專利名稱：小行星式磁電管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明廣義上涉及材料的濺鍍。本發(fā)明尤其是涉及磁電管的掃描動(dòng)作，其產(chǎn)生一磁場(chǎng)以增進(jìn)等離子體濺鍍。
背景技術(shù)：
濺鍍(或稱為物理氣相沉積；PVD)通常是用于制造半導(dǎo)體集成電路，尤其是供沉積用以形成電性互聯(lián)機(jī)的各層材料及相關(guān)材料。前些年的集成電路技術(shù)使用鋁用于金屬化層間的水平互連(horizontal interconnects)及垂直互連(vertical interconnects)，互連是通過具有相對(duì)適當(dāng)深寬比的通孔。此應(yīng)用需求用濺鍍?nèi)菀撰@得的快速沉積率及高均勻性。達(dá)成快速沉積率可部份地通過磁電管等離子體濺鍍，其中工作氣體(例如氬氣)被激發(fā)成為等離子體。帶有正電荷的氬離子被吸附至負(fù)偏壓金屬標(biāo)靶，且以足夠能量撞擊標(biāo)靶，以移動(dòng)(濺鍍)金屬原子離開該標(biāo)靶，其接著涂布與該標(biāo)靶相對(duì)放置的晶片(圓形襯底)。濺鍍速率是通過將磁鐵組件定位在該標(biāo)靶后而增強(qiáng)，磁鐵組件產(chǎn)生一平行該標(biāo)靶前表面的磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)捕捉電子且因此增加等離子體密度及濺鍍速率。最普遍型式的商業(yè)制造用磁電管使用一系列具有緊密分布的磁極的馬蹄型或類似磁鐵。該磁鐵配置在密集的腎狀路徑中。雖然該磁電管具有相當(dāng)大的總面積(即被外部極的外周邊包圍的面積)，該磁場(chǎng)在二極中僅僅延伸一相當(dāng)小的范圍。為達(dá)成沉積所需的均勻性，該腎狀磁電管會(huì)繞該標(biāo)靶中心旋轉(zhuǎn)。
更先進(jìn)的集成電路技術(shù)已對(duì)濺鍍提出不同且更困難的要求，且濺鍍的重點(diǎn)已從沉積水平互連轉(zhuǎn)移到沉積垂直通孔。先進(jìn)集成電路的高復(fù)雜度大部份已通過降低最小特征尺寸及特征間的間距而達(dá)成。由于大量裝置的復(fù)雜布線業(yè)已借著互連多個(gè)布線層次而達(dá)成，而此互連是通過通孔延伸通過一中間介電層(通常稱為層間介電層)。如圖1中的概要示范，下方介電層10(通常由二氧化硅或相關(guān)硅酸鹽玻璃形成)在其表面包括導(dǎo)電特征12。上方介電層14沉積于其上。通過覆蓋導(dǎo)電特征的上方介電層14蝕刻通孔16。通孔16的寬度被推向0.13微米及更少。0.10微米和甚至0.07微米的最小特征尺寸現(xiàn)正研發(fā)中。然而，層間介電層14的厚度可能會(huì)被限制到約0.7至1.0微米的最小值，以使干擾最小且防止介電放電。結(jié)果，通孔16可具有5∶1且更大的深寬比。濺鍍基本上是一大體上等向性彈道型制程，不利于達(dá)成高深寬比的孔。如果使用傳統(tǒng)的濺鍍用金屬填充孔16，該濺鍍可能會(huì)優(yōu)先涂布孔16的上方角落，且在底部被填充前加以封閉。
此外，由于小特征尺寸，必須使金屬與介電質(zhì)部分之間的擴(kuò)散最小化。因此，已發(fā)展出一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，以一薄阻障層20預(yù)涂布通孔16以及上方介電層14的平坦頂部，以防止通過它的明顯原子擴(kuò)散。用于鋁金屬化的典型阻障是鈦/氮化鈦雙層，而對(duì)于銅金屬化是鉭/氮化鉭，雖然其它阻障材料及組合已經(jīng)提出。為達(dá)此目的，阻障層20應(yīng)明顯及相當(dāng)均勻地涂布通孔16的側(cè)邊，且通常也涂布其底部。同樣的，濺鍍本質(zhì)上不適于側(cè)壁覆蓋。
近來許多努力已用在發(fā)展銅金屬化的技術(shù)。銅提供較低傳導(dǎo)性及減少電子遷移的優(yōu)勢(shì)。此外，銅可通過電化學(xué)電鍍(ECP)易于沉積，甚至進(jìn)入高深寬比孔中。然而，電化學(xué)電鍍銅需要在通過ECP沉積一厚銅層32前，涂布一銅籽晶層30(如圖2所示)至介電質(zhì)14的頂部及通孔16的側(cè)壁及底部。銅籽晶層30需求良好的底部及側(cè)壁覆蓋。銅濺鍍因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)性及優(yōu)良膜品質(zhì)，甚至對(duì)困難的幾何形狀也較佳。
可兼作為垂直電性互聯(lián)機(jī)或通孔及作為水平互聯(lián)機(jī)的厚ECP銅層32，通常是在一稱為雙鑲嵌的制程，其中一槽形成在介電層14的上半部分中，與介電層14底部中多個(gè)通孔互連。延伸到該渠溝上方及介電層14頂部的厚ECP銅層32的部份，是通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)移除。如在銅籽晶及阻障的應(yīng)用中所示，濺鍍較少用于沉積厚導(dǎo)電層，且多用以沉積較不規(guī)則幾何形狀的薄層，其被稱為襯層應(yīng)用。
當(dāng)通過傳統(tǒng)濺鍍沉積時(shí)，阻障層20及銅籽晶層30二者傾向于遭受相同型式的不均勻沉積，典型如圖3剖面圖中所示的濺鍍層36。在介電層14頂部上的毯覆式(blanket)或范圍部分38，與側(cè)壁部份40及底部42相比是相當(dāng)?shù)睾?。在高深寬比?6中的側(cè)壁部份與毯覆式部分38相比，通常顯現(xiàn)最低覆蓋，因此通常更受害于最小厚度44，厚度44需要維持在標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)之上，以提供到孔16底部的一電鍍電流路徑。而且，一懸空部分46傾向于在孔16的頂部形成具有一入口漸縮的孔徑48。雖然電鍍大體上能有效地將銅填入一高深寬比孔16中，但其傾向于將近共形，使得入口孔徑48可能在完成填充孔16底部前關(guān)閉。在銅中產(chǎn)生的空洞嚴(yán)重地影響生成裝置的效能及可靠性。一極薄的側(cè)壁區(qū)域44也會(huì)產(chǎn)生一包括在銅中的空洞。另外，側(cè)壁不對(duì)稱需要最小化，如下所述。
已了解到達(dá)成有效濺鍍阻障及銅籽晶層，可通過確保一高比率的離子化濺鍍金屬原子(阻障金屬或銅)，且通過射頻偏壓支持晶片的臺(tái)架。該射頻偏壓在晶片上產(chǎn)生一負(fù)直流偏壓，加速金屬離子朝向晶片。高前進(jìn)速度促成金屬離子穿透深入到高深寬比的孔中。此外，高能量離子傾向于從露出的懸空46蝕刻一些材料。
濺鍍工作氣體的一高密度等離子體增加了金屬離子化比率。已提出一些建議通過感應(yīng)地耦合額外射頻功率進(jìn)入室內(nèi)，以達(dá)到高密度等離子體。然而，感應(yīng)耦合反應(yīng)器傾向于需求導(dǎo)致高溫操作的高氬氣壓力，這可能使具有能量的氬離子被加速到晶片而造成損害。金屬離子化比率也可藉由增加直流標(biāo)靶功率而增加。然而，對(duì)于研發(fā)中的300毫米晶片技術(shù)及甚至對(duì)于200毫米晶片而言，此方式造成需求的電力供應(yīng)費(fèi)用變成極高。同時(shí)，變得難以控制該標(biāo)靶溫度，且又需要用于冷卻標(biāo)靶的另一電力。
由Fu公開于美國(guó)專利6,183,614號(hào)(以引用方式全數(shù)并入本文)中的另一且較佳方式(有時(shí)稱為自離子化等離子體(SIP)濺鍍)，尤其是可用于阻障層或籽晶的濺鍍，其中只沉積極薄的數(shù)層，例如厚度為150奈米或更少的一范圍，其在該孔中產(chǎn)生一更薄的側(cè)壁厚度。SIP濺鍍能以公知的平面標(biāo)靶在大體上公知且廉價(jià)的磁電管濺鍍反應(yīng)器室中實(shí)施。相反地，感應(yīng)耦合反應(yīng)器需求以一昂貴新式設(shè)計(jì)的感應(yīng)線圈，及使用昂貴復(fù)雜形狀標(biāo)靶的空心陰極或拱形標(biāo)靶反應(yīng)器。SIP濺鍍是基于一小型但強(qiáng)力磁電管，其集中高密度等離子體區(qū)域于一該標(biāo)靶的一相當(dāng)小區(qū)域上。結(jié)果，約20至40千瓦的一些適當(dāng)電源供應(yīng)可用以在覆蓋該磁電管的標(biāo)靶部份產(chǎn)生一非常高效率的功率密度。該高密度等離子體產(chǎn)生金屬離子的一高離子化比率，估計(jì)約為20％或更多。金屬離子受臺(tái)架電極的射頻偏壓吸引，以促成涂布深孔的側(cè)邊。
在SIP濺鍍中，金屬離子密度可能升到足夠高，使一明顯比率的金屬離子被吸回到已偏壓標(biāo)靶，以再濺鍍?cè)摌?biāo)靶，因此稱為自離子化等離子體。結(jié)果，一旦該等離子體被激起，該室內(nèi)的氬氣壓力可減少至5毫托或更少，通常是少于0.5毫托。壓力的減少會(huì)減少金屬離子在其至晶片的途中散射的可能性，以及減少氬氣加熱晶片。一金屬離子與氬氣的碰撞將可能中和金屬原子。在銅濺鍍的例子中，在正常情況下，氬氣可以在一稱為自維持濺鍍(SSS)的制程中完全移除。
不平衡磁電管也有利于SIP濺鍍，該磁電管包括一垂直磁極性的一內(nèi)磁極，其由一相反極性的外磁極圍繞。外磁極的總磁力或強(qiáng)度(即對(duì)外磁極面積積分的磁通量)實(shí)質(zhì)上系大于內(nèi)磁極，例如至少有1.5倍且較佳是2倍或更多。該磁電管的密閉形狀減輕鄰近標(biāo)靶的高密度等離子體的電子損耗。該不平衡磁場(chǎng)導(dǎo)致磁力線投射遠(yuǎn)離較強(qiáng)的外磁極朝向晶片。投射磁場(chǎng)線同時(shí)支持更密集等離子體且導(dǎo)引金屬離子朝向晶片。
通過將小型磁電管繞標(biāo)靶的中心旋轉(zhuǎn)，可在SIP中達(dá)到濺鍍均勻性及完全標(biāo)靶侵蝕的合理程度，且藉由使磁電管形狀有利于該標(biāo)靶較外部份。在一具體實(shí)施例中，該不平衡磁電管的外磁極具有一大體上三角形狀，其具有置放內(nèi)磁極的三角形內(nèi)孔徑。最小銳角的頂角通常約20至35度，且該三角形磁極的銳角頂點(diǎn)覆蓋或接近旋轉(zhuǎn)中心。三角形磁極的底接近外部周邊，且可彎曲以循標(biāo)靶周圍。
雖然旋轉(zhuǎn)三角形磁電管提供合理地適當(dāng)均勻性用于平面或毯覆式沉積，對(duì)于高深寬比孔中的薄襯層的均勻性是一復(fù)雜的要求，正如參考圖3部份說明的那樣。側(cè)壁覆蓋率需要相當(dāng)高，且其需要均勻地遍及大型晶片。再者，在一側(cè)壁上的側(cè)壁覆蓋不能與相對(duì)側(cè)壁上的側(cè)壁覆蓋明顯地不同。即，在晶片上所有點(diǎn)處的側(cè)壁覆蓋應(yīng)該對(duì)稱。對(duì)于中性濺鍍?cè)?，靠近晶片邊緣的沉積均勻性及側(cè)壁對(duì)稱將難以達(dá)到，因?yàn)檫吘壥秋@著地暴露于主要由該標(biāo)靶內(nèi)側(cè)引起的大體上異向性的中性通量。來自不平衡三角形磁電管的投射磁場(chǎng)在徑向非常不均勻，且其不均勻性無法只以周圍式掃描補(bǔ)償。在最佳化均勻性及深孔涂布的許多因數(shù)中，三角形設(shè)計(jì)受限于其本身極少的獨(dú)立設(shè)計(jì)參數(shù)。已提供各種型式的輔助磁鐵以補(bǔ)償在三角形磁電管中固有的不均勻磁場(chǎng)，但此等設(shè)計(jì)受害于其本身的缺陷。即使一圓形磁電管也會(huì)產(chǎn)生沿其徑向變化的磁場(chǎng)。
周圍掃描式磁電管顯現(xiàn)出在徑向不均勻侵蝕的另一問題。此問題即使當(dāng)具有相當(dāng)大尺寸的磁電管(諸如公知的腎狀磁電管)時(shí)也會(huì)發(fā)生。對(duì)于三角形SIP磁電管，在初始平面標(biāo)靶表面54下方的典型侵蝕模式52顯示在圖4中，其用于具有該濺鍍材料(諸如鉭)的一標(biāo)靶層的磁電管，該材料沿一接口56結(jié)合到較不昂貴且較易于加工的不同材料的背板上。不同的圓槽狀侵蝕路徑會(huì)發(fā)展出。只以有利于SIP濺鍍的小型磁電管的周圍掃描，難以達(dá)到標(biāo)靶中心的高使用率。雖然不均勻侵蝕可通過使用大型腎狀磁電管減少，其仍發(fā)生到一明顯程度。標(biāo)靶的壽限系取決于背板的首先暴露。進(jìn)一步的濺鍍會(huì)以不符合需求的背板材料污染該晶片，且該標(biāo)靶必須拋棄或至少重新拋光以具有一新標(biāo)靶層。不均勻侵蝕產(chǎn)生不良的整體標(biāo)靶使用率，在所示實(shí)例中約占38％。當(dāng)使用一體式標(biāo)靶而無一不同背板時(shí)(如通常用于鋁或銅濺鍍時(shí))，考率則稍有不同，但不良標(biāo)靶使用導(dǎo)致侵蝕痕跡仍是問題。因此通常需求達(dá)到更均勻?yàn)R鍍，以避免在修復(fù)標(biāo)靶時(shí)的過度花費(fèi)及停機(jī)時(shí)間。
對(duì)于SIP濺鍍而言，磁電管的設(shè)計(jì)直接影響三大課題(1)橫跨該晶片的一薄層的均勻厚度及尤其是對(duì)稱側(cè)壁覆蓋；(2)均勻標(biāo)靶侵蝕；及(3)濺鍍?cè)拥碾x子化比率。難以使一磁電管設(shè)計(jì)對(duì)于所有三因子均最佳化。因此需求解除一些此等課題的最佳化的耦合。
用于各種應(yīng)用的磁電管濺鍍?cè)谛螤罴按艌?chǎng)強(qiáng)度上具有不同要求。此變異產(chǎn)生商業(yè)性問題。雖然令人滿意的濺鍍反應(yīng)器已經(jīng)針對(duì)大多數(shù)此等應(yīng)用設(shè)計(jì)，通常反應(yīng)器及其等的磁電管具有明顯不同設(shè)計(jì)。數(shù)量日增的不同型式反應(yīng)器及磁電管，在設(shè)計(jì)、分布及維護(hù)如此多不同型式反應(yīng)器時(shí)會(huì)造成費(fèi)用及存貨的損失。因此需求獲得用于濺鍍反應(yīng)器及其磁電管的通用設(shè)計(jì)，其中在設(shè)計(jì)中的小改變及改變操作參數(shù)，允許相同設(shè)計(jì)被用于不同應(yīng)用中。
各種建議已經(jīng)提出繞一圓形標(biāo)靶以周圍及徑向掃描一磁電管，通常是依繞標(biāo)靶中心的主要旋轉(zhuǎn)的一周轉(zhuǎn)圓模式，及一繞該主要旋轉(zhuǎn)的臂末端的次要旋轉(zhuǎn)。參見例如Freeman等人的美國(guó)專利第4,714,536號(hào)及Tomer等人的美國(guó)專利5,126,029號(hào)。Freeman的設(shè)計(jì)似乎較實(shí)用，但其苦于無法旋轉(zhuǎn)該磁電管靠近或越過標(biāo)靶中心，且其傾向于過度振動(dòng)。Tomer的設(shè)計(jì)允許中心掃描，但其固定且具內(nèi)齒的周圍齒輪大而不便。Tomer的設(shè)計(jì)是關(guān)于使由大型磁電管產(chǎn)生的不均勻侵蝕痕跡平順化。

發(fā)明內(nèi)容
一行星式磁電管可用于一等離子體濺鍍反應(yīng)器，供增加濺鍍沉積的均勻性、更完全的標(biāo)靶利用率、且增加等離子體密度。該磁電管可針對(duì)高等離子體密度最佳化(例如，藉由一小型圓形設(shè)計(jì))，同時(shí)該行星式運(yùn)動(dòng)可針對(duì)均勻膜厚度及完全標(biāo)靶利用率最佳化。
一行星式機(jī)構(gòu)造成磁電管(較佳是包括遠(yuǎn)小于該標(biāo)靶的磁鐵組件)執(zhí)行行星或周轉(zhuǎn)圓式運(yùn)動(dòng)，其中磁鐵組件同時(shí)以一軌道式運(yùn)動(dòng)繞標(biāo)靶的中心旋轉(zhuǎn)，且在一行星式旋轉(zhuǎn)中繞一也對(duì)該標(biāo)靶中心旋轉(zhuǎn)的軸旋轉(zhuǎn)。該機(jī)構(gòu)較佳是允許磁鐵組件掃描通過標(biāo)靶中心。該運(yùn)動(dòng)最好是逆行(retrograde)行星式運(yùn)動(dòng)，其中該行星式旋轉(zhuǎn)系與軌道式旋轉(zhuǎn)相反，但前行式行星運(yùn)動(dòng)提供許多相同結(jié)果。
在一具體實(shí)施例中，由齒輪比或其它嚙合比測(cè)量出的旋轉(zhuǎn)比1∶03比6為較佳，但應(yīng)避免整數(shù)值。從約1.2至約1.66及從約2.5至4.97的旋轉(zhuǎn)比，可在標(biāo)靶中心提供比標(biāo)靶周邊明顯較大的速度。較佳的是，嚙合比不應(yīng)太接近整數(shù)值，其將產(chǎn)生一極小量的瓣?duì)疃虼水a(chǎn)生不良的標(biāo)靶利用率。齒輪比最好是根據(jù)在固定及不相稱(即沒有公約數(shù))隨動(dòng)齒輪中的齒數(shù)。對(duì)于通常可用的齒輪，此要求通?？山逵梢积X輪中的奇數(shù)齒及另一個(gè)中的偶數(shù)齒，或用于二齒輪的二不同奇數(shù)齒而滿足。
該行星式機(jī)構(gòu)可包括一具齒輪的機(jī)構(gòu)，其包括一繞標(biāo)靶中心軸配置的內(nèi)齒輪、一沿該軸延伸且旋轉(zhuǎn)一驅(qū)動(dòng)板的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸、一支撐在該驅(qū)動(dòng)板上且與該內(nèi)齒輪嚙合的惰輪，及一支撐在驅(qū)動(dòng)板上且與該惰輪嚙合的隨動(dòng)齒輪。一位于驅(qū)動(dòng)板及標(biāo)靶間的底板被固定至隨動(dòng)齒輪的軸，且與它一同旋轉(zhuǎn)。一磁鐵組件倚靠與標(biāo)靶背面相鄰的該底板的一端，且執(zhí)行逆行行星式運(yùn)動(dòng)。其它具齒輪行星式機(jī)構(gòu)的特征也可應(yīng)用于帶狀行星式機(jī)構(gòu)。
該內(nèi)齒輪可固定，該例中介于隨動(dòng)與固定內(nèi)齒輪間的齒輪比，決定隨動(dòng)齒輪與附接磁鐵組件及驅(qū)動(dòng)板間的旋轉(zhuǎn)比，即行星式及軌道式旋轉(zhuǎn)速率比。磁鐵組件在標(biāo)靶中心及標(biāo)靶周邊的速度比，由齒輪比且額外由自標(biāo)靶中心至隨動(dòng)齒輪及自隨動(dòng)齒輪至磁鐵組件間的旋轉(zhuǎn)臂的比而決定。
較佳的是，一第一平衡件支撐在驅(qū)動(dòng)板上與隨動(dòng)齒輪相反的末端，且一第二平衡件支撐在底板上與磁鐵組件相反的末端。
該內(nèi)齒輪可另由一第二旋轉(zhuǎn)軸加以旋轉(zhuǎn)。
標(biāo)靶侵蝕的輪廓的控制，可藉由調(diào)變行星式機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)頻率，或藉由將標(biāo)靶功率調(diào)變成旋轉(zhuǎn)位置(尤其是在標(biāo)靶上磁鐵組件的徑向位置)的一函數(shù)。在一具體實(shí)施例中，當(dāng)磁電管接近標(biāo)靶中心時(shí)，旋轉(zhuǎn)速率會(huì)增加或標(biāo)靶功率降低。一部份置于磁鐵組件上的位置感應(yīng)器可用于使旋轉(zhuǎn)或功率調(diào)變與磁鐵組件的徑向位置同步。
該行星式機(jī)構(gòu)可包括二行星階段(stage)，其具有經(jīng)選定用于最佳化濺鍍圖案的三臂長(zhǎng)及二齒輪比。該具齒輪的行星式機(jī)構(gòu)或者能以一具有向內(nèi)突出齒的固定外齒輪實(shí)施，其嚙合在驅(qū)動(dòng)板上旋轉(zhuǎn)的隨動(dòng)齒輪。無須惰齒輪。
該行星式機(jī)構(gòu)或者可包括一帶式機(jī)構(gòu)，其包括一繞中心軸的主動(dòng)輪，一沿該軸延伸且旋轉(zhuǎn)一驅(qū)動(dòng)板的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸、一支撐在該驅(qū)動(dòng)板上的隨動(dòng)滑輪、及一環(huán)繞該主動(dòng)輪及隨動(dòng)滑輪的帶件。位于驅(qū)動(dòng)板下方的底板及附接磁電管被固定到隨動(dòng)滑輪的軸，且隨之旋轉(zhuǎn)。該主動(dòng)輪可固定或由一分離的驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。
該小型磁鐵組件(較佳是具有不超過被掃描標(biāo)靶的面積的10％)可為一不平衡的磁電管，具有一沿中央標(biāo)靶軸的極性的弱內(nèi)磁極，其由一相反極性的較強(qiáng)外磁極圍繞。二磁極的整體磁通量的比最好是至少1.5且較佳是至少2。對(duì)于深孔填充，磁通量比進(jìn)一步增加至3或5或甚至更多較有利。額外的磁通量可藉由多列緊密堆積的圓柱狀磁鐵或藉由一磁性環(huán)形件(可能由多個(gè)弧形節(jié)段組成)提供。該小型磁鐵組件或者可為一已平衡的磁電管，具有相等強(qiáng)度的內(nèi)與外相反的箍狀磁極，由一間隙隔開。在任一例中，磁鐵組件可為圓形對(duì)稱或可具有其它形狀。
對(duì)于不平衡磁電管，可使用輔助同軸電磁鐵，較佳是提供能量以在其等的內(nèi)孔產(chǎn)生磁場(chǎng)，平行(非不平行)由強(qiáng)外磁電管磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)，因此提供投射磁場(chǎng)至該基材。該同軸電磁鐵可環(huán)置于標(biāo)靶與基材之間或在基材后的處理空間。后置電磁鐵的內(nèi)孔可小于基材的直徑。如果使用二種電磁鐵，側(cè)置者大于后置者的比最好至少1.5或更佳是2。


圖1及圖2是可應(yīng)用本發(fā)明的濺鍍?cè)O(shè)備的集成電路通孔結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖3是顯示濺鍍沉積不均勻性的典型的一通孔結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖4是一濺鍍標(biāo)靶的徑向侵蝕模式的圖形。
圖5是一具齒輪的行星式磁電管的立體圖。
圖6是圖5的行星式磁電管的頂視平面圖。
圖7及圖8是在行星式運(yùn)動(dòng)下的磁鐵組件的路徑圖形。
圖9是一結(jié)合圖5及圖6的行星式磁電管的濺鍍反應(yīng)器的剖面?zhèn)纫晥D。
圖10是一使用在圖9的濺鍍反應(yīng)器的磁電管組件的剖面?zhèn)纫晥D。
圖11是一不平衡的圓形對(duì)稱磁鐵組件的剖面圖。
圖12是圖11的磁鐵組件沿線12-12的底視圖。
圖13是由一不平衡圓形磁電管產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布的概要示范。
圖14及圖15是二替代性圓形對(duì)稱磁鐵組件的剖面底視圖。
圖16是一繪出由三種型式的磁電管所產(chǎn)生的電氣特征的圖表。
圖17是對(duì)于一階段行星式運(yùn)動(dòng)，計(jì)算出的徑向位置隨時(shí)間的一函數(shù)的圖表。
圖18是對(duì)于一階段行星式運(yùn)動(dòng)，計(jì)算出的速度平方隨時(shí)間的-函數(shù)的圖表。
圖19是根據(jù)圖17中計(jì)算出的徑向位置，及需求位置隨時(shí)間的一函數(shù)的圖表。
圖20是對(duì)于一階段行星式運(yùn)動(dòng)及對(duì)于臂長(zhǎng)的二比值，徑向速度平方相對(duì)于半徑的圖表。
圖21是圖20中徑向速度平方的倒數(shù)的圖表。
圖22是一包括一行星式磁電管及輔助同軸線圈的濺鍍反應(yīng)器的概要側(cè)視圖。
圖23是一在圖22的濺鍍反應(yīng)器中產(chǎn)生的磁場(chǎng)的概要圖式。
圖24是一包括該旋轉(zhuǎn)頻率的調(diào)變的行星式磁電管組件的概要側(cè)視圖。
圖25是一包括標(biāo)靶功率的調(diào)變的行星式磁電管組件的概要側(cè)視圖。
圖26是一兩段式行星式掃描磁電管的頂視平面圖。
圖27是圖26的掃描式磁電管的一立體圖。
圖28是一包括一偏心齒輪的掃描式磁電管組件的部份的概要頂視平面圖。
圖29是一具有一偏離惰齒輪的掃描式磁電管組件的部份的概要頂視圖。
圖30是另一型式的具齒輪行星式機(jī)構(gòu)的一頂視平面圖。
圖31是一帶式行星式磁電管組件的概要頂視平面圖。
圖32是一已平衡窄間隙圓形磁鐵組件的底視平面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一主要具體實(shí)施例依靠一行星式機(jī)構(gòu)，例如使用-段式行星式齒輪系統(tǒng)，以允許一小型圓形對(duì)稱磁電管完全覆蓋濺鍍標(biāo)靶。該行星式機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一行星式運(yùn)動(dòng)，類似于行星表面上的一點(diǎn)繞恒星而軌道運(yùn)行，同時(shí)該行星繞其本身的極軸執(zhí)行行星式旋轉(zhuǎn)?；蛘呤瞧淇煽闯梢恍l(wèi)星繞一行星而軌道運(yùn)行，且該行星同時(shí)繞恒星旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。在此具體實(shí)施例的磁電管中，衛(wèi)星的軌道軸平行但離開行星的軌道軸，且該軌道為繞該軌道軸的圓形。該磁電管的磁鐵組件離開且繞行星軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)該行星軸在軌道上運(yùn)行或繞軌道軸旋轉(zhuǎn)，因而產(chǎn)生一復(fù)雜的軌跡，用于固定第二行星式臂的末端處的磁電管。在逆行行星式運(yùn)動(dòng)中，行星式旋轉(zhuǎn)的方向與軌道式旋轉(zhuǎn)的方向相反。
在如圖5立體圖所示的一齒輪在具體實(shí)施例中，一磁電管組件60包括一固設(shè)于一固定圓形架64的固定齒輪62，其經(jīng)由二安裝板66、68附接于磁電管殼體的一未顯示頂部壁。一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸70沿一中央室的軸72與固定齒輪62同軸，且通過固定齒輪62以支撐其下方的一附接主承載器或驅(qū)動(dòng)板74，其據(jù)以繞固定齒輪62的中心72旋轉(zhuǎn)，且作為行星式驅(qū)動(dòng)器。一中央或惰齒輪76被自由地且旋轉(zhuǎn)地支撐在驅(qū)動(dòng)板74上，但其齒是嚙合固定齒輪62的齒。一旋轉(zhuǎn)或隨動(dòng)齒輪78同樣自由且旋轉(zhuǎn)地支撐在驅(qū)動(dòng)板74上，且其齒是嚙合惰齒輪76的齒。結(jié)果，也如圖6中的頂視平面圖所示范，當(dāng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸70旋轉(zhuǎn)且驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)板74時(shí)，惰齒輪76及隨動(dòng)齒輪78隨之繞中心軸72旋轉(zhuǎn)(例如在逆時(shí)針方向)，且惰齒輪76在逆時(shí)針方向繞其本身的軸旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，隨動(dòng)齒輪78繞其本身的軸在相反(順時(shí)針)方向旋轉(zhuǎn)。
隨動(dòng)齒輪78固設(shè)在且支撐在一位于驅(qū)動(dòng)板74下方的底板80，使得該底板80因此連同隨動(dòng)齒輪78旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樵搼覓旒皯冶墼O(shè)計(jì)，底板80可經(jīng)由中心軸72旋轉(zhuǎn)。一磁鐵組件84被支撐于底板80的一端下面，且一磁鐵平衡件86被支撐于底板80的其它端下面。另一磁鐵平衡組件88附接于驅(qū)動(dòng)板74的其它端。驅(qū)動(dòng)板74及底板80將可另稱為臂，雖然所述臂長(zhǎng)是從臂的旋轉(zhuǎn)中心測(cè)量到外部支撐點(diǎn)。平衡件86、88最好實(shí)施為一體的圓形對(duì)稱狀。此齒輪配置造成磁鐵組件84執(zhí)行一周轉(zhuǎn)圓或行星式運(yùn)動(dòng)，具有一沿驅(qū)動(dòng)板74延伸而長(zhǎng)度為A1的主要旋轉(zhuǎn)臂，及一延伸通過底板80而長(zhǎng)度為A2的第二旋轉(zhuǎn)臂。請(qǐng)參考圖6，該行星式機(jī)構(gòu)使相對(duì)較小的磁鐵組件84掃過實(shí)質(zhì)上一大許多的標(biāo)靶90(其也是繞其中心軸72呈圓形對(duì)稱)的整個(gè)可用表面。
雙重平衡使磁電管在其復(fù)雜運(yùn)動(dòng)中的振動(dòng)最小，不管在該旋轉(zhuǎn)組件的底部處缺乏機(jī)械支撐。較佳的是，磁鐵組件84及其平衡件86，具有相同質(zhì)量且具有相對(duì)隨動(dòng)齒輪78中心的相同旋轉(zhuǎn)臂。同樣地，主要平衡件88較佳是具有與其平衡的全部組件相同的質(zhì)量且具有相對(duì)中心軸72的相同旋轉(zhuǎn)臂。彼此平衡的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)在90％內(nèi)，且較佳是在95％內(nèi)。
該行星式運(yùn)動(dòng)(如詳見在圖6頂視圖中所示)包括驅(qū)動(dòng)板74繞中心軸72的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。由驅(qū)動(dòng)板74承載的該惰及隨動(dòng)齒輪76、78也隨之繞中心軸72旋轉(zhuǎn)但額外地繞其自身的軸旋轉(zhuǎn)，惰齒輪76額外地逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而隨動(dòng)齒輪78額外地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。承載于固設(shè)到隨動(dòng)齒輪78的底板80的磁鐵組件84也在一繞中心軸72的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)軌道上旋轉(zhuǎn)，且額外地施行圍繞隨動(dòng)齒輪78的軸的順時(shí)針行星式旋轉(zhuǎn)。磁鐵組件的該等二相反旋轉(zhuǎn)方向稱為一逆行行星式運(yùn)動(dòng)。隨動(dòng)齒輪78的旋轉(zhuǎn)速率系與驅(qū)動(dòng)軸70的旋轉(zhuǎn)速率直接相關(guān)(此相關(guān)依據(jù)固定以及隨動(dòng)齒輪62、78間的齒輪比RG)。對(duì)于概示的具齒輪行星式系統(tǒng)，齒輪比G等于隨動(dòng)與固定齒輪78、62的直徑比G＝DFIXED/DFOLLOWER，
雖然齒輪比更主要是由齒輪的齒數(shù)比決定G＝NFIXED/NFOLLOWER，其中在二齒輪62、78的齒被沿各自的周圍空間上等距分隔的情況下二等式相等。這些等式并未考慮齒輪比G的符號(hào)，即該齒輪配置是產(chǎn)生正行或逆行運(yùn)動(dòng)。可將一或多個(gè)惰齒輪置于固定與隨動(dòng)齒輪62、78間。如果一個(gè)別的惰齒輪以相同的齒數(shù)嚙合其二相鄰的齒輪，該齒輪比G將不受影響。然而，如果該惰齒輪包括不同直徑的二同軸齒輪部份，該比將影響整個(gè)齒輪比。如何計(jì)算更復(fù)雜齒輪配置的齒輪比已屬公知技術(shù)。
該行星式齒輪系統(tǒng)可變化以達(dá)到不同操作結(jié)果。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)絕佳的結(jié)果可在具有一圓形對(duì)稱磁電管的例中獲得，是當(dāng)磁電管的二臂具有大約相等長(zhǎng)度、例如一介于0.66及4間的比、其中該行星式運(yùn)動(dòng)系逆行、且其中在隨動(dòng)與固定齒輪間的齒輪比是非整數(shù)。所述將近相等臂長(zhǎng)(各等于標(biāo)靶半徑的半)允許圓形磁電管自標(biāo)靶90的周邊掃向其中心且越過中心72，因此允許完全標(biāo)靶覆蓋。大于2的齒輪比產(chǎn)生一如圖7中所示的密集路徑92，其中鉆石狀標(biāo)記了相等時(shí)間區(qū)間，且代表磁鐵組件84的中心。此路徑92是針對(duì)一1∶3.15的齒輪比、行星式臂的主要臂是0.8、及隨動(dòng)齒輪反轉(zhuǎn)(即逆行行星式運(yùn)動(dòng))計(jì)算出。
路徑92被假設(shè)為一中等規(guī)模磁鐵組件84的中心，使得該磁鐵組件的磁性部份可接近或可越過標(biāo)靶中心72。圖5、6的磁電管組件的完整平衡，允許免除一中心支撐柱件(這在Freeman設(shè)計(jì)中會(huì)阻止越過標(biāo)靶中心的掃描)。大體上，瓣?duì)顢?shù)目(在此對(duì)于驅(qū)動(dòng)板的單一旋轉(zhuǎn)約為3)大約等于正行或者逆行行星式運(yùn)動(dòng)的齒輪比。然而，如果齒輪比不是一整數(shù)值，該圖案不會(huì)在所示的相當(dāng)短區(qū)間中重復(fù)。而是該瓣?duì)罹哂袣q差以更均勻地覆蓋標(biāo)靶90。
如果齒輪比是相當(dāng)接近1，在逆行運(yùn)動(dòng)中的路徑是大體上繞一偏離中心的圓，但該餅圖案對(duì)非一的值有歲差。另一方面，在正行運(yùn)動(dòng)中的對(duì)應(yīng)路徑系心臟形曲線，其中心處速度接近0。
圖7中所示的路徑92用于該驅(qū)動(dòng)軸的單次旋轉(zhuǎn)，其對(duì)于一60rpm的旋轉(zhuǎn)代表約1秒。圖8所示的路徑90延伸超過6秒?？深A(yù)見約10秒的掃描將提供標(biāo)靶的完全覆蓋，且代表一完全覆蓋周期。雖然理想中的濺鍍時(shí)間應(yīng)為一完全覆蓋周期(所示實(shí)例中為10秒)或其整數(shù)倍，以防止在連續(xù)完整掃描間的不均勻重迭，事實(shí)上，對(duì)于具有將近整數(shù)齒輪比的逆行行星式運(yùn)動(dòng)，該濺鍍圖案具有一接近多重方位角對(duì)稱，因此對(duì)于一合理地大射程長(zhǎng)度，該方位角的非均勻性通常不是明顯問題。從以下導(dǎo)出的方程式中，可明白具優(yōu)勢(shì)的速度差可在1至6的范圍中獲得，較佳是1.5至5，其中整數(shù)值不符合需求，因?yàn)槿狈σ粴q差。正行行星式旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生具有一不同形狀路徑的大約相同侵蝕圖案，且大體上具有一相對(duì)于固定坐標(biāo)更大的變異。
薄膜沉積均勻性將可通過減少在標(biāo)靶的近似且甚至均勻侵蝕中軌跡92本身重復(fù)的時(shí)間區(qū)間而改進(jìn)。侵蝕不均勻性可藉由使軌跡92中瓣?duì)畹臄?shù)目及重迭最大化而改進(jìn)。此可易于藉由確保在固定及隨動(dòng)齒輪62、78中的齒數(shù)N1及N2為不相稱而達(dá)成(即不含公約數(shù))。例如，一25∶22的齒輪比是優(yōu)于一24∶22的齒輪比。一組供測(cè)試實(shí)施的齒輪比具有35∶22＝1.59的齒輪比，導(dǎo)致一22秒的重復(fù)周期。至于許多有用及實(shí)際的齒輪比，齒數(shù)是介于16及80，此要求導(dǎo)致一奇及一偶的齒數(shù)，或二不同的奇數(shù)。
如果軌跡92的瓣?duì)畈惶也皇欠浅＞o密分布，均勻性也可針對(duì)短且可變的濺鍍時(shí)間加以改進(jìn)。如果齒輪比G不但不是整數(shù)且不接近一整數(shù)，此條件會(huì)符合，例如G與任何整數(shù)的差至少為0.1且較佳是至少0.2(例如介于3.1與3.9或3.2與3.8)。然而，正好為整數(shù)的半、三分的一或三分的二整數(shù)值(即例如3-1/2、3-1/3及3-2/3)及其類似者亦應(yīng)避免，因?yàn)榕浜弦缓侠泶簖X輪齒數(shù)的不相稱齒輪比的需求。
無平衡件及固定支撐結(jié)構(gòu)的磁電管60(圖9中概示)可用在一相當(dāng)熟知的等離子體濺鍍反應(yīng)器100中，其具有一繞中心軸72配置的室本體102。在此具體實(shí)施例中，一連接至軸70的馬達(dá)104以一固定旋轉(zhuǎn)速率(100rpm)繞中心軸72旋轉(zhuǎn)該行星式磁電管60。
金屬化標(biāo)靶90是通過到轉(zhuǎn)接器110的環(huán)狀隔離件108而真空密封，轉(zhuǎn)接器110被密封到本體102上且允許易于調(diào)整標(biāo)靶與晶片間的間隙。一真空泵112通過一泵接口114抽吸室102的內(nèi)部。一氣源116供應(yīng)濺鍍工作氣體(諸如氬)經(jīng)由一質(zhì)量流控制器118進(jìn)入室102。如果需求反應(yīng)式濺鍍(例如)一金屬氮化物，則也會(huì)供應(yīng)一反應(yīng)氣體(在實(shí)例中諸如氮?dú)?。
一晶片120被支撐于一臺(tái)架電極122上與標(biāo)靶90相對(duì)。一晶片卡環(huán)124可用以支撐晶片120到臺(tái)架122或保護(hù)臺(tái)架周邊?，F(xiàn)代反應(yīng)器使用靜電夾盤以?shī)A定晶片120至臺(tái)架122。一支撐在轉(zhuǎn)接器110上的電性接地遮蔽件126會(huì)保護(hù)室壁及臺(tái)架側(cè)邊，以防止濺鍍沉積且也作為在等離子體放電中的陽(yáng)極。工作氣體經(jīng)由一在卡環(huán)124與遮蔽件126間的間隙128進(jìn)入主處理范圍。其它遮蔽配置可包括一在主要遮蔽件126內(nèi)側(cè)的電性浮動(dòng)次要遮蔽件，且貫穿由次要遮蔽件保護(hù)的主要遮蔽件126，以促進(jìn)氣體流入處理范圍。
一直流電源供應(yīng)器130相對(duì)于接地遮蔽件126負(fù)向偏壓標(biāo)靶90，且造成氬工作氣體放電成為等離子體。具正電荷的氬離子帶著足夠能量被吸引到標(biāo)靶90，以自標(biāo)靶90濺鍍金屬，且被濺鍍的金屬沉積至且涂布于晶片120的表面上。對(duì)于深孔填充，一射頻電源供應(yīng)器132較佳是通過一電容式耦合電路134連接至臺(tái)架電極122(其作為一高通濾波器)，以在晶片上120產(chǎn)生一負(fù)直流自偏壓。該自偏壓對(duì)加速正金屬離子以垂直軌跡朝向晶片120是有效的，使其更易于進(jìn)入高深寬比的孔中。該自偏壓也將高能量賦予該等離子，其可受控制以有區(qū)別地濺鍍沉積及濺鍍蝕刻晶片120。一控制器136依照需求的濺鍍條件控制真空泵112、氬質(zhì)量流控制器118及電源供應(yīng)器130、132。
磁電管60產(chǎn)生一磁場(chǎng)分量，其平行于圓形磁鐵組件84的瞬時(shí)位置底下方的標(biāo)靶90面，且因而產(chǎn)生一高密度等離子體的小區(qū)域138，該高密度等離子體在標(biāo)靶90的鄰近部份產(chǎn)生一高濺鍍速率及一高金屬離子化比率。該未平衡磁鐵組件84也產(chǎn)生磁場(chǎng)分量，其從標(biāo)靶90投射離開朝向晶片120，且導(dǎo)引金屬離子至晶片120。圓形對(duì)稱磁鐵組件84產(chǎn)生一圓形對(duì)稱磁場(chǎng)分布用于磁場(chǎng)的平行及投射分量。
磁鐵組件84施行一繞與標(biāo)靶90中心吻合的中心軸72的行星式運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)參考圖5及圖6，驅(qū)動(dòng)軸70沿中心軸72延伸且繞其旋轉(zhuǎn)，以在繞中心軸72的軌道式運(yùn)動(dòng)中可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)該承載或驅(qū)動(dòng)板74。嚙合固定齒輪62(其支撐結(jié)構(gòu)未顯示于第6圖)的惰齒輪76及隨動(dòng)齒輪78(其嚙合惰齒輪76)，可旋轉(zhuǎn)地支撐于軌道運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)板74上，以繞其各自的軸旋轉(zhuǎn)。將磁鐵組件84支撐于一側(cè)的底板80，由隨動(dòng)齒輪78繞隨動(dòng)齒輪軸旋轉(zhuǎn)。
磁鐵組件84因而施行一行星式運(yùn)動(dòng)，其設(shè)計(jì)可通過適當(dāng)選擇能掃過或隨意接近標(biāo)靶90中心72及標(biāo)靶軌跡的臂長(zhǎng)及磁鐵大小。獲得完全覆蓋可通過使二板74、80懸空離開軸70。圖5的二平衡件86、88允許此偏心及懸臂運(yùn)動(dòng)而無過度的振動(dòng)。然而，通常會(huì)需要磁鐵組件84的強(qiáng)磁部份不通過中心軸72，因?yàn)榇送ǔ．a(chǎn)生過量的中心侵蝕。而且，磁鐵組件84的機(jī)械部份可能需要通過標(biāo)靶中心72，且甚至通常需求的掠過軌跡會(huì)阻止旋轉(zhuǎn)磁電管在其面對(duì)標(biāo)靶的側(cè)上的明顯機(jī)械支撐件。
磁電管組件150的更詳細(xì)剖面圖顯示在圖10中。標(biāo)靶90包括一附接至標(biāo)靶背板154的待濺鍍材料的一標(biāo)靶層152。在直流磁電管濺鍍中，標(biāo)靶材料通常是金屬，因此其可被電性偏壓。一頂蓋156系經(jīng)由一環(huán)形隔離件158固設(shè)至標(biāo)靶背板154，及圍繞且密封一空腔160，其內(nèi)有一水冷式磁電管會(huì)旋轉(zhuǎn)。隔離件158允許標(biāo)靶90電性偏壓，而附接到它的頂蓋156與附接的磁電管組件為安全理由維持接地。
在磁電管150與標(biāo)靶90相對(duì)的一側(cè)上，一底部環(huán)162及一安裝凸緣164是固設(shè)至頂蓋156的相反二側(cè)，且一具有中心孔168的一驅(qū)動(dòng)軸166通過他們。一球軸承套筒170可旋轉(zhuǎn)地支撐在一固設(shè)至安裝凸緣164的杯狀殼體172內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)軸166。一驅(qū)動(dòng)鐘狀件174被固設(shè)于定位螺絲176間的驅(qū)動(dòng)軸168，且通過未顯示的齒輪及馬達(dá)旋轉(zhuǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸166。一旋轉(zhuǎn)聯(lián)結(jié)器178可支撐地支承在驅(qū)動(dòng)軸166頂部，以允許冷卻水或其它液體經(jīng)由一水管180流入軸內(nèi)孔168，且因而進(jìn)入空腔160。一未顯示的水出口會(huì)貫穿頂蓋160，以允許冷卻水的再循環(huán)。一介于驅(qū)動(dòng)軸168與安裝凸緣164間的旋轉(zhuǎn)定位環(huán)182密封空腔160內(nèi)的冷卻水。
未顯示的螺絲將固定齒輪62附接至底部環(huán)162，且到達(dá)頂蓋156。一卡環(huán)184會(huì)卡住驅(qū)動(dòng)軸168的底部，且固設(shè)至驅(qū)動(dòng)板74。主要平衡件88被支撐在驅(qū)動(dòng)板74的第一端。惰齒輪76被固設(shè)到一旋轉(zhuǎn)地支撐在驅(qū)動(dòng)板74第二端的惰輪軸186。個(gè)別組的相互嚙合齒將固定及惰齒輪62、76嚙合在一起。同樣地，隨動(dòng)齒輪78被固設(shè)至一旋轉(zhuǎn)地支撐在驅(qū)動(dòng)板74更遠(yuǎn)處的第二端的隨動(dòng)軸188，且互相嚙合的齒將惰及隨動(dòng)齒輪76、78嚙合在一起。底板80被固設(shè)至驅(qū)動(dòng)板74下的隨動(dòng)軸188的末端，且隨著隨動(dòng)齒輪78的行星式運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
磁鐵組件84可為圓形對(duì)稱，可自圖11內(nèi)側(cè)邊的剖面圖中，及自圖12的底部更明白了解。其具有的總面積較佳是不超過標(biāo)靶被掃描的面積的10％，更佳者少于5％。即使一具有少于2％面積比的磁鐵組件也經(jīng)驗(yàn)證在一行星式磁電管中具有相當(dāng)良好的均勻性。雖然可能有其它補(bǔ)償考量，一圓形磁鐵組件可最大化磁場(chǎng)強(qiáng)度用于一給定尺寸及型式的磁性材料。
具有沿圓柱軸的第一磁極的大量圓柱形外磁鐵192，系配置在一繞一磁性中心軸194的餅圖案中。他們是由一圓形磁性軛196(例如由一磁性軟質(zhì)不銹鋼制成)支撐，其最后被固設(shè)至行星式底板80底部一中心支撐點(diǎn)處。外磁鐵192自由端底部藉由一環(huán)狀磁極件198覆蓋且磁性耦合。一相反磁極的圓柱形內(nèi)磁鐵200被定位在外磁鐵192的圓形數(shù)組的中心，且由磁性軛196支撐，其也磁性耦合內(nèi)磁鐵200至外磁鐵192。內(nèi)磁鐵200的底端最好(但不一定必須)由一圓形磁極件202覆蓋。所述磁鐵通常是封入不銹鋼封裝中，具有的尖端是通過磁性軛196及磁極件198、202中的孔抓取。未顯示的螺絲會(huì)固定磁極件198、202至軛196，使磁鐵192、200夾置于他們之間。組合的外磁鐵192的總磁性強(qiáng)度系大于內(nèi)磁鐵200達(dá)至少1.5的倍數(shù)，且較佳是超過2，導(dǎo)致磁鐵組件84不平衡。如果使用相同磁性材料于所有磁鐵，總磁性強(qiáng)度(其為磁通量對(duì)表面積積分)是正比于外磁鐵192或內(nèi)磁鐵200的總剖面積。應(yīng)了解內(nèi)磁鐵200可細(xì)分成具有一共同中心磁極件202的多個(gè)圓柱形磁鐵。雖然因?yàn)榇伺渲幂^低的堆積系數(shù)而提供較少磁性強(qiáng)度，對(duì)于不平衡磁電管的較弱內(nèi)磁極而言，此損失較不具關(guān)鍵性。
在決定完全標(biāo)靶覆蓋時(shí)，應(yīng)考慮磁電管組件84的寬度。一用于完全覆蓋的條件如下A2+(DM/2)≥A1，其中DM為磁電管組件84繞中心194的外磁性零件的直徑(即外磁極件198的繞行直徑組件)，雖然一較佳但較難計(jì)量的半徑為以下將描述的環(huán)形磁性組件。然而，由實(shí)驗(yàn)確認(rèn)的有限磁電管直徑的實(shí)際模擬結(jié)果是標(biāo)靶中心被過度濺鍍。因此，對(duì)于完全及均勻標(biāo)靶侵蝕而言，磁電管的邊緣應(yīng)是稍掠過標(biāo)靶中心，即A2+(DM/2)≤A1，再者，均勻膜沉積似乎是比均勻標(biāo)靶侵蝕更重要。在金屬化濺鍍的例中(例如銅或鋁)，有時(shí)均勻膜沉積最佳化是通過基本上不濺鍍標(biāo)靶的極靠近中心處。在此情況下，被噴鍍的銅可充分在造成負(fù)侵蝕的標(biāo)靶中心再沉積。但因?yàn)楸粸R鍍的銅是相當(dāng)穩(wěn)定，再沉積大體上不被視為問題。然而，在用作阻障層的耐燃材料(諸如鉭、鈦及鎢)的例中，尤其是結(jié)合其等氮化物的反應(yīng)式濺鍍時(shí)，再沉積呈現(xiàn)一明顯的微粒問題。再沉積的耐燃材料或耐燃氮化物顯現(xiàn)高內(nèi)應(yīng)力，且很可能剝落明顯厚度的再沉積層。因此，對(duì)于耐燃材料的濺鍍，應(yīng)藉由濺鍍通過整個(gè)標(biāo)靶范圍至一足以避免凈再沉積的程度，以保持標(biāo)靶干凈。即磁電管應(yīng)相當(dāng)靠近標(biāo)靶中心，即使標(biāo)靶在接近其中心被過度濺鍍。
一圓形未平衡磁鐵組件提供數(shù)種用于均勻?yàn)R鍍進(jìn)入高深寬比孔的優(yōu)勢(shì)。如圖13中概要顯示，一圓形未平衡磁鐵組件包括一種極性的內(nèi)孔206，其由另一極性的較強(qiáng)外磁極208圍繞，且二者大體上均相對(duì)中心軸194圓形對(duì)稱。該圓形磁鐵組件產(chǎn)生一也對(duì)軸194圓形對(duì)稱的磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)分布包括半環(huán)形分量210，其循著一自外磁極208至內(nèi)磁極206的平順路徑。磁極206、208的面被緊密置放在標(biāo)靶90的后面，他們之間具有一最小尺寸的間隙212。結(jié)果，一些半環(huán)形分量210大體上平行延伸至標(biāo)靶90的前面。該等平行磁場(chǎng)捕捉電子且大幅增加鄰近標(biāo)靶的等離子體密度。半環(huán)形分量210系相對(duì)磁性中心軸194對(duì)稱，且形成一用于捕捉等離子體電子的封閉回路，因此減少電子損耗。圖5、6的磁電管的雙平衡件設(shè)計(jì)減少顫動(dòng)及振動(dòng)，且因此允許間隙212降低，此與Freeman設(shè)計(jì)中行星式旋轉(zhuǎn)沒有平衡件相反。
磁場(chǎng)分布也包括自較強(qiáng)外磁極208投射離開標(biāo)靶90朝向被濺鍍涂布的晶片的分量214。自較強(qiáng)外磁極208發(fā)射的投射分量214，在其在回到外磁極208或背面軛196前將近晶片時(shí)，會(huì)彎曲朝向磁鐵組件的中心線194。因磁電管不平衡產(chǎn)生的投射分量214，延伸等離子體且導(dǎo)引離子化金屬原子到達(dá)晶片。在一圓形磁鐵組件中，投射分量214也是圓形對(duì)稱，且不偏向晶片的內(nèi)或外部，尤其是在考慮到完整的行星式運(yùn)動(dòng)后。再者，圓形幾何形狀允許磁鐵的不平衡達(dá)到最大，因此允許增加投射分量而不降低增加等離子體密度的半環(huán)形分量210。電子損耗在一圓形配置中也會(huì)減少。最后，不平衡磁電管在磁場(chǎng)分布中產(chǎn)生一零磁場(chǎng)216以及局部最大值218。該零磁場(chǎng)216捕捉電子至一極高密度。當(dāng)中性被濺鍍金屬原子通過高度離子化零磁場(chǎng)216，他們傾向于碰撞電子且變成離子化，因此增加金屬離子化比率。
數(shù)種變化可用于圖11及圖12的磁電管100。圓柱形中心磁鐵200可用多個(gè)小磁鐵取代(較佳數(shù)目為3、4或7)，后者系在一六邊形最密堆積配置中。為了特定效果，圓柱形中心磁鐵200可由一具有一圓形內(nèi)孔件的環(huán)形內(nèi)磁鐵取代。外磁鐵192可由(如圖14的剖面圖中所示)的二環(huán)列的磁鐵220、222取代，他們被一單一圓形磁極件198覆蓋。較佳的是，外磁鐵220尺寸稍大使得多列能夠緊密堆積。另一選擇是如圖15的剖面所示，外磁鐵212是由一環(huán)在一沿軸194方向磁化的弧狀磁鐵224的環(huán)箍取代，且其沿方位角方向具有一大體上矩形剖面。較佳的是，磁鐵224數(shù)目為二或更多以有利于制造。任一配置均增加外磁極的磁性密度，因此允許增加磁電管中的不平衡，因而增加投射磁場(chǎng)不犧牲鄰近標(biāo)靶面的重要半環(huán)形分量。所增加的投射磁性分量大幅促進(jìn)深孔填充及其它濺鍍效率。同時(shí)，外磁極所增加密度允許一較小磁電管，不需與零磁場(chǎng)的地點(diǎn)妥協(xié)。外與內(nèi)磁性強(qiáng)度的比因此有利地增加至3或甚至5以上。
雖然上述具體實(shí)施例包括一固設(shè)于圖10的頂蓋186的最內(nèi)部齒輪62，應(yīng)了解最內(nèi)部齒輪62繞中心軸72的額外旋轉(zhuǎn)，造成其相對(duì)于頂蓋186旋轉(zhuǎn)，且提供相對(duì)于驅(qū)動(dòng)板74的額外旋轉(zhuǎn)，其具有對(duì)其余設(shè)計(jì)的少許沖擊。雖然此具體實(shí)施例的機(jī)械設(shè)計(jì)的復(fù)雜性在于需要二繞中心軸72的同軸旋轉(zhuǎn)，或一第二偏離驅(qū)動(dòng)軸，由于與該最內(nèi)部齒輪62的齒輪嚙合以及相伴的旋轉(zhuǎn)密封與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，該額外獨(dú)立旋轉(zhuǎn)提供操作控制的額外彈性，無須改變機(jī)械零件。例如，可能會(huì)需要提供一反應(yīng)器，其能夠在條件稍許變化下在參考圖8所述的整數(shù)次完全覆蓋循環(huán)中沉積相當(dāng)薄的阻障或籽晶層。一支撐最內(nèi)部齒輪62的可變速率軸允許圖8中相對(duì)于一固定標(biāo)靶90的模式，以循環(huán)一整數(shù)次用于不同濺鍍周期。即一單一磁電管組件可被最佳化用于不同阻障/襯層應(yīng)用。此外，相同的磁電管組件可最佳化用于需要長(zhǎng)沉積時(shí)間的較厚毯覆式沉積，因此使得一通用磁電管能夠用于不同應(yīng)用。
本發(fā)明磁電管的操作，可參考圖16的圖表解說，其針對(duì)三不同磁電管繪出，當(dāng)使用在等離子體濺鍍反應(yīng)器中時(shí)，各自的標(biāo)靶電壓為應(yīng)用于標(biāo)靶的直流功率的函數(shù)，因此在某些意義上是繪出等離子體阻抗與功率的函數(shù)。產(chǎn)生相當(dāng)?shù)兔芏鹊入x子體及相當(dāng)?shù)碗x子化比率金屬原子的習(xí)知磁電管，顯現(xiàn)一電壓對(duì)功率的特征曲線230，其升至一峰值234且接著單調(diào)地落回，越過任何可用功率范圍朝向零。一周圍掃描式三角形SIP磁電管(其需要適度大小以自中心延伸到標(biāo)靶邊緣)，產(chǎn)生一中等密度等離子體及適度離子化比率(可能為20％)。其特征曲線236也單調(diào)地自峰值234落下，但只直到通過一轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)238。在轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)238的上，標(biāo)靶電壓開始上升。在轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)238以上的升高咸信是由增加金屬離子密度造成。在轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)238以上的操作是有利于產(chǎn)生一高金屬離子化比率，其促進(jìn)濺鍍進(jìn)入高深寬比的孔。
可與本發(fā)明的行星式運(yùn)動(dòng)一起使用的極小型磁電管(例如，具有圖11及圖12的結(jié)構(gòu))，顯現(xiàn)一類似SIP磁電管的特征曲線240。然而，其轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)242出現(xiàn)在實(shí)質(zhì)上更低功率處。此表示其產(chǎn)生一還更高的金屬離子化比率。該較低轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)242另也允許在具有一實(shí)質(zhì)上功率減少的需求方式中操作。
磁電管60已被用以涂布金屬進(jìn)入高深寬比的孔中，其使用圖9中所示的普遍型式的濺鍍反應(yīng)器100，但具有一比所示(尤其是)在標(biāo)靶90及300毫米晶片120間的400毫米分隔更長(zhǎng)的射程。該行星式磁電管的第一臂長(zhǎng)為117.5毫米，第二臂長(zhǎng)為53.3毫米且磁鐵直徑為117毫米。該固定齒輪具有35齒且隨動(dòng)齒輪具有22齒。優(yōu)異的效能可在具有介于600與900瓦的偏壓功率時(shí)觀察到。請(qǐng)參考圖3，超越習(xí)知或甚至SIP磁電管的最大改進(jìn)是在懸空件46的明顯減少。此改進(jìn)將使得濺鍍能具有更高深寬比地進(jìn)入孔。再者，對(duì)于124奈米范圍厚度而言，最小側(cè)壁厚度44已增加至5奈米以上且更均勻。底部42的厚度也已增加到至少40奈米。此等效應(yīng)相信能從通過一更小型磁鐵組件達(dá)成的更高等離子體密度中推導(dǎo)出。再者，靠近晶片周邊的側(cè)壁覆蓋的不對(duì)稱性降低，表示更高的離子化比率。更高的偏壓功率進(jìn)一步減低懸空件，但側(cè)壁的部份會(huì)變太薄。
行星式運(yùn)動(dòng)的軌跡系易于計(jì)算為在一復(fù)數(shù)平面中的一復(fù)數(shù)位置r，其原點(diǎn)在標(biāo)靶中心。執(zhí)行行星式運(yùn)動(dòng)的對(duì)象的位置x系給定為x=A1eiω1t+A2eiω2t,]]>其中一般A1及A2是代表主要及次要力臂的長(zhǎng)度的正實(shí)數(shù)，ω1是以每秒徑度表示的驅(qū)動(dòng)板旋轉(zhuǎn)速率，而ω2是隨動(dòng)齒輪相對(duì)于固定坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)速率。對(duì)于可表示為一齒輪比G或其它嚙合比的行星式運(yùn)動(dòng)，二旋轉(zhuǎn)速率是由以下關(guān)聯(lián)ω2＝(1+G)ω1對(duì)于正行行星式運(yùn)動(dòng)，齒輪比G為正，而對(duì)于逆行行星式運(yùn)動(dòng)是為負(fù)。使臂長(zhǎng)的比表示為RA=A2A1]]>因此該位置可表示為x=A1eiω1t{1+RAe+iGω1t}.]]>復(fù)數(shù)速度v是位置x的時(shí)間積分，其由以下給定v=x·=iω1A1e1ω1t{1+eiGω1tRA(G+1)}]]>為回到實(shí)數(shù)值，速度大小的平方(即速率的平方)系給定為|v|2=vv*]]>=ω12A12{1+R12(G+1)2-RA(G+1)(eiGω1t+e-iGω1t}]]>=ω12A12{1+RA2(G+1)2-2RA(G+1)cosGω1t}.]]>當(dāng)余弦項(xiàng)系正或負(fù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)最大及最小速度。其系取決于G的符號(hào)及大小。雖然最大及最小速度的討論會(huì)受關(guān)注，但其并不直接針對(duì)標(biāo)靶侵蝕。
用于均勻標(biāo)靶濺鍍的實(shí)際需求系根據(jù)相對(duì)于中心軸的徑向速度，而非沿一路徑的切線速度。為了均等覆蓋，磁電管花費(fèi)在一半徑r寬度Δr的環(huán)箍中的時(shí)間Δt(無限小)是正比于r。平行于環(huán)箍的方位角速度不直接與均勻?yàn)R鍍相關(guān)。結(jié)果，需求的徑向速度成為r·=ΔrΔt=1r.]]>該微分方程式是通過簡(jiǎn)單積分而解出，且產(chǎn)生r=t]]>及r·=1t=1r]]>最后方程序系等于dr2dt=1.]]>此等方程式未明顯地計(jì)入常數(shù)及符號(hào)。
請(qǐng)回到復(fù)數(shù)代數(shù)，隨時(shí)間變化用于行星式運(yùn)動(dòng)的半徑平方系定為r2=xx*]]>=A12{1+RA2+RA(eiGω1t+e-iGω1t)}]]>=A12{1+AA2+2RAcosGω1t}]]>=A12+A22+2A1A2cosGω1t.]]>此方程式也可由余弦定律推出。對(duì)于A1＞A2的情況，此函數(shù)繪在7圖17中。對(duì)于A1＜A2的情況，可觀察到相同的相依性，但在縱坐標(biāo)軸上的差的階會(huì)相反。有趣的是，除改變周期性外，對(duì)于任何齒輪比G的值均可獲得相同的相依性(不管正或負(fù))，即不管正行或逆行的行星式運(yùn)動(dòng)。而且，需要避免整數(shù)值以確保一歲差圖案。
該時(shí)間微分系dr2dt=-2GA1A2ω1sinGω1t.]]>此方程式是繪于圖18中，其中負(fù)值以虛線顯示。再次，除周期性及幅度外，波形系與G無關(guān)。該函數(shù)圍繞著0變化，但請(qǐng)注意到只有其大小系明顯用于覆蓋效應(yīng)。該圖式業(yè)經(jīng)正?；磷畲笾禐?，且其平均大小是2/π。如示范于以上微分方程式的解答，對(duì)于該軌跡上的均勻覆蓋而言繪于第18圖中的量應(yīng)為固定。雖然此量在時(shí)間或整個(gè)半徑中明顯并非固定，我們需要自平均值建立變異程度及其是否有意義。
首先，上述微分是根據(jù)一點(diǎn)狀大小的磁電管，事實(shí)上該磁電管有效地延伸達(dá)一直徑D，其通常是約圓形磁電管的實(shí)際外部直徑，且取決于不平衡的程度及磁電管的尺寸。結(jié)果，圖17的圖形應(yīng)予以淡化。例如，在最小半徑A1-A2處，磁電管實(shí)際上延伸更接近中心r＝0，然而具有較減少的效果，因?yàn)榇烹姽苤挥幸徊糠菰谠搨?cè)延伸。同樣地，在最大半徑A1+A2處，磁電管以較減少的效果更向外延伸。
其次，徑向速度與一常數(shù)值的偏差對(duì)大多數(shù)軌跡而言并非多么重要。為量化該效果，時(shí)間與徑向位置的平方的相依性繪于圖19的A1＝A2例中。自以上微分方程式推導(dǎo)的理想時(shí)間相依性由鋸齒狀波形繪出。此顯示磁電管花太多時(shí)間在靠近中心及靠近周邊處。相同的結(jié)論可自圖18的圖中推出。
該誤差的一較佳計(jì)量與以半徑r表示dr2/dt的侵蝕模式有關(guān)。簡(jiǎn)化包括不相等臂長(zhǎng)的微分是通過將t正常化成Gω1t且正?；痳成為r/2A1A2]]>且使用一無單位的參數(shù)α2=12(A1A2+A2A1),]]>其中對(duì)于相等臂長(zhǎng)是1。該等二徑向方程式是接著表示為r2＝α2+cost且dr2dt=-sint,]]>其組合后產(chǎn)生dr2dt=-sin(cos-1(r2-α2)]]>=-1-(r2-α2)2]]>如果t偏移π則出現(xiàn)在根號(hào)前的負(fù)號(hào)會(huì)消失。此時(shí)間微分是繪于圖20成為一經(jīng)正常化的半徑的函數(shù)，用于臂長(zhǎng)的三種比。事實(shí)上，半徑的倒數(shù)會(huì)產(chǎn)生相同結(jié)果。用于考慮標(biāo)靶侵蝕輪廓的一更直接函數(shù)系時(shí)間微分的倒數(shù)，如圖21中所繪。當(dāng)包括一有限磁電管直徑時(shí)，在最內(nèi)及最外點(diǎn)處的奇異點(diǎn)將被平滑化。然而，標(biāo)靶的最內(nèi)及最外部份被過度地侵蝕。一進(jìn)一步的結(jié)論是一非1的臂比A2/A1減少了在最內(nèi)點(diǎn)處的奇異點(diǎn)的范圍。對(duì)于此等原因，一較佳具體實(shí)施例使用一非1的臂比及一適度地大的磁電管，其將近掠過但不觸及標(biāo)靶中心軸。
輔助同軸磁鐵可借著增強(qiáng)由不平衡磁電管產(chǎn)生的投射場(chǎng)而進(jìn)一步改進(jìn)效能。如圖22的概要剖面圖所示，一反應(yīng)器250包括一轉(zhuǎn)接器252，其延伸且有效地形成部份室側(cè)壁102。轉(zhuǎn)接器252是用以易于改變標(biāo)靶90與晶片120間的射程。一電磁線圈254會(huì)環(huán)繞與中心軸70同軸的轉(zhuǎn)接器252外部。一直流電源供應(yīng)器256提供一經(jīng)控制量的電流通過線圈254，以在該室內(nèi)產(chǎn)生一大體上垂直磁場(chǎng)，其平行且增強(qiáng)自不平衡行星式頂部磁電管60的較強(qiáng)外磁極208投射進(jìn)入該室的磁場(chǎng)。
結(jié)果，如圖23中概要顯示，投射場(chǎng)214在回到外磁極208背面前，更延伸進(jìn)入室內(nèi)朝向晶片120。該效應(yīng)是借著另一同軸電磁線圈258進(jìn)一步增強(qiáng)，該同軸電磁線圈258系置于晶片臺(tái)架122后且由另一直流電源供應(yīng)器260提供能量，以產(chǎn)生一大體上垂直磁場(chǎng)，其是平行且增強(qiáng)來自磁電管的外磁極208的投射磁場(chǎng)。該較低電磁線圈258具有比上方電磁線圈254小的徑向尺寸，且作用為在投射磁場(chǎng)自晶片120后回到磁電管的外磁極208前，將其集中朝向晶片120。該側(cè)電磁線圈254的內(nèi)孔系實(shí)質(zhì)上大于晶片120的直徑，同時(shí)底部電磁線圈258的內(nèi)孔通常稍小。一內(nèi)孔的側(cè)邊完全由相關(guān)電磁線圈圍繞。線圈254、258造成投射磁場(chǎng)214自行星式頂部磁電管60延伸至晶片120，且因此導(dǎo)引金屬離子一直到達(dá)晶片120。圖23中所示的磁場(chǎng)并不完整。例如，該圖式未顯示更緊密圍繞產(chǎn)生其等的線圈254、258的螺線管形磁場(chǎng)。較佳的是二線圈254、258的內(nèi)孔比是至少1.5且更佳是至少2.0，以達(dá)到一集中效果。
圖22中所示的側(cè)同軸線圈254只在標(biāo)靶90與臺(tái)架122間的處理空間的上半部中延伸。其它線圈配置也可行。例如，一長(zhǎng)側(cè)線圈提供一自標(biāo)靶90延伸至晶片的更均質(zhì)磁場(chǎng)。此一場(chǎng)將準(zhǔn)直自等離子體138發(fā)射的電子通量(且因此跟隨該等電子的離子通量)?？山逵墒褂醚卦撌覀?cè)壁軸向配置的多個(gè)側(cè)線圈達(dá)到幾乎相同效果。產(chǎn)生一匯聚磁場(chǎng)以使電子通量及因此離子通量集中的一均質(zhì)場(chǎng)與較小型后線圈258的組合，已用于習(xí)知掃描式電子顯微鏡的電子光學(xué)系統(tǒng)中。
電磁線圈254、258可被用以增加已不平衡的頂置磁鐵組件84的有效不平衡。同樣地，他們可用以影響一不平衡磁電管，同時(shí)使用一經(jīng)平衡或?qū)⒔胶獾捻斨么盆F組件84，因此使頂置磁電管60免于提供準(zhǔn)直及導(dǎo)引磁場(chǎng)的負(fù)擔(dān)，因而允許更自由地設(shè)計(jì)頂置磁電管60。
以上呈現(xiàn)的學(xué)理，雖然未計(jì)入磁電管直徑及局部磁場(chǎng)分布，但示范了調(diào)整齒輪比及臂長(zhǎng)比在增加完全標(biāo)靶覆蓋上具有有限的應(yīng)用。一改進(jìn)效能的方法藉由當(dāng)磁電管行經(jīng)標(biāo)靶的周邊及中心間時(shí)，調(diào)變行星式運(yùn)動(dòng)的速率而有效地改變?cè)摃r(shí)間刻度。相反地，較習(xí)知的行星式磁電管以一固定旋轉(zhuǎn)速率繞標(biāo)靶的中心旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)板。
在圖24的剖面圖中所示的磁電管組件250內(nèi)，旋轉(zhuǎn)磁電管160的馬達(dá)104具有一輸出軸272，其通過一或多個(gè)齒輪274、276耦合至驅(qū)動(dòng)鐘狀件174。馬達(dá)104是一習(xí)知無碳刷交流馬達(dá)。在此具體實(shí)施例中，其是由一可變頻率交流來源278驅(qū)動(dòng)。一頻率調(diào)變器280控制交流來源278的頻率，因此驅(qū)動(dòng)軸272且因此行星式磁電管160在一些徑向掃描期間比其它時(shí)間旋轉(zhuǎn)得更快，例如當(dāng)磁鐵組件84較靠近標(biāo)靶90中心72時(shí)較快。即，旋轉(zhuǎn)速度是在每次第二臂80朝向及遠(yuǎn)離中心軸時(shí)調(diào)變。使用一脈沖式步進(jìn)馬達(dá)可簡(jiǎn)化該配置，由于脈沖速率可變化以控制相對(duì)磁鐵組件84的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速率。旋轉(zhuǎn)速率也可在靠近標(biāo)靶周邊時(shí)增加，但此顯然不如靠近中心時(shí)重要。標(biāo)靶90那個(gè)部份掃描較久，也取決于磁鐵組件84的大小及離標(biāo)靶中心與周邊的偏離。
以大多數(shù)齒輪比而言，磁鐵組件84的徑向位置不會(huì)由直接驅(qū)動(dòng)軸166或其驅(qū)動(dòng)鐘狀件174的旋轉(zhuǎn)位置確定。因此，該調(diào)變必須與行星式機(jī)構(gòu)的第二臂80的運(yùn)動(dòng)同步。即使調(diào)變是在各次旋轉(zhuǎn)中小百分率的不同步，第二行星臂的快速旋轉(zhuǎn)將很快變成完全不同步。同步化是依照一位于磁鐵組件84最外部位置處后或側(cè)面的頂蓋156上的位置感應(yīng)器282而確實(shí)控制。感應(yīng)器282在一連接至第二臂80或磁鐵組件84的外部的信號(hào)放射器284靠近行星式路徑的外周邊時(shí)會(huì)偵測(cè)到。該感應(yīng)器可為能夠感應(yīng)一緊密分布的信號(hào)放射器284的光、磁性或其它設(shè)計(jì)。例如，感應(yīng)器282可包括一雷射或光源及一對(duì)應(yīng)光偵測(cè)器。在此例中的信號(hào)放射器284可為一周期性反射模式，其將產(chǎn)生一系列適當(dāng)決定周期的光脈沖，一連接到該光偵測(cè)器的電性濾波器將其轉(zhuǎn)換成一由感應(yīng)器傳遞到調(diào)變器280的單一同步脈沖。二位置感應(yīng)器可有利地用以預(yù)先觸動(dòng)該等電子系統(tǒng)，且減少不正確的偵測(cè)。應(yīng)注意到所示的位置感應(yīng)器是定位在該標(biāo)靶的一扇區(qū)，且不偵測(cè)在其它扇區(qū)器中的徑向位置。然而，如果每次旋轉(zhuǎn)的不同步相當(dāng)小，所產(chǎn)生的臨時(shí)位置感應(yīng)將足夠。
一刻蝕該侵蝕輪廓的第二方法會(huì)調(diào)變應(yīng)用至標(biāo)靶的電力。該標(biāo)靶電力在大多數(shù)商用濺鍍反應(yīng)器中通常是直流，但其在一些應(yīng)用中可為交流或射頻。在圖25的概要剖面圖所示的磁電管組件290中，供應(yīng)電力至標(biāo)靶90的直流電源供應(yīng)器292的功率調(diào)變，是通過一經(jīng)由位置感應(yīng)器282與第二行星臂80的旋轉(zhuǎn)同步的功率調(diào)變器292。實(shí)際調(diào)變可就標(biāo)靶電壓或電流，但通常標(biāo)靶偏壓是依照功率而定。功率調(diào)變器292在磁鐵組件84重迭標(biāo)靶90的部份時(shí)供應(yīng)較少功率而較少侵蝕，(例如)在靠近標(biāo)靶中心處。應(yīng)用的功率越少，底下標(biāo)靶的濺鍍?cè)缴?。明顯的調(diào)變不只影響標(biāo)靶濺鍍速率，且其也影響濺鍍?cè)拥碾x子化比率。功率越高，離子化比率越高。
誠(chéng)然，圖24的頻率調(diào)變可與圖25的功率調(diào)變組合。應(yīng)了解頻率及功率調(diào)變280、292可納入第9圖的控制器136中。
另一控制徑向侵蝕模式的方式系增加行星式運(yùn)動(dòng)的另一階段。如圖26的頂視平面圖及圖27的立體圖所示，一兩段式磁電管300包括一第二段隨動(dòng)齒輪302，其被可旋轉(zhuǎn)地安裝在固設(shè)于旋轉(zhuǎn)中第一段隨動(dòng)齒輪78的第二臂80上，且嚙合一固設(shè)于第一臂74的第二段固定齒輪304。一第三臂306被固設(shè)于旋轉(zhuǎn)中的第二段隨動(dòng)齒輪302。磁鐵組件84被固設(shè)于第三臂306的一端，且另一平衡件308被固設(shè)于其它端。在此具體實(shí)施例中，在二隨動(dòng)齒輪78、302間未置入惰齒輪，使得第三臂306執(zhí)行相對(duì)于第二臂80的正行行星式運(yùn)動(dòng)，但相對(duì)于第一臂74的逆行行星式運(yùn)動(dòng)。整體效應(yīng)是一兩段式行星式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其提供的軌跡近似發(fā)生在繞一行星軌道運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)中月球表面的一點(diǎn)，該行星本身繞太陽(yáng)軌道運(yùn)行中；或者是一衛(wèi)星繞月球軌道運(yùn)行，該月球繞地球軌道運(yùn)行，而地球繞太陽(yáng)軌道運(yùn)行。額外的階段提供對(duì)侵蝕輪廓更多的控制。
兩段式運(yùn)動(dòng)的復(fù)數(shù)平面位置被定為x=A1eiω1t+A2eiω2t+A3eiφeiω3t,]]>相位系數(shù)ψ表示復(fù)數(shù)量A1及A3間的相位差，且當(dāng)齒輪比中的一個(gè)是1或-小整數(shù)時(shí)可能需要。對(duì)于只有二行星臂時(shí)將不需要類似的相位差，因?yàn)樽鴺?biāo)軸是隨機(jī)選定且(除在退化(degenerate)中或接近退化情況時(shí))在一些時(shí)間點(diǎn)，二臂會(huì)對(duì)齊。
跟隨先前的推導(dǎo)，該等旋轉(zhuǎn)速率的關(guān)系為ω2＝(1+G1)ω1且ω3＝(1+G2)ω2＝(1+G1)(1+G2)ω1其中齒輪比G1及G2有關(guān)用于一段式的齒輪。該時(shí)間相依位置接著被表示為x=eiω1t{A1+A2e+iG1ω1t+A3e+i(G1+G2+G1G2)ω1t}]]>且徑向位置的平方表示為
r2=A12+A22+A32+2A1A2cosG1ω1t]]>+2A1A3cos((G1+G2+G1G2)ω1t+φ]]>+2A2A3cos(G2(1+G1)ω1t+φ)]]>此一大數(shù)目的可變系數(shù)提供在平滑侵蝕模式的最佳化軌跡中更大的彈性。
具有一偏心齒輪的一段式行星式磁電管，可達(dá)到以上用于兩段式磁電管所述的類似效應(yīng)。例如，如圖28的平面圖中所示，一橢圓形惰齒輪310被夾置于固定齒輪62及隨動(dòng)齒輪78之間。橢圓形齒輪310是可偏心地繞一偏離齒輪310中心304的軸312旋轉(zhuǎn)。橢圓形齒輪310的齒是沿其周圍等距均布。一臂316繞一不規(guī)則形狀驅(qū)動(dòng)板320中的樞軸318擺動(dòng)。驅(qū)動(dòng)軸70繞驅(qū)動(dòng)軸72旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)板320。固設(shè)在驅(qū)動(dòng)板320一端的一彈簧322(其可在伸張或壓縮中操作)或其它施力構(gòu)件在一方向推進(jìn)臂316，因此橢圓形齒輪310在其旋轉(zhuǎn)的所有點(diǎn)處維持與二齒輪62、78的嚙合。取決于橢圓形齒輪310的位置，瞬間齒輪比會(huì)改變，使得即使在主驅(qū)動(dòng)軸70的固定旋轉(zhuǎn)速率下，第二臂80的旋轉(zhuǎn)速率也會(huì)改變。所描述的配置提供二種型式的偏心率、非圓形的齒輪、及齒輪軸與齒輪中心的偏離。此等中任一者均可單獨(dú)提供需求的效果。其它非圓形狀(較佳是卵形)是屬可行。其它齒輪62、78中的一而非惰齒輪310可為偏心或非圓形。
三齒輪不成一線的配置可節(jié)省比習(xí)知圓形齒輪更多空間。如圖29中所示，圓形惰齒輪76的一中心326是偏離連接固定及隨動(dòng)齒輪62、78的中心72、328的線，使得后二齒輪彼此可靠近地置放，但不直接嚙合。如果需求逆行運(yùn)動(dòng)，一類似不成一線的配置可有利地應(yīng)用到圖26的兩段式行星式機(jī)構(gòu)的第二段，但較少空間可用于一中等惰齒輪的極短第二臂80上。
圖29也可用以解說惰齒輪76(不論是否配置在線內(nèi)或線外)可包括二齒輪部份，他們是固設(shè)至一沿中心軸306配置的共同軸，但具有不同直徑。一齒輪部份嚙合固定齒輪62，而其它嚙合隨動(dòng)齒輪78。在惰齒輪76上的二同軸齒輪部份的齒輪比需要被包括在總齒輪比G中。
所有先前描述的行星式機(jī)構(gòu)均納入一中央固定的惰齒輪及耦合其至磁電管臂的復(fù)數(shù)個(gè)齒輪。其它型式的具齒輪行星式機(jī)構(gòu)系可行。一替代者使用一固定式外齒輪。在圖30的頂視平面圖所示的一一段式具齒輪行星式機(jī)構(gòu)330中，驅(qū)動(dòng)板74被支撐在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸70上且由其旋轉(zhuǎn)。在其末端可旋轉(zhuǎn)地支撐隨動(dòng)齒輪78，且在其與中心軸72間無其它齒輪。而隨動(dòng)齒輪78嚙合一在其內(nèi)部具有齒的固定式外齒輪332。磁鐵組件84、其底板80及平衡件86與主要平衡件88可在該固定式外齒輪312下通過，且磁鐵組件84可通過中心軸72。用于固定式外齒輪332的支撐機(jī)構(gòu)未顯示，但將延伸過標(biāo)靶90的周邊。所示的行星式機(jī)構(gòu)以一極簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)提供需求的逆行行星式運(yùn)動(dòng)。此機(jī)構(gòu)與Tomer的行星式機(jī)構(gòu)不同處在于，本發(fā)明的磁鐵組件84是非常小且該設(shè)計(jì)允許其磁鐵部份通過中心軸72，而非Tomer的繞中心振蕩的大型磁電管。所示范的行星式機(jī)構(gòu)不包括一惰齒輪。然而，可能包括他們中的一或多個(gè)。他們有助于使齒輪比成為較小值。
也能以一帶件及滑輪機(jī)構(gòu)340達(dá)成需求的行星式機(jī)構(gòu)(如圖31頂視平面圖所示)，其中不同輪是由帶件而非經(jīng)由齒輪嚙合。一帶件342會(huì)圍繞一靜止或固定主動(dòng)輪344?？尚D(zhuǎn)地支撐一隨動(dòng)滑輪346的驅(qū)動(dòng)板，是可旋轉(zhuǎn)地經(jīng)由一可旋轉(zhuǎn)軸348支撐于驅(qū)動(dòng)板72上。底板80被固設(shè)于隨動(dòng)滑輪346的軸348，因此其與隨動(dòng)滑輪346一起旋轉(zhuǎn)，且附接于底板80的末端的磁電管86執(zhí)行行星式運(yùn)動(dòng)。隨動(dòng)滑輪346與驅(qū)動(dòng)板74的旋轉(zhuǎn)速率的比(近似于具齒輪行星式機(jī)構(gòu)機(jī)的齒輪比)，是取決于固定主動(dòng)輪344及隨動(dòng)滑輪346的直徑的比。該行星式運(yùn)動(dòng)系逆行而不使用一惰輪。一帶件應(yīng)視為包括一滑輪帶、具脊?fàn)顜?、金屬帶、鏈、鏈帶、纜線、環(huán)帶或其它彈性結(jié)構(gòu)，是環(huán)繞二個(gè)大體上圓形構(gòu)件，至少其一是可旋轉(zhuǎn)且嚙合他們。所述具齒輪及帶式具體實(shí)施例共享圓形構(gòu)件的共同功能，是經(jīng)由在一齒輪或軸上的齒或軸，或經(jīng)由環(huán)繞一滑輪或軸的帶件，可旋轉(zhuǎn)地彼此嚙合。一用于包括具齒輪及帶式二具體實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)比的更通用概念，是介于最內(nèi)部圓形構(gòu)件及隨動(dòng)圓形構(gòu)件間的嚙合比。視需要，主動(dòng)輪344可連接至一第二同軸驅(qū)動(dòng)軸，以允許磁電管軌跡及完全覆蓋周期的動(dòng)態(tài)控制。
該行星式機(jī)構(gòu)不限于所描述的具齒輪及帶式的具體實(shí)施例，只要能達(dá)到磁電管需求的行星式運(yùn)動(dòng)。再者，即使更復(fù)雜的行星式運(yùn)動(dòng)也可能(諸如橢圓形路徑)。
雖然行星式機(jī)構(gòu)尤其適于用在深孔填充的不平衡磁電管，其也可有利地應(yīng)用至更適用于毯覆式覆蓋的平衡磁電管。例如，在圖32中所示的磁電管組件350包括二相反磁極性的同心圓箍狀磁極面352、356，是由一間隙354分隔且產(chǎn)生相同的總磁性強(qiáng)度。其下的磁鐵可為配置成一圓的馬蹄型磁鐵，或由一磁性軛磁性耦合的成對(duì)的不平行圓柱形磁鐵。雖然能以空心使此一大型磁電管不平衡，通常磁強(qiáng)度是平衡。此相同磁性構(gòu)造通常是用在相當(dāng)大尺寸的習(xí)知腎形磁電管中。該行星式掃描以一小許多的圓形平衡磁電管提供均勻?yàn)R鍍及標(biāo)靶的完全利用率。再者，一相當(dāng)高密度等離子體通常是用于快速濺鍍速率所需。一小面積磁電管允許一非常適當(dāng)?shù)碾娫垂?yīng)器，以在鄰近小型掃描式磁電管的標(biāo)靶范圍中產(chǎn)生高度有效電力密度，且因此高等離子體密度。較小的電源供應(yīng)器也有利地減少需要維持標(biāo)靶在一合理溫度的冷卻容量。
行星式機(jī)構(gòu)也可驅(qū)動(dòng)非圓形磁電管(諸如三角形者)，其形狀已為均勻性及其它原因而進(jìn)一步最佳化。
任何各種設(shè)計(jì)的行星式機(jī)構(gòu)均可配合廣泛范圍的磁鐵配置使用，(例如)平衡對(duì)不平衡、高對(duì)低等離子體密度、及厚對(duì)薄沉積厚度，使得通用行星式機(jī)構(gòu)可被應(yīng)用至一些范圍的濺鍍應(yīng)用，因而使得經(jīng)濟(jì)型掃描設(shè)計(jì)及減少零件庫(kù)存可行。不同齒輪或滑輪的簡(jiǎn)單替換或以另一通用設(shè)計(jì)中的不同磁鐵組件取代，允許在覆蓋模式、速度變化、及離子化比率與投射磁性分量中的變化。
雖然該機(jī)構(gòu)已參考具有繞一中心軸的行星式運(yùn)動(dòng)的一掃描式磁電管解說，其它對(duì)中心軸徑向或周圍地掃描的機(jī)構(gòu)均可獲得。較佳的是，該設(shè)計(jì)允許機(jī)械參數(shù)的選擇，其可選定以造成至少部份磁鐵組件通過中心軸。此機(jī)構(gòu)包括一用于磁鐵組件的徑向動(dòng)作致動(dòng)器，及一周圍旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)板。
該行星式磁電管運(yùn)動(dòng)允許以相當(dāng)簡(jiǎn)單扁平標(biāo)靶的高效能濺鍍，此與復(fù)雜形狀且因此昂貴的空心陰極或圓拱形標(biāo)靶不同。然而，行星式磁電管可具優(yōu)勢(shì)地配合更復(fù)雜標(biāo)靶(尤其是空心陰極標(biāo)靶)使用，以增加頂置濺鍍的均勻性，同時(shí)降低功率需求。
本發(fā)明因而促成均勻?yàn)R鍍且增加標(biāo)靶使用率。其也允許使用極小磁電管，以相當(dāng)小電源供應(yīng)器提供高等離子體密度，無須犧牲濺鍍均勻性及標(biāo)靶使用率。所有此等特征能夠以一通用磁電管設(shè)計(jì)獲得。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置用以配合一大體上繞一中心軸對(duì)稱的濺鍍標(biāo)靶使用的振蕩磁電管，其用于一大體上繞該中心軸對(duì)稱地配置的磁電管濺鍍反應(yīng)器中，該振蕩磁電管至少包含一磁鐵組件，其至少包含一內(nèi)磁極，其具有一沿該中心軸的第一磁極性及一第一總磁性強(qiáng)度，及一外磁極，其圍繞該內(nèi)磁極，且具有一與該第一磁極性相反的第二磁極性，及一為該第一磁性強(qiáng)度的至少150％的第二總磁性強(qiáng)度；及一掃描機(jī)構(gòu)，其在一路徑中相對(duì)于該中心軸徑向地且周圍地移動(dòng)該磁鐵組件，且移動(dòng)該外磁極通過該中心軸。
2.如權(quán)利要求1所述的磁電管，其中該掃描機(jī)構(gòu)是一行星式掃描機(jī)構(gòu)，其繞該中心軸以至少一段式行星式運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)該磁鐵組件的一點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的磁電管，其中該行星式運(yùn)動(dòng)系一兩段式行星式運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的磁電管，其中該行星式運(yùn)動(dòng)是一逆行行星式運(yùn)動(dòng)。
5.一種設(shè)置用以在一磁電管濺鍍反應(yīng)器中配合一大體上繞一中心軸對(duì)稱的濺鍍標(biāo)靶使用的振蕩磁電管，其至少包含一磁鐵組件，其至少包含一內(nèi)磁極，其具有一沿該中心軸的第一磁極性及一第一總磁性強(qiáng)度，及一外磁極，其圍繞該內(nèi)磁極，且具有一與該第一磁極性相反的第二磁極性；及一行星式掃描機(jī)構(gòu)，其在一路徑中相對(duì)于該中心軸徑向地且周圍地移動(dòng)該磁鐵組件并移動(dòng)該外磁極通過該中心軸，且該行星式掃描機(jī)構(gòu)包括一繞該中心軸配置的固定齒輪；復(fù)數(shù)個(gè)可旋轉(zhuǎn)臂，他們包括一支撐自該固定齒輪徑向朝外的至少一可旋轉(zhuǎn)齒輪的第一臂；及一固設(shè)至該驅(qū)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)板，用于驅(qū)動(dòng)該機(jī)構(gòu)并通過該固定齒輪；一支撐該磁鐵組件的臂，其被耦合至該隨動(dòng)齒輪(follower gear)的一軸。
6.如權(quán)利要求5所述的磁電管，其中該至少一可旋轉(zhuǎn)齒輪包括一隨動(dòng)齒輪，其可旋轉(zhuǎn)地裝設(shè)于該第一臂上且嚙合該固定齒輪。
7.如權(quán)利要求6所述的磁電管，其中該至少一可旋轉(zhuǎn)齒輪另包括至少一惰齒輪(idler gear)，其在該固定與隨動(dòng)齒輪的間嚙合。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的磁電管，其中該行星式掃描機(jī)構(gòu)包括二行星式階段及三該等臂。
9.如權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的磁電管，更包含一可變速率馬達(dá)，其驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)軸；及一用于該馬達(dá)的控制器，其依據(jù)該磁鐵組件由該中心軸的一徑向位移改變其速率。
10.如權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的磁電管，更包含一可變電源供應(yīng)器，用以將電力應(yīng)用至該標(biāo)靶；及一用于該電源供應(yīng)器的控制器，其依據(jù)該磁鐵組件由該中心軸的一徑向位移改變?cè)撾娏Φ囊晃粶?zhǔn)。
11.如權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的磁電管，其中所述第二磁性強(qiáng)度是所述第一磁性強(qiáng)度的至少200％。
12.如權(quán)利要求5至11中任一項(xiàng)所述的磁電管，其中介于該磁鐵組件的包圍面積與由該磁鐵組件掃描的該標(biāo)靶一面積的面積比是不大于10％。
13.如權(quán)利要求12所述的磁電管，其中所述面積比是少于2％。
14.一種設(shè)置用以配合一濺鍍標(biāo)靶使用的旋轉(zhuǎn)磁電管，其至少包含一磁鐵組件，其具有多個(gè)配置在一平面的相反磁極；及一行星式機(jī)構(gòu)，其至少部份由一沿一垂直該平面的中心軸延伸的第一軸作支撐及旋轉(zhuǎn)，且可裝設(shè)該磁鐵組件于一位置以按一將該磁鐵組件的該磁性部份通過該中心軸的路徑進(jìn)行行星式運(yùn)動(dòng)。
15.如權(quán)利要求14所述的磁電管，其中該行星式機(jī)構(gòu)包括一可裝設(shè)該磁鐵組件且可繞一隨動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件，且該構(gòu)件可進(jìn)一步裝設(shè)一平衡件，該平衡件被裝設(shè)于該構(gòu)件相對(duì)于該隨動(dòng)軸與該磁鐵組件相反的一部份上，且在一繞該隨動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)中平衡該磁鐵組件。
16.如權(quán)利要求14或15所述的磁電管，其中該行星式運(yùn)動(dòng)是逆行行星式運(yùn)動(dòng)。
17.如權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的磁電管，其中該行星式運(yùn)動(dòng)包括一軌道式分量，及具有與該軌道式分量旋轉(zhuǎn)方向相反的一行星式旋轉(zhuǎn)分量。
18.如權(quán)利要求17所述的磁電管，其中在繞各自的軸的該行星式旋轉(zhuǎn)分量與該軌道式分量間的一旋轉(zhuǎn)速率比是在1.03至5的范圍中。
19.如權(quán)利要求18所述的磁電管，其中該旋轉(zhuǎn)速率比不是一整數(shù)。
20.如權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)所述的磁電管，其中該行星式機(jī)構(gòu)至少包含一第一齒輪，其繞該中心軸配置；一驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，其固設(shè)于該第一軸且據(jù)以旋轉(zhuǎn)；一惰齒輪，其由該驅(qū)動(dòng)構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地支撐，且嚙合該固定齒輪；一隨動(dòng)齒輪，其由所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地支撐，且嚙合該惰齒輪；及一支撐板，其與所述隨動(dòng)齒輪一起旋轉(zhuǎn)且支撐該磁鐵組件。
21.如權(quán)利要求20所述的磁電管，其中該第一齒輪系可旋轉(zhuǎn)。
22.如權(quán)利要求20所述的磁電管，其中該第一齒輪系固定。
23.如權(quán)利要求20至22中任一項(xiàng)所述的磁電管，其中介于所述第一齒輪及所述隨動(dòng)齒輪中的一第一個(gè)與一第二個(gè)間的齒輪比是大于1.03且不是一整數(shù)。
24.如權(quán)利要求22所述的磁電管，其中該齒輪比是在1.03至6的范圍內(nèi)。
25.如權(quán)利要求20至24中任一項(xiàng)所述的磁電管，其中所述惰齒輪及隨動(dòng)齒輪被設(shè)置在該驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的一第一側(cè)，且所述支撐板被設(shè)置在該驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的一第二側(cè)。
26.如權(quán)利要求20至25中任一項(xiàng)所述的磁電管，更包含一平衡件，其設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)支撐板相對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件上的所述支撐板的一旋轉(zhuǎn)軸的一第二側(cè)上，且平衡所述磁鐵組件。
27.如權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)所述的磁電管，其中該行星式機(jī)構(gòu)至少包含一第一齒輪，其繞所述中心軸配置，且在面對(duì)所述中心軸的一內(nèi)表面上具有齒；一驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，其固設(shè)于所述第一軸且據(jù)以旋轉(zhuǎn)；一被可旋轉(zhuǎn)地支撐的隨動(dòng)齒輪，其嚙合所述第一齒輪；及一支撐板，其與所述隨動(dòng)齒輪一起旋轉(zhuǎn)且支撐所述磁鐵組件。
28.如權(quán)利要求27所述的磁電管，其中所述第一齒輪系固定。
29.如權(quán)利要求27或28所述的磁電管，更包含一平衡件，設(shè)置于所述支撐板一側(cè)上，其與所述磁鐵組件相對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件上的所述支撐板的一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)。
30.如權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)所述的磁電管，其中所述行星式機(jī)構(gòu)至少包含一主動(dòng)輪，其支撐于所述第一軸上；一旋轉(zhuǎn)軸，其沿所述中心軸延伸；一驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，其固設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)軸；一隨動(dòng)滑輪，其可旋轉(zhuǎn)地由所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件支撐，一帶件，其環(huán)繞且嚙合所述主動(dòng)輪及所述隨動(dòng)滑輪；及一支撐板，其與所述隨動(dòng)滑輪一起旋轉(zhuǎn)且支撐所述磁鐵組件。
31.如權(quán)利要求30所述的磁電管，其中所述主動(dòng)輪及所述隨動(dòng)滑輪的直徑的比是大于1.03但不是一整數(shù)。
32.如權(quán)利要求14或31中任一項(xiàng)所述的磁電管，其中所述磁鐵組件包括一第一磁極性的第一磁極，其沿所述中心軸延伸；及一具有相反的第二磁極性的第二磁極，其圍繞所述第一磁極。
33.如權(quán)利要求32所述的磁電管，其中所述第一與第二磁極實(shí)質(zhì)上繞一平行所述中心軸的磁電管軸而圓形對(duì)稱。
34.一種兩段式行星式磁電管，其設(shè)置用以在一磁電管濺鍍反應(yīng)器中配合一大體上繞一中心軸對(duì)稱的濺鍍標(biāo)靶使用，所述兩段式行星式磁電管至少包含一第一固定齒輪，其繞所述中心軸配置；一驅(qū)動(dòng)軸，其通過所述第一固定齒輪；一第一臂，其附接于所述驅(qū)動(dòng)軸；一第一隨動(dòng)齒輪，其通過一第一齒輪軸可旋轉(zhuǎn)地支撐于所述第一臂上，所述第一齒輪軸沿一第一軸延伸且以齒輪嚙合所述第一固定齒輪；一第二固定齒輪，其固設(shè)于所述第一臂上且繞所述第一軸配置；一第二臂，其附接于所述第一齒輪軸；一第二隨動(dòng)齒輪，其經(jīng)由一第二齒輪軸可旋轉(zhuǎn)地支撐于所述第一臂上，所述第二齒輪軸沿一第二軸延伸且以齒輪嚙合所述第二固定齒輪；一第三臂，其附接于所述第二齒輪軸；及一磁鐵組件，其附接于所述第三臂。
35.如權(quán)利要求34所述的磁電管，其中所述磁鐵組件至少包含一內(nèi)磁極，其具有一沿所述中心軸的第一磁極性及一第一總磁性密度，及一外磁極，其圍繞所述內(nèi)磁極，且具有一與所述第一磁極性相反的第二磁極性，及一系所述第一磁性密度至少150％的第二總磁性密度。
36.如權(quán)利要求34或35所述的磁電管，其中介于所述磁鐵組件的包圍面積與由所述磁鐵組件掃描的所述標(biāo)靶的面積的面積比是不大于10％。
37.如權(quán)利要求36所述的磁電管，其中所述面積比是少于2％。
38.如權(quán)利要求34至37中任一項(xiàng)所述的磁電管，更包含一第一平衡件，其被支撐于所述第一臂的一端上，與支撐所述第一隨動(dòng)齒輪的一端相反；一第二平衡件，其被支撐于所述第二臂的一端上，與支撐所述第二隨動(dòng)齒輪的一端相反；一第三平衡件，其被支撐于所述第三臂的一端上，與支撐所述磁鐵組件的一端相反。
39.一種磁電管濺鍍反應(yīng)器，至少包含一標(biāo)靶，其繞一中心軸配置；一臺(tái)架，其是用以支撐一與所述標(biāo)靶相對(duì)的基材，所述基材將被來自所述標(biāo)靶的材料濺鍍；及一行星式機(jī)構(gòu)，其位于與所述臺(tái)架相反的所述標(biāo)靶的一側(cè)上，所述行星式機(jī)構(gòu)包括一固定的第一輪，其繞所述中心軸配置，一第一臂，其繞所述中心軸旋轉(zhuǎn)且可旋轉(zhuǎn)地支撐于所述第一輪外部一點(diǎn)上，且所述第一輪系與一第二輪嚙合，一第二臂，其固設(shè)至所述第二輪，及一磁鐵組件，其固設(shè)至所述第二臂。
40.如權(quán)利要求39所述的反應(yīng)器，其中所述臂具有的尺寸可使得所述磁鐵組件通過所述中心軸。
41.如權(quán)利要求39或40所述的反應(yīng)器，其中所述第一與第二輪是以齒輪直接或間接彼此嚙合。
42.如權(quán)利要求39至41中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述磁鐵組件至少包含一內(nèi)磁極，其具有一沿所述中心軸的第一磁極性且具有一第一總磁性密度；及一外磁極，具有一與所述第一磁極性相反的第二磁極性，其具有的第二總磁性密度為所述第一總磁性密度的至少二倍，且圍繞所述內(nèi)磁極，所述第二磁極據(jù)以產(chǎn)生一投射磁場(chǎng)，其在回到所述第二磁極的背面前延伸朝向所述臺(tái)架。
43.如權(quán)利要求39至42中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，更包含與所述中心軸同軸的至少一磁性線圈，且在其內(nèi)孔中產(chǎn)生一磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)系平行于延伸朝向所述臺(tái)架的投射磁場(chǎng)。
44.如權(quán)利要求43所述的反應(yīng)器，其中所述至少一磁性線圈至少包含一第一磁性線圈，其軸向位于標(biāo)靶與所述臺(tái)架間；及一第二磁性線圈，其位于所述臺(tái)架與所述標(biāo)靶相反的一側(cè)上。
45.如權(quán)利要求44所述的反應(yīng)器，其中所述第一磁性線圈的一第一內(nèi)孔具有的直徑是大于所述第二磁性線圈的一第二內(nèi)孔的直徑。
46.如權(quán)利要求45所述的反應(yīng)器，其中所述第二內(nèi)孔的所述直徑是小于所述基材的一直徑。
47.一種磁電管濺鍍反應(yīng)器，其至少包含一標(biāo)靶，其繞一中心軸配置；一臺(tái)架，其與所述標(biāo)靶相對(duì)，是用以支撐一將被濺鍍沉積的基材；一磁電管，其可繞所述標(biāo)靶的一側(cè)上的所述中心軸掃描，所述標(biāo)靶是與所述臺(tái)架相反，且至少包含一第一磁極性的一內(nèi)磁極，其產(chǎn)生一沿所述中心軸一第一方向的第一磁場(chǎng)，其是介于所述標(biāo)靶與所述臺(tái)架間一空間內(nèi)，及一第二磁極性的一外磁極，其是具有一與所述第一磁極性相反的第二磁極性，其圍繞所述內(nèi)磁極，且產(chǎn)生一沿與所述空間中的所述第一方向相反的一第二方向的磁場(chǎng)；一繞所述中心軸配置的第一電磁線圈，其為至少部份在所述空間的徑向外部，且具有一第一直徑的第一內(nèi)孔；及一繞所述中心軸配置的第二電磁線圈，所述中心軸在所述臺(tái)架與所述標(biāo)靶相反的一側(cè)上，且具有一小于所述第一直徑的一第二直徑的第二內(nèi)孔。
48.如權(quán)利要求47所述的反應(yīng)器，其中所述第二直徑是小于所述基材的一直徑。
49.如權(quán)利要求47所述的反應(yīng)器，其中所述第一直徑與所述第二直徑的比是至少2.0。
50.如權(quán)利要求47至49中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，更包含一第一電源供應(yīng)器，其提供所述第一電磁線圈電力，以產(chǎn)生一沿所述第一內(nèi)孔內(nèi)所述第二方向的第三磁場(chǎng)；及一第二電源供應(yīng)器，其提供所述第二電磁線圈電力，以產(chǎn)生一沿所述第二內(nèi)孔內(nèi)所述第二方向的第四磁場(chǎng)。
51.如權(quán)利要求47至50中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述外磁極具有大于所述內(nèi)磁極的一總磁性強(qiáng)度。
52.如權(quán)利要求47至51中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，更包含一行星式機(jī)構(gòu)，其用以依一周轉(zhuǎn)圓路徑掃描所述磁電管的一磁鐵組件。
53.一種磁電管濺鍍反應(yīng)器，其至少包含一標(biāo)靶，其繞一中心軸配置；一電源供應(yīng)器，其電性偏壓所述標(biāo)靶；一行星式機(jī)構(gòu)，其執(zhí)行繞所述中心軸的周轉(zhuǎn)圓運(yùn)動(dòng)，且所述行星式機(jī)構(gòu)包括一連接至沿所述中心軸延伸的一驅(qū)動(dòng)軸的第一臂，及一由所述第一臂可旋轉(zhuǎn)地支撐的第二臂；一馬達(dá)，其驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)軸；一磁鐵組件，其固設(shè)于一所述第二臂上；一位置感應(yīng)器，其感應(yīng)所述磁鐵組件相對(duì)于所述中心軸的一徑向位置；及一控制器，其依照所述已感應(yīng)的徑向位置變化所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速率及所述電源供應(yīng)器的功率位準(zhǔn)中至少一者。
54.如權(quán)利要求53項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述控制器依照所述已感應(yīng)的徑向位置變化所述馬達(dá)的所述旋轉(zhuǎn)速率。
55.如權(quán)利要求53或54項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述控制器依照所述已感應(yīng)的徑向位置變化所述功率位準(zhǔn)。
56.一種濺鍍方法，至少包含繞一在磁電管濺鍍反應(yīng)中具有一中心對(duì)稱軸的濺鍍標(biāo)靶的背面掃描一磁電管，所述方法包括掃描一磁鐵組件，所述磁鐵組件包括一沿所述中心對(duì)稱軸的第一磁極性的外磁極，其圍繞一與第一磁極性相反的第二磁極性的一內(nèi)磁極，所述內(nèi)磁極系沿著一其中所述外磁極越過所述中心對(duì)稱軸的路徑。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其中所述外磁極的第一總磁性強(qiáng)度的一磁性比是所述內(nèi)磁極的一第二總磁性強(qiáng)度的至少150％。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其中所述比值是大于3。
59.如權(quán)利要求56至58中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述掃描步驟是在一至少一段式行星式運(yùn)動(dòng)中掃描所述磁鐵組件。
60.一種濺鍍方法，至少包含下列步驟提供電源至在一磁電管濺鍍反應(yīng)中具有一中心對(duì)稱軸的一濺鍍標(biāo)靶；在一繞所述濺鍍標(biāo)靶背面的路徑掃描一磁電管，包括移動(dòng)一磁鐵組件，所述磁鐵組件包括一沿所述中心對(duì)稱軸的第一磁極性的外磁極，其圍繞一與第一磁極性相反的第二磁極性的一內(nèi)磁極，所述內(nèi)磁極是沿著一與所述中心對(duì)稱軸的可變間隔的路徑；及在所述磁電管沿所述路徑掃描的同時(shí)，以所述間隔為一函數(shù)改變所述已應(yīng)用電力的位準(zhǔn)及所述移動(dòng)的速率中至少一者。
61.如權(quán)利要求60所述的方法，其中所述變化步驟改變所述已應(yīng)用的電力。
62.如權(quán)利要求60或61所述的方法，其中所述變化步驟可控制地且可選擇地改變所述速率。
63.如權(quán)利要求60至62中任一項(xiàng)所述的方法，更包含在所述磁電管被移動(dòng)的同時(shí)感應(yīng)所述間隔。
全文摘要
一種小型不平衡磁鐵組件(60)是繞一被電漿濺鍍的標(biāo)靶(90)背面在一較佳為逆行(retrograde)行星式或周轉(zhuǎn)圓式路徑(92)中掃描，該掃描包括一繞該標(biāo)靶的中心軸(72)的軌道式旋轉(zhuǎn)，及一繞相對(duì)該標(biāo)靶中心軸旋轉(zhuǎn)的另一軸的行星式旋轉(zhuǎn)。該磁鐵組件可通過該標(biāo)靶中心，因此可完全覆蓋標(biāo)靶。具有齒輪的一行星式機(jī)構(gòu)可包括一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)板(74)、一固定中心齒輪(62)及一惰齒輪(76)，及一可旋轉(zhuǎn)支撐在該驅(qū)動(dòng)板上的隨動(dòng)齒輪(78)，該驅(qū)動(dòng)板支撐一在該面對(duì)該標(biāo)靶的驅(qū)動(dòng)板的一側(cè)上的懸臂式磁鐵組件(84)。一帶件(342)及滑輪(344、346)可取代該等齒輪。所述侵蝕輪廓可藉由改變通過該旋轉(zhuǎn)循環(huán)的旋轉(zhuǎn)速率或藉由變化該標(biāo)靶功率而控制。一第二行星式階段(302、304、306)可被加入或使用非圓形齒輪(310)。位于該室內(nèi)部旁及臺(tái)架(122)下的輔助電磁線圈(254、258)可產(chǎn)生一集中的磁場(chǎng)。
文檔編號(hào)H01J37/34GK1669111SQ03816946
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2003年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月21日
發(fā)明者伊揚(yáng)·理查德·洪, 詹姆斯·H·宗, 邁克爾·安德魯·米勒, 丹尼爾·C·呂本, 丁裴俊, 尼馬爾·邁蒂 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司