TW201131004A - Magnet unit for magnetron sputtering electrode and sputtering device - Google Patents

Description

201131004 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於磁控濺鍍電極用磁鐵單元以及濺鍍裝置 【先前技術】 以往，磁控方式的濺鍍（以下稱「濺鍍」）裝置係具 有磁控濺鍍電極，該磁控濺鍍電極係具備靶和磁鐵單元； 該靶’是與要處理的基板相對置；若將靶之與基板相對向 的一側設爲上側，該磁鐵單元是配置在靶的下側，而用來 在靶上方形成隧道狀的磁通。 在靶施加負的直流電壓或交流電壓而將靶進行濺鍍時 ’藉由上述磁通可捕捉在靶前方被電離的電子及濺鍍所產 生之二次電子，而提高靶上方的電子密度，藉此提高該等 電子和導入真空室內的稀有氣體之氣體分子的碰撞機率而 使電漿密度變高。依據上述濺鍍裝置，例如有不致造成處 理基板的溫度顯著上昇即可提高成膜速度等的優點，近年 來’在大面積的平面顯示器製程中被廣泛地利用於透明導 電膜的形成等。 作爲靶是使用俯視大致矩形者的情況，例如在專利文 獻1揭示之已知構造，作爲磁鐵單元，是在與靶平行地配 置之俯視大致矩形的支承板（磁軛）上，以改變靶側之極 性的方式具備中央磁鐵及無端狀的周邊磁鐵；該中央磁鐵 ’是沿著支承板的長邊方向呈線狀配置；該周邊磁鐵包含 -5- 201131004 :在中央磁鐵兩側平行延伸之直線部、以及將各直線部的 兩端分別橋接之角落部。一般而言，在組裝磁鐵單元時， 中央磁鐵及周邊磁鐵是透過黏著劑固定於支承板表面》此 外，在該磁鐵單元，在磁場的垂直成分爲〇的位置之下方 ，靶優先被濺蝕。因而，支承板的寬度是形成比靶寬度小 ，在濺鍍中，讓磁鐵單元在沿著靶寬度方向（與靶的長邊 方向正交的方向）的兩點間以既定速度往復移動。 在此，若參照第4圖作說明，在靶41的寬度方向，基 於與兩磁通Ml、M2的關係，將靶41當中最易受濺蝕的部 分彼此間的間隔設定爲濺蝕節距EP。在第4圖中，若以實 線所示的位置存在磁鐵單元的情況爲起點，從該起點起， 磁鐵單元5會朝靶41的另一側（第4圖中兩點鏈線所示的既 定位置）移動。這時，磁鐵單元5的行程MS (移動量）， 若設定成在靶41中央使濺蝕區域ER1、ER2互相接近（亦 即，第4圖中左側的濺蝕區域ER1移動既定行程時，會接近 位於起點位置之右側的濺蝕區域ER2 )或部分重疊時，能 以最小行程讓靶41在其寬度方向高效率且大致均等地被濺 蝕（參照第4 ( a )圖）。然而，濺蝕節距EP，會按照靶種 類、靶厚度、或是濺鍍時成膜室的真空壓、濺鎪氣體的分 壓等的濺鍍條件而產生變化。 例如，根據磁鐵單元的設計値而經由模擬等設定濺蝕 節距EP(以下稱「設定濺蝕節距」），根據該EP而設定行 程MS後，實際上將靶進行濺鍍時，實際的濺蝕節距EP會 有比設定濺蝕節距更大的情況。在這種情況，例如即使磁 201131004 鐵單元5往去程移動，第4圖中左側的濺蝕區域EP1，仍無 法移動至接近起點位置上之右側濺蝕區域E P 2的位置，此 外’在往回程移動的情況也是同樣地，而會在祀41的寬度 方向中央發生非濺蝕區域（參照第4(b)圖）。 另一方面，若實際的濺蝕節距EP會有比設定濺蝕節距 變得更小，當磁鐵單元5往復移動時，在靶41的寬度方向 中央濺蝕區域ER1、ER2重疊而滯留的區域變多，在該區 域會產生局部的濺蝕（參照第4 ( a )圖）。如此般，若所 設定的行程和濺蝕節距E P的關係改變，會發生靶4 1的使用 效率降低等的異常。此外，若非濺蝕區域變多，隨著濺鍍 成膜之累計時間變長，變得容易引起異常放電。 作爲解決上述異常的方法，雖可考慮改變磁鐵單元5 的行程，但在實際的濺鍍裝置，由於在磁鐵單元的周圍設 置許多其他的構件大幅改變行程會與其他構件發生干涉而 有困難，而且，當要讓磁鐵單元移動至靶的寬度方向端部 的情況，反而會有引發異常放電之虞。如上述習知技術般 ，若中央磁鐵5 2和兩側的周邊磁鐵的直線部5 3 a間的間隔 是固定的，則必須更換磁鐵單元本身，而在濺鍍裝置設置 後要進行那樣的變更作業是非常麻煩的。 〔專利文獻1〕日本特願2005-354765號公報 【發明內容】 本發明是有鑑於上述問題點而開發完成的，其課題是 爲了提供一種磁控濺鍍電極用磁鐵單元以及濺鍍裝置，不 201131004 須更換磁鐵單元即可簡單地變更靶的濺蝕區域，而具有良 好的靶利用效率。 爲了解決上述課題，本發明之磁控濺鍍電極用磁鐵單 元，以在濺鍍室互相對置之從靶朝向基板的方向爲上側， 是配置在靶的下側而在該靶的上方形成隧道狀的磁通之磁 鐵單元；前述磁鐵單元是以改變靶側之極性的方式具備中 央磁鐵及無端狀的周邊磁鐵：該中央磁鐵，是沿著靶的長 邊方向呈線狀配置：該周邊磁鐵包含：在中央磁鐵兩側平 行延伸之直線部、以及將各直線部的兩端分別橋接之角落 部；其特徵在於，進一步具備變更手段，用來讓前述中央 磁鐵和周邊磁鐵的直線部相對移動，而能改變中央磁鐵及 周邊磁鐵彼此的間隔。 依據本發明，由於具備使中央磁鐵及周邊磁鐵的直線 部彼此的間隔能變更自如的變更手段，相較於必須更換磁 鐵單元本身的習知技術，藉由簡單的作業即可改變濺蝕節 距。結果，若運用於爲了在濺鍍成膜時可提高靶的利用效 率而使磁鐵單元沿靶的寬度方向進行往復移動的情況，即 可對應於靶種類和濺鍍條件而將濺蝕節距和行程的關係最 佳化，而能夠實現在靶的寬度方向將該靶大致均等地濺蝕 之構造。 本發明可採用以下構造，亦即前述角落部是將長度相 同或不同之複數個磁鐵片組裝而構成，對應於中央磁鐵及 周邊磁鐵的直線部間的間隔而改變磁鐵片，藉此維持前述 周邊磁鐵的無端狀。 -8 - 201131004 此外宜採用以下構造，要變更上述間隔時，爲了使中 央磁鐵及周邊磁鐵的直線部彼此的間隔在其長邊方向始終 成爲均一而將前述中央磁鐵設置在固定台上，並將周邊磁 鐵的直線部設置在可動台上，前述變更手段係具備：相對 於固定台讓可動台進行相對移動之調整螺絲、以及用來導 引調整螺絲之導引部；且設有固定手段，是在中央磁鐵及 周邊磁鐵彼此的間隔變更後，將可動台予以固定。 另外，爲了解決上述課題，本發明的濺鍍裝置，其特 徵在於係具備：具有如請求項1〜請求項3中任一項所記載 的電極用磁鐵單元之磁控濺鍍電極、可保持真空狀態之濺 鍍室、對該濺鍍室內導入既定氣體之氣體導入手段、以及 可對靶進行電力供應之濺鍍電源。 【實施方式】 以下’參照圖式而舉例說明具有本發明的磁控濺鍍電 極C之濺鍍裝置SM，該例子中，作爲要處理的基板S是使 用製作平面顯示器所採用之俯視矩形的玻璃基板，在其表 面形成A1等的既定薄膜的情況。 如第1圖所示，濺鍍裝置S Μ，例如爲線內式（i η -1 i n e type )，係具備濺鍍室1，其可透過旋轉泵、渦輪分子泵 等的真空排氣手段（未圖示）而保持既定的真空度。在濺 鍍室1的上部空間設置基板搬運手段2。基板搬運手段2具 有公知的構造，例如具備用來裝設基板S之載具21，讓驅 動手段間歇地驅動，而能將基板S依序搬運至與後述靶相 -9 - 201131004 對向的位置。 在濺鍍室1設置氣體導入手段3。氣體導入手段3，是 通過氣體管32 (中介設有質量流量控制器31)連通於氣體 源33，能將氬等的稀有氣體所構成的濺鍍氣體、反應性濺 鍍時所使用的反應氣體以一定的流量導入濺鍍室1內。作 爲反應氣體，是按照要在基板S表面成膜之薄膜組成而選 擇，可使用含有氧、氮、碳、氫之氣體、臭氧、水、過氧 化氫或是其等的混合氣體等。在濺鍍室1的下側配置磁控 濺鍍電極C » 磁控濺鍍電極C係具備：設置成面對濺鍍室1之大致長 方體（俯視呈矩形）的靶4 1和磁鐵單元5。'在以下的說明 中，以從靶41朝向基板S的方向爲「上」，以基板S朝向靶 41的方向爲「下」。另外，以靶的寬度方向爲X方向。 靶41，是對應於A1合金、Mo、ITO等之想要在基板S 上成膜之薄膜組成，而藉由公知方法分別製作出。構成靶 41上面之濺鍍面411的面積，是設定成比基板S的外形尺寸 更大。此外，在靶41的下面，是透過銦、錫等的接合材而 接合底板42 (在濺鍍中用來冷卻靶41)。在底板42上接合 靶41的狀態下，透過絕緣板43裝設於框架44。在濺鎪室1 內配置靶41後，在靶41之濺鍍面411的周圍裝設屏蔽45 ( 具有接地陽極的作用）。此外，在靶41上，連接著具有公 知構造之濺鍍電源E的輸出端，以施加負的直流電壓或高 頻電壓。 如第2(a)及（b)圖所示，磁鐵單元5具備支承板（ -10- 201131004 磁軛）51，其設置成與靶41的濺鍍面411平行，是用來增 大磁鐵的吸附力而由磁性材料製之大致橢圓形的平板所構 成。在支承板51上，以改變靶側之極性的方式具備中央磁 鐵52及周邊磁鐵53;該中央磁鐵52，是配置成位於朝支承 板5 1的長邊方向延伸之中心線上；該周邊磁鐵5 3，是包圍 該中央磁鐵52的周圍而沿著支承板51的上面外緣部呈環狀 (無端狀）配置。周邊磁鐵53係包含：在中央磁鐵52兩側 平行延伸之直線部53a、以及將各直線部53a的兩端分別進 行弧狀橋接之角落部53b。 在此設計成，中央磁鐵5 2換算成磁化時的體積成爲周 邊磁鐵5 3換算成磁化時的體積和（周邊磁鐵：中央磁鐵： 周邊磁鐵=1: 2: 1(參照第1圖）的程度。藉此，可在靶 4 1的上方形成均衡隧道狀的磁通Μ 1、Μ 2 (參照第1圖）。 中央磁鐵52及周邊磁鐵53，是钕磁鐵等的公知者，該等的 中央磁鐵52及周邊磁鐵53例如是將複數片既定體積的磁鐵 片ΜΡ ' ΜΡ 1排列而構成。在此情況，構成周邊磁鐵5 3的角 落部53b之磁鐵片當中，至少與寬度方向正交之磁鐵片 MP1，是使用圖示省略之螺絲等而固定在支承板51上，藉 此安裝成可簡單地進行裝卸。 支承板51的寬度是形成比靶41的寬度更小，在支承板 51上附設移動手段6(參照第1圖）。移動手段6是使用直 動式致動器等的公知者。而且，在濺鍍中，磁鐵單元5是 沿著X方向以既定速度且一定的行程MS在同一平面上往復 移動。在此’如上述般’只要濺蝕節距EP和行程MS的關 -11 - 201131004 係最佳化，即可將靶41在其寬度方向上大致均等地進行濺 蝕，濺蝕節距EP，會按照靶種類、靶厚度、或是濺鍍時成 膜室的真空壓、濺鍍氣體的分壓等的濺鍍條件而產生變化 〇 於是，本實施形態之磁鐵單元5，是將中央磁鐵52設 置在固定台5〗a (位於支承板51的中心線上，且遍及支承 板51全長而形成之既定高度的突條）上，並將周邊磁鐵的 兩直線部53a設置在可動台54 (載置於支承板51上，與中 央磁鐵52的長度大致一致）上。此外，在固定台51a及可 動台54上設置中央磁鐵52及周邊磁鐵53時，將固定台51a 及可動台54的高度設定成，使中央磁鐵52及周邊磁鐵53的 上面位於與靶41的濺鍍面大致平行的同一平面上，而且周 邊磁鐵53的角落部53b的磁鐵片MP、MP1也是使用高度一 致的。此外，在磁鐵單元5具備變更手段，其能相對於固 定台51a讓可動台54進行相對移動而改變中央磁鐵52和周 邊磁鐵53的直線部53a之間隔。 變更手段係具備：豎設於支承板的側面51之導引部 51b、形成於導引部51b的既定位置之螺孔51c、以及迄一 端抵接於可動台54的外側面爲止是可裝卸自如地螺插於螺 孔51c之調整螺絲55。此外，導引部51b，雖是在支承板51 的長邊方向上隔著既定間隔設置於複數處（3處左右）， 但遍及其長邊方向的全長而形成亦可。此外，調整螺絲5 5 之設置數目，可考慮可動台5 4的全長等而調當地設定。 在支承板51的下面，朝寬度方向延伸之橫長的凹部 -12- .201131004 51d，是在支承板51的長邊方向上隔著既定間隔形成於複 數處（3處左右，參照第2(b)圖）。而且，在可動台54 的下面，對應於凹部51d的形成位置而形成螺孔，藉由插 通於凹部51d之螺栓56而將可動台54固定在支承板51。凹 部51d之設置個數，可考慮支承板51的長度等而適當地設 定。 接著說明，本實施形態的磁鐵單元5在維持安裝於濺 鍍裝置SM的狀態下，改變中央磁鐵52和周邊磁鐵53的直 線部53 a之間隔的順序。在第2 ( b )圖所示之磁鐵單元5的 基準位置（可動台54位於固定台51a和導引部51b中間之位 置），轉鬆螺检56而解除可動台54對支承板51的固定，使 .可動台54成爲可移動。在此狀態下，將調整螺絲55分別螺 插於各螺孔5 1 c ’直到其一端抵接於可動台54外側面爲止 。接著’例如要將中央磁鐵52和周邊磁鐵53的直線部53a 之間隔擴大的情況，若將調整螺絲5 5朝一方向旋轉，與其 同步地使可動台54相對於固定台5 1 a進行相對移動^ 藉此，使直線部53a移動，而使中央磁鐵52和周邊磁 鐵53的直線部53a之間隔擴大。這時，各調整螺絲55是依 序或同時朝同一方向旋轉同一旋轉角（或旋轉數）。結果 ，即使直線部53a移動，仍能遍及其全長均一地保持與中 央磁鐵5 2的間隔。又直線部5 3 a可進行移動，直到其外側 面抵接於導引部51b爲止。另一方面，例如要將中央磁鐵 5 2和周邊磁鐵5 3的直線部5 3 a之間隔縮窄的情況，是事先 將角落部53b的磁鐵片MP1當中除了中央以外的卸除後， -13- 201131004 將調整螺絲55朝另一方向旋轉，而和上述同樣地讓直線部 53a移動。 接著’若中央磁鐵52和周邊磁鐵53的直線部53a之間 隔到達期望位置時’停止旋轉調整螺絲5 5，在此狀態下藉 由螺栓56將可動台54再度固定於支承板51。在此狀態下， 在角落部53b，沿寬度方向在磁鐵片MP1的兩側，由於直 線部53 a移動而產生間隙。在該間隙，將對應於間隙的長 度之其他磁鐵片MP2藉由螺絲固定安裝在支承板51上，以 保持無端狀（參照第3(a)圖），而結束磁鐵單元5之變 更作業（參照第3(a)圖）。又要將和周邊磁鐵53的直線 部53 a之間隔縮窄的情況，只要將上述磁鐵片MP1的長度設 定爲既定尺寸，而當可動台5 4移動至其內側面抵接於固定 台51 a時，能在未卸除之中央的磁鐵片MP1上抵接周邊磁鐵 5 3的磁鐵片而維持無端狀即可（參照第3 ( b )圖）：又在 產生間隙的情況，是與上述同樣地，將對應於間隙的長度 之其他磁鐵片進行安裝。 若上述作業結束，將濺鍍室1抽真空至既定的真空度 ，藉由基板搬運手段2將基板S搬運至與靶41相對向的位置 。接著，透過氣體導入手段3導入既定的濺鍍氣體和反應 氣體後，透過濺鍍電源E施加負的直流電壓或高頻電壓至 靶41。藉此，在基板S及靶41形成垂直電場，在靶41上方 產生電漿而將靶41進行濺鍍，藉此在基板S表面形成既定 的薄膜。這時，藉由磁通Ml、M2捕捉在靶上方被電離的 電子及濺鍍所產生之二次電子而提高靶前方的電子密度， • 14- 201131004 藉此提高該等電子和導入真空室1內的濺鍍氣體之氣體分 子的碰撞機率而使靶41上方的電漿密度變高。 依據以上所說明之本實施形態，由於不須從濺鍍裝置 SM卸下磁鐵單元5即可變更中央磁鐵52和周邊磁鐵53的直 線部5 3 a彼此的間隔，相較於必須更換磁鐵單元5本身之習 知技術，藉由簡單的作業即可改變濺蝕節距EP。結果，可 將濺蝕節距EP和行程MS的關係最佳化而將靶在其寬度方 向大致均等地進行濺蝕。在此情況，讓行程MS也在濺鍍 裝置的構造上可能的範圍內進行變更亦可。 爲了確認以上的效果，進行以下的實驗。作爲靶41是 使用A1，依公知方法成形爲I80mmx2650mmx厚16mm之俯 視大致長方形後，接合於底板42。此外，作爲磁鐵組裝體 之支承板51，是使用外形尺寸爲l〇〇mmx2640mm者，在各 支承板5 1上設置：沿著靶4 1的長邊方向之棒狀的中央磁鐵 5 2、以及沿著支承板5 1外周之周邊磁鐵5 3。在此情況，最 初之中央磁鐵5 2和周邊磁鐵5 3的直線部5 3 a之中心間隔爲 3 4mm 〇 另外，作爲基板S，是使用外形尺寸爲2200mmx 2 40 0mm之玻璃基板，又作爲濺鍍條件，爲了使真空排氣 後之濺鍍室1內的壓力保持〇.4Pa，是控制質量流量控制器 31而將濺鍍氣體（氬氣）導入濺鍍室1內。靶41和玻璃基 板間的距離爲1 5 0mm，對靶4 1之供應電力（直流電壓）爲 75kW，進行濺鍍直到lOOOOkWh爲止。讓磁鐵單元5沿X方 向以25mm/sec的速度且40mm的行程進行往復移動。 -15- 201131004 依上述條件在基板表面形成A1膜時， 向端部起算2〇〇mm的位置觀察靶41之寬度 結果在靶的寬度方向中央產生局部的濺蝕 的濺蝕。 於是，根據靶41的寬度方向的濺蝕形 動量（行程），藉由變更手段將最初之中 磁鐵53的直線部53 a之間隔變更爲40mm， 件相同地進行濺鍍，結果確認出可防止靶 遍及靶的大致全面進行大致均等地濺蝕。 以上雖是說明裝設有磁控濺鍍電極C 實施形態之磁鐵單元5)之濺鍍裝置SM， 述形態者。在上述實施形態，雖是說明將 固定台上的例子，但將中央磁鐵也設置在 中央磁鐵及周邊磁鐵沿X方向移動亦可。 施形態，雖是說明將調整螺絲55的前端固 側面的例子，但使調整螺絲55成爲可裝卸 【圖式簡單說明】

第1圖係本發明的濺鍍裝置之示意說曰J 第2(a) (b)圖係顯示磁鐵單元在 圖及B-B截面圖。 第3 ( a ) ( b )圖係變更間隔的說明圈 第4(a)〜（c)圖的截面圖是用來說 元往復移動的狀態下將靶進行濺鍍的情況 若從靶之長邊方 方向的濺蝕量， ，而形成不均一 狀來算出相對移 央磁鐵52和周邊 其他是與上述條 的局部濺蝕，而 (具備本發明的 但並不限定於上 中央磁鐵設置在 可動台上，而使 此外，在上述實 定在可動台54外 自如亦可。 3圖。 基準位置之俯視 卜 明，在讓磁鐵單 ’當濺蝕節距和 -16- 201131004 行程的關係已知時之靶寬度方向的濺蝕情形。 【主要元件符號說明】 s Μ :濺鍍裝置 C :磁控濺鍍電極 1 :濺鍍室 41 :耙 5 :磁鐵單元 5 1 :支承板 5 1 a :固定台（突條） 5 1b :導引部（變更手段） 5 2 :中央磁鐵 5 3 :周邊磁鐵 5 3 a :直線部 53b :角落部 Μ P、Μ P 1 :磁鐵片 54 :可動台 5 5 :調整螺絲（變更手段） 56 :固定用的螺栓（固定手段） 6 :移動手段 3 :氣體導入手段 Ε :濺鍍電源 S :基板 Μ1、Μ 2 :磁通 -17-

Claims (1)

1. 201131004 七、申請專利範圍： 1.—種磁控濺鍍電極用磁鐵單元，以在濺鑛室互相對 置之從靶朝向基板的方向爲上側，是配置在靶的下側而在 該靶的上方形成隧道狀的磁通之磁鐵單元； 前述磁鐵單元是以改變靶側之極性的方式具備中央磁 鐵及無端狀的周邊磁鐵；該中央磁鐵，是沿著靶的長邊方 向呈線狀配置；該周邊磁鐵包含：在中央磁鐵兩側平行延 伸之直線部、以及將各直線部的兩端分別橋接之角落部； 其特徵在於， 進一步具備變更手段，用來讓前述中央磁鐵和周邊磁 鐵的直線部相對移動，而能改變中央磁鐵及周邊磁鐵彼此 的間隔。 2 ·如申請專利範圍第1項記載的磁控濺鍍電極用磁鐵 單元，其中， 前述角落部是將長度相同或不同之複數個磁鐵片組裝 而構成，對應於中央磁鐵及周邊磁鐵的直線部間的間隔而 改變磁鐵片，藉此維持前述周邊磁鐵的無端狀。 3 ·如申請專利範圍第1或2項記載的磁控濺鍍電極用磁 鐵單元，其中， 將前述中央磁鐵設置在固定台上，並將周邊磁鐵的直 線部設置在可動台上； 前述變更手段係具備：相對於固定台讓可動台進行相 對移動之調整螺絲、以及用來導引調整螺絲之導引部；且 設有固定手段，是在中央磁鐵及周邊磁鐵彼此的間隔變更 -18 · 201131004 後，將可動台予以固定。 4·一種濺鍍裝置，其特徵在於，係具備： 具有如申請專利範圔第1至3項中任—項記載的電極用 磁鐵單元之磁控濺鍍電極 '可保持真空狀態之濺鍍室、對 該濺鑛室內導入既定氣體之氣體導入手段、以及可對耙進 行電力供應之濺鍍電源。 g -19-