TWI806436B - 磁控管裝置和半導體製程設備 - Google Patents

Abstract

一種磁控管裝置和半導體製程設備，磁控管裝置包括旋轉座、驅動軸、換位元轉軸、曲柄搖杆組件、安裝座、磁控管和限位結構，在驅動軸沿第一方向轉動，且驅動曲柄搖杆組件限位於限位結構的情況下，驅動軸驅動旋轉座沿第一方向轉動，且磁控管與安裝座的連接處與驅動軸之間的間距為第一間距；在驅動軸沿第二方向轉動，且驅動曲柄搖杆組件限位於限位結構的情況下，驅動軸驅動旋轉座沿第二方向轉動，且磁控管與安裝座的連接處與驅動軸之間的間距為第二間距，第二間距大於第一間距，且第二方向與第一方向互為反方向。

Description

磁控管裝置和半導體製程設備

本申請屬於半導體加工技術領域，具體涉及一種磁控管裝置和半導體製程設備。

在半導體的加工過程中，濺射製程是一種常見的薄膜製備製程，通過對靶材的轟擊，使靶材中的粒子濺出，且沉積在襯底的表面形成薄膜。目前，通常利用金屬或金屬化合物作為濺射靶材，且借助磁控管輔助控制離子轟擊靶材時產生的二次電子的運動軌跡，在諸如晶圓等半導體表面形成薄膜。

在積體電路銅互連系統中，鉭(Ta)等金屬或者氮化鉭(TaN)等金屬化合物一方面可以起到阻擋銅元素向矽中擴散的作用，另一方面，其與矽、銅都有良好的附著性，因此鉭(Ta)等金屬或者氮化鉭(TaN)等金屬化合物多用來作為銅互連系統中的阻擋層。

在金屬阻擋層的沉積製程中，通常包括沉積製程和蝕刻製程，利用沉積製程在半導體的表面形成沉積層，且利用蝕刻製程去除進行沉積製程時在靶材表面形成的金屬氮化物，降低製程腔室內雜質的產生概率。在上述沉積製程中，需要使磁控管在對應靶材靠近邊緣的環形區域處進行旋轉；而在蝕刻製程中，則需要使磁控管在對應靶材靠近中心的環形區域處進行旋轉，因此，需要提供一種磁控管元件，該磁控管元件具備切換磁控管位置的能力，以輔助沉積製程和蝕刻製程的進行。

本申請公開一種磁控管裝置和半導體製程設備，具備切換磁控管位置的能力。

為了解決上述問題，本申請實施例是這樣實現地：

第一方面，本申請實施例提供了一種磁控管裝置，其包括旋轉座、驅動軸、換位元轉軸、曲柄搖杆組件、安裝座、磁控管和限位結構，其中，該驅動軸和該換位轉軸均與該旋轉座可轉動連接；該驅動軸用於與驅動源連接；該安裝座位於該旋轉座的一側，且與該換位轉軸固定連接，該磁控管固定於該安裝座背離該旋轉座的一側，且該磁控管與該安裝座的連接處位於該換位轉軸的軸線之外；該限位結構與該旋轉座連接，用於通過限制該曲柄搖杆組件的運動範圍，來限制該換位轉軸相對於該旋轉座的轉動角度範圍；在該驅動軸在該驅動源的驅動下沿第一方向轉動，且驅動該曲柄搖杆組件限位於該限位結構的情況下，該驅動軸驅動該旋轉座沿該第一方向轉動，且該磁控管與該安裝座的連接處與該驅動軸之間的間距為第一間距；在該驅動軸在該驅動源的驅動下沿第二方向轉動，且驅動該曲柄搖杆組件限位於該限位結構的情況下，該驅動軸驅動該旋轉座沿該第二方向轉動，且該磁控管與該安裝座的連接處與該驅動軸之間的間距為第二間距，該第二間距大於該第一間距，且該第二方向與該第一方向互為反方向。

第二方面，本申請實施例提供了一種半導體製程設備，其包括製程腔室和上述磁控管裝置，該磁控管裝置的旋轉座固定於該製程腔室。

本申請實施例提供一種磁控管裝置，其包括磁控管，磁控管裝置中，驅動軸和換位轉軸均與旋轉座可轉動連接，且驅動軸和換位轉軸二者之間通過曲柄搖杆組件形成傳動連接關係，進而可以將驅動軸的驅動作用力傳遞至換位轉軸上，使固定在換位轉軸上的安裝座能夠圍繞換位轉軸相對旋轉座轉動。並且，磁控管安裝在安裝座上，進而安裝座在轉動的過程中能夠帶動磁控管圍繞換位轉軸轉動，從而改變磁控管與驅動軸之間的間距。同時，旋轉座還連接有限位結構，該限位結構用於通過限制曲柄搖杆組件的運動範圍，來限制換位 轉軸相對於旋轉座的轉動角度範圍，當曲柄搖杆組件與限位結構相互限位元時，驅動軸可以驅動旋轉座轉動，從而帶動安裝在旋轉座上的部件(包括換位轉軸、磁控管等)一併圍繞驅動軸轉動，這使得磁控管能夠具備在不同直徑的圓周上轉動的能力，從而在濺射製程過程中，可以根據所要進行的製程不同的情況下，控制磁控管沿不同直徑的圓轉動，保證對應的製程能夠正常地進行。

本申請實施例還提供一種半導體製程設備，其通過採用本申請實施例提供的上述磁控管裝置，在濺射製程過程中，可以根據所要進行的製程不同的情況下，控制磁控管沿不同直徑的圓轉動，保證對應的製程能夠正常地進行。

110:旋轉座

120:安裝座

130:磁控管

131:旋轉軸

210:驅動軸

220:換位轉軸

231:第一軸承

232:第二軸承

320:連杆

330:搖杆

340:銷軸

410:第一限位件

420:第二限位件

510:擋圈

520:端蓋

530:螺母

240:套筒

250:脹套

260:平鍵

310:曲柄

610:第一均重件

620:第二均重件

當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。

圖1是本申請實施例公開的磁控管裝置的結構示意圖；圖2是本申請實施例公開的磁控管裝置的剖面示意圖；圖3是本申請實施例公開的磁控管裝置處於一種狀態下的示意圖；圖4是本申請實施例公開的磁控管裝置處於另一種狀態下的示意圖。

以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露 可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。

此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。

儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些

差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準

差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。

以下結合附圖，詳細說明本申請各個實施例公開的技術方案。

如圖1-圖4所示，本申請實施例公開一種磁控管裝置，其包括旋轉座110、驅動軸210、換位轉軸220、曲柄搖杆組件、安裝座120、磁控管130、限位結構。

其中，旋轉座110為磁控管裝置中的基礎結構，其他部件均可以直接或間接地連接在旋轉座110上。為了保證旋轉座110具有較高的結構強度和承載性能，旋轉座110可以採用金屬材料製成，旋轉座110的形狀和尺寸等參數均可以根據實際情況確定，此處不作限定。在將磁控管裝置安裝在半導體製程設備的製程腔室上時，可以借助旋轉座110將整個磁控管裝置固定在製程腔室上方，且旋轉座110能夠相對於製程腔室作旋轉運動，例如旋轉座110可以利用支架可旋轉地固定於製程腔室上方。

驅動軸210為磁控管裝置中用於傳遞驅動作用力的部件，其用於與驅動源連接，例如在磁控管裝置的工作過程中，可以將驅動軸210連接在諸如旋轉電機等的驅動源上，從而利用旋轉電機為整個磁控管裝置提供動力，驅動磁控管130運動。換位元轉軸220為磁控管裝置中輔助磁控管130切換位置的部件，驅動軸210和換位轉軸220均可以為金屬軸，如圖2所示，二者均與旋轉座110可轉動連接，具體地，利用軸承等部件，能夠使驅動軸210和換位轉軸220均與旋轉座110形成可轉動的裝配關係。如上所述，換位轉軸220與磁控管130之間具有能夠輔助磁控管130切換位置的連接關係，進而，為了保證驅動軸210具備驅動磁控管130圍繞驅動軸210轉動的能力，在旋轉座110上佈設驅動軸210和換位元轉軸220時，需要使驅動軸210和換位轉軸220在垂直於驅動軸210的軸向的方向上相互間隔，也即，在旋轉座110相對驅動軸210轉動的情況下， 可以使換位轉軸220能夠隨旋轉座110一起圍繞驅動軸210轉動。更具體地，驅動軸210和換位轉軸220之間的間距可以根據磁控管裝置中的其他部件的尺寸和形狀等參數確定，此處不作限定。

上述限位結構與旋轉座110連接，用於通過限制上述曲柄搖杆組件的運動範圍，來限制換位轉軸220相對於旋轉座110的轉動角度範圍；在驅動軸210在驅動源的驅動下沿第一方向轉動，且驅動上述曲柄搖杆組件限位於上述限位結構的情況下，驅動軸210驅動旋轉座110沿上述第一方向轉動，且磁控管130與安裝座120的連接處與驅動軸210之間的間距為第一間距；在驅動軸210在驅動源的驅動下沿第二方向轉動，且驅動上述曲柄搖杆組件限位於上述限位結構的情況下，驅動軸210驅動旋轉座110沿上述第二方向轉動，且磁控管130與2的連接處與驅動軸210之間的間距為第二間距，該第二間距大於上述第一間距，且第二方向與第一方向互為反方向。

具體來說，在驅動源的驅動下，上述驅動軸210可以沿第一方向或第二方向轉動，在此過程中，上述限位結構通過限制上述曲柄搖杆組件的運動範圍，可以將換位轉軸220限制在一轉動角度範圍內自轉，即，當上述曲柄搖杆組件與上述限位結構相互限位元時，換位轉軸22無法相對於旋轉座110沿當前轉動方向繼續自轉，此時換位轉軸22相對於旋轉座110固定不動，並會隨旋轉座110一起圍繞驅動軸210沿第一方向或第二方向轉動。而且，上述換位轉軸22相對於旋轉座110固定不動時，與換位轉軸22固定連接的安裝座120及固定在安裝座120上的磁控管130也會相對於旋轉座110固定不動，從而可以實現將磁控管130限制在 與上述第一間距或第二間距對應的位置處，並圍繞隨旋轉座110一起圍繞驅動軸210沿第一方向或第二方向轉動。這樣，磁控管130能夠具備在不同直徑的圓周上轉動的能力，從而在濺射製程過程中，可以根據所要進行的製程不同的情況下，控制磁控管130沿不同直徑的圓轉動，保證對應的製程能夠正常地進行。

另外，本申請實施例通過採用上述曲柄搖杆組件作為傳動結構，其相對于其他現有的傳動結構(例如同步帶傳動結構)，可以降低零件的加工精度和安裝精度，從而可以降低加工和安裝成本，同時曲柄搖杆組件的運動軌跡較簡單，而且比同步帶傳動結構在電機頻繁正反轉引起的衝擊載荷下運行更平穩、更容易控制，而且可靠性更高，使用壽命更長，適用於不同形狀的磁控管。

上述曲柄搖杆組件的結構可以有多種，例如，如圖3和圖4所示，曲柄搖杆組件包括曲柄310、連杆320和搖杆330，其中，曲柄310與驅動軸210傳動連接，曲柄310通過連杆320與搖杆330傳動連接，搖杆330與換位轉軸220傳動連接，以將驅動軸210的轉動驅動力傳遞至換位轉軸220。詳細地說，曲柄310與驅動軸210之間，以及搖杆330與換位轉軸220之間，均可以通過鍵與軸的配合方式形成可靠的傳動關係，或者，還可以通過固定連接的方式形成傳動關係，保證驅動作用力的可靠傳遞。其中，如圖1所示，曲柄310與連杆320之間，以及連杆320與搖杆330之間均可以通過銷軸340等轉動連接件相互連接，使曲柄310和搖杆330均能夠與連杆320形成可靠的轉動連接關係。更具體地，曲柄 310、連杆320和搖杆330亦均可以採用金屬等材料形成，以保證三者均可以提供滿足需求的傳動作用和限位效果。

為了保證換位轉軸220具備改變磁控管130位置的能力，如圖2所示，安裝座120位於旋轉座110的一側，且與換位轉軸220固定連接，磁控管130固定於安裝座120背離旋轉座110的一側，且磁控管130與安裝座120的連接處位於換位轉軸220的軸線之外，從而在換位轉軸220相對旋轉座110轉動時，換位轉軸220能夠帶動安裝座120一併轉動，由於磁控管130與安裝座120的連接處位於換位轉軸220的軸線之外，從而在換位轉軸220轉動的過程中，可以使磁控管130圍繞換位轉軸220產生類似於“公轉”的旋轉動作，進而在驅動軸210帶動換位轉軸220一併轉動時，由於驅動軸210和換位轉軸220的相對位置沒有發生變化，磁控管130在圍繞換位轉軸220轉動之後，其與驅動軸210之間的相對位置必然會發生變化。其中，如圖1所示，磁控管130與安裝座120的連接處具體可以為磁控管130的旋轉軸131。

更詳細地說，如果驅動軸210與換位轉軸220之間的距離為a，磁控管130與換位轉軸220之間的距離為b，即磁控管130與安裝座120之間的連接處與換位轉軸220之間的距離為b，則在沒有其他因素干擾的情況下，如圖3和圖4所示，隨著驅動軸210驅動換位轉軸220轉動的過程的進行，磁控管130與安裝座120之間的連接處與驅動軸210之間的距離範圍應當為(a與b的差)~(a與b的和)，也即，隨著驅動軸210帶動換位轉軸220轉動，磁控管130在逐漸靠近驅動軸210和逐漸遠離驅動軸210的兩個過程之間迴圈。

當然，為了保證磁控管裝置具備使磁控管130形成滿足需求的磁場的能力，磁控管裝置還需具備使磁控管130圍繞驅動軸210轉動的能力。基於此，上述限位結構可以用於限制搖杆330的運動範圍。在這種情況下，驅動軸210在沿上述第一方向轉動的過程中，通過曲柄310和連杆320帶動搖杆330運動，直至搖杆330在上述限位結構的作用下相對於旋轉座110固定不動，此時換位轉軸22無法相對於旋轉座110沿當前轉動方向繼續自轉，之後驅動軸210繼續沿上述第一方向轉動，並驅動旋轉座110及其上的部件(包含換位轉軸22、安裝座120和磁控管130)圍繞驅動軸210沿上述第一方向轉動。驅動軸210在沿上述第二方向轉動的過程中，通過曲柄310和連杆320帶動搖杆330運動，直至搖杆330在上述限位結構的作用下相對於旋轉座110固定不動，此時換位轉軸22無法相對於旋轉座110沿當前轉動方向繼續自轉，之後驅動軸210繼續沿上述第二方向轉動，並驅動旋轉座110及其上的部件(包含換位轉軸22、安裝座120和磁控管130)一起圍繞驅動軸210沿第二方向轉動。

由上可知，在驅動軸210沿上述第一方向或第二方向轉動的過程中，在搖杆330運動至與上述限位結構相互限位元的位置之前，換位元轉軸22處於自轉狀態，此時磁控管130圍繞換位轉軸22轉動，以改變其與驅動軸210之間的間距，當搖杆330運動至與上述限位結構相互限位元的位置時，換位轉軸22停止自轉，此時磁控管130與驅動軸210之間的間距為上述第一間距或第二間距；之後，在驅動軸210繼續沿當前方向轉動的過程中，搖杆330始終與上述限位結構相互限位元，從而使磁控管130與驅動軸210之間的間距保持在上述第一間距或第二間距；同時，搖 杆330通過上述限位結構帶動旋轉座110及其上的部件(包含換位轉軸22、安裝座120和磁控管130)一起圍繞驅動軸210沿上述第一方向或第二方向轉動。

上述限位結構可以有多種結構，例如，如圖3和圖4所示，上述限位結構包括第一限位件410和第二限位件420，二者均固定於旋轉座110朝向安裝座120的一側，且沿換位轉軸22的周向間隔設置，上述搖杆330位於第一限位件410和第二限位件420之間，且能夠在二者之間運動，以利用第一限位件410和第二限位件420將搖杆330限定在一定的運動範圍內，從而間接限定換位轉軸22自轉的角度範圍，進而實現對磁控管130與驅動軸210之間的間距大小的限定。具體地，在搖杆330與第一限位件410接觸時，換位轉軸22相對於旋轉座110固定不動，以使磁控管130與安裝座120的連接處與驅動軸110之間的間距保持在上述第一間距；在搖杆330與第二限位件420接觸時，換位轉軸22相對於旋轉座110固定不動，以使磁控管130與安裝座120的連接處與驅動軸210之間的間距保持在上述第二間距。由於磁控管130安裝在安裝座120背離旋轉座110的一側，利用第一限位件410和第二限位件420限制搖杆33，可以更方便地限制磁控管130的運動範圍。

直觀地說，在換位轉軸220的周向上，搖杆330位於第一限位件410和第二限位件420之間，且驅動軸210可驅動搖杆330在第一限位件410和第二限位件420之間運動。也即，第一限位件410和第二限位件420在換位轉軸220的周向上所夾持的空間大於搖杆330在對應方向上的尺寸，從而在驅動軸210動作的情況下，搖杆330仍能在第一 限位件410和第二限位件420夾持形成的空間內活動，對應地，在搖杆330活動的情況下，換位元轉軸220對應地產生旋轉動作。而在搖杆330隨驅動軸210轉動且轉動至與第一限位件410(或第二限位件420)相互限位時，如果驅動軸210仍繼續沿初始方向轉動，由於搖杆330受限，無法繼續將旋轉驅動力傳遞至換位轉軸220，進而被驅動部件轉換為與驅動軸210可轉動連接的旋轉座110，在旋轉座110轉動的情況下，可以帶動磁控管裝置中旋轉座110上除驅動軸210之外的部件一併圍繞驅動軸210的軸向作旋轉運動。

需要說明的是，曲柄搖杆組件並不局限於採用上述曲柄310、連杆320和搖杆330組成的結構，在實際應用中，還可以為能夠實現上述功能的任意曲柄搖杆結構，例如可以省去上述連杆320，並採用具有偏心輪廓的搖杆結構直接與曲柄310鉸接，或者還可以增加相應的傳動部件來實現曲柄搖杆組件的上述功能，本申請實施例對此沒有特別的限制。

綜上，本申請實施例公開的磁控組件具備控制磁控管130遠離驅動軸210和控制磁控管130靠近驅動軸210的能力，且具備驅動磁控管130圍繞驅動軸210作旋轉運動的能力，進而，當上述磁控管裝置被安裝在製程腔室上時，通過使驅動軸210的軸線與製程腔室的軸線重合，即可使磁控管130具備在製程腔室中靠近側壁的位置圍繞驅動軸210轉動的能力，以及具備在製程腔室中靠近製程腔室的軸線的位置圍繞驅動軸210轉動的能力。

詳細地說，在驅動軸210沿第一方向轉動，且驅動搖杆330限位於第一限位件410的情況下，驅動軸210驅動旋轉座110沿第一方 向轉動，且磁控管130與安裝座120的連接處與驅動軸210之間的間距為第一間距；在驅動軸210沿第二方向轉動，且驅動搖杆330限位於第二限位件420的情況下，驅動軸210驅動旋轉座110沿第二方向轉動，且磁控管130與安裝座120的連接處與驅動軸210之間的間距為第二間距，第二間距大於第一間距，且第二方向與第一方向互為反方向。

如上所述，驅動軸210能夠驅動搖杆330在第一限位件410和第二限位件420之間的空間內運動，當驅動軸210始終沿同一方向轉動的情況下，無論搖杆330的初始位置為何，隨著時間的推移，搖杆330必然會受到第一限位件410或第二限位件420的阻擋，在這種情況下，當驅動軸210繼續沿初始方向轉動，則被驅動部件自搖杆330切換至旋轉座110，在旋轉座110圍繞驅動軸210轉動的情況下，安裝在旋轉座110上的除驅動軸210之外的所有部件均會隨旋轉座110圍繞驅動軸210轉動。第一方向可以為順時針方向和逆時針方向中的一者，第二方向對應地為順時針方向和逆時針方向中的另一者。

通過對第一限位件410和第二限位件420的設置位置，以及搖杆330和磁控管130的相對位置等參數進行設定，可以保證在搖杆330限位於第一限位件410時，以及搖杆330限位於第二限位件420時，磁控管130與驅動軸210之間的間距能夠發生改變。第一間距和第二間距的具體值可以根據製程腔室的尺寸，以及所需磁場的分佈情況等實際參數確定。

本申請實施例提供一種磁控管裝置，其包括磁控管130，磁控管裝置中，驅動軸210和換位轉軸220均與旋轉座110可轉動連接， 且驅動軸210和換位轉軸220二者之間通過曲柄搖杆組件形成傳動連接關係，進而可以將驅動軸210的驅動作用力傳遞至換位轉軸220上，使固定在換位轉軸220上的安裝座120能夠圍繞換位轉軸220相對旋轉座110轉動。並且，磁控管130安裝在安裝座120上，進而安裝座120在轉動的過程中能夠帶動磁控管130圍繞換位轉軸220轉動，從而改變磁控管130與驅動軸210之間的間距。同時，旋轉座110還連接有限位結構，該限位結構用於通過限制曲柄搖杆組件的運動範圍，來限制換位轉軸相對於旋轉座的轉動角度範圍，當曲柄搖杆組件與限位結構相互限位元時，驅動軸210可以驅動旋轉座110轉動，從而帶動安裝在旋轉座110上的部件(包括換位轉軸、磁控管等)一併圍繞驅動軸210轉動，這使得磁控管130能夠具備在不同直徑的圓周上轉動的能力，從而在濺射製程過程中，可以根據所要進行的製程不同的情況下，控制磁控管130沿不同直徑的圓轉動，保證對應的製程能夠正常地進行。

當然，在磁控管130隨驅動軸210轉動而圍繞驅動軸210轉動的過程中，為了保證磁控管130與旋轉座110在驅動軸210的軸向上的間距基本不發生變化，需要使驅動軸210與換位轉軸220二者的軸向平行。如上所述，驅動軸210和換位轉軸220均可以通過軸承等部件與旋轉座110形成可轉動地連接關係，為了進一步防止出現驅動軸210以軸承所在處為鉸接點而相對旋轉座110晃動的情況，可選地，如圖2所示，驅動軸210通過多個第一軸承231與旋轉座110可轉動連接，多個第一軸承231沿驅動軸210的軸向分佈，在多個第一軸承231的一併作用下，基本可以防止驅動軸210與旋轉座110產生除沿驅動軸210的周向相對 轉動的其他相對運動，這可以進一步保證驅動軸210的驅動穩定性，進而進一步提升磁控管130在驅動軸210的軸向上的位置的穩定性。當然，為了提升驅動軸210和旋轉座110之間的連接可靠性，在驅動軸210的軸向上，驅動軸210與旋轉座110各自的位置需均與各第一軸承231形成相對固定關係，保證各第一軸承231均不會自驅動軸210和旋轉座110之間脫出。

具體地，驅動軸210和旋轉座110之間的第一軸承231的數量可以為兩個，在這種情況下，可以兼顧驅動軸210的驅動穩定性和組裝難度。在佈設多個第一軸承231的過程中，如圖2所示，可以使多個第一軸承231相鄰設置，這可以進一步限制第一軸承231的晃動幅度，以進一步保證驅動軸210和旋轉座110之間的裝配穩定性。在第一軸承231的種類不同的情況下，驅動軸210和旋轉座110二者與第一軸承231在在驅動軸210的軸向上形成相對固定關係的方式亦有所不同，對此，下文再詳細介紹。當然，在實際應用中，根據具體需要，第一軸承231的數量也可以為一個。

相似地，為了進一步防止出現換位轉軸220以軸承所在處為鉸接點而相對旋轉座110晃動的情況，可選地，如圖2所示，換位轉軸220可以通過多個第二軸承232與旋轉座110可轉動連接，多個第二軸承232沿換位轉軸220的軸向分佈，在多個第二軸承232的一併作用下，基本可以防止換位轉軸220與旋轉座110產生除沿換位轉軸220的周向相對轉動的其他相對運動，這可以進一步保證換位轉軸220的裝配穩定性，以進一步提升磁控管130在驅動軸210的軸向上的位置的穩定性。同樣地， 為了提升換位轉軸220和旋轉座110之間的連接可靠性，在換位轉軸220的軸向上，換位轉軸220與旋轉座110各自的位置需均與各第二軸承232形成相對固定關係，保證各第二軸承232均不會自換位轉軸220和旋轉座110之間脫出。並且，換位轉軸220與旋轉座110之間的第二軸承232的具體結構和裝配方式，以及各第二軸承232在換位轉軸220的軸向上的限位元方式，均可以參照上述驅動軸210與第一軸承231的實施例，考慮文本簡潔，此處不再重複介紹。當然，在實際應用中，根據具體需要，第二軸承232的數量也可以為一個。

如上所述，驅動軸210與旋轉座110之間可以利用第一軸承231形成轉動配合關係，且曲柄310可以通過鍵連接的方式與驅動軸210形成傳動連接關係。在本申請的另一實施例中，如圖2所示，磁控管裝置還包括套筒240和脹套250，其中，套筒240套設在驅動軸210上，且套筒240與驅動軸210之間具有環形間隔，脹套250環繞設置於該環形間隔中，用於固定套筒240與驅動軸210，套筒240與旋轉座110可轉動連接，曲柄330固定於套筒240。上述脹套250在套筒240和驅動軸210之間因受到套筒240擠壓而產生能夠卡住套筒240的卡持作用力，實現將套筒240與驅動軸210固定在一起，從而在驅動軸210轉動的過程中，使套筒240能夠隨驅動軸210一併轉動。在這種情況下，套筒240與旋轉座110可轉動連接，進而保證旋轉座110具備相對驅動軸210轉動的能力。具體來說，套筒240與旋轉座110之間可以通過第一軸承231形成轉動配合關係。當然，換位轉軸220與旋轉座110之間亦可以借助套 筒和脹套相互連接，考慮到換位轉軸220的載荷相對較小，亦可以直接利用第二軸承232將換位轉軸220轉動安裝在旋轉座110上。

同時，在上述實施例中，如圖2所示，曲柄310固定在套筒240上，在採用這種技術方案的情況下，一方面可以防止鍵結構對驅動軸210的結構強度產生不利影響，另一方面還可以提升曲柄310與驅動軸210之間傳動連接關係的可靠性。具體地，曲柄310可以通過螺釘等連接件可拆卸地固定連接在套筒240上，進一步地，為了提升磁控管裝置的結構緊湊性，曲柄310上可以設置有通孔，且使曲柄310利用其通孔套設安裝在驅動軸210上，在這種情況下曲柄310與套筒240基本可以相互貼合，這還可以進一步提升曲柄310和套筒240之間固定連接關係的可靠性。如上所述，換位轉軸220可以直接通過第二軸承232與旋轉座110連接，在這種情況下，搖杆330與換位轉軸220之間可以通過平鍵260相互連接，或者，利用花鍵亦可以使搖杆330與換位轉軸220形成可靠的傳動連接關係。

如上所述，驅動軸210與旋轉座110之間可以利用第一軸承231形成轉動連接關係，可選地，第一軸承231為滑動軸承。在本申請的另一實施例中，各第一軸承231均為滾動軸承，在這種情況下，可以降低第一軸承231的摩擦阻力和摩擦損耗，一方面可以提升第一軸承231的使用壽命，另一方面，還可以降低驅動軸210轉動時所需的驅動功率，減小能耗。相似地，換位轉軸220與旋轉座110之間的各第二軸承232亦均可以為滾動軸承。

在驅動軸210與旋轉座110之間設置滾動軸承的情況下，可以通過使驅動軸210和旋轉座110均與第一軸承231形成過盈配合的方式，使驅動軸210和旋轉座110均與第一軸承231在驅動軸210的軸向上形成相對固定關係。為了進一步提升第一軸承231的位置穩定性，可選地，如圖2所示，本申請實施例公開的磁控管裝置還包括擋圈510和端蓋520，在驅動軸210通過套筒240間接地與旋轉座110可轉動連接的情況下，套筒240的外壁設有沉槽，通過使沉槽設置在套筒240上，可以防止沉槽對驅動軸210的結構強度產生不利影響，進而可以提升驅動軸210的可靠性。並且，通過使擋圈510的一部分伸入沉槽，且使擋圈510的另一部分限位與第一軸承231的內圈的端面，即可利用擋圈510為第一軸承231的內圈提供更為可靠的限位效果。當然，擋圈510可以為開放式環狀結構件，從而保證擋圈510能夠通過套設在驅動軸210(或套筒240)上的方式安裝至沉槽內。

可選地，第一軸承231的相互背離的兩端均可以設置有擋圈510，以保證第一軸承231的內圈與驅動軸210在驅動軸210的軸向上的相對固定關係更為可靠。在本申請的另一實施例中，第一軸承231的相互背離的兩端中，可以僅有一端設置有擋圈510，第一軸承231的另一端則可以通過旋轉座110進行限位。具體地，可以使旋轉座110上用以安裝驅動軸210的通孔為非規則圓柱孔，也即，通孔的一端的內徑相對較小，僅能夠供驅動軸210穿出，而由於套設在驅動軸210之外的第一軸承231的內圈的外徑大於前述通孔的內徑，從而使得第一軸承231的內圈能夠被限制在前述通孔的端壁處。或者，也可以借助曲柄310為第一軸承231的 內圈的一端端面提供限位作用，限位的原理與旋轉座110上的通孔的結構限位元的原理相似，此處不再重複說明。

而對於第一軸承231的外圈而言，則可以通過端蓋520提供強化限位作用，端蓋520貼合於第一軸承231的外圈的端面，且端蓋520固定於旋轉座110，這可以保證端蓋520能夠為第一軸承231的外圈提供可靠地限位作用。具體地，端蓋520為環形結構件，其可以通過套設在驅動軸210(或套筒240)之外的方式，安裝至第一軸承231的外圈的端面，且可以通過螺釘等連接件將端蓋520可拆卸地固定在旋轉座110上，為第一軸承231的維修和更換提供便利。相似地，第一軸承231的外圈的相背兩側均可以利用端蓋520提供強化限位作用。或者，亦可以利用上述技術方案中提及的旋轉座110上的通孔的端壁為第一軸承231的外圈提供限位作用。

綜合可靠性和便利性來看，可選地，第一軸承231的內圈的一端可以利用擋圈510提供限位作用，第一軸承231的外圈的一端可以利用端蓋520提供限位作用；同時，可以通過增大曲柄310的外周的方式為第一軸承231的內圈的另一端提供限位作用，通過減小旋轉座110上用以安裝驅動軸210的通孔的一端內徑的方式，為第一軸承231的外圈的另一端提供限位作用。

相似地，換位轉軸220上的第一軸承231的限位元方式亦可以參展上述實施例，考慮到換位轉軸220可能直接與第一軸承231連接，進而，如圖2所示，換位轉軸220亦可以借助螺母530為套設在換位轉軸220之外的軸承提供限位作用。

為了進一步提升磁控管130在隨驅動軸210運動時在驅動軸210的軸向上的位置穩定性，可選地，如圖1和圖2所示，本申請實施例公開的磁控管裝置還包括第一均重件610，第一均重件610固定在安裝座120上，且第一均重件610位於換位轉軸220背離磁控管130的一側，從而使安裝座120中換位轉軸220的相背兩側的重量更為接近，提升安裝座120的平衡性能，以在安裝座120隨換位轉軸220轉動時，保證安裝座120基本不會出現相對換位元轉軸220晃動的情況，以進一步提升磁控管130在驅動軸210的軸向上的位置穩定性。具體地，第一均重件610可以通過螺栓等連接件固定在安裝座120上，或者，在第一均重件610和安裝座120均為金屬材質的情況下，還可以通過焊接的方式使第一均重件610固定連接在安裝座120上。另外，還可以根據磁控管130的重量和重心等實際參數，對應確定第一均重件610的重量和安裝位置，以最大化地提升安裝座120中換位轉軸220相背兩側的重量的均勻性。

可選地，如圖2所示，磁控管裝置還可以包括第二均重件620，第二均重件620固定於旋轉座110，且第二均重件620位於驅動軸210背離安裝座120的一側，進而使旋轉座110中轉軸的相背兩側的重量也更為接近，提升旋轉座110的平衡性能，這可以進一步防止磁控管130運動過程中產生沿驅動軸210的軸向的運動動作。對應地，第一均重件610可以通過連接件連接或焊接等方式固定在旋轉座110上，且可以根據旋轉座110中包括磁控管130的部分所在的一側的部件的總重量和理論重心等實際參數，對應確定第二均重件620的重量和安裝位置。

如上所述，搖杆330能夠隨驅動軸210的轉動而被限位於第一限位件410或第二限位件420，為了保證第一限位件410和第二限位件420二者所提供的限位效果具有較高的可靠性，可以使第一限位件410和第二限位件420均為金屬結構件，且在旋轉座110為金屬材質的情況下，可以通過焊接的方式，將第一限位件410和第二限位件420固定連接在旋轉座110上。對應地，搖杆330亦可以採用金屬等材料製成，在這種情況下，搖杆330與第一限位件410接觸時，以及搖杆330與第二限位件420接觸時均會產生較大的碰撞效果，基於此，為了減小第一限位件410和第二限位件420與搖杆330接觸時產生的衝擊載荷造成的振動，可選地，第一限位件410和第二限位件420中的至少與這朝向搖杆330的一側設有彈性緩衝件，以利用緩衝件為部件間接觸提供緩震作用。

更進一步地，第一限位件410朝向搖杆330的一側，以及第二限位件420朝向搖杆330的一側均可以設置有彈性緩衝件，或者，可以在搖杆330朝向第一限位件410以及搖杆330朝向第二限位件420的一側均設置彈性緩衝件，從而無論搖杆330與第一限位件410接觸，還是搖杆330與第二限位件420接觸時，均基本不會產生較大的碰撞作用和振動，提升濺射機構的可靠性和控制精度。具體地，彈性緩衝件可以為橡膠或樹脂等彈性材料形成的彈性緩衝墊，其可以通過粘接等方式固定安裝，彈性緩衝件的厚度等參數可以根據實際需求確定，此處不作限定。

基於上述任一實施例公開的磁控管裝置，本申請還公開一種半導體製程設備，其包括製程腔室和上述磁控管裝置，磁控管裝置的旋轉 座固定在製程腔室上，以使整個磁控管裝置與製程腔室形成可靠的裝配關係。

本申請實施例還提供一種半導體製程設備，其通過採用本申請實施例提供的上述磁控管裝置，在濺射製程過程中，可以根據所要進行的製程不同的情況下，控制磁控管沿不同直徑的圓轉動，保證對應的製程能夠正常地進行。

前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文仲介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。

110:旋轉座

120:安裝座

130:磁控管

131:旋轉軸

210:驅動軸

220:換位轉軸

310:曲柄

320:連杆

330:搖杆

340:銷軸

410:第一限位件

420:第二限位件

610:第一均重件

620:第二均重件

Claims (13)

1. 一種磁控管裝置，包括一旋轉座、一驅動軸、一換位元轉軸、一曲柄搖杆組件、一安裝座、一磁控管和一限位結構，其中，該曲柄搖杆組件包括一曲柄、一連杆和一搖杆，其中，該曲柄與該驅動軸傳動連接，該曲柄通過該連杆與該搖杆傳動連接，該搖杆與該換位轉軸傳動連接；該限位結構用於限制該搖杆的運動範圍；該驅動軸和該換位轉軸均與該旋轉座可轉動連接；該驅動軸用於與一驅動源連接；該安裝座位於該旋轉座的一側，且與該換位轉軸固定連接，該磁控管固定於該安裝座背離該旋轉座的一側，且該磁控管與該安裝座的連接處位於該換位轉軸的軸線之外；該限位結構與該旋轉座連接，用於通過限制該曲柄搖杆組件的該搖杆的運動範圍，來限制該換位轉軸相對於該旋轉座的轉動角度範圍；在該驅動軸在該驅動源的驅動下沿一第一方向轉動，且驅動該曲柄搖杆組件的該搖杆限位於該限位結構的情況下，該驅動軸驅動該旋轉座沿該第一方向轉動，且該磁控管與該安裝座的連接處與該驅動軸之間的間距為一第一間距；在該驅動軸在該驅動源的驅動下沿一第二方向轉動，且驅動該曲柄搖杆的該搖杆件的該搖杆限位於該限位結構的情況下，該驅動軸驅動該旋轉座沿該第二方向轉動，且該磁控管與該安裝座的連接處與該驅動軸之間的間距為一第二間距，該第二間距大於該第一間距，且該第二方向與該第一方向互為反方向。
2. 如請求項1所述的磁控管裝置，該驅動軸在沿該第一方向轉動的過程中，通過該曲柄和連杆帶動該搖杆 運動，直至該搖杆在該限位結構的作用下相對於該旋轉座固定不動，之後該驅動軸驅動該旋轉座沿該第一方向轉動；該驅動軸在沿該第二方向轉動的過程中，通過該曲柄和連杆帶動該搖杆運動，直至該搖杆在該限位結構的作用下相對於該旋轉座固定不動，之後該驅動軸驅動該旋轉座沿該第二方向轉動。
3. 如請求項2所述的磁控管裝置，其中該限位結構包括一第一限位件和一第二限位件，該第一限位件和該第二限位件均固定於該旋轉座朝向該安裝座的一側，且沿該換位轉軸的周向間隔設置，該搖杆位於該第一限位件和該第二限位件之間，且能夠在該第一限位件和該第二限位件之間運動；在該搖杆與該第一限位件接觸時，該換位轉軸相對於該旋轉座固定不動，以使該磁控管與該安裝座的連接處與該驅動軸之間的間距保持在該第一間距；在該搖杆與該第二限位件接觸時，該換位轉軸相對於該旋轉座固定不動，以使該磁控管與該安裝座的連接處與該驅動軸之間的間距保持在該第二間距。
4. 如請求項1至3任意一項所述的磁控管裝置，其中該驅動軸通過多個第一軸承與該旋轉座可轉動連接，多個該第一軸承沿該驅動軸的軸向分佈，且在該驅動軸的軸向上，該驅動軸和該旋轉座各自的位置均與各該第一軸承相對固定。
5. 如請求項4所述的磁控管裝置，其中各該第一軸承均為滾動軸承。
6. 如請求項4所述的磁控管裝置，其中該磁控管裝置還包括一套筒和一脹套，該套筒套設於該驅動軸上，且該套筒與該驅動軸之間具有一環形間隔，該 脹套環繞設置於該環形間隔中，用於固定該套筒和該驅動軸，該套筒與該旋轉座可轉動連接，該曲柄固定於該套筒。
7. 如請求項6所述的磁控管裝置，其中該磁控管裝置還包括一擋圈和一端蓋，該套筒的外壁設有一沉槽，該擋圈的一部分伸入該沉槽，且該擋圈的另一部分限位於該第一軸承的內圈的端面，該端蓋貼合於該第一軸承的外圈的端面，且該端蓋固定於該旋轉座。
8. 如請求項1至3任意一項所述的磁控管裝置，其中該換位轉軸通過多個第二軸承與該旋轉座可轉動連接，多個該第二軸承沿該換位轉軸的軸向分佈，且在該換位轉軸的軸向上，該換位轉軸和該旋轉座各自的位置均與各該第二軸承相對固定。
9. 如請求項8所述的磁控管裝置，其中各該第二軸承均為滾動軸承。
10. 如請求項1所述的磁控管裝置，其中該磁控管裝置還包括一第一均重件，該第一均重件固定於該安裝座，且該第一均重件位於該換位轉軸背離該磁控管的一側。
11. 如請求項1所述的磁控管裝置，其中該磁控管裝置還包括一第二均重件，該第二均重件固定於該旋轉座，且該第二均重件位於該驅動軸背離該安裝座的一側。
12. 如請求項3所述的磁控管裝置，其中該第一限位件和該第二限位件中的至少一者朝向該搖杆的一側設有彈性緩衝件。
13. 一種半導體製程設備，其中包括一製程腔室和請求項1至12任意一項所述的磁控管裝置，該磁控管裝置的旋轉座固定於該製程腔室。

Images