(jī)械地聯(lián)接在一起。條形 磁控管可單獨(dú)的制造并裝配到支撐板上，從而簡(jiǎn)化對(duì)非常大而重的磁控管組件的使用。同樣，條形磁控管可例如由單獨(dú)的彈簧支架而被單獨(dú)地垂直支撐。類(lèi) 似地，分離的垂直機(jī)械致動(dòng)器可用于各自的條形磁控管。另外，聯(lián)動(dòng)允許簡(jiǎn)單 的掃描機(jī)構(gòu)在由諸如陽(yáng)極的機(jī)械結(jié)構(gòu)分離為分離部分的靶上掃描多個(gè)磁控管， 其將與掃描連續(xù)的磁控管干擾。磁體118、 120可以是圓柱形磁體，其通過(guò)在序列號(hào)為11/484， 333的專(zhuān) 利申請(qǐng)中描述的非磁體保持器而與各自的軛116對(duì)齊。圖4的通常來(lái)自底部的 正交視圖示出了從支撐板32彈性懸浮的多磁控管組件，支撐板32自身由軌道 52、 54、 56、 58固定支撐。各條形磁控管112分為在其間具有邊界129的保 持器部分128，其與軛板116的各自彈性連接部分聯(lián)系，軛板116—般位于保 持器部分128的邊界129的下面并由支撐板32單獨(dú)地彈性支撐。輥球126部 分支撐柔性連接的保持器部分128以及在相關(guān)條形靶124上的相關(guān)軛部分。因 此，柔性磁控管可跟蹤并與非平坦靶一致。用于各條形磁控管112的圖3的簡(jiǎn)化磁體分布與在圖5的平面視圖中示出 的公知的跑道型磁控管140相對(duì)應(yīng)。跑道型磁控管140具有通常垂直的內(nèi)磁極 142,該內(nèi)磁極142由相反磁性的環(huán)形外磁極144圍繞，并且在內(nèi)磁極142和 外磁極144之間具有近似恒定的間隙148。實(shí)際上，沒(méi)必要由各自的磁極面覆 蓋磁體，從而磁體端形成磁極。磁控管140沿著從頂端150到尾端152的軸延 伸，從而限定其引起的大部分等離子體軌跡的間隙148具有兩個(gè)通過(guò)180°端 連接的直部分。然而，跑道型磁控管140不利地會(huì)在其頂端150和尾端152 附近在濺射侵蝕中產(chǎn)生熱點(diǎn)(hot spot)。 一旦靶的熱點(diǎn)已經(jīng)被侵蝕穿過(guò)，靶
利用率由該熱點(diǎn)確定，必須更換靶。我們相信熱點(diǎn)由端部150、 152處的小曲率半徑引起，其可以通過(guò)定制那里磁場(chǎng)分布而降低。另外，然而，對(duì)于預(yù)期用于濺射到2m面板上的條形耙和磁控管的數(shù)量和寬度，跑道型磁控管140通常 過(guò)小。已經(jīng)知道將多個(gè)跑道型磁控管彼此緊鄰放置以使它們的長(zhǎng)側(cè)幾乎毗鄰， 但是這不能消除熱點(diǎn)的問(wèn)題。通過(guò)將跑道型磁控管折疊為具有傳統(tǒng)線(xiàn)性排列的跑道磁控管的平行部分 的螺旋圖案，可以獲得由Tepman和Le描述的這類(lèi)螺旋磁控管。例如，在圖6 的平面圖中示意性示出的雙層折疊磁控管160比Tepman或Le的磁控管折疊 得較少。它具有一種極性的內(nèi)磁極162，該內(nèi)磁極162由另一極性的外磁極164 圍繞，在內(nèi)磁極162和外磁極164之間具有間隙。雖然該磁控管較寬，但是間 隙和由此導(dǎo)致的等離子體軌跡目前在從右和左邊緣的兩個(gè)不同位置處具有三 個(gè)急劇的180°角166，該三個(gè)急劇的180°角166的其中兩個(gè)靠近邊緣而另一個(gè) 稍微遠(yuǎn)離另一邊緣?？拷鼦l形靶的軸端的補(bǔ)償似乎存在更多的問(wèn)題。即，如圖 所示的磁場(chǎng)分布從右到左是不對(duì)稱(chēng)的。在圖7的平面圖中示意性示出的另一雙層折疊磁控管170提供了進(jìn)一歩的 優(yōu)點(diǎn)。其包括內(nèi)磁極172，該內(nèi)磁極172由相反磁性的外磁極174圍繞，在內(nèi) 磁極172和外磁極174之間存在間隙。然而，在通常線(xiàn)性排列的窄條形磁控管 的幾何端的中間附近的節(jié)點(diǎn)176處，螺旋回路的頂部和尾部會(huì)合。這導(dǎo)致四個(gè) 急劇的180°弧度178，所有的180?；《葟挠疫吘壓妥筮吘壣晕⑵?。在任何情 形下，可以使磁場(chǎng)分布從條形磁控管和條形靶的軸端對(duì)稱(chēng)。如在圖8的仰視平面圖中所示，雙層螺旋磁控管180的較多的物理實(shí)施包 括加強(qiáng)到軛116上的一系列非磁性保持器181。沒(méi)有示出單獨(dú)的保持器，每個(gè) 保持器通常僅是磁控管180的軸向長(zhǎng)度的一部分。在Tepman和Le的專(zhuān)利申 請(qǐng)中有保持器的更多細(xì)節(jié)。保持器具有圓柱形孔或在其間限定內(nèi)磁體位置182 和外磁體位置184的相對(duì)齒狀邊緣，其中內(nèi)磁體位置182和外磁極位置184 之間具有非磁性間隙186。相反極性的磁體分別插入到內(nèi)磁體位置182和外磁 體位置184中。每組磁體排列為幾乎連續(xù)分布，從而內(nèi)磁體位置182限定一種 極性的內(nèi)磁極，而外磁體位置184限定相反極性的圍繞內(nèi)磁極的外磁極。在該 實(shí)施方式中，對(duì)于大部分，磁體在磁控管的內(nèi)部排列成密排的雙排而在磁控管 的外圍排列為單排。內(nèi)磁極和外磁極之間的間隙186具有近似恒定的寬度并形
成封閉形狀或回路，其通常對(duì)應(yīng)于磁控管在耙的濺射表面上產(chǎn)生的等離子體軌 跡。然而，保持器可在排的內(nèi)部或外部，尤其是在角周?chē)?，提供額外的磁體位 置，以定制磁場(chǎng)分布和強(qiáng)度。然而，該第一級(jí)設(shè)計(jì)趨于出現(xiàn)外部的熱點(diǎn)l卯和內(nèi)部的熱點(diǎn)192。我們相信兩種類(lèi)型的熱點(diǎn)190、 192由與它們相關(guān)的等離子體軌跡中的內(nèi)外磁極的尖 端193、 194以及與其相關(guān)的等離子體軌跡中的明顯拐角引起。由于許多原因， 等離子體軌跡趨于朝向尖端193、 194轉(zhuǎn)向并趨于具有產(chǎn)生較高等離子體密度 的較高電流密度，并因此產(chǎn)生較高的濺射速度。在等離子體中電流橫向移動(dòng)的一個(gè)原因在于高曲率的角周?chē)朋w的不平 衡，原因在于第一級(jí)設(shè)計(jì)包括專(zhuān)用于每段等離子體軌跡并放置在間隙的每側(cè)上 的相反磁極性的單排。即，磁體的外部線(xiàn)路為單排而磁體的所有內(nèi)部線(xiàn)路是雙 排。圖8的第一級(jí)設(shè)計(jì)在折疊的螺旋磁體的頂部和尾部之間產(chǎn)生雙排的節(jié)點(diǎn) 196。在明顯拐角附近，與設(shè)置在彎曲間隙的凹側(cè)的外部弧形邊緣上的相反極 性的磁體相比，在彎曲間隙的凸側(cè)具有與尖端193、 194相關(guān)的一種極性的顯 著少的磁體。磁不平衡性趨于朝向尖端193、 194推動(dòng)等離子體軌跡。通過(guò)理 解軌跡中心線(xiàn)趨于在濺射靶前面的磁場(chǎng)是水平的位置，即平行于靶產(chǎn)生，而解 釋等離子體軌跡的中心線(xiàn)的移動(dòng)。當(dāng)一個(gè)磁極比另一磁極更弱時(shí)，朝向較弱的 磁極推動(dòng)磁場(chǎng)分布的平坦部分。在圖9的仰視平面圖中示出了改進(jìn)的雙層螺旋磁控管200。在圖10和圖 11中更加詳細(xì)地示出了其互補(bǔ)的端部分并在圖12中示出了其中間部分206。 可設(shè)計(jì)垂直保持器和角保持器的尺寸和形狀，從而使單一保持器的數(shù)量最小。 如前所述，具有鋸齒形邊緣的垂直內(nèi)部保持器208、 210在它們之間限定在內(nèi) 部上的磁體位置212的交叉雙排。然而，在包括陽(yáng)極和在耙條之間可能使壓桿 變硬的靶組件中，邊緣清晰度降低，從而外部垂直保持器214從一個(gè)水平側(cè)到 另一水平側(cè)是一體的，并且圓柱形磁體孔216以單排形式形成在其之間。這些 圖并沒(méi)有準(zhǔn)確表示外部垂直保持器214中的磁體孔216，原因在于在保持器214 中從磁極216的一側(cè)到另一側(cè)的非連續(xù)性很明顯。這些圖還沒(méi)有示出在保持器 之間并通常夾在保持器中的輥球。改善侵蝕均勻性的一種方法是從圖8的節(jié)點(diǎn)196去除一排磁體。如在圖9 和圖12中所示，單排節(jié)點(diǎn)220由在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)保持器224、 226的鋸齒形邊緣之
間形成的單排磁體位置222形成，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)保持器224、 226還包含用于磁體 的單一外排的鉆孔228。角效應(yīng)至少部分由在拐角處磁場(chǎng)的變化引起。需要將拐角處的磁場(chǎng)密度保 持為近似接近直部分中的磁場(chǎng)密度。均衡彎曲幾何形狀中的磁場(chǎng)的一種方法為 改變單獨(dú)磁體的強(qiáng)度。例如，大部分磁體具有中等強(qiáng)度，例如由標(biāo)記N38表 示的。然而， 一些磁體位置被較強(qiáng)和較貴的磁體占據(jù)，例如，由標(biāo)記N48示 出的。如圖10和圖11所示，在一實(shí)施方式中，在內(nèi)部180。明顯拐角處使用的 流線(xiàn)型保持器230具有由N48磁體填充的內(nèi)部磁體位置232。規(guī)則的磁體位置 234從內(nèi)部磁體位置232稍微向外展開(kāi)。外部磁體位置236在流線(xiàn)形保持器230 的頂部進(jìn)一步向外展開(kāi)。在不同的實(shí)施方式中，部分或全部的矩形和外部磁體 位置234、 236被填充或空著。還可改變這些后面磁體的強(qiáng)度。如圖12所示，通過(guò)磁體位置限定的其流線(xiàn)形狀的類(lèi)似的流線(xiàn)形保持器240 使用在鄰近節(jié)點(diǎn)220的中間180。明顯拐角處。它們也具有內(nèi)部磁體位置242、 在向外展開(kāi)的位置的矩形磁體位置244和在端部進(jìn)一步向外展開(kāi)的外部磁體 位置246。流線(xiàn)形的效果是提供光滑的向外展開(kāi)和向內(nèi)展開(kāi)的內(nèi)磁體，因此提 供光滑的等離子體軌跡以減少尖銳的曲率。該逐漸的展開(kāi)與內(nèi)磁極的傳統(tǒng)的 T-棒端的使用相對(duì)，傳統(tǒng)的T-棒端以進(jìn)入T形物的增加的曲率為代價(jià)，其減 小了在內(nèi)部端上的曲率。該展開(kāi)在大于180。的拐角處產(chǎn)生等離子體軌跡的凸 部分和用于補(bǔ)償凸?fàn)畈⑦B接到等離子體軌跡的直部分的一對(duì)凹部。該凹部的特 征在于包含沿著曲線(xiàn)排列的至少三個(gè)磁體。如圖IO和圖11所示，徑向向外的內(nèi)部角保持器250具有與徑向向內(nèi)的內(nèi) 部角保持器252 —起形成的鋸齒形邊緣，其限定弧形交錯(cuò)的雙排規(guī)則磁體位置 254。然而，在徑向向外的內(nèi)部角保持器250中形成有額外的磁體孔256，以 允許替換或額外的磁體的使用，以徑向向外推動(dòng)等離子體軌跡。另外，在徑向 向內(nèi)的內(nèi)部角保持器252中的額外的磁體孔258允許定制磁場(chǎng)。磁控管200可與具有弧形角262的條形耙260并置并且相對(duì)于該條形耙 260掃描短距離。為了防止在弧形角262處的等離子體軌跡外部的條形靶260 部分的選擇性再沉積，需要成形等離子體軌跡以使其具有幾乎與靶弧形角262 的曲率相等的曲率。因此， 一體的外部角保持器264形成有單排的規(guī)則矩形磁
體孔266和多個(gè)徑向向內(nèi)的額外的磁體孔268，通過(guò)使規(guī)則的磁體孔266數(shù)目 減少并且使部分或全部的額外的磁體孔268數(shù)目增加，可以使該等離子體軌跡 徑向向內(nèi)推動(dòng)以與耙的弧形角262 —致。在圖13的平面圖中示出的靶組件270包括與六個(gè)條形靶260相關(guān)并平行 排列的六個(gè)條形磁控管200。每個(gè)條形磁控管200可具有以上所述的特征。以上所述的技術(shù)可應(yīng)用于除了雙層折疊磁控管之外的其它磁控管。特別 地，單獨(dú)的跑道型磁控管可從調(diào)整等離子體軌跡曲率和鄰近其兩個(gè)尖端的磁場(chǎng) 強(qiáng)度而獲得更好的效果。另外，多個(gè)單獨(dú)的跑道型磁控管通過(guò)在單一的支撐板 上支撐以及彈性和部分支撐而可以聯(lián)動(dòng)，并且可在一個(gè)或多個(gè)靶的輪廓上滾動(dòng) 并跟隨。盡管所述的實(shí)施方式包括具有垂直于靶的濺射平面的軸的圓柱形磁 體，本發(fā)明的各種實(shí)施方式可應(yīng)用于磁控管，其中相對(duì)的磁體朝向分開(kāi)兩個(gè)磁 極的間隙的中間傾斜小于45°。在圖14的截面圖中所示的濺射腔室280包括多個(gè)條形靶282和相關(guān)的條 形磁控管284。條形靶282和條形磁控管284都從以上所述的本發(fā)明的特征中 獲得好的效果。沒(méi)有示出部分在支撐板32上支撐磁控管284的彈簧機(jī)構(gòu)114。 每個(gè)條形靶282包括具有對(duì)應(yīng)于等離子體暗空間的軸向延伸的側(cè)鋸齒狀邊界 288的耙層286。每個(gè)條形耙282的耙層286通過(guò)與條形耙層286的水平程度 近似相同的粘結(jié)層292粘接到條形背板290。條形背板290形成有脊，通過(guò)該 脊形成冷卻通道294。輕重量的填充材料層296，其可以是電介質(zhì)，填充脊之 間的谷并且在脊之上被平坦化以形成平面，在該平面上條形磁控管284的輥球 126滾動(dòng)。通過(guò)包括支撐條形背板290的外圍的有孔架298的未示出的機(jī)械結(jié) 構(gòu)而將條形靶282固定地支撐在腔室18上。條形靶282被電激勵(lì)以激發(fā)濺射 工作氣體的等離子體。條形靶282有利地允許軸向延伸的接地陽(yáng)極300突出到耙的濺射表面，同 時(shí)容納在由兩個(gè)相鄰的條形靶282之間的鋸齒形邊界288形成的間隙內(nèi)。接地 陽(yáng)極300通過(guò)絕緣體302與條形背板290電絕緣，其中絕緣體可由填充材料層 296的延伸形成，并且還可提供在高真空濺射腔室18和低真空背腔室22之間 的真空密封。另一方面，條形靶282被電激勵(lì)并通過(guò)絕緣體302和小于等離子 體暗空間的其它真空間隙與陽(yáng)極300絕緣，以用作產(chǎn)生濺射等離子體的陰極。 濺射腔室280額外地包括電接地的護(hù)板304以保護(hù)腔室側(cè)壁免受沉積，同時(shí)還 在側(cè)部上用作陽(yáng)極。絕緣體306使腔室18與架298和其支撐的條形背板290 絕緣。然而，電絕緣可選地設(shè)置在架298和其支撐的每個(gè)不同的條形耙282 之間。支撐板32以圖案掃描，從而所有的磁控管284基本同步地以相同的圖案 掃描。磁控管路徑之間的主要變化由支撐板上它們的支架的彈性引起。所掃描 的圖案可沿著正交的x-軸和y-軸的其中之一延伸，或者是二維的x-y掃描圖案， 例如，具有部分沿著x-軸和y-軸延伸的O形圖案，具有沿著兩個(gè)斜的軸延伸 的部分的X形圖案，沿著相對(duì)的平行側(cè)和其間的斜側(cè)延伸的Z形圖案，或者 其它復(fù)雜的圖案。只需要單一的掃描機(jī)構(gòu)用于多個(gè)磁控管，盡管當(dāng)然也可能是 多組的多個(gè)磁控管和相關(guān)的掃描機(jī)構(gòu)。必須強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明的一些方案不限于雙層螺旋磁控管或者不限于隔開(kāi)并 彈性支撐的磁控管。本發(fā)明的各種方案可用于提供更加均勻的濺射和更加完全的耙利用。
權(quán)利要求
1.一種雙層折疊螺旋磁控管，包括一種極性的外磁極，該外磁極圍繞另一極性的內(nèi)磁極，并且通過(guò)沿封閉路徑延伸的間隙將該外磁極和內(nèi)磁極隔開(kāi)，所述路徑包括從頂部到其尾部沿著折疊的圖案延伸的兩個(gè)基本平行的部分，所述折疊圖案包括從頂部到第一180°角延伸的第一直部分，從所述第一180°角到第二180°角延伸的第二直部分，以及從所述第二180°角到尾部延伸的第三直部分，所述第一和第三直部分平行并沿著所述第二直部分延伸。
2. —種折疊磁控管，包括一種極性的外磁極，該外磁極圍繞另一極性的 內(nèi)磁極，并且通過(guò)沿封閉路徑延伸的間隙將該外磁極和內(nèi)磁極隔開(kāi)，所述路徑 包括圍繞一個(gè)磁極的靈敏部分的180°角，所述靈敏部分具有從該靈敏部分的 頂部向外展開(kāi)并且之后向內(nèi)展開(kāi)到該一個(gè)磁極的直部分的流線(xiàn)狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控管，其特征在于，所述流線(xiàn)形的內(nèi)部沒(méi)有 磁體，但是所述流線(xiàn)狀形的外圍部分存在磁體。
4. 一種折疊磁控管，包括一種極性的外磁極，該外磁極圍繞另一極性的 內(nèi)磁極，并且通過(guò)沿封閉路徑延伸并在一個(gè)磁極的凸部和另一磁極的凹部之間 包括至少一個(gè)拐角的間隙將該外磁極和內(nèi)磁極隔開(kāi)，其中鄰近所述拐角的所述 一個(gè)磁極中磁場(chǎng)強(qiáng)度的線(xiàn)性密度大于鄰近所述拐角的另一磁極的磁場(chǎng)強(qiáng)度的 線(xiàn)性密度。
5. —種折疊磁控管，包括一種極性的外磁極，該外磁極圍繞另一極性的 內(nèi)磁極，并且通過(guò)沿封閉路徑延伸并在一個(gè)磁極的凸部和另一磁極的凹部之間 包括至少一個(gè)拐角的間隙將該外磁極和內(nèi)磁極隔開(kāi)，并且該磁控管還包括將產(chǎn) 生的等離子體軌跡的中心線(xiàn)從所述凸部朝向所述凹部移動(dòng)的裝置。
6. —種鄰近具有弧形靶拐角的靶的折疊磁控管，其包括一種極性的外磁 極，該外磁極圍繞另一極性的內(nèi)磁極，并且通過(guò)沿封閉路徑延伸的間隙將該外 磁極和內(nèi)磁極隔開(kāi)，該封閉路徑包括具有與所述弧形靶拐角的曲率一致的弧形 磁控管拐角。
7. —種鄰近具有弧形靶拐角的靶的折疊磁控管，其包括一種極性的外磁 極，該外磁極圍繞另一極性的內(nèi)磁極，并且通過(guò)沿封閉路徑延伸的間隙將該外 磁極和內(nèi)磁極隔開(kāi)，該封閉路徑包括在一個(gè)磁極的凸部和另一磁極的凹部之間 的間隙拐角，該磁控管進(jìn) 一步包含限定直部分的第一磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁體和至少部 分限定所述凸部拐角的第二較強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁控管，其特征在于，所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度的所 述磁體限定所述凹部拐角。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8其中任意之一所述的磁控管，其特征在于，所述路徑包含由兩個(gè)弧形端連接的兩個(gè)直部分。
10. —種濺射方法，包括在濺射靶的一側(cè)上設(shè)置權(quán)利要求1至8其中任何 之一所述的磁控管。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括以鄰近所述掃 描靶的掃描圖案掃描所述磁控管。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述掃描圖案為二維圖案。
13. —種磁控管，包括第一磁性的第一磁體和與所述第一磁性相反的第二 磁性并圍繞所述第一磁體的第二磁體，并且通過(guò)沿具有通過(guò)弧形部分連接的平 行直部分的封閉圖案排列的間隙將該第一磁體和第二磁體隔開(kāi)，其中所述第一 磁體和第二磁體在直部分中以基本均勻的結(jié)構(gòu)排列，而在相對(duì)于具有沿著所述 間隙的側(cè)部排列的一排或兩排磁體的均勻排列，所述第一磁體和第二磁體在所 述弧形部分中以不均勻的結(jié)構(gòu)排列。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的磁控管，其特征在于，與具有沿著所述間隙的 側(cè)部排列的一排或多排磁體的排列相比，在所述弧形部分中，在所述間隙的凸 部中排列的磁體比在其凹部中排列的磁體多。
15. —種聯(lián)動(dòng)磁控管，包括 剛性的支撐結(jié)構(gòu)；由所述支撐結(jié)構(gòu)分開(kāi)支撐的多個(gè)磁板；具有在相反磁性的磁極之間形成的封閉路徑并由各所述磁板分開(kāi)支撐的 多個(gè)磁體排列。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁控管，其特征在于，所述磁板由所述支撐 結(jié)構(gòu)彈性并部分支撐，并進(jìn)一步包括在與所述支撐結(jié)構(gòu)相對(duì)的磁體排列的側(cè)上 形成的滾動(dòng)或滑動(dòng)裝置，以在耙組件上部分移動(dòng)支架。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的磁控管，其特征在于，所述磁板的每一個(gè)包 括多個(gè)柔性部分。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁控管，其特征在于，進(jìn)一步包括靶，該耙 包含與每個(gè)所述磁體排列相關(guān)的多個(gè)分離的靶條。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁控管，其特征在于，進(jìn)一歩包括用于以二維圖案移動(dòng)所述支撐結(jié)構(gòu)的掃描機(jī)構(gòu)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁控管，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)為非磁 性板。
21. —種聯(lián)動(dòng)磁控管，包括 剛性的支撐結(jié)構(gòu)；以及由所述支撐結(jié)構(gòu)分開(kāi)彈性支撐的多個(gè)磁控管。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的磁控管，其特征在于，進(jìn)一步包括掃描機(jī)構(gòu)，用 于以二維圖案移動(dòng)所述支撐結(jié)構(gòu)，該二維圖案具有沿著各個(gè)非平行方向延伸的 部分。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21或22的磁控管，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)包括非 磁性板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁控管組件，其包括一個(gè)或多個(gè)磁控管(112)，每個(gè)磁控管在靶(124)的濺射表面上形成封閉的等離子體回路。該靶可包括多個(gè)條形靶，在該條形靶上，每個(gè)條形磁控管滾動(dòng)(126)并通過(guò)彈簧機(jī)構(gòu)(114)部分支撐在公共支撐板(32)上。該條形磁控管可以為雙層折疊磁控管(200)，其中各磁控管形成折疊的等離子體回路，該回路在條形靶的水平側(cè)之間延伸并且其端部在靶的中間會(huì)合(220)。形成磁控管的磁體可排列為具有通常均勻的直部分的圖案，其中直部分通過(guò)弧形部分連接，在該弧形部分中在鄰近拐角處有額外的磁體位置可用以調(diào)整等離子體軌跡。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101117706SQ200710137630
公開(kāi)日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月4日
發(fā)明者布拉德利·O·斯廷森, 約翰·M·懷特, 西門(mén)·明·胡·李, 阿基海倫·豪索卡沃, 馬褲托·艾娜加沃 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司