[发明专利]磁控源，磁控溅射设备和磁控溅射方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种磁控源和具有该磁控源的磁控溅射设备。

背景技术

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8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7’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1’驱动沿靶材10’的中心扫过固定的轨迹。

图9示出了现有技术中的磁控管的驱动机构，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10所示，刻蚀靶材曲线如图11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。

综上所述，在上述现有技术中，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高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种磁控源，利用该磁控源可以调节磁控管扫描靶材边缘及其中心的运动速度，从而提高靶材的利用率。

本发明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。

本发明的再一目的在于提出一种利用上述磁控溅射设备进行的磁控溅射方法。

为了实现上述目的，根据本发明第一方面的实施例的磁控源，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：桃形轨道，所述磁控管可移动地设置在所述桃形轨道上；第一驱动轴，所述第一驱动轴的底端与所述桃形轨道的极坐标原点相连，所述第一驱动轴用于驱动所述桃形轨道绕所述第一驱动轴的轴线转动；第一驱动器，所述第一驱动器与所述第一驱动轴相连，所述第一驱动器用于以驱动所述第一驱动轴转动；和第二驱动器，所述第二驱动器用于通过传动组件驱动所述磁控管沿所述桃形轨道移动。

根据本发明上述实施例的磁控源，一方面由第一驱动器通过第一驱动轴驱动桃形轨道绕第一驱动轴的轴线转动，也即在靶材的上方转动，并由第二驱动器通过传动组件驱动磁控管沿所述桃形轨道移动，而磁控管在靶材表面的运动轨迹是由桃形轨道的旋转以及其沿桃形轨道的移动叠加而成的，由此保证了磁控管运动轨迹可以覆盖整个靶材料。另一方面，通过第二驱动器可以与第一驱动器相独立地控制磁控管沿桃形轨道的运动速度，以此来调节磁控管在靶材边缘和靶材中心位置的扫描时间。因此，根据本发明上述实施例的磁控源，可以提高靶材的利用率并能达到较理想的靶材刻蚀效果，且具备高金属离化率。

另外，根据本发明上述实施例的磁控源，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述传动组件包括：第一传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述第二驱动器相连并由所述第二驱动器驱动；空心轴和第二传动齿轮，所述空心轴可旋转地套设在所述第一驱动轴上，所述第二传动齿轮安装在所述空心轴上且与所述第一传动齿轮啮合；恒星齿轮，所述恒星齿轮安装在所述空心轴上；行星轴和行星齿轮，所述行星齿轮安装在所述行星轴上且与所述恒星齿轮啮合以驱动所述行星轴自转；可伸缩连杆，所述可伸缩连杆的一端与所述行星轴相连且所述可伸缩连杆的另一端与所述磁控管相连以驱动所述磁控管沿所述桃形轨道移动；和恒星架，所述恒星架的一端固定在所述第一驱动轴上且所述行星轴可旋转地安装在所述恒星架的另一端。