CN1140207A - 在基片上溅射沉积的设备 - Google Patents

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CN1140207A
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金范镇
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WiniaDaewoo Co Ltd
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Daewoo Electronics Co Ltd
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Abstract

一种溅射设备，包括：一由可沉积到基件上的材料制成的溅射靶子，它有一溅射表面；一用来安置一基片的基片架；其上有用来提供沉积到该基片上的溅射材料的一溅射面的一靶子、一用来产生一与该溅射表面大致正交的电场的电源以及在溅射表面边缘处产生一与该溅射表面平行的磁场的磁组件。该磁组件包括许多这样布置在该表面圆周上的磁铁：每一磁铁的一磁极指向该靶子而其另一磁铁的指向相反，且指向靶子的相邻磁极的极性相反。

Description

在基片上溅射沉积的设备
本发明涉及溅射设备，特别涉及使用与溅射表面平行的磁场的溅射设备。
众所周知，溅射设备广泛用来把薄膜材料沉积到一基片上。在各种溅射设备中，已知其中装有用来产生一磁场的磁控管的磁控管阴极溅射设备可提高溅射率。在这类磁控管阴极溅射设备中，磁控管阴极组件一部分的靶子表面近旁的电子被截获在该磁场中，从而靶子表面近旁的电子密度增大，这转而提高靶子表面近旁的离子通量。靶子表面近旁离子通量的提高又直接导致溅射率的提高并从而导致溅射粒子在基片上的高沉积率。
图1为现有磁控管阴极组件100的示意立体图，示出隧道形磁场的效果。
磁控管阴极组件100包括一装到一垫板102上的比方说扁平圆盘形的靶子104和一组磁铁，比方说一环形磁铁106和一位于垫板102下方的中心磁铁108。环绕垫板102圆周的环形磁铁106构成第一极性的磁极，比方说N极；而位于垫板102圆心下方的中心磁铁108构成第二极性的磁极，比方说S极。
面对靶子104的具有相反极性的环形磁铁106和中心磁铁108的这种布置形成一磁场110，该磁场从一级上方的靶子表面出发经过一弧线后在相反一极上方重新进入靶子104的表面，从而在靶子104表面上方形成“隧道形”磁场110。从图1中可看到，该磁场110的又一个方面是，该隧道形成一界定所谓的“粒子轨道”的闭合回路，由于磁场110与一形成在该靶子104与一阳极(未画出)之间的电场(未画出)的相互作用，因此电子被截获在该“粒子轨道”中。标号112表示电子沿着该粒子轨道规定的方向作跳动运动的路径。
上述磁控管阴极组件100的主要缺点之一是，上述电子轨道效应直接造成该组件无法均匀侵蚀靶子。也就是说，离子通量在电子轨道上方处要比其余地方更密集，粒子轨道紧下方的靶子材料的受轰击率要比其它地方高得多。当靶子材料的这一部分侵蚀完后，即使粒子轨道区之外还有大量材料剩下，也得更换靶子。
因此，本发明的主要目的是提供一种溅射设备，其中有一与靶子表面平行的磁场，从而可提高溅射率并均匀侵蚀靶子表面。
按照本发明，提供了一种溅射设备，包括：用来安置一基片的基片架；一用溅射材料制成的靶子，包括一提供沉积到基片上的溅射材料的溅射表面，该溅射表面有一中心区和一边缘区；一电源，用来产生一大致与该溅射表面正交的电场；以及在该边缘区产生一与溅射表面平行的磁场的磁铁组件，该磁铁组件包括若干磁铁，它们这样布置在溅射表面的圆周上，每一磁铁的一磁极朝向靶子，而其另一磁极的朝向相反，且朝向靶子的所有相邻磁极的极性相反。
从下面结合附图对优选实施例的说明中可清楚看出本发明及其上述和其它目的和优点。
图1为现有磁控管阴极组件的示意立体图，示出一隧道形磁场的闭合回路的效应；
图2为本发明溅射设备的示意剖面图；
图3为图2所示磁控管阴极组件的详细剖面图；
图4为沿图3中I-I线剖取的剖面图。
图2到图4为本发明溅射设备的各种视图。
如图2所示，本发明溅射设备包括：一具有一顶部212、一侧壁210和一底板208的真空室206；一穿过顶部212  装在真空室206中的磁控管阴极组件300，它有一由可溅射到基片202上的金之类溅射材料制成的靶子334以及一用来固定或安置基片202的基片架204。真空室206的侧壁210上设有一与气体源(未画出)连接的进口214和一与合适的泵装置(未画出)连接的抽气孔218。
在该溅射设备200中，气体从进口214进入真空室206。该气体用作射弹源。最好使用氩之类隋性气体以便防止射弹与溅射材料发生化学反应。可以比方说把靶子334连接到其正极接地的一电源的负极而在靶子334的表面近旁形成一电场，而真空室206的底板208和基片架204也接地，从而在该实施例中底板208和基片架204用作阳极，虽然常常在靶子334表面近旁使用另一阳极，该电场使电子加速，加速的电子碰撞气体的中性原子而造成原子离子化而产生离子即射弹以及更多电子。该电场加速电子而产生更多离子和更多电子，从而产生雪崩效应而形成等离子体。该电场使离子向靶子334加速而轰击靶子表面，从而使靶子334的溅射材料从靶子表面射出。然后射出的溅射材料沉积到基片202上。
溅射率决定于靶子表面近旁的离子通量。若在靶子表面近旁施加一磁场，电子就作外摆线运动而被截获在靶子表面近旁，从而使被如此截获的电子碰撞靶子334近旁的中性气体，从而大大提高靶子334近旁的离子密度。
图3为图2所示本发明一优选实施例的磁控管阴极组件300的详细剖面图。
该磁控管阴极组件300包括盖板310、靶子334和带突缘的圆盘形的垫板320，其中，垫板320围住一磁保持板314、一环形衬块322、一环形磁铁326和一中心磁铁324。盖板310通过一真空密封圈312装到真空室206的顶部212上。该真空密封圈312使该真空室206可抽真空到所需压力。
垫板320最好用铜之类的具有良好传热性的非磁性材料制成并紧抵盖板310的下表面。环形磁铁326和中心磁铁324位于垫板320内部而紧抵一嵌入在盖板310的一浅切口部中的磁保持板314。靶子334装在垫板320底面外部。中心磁铁324位于环形磁铁326的中心处并与之间距该环形衬块322，而环形磁铁326面对靶子的极性与中心磁铁324的极性相反而形成第一磁场336。第一磁场336的磁力线从环形磁铁326的比方说N磁极出发穿过靶子334的表面，在靶子334表面近旁空间中成为弧形，然后穿过靶子334表面回到中心磁铁324的比方说S磁极，从而在靶子334表面近旁形成一圆顶隧道形磁场336的不间断封闭回路，电子即作外摆线运动而被截获在该磁场中，一空心圆筒形的罩330装在顶部212内表面上而围住靶子334。应该看到，罩330与真空室206的接地的顶部212连接而排斥带正电荷的离子，因此离子不碰撞罩330的表面，一圆筒形磁铁组件332套在罩330的外表面上而产生第二磁场340。
图4为沿图3中I-I线剖轴的剖面图，圆筒形磁铁组件332包括若干磁铁，其中，这些磁铁布置成每一磁铁的一磁极指向罩330而其外部磁级的指向相反且指向罩330的相邻磁极的磁性相反而形成与靶子334表面平行的第二磁场340。由于与靶子334表面大致正交的电场与平行于靶子334表面的第二磁场340之间的相互作用，邻近靶子334边缘处的电子作外摆线运动而靠近靶子334的边缘，从而提高该部位的离子化密度，从而提高该处的离子通量，与图1所示现有磁控管阴极组件100比较，这就提高了靶子334边缘处的离子通量，从而离子化的粒子更均匀地轰击靶子334的表面而提高溅射率。
尽管上面结合优选实施例示出并说明了本发明，但熟悉本技术领域的人士显然可看出，在后附权利要求书限定的本发明精神和范围内可作出种种改动和修正。

Claims (2)

1、一种溅射设备，包括：
一用来安置一基片的基片架；
一用溅射材料制成的靶子，包括提供沉积到该基片上的溅射材料的溅射表面，该溅射表面有一中心区和一边缘区；
用来产生一与该溅射表面大致正交的电场的装置；以及
在该溅射表面边缘区产生一与该溅射表面平行的磁场的磁装置，该磁装置包括许多以下述方式布置在溅射表面圆周上的磁铁：每一磁铁的一磁极指向该靶子而其另一磁级的指向相反且指向靶子的相邻磁极的磁性相反。
2、按权利要求1所述的设备，还包括另一磁装置，它放置成面对靶子的该溅射表面的反面，包括用来产生另一磁场的第一和第二磁场，该磁场的磁力线从第一磁极出发穿过该溅射表面，在该溅射表面近旁空间中成为弧形，然后穿过该溅射表面回到第二磁场，从而在该溅射表面近旁形成一圆顶隧道形磁场的不间断封闭回路。
CN96104941A 1995-04-29 1996-04-29 在基片上溅射沉积的设备 Pending CN1140207A (zh)

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KR1019950010601A KR0141866B1 (ko) 1995-04-29 1995-04-29 헤드 드럼용 비디오 헤드의 스퍼터링 장치

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105200384A (zh) * 2015-10-27 2015-12-30 中国科学院兰州化学物理研究所 一种类金刚石薄膜的磁靴增强磁控溅射镀膜装置及方法

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CN105200384A (zh) * 2015-10-27 2015-12-30 中国科学院兰州化学物理研究所 一种类金刚石薄膜的磁靴增强磁控溅射镀膜装置及方法

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KR960038755A (ko) 1996-11-21
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