專(zhuān)利名稱：一種磁控管、磁控管的制造方法及物理沉積室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種磁控管、磁控管的制造方法及應(yīng)用上述磁控管的物理沉積室。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著集成電路、液晶顯示器、薄膜太陽(yáng)能電池及LED產(chǎn)品的快速發(fā)展，用于進(jìn)行物理薄膜淀積工藝的物理沉積室得到了廣泛應(yīng)用。請(qǐng)參閱圖1，為一種典型的物理沉積室的結(jié)構(gòu)原理圖。該設(shè)備主要包括工藝腔室
I、設(shè)置于工藝腔室I內(nèi)部的靜電卡盤(pán)3、設(shè)置于工藝腔室I上方的靶材2和磁控管4以及磁 控管驅(qū)動(dòng)電機(jī)5。在工藝腔室I的下端或側(cè)壁上連接有抽氣裝置13。在磁控濺射工藝中，向工藝腔室I內(nèi)通入用于形成等離子體的工藝氣體(例如，氬氣等)，在腔室內(nèi)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同作用下，等離子體中的部分離子轟擊靶材2的表面，使靶材2表面的部分原子脫落，并沉積到所要加工的基片表面，從而形成所需膜層。其中，磁控管的結(jié)構(gòu)能夠直接決定工藝腔室內(nèi)所形成的等離子體軌跡的分布形態(tài)，因而對(duì)薄膜沉積的均勻性及靶材利用率等工藝參數(shù)均具有關(guān)鍵影響作用。為此，專(zhuān)利號(hào)為CN200580013582. 6的中國(guó)申請(qǐng)中公開(kāi)了一種多軌道且具有不對(duì)稱形狀的磁控管結(jié)構(gòu)。該磁控管在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)靶材的磁場(chǎng)掃描，然而通過(guò)上述專(zhuān)利文件中所公開(kāi)的靶材腐蝕曲線可知，利用該磁控管進(jìn)行磁控濺射工藝時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)靶材徑向的均勻腐蝕，從而無(wú)法獲得較高的靶材利用率，并影響工藝質(zhì)量的均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種磁控管，其能夠獲得均勻的靶材腐蝕及較高的靶材利用率。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種磁控管的制造方法，利用該方法所獲得的磁控管同樣能夠獲得均勻的靶材腐蝕及較高的靶材利用率。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種物理沉積室，其同樣能夠獲得均勻的靶材腐蝕及較高的靶材利用率。為此,本發(fā)明提供一種磁控管，用于在磁控派射工藝中對(duì)祀材進(jìn)行磁場(chǎng)掃描，其包括可繞靶材中心軸旋轉(zhuǎn)的極性方向相反的內(nèi)磁極和外磁極，其中，內(nèi)磁極為螺旋線形且設(shè)置于外磁極的內(nèi)部，在內(nèi)、外磁極之間形成包圍內(nèi)磁極的磁場(chǎng)軌道，由中心軸發(fā)射出去的任一角度的半徑與磁場(chǎng)軌道相交一次或兩次；磁控管繞中心軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，磁場(chǎng)軌道使靶材表面任一單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。其中，磁場(chǎng)軌道使靶材表面任一徑向或周向上的單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。其中，位于內(nèi)磁極兩側(cè)的磁場(chǎng)軌道的寬度大致相等。其中，對(duì)應(yīng)于靶材邊緣位置處的至少部分磁場(chǎng)軌道向中心軸方向偏轉(zhuǎn)。
其中，磁場(chǎng)軌道上具有至少一個(gè)最遠(yuǎn)點(diǎn)，最遠(yuǎn)點(diǎn)至中心軸的距離與靶材的半徑大致相等。其中,磁場(chǎng)軌道自最遠(yuǎn)點(diǎn)所在位置處開(kāi)始向中心軸方向偏轉(zhuǎn)。其中，螺旋線為正螺旋線或逆螺旋線。其中，位于內(nèi)磁極兩側(cè)的磁場(chǎng)軌道的寬度可調(diào)。其中，內(nèi)磁極包括內(nèi)磁極靴和設(shè)置在內(nèi)磁極靴上的多個(gè)內(nèi)磁體，相應(yīng)的，外磁極包括外磁極靴和設(shè)置在外磁極靴上的多個(gè)外磁體。此外，本發(fā)明還提供一種磁控管的制造方法，用于加工上述本發(fā)明所提供的磁控管，該方法至少包括下述步驟1)選定一種螺旋線形狀作為內(nèi)磁極的形狀；2)確定位于內(nèi)磁極兩側(cè)的磁場(chǎng)軌道的寬度，并根據(jù)磁場(chǎng)軌道的寬度和靶材的半徑確定磁場(chǎng)軌道的形狀；
3)根據(jù)步驟2)中所確定的磁場(chǎng)軌道的形狀確定外磁極的形狀，并加以制造。其中，步驟20)之后還包括步驟21):使磁場(chǎng)軌道自最遠(yuǎn)點(diǎn)所在位置處開(kāi)始向中心軸方向偏轉(zhuǎn)。其中，步驟21)之后還包括步驟22):模擬磁控管用于磁控濺射工藝時(shí)對(duì)靶材表面的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度，然后根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)磁場(chǎng)軌道的長(zhǎng)度、寬度及偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行調(diào)整；直至使靶材表面任一單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。其中，在步驟22)中，利用計(jì)算機(jī)模擬磁控管的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度。其中，在步驟I)中，使內(nèi)磁極的形狀與極坐標(biāo)方程Θ = r-arctan(r)或r =a+b* Θ所描述的圖形相一致。另外，本發(fā)明還提供一種物理沉積室，包括靶材和上述本發(fā)明所提供的磁控管，用以使靶材表面任一單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。本發(fā)明具有下述有益效果本發(fā)明提供的磁控管包括可繞靶材中心軸旋轉(zhuǎn)的極性方向相反的內(nèi)磁極和外磁極，其中，內(nèi)磁極為螺旋線形且設(shè)置于外磁極的內(nèi)部，在內(nèi)、外磁極之間形成包圍內(nèi)磁極的磁場(chǎng)軌道，由中心軸發(fā)射出去的任一角度的半徑與磁場(chǎng)軌道相交一次或兩次。由此可見(jiàn)，本發(fā)明提供的磁控管能夠形成大致為螺旋線形的磁場(chǎng)軌道，在磁控管繞中心軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，該磁場(chǎng)軌道能夠?qū)Π胁娜我话霃椒较蜻M(jìn)行均勻掃描，并最終使靶材表面任一單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)靶材表面各個(gè)位置處的均勻腐蝕，進(jìn)而有效提高靶材利用率。此外，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提供的磁控管中，對(duì)應(yīng)于靶材邊緣位置處的部分磁場(chǎng)軌道向中心軸方向偏轉(zhuǎn)，用以對(duì)靶材邊緣區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償，以進(jìn)一步提高靶材邊緣和中心區(qū)域的腐蝕均勻性及靶材的有效利用率。并且，由于本發(fā)明提供的磁控管的磁場(chǎng)軌道大致分布于外磁極所圍成的區(qū)域范圍內(nèi)，這樣就有效避免了等離子體軌跡過(guò)長(zhǎng)、過(guò)窄的問(wèn)題，從而無(wú)需使用過(guò)高的腔室氣壓即可完成對(duì)等離子體的啟輝和維持過(guò)程。本發(fā)明所提供的物理沉積室包括靶材及上述本發(fā)明提供的磁控管。在磁控濺射工藝中，上述本發(fā)明提供磁控管能夠?qū)Π胁倪M(jìn)行均勻的磁場(chǎng)掃描。因此，本發(fā)明提供的物理沉積室同樣能夠獲得均勻的靶材腐蝕結(jié)果及較高的靶材利用率，而且無(wú)需使用過(guò)高的腔室氣壓即可實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體的啟輝和維持。


圖I為一種典型的物理沉積室的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本發(fā)明提供的磁控管一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2所示實(shí)施例中內(nèi)磁極的形狀曲線示意圖；圖4為圖2所示實(shí)施例中的磁控管進(jìn)行磁控濺射工藝時(shí)所形成的靶材腐蝕曲線；以及圖5為根據(jù)本發(fā)明提供的磁控管的制造方法所設(shè)計(jì)的一種磁控管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的磁控管用于在磁控濺射工藝中對(duì)靶材進(jìn)行均勻的磁場(chǎng)掃描，以提高對(duì)靶材的腐蝕均勻性，從而提高靶材利用率及相關(guān)工藝的均勻性。該磁控管包括可繞靶材中心軸旋轉(zhuǎn)的極性方向相反的內(nèi)磁極和外磁極。其中，內(nèi)磁極為螺旋線形且設(shè)置于外磁極的內(nèi)部，在內(nèi)、外磁極之間形成包圍內(nèi)磁極的磁場(chǎng)軌道，由上述中心軸發(fā)射出去的任一角度的半徑與該磁場(chǎng)軌道有一次或兩次相交。在磁控管繞中心軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，上述磁場(chǎng)軌道能夠使祀材表面任一徑向和/或周向上的單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。其中，所述磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度等于磁控管勻速旋轉(zhuǎn)整數(shù)圈時(shí)，靶材表面任一單位面積所受到的磁場(chǎng)掃描時(shí)長(zhǎng)與該單位面積所受到的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積。在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到工藝條件及環(huán)境等因素的影響，要想實(shí)現(xiàn)使靶材各個(gè)位置處所受到的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度完全相等的情況相對(duì)而言比較困難；因而只要能夠使靶材上各個(gè)位置所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等，并滿足靶材腐蝕及工藝質(zhì)量的均勻性要求即應(yīng)視為實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的磁控管、磁控管的制造方法及應(yīng)用上述磁控管的物理沉積室進(jìn)行詳細(xì)描述。請(qǐng)參閱圖2，為本發(fā)明提供的磁控管一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該磁控管的內(nèi)磁極由內(nèi)磁極靴5和設(shè)置在內(nèi)磁極靴5上的多個(gè)內(nèi)磁體(圖未示)構(gòu)成，內(nèi)磁極靴5上設(shè)置有多個(gè)內(nèi)磁體安裝孔2，用于安裝內(nèi)磁體；相應(yīng)的，外磁極由外磁極靴6和設(shè)置在外磁極靴6上的多個(gè)外磁體(圖未不)構(gòu)成，夕卜磁極靴6上同樣設(shè)置有多個(gè)外磁體安裝孔4，用于安裝上述多個(gè)外磁體。其中，上述內(nèi)磁體與外磁體的磁極方向相反，從而構(gòu)成磁極方向相反的內(nèi)、外磁極。至于內(nèi)、外磁體在內(nèi)、外磁極靴上的固定方式，例如可以螺接、鉚接、焊接等常規(guī)技術(shù)手段而實(shí)現(xiàn)。其中，內(nèi)磁極和外磁極之間形成磁場(chǎng)軌道3，且位于內(nèi)磁極兩側(cè)的磁場(chǎng)軌道3的寬度大致相等。這里，所述磁場(chǎng)軌道的寬度是指經(jīng)過(guò)中心軸的直線被內(nèi)、外磁極所截的線段長(zhǎng)度；或者指內(nèi)、外磁極上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的垂直距離，具體采用何種定義則可視實(shí)際需要而定。此外，將上述磁場(chǎng)軌道的寬度限定為“大致”相等是因?yàn)?，在?shí)際應(yīng)用中可能由于加工及安裝等誤差而造成上述磁場(chǎng)軌道寬度并非完全等寬的情況，而且，只要該磁場(chǎng)軌道能夠呈現(xiàn)大致等寬的狀態(tài)即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的；另外，出于對(duì)工藝的需要，技術(shù)人員還可以在 本發(fā)明的基礎(chǔ)上對(duì)磁控管上某一位置處的內(nèi)磁極兩側(cè)的磁場(chǎng)軌道寬度進(jìn)行調(diào)整，而上述對(duì)磁控管結(jié)構(gòu)所作出的各種變形均應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)際應(yīng)用中，為使內(nèi)、外磁極間的磁場(chǎng)軌道的形狀固定不變，通常采用諸如背板等的部件而將內(nèi)、外磁極的相對(duì)位置進(jìn)行固定，并且將上述中心軸同樣設(shè)置在所述背板上，然后將中心軸與諸如馬達(dá)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置相連接，從而驅(qū)動(dòng)磁控管進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。請(qǐng)參閱圖3，為本實(shí)施例中內(nèi)磁極所采用的形狀曲線示意圖。該內(nèi)磁極的形狀與極坐標(biāo)方程Θ = r-arctan (r)所描述的形狀相一致。其中，r表示曲線上的點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，Θ表示與r對(duì)應(yīng)的曲線點(diǎn)的極角。容易理解的是，上述螺旋線方程僅僅是眾多螺旋線方程中的一種，而本發(fā)明中內(nèi)磁極的形狀可以采用任意的平面螺旋線構(gòu)成，只要能夠使內(nèi)磁極以平面螺旋的方式由中心軸位置逐漸延伸至靶材邊緣位置，從而當(dāng)磁控管旋轉(zhuǎn)時(shí)，能夠使磁控管所形成的螺旋線形磁場(chǎng)對(duì)靶材徑向方向進(jìn)行較為均勻地掃描即應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。需要指出的是，無(wú)論上述內(nèi)磁極的形狀采用何種極坐標(biāo)方程，其中Θ的取值都應(yīng)當(dāng)介于2π和4π之間，從而限定磁控軌道的螺旋角度和長(zhǎng)度。具體地，應(yīng)當(dāng)滿足由中心軸發(fā)射出去的任一角度的半徑與磁場(chǎng)軌道相交一次或兩次的條件，從而在使祀材任一徑向獲得充分磁場(chǎng)掃描的同時(shí)，又能避免因磁場(chǎng)軌道過(guò)長(zhǎng)、過(guò)窄而導(dǎo)致的所需啟輝氣壓過(guò)高的問(wèn) 題。本實(shí)施例中，上述內(nèi)磁極和外磁極均圍繞中心軸I進(jìn)行旋轉(zhuǎn),而中心軸I的具體位置可以在一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行多種選擇，只要使中心軸I的位置在內(nèi)磁極起點(diǎn)附近一定范圍且落入磁場(chǎng)軌道3所在區(qū)域即可。而為了使靶材中心至邊緣區(qū)域均能獲得磁場(chǎng)掃描，還應(yīng)當(dāng)使磁場(chǎng)軌道上具有至少一個(gè)最遠(yuǎn)點(diǎn)，且該最遠(yuǎn)點(diǎn)至中心軸的距離與靶材的半徑大致相等。需要說(shuō)明的是，上述最遠(yuǎn)點(diǎn)與中心軸的距離不宜超過(guò)靶材半徑的長(zhǎng)度，以避免等離子體受到超出靶材表面的磁場(chǎng)作用而對(duì)靶材之外的組件進(jìn)行濺射。另外，為了使靶材邊緣區(qū)域與中心區(qū)域所獲得的腐蝕均勻性相一致，本發(fā)明提供的磁控管中，使對(duì)應(yīng)于靶材邊緣位置處的至少部分磁場(chǎng)軌道向中心軸方向偏轉(zhuǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，通常使磁場(chǎng)軌道在上述最遠(yuǎn)點(diǎn)位置處開(kāi)始向中心軸方向偏轉(zhuǎn)。這樣設(shè)置的目的在于，使磁控管上對(duì)應(yīng)于靶材邊緣位置處的磁場(chǎng)密度增強(qiáng)，從而對(duì)靶材邊緣區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償掃描，以進(jìn)一步增加對(duì)靶材徑向腐蝕的均勻性。此外，基于相同或類(lèi)似的目的，還可以根據(jù)實(shí)際的靶材腐蝕結(jié)果，而對(duì)上述內(nèi)、外磁極的螺旋線長(zhǎng)度、二者之間的磁場(chǎng)軌道寬度以及作為螺旋線形的內(nèi)、外磁極的螺距等的形狀參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。容易理解的是，上述對(duì)磁控管形狀的調(diào)整完全可以借助計(jì)算機(jī)及相關(guān)的設(shè)計(jì)軟件而進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，并在每次調(diào)整完成后通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真等方式對(duì)靶材的腐蝕結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)；然后，可根據(jù)仿真的靶材腐蝕結(jié)果對(duì)磁控管形狀作出進(jìn)一步的調(diào)整；最終，根據(jù)計(jì)算機(jī)所獲得的理想的磁控管結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行實(shí)際的加工制造即可。而上述基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的調(diào)整過(guò)程不但能大幅提高實(shí)驗(yàn)效率，同時(shí)還可節(jié)約大量的實(shí)驗(yàn)成本。需要指出的是，上述內(nèi)磁極的形狀僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明原理的示范性實(shí)施例，本發(fā)明并不局限于此，事實(shí)上，內(nèi)磁極的形狀可被設(shè)置為任意的平面螺旋線形；例如還可以使內(nèi)磁極的形狀與極坐標(biāo)方程r = a+b* Θ所描述的形狀相一致，其中，b為螺旋線系數(shù)，表示每旋轉(zhuǎn)I度時(shí)極徑的增加(或減小)量；a為當(dāng)Θ =0°時(shí)的極徑。改變參數(shù)a將改變螺線形狀，改變b則控制螺線間距離?；蛘?，還可以使內(nèi)磁極的形狀與漸開(kāi)線方程Θ =tan(a)-a相類(lèi)似或一致，其中，Θ為展角，a為壓力角。當(dāng)然，對(duì)于內(nèi)磁極的可選形狀遠(yuǎn)不止上述幾種曲線方程所描述的形狀，在滿足本發(fā)明目的的情況下，本發(fā)明提供的磁控管中的內(nèi)磁極形狀可以采用任意的螺旋線形狀。還需要指出的是，上述本發(fā)明提供的內(nèi)磁極的螺旋線均為逆螺旋線，但本發(fā)明并不局限于此，例如還可以將上述逆螺旋線進(jìn)行鏡像翻轉(zhuǎn)，從而得到正螺旋線形的內(nèi)磁極，而該正螺旋線形的內(nèi)磁極同樣屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。請(qǐng)參閱圖4，為圖2所示實(shí)施例中的磁控管進(jìn)行磁控濺射工藝時(shí)所形成的靶材腐蝕曲線。將該曲線與申請(qǐng)?zhí)枮镃N200580013582.6的中國(guó)申請(qǐng)中所公開(kāi)的腐蝕曲線相比，能夠明顯地發(fā)現(xiàn)利用本發(fā)明提供的磁控管進(jìn)行磁控濺射工藝時(shí)，能夠在靶材徑向方向上實(shí)現(xiàn)更加均勻的腐蝕，而不會(huì)出現(xiàn)明顯的不均勻腐蝕現(xiàn)象。因此，本發(fā)明提供的磁控管能夠有效提高靶材的利用率，同時(shí)提高磁控濺射工藝的均勻性。此外，本發(fā)明提供的磁控管所產(chǎn)生的等離子體軌跡形態(tài)為兩條大致平行的螺旋線形軌跡，并且該等離子體軌跡的寬度及長(zhǎng)度均可調(diào)節(jié)，從而在等離子體啟輝及維持過(guò)程中均無(wú)需使工藝腔室的氣壓過(guò)高，從而有效保證了磁控派射工藝的穩(wěn)定性及均勻性。
作為另一種技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種磁控管的制造方法，用于設(shè)計(jì)并加工上述本發(fā)明所提供的磁控管。該方法至少包括下述步驟1)選定一種螺旋線形狀作為內(nèi)磁極的形狀；2)確定位于內(nèi)磁極兩側(cè)的磁場(chǎng)軌道的寬度，并根據(jù)磁場(chǎng)軌道的寬度和靶材的半徑確定磁場(chǎng)軌道的形狀；3)根據(jù)步驟2)中所確定的磁場(chǎng)軌道的形狀確定外磁極的形狀，并加以制造。其中，在一些具體實(shí)施例中，可以在步驟I)中使內(nèi)磁極的形狀與極坐標(biāo)方程Θ =r-arctan (r)或r = a+b* Θ或漸開(kāi)線方程Θ = tan ( α ) - α所描述的圖形相一致或類(lèi)似。并且，在一些優(yōu)選實(shí)施例中，還可以在步驟20)之后增加步驟21)和步驟22)。其中，步驟21)，使磁場(chǎng)軌道自最遠(yuǎn)點(diǎn)所在位置處開(kāi)始向中心軸方向偏轉(zhuǎn)。步驟22)，模擬磁控管用于磁控派射工藝時(shí)對(duì)祀材表面的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度，然后根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)磁場(chǎng)軌道的長(zhǎng)度、寬度及偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行調(diào)整；直至使靶材表面任一單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。容易理解的是，在步驟21)和22)中，均可以利用相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件而模擬磁控管的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度，并根據(jù)模擬結(jié)果而對(duì)磁控管形狀進(jìn)行調(diào)整。請(qǐng)參閱圖5，為根據(jù)本發(fā)明提供的磁控管的制造方法所設(shè)計(jì)的一種磁控管的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中的磁控管結(jié)構(gòu)與圖2所示實(shí)施例的區(qū)別在于，本實(shí)施例中的內(nèi)、外磁極的長(zhǎng)度有所縮短；同時(shí)，磁場(chǎng)軌道3對(duì)應(yīng)于靶材邊緣區(qū)域而向中心軸方向偏轉(zhuǎn)的長(zhǎng)度有所減少。而內(nèi)磁極5和外磁極的曲線形狀以及內(nèi)、外磁極中的小磁體的固定方式等均與上述圖6所示實(shí)施例相同或類(lèi)似，在此不再贅述。由于本實(shí)施例中的磁控管結(jié)構(gòu)與上述圖6所示實(shí)施例具有基本相同的結(jié)構(gòu)特征，因此，其同樣能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)靶材的均勻腐蝕并提高靶材利用率；同時(shí)，由于本實(shí)施例中內(nèi)、外磁極的長(zhǎng)度均有所縮短，所以在等離子體的啟輝及維持過(guò)程中，可進(jìn)一步降低工藝腔室的氣壓，從而進(jìn)一步提升工藝的穩(wěn)定性。作為另一種技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種物理沉積室，包括靶材以及上述本發(fā)明所提供的磁控管，用以使靶材表面任一單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。在磁控濺射工藝中，本發(fā)明提供的物理沉積室借助上述本發(fā)明提供的磁控管，同樣能夠?qū)Π胁谋砻孢M(jìn)行均勻地磁場(chǎng)掃描，從而有效提高靶材的腐蝕均勻性及靶材利用率；同時(shí)在等離子體啟輝及維持過(guò)程中，無(wú)需采用過(guò)高的腔室氣壓即可，從而可有效提升工藝的穩(wěn)定性?？梢岳斫獾氖?，以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員 而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁控管，用于在磁控濺射工藝中對(duì)靶材進(jìn)行磁場(chǎng)掃描，其特征在于，包括可繞靶材中心軸旋轉(zhuǎn)的極性方向相反的內(nèi)磁極和外磁極，其中， 所述內(nèi)磁極為螺旋線形且設(shè)置于所述外磁極的內(nèi)部，在所述內(nèi)、外磁極之間形成包圍所述內(nèi)磁極的磁場(chǎng)軌道，由所述中心軸發(fā)射出去的任一角度的半徑與所述磁場(chǎng)軌道相交一次或兩次； 所述磁控管繞所述中心軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，所述磁場(chǎng)軌道使所述靶材表面任一單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁控管，其特征在于，所述磁場(chǎng)軌道使所述靶材表面任一徑向或周向上的單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磁控管，其特征在于，位于所述內(nèi)磁極兩側(cè)的磁場(chǎng)軌道的寬度大致相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁控管，其特征在于，對(duì)應(yīng)于靶材邊緣位置處的至少部分磁場(chǎng)軌道向所述中心軸方向偏轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁控管，其特征在于，所述磁場(chǎng)軌道上具有至少一個(gè)最遠(yuǎn)點(diǎn)，所述最遠(yuǎn)點(diǎn)至所述中心軸的距離與所述靶材的半徑大致相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁控管，其特征在于，所述磁場(chǎng)軌道自所述最遠(yuǎn)點(diǎn)所在位置處開(kāi)始向所述中心軸方向偏轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁控管，其特征在于，所述螺旋線為正螺旋線或逆螺旋線。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磁控管，其特征在于，位于所述內(nèi)磁極兩側(cè)的磁場(chǎng)軌道的寬度可調(diào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的磁控管，其特征在于，所述內(nèi)磁極包括內(nèi)磁極靴和設(shè)置在所述內(nèi)磁極靴上的多個(gè)內(nèi)磁體，相應(yīng)的，所述外磁極包括外磁極靴和設(shè)置在所述外磁極靴上的多個(gè)外磁體。
10.一種磁控管的制造方法，用于加工權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的磁控管，其特征在于，所述方法至少包括下述步驟 1)選定一種螺旋線形狀作為所述內(nèi)磁極的形狀； 2)確定位于所述內(nèi)磁極兩側(cè)的磁場(chǎng)軌道的寬度，并根據(jù)所述磁場(chǎng)軌道的寬度和所述靶材的半徑確定所述磁場(chǎng)軌道的形狀； 3)根據(jù)步驟2)中所確定的磁場(chǎng)軌道的形狀確定所述外磁極的形狀，并加以制造。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，步驟20)之后還包括步驟21):使所述磁場(chǎng)軌道自所述最遠(yuǎn)點(diǎn)所在位置處開(kāi)始向所述中心軸方向偏轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，步驟21)之后還包括步驟22):模擬所述磁控管用于磁控派射工藝時(shí)對(duì)IE材表面的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度，然后根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)所述磁場(chǎng)軌道的長(zhǎng)度、寬度及偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行調(diào)整；直至使所述靶材表面任一單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在所述步驟22)中，利用計(jì)算機(jī)模擬所述磁控管的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述步驟I)中，使所述內(nèi)磁極的形狀與極坐標(biāo)方程Θ = r-arctan(r)或r = a+b* Θ所描述的圖形相一致。
15.一種物理沉積室，包括靶材，其特征在于，還包括權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的磁控管，用以使靶材表面任一單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁控管、磁控管的制造方法及物理沉積室。其中，磁控管包括可繞靶材中心軸旋轉(zhuǎn)的極性方向相反的內(nèi)磁極和外磁極，內(nèi)磁極為螺旋線形且設(shè)置于外磁極的內(nèi)部，在內(nèi)、外磁極之間形成包圍內(nèi)磁極的磁場(chǎng)軌道，由中心軸發(fā)射出去的任一角度的半徑與磁場(chǎng)軌道相交一次或兩次；磁控管繞中心軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，磁場(chǎng)軌道使靶材表面任一單位面積所獲得的磁場(chǎng)掃描強(qiáng)度大致相等。利用上述磁控管進(jìn)行磁控濺射工藝時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)靶材徑向的均勻腐蝕，從而可有效提高靶材的利用率及相關(guān)工藝的均勻性。此外，利用本發(fā)明提供的磁控管制造方法所獲得的磁控管以及本發(fā)明提供的物理沉積室具有與上述磁控管相同或類(lèi)似的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01J37/34GK102789941SQ201110128880
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者丁培軍, 李楊超, 武學(xué)偉, 耿波 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司