本发明专利技术公开了一种磁控装置与磁控溅射设备，磁控装置包括磁控管，包括包括外侧磁组件与内侧磁组件，外侧磁组件包括外侧直线单元与连接于外侧直线单元的端部的外侧弧形单元，内侧磁组件包括内侧直线单元，内侧直线单元与外侧直线单元之间具有间隙，驱动装置用于驱动磁控管沿第一方向与第二方向往复移动，磁控管沿第一方向移动的距离L1满足：L1≥d，沿第二方向移动的距离L2满足：0.5d≤L2≤2d，d为两侧间隙的中心线之间的距离。本实施例的磁控管通过沿第一方向与第二方向往复移动一定距离，便可以提升平面靶各区域刻蚀的均匀性，实现平面靶的全面积刻蚀，从而提升平面靶的利用率。从而提升平面靶的利用率。从而提升平面靶的利用率。
【技术实现步骤摘要】
用于PVD平面靶的扫描磁控管装置与磁控溅射设备
[0001]本专利技术涉及真空沉积
，尤其是涉及一种用于PVD平面靶的扫描磁控管装置与磁控溅射设备。
技术介绍
[0002]从磁控溅射镀膜技术诞生以来，被关注的磁控溅射的主要问题是：靶材的利用率、沉积效率、薄膜均匀性、薄膜致密度、镀膜过程中的稳定性以及满足各种复杂的镀膜要求等问题。对于平面靶磁控溅射，由于正交电磁场对溅射离子的作用关系，将其约束在闭合磁力线中，使得溅射靶材在溅射中产生不均匀刻蚀现象。一旦靶材刻蚀穿，靶材即报废，进而造成靶材的利用率一直较低，一般是40％以下。靶材是磁控溅射过程中的基本耗材，不仅使用量大，而且靶材利用率的高低对工艺过程及生产周期也起着至关重要的作用。虽然靶材可以回收再利用，但是靶材利用率仍然对企业成本控制以及提高企业产品竞争力有很大的影响。因此，想方设法提高靶材利用率是必然的，对此很多厂商也做出了很多改进的措施。
[0003]PVD靶表面的刻蚀不均匀性，也就是刻槽的深浅分布，和由此带来的靶材利用率低的问题来源于磁控管的具体设计和运动轨迹。对于平面圆形靶如何通过优化旋转平面磁控管的设计来提高靶材利用率，Yang等人在美国专利US Pat.7,186,319中做了详细的描述。圆形靶常用在6、8、和12英寸晶圆的PVD镀膜制程工艺中。
[0004]在过去的二十多年中，长方形平面靶磁控溅射技术一直为制造平板显示器而大力开发，例如用来做计算机显示器和电视屏幕。磁控溅射是制造显示屏导电层的首选方法，导电层是将铝、钼和透明导体(如氧化铟锡ITO)沉积到普通的矩形大面积的面板玻璃或高分子聚合物薄板上制成。最终制造好的面板可能包含薄膜晶体管、等离子显示器、场发射器、液晶显示器(液晶)元件，或者有机发光二极管(OLED)。类似的技术可用于镀膜玻璃窗用的光学薄膜层。长方形平面靶的磁控溅射与长期开发而且比较成熟的晶圆磁控溅射技术的主要区别在于前者的大尺寸及其长方形的形状，而后者是相对小一点尺寸的圆形靶。
[0005]Demaray等人在美国专利号US Pat.5565071A描述了平板溅射设备20，如图1所示，他们的薄膜沉积腔体主要包括：真空腔室22；长方形溅射基台24，其通常是电接地的；长方形玻璃面板或其它基板26由基台24来支撑；长方形溅射平面靶28，与基板26平行相应。平面靶28至少其表面，就是要溅射沉积到基片上的金属。平面靶28是隔着绝缘板30真空密封到腔室22。
[0006]通常将要溅射的平面靶28薄板粘结到背板32上，在该背板上形成冷却水通道以冷却平面靶28。溅射气体，通常是氩气，流进真空腔室22中。有利地，将背腔34隔着绝缘板36真空密封到平面靶背板32的背面并且用机械真空泵抽到低压，从而基本上消除了跨越大面积平面靶28及其背板的两侧压差，以及大压差可能引起的大变形量。因此，大面积平面靶28及其背板可以做得更薄。
[0007]直流电源把负电压施加到平面靶28的阴极上，注意到这里的负电压是相对于基座电极，也就是，基台26或腔室的其它接地部件例如掩遮板，在PVD真空腔室22内产生电场，用
于加速Ar离子溅射靶材，并从靶材产生电子，这些电子用于在靶材表面附近产生和维持等离子体38。正氩离子被吸引到平面靶28上，溅射金属原子有一部分沉积到基板26上，并在其上生成至少部分含有靶材的材料成分的薄膜层。金属氧化物或氮化物可以通过在金属磁控溅射期间额外向真空腔室22中供应氧气或氮气，在称为“反应磁控溅射”的过程中沉积下来。
[0008]为了提高溅射速率，线性磁控管40，其底视图如图2所示意，是按常规放置在平面靶背板32的背面。它有一个在中间位置的磁极42，被磁极性相反的外磁极44包围，在腔室内产生平行于平面靶28刻蚀面的磁场。磁极42与外磁极44是由基本恒定的间隙46来分开的，其间隙对应着在平面靶28表面产生的、高密度封闭环路的等离子体38。外磁极44由两个直线部分48和由两个半圆形部分50组成。
[0009]线性磁控管40施加一个外部磁场来捕获电子并将等离子体限制在靶材附近，从而增加等离子体的密度，并因此增加了平面靶28的溅射速率。磁场沿单个闭合轨道分布的闭合形状产生了通常沿着间隙46形成的封闭式的等离子体回路，并有效地防止等离子体从两边的端头泄漏出去。同时需要注意到的是，相对于平面靶28的尺寸而言，线性磁控管40的尺寸较小，需要线性磁控管40在平面靶28的背后来来回回地扫描来达到靶材表面的全面积刻蚀。
[0010]通常，丝杠机构很容易地驱动线性扫描，正如Halsey等人在美国专利US Pat.5855744中披露的那样。其中磁控管组件在磁控管室内移动，磁控管组件支撑在中心轴承支撑梁上，一组轴承轨道通过一组轴承构件支撑磁控管组件。磁控管组件的横向运动是通过转动螺纹驱动杆产生的，螺纹驱动杆与包含在螺纹驱动螺母壳体中的螺纹驱动螺母啮合。螺纹驱动螺母壳体接合并可在一对连接销上垂直滑动。
[0011]De Bosscher等人在美国专利US 6322670和US6416630中描述了这种线性磁控管的耦合二维扫描。De Bosscher等人所描述的磁控管最初是为尺寸约为400mm x 600mm的长方形面板开发的。然而，为了量产规模的经济考量，也为了提供更大面积的显示屏，多年来面板的尺寸在不断增加，靶材的尺寸也在相应增加。
[0012]在适应较大面积靶材的一种方法中，图2中的“跑道”形状的线性磁控管40沿扫描方向在横向上复制了多达9次，以覆盖靶材的大部分面积，参考Hosokawa等人的美国专利US Pat.5458759，但是这种方案最后还是需要通过扫描来平均磁场分布。
[0013]Tepman在美国专利申请US2006/0049040 A1中披露了各种具有卷曲等离子体回路的磁控管，特别是具有长方形轮廓的磁控管。所述磁控管可布置成蛇形，其平行的直线部分由弯曲部分连接；或者布置成长方螺旋形，其直线部分沿正交方向布置。等离子体环在内和外磁极之间形成，其内磁极以一个卷曲形状形成，外磁极的磁极性与内磁极相反。图3和4为Tepman提供的磁控管52、磁控管56和对应的等离子体封闭回路54、等离子体封闭回路58的设计示意图。Tepman也给出了各种磁控管扫描方案。但是采用Tempman提出的磁控管和扫描方案，还是很难做到靶材中央部分大面积的均匀刻蚀的。而且Tempman提出的磁控管和扫描方案也没有解决长方形靶材四个角的全面积刻蚀。
[0014]从前面可以发现，目前为了解决靶材全面刻蚀和基片镀膜均匀性的问题，通常的做法是将磁控管相对靶材沿一个方向(例如图2中的第一方向)进行往复扫描，然而，当磁控管沿第一方向移动时，磁控管的圆弧端部对平面靶的刻蚀深度将大于直线部分，导致靶材
的边缘部分形成比较深的刻蚀槽。总而言之，现有磁控管的设计和扫描方案没有很好地优化，难以做到靶材的全面积刻蚀。
技术实现思路
[0015]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种用于PVD平面靶的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，包括：磁控管，包括外侧磁组件与内侧磁组件，所述外侧磁组件与所述内侧磁组件的极性相反，所述外侧磁组件包括外侧直线单元与连接于所述外侧直线单元的端部的外侧弧形单元，所述内侧磁组件包括内侧直线单元，所述内侧直线单元的相对两侧均设置有所述外侧直线单元，且所述内侧直线单元与所述外侧直线单元之间具有间隙，至少所述外侧直线单元与所述内侧直线单元形成直线部，至少所述外侧弧形单元形成弧形部；驱动装置，用于驱动所述磁控管沿第一方向与第二方向往复移动，所述第一方向垂直于所述直线部的直线方向，所述第二方向平行于所述直线部的直线方向；其中，所述磁控管沿所述第一方向移动的距离L1满足：L1≥d，沿所述第二方向移动的距离L2满足：0.5d≤L2≤2d，d为两侧所述间隙的中心线之间的距离。2.根据权利要求1所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述磁控管沿所述第一方向具有第一极限扫描位置，沿所述第二方向具有第二极限扫描位置，所述磁控管被配置为：当所述磁控管处于所述第一极限位置与所述第二极限位置时，所述弧形部与平面靶的圆角同心。3.根据权利要求2所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述磁控管被配置为：当所述磁控管处于所述第一极限位置与所述第二极限位置时，所述磁控管的外边缘超出平面靶的外边缘设定距离。4.根据权利要求2所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述内侧磁组件的磁场强度大于所述外侧磁组件的磁场强度。5.根据权利要求1所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述磁控管还包括中间磁组件，所述中间磁组件包括中间直线单元，所述中间直线单元设置于所述间隙内，所述外侧直线单元、所述内侧直线单元与所述中间直线单元均包括沿第二方向排布的多个磁体，且所述外侧直线单元、所述内侧直线单元与所述中间直线单元内的磁体均以所述内侧直线单元的中心线为对称轴对称分布，所述外侧直线单元内的磁体的磁极连线与所述内侧直线单元内的磁体的磁极连线垂直于平面靶，所述中间直线单元内的磁体的磁极连线平行于平面靶，且所述中间直线单元内的磁体的两个磁极分别朝向所述外侧直线单元与所述内侧直线单元，所述中间直线单元内的磁体的外侧磁极与所述外侧磁组件内磁体朝向所述平面靶的磁极一致，所述中间直线单元内的磁体的内侧磁极与所述内侧磁组件内磁体朝向所述平面靶的磁极一致；其中，至少所述外侧直线单元、所述内侧直线单元与所述中间直线单元形成所述直线部，所述直线部向平面靶施加的...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨洪生，黎左兴，张晓军，
申请(专利权)人：深圳市矩阵多元科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。