CN111373505A - 磁控溅射装置的磁体集合体 - Google Patents

Abstract

根据一实施例的磁控溅射装置的磁体集合体，其包括：磁轭；电磁体，配置在所述磁轭上，在垂直于所述磁轭的方向上具有不同的磁极；以及永久磁体，以与所述电磁体分隔的方式配置在所述磁轭上，并且，围绕所述电磁体的至少一部分。

Description

磁控溅射装置的磁体集合体

技术领域

本发明涉及一种磁控溅射装置的磁体集合体。

背景技术

溅射装置是在生产半导体、FPD(LCD、OLED等)或者太阳能电池时用于在基板上沉积薄膜的装置。并且，溅射装置还能够用于卷对卷(roll to roll)装置。作为其中一种，磁控溅射(Magnetron sputtering)装置所利用的技术是向真空状态的腔室(chamber)内注入气体并生成等离子体，将离子化的气体粒子与待沉积的靶材(target)物质进行冲击之后，将由于冲击而溅射的粒子沉积在基板上。此时，为在靶材形成磁感线，将磁体单元配置在靶材的后面使其与基板相对。即，在靶材前面配置基板，在靶材的后面配置磁体单元。

该磁控溅射装置因具有以下优点而得到广泛使用：能够在相对低温的环境下制造薄膜，在电场作用下得到加速的粒子能够紧密地沉积在基板上，并且沉积速度快。

一方面，为在大面积的基板上沉积薄膜而使用连续在线系统或集束型系统。连续在线系统及集束型系统在装载腔室与未装载腔室之间提供多个处理腔室，通过装载腔室得到装载的基板通过多个处理腔室进行连续工艺。在这样的连续在线系统及集束型系统中，溅射装置提供在至少一个处理腔室内，并且，按照一定间隔设置磁体单元。

然而，因存在磁体单元所产生的固定磁场，由此，根据电场及磁场的等离子体密度能够决定靶材表面的侵蚀。尤其，在磁体单元的边缘，即长度方向的至少一端部施加有地电位，基板边缘的等离子体密度相比其他区域更大，由此，靶材边缘的溅射速度相比其他区域更快。由此，在基板上沉积的薄膜厚度分布不均，导致膜质分布下降的问题，并且，由于等离子体密度差异使得靶材的特定部分过度侵蚀，存在靶材效率降低的问题。

为解决上述问题，可以使用边缘部分的厚度大于中央部的厚度的靶材。为生产上述靶材，必须对平面靶材的中央部进行研磨使其厚度变薄，及需要额外地对平面靶材进行加工。由此，在对平面靶材进行加工的过程中存在材料损失的问题，并且由于额外增加工艺导致成本提高。此外，在对靶材进行加工的过程中，还会发生靶材受损等问题。

解决上述问题的其他方法有：利用分流器(shunt)等对靶材表面的磁场强度进行调节的方法；在磁体的边缘利用垫板调节距离的方法；或者在磁体的边缘位置增加Z轴电机的方法等。然而，上述方法都会导致制造费用的提高，还需要利用手工作业调节磁场强度，并且，由于无法实现磁场强度的局部调节而需要进行数次反复操作，投入较多作业时间。

发明内容

所要解决的技术问题

一实施例的目的在于提供一种磁控溅射装置的磁体集合体，在靶材上垂直磁场为零的位置(以下，B⊥0)，即，局部水平磁场为最大，等离子体密度相比其他区域更大，由此，不仅能够将靶材消耗(侵蚀)集中的位置进行左右方向(X轴)移动，还能够实现上下方向(Y轴)移动。

并且，一实施例的目的在于，提供一种以简单的控制方法移动B⊥0的磁控溅射装置的磁体集合体。

解决其技术问题的技术方案

根据一实施例的磁控溅射装置的磁体集合体，包括：磁轭；电磁体，配置在所述磁轭上，在垂直于所述磁轭的方向上具有不同的磁极；以及永久磁体，以与所述电磁体分隔的方式配置在所述磁轭上，并且，围绕所述电磁体的至少一部分。

所述永久磁体具有在平行于所述磁轭的方向上开口的马蹄形状，所述电磁体配置在所述永久磁体的内侧。

所述永久磁体为

字形状。

随着施加至所述电磁体的电力的变化，所述磁控溅射装置的靶材上的垂直磁场为零的位置发生移动。

所述电磁体，包括：磁芯，固定在所述磁轭上，并配置在所述永久磁体内侧；以及线圈，缠绕在所述磁芯。

所述磁控溅射装置的磁体集合体，还包括用于改变施加至所述线圈的电力的控制部。

从所述电磁体到所述永久磁体的中央部的距离与从所述电磁体到所述永久磁体的侧部的距离相同，或者从所述电磁体到所述永久磁体的中央部的距离大于从所述电磁体到所述永久磁体的侧部的距离。

发明效果

根据一实施例，不仅在左右方向移动上，还能够在上下方向移动上移动形成在靶材上的B⊥0，由此防止靶材的局部过度侵蚀。

并且，能够通过控制电磁体强度的方式，简单地移动形成在靶材上的B⊥0。

附图说明

图1为概略显示根据一实施例的溅射装置的结构的侧面图。

图2为根据一实施例的磁体集合体的上面图。

图3为显示根据一实施例的垂直磁场为零的位置(以下，B⊥0)的磁体集合体的平面图。

图4为概略显示根据一实施例的随着电磁体的强度增加而变化的B⊥0的形态的磁体集合体的侧面图。

图5为图4的磁体集合体的平面图。

图6为概略显示根据一实施例的随着电磁体的强度减小而变化的B⊥0的形态的侧面图。

图7为图6的磁体集合体的平面图。

图8为根据一实施例的磁体集合体的上面图。

图9为根据一实施例的在靶材上示出B⊥0的靶材的上面图。

图10为显示根据一实施例的随着电磁体的强度变化而变化的B⊥0的形态的靶材的上面图。

图11为沿着图10的I-I线的靶材的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施例进行详细说明。各附图中相同的附图编号表示相同的部件。可对以下说明的实施例施加多种变更。此外，在对本发明进行说明的过程中，判断有关公知技术的具体说明，不必要地模糊实施例的要点时，其详细说明给予省略。

并且，在对实施例的构成要素进行说明时，可以使用第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语。然而，上述术语的使用仅作为将该构成要素区别于其他构成要素，并非用于限定相应构成要素的本质、排列或顺序。当说明一个构成要素与其他构成要素“连接”、“结合”时，该构成要素可以直接连接或结合于其他构成要素，各构成要素之间也可以“连接”、“结合有其他构成要素。

与任何一个实施例中的构成要素具有相同功能的构成要素在其他实施例中使用相同的名称进行说明。在未言及反例时，记录在任何一个实施例的说明能够适用于其他实施例，由此，在重复范围内省略具体说明。

图1为概略显示根据一实施例的溅射装置的结构的侧面图，图2为根据一实施例的磁体集合体的上面图，图3为显示根据一实施例的垂直磁场为零的位置(以下，B⊥0)的磁体集合体的平面图。

参照图1及图2，根据一实施例的溅射装置1能够包括磁体集合体10、基板20、基板固定部30、靶材40、背板50及控制部60。

磁体集合体10能够包括多个电磁体11、91、永久磁体12，及磁轭13。磁体集合体10能够利用电磁体11及永久磁体12在靶材40上形成具有一定强度的固定磁场。能够通过固定磁场和由外部施加的电场在靶材40表面形成等离子体。等离子体密度由固定磁场及所施加的电场决定。由于等离子体在靶材40表面发生溅射而在基板20上沉积薄膜。

磁体集合体10在靶材40上形成的固定磁场能够包括垂直磁场和/或水平磁场。对于靶材40表面，在垂直磁场(与靶材表面垂直的磁感线成分)为零的位置(以下称为B⊥0)，水平磁场(与靶材表面平行的磁感线成分)局部地成为最大，由于相应区域的等离子体密度大于其他区域，因此溅射速度更快。图3中以点线表示的B⊥0是在基板40的表面形成的B⊥0的概念图。B⊥0能够形成在电磁体11及永久磁体12之间。B⊥0的位置能够基于靶材40从磁体集合体10分隔的距离而不同。

当在比磁体集合体10大的大面积基板20沉积薄膜时，能够具有两个以上磁体集合体10。此时，至少两个以上的磁体集合体10以相同的大小及相同的结构配置，并具有相同的间隔。

磁轭13为板状，能够支持多个电磁体11、91及永久磁体12。例如，磁轭13能够具有在长度方向上延长的形象。

在多个电磁体11、91中配置在磁轭13的两端部的电磁体11能够被永久磁体12所围绕。电磁体11能够以与永久磁体12分隔的方式配置在磁轭13上。配置在外部的控制部(未图示)能够控制电磁体11的强度。例如，电磁体11能够包括线圈111及磁芯112。线圈111沿着磁芯112外表面按照顺时针或逆时针方向缠绕。线圈111能够生成磁场。磁芯112能够放大由线圈111形成的磁场。磁芯112固定在磁轭13上并配置在永久磁体12的内侧。例如，磁芯112能够是铁芯或永久磁体。

在多个电磁体11、91中配置在磁轭13的中央部的电磁体91配置在位于磁轭13的两端部的永久磁体12之间。电磁体91能够包括多个列，例如3个列。

永久磁体12能够配置在磁轭13的两端部。永久磁体12在磁轭13与电磁体11分隔配置，并围绕电磁体11的至少一部分。永久磁体12与电磁体11相互作用而生成磁场。

永久磁体12能够包括中央部12a，以及从中央部12a的两端部在相同方向上突出形成的两侧部12b、12c。在永久磁体12的两侧部12b、12c之间能够配置有电磁体11。

多个电磁体11、91及永久磁体12能够形成在靶材40上形成闭曲线的B⊥0。例如，永久磁体12的上部为N极下部为S极。电磁体11的上部能够是S极。并且，以图2为基准，电磁体91形成3列，配置在中间一列的电磁体91的上部能够是与电磁体11相同为S极，配置在左侧列及右侧列的电磁体91的上部能够是与永久磁体12相同的N极。此时，多个电磁体11、91及永久磁体12能够在靶材40上形成大致椭圆形的B⊥0。在此，“上部”是指从磁轭13远离的部分，即图二所示的部分。另一方面，“下部”是与磁轭13接触的部分，即在图二中被遮挡的部分。

作为另一例，永久磁体12的上部能够是S极，电磁体11的上部是N极。并且，以图2为基准，电磁体91形成为3列，配置在中间一列的电磁体91的上部是与电磁体11相同的N极，配置在左侧列及右侧列的电磁体91的上部是与永久磁体12相同的S极。

永久磁体12能够具有在平行于磁轭13的方向开口的马蹄形状。例如，永久磁体12能够具有

字形状。

字形状的永久磁体12能够包括趋向开口部宽度变大或变小的部分。例如，永久磁体12的宽度趋向开口部逐渐变大或变小。配置在磁轭13的两端的各个永久磁体12的开口部能够相面对。电磁体11能够形成在永久磁体12的内侧。由于电磁体11配置在永久磁体12的内侧，电磁体11及永久磁体12能够形成大致‘U’字形状的B⊥0。随着施加至电磁体11的电力的变化，在靶材40上垂直磁场为零的位置，即B⊥0能够发生移动。例如，B⊥0的宽度增加或减小，B⊥0向上或向下移动。换言之，仅通过控制电磁体11，就能够上下左右地移动B⊥0。对于B⊥0的移动的具体内容，将在图4至图7中进行说明。

基板20能够是用于制造半导体、FPD(LCD、OLED等)、太阳能电池等的基板，能够是硅晶片、玻璃等。并且，基板20能够是用于卷对卷的薄膜型基板。

基板固定部30以与磁体集合体10相对，即相面对或以一定角度倾斜的方式分隔一定距离进行配置。此时，基板固定部30能够在装置内配置于上侧、下侧，或者侧面，并且将磁体集合体10配置为与其相面对的方式。例如，当基板固定部30配置在下侧时，磁体集合体10配置在上侧；基板固定部30配置在上侧时磁体集合体10配置在下侧。并且，基板固定部30垂直配置在侧面时，磁体集合体10配置在与此相面对的另一侧面。

基板固定部30对基板20进行固定使得沉积物质能够均匀地沉积在基板20上。将基板20固定于基板固定部30时，能够利用固定手段等对基板20的边缘进行固定，或者，在基板20的后面对基板20进行固定。基板固定部30为对基板20的后面全部进行支撑与固定，形成为具有基板20形象的大致四边形或圆形形状。并且，基板固定部30为对基板20的边缘部分进行固定，在上下左右以一定间隔分隔配置有4个杆，并且随着杆的边缘相互接触，中央部形成为空的四边的框的形状。一方面，基板固定部30在固定有基板的状态下朝向一个方向移动。例如，随着朝向一个方向进行在基板20上沉积薄膜。由此，在固定基板固定部30的没有固定基板的一面配置有用于移动基板固定部30的移动手段(未图示)。移动手段能够包括与基板固定部30接触而进行移动的滚筒，以及与基板固定部30分隔并利用磁力进行移动的磁移动手段等。此外，基板固定部30的一部分也能够发挥移动手段的功能。并且，当为静止型溅射装置时可不需要固定手段。此时，基板固定部30能够具有升降基板20的升降销。

靶材40固定在背板50，并由待沉积在基板20的物质构成。该靶材40能够是金属物质或者是包括金属物质的合金。并且，靶材40能够是金属氧化物、金属氮化物或电介质。例如，靶材40能够利用由从Mg、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、C、Si及Sn等选择的元素作为主成分的材料。一方面，背板50与靶材40的整体厚度能够形成为5㎜～50㎜左右。

背板50配置在磁体集合体10与基板固定部30之间。并且，靶材40固定在背板50的一面。即，靶材40配置在与基板20相对的背板50的一面。一方面，也能够不配置背板50，而在磁体集合体10的上侧配置靶材40。

控制部60能够改变施加在电磁体11的电力。例如，控制部60能够改变施加至线圈111的电压或电流的大小。

图4为概略显示根据一实施例的随着电磁体的强度增加而变化的B⊥0的形态的磁体集合体的侧面图，图5为图4的磁体集合体的平面图。在图4中使用点线表示靶材40的位置。

参照图4及图5，磁体集合体10能够移动B⊥0。控制部60在改变施加至电磁体11的电流和/或电压时，能够改变发生在电磁体11及永久磁体12的磁场。由此，能够移动形成在靶材40上的B⊥0。

参照图5，当电磁体11的强度增大时，例如，当向电磁体施加5A、10A时，B⊥0相比在0A，即未在电磁体施加电力时向外张开。换言之，B⊥0从电磁体11向永久磁体12移动。在图4及图5中，初始状态的B⊥0图示为B⊥0 0A；在电磁体11流动的电流为5A时B⊥0图示为B⊥05A；在电磁体11流动的电流为10A时B⊥0图示为B⊥0 10A。

图6为概略显示根据一实施例的随着电磁体的强度减小而变化的B⊥0的形态的侧面图，图7为图6的磁体集合体的平面图。在图4中使用点线表示靶材40的位置。

参照图6及图7，当电磁体11的强度减小时B⊥0向内聚拢。换言之，B⊥0从永久磁体12朝向电磁体11移动。在图6及图7中，初始状态的B⊥0图示为B⊥0 0A；在电磁体11流动的电流为-5A时B⊥0图示为B⊥0-5A；在电磁体11流动的电流为-10A时B⊥0图示为B⊥0-10A。

图8为根据一实施例的磁体集合体的上面图，图9为根据一实施例的在靶材上示出B⊥0的靶材的上面图。

参照图8及图9，从电磁体11到中央部12a的距离L2与从电磁体11到永久磁体12的侧部12b、12c的距离相同，或者，从电磁体11到中央部12a的距离L2大于从电磁体11到永久磁体12的侧部12b、12c的距离。在电磁体11的强度变化期间，B⊥0的上下方向位移D2大于左右方向位移D1。

例如，电磁体11能够更大地受到永久磁体12的N极的影响，由此，B⊥0的上下方向位移D2大于左右方向位移D1。形成在电磁体11与永久磁体12之间的磁感线的分布中，上下方向位移部分(Y轴方向)相比左右方向位移部分(X轴方向)，由于在电磁体周围的N极的永久磁体的单位面积更大，由此，受电磁体强度变化的影响更大。

例如，磁控溅射装置能够包括左右驱动磁体集合体10(参照图1)的驱动部(未图示)。磁控溅射装置通过控制部充分确保B⊥0的上下方向位移范围，通过驱动部充分确保B⊥0的左右方向位移范围。即使没有驱动部，仅通过调节电磁体11的强度也能够确保B⊥0的上下左右位移范围。

图10为显示根据一实施例的随着电磁体的强度变化而变化的B⊥0的形态的靶材的上面图，图11为沿着图10的I-I线的靶材的截面图。

参照图10及图11，初始状态的B⊥0a左右移动，并在靶材40表面上形成溅射，扩大的B⊥0b及缩小的B⊥0c同样左右移动，并在靶材40表面形成溅射。可能在重复区域A发生局部过度侵蚀的问题，对此，磁体集合体10(参照图1)通过移动B⊥0的边界扩大重复区域A，由此，减少在重复区域A的侵蚀深度。

综上，参考有限的附图与实施例进行了说明，然而，本领域普通技术人员能够根据上述记载进行多种修改及变更。例如，所说明的技术按照与说明的方法不同的顺序执行，和/或说明的构成要素按照与说明的方法不同的形态结合或者组合，或者以其他构成要素或均等物进行替代或置换也能够达到合理的结果。因此，其他体现，其他实施例及请求范围的等同替代也包括在本发明的权利要求范围。

Claims (7)

1.一种磁控溅射装置的磁体集合体，其包括：

磁轭；

电磁体，配置在所述磁轭上，在垂直于所述磁轭的方向上具有不同的磁极；以及

永久磁体，以与所述电磁体分隔的方式配置在所述磁轭上，并且，围绕所述电磁体的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的磁控溅射装置的磁体集合体，其中，

所述永久磁体具有在平行于所述磁轭的方向上开口的马蹄形状，

所述电磁体配置在所述永久磁体的内侧。

3.根据权利要求2所述的磁控溅射装置的磁体集合体，其中，

所述永久磁体为

字形状。

4.根据权利要求2所述的磁控溅射装置的磁体集合体，其中，

随着施加至所述电磁体的电力的变化，所述磁控溅射装置的靶材上的垂直磁场为零的位置发生移动。

5.根据权利要求4所述的磁控溅射装置的磁体集合体，其中，

所述电磁体，包括：

磁芯，固定在所述磁轭上，并配置在所述永久磁体内侧；以及

线圈，缠绕在所述磁芯。

6.根据权利要求5所述的磁控溅射装置的磁体集合体，其中，

还包括用于改变施加至所述线圈的电力的控制部。

7.根据权利要求1所述的磁控溅射装置的磁体集合体，其中，

从所述电磁体到所述永久磁体的中央部的距离与从所述电磁体到所述永久磁体的侧部的距离相同，或者从所述电磁体到所述永久磁体的中央部的距离大于从所述电磁体到所述永久磁体的侧部的距离。

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