CN117364045B - Pvd设备中的磁性模组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种PVD设备中的磁性模组，包括：第一磁体组件，包括分布于第一磁体组件内圈的若干个第一磁极和分布于第一磁体组件外圈的若干个第二磁极；所述第一磁极和第二磁极极性相反，且均朝向阴极靶材方向；驱动组件，与第一磁体组件偏心连接，用于驱动第一磁体组件以偏心方式旋转；第二磁体组件，围绕第一磁体组件设置，包括分布于第二磁体组件内圈的若干个第三磁极和分布于第二磁体组件外圈的若干个第四磁极；所述第三磁极和第四磁极极性相反，且均朝向阴极靶材方向；所述第二磁极与第三磁极的极性相同。
Description
技术领域
本发明涉及物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)设备，尤其是一种PVD设备中的磁性模组。
背景技术
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术是指在真空条件下采用物理方法将材料源（固体或液体）表面气化成气态原子或分子，或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术，物理气相沉积是主要的表面处理技术之一。
PVD镀膜技术主要分为三类：真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。真空溅射镀膜是指在真空条件下，利用高能粒子（如氩正离子）轰击靶材表面，使靶材表面原子获得足够的能量而逃逸的过程称为溅射。
真空溅射镀膜的原理为，真空条件下在腔体内充入氩气，在高压下氩气辉光放电，Ar原子被电离为Ar+离子和电子e-，Ar+在电场（靶材施加阴极，基片施加阳极形成电场）作用下加速轰击阴极靶材，靶材原子沉积在基片表面形成薄膜。二次电子受电场和磁场作用产生E×B所指方向漂移，电子以近似摆线在距靶材表面一定范围做圆周运动，而且被束缚在距靶材表面一定范围的等离子体区域内，并在该等离子体区域内碰撞电离出大量的Ar+来轰击靶材，从而实现高沉积速率。
在磁控溅射中电子起到重要的作用，随着基片例如硅片直径增大，磁控溅射中的溅射速率均匀性问题更为突出；在磁控溅射的过程中，部分二次电子会向腔体边缘运动，最终打在腔体的内壁上，造成电子的损耗，进而降低电子和等离子体的浓度，影响了镀膜的效率。
发明内容
为解决现有技术中的至少一个技术问题，本发明实施例提供一种PVD设备中的磁性模组，能够提高磁控溅射腔体内的电子及等离子密度，从而提高镀膜的效率。为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供了一种PVD设备中的磁性模组，包括：
第一磁体组件，包括分布于第一磁体组件内圈的若干个第一磁极和分布于第一磁体组件外圈的若干个第二磁极；所述第一磁极和第二磁极极性相反，且均朝向阴极靶材方向；
驱动组件，与第一磁体组件偏心连接，用于驱动第一磁体组件以偏心方式旋转；
第二磁体组件，围绕第一磁体组件设置，包括分布于第二磁体组件内圈的若干个第三磁极和分布于第二磁体组件外圈的若干个第四磁极；所述第三磁极和第四磁极极性相反，且均朝向阴极靶材方向；
所述第二磁极与第三磁极的极性相同。
进一步地，所述第一磁体组件包括若干个第一拱形磁体，以及内圈磁轭和外圈磁轭；所述第一磁极和第二磁极分别位于第一拱形磁体的两端；若干个第一拱形磁体围绕内圈磁轭和外圈磁轭间隔设置，第一磁极连接内圈磁轭，第二磁极连接外圈磁轭。
进一步地，所述驱动组件包括转子、连接盘；所述转子的转轴与连接盘顶部中间连接；连接盘与其下方的第一磁体组件中的至少一个第一拱形磁体的顶部连接；连接盘的中心与第一磁体组件的中心偏心设置。
进一步地，所述第一拱形磁体的顶部设有螺丝孔，连接盘通过螺丝与下方的两个以上的第一拱形磁体的顶部连接。
进一步地，所述连接盘顶部中间具有半环形的连接座，转子的转轴置于半环形的连接座中并通过另一半环形的连接块与半环形的连接座相连接，并夹紧转子的转轴。
进一步地，所述驱动组件还包括一配重块；配重块连接在连接盘下方且位于连接盘偏离第一磁体组件中心的那一侧。
进一步地，所述配重块呈扇环形。
进一步地，所述第二磁体组件能够转动。
进一步地，所述第二磁体组件包括若干个第二拱形磁体和一个安装环；所述安装环为无磁材料；所述第三磁极和第四磁极分别位于第二拱形磁体的两端；若干个第二拱形磁体间隔连接在安装环上，第三磁极位于安装环上的内侧，第四磁极位于安装环上的外侧。
进一步地，所述第二磁体组件中的安装环与所述第一磁铁组件中的外圈磁轭通过两个以上的连接板连接，所述连接板为无磁材料。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本申请提出的PVD设备中的磁性模组，通过增设第二磁体组件，可以使得阴极靶材边缘区域发射的二次电子返回中间的等离子体区域，从而减少电子损失，提高等离子体区域内的电子和等离子密度。所述磁性模组的结构简单可靠，装配方便，运转稳定。
附图说明
图1为本发明实施例中的磁性模组结构示意图。
图2为本发明实施例中的磁性模组另一视角的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1和图2所示，本发明实施例提出的一种PVD设备中的磁性模组（以下简称磁性模组），包括：
第一磁体组件1，包括分布于第一磁体组件1内圈的若干个第一磁极101和分布于第一磁体组件1外圈的若干个第二磁极102；所述第一磁极101和第二磁极102极性相反，且均朝向阴极靶材方向；
驱动组件2，与第一磁体组件1偏心连接，用于驱动第一磁体组件1以偏心方式旋转；
第二磁体组件3，围绕第一磁体组件1设置，包括分布于第二磁体组件3内圈的若干个第三磁极301和分布于第二磁体组件3外圈的若干个第四磁极302；所述第三磁极301和第四磁极302极性相反，且均朝向阴极靶材方向；
所述第二磁极102与第三磁极301的极性相同。
在磁控溅射腔体中，磁性模组设置在阴极靶材的背面；阴极靶材施加阴极，基片施加阳极形成电场；第一磁体组件1主要用于产生距阴极靶材表面一定范围内的磁场，二次电子受电场和磁场作用产生E×B所指方向漂移，电子以近似摆线在距靶材表面一定范围做圆周运动，而且被束缚在距靶材表面一定范围的等离子体区域内，并在该等离子体区域内碰撞电离出大量的Ar+来轰击阴极靶材；第一磁体组件1在旋转时，是以偏心方式旋转，即驱动组件2的转轴偏离第一磁体组件1的中心设置，旋转的第一磁体组件1产生的磁场可以覆盖扫描整个阴极靶材；能够使得阴极靶材产生较为均匀的溅射率，并提升靶材利用率；第二磁体组件3与第一磁铁组件1的磁极极性在径向上相反设置，第二磁体组件3与第一磁铁组件1之间在阴极靶材边缘处形成的磁场，可以使得阴极靶材边缘区域发射的二次电子返回中间的等离子体区域，从而减少电子损失，提高等离子体区域内的电子和等离子密度。
在图1所示的实施例中，第一磁极101和第二磁极102分别是S极和N极，第三磁极301和第四磁极302分别是N极和S极；第一磁极101和第二磁极、第三磁极301和第四磁极302的极性设置也可以和图1中所示相反。
在一个实施例中，所述第一磁体组件1包括若干个第一拱形磁体1a，以及内圈磁轭103和外圈磁轭104；所述第一磁极101和第二磁极102分别位于第一拱形磁体1a的两端；若干个第一拱形磁体1a围绕内圈磁轭103和外圈磁轭104间隔设置，第一磁极101连接内圈磁轭103，第二磁极102连接外圈磁轭104。
其中第一磁极101和第二磁极102可以通过螺丝分别与内圈磁轭103和外圈磁轭104固定；在现有技术中，通常第一磁极101位于一个单独的磁体上，第二磁极102位于另一个单独的磁体上；本实施例中，采用拱形磁体，既满足了第一磁极101和第二磁极102的磁极分布，又可以减少磁体的数量，还可以使得内圈磁轭103和外圈磁轭104牢固地连接；内圈磁轭103、外圈磁轭104和第一拱形磁体1a牢固连接成整体后，能够比较方便地与驱动组件2连接；在驱动组件2驱动第一磁体组件1以偏心方式旋转时，整个第一磁体组件1稳固不会散架。内圈磁轭103和外圈磁轭104的形状可以是圆形、心形、腰形、椭圆形等。
在一个实施例中，所述驱动组件2包括转子201、连接盘202；所述转子201的转轴与连接盘202顶部中间连接；连接盘202与其下方的第一磁体组件1中的至少一个第一拱形磁体1a的顶部连接；连接盘202的中心与第一磁体组件1的中心偏心设置。
图1中没有画出电机，电机通过皮带带动转子201转动；在转子201转动时，转子201的转轴带动连接盘202转动，连接盘202带动整个第一磁体组件1以偏心方式旋转；由于第一拱形磁体1a既作为磁性部件，又作为结构部件，因此驱动组件2与第一磁体组件1的连接简单可靠。
具体地，第一拱形磁体1a的顶部设有螺丝孔，连接盘202通过螺丝与下方的两个以上的第一拱形磁体1a的顶部连接；能够使得连接盘202与第一磁体组件1连接更加稳固。
具体地，连接盘202顶部中间具有半环形的连接座2021，转子201的转轴置于半环形的连接座2021中并通过另一半环形的连接块与半环形的连接座2021相连接，并夹紧转子201的转轴。从而转子201的转轴可以方便可靠的与连接盘202进行连接。
更优地，所述驱动组件2还包括一配重块203；配重块203连接在连接盘202下方且位于连接盘202偏离第一磁体组件1中心的那一侧；配重块203可以起到平衡作用，减小或消除第一磁体组件1与驱动组件2因偏心连接而在运转时引起的抖动。
更优地，所述配重块203呈扇环形；一方面可以使得第一磁体组件1运转更平稳，另一方面可以避免配重块203在转动时与第二磁体组件3发生干涉。
更优地，所述第二磁体组件3能够转动；第二磁铁组件3转动时，第二磁体组件3与第一磁铁组件1之间在阴极靶材边缘处形成的磁场可以更好地使得阴极靶材边缘区域发射的二次电子返回中间的等离子体区域。
具体地，所述第二磁体组件3包括若干个第二拱形磁体3a和一个安装环303；所述安装环303为无磁材料；所述第三磁极301和第四磁极302分别位于第二拱形磁体3a的两端；若干个第二拱形磁体3a间隔连接在安装环303上，第三磁极301位于安装环303上的内侧，第四磁极302位于安装环303上的外侧。第二拱形磁体3a与第一拱形磁体1a的结构相同，能够节省加工费用，并在装配时具有良好的通用性。
更优地，所述第二磁体组件3中的安装环303与所述第一磁铁组件1中的外圈磁轭104通过两个以上的连接板4连接，所述连接板4为无磁材料；这样当转子201带动第一磁体组件1旋转时，可以同时带动第二磁体组件3旋转；在其它的实施例中，第二磁体组件3也可以通过另一个电机以及适配的传动机构进行驱动。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种PVD设备中的磁性模组，其特征在于，包括：
第一磁体组件(1)，包括分布于第一磁体组件(1)内圈的若干个第一磁极(101)和分布于第一磁体组件(1)外圈的若干个第二磁极(102)；所述第一磁极(101)和第二磁极(102)极性相反，且均朝向阴极靶材方向；
驱动组件(2)，与第一磁体组件(1)偏心连接，用于驱动第一磁体组件(1)以偏心方式旋转；
第二磁体组件(3)，围绕第一磁体组件(1)设置，包括分布于第二磁体组件(3)内圈的若干个第三磁极(301)和分布于第二磁体组件(3)外圈的若干个第四磁极(302)；所述第三磁极(301)和第四磁极(302)极性相反，且均朝向阴极靶材方向；
所述第二磁极(102)与第三磁极(301)的极性相同；
旋转的第一磁体组件(1)产生的磁场可以覆盖扫描整个阴极靶材；第二磁体组件(3)与第一磁体组件(1)之间在阴极靶材边缘处形成磁场。
2.如权利要求1所述的PVD设备中的磁性模组，其特征在于，
所述第一磁体组件(1)包括若干个第一拱形磁体(1a)，以及内圈磁轭(103)和外圈磁轭(104)；所述第一磁极(101)和第二磁极(102)分别位于第一拱形磁体(1a)的两端；若干个第一拱形磁体(1a)围绕内圈磁轭(103)和外圈磁轭(104)间隔设置，第一磁极(101)连接内圈磁轭(103)，第二磁极(102)连接外圈磁轭(104)。
3.如权利要求2所述的PVD设备中的磁性模组，其特征在于，
所述驱动组件(2)包括转子(201)、连接盘(202)；所述转子(201)的转轴与连接盘(202)顶部中间连接；连接盘(202)与其下方的第一磁体组件(1)中的至少一个第一拱形磁体(1a)的顶部连接；连接盘(202)的中心与第一磁体组件(1)的中心偏心设置。
4.如权利要求3所述的PVD设备中的磁性模组，其特征在于，
所述第一拱形磁体(1a)的顶部设有螺丝孔，连接盘(202)通过螺丝与下方的两个以上的第一拱形磁体(1a)的顶部连接。
5.如权利要求3所述的PVD设备中的磁性模组，其特征在于，
所述连接盘(202)顶部中间具有半环形的连接座(2021)，转子(201)的转轴置于半环形的连接座(2021)中并通过另一半环形的连接块与半环形的连接座(2021)相连接，并夹紧转子(201)的转轴。
6.如权利要求3所述的PVD设备中的磁性模组，其特征在于，
所述驱动组件(2)还包括一配重块(203)；配重块(203)连接在连接盘(202)下方且位于连接盘(202)偏离第一磁体组件(1)中心的那一侧。
7.如权利要求6所述的PVD设备中的磁性模组，其特征在于，
所述配重块(203)呈扇环形。
8.如权利要求1～7中任一项所述的PVD设备中的磁性模组，其特征在于，
所述第二磁体组件(3)能够转动。
9.如权利要求2所述的PVD设备中的磁性模组，其特征在于，
所述第二磁体组件(3)包括若干个第二拱形磁体(3a)和一个安装环(303)；所述安装环(303)为无磁材料；所述第三磁极(301)和第四磁极(302)分别位于第二拱形磁体(3a)的两端；若干个第二拱形磁体(3a)间隔连接在安装环(303)上，第三磁极(301)位于安装环(303)上的内侧，第四磁极(302)位于安装环(303)上的外侧。
10.如权利要求9所述的PVD设备中的磁性模组，其特征在于，
所述第二磁体组件(3)中的安装环(303)与所述第一磁体组件(1)中的外圈磁轭(104)通过两个以上的连接板(4)连接，所述连接板(4)为无磁材料。
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