CN111033683B - 具有双位置磁控管及中央供给冷却剂的阴极组件 - Google Patents

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Abstract

本文提供了磁控管组件的实施方式和包含该磁控管组件的处理***。在一些实施方式中，磁控管组件包括：沿磁控管组件的中心轴延伸的主体；冷却剂供给结构，沿中心轴延伸穿过主体以沿中心轴向冷却剂供给结构下方的区域提供冷却剂；和可旋转磁体组件，连接到主体的底部并具有多个磁体。在一些实施方式中，可旋转磁体组件配置成垂直移动。

Description

具有双位置磁控管及中央供给冷却剂的阴极组件
技术领域
本公开内容的实施方式一般涉及用于物理气相沉积室的用于基板处理的磁控管。
背景技术
溅射，或者称为物理气相沉积(PVD)，长期以来一直用于在半导体集成电路的制造中沉积金属和相关材料。PVD的使用已经扩展到将金属层沉积到高深宽比孔的侧壁上，例如通孔或其他垂直互连结构。目前，先进的溅射应用包括将具有高应力和高离子密度的材料沉积到这些通孔中。
例如，钛、钽等已用于硅通孔(TSV)应用中。发明人已经观察到，在利用高应力靶材料并因此使用高功率的这种应用中，由于高靶温度和不充分的冷却，靶开始破裂和弯曲。尽管已经使用冷却剂来冷却靶组件的背面，但是磁控管经常阻碍冷却剂到达靶的磁体在给定时间设置于其上的部分。
发明人还观察到，这种应用中的沉积速率在靶寿命期间降低，因此也降低了腔室的产出。例如，在使用钛靶的TSV应用中，沉积速率在靶寿命期间从每秒18埃(A/s)降低至12A/s。解决沉积速率降低的常规方法包括改变功率以补偿沉积速率降低。然而，改变功率是费力的并且需要持续监测腔室的沉积速率。
因此，发明人提供了一种改进的阴极组件，具有解决上述问题的磁控管。
发明内容
本文提供了磁控管组件的实施方式和包含该磁控管组件的处理***。在一些实施方式中，磁控管组件包括沿磁控管组件的中心轴延伸的主体；冷却剂供给结构，沿中心轴延伸穿过主体以沿中心轴向冷却剂供给结构下方的区域提供冷却剂；和可旋转磁体组件，连接到主体的底部并具有多个磁体。在一些实施方式中，可旋转磁体组件配置成垂直移动。
在一些实施方式中，磁控管组件包括沿磁控管组件的中心轴延伸的主体；冷却剂供给结构，沿中心轴延伸穿过主体以沿中心轴向冷却剂供给结构下方的区域提供冷却剂；和可旋转磁体组件，连接到主体的底部并具有多个磁体，其中可旋转磁体组件配置成垂直移动。
在一些实施方式中，磁控管组件包括沿磁控管组件的中心轴延伸的主体；冷却剂供给结构，沿中心轴延伸穿过主体，以沿中心轴向冷却剂供给结构下方的区域提供冷却剂；可旋转磁体组件，耦合到所述主体的底部并具有多个磁体，其中所述可旋转磁体组件被配置为以距所述中心轴第一距离和距所述中心轴第二距离处围绕所述中心轴旋转，并且其中可旋转磁体组件配置为垂直移动；第一传感器，被配置为检测可旋转磁体组件何时以第一距离旋转；和第二传感器，被配置为检测可旋转磁体组件何时以第二距离旋转。在一些实施方式中，可旋转磁体组件配置成垂直移动。
在一些实施方式中，磁控管组件包括沿磁控管组件的中心轴延伸的伸缩主体；冷却剂供给结构，沿中心轴延伸穿过伸缩主体以沿中心轴向冷却剂供给结构下方的区域提供冷却剂；可旋转磁体组件，耦合到伸缩主体的底部并且具有多个磁体，其中可旋转磁体组件被配置为垂直移动，其中可旋转磁体组件被配置为距中心轴第一距离和距中心轴第二距离处围绕中心轴旋转；和连接到伸缩主体的马达，用于控制可旋转磁体组件的垂直位置。
以下描述本公开内容的其他和进一步的实施方式。
附图说明
通过参考附图中描绘的本公开内容的说明性实施方式，可以理解以上简要概述以及下面更详细讨论的本公开内容的实施方式。然而，附图仅示出了本公开内容的典型实施方式，因此不应视为对范围的限制，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。
图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的处理腔室的示意性截面图。
图2描绘了根据本公开内容的一些实施方式的磁控管组件的示意性截面图。
为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。附图未按比例绘制，并且为了清楚起见可以简化。一个实施方式的元件和特征可以有利地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开内容涉及一种具有双位置磁控管的阴极组件，该双位置磁控管可以有利地利用集中供给的冷却剂改善冷却，并且可通过在沉积处理和在包含这种磁控管的物理气相沉积(PVD)腔室期间保持磁控管的磁体的最下表面与溅射靶材的最下表面之间的距离恒定以确保恒定的沉积速率。本发明的磁控管有利地减轻了由于过热引起的靶的开裂和/或弯曲以及减轻了在靶的寿命期间沉积速率的降低。
这里公开的磁控管的实施方式具有两个位置(外径向位置和内径向位置)，因此通过在不同位置重新配置磁极能够改变溅射靶材表面处的磁场。因此，由于靶的中心和周边都被溅射，因此进一步提高了靶利用率。
图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的基板处理***(例如，物理气相沉积(PVD)处理***100)的简化截面图。适于修改的其他PVD腔室的范例根据在此所提供的教导，包含
Figure GDA0002590491410000031
和SIP
Figure GDA0002590491410000032
PVD处理腔室，二者均购自位于美国加州圣克拉拉市的应用材料公司。来自应用材料公司或其他制造商的其他处理腔室，包括配置用于除PVD之外的其他类型的处理的那些处理腔室，也可受益于根据本文公开的教导的修改。
为了说明，PVD处理***100包括可移除地设置在处理腔室104顶上的腔室盖102。腔室盖102可包括靶组件114和接地组件103。处理腔室104包含用于在其上接收基板108的基板支撑件106。基板支撑件106可以位于下部接地外壳壁110内，下部接地外壳壁110可以是处理腔室104的腔室壁。下部接地外壳壁110可以电耦合到腔室盖102的接地组件103，使得RF返回路径被提供给设置在腔室盖102上方的RF功率源182。RF功率源182可以向靶组件114提供RF能量，如下所述。替代地或组合地，DC功率源可以类似地耦合到靶组件114。
PVD处理***100可以包括源分配板158，源分配板158与靶组件114的后侧相对并且沿着靶组件114的***边缘电耦合到靶组件114。PVD处理***100可包括设置在靶组件114的后侧与源分配板158之间的腔170。腔170可以至少部分地容纳磁控管组件196，如下所述。腔170至少部分地由导电支撑环164的内表面、源分配板158的面向靶的表面，以及靶组件114(或背板160)的面向源分配板的表面(例如，背面)来限定。
PVD处理***100进一步包括磁控管组件196。磁控管组件196提供靠近靶材的旋转磁场，以辅助处理腔室104内的等离子体处理。磁控管组件包括设置在腔170内的可旋转磁体组件148。可旋转磁体组件148围绕处理腔室104的中心轴186旋转。可旋转磁体组件148提供两种不同的闭合磁场配置，所述两种不同的闭合磁场配置在使用期间是可选择的。在一些实施方式中，可以通过旋转可旋转磁体组件148的一部分来选择该配置，如下面参考图1和2所述。
磁控管组件196包括主体154、第一马达176、耦合到第一马达176和主体154的耦合组件178(例如，齿轮组件)、冷却剂供给结构183和可旋转磁体组件148。可旋转磁体组件148包括多个磁体150，并且被配置为围绕中心轴186和磁轴286而旋转多个磁体150，以及在腔170内垂直移动磁体组件148，如下所述。在一些实施方式中，磁控管组件196进一步包括耦合到主体154的第二马达177，以控制主体154的垂直位置(例如，主体154可以是伸缩主体)。第一和第二马达176、177可以是电动机、气动或液压驱动器，或可以提供所需运动的任何其他的处理兼容机构。尽管这里描述了一个说明性实施方式以说明可旋转磁体组件148如何旋转，但是也可以使用其他配置。
发明人已经发现，靶的沉积速率在靶的寿命期间降低，因为当从靶溅射材料时，从多个磁体到靶的面向基板的表面的距离改变。这样，在一些实施方式中，本发明的磁控管组件196还能够垂直移动以控制从多个磁体150到靶组件114的面向基板的表面的距离，例如，以确保距离基本保持不变。
在使用中，磁控管组件196旋转，并且在一些实施方式中，使可旋转磁体组件148在腔170内垂直移动。例如，在一些实施方式中，可以提供第一马达176和耦合组件178以旋转可旋转磁体组件148，同时第二马达177使可旋转磁体组件148沿垂直方向移动。主体154固定地连接到可旋转磁体组件148。可旋转磁体组件148可旋转地连接到冷却剂供给结构183，以允许在冷却剂供给结构保持静止的同时可旋转磁体组件148会旋转。在一些实施方式中，可旋转磁体组件148经由轴承174耦合到冷却剂供给结构183的底部。
在一些实施方式中，耦合组件178可以是包括脊的带，该脊与设置在第一马达176和主体154中的凹槽配合，以将由第一马达176提供的旋转运动传递到可旋转磁体组件148。类似的马达(未示出)可以连接到多个磁体150，以使多个磁体150围绕磁轴286旋转，如下所述。在一些实施方式中，耦合组件178可替代地通过使用滑轮、齿轮或其他传递由第一马达176提供的旋转运动的合适的装置耦合到可旋转磁体组件148。
发明人进一步发现，传统地供应的冷却剂供给结构从腔的侧面供应冷却剂。然而，因为流到直接在多个磁体下方的靶组件的部分的冷却剂被磁体阻挡，所以直接在多个磁体正下方的靶组件的部分不能接收足够量的冷却剂。结果，当可旋转磁体组件旋转时，多个磁体移动的区域变得过热，有时达到400℃。在靶的充分冷却的部分和未充分冷却的部分之间形成温度梯度。温度梯度导致靶裂开和/或弯曲。
为了将靶组件114保持在低于约200℃的温度，发明人开发了冷却剂供给结构183，所述冷却剂供给结构183将冷却剂供应到靶组件114的中心(即，沿着中心轴186)。冷却剂供给结构183沿中心轴186延伸穿过主体154。冷却剂供给结构183包括中央通道161，中央通道161沿着中心轴186从歧管部分162延伸穿过主体部分163。冷却剂供应165流体地耦合到歧管部分162的入口167，以供应冷却剂通过冷却剂供给结构183而进入腔170。
图2描绘了根据本公开内容的一些实施方式的磁控管组件196的示意性截面图。如上所述，可旋转磁体组件148可使多个磁体150(如箭头201所示)围绕中心轴186且与中心轴186距第一距离(内部径向位置)而旋转，且以第二距离(如图2所示的外部径向位置)旋转，其距离中心轴186大于第一距离。多个磁体150还被配置为围绕穿过多个磁体150的中心的磁轴286而旋转(如箭头203所示)。在外径向位置处，磁轴286与中心轴186间隔开第一距离202。在内径向位置处，磁轴286与中心轴186间隔开小于第一距离202的第二距离。在一些实施方式中，盖226可以可选地设置在源分配板158的顶上，且围绕磁控管组件196的在源分配板158上方延伸而仅暴露歧管部分162的部分。
在一些实施方式中，磁控管组件196可包括两个或更多个传感器(图2中所示的两个传感器204a、204b)，配置成用以确定多个磁体150是在外径向位置还是在内径向位置旋转。两个传感器204a，204b在不同的径向位置处设置在源分配板158的顶上。可旋转磁体组件148包括设置在多个磁体150顶上的指示元件206。两个传感器204a、204b以这样的方式布置，使得当第二传感器204b检测到指示元件206时，多个磁体150在外径向位置处围绕中心轴186旋转(如图2所示)并且当第一传感器204a检测到指示元件206时，多个磁体150在内径向位置绕中心轴186旋转。在一些实施方式中，第三传感器212可以被设置成穿过导电支撑环164以检测多个磁体150的移动并检测可旋转磁体组件148的垂直位置。
第一马达176被配置成以第一预定速度旋转可旋转磁体组件148，使得多个磁体150在内径向位置以第一速度旋转，且多个磁体150在外径向位置以第二预定速度旋转。为了确保多个磁体150的正确径向位置，可以使用一个或多个止动件208和配重210。
如上所述，磁控管组件196被配置成使可旋转磁体组件148沿垂直方向移动，如箭头205所示，以控制多个磁体150的第一最下表面214与靶组件114的第二最下表面216之间的垂直距离207。例如，可以控制垂直距离207以使垂直距离207在靶的寿命期间保持基本恒定。结果，有利地显著降低或消除了靶的沉积速率的降低。主体154直接连接到可旋转磁体组件148，以将第二马达177的运动传递到可旋转磁体组件148并使其垂直移动。为了确保腔170与周围环境密封隔离，主体154可以经由波纹管218耦合到源分配板158。
如上所述并在图2中示出，冷却剂供给结构183沿着中心轴186延伸穿过主体154，以将冷却剂(如流线220所示)供应到靶组件114的中心处的腔。结果，有利地实现更均匀的冷却剂流动，从而显著减少或消除了靶组件114上的温度梯度。因此，靶组件114的源材料113的开裂和弯曲也基本上减少或消除。在通过冷却剂供给结构183而进入腔170之后，冷却剂随后通过形成在设置在源分配板158中的出口222中的开口224流出腔170。返回管线(未示出)耦合到出口222以在冷却剂已经流过腔170之后接收冷却剂。
返回图1，基板支撑件106具有面向靶组件114的主表面的材料接收表面，并支撑基板108以在与靶组件114的主表面相对的平面位置溅射涂覆。基板支撑件106可以在处理腔室104的中央区域120中支撑基板108。中央区域120被定义为在处理期间在基板支撑件106上方的区域(例如，当处于处理位置时，在靶组件114和基板支撑件106之间)。
在一些实施方式中，基板支撑件106可以垂直移动，以允许基板108被转移而通过处理腔室104下部中的加载锁定阀(未示出)而到基板支撑件106上，然后升高到沉积，或处理位置。可以提供连接到底部腔室壁124的波纹管122，以保持处理腔室104的内部空间与处理腔室104外部的大气的分离，同时促进基板支撑件106的垂直移动。可以从气体源126通过质量流量控制器128将一种或多种气体供应到处理腔室104的下部。排气口130可以设置并通过阀132而连接到泵(未示出)，以用于排出处理腔室104的内部并便于在处理腔室104内保持所需的压力。
RF偏压功率源134可以耦合到基板支撑件106，以便在基板108上感应负DC偏压。另外，在一些实施方式中，在处理期间可以在基板108上形成负DC自偏压。例如，由RF偏压功率源134提供的RF能量的频率范围可以从大约2MHz到大约60MHz，例如，可以使用诸如2MHz、13.56MHz或60MHz的非限制性频率。在一些实施方式中，RF功率可以在约2kW至约20kW的范围内供应。在一些实施方式中，DC功率可以在约2kW至约40kW的范围内供应。在其他应用中，基板支撑件106可以接地或保持电浮动。替代地或组合地，电容调谐器136可以耦合到基板支撑件106，以用于调整基板108上的电压，以用于具可能不期望的RF偏压功率的应用。
处理腔室104进一步包括处理套件屏蔽或屏蔽138，以围绕处理腔室104的处理空间或中央区域，并保护其他室部件免受处理的损坏和/或污染。在一些实施方式中，屏蔽138可以连接到处理腔室104的上部接地外壳壁116的凸缘140。如图1所示，腔室盖102可以搁置在上部接地外壳壁116的凸缘140上。类似于下部接地外壳壁110，上部接地外壳壁116可以在下部接地外壳壁116和腔室盖102的接地组件103之间提供RF返回路径的一部分。然而，其他RF返回路径也是可能的，例如通过接地屏蔽138。
屏蔽138向下延伸并且可包括大致管状部分，该部分具有通常围绕中央区域120的大致恒定的直径。屏蔽138沿着上部接地外壳壁116和下部接地外壳壁110的壁向下延伸到基板支撑件106的顶表面下方并且向上返回直到到达基板支撑件106的顶表面(例如，形成在屏蔽138的底部的U形部分)。当基板支撑件106处于下部的装载位置时，盖环146搁置在屏蔽138的向上延伸的内部部分的顶部上，但是当处于上部的沉积位置时，盖环146搁置在基板支撑件106的外周上以保护基板支撑106免受溅射沉积。可以使用另外的沉积环(未示出)来保护基板支撑件106的边缘免受在基板108边缘周围的沉积。
在一些实施方式中，磁体152可以设置在处理腔室104周围，以用于在基板支撑106和靶组件114之间选择性地提供磁场。例如，如图1所示，当处于处理位置时，磁体152可以被设置在基板支撑件106正上方的区域中的围绕外壳壁110的外侧的位置。在一些实施方式中，磁体152可以附加地或替代地设置在其他位置，例如邻近上部接地外壳壁116。磁体152可以是电磁体，并且可以耦合到功率源(未示出)，用于控制由电磁体产生的磁场的大小。
腔室盖102通常包括围绕靶组件114设置的接地组件103。接地组件103可包括具有第一表面157的接地板156，第一表面157可大致平行于靶组件114的后侧并与之相对。接地屏蔽112可以从接地板156的第一表面157延伸并围绕靶组件114。接地组件103可包括支撑构件175，以将靶组件114支撑在接地组件103内。
在一些实施方式中，支撑构件175可以在靠近支撑构件175的外周边缘处耦合到接地屏蔽112的下端并且径向向内延伸以支撑密封环181和靶组件114。密封环181可以是具有所需横截面的环或其他环形形状。密封环181可包括两个相对的平面的且大致平行的表面，以便于在密封环181的第一侧上与靶组件114(例如背板160)接合并且在密封环181的第二侧上与支撑构件175接合。密封环181可以由介电材料制成，例如陶瓷。密封环181可使靶组件114与接地组件103绝缘。
支撑构件175可以是大致平面的构件，具有中心开口以容纳靶组件114。在一些实施方式中，支撑构件175可以是圆形或盘状形状，但是形状可以根据腔室盖的相应形状和/或PVD处理***100中待处理的基板的形状而变化。
靶组件114包括要在溅射期间沉积在诸如基板108的基板上的源材料113，例如金属、金属氧化物、金属合金等。在一些实施方式中，源材料113可以是钛、钽、钨等。在与本公开内容一致的实施方式中，靶组件114包括背板160以支撑源材料113。如图1所示，源材料113可以设置在背板组件160的面对基板支撑件侧。背板160可以包括导电材料，例如铜-锌、铜-铬或与靶相同的材料，使得RF和DC功率可以经由背板160耦合到源材料113。或者，背板160可以是非导电的并且可以包括导电元件(未示出)，例如电子馈通等。背板160可以是盘形、矩形、正方形或可由PVD处理***100容纳的任何其他形状。背板160被配置为支撑源材料113，使得源材料的前表面(若存在时)与基板108相对。源材料113可以以任何合适的方式耦合到背板160。例如，在一些实施方式中，源材料113可以扩散结合到背板160。
在一些实施方式中，导电支撑环164可以设置在源分配板158和靶组件114的后侧之间，以将RF能量从源分配板传播到靶组件114的***边缘。导电支撑环164可以是圆柱形的，第一端166连接到靠近源分配板158的***边缘的源分配板158的面向靶的表面，第二端168连接到靠近靶组件114的***边缘的靶组件114的面向源分配板的表面。在一些实施方式中，第二端168在靠近背板160的***边缘处耦合到背板160的面向源分配板的表面。
在接地板156与源分配板158的外表面、导电支撑环164，和靶组件114之间提供绝缘间隙180。绝缘间隙180可以填充有空气或一些其他合适的介电材料，例如陶瓷、塑料等。接地板156和源分配板158之间的距离取决于接地板156和源分配板158之间的介电材料。在介电材料主要是空气的情况下，接地板156和源分配板158之间的距离可以在约15mm和约40mm之间。
接地组件103和靶组件114可以由密封环181和由设置在接地板156的第一表面157和靶组件114的后侧之间的一个或多个绝缘体(未示出)加以电隔离，例如，源分配板158的非面向靶侧。
PVD处理***100具有连接到源分配板158的RF功率源182。RF功率源182可以包括RF发生器和匹配电路，例如，以最小化在操作期间反射回RF发生器的反射RF能量。例如，由RF功率源182提供的RF能量的频率范围可以从大约13.56MHz到大约162MHz或更高。例如，可以使用诸如13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、60MHz或162MHz的非限制性频率。
在一些实施方式中，PVD处理***100可包括第二能量源189，以在处理期间向靶组件114提供额外的能量。在一些实施方式中，第二能量源189可以是DC功率源，以提供DC能量，例如，以增强靶材料的溅射速率(并因此提高基板上的沉积速率)。在一些实施方式中，第二能量源189可以是类似于RF功率源182的第二RF功率源，以例如以第二频率(不同于由RF功率源182所提供的RF能量所基于的第一频率)提供RF能量。在第二能量源189是DC功率源的实施方式中，第二能量源可以在适合于将DC能量电耦合到靶组件114的任何位置来耦合靶组件114，例如源分配板158或一些其他导电构件。
可以提供控制器194并将其耦合到PVD处理***100的各种部件以控制其操作。控制器194包括中央处理单元(CPU)118，存储器172和支持电路173。控制器194可以直接控制PVD处理***100，或者经由与特定处理腔室和/或支持***部件相关联的计算机(或控制器)控制PVD处理***100。控制器194可以是任何形式的通用计算机处理器之一，其可以在工业设置中用于控制各种腔室和子处理器。控制器194的存储器172(或计算机可读介质)可以是容易获得的存储器中的一个或多个，例如随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，软盘，硬盘，光存储介质(例如，光盘或数字视频光盘)，闪存驱动器或任何其他形式的(本地的或远程的)数字存储。支持电路173耦合到CPU118，以用于以传统方式支持处理器。这些电路包括高速缓冲存储器、电源、时钟电路、输入/输出电路和子***等。本发明的方法可以作为软件例程存储在存储器172中，该软件例程可以被执行或调用以便以本文所述的方式控制PVD处理***100的操作。软件例程还可以由第二CPU(未示出)存储和/或执行，该第二CPU远程地位于由CPU 118控制的硬件上。
虽然前述内容涉及本公开内容的实施方式，但是可以在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和进一步的实施方式。

Claims (15)

1.一种磁控管组件，所述磁控管组件包括：
主体，所述主体沿着所述磁控管组件的中心轴延伸；
冷却剂供给结构，所述冷却剂供给结构沿所述中心轴延伸穿过所述主体，以沿所述中心轴向所述冷却剂供给结构下方的区域提供冷却剂；和
可旋转磁体组件，所述可旋转磁体组件连接到所述主体的底部并具有多个磁体，其中所述可旋转磁体组件被配置为垂直移动，
其中所述主体固定地连接到所述可旋转磁体组件，并且其中所述可旋转磁体组件可旋转地连接到所述冷却剂供给结构，以允许在所述冷却剂供给结构保持静止的同时所述可旋转磁体组件会旋转。
2.如权利要求1所述的磁控管组件，其中，所述可旋转磁体组件被配置为以距所述中心轴的第一距离的位置和以距所述中心轴的第二距离的位置来围绕所述中心轴旋转。
3.如权利要求2所述的磁控管组件，进一步包括：
第一传感器，所述第一传感器被配置为检测所述可旋转磁体组件何时以所述第一距离旋转；和
第二传感器，所述第二传感器被配置为检测所述可旋转磁体组件何时以所述第二距离旋转。
4.如权利要求3所述的磁控管组件，其中，所述可旋转磁体组件进一步包括：
可由所述第一传感器和所述第二传感器检测的指示元件，以确定所述多个磁体是否以所述第一距离或所述第二距离旋转。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的磁控管组件，进一步包括：
第三传感器，所述第三传感器被配置成确定所述可旋转磁体组件是否旋转并确定所述可旋转磁体组件的垂直位置。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的磁控管组件，其中，所述多个磁体被配置为围绕中心地穿过所述多个磁体的磁轴而旋转。
7.如权利要求1至4中的任一项所述的磁控管组件，进一步包括：
马达，所述马达连接到所述主体以控制所述可旋转磁体组件的垂直位置。
8.如权利要求1至4中的任一项所述的磁控管组件，其中，所述主体是伸缩主体。
9.一种基板处理***，所述基板处理***包括：
腔室；
盖，所述盖可拆卸地设置在所述腔室的顶部；
靶组件，所述靶组件连接到所述盖，所述靶组件包括待从所述靶组件溅射并沉积在基板上的靶材料；
基板支撑件，所述基板支撑件被设置在所述腔室内，以在处理期间支撑所述基板；
冷却剂供应；和
如权利要求1至4中的任一项所述的磁控管组件被设置在邻近所述靶组件而与所述基板支撑件相对的一侧上，其中所述冷却剂供给结构被配置为将来自所述冷却剂供应的冷却剂沿着所述中心轴提供到所述靶组件上方的腔以冷却所述靶组件，并且其中所述可旋转磁体组件被设置在所述腔中。
10.如权利要求9所述的基板处理***，进一步包括：
第一马达，所述第一马达经由耦合组件与所述主体耦合，以旋转所述主体和所述可旋转磁体组件；和
第二马达，所述第二马达耦合到所述主体，以使所述可旋转磁体组件在所述腔内垂直移动。
11.如权利要求10所述的基板处理***，其中，所述第二马达被配置为垂直移动所述可旋转磁体组件，使得所述多个磁体的第一最下表面与所述靶组件的第二最下表面之间的垂直距离保持基本恒定。
12.如权利要求9所述的基板处理***，其中，所述冷却剂供给结构被配置为将所述靶组件保持在小于200℃的温度。
13.如权利要求9所述的基板处理***，进一步包括：
DC功率源，所述DC功率源耦合到所述靶组件；和
RF功率源，所述RF功率源耦合到所述靶组件。
14.如权利要求9所述的基板处理***，其中，所述靶材料包括钛、钽或钨中的一种。
15.如权利要求9所述的基板处理***，其中，所述主体是伸缩主体。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11024490B2 (en) 2017-12-11 2021-06-01 Applied Materials, Inc. Magnetron having enhanced target cooling configuration
US11469080B1 (en) 2021-05-24 2022-10-11 Applied Materials, Inc. Magnetron assembly having coolant guide for enhanced target cooling

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02175866A (ja) * 1988-12-27 1990-07-09 Mitsumi Electric Co Ltd 薄膜の製造方法及びその製造装置
US6153068A (en) * 1997-03-07 2000-11-28 Tadahiro Ohmi Parallel plate sputtering device with RF powered auxiliary electrodes and applied external magnetic field
WO2002047110A1 (en) * 2000-12-05 2002-06-13 Trikon Holdings Limited Magnetron sputtering apparatus
JP2003147522A (ja) * 2001-11-13 2003-05-21 Seiko Epson Corp マグネトロンスパッタ装置
US6641701B1 (en) * 2000-06-14 2003-11-04 Applied Materials, Inc. Cooling system for magnetron sputtering apparatus
CN1890399A (zh) * 2003-12-12 2007-01-03 应用材料公司 磁电管及溅镀靶间的间距补偿
CN1914351A (zh) * 2004-03-24 2007-02-14 应用材料股份有限公司 可选式双位置磁控管
WO2008123987A1 (en) * 2007-04-06 2008-10-16 Applied Materials, Inc. Coaxial shafts for radial positioning of rotating magnetron
JP2011530654A (ja) * 2008-08-08 2011-12-22 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド ターゲットへ同時にｒｆおよびｄｃ電力を用いる極めて均一なスパッタ堆積の方法
JP2012140648A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Canon Anelva Corp スパッタリング装置及びそのスパッタリング方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2627008B1 (fr) 1988-02-05 1990-06-08 Europ Composants Electron Procede d'impregnation de condensateurs electrolytiques par des sels de tetracyanoquinodimethane
DE10039943A1 (de) * 2000-08-16 2002-02-28 Adc Automotive Dist Control Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems
CA2440680C (en) * 2001-03-12 2010-06-01 Roberto Pellicciari Steroids as agonists for fxr
US7392880B2 (en) * 2002-04-02 2008-07-01 Gibson Guitar Corp. Dual range horn with acoustic crossover
US6852202B2 (en) * 2002-05-21 2005-02-08 Applied Materials, Inc. Small epicyclic magnetron with controlled radial sputtering profile
US6928095B2 (en) * 2003-07-18 2005-08-09 Eastman Kodak Company Organic vertical cavity laser array device with varying pixel sizes
JP4994220B2 (ja) * 2005-02-08 2012-08-08 東北精機工業株式会社 スパッタリング装置
US20100024340A1 (en) * 2006-03-03 2010-02-04 Block Shields Llc Wind blocking device for buildings
WO2008023456A1 (en) * 2006-08-24 2008-02-28 Okabe Co., Ltd. Tool for joining reinforcing bars
US8114256B2 (en) * 2007-11-30 2012-02-14 Applied Materials, Inc. Control of arbitrary scan path of a rotating magnetron
US9096927B2 (en) 2011-09-02 2015-08-04 Applied Materials, Inc. Cooling ring for physical vapor deposition chamber target
US9093252B2 (en) * 2012-02-16 2015-07-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Rotation plus vibration magnet for magnetron sputtering apparatus
US20140061039A1 (en) 2012-09-05 2014-03-06 Applied Materials, Inc. Target cooling for physical vapor deposition (pvd) processing systems
US9249500B2 (en) * 2013-02-07 2016-02-02 Applied Materials, Inc. PVD RF DC open/closed loop selectable magnetron
US9812303B2 (en) * 2013-03-01 2017-11-07 Applied Materials, Inc. Configurable variable position closed track magnetron

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02175866A (ja) * 1988-12-27 1990-07-09 Mitsumi Electric Co Ltd 薄膜の製造方法及びその製造装置
US6153068A (en) * 1997-03-07 2000-11-28 Tadahiro Ohmi Parallel plate sputtering device with RF powered auxiliary electrodes and applied external magnetic field
US6641701B1 (en) * 2000-06-14 2003-11-04 Applied Materials, Inc. Cooling system for magnetron sputtering apparatus
WO2002047110A1 (en) * 2000-12-05 2002-06-13 Trikon Holdings Limited Magnetron sputtering apparatus
JP2003147522A (ja) * 2001-11-13 2003-05-21 Seiko Epson Corp マグネトロンスパッタ装置
CN1890399A (zh) * 2003-12-12 2007-01-03 应用材料公司 磁电管及溅镀靶间的间距补偿
CN1914351A (zh) * 2004-03-24 2007-02-14 应用材料股份有限公司 可选式双位置磁控管
WO2008123987A1 (en) * 2007-04-06 2008-10-16 Applied Materials, Inc. Coaxial shafts for radial positioning of rotating magnetron
TW200917326A (en) * 2007-04-06 2009-04-16 Applied Materials Inc Coaxial shafts for radial positioning of rotating magnetron
JP2011530654A (ja) * 2008-08-08 2011-12-22 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド ターゲットへ同時にｒｆおよびｄｃ電力を用いる極めて均一なスパッタ堆積の方法
JP2012140648A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Canon Anelva Corp スパッタリング装置及びそのスパッタリング方法

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