專利名稱：提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種應(yīng)用于預(yù)濺鍍制程的方法，特別是指一種可以提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法。
背景技術(shù)：
濺鍍(SPutter)為一種用來形成金屬薄膜沉積的半導(dǎo)體制程方法，其主要原理是將電漿離子通入濺鍍機(jī)的反應(yīng)室中，再以離子加速方式對濺鍍靶(Target)進(jìn)行轟擊，以造成濺鍍靶表面(正面)靶材原子掉落，并在基板表面形成一層金屬薄膜沉積。
請參閱圖1所示，其是為磁控式搖擺掃瞄型濺鍍機(jī)10示意圖；包括一反應(yīng)室11、一濺鍍靶20、一基座13以及一長形磁鐵14，其中反應(yīng)室11是利用真空泵(圖中未示出)將其內(nèi)部抽真空至1至10mmtorr，并將帶電荷的電漿離子通入反應(yīng)室11內(nèi)部(例如帶正電的氬離子)，濺鍍靶20則是由一濺鍍靶背板12以及一靶材16所組成，此外濺鍍靶20以及基座13更分別與陰極以及陽極相連接。濺鍍機(jī)10是藉由濺鍍靶20與基座13之間所形成的電位梯度，驅(qū)動帶正電的氬離子對濺鍍靶20進(jìn)行離子轟擊，使得靶材16原子得以沉積至基座13上，而基座13表面是放置待濺鍍的基板15，例如晶圓或是玻璃基板，使得靶材16原子可以順利地濺鍍至基板15之上并形成薄膜沉積。長形磁鐵14設(shè)置于濺鍍靶背板12之背面，并以來回?fù)u擺方式在濺鍍靶背板12的背面進(jìn)行對稱往返的掃瞄移動，其目的在于利用磁控方式改善基板15表面薄膜沉積的均勻度和速率。
請參閱圖2所示，其是為濺鍍機(jī)在進(jìn)行濺鍍制程時，長形磁鐵的移動距離與速度關(guān)系圖；此一掃瞄方法稱為“階梯變速法”，其掃瞄速度是為階梯變化方式由160mm/s加速變成340mm/S再變成350mm/s，之后再減速變成340mm/s和變成160mm/s。其中長形磁鐵在濺鍍靶中間大部份區(qū)域的掃瞄速度為350mm/s，其目的在于改善基板表面薄膜沉積的均勻度，因?yàn)樵谀菢拥乃俣鹊南禄逅@得的電阻值(RS)薄膜厚度較均勻且品質(zhì)較佳，但由于階梯變速法是以中間快、二端慢的速度在進(jìn)行掃瞄，且長形磁鐵在往返掃瞄的過程中會產(chǎn)生暫留效應(yīng)，因此往往會造成濺鍍靶在一端的腐蝕消耗速率(erosion rate)較中間區(qū)域快的現(xiàn)象產(chǎn)生。
上述濺鍍制程所采用的階梯變速法其操作技術(shù)通常是由其上游的濺鍍設(shè)備供應(yīng)商所提供，而一般下游的制造商在接受到設(shè)備供應(yīng)商所提供的技術(shù)后往往都是依照其指示操作，但是基板在真正進(jìn)行濺鍍制程之前通常都會先進(jìn)行預(yù)濺鍍制程(pre-sputter)，其目的在于去除濺鍍靶表面的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可能來自于氧化，然而在預(yù)濺鍍的過程中，基座表面所放置的并非為待濺鍍產(chǎn)品所使用的基板，而是改以一種專供預(yù)濺鍍使用的測試基板(dummysubstrate)取代的。
但由于長形磁鐵在預(yù)濺鍍制程中的操作方式(掃瞄速度)，設(shè)備供應(yīng)商建議使用者采用與濺鍍制程相同的操作方式，即“階梯變速法”，但若是在預(yù)濺鍍制程中仍然對濺鍍靶采用階梯變速法，則濺鍍靶表面將因?yàn)殚L形磁鐵在掃瞄路徑二端的掃瞄速度較慢，以及長形磁鐵在掃瞄路徑二端折返時所產(chǎn)生的暫留效應(yīng)，而導(dǎo)致濺鍍靶在其表面二端產(chǎn)生和濺鍍時相同的腐蝕結(jié)果，即二端的腐蝕消耗速率(erosion rate)較中間區(qū)域快，使得濺鍍靶在預(yù)濺鍍時，其整體表面無法獲得均勻的腐蝕消耗。
請參閱圖3所示，濺鍍靶20在預(yù)濺鍍的過程中，若中間區(qū)域要將其表面的雜質(zhì)去除必須腐蝕消耗厚度d的靶材16，則其二端將因?yàn)閽呙樗俣容^慢而且在折返端會暫停，故較中間區(qū)域多增加了厚度d’的腐蝕消耗。之后若再以該濺鍍靶20對基板進(jìn)行濺鍍，且長形磁鐵并以同樣的掃瞄速率(階梯變速法)進(jìn)行掃瞄，其結(jié)果將使得濺鍍靶20二端的腐蝕消耗更快地接近濺鍍靶背板12而使濺鍍靶20加速報廢。這對于大部份濺鍍靶20而言其使用率可以說是不算太高，因?yàn)闉R鍍靶20除了二端的靶材16有過度消耗的現(xiàn)象外，其大部分中間區(qū)域的靶材16消耗量并算太多，仍然可以再繼續(xù)使用一段時間，只因?yàn)槎说陌胁?6消耗已經(jīng)接近濺鍍靶背板12而必須面臨報廢，這對于制造商的濺鍍成本來說將形成嚴(yán)重的浪費(fèi)，此外，經(jīng)常的更換濺鍍靶20也會浪費(fèi)保養(yǎng)維修的時間和人力成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法，其可以使濺鍍靶的靶材在預(yù)濺鍍的過程中均勻的腐蝕消耗，以避免濺鍍靶因?yàn)樘囟▍^(qū)域的過度腐蝕消耗而降低濺鍍靶的使用率。
本發(fā)明的預(yù)濺鍍方法的步驟包括首先提供一濺鍍靶，再對濺鍍靶進(jìn)行離子轟擊，在轟擊的過程中并以等速方式驅(qū)動一長形磁鐵于濺鍍靶的背面來回掃瞄，直到濺鍍靶表面的雜質(zhì)去除之后，完成濺鍍靶背板的預(yù)濺鍍。上述預(yù)濺鍍制程是在濺鍍反應(yīng)室的內(nèi)部進(jìn)行，長形磁鐵的掃瞄速度是以控制在140mm/s至200mm/s范圍較佳，并以160mm/s更佳，該速度為階梯變速法的起始掃瞄速度，又在預(yù)濺鍍的制程中，放置在基座上方用以沉積薄膜的待濺鍍物是為玻璃材質(zhì)的測試基板(dummy substrate)。
由于本發(fā)明在預(yù)濺鍍的制程中，是以等速方式控制長形磁鐵于濺鍍靶的背面來回掃瞄，其在濺鍍靶表面的腐蝕消耗將較為均勻，而不會產(chǎn)生如習(xí)知技術(shù)在濺鍍靶表面的部份區(qū)域靶材有過度腐蝕消耗的情形，因此可以提高濺鍍靶的使用效能；又由于本發(fā)明所采用的掃瞄速度較習(xí)知技術(shù)慢，長形磁鐵在每次掃瞄的過程中所去除的雜質(zhì)厚度較多，因此可以減少長形磁鐵掃瞄時往來折返的次數(shù)，而往來折返的次數(shù)一減少，預(yù)濺鍍所需的總電積功率以及靶材的使用量也相對地減少，同時測試基板的使用量以及維修復(fù)機(jī)的時間也就相對地減少，預(yù)濺鍍所需的材料成本以及工時也就相對地降低。


圖1為磁控式搖擺掃瞄型濺鍍機(jī)的示意圖；圖2為濺鍍機(jī)在進(jìn)行濺鍍制程時，長形磁鐵的移動距離與速度關(guān)系圖；圖3為習(xí)知技術(shù)利用階梯變速法對濺鍍靶進(jìn)行預(yù)濺鍍時，在其表面所產(chǎn)生的腐蝕消耗示意圖；圖4為本發(fā)明的提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法流程圖；圖5為利用本發(fā)明的方法進(jìn)行預(yù)濺鍍時，長形磁鐵的移動距離與速度關(guān)系圖；圖6為本發(fā)明的等速均勻法對濺鍍靶進(jìn)行預(yù)濺鍍時，于其表面所產(chǎn)生的腐蝕消耗示意圖；圖7是為分別利用本發(fā)明與習(xí)知技術(shù)進(jìn)行預(yù)濺鍍的比較分析圖。
圖號說明10-濺鍍機(jī)，11-反應(yīng)室，12-濺鍍靶背板，13-基座，14-長形磁鐵，15-基板，16-靶材，20-濺鍍靶，26-靶材，28-濺鍍靶背板，30-濺鍍靶。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種關(guān)于提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法，該預(yù)濺鍍方法可以提高濺鍍靶的使用效能，降低預(yù)濺鍍的電積功率以及靶材的使用量，并減少測試基板的使用量和維修復(fù)機(jī)的工時，其詳細(xì)實(shí)施例以及相關(guān)實(shí)施方式將通過以下內(nèi)容做說明。
請參閱圖4所示，其是為本發(fā)明的提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法流程圖；步驟41首先將一濺鍍靶放置于濺鍍反應(yīng)室內(nèi)部，再將電漿離子通入反應(yīng)室內(nèi)部，步驟42利用濺鍍靶與基座之間所形成的電位梯度，驅(qū)動電漿離子對濺鍍靶進(jìn)行離子轟擊，步驟43在轟擊的過程中并以等速方式驅(qū)動一長形磁鐵于濺鍍靶的背面來回掃瞄，步驟44直到濺鍍靶表面的雜質(zhì)去除之后，并完成濺鍍靶的預(yù)濺鍍。
在本實(shí)施例中，是利用日本真空(ULVAC)所制造的SMD-650C型濺鍍機(jī)來進(jìn)行上述預(yù)濺鍍，上述濺鍍反應(yīng)室內(nèi)部的壓力是控制在1至10mmtorr之間，而長形磁鐵的掃瞄速度則以控制在140mm/s至200mm/s范圍較佳，并以160mm/s的掃瞄速度更佳，該速度為階梯變速法的起始掃瞄速度，圖5為長形磁鐵的移動距離與掃瞄速度的關(guān)系圖。如上所述，本發(fā)明雖是使用日本真空(ULVAC)所制造的SMD-650C型濺鍍機(jī)來進(jìn)行預(yù)濺鍍，然其并非用以限定本發(fā)明，亦可使用其他任意廠牌型號的濺鍍機(jī)，并利用上述本發(fā)明的方法，在140mm/s至200mm/s的范圍內(nèi)對應(yīng)個別機(jī)型作適當(dāng)?shù)膾呙樗俣日{(diào)整，同樣可達(dá)到本發(fā)明的效果。又在預(yù)濺鍍的制程中，放置在基座上方用以沉積薄膜的待濺鍍物是為玻璃材質(zhì)的測試基板(dummy substrate)。
在此必須特別強(qiáng)調(diào)說明的是，本發(fā)明在步驟43中提到長形磁鐵的掃瞄速度必須為等速的用意，主要在于解決習(xí)知技術(shù)在階梯變速法中，因?yàn)殚L形磁鐵的掃瞄速度中間快、二端慢，而造成濺鍍靶在其二端發(fā)生腐蝕速率較快的缺點(diǎn)。又在前一段文章中提到雖然長形磁鐵的掃瞄速度必須為等速，但所采用的掃瞄速度是以階梯變速法當(dāng)中的160mm/s較佳，其主要的用意在于解決長形磁鐵在掃瞄折返的過程中產(chǎn)生暫留效應(yīng)，暫留效應(yīng)會對濺鍍靶二端的腐蝕速率產(chǎn)生加乘效果，使得濺鍍靶加速報廢，因此若本發(fā)明采用階梯變速法當(dāng)中的160mm/s進(jìn)行等速掃瞄，則不僅可以降低長形磁鐵在折返過程中產(chǎn)生暫留效應(yīng)，更由于所采用的速度為階梯掃瞄法中的掃瞄初始速度，更可以確保在那樣的掃瞄速度下，機(jī)器設(shè)備參數(shù)的調(diào)整以及作業(yè)環(huán)境的設(shè)定，都已經(jīng)通過測試確定而不會對產(chǎn)品造成不良的影響。
請參閱圖6所示，其是為利用本發(fā)明的方法進(jìn)行預(yù)濺鍍，濺鍍靶表面的腐蝕消耗圖。圖中濺鍍靶30是由一濺鍍靶背板28以及一靶材26所組成，本發(fā)明是以等速方式將長形磁鐵控制在140mm/s至200mm/s的范圍之下，并以160mm/s為較佳的掃瞄速度，與圖3相比較可知，本發(fā)明的濺度靶表面的靶材腐蝕消耗較圖3更為均勻。若要在預(yù)濺鍍的過程將濺鍍靶表面的靶材去除d的厚度并采用階梯變速法，其結(jié)果將如圖3所示，此時濺鍍靶的中間區(qū)域的靶材雖然可以順利地去除d的厚度，但在其二側(cè)的靶材也將因?yàn)閽呙樗俣认鄬^慢以及暫留效應(yīng)的影響而去除了d+d’的厚度，其中多去除的d’靶材厚度是為習(xí)知技術(shù)在預(yù)濺鍍過程最大的缺點(diǎn)，也是本發(fā)明所極欲克服的重點(diǎn)所在。反之，若以本發(fā)明的等速掃瞄法對濺鍍靶進(jìn)行預(yù)濺鍍，且采用本發(fā)明所建議的掃瞄速度進(jìn)行掃瞄，其結(jié)果將如圖6所示，此時濺鍍靶整體所去除的靶材厚度d較為均勻不會有過份腐蝕的現(xiàn)象，因此本發(fā)明可以減少濺鍍靶在其二側(cè)額外產(chǎn)生厚度d’的靶材消耗，進(jìn)而提高濺鍍靶的使用率和壽命。
由上述說明可知，本發(fā)明不但可以降低濺鍍靶預(yù)濺鍍的時間，更可以減少預(yù)濺鍍時靶材的腐蝕消耗，由于濺鍍機(jī)在預(yù)濺鍍的過程中，每單位時間所輸出的電積功率均相同，而本發(fā)明因?yàn)榭梢詼p少預(yù)濺鍍的時間，因此在預(yù)濺鍍時整體的總電積功率也就相對地降低；此外，測試基板表面的沉積簿膜若超過其可容許的理論安全厚度時，則該測試基板必須要報廢，又由于本發(fā)明的濺鍍靶在預(yù)濺鍍時靶材的腐蝕消耗量較少，在測試基板表面所沉積的薄膜厚度較小，相較于習(xí)知技術(shù)而言將更不容易到達(dá)可容許的理論安全厚度，因此本發(fā)明將可以減少測試基板的使用量。
請參閱圖7所示，其是為本發(fā)明與習(xí)知技術(shù)分別進(jìn)行預(yù)濺鎮(zhèn)的比較分析圖，由圖中可知，習(xí)知技術(shù)要完成一個濺鍍靶的預(yù)濺鍍，必須花費(fèi)五小時五十四分三十四秒，其所消耗的測試基板為五批，總電積功率89千瓦小時，而本發(fā)明則花費(fèi)五小時九分，其所消耗掉的測試基板為四批，總電積功率為71千瓦小時，其中每一批包含24片測試基板。整體而言，本發(fā)明在測試基板的使用量、電積功率的消耗量以及預(yù)濺鍍時間的花費(fèi)上均較習(xí)知技術(shù)節(jié)省2 0％以上，因此不僅可以降低成本，更可以提高濺鍍靶的使用率。
值得一提的是，本發(fā)明在預(yù)濺鍍過程對于長形磁鐵所采用的掃瞄速度并不限定于140mm/s至200mm/s的范圍，只要符合等速掃瞄的原則，就可以在濺鍍靶的表面產(chǎn)生均勻的腐蝕消耗，而不會像習(xí)知技術(shù)會在濺鍍靶的二端產(chǎn)生過度的腐蝕消耗，但是長形磁鐵的掃瞄速度越低，其所造成濺鍍靶的腐蝕消耗量會越多，然而可給此減少長形磁鐵掃瞄往返的次數(shù)，而本發(fā)明在試驗(yàn)過程中采用160mm/s的掃瞄速度，主要是因?yàn)樵撍俣葹殡A梯掃瞄法中的掃瞄初始速度，過去對于那樣的掃瞄速度下，無論是機(jī)器設(shè)備參數(shù)的調(diào)整以及作業(yè)環(huán)境的設(shè)定，都已經(jīng)通過測試確定而不會對產(chǎn)品造成不良的影響，因此本發(fā)明的掃瞄速度范圍是以140mm/s到200mm/s較佳，并以160mm/s的掃瞄速度更佳，當(dāng)然，本發(fā)明并不限定以該速度進(jìn)行掃瞄，可配合實(shí)際狀況所需而測試調(diào)整之。
以上所述僅為本發(fā)明的提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法的較佳實(shí)施例，其并非用以限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，任何熟習(xí)該項(xiàng)技藝者在不違背本發(fā)明的精神所做的修改均應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求圍做為依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法，適用于一反應(yīng)室，其特征在于包括步驟提供一濺鍍靶；對上述濺鍍靶進(jìn)行離子轟擊；以等速方式驅(qū)動一長形磁鐵于上述濺鍍靶的背面來回掃瞄；以及直到上述濺鍍靶表面的雜質(zhì)去除之后，完成該濺鍍靶的預(yù)濺鍍。
2.如權(quán)利要求1所述的提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法，其特征在于濺鍍反應(yīng)室是利用一真空泵將其內(nèi)部抽真空至1至10mmtorr。
3.如權(quán)利要求1所述的提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法，其特征在于所述長形磁鐵的掃瞄速度為140mm/s至200mm/s。
4.如權(quán)利要求1所述的提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法，其特征在于所述長形磁鐵的掃瞄速度為160mm/s。
全文摘要
本發(fā)明公開了提高濺鍍靶使用率的預(yù)濺鍍方法，其步驟包括首先提供一濺鍍靶，再對濺鍍靶進(jìn)行離子轟擊，轟擊的過程中并以等速方式驅(qū)動一長形磁鐵于濺鍍靶的背面來回掃瞄，直到濺鍍靶表面的雜質(zhì)去除之后，完成濺鍍靶的預(yù)濺鍍。
文檔編號C23C14/34GK1480555SQ02132280
公開日2004年3月10日 申請日期2002年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月4日
發(fā)明者鄧敦和 申請人:瀚宇彩晶股份有限公司