專利名稱：一種磁控管及等離子體加工設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子體加工設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種磁控管及應(yīng)用該磁控管的等離子體加工設(shè)備。
背景技術(shù)：
直流磁控濺射技術(shù)是制備半導(dǎo)體集成電路的常用技術(shù)，其是在低氣壓下使氣體電離形成等離子體，然后借助靶材表面的磁場使等離子體中的帶電粒子撞擊靶材表面，以使靶材發(fā)生濺射，在濺射粒子中，中性的靶原子沉積在晶片等被加工工件表面而形成薄膜。圖1為典型的磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖。如圖1所示，磁控濺射設(shè)備包括反應(yīng)腔室1、真空泵2以及氣體源4。其中，真空泵2與反應(yīng)腔室I的底部連通，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)腔室I內(nèi)部的氣體壓力。氣體源4通過管路與反應(yīng)腔室I連接，在氣體源4與反應(yīng)腔室I之間設(shè)有用于控制反應(yīng)氣體流量的氣體流量計3。在反應(yīng)腔室I的底部設(shè)有用以承載晶片的靜電卡盤5，在反應(yīng)腔室I的頂部與靜電卡盤5相對的位置設(shè)有靶材6。在靶材6的上方還設(shè)有用于提高派射速率的磁控管9,磁控管9在電機12的驅(qū)動下掃描祀材6的表面。圖2為典型的磁控管的平面視圖。請參閱圖2，磁控管9包括腎形的內(nèi)磁極91和外磁極92，內(nèi)磁極91嵌套在外磁極92內(nèi)，而且，內(nèi)磁極91和外磁極92的極性相反。利用典型的磁控管掃描靶材，靶材的腐蝕很不均勻。圖3為利用典型的磁控管掃描靶材時靶材的腐蝕曲線。圖中，橫坐標表示靶材中心到靶材邊緣的距離，即靶材的半徑；縱坐標表示靶材的腐蝕深度。從圖3的腐蝕曲線可知，132、134、136、138位置靶材的腐蝕較深，而且136位置靶材的腐蝕尤其嚴重，因此，典型磁控管導(dǎo)致靶材的腐蝕不均勻，靶材的利用率較低。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種磁控管及應(yīng)用該磁控管的等離子體加工設(shè)備，其可以使靶材均勻腐蝕，從而提高靶材的利用率。解決上述技術(shù)問題的所采用的技術(shù)方案是提供一種磁控管，包括極性相反的內(nèi)磁極和外磁極，所述內(nèi)磁極與所述外磁極相互不接觸地嵌套在一起，所述內(nèi)磁極和外磁極在其徑向截面上的形狀均為螺旋線。優(yōu)選地，所述內(nèi)磁極和外磁極在其徑向截面上的形狀均滿足公式(1)，Θ = r-arctan (r) (I)式中，Θ表示距離螺旋線起始點的弧度；r表示距離螺旋線中心點的距離。 優(yōu)選地，所述內(nèi)磁極包括內(nèi)磁極本體和設(shè)置在所述內(nèi)磁極本體上的多個磁鐵,所述磁鐵沿所述內(nèi)磁極本體的弧線排列設(shè)置；所述外磁極包括外磁極本體和設(shè)置在所述外磁極本體上的多個磁鐵，所述磁鐵沿所述外磁極本體的弧線排列設(shè)置。優(yōu)選地，設(shè)置在所述內(nèi)磁極本體上的所述磁鐵沿所述內(nèi)磁極本體的弧線均勻分布；設(shè)置在所述外磁極本體上的所述磁鐵沿所述外磁極本體的弧線均勻分布。
優(yōu)選地，所述磁鐵為柱狀的磁鐵，所述磁鐵鑲嵌在所述內(nèi)磁極本體和所述外磁極本體內(nèi)。優(yōu)選地，在所述外磁極的徑向方向上，所述外磁極本體的內(nèi)端部的寬度大于所述外磁極本體的外端部的寬度；或者在所述內(nèi)磁極的徑向方向上，所述內(nèi)磁極本體的內(nèi)端部的寬度大于所述內(nèi)磁極本體的外端部的寬度。優(yōu)選地，在所述外磁極徑向的截面上，所述外磁極的外端部閉合，以使所述內(nèi)磁極嵌套在所述外磁極內(nèi)。優(yōu)選地，磁控管的旋轉(zhuǎn)軸為所述外磁極的對稱軸或所述外磁極的內(nèi)端部所在的直線。優(yōu)選地，所述外磁極和所述內(nèi)磁極的間距為0.5 1.5英寸。優(yōu)選地，所述外磁極和所述內(nèi)磁極的間距根據(jù)實際靶材腐蝕結(jié)果進行調(diào)整。本發(fā)明還提供一種等離子體加工設(shè)備，包括反應(yīng)腔室、靶材、磁控管以及驅(qū)動所述磁控管轉(zhuǎn)動的驅(qū)動部件，所述靶材設(shè)置在所述反應(yīng)腔室的頂端，所述磁控管設(shè)置在所述靶材的上方，在所述驅(qū)動部件的驅(qū)動下所述磁控管在所述靶材的表面旋轉(zhuǎn)掃描，所述磁控管采用本發(fā)明提供的所述的磁控管.
本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明提供的磁控管采用螺旋線型結(jié)構(gòu)，S卩，所述內(nèi)磁極和外磁極在其徑向截面上的形狀為螺旋線，其可以使靶材的腐蝕更均勻，從而使靶材的利用率提高到58%左右，同時可以減少更換靶材所需的時間，進而降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明提供的等離子體加工設(shè)備，由于螺旋線型結(jié)構(gòu)的磁控管，使靶材的腐蝕更均勻，從而使靶材的利用率提高到58%左右，這不僅降低了等離子體加工設(shè)備生產(chǎn)成本，而且減少了更換靶材所需的時間，從而可以提高等離子體加工設(shè)備的生產(chǎn)效率。


圖1為典型的磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖；圖2為典型的磁控管的平面視圖；圖3為利用典型的磁控管掃描靶材時靶材的腐蝕曲線；圖4為本發(fā)明實施例磁控管的平面視圖；圖5為本發(fā)明螺旋線的示意6為本發(fā)明實施例將磁鐵不均勻的設(shè)置在內(nèi)磁極本體和外磁極本體上的平面視圖；圖7為利用本發(fā)明實施例磁控管掃描靶材表面時的靶材的模擬腐蝕曲線；以及圖8為本發(fā)明變型實施例中磁控管的平面視圖。
具體實施例方式為使本領(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)合附圖對本發(fā)明提供的磁控管及等離子體加工設(shè)備進行詳細描述。圖4為本發(fā)明實施例磁控管的平面視圖。請參閱圖4，磁控管包括極性相反的內(nèi)磁極91和外磁極92，內(nèi)磁極91和外磁極92相互不接觸地嵌套在一起。內(nèi)磁極91和外磁極92在磁控管徑向的截面(即垂直于磁控管軸線的截面)上的形狀均為螺旋線，即本實施例磁控管為螺旋磁控管。相對于現(xiàn)有的磁控管，如腎型磁控管或類螺旋磁控管，本實施例螺旋磁控管由于比較平滑，在掃描靶材的過程中可以使靶材獲得均勻的磁場，從而可以提高靶材腐蝕的均勻性。優(yōu)選地，內(nèi)磁極91和外磁極92在磁控管徑向截面上的形狀均滿足公式(I)，換言之，螺旋線滿足公式(1)，Θ = r—arctan Cr)(I)式中，Θ表示與自螺旋線起始點的弧度；r表示距離螺旋線中心點的距離。圖5為本發(fā)明螺旋線的示意圖。其中，坐標中心點為螺旋線的中心點,螺旋線起始點為螺旋線上曲率最大的位置。內(nèi)磁極91和外磁極92在其徑向截面上的形狀如圖5所示。在本實施例中，內(nèi)磁極91和外磁極92的不同之處在于:內(nèi)磁極91和外磁極92轉(zhuǎn)過的弧度不同，以及內(nèi)磁極91和外磁極92的內(nèi)端部的位置不同。如圖4所示，外磁極92的外端部閉合，內(nèi)磁極91完全嵌套在外磁極92內(nèi)，使內(nèi)磁極91和外磁極92形成閉合區(qū)域，即形成了閉合的電子束縛區(qū)域，從而提高磁場束縛電子的能力，進而可以使啟輝更加容易。請參閱圖4，內(nèi)磁極91包括內(nèi)磁極本體91a和多個磁鐵40a，磁鐵40a沿內(nèi)磁極本體91a的弧線均勻分布，即由內(nèi)磁極本體91a的內(nèi)端部至外端部均勻排列設(shè)置。類似地，夕卜磁極92包括外磁極本體92a和多個磁鐵40b，磁鐵40b沿外磁極本體92a的弧線分布，即由外磁極本體92a的內(nèi)端部至外端部均勻排列設(shè)置。本實施例，內(nèi)磁極 本體91a和外磁極本體92a采用導(dǎo)磁材料制作，而且設(shè)置在內(nèi)磁極本體91a上的磁鐵40a與設(shè)置在外磁極本體92a上的磁鐵40b的極性相反，如設(shè)置在內(nèi)磁極本體91a上的磁鐵40的S極朝向讀者，設(shè)置在外磁極本體92a上的磁鐵40的N極朝向讀者，從而使內(nèi)磁極91和外磁極92獲得極性相反的磁場，借助極性相反的內(nèi)磁極91和外磁極92可以約束靶材表面的等離子體。需要說明的是，雖然本實施例磁控管的內(nèi)磁極91是由內(nèi)磁極本體91a和磁鐵40a組成，但本發(fā)明并不局限于此。磁控管的內(nèi)磁極91也可以直接采用磁鐵制作而成，即采用一個與內(nèi)磁極本體91a形狀相同的磁鐵作為內(nèi)磁極91。類似地，本實施例磁控管的外磁極92是由外磁極本體92a和磁鐵40b組成，但本發(fā)明并不局限于此。磁控管的外磁極92也可以直接采用磁鐵制作而成，即采用一個與外磁極本體92a形狀相同的磁鐵作為外磁極92。本實施例中，磁鐵40a沿內(nèi)磁極本體91a的弧線均勻分布，磁鐵40b沿外磁極本體92a的弧線均勻分布，以提高等離子體的密度，增加磁場強度，從而可以提高濺射的穩(wěn)定性?？梢岳斫?，在實際使用過程中，也可以根據(jù)工藝要求在內(nèi)磁極本體91a上設(shè)置疏密不同的磁鐵40a，即，磁鐵40a也可以在內(nèi)磁極本體91a的內(nèi)端部至外端部之間不均勻設(shè)置。同理，磁鐵40b也可以在外磁極本體92a的內(nèi)端部至外端部之間不均勻設(shè)置。如圖6所示，圖6為本發(fā)明實施例將磁鐵不均勻的設(shè)置在內(nèi)磁極本體和外磁極本體上的平面視圖。本實施例中，磁鐵40a鑲嵌在內(nèi)磁極本體91a內(nèi)，磁鐵40b鑲嵌在外磁極本體92a內(nèi)。當然,磁鐵40a也可以緊貼內(nèi)磁極本體91a的表面設(shè)置，同理，磁鐵40b也可以緊貼外磁極本體92a的表面設(shè)置。磁鐵40a、40b的數(shù)量和分布密度可以根據(jù)磁控管所需的磁場強度來調(diào)節(jié)。
另外，內(nèi)磁極本體91a在其徑向方向的寬度可以為磁鐵40a直徑的I 2倍，外磁極本體92a在其徑向方向的寬度可以為磁鐵40b直徑的I 2倍。通過調(diào)節(jié)內(nèi)磁極本體91a和外磁極本體92a在其徑向方向的寬度可以達到調(diào)節(jié)磁控管的磁場強度的目的。圖7為利用本發(fā)明實施例磁控管掃描靶材表面時的靶材的模擬腐蝕曲線。圖中，橫坐標表示靶材中心到靶材邊緣的距離，即靶材的半徑，單位:厘米(cm);縱坐標表示靶材的相對腐蝕深度。如圖7所示，從腐蝕曲線中可以看出，靶材整體的腐蝕非常均勻，這使得新型磁控管設(shè)計較以往的設(shè)計具有更均勻的靶材腐蝕和更高的靶材利用率。雖然，靶材腐蝕曲線中心區(qū)域腐蝕程度較高，但可以通過減小中心區(qū)域的磁鐵密度或減小中心區(qū)域的內(nèi)外磁極間距等方式來減小中心區(qū)域的磁場強度，從而減小其腐蝕程度。較佳地，本實施例增加了外磁極本體92a的內(nèi)端部在其徑向方向上的寬度，即，使外磁極本體92a的內(nèi)端部的寬度大于外磁極本體92a的外端部的寬度，以降低磁控管中心區(qū)域的磁場強度，從而可以減少靶材中心位置的腐蝕，進而提高靶材腐蝕的均勻性，提高靶材的利用率。不難理解，本實施例增加內(nèi)磁極本體91a的內(nèi)端部在其徑向方向上的寬度，即，使內(nèi)磁極本體91a的內(nèi)端部的寬度大于內(nèi)磁極本體9Ia的外端部的寬度，同樣能夠達到降低磁控管中心區(qū)域的磁場強度的目的。本實施例中，磁極91和外磁極92內(nèi)的間距根據(jù)實際靶材腐蝕結(jié)果進行調(diào)整，如，內(nèi)磁極91和外磁極92的間距為0.5 1.5英寸，優(yōu)選I英寸，這可以使啟輝以及維持等離子體更加容易。在實際使用過程中，可以將外磁極92的對稱軸作為磁控管的旋轉(zhuǎn)軸，當然，也可以將外磁極的內(nèi)端部所在的直線作為磁控管的旋轉(zhuǎn)軸，可以根據(jù)靶材的腐蝕情況調(diào)整磁控管的旋轉(zhuǎn)軸的位置。本實施例提供的磁控管采用螺旋線型結(jié)構(gòu)，S卩，所述內(nèi)磁極和外磁極在其徑向截面上的形狀為螺旋線，其可以使靶材的腐蝕更均勻，測量可知靶材的利用率為58%左右。這不僅可以提高靶材的利用率，而且可以減少更換靶材所需的時間，進而降低生產(chǎn)成本，提高
生產(chǎn)效率。作為上述實施例的變型，圖8示出了變型實施例中磁控管的平面視圖。如圖8所示，本實施例中，外磁極92的外端部為開放式結(jié)構(gòu)，即外磁極92沒有完全地將內(nèi)磁極91包圍。另外,外磁極本體92a的內(nèi)端部在外磁極92的徑向方向上的寬度與外磁極本體92a的外端部的寬度相同。除此之外，變型實施例與上述實施例的其它特征相同，這里不再贅述。經(jīng)模擬計算，利用變型實施例的磁控管掃描靶材表面時，靶材的腐蝕曲線與圖7相似。該變型實施例中的磁控管同樣能夠達到提高靶材的利用率。本實施例還提供一種等離子體加工設(shè)備，其包括反應(yīng)腔室、靶材、磁控管以及驅(qū)動所述磁控管轉(zhuǎn)動的驅(qū)動部件，靶材設(shè)置在反應(yīng)腔室的頂端，磁控管設(shè)置在靶材的上方，在驅(qū)動部件的驅(qū)動下，磁控管在靶材的表面掃描，其中磁控管采用上述實施例所述的磁控管。本實施例等離子體加工設(shè)備由于采用上述實施例所述的磁控管，使靶材的腐蝕更均勻，從而提高了靶材的利用率，這不僅降低了等離子體加工設(shè)備生產(chǎn)成本，而且減少了更換靶材所需的時間，從而可以提高等離子體加工設(shè)備的生產(chǎn)效率?？梢岳斫獾氖?，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁控管，包括極性相反的內(nèi)磁極和外磁極，所述內(nèi)磁極與所述外磁極相互不接觸地嵌套在一起，其特征在于，所述內(nèi)磁極和外磁極在其徑向截面上的形狀均為螺旋線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控管，其特征在于，所述內(nèi)磁極和外磁極在其徑向截面上的形狀均滿足公式(I)， Θ = r-arctan (r)(I) 式中，Θ表示距離螺旋線起始點的弧度； r表示距離螺旋線中心點的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控管，其特征在于，所述內(nèi)磁極包括內(nèi)磁極本體和設(shè)置在所述內(nèi)磁極本體上的多個磁鐵，所述磁鐵沿所述內(nèi)磁極本體的弧線排列設(shè)置；所述外磁極包括外磁極本體和設(shè)置在所述外磁極本體上的多個磁鐵，所述磁鐵沿所述外磁極本體的弧線排列設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁控管，其特征在于，設(shè)置在所述內(nèi)磁極本體上的所述磁鐵沿所述內(nèi)磁極本體的弧線均勻分布；設(shè)置在所述外磁極本體上的所述磁鐵沿所述外磁極本體的弧線均勻分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的磁控管，其特征在于，所述磁鐵為柱狀的磁鐵，所述磁鐵鑲嵌在所述內(nèi)磁極本體和所述外磁極本體內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的磁控管，其特征在于，在所述外磁極的徑向方向上，所述外磁極本體的內(nèi)端部的寬度大于所述外磁極本體的外端部的寬度；或者在所述內(nèi)磁極的徑向方向上，所述內(nèi)磁極本體的內(nèi)端部的寬度大于所述內(nèi)磁極本體的外端部的寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控管，其特征在于，在所述外磁極徑向的截面上，所述外磁極的外端部閉合，以使所述內(nèi)磁極嵌套在所述外磁極內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控管，其特征在于，磁控管的旋轉(zhuǎn)軸為所述外磁極的對稱軸或所述外磁極的內(nèi)端部所在的直線。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控管，其特征在于，所述外磁極和所述內(nèi)磁極的間距為0.5 1.5英寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控管，其特征在于，所述外磁極和所述內(nèi)磁極的間距根據(jù)實際靶材腐蝕結(jié)果進行調(diào)整。
11.一種等離子體加工設(shè)備，包括反應(yīng)腔室、靶材、磁控管以及驅(qū)動所述磁控管轉(zhuǎn)動的驅(qū)動部件，所述靶材設(shè)置在所述反應(yīng)腔室的頂端，所述磁控管設(shè)置在所述靶材的上方，在所述驅(qū)動部件的驅(qū)動下所述磁控管在所述靶材的表面旋轉(zhuǎn)掃描，其特征在于，所述磁控管采用權(quán)利要求1-10任意一項所述的磁控管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁控管及等離子體加工設(shè)備，所述磁控管包括極性相反的內(nèi)磁極和外磁極，所述內(nèi)磁極與所述外磁極相互不接觸地嵌套在一起，所述內(nèi)磁極和外磁極在其徑向截面上的形狀均為螺旋線。該磁控管可以提高靶材的利用率，不僅可以降低等離子體加工設(shè)備生產(chǎn)成本，而且可以提高等離子體加工設(shè)備的生產(chǎn)效率。
文檔編號H01J37/32GK103177918SQ20111044861
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者耿波, 趙夢欣, 劉旭, 王厚工, 丁培軍 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責任公司