CN109750265A - 溅镀***、在基板上沉积材料的方法及判定溅镀靶材的生命周期的结束的方法 - Google Patents

溅镀***、在基板上沉积材料的方法及判定溅镀靶材的生命周期的结束的方法 Download PDF

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Abstract

提供一种溅镀***及其方法。在一实施例中，溅镀***包含接收基板的腔室，位于腔室中的溅镀靶材，以及位于溅镀靶材上方的电磁铁阵列。电磁铁阵列包含多个电磁铁。

Description

溅镀***、在基板上沉积材料的方法及判定溅镀靶材的生命 周期的结束的方法
技术领域
本公开实施例涉及半导体***及其方法，特别涉及一种溅镀***及其方法。
背景技术
在过去数十年中，半导体集成电路产业经历了快速的成长。半导体材料及设计的科技进步产生了不断缩小且更为复杂的电路。有关于工艺及生产方面的科技也经历技术上的进步，使得这些材料及设计上的进步成为可能。在半导体演进的过程中，能够可靠地产生的最小构件的尺寸缩小，每单位面积互连装置的数量随之增加。
物理气相沉积(Physical vapor deposition，PVD)或溅镀(sputtering)被广泛地使用，以沉积材料层来形成半导体装置的栅极堆叠、阻挡层及内连线结构。在常见的溅镀工艺中，将靶材与基板面对面且靠近地放置在溅镀腔室中。将气体引入溅镀腔室中，并点燃此气体以形成等离子体。通过遍及靶材、背板与基板的电场，等离子体中的气体离子会被吸引至靶材。通过足够的能量，气体离子可使原子自靶材上移位，并允许移位的靶材原子沉积在基板上。在反应性溅镀(reactive sputtering)中，将反应气体也引入溅镀腔室中，且靶材原子在沉积于基板上之前，会与反应气体反应。
传统上，为了促使在靶材表面上进行一致的侵蚀，使用旋转磁铁模块以在靶材上方施加一扫描磁场。旋转磁铁模块可包含设置永久磁铁，通过旋转机构，永久磁铁围绕靶材中心旋转。然而，此传统技术时常导致靶材上不平均的圆形侵蚀图案，俗称「粒子轨道(racetrack)」。此外，旋转机构可能使得位于或接近旋转磁铁模块中心的磁铁移位，导致位于或接近靶材中心的磁铁的下方侵蚀(under-erosion)。
因此，现有的技术尚未证明在所有方面皆令人完全满意。
发明内容
本公开实施例提供一种溅镀***，包含腔室、溅镀靶材以及电磁铁阵列。腔室设置以接收基板。溅镀靶材位于腔室中。电磁铁阵列位于溅镀靶材上方，其中电磁铁阵列包含多个电磁铁。
本公开实施例提供一种在基板上沉积一材料的方法，包含将基板放置于溅镀***的腔室中，其中溅镀***包含：腔室、溅镀靶材以及电磁铁阵列。溅镀靶材位于腔室中。电磁铁阵列位于溅镀靶材上方，其中电磁铁阵列包括多个电磁铁。在溅镀靶材与基板之间施加电场。在腔室中产生等离子体，并将位于电磁铁阵列中的电磁铁通电。
本公开实施例提供一种判定溅镀靶材的生命周期的结束的方法，包含将基板放置于溅镀***的腔室中，其中溅镀***包含：腔室、溅镀靶材以及电磁铁阵列。溅镀靶材位于腔室中。电磁铁阵列位于溅镀靶材上方，其中电磁铁阵列包括多个电磁铁。将具有一频率的交流电信号传送至每一个电磁铁，其中此频率的标准穿透深度与最小靶材厚度相关。通过判定是否在其中一个电磁铁中有不正常的阻抗变异存在，来判定溅镀靶材的生命周期的结束。
附图说明
根据以下的详细说明并配合所附附图以更加了解本公开实施例的概念。应注意的是，根据本产业的标准惯例，附图中的各种部件未必按照比例绘制。事实上，可能任意地放大或缩小各种部件的尺寸，以做清楚的说明。
图1是根据本公开各种实施例的溅镀***的示意图。
图2是根据本公开各种实施例的电磁铁模块的俯视示意图。
图3是根据本公开各种实施例的电磁铁模块的电磁铁的示意图。
图4是根据本公开各种实施例的在靶材中产生涡电流(eddy current)的电磁铁线圈的示意图。
图5是根据本公开各种实施例的位于不同靶材侵蚀轮廓上方的两个电磁铁线圈的示意图。
图6A及图6B绘示根据本公开各种实施例的在基板上沉积一材料的方法流程图。
参照以下的详细说明将可更好地了解此些附图。
附图标记说明：
10～方法；
12、14、16、18、20、21、22、23、25～操作；
100～溅镀***；
110～真空腔室；
112、142、162～绝缘件；
120、130～沟道；
122、132～阀；
124～气体源；
134～真空源；
140～靶材(溅镀靶材)；
141～部分；
143～侵蚀特征；
150～背板；
151、321～接地线；
152、220、322～传输线；
160、242、320～电源供应器；
170～等离子体；
180～磁场；
200～电磁铁阵列(电磁铁模块)；
202～电磁铁；
204～图案；
206～中心点；
221、232、232A、232B～线圈；
222～核心；
221A、221B～导线；
240～控制器；
300～基板；
310～支座；
400～导电材料；
410～涡电流。
具体实施方式
以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本公开实施例的不同部件。以下叙述构件及配置的特定范例，以简化本公开实施例的说明。当然，这些特定的范例仅为示范并非用以限定本公开实施例。例如，在以下的叙述中提及第一部件形成于第二部件上或上方，即表示其可包含第一部件与第二部件是直接接触的实施例，亦可包含有附加部件形成于第一部件与第二部件之间，而使第一部件与第二部件可能未直接接触的实施例。另外，在以下的公开内容的不同范例中可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以指定所讨论的不同实施例及/或结构之间的关系。
此外，在此可使用与空间相关用词。例如「底下」、「下方」、「较低的」、「上方」、「较高的」及类似的用词，以便于描述附图中绘示的一个元件或部件与另一个(些)元件或部件之间的关系。除了在附图中绘示的方位外，这些空间相关用词意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，且在此使用的空间相关词也可依此做同样的解释。
另外应了解的是，一般而言，本公开实施例是有关于通过在靶材上方使用可控制的电磁铁模块，改良靶材侵蚀的一致性以及沉积的一致性。特别是，本公开实施例是有关于可个别控制的电磁铁的电磁铁阵列。电磁铁阵列不只可以施加静态或扫描磁场以促进一致的靶材侵蚀，亦可进行动态调整以解决在靶材上局部的上方及下方侵蚀。连接至电磁铁阵列的控制器可将交流电信号传送至每一个电磁铁，进而在邻近电磁铁的靶材区域中产生涡电流。通过比较电磁铁之间的阻抗变异，可判定侵蚀特征的位置与深度。在本公开中所述的晶片与基板可为各种形式，其包含个别装置例如芯片(例如制造在晶片上)的晶片(或其中的部分)或基板，但不限于此。可通过增加、减少及替换形成于基板上的材料层，在基板上形成各种部件以制造集成电路，集成电路包含由以互补式金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS)为基础的工艺、鳍式场效晶体管(fin-like fieldeffect transistor，FinFET)装置、微机电***(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)装置、影像传感器及其他类似装置所形成的集成电路。此外，如上所述，本文所述的特定实施例仅用以示范，并非用以限制本公开实施例。
现在请参照图1，图1绘示根据本公开各种实施例的溅镀***100的示意图。溅镀***100包含真空腔室110。真空腔室110通过沟道130与真空源134流体连通(fluidcommunication)。真空源134可包含一或多个真空泵。沟道130更包含阀132，可操作阀132关闭真空腔室110和真空源134之间的流体连通。真空腔室110也通过沟道120与气体源124流体连通。气体源124是用以在真空腔室110内产生等离子体的气体来源。在一些实施例中，此气体为惰性气体，例如氩气。在其他一些实施例中，此气体可以是氧气或氮气。在一些情况下，具有多于一个气体源，且至少一个气体源是惰性气体例如氩气的来源。沟道120至气体源124之间是由阀122控制，可操作阀122以调控气流或完全关闭真空腔室110与气体源124之间的流体连通。溅镀***100更包含支座310以支撑基板300。基板300可以是晶片、晶片的一部分或是上方制有部件的基板。
溅镀***100是设置以在真空腔室110内接收靶材140(或溅镀靶材140)。靶材140可由金属、导电金属化合物、合金、或金属固体溶液形成。在一些实施例中，可将靶材140安装在背板150上。靶材140及背板150材料的非穷举(non-exhaustive)范例包含铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)、石墨(C)、钨(W)、钌(Ru)、钼(Mo)、铌(Nb)、钯(Pd)、铟(In)、镓(Ga)、硼(B)、锑(Sb)、钒(V)、锡(Sn)、镱(Yb)、钇(Y)、锆(Zr)、铬(Cr)及上述的合金及固体溶液。背板150与靶材140可由相同或不同材料形成。在一些实施中，背板150是由与靶材140的材料性质互补的材料形成。举例而言，假设靶材140的材料具有低热传导性，则背板150的材料可具有高热传导性。除了热传导性之外，所考量的材料性质可包含导电性及导磁性。
如图1所示，将基板300安装在支座310上，支座310通过传输线322电性耦接至电源供应器320，且靶材140通过背板150及传输线152耦接至电源供应器160。如此一来，可施加一电场遍及靶材140及支座310。支座310与背板150皆由导电材料制成。在一些实施例中，电源供应器320是射频(RF)电源供应器，其具有连接至支座310的传输线322以及接地的接地线321。连接至电源供应器320的导电支座310通过绝缘件162与真空腔室110隔离。在一些情况下，电源供应器160是直流电(DC)电源供应器，其具有连接至背板150的传输线152以及接地的接地线151。在图1所示的一些实施例中，背板150及/或支撑背板150的结构系通过绝缘件112与142与真空腔室110绝缘。因此，真空腔室110通过绝缘件112、142及162与电源供应器160、320绝缘。真空腔室110可接地，如图1所示。
在操作中，背板150与靶材140作为阴极，而支座310作为阳极。电源供应器160与320可遍及阴极与阳极施加静态的或动态变化的电压，藉此造成在阴极与阳极之间产生的电场。选择由电源供应器160、电源供应器320或两者结合所产生的电场强度，使得来自气体源124的气体可被离子化并点燃成为等离子体170。在从气体源124导入氩气(Ar)的情况下，氩原子将舍弃一个电子，并以正电氩离子(Ar+)存在于等离子体170中。如图1所示，等离子体170中的正电氩离子将会被电场加速并轰击靶材140的表面。如果正电氩离子具有足够的能量，可使得靶材的原子移位并随后沉积在基板300上。
在一些实施例中，溅镀***100更包含位于靶材140上方的电磁铁模块200。电磁铁模块200包含多个电磁铁202的电磁铁阵列。在此方面，由于电磁铁模块200基本上意指电磁铁阵列，故电磁铁模块200有时亦被称作电磁铁阵列200。可使用电磁铁阵列200以在靶材140附近产生磁场180。可设计磁场180以捕捉接近靶材的电子，藉此增加等离子体170的密度，增加游离率，且有利于溅镀工艺的进行。在一些实施例中，电磁铁模块200通过传输线220连接至控制器240。控制器240可控制位在电磁铁模块200中每一个电磁铁202的磁通量的幅度与极性。换言之，可通过改变控制器240的参数或程式，对于不同尺寸的真空腔室110、不同材料的靶材140、不同厚度的靶材140、不同的等离子体气体种类以及不同的电场强度，将在接近靶材140处产生的磁场客制化。在一些实施例中，对于特定的真空腔室110与特定种类的靶材140而言，可进行实验以判定电磁铁阵列200的预设设置(或预设图案、预设磁化图案)。对于一组特定的靶材材料与工艺参数，此预设设置是基于在基板300上沉积速率的一致性与靶材140消耗速率的一致性来判定。每一组特定的靶材材料与工艺参数可被称作标准设置。在一些实施例中，每一个标准设置可对应至电磁铁阵列200独特的预设图案，以达到一致的沉积速率与一致的靶材消耗。在其他一些实施例中，可基于标准设置判定电磁铁阵列200的预设图案，标准设置包含中等(mid-range)靶材性质与中等工艺参数的靶材材料。在此些实施例中，对所有的靶材材料及工艺参数而言，预设图案是一普遍的图案。在一些实施中，除非命令控制器240使用特定的图案，在使用溅镀***100的溅镀工艺的开始会载入预设图案。
现在请参照图2，图2显示根据本公开各种实施例的电磁铁阵列200的俯视示意图。在一些实施例中，图1所示的基板300为圆形，支座310及背板150也可以为圆形，并与基板300具有相同的尺寸。在此些实施例中，电磁铁模块200也具有大致沿着基板300的形状的圆形。然而，由于电磁铁模块200是由多个电磁铁202形成，电磁铁模块200的形状可能仅大致上为圆形，而不是完美的圆形，如图2所示。在一些情况下，电磁铁模块200大于靶材140，使得靶材140承受更加一致的磁场。电磁铁阵列200可具有中心点206，中心点206可为电磁铁阵列200的几何中心或是重心。在一些实施例中，控制器240可选择性将一组形成通电图案204(或图案204)的电磁铁202通电。当使用时，将图案204之外的电磁铁202以一恒定级别或基本级别通电，并将图案204内的电磁铁202以一预定级别通电，使图案204内的电磁铁202具有不同极性与幅度的磁通量。为了说明之目的，图案204中的电磁铁202以不同的颜色显示，以说明其可具有不同的极性，例如：N极与S极，或是不同的幅度。在这些实施例中，控制器240可围绕中心点206依序且扫描式地沿顺时钟或逆时钟方向将一组具有大致相似于图案204的图案的电磁铁202通电。图案204的扫描式通电允许电磁铁阵列200围绕中心点206模仿固定磁铁排列的旋转。举例而言，在控制器240将图案204通电之后，控制器240可继续沿逆时钟方向扫描并依序将图案204’通电。图案204’相似但不相同于图案204。位于电磁铁阵列200上不同位置的扫描图案204可能不完全相同，因为电磁铁202的集成可能不允许在所有围绕中心点206的角度复制相同的图案204。
如图1及图2所示，电磁铁阵列200中个别的电磁铁202一般可为圆柱体，并具有圆形的截面。在一些实施中，为了增加电磁铁阵列200中电磁铁的集成密度，电磁铁202可具有其他的形状。举例而言，为了最大化电磁铁阵列200的集成密度，电磁铁202可以是六角棱镜(即具有六边形截面的柱体)的形状。在其他一些情况下，电磁铁202可以是矩形柱。在又一些其他实施例中，电磁铁202可具有低轮廓，且被视为盘状(圆形、六边形或矩形)。图3显示个别的电磁铁202。电磁铁202包含线圈221及核心222。线圈221是由高导电性材料形成，例如铜或铜铝合金。核心222可由铁、铁合金、镍合金或铁镍合金制成。线圈221包含两个导线221A与221B。导线221A与221B皆连接至控制器240。在一些实施例中，每一个电磁铁202的导线皆分别连接至控制器240。在此些实施例中，电磁铁阵列200中可控制的最小单元为电磁铁202，且控制器240可分别将每一个电磁铁202通电。在其他一些实施例中，先根据磁通量的幅度与极性将电磁铁202分组。同一组电磁铁202的导线在连接至控制器240之前会先合并为一组。在这些实施例中，电磁铁阵列200中可控制的最小单元为一组电磁铁202，且控制器240可个别将一组电磁铁202通电。
现在请参照图4，图4显示接近导电材料400的线圈232。在一些实施例中，电磁铁阵列200中的每一个电磁铁202除了线圈221以外更包含线圈232。在其他一些实施例中，线圈221包含线圈232。如图4所示，线圈232连接至交流电(AC)电源供应器242。当交流电电源供应器242将频率为F的交流电信号导入至线圈232时，在导电材料400内引发涡电流410。涡电流410在垂直于由接近导电材料400表面的线圈232产生的磁场的平面中循环。涡电流410会产生磁场，抵抗线圈232所产生的磁场，导致线圈232中的阻抗变化。可量测此阻抗。涡电流410具有标准穿透深度D，标准穿透深度D等于涡电流密度降至导电材料400表面的涡电流密度的1/e或37％(其中e为尤拉常数(Euler’s constant))时的深度。在深度达两倍标准穿透深度D之处，涡电流密度降至表面涡电流密度的1/e2(或约13.5％)。此外，在深度达三倍标准穿透深度D之处，涡电流密度降至表面涡电流密度的1/e3(或约5％)。在深度达五倍标准穿透深度D之处，涡电流密度将低于表面涡电流密度的1％。频率F与标准穿透深度D的关系可用下列方程式表示：
其中π为大致等于3.14的数学常数，μ是磁导率(H/mm)，且σ是导电率(以％IACS(国际退火铜标准，International Annealed Copper Standard)表示)。通过改变来自交流电电源供应器242的交流电信号的频率F，涡电流410会具有不同的标准穿透深度D。根据上述方程式，标准穿透深度D与频率F的平方根成反比。换言之，当来自电源供应器242的交流电信号具有愈高的频率F时，标准穿透深度D则愈小。
如果导电材料中的缺陷或特征干扰或减少涡电流，涡电流410会减弱。举例而言，假设涡电流410主要流通于5倍的标准穿透深度D以内，如果导电材料400变得比5倍的标准穿透深度D更薄，由于此深度不足以支持相同厚度的涡电流，总涡电流会降低。减弱的涡电流会导致磁场减弱，此磁场用以抵消由线圈232产生的磁场，使得阻抗降低。可测量线圈232的阻抗变异，以判定靶材140中出现的侵蚀特征。现在请参照图5，显示用以量测出现的侵蚀特征143的线圈232A及232B，线圈232A位于靶材140的一部分141上方，其中具有一致的厚度D1。线圈232B则是位于侵蚀特征143上方，侵蚀特征143包含凹部侵蚀轮廓，将靶材140的局部厚度降低至厚度D2，或者干扰在此凹部侵蚀轮廓的位置产生的涡电流的流动。尽管图5显示凹部轮廓，侵蚀特征143可具有许多不同的形状。侵蚀特征143的凹部侵蚀轮廓可指出溅镀靶材140的局部消耗或局部过度消耗。在交流电电源供应器242供应频率为F的交流电信号的情况下，在靶材内产生的涡电流会具有标准穿透深度D。举例而言，若厚度D1大于或等于标准穿透深度D的5倍或以上，且厚度D2小于5倍的标准穿透深度D，线圈232A与232B会遭遇到不同的阻抗。由于侵蚀特征143会带走导电靶材，或干扰涡电流的流动，使得围绕侵蚀特征143的涡电流密度减弱，或至少与围绕部分141的涡电流密度不同。在一些实施例中，通过改变导入线圈232的交流电信号的频率F，以及比较不同线圈232之间的阻抗变异，可判定侵蚀特征143的位置与深度。在其他一些实施例中，通过量测线圈232中对于厚的靶材的阻抗，可归纳出靶材在一频率范围的标准阻抗量测表。接着通过将测得的阻抗值与标准阻抗量测表中的阻抗值比较，可侦测任何不正常的阻抗值。
现在请参照图6A及图6B，提供在基板上沉积一材料的方法10。以下将与图1至图4结合说明方法10。在方法10的操作12(图6A)，将基板300放置于溅镀***100的真空腔室110中。溅镀***100包含真空腔室110、溅镀靶材140及位于溅镀靶材140上方的电磁铁阵列200。电磁铁阵列200包含多个电磁铁202。靶材140可由金属、导电金属化合物、合金或金属固体溶液形成。靶材材料的范例包含铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)、石墨(C)、钨(W)、钌(Ru)、钼(Mo)、铌(Nb)、钯(Pd)、铟(In)、镓(Ga)、硼(B)、锑(Sb)、钒(V)、锡(Sn)、镱(Yb)、钇(Y)、锆(Zr)、铬(Cr)及上述的合金及固体溶液。可将靶材140安装在背板150上。背板150与靶材140可由相同或不同材料形成。在一些实施中，选择背板150的材料以补偿靶材140不想要的材料性质，其包含例如低热传导性、低导电性及低导磁性。
在方法10的操作14(图6A)，在溅镀靶材140及支座310之间施加电场。如图1所示，将支撑基板300的支座310通过传输线322耦接至电源供应器320，且将靶材140通过背板150及传输线152耦接至电源供应器160。如此一来，可施加电场遍及靶材140与基板300。支座310与背板150皆由导电材料制成。在一些实施例中，电源供应器320为射频(RF)电源供应器，其具有连结支座310的传输线322与接地的接地线321。在操作14，背板150与靶材140作为阴极，而支座310与基板300作为阳极。电源供应器160与320可施加遍及阴极及阳极的静态或动态变化的电压，藉此导致阴极及阳极之间产生电场。
在方法10的操作16(图6A)，产生等离子体170。真空腔室110通过沟道120与气体源124流体连通，沟道120由阀122所控制。通过打开阀122，来自气体源124的气体进入真空腔室110。在一些实施例中，此气体为惰性气体，例如氩气。在其他一些实施例中，此气体可以是氧气、氮气或其他适合的气体。在反应溅镀工艺中通常会使用氧气及氮气等离子体以形成氧化物及氮化物。在此些实施例中，溅镀***100可包含提供惰性气体例如氩气的第二气体源，使得真空腔室110中的等离子体包含惰性气体的等离子体以及氧气或氮气的等离子体。选择由电源供应器160、电源供应器320或结合前述两者所产生的电场强度，进而将来自气体源124的气体离子化并点燃为等离子体170。在从气体源124导入氩气的情况下，氩原子将丧失一电子，并以正电氩原子(Ar+)存在于等离子体170中。虽然操作14绘示于操作16之前，然而操作16也可以与操作14同时或在操作14之后进行。当施加电场时，等离子体形成气体可存在于真空腔室110中。或者，在施加电场之后，可将等离子体形成气体导入真空腔室110。
虽然未在方法10中以分开的操作来说明，在将等离子体形成气体导入真空腔室110之前，允许真空腔室110连接至真空源134。真空腔室110通过沟道130与真空源134流体连通，其由阀132所控制。在一些实施例中，在将基板300安装在支座310上且将靶材140放置于真空腔室110内之后，将阀132调至开启位置，以允许真空腔室110及真空源134之间的流体连通。一旦真空腔室110的压力达到稳定的低压，将阀132调至关闭位置以切断真空腔室110及真空源134之间的流体连通。此操作确保在沉积工艺之前，在真空腔室110中没有不想要的气体杂质存在。在一些实施例中，通过加压式或真空式晶片载具将基板300运送至溅镀***100，可使用阀132以减低或最小化晶片载具与真空腔室110之间的压力差。
在方法10的操作18(图6A)，将位于电磁铁阵列200中的多个电磁铁202通电，以产生接近靶材140的磁场180。电磁铁模块200连接至控制器240。控制器240可控制位于电磁铁阵列200中每一个电磁铁202的磁通量的幅度与极性。通过改变电磁铁202磁通量的幅度与极性，磁场180可配置以捕捉接近靶材140的二次电子(secondary electron)，藉此增加等离子体170的密度以有利于溅镀工艺进行。在一些实施例中，可通过对于不同几何形状的真空腔室110、不同形状的靶材140、不同材料的靶材140、不同厚度的靶材140、不同的等离子体气体种类及不同的电场强度来改变控制器240的参数或程式，将磁场180客制化。在一些实施例中，对一特定的真空腔室110及一特定种类的靶材140而言，可进行实验以判定电磁铁阵列200的预设设置。此预设设置是根据一组特定的靶材材料与工艺参数，以基板300上沉积速率的一致性以及靶材140的消耗速率的一致性来判定。每一组特定的靶材材料与工艺参数可被称作标准设置。在一些实施例中，每一组标准设置可对应至电磁铁阵列200的独特的预设图案，以达到一致的沉积速率以及一致的靶材消耗。在其他一些实施例中，可根据标准设置判定电磁铁阵列200的预设图案，此标准设置包含中等(mid-range)的靶材性质与中等的工艺参数。在此些实施例中，对所有的靶材材料与工艺参数而言，预设图案是一般的图案。在一些实施中，除非命令控制器240使用特定的图案，在使用溅镀***100的溅镀工艺的开始会读取预设图案。
在操作18(图6A)之后，方法10分为两个分支。一个分支包含操作20和22，另一分支包含操作21、23及25。两分支皆包含监控靶材140的厚度。
在一实施例中，通过判定靶材140的至少一部分等于或小于预定厚度，也被称作最小靶材厚度，方法10判定溅镀靶材140的生命周期的结束。在操作20(图6B)中，将具有一频率的交流电信号传送至每一个电磁铁202。在一些实施例中，交流电信号是由控制器240产生。如上所述与图4和图5结合，在一些实施例中，每一个电磁铁202包含线圈232，线圈232可包含在图3所示的线圈221中，或是与线圈221分开。如图4所示，位于线圈232中的交流电信号可在导电材料400(例如：靶材140)内产生涡电流410。涡电流410在导电材料400(或靶材140)的表面具有最大电流密度，且每隔一个标准穿透深度，涡电流密度降为原本的1/e。如图5所示，如果靶材140位于线圈232下方的部分包含侵蚀特征143，线圈232可经历阻抗变异。可根据与最小靶材厚度的相关性来选择频率，进而使得阻抗变异指出靶材140在至少一个位置的厚度比最小靶材厚度更薄。举例而言，可选择一频率使得此频率的标准穿透深度为最小靶材厚度的1/5。在另一情况下，可选择一频率使得此频率的标准穿透深度大致等于最小靶材厚度。
在方法10的操作22(图6B)，通过判定在其中一个电磁铁中是否有不正常的阻抗变异存在，以判定溅镀靶材140的生命周期的结束。在一些实施例中，在电磁铁阵列200中的每一个电磁铁202的线圈221包含线圈232。连接至电磁铁202的控制器240可将交流电信号传送至每一个位于电磁铁阵列200的线圈232，以勘测靶材140。交流电信号的频率与最小靶材厚度具有相关性，进而可通过异常的线圈232的阻抗侦测到侵蚀特征例如侵蚀特征143的存在。举例而言，如果频率与等于最小靶材深度的1/5的标准穿透深度(D)有关，且没有侵蚀特征将靶材140的厚度减少至小于标准穿透深度的5倍(5D)，每一个线圈232的阻抗应大致相同。如果有任何侵蚀特征在一个位置将靶材140的厚度减少至小于标准穿透深度的5倍(5D)，由于较弱或较混乱的涡电流所产生的抵抗磁通量较弱，位于此位置上方的线圈232会经历较小的阻抗。在另一范例中，在一频率下量测位于最小靶材厚度的靶材上方的线圈232的标准阻抗。随后，在使用电磁铁阵列中的线圈232以相同频率勘测靶材140的期间，将每一个线圈232的阻抗与标准阻抗比较。如果有任何线圈232的阻抗低于标准阻抗，或是低于标准阻抗一特定的百分比，接着可判定靶材140的生命周期的结束。如这些范例所示，不正常的阻抗变异是与在相同频率下量测的阻抗比较的异常值，或是与标准阻抗量测值不同的阻抗。
在方法10的另一实施例中，识别侵蚀特征的位置及深度，且调整电磁铁阵列200的磁化图案，以达到更一致的靶材消耗。在操作21，将具有一频率范围的交流电信号传送至每一个电磁铁202。在一些实施例中，交流电信号是由控制器240产生。不同频率的交流电信号对应至不同的标准穿透深度，在操作21，电磁铁202的线圈232在位于整个靶材140上方的线圈232之下的位置执行纵深扫描。线圈232一次以一频率扫描靶材140，并跨越频率范围。
在操作23，通过在每一个超出频率范围的频率识别不正常的阻抗变异，判定在溅镀靶材140内的侵蚀特征的深度及位置。频率的范围对应至标准穿透深度的范围。与操作20及22相似的是，将在每一个线圈232以超出频率范围的频率所量测的阻抗在线圈232之间比较，或是将量测的阻抗与标准阻抗比较。对于每一个超出频率范围的频率重复相同的工艺。当每一个线圈232的位置提供位置信息，且每一个频率的深度扫描提供深度信息时，可判定侵蚀特征的深度及位置。
在操作25，调整电磁铁阵列的磁化图案，以降低位在靶材140上的侵蚀特征的位置的消耗速率，或是增加位在靶材140上的侵蚀特征的位置以外的位置的消耗速率，或是两者兼具。电磁铁阵列200提供的优势的其中之一为每一个电磁铁202的磁通量的幅度与极性是完全可调整的。一旦判定侵蚀特征的位置与深度，通过改变电磁铁阵列200的磁化图案，控制器240可延缓此位置的侵蚀，或是加速其他位置的侵蚀。举例而言，通过增加在一特定位置的磁场180强度，在此位置可捕捉更多二次电子，且可增加此位置的等离子体170密度。更高的等离子体170密度可加速靶材140在此位置的侵蚀/消耗。在一些实施例中，判定磁化图案在既定位置的强度也可将侵蚀特征的深度纳入考量。如果侵蚀特征位于靶材140的深处(即远离靶材或接近背板150)，消耗速率的增加与减少需较为剧烈。如果侵蚀特征靠近靶材140的表面(即接近靶材或较远离背板150)，消耗速率的增加与减少可较和缓。在电磁铁阵列200的磁化图案设为预设图案(或预设设置、预设磁化图案)的一些实施例中，对预设图案进行操作25的调整。在一些实施中，可将侵蚀特征的深度与位置汇集为溅镀靶材140的厚度分布，且可调整预设图案以达到更具一致性的厚度分布。
因此，本公开实施例提供溅镀***及其方法的实施例。在一实施例中，提供一溅镀***。此溅镀***包含设置以接收基板的腔室、位于腔室内的溅镀靶材以及位于溅镀靶材上方的电磁铁阵列。电磁铁阵列包含多个电磁铁。在一些实施例中，溅镀***的电磁铁阵列连接至控制器，且可操作控制器以控制每一个电磁铁的磁通量的幅度与极性。在本公开实施例的一些实施中，一般而言电磁铁阵列为圆形，且电磁铁阵列具有一中心点。在一些实施中，可操作控制器以围绕中心点自此些电磁铁外扫描式将电磁铁的预定图案以一预定级别通电。在一些情况下，将电磁铁的预定图案以外的电磁铁以不同于预定级别的基本级别通电。在一些实施例中，更可操作控制器以将具有一频率的交流电信号传送至每一个电磁铁，以在溅镀靶材的深度中产生涡电流。此深度与频率具有相关性。在此些实施例中，如果涡电流流经位于溅镀靶材中的侵蚀特征，可操作控制器以侦测阻抗变异。
在另一实施例中，提供在基板上沉积一材料的方法。此方法包含将基板放置于溅镀***的腔室中。溅镀***包含腔室、溅镀靶材与电磁铁阵列。溅镀靶材位于腔室中。电磁铁阵列位于溅镀靶材上方。电磁铁阵列包含多个电磁铁。此方法更包含在溅镀靶材与基板之间施加电场，在腔室内产生等离子体，以及将在电磁铁阵列中的电磁铁通电。在一些实施例中，将电磁铁通电包含根据预设图案将多个电磁铁通电，使得基板上具有一致的沉积厚度，以及在标准设置中整个溅镀靶材具有一致的消耗速率。在一些实施例中，此方法更包含基于溅镀靶材的厚度分布调整预设图案。
在一些实施中，根据本公开实施例的方法更包含将具有一频率的交流电(AC)信号传送至每一个电磁铁，其中频率与最小靶材厚度相关。在一些实施中，此方法更包含通过判定是否在其中一个电磁铁中有不正常的阻抗变异存在，判定溅镀靶材的生命周期的结束。在一些实施例中，此方法更包含将具有一频率范围的交流电(AC)信号传送至每一个电磁铁，其中频率范围与标准穿透深度的范围相关。在一些实施中，此方法更包含通过在每一个超出频率范围的频率识别不正常的阻抗变异，判定位于溅镀靶材中的侵蚀特征的深度与位置。在一些情况下，此方法更包含调整预设图案以减少侵蚀特征的位置的消耗速率。在一些实施例中，此方法更包含调整预设图案以增加位于侵蚀特征的位置以外的位置的溅镀靶材的消耗速率。在一些实施中，侵蚀特征为局部的溅镀靶材消耗造成的凹陷侵蚀轮廓。
在又一实施例中，提供判定溅镀靶材的生命周期的结束的方法。此方法包含将基板放置于溅镀***的腔室中。溅镀***包含腔室、溅镀靶材与电磁铁阵列。溅镀靶材位于腔室中。电磁铁阵列位于溅镀靶材上方。电磁铁阵列包含多个电磁铁。此方法更包含将具有一频率的交流电(AC)信号传送至每一个电磁铁，其中此频率的标准穿透深度与最小靶材厚度相关，且通过判定是否在其中一个电磁铁中有不正常的阻抗变异存在，判定溅镀靶材的生命周期的结束。在一些实施例中，判定在其中一个电磁铁中是否有不正常的阻抗变异存在包含比较多个电磁铁中的阻抗变异。在一些实施例中，标准穿透深度与频率的平方根及溅镀靶材的导电率的平方根成反比。
以上概述了许多实施例的部件，使本领域普通技术人员可以更加理解本公开实施例的各方面。本领域普通技术人员应可理解，可轻易地以本公开实施例为基础来设计或改变其他工艺及结构，以实现与在此介绍的实施例相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例相同的优点。本领域普通技术人员也应了解，这些相等的结构并未背离本公开的构思与范围。在不背离本公开的构思与范围的前提下，可对本公开实施例进行各种改变、置换及变动。

Claims (10)

1.一种溅镀***，包括：
一腔室，设置以接收一基板；
一溅镀靶材，位于该腔室中；以及
一电磁铁阵列，位于该溅镀靶材上方，其中该电磁铁阵列包含多个电磁铁。
2.如权利要求1所述的溅镀***，还包括：
一控制器，其中该电磁铁阵列通信耦接至该控制器，且该控制器设置以控制每一所述电磁铁的磁通量的幅度与极性。
3.如权利要求2所述的溅镀***，其中该电磁铁阵列为圆形，且该电磁铁阵列具有一中心点。
4.如权利要求3所述的溅镀***，其中该控制器设置以围绕该中心点将所述多个电磁铁以外的电磁铁的一预定图案以一预定级别扫描式通电。
5.如权利要求4所述的溅镀***，其中将电磁铁的该预定图案以外的所述多个电磁铁以不同于该预定级别的一基本级别通电。
6.如权利要求2所述的溅镀***，其中该控制器更设置以将具有一频率的一交流电(AC)信号传送至每一所述电磁铁，以在该溅镀靶材的一深度中产生一涡电流，且该深度与该频率具有相关性。
7.如权利要求6所述的溅镀***，其中如果该涡电流流经位于该溅镀靶材的一侵蚀特征，该控制器是设置以侦测一阻抗变异。
8.一种在一基板上沉积一材料的方法，包括：
将该基板放置于一溅镀***的一腔室中，其中该溅镀***包括：
该腔室；
该溅镀靶材，位于该腔室中；以及
一电磁铁阵列，位于该溅镀靶材上方，其中该电磁铁阵列包括多个电磁铁；
在该溅镀靶材与该基板之间施加一电场；
在该腔室中产生一等离子体；以及
将位于该电磁铁阵列中的所述多个电磁铁通电。
9.如权利要求8所述的方法，其中将所述多个电磁铁通电包括根据一预设图案将所述多个电磁铁通电，导致在一标准设置中该基板上具有一致的沉积厚度，且该溅镀靶材整体具有一致的消耗速率。
10.一种判定一溅镀靶材的生命周期的结束的方法，包括：
将该基板放置于一溅镀***的一腔室中，其中该溅镀***包括：
该腔室；
该溅镀靶材，位于该腔室中；以及
一电磁铁阵列，位于该溅镀靶材上方，其中该电磁铁阵列包括多个电磁铁；
将具有一频率的一交流电(AC)信号传送至每一所述电磁铁，其中该频率的一标准穿透深度与一最小靶材厚度相关；以及
通过判定是否在所述多个电磁铁的其中一个中有一不正常的阻抗变异存在，判定该溅镀靶材的生命周期的结束。
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