本发明专利技术涉及一种用于平面磁控管的磁体装置，其中第一磁极包围第二磁极。这种磁体装置在纵向方向朝向靶线性运动一定数值的距离，且随后在相反方向向回移动相同数值的距离。在一个实施例中，产生附加的垂直运动。所述磁体装置被设计成北极与南极交替布置或互锁，且产生波浪形轨道。这样就能够从整个靶表面持续地溅射。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁体装置，尤其涉及用于平面磁控管(planarmagnetron)的磁体装置。
技术介绍
在溅射系统中，等离子体是在真空下的溅射腔内产生的。所产生的等离子体被认为是一种准中性多粒子系统(quasi-neutralmany-particle system)，其形式上是自由电子和离子以及可能的中性粒子即原子、分子或基团的气态混合物。所述等离子体的正离子受到阴极的负电势吸引，该阴极的特点或作用在于它即是所谓的靶。正离子撞击到这一靶上，并撞出许多细小粒子，这些粒子随后沉积到衬底上。撞出这些粒子被称为“溅射”。等离子体包含离子化气体，在非反应性溅射情况下，该气体例如可以是惰性气体如氩气。在反应性溅射情况下，举例来说，使用的只是氧气或是氧气与惰性气体结合使用。溅射工艺或处理所需的离子是通过气体原子与辉光放电中的电子相撞产生的，且其借助于电场而被加速到形成阴极的靶中。在传统的DC和HF溅射中，仅极少数被发射出去溅射靶的次级电子或二次电子对溅射气体原子的离子化有贡献。为改善溅射效果，利用了接近靶的磁体。它们的磁场将等离子体保持在靶处。通过磁场与电场的相互作用，等离子体中的载荷子基本不再平行于电场运动，而是与电场形成直角，从而导致回旋状(cycloid)电子轨迹。由于电子的偏转半径因电子的低质量而远小于离子的偏转半径，电子聚集于靶表面前方。因此，溅射气体原子通过与电子相撞而被离子化的概率就高得多。作为电子ExB漂移(电子循着被称为轨道的轨迹)、且等离子体集中于靶表面前方的结果，电子就不再直接飞向衬底。因此就减少了对衬底的加热。更重得多的离子则落到靶上，靶具有负电极或阴极及溅射效应。因此，离子化大部分发生在磁场矢量平行于靶表面的位置。等离子体在此位置处最为密集，结果就是靶在此点受到最强烈的侵蚀或损耗。辉光放电等离子体实际上被磁场所封闭，且电子轨迹因电子围绕作为轴线的磁力线旋转这一事实而延伸，从而增大了气体原子与电子相撞的速率。为涂覆或镀较大区域，一般使用平面磁控管。然而这些平面磁控管的靶利用率较低，例如为40％或更低。因此，最近已经更多地采用旋转圆柱形磁控管(cylindermagnetron)，这种磁控管取得了90％及更高的靶利用率。圆柱形磁控管(有时也称为管式阴极)以及平面磁控管特有的缺点是靶的不规则损耗。管式阴极较少溅射到边缘，事实上在边缘处可能发生重复涂覆。在平面磁控管中形成所谓轨道，即因磁控管中磁体的布置而导致的侵蚀所造成的沟槽。这些侵蚀沟槽是因离子化的气体粒子相撞而直接产生的。这些粒子以不规则方式撞击供作负电极或阴极并用于溅射的靶。等离子体轨迹由磁场(磁场与电子轨迹相关)或轨道决定，尤其限制了平面磁控管的靶利用率；当靶在一给定点受到充分侵蚀的时候，即便在其它点尚有足够材料，该靶也就不再能被利用了。不过，即使圆柱形磁控管在静止时拥有等离子体轨道，该轨道对应于磁体的结构，在旋转的靶上也不会形成沟槽状凹陷。除了管状轨道侵蚀外，带有直轨道的矩形平面磁控管额外地有所谓交角效应(cross corner effect)的特点，该效应也限制了靶的利用率。交角就是矩形磁控管的对角线两端相对的角。如果在磁控管阴极的末端区内的磁场不同于中心区内的磁场，例如前者比后者弱，则在该末端区内的电子漂移就比中部更快，即电子快速到达交角区域。这导致电子聚积在这一区域，从而导致更密集的离子化且随后导致靶侵蚀增大。(参看Q.H.Fan，L.Q.Zhou and J.J.Gracio，A cross-cornereffect in a rectangular sputtering magnetron，J.Phys.DAppl.Phy.36(2003)，244-251)。已有一种磁控溅射系统，在该系统中，第一极性的双重T形磁体被第二极性的矩形框架磁体所包围(美国专利5 458 759)。该系统利用磁体的布置来实现尽可能均匀的靶损耗。另一种方法也是建立在这样的假设上磁体的布置导致靶的侵蚀(欧洲专利DE 197 01 575 A1)。在实施中，该方法提出在垂直于阴极的长度方向或称纵向方向的方向上设置衬底，同时将阴极的磁体布置成使其构成溅射侵蚀表面区域的两条封闭环线，并且能垂直于阴极的长度方向运动。此外有一种溅射系统，其中磁体是以弯曲形式布置的(欧洲专利DE 0 105 407，图5)。这样以弯曲电子轨迹的形式，来产生预定的等离子体溅射区，从而确保相对恒定的靶损耗。借助于这种溅射系统，靶与磁体系统之间无相对运动产生。因此，在各弯曲环线间可能产生重复涂覆，而大于衬底的靶不会被充分溅射。另一种现有的磁控溅射阴极的特点在于一种带有中心棒的内部磁南极，从该中心棒上，以规则的间隔，成直角，有舌形部件向外伸出(欧洲专利DE 0 242 826 B1＝美国专利US 4 826 584)。其中外部的磁北极有一矩形框架，该框架有舌形部件从纵向或长度方向侧面以直角向内伸出，框架的舌形部件是这样设置的它们各自被置于磁南极的两个舌形部件之间。这导致一弯曲形磁场，且因此而有弯曲形侵蚀区。南极的舌形部件均彼此平行。同样，借助于这种溅射阴极，在靶与磁性系统之间没有相对运动。还有一种用于溅射系统的磁体装置，其中一磁性北极框架包围一线形南极，参见日本专利摘要(Patent Abstracts of Japan，Vol.013，no.169(C-587)& JP 63317671 A，图8)。在上述北极和南极之间，还有其它北极和南极在线形南极的右侧和左侧(但不连接到这个线形南极)。此外，有一种用于溅射系统的磁体装置，其中一大致为环形的北极包围一线形南极，并且其中南极的端部具有伸至北极的臂(美国专利US 5 182 003)。然而这些臂相对于彼此并不偏移。最后，有一种用于溅射系统的磁体装置，其中第一椭圆形磁极包围第二线形磁极(美国专利US 5 026 471)。这两个磁极均有从磁极伸出的臂。
技术实现思路
本专利技术的基本任务是，通过适当控制侵蚀沟槽并尽可能地保持靶避免重复沉积，来优化利用大型靶。根据本专利技术的一个实施例，此问题是通过采用一种用于平面磁控管的磁体装置来解决的，该磁体装置包括第一磁极，第一磁极被设计成一矩形框架；所述磁体装置还包括第二磁极，该第二磁极被设计成一线形棒，且其中该线形棒在其纵轴上有多个垂直臂，其特征在于，两个所述臂(9、10)各自位于所述棒(2)的端部，并被设置成相对于所述棒(2)的纵轴构成约60°角度(α)。根据本专利技术的另一实施例，上述问题是通过采用另一种用于平面磁控管的磁体装置来解决的，该磁体装置包括第一磁极和第二磁极，其中第一磁极包围第二磁极，且第二磁极有第一组臂(31至35)和第二组臂(36至40)，第一组臂(31至35)是以第一方向定向的，第二组臂(36至40)是以与第一方向相反的方向定向的，其特征在于第一组臂(31至35)的纵轴相对于第二组臂(36至40)的纵轴偏移，以使第一组的一臂(例如34)的纵轴位于第二组的两臂(例如38、39)的纵轴之间。因此本专利技术涉及一种用于平面磁控管的磁体装置，在该装置中，第一磁极包围第二磁极。该磁体装置在长度方向朝靶移动一特定值，并随后在相反方向上移动相同值。在一个实施例中，还采用了附本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于平面磁控管的磁体装置，其中第一磁极被设计成一矩形框架；所述磁体装置包括第二磁极，该第二磁极被设计成一线形棒，且其中该线形棒在其纵轴上有多个垂直臂，其特征在于，两个臂（９、１０）各自位于所述棒（２）的端部，并被设置成相对于所述棒（２）的纵轴成约６０°角（α）。
【技术特征摘要】
EP 2005-4-5 05007339.41.用于平面磁控管的磁体装置，其中第一磁极被设计成一矩形框架；所述磁体装置包括第二磁极，该第二磁极被设计成一线形棒，且其中该线形棒在其纵轴上有多个垂直臂，其特征在于，两个臂(9、10)各自位于所述棒(2)的端部，并被设置成相对于所述棒(2)的纵轴成约60°角(α)。2.根据权利要求1所述的磁体装置，其特征在于，所述第一磁极是矩形框架(11至13)，其具有多个臂(16、21至23、15、24至26)，所述臂是相对于所述第二磁极的棒(2)定向的。3.根据权利要求2所述的磁体装置，其特征在于，所述框架(11至13)的两个臂(16)位于所述棒(2)的纵轴的假想延长线上，且与该棒(2)有一定距离。4.根据权利要求1所述的磁体装置，其特征在于，多个臂(3至8)是以直角设置在所述线形棒(2)的纵轴上的。5.根据前述任一项权利要求所述的磁体装置，其特征在于，所述框架(11至13)的臂(21至23、15、24至26)的纵轴与所述棒(2)的臂(3至8)的纵轴是彼此平行的。6.根据前述任一项权利要求所述的磁体装置，其特征在于，所述框架(11至13)的臂(21至23、15、24至26)与所述棒(2)的臂(3至8)相互交替或互锁。7.用于平面磁控管的磁体装置，其中第一磁极包围第二磁极，且所述第二磁极有第一组臂(31至35)和第二组臂(36至40)，所述第一组臂(31至35)是以第一方向定向的，所述第二组臂(36至40)是以与所述第一方向相反的方向定向的，其特征在于，所述第一组臂(31至35)的纵轴相对于所述第二组臂(36至40)的纵轴偏移，以使所述第一组臂的一臂(例如34)的纵轴位于所述第二组臂的两臂(例如38、39)的纵轴之间。8.根据权利要求7所述的磁体装置，其特征在于，所述第一组臂(31至35)是等距设置的。9.根据权利要求7所述的磁体装置，其特征在于，所述第二组臂(36至40)是等距设置的。10.根据权利要求7所述的磁体装置，其特征在于，所述第一组臂(31至35)与所述第二组臂(36至40)是通过斜向棒(51至59)连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：T戴裴弛，A洛普，
申请(专利权)人：应用材料有限两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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