一种多轨道磁控管，具有一回旋形状且不对称于它所围绕旋转的标靶中心（１４）。一等离子体轨道（１６６）被形成为一介于相反的内磁极（１６２）与外磁极（１６４）之间的闭环，最好是被形成为两圈或者三圈径向分布并呈螺旋形状相对于该靶材中心的反方向延伸的轨道，且最好通过该旋转轴。磁极形状可被最优化以产生一遵守Ｌ＝ａｒ↑［ｎ］函数的累积轨道长度分布。在使用计算机最优化的多次迭代之后，该磁极形状可用在制造好的极靴中的不同的磁铁分布来测试溅射均匀性，如果该均匀性仍然不满足要求的话，用不同的ｎ值，不同的轨道数，或不同的磁极宽度来重复设计迭代。该最优化减小了方位角侧壁的不对称性，并改善了径向沉积均匀性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及材料的溅射沉积，特别地，本专利技术涉及一种用于产生强化溅射的磁场的磁控管。
技术介绍
溅射，也被称为物理气相沉积(PVD)，通常用于在半导体集成电路的制造中沉积金属层或者相关的材料，也用于沉积材料涂层到其它种类的面板上。在商业的集成电路制造中，导电靶材的DC磁控管溅射是最常用的溅射形式。如图1所示，一种DC磁控管溅射室10包括一被大致对称的设置在一中心轴14周围的真空室12。一真空泵系统16将真空室12抽至约10-6Torr或更低的一个非常低的基础压力。然而，一通过一质量流控制器20连接到真空室12的一氩气源18输送氩气作为溅射工作气体到真空室12，对于除了铜以外的大部分材料而言，在真空室12内氩气气压代表性地被保持在低于毫托(millitorr)的范围内。一被设置在中心轴14周围的托盘22固定一晶片或其它的用于溅射的衬底。一未示出的夹环或静电夹头用于将晶片24固定在该托盘22上，该托盘经常被加热或水冷，以控制该晶片的温度。一电性接地的(或浮动的)护罩26保护室壁和托盘22的侧边，以防止被溅射沉积。一靶材28设置在与托盘22相对的地方并通过一绝缘体30被真空密封到该真空室12，它让靶材28相对于该接地的真空室12被相对的偏压。至少该靶材28的正面是由一将被沉积到晶片24的金属材料组成，如铝或钛。一DC电源32将该靶材28相对于接地的护罩28电性地偏压至一约为-600VDC的负电压，以使氩气放电成为一等离子体，使带正电荷的氩离子被有力地附着至该被负电地偏压的靶材28上并从该靶材溅射出原子，这些被溅射出的原子的一部分落在晶片24上，并沉积一层靶材材料层到该晶片上。在反应性离子溅射中，一反应性气体，如氮气或者氧气，被额外的加入到该真空室12中，以形成一金属氮化物或氧化物的沉积。在一些应用中，该托盘22被电性地偏压，但在其它应用中，该托盘22则是电性浮动的。等离子体密度和溅射速度可通过将一磁控管40放置在该靶材28的背面而被大幅度地提高。磁控管40(其为本专利技术的一个重要方面)可以采用各种形状和形式。它可以包括对立的垂直磁极的永久磁铁42和44，它们被个别的连续带状磁极靴41和43所覆盖。磁铁42和44代表性地被设置成一环状以邻近该靶材28的正面形成一环状的高密度等离子体(HDP)区域46。该HDP区域46由磁场形成，该磁场水平地在相邻的磁极靴42和44之间延伸，且捕捉在该靶材28前方的电子，以提高等离子体密度。该提高等离子体密度大幅度地提高该靶材28的邻近区域的溅射。该HDP区域46的闭环形状在等离子体中产生一电流环，这可以提高放电效率，因为该电流环没有终端可以让等离子体漏出。为了提供一更均匀的靶材溅射模式，该环形的磁控管40代表性地被形成为不对称于该中心轴14并且一电机驱动以沿着该中心轴14延伸的旋转轴52。一固定到该旋转轴52且被该旋转轴转动的板子54支撑磁铁42、44和磁极靴41、43，使得磁控管绕着该中心轴14转动并产生一方位角均匀的均时磁场。如果磁极42、44是由相对的圆柱形永久磁铁环所形成的，则板子54最好为有一磁性材料形成，以作为一磁轭来磁性地耦合相对的磁铁42和44。几种不同的磁控管设计已经被应用在图1的溅射室上。Tepman在美国专利5,320,728中描述了一种具有一平的肾形的磁控管。例如，如图2所示，一肾形的磁控管60包括一磁极性的外磁极62，其包围另一磁极性的内磁极64。一固定宽度的间隙66将两个磁极62和64隔开，并具有一平的肾形。间隙66限定一环形带，在该环形带中，介于磁极62和64之间的磁场相对于该靶材28的溅射力是大致水平的。该肾形的磁控管60与靶材28比较起来是相对大的，其具有一周边包围住该靶材28的一大部分面积。该磁控管60的旋转轴14落在该内磁极64的内部或附近区域。在美国专利5,242,566中，Parker揭示了肾形磁控管的几种变化。Anderson等人在美国专利4,995,958和6,024,843中描述了一种心形的磁控管70(参见图3)，在该磁控管中有一间隙72介于两个相对的磁极之间形成一对称的心形。Anderson等人根据一固定的宽度发展出一用于该间隙72的微分公式。用于一固定的腐蚀曲线(erosion profile)的微分公式具有一标准解θ=r2-1-arctanr2-1]]>其中θ＝R/R0，R0为该等离子体轨道的最小半径，R和θ为该轨道的极坐标。此解(其基于几个近似值)具有几个问题。对称的心形具有两个奇异且无法微分的点74和76。外奇异点74因为影响较小可以去除，然而，内奇异点76无法在不对腐蚀均匀性产生实质的影响下轻易地被去除，此外，精确的解并不会比内奇异点76更靠近该靶材中心14，使得至少在此近似值中，该靶材28的中心区域没有被扫描到或被溅射。Anderson等人也提出一非对称的心形，其与肾形有一些相似之处。然而，Anderson等人将两个心形曲线的端部与对于该腐蚀曲线有不确定的影响的任意曲线相接。理论上的心形有两个额外的问题。它是为了一恒定的水平磁场而被衍生在间隙72的宽度w上。此近似值对于Anderson等人的磁铁而言是相当精确的，如图4所示，其为被水平地定向在该靶材28背后介于磁铁保持件82和84之间当作是磁极面的柱状磁铁80，以产生一双极磁场86。如图中所示，该双极磁场86在该靶材的正面上的介于磁极面之间的宽度w上具有一大致水平的方向。然而，由于一些原因，更多最近的磁控管倾向使用垂直磁极性相反的圆柱形磁铁87和88来形成，如图5中所示。连续的带状极靴90和92限定与靶材28相邻的环形磁极。一磁铁背撑板94支撑磁铁87和88并进一步作为一磁轭。该结构产生一可被描述为一削尖的四极磁场96，其更尖锐地耸入到该靶材28的正面。其结果为，该等离子体密度在接近该间隙的中心线处最大且在该间隙的宽度上并不是恒定的。该中心线被限定为介于相对的磁极靴90和92之间的间隙的中间点。一进一步的问题为，心形是一基于恒定的腐蚀曲线。虽然靶材利用是很重要且通过一恒定的腐蚀曲线来最大化，但在晶片上的均匀的沉积厚度更为重要，甚至可以以牺牲均匀的靶材腐蚀为代价。已有各种的努力来修改该心形磁控管以得到更均匀的沉寂厚度，然而，这些技术都被认为是无法令人满意且在磁控管的设计和操作上不具有足够的可变性。上述的磁控管已经被观察到会对方位角侧壁不对称性产生一进一步的有害的影响。侧壁不对称是在一孔的一侧壁被溅射了比与其相对的侧壁更多的材料而发生的。侧壁不对称会造成许多问题，其中一个问题为，用来将一层集成电路的平板印刷与另一层对齐的标记的漂移。典型地，对齐标记是被设置成一个盒形的一系列的四个沟渠，它们是被蚀刻到将被溅射的层上。选择该沟渠的宽度，使溅射沉积不会将该沟渠对齐标记填平。其结果是，一与底下一层的对齐标记的表面特征在溅射沉积后仍会很明显且可被用来与下一层平版印刷对齐。例如，一已显影的光阻结构的层与层之间的对齐可以使用底下的对齐标记来检查。该光阻靶材可以是一方形的孔，如果该光掩模被正确地与对齐标记对齐的话，它应该位于该盒形的对齐标记的中心处。如果对齐超出规范的话，该光阻会被洗掉且该光阻处理会被重复。然而，已被发现的是，对其标记在一使用标本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁控管，设置成绕一中心轴旋转，该磁控管至少包含：一第一磁极性的外磁极；一第二磁极性的内磁极，该第二磁极性与该第一磁极性相反，且该内磁极是设置在该外磁极的内部；以及一宽度大致固定的间隙，该间隙将该内磁极和该外磁极分隔开来，其中该磁极设置成该间隙可形成一相对于该中心轴的不对称的闭合轨道；其中从该中心轴发射出去的在至少１８０°的角度范围内的半径会与该轨道相交至少两次。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：宏S杨，则敬龚，雷建新，铁郭，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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