CN102465268A - 磁控源和磁控溅射设备、以及磁控溅射方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种磁控源，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，所述扫描机构与磁控管相连以控制所述磁控管围绕所述靶材的中心转动，且所述扫描机构以预设步长阶段性地调整所述磁控管的转动半径，其中，在每个阶段所述扫描机构控制所述磁控管的转动圈数和/或转速以在所述每个阶段对所述靶材刻蚀至预设深度。用户可以通过本发明中对磁控管运动方式的控制实现对磁控管运行轨迹的灵活控制，进而提高靶材利用率和金属离化率。

Description

磁控源和磁控溅射设备、以及磁控溅射方法

技术领域

本发明涉及微电子制造技术领域，特别涉及一种磁控源、磁控溅射设备以及磁控溅射方法。

背景技术

磁控溅射技术广泛地应用于集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能及LED等领域。所谓溅射是指利用荷能粒子(例如氩离子)轰击固体表面，从而引起表面各种粒子，如原子、分子或团束从该物体表面逸出的现象。如图1所示，为现有磁控溅射设备的示意图。该磁控溅射设备包括高真空工艺腔的腔体1、位于所述腔体1之内的用以承载晶片的静电卡盘9和抽气口10。其中，腔体1由腔室主体2和适配器(adaptor)8组成，其中，腔室主体2由底座和周壁构成。在高真空工艺腔1之上设有被溅射的靶材3、以及隔离部件4构成的密封腔室，密封腔室和靶材3之间充满去离子水7，其中，该隔离部件4采用绝缘材料构成，例如石英等，其使去离子水7与其他部件绝缘。磁控管6设置在密封腔室内，且磁控管6在电机5的作用下做高速的转动。

在该磁控溅射设备中，等离子体产生于密封腔室中。等离子体的正离子被阴极负电所吸引，轰击密封腔室中的靶材3，撞出靶材3的原子，并沉积到晶片上。在非反应溅射的情况下，气体是惰性气体，例如氩气。在反应溅射中，则可采用反应气体和惰性气体一起使用。

随着半导体技术的不断发展，超大规模集成电路目前都以Cu互连为主。主要是因为铜具有较低的电阻率、较低的电子迁移率的优势。伴随着半导体芯片的进一步集成化，对于铜互连沟壑与通孔镀膜深宽比要求变得的越来越大，PVD设备开始向IPVD(Ionized-PVD)发展，IPVD的技术特点是要求对溅射金属的离化率高，离化后的金属离子，可以通过外部再增加电场与磁场技术进行方向导引，这样可以实现高深宽比的沟壑填充，并满足填充的一致性。得到高离化率的方法之一是采用一个小型但是强力的磁控管，作用于一个靶材的小的区域上，这样可以在单位面积上产生较高的功率密度，这样可以增加金属的离化率，离化了的金属可以在静电卡盘上加载的电压的吸引下较准直的运动，同样可以在腔室周壁上加上变磁场，使离子流发生方向改变，实现对通孔侧壁填充的一致性，从而提高通孔的填充效果。

然而由于溅射靶材比较昂贵，因此小型的磁控管又带来一个技术问题：如何使磁控管的运行轨迹合理的覆盖整个靶面，在得到理想的均匀的靶材刻蚀效果的同时，还能够提高靶材利用率。目前普遍采用的方案是将磁控管的扫描机构的轨迹设计为定轨迹，而这种定轨迹运动模式对靶面的覆盖并不均匀，磁控管重复经过较多的地方刻蚀较快，而其它地方则刻蚀较慢。这样当靶材的刻蚀较快之处到达靶材最底端时，就会使得整个靶材报废。因此本领域的技术人员面临的问题就是如何提高靶材的利用率，提高金属离化率。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决靶材的利用率和金属离化率低的问题。

为达到上述目的，本发明一方面提出一种磁控源，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，所述扫描机构与磁控管相连以控制所述磁控管围绕所述靶材的中心转动，且所述扫描机构以预设步长阶段性地调整所述磁控管的转动半径，其中，在每个阶段所述扫描机构控制所述磁控管的转动圈数和/或转速以在所述每个阶段对所述靶材刻蚀至预设深度。

在本发明的一个实施例中，所述扫描机构包括：第一电机；第二电机；第一连杆组件，所述第一电机控制所述第一连杆组件转动，所述第一连杆组件与所述磁控管相连，且所述第一连杆组件的长度可伸缩；第二连杆组件，所述第二电机控制所述第二连杆组件转动，所述第二连杆组件与所述磁控管相连，且所述第二连杆组件的长度可伸缩；控制器，所述控制器与所述第一电机和第二电机相连以分别控制所述第一电机和第二电机的转速，且通过对所述第一电机和第二电机之间的加速度差调整所述磁控管的转动半径。

在本发明的一个实施例中，其中，所述第一电机和第二电机分别通过同轴心的内轴和外轴与所述第一连杆组件和第二连杆组件相连，且所述内轴和所述外轴可独立地转动。

在本发明的一个实施例中，其中，所述内轴的长度大于所述外轴的长度以使所述第一连杆组件低于所述第二连杆组件，且所述第一连杆组件和第二连杆组件向下倾斜以使所述磁控管的高度低于所述第一连杆组件。

在本发明的一个实施例中，其中，所述第一连杆组件包括：第一连杆，所述第一连杆与所述内轴相连；和第二连杆，所述第二连杆的一端与所述第一连杆可枢转地相连，且所述第二连杆的另一端与所述磁控管相连；所述第二连杆组件包括：第三连杆，所述第三连杆与所述外轴相连；和第四连杆，所述第四连杆的一端与所述第三连杆可枢转地相连，且所述第四连杆的另一端与所述磁控管相连。

在本发明的一个实施例中，其中，当所述控制器增加所述磁控管的转动半径时，所述控制器根据所述预设步长控制所述第一电机和所述第二电机的转速以减小所述第一连杆和第三连杆之间的夹角；或者，当所述控制器减小所述磁控管的转动半径时，所述控制器根据所述预设步长控制所述第一电机和所述第二电机的转速以增大所述第一连杆和第三连杆之间的夹角。

在本发明的一个实施例中，所述扫描机构还包括：配重块，所述配重块的重量与所述磁控管的重量相同；第三连杆组件，所述第三连杆组件与所述内轴相连，所述第三连杆组件与所述第一连杆组件的结构相同，且所述第三连杆组件与所述配重块相连；和第四连杆组件，所述第四连杆组件与所述外轴相连，所述第四连杆组件与所述第二连杆组件的结构相同，且所述第四连杆组件与所述配重块相连。

在上述实施例中，所述磁控管可为肾形磁控管。

本发明另一方面还提出了一种磁控溅射设备，包括：腔体；抽气口，通过所述抽气口对所述腔体抽真空；静电卡盘，所述静电卡盘设置在所述腔体中用于承载晶片；磁控源，所述磁控源为根据以上所述的磁控源；和隔离部件；其中，所述磁控源的靶材设置在所述腔体上部，且所述隔离部件设置在靶材之上以与所述靶材限定出适于容纳去离子水的密封腔室。

本发明再一方面还提出了一种磁控溅射方法，包括以下步骤：以第一转动半径和第一转速控制磁控管在靶材之上转动以在所述靶材中刻蚀出第一环形；根据所述第一转速和所述磁控管在所述第一环形中的转动圈数判断所述第一环形中的靶材是否被刻蚀至预设深度；如果判断所述第一环形中的靶材被刻蚀至所述预设深度，则根据预设步长将所述磁控管的转动半径调整为第二转动半径以在所述靶材中刻蚀出第二环形；调整所述磁控管在第二环形中的转速和/或转动圈数以将所述第二环形中的靶材刻蚀至所述预设深度；和继续根据所述预设步长阶段性地调整所述磁控管的转动半径，其中，在每个阶段控制所述磁控管的转动圈数和/或转速以在每个阶段对所述靶材刻蚀至预设深度。

在本发明的一个实施例中，其中，当阶段性地减小所述磁控管的转动半径时，控制所述磁控管的转速不变，并根据所述预设步长减少所述磁控管在每个阶段的转动圈数；或者，当阶段性地增加所述磁控管的转动半径时，控制所述磁控管的转速不变，并根据所述预设步长增加所述磁控管在每个阶段的转动圈数。

在本发明的一个实施例中，其中，当阶段性地减小所述磁控管的转动半径时，控制所述磁控管在每个阶段的转动圈数不变，并根据所述预设步长增加所述磁控管在每个阶段的转速；或者，当阶段性地增加所述磁控管的转动半径时，控制所述磁控管在每个阶段的转动圈数不变，并根据所述预设步长减少所述磁控管在每个阶段的转速。

在上述实施例中，所述磁控管可为肾形磁控管。

本发明再一方面还提出了一种使用磁控源进行磁控溅射方法，所述磁控源包括靶材、位于所述靶材之上的磁控管、与所述磁控管相连的长度可伸缩的第一连杆组件和第二连杆组件、分别与所述第一连杆组件和第二连杆组件相连的第一电机和第二电机、以及控制所述第一电机和第二电机的控制器，所述方法包括以下步骤：所述控制器通过所述第一电机与第二电机调整所述第一连杆组件和第二连杆组件之间的夹角以使所述磁控管以第一转动半径和第一转速在所述靶材之上转动以在所述靶材中刻蚀出第一环形；所述控制器根据所述第一转速和所述磁控管在所述第一环形中的转动圈数判断所述第一环形中的靶材是否被刻蚀至预设深度；和如果判断所述第一环形中的靶材被刻蚀至所述预设深度，则所述控制器根据预设步长调整所述第一电机和第二电机之间的加速度差以将所述磁控管的转动半径调整为第二转动半径，且在调整为所述第二转动半径之后所述控制器控制所述第一电机和第二电机的转速均为第二转速。

在本发明的一个实施例中，还包括：所述控制器根据所述第二转速和所述磁控管在所述第二环形中的转动圈数判断所述第二环形中的靶材是否被刻蚀至预设深度；如果判断所述第二环形中的靶材被刻蚀至所述预设深度，则所述控制器继续根据所述预设步长阶段性地调整所述第一电机和第二电机之间的加速度差以调整所述磁控管的转动半径，其中，在每个阶段控制所述磁控管的转动圈数和/或转速以在每个阶段对所述靶材刻蚀至预设深度。

在本发明的一个实施例中，其中：当阶段性地减小所述磁控管的转动半径时，所述控制器控制所述磁控管的转速不变，并根据所述预设步长减少所述第一电机和第二电机在每个阶段的转动圈数；或者，当阶段性地增加所述磁控管的转动半径时，所述控制器控制所述磁控管的转速不变，并根据所述预设步长增加所述第一电机和第二电机在每个阶段的转动圈数。

在本发明的一个实施例中，其中：当阶段性地减小所述磁控管的转动半径时，所述控制器控制所述磁控管在每个阶段的转动圈数不变，并根据所述预设步长增加所述第一电机和第二电机在每个阶段的转速；或者，当阶段性地增加所述磁控管的转动半径时，所述控制器控制所述磁控管在每个阶段的转动圈数不变，并根据所述预设步长增加所述第一电机和第二电机在每个阶段的转速。

在上述实施例中，所述磁控管可为肾形磁控管。

用户可以通过本发明中对磁控管运动方式的控制实现对磁控管运行轨迹的灵活控制，进而提高靶材利用率和金属离化率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有磁控溅射设备的示意图；

图2为本发明实施例的磁控溅射方法流程图；

图3为本发明实施例的磁控溅射方法的示意图；

图4为本发明实施例的磁控源的结构图；

图5和6分别为本发明一个具体实施例的磁控源的侧视图和俯视图；

图7为本发明一个实施例的磁控源进行溅射的示意图；

图8为本发明实施例的加入配重的示意图；

图9为本发明实施例的肾形磁控管示意图；

图10为本发明实施例的使用上述磁控源进行磁控溅射的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

相对于现有技术来讲，本发明提出了一种磁控溅射方法，该方法通过阶段性地控制磁控管的转动半径的变化，可以使得磁控管能够全面地覆盖靶材，并且在每个阶段控制磁控管的转动圈数和/或转速，从而使得在每个阶段对靶材刻蚀至预设深度，因此可以极大地提高了靶材的利用率和金属离化率。

如图2所示，为本发明实施例的磁控溅射方法流程图，包括以下步骤：

步骤S201，以第一转动半径和第一转速控制磁控管在靶材之上转动以在靶材中刻蚀出第一环形。为了便于理解本发明，以下结合具体的例子进行描述，如图3所示，为本发明实施例的磁控溅射方法的示意图。需要说明的是，该示意图是阶段性地控制磁控管从靶材的外侧向内侧移动的例子，但也可以从内侧向外侧移动，或者从靶材之上的任一位置向其他方向移动，这些均应包含在本发明的保护范围之内。如图3，靶材100具有半径r，磁控管200在靶材100之上转动，其转动方向如图所示。首先，如图3中虚线所示，控制磁控管200以(r-d)为转动半径转动，从而在靶材100之上形成宽约为d的第一环形300，其中，d需要根据磁控管200的形状根据实验进行确定，一般来说d要小于磁控管200的有效直径。

步骤S202，根据磁控管200的第一转速和磁控管200在第一环形300中的转动圈数判断第一环形300中的靶材是否被刻蚀至预设深度。如果判断第一环形300中的靶材没有被刻蚀至预设深度，则继续控制磁控管200在第一环形300中转动。需要说明的是，该预设深度可自由设置，其与磁控管200的控制方式相关，例如，如果将预设深度设为接近于靶材100的报废深度，则磁控管200可从内侧向外侧移动，或者从外侧向内侧移动一次即可，反之，如果预设深度值不是很高，则可控制磁控管200在内侧和外侧之间反复进行移动，当然以上仅是简单举例，本领域技术人员可以根据本发明进行其他类似的控制方式，这些均应包含在本发明的保护范围之内。

步骤S203，如果判断第一环形300中的靶材被刻蚀至预设深度，则根据预设步长将磁控管的转动半径调整为第二转动半径，从而控制磁控管200以第二转速在靶材100中刻蚀出第二环形(图中未示出)。

步骤S204，调整磁控管200在第二环形中的转速和/或转动圈数以将第二环形中的靶材刻蚀至预设深度，该预设深度可以与步骤S202中的预设深度相同。

步骤S205，继续根据预设步长阶段性地调整磁控管200的转动半径，其中，需要在每个阶段控制磁控管200的转动圈数和/或转速，从而确保在每个阶段对靶材200刻蚀至预设深度。

在本发明的一个实施例中，为了保证每个阶段对靶材200刻蚀至预设深度，需要对磁控管200的转动圈数和/或转速进行控制。

具体地，在控制磁控管200转速不变的情况下，可以调节磁控管200的转动圈数，当控制磁控管200从外侧向内侧移动时，即阶段性地减小磁控管200的转动半径时，由于外道直径大，磁控管200的线速度大，因此从外侧向内侧移动之后，需要根据预设步长减少磁控管200在每个阶段的转动圈数，设外圈的转动圈数为n，则其内一圈的转动圈数为

反之，当阶段性地增加磁控管200的转动半径时，根据预设步长增加磁控管200在每个阶段的转动圈数。当然在控制磁控管200转动圈数不变的情况下，还可以调节磁控管200的转速，例如当阶段性地减小磁控管200的转动半径时，根据预设步长增加磁控管200在每个阶段的转速，设外圈的转速为ω，则其内一圈的转速为

反之，当阶段性地增加磁控管200的转动半径时，根据预设步长减少磁控管200在每个阶段的转速。当然本领域技术人员还可同时对转动圈数和转速进行调整，从而达到刻蚀相同预设深度的目的，在此不再赘述。

如图4所示，为本发明实施例的磁控源的结构图。该磁控源包括靶材1100、位于靶材1100上方的磁控管1200和扫描机构1300，其中，扫描机构1300与磁控管1200相连以控制磁控管1200围绕靶材1100的中心转动，且扫描机构1300以预设步长阶段性地调整磁控管1200的转动半径，其中，在每个阶段扫描机构1300控制磁控管1200的转动圈数和/或转速以在每个阶段对靶材1100刻蚀至预设深度。在本发明中，所谓阶段性地调整是指，扫描机构1300控制磁控管1200以某个半径进行转动以在靶材1100之上形成一个环形，并且在该环形中的靶材被刻蚀至预定深度之后，扫描机构1300调整磁控管1200的转动半径以进入下一个阶段，例如沿着靶材的径向向内或向外移动磁控管1200，因此在本发明中将磁控管1200在每个环形中的扫描称为一个阶段。这样通过对磁控管1200的阶段性调整使得磁控管1200的转动半径可以沿着靶材1100的径向不断的变化，从而能够完全地覆盖靶材1100。

上述扫描机构1300对磁控管1200的控制具体可参照图2所示的方法，以下就以具体实施例的方式对上述扫描机构进行描述，但是需要说明的是以下实施例仅为实现本发明的一种优选方式，本领域技术人员可参照上述思想对本发明的以下实施例进行等同的修改或变化，这些均应包含在本发明的保护范围之内。

如图5和6所示，分别为本发明一个具体实施例的磁控源的侧视图和俯视图。其中，该磁控源包括磁控管2100、第一电机2200、第二电机2300、隔离部件2400和控制第一电机2200和第二电机2300转速的控制器(未示出)。其中，控制器与第一电机2200和第二电机2300相连以分别控制第一电机2200和第二电机2300的转速，且通过对第一电机2200和第二电机2300之间的加速度差调整磁控管2100的转动半径，从而对磁控管2100的转动半径进行阶段性地调整。其中，隔离部件2400容纳有去离子水和磁控管2100。以及容纳在隔离部件2400中的第一连杆组件和第二连杆组件。在本发明的优选实施例中，为了获得高的控制精度，可以采用高精度伺服电机作为第一电机2200和第二电机2300。

在本发明的一个实施例中，第一电机2200和第二电机2300通过连轴2500分别与第一连杆组件和第二连杆组件相连。具体地，连轴2500包括同轴心的内轴和外轴，其中，内轴和外轴可独立地转动。在本发明的实施例中，第一电机2200通过内轴与第一连杆组件相连，第二电机2300通过外轴与第二连杆组件相连，这样第一电机2200和第二电机2300就可分别独立地与第一连杆组件和第二连杆组件相连。

在本发明的一个实施例中，第一电机2200通过内轴控制第一连杆组件的转动，第一连杆组件与磁控管2100相连，且第一连杆组件的长度可伸缩。同样，第二电机2300通过外轴控制第二连杆组件的转动，第二连杆组件与磁控管2100相连，且第二连杆组件的长度可伸缩。其中，可以有多种方式控制第一连杆组件和第二连杆组件的长度伸缩。更为具体地，在本发明的实施例中，第二连杆组件包括第一连杆2600和第二连杆2700，其中，第一连杆2600与内轴相连，第二连杆2700的一端与第一连杆2600可枢转地相连，且第二连杆2700的另一端与磁控管2100相连。第一连杆组件包括第三连杆2800和第四连杆2900。其中，第三连杆2800与外轴相连，第四连杆2900的一端与第三连杆2800可枢转地相连，且第四连杆2900的另一端与磁控管2100相连。其中，第一连杆2600和第三连杆2800等长，第二连杆2700和第四连杆2900等长。这样根据蛙腿机械手的运动原理，当第一连杆2600和第三连杆2800相向运动时，第一连杆2600和第三连杆2800之间的夹角变小，则增加磁控管2100的转动半径，使得磁控管2100溅射靶材的外围；反之，当第一连杆2600和第三连杆2800相反运动时，第一连杆2600和第三连杆2800之间的夹角变大，则减少磁控管2100的转动半径，使得磁控管2100溅射靶材的内圈。在本发明实施例中，第一连杆2600和第二连杆2700的长度之和约为靶材的半径，这样就可以使得磁控管2100外沿到达靶材的边沿。

另外，在本发明的优选实施例中，内轴的长度大于外轴的长度以使第一连杆组件低于第二连杆组件，且第一连杆组件和第二连杆组件向下倾斜以使磁控管2100的高度低于第一连杆组件的高度，即低于内轴。这样，就可以使磁控管2100回缩时能够溅射到靶材的中心区域，从而进一步增大靶材的利用率。

本发明通过对第一电机2200和第二电机2300的转速控制，不仅可以实现在靶材平面上复杂的磁控管运行轨迹控制，另外还可使其覆盖整个靶材平面，从而提高靶材利用率。

在本发明的一个实施例中，当控制器增加磁控管2100的转动半径时，控制器根据预设步长控制第一电机2200和第二电机2300的转速以减小第一连杆2600和第三连杆2800之间的夹角。或者，当控制器减小磁控管2100的转动半径时，控制器根据预设步长控制第一电机2200和第二电机2300的转速以增大第一连杆2600和第三连杆2800之间的夹角。

如图7所示，为本发明一个实施例的磁控源进行溅射的示意图。假设靶材3000的半径为r，第一连杆2600和第三连杆2800的长度为L1，第二连杆2700和第四连杆2900的长度为L2，开始时第一连杆2600和第三连杆2800相对运动使得磁控管达到靶材的最外沿，如图中虚线所示。之后，第一电机2200和第二电机2300分别控制第三连杆2800和第一连杆2600均以转速ω(如50r/min)转动，可在靶材3000的最外圈产生宽约为d的环形4000，若干圈之后(设为n圈)将环形4000中靶材刻蚀至预设深度。接着，控制器控制第一电机2200和第二电机2300之间的加速度差，使得第三连杆2800和第一连杆2600之间的角度增大从而使得磁控管2100开始向后收缩，其中，在本发明的一个实施例中，收缩距离等于环形4000的宽度。具体为，第二电机2300带动第一连杆2600，第一电机2200带动第三连杆2800同时开始加速，并均加速至ω’，其中，第一电机2200的加速度应低于第二电机2300的加速度，设第一电机2200和第二电机2300的加速度分别为α1和α2，从而使第一连杆2600和第三连杆2800拉开角度θ，进而使磁控管2100回缩d。

这样，根据以下公式就可计算使得磁控管2100回缩d所需的第一连杆2600和第三连杆2800之间的角度θ。假设在使得磁控管2100回缩d之后，磁控管2100在该环形中转动的圈数不变，则由于外道直径大，磁控管2100线速度大，因此需要增大转速。同时假设第一电机2200和第二电机2300中任意一个加速度已知，例如假设第一电机2200的加速度α1已知，且参数d、L1、L2和r均为已知，因此通过以下公式就可计算第二电机2300的加速度α2、角度θ和磁控管2100回缩后的转速ω’：

$\mathrm{\θ}=\frac{{(w-w^{\′})}^2}{{2\mathrm{\α}}_2}-\frac{{(w-w^{\′})}^2}{{2\mathrm{\α}}_1};$

$w^{\′}=\frac{w(2r-d)}{(2r-3d)};$

$d=(L_1+L_2)-\sqrt{{L_2}^2-{\left(L_1\sin \left(0.5\mathrm{\θ}\right)\right)}^2+L_1\cos \left(0.5\mathrm{\θ}\right)}.$

据此，在本发明实施例中，在靶材及磁控管的不断工作过程中，可以阶段性地由靶材的外侧往内侧调整磁控管的转动半径，每向内前进一次则加速一次，直至到最里。在其他实施例中，在将磁控管调整至靶材的中心区域之后，还可以从内侧再逐次向外侧调整。在本发明另外的实施例中，还可以先从内侧向外侧调整，之后再从外侧向内侧调整等等，这些均应包含在本发明的保护范围之内。

在本发明的另一个实施例中，也可以一直保持一个电机的转速不变，通过调整另一个电机的转速来控制第一连杆2600和第三连杆2800之间的角度θ。

另外，在本发明的一个实施例中，也可以保持磁控管在每个环形中的转速不变，这样为了达到预设的刻蚀深度，此时就要对在每个环形中的转动圈数进行调整。例如，在磁控管从外侧至内侧的过程中逐渐减少在每个环形上的转数，假设最外一圈转数为n，则其内一圈转数为

反之在从内侧至外侧的过程中可以逐渐增加转数。其中，在本发明的优选实施例中，r与d的关系为整倍数为宜。

在本发明的一个实施例中，如图8所示，为本发明实施例的加入配重的示意图。该磁控源还可包括配重块5000、分别与连轴2500和配重块5000相连的第三连杆组件和第四连杆组件。其中，配重块5000的重量与磁控管2100的重量相同，从而改善磁控源两端的重力平衡。第三连杆组件与内轴相连，其中，第三连杆组件与第一连杆组件的结构相同。第四连杆组件与外轴相连，其中，第四连杆组件与第二连杆组件的结构相同。例如，第三连杆组件包括第五连杆5100和第六连杆5200，其中，第五连杆5100与内轴相连，且其与第一连杆2600相对于内轴对称，第六连杆5200与配重块5000相连，且第六连杆5200与第二连杆2700相同；第四连杆组件包括第七连杆5300和第八连杆5400，其中，第七连杆5300与外轴相连，且其与第三连杆2800相对于外轴对称，第八连杆5400与配重块5000相连，且第八连杆5400与第四连杆2900相同。

在本发明的一个实施例中，磁控管可为各种形状的磁控管，但优选为如图9所示的肾形磁控管，从而能够得到更为均匀的刻蚀沟道。

如图10所示，为本发明实施例的使用上述磁控源进行磁控溅射的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S1001，控制器通过第一电机2200与第二电机2300调整第一连杆组件和第二连杆组件之间的夹角，即第一连杆2600与第三连杆2800之间的夹角，以使磁控管2100以第一转动半径和第一转速在靶材之上转动，从而在靶材中刻蚀出第一环形。

步骤S1002，控制器根据第一转速和磁控管2100在第一环形中的转动圈数判断第一环形中的靶材是否被刻蚀至预设深度。如果判断第一环形中的靶材未被刻蚀至预设深度，则控制磁控管2100继续在第一环形中转动。

步骤S1003，如果判断第一环形中的靶材被刻蚀至预设深度，则控制器根据预设步长调整第一电机2200和第二电机2300之间的加速度差以将磁控管2100的转动半径调整为第二转动半径，且在调整为第二转动半径之后控制器控制第一电机2200和第二电机2300的转速均为第二转速。

步骤S1004，控制器根据第二转速和磁控管2100在第二环形中的转动圈数判断第二环形中的靶材是否被刻蚀至预设深度。

步骤S1005，如果判断第二环形中的靶材被刻蚀至预设深度，则控制器继续根据预设步长阶段性地调整第一电机2200和第二电机2300之间的加速度差以调整磁控管2100的转动半径，其中，在每个阶段控制磁控管2100的转动圈数和/或转速以在每个阶段对所述靶材刻蚀至预设深度。

在本发明的一个实施例中，当阶段性地减小磁控管2100的转动半径时，控制器控制磁控管2100的转速不变，并根据预设步长减少第一电机2200和第二电机2300在每个阶段的转动圈数；或者，当阶段性地增加磁控管2100的转动半径时，控制器控制磁控管2100的转速不变，并根据预设步长增加第一电机2200和第二电机2300在每个阶段的转动圈数。

在本发明的另一个实施例中，当阶段性地减小磁控管2100的转动半径时，控制器控制磁控管2100在每个阶段的转动圈数不变，并根据预设步长增加第一电机2200和第二电机2300在每个阶段的转速；或者，当阶段性地增加磁控管2100的转动半径时，控制器控制磁控管2100在每个阶段的转动圈数不变，并根据预设步长减小第一电机2200和第二电机2300在每个阶段的转速。

本发明另一方面还提出了一种磁控溅射设备，包括：腔体；抽气口，通过所述抽气口对所述腔体抽真空；静电卡盘，所述静电卡盘设置在所述腔体中用于承载晶片；磁控源，所述磁控源为根据以上所述的磁控源；和隔离部件；其中，所述磁控源的靶材设置在所述腔体上部，且所述隔离部件设置在靶材之上以与所述靶材限定出适于容纳去离子水的密封腔室。

用户可以通过本发明中对磁控管运动方式的控制实现对磁控管运行轨迹的灵活控制，进而提高靶材利用率和金属离化率。从理论上来讲，本发明对靶材的利用率可以接近100％。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (18)

1.一种磁控源，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，所述扫描机构与磁控管相连以控制所述磁控管围绕所述靶材的中心转动，且所述扫描机构以预设步长阶段性地调整所述磁控管的转动半径，其中，在每个阶段所述扫描机构控制所述磁控管的转动圈数和/或转速以在所述每个阶段对所述靶材刻蚀至预设深度。

2.如权利要求1所述的磁控源，其特征在于，所述扫描机构包括：

第一电机；

第二电机；

第一连杆组件，所述第一电机控制所述第一连杆组件转动，所述第一连杆组件与所述磁控管相连，且所述第一连杆组件的长度可伸缩；

第二连杆组件，所述第二电机控制所述第二连杆组件转动，所述第二连杆组件与所述磁控管相连，且所述第二连杆组件的长度可伸缩；和

控制器，所述控制器与所述第一电机和第二电机相连以分别控制所述第一电机和第二电机的转速，且通过对所述第一电机和第二电机之间的加速度差调整所述磁控管的转动半径。

3.如权利要求2所述的磁控源，其特征在于，其中，

所述第一电机和第二电机分别通过同轴心的内轴和外轴与所述第一连杆组件和第二连杆组件相连，且所述内轴和所述外轴可独立地转动。

4.如权利要求3所述的磁控源，其特征在于，其中，

所述内轴的长度大于所述外轴的长度以使所述第一连杆组件的高度低于所述第二连杆组件的高度，且所述第一连杆组件和第二连杆组件向下倾斜以使所述磁控管的高度低于所述第一连杆组件的高度。

5.如权利要求3所述的磁控源，其特征在于，其中，

所述第一连杆组件包括：

第一连杆，所述第一连杆与所述内轴相连；

第二连杆，所述第二连杆的一端与所述第一连杆可枢转地相连，且所述第二连杆的另一端与所述磁控管相连；

所述第二连杆组件包括：

第三连杆，所述第三连杆与所述外轴相连；

第四连杆，所述第四连杆的一端与所述第三连杆可枢转地相连，且所述第四连杆的另一端与所述磁控管相连。

6.如权利要求5所述的磁控源，其特征在于，其中，

当所述控制器增加所述磁控管的转动半径时，所述控制器根据所述预设步长控制所述第一电机和所述第二电机的转速以减小所述第一连杆和第三连杆之间的夹角；

或者，当所述控制器减小所述磁控管的转动半径时，所述控制器根据所述预设步长控制所述第一电机和所述第二电机的转速以增大所述第一连杆和第三连杆之间的夹角。

7.如权利要求3所述的磁控源，其特征在于，所述扫描机构还包括：

配重块，所述配重块的重量与所述磁控管的重量相同；

第三连杆组件，所述第三连杆组件与所述内轴相连，所述第三连杆组件与所述第一连杆组件的结构相同，且所述第三连杆组件与所述配重块相连；和

第四连杆组件，所述第四连杆组件与所述外轴相连，所述第四连杆组件与所述第二连杆组件的结构相同，且所述第四连杆组件与所述配重块相连。

8.如权利要求1-7任一项所述的磁控源，其特征在于，所述磁控管为肾形磁控管。

9.一种磁控溅射设备，其特征在于，包括：

腔体；

抽气口，通过所述抽气口对所述腔体抽真空；

静电卡盘，所述静电卡盘设置在所述腔体中用于承载晶片；

磁控源，所述磁控源为根据权利要求1-8任一项所述的磁控源；和

隔离部件；

其中，所述磁控源的靶材设置在所述腔体上部，且所述隔离部件设置在靶材之上以与所述靶材限定出适于容纳去离子水的密封腔室。

10.一种磁控溅射方法，其特征在于，包括以下步骤：

以第一转动半径和第一转速控制磁控管在靶材之上转动以在所述靶材中刻蚀出第一环形；

根据所述第一转速和所述磁控管在所述第一环形中的转动圈数判断所述第一环形中的靶材是否被刻蚀至预设深度；

如果判断所述第一环形中的靶材被刻蚀至所述预设深度，则根据预设步长将所述磁控管的转动半径调整为第二转动半径以在所述靶材中刻蚀出第二环形；

调整所述磁控管在第二环形中的转速和/或转动圈数以将所述第二环形中的靶材刻蚀至所述预设深度；和

继续根据所述预设步长阶段性地调整所述磁控管的转动半径，其中，在每个阶段控制所述磁控管的转动圈数和/或转速以在每个阶段对所述靶材刻蚀至预设深度。

11.如权利要求10所述的磁控溅射方法，其特征在于，其中，

当阶段性地减小所述磁控管的转动半径时，控制所述磁控管的转速不变，并根据所述预设步长减少所述磁控管在每个阶段的转动圈数；

或者，当阶段性地增加所述磁控管的转动半径时，控制所述磁控管的转速不变，并根据所述预设步长增加所述磁控管在每个阶段的转动圈数。

12.如权利要求10所述的磁控溅射方法，其特征在于，其中，

当阶段性地减小所述磁控管的转动半径时，控制所述磁控管在每个阶段的转动圈数不变，并根据所述预设步长增加所述磁控管在每个阶段的转速；

或者，当阶段性地增加所述磁控管的转动半径时，控制所述磁控管在每个阶段的转动圈数不变，并根据所述预设步长减少所述磁控管在每个阶段的转速。

13.如权利要求10-12任一项所述的磁控溅射方法，其特征在于，所述磁控管为肾形磁控管。

14.一种使用磁控源进行磁控溅射方法，其特征在于，所述磁控源包括靶材、位于所述靶材之上的磁控管、与所述磁控管相连的长度可伸缩的第一连杆组件和第二连杆组件、分别与所述第一连杆组件和第二连杆组件相连的第一电机和第二电机、以及控制所述第一电机和第二电机的控制器，所述方法包括以下步骤：

所述控制器通过所述第一电机与第二电机调整所述第一连杆组件和第二连杆组件之间的夹角以使所述磁控管以第一转动半径和第一转速在所述靶材之上转动以在所述靶材中刻蚀出第一环形；

所述控制器根据所述第一转速和所述磁控管在所述第一环形中的转动圈数判断所述第一环形中的靶材是否被刻蚀至预设深度；和

如果判断所述第一环形中的靶材被刻蚀至所述预设深度，则所述控制器根据预设步长调整所述第一电机和第二电机之间的加速度差以将所述磁控管的转动半径调整为第二转动半径，且在调整为所述第二转动半径之后所述控制器控制所述第一电机和第二电机的转速均为第二转速。

15.如权利要求14所述的使用磁控源进行磁控溅射方法，其特征在于，还包括：

所述控制器根据所述第二转速和所述磁控管在所述第二环形中的转动圈数判断所述第二环形中的靶材是否被刻蚀至预设深度；和

如果判断所述第二环形中的靶材被刻蚀至所述预设深度，则所述控制器继续根据所述预设步长阶段性地调整所述第一电机和第二电机之间的加速度差以调整所述磁控管的转动半径，其中，在每个阶段控制所述磁控管的转动圈数和/或转速以在每个阶段对所述靶材刻蚀至预设深度。

16.如权利要求14或15所述的使用磁控源进行磁控溅射方法，其特征在于，其中：

当阶段性地减小所述磁控管的转动半径时，所述控制器控制所述磁控管的转速不变，并根据所述预设步长减少所述第一电机和第二电机在每个阶段的转动圈数；

或者，当阶段性地增加所述磁控管的转动半径时，所述控制器控制所述磁控管的转速不变，并根据所述预设步长增加所述第一电机和第二电机在每个阶段的转动圈数。

17.如权利要求14或15所述的使用磁控源进行磁控溅射方法，其特征在于，其中：

当阶段性地减小所述磁控管的转动半径时，所述控制器控制所述磁控管在每个阶段的转动圈数不变，并根据所述预设步长增加所述第一电机和第二电机在每个阶段的转速；

或者，当阶段性地增加所述磁控管的转动半径时，所述控制器控制所述磁控管在每个阶段的转动圈数不变，并根据所述预设步长减少所述第一电机和第二电机在每个阶段的转速。

18.如权利要求14或15所述的使用磁控源进行磁控溅射方法，其特征在于，所述磁控管为肾形磁控管。

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