TWI293993B - Magnet arrangement for a planar magnetron - Google Patents

Description

1293993 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於一種平面磁控電子管之磁鐵配置。 【先前技術】 在濺鍍系統中，於一真空的濺鍍反應室内產生電漿。 矣μ電漿為一種以自由電子與離子和中性粒子之氣體狀混 合物形式之近似中性多粒子“，其中的中性粒子亦即所 =的原子、分子、或者基團。電漿的正離子會由陰極的負 电位所吸引’後者以所謂的靶為其特色。正離子會射擊在 2 一靶上，並且會撞出之後會沈澱在基板上之細小粒子。 走這些粒子之行為便稱為”濺錢（濺射），，。此電漿包含有 难子化之氣體，在無反應濺鍍H兄下，其能夠是諸如氯 巩之惰性氣體。例士口，在反應濺鍍之情況下，氧氣不是由 其本身所用，便是與惰性氣體結合使用。 +經由輝光放電的氣體原子與電子碰撞來產生濺鍍處理 斤而的離子，並且藉由電場之輔助，將之加速而進入形成 陰極的革巴之中。 在傳統的DC以及RF濺鍍中，僅有少許濺射靶時所發 射的二次電子會對濺鍍氣體原子之離子化有所貢獻。 為了改良濺鍍之效果’在靶附近利用磁鐵。其磁場會 保持電漿在靶上。經由磁場與電場之交互作用，在電漿中 的電荷載子主要不再平行而是垂直於電場移動，此導致圓 盤擺線狀（cycloid)的電子執跡。隨著電子因其低質量所造 成之偏向半徑遠小於離子的偏向半徑，電子在靶表面之前 1293993 便會集結。因此，經與電子碰撞而離子化濺鍍氣體原子之 機率遠較為高。由於電子之ExB飄移（電子會沿著一種稱 為跑道（raCetrack)之執跡行進）以及電漿集結在靶表面之 前，電子便不再直接飛擊基板。基板之加熱效應因而降低。 較為沈重的離子會落在具有負電極或者陰極效應之乾 上，並且濺射之。離子化因而大量發生於磁場向量平行於 靶表面之處。由於電漿在此最稠密，因此在此點上靶受到 最強大的侵蝕。輝光放電之電漿實際上會受到磁場之包 圍，而電子的執跡則因電子繞著充當中心軸的磁力線周圍 轉動之事實而延展，因而增加氣體原子與電子碰撞之速 率0 為了披覆較大的區域，一般使用平面磁控電子管。然 而這些電子管具有較低之靶利用率，諸如4〇%或者更低。 所以，實現90%乃至更大利用率之轉動圓柱狀的磁控 電子管近來已經使用得更為頻繁。

偶爾也稱為管狀陰極的圓柱狀磁控電子管以及平面磁 控電子官之缺點為靶的不規則耗損。管狀陰極在邊緣上受 到車乂 >、的濺射，實際上於此處可能會發生重新彼覆。所謂 的跑道會形成於平面磁控電子管中，亦即因磁控電子管中 磁鐵之配置所導致的侵蝕而造成溝紋。這些侵蝕之溝紋會 藉由碰撞離子化氣體粒子而直接產生。粒子會以不規則的 方式打在充當負電極或者陰極（並且充當濺鍍物）之靶上。 磁場所決定之電漿執跡（此與電子軌跡有所關聯）或者跑道 特別會限定平面磁控電子 管之靶利用率；當在所給定的點 1293993 上革巴受到完全的侵蝕之時，便不再使用之，即使是其他點 上仍有充分的材質。儘管即使圓柱磁控電子管在穩態時具 有電漿跑道，此相應於磁鐵之配置，然卻沒有類似溝紋的 凹陷會形成於轉動的靶上。 有別於管狀的跑道侵蝕，具有筆直跑道的矩形平面磁

才工笔子管還以一種所謂的交角效應（cross corner effect)為 特色’此同樣也侷限靶之使用率。交角為矩形磁控電子管 對角線相對之隅角。如果位於磁控電子管終端區域的磁場 不同於中心區域的磁場，例如較弱，則此一終端區域中電 子飄移便會較快於中間的區域，亦即其快速地到達交角區 域。如此則致使此一區域中電子的擁塞，此導致較稠密的 離子化以及其後靶所增加的侵蝕。（參見Q· H. Fan、L. Q. Zh〇u以及j· j· Graci〇之，，在矩形濺鍍磁控電子管中的交角 效應，J· Phys. D : Appl. Phy· 36 (2003)，244-251)。 磁控電子管之濺鍍系統已經存在 /、丨Τ王從，|王 的又Τ形磁鐵環繞以第二種極性之矩形架構磁鐵（us 5 458 759)。此使用磁鐵之配置用以儘可能實現一致的靶耗損。 另一種程序同樣也是基於假設磁鐵的配置會導致靶上 的侵⑽Ε 197 (Η 575 Α1)。在如此從事下，建議基板定位 於垂直於陰極長度方向之方向，同時配置陰極的磁鐵致使 其形成韻侵#表面區域的兩個㈣⑽，並且能夠 直於陰極的長度方向而移動之。 再者’濺鍍系統存在有以類似曲折路線方式 磁鐵（ΕΡ 0 105 407,圖 直的 ㈢座王種曲折電子軌跡形 1293993 式之預定電漿濺鍍區域，其則保證相對一致的靶耗損。以 如此的濺鍍系統而言，沒有靶與磁鐵系統之相對移動發 生。所以’個別的曲折迴路之間的重新彼覆便會發生，而 且大於基板之靶並不能夠受到完整的濺射。 另一個目前存在的磁控電子管濺鍍陰極之特色為具有 中心條棒之内部磁南極，舌狀物則會從此中心以規則間隔 之垂直角度向外延展（EP 0 242 826 B1 = US 4 826 5 84)。 在此’外部的磁北極則會存在成矩形架構，而舌狀物則會 從此架構長度側以垂直角度向内延展，而配置使之置於磁 南極個別的兩舌狀物之間。如此便會導致曲折狀的磁場， 並因而導致曲折狀的侵蝕區域。南極的舌狀物彼此皆平 行。再次’以這種錢鑛陰極而言，在革巴以及磁性系統之間 並沒有相對之移動。 同樣也存在賤鍍系統之磁鐵配置，其中磁北架構環繞 著直線南極（曰本專利摘要V〇l. 〇13，no· 169 (C-587)和JP 63 3 17671A ’圖8)。在此北極與南極之間會有另一北極與 南極位於直線南極之右邊與左邊，然並無連接至此一南 才亟° 再者’存在一種濺鍍系統之磁鐵配置，其中大環狀北 極環繞著直線南極，而且其中南極的末端具有延伸至北極 之臂狀物（US 5 182 003)。然而，這些臂狀物彼此並無偏移。 最後’存在一種濺鍍系統之磁鐵配置，其中第一種橢 圓形磁極環繞著第二種直線磁極（us 5 〇26 471)。兩磁極沒 有任何一個具有從之延伸的臂狀物。 1293993 【發明内容】 本發明基於藉由戒& > 猎由適當管理侵蝕溝紋而最佳 丁 从.2 u 叫巨仕Ί叉挪两罗又阳取往：炖 靶之工作，並且葬 猎、准持靶儘可能免於重新沈積。 康專利申明範圍第1或7項之特性來解決此-問題。 /月口此有關於_種平面磁控電子管之磁鐵配置， 二中第#磁極包圍著第二種磁極。此種磁鐵配置以直線 私動於靶之長度方向一段特定數值，並且之後以相反方向

移回-段相同之數值。在其中—種版本中，也會達成額外 、j直移動°又汁磁鐵配置致使北極與南極連鎖而形成波 y執C所以，旎夠達成來自整個靶表面之固定濺鍍。 本^明所實現的利i包含能夠i覆僅具有I一侵餘溝 紋的大平面靶致使超過# 50%之表面由侵蝕溝紋所覆蓋之 事實。透過革巴與磁㈣、统之間的相對移動，此便會產生均 質的侵蝕輪廓。透過相對的磁極構件此種輕微的連鎖，在 靶的中間部分同樣也會達成濺射。 如果有利地設計本發明，則同樣也能夠彼覆僅具單一 跑道或者侵蝕路徑之甚長、甚寬靶。隨著磁鐵配置之兩磁 極輕微連鎖於中間區域，便可能僅以一直線移動就實現高 的靶利用率以及實現實際差不多完全無重新彼覆之靶表 面。在如此從事下，則彼此相對地配置北極與南極，致使 類似曲折路線的跑道實現於靶上。兩個相對的曲折路徑彼 此相當靠近，以致在執行向著靶長度之直線移動時，靶表 面會受到均勻的濺射。磁鐵配置的移動距離為曲折路線之 間隔的± 1 /2。 1293993 【實施方式】 本發明實施範例顯示於圖式中，其後詳細地說明之。 圖1顯示根據本發明的第一種磁鐵配置丨之部分代表 圖，此能夠使靶有一致之利用率。然而，在如此從事下， 而要兩個不同方向的移動。一方面，必須將磁鐵系統順著 靶之長度移動，另一方面需要順著靶寬度的額外移動，致 使不會發生重新彼覆行為。圖丨所示的磁鐵結構1會以相 反的影像連續至右手邊（並無顯示）。磁鐵結構的磁南極包 含橫向條棒2，臂狀物3至8則是配置於其上而彼此相互 平行，並且垂直於條棒2。 在條棒2其中之一末端上，設有磁南極兩個額外的臂 狀物9、1 〇，配置使其縱軸與垂直條棒2縱軸成角度α。角 度α大約為60。左右。在條棒2右手無顯示的一邊之末端上， 同樣也有對角延伸並與臂狀物9與1 0相應之臂狀物，然 而其乃延伸至右邊而非左邊。配置右手邊的這些臂狀物鏡 像對稱於臂狀物9與10。 配置磁鐵結構1之北極環繞於南極而類似一框架，同 時上方與下方框架區段11與12乃至於左側邊框架區段i 3 為可識別的。並無顯示相應於區段1 3的右邊框架區段。 在左邊框架區段13之中間，設有一臂狀物16，相對於條 棒2之左邊末端。所相應的是，在右半邊設有相應於臂狀 物1 6之臂狀物。 在條棒2之兩臂狀物9、3;3、4;4、5;10、6;6、 7 ; 7、8之間的是舌狀物21至23、14、以及24至26、15， 10 1293993 其垂直於框架區段丨丨或12,並且定位朝向内。 磁鐵配置1的北極與南極在背部以—個軛板17、18連 接。線條20指示在圖！中並無顯示的靶背部上所產生的 侵路徑。 當處於靜態時，亦即當磁鐵配置丨以及靶彼此不相對 移動之時，侵蝕路徑或者跑道20便會形成一種單一的曲 折路線。為了最佳地利用靶，磁鐵之轆鐵17、18必須伴 隨磁鐵配置1而順著靶之長度移動，藉以決定此曲折路線。 此外，尚需要順著靶寬度之移動，致使沒有任何重新披覆 會發生在乾的中間。 磁鐵9、10、以及16之配置用以移除或者降低交角效 應。在跑道較長的筆直區段之後的是，交角效應會在隨後 的曲線發生。在僅有筆直的跑道上，無任何交角效應會產 生。此一效應僅發生在靶的兩相對之側邊上，其中電子會 越過曲線後的筆直區段（參見DE 197 01 575 A1之圖7B)。 在此所說明的本發明並不具有包含延伸筆直區段之跑道， 其一直保持曲折狀。如果某人要省略掉磁鐵臂狀物丨6並 且將磁鐵9與1〇定位平行於其他的磁鐵，則跑道變為順 著目標寬度呈簡單筆直的，故而預期可能發生交角效應。 圖2顯示第二種磁鐵結構3〇，僅需要順著靶長度之移 動。並不需要順著革巴寬度之移動。在如此從事之下，順著 革巴長度之直線達成磁鐵結構30之移動。在把的末端上， 會發生返回移動。 磁鐵結構3 0之其中一磁極，諸如南極，具有等距的上 11 1293993 方臂狀物31 1 35、以及等距的下方臂狀物36 i 40。下 ’狀物36至40之縱軸平行於上方臂狀物31 i 35之縱 …、而下方臂狀物36至40橫向偏移致使其行經標示 上方臂狀物31至35縱軸之間的中段之一處。 臂狀物 3 1 至 3 5 ^ 0 /： 7- λ η » 芏35次者36至40之末端定向向内，而結 束於矩形區塊41至45以及46至5() ’此連接至連接構件 1至59，其產生區塊41至45以及46至50之間的連接。

以與臂狀物31至35以；》μ s μ y A ^ 主力以及30至40之縱軸成角度β來配置 這些連接構件51至59。 所以，南極所有的部件皆是磁性連接的。

藉由數個彎鉤狀的子磁鐵來形成磁鐵結構30之另一個 磁極，諸如北極，其中的子磁鐵各個皆包圍著南極的臂狀 物31至35或者36至40。這些子磁鐵以兩側邊61、62或 63、64或65、66或67、68或69、70為特色，各個皆對 角配置於臂狀物31至35以及36 i 4〇之中心軸，其上方 末端藉由區塊71至75彼此連接，區塊縱軸則是水平的。 側邊61至70之下方末端同樣也以區塊125至13〇連接， 區塊具有垂直定向之縱軸。同樣也相應於所說明的北極之 上方子磁鐵來配置下方子磁鐵。側邊8〇至88之末端毗連 至區塊90至94以及100至1〇4。區塊9〇至94為垂直定 向的，同時區塊100至1〇4則為水平定向的。 當靜態時（亦即在磁鐵結構3〇與靶之間沒有相對移動 之時）所形成的跑道標為105,並且形成兩個似波浪起伏之 重疊波形曲線。 12 1293993 圖2不僅顯示北極與南極，同樣也顯示靶表面上磁場 垂直成分之零交越位置。磁鐵結構3〇相對於靶移動之方 向以雙箭E ill指示之。此箭號顯示移動僅有效於乾之縱 軸方向，就是至右且之後至左等等諸如此類重複著。在如 此從事之下’動作一次的長度為土1/2的曲折路線間隔。在 此一實例中，認為曲折路線的間隔為似波浪起伏波形105 兩個頂端之間的間隔。雙箭冑lu之大小大約相應於曲折 路線之間隔。 y轴與X轴提供之資訊為mm，此與本發明無關。其僅 指示可實行的磁鐵配置之空間大小。 正如非對稱於中心軸的磁鐵結構30設計之結果，在中 心區域同樣也會造成錢射；然而，會在迴路之間造成重新 彼復。其僅透過磁％順著乾長度移動而免於乾表面發生重 新披覆，但靶之邊緣則例外。 就磁鐵結構30來說，會在靶的頂部或底部上產生重新 彼覆之區域。此一重新披覆區域並非所想要的且能夠將之 減小’例如透過平行四邊形型式之靶。然而，同樣也能夠 藉由以某一角度定位曲折路線來減小之。 曲折路徑以某一角度定位之磁鐵結構12〇顯示於圖3。 如同磁性構件之數目以及其基本配置相同於圖2者，這些 磁性構件具有相同於圖2之標不。在此一實例中，臂狀物 3 1至40傾斜於垂直線一個角度γ。此導致配置於彼此頂部 之兩個似波浪起伏曲線，如跑道1 21。透過曲折路線之傾 斜，便可減小靶兩末端上之重新披覆。 13 1293993 圖3的磁鐵結構12〇相對於靶而以相同於圖2磁鐵結 構30之方式移動。 圖4以概要顯示一種配置，其不僅包含磁鐵結構1， 尚匕έ有無77以及基板78。其磁鐵結構相同於圖1者， 此為為何個別的磁鐵構件會有相同的標示之故。 革巴77以及基板78為牢固地配置於一個並無顯示的濺 鍍反應室中。而在靶77下方的是具有軛鐵17、18之磁鐵 結構1，其能夠向著箭號97、98移動。設置一個連接至並 播顯示的驅動器之置物板113以為此一目的之用，其末端 則受軌道114、115所引導。一個滑載物116配置於此置 物板113上，其經由一個支柱117承載磁鐵配置1。隨著 滑載物116能夠移動向著箭號98之方向，磁鐵結構1便 能夠根據所需而相對於靶77移動。 就以上本發明的實施範例而言，由於磁鐵會順著把長 度移動’是以把會較磁鐵構造為長。然而，乾之寬度較小 於磁鐵配置之寬度。靶之尺寸由跑道以及移動之大小與型 式決定。 【圖式簡單說明】 圖1為平面磁控電子管之第一種磁鐵配置之部分代表 圖； 圖2為平面磁控電子管之第二種磁鐵配置之部分代表 圖； 圖3為平面磁控電子管之第三種磁鐵配置之部分代表 圖；以及 14 1293993 圖4為連同靶以及基板的磁鐵配置代表圖。 【主要元件符號說明】

1 磁鐵結構 2 橫向條棒 3至： 8 臂狀物 9、10 額外的臂狀物 11 上方框架區段 12 下方框架區段 13 左邊框架區段 14、 15 舌狀物 16 臂狀物 17、 18 輛板 20 侵餘路徑或跑道 21至 26 舌狀物 30 磁鐵結構 31至 35 等距的上方臂狀物 36至 40 等距的下方臂狀物 41至 50 矩形區塊 51至 59 連接構件 61至 70 子磁鐵之側邊 71至 75 區塊 77 78 基板 80至 88 側邊 15 1293993

90 至 94 區塊 97 ^ 98 磁鐵結構之移動方向 100 至 104 區塊 105 侵餘路徑或跑道 111 磁鐵結構移動方向 113 置物板 114 、 115 執道 116 滑載物 117 支柱 120 磁鐵結構 121 侵蝕路徑或跑道 125 至 130 區塊

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Claims (1)

1293993 十、申請專利範圍： 1· 一種平面磁控電子管之磁鐵配置，其中設計為矩形 架構之第一種磁極包圍著設計為直線條棒之第二種磁極， 而且其中的直線條棒於其縱軸上具有數個垂直之臂狀物， 磁鐵配置的特徵在於：在條棒末端上設置兩臂狀物（9、 i〇) ’其以大約與條棒（2)縱軸成6〇。之角度（〇^來定位。 2·根據申請專利範圍第丨項之磁鐵配置，特徵在於： 第一種磁極為矩形架構（11至13)，其具有數個臂狀物（16、 21至23 ; 15、24至26)，此臂狀物則朝向於第二種磁極之 條棒（2)。 根據申明專利範圍弟2項之磁鐵配置，其特徵在於·· 木構（11至13)的兩臂狀物（16)定位於條棒縱軸的虛構延 展邛刀並且臂狀物（16)與此一條棒（2)有一段距離。 4·根據申請專利範圍第1項之磁鐵配置，其特徵在於·· 數個臂狀物（3至8)定位垂直於直線條棒（2)的縱軸。 5·根據申請專利範圍第丨至4項任一項之磁鐵配置， 其特彳玫在於：架構（Π至13)的臂狀物（21至23 ; 15、24至 26)之縱軸以及條棒（2)的臂狀物（3至8)之縱軸彼此平行。 6.根據申請專利範圍第丨至4項任一項之磁鐵配置， 其特徵在於：架構（11至13)的臂狀物（21至23 ; 15、24至 26)與條棒（2)的臂狀物（3至8)連鎖。 入一種平面磁控電子管之磁鐵配置，其中第_種磁極 包圍著第二種磁極，而第二種磁極則具有定向於第_個方 向之第一群組臂狀物（31至35)、以及定向於相反於第一個 17 1293993 方向之第二群組臂狀物(36至4〇)，此磁鐵配置特徵在於： 第-群組臂狀物（31纟35)的縱軸偏移於第二群組臂狀物（36 至40)的縱軸，致使第—群組臂狀物的縱軸定位於第二群 組兩臂狀物的縱軸之間。 8·根據申清專利範圍第7項之磁鐵配置，其特徵在於： 第一群組臂狀物（31至35)等距配置。 9·根據申睛專利範圍第7項之磁鐵配置，其特徵在於： 第二群組臂狀物（36至40)等距配置。 1〇·根據申請專利範圍第7項之磁鐵配置，其特徵在 於·第一群組臂狀物（31至35)以及第二群組臂狀物（36至 4〇)經由對角條棒（51至59)而連接。 1 1 ·根據申請專利範圍第10項之磁鐵配置，其特徵在 於··對角條棒（51至59)經由區塊（41至45以及46至5〇)而 與臂狀物（3 1至35 ; 36至40)連接。 12·根據申請專利範圍第7項之磁鐵配置，其特徵在 於：第一種磁極具有一群組對角臂狀物（61至7〇)，其中各 兩者皆形成類似山形屋頂的構件，而臂狀物其中一末端接 觸著第一個區塊，而臂狀物之另一末端則接觸著第二區 塊。 13·根據申請專利範圍第12項之磁鐵配置，其特徵在 於·第一個區塊（127)的縱軸垂直於第二區塊（72)的縱轴。 14·根據申請專利範圍第12項之磁鐵配置，其特徵在 於：第一磁極的類似山形屋頂構件包圍著第二種磁極的臂 狀物C33)。 18 1293993 15. 根據申請專利範圍第12項之磁鐵配置，其特徵在 於·類似山形屋頂構件的兩對角臂狀物彼此鏡像對稱。 16. 根據申請專利範圍第12項之磁鐵配置，其特徵在 於·類似山形屋頂構件的兩對角臂狀物對於區塊的縱軸有 不同傾斜角度。 17·根據申請專利範圍第7項之磁鐵配置，其特徵在 於·第二磁極的臂狀物（31至35、36至4〇)對於第一種磁 極的區塊的縱轴有不同傾斜角度。 1 8 ·根據申請專利範圍第丨或7項之磁鐵配置，其特徵 在於·磁鐵配置為濺鍍系統之磁控電子管的一部分。 於 19·根據申請專利範圍第18項之磁鐵配置，其特徵在 磁鐵配置定位靠近於靶（77)。 於 20.根據申請專利範圍第19項之磁鐵配置，其特徵在 靶（77)相對於基板（78)。 21 ·根據申請專利範圍第丨或7項之磁鐵配置，其特徵 在於：磁鐵配置能夠相對於無（77)移動。 22·根據申請專利範圍第丨項之磁鐵配置，其特徵在 於：磁鐵配置（1)能夠以相對於靶（77)的χ或y方向移動。 23. 根據申請專利範圍第22項之磁鐵配置，其特徵在 於：磁鐵配置（1)能夠向前以及向後地來回移動。 24. 根據申請專利範圍第7項之磁鐵配置， 丹狩徵在 於：磁鐵配置（30)能夠以相對於靶（77)的χ方向移動。 25·根據申請專利範圍第24項之磁鐵配置，其特徵在 於：磁鐵配置（30)能夠向前以及向後地來回移動。 * 19