CN103109344B - 磁控管溅射设备 - Google Patents

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Abstract

一种磁控管溅射设备，包括基板支承件(2)，其在真空室(1)内保持基板(3)，基板(3)具有将被涂覆的面朝上的平面基板表面(4)。基板(3)可以是例如200mm直径的圆盘。在与中心平面(5)一定距离处，两个长方形的标靶(7a,7b)被对称地布置，其朝向中心平面(5)倾斜，以便与由基板表面(4)所限定的平面围成8°与35°之间的锐角(β；-β)。具有等距的矩形准直器板的准直器(13)被布置在基板表面(4)的上方。利用此配置，涂层的高均匀性是可实现的，尤其是，在如果准直器(13)与基板表面(4)的距离被选择为准直器(13)垂直于所述表面的延伸的倍数n，优选n等于1或2的情况下，以用于抑制波纹。

Description

磁控管溅射设备
技术领域
本发明涉及依照权利要求1的前序的一种磁控管溅射设备，其中该设备包括基板支承件，其在基板平面内限定了平面基板表面，其中纵向中心平面沿纵向中心线垂直地与基板表面相交，用于承载基板，该设备包括标靶组件，其具有两个基本上长方形的标靶，该标靶被平行地布置在纵向中心平面的相对侧处的基板支承件上方，每个标靶具有标靶板，其中标靶表面面向基板表面且在纵向上延伸超过该基板表面的边界，以及磁铁构造被布置在与标靶表面相对的标靶板的背侧处。
这种类型的设备被用来利用从标靶组件的标靶表面释放出的材料的薄膜来覆盖基板的表面。然后，基板通常被切成被使用在半导体装置的产品及其他物品中的矩形芯片。
背景技术
一般类型的磁控管溅射设备是从US5,415,757A得知的。此类型的溅射设备的一般问题在于形成在基板的表面上的薄膜的厚度倾向于相当大地变化，经常变化达10%，且此外，标靶具有例如200mm的直径，导致了从基板切割的产品的可变性质。在某种程度上，厚度可通过永久旋转基板而被均等化，然而，这需要可旋转的支承件且尤其导致设备更复杂和昂贵，因为基板及标靶组件必须被收容在真空室中。
也已知的是，在单个标靶与基板之间提供准直器，以便形成具有例如在WO2008/080244A1中所解释的磁化的优选方向的磁层。然而，与已知的标靶组件一起使用的准直器对薄膜层的均匀性，尤其是相对于其厚度并未引起显著的改良。
本发明的目的在于提供一种磁控管溅射设备，其允许了在基板表面上厚度的变化比较小的薄膜的形成，而不需要在溅射过程中永久地旋转或者以其他方式使基板相对于标靶移动。
发明内容
该目的由包含于权利要求1的特征部分的附加特征所实现，即每个标靶板相对于基板平面朝向纵轴附近的中心平面倾斜，使得在标靶表面的中心点处的标靶表面的面法线在所有情况下都被基本上指引向基板表面，标靶板的标靶表面围成小于180°的角度，且提供了至少一个准直器，该至少一个准直器具有在与该纵向中心平面基本上垂直的侧向上延伸的基本上平面的平行准直器板，该至少一个准直器被置于每个标靶表面与基板表面之间。
已发现的是，利用根据本发明的磁控管溅射设备，可能将薄膜置放在相对大的基板上，例如，如上述提到的直径200mm的圆盘上，其厚度取决于各种参数仅与平均值偏差2至4%或更小。还已经证明的是，厚度分布在标靶寿命期间几乎不改变。这种结果通常在溅射过程期间不需要永久旋转基板支承件的情况下是可实现的，在许多情况下基板支承件甚至保持固定，减少了设备的复杂性。
附图说明
在以下参照仅示出实施例的附图来更详细地解释本发明。
图1a示意性示出了根据本发明的第一实施例的磁控管溅射设备的正视图；
图1b意义性示出了图1a的实施例的俯视图；
图2a示意性示出了根据本发明的第二实施例的磁控管溅射设备的正视图；
图2b示意性示出了图2a的实施例的俯视图；
图3示意性示出了图2a和2b的实施例的局部截面图；以及
图4示出了说明利用图2a、2b、2c的实施例所执行的溅射过程的结果的示图。
具体实施方式
磁控管溅射设备包括真空室1以及靠近真空室底部的基板支承件2，该基板支承件2优选本质上是固定的，但是也可被安装以便在侧向上可位移且可旋转。其被配置成保持基板3，该基板3展示了平面基板表面4，该平面基板表面4限定了基板平面且具有特定形状。在所描述的情况中，基板3是具有例如200mm的直径的圆盘且基板表面因此是具有相同直径的圆形。但是其他形状的平面基板（例如四边形平面基板）也同样可能。基板的直径通常在100mm与305mm之间。
在与基板表面4沿着纵向中心线6相交的纵向中心平面5的相对侧处，标靶组件的两个标靶7a,7b被布置在基板3的上方。每个标靶7a；7b包括标靶板8a；8b，该标靶板8a；8b展示了面向基板表面4的基本上平面的标靶表面9a；9b。在与标靶表面9a；9b相对的背侧，安装了磁铁构造10a；10b，其在相应标靶表面9a；9b的前方产生磁场。每个标靶板8a,8b基本上为长方形，尤其是矩形或椭圆形，且在纵向上延伸超过基板表面4的边界。优选地，每个标靶板8a,8b包括长方形的第一部分，其形成标靶表面9a；9b的中心部分，以及环状的第二部分，其形成围绕第一部分且通过狭缝与第一部分分离的标靶表面9a；9b的第二部分。磁铁构造10a；10b的第一极被布置在第一部分的背部且相反极被布置在第二部分的背部。由于必须跨接该狭缝，磁场被挤出到标靶表面9a；9b的前方的空间中，在那里增强了标靶侵蚀等离子区的形成。然而，标靶板可以更复杂且由两个以上的部分构成。
在溅射过程开始时，标靶表面9a,9b是平面的或具有一些其他初始轮廓。在溅射期间，标靶板被侵蚀且被移除材料的一部分被置放在基板表面4上，在那里其形成了薄膜。在所有情况下标靶板8a,8b的侵蚀主要沿着跑道状的封闭线而发生，该跑道状的封闭线在标靶表面9a；9b中形成对应的沟槽。
标靶组件优选地但非必要地为相对于中心平面5对称。标靶表面9a；9b的中心点11a；11b在侧向上与中心平面5分离了偏心度x且与基板平面分离了高度d。偏心度x通常在80mm与150mm之间且优选为在100mm与130mm之间，而高度d一般在70mm与250mm之间。每个标靶7a,7b在穿过中心点11a；11b的中心线12a；12b附近，朝向中心平面5倾斜，以这样的方式使得其限定了与基板平面围成可在8°与35°之间的锐角β的平面，由两个标靶表面9a,9b所限定的平面围成了小于180°（即180°-2β）的角度。
至少一个准直器被提供并置于标靶组件与基板之间，该准直器由在侧向上延伸的基本上平面的平行准直器板构成，即每个准直器板基本上与垂直于基板平面4及垂直于中心平面5的平面相重合，两相邻的板总是在侧向界定了被指引向基板平面且基本上垂直于纵向中心线6的狭缝。
在图1a，1b中所示的第一实施例中，布置了两个分离的准直器13a,13b，每个准直器13a,13b在相应的标靶表面9a,9b的前方的一定距离处，每个准直器13a,13b包括例如一排等距离、矩形的板或如所示的梯形板，其在垂直于标靶表面9a,9b的方向上的延伸随着与中心平面5的距离而增加或减少。准直器13a,13b均分别被倾斜与标靶7a；7b相同的角度β或-β，使得每个板的上边缘基本上平行于标靶表面9a；9b。准直器板在垂直于中心平面5的侧向上的延伸也可随着与标靶表面9a;9b的中心点11a,11b的纵向距离而变化。
在第二实施例中，单个准直器13被布置在基板表面4的前方的一定距离处。等距的准直器板基本上是平面且矩形的，每个准直器板具有在侧向上，即在垂直于中心平面5且基本上平行于基板表面4的方向上延伸的下边缘。再者，准直器板在侧向上的延伸可以变化，例如随着与标靶表面的中心点11a；11b的纵向距离而减少。
在两个实施例中，一个或多个准直器的纵横比，即狭缝的深度除以其宽度是稍微可变的，但是优选为各处在0.3至2.5之间。
在第一实施例中，由于准直器13a,13b与基板表面4之间的相当大的距离，不存在可辨识的波纹，即没有由个别准直器板的阴影效应所引起的厚度变化。
在第二实施例中，另一方面，由于准直器板的下边缘相当靠近基板表面4，波纹可能在涂覆层的厚度上引起相当大的变化。然而，已发现(见图3)的是，此效应可通过选择准直器13与基板表面4之间的距离b以及垂直于基板表面4的准直器板的延伸h而相当大地减少，以这样的方式使得可由直线轨迹穿过形成于两个相邻板14a,14b之间的狭缝I0的微粒所到达的基板表面4的区域R是由该狭缝I0及相邻狭缝I1、I2的正轴投影所形成的条纹的结合。换言之，基板表面4的所述区域R必须在所有情况下通过准直器板的正轴投影而被侧向限制在两侧上。
如
(1)h/Δ=(h+b)/(1+n)Δ
其中n是条纹的数目，其与在一侧上的相邻狭缝的投影相对应，此条件在下列情况下被满足:
(2)b=n×h
其中n是自然数且优选等于1或2。
涂层厚度的均匀度可以通过随着增加与中心平面5的距离而稍微增加每个准直器板的厚度来被进一步改善。
例如，准直器板可具有20mm的垂直于基板表面4延伸，以及0.4mm的中心处的厚度和0.5mm的侧端处的厚度。
图4示出了沿跟随中心线6的y轴以及沿着垂线，即侧向延伸的x轴的作为与中心的距离的函数的涂层的厚度除以平均厚度。所使用的标靶是NiFe(78.5/21.5)标靶。准直器具有2.0的纵横比，n被选择为等于2。厚度与平均值的偏差在各处为少于2%。沿y轴的波纹是清晰可见的但是明显地很小。
附图标记列表
1真空室
2基板支承件
3基板
4基板表面
5中心平面
6中心线
7a,7b标靶
8a,8b标靶板
9a,9b标靶表面
10a,10b磁铁构造
11a,11b中心点
12a,12b中心线
13准直器
13a,13b准直器
14a,14b板。

Claims (14)

1.一种磁控管溅射设备，包括：
-基板支承件(2)，其在基板平面内限定平面的基板表面(4)，其中纵向中心平面(5)与该基板表面(4)沿着纵向中心线(6)垂直地相交，用于承载基板(3)，
-标靶组件，具有两个长方形的标靶(7a,7b)，所述标靶(7a,7b)在所述纵向中心平面(5)的相对侧处被平行地布置在所述基板支承件(2)的上方，每个标靶(7a,7b)具有标靶板(8a；8b)，其中标靶表面(9a；9b)面向所述基板表面(4)，标靶板(8a；8b)相对于所述基板平面朝向纵轴附近的所述中心平面(5)倾斜，使得在所述标靶表面(9a；9b)的中心点(11a；11b)处的所述标靶表面(9a,9b)的面法线在所有情况下都被指引向所述基板表面(4)，所述标靶板的所述标靶表面(9a,9b)围成小于180°的角度，以及磁铁构造(10a；10b)被布置在与所述标靶表面(9a；9b)相对的所述标靶板(8a；8b)的背侧处，每个标靶板(8a，8b)在纵向上延伸超过所述基板表面(4)的边界，以及
-单个准直器(13)，具有在与所述纵向中心平面(5)垂直的侧向上延伸的平面的平行准直器板，所述单个准直器(13)被布置在基板表面(4)的前方的一定距离处，使得所述准直器(13)与所述基板表面(4)的距离(b)为所述准直器(13)在垂直于所述基板表面(4)的方向上的延伸(h)的倍数。
2.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，其中所述准直器（13）与所述基板表面（4）的距离（b）为所述准直器(13)在垂直于所述基板表面(4)的方向上的延伸(h)的一倍或两倍。
3.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，所述设备相对于所述中心平面(5)对称。
4.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，其中偏心度(x)在80mm与150mm之间，所述偏心度(x)是每个标靶表面(9a,9b)的中心点(11a；11b)与所述中心平面(5)的距离。
5.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，其中高度(d)在70mm与250mm之间，所述高度(d)是每个标靶表面(9a,9b)的中心点(11a；11b)与所述基板平面的距离。
6.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，其中每个标靶表面(9a,9b)相对于所述基板平面的倾斜(β；-β)的绝对值在8°与35°之间。
7.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，其中所述基板表面(4)具有100mm与305mm之间的直径。
8.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，其中所述准直器板垂直于所述基板平面。
9.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，其中所述准直器板为矩形，其中下边缘与所述基板表面(4)平行。
10.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，其中每个准直器板的厚度作为与所述中心平面(5)的距离的函数而在侧向上增加。
11.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，其中所述准直器(13)的纵横比在各处处于0.3至2.5之间。
12.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，所述标靶板(8a,8b)在所有情况下由至少第一部分和第二部分构成，所述第二部分围绕所述第一部分且通过狭缝与所述第一部分分离，其中所述磁铁构造(10a；10b)的第一磁极被置于所述第一部分的背部处且所述磁铁构造的第二磁极被置于所述第二部分的背部处。
13.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，所述设备进一步包括真空室(1)，其中收容了所述基板支承件(2)、所述标靶组件以及所述准直器(13)。
14.如权利要求1所述的磁控管溅射设备，其中偏心度(x)在100mm与130mm之间，所述偏心度(x)是每个标靶表面(9a,9b)的中心点(11a；11b)与所述中心平面(5)的距离。
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