CN102965632A - 用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置及其方法 - Google Patents

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周军
傅昶
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Abstract

本发明提供了一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，所述物理气相沉积腔室包括靶和磁体，所述靶具有有效表面，用以溅射靶材料，用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置包括：侦测器，用以测量所述靶消耗的厚度值；位置控制元件，根据所述靶消耗的厚度值调整所述靶和所述磁体之间的距离。本发明还提供了一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法，通过侦测器的测量以及位置控制元件的调整，增强了靶材材料在物理气相沉积过程中沉积速率的稳定性，使整个工艺过程的可控性更高。

Description

用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置及其方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置及其方法。
背景技术
物理气相沉积(以下也简称“PVD”)制程是一种已知用来沉积材料薄膜于基底的方法，通常用来制造半导体装置。PVD制程是在高真空反应室中完成，上述反应室(chamber)之中含有基片(例如晶圆)以及预沉积于基片上的材料固体来源或厚板，亦即PVD靶材。PVD靶材材料被带电气体离子轰击后，发生溅射，溅射出来的靶材材料沉积在基片的表面，形成所需要的薄膜材料。
有许多用以完成PVD的方法，例如蒸镀、电子束蒸镀、等离子喷涂沉积以及溅镀(sputtering)。目前，溅镀是一种用来执行PVD最常用的方法。其中磁控溅射以能够大大提高溅镀速率而被广泛关注。磁控溅射是指在阴极(通常为靶材)与阳极(通常为安装待镀基片的基片安装座或镀膜腔体壁)之间加一个正交磁场和电场，在真空镀膜腔体中充入所需要的惰性气体(通常为氩气)，在电场的作用下，氩气电离成氩离子(带正电荷)和电子，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在待镀基片上成膜。同时，氩离子在轰击靶材时放出二次电子，二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛伦磁力的影响，被束缚在靠近靶材表面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高。在电磁场的共同作用下，二次电子的运动轨迹为沿电场方向加速，同时绕磁场方向螺旋前进的复杂曲线，使得该二次电子的运动路径变长，在运动过程中不断与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终以极低的能量飞向待镀基片，使得待镀基片的升温较低。
磁控溅射利用磁场束缚以延长二次电子的运动路径，改变二次电子的运动方向，提高惰性气体的电离率和有效利用电子的能量，从而提升溅镀速率。然而随着靶材的消耗，靶材表面与磁体之间的距离发生了改变，使靶材表面的磁场强度发生改变，从而影响了离子对靶材的轰击，最终改变了沉积速率。因此，如何使靶材表面的磁场强度稳定以保持沉积速率是亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置及其方法，以解决如何使靶材表面的磁场强度稳定的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供了一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，所述物理气相沉积腔室包括靶和磁体，所述靶具有有效表面，用以溅射靶材料，所述用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置还包括：侦测器，用以测量所述靶消耗的厚度值；位置控制元件，根据所述靶消耗的厚度值调整所述靶和所述磁体之间的距离。
进一步的，所述位置控制元件包括数据接收单元，所述数据接收单元与所述侦测器信号连接，用以接收所述侦测器测量的靶消耗的厚度值。
进一步的，所述位置控制元件还包括螺纹杆，用以调整所述靶和所述磁体之间的距离。
进一步的，所述侦测器为称重器。
进一步的，所述侦测器为红外线发生器。
进一步的，所述侦测器为声学侧厚仪。
本发明提供还提供了一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法，包括：利用侦测器测量靶消耗的厚度值，并将所述厚度值发送至位置控制元件；所述位置控制元件根据所述厚度值调整所述靶和所述磁体之间的距离，使所述靶的有效表面磁场强度稳定。
进一步的，所述位置控制元件包括数据接收单元，所述数据接收单元与所述侦测器信号连接，用以接收所述侦测器测量的靶消耗的厚度值。
进一步的，所述位置控制元件还包括螺纹杆，用以调整所述靶和所述磁体之间的距离。
本发明提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，利用侦测器测量靶消耗的厚度值，并根据该厚度值，利用位置控制元件调整靶和磁体之间的距离，以使靶表面的磁场强度稳定。
本发明提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法，通过侦测器的测量以及位置控制元件的调整，增强了靶材材料在物理气相沉积过程中沉积速率的稳定性，使整个工艺过程的可控性更高。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法的步骤流程图；
图3是本发明实施例二提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置及其方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，利用侦测器测量靶消耗的厚度值，并根据该厚度值，利用位置控制元件调整靶和磁体之间的距离，以使靶表面的磁场强度稳定。本发明还提供了一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法，通过侦测器的测量以及位置控制元件的调整，增强了靶材材料在物理气相沉积过程中沉积速率的稳定性，使整个工艺过程的可控性更高。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置的结构示意图。参照图1，物理气相沉积腔室19包括靶11和磁体12，所述靶12具有有效表面13，用以溅射靶材料，用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置包括：侦测器，用以测量所述靶11消耗的厚度值；位置控制元件15，根据所述靶11消耗的厚度值调整所述靶11和所述磁体12之间的距离。
进一步地，所述位置控制元件15包括一数据接收单元，所述数据接收单元与所述侦测器信号连接，用以接收所述侦测器测量的靶消耗的厚度值。在本实施例中，所述侦测器与所述位置控制元件15之间连接有数据传输线，以使靶11消耗的厚度值能够从侦测器传输至位置控制元件15中的数据接收单元。所述用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置位于物理气相沉积腔室19内，所述物理气相沉积腔室19为真空腔。
具体地，所述位置控制元件15还包括螺纹杆，用以精确调整所述靶11和所述磁体12之间的距离。在靶11的有效表面13的相对面处设置有阴极16，在靶11的下方设置有被溅射的基片17，在基片17与靶11之间分布有等离子体，基片承载台18置于基片17的下面，用于支撑基片17，基片承载台18的底部设置有阳极16’。
在本实施例中，侦测器为一称重器14，称重器14位于靶11的侧端，用于测量靶11的相对重量，测得的靶11消耗的重量转换为靶11厚度的变化量。所述磁体12为马蹄形磁铁。
图2为是本发明实施例一提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法的步骤流程图。参照图2，用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法，包括：
S21、利用侦测器测量靶消耗的厚度值，并将所述厚度值发送至位置控制元件；
S22、所述位置控制元件根据所述厚度值调整所述靶和所述磁体之间的距离，使所述靶的有效表面磁场强度稳定。
在物理气相沉积的过程中，随着靶材料的消耗，靶11的重量逐渐减少，称重器14测得靶材料的消耗量并将其转换为靶11厚度的变化量。将厚度的变化量发送至位置控制元件15，位置控制元件15根据所述靶11消耗的厚度调整所述靶11和所述磁体12之间的距离，由于靶材的消耗，使得靶11的有效表面13离磁体12的距离变近，因此，位置控制元件15将磁体12朝远离靶11的方向移动，移动的距离为靶11消耗的厚度。保证磁体12与靶11有效表面13维持固定的距离，能够保证在靶11的有效表面13产生稳定的磁场强度，从而增强了靶材材料在物理气相沉积过程中沉积速率的稳定性，使整个工艺过程的可控性更高。
实施例二
图3是本发明实施例二提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置的结构示意图。参照图3，与实施例一中装置的不同之处在于，所述侦测器为一声学侧厚仪34，将所述声学测厚仪34安装在靶11的有效表面13的相对面，声学测厚仪能够利用声波测得靶11消耗的厚度值，并将测得的厚度的变化量发送至位置控制元件15。
实施例三
在本实施例中，所述侦测器为一红外线发生器(图中未示出)，所述红外发生器位于物理气相沉积腔室19的进口处，红外线发生器发射红外线到达靶11的有效表面13处，测得靶11厚度的变化量，并将测得的厚度的变化量发送至位置控制元件15。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，所述物理气相沉积腔室包括靶和磁体，所述靶具有有效表面，用以溅射靶材料，其特征在于，还包括：
侦测器，用以测量所述靶消耗的厚度值；
位置控制元件，根据所述靶消耗的厚度值调整所述靶和所述磁体之间的距离。
2.根据权利要求1所述的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，其特征在于，所述位置控制元件包括数据接收单元，所述数据接收单元与所述侦测器信号连接，用以接收所述侦测器测量的靶消耗的厚度值。
3.根据权利要求1所述的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，其特征在于，所述位置控制元件还包括螺纹杆，用以调整所述靶和所述磁体之间的距离。
4.根据权利要求1至3中任一项的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，其特征在于，所述侦测器为称重器。
5.根据权利要求1至3中任一项的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，其特征在于，所述侦测器为红外线发生器。
6.根据权利要求1至3中任一项的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，其特征在于，所述侦测器为声学侧厚仪。
7.一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法，包括：
利用侦测器测量靶消耗的厚度值，并将所述厚度值发送至位置控制元件；
所述位置控制元件根据所述厚度值调整所述靶和磁体之间的距离，使所述靶的有效表面磁场强度稳定。
8.根据权利要求7所述的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法，其特征在于，所述位置控制元件包括数据接收单元，所述数据接收单元与所述侦测器信号连接，用以接收所述侦测器测量的靶消耗的厚度值。
9.根据权利要求7所述的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法，其特征在于，所述位置控制元件还包括螺纹杆，用以调整所述靶和所述磁体之间的距离。
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