CN110983271A - 一种磁控溅射台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，且公开了一种磁控溅射台，包括机体、溅射腔室、屏蔽罩、旋转磁铁、基板、靶材，所述基板上安装有导热管，所述导热管内安装有弹性筒，所述弹性筒内填充有膨胀液体，所述导热管的顶部固定安装有导流管，所述导流管的内壁固定安装有密封条，所述弹性筒的顶部固定连接有支撑杆。通过导热管与靶材之间的接触，使得膨胀液体可根据靶材自身的温度，自动作出相应的伸缩距离，使得膨胀液体根据靶材自身的状态自动控制冷却水的流出，使得靶材在使用过程中，出现高温时，可利用膨胀液体及时将靶材上的温度去除，使得靶材始终处于高效率的工作状态，同时利用水囊的作用，可将靶材表面的温度直接去除。

Description

一种磁控溅射台

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体为一种磁控溅射台。

背景技术

在半导体制造工艺中，为了加强和赋予基片不同的功能，需要用到磁控溅射台，利用电场与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，吸附在基片上形成一层薄膜。

现有磁控溅射台的工作原理为，将基片放入基板上，然后利用离心泵与真空管道将磁控腔室中的气体抽出，然后电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜，而溅射靶材主要由靶坯、背板等部分构成，其中，靶坯是高速离子束流轰击的目标材料，属于溅射靶材的核心部分，在溅射镀膜过程中，靶坯被离子撞击后，其表面原子被溅射飞散出来并沉积于基板上制成电子薄膜，随着氩离子轰击使靶面原子变得非常活跃，再加上离子的物理轰击，溅射靶材表面温度逐渐升高，当O2接近靶面时，靶面氧化反应速度大大增加，靠近氧化室侧的Si靶容易接触O2发生氧化反应，靶面生成的SiO2电绝缘膜层，会影响靶面的电势条件，进而产生电弧，这种电弧会对靶表面造成破坏产生碎裂现象，温度的上身还会导致靶材热量不能即使导出，再加上靶材本身材质较为脆弱，导致靶材出现发黑氧化，进一步造成靶材的开裂；

现有技术中为了冷却溅射靶材，通常会用循环冷却水对靶材进行实时冷却，受到工艺的影响，冷却管道一般安装在靶材的四周或靶材的背面，且启动冷却循环装置，通常通过测温装置，利用温度传感器，当温度较高时启动冷却水对靶材进行冷却，同时测温装置通常是对溅射腔室内部的温度得出结果，致使温度传感器无法第一时间得知靶材温度，当冷却水启动时，靶材表面温度已经很高，再加上冷却水的流动，更加容易造成靶材遇冷出现开裂的情况，同时冷却水通过管道只能流经靶材的某个位置，无法对靶材实施全面降温，导致靶材区域温度不同，进一步加剧靶材出现开裂的现象。

发明内容

针对上述背景技术的不足，本发明提供了一种磁控溅射台，具备自适应降温、提高靶材耐久度的优点，解决了背景技术提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种磁控溅射台，包括机体、溅射腔室、屏蔽罩、旋转磁铁、基板、靶材，溅射腔室安装在机体的顶部，屏蔽罩安装在溅射腔室的内壁上，旋转磁铁安装在溅射腔室的内部，基板安装在屏蔽罩上，靶材安装在基板内，所述基板上安装有导热管，所述导热管内安装有弹性筒，所述弹性筒内填充有膨胀液体，所述导热管的顶部固定安装有导流管，所述导流管的内壁固定安装有密封条，所述弹性筒的顶部固定连接有支撑杆，所述支撑杆的两侧固定连接有活塞，所述导流管的背部固定连通有进水管，所述导流管的底部固定连接有出水管，所述出水管的底部连通有流通管，所述流通管的端部连通有水囊，所述水囊的底部与靶材的顶部相接触。

优选的，所述弹性筒的材质为弹性硅胶，所述膨胀液体的材质为水银，所述弹性筒的底端固定连接有支撑板，所述支撑板与导热管的内壁固定连接，所述导热管上开设有通孔，所述通孔等距排列在导热管上。

优选的，所述支撑杆的一端贯穿并延伸至密封条的外部，所述支撑杆的外壁与密封条的内壁滑动连接，所述进水管进水高度低于支撑杆与密封条相接处的位置，所述活塞的初始位置完全堵塞进水管的开口处，所述活塞移动到最顶端完全开合进水管的开口处。

优选的，所述水囊的材质为耐高温硅胶，所述水囊的数量为两个，两个所述水囊的形状均为弧形并与靶材的形状相适配，两个所述水囊的侧面均连通有冷却管，所述冷却管的中部连通有总管，所述总管的端口处连通有排水管，所述排水管的一端贯穿并延伸至溅射腔室的外部。

本发明具备以下有益效果：

1、该磁控溅射台，通过导热管与靶材之间的接触，使得膨胀液体可根据靶材自身的温度，自动作出相应的伸缩距离，使得膨胀液体根据靶材自身的状态自动控制冷却水的流出，使得靶材在使用过程中，出现高温时，可利用膨胀液体及时将靶材上的温度去除，使得靶材始终处于高效率的工作状态，使得靶材表面的离子源充分飞溅吸附在基片上，同时利用水囊的作用，可将靶材表面的温度直接去除，冷却速度高效，使得靶材始终处于正常温度工作，使得靶材始终保持高质量状态下溅射，从而增加溅射的成功率，增加靶材的耐久度。

2、该磁控溅射台，通过冷却管、总管与排水管之间的配合使用，使得注入的冷却水自动形成一个循环，使得刚开始注入的冷却水降低靶材表面的温度，然后降温后，将残留的高温冷却水通过排水管排出，使得冷却水始终保持适宜的温度对靶材进行实时降温，同时增加靶材的降温面积，利用冷却管可以将靶材的每个位置都能降温，在利用水囊的弹性，随着水流的注入，水囊延伸的面积更加宽广，增加冷却面积，进一步增加靶材的耐久度，使得靶材保持较佳的状态工作。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中局部放大结构示意图；

图3为图2受热状态结构示意图；

图4为水囊的俯视结构示意图。

图中：1、机体；2、溅射腔室；3、屏蔽罩；4、旋转磁铁；5、基板；6、靶材；7、导热管；8、通孔；9、支撑板；10、弹性筒；11、膨胀液体；12、导流管；13、密封条；14、支撑杆；15、活塞；16、进水管；17、出水管；18、流通管；19、水囊；20、冷却管；21、总管；22、排水管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，一种磁控溅射台，包括机体1、溅射腔室2、屏蔽罩3、旋转磁铁4、基板5、靶材6，溅射腔室2安装在机体1的顶部，屏蔽罩3安装在溅射腔室2的内壁上，旋转磁铁4安装在溅射腔室2的内部，基板5安装在屏蔽罩3上，靶材6安装在基板5内，所述基板5上安装有导热管7，导热管7的材质为铜制或金刚石制或银质，所述导热管7与靶材6紧密相接，所述导热管7的底部也开设有若干小孔，所述导热管7内安装有弹性筒10，所述弹性筒10内填充有膨胀液体11，膨胀液体11的膨胀系数大于支撑杆14与活塞15的重力，所述导热管7的顶部固定安装有导流管12，导流管12的形状为矩形，所述导流管12的内壁固定安装有密封条13，密封条13位于支撑杆14的下方为实心，便于水流向下流动，防止水流通过密封条13流至导热管7内，所述弹性筒10的顶部固定连接有支撑杆14，所述支撑杆14的两侧固定连接有活塞15，活塞15的形状与导流管12的形状相适配，活塞15与导流管12的内壁滑动连接，所述导流管12的背部固定连通有进水管16，进水管16的一端贯穿并延伸至溅射腔室2的外部并与溅射腔室2的相接处安装有密封圈，增加溅射腔室2的密封性，进水管16的一端连通有位于溅射腔室2顶部的水箱，水箱温度中液体的温度为20-40摄氏度，利用适宜温度的冷却水对靶材6进行降温，使得温度不高不低，防止温度过低靶材6内部热量无法排出，导致靶材6开裂，防止温度过高，靶材6温度降低缓慢，不利于靶材6长时间的使用，水箱上开设有注水孔与进水孔，便于水箱内部液体的控制，水箱的材质为透明钢化玻璃，便于观察液体的容量，所述导流管12的底部固定连接有出水管17，出水管17的直径大于进水管16的直径，便于水流的快速流出，所述出水管17的底部连通有流通管18，流通管18的材质为耐高温软管，流通管18与导热管7不接触，防止流通管18的温度，影响膨胀液体11的膨胀，所述流通管18的端部连通有水囊19，所述水囊19的底部与靶材6的顶部相接触。

其中，所述弹性筒10的材质为弹性硅胶，使得弹性筒10可以移动不同的长度，同时又具有耐高温的特性，防止水银从中流出，所述膨胀液体11的材质为水银，所述弹性筒10的底端固定连接有支撑板9，所述支撑板9与导热管7的内壁固定连接，增加弹性筒10底部的温度性，使得弹性筒10只能沿导热管7做轴向运动，所述导热管7上开设有通孔8，所述通孔8等距排列在导热管7上，便于靶材6与溅射腔室2上的高温分子导入导热管7的内部，及时对靶材6进行降温，替代传统传感器的检测，使得冷却液体可根据靶材6自身的温度作出相应冷却效果。

其中，所述支撑杆14的一端贯穿并延伸至密封条13的外部，所述支撑杆14的外壁与密封条13的内壁滑动连接，所述进水管16进水高度低于支撑杆14与密封条13相接处的位置，所述活塞15的初始位置完全堵塞进水管16的开口处，所述活塞15移动到最顶端完全开合进水管16的开口处，便于利用活塞15控制水流的流出，当靶材6的温度较高时，活塞15向上移动打开进水管16，控制水流流出，当靶材6的温度逐渐降低时，活塞15下移，封堵进水管16，实现整个流程的自动化和智能化，根据靶材6的温度自动作出相应的效果。

其中，所述水囊19的材质为耐高温硅胶，当水囊19内充入大量的水流后，水囊19的体积不断变大，从而增加冷却面积，对靶材6的全区域位置冷却，增加冷却效果，实现靶材6各个温度适中保持一致，从而增加靶材在使用时的耐久度，所述水囊19的数量为两个，两个所述水囊19的形状均为弧形并与靶材6的形状相适配，两个所述水囊19的侧面均连通有冷却管20，所述冷却管20的中部连通有总管21，所述总管21的端口处连通有排水管22，所述排水管22的一端贯穿并延伸至溅射腔室2的外部，排水管22的一端贯穿并延伸至溅射腔室2的外部，排水管22的一端固定连通有位于溅射腔室2外部的循环泵，循环泵利用现有技术，循环泵的两个开口处连通有水管，水管与水箱连通，便于整个流程的自动循环，同时水管上安装有阀门，便于控制水流的方向。

工作原理，随着离子源的物理冲击，靶材6的表面不断升温，此时随着温度的析出与气体的升温，高温分子通过通孔8进入导热管7的内部，然后利用膨胀液体11对热气源的热胀冷缩原理，膨胀液体11受热后开始膨胀，然后将支撑杆14向上顶动，带动活塞15逐渐打开进水管16的断口处，这时进水管16中开始注入，水流受到重力的影响，流动至导流管12的底部，然后再通过出水管17流至流通管18的内部，然后逐渐流至水囊19的内部，水囊19开始对靶材6进行降温，随着水流不断的增加，水流不断流至冷却管20与总管21的内部，再通过排水管22将先前降温的水流排出，再流至新注入的水流，随着靶材6与溅射腔室2温度的降低，膨胀液体11遇冷逐渐缩短，再带动支撑杆14与活塞15逐渐回到初始位置，再次封堵进水管16。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种磁控溅射台，包括机体(1)、溅射腔室(2)、屏蔽罩(3)、旋转磁铁(4)、基板(5)、靶材(6)，溅射腔室(2)安装在机体(1)的顶部，屏蔽罩(3)安装在溅射腔室(2)的内壁上，旋转磁铁(4)安装在溅射腔室(2)的内部，基板(5)安装在屏蔽罩(3)上，靶材(6)安装在基板(5)内，其特征在于：所述基板(5)上安装有导热管(7)，所述导热管(7)内安装有弹性筒(10)，所述弹性筒(10)内填充有膨胀液体(11)，所述导热管(7)的顶部固定安装有导流管(12)，所述导流管(12)的内壁固定安装有密封条(13)，所述弹性筒(10)的顶部固定连接有支撑杆(14)，所述支撑杆(14)的两侧固定连接有活塞(15)，所述导流管(12)的背部固定连通有进水管(16)，所述导流管(12)的底部固定连接有出水管(17)，所述出水管(17)的底部连通有流通管(18)，所述流通管(18)的端部连通有水囊(19)，所述水囊(19)的底部与靶材(6)的顶部相接触。

2.根据权利要求1所述的一种磁控溅射台，其特征在于：所述弹性筒(10)的材质为弹性硅胶，所述膨胀液体(11)的材质为水银，所述弹性筒(10)的底端固定连接有支撑板(9)，所述支撑板(9)与导热管(7)的内壁固定连接，所述导热管(7)上开设有通孔(8)，所述通孔(8)等距排列在导热管(7)上。

3.根据权利要求1所述的一种磁控溅射台，其特征在于：所述支撑杆(14)的一端贯穿并延伸至密封条(13)的外部，所述支撑杆(14)的外壁与密封条(13)的内壁滑动连接，所述进水管(16)进水高度低于支撑杆(14)与密封条(13)相接处的位置，所述活塞(15)的初始位置完全堵塞进水管(16)的开口处，所述活塞(15)移动到最顶端完全开合进水管(16)的开口处。

4.根据权利要求1所述的一种磁控溅射台，其特征在于：所述水囊(19)的材质为耐高温硅胶，所述水囊(19)的数量为两个，两个所述水囊(19)的形状均为弧形并与靶材(6)的形状相适配，两个所述水囊(19)的侧面均连通有冷却管(20)，所述冷却管(20)的中部连通有总管(21)，所述总管(21)的端口处连通有排水管(22)，所述排水管(22)的一端贯穿并延伸至溅射腔室(2)的外部。

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