专利名称：用于dc溅射系统的高性能磁控管的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及用于在电子工件例如平板显示器上进行溅射沉积的设备，具体地说，涉及一种倾斜的溅射靶和屏蔽，用于防止来自靶的污染物粒子落在工件上。再具体地说，本发明涉及一种加速器磁体的设置和定向，能够提高靶材料和溅射室利用的效率。
背景技术：
大的平板显示器和其它电子设备通常通过一系列的工艺步骤制造，在这些工艺步骤中，包括在工件例如玻璃衬底上沉积连续的材料层、然后图案化的步骤。一般通过溅射沉积进行一些沉积步骤，所述溅射沉积是来自靶的溅射材料的沉积。
在溅射沉积中，溅射靶和工件位于真空腔室内，在该真空腔室中，将具有相当重的原子、例如氩，其被激发为等离子体。靶上的负DC或者交流电压使来自等离子体的氩离子加速以便轰击该靶。一些轰击能量被转移给靶表面上的材料，使得从靶射出或者“溅射”靶材料分子。定位该工件使得溅射的大部分靶材料沉积在工件上。
一些类型的常用靶材料倾向于产生污染物粒子，如果这些粒子落在工件上，那么会毁坏所制造的电子器件。例如，氧化铟锡(ITO)靶一般至少包含百分之一的杂质。当溅射靶时，在杂质脱落靶之前，它们会聚集为大如1mm的粒子。倾向于产生污染物粒子的其它类型的靶是构成为瓦片(tiles)的矩阵以代替单块靶的靶。在瓦片之间的间隙中发生的电弧可以驱逐用来将瓦片粘接到背板上的材料粒子。
当靶和工件都水平定向并且靶直接位于工件上面时，污染物粒子落在工件上的问题是严重的。在这种情况下，几乎从靶脱落的所有粒子都将沉积在工件上。
为了克服该问题，一些常规的溅射沉积室垂直定向靶和工件，工件与靶并排而不是在靶下面。在这种设计中，从靶脱落的大部分粒子都将无害地落在靶的下面而不是落到工件上。然而，在垂直定向上机械地支撑大玻璃衬底，而没有过度应力和甚至衬底开裂是困难的。因此，需要一种用于在工件上溅射沉积材料的装置和方法，使衬底上沉积的污染物粒子最少，并且可以利用水平定向的衬底进行沉积。
在沉积室工作时间和靶寿命的设备利用率方面也有困难。随着靶轰击的进行，靶上的气体离子流分布与磁通密度有关，该分布一般在靶表面上不均匀。这样在磁通最大的地方出现最快的侵蚀，在靶表面中已经通过轰击逐出靶材料的地方形成一个或者多个溅射沟。靶瓦片开始使用时一般具有四至十毫米的一致厚度，当溅射沟深度达到上述厚度时，必须更换靶瓦。通过利用在衬底上沉积的多个瓦片，在靶表面上分散加速器磁场的方法和装置将缓和溅射沟的形成和延长靶的寿命。
在沉积室中更换瓦片是昂贵的。关断真空以更换瓦片包括将腔室从工作温度冷却下来、更换靶、再加热腔室以便烘出从环境空气中吸附的水蒸汽和煅烧时间(burning-in time)以除去在瓦片上不可避免地形成的氧化物层，在工艺中，所有这些都伴随着能量消耗。对于给定量的衬底沉积，在必须更换之前，靶瓦片使用时间越长，需要的更换次数就越少。
已经有多种设备适合于克服不均匀的靶侵蚀。例如Morrison的美国专利4,265,729描述了构成多个磁体以影响磁通图形，以试图减少靶资源部分的浪费，尤其通过增强平行于靶表面的通量。然而，Morrison大量采用固态磁体结构，增加了成本和复杂性，并且显著偏离常规的惯例。符合常规的、大衬底磁控管结构、同时增强平行于靶表面的磁通的装置和方法将提高靶的利用，同时使对溅射室改进的复杂性和成本最小。
发明内容
本发明是一种溅射沉积装置和方法，包括倾斜的溅射靶和屏蔽，该屏蔽挡住从靶落下的粒子使得粒子不会沉积在工件上。本发明允许水平定向工件。
更具体地说，该溅射靶安装在比工件高的位置并且以相对于垂直轴成30度至60度角定向。该屏蔽占据一定的面积，使得从靶的前表面向下延伸到工件上某一点的垂直线在所述点的上面与屏蔽相交。
本发明的另一个技术方案是以相对于并且对称地相对于垂直平面成30度至60度定向的一对溅射靶。该对称的、倾斜的设置克服了利用单个的倾斜靶会出现的沉积不均匀性。每个靶包括两组磁极，第一组安装在邻近靶的后表面的位置，第二组安装在邻近靶的周边的位置，以便环绕第一组。这种磁体设置能够使磁体接近靶以便使邻近靶的磁场强度最大，从而使溅射沉积速度最大。
该设置的进一步增强包括从周边磁体以相对于靶的平面成三十(30°)度和六十(60°)度之间的角度定向磁场，最佳角度大约为四十五(45°)度。可以以选择的角度通过磁化或者通过物理定向周边磁体实现上述设置。得到的磁通横向延伸超过靶瓦片周边，使通过瓦片表面的磁力线更平行于靶瓦片平面并且很少集中在磁极。这样使溅射侵蚀散布在靶瓦片的更大面积上并且减弱了溅射沟槽的形成，从而在穿透瓦片材料之前允许靶使用更长的时间。由于瓦片的侵蚀更均匀，因此在给定瓦片上的更多的昂贵靶材料能够用于溅射沉积，浪费更少。由于在必须更换之前每个瓦片使用的时间更长，因此对于给定体积的衬底涂覆来说，需要更少的瓦片更换次数，沉积腔室利用率提高了。
附图简单说明在附加的权利要求中阐明了作为本发明特征的新颖性特征。然而，通过下面结合附图对一个或者多个说明性实施例的详细描述，将能够更好地理解本发明自身以及使用的最佳模式和本发明的进一步的目的和优点，其中
图1是根据本发明的溅射沉积室的局部截面示意图，所述溅射沉积室具有两个带有屏蔽的倾斜靶。
图2是图1的靶和屏蔽之一的细节图。
图3是一个靶后面的磁体结构的顶视图。
图4是一个靶后面的磁性极片的顶视图。
图5是具有增强屏蔽的图1所示腔室的替代实施例的局部截面示意图。
图6是具有四个倾斜靶和一个水平靶的溅射沉积室的顶视图。
图7是图6的腔室的正面图。
图8是图2的简化图，表示本发明的另一个替代实施例。
图9是图2的磁体和靶部分的细节图，表示由图1-7的优选实施例的磁性设置所产生的磁场和离子路径。
图10是与图9的磁体定向对应的靶的截面图。
图11是与图8的磁体定向对应的靶的截面图。
图12是与图9类似的细节图，但周边磁体以相对于靶的倾斜角磁化。
图13是与图12类似的细节图，但周边磁体以相对于靶的倾斜角物理定向。
具体实施例图1和2示出了具有两个倾斜溅射靶10、12的溅射沉积室8，根据本发明，每个靶都具有各自的污染物阻挡屏蔽14、16。设计所示出的腔室以便容纳大的矩形工件或者用于制造电子视频显示器的衬底。这种衬底目前可以大如650mm×800mm(宽度×长度)，不远的未来预计将普遍使用更大的衬底。
制造大如这种衬底的溅射靶和磁体是昂贵和困难的。因此，目前本发明的优选实施例采用长、窄的矩形靶10、12，每个靶都具有比衬底更长的长度，但宽度比衬底的宽度小很多。载座18缓慢地水平移动衬底20使其通过靶，以便使从靶溅射的材料覆盖整个衬底。在说明性的实施例中，每个靶都是10cm宽和1米长。
在该室中可以安装任何常规的传送机构，以便缓慢移动衬底使其通过靶。所示实施例采用齿轨和小齿轮机构，其中在衬底载座18的底部上安装锯齿状的齿轨42。小齿轮46沿着室的长度以不大于载座18宽度的空间间隔安装，使得齿轨总是至少与一个小齿轮齿合。马达(未示出)使小齿轮旋转。自由旋转的惰轮(idler wheels)44在小齿轮之间的点支撑载座18。
图2和3表示靶上面(即后面)的磁体布局。永久磁体24的阵列产生沿着靶的整个周边p具有南极和沿着靶的长度、中心轴C(图4)具有北极的磁场。该磁体阵列的北极由沿着靶的中心轴C的两行矩形磁体22构成，每个磁体具有垂直于靶定向的磁轴，北极与靶相邻。阵列的南极由距中心轴C辐射状隔开并且沿着周边P排列的一行磁体24。外磁体24与内磁体22相同，此外每个外磁体24的南极与靶相邻。铁磁极片26(图2和4)磁性地连接内磁体的南极和外磁体的北极，以便形成“磁路”。该磁路产生了图2中箭头28所示的磁场。
作为替代方案，可以在不影响装置性能的情况下互换南北极。(在图3中，仅将磁体的取样用符号S或者N表示，而且所有的内磁体22都具有相同的标为S的磁性取向，所有的外磁体24都具有相同的标为N的磁性取向。)电源(未示出)给靶10、12提供大的交流电压或者负的DC电压，一般大约为-600伏。介电隔离物17将靶与接地的腔室壁8电绝缘，介电体外罩19防止人意外接触靶上的高压。
磁控管溅射系统的工作原理是公知的。在工作中，将相对重的气体例如氩气供应到真空腔室中。真空泵(未示出)维持室内非常低的气压，一般1至5毫乇。磁场28趋于捕获靶周围的自由电子，以便自由电子围绕平行于内磁体22和外磁体24之间间隙的封闭椭圆路径环行。如在常规磁控管溅射靶中，每个靶和极片的两端都是半圆形的，以便至少提供用于使电子环行的最小旋转半径。
环形电子碰撞离子化的氩气原子。靶10、12上的大的负DC或者交流电压加速了氩离子飞向靶的速度。氩离子轰击靶的表面以便从靶的表面逐出或者“溅射”材料。由于工件20在靶的前表面，因此被溅射的大部分靶材料沉积在工件上。
从靶上溅射的材料的每个分子离开靶以直线轨迹运行，但是被溅射材料的不同分子的轨迹分布在一个角度范围内。分布范围取决于被溅射的具体材料，但是对于几乎所有的材料来说，溅射材料的轨迹集中在靶的前表面的垂直线的正负30度范围内。
如在本发明的背景技术中所述，某些类型的靶材料例如氧化铟锡(ITO)通常包含有机污染物，这些有机污染物在靶溅射过程中聚集并且最后剥落为粒子，落到工件20上。此外，将靶构成为瓦片的矩阵以代替单个靶，靶会经受在瓦片之间的间隙中的电弧，该电弧可以驱逐用来将瓦片粘接到背板上的材料粒子。
为了防止这些粒子污染工件，本发明包含每个靶下面的屏蔽14、16，并且每个靶10、12都相对于垂直轴倾斜。由于该屏蔽占据一定的面积，使得从靶到工件位置向下延伸的任何垂直线都与屏蔽相交于工件位置上面的一点，因此，在从靶上落下的粒子达到工件之前，该屏蔽挡住了这些粒子。优选该屏蔽的较低边缘包括向上延伸的边缘32，以便防止粒子从屏蔽的下边缘滑落。
在具有水平定向靶的常规溅射沉积室中，工件必须直接定位在靶下面，以便接收从靶溅射的材料。这样就妨碍了在靶和工件之间定位屏蔽以挡住从靶落下的污染物粒子，因为这种屏蔽将阻挡几乎所有的溅射材料。相反，垂直定向的靶将不允许使用水平定向的工件，因为从垂直定向的靶溅射的材料将具有水平的轨迹，因此大部分将飞过水平工件。
在本发明中，靶的倾斜为溅射的靶材料的轨迹提供了垂直和水平分量。该垂直分量允许衬底水平定向，溅射的材料不会飞过衬底，水平分量允许衬底相对于靶横向偏移，以便靶下面的屏蔽挡住污染物粒子。靶相对于垂直轴的倾斜应在30至60度的范围内，优选大约45度。
用于屏蔽14、16的两个基本设计参数是(1)屏蔽从靶延伸出的距离，和(2)屏蔽与靶的前表面之间的夹角θ。屏蔽的长度应足够长以便从靶的上边缘向工件位置延伸的垂直线34与屏蔽相交在工件位置上面的点36(参见图2)。
所示优选实施例中的屏蔽垂直于靶的前表面。可以选择的是，该屏蔽可以更向上或者向下形成角度，以便屏蔽和靶之间的角度θ分别小于或者大于90度。减小屏蔽和靶之间的角度具有可以使靶安装得更低即更靠近工件的优点。然而，这样增加了从靶溅射的、被屏蔽阻挡使其不能达到工件的材料量。增加角度具有相反的效果它具有降低溅射的、被屏蔽阻挡的靶材料量的优点，但它也具有需要将靶安装在工件上面更高位置的缺点。
优选，工件上面的靶高度应不大至具有下列情况的高发性，即从靶溅射的材料在到达工件之间碰撞气体原子。一般用于溅射沉积的腔室压力范围为1-5毫乇，优选高度应是溅射材料从靶到工件的平均路径长度，该长度为15-20cm。相应地，该靶优选定位在工件上面的某高度，使得垂至于靶并从靶的中心向工件延伸的线大约15-20cm长。对于如在实施例中所示的45度倾斜角的靶来说，这意味着靶的中心应在工件上面的10-14cm处。减小腔室压力将增加溅射的靶材料的平均自由程，因此应允许较大的靶高度。
为了使靶和工件之间的距离最小，该工件优选应安装得尽可能靠近屏蔽14、16，同时进行沉积。在优选实施例中，载座18沿着在屏蔽下边缘下面仅5mm的平面的水平路径移动工件20。
由于靶倾斜并且相对于衬底横向偏移，因此溅射的靶材料通常从一侧到达衬底。例如，在图1中，从最左面的靶10溅射的材料通常从左侧到达衬底20。如果衬底的顶表面是平的，那么该方向应不会不利地影响衬底上靶材料的沉积。然而，如果衬底的顶表面是有开口的图案化的，其将用靶材料填充，像制造金属接触或者通孔时那样，那么该方向将是不希望的，这是因为在每个开口中，更多的靶材料将沉积在开口的离靶最远的侧壁上。在图1的例子中，每个开口将具有沉积在开口右侧壁上的、来自靶10的最大量的材料以及沉积在左侧壁上的最小量的材料。
为了消除该方向性，所示出的优选实施例采用往相反方向倾斜的两个靶。具体地说，最左侧的靶10向右侧引导溅射的材料，最右侧的靶12向左侧引导溅射材料。两个靶组合在衬底中开口的所有侧面上均匀地沉积溅射的靶材料。
如上所述，如果衬底的顶表面不包括将用溅射材料填充的深的、窄的开口，那么单个靶10就可以满足要求。因此，即使优选两个靶，但本发明可以用单个靶10和单个屏蔽14来实施。
每个屏蔽14、16优选应与靶10、12电绝缘，以避免由离子轰击导致的屏蔽侵蚀。该屏蔽可以电浮置(electrically floating)，如图1、2和5所示，它也可以电接地到腔室壁8。
为了使溅射沉积的速率最大，每个磁体22、24和靶10的前表面(暴露于溅射的表面)之间的距离相对于靶的前表面宽度和相对于邻近靶的相反极性的磁极之间的间隙尽可能地小。在所示的实施例中，后者的间隙是内磁体22和外磁体24之间的间隙。使磁体与靶的距离最小将使与靶的前表面紧邻的氩离子区中的磁场强度最大，这样将使轰击靶的氩离子的磁通密度最大。优选磁体和靶的前表面之间的平均距离小于靶的前表面宽度的100％(更优选小于50％)，并且小于邻近靶的相反极性的磁极之间的平均间隙的200％(更优选小于100％)。(如果靶具有如实施例所示的细长形状，其“宽度”和“长度”分别是靶的前表面的短和长尺寸)。
通过在每个靶的后面直接安装磁体，图1所示的两个相反倾斜靶的优选设置使每个磁体22、24和相邻靶10或者12的前表面之间的距离最小。参考图2所示的左靶10，该靶被粘接到第一背板38，背板38的作用是给靶提供机械强度。邻接第一背板的第二背板39包括通道，通过该通道，泵送水以便冷却衬底和磁体。该背板应由非磁性(即不含铁)并且机械强度高的材料、例如铜或者铝构成。介电片40将靶和背板上的高压与磁体和外罩41电绝缘。
在所示的典型方案中，该靶厚8mm，每个第一和第二背板厚10mm，介电片厚3mm。从每个磁体22、24到靶10前表面的距离是这些厚度的总和，等于31mm。由于每个靶都是100mm宽，因此内和外磁体之间的间隙大约为40mm。因此，每个磁体和靶前表面之间的31mm距离小于邻近靶的磁极之间的40mm间隙，并且小于靶的100mm宽度的50％。
如果工件20定位得像优选实施例中那样靠近屏蔽的下边缘(5mm)，那么屏蔽14、16应足够硬，使得它不会不经意地偏离以致于接触、从而毁坏工件。图5示出了另一个实施例，其中加强屏蔽以便提高其刚性。具体地说，每个屏蔽14、16都焊接到两个侧壁上，两个侧壁焊接到顶壁上，顶壁栓接到靶组件上。图5示出了焊接到两个侧壁50上的左屏蔽14以及焊接到两个侧壁上的顶壁54。屏蔽14、侧壁50和顶壁54组合形成矩形管。同样，右屏蔽16焊接到两个侧壁52上，两个侧壁52焊接到顶壁56上，该侧壁防止屏蔽挠曲。
图6和7示出了如何在单个的溅射沉积真空腔室60内设置几个溅射靶，以便在工件20上沉积靶材料连续层。在连续的溅射靶下面，载座18缓慢并且连续地从左向右传送工件。
具体地说，工件20通过入口载荷锁定进入腔室62。提升杆(lift pin)(未示出)将该工件升高到载座18之上，然后将工件放到载座上。该载座将工件从输入载荷锁定腔室62通过真空阀64输送到溅射沉积真空腔室60。
然后该载座在第一对氧化铟锡(ITO)靶10、12下面移动该工件，该氧化铟锡(ITO)靶在衬底上沉积第一层ITO膜。载座继续移动该衬底，使其经过第二对ITO靶10’、12’下面，该氧化铟锡(ITO)靶在衬底上沉积第二层ITO膜。随着载座继续移动衬底到右侧，衬底经过MoCr或者Cr靶70下面，其在前面沉积的ITO层上沉积MoCr或者Cr层。最后，载座将工件从溅射沉积真空腔室60通过真空阀66输送到出口载荷锁定腔室68(exit load lock chamber)。
由于ITO靶通常如前所述产生有机污染物粒子，因此使用本发明的倾斜靶和屏蔽来沉积ITO层。然而，可以使用不带屏蔽的常规水平靶66来沉积MoCr或者Cr层，这是因为MoCr和Cr靶容易得到高纯度，不会产生污染物粒子。
图8示出了本发明的第二可选择的实施例，该实施例可以与前面讨论的任一个或者两个实施例结合使用。在图8的实施例中，周边磁体124的磁通线从中心轴C向靶10的周边P并且超过周边P辐射状向外展开。这就产生一个好的效果是在靶10的表面上得到了更好的环行自由电子的椭圆形路径分布，增加了与靶10的表面平行的磁通密度，并且增加了离子流。结果是靶10和沉积室60的改进了的利用，如下所述。
图9详细地示出了在优选实施例(图1-7)中出现的磁通28的图形，其中垂直于靶10表面设置和磁化周边磁体24。在静态场的情况下，磁通28在基本上垂直于靶10的平面方向上从周边磁体24发出，沿着正好在内磁体22下面的、基本上垂直于靶10的通路最密集地返回。当然，在通过电磁体感应的动态场中，该极性振荡，但基本上保持图9所示的分布。在任一种情况下，自由电子在邻近内磁体22和外磁体24之间的靶10的前表面形成等离子体区29内环行。等离子体区29占靶10的总前表面积的相当小的面积。这些自由电子与闯入该区的气体离子碰撞，使其电离。一旦电离，气体离子被吸引到靶10的前表面上，在此它们与靶材料分子碰撞。尽管气体离子通常通过施加给靶10的电压而产生的电场偏向靶10，但它们趋于与最接近内磁体22和外磁体24的磁极的靶10相交，这是因为磁通28的密度在该趋于最大。
图10示出了该布局的靶10上不是最理想的效果(sub-optimaleffect)。周边磁体24在靶10的法线方向或者垂直于靶10定向，如图9所示。平行于靶10表面的磁通28最小，离子流小，允许一些气体离子漂移，直到它们在较接近磁体22、24磁极的较高磁通28的区域中掠向靶10。由于磁通28在最接近磁极的位置最密集，因此在该区域靶10的气体离子轰击也最强。这样使靶不均匀地磨蚀，在气体离子与靶10的表面相交的位置加深了沟槽25、27。
继续参考图10，最初，整个靶具有基本均匀的原始厚度A，靶10开始工作。工作时间T1之后，沟槽25、27侵蚀到最大深度B。随着进一步的工作，在时间T2，深度B最终接近原始厚度A。然后必须更换靶10，以免靶瓦片粘接材料污染衬底20。因此靶的使用时间限于时间T2，必须放弃或者再生废弃的靶材料W1，安装新的靶10，需要腔室60的瓦片更换次数。
图11示出了通过图8所示的替代实施例实现的改进。以相对于靶10的平面的磁化锐角α(图8)磁化周边磁体124将它们的最大磁通密度从中心轴C辐射状向外移向靶10的周边P或者超过周边P。磁化角α优选相对于靶的平面在30和60度之间，45度最佳。在周边P，使磁化辐射状地向外形成角度以加宽在内和外磁体22、124之间形成的等离子体129中的自由电子的路径。由于较大的等离子体区129，因此增加了与气体离子接触使其电离的可能性。然而，更重要的是，它使磁通128变得更平行于靶10并且在靶10上分布更均匀，并且在靶10表面的较大部分上展开气体离子的轰击。侵蚀沟125、127仍然形成，但更缓慢并且在更宽的面积上进行。具体地说，对于相同的工作时间T1，它们的最大深度B1基本上浅于沟槽25、27的深度B。最后，深度B1也达到厚度A，但需要更长的时间。由于沟槽125、127比沟槽25、27浅很多，因此靶10的使用时间T3(图11)明显大于T2(图10)。
相对于图9的九十度(90°)磁极定向，这可以解释为几个优点。第一，由于靶10的使用时间更长，因此对于沉积腔室60来说需要更少的更换次数，对于腔室60来说，伴随着能量的节约和利用率的提高。第二，在使用时间T3过程中，磨蚀了较大体积的靶10，这样减少了靶瓦片浪费(与W1相比的W2)，保存了宝贵的、高纯度的靶材料自身。第三，对于给定电压来说，区域129、229内的更大的磁通128、228密度意味着更大的离子电流，对于给定功率来说意味着更低的电压。这样对于给定衬底图层来说在轰击期间保存了能量并且减少了靶材料飞溅，更可以预知溅射沉积情况。
图12和13示出了可以构成替代实施例的两种方式。在图12中，周边磁体124与图9一样地物理定向。这样允许采用与上述优选实施例一样的几何尺寸。改变的地方是磁通128和自由电子路径129的分布。内磁体22和周边磁体124之间的物理间隙基本上相同，溅射轨迹的相对效果基本上不受影响。这样，在图8所示的原型中，从磁体到靶10的前表面之间的距离保持31mm，内磁体22与外磁体124之间的间隙保持大约40mm。
图13示出了对图12的变形，其中周边磁体224物理定向为与需要的磁化角α一致，如图12所示。电子路径229多少通过在靶10的更大面积上铺张而被进一步改进。然而这是需要代价的，首先，其要求沉积腔室60中的其它硬件的物理改变。具体地，在周边磁体224和极片226间的界面是倾斜的以和相似倾斜的周边磁体224的上部相匹配。类似地，磁体224在它们相对极是倾斜的以通过介电绝缘体40和靶10最好地接触。当然，本领域的技术人员将认识到，不需偏离本发明分精神和范围，别的封闭磁通路径228的方法可被利用。然而，周边磁体224的再取向会导致沉积腔室60的成本的增加。
所示的物理定向周边磁体224也增加它们和内磁体22间的间隙。此外，由于它们辐射状地延伸超过靶10的周边P，因此周边磁体224与靶10的间隙也增加了。例如，如果优选实施例的每个磁体22、24都是14mm长，那么将磁体224定向在45°将内和外磁体之间的间隙增加了大约14mm，或者增加到总共大约54mm，要求外罩41的整个周边尺寸也增加。同样，与靶10的间隙增加了大约3mm，或者增加到大约34mm。这些间隙的增加都不会负面影响性能，但沉积室60的物理尺寸必须据此改变。将磁极226变窄14mm可以弥补这种改变，并且允许使用与优选实施例所述相同的装置。
举例建造用于4300PVD系统的图9和12所述的结构，并且利用3轴霍耳效应探针测量靶10上的磁通密度。磁通证明图12所示系统的45°定向的周边磁体124比图9所示系统的90°定向的周边磁体24具有更宽的分布。具体地说，在内和外磁体22、124之间的自由电子区129中磁通密度从100高斯增加到600高斯，并且靶10的其它区域减少50到200高斯，在这些其它区域沟槽25、27的形成对90°系统来说最大。此外，对于恒定功率输出来说，45°系统的DC输出电压比90°系统低35％。
虽然已经参考优选实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员应理解，在不离开本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种形式上和细节上的改变。例如，上面已经结合优选的第一替代实施例的倾斜靶10讨论了第二优选实施例。然而，可以与靶的定向无关来实现磁通从内和外磁体22、24展开的优点，并且对于定向在从垂直到水平的所有角度的靶10来说都产生相似的优点。
权利要求
1.一种用于从溅射靶将材料溅射沉积到衬底上的装置，包括具有周边、前表面和与前表面相对的后表面的第一溅射靶；第一组一个或者多个内磁极，每个都具有相同的极性，邻近后表面安装；第一组一个或者多个外磁极，每个都具有与内磁极相反的极性，邻近后表面且与第一靶的周边并列安装，其中第一组外磁极共同环绕第一组内磁极；和以相对于前表面成磁化锐角磁化每一个外磁极。
2.根据权利要求1的装置，其中在垂直于前表面的方向上磁化每一个内磁极。
3.根据权利要求1的装置，其中相对于前表面，外磁极的磁化角在30度和60度之间，包括30度和60度。
4.根据权利要求3的装置，其中外磁极的磁化角辐射状向外并且远离内磁极。
5.根据权利要求1的装置，其中相对于前表面，外磁极的磁化角在30度和60度之间，包括30度和60度；以及在垂直于前表面的方向上磁化每一个内磁极。
6.根据权利要求1的装置，其中每个外磁极的磁化角使来自该磁极的磁通被辐射状向外并且远离内磁极。
7.根据权利要求6的装置，其中每个外磁极的磁化角使来自该磁极的磁通被引导超过第一靶的周边。
8.根据权利要求1的装置，其中每个外磁极的磁化角使来自第一组外磁极的磁通被定向为基本上平行于第一靶的前表面。
9.根据权利要求1的装置，其中相对于前表面，外磁极的磁化角在30度和60度之间，包括30度和60度，并且被辐射状向外且远离内磁极；来自外磁极的磁通基本上平行于第一靶的前表面；和在垂直于前表面的方向上磁化每一个内磁极。
10.根据权利要求1的装置，其中后表面通常朝上；和前表面通常朝下对着衬底。
11.根据权利要求10的装置，其中相对于前表面，外磁极的磁化角在30度和60度之间，包括30度和60度；和在垂直于前表面的方向上磁化每一个内磁极。
12.根据权利要求10的装置，其中每个外磁极的磁化角使来自该磁极的磁通被辐射状向外并且远离内磁极。
13.根据权利要求12的装置，其中每个外磁极的磁化角使来自该磁极的磁通被引导超过第一靶的周边。
14.根据权利要求10的装置，进一步包括密封第一靶的真空腔室；和用于在真空腔室腔内的一个或者多个工件位置处定位衬底的工件支撑体，其中所述一个或者多个工件位置包括第一靶下面的一个或者多个工件位置。
15.根据权利要求10的装置，其中相对于垂直线，以30-60度范围内的角使前表面倾斜，包括30度和60度。
16.根据权利要求15的装置，其中相对于前表面，外磁极的磁化角在30和60度之间，包括30度和60度，在垂直于前表面的方向上磁化每一个内磁极。
17.根据权利要求15的装置，其中每个外磁极的磁化角使来自该磁极的磁通被辐射状向外并且远离内磁极。
18.根据权利要求17的装置，其中每个外磁极的磁化角使来自该磁极的磁通被引导超过第一靶的周边。
19.根据权利要求10的装置，其中安装第一组内和外磁极，使得它们与第一靶的前表面之间的共同平均距离小于第一靶前表面的宽度的一半。
20.根据权利要求19的装置，其中相对于垂直线，以30度至60度范围内的角度使前表面倾斜，包括30度和60度。
21.根据权利要求19的装置，其中相对于前表面，外磁极的磁化角在30和60度之间，包括30度和60度。
22.根据权利要求19的装置，其中外磁极的磁化角被辐射状向外引导并且远离内磁极。
23.根据权利要求19的装置，其中每个外磁极的磁化角使来自第一组外磁极的磁通被定向为基本上平行于第一靶的前表面。
24.根据权利要求1的装置，进一步包括具有第二周边、第二前表面和与第二前表面相对的第二后表面的第二溅射靶；第二组一个或者多个内磁极，每个都具有相同的极性，邻近第二后表面安装；第二组一个或者多个外磁极，每个都具有与内磁极相反的极性，邻近第二后表面且与第二周边并列安装，其中第二组外磁极共同环绕第二组内磁极；和以相对于第二前表面成磁化锐角磁化第二组外磁极中的每一个外磁极。
25.根据权利要求24的装置，其中相对于第一和第二靶的前表面，第一和第二组外磁极的磁化角分别在30和60度之间，包括30度和60度，并且辐射状向外及远离各组内磁极；来自第一和第二组外磁极的磁通基本上分别平行于第一和第二靶的前表面；和分别在垂直于第一和第二靶前表面的方向上磁化第一和第二组内磁极的每一个内磁极。
26.根据权利要求24的装置，其中每个靶的后表面通常朝上；和每个靶的前表面通常超下，对着衬底。
27.根据权利要求26的装置，其中相对于对称的垂直平面并且在垂直平面的相对侧上对称地定向第一和第二靶，使得每个靶的前表面向着另一个靶的前表面定向。
28.根据权利要求26的装置，其中以相对于垂直平面的定向角定向每个第一和第二靶，所述定向角等于另一个靶的定向角并与其相反。
29.根据权利要求28的装置，其中相对于所述垂直平面，第一和第二靶的定向角在30至60度的范围内，包括30度和60度。
30.根据权利要求26的装置，进一步包括密封第一和第二靶的真空腔室；和用于在真空腔室内的一个或者多个工件位置定位电子衬底的工件支撑体，其中所述一个或者多个工件位置包括在第一靶下面的一个或者多个工件位置和在第二靶下面的一个或者多个工件位置。
31.根据权利要求30的装置，其中相对于对称的垂直平面并且在垂直平面的相对侧上对称地定向第一和第二靶，使得每个靶的前表面向着另一个靶的前表面定向。
32.根据权利要求26的装置，其中分别相对于第一和第二靶的前表面，第一和第二组外磁极的磁化角在30至60度的范围内，包括30度和60度；和分别在垂直于第一和第二靶前表面的方向上磁化第一和第二组内磁极的每一个内磁极。
33.根据权利要求26的装置，其中第一和第二组磁极的每个外磁极的磁化角使分别来自第一和第二组磁极的磁通被辐射状向外且远离第一和第二组内磁极。
34.根据权利要求33的装置，其中来自第一和第二组外磁极的磁通分别被引导超过第一和第二靶的周边。
35.一种将来自溅射靶的材料溅射沉积到衬底上的方法，包括步骤在真空腔室内安装第一溅射靶，该第一溅射靶具有周边、前表面和与前表面相对的第一后表面；安装第一组一个或者多个内磁极，每个都具有相同的极性，邻近后表面；安装第一组一个或者多个外磁极，每个都具有与内磁极相反的极性，邻近后表面，该后表面邻近第一靶的周边，其中第一组外磁极共同环绕第一组内磁极；和以相对于前表面的磁化锐角磁化每一个外磁极；和将来自第一靶的材料溅射到衬底上。
36.根据权利要求35的方法，进一步包括步骤在真空腔室内的一个或者多个工件位置定位衬底，其中所述一个或者多个工件位置包括第一靶下面的一个或者多个工件位置。
37.根据权利要求35的方法，进一步包括步骤在真空腔室内安装第二溅射靶，该第二溅射靶具有第二周边、第二前表面和与第二前表面相对的第二后表面；安装第二组一个或者多个内磁极，每个都具有相同的极性，邻近第二后表面；安装第二组一个或者多个外磁极，每个都具有与内磁极相反的极性，邻近第二后表面和第二靶的周边，其中第二组外磁极共同环绕第二组内磁极；和以相对于第二靶前表面的磁化锐角磁化第二组中的每一个外磁极；和将来自第二靶的材料溅射到衬底上。
38.根据权利要求35的方法，进一步包括步骤在真空腔室内的一个或者多个工件位置定位衬底，其中所述一个或者多个工件位置包括在第一和第二靶下面的一个或者多个工件位置。
39.根据权利要求38的方法，其中安装第一和第二靶的步骤进一步包括下来步骤关于对称的垂直平面对称且等距地定位第一和第二靶，其中第一和第二靶的前表面通常朝下并且彼此相向，而且对着靶下面的一个或者多个工件位置。
40.根据权利要求35的方法，其中分别相对于第一和第二靶的前表面，第一和第二组外磁极的磁化角在30和60度之间，包括30度和60度；和分别在垂直于第一和第二靶前表面的方向上磁化第一和第二组内磁极的每一个内磁极。
41.根据权利要求35的方法，其中第一和第二组磁极的每个外磁极的磁化角使来自该第一和第二组磁极的磁通分别被辐射状地向外引导，并远离该第一和第二组内磁极的每个磁极。
42.根据权利要求41的方法，其中来自该第一和第二组外磁极的磁通分别被引导超出该第一和第二靶的周边。
43.一种用于将来自溅射靶的材料溅射沉积到衬底上的装置，包括第一溅射靶，该第一溅射靶具有第一周边、通常面向下的前表面和与前表面相对且通常面向上的后表面；第一组一个或者多个内磁极，每个都具有相同的极性，邻近后表向安装；第一组一个或者多个外磁极，每个都具有与内磁极相反的极性，邻近后表面和第一周边安装，其中第一组外磁极共同环绕第一组内磁极；和以相对于第一前表面成30度和60度之间的定向角物理定向每一个外磁极，该定向角被辐射状向外且远离第一组内磁极引出。
44.根据权利要求43的装置，进一步包括第二溅射靶，其具有第二周边、第二前表面和与第二前表面相对的第二后表面；第二组一个或者多个内磁极，每个都具有相同的极性，邻近第二后表面安装；第二组一个或者多个外磁极，每个都具有与内磁极相反的极性，邻近后表面且与第二周边并列安装，其中第二组外磁极共同环绕第二组内磁极；和以相对于第二前表面成30度和60度之间的定向角定向第二组外磁极中的每一个外磁极，该定向角被辐射状向外并且远离第二组内磁极引出。
45.一种用于将来自溅射靶的材料溅射沉积到衬底上的方法，包括步骤在真空腔室内安装第一溅射靶，该第一溅射靶具有第一周边、通常面向下的前表面和与前表面相对且通常面向上的后表面；安装第一组一个或者多个内磁极，每个都具有相同的极性，邻近后表面；安装第一组一个或者多个外磁极，每个都具有与内磁极相反的极性，邻近后表面和第一周边，其中第一组外磁极共同环绕第一组内磁极；和以相对于第一前表面成30度和60度之间的定向角物理定向每一个外磁极，该定向角被辐射状向外且远离第一组内磁极引出；和将来自第一靶的材料溅射到衬底上。
46.根据权利要求45的方法，进一步包括步骤在真空腔室中安装第二溅射靶，该第二溅射靶具有第二周边、第二前表面和与第二前表面相对的第二后表面；安装第二组一个或者多个内磁极，每个都具有相同的极性，邻近第二后表面；安装第二组一个或者多个外磁极，每个都具有与内磁极相反的极性，邻近第二后表面和第二靶的周边，其中第二组外磁极共同环绕第二组内磁极；和以相对于第二前表面成30度和60度之间的定向角物理定向第二组中的每一个外磁极，该定向角被辐射状向外且远离第二组内磁极引出；和将来自第二靶的材料溅射到衬底上。
全文摘要
一种溅射沉积装置和方法，包括通过以选择的角度磁化或者物理定向磁体从而相对于溅射靶的平面成上述角度定向的周边磁体。得到的磁通从靶的中心轴向靶的周边并且超过靶的周边辐射状向外延伸。这样使通过靶表面的磁通回路更平行于其溅射表面的平面。这样使溅射侵蚀散布在靶表面的更大面积上，并且减弱了溅射沟槽的形成。由于靶侵蚀更均匀，可以使更多的靶材料用于溅射沉积，防止浪费。对于给定体积的工件涂覆来说，在穿透靶材料之前，可以使每个靶使用更长的时间，导致较少的靶更换次数，提高沉积室的利用率。
文档编号H01L21/203GK1524283SQ02813561
公开日2004年8月25日 申请日期2002年5月10日 优先权日2001年6月6日
发明者A·霍索卡瓦, R·穆拉普第, A 霍索卡瓦, 盏 申请人:应用材料有限公司