[发明专利]磁控管以及磁控管溅射设备

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案根据35U.S.C.§119主张2012年12月20日申请的第10-2012-0149638号韩国专利申请案的优先权以及从其得到的所有权益，所述韩国专利申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及磁控管以及包括磁控管的磁控管溅射设备，尤其涉及能够通过修改设置于某回转半径和磁控管溅射设备中的磁体的结构来提高使用标靶(target)的效率的磁控管。

背景技术

一般来说，薄膜溅射沉积方法通过使用标靶材料来形成薄膜，而标靶材料是由于与通过产生等离子体而获得且具有高能量的离子的碰撞而溅射开的，所述方法实际上一般应用于半导体装置的工艺。

取决于使用溅射沉积设备的目的，已以各种形式开发出溅射沉积设备的结构。然而，仍在努力提高其产量。溅射沉积设备是用于通过使用电容性低温等离子体来制造薄膜的设备，其中最佳地维持气压以允许良好地执行离子化，且正和负两极被安装在真空容器中，且直流(direct current，DC)或交流(alternating current，AC)电压施加到两端的电极以产生等离子体。

作为常识，存在于等离子体中的带正电的离子被吸引到阴极，且相比之下，带负电的离子冲向阳极。在此状况下，由于较大且具有较高的电能，在与负标靶的表面碰撞的时刻，带正电的离子可允许将标靶材料溅射开以沉积到面向所溅射的标靶材料的正衬底上。

另一方面，存在于等离子体中的带负电的离子冲向正衬底而非标靶，进而使得薄膜难以沉积在正衬底上，这被称作再溅射现象。当将磁场施加到所产生的等离子体时，可将洛伦兹力(Lorentz force)施加到等离子体中的电子，且随后可根据附接到用于溅射的标靶背后的磁体的配置而获得所要的等离子体密度散布。这被称作磁控管溅射。因此，磁控管溅射可防止再溅射且可提高等离子体密度。

一般来说，磁控管溅射是一种通过将电场和磁场施加到标靶而提高标靶周围的离子化速率从而提高溅射速率的物理气相沉积法，且一般由于所沉积的薄膜的优良控制、表面美感和高密度而使用。

当施加电场和磁场以将磁控管放电时，从标靶释放的电子会在由于所施加的电场和磁场以及所放电的电子的速度而盘旋并跳跃的同时连接到标靶的表面的某部分。离子化速率在电子局部集中的区域中会提高，进而提高溅射速率。因此，为了开发出高效率磁控管沉积源，有必要控制电池和磁场，且更明确地说，控制磁场较为重要。

举例来说，在第6,228,236号美国专利(颁发给罗森斯坦等人)、第6,183,614号美国专利(颁发给付)、第4,995,958号美国专利(颁发给安德森等人)、第hei8-74051号日本专利早期公开案、第hei9-310174号日本专利早期公开案以及第10-1998-0065920号韩国专利公开申请案中揭示了如上所述的使用磁场的溅射技术。

作为一种形成磁场的方法，将具有正极和负极的磁体设置在使用磁性金属制造的一个支撑衬底上。极性在朝向标靶的方向上指定极性。相应的极性以某间隔成线性形状而设置。当具有一个极磁体的设置完全环绕另一极磁体的设置的结构时，电子和离子被限制在邻近于标靶的表面的区域中，且密度提高，进而提高溅射效率。而且，由于密集地蚀刻标靶是发生在以某间隔成线性形式而设置的正极与负极之间的中间部分中，所以为了提高使用标靶的效率以及为了提供沉积膜的厚度的均匀性，有必要优化正极和负极的设置。

为了提高溅射效率，根据第6,228,236号美国专利中所揭示的溅射设备的磁控管的形状，所述磁控管具有外部磁体非对称地环绕内部磁体的结构。使用具有双重结构(其中两个圆形结构彼此组合)的磁控管的溅射设备会提供对洛伦兹效应的相对良好的补偿。然而，必须有过高的腔室压力来维持等离子体，且由于较强的局部蚀刻而以一种方式在标靶中形成较深的非对称谷，以致于蚀刻标靶的均匀性尚未达到理想的均匀性，且使用标靶的效率较低。

因此，有必要提供一种通过修改正极和负极的设置来提高使用标靶的效率同时会克服如上所述的局限的新方法。

发明内容

本发明提供一种磁控管溅射设备，其能够通过将待用于磁控管中的磁体设置在距标靶的中心小于180度的半径内，且更优选地90度的半径内，而延长作为用于溅射的材料的标靶的使用寿命。