CN110885965B - 物理气相沉积腔室和物理气相沉积设备 - Google Patents

物理气相沉积腔室和物理气相沉积设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种物理气相沉积腔室和物理气相沉积设备。该物理气相沉积腔室包括，腔室本体，在所述腔室本体内设置有上电极组件，所述上电极组件包括用于承载磁控管的底板组件，与所述底板组件间隔叠置的背板，以及将所述底板组件与所述背板相连的连接组件，所述连接组件包括连接栓，所述连接栓的栓头与所述底板组件相连，栓杆与所述背板螺纹连接。在使用这种物理气相沉积腔室时，可通过调节连接栓的栓杆与背板的连接长度，就可以实现调节底板组件的位置。由此，可根据要求或实际情况方便地调节底板组件与靶材之间的靶磁间隙的尺寸。

Description

物理气相沉积腔室和物理气相沉积设备
技术领域
本申请涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种物理气相沉积腔室。本申请还涉及包括这种物理气相沉积腔室的物理气相沉积设备。
背景技术
在半导体集成电路制造过程中，通常使用物理气相沉积设备来制造多种不同的金属层及相关材料层，其中，应用最为广泛的是磁控溅射设备。
在磁控溅射设备的腔室中，具有磁控管安装组件和承载靶材的靶材承载组件。磁控管安装组件靠近靶材承载组件以给逸出靶材的原子施加磁场力从而驱使原子到达预定沉积的位置。在磁控管安装组件和靶材承载组件之间存在有靶磁间隙，以通过调整靶磁间隙来调节磁场力，进而使得原子能在预定的沉积位置良好地成膜。
发明内容
本发明的第一方面提出了一种物理气相沉积腔室，包括：腔室本体，在所述腔室本体内设置有上电极组件，所述上电极组件包括用于承载磁控管的底板组件，与所述底板组件间隔叠置的背板，以及将所述底板组件与所述背板相连的连接组件，其中，所述连接组件包括连接栓，所述连接栓的栓头与所述底板组件相连，栓杆与所述背板螺纹连接。
在一个实施例中，所述连接组件的数量为多个，并且偏离所述磁控管而间隔布置。
在一个实施例中，所述连接栓的栓头与所述底板组件转动式连接。
在一个实施例中，所述连接栓的栓头构造为凸球面，在所述底板组件上构造有与所述凸球面适配的球座。
在一个实施例中，所述底板组件包括底板主体，在所述底板主体上形成有所述球座和与所述球座连通的贯通孔，所述连接栓的凸球面配合在所述球座内，并且所述栓杆从所述贯通孔中伸出，所述凸球面的直径大于所述贯通孔的直径。
在一个实施例中，所述底板组件还包括具有与所述凸球面适配的凹球面的固定模块，所述固定模块固定在所述底板主体上并且所述凹球面配合于所述凸球面。
在一个实施例中，在所述底板主体上形成有凹陷，所述球座形成在所述凹陷的底面上，所述固定模块嵌入式安装在所述凹陷内，并且所述固定模块的表面与所述底板主体的表面齐平。
在一个实施例中，在所述固定模块上构造有通达所述的凸球面的操作孔，在所述凸球面上对应于所述操作孔构造有操作槽。
在一个实施例中，所述固定模块和所述底板主体通过螺钉固定连接。
在一个实施例中，所述螺钉的数量为多个并且围绕所述球座在周向上均匀间隔布置。
本发明的第二方面提出了一种物理气相沉积设备，其特征在于，包括根据上文所述的物理气相沉积腔室。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：在使用根据本申请的物理气相沉积腔室时，使用者可通过调节连接栓的栓杆与背板的连接长度，就可以实现调节底板组件的位置。由此，可根据要求或实际情况方便地调节底板组件与靶材之间的靶磁间隙的尺寸。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示意性地显示了本申请一个实施例的物理气相沉积腔室。
图2示意性地显示了本申请一个实施例的上电极组件的简化图。
图3是图2的A向示意图。
图4示意性地显示了连接组件的结构。
图5是图4的B向示意图。
图6示意性地显示了本申请一个实施例的物理气相沉积设备。
图7a、7b和7c示意性地显示了在物理气相沉积设备使用过程中，调节磁控管装置组件的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1示意性地显示了根据本申请一个实施例的物理气相沉积腔室1(以下，简称为腔室1)。
如图1所示，腔室1包括腔室本体100，设置在腔室本体100内的上电极组件200，和靶材承托板300。上电极组件200包括底板组件201和与底板组件201间隔叠置且相连的背板202。底板组件201用于承载磁控管203。靶材承托板300设置在底板组件201的背向背板202的一侧。靶材302安装在靶材承托板300的背向底板组件201的一侧。
在将靶材302安装到靶材承托板300上之后，在靶材承托板300与磁控管203之间形成靶磁间隙303。在本申请的方案中，通过调节底板组件201和背板202之间的间隔204(如图2所示)的尺寸，可将靶磁间隙303调节到适当尺寸。
腔室1还包括电机11，避免原子污染腔室1的内部环境的内衬12、盖板13和沉积环14等其他部件，这些部件与本申请发明构思相关度较低，不再赘述。
接下来具体描述上电极组件200。
如图2所示，上电极组件200包括：承载磁控管203的底板组件201，与底板组件201间隔叠置的背板202，以及将底板组件201与背板202相连的连接组件205。连接组件205包括连接栓206，连接栓206的栓头207与底板组件201相连，栓杆208与背板202螺纹连接。
这样，在使用根据本申请的腔室1(或包含腔室1的物理气相沉积设备6)时，通过调节连接栓206的栓杆208与背板202的连接长度，就可以实现调节底板组件201相对于背板202的位置，进而可方便地调节靶磁间隙303的尺寸。在一个具体的实施例中，在背板202上构造有螺纹孔209，连接栓206的栓杆208上构造有与螺纹孔209相适配的螺纹，由此可将连接栓206的栓杆208与螺纹孔209螺纹连接在一起并可方便地实现调节。
在一个实施例中，如图3所示，连接组件205的数量为多个，并且偏离磁控管203而间隔布置。这样，多个连接组件205将底板组件201与背板202更稳定地连接在一起，并且在不调整连接组件205(或连接栓206)时，使得靶磁间隙303保持恒定，从而有助于提供稳定的磁场，进而有助于良好地成膜。在一个具体的实施例中，连接组件205的数量为六个，由此底板组件201和背板202通过六个间隔设置的连接栓连接在一起。应理解的是，在调节靶磁间隙303时，需要关注或调节这些连接组件205中的每一个。
在一个实施例中，连接栓206的栓头207与底板组件201转动式连接。这样，在连接组件205(或连接栓206)的数量为多个的情况下，当底板组件201与背板202之间的距离204为不等距时，通过调节一个连接栓206(例如，图3中的连接栓M1)在背板202内的安装长度，底板组件201可以其他的连接栓206(例如，图3中的连接栓M2、M3)的栓头207为中心发生转动，并因此底板组件201会在连接栓M1的带动下升高或降低，进而实现将底板组件201与背板202之间调节为等距离(上述调节过程简称为磁控管203的调平)。应理解的是，在磁控管203的调平过程中，可能需要对一个或多个连接栓206进行调节；此外，还可使用量具，例如游标卡尺测量底板组件201与背板202之间距离204，以加快磁控管203的调平。
还如图2或4所示，连接栓206的栓头207构造为凸球面223，在底板组件201上构造有与凸球面223适配的球座210。这样，连接栓206与底板组件201通过球连接相连。球连接可实现万向转动，从而进一步方便了磁控管203的调平。应理解的是，凸球面223可以为整个球面，也可以为部分球面；相应地，球座210可以为整个球面，也可以部分球面。
在一个具体的实施例中，底板组件201包括底板主体211，在底板主体211上形成有球座210和与球座210连通的贯通孔212，连接栓206的凸球面223配合在球座210内，并且栓杆208从贯通孔212中伸出，凸球面223的直径大于贯通孔212的直径。从整体上看，连接栓20大体为球头螺钉状。这样，在连底板组件201与背板202的装配状态中，连接栓206的栓头207可稳定地接合在球座210内，而不会经贯穿孔212从球座210内脱出，从而使得底板组件201通过连接栓206稳定地安装在背板202的下方。
还如图4所示，底板组件201还包括具有与栓头207(或凸球面223)适配的凹球面213的固定模块214。固定模块214固定在底板主体211上并且凹球面213配合于凸球面223。这样，凹球面213与球座210共同包围着栓头207，使得连接栓206与底板主体211的连接更加稳定。此外，固定模块214还使得底板主体211的装配更加方便。例如，在装配底板主体211时，首先将连接栓206的栓杆208穿过贯穿孔212，并顺应地将栓头207座接在球座210中；然后将固定模块214固定到底板主体211上并且使凹球面213与栓头207配合在一起。这样，固定模块214、底板主体211和连接栓206就形成为一个整体(即，形成底板组件201)。然后，再通过连接栓206的栓杆208将底板组件201作为一个整体安装到背板202上。在此过程中，固定模块214对连接栓206的固定作用可防止连接栓206与底板主体211脱开，从而方便了底板组件201的装配。应理解的是，在底板主体211上还可以具有其他器件，例如用于磁控溅射的器件，这里不再赘述。
在固定模块214上构造有通达的凸球面223的操作孔221，在凸球面223上对应于操作孔221构造有操作槽222。这样，在连接栓206的栓头207与固定模块214的凹球面213配合的情况下，操作者仍然能够经由操作孔221来操作凸球面223，从而进行磁控管203的调平或调解底板组件201(例如，底板主体211)与背板202之间的距离。例如，操作者可使用螺丝刀穿过操作孔221并与操作槽222配合，从而拧动连接栓206，进而实现磁控管203的调平。
在一个具体的实施例中，在底板主体211上形成有凹陷215，球座210形成在凹陷215的底面上，固定模块214嵌入式安装在凹陷215内，并且固定模块214的表面217与底板主体211的表面218齐平。这样，从整体上看，底板主体211的表面218连同固定模块214的表面217大体形成平面，这有助于在底板主体211上设置各种器件，例如磁控管203。
在一个具体的实施例中，固定模块214和底板主体211通过螺钉219固定连接。更具体地，如图5所示，螺钉219的数量为多个并且围绕操作孔220在周向上均匀间隔布置。在另一个具体的实施例中，螺钉219的数量为四个，并且围绕操作孔220在周向上均匀间隔布置。这样，可稳定地将固定模块214安装在底板主体211上。还应理解的是，虽然图5中显示了固定模块214的表面217大体为正方形，但实际上也可以为其他任何适当的形状，例如长方形、菱形、圆形等。
图6示意性地显示了本申请一个实施例的物理气相沉积设备6。该物理气相沉积设备6包括根据上文所述的物理气相沉积腔室1。此外，还包括抽真空设备610。在物理气相沉积腔室1内，还可设置承载晶片601的基座602。在溅射过程中，从靶材302上逸出的原子最终会沉积到晶片601并形成膜层。
随着靶材302的消耗，可每隔一段时间沿远离靶材302的方向调节一次底板组件201。如图7a到7c所示，在初始状态(如图7a)，底板组件201上的磁控管203与靶材承托板300的之间的靶磁间隙303为D1，靶材302的侵蚀面701与磁控管203之间的距离适当。在靶材302使用一段时候后，靶磁间隙303仍为D1，靶材302的侵蚀面701与磁控管203之间的距离变小，这是由于靶材302上的原子不断逸出造成的。这种情况下，侵蚀面701处的磁场710磁场强度变大，不利于靶材302的有效利用率(如图7b)。将底板组件201朝向背板202调节(即，远离靶材302的方向)，靶磁间隙303变为D2，D2大于D1，这样靶材302的侵蚀面701与磁控管203之间的距离再次为适当(如图7c)。由此，可将靶材302的侵蚀面处的磁场强度始终保持在适当的范围内，以避免随着靶材302的消耗，其侵蚀面处的磁场强度越来越大，而造成靶材302的侵蚀速度越来越快。由此，有助于提高靶材302的有效利用率。
另外，将磁控管203调平，可避免靶材302的侵蚀面701存在磁场强度不相同的情况，并因此减小靶材302消耗不均匀的几率，这也有助于提高靶材302的有效利用率。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种物理气相沉积腔室，其特征在于，包括腔室本体，在所述腔室本体内设置有上电极组件，所述上电极组件包括用于承载磁控管的底板组件，与所述底板组件间隔叠置的背板，以及将所述底板组件与所述背板相连的连接组件，所述背板设置在底板组件远离所述磁控管的一侧，
其中，所述连接组件包括连接栓，所述连接栓的栓头与所述底板组件相连，栓杆与所述背板螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的物理气相沉积腔室，其特征在于，所述连接组件的数量为多个，并且偏离所述磁控管而间隔布置。
3.根据权利要求2所述的物理气相沉积腔室，其特征在于，所述连接栓的栓头与所述底板组件转动式连接。
4.根据权利要求3所述的物理气相沉积腔室，其特征在于，所述连接栓的栓头构造为凸球面，在所述底板组件上构造有与所述凸球面适配的球座。
5.根据权利要求4所述的物理气相沉积腔室，其特征在于，所述底板组件包括底板主体，在所述底板主体上形成有所述球座和与所述球座连通的贯通孔，所述连接栓的凸球面配合在所述球座内，并且所述栓杆从所述贯通孔中伸出，所述凸球面的直径大于所述贯通孔的直径。
6.根据权利要求5所述的物理气相沉积腔室，其特征在于，所述底板组件还包括具有与所述凸球面适配的凹球面的固定模块，所述固定模块固定在所述底板主体上并且所述凹球面配合于所述凸球面。
7.根据权利要求6所述的物理气相沉积腔室，其特征在于，在所述底板主体上形成有凹陷，所述球座形成在所述凹陷的底面上，所述固定模块嵌入式安装在所述凹陷内，并且所述固定模块的表面与所述底板主体的表面齐平。
8.根据权利要求6或7所述的物理气相沉积腔室，其特征在于，在所述固定模块上构造有通达所述的凸球面的操作孔，在所述凸球面上对应于所述操作孔构造有操作槽。
9.根据权利要求8所述的物理气相沉积腔室，其特征在于，所述固定模块和所述底板主体通过螺钉固定连接。
10.一种物理气相沉积设备，其特征在于，包括根据权利要求1到9中任一项所述的物理气相沉积腔室。
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