CN203049025U

CN203049025U - 磁控溅射环装置及磁控溅射反应器

Info

Publication number: CN203049025U
Application number: CN 201220750585
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，所述膜层上具有喷砂图案。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的表面形成一层粗糙的膜层，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粗糙的膜层后，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粗糙的膜层后，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，所述膜层具有喷砂图案。

可选的，所述内环侧壁和外环侧壁具有膜层。

可选的，所述喷砂图案为呈网格状排列的凸台结构。

可选的，相邻的所说凸台间以沟槽连接，所述沟槽底面为弧面，所述沟槽的深度为1mm～2mm。

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。

本发明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，所述膜层具有喷砂图案，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，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喷砂图案俯视示意图；

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粗糙化的膜层，所述粗糙化的膜层上具有喷砂图案。但是并没有在定位销的表面形成粗糙化的膜层，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；

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，所说膜层具有喷砂图案。

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，图案化的膜层具有喷砂图案。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102与突出部208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。

本实施例中，定位销的表面具有膜层，膜层上具有喷砂图案花纹。其中，参考图3和图4，喷砂图案花纹由凸台215呈网格状排列于定位销的表面，相邻的所述凸台间以沟槽216连接。具体地，所述网格状排列的凸台215为外形及尺寸皆相同，所述沟槽216也为外形尺寸相同。采用外形尺寸皆相同的凸台215以及外形尺寸皆相同的沟槽216一方面便于加工，另一方面，由于外形尺寸相同，因此，由所述凸台215及所述沟槽216形成的凹凸均匀，从而便于对各个角度溅射出来的溅射材料都可以稳定地被吸附。当然，所述凸台215也可以为尺寸外形不相同的结构，所述沟槽亦可以为尺寸外形部相同的结构。

承上所述，本实施例中，所述沟槽216底面为弧面，所述弧面的截面为半圆，从而使得所述沟槽216形成一个半圆柱形孔。从而便于加工且可达到较好的吸附效果。当然，所述沟槽216并不限于为半圆柱孔结构。

承上所述，所述凸台215顶面为平面，具体而言，所述凸台215顶面为矩形平面，优选为正方形平面。从而可以方便加工，同时凸台215的顶面采用平面结构。当然，所述凸台的顶面也不限于为平面，也可以为曲面，甚至所述顶面可以收缩为一点，而使得所述凸台形成一个锥体，所述锥体间存在间隙。

当然，所述沟槽216亦可以为长方体，长方体也是一种相对较容易加工的的结构，在这里可以为较佳的实施方式。

承上所述，所述沟槽216的深度较佳为1mm～2mm，优选为2mm。所述沟槽216采用超过2mm的深度会使得定位销的表面产生变形。所述沟槽116采用小于1mm的深度，在机械加工时，由于尺寸较小，不易加工，同时，深度太低，会降低对真空溅射过程中对溅射材料的吸附作用。通过验证，2mm的深度会在上述问题间产生一个平衡，达到一个较佳效果。

承上所述，所述凸台3间的距离为小于或等于5mm。所述凸台3间的距离过大(大于5mm)，会较大地影响真空溅射过程中产生的溅射材料的吸附沉淀作用。

在工艺制作方面，形成上述花纹的方法有很多，如轧制、拉丝、滚花、喷砂工艺等，本实施例中选用喷砂工艺制作上述花纹。具体为：用24、16号和48号粒碳化硅砂粒对定位销表面进行喷砂处理，其中，砂粒喷射角度可以为0°、45°、90°、135°其中之一。将用24、16号和48号粒碳化硅砂粒倒入喷砂机，使空压机气压为6.0×10⁵～6.5×10⁵Pa，气压变幅为0.5×10⁵～1.0×10⁵Pa，砂桶气压为4.5×10⁵～5.5×10⁵Pa，但不得小于4.0×10⁵Pa。压缩空气必须经冷却装置及油水分离器处理，以保证干燥、无油。将压缩空气阀缓慢打开，气压不准超过0.8MPa。但本实施例中选用的花纹的制作工艺并不用于限定本实用新型实施例的保护范围。

其他实施例中，采用喷砂的方法只要在定位销的表面形成粗糙的膜层，都能实施本实用型性。

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，该膜层也具有喷砂图案，磁控溅射环上的膜层上的喷砂图案可以和定位销上膜层上的喷砂图案相同，也可以不同。本实施例中，定位销上膜层上的喷砂图案和磁控溅射环上的喷砂图案相同。

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。

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，所说膜层具有喷砂图案，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102的表面形成膜层，所述膜层具有喷砂图案，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6，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，该膜层209具有喷砂图案，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。

3.根据权利要求1所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述喷砂图案为呈网格状排列的凸台结构。

4.如权利要求3所述的磁控溅射环装置，其特征在于，相邻的所说凸台间以沟槽连接，所述沟槽底面为弧面，所述沟槽的深度为1mm～2mm。

5.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。

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

7.根据权利要求6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。

8.一种磁控溅射反应器，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7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。