CN111816537B - 磁控管驱动机构、工艺腔室和半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁控管驱动机构、工艺腔室和半导体处理设备。包括第一旋转臂，设置有第一旋转轴和第二旋转轴，第一旋转轴与第一驱动源相连；第二旋转臂，与第二旋转轴连接且固定设置有磁控管；传动机构，其包括第一主动轮和第一从动轮，第一主动轮与第一旋转轴连接，第一从动轮与第二旋转轴连接；至少一个传动比改变机构，分别与第一主动轮和第一从动轮传动连接，并且，传动比改变机构能够改变其与第一主动轮、第一从动轮的接触位置，以改变传动机构的传动比。这样，利用所设置的传动比改变机构，可以不必更改传动机构的结构，实现其传动比的改变，从而可以改变磁控管的运动轨迹，实现全靶腐蚀，进而可以提高晶片的加工良率，降低制作成本。

Description

磁控管驱动机构、工艺腔室和半导体处理设备

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种磁控管驱动机构、一种工艺腔室以及一种半导体处理设备。

背景技术

集成电路芯片制备的后道工序中，物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)中的磁控溅射是使用最广泛的技术之一。金属互连、硬掩膜、封装都需要使用到PVD技术。其中金属互连又是最为关键的技术，在经由光刻技术形成的沟槽、通孔中通过PVD沉积上金属导线，将晶体管相互连接起来形成所需要的电路。一道完整金属互连工序通常由：阻挡层/籽晶层(Barrier/Seed Layer)沉积、铜电镀(ECP，Electrochemical Plating)、化学机械研磨(CMP，Chemical Mechanical Polishing)构成。随着芯片的集成度提高，互连所需要的布线层数越来越多。形成多层金属布线则是通过在CMP之后，再经由光刻技术形成图案，并重复金属互连工艺来实现。

为了减小溅射过程中沉积粒子与氩离子的碰撞，人们开发出自离子化等离子体(Self-Ionized Plasma)溅射技术。通过向靶材施以较高的能量，以及较小的磁控管面积，使被溅射出来的粒子具有极高的离子化率。溅射离子被靶材的偏压拉回靶材，在强磁场的作用下螺旋进动，与其他原子或靶材发生多次碰撞，激发出更多的离子，从而使等离子体得以维持。在能量足够高时，无需氩气，仅靠溅射原子/

离子自身便能维持等离子体溅射，这一技术称为自维持等离子体溅射(SSS，Self-Sustained Sputtering)。

一般来说需要在靶材上施加的功率密度足够高，从而提高溅射粒子的离化率以实现SSS，比如通过减小磁控管的大小以提高功率密度。然而减小磁控管大小后，便需要使磁控管以一定的轨迹在靶材背面运动，以实现全靶腐蚀。

中国授权专利CN100511569C公开了一种小行星式磁电管(磁控管)，具体公开内容可以参见其授权文本。

但是，上述行星式磁电管中，其齿轮机构一旦做好便固定，磁电管的轨迹也随之固定，若想更换磁电管轨迹，则需要重新加工一齿轮机构。

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，提出了一种磁控管驱动机构、一种工艺腔室以及一种半导体处理设备。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种磁控管驱动机构，所述驱动机构包括：

第一旋转臂，设置有第一旋转轴和第二旋转轴，所述第一旋转轴与第一驱动源相连；

第二旋转臂，与所述第二旋转轴连接且固定设置有磁控管；

传动机构，其包括第一主动轮和第一从动轮，所述第一主动轮与所述第一旋转轴连接，所述第一从动轮与所述第二旋转轴连接；

至少一个传动比改变机构，所述传动比改变机构分别与所述第一主动轮和所述第一从动轮传动连接，并且，所述传动比改变机构能够改变其与所述第一主动轮、所述第一从动轮的接触位置，以改变所述传动机构的传动比。

可选地，所述传动比改变机构包括第一传动轮、第三旋转轴和第四旋转轴；

所述第一传动轮分别与所述第一主动轮和所述第一从动轮传动连接，并且，所述第一传动轮可转动地与所述第三旋转轴连接，所述第三旋转轴可转动地与所述第四旋转轴连接，所述第四旋转轴固定设置在所述第一旋转臂上。

可选地，所述传动比改变机构还包括第二主动轮以及与所述第二主动轮传动连接的第二从动轮，所述第二主动轮和所述第二从动轮均固定设置在所述第一旋转臂上，所述第二从动轮与所述第四旋转轴固定连接，所述第二主动轮与第二驱动源连接。

可选地，所述第二主动轮与所述第二从动轮均为齿轮结构，所述第二主动轮与所述第二从动轮啮合。

可选地，所述第二主动轮与所述第二从动轮间隔设置，所述第二主动轮通过同步皮带与所述第二从动轮传动连接。

可选地，所述第二驱动源包括驱动电机、丝杠和第三主动轮，所述丝杠分别与所述驱动电机和所述第三主动轮连接，所述第三主动轮与所述第二主动轮同轴设置。

可选地，所述驱动机构包括两个所述传动比改变机构，分别为第一传动比改变机构和第二传动比改变机构；

所述驱动机构还包括第二传动轮，所述第二传动轮位于所述第一主动轮和所述第一从动轮之间，所述第一传动比改变机构分别与所述第一主动轮和所述第二传动轮传动连接，所述第二传动比改变机构分别与所述第二传动轮和所述第一从动轮传动连接。

可选地，所述第一主动轮包括第一轮本体以及设置在所述第一轮本体上的第一传输弧形面；

所述第一从动轮包括第二轮本体以及设置在所述第二轮本体上的第二传输弧形面；

所述传动比改变机构分别与所述第一传输弧形面和所述第二传输弧形面传动连接。

可选地，所述第一主动轮和所述第一从动轮均为齿轮结构。

本发明的第二方面，提供了一种工艺腔室，包括腔室本体、位于腔室本体上方的磁控管以及驱动磁控管运动的驱动机构，所述驱动机构采用前文记载的所述的驱动机构。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备，所述半导体处理设备包括前文记载的所述的工艺腔室。

本发明的磁控管驱动机构、工艺腔室和半导体处理设备。驱动机构包括：第一旋转臂，设置有第一旋转轴和第二旋转轴，所述第一旋转轴与第一驱动源相连；第二旋转臂，与所述第二旋转轴连接且固定设置有磁控管；传动机构，其包括第一主动轮和第一从动轮，所述第一主动轮与所述第一旋转轴连接，所述第一从动轮与所述第二旋转轴连接；至少一个传动比改变机构，所述传动比改变机构分别与所述第一主动轮和所述第一从动轮传动连接，并且，所述传动比改变机构能够改变其与所述第一主动轮、所述第一从动轮的接触位置，以改变所述传动机构的传动比。这样，利用所设置的传动比改变机构，可以不必更改传动机构的结构，实现其传动比的改变，从而可以改变磁控管的运动轨迹，实现全靶腐蚀，进而可以提高晶片的加工良率，降低制作成本。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明第一实施例中磁控管驱动机构的结构示意图；

图2为本发明第二实施例中传动机构与传动比改变机构的结构示意图；

图3为本发明第三实施例中传动机构的传动比示意图；

图4为本发明第四实施例中传动机构的传动比示意图；

图5为本发明第五实施例中传动机构与传动比改变机构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1和图2所示，本发明的第一方面，涉及一种磁控管驱动机构100，该驱动机构100包括第一旋转臂110、第二旋转臂120、传动机构130以及传动比改变机构140。其中，第一旋转臂110上设置有第一旋转轴150和第二旋转轴160，第一旋转轴150与第一驱动源(图中并未示出，一般为旋转电机)相连。第二旋转臂120与第二旋转轴160连接且固定设置有磁控管210。传动机构130包括第一主动轮131和第一从动轮132，第一主动轮131与第一旋转轴150连接，第一从动轮132与第二旋转轴160连接。传动比改变机构140分别与第一主动轮131和第一从动轮132传动连接，并且，传动比改变机构140能够改变其与第一主动轮131、第一从动轮132的接触位置，以改变传动机构130的传动比。

具体地，如图1所示，第一旋转臂110水平设置，第一旋转轴150和第二旋转轴160间隔设置在第一旋转臂110上，第一旋转轴150与第一主动轮131连接，第二旋转轴160与第一从动轮132连接。第二旋转臂120位于第一旋转臂110的下方并与第二旋转轴160固定连接，第二旋转臂120的下方设置有磁控管210，并且，为了保持驱动机构100的平衡，可以在第二旋转臂120上对称设置有第一配重220，在第一旋转臂110上对称设置有第二配重230。在驱动磁控管210运动时，第一驱动源驱动第一旋转轴150旋转，第一旋转轴150带动第一旋转臂110绕第一旋转轴150转动，从而可以驱动磁控管210绕第一旋转轴150作公转运动。同时，第一旋转轴150还可以带动第一主动轮131旋转，第一主动轮131经由传动比改变机构140驱动第一从动轮132旋转，从而可以驱动第二旋转臂120绕第二旋转轴160转动，进而使得磁控管210绕第二旋转轴160自转。

此外，在驱动机构100的运动过程中，可以利用所设置的传动比改变机构140，改变传动机构130的传动比。具体地，如图3所示，传动比改变机构140在A点与第一主动轮131接触，在B点与第一从动轮132接触。如图4所示，传动比改变机构140在C点与第一主动轮131接触，在D点与第一从动轮132接触。记第一主动轮131的中心与传动比改变机构140接触时的半径为R1，第一从动轮132的中心与传动比改变机构140接触时的半径为r1，此时，当第一旋转臂110以W1的角速度旋转时，第一从动轮132的旋转角速度为-W1*R1/r1，也即此时传动机构130的传动比k＝-R1/r1，根据图3可以看出，在该位置处的传动比为一绝对值小于1的负常数。根据图4可以看出，在该位置处的传动比为一绝对值大于1的正常数。

本实施例的驱动机构100，利用所设置的传动比改变机构140，可以不必更改传动机构130的结构，实现其传动比的改变，从而可以改变磁控管210的运动轨迹，实现全靶腐蚀，进而可以提高晶片的加工良率，降低制作成本。

如图1和图2所示，传动比改变机构140包括第一传动轮141、第三旋转轴142和第四旋转轴143。其中，第一传动轮141分别与第一主动轮131和第一从动轮132传动连接，并且，第一传动轮141可转动地与第三旋转轴142连接，例如，第一传动轮141可以通过滚动轴承144等方式实现与第三旋转轴142可转动地连接。第三旋转轴142可转动地与第四旋转轴143连接，例如，第三旋转轴142可以通过铰接等方式实现与第四旋转轴143可转动地连接。第四旋转轴143固定设置在第一旋转臂110上。

具体地，如图1和图2所示，在本实施结构中，第一传动轮141可以自由的绕第三旋转轴142旋转，同时第一传动轮141、第三旋转轴142以及滚动轴承144所形成的装配体可以整体绕第四旋转轴143旋转，从而可以改变第一传动轮141与第一主动轮131、第一从动轮132的接触位置，从而可以改变传动机构130的传动比，改变磁控管210的运动轨迹，实现全靶腐蚀。此外，还可以通过控制第一传动轮141、第三旋转轴142以及滚动轴承144所形成的装配体整体绕第四旋转轴143连续地旋转，实现传动比的连续改变，可以有效提高靶材腐蚀均匀性，提高晶片加工良率。

作为可选地一种结构，第一主动轮131和第一从动轮132均为齿轮结构，第一传动轮141也可以为齿轮结构，这样，可以通过齿轮传动实现运动传输。当然，第一传动轮141与第一主动轮131和第一从动轮132之间也可以借助摩擦实现运动传输。

如图1所示，传动比改变机构140还包括第二主动轮145以及与第二主动轮145传动连接的第二从动轮146。其中，第二主动轮145和第二从动轮146均固定设置在第一旋转臂110上，第二从动轮146与第四旋转轴143固定连接，第二主动轮145与第二驱动源连接。

具体地，在需要改变传动机构130的传动比时，如图1所示，可以利用第二驱动源驱动第二主动轮145连续旋转，第二主动轮145可以带动第二从动轮146连续旋转，第二从动轮146可以带动第四旋转轴143连续旋转，第四旋转轴143可以带动第三旋转轴142连续旋转，从而可以带动第一传动轮141连续旋转，实现连续改变其与第一主动轮131和第一从动轮132的接触位置，进而可以实现传动比的连续改变。

如图1所示，第二主动轮145可以与第二从动轮146间隔设置，第二主动轮145可以通过同步皮带147与第二从动轮146传动连接。当然，除此以外，第二主动轮145还可以通过其他方式与第二从动轮146传动连接，例如，第二主动轮145可以通过链条与第二从动轮146传动连接。

此外，第二主动轮145也可以直接与第二从动轮146接触，例如，在第二主动轮145和第二从动轮146均为齿轮结构时，第二主动轮145可以与第二从动轮146啮合。

如图1所示，第二驱动源可以包括驱动电机(图中并未示出)、丝杠170和第三主动轮(图中并未示出)。其中，丝杠170分别与驱动电机和第三主动轮连接，第三主动轮与第二主动轮145同轴设置。

具体地，在需要改变传动机构130的传动比时，如图1所示，驱动电机驱动丝杠170旋转，丝杠170可以驱动第三主动轮旋转，由于第三主动轮与第二主动轮145同轴设置，其可以带动第二主动轮145同步旋转，第二主动轮145通过同步皮带147驱动第二从动轮146同步旋转，第二从动轮146带动第四旋转轴143同步旋转，第四旋转轴143可以带动第三旋转轴142同步旋转，从而可以带动第一传动轮141同步旋转，实现连续改变其与第一主动轮131和第一从动轮132的接触位置，进而可以实现传动比的连续改变。

如图5所示，驱动机构100还可以包括两个传动比改变机构140，分别为第一传动比改变机构141和第二传动比改变机构142，第一传动比改变机构141和第二传动比改变机构142的具体结构可以参考前文相关记载，在此不作赘述。在具有两个传动比改变机构140的驱动机构100中，如图5所示，该驱动机构100还包括第二传动轮180，第二传动轮180位于第一主动轮131和第一从动轮132之间，更确切地说，第二传动轮180位于第一传动比改变机构141和第二传动比改变机构142之间，第二传动轮180通过第五旋转轴181固定到第一旋转臂110上。这样，第一传动比改变机构141分别与第一主动轮131和第二传动轮180传动连接，第二传动比改变机构142分别与第二传动轮180和第一从动轮132传动连接。

具体地，如图5所示，第一传动比改变机构141在E点与第一主动轮131接触，在F点与第二传动轮180接触。第二传动比改变机构142在G点与第二传动轮180接触，在H点与第一从动轮132接触。记第一主动轮131的中心与第一传动比改变机构141接触时的半径为R1，第二传动轮180的中心与第一传动比改变机构141接触时的半径为r1，与第二传动比改变机构142接触时的半径为r2，第二传动比改变机构142与第一从动轮132接触时的半径为r3。这样，当第一旋转臂110以W1的角速度旋转时，第一从动轮132的旋转角速度为W1*R1/r1*r3/r2，也即此时传动机构130的传动比k＝R1/r1*r3/r2，为一连续可变的正常数。

需要说明的是，驱动机构100除了可以包括一个传动比改变机构140(如图1所示)以及包括两个传动比改变机构140(如图5所示)，其还可以包括更多数量的传动比改变机构140，例如，三个或者三个以上。在设置更多数量的传动比改变机构140时，应当在相邻两个传动比改变机构140之间再设置一个传动轮，实现运动传输。

如图1和图2所示，第一主动轮131包括第一轮本体131a以及设置在第一轮本体131a上的第一传输弧形面131b。第一从动轮132包括第二轮本体132a以及设置在第二轮本体132a上的第二传输弧形面132b。其中，传动比改变机构140分别与第一传输弧形面131b和第二传输弧形面132b传动连接，并且，更优选地是，如图2所示，第一传输弧形面131b和第二传输弧形面132b的圆心可以是第四旋转轴143的中心，从而使得传动比改变机构140可以更好地与第一主动轮131、第一从动轮132传动连接。

本发明的第二方面，提供了一种工艺腔室(图中并未示出)，包括腔室本体、位于腔室本体上方的磁控管210以及驱动磁控管210运动的驱动机构100，驱动机构采用前文记载的驱动机构100，该驱动机构100的具体结构可以参考前文相关记载，在此不作赘述。

本实施例的工艺腔室，具有前文记载的驱动机构100，利用所设置的传动比改变机构140，可以不必更改传动机构130的结构，实现其传动比的改变，从而可以改变磁控管210的运动轨迹，实现全靶腐蚀，进而可以提高晶片的加工良率，降低制作成本。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备(图中并未示出)，半导体处理设备包括前文记载的工艺腔室。

本实施例的半导体处理设备，具有前文记载的工艺腔室，该工艺腔室包括前文记载的驱动机构100，利用所设置的传动比改变机构140，可以不必更改传动机构130的结构，实现其传动比的改变，从而可以改变磁控管210的运动轨迹，实现全靶腐蚀，进而可以提高晶片的加工良率，降低制作成本。

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)

1.一种磁控管驱动机构，其特征在于，所述驱动机构包括：

第一旋转臂，设置有第一旋转轴和第二旋转轴，所述第一旋转轴与第一驱动源相连；

第二旋转臂，与所述第二旋转轴连接且固定设置有磁控管；

传动机构，其包括第一主动轮和第一从动轮，所述第一主动轮包括第一轮本体以及设置在所述第一轮本体上的第一传输弧形面并且与所述第一旋转轴连接，所述第一从动轮包括第二轮本体以及设置在所述第二轮本体上的第二传输弧形面并且与所述第二旋转轴连接；

至少一个传动比改变机构，所述传动比改变机构分别与所述第一主动轮和所述第一从动轮传动连接，并且，所述传动比改变机构分别与所述第一传输弧形面和所述第二传输弧形面传动连接，所述传动比改变机构能够改变其与所述第一主动轮、所述第一从动轮的接触位置，以改变所述传动机构的传动比。

2.根据权利要求1所述的磁控管驱动机构，其特征在于，所述传动比改变机构包括第一传动轮、第三旋转轴和第四旋转轴；

所述第一传动轮分别与所述第一主动轮和所述第一从动轮传动连接，并且，所述第一传动轮可转动地与所述第三旋转轴连接，所述第三旋转轴可转动地与所述第四旋转轴连接，所述第四旋转轴固定设置在所述第一旋转臂上。

3.根据权利要求2所述的磁控管驱动机构，其特征在于，所述传动比改变机构还包括第二主动轮以及与所述第二主动轮传动连接的第二从动轮，所述第二主动轮和所述第二从动轮均固定设置在所述第一旋转臂上，所述第二从动轮与所述第四旋转轴固定连接，所述第二主动轮与第二驱动源连接。

4.根据权利要求3所述的磁控管驱动机构，其特征在于，所述第二主动轮与所述第二从动轮均为齿轮结构，所述第二主动轮与所述第二从动轮啮合。

5.根据权利要求3所述的磁控管驱动机构，其特征在于，所述第二主动轮与所述第二从动轮间隔设置，所述第二主动轮通过同步皮带与所述第二从动轮传动连接。

6.根据权利要求5所述的磁控管驱动机构，其特征在于，所述第二驱动源包括驱动电机、丝杠和第三主动轮，所述丝杠分别与所述驱动电机和所述第三主动轮连接，所述第三主动轮与所述第二主动轮同轴设置。

7.根据权利要求1所述的磁控管驱动机构，其特征在于，所述驱动机构包括两个所述传动比改变机构，分别为第一传动比改变机构和第二传动比改变机构；

所述驱动机构还包括第二传动轮，所述第二传动轮位于所述第一主动轮和所述第一从动轮之间，所述第一传动比改变机构分别与所述第一主动轮和所述第二传动轮传动连接，所述第二传动比改变机构分别与所述第二传动轮和所述第一从动轮传动连接。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的磁控管驱动机构，其特征在于，所述第一主动轮和所述第一从动轮均为齿轮结构。

9.一种工艺腔室，包括腔室本体、位于腔室本体上方的磁控管以及驱动磁控管运动的驱动机构，其特征在于，所述驱动机构采用权利要求1至8中任意一项所述的驱动机构。

10.一种半导体处理设备，其特征在于，所述半导体处理设备包括权利要求9所述的工艺腔室。

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