CN102737928B - 磁极组件及具有它的磁控管、溅射室装置和基片处理设备 - Google Patents

Abstract

一种磁极组件、具有它的磁控管、溅射室装置和基片处理设备。磁极组件包括：间隔地排列的多个磁铁；和分别安装在多个磁铁的第一端以将所述多个磁铁依次连接起来的多个磁极件，其中每个磁极件相对于与其相连的所述磁铁可转动且相邻的所述磁极件彼此相对可转动。根据本发明的磁极组件，由于每个所述磁极件相对于与其相连的磁铁可转动且相邻的所述磁极件彼此相对可转动，因此可以方便地改变形状，从而在将其分别作为内磁极组件和外磁极组件安装在磁轭上以组装磁控管时，可以通过与磁轭的配合能够实现方便地改变磁控管的形状以优化靶材的刻蚀效果，而无需重新设计磁控管。

Description

磁极组件及具有它的磁控管、溅射室装置和基片处理设备

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造设备，尤其涉及磁极组件及具有它的磁控管、溅射室装置和基片处理装置。

背景技术

在半导体集成电路制造过程中，磁控溅射技术是被用于沉积许多种不同的金属层及相关材料层。磁控溅射技术的特点是在靶材的背部设置磁控管以提供穿过靶材的磁场，以在靶材面向真空腔室的一面形成磁场分布。在靶材的表面内磁极以及外磁极之间散布的磁场可以迫使等离子中的电子按照一定的轨道运动，而磁控管所控的电子的轨道不仅会影响不同位置的靶材的侵蚀速率，影响靶材的寿命，而且还会影响薄膜的沉积的均匀性。

随着集成电路的复杂化，需要通过磁控溅射工艺沉积的部位具有5∶1甚至更大的深宽比。将金属材料溅射到高深宽比的通孔时，由于晶片与中小尺寸的靶材之间的有限间隔所引发的几何效应，以及等离子体倾向于扩散到磁场低的中央区域的缘故，因此在没有对晶片施加偏压的情况下，会造成晶片中心处会有较多的沉积，且边缘的沉积均匀性以及侧壁覆盖率难以达到要求。

为此，在设计磁控管时需要使其在接近靶材边缘处能得到更大的磁通量，以通过使靶材边缘处刻蚀较多来平衡边缘区域沉积的均匀性。现有技术采用是一种肾形磁控管，如图6所示。该肾形磁控管具有沿中心旋转的不对称性。等离子体闭合路径在极性相反的内磁极10’和外磁极20’的间隔区域A中形成，并且肾形轨道可以穿过旋转轴，旋转中心为图中所示O位置。虽然可以通过多次计算优化来改变内外磁极间距、同一磁极内磁极组件间距、轨道个数等以改善沉积的均匀性，但现有技术的磁控管在应用中存在下述问题：由于磁控管的形状、内外磁极间隔、同一磁极内磁铁组件间距均为固定，从而造成磁控管在靶材表面的磁场强度分布固定，因此对不同的靶材(包括形状、尺寸等的不同)进行刻蚀时，如果未达到预期或理想的靶材腐蚀均匀性和靶材利用率，则需要重新设计或更改磁控管。无法方便地进行调整。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种磁控管的磁极组件，该磁极组件中能够方便地改变形状以形成不同形状的磁控管。

本发明的另一个目的在于提出一种具有该磁极组件的磁控管。

本发明的再一个目的在于提出一种溅射室装置。

本发明的又一个目的在于提出一种基片处理设备。

根据本发明第一方面实施例的磁控管的磁极组件，包括：多个磁铁，所述多个磁铁间隔地排列；和多个磁极件，所述多个磁极件分别安装在所述多个磁铁的第一端以将所述多个磁铁依次连接起来，其中每个所述磁极件相对于与其相连的所述磁铁可转动且相邻的所述磁极件彼此相对可转动。

根据本发明实施例的磁极组件，由于每个所述磁极件相对于与其相连的磁铁可转动且相邻的所述磁极件彼此相对可转动，因此可以方便地改变形状，从而在将其分别作为内磁极组件和外磁极组件安装在磁轭上以组装磁控管时，可以通过与磁轭的配合能够实现方便地改变磁控管的形状以优化靶材的刻蚀效果，而无需重新设计磁控管。

另外，根据本发明上述实施例的磁控管的磁极组件，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述多个磁极件分别一一对应地安装在所述多个磁铁的第一端，且相邻的所述磁极件彼此相连。

可选地，每个所述磁极件上设有安装孔，每个所述磁铁的第一端设有第一圆柱突出体，其中每个所述磁铁的第一圆柱突出体可转动地配合在对应的安装孔内。

优选地，每个所述磁极件为板状且具有长圆形的上表面和下表面，其中，每个所述磁极件的第一端的下表面上设有第一剖切部，且每个磁极件的第二端的上表面上设有第二剖切部，所述第一剖切部和第二剖切部的内侧壁为圆弧形，每个所述磁极件的第一端的第一剖切部搭接在与其相邻的所述磁极件的第二端的第二剖切部上。

进一步优选地，所述第一剖切部内设有长圆形孔，所述第二剖切部内设有螺纹孔，其中相邻的所述磁极件由穿过所述长圆形孔和所述螺纹孔的螺栓相连。

在本发明的另一个实施例中，每个所述磁极件包括：第一磁极板，所述第一磁极板的两端分别与相邻的两个所述磁铁的第一端相连且所述磁铁的第一端相对于所述第一磁极板可转动；和第二磁极板，所述第二磁极板的两端分别与相邻的两个所述磁铁的第一端相连且所述磁铁的第一端相对于所述第二磁极板可转动，所述第二磁极板位于所述第一磁极板上面以连接相邻的两个所述第一磁极板的相邻端，其中，每个所述第一磁极板的两端分别设有第一安装孔，每个所述第二磁极板的两端分别设有第二安装孔，每个所述磁铁的第一端设有第一圆柱突出体，每个所述磁铁的第一圆柱突出体可转动地配合在对应的第一和第二安装孔内。

优选地，所述第一和第二磁极板均具有长圆形的上表面和下表面，并且所述第一和第二安装孔均为长圆形孔。

此外，每个所述磁极件还可以包括第三磁极块，所述第三磁极块在所述第一磁极板上设置在相邻的所述第二磁极板之间。

根据本发明第二方面实施例的磁控管，包括：磁轭，所述磁轭上分布有多个磁轭通孔；内磁极组件和外磁极组件，所述外磁极组件环绕所述内磁极件设置，其中所述内磁极组件和所述外磁极组件均为上述任一实施例所述的磁极组件，所述内磁极组件和所述外磁极组件的每个所述磁铁的第二端分别设有第二圆柱突出体且所述第二圆柱突出体分别配合在所述磁轭通孔内，且所述内磁极组件的所述磁铁与所述外磁极件组件的所述磁铁具有相反的极性。

可选地，所述磁轭为圆盘形且所述磁轭通孔均匀地分布。

此外，根据本发明的一些实施例的磁控管，还包括加强杆，所述加强杆的上端与所述内磁极组件和所述外磁极组件中的至少一个的所述磁极件相连而所述加强杆的下端配合在所述磁轭的通孔内。

根据本发明第三方面实施例的溅射室装置，包括：腔室本体，所述腔室本体内限定有溅射腔；磁控管和驱动装置，所述驱动装置与所述磁控管相连，用于驱动所述磁控管转动，其中，所述磁控管具有：磁轭，所述磁轭上分布有多个磁轭通孔；内磁极组件和外磁极组件，所述外磁极组件环绕所述内磁极件设置，其中所述内磁极组件和所述外磁极组件均为上述任一实施例所述的磁极组件，所述内磁极组件和所述外磁极组件的每个所述磁铁的第二端分别设有第二圆柱突出体且所述第二圆柱突出体分别配合在所述磁轭通孔内，且所述内磁极组件的所述磁铁与所述外磁极件组件的所述磁铁具有相反的极性。可选地，所述磁轭为圆盘形且所述磁轭通孔均匀地分布。

此外，根据本发明的一些实施例的溅射室装置，该磁控管还包括加强杆，所述加强杆的上端与所述内磁极组件和所述外磁极组件中的至少一个的所述磁极件相连而所述加强杆的下端配合在所述磁轭的通孔内。

根据本发明第四方面实施例的基片处理设备，包括上述任一实施例所述的溅射室装置。

本发明的附加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

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是具有根据本发明的一个实施例的磁极组件的磁控管的局部示意图；

图2是图1中的磁极组件的磁极件的结构示意图；

图3是具有根据本发明的另一个实施例的磁极组件的磁控管的局部示意图；

图4a是图3中的磁极组件的第一磁极板的示意图；

图4b是图3中的磁极组件的第二磁极板的示意图；

图4c是图3中的磁极组件的第三磁极板的示意图；

图5是图1所示磁控管中的磁轭的示意图；以及

图6是现有技术中的一种磁控管的示意图。

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，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面，参考图1～图5说明根据本发明实施例的磁极组件和磁控管。

需要理解的是，根据本发明实施例的“磁极组件”是指与“磁轭”配合可以构成磁控管的内磁极、外磁极的组件，磁极组件的“磁极件”是指磁极组件中用于连接多个磁铁的部件。

图1给出了根据本发明一个实施例的磁控管的局部，如图1所示，根据本发明实施例的磁控管包括：磁轭30、内磁极组件(未图示)和外磁极组件10。需要说明的是，由于根据本发明实施例的磁控管中，所述内磁极组件和外磁极组件的极性相反而它们的结构相同，为了简单起见，以下以外磁极组件10为例对根据本发明实施例的磁极组件进行说明。

如图1和图3所示，根据本发明实施例的磁控管的磁极组件包括多个磁铁200和多个磁极件。

具体地，多个磁铁200间隔地排列，所述多个磁极件分别安装在多个磁铁200的第一端(即图1中的上端)以将多个磁铁200依次连接起来，其中每个所述磁极件相对于与其相连的磁铁200可转动且相邻的磁极件彼此相对可转动。

根据本发明实施例的磁极组件，由于每个所述磁极件相对于与其相连的磁铁200可转动且相邻的所述磁极件彼此相对可转动，因此可以任意地改变形状，从而在将根据本发明实施例的磁极组件分别作为内磁极组件和外磁极组件安装在磁轭30上以组装磁控管时，可以通过与磁轭30的配合以任意地改变磁控管的形状以优化靶材的刻蚀效果，而无需重新设计磁控管。

下面，分别参考图1-图2和图3-图4c来描述根据本发明不同实施例的磁极组件。

如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，多个磁极件110分别一一对应地安装在多个磁铁200的第一端，且相邻的磁极件110彼此相连，由此形成具有类似链条状结构的磁极组件。需要说明的是，本发明并不限于此，例如，也可以由一个磁极件110对应多个磁铁200或以多个磁极件110对应一个磁铁200。

可选地，每个磁极件110上设有安装孔110b，每个磁铁200的第一端设有第一圆柱突出体(未图示)，其中每个磁铁200的第一圆柱突出体可转动地配合在对应的安装孔110b内。由此，可以方便地进行磁铁组件110的安装。

在本发明的一些示例中，每个磁极件110为板状且具有长圆形的上表面和下表面。每个磁极件110的第一端(图1和图2中的左端)的下表面上设有第一剖切部111且每个磁极件110的第二端(图1和图2中的右端)的上表面上设有第二剖切部112，第一剖切部111和第二剖切部112的内侧壁为圆弧形。如图1所示，每个磁极件110的第一端的第一剖切部111搭接在与其相邻的磁极件110的第二端的第二剖切部112上。由此，可以方便地进行磁极件110彼此之间的连接，且通过调节第一剖切部111和第二剖切部112的深度可以使组装后的多个磁极件110的上表面平齐，从而有利于提高磁极组件的结构稳定。并且，圆弧形的内侧壁有利于组装后的磁极组件的磁极件110之间彼此相对转动，从而可以得到不同形状的磁极组件。

在本发明的一个优选示例中，第一剖切部111内设有长圆形孔110a，第二剖切部112内设有螺纹孔110c，其中相邻的磁极件110由穿过长圆形孔110a和螺纹孔110c的螺栓150相连。由此，一方面，螺纹孔110c和螺栓150的配合既可以便于安装和拆卸也有利于提高由其组装的磁控管的结构稳定性，另一方面，通过长圆形孔110a可以在小范围内(长圆形孔的长度范围内)方便地调节同一磁极组件中的磁铁200之间的距离。

如图3～图4c所示，在本发明的一些实施例中，每个磁极件可以包括第一磁极板121和第二磁极板122。

具体地，第一磁极板121的两端分别与相邻的两个磁铁200的第一端(即图3中的上端)相连且磁铁200的第一端相对于第一磁极板121可转动。第二磁极板122的两端分别与相邻的两个磁铁200的第一端相连且磁铁200的第一端相对于第二磁极板122可转动。

第二磁极板122位于第一磁极板121上面以连接相邻的两个第一磁极板121的相邻端。每个第一磁极板121的两端分别设有第一安装孔121a，每个第二磁极板122的两端分别设有第二安装孔122b，每个磁铁200的第一端设有第一圆柱突出体(未图示)且每个磁铁200的第一圆柱突出体可转动地配合在对应的第一安装孔121a和第二安装孔122b内。由此，通过第一磁极板121将两个磁铁200相连以形成磁铁对，且通过多个第二磁极板122将彼此相连的磁铁对串连起来从而形成链条状的磁极组件。

需要说明的是，图3～图4b中虽然给出了厚度不同的第一磁极板121和第二磁极板122，但本发明不限于此，例如，可以根据需要任意厚度的第一磁极板121和第二磁极板122，还可以采用具有完全相同结构的第一磁极板121和第二磁极板122。

在本发明的一个优选示例中，第一磁极板121和第二磁极板122均具有长圆形的上表面和下表面，并且第一安装孔121a和第二安装孔122b均为长圆形孔。由此，通过长圆形的第一安装孔121a和第二安装孔122b可以在小范围内(的长度范围内)方便地调节磁铁对中的两个磁铁200之间的距离以及两个磁铁对之间的距离。

在本发明的一些实施例中，每个磁极件还包括第三磁极块123，第三磁极块123位于第一磁极板121上且设置在相邻的两个第二磁极板122之间。由此，有利于提高组装后的磁控管的稳固性。

下面参考图1、图3和图5详细描述根据本发明实施例的磁控管。

根据本发明实施例的磁控管包括磁轭30以及内磁极组件和外磁极组件，其中，所述外磁极组件环绕所述内磁极件设置且所述内磁极组件的所述磁铁与所述外磁极件组件的所述磁铁具有相反的极性。其中所述内磁极组件和外磁极组件中的任一个均可以为参考本发明上述实施例描述的磁极组件。

具体地，磁轭30上分布有多个磁轭通孔301。所述内磁极组件和所述外磁极组件的每个所述磁铁的第二端(即图1和图3中的下端)分别设有第二圆柱突出体(未图示)，所述第二圆柱突出体分别配合在磁轭通孔301内。

根据本发明上述实施例的磁控管，由于内磁极组件和外磁极组件为链条状结构，因此，所述内磁极组件和外磁极组件的形状可以根据需要方便地改变，从而得到所需形状的磁控管，由此优化靶材的刻蚀效果，而无需重新设计磁控管，降低了成本，适用性好。

在一个优选实施例中，如图5所示，磁轭30为圆盘形且磁轭通孔301均匀地分布。由此，根据靶材的刻蚀效果分析，通过将内磁极组件和外磁极组件中的磁铁200分别配合在适当位置处的磁轭通孔301内可以方便地改变内磁极组件和外磁极组件之间的距离、同一磁极组件中磁铁200之间的距离、以及磁控管的形状。

在一些实施例中，如图3所示，磁控管还包括加强杆40。具体地，加强杆40的上端与所述内磁极组件和/或所述外磁极组件中的所述磁极件相连而加强杆40的下端配合在磁轭30的通孔301内。由此，可以提高磁控管的结构稳定性。

需要说明的是，虽然在图3中示出了在磁极件包括第一磁极板121和第二磁极板122情况下设置加强杆40，对于本领域普通技术人员可以理解，在磁极件为图1中所示的磁极件的情况下同样可以设置加强杆40，此时，例如可以通过螺栓150将加强杆40连接在磁轭30与磁极件之间。另外，虽然图3中示出了将加强杆40连接在磁轭30和第二磁极板122之间的情形，可选地，也可以通过第一安装孔121c将加强杆40连接在磁轭30与第一磁极板121之间。

下面描述根据本发明实施例的溅射室装置和具有该溅射室装置的基片处理设备。

根据本发明实施例的基片处理设备例如可以为CVD(化学气相沉积)设备、MOCVD(金属有机化学气相沉积)设备、HVPE(氢化物气相外延)设备等。

根据本发明实施例的溅射室装置，包括腔室本体、磁控管和驱动装置。具体而言，所述腔室本体内限定有溅射腔。所述磁控管可以为上述任一实施例所述的磁控管。所述驱动装置与所述磁控管相连，用于驱动所述磁控管转动。

根据本发明实施例的溅射室装置和基片处理设备，由于所采用的磁控管中的内磁极组件和外磁极组件为链条状结构，所述内磁极组件和外磁极组件的形状可以根据需要方便地改变以得到所需形状的磁控管，从而无需重新设计磁控管即可对靶材的刻蚀效果进行优化，因此适用性好。

根据本发明实施例的溅射室装置和基片处理设备的其他部件和功能对于本领域的技术人员而言是已知的，这里不再详细描述。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种磁极组件，其特征在于，包括：

多个磁铁，所述多个磁铁间隔地排列；和

多个磁极件，所述多个磁极件分别安装在所述多个磁铁的第一端以将所述多个磁铁依次连接起来，其中每个所述磁极件相对于与其相连的所述磁铁可转动且相邻的所述磁极件彼此相对可转动。

2.根据权利要求1所述的磁极组件，其特征在于，所述多个磁极件分别一一对应地安装在所述多个磁铁的第一端，且相邻的所述磁极件彼此相连。

3.根据权利要求2所述的磁极组件，其特征在于，每个所述磁极件上设有安装孔，每个所述磁铁的第一端设有第一圆柱突出体，其中每个所述磁铁的第一圆柱突出体可转动地配合在对应的安装孔内。

4.根据权利要求3所述的磁极组件，其特征在于，每个所述磁极件为板状且具有长圆形的上表面和下表面，其中，每个所述磁极件的第一端的下表面上设有第一剖切部，且每个磁极件的第二端的上表面上设有第二剖切部，所述第一剖切部和第二剖切部的内侧壁为圆弧形，每个所述磁极件的第一端的第一剖切部搭接在与其相邻的所述磁极件的第二端的第二剖切部上。

5.根据权利要求4所述的磁极组件，其特征在于，所述第一剖切部内设有长圆形孔，所述第二剖切部内设有螺纹孔，其中相邻的所述磁极件由穿过所述长圆形孔和所述螺纹孔的螺栓相连。

6.根据权利要求1所述的磁极组件，其特征在于，每个所述磁极件包括：

第一磁极板，所述第一磁极板的两端分别与相邻的两个所述磁铁的第一端相连且所述磁铁的第一端相对于所述第一磁极板可转动；和

第二磁极板，所述第二磁极板的两端分别与相邻的两个所述磁铁的第一端相连且所述磁铁的第一端相对于所述第二磁极板可转动，所述第二磁极板位于所述第一磁极板上面以连接相邻的两个所述第一磁极板的相邻端，

其中，每个所述第一磁极板的两端分别设有第一安装孔，每个所述第二磁极板的两端分别设有第二安装孔，每个所述磁铁的第一端设有第一圆柱突出体，每个所述磁铁的第一圆柱突出体可转动地配合在对应的第一和第二安装孔内。

7.根据权利要求6所述的磁极组件，其特征在于，所述第一和第二磁极板均具有长圆形的上表面和下表面，并且所述第一和第二安装孔均为长圆形孔。

8.根据权利要求6或7中所述的磁极组件，其特征在于，每个所述磁极件还包括第三磁极块，所述第三磁极块在所述第一磁极板上设置在相邻的所述第二磁极板之间。

9.一种磁控管，其特征在于，包括：

磁轭，所述磁轭上分布有多个磁轭通孔；和

内磁极组件和外磁极组件，所述外磁极组件环绕所述内磁极件设置，其中所述内磁极组件和所述外磁极组件均为根据权利要求1-8中任一项所述的磁极组件，

所述内磁极组件和所述外磁极组件的每个所述磁铁的第二端分别设有第二圆柱突出体且所述第二圆柱突出体分别配合在所述磁轭通孔内，

且所述内磁极组件的所述磁铁与所述外磁极件组件的所述磁铁具有相反的极性。

10.根据权利要求9所述的磁控管，其特征在于，所述磁轭为圆盘形且所述磁轭通孔均匀地分布。

11.根据权利要求9或10所述的磁控管，其特征在于，还包括加强杆，所述加强杆的上端与所述内磁极组件和所述外磁极组件中的至少一个的所述磁极件相连而所述加强杆的下端配合在所述磁轭的通孔内。

12.一种溅射室装置，其特征在于，包括：

腔室本体，所述腔室本体内限定有溅射腔；和

磁控管和驱动装置，所述驱动装置与所述磁控管相连，用于驱动所述磁控管转动，

其中，所述磁控管具有：

磁轭，所述磁轭上分布有多个磁轭通孔；和

内磁极组件和外磁极组件，所述外磁极组件环绕所述内磁极组件设置，其中所述内磁极组件和所述外磁极组件均为根据权利要求1-8中任一项所述的磁极组件，

所述内磁极组件和所述外磁极组件的每个所述磁铁的第二端分别设有第二圆柱突出体且所述第二圆柱突出体分别配合在所述磁轭通孔内，

且所述内磁极组件的所述磁铁与所述外磁极件组件的所述磁铁具有相反的极性。

13.根据权利要求12所述的溅射室装置，其特征在于，所述磁轭为圆盘形且所述磁轭通孔均匀地分布。

14.根据权利要求12所述的溅射室装置，其特征在于，所述磁控管还包括加强杆，所述加强杆的上端与所述内磁极组件和所述外磁极组件中的至少一个的所述磁极件相连而所述加强杆的下端配合在所述磁轭的通孔内。

15.一种基片处理设备，其特征在于，包括权利要求12-14中任一项所述的溅射室装置。