TWI532866B - 磁控濺鍍機 - Google Patents

Description

磁控濺鍍機

本發明係關於一種磁控濺鍍機，尤其是採用直流濺鍍方式的磁控濺鍍機。

按，在半導體(Semiconductor)及液晶顯示器(LCD)相關產業中，磁控濺鍍機(Magnetron Sputtering System，MSS)被廣泛地應用於薄膜沉積(thin-film depositions)製程，其中，直流磁控濺鍍機(DC MSS)係利用電場驅動低真空環境(例如：真空環境填充氬氣，Ar)中的帶電粒子(例如：電漿，Plasma)，並藉由磁場導引該些帶電粒子有效的撞擊一靶材(Target)，使該靶材之表面的原子與該些高能的帶電粒子交換動能後，產生離子濺射，使得該些離子經由碰撞而濺出，最終沉積在一基板(Substrate，即被鍍物)上形成薄膜。

請參照第1圖所示，其揭示一種習知磁控濺鍍機9，包含一濺鍍腔體91及一磁控裝置92。該濺鍍腔體91具有一承載端部911、一結合端部912、一正極電板913及一負極電板914，該承載端部911與該結合端部912係為二相對端部；該正極電板913係結合在該承載端部911，且該正極電板913係供設置一基板B；而該負極電板914係結合在該結合端部912，且該負極電板914係供設置一靶材T；其中，該正極電板913與該負極電板914可分別連接一直流電源VDC之正極與負極，使該正極電板913及該負極電板914之間產生電場，用以驅動帶電粒子。該磁控裝置92係設置在靠近該結合端部912之位置，以便藉由該磁控裝置92產生之磁場控制該靶材T進行離子濺射作業。該磁控裝置92具有一主磁鐵件921、一外環磁鐵件922及一軛鐵923。該主磁鐵件921係設置在該軛鐵923之一結合表面上；該外環磁鐵件922係沿著該主磁鐵件921之外周環周設置，且該外環磁鐵件922亦設置在該軛鐵923之一結合表面上；其中，該主磁鐵件921及該外環磁鐵件922產生之磁力線形成封閉磁路徑P，且該磁力線係通過該靶材T，使該靶材T表面的原子經帶電粒子碰撞而產生離子濺射，以便在該基板B上進行濺鍍作業。

然而，當該磁控裝置92控制該靶材T進行離子濺射時，該靶材T的表面會因為離子濺射而產生蝕刻軌跡(trajectory)，其中，該蝕刻軌跡的大小及形狀並無法由該磁控裝置92所產生的磁場精確地控制，導致該靶材T容易部分被擊穿，而無法再繼續使用，因此，習知磁控濺鍍機9的靶材使用率低，造成離子濺射作業的靶材成本居高不下。

此外，中華民國公開第201132783號「磁控濺鍍機」發明專利案，揭示另一種習知磁控濺鍍機，包含一濺鍍腔體、一引導線圈及一磁控裝置。該濺鍍腔體具有一承載底部及一結合端部，該承載底部係供設置一被鍍物，該結合端部係供設置一靶材，該承載底部及結合端部之間係界定形成一濺鍍空間，且一參考線係依序延伸通過該承載底部、濺鍍空間及結合端部。該引導線圈係以該濺鍍腔體之參考線為中心軸繞製而成，且該引導線圈係圍繞該濺鍍空間，藉此提高整體濺鍍效能。該磁控裝置係設置於該濺鍍腔體具有該結合端部的一側，且該磁控裝置之相對二側設有一磁化側及一導磁側，該磁化側係朝向該結合端部。該磁控裝置另設有一鐵環，該鐵環設於該靶材之一表面，可使該靶材上的蝕刻寬度加寬。

惟，該鐵環一旦設置完成後即固定形狀，當進行不同產品所需的離子濺射作業時，可能會採用矩形或圓形等不同形狀之靶材，此時，由於該鐵環之形狀已固定，當該鐵環與該靶材之形狀差異過大時，該靶材仍然容易被擊穿，使得靶材使用率的改善幅度有限。

據此，上述各種習知磁控濺鍍機除了具有靶材使用率不佳的問題，在實際使用時更衍生諸多限制與缺點，確有不便之處，亟需進一步改良，以提升其實用性。

本發明之主要目的係提供一種磁控濺鍍機，藉由導磁環之環繞形狀提升導磁環與靶材之蝕刻軌跡的相似程度，以提高靶材使用率。

一種磁控濺鍍機，係包含：一濺鍍腔體，具有一承載端部及一結合端部，該承載端部與該結合端部係為二相對端部，該承載底部係供設置一被鍍物，該結合端部係供設置一靶材；一磁控裝置，係設置於該濺鍍腔體具有該結合端部的一側，且該磁控裝置具有一磁化側，該磁化側係朝向該結合端部；及一導磁環，設於該靶材與該磁控模組之間，該導磁環之環繞形狀係以二相互垂直之軸為中心分別形成軸對稱。

其中，該磁控裝置具有一環周磁鐵，該導磁環之環繞形狀對應該環周磁鐵之環繞形狀。

其中，該導磁環分別以該二軸為對稱中心分為四導磁部，各導磁部形成一直角。

其中，該導磁環分別以該二軸為對稱中心分為四導磁部，各導磁部形成一圓弧。

其中，該導磁環分別以該二軸為對稱中心分為四導磁部，各導磁部形成數個鈍角。

其中，該導磁環係由四圓弧段串接四直線段。

其中，該導磁環係由二圓弧段連接二平行直線段。

其中，該導磁環係由導磁材料製成。

其中，該磁控模組具有一軛鐵、一主磁控件及一外環磁控件，該軛鐵設置該主磁控件及該外環磁控件，該外環磁控件圍繞該主磁控件。

其中，另包含一補償磁控件，該補償磁控件係環周設置於該主磁控件與該外環磁控件之間。

其中，另包含一補償線圈，該補償線圈圍繞該濺鍍腔體之一中心軸，且該補償線圈設於該承載端部及結合端部之間。

其中，該濺鍍腔體另具有一正極電板及一負極電板，該正極電板之一表面係結合在該承載底部，且該正極電板之另一表面係供設置該被鍍物，而該負極電板一表面係結合在該結合端部，且該負極電板之另一表面係可供設置該靶材。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖所示，其係本發明磁控濺鍍機較佳實施例之組合側視圖，該磁控濺鍍機包含一濺鍍腔體1、一磁控模組2及一導磁環3。該濺鍍腔體1之二相對端部係供設置一基板(Substrate)4及一靶材(Target)5，該磁控模組2係設置於該濺鍍腔體1設有該靶材5的一側，該導磁環3設於該靶材5與該磁控模組2之間。

該濺鍍腔體1較佳係為一非導磁之腔體，以不影響濺鍍作業之進行過程。該濺鍍腔體1具有一承載端部11、一結合端部12、一正極電板13及一負極電板14。該承載端部11與該結合端部12係為二相對端部；該正極電板13係結合在該承載端部11，且該正極電板13係供設置該基板4，例如：200×100×5釐米(mm)之基板；而該負極電板14係結合在該結合端部12，且該負極電板14係可供設置該靶材5，例如：200×100×5釐米之靶材，其中，該正極電板13與該負極電板14可分別連接一直流電源V之正極及負極。其中，該基板4與該靶材5之間係界定形成一濺鍍空間S，在此實施例中，該基板4與該靶材5之間具有一濺鍍距離，例如：102釐米。

請再參照第2圖所示，該磁控模組2係設置於該濺鍍腔體1具有該結合端部12的一側，且該磁控模組2係具有一磁化側M1及一導磁側M2，該磁化側M1及該導磁側M2係位於該磁控模組2之相對二側，該磁化側M1係朝向該靶材5。在此實施例中，該磁控模組2包含一軛鐵21、一主磁控件22及一外環磁控件23，該軛鐵21(例如：200×100×10釐米之鐵材，Fe)係位於該磁控模組2之導磁側M2；該主磁控件22可由一永久磁鐵221(例如：124×24×20釐米之磁鐵)繞設一電磁線圈222，該永久磁鐵221結合設置於該軛鐵21之中央部位，該電磁線圈222所產生的磁場變化(例如：增磁或減磁)可由一外部電源控制，以提供該靶材5適當的電磁場進行離子濺射作業；該外環磁控件23係圍繞該主磁控件22，該外環磁控件23可由一環周磁鐵231(例如：200×12×22釐米之磁鐵)繞設一環周電磁線圈232，該環周磁鐵231設置於該軛鐵21，且環繞該永久磁鐵221，較佳對應該靶材5之外形而形成矩形或圓形磁鐵環，該環周電磁線圈232設於該濺鍍腔體1亦可接收一外部電源，以控制該環周磁鐵231於Z方向磁通等於零之位置，其中，該位置即為該靶材5上蝕刻深度最大之位置，以避免該靶材5於離子濺射過程中被擊穿，進而提高該靶材5的使用壽命；此外，該磁控模組2另設有一補償環磁控件24(例如：永久磁鐵)，該補償環磁控件24較佳設於該主磁控件22之永久磁鐵221與該外環磁控件23之環周磁鐵231之間的中間位置，用以增強該靶材5上沿Y方向流通的磁通，使該靶材5上的蝕刻寬度得以加寬，進而增加該靶材5使用效率。此外，本發明磁控濺鍍機還可以設有一補償線圈6，該補償線圈6係以該濺鍍腔體1之中心軸R為軸心繞製而成，且該補償線圈6係圍繞該濺鍍空間S，該補償線圈6亦可由一外部電源之激勵而產生磁力線，藉由該補償線圈6之導引，可輔助該靶材5之離子穩定朝該基板4上進行濺鍍。

請再參照第2圖所示，該導磁環3係由導磁材料(例如：鐵、鈷、鎳或其合金等)製成環狀，該導磁環3可以設置於該靶材5與該磁控模組2之間，例如：該負極電板14(如第2圖所示)或該靶材5等，較佳設於該靶材5朝向該磁控模組2的一表面，該導磁環3之環繞形狀係以二相互垂直之軸為中心分別形成軸對稱(reflection)，例如：矩形、圓形或橢圓形等環狀，較佳對應該環周磁鐵231之形狀而環繞形成，使該導磁環3之導磁形狀可對應該環周磁鐵231於Z方向磁通等於零之位置，用以導引該永久磁鐵221及該環周磁鐵231之磁通沿Y方向流通於該靶材5表面，如此，可更進一步控制該靶材5之蝕刻軌跡的形狀及大小。在本實施例中，該導磁環3之環繞形狀係對應該環周磁鐵231之環繞形狀作為實施態樣，例如：矩形環狀之環周磁鐵231及導磁環3，惟不以此為限。

請參閱第3圖所示，其中，該導磁環3之環繞形狀分別以二相互垂直之軸A1、A2為對稱中心，而分為四導磁部31，各導磁部31之二端分別連接另二導磁部31之一端，而且，各導磁部31還可以形成一直角、一圓弧或數個鈍角等結構設計，用以提高該導磁環3與靶材5之蝕刻軌跡的相似程度(Pattern Resemblance)，再藉由上述使該轉折環縮小或放大的技術手段，可更進一步提高靶材使用率。以下係舉例說明該導磁部31的數種實施態樣，惟不以此為限。

舉例而言，該導磁部31可以形成一直角(right angle)L(如第3及4圖所示)；或形成一圓弧(arc)C(如第3及5圖所示)，其中，當該導磁部31形成該圓弧C時，使該導磁環3可以形成由四圓弧段串接四直線段(即類似矩形)之態樣，或形成由二圓弧段連接二平行直線段(即類似操場跑道之橢圓形)之態樣，惟不以此為限；或形成數個鈍角(obtuse angle)，例如：二鈍角O1及O2(如第3及6圖所示)。

請參閱上列表1所示，採用本發明之導磁部的三種實施態樣(即導磁部31形成一直角、一圓弧或二鈍角)，該導磁環3與該靶材5之蝕刻軌跡的相似程度分別可以達到99.62%、99.81%及99.92%。

請再參照第2圖所示，本發明磁控濺鍍機於使用時，該磁控模組2產生的磁通F1轉折處可以讓撞擊該靶材5的帶電粒子增加，使該靶材5表面之離子朝向該基板4濺射，當該靶材5之離子向外濺射時，將會於該導磁環3的相對位置產生蝕刻軌跡(trajectory)，再由該補償線圈6所產生的磁通F2，可導引該靶材5向外濺射的離子順利地沉積在該基板4上，而在該基板4形成薄膜。

其中，藉由該導磁環3之導磁部31形成上述三種實施態樣，可以精確地控制該靶材5之蝕刻軌跡。而且，由於該環周磁鐵231係環繞該永久磁鐵221設置，該磁通F1在N極至S極的轉折處(即Z方向磁通等於零之位置)會形成一轉折環，例如：圓環或橢圓環等，當該轉折環與該導磁環3之環狀相似時，可以讓該磁通F1在N極至S極之轉折環的可縮放量達到最高，例如：33%。因此，可於該靶材5還未蝕刻的部位產生新的蝕刻軌跡，避免該靶材5於濺鍍作業過程中遭擊穿，進而提高該靶材5的使用率及該基板4的濺鍍效率。

綜上所述，本發明磁控濺鍍機藉由該導磁環3之設置，並將該導磁環3之導磁部31形成上述三種實施態樣(即一直角、一圓弧或二鈍角)，可以精確地控制該靶材5之蝕刻軌跡。而且，當該環周磁鐵231之環狀所形成之轉折環與該導磁環3之環狀相似時，可以讓該磁通F1在N極至S極之轉折環的可縮放量達到最高，而在該靶材5的不同區域形成新的蝕刻軌跡，使得靶材使用率增加，進一步達到降低濺鍍製程成本之功效。

此外，本發明之導磁環3還可以配置於習知未設置導磁環3之磁控濺鍍機(例如：習知磁控濺鍍機9)，讓製造廠商不需重新採購設備(例如：本發明磁控濺鍍機)，即可提高原有設備的靶材使用率，進而達到降低濺鍍製程成本之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，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。

[本發明]

1．．．濺鍍腔體

11．．．承載端部

12．．．結合端部

13．．．正極電板

14．．．負極電板

2．．．磁控裝置

21．．．軛鐵

22．．．主磁控件

221．．．永久磁鐵

222．．．電磁線圈

23．．．外環磁控件

231．．．環周磁鐵

232．．．環周電磁線圈

24．．．補償環磁控件

3．．．導磁環

31．．．導磁部

4．．．基板

5．．．靶材

6．．．補償線圈

A1,A2‧‧‧軸

C‧‧‧圓弧

F1,F2‧‧‧磁通

L‧‧‧直角

O1,O2‧‧‧鈍角

R‧‧‧中心軸

S‧‧‧濺鍍空間

V‧‧‧直流電源

X,Y,Z‧‧‧方向

〔習知〕

9‧‧‧習知磁控濺鍍機

91‧‧‧濺鍍腔體

911‧‧‧承載端部

912‧‧‧結合端部

913‧‧‧正極電板

914‧‧‧負極電板

92‧‧‧磁控裝置

921‧‧‧主磁鐵件

922‧‧‧外環磁鐵件

923‧‧‧軛鐵

B‧‧‧基板

P‧‧‧封閉磁路徑

T‧‧‧靶材

VDC‧‧‧直流電源

第1圖：習知磁控濺鍍機之組合側視圖。

第2圖：本發明磁控濺鍍機較佳實施例之組合側視圖。

第3圖：第2圖之仰視圖。

第4圖：第3圖之局部放大圖(即本發明之導磁部的第一種實施態樣示意圖)。

第5圖：本發明之導磁部的第二種實施態樣示意圖。

第6圖：本發明之導磁部的第三種實施態樣示意圖。

1．．．濺鍍腔體

11．．．承載端部

12．．．結合端部

13．．．正極電板

14．．．負極電板

2．．．磁控裝置

21．．．軛鐵

22．．．主磁控件

221．．．永久磁鐵

222．．．電磁線圈

23．．．外環磁控件

231．．．環周磁鐵

232．．．環周電磁線圈

24．．．補償環磁控件

3．．．導磁環

4．．．基板

5．．．靶材

6．．．補償線圈

F1,F2．．．磁通

R．．．中心軸

S．．．濺鍍空間

V．．．直流電源

X,Y,Z．．．方向

Claims (11)

1. 一種磁控濺鍍機，係包含：一濺鍍腔體，具有一承載端部及一結合端部，該承載端部與該結合端部係為二相對端部，該承載底部係供設置一被鍍物，該結合端部係供設置一靶材；一磁控裝置，係設置於該濺鍍腔體具有該結合端部的一側，且該磁控裝置具有一磁化側，該磁化側係朝向該結合端部；及一導磁環，設於該靶材與該磁控模組之間，該導磁環之環繞形狀係以二相互垂直之軸為中心分別形成軸對稱；其中該磁控裝置具有一環周磁鐵，該導磁環之環繞形狀對應該環周磁鐵之環繞形狀。
2. 如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍機，其中該導磁環分別以該二軸為對稱中心分為四導磁部，各導磁部形成一直角。
3. 如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍機，其中該導磁環分別以該二軸為對稱中心分為四導磁部，各導磁部形成一圓弧。
4. 如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍機，其中該導磁環分別以該二軸為對稱中心分為四導磁部，各導磁部形成數個鈍角。
5. 如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍機，其中該導磁環係由四圓弧段串接四直線段。
6. 如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍機，其中該導磁環係由二圓弧段連接二平行直線段。
7. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項所述之磁控濺鍍機，其中該導磁環係由導磁材料製成。
8. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項所述之磁控濺鍍機，其中該磁控模組具有一軛鐵、一主磁控件及一外環磁控件，該軛鐵設置該主磁控件及該外環磁控件，該外環磁控件圍繞該主磁控件。
9. 如申請專利範圍第8項所述之磁控濺鍍機，另包含一補償磁控件，該補償磁控件係環周設置於該主磁控件與該外環磁控件之間。
10. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項所述之磁控濺鍍機，另包含一補償線圈，該補償線圈圍繞該濺鍍腔體之一中心軸，且該補償線圈設於該承載端部及結合端部之間。
11. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項所述之磁控濺鍍機，其中該濺鍍腔體另具有一正極電板及一負極電板，該正極電板之一表面係結合在該承載底部，且該正極電板之另一表面係供設置該被鍍物，而該負極電板一表面係結合在該結合端部，且該負極電板之另一表面係可供設置該靶材。