磁控源和磁控溅射设备制造技术

本发明专利技术公开了一种磁控源及具有该磁控源的磁控溅射设备。磁控源包括：靶材；位于靶材上方的磁控管；和与所述磁控管相连以控制所述磁控管在所述靶材上方移动的扫描机构，其中扫描机构包括：驱动器、驱动轴和主动齿轮、连杆、从动轴和从动齿轮、凸轮、导轨、滚轮、和弹性件。根据本发明专利技术实施例的磁控源，通过调整驱动轴与从动轴之间的距离，在磁控管绕凸轮运动时可以调整磁控管在靶材外围和中心处的扫描速度，从而可以提高靶材外圈的刻蚀深度，可以降低薄膜沉积时颗粒产生，提高薄膜均匀性和靶材利用率。此外，根据本发明专利技术实施例的磁控源具有结构稳定、传动平稳、操作简单的优点，因此增加了其实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其是涉及一种磁控源和具有该磁控源的磁控溅射设备。
技术介绍
磁控溅射，又称为物理气相沉积，是集成电路制造过程中沉积金属层和相关材料广泛采用的方法。图6示出了一种典型的磁控溅射设备，其中腔室本体9’内部限定有高真空工艺腔，被溅射的靶材10’设置在腔室本体9’的顶部，上盖11’设置在靶材10’上面，隔离件11’和靶材10’中间充满了去离子水12’，承载晶片V的静电卡盘8’设置在高真空工艺腔内，抽气腔6’与高真空工艺腔的下部连通。为了提高溅射效率，磁控管2’放置在靶材10’背面，且包括极性相反的磁铁3’和4’，受到轨道束缚在邻近磁铁3’和4’的腔室范围内产生磁场，对于自离子化等离子体(SIP)溅射而言，磁控管2’较小，是一种嵌套式结构，其内轨道由一个或多个磁铁被外轨道相反极性的磁铁包围而成。磁场束缚电子，限制电子的运动范围，并延长电子的运动轨迹，使电子最大幅度的离化原子形成离子，离子浓度大幅提高，在邻近磁控管2’的腔室内形成高密度等离子体区域。为了达到均匀溅射的目的，磁控管2’通过电机I’驱动沿靶材10’的中心扫过固定的轨迹。图7示出了一种磁控管的驱动机构，其中电机通过轴101’带动齿轮103’绕齿轮102’转动，齿轮103’驱动齿轮104’，齿轮104’带动磁控管105’和配重106’做自转运动，此外磁控管105’和配重106’绕着轴101’做公转运动，配重107’用于平衡整个驱动机构，防止由于力矩产生的不平衡 ，增加传动的稳定性。磁控管105’扫过靶材表面的运动轨迹如图8所示，靶材刻蚀曲线如图9所示，靶材利用率约为53%，且靶材的中心附近和外周缘附近的利用率均较低。因此，驱动机构驱动磁控管扫描靶材不同位置的运动速度难以控制，并且靶材的利用率有待提闻。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种磁控源，该磁控源结构简单，靶材利用率较闻。本专利技术的另一目的在于提出一种具有上述磁控源的磁控溅射设备，利用该磁控溅射设备，可以降低薄膜沉积时颗粒产生，提高薄膜均匀性和靶材利用率。为了实现上述目的，根据本专利技术第一方面实施例的磁控源，其特征在于，包括:靶材；磁控管，所述磁控管位于所述靶材上方；和扫描机构，所述扫描机构与所述磁控管相连以控制所述磁控管在所述靶材上方移动，其中所述扫描机构包括:一个驱动器；一个驱动轴和安装在所述驱动轴上的主动齿轮，所述驱动轴与所述驱动器相连以由所述驱动器驱动所述驱动轴转动；连杆，所述连杆的第一端与所述驱动轴相连；一个从动轴和安装在所述从动轴上的从动齿轮，所述从动轴可枢转地安装在所述连杆的第二端，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合；凸轮，所述凸轮安装在所述从动轴上以绕所述从动轴自转且绕所述驱动轴公转；导轨，所述导轨的一端安装在所述从动轴上以随所述从动轴转动；滚轮，所述滚轮安装在中心轴上且所述中心轴安装在所述导轨上并沿所述导轨的长度方向可移动，所述滚轮的外周与所述凸轮的外周接触，所述磁控管与所述中心轴的下端相连；和弹性件，所述弹性件的一端与所述从动轴相连且另一端与所述中心轴相连以将所述滚轮压紧到所述凸轮上。根据本专利技术实施例的磁控源，在磁控管绕凸轮运动时，通过调整驱动轴与从动轴之间的距离可以调整磁控管在靶材外围和中心处的扫描速度来增加靶材外圈的刻蚀的同时也使得靶材中心区域部分得到刻蚀，从而可以降低薄膜沉积时颗粒产生，提高薄膜均匀性和靶材利用率。而通过改变凸轮的形状和/或主动齿轮与从动齿轮之间的传动比，可以实现磁控管对整个靶材表面的扫描。此外，根据本专利技术上述实施例的磁控源通过一个驱动器即可实现使从动轴绕驱动轴公转的同时磁控管绕从动轴公转，以此来实现对磁控管的驱动，因此具有结构简单稳定、便于控制、传动 平稳、操作简单的优点，从而增加了其实用性。另外，根据本专利技术上述实施例的磁控源还可以具有如下附加的技术特征:根据本专利技术的一些实施例，所述磁控管绕所述凸轮公转的角速度为Q1，且所述凸轮绕所述驱动轴公转的角速度为ω2，其中ω2>Co1与《2彼此不能整除。根据本专利技术的一些实施例，所述磁控管绕所述凸轮公转的轨迹为圆形或椭圆形。根据本专利技术的一些实施例，所述磁控管绕所述凸轮公转的轨迹为桃形且包括第一轨迹部分和第二轨迹部分，以所述驱动轴的轴线与所述磁控管所在平面的交点为极坐标原点且以所述从动轴的轴线与所述磁控管所在平面的交点与所述极坐标原点之间的连线为X轴，所述第一轨迹部分的极坐标方程为:r = a*(sin0)n+b*(tan0)m+c* Θ k+d(0 ( θ ( π )，所述第二轨迹部分的极坐标方程为:r = a*[sin(_ θ )]n+b*[tan(-0)r+c*(-0)k+d(-3i ( Θ彡0)，其中，所述极坐标方程的r为所述轨迹上任一点到极坐标原点的距离，Θ为所述任一点与X轴正方向的夹角，a、b、c、d、n、m、k均为大于零的常数。根据本专利技术的一些实施例，所述第一轨迹部分的极坐标方程为:r =2.79X θ °.6+1.3，且所述第二轨迹部分的极坐标方程为:r = 2.79X (- θ )°_6+l.3。根据本专利技术的一些实施例，所述驱动器为电机。根据本专利技术的一些实施例，所述驱动轴的轴线通过所述靶材的中心。根据本专利技术第二方面实施例的磁控溅射设备，包括:腔室本体，所述腔室本体内限定有腔室；和磁控源，所述磁控源为上述任一实施例所述的磁控源，其中所述磁控源的靶材设置在所述腔室本体的上端且所述靶材的下表面暴露到所述腔室内。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1是根据本专利技术实施例的磁控源的侧视示意图；图2是根据本专利技术实施例的磁控源的局部俯视示意图；图3是根据本专利技术实施例的磁控源中的磁控管的运行轨迹的极坐标图；图4是根据本专利技术一个实施例的磁控源仿真得到的靶材刻蚀曲线，其中从动轴的轴心距离驱动轴的轴心距离O1O2 = 2英寸；图5是根据本专利技术另一个实施例的磁控源仿真得到的靶材刻蚀曲线，其中从动轴的轴心距离驱动轴的轴心距离O1O2 = 3英寸；图6是现有磁控溅射设备的示意图；图7是现有驱动机构的示意图；图8是利用图7所述扫描机构控制磁控管运动的运动轨迹；和图9是现有技术的靶材刻蚀曲线图。具体实施方式 下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁控源，其特征在于，包括：靶材；磁控管，所述磁控管位于所述靶材上方；和扫描机构，所述扫描机构与所述磁控管相连以控制所述磁控管在所述靶材上方移动，其中所述扫描机构包括：一个驱动器；一个驱动轴和安装在所述驱动轴上的主动齿轮，所述驱动轴与所述驱动器相连以由所述驱动器驱动所述驱动轴转动；连杆，所述连杆的第一端与所述驱动轴相连；一个从动轴和安装在所述从动轴上的从动齿轮，所述从动轴可枢转地安装在所述连杆的第二端，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合；凸轮，所述凸轮安装在所述从动轴上以绕所述从动轴自转且绕所述驱动轴公转；导轨，所述导轨的一端安装在所述从动轴上以随所述从动轴转动；滚轮，所述滚轮安装在中心轴上且所述中心轴安装在所述导轨上并沿所述导轨的长度方向可移动，所述滚轮的外周与所述凸轮的外周接触，所述磁控管与所述中心轴的下端相连；和弹性件，所述弹性件的一端与所述从动轴相连且另一端与所述中心轴相连以将所述滚轮压紧到所述凸轮上。

【技术特征摘要】
1.一种磁控源，其特征在于，包括: 靶材； 磁控管，所述磁控管位于所述靶材上方；和 扫描机构，所述扫描机构与所述磁控管相连以控制所述磁控管在所述靶材上方移动，其中所述扫描机构包括: 一个驱动器； 一个驱动轴和安装在所述驱动轴上的主动齿轮，所述驱动轴与所述驱动器相连以由所述驱动器驱动所述驱动轴转动； 连杆，所述连杆的第一端与所述驱动轴相连； 一个从动轴和安装在所述从动轴上的从动齿轮，所述从动轴可枢转地安装在所述连杆的第二端，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合； 凸轮，所述凸轮安装在所述从动轴上以绕所述从动轴自转且绕所述驱动轴公转； 导轨，所述导轨的一端安装在所述从动轴上以随所述从动轴转动； 滚轮，所述滚轮安装在中心轴上且所述中心轴安装在所述导轨上并沿所述导轨的长度方向可移动，所述滚轮的外周与所述凸轮的外周接触，所述磁控管与所述中心轴的下端相连；和 弹性件，所述弹性件的一端与所述从动轴相连且另一端与所述中心轴相连以将所述滚轮压紧到所述凸轮上。2.根据权利要求1所述的磁控源，其特征在于，所述磁控管绕所述凸轮公转的角速度为O1，且所述凸轮绕所述驱动轴公转的角速度为ω2，其中ω2>Co1与《2彼此不能整除。3.根据权利要求2所述的磁控源，其特征在于，所述磁控管绕所述凸轮公转的轨迹为圆形或椭圆形。4.根据权利要求2所述的磁控源，其特征在于，所述磁控管绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杨超，刘旭，
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：