[发明专利]一种磁控管以及应用该磁控管的磁控溅射设备

说明书

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种磁控管及应用该磁控管的磁控溅射设备。

背景技术

磁控溅射装置是通过等离子体中的粒子与靶材相碰撞以将从靶材中溅射出的材料沉积在被加工工件上的装置。在实际应用中，为了提高溅射的效率和靶材的利用率，在靶材的背部设有磁控管，利用磁控管所产生的磁场延长电子的运动轨迹，增加电子与工艺气体(如氩气)碰撞的几率，从而提高等离子体的密度，进而提高溅射的效率和靶材的利用率。

图1a为现有的一种磁控管的径向截面图。请参阅图1a，该磁控管包括极性相反的外磁极1和内磁极2，通过外磁极1和内磁极2形成的磁场可以将等离子体束缚在靶材表面。在外磁极1和内磁极2之间形成的间隔区域3在磁控管的径向截面上的形状为闭合的肾形轨道。使用时，磁控管围绕旋转中心4旋转，并对整个靶材表面进行扫描。图1b为利用图1a中的磁控管对靶材进行实验模拟扫描后的腐蚀曲线。其中，纵坐标表示靶材的腐蚀深度；腐蚀曲线的横坐标表示靶材中心到边缘的距离。如图1b所示，在腐蚀曲线上的点132、134、130、136、138位置处靶材的腐蚀深度相对较深，尤其是在点136位置处靶材的腐蚀深度最深且腐蚀区域很大。由此得知，采用图1a中的磁控管对靶材进行扫描时，靶材腐蚀的均匀性较差，导致靶材的利用率较低。

为此，摆在本领域技术人员面前的难题就是如何能够设计一种磁控管，使得靶材腐蚀的均匀性得到提升。

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，提出了一种磁控管以及应用该磁控管的磁控溅射设备，其可以提高靶材腐蚀的均匀性。

为实现本发明的目的而提供一种磁控管，包括极性相反的外磁极和内磁极，在垂直于所述外磁极的中心线的截面上，所述外磁极为闭合的环形，所述内磁极设置在所述环形的外磁极所围绕而成的腔体内，其中，所述内磁极包括三个以上子内磁极，所述三个以上子内磁极围绕所述外磁极的中心线设置，从而在所述外磁极和内磁极之间形成与所述子内磁极数量对应地通道。

其中，所述子内磁极均匀地设置在所述外磁极的中心线的周围。

其中，所述子内磁极的数量为三个。

其中，在所述外磁极的内壁上设有朝向其中心线方向突出的凸部，所述凸部将所述外磁极的内部分隔成数量与所述子内磁极的数量对应的子腔体，每个所述子腔体内设置一个所述子内磁极，从而在所述外磁极和内磁极之间形成与所述子内磁极数量对应地环形通道。

其中，所述子内磁极在垂直于所述外磁极的中心线的截面上的形状为“银杏叶”形状或“马蹄”形状或扇形。

其中，所述内磁极包括内磁极本体和多个第一磁体，所述第一磁体沿所述内磁极本体的轮廓均匀设置；所述外磁极包括外磁极本体和多个第二磁体，所述第二磁体沿所述外磁极本体的轮廓均匀设置，而且，设置在所述内磁极本体上的第一磁体的极性与设置在所述外磁极本体上的第二磁体的极性相反。

其中，所述第一磁体和所述第二磁体为磁铁。

其中，所述外磁极和所述内磁极之间的所述通道的宽度为20～30mm。

优选地，所述外磁极和所述内磁极之间的所述通道的宽度为25.4mm。

本发明还提供一种磁控溅射设备，包括靶材以及设置于靶材上方的磁控管，所述磁控管用以对所述靶材表面进行扫描，其特征在于，所述磁控管采用本发明提供的上述的磁控管。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的磁控管，其通过在外磁极的中心线的周围设置三个以上的子内磁极，以在外磁极和内磁极之间形成与子内磁极数量对应的通道，这不仅可以提高靶材腐蚀的均匀性，从而提高靶材的利用率，而且可以缩短在外磁极和内磁极之间的间隔区域的长度，从而可以缩短等离子体中电子、离子的运行轨迹，进而可以降低启辉和维持等离子体的溅射气压。

本发明提供的磁控溅射设备，其通过采用上述磁控管，不仅可以提高靶材腐蚀的均匀性，从而提高靶材的利用率，而且可以缩短间隔区域的长度，从而可以缩短等离子体中电子、离子的运行轨迹，进而可以降低启辉和维持等离子体的溅射气压。

附图说明

图1a为现有的一种磁控管的剖面图；

图1b为利用图1a中的磁控管对靶材进行实验模拟扫描后的腐蚀曲线；

图2为本发明提供的磁控管的径向截面图；

图3为对本发明提供的磁控管对靶材进行实验模拟扫描后的腐蚀曲线；以及

图4为本发明提供的磁控管的子内磁极的排布示意图。

具体实施方式