[发明专利]磁控源和磁控溅射设备

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高。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种磁控源，该磁控源结构简单，靶材利用率较高。

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，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，根据本发明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。

根据本发明实施例的磁控源，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，根据本发明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：

根据本发明的一些实施例，所述磁控管绕所述凸轮公转的角速度为ω₁，且所述凸轮绕所述驱动轴公转的角速度为ω₂，其中ω₂＞1/2×ω₁且ω₁与ω₂彼此不能整除。

根据本发明的一些实施例，所述磁控管绕所述凸轮公转的轨迹为圆形或椭圆形。