TWI641712B - Heating stage device applied to sputtering target gun - Google Patents

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Abstract

一種應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，包括：一加熱載台，係用以加熱濺鍍靶材，以控制濺鍍靶材溫度；一磁力元件，係用以產生磁場；一隔熱元件，設置於該加熱載台與磁力元件間；一冷卻系統，係用以冷卻該磁力元件；藉此，利用此應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，可降低靶材內的材料鍵結強度，降低濺鍍產物的粒子大小，成長出高品質的均勻薄膜。

Description

一種應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置
本發明係關於一種加熱載台裝置，特別是關於一種應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置。
濺鍍薄膜技術是許多科學與工業應用領域的重要關鍵做法與重要的製程基礎，習知濺鍍薄膜技術，常在真空容器內將金屬濺鍍靶材(陰極)與基板配置成相對向的平行平板式濺鍍薄膜形成裝置，在該裝置中向真空容器內引入氦氣等惰性氣體，並對靶材施加直流電壓或高頻電壓，藉此在靶材之表面產生垂直的電場，而在該靶材附近產生放電電漿，利用依上述方式所產生之的電漿離子濺鍍基板，將欲形成之薄膜鍍於基板的表面。
又習知薄膜濺鍍技術中，為提升有效的電漿撞擊效率，在靶槍內部鄰近靶材背面處增加一組磁鐵，來提升濺鍍氣體的游離率與薄膜沉積速率，然而為維持磁鐵的性能，磁鐵於濺鍍過程必須冷卻，因此在傳統靶槍的設計中，濺鍍時的靶材會處於兩側溫度不同狀態，如此一來，靶材內部會因高低溫的溫差而易於靶材內部產生應力；再者，靶材內部 的材料鍵結仍屬於較強的能量型式，表層撞擊出來的材料其特性與分佈如同子彈打擊在堅硬的物體表面，撞擊靶材時的鍍膜產物，可能多為大原子或分子團簇的型態，因此會影響到薄膜的粗糙度與品質，甚至侷限到薄膜的應用能力。
因此目前業界需發展一種應用在濺鍍薄膜沉積的靶材加熱之技術，除了可以減少靶材內部會因高低溫的溫差而於靶材內部產生應力，不易產生破壞，延長靶材壽命，還可改善被撞物質飛濺出的團簇大小，達到更細緻化的程度，有效增進沉積薄膜的均勻性、粗糙度與特性，對於磁控濺鍍的薄膜製作技術而言，是一項重要的生產製程技術。
鑒於上述習知技術之缺點，本發明之主要目的在於提供一種應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，整合一加熱載台、一磁力元件、一隔熱元件、一冷卻系統等，藉由該隔熱元件可避免濺鍍靶材加熱時造成磁力元件劣化，該加熱載台可控制濺鍍靶材溫度避免靶材內部會因高低溫的溫差而於靶材內部產生應力，並使濺鍍靶材維持一控制溫度，改善被撞物質飛濺出的團簇大小，有效增進沉積薄膜的均勻性、粗糙度與特性。
為了達到上述目的，根據本發明所提出之一方案，提供一種應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，包括：一 加熱載台，係用以加熱濺鍍靶材，以控制濺鍍靶材溫度；一磁力元件，係用以產生磁場；一隔熱元件，設置於該加熱載台與磁力元件間；一冷卻系統，係用以冷卻該磁力元件。
本發明之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該加熱載台係具有一偵測溫度元件，用以偵測濺鍍靶材溫度。
本發明之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該濺鍍靶材可維持於一控制溫度，該控制溫度之範圍可為室溫至2/3之濺鍍靶材材料熔點溫度。
本發明之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該冷卻系統更可用於冷卻該濺鍍靶材。
本發明之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該隔熱元件可為陶瓷材料。
本發明之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該冷卻系統可為水冷式冷卻系統。
本發明之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該磁力元件可為永久磁鐵。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。
100‧‧‧應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置
110‧‧‧濺鍍靶材
120‧‧‧加熱載台
130‧‧‧隔熱元件
140‧‧‧磁力元件
150‧‧‧冷卻系統
200‧‧‧應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置
210‧‧‧濺鍍靶材
220‧‧‧加熱載台
230‧‧‧隔熱元件
240‧‧‧磁力元件
250‧‧‧冷卻系統
261‧‧‧電力系統
262‧‧‧保護層
263‧‧‧固定裝置
264‧‧‧靶槍
265‧‧‧基板
266‧‧‧真空計
267‧‧‧輸氣管
268‧‧‧觀察窗
269‧‧‧抽真空系統
311‧‧‧未加熱之濺鍍靶材
312‧‧‧加熱後之濺鍍靶材
370‧‧‧氬氣離子
第一圖係為本發明一種應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置之示意圖。
第二圖係為本發明一種應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置之一實施例。
第三圖係為濺鍍靶材在不同溫度時受氬氣離子撞擊到濺鍍靶材表面之示意圖，(a)圖為未加熱之濺鍍靶材，產生較大的粒子團簇，(b)圖為加熱後之濺鍍靶材，產生較小的粒子團簇。
以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。
請參閱第一圖，如圖所示，本發明所提出一種應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置(100)，包括：一加熱載台(120)，係用以加熱一濺鍍靶材(110)，以控制濺鍍靶材溫度；一磁力元件(140)，係用以產生磁場，該磁力元件可為永久磁鐵；一隔熱元件(130)，設置於該加熱載台(120)與磁力元件(140)間，該隔熱元件可為陶瓷材料；一冷卻系統(150)，係用以冷卻該磁力元件(140)，該冷卻系統可為水冷式冷卻系統，在執行濺鍍工作時，該加熱載台(120)加熱該濺鍍靶材(110)至適當控制溫度的狀態，該濺鍍靶材(110)內的晶粒微結構未因高溫 而產生移動或其他結構相的生成，再藉由該隔熱元件(130)的隔離該加熱載台(120)之熱源，使該濺鍍靶材(110)在加熱的過程中，該磁力元件(140)仍可於一工作週期(至少20分鐘可維持冷卻狀態)保有磁性功能。
請參閱第二圖，如圖所示，係為本發明之一實施例，一電力系統(261)提供電力，其中該電力系統(261)陽極連接一靶槍(264)，陰極連接一濺鍍靶材(210)，因該靶槍(264)及該濺鍍靶材(210)之材料皆為可導電之金屬，故該靶槍(264)帶正電而該濺鍍靶材(210)帶負電，使用一組固定裝置(263)固定一空腔體，空腔體內含該靶槍(264)、該濺鍍靶材(210)及一應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置(200)，使用一抽真空系統(269)將該空腔體抽除空氣，使該空腔體呈現真空狀態，再利用一輸氣管(267)輸入特定氣體，例如氬氣，經一真空計(266)量測空腔體內之氣壓達到適當工作氣壓後，開始進行濺鍍作業。
該濺鍍靶材(210)置於一加熱載台(220)上方，利用該加熱載台(220)進行加熱及溫度控制，該加熱載台(220)下方設置一隔熱元件(230)用以隔絕該加熱載台(220)之熱源，另外使用一組保護層(262)固定該加熱載台(220)及該隔熱元件(230)，在該隔熱元件(230)下方設置一磁力元件(240)吸引氬氣撞擊該濺鍍靶材(210)，該磁力元件(240)下方設置一冷卻系統(250)用以冷卻該磁力元件(240)，使其可保有磁性功能，另外 可於空腔體外增設一觀察窗(226)，可藉由該觀察窗(226)觀察濺鍍作業之進行狀態，進行濺鍍作業時，將欲濺鍍之一基板(265)置於該靶槍(264)下方，該濺鍍靶材(210)受氣體離子撞擊產生複數粒子團，該複數粒子團受該靶槍(264)影響而附著於該基板(265)表面，完成濺鍍作業。
請參閱第三圖，未加熱之濺鍍靶材(311)在濺鍍過程中，電漿內之氬氣離子(370)受到電場的影響而得到能量，朝陰極方向移動將未加熱之濺鍍靶材(311)表面之原子濺射出來，如第三圖(a)所示；若將濺鍍靶材保持在熔點以下之高溫，根據熱力學定律得知，物體的溫度是其內部原子振動平均動能的指標，高溫所帶來的熱能會加強晶格內原子的振動而使原子呈現不穩定的狀態，原子會處於較高的位能狀態，且原子間的鍵結也漸漸減弱，故推斷以氬氣離子(370)撞擊加熱後之濺鍍靶材(312)時，能濺射出更多原子，如第三圖(b)所示，以提高濺鍍工作效率及沉積薄膜的品質。
此外，在固定之氣體壓力條件下，攜帶固定能量的氬氣離子(370)撞擊到濺鍍靶材表面時，未加熱之濺鍍靶材(311)表面被撞擊時，因原子間的鍵結較強，就像堅硬材料將其重力敲擊，被撞擊下來的材料粒子的大小，將包含較多的粒子團簇分布，這些團簇可能是中性態或離子態，然而撞擊在加熱後之濺鍍靶材(312)表面，被撞擊下來的材料粒子其大小會因材料內部鍵結強度變弱，而具有較多與較小的粒子團 簇或單一原子或離子的分布機率。
本發明之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該加熱載台可具有一偵測溫度元件，用以偵測該濺鍍靶材溫度；該濺鍍靶材可藉由該加熱載台停止加熱以維持一控制溫度，該冷卻系統更可用於冷卻該濺鍍靶材，該控制溫度之範圍可為室溫至2/3之濺鍍靶材材料熔點溫度。
本發明係利用加熱濺鍍薄膜沉積的靶材，藉以改善過去習知技術中的磁控濺鍍靶槍中，囿於槍體結構中磁鐵的冷卻因素，造成靶槍上的靶材於濺鍍過程處於低溫狀態，不利於電漿粒子的撞擊與被撞物質的飛濺，本發明可以改善被撞物質飛濺出的團簇大小，減少濺鍍產物的粒子大小，達到更細緻化的程度，有效增進沉積薄膜的均勻性、粗糙度與特性；此外，因靶材內部未有高低溫度分布的溫度梯度效應，故可減少材料內部的熱應力，不易產生破壞，延長靶材壽命，進而解決習知技術之問題。
上述之實施例僅為例示性說明本創作之特點及功效，非用以限制本創作之實質技術內容的範圍，任何熟悉此技藝之人士均可在不違背創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化，因此，本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (7)

  1. 一種應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，包括：一加熱載台，係用以加熱濺鍍靶材，以控制濺鍍靶材溫度；一磁力元件，係用以產生磁場；一隔熱元件，設置於該加熱載台與磁力元件間；一冷卻系統，係用以冷卻該磁力元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該加熱載台係具有一偵測溫度元件，用以偵測濺鍍靶材溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該濺鍍靶材係維持於一控制溫度，該控制溫度之範圍係為室溫至2/3之濺鍍靶材材料熔點溫度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該冷卻系統係更可用於冷卻該濺鍍靶材。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該隔熱元件係為陶瓷材料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該冷卻系統係為水冷式冷卻系統。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之應用於濺鍍靶槍上之加熱載台裝置，其中，該磁力元件係為永久磁鐵。
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