TW526275B - Sputtering reactor and method of using an unbalanced magnetron - Google Patents

Description

526275 A7 ____B7 — ' -- . I 一 五、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（） 發明領域二 -------------___ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係與磁控管濺鍍相關。更特定說來，本發明係 關於一種可旋轉式磁控管之結構和配置。 發明背景」_ 電漿濺鍍反應室一般包含了濺鍍靶、配置於面對濺鍍 輕腐蚀消耗表面的晶圓支撐座、和配置於面對濺鍍靶内部 表面的磁控管^磁控管可在靠近濺鍍靶腐蝕表面產生磁場 以便增加電裝密度和賤鍵速率。而例如氬氣之工作氣體則 導入濺鍍反應1：之真空反應室中，並在靠近濺鍍靶附近產 生電漿。由濺鍍靶所濺鍍出來的粒子败會到達晶圓表面形 成薄膜。 線IIP· 半導體元件持續小型化的發展將產生可以在具有極 大之咼寬比之内介層連接洞（例如介層洞或接觸洞）底部中 進行全面性覆蓋的強烈需求。為了符合此項需求，本發明 即研究了一種以濺鍍方式改善連接洞之底部覆蓋性的方 法。 同時，以濺鍍法改善在基板上沉積同一平面薄膜之厚 度均勻性也是重要的工作。例如，伴隨著液晶材料之大片 玻璃基板和大片半導體晶圓的發展，例如從20〇mm大小 的晶圓進步到300mm大小的轉變，則更需要改善同一平 面薄膜厚度之均勻性。 此外，也需要提供一種濺鍍反應室和濺鍍沉積方法來 改善底部覆蓋的問題。 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275 Α7 _____ Β7 五、發明說明（） 另外’也需要提供一種濺鍍反應室和濺鍍沉積方法來 改善同一平面薄膜之厚度均勻性。 除了均勻的賤鍵沉積之外，也需要均勻的濺鍍靶材之 腐蝕表面以便將靶材利用率提昇到最大。 發明目的及概述： 本發明包含了一磁控管濺鍍反應室和濺鍍的方法， 其中磁控管放置於含有欲錢鍵材料之把材的背面3磁控管 沿著靶材中心旋轉以提供均勻的濺鍍和濺鍍沉積。 依照本發明之一態樣，磁控管包含了一種極性之外部 磁帶圍繞另一極性之内部磁帶β而内部磁帶最好圍繞一不 拘孔徑的永久磁性材料，雖然此不拘孔徑的内部磁帶最好 還是具有某些結構。每個磁帶可由單一的磁石或多個磁石 配置成實際的平行帶狀。磁石的軛端可支撐兩種帶狀之磁 石並將不同極性之帶狀耦合起來。於磁帶係由多個磁石所 組成的例子中，具有帶狀之磁極面可放置於相對於軛端的 磁石一端，並且和相同極性之磁石搞合，因而可將不同磁 石之間的區域橋接起來。 依照本發明之第二態樣，磁控管處在不平衡狀態而且 由外部磁帶所產生的全部磁通量將會較大，且最好比由内 部磁帶所產生的全部磁通量大約1.5倍。因此，磁場將會 朝向以濺鍍沉積的基板方向。 依照本發明之第三態樣，磁控管實際上受限於轉動轴 心放置於靶心之一端，並且沿著靶心轉動磁控管。磁控管 第4頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ->α- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526275 Α7 Β7 五、發明說明（） 行進到另一端則被靶心半徑限制成一小部分，例如丨5 %。 外部磁帶最好是覆蓋在靶心之上。 依照本發明之第四態樣，小面積之磁控管的曲率形狀 將受到限制。此形狀包含圓形和橢圓形之短轴和長轴比至 少為0.8以上。橢圓形之長軸最好配置在靶材之半徑上， 但其它的方向也可以。然而，本發明也可應用在其它形狀 的磁控管包含三角形，三角弓形，和靠近靶材中心延伸到 靠近靶材周圍之平行帶狀跑道。 依照本發明之第五態樣，此磁控管則包含一對磁帶。 依照本發明之第六態樣，此磁控管由配置於外部帶狀 具擴圓形或圓形之一種極性的圓柱形磁石，及配置於外部 帶狀之内另一種極性的圓柱形磁石。在外部帶狀中的磁石 具有不同的強度，強度較大的磁石靠近靶材的周圍。 本發明可讓濺鍍出來的原子之離子化程度增加，並提 供賤鍍離子之磁性導引，使其朝向欲沉積之基板上加速。 因此可幫助較深孔洞的充填及改善中心到邊緣的均勻 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 凰式簡簟說明： 第1圖所示為依照本發明之磁控管型式之濺鍍反應室結構 的截面概要示意圖； 第2圖所示為磁石對之配置位置的平面示意圖； 第3圖所示為磁石對之次單元的放大截面示意圖； 第4, 5和6圖所示為互相靠近之磁石的三個配置位置以解 _ 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Q χ 297公爱） — "" 526275

五、發明說明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 釋磁石所產生搭> ,,— 丨度王<磁％的平面示意圖； 弟7圖所π為另一個磁石66 π 石的配置位置以解釋磁石所產生之 磁場的平面示意圖； 第8圖所示為第1圖之缺 、 m ，賤鍍反應罜中所形成之磁場的截面 概要示意圖； 第9和10圖所示為第1囷之賤鍍反應室中具有不同之磁 控管所形成之磁場的截面概要示意圖； 第11圖所示為包含一群磁 、 °砰磁石帶之磁控管的平面示意圖； 第12圖所示為依照本發明 | ^ ^ 贫月足另一實施例利用桿狀磁石的 磁控管型式之濺鍍反廄金 又又愿至結構的截面概要示意 rsi · 國， 第13和14圖所示為第12圖之桿狀磁石配置成徑向平坦 的橢圓形或圓形之底部平面示意圖； 第15圖所示為第12圖之濺鈹虛— 网硬鬏反應至中所形成足磁場的截 面概要示意圖； 第16圖所示為第12圖之濺鍍反應室中具相反磁性不平衡 所形成之磁場的截面概要示意圖； 第17圖所π為依照本發明之另一實施例的磁控管之垂直 分解視圖； 第18圖所不為包含不同尺寸之磁石的另一磁石配置之底 部平面示意圖； 第19圖所示為片電阻之均勻度作為磁性不平衡性之函數 的圖形示意圖》 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •像 •線. 526275 A7

五、發明說明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖號對照說明： 10 濺鍍反應器 12 製程空間 14 外殼 15 基板 16a 圓形表面 18 承載座 19 隔離電容器 20 排放埠 21 真空幫浦 23 質流控制器 24 電源供應 25 氣體供應源 29 控制器 30 磁控管 34 磁石組合 36 驅動馬達 40 磁性轭 42 圓柱狀磁石 44 圓柱狀磁石 52 磁帶 54 磁帶 發明詳細說明： 為使先前提及之本發明目的被了解，本案發明人做了 廣泛的研究。實驗中所尋求的是磁石的配置，以便降低先 前所提到的不均勻濺鍍沉積的趨勢。於其中一個實驗中， 磁石沿著中心區域排列，以便讓中心區域的部分之沉積物 質增加，使其具較大之厚度。然而，此實驗顯示了增加均 勻性的目的並無法達到。< 有兩種一般性結果可以觀察到。第一，具有大高寬比 連線孔洞的底部覆蓋可因降低提供到濺鍍裝置上之製程 氣體壓力而得到改善；第二，轉動磁控管似乎是極為可行 的方式。也就是說，如果讓磁石以徑向方式從基板中心往 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) d 線 m 526275 A7 B7 五、發明說明（ 外排列並旋轉，則磁石可以通過整個消耗性靶材的表面。 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 然而，實驗顯示當製程氣體的壓力降低時，用來濺鍍 的電漿就無法保持下去。根據更進一步實驗之結果，吾人 相铋電漿供法保持的原因為：假如壓力降低，電子的供應 也會降低。而且’電漿中的電子會逃離到其它電導性的材 料表面而從電漿中流失。 訂 電子密度的降低可藉由增加電子來源、或（b)限制 所產生的電子使其無法逃離0當製程氣體供應到反應室中 以重新注滿電子時，預防電子的逃離是一項重要工作。因 此’賤鍍裝置的設計就在於徹底檢查電子可能的逃離路 徑。本案發明人注意到真空反應室中的屏蔽會接地的事 實。而一般相信電漿中有某些電子會因為電漿和屏蔽之間 的電位差而流往屏蔽。結果是，假如電子流向屏蔽的數目 可以降低的話，則電子密度也會增加。 線 為了降低電子流向屏蔽的趨勢，本案發明人覺得應該 對真空反應室中的磁場和電場的大小和方向有較深入的 瞭解，如此電子在電磁場中的運動自然也較能掌握。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一般說來’在一電磁場中，電子移動的曲線方向相當 於電場的方向，且因為磁場之磁力線而產生螺旋軌道的轉 動方向。由磁控管所產生的磁場延伸到真空反應室的外 面。結果在此磁場中，某些沿磁力線以螺旋方向移動的電 子將到達屏蔽並從電漿中接地。磁場的作用是為了增加電 聚的密度，但卻無法完全限制所產生之電子的運動。 本案發明人的結論是，假如磁控管所產生的磁場可以 第8頁 本紙張尺度適用+國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275 Α7 Β7 五、發明說明（ 限制電子的運動，則此問題當可解決。 請 先 閱 讀 背 面 之 注 本發明之濺鍍裝置將配備有一真空反應室；一真空繁 浦，以降低真空反應室的壓力；一氣體供應機構，以提供 濺鍍工作氣體到真空反應室中；一承載座，以在真空反應 室中承載基板；一濺鍍靶材及一磁控管，且其中以包含趨 動馬達為佳，以便使轉動磁控管。於此濺鏡裝置中，賤鍵 乾材的消耗性表面與基板承載座相面對，磁控管則配置在 由基板承載部分面對之濺鍍靶材的另一邊β 本發明之磁控管具有不同極性之第一和第二磁帶，其 中第二磁帶係配置並圍繞於第一磁帶的外部。第一和第二 磁帶最好以固定的間隙分隔其極性。由於以第一内部磁帶 所產生的全部磁通量要比第二磁帶所產生的磁通量小，因 此磁控管處於不平衡的狀態。而因為第一磁帶產生較低磁 通量密度且配置於產生較高磁通量密度之第二磁帶内 部，則來自外部第二磁帶的部分磁通量將到達内部的第一 磁帶，並通過此第一磁帶之内部但未實際進行接觸，最後 則回到第二磁帶《結果由於通過真空反應室外部的磁通量 可以降低，因此對電子的限制能力也因而可獲致改善。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第一和第二磁帶可以是下面的形式其中之一 β磁控管 可具有多個第一和第二磁石’。此多個第一磁石配置成具第 一磁性之帶狀（例如為Ν極）並指向靶材。多個第二磁石則 配置成具第二磁性之帶狀（例如為Ρ極）並指向靶材。第一 磁帶之極性和第二磁帶之極性相反。假如每個磁帶均由多 個磁石所組成，則由每個磁帶所產生的磁場形狀可因為磁 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275 A7 五、發明說明（ 石所佔據的空間而有所蠻仆。二！， 、 β J又化。而最好將較強的第二磁帶配 置於最外面的周圍上。如迚目丨— 此則在第二磁帶之内的電漿中的 電子便可加以限制。 請 先 閱 讀 背 St 之 注 意 事 項 再 磁控管可以磁性元件哎鈿_、λ虫从松 叶4扼端〈配置使第一和第二磁 帶形成一磁性迴路。例如，磁松 概控管具有磁性軛以便支撐及 磁性_合第一和第二組的磁石 確石 假如形成了磁性迴路，則 弟一磁石之部分磁通量將f丨丨；去哲 里册到達罘一磁石，通過第一磁石之 内部和磁性軛，然後終止於第- 儿· ％罘一磁石。而且，其餘的磁通 量將包含磁性迴路路徑内之第一磁石加以延伸，通部第一 磁石I内冑’並由第：磁石加以限制。當磁性迴路於磁控 訂 管中形成Bf，即冑可能在不影_纟它磁場特性下控制磁場 成為較佳形狀以限制電子。 線 本發明之濺鍍反應室中，多個第二磁石可配置成環狀 或帶狀而圍繞多個第一磁石，此多個第一磁石也可配置成 環狀或帶狀。一孔徑大小不限之永久磁性材料雖然可在最 内部帶狀中形成，但並非絕對需要。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之賤鍍裝置中，磁控管更可具有三個磁性軛， 並描繪為第一和第二磁極部分。每個第一磁極部分乃配置 在每個第一磁石之末端，以便和第一磁極磁性耦合起來。 每個第二磁極部分亦配置在每個第二磁石之末端，以便和 第二磁極磁性耦合起來。由於此第一和第二磁極部分係配 置成和鄰近磁石進行磁性耦合，因此磁通量可導引到磁石 之間不具有磁石的區域中。結果，由每個磁石所產生的磁 通量可由磁極部分平均，且接著應用到濺鍍靶材上。在鄰 第10貰 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 526275 A7 五、發明說明（） 近磁石之間磁通量密户 里在度的變化因而也可加以平均。 本發明之濺鍍裝置中， 每個第-和第二磁石之：性輛配置成適當方式以承載 環狀，以連接每個第 2 Μ第-磁極部分安排成 石〈一端；而第二磁極部分安排 成環狀，以連接每個^ 本發明之磁控管中，由 由第—和弟二磁石之一端所產生 的磁通量也因為第一和 和弟一磁極部分的輔助而分佈在不 同的磁石之間的區域。 口此第一和第二磁石各自在靠近 '肖耗表面形成環狀磁場β電衆在兩個環狀磁場之間產生。 結果’當以此方式所產生的磁場可包含磁通量迴圏中的内 邵：石’則對電子的限制能力也因此可改善。由外部路徑 上弟一•磁石之另一^ ^山於立 L 、 另1所產生《磁通量經過第一磁性軛之 内部並到達第一磁石的另一端。部分的磁通量通過第一磁 石：到達第-磁石的一端，並形成由第二磁石之一端所產 生I磁通量冑圈°剩餘之磁通量從磁性輕延伸且形成由第 一磁石乏一端所產生之磁通量迴圈。假如磁場由先前所提 到的磁性迴路所控制，則可避免磁通量擴展到外面。因此 可改善電漿之電子限制效率。 本發明之濺鍍裝置可具有包含鈦、鋁、及/或銅之濺 鍵把材’或者可為其它之孓能材料。 前述提及之實驗也提出了靶材腐蝕時沉積之均勻 性。本案發明人從這些實驗得到一些結論··用來控制基板 的中心部分和圍繞中心部分面積薄膜厚度的磁石可配置 在包含轉動中心的區域，而用來控制基板的邊緣部分薄膜 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再

頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526275 A7 B7

五、發明說明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 厚度之磁石可配置在相當於靶材周圍的部分中，且用來控 制消耗表面之錢鍵品質和形成於基板上之薄膜厚度的磁 石可配置在中心區域和邊緣區域之間。 滅鏡把材的放置使消耗性表面面對基板承載座。磁控 管則放置在對於承載座為靶材的相反方向，且具有面對賤 鍍靶材的區域。驅動機構利用通過消耗表面某個點例如其 中心部分的轉動軸作為軸心，並可相對於濺鍍靶材轉動磁 控管β 磁控管具有先前所描述的第一和第二磁帶以便在真 空反應室中產生磁場。為了增加均勻性，磁帶的其中一個 表面區域可配置成通過轉動軸。 如上面所描述的，第一磁帶之其中一個表面區域位於 濺鍍反應器中。因此，第一磁帶可以適當的配置以便指定 磁場在靶材的中心和周圍區域中產生。而且，第一磁帶可 以適當的配置以控制消耗性靶材表面之濺鍍率及基板上 從中心延伸到周圍面積之薄膜沉積量。 由於傳統上限制了有關於消耗性表面上濺鍵分佈之 均勻性的降低，因而比起那些傳統上固定的限制，可適當 的調整磁控管形狀以因應不同狀況下第一磁石組之計劃 或者形狀。結果，磁場所要形成的區域形狀可加以簡化， 且消耗性表面之濺鍍均句性及薄膜均勻性也可加以改 善。承載座和乾材之間的間隔最好約為基板之直徑的0.95 倍，也就是對一 200mm的晶圓來說約為19〇mm。 而且，由於第一磁帶可配置成其中一個分離面向區， 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

526275 A7 五、發明說明（ 貝丨 1濺鍍均勻性將可得到保障，且在電漿形成的靠近消耗性 表面（區域可減小。由於供應到靶材之功率集中在磁控管 此區域中。則電漿密度在供應電源未增加下將會增大。當 電漿密度增加時，電子密度也會增加。結果，錢鍵粒子的 離子化比例也會增加。由於離子化賤鏡粒子朝向基板的表 面t速，則濺鍍粒子到達基板並在基板之表面方向具有速 再 度刀量的數目也會增加。結果，大部分的濺鍍粒子直接到 達電聚區之下的區域’且薄膜將優先地沉積在電子和離子 到達的基板區域。因此，薄膜厚度之均勻性及底部覆蓋性 都可改善β 本發明可具有下列各種不同之形式。 線 本發明之濺鍍裝置中，為了達到均勻性的增加，第一 磁組可具有一或多個第一磁石和一或多個第二磁石。第一 磁石具有第一部分以產生第一磁極及第二部分以產生不 同的第二磁極。同時可將此第一部分配置成面對靶材。第 二磁石具有第三部分顯現出第一磁極及第四部分顯現出 第二磁極》同時可將此第四部分配置成面對靶材。也就是 說，排列第一和第二磁石以產生不平行的磁極。 假如第一磁組有一或多個磁石具不同的磁極則將可 發現適當的磁場形狀以得到乾材之濺鍍均勻性和基板上 薄膜厚度均勻性和磁石的形狀和配置有關。 如同先前所描述的，第一磁組具有磁性軛用以承載第 一和第二磁石。此第一和第二磁石可由磁性軛耦合在一起 並且其作用如同單一的磁體，磁石組合可由第一和第二磁 第13頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275

pjT

五、發明說明（） 石及第一磁性軛所形成。 本發明之磁控管中，一或多個第二磁石可配置在一或 多個第一磁石外部形成環狀。此類配置對於以磁場來限制 電漿將有較佳的效果。 本發明之磁控管中，第一磁帶也可具有最好描繪成第 一和第二磁極片的磁性元件。 多個第一磁石的第二部分乃經由配置於磁石和靶材 之間的第一磁極表面彼此磁性耦合。此類磁性耦合可將承 載第一磁極面向第一磁石而加以實現。由於來自第二部分 之磁通量通過第一磁極面之内部，則不同磁石之磁性特質 的變化可加以平均，且在磁石之間的區域中的磁場可加以 補償。類似地，多個第二磁石的第三部分乃經由配置於磁 石和靶材之間的第二磁性元件彼此磁性耦合。此類磁性耦 口可將承載弟二磁極面向第二磁石而加以實現。由於來自 弟二部分之磁通量通過第二磁極面之内部，不同磁石之磁 性特質的變化可加以平均，且在磁石之間的區域中的磁場 可加以補償。由於磁場也以第一和第二磁極面的幫助在不 同的磁石之間加以導引，電漿的限制自然也會加以改善。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之磁控管中，第一磁帶可另外具有多個第三磁 石。而且，此磁控管在多個第三磁石之内部具有第二磁 帶。此第二磁帶具有多個第四磁石。每個第三磁石具有第 五部分以顯示出第一磁極，及第六部分以顯示出相反的第 二磁極。第三磁石配置成環狀並以第五部分指向靶材。每 個第四磁極具有第七部分以顯示出第一磁極，及第八部分 第Η頁 本紙張尺度適用^^家標準（CNS)；V4規格⑽X 297公釐） 526275 A7

五、發明說明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以顯示出相反的第二礤極。此第四磁石可配置成以第八部 分指向靶材。因此，第三和第四磁石乃以反平行的磁極加 以配置。 於本發明之磁控管中，第一磁帶可具有多個第五磁 石。而且此磁控管具有第三磁帶配置於多個第五磁石之外 部。第二磁石部刀可具有多個第六磁石β每個第五磁石具 有第九部分顯示第一磁極，及第十部分顯示相反的第二磁 極。此多個第五磁石將第九部分配置成指向靶材。每個第 六磁石具有第十一部分顯示第一磁極及第十二部分顯示 相反的第二磁極。此第六磁石可形成環狀並以第十一部分 指向靶材。 為了增加均勻性，本發明之濺鍍裝置所配備之磁控管 具有下列之形式。此磁控管至少具有一第一磁石組合及多 個第二磁石組合。此第一磁石組合可適當的安排使磁場在 靠近轉動中心形成。多個第二磁石組合則放置在其中一個 由包含轉動軸心的平面所分隔的面對區域中，並經由適當 的安排和第一磁石組合形成環狀圖案。 由於第二磁石組合及第一磁石組合一起配置成環 狀，磁控管乃放置在其中一個面向區域，磁石組合可安排 成適當的圖案以實現所需的薄膜厚度均勻性。結果即可以 形成適當的磁場以增加消耗性靶材表面之濺鍍均勻性並 改善薄膜厚度之均勻性。如果磁石組合可以適當的安排以 降低電漿所形成的區域，則同平面的薄膜厚度均勻性可& 進一步的改善。 第15頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

526275 A7

五、發明說明（） 於本發月增加底部覆蓋之態樣中，本發明形成薄膜的 方法具有下列步驟：⑴提供一賤鑛反應器，其配備有第一 磁組’可將第一磁極指向特定材料所形成之靶材，及安排 在先則提到之第一磁組外部的第二磁組，其與第一磁極相 反之第二磁極指向靶材，且其中由内部第一磁帶所產生的 磁通量欲度將小於由第二外部磁帶所產生的磁通量密 度，（2)設定相對於先前所提到之靶材的基板；供應濺 鍍用工作氣體如氬氣到真空反應室中：⑷並沉積濺鍍粒子 於基板上以便於基板上形成特定材料所製成的薄膜。 如果以上述方式準備磁控管，則電漿中的電子可以有 效的限制在電槳中。結果由於電子密度的增加，濺鍍粒子 更可完全的離子化。被離子化的濺鍍粒子由電場加速朝向 基板。 由於工作氣體的壓力降低時電漿仍能維持，因此在降 低製程氣體的壓力時即有可能不會產生電漿的消滅或不 穩定等反向效果。結果濺鍍粒子和工作氣體原子撞擊的機 率就會降低。濺鍍粒子從靶材到達基板而不被反射的數目 因而也會增加β 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於本發明之一態樣中為了增加均勻性，則本發明的薄 膜形成方法包含下列步驟··（丨）提供配備有磁控管之濺鍍裝 置’而磁控管之磁石則安排在由包含磁控管之轉動中心軸 平面所分隔的其中一個區域中；（2)相對於濺鍵祀材之消耗 表面設置基板·，（3)將濺鍍工作氣體注入真空反應室中；及 (4)當轉動磁控管時在基板上沉積濺鍍粒子以形成薄膜。 第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275 A7 B7 五、發明說明（） 磁石乃安排在由垂直於靶材表面且包含磁控管之轉 動轴的平面所區分的磁控管區域中。以此方式，則薄膜可 在控制濺鍍時加以沉積。由於消耗性靶材表面的濺鍍均勻 性可加以改善且磁場區也會減少，則電漿區域也會減少。 結果在不增加輸入功率情況下電子密度也會增加。濺鍍離 子之離子化係因所增加的電子密度而增加，且離子化粒子 將朝向基板表面加速。結果大部分的濺鍍粒子將到達電漿 區正下方的區域。 本發明之詳細實施例現將配合圖式加以解釋。如果可 能的話，相同的部分將以相同的參考數字加以表示，且相 同的部份不進行重覆解釋。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1圖所示為本發明之磁控管濺鍍反應器之一實施例 中結構的圖不。濺鍍反應器10包含了形成真空反應室之 外殼14及其所包含之製程空間12。同時其也包含了靶材 1 6適度的將外殼14的頂端開口密封起來。由於外殼i 4 和起材16均由電導性材料所製成，則在外殼14和靶材16 之間將夾入電絕緣體1 3 a。第1圖之實施例中，外殼1 4具 有圓形底部及圓柱狀側壁從圓形底部之周圍延伸到預定 的高度上。例如，此管狀部分的形狀類似於圓柱形外殼。 而靶材16的形狀則如同一碟盤。靶材16其中一圓形表面 1 6 a (稱為其底部）做為其消耗性表面且由把材之濺鍍材料 所消耗β 承載座18安排在真空反應室之外殼14的製程空間12 中。在基板承載機構中（也稱做基板承載部分），承載座18 第17頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 一 ' 526275 A7 B7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 用來在製程空間12中支撐基板I、因此承載座is將支撐 製程用的基板1 5，例如半導體晶圓賨或者玻璃基板。承 載座1 8的頂端1 8a則設定成面向靶材1 6的底部、消耗性 表面16a。基板15(晶圓w)的沉積表面15a則固定在承載 座18的預定位置上且基本上會和靶材16的底面16a平 行。基板1 5同軸性的配置使其中心和靶材1 6的中心對 齊。為了要改善賤鍵沉積薄膜的同平面之均勻性，則最好 將基板中心和磁控管之軸心38的轉動中心重合。於本發 明中，靶材16的尺寸與承載座18之間的距離都和傳統上 標準錢鏡反應器相同β承載座18和把材16之間的距離最 好約為濺鍍粒子所沉積基板之直徑的〇·95倍，也就是 200mm的晶圓約為190mm左右。此距離為短矩離濺鍍。 較長的距離有時可用來對準濺鍍粒子，特別是中子。 為了避免濺鍍粒子到達真空反應室外殼1 4的内部側 壁表面上，則濺鍍反應器1 0包含了 一屏蔽26以阻擋濺鍍 粒子到達内部側壁表面。屏蔽2 6的外側上端則夹在外殼 14和隔離端13a之間’並和外殼14之頂端的開口邊緣電 性上接地固定。屏蔽26的内側則延伸到承載座1 8的側壁 表面。此内侧的端點部分經由絕緣部分1 3 b沿著承載座1 8 之側壁表面加以固定。結果屏蔽2 6將和承載座1 §互為電 性隔離。承載座18將連接到參考的電位上，如經由隔離 電容器連到接地電位上，如此將容許承載座18用於自我 偏壓狀態，其偏壓電壓將和電漿所提供的電子有關。其亦 可經由供應高頻到隔離電容器19之上而使用於射頻偏壓 請 先 閱 讀 背 之 注 項 再 填 寫 本 頁 嵊 訂 線 m 第18頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275 A7 —__B7 五、發明說明（） 狀態。於此範例中，偏壓裝置為射頻偏壓應用.裝置，例如 射頻電源供應器，並設定在電容器19和參考電位之間β 不論如何，承載座18最好相對於電漿電位為負向偏壓， 且其最好相對於接地屏蔽26為負向電位。 在外殼14中形成一排放埠20。於本發明中，一低溫 幫浦或其它的真空幫浦21將連接到排放埠20中，且真空 幫浦21可用來降低真空反應室12的壓力。排放埠20和 真空幫浦21組成了減壓裝置。製程氣體例如氬氣可做為 濺鍍工作氣體或者氮氣可做為反應性氣體則從氣體供應 源25由供應埠22輸入到真空反應室12中。氣體經過供 應埠22的流動可用質流控制器23加以測量。藉由質流控 制器23的開啟或關閉，即可就數量和供應頻率來控制製 程氣體的供應。供應埠22和氣體供應源25組成了製程氣 體供應裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 靶材電源供應24之陰極和陽極在靶材16和屏蔽26 之間連接成為電漿形成裝置。當氬氣供應到真空反應室12 且負向電壓在靶材16和屏蔽18之間加入時，將產生成長 放電效應且氬氣被激發形成電漿。當正氬氣離子由放電撞 擊負電靶材16之底部表面16a時，靶材原子乃彈出成為 濺鍍粒子。當靶材原子沉糈在晶圓W上時，薄膜將在晶圓 上形成。 磁控管30配置在相對於靶材16之底面16a的另一表 面上，也就是在製程空間12外部，靶材16的頂端16b上。 磁控管30靠近靶材16之底部表面16a產生了磁場，且因 第19頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275 A7 B7 五、發明說明（） m 而在靠近靶材1 6之消耗性表面1 6 a增加了電漿密度。 濺鍍反應器1 0包含了由微電腦，計時器等元件所組 成的控制器29，其可將電流開啟和關閉並調節乾材電流值 及控制氬氣供應等等其它功能。控制器29係連接到質流 控制器23、靶材電源供應24及經由控制線29a連接到驅 動馬達36上。控制器29將可控制並連接此些不同的元 件。因此製程氣體的供應、製程氣體所產生的電漿等皆可 在所需的時間加以控制。 第2圖為第1圖中沿著2-2線之截面底部平面視圖， 其例舉了磁控管之每個磁石的位置。正如第1和第2圖中 所示的，磁控管30具有最好為非磁性的圓形基板32,及 多個磁石組合34 (不同的標號34a或34b則將在後面加以 說明）固定在基板32的底部負載表面32a上形成預定的圖 案。此基板32相對於承載座18係配置在靶材16的不同 邊。驅動馬達36之轉動軸心38乃連接到基板32之頂端 的中心。因而當驅動馬達36開始操作以轉動基板32時， 每個磁石組合3 4沿著靶材1 6的頂端轉動。以此方式將可 相對於靶材1 6轉動由該磁石組合34所產生的磁場，則把 材16所發生的侵蝕將更為均勻。 磁石組合3 4 —般由一細·相反極性的磁石所形成，且 即便有更平常的用法，在此仍使用磁石對的術語。例如， 馬蹄形磁石等於磁石對加上其軛端。如第2圖中所示的， 多個磁石對34將安排成環形。每個磁石對34適切的安排 成一個磁極（如第2圖中所示的北或n極）放置於環形朝 第20頁 本紙張尺度適用申國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） ------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) !|訂·！ I -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（） 外’另一磁極（南或S極）則如如 1 ， ^私）則朝内。磁石對34之相同磁極的 端點則分別經由磁性部分48知 ’刀和50於周圍延伸及磁性耦 合。磁塊48和50(於第2圖中 請 先 閲 讀 背 之 注 意 | 再 τ以虚線代表，因為其和磁石 互相重疊）為帶狀的部分，並 卫徘列成％狀以連接相同極性 不同磁石對的端點部分。外邱戸少r 1 、 ^外邵每形區和類似形狀内部區均 在消耗性靶材表面上形成，相當於帶狀磁極所產生的磁場 區。例如’在外部環形胃’由磁石群(磁石組合Μ的N極) 所產生的磁力線從最外圍周邊延伸到真空反應室中。某些 指向㈣且通過内部環形磁場區並到達内部的 磁石群（磁石對34的S極）。 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 磁石塊48和50配置於磁石對34和濺鍍靶材16之間 以便磁性的耦合兩組分別匹配的鄰近磁極。結果磁通量也 會導入不同磁石間沒有磁石存在的區域中。由每個磁石所 產生的磁通量可由磁極塊加以平均並加到濺鍍靶材上。即 便磁石係安排成斷續且分散的方式，由於磁極塊48和5〇 勺存在仍邊產生連續的預定強度磁場。所以電漿因為磁 場而限制的能力將可改善。而且，在鄰近磁石之間磁通量 密度的變化（不同磁石間的差異性）可加以平均。此因素亦 對電子的限制能力具有供獻。 磁控管30的磁石對34可在一或多個第一磁石對34a 和一或多個第二磁石對34b之間加以區別。於基板32之 底部表面3 2a定義一内部半平面和外部半平面，此係由垂 直於基板32並包含轉動軸38之垂直平面所區隔的。此垂 直平面的方向將使内部一半空間中之磁控管包含得最 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275 A7 五、發明說明（ 大’並使外部_半空間中之磁控管包含得最小。第一磁石 對34a用來產生靠近轉動轴38之磁場。因此，如參考第 4-7圖及下面的解釋，磁石、组纟34可配置在下列其中一個 方式：⑴此第一磁石對3“可配置在磁控管上其中一個半 空間中，但最好只有部分在外部半空間中；⑼此第一磁 石對34a可適當的配置以經過平面線並因而佔據兩個半六 間；及⑽此第-磁石冑34a之外部磁石係配置在磁㈣ 上其它的區域中，此區域由包含了轉動軸心、38之平面所 分隔。錢在哪一個例子中，此第二磁石對m均位於内 部半空間之中並適當的和第一磁石# 34a配置成環㈣ 案。由發明人所進行的實驗將決定了如第4,6和7圖所 示的配置將可得到較特別的結果。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 — — — — I — i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，-線： 另外一方面，磁控管3〇包含了外部環狀磁石帶配置 了第-磁極(如第2圖中所示的指向消耗性靶材表面 及一環狀密封之内部磁帶配置了相反的第二磁極（如第2 圖中所π的S極）指向消耗性表面。内部磁帶最好包圍住 水久磁性材料之孔洞，因此多餘的不平衡磁場將流經此孔 /同而到達較弱之内部磁帶的背面。内部磁帶可包含所有配 置於内部的磁石及由外部磁帶所包圍的磁石。例如，外部 磁石f可由最外部周圍上之-磁石群所組成，而例如内部磁 石帶則由最外部周圍上磁石内部之磁石群所組成。每個磁 石τ或磁石疋強度可加以指定使得全部磁通量（磁帶表面 上所整合的通量密度）為外部磁帶大於内部磁帶部分。 内部磁帶的設計係為了產生全部磁通量（整合磁帶之 ___ 第22頁 本紙張尺度適用中國國家標準（ϋ4規格⑽χ挪公楚 A7

526275 五、發明說明（） 面積的磁通量密度）且Φ妯为 ’女排在外邵磁帶的裏面以產生較高 的全部磁通量。結粟，外却芬 ^ 外邵磁帶<磁通量的某些磁力線通 過内部磁听’經過内部磁㈣徑向内面到達磁性轭，並終 止於外部磁帶。外部磁帶之磁通量的其它磁力線則形成磁 通量迴圈，包含限告丨# pq闹 限制於周圍磁帶中的内部磁帶。結果，由 於徑向延伸超過直办后施令^、 〜 < 具玉反應至艾磁通量的磁力線可以減 少’則限制電子的能力將可改善。 第3圖之截面視圖例舉了磁石對34用於第丨圖之濺 鍍反應器10中的範例。如同第3圖中所示的，每個磁石 對34具有磁性軛4〇和圓柱狀磁石42和4“磁性軛4〇 為一平板狀部分並由預定的磁性材料所組成，例如鐵磁性 材料。柱狀磁石42和44的一端為s極，另一端為N極β 外部柱狀磁石42配置有N極端指向靶材16，而内部柱狀 磁石4 4則配置s極端指向把材1 6 ^而這些磁極也可以相 反配置。方形或其它形狀的磁石可用以替代柱狀磁石42, 44。柱狀磁石42的S極端接觸磁性軛40並固定在磁性軛 4〇的一端。相對的柱狀磁石44之N極也和磁性輛40接 觸並固定在一端。此兩柱狀磁石42和44分別具有磁性極 化指向不平行的方向。整個磁石對34形成類似反u的形 狀。而此U形的一端為N極的柱狀磁石42，另一端為S 極的柱狀磁石44。而且，由於磁石42和44及磁性軛40 形成了磁性迴圈，其組成了磁性裝置並且作用如同整體的 磁性體且具有不同的磁極指向相同的方向。以此方式，則 在真空反應室中所形成的磁場可以有效的控制及限制電 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再δ本頁) 1^1- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 子12。 於磁石對34中，第一磁枋地“， 磁，鬼48為包含於外部磁帶之 磁石42芡自由N極端，而 ^ ^ ^ #4. ^ 日7够極塊50為包含於内部 磁极塊4…石Μ的自由S極端。如同上面所描述的， = 磁控管中磁石42的-個極性，而另- 磁極塊：〇則用為合另-極性的磁石44。 於弟2和3圖所顯示的實施例中’每個磁帶具多個磁 石。然而，外部和内部磁帶之一 ^ ^ 或者兩者都可只有一個不 同的磁石所形成。私少彳丨：士 取於此例子中，周圍磁帶（磁石42)的全部 磁通量大於内部磁帶（磁石44)。 然而’磁帶34之形式並不限於第3圖中所示的範例。 現在更適合稱為—種組合的磁石f"4可具有更多的磁石 和磁性部分以便和磁石核合。而且，用於每個磁石組合34 之磁石的磁通量密度係相對於磁石對34之配置位置所要 供應之磁場而決定，因而磁石的強度可以有所不同。 於第3囷所示的磁石組合34中，磁石42，44之一端 係安排成面對靶材表面頂端16b，此表面係為消耗性靶材 表面16a的背面。磁石對34以適#的固定裝置如螺絲^ 將磁性軛40之背面和基板32接觸而將其固定於基板32 上。如此則基板32上磁石組合34之固定位置可將基板32 重新擴孔或研磨新的磁極塊而改變。因此磁場之形狀可因 為磁石組合34位置的重新安排而調整。 第4-7圖為濺鍍裝置10中磁石對的較佳配置圖示， 其中第4,6和7圖之磁石配置是較好的。在每個圖形中， 526275 A7 B7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 外部磁帶52和内部#帶54用來顯示多個磁石對的單獨配 置位置，圖形顯示了第一磁極塊48結合磁帶52及第 二磁極塊50結合内部越帶54分別投射在消耗性靶材表面 的區域。由於磁控管丨、、、ϋ 耳以中心軸38轉動，則所例舉的區 域顯示了磁帶52,54 ^分w ία产甘t 和靶材1 6在某些時間點之間相對 位置關係β 如第4’ 6和7圖中所示的，内部磁帶54配置在磁控 管30上的其中一個區域中，此區域是由垂直於靶材16且 包含轉㈣38(於第4,7圖所示的範例中，此區域的上半 部以虛線56分隔）的平而讲八銳的。：l J十面所/刀離的。此平面的延伸方向係 沿著對稱磁控管形狀的 -Λ. ^ , ·、 ♦ 狖的万向。換句話說，此平面經過礤控 管最不對稱的部分。外部磁帶52圍繞内部磁帶54而2 排。 女 為了提供接近轉動中心的磁場，外部磁帶52係安排 成通過或靠近轉動中心31因此，在第4和7圖所示的範 例中，外部磁帶52的位置覆蓋在轉動軸38之上。於第6 圖所示的範例中，外部礤帶52和内部磁帶54兩者皆位於 由平面56所分隔的單—半空間之中。同時在此例子中' 外部磁帶52係在乾材侵姓表面和轉動中心38重疊的位置 上產生所需的磁場◎於第5圖中，外部磁帶52係故置在 圍繞轉動中心38的位置，也就是在外部磁帶52之内部孔 洞。另外，第6圖之實施例將比第5圖產生較佳的結果。 為了在靠近轉動中心38產生磁場，外部磁帶52可、 '^適 當的配置以通過轉動軸38或其附近。因此，在第4·7圖 閱 背 之 注 意 事 項 再 重蓬頁i 訂 線 m 第25頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526275 所τρ的配置中》外執嫌c 卜邵磁π 52和轉動軸38互相重疊。於 5圖所示的配置中’外部磁帶52之位置設定成包含轉動輪 38在其㈣。於此例子中，周圍之磁帶52係適當的安 以便在相當於轉動# 38㈣耗性表面上產生所需的墙 場。第5圖中所示的配置並非最佳的安排。於第6圖所示 的配置範财，夕卜部磁帶52 *内部㈣54兩者則配置: 由虛線56所分隔的區域之-。於此例子中，外部磁帶52 的安排可在相當於轉動軸38的消耗性表面上產生所需的 磁場在例+中’靠近轉動轴38戶斤產生的磁場有效 的供獻電漿的產生和電子的限制。 於弟4到7圖的任一實施例中，外部磁帶52通過轉 動中心38，或者和轉動中心38分開一小距離，此距離不 超過靶材16(也就是其消耗性表面16a)之有效半徑的 10/。而且，對於小磁控管和高靶材功率密度來說，外部 磁帶58最靠近轉動中心38的部分通過不大於有效靶材半 徑S 1 5%，此半徑係從磁控管3〇之主要部分之側壁到轉 動中心38。換句話說，外部磁帶52(即為整個磁控管3〇) 主要位在靶材16之一半，半圓形面積中，且具有另一半， 半圓形之邊界沿著虛線56。外部磁帶52延伸到另一半空 間中不大於靶材半徑的1 5 %以上。 對於第4和6圖中所示之外部磁帶52和内部磁帶54 來說’沿著軸向56之外觀的寬度比垂直軸向56外觀的長 度還要長。也就是，對於沿著徑向方向從轉動軸38延伸 到乾材10周圍的磁控管形狀來說，橢圓形具有沿著徑向 第26頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

526275 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

526275 Α7 Β7 五、發明說明（） 優點可因為帶狀磁控管具有三角形、％形三角形、或绝道 之形狀而受益。此類形狀和其它可接受的形狀已經在美國 專利申請號碼09/249,468，1999年2月12日申請，由Fu 等人所發明；美國專利申請號碼09/546,798，2000年4月 11曰中請，由Fu等人所發明；及美國專利申請號碼 0 9/414,614，1 999年10月8日申請，由Chiang等人所發 明之文獻中加以描述。這些專利在此全部列為參考文獻。 於三角形及弧形三角形磁控管中，三角形之頂端靠近或位 於轉動中心之上，而相反或弧形的側邊則靠近靶材1 6的 周圍。跑道形狀之磁控管包含兩個平行的侧面彼此靠近， 且一般為徑向從靠近轉動中心38到靠近把材16周圍運 轉。平行部分以半圓形部分靠近靶材16的中心和周圍結 合起來。於帶狀磁控管中，和引用專利中之描述所不同 的，内部極性以具有封閉孔洞且不具永久磁性材料之磁帶 所組成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 由於磁控管3 0繞著軸心3 8並相對於濺鍍靶材1 6之 中心轉動，即便磁石對3 4配置成第4 - 7圖中所示的樣子， 電漿區仍能均勻的通過消耗性靶材表面1 6a。因此，即便 磁場形成區具有小且簡單的形狀，消耗性表面上的賤鏡均 勻性仍能增加。而且，假如外部磁帶全部磁通量選擇成大 於内部磁帶之全部磁通量，則限制電漿的能力可以改善。 結果，即便製程氣體的壓力降低，電漿仍可維持。 然而，此兩個磁通量密度幾乎相等或者對於先前之設 定具有對立不平等關係的可能性並不會排除β 第28頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275 Α7 Β7 五、發明說明（） 電漿更加侷限之後，電漿的電子密度也將會增加。當 侷限的電子密度增加時，濺鍍粒子的離子化比率也增加 了。由於離子化濺鍍粒子以靠近承載座1 8之電漿保護的 電位梯度之方向被承載座丨8吸引，則在此方向的速度分 量將會增加。結果薄膜厚度之均勻性和底部覆蓋性都能得 到改善。 而且，由於磁石配置在約磁控管的一半區域中且依序 小於有用靶材面積的一半，高密度電漿形成區域可因磁石 位置之配置方式的調整而縮減。由於把材功率可有效的集 中在較小的區域中，電漿密度可在不增加整個靶材功率下 而增加。因為當電漿密度增加時電子密度也會增加，離子 化的濺鍍粒子也會增加。由於離子化濺鍍粒子朝向基板之 表面加速’則濺鍍粒子之速度分量朝向基板表面的數目也 會增加。結果，大部分的濺鍍粒子可以到達正位於電漿區 下方的區域以便在此區形成薄膜。因而薄膜厚度之均勻性 可加以改善。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如同第4，6和7圖中所示的，外部磁帶52可配置在 橢圓形之周圍以形成所組成的凸面圖案。凸面圖案為連接 平面之封閉曲線任兩點的線段通常位於線之一側或者線 上。此圖案可能包含曲線或者直線。特別地，包含有封閉 曲線之圖案稱為凸面曲線。於凸面圖案中，直線可外切於 曲線連接點和曲線正切且直線組成圖案。於本發明中，直 線和曲線很平順的連接在一起、可侷限電漿之磁場的形 狀，如第4-7圖之結構或為三角形或跑道形狀之磁控管則 第29頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) 526275 A7 B7 五、發明說明（） 指定為凸形。同磁場平面係為具相同磁性大小的平面’而 同磁力線則為同磁場平面和平行於消耗性表面之平面之 間的交線。由於此凸形磁場的影響，同磁場平面中的改變 可加以預防。 為了調節同磁場平面（同磁力線）之形狀以增進電子的 侷限能力，電漿之電子密度將會增加。結果，離子化的濺 鍍粒子也會增加。由於離子化濺鍍粒子朝向基板加速，於 此方向的速度分量因而也會增加。而且，假如製程氣體的 壓力降低，濺鍍粒子和製程氣體之原子撞擊的機率也會降 低。以此方式，則速度分量垂直於基板方向的濺鍍粒子數 目也會增加。因此，底部覆蓋可因為電子密度的增加而改 善。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ________________ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在第4-7圖中所示的外部磁帶52沿著指定的曲線加 以配置。依照本發明所例舉之橢圓形磁控管3 〇來說，封 閉曲線之曲率的最小半徑最好為最大曲率之半徑至少〇8 倍’且凸形曲線之曲率的最小半徑最好為最大曲率之半徑 至少0.8倍。較佳的情況包含了第4 , 5和6圖之徑向平坦 橢圓形之間的範圍及第7圖之正切平坦橢圓，包含圓形。 此些比例也應用到一般橢圓形狀之短軸對長軸的比例。而 一圓形則具有高度的對稱性及較大的最小曲率。 為了降低電子流向屏蔽，有許多研究將針對電磁場中 電子的移動加以調查。結果發現，假如侷限之磁場的結構 有很大的變化，即便磁場大小並沒有很大的變化，但電子 並無法適當的限制住。在電磁場中電子的運動係由電場方 第30頁 526275

經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 向所產生的力及有關於電子速度和磁場方向所產生的力 所決定的。電子沿著電場的曲線並環繞著磁力線而移動。 其結果是，例如當磁場變化幅度較大時，磁控管可旎换法 在電子環繞磁場的曲線路徑後所欲到達的區域中產生夠 強度的磁場《磁控管所產生較大曲率的磁場可能無法有效 的侷限電子到達上述所提到的區域，且這些電子的移動方 向也無法改變。結果電子將被電場所吸引並流向此電場。 在第4-7圖中所示的磁控管30中，用來產生磁場的 磁石需考慮到電子的速度（電子的移動方向和速度）而適當 加以配置，且可以實現不會對磁控管所產生之磁場的外觀 改變太多的結構。 第8圖所例舉的為當第2和3圖中所示的磁石組合3 4 配置形成相反的磁帶用於濺鍍反應器1〇中。第9圖為類 似的圖示例舉了當磁石組合3 4配置成不同的方位而將内 部磁帶和外部磁帶互相交換之後在濺鍍反應器1〇a中所產 生的磁場，其中内部磁帶具有較高的磁場強度。於第8和 9圖中’由磁控管30之每個磁石組合34所產生的磁場以 虛線加以表示。由每個次單元所產生的磁場B具有靠近消 耗性靶材表面16a且平行於16a表面的分量（平行分量 Bh),及位於軸向18(參考軸向）之方向且從靶材16指向靶 材16下的空間中之基板承載座18的分量（垂直分量By。 於第8圖中所示的賤鍵裝置中，由具有第一極性之較 強的外部磁石42(包含在第4-7圖中之外部磁帶52)中所產 生的磁力線延伸朝向磁控管30之内部，通過磁帶形狀之 第31頁

526275 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（磁f生軛40内部而形成磁性迴路，並經過磁性軛4〇到達相 反極性的外部磁石42 ^磁力線將封閉以包圍住較弱的内部 磁石44。因此，磁場的產生從外部磁石42指向磁控管3〇 <内部。結果電子之軌道亦和磁場之曲率同樣的指向磁控 管30之内部。因而電子流徑向的往外朝向接地屏蔽％即 可降低1 另一万面，在第9圖所示的濺鍍反應器1〇a中，磁場 由第4-7圖較強的磁帶54所產生，但相對於較弱的外部 磁帶52加以調整並封閉起來，此磁場指向磁控管3〇外部 並和接地屏蔽26交會。由於此類磁場將使電子流往屏蔽， 因而較無法加以侷限。 然而’於第10圖所示的濺鍍反應器1〇b中，内部和 外部磁帶52 , 54的磁場強度將加以調整，使得第4_7圖 之内部磁帶54有更強的磁場，而内部磁帶54所產生的磁 場指向磁控管30的外面但為封閉且不通過接地屏蔽26。 第8和10圖中所示的磁控管3〇a，3〇b均可用於本發明之 濺鍍反應器中。然而，具較強外部磁帶且產生如第8圖中 所示之磁場的磁控管將更適合用來增加電漿的電子密 度。 如同上面所解釋的，磁控管3〇乃配置成封閉環形， 且具有北極和南極二種不同極性的磁極分別形成不同的 環狀，包含中間沒有磁性材料的區域。然而，也可形成多 個環狀的磁控管。但無論如可，磁場可因此而更加侷限， 而電子密度也會因為磁場效應而增加。 第32頁 (請先閲讀背面之注意事項再 ___ 填寫本頁) 訂： •線： 526275 A7 B7 五、發明說明（ 而且，於本發明之濺鍵庫 Λ ^ 狨夂愿詻10的解釋中，磁帶的 配置主要限制在磁控管3〇 炎⑽Ί千域中。但本發明自然不 乂限於此種配置。第11圖之平 一 十面視圖相當於第1圖中沿 者検截面切線2-2加以橫截 钶戣面，並例舉了磁石對34不同 的配置方式。其中更考肩了令玄 $ ,、 亨應了沣多不同型式之磁石對34配 置方式。於此實施例中，如第1〗 弟u圖中所示的，磁石對34 可配置成雙環的形式。此磁石對 τ匕念了内邵環磁石對34丨 安排成環狀磁帶64和66，及外％磁=批 次外邵磁石對34。安排成環狀 磁帶60和62。磁石對34丨和34 w櫥… 〇 了控制形成於磁帶間之空 間68和70中所形成的電漿，並 水I在靠近靶材16之底部16a 的空間中形成磁場。 於第11圖中所示的磁石對34.，34。之配置中，最外 面的磁石部分形成了環狀的磁帶6〇,而内部磁石部分則形 成環狀磁帶62，64和66。於舲你丨工占 於此例子中，内部磁帶62，64 和66之全部磁通量的計算可加 井』加上相對於靶材係不同於最 外部磁帶60之磁極的磁通量並減去和周圍磁石部分相同 磁極的磁通量而得。對於内部環狀磁帶群來說也可以調 整包含外部磁帶64和内部磁帶66的結構。類似地，於外 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 邵磁帶群來說，也可以調整包本卜 月正匕〇外邵磁帶6〇和内部磁帶 6一2的結構。無論如何，内部將可形成封閉的磁場，而電子 密度也由於此磁場而增加。 於上面料釋的賤鍍裝置巾，每個磁石對34控制了 形成於消耗性把材表面16a和承載座18之頂$ W之間 的真空反應室（此後將稱為濺鍍空間）中磁場B的形態。於 第33頁 526275 A7 五、發明說明（） 聞 讀 背 面 意 事 錢鍍2間中侷限電子的適當磁場可由此些磁石所產生。由 於磁& & 30由驅動馬達36加以旋轉因此由每個磁石對 34,34丨和34。所產生的磁場實際上是以6〇_i〇〇rpm的速度 範圍繞著驅動軸心38旋轉。結果，消耗性靶材—可以 極均勻的万式濺鏡。於本實施例中所揭露的用於錢鏡裝置 ίο中之靶材材料並不限於銅（Cu)。同時也可以利用鈦 (Τι)鋁（Α1)及其合金。合金則一般限制在1〇%原子百分 比以下。 訂 蟓 當製程氣體靠近消耗性靶材表面丨6a離子化時，粒子 從靶材之消耗性表面16a濺鍍出來。假如磁石對34配置 成第2和4·7圖中所示的方式，消耗性表面16&的濺鍍均 勻性將會增加。而且，假如電聚所產生的區域減少時，電 漿密度可在不增加靶材功率之下而增加。結果，電子流密 度也跟著增加^而濺鍍粒子的離子化也增加。離子化濺鍍 粒子乃朝向基板承載部分18加速。結果，垂直於基板w 之速度分量比平行於基板之速度分量要大得多，底部覆茗 也因而改善了。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 而且’當垂直於基板之速度分量增加時，薄膜可在炎 對轉動的磁控管30之下形成。因此，由於濺鍍粒子由斜 向入射到基板使薄膜厚度不均勻的成分也降低了。此類养 均勻性係由於從基板周圍位置看去在較大角度時將不會 有靶材的存在，而在基板中心則不會有此現象所產生的。 第12圖顯不了依照不同實施例的濺鍍反應器丨1，其 更谷易製造並且提供了設計上的額外彈性。於此濺鍍反應 第34頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 526275 A7 B7 五、發明說明（ 器中，雖然並不一定需要，但在此將以第1圖之濺鍍反應 器10相同的參考數字代表相同的部分。於第12圖中，磁 控管31用來替代第1圖之磁控管3〇。第13圖之平面視圖 例舉了磁控管31的徑向平面橢圓配置，而第14圖之乎面 視圖則例舉了另一種圓形配置。 參考第12，13和14圖，磁控管31包含了基板33, 放置於基板33之佈置表面33a上的磁性上蓋41且做成磁 性軛材料，及複數個磁石43a，43b放置於磁性上蓋41之 佈置表面41a上設定位置◊基板33承載磁性上蓋元件41。 因是，磁性元件4 1沿著轉動軸心3 8轉動，此轉動軸心係 位於基板3 3之頂端表面中心。基板3 3靠近靶材中心3 8 的部分最好形成一方形調整片33以便提供額外的機械強 度及平衡。 於第12圖中，基板33和磁性上蓋41為分離的二個 部分’但若基板本身亦包含了磁性輛材料時，則基板將具 有兩種功能，而磁性上蓋即可省略。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 賤鍍靶材16的配置將使承載座ι8之基板承載表面 18a面對乾材16之侵蚀表面16a〇磁控管31具有第一和 第二磁石部分放置於靶材16之另一面且和承載座相 對，以便在真空反應室中產生磁場。 於弟13圖中徑向平面擴圓配置中，具有一種極性之 複數個磁石43a沿著第一環狀元件47配置，這些磁石43a 如第π圖中所例舉的，每個皆具有單一的磁極（北極，N 極）面對靶材16，而另一個磁極（第13圖中的南極，s極） 第35頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275 A7 B7 五、發明說明（ 則面對磁性上蓋4卜另外，另一種極性之磁石4几則配置 於第二環狀元件49,這些磁石具有第一磁極（8極）面對靶 材16，及第二磁極（n極）面對磁性上蓋41。於第丨3圖之 實施例中，此第一和第二環狀元件47 , 49具有橢圓形狀 且對於靶材16之中心38為徑向平坦化。也就是說，其短 軸係延伸通過靶材之半徑，而長軸則橫切過此半徑。而 且，第一環狀元件47將第二環狀元件49包圍住並從靶材 中心38延伸到周圍。另外，於第14之實施例中，此第一 和第二環狀元件47，49則為圓形，也就是說，橢圓形的 短轴和長轴相等，且磁石43a，43b均類似地配置成圓形。 第一和第二環狀元件47 , 49可為例如極塊等磁性元 件。於此例子中，具有相同第一磁性的磁石43a之底部端 點乃由第一環狀元件47磁性耦合，而第二磁性之磁石43b 的底部端點則由第二環狀元件49磁性轉合。 於第13或14圖之磁控管31中，所有的磁石43a，43b 藉由磁性上蓋41(或磁性承載板31)和極塊47，49形成單 一磁性迴圈。 在此磁控管31中’磁性上蓋41具有比基板尺寸更大 (例如晶圓的直徑）之佈置表面41a。磁性上蓋41放置於所 有的磁石43和基板33之間·。另外，磁極塊47, 49則放 置所有的磁石43a，43b和靶材16之間。結果，來自環狀 配置磁石的磁場經由磁極塊4 7，4 9加到乾材1 6上。 也就是說’磁性元件41 ’ 47和49的作用如同一組合 的磁性Μ合裝置。磁性上蓋41磁性耦合了複數個第一磁 第36頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） — — — — — — — — — — — — — · I I f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· ;線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526275

五、發明說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填蟄本頁) 石43a的N極（第一磁極）並在外部陣列，及複數個第二磁 石4 3 b的S極（第一磁極）並在内部陣列。外部磁極塊4 7 磁性耦合了包含在外部陣列之複數個第一磁石43a之n 極，且内部磁極塊49磁性耦合了包含在外部陣列之複數 個第二磁石43b之S極。也就是說，此磁性耦合裝置具有 磁性耦合複數個第一磁石之s極和複數個第二磁石之N極 的裝置，一起磁性耦合複數個第一磁石之N極的裝置或一 起磁性耦合複數個第二磁石之s極的裝置。 第4，6和7圖之磁石配置可同樣地應用到濺鍍裝置 1 1中。結果，將可獲致許多有用的效果。在分別不同的圖 形中，位於第一環狀元件47之外部磁石43a相當於外部 磁石部分52，且位於第二環狀元件49之内部磁石43 b相 當於内部磁石部分54。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於濺鍍裝置1 1中，對於複數個磁石43a，43b置於第 一和第二環狀元件47，49來說，將可利用此不同的磁石 而具有指定及調整之磁力。若利用了相同的磁石，則包本 了第一環狀磁帶之磁性部分及包含了第二環狀磁帶之磁 性部分的整體磁力可以容易的從磁石數目加以決定，因此 整個磁力比率可以很容易的加以設定。 磁控管31將使得基板33之佈置表面33a具有，例如 由轉軸38之中心軸38所包含的平面所分隔之第一和第二 半空間，内部磁帶位於第一半空間且外部磁石部分則位於 第一和第二半空間之間的邊界上或者位於第一區域中。 於磁控管31中，内部磁帶最好完全位於第一半空間 第37頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) ------ 526275 A7 B7 五、發明說明（） 中，且外部磁石部分位於第一和第二區域之間的邊界和第 一區域中。另外，外部磁帶可通過相當於轉動中心3 8的 位置。特別的是，於第12圖所示的實施例中，外部和内 部磁極塊47，49之間的區域只和第一半空間互有重疊。 依照此磁石配置，則可能降低電漿所形成的靶材侵蝕 表面1 6 a上之區域。由於電源功率將加到較小區域的乾材 上，在不增加電源功率的情形下電漿密度將會提高。當電 漿密度提高時，電子密度也會提高’更可促進濺鍍粒子之 離子化。由於離子化濺鍍粒子朝向基板表面加速，具有基 板表面方向之速度分量之大量濺鍍粒子將會產生《因此， 濺鍍粒子主要到達電漿區域之正下方，因而促進了此區域 之薄膜形成。如此則薄膜厚度之均勻性及底部覆蓋性都會 有改善。 於濺鍍裝置Π中，磁帶的放置可在其各自封閉線中 提供磁場。靠近侵蝕表面1 6a，電漿將在封閉線之間的區 域中產生。也就是說，電漿產生區域之形狀和面積由兩條 封閉線所定義。此封閉線可為封閉曲線。另外，此封閉線 最好為凸狀曲線。這些曲線可提供於磁控管之第一區域 中，或者通過轉動中心38。 另外，於磁控管3 1中，當外部磁帶位於所設計之凸 狀外部周圍線之上時，磁場的形狀對於所產生的電装將由 此凸狀曲線所定義。以此封閉凸狀曲線為主（其為凸形的 外部周圍曲線）的同磁力線曲率之改變範圍將小於封閉曲 線之曲率改變範圍。結果，由電漿洩漏的電子數目將合降 第38頁

訂 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 526275 A7 B7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 低，電子也可有效的加以侷限。 當電子密度增加時，濺鍍粒子之離子化也會增進 此離子化賤鍍粒子將朝向基板的方向加速，因此在此方命 的速度分量變得較大。另外，當電漿中的電子密度增加’ 製程氣體的壓力可以降低。由於壓力的降低，濺鍍粒子和 製程氣體之間的磁撞機率也會降低，因而增加了垂直於基 板之速度分量的濺鍵子數目。由於這些原因，底部覆茗也 改善了。外部磁石部分最好由配置於最外面周圍的磁石所 組成。結果電子可侷限到最外面磁石部分之内部。 第1 5圖例舉了由磁控管3 1所產生的磁場圖示，其中 内部磁帶之整體磁力要小於外部磁帶之整體磁力。另/方 面’第1 6圖也例舉了由磁控管3 1所產生的磁場圖示 其磁力之關係則和第15圖相反。於第1 5和16圖中 磁控管3 1所產生的磁場均由虛線所表示。 於第1 5圖所示的濺鍍裝置中，來自外部磁帶（於第4 ’ 6和7圖之52)之外部磁石43a之N極的磁力線往磁控管 3 1之中心延伸。部分的磁場到達内部磁石43b的s極，通 過磁性上蓋41 (或磁性承載板3 3)並封閉以形成磁力迴 圈。剩下的磁場則延伸朝向磁控管31的中心並接近中心 袖’然後在轴心方向改變方位朝磁控管31的相反方向延 伸。因此，來自外部磁石43a之磁場將朝向磁控管3 i之 内部並靠近侵蝕表面i 6a乂和磁場的曲線有關的，電子的 移動方向也朝向磁控管之内部。因此電子流向屏蔽26的 機率變小了。

，JL ，佴，由 請 先 聞 讀 背 面 λί* 意 再 第39頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 526275 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 另外一方面，於第16圖之濺鍍裝 部分所產生的磁埸“ 乂 獲衮置中，由内邵磁石 %面向磁控管30之外面且通過屏蔽26。 因此，磁場限制電衆往屏蔽心勺作用將很弱。 制：Γ解釋的賤鏟裝置中，磁控管分別控 =成於μ表面16a和承載座18之頂端表面⑴之間 的真2反應室1 2内韶办μ ^炫μ 二間（往後將稱之為濺鍍空間）磁場Β 的形狀。磁控管3〇哎31遙缭τ、在 4 31產生了適合侷限電子於濺鍍空間 中的磁場。磁控管30,31以驅馬達36旋轉因此由磁石 所產生的磁場以例如6G.⑽次/每分鐘的頻率繞著驅動抽 心38在實際的濺鍍裝置10，11中旋轉。 本發明較特別且較佳的實施例則例舉於第1 7圖之垂 直示圖中。結合第14圖，磁控管11包含了磁性基板33 繞著中心軸38旋轉，磁極塊47 , 49將磁石43a , 43b夾 住’磁石則全為圓柱形狀。非磁性材料之外部對準皮帶8 0 和内部對準皮帶8 2各有著複數個對準孔洞8 4和8 6以便 將磁石43a，43b載入並對準。所例舉之對準皮帶go , 84 為圓形，但也可如第13圖中所示的橢圓形。固定器88將 對準皮帶80，84固定在基板33上，而例舉出的固定裝置 如螺絲則將磁塊47，49固定到基板3 3上。磁性基板3 3， 磁石43a，43b和磁極塊47，49將磁性的耦合起來以形成 磁性迴路。 第1 7圖之實施例的變化則可由第1 8圖之底部平面視 圖之磁石排列中看到。此實施例利用了兩種尺寸的磁石 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再

頁 訂 線 第 一種尺寸，用於切線放置外部磁石43 a及内部磁石43 b， 第40頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275 A7 __B7五、發明說明（） 其具有較大的直後’例如1 7公分’而弟一種尺寸則用於 徑向朝内的外部磁石43，其具有較小的直徑，例如i .4公 分。這兩種尺寸的磁石高度都是相同的，例如為33公分。 較大尺寸的磁石，由钕鐵硼（NdFeB)所製成，可從磁石之 末端2公分處產生大約15〇到2〇〇高斯（gauss)的磁場。而 較小磁石則可產生相當於此數值的1 4/1·7或者82%的磁 場。磁石材料亦可為釤鈷（SmCo)，鋁鎳鈷（AiNic〇)或者亞 Ms 鐵0 如问弟18圖中所示的，具 閱 讀 背

經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 石43a放置於外部極塊47上靠近靶材16的周圍處且遠 乾材中心’而具有第一磁極的九個較小磁石4 3 e則放置 外部極塊47上靠近靶材中心38處，此九個較小磁石* 係放置於六個較大磁石43a的一邊。磁石43a , 43c係 置成圓形圖案。另一方面，十個具第二磁極的較大磁石4 置於内部極塊49上形成橢圓圖案。一非磁性的校準 可用來承載所有的磁石43a , 43b，43e於其位置上。一 形環狀磁極塊貼附在外部磁石43a，43c之上，而另一 有孔/同之橢圓狀極塊則貼附到内部磁石4 3 b，並以徑向 坦之橢圓形調節内部磁石之配置。圓形外部磁帶和橢圓 内部磁石面積之組合產生了非固·定之間隔。 較大外部磁石43a位於靶材之周圍的優點有兩個。 近靶材周圍之較強的磁力不平衡產生了平行於接地屏 1強延伸磁場，因而降低了電❹Μ蔽料漏。而且 場也更加集中在磁控管靠近靶材周圍的區域並遠離〗

面 之 注

訂

526275 A7 B7 五、發明說明（ 材中心，因而降低了磁控管的有效面積及增加了有效靶材 功率密度，且降低了靶材中心的濺鍍速率，此靶材中心通 常在磁控管旋轉時會產生濺鍍。 當來自磁控管30, 31的製程氣體激發成電漿並靠近 侵蝕表面16a時，來自靶材16之侵蝕表面16a的濺鍍粒 子將會形成。若利用如第2，4，6，7，13和14圖之磁控 管配置，則可降低壓力需求以維持電漿。另外，亦可經由 電漿產生區域的降低來提高電漿密度。結果，電子流的密 度也會增加。結果，濺鍍粒子的離子化程度也會提高^離 子化濺鍍粒子朝向基板承載座丨8的方向加速◊因此沿著 和基板W相交之軸向的速度分量變得較大，和其垂直的速 度分量則較小，底部覆蓋因而得以改善。另外，當垂直於 基板W之速度分量變得較大之後，在磁控管3〇，31旋轉 時的面積下將逐漸形成薄膜，因而可形成良好的薄膜底部 覆蓋。 於此型式的濺鍍裝置中，依照發明人所執行的實驗結 果顯示，於傳統裝置中至少1 0 %之薄膜厚度均勻性應用了 本發明之後可降至5 %或更低《在此的薄膜厚度均勻性可 定義為最大和最小薄膜厚度量測值之差除以兩倍之平均 薄膜厚度之值。 依照上述發明人所執行的濺鍍裝置之實驗，為了實際 的應用目的，最好將外部磁石部分的全部磁通量設定為内 部磁石部分之全部磁通量的1.5倍。但在磁石具有相同之 磁性組合的例子中，磁通量的比率則由相反磁極之磁石的 第42頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) «寫太 •線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526275 A7 —* - _ ______B7 '--^-------— ‘ 五、發明說明（） 截面積比率而決定。 第19圖顯示了實驗結果中垂直 且釉向片電阻Rs之均勻 性和水平轴向整體磁性不平衡（也 v〜祝疋外部和内部磁帶之 間全部磁通量比率）之標示圖。 片電阻RS相當接近於薄膜厚度，因此Rs之均勾性亦 等於厚度之均勻性。 此些測量值係在下列的條件加以執行的： 材： 鈥 功率·· 12kW 壓力·· 6.67xl(T2Pa(0.5mT) 薄膜厚度·· lOOnm 依照第1 9圖所示’假如全部磁通量比率小於1. $時， Rs均勻性有惡化的趨勢，而當全部磁避量比率增加到κ5 或更大時，Rs均勻性也會有所改善。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另外’到現在為止發明人所瞭解的，傳統的賤鍍裝置 在製程氣體壓力為〇 〇5Pa(0.375mTorr)或更小時將無法維 持電漿。然而，於上面所描述的濺鍍裝置中，最小的放電 維持壓力可以降到〇.〇2Pa(0.15mTorr)。於此低壓力下，底 部覆蓋能力將比傳統裝置增加1 · 5倍以上。 如同上面所描述的，第2，4，6，7，1 3和14圖所顯 示的磁石配置可應用到第一和第二實施例。於此配置中的 磁石部分，例如磁石部分5 2即以極塊形式沿著設定的封 閉曲線排列。 於此型式的磁控管中，發明人認為封閉曲線之最小曲 第43頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 你275 A7 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、發明說明（ 率半徑至少應為最大曲率半徑的〇·8倍，且凸形曲線之最 小曲率半徑至少為最大曲率半徑的〇 8倍。假如外部磁石 部分安排成設定的封閉曲線，則提供電漿產生的磁場形狀 將由此封閉曲線所侷限。由於等磁力線曲線位於上述的曲 率半徑範圍内，則電子可能由於等磁力線而從電漿的洩漏 機率將會降低。假如上面所描述之曲徑半徑的條件可以符 合的話，内部磁石可得到更佳的結果。更特別的是，第14 圖中所示的圓形磁石配置可以得到最好的結果。 具傳統磁控管之濺鍍反應器中，薄膜厚度的變化通常 為1 0%或者更大❶然而，依照本發明之磁控管，發明人之 實驗結果顯示薄膜厚度的變化可以改善到5 %或更小。於 此例子中’薄膜厚度的變化定義為最厚之量測點和最薄之 量測點之間的差值除以平均薄膜厚度的一半β 依照本發明的實驗結果，實際應用時磁帶的全部磁通 里瑕好$又疋在内部磁帶的1.5倍以上0 對於本發明之發明人的認知來說，傳統的濺鍍裝置中 當製程氣體的壓力掉到〇 〇5Pa(〇 3 75ιηΤ〇ΓΓ)或以下時電漿 將無法維持。然而，於先前所提到的濺鍍裝置中，維持電 漿放電所需的最低壓力可降到〇 02Pa(0 15inT〇rr)或以 下°在此低壓下，底部覆蓋毹力和傳統比較起來至少可改 善1 · 5倍以上〇 適於先前所提到之濺鍍裝置的薄膜形成方法可利用 下面之製程來實施。首先，濺鍍裝置中具第一磁極的第一 磁石部分面對預定材料之靶材，且具第二磁極的第二磁石 第44頁 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 rtt先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) d -線- 526275 A7 ___ B7__ 五、發明說明（） 部分安排在先前之第一磁石部分外圍並面對靶材。周圍之 磁石部分所產生之磁通量密度將大於内部磁石部分所產 生之磁通量密度。接著，基板適度的安排在乾材對面。然 後於真空反應室中提供工作氣體以產生電漿並從靶材濺 鍍出粒子。賤鍍出的粒子接著沉積在基板上以形成預定材 料之薄膜。當經由濺鍍所產生的濺鍍粒子依序沉積在基板 之表面上時，基板上可形成良好的底部覆蓋薄膜。此方法 也可應用在其它濺鍍裝置中，且磁控管具有配置在一個區 域中的磁石，此區域包含了磁控管之轉動軸心之平面所區 分的其中一個區域。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 磁場形成於中心區域及消耗性表面的一個區域中，此 區域係由包含了磁控管轉動軸心之平面所區分的其中一 個區域，且當磁控管轉動而在消耗性靶材上移動磁場時將 可形成薄膜沉積❶因此消耗性表面的濺鍍均勻性將會增 加，而磁場所形成的區域則會減少。結果，電漿形成的區 域也會減少。以此方式，電子密度可在不增加輸入功率之 下而增加。歲鍍粒子之離子化可由於電子密度的增加而増 加，且離子化的粒子將朝向基板的表面加速。結果，大部 分的濺鍍粒子到達電漿區域正下方的區域。 如果先前提到的磁控管可利用上面所描述的方式準 備，則電漿中的電子會因為磁場的電子捕捉效應而有效的 侷限住。結果電子的密度會增加。當電子密度增加，濺鍍 粒子更容易離子化。由於離子化粒子朝電場加速，濺鍍粒 子移向基板的數目也會增加。結果，大部分的濺鍍粒子到 第45頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526275 A7 五、發明說明（） 達電漿區域的正下方基板上。因而薄膜厚 膠旱度的均勻性會有 所改善。 而且，當工作氣體的壓力可以降低時，埯鍍空間中真 空的等級也可以降低到等於降低之工作齑:二 、 F孔體現率的部分 分壓。結果，工作氣體粒子和濺鍍粒子夕 不卞 < 撞擊頻率會降 低。因而底部覆蓋更可改善。 如同上面詳細描述的，依照本發明之一 ^ 惡樣，具有第 一磁帶和第二磁帶的磁控管可適當的配置以便在真办 應室中產生磁場。此第二磁帶安排在第一磁帶之外圍，且 第一（内部）磁帶的全部磁通量小於第二（外部）磁帶的全部 磁通量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由於產生較低磁通量密度的第一磁帶配置在產生較 大磁通量之第二磁帶的内部，外部第二磁帶之磁通量的某 些磁力線到達内部第一磁帶，通過内部第一磁帶無磁石的 内側’並在通過磁性軛之後，侷限在第二磁帶中。來自磁 通量迴圈之第二磁帶磁通量的剩餘磁力線將包圍第一磁 帶且終止於第一磁帶。結果，由於延伸到真空反應室外面 的磁通量可以降低，電子侷限能力可有效改善。藉由本發 明之薄膜形成方法’則產生了電子極佳侷限能力的磁場之 後’薄膜即可形成。因而本备a月提供了可以改善底部覆蓋 之濺鍍裝置和薄膜形成方法。 更進一步如同上面所解釋的，依照本發明之另一態 樣’磁控管係配置在面對錢鍵把材的區域中。此磁控管之 磁帶配置於其中一個由包含轉動軸心之平面所分隔的區 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 526275 A7 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（） 域中。驅動機構利用通過先前提到之消耗性表面上預定點 的轴心作為轉動中心、，並且相對於賤鍵乾材轉動先前提到 之磁控f。由於磁帶配置在纟中一㈣鍍裝置的面對區域 中，則磁場將形成的區域形狀可加以簡化，而消耗性表面 上的濺鍍均勻性和薄膜厚度的均勻性都可確保。而且，由 於磁帶可配置在其中一個分開的面對區域中，濺鍍均勻性 將會增加，而電漿形成的靠近消耗性靶材表面的區域也可 減少。由於功率可加到此減少的區域中，電漿密度可在不 增加輸入功率下而增加。當電漿密度增加，電子密度也會 增加。結杲，濺鍍粒子的離子化程度也會增加。由於離子 化賤鑛粒子朝向基板表面加速，則濺鍍粒子具有基板表面 方向之速度分量也會增加。結果，大部分的濺鍍粒子到達 電漿區域的正下方區域，且薄膜可在電子到達的區域中形 成。因此，薄膜厚度的均勻性和底部覆蓋性都會改善。依 照本發明之薄膜形成方法，薄膜可以在靠近轉動中心所產 生的磁場和磁控管上其中一個由包含轉動軸心的平面所 分隔的區域中形成。因此，本發明可提供一個濺鍍裝置和 薄膜形成方法以改善薄膜厚度的同平面均勻性。 第47頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·- _線·

Claims (1)

1. 526275 Λ8 B8 C8 D8 TifWIS 1 · 一種磁控管濺鍍反應器，該反應器至少包含·· 一真空反應室； 一基板承載座，位於該反應室中； 一賤鍍靶材，面對該承載座；及 一磁控管，置於該靶材之一側，並和該承载座不同 側，且該磁控管包含 一第一磁帶，產生具第一磁極極性之第一全部 磁通量於一第一側上，其中該第一側面對該靶材，及 一弟二磁帶，包圍該第一磁帶，並產生和該第 一磁極極性相反之第二磁極極性的第二全部磁通量於 一第二側上，其中該第二侧面對該靶材， 其中該第二全部磁通量大於該第一全部磁通 量。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之反應器，其第一磁帶包圍 一不包含永久性磁性材料之孔洞。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫士 訂 經4部智慧財.4局員工消費合作社印製 範 利些面 專某側 請之一 申帶第 如磁該 第 圍 應而 反 之 述 所 項 洞 孔 該 過 通 線 力 磁 器 不 二之 第帶 該磁 自 一 源第 中該 其及 ， 觸 第 之 述。 上倍 中 5 其1 ， 之 器量 應通 反磁 之部 述全 所一 項 第 1 該 第為 圍少 範至 利量 專通 請磁 申部 如全 S N C 率 標 家 國 國 中 用 適 度 尺一張 紙 526275 A8 B8 C8 D8 經·冷部智慧財是局員工消費合作钍印製 六、申請專利範圍 5 ·如申請專利範圍第1項所述之反應器，其第一和第二磁 帶由一大致為固定寬度之間隔所分開。 6·如申請專利範圍第1項所述之反應器，其第一磁帶至少 包含第一複數個第一磁石，具有該第一磁極極性；而該 第二磁帶至少包含第二複數個第二磁石，具有該第二磁 極極性。 7。如_請專利範圍第6項所述之反應器，其第一複數值等 於該第二複數值，且更包含第一複數個磁性軛，以承載 並分別磁性耦合至該第一和該第二磁石對。 8·如申請專利範圍第6項所述之反應器，其第二磁石配置 成環狀，該環狀配置之第二磁石並圍繞該第一磁石。 9·如申請專利範圍第6項所述之反應器，其更包含： 至少一第一磁極塊，配置在該第一側面上，並與所 有該第一磁石以磁性方式搞合；及 至少一第二磁極塊，配置在該第二側面上，並與所 有該第二磁石以磁性方式轉合。 10·如申請專利範圍第1項所述之反應器，其第二磁帶呈橢 圓形，該橢圓具一長軸及一不小於長軸0.8倍之短軸。 (請先閱讀背面之注意事項再填 ......1 . 寫 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21(fx4M公釐） 526275 Ac< BS C8 〇8______ 六、申請專利範圍 11 ·如申請專利範圍第10項所述之反應器，其中上述之長 軸和短軸實質上相等，iii因此為圓形。 1 2 ·如申請專利範圍第1項所述之反應器，其磁控管可繞該 乾材之中心旋轉。 1 3 ·如申請專利範圍第1項所述之反應器’其第二磁帶主要 係放置於該靶材之一第一半面積的區域上，而該第一半 面積與一第二半面積係以一通過該靶材中心之線分 開，其中該第一磁帶並未延伸進入該第二半面積，且該 第二磁帶並未從該靶材之中心進一步延伸進該第二半 面積超過該靶材半徑15%之處。 14· 一種磁控管濺鍵反應器，該反應器至少包含： 一真空反應室； 一基板承載座放，置於該反應室中； 一濺鍍把材，面對該承載座；及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填 訂 一磁控管，置於該靶材之一側，並和該承載座不同 側，該磁控管包含 一第一磁帶，產生具第一磁極極性之第一全部磁 通量於一第一侧面上，該側面填該靶材相面對，其中 該第一一磁帶包圍一孔洞，且該孔洞實質上不包含永久磁 化之材料，及 弟 磁帶’產生具弟一磁極極性之第一全部磁 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（公慶) " --- 526275 經濟部智慧財.4局員工消費合作社印製 A8 B8 (:8 D8 六、申請專利範圍 通量於一第一側面上，該側面並與該靶材相面對，其中 該第一磁帶包圍一孔洞，且該孔洞實質上不為永久磁化 之材料，及 一第二磁帶包圍該第一磁帶且產生和該第一磁極極 性相反之第二磁極極性的第二全部磁通量並以第二側 面面對該靶材。 15·如申請專利範圍第14項所述之反應器，其中上述之第 二全部磁通量大於該第一全部磁通量。 16. —種磁控管濺鍍反應器，至少包含： 一真空反應室； 一基板承載座放置於該反應室中； 一濺鍍靶材面對該承載座且具有一中心軸；及 一磁控管放置於該把材之一側並和該承載座不同 側，繞著該乾材之該中心軸旋轉且包含 部 包 該 二 全面不 與量第之 一相上 具通該材 第材質 生磁中靶 之It實 產部其該 ϋ 該洞 並全，過 極與L 二材超 極面該 帶第靶不 磁側且 磁的該軸 一 一 ， 一 性對心 第第洞 第極面中 具該孔 該極側該 生且厂 圍磁二離 產，圍 包二第過 , 上包 ，第該通 帶面帶及帶之且或 磁側磁，磁反，軸 1 1 I 料二相上心 第第第材第性面中 一 一 該性一 極側該 於中磁 極二過 量其久 磁第通 通，永 一 1 帶 磁對含 第於磁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（缝1 526275 經濟部智慧財.4局Μ工消費合作社印製 Λ8 B8 C8 D8&、申請备利範圍 半徑10%的距離内之處。 17·如申請專利範圍第16項所述之反應器，其第二全部磁 通量大於該第一全部磁通量。 18·如申請專利範圍第16項所述之反應器，其第一磁帶偈 限在該把材之一第一半圓形半面積内，而該第二磁帶延 伸到該靶材之一第二半圓形半面積不超過該靶材半徑 1 5 %的範圍内，其中該兩半面積乃由通過該中心細之邊 界所分開。 19·如申請專利範圍第16項所述之反應器，其第二磁帶通 過該中心軸。 20·—種磁控管濺鍍反應器，至少包含： 一真空反應室； 一基板承載座，置於該反應室中； 一賤錄乾材，面對該承載座’並具有一把身半徑， 該半徑從靶材中心延伸到靶材周圍；及 一磁控管，置於該靶材之一側，並和該承載座不同 側，可繞該靶材中心轉動，同時並包含 複數個具一第一磁極極性之第一圓柱形磁石， 具有一第一直徑，位於沿一橢圓帶之一第一部分之處，該 第一部份從該靶材半徑1 5 %内的一點由該靶材中心向該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210¾¾¾¾缝） (請先閲讀背面之注意事項再填寫_ 裝 訂 526275 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 把材周圍之方向延件； 複數個具該第一磁極極性之第二圓柱形磁石， 具有一第二直徑，且該第二直徑小於該第一直徑，並沿該 橢圓帶之一第二部份置放，其中該第二部份與該靶材中心 距離較與該第一部分之間的距離為近；及 複數個具有和該第一磁極極性相反之一第二磁 極極性的圓柱形磁石，置於該第一橢圓帶的内部。 21·如申請專利範圍第20項所述之反應器，其第一和第二 磁石之全部截面積至少為該第三磁石之全部截面積的 150% 〇 22·如申請專利範圍第20項所述之反應器，其第三磁石具 一第三直徑，該第三直徑與第一磁石者同。 23.如申請專利範圍第20項所述之反應器，其橢圓帶具有 圓形之形狀。 24·如申請專利範圍第23項所述之反應器，其更包含一非 圓形之橢圓極塊，該橢圓極塊和該第三磁石之自由端以 磁性方式搞合。 25·—種磁控管濺鍍反應器，至少包含： 一真空反應室； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） I m (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂---------線 526275 Λ 8 B8 C8 D8 申請專利範圍 一基板承載座，置於該反應室中； 徑 -濺鍍靶材，與該承載座相面對，並具有一靶材半 該靶材半徑從靶材中心延伸到靶材周圍；及 側 一磁控管，置於該靶材之一側，並和該承載座不同 可繞該靶材中心旋轉，且包含 複數個具一第一磁極極性之第一磁石，構成於 一封閉帶狀，且該封閉帶狀之範圍係從該靶材半徑丨5%内 的一點往該靶材中心朝該靶材周圍之方向延伸，該複數個 第一磁石並具有一第一全部磁通量；及 至少具有和該第一磁極極性相反之一第二磁 極極性之一第二磁石，配置於該第一帶狀之中，該第二磁 石並具有一第二全部磁通量； 其中該第一全部磁通量至少為該第二全部磁 通量之1 50%以上。 26·如申清專利範圍第25項所述之反應益’其中上述之帶 狀為凸形。 經濟部智慈財.4^7員工消費合作钍印製 27·如申請專利範圍第26項所述之反應器，其中上述之凸 形為一橢圓，且該橢圓之短軸不小於其長軸之〇·8倍。 28 ·如申請專利範圍第27項所述之反應器’其中上述之長 輛等於該短軸。 本紙張尺度_巾國國家標$ ( CNS ) ( 21〇^^^瘦) 526275 Λ 8 Β8 C8 D8 經濟部智慧財.4局員工消費合作钍印製 六、申請專利範圍 2 9.如申請專利範圍第25項所述之反應器，其中上述之靶 材中心不是和該帶狀重合，就是位於該帶狀之外部周圍 的外面。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210导搜7泰釐）