[发明专利]用于大基片上沉积的磁控管源

说明书

技术领域

本申请涉及用于在基片上沉积材料的设备。

背景技术

在由大的支座支承的大基片或多基片上的材料沉积被广泛用于 窗玻璃涂覆、平板显示器制造、柔性薄膜涂覆、硬盘涂覆、工业表 面涂覆、半导体晶片加工和其他应用中。在这样的沉积系统中，磁 控管源、靶和基片可以相对于彼此传送。靶的至少一个尺寸需要大 于基片的一个尺寸，以至于该基片可以完全被靶溅射出来的材料覆 盖。

在常规的用于大基片的沉积系统中存在着不同的设计。但是这些 设计都具有不同的缺点。在如图1A-图1D所示的第一个例子中，沉 积系统100包括在真空室120中的大基片115上的细长的矩形靶 110。磁控管130保持在靶110之后。基片115可以在方向150上相 对于靶110和磁控管130传送来在基片115的上表面上接收均匀的 沉积。磁控管130相对于靶110是固定的。沉积系统100还可以包 括电源140，其可以在靶和真空室120的壁之间产生电偏压。

磁控管130包括第一极性的磁极132以及与第一极性相反极性的 磁极135。磁控管120可以在如图1B所示的靶110下侧的溅射表面 112外部产生磁通量。可以在溅射表面112外部形成闭合环路磁场轨 迹来捕捉电子并因此增强靠近溅射表面112的等离子体。更多的电 子在靠近由平行于溅射表面112的磁控管130所产生的最大磁场处 被捕捉。具有最大磁场强度的位置形成闭合环路，其可以引导自由 电子的迁移路径。该闭合环路磁场提高了溅射气体的电离效率并降 低了在溅射沉积过程中的操作压力。由于磁场产生的增强的溅射可 以在反复溅射操作后在溅射表面112上产生腐蚀图案，如图1D所示。

沉积系统100的缺点是磁控管130在沉积过程中相对于靶110 是固定的，这在靶110的溅射表面112上产生不均匀的腐蚀。该不 均匀的腐蚀会导致低的靶利用率以及在溅射表面112的具有低的磁 场强度的区域上产生溅射靶材料的再沉积。一些累积的材料可能脱 离靶110并将不期望的粒子沉积在基片115上。

另外一种常规的沉积系统200表示在图2A和图2B中。该沉积 系统200包括大靶210、真空室220以及在大靶210背面(与溅射表 面212相对)上的磁控管230。磁控管230可以沿着方向250来回扫 描。基片215保持在基片托217上。对于具有比基片大的尺寸的靶， 基片215在沉积过程中保持静止，而对于较小靶，基片215可以对 于靶210进行相对移动。

虽然磁控管230相对于靶210的扫描可以提高靶的利用率以及防 止靶材料再沉积，但是沉积系统200具有使用大的靶并因而是昂贵 的靶的缺点。此外，仅磁控管230的单个轨迹能达到在扫描方向端 点处的靶210的区域，而在靶210的中间部分磁电管230的两个轨 迹都能扫描到。这个局限降低了靠近靶210边缘的溅射率，导致了 在基片115上产生不均匀的沉积。

又一个常规沉积系统300表示在图3中。该沉积系统300包括圆 形靶310、固定的磁控管330、可以沿着一个方向传送的基片315以 及真空室320。圆形靶310可以通过转动机构围绕着磁控管330转动 来将圆形靶310的不同区域曝露到磁控管310的磁场，使得靶材料 可以在溅射表面312处进行溅射。由于靶310循环移动，所以腐蚀 图案可以更均匀。单件圆形靶312的高成本是沉积系统300的主要 缺点。此外，靶材料经常喷射到垫板313上，这降低了沉积材料的 质量。转动传送机构的真空密封同样是一个工程上的挑战。由于转 动传送机构的不可靠的真空密封，会降低系统的可靠性。

常规沉积系统的另外一种缺点是它们不适于厚靶，特别是包含磁 体或铁磁体材料的靶。磁控管而产生的磁场不能穿透所述厚靶。靶 厚度的局限减少了对于每个靶转换能够沉积的材料的量。

常规沉积系统的又一缺点是靶宽度必须足够大到容纳至少一个 磁场环路。实际上，靶宽度典型的为大于3英寸宽。这将增加靶的 成本以及增大系统的尺寸。

常规沉积系统的又一缺点是沉积仅仅在基片的一面进行。双面常 规沉积系统400需要真空室420中的两个相对的磁控管430a和430b 以及两个相关联的靶410a和410b，如图4所示。可以有两个间隔的 基片415a和415b，或一个基片的两个沉积表面。

发明内容