CN103882390B - 反应腔室及磁控溅射设备 - Google Patents
反应腔室及磁控溅射设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种反应腔室及磁控溅射设备，包括设置在其内部的基座、卡环和卡环遮蔽件。其中，被加工工件置于基座的上表面，卡环位于被加工工件的上方，且与其边缘部分相互叠置，以将被加工工件压紧在基座的上表面；卡环遮蔽件设置在反应腔室内，且位于卡环的上方，并且卡环遮蔽件采用环形结构，且在反应腔室的径向平面上，卡环遮蔽件的投影形状与卡环的投影形状相对应，并且卡环遮蔽件的内径不小于卡环的内径。本发明提供的反应腔室，其不仅可以避免卡环的温度过高，从而导致被加工工件与卡环相接触的部分因过热而损坏，而且还可以在一定程度上阻挡等离子体腐蚀卡环，从而可以提高卡环的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种反应腔室及磁控溅射设备。
背景技术
在微电子产品行业，磁控溅射技术是生产集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能电池及LED等产品的重要手段之一，在工业生产和科学领域发挥着极大的作用。近年来市场对高质量产品日益增长的需求，促使企业对磁控溅射设备进行不断地改进。
图1为现有的磁控溅射设备的结构示意图。请参阅图1，磁控溅射设备包括反应腔室1，在反应腔室1的顶部设置有靶材4，并且在靶材4的上方(背面)设有磁控管5以及与磁控管5连接的驱动电机6，磁控管5在磁控溅射源驱动装置6的驱动下扫描靶材4的表面，以利用磁控管5所产生的磁场延长电子的运动轨迹，从而增加金属的离化率。在反应腔室1内且位于靶材4的下方设置有环形内衬7，并且在环形内衬7内的底部设置有基座9，被加工工件10置于基座9的上表面；为了能够将被加工工件10固定在基座9上，在环形内衬7上设置有卡环8，卡环8与被加工工件10的边缘部分相互叠置，用以借助自身重量将被加工工件10压紧在基座9的上表面。
上述磁控溅射设备在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：在进行溅射工艺的过程中，由于反应腔室1内形成的等离子体中的离子会与卡环8发生碰撞，这不仅会降低卡环8的使用寿命，而且还会导致卡环8的温度升高，从而造成被加工工件10与卡环8相接触的部分因过热而损坏，进而降低了产品的良品率。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种反应腔室及磁控溅射设备，其不仅可以避免卡环的温度过高，从而导致被加工工件与卡环相接触的部分因过热而损坏，而且还可以提高卡环的使用寿命。
为此，本发明提供了一种反应腔室，包括设置在其内部的基座和卡环，被加工工件置于所述基座的上表面，所述卡环位于被加工工件的上方，且与其边缘部分相互叠置，以将所述被加工工件压紧在所述基座的上表面，其特征在于，所述反应腔室还包括卡环遮蔽件，所述卡环遮蔽件设置在所述反应腔室内，且位于所述卡环的上方，并且所述卡环遮蔽件采用环形结构，且在所述反应腔室的径向平面上，所述卡环遮蔽件的投影形状与所述卡环的投影形状相对应，并且所述卡环遮蔽件的内径不小于所述卡环的内径。
其中，在所述卡环遮蔽件的下表面上，且位于所述卡环遮蔽件的外缘处形成有朝向所述卡环的方向凸出的凸缘，并且所述反应腔室还包括固定部件，所述固定部件与所述反应腔室的内周壁形成能够容纳所述凸缘的凹槽，用以通过将所述凸缘设置在所述凹槽内而使所述卡环遮蔽件固定在所述卡环的上方。
其中，在所述反应腔室的径向平面上，所述凸缘的投影形状为闭合的环形；所述凹槽的投影形状与所述凸缘的投影形状相对应；并且所述凹槽的投影形状为闭合的环形，或者为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凹槽段组成的分体式环形。
其中，在所述反应腔室的径向平面上，所述凸缘的投影形状为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凸缘段组成的分体式环形；所述凹槽的投影形状与所述凸缘的投影形状相对应；并且所述凹槽的投影形状为闭合的环形，或者为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凹槽段组成的分体式环形，且每个所述凹槽段与所述多个凸缘段中的其中一个或连续的至少两个凸缘段相互重叠。
其中，在所述卡环遮蔽件的下表面上，且位于所述卡环遮蔽件的外缘处设置有朝向所述卡环的方向凸出的凸缘，并且所述反应腔室还包括环形内衬以及固定部件，其中所述环形内衬嵌套在所述反应腔室的内部，且所述环形内衬的轴线与所述反应腔室的轴线平行或重合；所述固定部件与所述环形内衬的内周壁形成能够容纳所述凸缘的凹槽，用以通过将所述凸缘设置在所述凹槽内而使所述卡环遮蔽件固定在所述卡环的上方。
其中，在所述反应腔室的径向平面上，所述凸缘的投影形状为闭合的环形；所述凹槽的投影形状与所述凸缘的投影形状相对应；并且所述凹槽的投影形状为闭合的环形，或者为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凹槽段组成的分体式环形。
其中，在所述反应腔室的径向平面上，所述凸缘的投影形状为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凸缘段组成的分体式环形；所述凹槽的投影形状与所述凸缘的投影形状相对应；并且所述凹槽的投影形状为闭合的环形，或者为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凹槽段组成的分体式环形，且每个所述凹槽段与所述多个凸缘段中的其中一个或连续的至少两个凸缘段相互重叠。
其中，所述卡环遮蔽件采用金属或非金属的材料制作。
其中，所述金属包括不锈钢或钛；所述非金属包括石英或陶瓷。
其中，所述反应腔室包括紧固件，所述紧固件用于采用螺纹连接的方式将所述卡环遮蔽件与所述卡环固定连接，且使二者之间具有预定间隙；并且所述紧固件的位于所述间隙中的部分包覆有隔热层，所述隔热层采用绝热材料制作。
其中，所述绝热材料包括石英或陶瓷。
本发明还提供一种磁控溅射设备，包括反应腔室，该反应腔室采用了本发明提供的上述反应腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的反应腔室，其在反应腔室内且位于卡环的上方设置卡环遮蔽件，且该卡环遮蔽件在反应腔室的径向平面上的投影形状与所述卡环的投影形状相对应，并且卡环遮蔽件的内径不小于卡环的内径。借助于卡环遮蔽件，可以在进行溅射工艺的过程中，在一定程度上阻挡在反应腔室内形成的等离子体中的离子与卡环发生碰撞，从而不仅可以避免卡环的温度过高，导致被加工工件与卡环相接触的部分因过热而损坏，进而可以提高产品的良品率；而且，还可以提高卡环的使用寿命。
本发明提供的磁控溅射设备，其通过采用本发明提供的反应腔室，可以避免卡环的温度过高，从而导致被加工工件与卡环相接触的部分因过热而损坏，进而可以提高产品的良品率；而且，还可以提高卡环的使用寿命。
附图说明
图1为现有的磁控溅射设备的结构示意图；
图2a为本发明第一实施例提供的反应腔室的剖面图；
图2b为第一种沿图2a中A-A线的剖面图；
图2c为第二种沿图2a中A-A线的剖面图；
图2d为第三种沿图2a中A-A线的剖面图；
图2e为第四种沿图2a中A-A线的剖面图；
图3为本发明第一实施例提供的反应腔室在卡环遮蔽件的内径大于卡环的内径时的剖面图；
图4为本发明第二实施例提供的反应腔室的剖面图；以及
图5为本发明第三实施例提供的反应腔室的局部剖面图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的反应腔室及磁控溅射设备进行详细描述。
图2a为本发明第一实施例提供的反应腔室的剖面图。请参阅图2a，反应腔室20包括设置在其内部的基座21和卡环23，被加工工件22置于基座21的上表面，卡环23位于被加工工件22的上方，且与其边缘部分相互叠置，以将被加工工件22压紧在基座21的上表面。在本实施例中，卡环23将被加工工件22压紧在基座21的上表面的方式具体为：在卡环23的下表面且位于卡环23的外缘处形成有朝向基座21所在平面的方向凸出的凸部231，并且，在反应腔室20的内周壁201上设置有卡环固定件24，该卡环固定件24在反应腔室20的圆周方向上的截面形状为“L”形，且与反应腔室20的内周壁201形成能够容纳凸部231的环形凹槽。在装配过程中，将卡环23搭接或放置在卡环固定件24的顶部，且使卡环23的凸部231位于环形凹槽中，此时卡环23的下表面与被加工工件22的边缘部分相互叠置，从而使卡环23能够借助其自身重力将被加工工件22压紧在基座21的上表面。此外，通过使卡环23的凸部231位于环形凹槽中，可以限定卡环23在反应腔室20的径向上的位置，从而可以避免出现因卡环23相对于被加工工件22产生径向偏移，而导致卡环23无法压紧被加工工件22或者从卡环固定件24上掉落的问题，进而可以提高卡环23压紧被加工工件22的稳定性。
在本实施例中，反应腔室20还包括卡环遮蔽件25，卡环遮蔽件25设置在反应腔室20内，且位于卡环23的上方，并且卡环遮蔽件25采用环形结构，且在反应腔室20的径向平面上，卡环遮蔽件25的投影形状与卡环23的投影形状相对应，并且卡环遮蔽件25的内径等于卡环23的内径。借助于卡环遮蔽件25，可以在进行溅射工艺的过程中，在一定程度上阻挡在反应腔室内形成的等离子体中的离子与卡环发生碰撞，从而不仅可以避免卡环的温度过高，导致被加工工件与卡环相接触的部分因过热而损坏，进而可以提高产品的良品率。
此外，卡环遮蔽件25可以采用金属或非金属的材料制作，例如，金属可以包括不锈钢或钛，非金属可以包括石英或陶瓷。在实际应用中，由于在进行溅射工艺的过程中，反应腔室20内形成的等离子体会腐蚀卡环23，这不仅会在反应腔室20中产生颗粒，从而污染被加工工件22，而且还会导致卡环23的使用寿命降低。在这种情况下，借助卡环遮蔽件25，可以在一定程度上阻挡在反应腔室内形成的等离子体中的离子与卡环发生碰撞，从而可以提高卡环23的使用寿命。
在本实施例中，卡环遮蔽件25设置在反应腔室20中且位于卡环23的上方的固定方式具体为：在卡环遮蔽件25的下表面上，且位于卡环遮蔽件25的外缘处设置有朝向卡环23的方向凸出的凸缘26，并且，反应腔室20还包括固定部件27，固定部件27在反应腔室20的圆周方向上的截面形状为“L”形，且与反应腔室20的内周壁201形成能够容纳凸缘26的凹槽，用以通过将凸缘26设置在凹槽内而使卡环遮蔽件25固定在卡环23的上方。在装配过程中，将卡环遮蔽件25搭接或放置在固定部件27的顶部，且使凸缘26位于凹槽内，即可实现将卡环遮蔽件25固定在反应腔室20内且位于卡环23的上方。而且，通过使凸缘26设置在凹槽中，可以限定卡环遮蔽件25在反应腔室20的径向上的位置，从而不仅可以避免出现卡环遮蔽件25因产生径向偏移而从固定部件27上掉落的问题，进而提高反应腔室的结构稳定性，而且还可以更方便地将卡环遮蔽件25与卡环23对中，进而提高反应腔室的装配便捷性。
下面结合附图2b-2e对凸缘26和固定部件27的几种结构和位置关系进行详细地描述。
具体地，第一种凸缘26和固定部件27的结构和位置关系如图2b所示，即：在反应腔室20的径向平面(即，与反应腔室20的轴线相互垂直的平面)上，凸缘26的投影形状为闭合的环形；而且，固定部件27的投影形状也为闭合的环形，且与凸缘26的投影形状相对应，即，固定部件27与反应腔室20的内周壁201形成的凹槽也为闭合的环形。
第二种凸缘26和固定部件27的结构和位置关系如图2c所示，即：在反应腔室20的径向平面上，凸缘26的投影形状为闭合的环形；而且，固定部件27的投影形状为由沿卡环遮蔽件25的圆周方向间隔设置的多个固定块271组成的分体式环形，即，固定部件27与反应腔室20的内周壁201形成的凹槽为由沿卡环遮蔽件25的圆周方向间隔设置的多个凹槽段组成的分体式环形，且该分体式环形形成的整体投影形状与凸缘26的投影形状相对应。
第三种凸缘26和固定部件27的结构和位置关系如图2d所示，即：在反应腔室20的径向平面上，凸缘26的投影形状为由沿卡环遮蔽件25的圆周方向间隔设置的多个凸缘段261组成的分体式环形；而且，固定部件27的投影形状为闭合的环形，即，固定部件27与反应腔室20的内周壁201形成的凹槽也为闭合的环形，且与凸缘26的投影形状相对应。
第四种凸缘26和固定部件27的结构和位置关系如图2e所示，即：在反应腔室20的径向平面上，凸缘26的投影形状为由沿卡环遮蔽件25的圆周方向间隔设置的多个凸缘段261组成的分体式环形；而且，固定部件27的投影形状为由沿卡环遮蔽件25的圆周方向间隔设置的多个固定块271组成的分体式环形，即，固定部件27与反应腔室20的内周壁201形成的凹槽为由沿卡环遮蔽件25的圆周方向间隔设置的多个凹槽段组成的分体式环形，且该分体式环形形成的整体投影形状与凸缘26的投影形状相对应。在本实施例中，凹槽段与凸缘段261的数量和设置位置一一对应，然而在实际应用中，也可以使凹槽段和凸缘段261的数量不相等，且在反应腔室20的径向平面上，每个凹槽段与多个凸缘段261中的连续的(即，相邻的)至少两个凸缘段261相互重叠。
需要说明的是，虽然在本实施例中，卡环遮蔽件25的内径等于卡环23的内径，但是本发明并不局限于此，如图3所示，在实际应用中，由于当卡环遮蔽件25与卡环23之间的间距D较大时，在进行溅射工艺的过程中，卡环遮蔽件25往往会对一部分等离子体产生阻挡作用，导致穿过卡环遮蔽件25的中心孔且运动至被加工工件22的边缘区域的等离子体的数量少于运动至被加工工件22的中心区域的等离子体的数量，从而降低了工艺均匀性。而且，上述阻挡作用与间距D的大小有关，即：在卡环遮蔽件25的内径与卡环23的内径之间的差值L不变的情况下，间距D越大，则穿过卡环遮蔽件25且运动至被加工工件22的边缘区域的等离子体的数量越少；反之，则越多。因此，就需要根据上述间距D的大小而适当调整卡环遮蔽件25的内径与卡环23的内径之间的差值L，以在使卡环遮蔽件25尽可能地遮挡卡环23的前提下，保证工艺的均匀性。
图4为本发明第二实施例提供的反应腔室的局部剖面图。请参阅图4，反应腔室30包括基座31、卡环34和卡环遮蔽件35。由于基座3、卡环34和卡环遮蔽件35的结构和功能与第一实施例中的基座21、卡环23和卡环遮蔽件25的结构和功能相同，在此不再赘述。下面仅对本实施例与第一实施例的不同点进行描述。
具体地，反应腔室30还包括环形内衬33，环形内衬33嵌套在反应腔室30的内部，且环形内衬33的轴线与反应腔室30的轴线平行或重合；而且，卡环34借助卡环固定件37固定在环形内衬33的内周壁上，且将被加工工件32压紧在基座31的上表面。卡环34将被加工工件32压紧在基座31的上表面的具体方式与第一实施例所述的方式相类似，在此不再赘述。
在本实施例中，卡环遮蔽件35设置在反应腔室20中且位于卡环23的上方的固定方式具体为：在卡环遮蔽件35的下表面上，且位于卡环遮蔽件35的外缘处设置有朝向卡环34的方向凸出的凸缘351，并且，反应腔室30还包括固定部件36，固定部件36与环形内衬33的内周壁形成能够容纳凸缘351的凹槽，用以通过将凸缘351设置在该凹槽内而使卡环遮蔽件35固定在卡环34的上方。
此外，本实施例中凸缘351和固定部件36具有与第一实施例中所述的凸缘26和固定部件27相类似的四种结构和位置关系，由于在第一实施例中对凸缘26和固定部件27的四种结构和位置关系已有了详细地描述，在此不再赘述。
图5为本发明第三实施例提供的反应腔室的局部剖面图。请参阅图5，与第一实施例相比，本发明第三实施例提供的反应腔室同样包括基座21、卡环23和卡环遮蔽件25。由于基座21、卡环23和卡环遮蔽件25的结构和功能在第一实施例中已有了详细地描述，在此不再赘述。下面仅对本实施例与第一实施例的不同点进行描述。
本实施例与第一实施例相比，二者的区别在于：卡环遮蔽件25设置在反应腔室20中且位于卡环23的上方的固定方式不同。具体地，反应腔室20包括紧固件28，紧固件28用于采用螺纹连接的方式将卡环遮蔽件25与卡环23固定连接，且使二者之间具有预定间隙，该预定间隙即为第一实施例所述的卡环遮蔽件25与卡环23之间的间距D。紧固件28可以为螺钉、螺栓等。借助于紧固件28，可以通过调节其在间隙中的长度来调节该间隙的大小，以在使卡环遮蔽件25尽可能地遮挡卡环23的前提下，保证工艺的均匀性。此外，紧固件28的位于间隙中的部分包覆有隔热层29，隔热层29采用绝热材料制作，用以隔绝等离子体辐射的热量。该绝热材料可以包括石英或陶瓷。
需要说明的是，卡环遮蔽件设置在反应腔室中且位于卡环的上方的固定方式并不局限于上述所有实施例中所述的固定方式，在实际应用中，还可以采用焊接或螺纹连接等的固定方式直接将卡环遮蔽件固定在反应腔室或环形内衬的内周壁上。
综上所述，本实施例提供的反应腔室，其在反应腔室内且位于卡环的上方设置卡环遮蔽件，且该卡环遮蔽件在反应腔室的径向平面上的投影形状与所述卡环的投影形状相对应，并且卡环遮蔽件的内径不小于卡环的内径。借助于卡环遮蔽件，可以在进行溅射工艺的过程中，在一定程度上阻挡在反应腔室内形成的等离子体中的离子与卡环发生碰撞，从而不仅可以避免卡环的温度过高，导致被加工工件与卡环相接触的部分因过热而损坏，进而可以提高产品的良品率；而且，还可以提高卡环的使用寿命。
本发明还提供一种磁控溅射设备，包括反应腔室，该反应腔室采用了本实施例提供的反应腔室。
本实施例提供的磁控溅射设备，其通过采用本实施例提供的上述反应腔室，可以避免出现卡环的温度过高，从而导致被加工工件与卡环相接触的部分因过热而损坏的问题，进而可以提高产品的良品率；而且，还可以提高卡环的使用寿命。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种反应腔室，包括设置在其内部的基座和卡环，被加工工件置于所述基座的上表面，所述卡环位于被加工工件的上方，且与其边缘部分相互叠置，以将所述被加工工件压紧在所述基座的上表面，其特征在于，所述反应腔室还包括卡环遮蔽件，所述卡环遮蔽件设置在所述反应腔室内，且位于所述卡环的上方，并且
所述卡环遮蔽件采用环形结构，且在所述反应腔室的径向平面上，所述卡环遮蔽件的投影形状与所述卡环的投影形状相对应，并且所述卡环遮蔽件的内径不小于所述卡环的内径。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述卡环遮蔽件的下表面上，且位于所述卡环遮蔽件的外缘处形成有朝向所述卡环的方向凸出的凸缘，并且
所述反应腔室还包括固定部件，所述固定部件与所述反应腔室的内周壁形成能够容纳所述凸缘的凹槽，用以通过将所述凸缘设置在所述凹槽内而使所述卡环遮蔽件固定在所述卡环的上方。
3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，在所述反应腔室的径向平面上，所述凸缘的投影形状为闭合的环形；
所述凹槽的投影形状与所述凸缘的投影形状相对应；并且
所述凹槽的投影形状为闭合的环形，或者为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凹槽段组成的分体式环形。
4.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，在所述反应腔室的径向平面上，所述凸缘的投影形状为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凸缘段组成的分体式环形；
所述凹槽的投影形状与所述凸缘的投影形状相对应；并且
所述凹槽的投影形状为闭合的环形，或者为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凹槽段组成的分体式环形，且每个所述凹槽段与所述多个凸缘段中的其中一个或连续的至少两个凸缘段相互重叠。
5.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述卡环遮蔽件的下表面上，且位于所述卡环遮蔽件的外缘处设置有朝向所述卡环的方向凸出的凸缘，并且
所述反应腔室还包括环形内衬以及固定部件，其中
所述环形内衬嵌套在所述反应腔室的内部，且所述环形内衬的轴线与所述反应腔室的轴线平行或重合；
所述固定部件与所述环形内衬的内周壁形成能够容纳所述凸缘的凹槽，用以通过将所述凸缘设置在所述凹槽内而使所述卡环遮蔽件固定在所述卡环的上方。
6.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，在所述反应腔室的径向平面上，所述凸缘的投影形状为闭合的环形；
所述凹槽的投影形状与所述凸缘的投影形状相对应；并且
所述凹槽的投影形状为闭合的环形，或者为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凹槽段组成的分体式环形。
7.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，在所述反应腔室的径向平面上，所述凸缘的投影形状为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凸缘段组成的分体式环形；
所述凹槽的投影形状与所述凸缘的投影形状相对应；并且
所述凹槽的投影形状为闭合的环形，或者为由沿所述卡环遮蔽件的圆周方向间隔设置的多个凹槽段组成的分体式环形，且每个所述凹槽段与所述多个凸缘段中的其中一个或连续的至少两个凸缘段相互重叠。
8.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述卡环遮蔽件采用金属或非金属的材料制作。
9.根据权利要求8所述的反应腔室，其特征在于，所述金属包括不锈钢或钛；所述非金属包括石英或陶瓷。
10.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室包括紧固件，所述紧固件用于采用螺纹连接的方式将所述卡环遮蔽件与所述卡环固定连接，且使二者之间具有预定间隙；并且
所述紧固件的位于所述间隙中的部分包覆有隔热层，所述隔热层采用绝热材料制作。
11.根据权利要求10所述的反应腔室，其特征在于，所述绝热材料包括石英或陶瓷。
12.一种磁控溅射设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求1-11中任意一项所述的反应腔室。
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