用於平面濺鍍的二維磁電管掃描的製作方法

2024-01-31 00:49:15

專利名稱：用於平面濺鍍的二維磁電管掃描的製作方法
技術領域：
本發明一般是關於材料的濺鍍，更明確而言，本發明是關於形成磁場的磁電管的掃描，以強化來自矩形靶材的濺鍍。
背景技術：
在過去十年間，製造平面顯示器(例如用於計算機顯示器及目前更普遍的電視屏幕)的科技已有相當顯著的成長。濺鍍為一種較佳用於平面顯示器製造的方法，它是用於沉積包括金屬(如鋁)及透明導體(如氧化銦錫(ITO))的導電層。平面濺鍍與長久發展的晶圓濺鍍技術主要差異在於基材尺寸較大，且其形狀為矩形。Demaray等人在美國專利案第5,565,071號中即公開該種平面濺鍍反應器，其全文合併於此以供參考。該案的反應器包括一矩形濺鍍底座電極12(如圖1所示)，它是用以相對於一真空處理室18內的矩形濺鍍靶材16而支撐一矩形玻璃面板14或其它基材。該靶材16的至少一表面是由一欲濺鍍金屬所組成，而且是借一隔絕體20真空封閉於該真空處理室18內。一般而言，該欲濺鍍材料的一層是結合至一背板，以借其中所設的冷卻水通道冷卻該靶材16。濺鍍氣體(一般為氬氣)是供應至該壓力維持在毫託爾範圍的真空處理室18中。對背處理室22較有利的方式是對該靶材16後方予以真空封閉，並真空抽吸至一低壓以消除該靶材16及其背板的壓力差。因此，該靶材組件便可以較薄的方式製造。當負直流偏壓相對於該底座電極12或該處理室的其它接地部件以及檔板而被施加至該導體靶材16時，氬氣會離子化成為電漿。該帶正電的氬氣離子會吸附至該射出濺鍍金屬原子的靶材16。該金屬原子會部分被導引至該面板14並於其上沉積一至少部分由該靶材金屬所組成的薄層。金屬氧化物或氮化物可以一稱為反應性濺鍍(在金屬濺鍍期間另外施加氧氣或氮氣至處理室18中)的製程進行沉積。
為增加濺鍍速率，線性磁電管24(如圖2所示)是置於該靶材16的背部。其具有一垂直磁極性(被該相對極性的外極28所環繞)的中央磁極26以於該處理室18內投射出一磁場，該磁場平行於該靶材16的正面。該兩極26、28是以一大致固定的間隙30所分隔，其上在適當的處理室條件下會形成一高密度電漿，並按一迴路或路徑流動。該外極28是由兩筆直部32組成，並以兩半圓弧形部34相接。該磁場會誘引電子並藉以增加電漿密度，而使得濺鍍速率增加。該線性磁電管24及間隙的相當小的寬度處會形成高磁通密度區。該沿一單一封閉路徑分布的磁場的封閉形狀所形成的電漿迴路通常是依循著間隙30，以避免電漿由端點處洩漏。然而，相對該靶材16而呈較小的磁電管24需能越過該靶材16的後方作線性及往復掃描。一般而言，一導螺杆(lead screw)機構可驅使進行線性掃描，如Halsey等人在美國專利案第5,855,744號文中所公開較複雜的磁電管。雖然可使用馬蹄形磁鐵，但較佳結構包括數量較多的柱形磁鐵，例如，以所示磁極形狀配置的NdBFe，其可在兩所示極性間反轉其方向。磁極部可能包含該等操作面以定義該磁極表面，而一連接兩磁極26、28的磁軛可連接該磁鐵的其它側。
所描述的磁電管原先是發展以用於具有約400mm×600mm的矩形面板。然而經過許多年後，為了規模經濟及提供更大的顯示面板，面板尺寸已持續增大。反應器業已經發展以使之能濺鍍於尺寸大約2m×2m的面板上。能處理面板尺寸為1.87m×2.2m的世代稱為40K，因為其總面積已高於40,000cm2。之後的世代則因每一側尺寸皆大於2m而稱為50K。線性磁電管的寬度若要形成高磁場時，一般會限制在相當窄的範圍。因此，對於最小尺寸大於1.8m的大型面板時，線性磁電管會變得更沒有效率，因為需要較長的沉積周期才能均勻濺鍍較大靶材。
於適應較大靶材的一種方法中，圖2的跑道式磁電管24是在沿該掃描方向的橫向反折近九次，以大致覆蓋該靶材，請參照授予Hosokawa等人的美國專利第5,458,759號案。掃描仍須達到磁場分布的平均值，然而，此方法仍有許多缺點。首先，該分隔的磁電管不可能理想的利用磁鐵組成的磁場，也就是說，有效磁場比可能值為低。第二，有明顯數量的微粒已發現會在接近電漿暗區檔板(靠近跑道式磁電管24的外極28的弧形部34)的磁電管部分處的電漿撞擊期間形成，而一般相信電子會由電漿區洩漏至檔板附近，該撞擊電壓需要約800伏特的直流電壓，這樣的高壓會形成所不樂見的過量微粒。第三，現有技術是使用圖2所示的跑道式磁電管24，它是以相當高速往復的掃描該磁電管，以於一分鐘的濺鍍沉積周期內進行約30至40次的掃描。如此高的掃描速率將會需要較為複雜的機構設計，方能使如此高數量的磁電管覆蓋大部分的大型靶材。第四，具有一或多個跑道式磁電管的掃描式磁電管無法完全解決均勻性的問題。位於該軌道式磁電管24端點處下方的該靶材16的橫向邊緣部會因該弧形部34在沿該掃描方向上以相當大程度延伸，而接收高時間積分(high time-integrated)磁通量。同樣的，位於該磁電管下方的靶材的軸向邊緣部在掃描方向顛倒時，也會因限定時間以反轉方向而接收高時間積分磁通量。因此，該靶材邊緣會呈現比例不均的侵蝕，降低靶材利用性及靶材使用壽命，也讓沉積較不均勻。

發明內容
本發明的一個方面包括一具有一迴旋狀電漿迴路的磁電管，尤其是一具有大致矩形輪廓的磁電管。該迴路可按蜿蜒形(其具有以彎曲部連接的數個平行筆直部)或按一矩形螺旋形(其具有數個沿直角方向配置的筆直部)方式作配置。該電漿迴路可形成於一磁性(以一由該相對磁極性的一外磁極所環繞的螺旋形形式)的一內磁極間。較佳而言，該內磁極具有一簡單彎曲外形，可描述成沿一具有兩端點的單一路徑延伸。在該電漿迴路的一個或兩個外部端是以尾部向該矩形輪廓的外部延伸時，該濺鍍侵蝕性的均勻性會增加。
該螺旋形會依循一較佳的具有數個筆直部(由總路徑長度的至少50％且較佳超過75％所組成)的路徑。
該電漿迴路會依循一彎曲路徑，它是由兩具有平行部(由一介於50至125mm的間距所分隔，而75mm已確知具有最佳效果)的磁極所圈圍起。該掃描應掃過一大於該間距的距離，例如至少10mm以上。
該磁電管僅略小於該進行掃描的靶材，而該靶材可相當大，以對應一最小尺寸至少1.8m的矩形平板基材。該磁電管可具有數處延伸於一區域內的有效磁場，該區域的範圍為該靶材對應尺寸的至少80％，甚至超過90％。
本發明的另一方面在於包括沿一矩形靶材二維掃描一磁電管，它也可能沿該矩形靶材的單一對角線進行掃描。然而較佳的是，掃描的二維不會一起固定。該掃描速度可相當的慢，例如0.5至5mm/秒，對應的掃描周期則介於20至200秒。單一掃描周期應可足以掃描一面板。
一較佳的掃描形式是雙Z字型，它是一沿一矩形(其與該靶材的側邊對準)的兩相對側、以及沿兩連接至該矩形側的端點處的對角線作連續掃描。該靶材電源可關閉或在沿該側邊掃描時能降低、或在電磁管在該靶材的邊緣處與框架相距一足夠距離時維持不變。該雙Z字型掃描可以掃描間的小位移距離重複進行，較佳是以一垂直於兩側邊的方向進行掃描。
對角線式及其它傾斜於該靶材的迪卡爾坐標的掃描較佳可以Z字圖案沿該迪卡爾坐標進行，該Z字圖案的各直線部長度以介於0.4至3mm為佳，更佳為0.8至1.2mm。
本發明的另一方面是在激發電漿之前將該經掃描的磁電管移離該接地框架或界定該處理室壁的檔板，以移離約1至5mm的距離為佳。


圖1是現有的電漿濺鍍反應器的概要側面圖，它是配置以濺鍍沉積於一矩形平板上。
圖2是一現有的線性、跑道式磁電管的平面圖，可用於圖1中的濺鍍反應器。
圖3是依據本發明一發明點的彎曲狀磁電管的概要平面圖。
圖4是本發明的一矩形螺旋式磁電管的概要平面圖。
圖5是一彎曲狀磁電管更實際的平面圖。
圖6是一經改良的彎曲狀磁電管的平面圖。
圖7是一彎曲狀磁電管的一替代實施例的平面圖。
圖8是一矩形螺旋式磁電管更實際的平面圖。
圖9是一線性掃描機構的正視圖，其具有滑動支撐於靶材上的磁電管。
圖10是對角線掃描機構的平面圖。
圖11是一顯示靶材電壓與掃描位置的變化圖表。
圖12是一線性掃描機構與一傾斜的磁電管結合的平面圖，該磁電管可達到對角線掃描的效果。
圖13是二維掃描機構的第一實施例的平面圖。
圖14是二維掃描機構的第二實施例的平面圖。
圖15是二維掃描機構的第三實施例及該磁電管支撐結構的正投影視圖。
圖16是一雙Z字型掃描路徑的圖像。
圖17是一連續偏移的雙Z字型掃描的路徑圖像。
圖18是一Z字型對角線掃描路徑的圖像。
圖19是圖8以二維曲線掃描路徑的範例進行掃描的圖像。
附圖標記說明12晶座電極14 面板16靶材18 真空處理室20絕緣體 22 背處理室24線性磁電管 26 中心磁極28外磁極 30 間隙32筆直部 34 弧形部40蜿蜒磁電管 42 筆直部44端部50 螺旋磁電管52，54筆直部 60 蜿蜒磁電管62蜿蜒間隙64 內磁極66外磁極 68 長筆直部70短筆直部72 外彎曲部74內彎曲部76 端彎曲部78端彎曲部下方靶材區域80 磁電管82尾部84 端彎曲部90雙趾式磁電管92 內磁極94筆直齒部96 外磁極98間隙100 螺旋磁電管102，104 溝槽106 磁電管板
108 平臺 110 平臺之彎區端112 磁電管板 114 絕緣墊116 推桿 118 外驅動源12彈簧 124 連接器126 框架 128 磁電管130 掃描機構 132 角落推進器134 臂 136 輪140 掃描機構 142 輪150 掃描機構 152 冷卻歧管154 冷卻集管 156 冷卻液體供應線160 滑動板 162，164 側軌道166，168 狹 170，172 相反側軌道173 馬達 174，176 致動器175 推進路徑 178，180 軸套182，184 致動器 186，188 軸套187，189 孔 200，204 沉積掃描206，208 矩形路徑 210 第一次雙Z字掃描212 第二次雙Z字掃描 214 第三次雙Z字掃描220 對角線路徑222，224 沿垂直迪卡爾坐標的小移動230 圖形掃描具體實施方式
本發明的一方面包括多種比圖2的線性跑道式更為迴旋的磁電管形狀。在圖3所示附圖的實施例中，一形成於一磁電管板42中的彎曲磁電管40包括多個以一間距P配置的長的平行筆直部42，並且借多個端部44平滑地相接，該端部44可為弧形、或以彎曲角相連的短筆直部42。由於此處所述的磁電管一般形狀是形成一封閉的電漿迴路，所示的間距P將稱為迴路間距，以便與稍後將描述的軌道間距有所區別。由該大致呈矩形外形的磁場分布(平行於該靶材表面)的外邊所界定的彎曲磁電管40的有效區域即為大部分的靶材區域。該彎曲磁電管40可橫越一與該間距P(或該等級的間距)有關的距離橫向掃描至該長筆直部42，以完全掃描該靶材區域，並由該靶材區域以更均勻的方式濺鍍材料。
在一相關實施例中，一螺旋磁電管50包括一連續的筆直部52及54，其沿數個垂直軸延伸並以一矩形螺旋狀彼此平滑地相連。鄰近的平行筆直部52或54是以一軌道間距Q分隔。該螺旋磁電管50可在該軌道間距Q上以該矩形方向之一進行掃描，例如沿該筆直部54。
前述該磁電管形狀是較為概要的。磁電管40、50任一者的彎曲數目可顯著增加。雖然這並非必須的，然而各磁電管可視為圖2延伸跑道式磁電管(在該內磁極及周圍外磁極間設有一電漿迴路)的一種彎曲或盤旋形式。當圖2的該線性磁電管24為彎曲時，鄰近彎曲部的磁極可會合。如圖5的平面圖所示，一蜿蜒形磁電管60是以一封閉蜿蜒間隙62(位於一內磁極64及一完全環繞該內磁極64的外磁極66間)形式形成。該電漿迴路包括兩個緊密相隔的非平行傳導電漿路徑(以軌道間距Q相隔)，並彎曲以形成一大致按軌道間距Q作循環的結構。該單一彎曲路徑因此使磁電管形狀大致依循數個長筆直部68(以一約中間線M方向對稱延伸)及數個短筆直部70(以其它方向延伸)而形成，並以彎曲部72、74、76連接該等筆直部68、70。該內彎曲部74及末端曲折部76是呈約180°的彎曲形狀。該圖是說明該外磁極66的最外部較內部(表示相對磁通量密度)為薄。應該可以了解的是，該蜿蜒式磁電管60也可包括額外彎曲的電漿迴路，尤其在用於較大靶材尺寸時。
然而，當前述蜿蜒式磁電管60接受檢測時，位於磁電管60末端彎曲部76下方的該靶材區域78表現出非常低的濺鍍率。不同於增加掃描長度或增加磁電管全部尺寸的方式，圖6的平面圖是說明一經改良的蜿蜒式磁電管80，其包括數個尾部82，其中內磁極及外磁極64、66均延伸於環繞該間隙62的該等末端彎曲部84的區域中，以使末端彎曲部84處於該磁電管80矩形有效區域的外側。因此，在該有效靶材區域外會有較圖5為少的侵蝕區域78。該靶材可能需要略為加長以容納該等尾部82，然而由於只有較少的濺鍍發生於該處，尾部82可延伸較該磁電管80其它處接近該靶材周圍，且也許可延伸於該靶材邊緣上方。應該可以了解的是，若電漿迴路的彎曲部為單數，兩尾部82可設於該磁電管板42的相對的邊側面。
圖7的平面圖所示的雙趾式(double-digitated)磁電管90包括一內磁極92，它由兩相對列且大致筆直的齒狀部94以及一環繞的外磁極96(以一封閉的間隙98與該內磁極分隔)所形成。該間隙98的筆直部是以兩大致約對稱的線Q1及Q2配置。該蜿蜒式磁電管60、80及雙趾式磁電管90雖然外貌不太相同，但大致相似並具有類似的磁場分布。兩者優點為均具有數個筆直部，其為總路徑長度的至少50％且較佳超過75％所組成。然而，該趾式磁電管與蜿蜒式磁電管及螺旋磁電管的明顯差異處在於其內磁極92具有一具許多凸出部的複雜外型，且並非呈單一路徑的形狀。反之，該蜿蜒式及螺旋式磁電管的內磁極具有一幾乎固定的寬度順著一單一迴旋狀或彎曲路徑由一端延伸至另一端。最顯著的差異在於，蜿蜒式電磁管及螺旋式電磁管的內磁極只具有兩端明確的封閉電漿迴路端，而該趾式電磁管的內磁極則具有三個或更多端，其具有許多連至電漿迴路的對等端。如同後文將詳述，這些端可明顯使其中若干者與其曲率相結合，並有利的使其數量最小化。Hope等人即在美國專利第4,437,966號中公開一單趾式磁電管。
如圖8平面圖所示的一矩形螺旋磁電管100包括數個形成於磁電管板106中之連續溝槽102、104。具有相反磁性的柱形磁鐵(圖中未標示)是分別填入兩溝槽102、104中。該溝槽102完全圍繞溝槽104。兩溝槽102、104是以一路徑間距Q配置，且彼此以一實質等寬的平臺108分隔。於前文內容可知，該平臺108是表示相對磁極間的間隙。溝槽102代表外磁極，另一溝槽104則代表由外磁極環繞的內磁極。與跑道式磁電管類似的是(無論曲折與否)，溝槽104所代表的磁極完全被溝槽102所代表的另一磁極環繞，藉以強化磁場並形成一或多個電漿迴路以避免端點損失。由於最外部只能容納單排的該磁鐵，而其它溝槽部分能以交錯配置方式容納兩排磁鐵，故該溝槽102最外部的寬度儀略較溝槽102的內部寬度及其它溝槽104的所有部分寬度的一半為厚。該磁電管100的溝槽102、104可變化以包括一尾部，它是以約180°繞該平臺108的彎曲端110，類似於圖6的尾部82。單一磁軛板可覆蓋該磁電管板106的背部以磁性地耦接全部的磁鐵。
該矩形螺旋式磁電管具有溝槽102、104，因此具有筆直部的磁極是沿垂直方向延伸，且彼此以彎曲角相連。該等筆直部較佳是由總路徑長度的至少50％且較佳超過75％所組成。
該等溝槽102、104一般代表兩磁極，然而此結構更為複雜。該溝槽102、104是架構至該電磁管板42且包括柱形孔數組以容納各個柱形永久磁鐵。溝槽102、104較厚部分內的柱形孔可形成兩線性延伸平行排，它是彼此相互交錯以增加磁鐵擺放密度。該溝槽102、104的外部另一方面可只具有一線性數組。兩磁極部一般是由磁性軟不鏽鋼形成，並具有溝槽102、104的形狀及其大致的寬度。該磁極部是以螺栓固定至該磁電管板的底部(通過溝槽102、104)以將兩磁鐵吸附於面朝下的溝槽102、104內並作為磁極部。
其它用於磁電管的迴旋形狀也是可行的，例如蜿蜒式及螺旋式磁電管也可以不同方式結合。螺旋式磁電管可以結合至一蜿蜒式磁電管(兩者皆以單一電漿迴路方式形成)。兩螺旋式磁電管可彼此結合，例如以對向盤繞的方式，而兩螺旋式磁電管也可託架一蜿蜒式磁電管。同樣的，仍需以單一電漿迴路形式。然而，多迴旋式電漿迴路亦可應用於本發明。
蜿蜒式磁電管60、80具有一組主要的筆直段68，而矩形磁電管90具有兩組平行筆直部，其兩者也可視為主要組。所有磁電管60、80、90、100均可受益於一以間距P進行(以一橫向於該組主要的筆直段之一的方向)的一維掃描。然而，上述一維掃描仍然有些缺點。首先，因該磁電管實質部分中有些延伸出的組件是平行於該掃描方向，而使濺鍍均勻性降低。此影響對蜿蜒式磁電管60、80最為顯著，其中短筆直段70會使靶材的橫向邊緣侵蝕較靶材的中央部為快。使用螺旋式磁電管100的不均勻性會降低。不過，此等磁電管在靶材中央部的侵蝕仍較側邊為少。第二，除非使用其它的預防措施，全部的磁電管仍舊會在靶材(靠近電漿檔板)橫向邊緣處形成電漿。而如同前文對線性跑道式磁電管所作的解釋，在電漿激發期間微粒會大量形成。第三，當磁電管快速且往復掃描時在端點處仍持續有侵蝕情形出現。
在矩形靶材上以二正交維方式掃描一迴旋磁電管可增加濺鍍均勻性。該掃描機構可具有不同形式。在如圖9所示的一掃描機構110中，該靶材16是支撐於其背部，該磁電管板112的上側包括數個磁鐵，其貫穿數個絕緣墊114或支撐於該磁電管板112底部孔中的軸承。該絕緣墊114可由直徑5cm的鐵氟龍(Teflon)組成，並由該磁電管板112突出2mm。對向的推桿116是由外驅動源118所驅動，該外驅動源118穿過真空封閉背壁22以將該磁電管板112推往相反方向。該驅動源118一般是以雙向旋轉馬達驅動一驅動軸(對該背壁22有一旋轉密封墊)。該背壁22內的導螺杆機構可將旋轉運動轉換成線性運動。兩垂直配置的推桿116對及驅動源118可提供獨立的二維掃描。單對推桿116及驅動源可沿靶材對角線對準，並相對於該靶材側提供結合的二維掃描。其它種類的致動器也可能包括氣壓汽缸、步進馬達以及齒輪齒條(rack-and-pinions)，其均設於該低壓背處理室的內側及外側。
如圖10的平面圖所示，彈簧122(尤其是壓縮彈簧)在所示幾何結構中可取代該對向推桿之一。同樣的，該杆116及該磁電管板112間的連接器124可予以固定以使一桿116可推拉該磁電管板112或，參照圖9的雙向致動方式，該連接器124可為轉輪形式以選擇性地且平滑地推動該磁電管板112。
其它類型的掃描機構也是可行的。該滑動板114可以輪或球或滾動軸承取代，但較佳的是該輪或軸承可電性絕緣，以使該磁電管板112在接地的同時亦可支撐於該經偏壓的靶材16上。若為使移動簡單，一導引板可設於該磁電管板112及靶材16中間以導引掃描進行。如前文Halsey專利案中所公開的，該磁電管板112可通過輪及支撐杆支撐於一個或多個導引板上。
掃描的數量也可作相當的限制。例如，對一鄰近非平行軌道間間隙為75mm且設計用於2m靶材的磁電管而言，該掃描距離應至少為75mm。為考慮多變的磁場強度及位置，建議掃描距離至少大於10mm。掃描距離若大於該間隙的50％會使本發明優勢降低。許多實驗已證明掃描距離在範圍為85至100mm時具有較佳的侵蝕程度。若磁鐵溝槽間的間距為75mm，其間的電漿路徑已證明有相當成效，且實驗指出該間距的較佳範圍為50至125mm。
為完成第一掃描圖形，一形成於磁電管板112中的迴旋式磁電管(如圖10的平面圖所示)是支撐於一形成該背壁22部分的矩形框126內。雖然附圖所示為一蜿蜒式磁電管，然而也可使用其它磁電管形式。該耦接至磁電管板112的致動器118可驅動其沿該框126的對角線移動，亦即以最北至最南向，其皆平行並橫向於該磁電管主要的筆直部組的方向。在所示的實施例中，該彈簧122動作與致動器118相反。因而雙向掃描時，在靶材北側及南側的過度侵蝕情形可降低。
該掃描可受益於兩種操作特性。第一，該掃描較佳是執行於相當的低速下(約1mm/秒)以使該框對角線的單掃描進行時、或後文將詳述者，在若干次對角線掃描進行時能得一完全沉積，故掃描速度為2mm/秒時(較佳範圍為0.5至5mm/秒)可取得相當良好的效果。對100mm的掃描而言，完全掃描可在20至200秒內達成。低速可簡化繁雜的機構。第二，較有利的是在磁電管與該接地框126快速分離後(例如在初次2mm(較佳範圍為1至5mm)掃描後)以熄滅電漿及激發電漿方式起始該慢速掃描。該延遲激發可使掃描速度平衡。然而更重要的是，遠離該框架126的電漿激發可顯著降低粒子(一般相信該粒子是來自於電漿激發期間不受控制的電弧)形成。
在跑道式電磁管中進行的範例中，它是以一固定電源供應掃描該框架。如圖11中標繪處128所示，靶材電壓已發現會由中間處約500V上升至框架或擋板附近約600V，其表示電漿阻抗是取決於電磁管位置而定。此鄰近該框架的高電壓相信是起因於電子洩漏至框架所致，並在激發期間的過量電弧有關。反之若電漿是在該彎曲的平坦處被激發，電弧會實質的降低。而同樣有利的是，電漿在到達電磁管另一對角線彎角前便會熄滅。若欲在相同基材上執行進一步沉積時，其或者也可以降低靶材電源以達到低密度電漿，而不是完全熄滅該電漿，藉以有效減少粒子在靶材邊緣形成。業已發現圖8的矩形螺旋式電磁管中靶材電壓僅約為350V，顯然為一極有效能的電磁管。
該掃描也可能擴展而以電漿沿該框架對角線來回掃描，使電磁管返回至其準備濺鍍於下一面板上的原始位置。或者，可在電漿關閉下進行背部掃描，同時將一新面板置於濺鍍反應器中並抽吸及平衡該濺鍍處理室。在另一替代方式中，一面板可在向前掃描期間進行濺鍍沉積，而一第二面板可在隨後的向後掃描期間進行沉積。
如同圖12所示，一磁電管128以其一組或二組主要筆直部(相對於該框架126的矩形坐標的傾斜角形成，例如以45°或平行於該框架對角線)形成於磁電管板112中時也可得到略為類似的效果。沿該兩矩形坐標之一者對準的兩相對的致動器118是沿該坐標掃描磁電管板112。在此實施例中，該掃描是一維掃描，然而磁電管形狀為二維。為避免激發時的邊緣效應，沿該橫向側應提供額外的靶材空間。
沿兩對角線的掃描可借圖13所示的掃描機構130達成。四個位於框架126角落的致動器118是沿兩框架對角線以面對面方式成對配置。各致動器118是固定至一具有兩垂直臂134的角落推進器132，每一垂直臂具有數個輪136或其它滑動裝置，其可滑動地嚙合及對準該磁電管板112的各個角落以正確地將它沿該框架對角線之一推動。雖然此處附圖所示為一蜿蜒式磁電管，然而其它迴旋式磁電管形狀也可配合前述及其它二維掃描機構使用。沿任一對角線的掃描僅需改變這些致動器之一。該掃描可通過推動該磁電管板112(它是以該致動器118之一者沿該第一對角線推動，而該第一對角線是對準一第二對角線會通過的中心點)的方式由一對角線轉移至另一者。其後，對準該第二對角線的該致動器118之一會嚙合該磁電管板112，以將之沿該第二對角線推動。
在如圖14中所示的一矩形配置的掃描機構140包括八個致動器118，它是沿該矩形框架126的四邊成對配置。該成對的致動器118是作相似控制，以同樣擴大該相連臂116。在無固定連接器設於致動器118及磁電管板82間、但僅施加一推動力時以成對配置為佳。源自該致動器118的臂116較佳包括設於各致動杆116末端各自的輪142或其它轉動組件。然而，軟推進器墊(例如Teflon)，也可替換成輪142。僅有一對設有輪的致動器杆116需嚙合該磁電管板112以將之沿迪卡爾方向移動。
另一如圖15所示中的掃描機構150是支撐於框架126上，其接著支撐於該靶材背板的周圍。冷卻集管154可由供應線156分布冷卻液體至該靶材背板。滑動板160包括兩個相反側軌道162、164，這些是以一第一方向及沿安置於框架126上各連續的輪軸承上方滑動。兩狹口166、168是形成於該滑動板160中以按垂直的第二方向延伸。可支撐通過兩狹口166、168延伸的磁電管板112的兩相反側軌道170、172是滑動地支撐於各安裝在該滑動板160上的輪軸承組，以按第二方向移動。也就是說，該磁電管板112及連接的磁電管可按垂直的第一及第二方向滑動。此外，重磁電管是支撐於該框架126及該靶材背板的周圍上，其直接支撐於處理室壁上，而非位於該靶材背板及該靶材相當薄的懸臂內部上。
沿該滑動軌道方向相對的第一組致動器174、176是支撐於該框架上且其包括各獨立控制的雙向馬達173、齒輪箱以及驅動路徑175的螺旋齒，這些是選擇性的鄰近、嚙合及施力於各由該滑動板160向上延伸出的軸套178、180。沿該磁電管板軌道170、172方向相對而相似設置的第二組致動器182、184是支撐於該框架126上以選擇性嚙合各固定於該磁電管板112的軸套186、188，並通過該滑動板160中的孔187、189向上延伸出。
該兩組致動器174、176、182、184可用以按正交方向移動該磁電管板160。這些固定在磁電管板112的軸套186、188具有相當寬的面，以在其它組致動器174、176橫向移動該磁電管板112時，相接的致動器182、184及推桿175可嚙合這些面。
所示的結構是以一頂蓋(支撐框架126上並真空封閉)所覆蓋，其包括可移式真空裝置，例如鄰近該致動器174、176、182、184並位於該軸套孔166、168中以讓該頂蓋下的區域可作真空抽吸。當內部抽吸至一相當低壓以讓薄靶材及背板承受不同於高真空濺鍍室的減壓時，該頂蓋可包括數個衍架以抵抗大型頂蓋區上的大氣壓力。
圖1的反應器一般是由一計算機化的控制系統(附圖未標示)所控制，它是依據一用於處理一系列面板14的處理組進行操作。該控制系統控制一激活該靶材的DC電源供應器、一真空抽吸系統(用於將該濺鍍室18內抽吸至一所欲低壓)、一連接該處理室內部至一傳送室的狹閥，以及一主要設於該傳送室內的機械臂，以將基材14由該濺鍍室18傳入或傳出。該控制系統可另外連接至致動器118或182、184、174、176，以按所需要的二維模式於靶材16後方掃描大型磁電管。
該致動器對118或182、184、174、176是結合作控制以達一所需要的掃描圖案。操作模式是仿效圖10的對角線掃描沿一框架對角線，例如由西北側至最南側，然而由西南側至最北側路徑也有可能。如圖16所示，第二種操作模式可借掃描改善侵蝕均勻性，它是通過沿一對角線方向執行一第一沉積掃描200的雙Z字圖案並在靠近該對角線掃描200的末端處熄滅電漿(或降低靶材電源)。其後，該磁電管是以熄滅或較小的電漿沿一平行於一迪卡爾坐標的矩形路徑208在靶材邊緣處進行掃描。接著，以主動電漿進行的第二沉積掃描204是沿另一對角線進行，但電漿在靠近該對角線末端處熄滅。最後，該磁電管再沿一靠近其它靶材邊緣且非平行於一迪卡爾(矩形)坐標的矩形路徑206以熄滅電漿往回掃描。此圖案稱為雙Z字型。應注意的是，所標示路徑僅於掃描範圍(如75或100mm)上延伸，而不是在全部靶材(側邊將近10倍大)上延伸。也就是說，該磁電管的有效磁場是在延伸於該框架內該靶材對應尺寸邊的90％或更大的區域內。參照圖5及圖6的蜿蜒式磁電管60、80，該雙Z字型掃描也可執行，以使邊緣掃描206、208可以平行或垂直於該組主要筆直段68的方式進行。
該雙Z字型掃描可僅實施於一單一基材，或者，在每一矩形掃描206、208進行期間可以一新基材替換，但無須激發電漿，且該處理室壓及氣體環境對此並不重要。若雙Z字型的規模小得足以讓缺乏電漿的邊緣路徑206、208能避免邊緣效應，則該有利的掃描模式便可在中央處(電漿激發處)開始。該電漿維持激發的同時磁電管可通過完全的雙Z字圖案作掃描，最後返回中心處結束。因此電漿激發可距離該接地框架任何部分的最大距離處實施。
該雙Z字型掃描及其它形式的掃描不需精確的按步仿照。靶材侵蝕的均勻性(由靶材使用壽命判定)可通過連續偏移雙Z字型掃描來改善。如圖17所示，在一第一次底線雙Z字型掃描210後，會隔一小距離(如10mm)沿一迪卡爾坐標(較佳是垂直於該雙Z字型掃描的側部206、208處)重複該圖案，以進行雙Z字型掃描212。進一步的均勻性可通過該底線以相反方向的相等位移(也可使用其它的位移值)進行第三次的雙Z字型掃描214。其後，該掃描圖案可返回該底線掃描210。完全掃描的不同部分可借沉積於一基材或多個依序插入的基材上進行。一完全雙Z字型掃描較佳是以濺鍍沉積方式實施於一基材上，而其後替換的雙Z字型掃描則實施於隨後的基材上。
也可能同步激活兩垂直配置的致動器，以讓磁電管沿圖18所示的對角線路徑220移動。然而，某些情況下它反而是依循一鋸齒路徑(由交替的小位移222組成，它是以數段小位移224彼此沿一迪卡爾坐標移動)為佳。例如，各位移222、224可約為1mm。位移222、224的長度範圍為0.4至3mm，較佳為0.8至1.2mm。若對角線路徑220非相對於迪卡爾坐標以45°配置時，位移222、224彼此間長度可不相同。若難以提供垂直位移(例如以步進器馬達進行時)的精確比例，則相同方向上的不同位移可能會有不同長度，而平均在所需的方向上形成一路徑。這種交替位移會有較大的有效掃描區域以增加濺鍍均勻性。以圖15所示的垂直方式配置(未包括一靠抵該磁電管板的旋轉機構)的致動器可有進一步的優點，在此情況下，垂直方向上的同步位移會使該等杆接觸點的至少一個滑抵該磁電管板或軸套。相反的，若以交替位移方式配置，未使用的致動器可由磁電管板返回，以在其橫向移動時不會接觸到該磁電管板。
許多範例已證明該矩形靶材可充分均勻的在該框架的150mm內延伸出的中央區上。在一方向上的均勻性可通過增加該蜿蜒式磁電管的筆直部長度而擴大，同時另一方向上的均勻性可通過磁電管掃描而增加。整組式的致動器可允許更複雜、較多變的掃描圖案，也較可能可以包括該彎曲部。例如，圖19所示的圖形掃描230可通過連續改變四組致動器控制的方式達到。
本發明的許多優點在二維掃描或施加延遲激發電漿至現有磁電管時均可達到，如圖2所示由數個平行但獨立的線性磁電管24組成，其中該線性磁電管是以數個平行內磁極26形成，並以一具有多個用於內磁極26的平行開口的單一外磁極32及各自的電漿迴路所圍繞。然而，相信本發明的蜿蜒式及螺旋式磁電管的迴旋式單一電漿路徑能提供較有效且較具控制性的濺鍍。
本發明的各方面均可提供較均勻的靶材侵蝕及較大矩形濺鍍靶材的濺鍍沉積。該螺旋式磁電管所需成本也可較低。二維掃描的掃描機構雖較為複雜，但較慢的掃描卻可降低其複雜性。
權利要求
1.一種用於一矩形靶材後方以將該靶材材料濺鍍於一矩形基材上的磁電管，其特徵在於，至少包含一內磁極，其具有一垂直於一平面的第一磁性，該內磁極是沿該平面中一具兩端點的單一路徑延伸並包括數個筆直部，其中至少部分筆直部是分別沿一呈迴旋圖案的矩形坐標延伸；以及一外磁極，其具有一相對於該第一磁性的第二磁性，該外磁極是環繞該內磁極，其間還以一間隙相隔。
2.如權利要求1所述的磁電管，其特徵在於，所述的間隙是一大致固定的間隙。
3.如權利要求1所述的磁電管，其特徵在於，所述的磁電管大致填滿一矩形輪廓。
4.如權利要求1所述的磁電管，其特徵在於，所述的迴旋圖案是一蜿蜒式圖案。
5.如權利要求4所述的磁電管，其特徵在於，所述的蜿蜒式圖案大致填滿一矩形輪廓且還包括兩個延伸該兩端點路徑使之超出該矩形輪廓的尾部，
6.如權利要求1所述的磁電管，其特徵在於，所述的迴旋圖案是一呈矩形的螺旋圖案。
7.如權利要求6所述的磁電管，其特徵在於，所述的螺旋圖案大致填滿一矩形輪廓且還包括一個尾部，該尾部是延伸該兩端點路徑的一端使之超出該矩形輪廓。
8.一種適用於將一矩形靶材的靶材材料濺鍍沉積於一矩形基材上的一電漿濺鍍反應器及一設於該靶材背側與該靶材相對的磁電管中以該靶材的二垂直方向掃描該磁電管的掃描機構。
9.如權利要求8所述的掃描機構，其特徵在於，所述的磁電管具有多個獨立磁性部，它是沿該矩形靶材的二垂直方向之一者延伸。
10.如權利要求8所述的掃描機構，其特徵在於，所述的磁電管包括一內磁極，它是由一呈迴旋圖案的外磁極所圍繞。
11.如權利要求8所述的掃描機構，其特徵在於，所述的磁電管可在該二垂直方向掃描的分別距離為該靶材側的對應長度或不超過該靶材側長度的20％。
12.一種適用於將一矩形靶材濺鍍沉積於一矩形基材上的一電漿濺鍍反應器中的磁電管系統，其特徵在於，至少包含一磁電管，其具有多個以數個筆直部沿一第一方向延伸的獨立磁性部；以及掃描裝置，用於在該第一方向傾斜地掃描該磁電管。
13.如權利要求12所述的磁電管系統，其特徵在於，所述的磁電管形成一具有一迴旋形狀的電漿迴路。
14.如權利要求13所述的磁電管系統，其特徵在於，所述的迴旋形狀是一蜿蜒形式。
15.如權利要求13所述的磁電管系統，其特徵在於，所述的迴旋形狀是一呈矩形的螺旋形式。
16.如權利要求13所述的磁電管系統，其特徵在於，所述的磁電管至少包括一內磁極，其具有以該迴旋形式形成的一第一磁性；以及一外磁極，其具有一與該第一磁性相反的第二磁性，並以一間隙與內磁極相隔。
17.如權利要求12所述的磁電管系統，其特徵在於，所述的掃描裝置包括兩個獨立致動器，其可沿兩彼此不平行的方向施力給該磁電管。
18.一種濺鍍於一矩形基材上的方法，其特徵在於，至少包含下列步驟以一大致矩形的磁電管按多個方向在與一基材相對的矩形靶材的一背側進行掃描，其中該磁電管具有一封閉的電漿迴路。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述的電漿迴路是以迴旋形式形成。
20.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述的掃描步驟是以介於0.5至5mm/秒的速度執行。
21.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述的掃描步驟是以一雙Z字圖案執行，該雙Z字圖案是沿一與該靶材對準的矩形的兩相對側以及沿該兩相對側的兩連接對角線延伸。
22.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述的掃描步驟是以數個彼此相互偏移的該雙Z字圖案執行。
23.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述的掃描步驟包括沿一傾斜於該靶材邊緣的全部路徑掃描並形成一鋸齒路徑，該鋸齒路徑至少包含數個第一及第二副掃描的連續交替，該第一及第二副掃描是平行於該邊緣各自的垂直面。
24.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，所述的等副掃描長度介於5至15mm間。
25.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，所述的長度介於8至12mm間。
26.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述的磁電管至少包含一內磁極，其具有一第一磁性，且該內磁極是沿一具有迴旋形式的路徑延伸；一外磁極，其具有一與該第一磁性相反的第二磁性，且該外磁極是環繞該內磁極。
27.如權利要求26所述的方法，其特徵在於，所述的內磁極包括數段分隔(disjoint)的筆直部。
28.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述的靶材具有數個沿垂直的第一及第二方向延伸的邊，且所述的掃描步驟包括一掃描該磁電管的第一副步驟，它是沿該第一方向進行；以及一掃描該磁電管的第二副步驟，它是至少部分地沿該第二方向進行。
29.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，所述的第二副步驟是沿該第一及第二方向兩者掃描該磁電管。
30.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述的磁電管具有數個長度為該靶材對應邊長度的至少80％的邊。
31.一種濺鍍於一矩形基材上的方法，其特徵在於，至少包含下列步驟沿一路徑掃描一矩形濺鍍靶材後方的一磁電管，該路徑具有數段彼此互不平行的筆直部。
32.如權利要求31所述的方法，其特徵在於，所述的磁電管是大致呈矩形並形成一具有一迴旋形式的封閉電漿迴路。
33.如權利要求31所述的方法，其特徵在於，所述的磁電管是以一範圍介於0.5至5mm/秒的速度進行掃描。
34.如權利要求31所述的方法，其特徵在於，所述的磁電管是以一雙Z字圖案作掃描，而該雙Z字圖案是沿一與該靶材對準的矩形的兩相對側以及沿該兩相對側的兩連接對角線延伸。
35.如權利要求34所述的方法，其特徵在於，所述的磁電管是以數個彼此相互偏移的該雙Z字圖案進行掃描。
36.如權利要求31所述的方法，其特徵在於，所述的磁電管是以一鋸齒路徑橫越一與該靶材對準的矩形的一對角線來進行掃描。
37.如權利要求31所述的方法，其特徵在於，所述的磁電管是以一具有數段彎曲部的複雜路徑進行掃描。
38.一種濺鍍於一矩形基材上的方法，其至少包含下列步驟沿一由一第一位置至一第二位置的第一方向掃描一矩形濺鍍靶材後方的一磁電管；以及由距該第一位置的一預定距離處以朝該第二位置的方向在該靶材鄰近處激發一電漿，其後並維持該電漿。
39.如權利要求38所述的方法，其特徵在於，所述的預定距離是介於1至5mm。
40.如權利要求38所述的方法，其特徵在於，所述的電漿是於該磁電管抵達該第二位置之前熄滅。
41.如權利要求38所述的方法，其中一施加至該靶材以維持該電漿的電源是於該磁電管抵達該第二位置之前降低。
42.如權利要求38所述的方法，其特徵在於，所述的磁電管具有一含多段分隔筆直部之迴旋形式。
全文摘要
現提供一種置於一矩形靶材後方的矩形磁電管，其可增強一配設用以將靶材材料濺鍍於一矩形面板上的濺鍍反應器中的電漿。該磁電管尺寸僅略小於靶材，而且它是以該靶材(具掃描長度，例如2m靶材的掃描長度即為100mm)的兩垂直方向作掃描。該掃描可依循一雙Z字形圖案沿兩平行一靶材側及兩連接的對角線的路線進行。該磁電管包括一封閉電漿迴路，而該電漿迴路是呈迴旋形式，例如具有一幾乎固定寬度且沿一單一路徑延伸的蜿蜒式或矩形螺旋式內磁極，且該內磁極具有一磁性，並且完全由具有相反磁性的外磁極所環繞。
文檔編號C23C14/35GK1676662SQ20051000407
公開日2005年10月5日 申請日期2005年1月7日 優先權日2004年1月7日
發明者阿維·泰奧曼 申請人:應用材料股份有限公司