[发明专利]旋转磁控管的任意扫描路径的控制

说明书

技术领域

本发明涉及材料的溅射。特别地，本发明涉及在等离子体溅射靶的背部中的磁控管的扫描路径的控制。

背景技术

溅射(或称为物理汽相沉积(PVD))是在半导体集成电路的制造中沉积金属及相关材料层的最流行方法。溅射的商用最重要形式是等离子体溅射，其在溅射靶的背部中使用一磁控管以增加等离子体密度及增加溅射率。一典型磁控管包括一磁性的磁极，其围绕相反极性的另一磁极。几乎固定宽度及形成一闭合回路的缝隙分离两磁极且设定一邻近该靶的溅射面的闭合等离子体轨迹。

磁控管溅射最初是用来沉积几乎平面且相对较厚层的一金属(例如铝)，之后蚀刻成为一水平互连的图案。一用于此类型溅射的典型磁控管具有相对较大的肾形，其中紧密相邻的磁极接近该图案的周边定位。磁控管自约靶的中心延伸以接近其可用的周边，且绕靶中心旋转以产生靶的均匀溅射，且因此晶片上的溅射沉积。磁控管的大尺寸可产生相当均匀的靶侵蚀及在晶片上沉积的溅射层的均匀厚度。

然而，最近磁控管溅射已延伸至沉积薄、几乎保形层进入在介电层中形成的高纵横比的孔，如用于垂直互连的通孔或用于电容式内存的沟渠。这些溅射层的实例包括一(例如)钽及氮化钽的阻挡层，以防止金属的迁移进入位于下方的介电质或一铜种晶层内以作为后续通过电化学电镀(ECP)填充进入通孔内的铜的电镀电极及成核层。溅射进入这些深及窄孔部分依靠一大成分的溅射原子在邻近靶的高密度等离子体中离子化，其可通过将靶功率集中至该靶的一小区域的小磁控管实现，因而产生高功率密度及对应的邻近高密度等离子体区。已发现，在接近靶周边有效地扫描的小磁控管，可在整体晶片上产生几乎均匀的溅射沉积，因为溅射离子当其从靶行进至晶片时会扩散朝向晶片的中心。

然而，有时需要用一较小磁控管在靶上溅射一较宽带。Miller等人在美国专利第6,852,202号中描述一种行星式磁控管(PMR)系统，其通过引用并入本文。在PMR系统中，一内部臂绕靶中心旋转且一外部臂在内部臂的一末端处绕一枢转轴旋转；及具有一磁控管，其设置在其偏离枢转轴的末端上。所述的PMR系统包括一行星齿轮机构，其具有一固定在靶中心处的太阳齿轮且耦合至一在枢转轴上旋转的齿轮并且支撑第二臂。行星齿轮机构产生一多叶片扫描图案，其中扫描图案的径向范围及叶片数目由两臂的长度及齿轮机构的齿轮比建立。虽然此扫描图案在先进溅射应用中已颇有效，但叶片扫描图案可能并非最理想之一，且需要改变扫描图案而不改变扫描机构的实体部分。

发明内容

一种控制两个马达的系统及方法造成一磁控管沿一溅射靶的背部上的几乎任意路径的运动。一系统控制器周期性地传送命令至一运动控制器，其解译这些命令并因此驱动两个马达。

依据本发明的一个方面，每个命令包括一命令单，其可假设若干可接受值之一以及一可能未操作值。该系统控制器可再传送命令，其具有该命令单的相同值但改变该值用于一新命令。当接收到一命令时，运动控制器不改变其对于马达的控制，除非该命令包括一具有与先前接收命令不同的可接受值的命令单。

依据本发明的另一方面，一磁控管扫描路径的多个扫描轮廓储存在运动控制器中。一命令是选择储存轮廓之一的轮廓命令。当接收该轮廓命令时，运动控制器控制马达以执行该选定轮廓。

依据本发明的又一方面，该系统包括两个传感器，其当扫描机构的个别臂或其它部件通过附近时可加以检测。一个命令是一动态归航(homing)命令。当接收该动态归航命令时，运动控制器使得这些臂沿预选定路径运动及决定传感器是否在预期时间处检测这些臂。若否，控制系统使该扫描机构再归航。

附图说明

图1是一包括一用于周转磁控管扫描机构的马达控制系统的具体实施例的溅射腔室的截面图。

图2是一通用磁控管扫描机构的正投影视图。

图3是图2的磁控管扫描机构的部分的截面图。

图4是储液槽顶部壁的平面图，其上设置磁控管扫描机构且其包括用于与其关联的光学传感器的安装孔。

图5是依据本发明的马达控制电路的具体实施例的图式。

图6是一用于磁控管扫描图案的复杂轮廓的平面图。

图7是一说明跟随图6的轮廓的磁控管的角度及半径的图表。

图8是用来解释一些命令的操作的扫描机构的模型的示意性平面图。

图9是利用与本发明一致的一个命令协议操作扫描机构的一个方法的流程图。

具体实施方式