TWI391514B - 磁控濺鍍機 - Google Patents

Description

磁控濺鍍機

本發明係有關於一種磁控濺鍍機，特別係有關於一種可提升濺鍍效率及提高靶材使用期限之磁控濺鍍機。

半導體產業廣泛應用於資訊、通訊、消費性電子、工業儀器及運輸等領域中，例如晶圓代工業所使用之超高純度鋁、鈦濺鍍；光碟產業中使用之銀、鋁合金及多元合金相變化濺鍍；TFT-LCD製程中使用之透明導電層氧化銦錫、鋁合金電路層濺鍍等，這些製程中所提到的磁控濺鍍法，其功用在於鍍膜，其係在被鍍物上覆蓋一層同質或異質材料的薄膜，使材料表面具有美觀耐磨、耐熱、耐蝕等特性。

濺鍍機之基本原理乃根據離子濺射原理，當高能粒子(通常是由電場加速的正離子)衝擊到固體表面，固體表面的原子和分子在與這些高能粒子交換動能後，就從固體表面飛出來，此現象稱之為「濺射」。其工作環境是利用電場使兩極間產生電子，這些加速電子會與鍍膜室中己預先充入的惰性氣體(通常用氬氣)碰撞，使惰性氣體帶正電，這些帶正電的粒子會受陰極(靶材)吸引而撞擊陰極。而靶材原子受到正電離子的碰撞 得到入射離子的動量轉移，被撞擊的靶材表面原子因接受正電離子的動量，對靶材表面下原子造成壓擠使其發生移位。此靶材表面下多層原子的擠壓會產生作用力而把表面原子碰撞出去，這些被碰撞出去的靶材原子，最後終於沉積在基板(陽極)上形成薄膜。

一般濺鍍機是在兩極間施加一直流電壓，因此又稱為直流濺鍍，通常是利用氣體的輝光放電效應，產生正離子撞擊靶材原子。就直流濺鍍而言，帶電粒子的行進路線是沿著電場方向作直線運動，產生的氣體游離率並不高，此乃由於大多數的氣體原子都是不帶電的，此種不帶電的原子無法被加速而產生濺鍍，導致濺鍍效率降低。為了提高氣體的游離率及濺鍍效率，一般會在靶材下方加裝磁場。磁控濺鍍的特點是在陰極靶面上建立一個環狀磁靶來控制電子的運動，任何濺鍍裝置附加磁場的目的是延長電子的移動軌跡，其主要是讓電子盡可能多產生幾次碰撞電離，從而增加等離子體密度，提高濺射效率。

根據現有的磁控濺鍍機架構，因為不同的電場與磁場，會導致靶材表面不均勻的離子分佈以及靶材會產生一個環形的侵蝕外形，當這蝕刻外形到某一個程度時這塊靶材就即無法使用，因此靶材能被使用的部份有限。

如第1圖所示，習知磁控濺鍍機100主要包含有一鐵板110、一永久磁鐵120、一環設於該永久磁鐵120外側之外部磁鐵環130及一靶材140，該永久磁鐵120及該外部磁鐵環130係設置於該鐵板110上，該靶材140係設置於該永久磁鐵120及該外部磁鐵環130上方，該永久磁鐵120係具有一第一磁鐵N極及一第一磁鐵S極，該外部磁鐵環130係具有一第二磁鐵N極及一第二磁鐵S極，該永久磁鐵120之該第一磁鐵N極及該外部磁鐵環130之該第二磁鐵S極係朝向該靶材140，該永久磁鐵120之該第一磁鐵S極及該外部磁鐵環130之該第二磁鐵N極係朝向該鐵板110之一表面111，當啟動該磁控濺鍍機100時，由於磁場之磁力線皆繞行固定方向，因此常使得該靶材140之部份區域被過度使用、蝕刻而至穿透，導致該靶材140之使用率降低且該磁控濺鍍機100內之電子與離子受到電磁場環境的影響，使被鍍物(基板)在塗佈時的效率與均勻度也跟著受影響，因此有濺鍍效率低的問題。

本發明之主要目的係在於提供一種磁控濺鍍機，其包含一載板、一磁鐵組、至少一中間磁環、一靶材以及至少一導磁鐵環，該載板係具有一承載表面，該磁鐵組係設置於該載板之該承載表 面，其包含有一永久磁鐵及一環設於該永久磁鐵外側之外部磁鐵環，該中間磁環係設置於該磁鐵組之該永久磁鐵與該外部磁鐵環之間，該靶材係設置於該磁鐵組上方，其具有一朝向該承載表面之第一表面及一相對於該第一表面之第二表面，該導磁鐵環係設置於該靶材之該第一表面。該磁控濺鍍機係在不改變原始結構下，額外增設有該中間磁環、該導磁鐵環及該外部線圈等元件以調整環境中的磁場大小與方向，以提升濺鍍效率及提高該靶材之使用期限，使其成本降低，並提高經濟效益。

本發明之次一目的係在於提供一種磁控濺鍍機，其另包含有一外部線圈，該外部線圈係設置於該載板之該承載表面且位於該磁鐵組外側以改變該靶材被使用之範圍，防止該靶材被蝕刻穿透並提高該靶材的使用期限。

請參閱第2及3圖，其係本發明之一較佳實施例，一種磁控濺鍍機200係包含一載板210、一磁鐵組220、一內部線圈230、一外部線圈240、至少一中間磁環250、一靶材260以及至少一導磁鐵環270，該載板210係具有一承載表面211，該磁鐵組220係設置於該載板210之該承載表面211以提供磁場源，該磁鐵組220係包含有一永 久磁鐵221及一環設於該永久磁鐵221外側之外部磁鐵環222，在本實施例中，該永久磁鐵221係為圓柱型，該永久磁鐵221之較佳半徑約為12mm，較佳徑向厚度約為20mm，該外部磁鐵環222之較佳內部半徑約為38mm，較佳外部半徑約為50mm，較佳徑向厚度約為22mm，該永久磁鐵221係具有一第一磁鐵N極及一第一磁鐵S極，該外部磁鐵環222係具有一第二磁鐵N極及一第二磁鐵S極，該永久磁鐵221之該第一磁鐵N極及該外部磁鐵環222之該第二磁鐵S極係朝向該靶材260，該永久磁鐵221之該第一磁鐵S極及該外部磁鐵環222之該第二磁鐵N極係朝向該載板210之該承載表面211，該內部線圈230係繞設於該永久磁鐵221以增強磁場源，該內部線圈230之較佳匝數約為40匝，該外部線圈240係設置於該載板210之該承載表面211且位於該磁鐵組220外側以改變軸向磁場最低點位置，該外部線圈240之較佳匝數約為900匝，該中間磁環250係設置於該磁鐵組220之該永久磁鐵221與該外部磁鐵環222之間以增強中間的磁場並改變該磁控濺鍍機200內磁場的大小，該中間磁環250係具有一N極及一S極，該中間磁環250之該N極係朝向該靶材260，該中間磁環250之該S極係朝向該載板210之該承載表面211，該中間磁環 250之較佳內部半徑約為15mm，較佳外部半徑約為21mm，較佳徑向厚度約為15mm，該靶材260係設置於該磁鐵組220上方，該靶材260係具有一朝向該承載表面211之第一表面261及一相對於該第一表面261之第二表面262，該導磁鐵環270係設置於該靶材260之該第一表面261，以便徑向引導磁場之磁力線方向，使得磁場方向平行於該靶材260，該導磁鐵環270之較佳內部半徑約為20mm，較佳外部半徑約為28mm，較佳徑向厚度約為1mm，在本實施例中，該導磁鐵環270係對應該中間磁環250。

此外，請再參閱第2及3圖，在本實施例中，該載板210係具有一中間導磁部212及一外側鋁環部213，該中間導磁部212係為一鐵板且該中間導磁部212係用以導引磁場之磁力線方向，產生一個封閉的磁場路徑，該中間導磁部212之較佳半徑約為50mm，較佳徑向厚度約為10mm，該磁鐵組220及該中間磁環250係設置於該中間導磁部212上，該外部線圈240係設置於該外側鋁環部213上，請再參閱第3圖，該外部磁鐵環222係具有一第一高度L1，該中間磁環250係具有一第二高度L2，該中間磁環250之該第二高度L2係不大於該外部磁鐵環222之該第一高度L1。由於本發明係在不改變該磁控濺鍍機200原始結構 下增加設置該中間磁環250、該導磁鐵環270及該外部線圈240等元件，以調整該磁控濺鍍機200內之磁場大小與方向，使得磁力線繞行方向不會過度集中於該靶材260之部分區域，防止該靶材260被蝕刻穿透並提高該靶材260的使用期限，使其成本降低且可提升約40%之濺鍍效率。此外，該導磁鐵環270與該中間磁環250之設置位置及尺寸會影響受該磁控濺鍍機200濺鍍之被鍍物(基板)成果。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100‧‧‧磁控濺鍍機

110‧‧‧鐵板

111‧‧‧表面

120‧‧‧永久磁鐵

130‧‧‧外部磁鐵環

140‧‧‧靶材

200‧‧‧磁控濺鍍機

210‧‧‧載板

211‧‧‧承載表面

212‧‧‧中間導磁部

213‧‧‧外側鋁環部

220‧‧‧磁鐵組

221‧‧‧永久磁鐵

222‧‧‧外部磁鐵環

230‧‧‧內部線圈

240‧‧‧外部線圈

250‧‧‧中間磁環

260‧‧‧靶材

261‧‧‧第一表面

262‧‧‧第二表面

270‧‧‧導磁鐵環

L1‧‧‧第一高度

L2‧‧‧第二高度

第1圖：習知磁控濺鍍機之截面示意圖。

第2圖：依據本發明之一較佳實施例，一種磁控濺鍍機之立體剖視圖。

第3圖：依據本發明之一較佳實施例，該磁控濺鍍機之截面示意圖。

200‧‧‧磁控濺鍍機

210‧‧‧載板

211‧‧‧承載表面

212‧‧‧中間導磁部

213‧‧‧外側鋁環部

220‧‧‧磁鐵組

221‧‧‧永久磁鐵

222‧‧‧外部磁鐵環

230‧‧‧內部線圈

240‧‧‧外部線圈

250‧‧‧中間磁環

260‧‧‧靶材

261‧‧‧第一表面

262‧‧‧第二表面

270‧‧‧導磁鐵環

Claims (10)

1. 一種磁控濺鍍機，其至少包含：一載板，其係具有一承載表面；一磁鐵組，係設置於該載板之該承載表面，其包含有一永久磁鐵及一環設於該永久磁鐵外側之外部磁鐵環；至少一中間磁環，其係設置於該磁鐵組之該永久磁鐵與該外部磁鐵環之間；一靶材，係設置於該磁鐵組上方，其具有一朝向該承載表面之第一表面及一相對於該第一表面之第二表面；以及至少一導磁鐵環，其係設置於該靶材之該第一表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍機，其另包含有一內部線圈，該內部線圈係繞設於該永久磁鐵。
3. 如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍機，其另包含有一外部線圈，該外部線圈係設置於該載板之該承載表面且位於該磁鐵組外側。
4. 如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍機，其中該至少一導磁鐵環係對應該至少一中間磁環。
5. 如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍機，其中該載板係具有一中間導磁部及一外側鋁環 部，該磁鐵組及該至少一中間磁環係設置於該中間導磁部上。
6. 如申請專利範圍第3項所述之磁控濺鍍機，其中該載板係具有一中間導磁部及一外側鋁環部，該外部線圈係設置於該外側鋁環部上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍機，其中該至少一中間磁環係具有一N極及一S極，該至少一中間磁環之該N極係朝向該靶材。
8. 如申請專利範圍第7項所述之磁控濺鍍機，其中該至少一中間磁環之該S極係朝向該載板之該承載表面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍機，其中該至少一外部磁鐵環係具有一第一高度，該至少一中間磁環係具有一第二高度，該至少一中間磁環之該第二高度係不大於該外部磁鐵環之該第一高度。
10. 如申請專利範圍第5項所述之磁控濺鍍機，其中該中間導磁部係為一鐵板。