CN106854752B - 磁控溅射设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的磁控溅射设备，其包括工艺腔室、靶材、靶材背板、磁控管和冷却腔室，其中，冷却腔室位于工艺腔室上方，靶材背板设置在冷却腔室与工艺腔室之间，用以使二者相互隔离，通过向冷却腔室内通入冷却媒介，来冷却靶材背板；靶材设置在靶材背板的下表面上，磁控管设置在冷却腔室内，在靶材背板的上表面覆盖有导热绝缘件，用以将靶材背板与冷却腔室及其内部的冷却媒介电绝缘。本发明提供的磁控溅射设备，其无需使用去离子水冷却靶材，从而不仅可以简化水路系统的结构，而且还可以不存在通入到靶材的溅射能量会耗散到磁控管及其驱动机构上的问题，从而可以提高工艺的稳定性。

Description

磁控溅射设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种磁控溅射设备。
背景技术
磁控溅射设备广泛的应用于集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能及其LED领域等。在磁控溅射设备中，通过将溅射电源的负极与靶材连接，使得在真空腔室中被离化的惰性气体的离子持续轰击靶材表面，以将靶材表面的材料轰击出来，最终沉积到基片表面。而且，为了改善溅射的效果，在靶材附近使用了磁控管，它可以迫使等离子中的电子按照一定的轨道运动，增加了电子的运动时间，从而增加了电子与电离的气体发生碰撞的机会，从而得到高密度的等离子体，提高了沉积速率。
图1为典型的磁控溅射设备的剖视图。如图1所示，磁控溅射设备包括工艺腔室1、靶材4、靶材背板5、磁控管10和冷却腔室7，其中，在工艺腔室1内设置有基座2，用于承载衬底3。冷却腔室7位于工艺腔室1上方，靶材背板5设置在冷却腔室7与工艺腔室1之间，靶材4固定在靶材背板5的下表面，并暴露在工艺腔室1的内部环境中。磁控管10设置在该冷却腔室7中。而且，在冷却腔体6的顶部分别设置有进水口8和出水口9，用以分别向冷却腔室7内输送和排出去离子水，冷却腔室7内的去离子水与靶材背板5进行热量交换，以间接对靶材4进行冷却，从而避免在溅射过程中，因靶材4的温度过高而损坏靶材4，以及影响工艺结果。
在上述磁控溅射设备中，使用去离子水冷却靶材4的原因在于：由于靶材背板5需要与溅射电源的阴极电连接，其必须采用导电材料制作，这使得与靶材背板5进行热量交换的媒介不能导电，以避免靶材背板5与磁控管10以及用于驱动磁控管10旋转的驱动机构电导通，造成通入到靶材4的溅射能量会耗散到磁控管及驱动机构上，从而无法准确地控制通入到靶材4的溅射能量大小，引起工艺波动。因此，现有的技术方案是使用电阻率为0.2～2MΩ的去离子水冷却靶材4。
但是，为了保证向冷却腔室7中输送的去离子水的电阻率保持在上述范围内，这使得用于循环输送去离子水的水路系统必须具有去离子过滤器，用于持续地过滤水箱中的去离子水，以避免因管路中的离子会持续扩散到去离子水中造成的去离子水的电阻率降低；同时，还需要使用换热器冷却自冷却腔室7输出的去离子水。由此可知，使用去离子水冷却靶材不仅会导致水路系统的结构复杂，从而造成设备的制造成本增加，而且如果水路系统的功能失效，就会造成通入到靶材4的溅射能量会耗散到磁控管及其驱动机构上，从而还会引起工艺波动。
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，提出了一种磁控溅射设备，其无需使用去离子水冷却靶材，从而不仅可以简化水路系统的结构，而且还可以不存在通入到靶材的溅射能量会耗散到磁控管及其驱动机构上的问题，从而可以提高工艺的稳定性。
为实现本发明的目的而提供一种磁控溅射设备，包括工艺腔室、靶材、靶材背板、磁控管和冷却腔室，其中，所述冷却腔室位于所述工艺腔室上方，所述靶材背板设置在所述冷却腔室与所述工艺腔室之间，用以使二者相互隔离，通过向所述冷却腔室内通入冷却媒介，来冷却所述靶材背板；所述靶材设置在所述靶材背板的下表面上，所述磁控管设置在所述冷却腔室内，在所述靶材背板的上表面覆盖有导热绝缘件，用以将所述靶材背板与所述冷却腔室及其内部的冷却媒介电绝缘。
优选的，所述导热绝缘件包括绝缘层或者绝缘板。
优选的，所述绝缘层采用在所述靶材背板的上表面进行阳极氧化处理的方式制作。
优选的，所述绝缘层采用在所述靶材背板的上表面喷涂绝缘材料的方式制作。
优选的，所述绝缘材料包括氧化铝或者氮化铝。
优选的，所述绝缘层采用粘接在所述靶材背板的上表面的方式制作。
优选的，所述绝缘板所采用的材料包括氧化铝或者氮化铝。
优选的，所述冷却媒介包括冷却水。
优选的，所述磁控溅射设备还包括水路系统，所述水路系统包括冷却水源、进水管路和出水管路，其中，在所述冷却腔室的腔体上分别设置有入口和出口，所述进水管路的进水端与所述冷却水源的出水端连接，所述进水管路的出水端与所述入口连接；所述出水管路的进水端与所述出口连接，所述出水管路的出水端与所述冷却水源的进水端连接；所述冷却水源用于向所述进水管路提供冷却水，并回收来自所述出水管路的冷却水。
优选的，在所述出水管路上设置有流量传感器、第一温度传感器和压力传感器，用以分别检测所述出水管路中的冷却水的流量、温度和水压；在所述进水管路上设置有第二温度传感器，用以检测所述进水管路中的冷却水的温度。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的磁控溅射设备，其通过在靶材背板的上表面覆盖导热绝缘件，将靶材背板与冷却腔室及其内部的冷却媒介电绝缘，可以避免靶材背板与磁控管以及用于驱动磁控管旋转的驱动机构电导通，从而不存在通入到靶材的溅射能量会耗散到磁控管及其驱动机构上的问题，进而可以提高工艺稳定性。而且，由于靶材背板与冷却腔室及其内部的冷却媒介电绝缘，这使得无需使用去离子水冷却靶材，从而可以简化水路系统的结构，进而可以减少设备的制造成本。
附图说明
图1为典型的磁控溅射设备的剖视图；
图2为本发明实施例提供的磁控溅射设备的剖视图；以及
图3为本发明实施例采用的水路系统的连接示意图。
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磁控溅射设备进行详细描述。
图2为本发明实施例提供的磁控溅射设备的剖视图。请参阅图2，磁控溅射设备包括工艺腔室11、靶材14、靶材背板15、磁控管18、磁控管驱动机构19和冷却腔室17，其中，在工艺腔室11内设置有基座12，用于承载衬底13。冷却腔室17位于工艺腔室11上方，靶材背板15设置在冷却腔室17与工艺腔室11之间，用以使二者相互隔离，并且靶材背板15与溅射电源的阴极电连接。靶材14固定在靶材背板15的下表面，并暴露在工艺腔室11的内部环境中。磁控管18和磁控管驱动机构19设置在该冷却腔室17中。而且，在冷却腔体16的顶部分别设置有入口161和出口162，用以分别向冷却腔室17内输送和排出冷却媒介，冷却腔室17内的冷却媒介与靶材背板15进行热量交换，以间接对靶材14进行冷却。
在靶材背板15的上表面覆盖有导热绝缘件20，用以将靶材背板15与冷却腔室17及其内部的冷却媒介电绝缘。在本实施例中，导热绝缘件20为绝缘层。该绝缘层可以采用在靶材背板的上表面进行阳极氧化处理的方式制作，如对铝制靶材背板的上表面进行阳极氧化。或者，也可以采用在靶材背板的上表面喷涂绝缘材料的方式制作，该绝缘材料包括氧化铝或者氮化铝等等。或者，还可以采用粘接在靶材背板的上表面的方式制作。在实际应用中，2.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，导热绝缘件也可以为绝缘板，该绝缘板所采用的材料包括氧化铝或者氮化铝等等。
借助导热绝缘件20将靶材背板15与冷却腔室17及其内部的冷却媒介电绝缘，可以避免靶材背板15与磁控管18以及磁控管驱动机构19电导通，从而不存在通入到靶材14的溅射能量会耗散到磁控管18以及磁控管驱动机构19上的问题，进而可以提高工艺稳定性。而且，由于靶材背板15与冷却腔室17及其内部的冷却媒介电绝缘，这使得无需使用去离子水冷却靶材14，从而可以简化水路系统的结构，进而可以减少设备的制造成本。
在进行溅射工艺时，溅射电源向靶材14提供溅射能量，以使得工艺腔室11内的工艺气体形成等离子体，等离子体中的离子持续轰击靶材14表面，以将靶材表面的材料轰击出来，最终沉积到衬底13的表面。同时，磁控管18在磁控管驱动机构19的驱动下旋转，以对靶材14的表面进行扫描，从而可以得到高密度的等离子体。此外，通过进水口161和出水口162循环地向冷却腔室17中通入冷却媒介，可以对靶材14进行冷却。
优选的，冷却媒介包括冷却水，这样，可以将冷却腔室17直接与厂务水源连接，而无需使用过滤器和换热器等等，从而可以简化水路系统的结构。
在本实施例中，磁控溅射设备还包括水路系统，图3为本发明实施例采用的水路系统的连接示意图。请参阅图3，该水路系统包括冷却水源(图中未示出)、进水管路25和出水管路26，其中，进水管路25的进水端与冷却水源的出水端连接，进水管路25的出水端与冷却腔室17的入口161连接；出水管路26的进水端与冷却腔室17的出口162连接，出水管路26的出水端与冷却水源的进水端连接。冷却水源用于向进水管路25提供冷却水，并回收来自出水管路26的冷却水。在进行工艺的过程中，由冷却水源提供的冷却水经由进水管路25流入冷却腔室17中，并与靶材背板15进行热量交换，以间接对靶材14进行冷却；然后，冷却水经由出水管路26返回冷却水源。优选的，在出水管路26上设置有流量传感器21、第一温度传感器22和压力传感器23，用以分别检测出水管路26中的冷却水的流量、温度和水压。并且在进水管路25上设置有第二温度传感器24，用以检测进水管路25中的冷却水的温度。
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 (10)

1.一种磁控溅射设备，包括工艺腔室、靶材、靶材背板、磁控管和冷却腔室，其中，所述冷却腔室位于所述工艺腔室上方，所述靶材背板设置在所述冷却腔室与所述工艺腔室之间，用以使二者相互隔离，通过向所述冷却腔室内通入冷却媒介，来冷却所述靶材背板；所述靶材设置在所述靶材背板的下表面上，所述磁控管设置在所述冷却腔室内，其特征在于，在所述靶材背板的上表面覆盖有导热绝缘件，用以将所述靶材背板与所述冷却腔室及其内部的冷却媒介电绝缘。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述导热绝缘件包括绝缘层或者绝缘板。
3.根据权利要求2所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述绝缘层采用在所述靶材背板的上表面进行阳极氧化处理的方式制作。
4.根据权利要求2所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述绝缘层采用在所述靶材背板的上表面喷涂绝缘材料的方式制作。
5.根据权利要求4所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述绝缘材料包括氧化铝或者氮化铝。
6.根据权利要求2所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述绝缘层采用粘接在所述靶材背板的上表面的方式制作。
7.根据权利要求2所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述绝缘板所采用的材料包括氧化铝或者氮化铝。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述冷却媒介包括冷却水。
9.根据权利要求8所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述磁控溅射设备还包括水路系统，所述水路系统包括冷却水源、进水管路和出水管路，其中，
在所述冷却腔室的腔体上分别设置有入口和出口，所述进水管路的进水端与所述冷却水源的出水端连接，所述进水管路的出水端与所述入口连接；所述出水管路的进水端与所述出口连接，所述出水管路的出水端与所述冷却水源的进水端连接；
所述冷却水源用于向所述进水管路提供冷却水，并回收来自所述出水管路的冷却水。
10.根据权利要求9所述的磁控溅射设备，其特征在于，在所述出水管路上设置有流量传感器、第一温度传感器和压力传感器，用以分别检测所述出水管路中的冷却水的流量、温度和水压；
在所述进水管路上设置有第二温度传感器，用以检测所述进水管路中的冷却水的温度。
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