專利名稱：小行星式磁電管的制作方法
技術領域：
本發明廣義上涉及材料的濺鍍。本發明尤其是涉及磁電管的掃描動作，其產生一磁場以增進等離子體濺鍍。
背景技術：
濺鍍(或稱為物理氣相沉積；PVD)通常是用于制造半導體集成電路，尤其是供沉積用以形成電性互聯機的各層材料及相關材料。前些年的集成電路技術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適當深寬比的通孔。此應用需求用濺鍍容易獲得的快速沉積率及高均勻性。達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)被激發成為等離子體。帶有正電荷的氬離子被吸附至負偏壓金屬標靶，且以足夠能量撞擊標靶，以移動(濺鍍)金屬原子離開該標靶，其接著涂布與該標靶相對放置的晶片(圓形襯底)。濺鍍速率是通過將磁鐵組件定位在該標靶后而增強，磁鐵組件產生一平行該標靶前表面的磁場。該磁場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大的總面積(即被外部極的外周邊包圍的面積)，該磁場在二極中僅僅延伸一相當小的范圍。為達成沉積所需的均勻性，該腎狀磁電管會繞該標靶中心旋轉。
更先進的集成電路技術已對濺鍍提出不同且更困難的要求，且濺鍍的重點已從沉積水平互連轉移到沉積垂直通孔。先進集成電路的高復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成。由于大量裝置的復雜布線業已借著互連多個布線層次而達成，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硅酸鹽玻璃形成)在其表面包括導電特征12。上方介電層14沉積于其上。通過覆蓋導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正研發中。然而，層間介電層14的厚度可能會被限制到約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，不利于達成高深寬比的孔。如果使用傳統的濺鍍用金屬填充孔16，該濺鍍可能會優先涂布孔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部分之間的擴散最小化。因此，已發展出一標準實施，以一薄阻障層20預涂布通孔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散。用于鋁金屬化的典型阻障是鈦/氮化鈦雙層，而對于銅金屬化是鉭/氮化鉭，雖然其它阻障材料及組合已經提出。為達此目的，阻障層20應明顯及相當均勻地涂布通孔16的側邊，且通常也涂布其底部。同樣的，濺鍍本質上不適于側壁覆蓋。
近來許多努力已用在發展銅金屬化的技術。銅提供較低傳導性及減少電子遷移的優勢。此外，銅可通過電化學電鍍(ECP)易于沉積，甚至進入高深寬比孔中。然而，電化學電鍍銅需要在通過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14的頂部及通孔16的側壁及底部。銅籽晶層30需求良好的底部及側壁覆蓋。銅濺鍍因為其經濟性及優良膜品質，甚至對困難的幾何形狀也較佳。
可兼作為垂直電性互聯機或通孔及作為水平互聯機的厚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，是通過化學機械拋光(CMP)移除。如在銅籽晶及阻障的應用中所示，濺鍍較少用于沉積厚導電層，且多用以沉積較不規則幾何形狀的薄層，其被稱為襯層應用。
當通過傳統濺鍍沉積時，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，與側壁部份40及底部42相比是相當地厚。在高深寬比孔16中的側壁部份與毯覆式部分38相比，通常顯現最低覆蓋，因此通常更受害于最小厚度44，厚度44需要維持在標準水準之上，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底部前關閉。在銅中產生的空洞嚴重地影響生成裝置的效能及可靠性。一極薄的側壁區域44也會產生一包括在銅中的空洞。另外，側壁不對稱需要最小化，如下所述。
已了解到達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架。該射頻偏壓在晶片上產生一負直流偏壓，加速金屬離子朝向晶片。高前進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地耦合額外射頻功率進入室內，以達到高密度等離子體。然而，感應耦合反應器傾向于需求導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靶功率而增加。然而，對于研發中的300毫米晶片技術及甚至對于200毫米晶片而言，此方式造成需求的電力供應費用變成極高。同時，變得難以控制該標靶溫度，且又需要用于冷卻標靶的另一電力。
由Fu公開于美國專利6,183,614號(以引用方式全數并入本文)中的另一且較佳方式(有時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層，例如厚度為150奈米或更少的一范圍，其在該孔中產生一更薄的側壁厚度。SIP濺鍍能以公知的平面標靶在大體上公知且廉價的磁電管濺鍍反應器室中實施。相反地，感應耦合反應器需求以一昂貴新式設計的感應線圈，及使用昂貴復雜形狀標靶的空心陰極或拱形標靶反應器。SIP濺鍍是基于一小型但強力磁電管，其集中高密度等離子體區域于一該標靶的一相當小區域上。結果，約20至40千瓦的一些適當電源供應可用以在覆蓋該磁電管的標靶部份產生一非常高效率的功率密度。該高密度等離子體產生金屬離子的一高離子化比率，估計約為20％或更多。金屬離子受臺架電極的射頻偏壓吸引，以促成涂布深孔的側邊。
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靶，以再濺鍍該標靶，因此稱為自離子化等離子體。結果，一旦該等離子體被激起，該室內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磁極，其由一相反極性的外磁極圍繞。外磁極的總磁力或強度(即對外磁極面積積分的磁通量)實質上系大于內磁極，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靶的高密度等離子體的電子損耗。該不平衡磁場導致磁力線投射遠離較強的外磁極朝向晶片。投射磁場線同時支持更密集等離子體且導引金屬離子朝向晶片。
通過將小型磁電管繞標靶的中心旋轉，可在SIP中達到濺鍍均勻性及完全標靶侵蝕的合理程度，且藉由使磁電管形狀有利于該標靶較外部份。在一具體實施例中，該不平衡磁電管的外磁極具有一大體上三角形狀，其具有置放內磁極的三角形內孔徑。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覆蓋或接近旋轉中心。三角形磁極的底接近外部周邊，且可彎曲以循標靶周圍。
雖然旋轉三角形磁電管提供合理地適當均勻性用于平面或毯覆式沉積，對于高深寬比孔中的薄襯層的均勻性是一復雜的要求，正如參考圖3部份說明的那樣。側壁覆蓋率需要相當高，且其需要均勻地遍及大型晶片。再者，在一側壁上的側壁覆蓋不能與相對側壁上的側壁覆蓋明顯地不同。即，在晶片上所有點處的側壁覆蓋應該對稱。對于中性濺鍍原子，靠近晶片邊緣的沉積均勻性及側壁對稱將難以達到，因為邊緣是顯著地暴露于主要由該標靶內側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在徑向非常不均勻，且其不均勻性無法只以周圍式掃描補償。在最佳化均勻性及深孔涂布的許多因數中，三角形設計受限于其本身極少的獨立設計參數。已提供各種型式的輔助磁鐵以補償在三角形磁電管中固有的不均勻磁場，但此等設計受害于其本身的缺陷。即使一圓形磁電管也會產生沿其徑向變化的磁場。
周圍掃描式磁電管顯現出在徑向不均勻侵蝕的另一問題。此問題即使當具有相當大尺寸的磁電管(諸如公知的腎狀磁電管)時也會發生。對于三角形SIP磁電管，在初始平面標靶表面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)的一標靶層的磁電管，該材料沿一接口56結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發展出。只以有利于SIP濺鍍的小型磁電管的周圍掃描，難以達到標靶中心的高使用率。雖然不均勻侵蝕可通過使用大型腎狀磁電管減少，其仍發生到一明顯程度。標靶的壽限系取決于背板的首先暴露。進一步的濺鍍會以不符合需求的背板材料污染該晶片，且該標靶必須拋棄或至少重新拋光以具有一新標靶層。不均勻侵蝕產生不良的整體標靶使用率，在所示實例中約占38％。當使用一體式標靶而無一不同背板時(如通常用于鋁或銅濺鍍時)，考率則稍有不同，但不良標靶使用導致侵蝕痕跡仍是問題。因此通常需求達到更均勻濺鍍，以避免在修復標靶時的過度花費及停機時間。
對于SIP濺鍍而言，磁電管的設計直接影響三大課題(1)橫跨該晶片的一薄層的均勻厚度及尤其是對稱側壁覆蓋；(2)均勻標靶侵蝕；及(3)濺鍍原子的離子化比率。難以使一磁電管設計對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。
用于各種應用的磁電管濺鍍在形狀及磁場強度上具有不同要求。此變異產生商業性問題。雖然令人滿意的濺鍍反應器已經針對大多數此等應用設計，通常反應器及其等的磁電管具有明顯不同設計。數量日增的不同型式反應器及磁電管，在設計、分布及維護如此多不同型式反應器時會造成費用及存貨的損失。因此需求獲得用于濺鍍反應器及其磁電管的通用設計，其中在設計中的小改變及改變操作參數，允許相同設計被用于不同應用中。
各種建議已經提出繞一圓形標靶以周圍及徑向掃描一磁電管，通常是依繞標靶中心的主要旋轉的一周轉圓模式，及一繞該主要旋轉的臂末端的次要旋轉。參見例如Freeman等人的美國專利第4,714,536號及Tomer等人的美國專利5,126,029號。Freeman的設計似乎較實用，但其苦于無法旋轉該磁電管靠近或越過標靶中心，且其傾向于過度振動。Tomer的設計允許中心掃描，但其固定且具內齒的周圍齒輪大而不便。Tomer的設計是關于使由大型磁電管產生的不均勻侵蝕痕跡平順化。
發明內容
一行星式磁電管可用于一等離子體濺鍍反應器，供增加濺鍍沉積的均勻性、更完全的標靶利用率、且增加等離子體密度。該磁電管可針對高等離子體密度最佳化(例如，藉由一小型圓形設計)，同時該行星式運動可針對均勻膜厚度及完全標靶利用率最佳化。
一行星式機構造成磁電管(較佳是包括遠小于該標靶的磁鐵組件)執行行星或周轉圓式運動，其中磁鐵組件同時以一軌道式運動繞標靶的中心旋轉，且在一行星式旋轉中繞一也對該標靶中心旋轉的軸旋轉。該機構較佳是允許磁鐵組件掃描通過標靶中心。該運動最好是逆行(retrograde)行星式運動，其中該行星式旋轉系與軌道式旋轉相反，但前行式行星運動提供許多相同結果。
在一具體實施例中，由齒輪比或其它嚙合比測量出的旋轉比1∶03比6為較佳，但應避免整數值。從約1.2至約1.66及從約2.5至4.97的旋轉比，可在標靶中心提供比標靶周邊明顯較大的速度。較佳的是，嚙合比不應太接近整數值，其將產生一極小量的瓣狀而因此產生不良的標靶利用率。齒輪比最好是根據在固定及不相稱(即沒有公約數)隨動齒輪中的齒數。對于通常可用的齒輪，此要求通常可藉由一齒輪中的奇數齒及另一個中的偶數齒，或用于二齒輪的二不同奇數齒而滿足。
該行星式機構可包括一具齒輪的機構，其包括一繞標靶中心軸配置的內齒輪、一沿該軸延伸且旋轉一驅動板的旋轉驅動軸、一支撐在該驅動板上且與該內齒輪嚙合的惰輪，及一支撐在驅動板上且與該惰輪嚙合的隨動齒輪。一位于驅動板及標靶間的底板被固定至隨動齒輪的軸，且與它一同旋轉。一磁鐵組件倚靠與標靶背面相鄰的該底板的一端，且執行逆行行星式運動。其它具齒輪行星式機構的特征也可應用于帶狀行星式機構。
該內齒輪可固定，該例中介于隨動與固定內齒輪間的齒輪比，決定隨動齒輪與附接磁鐵組件及驅動板間的旋轉比，即行星式及軌道式旋轉速率比。磁鐵組件在標靶中心及標靶周邊的速度比，由齒輪比且額外由自標靶中心至隨動齒輪及自隨動齒輪至磁鐵組件間的旋轉臂的比而決定。
較佳的是，一第一平衡件支撐在驅動板上與隨動齒輪相反的末端，且一第二平衡件支撐在底板上與磁鐵組件相反的末端。
該內齒輪可另由一第二旋轉軸加以旋轉。
標靶侵蝕的輪廓的控制，可藉由調變行星式機構的旋轉頻率，或藉由將標靶功率調變成旋轉位置(尤其是在標靶上磁鐵組件的徑向位置)的一函數。在一具體實施例中，當磁電管接近標靶中心時，旋轉速率會增加或標靶功率降低。一部份置于磁鐵組件上的位置感應器可用于使旋轉或功率調變與磁鐵組件的徑向位置同步。
該行星式機構可包括二行星階段(stage)，其具有經選定用于最佳化濺鍍圖案的三臂長及二齒輪比。該具齒輪的行星式機構或者能以一具有向內突出齒的固定外齒輪實施，其嚙合在驅動板上旋轉的隨動齒輪。無須惰齒輪。
該行星式機構或者可包括一帶式機構，其包括一繞中心軸的主動輪，一沿該軸延伸且旋轉一驅動板的旋轉驅動軸、一支撐在該驅動板上的隨動滑輪、及一環繞該主動輪及隨動滑輪的帶件。位于驅動板下方的底板及附接磁電管被固定到隨動滑輪的軸，且隨之旋轉。該主動輪可固定或由一分離的驅動軸旋轉。
該小型磁鐵組件(較佳是具有不超過被掃描標靶的面積的10％)可為一不平衡的磁電管，具有一沿中央標靶軸的極性的弱內磁極，其由一相反極性的較強外磁極圍繞。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。對于深孔填充，磁通量比進一步增加至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形件(可能由多個弧形節段組成)提供。該小型磁鐵組件或者可為一已平衡的磁電管，具有相等強度的內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稱或可具有其它形狀。
對于不平衡磁電管，可使用輔助同軸電磁鐵，較佳是提供能量以在其等的內孔產生磁場，平行(非不平行)由強外磁電管磁極產生的磁場，因此提供投射磁場至該基材。該同軸電磁鐵可環置于標靶與基材之間或在基材后的處理空間。后置電磁鐵的內孔可小于基材的直徑。如果使用二種電磁鐵，側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是可應用本發明的濺鍍設備的集成電路通孔結構的剖面圖。
圖3是顯示濺鍍沉積不均勻性的典型的一通孔結構的剖面圖。
圖4是一濺鍍標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是在行星式運動下的磁鐵組件的路徑圖形。
圖9是一結合圖5及圖6的行星式磁電管的濺鍍反應器的剖面側視圖。
圖10是一使用在圖9的濺鍍反應器的磁電管組件的剖面側視圖。
圖11是一不平衡的圓形對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生的磁場分布的概要示范。
圖14及圖15是二替代性圓形對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生的電氣特征的圖表。
圖17是對于一階段行星式運動，計算出的徑向位置隨時間的一函數的圖表。
圖18是對于一階段行星式運動，計算出的速度平方隨時間的-函數的圖表。
圖19是根據圖17中計算出的徑向位置，及需求位置隨時間的一函數的圖表。
圖20是對于一階段行星式運動及對于臂長的二比值，徑向速度平方相對于半徑的圖表。
圖21是圖20中徑向速度平方的倒數的圖表。
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器的概要側視圖。
圖23是一在圖22的濺鍍反應器中產生的磁場的概要圖式。
圖24是一包括該旋轉頻率的調變的行星式磁電管組件的概要側視圖。
圖25是一包括標靶功率的調變的行星式磁電管組件的概要側視圖。
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構的一頂視平面圖。
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。
具體實施例方式
本發明的一主要具體實施例依靠一行星式機構，例如使用-段式行星式齒輪系統，以允許一小型圓形對稱磁電管完全覆蓋濺鍍標靶。該行星式機構產生一行星式運動，類似于行星表面上的一點繞恒星而軌道運行，同時該行星繞其本身的極軸執行行星式旋轉。或者是其可看成一衛星繞一行星而軌道運行，且該行星同時繞恒星旋轉的運動。在此具體實施例的磁電管中，衛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，同時該行星軸在軌道上運行或繞軌道軸旋轉，因而產生一復雜的軌跡，用于固定第二行星式臂的末端處的磁電管。在逆行行星式運動中，行星式旋轉的方向與軌道式旋轉的方向相反。
在如圖5立體圖所示的一齒輪在具體實施例中，一磁電管組件60包括一固設于一固定圓形架64的固定齒輪62，其經由二安裝板66、68附接于磁電管殼體的一未顯示頂部壁。一馬達驅動軸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動板74，其據以繞固定齒輪62的中心72旋轉，且作為行星式驅動器。一中央或惰齒輪76被自由地且旋轉地支撐在驅動板74上，但其齒是嚙合固定齒輪62的齒。一旋轉或隨動齒輪78同樣自由且旋轉地支撐在驅動板74上，且其齒是嚙合惰齒輪76的齒。結果，也如圖6中的頂視平面圖所示范，當馬達驅動軸70旋轉且驅動該驅動板74時，惰齒輪76及隨動齒輪78隨之繞中心軸72旋轉(例如在逆時針方向)，且惰齒輪76在逆時針方向繞其本身的軸旋轉。同時，隨動齒輪78繞其本身的軸在相反(順時針)方向旋轉。
隨動齒輪78固設在且支撐在一位于驅動板74下方的底板80，使得該底板80因此連同隨動齒輪78旋轉。因為該懸掛及懸臂設計，底板80可經由中心軸72旋轉。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附接于驅動板74的其它端。驅動板74及底板80將可另稱為臂，雖然所述臂長是從臂的旋轉中心測量到外部支撐點。平衡件86、88最好實施為一體的圓形對稱狀。此齒輪配置造成磁鐵組件84執行一周轉圓或行星式運動，具有一沿驅動板74延伸而長度為A1的主要旋轉臂，及一延伸通過底板80而長度為A2的第二旋轉臂。請參考圖6，該行星式機構使相對較小的磁鐵組件84掃過實質上一大許多的標靶90(其也是繞其中心軸72呈圓形對稱)的整個可用表面。
雙重平衡使磁電管在其復雜運動中的振動最小，不管在該旋轉組件的底部處缺乏機械支撐。較佳的是，磁鐵組件84及其平衡件86，具有相同質量且具有相對隨動齒輪78中心的相同旋轉臂。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量且具有相對中心軸72的相同旋轉臂。彼此平衡的質量及轉動慣量應在90％內，且較佳是在95％內。
該行星式運動(如詳見在圖6頂視圖中所示)包括驅動板74繞中心軸72的逆時針旋轉。由驅動板74承載的該惰及隨動齒輪76、78也隨之繞中心軸72旋轉但額外地繞其自身的軸旋轉，惰齒輪76額外地逆時針旋轉，而隨動齒輪78額外地順時針旋轉。承載于固設到隨動齒輪78的底板80的磁鐵組件84也在一繞中心軸72的逆時針旋轉軌道上旋轉，且額外地施行圍繞隨動齒輪78的軸的順時針行星式旋轉。磁鐵組件的該等二相反旋轉方向稱為一逆行行星式運動。隨動齒輪78的旋轉速率系與驅動軸70的旋轉速率直接相關(此相關依據固定以及隨動齒輪62、78間的齒輪比RG)。對于概示的具齒輪行星式系統，齒輪比G等于隨動與固定齒輪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，即該齒輪配置是產生正行或逆行運動。可將一或多個惰齒輪置于固定與隨動齒輪62、78間。如果一個別的惰齒輪以相同的齒數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，該比將影響整個齒輪比。如何計算更復雜齒輪配置的齒輪比已屬公知技術。
該行星式齒輪系統可變化以達到不同操作結果。然而，已經發現絕佳的結果可在具有一圓形對稱磁電管的例中獲得，是當磁電管的二臂具有大約相等長度、例如一介于0.66及4間的比、其中該行星式運動系逆行、且其中在隨動與固定齒輪間的齒輪比是非整數。所述將近相等臂長(各等于標靶半徑的半)允許圓形磁電管自標靶90的周邊掃向其中心且越過中心72，因此允許完全標靶覆蓋。大于2的齒輪比產生一如圖7中所示的密集路徑92，其中鉆石狀標記了相等時間區間，且代表磁鐵組件84的中心。此路徑92是針對一1∶3.15的齒輪比、行星式臂的主要臂是0.8、及隨動齒輪反轉(即逆行行星式運動)計算出。
路徑92被假設為一中等規模磁鐵組件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設計中會阻止越過標靶中心的掃描)。大體上，瓣狀數目(在此對于驅動板的單一旋轉約為3)大約等于正行或者逆行行星式運動的齒輪比。然而，如果齒輪比不是一整數值，該圖案不會在所示的相當短區間中重復。而是該瓣狀具有歲差以更均勻地覆蓋標靶90。
如果齒輪比是相當接近1，在逆行運動中的路徑是大體上繞一偏離中心的圓，但該餅圖案對非一的值有歲差。另一方面，在正行運動中的對應路徑系心臟形曲線，其中心處速度接近0。
圖7中所示的路徑92用于該驅動軸的單次旋轉，其對于一60rpm的旋轉代表約1秒。圖8所示的路徑90延伸超過6秒。可預見約10秒的掃描將提供標靶的完全覆蓋，且代表一完全覆蓋周期。雖然理想中的濺鍍時間應為一完全覆蓋周期(所示實例中為10秒)或其整數倍，以防止在連續完整掃描間的不均勻重迭，事實上，對于具有將近整數齒輪比的逆行行星式運動，該濺鍍圖案具有一接近多重方位角對稱，因此對于一合理地大射程長度，該方位角的非均勻性通常不是明顯問題。從以下導出的方程式中，可明白具優勢的速度差可在1至6的范圍中獲得，較佳是1.5至5，其中整數值不符合需求，因為缺乏一歲差。正行行星式旋轉將產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于固定坐標更大的變異。
薄膜沉積均勻性將可通過減少在標靶的近似且甚至均勻侵蝕中軌跡92本身重復的時間區間而改進。侵蝕不均勻性可藉由使軌跡92中瓣狀的數目及重迭最大化而改進。此可易于藉由確保在固定及隨動齒輪62、78中的齒數N1及N2為不相稱而達成(即不含公約數)。例如，一25∶22的齒輪比是優于一24∶22的齒輪比。一組供測試實施的齒輪比具有35∶22＝1.59的齒輪比，導致一22秒的重復周期。至于許多有用及實際的齒輪比，齒數是介于16及80，此要求導致一奇及一偶的齒數，或二不同的奇數。
如果軌跡92的瓣狀不太窄且不是非常緊密分布，均勻性也可針對短且可變的濺鍍時間加以改進。如果齒輪比G不但不是整數且不接近一整數，此條件會符合，例如G與任何整數的差至少為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，正好為整數的半、三分的一或三分的二整數值(即例如3-1/2、3-1/3及3-2/3)及其類似者亦應避免，因為配合一合理大齒輪齒數的不相稱齒輪比的需求。
無平衡件及固定支撐結構的磁電管60(圖9中概示)可用在一相當熟知的等離子體濺鍍反應器100中，其具有一繞中心軸72配置的室本體102。在此具體實施例中，一連接至軸70的馬達104以一固定旋轉速率(100rpm)繞中心軸72旋轉該行星式磁電管60。
金屬化標靶90是通過到轉接器110的環狀隔離件108而真空密封，轉接器110被密封到本體102上且允許易于調整標靶與晶片間的間隙。一真空泵112通過一泵接口114抽吸室102的內部。一氣源116供應濺鍍工作氣體(諸如氬)經由一質量流控制器118進入室102。如果需求反應式濺鍍(例如)一金屬氮化物，則也會供應一反應氣體(在實例中諸如氮氣)。
一晶片120被支撐于一臺架電極122上與標靶90相對。一晶片卡環124可用以支撐晶片120到臺架122或保護臺架周邊。現代反應器使用靜電夾盤以夾定晶片120至臺架122。一支撐在轉接器110上的電性接地遮蔽件126會保護室壁及臺架側邊，以防止濺鍍沉積且也作為在等離子體放電中的陽極。工作氣體經由一在卡環124與遮蔽件126間的間隙128進入主處理范圍。其它遮蔽配置可包括一在主要遮蔽件126內側的電性浮動次要遮蔽件，且貫穿由次要遮蔽件保護的主要遮蔽件126，以促進氣體流入處理范圍。
一直流電源供應器130相對于接地遮蔽件126負向偏壓標靶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靶90，以自標靶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。對于深孔填充，一射頻電源供應器132較佳是通過一電容式耦合電路134連接至臺架電極122(其作為一高通濾波器)，以在晶片上120產生一負直流自偏壓。該自偏壓對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、氬質量流控制器118及電源供應器130、132。
磁電管60產生一磁場分量，其平行于圓形磁鐵組件84的瞬時位置底下方的標靶90面，且因而產生一高密度等離子體的小區域138，該高密度等離子體在標靶90的鄰近部份產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也產生磁場分量，其從標靶90投射離開朝向晶片120，且導引金屬離子至晶片120。圓形對稱磁鐵組件84產生一圓形對稱磁場分布用于磁場的平行及投射分量。
磁鐵組件84施行一繞與標靶90中心吻合的中心軸72的行星式運動。請參考圖5及圖6，驅動軸70沿中心軸72延伸且繞其旋轉，以在繞中心軸72的軌道式運動中可旋轉地驅動該承載或驅動板74。嚙合固定齒輪62(其支撐結構未顯示于第6圖)的惰齒輪76及隨動齒輪78(其嚙合惰齒輪76)，可旋轉地支撐于軌道運行的驅動板74上，以繞其各自的軸旋轉。將磁鐵組件84支撐于一側的底板80，由隨動齒輪78繞隨動齒輪軸旋轉。
磁鐵組件84因而施行一行星式運動，其設計可通過適當選擇能掃過或隨意接近標靶90中心72及標靶軌跡的臂長及磁鐵大小。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動而無過度的振動。然而，通常會需要磁鐵組件84的強磁部份不通過中心軸72，因為此通常產生過量的中心侵蝕。而且，磁鐵組件84的機械部份可能需要通過標靶中心72，且甚至通常需求的掠過軌跡會阻止旋轉磁電管在其面對標靶的側上的明顯機械支撐件。
磁電管組件150的更詳細剖面圖顯示在圖10中。標靶90包括一附接至標靶背板154的待濺鍍材料的一標靶層152。在直流磁電管濺鍍中，標靶材料通常是金屬，因此其可被電性偏壓。一頂蓋156系經由一環形隔離件158固設至標靶背板154，及圍繞且密封一空腔160，其內有一水冷式磁電管會旋轉。隔離件158允許標靶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與標靶90相對的一側上，一底部環162及一安裝凸緣164是固設至頂蓋156的相反二側，且一具有中心孔168的一驅動軸166通過他們。一球軸承套筒170可旋轉地支撐在一固設至安裝凸緣164的杯狀殼體172內部的驅動軸166。一驅動鐘狀件174被固設于定位螺絲176間的驅動軸168，且通過未顯示的齒輪及馬達旋轉以轉動驅動軸166。一旋轉聯結器178可支撐地支承在驅動軸166頂部，以允許冷卻水或其它液體經由一水管180流入軸內孔168，且因而進入空腔160。一未顯示的水出口會貫穿頂蓋160，以允許冷卻水的再循環。一介于驅動軸168與安裝凸緣164間的旋轉定位環182密封空腔160內的冷卻水。
未顯示的螺絲將固定齒輪62附接至底部環162，且到達頂蓋156。一卡環184會卡住驅動軸168的底部，且固設至驅動板74。主要平衡件88被支撐在驅動板74的第一端。惰齒輪76被固設到一旋轉地支撐在驅動板74第二端的惰輪軸186。個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，隨動齒輪78被固設至一旋轉地支撐在驅動板74更遠處的第二端的隨動軸188，且互相嚙合的齒將惰及隨動齒輪76、78嚙合在一起。底板80被固設至驅動板74下的隨動軸188的末端，且隨著隨動齒輪78的行星式運動旋轉。
磁鐵組件84可為圓形對稱，可自圖11內側邊的剖面圖中，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驗證在一行星式磁電管中具有相當良好的均勻性。雖然可能有其它補償考量，一圓形磁鐵組件可最大化磁場強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(例如由一磁性軟質不銹鋼制成)支撐，其最后被固設至行星式底板80底部一中心支撐點處。外磁鐵192自由端底部藉由一環狀磁極件198覆蓋且磁性耦合。一相反磁極的圓柱形內磁鐵200被定位在外磁鐵192的圓形數組的中心，且由磁性軛196支撐，其也磁性耦合內磁鐵200至外磁鐵192。內磁鐵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的總磁性強度系大于內磁鐵200達至少1.5的倍數，且較佳是超過2，導致磁鐵組件84不平衡。如果使用相同磁性材料于所有磁鐵，總磁性強度(其為磁通量對表面積積分)是正比于外磁鐵192或內磁鐵200的總剖面積。應了解內磁鐵200可細分成具有一共同中心磁極件202的多個圓柱形磁鐵。雖然因為此配置較低的堆積系數而提供較少磁性強度，對于不平衡磁電管的較弱內磁極而言，此損失較不具關鍵性。
在決定完全標靶覆蓋時，應考慮磁電管組件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量的半徑為以下將描述的環形磁性組件。然而，由實驗確認的有限磁電管直徑的實際模擬結果是標靶中心被過度濺鍍。因此，對于完全及均勻標靶侵蝕而言，磁電管的邊緣應是稍掠過標靶中心，即A2+(DM/2)≤A1，再者，均勻膜沉積似乎是比均勻標靶侵蝕更重要。在金屬化濺鍍的例中(例如銅或鋁)，有時均勻膜沉積最佳化是通過基本上不濺鍍標靶的極靠近中心處。在此情況下，被噴鍍的銅可充分在造成負侵蝕的標靶中心再沉積。但因為被濺鍍的銅是相當穩定，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，尤其是結合其等氮化物的反應式濺鍍時，再沉積呈現一明顯的微粒問題。再沉積的耐燃材料或耐燃氮化物顯現高內應力，且很可能剝落明顯厚度的再沉積層。因此，對于耐燃材料的濺鍍，應藉由濺鍍通過整個標靶范圍至一足以避免凈再沉積的程度，以保持標靶干凈。即磁電管應相當靠近標靶中心，即使標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種用于均勻濺鍍進入高深寬比孔的優勢。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孔206，其由另一極性的較強外磁極208圍繞，且二者大體上均相對中心軸194圓形對稱。該圓形磁鐵組件產生一也對軸194圓形對稱的磁場。該磁場分布包括半環形分量210，其循著一自外磁極208至內磁極206的平順路徑。磁極206、208的面被緊密置放在標靶90的后面，他們之間具有一最小尺寸的間隙212。結果，一些半環形分量210大體上平行延伸至標靶90的前面。該等平行磁場捕捉電子且大幅增加鄰近標靶的等離子體密度。半環形分量210系相對磁性中心軸194對稱，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計減少顫動及振動，且因此允許間隙212降低，此與Freeman設計中行星式旋轉沒有平衡件相反。
磁場分布也包括自較強外磁極208投射離開標靶90朝向被濺鍍涂布的晶片的分量214。自較強外磁極208發射的投射分量214，在其在回到外磁極208或背面軛196前將近晶片時，會彎曲朝向磁鐵組件的中心線194。因磁電管不平衡產生的投射分量214，延伸等離子體且導引離子化金屬原子到達晶片。在一圓形磁鐵組件中，投射分量214也是圓形對稱，且不偏向晶片的內或外部，尤其是在考慮到完整的行星式運動后。再者，圓形幾何形狀允許磁鐵的不平衡達到最大，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形分量210。電子損耗在一圓形配置中也會減少。最后，不平衡磁電管在磁場分布中產生一零磁場216以及局部最大值218。該零磁場216捕捉電子至一極高密度。當中性被濺鍍金屬原子通過高度離子化零磁場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可用多個小磁鐵取代(較佳數目為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孔件的環形內磁鐵取代。外磁鐵192可由(如圖14的剖面圖中所示)的二環列的磁鐵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是由一環在一沿軸194方向磁化的弧狀磁鐵224的環箍取代，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，因而增加投射磁場不犧牲鄰近標靶面的重要半環形分量。所增加的投射磁性分量大幅促進深孔填充及其它濺鍍效率。同時，外磁極所增加密度允許一較小磁電管，不需與零磁場的地點妥協。外與內磁性強度的比因此有利地增加至3或甚至5以上。
雖然上述具體實施例包括一固設于圖10的頂蓋186的最內部齒輪62，應了解最內部齒輪62繞中心軸72的額外旋轉，造成其相對于頂蓋186旋轉，且提供相對于驅動板74的額外旋轉，其具有對其余設計的少許沖擊。雖然此具體實施例的機械設計的復雜性在于需要二繞中心軸72的同軸旋轉，或一第二偏離驅動軸，由于與該最內部齒輪62的齒輪嚙合以及相伴的旋轉密封與旋轉驅動，該額外獨立旋轉提供操作控制的額外彈性，無須改變機械零件。例如，可能會需要提供一反應器，其能夠在條件稍許變化下在參考圖8所述的整數次完全覆蓋循環中沉積相當薄的阻障或籽晶層。一支撐最內部齒輪62的可變速率軸允許圖8中相對于一固定標靶90的模式，以循環一整數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/襯層應用。此外，相同的磁電管組件可最佳化用于需要長沉積時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用。
本發明磁電管的操作，可參考圖16的圖表解說，其針對三不同磁電管繪出，當使用在等離子體濺鍍反應器中時，各自的標靶電壓為應用于標靶的直流功率的函數，因此在某些意義上是繪出等離子體阻抗與功率的函數。產生相當低密度等離子體及相當低離子化比率金屬原子的習知磁電管，顯現一電壓對功率的特征曲線230，其升至一峰值234且接著單調地落回，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靶邊緣)，產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也單調地自峰值234落下，但只直到通過一轉態點238。在轉態點238的上，標靶電壓開始上升。在轉態點238以上的升高咸信是由增加金屬離子密度造成。在轉態點238以上的操作是有利于產生一高金屬離子化比率，其促進濺鍍進入高深寬比的孔。
可與本發明的行星式運動一起使用的極小型磁電管(例如，具有圖11及圖12的結構)，顯現一類似SIP磁電管的特征曲線240。然而，其轉態點242出現在實質上更低功率處。此表示其產生一還更高的金屬離子化比率。該較低轉態點242另也允許在具有一實質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器100，但具有一比所示(尤其是)在標靶90及300毫米晶片120間的400毫米分隔更長的射程。該行星式磁電管的第一臂長為117.5毫米，第二臂長為53.3毫米且磁鐵直徑為117毫米。該固定齒輪具有35齒且隨動齒輪具有22齒。優異的效能可在具有介于600與900瓦的偏壓功率時觀察到。請參考圖3，超越習知或甚至SIP磁電管的最大改進是在懸空件46的明顯減少。此改進將使得濺鍍能具有更高深寬比地進入孔。再者，對于124奈米范圍厚度而言，最小側壁厚度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。此等效應相信能從通過一更小型磁鐵組件達成的更高等離子體密度中推導出。再者，靠近晶片周邊的側壁覆蓋的不對稱性降低，表示更高的離子化比率。更高的偏壓功率進一步減低懸空件，但側壁的部份會變太薄。
行星式運動的軌跡系易于計算為在一復數平面中的一復數位置r，其原點在標靶中心。執行行星式運動的對象的位置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度的正實數，ω1是以每秒徑度表示的驅動板旋轉速率，而ω2是隨動齒輪相對于固定坐標的旋轉速率。對于可表示為一齒輪比G或其它嚙合比的行星式運動，二旋轉速率是由以下關聯ω2＝(1+G)ω1對于正行行星式運動，齒輪比G為正，而對于逆行行星式運動是為負。使臂長的比表示為RA=A2A1]]>因此該位置可表示為x=A1eiω1t{1+RAe+iGω1t}.]]>復數速度v是位置x的時間積分，其由以下給定v=x·=iω1A1e1ω1t{1+eiGω1tRA(G+1)}]]>為回到實數值，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}.]]>當余弦項系正或負時會出現最大及最小速度。其系取決于G的符號及大小。雖然最大及最小速度的討論會受關注，但其并不直接針對標靶侵蝕。
用于均勻標靶濺鍍的實際需求系根據相對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，磁電管花費在一半徑r寬度Δr的環箍中的時間Δt(無限小)是正比于r。平行于環箍的方位角速度不直接與均勻濺鍍相關。結果，需求的徑向速度成為r·=ΔrΔt=1r.]]>該微分方程式是通過簡單積分而解出，且產生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入常數及符號。
請回到復數代數，隨時間變化用于行星式運動的半徑平方系定為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。對于A1＞A2的情況，此函數繪在7圖17中。對于A1＜A2的情況，可觀察到相同的相依性，但在縱坐標軸上的差的階會相反。有趣的是，除改變周期性外，對于任何齒輪比G的值均可獲得相同的相依性(不管正或負)，即不管正行或逆行的行星式運動。而且，需要避免整數值以確保一歲差圖案。
該時間微分系dr2dt=-2GA1A2ω1sinGω1t.]]>此方程式是繪于圖18中，其中負值以虛線顯示。再次，除周期性及幅度外，波形系與G無關。該函數圍繞著0變化，但請注意到只有其大小系明顯用于覆蓋效應。該圖式業經正常化至最大值為1，且其平均大小是2/π。如示范于以上微分方程式的解答，對于該軌跡上的均勻覆蓋而言繪于第18圖中的量應為固定。雖然此量在時間或整個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，上述微分是根據一點狀大小的磁電管，事實上該磁電管有效地延伸達一直徑D，其通常是約圓形磁電管的實際外部直徑，且取決于不平衡的程度及磁電管的尺寸。結果，圖17的圖形應予以淡化。例如，在最小半徑A1-A2處，磁電管實際上延伸更接近中心r＝0，然而具有較減少的效果，因為磁電管只有一部份在該側延伸。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，徑向速度與一常數值的偏差對大多數軌跡而言并非多么重要。為量化該效果，時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的理想時間相依性由鋸齒狀波形繪出。此顯示磁電管花太多時間在靠近中心及靠近周邊處。相同的結論可自圖18的圖中推出。
該誤差的一較佳計量與以半徑r表示dr2/dt的侵蝕模式有關。簡化包括不相等臂長的微分是通過將t正常化成Gω1t且正常化r成為r/2A1A2]]>且使用一無單位的參數α2=12(A1A2+A2A1),]]>其中對于相等臂長是1。該等二徑向方程式是接著表示為r2＝α2+cost且dr2dt=-sint,]]>其組合后產生dr2dt=-sin(cos-1(r2-α2)]]>=-1-(r2-α2)2]]>如果t偏移π則出現在根號前的負號會消失。此時間微分是繪于圖20成為一經正常化的半徑的函數，用于臂長的三種比。事實上，半徑的倒數會產生相同結果。用于考慮標靶侵蝕輪廓的一更直接函數系時間微分的倒數，如圖21中所繪。當包括一有限磁電管直徑時，在最內及最外點處的奇異點將被平滑化。然而，標靶的最內及最外部份被過度地侵蝕。一進一步的結論是一非1的臂比A2/A1減少了在最內點處的奇異點的范圍。對于此等原因，一較佳具體實施例使用一非1的臂比及一適度地大的磁電管，其將近掠過但不觸及標靶中心軸。
輔助同軸磁鐵可借著增強由不平衡磁電管產生的投射場而進一步改進效能。如圖22的概要剖面圖所示，一反應器250包括一轉接器252，其延伸且有效地形成部份室側壁102。轉接器252是用以易于改變標靶90與晶片120間的射程。一電磁線圈254會環繞與中心軸70同軸的轉接器252外部。一直流電源供應器256提供一經控制量的電流通過線圈254，以在該室內產生一大體上垂直磁場，其平行且增強自不平衡行星式頂部磁電管60的較強外磁極208投射進入該室的磁場。
結果，如圖23中概要顯示，投射場214在回到外磁極208背面前，更延伸進入室內朝向晶片120。該效應是借著另一同軸電磁線圈258進一步增強，該同軸電磁線圈258系置于晶片臺架122后且由另一直流電源供應器260提供能量，以產生一大體上垂直磁場，其是平行且增強來自磁電管的外磁極208的投射磁場。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。該側電磁線圈254的內孔系實質上大于晶片120的直徑，同時底部電磁線圈258的內孔通常稍小。一內孔的側邊完全由相關電磁線圈圍繞。線圈254、258造成投射磁場214自行星式頂部磁電管60延伸至晶片120，且因此導引金屬離子一直到達晶片120。圖23中所示的磁場并不完整。例如，該圖式未顯示更緊密圍繞產生其等的線圈254、258的螺線管形磁場。較佳的是二線圈254、258的內孔比是至少1.5且更佳是至少2.0，以達到一集中效果。
圖22中所示的側同軸線圈254只在標靶90與臺架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，一長側線圈提供一自標靶90延伸至晶片的更均質磁場。此一場將準直自等離子體138發射的電子通量(且因此跟隨該等電子的離子通量)。可藉由使用沿該室側壁軸向配置的多個側線圈達到幾乎相同效果。產生一匯聚磁場以使電子通量及因此離子通量集中的一均質場與較小型后線圈258的組合，已用于習知掃描式電子顯微鏡的電子光學系統中。
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，同時使用一經平衡或將近平衡的頂置磁鐵組件84，因此使頂置磁電管60免于提供準直及導引磁場的負擔，因而允許更自由地設計頂置磁電管60。
以上呈現的學理，雖然未計入磁電管直徑及局部磁場分布，但示范了調整齒輪比及臂長比在增加完全標靶覆蓋上具有有限的應用。一改進效能的方法藉由當磁電管行經標靶的周邊及中心間時，調變行星式運動的速率而有效地改變該時間刻度。相反地，較習知的行星式磁電管以一固定旋轉速率繞標靶的中心旋轉驅動板。
在圖24的剖面圖中所示的磁電管組件250內，旋轉磁電管160的馬達104具有一輸出軸272，其通過一或多個齒輪274、276耦合至驅動鐘狀件174。馬達104是一習知無碳刷交流馬達。在此具體實施例中，其是由一可變頻率交流來源278驅動。一頻率調變器280控制交流來源278的頻率，因此驅動軸272且因此行星式磁電管160在一些徑向掃描期間比其它時間旋轉得更快，例如當磁鐵組件84較靠近標靶90中心72時較快。即，旋轉速度是在每次第二臂80朝向及遠離中心軸時調變。使用一脈沖式步進馬達可簡化該配置，由于脈沖速率可變化以控制相對磁鐵組件84的旋轉的旋轉速率。旋轉速率也可在靠近標靶周邊時增加，但此顯然不如靠近中心時重要。標靶90那個部份掃描較久，也取決于磁鐵組件84的大小及離標靶中心與周邊的偏離。
以大多數齒輪比而言，磁鐵組件84的徑向位置不會由直接驅動軸166或其驅動鐘狀件174的旋轉位置確定。因此，該調變必須與行星式機構的第二臂80的運動同步。即使調變是在各次旋轉中小百分率的不同步，第二行星臂的快速旋轉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面的頂蓋156上的位置感應器282而確實控制。感應器282在一連接至第二臂80或磁鐵組件84的外部的信號放射器284靠近行星式路徑的外周邊時會偵測到。該感應器可為能夠感應一緊密分布的信號放射器284的光、磁性或其它設計。例如，感應器282可包括一雷射或光源及一對應光偵測器。在此例中的信號放射器284可為一周期性反射模式，其將產生一系列適當決定周期的光脈沖，一連接到該光偵測器的電性濾波器將其轉換成一由感應器傳遞到調變器280的單一同步脈沖。二位置感應器可有利地用以預先觸動該等電子系統，且減少不正確的偵測。應注意到所示的位置感應器是定位在該標靶的一扇區，且不偵測在其它扇區器中的徑向位置。然而，如果每次旋轉的不同步相當小，所產生的臨時位置感應將足夠。
一刻蝕該侵蝕輪廓的第二方法會調變應用至標靶的電力。該標靶電力在大多數商用濺鍍反應器中通常是直流，但其在一些應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，供應電力至標靶90的直流電源供應器292的功率調變，是通過一經由位置感應器282與第二行星臂80的旋轉同步的功率調變器292。實際調變可就標靶電壓或電流，但通常標靶偏壓是依照功率而定。功率調變器292在磁鐵組件84重迭標靶90的部份時供應較少功率而較少侵蝕，(例如)在靠近標靶中心處。應用的功率越少，底下標靶的濺鍍越少。明顯的調變不只影響標靶濺鍍速率，且其也影響濺鍍原子的離子化比率。功率越高，離子化比率越高。
誠然，圖24的頻率調變可與圖25的功率調變組合。應了解頻率及功率調變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動的另一階段。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包括一第二段隨動齒輪302，其被可旋轉地安裝在固設于旋轉中第一段隨動齒輪78的第二臂80上，且嚙合一固設于第一臂74的第二段固定齒輪304。一第三臂306被固設于旋轉中的第二段隨動齒輪302。磁鐵組件84被固設于第三臂306的一端，且另一平衡件308被固設于其它端。在此具體實施例中，在二隨動齒輪78、302間未置入惰齒輪，使得第三臂306執行相對于第二臂80的正行行星式運動，但相對于第一臂74的逆行行星式運動。整體效應是一兩段式行星式旋轉機構，其提供的軌跡近似發生在繞一行星軌道運行的旋轉中月球表面的一點，該行星本身繞太陽軌道運行中；或者是一衛星繞月球軌道運行，該月球繞地球軌道運行，而地球繞太陽軌道運行。額外的階段提供對侵蝕輪廓更多的控制。
兩段式運動的復數平面位置被定為x=A1eiω1t+A2eiω2t+A3eiφeiω3t,]]>相位系數ψ表示復數量A1及A3間的相位差，且當齒輪比中的一個是1或-小整數時可能需要。對于只有二行星臂時將不需要類似的相位差，因為坐標軸是隨機選定且(除在退化(degenerate)中或接近退化情況時)在一些時間點，二臂會對齊。
跟隨先前的推導，該等旋轉速率的關系為ω2＝(1+G1)ω1且ω3＝(1+G2)ω2＝(1+G1)(1+G2)ω1其中齒輪比G1及G2有關用于一段式的齒輪。該時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)]]>此一大數目的可變系數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，可達到以上用于兩段式磁電管所述的類似效應。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。橢圓形齒輪310的齒是沿其周圍等距均布。一臂316繞一不規則形狀驅動板320中的樞軸318擺動。驅動軸70繞驅動軸72旋轉驅動板320。固設在驅動板320一端的一彈簧322(其可在伸張或壓縮中操作)或其它施力構件在一方向推進臂316，因此橢圓形齒輪310在其旋轉的所有點處維持與二齒輪62、78的嚙合。取決于橢圓形齒輪310的位置，瞬間齒輪比會改變，使得即使在主驅動軸70的固定旋轉速率下，第二臂80的旋轉速率也會改變。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省比習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。如果需求逆行運動，一類似不成一線的配置可有利地應用到圖26的兩段式行星式機構的第二段，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或線外)可包括二齒輪部份，他們是固設至一沿中心軸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構均納入一中央固定的惰齒輪及耦合其至磁電管臂的復數個齒輪。其它型式的具齒輪行星式機構系可行。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構330中，驅動板74被支撐在馬達驅動軸70上且由其旋轉。在其末端可旋轉地支撐隨動齒輪78，且在其與中心軸72間無其它齒輪。而隨動齒輪78嚙合一在其內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的支撐機構未顯示，但將延伸過標靶90的周邊。所示的行星式機構以一極簡單機構提供需求的逆行行星式運動。此機構與Tomer的行星式機構不同處在于，本發明的磁鐵組件84是非常小且該設計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。所示范的行星式機構不包括一惰齒輪。然而，可能包括他們中的一或多個。他們有助于使齒輪比成為較小值。
也能以一帶件及滑輪機構340達成需求的行星式機構(如圖31頂視平面圖所示)，其中不同輪是由帶件而非經由齒輪嚙合。一帶件342會圍繞一靜止或固定主動輪344。可旋轉地支撐一隨動滑輪346的驅動板，是可旋轉地經由一可旋轉軸348支撐于驅動板72上。底板80被固設于隨動滑輪346的軸348，因此其與隨動滑輪346一起旋轉，且附接于底板80的末端的磁電管86執行行星式運動。隨動滑輪346與驅動板74的旋轉速率的比(近似于具齒輪行星式機構機的齒輪比)，是取決于固定主動輪344及隨動滑輪346的直徑的比。該行星式運動系逆行而不使用一惰輪。一帶件應視為包括一滑輪帶、具脊狀帶、金屬帶、鏈、鏈帶、纜線、環帶或其它彈性結構，是環繞二個大體上圓形構件，至少其一是可旋轉且嚙合他們。所述具齒輪及帶式具體實施例共享圓形構件的共同功能，是經由在一齒輪或軸上的齒或軸，或經由環繞一滑輪或軸的帶件，可旋轉地彼此嚙合。一用于包括具齒輪及帶式二具體實施例的旋轉比的更通用概念，是介于最內部圓形構件及隨動圓形構件間的嚙合比。視需要，主動輪344可連接至一第二同軸驅動軸，以允許磁電管軌跡及完全覆蓋周期的動態控制。
該行星式機構不限于所描述的具齒輪及帶式的具體實施例，只要能達到磁電管需求的行星式運動。再者，即使更復雜的行星式運動也可能(諸如橢圓形路徑)。
雖然行星式機構尤其適于用在深孔填充的不平衡磁電管，其也可有利地應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分隔且產生相同的總磁性強度。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，通常磁強度是平衡。此相同磁性構造通常是用在相當大尺寸的習知腎形磁電管中。該行星式掃描以一小許多的圓形平衡磁電管提供均勻濺鍍及標靶的完全利用率。再者，一相當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的電源供應器，以在鄰近小型掃描式磁電管的標靶范圍中產生高度有效電力密度，且因此高等離子體密度。較小的電源供應器也有利地減少需要維持標靶在一合理溫度的冷卻容量。
行星式機構也可驅動非圓形磁電管(諸如三角形者)，其形狀已為均勻性及其它原因而進一步最佳化。
任何各種設計的行星式機構均可配合廣泛范圍的磁鐵配置使用，(例如)平衡對不平衡、高對低等離子體密度、及厚對薄沉積厚度，使得通用行星式機構可被應用至一些范圍的濺鍍應用，因而使得經濟型掃描設計及減少零件庫存可行。不同齒輪或滑輪的簡單替換或以另一通用設計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。
雖然該機構已參考具有繞一中心軸的行星式運動的一掃描式磁電管解說，其它對中心軸徑向或周圍地掃描的機構均可獲得。較佳的是，該設計允許機械參數的選擇，其可選定以造成至少部份磁鐵組件通過中心軸。此機構包括一用于磁鐵組件的徑向動作致動器，及一周圍旋轉驅動板。
該行星式磁電管運動允許以相當簡單扁平標靶的高效能濺鍍，此與復雜形狀且因此昂貴的空心陰極或圓拱形標靶不同。然而，行星式磁電管可具優勢地配合更復雜標靶(尤其是空心陰極標靶)使用，以增加頂置濺鍍的均勻性，同時降低功率需求。
本發明因而促成均勻濺鍍且增加標靶使用率。其也允許使用極小磁電管，以相當小電源供應器提供高等離子體密度，無須犧牲濺鍍均勻性及標靶使用率。所有此等特征能夠以一通用磁電管設計獲得。
權利要求
1.一種設置用以配合一大體上繞一中心軸對稱的濺鍍標靶使用的振蕩磁電管，其用于一大體上繞該中心軸對稱地配置的磁電管濺鍍反應器中，該振蕩磁電管至少包含一磁鐵組件，其至少包含一內磁極，其具有一沿該中心軸的第一磁極性及一第一總磁性強度，及一外磁極，其圍繞該內磁極，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度的至少150％的第二總磁性強度；及一掃描機構，其在一路徑中相對于該中心軸徑向地且周圍地移動該磁鐵組件，且移動該外磁極通過該中心軸。
2.如權利要求1所述的磁電管，其中該掃描機構是一行星式掃描機構，其繞該中心軸以至少一段式行星式運動而移動該磁鐵組件的一點。
3.如權利要求2所述的磁電管，其中該行星式運動系一兩段式行星式運動。
4.如權利要求2所述的磁電管，其中該行星式運動是一逆行行星式運動。
5.一種設置用以在一磁電管濺鍍反應器中配合一大體上繞一中心軸對稱的濺鍍標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度，及一外磁極，其圍繞該內磁極，且具有一與該第一磁極性相反的第二磁極性；及一行星式掃描機構，其在一路徑中相對于該中心軸徑向地且周圍地移動該磁鐵組件并移動該外磁極通過該中心軸，且該行星式掃描機構包括一繞該中心軸配置的固定齒輪；復數個可旋轉臂，他們包括一支撐自該固定齒輪徑向朝外的至少一可旋轉齒輪的第一臂；及一固設至該驅動軸的驅動板，用于驅動該機構并通過該固定齒輪；一支撐該磁鐵組件的臂，其被耦合至該隨動齒輪(follower gear)的一軸。
6.如權利要求5所述的磁電管，其中該至少一可旋轉齒輪包括一隨動齒輪，其可旋轉地裝設于該第一臂上且嚙合該固定齒輪。
7.如權利要求6所述的磁電管，其中該至少一可旋轉齒輪另包括至少一惰齒輪(idler gear)，其在該固定與隨動齒輪的間嚙合。
8.如權利要求5至7中任一項所述的磁電管，其中該行星式掃描機構包括二行星式階段及三該等臂。
9.如權利要求5至8中任一項所述的磁電管，更包含一可變速率馬達，其驅動該驅動軸；及一用于該馬達的控制器，其依據該磁鐵組件由該中心軸的一徑向位移改變其速率。
10.如權利要求5至8中任一項所述的磁電管，更包含一可變電源供應器，用以將電力應用至該標靶；及一用于該電源供應器的控制器，其依據該磁鐵組件由該中心軸的一徑向位移改變該電力的一位準。
11.如權利要求5至10中任一項所述的磁電管，其中所述第二磁性強度是所述第一磁性強度的至少200％。
12.如權利要求5至11中任一項所述的磁電管，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靶一面積的面積比是不大于10％。
13.如權利要求12所述的磁電管，其中所述面積比是少于2％。
14.一種設置用以配合一濺鍍標靶使用的旋轉磁電管，其至少包含一磁鐵組件，其具有多個配置在一平面的相反磁極；及一行星式機構，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，且可裝設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行行星式運動。
15.如權利要求14所述的磁電管，其中該行星式機構包括一可裝設該磁鐵組件且可繞一隨動軸旋轉的構件，且該構件可進一步裝設一平衡件，該平衡件被裝設于該構件相對于該隨動軸與該磁鐵組件相反的一部份上，且在一繞該隨動軸的旋轉中平衡該磁鐵組件。
16.如權利要求14或15所述的磁電管，其中該行星式運動是逆行行星式運動。
17.如權利要求14至16中任一項所述的磁電管，其中該行星式運動包括一軌道式分量，及具有與該軌道式分量旋轉方向相反的一行星式旋轉分量。
18.如權利要求17所述的磁電管，其中在繞各自的軸的該行星式旋轉分量與該軌道式分量間的一旋轉速率比是在1.03至5的范圍中。
19.如權利要求18所述的磁電管，其中該旋轉速率比不是一整數。
20.如權利要求14至19中任一項所述的磁電管，其中該行星式機構至少包含一第一齒輪，其繞該中心軸配置；一驅動構件，其固設于該第一軸且據以旋轉；一惰齒輪，其由該驅動構件可旋轉地支撐，且嚙合該固定齒輪；一隨動齒輪，其由所述驅動構件可旋轉地支撐，且嚙合該惰齒輪；及一支撐板，其與所述隨動齒輪一起旋轉且支撐該磁鐵組件。
21.如權利要求20所述的磁電管，其中該第一齒輪系可旋轉。
22.如權利要求20所述的磁電管，其中該第一齒輪系固定。
23.如權利要求20至22中任一項所述的磁電管，其中介于所述第一齒輪及所述隨動齒輪中的一第一個與一第二個間的齒輪比是大于1.03且不是一整數。
24.如權利要求22所述的磁電管，其中該齒輪比是在1.03至6的范圍內。
25.如權利要求20至24中任一項所述的磁電管，其中所述惰齒輪及隨動齒輪被設置在該驅動構件的一第一側，且所述支撐板被設置在該驅動構件的一第二側。
26.如權利要求20至25中任一項所述的磁電管，更包含一平衡件，其設置在所述驅動支撐板相對于所述驅動構件上的所述支撐板的一旋轉軸的一第二側上，且平衡所述磁鐵組件。
27.如權利要求14至19中任一項所述的磁電管，其中該行星式機構至少包含一第一齒輪，其繞所述中心軸配置，且在面對所述中心軸的一內表面上具有齒；一驅動構件，其固設于所述第一軸且據以旋轉；一被可旋轉地支撐的隨動齒輪，其嚙合所述第一齒輪；及一支撐板，其與所述隨動齒輪一起旋轉且支撐所述磁鐵組件。
28.如權利要求27所述的磁電管，其中所述第一齒輪系固定。
29.如權利要求27或28所述的磁電管，更包含一平衡件，設置于所述支撐板一側上，其與所述磁鐵組件相對于所述驅動構件上的所述支撐板的一旋轉軸相對。
30.如權利要求14至19中任一項所述的磁電管，其中所述行星式機構至少包含一主動輪，其支撐于所述第一軸上；一旋轉軸，其沿所述中心軸延伸；一驅動構件，其固設于所述旋轉軸；一隨動滑輪，其可旋轉地由所述驅動構件支撐，一帶件，其環繞且嚙合所述主動輪及所述隨動滑輪；及一支撐板，其與所述隨動滑輪一起旋轉且支撐所述磁鐵組件。
31.如權利要求30所述的磁電管，其中所述主動輪及所述隨動滑輪的直徑的比是大于1.03但不是一整數。
32.如權利要求14或31中任一項所述的磁電管，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.如權利要求32所述的磁電管，其中所述第一與第二磁極實質上繞一平行所述中心軸的磁電管軸而圓形對稱。
34.一種兩段式行星式磁電管，其設置用以在一磁電管濺鍍反應器中配合一大體上繞一中心軸對稱的濺鍍標靶使用，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；一驅動軸，其通過所述第一固定齒輪；一第一臂，其附接于所述驅動軸；一第一隨動齒輪，其通過一第一齒輪軸可旋轉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；一第二隨動齒輪，其經由一第二齒輪軸可旋轉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.如權利要求34所述的磁電管，其中所述磁鐵組件至少包含一內磁極，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靶的面積的面積比是不大于10％。
37.如權利要求36所述的磁電管，其中所述面積比是少于2％。
38.如權利要求34至37中任一項所述的磁電管，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器，至少包含一標靶，其繞一中心軸配置；一臺架，其是用以支撐一與所述標靶相對的基材，所述基材將被來自所述標靶的材料濺鍍；及一行星式機構，其位于與所述臺架相反的所述標靶的一側上，所述行星式機構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且可旋轉地支撐于所述第一輪外部一點上，且所述第一輪系與一第二輪嚙合，一第二臂，其固設至所述第二輪，及一磁鐵組件，其固設至所述第二臂。
40.如權利要求39所述的反應器，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.如權利要求39或40所述的反應器，其中所述第一與第二輪是以齒輪直接或間接彼此嚙合。
42.如權利要求39至41中任一項所述的反應器，其中所述磁鐵組件至少包含一內磁極，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，且圍繞所述內磁極，所述第二磁極據以產生一投射磁場，其在回到所述第二磁極的背面前延伸朝向所述臺架。
43.如權利要求39至42中任一項所述的反應器，更包含與所述中心軸同軸的至少一磁性線圈，且在其內孔中產生一磁場，所述磁場系平行于延伸朝向所述臺架的投射磁場。
44.如權利要求43所述的反應器，其中所述至少一磁性線圈至少包含一第一磁性線圈，其軸向位于標靶與所述臺架間；及一第二磁性線圈，其位于所述臺架與所述標靶相反的一側上。
45.如權利要求44所述的反應器，其中所述第一磁性線圈的一第一內孔具有的直徑是大于所述第二磁性線圈的一第二內孔的直徑。
46.如權利要求45所述的反應器，其中所述第二內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器，其至少包含一標靶，其繞一中心軸配置；一臺架，其與所述標靶相對，是用以支撐一將被濺鍍沉積的基材；一磁電管，其可繞所述標靶的一側上的所述中心軸掃描，所述標靶是與所述臺架相反，且至少包含一第一磁極性的一內磁極，其產生一沿所述中心軸一第一方向的第一磁場，其是介于所述標靶與所述臺架間一空間內，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，其圍繞所述內磁極，且產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；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架與所述標靶相反的一側上，且具有一小于所述第一直徑的一第二直徑的第二內孔。
48.如權利要求47所述的反應器，其中所述第二直徑是小于所述基材的一直徑。
49.如權利要求47所述的反應器，其中所述第一直徑與所述第二直徑的比是至少2.0。
50.如權利要求47至49中任一項所述的反應器，更包含一第一電源供應器，其提供所述第一電磁線圈電力，以產生一沿所述第一內孔內所述第二方向的第三磁場；及一第二電源供應器，其提供所述第二電磁線圈電力，以產生一沿所述第二內孔內所述第二方向的第四磁場。
51.如權利要求47至50中任一項所述的反應器，其中所述外磁極具有大于所述內磁極的一總磁性強度。
52.如權利要求47至51中任一項所述的反應器，更包含一行星式機構，其用以依一周轉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器，其至少包含一標靶，其繞一中心軸配置；一電源供應器，其電性偏壓所述標靶；一行星式機構，其執行繞所述中心軸的周轉圓運動，且所述行星式機構包括一連接至沿所述中心軸延伸的一驅動軸的第一臂，及一由所述第一臂可旋轉地支撐的第二臂；一馬達，其驅動所述驅動軸；一磁鐵組件，其固設于一所述第二臂上；一位置感應器，其感應所述磁鐵組件相對于所述中心軸的一徑向位置；及一控制器，其依照所述已感應的徑向位置變化所述馬達的旋轉速率及所述電源供應器的功率位準中至少一者。
54.如權利要求53項所述的反應器，其中所述控制器依照所述已感應的徑向位置變化所述馬達的所述旋轉速率。
55.如權利要求53或54項所述的反應器，其中所述控制器依照所述已感應的徑向位置變化所述功率位準。
56.一種濺鍍方法，至少包含繞一在磁電管濺鍍反應中具有一中心對稱軸的濺鍍標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磁極，所述內磁極系沿著一其中所述外磁極越過所述中心對稱軸的路徑。
57.如權利要求56所述的方法，其中所述外磁極的第一總磁性強度的一磁性比是所述內磁極的一第二總磁性強度的至少150％。
58.如權利要求57所述的方法，其中所述比值是大于3。
59.如權利要求56至58中任一項所述的方法，其中所述掃描步驟是在一至少一段式行星式運動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中具有一中心對稱軸的一濺鍍標靶；在一繞所述濺鍍標靶背面的路徑掃描一磁電管，包括移動一磁鐵組件，所述磁鐵組件包括一沿所述中心對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磁極，所述內磁極是沿著一與所述中心對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，以所述間隔為一函數改變所述已應用電力的位準及所述移動的速率中至少一者。
61.如權利要求60所述的方法，其中所述變化步驟改變所述已應用的電力。
62.如權利要求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.如權利要求60至62中任一項所述的方法，更包含在所述磁電管被移動的同時感應所述間隔。
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靶(90)背面在一較佳為逆行(retrograde)行星式或周轉圓式路徑(92)中掃描，該掃描包括一繞該標靶的中心軸(72)的軌道式旋轉，及一繞相對該標靶中心軸旋轉的另一軸的行星式旋轉。該磁鐵組件可通過該標靶中心，因此可完全覆蓋標靶。具有齒輪的一行星式機構可包括一旋轉驅動板(74)、一固定中心齒輪(62)及一惰齒輪(76)，及一可旋轉支撐在該驅動板上的隨動齒輪(78)，該驅動板支撐一在該面對該標靶的驅動板的一側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循環的旋轉速率或藉由變化該標靶功率而控制。一第二行星式階段(302、304、306)可被加入或使用非圓形齒輪(310)。位于該室內部旁及臺架(122)下的輔助電磁線圈(254、258)可產生一集中的磁場。
文檔編號H01J37/34GK1669111SQ03816946
公開日2005年9月14日 申請日期2003年5月16日 優先權日2002年5月21日
發明者伊揚·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 申請人:應用材料股份有限公司