TW202223131A - 磁控管濺鍍裝置 - Google Patents

Abstract

一種磁控管濺鍍裝置包含處理腔室、基板支撐件、靶材、磁控管組件、螺旋管體以及螺旋線圈。處理腔室包含內部空間；基板支撐件設置於內部空間，基板支撐件包含支撐表面用以設置基板；靶材包含相對之濺射表面及背側表面，濺射表面面向支撐表面；磁控管組件設置於背側表面；螺旋管體設置於內部空間且介於支撐表面及濺射表面之間，螺旋管體包含入口端及出口端，入口端對應濺射表面，出口端對應支撐表面；螺旋線圈繞設於螺旋管體，以在螺旋管體內部產生均勻磁場。此磁控管濺鍍裝置可在整個靶材使用壽命期間，沉積均勻的材料薄膜層於基板上。

Description

磁控管濺鍍裝置

本發是有關在真空中經由濺鍍來進行成膜的技術，特別是關於一種磁控管濺鍍裝置。

濺鍍鍍膜是一項廣泛應用的技術，用於在基板上沉積材料薄膜。濺鍍是指以電漿（例如氬離子）轟擊固體表面，引起表面各種粒子，如原子、分子或團束從該固體表面逸出的現象。在磁控濺鍍裝置中，電漿產生於腔室中，電漿的正離子被陰極負電所吸引，轟擊腔室中的靶材，撞出靶材的原子，並沉積到基板上。一般為了改善濺鍍的效果，在靶材附近設置磁鐵，以限制電漿的運動從而得到高密度的電漿，進而提高沉積速率。

然而，隨著長時間的使用，被電漿撞擊而消耗的靶材會形成沖蝕區域，導致偏移量(offset)(即靶材與基板之間的距離)發生變化，進而使得沉積膜的厚度均勻性也隨時間變化，因此需要不時的進行偏移量調整，以避免靶材的沖蝕區域影響沉積膜的均勻性。

本發明提供一種磁控管濺鍍裝置，可在整個靶材使用壽命期間，提供均勻的濺射特性而沉積均勻的材料薄膜層於基板上。

本發明所提供的磁控管濺鍍裝置包含處理腔室、基板支撐件、靶材、磁控管組件、螺旋管體以及螺旋線圈。處理腔室包含內部空間；基板支撐件設置於內部空間，基板支撐件包含支撐表面用以設置基板；靶材包含相對之濺射表面及背側表面，濺射表面面向支撐表面；磁控管組件設置於背側表面；螺旋管體設置於內部空間且介於支撐表面及濺射表面之間，螺旋管體包含入口端及出口端，入口端對應濺射表面，出口端對應支撐表面；螺旋線圈繞設於螺旋管體。

在本發明的一實施例中，上述之磁控管濺鍍裝置更包含驅動模組，電性連接螺旋線圈，驅動模組輸出電流至螺旋線圈，以便於螺旋管體內部產生電漿侷限路徑磁場。

在本發明的一實施例中，上述之電漿侷限路徑磁場的方向由入口端沿著螺旋管體的螺旋方向至出口端。

在本發明的一實施例中，利用上述之磁控管組件導引電漿朝向靶材的濺射表面，以使用電漿從濺射表面濺射出靶材材料原子，靶材材料原子沿電漿侷限路徑磁場至出口端，以沉積材料薄膜層於基板上。

在本發明的一實施例中，上述之螺旋管體的出口端的內徑尺寸大於或等於基板的尺寸。

在本發明的一實施例中，上述之螺旋管體的入口端的內徑尺寸小於出口端的內徑尺寸。

在本發明的一實施例中，上述之靶材的材料選自由鎳、鉻、鋁、銅、鉭、氮化鉭、碳化鉭、鎢、氮化鎢、鈦，其合金、及其組合所組成的群組。

在本發明的一實施例中，上述之螺旋管體為金屬材質。

本發明在基板與靶材的濺射表面之間設置具有螺旋線圈圍繞的螺旋管體，以藉由在螺旋管體內部產生的均勻磁場引導從濺射表面濺射出的靶材材料原子沉積於基板，因此即使靶材因長期使用而具有沖蝕區域，仍然可在不進行偏移量調整的前提下，提供均勻的濺射特性而沉積均勻的材料薄膜層於基板上。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1是本發明一實施例磁控管濺鍍裝置的結構示意圖，如圖1所示，磁控管濺鍍裝置10包含處理腔室12、基板支撐件14、靶材16、磁控管組件18、螺旋管體20以及螺旋線圈22。處理腔室12經配置用以在基板24上沉積材料薄膜層26，作為製造積體電路晶片過程的一部分，處理腔室12包含內部空間121，在濺鍍操作過程中，准許濺鍍氣體(例如氬氣)進入內部空間121，並施加直流(DC)電壓將濺鍍氣體電離為電漿。

基板支撐件14設置於處理腔室12的內部空間121，基板支撐件14包含支撐表面141，用以載置一待濺鍍的基板24，於一實施例中，基板支撐件14可為一靜電吸盤，用以吸附基板24；靶材16設置於內部空間121的上方，靶材16包含相對之濺射表面161及背側表面162，濺射表面161面向支撐表面141，於一實施例中，靶材16為安裝或耦合在處理腔室12的腔壁上，靶材16有時耦合到背板(未繪示)並由背板所支撐；靶材16的材料為待沉積的固體金屬，靶材16的材料可選自鎳、鉻、鋁、銅、鉭、氮化鉭、碳化鉭、鎢、氮化鎢、鈦，其合金、及其組合所組成的群組，靶材16通常用作陰極且帶負電，使電漿中帶正電荷之例如氬氣離子被吸引至帶負電荷之靶材16；又依據所欲處理的基板24的形狀，靶材16可為圓形或方形，圓形的靶材16適用於圓形基板24，例如半導體晶圓，方形的靶材16則用於方形基板24，例如顯示器面板。磁控管組件18設置於靶材的背側表面162，於一實施例中，磁控管組件18包含旋轉的磁鐵181，利用磁控管組件18所產生的磁場導引電漿朝向靶材16的濺射表面161，以使用電漿從濺射表面161濺射出一靶材材料原子

接續上述說明，螺旋管體20設置於處理腔室12的內部空間121且介於基板支撐件14的支撐表面141及靶材16的濺射表面161之間，螺旋管體20包含入口端201及出口端202，入口端201對應濺射表面161，出口端202對應支撐表面141。於一實施例中，螺旋管體20的出口端202的內徑尺寸大於或等於待沉積之基板24的尺寸，螺旋管體20例如可整體具有相同的管徑，或者於一未繪示的實施例中，螺旋管體20的管徑可為入口端201較細，而出口端202較粗的設計，亦即螺旋管體的入口端201的內徑尺寸小於出口端202的內徑尺寸。於一實施例中，螺旋管體20為選用金屬材質。請繼續參閱圖1所示，螺旋線圈22繞設於螺旋管體20，於一實施例中，螺旋線圈22從螺旋管體20的入口端201持續繞設至出口端202，螺旋線圈22並可連接至一驅動模組(圖中未示)，藉由驅動模組輸出電流至螺旋線圈22，以便於螺旋管體20內部產生一電漿侷限路徑磁場B，如圖1所示，以箭頭表示電漿侷限路徑磁場B的方向，其中，電漿侷限路徑磁場B的方向由入口端201沿著螺旋管體20的螺旋方向至出口端202。

當電漿從靶材16的濺射表面161濺射出靶材材料原子後，由於濺射表面161面對著螺旋管體20的入口端201，靶材材料原子將以電漿形態進入螺旋管體20內，電漿電流將與螺旋線圈22的電流一起產生均勻的的螺旋型磁場(即上述的電漿侷限路徑磁場B)，以將其中的電漿局限住，使電漿沿著電漿侷限路徑磁場B的方向抵達至出口端202，進而沉積材料薄膜層26於基板24上。

在本發明實施例磁控管濺鍍裝置中，具有螺旋線圈圍繞的螺旋管體內部可產生均勻的磁場以引導靶材材料原子沉積於基板，即使靶材因長期使用而具有沖蝕區域，仍然可在不進行偏移量調整的前提下，在基板上沉積均勻的材料薄膜層。因此，本發明實施例磁控管濺鍍裝置中的靶材可在長時間濺射下提供均勻濺射效果且無需頻繁調整偏移量或者更換靶材，亦即在整個靶材使用壽命期間，可提供均勻的濺射特性而沉積均勻的材料薄膜層於基板上。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:磁控管濺鍍裝置 12:處理腔室 121:內部空間 14:基板支撐件 141:支撐表面 16:靶材 161:濺射表面 162:背側表面 18:磁控管組件 181:磁鐵 20:螺旋管體 201:入口端 202:出口端 22:螺旋線圈 24:基板 26:材料薄膜層 B:電漿侷限路徑磁場

圖1是本發明一實施例磁控管濺鍍裝置的結構示意圖。

10:磁控管濺鍍裝置

12:處理腔室

121:內部空間

14:基板支撐件

141:支撐表面

16:靶材

161:濺射表面

162:背側表面

18:磁控管組件

181:磁鐵

20:螺旋管體

201:入口端

202:出口端

22:螺旋線圈

24:基板

26:材料薄膜層

B:電漿侷限路徑磁場

Claims (8)

1. 一種磁控管濺鍍裝置，包含： 一處理腔室，包含一內部空間； 一基板支撐件，設置於該內部空間，該基板支撐件包含一支撐表面，用以設置一基板； 一靶材，包含相對之一濺射表面及一背側表面，該濺射表面面向該支撐表面； 一磁控管組件，設置於該背側表面； 一螺旋管體，設置於該內部空間且介於該支撐表面及該濺射表面之間，該螺旋管體包含一入口端及一出口端，該入口端對應該濺射表面，該出口端對應該支撐表面；以及 一螺旋線圈，繞設於該螺旋管體。
2. 如請求項1所述的磁控管濺鍍裝置，更包含一驅動模組，電性連接該螺旋線圈，該驅動模組輸出一電流至該螺旋線圈，以便於該螺旋管體內部產生一電漿侷限路徑磁場。
3. 如請求項2所述的磁控管濺鍍裝置，其中，該電漿侷限路徑磁場的方向由該入口端沿著該螺旋管體的一螺旋方向至該出口端。
4. 如請求項3所述的磁控管濺鍍裝置，其中，利用該磁控管組件導引一電漿朝向該靶材的該濺射表面，以使用該電漿從該濺射表面濺射出一靶材材料原子，該靶材材料原子沿該電漿侷限路徑磁場至該出口端，以沉積一材料薄膜層於該基板上。
5. 如請求項3所述的磁控管濺鍍裝置，其中，該螺旋管體的該出口端的一內徑尺寸大於或等於該基板的尺寸。
6. 如請求項1所述的磁控管濺鍍裝置，其中，該螺旋管體的該入口端的一內徑尺寸小於該出口端的一內徑尺寸。
7. 如請求項1所述的磁控管濺鍍裝置，其中，其中該靶材的材料選自由鎳、鉻、鋁、銅、鉭、氮化鉭、碳化鉭、鎢、氮化鎢、鈦，其合金、及其組合所組成的群組。
8. 如請求項1所述的磁控管濺鍍裝置，其中，該螺旋管體為金屬材質。

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