電磁控濺鍍陰極的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明關于一種濺鍍靶裝置，特別是指一種在濺鍍靶后方設有永久磁鐵、導磁鐵 及電磁線圈，利用安排電磁線圈的位置及導入該電磁線圈的電流作變化達到變化磁場的大 小而達到改變電漿位置的目的，進而達成提升靶材利用率的目的。
【背景技術】
[0002] 磁控派鍍（magnetronsputtering)是指真空派鍍腔內在派鍍革巴材的后方安排電 磁鐵或永久磁鐵以產生磁場并使得磁力線由靶材后方穿透至靶材的前方，再回到的靶材的 后方的電磁鐵或永久磁鐵。電漿產生器利用磁場的導引將電漿離子氣體轟擊金屬靶材的預 定區域以敲出金屬原子，再沉積金屬原子于靶材下方的工件表面上以形成薄膜。電漿氣體 可以包含惰性氣體如氬氣，或者是可以和靶材反應的反應氣體。
[0003] 這樣的結果將使得靶材猶如一個穿隧（tunnel-like)的結構形成一電子阱 (electrontrap)。這種效應在穿隧形的電子講在金屬革E材形成一封閉回路后會更進一步 強化，而變得更有效率。然而，它卻使電漿形成回路，而使得靶材猶如被穿隧般的損耗，這結 果將存在靶材的利用率被顯著降低的缺點。
[0004] 因此，一種可移動磁場的濺鍍靶，例如日本專利JP63-247366設計一種可移動的 環狀靶，以達到靶材表面可被均勻削減目的。另中國臺灣專利第1299365號。揭示一可移 動靶件的濺鍍裝置及方法。這個裝置需要一線性電機來驅動靶材。
[0005] 現有技術的再一的實施例可以參見中國臺灣專利第1391514,這個專利所揭示的 磁控濺鍍靶，請參見圖1所示的立體局部剖面圖。請參閱圖1所示的一種磁控濺鍍機200 包含一載板210,包含中間導磁部及外側鋁環部213、一磁鐵組220、一內部線圈230、一外部 線圈240、一中間磁環250、一靶材260以及一導磁鐵環270,磁鐵組220設置于載板210的 承載表面211上，以提供磁場源，內部線圈230繞于一永久磁鐵221上。永久磁鐵221外側 還包含一外部磁鐵環222,內部線圈230繞設于永久磁鐵221以增強磁場源，內部線圈230 的較佳匝數約為40匝，外部線圈240設置于磁鐵組220外側以改變軸向磁場最低點位置， 外部線圈240的匝數約為900匝，該中間磁環250設置于磁鐵組220的該永久磁鐵221與 該外部磁鐵環222之間以增強中間的磁場并改變該磁控濺鍍機200內磁場的大小，導磁鐵 環270設置于該靶材260的該第一表面261下，以便徑向引導磁場的磁力線方向，使得磁場 方向平行于該靶材260,此外，導磁鐵環270對應于中間磁環250。外部磁鐵環222比中間 磁環250高。利用中間磁環250、導磁鐵環270及外部線圈240等組件，以達到磁力線繞行 方向不會過度集中于該靶材260的部分區域，導致靶材260被蝕刻穿透而提高靶材260的 使用期限的目的。
[0006] 現有技術的濺鍍靶的再一的實施例可以參見美國專利US第6338781號，該專利由 Sichmann等人所獲得。請參照圖2所示為半個陰極（含靶材）的結構圖，另一半個陰極（含 靶材）與圖2的結構圖是以回轉軸44為中心，呈鏡像對稱的（未圖示），永久磁鐵9和轉 軸44之間的距離以Rg表示。如圖2所示，半個陰極的結構圖包含第一導磁軛鐵21，第二導 磁軛鐵21'，兩者間以一永久磁鐵9所連接。第二導磁軛鐵21'又連接一鞋型導磁材料14。 螺栓20則連接于第一導磁軛鐵21。
[0007] 第一導磁軛鐵21和第二導磁軛鐵21'之間的空間容置一濺鍍靶8,而濺鍍靶8的 上方則另有兩個線圈76、77。在兩個線圈76、77中間則是一鐵心75,它也是導磁材料同時 提供遮蔽功能，它遮蔽了革E空間（targetspace;即革E和待派鍍基板27之間的空隙）84對 抗永久磁鐵 9 的短路磁力線（shieldsthetargetspace84againsttheshortcircuit magneticfieldlinesofthemagnet9)，因此，磁場變化可因相當低的電流注入于電磁 線圈而產生。圖2同時示對應的磁力線42, 42'路徑分布。
[0008] 上述的現有技術省卻了靶材移動的驅動裝置，但得有外、內圈永久磁鐵（它們的 高度不同）及內、外圈電磁鐵。電磁鐵沒有冷卻裝置。

【發明內容】

[0009] 本發明的一目的是提供一種電磁控濺鍍陰極，電漿團能在控制線圈電流大小及周 期而位移位置，以達到提高靶材利用率的目的。本發明能夠使用內外永久磁鐵與一圈的電 磁線圈，變化導入線圈的電流，達到變化磁場的目的，進而可使靶材的靶面侵蝕范圍擴大， 有效消除靶面不均勻的侵蝕，特別是靶材邊緣的鍍膜可以更均勻。
[0010] 本發明提供一種電磁控濺鍍陰極，包括：
[0011] 一導磁基板；
[0012] -封閉排列的第一永久磁鐵環，座于該導磁基板的外圈上；
[0013] 一封閉排列的第二永久磁鐵環，座于該導磁基板的中線上，該第二永久磁鐵環與 該第一永久磁鐵環的N極相對于靶面為相反方向；
[0014] 封閉的電磁線圈設于該導磁基板上，且相對于該第二永久磁鐵環而言。該電磁線 圈鄰接該第一永久磁鐵環，該電磁線圈導入的電流周期變化以變化電漿團的位置以轟擊靶 材；
[0015] 一冷卻銅底板設于該第二永久磁鐵環、該第一永久磁鐵環所包圍的空間內且介于 該封閉的電磁線圈及靶材之間；及
[0016] -靶材設于該冷卻銅底板上。
[0017] 在優選的實施方式中，所述導磁基板為單位階梯形，該單位階梯形為中間段有一 相對較高的平臺，所述的封閉排列的第二永久磁鐵環座于該平臺中線上，以支撐該冷卻銅 底板，該導磁基板的平臺部位的下方容置一冷卻水路。
[0018] 在優選的實施方式中，所述導磁基板上還包含至少一支撐柱，該支撐柱高度與該 電磁線圈高度大致相等或略高，以使得該冷卻銅底板為該支撐柱所支撐。
[0019] 在優選的實施方式中，所述電磁線圈范圍在靶外緣到距靶寬2/3之間。
[0020] 在優選的實施方式中，所述電磁線圈范圍在靶材中線到距靶寬2/3之間。
[0021] 本發明還提供一種電磁控濺鍍陰極，該磁控濺鍍陰極包括：
[0022] 一導磁基板，該導磁基板為單位階梯形，該單位階梯形為中間段有一相對較高的 平臺；
[0023] -封閉排列的第一永久磁鐵環，座于該導磁基板的外圈上；
[0024]一封閉排列的第二永久磁鐵環，座于該導磁基板之平臺的中線上，該第二永久磁 鐵環與該第一永久磁鐵環的N極相對于該靶面為相反方向；
[0025] 封閉的電磁線圈設于該導磁基板上，且相對于該第二永久磁鐵環而言。該電磁線 圈鄰接該第一永久磁鐵環，該電磁線圈導入的電流周期變化以變化電漿團的位置以轟擊靶 材；
[0026] 一冷卻銅底板設于該第二永久磁鐵環、該第一永久磁鐵環所包圍的空間內且介于 該封閉的電磁線圈及靶材之間；及
[0027] 一靶材設于該冷卻銅底板上。
[0028] 在優選的實施方式中，所述電磁線圈范圍在靶外緣到距靶寬2/3之間。
[0029] 在優選的實施方式中，所述電磁線圈范圍在靶材中線到距靶寬2/3之間。
[0030] 本發明的電磁控濺鍍陰極的特點及優點是：（a)只需一圈封閉的電磁線圈，又因 電磁線圈封閉于冷卻銅板Z形（即前述的單位階梯形狀）導磁基板100, 100'，第一永久 磁鐵環110所產生的容置空間內。因此，冷卻銅板既可冷卻線圈也可冷卻靶材。（b)現有 技術濺鍍機磁場由靶材下方穿越進入腔體，靶材厚度受限，約在1公分以內，以免影響磁 場強度。本發明磁場由靶材兩側橫越，散熱良好的平面金屬靶厚度可達3cm。（c)相較于 Sichmann的現有技術，本發明的電漿移動范圍比現有技術增加35%，也因此，電漿移動效 率可提高10%以上，靶材可更均勻消耗，而提高靶材利用率。（d)部分現有技術需要磁控機 構位移或轉動的機構，本發明不需要這樣的機構，要的只是變化線圈電流大小與周期就可 達到提高靶材利用率的效果。沒有位移或轉動的機構，使得結構簡單，易于封真空，方便維 修。（e)整體結構可適用于磁控濺鍍與電弧離子鍍，而磁場調控對于電弧離子鍍可以提高弧 斑在靶面上移動速率與范圍，降低熔滴顆粒的發生。
【附圖說明】
[0031] 圖1示現有的濺鍍陰極；
[0032] 圖2示現有的濺鍍靶結構及磁力線路徑；
[0033] 圖3A示依據本發明的第一實施例所設計的濺鍍靶結構示意圖；
[0034] 圖3B示依據本發明的第一實施例所設計的濺鍍靶結構俯視示意圖；
[0035] 圖3C示依據本發明的第二實施例所設計的濺鍍靶結構橫截面示意圖；
[0036] 圖4A、圖4B及圖4C分別示本發明的的濺鍍靶在電磁線圈電流零、低電流、高電流 時的電漿團位置；
[0037] 圖5A、圖5B及圖5C分別示本發明的的濺鍍靶電磁線圈電流I= 0,I= 14A及I =-14A時所仿真的磁力線路徑；
[0038] 圖6示本發明的的濺鍍靶受電磁線圈電流變化所產生電漿團移動距離；
[0039] 圖7示現有濺鍍靶（半個陰極的結構）。
[0040] 圖8A、圖8B及圖8C示現有濺鍍靶，線圈電流分別為0、14A、-14A時磁力線模擬結 果。
[0041] 圖9A及圖9B示依據本發明的再一實施例，電磁線圈位于導磁基板上不同的位置， B丄=0的位置隨電磁線圈所在位置而變化。顯示現有LED燈具剖面圖。
[0042] 附圖符號說明
[0043] 200……磁控濺鍍機 210……載板
[0044] 230,76,77......內部線圈 220......磁鐵組
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