TWI438293B - 磁控管濺鍍裝置 - Google Patents

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TWI438293B
TWI438293B TW097112514A TW97112514A TWI438293B TW I438293 B TWI438293 B TW I438293B TW 097112514 A TW097112514 A TW 097112514A TW 97112514 A TW97112514 A TW 97112514A TW I438293 B TWI438293 B TW I438293B
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Tadahiro Ohmi
Tetsuya Goto
Takaaki Matsuoka
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Univ Tohoku Nat Univ Corp
Tokyo Electron 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
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Description

磁控管濺鍍裝置
本發明係關於一磁控管濺鍍裝置，其為用以對液晶顯示基板或半導體基板等被處理體施以既定表面處理之處理裝置。
製造液晶顯示元件或IC等半導體元件等時，於其基板上形成金屬或是絕緣物等薄膜之薄膜形成步驟係必需而不可欠缺者。此等步驟中所使用之成膜方法係藉由一濺鍍裝置，以薄膜形成用原材料為靶材，藉由直流高電壓或是高頻電力電漿化氬氣體等，再藉由此電漿化氣體活性化靶材而使其融解飛散，使其包覆被處理基板。
濺鍍成膜法中為主流之成膜法係利用一磁控管濺鍍裝置之成膜法，為使成膜速度高速化，配置磁石於靶材背側，使磁力線平行通過靶材表面，藉此將電漿封閉於靶材表面，以獲得高密度電漿。
圖14係用以說明藉由如此之習知技術構成之磁控管濺鍍裝置主要部圖，101係靶材，102係形成薄膜之被處理基板，103係多數磁體，104係磁力線，105係靶材101融解剝離之區域亦即侵蝕區域。
如圖14所示，分別使多數磁石103之N極與S極方向朝既定方向配置於靶材101背側，在靶材101與被處理基板102之間施加高頻電力(RF電力)106或是直流高壓電力107以在靶材101上激發電漿。
另一方面，磁力線104自鄰接之N極朝S極產生於設置在靶材101背面之多數磁石103。於靶材表面垂直磁場(與靶材表面垂直之磁力線分量)為零之位置，水平磁場(與靶材表面平行之磁力線分量)局部性地為最大。於水平磁場分量較多之區域，電子補充到靶材表面附近而形成密度高之電漿，因此以此位置為中心 形成侵蝕區域105。
與其他區域相比，侵蝕區域105係暴露於高密度電漿中，因此靶材101之消耗激烈。若因持續成膜此區域靶材材料消滅，即需更換靶材整體。結果使靶材101之利用效率惡化，且關於與靶材101相對設置之被處理基板102薄膜膜厚，亦具有與侵蝕區域105相對之位置之膜厚變厚，被處理基板102整體膜厚均一性劣化之性質。
在此自以往即有人提議使用一方法，以磁棒為產生磁場之磁體，移動或是旋轉此磁棒以使侵蝕區域隨時間移動，實質上以時間平均使靶材局部性消耗消滅，並提昇被處理基板膜厚之均一性(參照專利文獻1~3)。
於此等方法中，磁棒在其直徑方向之對向表面沿著與其長邊方向平行之方向具有N極與S極的各排列；或是該磁棒在其直徑方向之對向表面，具有相對於其長邊方向呈螺旋狀之N極與S極的各排列。且於移動或是旋轉之磁棒周圍，則為形成侵蝕區域封閉於靶材內之迴路，配置有固定之磁棒。此固定之磁棒在其直徑方向之對向表面沿著與其長邊方向平行之方向具有N極與S極的各排列。
又，自以往即有人提議使用一方法，使用多數呈螺旋狀埋設之成膜用旋轉磁石連續形成磁場網(參照專利文獻4)。
專利文獻1：日本特開平5-148642號公報專利文獻2：日本特開2000-309867號公報專利文獻3：日本專利第3566327號公報專利文獻4：日本特開2001-32067號公報
然而，若以上述習知方法，為提高朝被處理基板之成膜速度而提高每一瞬間之侵蝕密度，亦即令侵蝕區域相對於靶材區域整 體之比例增大，即需增強磁棒強度，並使緊密之磁棒彼此靠近。然而，若採用如此之構成即會有下列問題點，即因磁石彼此之排斥力或是吸引力導致磁石或固定之棒變形，或是對抗此力並移動或旋轉有其困難。具體而言，於磁石彼此之間產生3000N之吸引力或排斥力，導致支持磁石之金屬變形，或同時產生30N‧m之扭矩而導致需非常強力之馬達，或無法提高其旋轉速度等困難。使其存在有起因於此而導致成膜均一性惡化或裝置壽命短之問題點。
且有一問題點，即隨著與固定在周邊之磁棒相鄰接之旋轉磁石的旋轉，無論如何皆會產生旋轉磁石與固定在周邊之磁棒之磁極成為相同之相位的情形，此時無法形成封閉之電漿區域。
且即使使用呈螺旋狀埋設之成膜用旋轉磁石，亦有一問題點，即雖形成磁場網卻無法形成封閉之電漿環路，或強力之力產生於相鄰之旋轉磁石彼此之間導致對抗該力旋轉有其困難。
在此鑒於上述自以往之問題點，本發明其目的之一在於提供一磁控管濺鍍裝置，使靶材上每一瞬間之電漿密度上昇以提昇成膜速度。
且本發明之另一目的在於提供一磁控管濺鍍裝置，使電漿環路隨時間移動以防止靶材之局部性磨耗並實現均一之消耗，藉此使靶材壽命長。
且本發明之又一目的在於提供一磁控管濺鍍裝置，具有不造成旋轉裝置或柱狀旋轉軸過大之負擔，裝置壽命長之磁石旋轉機構。
依本發明第1態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於： 該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，與靶材面平行而設置於旋轉磁石體周邊，該固定外周體係由朝向與靶材面垂直之方向磁化之磁石或未預先磁化之強磁性體所構成；且藉由使該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，而令該靶材表面之磁場圖案隨時間移動；因該旋轉磁石體與該固定外周體之交互作用所產生之發生於該柱狀旋轉軸之扭矩在0.1N‧m至1N‧m之範圍內。
依本發明2態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，與靶材面平行而設置於旋轉磁石體周邊，該固定外周體係由朝向與靶材面垂直之方向磁化之磁石或未預先磁化之強磁性體所構成；且藉由使該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，而令該靶材表面之磁場圖案隨時間移動，因該旋轉磁石體與該固定外周體之交互作用所產生之發生於該柱狀旋轉軸之扭矩在0.1N‧m至1N‧m之範圍內，且該柱狀旋轉軸施加於任一方向之力皆在1N至300N之間。
依本發明第3態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，與靶材面平行而設置於旋轉磁石體周邊，該固定 外周體係由朝向與靶材面垂直之方向磁化之磁石或未預先磁化之強磁性體所構成；且藉由使該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，而令該靶材表面之磁場圖案隨時間移動；因該旋轉磁石體與該固定外周體之交互作用所產生之發生於該柱狀旋轉軸之扭矩在0.1N‧m至10N‧m之範圍內。
依本發明第4態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面；其特徵在於：該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，與靶材面平行而設置於旋轉磁石體周邊，該固定外周體係由朝向與靶材面垂直之方向磁化之磁石或未預先磁化之強磁性體所構成；且藉由使該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，而令該靶材表面之磁場圖案隨時間移動；因該旋轉磁石體與該固定外周體之交互作用所產生之發生於該柱狀旋轉軸之扭矩在0.1N‧m至100N‧m之範圍內。
依本發明第5態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：於靶材表面形成有多數電漿環路。
依本發明第6態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面； 其特徵在於：於靶材表面形成有多數電漿環路，藉由移動該磁石而移動該多數電漿環路。
依本發明第7態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面；其特徵在於：藉由移動該磁石使形成於靶材表面之電漿環路反複地產生、移動、消滅。
依本發明第8態樣可得如第5至7態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，與靶材面平行而設置於旋轉磁石體周邊，該固定外周體係由朝向與靶材面垂直之方向磁化之磁石或未預先磁化之強磁性體所構成；且藉由該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，而令該電漿環路移動或產生、消滅。
依本發明第9態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：在靶材表面上，以實質上無與靶材垂直之方向之磁場分量，而僅存在有與靶材平行之方向之磁場分量亦即水平磁場之環路上區域為中心而形成電漿環路；於該僅存在有水平磁場之環路上所有位置之該水平磁場分量為在500高斯以上，1200高斯以下之範圍內。
依本發明第10態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之 與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：在靶材表面上，以實質上無與靶材垂直之方向之磁場分量，而僅存在有與靶材平行之方向之磁場分量，亦即水平磁場之環路上區域為中心而形成電漿環路，於該僅存在有水平磁場之環路上所有位置之該水平磁場分量為在500高斯以上，750高斯以下之範圍內。
依本發明第11態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：在靶材表面上，以實質上無與靶材垂直之方向之磁場分量，僅存在有與靶材平行之方向之磁場分量，亦即水平磁場之環路上區域為中心而形成電漿環路，於該僅存在有水平磁場之環路上所有位置之該水平磁場分量中，最小值係處於最大值之25%至65%之範圍內。
依本發明第12態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：在靶材表面上，以實質上無與靶材垂直之方向之磁場分量，僅存在有與靶材平行之方向之磁場分量，亦即水平磁場之環路上區域為中心形成電漿環路，於該僅存在有水平磁場之環路上所有位置之該水平磁場分量中，最小值係在最大值之65%至100%之範圍內。
依本發明第13態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理 基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：在靶材表面上，以實質上無與靶材垂直之方向之磁場分量，僅存在有與靶材平行之方向之磁場分量，亦即水平磁場之環路上區域為中心形成電漿環路，於該僅存在有水平磁場之環路上所有位置之該水平磁場分量中，最小值係在最大值之75%至100%之範圍內。
依本發明第14態樣可得如第9至13態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，與靶材面平行而設置於旋轉磁石體周邊，該固定外周體係由朝向與靶材面垂直之方向磁化之磁石或未預先磁化之強磁性體所構成；且藉由該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，使該電漿環路移動或產生、消滅。
依本發明第15態樣可得如第1至4、8或14態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體為螺旋狀磁石群組，包含形成於該柱狀旋轉軸周圍之多數螺旋體，包沿該柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋體彼此於該柱狀旋轉軸徑向外側形成彼此互異的磁極亦即N極與S極，自靶材側觀察，該固定外周體係呈包圍於該旋轉磁石體之構造，且於靶材側形成有N極或S極之磁極或未預先磁化。
依本發明第16態樣可得如第15態樣之磁控管濺鍍裝置，其中以垂直於該柱狀旋轉軸之軸之視線觀察該柱狀旋轉軸及該旋轉磁石體時，形成螺旋之磁石方向與該柱狀旋轉軸之軸向的夾角中，成銳角者之角度位於35∘至50∘之間。
依本發明第17態樣可得如第15態樣之磁控管濺鍍裝置，其中以垂直於該柱狀旋轉軸之軸之視線觀察該柱狀旋轉軸及該旋轉 磁石體時，形成螺旋之磁石方向與該柱狀旋轉軸之軸向的夾角中，成銳角者之角度位於30∘至70∘之間。
依本發明第18態樣可得如第15態樣之磁控管濺鍍裝置，其中以垂直於該柱狀旋轉軸之軸之視線觀察該柱狀旋轉軸及該旋轉磁石體時，形成螺旋之磁石方向與該柱狀旋轉軸之軸向的夾角中，成銳角者之角度位於70∘至88∘之間。
依本發明第19態樣可得如第15態樣之磁控管濺鍍裝置，其中以垂直於該柱狀旋轉軸之軸之視線觀察該柱狀旋轉軸及該旋轉磁石體時，形成螺旋之磁石方向與該柱狀旋轉軸之軸向的夾角中，成銳角者之角度位於75∘至85∘之間。
依本發明第20態樣可得如第15至19態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體為螺旋狀磁板群組，藉由將磁板呈螺旋狀設置於該柱狀旋轉軸上形成2個螺旋，且沿該柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋於該柱狀旋轉軸徑向外側形成彼此互異的磁極亦即N極與S極。
依本發明第21態樣可得如第15至19態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體為螺旋狀磁板群組，藉由將磁板呈螺旋狀設置於該柱狀旋轉軸上形成4個、6個、8個或10個螺旋，且沿該柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋於該柱狀旋轉軸徑向外側形成彼此互異的磁極亦即N極與S極。
依本發明第22態樣可得如第15至21態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中除了該旋轉磁石體與該固定外周體之外，另設置任意移動之磁石於該旋轉磁石體附近。
依本發明第23態樣可得如第22態樣之磁控管濺鍍裝置，其中除了該旋轉磁石體與該固定外周體之外，另設置任意移動之磁石於該旋轉磁石體附近；在使該旋轉柱狀軸旋轉時，因該旋轉磁石體與該固定外周體之交互作用所產生之發生於該柱狀旋轉軸之扭矩及力，經常較未設該置任意移動之磁石時減小。
依本發明第24態樣可得如第20至23態樣中任一者之磁控管 濺鍍裝置，其中該柱狀旋轉軸之至少一部分係順磁性體。
依本發明第25態樣可得如第20至24態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該柱狀旋轉軸係由中空構造之磁性體所構成，其厚度設定成使得該磁性體內部所有區域之磁通密度為該磁性體之飽和磁通密度之65%以下。
依本發明第26態樣可得如第20至25態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該柱狀旋轉軸由中空構造之磁性體所構成，其厚度設定成使得該磁性體內部所有區域之磁通密度為該磁性體之飽和磁通密度之60%以下，且小於形成該旋轉磁石體之磁石之殘餘磁通密度。
依本發明第27態樣可得如第20至26態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該柱狀旋轉軸由中空構造之順磁性體所構成，其厚度設定成使得該順磁性體內所有區域中之磁通密度小於形成該旋轉磁石體之磁石之殘餘磁通密度。
依本發明第28態樣可得如第20至27態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中在該固定外周體之與該靶材相反之一側之面上，鄰接於該固定外周體設置有固定外周順磁性體。
依本發明第29態樣可得如第20至28態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中設置一機構，其使得自該固定外周體朝向該靶材外側之磁力線弱於自該固定外周體朝向該靶材內側之磁力線。
依本發明第30態樣可得如第20至29態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該機構包含一順磁性體構件，該順磁性體構件設置成連續包覆於該固定外周體表面中自該靶材側觀察的外側之側面與該靶材側之面的一部分。
依本發明第31態樣可得如第20至30態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石群組及該固定外周體可沿與靶材表面垂直之方向移動。
依本發明第32態樣可得如第20至31態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體與該固定外周體係設置在藉由靶材 及貼附有靶材之支承板以及自支承板周邊連續設置之壁面所圍繞之空間內，且該空間可減壓。
依本發明第33態樣可得如第32態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該支承板厚度薄於該靶材之初始厚度。
依本發明第34態樣可得如第20至33態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中具有沿交叉於該柱狀旋轉軸軸向之方向使該被處理基板相對移動之機構。
依本發明第35態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，沿平行於該柱狀旋轉軸軸向設置有多數如第20至34態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，並具有沿交叉於該柱狀旋轉軸軸向之方向使該被處理基板相對移動之機構。
依本發明第36態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，沿平行於該柱狀旋轉軸軸向設置有如第20至34態樣中任一者之靶材材料不同之多數之磁控管濺鍍裝置，並具有沿交叉於該柱狀旋轉軸軸向之方向使該被處理基板相對移動之機構。
依本發明第37態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：於靶材表面形成有多數電漿環路，該靶材表面與該被處理基板表面間之距離在30mm以下，且於該被處理基板表面的磁場在100高斯以下。
依本發明第38態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：於靶材表面形成有多數電漿環路，該靶材表面與該被處理基 板表面之間之距離在30mm以下，且於該被處理基板表面的磁場在20高斯以下。
依本發明第39態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；靶材固持機構，設於靶材之與被處理基板相反之一側；及磁石，隔著該靶材固持機構與該靶材對向設置；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：於靶材表面形成有多數電漿環路，該靶材固持機構之厚度為該靶材初始厚度之30%以下。
依本發明第40態樣可得如第39態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該被處理基板與該靶材之間之第1空間可減壓，且該靶材固持機構與該磁石之間之第2空間可減壓，且令該第1空間與第2空間之壓力實質上相等。
依本發明第41態樣可得如第40態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該支承板厚度薄於該靶材之初始厚度。
依本發明第42態樣可得如第39至41態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中於該靶材固持機構中設有冷卻機構。
依本發明第43態樣可得如第42態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該冷卻機構設於該第2空間內且靠近該靶材固持機構兩端部。
依本發明第44態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，與靶材面平行而設置於旋轉磁石體周邊，該固定外周體係由朝向與靶材面垂直之方向磁化之磁石或未預先磁化之強磁性體所構成； 且藉由使該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，而令該靶材表面之磁場圖案隨時間移動，該靶材貼附於金屬製支承板上，該旋轉磁石體以藉由該支承板電性連接之金屬製板加以圍繞，並具有將作為激發電漿之電力的至少高頻電力透過該金屬製板施加於靶材之機構，該高頻電力係具有一頻率之高頻電力或由多數頻率疊加而成之高頻電力，且沿旋轉軸向設有多數供電點，其間距短於具有該高頻電力中最高頻率之高頻電力於真空中之半波長之10分之1的距離。
依本發明第45態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，與靶材面平行而設置於旋轉磁石體周邊，該固定外周體係由朝向與靶材面垂直之方向磁化之磁石或未預先磁化之強磁性體所構成；且藉由使該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，而令該靶材表面之磁場圖案隨時間移動，於該被處理基板之與該靶材相反之一側具有產生磁場之機構。
依本發明第46態樣可得如第45態樣之磁控管濺鍍裝置，其中具有設於該被處理基板之與該靶材相反之一側並搭載該被處理基板之設置台，產生該磁場之機構係為設於該設置台內部之磁石。
依本發明第47態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面， 其特徵在於：該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，由與靶材面平行設置於旋轉磁石體周邊之強磁性體所構成；且藉由使該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，而令該靶材表面之磁場圖案隨時間移動。
依本發明第48態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，包含：被處理基板；靶材，設置成與被處理基板對向；及磁石，設置在靶材之與被處理基板相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，與靶材面平行而設置於旋轉磁石體周邊，該固定外周體係由朝向與靶材面垂直之方向磁化之磁石或未預先磁化之強磁性體所構成；且該旋轉磁石體包含：第1螺旋體，將磁化成表面為S極或N極中任一者之磁石呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸上；及第2螺旋體，將未預先磁化之強磁性體呈螺旋狀設於該柱狀旋轉軸上，使其與該第1螺旋體平行並相鄰；且藉由使該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，而令該靶材表面之磁場圖案隨時間移動。
依本發明第49態樣可得如第47或48態樣之磁控管濺鍍裝置，其中將該旋轉磁石體之磁石構造設成使得取決於該水平磁場所捕捉電子之拉莫半徑與磁場之曲率半徑的靶材消耗分布所決定之靶材利用效率達80%以上。
依本發明第50態樣可得如第49態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該靶材消耗分布係藉由取決於該拉莫半徑及磁場曲率半徑之侵蝕半值寬度而決定。
依本發明第51態樣可得如第50態樣之磁控管濺鍍裝置，其 中使用以下方程式(1)決定該拉莫半徑： rc ：拉莫半徑B：磁通密度VDC ：自偏電壓。
依本發明第52態樣可得如第50或51態樣之磁控管濺鍍裝置，其中使用以下方程式(2)決定該侵蝕半值寬度： W：侵蝕半值寬度R：磁場曲率半徑。
依本發明第53態樣可得如第50至52態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該靶材消耗分布係由該旋轉磁石體旋轉時該侵蝕半值寬度之相位平均所決定。
依本發明第54態樣可得如第49至53態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該靶材利用效率係決定成使得該靶材消耗分布係實質上橫跨該靶材全面均一化。
依本發明第55態樣可得如第49至54態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體具有磁板群組，由多數磁板形成多數螺旋設置於柱狀旋轉軸而構成，該磁石構造包含使該靶材利用效率達80%以上之相鄰之該磁板群組的磁石間隔。
依本發明第56態樣可得如第49至55態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體具有磁板群組，由多數磁板成螺旋狀設置於柱狀旋轉軸而構成，該磁石構造包含使該靶材利用效率達80%以上之該磁板厚度。
依本發明第57態樣可得如第49至56態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體具有磁板群組，由多數磁板成螺旋狀設置於柱狀旋轉軸而構成，該磁石構造包含使該靶材利用效率 達80%以上之該磁板寬度。
依本發明第58態樣可得如第49至57態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體具有磁板群組，由多數磁板構成單一或複數之環路呈螺旋狀設置於柱狀旋轉軸，該磁石構造包含使該靶材利用效率達80%以上之該環路的數目。
依本發明第59態樣可得如第49至58態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體具有磁板群組，該磁板群組係由多數磁板呈螺旋狀設置於柱狀旋轉軸而構成，該磁石構造包含使該靶材利用效率達80%以上之該呈螺旋狀延伸之磁板延伸方向與該旋轉軸軸向的夾角。
依本發明第60態樣可得如第59態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該夾角在57∘至85∘之範圍內。
依本發明第61態樣可得如第49至60態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體具有磁板群組，該磁板群組係設置成使表面為N極之磁板呈螺旋狀設置於柱狀旋轉軸且與其鄰接之表面為S極之磁板呈螺旋狀設置於柱狀旋轉軸，該表面為N極之磁板寬度與該表面為S極之磁板寬度不同。
依本發明第62態樣可得如第61態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該表面為N極之磁板寬度小於該表面為S極之磁板寬度。
依本發明第63態樣可得如第58態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該環路之數目為1或2。
依本發明第64態樣可得如第60態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該夾角在75∘以上。
依本發明第65態樣可得如第56態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該厚度為5~15mm之範圍內。
依本發明第66態樣可得如第48態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該第1螺旋體及/或該第2螺旋體之構成係使以下列之式(3)所表示之該靶材利用效率達80%以上之構成：利用效率≡侵蝕部分之剖面積/靶材初始之剖面積………(3) 其中，利用效率係靶材最小厚度為初始厚度的5%時之計算值。
依本發明第67態樣可得如第66態樣之磁控管濺鍍裝置，其中令該第1螺旋體與該第2螺旋體之間隔為使該靶材利用效率達80%以上之間隔。
依本發明第68態樣可得如第67態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該間隔在11~17mm之範圍內。
依本發明第69態樣可得如第66至68態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該第1螺旋體與該第2螺旋體的板厚係使該靶材利用效率達80%以上之厚度。
依本發明第70態樣可得如第69態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該板厚在5~15mm之範圍內。
依本發明第71態樣可得如第66至70態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該第1螺旋體與該第2螺旋體之環路的數目係使該靶材利用效率達80%以上之數目。
依本發明第72態樣可得如第71態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該環路的數目在1~5之範圍內。
依本發明第73態樣可得如第66至72態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該第1螺旋體與該第2螺旋體的寬度係不同寬度，俾使靶材利用效率達80%以上。
依本發明第74態樣可得如第73態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該第1螺旋體與該第2螺旋體中，徑向外側形成N極之該螺旋體寬度較徑向外側形成S極之螺旋體的寬度為大。
依本發明第75態樣可得如第66至74態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該第1螺旋體與該第2螺旋體之延伸方向與該旋轉軸軸向的夾角，係使該靶材利用效率達80%以上之角度。
依本發明第76態樣可得如第75態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該夾角在約57∘~約84∘之範圍內。
依本發明第77態樣可得如第75態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該夾角在75∘至85∘之範圍內。
依本發明第78態樣可得如第47或48態樣之磁控管濺鍍裝置，其中包含：固持體，用以載置被處理基板；支承板，用以固持應設置成與該固持體對向之靶材；及電漿遮蔽板，設置在該固持體與該支承板之間； 且在該遮蔽板上介於該基板與該靶材間之空間內形成有狹縫，該狹縫寬度與該電漿寬度之間之差值在20mm以內。
依本發明第79態樣可得如第47或48態樣之磁控管濺鍍裝置，其中包含：固持體，用以載置被處理基板；支承板，用以固持設置成與該固持體對向之靶材；及電漿遮蔽板，設置在該固持體與該支承板之間；且在該遮蔽板上為該基板與該靶材之間之空間內形成有狹縫，該遮蔽板與靶材間之間隔在3~15mm之範圍內。
依本發明第80態樣可得如第47或48態樣之磁控管濺鍍裝置，其中具有設置成可在裝置內移動之移動磁石，藉由使該移動磁石隨著該旋轉磁石群組之旋轉而移動，以緩和在該旋轉磁石群組之某些旋轉座標產生之強磁場。
依本發明第81態樣可得如第80態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該移動磁石係設置成可在該旋轉磁石群組與該外周磁板或固定外周強磁性體之間移動。
依本發明第82態樣可得如第81態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該移動磁石具有旋轉軸，能以該旋轉軸為中心而旋轉，並朝與旋轉方向垂直之方向受到磁化，且該移動磁石係設置在該柱狀旋轉軸之端部與該外周磁板或固定外周強磁性體之間，而使該移動磁石之旋轉軸朝向垂直於該柱狀旋轉軸軸向之方向，在該旋轉磁石群組之某些旋轉座標，該旋轉磁石群組端部之極性和該固定外周磁石或固定外周強磁性體中之與該端部對向之面之極性一致時，令該移動磁石旋轉以減弱所產生之磁場。
依本發明第83態樣可得如第81態樣之磁控管濺鍍裝置，其 中將該移動磁石設置在該柱狀旋轉軸側面與該固定外周磁板或固定外周強磁性體之間，使其具有與該旋轉磁石群組旋轉軸平行之旋轉軸，並可以該旋轉軸為中心而旋轉，且朝向與旋轉方向垂直之方向受到磁化，在該旋轉磁石群組之某些旋轉座標，該旋轉磁石群組側面一部分之極性與該固定外周磁石或固定外周強磁性體之與該側面一部分對向之面之極性一致時，使該移動磁石旋轉以減弱所產生之磁場。
依本發明第84態樣可得如第81至83態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中將該移動磁石設置在該柱狀旋轉軸側面與該外周磁板或固定外周強磁性體之間，俾使其可沿著與該旋轉磁石群組旋轉軸平行之方向移動，在該旋轉磁石群組之某些旋轉座標，該旋轉磁石群組側面一部分之極性與該固定外周磁石或固定外周強磁性體之與該側面一部分對向之面的極性一致時，令該移動磁石沿著與該旋轉磁石群組旋轉軸平行之方向移動以減弱所產生之磁場。
依本發明第85態樣可得如第81至84態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該移動磁石係可任意旋轉之旋轉磁石。
依本發明第86態樣可得如第80至85態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該移動磁石的表面由非磁性體包覆。
依本發明第87態樣可得一種磁控管濺鍍裝置之磁場調整方法，係用以調整如第80至86態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置之磁場，其中具有如下步驟：在該旋轉磁石群組之某些旋轉座標，該旋轉磁石群組與該固定外周磁石或固定外周強磁性體的相互對向之面之極性一致時，令該移動磁石移動，俾使與該極性相反之極性朝向該對向之面。
依本發明第88態樣可得如第47或48態樣之磁控管濺鍍裝置，其中具有準直器，該準直器使飛散之該靶材之飛散方向一致。
依本發明第89態樣可得如第88態樣之磁控管濺鍍裝置，其 中將該準直器設置在該被處理基板與該靶材之間，俾使飛散之該靶材之飛散方向與成膜之膜的膜厚方向一致。
依本發明第90態樣可得如第89態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該準直器與該靶材鄰接而被固定。
依本發明第91態樣可得如第89態樣之磁控管濺鍍裝置，其中設置該準直器設成可配合該被處理基板之移動而移動。
依本發明第92態樣可得如第88至91態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該磁石包含：可旋轉之旋轉磁石群組，呈螺旋狀設置多數磁板於柱狀旋轉軸上；及固定外周磁板，與靶材面平行而設置於旋轉磁石群組之周邊，且朝向與靶材面垂直之方向受到磁化。
依本發明第93態樣可得如第88至92態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中構成該準直器之材料包含Ti、Ta、Al、不銹鋼至少其中之一。
依本發明第94態樣可得如第88至93態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中更具有飛散體去除機構，用以自該準直器去除附著於該準直器之該靶材材料之飛散體。
依本發明第95態樣可得如第94態樣之磁控管濺鍍裝置，其中該飛散體去除機構係藉由對該準直器施加電壓，以去除附著之該靶材材料之飛散體之機構。
依本發明第96態樣可得一種靶材排列裝置，其為設於如第47或48態樣之磁控管濺鍍裝置內，以使飛散之該靶材飛散方向一致的磁控管濺鍍裝置之靶材排列裝置，其特徵在於：具有準直器，該準直器使飛散之該靶材之飛散方向一致。
依本發明第97態樣可得如第96態樣之靶材排列裝置，其中構成該準直器之材料至少包含Ti、Ta、Al及不銹鋼至少其中之一。
依本發明第98態樣可得如第97態樣之靶材排列裝置，其中更具有靶材去除機構，用以自該準直器去除附著於該準直器之該 靶材。
依本發明第99態樣可得如第98態樣之靶材排列裝置，其中該靶材去除機構係藉由對該準直器施加電壓，以去除附著之該靶材之機構。
依本發明第100態樣可得如第44至86、88至99態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體與該固定外周體可沿與靶材表面垂直之方向移動。
依本發明第101態樣可得如第44至86、88至100態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該旋轉磁石體與該固定外周體係設置在藉由靶材及貼附有靶材之支承板以及自支承板周邊連續設置之壁面所圍繞之空間內，且該空間可減壓。
依本發明第102態樣可得如第44至86、88至101態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中該靶材係安裝於該支承板，該支承板厚度薄於該靶材之初始厚度。
依本發明第103態樣可得如第40至86、88至102態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，其中具有沿交叉於該柱狀旋轉軸軸向之方向使該被處理基板相對移動之機構。
依本發明第104態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，平行於該柱狀旋轉軸軸向設有多數之如第40至86、88至102態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，並具有沿交叉於該柱狀旋轉軸軸向之方向使該被處理基板相對移動之機構。
依本發明第105態樣可得一種磁控管濺鍍裝置，平行於該柱狀旋轉軸軸向設有多數之如第40至86、88至102態樣中任一者之靶材材料不同之磁控管濺鍍裝置，並具有沿交叉於該柱狀旋轉軸軸向之方向使該被處理基板相對移動之機構。
依本發明第106態樣可得一種磁控管濺鍍方法，使用如第1至86、88至105態樣中任一者之磁控管濺鍍裝置，一面使該柱狀旋轉軸旋轉，一面使該靶材材料成膜於被處理基板上。
依本發明第107態樣可得一種電子裝置製造方法，包含使用 如第106態樣之濺鍍方法以濺鍍成膜於被處理基板上之步驟。
依本發明第108態樣可得一種磁性記錄裝置之製造方法，包含使用如第106態樣之濺鍍方法以濺鍍成膜於被處理基板上之步驟。
依本發明第109態樣可得一種製品，具有藉由如第106態樣之磁控管濺鍍方法所形成之薄膜。
依本發明可實現一磁控管濺鍍裝置，可提昇成膜速度並防止靶材之局部性磨耗以實現均一之消耗，藉此使靶材壽命長，同時具有不造成旋轉裝置或柱狀旋轉軸過大之負擔，裝置壽命長之磁石旋轉機構。
 實施發明之最佳形態
以下使用圖式說明本發明實施形態。
第1實施形態
參照圖示詳細說明本發明第1實施形態。
圖1係說明依本發明之磁控管濺鍍裝置(迴轉式磁控濺鍍裝置)第1實施形態構成之剖面圖。
圖1中，1係靶材，2係柱狀旋轉軸，3係呈螺旋狀配置於旋轉軸2表面之多數螺旋狀磁板群組，4係配置於外周之固定外周磁板，5係配置於與靶材相反之一側並與固定外周磁板4相對之外周順磁性體，6係黏接靶材1之支承板，15係具有將柱狀旋轉軸2及螺旋狀磁板群組3就該靶材1側以外之部分加以包覆之構造之磁性體，8係冷媒通過之通路，9係絕緣材，10係被處理基板，19係設置被處理基板之設置台，11係處理室內空間，12係饋電線，13係與處理室電性連接之外殼，14係形成處理室之外壁，16係電性連接並設置於外壁14之電漿遮蔽構件，17係耐電漿性優異之絕緣材，及18係設於電漿遮蔽構件17上之狹縫。
饋電線12連接DC電源、RF電源及匹配器。藉由此DC電源及RF電源，將電漿激發電力透過匹配器更透過饋電線12及殼體供給至支承板6及靶材1，以激發電漿於靶材表面。亦可僅以DC電力或是RF電力激發電漿。其構造可依成膜成分或成膜條件之要求選擇激發方式或電力量，因施加RF電力會使電漿密度大幅上昇，於欲增大成膜時照射被處理基板10之離子照射量時僅施加RF電力，更欲增大成膜速率時則同時施加RF電力與DC電力，另一方面，欲減少離子照射量時則僅以DC電力激發電漿等。且使用絕緣體之靶材1時則以RF電力激發電漿。RF電力頻率通常雖係自數100kHz至數100MHz之間所選出，但考慮到電漿之高密度低電子溫度化之點，宜使用高頻率。本實施形態中為13.56MHz。
遮蔽構件16亦用作為針對RF電力之接地板，一旦有此接地板，被處理基板10即使處於電浮接狀態亦可高效率地激發電漿。磁性體15具有因磁石而產生之磁場磁屏蔽效果及減少靶材附近之攪動導致磁場變動之效果。
為更詳細說明磁石部分，顯示柱狀旋轉軸2、多數螺旋狀磁板群組3、固定外周磁板4之立體圖於圖2。在此，多數螺旋狀磁板群組3構成隨柱狀旋轉軸2之旋轉而旋轉之旋轉磁石群組。
通常的不銹鋼等雖可作為柱狀旋轉軸2之材質，但宜以磁阻低之磁性體，例如Ni-Fe系高磁導率合金或Fe系之材質構成其一部份或全部。同時為實現更有效率地使靶材表面上磁通密度強，飽和磁通密度亦宜大。本實施形態中使用係構造用滾軋鋼材，且主成分係Fe之SS400(磁導率100以上，飽和磁通密度2T)構成柱狀旋轉軸2。柱狀旋轉軸2可藉由未圖示之齒輪單元及馬達旋轉。
柱狀旋轉軸2其剖面為正16角形，一邊長度為16.7mm。將多數菱形磁板分別安裝於各面，構成多數螺旋狀磁板群組3。此柱狀旋轉軸2為於外周安裝有磁石之構造，並為易於加粗且對施加於磁石之磁力所導致之扭曲具有強固承受力之構造。
為穩定產生強力之磁場，宜使用殘餘磁通密度、矯頑磁力、能量乘積高之磁石構成螺旋狀磁板群組3之各磁板，例如殘餘磁通密度約1.1T之Sm-Co系燒結磁石，殘餘磁通密度有約1.3T之Nd-Fe-B系燒結磁石等則更為適合。本實施形態中係使用Nd-Fe-B系燒結磁石。
螺旋狀磁板群組3的各磁板沿其板面的垂直方向受到磁化，呈螺旋狀貼附於柱狀旋轉軸2以形成多數螺旋，並且沿柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋彼此於該柱狀旋轉軸徑向外側形成相互不同之磁極，亦即N極與S極。
自靶材1觀察，固定外周磁板4為包圍螺旋狀磁板群組3所構成之旋轉磁石群組之構造，將靶材1之一側磁化為S極。關於固定外周磁板4，亦因與螺旋狀磁板群組3各磁板相同之理由使用Nd-Fe-B系燒結磁石。
又，為防止靶材溫度上昇使冷媒流通於通路8中以冷卻之。加上此或亦可不加上此而代之，設置冷卻機構於位在靠近支承板6兩端之上方並係旋轉磁石3下之兩側之空間部。再加上藉由使例如支承板加靶材之上下兩空間(已減壓)之壓力幾乎相等，可使支承板6薄於靶材1之初始厚度，為靶材初始厚度之30%以下則更佳。
其次使用圖3詳細說明關於本實施形態中之侵蝕形成。如上述，藉由配置多數磁板於柱狀旋轉軸2上以構成螺旋狀磁板群組3時，係配置成自靶材側觀察螺旋狀磁板群組3，磁板N極周圍似乎由其他磁板之S極所圍繞。圖3係其概念圖。於如此構成下，自磁板3之N極產生之磁力線係終止於周邊之S極。其結果使多數封閉之水平磁場區域(電漿環路)301形成在某程度遠離磁板面之靶材面上。且藉由使柱狀旋轉軸2旋轉，多數電漿環路301隨旋轉移動。圖3中，電漿環路301朝箭頭所示之方向移動。又，電漿環路301依序自旋轉磁石群組3之端部中端部之一方產生，並依序於另一方之端部消滅。
又，本實施形態中柱狀旋轉軸2之剖面係正16角形，且磁板分別貼附於各面，但為實現更為滑順之螺旋形狀，可使其剖面為數目更多之正多角形(例如正32角形)並貼附細小之磁板，或是亦可在僅限於使水平磁場環路形成於靶材表面之情形下，為削減成本使其為數目少之多角形(例如正八角形)。並且或是亦可為使形成螺旋之相鄰之磁板彼此靠近，使磁板剖面不為長方形而為旋轉軸徑向外側之一邊大之梯形。
其次使用圖4說明變更柱狀旋轉軸2為磁性體造成之效果。
圖4之縱軸及橫軸分別顯示電漿環路301之水平磁場強度及柱狀旋轉軸2之比磁導率，顯示水平磁場強度之柱狀旋轉軸2之比磁導率相依性。圖4中係標準化在比磁導率為1之情形下。由圖4可知，隨柱狀旋轉軸2之比磁導率上昇水平磁場強度亦告增加，特別是若比磁導率為100以上即可得約60%之磁場強度增強。此係由於形成螺旋之磁板之旋轉柱狀軸側之磁阻降低，可高效率地朝靶材側產生磁力線。藉此提昇激發電漿時之封閉效果，電漿之電子溫度下降，對被處理基板之損害減低，並可藉由電漿密度上昇提昇成膜速度。
且已知如圖5所示，設置固定外周順磁性體5於固定外周磁板4下時與未設置時相比，水平磁場強度約增強10%，且關於使固定外周順磁性體5之一部分延長至鄰接柱狀旋轉軸2之部分，透過磁性流體鄰接柱狀旋轉軸2之磁性體部分，以在旋轉磁石群組與固定外周磁板之間形成磁阻低之磁迴路時則會增強水平磁場強度約30%並提昇成膜性能。
為抑制裝置大型化時發生變形並使其以小扭矩旋轉，柱狀旋轉軸2宜輕而為中空構造。在此檢討薄至何種程度亦可保持磁迴路形成效果。
已調查磁性體厚度與磁性體內產生之最大磁通密度關係於圖10。螺旋狀磁石(Ne-Fe-B系磁石)之殘餘磁通密度為1.3T，磁性體(SS400)之磁導率為100，飽和磁通密度為2T。
使厚度自1mm起變化至10mm為止。如自圖中所知，已知磁性體厚度為自1mm至2mm為止之區域中，磁性體內之磁場幾乎飽和，未顯現磁迴路形成效果。並已知厚度達4mm後磁性體內最大磁通密度即為最大飽和磁通密度之65%，約1.3T，開始出現磁迴路形成效果。且厚度一旦為6mm，磁性體內部所有區域之磁通密度即為該磁性體飽和磁通密度之60%以下，為1.2T以下，小於磁石之殘餘磁通密度。已知此時靶材表面之水平磁場超過500高斯，且即使增厚厚度效果亦不變。藉由使磁性體厚度為6mm可同時實現輕量化與形成磁迴路。
本實施例中，形成8個螺旋而為螺旋磁石構造，並且沿柱狀旋轉軸2軸向相鄰之螺旋彼此於該柱狀旋轉軸徑向外側形成相互不同之磁極，亦即N極與S極。亦即具備4個徑向外側為N極之螺旋磁板群組、4個徑向外側為S極之螺旋磁板群組。雖為形成於徑向外側相互不同之磁極，亦即N極與S極，最少需2個螺旋，但本實施例中藉由具備8個之螺旋構造，以垂直於柱狀旋轉軸之軸之視線觀察柱狀旋轉軸及螺旋磁板群組時，形成螺旋之磁石列方向與該柱狀旋轉軸之軸向的夾角中為銳角者之角度(以下稱螺旋角度)為41∘，實現具有陡峭傾斜之螺旋構造。
於圖11顯示有螺旋磁石群組螺旋個數與對應此之螺旋角度及封閉之電漿環路上之最大水平磁場與最小水平磁場。螺旋磁石厚度為12mm，於圖11之1101所示之實質上之寬度為11mm。已知螺旋個數增加螺旋角度即減少，同時最大水平磁場增大。並已知一旦如本實施例使用8個之螺旋構造，螺旋角度即為41∘，同時電漿環路上之最大水平磁場會超過500高斯。如此可知一旦決定磁石厚度與寬度即可藉由增加螺旋個數以減小螺旋角度高效率地產生水平磁場。已知螺旋角度宜為30∘至70∘，35∘至50∘則更佳，如此之效果在此之間最為顯著。
自以上可知侵蝕區域301之水平磁場亦即與靶材面平行之磁場強度超過500高斯，可得封閉電漿所需充分之強度。
雖然為形成高密度電漿封閉環路需設置固定磁石於旋轉磁石周邊，但為使裝置長期穩定運轉，需同時減小因固定磁石而產生於柱狀旋轉軸2之力與扭矩。
雖然例如圖8(b)所示，使多數條磁板呈螺旋狀排列之柱狀旋轉軸排列對擴大侵蝕區域，擴大被處理基板成膜面積以提昇處理量有所助益，但為形成封閉之高密度電漿環路，需使相鄰之旋轉軸彼此、同極之磁石靠近。因此會增大產生於柱狀旋轉軸之排斥力及扭矩，不適於減少此等者之目的。
本實施例如圖8(a)所示，由於使極性不同之螺旋構造交互排列，並使固定於周邊之磁石全部沿垂直方向朝同一方向磁化，因此自周邊磁石觀察即知由於旋轉磁石群組之N極與S極交互靠近，排斥力與吸引力互相抵銷，實質上為僅以旋轉軸兩端部分決定力與扭矩之構造。調查施於本實施例之柱狀旋轉軸之力與扭矩即知該力中朝垂直方向為220N，朝橫向(旋轉方向)為60N。且旋轉扭矩為0.75 (N‧m)。比較習知裝置之典型例可知兩者數值大幅減小。因此可以小型馬達輕易旋轉柱狀旋轉軸2。
於圖6顯示於使柱狀旋轉軸2旋轉之狀態激發電漿之狀況。顯示靶材表面上電漿之時間變化照片於圖6∘電漿激發條件係每分鐘導入1000cc氬氣，並導入13.56MHz之RF電力800W。以1Hz使柱狀旋轉軸2旋轉。至約5Hz為止可旋轉並穩定激發電漿。如自圖6左側照片(自上而下顯示時間變化之狀況)可知，電漿環路601(侵蝕環路)自旋轉軸左端穩定產生，隨旋轉移動，如自圖6右側照片(自上而下顯示時間變化之狀況)可知，其自旋轉軸右端穩定消滅。且於圖7係以照片顯示長時間放電後靶材之消耗狀態。自圖可知靶材1表面之消耗非局部性而係均一者。
另一方面，若使支承板6減薄，靶材1表面之水平磁場強度會因靶材1與磁石接近而更為增大。水平磁場強度若增大電漿之封閉會獲得改善，會改善成膜速率或電漿激發效率為更快。為此可使空間20減壓，使支承板6薄於靶材1之初始厚度，藉此實現 更提昇成膜速率。
且因均一消耗靶材1，配合靶材1之消耗沿垂直方向移動磁石，因此可於任何時間在靶材表面上之所有位置形成再現性佳強度相等之水平磁場，提昇長期連續運轉時之之膜再現性。
第2實施形態
參照圖12詳細說明本發明第2實施形態。又，與前述實施形態重複之部分則省略其說明。依本發明之磁控管濺鍍裝置螺旋個數為2個。已知圖11中螺旋個數為2個時最大水平磁場與最小水平磁場差小。環路上之磁場若均一，環路上之電漿密度亦會均一，因旋轉磁石造成之靶材1消耗之均一化效果會更獲得提昇。此係由於周邊之固定磁石與螺旋磁石方向更接近垂直。此時螺旋角度為79∘。已知為獲得如此之均一化效果，螺旋角度宜在自70∘至88∘之間之範圍內，若在自75∘至85∘之間之範圍內則更為理想。惟如自圖11亦可知者，已知磁石厚度相同及實質上磁石寬度相同時螺旋個數減少最大磁場數值即減少。此會招致電漿密度降低，進而導致成膜速率減小，裝置處理量降低。因此本實施例中係使磁石厚度自12mm增厚至20mm，以增大靶材表面之水平磁場強度。其結果使環路上之最大水平磁場為654高斯，最小水平磁場為510高斯，實現於所有環路上超過500高斯之水平磁場分布。此時水平磁場最小值為最大值之百分之78，可確保螺旋為8個時難以實現之均一性。
本實施例中係將如顯示於圖12之1201之可任意旋轉之磁石設置於磁性體外殼與旋轉磁石之間。此磁石1201係可以軸心1202為中心任意旋轉。因此，若使螺旋磁石旋轉，磁石1201即會經常任意移動而與柱狀旋轉軸產生引力。藉此成為具有防止軸心因重力導致變形之效果且即使長條化亦難以變形之構造。
且本實施例中係將被處理基板與靶材表面之間之距離設定為25mm。圖13顯示自靶材表面起算之距離與水平磁場之關係。橫軸負側係磁石側，正側係被處理基板側。本實施例中之濺鍍成膜 法因成膜均一性優異且產生500高斯以上之強磁場於靶材表面，因此僅於靶材表面附近激發電漿。自圖13可知若靶材表面與被處理基板離開25mm，該位置之磁場強度會低於100高斯而為靶材表面磁場強度之5分之1以下，因此對激發電漿幾乎不造成影響。藉此可知靶材與被處理基板之間之距離宜為30mm以下，20mm以下則更佳，即使接近至此，亦可藉由使磁石旋轉均一成膜。且亦可藉由設法改善磁石構造使基板表面之磁場為20高斯以下。如此藉由使被處理基板接近靶材表面，自靶材飛出之成膜粒子幾乎不附著於處理室壁或遮蔽構件而附著於被處理基板。藉此實現靶材利用效率高之成膜。
第3實施形態
參照以下圖示詳細說明本發明第3實施形態。又，與前述實施形態重複之部分，則省略其說明。如圖9所示，依本發明之磁控管濺鍍裝置特別適合作為來回移動型成膜裝置使用。
圖9中，401係處理室，402係間閥，403係被處理基板，404係於第3實施例所示之迴轉式磁控電漿激發部。惟第1實施形態中螺旋部分軸向長度雖為307mm，但於本實施例則為270mm。電漿激發電力頻率為13.56MHz。自電漿高密度化‧低電子溫度化之觀點而言宜採高頻率例如約100MHz，而電漿激發部約為2.7m，另一方面100MHz之波長為3m。若如此激發部與波長大致相同，即會激發出駐波，會有電漿不均一之虞。頻率若為13.56MHz波長即為22.1m，因此電漿激發部之長度充分短於波長，電漿不因駐波之影響導致不均一。
本實施形態中係使用4條迴轉式磁控電漿激發部404。藉此實質上可提高成膜速率。激發部條數不限定為4條。被處理基板403為2.2m×2.5m之玻璃基板，本實施例中係設置成縱方向為2.5m，基板相對於迴轉式磁控電漿激發部之柱狀旋轉軸沿垂直方向來回運動，使被處理基板上實質上可均一成膜。為均一成膜，可設定被處理基板403不來回運動而朝一方向通過，亦可使用使迴轉式 磁控電漿激發部404移動之方法。本實施例中，藉由使被處理基板403來回運動，連續使基板一部分暴露於因迴轉式磁控電漿激發部所激發之電漿區域，可使薄膜均一成膜。藉由使旋轉磁體旋轉速度旋轉一次之時間快於基板通過時間可使均一成膜不受每一瞬間之侵蝕圖案影響。典型的情況，基板通過速度為60秒/片，旋轉磁體旋轉速度為10Hz。又，本實施例中雖係使被處理基板來回運動，但亦可以僅通過一次1條或是多數條迴轉式磁控電漿激發部即成膜之通過成膜型裝置構成裝置。
第4實施形態
參照圖15詳細說明本發明第4實施形態。又，與前述實施形態重複之部分則省略其說明。依本發明之磁控管濺鍍裝置中係將用以對支承板6及靶材1供給電漿激發電力之供電點分為多數。
首先簡單說明關於習知構造亦即一供電點時之問題點。
磁控管濺鍍裝置中隨被處理基板大型化，旋轉磁石旋轉軸長度亦增大。例如若其係處理2.88m×3.08m之大型玻璃基板之裝置，即需具有3.2m之旋轉軸長度之濺鍍裝置。靶材長度亦伴隨此而具有同等長度。此導致其具有一問題，即成為如此之長度後，其會與高頻電力波長約同等，因此若自例如中央之一點供電以激發電漿即會激發駐波而導致電漿不均一。且尚有一問題點，即因自電漿流出之電流大，沿軸向流動之電流大，因此因電感效果於該處會產生非有意造成之電壓而使均一性崩潰。
其次說明關於供電點分為多數之磁控管濺鍍裝置。
於圖15顯示依本發明之磁控管濺鍍裝置略圖。2係旋轉磁石群組(柱狀旋轉軸)，1係靶材，6係支承板，15a係包圍旋轉磁石群組2並以支承板電性連接之金屬製板，12a係產生激發電漿之高頻電力之電源，12b係用以對靶材施加高頻電力之供電點。圖中圖15 (a)係垂直於旋轉軸之面之剖面圖，圖15(b)係自橫側觀察旋轉軸之圖(圖15 (b)之X方向箭視圖)。其係處理約3m見方之基板之裝置，因此靶材之軸向長度較其長度長，為3.2m。
高頻電力頻率為13.56MHz。下述代表性電力頻率與其於真空中之半波長並顯示其10分之1之數值於表1。
13.56MHz之於真空中之半波長為11.1m。透過厚數mm之空間電荷層亦即鞘層激發電漿於其與靶材表面之間。亦即鞘層存在於電漿與靶材之間。
電漿係良導體，因此藉由電漿與靶材沿軸向形成有並行平板線路。電磁波傳播於並行平板線路中時其波長與真空波長相同。波長與頻率呈反比，13.56MHz時其半波長為11.1m，相對於靶材長度3.2m係無法忽視之數值。
且若為提昇成膜速率或減低損害而欲進行有效之電漿高密度化‧低電子溫度化時則頻率高者有利，使用約100MHz之電力亦係有效。
此時真空半波長為1.5m，已較3.2之靶材長度短。如此波長與靶材長度同等並於某一點供電即會產生駐波模式而導致激發電漿不均一。
同時寄生電感必存在於靶材，若以L為每單位長度之寄生電感，即會產生2πf×L之阻抗，數~數十安培之大電流I一旦自電漿朝靶材之軸向流出即會產生2πf×L×I之電壓，特別是亦會產生電力無法自供電點到達遠方位置之問題。
此效果亦因阻抗與頻率呈一比例，因此頻率愈為上升愈發顯著。
發明人等發現，為抑制如此之效果，藉由將供電點分為多數個，使其間距為真空中波長之1/10以下，可使自供電點無過遠之 位置，並減少流入一供電點之電流值，亦即減少朝靶材之軸向流動之電流，藉此可確保均一性。
本實施例中使用13.56MHz之高頻電力，其真空半波長之1/10為1.11m，因此以小於此之0.8m間隔設置供電點3點。藉此可在不損及電漿均一性及成膜均一性之情形下朝3m見方等級之大型基板使其成膜。又，本實施例中雖係僅以3.56MHz之高頻電力激發電漿，但亦可疊加DC電力於其中或是疊加另一頻率之電力等，不確定為此頻率。
第5實施形態
參照圖16詳細說明本發明第5實施形態。又，與前述實施形態重複之部分，則省略其說明。依本發明之磁控管濺鍍裝置中，於搭載被處理基板10之設置台19內部，亦即被處理基板10之與靶材1相反之一側，作為產生磁場之機構設有磁石19a。
於圖15顯示本發明實施例之2係旋轉磁石群組(柱狀旋轉軸)，10係被處理基板，19係設於被處理基板10之與靶材1相反之一側，載置被處理基板10之載置台，19a係作為設置於設置台19內之產生磁場之機構之平台內磁石。由於無此設置於設置台19內之磁石時，自對應因螺旋旋轉磁石形成之於圖3所示之電漿環路中環路內部之螺旋磁石，亦即N極磁石產生之磁力線會到達被處理基板10，因此同時亦沿磁力線輸送電漿而導致成膜中發生電漿損害。若使平台內磁石19a朝靶材1側形成N極，即可使此磁力線不到達被處理基板10而朝橫向散逸。藉此可使電漿不到達被處理基板10而成膜，特別是於成膜初期可不對被處理基板10造成損害而成膜。又，雖已於本實施例中，為使自對應電漿環路內部之螺旋磁石，亦即N極磁石產生之磁力線不到達被處理基板10而使平台內磁石亦朝靶材側形成N極，但根據螺旋磁石之設計有時環路與環路之間之來自磁石之磁力線亦會到達被處理基板10。因此適當變更平台內磁石19a之極性即可。且本實施例中雖已將平台內磁石19a設置於設置台19內，但不限於此，可在靶材1下 方，甚至通過之設置台19之下方，設置固定之磁石，並亦可藉由電流產生磁場。
第6實施形態
參照圖17~圖37詳細說明本發明第6實施形態。又，與前述實施形態重複之部分，則省略其說明。依本發明之磁控管濺鍍裝置中，第1實施形態之旋轉磁石之磁石構造，係使藉由取決於該水平磁場所捕捉之電子之拉莫半徑及磁場之曲率半徑的靶材消耗分布所決定之靶材利用效率為80%以上。
又，因磁控管濺鍍裝置之構造與圖1相同故省略其說明。
如以圖7所示，與習知濺鍍裝置相較，第1實施形態中磁控管濺鍍裝置內靶材之局部性消耗已獲得戲劇性之改善。
然而，沿靶材之旋轉軸向，亦即電漿環路之前進方向侵蝕亦即消耗分布雖均一，但沿與旋轉軸向(電漿環路之前進方向)呈直角之方向則可觀察到若干靶材消耗分布之偏倚。亦即如自圖18之實測值所見，於靶材兩端部(電漿環路之端部)之消耗多於中央部。
本案發明人等為探索如此靶材表面消耗分布與裝置構造之因果關係，考察如下：本案發明人等首先注意到由磁場所捕捉之電子之拉莫半徑。
如圖17所示，所謂由磁場所捕捉之電子之拉莫半徑rc 係運動於磁場中之帶電粒子受到勞侖茲力而進行圓運動時之半徑，而形成有完全軸對稱之圓形之水平磁場環路時，於侵蝕半值寬度與拉莫半徑之間具有下列關係。
(W/2)2 =R2 -(R-rc )2 ………方程式a
W：侵蝕半值寬度
R：水平磁場曲率半徑
rc ：拉莫半徑
在此水平磁場之曲率半徑相對於拉莫半徑充分夠大時方程式a可如以下近似之。
另一方面，拉莫半徑可以以下方程式表現。
me ：電子質量
v⊥ ：電子速度垂直於磁場之分量
e：基本電荷
B：磁通密度
且雖自靶材產生之次級電子會因鞘層之電場而與水平磁場垂直加速，但垂直磁場分量於侵蝕區域小，因此鞘層電場幾乎與磁場直交。
因此以下方程式成立。
VDC ：自偏電壓(相對於接地，在靶材1所產生之直流電壓)
將方程式d代入方程式c即知以下方程式成立。
使自偏電壓VDC 與磁通密度B變化時拉莫半徑如表2。又，顯示此時之侵蝕半值寬度W於表3。表3係磁場之曲率半徑R為20mm之情形與為10mm之情形者。
[表2]
而如圖6之電漿環路形狀所示，依本發明之磁控管濺鍍裝置中水平磁場環路非完全軸對稱之圓形。因此依環路內位置水平磁場(亦即拉莫半徑)及磁場曲率會發生變化。
因此侵蝕半值寬度亦會依環路內位置變化。
雖然依本發明之磁控管濺鍍裝置中無論於水平磁場環路內任何位置電漿密度是否皆係一定非不證自明者，但本案發明人等假設無論於環路內任何位置電漿密度皆一定，使磁石旋轉以變化相位，分別就各種情形計算侵蝕半值寬度，求取相位平均以計算靶材之侵蝕分布。又，如圖18所示，將此計算值與實際侵蝕分布(實測值)相比，已清楚得知兩者非常一致。亦即已知若使用依本發明之磁控管濺鍍裝置中，形成有完全軸對稱之圓形水平磁場環路時之方程式並如上述計算之，即可計算侵蝕分布。
亦即已知自磁場曲率半徑R與電子之拉莫半徑rc (由自偏電壓VDC 與磁通密度B決定)可計算靶材之消耗分布。
因此藉由選擇依本發明之磁控管濺鍍裝置之裝置各部分構造可計算靶材消耗分布，使靶材消耗分布均一化，亦即提昇靶材使用效率。藉此即可藉由本發明實現自以往絕不可能之80%以上之靶材使用效率。
亦即，可得具有一磁石構造之磁控管濺鍍裝置，該磁石構造之特徵在於：藉由取決於由產生之自偏電壓所定出之拉莫半徑與磁場曲率半徑的靶材消耗分布，所決定之靶材利用效率為80%以上。
其次參照圖示說明關於根據上述計算靶材消耗分布之最佳化，亦即均一化之方法。
本案發明人為最佳化靶材消耗分布，注意到磁控管濺鍍裝置之參數，特別是螺旋狀磁板群組3之形狀，嘗試進行根據上述計算靶材消耗分布之最佳化。
首先定義應為最佳化指標之利用效率。
如前述，驅動磁控管濺鍍裝置後，藉由電漿活性化靶材1並使其融解、飛散，自圖21 (a)之狀態消耗為圖21 (b)之狀態。
此時消耗最深部分之殘餘厚度1b為使用前之初始厚度1a之5%，於此情形下，就靶材壽命結束而需更換者而言，於旋轉磁石群組之旋轉軸充分長之情形，以如下方程式定義利用效率。
利用效率≡消耗部分之(與軸向垂直之面之)剖面積/初始剖面積………方程式(f)
根據方程式(f)，本案發明人等如以下所示，變化螺旋狀磁板群組3之形狀以計算靶材消耗分布及利用效率。
首先參照圖19及圖20說明關於計算靶材消耗分布及利用效率時注意到之螺旋狀磁板群組3之形狀參數。
如圖19所示，螺旋狀磁板群組3具有纏繞柱狀旋轉軸2之形狀，相鄰之螺旋狀磁板群組3恰相隔間隔s。
且螺旋狀磁板群組3之延伸方向相對於柱狀旋轉軸2之旋轉軸傾斜，在此以α為互相構成之角之銳角分量。
又，若在未變更磁石寬度Wn、Ws之情形下增加螺旋狀磁板群組3之數量(環路的數目m)，如圖27所示螺旋狀磁板群組3之相對於旋轉軸之角度α即會變小。決定旋轉磁石直徑Da、磁石寬度Wn、Ws、磁石間隔s、環路的數目m後，角度α即自動被決定。
且如圖19所示，於柱狀旋轉軸2之徑向外側，相鄰之螺旋狀磁板群組3彼此中，形成有係相互不同之磁極之N極與S極，螺旋狀磁板群組3具有一定之寬度Wn、Ws。
圖19中，以Wn為形成N極於柱狀旋轉軸2徑向外側之螺旋狀磁板群組3寬度，以Ws為形成S極於柱狀旋轉軸2徑向外側之螺旋狀磁板群組3寬度。
且如圖20所示，螺旋狀磁板群組3(沿柱狀旋轉軸2之徑向)具有厚度tm。
其次根據上述之參數說明關於進行消耗分布最佳化之結果。
首先本案發明人等注意到如圖19所示之螺旋狀磁板群組3之磁石間隔s。
變化螺旋狀磁板群組3磁石間隔s為8mm~17mm，計算靶材消耗分布以計算利用效率。
螺旋狀磁板群組3之環路的數目為1，磁石直徑Da為 150mm，磁石寬度Wn-Ws為14mm，磁石厚度tm為12mm。顯示磁石間隔為8mm、12mm、17mm之情形於圖22，顯示磁石間隔s與消耗分布之關係於圖23，顯示磁石間隔與利用效率及水平磁場之關係於圖24。
如圖24所示，已知磁石間隔s為11mm以上時利用效率穩定超過80%，磁石間隔s為12mm時利用效率最為優異。
且已知水平磁場強度隨磁石間隔s變大而增大。
其次本案發明人注意到如圖20所示之螺旋狀磁板群組3之板厚tm。
變化螺旋狀磁板群組3板厚tm為5~15mm，計算靶材消耗分布以計算利用效率。
柱狀旋轉磁石直徑為150mm，磁石寬度為14mm，磁石間隔為12mm。
顯示此時板厚tm與消耗分布之關係於圖25，顯示板厚與利用效率及磁場強度之關係於圖26。
如圖26所示，已知板厚tm為5~15mm時利用效率超過80%，而板厚tm為9~12mm時則利用效率超過85%，於此範圍內可得之利用效率最高。
其次本案發明人注意到圖19所示之螺旋狀磁板群組3之環路的數目m。
變化螺旋狀磁板群組3之環路的數目m為1~5，計算靶材消耗分布並計算利用效率。
柱狀旋轉磁石直徑為150mm，磁石寬度為14mm，磁石間隔為12mm。
顯示此時各環路的數目m與角度α之關係於圖27，顯示環路的數目m與消耗分布之關係於圖28，顯示環路的數目m與利用效率及磁場強度之關係於圖29。
如圖29所示，已知雖然利用效率無論環路的數目m為何時皆超過80%，但環路的數目m增加即會使利用效率傾向於下降。
且已知利用效率最高之環路的數目m為2，環路宜為1層或2層。且已知角度α與利用效率及磁場強度之關係如圖30所示，角度約57∘~約84∘時效率超過80%，特別是宜為75∘至85∘。傾斜角度之所以宜接近90∘係由於此時相對於靶材電漿環路更可均一移動。習知磁控管濺鍍裝置中傾斜角度為49∘。吾人認為習知磁控管濺鍍裝置之靶材使用效率約為50%之理由係在於此。
其次本案發明人注意到圖19所示螺旋狀磁板群組3中N極面向表面之磁石寬度Wn與S極面向表面之磁石寬度Ws。
具體而言，固定S極面向表面之磁石寬度Ws為14mm，使N極面向表面之磁石寬度Wn為14mm與18mm，計算靶材消耗分布以計算利用效率。磁石直徑為150mm，磁石間隔為12mm。
顯示使Ws為18mm以使S磁石寬度大於N磁石寬度，欲在幾乎不變化環路形狀之情形下僅增強水平磁場時自靶材側觀察之圖於圖31，顯示S磁石寬度與消耗分布之關係於圖32，顯示利用效率及水平磁場強度之關係於圖33。
如圖32及圖33所示，Ws為18mm時水平磁場500高斯以上，削減寬度12cm，實現利用效率為87.6%。由此可知S磁石寬度宜大於N磁石寬度。
其次檢討關於磁石之大型化。分別顯示變化磁石直徑為94mm(此時電漿環路寬度為76mm，磁場超過500G之寬度為42mm)、150mm、260mm(此時電漿環路寬度為118mm，磁場超過500G之寬度為50mm)時之侵蝕分布於圖34，顯示與電漿環路寬度及侵蝕寬度之關係於圖35。又，環路為一層。如圖35所示，已知即使增加磁石直徑，侵蝕寬度亦不大會擴大，宜使用約150mm並排列多數台者。特別是為高速成膜於大型基板，宜排列多數台，亦即沿基板移動方向排列多數條旋轉式磁控電漿激發部，俾使旋轉軸直交於基板移動方向。
又，用以使利用效率達80%之參數不限定於上述，可選擇各種參數。惟已知關於自偏電壓，雖已嘗試自100V變化至約700V， 但對靶材使用效率影響不大。因此，磁石構造各參數較為重要。
如此已知依第6實施形態自磁場曲率半徑與電子拉莫半徑模擬靶材消耗分布，藉由調整螺旋狀磁板群組3之磁石間隔s、螺旋狀磁板群組3之環路的數目m、磁石板厚tm、N極面向表面之磁石寬度Wn與S極面向表面之磁石寬度Ws之差值、旋轉磁石直徑等參數，可使靶材利用效率達80%以上。
其次檢討關於可不浪費靶材材料而使用之，並提昇材料使用效率之方法。參照圖36即知自靶材1飛出之材料粒子之一部分會附著於電漿遮蔽構件16。若以附著於基板10之材料粒子總數除自靶材1飛出之材料粒子總數之數值為附著效率，材料使用效率即可以靶材使用效率與附著效率之乘積表示。因此為提昇材料使用效率需如上所述增加靶材使用效率並增大附著效率。為此如圖37所示，宜使狹縫18之寬度接近電漿寬度，使寬度差值在20mm以內，10mm以內則更佳。並已知應使狹縫18，亦即是電漿遮蔽構件16盡量接近靶材(兩者之距離宜為15~3mm)。
表4顯示各參數與材料使用效率之關係。為提昇材料使用效率，如上所述，需提昇靶材使用效率，增大電漿寬度，使狹縫寬度接近電漿寬度，使狹縫與靶材盡量接近。
又，磁石尺寸、基板尺寸等不限定於上述例。且上述例中雖 以S極為周邊固定磁石之表面磁極，但亦可為N極。此時宜使螺旋狀磁板寬度中N極者大於S極。
且第6實施形態中與第1實施形態相同，螺旋狀磁板群組3各磁板沿著垂直於其板面的方向受到磁化，呈螺旋狀貼附於柱狀旋轉軸2以形成多數螺旋，並且沿柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋彼此於該柱狀旋轉軸徑向外側形成相互不同之磁極，亦即N極與S極。
且第6實施形態中自靶材1觀察，固定外周磁板4為包圍螺旋狀磁板群組3所構成之旋轉磁石群組之構造，將靶材1之一側磁化為S極。
惟固定外周磁板4若為強磁性體，即不一定非得要預先受到磁化不可。
且螺旋狀磁板群組3各磁板中，相鄰之螺旋中之一者(第1螺旋體)若亦預先受到磁化，則另一者(第2螺旋體)亦可係未受到磁化之強磁性體。
即使係如此之構造，亦由於預先受到磁化之螺旋體會磁化其他之強磁性體，因此可得如呈環路狀包圍表面N極(或S極)之環路狀平面磁場，可得與習知者相同之環路狀電漿。
第7實施形態
參照圖38~圖39詳細說明本發明第7實施形態。又，與前述實施形態重複之部分則省略其說明。依本發明之磁控管濺鍍裝置係於第1實施形態中，在螺旋狀固定磁石群組3端部與固定外周磁板4之與旋轉軸向直交之短邊之間設有任意旋轉磁石(移動磁石)21。
如圖38及圖39所示，設有任意旋轉磁石(移動磁石)21於螺旋狀固定磁石群組3端部與固定外周磁板4之與旋轉軸向直交之短邊之間。
移動磁石21具有柱狀之形狀，設置為具有平行於固定外周磁石4之短邊之旋轉軸21a，以旋轉軸21a為中心可任意沿圖39之 B1方向旋轉。
又，移動磁石21朝與旋轉軸21a垂直之方向受到磁化。
移動磁石21材質中，為緩和後述之強磁場宜採用殘餘磁通密度、矯頑磁力、能量乘積高之磁石。本例中使用主成分係Fe之SS400。
又，移動磁石21宜將表面對電漿有耐蝕性之非磁性體所包覆。
藉由以上述非磁性體(未經圖示)包覆移動磁石21表面，可防止電漿腐蝕移動磁石21表面，或是防止磁性體塵埃附著於表面，可防止裝置內部受到污染。
非磁性體材料宜為電漿耐蝕性材料，例如使用不銹鋼、鋁合金。
又，依本發明之磁控管濺鍍裝置為防止靶材溫度上昇係使冷媒流通於通路8中以冷卻之。亦可再加上或代之以設置冷卻機構於位在靠近支承板6兩端之上方並係旋轉磁石3下之兩側之空間部。
再加上藉由使例如安裝有靶材之支承板上下兩空間(已減壓)之壓力幾乎相等，可使支承板減薄，其宜為靶材初始厚度之30%以下。
其次詳細說明關於第7實施形態中之侵蝕形成及此時移動磁石21之動作。與第1實施形態相同，藉由配置多數磁板於柱狀旋轉軸2上以構成螺旋狀磁板群組3時，自靶材側觀察螺旋狀磁板群組3，係如圖3所示，近似於配置成：磁板N極周圍由鄰接的兩磁板之S極及外周固定磁石之S極所圍繞。於如此構成下，自螺旋狀磁板群組3之N極產生之磁力線係終止於周邊之S極。其結果，致使在某程度遠離磁板面之靶材面上形成多數封閉之電漿環路301。且藉由使柱狀旋轉軸2旋轉，而令多數電漿環路301旋轉之同時朝旋轉軸方向移動。圖3中，係朝箭頭所示之方向移動。又，在螺旋狀磁板群組3之端部，由端部之一方依序產生電漿環路301，並於另一方之端部依序消滅。
第7實施形態亦與第1實施形態相同，其中，使柱狀旋轉軸2旋轉並導入氬氣，激發電漿後即與圖6相同，電漿環路601自旋轉軸左端穩定產生，旋轉並移動，如自圖6右側之照片(顯示自上而下隨時間變化之狀況)可知，其自旋轉軸右端穩定消滅。
於此狀態下靶材1會因電漿化氣體活性化、融解並飛散，因此藉由移動設置台19並使作為被處理基板之被處理基板10與靶材1對向，飛散之靶材1附著於被處理基板10表面以形成薄膜(成膜)。
在此，螺旋狀磁板群組3之極性方向會隨時間變化，因此於某些旋轉座標，固定外周磁板4之短邊與位於其對向面之螺旋狀磁石極性會一致而形成強磁場。
例如圖39所示，S極面向表面之螺旋狀磁板群組3之端面與固定外周磁板4之短邊對向時，兩者的對向面23之極性皆存在有為S極之部分，因此會因極性之排斥形成強磁場。
靶材1之消耗速度於產生強磁場之區域會相對性地上昇，因此導致侵蝕分布不均一。
侵蝕分布若不均一靶材使用效率即會惡化，且成膜之薄膜膜厚亦會不均一。
第7實施形態中係設置任意旋轉之移動磁石21於螺旋狀磁板群組3與固定外周磁板4之對向面23之間，因此磁石21因任意旋轉以相反極性朝對向面23，如圖39所示，可緩和產生之強磁場。又，亦可不使移動磁石任意旋轉而使用未圖示之致動器等，使移動磁石21沿圖39之B1方向與螺旋磁石之旋轉同步旋轉，以使其以相反極性朝對向面23。
如此，依第7實施形態，藉由使磁控管濺鍍裝置具有設於螺旋狀磁板群組3與固定外周磁板4之對向面23之間之移動磁石21，並使移動磁石21旋轉以令其朝向與對向面23之極性相反之極性，可緩和產生之強磁場。
其結果可使產生於螺旋磁石端部之700G以上之強磁場抑制 至約600G。藉此可防止靶材1之局部性消耗，使侵蝕分布均一而提昇靶材使用效率。
且第7實施形態中與第1實施形態相同，螺旋狀磁板群組3的各磁板朝向垂直於其板面的方向受到磁化，並呈螺旋狀貼附於柱狀旋轉軸2以形成多數螺旋，且沿柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋彼此於該柱狀旋轉軸徑向外側形成相互不同之磁極，亦即N極與S極。
且第7實施形態中，自靶材1觀察，固定外周磁板4係呈包圍於由螺旋狀磁板群組3所構成之旋轉磁石群組之構造，將靶材1之一側磁化為S極。
惟固定外周磁板4若為強磁性體，即不一定非得要預先受到磁化不可。
且螺旋狀磁板群組3各磁板中，相鄰之螺旋中之一者(第1螺旋體)若亦預先受到磁化，則另一者(第2螺旋體)亦可為未受到磁化之強磁性體。
即使係如此之構造，亦由於預先受到磁化之螺旋體會磁化其他之強磁性體，因此可得到如同呈環路狀包圍表面N極(或S極)之環路狀平面磁場，而可得到與習知者相同之環路狀電漿。
第8實施形態
茲參照圖40~圖42詳細說明本發明第8實施形態。又，與前述實施形態重複之部分則省略其說明。
如圖40~圖42所示，依本發明之磁控管濺鍍裝置係將移動磁石33設於螺旋狀磁石兩端部中柱狀旋轉軸2之側面與固定外周磁板4之長邊之間。
移動磁石33具有柱狀之形狀，設置為具有與柱狀旋轉軸2之旋轉軸平行之旋轉軸33a，可使用未圖示之致動器等以旋轉軸33a為中心沿圖42之B2方向旋轉。
又，移動磁石33朝向與旋轉方向垂直之方向受到磁化。
其次說明關於移動磁石33之動作。
如前述，依本發明之磁控管濺鍍裝置係使螺旋狀磁板群組3旋轉並進行成膜，因此螺旋狀磁板群組3之極性方向會隨時間變化。
因此在某些旋轉座標，有時其與固定外周磁板4之長邊之對向面極性會一致而形成強磁場。
例如圖42所示，S極面向表面之螺旋狀磁板群組3之側面與固定外周磁板4之長邊對向時，兩者之對向面23之極性皆存在有為S極之部分，因此會因極性之排斥形成強磁場。
於產生強磁場之區域，由於靶材1之消耗速度會相對性地上昇，因此導致侵蝕分布不均一。
侵蝕分布若不均一靶材使用效率即會惡化。
然而，第8實施形態中，由於在螺旋狀磁板群組3與固定外周磁板4之對向面23之間設置有移動磁石33，因此藉由使用未圖示之致動器等，使移動磁石33沿圖42之B2方向旋轉，以使其朝向與對向面23a相反之極性，如圖42所示可緩和產生之強磁場。又，亦可使移動磁石33任意旋轉。
亦即藉由使用移動磁石33調整磁場可使侵蝕分布均一，並可使靶材1之消耗及成膜之薄膜膜厚均一，可提昇靶材使用效率。
如此依第8實施形態，磁控管濺鍍裝置具有設置於柱狀旋轉軸2側面與固定外周磁板4長邊之間之移動磁石33，藉由使移動磁石33旋轉，使其以與對向面23a之極性相反之極性朝向其，可緩和產生之強磁場。
因此可使與第7實施形態相同之效果奏效。
又，第8實施形態中與第1實施形態相同，螺旋狀磁板群組3各磁板朝其板面的垂直方向受到磁化，呈螺旋狀貼附於柱狀旋轉軸2以形成多數螺旋，並且沿柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋彼此於該柱狀旋轉軸徑向外側形成相互不同之磁極，亦即N極與S極。
且第8實施形態中，自靶材1觀察，固定外周磁板4為包圍於由螺旋狀磁板群組3所構成之旋轉磁石群組之構造，將靶材1 之一側磁化為S極。
惟固定外周磁板4若為強磁性體，即不一定非得要預先受到磁化不可。
且螺旋狀磁板群組3各磁板中，相鄰之螺旋中之一者(第1螺旋體)若預先受到磁化，則另一者(第2螺旋體)亦可係未受到磁化之強磁性體。
即使係如此之構造，亦由於預先受到磁化之螺旋體會磁化其他之強磁性體，因此可得到如呈環路狀包圍表面N極(或S極)之環路狀平面磁場，而可得到與習知者相同之環路狀電漿。
第9實施形態
茲參照圖43及圖44詳細說明本發明第9實施形態。又，與前述實施形態重複之部分則省略其說明。
如圖43及圖44所示，依本發明之磁控管濺鍍裝置係將移動磁石43設於柱狀旋轉軸2之側面與固定外周磁板4之長邊之間，更使其構造為移動磁石43可沿柱狀旋轉軸2軸向移動。
移動磁石43具有柱狀之形狀，可使用未圖示之致動器等，令其沿圖44之B3方向，亦即柱狀旋轉軸2之軸向移動。
又，移動磁石43朝向與移動方向垂直之方向受到磁化。
其次說明關於移動磁石43之動作。
如前述，螺旋狀磁板群組3之極性方向會隨時間變化，因此在某些旋轉座標，其與固定外周磁板4之對向面極性會一致而形成強磁場。
例如圖44所示，S極面向表面之螺旋狀磁板群組3之側面一部分與固定外周磁板4之長邊對向時，兩者之對向面之極性皆存在有S極之部分，因此會因極性之排斥形成強磁場。
於產生強磁場之區域，靶材1之消耗速度會相對性地上昇，因此導致侵蝕分布不均一。
侵蝕分布若不均一，則靶材1之消耗會不均一，而導致靶材使用效率惡化。
然而第9實施形態中，係在螺旋狀磁板群組3與固定外周磁板4之對向面之間設置移動磁石43，因此藉由使用未圖示之致動器等，使移動磁石43沿圖44之B3方向移動，以使其朝向與對向面相反之極性，可緩和產生之強磁場。
亦即藉由使用移動磁石43調整磁場可使侵蝕分布均一，並可使靶材1之消耗及成膜之薄膜膜厚均一，可提昇靶材使用效率。
又，移動磁石43亦可構成為可以柱狀旋轉軸2軸向為旋轉軸旋轉。
藉由如此構成可使與第8實施形態相同之效果奏效。
如此依第9實施形態，磁控管濺鍍裝置具有設於柱狀旋轉軸2側面與固定外周磁板4之間之移動磁石43，藉由使移動磁石43移動，以使其以與對向面極性相反之極性朝向其，可緩和產生之強磁場。
因此可使與第8實施形態相同之效果奏效。
又，第9實施形態中與第1實施形態相同，螺旋狀磁板群組3各磁板朝其板面垂直方向受到磁化，呈螺旋狀貼附於柱狀旋轉軸2以形成多數螺旋，並且沿柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋彼此於該柱狀旋轉軸徑向外側形成相互不同之磁極，亦即N極與S極。
且第9實施形態中，自靶材1觀察，固定外周磁板4為包圍於由螺旋狀磁板群組3所構成之旋轉磁石群組之構造，將靶材1之一側磁化為S極。
惟固定外周磁板4若為強磁性體，即不一定非得要預先受到磁化不可。
且螺旋狀磁板群組3各磁板中，相鄰之螺旋中之一者(第1螺旋體)若亦預先受到磁化，則另一者(第2螺旋體)亦可係未受到磁化之強磁性體。
即使係如此之構造，亦由於預先受到磁化之螺旋體會磁化其他之強磁性體，因此可得到如呈環路狀包圍表面N極(或S極)之環路狀平面磁場，而可得到與習知者相同之環路狀電漿。
第10實施形態
茲參照圖45，詳細說明本發明第10實施形態。又，與前述實施形態重複之部分則省略其說明。
如圖45所示，於設置成與靶材1對向之電漿遮蔽構件16之狹縫18設置有準直器51。
準直器51固定於電漿遮蔽構件16。
準直器51之材質係例如Ti、Ta、Al、不銹鋼或包含此等者之金屬。
又，準直器51連接作為去除機構對準直器51施加電壓之未圖示之電源電路，以準直器51與電源電路構成靶材排列裝置。
一旦使磁控管濺鍍裝置作動，飛散之靶材材料即到達準直器51，與準直器51之方向的角度分量不一致之靶材材料由準直器51加以反射，或附著於準直器51。
因此可使到達被處理基板10(自圖中位置往右移動配置於狹縫18正下方)之靶材角度分量一致。
又，可藉由使用作為去除機構未圖示之電源電路對準直器51施加電壓去除附著於準直器51之靶材。
又，第10實施形態中與第1實施形態相同，螺旋狀磁板群組3各磁板朝其板面垂直方向受到磁化，呈螺旋狀貼附於柱狀旋轉軸2以形成多數螺旋，並且沿柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋彼此於該柱狀旋轉軸徑向外側形成相互不同之磁極，亦即N極與S極。
且第10實施形態中自靶材1觀察，固定外周磁板4為包圍於由螺旋狀磁板群組3所構成之旋轉磁石群組之構造，將靶材1之一側磁化為S極。
惟固定外周磁板4若為強磁性體，即不一定非得要預先受到磁化不可。
且螺旋狀磁板群組3各磁板中，相鄰之螺旋中之一者(第1螺旋體)若亦預先受到磁化，則另一者(第2螺旋體)亦可係未受到磁化之強磁性體。
即使係如此之構造，亦由於預先受到磁化之螺旋體會磁化其他之強磁性體，因此可得到如呈環路狀包圍表面N極(或S極)之環路狀平面磁場，而可得到與習知者相同之環路狀電漿。
第11實施形態
茲參照圖46詳細說明本發明第11實施形態。又，與前述實施形態重複之部分則省略其說明。
於此實施例中，準直器61未設於狹縫18而係使其包覆被處理基板10，與被處理基板10為一體而將其輸送。
準直器61被覆於被處理基板10上，未固定於濺鍍裝置本身。
因此伴隨被處理基板10之移動，準直器61亦會移動。
如此其構造亦可為準直器61被覆於被處理基板10上，伴隨被處理基板10之移動而移動，藉由如此之構造，與第10實施形態相比附著於準直器61之靶材量減少。
又，第11實施形態中與第1實施形態相同，螺旋狀磁板群組3各磁板朝其板面垂直方向受到磁化，呈螺旋狀貼附於柱狀旋轉軸2以形成多數螺旋，並且沿柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋彼此於該柱狀旋轉軸徑向外側形成相互不同之磁極，亦即N極與S極。
且第11實施形態中自靶材1觀察，固定外周磁板4為包圍於由螺旋狀磁板群組3所構成之旋轉磁石群組之構造，將靶材1之一側磁化為S極。
惟固定外周磁板4若為強磁性體，即不一定非得要預先受到磁化不可。
且螺旋狀磁板群組3各磁板中，相鄰之螺旋中之一者(第1螺旋體)若亦預先受到磁化，則另一者(第2螺旋體)亦可係未受到磁化之強磁性體。
即使係如此之構造，亦由於預先受到磁化之螺旋體會磁化其他之強磁性體，因此可得到如呈環路狀包圍表面N極(或S極)之環路狀平面磁場，而可得到與習知者相同之環路狀電漿。
以上雖已藉由實施形態說明本發明，但磁石尺寸、基板尺寸 等不限定於實施例。
【產業利用性】
依本發明之磁控管濺鍍裝置不僅可為在半導體晶圓等上形成絕緣膜或是導電性膜等薄膜而使用，亦可適用於形成各種被覆膜於平面顯示器裝置之玻璃等基板時，可使用於為製造記憶裝置、磁性記錄裝置或或其他電子裝置濺鍍成膜時。
又，本申請案以來自於2007年4月6日所申請之日本專利申請案第2007-101159號、2008年3月4日所申請之日本專利申請案第2008-053981號、2008年3月4日所申請之日本專利申請案第2008-052934號及於2008年3月4日所申請之日本專利申請案第2008-052891號之優先權為基礎主張其利益，其揭示整體作為參考文獻收入於此。
B‧‧‧磁通密度
R‧‧‧水平磁場曲率半徑
1、101‧‧‧靶材
1b‧‧‧殘餘厚度
1a‧‧‧初始厚度
2‧‧‧旋轉磁石群組(柱狀旋轉軸)
3‧‧‧螺旋狀磁板群組(螺旋狀旋轉磁石群組)
4‧‧‧固定外周磁板
5‧‧‧外周順磁性體
6‧‧‧支承板
8‧‧‧通路(冷媒通路)
9‧‧‧絕緣材
10‧‧‧被處理基板
11‧‧‧處理室內空間
12‧‧‧饋電線
12a‧‧‧電源
12b‧‧‧供電點
13‧‧‧外殼
14‧‧‧外壁
15‧‧‧磁性體(順磁性體)
15a‧‧‧金屬製板
16‧‧‧電漿遮蔽構件(遮蔽構件)
17‧‧‧絕緣材
18‧‧‧狹縫
19‧‧‧設置台(載置台)
19a‧‧‧磁石(平台內磁石)
20‧‧‧空間
21‧‧‧任意旋轉磁石(移動磁石)
21a、33a‧‧‧旋轉軸
23、23a‧‧‧對向面
33、43‧‧‧移動磁石
51、61‧‧‧準直器
102‧‧‧被處理基板(基板)
103‧‧‧磁體(磁石)
104‧‧‧磁力線
105‧‧‧侵蝕區域
106‧‧‧高頻電力(RF電力)
107‧‧‧直流高壓電力
108‧‧‧靶材材料
301‧‧‧水平磁場區域(電漿環路)(侵蝕區域)
401‧‧‧處理室
402‧‧‧閘閥
403‧‧‧被處理基板
404‧‧‧迴轉式磁控電漿激發部
601‧‧‧電漿環路
1101‧‧‧磁石
1201‧‧‧磁石
1202‧‧‧軸心
圖1係顯示依本發明第1實施形態入磁控管濺鍍裝置之概略構成圖。
圖2係用以更詳細說明於圖1所示之磁控管濺鍍裝置磁石部分之立體圖。
圖3係本發明中侵蝕形成之說明圖，以點描表現S極。
圖5係顯示用於圖1之磁控管濺鍍裝置之柱狀旋轉軸比磁導率與水平磁場強度之關係曲線圖。
圖5係說明配置構成磁迴路之固定外周順磁性體於固定外周磁板上時水平磁場強度之變化之曲線圖。
圖6係顯示靶材表面電漿時間變化之照片。
圖7係顯示經長時間使用之靶材消耗狀態照片。
圖8(a)係配置單一螺旋狀磁板群組於柱狀旋轉軸上之構造及其作用之說明圖，(b)係配置多數螺旋狀磁板群組於柱狀旋轉軸上時之構造及此情形下之作用之說明圖，以點描表現S極。
圖9係說明依本發明第3實施形態之磁控管濺鍍裝置之概略 圖。
圖10係顯示磁性體厚度與產生於磁性體內之最大磁通密度之關係曲線圖。
圖11係顯示螺旋狀磁石群組螺旋個數與磁場強度及螺旋角度之關係曲線圖。
圖12係依本發明第2實施形態之磁控管濺鍍裝置顯示圖。
圖13係顯示遠離靶材表面之距離與水平磁場強度之關係曲線圖。
圖14係習知磁控管濺鍍裝置之說明圖。
圖15(a)係顯示依本發明第4實施形態之磁控管濺鍍裝置概略構成圖，(b)係(a)之X方向箭視圖。
圖16係顯示依本發明第5實施形態之磁控管濺鍍裝置概略構成圖。
圖17係顯示侵蝕半值寬度與拉莫半徑之關係示意圖。
圖18係本發明第6實施形態中靶材表面侵蝕分布實測值與計算值之比較圖。
圖19係顯示本發明第6實施形態中柱狀旋轉軸2及螺旋狀磁板群組3之尺寸示意圖。
圖20係顯示本發明第6實施形態中柱狀旋轉軸2及螺旋狀磁板群組3之尺寸示意圖。
圖21係本發明第6實施形態中，靶材1中與柱狀旋轉軸2旋轉軸垂直之面之剖面圖，(a)係使用前靶材1之顯示圖，(b)係使用後(消耗後)靶材1之顯示圖。
圖22係顯示本發明第6實施形態中磁石間隔為8mm、12mm、17mm時螺旋狀磁板群組3形狀之俯視圖。
圖23係本發明第6實施形態中，使螺旋狀磁板群組3磁石間隔變化時侵蝕分布之顯示圖。
圖24係本發明第6實施形態中磁石間隔與利用效率及水平磁場關係之顯示圖。
圖25係本發明第6實施形態中板厚tm與消耗分布關係之顯示圖。
圖26係本發明第6實施形態中板厚tm與水平磁場及利用效率關係之顯示圖。
圖27係顯示本發明第6實施形態中螺旋狀磁板群組3環路的數目m與角度α關係之俯視圖。
圖28係本發明第6實施形態中螺旋狀磁板群組3環路的數目m與消耗分布關係之顯示圖。
圖29係本發明第6實施形態中環路的數目m與利用效率及磁場強度關係之顯示圖。
圖30係本發明第6實施形態中角度α(螺旋角度)與利用效率及磁場強度關係顯示圖。
圖31係自靶材側觀察本發明第6實施形態中使S磁石寬度大於N磁石寬度時之螺旋狀磁板群組3圖。
圖32係圖31中S磁石寬度與消耗分布關係之顯示圖。
圖33係本發明第6實施形態中，使N極與S極磁石寬度變化時利用效率及水平磁場強度關係之顯示圖。
圖34係本發明第6實施形態中，使磁石直徑變化時侵蝕分布之顯示圖。
圖35係本發明第6實施形態中，使磁石直徑變化時電漿環路寬度及侵蝕寬度關係之顯示圖。
圖36係本發明第6實施形態中靶材1、被處理基板10、電漿遮蔽構件16、狹縫18位置關係之顯示圖。
圖37係本發明第6實施形態中，使靶材-狹縫距離變化時狹縫18寬度與附著效率關係之顯示圖。
圖38係用以更詳細說明依本發明第7實施形態之磁控管濺鍍裝置磁石部分(自下方觀察)之立體圖。
圖39係自A2方向觀察圖38之圖。
圖40係顯示依本發明第8實施形態之磁控管濺鍍裝置之概略 構成圖。
圖41係用以更詳細說明於圖40所示之磁控管濺鍍裝置磁石部分(自下方觀察)之立體圖。
圖42係自A3方向觀察圖41之圖。
圖43係用以更詳細說明依本發明第9實施形態之磁控管濺鍍裝置磁石部分(自下方觀察)之立體圖。
圖44係自A4方向觀察圖43之俯視圖。
圖45係顯示依本發明第10實施形態之磁控管濺鍍裝置之概略構成圖。
圖46係顯示依本發明第11實施形態之磁控管濺鍍裝置之概略構成圖。
1‧‧‧靶材
2‧‧‧旋轉磁石群組(柱狀旋轉軸)
3‧‧‧螺旋狀磁板群組(螺旋狀旋轉磁石群組)
4‧‧‧固定外周磁板
5‧‧‧外周順磁性體
6‧‧‧支承板
8‧‧‧通路(冷媒通路)
9‧‧‧絕緣材
10‧‧‧被處理基板
11‧‧‧處理室內空間
12‧‧‧饋電線
13‧‧‧外殼
14‧‧‧外壁
15‧‧‧磁性體(順磁性體)
16‧‧‧電漿遮蔽構件(遮蔽構件)
17‧‧‧絕緣材
18‧‧‧狹縫
19‧‧‧設置台(載置台)
20‧‧‧空間

Claims (21)

  1. 一種磁控管濺鍍裝置，包含：設置台，支持被處理基板；板體，用以安裝靶材，設置成與該設置台對向；及磁石，設置在該板體之與該設置台相反之一側；且以該磁石在靶材表面形成磁場，藉此將電漿封閉於靶材表面，其特徵在於：該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，與該板體面平行而設置於旋轉磁石體周邊，且在該靶材安裝於該板體上的情況下，藉由使該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，而令該靶材表面之磁場圖案隨時間移動；因該旋轉磁石體與該固定外周體之交互作用所產生之發生於該柱狀旋轉軸之扭矩在0.1N‧m至100N‧m之範圍內；該旋轉磁石體為螺旋狀磁石群組，包含形成於該柱狀旋轉軸周圍之多數螺旋體，且沿該柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋體彼此於該柱狀旋轉軸徑向外側形成彼此互異的磁極亦即N極與S極，自靶材側觀察，該固定外周體係呈包圍於該旋轉磁石體之構造，且於靶材側形成有N極或S極之磁極或未預先磁化；以垂直於該柱狀旋轉軸之軸之視線觀察該柱狀旋轉軸及該旋轉磁石體時，形成螺旋之磁石方向與該柱狀旋轉軸之軸向的夾角中，成銳角者之角度位於70°至88°之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中，在該靶材表面上，以實質上無與該靶材垂直之方向之磁場分量，而僅存在有與該靶材平行之方向之磁場分量亦即水平磁場之環路上區域為中心而形成電漿環路；於該僅存在有水平磁場之環路上所有位置之該水平磁場分量為在500高斯以上，1200高斯以下之範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中， 在該靶材表面上，以實質上無與該靶材垂直之方向之磁場分量，僅存在有與該靶材平行之方向之磁場分量，亦即水平磁場之環路上區域為中心形成電漿環路，於該僅存在有水平磁場之環路上所有位置之該水平磁場分量中，最小值係在最大值之65%至100%之範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中，該旋轉磁石體為螺旋狀磁板群組，藉由將磁板呈螺旋狀設置於該柱狀旋轉軸上形成2個螺旋，且沿該柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋於該柱狀旋轉軸徑向外側形成彼此互異的磁極亦即N極與S極。
  5. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中，該旋轉磁石體為螺旋狀磁板群組，藉由將磁板呈螺旋狀設置於該柱狀旋轉軸上形成4個、6個、8個或10個螺旋，且沿該柱狀旋轉軸軸向相鄰之螺旋於該柱狀旋轉軸徑向外側形成彼此互異的磁極亦即N極與S極。
  6. 如申請專利範圍第4項之磁控管濺鍍裝置，其中，該柱狀旋轉軸係由中空構造之磁性體所構成，其厚度設定成使得該磁性體內部所有區域之磁通密度為該磁性體之飽和磁通密度之65%以下。
  7. 如申請專利範圍第4項之磁控管濺鍍裝置，其中，該柱狀旋轉軸由中空構造之順磁性體所構成，其厚度設定成使得該順磁性體內所有區域中之磁通密度小於形成該旋轉磁石體之磁石之殘餘磁通密度。
  8. 如申請專利範圍第4項之磁控管濺鍍裝置，其中，在該固定外周體之與該靶材相反之一側之面上，鄰接於該固定外周體，設置有固定外周順磁性體。
  9. 如申請專利範圍第4項之磁控管濺鍍裝置，其中，設置一機構，其在該靶才安裝於該板體的情況下，使得自該固定外周體朝向該靶材外側之磁力線弱於自該固定外周體朝 向該靶材內側之磁力線。
  10. 如申請專利範圍第4項之磁控管濺鍍裝置，其中，安裝有該靶材的該板體，其厚度薄於該靶材之初始厚度。
  11. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中，於靶材表面形成有多數電漿環路，該靶材表面與該被處理基板表面間之距離在30mm以下，且於該被處理基板表面的磁場在100高斯以下。
  12. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中，於靶材表面形成有多數電漿環路，安裝有該靶材的該板體之厚度為該靶材初始厚度之30%以下。
  13. 如申請專利範圍第12項之磁控管濺鍍裝置，其中，該設置台與該板體間的第1空間可減壓，且該板體與該磁石之間的間之第2空間可減壓，且令該第1空間與第2空間之壓力實質上相等。
  14. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中，該板體係貼附有該靶材的金屬製支承板，該旋轉磁石體以藉由該支承板電性連接之金屬製板加以圍繞，並具有將作為激發電漿之電力的至少高頻電力，透過該金屬製板施加於靶材之機構，該高頻電力係具有一頻率之高頻電力或由多數頻率疊加而成之高頻電力，且沿旋轉軸向設有多數供電點，其間距短於具有該高頻電力中最高頻率之高頻電力於真空中之半波長之10分之1的距離。
  15. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中，該磁石包含：旋轉磁石體，呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸周圍；及固定外周體，與靶材面平行而設置於旋轉磁石體周邊；且該旋轉磁石體包含：第1螺旋體，將磁化成表面為S極或N極中任一者之磁石呈螺旋狀設於柱狀旋轉軸上；及第2螺旋體，將未預先磁化之強磁性體呈螺旋狀設於該柱狀旋轉軸上，使其與該第1螺旋體平行並相鄰； 且藉由使該旋轉磁石體隨該柱狀旋轉軸旋轉，而令該靶材表面之磁場圖案隨時間移動。
  16. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中，使該旋轉磁石體為如下所述之磁石構造：使取決於該水平磁場所捕捉電子之拉莫半徑與磁場之曲率半徑的靶材消耗分布所決定之靶材利用效率達80%以上。
  17. 如申請專利範圍第16項之磁控管濺鍍裝置，其中，該第1螺旋體及/或該第2螺旋體之構成係使以下列之式(1)所表示之該靶材利用效率達80%以上之構成：利用效率≡侵蝕部分之剖面積/靶材初始之剖面積…(1)其中，利用效率係靶材最小厚度為初始厚度的5%時之計算值。
  18. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中更包含：電漿遮蔽板，設於該設置台與安裝有該靶材的該板體之間；在該遮蔽板上介於該基板與該靶材間之空間內形成有狹縫，該狹縫寬度與該電漿寬度之間之差值在20mm以內。
  19. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中更包含：電漿遮蔽板，設於該設置台與該板體之間；在該被處理基體設於該設置台，且該靶材安裝於該板體的情況下，在該遮蔽板上為該基板與該靶材之間之空間內形成有狹縫，該遮蔽板與靶材間之間隔在3~15mm之範圍內。
  20. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中更包含：設置成可在裝置內移動之移動磁石，而該磁控管濺鍍裝置係以下述方式所構成：藉由使該移動磁石隨著該旋轉磁石體之旋轉而移動，以緩和因為該旋轉磁石體之旋轉座標所產生之強磁場。
  21. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍裝置，其中更包含：準直器，該準直器係以使飛散之該靶材之飛散方向一致的方式構成。
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