CN108611614A - 磁控溅射靶的磁场组件、磁控溅射靶及其优化方法 - Google Patents

磁控溅射靶的磁场组件、磁控溅射靶及其优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁控溅射靶的磁场组件，包括上导磁组件、下导磁板、以及设于上导磁组件和下导磁板之间的磁性支架，上导磁组件包括多个同心布置的导磁环，磁性支架包括多圈磁性支撑结构，多圈磁性支撑结构与所述导磁环一一对应布置，相邻两圈磁性支撑结构的磁极相反。本发明还提供一种包含前述磁场组件的磁控溅射靶。一种前述磁控溅射靶的优化方法，包括以下步骤：S1、进行磁控溅射成膜；S2、测试成膜的均匀性；S3、若成膜的均匀性未达到设计要求，则调整各圈磁性支撑结构的磁场强度，然后重复步骤S1和S2，直至成膜的均匀性达到设计要求；若成膜的均匀性达到设计要求，则完成优化。本发明具有靶材利用率高，成膜均匀性好等优点。

Description

磁控溅射靶的磁场组件、磁控溅射靶及其优化方法
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备及其应用，尤其涉及一种磁控溅射靶的磁场组件、磁控溅射靶及其优化方法。
背景技术
磁场组件是磁控溅射靶的关键部分，直接关系到溅射靶沉膜均匀性和靶材利用率。传统的圆形磁控溅射靶的磁场组件由中心磁铁和外环磁铁组成，当中心磁铁和外环磁铁的尺寸、磁场大小确定后，磁控溅射靶的沉膜均匀性和靶材利用率也即确定了。传统磁控溅射靶在靶材上最终形成一圈溅射跑道，也即靶材被轰击区域的形状与跑道相同，靶材的利用率有限；同时正对基片成膜时，表现出膜层中间厚而外侧薄的特点，成膜均匀性、一致性有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种靶材利用率高，成膜均匀性好的磁控溅射的磁场组件。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种磁控溅射靶的磁场组件，包括上导磁组件、下导磁板、以及设于上导磁组件和下导磁板之间的磁性支架，所述上导磁组件包括多个同心布置的导磁环，所述磁性支架包括多圈磁性支撑结构，多圈所述磁性支撑结构与多个所述导磁环一一对应布置，相邻两圈磁性支撑结构的磁极相反。
作为上述技术方案的进一步改进：各圈所述磁性支撑结构包括多根磁性棒，多根所述磁性棒沿圆周方向均匀布置，各所述磁性棒上端与所述导磁环相连，下端与所述下导磁板相连，同一圈中的各磁性棒磁极相同，相邻两圈磁性棒的磁极相反。
作为上述技术方案的进一步改进：所述磁性支架还包括底板及设于底板上表面的多个第一环形支撑部，多个所述第一环形支撑部与多圈所述磁性支撑结构一一对应布置，各所述第一环形支撑部包括多个沿圆周方向均匀布置的第一支撑分块，所述第一支撑分块和所述底板上开设有安装通孔，所述磁性棒下端穿过所述安装通孔后与所述下导磁板相连。
作为上述技术方案的进一步改进：所述下导磁板中心开设有冷却液进孔，所述磁性支架中心开设有冷却液出孔，所述下导磁板下表面设有多个第二支撑分块，多个第二支撑分块沿圆周方向均匀布置。
作为上述技术方案的进一步改进：中心的所述磁性支撑结构包括磁性支撑环，其余各圈所述磁性支撑结构包括多根磁性棒，多根所述磁性棒沿圆周方向均匀布置，各所述磁性棒上端与所述导磁环相连，下端与所述下导磁板相连，同一圈中的各磁性棒磁极相同，相邻两圈磁性棒的磁极相反，最内侧的一圈磁性棒与所述磁性支撑环的磁极相反。
作为上述技术方案的进一步改进：所述磁性支架还包括底板及设于底板上表面的多个第一环形支撑部，多个所述第一环形支撑部与多圈所述磁性棒一一对应布置，各所述第一环形支撑部包括多个沿圆周方向均匀布置的第一支撑分块，所述第一支撑分块和所述底板上开设有安装通孔，所述磁性棒下端穿过所述安装通孔后与所述下导磁板相连。
作为上述技术方案的进一步改进：所述下导磁板中心开设有冷却液进孔，所述磁性支架的中心设有用于容纳孔，所述磁性支撑环位于所述容纳孔内，所述磁性支撑环上表面设有多个第三支撑分块，多个所述第三支撑分块沿圆周方向均匀布置，中心的所述导磁环布置于多个所述第三支撑分块上，所述下导磁板下表面设有多个第二支撑分块，多个第二支撑分块沿圆周方向均匀布置。
作为上述技术方案的进一步改进：所述第三支撑分块上表面设有定位凸部，所述定位凸部与中心的所述导磁环侧面贴合。
本发明还提供一种包含上述磁场组件的磁控溅射靶。
本发明还提供一种上述磁控溅射靶的优化方法。
一种上述磁控溅射靶的优化方法，包括以下步骤：
S1、进行磁控溅射成膜；
S2、测试成膜的均匀性；
S3、若成膜的均匀性未达到设计要求，则调整各圈磁性支撑结构的磁场强度，然后重复步骤S1和S2，直至成膜的均匀性达到设计要求；若成膜的均匀性达到设计要求，则完成优化。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的磁控溅射靶的磁场组件，设置有多圈同心布置的磁性支撑结构，相邻两圈磁性支撑结构的磁极相反，并一一对应地分摊到上导磁组件的各导磁环上，磁场组件在溅射靶工作时，通过上导磁组件可在靶材表面形成从中心向外N/S极交替的磁场，束缚电子往复螺旋运动，最终将工艺气体(例如氩气)电离，氩离子在电场作用下轰击靶材，将靶材粒子溅射出来沉积到基片表面，实现成膜；靶材表面可获得比磁场圈数少一的溅射跑道，提高了靶材的利用率；同时各圈磁场强度可根据成膜均匀性的测试结果进行优化，相应调整各圈磁场强度，从而提高对成膜均匀性。
本发明公开的磁控溅射靶，包含上述的磁场组件，因而同样具有上述优点。
本发明公开的磁控溅射靶的优化方法，根据成膜结果对各圈磁场强度进行调整，便可达到提高正对基片高均匀性成膜的目的，步骤简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明磁控溅射靶的磁场组件的立体结构示意图。
图2是本发明磁控溅射靶的磁场组件的剖视结构示意图。
图3是本发明中的磁性支架的立体结构示意图。
图4是本发明中的下导磁板的立体结构示意图。
图5是本发明中的上导磁组件的立体结构示意图。
图6是本发明中的磁性支撑环的立体结构示意图。
图7是本发明磁控溅射靶的优化方法的流程图。
图中各标号表示：1、上导磁组件；11、导磁环；2、下导磁板；21、冷却液进孔；22、第二支撑分块；23、回水环；3、磁性支架；31、磁性支撑结构；311、磁性棒；32、底板；321、安装通孔；33、第一环形支撑部；331、第一支撑分块；34、冷却液出孔；4、磁性支撑环；41、第三支撑分块；411、定位凸部；42、中心磁性环。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
图1至图6示出了本发明磁控溅射靶的磁场组件的一种实施例，本实施例的磁控溅射靶的磁场组件，包括上导磁组件1、下导磁板2、以及设于上导磁组件1和下导磁板2之间的磁性支架3，上导磁组件1包括多个同心布置的导磁环11，磁性支架3包括多圈磁性支撑结构31，多圈磁性支撑结构31与多个导磁环11一一对应布置，相邻两圈磁性支撑结构31的磁极相反。本实施例中，导磁环11共四圈，在其他实施例中也可适当调整，优选三至五圈；磁性支架3优选较常见的磁铁支架。
该磁控溅射靶的磁场组件，设置有多圈同心布置的磁性支撑结构31，相邻两圈磁性支撑结构31的磁极相反，并一一对应地分摊到上导磁组件1的各导磁环11上，磁场组件在溅射靶工作时，通过上导磁组件1可在靶材表面形成从中心向外N/S极交替的磁场，束缚电子往复螺旋运动，最终将工艺气体(例如氩气)电离，氩离子在电场作用下轰击靶材，将靶材粒子溅射出来沉积到基片表面，实现成膜；靶材表面可获得比磁场圈数少一的溅射跑道，也即本实施例中靶材表面可获得三个溅射跑道，提高了靶材的利用率；同时各圈磁场强度可根据成膜均匀性的测试结果进行优化，相应调整各圈磁场强度，从而提高对成膜均匀性。
进一步地，本实施例中，中心的磁性支撑结构31包括磁性支撑环4，也即中心直径最小的导磁环11由磁性支撑环4提供支撑和磁场，其余各圈磁性支撑结构31包括多根磁性棒311，也即其余各导磁环11由磁性棒311提供支撑和磁场，多根磁性棒311沿圆周方向均匀布置，从而将磁场均匀地分摊至导磁环11上，保证各导磁环11上磁场的均匀性，各磁性棒311上端与导磁环11相连，下端与下导磁板2相连，同一圈中的各磁性棒311磁极相同，相邻两圈磁性棒311的磁极相反，最内侧的一圈磁性棒311(也即紧靠磁性支撑环4的一圈磁性棒311)与磁性支撑环4的磁极相反。其中，磁性棒311与导磁环11、下导磁板2优选采用紧固件相连，具有良好的结构强度；磁性棒311优选采用棒状磁铁。
更进一步地，磁性支架3还包括底板32及设于底板32上表面的多个第一环形支撑部33，多个第一环形支撑部33与多圈磁性棒311一一对应布置，也即本实施例中共设置三个第一环形支撑部33，配合磁性支撑环4共形成四圈支撑结构，各第一环形支撑部33包括多个沿圆周方向均匀布置的第一支撑分块331，第一支撑分块331和底板32上开设有安装通孔321，磁性棒311下端穿过安装通孔321后与下导磁板2相连。设置底板32并在底板32上表面设置多块第一支撑分块331，由第一支撑分块331和磁性棒311为导磁环11提供支撑，有利于保证磁场组件的机械强度。本实施例中，第一支撑分块331数量在三至六之间，外侧的导磁环11直径较大，相应地第一支撑分块331的数量也较多。
更进一步地，下导磁板2中心开设有冷却液进孔21，磁性支架3中心(具体为底板32的中心)开设有容纳孔，磁性支撑环4位于容纳孔内，磁性支撑环4上表面设有多个第三支撑分块41，多个第三支撑分块41沿圆周方向均匀布置，中心的导磁环11布置于多个第三支撑分块41上，下导磁板2下表面设有多个第二支撑分块22，多个第二支撑分块22沿圆周方向均匀布置。本实施例中，以水作为冷却介质为例，下导磁板2中心的冷却液进孔21引入的冷却水首先进入磁性支撑环4内，然后由磁性支撑环4上表面与中心的导磁环11下表面之间的间隙流向磁性支撑环4外部，再通过各圈磁性棒311之间的间隙向外辐射流动，最后经过最外圈的磁性棒311流向磁性支架3下方，通过下导磁板2上相邻两块第二支撑分块22之间的间隙汇聚到第二支撑分块22与冷却液进孔21之间的回水环23区域，实现循环冷却，保证了磁场组件的冷却效果。其中，第三支撑分块41设置为三块，第二支撑分块22设置为七块。在其他实施例中，若磁性棒311长度较长时，可将磁性支撑环4及其第三支撑分块41设置为仅用于提供支撑，而在第三支撑分块41上放置与中心导磁环11大小一致的中心磁性环42，由中心磁性环42对中心的导磁环11提供磁场和支撑，也可实现功能。
更进一步地，本实施例中，第三支撑分块41上表面设有定位凸部411，定位凸部411与中心的导磁环11侧面贴合，有利于保持相对位置准确。
实施例二
本实施例的磁场组件与实施例一基本相同，不同之处在于，中心的导磁环11也由磁性棒311提供支撑。具体如下；
本实施例中，各圈磁性支撑结构31包括多根磁性棒311，多根磁性棒311沿圆周方向均匀布置，各磁性棒311上端与导磁环11相连，下端与下导磁板2相连，同一圈中的各磁性棒311磁极相同，相邻两圈磁性棒311的磁极相反。
相应地，本实施例中，磁性支架3还包括底板32及设于底板32上表面的多个第一环形支撑部33，多个第一环形支撑部33与多圈磁性支撑结构31一一对应布置，各第一环形支撑部33包括多个沿圆周方向均匀布置的第一支撑分块331，第一支撑分块331和底板32上开设有安装通孔321，磁性棒311下端穿过安装通孔321后与下导磁板2相连。
本实施例中，下导磁板2中心开设有冷却液进孔21，磁性支架3中心开设有冷却液出孔34(磁性支架3中心具体为底板32的中心，也可视为将实施例一中的容纳孔作为冷却液出孔34)，下导磁板2下表面设有多个第二支撑分块22，多个第二支撑分块22沿圆周方向均匀布置。下导磁板2中心的冷却液进孔21引入的冷却水首先进入冷却液出孔34，再通过各圈磁性棒311之间的间隙向外辐射流动，最后经过最外圈的磁性棒311流向磁性支架3下方，通过下导磁板2上相邻两块第二支撑分块22之间的间隙汇聚到第二支撑分块22与冷却液进孔21之间的回水环23区域，实现循环冷却，保证了磁场组件的冷却效果。
实施例三
本实施例的磁控溅射靶，包括上述的磁场组件，使得本发明的磁控溅射靶同样具有上述磁场组件的优点，即实现溅射成膜均匀性和靶材利用率的优化、改良。
实施例四
图7示出了本发明磁控溅射靶的优化方法的一种实施例，本实施例的磁控溅射靶的优化方法，包括以下步骤：
S1、进行磁控溅射成膜；
S2、测试成膜的均匀性；
S3、若成膜的均匀性未达到设计要求，则调整各圈磁性支撑结构31的磁场强度，然后重复步骤S1和S2，直至成膜的均匀性达到设计要求；若成膜的均匀性达到设计要求，则完成优化。
该优化方法，根据成膜结果对各圈磁场强度进行调整，便可达到提高正对基片高均匀性成膜的目的，步骤简单，易于实现。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种磁控溅射靶的磁场组件，其特征在于：包括上导磁组件(1)、下导磁板(2)、以及设于上导磁组件(1)和下导磁板(2)之间的磁性支架(3)，所述上导磁组件(1)包括多个同心布置的导磁环(11)，所述磁性支架(3)包括多圈磁性支撑结构(31)，多圈所述磁性支撑结构(31)与多个所述导磁环(11)一一对应布置，相邻两圈磁性支撑结构(31)的磁极相反。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射靶的磁场组件，其特征在于：各圈所述磁性支撑结构(31)包括多根磁性棒(311)，多根所述磁性棒(311)沿圆周方向均匀布置，各所述磁性棒(311)上端与所述导磁环(11)相连，下端与所述下导磁板(2)相连，同一圈中的各磁性棒(311)磁极相同，相邻两圈磁性棒(311)的磁极相反。
3.根据权利要求2所述的磁控溅射靶的磁场组件，其特征在于：所述磁性支架(3)还包括底板(32)及设于底板(32)上表面的多个第一环形支撑部(33)，多个所述第一环形支撑部(33)与多圈所述磁性支撑结构(31)一一对应布置，各所述第一环形支撑部(33)包括多个沿圆周方向均匀布置的第一支撑分块(331)，所述第一支撑分块(331)和所述底板(32)上开设有安装通孔(321)，所述磁性棒(311)下端穿过所述安装通孔(321)后与所述下导磁板(2)相连。
4.根据权利要求2或3所述的磁控溅射靶的磁场组件，其特征在于：所述下导磁板(2)中心开设有冷却液进孔(21)，所述磁性支架(3)中心开设有冷却液出孔(34)，所述下导磁板(2)下表面设有多个第二支撑分块(22)，多个第二支撑分块(22)沿圆周方向均匀布置。
5.根据权利要求1所述的磁控溅射靶的磁场组件，其特征在于：中心的所述磁性支撑结构(31)包括磁性支撑环(4)，其余各圈所述磁性支撑结构(31)包括多根磁性棒(311)，多根所述磁性棒(311)沿圆周方向均匀布置，各所述磁性棒(311)上端与所述导磁环(11)相连，下端与所述下导磁板(2)相连，同一圈中的各磁性棒(311)磁极相同，相邻两圈磁性棒(311)的磁极相反，最内侧的一圈磁性棒(311)与所述磁性支撑环(4)的磁极相反。
6.根据权利要求5所述的磁控溅射靶的磁场组件，其特征在于：所述磁性支架(3)还包括底板(32)及设于底板(32)上表面的多个第一环形支撑部(33)，多个所述第一环形支撑部(33)与多圈所述磁性棒(311)一一对应布置，各所述第一环形支撑部(33)包括多个沿圆周方向均匀布置的第一支撑分块(331)，所述第一支撑分块(331)和所述底板(32)上开设有安装通孔(321)，所述磁性棒(311)下端穿过所述安装通孔(321)后与所述下导磁板(2)相连。
7.根据权利要求5或6所述的磁控溅射靶的磁场组件，其特征在于：所述下导磁板(2)中心开设有冷却液进孔(21)，所述磁性支架(3)的中心设有用于容纳孔，所述磁性支撑环(4)位于所述容纳孔内，所述磁性支撑环(4)上表面设有多个第三支撑分块(41)，多个所述第三支撑分块(41)沿圆周方向均匀布置，中心的所述导磁环(11)布置于多个所述第三支撑分块(41)上，所述下导磁板(2)下表面设有多个第二支撑分块(22)，多个第二支撑分块(22)沿圆周方向均匀布置。
8.根据权利要求7所述的磁控溅射靶的磁场组件，其特征在于：所述第三支撑分块(41)上表面设有定位凸部(411)，所述定位凸部(411)与中心的所述导磁环(11)侧面贴合。
9.一种磁控溅射靶，其特征在于：包括权利要求1至8中任一项所述的磁场组件。
10.一种权利要求9所述的磁控溅射靶的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、进行磁控溅射成膜；
S2、测试成膜的均匀性；
S3、若成膜的均匀性未达到设计要求，则调整各圈磁性支撑结构(31)的磁场强度，然后重复步骤S1和S2，直至成膜的均匀性达到设计要求；若成膜的均匀性达到设计要求，则完成优化。
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