CN116092899A - 用于pvd平面靶的扫描磁控管装置与磁控溅射设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁控装置与磁控溅射设备，磁控装置包括磁控管，包括包括外侧磁组件与内侧磁组件，外侧磁组件包括外侧直线单元与连接于外侧直线单元的端部的外侧弧形单元，内侧磁组件包括内侧直线单元，内侧直线单元与外侧直线单元之间具有间隙，驱动装置用于驱动磁控管沿第一方向与第二方向往复移动，磁控管沿第一方向移动的距离L1满足：L1≥d，沿第二方向移动的距离L2满足：0.5d≤L2≤2d，d为两侧间隙的中心线之间的距离。本实施例的磁控管通过沿第一方向与第二方向往复移动一定距离，便可以提升平面靶各区域刻蚀的均匀性，实现平面靶的全面积刻蚀，从而提升平面靶的利用率。

Description

用于PVD平面靶的扫描磁控管装置与磁控溅射设备
技术领域
本发明涉及真空沉积技术领域，尤其是涉及一种用于PVD平面靶的扫描磁控管装置与磁控溅射设备。
背景技术
从磁控溅射镀膜技术诞生以来，被关注的磁控溅射的主要问题是：靶材的利用率、沉积效率、薄膜均匀性、薄膜致密度、镀膜过程中的稳定性以及满足各种复杂的镀膜要求等问题。对于平面靶磁控溅射，由于正交电磁场对溅射离子的作用关系，将其约束在闭合磁力线中，使得溅射靶材在溅射中产生不均匀刻蚀现象。一旦靶材刻蚀穿，靶材即报废，进而造成靶材的利用率一直较低，一般是40％以下。靶材是磁控溅射过程中的基本耗材，不仅使用量大，而且靶材利用率的高低对工艺过程及生产周期也起着至关重要的作用。虽然靶材可以回收再利用，但是靶材利用率仍然对企业成本控制以及提高企业产品竞争力有很大的影响。因此，想方设法提高靶材利用率是必然的，对此很多厂商也做出了很多改进的措施。
PVD靶表面的刻蚀不均匀性，也就是刻槽的深浅分布，和由此带来的靶材利用率低的问题来源于磁控管的具体设计和运动轨迹。对于平面圆形靶如何通过优化旋转平面磁控管的设计来提高靶材利用率，Yang等人在美国专利US Pat.7,186,319中做了详细的描述。圆形靶常用在6、8、和12英寸晶圆的PVD镀膜制程工艺中。
在过去的二十多年中，长方形平面靶磁控溅射技术一直为制造平板显示器而大力开发，例如用来做计算机显示器和电视屏幕。磁控溅射是制造显示屏导电层的首选方法，导电层是将铝、钼和透明导体(如氧化铟锡ITO)沉积到普通的矩形大面积的面板玻璃或高分子聚合物薄板上制成。最终制造好的面板可能包含薄膜晶体管、等离子显示器、场发射器、液晶显示器(液晶)元件，或者有机发光二极管(OLED)。类似的技术可用于镀膜玻璃窗用的光学薄膜层。长方形平面靶的磁控溅射与长期开发而且比较成熟的晶圆磁控溅射技术的主要区别在于前者的大尺寸及其长方形的形状，而后者是相对小一点尺寸的圆形靶。
Demaray等人在美国专利号US Pat.5565071A描述了平板溅射设备20，如图1所示，他们的薄膜沉积腔体主要包括：真空腔室22；长方形溅射基台24，其通常是电接地的；长方形玻璃面板或其它基板26由基台24来支撑；长方形溅射平面靶28，与基板26平行相应。平面靶28至少其表面，就是要溅射沉积到基片上的金属。平面靶28是隔着绝缘板30真空密封到腔室22。
通常将要溅射的平面靶28薄板粘结到背板32上，在该背板上形成冷却水通道以冷却平面靶28。溅射气体，通常是氩气，流进真空腔室22中。有利地，将背腔34隔着绝缘板36真空密封到平面靶背板32的背面并且用机械真空泵抽到低压，从而基本上消除了跨越大面积平面靶28及其背板的两侧压差，以及大压差可能引起的大变形量。因此，大面积平面靶28及其背板可以做得更薄。
直流电源把负电压施加到平面靶28的阴极上，注意到这里的负电压是相对于基座电极，也就是，基台26或腔室的其它接地部件例如掩遮板，在PVD真空腔室22内产生电场，用于加速Ar离子溅射靶材，并从靶材产生电子，这些电子用于在靶材表面附近产生和维持等离子体38。正氩离子被吸引到平面靶28上，溅射金属原子有一部分沉积到基板26上，并在其上生成至少部分含有靶材的材料成分的薄膜层。金属氧化物或氮化物可以通过在金属磁控溅射期间额外向真空腔室22中供应氧气或氮气，在称为“反应磁控溅射”的过程中沉积下来。
为了提高溅射速率，线性磁控管40，其底视图如图2所示意，是按常规放置在平面靶背板32的背面。它有一个在中间位置的磁极42，被磁极性相反的外磁极44包围，在腔室内产生平行于平面靶28刻蚀面的磁场。磁极42与外磁极44是由基本恒定的间隙46来分开的，其间隙对应着在平面靶28表面产生的、高密度封闭环路的等离子体38。外磁极44由两个直线部分48和由两个半圆形部分50组成。
线性磁控管40施加一个外部磁场来捕获电子并将等离子体限制在靶材附近，从而增加等离子体的密度，并因此增加了平面靶28的溅射速率。磁场沿单个闭合轨道分布的闭合形状产生了通常沿着间隙46形成的封闭式的等离子体回路，并有效地防止等离子体从两边的端头泄漏出去。同时需要注意到的是，相对于平面靶28的尺寸而言，线性磁控管40的尺寸较小，需要线性磁控管40在平面靶28的背后来来回回地扫描来达到靶材表面的全面积刻蚀。
通常，丝杠机构很容易地驱动线性扫描，正如Halsey等人在美国专利USPat.5855744中披露的那样。其中磁控管组件在磁控管室内移动，磁控管组件支撑在中心轴承支撑梁上，一组轴承轨道通过一组轴承构件支撑磁控管组件。磁控管组件的横向运动是通过转动螺纹驱动杆产生的，螺纹驱动杆与包含在螺纹驱动螺母壳体中的螺纹驱动螺母啮合。螺纹驱动螺母壳体接合并可在一对连接销上垂直滑动。
De Bosscher等人在美国专利US 6322670和US6416630中描述了这种线性磁控管的耦合二维扫描。De Bosscher等人所描述的磁控管最初是为尺寸约为400mm x 600mm的长方形面板开发的。然而，为了量产规模的经济考量，也为了提供更大面积的显示屏，多年来面板的尺寸在不断增加，靶材的尺寸也在相应增加。
在适应较大面积靶材的一种方法中，图2中的“跑道”形状的线性磁控管40沿扫描方向在横向上复制了多达9次，以覆盖靶材的大部分面积，参考Hosokawa等人的美国专利USPat.5458759，但是这种方案最后还是需要通过扫描来平均磁场分布。
Tepman在美国专利申请US2006/0049040 A1中披露了各种具有卷曲等离子体回路的磁控管，特别是具有长方形轮廓的磁控管。所述磁控管可布置成蛇形，其平行的直线部分由弯曲部分连接；或者布置成长方螺旋形，其直线部分沿正交方向布置。等离子体环在内和外磁极之间形成，其内磁极以一个卷曲形状形成，外磁极的磁极性与内磁极相反。图3和4为Tepman提供的磁控管52、磁控管56和对应的等离子体封闭回路54、等离子体封闭回路58的设计示意图。Tepman也给出了各种磁控管扫描方案。但是采用Tempman提出的磁控管和扫描方案，还是很难做到靶材中央部分大面积的均匀刻蚀的。而且Tempman提出的磁控管和扫描方案也没有解决长方形靶材四个角的全面积刻蚀。
从前面可以发现，目前为了解决靶材全面刻蚀和基片镀膜均匀性的问题，通常的做法是将磁控管相对靶材沿一个方向(例如图2中的第一方向)进行往复扫描，然而，当磁控管沿第一方向移动时，磁控管的圆弧端部对平面靶的刻蚀深度将大于直线部分，导致靶材的边缘部分形成比较深的刻蚀槽。总而言之，现有磁控管的设计和扫描方案没有很好地优化，难以做到靶材的全面积刻蚀。
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。为此，本发明提出一种用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，能够提升平面靶各区域刻蚀的均匀性，实现平面靶的全面积刻蚀，从而提升平面靶的利用率。
本发明还提出了一种磁控溅射设备。
根据本发明第一实施例中的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，包括：
磁控管，包括外侧磁组件与内侧磁组件，所述外侧磁组件与所述内侧磁组件的极性相反，所述外侧磁组件包括外侧直线单元与连接于所述外侧直线单元的端部的外侧弧形单元，所述内侧磁组件包括内侧直线单元，所述内侧直线单元的相对两侧均设置有所述外侧直线单元，且所述内侧直线单元与所述外侧直线单元之间具有间隙，至少所述外侧直线单元与所述内侧直线单元形成直线部，至少所述外侧弧形单元形成弧形部；
驱动装置，用于驱动所述磁控管沿第一方向与第二方向往复移动，所述第一方向垂直于所述直线部的直线方向，所述第二方向平行于所述直线部的直线方向；
其中，所述磁控管沿所述第一方向移动的距离L1满足：L1≥d，沿所述第二方向移动的距离L2满足：0.5d≤L2≤2d，d为两侧所述间隙的中心线之间的距离。
根据本发明实施例的磁控装置，至少具有如下有益效果：
本实施例的磁控管通过沿第一方向与第二方向往复移动一定距离，便可以提升平面靶各区域刻蚀的均匀性，实现平面靶的全面积刻蚀，从而提升平面靶的利用率。
在本发明的其他实施例中，所述磁控管沿所述第一方向具有第一极限扫描位置，沿所述第二方向具有第二极限扫描位置，所述磁控管被配置为：当所述磁控管处于所述第一极限位置与所述第二极限位置时，所述弧形部与平面靶的圆角同心。
在本发明的其他实施例中，所述磁控管被配置为：当所述磁控管处于所述第一极限位置与所述第二极限位置时，所述磁控管的外边缘超出平面靶的外边缘设定距离。
在本发明的其他实施例中，所述内侧磁组件的磁场强度大于所述外侧磁组件的磁场强度。
在本发明的其他实施例中，所述磁控管还包括中间磁组件，所述中间磁组件包括中间直线单元，所述中间直线单元设置于所述间隙内，所述外侧直线单元、所述内侧直线单元与所述中间直线单元均包括沿第二方向排布的多个磁体，且所述外侧直线单元、所述内侧直线单元与所述中间直线单元内的磁体均以所述内侧直线单元的中心线为对称轴对称分布，所述外侧直线单元内的磁体的磁极连线与所述内侧直线单元内的磁体的磁极连线垂直于平面靶，所述中间直线单元内的磁体的磁极连线平行于平面靶，且所述中间直线单元内的磁体的两个磁极分别朝向所述外侧直线单元与所述内侧直线单元，所述中间直线单元内的磁体的外侧磁极与所述外侧磁组件内磁体朝向所述平面靶的磁极一致，所述中间直线单元内的磁体的内侧磁极与所述内侧磁组件内磁体朝向所述平面靶的磁极一致；
其中，至少所述外侧直线单元、所述内侧直线单元与所述中间直线单元形成所述直线部，所述直线部向平面靶施加的最大磁场强度大于所述弧形部向平面靶施加的最大磁场强度。
在本发明的其他实施例中，所述外侧直线单元朝向所述外侧弧形单元的端部包括多组外磁体，沿所述外侧直线单元至所述外侧弧形单元的方向，各组所述外磁体向平面靶施加的磁场强度依次降低，且所述弧形部向平面靶施加的最大磁场强度不大于最末端一组的所述外磁体向平面靶施加的磁场强度。
在本发明的其他实施例中，沿所述外侧直线单元至所述外侧弧形单元的方向，所述外侧直线单元包括以下方案中的至少一种：
各组所述外磁体平行于平面靶的截面积依次减少；
各组所述外磁体的高度依次减少；
各组所述外磁体与平面靶之间的间距依次增加；
各组所述外磁体分别由磁场强度依次减弱的不同材料制成。
在本发明的其他实施例中所述内侧直线单元朝向所述弧形部的端部包括对应多组所述外磁体设置的多组内磁体，沿所述内侧直线单元至所述弧形部的方向，各组所述内磁体朝向对应所述外磁体的端部，与所述内侧直线单元的中心线之间的距离依次增加。
在本发明的其他实施例中，所述内侧磁组件还包括内侧弧形单元，所述外侧弧形单元与所述内侧弧形单元形成所述弧形部，所述内侧直线单元朝向所述弧形部的端部包括两个内磁体阵列，各所述内磁体阵列均包括多组所述内磁体，所述内侧弧形单元连接于两个所述内磁体阵列的端部；
其中，沿所述内侧直线单元至所述弧形部的方向，两个所述内磁体阵列之间的间距依次增加。
在本发明的其他实施例中，所述外侧磁组件包括第一连接单元、多个所述外侧直线单元与多个所述外侧弧形单元，多个所述外侧直线单元沿所述第一方向并列间隔设置，相邻所述外侧直线单元的一端通过所述外侧弧形单元连接，沿所述第一方向的最外侧的两个所述外侧直线单元的另一端均与所述第一连接单元圆弧连接；
所述内侧磁组件包括第二连接单元与多个所述内侧直线单元，多个所述内侧直线单元沿所述第一方向并列间隔设置，且所述外侧直线单元与所述内侧直线单元沿所述第一方向交替分布，各所述内侧直线单元朝向所述第一连接单元的一端通过所述第二连接单元连接。
根据本发明第二实施例的磁控溅射设备，包括：
真空腔室；
所述的磁控装置；
靶材安装装置，用于将平面靶固定于所述真空腔室内；
基台，用于将基片固定于所述真空腔室内。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为相关技术中一种典型的磁控溅射装置的示意图；
图2为相关技术中一种磁控管的示意图；
图3为相关技术中一种磁控管的示意图；
图4为相关技术中一种磁控管的示意图；
图5为通过旋转靶与旋转磁控管演化为平面靶与平面磁控管的示意图；
图6为本发明实施例中磁控管沿第一方向与第二方向移动的示意图；
图7为本发明实施例中靶材刻蚀深度、靶材刻蚀范围与磁控管沿第一方向的移动距离之间的关系图；
图8为本发明实施例中磁控管沿第二方向的移动距离、相对靶材边缘的距离以及靶材的单位尺寸内经过的等离子体长度之间的关系图；
图9为本发明实施例中磁控管的示意图；
图10为图9中外磁体组件的示意图；
图11为图9中内磁体组件的示意图；
图12为图9中中A-A方向的剖视图；
图13为图12中内磁体、外磁体与中间磁体向靶材施加的磁感线的示意图；
图14为本发明实施例中弧形部向靶材施加的磁场强度的减弱系数、磁控管沿第二方向的移动距离与刻蚀深度之间的关系图；
图15为本发明另一实施例中磁控管的示意图。
附图标记：
平面靶溅射设备20、真空腔室22、基台24、基板26、平面靶28、绝缘板30、背板32、背腔34、绝缘板36、等离子体38、线性磁控管40、中间磁极42、外磁极44、间隙46、直线部分48、半圆形部分50、磁控管52、等离子体封闭回路54、磁控管56、等离子体封闭回路58、磁控管60、外侧磁组件70、外侧直线单元72、外侧弧形单元74、外磁体76、外磁体78、内侧磁组件80、内侧直线单元82、内侧弧形单元84、内磁体86、内磁体88、中间磁组件90、中间磁体92、中间磁体94、直线部100、弧形部110、多直线单元的磁控管120、多直线单元的外侧磁组件130、第一连接单元132、多个外侧直线单元134、最外侧直线单元136、多个外侧弧形单元138、多直线单元的内侧磁组件140、第二连接单元142、多个内侧直线单元144。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到的方位仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应作广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
为便于理解，首先结合图1说明磁控溅射的大致原理，溅射时，真空腔室内通有氩气，线性磁控管40产生磁场，平面靶28上施加的电源负压用于发生电场，电子在电场的作用下从平面靶28向基板26移动，移动过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出氩离子和新的电子，氩离子在电场作用下加速飞向平面靶28，轰击靶表面以使靶材发生溅射，溅射出的靶材粒子沉积在基板26表面形成薄膜，溅射时产生的电子用于在靶材的表面形成并维持等离子体38，从而能够重复上述氩气电离与轰击的过程，实现磁控溅射薄膜沉积的持续进行。
参照图2，当磁极42与外磁极44的磁场强度相同时，间隙46的中心线处的磁场强度最强，因此相应形成的等离子体的密度最高，实际等离子体密度的分布规律大致以间隙的中心线为对称线的正态分布，也即，在中心线处等离子体长度的密度最高，越靠近两侧的磁极，等离子体密度越低，为了简化理解，这里将等离子体简化为在密度最高处的等离子线，在这种简略的模型下，等离子体形成跑道型的封闭环。然后将磁控管沿着直线方向(这里将其命名为第二方向)分成多个均等的单元，图中通过两条虚线标识出了一个单元，需要说明的是，每个单元的长度可以调整。在直线部分，每个单元包括的等离子体均平行于直线方向，并将直线部分48每个单元包括的等离子体的长度定义为1单位(其实际包括左侧一段等离子体与右侧一段等离子体的长度之和)，但在半圆形部分50，每个单元内的等离子体的长度会急剧上升，在圆弧部分的顶点处接近5单位，并且圆弧部分顶点处的等离子已经基本上平行于磁控管的扫描方向(这里将其命名为第一方向)，当磁控管沿第一方向扫描时，以靶材上某个平行于第二方向的竖直截面进行观察，对于直线部分48，由于等离子体的长度比较短，并且等离子体垂直于扫描方向，因此在单位时间内经过的等离子体相对很短，竖直截面的刻蚀量较小，而在半圆形部分50，由于等离子体的长度比较长，并且等离子体的切线与扫描方向存在夹角，该夹角从圆弧部分的端部到顶点的方向逐渐减少至零，因此在单位时间内经过的等离子体相对很长，竖直截面的刻蚀量较大，且越靠近圆弧部分的顶点，刻蚀量越大，这样会导致靶材在对应半圆形部分50的刻蚀槽比对应直线部分48的刻蚀槽更深，当半圆形部分50的刻蚀槽穿透时，平面靶28就会报废，而此时靶材的其他部分还剩余有较多的未发生溅射的材料，因此平面靶的利用率不高。
本发明实施例中的磁控管60能够应用至前述的磁控管装置，其同样为细长的线性磁控管，磁控管60能够相对靶材沿第一方向与第二方向扫描以实现平面靶28的均匀刻蚀和比较高的靶材利用率。旋转靶磁控溅射有着广泛的应用，其中一个主要原因就是旋转靶的靶材利用率比较高，一般在70％以上。所以在考虑如何改进平面靶的利用率时，深入比较旋转靶磁控溅射和平面靶磁控溅射会很有帮助。如图5所示，展示了将普通旋转磁控管和旋转靶展开成平面靶和对应的磁控管的过程：将圆管状的旋转靶从上面中央位置，沿着旋转轴方向切开，旋转靶展平为平面靶。适用于旋转靶的磁控管类似于图2，磁场强度均匀的直线部分很长，接近靶材的宽度。由于旋转靶在磁控溅射时一直在旋转，旋转靶中间的很长的这一段能够很均匀的被刻蚀，只有磁控管两端圆弧部分对应的靶材两端有比较深的刻蚀。也就是说，长方形平面靶采用与旋转靶同样长度，同样磁控管，长方形平面靶的宽度与旋转靶的周长一样或者超过旋转靶的周长，平面靶的靶材利用率应该跟旋转靶的靶材高利用率差相似，超过70％。但是旋转靶是连续旋转的，而平面靶上的磁控管需要来回移动，因此在靶材边缘的刻蚀要比中间部分少一些，而且靶材最边缘几乎是没有刻蚀的，基于此，平面靶的靶材利用率会比旋转靶的靶材利用率稍微低一些。总而言之，平面靶的长度可以跟跑道状磁控管的长度差不多，而平面靶宽度对靶材的利用率的影响与磁控管宽度有密切的关联。如果平面靶宽度与磁控管宽度很接近，磁控管只能是固定不动，靶材利用率会很低。当平面靶比磁控管宽很多，磁控管可以来回移动时，靶材利用率可以得到迅速的提高。总而言之，参照图6，平面靶28的长度，也就是平面靶沿第二方向的尺寸，可以跟磁控管60的长度差不多，而平面靶28的宽度对靶材的利用率的影响与磁控管60的宽度有密切的关联。如果平面靶28的宽度与磁控管60的宽度很接近，磁控管60的只能是固定不动，靶材利用率会很低。当平面靶28比磁控管60宽很多，磁控管60可以沿第一方向来回移动时，靶材利用率可以得到迅速的提高。
前面概括性的描述了磁控管沿第一方向扫描从而提高靶材利用率的原理，接下来再具体说明，本实施例中磁控管沿第一方向移动的距离L1满足：L1≥d，d为图6中两侧间隙的中心线之间的距离，参照图7，图中Y轴坐标为靶材的刻蚀深度，为便于说明，将最深处的刻蚀深度规范化为1。X轴坐标为靶材上沿第一方向的刻蚀范围，将图6中两侧间隙的中心线之间的距离d规范化为1。曲线1至曲线4分别为磁控管60沿第一方向不移动、沿第二方向移动1/2d、沿第一方向移动11/12d、沿第一方向移动1d相对应的曲线。
由图7的曲线1可知，当磁控管60还没有开始扫描之前，靶材的刻蚀深度的左右峰值分别对应于左边间隙46的中心线和右侧间隙46的中心线处，也就是等离子体密度最高的地方，左右峰值之间的距离为d，刻蚀总宽度12/3d，中间(S磁极的正上方)有1/3d的区域没有任何刻蚀。由曲线2可知，磁控管60沿着第一方向移动1/2d，也就是在起始位置的两个刻蚀峰值距离的一半，在曲线1中没有刻蚀的1/3d区域开始消失，刻蚀总宽度增加到2 1/6d。由曲线3可知，磁控管60沿着第一方向移动11/12d，中间区域的刻蚀更为均匀，只有最中间很窄的一小段的刻蚀比最深的刻蚀稍微浅一些。由曲线4可知，磁控管沿着第一方向移动d，总刻蚀宽度增加到2 2/3d，中间一段刻蚀很均匀而且最深，只有两端的边缘区域的刻蚀深度浅一些，两端的最边缘几乎没有刻蚀，从靶材利用率的出发点考虑，这样的刻蚀深度分布是很理想的。总之，只要磁控管60沿着第一方向至少移动两侧间隙的中心线之间的距离，就能够实现靶材在中间部位的均匀刻蚀。
然而，即使磁控管60通过沿第一方向的移动改善了平面靶28沿第一方向刻蚀不均匀的问题，但如前所述，对于圆弧端部的跑道型磁控管而言，当磁控管60沿第一方向移动时，磁控管的圆弧端部会在靶材的相应位置形成较深的刻蚀槽，也就是说磁控管60沿第一方向的移动会加深平面靶28在第二方向上的不均匀刻蚀，基于此，参照图6，图中虚线表示沿第一方向与第二方向运动至不同位置的磁控管60，本实施例的磁控管还能够由驱动装置驱动而沿第二方向移动，以进一步实现平面靶28沿第二方向的均匀刻蚀，其原理是这样的：如果磁控管60沿第二方向固定，当磁控管60沿第一方向移动时，弧形部110上刻蚀能力最强的部位(顶点部位)将始终沿着平行于第一方向的直线移动，从而在平面靶28的相应区域形成很深的刻蚀槽，而当磁控管60沿第二方向移动时，弧形部110上刻蚀能力最强的部位不再一直沿着直线移动，相应区域的刻蚀量减少，其他区域的刻蚀量增量，整体来看就是最大刻蚀深度减少，刻蚀更加均匀化，结合弧形部110与直线部100之间向靶材施加的磁场强度的差异化设置，能够进一步实现靶材的均匀刻蚀。
需要说明的是，如果磁控管60沿第二方向不发生移动，为了保证沿第二方向的靶材全面积刻蚀，则磁控管60沿第二方向的尺寸(为便于说明，定义为磁控管60的长度)可以等于或者略长于平面靶28沿第二方向的尺寸(为便于说明，定义为平面靶28的宽度)，也即，磁控管60沿第二方向可以相对平面靶28的边缘超出一定距离，在该距离内，溅射能够正常进行，当超过该距离，则磁控管不能将电子约束在平面靶28的表面，等离子体不能被有效维持而导致溅射中断，该距离根据平面靶28与磁控管60的不同会发生变化，但是通常都比较小。基于此，如果磁控管60沿第二方向发生移动，磁控管60的长度需要小于平面靶28的宽度，这样才能在保证溅射过程持续进行的基础上，使得磁控管60沿第二方向具有足够的移动空间，能够理解的是，磁控管60沿第二方向移动的距离越长，则磁控管60的长度越短。
参照图8，显示了磁控管60沿第二方向的移动距离、相对平面靶28边缘的距离以及平面靶28在单位尺寸内沿第一方向扫过的等离子体长度之间的关系，扫过的等离子体的长度越长，其刻蚀能力越强，形成的刻蚀槽越深，图中假设直线部100与弧形部110的磁场强度相同。图中Y轴坐标为平面靶28在单位尺寸内沿第一方向扫过的等离子体长度，为便于说明，将磁控管60沿第一方向移动时，直线部100扫过平面靶28的单位尺寸内的等离子体长度规范化为1。X轴坐标为与靶材边缘之间的距离，这里的边缘是指平行于第一方向的边缘。曲线1至曲线5分别为磁控管60沿第二方向不移动、沿第二方向移动1/6d、沿第二方向移动1/3d、沿第二方向移动2/3d与沿第二方向移动1 1/4d相对应的曲线。
如图8的曲线1所示，当磁控管60沿第二方向固定时，曲线的波峰最高(波峰在Y轴数值5附近)，如前所述，这也意味着在磁控管60沿第一方向扫描时，平面靶28上与波峰对应的位置在单位尺寸内扫过的等离子体最长，因此刻蚀深度最大，然后在极短的距离内衰减至1，因此靶材存在比较严重的刻蚀不均匀的问题。结合曲线2可以看出，当磁控管60沿第二方向移动时，曲线的波峰明显降低(波峰在Y轴数值2附近)，平面靶28上与波峰对应的位置的刻蚀深度显著减小，且曲线从能够更为平缓的过渡至1，因此刻蚀已经比较均匀。
需要说明的是，磁控管60沿第二方向的移动距离越长，则平面靶28上与波峰对应的位置的刻蚀深度也相应降低，从图中也可以看出，随着沿第二方向移动距离增加，代表最大刻蚀深度的波峰高度也相应将降低，这对于平面靶28的均匀性是有利的。然而，为了避免磁控管60在移动时不会超出平面靶28的边缘一定距离，磁控管60沿第二方向的移动距离越长，则磁控管60沿第二方向的长度越短，平面靶28沿第二方向的端部区域被有效刻蚀的总时间越短，导致该端部区域又存在刻蚀过浅的问题，如图8所示，在代表磁控管60沿第二方向移动的各曲线中，其均具有从低于Y轴数值1的位置上升至波峰的上升段，代表着从靶材的边缘向平面靶28中心延伸的一定范围内，弧形部110扫过平面靶28单位尺寸的等离子体的长度都小于直线部100对应的等离子体长度，这同样会带来刻蚀不均匀的问题，且移动距离越长，该范围越大，综上，可以得出如下的结论：随着磁控管60沿第二方向的移动距离的增加，平面靶28在第二方向上的最大刻蚀深度逐渐降低，但靶材边缘区刻蚀不足的区域逐渐增加，基于此，本实施例还进一步限制了磁控管60沿第二方向的移动距离L2(如图6所示)，当磁控管60在选定的范围内移动时，能够兼顾弧形部110在平面靶28上形成的最大刻蚀深度以及刻蚀不足区域的延伸范围，从而提高平面靶28的利用率，具体的，磁控管60沿第二方向的移动距离L满足：0.5d≤L2≤2d。
通过前面的讲述可知，磁控管通过沿第一方向与第二方向往复移动一定距离，便可以提升平面靶各区域刻蚀的均匀性，实现平面靶的全面积刻蚀，从而提升平面靶的利用率，接下来将具体介绍本发明实施例中磁控管的具体结构，参照图9至图11，磁控管装置包括磁控管60与驱动装置，磁控管60用于生成磁场，驱动装置用于驱动磁控管60沿第一方向移动。
本实施例的磁控管60包括外侧磁组件70与内侧磁组件80，其中，外侧磁组件70环绕设置于内侧磁组件80的外侧。外侧磁组件70与内侧磁组件80均包括多个磁体，为便于区分，将外侧磁组件70与内侧磁组件80包括的磁体分别命名为外磁体76与内磁体86，外侧磁组件70与内侧磁组件80内的磁体均以内侧直线单元82的中心线为对称轴对称分布。
如图9、图10所示，外侧磁组件70包括外侧直线单元72与连接于外侧直线单元72的端部的外侧弧形单元74，其中，外侧直线单元72包括多个外磁体76，多个外磁体76沿第二方向依次排布。外侧弧形单元74设置为弧形结构，具体是设置为圆弧结构，外侧弧形单元74可以包括整体式的弧形外磁体78，也可以包括多个沿弧形分布的外磁体78。
如图9、图11所示，内侧磁组件80包括内侧直线单元82，在一些实施例中，内侧磁组件80还包括内侧弧形单元84，当设置有内侧弧形单元84时，内侧弧形单元84连接于内侧直线单元82的端部，其中，内侧直线单元82包括多个内磁体86，多个内磁体86沿第二方向依次排布。内侧弧形单元84设置为弧形结构，具体是设置为圆弧结构，内侧弧形单元84可以包括整体式的弧形内磁体88，也可以包括多个沿弧形分布的内磁体88。
外侧直线单元72设置为两个，两个外侧直线单元72平行设置于内侧直线单元82的相对两侧，外侧直线单元72与内侧直线单元82间隔设置从而形成间隙，在图示实施例中，两个外侧直线单元72相对内侧直线单元82对称设置。外侧弧形单元74的两端分别与两侧外侧直线单元72的同一端连接。
至少外侧磁组件70的外侧直线单元72与内侧磁组件80的内侧直线单元82形成直线部100，至少内侧直线单元82形成弧形部110，在一些实施例中，外侧弧形单元74与内侧弧形单元84共同形成弧形部110。需要说明的是，在一些实施例中，直线部100包括两个外侧直线单元72，且直线部100的相对两端均连接有弧形部110，从而形成跑道型的磁控管。在另一些实施例中，直线部100也可以包括更多数量的外侧直线单元72以形成更宽的磁控管，这将在后续的实施例中说明。
在一些实施例中，磁控管60还能够实现平面靶28的圆角处的刻蚀，以进一步提升平面靶28的利用率。磁控管60沿第一方向具有第一扫描极限位置，沿第二方向具有第二扫描极限位置，具体至图6中，第一扫描极限位置包括最左侧的位置与最右侧的位置，第二扫描极限位置包括最上侧的位置与最下侧为位置。
当磁控管60处于第一扫描极限位置与第二扫描极限位置时，磁控管60的弧形部110与平面靶28上对应的圆角同心设置，例如，当磁控管60处于图示左上侧的位置时，弧形部110与平面靶28左上角的圆角同心设置，又例如，当磁控管60处于右下侧的位置时，弧形部110与平面靶28右下角的圆角同心设置，这样，弧形部110处对应的等离子体38能够大致沿圆角的轮廓分布，从而实现圆角处的刻蚀，进一步实现全面积刻蚀，改善了传统磁控管不能刻蚀平面靶圆角部位的问题。
在一些实施例中，参照图6，当磁控管60处于第一扫描极限位置与第二扫描极限位置时，磁控管60的外边缘将超出平面靶28的外边缘一定距离，如前所述，等离子体密度的分布规律大致以间隙的中心线为对称线的正态分布，在中心线处等离子体的密度最高，当磁控管60的外边缘超出平面靶28后，刻蚀能力较强的中间部位能够更靠近平面靶28的边缘，从而增加对平面靶28边缘区域的刻蚀均匀性，结合前述将极限位置的弧形部110与圆角设置为同心，能够更好地对圆角部位进行刻蚀。需要说明的是，磁控管60外边缘的超出距离应该不影响磁控溅射的持续进行，在一些实施例中，磁控管60外边缘的超出距离不大于15mm。
在一些实施例中，内侧磁组件80的磁场强度大于外侧磁组件70的强度，具体而言，内侧直线单元82的磁场强度大于外侧直线单元72的磁场强度，当内侧磁组件80具有内侧弧形单元84时，内侧弧形单元84的磁场强度大于外侧弧形单元74的磁场强度。等离子体密度按照正态分布是以内外侧磁体组件的磁场强度相等为前提，如果内侧磁组件80的磁场强度大于外侧磁组件70的强度，则等离子体密度最高的位置将会从间隙的中心线向外侧偏移，如此，当磁控管处于第一扫描极限位置与第二扫描极限位置时，磁控管60的外边缘即使不超出平面靶28的外边缘，或者超出距离减小，也可以满足全面积刻蚀的要求。
在一些实施例中，为了解决磁控管的圆弧端部对平面靶刻蚀过深的问题，一些磁控管设计和制造商直接减弱圆弧端部的磁场强度，通过这种方式降低等离子体密度，从而降低圆弧端部对靶材的刻蚀，然而，由于圆弧端部的刻蚀能力显著强于直线部分的刻蚀能力，因此这种方式需要大幅度降低圆弧端部的磁场强度，又会影响等离子体的点燃与维持，基于此，本实施例提出了一种磁控管装置，既能够改善平面靶28在第二方向上的不均匀刻蚀，又不会影响等离子体的点燃与维持。
参照图9，本实施例的磁控管还包括中间磁组件90，中间磁组件90包括中间直线单元，中间直线单元设置于外侧直线单元72与内侧磁组件80之间的间隙内，用于增强磁控管60直线部分的磁场强度。中间直线单元同样包括多个磁体，中间直线单元的多个磁体以内侧直线单元82的中心线为对称轴对称分布。为了便于描述，将中间磁组件90包括的磁体命名为中间磁体。
本实施例中，至少外侧磁组件70的外侧直线单元72、内侧磁组件80的内侧直线单元82以及中间磁组件90的中间直线单元形成直线部100，在一些实施例中，外侧弧形单元74与内侧弧形单元84共同形成弧形部110。参照图12，外磁体76与内磁体86的磁极连线均垂直于靶材安装装置，且二者极性相反，具体的，内磁体86的S极朝向平面靶28，N极远离平面靶28，外磁体76的N极朝向平面靶28，S极远离平面靶28，磁极连线均沿图示的竖直方向设置。对于中间磁组件90，中间磁体92与中间磁体94各自的磁极连线平行于靶材安装装置，也即沿图示的水平方向设置，且中间磁体92的两个磁极分别朝向外侧直线单元72与内侧直线单元82，中间磁体92、中间磁体94的外侧磁极与外磁体76、外磁体78朝向平面靶28的磁极一致，中间磁体92、中间磁体94的内侧磁极与内磁体86、内磁体88朝向平面靶28的磁极一致。具体而言，中间磁体92的一个磁极(例如N极)朝向外磁体76，另一个磁极(例如S极)朝向内磁体86，外磁体76、内磁体86与中间磁体92的磁感线按照图13所示分布，由图中可以看出，外磁体76与内磁体86的磁感线在间隙的中心线处最强，同样的，中间磁体92的磁感线在间隙的中心线处最强，叠加后能够增加直线部100的磁场强度，使得直线部100向平面靶28施加的最大磁场强度大于弧形部110向平面靶28施加的最大磁场强度，能够减少弧形部110与直线部100之间刻蚀能力的差距，由于直线部100的磁场强度得到了增强，刻蚀能力得到了提升，因此本实施例可以无需降低弧形部110向平面靶28施加的磁场强度，或者能够减少降低幅度，从而保证点燃和溅射过程中等离子体的维持。
需要说明的是，以直线部100为例，当本发明描述直线部100向平面靶28施加的最大磁场强度时，不应该理解为直线部100必然存在磁场变化的梯度，换言之，直线部100的磁场强度可以是均衡的，例如，直线部100沿第二方向的各部分向平面靶28施加的磁场强度都是最大磁场强度。
前面结合图8解释了磁场强度一致的情况下，磁控管60如何通过沿第二方向移动以改善刻蚀不均匀的问题，接下来将说明当直线部100与弧形部110之间的磁场强度不一致时，磁控管60如何通过沿第二方向的移动来减小直线部100与弧形部110之间的磁场强度差异。参照图14，显示了弧形部110向靶材施加的磁场强度的减弱系数、磁控管60沿第二方向的移动距离与刻蚀深度之间的关系，其中Y轴坐标为靶材的最大刻蚀深度，其通常形成在与弧形部对应的部位，为便于说明，将直线部100对应的刻蚀槽的深度规范化为1，且直线部100对应的刻蚀槽的深度比较均匀，因此与直线部100对应的曲线(图14中未显示)是平行于X轴且对应Y轴数值1的水平线。X轴坐标为弧形部向靶材施加的磁场强度的减弱系数，也可以相反理解为直线部100的加强系数，其中，如果磁场强度未减弱，则对应的X轴数值为1，相应的，X轴数值为0.8则意味着弧形部110向靶材施加的磁场强度减弱至80％，其他数值依次类推。曲线1至曲线5分别为磁控管60沿第二方向不移动、沿第二方向移动1/6d、沿第二方向移动1/3d、沿第二方向移动2/3d与沿第二方向移动1 1/4d相对应的曲线。需要说明的是，平面靶28的刻蚀程度与磁场强度实际上并不是严格的正比关系，这里为了便于理解，将平面靶28的刻蚀程度与磁场强度之间的关系定义为1:1的正比关系。
结合曲线1可以看出，如果磁控管60不沿第二方向移动，且磁场强度未减弱，磁控管60沿第一方向扫描后弧形部110在平面靶28上形成的最大刻蚀深度将接近直线部100对应的最大刻蚀深度的5倍，将极大地影响靶材刻蚀的均匀性。另一方面，如果磁控管60不沿第二方向移动，当磁场强度大致减弱至20％时，虽然弧形部110对应的最大刻蚀深度与直线部100对应的最大刻蚀深度大致相等，但是此时弧形部110的磁场强度已经会影响等离子体的点燃和维持，如果以直线部100增加磁场强度的角度理解，则曲线1代表了直线部100需要增加接近5倍才能与弧形部110的磁场强度大致相等，这对于中间磁组件90的要求会比较高。结合曲线2可以看出，当磁控管60沿第二方向移动后，即使弧形部110的磁场强度未减弱，弧形部110与直线部100之间最大刻蚀深度的差距也明显减小，而当弧形部110的磁场强度发生减弱后，弧形部110与直线部100之间最大刻蚀深度的差距进一步减小，例如，从曲线2可以看出，当磁场强度减弱至40％(而非曲线1的20％)时，弧形部110对应的最大刻蚀深度与直线部100对应的最大刻蚀深度已经大致相等。结合曲线2至曲线5可以看出，随着磁控管60沿第二方向移动距离的增加，弧形部110的磁场强度减弱程度也可以相应降低，或者直线部100的磁场强度增加程度也可以相应降低，换言之，当磁控管60沿第二方向移动时，弧形部110的磁场强度可以在不影响等离子体点燃与维持的范围内降低，此时直线部100的磁场强度增加幅度可以相应降低，从而减少对中间磁组件90磁场强度的要求，或者，弧形部110的磁场强度不需要降低，而是完全通过增加直线部100磁场强度的方式调节二者刻蚀能力的差异，然而即便是这样，与磁控管60沿第二方向固定的方式相比，直线部100磁场强度的增加幅度的需求也显著降低。
在一些实施例中，参照图9与图10，在一些实施例中，外侧直线单元72的端部包括多组外磁体76，沿外侧直线单元72至外侧弧形单元74的方向(例如图9、图10中从下往上的方向)，各组外磁体76向靶材施加的磁场强度依次降低，且外侧弧形单元74向靶材施加的最大磁场强度不大于最末端一组的外磁体76向靶材施加的磁场强度，如此，可以避免磁场强度发生突变，此外，相邻磁体施加至靶材的磁场会叠加而增加强度，前述设置也能够避免外侧弧形单元74与相邻的外磁体76叠加而过度提升磁场强度，影响外侧直线单元72与外侧弧形单元74之间磁场强度的差异化设置。
需要说明的是，本实施例不限制每一组内所包含的外磁体76的数量，不同组内外磁体76的数量可以相等，也可以不等，一组外磁体76最少包含一个外磁体76，以图示为例，外侧直线单元72的端部包括三组外磁体76，每组均包括一个外磁体76。
在一些实施例中，当外侧直线单元72的端部包括多组外磁体76时，可以通过调节磁体自身磁场强度的方式调节磁体向靶材施加的磁场强度，例如，沿外侧直线单元72至外侧弧形单元74的方向，各组外磁体76平行于靶材安装装置的截面积依次减少，如此，在其他参数保持一致的情况下，各组外磁体76的磁场强度也会依次降低，从而施加在靶材上的磁场强度也会依次降低。如图9、图10所示，各组外磁体76的宽度逐渐减小从而使得各组外磁体76的截面积依次减少。
又例如，沿外侧直线单元72至外侧弧形单元74的方向，各组外磁体76的高度依次减少，如此，在其他参数保持一致的情况下，各组外磁体76的磁场强度也会依次降低，从而施加在靶材上的磁场强度也会依次降低。
又例如，沿外侧直线单元72至外侧弧形单元74的方向，各组外磁体76分别由磁场强度依次减弱的不同材料制成，如此，在其他参数保持一致的情况下，各组外磁体76的磁场强度也会依次降低，从而施加在靶材上的磁场强度也会依次降低。
在另一些实施例中，当外侧直线单元72的端部包括多组外磁体76时，还可以通过调节磁体与靶材之间距离的方式调节磁体向靶材施加的磁场强度，具体而言，沿外侧直线单元72至外侧弧形单元74的方向，各组外磁体76与靶材之间的间距依次增加，即使各组外磁体76的磁场强度相同，其施加在靶材上的磁场强度也会依次降低。
需要说明的是，上述实施例可以组合，例如，沿外侧直线单元72至外侧弧形单元74的方向，既依次降低各组外磁体76自身的磁场强度，又依次提高各组外磁体76与靶材之间的间距。
当外侧直线单元72的端部包括多组外磁体76，且各组外磁体76向靶材施加的磁场强度依次降低时，对应各组外磁体76产生的等离子体密度的峰值也会逐渐降低，如前所述，等离子密度呈现为正态分布，在间隙26的中心线处密度最高，然后沿第一方向朝两侧逐渐降低，当降低至一定程度之后，等离子体的刻蚀能力已经不满足要求，换言之，只有从密度最高的部位向两侧延伸一定范围内的等离子体才能够对平面靶28进行有效刻蚀(为便于说明，将其定义为有效刻蚀区域)，如果等离子体密度的峰值降低，有效刻蚀区域的宽度也会减少，这样当外侧直线单元72沿第一方向移动至极限位置而达到平面靶28平行于第二方向的边缘时，平面靶28上原本能够被等离子体扫过的部分边缘区域(与端部多组外磁体76对应的边缘区域)将不能被有效地刻蚀，基于此，在一些实施例中，参照图9、图11，内侧直线单元82的端部包括对应多组外磁体设置的多组内磁体86，沿外侧直线单元72至外侧弧形单元74的方向，各组内磁体86朝向对应外磁体76的端部，与内侧直线单元82的中心线之间的距离h依次增加，如此，可以使得与多组外磁体76对应的有效刻蚀区域朝外侧偏移，这样当外侧直线单元72沿第一方向移动至极限位置而达到平面靶28的边缘时，整个边缘区域能够得到有效刻蚀，从而实现平面靶28的全面积刻蚀。
需要说明的是，本实施例不限制每一组内所包含的内磁体86的数量，不同组内内磁体86的数量可以相等，也可以不等，一组内磁体86最少包含一个内磁体86，以图示为例，内侧直线单元82的端部包括三组内磁体86，每组均包括一个内磁体86。
作为实现上述实施例的一种方案，参照图9至图11，内侧磁阻件60还包括内侧弧形单元84，内侧弧形单元84和前述的外侧弧形单元74形成弧形部110，内侧弧形单元84和外侧弧形单元74同心设置。
参照图11，内侧直线单元82朝向内侧弧形单元84的端部(例如图中的上端)包括两个内磁体阵列，各内磁体阵列均包括多组内磁体86，两个内磁体阵列的一端均连接于内侧直线单元82的主体部分，另一端与内侧弧形单元84连接，沿内侧直线单元82至内侧弧形单元84的方向，两个内磁体阵列之间的间距依次增加，如此，内侧直线单元82的端部呈现为逐渐膨大的状态，使得各组内磁体86朝向对应外磁体76的端部与内侧直线单元82的中心线之间的距离h依次增加。
在一些实施例中，参照图10，外侧弧形单元74内各磁体的外侧面平齐，也即，前述位于端部的各组外磁体76的外侧面与外侧弧形单元74主体部分的外磁体76的外侧面平齐，当端部的各组外磁体76如图中所示通过减小宽度的方式调整磁场强度时，其有效刻蚀区域能够偏向于外侧，从而在外侧直线单元72沿第一方向移动至极限位置而达到平面靶28的边缘时对平面靶28进行全面积刻蚀。
在一些实施例中，参照图9，中间磁单元72的长度短于外侧直线单元72的长度，使得外侧直线单元72的端部能够沿第二方向超出中间磁单元72，超出的部分包括前述的多组外磁体76，同时，外侧弧形单元74向靶材施加的磁场强度不大于最末端一组的外磁体76向靶材施加的磁场强度，如此，直线部100的中间部分具有较长的磁场，从端部开始逐渐减弱并过渡至弧形部110，既能够平衡直线部100与弧形部110之间刻蚀能力的差距，又能够避免外侧弧形单元74的磁场强度降低而影响等离子体点燃和维持。
如前所述，弧形部110在扫描时的刻蚀能力最强，因而会形成最深的刻蚀槽，基于此，在一些实施例中，弧形部110向靶材施加的磁场强度也可以设置为依次降低，从而减少弧形部110内各部分刻蚀能力的差异。具体的，弧形部110包括前述设置为弧形结构的外侧弧形单元74，沿弧形部110的端部至顶点的方向，外侧弧形单元74包括多组外磁体76，且多组外磁体76向靶材施加的磁场强度依次降低。
需要说明的是，本实施例不限制每一组内所包含的外磁体的数量，不同组内外磁体的数量可以相等，也可以不等，一组外磁体最少包含一个外磁体。
在一些实施例中，当外侧弧形单元74的端部包括多组外磁体时，可以通过调节磁体自身磁场强度的方式调节磁体向靶材施加的磁场强度，例如，沿弧形部110的端部至顶点的方向，各组外磁体76平行于靶材安装装置的截面积依次减少，如此，在其他参数保持一致的情况下，各组外磁体76的磁场强度也会依次降低，从而施加在靶材上的磁场强度也会依次降低。在一些实施例中，各组外磁体76的宽度逐渐减小从而使得各组外磁体76的截面积依次减少。
又例如，沿弧形部110的端部至顶点的方向，各组外磁体76的高度依次减少，如此，在其他参数保持一致的情况下，各组外磁体76的磁场强度也会依次降低，从而施加在靶材上的磁场强度也会依次降低。
又例如，沿弧形部110的端部至顶点的方向，各组外磁体76分别由磁场强度依次减弱的不同材料制成，如此，在其他参数保持一致的情况下，各组外磁体76的磁场强度也会依次降低，从而施加在靶材上的磁场强度也会依次降低。
在另一些实施例中，当外侧弧形单元74的端部包括多组外磁体76时，还可以通过调节磁体与靶材之间距离的方式调节磁体向靶材施加的磁场强度，具体而言，沿弧形部110的端部至顶点的方向，各组外磁体76与靶材安装装置之间的间距依次增加，即使各组外磁体76的磁场强度相同，其施加在靶材上的磁场强度也会依次降低。
需要说明的是，上述实施例可以组合，例如，沿弧形部110的端部至顶点的方向，既依次降低各组外磁体76自身的磁场强度，又依次提高各组外磁体76与靶材安装装置之间的间距。
在一些实施例中，参照图15，多直线单元的外侧磁组件130包括第一连接单元132、多个外侧直线单元134，最外侧直线单元136与多个外侧弧形单元138，多个外侧直线单元134沿第一方向间隔设置，以图中所示为例，两个最外侧直线单元136的长度略长于其他多个外侧直线单元134。本实施例中，相邻的多个外侧直线单元134的一端(例如上端)通过多个外侧弧形单元138连接，两个最外侧直线单元136的另一端(例如下端)通过第一连接单元132连接，从而使得多直线单元的外侧磁组件120封闭。
多直线单元的内侧磁组件140包括第二连接单元142与多个内侧直线单元144，多个内侧直线单元144沿第一方向间隔设置，且多个内侧直线单元144与多个外侧直线单元134交替分布，相邻多个内侧直线单元144朝向第一连接单元132的一端(例如下端)通过第二连接单元142连接。
本实施例中，由于设置有多个外侧直线单元134与多个内侧直线单元144，因此磁控管120沿第一方向的宽度将会增加，其覆盖平面靶28的面积也会增加，从而能够减少磁控管120沿第一方向的移动距离，如果保持扫描频次不变，则磁控管的速度能够降低，对驱动装置的设计要求也能够相应降低，而如果保持扫描速度不变，则能够增加扫描频次。
本实施例中，两个最外侧直线单元136的一端通过多个外侧弧形单元138连接，两个最外侧直线单元136的另一端通过第一连接单元132连接，多个外侧弧形单元138的两端和第一连接单元132的两端在磁控管120处于第一扫描极限位置与第二扫描极限位置时能够与平面靶28的圆角保持同心，实现平面靶28圆角部位的全面积刻蚀。
本发明还提出了一种适用于平面靶的磁控溅射设备，参照图1理解，其包括真空腔室22、基台24、靶材安装装置与前述各实施例的磁控装置，其中，靶材安装装置用于将平面靶28的背板32隔着绝缘板36真空密封到背腔34并且用机械真空泵抽到低压，从而基本上消除了跨越大面积平面靶28及其背板的两侧压差，以及大压差可能引起的大变形量；靶材安装装置通过前述的绝缘板30真空密封到真空腔室22，基台24用于将基片26固定于真空腔室22内，以便在基片上沉积膜层。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (11)

1.用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，包括：
磁控管，包括外侧磁组件与内侧磁组件，所述外侧磁组件与所述内侧磁组件的极性相反，所述外侧磁组件包括外侧直线单元与连接于所述外侧直线单元的端部的外侧弧形单元，所述内侧磁组件包括内侧直线单元，所述内侧直线单元的相对两侧均设置有所述外侧直线单元，且所述内侧直线单元与所述外侧直线单元之间具有间隙，至少所述外侧直线单元与所述内侧直线单元形成直线部，至少所述外侧弧形单元形成弧形部；
驱动装置，用于驱动所述磁控管沿第一方向与第二方向往复移动，所述第一方向垂直于所述直线部的直线方向，所述第二方向平行于所述直线部的直线方向；
其中，所述磁控管沿所述第一方向移动的距离L1满足：L1≥d，沿所述第二方向移动的距离L2满足：0.5d≤L2≤2d，d为两侧所述间隙的中心线之间的距离。
2.根据权利要求1所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述磁控管沿所述第一方向具有第一极限扫描位置，沿所述第二方向具有第二极限扫描位置，所述磁控管被配置为：当所述磁控管处于所述第一极限位置与所述第二极限位置时，所述弧形部与平面靶的圆角同心。
3.根据权利要求2所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述磁控管被配置为：当所述磁控管处于所述第一极限位置与所述第二极限位置时，所述磁控管的外边缘超出平面靶的外边缘设定距离。
4.根据权利要求2所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述内侧磁组件的磁场强度大于所述外侧磁组件的磁场强度。
5.根据权利要求1所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述磁控管还包括中间磁组件，所述中间磁组件包括中间直线单元，所述中间直线单元设置于所述间隙内，所述外侧直线单元、所述内侧直线单元与所述中间直线单元均包括沿第二方向排布的多个磁体，且所述外侧直线单元、所述内侧直线单元与所述中间直线单元内的磁体均以所述内侧直线单元的中心线为对称轴对称分布，所述外侧直线单元内的磁体的磁极连线与所述内侧直线单元内的磁体的磁极连线垂直于平面靶，所述中间直线单元内的磁体的磁极连线平行于平面靶，且所述中间直线单元内的磁体的两个磁极分别朝向所述外侧直线单元与所述内侧直线单元，所述中间直线单元内的磁体的外侧磁极与所述外侧磁组件内磁体朝向所述平面靶的磁极一致，所述中间直线单元内的磁体的内侧磁极与所述内侧磁组件内磁体朝向所述平面靶的磁极一致；
其中，至少所述外侧直线单元、所述内侧直线单元与所述中间直线单元形成所述直线部，所述直线部向平面靶施加的最大磁场强度大于所述弧形部向平面靶施加的最大磁场强度。
6.根据权利要求5所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述外侧直线单元朝向所述外侧弧形单元的端部包括多组外磁体，沿所述外侧直线单元至所述外侧弧形单元的方向，各组所述外磁体向平面靶施加的磁场强度依次降低，且所述弧形部向平面靶施加的最大磁场强度不大于最末端一组的所述外磁体向平面靶施加的磁场强度。
7.根据权利要求6所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，沿所述外侧直线单元至所述外侧弧形单元的方向，所述外侧直线单元包括以下方案中的至少一种：
各组所述外磁体平行于平面靶的截面积依次减少；
各组所述外磁体的高度依次减少；
各组所述外磁体与平面靶之间的间距依次增加；
各组所述外磁体分别由磁场强度依次减弱的不同材料制成。
8.根据权利要求5所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述内侧直线单元朝向所述弧形部的端部包括对应多组所述外磁体设置的多组内磁体，沿所述内侧直线单元至所述弧形部的方向，各组所述内磁体朝向对应所述外磁体的端部，与所述内侧直线单元的中心线之间的距离依次增加。
9.根据权利要求8所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述内侧磁组件还包括内侧弧形单元，所述外侧弧形单元与所述内侧弧形单元形成所述弧形部，所述内侧直线单元朝向所述弧形部的端部包括两个内磁体阵列，各所述内磁体阵列均包括多组所述内磁体，所述内侧弧形单元连接于两个所述内磁体阵列的端部；
其中，沿所述内侧直线单元至所述弧形部的方向，两个所述内磁体阵列之间的间距依次增加。
10.根据权利要求1所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置，其特征在于，所述外侧磁组件包括第一连接单元、多个所述外侧直线单元与多个所述外侧弧形单元，多个所述外侧直线单元沿所述第一方向并列间隔设置，相邻所述外侧直线单元的一端通过所述外侧弧形单元连接，沿所述第一方向的最外侧的两个所述外侧直线单元的另一端均与所述第一连接单元圆弧连接；
所述内侧磁组件包括第二连接单元与多个所述内侧直线单元，多个所述内侧直线单元沿所述第一方向并列间隔设置，且所述外侧直线单元与所述内侧直线单元沿所述第一方向交替分布，各所述内侧直线单元朝向所述第一连接单元的一端通过所述第二连接单元连接。
11.磁控溅射设备，其特征在于，包括：
真空腔室；
权利要求1至10中任一项所述的用于PVD平面靶的扫描磁控管装置；
靶材安装装置，用于将平面靶固定于所述真空腔室内；
基台，用于将基片固定于所述真空腔室内。
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