一种磁控溅射源及磁控溅射设备制造技术

本发明专利技术提供一种磁控溅射源及磁控溅射设备。其中，磁控溅射源包括磁控管及用于驱动该磁控管的驱动装置；借助该驱动装置可驱动磁控管以任意轨迹对靶材平面进行扫描，从而使靶材各个区域的消耗速率趋于一致，进而大幅提高靶材的利用率。本发明专利技术提供的磁控溅射设备中设置有上述本发明专利技术提供的磁控溅射源，因而其同样能够大幅提高靶材的利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子加工
，具体地，涉及一种磁控溅射源及应用该磁控溅射源的磁控溅射设备。
技术介绍
近年来，随着集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能电池及LED产品的快速发展，用于进行物理薄膜淀积工艺的磁控溅射设备得到了广泛应用。请参阅图1，为一种典型的磁控溅射设备的结构原理图。该设备主要包括工艺腔室1、设置于工艺腔室1内部的静电卡盘3、设置于工艺腔室1上方的靶材2和磁控管4以及磁控管驱动电机5。其中，工艺腔室1由腔室主体11和调节器12组成；在工艺腔室1的下端或侧壁上连接有抽气腔室13。在磁控溅射工艺中，向工艺腔室1内通入用于形成等离子体的工艺气体(例如，氩气等)，在腔室内电场和磁场的共同作用下，等离子体中的部分离子轰击靶材2的表面，使靶材2表面的部分原子脱落，并沉积到所要加工的基片表面从而形成所需膜层。其中，磁控管4用于迫使等离子体中的电子按照一定的轨道运动，以延长电子的运行时间并增加了电子与工艺气体的碰撞机率；从而得到高密度的等离子体，进而可提高沉积速率。而随着半导体加工的特征尺寸不断缩小，对孔隙及沟槽填充的深/宽比要求也逐渐提高，要满足这一要求就必须提高靶材金属的离化率。目前，要得到高的离化率，常采用的方法之一是采用一个小型且磁力强的磁控管，作用于靶材的小面积区域上，这样可以在单位面积上产生较高的功率密度，从而增加金属的离化率。然而，要实施上述提高离化率的方案，就需要借助一种驱动装置来驱动磁控管在靶材范围内进行扫描运动。请参阅图2，为一种已有磁控管驱动装置的结构示意图。该装置工作过程如下电机通过传动轴70带动传动杆74进行旋转运动；传动杆74上的动齿轮76随传动杆74绕中心轴72作圆周运动，定齿轮62不随传动轴70旋转，动齿轮76受到定齿轮62的啮合作用力而发生自转；齿轮78与动齿轮76啮合而进行自转，并带动磁控管84和配重86与齿轮78 进行同步旋转；从而驱动磁控管84在靶材范围内以一定的运动轨迹对靶材进行扫描。此外，传动杆74的另一端还连接有第二配重88，用以平衡中心轴72两端的力矩、增加旋转的稳定性。请参阅图3，为图2所示驱动装置中磁控管的运行轨迹示意图。由图3所示磁控管的运行轨迹可以看出，上述驱动装置存在下述缺陷首先，在上述驱动装置的驱动下，磁控管的运行轨迹只能覆盖靶材平面的部分区域，未被覆盖的靶材区域将无法得到充分利用，因而将造成大量靶材材料的浪费，对于价格昂贵的靶材而言，这无疑将造成巨大的成本损失。而且，上述驱动装置只能适用于对圆形靶材的溅射工艺，当靶材形状为矩形或其它形状时，将会有更多的区域无法被覆盖，从而导致更加严重的靶材浪费问题。同时，由于上述驱动装置中磁控管的运行轨迹取决于该装置中各个齿轮的传动关系及传动比，当驱动装置的结构确定之后，磁控管的运行轨迹即被确定。如图3所示，在磁控管运行轨迹较密集的靶材区域，对靶材的消耗速率必然会较快，而靶材上的其它区域则消耗比较慢，这就造成靶材消耗不均勻的问题。当消耗速率较快的靶材区域被用尽之后，整个靶材即要作废，同样会带来靶材成本的浪费问题。针对上述问题，技术人员试图通过调整齿轮传动比的方式来改善磁控管运行轨迹的分布状况以提高靶材利用率；但是，这一方式至今仍未取得明显成效，其最优的靶材利用率也只能达到50%左右。因此，目前亟需一种既能使磁控管的运行轨迹合理覆盖整个靶材平面，又能够有效提高靶材利用率的技术方案。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种磁控溅射源，其能够有效提高靶材利用率。为解决上述问题，本专利技术还提供一种磁控溅射设备，其同样能够有效提高靶材利用率。为此，本专利技术提供一种磁控溅射源，包括磁控管及用于驱动磁控管的驱动装置，该驱动装置可驱动磁控管以任意轨迹对靶材平面进行扫描。其中，驱动装置包括第一直线驱动单元和第二直线驱动单元；其中，第一直线驱动单元用于驱动磁控管在第一直线驱动单元的驱动方向上进行直线往复运动；第二直线驱动单元用于驱动第一直线驱动单元及磁控管同时在第二直线驱动单元的驱动方向上进行直线往复运动；第一直线驱动单元与第二直线驱动单元的驱动方向不同且均与靶材平面相平行。优选地，第一直线驱动单元与第二直线驱动单元的驱动方向相互垂直。其中，驱动装置还包括与第二直线驱动单元相平行的从动导向单元，第一直线驱动单元的两端分别与第二直线驱动单元及从动导向单元相连接。其中，第二直线驱动单元与靶材平面的相对位置固定。其中，第一直线驱动单元和第二直线驱动单元包括电动缸、直线电机、液压缸、气压缸。其中，第一直线驱动单元和第二直线驱动单元均包括直线导轨、直线滑块、传动部以及动力源。其中，动力源包括电动缸、电机、液压缸、气压缸。其中，磁控溅射源还包括控制单元，用以分别或同时控制第一直线驱动单元和第二直线驱动单元的运行状态，以获得不同的磁控管运行轨迹。此外，本专利技术还提供一种磁控溅射设备，包括靶材，在靶材上方设置有上述本专利技术提供的磁控溅射源，用以在工艺过程中对靶材进行均勻且全面的磁场扫描。本专利技术具有下述有益效果本专利技术提供的磁控溅射源包括磁控管及用于驱动所述磁控管的驱动装置，借助上述驱动装置可驱动磁控管以任意轨迹对靶材平面进行扫描。因此，本专利技术提供的磁控溅射源通过设置不同的磁控管运行轨迹，不仅能够适用于对任何形状靶材的溅射工艺，而且能够无差别的覆盖靶材平面的所有区域，并能够使靶材各个区域的消耗速率趋于一致；从而在使磁控管的运行轨迹合理覆盖整个靶材平面的同时，能够大幅提高靶材的利用率。本专利技术提供的磁控溅射设备在其靶材的上方设置有上述本专利技术提供的磁控溅射源。在工艺过程中，无论所述靶材为何种形状，借助上述磁控溅射源均能够对靶材进行均勻且全面的磁场扫描，从而使靶材各区域的材料消耗速率趋于一致，进而可大幅提高靶材的利用率。附图说明图1为一种典型的磁控溅射设备的结构原理图2为一种已有磁控管驱动装置的结构示意图3为图2所示驱动装置中磁控管的运行轨迹示意图4为本专利技术提供的磁控溅射源一个具体实施例的结构示意图5为图4所示磁控溅射源中所采用的磁控管的结构示意图；以及图6为本专利技术提供的磁控溅射源用于圆形靶材时的一种扫描轨迹示意图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术提供的磁控溅射源及磁控溅射设备进行详细描述。本专利技术提供的磁控溅射源包括磁控管及用于驱动磁控管的驱动装置。借助上述驱动装置可驱动磁控管以任意轨迹对靶材平面进行扫描，从而无论靶材为何种形状，应用本专利技术提供的磁控溅射源均能对靶材进行全面且均勻的磁场扫描，从而大幅提高靶材的利用率。要实现上述驱动装置的功能，例如可以将该驱动装置设置为两个相交的第一直线驱动单元和第二直线驱动单元的结构；将磁控管连接在其中的第一直线驱动单元上，然后再将该第一直线驱动单元整体连接在第二直线驱动单元上，并使上述两个直线驱动单元的驱动方向均与靶材平面相平行。这样，可以通过控制上述第一直线驱动单元进行动作而驱动磁控管在第一直线驱动单元的驱动方向上进行往复运动；在此基础上，再控制第二直线驱动单元进行动作，以同时驱动上述第一直线驱动单元及磁控管在该第二直线驱动单元的方向上进行往复运动。当使上述第一 /第二直线驱动单元同时进行动作时，磁控管的运行轨迹为上述第一 /第二直线驱动单元所作运动的复合运动，由于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏威，文莉辉，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：