[发明专利]溅射磁控管装置

说明书

技术领域

本发明涉及真空溅射镀膜领域，特别是涉及一种可调磁场分布的溅射磁控管装置。

背景技术

磁控溅射装置按照目标体的类型分成为平面磁控溅射装置和圆柱形磁控溅射装置，其中平面型的磁控溅射装置由于提供磁场的磁体[包括永磁体和电磁体]相对于目标体通常为静止的，这样磁场在目标体表面的分布相对位置不变。我们知道磁场的分布就决定了电子的浓度分布，进一步的影响到等离子体浓度的分布，我们通常认为等离子体浓度就直接的影响到目标体表面的刻蚀强度。这样，我们就容易得到目标体表面某处的磁感应强度越强某处溅射就会越强烈造成刻蚀轨迹深度越深。这样的结果使得目标体表面形成刻蚀沟槽造成目标体过快的被刻蚀穿透。当然，我们必须在原目标体被刻蚀穿透之前更换为新的目标体，这会使得生产的成本增加和效率大大下降。行业内，对于这种形式的平面溅射装置，目标体的利用率[被溅射刻蚀掉的目标体质量与未进行刻蚀前目标体质量的比值]在25％左右。当然，有相应的技术资料和专利例如：EP082088A2以及US0173455A1有交待过产生磁场的磁体相对于目标体作往复的移动或者旋转运动来达到提高目标体利用率的目的。还有CN1861836A的专利中公开了一种采用第一磁体和第二磁体的有效组合和移动方式来实现目标体大范围的刻蚀。专利号为US005458759A的专利公开了采用多组磁体组合在目标体表面形成多个刻蚀回路的方式以达到目标体的大面积溅射。

以上所介绍的技术和方法可以在一定的程度上提高目标体的利用率。但这对于我们大规模连续生产上来说还是不够的，并且为了实现上述的方案往往使得结构变得过于复杂。对于上述的一些问题采用圆柱形的磁控溅射装置可以得到较好的解决。

我们熟知，圆柱形磁控溅射装置由于磁体构件与目标体不是相对静止的，在目标体上的溅射区域随着磁体构件与目标体的相对旋转运动而连续的改变，由此不会形成平面磁控溅射装置那样的刻蚀沟道，整个的目标体表面很光滑，有利于保证衬底上膜层的质量。对于圆柱形磁控溅射装置我们通常分成为磁体构件旋转目标体静止和目标体旋转磁体构件静止两种方式。

对于CN1938813A中公开的设计是通过在两个极性方向相反[一个N极向外一个S极向外]的磁体排之间引入两个同样极性相反的辅助磁体排，并且与以前的两个磁体排在目标体长度方向上平行。这样就形成了“远磁场”和“近磁场”，其中“远磁场”延伸到衬底附近实现“非平衡”磁场的目的，“近磁场”用于约束目标体附近的电子形成稳定的等离子体。

我们知道，圆柱形磁控溅射装置相对于平面磁控溅射装置而言其目标体的利用率有很大的提高，通常可以达到70％以上。然而就圆柱形磁控溅射装置而言其端部较快的刻蚀是影响它目标体利用率进一步提高的关键。我们的解释是由于电子在端部区域较磁场的直线段有较慢的漂移速度，造成该区域电子浓度较直线段高，从而就会有相对较高的等离子体浓度，出现端部较强的刻蚀。最终我们看到的结果是在两个端部会形成凹下的环形。关于上述的不良结果，相关的科研技术人员也提出了很多的改进方法。其中最简单的方式就是增加目标体端部的厚度使得直线段被刻蚀穿透时端部还没有被刻蚀穿透。还有就是在端部换成刻蚀溅射速率低的目标体，这样就会减弱端部的刻蚀。但最优化的是从问题的根源出发寻求解决的办法，也就是从优化端部的磁场设计来改善端部的刻蚀。

在WO9954911A1中透露了通过在端部形成勺状或者椭圆形状的刻蚀跑道可以减弱目标体端部刻蚀的程度，以使得目标体的利用率提高，衬底膜层的均匀性也得到提升。在US005364518中透露了通过增加端部刻蚀面积从而降低目标体端部等离子体浓度来达到减弱端部刻蚀程度的目的。在WO9621750中透露了通过优化端部磁场将端部的刻蚀轨迹宽度减少并成三角形或者椭圆形等形状，这样在相同等离子浓度情况下由于刻蚀的面积减少使得目标体端部刻蚀减弱。

在CN1537318A中透露了一种通过调节磁体构件与目标体表面相对位置高度来调节目标体表面磁场分布，从而改变圆柱形磁控溅射器的工作状态。但该专利公开的调节位置高度的方式显得有些复杂。它具有两个相互啮合的斜面，使其中一个锥面前后移动来达到另一个锥面上升或者下降的目的。

对于圆柱形磁控溅射装置，磁场对于溅射沉积工艺过程而言是至关重要的，磁场的分布影响到目标体的溅射速率，影响到溅射电源的工作电压最终影响涉及到衬底上沉积膜层的质量。由于我们在用柱状磁控溅射装置进行镀膜工艺前，对于磁场分布的确切要求是不明确的，即使可以提前得到所需磁场的分布，但实际装配完成一套圆柱形磁控溅射装置后其磁场的分布与我们的预期状态是有一定差异的。