专利名称：提高溅镀靶使用率的预溅镀方法
技术领域：
本发明是有关于一种应用于预溅镀制程的方法，特别是指一种可以提高溅镀靶使用率的预溅镀方法。
背景技术：
溅镀(SPutter)为一种用来形成金属薄膜沉积的半导体制程方法，其主要原理是将电浆离子通入溅镀机的反应室中，再以离子加速方式对溅镀靶(Target)进行轰击，以造成溅镀靶表面(正面)靶材原子掉落，并在基板表面形成一层金属薄膜沉积。
请参阅图1所示，其是为磁控式摇摆扫瞄型溅镀机10示意图；包括一反应室11、一溅镀靶20、一基座13以及一长形磁铁14，其中反应室11是利用真空泵(图中未示出)将其内部抽真空至1至10mmtorr，并将带电荷的电浆离子通入反应室11内部(例如带正电的氩离子)，溅镀靶20则是由一溅镀靶背板12以及一靶材16所组成，此外溅镀靶20以及基座13更分别与阴极以及阳极相连接。溅镀机10是藉由溅镀靶20与基座13之间所形成的电位梯度，驱动带正电的氩离子对溅镀靶20进行离子轰击，使得靶材16原子得以沉积至基座13上，而基座13表面是放置待溅镀的基板15，例如晶圆或是玻璃基板，使得靶材16原子可以顺利地溅镀至基板15之上并形成薄膜沉积。长形磁铁14设置于溅镀靶背板12之背面，并以来回摇摆方式在溅镀靶背板12的背面进行对称往返的扫瞄移动，其目的在于利用磁控方式改善基板15表面薄膜沉积的均匀度和速率。
请参阅图2所示，其是为溅镀机在进行溅镀制程时，长形磁铁的移动距离与速度关系图；此一扫瞄方法称为“阶梯变速法”，其扫瞄速度是为阶梯变化方式由160mm/s加速变成340mm/S再变成350mm/s，之后再减速变成340mm/s和变成160mm/s。其中长形磁铁在溅镀靶中间大部份区域的扫瞄速度为350mm/s，其目的在于改善基板表面薄膜沉积的均匀度，因为在那样的速度的下基板所获得的电阻值(RS)薄膜厚度较均匀且品质较佳，但由于阶梯变速法是以中间快、二端慢的速度在进行扫瞄，且长形磁铁在往返扫瞄的过程中会产生暂留效应，因此往往会造成溅镀靶在一端的腐蚀消耗速率(erosion rate)较中间区域快的现象产生。
上述溅镀制程所采用的阶梯变速法其操作技术通常是由其上游的溅镀设备供应商所提供，而一般下游的制造商在接受到设备供应商所提供的技术后往往都是依照其指示操作，但是基板在真正进行溅镀制程之前通常都会先进行预溅镀制程(pre-sputter)，其目的在于去除溅镀靶表面的杂质，这些杂质可能来自于氧化，然而在预溅镀的过程中，基座表面所放置的并非为待溅镀产品所使用的基板，而是改以一种专供预溅镀使用的测试基板(dummysubstrate)取代的。
但由于长形磁铁在预溅镀制程中的操作方式(扫瞄速度)，设备供应商建议使用者采用与溅镀制程相同的操作方式，即“阶梯变速法”，但若是在预溅镀制程中仍然对溅镀靶采用阶梯变速法，则溅镀靶表面将因为长形磁铁在扫瞄路径二端的扫瞄速度较慢，以及长形磁铁在扫瞄路径二端折返时所产生的暂留效应，而导致溅镀靶在其表面二端产生和溅镀时相同的腐蚀结果，即二端的腐蚀消耗速率(erosion rate)较中间区域快，使得溅镀靶在预溅镀时，其整体表面无法获得均匀的腐蚀消耗。
请参阅图3所示，溅镀靶20在预溅镀的过程中，若中间区域要将其表面的杂质去除必须腐蚀消耗厚度d的靶材16，则其二端将因为扫瞄速度较慢而且在折返端会暂停，故较中间区域多增加了厚度d’的腐蚀消耗。之后若再以该溅镀靶20对基板进行溅镀，且长形磁铁并以同样的扫瞄速率(阶梯变速法)进行扫瞄，其结果将使得溅镀靶20二端的腐蚀消耗更快地接近溅镀靶背板12而使溅镀靶20加速报废。这对于大部份溅镀靶20而言其使用率可以说是不算太高，因为溅镀靶20除了二端的靶材16有过度消耗的现象外，其大部分中间区域的靶材16消耗量并算太多，仍然可以再继续使用一段时间，只因为二端的靶材16消耗已经接近溅镀靶背板12而必须面临报废，这对于制造商的溅镀成本来说将形成严重的浪费，此外，经常的更换溅镀靶20也会浪费保养维修的时间和人力成本。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种提高溅镀靶使用率的预溅镀方法，其可以使溅镀靶的靶材在预溅镀的过程中均匀的腐蚀消耗，以避免溅镀靶因为特定区域的过度腐蚀消耗而降低溅镀靶的使用率。
本发明的预溅镀方法的步骤包括首先提供一溅镀靶，再对溅镀靶进行离子轰击，在轰击的过程中并以等速方式驱动一长形磁铁于溅镀靶的背面来回扫瞄，直到溅镀靶表面的杂质去除之后，完成溅镀靶背板的预溅镀。上述预溅镀制程是在溅镀反应室的内部进行，长形磁铁的扫瞄速度是以控制在140mm/s至200mm/s范围较佳，并以160mm/s更佳，该速度为阶梯变速法的起始扫瞄速度，又在预溅镀的制程中，放置在基座上方用以沉积薄膜的待溅镀物是为玻璃材质的测试基板(dummy substrate)。
由于本发明在预溅镀的制程中，是以等速方式控制长形磁铁于溅镀靶的背面来回扫瞄，其在溅镀靶表面的腐蚀消耗将较为均匀，而不会产生如习知技术在溅镀靶表面的部份区域靶材有过度腐蚀消耗的情形，因此可以提高溅镀靶的使用效能；又由于本发明所采用的扫瞄速度较习知技术慢，长形磁铁在每次扫瞄的过程中所去除的杂质厚度较多，因此可以减少长形磁铁扫瞄时往来折返的次数，而往来折返的次数一减少，预溅镀所需的总电积功率以及靶材的使用量也相对地减少，同时测试基板的使用量以及维修复机的时间也就相对地减少，预溅镀所需的材料成本以及工时也就相对地降低。
图1为磁控式摇摆扫瞄型溅镀机的示意图；图2为溅镀机在进行溅镀制程时，长形磁铁的移动距离与速度关系图；图3为习知技术利用阶梯变速法对溅镀靶进行预溅镀时，在其表面所产生的腐蚀消耗示意图；图4为本发明的提高溅镀靶使用率的预溅镀方法流程图；图5为利用本发明的方法进行预溅镀时，长形磁铁的移动距离与速度关系图；图6为本发明的等速均匀法对溅镀靶进行预溅镀时，于其表面所产生的腐蚀消耗示意图；图7是为分别利用本发明与习知技术进行预溅镀的比较分析图。
图号说明10-溅镀机，11-反应室，12-溅镀靶背板，13-基座，14-长形磁铁，15-基板，16-靶材，20-溅镀靶，26-靶材，28-溅镀靶背板，30-溅镀靶。
具体实施例方式
本发明是一种关于提高溅镀靶使用率的预溅镀方法，该预溅镀方法可以提高溅镀靶的使用效能，降低预溅镀的电积功率以及靶材的使用量，并减少测试基板的使用量和维修复机的工时，其详细实施例以及相关实施方式将通过以下内容做说明。
请参阅图4所示，其是为本发明的提高溅镀靶使用率的预溅镀方法流程图；步骤41首先将一溅镀靶放置于溅镀反应室内部，再将电浆离子通入反应室内部，步骤42利用溅镀靶与基座之间所形成的电位梯度，驱动电浆离子对溅镀靶进行离子轰击，步骤43在轰击的过程中并以等速方式驱动一长形磁铁于溅镀靶的背面来回扫瞄，步骤44直到溅镀靶表面的杂质去除之后，并完成溅镀靶的预溅镀。
在本实施例中，是利用日本真空(ULVAC)所制造的SMD-650C型溅镀机来进行上述预溅镀，上述溅镀反应室内部的压力是控制在1至10mmtorr之间，而长形磁铁的扫瞄速度则以控制在140mm/s至200mm/s范围较佳，并以160mm/s的扫瞄速度更佳，该速度为阶梯变速法的起始扫瞄速度，图5为长形磁铁的移动距离与扫瞄速度的关系图。如上所述，本发明虽是使用日本真空(ULVAC)所制造的SMD-650C型溅镀机来进行预溅镀，然其并非用以限定本发明，亦可使用其他任意厂牌型号的溅镀机，并利用上述本发明的方法，在140mm/s至200mm/s的范围内对应个别机型作适当的扫瞄速度调整，同样可达到本发明的效果。又在预溅镀的制程中，放置在基座上方用以沉积薄膜的待溅镀物是为玻璃材质的测试基板(dummy substrate)。
在此必须特别强调说明的是，本发明在步骤43中提到长形磁铁的扫瞄速度必须为等速的用意，主要在于解决习知技术在阶梯变速法中，因为长形磁铁的扫瞄速度中间快、二端慢，而造成溅镀靶在其二端发生腐蚀速率较快的缺点。又在前一段文章中提到虽然长形磁铁的扫瞄速度必须为等速，但所采用的扫瞄速度是以阶梯变速法当中的160mm/s较佳，其主要的用意在于解决长形磁铁在扫瞄折返的过程中产生暂留效应，暂留效应会对溅镀靶二端的腐蚀速率产生加乘效果，使得溅镀靶加速报废，因此若本发明采用阶梯变速法当中的160mm/s进行等速扫瞄，则不仅可以降低长形磁铁在折返过程中产生暂留效应，更由于所采用的速度为阶梯扫瞄法中的扫瞄初始速度，更可以确保在那样的扫瞄速度下，机器设备参数的调整以及作业环境的设定，都已经通过测试确定而不会对产品造成不良的影响。
请参阅图6所示，其是为利用本发明的方法进行预溅镀，溅镀靶表面的腐蚀消耗图。图中溅镀靶30是由一溅镀靶背板28以及一靶材26所组成，本发明是以等速方式将长形磁铁控制在140mm/s至200mm/s的范围之下，并以160mm/s为较佳的扫瞄速度，与图3相比较可知，本发明的溅度靶表面的靶材腐蚀消耗较图3更为均匀。若要在预溅镀的过程将溅镀靶表面的靶材去除d的厚度并采用阶梯变速法，其结果将如图3所示，此时溅镀靶的中间区域的靶材虽然可以顺利地去除d的厚度，但在其二侧的靶材也将因为扫瞄速度相对较慢以及暂留效应的影响而去除了d+d’的厚度，其中多去除的d’靶材厚度是为习知技术在预溅镀过程最大的缺点，也是本发明所极欲克服的重点所在。反之，若以本发明的等速扫瞄法对溅镀靶进行预溅镀，且采用本发明所建议的扫瞄速度进行扫瞄，其结果将如图6所示，此时溅镀靶整体所去除的靶材厚度d较为均匀不会有过份腐蚀的现象，因此本发明可以减少溅镀靶在其二侧额外产生厚度d’的靶材消耗，进而提高溅镀靶的使用率和寿命。
由上述说明可知，本发明不但可以降低溅镀靶预溅镀的时间，更可以减少预溅镀时靶材的腐蚀消耗，由于溅镀机在预溅镀的过程中，每单位时间所输出的电积功率均相同，而本发明因为可以减少预溅镀的时间，因此在预溅镀时整体的总电积功率也就相对地降低；此外，测试基板表面的沉积簿膜若超过其可容许的理论安全厚度时，则该测试基板必须要报废，又由于本发明的溅镀靶在预溅镀时靶材的腐蚀消耗量较少，在测试基板表面所沉积的薄膜厚度较小，相较于习知技术而言将更不容易到达可容许的理论安全厚度，因此本发明将可以减少测试基板的使用量。
请参阅图7所示，其是为本发明与习知技术分别进行预溅镇的比较分析图，由图中可知，习知技术要完成一个溅镀靶的预溅镀，必须花费五小时五十四分三十四秒，其所消耗的测试基板为五批，总电积功率89千瓦小时，而本发明则花费五小时九分，其所消耗掉的测试基板为四批，总电积功率为71千瓦小时，其中每一批包含24片测试基板。整体而言，本发明在测试基板的使用量、电积功率的消耗量以及预溅镀时间的花费上均较习知技术节省2 0％以上，因此不仅可以降低成本，更可以提高溅镀靶的使用率。
值得一提的是，本发明在预溅镀过程对于长形磁铁所采用的扫瞄速度并不限定于140mm/s至200mm/s的范围，只要符合等速扫瞄的原则，就可以在溅镀靶的表面产生均匀的腐蚀消耗，而不会像习知技术会在溅镀靶的二端产生过度的腐蚀消耗，但是长形磁铁的扫瞄速度越低，其所造成溅镀靶的腐蚀消耗量会越多，然而可给此减少长形磁铁扫瞄往返的次数，而本发明在试验过程中采用160mm/s的扫瞄速度，主要是因为该速度为阶梯扫瞄法中的扫瞄初始速度，过去对于那样的扫瞄速度下，无论是机器设备参数的调整以及作业环境的设定，都已经通过测试确定而不会对产品造成不良的影响，因此本发明的扫瞄速度范围是以140mm/s到200mm/s较佳，并以160mm/s的扫瞄速度更佳，当然，本发明并不限定以该速度进行扫瞄，可配合实际状况所需而测试调整之。
以上所述仅为本发明的提高溅镀靶使用率的预溅镀方法的较佳实施例，其并非用以限制本发明的实施范围，任何熟习该项技艺者在不违背本发明的精神所做的修改均应属于本发明的范围，因此本发明的保护范围当以权利要求围做为依据。
权利要求
1.一种提高溅镀靶使用率的预溅镀方法，适用于一反应室，其特征在于包括步骤提供一溅镀靶；对上述溅镀靶进行离子轰击；以等速方式驱动一长形磁铁于上述溅镀靶的背面来回扫瞄；以及直到上述溅镀靶表面的杂质去除之后，完成该溅镀靶的预溅镀。
2.如权利要求1所述的提高溅镀靶使用率的预溅镀方法，其特征在于溅镀反应室是利用一真空泵将其内部抽真空至1至10mmtorr。
3.如权利要求1所述的提高溅镀靶使用率的预溅镀方法，其特征在于所述长形磁铁的扫瞄速度为140mm/s至200mm/s。
4.如权利要求1所述的提高溅镀靶使用率的预溅镀方法，其特征在于所述长形磁铁的扫瞄速度为160mm/s。
全文摘要
本发明公开了提高溅镀靶使用率的预溅镀方法，其步骤包括首先提供一溅镀靶，再对溅镀靶进行离子轰击，轰击的过程中并以等速方式驱动一长形磁铁于溅镀靶的背面来回扫瞄，直到溅镀靶表面的杂质去除之后，完成溅镀靶的预溅镀。
文档编号C23C14/34GK1480555SQ02132280
公开日2004年3月10日 申请日期2002年9月4日 优先权日2002年9月4日
发明者邓敦和 申请人:瀚宇彩晶股份有限公司