CN115074687A - 磁控管运动装置、磁控管组件及半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种磁控管运动装置、磁控管组件及半导体工艺设备，涉及半导体工艺装备领域。磁控管运动装置包括旋转驱动机构、支撑机构、限位机构和遮蔽机构；支撑机构安装第一磁控管和第二磁控管；限位机构包括第一限位结构和第二限位结构，第一限位结构与支撑机构连接，第二限位结构与旋转端连接，第一限位结构和第二限位结构相对转动或静止；遮蔽机构与第二限位结构或旋转端连接；第一限位结构和第二限位结构相对转动时，旋转驱动机构带动遮蔽机构转动至遮蔽一个磁控管；第一限位结构和第二限位结构相对静止时，旋转驱动机构通过支撑机构带动第一磁控管和第二磁控管转动。本申请至少能够解决单一磁控管带来的适应性差的问题。

Description

磁控管运动装置、磁控管组件及半导体工艺设备

技术领域

本申请属于半导体装备技术领域，具体涉及一种磁控管运动装置、磁控管组件及半导体工艺设备。

背景技术

磁控溅射或溅射沉积技术是物理气相沉积的一种，是半导体工业中较为广泛使用的一类薄膜制造技术。相关技术中的一些物理气相沉积系统如图1所示。反应腔室1由腔室主体2和工艺组件8组成，其中，绝缘材料4和靶材3形成的封闭空间内充满用于冷却靶材3的去离子水7，磁控管旋转机构6在电机5的驱动下绕中心轴旋转，从而可以为工艺提供磁场。待溅射的晶圆放置于腔室主体2内的静电卡盘9上，且工艺过程需要采用真空系统10对腔室主体2抽真空。

然而，该种装置仅包括一种磁控管，其可支撑工艺类型受磁控管结构限制较多，导致工艺窗口较小，适应性较差。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种磁控管运动装置、磁控管组件及半导体工艺设备，至少能够解决单一磁控管带来的适应性差的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请实施例提供了一种磁控管运动装置，该磁控管运动装置包括：旋转驱动机构、支撑机构、限位机构和遮蔽机构；

所述支撑机构用于安装第一磁控管和第二磁控管，所述第一磁控管与所述第二磁控管在垂直于所述旋转驱动机构的旋转轴线的平面内间隔布置；

所述限位机构包括第一限位结构和第二限位结构，所述第一限位结构与所述支撑机构连接，所述第二限位结构与所述旋转驱动机构的旋转端传动连接，所述第一限位结构和所述第二限位结构能够相对转动或相对静止；

所述遮蔽机构与所述第二限位结构或者所述旋转端连接；

在所述第一限位结构和所述第二限位结构相对转动的情况下，所述旋转驱动机构带动所述遮蔽机构转动，以使所述遮蔽机构遮蔽所述第一磁控管或遮蔽所述第二磁控管；

在所述第一限位结构和所述第二限位结构相对静止的情况下，所述旋转驱动机构依次通过所述第二限位结构和所述第一限位结构带动所述支撑机构转动，所述支撑机构带动所述第一磁控管和所述第二磁控管同步转动。

本申请实施例还提供了一种磁控管组件，包括第一磁控管、第二磁控管以及上述磁控管运动装置；

所述第一磁控管和所述第二磁控管均设置于所述支撑机构，所述旋转驱动机构能够通过所述支撑机构带动所述第一磁控管和所述第二磁控管旋转，以及带动所述遮蔽机构旋转，以使所述遮蔽机构对所述第一磁控管或所述第二磁控管进行遮蔽。

本申请实施例还提供了一种半导体工艺设备，该半导体工艺设备包括绝缘腔体以及上述磁控管组件；

所述旋转驱动机构设置于所述绝缘腔体的外部，且所述旋转端延伸至所述绝缘腔体的内部；

所述支撑机构、所述遮蔽机构、所述第一磁控管和所述第二磁控管均设置于所述绝缘腔体的内部。

相比于当前一些单磁控管仅通过正反转而改变磁控管位置的方式，本申请实施例可以通过磁控管运动装置实现对两组磁控管的安装和旋转，可以使磁场的变化相对较大且可通过设置每个磁控管的磁极排布不同，通过带动两组磁控管旋转而实现不同的工艺过程；通过遮蔽机构还可以对两组磁控管中的一者进行遮挡，以防止通过其中一者进行工艺时另一者对工艺造成影响，保证了不同工艺的顺利进行；并且不存在单磁控管所具有的工艺窗口小、受磁控管结构限制等情况，在不改变硬件结构的情况下增大工艺窗口，实现两种不同的工艺过程。

附图说明

图1为相关技术中的PVD溅射设备的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的半导体工艺设备的结构示意图；

图3为本申请实施例公开的旋转轴、支撑臂、第一限位结构、第二限位结构及遮蔽机构的拆解示意图；

图4为本申请实施例公开的第一限位结构的结构示意图；

图5为本申请实施例公开的第二限位结构的结构示意图；

图6为本申请实施例公开的旋转轴顺时针旋转使遮蔽机构与第一磁控管相对设置的示意图；

图7为本申请实施例公开的旋转轴逆时针旋转使遮蔽机构与第二磁控管相对设置的示意图；

图8为本申请实施例公开的旋转轴、传动机构、支撑机构、第一磁控管、第二磁控管及遮蔽机构的装配示意图；

图9为本申请实施例公开的升降块、滑动块及支撑臂的结构示意图；

图10为本申请实施例公开的支撑臂的结构示意图；

图11为本申请实施例公开的滑动块的结构示意图；

图12为本申请实施例公开的升降块的结构示意图；

图13为本申请实施例公开的升降块、滑动块及支撑臂处于第一状态的剖面示意图；

图14为本申请实施例公开的升降块、滑动块及支撑臂处于第二状态的剖面示意图；

图15为本申请实施例公开的升降块、滑动块及支撑臂处于第三状态的剖面示意图；

图16为本申请实施例公开的磁控管运动装置在遮蔽机构遮蔽第一磁控管状态下的剖面示意图；

图17为本申请实施例公开的磁控管运动装置在遮蔽机构遮蔽第二磁控管状态下的剖面示意图。

附图标记说明：

1-反应腔室；2-腔室主体；3-靶材；4-绝缘材料；5-电机；6-磁控管旋转机构；7-去离子水；8-工艺组件；9-静电卡盘；10-真空系统；

100-旋转驱动机构；110-驱动电机；120-驱动轮；130-传动带；140-从动轮；150-旋转轴；151-卡接缺口；160-轴承座；

200-支撑机构；210-支撑臂；211-第二导向槽；2111-第四槽段；2112-第五槽段；2113-第六槽段；212-安装孔；213-凹槽滑道；220-第一升降组件；221-第一升降块；2211-第一导向槽；22111-第一槽段；22112-第二槽段；22113-第三槽段；230-第二升降组件；231-第二升降块；240-双列角接触轴承；

300-限位机构；310-第一限位结构；311-第一凸起；3111-第一抵接面；3112-第二抵接面；312-避让孔；320-第二限位结构；321-第二凸起；3211-第三抵接面；3212-第四抵接面；322-卡接通槽；

400-遮蔽机构；

500-传动机构；510-传动齿轮；520-传动齿条；530-滑动块；531-第一支撑端；532-第二支撑端；533-滚动轮；534-避让槽；

610-第一磁控管；620-第二磁控管；

700-绝缘腔体。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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作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。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请实施例公开了一种磁控管运动装置，可以应用于半导体工艺设备中，以便于实现磁控管旋转。当然，磁控管运动装置还可以应用于其他设备，本申请对此不作具体限制。参考图2至图17，所公开的磁控管运动装置包括旋转驱动机构100、支撑机构200、限位机构300和遮蔽机构400。本申请实施例中以磁控管运动装置应用于半导体工艺设备中为例进行详细阐述。

旋转驱动机构100为磁控管运动装置的动力输出部件，其可以为磁控管的旋转提供动力。可选地，旋转驱动机构100可以包括驱动电机110、驱动轮120、传动带130、从动轮140和旋转轴150，其中，驱动轮120安装至驱动电机110的电机轴，驱动轮120与从动轮140之间通过传动带130传动连接，从动轮140安装至旋转轴150，旋转轴150安装至轴承座160，如此，在驱动电机110的驱动作用下，驱动轮120通过传动带130、从动轮140带动旋转轴150进行旋转，以为驱动磁控管旋转提供旋转动力。此处需要说明的是，旋转轴150即为旋转驱动机构100的旋转端，以输出动力。

支撑机构200为磁控管运动装置的基础安装构件，且可以为限位机构300、磁控管等部件提供安装基础。一些实施例中，半导体工艺设备可以包括双磁控管，即，第一磁控管610和第二磁控管620，支撑机构200用于安装第一磁控管610和第二磁控管620，且第一磁控管610与第二磁控管620在垂直于旋转驱动机构100的旋转轴线的平面内间隔设置。在实际情况下，旋转驱动机构100的旋转轴线沿竖直方向延伸，此时，第一磁控管610与第二磁控管620在水平面内间隔设置，如此，在旋转驱动机构100的驱动作用下，第一磁控管610和第二磁控管620可以在水平面内旋转，以通过第一磁控管610和第二磁控管620实现不同的半导体工艺过程。

限位机构300为磁控管运动装置中的限位部件，其可以实现旋转驱动机构100与支撑机构200及遮蔽机构400的传动连接，除此以外，限位机构300还可以使遮蔽机构400与支撑机构200的相对转动，以使遮蔽机构400遮挡第一磁控管610或第二磁控管620，实现第一磁控管610工作或第二磁控管620工作的切换。

一些实施例中，限位机构300包括第一限位结构310和第二限位结构320，其中，第一限位结构310与支撑机构200连接，第二限位结构320与旋转驱动机构100的旋转端传动连接，且第一限位结构310和第二限位结构320能够相对转动或相对静止。如此，当第一限位结构310和第二限位结构320相对转动时，旋转驱动机构100可以通过旋转端带动第二限位结构320旋转，而无法将动力传递至第一限位结构310并带动支撑机构200旋转；当第一限位结构310与第二限位结构320相对静止时，旋转驱动机构100可以通过第二限位结构320和第一限位结构310带动支撑机构200旋转，以便于实现第一磁控管610和第二磁控管620旋转。

此处需要说明的是，第一限位结构310与第二限位结构320之间可以相对转动一定角度，在此过程中，两者之间无法传递动力和运动；随着第一限位结构310与第二限位结构320相对转动一定角度后，两者触碰，使两者同步转动，此时两者之间可以传递动力和运动。第一限位结构310和第二限位结构320各自的具体结构以及两者之间相对转动与相对静止过程的切换原理将在下述内容中进行详细阐述。

遮蔽机构400为磁控管运动装置中的遮挡部件，其可以对第一磁控管610或第二磁控管620进行遮挡，具体为，在第一磁控管610工作、第二磁控管620不工作时，可以通过遮蔽机构400对第二磁控管620进行遮挡，以防止其对第一种工艺产生影响；相反，在第二磁控管620工作、第一磁控管610不工作时，可以通过遮蔽机构400对第一磁控管610进行遮挡，以防止其对第二种工艺产生影响。

可选地，遮蔽机构400可以包括遮蔽板、遮蔽盘等结构，其采用磁屏蔽材料制备，如此，使得磁场无法穿透，以便于阻隔磁场传播，从而可以防止磁场达到靶材的底部，使遮蔽机构400所遮蔽的磁控管对无法对工艺造成影响。

一些实施例中，遮蔽机构400与第二限位结构320或者旋转端中的至少一者连接，如此，可以使遮蔽机构400实时随着旋转驱动机构100旋转，以便于切换遮蔽机构400与各磁控管的相对位置。

基于上述设置，在第一限位结构310和第二限位结构320相对转动的情况下，旋转驱动机构100能够带动遮蔽机构400转动，此时，旋转驱动机构100无法带动支撑机构200旋转，从而使遮蔽机构400能够旋转至与第一磁控管610相对的位置而实现对第一磁控管610的遮蔽，还可以旋转至与第二磁控管620相对的位置而实现对第二磁控管620的遮蔽，进而可以满足不同的工艺需求。

在第一限位结构310与第二限位结构320相对静止的情况下，旋转驱动机构100依次通过第二限位结构320和第一限位结构310将动力和运动传递至支撑机构200，以带动支撑机构200转动，并由支撑机构200带动第一磁控管610和第二磁控管620同步转动，以进行相应的工艺过程。在此过程中，遮蔽机构400已经转动至遮蔽第一磁控管610或遮蔽第二磁控管620的位置，以根据不同的工艺过程选取第一磁控管610或第二磁控管620工作，与此同时，遮蔽机构400还与支撑机构200同步转动，以便于时刻遮蔽第一磁控管610或第二磁控管620而防止二者之一对工艺过程产生影响。

相比于当前一些单磁控管仅通过正反转而改变磁控管位置的方式，本申请实施例可以通过磁控管运动装置实现对两组磁控管的安装和旋转，可以使磁场的变化相对较大且可通过设置每个磁控管的磁极排布不同，通过带动两组磁控管旋转而实现不同的工艺过程；通过遮蔽机构400还可以对两组磁控管中的一者进行遮挡，以防止通过其中一者进行工艺时另一者对工艺造成影响，保证了不同工艺的顺利进行；并且不存在单磁控管所具有的工艺窗口小、受磁控管结构限制等情况，在不改变硬件结构的情况下增大工艺窗口，实现两种不同的工艺过程。

在一些实施例中，支撑机构200可以包括支撑臂210、第一升降组件220和第二升降组件230，其中，第一限位结构310与支撑臂210固定连接，以便于将第二限位结构320的动力和运动通过第一限位结构310传递至支撑臂210，从而带动支撑臂210旋转。可选地，第一限位结构310可以具有法兰盘结构，法兰盘结构通过螺栓、螺钉等紧固件固定至支撑臂210，以保证安装稳定、牢固，且便于拆卸。

进一步地，第一升降组件220和第二升降组件230均可升降地设置于支撑臂210，第一磁控管610设置于第一升降组件220，第二磁控管620设置于第二升降组件230。基于此，可以通过第一升降组件220相对于支撑臂210升降而带动第一磁控管610升降，以便于实现第一磁控管610在工作状态与非工作状态之间的切换；通过第二升降组件230相对于支撑臂210升降而带动第二磁控管620升降，以便于实现第二磁控管620在工作状态与非工作状态之间的切换。

为了实现第一升降组件220、第二升降组件230各自相对于支撑臂210的升降运动，磁控管运动装置还可以包括传动机构500，该传动机构500传动连接于旋转端与第一升降组件220及第二升降组件230两者之间，如此，通过传动机构500可以将旋转端输出的动力和运动传递至第一升降组件220、第二升降组件230，以便于实现第一升降组件220、第二升降组件230各自的升降运动。

基于上述设置，在第二限位结构320相对于第一限位结构310沿第一方向转动的情况下，第一升降组件220能够带动第一磁控管610下降，第二升降组件230能够带动第二磁控管620上升，且遮蔽机构400转动至与第二磁控管620相对的位置。此处的第一方向可以是逆时针。

具体为，在旋转驱动机构100的驱动作用下，旋转端带动第二限位结构320相对于第一限位结构310逆时针旋转，此时，由于惯性，支撑机构200暂时不旋转，使得第一磁控管610和第二磁控管620均不进行旋转，而遮蔽机构400随着旋转，以旋转至与第二磁控管620相对的位置，遮蔽第二磁控管620，从而可以防止第二磁控管620影响第一种工艺过程。

在上述过程中，旋转端可以通过传动机构500带动第二升降组件230上升，并由第二升降组件230带动第二磁控管620上升，以便于为遮蔽机构400提供容纳空间，且防止遮蔽机构400与第二磁控管620碰撞而造成零部件损坏；与此同时，第一升降组件220不会受到传动机构500的作用而不会上升，使得第一磁控管610继续保持在低位状态，从而可以通过第一磁控管610为第一种工艺提供磁场。待第二限位结构320与第一限位结构310相对旋转一定角度后，两者结合，从而可以带动支撑机构200逆时针旋转，从而通过支撑机构200带动第一磁控管610和第二磁控管620旋转，以便于通过第一磁控管610为第一种工艺过程的进行提供磁场。

相反，在第二限位结构320相对于第一限位结构310沿与第一方向转动的情况下，第一升降组件220能够带动第一磁控管610上升，第二升降组件230能够带动第二磁控管620下降，且遮蔽机构400转动至与第一磁控管610相对的位置。

具体为，在旋转驱动机构100的驱动作用下，旋转端带动第二限位结构320相对于第一限位结构310顺时针旋转，此时，由于惯性，支撑机构200暂时不旋转，使得第一磁控管610和第二磁控管620均不进行旋转，而遮蔽机构400随着旋转，以旋转至与第一磁控管610相对的位置，而遮蔽第一磁控管610，从而可以防止第一磁控管610影响第二种工艺过程。

在上述过程中，旋转端可以通过传动机构500带动第一升降组件220上升，并由第一升降组件220带动第一磁控管610上升，以便于为遮蔽机构400提供容纳空间，且防止遮蔽机构400与第一磁控管610碰撞而造成零部件损坏；与此同时，第二升降组件230不会受到传动机构500的作用而不会上升，使得第二磁控管620继续保持在低位状态，从而可以通过第二磁控管620为第二种工艺提供磁场。待第二限位结构320与第一限位结构310相对旋转到一定角度后，两者结合，从而可以带动支撑机构200顺时针旋转，从而通过支撑机构200带动第一磁控管610和第二磁控管620旋转，以便于通过第二磁控管620为第二种工艺过程的进行提供磁场。

在一些实施例中，如图8所示，传动机构500可以包括传动齿轮510、传动齿条520和滑动块530，其中，传动齿轮510与旋转端传动连接，传动齿条520与滑动块530连接，并与传动齿轮510相啮合，滑动块530与支撑臂210滑动连接。基于此，旋转端输出的动力和运动可以通过传动齿轮510传递至传动齿条520，以通过传动齿条520带动滑动块530相对于支撑臂210往复移动，以便于通过滑动块530为第一升降组件220、第二升降组件230各自上升的动力。

可选地，支撑臂210的两侧分别设有凹槽滑道213，可以是V型凹槽滑道，相应地，滑动块530的两侧分别设有凸出结构，可以是V型凸出结构，如此，凸起结构可以与凹槽滑道213滑动配合，以实现滑动块530与支撑臂210的滑动连接，以保证相对滑动的顺畅性，并且还可以对滑动块530进行限位，以防止滑动块530脱离支撑臂210或者相对于支撑臂210随意移动而影响滑动精度。

进一步地，如图8-图9所示，第一升降组件220和第二升降组件230均可以包括升降块，即，第一升降块221和第二升降块231，相应地，滑动块530设有第一支撑端531和第二支撑端532，通过第一支撑端531可以对第一升降块221进行支撑，以使第一升降块221上升，通过第二支撑端532可以对第二升降块231进行支撑，以使第二升降块231上升。

除此以外，第一升降组件220和第二升降组件230还可以均包括安装件，相应地，支撑臂210的两侧分别设有安装通孔，安装件穿设于安装通孔中，且安装件的上端与升降块连接，下端用于安装第一磁控管610或第二磁控管620。

基于上述设置，在第二限位结构320相对于第一限位结构310沿第一方向(如，逆时针)转动的情况下，旋转端依次通过传动齿轮510和传动齿条520带动滑动块530朝向第二升降组件230移动，以使第二支撑端532支撑起第二升降组件230的升降块(即，第二升降块231)，从而带动第二磁控管620上升。

在第二限位结构320相对于第一限位结构310沿与第一方向相反的方向(如，顺时针)转动的情况下，旋转端依次通过传动齿轮510和传动齿条520带动滑动块530朝向第一升降组件220移动，以使第一支撑端531支撑起第一升降组件220的升降块(即，第一升降块221)，从而带动第一磁控管610上升。

本申请实施例中，实现第一升降组件220或第二升降组件230各自上升的动力并未额外设置，而是通过传动机构500将旋转驱动机构100输出的动力分别传递至第一升降组件220或第二升降组件230，以实现各个升降组件的上升，从而可以减少磁控管运动装置的零部件，降低结构复杂性，降低成本。

此处需要说明的是，第一升降组件220上升的动力源为传动机构500传递的旋转驱动机构100输出的动力，而下降的动力源均为重力作用，此时，第一支撑端531与第一升降块221之间为抵接关系，使得第一支撑端531仅能对第一升降块221提供推力而无法提供拉力，此种方式可以降低第一支撑端531与第一升降块221之间连接结构的复杂性。当然，第一升降组件220下降的动力源也可以来自于传动机构500传递的旋转驱动机构100输出的动力，此时，第一支撑端531与第一升降块221之间为限位配合关系，使得第一支撑端531对第一升降块221既可以提供推力，又可以提供拉力，此种方式可以保证第一升降块221的升降精度。第二升降组件230升降的方式及动力源与第一升降组件220升降的方式及动力源相同，此处不再赘述。

进一步地，如图10至图12所示，升降块可以设有第一导向槽2211，支撑臂210可以设有与第一导向槽2211对应设置的第二导向槽211，第一支撑端531和第二支撑端532均设有滚动轮533，滚动轮533设置于对应设置的第一导向槽2211与第二导向槽211之间。基于此，可以通过第一导向槽2211和第二导向槽211对滚动轮533进行限位，以保证滚动轮533的运动精度，并且，通过采用滚动轮533可以降低第一支撑端531与第一升降块221之间的摩擦阻力，以及第二支撑端532与第二升降块231之间的摩擦阻力，从而可以降低能耗和零部件磨损。

除上述方式之外，第一支撑端531和第二支撑端532还可以分别设有凸轮，以使凸轮与第一导向槽2211和第二导向槽211滑动配合，从而同样可以实现滑动块530与支撑臂210的相对滑动。

在一些实施例中，第一导向槽2211包括依次设置的第一槽段22111、第二槽段22112和第三槽段22113，其中，第一槽段22111的槽底距离第一顶端面的距离为第一距离，第二槽段22112的槽底距离第一顶端面的距离为第二距离，第三槽段22113的槽底距离第一顶端面的距离为第三距离，第一距离大于第三距离，且沿第一槽段22111至第三槽段22113的方向，第二距离逐渐减小，其中，第一顶端面为升降块的背离支撑臂210的端面。此处需要说明的是，在磁控管运动装置正常使用的情况下，第一槽段22111的槽底低于第三槽段22113的槽底，而第二槽段22112由第一槽段22111向第三槽段22113逐渐升高。

基于上述设置，当滚动轮533运动至第三槽段22113时，滚动轮533不会支撑起升降块(即，第一升降块221或第二升降块231)，对应的磁控管(即，第一磁控管610或第二磁控管620)处于低位状态而未上升，此时该磁控管到靶材的距离相对较近，可以为1.25mm，以满足工艺需求。

随着滑动块530继续朝向其中一个升降组件(即，第一升降组件220或第二升降组件230)移动，使滚动轮533运动至第二槽段22112，滚动轮533在第二槽段22112中由第三槽段22113向第一槽段22111方向运动时，滚动轮533逐渐支撑起升降块，使升降块逐渐上升，从而带动对应的磁控管上升，以便于使该磁控管远离工件，且便于为遮蔽机构400提供容纳空间。

滚动轮533运动至第一槽段22111时，升降块受到滚动轮533的支撑作用而处于高位，对应的磁控管处于上升状态，此时，该磁控管受到遮蔽机构400的遮挡作用而处于非工作状态，从而可以防止该磁控管对另一种工艺造成影响，保证了另一种工艺的正常进行。

本申请实施例中，通过第一槽段22111、第二槽段22112和第三槽段22113的设置，实现了升降块的升降，以便于实现磁控管的升降，从而方便对不同工艺过程的自由切换，且保证工艺过程的正常进行。

同理，第二导向槽211可以包括依次设置的第四槽段2111、第五槽段2112和第六槽段2113，其中，第四槽段2111的槽底距离第二顶端面的距离为第四距离，第五槽段2112的槽底距离第二顶端面的距离为第五距离，第六槽段2113的槽底距离第二顶端面的距离为第六距离，第四距离和第六距离均大于第五距离，第二顶端面为支撑臂210的朝向升降块的端面。此处需要说明的是，在磁控管运动装置正常使用的情况下，第四槽段2111的槽底低于第五槽段2112的槽底，第六槽段2113的槽底低于第五槽段2112的槽底，可选地，第五槽段2112可以沿水平方向延伸。

进一步地，第四槽段2111与第一槽段22111相对设置，第五槽段2112与第二槽段22112相对设置，第六槽段2113与第三槽段22113相对设置。

基于上述设置，当滚动轮533运动至第六槽段2113时，滚动轮533位于第六槽段2113与第三槽段22113之间，此时，滚动轮533不会支撑起升降块，对应的磁控管处于低位状态而未上升。

当滚动轮533运动至第五槽段2112时，滚动轮533位于第五槽段2112与第二槽段22112之间，滚动轮533在第五槽段2112中由第六槽段2113向第四槽段2111方向运动时，滚动轮533逐渐支撑起升降块，使升降块逐渐上升，从而带动对应的磁控管上升，以便于使该磁控管远离工件，且便于为遮蔽机构400提供容纳空间。

滚动轮533运动至第四槽段2111时，滚动轮533位于第四槽段2111与第一槽段22111之间，此时，升降块受到滚动轮533的支撑作用而处于高位，对应的磁控管处于上升状态，此时，该磁控管受到遮蔽机构400的遮挡作用而处于非工作状态，从而可以防止该磁控管对另一种工艺造成影响，保证了另一种工艺的正常进行。

本申请实施例中，通过第四槽段2111、第五槽段2112和第六槽段2113可以对滚动轮533进行限位，以保证滚动轮533的运动精度，防止滚动轮533偏离预设轨迹而影响磁控管的升降。

进一步地，滚动轮533位于第二槽段22112和第五槽段2112之间的情况下，滑动块530与支撑臂210之间形成有预设间隙。可选地，该预设间隙可以为1mm，当然，还可以是其他数值，具体不作限定。基于上述设置，通过预设间隙可以保证在滑动块530相对于支撑臂210滑动时，支撑臂210不会干涉滑动块530移动，并且滑动块530与支撑臂210之间不存在滑动摩擦，降低了滑动块530移动的能耗。

沿着背离第五槽段2112的方向，第四距离逐渐增大，以使滚动轮533在第四槽段2111中朝向背离第五槽段2112的方向移动时，滑动块530能够逐渐靠近支撑臂210，并与支撑臂210接触。在磁控管运动装置处于正常应用状态下，第四槽段2111的槽底沿背离第五槽段2112的方向逐渐向下倾斜，使得滚动轮533在第四槽段2111中背离第五槽段2112移动时，逐渐下降，最终使滑动块530与支撑臂210之间的预留间隙减小到零，也即，滑动块530落在支撑臂210上，并受到支撑臂210的支撑作用，在此过程中，升降块也会随着滚动轮533下降一定距离。

沿着背离第二槽段22112的方向，第一距离逐渐减小，以使滚动轮533在第一槽段22111中朝向背离第二槽段22112的方向移动时，升降块能够逐渐靠近滑动块530，并与滑动块530接触。在磁控管运动装置处于正常应用的情况下，第一槽段22111的槽底沿背离第二槽段22112的方向逐渐向上倾斜，使得滚动轮533在第一槽段22111中背离第二槽段22112移动时，升降块逐渐下降，最终落到滑动块530上，以受到滑动块530的支撑作用。

滚动轮533在第三槽段22113和第六槽段2113之间的情况下，升降块与支撑臂210接触。基于此，通过第三槽段22113和第六槽段2113可以为滚动轮533提供容纳空间，升降块处于低位，此时，升降块下降至支撑臂210上，并受到支撑臂210的支撑作用。

本申请实施例中，第一槽段22111和第四槽段2111均为高位段，滚动轮533位于第一槽段22111与第四槽段2111之间时，升降块处于高位，使对应的磁控管处于高位，以便于通过遮蔽机构400对该磁控管进行遮挡。第三槽段22113和第六槽段2113均为低位段，滚动轮533位于第三槽段22113与第六槽段2113之间时，升降块处于低位，使对应的磁控管处于低位，以便于通过该磁控管为工艺提供磁场。

如图16所示，当旋转端顺时针旋转时，传动齿轮510通过传动齿条520带动滑动块530向左移动，此时，左侧的升降块(即，第一升降块221)受到滚动轮533的支撑作用而持续上升，当滚动轮533进入到第一槽段22111和第四槽段2111之间时，滚动轮533在向左运动的同时有所下降，使得滑动块530有所下降，直到滑动块530下降至支撑臂210上停止。

如图17所示，当旋转端逆时针旋转时，传动齿轮510通过传动齿条520带动滑动块530向右移动，此过程中左侧的升降块(即，第一升降块221)在重力作用下逐渐下降，当滚动轮533进入到第三槽段22113和第六槽段2113之间时，第一升降块221最终下降到支撑臂210上。

此处需要说明的是，旋转驱动机构100通过传动机构500实现右侧的升降块(即，第二升降块231)上升或下降的过程与上述过程相似，具体可参考上述内容，此处不再赘述。

为提高滑动块530的稳定性，滑动块530的一端可以设有两个间隔设置的第一支撑端531，滑动块530的另一端可以设有两个间隔设置的第二支撑端532，相应地，支撑臂210可以设有四个第二导向槽211，两个第一支撑端531各自的滚动轮533对应设置于其中两个第二导向槽211中，两个第二支撑端532各自的滚动轮533对应设置于另外两个第二导向槽211中。基于此，可以通过四个滚动轮533与四个第二导向槽211的配合，提高滑动块530的整体稳定性，并且提高滑动块530的移动精度。

另外，每个升降块可以设有两个相互间隔的第一导向槽2211，如此，四个第一导向槽2211可以与四个第二导向槽211分别相对设置，而每个滚动轮533可以在对应设置的第一导向槽2211与第二导向槽211之间来回运动，以使升降块上升或下降，以便于实现第一磁控管610或第二磁控管620各自的升降。

进一步地，两个第一支撑端531之间以及两个第二支撑端532之间均形成避让槽534，而升降块的至少部分位于避让槽534内。基于此，在升降块下降时，可以使至少部分下降至避让槽534中，并与支撑臂210接触，从而可以有效避免滑动块530干涉升降块下降至支撑臂210的问题。

在一些实施例中，第一导向槽2211的长度、第二导向槽211的长度，均与传动齿轮510旋转180°时传动齿条520所移动的长度相等。基于此，可以扩大滚动轮533的运动空间，以保证滚动轮533在第一导向槽2211和第二导向槽211中充分移动，并且可以保证升降块能够移动至高位或低位。

在一些实施例中，第一限位结构310与第二限位结构320可以同轴设置，旋转端穿过第一限位结构310，且第二限位结构320与旋转端紧固连接。基于此，在第二限位结构320与第一限位结构310相对转动的情况下，旋转端可以带动第二限位结构320单独旋转，而第一限位结构310继续保持静止，随着第二限位结构320相对于第一限位结构310旋转一定角度时，第二限位结构320与第一限位结构310结合，从而可以带动第一限位结构310旋转，以便于实现第一磁控管610和第二磁控管620的旋转。

为了实现第一限位结构310与第二限位结构320两者在相对转动和相对静止之间切换，一些实施例中，第一限位结构310的朝向第二限位结构320的一侧设有第一凸起311，该第一凸起311的相背的两侧分别设有第一抵接面3111和第二抵接面3112，相应地，第二限位结构320的朝向第一限位结构310的一侧设有第二凸起321，第二凸起321的相背的两侧分别设有第三抵接面3211和第四抵接面3212。

可选地，第一凸起311可以是扇形结构凸起，且扇形结构凸起的内侧设有内圆弧面；相应地，第二凸起321可以设有外圆弧面。在第一凸起311与第二凸起321相配合时，内圆弧面与外圆弧面接触，如此，一方面可以提高第一凸起311与第二凸起321之间的配合精度，另一方面还可以有效防止第一凸起311与第二凸起321之间相互碰撞而导致零部件损坏。

基于上述设置，在第二限位结构320相对于第一限位结构310沿第一方向(如，逆时针方向)转动的情况下，起初，旋转端带动第二限位结构320开始逆时针旋转，由于支撑机构200以及安装至支撑机构200的第一磁控管610和第二磁控管620的重量较大，惯性较大，使得第一限位结构310相对静止，随着第二限位结构320继续旋转一定角度，使得第四抵接面3212能够与第二抵接面3112接触，如此，通过第四抵接面3212与第二抵接面3112接触而将动力和运动经由第二限位结构320传递至第一限位结构310，从而带动第一限位结构310逆时针旋转，并由第一限位结构310带动支撑臂210同步旋转，最终由支撑臂210带动第一磁控管610和第二磁控管620同步逆时针旋转，以进行其中一种工艺过程。

相反，在第二限位结构320相对于第一限位结构310沿与第一方向相反的方向(即，顺时针方向)转动的情况下，起初，旋转端带动第二限位结构320开始顺时针旋转，由于支撑机构200以及安装至支撑机构200的第一磁控管610和第二磁控管620的重量较大，惯性较大，使得第一限位结构310相对静止，随着第二限位结构320继续旋转一定角度，使得第三抵接面3211能够与第一抵接面3111接触，如此，通过第三抵接面3211与第一抵接面3111接触而将动力和运动经由第二限位结构320传递至第一限位结构310，从而带动第一限位结构310顺时针旋转，并由第一限位结构310带动支撑臂210同步旋转，最终由支撑臂210带动第一磁控管610和第二磁控管620同步顺时针旋转，以进行另一种工艺过程。

在一些实施例中，支撑机构200可以设有安装孔212，第一限位结构310设有避让孔312，避让孔312与安装孔212同轴设置，第二限位结构320设有卡接通槽322，旋转端为旋转轴150，旋转轴150依次穿设于安装孔212、避让孔312和卡接通槽322，且旋转轴150与安装孔212之间通过双列角接触轴承240传动连接，且旋转轴150的相背的壁面分别设有卡接缺口151，卡接通槽322的两侧一一对应地卡接于两个卡接缺口151中。基于此，通过双列角接触轴承240可以将支撑机构200可转动地安装至旋转轴150，以使支撑机构200能够与旋转轴150相对转动，并且还可以承受支撑机构200以及第一磁控管610和第二磁控管620的重量；通过卡接通槽322与卡接缺口151的配合，可以实现旋转轴150与第二限位结构320的配合安装，以便于通过旋转轴150带动第二限位结构320转动，并且还有利于第二限位结构320的拆装，提高第二限位结构320的拆装便捷性。

可选地，旋转轴150上安装有螺母，通过螺母可以将遮蔽机构400和第二限位结构320固定至旋转轴150，以使遮蔽机构400和第二限位结构320可以随旋转轴150转动，还有利于遮蔽机构400和第二限位结构320的拆装。另外，双列角接触轴承240可以通过锁紧螺母固定于旋转轴150，以保证安装牢固性和稳定性，并且方便拆卸。

基于上述磁控管运动装置，本申请实施例还公开了一种磁控管组件，所公开的磁控管组件包括第一磁控管610、第二磁控管620以及上述磁控管运动装置，其中，第一磁控管610和第二磁控管620均设置于支撑机构200，旋转驱动机构100能够通过支撑机构200带动第一磁控管610和第二磁控管620旋转，以及带动遮蔽机构400旋转，以使遮蔽机构400对第一磁控管610或第二磁控管620进行遮蔽。基于此，通过第一磁控管610和第二磁控管620的旋转可以改变磁场分布，以适应不同的工艺过程；通过遮蔽机构400可以对不工作的磁控管进行遮蔽，以防止其对正常的工艺过程造成干扰。

基于上述磁控管组件，本申请实施例还公开了一种半导体工艺设备，所公开的半导体工艺设备包括绝缘腔体700以及上述磁控管组件，其中，旋转驱动机构100设置于绝缘腔体700的外部，且旋转端延伸至绝缘腔体700的内部，支撑机构200、遮蔽机构400、第一磁控管610和第二磁控管620均设置于绝缘腔体700的内部，如此，可以使旋转驱动机构100能够通过支撑机构200带动第一磁控管610和第二磁控管620在绝缘腔体700内旋转，以及带动遮蔽机构400在绝缘腔体700内旋转，以使遮蔽机构400对第一磁控管610或第二磁控管620进行遮蔽。

其中，绝缘腔体700用于为半导体工艺提供工艺空间，通过第一磁控管610可以在绝缘腔体700内进行第一种磁控溅射工艺，通过第二磁控管620可以在绝缘腔体700内进行第二种磁控溅射工艺，具体可以进行Ti和TiN工艺、Ta和TaN工艺，或者Al和Al₂O₃工艺等。

此处需要说明的是，本申请实施例中，关于半导体工艺设备的整体结构以及其工作原理均可以参考相关技术，此处不作详细阐述。

综上所述，本申请实施例通过旋转驱动机构100的正反转可以带动第一磁控管610和第二磁控管620各自升降，并通过磁屏蔽方式将处于非工作状态的磁控管的磁场进行屏蔽，从而可以实现第一磁控管610和第二磁控管620各自工作状态的切换，且结构相对简单、运动轨迹简单、且易于控制、可靠性较高；另外，通过传动齿轮510和传动齿条520的配合，可以将旋转驱动机构100输出的动力和运动传递至滑动块530，以通过滑动块530带动第一升降组件220及设置于第一升降组件220的第一磁控管610或第二升降组件230及设置于第二升降组件230的第二磁控管620上升，以便于适应第一磁控管610和第二磁控管620各自工作状态的切换；采用双磁控管的方式可以增大工艺窗口，在不需要进行磁控管的更换的情况下可以实现不同工艺的切换，从而可以适应更多的工艺需求，提高半导体工艺设备的适应性。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (12)

1.一种磁控管运动装置，其特征在于，包括：旋转驱动机构(100)、支撑机构(200)、限位机构(300)和遮蔽机构(400)；

所述支撑机构(200)用于安装第一磁控管(610)和第二磁控管(620)，所述第一磁控管(610)与所述第二磁控管(620)在垂直于所述旋转驱动机构(100)的旋转轴线的平面内间隔布置；

所述限位机构(300)包括第一限位结构(310)和第二限位结构(320)，所述第一限位结构(310)与所述支撑机构(200)连接，所述第二限位结构(320)与所述旋转驱动机构(100)的旋转端传动连接，所述第一限位结构(310)和所述第二限位结构(320)能够相对转动或相对静止；

所述遮蔽机构(400)与所述第二限位结构(320)或者所述旋转端连接；

在所述第一限位结构(310)和所述第二限位结构(320)相对转动的情况下，所述旋转驱动机构(100)带动所述遮蔽机构(400)转动，以使所述遮蔽机构(400)遮蔽所述第一磁控管(610)或遮蔽所述第二磁控管(620)；

在所述第一限位结构(310)和所述第二限位结构(320)相对静止的情况下，所述旋转驱动机构(100)依次通过所述第二限位结构(320)和所述第一限位结构(310)带动所述支撑机构(200)转动，所述支撑机构(200)带动所述第一磁控管(610)和所述第二磁控管(620)同步转动。

2.根据权利要求1所述的磁控管运动装置，其特征在于，所述支撑机构(200)包括支撑臂(210)、第一升降组件(220)和第二升降组件(230)；

所述第一限位结构(310)与所述支撑臂(210)固定连接，所述第一升降组件(220)和所述第二升降组件(230)均可升降地设置于所述支撑臂(210)，所述第一磁控管(610)设置于所述第一升降组件(220)，所述第二磁控管(620)设置于所述第二升降组件(230)；

所述磁控管运动装置还包括传动机构(500)，所述传动机构(500)传动连接于所述旋转端与所述第一升降组件(220)及所述第二升降组件(230)两者之间；

在所述第二限位结构(320)相对于所述第一限位结构(310)沿第一方向转动的情况下，所述第一升降组件(220)带动所述第一磁控管(610)下降，所述第二升降组件(230)带动所述第二磁控管(620)上升，且所述遮蔽机构(400)转动至与所述第二磁控管(620)相对的位置；

在所述第二限位结构(320)相对于所述第一限位结构(310)沿与所述第一方向相反的方向转动的情况下，所述第一升降组件(220)带动所述第一磁控管(610)上升，所述第二升降组件(230)带动所述第二磁控管(620)下降，且所述遮蔽机构(400)转动至与所述第一磁控管(610)相对的位置。

3.根据权利要求2所述的磁控管运动装置，其特征在于，所述传动机构(500)包括传动齿轮(510)、传动齿条(520)和滑动块(530)；

所述传动齿轮(510)与所述旋转端传动连接，所述传动齿条(520)与所述滑动块(530)连接，并与所述传动齿轮(510)相啮合，所述滑动块(530)与所述支撑臂(210)滑动连接，所述滑动块(530)设有第一支撑端(531)和第二支撑端(532)；

所述第一升降组件(220)和所述第二升降组件(230)均包括升降块；

在所述第二限位结构(320)相对于所述第一限位结构(310)沿第一方向转动的情况下，所述旋转端依次通过所述传动齿轮(510)和所述传动齿条(520)带动所述滑动块(530)朝向所述第二升降组件(230)移动，以使所述第二支撑端(532)支撑起所述第二升降组件(230)的所述升降块；

在所述第二限位结构(320)相对于所述第一限位结构(310)沿与所述第一方向相反的方向转动的情况下，所述旋转端依次通过所述传动齿轮(510)和所述传动齿条(520)带动所述滑动块(530)朝向所述第一升降组件(220)移动，以使所述第一支撑端(531)支撑起所述第一升降组件(220)的所述升降块。

4.根据权利要求3所述的磁控管运动装置，其特征在于，所述升降块设有第一导向槽(2211)，所述支撑臂(210)设有与所述第一导向槽(2211)对应设置的第二导向槽(211)；

所述第一支撑端(531)和所述第二支撑端(532)均设有滚动轮(533)，所述滚动轮(533)设置于对应设置的所述第一导向槽(2211)与所述第二导向槽(211)之间。

5.根据权利要求4所述的磁控管运动装置，其特征在于，所述第一导向槽(2211)包括依次设置的第一槽段(22111)、第二槽段(22112)和第三槽段(22113)；

所述第一槽段(22111)的槽底距离第一顶端面的距离为第一距离，所述第二槽段(22112)的槽底距离所述第一顶端面的距离为第二距离，所述第三槽段(22113)的槽底距离所述第一顶端面的距离为第三距离，所述第一距离大于所述第三距离，沿所述第一槽段(22111)至所述第三槽段(22113)的方向，所述第二距离逐渐减小，所述第一顶端面为所述升降块的背离所述支撑臂(210)的端面；

和/或，所述第二导向槽(211)包括依次设置的第四槽段(2111)、第五槽段(2112)和第六槽段(2113)；

所述第四槽段(2111)的槽底距离第二顶端面的距离为第四距离，所述第五槽段(2112)的槽底距离所述第二顶端面的距离为第五距离，所述第六槽段(2113)的槽底距离所述第二顶端面的距离为第六距离，所述第四距离和所述第六距离均大于所述第五距离，所述第二顶端面为所述支撑臂(210)的朝向所述升降块的端面。

6.根据权利要求5所述的磁控管运动装置，其特征在于，所述滚动轮(533)位于所述第二槽段(22112)和所述第五槽段(2112)之间的情况下，所述滑动块(530)与所述支撑臂(210)之间形成有预设间隙；

沿着背离所述第五槽段(2112)的方向，所述第四距离逐渐增大，以使所述滚动轮(533)在所述第四槽段(2111)中朝向背离所述第五槽段(2112)的方向移动时，所述滑动块(530)逐渐靠近所述支撑臂(210)并与所述支撑臂(210)接触；

沿着背离所述第二槽段(22112)的方向，所述第一距离逐渐减小，以使所述滚动轮(533)在所述第一槽段(22111)中朝向背离所述第二槽段(22112)的方向移动时，所述升降块逐渐靠近所述滑动块(530)并与所述滑动块(530)接触；

所述滚动轮(533)位于所述第三槽段(22113)和所述第六槽段(2113)之间的情况下，所述升降块与所述支撑臂(210)接触。

7.根据权利要求3至6中任意一项所述的磁控管运动装置，其特征在于，所述滑动块(530)的一端设有两个间隔设置的所述第一支撑端(531)，所述滑动块(530)的另一端设有两个间隔设置的所述第二支撑端(532)；

两个所述第一支撑端(531)之间以及两个所述第二支撑端(532)之间均形成避让槽(534)，所述升降块的至少部分位于所述避让槽(534)内。

8.根据权利要求1所述的磁控管运动装置，其特征在于，所述第一限位结构(310)与所述第二限位结构(320)同轴设置，所述旋转端穿过所述第一限位结构(310)，所述第二限位结构(320)与所述旋转端紧固连接；

所述第一限位结构(310)的朝向所述第二限位结构(320)的一侧设有第一凸起(311)，所述第一凸起(311)的相背的两侧分别设有第一抵接面(3111)和第二抵接面(3112)；

所述第二限位结构(320)的朝向所述第一限位结构(310)的一侧设有第二凸起(321)，所述第二凸起(321)的相背的两侧分别有第三抵接面(3211)和第四抵接面(3212)；

在所述第二限位结构(320)相对于所述第一限位结构(310)沿第一方向转动的情况下，所述第四抵接面(3212)能够与所述第二抵接面(3112)接触；

在所述第二限位结构(320)相对于所述第一限位结构(310)沿与所述第一方向相反的方向转动的情况下，所述第三抵接面(3211)能够与所述第一抵接面(3111)接触。

9.根据权利要求8所述的磁控管运动装置，其特征在于，所述支撑机构(200)设有安装孔(212)，所述第一限位结构(310)设有避让孔(312)，所述避让孔(312)与所述安装孔(212)同轴设置；

所述第二限位结构(320)设有卡接通槽(322)；

所述旋转端为旋转轴(150)，所述旋转轴(150)依次穿设于所述安装孔(212)、所述避让孔(312)和所述卡接通槽(322)，且所述旋转轴(150)与所述安装孔(212)之间通过双列角接触轴承(240)传动连接，所述旋转轴(150)的相背的壁面分别设有卡接缺口(151)，所述卡接通槽(322)的两侧一一对应地卡接于两个所述卡接缺口(151)中。

10.根据权利要求1所述的磁控管运动装置，其特征在于，所述遮蔽机构(400)包括遮蔽板或遮蔽盘，且所述遮蔽机构(400)采用磁屏蔽材料制备。

11.一种磁控管组件，其特征在于，包括第一磁控管(610)、第二磁控管(620)以及权利要求1至10中任意一项所述的磁控管运动装置；

所述第一磁控管(610)和所述第二磁控管(620)均设置于所述支撑机构(200)，所述旋转驱动机构(100)能够通过所述支撑机构(200)带动所述第一磁控管(610)和所述第二磁控管(620)旋转，以及带动所述遮蔽机构(400)旋转，以使所述遮蔽机构(400)对所述第一磁控管(610)或所述第二磁控管(620)进行遮蔽。

12.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括绝缘腔体(700)以及权利要求11所述的磁控管组件；

所述旋转驱动机构(100)设置于所述绝缘腔体(700)的外部，且所述旋转端延伸至所述绝缘腔体(700)的内部；

所述支撑机构(200)、所述遮蔽机构(400)、所述第一磁控管(610)和所述第二磁控管(620)均设置于所述绝缘腔体(700)的内部。

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