TWI598454B - 濺鍍設備 - Google Patents

Description

濺鍍設備 【相關申請案之交叉引用】

本案宣告2012年9月4日提申之序號為61/696,610之美國臨時專利申請案之權益，該案以引用方式併入本文中。

本案關於2011年1月6日提申之序號為61/430,361之美國臨時申請案以及2012年1月6日提申之序號為13/34,4871之美國申請案，上述兩者以引用方式併入本文中。

本說明概括而言係有關於旋轉陰極磁控管濺鍍(rotating-cathode magnetron sputtering)。具體而言，其處理當標靶材料(target material)增加超過標準磁控管組件能夠供應適合磁控管濺鍍之足夠磁通量(magnetic flux)的點之時，所遭遇的某些問題。此外，本發明的若干實施例改良諸如透明導電氧化物(transparent conductive oxide；TCO)之材料之沉積的製程條件。

旋轉標靶的磁控管濺鍍在相關技術領域之中係眾所周知的，且被廣泛地使用以在各式各樣的基板之上產生各式各樣的薄膜。舉例而言，旋轉陰極濺鍍之一合理概述可以在編號5,096,562的美國專利案(特此將其納入本文做為參考)之中尋得。

在旋轉標靶磁控管濺鍍的最基本形式之中，預定被濺鍍之材料或者形成為一種管形的形狀，或者黏附至一個由剛性材料所製成的支撐管之外側表面。一磁控管組件被配置於管體之內並供應透入標靶的磁通量，使得其在標靶的外側表面處具有充足的磁通量。磁場設計的方式使得其留住從標靶放射出來的電子，以增加該等電子將與工作氣體進行游離碰撞(ionizing collision)的機率，從而提高濺鍍製程的效率。

某些材料標靶的製造成本，特別是陶瓷TCO材料，相較於未加工材料的成本而言相當地高。為了增進該等標靶的經濟性，其需要增加標靶材料之厚度。以此種方式，標靶會具有遠遠較為合用的材料，同時只要最低限度地增加標靶的整體成本。此係由於製造成本並未顯著地改變。唯一的顯著增加係肇因於所使用的額外未加工材料。較厚的標靶應該具有在標靶變換之間允許更長的產品活動的額外好處。

如前所述，標靶厚度增加太多可能在使用標準磁控管組件之時在標靶表面處造成不充足的磁通量。需要具有較高磁通量的磁控管設計係毋庸置疑的。

然而，增加磁通量的努力通常會產生一個新的問題，其中轉迴處的寬度被擴大。此又在標靶端造成一增加的相對侵蝕率(relative erosion rate)，從而由於標靶的"燒穿"而造成一縮短的標靶壽命。此違反了增加標靶厚度的目的。

用於旋轉陰極的典型磁控管組件100(顯示於圖1A之中)包含三個實質平行的磁鐵列102，附接至一諸如鋼鐵之導磁材料的磁軛 (yoke)104，其協助完成磁性迴路。該等磁鐵的磁化方向相對於濺鍍標靶之主軸線將是放射狀的。中央列106將具有與二外側列108相反之極性。(參見圖1B)此類型之磁控管之進一步說明可以發現於編號5,047,131的美國專利案(特此將其納入本文做為參考)之中。磁鐵的內側及外側列106與108之磁通量於磁鐵的一側連結通過磁導磁軛104。在磁鐵的另一側，磁軛104對面，磁通量未含納於一磁導材料之中；是故，其實質暢通無阻地滲透入實質非磁性的標靶。因此，其提供二弧形磁場於標靶的工作表面處及其上方。此場域留持住電子並使得其在一垂直於磁力線的方向上飄移，該方向平行於磁鐵列102。此被稱為ExB飄移(ExB drift)，且描述於任何基本的電漿(plasma)物理教科書之中。在一個一般的配置之中，此飄移路徑同時亦平行於標靶的主軸線。

此外，外側列108比內側列106稍長，且與外側列108同一極性的額外磁鐵110(顯示於圖1B之中)被置於二外側列108之間的組裝的末端，產生所謂的飄移路徑之"轉迴"區域。此具有連接該二飄移路徑的效果，因此形成一連續的長圓"跑道"型飄移路徑。此使得電子之留持被最佳化，因而最佳化濺鍍製程之效率。

增加場域強度的直覺途徑不過就是增加磁鐵的尺寸或強度。增加磁性強度受限於較強磁鐵的取得性。極高強度磁鐵亦非常昂貴，且難以處理。此外，較強的磁鐵亦可以被應用於任何較好的設計以增加助益，諸如本發明之實施例之中者。

問題出現於考慮較大剖面的磁鐵之時。增加徑向的尺寸並未在標靶表面達到磁通量的成比例增加。就此而言，此係一自我設限的方式。 增加標靶表面切線方向的尺寸亦是自我設限，因為幾何結構需要移動磁性材料的主體使其更遠離標靶表面，其適足以削弱標靶表面處之磁場。此與達成預定之效應背道而馳。(針對此一設計之一實例，請參見圖2)。

增加磁鐵尺寸的方式的另一個不利效應係跑道被加寬。換言之，跑道的二個長的部分彼此更進一步被分離。此擴大跑道的轉迴部分，導致標靶末端處之一增加的相對侵蝕率。因此，標靶的此等部分在使用標靶材料的較大主體之前被耗盡。因此，在完全用盡標靶材料之前，必須取出標靶。

為了理解末端處之增加侵蝕率，其可以考慮位於旋轉標靶表面上之二點。其中一點旋轉通過跑道之二腿部(長的部分)。另一點旋轉通過前述之轉迴處。其將看到通過轉迴處之點在跑道中耗費遠較為多的時間，因此被較嚴重地侵蝕。此課題的進一步討論可以發現於編號5,364,518的美國專利案(特此將其納入本文做為參考)之中。

上述的問題可以利用四列(或更多列)磁鐵或者其他獨立的磁鐵線性陣列加以克服，而非一般的三列。此允許如前所述的超大型磁鐵的問題被克服。儘管如此，更重要的是，其允許對於轉迴處之一獨特修改，其最小化標靶末端處的過度侵蝕，而並未負面地影響電子的留持(或者至少降低負面的影響)。

一實施例針對一磁控管組件，其包含複數個磁鐵，以及一磁軛，該磁軛被組構成將該複數個磁鐵維持於至少四個筆直、平行、獨立的線性陣列之中。該複數個磁鐵被配置於磁軛之中，以形成一個包含一外側部分與一內側部分的型樣，其中該外側部分實質環繞該內側部分之周圍。 該線性陣列之末端部分包含一對轉迴區段，其中每一轉迴區段實質擴及外側部分之成對長形區段的各自的末端。位於每一轉迴區段中之磁鐵被配置成在磁場之中形成至少二或多條不同的曲線，沿著標靶旋轉軸彼此偏移。

另一實施例針對一濺鍍系統，包含一處理室，一基板移動而通過之。該系統亦包含一陰極組件，此陰極組件包含一長形可旋轉圓柱形管裝載於該處理室之中，且具有一標靶表面以及一磁控管組件置放於該長形可旋轉圓柱形管之內。該磁控管組件包含複數個磁鐵以及一磁軛，該磁軛被組構成將該複數個磁鐵維持於至少四個筆直、平行、獨立的線性陣列之中。該複數個磁鐵被配置於磁軛之中，以形成一個包含一外側部分與一內側部分的型樣，其中該外側部分實質環繞該內側部分之周圍。該線性陣列之末端部分包含一對轉迴區段，其中每一轉迴區段實質擴及外側部分之成對長形區段的各自的末端。位於每一轉迴區段中之磁鐵被配置成在磁場之中形成至少二或多條不同的曲線，沿著標靶旋轉軸彼此偏移。

另一實施例針對一種將材料濺鍍於一基板上之方法。此方法包含形成磁鐵之一型樣做為一磁控管組件的一部分，該磁控管組件配置於一長形可旋轉圓柱形管之內，其中該長形可旋轉圓柱形管包含一標靶表面。該方法另包含裝載該長形可旋轉圓柱形管於一處理室之中、維持一真空於該處理室之中、於該處理室之內旋轉該長形可旋轉圓柱形管、利用該磁控管組件供應一磁通量於該標靶表面處、以及在該處理室之內移動該基板靠近該標靶表面。該磁控管組件包含複數個磁鐵以及一磁軛，該磁軛被組構成將該複數個磁鐵維持於至少四個筆直、平行、獨立的線性陣列之中。該複數個磁鐵被配置於磁軛之中，以形成一個包含一外側部分與一內側部 分的型樣，其中該外側部分實質環繞該內側部分之周圍。該線性陣列之末端部分包含一對轉迴區段，其中每一轉迴區段實質擴及外側部分之成對長形區段的各自的末端。位於每一轉迴區段中之磁鐵被配置成在磁場之中形成至少二或多條不同的曲線，沿著標靶旋轉軸彼此偏移。

10‧‧‧反應室

12‧‧‧基板

14‧‧‧陰極組件

16‧‧‧長形可旋轉圓柱形管

18‧‧‧磁控管組件

20‧‧‧標靶表面

22‧‧‧驅動系統

30‧‧‧電源

32‧‧‧電力線

34‧‧‧滑動式的接觸

36‧‧‧出口管

38‧‧‧真空幫浦

40‧‧‧第一氣體供應管

42‧‧‧惰性氣體源

44‧‧‧噴嘴

46‧‧‧第二氣體供應管

48‧‧‧活性氣體源

50‧‧‧噴嘴

100‧‧‧典型磁控管組件

102‧‧‧磁鐵列

104‧‧‧磁軛

106‧‧‧中央列

108‧‧‧外側列

110‧‧‧額外磁鐵

300‧‧‧磁控管組件

302‧‧‧磁鐵

304‧‧‧磁軛

306‧‧‧線性陣列

308‧‧‧內側列

310‧‧‧外側列

312‧‧‧狹縫/通道

400‧‧‧示範性磁鐵配置

408‧‧‧內側列

410‧‧‧外側列

414‧‧‧末端磁鐵

500‧‧‧示範性磁鐵配置

502‧‧‧磁鐵

506‧‧‧列

600‧‧‧示範性磁鐵配置

700‧‧‧示範性磁鐵配置

708‧‧‧內側列

710‧‧‧外側列

712‧‧‧通道

800‧‧‧濺鍍系統

900‧‧‧示範性磁鐵配置

902‧‧‧磁鐵

908‧‧‧內側列

910‧‧‧外側列

920‧‧‧內側部分的磁鐵

922‧‧‧外側部分的磁鐵/長形區段磁鐵

924‧‧‧轉向磁鐵

926‧‧‧末端磁鐵

928‧‧‧長形區段

930‧‧‧轉迴區段

932‧‧‧磁極

934‧‧‧磁極

936‧‧‧磁極

938‧‧‧磁極

950‧‧‧曲線

952‧‧‧曲線

954‧‧‧曲線

956‧‧‧曲線

1200‧‧‧方法

1202-1212‧‧‧步驟區塊

10-A‧‧‧剖面線

10-B‧‧‧剖面線

10-C‧‧‧剖面線

10-D‧‧‧剖面線

10-E‧‧‧剖面線

圖1A係一用於旋轉陰極之典型磁控管組件之一示意圖。

圖1B例示圖2A的磁控管組件中的磁鐵的磁化方向。

圖2係一用於旋轉陰極之磁控管組件之一選替性設計之一示意圖。

圖3A係一磁控管組件之一示範性實施例之一示意圖。

圖3B係使用於圖3A的磁控管組件中之一磁軛之一示範性實施例之一示意圖。

圖4例示適合使用於圖3A的磁控管組件中之一示範性磁鐵配置。

圖5例示適合使用於圖3A的磁控管組件中之另一示範性磁鐵配置。

圖6例示適合使用於圖3A的磁控管組件中之又另一示範性磁鐵配置600。

圖7係一磁控管組件之另一示範性實施例之一示意圖。

圖8係圖3A及圖7之磁控管組件可以使用於其中之一濺鍍系統之一示範性實施例之一示意圖。

圖9例示適合使用於本文所述之磁控管組件中之另一示範性磁鐵配置。

圖10-A到圖10-E例示圖9所顯示的示範性磁鐵配置分別跨線條10-A到10-E所取之剖面。

圖11例示利用圖9所顯示的磁鐵配置所形成之一電漿。

圖12係將材料濺鍍於一基板上之一方法之一示範性實施例之一流程圖。

參見圖3A，在本發明之一示範性實施例之中，一磁控管組件300包含複數個磁鐵302及一磁軛304，該磁軛304被組構成將該複數個磁鐵302維持於至少四個筆直、平行、獨立的線性陣列306之中。在圖3A所顯示的示範性實施例之中，磁控管組件300包含磁鐵302之四個筆直、平行、獨立之線性陣列306，配置於四列306之中。

在此示範性實施例之中，磁鐵列306包含某一極性之二內側列308以及相反極性之二外側列310。磁鐵302之列306附接至磁軛304。磁軛304係由磁導材料製成，諸如鋼或者磁性不銹鋼。此組態允許額外的磁質量(magnetic mass)，同時允許磁鐵302維持於相對於標靶表面的最接近位置處，這是確實可行的。因此，其充分利用額外磁質量的優點。

如圖3B所顯示，在一實施例之中，磁軛304包含複數個狹縫或者通道312，在磁鐵302的列306之中，每一列一個。(其應注意，為求簡單起見，關於詳細的磁鐵配置細節並未顯示於圖3B之中，而是配合圖4至圖6更詳細說明於下)。通道312之尺寸被製做成使得部分的對應磁鐵302能夠被插入通道312，以形成此處所描述及顯示的磁鐵302之列306。磁鐵302可以被以許多方式固定到位，包含，但不限於，利用磁力、藉摩擦力裝配、或者黏著劑。本文所述的此等通道312之使用以形成磁鐵型樣使得整體磁控管組件300能夠被重新組構，不需要對磁軛304之設計進行修改。

在較佳實施例之中，磁鐵302之內側列及外側列308及310具有相同強度以及相同的剖面尺寸，使得該組件係一"平衡磁控管"。然而，其可以選擇性地將不同的磁鐵安置於內側及外側列308及310之中以製造出"不平衡"磁控管。

圖4例示適合使用於圖3A的磁控管組件300中之一示範性磁鐵配置400之一示意圖。在此示範性磁鐵配置400之中，如同標準的三列式設計，外側列410比內側列408長，因此提供空間給用以建立跑道之轉迴部分的末端磁鐵414。如圖所繪，轉迴形成磁鐵414與內側列408之磁鐵係相同的剖面尺寸，且與內側列408在同一直線上平移。然而，轉迴形成磁鐵414與外側列410係同一極性。此設計使其本身易於修改轉迴區域，而產生更多較佳實施例。

圖5例示另一示範性磁鐵配置500，其中磁鐵502之列506被側向地彼此偏移。此產生一階狀轉迴，其中實際的轉迴在半徑上被減少成一標準三列式磁控管設計。因此，標靶末端侵蝕率並未增加超出標準設計，如同具有較大磁鐵之三列式設計會有的情形。正如轉迴一般，此組態所產生的在飄移路徑中的殘餘梯階，會產生另一區域之升高侵蝕率。然而，由於此區域偏離轉迴處，且不會侵蝕得比轉迴區域更快速，故其將不會造成過早的標靶燒穿。

雖然圖5顯示一較佳示範性配置，但其應毋庸置疑，該設計使其本身具有在其他情況可能有用的任何數目之導磁(permeation)。例如，其亦可以實施成具有不同磁鐵強度、形狀、幾何結構、尺寸、方位、以及列與列之間具有不同間隙間隔的磁鐵。一個此種示範性磁鐵配置600顯示於 圖6之中，雖然其應理解，其他配置亦有可能。

此外，在顯示於圖3A、圖3B、以及圖4至圖6的實施例之中，每一列磁鐵均被插入一個形成於磁軛中的不同的、各自的通道。然而，在其他的實施例之中，超過一列(或其他獨立線性陣列)的磁鐵可以被藏納於單一通道之內。此一實施例之一範例顯示於圖7之中。在圖7所示的實例之中，磁鐵702之二內側列708二者均被藏納於一共用的、單一通道712之內，而磁鐵702之二外側列710則各自被藏納於不同的、各自的通道712之內。

雖然本發明之實施例試圖藉由容許較厚之標靶材料而提高標靶的經濟性，但其對於更平常的材料厚度之標靶可能有利。由於磁場強度增加，藉由減少電子迴轉半徑並在電漿之中容許較大的電子密度而增加電子的游離電位(ionization potential)，增進了電子之留持。此造成較低的標靶電壓，其在沉積諸如TCO的若干材料之時係有利的。在相關技術領域之中，其眾所周知，在TCO濺鍍沉積製程之中，較低的標靶電壓造成沉積薄膜的效能增進。

另一四列式磁控管設計揭示於編號5,364,518的美國專利案之中。然而，此'518專利中的設計的目的係允許另一形態的轉迴的較容易之處理。在'518專利之中，其目的係藉由增加磁鐵之間的距離而擴大相對於跑道的主要腿部的磁場以修改轉迴。其並不清楚揭示於編號5,364,518的美國專利案之中的發明是否可行，或者其是否曾經在現實世界中被組裝及測試。在編號6,375,814的美國專利案(特此將其納入本文做為參考)之中，其認為'518專利之發明會導致濺鍍製程的不穩定。

編號6,375,814的美國專利案亦論及一四列式設計。然而，如圖所繪，二內側列取代單一中央列僅係為圖方便，其有助於分開跑道的二條主要腿部，目的在於形成一橢圓形狀的轉迴或者用於操控濺鍍的方向。在實際的應用之中，'814專利之設計對於多數的組件之長度可以使用單一列之磁鐵。

本發明之實施例優於'814專利的進一步的優點在於其利用同一個簡單的長方形幾何結構以及一極為簡單的磁軛設計，即能夠自不同長度的磁鐵完整組裝出來。而'814專利的橢圓形組件需要一複雜的磁軛，且在較佳實施例之中，需要經過特別設計及製造的磁鐵。此外，一旦組裝之後，本發明的至少某些實施例之設計可以被輕易地修改，但'814專利的設計係固定的，且若未經完全重新製造，則無法修改。

編號6,264,803的美國專利(特此將其納入本文做為參考)揭示一種具有五列平行磁鐵形成二完整、平行跑道的磁控管。其不具有本發明之實施例之較強磁場的益處。然而，'803專利發明偏移該二跑道以達成本發明之實施例中之階狀轉迴之類似優點。

本發明之實施例的單一、連續跑道相較於'803專利的雙跑道設計具有重要的優點。相較於單一跑道設計，在雙跑道設計之中，介於最外側腿部之間的空間在標靶的周圍被分開得距彼此更遠。此改變了濺鍍材料之流出到基板之平面間的相對角度。此增加了沉積於基板之上的材料之投入的平均角度。此影響沉積薄膜之結構，諸如降低分子密度，通常到達一個無法接受的程度。在TCO薄膜的情形之中，密度是非常重要的。

另一個'803專利的設計中的不幸結果係一實質上較大部分 之濺鍍材料被沉積於製程處理室的牆面上，因此，較少的材料被使用於製造所需之薄膜。此可以以本發明的一些實施例加以降低或排除。

介於'803專利設計的跑道的外側腿部之間的角度大約是標準三列式設計的三倍，而介於本發明一些實施例的設計的該等腿部之間的角度則小於標準設計的二倍。

圖8例示一濺鍍系統800之一示範性實施例，上述之磁控管組件300與700可以被使用於其中。顯示於圖8中之一濺鍍系統800之示範性實施例實質類似顯示於編號5,096,562的美國專利案(特此將其納入本文做為參考)的圖1中的濺鍍系統，且描述於此'562專利的第2段第55行到第4段第23行之間，主要的差異在於一上述類型之磁控管組件18之使用，其中至少四列(或其他獨立線性陣列)磁鐵被安裝或以其他方式保持於一磁軛之中。

一電漿形成於一封閉反應室10之內，其中維持一真空，其用途係在一基板12移動通過反應室10時將一材料薄膜沉積於其上。基板12可以是將接受薄膜沉積於其上的任何物項中的大部分，且通常是某些真空相容材料，諸如金屬、玻璃、以及若干塑膠。該薄膜亦可以被沉積於事先已形成於一基板表面的其他薄膜或塗層之上。

一陰極組件14大體而言包含一長形可旋轉圓柱形管16，裝載於反應室10之中，且具有一標靶表面20。一個前述類型之磁控管組件18被攜載於管體16之一較低部分之內，且並未隨其旋轉。管體16之內部通常被以水冷卻，如同後述，以允許系統運作於高電力位準處。管體16被支撐於一水平位置，且被一驅動系統22使其以一固定速度繞其縱軸旋轉。

管體16可以被構建成許多不同形式中的一種，取決於預定被暴露於外側圓柱體表面20上的標靶材料之性質及成分。某一種結構具有整體上實質由固態標靶材料製成之牆面。另一種結構係由一適當之非磁性材料之核心所構成，舉例而言，諸如黃銅(brass)或不銹鋼，且其直徑、牆的厚度及長度係針對一預定被執行之特別運作之所需。塗鋪於核心之外側表面者係一層預定沉積於被塗佈基板12上之選定標靶材料20。在任一情形下，管體16及該層標靶材料20構成一管狀標靶或濺鍍源，取代較為傳統之平面標靶。

一個足以使得濺鍍發生的陰極電位透過一電力線32自一電源30供應至旋轉陰極14，該電力線32藉由一傳統型電刷(electrical brush)與管體16有滑動式的接觸34。電源30在此說明實例之中係一直流類型，但交流電源亦可以使用於此結構。反應室10之外殼係導電性的且被電性接地。其在濺鍍製程之中係充當一陽極。其可以選擇性地使用一不同的陽極並維持於一微小的正電壓。

為了得到預定執行的塗佈動作所需的低壓力，反應室10被提供一通連一真空幫浦38的出口管36。

為了將塗佈動作所需的氣體提供給反應室10，一氣體供應系統被納入。一第一氣體供應管40自一惰性氣體之一來源42延伸入塗佈反應室10。連接至入口管40之噴嘴44將惰性氣體散佈於一位於旋轉陰極14上的區域。即是此惰性氣體在一電場的作用下分解成帶電離子，該電場建立於標靶表面20與接地的反應室外殼10之間。正離子在一個被磁場局限出的區域中被吸引至標靶表面20並轟擊之，主要是在二平行條狀區域之中， 相反的磁極各自之間有一條，沿著圓柱體16之長度位於其底部處，磁鐵組件18的對面。

一第二氣體供應管46自一活性氣體源48延伸入反應室10。連接至入口管46之噴嘴50將反應氣體散佈於一個接近被塗佈的基板12並跨過其寬度的區域之中。活性氣體之分子結合從標靶表面濺出之分子，肇因於離子轟擊，以形成所需要的被沉積於基板12的頂部表面上的分子。

所顯示的氣體供應系統的許多變異亦可付諸實用。來自來源42與48的惰性與活性氣體可以被結合，並透過一共用管體與噴嘴組被投送入反應室10。當此完成之時，投送管在較佳的實施方式之中係被沿著旋轉標靶管體16的一側且平行其縱軸放置。其可以使用二個此種管體，標靶管體16的每一側各一個且平行其縱軸，各自投送相同的惰性及活性氣體之組合。並且，其可以同時供應超過一種活性氣體，取決於被沉積之薄膜。

在上述的示範性磁鐵配置之中，每一個別的列(或者其他獨立線性陣列)中的所有磁鐵的磁極均落入同一平面之內-換言之，所有該等磁鐵的磁極均係共平面的。例如，在圖4所顯示的示範性磁鐵配置之中，外側列410僅包含單一磁鐵，其必須具有一個與其本身共平面的磁極。對於內側列408而言，位於型樣外側區段中的磁鐵使其磁極向下(在圖4之中顯示成具有極性"S")，而位於型樣內側部分中的磁鐵使其磁極向上(在圖4之中顯示成具有極性"N")。換言之，對於內側列408而言，位於型樣外側部分中的磁鐵之磁極與位於型樣內側部分中的磁鐵之磁極的相位相差180度，但二組磁鐵之磁極仍是共平面的。

圖9例示適合使用於上述之磁軛與磁控管組件中之另一示 範性磁鐵配置900。舉例而言，顯示於圖9中的磁鐵配置900可以被使用於一個前述類型之可重新組構之磁軛。並且，如同顯示於上之實例，位於圖9所顯示的磁鐵配置900之中的磁鐵902可以被以各種不同之方式配置於一磁軛之上(例如，以一放射狀型樣、一梯階狀型樣、或者一平直之型樣)。並且，舉例而言，圖9所顯示的示範性磁鐵配置900可以被使用於先前配合圖8所述的濺鍍系統800之中，雖然其應理解，其他實施例可以實施成其他方式。

在此示範性磁鐵配置900之中，如同先前分別配合圖4、圖5、及圖6所述之磁鐵配置400、500、及600，磁鐵902被配置成四個磁鐵902之筆直、平行、獨立的線性陣列906。此例中，該四個獨立線性陣列906取成四列式之形狀906-包含二內側列908與二外側列910。

此例中，磁鐵902被配置成用以形成一跑道型樣，包含一外側部分(跑道)以及一內側部分(跑道之內側)。位於內側部分的磁鐵920於圖9之中被顯示成具有一剖面斜影線之圖樣，而位於外側部分的磁鐵922、924、及926於圖9之中並無任何影線的圖樣。位於內側部分之磁鐵920在此處亦被稱為"內側部分磁鐵"920。在圖9所顯示的實例之中，跑道型樣的內側部分係由包含於每一內側列908中的多個內側部分磁鐵920所構成(雖然每一內側列908之內側部分均可以利用二個以上或二個以下的圖9所示的磁鐵920形成)。

外側部分實質環繞內側部分之周圍。配置900之外側部分包含一對長形區段928，其實質彼此平行。在圖9所顯示的實例之中，長形區段928係由外側列910中的多個磁鐵922所構成(雖然長形區段928可以利 用四個以上或四個以下的圖9所示的磁鐵922形成)。

磁鐵配置900之外側部分亦包含一對轉迴區段930。每一轉迴區段930均實質擴及各自的成對長形區段928之末端。在圖9所顯示的實例之中，每一轉迴區段930均係利用至少一轉向磁鐵924(說明於下)形成於每一內側列908之中，該等轉向磁鐵924係設置於緊鄰於位於內側列908中的最接近的內側部分磁鐵920以及設置於該內側列908之一末端處之一或多個末端磁鐵926處。

在此示範性磁鐵配置900之中，如同先前配合圖4、圖5、及圖6所述之磁鐵配置400、500、及600，形成於外側列910之中的長形區段928比形成於內側列908中的型樣之內側部分長。此在內側列908之中提供空間給轉向磁鐵924及末端磁鐵926，以形成跑道型樣之外側部分之轉迴區段930。形成於內側列908中的內側部分側向地彼此偏移。此造成一階狀轉迴區段930，其中每一轉迴區段930之半徑被縮減。

在此實施例之中，對於列906的其中至少一者而言，該列906中的至少二磁鐵902具有各自並未落入同一平面之內(意即，並非共平面)的磁極。在圖9所顯示的特別範例磁鐵配置900之中，用以實施每一轉迴區段930的磁鐵(轉向磁鐵924)的其中一者被"轉向"九十(90)度。圖10-A例示圖9所顯示之磁鐵配置900跨線條10-A所取之一剖面，其包含來自二外側列910之長形區段磁鐵922，以及來自二內側列908之轉向磁鐵924之剖面。圖10-B例示圖9所顯示之磁鐵配置900跨線條10-B所取之一剖面，其包含來自二外側列910之長形區段磁鐵922，以及來自二內側列908之內側部分磁鐵920之剖面。

圖10-A到圖10-E例示圖9所顯示的示範性磁鐵配置分別跨線條10-A到10-E所取之剖面。如圖10-A所示，長形區段磁鐵922之磁極932(其被顯示成具有極性"S")之方向與內側部分磁鐵920之磁極934(其被顯示成具有極性"N")之方向的相位相差180度。

如圖10-B及圖10-C所顯示，每一轉向磁鐵924之磁極936之方向垂直於來自同一內側列908之內側部分磁鐵920之磁極934之方向，且與其不共平面。換言之，每一磁鐵924之磁極936之方向相對於其相鄰長形區段磁鐵922之磁極932之方向係轉折九十(90)度。並且，如圖10-C所示，在每一轉迴區段930中之轉向磁鐵924之磁極936之方向彼此之相位相差180度(其中一者被顯示成具有極性"N S"，而另一者被顯示成具有極性"SN")。

並且，如圖10-D及圖10-E所示，末端磁鐵926之磁極938(其被顯示成具有極性"S")之方向與長形區段磁鐵922之磁極932之方向相同。

如圖9所顯示，位於每一轉迴區段930中之磁鐵被配置成在由位於轉迴區段930中之磁鐵所形成的磁場中形成二或多條不同的曲線。在一些實施例之中，至少四條不同曲線被形成。該等曲線分別被形成於至少四個不同平面(相對於在圖9所顯示的實例中之長形可旋轉圓柱形管之旋轉)。在圖9所顯示的實施例之中，位於每一轉迴區段930中之磁鐵被配置成在由位於該個轉迴區段930中之磁鐵所形成的磁場中形成四條不同的曲線950、952、954、及956。更具體言之，一第一曲線950形成於跨越位於外側列910中之一第一者之長形區段磁鐵922的其中一者(其被顯示成具有極性"S")與相鄰的位於內側列908中之一第一者之轉向磁鐵924(其被顯示成具有極性"SN")的交界處，一第二曲線952形成於位於該同一個第一內側列 908中之該轉向磁鐵924與末端磁鐵926(其被顯示成具有極性"S")之間，一第三曲線954形成於前述末端磁鐵926與位於另一內側列908中之轉向磁鐵924(其被顯示成具有極性"NS")之間，而一第四曲線956形成於該轉向磁鐵924與位於另一外側列910中之一長形區段磁鐵922(其被顯示成具有極性"S")之間。在圖9所顯示的實例之中，該四條曲線950、952、954、及956之中的每一者均係形成於其具有之磁極係相對於彼此轉向(特別是，相對於彼此轉向至少90度)的二(或多個)磁鐵之間。

雖然曲線950、952、954、及956在圖9之中僅在一端被強調地指出，但其應理解，另一端亦形成類似之曲線。

圖11例示圖9之磁鐵配置900之一端，其中配置900所產生的電漿938覆蓋其上。如圖11所顯示，由於在位於轉迴區段930中之磁鐵所形成的磁場中形成四條不同的曲線950、952、954、及956，故在每一轉迴區段930中產生的電漿938的每一個角落均被分割成4條不同的曲線(其中電漿938形成於轉向磁鐵924之上，而非列與列之間的間隙)。將電漿938之每一個角落分割成較小的曲線減小標靶旋轉時由每一角落所濺鍍的整合表面區域，此從而又降低位於轉迴區段930處之標靶侵蝕。

其可以藉由將轉向磁鐵924在磁鐵列之軸線上轉動九十度而產生上述之多條曲線，同時仍使用四個筆直及獨立的列906。此磁鐵924之轉動使得電漿938能夠從介於磁鐵列910與908之間的間隙轉移到轉向磁鐵924之上，從而在磁場及產生的電漿938之中產生額外的曲線。維持此交錯之型樣使得該等曲線能夠相對於標靶之旋轉而位於不同的平面之中。因此，標靶材料之利用基本上大幅地增加，因為轉迴部分不再侵蝕位於跑道 型樣的直行道之前的標靶。並且，本來可能發生的交叉拐角效應被大幅地降低，因為轉迴部分強固到足以維持霍爾電流(Hall current)而無任何顯著的漏損。

其應理解，顯示於圖9至圖11的磁鐵配置900僅係示範性，此磁鐵配置900之變形亦有可能實施。舉例而言，如圖10-A到圖10-E所顯示，此例中位於用以形成轉迴區段930之內側列908中的末端磁鐵926及轉向磁鐵924係與內側列908中之內側部分磁鐵920具有同一剖面尺寸。然而，在其他的實施例之中，並非必然如此。並且，磁鐵錯開的距離可以改變，且轉向磁鐵924面對彼此的角度亦可以改變。並且，更廣泛言之，其可以改變磁鐵902之長度，可以改變介於列906之間的距離，以及以上配合圖4至圖6所述之其他變形。此外，位於內側列908最末端處之末端磁鐵926亦可以被移除。其他變形亦有可能(例如，其中至少一磁鐵可以具有不同於其他磁鐵的其中至少一者之幾何結構、尺寸、方位、或者磁性強度)。

圖12係將材料濺鍍於一基板上之一方法1200之一示範性實施例之一流程圖。圖12所顯示的示範方法1200在此處被描述成實施於先前配合圖8所述的濺鍍系統800之中，雖然其應理解，其他的實施例可以以其他的方式實施。

方法1200包含形成顯示於圖9至圖11的磁鐵配置900，做為配置於長形可旋轉圓柱形管16之內的磁控管組件18的一部分(區塊1202)。此可以藉由將磁鐵配置900形成於一前述類型之磁軛之中而達成。

方法1200另包含將該長形可旋轉圓柱形管16裝載於處理室10之中(區塊1204)以及維持一真空於處理室10之中(區塊1206)。該方法另 包含在處理室10之內旋轉該長形可旋轉圓柱形管16(區塊1208)、利用磁控管組件18供應一磁通量於標靶表面20處(區塊1210)、以及在處理室10之內將基板12移動靠近標靶表面20(區塊1212)。

其已說明一些實施例。然而，其應理解，其可以在未脫離所請求發明之精神和範疇下，對所述之實施例進行各種不同之修改。並且，前述實施例之個別特徵之組合應視為落入本文所揭示的發明的範疇。

示範實施例

範例1包含一種磁控管組件，包含：複數個磁鐵；以及一磁軛，被組構成將該複數個磁鐵維持於至少四個筆直、平行、獨立的線性陣列之中；其中該複數個磁鐵被配置於該磁軛之中，以形成一包含一外側部分及一內側部分之型樣，其中該外側部分實質環繞該內側部分之周圍；其中該線性陣列之末端部分包含一對轉迴區段，其中每一轉迴區段實質擴及外側部分之成對長形區段的各自的末端；其中位於每一轉迴區段中之磁鐵被配置成在磁場之中形成至少二或多條不同的曲線，沿著標靶旋轉軸彼此偏移。

範例2包含範例1之磁控管組件，其中位於每一轉迴區段中之磁鐵被配置成在磁場之中形成至少二或多條不同的曲線，沿著標靶旋轉軸彼此偏移，使得產生之每一曲線之標靶侵蝕成分在一標靶材料旋轉時並未彼此交疊。

範例3包含範例1至範例2中之任一者的磁控管組件，其中磁鐵被配置於每一轉迴區段之中，使得由位於該轉迴區段中之磁鐵所形成之磁場中之該至少二或多條曲線中的每一者均形成於其具有之磁極係相對 於彼此轉向的二磁鐵之間。

範例4包含範例1至範例3中之任一者的磁控管組件，其中磁鐵被配置於每一轉迴區段之中，使得由位於該轉迴區段中之磁鐵所形成之磁場中之該至少二或多條曲線中的每一者均形成於其具有之磁極係相對於彼此轉向至少至少90度的二或多個磁鐵之間。

範例5包含範例1至範例4中之任一者的磁控管組件，其中磁鐵之個別線性陣列被配置成形成一放射狀型樣、一梯階狀型樣、或者一平直之型樣於磁軛之上。

範例6包含範例1至範例5中之任一者的磁控管組件，其中該複數個磁鐵的其中至少一者具有不同於其他磁鐵的其中至少一者之一幾何結構、尺寸、方位、或者磁性強度。

範例7包含範例1至範例6中之任一者的磁控管組件，其中該型樣之外側部分包含一對轉迴區段，其中每一轉迴區段實質擴及成對長形區段之各自的末端，且其中該轉迴區段包含二或多個梯階。

範例8包含範例1至範例7中之任一者的磁控管組件，其中該磁軛被組構成使得由該複數個磁鐵所形成之型樣可以在未對該磁軛之設計進行修改下被重新組構。

範例9包含一濺鍍系統，包含：一處理室，一基板移動而通過之；一陰極組件，包含：一長形可旋轉圓柱形管，裝載於該處理室之中且具有一標靶表面；以及一磁控管組件，被安置於該長形可旋轉圓柱形管之內，該磁控管組件包含：複數個磁鐵；以及一磁軛，該磁軛被組構成將該複數個磁鐵維持於至少四個筆直、平行、獨立的線性陣列之中；其中該 複數個磁鐵被配置於該磁軛之中，以形成一個包含一外側部分及一內側部分之型樣，其中該外側部分實質環繞該內側部分之周圍；其中該線性陣列之末端部分包含一對轉迴區段，其中每一轉迴區段實質擴及外側部分之成對長形區段的各自的末端；其中位於每一轉迴區段中之磁鐵被配置成在磁場之中形成至少二或多條不同的曲線，沿著標靶旋轉軸彼此偏移

範例10包含範例9之系統，其中位於每一轉迴區段中之磁鐵被配置成在磁場之中形成至少二或多條不同的曲線，沿著標靶旋轉軸彼此偏移，使得產生之每一曲線之標靶侵蝕成分在標靶材料旋轉時並未彼此交疊。

範例11包含範例9至範例10中之任一者的系統，其中磁鐵被配置於每一轉迴區段之中，使得由位於該轉迴區段中之磁鐵所形成之磁場中之該至少二或多條曲線中的每一者均形成於其具有之磁極係相對於彼此轉向的二磁鐵之間。

範例12包含範例9至範例11中之任一者的系統，其中磁鐵被配置於每一轉迴區段之中，使得由位於該轉迴區段中之磁鐵所形成之磁場中之該至少二或多條曲線中的每一者均形成於其具有之磁極係相對於彼此轉向至少90度的二或多個磁鐵之間。

範例13包含範例9至範例12中之任一者的系統，其中磁鐵之個別線性陣列被配置成形成一放射狀型樣、一梯階狀型樣、或者一平直之型樣於該磁軛之上。

範例14包含範例9至範例13中之任一者的系統，其中該複數個磁鐵的其中至少一者具有不同於其他磁鐵的其中至少一者之一幾何結 構、尺寸、方位、或者磁性強度。

範例15包含範例9至範例14中之任一者的系統，其中該型樣之外側部分包含一對轉迴區段，其中每一轉迴區段實質擴及成對長形區段之各自的末端，且其中該轉迴區段包含二或多個梯階。

範例16包含範例9至範例15中之任一者的系統，其中該磁軛被組構成使得由該複數個磁鐵所形成之型樣可以在未對該磁軛之設計進行修改下被重新組構。

範例17包含範例9至範例16中之任一者的系統，另包含一驅動系統以支撐及旋轉該長形可旋轉圓柱形管。

範例18包含範例9至範例17中之任一者的系統，其中該系統被組構成在該基板移動通過該處理室時，配合沉積一薄膜於該基板之上，形成一電漿於該處理室之內。

範例19包含一種將材料濺鍍於一基板上的方法，此方法包含：形成磁鐵之一型樣做為一磁控管配件的一部分，該磁控管配件配置於一長形可旋轉圓柱形管之內，其中該長形可旋轉圓柱形管包含一標靶表面；裝載該長形可旋轉圓柱形管於一處理室之中；維持一真空於該處理室之中；於該處理室之內旋轉該長形可旋轉圓柱形管；利用該磁控管組件供應一磁通量於該標靶表面處；以及在該處理室之內移動該基板靠近該標靶表面；其中該磁控管組件包含：複數個磁鐵；以及一磁軛，被組構成將該複數個磁鐵維持於至少四個筆直、平行、獨立的線性陣列之中；其中該複數個磁鐵被配置於該磁軛之中，以形成一個包含一外側部分與一內側部分的型樣，其中該外側部分實質環繞該內側部分之周圍；其中該線性陣列之 末端部分包含一對轉迴區段，其中每一轉迴區段實質擴及外側部分之成對長形區段的各自的末端；且其中位於每一轉迴區段中之磁鐵被配置成在磁場之中形成至少二或多條不同的曲線，沿著標靶旋轉軸彼此偏移。

範例20包含範例19之方法，其中位於每一轉迴區段中之磁鐵被配置成在磁場之中形成至少二或多條不同的曲線，沿著標靶旋轉軸彼此偏移，使得產生之每一曲線之標靶侵蝕成分在標靶材料旋轉時並未彼此交疊。

300‧‧‧磁控管組件

302‧‧‧磁鐵

304‧‧‧磁軛

306‧‧‧線性陣列

308‧‧‧內側列

310‧‧‧外側列

Claims (20)

1. 一種磁控管組件，包含：複數個磁鐵，被組構以產生一電漿侷限路徑磁場；以及一磁軛，被組構成將該複數個磁鐵維持於至少四個筆直、平行、獨立的線性陣列之中；其中該複數個磁鐵被配置於該磁軛之上，以形成包含一外側部分與一內側部分的一型樣，其中該外側部分實質環繞該內側部分之一周圍；其中該線性陣列之末端部分包含一對轉迴區段，其中每一轉迴區段實質擴及該外側部分之一成對長形區段的各自的末端；其中藉由該內側部分所產生的磁場耦合到藉由該外側部分所產生的磁場，以形成一連續電漿侷限路徑；以及其中位於每一轉迴區段中之該磁鐵被配置成拆散一轉迴曲線成為二或多條不同的曲線，其中該轉迴曲線是藉由該連續電漿侷限路徑所形成，該二或多條不同的曲線是沿著一標靶旋轉軸彼此偏移。
2. 申請專利範圍第1項之磁控管組件，其中位於每一轉迴區段中之該磁鐵被配置使得產生之每一曲線之標靶侵蝕成分在一標靶材料旋轉時並未彼此交疊。
3. 申請專利範圍第1項之磁控管組件，其中該磁鐵被配置於每一轉迴區段之中，使得由位於該轉迴區段中之該連續電漿侷限路徑中之該二或多條不同的曲線中的每一者均形成於其具有之磁極係相對於彼此轉向的二磁鐵之間。
4. 申請專利範圍第1項之磁控管組件，其中該磁鐵被配置於每一轉迴 區段之中，使得由位於該轉迴區段中之該連續電漿侷限路徑中之該二或多條不同的曲線中的每一者均形成於其具有之磁極係相對於彼此轉向至少90度的二或多個磁鐵之間。
5. 申請專利範圍第1項之磁控管組件，其中磁鐵之線性陣列被配置成形成一放射狀型樣、一梯階狀型樣、或者一平直之型樣於該磁軛之上。
6. 申請專利範圍第1項之磁控管組件，其中該複數個磁鐵的其中至少一者具有不同於其他磁鐵的其中至少一者之一幾何結構、尺寸、方位、或者磁性強度。
7. 申請專利範圍第1項之磁控管組件，其中該型樣之該外側部分包含該對轉迴區段，其中該轉迴區段的各者包含二或多個梯階。
8. 申請專利範圍第1項之磁控管組件，其中該磁軛被組構成使得由該複數個磁鐵所形成之型樣可以在未對該磁軛之設計進行修改下被重新組構。
9. 一種濺鍍系統，包含：一處理室，一基板移動而通過之；一陰極組件，包含：一長形可旋轉圓柱形管，裝載於該處理室之中且具有一標靶表面；以及一磁控管組件，被安置於該長形可旋轉圓柱形管之內，該磁控管組件包含：複數個磁鐵，被組構以產生一電漿侷限路徑磁場在該標靶表面上；以及 一磁軛，被組構成將該複數個磁鐵維持於至少四個筆直、平行、獨立的線性陣列之中；其中該複數個磁鐵被配置於該磁軛之上，以形成包含一外側部分與一內側部分的一型樣，其中該外側部分實質環繞該內側部分之一周圍；其中該線性陣列之末端部分包含一對轉迴區段，其中每一轉迴區段實質擴及該外側部分之一成對長形區段的各自的末端；其中藉由該內側部分所產生的磁場耦合到藉由該外側部分所產生的磁場，以形成一連續電漿侷限路徑；以及其中位於每一轉迴區段中之該磁鐵被配置成拆散一轉迴曲線成為二或多條不同的曲線，其中該轉迴曲線是藉由該連續電漿侷限路徑所形成，該二或多條不同的曲線是沿著一標靶旋轉軸彼此偏移。
10. 申請專利範圍第9項之濺鍍系統，其中位於每一轉迴區段中之該磁鐵被配置使得產生之每一曲線之標靶侵蝕成分在一標靶材料旋轉時並未彼此交疊。
11. 申請專利範圍第9項之濺鍍系統，其中該磁鐵被配置於每一轉迴區段之中，使得由位於該轉迴區段中之該連續電漿侷限路徑中之該二或多條不同的曲線中的每一者均形成於其具有之磁極係相對於彼此轉向的二磁鐵之間。
12. 申請專利範圍第9項之濺鍍系統，其中該磁鐵被配置於每一轉迴區段之中，使得由位於該轉迴區段中之該連續電漿侷限路徑中之該二或多條不同的曲線中的每一者均形成於其具有之磁極係相對於彼此轉向至少90度的二或多個磁鐵之間。
13. 申請專利範圍第9項之濺鍍系統，其中磁鐵之線性陣列被配置成形成一放射狀型樣、一梯階狀型樣、或者一平直之型樣於該磁軛之上。
14. 申請專利範圍第9項之濺鍍系統，其中該複數個磁鐵的其中至少一者具有不同於其他磁鐵的其中至少一者之一幾何結構、尺寸、方位、或者磁性強度。
15. 申請專利範圍第9項之濺鍍系統，其中該型樣之該外側部分包含該對轉迴區段其中該轉迴區段的各者包含二或多個梯階。
16. 申請專利範圍第9項之濺鍍系統，其中該磁軛被組構成使得由該複數個磁鐵所形成之型樣可以在未對該磁軛之設計進行修改下被重新組構。
17. 申請專利範圍第9項之濺鍍系統，另包含一驅動系統以支撐及旋轉該長形可旋轉圓柱形管。
18. 申請專利範圍第9項之濺鍍系統，其中該系統被組構成在該基板移動通過該處理室時，配合沉積一薄膜於該基板之上，形成一電漿於該處理室之內。
19. 一種將材料濺鍍於基板上的方法，該方法包含：形成磁鐵之一型樣做為一磁控管配件的一部分，該磁控管配件配置於一長形可旋轉圓柱形管之內，其中該長形可旋轉圓柱形管包含一標靶表面；裝載該長形可旋轉圓柱形管於一處理室之中；維持一真空於該處理室之中；於該處理室之內旋轉該長形可旋轉圓柱形管；利用該磁控管組件供應一磁通量於該標靶表面處；以及在該處理室之內移動該基板靠近該標靶表面； 其中該磁控管組件包含：複數個磁鐵，被組構以產生一電漿侷限路徑磁場在該標靶表面上；以及一磁軛，被組構成將該複數個磁鐵維持於至少四個筆直、平行、獨立的線性陣列之中；其中該複數個磁鐵被配置於該磁軛之上，以形成包含一外側部分與一內側部分的一型樣，其中該外側部分實質環繞該內側部分之一周圍；其中該線性陣列之末端部分包含一對轉迴區段，其中每一轉迴區段實質擴及外側部分之一成對長形區段的各自的末端；其中藉由該內側部分所產生的磁場耦合到藉由該外側部分所產生的磁場，以形成一連續電漿侷限路徑；以及其中位於每一轉迴區段中之該磁鐵被配置成拆散一轉迴曲線成為二或多條不同的曲線，其中該轉迴曲線是藉由該連續電漿侷限路徑所形成，該二或多條不同的曲線是沿著一標靶旋轉軸彼此偏移。
20. 申請專利範圍第19項之將材料濺鍍於基板上的方法，其中位於每一轉迴區段中之該磁鐵被配置使得產生之每一曲線之標靶侵蝕成分在一標靶材料旋轉時並未彼此交疊。