電磁控濺鍍陰極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明關(guān)于一種濺鍍靶裝置，特別是指一種在濺鍍靶后方設(shè)有永久磁鐵、導(dǎo)磁鐵 及電磁線圈，利用安排電磁線圈的位置及導(dǎo)入該電磁線圈的電流作變化達(dá)到變化磁場的大 小而達(dá)到改變電漿位置的目的，進(jìn)而達(dá)成提升靶材利用率的目的。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁控派鍍（magnetronsputtering)是指真空派鍍腔內(nèi)在派鍍革巴材的后方安排電 磁鐵或永久磁鐵以產(chǎn)生磁場并使得磁力線由靶材后方穿透至靶材的前方，再回到的靶材的 后方的電磁鐵或永久磁鐵。電漿產(chǎn)生器利用磁場的導(dǎo)引將電漿離子氣體轟擊金屬靶材的預(yù) 定區(qū)域以敲出金屬原子，再沉積金屬原子于靶材下方的工件表面上以形成薄膜。電漿氣體 可以包含惰性氣體如氬氣，或者是可以和靶材反應(yīng)的反應(yīng)氣體。
[0003] 這樣的結(jié)果將使得靶材猶如一個穿隧（tunnel-like)的結(jié)構(gòu)形成一電子阱 (electrontrap)。這種效應(yīng)在穿隧形的電子講在金屬革E材形成一封閉回路后會更進(jìn)一步 強(qiáng)化，而變得更有效率。然而，它卻使電漿形成回路，而使得靶材猶如被穿隧般的損耗，這結(jié) 果將存在靶材的利用率被顯著降低的缺點。
[0004] 因此，一種可移動磁場的濺鍍靶，例如日本專利JP63-247366設(shè)計一種可移動的 環(huán)狀靶，以達(dá)到靶材表面可被均勻削減目的。另中國臺灣專利第1299365號。揭示一可移 動靶件的濺鍍裝置及方法。這個裝置需要一線性電機(jī)來驅(qū)動靶材。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)的再一的實施例可以參見中國臺灣專利第1391514,這個專利所揭示的 磁控濺鍍靶，請參見圖1所示的立體局部剖面圖。請參閱圖1所示的一種磁控濺鍍機(jī)200 包含一載板210,包含中間導(dǎo)磁部及外側(cè)鋁環(huán)部213、一磁鐵組220、一內(nèi)部線圈230、一外部 線圈240、一中間磁環(huán)250、一靶材260以及一導(dǎo)磁鐵環(huán)270,磁鐵組220設(shè)置于載板210的 承載表面211上，以提供磁場源，內(nèi)部線圈230繞于一永久磁鐵221上。永久磁鐵221外側(cè) 還包含一外部磁鐵環(huán)222,內(nèi)部線圈230繞設(shè)于永久磁鐵221以增強(qiáng)磁場源，內(nèi)部線圈230 的較佳匝數(shù)約為40匝，外部線圈240設(shè)置于磁鐵組220外側(cè)以改變軸向磁場最低點位置， 外部線圈240的匝數(shù)約為900匝，該中間磁環(huán)250設(shè)置于磁鐵組220的該永久磁鐵221與 該外部磁鐵環(huán)222之間以增強(qiáng)中間的磁場并改變該磁控濺鍍機(jī)200內(nèi)磁場的大小，導(dǎo)磁鐵 環(huán)270設(shè)置于該靶材260的該第一表面261下，以便徑向引導(dǎo)磁場的磁力線方向，使得磁場 方向平行于該靶材260,此外，導(dǎo)磁鐵環(huán)270對應(yīng)于中間磁環(huán)250。外部磁鐵環(huán)222比中間 磁環(huán)250高。利用中間磁環(huán)250、導(dǎo)磁鐵環(huán)270及外部線圈240等組件，以達(dá)到磁力線繞行 方向不會過度集中于該靶材260的部分區(qū)域，導(dǎo)致靶材260被蝕刻穿透而提高靶材260的 使用期限的目的。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)的濺鍍靶的再一的實施例可以參見美國專利US第6338781號，該專利由 Sichmann等人所獲得。請參照圖2所示為半個陰極（含靶材）的結(jié)構(gòu)圖，另一半個陰極（含 靶材）與圖2的結(jié)構(gòu)圖是以回轉(zhuǎn)軸44為中心，呈鏡像對稱的（未圖示），永久磁鐵9和轉(zhuǎn) 軸44之間的距離以Rg表示。如圖2所示，半個陰極的結(jié)構(gòu)圖包含第一導(dǎo)磁軛鐵21，第二導(dǎo) 磁軛鐵21'，兩者間以一永久磁鐵9所連接。第二導(dǎo)磁軛鐵21'又連接一鞋型導(dǎo)磁材料14。 螺栓20則連接于第一導(dǎo)磁軛鐵21。
[0007] 第一導(dǎo)磁軛鐵21和第二導(dǎo)磁軛鐵21'之間的空間容置一濺鍍靶8,而濺鍍靶8的 上方則另有兩個線圈76、77。在兩個線圈76、77中間則是一鐵心75,它也是導(dǎo)磁材料同時 提供遮蔽功能，它遮蔽了革E空間（targetspace;即革E和待派鍍基板27之間的空隙）84對 抗永久磁鐵 9 的短路磁力線（shieldsthetargetspace84againsttheshortcircuit magneticfieldlinesofthemagnet9)，因此，磁場變化可因相當(dāng)?shù)偷碾娏髯⑷胗陔姶?線圈而產(chǎn)生。圖2同時示對應(yīng)的磁力線42, 42'路徑分布。
[0008] 上述的現(xiàn)有技術(shù)省卻了靶材移動的驅(qū)動裝置，但得有外、內(nèi)圈永久磁鐵（它們的 高度不同）及內(nèi)、外圈電磁鐵。電磁鐵沒有冷卻裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的一目的是提供一種電磁控濺鍍陰極，電漿團(tuán)能在控制線圈電流大小及周 期而位移位置，以達(dá)到提高靶材利用率的目的。本發(fā)明能夠使用內(nèi)外永久磁鐵與一圈的電 磁線圈，變化導(dǎo)入線圈的電流，達(dá)到變化磁場的目的，進(jìn)而可使靶材的靶面侵蝕范圍擴(kuò)大， 有效消除靶面不均勻的侵蝕，特別是靶材邊緣的鍍膜可以更均勻。
[0010] 本發(fā)明提供一種電磁控濺鍍陰極，包括：
[0011] 一導(dǎo)磁基板；
[0012] -封閉排列的第一永久磁鐵環(huán)，座于該導(dǎo)磁基板的外圈上；
[0013] 一封閉排列的第二永久磁鐵環(huán)，座于該導(dǎo)磁基板的中線上，該第二永久磁鐵環(huán)與 該第一永久磁鐵環(huán)的N極相對于靶面為相反方向；
[0014] 封閉的電磁線圈設(shè)于該導(dǎo)磁基板上，且相對于該第二永久磁鐵環(huán)而言。該電磁線 圈鄰接該第一永久磁鐵環(huán)，該電磁線圈導(dǎo)入的電流周期變化以變化電漿團(tuán)的位置以轟擊靶 材；
[0015] 一冷卻銅底板設(shè)于該第二永久磁鐵環(huán)、該第一永久磁鐵環(huán)所包圍的空間內(nèi)且介于 該封閉的電磁線圈及靶材之間；及
[0016] -靶材設(shè)于該冷卻銅底板上。
[0017] 在優(yōu)選的實施方式中，所述導(dǎo)磁基板為單位階梯形，該單位階梯形為中間段有一 相對較高的平臺，所述的封閉排列的第二永久磁鐵環(huán)座于該平臺中線上，以支撐該冷卻銅 底板，該導(dǎo)磁基板的平臺部位的下方容置一冷卻水路。
[0018] 在優(yōu)選的實施方式中，所述導(dǎo)磁基板上還包含至少一支撐柱，該支撐柱高度與該 電磁線圈高度大致相等或略高，以使得該冷卻銅底板為該支撐柱所支撐。
[0019] 在優(yōu)選的實施方式中，所述電磁線圈范圍在靶外緣到距靶寬2/3之間。
[0020] 在優(yōu)選的實施方式中，所述電磁線圈范圍在靶材中線到距靶寬2/3之間。
[0021] 本發(fā)明還提供一種電磁控濺鍍陰極，該磁控濺鍍陰極包括：
[0022] 一導(dǎo)磁基板，該導(dǎo)磁基板為單位階梯形，該單位階梯形為中間段有一相對較高的 平臺；
[0023] -封閉排列的第一永久磁鐵環(huán)，座于該導(dǎo)磁基板的外圈上；
[0024]一封閉排列的第二永久磁鐵環(huán)，座于該導(dǎo)磁基板之平臺的中線上，該第二永久磁 鐵環(huán)與該第一永久磁鐵環(huán)的N極相對于該靶面為相反方向；
[0025] 封閉的電磁線圈設(shè)于該導(dǎo)磁基板上，且相對于該第二永久磁鐵環(huán)而言。該電磁線 圈鄰接該第一永久磁鐵環(huán)，該電磁線圈導(dǎo)入的電流周期變化以變化電漿團(tuán)的位置以轟擊靶 材；
[0026] 一冷卻銅底板設(shè)于該第二永久磁鐵環(huán)、該第一永久磁鐵環(huán)所包圍的空間內(nèi)且介于 該封閉的電磁線圈及靶材之間；及
[0027] 一靶材設(shè)于該冷卻銅底板上。
[0028] 在優(yōu)選的實施方式中，所述電磁線圈范圍在靶外緣到距靶寬2/3之間。
[0029] 在優(yōu)選的實施方式中，所述電磁線圈范圍在靶材中線到距靶寬2/3之間。
[0030] 本發(fā)明的電磁控濺鍍陰極的特點及優(yōu)點是：（a)只需一圈封閉的電磁線圈，又因 電磁線圈封閉于冷卻銅板Z形（即前述的單位階梯形狀）導(dǎo)磁基板100, 100'，第一永久 磁鐵環(huán)110所產(chǎn)生的容置空間內(nèi)。因此，冷卻銅板既可冷卻線圈也可冷卻靶材。（b)現(xiàn)有 技術(shù)濺鍍機(jī)磁場由靶材下方穿越進(jìn)入腔體，靶材厚度受限，約在1公分以內(nèi)，以免影響磁 場強(qiáng)度。本發(fā)明磁場由靶材兩側(cè)橫越，散熱良好的平面金屬靶厚度可達(dá)3cm。（c)相較于 Sichmann的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的電漿移動范圍比現(xiàn)有技術(shù)增加35%，也因此，電漿移動效 率可提高10%以上，靶材可更均勻消耗，而提高靶材利用率。（d)部分現(xiàn)有技術(shù)需要磁控機(jī) 構(gòu)位移或轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)，本發(fā)明不需要這樣的機(jī)構(gòu)，要的只是變化線圈電流大小與周期就可 達(dá)到提高靶材利用率的效果。沒有位移或轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)簡單，易于封真空，方便維 修。（e)整體結(jié)構(gòu)可適用于磁控濺鍍與電弧離子鍍，而磁場調(diào)控對于電弧離子鍍可以提高弧 斑在靶面上移動速率與范圍，降低熔滴顆粒的發(fā)生。
【附圖說明】
[0031] 圖1示現(xiàn)有的濺鍍陰極；
[0032] 圖2示現(xiàn)有的濺鍍靶結(jié)構(gòu)及磁力線路徑；
[0033] 圖3A示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例所設(shè)計的濺鍍靶結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖3B示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例所設(shè)計的濺鍍靶結(jié)構(gòu)俯視示意圖；
[0035] 圖3C示依據(jù)本發(fā)明的第二實施例所設(shè)計的濺鍍靶結(jié)構(gòu)橫截面示意圖；
[0036] 圖4A、圖4B及圖4C分別示本發(fā)明的的濺鍍靶在電磁線圈電流零、低電流、高電流 時的電漿團(tuán)位置；
[0037] 圖5A、圖5B及圖5C分別示本發(fā)明的的濺鍍靶電磁線圈電流I= 0,I= 14A及I =-14A時所仿真的磁力線路徑；
[0038] 圖6示本發(fā)明的的濺鍍靶受電磁線圈電流變化所產(chǎn)生電漿團(tuán)移動距離；
[0039] 圖7示現(xiàn)有濺鍍靶（半個陰極的結(jié)構(gòu)）。
[0040] 圖8A、圖8B及圖8C示現(xiàn)有濺鍍靶，線圈電流分別為0、14A、-14A時磁力線模擬結(jié) 果。
[0041] 圖9A及圖9B示依據(jù)本發(fā)明的再一實施例，電磁線圈位于導(dǎo)磁基板上不同的位置， B丄=0的位置隨電磁線圈所在位置而變化。顯示現(xiàn)有LED燈具剖面圖。
[0042] 附圖符號說明
[0043] 200……磁控濺鍍機(jī) 210……載板
[0044] 230,76,77......內(nèi)部線圈 220......磁鐵組
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