磁體單元和包含所述磁體單元的濺射設備的製作方法

2023-06-05 09:41:41

磁體單元和包含所述磁體單元的濺射設備的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種磁體單元，包含：卡箍；第一磁體，經設置以在所述卡箍上具有直線形狀；以及第二磁體，設置在所述卡箍上以圍繞所述第一磁體，其中所述第一磁體與所述第二磁體之間的間隔和角度中的至少一個在至少兩個區域中不同；且提供一種包含所述磁體單元的濺射設備。
【專利說明】磁體單元和包含所述磁體單元的濺射設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種磁體單元和一種包含所述磁體單元的濺射設備，且更明確地說， 涉及一種用於旋轉圓柱形標靶的磁體單元和一種包含所述磁體單元的濺射設備。

【背景技術】
[0002] 濺射設備在製造半導體、液晶顯示器（IXD)或太陽電池時沉積薄膜。舉例來說，磁 控管濺射設備將氣體注入真空室中以產生等離子體，使離子化氣體粒子與將沉積的標靶材 料碰撞，且接著在襯底上沉積通過碰撞而濺射的粒子。本文中，為了在標靶上形成具有隧道 形狀的磁力線，將磁體單元設置在標靶的後部。磁控管濺射設備可在相對較低的溫度下制 造薄膜且使電場加速的離子密集地沉積在襯底上，進而大體上得以使用。
[0003] 根據配置，標靶可劃分為固定標靶和旋轉圓柱形標靶。與固定標靶相比，旋轉圓柱 形標靶可更多地改進其利用係數。旋轉圓柱形標靶附接到圓柱形背管的外壁，且磁體單元 設置在背管內部。磁體單元由具有不同極性的兩個磁體形成，且附接到具有圓柱形形狀的 卡箍。本文中，磁體單兀設有：第一磁體，具有直條形狀以在圓柱形標祀的表面上形成某一 磁力線且產生等離子體跑道；以及第二磁體，與第一磁體分開且具有閉環形狀以圍繞第一 磁體。本文中，第一磁體與第二磁體的長邊中的一個維持相同間隔。且，第一磁體和第二磁 體具有不同極性，例如，第一磁體具有S極性且第二磁體具有N極性以使磁體具有N-S-N極 性。在由如上所述而配置的第一磁體和第二磁體形成的磁力線中，水平於圓柱形標靶（即， 垂直於電場）的磁力線形成跑道，進而濺射將腐蝕的圓柱形標靶的表面。
[0004] 然而，在圓柱形標靶的表面上方移動的電子在標靶的中央按直線方式移動，但在 角落從第二磁體的長邊和短邊彼此連接的部分到長邊的某一部分（即，交叉角落處的標 靶）按曲線方式上下移動。沿著圓柱形標靶的表面的跑道移動的電子不接收某一加速且從 角落快速移動。因此，在交叉角落處發生收集具有高能量的電子的現象，進而以一種方式增 加離子的形成以使得產生不穩定的等離子體且發生不均勻的腐蝕。最終，較多地在交叉角 落處發生圓柱形標靶的腐蝕，進而降低使用圓柱形標靶的效率。也就是說，因為發生大量標 靶腐蝕的圓柱形標靶的兩個末端上的受腐蝕的凹槽的深度限制圓柱形標靶的壽命，所以不 可能避免利用效率的降低。且，因為在對應區域中發生大量腐蝕，所以與標靶分開的原材料 的量增加，進而降低襯底上的薄膜的均勻性。


【發明內容】

[0005] 本發明提供一種能夠提高使用圓柱形標靶的效率且改進薄膜沉積均勻性的磁體 單元以及一種包含所述磁體單元的濺射設備。
[0006] 本發明還提供一種能夠通過使第一磁體與圍繞所述第一磁體的第二磁體之間的 角度在一側與另一側不同而提高使用圓柱形標靶的效率且改進薄膜沉積均勻性的磁體單 元以及一種包含所述磁體單元的濺射設備。
[0007] 根據示範性實施例，一種磁體單元包含：卡箍；第一磁體，經設置以在所述卡箍上 具有直線形狀；以及第二磁體，設置在所述卡箍上以圍繞所述第一磁體，其中所述第一磁體 與所述第二磁體之間的間隔和角度中的至少一個在至少兩個區域中不同。
[0008] 所述第二磁體可包含在所述第一磁體的縱向方向上與所述第一磁體分開的第一 長邊和第二長邊以及與所述第一磁體分開且將所述第一長邊和所述第二長邊彼此連接的 第一短邊和第二短邊。
[0009] 所述第一磁體與所述第二磁體的所述長邊之間的間隔和角度中的至少一個在從 所述第一短邊和所述第二短邊與所述第一長邊和所述第二長邊分別彼此連接的部分到所 述第一磁體的所述縱向方向的至少兩個區域中可彼此不同。
[0010] 所述磁體單元可包含：第一區域，其中從所述磁體的一個末端到所述第一磁體的 所述縱向方向，所述第一磁體與所述第一長邊之間的間隔和角度中的至少一個大於所述第 一磁體與所述第二長邊之間的間隔和角度中的至少一個；以及第二區域，其中從所述磁體 的另一末端到所述第一磁體的所述縱向方向，所述第一磁體與所述第一長邊之間的所述間 隔和所述角度中的至少一個小於所述第一磁體與所述第二長邊之間的所述間隔和所述角 度中的至少一個。
[0011] 所述第一區域和所述第二區域可設置為具有從所述第一短邊和所述第二短邊與 所述第一長邊和所述第二長邊分別彼此連接的部分到所述第一磁體單元的所述縱向方向 的約1/8到約1/2的長度。
[0012] 所述第一磁體與所述第二磁體的所述長邊之間的所述間隔在具有大間隔的區域 中可為至少約12毫米，且在具有小間隔的區域中可為約9毫米到約11毫米。
[0013] 所述角度在具有大角度的區域中可為約28°，且在具有小角度的區域中可為約 25° 到約 27°。
[0014] 根據另一示範性實施例，一種濺射設備包含：背管，具有圓柱形形狀且可旋轉；磁 體單元，設置在所述背管內部；圓柱形標靶，設置在所述背管外部；以及襯底支撐件，與所 述標靶相對且支撐襯底，其中所述磁體單元包含卡箍、經設置以在所述卡箍上具有直線形 狀的第一磁體以及設置在所述卡箍上以圍繞所述第一磁體的第二磁體，且所述第一磁體與 所述第二磁體之間的間隔和角度中的至少一個在至少兩個區域中不同。
[0015] 所述濺射設備可包含：第一區域，其中從所述磁體的一個末端到所述第一磁體的 所述縱向方向，所述第一磁體與所述第一長邊之間的間隔和角度中的至少一個大於所述第 一磁體與所述第二長邊之間的間隔和角度中的至少一個；以及第二區域，其中從所述磁體 的另一末端到所述第一磁體的所述縱向方向，所述第一磁體與所述第一長邊之間的所述間 隔和所述角度中的至少一個小於所述第一磁體與所述第二長邊之間的所述間隔和所述角 度中的至少一個。
[0016] 所述第一區域和所述第二區域可設置為具有從所述第一短邊和所述第二短邊與 所述第一長邊和所述第二長邊分別彼此連接的部分到所述第一磁體單元的所述縱向方向 的約1/8到約1/2的長度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 可結合附圖從以下描述更詳細地理解示範性實施例。
[0018] 圖1為根據示範性實施例的濺射設備的示意性橫截面圖。
[0019] 圖2A到圖4B為根據示範性實施例的磁體單元的示意性俯視圖和橫截面圖。
[0020] 圖5A到圖5F說明磁體單元的交叉角落附近的根據角度變化的交叉角落的腐蝕曲 線和離子分布。
[0021] 圖6說明在標靶旋轉時在磁體單元的交叉角落附近的根據角度變化的腐蝕曲線。
[0022] 圖7說明在標靶旋轉時在磁體單元的交叉角落附近的根據長度變化的腐蝕曲線。
[0023] 主要元件標號說明
[0024] 100 :磁體單元
[0025] 110:卡箍
[0026] 120 :第一磁體
[0027] 130 :第二磁體
[0028] 132a :長邊
[0029] 132b :長邊
[0030] 134a :短邊
[0031] 134b :短邊
[0032] 200:圓柱形背管
[0033] 300:圓柱形標靶
[0034] 400 :襯底支撐件
[0035] S :襯底

【具體實施方式】
[0036] 下文中，將參看附圖詳細地描述本發明的示範性實施例。然而，本發明不限於下文 描述的實施例，而是可體現為各種不同形狀。僅提供下文的實施例來全面地揭示本發明且 允許所屬領域的技術人員完全地了解本發明的範圍。
[0037] 圖1為根據示範性實施例的濺射設備的示意性橫截面圖，且圖2A到圖4B為根據 示範性實施例的磁體單元100的示意性俯視圖和橫截面圖。也就是說，圖2A、圖3A和圖4A 是磁體單元100的俯視圖，且圖2B、圖3B和圖4B分別為說明沿著圖2A、圖3A和圖4A的線 A-A'、B-B'和C-C'截取的部分的橫截面圖。
[0038] 參看圖1，濺射設備可包含磁體單元100、其中設有磁體單元100的圓柱形背管 200、固定到背管200的外部的圓柱形標靶300和支撐襯底S的襯底支撐件400。本文中，標 靶300和襯底支撐件400可彼此相對地設置。舉例來說，標靶300可設置在頂部且襯底支 撐件400可設置在底部。或者，標靶300設置在底部且襯底支撐件400設置在頂部。在所 述實施例中，標靶300設置在頂部且襯底支撐件400設置在底部。
[0039] 磁體單元100設置在背管200內部且可包含卡箍110、第一磁體120和第二磁體 130。卡箍110設置成與背管200的內表面分開，例如，可沿著背管200的縱向方向設置在 背管200的內部的中央。卡箍110可具有能夠固定第一磁體120和第二磁體130的各種結 構，例如，可設置為圓柱形形狀。如圖2所示，第一磁體120可設置為條形狀且可附接到卡 箍110的一個表面。本文中，第一磁體120可設置為在垂直方向上與襯底S相對。且，如 圖2所示，第二磁體130可設置為（例如）閉環以圍繞第一磁體120。也就是說，第二磁體 130可包含按某些間隔從第一磁體120分開的兩條長邊132a和132b以及分別連接兩條長 邊132a和132b的兩條短邊134a和134b。本文中，第一磁體120與第二磁體130的長邊 132a和132b中的一個之間的間隔在某一區域中可不同。也就是說，第一磁體120與第二磁 體130的長邊132a和132b中的一個之間的間隔在某一區域中與第二磁體130的短邊134a 和134b與長邊132a和132b在第一磁體120的縱向方向上相遇的區域中（S卩，在交叉角落 附近）可不同。本文中，第一磁體120的側表面與第二磁體130的長邊132a和132b中的 一個的側表面之間的間隔可不同。舉例來說，如圖2所示，在從第一磁體120的頂端到中央 的第一區域中，第一磁體120與第二磁體130的一條長邊132a之間的間隔大於第一磁體 120與第二磁體130的另一長邊132b之間的間隔。且，在從第一磁體120的中央到底部的 第二區域中，第一磁體120與第二磁體130的一條長邊132a之間的間隔小於第一磁體120 與第二磁體130的另一長邊132b之間的間隔。換句話說，第二磁體130的一條長邊132a與 第一磁體120在第一區域中維持第一間隔且在第二區域中維持比第一間隔小的第二間隔。 而且，第二磁體130的另一長邊132b與第一磁體120在第一區域中維持第二間隔且在第二 區域中維持比第二間隔大的第一間隔。因此，在磁體單元100中，第一磁體120與第二磁體 130的長邊132a和132b中的一個的間隔在至少兩個區域中可不同。本文中，第一間隔可為 第一磁體120與第二磁體130之間的一般間隔，例如，可為約12毫米，且第二間隔可小於12 毫米，為約9毫米到約11毫米。另一方面，因為第一磁體120和第二磁體130經設置以使 側表面垂直於圓柱形卡箍110,所以卡箍110的表面與第一磁體120和第二磁體130形成某 一角度。因此，所述角度在第一磁體120與第二磁體130的長邊132a和132b中的一個之 間的間隔較大的區域中較大，而在具有較小間隔的區域中較小。也就是說，在第一區域中， 第一磁體120與第二磁體的一條長邊132a之間的第一角度大於第一磁體120與第二磁體 130的另一長邊132b之間的第二角度，而在第二區域中，第一磁體120與第二磁體的一條 長邊132a之間的第二角度小於第一磁體120與第二磁體130的另一長邊132b之間的第一 角度。本文中，第一角度可為設置在圓柱形卡箍110上的第一磁體120與第二磁體130之 間的一般角度（例如，約28° )，且第二角度可小於28°，為約25°到約27°。如上所述， 第一磁體120與第二磁體130的長邊132a和132b中的一個之間的間隔和角度中的至少一 個設置為在其縱向方向上不同，進而在從第二磁體130的長邊132a和132b中的一個與短 邊134a和134b中的一個彼此相遇的部分到長邊132a和132b中的一個的一個部分的區域 (即，交叉角落）比其它區域中更加減少腐蝕的發生。因此，標靶300的局部腐蝕減少，進而 提高使用標靶300的效率且改進沉積在襯底S上的薄膜的厚度的均勻性。
[0040] 背管200形成為圓柱形形狀，其中設置有磁體單元100且在其表面上固定有圓柱 形標靶300。且，背管200面向襯底S且與襯底支撐件400相對。也就是說，當襯底支撐件 400設置在底部時，背管200可設置在頂部。背管200經配置以連接到包含可旋轉的電動 機的驅動單元（未圖示）。且，為了防止由濺射工藝中出現的等離子體的熱導致的標靶300 的熔解和脫離且為了防止磁體單元100的去磁，可在背管200中設置製冷劑循環管（未圖 示）。也就是說，使製冷劑循環通過製冷劑循環管，進而使附著到背管200的圓柱形標靶300 冷卻且防止熱傳遞到磁體單元100。
[0041] 標靶300設置為圓柱形形狀且附著並固定到背管200的外表面。因此，標靶300 可根據背管200的旋轉而旋轉。標靶300由將沉積在襯底S上的材料形成，例如，可為金屬 或包含金屬的合金。且，標靶300可為金屬氧化物、金屬氮化物或電介質。舉例來說，標靶 300 可由具有]\%、11、21'、￥、恥、丁&、0、]\1〇、1、？(1、？七、〇1、八8、八11、211、八1、111、(：、51和511中 的一個作為基底的材料形成。
[0042] 襯底支撐件400支撐襯底S以使沉積材料均勻地沉積在襯底S上。襯底支撐件400 可通過使用固定構件來固定襯底S的邊緣或可在襯底S的後部固定襯底S。當濺射設備為 直列式濺射設備時，襯底支撐件400可為包含能夠固定襯底S的固定構件的承載器。且，當 襯底S得以安裝時，襯底支撐件400可在一個方向上移動。因此，例如輥的轉移單元（未圖 示）可設置在襯底支撐件400的底部。襯底支撐件400的一部分可充當轉移構件。也就是 說，襯底支撐件400支撐襯底S且在一個方向上轉移襯底S，從而使從標靶300移除的原材 料沉積在襯底S上。另一方面，襯底S可為用於製造半導體、液晶顯示器（IXD)或太陽電池 的襯底，且可為矽晶片或玻璃。在所述實施例中，襯底S為由玻璃形成的大的襯底。
[0043] 另一方面，已參考基於第一磁體120的中央在縱向方向上劃分的一側和另一側來 描述具有第一磁體120和第二磁體130的兩條長邊132a和132b中的一個之間的間隔和角 度中的至少不同一個的第一區域和第二區域。然而，第一區域和第二區域可設置為在縱向 方向上從第一磁體120的一側和另一側的末端起的約1/8到約1/3。也就是說，如圖3所 示，第一磁體120與第二磁體的一條長邊132a之間的間隔和角度中的至少一個大於第一磁 體120與第二磁體130的另一長邊132b之間的間隔和角度中的至少一個的第一區域可設 置為從第一磁體120的一個末端到第一磁體120的長度的1/3。且，第一磁體120與第二磁 體130的一條長邊132a之間的間隔和角度中的至少一個小於第一磁體120與第二磁體130 的另一長邊132b之間的間隔和角度中的至少一個的第二區域可設置為從第一磁體120的 另一末端到第一磁體120的長度的1/3。另一方面，第一區域與第二區域之間的區域（即， 第一磁體120的長度的中央1/3)變成第三區域，其中第一磁體120與第二磁體130的一 條長邊132a之間的間隔和角度中的至少一個與第一磁體120與第二磁體130的另一長邊 132b之間的間隔和角度中的至少一個相同。
[0044] 且，如圖4所示，第一磁體120與第二磁體130的一條長邊132a之間的間隔和角 度中的至少一個大於第一磁體120與第二磁體130的另一長邊132b之間的間隔和角度中 的至少一個的第一區域可設置為從第一磁體120的一個末端到第一磁體120的長度的1/6。 且，第一磁體120與第二磁體130的一條長邊132a之間的間隔和角度中的至少一個小於第 一磁體120與第二磁體130的另一長邊132b之間的間隔和角度中的至少一個的第二區域 可設置為從第一磁體120的另一末端到第一磁體120的長度的1/6。另一方面，第一區域與 第二區域之間的區域（即，第一磁體120的長度的中央4/6)變成第三區域，其中第一磁體 120與第二磁體130的一條長邊132a之間的間隔和角度中的至少一個與第一磁體120與第 二磁體130的另一長邊132b之間的間隔和角度中的至少一個相同。
[0045] 另一方面，在所述實施例中，為了使第一磁體120與第二磁體130的長邊132a和 132b中的一個之間的間隔和角度中的至少一個部分不同，修改第二磁體130的形狀。然而， 第一磁體120與第二磁體130的長邊132a和132b中的一個之間的間隔和角度中的至少一 個可通過修改第一磁體120的形狀而變得部分不同。舉例來說，具有圍繞第一磁體120的 外部的閉環形狀的第二磁體130設有形成為垂直形狀的長邊132a和132b，且可通過將一 個區域從第一磁體120的一個末端朝第二磁體130的另一長邊132b延伸某一長度而設置。 且，第二磁體130可通過將另一區域從第一磁體120的一個末端朝第二磁體130的一條長 邊132a延伸而設置。
[0046] 如上所述，在所述實施例中，因為磁體單元100製造為使第一磁體120與第二磁體 130的長邊132a和132b中的一個之間的間隔和角度中的至少一個在至少兩個區域中不同， 所以使交叉角落的一側和另一側的大小彼此不同，進而修改電子的轉移路徑的寬度以減輕 在交叉角落處收集電子的現象。且，第一磁體120與第二磁體130的長邊132a和132b中 的一個之間的間隔和角度得以修改，進而控制對電子的加速度具有影響的磁力。因此，交叉 角落上集中的離子化經分布以使中央處的腐蝕量增加且使交叉角落處的腐蝕量減少，進而 形成較穩定的等離子體和均勻的腐蝕曲線。因此，標靶300的局部損耗減小，進而提高使用 標靶300的效率且改進薄膜的均勻性。
[0047] 實施例
[0048] 根據示範性實施例的磁體單元是通過將第一區域和第二區域按第一磁體120的 長度的1/2形成到第一磁體120的中央且將第一磁體120與第二磁體130的長邊132a和 132b中的一個之間的角度從28°減少Γ直到25°而製造，第一區域和第二區域在第一磁 體120與第二磁體130的長邊132a和132b中的一個與另一邊之間具有不同角度。根據比 較實例1的磁體單元製造為在所有區域中將第一磁體120與第二磁體130的一條長邊之間 的角度維持為28°且根據比較實例2和3的磁體單元分別製造為將第一區域與第二區域 之間的角度增加 Γ直到30°。比較處於靜止狀態的根據實施例和比較實例的磁體單元的 交叉角落和中央的相應腐蝕深度，交叉角落的腐蝕深度與中央的腐蝕深度的相應比率，以 及離子量，如表1所示。且，圖5A到圖5F中說明交叉角落的腐蝕曲線和離子分布。換句話 說，圖5A說明當第一磁體120與第二磁體130的長邊132a和132b中的一個之間的角度維 持25°時的腐蝕曲線和離子分布。類似地，圖5B到圖5E分別說明當第一磁體120與第二 磁體130的長邊132a和132b中的一個之間的角度維持26°、27°、28°、30°和3Γ時的 腐蝕曲線和離子分布。
[0049] 表 1

【權利要求】
1. 一種磁體單元，其特徵在於包括： 卡箍； 第一磁體，經設置以在所述卡箍上具有直線形狀；以及 第二磁體，設置在所述卡箍上以圍繞所述第一磁體， 其中所述第一磁體與所述第二磁體之間的間隔和角度中的至少一個在至少兩個區域 中不同。
2. 根據權利要求1所述的磁體單元，其中所述第二磁體包括在所述第一磁體的縱向方 向上從所述第一磁體分開的第一長邊和第二長邊以及與所述第一磁體分開且將所述第一 長邊和所述第二長邊彼此連接的第一短邊和第二短邊。
3. 根據權利要求2所述的磁體單元，其中所述第一磁體與所述第二磁體的所述長邊之 間的間隔和角度中的至少一個在從所述第一短邊和所述第二短邊與所述第一長邊和所述 第二長邊分別彼此連接的部分到所述第一磁體的所述縱向方向的至少兩個區域中彼此不 同。
4. 根據權利要求3所述的磁體單元，包括： 第一區域，其中從所述磁體的一個末端到所述第一磁體的所述縱向方向，所述第一磁 體與所述第一長邊之間的間隔和角度中的至少一個大於所述第一磁體與所述第二長邊之 間的間隔和角度中的至少一個；以及 第二區域，其中從所述磁體的另一末端到所述第一磁體的所述縱向方向，所述第一磁 體與所述第一長邊之間的所述間隔和所述角度中的至少一個小於所述第一磁體與所述第 二長邊之間的所述間隔和所述角度中的至少一個。
5. 根據權利要求4所述的磁體單元，其中所述第一區域和所述第二區域設置為具有從 所述第一短邊和所述第二短邊與所述第一長邊和所述第二長邊分別彼此連接的部分到所 述第一磁體單元的所述縱向方向的1/8到1/2的長度。
6. 根據權利要求5所述的磁體單元，其中所述第一磁體與所述第二磁體的所述長邊之 間的所述間隔在具有大間隔的區域中為至少12毫米，且在具有小間隔的區域中為9毫米到 11毫米。
7. 根據權利要求5所述的磁體單元，其中所述角度在具有大角度的區域中為28°，且 在具有小角度的區域中為25°到27°。
8. -種濺射設備，其特徵在於包括： 背管，具有圓柱形形狀且可旋轉； 磁體單元，設置在所述背管內部； 圓柱形標靶，設置在所述背管外部；以及 襯底支撐件，與所述標靶相對且支撐襯底， 其中所述磁體單元包括卡箍、經設置以在所述卡箍上具有直線形狀的第一磁體以及設 置在所述卡箍上以圍繞所述第一磁體的第二磁體，且 其中所述第一磁體與所述第二磁體之間的間隔和角度中的至少一個在至少兩個區域 中不同。
9. 根據權利要求8所述的濺射設備，包括： 第一區域，其中從所述磁體的一個末端到所述第一磁體的所述縱向方向，所述第一磁 體與所述第一長邊之間的間隔和角度中的至少一個大於所述第一磁體與所述第二長邊之 間的間隔和角度中的至少一個；以及 第二區域，其中從所述磁體的另一末端到所述第一磁體的所述縱向方向，所述第一磁 體與所述第一長邊之間的所述間隔和所述角度中的至少一個小於所述第一磁體與所述第 二長邊之間的所述間隔和所述角度中的至少一個。
10.根據權利要求9所述的濺射設備，其中所述第一區域和所述第二區域設置為具有 從所述第一短邊和所述第二短邊與所述第一長邊和所述第二長邊分別彼此連接的部分到 所述第一磁體單元的所述縱向方向的1/8到1/2的長度。
【文檔編號】C23C14/35GK104120392SQ201410143705
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2013年4月23日
【發明者】吳芝瑛, 千庸煥 申請人:亞威科股份有限公司