[发明专利]用于PVD平面靶的磁控管装置与磁控溅射设备

说明书

本发明公开了一种用于PVD平面靶的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、内侧磁组件与中间磁组件，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，中间磁组件包括中间直线单元，外侧直线单元、内侧直线单元与中间直线单元均包括多个磁体，外侧直线单元与内侧直线单元内磁体的磁极连线垂直于平面靶，中间直线单元内磁体的磁极连线平行于平面靶，且中间直线单元内磁体的两个磁极分别朝向外侧直线单元与内侧直线单元。本发明既能够减少弧形部与直线部之间刻蚀能力的差距，提高靶材的利用率，又能够保证等离子体的点燃和维持。

技术领域

本发明涉及真空沉积技术领域，尤其是涉及一种用于PVD平面靶的磁控管装置与磁控溅射设备。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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32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32可以做得更薄。

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。