CN203049024U

CN203049024U - 磁控溅射环装置及磁控溅射反应器

Info

Publication number: CN203049024U
Application number: CN 201220750453
Authority: CN
Inventors: 姚力军; 相原俊夫; 大岩一彦; 潘杰; 王学泽; 汪涛
Original assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Current assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2022-12-31

Abstract

本实用新型提供一种磁控溅射环装置及磁控溅射反应器。其中磁控溅射环装置包括：磁控溅射环，包括内环侧壁和外环侧壁；定位销，设置在所述磁控溅射环的外环侧壁上，磁控溅射环通过定位销固定在磁控溅射腔室的侧壁上，所述定位销的表面具有膜层，所说膜层具有图案。应用本实用新型的磁控溅射环装置可以减少附着在磁控溅射环装置表面的溅射材料原子掉落至基板上，从而影响基片成膜质量。另外，提高磁控溅射环的使用寿命。

Description

磁控溅射环装置及磁控溅射反应器

技术领域

本实用新型涉及一种磁控溅射环装置及磁控溅射反应器。

背景技术

物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)是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溅射基台上的靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子(或分子)沉积在基板上成膜，而最终达到对基板表面镀膜的目的。

图1为物理气相沉积中应用磁控溅射环装置的溅射反应器。请参考图1，该磁控溅射反应器包括具有侧壁114的腔室112，腔室112通常是高真空室，大体上为圆筒形。靶材10被设置在腔室112的上部区域中，且基板118被设置在腔室112的下部区域中。基板118被保持在基座120上，基座120沿圆筒形侧壁的中心轴线TT设置并且与靶材10相对，所述基座120通常包括静电卡盘。靶材10将通过适当的支承构件(未示出)被保持，所述支承构件可包括动力源。可设置上部罩(未示出)以罩住靶材10的边缘。靶材10的材料可包括例如铝、镉、钴、铜、金、铟、钼、镍、铌、钯、铂、铼、钌、银、锡、钽、钛、钨、钒和锌中的一种或多种。这些元素可以以元素、化合物或合金的形式存在。

基板118可包括例如半导体晶片，例如单晶硅晶片。

溅射材料从靶材10的表面中溅射出来且被导向基板118。溅射材料122由箭头表示。通常情况下，磁控溅射环装置100被设置在腔室112内，安装在靶材10与基板118之间。磁控溅射环装置100包括磁控溅射环101和将磁控溅射环101固定在腔室112的侧壁定位销102，磁控溅射环101可改进溅射材料122的取向，且引导溅射材料与基板118的上表面相对正交，以提高溅射过程中所形成薄膜的均匀性。

在公开号为CN101545093A(公开日：2009年9月30日)的中国专利文献中还能发现更多的磁控溅射环的信息。

在溅射过程中，会有一些溅射材料原子聚集在磁控溅射环101的上面，如果磁控溅射环101表面光滑，成片的溅射材料原子会掉落至基板上从而严重影响薄膜质量，因此，需要将磁控溅射环101的表面形成一层图案化的膜层，从而使得聚集在磁控溅射环上面的溅射材料原子都附着在磁控溅射环101的表面，防止其掉落至基板上。

但是，现有技术中将磁控溅射环表面形成图案化的膜层后，在使用磁控溅射环的过程中，仍会出现下列情况：(1)附着在磁控溅射环装置的溅射材料原子掉落至基板上，从而影响基板成膜质量；另外还会出现(2)磁控溅射环的使用寿命较短的情况。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是将磁控溅射环表面形成图案化的膜层后，在使用磁控溅射环装置的过程中，仍会出现附着在磁控溅射环装置的溅射材料原子掉落至基板上，从而影响基板成膜质量的问题。而且，磁控溅射环的使用寿命较短。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种磁控溅射环装置，包括：

磁控溅射环，包括内环侧壁和外环侧壁；

定位销，设置在所述磁控溅射环的外环侧壁上，磁控溅射环通过定位销固定在磁控溅射腔室的侧壁上，所述定位销的表面具有膜层，所述膜层具有图案。

可选的，所述内环侧壁和外环侧壁具有膜层，所述膜层具有图案。

可选的，所述图案为滚花图案。

可选的，所述滚花图案为每平方英寸含有大于等于80个牙数的滚花图案，且所述滚花图案的深度大于等于100μm。

可选的，所述滚花图案由多个菱形结构重复排列形成。

可选的，所述定位销的数量至少为两个。

可选的，所述磁控溅射环为封闭式磁控溅射环或开口式磁控溅射环。

可选的，当所述磁控溅射环具有开口时，两个定位销设置在与所述开口的两端相邻的外环侧壁上。

本实用新型还提供一种磁控溅射反应器，包括：

真空室，具有围绕中心轴线布置的侧壁；

溅射靶材，被密封到所述真空室的顶部；

基座，沿所述中心轴线布置成与所述溅射靶材相对，用于支撑待处理的基板；及

如上述任一项所述的磁控溅射环装置，所述磁控溅射环装置位于所述真空室内，并位于所述溅射靶材与所述基座之间。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

在定位销的表面形成膜层，所说膜层具有图案，成片的溅射材料原子会附着在膜层上图案之间的间隙内，从而增加定位销表面对溅射原子的吸收，进而减小溅射过程中在基板上形成的膜层中含有较大的颗粒几率，改善基板上成膜的均匀性。另外，在定位销的表面形成膜层，所述膜层具有图案，膜层上图案之间的间隙可以增加定位销表面对溅射原子的吸收，从而增加定位销的使用寿命，减小了磁控溅射过程中更换磁控溅射环装置的次数，进而增加磁控溅射环的使用寿命。

附图说明

图1是现有技术中物理气相沉积中应用磁控溅射环装置的溅射反应器；

图2是本实用新型的实施例的磁控溅射环装置的俯视示意图；

图3是本实用新型的实施例的定位销表面的膜层的滚花图案示意图；

图4是图3沿A-A方向的剖视示意图；

图5是本实用新型的实施例的物理气相沉积中应用磁控溅射环装置的溅射反应器。

具体实施方式

发明人经过认真的研究和分析发现，出现现有技术中的(1)(2)两个问题的原因为：

磁控溅射环装置包括磁控溅射环和将磁性溅射环固定在磁控溅射腔室的定位销。现有技术中磁控溅射环的内环侧壁和外环侧壁都具有图案化的膜层，所述图案化的膜层上具有滚花图案。但是并没有在定位销的表面形成图案化的膜层，因此，在溅射过程中，会有一些溅射材料原子聚集在光滑的定位销的表面，如果定位销表面光滑，定位销的表面不能吸收过多的溅射原子，成片的溅射材料原子会掉落至基板上，从而严重影响基板上的薄膜质量。另外，当定位销表面吸收满溅射原子后，虽然形成有粗糙化薄膜的磁控溅射环的表面没有吸满溅射原子，为了保证基板上的成膜质量，磁控溅射环装置中的磁控溅射环和定位销都需要更换，从而使得磁控溅射环的更换频率比较高，因此，磁控溅射环的使用寿命比较短。

为此，发明人经过创造性劳动，获得了一种磁控溅射环装置，包括：

磁控溅射环，包括内环侧壁和外环侧壁；

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。由于本实用新型重在解释原理，因此，未按比例制图。并且，图中各个部件仅起示意作用，并不对本实用新型中各个部件的结构起到限定作用。

图2是本实用新型实施例的磁控溅射环装置的俯视示意图。请参考图2：

磁控溅射环装置200包括磁控溅射环201和定位销202。

磁控溅射环201包括内环侧壁203和外环侧壁204，内环侧壁203具有图案化的膜层(图未示)，外环侧壁204具有图案化的膜层(图未示)，其中，图案化的膜层可以为滚花图案、拉丝图案、喷砂图案等，本实施例中，图案化的膜层为滚花图案。本实施例中，磁控溅射环201为圆环，在其他实施例中，也可以为其它形状的环状结构。磁控溅射环201可以为封闭式圆环，也可以为开口式圆环，其中开口式圆环为环状结构中有开口207。本实施例的磁控溅射环为开口式圆环，开口式圆环的设计可以更方便的将磁控溅射环安装至磁控溅射腔室中，因为开口式圆环中的开口设计在磁控溅射环安装过程中能够调节开口两端之间的距离，从而更方便的进行安装。

定位销202，设置在所述磁控溅射环的外环侧壁204上。具体为，定位销可以通过焊接，铆接，黏接，螺接等方式固定在磁控溅射环的外环侧壁204上。本实施例采用焊接和螺接并存的连接方式。在定位销202的内部与磁控溅射腔室侧壁相对的位置处设有螺孔。在磁控溅射腔室侧壁的与定位销相对应位置设置突出部208，突出部208为空心结构。当定位销202安装在磁控溅射腔室内部时，部分定位销202伸入突出部208，并用螺钉将定位销202与突出部108固定。磁控溅射环的外环侧壁上设置至少两个定位销202，在磁控溅射环的外侧壁上呈中心对称。本实施例中，磁控溅射环201为开口式圆环，在与开口207两端相邻的外环侧壁上各具有1个定位销，所述与开口207两端相邻的外环侧壁上的2个定位销的圆周夹角2a为15.5°；在另外1/2的圆周上分布着3个定位销，其间隔为1/4的圆周。定位销202之所以这样分布，是因为可以使得磁控溅射环更加稳定的固定在磁控溅射腔室中。

其中，定位销202表面具有膜层，所述膜层具有图案。在工艺制作方面，定位销202膜层上的图案形成方法有很多，如喷砂、轧制、拉丝、滚花工艺等，本实施例中选用滚花工艺制作上述图案，选择合适的刀具，制作出的滚花图案效果符合生产实际的要求，但本实施例中选用图案的制作工艺并不用于限定本实用新型实施例的保护范围。

本实施例中，定位销的表面的膜层上具有滚花图案。所述滚花图案请参考图3至图4，图3是本实用新型的实施例的定位销表面的膜层的滚花图案示意图；图4是图3沿A-A方向的剖视示意图。

滚花图案一般由多个最小结构重复排列形成的，这种最小结构可以有很多种形状，如菱形、圆形、矩形、正方形、多边形或其他不规则形状等，请参考图3，本实施例中的滚花图案是由多个菱形结构重复排列形成，所述菱形结构实际上为四棱锥形的凹坑，由具有四棱锥凸起的工具加工而成，但本实施例中的滚花图案并不用于限定本实用新型实施例的保护范围。

参考图3和图4，定位销表面的滚花图案为每平方英寸含有大于等于80个牙数的滚花图案，即，滚花图案的大小为大于等于80TPI(Teeth Per Inch，每平方英寸含有的牙数)。也就是说，定位销表面的滚花图案为每平方英寸含有大于等于80个最小结构的滚花图案，且滚花图案的深度大于等于100μm，其中，滚花图案的深度h是指滚花图案中最小结构的底部与顶部间的距离。优选的，所述滚花图案的大小为大于等于50TPI，且小于等于20TPI；更优选的，所述滚花图案的大小为大于等于45TPI，且小于等于25TPI；再为优选的，所述滚花图案的大小为大于等于40TPI，且小于等于30TPI。并且，优选的，所述滚花图案的深度为大于等于200μm，且小于等于800μm；更优选的，所述滚花图案的深度为大于等于300μm，且小于等于700μm；再为优选的，所述滚花图案的深度为大于等于400μm，且小于等于600μm。

需要说明的是磁控溅射环的内环侧壁和外环侧壁也形成有膜层，该膜层也具有图案，本实施例中，该膜层也具有滚花图案，磁控溅射环上的膜层上的滚花图案可以和定位销上膜层上的滚花图案相同，也可以不同。本实施例中，定位销上膜层上的滚花图案和磁控溅射环上的滚花图案相同。

本领域技术人员可以理解，在实际生产中，本实施例中的磁控溅射环装置安装于溅射靶材和基板之间，相当于准直溅射中的准直器的作用。其中，所述基板可以包括半导体元素，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以包括化合物半导体结构，例如碳化硅、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓、合金半导体或其组合；也可以是绝缘体上外延硅(silicon on insulator，SOI)。此外，基板还可以包括其它的材料，例如外延层或掩埋层的多层结构。并且，上述基板还包括在其上制造的多个集成电路，这些集成电路可以处在工序中的任何一个阶段，因此，上述基板包括各种各样的类型。虽然在此描述了可以形成衬底材料的几个示例，但是可以作为衬底的任何材料均落入本实用新型的精神和范围之内。

本实用新型的发明人研究发现，在定位销202的表面形成膜层，所述膜层具有图案，成片的溅射材料原子会附着在膜层上图案之间的间隙内，从而增加定位销表面对溅射原子的吸收，进而减小溅射过程中在基板上形成的膜层中含有较大的颗粒几率，改善基板上成膜的均匀性。另外，在定位销202的表面形成膜层，所述膜层具有图案，膜层上图案之间的间隙可以增加定位销表面对溅射原子的吸收，从而增加定位销202的使用寿命，减小了磁控溅射过程中更换磁控溅射环装置的次数，进而增加磁控溅射环的使用寿命。

本实用新型还提供了一种应用前述磁控溅射环装置的溅射反应器。参考图5，该磁控溅射反应器210包括具有侧壁214的腔室212，腔室212通常是高真空室，大体上为圆筒形。靶材20被设置在腔室的上部区域中，且基板218被设置在腔室的下部区域中。基板218被保持在基座220上，基座220沿圆筒形侧壁的中心轴线设置并且与靶材20相对。

上一个实施例中所示的磁控溅射环装置位于基板218上方，并大致会将基板218包围在其中央。磁控溅射环装置200包括磁控溅射环201和定位销202，磁控溅射环201和定位销202的表面具有膜层209，膜层209上具有图案，该图案为滚花图案，用以增加对溅射材料222的吸收，从而减少溅射过程中基板上形成的膜层中具有较大颗粒的几率，改善基板上膜层的均匀性，并增加磁控溅射环装置的使用寿命。

虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种磁控溅射环装置，其特征在于，包括：

磁控溅射环，包括内环侧壁和外环侧壁；

2.根据权利要求1所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述内环侧壁和外环侧壁具有膜层，所述膜层具有图案。

3.根据权利要求1或2所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述图案为滚花图案。

4.根据权利要求3所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述滚花图案为每平方英寸含有大于等于80个牙数的滚花图案，且所述滚花图案的深度大于等于100μm。

5.根据权利要求4所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述滚花图案由多个菱形结构重复排列形成。

6.根据权利要求1所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述定位销的数量至少为两个。

7.根据权利要求1所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述磁控溅射环为封闭式磁控溅射环或开口式磁控溅射环。

8.根据权利要求7所述的磁控溅射环装置，其特征在于，当所述磁控溅射环具有开口时，两个定位销设置在与所述开口的两端相邻的外环侧壁上。

9.一种磁控溅射反应器，包括：

真空室，具有围绕中心轴线布置的侧壁；

溅射靶材，被密封到所述真空室的顶部；

如权利要求1至8任一项所述的磁控溅射环装置，所述磁控溅射环装置位于所述真空室内，并位于所述溅射靶材与所述基座之间。