TWM617421U - 磁場分布調整裝置及可調整磁場分布的沉積腔體 - Google Patents

Abstract

本新型提供一種可調整磁場分布的沉積腔體，包括一反應腔體、一承載盤、一靶材、一磁力裝置及至少一遮蔽單元。承載盤及靶材位於反應腔體的容置空間內，其中承載盤用以承載至少一基板，且靶材的一表面面對承載盤及基板。磁力裝置位於靶材的另一表面，並經由靶材在反應腔體的容置空間內形成磁場。遮蔽單元由導電材質所製成，並位於部分的磁力裝置與部分的靶材之間，其中遮蔽單元用以遮蔽磁力裝置產生的部分磁場，以微調容置空間內的磁場分布，並可有效提高沉積在基板表面的薄膜厚度的均勻度。

Description

磁場分布調整裝置及可調整磁場分布的沉積腔體

本新型有關於一種可調整磁場分布的沉積腔體，可微調容置空間內的磁場分布，並可有效提高沉積在基板表面的薄膜厚度的均勻度。

化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)及原子層沉積(ALD)皆是常用的薄膜沉積設備，並普遍被使用在積體電路、發光二極體及顯示器等製程中。

沉積設備主要包括一腔體及一基板承載盤，其中基板承載盤位於腔體內，並用以承載至少一基板。以物理氣相沉積為例，腔體內需要設置一靶材，其中靶材面對基板承載盤上的基板。在進行物理氣相沉積時，可將惰性氣體及/或反應氣體輸送至腔體內，分別對靶材及基板承載盤施加偏壓。

腔體內的惰性氣體因為高壓電場的作用，形成離子化的惰性氣體，離子化的惰性氣體會受到靶材上的偏壓吸引而轟擊靶材。從靶材濺出的靶材原子或分子受到基板承載盤上的偏壓吸引，並沉積在基板的表面，以在基板的表面形成薄膜。

一般而言，靶材的上方通常會設置複數個磁鐵，其中磁鐵可相對於靶材轉動，並在靶材的下方形成磁場。靶材下方的帶電粒子會受到磁鐵的磁場作用，以螺旋的方式位移。如此可大幅提高與氣體原子碰撞的機率，進而提高濺射率、薄膜沉積的效率及均勻度。

在進行薄膜沉積製程時，如何提高基板上薄膜厚度的均勻度一直是各製程廠努力的目標。本新型提出一種可調整磁場分布的沉積腔體，主要在部分的磁力裝置及部分的靶材之間設置遮蔽單元，以微調磁力裝置在容置空間或反應空間內形成的磁場分布，並可大幅改善沉積在基板上的薄膜厚度的均勻度。

本新型的一目的，在於提供一種可調整磁場分布的沉積腔體，主要包括一反應腔體、一承載盤、一靶材、一磁力裝置及至少一遮蔽單元。靶材及承載盤位於反應腔體的容置空間內，其中靶材的一表面面對承載盤及其承載的基板。磁力裝置設置在靶材的另一表面，並經由靶材在容置空間內形成磁場。遮蔽單元位於磁力裝置及靶材之間，用以遮擋磁力裝置產生的部分磁場，並調整磁力裝置在容置空間內的磁場分布。

在實際應用時可依據基板上各個區域沉積的薄膜厚度，調整遮蔽單元的設置位置或厚度，以改變容置空間內各個區域的磁場大小，及調整磁力裝置在容置空間內的磁場分布，並可有效改善後續沉積製程中在基板表面沉積的薄膜的均勻度。

本新型的一目的，在於提供一種可調整磁場分布的沉積腔體，主要於靶材面對磁力裝置的表面及遮蔽單元上設置對應的連接機構，使得遮蔽單元可以透過連接機構固定在靶材上，並調整容置空間內的磁場分布。

本新型的一目的，在於提供一種可調整磁場分布的沉積腔體，其中反應腔體包括一設置開口，而靶材則覆蓋反應腔體的設置開口，以在反應腔體及靶材之間形成一容置空間。

靶材與反應腔體之間還設置一密封絕緣單元，例如O型環，使得靶材與反應腔體沒有電性相連接，防止靶材上的偏壓經由反應腔體接地。此外亦可將靶材設置在一背板上，並以背板及/或靶材覆蓋反應腔體的設置開口以形成一容置空間。

本新型的一目的，在於提供一種可調整磁場分布的沉積腔體及磁場分布調整裝置，主要於部分靶材及部分磁力裝置之間設置至少一遮蔽單元，並以遮蔽單元遮擋磁力裝置產生的部分磁場。此外可依據製程的需求選擇遮蔽單元的材料、改變遮蔽單元的厚度、形狀或面積，以在容置空間內形成均勻的磁場。

為了達到上述的目的，本新型提出一種可調整磁場分布的沉積腔體，包括：一反應腔體，包括一容置空間；一承載盤，位於容置空間內，並用以承載至少一基板；一靶材，連接反應腔體的容置空間，並包括一第一表面及一第二表面，其中第一表面及第二表面為靶材上相對的兩個表面，且靶材的第一表面面對承載盤；一磁力裝置，位於靶材的第二表面的方向，並用以在容置空間內形成一磁場；一轉軸，連接該磁力裝置，並帶動該磁力裝置相對於該靶材轉動；及至少一遮蔽單元，位於部分磁力裝置及部分靶材之間，並遮蔽磁力裝置產生的部分磁場，其中遮蔽單元包括一導電材質。

本新型提供一種磁場分布調整裝置，適用於一沉積腔體，包括：一靶材，包括一第一表面及一第二表面，其中第一表面及第二表面為靶材上相對的兩個表面；一磁力裝置，位於靶材的第二表面的方向，並用以在靶材的第一表面的方向形成一磁場；一轉軸，連接該磁力裝置，並帶動該磁力裝置相對於該靶材轉動；及至少一遮蔽單元，位於部分磁力裝置及部分靶材之間，並遮蔽磁力裝置產生的部分磁場，其中遮蔽單元包括一導電材質。

所述的可調整磁場分布的沉積腔體及磁場分布調整裝置，其中靶材的第二表面包括複數個連接孔，而遮蔽單元則包括複數連接凸部，遮蔽單元的連接凸部用以插入靶材的第二表面上的連接孔，並將遮蔽單元固定在靶材的第二表面上。

所述的可調整磁場分布的沉積腔體及磁場分布調整裝置，其中靶材的第二表面包括複數個連接孔，而遮蔽單元則包括複數穿孔，複數個連接單元穿過遮蔽單元的穿孔，並固定在靶材的連接孔，以將遮蔽單元固定在靶材的第二表面上。

所述的可調整磁場分布的沉積腔體及磁場分布調整裝置，包括一背板包括一第一表面及一第二表面，背板的第一表面連接靶材的第二表面，而遮蔽單元則設置在背板的第二表面的方向。

所述的可調整磁場分布的沉積腔體及磁場分布調整裝置，其中背板的第二表面包括至少一凹槽，而遮蔽單元則設置在凹槽內。

請參閱圖1及圖2，分別為本新型可調整磁場分布的沉積腔體一實施例的立體剖面示意圖、側面剖面示意圖及磁場分布調整裝置一實施例的俯視圖。如圖所示，可調整磁場分布的沉積腔體10主要包括一反應腔體11、一承載盤13、一靶材15、一磁力裝置17及一遮蔽單元19，其中靶材15、磁力裝置17及遮蔽單元19被定義為一磁場分布調整裝置100，如圖3所示。

反應腔體11內具有一容置空間12，用以容置承載盤13及靶材15。承載盤13用以承載至少一基板131，而靶材15則面對承載盤13及其承載的基板131。具體而言，反應腔體11可設置一設置開口，例如設置開口位於反應腔體11的上方，其中容置空間12經由設置開口連接外部，而靶材15可設置或覆蓋在反應腔體11的設置開口上，並連接反應腔體11的容置空間12，使得靶材15及反應腔體11構成封閉的容置空間12。

承載盤13可相對於靶材15位移，並改變承載盤13及靶材15之間的距離。具體而言，承載盤13可以朝遠離靶材15的方向位移，並透過一機械手臂將基板131輸送至反應腔體11內並放置在承載盤13上，或者是透過機械手機將承載盤13上的基板131輸送至反應腔體11的外部。承載盤13可帶動承載的基板131朝靶材15的方向靠近，以減少承載盤13承載的基板131與靶材15之間的距離，並對基板131進行薄膜沉積。

在本新型實施例中，可調整磁場分布的沉積腔體10可以是物理氣相沉積腔體(PVD)，在沉積時對容置空間12施加電場，使得容置空間12內的中性氣體原子受到電子撞擊而形成帶電的氣體離子。在靶材15及承載盤13上施加偏壓，使得氣體離子撞擊靶材15，並產生微量的靶材粒子。被撞擊產生的靶材粒子會受到承載盤13上偏壓的吸引並沉積在基板131表面，以在基板131的表面上形成薄膜。

靶材15包括一第一表面151及一第二表面153，其中第一表面151及第二表面153為靶材15上相對的兩個表面，第一表面151面對承載盤13及/或基板131，例如靶材15的外觀近似圓盤狀，第一表面151為靶材15的下表面，而第二表面153則為靶材15的上表面。為了提高電漿氣體原子離子化的機率，可在靶材15的第二表面153上設置磁力裝置17，其中磁力裝置17會在靶材15的第一表面151側的容置空間12形成磁場，使得容置空間12內的帶電粒子以螺旋方式位移，增加帶電粒子的移動路徑及撞擊中性氣體原子的機率。此外磁力裝置17可連接一轉軸171，並透過轉軸171驅動磁力裝置17相對於靶材15轉動，以提高沉積在基板131表面的薄膜的均勻度。

透過磁力裝置17的設置雖然可以提高電漿氣體原子離子化的機率，進而提高其濺射率及控制沈積薄膜的均勻度。但磁力裝置17通常是由複數個磁鐵組合而成，只能透過磁鐵的排列方式或位置調整磁場的分布，進而改變基板131表面沉積的薄膜的均勻度。因此上述調整磁場分布的方式有極大的限制，不能對磁力裝置17產生的磁場進行微調，導致無法有效提高沉積在基板131表面的薄膜厚度的均勻度。

為此本新型提出一種可調整磁場分布的沉積腔體10，主要於部分的磁力裝置17與部分的靶材15之間設置至少一遮蔽單元19，並透過遮蔽單元19遮擋磁力裝置17產生的部分磁場，其中遮蔽單元19由導電材質所製成。

透過遮蔽單元19的設置，可遮擋磁力裝置17部分區域的磁場，以減小磁力裝置17在靶材15的第一表面151側及/或容置空間12部分區域的磁場大小，並微調磁力裝置17在容置空間12內形成的磁場分布。

透過微調磁力裝置17在靶材15的第一表面151側及/或容置空間12內的磁場分布，可改變沉積在基板131表面各個區域的薄膜厚度，並提高沉積在基板131表面的薄膜厚度的均勻度(U%)，例如可使得基板131表面上的薄膜的均勻度小於1%，後面的實施例會說明詳細的實施方法及相關的實驗數據。

在本新型一實施例中，反應腔體11的容置空間12內可設置一擋件111，其中擋件111的一端連接反應腔體11，擋件111的另一端則形成一開口112。承載盤13可朝靶材15的方向靠近，並進入或接觸擋件111形成的開口112，其中反應腔體11、承載盤13、靶材15及擋件111會在容置空間12內區隔出一反應空間121，並在反應空間121內對承載盤13上的基板131進行薄膜沉積。此外透過遮蔽單元19微調反應空間121內各個區域的磁場大小及磁場分布，以在基板131的表面形成厚度均勻的薄膜。

在本新型一實施例中，遮蔽單元19可直接設置在靶材15的第二表面153上，並電性連接靶材15，其中靶材15不電性連接反應腔體11。在本新型另一實施例中，遮蔽單元19亦可不直接連接靶材15，並可透過接地線或接地單元接地。

靶材15的第二表面153可設置複數個連接孔155，如圖4所示，遮蔽單元19可經由連接孔155固定或設置在靶材15的第二表面153。此外設置在靶材15的第二表面153側的遮蔽單元19的數量可以是複數個，並可任意排列在靶材15的第二表面153上。此外各個遮蔽單元19的面積或形狀可為不相同，並可在靶材15的第二表面153上排列成任意形狀的遮蔽構造。

具體而言，如圖5所示，遮蔽單元19的表面可設置複數個連接凸部191，其中遮蔽單元19的連接凸部191用以插入靶材15的第二表面153的連接孔155，並將遮蔽單元19固定在靶材15的第二表面153上。如圖6所示，亦可於遮蔽單元19上設置複數個穿孔193，其中遮蔽單元19的穿孔193用以對準靶材15的連接孔155，連接單元195用以穿過遮蔽單元19的穿孔193並連接靶材15的連接孔155，以將遮蔽單元19固定在靶材15的第二表面153上，例如連接單元195可以是螺絲。上述兩種固定遮蔽單元19及靶材15的方法僅為本新型兩個具體的實施方法，並非本新型權利範圍的限制，在實際應用時亦可以其他不同的固定機構連接遮蔽單元19及靶材15。

在本新型一實施例中，如圖7所示，磁場分布調整裝置100及/或反應腔體11可包括一背板113，其中背板113包括一第一表面1131及一第二表面1133，背板113的第一表面1131連接靶材15的第二表面153，而遮蔽單元19則設置在背板113的第二表面1133的方向。此外亦可於背板113的第二表面1133或靶材15的第二表面153上設置至少一凹槽14，並將至少一遮蔽單元19類似鑲嵌的方式設置在凹槽14內。

請參閱圖8，為本新型可調整磁場分布的沉積腔體的沉積方法的步驟流程圖。請配合參閱圖1及圖2，首先將一第一基板133放置在可調整磁場分布的沉積腔體10的承載盤13上，如步驟21所示。具體而言，可透過一機械手臂經由反應腔體11的進出料口115將第一基板133放置在承載盤13上，而後承載盤13會帶動第一基板133朝靶材15的方向位移，並在反應腔體11、擋件111、靶材15及承載盤13之間形成反應空間121。

透過沉積腔體10對第一基板133進行薄膜沉積，以在第一基板133的表面形成一薄膜，如步驟23所示。具體而言，可對反應空間121內的氣體原子施加電場，以產生帶電的氣體離子。對靶材15及承載盤13施加偏壓，使得帶電的氣體離子撞擊的靶材15以產生靶材粒子，靶材粒子會受到承載盤13上的偏壓吸引並沉積在第一基板133上，以在第一基板133的表面形成薄膜。

量測沉積在第一基板133表面的薄膜厚度，如步驟25所示。具體而言，可量測第一基板133表面的各個區域的薄膜厚度，以得知薄膜的均勻度。

如圖9所示，為先前技術的沉積腔體沉積在基板表面的薄膜厚度的分布圖，或本新型所述的沉積腔體及沉積方法沉積在第一基板表面的薄膜厚度的分布圖，其中基板131或第一基板133表面沉積的薄膜電阻(RsAvg)約為47.4歐姆/平方(Ω/sq)，而均勻度(Rs 2Avg-U%)為3.47%。

在實際應用時可依據圖9所述的第一基板133上薄膜的厚度分布，將遮蔽單元19設置在部分的磁力裝置17與部分的靶材15之間，以透過遮蔽單元19遮蔽磁力裝置17產生的部分磁場，其中遮蔽單元19下方的反應空間121內的磁場較小，如步驟27所示。

在實際應用時可將基板131及靶材15分別區分成複數個區域，其中靶材15上複數個區域分別對應基板131的複數個區域。而後依據基板131上各個區域的薄膜厚度，選擇將遮蔽單元19設置在靶材15上對應的區域，以調整基板131上各個區域的薄膜厚度。

在本新型一實施例中，可將第一基板133上的薄膜厚度區分為複數個厚度，例如第一基板133的第一區域具有一第一厚度，而第一基板133的第二區域具有一第二厚度，其中第一厚度大於第二厚度。而後將遮蔽單元19設置在對應第一區域及/或第一厚度的磁力裝置17及靶材15之間，以遮擋對應第一區域的磁場，例如將遮蔽單元19設置在具有第一厚度的第一區域的垂直延伸位置的靶材15。

在完成上述的調整步驟後，可將一第二基板135放置在承載盤13上，並對第二基板135進行薄膜沉積。

如圖10所示，為本新型可調整磁場分布的沉積腔體沉積在第二基板135表面的薄膜厚度的分布圖，其中沉積在第二基板135表面的薄膜電阻(RsAvg)約為45.8歐姆/平方(Ω/sq)，而均勻度(Rs 2Avg-U%)為0.91%。由圖9及圖10所示的薄膜厚度分布，可清楚看出本新型所述的可調整磁場分布的沉積腔體10及其沉積方法確實可有效改善沉積在基板131或第二基板135表面的薄膜均勻度。

如圖11所示，為本新型的可調整磁場分布的沉積腔體10對不同的基板131或第二基板135分批進行沉積的均勻度U%及薄膜電阻的曲線圖，如圖所示，可調整磁場分布的沉積腔體10經過磁場分布調整後，在相同的製程條件下沉積在基板131或第二基板135表面的薄膜電阻都能維持在44至46歐姆/平方(Ω/sq)之間，且薄膜的均勻度皆小於1%，可說明透過本新型所述的沉積腔體及沉積方法，可持續並反覆在基板131的表面沉積均勻厚度的薄膜。

以上所述者，僅為本新型之一較佳實施例而已，並非用來限定本新型實施之範圍，即凡依本新型申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本新型之申請專利範圍內。

10:可調整磁場分布的沉積腔體 100:磁場分布調整裝置 11:反應腔體 111:擋件 112:開口 113:背板 1131:第一表面 1133:第二表面 115:進出料口 12:容置空間 121:反應空間 13:承載盤 131:基板 133:第一基板 135:第二基板 14:凹槽 15:靶材 151:第一表面 153:第二表面 155:連接孔 17:磁力裝置 171:轉軸 19:遮蔽單元 191:連接凸部 193:穿孔 195:連接單元

[圖1]為本新型可調整磁場分布的沉積腔體一實施例的立體剖面示意圖。

[圖2]為本新型可調整磁場分布的沉積腔體一實施例的側面剖面示意圖。

[圖3]為本新型磁場分布調整裝置一實施例的俯視圖。

[圖4]為本新型磁場分布調整裝置的靶材及遮蔽單元一實施例的俯視圖。

[圖5]為本新型磁場分布調整裝置又一實施例的側面剖面示意圖。

[圖6]為本新型磁場分布調整裝置又一實施例的側面剖面示意圖。

[圖7]為本新型磁場分布調整裝置又一實施例的側面剖面示意圖。

[圖8]為本新型可調整磁場分布的沉積腔體的沉積方法一實施例的步驟流程圖。

[圖9]為先前技術的沉積腔體沉積在基板表面的薄膜厚度的分布圖。

[圖10]為本新型可調整磁場分布的沉積腔體沉積在基板表面的薄膜厚度的分布圖。

[圖11]為本新型的可調整磁場分布的沉積腔體對不同基板分批進行沉積的薄膜均勻度及薄膜電阻的曲線圖。

10:可調整磁場分布的沉積腔體

11:反應腔體

12:容置空間

13:承載盤

131:基板

133:第一基板

135:第二基板

15:靶材

151:第一表面

153:第二表面

17:磁力裝置

171:轉軸

19:遮蔽單元

Claims (8)

1. 一種可調整磁場分布的沉積腔體，包括： 一反應腔體，包括一容置空間； 一承載盤，位於該容置空間內，並用以承載至少一基板； 一靶材，連接該反應腔體的該容置空間，並包括一第一表面及一第二表面，其中該第一表面及該第二表面為該靶材上相對的兩個表面，且該靶材的該第一表面面對該承載盤； 一磁力裝置，位於該靶材的該第二表面的方向，並用以在該容置空間內形成一磁場； 一轉軸，連接該磁力裝置，並帶動該磁力裝置相對於該靶材轉動；及 至少一遮蔽單元，位於部分該磁力裝置及部分該靶材之間，並遮蔽該磁力裝置產生的部分該磁場，其中該遮蔽單元包括一導電材質。
2. 如請求項1所述的可調整磁場分布的沉積腔體，其中該靶材的該第二表面包括複數個連接孔，而該遮蔽單元則包括複數連接凸部，該遮蔽單元的該連接凸部用以插入該靶材的該第二表面上的該連接孔，並將該遮蔽單元固定在該靶材的該第二表面上。
3. 如請求項1所述的可調整磁場分布的沉積腔體，其中該靶材的該第二表面包括複數個連接孔，而該遮蔽單元則包括複數穿孔，複數個連接單元穿過該遮蔽單元的該穿孔，並固定在該靶材的該連接孔，以將該遮蔽單元固定在該靶材的該第二表面上。
4. 如請求項1所述的可調整磁場分布的沉積腔體，包括一背板包括一第一表面及一第二表面，該背板的該第一表面連接該靶材的該第二表面，而該遮蔽單元則設置在該背板的該第二表面的方向。
5. 如請求項4所述的可調整磁場分布的沉積腔體，其中該背板的該第二表面包括至少一凹槽，而該遮蔽單元則設置在該凹槽內。
6. 一種磁場分布調整裝置，適用於一沉積腔體，包括： 一靶材，包括一第一表面及一第二表面，其中該第一表面及該第二表面為該靶材上相對的兩個表面； 一磁力裝置，位於該靶材的該第二表面的方向，並用以在該靶材的該第一表面的方向形成一磁場； 一轉軸，連接該磁力裝置，並帶動該磁力裝置相對於該靶材轉動；及 至少一遮蔽單元，位於部分該磁力裝置及部分該靶材之間，並遮蔽該磁力裝置產生的部分該磁場，其中該遮蔽單元包括一導電材質。
7. 如請求項6所述的磁場分布調整裝置，包括一背板包括一第一表面及一第二表面，該背板的該第一表面連接該靶材的該第二表面，而該遮蔽單元則設置在該背板的該第二表面上。
8. 如請求項6所述的磁場分布調整裝置，其中該靶材的該第二表面包括複數個連接孔，而該遮蔽單元則包括複數連接凸部，該遮蔽單元的該連接凸部用以插入該靶材的該第二表面上的該連接孔，並將該遮蔽單元固定在該靶材的該第二表面上。

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