移动式细胞格磁控溅镀靶的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种移动式细胞格磁控溅镀靶。该磁控溅镀靶包含：一靶材，其贴附于一铜底板上，所述靶材连接一负电压；一驱动装置；一细胞格磁控装置，其固定于所述铜底板，包含一基板、一细胞格状磁盘、多个磁条，所述细胞格状磁盘及所述多个磁条由外而内固定于所述基板上，所述基板由所述驱动装置所驱动，而以一预定速率，作预定平面轨迹的运动，其中，所述细胞格状磁盘由相接的磁条所构成，并以相同的第一磁极面向所述靶材，所述细胞格状磁盘的空间内，每一细胞格包含一磁条，以第二磁极面向所述靶材。该磁控溅镀靶可有效解决以往磁控溅镀端部因为电子阱的不断重叠而消耗地更快的问题。
【专利说明】移动式细胞格磁控溅镀靶
【技术领域】
[0001]本发明关于一种磁控溅镀靶，特别是指一种在溅镀靶后方设有细胞格磁控，该细胞格磁控依据设定运动轨迹做集体平面运动，以达到溅镀靶材面消耗均匀，工件上的镀膜也均匀的一种移动式细胞格磁控溅镀靶。
【背景技术】
[0002]磁控派镀(magnetron sputtering)是指真空派镀腔内在派镀祀材的后方安排电磁铁或永久磁铁以产生磁场并使得磁力线由靶材后方穿透至靶材前方，再回到靶材后方的电磁铁或永久磁铁。电浆产生器利用磁场的导引将电浆离子气体轰击金属靶材的预定区域以敲出金属原子，再沉积金属原子于靶材下方的工件表面上以形成薄膜。电浆气体可以包含惰性气体如氩气，或者是可以和靶材反应的反应气体。
[0003]这样的结果将使得靶材犹如一个穿隧(tunnel-like)的结构形成一电子阱(electron trap)。这种效应在穿隧形的电子讲在金属祀材形成一封闭回路后会更进一步强化，而变得更有效率。然而，它却使电浆形成回路，而使得靶材犹如被穿隧般的损耗，这结果将存在靶材的利用率被显着降低的缺点。
[0004]由Pius Grunenfelder, Wangs等人于1995年所获得的美国专利第5，399, 253号，发明名称为“Plasma Generating device”揭露了一种变化的磁场以解决公知磁控派镀，因固定磁场所导致靶材穿隧般损耗的问题。如图1所示的现有靶材1，现有靶材I背面有一固定环绕磁条11固定于一极板12，而固定环绕磁条11包围的内部则有两个会旋转的磁条，第一旋转磁条13和第二 旋转磁条14。第一旋转磁条13和第二旋转磁条14开始时它的N-S两极一开始时上下的极性正好相反。第一旋转磁条13、第二旋转磁条14以和靶材面法线垂直线为转轴，一者以顺时针方向旋转，另一者则是逆时针旋转。其磁力线透穿现有靶材I的变化如图1A、图1B、图1C顺序变化。图1C时第一旋转磁条13和第二旋转磁条14正好转了 180度。图中磁力线进、出的位置将使靶材表面产生类似于穿隧足极(tunnel footpole) 16。靶材在这些位置就会消耗较快。对于大面积靶材时，该专利揭示固定环绕磁条11内可以安排更多的旋转磁条。如图2所示。图2为依据图1所示公知的磁控溅镀靶，大面积溅镀靶时有更多的原地旋转磁条的横截面示意图。
[0005]Pius Grunenfelder, Wangs 等人于 2002 年获得另一美国专利第 6，454, 920 号，发明名称为“Magnetron Sputtering Source”,这是改良版的磁控派镀源。如图3所示,它的变化是靶材切割成多块，形成第一靶材la、第二靶材Ib固定于一背板5，背板5下方则是冷却板或冷却管路6。靶材与靶材的间隔另设有薄片状(strip)的第一片状阳极7a、第二片状阳极7b。同样也有固定环绕磁条11及第一旋转磁条13和第二旋转磁条14。
[0006]Pius Grunenfelder, Wangs的专利的确对祀材的均匀消耗有所改善,派射区域也增加了，但是靶材端部因为电子阱的不断重叠而消耗地更快，而使得溅射镀膜的有效区和端部的侵蚀有不均匀的现象。
[0007]有鉴于此，使靶材的靶面侵蚀范围扩大，有效消除靶面不均匀的侵蚀，特别是使靶材边缘的镀膜可以更均匀，仍是本领域亟待解决的难题。
【发明内容】
[0008]为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种移动式细胞格磁控溅镀靶，可有效解决以往磁控溅镀端部因为电子阱的不断重叠而消耗地更快的问题。
[0009]为达上述目的，本发明提供一种磁控溅镀靶，其特征在于，包含:
[0010]一靶材，其贴附于一铜底板上，所述靶材连接一负电压；
[0011]一驱动装置；
[0012]一细胞格磁控装置，其固定于所述铜底板，包含一基板、一细胞格状磁盘、多个磁条，所述细胞格状磁盘及所述多个磁条由外而内固定于所述基板上，所述基板由所述驱动装置所驱动，而以一预定速率，作预定平面轨迹的运动，其中，所述细胞格状磁盘由相接的磁条所构成，并以相同的第一磁极面向所述靶材，所述细胞格状磁盘的空间内，每一细胞格包含一磁条，以第二磁极面向所述靶材。
[0013]根据本发明的【具体实施方式】，优选地，在上述的磁控溅镀靶中，所述细胞格状磁盘由多个格状相连接所构成 ，所述多个格状选自由大小不相等的方格组、大小相等的方格组、蜂巢格状、三角格组、多层同心圆形、多层同心心型所组成的群组的其中一种。
[0014]根据本发明的【具体实施方式】，优选地，在上述的磁控溅镀靶中，所述细胞格磁控装置还包含一环状磁盘，其围绕并相距一预定距离于所述细胞格状磁盘之外，所述环状磁盘朝向于所述靶材的一面与所述细胞格状磁盘磁性相反，所述环状磁盘是独立固定的，并不和细胞格状磁盘集体移动。
[0015]根据本发明的【具体实施方式】，优选地，上述的磁控溅镀靶还包含一间距调整机构，用以调整所述靶材与所述细胞格磁控装置的间距，以改变镀率与均匀度。
[0016]根据本发明的【具体实施方式】，优选地，上述的磁控溅镀靶还包含一角度调整机构，用以调整所述靶材与所述细胞格磁控装置的夹角，以改变镀率与均匀度。
[0017]根据本发明的【具体实施方式】，优选地，在上述的磁控溅镀靶中，所述驱动装置包含一马达推动一连动装置，所述连动装置包含连杆或凸轮或齿轮、齿条或皮带或链条(炼条)的机构组合。
[0018]根据本发明的【具体实施方式】，优选地，在上述的磁控溅镀靶中，所述铜底板与所述细胞格磁控装置之间还包含一冷却装置。
[0019]根据本发明的【具体实施方式】，优选地，在上述的磁控溅镀靶中，所述基板中心的平面运动轨迹包含圆形、椭圆、转角为圆角的矩形或菱形的超椭圆轨迹的其中一种，所述预定速率约为4-19cm/s。
[0020]根据本发明的【具体实施方式】，优选地，在上述的磁控溅镀靶中，所述平面轨迹的中心不与靶材表面中心重叠，以达成一预定的镀膜均匀性分布。
[0021 ] 根据本发明的【具体实施方式】，优选地，在上述的磁控溅镀靶中，所述细胞格磁控装置包含至少三列并列的方格，中间列的方格和最上及最下的两列的方格大小不相等，并以通过细胞格磁控装置中心水平线呈镜面对称。
[0022]本发明的磁控溅镀靶包含:多个靶材，其贴附于一铜底板上，这些靶材连接一负电压；一驱动装置；一细胞格磁控装置，其固定于铜底板之后，包含一基板、一细胞格状磁盘、多个磁条。而细胞格状磁盘、及多个磁条由外而内固定于基板上，由该驱动装置所驱动，而以一速率在靶材所包含的范围内作预定平面轨迹的运动，其中，该细胞格状磁盘由相接的磁条所构成，并以相同的第一磁极面向这些祀材，而该多个磁条分布于该细胞格状磁盘的格子内，而最外的该环状磁盘及该多个磁条以相同的第二磁极，面向这些靶材。此外，在基板外部更包含一独立的环状磁盘，它是固定的。
[0023]本发明的移动式细胞格磁控溅镀靶可有效解决以往磁控溅镀端部因为电子阱的不断重叠而消耗地更快的问题；使得磁控溅镀靶的磁场控制简易化；控制镀膜均匀性；在靶面上同时形成多个溅镀源，实现高速镀膜。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为公知的磁控溅镀靶的横截面示意图。
[0025]图1A为图1所示的公知磁控溅镀靶的磁力线的顺序变化图。
[0026]图1B为图1所示的公知磁控溅镀靶的磁力线的顺序变化图。
[0027]图1C为图1所示的公知磁控溅镀靶的磁力线的顺序变化图。
[0028]图2为依据图1所示的公知磁控溅镀靶有更多的原地旋转磁条的横截面示意图。
[0029]图3为另一公知的磁控溅镀靶的横截面示意图。
[0030]图4为本发明磁控溅镀靶沿图5的A-A’切割线的横截面示意图。
[0031]图5为本发明磁控溅镀靶的细胞格磁控装置平面视图。
[0032]图6A为本发明磁控溅镀靶的细胞格磁控装置变化型的平面视图。
[0033]图6B为本发明磁控溅镀靶的细胞格磁控装置变化型的平面视图。
[0034]图6C为本发明磁控溅镀靶的细胞格磁控装置变化型的平面视图。
[0035]图6D为本发明磁控溅镀靶的细胞格磁控装置变化型的平面视图。
[0036]主要组件符号说明:
[0037]现有靶材I第一靶材Ia第二靶材Ib
[0038]固定环绕磁条11
[0039]极板12
[0040]第一旋转磁条13第二旋转磁条14
[0041]穿隧足极16
[0042]背板5
[0043]冷却板或冷却管路6
[0044]第一片状阳极7a第二片状阳极7b
[0045]靶材100
[0046]铜底板110
[0047]冷却底板120
[0048]细胞格磁控装置150
[0049]环状磁盘152
[0050]细胞格状磁盘155
[0051]磁条158
[0052]基板159[0053]水平移动机构160
[0054]环状磁盘的固定基板1591
【具体实施方式】
[0055]为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文为本发明的移动式细胞格磁控溅镀靶的优选实施例，并配合相关附图，作详细说明如下。
[0056]图4为一移动式细胞格磁控溅镀靶的横截面示意图，其为沿图5所示的平面图中A-A’线所绘制的横截面示意图。该移动式细胞格磁控溅镀靶由上而下包含多个靶材100粘贴于一铜底板110上，或是以螺丝方式固定。铜底板110下方则是冷却底板120。在另一实施例中，该多个靶材100直接粘贴于一铜质的冷却底板120上。冷却底板120绝不可是铁、钴、镍等铁磁性材料以免影响磁力线分布。另外，冷却底板120需要确实贴合于靶材100以免散热不良。例如，以螺丝锁住。靶材100连接于一负电压端。多个靶材100由同一电源供应器供应其电源。
[0057]冷却底板120的下方则是一细胞格磁控装置150。如图5所示，图5为细胞格磁控装置150的平面示意图，最外圈为一环状磁盘152。图示的环状磁盘152标示为北极N，环状磁盘152内部则是细胞格状磁盘155标示为南极S，而细胞格状磁盘155的每一个别细胞内部则包含一磁条(独立磁条)158，标示为北极N。换言之，不管是环状磁盘152或细胞格状磁盘155或磁条158的另一磁极都在进入纸面的另一端(或请参考图4所示磁盘的下端)。
[0058]在一实施例中，细胞格磁控装置150包含三列互相并列的方格，中间列的方格数比上、下两列的个数少(中 间列有三个，上，下二列则有四个方格并列)，且以通过细胞格磁控装置150中心的水平线呈镜面对称，也以通过细胞格磁控装置150中心的垂直线呈镜面对称。本发明的细胞格磁控装置150并列的方格，又增加了许多的小中心磁条158的设计，再加上细胞格磁控装置150不是固定而是呈运动轨迹运动(如下述)，可以使靶材消耗更加均匀，又不失磁条间电子阱的效果。
[0059]上述的细胞格磁控装置150包含细胞格状磁盘155及这些磁条158先固定于一基板159，基板159再由另一水平移动机构160带动，而使得细胞格磁控装置150呈现以一预定的平面运动轨迹集体移动(collection motion)。环状磁盘152则是固定于另一独立不动的环状磁盘的固定基板1591。水平平面运动轨迹，是依据以下的参数做调整，例如:靶材种类、溅镀速率、靶材面积、靶材消耗程度、镀膜均匀性来调整。水平移动机构160可以包含一转轴驱动一凸轮，或直接连接凸轮，再以齿条、齿轮及皮带、链条(炼条)及任意组合的其中之一连接于基板159的一转轴。或者是马达输出转轴驱动三连杆或四连杆等等组合。为避免影响真空，水平移动机构160及细胞格磁控装置150可以设计在真空镀腔外。当然，若在真空腔体内，就必须选用适合的轴封及机构。
[0060]基板159中心的水平平面运动轨迹，可以是例如包含圆形、椭圆或转角为圆角的矩形、菱形的超椭圆轨迹等等，依据运动轨迹选择适当传动组合，来达到上述预定的运动轨迹，电子阱产生后，再变化为另一处，因此，可以使靶材的消耗均匀。另外，基板159的移动速率也可由程控及调整。移动速率约为0.25-2cycle/s，换算为300mmX 300mm的靶材而言，约为4cm/s-19cm/s。上述平面运动轨迹的中心，在某些应用上不与靶材表面中心重叠，以达成一预定的镀膜均匀性分布。
[0061]上述的环状磁盘152是用来增加四周靠边靶材的溅镀率与镀膜的均匀性。而细胞格状磁盘155细胞格大小约为5mmX 5mm-300mmX 300mm。
[0062]另依据靶材100为矩形、圆形或多边形的不同，细胞格状磁盘155并不限于图5所示的方型细胞格状，而可以进一步变化为多个三角格组成(如图6A所示)、多个蜂巢格状(如图6B所示)、多层同心圆形(如图6C所示)、多层同心花瓣(如图6D所示)型或多层同心心形(未图示)，方型细胞格状、多个三角格组成、及多个蜂巢格状适合方形靶或圆形靶，而多层同心圆形、多层同心花瓣、多层同心心形适合于圆型或接近圆型的溅镀靶。 [0063]本发明的细胞格磁控装置150包含环状磁盘152、细胞格状磁盘155及多个磁条158等以永久磁铁为优先。电磁铁为次。因此，当所采用的细胞格磁控装置150中的环状磁盘152、细胞格状磁盘155或磁条158为永久磁铁，细胞格磁控装置150与靶材的距离是可以调整来达到预定的磁场强度，以达到以间距来改变镀率与均匀度的目的。
[0064]另外，整组细胞格磁控装置150并不限于整组与靶材100同在一真空中。整组细胞格磁控装置150也可以隔离于大气中。
[0065]本发明的另一实施例中，整组细胞格磁控装置150是在一钭面上，斜面角约为5-30°，进而可以控制镀膜厚度的分布。
[0066]本发明的移动式细胞格磁控溅镀靶具有以下的优点:
[0067]细胞格磁控装置组成简单，又因是集体运动(细胞格磁控装置固定于基板，基板移动轨迹就是细胞格磁控装置的移动轨迹)，故只需一组驱动装置即可。
[0068]细胞格磁控装置集体运动轨迹，依据前述参数做调整，可有效去除靶面消耗不均的问题，特别是靶材在溅镀期间表面弧状火花(arc)发生频率明显减少。另外，靶材边缘使用率低的问题也可以有效获得解决。
[0069]细胞格磁控装置以集体运动使电子阱产生后，再变化位置。变化位置的方式较公知技术更为弹性，不会过度集中，因此，靶材消耗更为均匀。
[0070]靶材、铜底板与细胞格状磁盘分离式设计，细胞格状磁盘更可以在大气中，因此，调整或更换细胞格状磁盘容易，靶材的更换也是，不会互相牵绊。
[0071]本发明虽以优选实施例阐明如上，然其并非用以限制本发明的精神与发明实体。是以，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包括在本发明的保护范围内。例如，细胞格磁控装置的四方格型细胞格状磁铁，在另一实施例可以不包含环状磁盘。换言之，环状磁盘是一选择性组件。再一者，溅镀靶材虽以多个分离靶材为例，本发明的细胞格磁控装置，具有靶材消耗均衡的效果，因此，当可应用于一细胞格磁控装置对应单一靶材。
【权利要求】
1.一种磁控溅镀靶，其特征在于，包含: 一靶材，其贴附于一铜底板上，所述靶材连接一负电压； 一驱动装置； 一细胞格磁控装置，其固定于所述铜底板，包含一基板、一细胞格状磁盘、多个磁条，所述细胞格状磁盘及所述多个磁条由外而内固定于所述基板上，所述基板由所述驱动装置所驱动，而以一预定速率，作预定平面轨迹的运动，其中，所述细胞格状磁盘由相接的磁条所构成，并以相同的第一磁极面向所述靶材，所述细胞格状磁盘的空间内，每一细胞格包含一磁条，以第二磁极面向所述靶材。
2.如权利要求1所述的磁控溅镀靶，其特征在于，所述细胞格状磁盘由多个格状相连接所构成，所述多个格状选自由大小不相等的方格组、大小相等的方格组、蜂巢格状、三角格组、多层同心圆形、多层同心心型所组成的群组的其中一种。
3.如权利要求1所述的磁控溅镀靶，其特征在于，所述细胞格磁控装置还包含一环状磁盘，其围绕并相距一预定距离于所述细胞格状磁盘之外，所述环状磁盘朝向于所述靶材的一面与所述细胞格状磁盘磁性相反，所述环状磁盘是独立固定的，并不和细胞格状磁盘集体移动。
4.如权利要求1所述的磁控溅镀靶，其特征在于，还包含一间距调整机构，用以调整所述靶材与所述细胞格磁控装置的间距，以改变镀率与均匀度。
5.如权利要求1所述的磁控溅镀靶，其特征在于，还包含一角度调整机构，用以调整所述靶材与所述细胞格磁控装置的夹角，以改变镀率与均匀度。
6.如权利要求1所述的磁控溅镀靶，其特征在于，所述驱动装置包含一马达推动一连动装置，所述连动装置包含连杆或凸轮或齿轮、齿条或皮带或链条的机构组合。
7.如权利要求1所述的磁控溅镀靶，其特征在于，所述铜底板与所述细胞格磁控装置之间还包含一冷却装置。
8.如权利要求1所述的磁控溅镀靶，其特征在于，所述基板中心的平面轨迹包含圆形、椭圆、转角为圆角的矩形或菱形的超椭圆轨迹的其中一种，所述预定速率为4-19cm/s。
9.如权利要求8所述的磁控溅镀靶，其特征在于，所述平面轨迹的中心不与靶材表面中心重叠，以达成一预定的镀膜均匀性分布。
10.如权利要求1所述的磁控溅镀靶，其特征在于，所述细胞格磁控装置包含至少三列并列的方格，中间列的方格和最上及最下的两列的方格大小不相等，并以通过细胞格磁控装置中心水平线呈镜面对称。
【文档编号】C23C14/35GK103710672SQ201310462692
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2012年10月5日
【发明者】詹翔安 申请人:兆阳真空动力股份有限公司