專利名稱：磁控濺鍍陰極機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濺鍍裝置，且特別是涉及一種利用導磁零件結(jié)合靶材及 背板且提高磁場接近于靶材的轟擊面的磁控濺鍍陰極機構(gòu)。
背景技術(shù)：
在機械工業(yè)、電子工業(yè)或半導體工業(yè)領(lǐng)域，為了對所使用的材料賦與某 種特性在材料表面上以各種方法形成被膜(一層薄膜)而加以使用。濺鍍法 是目前最流行的方法之一，可應(yīng)用于裝飾品、餐具、刀具、工具、模具、半 導體元件等的表面處理，泛指在各種金屬材料、超硬合金、陶瓷材料及晶片 基板的表面上，成長一層同質(zhì)或異質(zhì)材料薄膜的工藝，以期獲得美觀、耐磨、 耐熱、耐蝕等特性。
》茲控賊鍍設(shè)備(Magnetron Sputter Apparatus)是一種實現(xiàn)濺鍍法薄膜工 藝的設(shè)備，可適用于電機、機械、電子、光學、材料等研究領(lǐng)域，磁控濺鍍 設(shè)備其基本原理乃根據(jù)離子濺射原理，當由電場加速的正離子沖擊到靶材表 面，靶材轟擊面的原子和分子在與這些高能正離子交換動能后，就從靶材轟 擊面飛出來，此現(xiàn)象稱的為"濺射"。
磁控濺鍍設(shè)備利用電場使兩電極間產(chǎn)生電子，這些加速電子會與鍍膜室 中已預(yù)先充入的惰性氣體(如氬氣)碰撞，使其帶正電，這些帶正電的離子 會受磁控陰極機構(gòu)中的陰極吸引而撞擊靶材轟擊面的原子，這些原子受到正 離子的碰撞得到入射離子的動量轉(zhuǎn)移，使靶材轟擊面下原子造成壓擠而發(fā)生 移位，此靶材轟擊面下多層原子的擠壓，會產(chǎn)生垂直耙材轟擊面的作用力而 把轟擊面原子碰撞出去，這些被碰撞出去的原子(沿途尚可將中性氬原子碰 撞成帶正電)，最后終于沉積在基板(陽極)上形成薄膜。在磁控濺鍍設(shè)備 內(nèi)加入一組;茲鐵，借著磁場與電場間電磁效應(yīng)所產(chǎn)生的電磁力，會影響電子 的移動，若磁場方向與電場方向垂直，電子將以螺旋式運動使運動距離加長， 所以電子與氣體碰撞次數(shù)將會變多，使惰性氣體碰撞成帶正電離子的機率提 高，因此增加薄膜沉積效率。
4在傳統(tǒng)的磁控'踐鍍陰極機構(gòu)中，通常以背板祐接(Bonding )機構(gòu)或夾 具(Clamp)夾持機構(gòu)將靶材固定于背板上。以背板粘接機構(gòu)而言，即是將 靶材透過粘接物質(zhì)直接粘在背板上，至于夾具夾持機構(gòu)如何固定靶材于背板 上，將


如下。
請參照圖1A 1B,其分別繪示傳統(tǒng)的磁控賊鍍陰極機構(gòu)的俯視圖及橫 向剖面圖。如圖1A 1B所示，磁控濺鍍陰極機構(gòu)包括背板11、靶材12、 至少一磁石14及至少一夾具15，且夾具15將靶材12夾住于背板11的正面 上，使靶材12的轟擊面背向背板11，夾具15可利用其本身的孔位用螺絲固 定于背板ll或陰極上，磁石M設(shè)置于背板11的背面，用以提供磁場。
然而，上述傳統(tǒng)的磁控賊鍍陰極機構(gòu)所采用的背板粘接機構(gòu)或夾具夾持 機構(gòu)具有下列缺點
1. 背板粘接機構(gòu)在更換靶材時，必須將殘余靶材的背板從陰極拆下， 再安裝另 一塊已私接好新靶材的背板于陰極上，所以安裝工作費時且復雜；
2. 背板粘接機構(gòu)必須經(jīng)常更換陰極上的背板，因此因為安裝瑕疵而造 成真空腔體或多或少漏氣的機率會提高，且每次更換背板后都必須執(zhí)行測漏 的工作；
3. 背板粘接機構(gòu)必須利用黏接耙材的設(shè)備及工藝先將殘余靶材從背 板上脫離(Debonding)，再將新耙材教接(Bonding)在空的背板上；
4. 背板粘接機構(gòu)必須準備較多的背板，除了安裝于陰極的背板外，還 必須準備用以粘接工藝靶材的背板，因此增加設(shè)備的成本；
5. 在夾具夾持機構(gòu)中，如果夾具材料與靶材相同(如以陶瓷材料為靶 材的工藝)，則常會增加夾具制作的成本及日后清潔保養(yǎng)的困難。
6. 在夾具夾持機構(gòu)中，如果夾具材料為制作成本較低及容易清潔保養(yǎng) 的鋁或不銹鋼金屬材料，則夾具被轟擊出會污染沉積的薄膜；
7. 在夾具夾持機構(gòu)中，因為顧慮夾具被轟擊出會污染沉積的薄膜，陰 極及磁場設(shè)計時必須使靶材被轟擊區(qū)域遠離夾具，所以靶材的轟擊區(qū)域變 窄，因此會降低鍍膜速率同時縮小基板的尺寸；
8. 在夾具夾持機構(gòu)中，因為靶材的轟擊區(qū)域變窄，所以會降低靶材使 用率；
9. 在夾具夾持機構(gòu)中， 一般以螺絲將夾具固定于背板或陰極，固定螺 絲的松緊不易均勻控制，如果固定螺絲太緊靶材可能會因受熱膨脹而破碎；太松則會造成靶材與背板接觸不良，因此靶材上的熱無法傳導至冷卻背板；
以及
10.在背板粘接機構(gòu)或夾具夾持機構(gòu)中，^磁石位在背板下方，所以靶材 上方的磁場分布不佳且磁場較弱，不易控制電子有效地撞擊惰性氣體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種磁控濺鍍陰極機構(gòu)，其將靶材加工，使配合的導磁零件 的一端固定于靶材。在背板相對磁控陰極上的磁石區(qū)域加工凹槽，使導磁零 件的另 一端可插入背板上的凹槽而被磁石所吸附，因而使靶材安裝于背板 上，因此，本發(fā)明的磁控賊鍍陰極機構(gòu)的靶材安裝比背板黏接(Bonding) 機構(gòu)容易，成本較低，且不需使用夾具(Clamp)夾持機構(gòu)的設(shè)計，不需考 慮夾具被正離子轟擊的可能，所以，可設(shè)計增加靶材的轟擊面積，以提高鍍 膜速率及增加靶材使用率，另外，在靶材與背板之間的導磁零件已經(jīng)將磁場 提高接近靶材的轟擊面，所以可改善磁場的分布及強度。
根據(jù)本發(fā)明，提出一種磁控濺鍍陰極機構(gòu)，包括背板、靶材、至少一導 磁零件及至少一磁石。背板具有相對的第一面及第二面，第一面具有至少一 定位凹槽，且靶材具有相對的轟擊面及非轟擊面，非轟擊面具有至少一結(jié)合 凹槽，導磁零件設(shè)置于背板及靶材之間，并具有結(jié)合部及定位部，而結(jié)合部 容置于靶材的結(jié)合凹槽內(nèi)，且定位部容置于背板的定位凹槽內(nèi)，磁石設(shè)置于 背板的第二面，且導磁零件對應(yīng)吸附于磁石，以供靶材的非轟擊面固定于背 板的第一面。
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施例，并配合 所附圖示，作詳細i兌明如下。

圖1A 1B分別繪示傳統(tǒng)的磁控賊鍍陰極機構(gòu)的俯視圖及橫向剖面圖。 圖2A ~ 2B分別繪示依照本發(fā)明的第一實施例的磁控賊鍍陰極機構(gòu)的俯 視圖及橫向剖面圖。
圖2C繪示圖2A的背板的仰視圖。
圖2D繪示第2B圖的耙材的剖面圖。
圖3A繪示第二種導磁零件與靶材的結(jié)合示意圖。
6圖3B繪示第三種導磁零件與靶材的結(jié)合示意圖。
圖4A ~ 4B分別繪示依照本發(fā)明的第二實施例的磁控濺鍍陰極機構(gòu)的俯 視圖及橫向剖面圖。
圖4C繪示圖4B的分解圖。
附圖標記說明10、20、 30:》茲控賊鍍陰極機構(gòu)
11、21:背板
12、22、 32、 122、 222:草巴材
12c、22c、 32c:轟擊區(qū)域
14、24:》茲石
15:夾具
21a:第一面
21b:第二面
22a、32a:轟擊面
22b、32b:非轟擊面
23、33、 123、 223:導;茲零件
23a、33d、 123a、 223a:結(jié)合部
23b、33a:定位部
25:定位凹槽
26、126、 226:結(jié)合凹槽
26a:寬凹槽
26b:窄四槽
33b:貫孔
33c:螺栓
36:螺孔
具體實施方式
第一實施例
請同時參照圖2A 2B,其分別繪示依照本發(fā)明的第一實施例的磁控賊 鍍陰極機構(gòu)的俯視圖及橫向剖面圖。如圖2A 2B所示，磁控賊鍍陰極機構(gòu)20可設(shè)置于磁控濺鍍設(shè)備中，并包括背板21、靶材22、至少一導磁零件23 及至少一磁石24，背板21具有相對的第一面2la及第二面21b,第一面21a 具有至少一定位凹槽25，且靶材22異于背板21的一面形成為轟擊面22a, 另一面形成為非轟擊面22b,非轟擊面22b具有至少一結(jié)合凹槽26，且靶材 22為可被磁控濺鍍的任何靶材。
如圖2B所示，導^f茲零件23設(shè)置于背板21及靶材22之間，并具有結(jié)合 部23a及定位部23b，請參照圖2C,其繪示圖2A的背板的仰視圖，如圖2C 所示，背板21的定位凹槽25設(shè)成一條環(huán)繞第一面21a邊緣的封閉環(huán)形凹槽， 以及中央?yún)^(qū)域的長條形凹槽，且相對背板21的第二面21b設(shè)有一條環(huán)繞第 二面21b邊緣的封閉環(huán)形的磁石，及于第二面21b的中央?yún)^(qū)域呈長條形的磁 石，且導,茲零件23的結(jié)合部23a及定位部23b分別插入于靶材22的結(jié)合凹 槽26及背板21的定位凹槽25，以供靶材22定位于背板21，且磁石24以 磁力吸附導磁零件23，使把材22通過導磁零件23穩(wěn)定地與背板21結(jié)合。
請同時參閱圖2C及圖2D,其中圖2D為繪示第2B圖的靶材的剖面圖。 耙材22為對應(yīng)背板21的封閉環(huán)形定位凹槽25,及中央的長條形定位凹槽 25 ，而在耙材22的結(jié)合凹槽26形成封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)以及中央處為長條形結(jié)構(gòu)， 且結(jié)合凹槽26斷面形成T形狀，而在寬部形成寬凹槽26a，在垂直位置形 成窄凹槽26b。
另外，導磁零件23為可為鐵、鈷、鎳或其合金等導磁材料或為磁石， 且導磁零件23如圖面所示為T字形結(jié)構(gòu)，以供導磁零件23 —段形成較寬的 結(jié)合部23a,另一段形成為較窄的定位部23b，以供結(jié)合部23a套設(shè)于靶材 22的寬凹槽26a，且定位部23b則插合于背板21的窄凹槽25b內(nèi)，并與磁 石24所吸附，而將背+反21與靶材22相互結(jié)合固定。
如圖2B所示，由于本實施例的導磁零件23設(shè)置于背板21及靶材22 之間，將不會占用靶材22的轟擊面22a，因此如圖2A所示，靶材22的轟 擊區(qū)域22c的范圍遠大于如圖1A的傳統(tǒng)靶材12的轟擊區(qū)域12c，因此，可 以提高磁控賊鍍設(shè)備的鍍膜速率，且同時增加磁控賊鍍設(shè)備中位于陽極上的 待鍍基板的尺寸。
但本發(fā)明的技術(shù)不限于此，定位凹槽亦可以設(shè)計為多個獨立的凹槽，例 如三個，即分別由位于背板的第一面的左右兩側(cè)以及中央?yún)^(qū)域，且靶材上的 結(jié)合凹槽亦可對應(yīng)設(shè)計為三個獨立凹槽，分別位于靶材的非轟擊面的左右兩側(cè)以及中央位置，且與背板的定位凹槽的位置對應(yīng)。
至于導磁零件的結(jié)合部的縱向截面設(shè)計，除了 T形之外，亦可設(shè)呈Y形， 或其他形狀，請參照圖3A,其繪示第二種導磁零件與靶材的結(jié)合示意圖， 導磁零件123的結(jié)合部123a設(shè)計為圓形，而靶材的122的結(jié)合凹槽126亦 對應(yīng)設(shè)計為圓形，使結(jié)合部123a可以與結(jié)合凹槽126發(fā)生結(jié)構(gòu)干涉。
請參照圖3B，其繪示第三種導磁零件與靶材的結(jié)合示意圖，導磁零件 223的結(jié)合部223a設(shè)計為鳩尾形，而靶材的222的結(jié)合凹槽226亦對應(yīng)設(shè)計 為鴻尾形，使結(jié)合部223a可以與結(jié)合凹槽226發(fā)生結(jié)構(gòu)干涉，但本發(fā)明的 技術(shù)不限于此，導磁零件的結(jié)合部也可以設(shè)計為半圓形、蛋形、橢圓形、扇 形、正多邊形、非正多邊形、任意規(guī)則或不規(guī)則形狀，且靶材22的結(jié)合凹 槽的形狀亦對應(yīng)于導;茲零件的結(jié)合部的形狀設(shè)計。
如圖2B所示，位于背板21的第二面21b的周緣區(qū)域上的磁石24，其N 極可面向?qū)Т帕慵?3，而其S極背向?qū)Т帕慵?3，且位于背板21的第二面 21b的中央?yún)^(qū)域的磁石24中，其S極相對面向?qū)澚慵?3，而其N極背向 導磁零件23，因此，根據(jù)上述磁石24的位置排列及極性配置的搭配設(shè)計， 磁石24之間將提供磁場以增加濺鍍的效率。
在基于靶材22能夠透過導》茲零件23結(jié)合于背板21上的前提下，本實 施例的磁控賊鍍陰極機構(gòu)20亦可省略位于中間位置的導》茲零件23，且相對略。
第二實施例
請同時參照圖4A 4C,其分別繪示依照本發(fā)明的第二實施例的磁控濺 鍍陰極機構(gòu)的俯視圖及橫向剖面圖，以及圖4B的分解圖。本實施例的磁控 賊鍍陰極機構(gòu)30與實施例一的磁控濺鍍陰極機構(gòu)20 (如圖2B所示)不同 之處在于靶材32及導磁零件33的接合方式，至于其余相同的構(gòu)成要件則繼 續(xù)沿用標號，并不再贅述其彼此之間連接關(guān)系。
如圖4B 4C所示，把材32具有相對的轟擊面32a及非轟擊面32b,非 轟擊面32b的結(jié)合凹槽例如具有螺孔36,耙材32為可被磁控賊鍍的任何靶 材，且導磁零件33設(shè)置于背板21及靶材32之間，并導磁零件33包含有具 磁性的定位部33a及螺栓33c，定位部33a貫穿設(shè)有貫孔33b,且貫孔33b 可供螺栓33c穿過，以供螺栓33c穿過定位部33a的一端形成為結(jié)合部33d,且配合結(jié)合部33d鎖合于靶材32的螺孔36,而將定位部33a容置于定位凹 槽25，而使導磁零件33的定位部33a與背板21第二面21b的磁石24相互 吸附，以將靶材32定位于背板21的第一面21a。
根據(jù)上述實施例所述的內(nèi)容，本發(fā)明的磁控濺鍍陰極機構(gòu)確實可以解決 傳統(tǒng)的磁控濺鍍陰極機構(gòu)所面臨的種種問題，其優(yōu)點分別說明如下
1. 由于本發(fā)明的磁控濺鍍陰極機構(gòu)在更換靶材時不須更換背板，所以 安裝工作上更加省時且簡單；
2. 由于本發(fā)明的磁控濺鍍陰極機構(gòu)在更換靶材時不須連同更換背板， 不會因為安裝瑕疵而造成磁控濺鍍設(shè)備的真空腔體的漏氣，也不必執(zhí)行磁控 賊鍍設(shè)備的測漏工作；
3. 由于本發(fā)明的磁控濺鍍陰極機構(gòu)，所以不須有靶材的背板脫離 (Debonding)及背板黏合(Bonding)工藝；
4. 由于本發(fā)明的磁控濺鍍陰極機構(gòu)不須有靶材的背板脫離及背板黏 合，所以本發(fā)明的磁控濺鍍陰極機構(gòu)不須準備在背板黏合工藝的背板，故可 節(jié)省設(shè)備的成本；
5. 本發(fā)明的磁控濺鍍陰極機構(gòu)不須制作夾持靶材于背板上的夾具，可 減去夾具制作及維護的成本；
6. 本發(fā)明的磁控濺鍍陰極機構(gòu)不須使用夾具，可避免夾具被轟擊出而 污染沉積的薄膜；
7. 本發(fā)明的磁控濺鍍陰極機構(gòu)不須使用夾具，不需考慮夾具被轟擊出 而污染沉積的薄膜，所以陰極及磁場設(shè)計時可使靶材的轟擊區(qū)域變寬，因此 可提高鍍膜速率，且同時增加待鍍基板的尺寸；
8. 本發(fā)明的^ 茲控濺鍍陰極機構(gòu)可使靶材的轟擊區(qū)域變寬，所以可提高 靶材使用率；
9. 本發(fā)明的磁控濺鍍陰極機構(gòu)不須使用螺絲將夾具結(jié)合于背板或陰 極，所以不會有結(jié)合螺絲松緊不一的情形， 一方面不會因為螺絲鎖太緊而使 靶材受熱膨脹而破碎，另一方面也不會太松而使靶材與背板接觸不良，造成 靶材上的熱無法傳導至背板而冷卻；以及
10. 本發(fā)明的磁控濺鍍陰極機構(gòu)的磁石雖然也位在背板的下方，但在靶 材與背板之間的導磁零件已經(jīng)將磁場提高接近靶材的轟擊面，所以，可以改 善靶材的轟擊面上方的磁場分布，并且提高磁場的強度，以控制電子有效地
10撞擊惰性氣體。
本發(fā)明上述實施例所披露的磁控濺鍍陰極機構(gòu)，其透過導磁零件將耙材 結(jié)合于背板上的設(shè)計，再利用磁力吸附的原理，將靶材吸附于背板上而完成
輩巴材安裝，可以避免發(fā)生傳統(tǒng)的磁控'踐鍍陰極機構(gòu)采用背板粘接(Bonding) 或夾具(Clamp)夾持機構(gòu)時所出現(xiàn)的種種問題。同時，在靶材與背板之間 的導磁零件已經(jīng)將磁場提高接近靶材的轟擊面。所以，可以改善磁場的分布 及強度。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例披露如上，然其并非用以限定本 發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視所附的權(quán)利要 求所界定者為準。
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權(quán)利要求
1. 一種磁控濺鍍陰極機構(gòu)，包括背板，具有相對的第一面及第二面，該第一面具有至少一定位凹槽；靶材，具有相對的轟擊面及非轟擊面，該非轟擊面貼靠于該背板的第一面，且該非轟擊面具有至少一結(jié)合凹槽；至少一導磁零件，設(shè)置于該背板及該靶材之間，并具有結(jié)合部及定位部，該結(jié)合部定位于該靶材的結(jié)合凹槽內(nèi)，且該定位部容置于該背板的該定位凹槽內(nèi)；以及至少一磁石，設(shè)于該背板的第二面，且該導磁零件對應(yīng)吸附于該磁石，以供該靶材固定于該背板。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁控濺鍍陰極機構(gòu)，其中該導磁零件為鐵、鈷、 鎳或其合金。
3. 如權(quán)利要求1所述的磁控濺鍍陰極機構(gòu)，其中該導磁零件為另一磁石。
4. 如權(quán)利要求1所述的磁控濺鍍陰極機構(gòu)，其中該靶材的結(jié)合凹槽形成 為寬凹槽及窄凹槽，該寬凹槽的橫向截面大于該窄凹槽的橫向截面，且該導 磁零件的結(jié)合部及定位部對應(yīng)該靶材的結(jié)合凹槽，以供該結(jié)合部的橫向截面 大于該定4立部一黃向截面。
5. 如權(quán)利要求4所述的磁控濺鍍陰極機構(gòu)，其中該導磁零件為T字形 結(jié)構(gòu)、Y字形結(jié)構(gòu)或鴻尾形結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求1所述的磁控濺鍍陰極機構(gòu)，其中該導磁零件的結(jié)合部縱 向截面為圓形、半圓形、蛋形、橢圓形、扇形、正多邊形、非正多邊形、任 意規(guī)則或不規(guī)則形狀，且該靶材的結(jié)合凹槽對應(yīng)該結(jié)合部的形狀設(shè)置，以供 該導磁零件的結(jié)合部定位于該靶材的結(jié)合凹槽內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求1所述的磁控濺鍍陰極機構(gòu)，其中該導磁零件為一體成型 的結(jié)構(gòu)。
8. 如權(quán)利要求1所述的磁控濺鍍陰極機構(gòu)，其中該導磁零件包含有具磁 性的定位部及螺栓，該定位部貫穿設(shè)有貫孔，且該貫孔供該螺栓穿過，以供 該螺栓穿過該定位部的一端形成為結(jié)合部，且配合該結(jié)合部鎖合于該靶材的 螺孔，而該定位部容置于該背板的定位凹槽內(nèi)，且該導磁零件的定位部與該背板第二面的磁石相互吸附，以將該靶材定位于該背板。
9. 如權(quán)利要求1所述的磁控濺鍍陰極機構(gòu)，其中該背板的定位凹槽至少 設(shè)于環(huán)繞該第 一面邊緣的封閉環(huán)形，且該磁石及該靶材的結(jié)合凹槽相對該定 位凹槽設(shè)呈封閉環(huán)形。
10. 如權(quán)利要求1或7所述的磁控濺鍍陰極機構(gòu)，其中該背板的定位凹 槽至少設(shè)于中央?yún)^(qū)域，且呈長條形，而該^茲石及該靶材的結(jié)合凹槽相對該定 位凹槽設(shè)呈長條形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁控濺鍍陰極機構(gòu)，包括背板、靶材、至少一導磁零件及至少一磁石。背板具有相對的第一面及第二面，第一面具有至少一定位凹槽，且靶材具有相對的轟擊面及非轟擊面，非轟擊面貼靠于背板的第一面，且非轟擊面具有至少一結(jié)合凹槽，而導磁零件設(shè)置于背板及靶材之間，并具有結(jié)合部及定位部，結(jié)合部位于靶材的結(jié)合凹槽內(nèi)，且定位部容置于背板的定位凹槽，磁石設(shè)于背板的第二面，且導磁零件對應(yīng)吸附于磁石，以供靶材固定于背板。本發(fā)明可以避免發(fā)生傳統(tǒng)的磁控濺鍍陰極機構(gòu)采用背板粘接或夾具夾持機構(gòu)時所出現(xiàn)的種種問題。同時，在靶材與背板之間的導磁零件已經(jīng)將磁場提高接近靶材的轟擊面。所以，可以改善磁場的分布及強度。
文檔編號C23C14/35GK101451231SQ200710198968
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者朱冠宇 申請人:勝華科技股份有限公司