[发明专利]具有辅助边缘磁体的矩形磁控管

说明书

技术领域

本发明一般地涉及材料的溅射。具体而言，本发明涉及溅射室的真空 泵送系统。

背景技术

等离子体磁控管溅射长期以来已经应用于制造硅集成电路。近年来， 已经应用溅射来将材料层沉积到由玻璃、金属或者聚合板组成的大的大致 矩形面板上。完成的面板可以结合有薄膜晶体管、等离子体显示器、场发 射器、液晶显示器(LCD)元件或者有机光发射二极管(OLED)，并且 通常针对平板显示器。可以类似地制造光生伏打电池。可以使用相关技术 来用光学层涂覆玻璃窗。溅射沉积层的材料可以是诸如铝或者钼的金属、 诸如铟锡氧化物(ITO)的透明导体、以及包括硅、金属氮化物和氧化物 的其它材料。

如图1的示意横截面中所图示，用于溅射到平面板上的溅射室10包 括矩形溅射基座电极12，其用于在真空室18内保持与矩形溅射靶组件16 相对的矩形玻璃面板14或者其它衬底。基座电极12对于LCD应用通常接 地，但是为了沉积诸如硅的半导体，它通常保留为电浮动的。靶组件16 至少表面是由待被溅射的金属组成的靶层，靶组件16隔着隔离器20真空 密封到真空室18。通常，由待被溅射的材料组成的靶层接合到后板，在后 板中形成冷却水通道以冷却靶组件16。溅射气体(通常为氩)供应到保持 在毫托(milliTorr)范围压力下的真空室18中。

后室22真空密封到靶组件16的背面，并被真空地泵至低压，由此基 本消除靶组件16两端的压力差。由此，靶组件16可以制造得更薄。在相 对于基座电极12或者诸如遮护壁的室的其它接地部分向导电靶组件16施 加负DC偏压时，氩被离子化成等离子体。正的氩离子被吸引到靶组件16 并从靶层溅射金属原子。金属原子被部分地导向到面板14，并在其上沉积 至少部分地由靶金属组成的层。在溅射金属的过程中，通过附加地将氧或 者氮供应到室18中，可以通过所谓的反应溅射处理沉积金属氧化物或者 氮化物。

为了增大溅射率，传统上将磁控管24置于靶组件16的背部。如果磁 控管24具有一个磁极性方向竖直的内磁极26，其被相反磁极性的外磁极 28包围，并通过环形间隙30与外磁极28分开，从而在室18内射出平行 于靶组件16正面的磁场B。在适合的室条件下，由离子化的氩溅射气体组 成的高密度等离子体环在与靶层相邻的处理空间中形成。两个相反磁极 26，28通过大致恒定宽度的间隙30分开，并布置成闭合的环以将等离子 体环的轨迹限定在靶组件16的前方。来自磁控管24的磁场B捕获电子， 由此增大等离子体的密度，结果增大了靶16的溅射率。线性磁控管24和 间隙的较小宽度产生更高的磁束密度。沿着单个闭合轨迹的磁场闭合形状 分布防止了等离子体从端部泄露。简单图示的磁控管24布置成直线跑道 状形式，其具有几乎在靶组件16的宽度上延伸的平行长边和两个弯曲的 连接端。

受到溅射沉积的矩形面板的尺寸在持续增大。一代面板制造设备处理 尺寸为1.87m×2.2m的面板，并称为40K，因为面板的总面积大于 40,000cm²。称为50K的下一代具有各边大于2m的尺寸。

这些非常大的尺寸已经在磁控管中产生了设计问题，由于靶横跨比较 大的区域，并且磁控管很重，但是磁控管应该在靶的整个区域上受到扫描 并接近它。磁控管需要满足两个相关但是截然不同的要求。在面板14的 区域上溅射沉积的厚度必须尽可能均匀。此外，靶蚀刻的深度也必须相当 均匀。如果靶的任何一部分被刻穿而露出下面的后板，则必须更换靶。如 果在靶的一个部分中蚀刻快得多，则靶的利用性相应地降低。靶较贵，并 且更换它们所需的时间降低了溅射室的产量。