專利名稱：具有提高的壽命和濺射均勻度的濺射靶材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例有關(guān)于一種用于濺射工藝腔室中的濺射靶材。
背景技術(shù)：
在集成電路與顯示器的制造中，會(huì)利用濺射腔室來濺射沉積材料至基板 上。通常濺射腔室包含圍繞著面對(duì)基板支撐件的濺射靶材的封圍件、被導(dǎo)入工
藝氣體的工藝區(qū)域、用來激發(fā)工藝氣體的氣體激發(fā)器(gasenergizer)，以及用來 排放氣體且控制腔室內(nèi)部工藝氣體壓力的排氣口。由激發(fā)氣體所形成的能量化 離子會(huì)轟擊濺射靶材，而將靶材上的材料濺擊出來并且沉積在基板上而形成薄 膜。濺射腔室還可具有磁場產(chǎn)生器，其可塑造磁場形狀并且將磁場局限在靶材 周圍以改善靶材材料的濺射作用。濺射靶材材料可為金屬，例如鋁、銅、鎢、 鈦、鈷、鎳或鉭。可使用諸如氬氣或氪氣等惰性氣體來濺射元素材料，并且可 使用例如氮?dú)饣蜓鯕獾葰怏w來濺射元素材料以形成諸如氮化鉭、氮化鎢、氮化 鈦或氧化鋁的化合物。
然而，在這類濺射工藝中，靶材的某些部位可能比其它部位具有較高的濺 射速率，而造成當(dāng)處理完一批次的基板之后，靶材可能呈現(xiàn)出表面輪廓或是截 面厚度不平整的結(jié)果。這種不均勻的靶材濺射可能會(huì)由腔室?guī)缀涡螤?、靶材?近的磁場形狀、耙材內(nèi)部所感應(yīng)的渦電流(eddycurrent)以及其它因素所導(dǎo)致的 局部等離子體密度變化而引起。靶材表面材料的結(jié)構(gòu)或晶粒大小上的差異也可 能造成不均勻的濺射。例如，已發(fā)現(xiàn)不均勻的濺射可能導(dǎo)致同心圓的凹陷的形 成，在這些凹陷處，材料濺離靶材的速率比鄰近區(qū)域的材料濺射速率要高。當(dāng) 這些凹陷處越來越深時(shí)，靶材后方的腔室壁與背板將會(huì)暴露出來并且可能受到 濺射，而造成基板被這些材料污染。此外，具有會(huì)改變的不均勻表面輪廓的靶 材可能在整個(gè)基板上沉積出厚度不均的濺射材料。因此，通常會(huì)在靶材上的凹 陷處變得太深、太寬或太多之前，就先將這些濺射靶材移出濺射腔室。又由于 需要將靶材過早地移出腔室，因此濺射靶材的厚度的大部分未被利用。因此，需要一種能在長時(shí)間濺射下提供均勻?yàn)R射效果而無需頻繁更換的濺 射耙材。也期望具有一種在濺射時(shí)沒有蝕穿靶材厚度風(fēng)險(xiǎn)的靶材。更期望能有 一種可以在整個(gè)耙材使用壽命期間提供均勻?yàn)R射特性的濺射靶材。

發(fā)明內(nèi)容
用于濺射腔室的濺射靶材具有背板以及安裝在背板上的濺射板。該背板包 含具有正面和背面的圓形板，并且該正面具有環(huán)狀凹槽。該濺射板包含具有濺
射面和背面的圓盤(disk)，該圓盤的背面具有環(huán)形凸脊，該環(huán)形凸脊的形狀與 尺寸塑造成可使該凸脊安裝在該環(huán)形凹槽中。
公開了一種延長濺射靶材壽命的方法，該靶材具有安裝在背板上的濺射
板，該方法包括多個(gè)步驟提供包含第一材料的背板，在該背板的表面中形成 環(huán)形凹槽，以及以濺射材料填充該環(huán)形凹槽。
一種用于濺射腔室的濺射靶材，其具有背板、濺射板以及環(huán)。該背板包含 由第一材料制成的圓形板，該圓形板具有正面與背面。該濺射板安裝在該背板 的正面上，并且該濺射板包含具有背面以及由第二材料所組成的濺射面的圓 盤。該環(huán)安裝在該圓盤的背面并且含有第三材料。該第一、第二與第三材料是 不同材料。
本發(fā)明提供一種控制濺射靶材的電磁特性的方法，其中該濺射靶材具有安
裝在背板上的濺射板，該方法包括(a)提供具有第一材料的背板；(b)在該背 板的表面中形成環(huán)形凹槽；以及(c)以第二材料來填充該環(huán)形凹槽，并且該第二 材料具有與該第一材料不同的電磁特性。
本發(fā)明提供另 一種控制濺射靶材的電磁特性的方法，其中該濺射靶材具有 濺射板以及含有第一材料的背板，該方法包括將環(huán)安裝至該背板的背面，且
該環(huán)包含具有與該第一材料不相同的電磁特性的第二材料。
本發(fā)明提供一種用于濺射腔室的濺射靶材，該濺射靶材具有背板、濺射板
以及環(huán)，其中該背板包含由第一材料所構(gòu)成的圓形板；該濺射板安裝在該背板 上，且該濺射板包括含有第二材料的圓盤；以及該環(huán)包含第三材料且位在該圓 形板內(nèi)，其中該第一、第二與第三材料是不同材料。


參閱上述說明、后附權(quán)利要求書以及顯示本發(fā)明數(shù)個(gè)范例的附圖將可更加 了解本發(fā)明的特征、態(tài)樣與優(yōu)點(diǎn)。然而應(yīng)了解到，文中所述的每個(gè)特征大體上 都可應(yīng)用于本發(fā)明中，而非僅限于特定圖式所顯示的內(nèi)容，并且本發(fā)明也涵蓋 這些特征的任意組合方式。附圖如下
圖1A是濺射靶材實(shí)施例的側(cè)視剖面圖，該濺射靶材具有背板與濺射板， 該背板具有環(huán)形凹槽，并且該濺射板具有可安裝至該背板的環(huán)形凹槽中的環(huán)形 凸脊。
圖1B是圖1A的靶材的俯視圖，其顯示被環(huán)形邊緣突出部及背板的O形 環(huán)凹槽環(huán)繞的濺射板的濺射面。
圖2A是濺射靶材實(shí)施例的側(cè)視剖面圖，該靶材的背板具有多個(gè)環(huán)形凹槽，
且該靶材的濺射板具有多個(gè)環(huán)形凸脊，每個(gè)凸脊可安裝至其中一個(gè)環(huán)形凹槽 中。
圖2B是圖2A的背板正面的俯視圖，其顯示出多個(gè)環(huán)形凹槽。
圖3是在背板與濺射板之間設(shè)有多個(gè)環(huán)的靶材實(shí)施例的側(cè)視剖面圖。
圖4是在背板中嵌入多個(gè)環(huán)的靶材實(shí)施例的側(cè)視剖面圖。
圖5是在背板中嵌有條帶的靶材實(shí)施例的側(cè)視剖面圖。
圖6A與6B分別是具有螺旋形板的靶材實(shí)施例的側(cè)視剖面圖以及俯視圖。
圖7A與7B分別是具有多個(gè)套迭環(huán)的靶材實(shí)施例的側(cè)視剖面圖以及俯視圖。
圖8是可使用文中所述任一種濺射靶材來濺射材料至基板上的濺射腔室 實(shí)施例的側(cè)視剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A與1B顯示濺射耙材20的示范性實(shí)施例，該濺射靶材20能提供較 長的使用壽命、較佳的濺射均勻度以及減少因侵蝕凹陷所造成的污染。濺射靶 材20包含背板24，當(dāng)欲使用含有濺射材料的濺射板26在濺射腔室中進(jìn)行濺 射時(shí)，該背板24可作為用來支撐濺射板26的基底。濺射板26包含濺射面28， 該濺射面28設(shè)置成直接面對(duì)基板，以無阻礙地提供濺射種類至基板上?？赏?過機(jī)械方法或諸如擴(kuò)散連接(diffbsion bonding)等其它方式將濺射板26結(jié)合至 背板24上。依據(jù)所欲處理的基板形狀，該濺射靶材20可為圓形或方形。圓形
9的靶材用于圓形基板，例如半導(dǎo)體晶片；方形的靶材則用于方形基板，例如顯 示器面板。
在一態(tài)樣中，背板24包含具有正面32和背面34的圓形板30。圓形板30 的正面32的形狀與尺寸能夠容納濺射板26 。并且塑造背面34的形狀，使其 可形成腔室的外壁或可安裝在腔室蓋或接合器上。背板24還具有延伸超出濺 射板26的半徑的邊緣突出物36。邊緣突出物36包含外腳38，該外腳38可置 于濺射腔室內(nèi)的絕緣體40上，以將靶材20與腔室側(cè)壁電性絕緣隔開。絕緣體 40是由陶材材料所構(gòu)成，例如氧化鋁。邊緣突出物36包含邊緣O形環(huán)凹槽 42，并且可將O形環(huán)44置于該O形環(huán)凹槽42中而與外腔室蓋/接合器形成真 空密封。背板24也可具有分別在邊緣突出物36的背面與正面上的保護(hù)涂層 46a、 46b，例如雙絲電弧噴鋁涂層(twin-wire arc sprayed aluminum coating)。在 一態(tài)樣中，背板24是由金屬制成，例如鋁、銅、不銹鋼或上述金屬的其它合 金，如銅/鉻合金或鋁/銅合金。在一實(shí)施例中，背板包含銅鉻合金，也就是CuCr 合金。
在一態(tài)樣中，濺射板26可塑造成如同圓盤50般的形狀，并且安裝在背板 24上，圓盤50由欲濺射在基板上的材料所制成。典型地，圓盤50所含的材 料與背板24的材料不相同。例如，圓盤50可由金屬所構(gòu)成，例如鋁、銅、鈷、 鉬、鎳、鈀、鉑、鉭、鈦或鎢。圓盤50包含中心圓柱平臺(tái)(central cylindrical mesa)52，該中心圓柱平臺(tái)具有濺射面54，該濺射面54形成與基板104的平 面平行的平面，參閱圖8。在此態(tài)樣中，該圓柱平臺(tái)52的周圍圍繞著傾斜邊 緣56，在使用時(shí)，該傾斜邊緣56鄰接濺射腔室的側(cè)壁或擋板而在兩者之間界 定出區(qū)域，該區(qū)域形成回繞狀的間隙以阻礙濺射等離子體種類通過，從而可減 少濺射沉積物累積在周圍的腔室表面上。圓盤50的直徑可相當(dāng)于基板的直徑。 在一態(tài)樣中，圓盤50的直徑約200毫米至約320毫米(mm);然而，圓盤可依 據(jù)基板的尺寸而具有更大的直徑。
在圖1A所示的態(tài)樣中，背板24的圓形板30的正面32包含至少一環(huán)形 凹槽60，該凹槽60嵌入背板24的厚度中。環(huán)形凹槽60具有深度，但其深度 并未延伸至背板24的背面。環(huán)形凹槽60還具有沿著圓形板30的中心的對(duì)稱 軸62，并且腔室中的磁場與電場也關(guān)于圓形板30的中心呈基本對(duì)稱。然而， 如果腔室中的磁場或電場是不對(duì)稱的，或者氣體密度或組成不均勻或不對(duì)稱，則環(huán)形凹槽60也可能具有不對(duì)稱的形狀。
環(huán)形凹槽60的形狀與尺寸確定為與經(jīng)實(shí)驗(yàn)測量或模型分析而觀察到的與
鄰近區(qū)域相比具有較高靶材侵蝕(erosion)作用的區(qū)域相對(duì)應(yīng)。例如，可通過使 用多個(gè)不具有本發(fā)明特征的靶材在腔室中以多種預(yù)先選定的工藝條件執(zhí)行多 次濺射工藝，然后利用這些靶材的靶材侵蝕區(qū)域事先得到靶材中的高侵蝕區(qū)域 的位置與形狀。可依據(jù)所觀察到的侵蝕凹槽來選擇環(huán)形凹槽60的形狀與尺寸。 因此，也可根據(jù)在腔室中使用的工藝條件、其它工藝參數(shù)以及安裝有靶材20 的濺射腔室的幾何形狀來改變環(huán)形凹槽60的尺寸與形狀。還可依據(jù)靶材本身 的材料、靶材20施加至濺射材料的能量場的對(duì)稱性與形狀、甚至是根據(jù)濺射 工藝中施加在整個(gè)靶材20上的磁場形狀來決定環(huán)形凹槽60的配置設(shè)計(jì)。因此， 本發(fā)明范圍不應(yīng)該僅限于本文中所示范的靶材20的環(huán)形凹槽60的形狀。
在一態(tài)樣中，環(huán)形凹槽60是以圓形板30的中心呈對(duì)稱的圓形，并且與圓 形板30的周長邊緣64間隔開來，如圖1A所示。在一范例中，此環(huán)形凹槽60 的深度小于約5厘米，舉例而言約0.3至2厘米，例如約0.5厘米。環(huán)形凹槽 60的寬度約1厘米至約7.5厘米。環(huán)形凹槽60也具有內(nèi)半徑以及外半徑，在 一態(tài)樣中，介于內(nèi)半徑與外半徑之間的徑向距離約1厘米至約5厘米。此環(huán)形 凹槽60典型對(duì)應(yīng)且符合在傳統(tǒng)PVD腔室中進(jìn)行濺射時(shí)形成在靶材20中的外 側(cè)侵蝕圈形狀，該P(yáng)VD腔室可例如購自美國加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司 的Endura腔室。工藝條件典型包括腔室內(nèi)的工藝壓力以及沉積功率，腔室中 來自氬氣或氬/氮工藝氣體混合物的工藝壓力范圍介于約0.5毫托(mT)至3.5毫 托之間，沉積功率介于約1千瓦(kW)至約40千瓦之間。
選用性地，在此態(tài)樣中，濺射板26的圓盤50的背面還可具有環(huán)形凸脊 76，該環(huán)形凸脊76的形狀與尺寸可使凸脊安裝在背板24的圓形板30的環(huán)形 凹槽60中。環(huán)形凸脊76具有內(nèi)半徑與外半徑，且環(huán)形凸脊76的內(nèi)半徑與外 半徑匹配該圓形板30的環(huán)形凹槽60的內(nèi)半徑與外半徑。使用時(shí)，環(huán)形凸脊 76提供額外的濺射材料以供濺射等離子體進(jìn)行濺射。當(dāng)位于環(huán)形凸脊76上的 區(qū)域78處的濺射靶材20受到過度侵蝕，環(huán)形凸脊76中的濺射材料可為濺射 腔室中的濺射反應(yīng)提供額外的濺射材料。如此一來，即使是當(dāng)靶材上的深凹處 的深度擴(kuò)大至濺射板26的背面的厚度時(shí)，由額外濺射材料所構(gòu)成的環(huán)形凸脊 能允許靶材20繼續(xù)使用，而延長靶材20的使用壽命。環(huán)形凸脊76有效地增
ii加了位于這些凹陷區(qū)域后方的濺射板26的厚度，以提供額外的材料來防止在 這些區(qū)域因侵蝕凹陷而貫穿濺射板26。
當(dāng)使用與背板24的第一材料不同的第二材料來形成環(huán)形凸脊76時(shí)，濺射 板26的環(huán)形凸脊76也可用來改變?yōu)R射靶材20在這些區(qū)域處的電磁特性。選 擇第二材料來改變這些區(qū)域處的電性或磁性也可改變這些區(qū)域處的渦電流 (eddy currents)。
在另一態(tài)樣中，背板24包含具有正面32的圓形板30，該圓形板30的的 正面32具有多個(gè)環(huán)形凹槽60，并且如圖2A與2B所示，這些環(huán)形凹槽60繞 著該靶材20的軸心62以彼此同心(concentric)的方式設(shè)置。例如，圓形板30 可具有約1至6個(gè)環(huán)形凹槽60。在所示范例中，圓形板30具有徑向內(nèi)側(cè)的環(huán) 形凹槽60a以及環(huán)繞在外側(cè)的環(huán)形凹槽60b。在每個(gè)環(huán)形凹槽60a與60b之間 或其周圍延伸有多個(gè)環(huán)形平臺(tái)68a 68c而將環(huán)形凹槽60a與60b分開來。此外， 在所示態(tài)樣中，當(dāng)濺射靶材20是設(shè)計(jì)用來在相對(duì)于靶材中心區(qū)域72的靶材邊 緣區(qū)域70承受具有較寬侵蝕凹陷的情況時(shí)，外側(cè)環(huán)形凹槽60a的寬度可大于 內(nèi)側(cè)環(huán)形凹槽60b的寬度。
在此態(tài)樣中，圓盤50的背面也可包含多個(gè)環(huán)形凸脊76a、 76b，每個(gè)環(huán)形 凸脊76a、 76b都對(duì)應(yīng)到背板24的圓形板30的環(huán)形凹槽60。環(huán)形凸脊76提 供額外的濺射材料在需要增加厚度的區(qū)域78a、 78b處有效增加濺射板26的厚 度，以延長靶材20的使用壽命。此外，環(huán)形凸脊76a、 76b可提供與形成背板 24的第一材料不同的第二材料，以改變在這些區(qū)域的電性或磁性，也因而改 變在這些區(qū)域的渦電流。
在另一態(tài)樣中，濺射靶材20可選擇包含環(huán)80，該環(huán)包含第三材料且安裝 在背板24的背面34，如圖2A所示。背板24是由第一材料所制成，濺射板 26由第二材料所制成，而環(huán)80則是由第三材料所制成，并且該第三材料與第 一及第二材料不相同。在此態(tài)樣中，環(huán)80可通過黏著劑或擴(kuò)散連接點(diǎn)著至該 背板24，或甚至可利用電沉積直接形成在背板24上。在一態(tài)樣中，環(huán)80通 過焊料黏著方法而安裝在背板24的背面34上，并且更可使用惰性聚合物涂層 來保護(hù)該環(huán)80不受腐蝕。
在一態(tài)樣中，提供環(huán)80，且借著選擇環(huán)80的材料使得環(huán)80的材料 該 背板24的材料具有不同的電磁特性，以改變通過背板24的渦電流?？筛鶕?jù)環(huán)材料的相對(duì)磁導(dǎo)率Ol)及電導(dǎo)率(CJ)來選擇該環(huán)的材料，以控制渦電流的強(qiáng)度大 小。根據(jù)應(yīng)用用途，環(huán)的材料可為(i)相對(duì)磁導(dǎo)率略小于1的反磁性體
(diamagnetic)，其中1代表真空中的相對(duì)磁導(dǎo)率(relative permeability of free space),例如銀；(ii)相對(duì)磁導(dǎo)率略大于1的順磁性體(paramagnetic)，例如鋁； 或者(iv)相對(duì)磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于1的強(qiáng)磁性體(ferromagnetic)，例如相對(duì)磁導(dǎo)率(i約 為100的鎳、相對(duì)磁導(dǎo)率p約為200的鐵、鋼、鐵鎳鉻合金，以及p約為20000 的"Mu-金屬"。
在一態(tài)樣中，背板24包含第一材料，該第一材料可為銅鉻(CuCr)合金、 銅鋅(CuZn)合金或鋁；該濺射板26可由諸如鉭、鈦、鎳或鋁等第二材料所制 成；該環(huán)80是由含有鎳、不銹鋼或鋁的第三材料所制成。當(dāng)環(huán)80含有例如鎳 或不銹鋼的強(qiáng)磁性材料時(shí)，背板含有諸如鋁的順磁性材料；且該環(huán)80可改變 背板24中的渦電流，以增強(qiáng)背板24中的渦電流，從而在濺射板26附近產(chǎn)生 較低凈磁場，使得位于環(huán)80的濺射板26的區(qū)域78a中的侵蝕作用較小。當(dāng)環(huán) 80包含諸如鋁的順磁性材料時(shí)，環(huán)80可降低背板24中的渦電流，進(jìn)而在位 于環(huán)80的濺射板26的區(qū)域78a中達(dá)到較高的侵蝕速率。由于渦電流與電導(dǎo)率 成比例，因此還可通過選擇環(huán)材料的電導(dǎo)率來控制環(huán)80中的渦電流強(qiáng)度。
改變?yōu)R射靶材多個(gè)部分(例如濺射板26)處的磁場的另一種方法是使用電 導(dǎo)率與背板24材料的電導(dǎo)率不相同的材料來制造環(huán)80。例如，含有銅(電導(dǎo)率 為5.95 (iOhm-cm)的環(huán)80的電導(dǎo)率以及渦電流將高于鋁背板24(電導(dǎo)率為3.7 (iOhm-cm)。如此一來，相較于使用較低電導(dǎo)率材料的環(huán)或沒有環(huán)而言，此種 環(huán)80中會(huì)產(chǎn)生較高的渦電流，而使靶材20的某些部分處產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場，而 使這些部分具有受控制的較高侵蝕速率。
在另一態(tài)樣中，如圖3所示，可將多個(gè)含有第三材料的環(huán)80a、 80b裝設(shè) 在背板24的圓形板30的凹槽60a與60b中，以改變通過背板24的渦電流。 環(huán)80a與80b可置于環(huán)形凹槽60a與60b中，而無需將這些環(huán)黏著或結(jié)合至環(huán) 形凹槽中。在一態(tài)樣里，環(huán)80a與80b可通過黏著劑、擴(kuò)散連接或電沉積等方 法黏著在該背板24的環(huán)形凹槽60a與60b內(nèi)。只要簡單地使用溶劑來溶解黏 著劑即可移除環(huán)80a與80b。雖然圖文中顯示多個(gè)環(huán)80a與80b，但應(yīng)了解到， 耙材20中也可僅使用單一個(gè)環(huán)80a或80b。此外，在所示態(tài)樣中，環(huán)80a與 80b顯示為置于背板24的環(huán)形凹槽60a與60b內(nèi)且位在環(huán)形凹槽60a、 60b的表面與濺射板26的環(huán)形凸脊76a、 76b之間。然而，環(huán)80a與80b也可設(shè)置在 沒有凹槽的平坦正面32上，或甚至設(shè)置在介于環(huán)形凹槽60a與60b之間的平 臺(tái)上。環(huán)80a與80b可降低傳統(tǒng)背板24在凹槽60a與60b這些區(qū)域中的渦電 流，從而減低濺射板26在這些區(qū)域處的過度侵蝕作用。為了改變渦電流，可 使用與濺射材料或背板材料不同的金屬來制造環(huán)80a與80b。在一范例中，當(dāng) 濺射板26是由鋁制成，且背板24是由鋁構(gòu)成時(shí)，適合的環(huán)80則是由不銹鋼 所制成。環(huán)80可以是內(nèi)直徑小于約10厘米(例如約10厘米至約20厘米)的圓 形環(huán)。
在另一態(tài)樣中，由與背板24不同的材料所構(gòu)成的多個(gè)環(huán)80a-d可嵌在背 板24的圓形板30內(nèi)，如圖4所示。這些環(huán)80a-d也可包含多個(gè)相同材料或不 同材料的環(huán)形層。在此態(tài)樣中，這些環(huán)80a-d設(shè)置在背板本身的內(nèi)部。在此態(tài) 樣中，多個(gè)環(huán)80a-d可安裝在兩個(gè)平面中，并且每個(gè)平面具有一組不同內(nèi)直徑 的環(huán)80a、 80b及80c、 80d，使得這些組別的環(huán)彼此以同心的方式設(shè)置。在其 它態(tài)樣中，多個(gè)環(huán)80a-d設(shè)置在單一平面中，并且每個(gè)環(huán)具有不同的內(nèi)直徑， 使得該些環(huán)彼此之間都是同心設(shè)置。
在另一態(tài)樣中，環(huán)80的形狀可為如同圖5所示具有厚度與高度的條帶90， 該條帶90的高度大于該條帶90的厚度。條帶90包括具有內(nèi)側(cè)壁與外側(cè)壁的 環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中這些側(cè)壁基本垂直。條帶90可能是單塊結(jié)構(gòu)(monolithic structure)或可能包含一或多股線纜(wire)，這些線纜巻繞成條帶狀的線圈。在 一實(shí)施例中，在該背板中加工出凹槽，并將該條帶90嵌入該凹槽中。但也可 采用其它的配置方式，例如條帶90可部分嵌入背板24中且部分嵌入濺射板 26內(nèi)，或者可將條帶卯固定在背板24的背面并且從該背板24的背面垂直向 上延伸。條帶90中的渦電流受到條帶幾何形狀的限制。相較于較為水平的環(huán) 的形狀，由于條帶90在指定半徑處提供更多材料，因此條帶90在指定的半徑 處具有更低的電流阻力(resistance to current)。因此，通過條帶90的渦電流所 產(chǎn)生的磁場效應(yīng)會(huì)更加集中在條帶90的半徑附近。這在使用條帶90來改變磁 場使其在整個(gè)靶材20的表面上具有較大的磁場強(qiáng)度梯度時(shí)是有用的。在一態(tài) 樣中，環(huán)80包含厚度介于0.1厘米至約0.6厘米且高度介于約0.5厘米至約2.5 厘米的條帶90。
如圖6A與6B所示，環(huán)80也可能包含螺旋形板92，該螺旋形板92嵌在曲形平面金屬條(curved planar metal strip)。該曲 形金屬條從中心點(diǎn)84出發(fā)，并且繞著中心點(diǎn)84以旋轉(zhuǎn)方式逐漸遠(yuǎn)離。在一態(tài) 樣中，采用極坐標(biāo)來描述，在中心點(diǎn)84與該金屬條的徑向內(nèi)側(cè)邊緣之間的半 徑r可以用角度e的連續(xù)單調(diào)函數(shù)來描述。在所示的態(tài)樣中，中心點(diǎn)84約位 在背板24的中心處。螺旋形板92可能具有介于約0.2至約0.6厘米之間的垂 直厚度，并且可嵌在背板24中，又或者部份嵌入背板24且部分嵌入濺射板 26中；或者，該螺旋形板92可位在濺射板26與背板24之間，或甚至可設(shè)置 在背板24的背面。螺旋形板提供導(dǎo)電路徑，可塑造該導(dǎo)電路徑的形狀以改變 其在半徑上的總長度，以補(bǔ)償用來產(chǎn)生磁場的旋轉(zhuǎn)磁體的徑向變化線性速率。 須注意到，當(dāng)磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)旋轉(zhuǎn)磁體的磁性部分的線性速率會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)磁 體所行經(jīng)的圓周長而改變。在一態(tài)樣中，螺旋形板92包含介于約0.1厘米至 約0.6厘米之間的垂直厚度。
在另一態(tài)樣中，環(huán)80是包含多個(gè)套迭環(huán)86的復(fù)合環(huán)88，這些套迭環(huán)86 的形狀與尺寸塑造成能使其互相套迭。例如，多個(gè)套迭環(huán)86可包含三個(gè)環(huán) 86a-c，該三個(gè)環(huán)86a-c的外部輪廓塑造成可使其套迭在一起而形成一個(gè)復(fù)合環(huán) 88，如圖7A與7B所示。外環(huán)86a包含具有徑向內(nèi)側(cè)突出物(radially inward ledge)96的環(huán)。中間環(huán)86b包含具有邊緣凸緣98a與徑向內(nèi)側(cè)凸緣98b的環(huán)。 內(nèi)環(huán)86c包含具有邊緣突出物94的環(huán)。內(nèi)環(huán)86c的邊緣突出物94接觸該中間 環(huán)86b的徑向內(nèi)側(cè)凸緣98b;并且中間環(huán)的邊緣凸緣98a接觸外環(huán)86a的徑向 內(nèi)側(cè)突出物96。這些環(huán)86a-c可以機(jī)械性方式或諸如擴(kuò)散連接的其它方式彼此 結(jié)合在一起。
在一實(shí)施例中，這些環(huán)可額外包含定位鍵(alignment key)89。如圖7B所示， 該定位鍵89可包含一或多個(gè)齒91以及一或多個(gè)用來安置這些齒91的凹口 93。 中間環(huán)86b包含向外延伸的齒91a，該齒91a用來置于外環(huán)86a的凹口 93a中。 中間環(huán)86b還可包含向內(nèi)延伸的齒91b，該齒91b用來置于內(nèi)環(huán)86c的外凹口 93b中。定位鍵89可使這些環(huán)86a-c能以特定的方位來組合并且避免這些環(huán) 86在組合之后水平旋轉(zhuǎn)。
在一態(tài)樣中，這些套迭環(huán)86a-c組合與結(jié)合在一起而形成復(fù)合環(huán)88。該預(yù) 先結(jié)合好的復(fù)合環(huán)88可接著插入背板24的凹槽中，并且利用黏合、夾鉗或閂 鎖方式將其固定于背板24。預(yù)先制造或預(yù)先結(jié)合好的復(fù)合環(huán)88可簡化固定程
15序，因?yàn)榭衫靡环椒ɑ蛞砸唤M螺釘鉆孔將該復(fù)合環(huán)組件固定至背板24，而
不需要逐一固定每個(gè)環(huán)86。也可能采用不同的配置方式，例如這些套迭環(huán)86a-c 可部分嵌入背板24中且部分嵌入濺射板26中，或者該些套迭環(huán)86a-c可固定 至背板24的背面并且從背板24的背面垂直向上延伸。在一態(tài)樣中，復(fù)合環(huán) 88的直徑介于約20厘米至約30厘米之間，且厚度介于約0.5厘米至約1厘米 之間。
文中所述的濺射靶材20的各種配置方式是通過改變渦電流或甚至改變靶 材20的磁導(dǎo)率來控制濺射靶材20的電磁特性。如此一來，靶材20在那些傳 統(tǒng)耙材會(huì)發(fā)生侵蝕凹陷而減少厚度的表面處會(huì)表現(xiàn)出較低的侵蝕作用。此外， 濺射靶材20在侵蝕凹陷處具有增加的厚度，因此即便侵蝕凹陷形成了，靶材 20還能夠繼續(xù)使用一段較長時(shí)間又不會(huì)濺射穿透至背板24。就這方面而言， 本發(fā)明的濺射靶材實(shí)施例能在腔室中提供較長的使用時(shí)間。
文中所述的濺射靶材20是安裝在含有濺射腔室102的濺射設(shè)備100中， 濺射腔室102具有多個(gè)封圍室壁103。如圖8所示，濺射靶材20面對(duì)著處理 區(qū)域108中置于基板支撐件106上的基板104。腔室100可以是一個(gè)多腔室平 臺(tái)(未示出)的一部分，該多腔室具有一組通過例如機(jī)械手等基板傳送機(jī)構(gòu)而互 相連接的腔室，以在這些腔室100之間傳送基板104。在所示的態(tài)樣中，工藝 腔室100包含濺射沉積腔室，也就是所謂的物理氣相沉積(PVD)腔室，其能夠 在基板104上濺射下列一或多種沉積材料，例如鋁、銅、鉭、鈦、鎢或其它材 料。
基板支撐件106包含基座(pedesta1)110，該基座110具有基板接收面112， 該基板接收面112基本上平行于且面對(duì)著頂部濺射靶材20的濺射面54。基座 110可包含靜電夾盤(chuck)或加熱器，例如電阻加熱器或熱交換器。操作時(shí)， 通過位于腔室100的側(cè)壁114中的基板載入口(未示出)將基板104引進(jìn)腔室100 且安置于基板支撐件130上。在放置基板104的過程中，可利用支撐件升降波 紋管來升高或降低基座110，并且可使用升降手指組件(lift finger assembly) 在基座110上舉高與降低基板104。在等離子體運(yùn)作過程中，基座110可維持 浮動(dòng)電位或是接地。
腔室100還包含工藝套組(process kit)120，其包含易于從腔室中移除的各 種部件，以進(jìn)行例如清洗部件表面上的濺射沉積物、更換或維修受侵蝕的部件，以及/或調(diào)整腔室100以執(zhí)行其它工藝。在一態(tài)樣中，工藝套組120包含擋板
122與環(huán)組件124。擋板122包含圓柱狀箍128，其直徑尺寸制作成可環(huán)繞該 濺射耙材20的濺射面54及基板支撐件106。圓柱狀箍128的末端為U形溝渠 130的形式，且U形溝渠130環(huán)繞著基板支撐件106。擋板122也包含支撐支 架132，該支撐支架132從圓柱狀箍214徑向向外延伸以將擋板支撐在腔室102 中。整個(gè)擋板122可由導(dǎo)電材料制成，例如不銹鋼300系列；或者在一態(tài)樣中， 擋板可由鋁制成。擋板也可如圖所示般接地。環(huán)組件124設(shè)置在基板支撐件 106周圍且包含沉積環(huán)134與蓋環(huán)136，沉積環(huán)134是圍繞著支撐件的環(huán)形箍， 而該蓋環(huán)136至少部分覆蓋住該沉積環(huán)134。沉積環(huán)134可由氧化鋁制成，且 蓋環(huán)134可由諸如不銹鋼、鈦、鋁或甚至陶瓷材料(如氧化鋁)所制成。
腔室102還可包含磁場產(chǎn)生器140，其可在靶材20的濺射面54附近產(chǎn)生 磁場145以提高靶材20附近的高密度等離子體區(qū)域中的離子密度，而改善靶 材材料的濺射作用。磁場產(chǎn)生器140包含多個(gè)可旋轉(zhuǎn)磁體(未顯示)，這些可旋 轉(zhuǎn)磁體設(shè)置在靶材20的背板24的背面附近。磁場產(chǎn)生器140包含馬達(dá)144， 該馬達(dá)144安裝在軸146上用以旋轉(zhuǎn)磁體。磁場會(huì)作用在等離子體上且造成已 離子化的氣體中的能量離子沿著磁場場線移動(dòng)?？墒褂么艌鼋M件140來控制磁 場的形狀與強(qiáng)度以控制靶材表面上的顆粒通量(flux)與顆粒侵蝕靶材的均勻 度。磁場產(chǎn)生器140的描述可參閱例如Fu等人的標(biāo)題為"旋轉(zhuǎn)濺射磁控管組 件"的美國專利案6183614，以及Gopalraja等人的標(biāo)題為"用于銅介層孔填 充的整合工藝"的美國專利案6274008，且將該兩專利文獻(xiàn)全文以引用方式納 入本文中以供參考。
操作時(shí)，經(jīng)由氣體供應(yīng)器150將工藝氣體導(dǎo)入腔室102中，該氣體供應(yīng)器 150包含多個(gè)工藝氣體源152a與152b，并且利用具有氣體流量控制閥156a與 156b(如質(zhì)量流量控制器)的導(dǎo)管154a與154b來連接工藝氣體源。使用氣體流 量控制閥156a與156b控制流入腔室中的氣體流量來控制腔室102中的壓力。 導(dǎo)管154a與154b饋送氣體至氣體分散器158,該氣體分散器158具有至少一 個(gè)位在腔室中的氣體出口 160。在一態(tài)樣中，氣體出口 160位于基板104的邊 緣。通常腔室102內(nèi)的濺射氣體壓力比大氣壓要低上10的數(shù)次方。
利用氣體激發(fā)器(gas energizer)160將能量耦合至腔室102的處理區(qū)域108 中的工藝氣體，來激發(fā)工藝氣體以處理基板104。例如，氣體激發(fā)器154可能包含多個(gè)工藝電極，且利用電源供應(yīng)器供應(yīng)電力至工藝電極以激發(fā)工藝氣體。 這些工藝電極可能包含位于腔室102的室壁中的電極，例如位于側(cè)壁103、擋
板120或支撐件106中的電極，該電極能夠與另一電極(例如基板104上方的 耙材20)耦合?？墒褂秒娫垂?yīng)器(power supply)162相對(duì)于其它部件對(duì)靶材20 施以電性偏壓，以激發(fā)工藝氣體并且從靶材20濺射出材料至基板104上。在 區(qū)域108中所形成的等離子體會(huì)轟擊靶材20的濺射面54，而從濺射面54濺 射出材料且沉積至基板104上。
工藝氣體通過排放系統(tǒng)no排出腔室102。排放系統(tǒng)no包含位于腔室102
中的排氣口 172，該排氣口 172連接至通向排氣泵176的排氣導(dǎo)管174。在一 態(tài)樣中，排氣泵包括低溫泵(cryogenicpump)，其具有泵入口(未示出)用以維持 固定速度泵送指定的工藝氣體質(zhì)量流量。
使用控制器1800控制腔室100，控制器1800包含程序編碼，編碼具有多 個(gè)指令組以操作腔室100的多個(gè)部件來處理腔室100內(nèi)的基板104。例如，控 制器180含有的程序編碼可具有用以操作基板支撐件106與基板傳送機(jī)構(gòu)的 基板定位指令組、用以操作氣體流量控制閥以設(shè)定輸送至腔室100的濺射氣體 流量的氣體流量控制指令組、用以維持腔室100內(nèi)部壓力的氣體壓力控制指令 組、用以操作氣體激發(fā)器160以設(shè)定氣體激發(fā)能量級(jí)別的氣體激發(fā)器控制指令 組、用以操作磁場產(chǎn)生器140的磁場產(chǎn)生器指令組、用來控制支撐件或室壁 114中的溫度控制系統(tǒng)以設(shè)定腔室100內(nèi)各種部件溫度的溫度控制指令組，以 及用來透過工藝監(jiān)視系統(tǒng)180來監(jiān)視腔室100內(nèi)部工藝的工藝監(jiān)視指令組。
雖然以上內(nèi)容已公開且描述本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施例，然本領(lǐng)域技術(shù)人員可在 不偏離本發(fā)明范圍的情況下衍生出含有本發(fā)明的其它實(shí)施例。例如，可塑造出 具有不同形狀與分布位置的環(huán)80以對(duì)應(yīng)其它磁體系統(tǒng)的磁場形狀。背板24 可能包含除了文中所示范的材料或形狀以外的其它材料或形狀。舉例而言，濺 射靶材可以是方形或矩形以制造顯示器面板。此外，參照示范性實(shí)施例所描述 的相對(duì)性或位置用語是可以交換的。因此，后附權(quán)利要求不應(yīng)該僅限制在本文 中用來示范說明本發(fā)明的較佳態(tài)樣、材料或是空間配置。
權(quán)利要求
1.一種用于濺射腔室的濺射靶材，所述濺射靶材包括(a)背板，所述背板包含圓形板，所述圓形板具有正面與背面，所述正面包含環(huán)形凹槽；以及(b)濺射板，其安裝在所述背板上，所述濺射板包含具有濺射面和背面的圓盤，所述圓盤的背面具有環(huán)形凸脊，所述環(huán)形凸脊的形狀與尺寸塑造成能使所述環(huán)形凸脊安裝在所述環(huán)形凹槽中。
2. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中所述濺射板包含環(huán)形凹槽，并且所述 環(huán)形凹槽的形狀與尺寸與所述濺射板中觀察到的與鄰近區(qū)域相比具有較高靶 材侵蝕作用的區(qū)域相對(duì)應(yīng)。
3. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中所述環(huán)形凹槽包含下列特性中的至少——個(gè)，(i)所述環(huán)形Fl槽具有沿著所述背板的所述圓形板中心的對(duì)稱軸； (ii)所述環(huán)形凹槽包括相對(duì)于所述圓形板的中心對(duì)稱并且與所述圓形板的邊緣間隔開來的圓形；(lii)小于約5厘米的深度；(iv)約0.3厘米至約2厘米的深度；(V)約l厘米至約7.5厘米的寬度；以及(vi)所述環(huán)形凹槽具有內(nèi)半徑與外半徑，并且所述內(nèi)半徑與所述外半 徑相差約1厘米至約5厘米。
4. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中所述背板的所述正面包括多個(gè)環(huán)形凹 槽，并且所述濺射板的所述背面包含多個(gè)環(huán)形凸脊，每個(gè)環(huán)形凸脊的形狀與尺 寸塑造成能使每個(gè)環(huán)形凸脊安裝在所述背板的其中一個(gè)環(huán)形凹槽中。
5. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中所述背板包含第一材料，所述濺射板 包含第二材料，并且所述靶材還包括含有第三材料的環(huán)，所述第一、第二與第三材料互不相同；以及其中所述環(huán)設(shè)置在所述環(huán)形凹槽中。
6. 如權(quán)利要求5所述的靶材，其中所述環(huán)包含下列特性的至少其中一個(gè):(i) 所述環(huán)的形狀塑造成條帶狀或螺旋狀；(ii) 所述環(huán)是通過黏著劑、擴(kuò)散連接或電沉積而安裝至所述背板；以及(iii)多個(gè)環(huán)。
7. —種濺射腔室，其包括(i) 權(quán)利要求1所述的濺射靶材；(ii) 基板支撐件，其面對(duì)所述濺射靶材；(iii) 磁場產(chǎn)生器，其包含多個(gè)可旋轉(zhuǎn)磁體，所述多個(gè)可旋轉(zhuǎn)磁體設(shè)置 在所述背板的背面附近；(iv) 氣體分散器，用以引導(dǎo)氣體進(jìn)入所述濺射腔室中；以及(v) 排氣口，用以排放所述濺射腔室中的氣體。
8. —種延長濺射耙材壽命的方法，且所述濺射靶材具有安裝在背板上的 濺射板，所述方法包括(a) 提供含有第一材料的背板；(b) 在所述背板的表面中形成環(huán)形凹槽；以及(c) 以濺射材料填充所述環(huán)形凹槽。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，包括形成具有至少其中一個(gè)下列特性的環(huán)形凹槽(i) 所述環(huán)形凹槽的形狀與尺寸與所述濺射板中觀察到的與鄰近區(qū)域相比具有較高靶材侵蝕作用的區(qū)域相對(duì)應(yīng)；(ii) 所述環(huán)形凹槽具有沿著所述背板的所述圓形板中心的對(duì)稱軸；以及(iii) 所述環(huán)形凹槽包括相對(duì)于所述背板的中心呈對(duì)稱性的圓形。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，包括(i) 在所述背板的正面上形成多個(gè)環(huán)形凹槽；以及(ii) 在所述濺射板的背面上形成多個(gè)環(huán)形凸脊，并且每個(gè)環(huán)形凸脊的 形狀與尺寸塑造成能使每個(gè)環(huán)形凸脊安裝在所述背板的其中一個(gè)環(huán)形凹槽中。
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，所述方法包括形成由第一材料構(gòu)成的所述背板，形成由第二材料構(gòu)成的所述濺射板，并且還包括形成由第三材料構(gòu)成的環(huán)，所述第一、第二與第三材料互不相同；以及，包括將所述環(huán)置于所述環(huán)形 凹槽中。
12. —種用于濺射腔室的濺射靶材，所述濺射靶材包括(a) 背板，其包括含有第一材料的圓形板，所述圓形板具有正面與背面；(b) 濺射板，其安裝在所述背板的正面上，所述濺射板包含具有第二 材料的濺射面的圓盤，并且所述圓盤具有背面；以及(c) 環(huán)，其安裝在所述圓盤的背面，且所述環(huán)包含第三材料， 其中所述第一、第二與第三材料是不同材料。
13. 如權(quán)利要求12所述的耙材，其中所述第一材料包含銅、鉻、不銹鋼 或鋁的至少其中一者；所述第二材料包含鋁、銅、鎢、鈦、鈷、鎳或鉭的至少 其中一者；以及所述第三材料包含鎳、不銹鋼或鋁的至少其中一者。
14. 如權(quán)利要求12所述的靶材，還包括下列至少其中之一(i) 所述環(huán)是條帶或螺旋線圈；(ii) 所述環(huán)具有約10厘米至15厘米的內(nèi)直徑；以及(iii) 多個(gè)環(huán)。
15. —種控制濺射靶材的電磁特性的方法，其中所述濺射靶材包含安裝在 背板上的濺射板，所述方法包括(a) 提供包含第一材料的背板；(b) 在所述背板的表面中形成環(huán)形凹槽；以及(C) 以第二材料填充所述環(huán)形凹槽，并且所述第二材料具有與所述第一 材料不同的電磁特性。
16. —種控制濺射靶材的電磁特性的方法，其中所述濺射靶材包含濺射板 以及含有第一材料的背板，所述方法包括將環(huán)安裝至所述背板的背面，所述 環(huán)包含第二材料，并且所述第二材料具有與所述背板的第一材料不相同的電磁 特性。
17. —種用于濺射腔室的濺射靶材，所述濺射靶材包括(a) 背板，其包含由第一材料所構(gòu)成的圓形板；(b) 濺射板，其安裝在所述背板上，且所述濺射板包括含有第二材料的圓盤；以及(c) 位于所述圓形板內(nèi)的環(huán)，所述環(huán)包含第三材料； 其中所述第一、第二與第三材料是不同材料。
18. 如權(quán)利要求n所述的靶材，還包括下列至少其中之一(i) 所述環(huán)嵌入所述圓形板的厚度中；(ii) 所述環(huán)安裝至所述濺射板的所述圓盤的背面；或(iii) 多個(gè)環(huán)。
19. 如權(quán)利要求17所述的靶材，其中所述第一材料包含銅、鉻、不銹鋼 或鋁的其中至少一者；所述第二材料包含鋁、銅、鎢、鈦、鈷、鎳或鉭的其中 至少一者；以及所述第三材料包含鎳、不銹鋼或鋁的其中至少一者。
20. 如權(quán)利要求17所述的靶材，其中所述環(huán)包含下列一者或多者(a) 條帶；(b) 螺旋形板； (C)多個(gè)套迭環(huán)；(d) 復(fù)合環(huán)，其包含多個(gè)結(jié)合在一起的套迭環(huán)。
21.如權(quán)利要求20所述的靶材，其中所述套迭環(huán)包含定位鍵。
全文摘要
一種用于濺射腔室的濺射靶材，其包含背板并且所述背板上安裝有濺射板。在一態(tài)樣中，所述背板包括正面具有環(huán)形凹槽的圓形板。所述濺射板包含具有濺射面及背面的圓盤，在所述圓盤的背面具有環(huán)形凸脊，并且環(huán)形凸脊的形狀與尺寸塑造成能使所述凸脊安裝入所述背板的環(huán)形凹槽中。
文檔編號(hào)C23C14/34GK101680082SQ200880020014
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日
發(fā)明者基煥·尹, 洪·S·楊, 特德·郭, 相鎬·于, 阿道夫·米勒·艾倫 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司