CN101144150B - 用于平面溅镀的二维磁电管扫描 - Google Patents

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Abstract

现提供一种置于一矩形靶材后方的矩形磁电管，其可增强一配设用以将靶材材料溅镀于一矩形面板上的溅镀反应器中的等离子体。该磁电管尺寸仅略小于靶材，而且它是以该靶材(具扫描长度，例如2m靶材的扫描长度即为100mm)的两垂直方向作扫描。该扫描可依循一双Z字形图案沿两平行一靶材侧及两连接的对角线的路线进行。该磁电管包括一封闭等离子体回路，而该等离子体回路是呈回旋形式，例如具有一几乎固定宽度且沿一单一路径延伸的蜿蜒式或矩形螺旋式内磁极，且该内磁极具有一磁性，并且完全由具有相反磁性的外磁极所环绕。

Description

用于平面溅镀的二维磁电管扫描
技术领域
本发明一般是关于材料的溅镀，更明确而言，本发明是关于形成磁场的磁电管的扫描，以强化来自矩形靶材的溅镀。
背景技术
在过去十年间，制造平面显示器(例如用于计算机显示器及目前更普遍的电视屏幕)的科技已有相当显著的成长。溅镀为一种较佳用于平面显示器制造的方法，它是用于沉积包括金属(如铝)及透明导体(如氧化铟锡(ITO))的导电层。平面溅镀与长久发展的晶圆溅镀技术主要差异在于基材尺寸较大，且其形状为矩形。Demaray等人在美国专利案第5,565,071号中即公开该种平面溅镀反应器，其全文合并于此以供参考。该案的反应器包括一矩形溅镀底座电极12(如图1所示)，它是用以相对于一真空处理室18内的矩形溅镀靶材16而支撑一矩形玻璃面板14或其它基材。该靶材16的至少一表面是由一欲溅镀金属所组成，而且是借一隔绝体20真空封闭于该真空处理室18内。一般而言，该欲溅镀材料的一层是结合至一背板，以借其中所设的冷却水通道冷却该靶材16。溅镀气体(一般为氩气)是供应至该压力维持在毫托尔范围的真空处理室18中。对背处理室22较有利的方式是对该靶材16后方予以真空封闭，并真空抽吸至一低压以消除该靶材16及其背板的压力差。因此，该靶材组件便可以较薄的方式制造。当负直流偏压相对于该底座电极12或该处理室的其它接地部件以及档板而被施加至该导体靶材16时，氩气会离子化成为等离子体。该带正电的氩气离子会吸附至该射出溅镀金属原子的靶材16。该金属原子会部分被导引至该面板14并于其上沉积一至少部分由该靶材金属所组成的薄层。金属氧化物或氮化物可以一称为反应性溅镀(在金属溅镀期间另外施加氧气或氮气至处理室18中)的制程进行沉积。
为增加溅镀速率，线性磁电管24(如图2所示)是置于该靶材16的背部。其具有一垂直磁极性(被该相对极性的外极28所环绕)的中央磁极26以于该处理室18内投射出一磁场，该磁场平行于该靶材16的正面。该两极26、28是以一大致固定的间隙30所分隔，其上在适当的处理室条件下会形成一高密度等离子体，并按一回路或路径流动。该外极28是由两笔直部32组成，并以两半圆弧形部34相接。该磁场会诱引电子并借以增加等离子体密度，而使得溅镀速率增加。该线性磁电管24及间隙的相当小的宽度处会形成高磁通密度区。该沿一单一封闭路径分布的磁场的封闭形状所形成的等离子体回路通常是依循着间隙30，以避免等离子体由端点处泄漏。然而，相对该靶材16而呈较小的磁电管24需能越过该靶材16的后方作线性及往复扫描。一般而言，一导螺杆(lead screw)机构可驱使进行线性扫描，如Halsey等人在美国专利案第5,855,744号文中所公开较复杂的磁电管。虽然可使用马蹄形磁铁，但较佳结构包括数量较多的柱形磁铁，例如，以所示磁极形状配置的NdBFe，其可在两所示极性间反转其方向。磁极部可能包含该等操作面以定义该磁极表面，而一连接两磁极26、28的磁轭可连接该磁铁的其它侧。
所描述的磁电管原先是发展以用于具有约400mm×600mm的矩形面板。然而经过许多年后，为了规模经济及提供更大的显示面板，面板尺寸已持续增大。反应器业已经发展以使之能溅镀于尺寸大约2m×2m的面板上。能处理面板尺寸为1.87m×2.2m的世代称为40K，因为其总面积已高于40,000cm2。之后的世代则因每一侧尺寸皆大于2m而称为50K。线性磁电管的宽度若要形成高磁场时，一般会限制在相当窄的范围。因此，对于最小尺寸大于1.8m的大型面板时，线性磁电管会变得更没有效率，因为需要较长的沉积周期才能均匀溅镀较大靶材。
于适应较大靶材的一种方法中，图2的跑道式磁电管24是在沿该扫描方向的横向反折近九次，以大致覆盖该靶材，请参照授予Hosokawa等人的美国专利第5,458,759号案。扫描仍须达到磁场分布的平均值，然而，此方法仍有许多缺点。首先，该分隔的磁电管不可能理想的利用磁铁组成的磁场，也就是说，有效磁场比可能值为低。第二，有明显数量的微粒已发现会在接近等离子体暗区档板(靠近跑道式磁电管24的外极28的弧形部34)的磁电管部分处的等离子体撞击期间形成，而一般相信电子会由等离子体区泄漏至档板附近，该撞击电压需要约800伏特的直流电压，这样的高压会形成所不乐见的过量微粒。第三，现有技术是使用图2所示的跑道式磁电管24，它是以相当高速往复的扫描该磁电管，以于一分钟的溅镀沉积周期内进行约30至40次的扫描。如此高的扫描速率将会需要较为复杂的机构设计，方能使如此高数量的磁电管覆盖大部分的大型靶材。第四，具有一或多个跑道式磁电管的扫描式磁电管无法完全解决均匀性的问题。位于该轨道式磁电管24端点处下方的该靶材16的横向边缘部会因该弧形部34在沿该扫描方向上以相当大程度延伸，而接收高时间积分(hightime-integrated)磁通量。同样的，位于该磁电管下方的靶材的轴向边缘部在扫描方向颠倒时，也会因限定时间以反转方向而接收高时间积分磁通量。因此，该靶材边缘会呈现比例不均的侵蚀，降低靶材利用性及靶材使用寿命，也让沉积较不均匀。
发明内容
本发明的一个特征包括一具有一回旋状等离子体回路的磁电管，尤其是一具有大致矩形轮廓的磁电管。该回路可按蜿蜒形(其具有以弯曲部连接的数个平行笔直部)或按一矩形螺旋形(其具有数个沿直角方向配置的笔直部)方式作配置。该等离子体回路可形成于一磁性(以一由该相对磁极性的一外磁极所环绕的螺旋形形式)的一内磁极间。较佳而言，该内磁极具有一简单弯曲外形，可描述成沿一具有两端点的单一路径延伸。在该等离子体回路的一个或两个外部端是以尾部向该矩形轮廓的外部延伸时，该溅镀侵蚀性的均匀性会增加。
该螺旋形会依循一较佳的具有数个笔直部(由总路径长度的至少50％且较佳超过75％所组成)的路径。
该等离子体回路会依循一弯曲路径，它是由两具有平行部(由一介于50至125mm的间距所分隔，而75mm已确知具有最佳效果)的磁极所圈围起。该扫描应扫过一大于该间距的距离，例如至少10mm以上。
该磁电管仅略小于该进行扫描的靶材，而该靶材可相当大，以对应一最小尺寸至少1.8m的矩形平板基材。该磁电管可具有数处延伸于一区域内的有效磁场，该区域的范围为该靶材对应尺寸的至少80％，甚至超过90％。
本发明的另一特征在于包括沿一矩形靶材二维扫描一磁电管，它也可能沿该矩形靶材的单一对角线进行扫描。然而较佳的是，扫描的二维不会一起固定。该扫描速度可相当的慢，例如0.5至5mm/秒，对应的扫描周期则介于20至200秒。单一扫描周期应可足以扫描一面板。
一较佳的扫描形式是双Z字型，它是一沿一矩形(其与该靶材的侧边对准)的两相对侧、以及沿两连接至该矩形侧的端点处的对角线作连续扫描。该靶材电源可关闭或在沿该侧边扫描时能降低、或在电磁管在该靶材的边缘处与框架相距一足够距离时维持不变。该双Z字型扫描可以扫描间的小位移距离重复进行，较佳是以一垂直于两侧边的方向进行扫描。
对角线式及其它倾斜于该靶材的迪卡尔坐标的扫描较佳可以Z字图案沿该迪卡尔坐标进行，该Z字图案的各直线部长度以介于0.4至3mm为佳，更佳为0.8至1.2mm。
本发明的另一特征是在激发等离子体之前将该经扫描的磁电管移离该接地框架或界定该处理室壁的档板，以移离约1至5mm的距离为佳。
附图说明
图1是现有的等离子体溅镀反应器的概要侧面图，它是配置以溅镀沉积于一矩形平板上。
图2是一现有的线性、跑道式磁电管的平面图，可用于图1中的溅镀反应器。
图3是依据本发明一发明点的弯曲状磁电管的概要平面图。
图4是本发明的一矩形螺旋式磁电管的概要平面图。
图5是一弯曲状磁电管更实际的平面图。
图6是一经改良的弯曲状磁电管的平面图。
图7是一弯曲状磁电管的一替代实施例的平面图。
图8是一矩形螺旋式磁电管更实际的平面图。
图9是一线性扫描机构的正视图，其具有滑动支撑于靶材上的磁电管。
图10是对角线扫描机构的平面图。
图11是一显示靶材电压与扫描位置的变化图表。
图12是一线性扫描机构与一倾斜的磁电管结合的平面图，该磁电管可达到对角线扫描的效果。
图13是二维扫描机构的第一实施例的平面图。
图14是二维扫描机构的第二实施例的平面图。
图15是二维扫描机构的第三实施例及该磁电管支撑结构的正投影视图。
图16是一双Z字型扫描路径的图像。
图17是一连续偏移的双Z字型扫描的路径图像。
图18是一Z字型对角线扫描路径的图像。
图19是图8以二维曲线扫描路径的范例进行扫描的图像。
附图标记说明
12      晶座电极                14      面板
16      靶材                    18      真空处理室
20      绝缘体                  22      背处理室
24      线性磁电管              26      中心磁极
28      外磁极                  30      间隙
32      笔直部                  34      弧形部
40      蜿蜒磁电管              42      笔直部
44      端部                    50      螺旋磁电管
52，54  笔直部                  60      蜿蜒磁电管
62      蜿蜒间隙                64      内磁极
66      外磁极                  68      长笔直部
70      短笔直部                72      外弯曲部
74      内弯曲部                76      端弯曲部
78      端弯曲部下方靶材区域    80      磁电管
82        尾部                    84        端弯曲部
90        双趾式磁电管            92        内磁极
94        笔直齿部                96        外磁极
98        间隙                    100       螺旋磁电管
102，104  沟槽                    106       磁电管板
108       平台                    110       平台之弯区端
112       磁电管板                114       绝缘垫
116       推杆                    118       外驱动源
12        弹簧                    124       连接器
126       框架                    128       磁电管
130       扫描机构                132       角落推进器
134       臂                      136       轮
140       扫描机构                142       轮
150       扫描机构                152       冷却歧管
154       冷却集管                156       冷却液体供应线
160       滑动板                  162，164  侧轨道
166，168  狭口                    170，172  相反侧轨道
173       马达                    174，176  致动器
175       推进路径                178，180  轴套
182，184  致动器                  186，188  轴套
187，189  孔                      200，204  沉积扫描
206，208  矩形路径                210       第一次双Z字扫描
212       第二次双Z字扫描         214       第三次双Z字扫描
220       对角线路径
222，224  沿垂直迪卡尔坐标的小移动
230图形扫描
具体实施方式
本发明的一特征包括多种比图2的线性跑道式更为回旋的磁电管形状。在图3所示附图的实施例中，一形成于一磁电管板42中的弯曲磁电管40包括多个以一间距P配置的长的平行笔直部42，并且借多个端部44平滑地相接，该端部44可为弧形、或以弯曲角相连的短笔直部42。由于此处所述的磁电管一般形状是形成一封闭的等离子体回路，所示的间距P将称为回路间距，以便与稍后将描述的轨道间距有所区别。由该大致呈矩形外形的磁场分布(平行于该靶材表面)的外边所界定的弯曲磁电管40的有效区域即为大部分的靶材区域。该弯曲磁电管40可横越一与该间距P(或该等级的间距)有关的距离横向扫描至该长笔直部42，以完全扫描该靶材区域，并由该靶材区域以更均匀的方式溅镀材料。
在一相关实施例中，一螺旋磁电管50包括一连续的笔直部52及54，其沿数个垂直轴延伸并以一矩形螺旋状彼此平滑地相连。邻近的平行笔直部52或54是以一轨道间距Q分隔。该螺旋磁电管50可在该轨道间距Q上以该矩形方向之一进行扫描，例如沿该笔直部54。
前述该磁电管形状是较为概要的。磁电管40、50任一者的弯曲数目可显著增加。虽然这并非必须的，然而各磁电管可视为图2延伸跑道式磁电管(在该内磁极及周围外磁极间设有一等离子体回路)的一种弯曲或盘旋形式。当图2的该线性磁电管24为弯曲时，邻近弯曲部的磁极可会合。如图5的平面图所示，一蜿蜒形磁电管60是以一封闭蜿蜒间隙62(位于一内磁极64及一完全环绕该内磁极64的外磁极66间)形式形成。该等离子体回路包括两个紧密相隔的非平行传导等离子体路径(以轨道间距Q相隔)，并弯曲以形成一大致按轨道间距Q作循环的结构。该单一弯曲路径因此使磁电管形状大致依循数个长笔直部68(以一约中间线M方向对称延伸)及数个短笔直部70(以其它方向延伸)而形成，并以弯曲部72、74、76连接该等笔直部68、70。该内弯曲部74及末端曲折部76是呈约180的弯曲形状。该图是说明该外磁极66的最外部较内部(表示相对磁通量密度)为薄。应该可以了解的是，该蜿蜒式磁电管60也可包括额外弯曲的等离子体回路，尤其在用于较大靶材尺寸时。
然而，当前述蜿蜒式磁电管60接受检测时，位于磁电管60末端弯曲部76下方的该靶材区域78表现出非常低的溅镀率。不同于增加扫描长度或增加磁电管全部尺寸的方式，图6的平面图是说明一经改良的蜿蜒式磁电管80，其包括数个尾部82，其中内磁极及外磁极64、66均延伸于环绕该间隙62的该等末端弯曲部84的区域中，以使末端弯曲部84处于该磁电管80矩形有效区域的外侧。因此，在该有效靶材区域外会有较图5为少的侵蚀区域78。该靶材可能需要略为加长以容纳该等尾部82，然而由于只有较少的溅镀发生于该处，尾部82可延伸较该磁电管80其它处接近该靶材周围，且也许可延伸于该靶材边缘上方。应该可以了解的是，若等离子体回路的弯曲部为单数，两尾部82可设于该磁电管板42的相对的边侧面。
图7的平面图所示的双趾式(double-digitated)磁电管90包括一内磁极92，它由两相对列且大致笔直的齿状部94以及一环绕的外磁极96(以一封闭的间隙98与该内磁极分隔)所形成。该间隙98的笔直部是以两大致约对称的线Q1及Q2配置。该蜿蜒式磁电管60、80及双趾式磁电管90虽然外貌不太相同，但大致相似并具有类似的磁场分布。两者优点为均具有数个笔直部，其为总路径长度的至少50％且较佳超过75％所组成。然而，该趾式磁电管与蜿蜒式磁电管及螺旋磁电管的明显差异处在于其内磁极92具有一具许多凸出部的复杂外型，且并非呈单一路径的形状。反之，该蜿蜒式及螺旋式磁电管的内磁极具有一几乎固定的宽度顺着一单一回旋状或弯曲路径由一端延伸至另一端。最显著的差异在于，蜿蜒式电磁管及螺旋式电磁管的内磁极只具有两端明确的封闭等离子体回路端，而该趾式电磁管的内磁极则具有三个或更多端，其具有许多连至等离子体回路的对等端。如同后文将详述，这些端可明显使其中若干者与其曲率相结合，并有利的使其数量最小化。Hope等人即在美国专利第4,437,966号中公开一单趾式磁电管。
如图8平面图所示的一矩形螺旋磁电管100包括数个形成于磁电管板106中之连续沟槽102、104。具有相反磁性的柱形磁铁(图中未标示)是分别填入两沟槽102、104中。该沟槽102完全围绕沟槽104。两沟槽102、104是以一路径间距Q配置，且彼此以一实质等宽的平台108分隔。于前文内容可知，该平台108是表示相对磁极间的间隙。沟槽102代表外磁极，另一沟槽104则代表由外磁极环绕的内磁极。与跑道式磁电管类似的是(无论曲折与否)，沟槽104所代表的磁极完全被沟槽102所代表的另一磁极环绕，借以强化磁场并形成一或多个等离子体回路以避免端点损失。由于最外部只能容纳单排的该磁铁，而其它沟槽部分能以交错配置方式容纳两排磁铁，故该沟槽102最外部的宽度仅略较沟槽102的内部宽度及其它沟槽104的所有部分宽度的一半为厚。该磁电管100的沟槽102、104可变化以包括一尾部，它是以约180绕该平台108的弯曲端110，类似于图6的尾部82。单一磁轭板可覆盖该磁电管板106的背部以磁性地耦接全部的磁铁。
该矩形螺旋式磁电管具有沟槽102、104，因此具有笔直部的磁极是沿垂直方向延伸，且彼此以弯曲角相连。该等笔直部较佳是由总路径长度的至少50％且较佳超过75％所组成。
该等沟槽102、104一般代表两磁极，然而此结构更为复杂。该沟槽102、104是架构至该电磁管板42且包括柱形孔数组以容纳各个柱形永久磁铁。沟槽102、104较厚部分内的柱形孔可形成两线性延伸平行排，它是彼此相互交错以增加磁铁摆放密度。该沟槽102、104的外部另一特征可只具有一线性数组。两磁极部一般是由磁性软不锈钢形成，并具有沟槽102、104的形状及其大致的宽度。该磁极部是以螺栓固定至该磁电管板的底部(通过沟槽102、104)以将两磁铁吸附于面朝下的沟槽102、104内并作为磁极部。
其它用于磁电管的回旋形状也是可行的，例如蜿蜒式及螺旋式磁电管也可以不同方式结合。螺旋式磁电管可以结合至一蜿蜒式磁电管(两者皆以单一等离子体回路方式形成)。两螺旋式磁电管可彼此结合，例如以对向盘绕的方式，而两螺旋式磁电管也可托架一蜿蜒式磁电管。同样的，仍需以单一等离子体回路形式。然而，多回旋式等离子体回路亦可应用于本发明。
蜿蜒式磁电管60、80具有一组主要的笔直段68，而矩形磁电管90具有两组平行笔直部，其两者也可视为主要组。所有磁电管60、80、90、100均可受益于一以间距P进行(以一横向于该组主要的笔直段之一的方向)的一维扫描。然而，上述一维扫描仍然有些缺点。首先，因该磁电管实质部分中有些延伸出的组件是平行于该扫描方向，而使溅镀均匀性降低。此影响对蜿蜒式磁电管60、80最为显著，其中短笔直段70会使靶材的横向边缘侵蚀较靶材的中央部为快。使用螺旋式磁电管100的不均匀性会降低。不过，此等磁电管在靶材中央部的侵蚀仍较侧边为少。第二，除非使用其它的预防措施，全部的磁电管仍旧会在靶材(靠近等离子体档板)横向边缘处形成等离子体。而如同前文对线性跑道式磁电管所作的解释，在等离子体激发期间微粒会大量形成。第三，当磁电管快速且往复扫描时在端点处仍持续有侵蚀情形出现。
在矩形靶材上以二正交维方式扫描一回旋磁电管可增加溅镀均匀性。该扫描机构可具有不同形式。在如图9所示的一扫描机构110中，该靶材16是支撑于其背部，该磁电管板112的上侧包括数个磁铁，其贯穿数个绝缘垫114或支撑于该磁电管板112底部孔中的轴承。该绝缘垫114可由直径5cm的铁氟龙(Teflon)组成，并由该磁电管板112突出2mm。对向的推杆116是由外驱动源118所驱动，该外驱动源118穿过真空封闭背壁22以将该磁电管板112推往相反方向。该驱动源118一般是以双向旋转马达驱动一驱动轴(对该背壁22有一旋转密封垫)。该背壁22内的导螺杆机构可将旋转运动转换成线性运动。两垂直配置的推杆116对及驱动源118可提供独立的二维扫描。单对推杆116及驱动源可沿靶材对角线对准，并相对于该靶材侧提供结合的二维扫描。其它种类的致动器也可能包括气压汽缸、步进马达以及齿轮齿条(rack-and-pinions)，其均设于该低压背处理室的内侧及外侧。
如图10的平面图所示，弹簧122(尤其是压缩弹簧)在所示几何结构中可取代该对向推杆之一。同样的，该杆116及该磁电管板112间的连接器124可予以固定以使一杆116可推拉该磁电管板112或，参照图9的双向致动方式，该连接器124可为转轮形式以选择性地且平滑地推动该磁电管板112。
其它类型的扫描机构也是可行的。该滑动板114可以轮或球或滚动轴承取代，但较佳的是该轮或轴承可电性绝缘，以使该磁电管板112在接地的同时亦可支撑于该经偏压的靶材16上。若为使移动简单，一导引板可设于该磁电管板112及靶材16中间以导引扫描进行。如前文Halsey专利案中所公开的，该磁电管板112可通过轮及支撑杆支撑于一个或多个导引板上。
扫描的数量也可作相当的限制。例如，对一邻近非平行轨道间间隙为75mm且设计用于2m靶材的磁电管而言，该扫描距离应至少为75mm。为考虑多变的磁场强度及位置，建议扫描距离至少大于10mm。扫描距离若大于该间隙的50％会使本发明优势降低。许多实验已证明扫描距离在范围为85至100mm时具有较佳的侵蚀程度。若磁铁沟槽间的间距为75mm，其间的等离子体路径已证明有相当成效，且实验指出该间距的较佳范围为50至125mm。
为完成第一扫描图形，一形成于磁电管板112中的回旋式磁电管(如图10的平面图所示)是支撑于一形成该背壁22部分的矩形框126内。虽然附图所示为一蜿蜒式磁电管，然而也可使用其它磁电管形式。该耦接至磁电管板112的致动器118可驱动其沿该框126的对角线移动，亦即以最北至最南向，其皆平行并横向于该磁电管主要的笔直部组的方向。在所示的实施例中，该弹簧122动作与致动器118相反。因而双向扫描时，在靶材北侧及南侧的过度侵蚀情形可降低。
该扫描可受益于两种操作特性。第一，该扫描较佳是执行于相当的低速下(约1mm/秒)以使该框对角线的单扫描进行时、或后文将详述者，在若干次对角线扫描进行时能得一完全沉积，故扫描速度为2mm/秒时(较佳范围为0.5至5mm/秒)可取得相当良好的效果。对100mm的扫描而言，完全扫描可在20至200秒内达成。低速可简化繁杂的机构。第二，较有利的是在磁电管与该接地框126快速分离后(例如在初次2mm(较佳范围为1至5mm)扫描后)以熄灭等离子体及激发等离子体方式起始该慢速扫描。该延迟激发可使扫描速度平衡。然而更重要的是，远离该框架126的等离子体激发可显著降低粒子(一般相信该粒子是来自于等离子体激发期间不受控制的电弧)形成。
在跑道式电磁管中进行的范例中，它是以一固定电源供应扫描该框架。如图11中标绘处128所示，靶材电压已发现会由中间处约500V上升至框架或挡板附近约600V，其表示等离子体阻抗是取决于电磁管位置而定。此邻近该框架的高电压相信是起因于电子泄漏至框架所致，并在激发期间的过量电弧有关。反之若等离子体是在该弯曲的平坦处被激发，电弧会实质的降低。而同样有利的是，等离子体在到达电磁管另一对角线弯角前便会熄灭。若欲在相同基材上执行进一步沉积时，其或者也可以降低靶材电源以达到低密度等离子体，而不是完全熄灭该等离子体，借以有效减少粒子在靶材边缘形成。业已发现图8的矩形螺旋式电磁管中靶材电压仅约为350V，显然为一极有效能的电磁管。
该扫描也可能扩展而以等离子体沿该框架对角线来回扫描，使电磁管返回至其准备溅镀于下一面板上的原始位置。或者，可在等离子体关闭下进行背部扫描，同时将一新面板置于溅镀反应器中并抽吸及平衡该溅镀处理室。在另一替代方式中，一面板可在向前扫描期间进行溅镀沉积，而一第二面板可在随后的向后扫描期间进行沉积。
如同图12所示，一磁电管128以其一组或二组主要笔直部(相对于该框架126的矩形坐标的倾斜角形成，例如以45或平行于该框架对角线)形成于磁电管板112中时也可得到略为类似的效果。沿该两矩形坐标之一者对准的两相对的致动器118是沿该坐标扫描磁电管板112。在此实施例中，该扫描是一维扫描，然而磁电管形状为二维。为避免激发时的边缘效应，沿该横向侧应提供额外的靶材空间。
沿两对角线的扫描可借图13所示的扫描机构130达成。四个位于框架126角落的致动器118是沿两框架对角线以面对面方式成对配置。各致动器118是固定至一具有两垂直臂134的角落推进器132，每一垂直臂具有数个轮136或其它滑动装置，其可滑动地啮合及对准该磁电管板112的各个角落以正确地将它沿该框架对角线之一推动。虽然此处附图所示为一蜿蜒式磁电管，然而其它回旋式磁电管形状也可配合前述及其它二维扫描机构使用。沿任一对角线的扫描仅需改变这些致动器之一。该扫描可通过推动该磁电管板112(它是以该致动器118之一者沿该第一对角线推动，而该第一对角线是对准一第二对角线会通过的中心点)的方式由一对角线转移至另一者。其后，对准该第二对角线的该致动器118之一会啮合该磁电管板112，以将之沿该第二对角线推动。
在如图14中所示的一矩形配置的扫描机构140包括八个致动器118，它是沿该矩形框架126的四边成对配置。该成对的致动器118是作相似控制，以同样扩大该相连臂116。在无固定连接器设于致动器118及磁电管板82间、但仅施加一推动力时以成对配置为佳。源自该致动器118的臂116较佳包括设于各致动杆116末端各自的轮142或其它转动组件。然而，软推进器垫(例如Teflon)，也可替换成轮142。仅有一对设有轮的致动器杆116需啮合该磁电管板112以将之沿迪卡尔方向移动。
另一如图15所示中的扫描机构150是支撑于框架126上，其接着支撑于该靶材背板的周围。冷却集管154可由供应线156分布冷却液体至该靶材背板。滑动板160包括两个相反侧轨道162、164，这些是以一第一方向及沿安置于框架126上各连续的轮轴承上方滑动。两狭口166、168是形成于该滑动板160中以按垂直的第二方向延伸。可支撑通过两狭口166、168延伸的磁电管板112的两相反侧轨道170、172是滑动地支撑于各安装在该滑动板160上的轮轴承组，以按第二方向移动。也就是说，该磁电管板112及连接的磁电管可按垂直的第一及第二方向滑动。此外，重磁电管是支撑于该框架126及该靶材背板的周围上，其直接支撑于处理室壁上，而非位于该靶材背板及该靶材相当薄的悬臂内部上。
沿该滑动轨道方向相对的第一组致动器174、176是支撑于该框架上且其包括各独立控制的双向马达173、齿轮箱以及驱动路径175的螺旋齿，这些是选择性的邻近、啮合及施力于各由该滑动板160向上延伸出的轴套178、180。沿该磁电管板轨道170、172方向相对而相似设置的第二组致动器182、184是支撑于该框架126上以选择性啮合各固定于该磁电管板112的轴套186、188，并通过该滑动板160中的孔187、189向上延伸出。
该两组致动器174、176、182、184可用以按正交方向移动该磁电管板160。这些固定在磁电管板112的轴套186、188具有相当宽的面，以在其它组致动器174、176横向移动该磁电管板112时，相接的致动器182、184及推杆175可啮合这些面。
所示的结构是以一顶盖(支撑框架126上并真空封闭)所覆盖，其包括可移式真空装置，例如邻近该致动器174、176、182、184并位于该轴套孔166、168中以让该顶盖下的区域可作真空抽吸。当内部抽吸至一相当低压以让薄靶材及背板承受不同于高真空溅镀室的减压时，该顶盖可包括数个衍架以抵抗大型顶盖区上的大气压力。
图1的反应器一般是由一计算机化的控制系统(附图未标示)所控制，它是依据一用于处理一系列面板14的处理组进行操作。该控制系统控制一激活该靶材的DC电源供应器、一真空抽吸系统(用于将该溅镀室18内抽吸至一所欲低压)、一连接该处理室内部至一传送室的狭阀，以及一主要设于该传送室内的机械臂，以将基材14由该溅镀室18传入或传出。该控制系统可另外连接至致动器118或182、184、174、176，以按所需要的二维模式于靶材16后方扫描大型磁电管。
该致动器对118或182、184、174、176是结合作控制以达一所需要的扫描图案。操作模式是仿效图10的对角线扫描沿一框架对角线，例如由西北侧至最南侧，然而由西南侧至最北侧路径也有可能。如图16所示，第二种操作模式可借扫描改善侵蚀均匀性，它是通过沿一对角线方向执行一第一沉积扫描200的双Z字图案并在靠近该对角线扫描200的末端处熄灭等离子体(或降低靶材电源)。其后，该磁电管是以熄灭或较小的等离子体沿一平行于一迪卡尔坐标的矩形路径208在靶材边缘处进行扫描。接着，以主动等离子体进行的第二沉积扫描204是沿另一对角线进行，但等离子体在靠近该对角线末端处熄灭。最后，该磁电管再沿一靠近其它靶材边缘且非平行于一迪卡尔(矩形)坐标的矩形路径206以熄灭等离子体往回扫描。此图案称为双Z字型。应注意的是，所标示路径仅于扫描范围(如75或100mm)上延伸，而不是在全部靶材(侧边将近10倍大)上延伸。也就是说，该磁电管的有效磁场是在延伸于该框架内该靶材对应尺寸边的90％或更大的区域内。参照图5及图6的蜿蜒式磁电管60、80，该双Z字型扫描也可执行，以使边缘扫描206、208可以平行或垂直于该组主要笔直段68的方式进行。
该双Z字型扫描可仅实施于一单一基材，或者，在每一矩形扫描206、208进行期间可以一新基材替换，但无须激发等离子体，且该处理室压及气体环境对此并不重要。若双Z字型的规模小得足以让缺乏等离子体的边缘路径206、208能避免边缘效应，则该有利的扫描模式便可在中央处(等离子体激发处)开始。该等离子体维持激发的同时磁电管可通过完全的双Z字图案作扫描，最后返回中心处结束。因此等离子体激发可距离该接地框架任何部分的最大距离处实施。
该双Z字型扫描及其它形式的扫描不需精确的按步仿照。靶材侵蚀的均匀性(由靶材使用寿命判定)可通过连续偏移双Z字型扫描来改善。如图17所示，在一第一次底线双Z字型扫描210后，会隔一小距离(如10mm)沿一迪卡尔坐标(较佳是垂直于该双Z字型扫描的侧部206、208处)重复该图案，以进行双Z字型扫描212。进一步的均匀性可通过该底线以相反方向的相等位移(也可使用其它的位移值)进行第三次的双Z字型扫描214。其后，该扫描图案可返回该底线扫描210。完全扫描的不同部分可借沉积于一基材或多个依序插入的基材上进行。一完全双Z字型扫描较佳是以溅镀沉积方式实施于一基材上，而其后替换的双Z字型扫描则实施于随后的基材上。
也可能同步激活两垂直配置的致动器，以让磁电管沿图18所示的对角线路径220移动。然而，某些情况下它反而是依循一锯齿路径(由交替的小位移222组成，它是以数段小位移224彼此沿一迪卡尔坐标移动)为佳。例如，各位移222、224可约为1mm。位移222、224的长度范围为0.4至3mm，较佳为0.8至1.2mm。若对角线路径220非相对于迪卡尔坐标以45配置时，位移222、224彼此间长度可不相同。若难以提供垂直位移(例如以步进器马达进行时)的精确比例，则相同方向上的不同位移可能会有不同长度，而平均在所需的方向上形成一路径。这种交替位移会有较大的有效扫描区域以增加溅镀均匀性。以图15所示的垂直方式配置(未包括一靠抵该磁电管板的旋转机构)的致动器可有进一步的优点，在此情况下，垂直方向上的同步位移会使该等杆接触点的至少一个滑抵该磁电管板或轴套。相反的，若以交替位移方式配置，未使用的致动器可由磁电管板返回，以在其横向移动时不会接触到该磁电管板。
许多范例已证明该矩形靶材可充分均匀的在该框架的150mm内延伸出的中央区上。在一方向上的均匀性可通过增加该蜿蜒式磁电管的笔直部长度而扩大，同时另一方向上的均匀性可通过磁电管扫描而增加。整组式的致动器可允许更复杂、较多变的扫描图案，也较可能可以包括该弯曲部。例如，图19所示的图形扫描230可通过连续改变四组致动器控制的方式达到。
本发明的许多优点在二维扫描或施加延迟激发等离子体至现有磁电管时均可达到，如图2所示由数个平行但独立的线性磁电管24组成，其中该线性磁电管是以数个平行内磁极26形成，并以一具有多个用于内磁极26的平行开口的单一外磁极32及各自的等离子体回路所围绕。然而，相信本发明的蜿蜒式及螺旋式磁电管的回旋式单一等离子体路径能提供较有效且较具控制性的溅镀。
本发明的各特征均可提供较均匀的靶材侵蚀及较大矩形溅镀靶材的溅镀沉积。该螺旋式磁电管所需成本也可较低。二维扫描的扫描机构虽较为复杂，但较慢的扫描却可降低其复杂性。

Claims (7)

1.一种用于一矩形靶材后方以将该靶材材料溅镀于一矩形基材上的磁电管，其特征在于，至少包含：
一内磁极，其具有一垂直于一平面的第一磁性，该内磁极是沿该平面中一具两端点的单一路径延伸并包括数个笔直部和数个连接所述笔直部的的弯曲部，所述笔直部和弯曲部沿一呈回旋图案的矩形坐标延伸从而形成矩形的轮廓；以及
一外磁极，其具有一相对于该第一磁性的第二磁性，该外磁极是环绕该内磁极，其间还以一间隙相隔；
其中在该磁电管的一侧，该内磁极和该外磁极具有延伸超出该矩形轮廓的尾部，该尾部比组成该矩形轮廓的磁电管的其余部分更加接近该矩形靶材的一边缘。
2.如权利要求1所述的磁电管，其特征在于，所述的间隙是固定的间隙。
3.如权利要求1所述的磁电管，其特征在于，所述的磁电管是大致矩形轮廓。
4.如权利要求1所述的磁电管，其特征在于，所述的回旋图案是一蜿蜒式图案。
5.如权利要求4所述的磁电管，其特征在于，所述的蜿蜒式图案是大致矩形轮廓且还包括两个延伸该两端点路径使之超出该矩形轮廓的尾部。
6.如权利要求1所述的磁电管，其特征在于，所述的回旋图案是一呈矩形的螺旋图案。
7.如权利要求6所述的磁电管，其特征在于，所述的螺旋图案是大致矩形轮廓且还包括一个尾部，该尾部是延伸该两端点路径的一端使之超出该矩形轮廓。
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