TWI809039B - 磁控濺鍍裝置的磁體集合體 - Google Patents

Abstract

根據一實施例的磁控濺鍍裝置的磁體集合體，包括：磁 軛；電磁體，配置在所述磁軛上，在垂直於所述磁軛的方向上具有不同的磁極；以及永久磁體，以與所述電磁體分隔的方式配置在所述磁軛上，並且，圍繞所述電磁體的至少一部分。

Description

磁控濺鍍裝置的磁體集合體

本發明涉及一種磁控濺鍍裝置的磁體集合體。

濺鍍裝置是在生產半導體、FPD(LCD、OLED等)或者太陽能電池時用於在基板上沉積薄膜的裝置。並且，濺鍍裝置還能夠用於卷對卷(roll to roll)裝置。作為其中一種，磁控濺鍍(Magnetron sputtering)裝置所利用的技術是向真空狀態的腔室(chamber)內注入氣體並生成等離子體，將離子化的氣體粒子與待沉積的靶材(target)物質進行衝擊之後，將由於衝擊而濺鍍的粒子沉積在基板上。此時，為在靶材形成磁感線，將磁體單元配置在靶材的後面使其與基板相對。即，在靶材前面配置基板，在靶材的後面配置磁體單元。

該磁控濺鍍裝置因具有以下優點而得到廣泛使用：能夠在相對低溫的環境下製造薄膜，在電場作用下得到加速的粒子能夠緊密地沉積在基板上，並且沉積速度快。

一方面，為在大面積的基板上沉積薄膜而使用連續線上 系統或集束型系統。連續線上系統及集束型系統在裝載腔室與未裝載腔室之間提供多個處理腔室，通過裝載腔室得到裝載的基板通過多個處理腔室進行連續工藝。在這樣的連續線上系統及集束型系統中，濺鍍裝置提供在至少一個處理腔室內，並且，按照一定間隔設置磁體單元。

然而，因存在磁體單元所產生的固定磁場，由此，根據電場及磁場的等離子體密度能夠決定靶材表面的侵蝕。尤其，在磁體單元的邊緣，即長度方向的至少一端部施加有地電位，基板邊緣的等離子體密度相比其他區域更大，由此，靶材邊緣的濺鍍速度相比其他區域更快。由此，在基板上沉積的薄膜厚度分佈不均，導致膜質分佈下降的問題，並且，由於等離子體密度差異使得靶材的特定部分過度侵蝕，存在靶材效率降低的問題。

為解決上述問題，可以使用邊緣部分的厚度大於中央部的厚度的靶材。為生產上述靶材，必須對平面靶材的中央部進行研磨使其厚度變薄，及需要額外地對平面靶材進行加工。由此，在對平面靶材進行加工的過程中存在材料損失的問題，並且由於額外增加工藝導致成本提高。此外，在對靶材進行加工的過程中，還會發生靶材受損等問題。

解決上述問題的其他方法有：利用分流器(shunt)等對靶材表面的磁場強度進行調節的方法；在磁體的邊緣利用墊板調節距離的方法；或者在磁體的邊緣位置增加Z軸電機的方法等。然而，上述方法都會導致製造費用的提高，還需要利用手工作業調 節磁場強度，並且，由於無法實現磁場強度的局部調節而需要進行數次反復操作，投入較多作業時間。

一實施例的目的在於提供一種磁控濺鍍裝置的磁體集合體，在靶材上垂直磁場為零的位置(以下，B⊥0)，即，局部水準磁場為最大，等離子體密度相比其他區域更大，由此，不僅能夠將靶材消耗(侵蝕)集中的位置進行左右方向(X軸)移動，還能夠實現上下方向(Y軸)移動。

並且，一實施例的目的在於，提供一種以簡單的控制方法移動B⊥0的磁控濺鍍裝置的磁體集合體。

根據一實施例的磁控濺鍍裝置的磁體集合體，包括：磁軛；電磁體，配置在所述磁軛上，在垂直於所述磁軛的方向上具有不同的磁極；以及永久磁體，以與所述電磁體分隔的方式配置在所述磁軛上，並且，圍繞所述電磁體的至少一部分。

所述永久磁體具有在平行於所述磁軛的方向上開口的馬蹄形狀，所述電磁體配置在所述永久磁體的內側。

所述永久磁體為「ㄈ」字形狀。

隨著施加至所述電磁體的電力的變化，所述磁控濺鍍裝置的靶材上的垂直磁場為零的位置發生移動。

所述電磁體，包括：磁芯，固定在所述磁軛上，並配置在所述永久磁體內側；以及線圈，纏繞在所述磁芯。

所述磁控濺鍍裝置的磁體集合體，還包括用於改變施加至所述線圈的電力的控制部。

從所述電磁體到所述永久磁體的中央部的距離與從所述電磁體到所述永久磁體的側部的距離相同，或者從所述電磁體到所述永久磁體的中央部的距離大於從所述電磁體到所述永久磁體的側部的距離。

根據一實施例，不僅在左右方向移動上，還能夠在上下方向移動上移動形成在靶材上的B⊥0，由此防止靶材的局部過度侵蝕。

並且，能夠通過控制電磁體強度的方式，簡單地移動形成在靶材上的B⊥0。

1:濺鍍裝置

10:磁體集合體

11、91:電磁體

12:永久磁體

12a:中央部

12b、12c:側部

13:磁軛

20:基板

30:基板固定部

40:靶材

50:背板

60:控制部

111:線圈

112:磁芯

B⊥0、B⊥0(-10A)、B⊥0(-5A)、B⊥0(0A)、B⊥0(5A)、B⊥0(10A)、B⊥0(a)、B⊥0(b)、B⊥0(c):位置

A:區域

D1、D2:位移

L1、L2:距離

I-I:線

N:N極

S:S極

X、Y、Z:軸

圖1為概略顯示根據一實施例的濺鍍裝置的結構的側面圖。

圖2為根據一實施例的磁體集合體的上面圖。

圖3為顯示根據一實施例的垂直磁場為零的位置(以下，以B⊥0表示)的磁體集合體的平面圖。

圖4為概略顯示根據一實施例的隨著電磁體的強度增加而變化的B⊥0的形態的磁體集合體的側面圖。

圖5為圖4的磁體集合體的平面圖。

圖6為概略顯示根據一實施例的隨著電磁體的強度減小而變 化的B⊥0的形態的側面圖。

圖7為圖6的磁體集合體的平面圖。

圖8為根據一實施例的磁體集合體的上面圖。

圖9為根據一實施例的在靶材上示出B⊥0的靶材的上面圖。

圖10為顯示根據一實施例的隨著電磁體的強度變化而變化的B⊥0的形態的靶材的上面圖。

圖11為沿著圖10的I-I線的靶材的截面圖。

以下，參照附圖對實施例進行詳細說明。各附圖中相同的附圖編號表示相同的部件。可對以下說明的實施例施加多種變更。此外，在對本發明進行說明的過程中，判斷有關公知技術的具體說明，不必要地模糊實施例的要點時，其詳細說明給予省略。

並且，在對實施例的構成要素進行說明時，可以使用第一、第二、A、B、(a)、(b)等術語。然而，上述術語的使用僅作為將該構成要素區別于其他構成要素，並非用於限定相應構成要素的本質、排列或順序。當說明一個構成要素與其他構成要素「連接」、「結合」時，該構成要素可以直接連接或結合于其他構成要素，各構成要素之間也可以「連接」、「結合」有其他構成要素。

與任何一個實施例中的構成要素具有相同功能的構成要素在其他實施例中使用相同的名稱進行說明。在未言及反例時，記錄在任何一個實施例的說明能夠適用於其他實施例，由此，在 重複範圍內省略具體說明。

圖1為概略顯示根據一實施例的濺鍍裝置的結構的側面圖，圖2為根據一實施例的磁體集合體的上面圖，圖3為顯示根據一實施例的垂直磁場為零的位置的磁體集合體的平面圖。

參照圖1及圖2，根據一實施例的濺鍍裝置1能夠包括磁體集合體10、基板20、基板固定部30、靶材40、背板50及控制部60。

磁體集合體10能夠包括多個電磁體11、91、永久磁體12，及磁軛13。磁體集合體10能夠利用電磁體11及永久磁體12在靶材40上形成具有一定強度的固定磁場。能夠通過固定磁場和由外部施加的電場在靶材40表面形成等離子體。等離子體密度由固定磁場及所施加的電場決定。由於等離子體在靶材40表面發生濺鍍而在基板20上沉積薄膜。

磁體集合體10在靶材40上形成的固定磁場能夠包括垂直磁場和/或水準磁場。對於靶材40表面，在垂直磁場(與靶材表面垂直的磁感線成分)為零的位置(以下稱為B⊥0)，水準磁場(與靶材表面平行的磁感線成分)局部地成為最大，由於相應區域的等離子體密度大於其他區域，因此濺鍍速度更快。圖3中以點線表示的B⊥0是在基板40的表面形成的B⊥0的概念圖。B⊥0能夠形成在電磁體11及永久磁體12之間。B⊥0的位置能夠基於靶材40從磁體集合體10分隔的距離而不同。

當在比磁體集合體10大的大面積基板20沉積薄膜時， 能夠具有兩個以上磁體集合體10。此時，至少兩個以上的磁體集合體101以相同的大小及相同的結構配置，並具有相同的間隔。

磁軛13為板狀，能夠支援多個電磁體11、91及永久磁體12。例如，磁軛13能夠具有在長度方向上延長的形象。

在多個電磁體11、91中配置在磁軛13的兩端部的電磁體11能夠被永久磁體12所圍繞。電磁體11能夠以與永久磁體12分隔的方式配置在磁軛13上。配置在外部的控制部(未圖示)能夠控制電磁體11的強度。例如，電磁體11能夠包括線圈111及磁芯112。線圈111沿著磁芯112外表面按照順時針或逆時針方向纏繞。線圈111能夠生成磁場。磁芯112能夠放大由線圈111形成的磁場。磁芯112固定在磁軛13上並配置在永久磁體12的內側。例如，磁芯112能夠是鐵芯或永久磁體。

在多個電磁體11、91中配置在磁軛13的中央部的電磁體91配置在位於磁軛13的兩端部的永久磁體12之間。電磁體91能夠包括多個列，例如3個列。

永久磁體12能夠配置在磁軛13的兩端部。永久磁體12在磁軛13與電磁體11分隔配置，並圍繞電磁體11的至少一部分。永久磁體12與電磁體11相互作用而生成磁場。

永久磁體12能夠包括中央部12a，以及從中央部12a的兩端部在相同方向上突出形成的兩側部12b、12c。在永久磁體12的兩側部12b、12c之間能夠配置有電磁體11。

多個電磁體11、91及永久磁體12能夠形成在靶材40上 形成閉曲線的B⊥0。例如，永久磁體12的上部為N極下部為S極。電磁體11的上部能夠是S極。並且，以圖2為基準，電磁體91形成3列，配置在中間一列的電磁體91的上部能夠是與電磁體11相同為S極，配置在左側列及右側列的電磁體91的上部能夠是與永久磁體12相同的N極。此時，多個電磁體11、91及永久磁體12能夠在靶材40上形成大致橢圓形的B⊥0。在此，「上部」是指從磁軛13遠離的部分，即圖二所示的部分。另一方面，「下部」是與磁軛13接觸的部分，即在圖二中被遮擋的部分。

作為另一例，永久磁體12的上部能夠是S極，電磁體11的上部是N極。並且，以圖2為基準，電磁體91形成為3列，配置在中間一列的電磁體91的上部是與電磁體11相同的N極，配置在左側列及右側列的電磁體91的上部是與永久磁體12相同的S極。

永久磁體12能夠具有在平行於磁軛13的方向開口的馬蹄形狀。例如，永久磁體12能夠具有「ㄈ」字形狀。「ㄈ」字形狀的永久磁體12能夠包括趨向開口部寬度變大或變小的部分。例如，永久磁體12的寬度趨向開口部逐漸變大或變小。配置在磁軛13的兩端的各個永久磁體12的開口部能夠相面對。電磁體11能夠形成在永久磁體12的內側。由於電磁體11配置在永久磁體12的內側，電磁體11及永久磁體12能夠形成大致‘U’字形狀的B⊥0。隨著施加至電磁體11的電力的變化，在靶材40上垂直磁場為零的位置，即B⊥0能夠發生移動。例如，B⊥0的寬度增加或減 小，B⊥0向上或向下移動。換言之，僅通過控制電磁體11，就能夠上下左右地移動B⊥0。對於B⊥0的移動的具體內容，將在圖4至圖7中進行說明。

基板20能夠是用於製造半導體、FPD(LCD、OLED等)、太陽能電池等的基板，能夠是矽晶片、玻璃等。並且，基板20能夠是用於卷對卷的薄膜型基板。

基板固定部30以與磁體集合體10相對，即相面對或以一定角度傾斜的方式分隔一定距離進行配置。此時，基板固定部30能夠在裝置內配置於上側、下側，或者側面，並且將磁體集合體10配置為與其相面對的方式。例如，當基板固定部30配置在下側時，磁體集合體10配置在上側；基板固定部30配置在上側時磁體集合體10配置在下側。並且，基板固定部30垂直配置在側面時，磁體集合體10配置在與此相面對的另一側面。

基板固定部30對基板20進行固定使得沉積物質能夠均勻地沉積在基板20上。將基板20固定於基板固定部30時，能夠利用固定手段等對基板20的邊緣進行固定，或者，在基板20的後面對基板20進行固定。基板固定部30為對基板20的後面全部進行支撐與固定，形成為具有基板20形象的大致四邊形或圓形形狀。並且，基板固定部30為對基板20的邊緣部分進行固定，在上下左右以一定間隔分隔配置有4個杆，並且隨著杆的邊緣相互接觸，中央部形成為空的四邊的框的形狀。一方面，基板固定部30在固定有基板的狀態下朝向一個方向移動。例如，隨著朝向一 個方向進行在基板20上沉積薄膜。由此，在固定基板固定部30的沒有固定基板的一面配置有用於移動基板固定部30的移動手段(未圖示)。移動手段能夠包括與基板固定部30接觸而進行移動的滾筒，以及與基板固定部30分隔並利用磁力進行移動的磁移動手段等。此外，基板固定部30的一部分也能夠發揮移動手段的功能。並且，當為靜止型濺鍍裝置時可不需要固定手段。此時，基板固定部30能夠具有升降基板20的升降銷。

靶材40固定在背板50，並由待沉積在基板20的物質構成。該靶材40能夠是金屬物質或者是包括金屬物質的合金。並且，靶材40能夠是金屬氧化物、金屬氮化物或電介質。例如，靶材40能夠利用由從Mg、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、C、Si及Sn等選擇的元素作為主成分的材料。一方面，背板50與靶材40的整體厚度能夠形成為5mm~50mm左右。

背板50配置在磁體集合體10與基板固定部30之間。並且，靶材40固定在背板50的一面。即，靶材40配置在與基板20相對的背板50的一面。一方面，也能夠不配置背板50，而在磁體集合體10的上側配置靶材40。

控制部60能夠改變施加在電磁體11的電力。例如，控制部60能夠改變施加至線圈111的電壓或電流的大小。

圖4為概略顯示根據一實施例的隨著電磁體的強度增加而變化的B⊥0的形態的磁體集合體的側面圖，圖5為圖4的磁體 集合體的平面圖。在圖4中使用點線表示靶材40的位置。

參照圖4及圖5，磁體集合體10能夠移動B⊥0。控制部60在改變施加至電磁體11的電流和/或電壓時，能夠改變發生在電磁體11及永久磁體12的磁場。由此，能夠移動形成在靶材40上的B⊥0。

參照圖5，當電磁體11的強度增大時，例如，當向電磁體施加5A、10A時，B⊥0相比在0A，即未在電磁體施加電力時向外張開。換言之，B⊥0從電磁體11向永久磁體12移動。在圖4及圖5中，初始狀態的B⊥0圖示為B⊥0(0A)；在電磁體11流動的電流為5A時B⊥0圖示為B⊥0(5A)；在電磁體11流動的電流為10A時B⊥0圖示為B⊥0(10A)。

圖6為概略顯示根據一實施例的隨著電磁體的強度減小而變化的B⊥0的形態的側面圖，圖7為圖6的磁體集合體的平面圖。在圖4中使用點線表示靶材40的位置。

參照圖6及圖7，當電磁體11的強度減小時B⊥0向內聚攏。換言之，B⊥0從永久磁體12朝向電磁體11移動。在圖6及圖7中，初始狀態的B⊥0圖示為B⊥0(0A)；在電磁體11流動的電流為-5A時B⊥0圖示為B⊥0(-5A)；在電磁體11流動的電流為-10A時B⊥0圖示為B⊥0(-10A)。

圖8為根據一實施例的磁體集合體的上面圖，圖9為根據一實施例的在靶材上示出B⊥0的靶材的上面圖。

參照圖8及圖9，從電磁體11到中央部12a的距離L2 與從電磁體11到永久磁體12的側部12b、12c的距離L1相同，或者，從電磁體11到中央部12a的距離L2大於從電磁體11到永久磁體12的側部12b、12c的距離L1。在電磁體11的強度變化期間，B⊥0的上下方向位移D2大於左右方向位移D1。

例如，電磁體11能夠更大地受到永久磁體12的N極的影響，由此，B⊥0的上下方向位移D2大於左右方向位移D1。形成在電磁體11與永久磁體12之間的磁感線的分佈中，上下方向位移部分(Y軸方向)相比左右方向位移部分(X軸方向)，由於在電磁體周圍的N極的永久磁體的單位面積更大，由此，受電磁體強度變化的影響更大。

例如，磁控濺鍍裝置能夠包括左右驅動磁體集合體10(參照圖1)的驅動部(未圖示)。磁控濺鍍裝置通過控制部充分確保B⊥0的上下方向位移範圍，通過驅動部充分確保B⊥0的左右方向位移範圍。即使沒有驅動部，僅通過調節電磁體11的強度也能夠確保B⊥0的上下左右位移範圍。

圖10為顯示根據一實施例的隨著電磁體的強度變化而變化的B⊥0的形態的靶材的上面圖，圖11為沿著圖10的I-I線的靶材的截面圖。

參照圖10及圖11，初始狀態的B⊥0(a)左右移動，並在靶材40表面上形成濺鍍，擴大的B⊥0(b)及縮小的B⊥0(c)同樣左右移動，並在靶材40表面形成濺鍍。可能在重複區域A發生局部過度侵蝕的問題，對此，磁體集合體10(參照圖1)通過移動B⊥0 的邊界擴大重複區域A，由此，減少在重複區域A的侵蝕深度。

綜上，參考有限的附圖與實施例進行了說明，然而，本領域普通技術人員能夠根據上述記載進行多種修改及變更。例如，所說明的技術按照與說明的方法不同的循序執行，和/或說明的構成要素按照與說明的方法不同的形態結合或者組合，或者以其他構成要素或均等物進行替代或置換也能夠達到合理的結果。因此，其他體現，其他實施例及請求範圍的等同替代也包括在本發明的權利要求範圍。

10:磁體集合體

11、91:電磁體

12:永久磁體

13:磁軛

111:線圈

112:磁芯

Claims (7)

1. 一種磁控濺鍍裝置的磁體集合體，包括：磁軛，具有一磁軛表面；電磁體，配置在所述磁軛表面上，在垂直於所述磁軛表面的方向上具有不同的磁極；以及永久磁體，以與所述電磁體分隔的方式配置在所述磁軛表面上，並且，圍繞所述電磁體的至少一部分，其中所述永久磁體包括具有朝向所述電磁體的一磁體表面的一中央部及從所述中央部的相對的兩端部突出形成的兩側部，其中各所述側部具有朝向所述電磁體的一磁體表面，且所述中央部朝向所述磁軛表面的磁極與各所述側部朝向所述磁軛表面的磁極不同於所述電磁體朝向所述磁軛表面的磁極。
2. 如申請專利範圍第1項所述的磁控濺鍍裝置的磁體集合體，其中所述永久磁體具有在平行於所述磁軛的方向上開口的馬蹄形狀，且所述電磁體配置在所述永久磁體的內側。
3. 如申請專利範圍第2項所述的磁控濺鍍裝置的磁體集合體，其中所述永久磁體為「ㄈ」字形狀。
4. 如申請專利範圍第2項所述的磁控濺鍍裝置的磁體集合體，其中隨著施加至所述電磁體的電力的變化，所述磁控濺鍍裝置的靶材上的垂直磁場為零的位置發生移動。
5. 如申請專利範圍第4項所述的磁控濺鍍裝置的磁體集合體，其中所述電磁體，包括： 磁芯，固定在所述磁軛上，並配置在所述永久磁體內側；以及線圈，纏繞所述磁芯。
6. 如申請專利範圍第5項所述的磁控濺鍍裝置的磁體集合體，還包括用於改變施加至所述線圈的電力的控制部。
7. 如申請專利範圍第1項所述的磁控濺鍍裝置的磁體集合體，其中從所述電磁體到所述永久磁體的所述中央部的距離與從所述電磁體到所述永久磁體的各所述側部的距離相同，或者從所述電磁體到所述永久磁體的所述中央部的距離大於從所述電磁體到所述永久磁體的各所述側部的距離。

Images