CN208234983U - 物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构 - Google Patents

Abstract

一种物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构，包括基座、固定齿轮、中心轴、旋臂、旋转齿轮、磁盘及平衡块，该基座固设于反应室内部，该固定齿轮固设于该基座的底面上，该中心轴穿过基座与固定齿轮，上端链接一驱动器，下端凸伸出固定齿轮并与旋臂固设，该旋转齿轮可转动地结合于该旋臂的一端，且与该固定齿轮相啮合，中央具有一轮轴凸伸至旋臂的下方，该磁盘包含固设于轮轴下端且平行间隔设置的多数盘体及固设于该多数盘体间且以相反磁极呈双螺旋线状排列的多数磁铁，该平衡块固设于旋臂的另一端，且使固定齿轮位于平衡块与旋转齿轮之间。本实用新型使整个靶材都能被磁场扫描到，进而提升靶材使用效率及镀膜均匀性。

Description

物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构

技术领域

本实用新型涉及物理气相沉积反应室，特别是一种物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构。

背景技术

物理气相沉积法(PVD)，亦称溅镀制程，被广泛使用在半导体集成电路的制造中，用以于晶圆或其他基板上沉积目标材料层。请参阅图1所示，即已知进行溅镀制程的物理气相沉积反应室的结构，其主要系于该反应室10的内部设有一靶材11，于该靶材11的下方设有一托盘12可承载一晶圆13(或一基板)，于该靶材11的上方设有一磁盘14，该磁盘14上设有具垂直磁极的多数磁铁140(永久性磁铁)，该多数磁铁140排列成环圈状且由外向内形成有多数圈，各相邻环圈的磁铁140的磁极为相反，该磁盘14结合于一中心轴15的下端，使可由该中心轴15上端的一驱动器16驱动其旋转。如此，便可藉由于该靶材11下方真空状态的反应室10中送入非活性工作气体(如氩气)，并利用该磁盘14产生的磁场使电子在特定区域旋转，撞击氩气以产生氩气离子及电子的连锁反应(即产生电浆)，使得带正电荷的氩离子被精力充沛地附着至被负电地偏压的该靶材11上并从该标靶溅射出原子，这些被溅射出的原子的一部分落在晶圆13上并沉积一层靶材物质层于该晶圆13上。其中，该电浆的密度依靠该磁盘14转动时其上的磁铁140所产生的磁场来控制，即可利用该磁场困住电子以藉此增加电浆密度进而增加溅镀率。

然而，该已知物理气相沉积反应室的磁盘14的中心结合在该中心轴15上，因此其仅只能被驱动以该中心轴15为圆心旋转，所以其所形成的磁场亦是沿着该中心轴15自转，因此很容易形成圆形的封闭轨迹(请配合参阅图2所示)，因此在进行溅镀制程时，此封闭轨迹很容易在该靶材11的特定区域形成深度较平均深度深的深蚀刻沟槽a，此深蚀刻沟槽a将决定该靶材11的使用寿命，如果此深蚀刻沟槽a的蚀刻速度比平均靶材蚀刻速度快很多时，则该靶材11便很容易因为某些区域的厚度特别薄而必须停止使用，常见到的一种状况是，当该靶材11最薄的地方已经不符合靶材厚度的规格而需要更换时，该靶材11大部分的地方却都还可以用，经过重量的量测及换算，甚至有可能该靶材11只用了百分之二十的重量时这个靶材11就需要更换了。如此，将造成该靶材11使用效率低落情形，进而使制作成本大幅增加。另外，该晶圆13若是有深宽比大于1的深孔a1(或深沟槽)时，则靠近该靶材11右边所对应到的晶圆13位置，其深孔a1(或深沟槽)左壁会缺乏镀膜原子，因此镀膜a2的厚度会较薄(如图3所示)，反之靠近该靶材11左边所对应到的晶圆13位置，其深孔a1(或深沟槽)右壁会缺乏镀膜原子，因此镀膜a2的厚度会较薄(如图4所示)，故而其填洞均匀度不好。而且，由于该已知磁盘14的旋转方式所产生的磁场会造成均匀度不好情形，因此在后续CMP平坦化制程时，则势必需要研磨掉较多的厚度(如图5斜线部分)来使厚度均匀度变好，而如此则便会增加后续加工的麻烦及时间，进而影响工作效率。

实用新型内容

本实用新型主要目的在于解决上述已知物理气相沉积反应室的磁铁旋转方式所存在的靶材使用效率差及溅镀制程时的镀膜均匀度不佳等问题。

为达上述目的，本实用新型提供的物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构包括一基座、一固定齿轮、一中心轴、一旋臂、一旋转齿轮、一磁盘及一平衡块。其中，该基座固设于一反应室的内部。该固定齿轮固设于该基座的底面上。该中心轴可转动地穿过该基座与该固定齿轮，上端链接一驱动器以使其可被该驱动器驱动旋转，下端凸伸出该固定齿轮的下方。该旋臂固设在该中心轴的下端可被该中心轴驱动旋转。该旋转齿轮可转动地结合于该旋臂的一端，且与该固定齿轮相啮合，中央具有一轮轴凸伸至该旋臂的下方。该磁盘包含固设于该轮轴下端且平行间隔设置的多数盘体及固设于该多数盘体间且以相反磁极呈双螺旋线状排列的多数磁铁。该平衡块固设于该旋臂的另一端，且使该固定齿轮位于该平衡块与该旋转齿轮之间。

上述方案中，该基座的中央具有贯穿的一穿孔，该固定齿轮的中央具有贯穿的一轴孔，该中心轴可转动地穿过该穿孔与该轴孔。

上述方案中，该旋臂呈长条状，一端具有一容槽供容纳该固定齿轮与该旋转齿轮，且以一密封盖将该容槽的开口盖住。

上述方案中，该多数磁铁为呈圆柱形的永久磁铁。

上述方案中，该固定齿轮以多数固定螺栓将其固设于该基座的底面上。

上述方案中，该旋臂利用多数结合螺栓固设在该中心轴的下端。

本实用新型所提供的物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构，可藉由该磁盘绕着该中心轴公转的同时亦会进行自转的设计，使整个靶材都有机会在固定的周期被其所产生的磁场扫描到，因此可大幅提升溅镀制程中靶材的使用效率，而且可有效改善溅镀制程的镀膜均匀度。

附图说明

图1系已知物理气相沉积反应室的结构示意图。

图2系已知物理气相沉积反应室的磁场模拟图及局部放大图。

图3系图1的A部位的剖面放大示意图。

图4系图1的B部位的剖面放大示意图。

图5系已知物理气相沉积反应室的晶圆进行后续CMP平坦化制程时需研磨掉的厚度示意图。

图6系本实用新型的立体分解示意图。

图7系本实用新型的立体组合放大示意图。

图8系本实用新型的组合剖面放大示意图。

图9系本实用新型的磁盘的平面放大示意图。

图10系本实用新型的磁场模拟图及局部放大图。

图11系本实用新型的靶材的消耗状况示意图。

图12系本实用新型溅镀后晶圆右侧的局部剖面放大示意图。

图13系本实用新型溅镀后晶圆左侧的局部剖面放大示意图。

图14系本实用新型晶圆进行后续CMP平坦化制程时需研磨掉的厚度示意图。

标号说明：

10反应室； 11靶材；

12托盘； 13晶圆；

14磁盘； 140磁铁；

15中心轴； 16驱动器；

a深蚀刻沟槽； a1深孔；

a2镀膜；

20基座； 21反应室；

22穿孔；

30固定齿轮； 31固定螺栓；

32轴孔；

40中心轴； 41驱动器；

50旋臂； 500结合螺栓；

51容槽； 52密封盖；

60旋转齿轮； 61轮轴；

70磁盘； 71盘体；

72磁铁； 73外磁极；

74内磁极； 75恒定间隙；

76旋转中心；

80平衡块；

90靶材； 91晶圆；

b1深孔； b2镀膜。

具体实施方式

请参阅图6~8所示，系显示本实用新型所述物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构包括一基座20、一固定齿轮30、一中心轴40、一旋臂50、一旋转齿轮60、一磁盘70及一平衡块80。其中：

该基座20，固设于一反应室21内部的顶面，且中央具有贯穿的一穿孔22。

该固定齿轮30，系以多数固定螺栓31将其固设于该基座20的底面上，且该固定齿轮30的中央具有贯穿的一轴孔32。

该中心轴40，系可转动地穿过该基座20的穿孔22与该固定齿轮30的轴孔32，上端链接一驱动器41以使其可被该驱动器41驱动旋转，下端凸伸出该固定齿轮30的下方。

该旋臂50，系呈长条状，且利用多数结合螺栓500将其固设在该中心轴40的下端，使其可随着该中心轴40旋转，于该旋臂50的一端具有一容槽51可供容纳该固定齿轮30，且该容槽51并以一密封盖52将其开口盖住以避免进水。

该旋转齿轮60，系可转动地设于该容槽51之中，且与该固定齿轮30相啮合。该旋转齿轮60的中央具有一轮轴61，该轮轴61穿伸至该旋臂50的下方。

该磁盘70，系包含固设于该轮轴61下端且平行间隔设置的多数盘体71及固设于该多数盘体71间呈圆柱形且以相反磁极呈双螺旋线状排列的多数磁铁72。该盘体71可随着该旋转齿轮60同步旋转，该多数磁铁72为永久性磁铁。

该平衡块80，系固设于该旋臂50的另一端，且使该固定齿轮30位于该平衡块80与该旋转齿轮60之间，使藉由该平衡块80平衡该磁盘70的重量，以避免倾斜。

请配合参阅图9所示，系指出该磁盘70藉由该多数磁铁72及该多数盘体71形成属于一磁极性的多缠绕的外磁极73，其包围属于另一相反磁极性的一内磁极74。该外磁极73及该内磁极74是由图中所示形状的盘体71的形状所界定，极性相反的磁铁72系位在多数盘体71之间，且使该外磁极73与该内磁极74之间具有典型的一恒定间隙75将两个磁极分开来以界定出一高密度电浆区域，该恒定间隙75被安排成一螺旋循环的形式，使得一闭合的浮动电流循环被建立在该电浆中，这是维持一电浆有效的方法。在本实用新型中，该磁盘70的旋转中心76被放置在该内磁极74的内端处。该磁盘70的尺寸几乎等于该靶材90的有用面积，该磁盘70被称为一5轨道磁电管，因为任何路径都是在该旋转中心76处开始且以一大于180度的弧形内的任何角度往外前进横跨5个轨道的电流循环。

在该图8中系可看出，当该驱动器41驱动该中心轴40转动时，则该中心轴40会带动该旋臂50旋转，如此设于该旋臂50上的旋转齿轮60便会随之绕着该固定齿轮30转动，而且由于该旋转齿轮60与该固定齿轮30相啮合，所以该旋转齿轮60绕着该固定齿轮30公转时，其亦会自行自转，而该磁盘70与该旋转齿轮60同轴结合，因此相对的该磁盘70便会随着该旋转齿轮60同步旋转(即以该中心轴40为轴心公转的同时进行自转)，而该磁盘70旋转所产生的移动磁力线，乃可包覆百分之九十以上的靶材90(如图10所示)，因此在进行溅镀制程时，便可使整个靶材90都有机会在固定的周期被磁场扫描到，故而整个靶材90的材料都可以被氩气离子均匀打出来，如此便可使该靶材90随着镀膜时间增加而均匀变薄(如图11所示)，所以可因此大幅提高该靶材90的使用率。而且由于磁场旋转均匀，因此在深孔b1(或深沟槽)的两侧壁亦可以得到均匀厚度的镀膜b2(如图12、13所示)。另外，由于可使晶圆91的镀膜厚度较均匀，因此在后续CMP平坦化制程时并不需要研磨掉太多薄膜厚度(如图14斜线部分)来求得均匀的厚度，因而可使后续加工更为简单及省时，进而可进一步提升工作效率。

本实用新型系提供一种物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构，可藉由该磁盘70绕着该中心轴40公转的同时亦会进行自转的设计，使整个靶材90都有机会在固定的周期被其所产生的磁场扫描到，因此可大幅提升溅镀制程中该靶材90的使用效率，而且并可有效改善溅镀制程的镀膜均匀度。

Claims (6)

1.一种物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构，包括一固设于一反应室内部的基座，其特征在于，所述基座的底面上固设一固定齿轮；一中心轴可转动地穿过该基座与该固定齿轮，该中心轴上端链接一驱动器，下端凸伸出该固定齿轮的下方；一旋臂固设在该中心轴的下端并被该中心轴驱动旋转；一旋转齿轮结合于该旋臂的一端，且与该固定齿轮相啮合，该旋转齿轮的中央具有一轮轴凸伸至该旋臂的下方；一磁盘包含固设于该轮轴下端且平行间隔设置的多数盘体及固设于该多数盘体间且以相反磁极呈双螺旋线状排列的多数磁铁；以及一平衡块固设于该旋臂的另一端，且使该固定齿轮位于该平衡块与该旋转齿轮之间。

2.根据权利要求1所述的物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构，其特征在于，该基座的中央具有贯穿的一穿孔，该固定齿轮的中央具有贯穿的一轴孔，该中心轴可转动地穿过该穿孔与该轴孔。

3.根据权利要求1所述的物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构，其特征在于，该旋臂呈长条状，一端具有一容槽供容纳该固定齿轮与该旋转齿轮，且以一密封盖将该容槽的开口盖住。

4.根据权利要求1所述的物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构，其特征在于，该多数磁铁为呈圆柱形的永久磁铁。

5.根据权利要求1所述的物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构，其特征在于，该固定齿轮以多数固定螺栓将其固设于该基座的底面上。

6.根据权利要求1所述的物理气相沉积反应室的磁铁旋转机构，其特征在于，该旋臂利用多数结合螺栓固设在该中心轴的下端。