TW202343507A - 磁控管裝置及磁控濺射設備 - Google Patents
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Abstract
一種磁控管裝置及磁控濺射設備，磁控管裝置用於作用靶材組件而濺射粒子。磁控管裝置包括第一磁控管、第二磁控管和第一驅動機構，其中：第一驅動機構與第一磁控管和第二磁控管均相連，第一驅動機構用於選擇性地驅動第一磁控管和第二磁控管中的至少一者移動，以使第一磁控管和第二磁控管中，其中一者靠近靶材組件、且另一者遠離靶材組件；在第一磁控管靠近靶材組件的情況下，第一磁控管與靶材組件的環帶區域對應佈置；在第二磁控管靠近靶材組件的情況下，第二磁控管與靶材組件的中部區域對應佈置。
Description
本申請涉及半導體製造技術領域，尤其涉及一種磁控管裝置及磁控濺射設備。
在半導體芯片的制程中，需要應用到物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，PVD）製程，以在晶圓上沉積金屬線路，由這些金屬線路串聯晶體管等元器件而形成集成電路。在具體的沉積製程中，可通過磁控濺射技術將靶材濺射出的粒子沉積至晶圓上。
在相關的磁控濺射設備中，為了實現較大範圍的均勻濺射，磁控管整體受控而圍繞靶材的中心軸線進行周向轉動，且磁控管在靶材表面上的正投影位於靠近靶材邊緣的環帶區域。但是，此種結構佈局會導致靶材的中部區域受等離子體轟擊作用較弱，而部分濺射粒子會逸散沉積在靶材的中部區域，這些粒子沉積過多時則會掉落至晶圓表面而污染晶圓。
本申請公開一種磁控管裝置及磁控濺射設備，以防止靶材的中部區域沉積濺射粒子。
為了解決上述問題，本申請採用下述技術方案：
第一方面，本申請提供一種磁控管裝置，用於作用靶材組件而濺射離子。該磁控管裝置包括第一磁控管、第二磁控管和第一驅動機構，其中：該第一驅動機構與該第一磁控管和該第二磁控管均相連，該第一驅動機構用於選擇性地驅動該第一磁控管和該第二磁控管中的至少一者移動，以使該第一磁控管和該第二磁控管中，其中一者靠近該靶材組件，另一者遠離該靶材組件；在該第一磁控管靠近該靶材組件的情況下，該第一磁控管與該靶材組件的環帶區域對應佈置；在該第二磁控管靠近該靶材組件的情況下，該第二磁控管與該靶材組件的中部區域對應佈置。
第二方面，本申請還提供一種磁控濺射設備，包括製程腔室以及本申請第一方面所述的磁控管裝置，該磁控管裝置設於該製程腔室的上側。
本申請採用的技術方案能夠達到以下有益效果：
在本申請公開的磁控管裝置及磁控濺射設備中，由於在第一磁控管靠近靶材組件的情況下，第一磁控管是與靶材組件的環帶區域對應佈置，且第二磁控管遠離靶材組件，此種情況下，第一磁控管能夠在製程空間中對應靶材組件環帶區域的區域內聚集等離子體，從而實現靶材組件的粒子濺射。同時，由於在第二磁控管靠近靶材組件的情況下，第二磁控管是與靶材組件的中部區域對應佈置，且第一磁控管遠離靶材組件，此種情況下，第二磁控管能夠在製程空間中對應靶材組件中部區域的區域內聚集等離子體，從而轟擊沉積在靶材組件中部區域上的粒子，以清洗靶材組件的中部區域。
相較於相關技術，本申請的磁控管裝置能夠在工作狀態和清洗狀態之間切換，其可在清洗狀態下將工作狀態下沉積於靶材組件中部區域的粒子清除掉，從而能夠有效防止粒子沉積過多而掉落至晶圓上造成污染，如此能夠顯著提升製程品質。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
以下結合附圖，詳細說明本申請各個實施例公開的技術方案。
為了解決相關技術中磁控濺射設備的靶材在中部區域沉積過多粒子而造成晶圓污染的技術問題，本申請實施例提供一種磁控管裝置及磁控濺射設備，磁控管裝置用於作用靶材組件而濺射粒子。
請參見圖1~圖12，本申請實施例公開的磁控濺射設備包括製程腔室100和磁控管裝置，本申請實施例的磁控管裝置包括第一磁控管300、第二磁控管400和第一驅動機構500。
其中：
製程腔室100是磁控濺射設備的基礎構件，其能夠作為部分其他構件的安裝基礎，且對設置於製程腔室100內的構件起到保護作用。製程腔室100內部具有製程空間S1，製程空間S1為晶圓W的處理提供特定的製程環境。製程腔室100的底部可設有排氣通道111，在排氣通道111處可設置真空系統，用於經由排氣通道111對製程腔室100內部進行抽真空。
通常，靶材組件200是設於製程腔室100的頂部，其具體可以包括背板220和安裝於背板220上的靶材210。本申請實施例對靶材210的具體材質不限制，其可以為鈦、銅、鋁、金、銀等。當然，通入製程腔室100內的製程氣體的類型需要與靶材210的材質相匹配，以相應生成所需求的沉積薄膜。以RF TiN PVD製程（RF為射頻）為例，靶材選擇為鈦，製程氣體為氮氣，由此生成氮化鈦薄膜。
磁控濺射設備包括設於製程空間S1內的承載座800，承載座800用於放置晶圓W，進一步地，承載座800可設有固定組件（例如靜電卡盤），其通過固定組件對晶圓W起到固定作用，以避免晶圓W在製程處理過程中移位。沿製程腔室100的高度方向，承載座800相對設置於靶材組件200的下方，如此，在靶材組件200濺射出粒子後，粒子能夠順利落在承載座800的晶圓W上。
磁控管裝置設於製程腔室100的上側，也即磁控管裝置在安裝到位後，第一磁控管300、第二磁控管400和第一驅動機構500均設於靶材組件200背離製程腔室100的一側。
第一驅動機構500與第一磁控管300和第二磁控管400均相連，第一驅動機構500用於選擇性地驅動第一磁控管300和第二磁控管400中的至少一者移動，以使第一磁控管300和第二磁控管400中，其中一者靠近靶材組件200、且另一者遠離靶材組件200。需要說明的是，第一驅動機構500可以通過單獨驅動第一磁控管300或第二磁控管400來實現第一磁控管300和第二磁控管400中的一者靠近靶材組件200、且另一者遠離靶材組件200；也可以通過同時驅動第一磁控管300和第二磁控管400來實現第一磁控管300和第二磁控管400中的一者靠近靶材組件200、且另一者遠離靶材組件200。
第一磁控管300和第二磁控管400通過在製程空間S1內產生磁場，以約束等離子體而對靶材210的粒子濺射施加影響。具體而言，在磁控濺射製程過程中，製程空間S1內會通入製程氣體，並向靶材210施加直流偏壓，使靶材210相對於接地的製程腔室100呈負偏壓，如此會激發製程氣體放電而產生等離子體，帶正電的等離子體會被吸引至帶負偏壓的靶材210上，當第一磁控管300或第二磁控管400靠近靶材組件200時，其會在製程空間S1的對應區域產生磁場，磁場將電子離化而形成離子，從而形成高濃度的等離子體，從而加劇了等離子體對靶材210表面的轟擊。本申請實施例的第一驅動機構500能夠使第一磁控管300和第二磁控管400中僅有一者靠近靶材組件200，以確保僅有一個磁控管在製程空間S1內產生磁場。
本申請實施例未限制第一磁控管300和第二磁控管400的具體運動軌跡，如圖1、圖2、圖6和圖7所示，第一磁控管300和第二磁控管400在磁控濺射設備內沿豎直方向上下移動；在其他的實施方式中，第一磁控管300和第二磁控管400在磁控濺射設備內也可沿水平方向左右移動。
基於靶材210的材質會濺射出相應的金屬粒子，例如銅粒子、鋁粒子等。
靶材組件200可大致劃分為中部區域以及圍繞中部區域的環帶區域，相關技術的磁控濺射技術手段即是在靶材組件的環帶區域施加磁控作用。
在本申請實施例中，在第一磁控管300靠近靶材組件200的情況下，第一磁控管300與環帶區域對應佈置；在第二磁控管400靠近靶材組件200的情況下，第二磁控管400與中部區域對應佈置。也就是說，第一磁控管300和第二磁控管400在分別靠近靶材組件200的情況下，第一磁控管300在靶材組件200上的正投影位於環帶區域中，第二磁控管400在靶材組件200上的正投影位於中部區域中，且第一磁控管300所在位置與靶材組件200的中心軸線的間距大於第二磁控管400所在位置與靶材組件200的中心軸線的間距。
如此設置下，如圖2、圖3和圖5所示，在第一磁控管300靠近靶材210的情況下，第一磁控管300是與靶材組件200的環帶區域對應佈置，且第二磁控管400遠離靶材210，此種情況下，第一磁控管300能夠在製程空間S1中對應靶材組件200環帶區域的區域內聚集等離子體，從而實現靶材210的粒子濺射；但是，此時也會逐漸有逸散的粒子沉積在靶材組件200的中部區域，可參見圖5。
如圖7、圖8和圖10所示，在第二磁控管400靠近靶材組件200的情況下，第二磁控管400是與靶材組件200的中部區域對應佈置，且第一磁控管300遠離靶材組件200，此種情況下，第二磁控管400能夠在製程空間S1中對應靶材組件200中部區域的區域內聚集等離子體，從而轟擊沉積在靶材組件200中部區域上的粒子，以清洗靶材組件200的中部區域。
相較於相關技術，本申請實施例的磁控管裝置能夠在工作狀態和清洗狀態之間切換，其可在清洗狀態下將工作狀態下沉積於靶材210中部區域的粒子清除掉，從而能夠有效防止粒子沉積過多而掉落至晶圓W上造成污染，如此能夠顯著提升製程品質。
本申請實施例未限制第一磁控管300和第二磁控管400的具體類型，如圖11所示，在第一磁控管300和第二磁控管400中，至少有一者包括中心磁柱M1以及圍繞中心磁柱M1設置的多個周向磁柱M2；或者，如圖12所示，在第一磁控管300和第二磁控管400中，至少有一者包括中心磁柱M1以及圍繞中心磁柱M1設置的磁環M3。在第二種類型的磁控管中，由於磁環M3作為一體式構件，其可以簡化磁控管整體的結構，同時，其產生的磁場連續性明顯更佳，從而可具備更優秀的磁控效果。
當然，本申請實施例未限制上述兩種類型的磁控管分別應用的具體沉積製程。可選地，在一些常規沉積製程中，磁控管可選用上述第一種類型；在一些特殊的沉積製程（例如RF TiN PVD製程等）中，則可選用第二種類型，由此能夠得到均勻性更好的氮化鈦薄膜。
在另外的實施方式中，本申請實施例的第一驅動機構500可以包括第一限位組件550、第二限位組件560和第一驅動裝置510，第一驅動裝置510用於選擇性地驅動第一磁控管300和第二磁控管400中的至少一者移動，以使第一磁控管300和第二磁控管400中，其中一者靠近靶材組件200、且另一者遠離靶材組件200。第一限位組件550可與第一磁控管300限位配合，以限制第一磁控管300的移動行程，第二限位組件560可與第二磁控管400限位配合，以限制第二磁控管400的移動行程。
也就是說，第一限位組件550可在第一磁控管300的移動軌跡的兩端進行限位，如圖1和圖2所示，第一限位組件550可將第一磁控管300在靠近靶材組件200時二者的間距限制在預設距離，以避免第一磁控管300與靶材組件200接觸。第二限位組件560可在第二磁控管400的移動軌跡的兩端進行限位，如圖6和圖7所示，第二限位組件560可將第二磁控管400在靠近靶材組件200時二者的間距限制在預設距離，以避免第二磁控管400與靶材組件200接觸。
需要說明的是，當任一磁控管遠離靶材組件200超過一定距離（大於等於10mm時）則無法束縛等離子體，而製程腔室100內的等離子體無法束縛則無法順利實現製程過程。在本申請實施例的磁控管裝置中，正是由於第一限位組件550以及第二限位組件560能夠分別對第一磁控管300以及第二磁控管400的移動軌跡的兩端進行限位，如此可確保在製程中選擇第一磁控管300以及第二磁控管400中的一者能夠在有效束縛作用距離內實現對等離子體進行束縛。
在此基礎上，可選的，在第一限位組件550與第一磁控管300限位配合、且第二限位組件560與第二磁控管400限位配合的情況下，第一驅動裝置510還用於驅動第一磁控管300和第二磁控管400圍繞靶材組件200的中軸線轉動。進一步可選的，在第一磁控管300位於靠近靶材組件200的情況下，第一驅動裝置510用於驅動第一磁控管300和第二磁控管400沿第一方向圍繞靶材組件200的中軸線轉動；在第二磁控管400位於靠近靶材組件200的情況下，第一驅動裝置510用於驅動第一磁控管300和第二磁控管400沿第二方向圍繞靶材組件200的中軸線轉動，上述第一方向與第二方向相反。由此，可以在將第一磁控管300和第二磁控管400的位置進行切換到位之後，自動進行第一磁控管300和第二磁控管400的轉動，且不同的磁控管靠近靶材組件200到位之後，第一磁控管300和第二磁控管400的轉動方向相反。
如此設置下，第一驅動裝置510既具備交替切換第一磁控管300和第二磁控管400的功能，同時還具備了驅動第一磁控管300和第二磁控管400轉動的功能，由此就使第一磁控管300或第二磁控管400產生了的沿周向的均勻磁控作用，從而實現靶材210的均勻濺射。基於此，本申請實施例的磁控管裝置無需設置前述的第二驅動裝置，由此能夠簡化結構、並節約成本。
在另一些可選的實施例中，本申請實施例的磁控管裝置還可以包括第二驅動裝置，第二驅動裝置用於驅動第一磁控管300、第二磁控管400和第一驅動機構500所構成的整體轉動，以確保第一磁控管300和第二磁控管能夠圍繞靶材組件200的中心軸線進行周向轉動，以實現靶材210在製程空間S1內的均勻濺射。在這種情況下，第一驅動裝置510用於選擇性地驅動第一磁控管300和第二磁控管400中的至少一者移動；第二驅動裝置用於驅動第一磁控管300和第二磁控管400圍繞靶材組件的中軸線轉動。
在可選的方案中，如圖2和圖7所示，本申請實施例的第一驅動機構500還可以包括第一傳動組件520、第二傳動組件530和反向同步組件540，第一傳動組件520與第一磁控管300相連，第二傳動組件530與第二磁控管400相連，反向同步組件540與第一傳動組件520和第二傳動組件530相連；第一驅動裝置510用於通過上述反向同步組件540同步驅動第一傳動組件520和第二傳動組件530運動，反向同步組件540用於使第一傳動組件520的運動方向與第二傳動組件530的運動方向相反，以帶動第一磁控管300和第二磁控管400反向移動，從而可以將第一磁控管300和第二磁控管400的位置進行切換。
在此種結構佈局下，利用上述反向同步組件540，第一驅動機構500僅需設有一個第一驅動裝置510，並通過第一傳動組件520和第二傳動組件530分別帶動第一磁控管300和第二磁控管400反向移動。相較于第一磁控管300和第二磁控管400分別對應設置驅動裝置的常規方案，本申請實施例的第一驅動機構500僅通過設置一個第一驅動裝置510就實現對第一磁控管300和第二磁控管400的同時驅動，既降低了成本，又簡化了第一驅動機構500的結構。
第一驅動裝置510的輸出端可設有變速組件580，其可通過變速組件580適應性調節傳輸效率和力矩。如圖2和圖7所示，變速組件580可包括兩個徑長不同的帶輪以及設於兩個帶輪上的同步帶。
在本申請實施例中，傳動組件的類型可以有多種，例如，傳動組件為齒輪齒條組件，第一磁控管300（第二磁控管400）與齒條相連，通過轉動齒輪而帶動齒條移動，從而帶動第一磁控管300（第二磁控管400）移動。
在另外的實施方式中，如圖2和圖7所示，第一傳動組件520可以包括第一傳動件521和第一絲杆522，第一絲杆522穿設於第一傳動件521且二者螺紋配合，第一絲杆522與第一磁控管300相連；第二傳動組件530可以包括第二傳動件531和第二絲杆532，第二絲杆532穿設於第二傳動件531且二者螺紋配合，第二絲杆532與第二磁控管400相連；第一驅動裝置510用於通過反向驅動組件540同步驅動第一傳動件521和第二傳動件531轉動，以使第一絲杆522隨第一傳動件521的轉動而沿其軸向移動，第二絲杆532隨第二傳動件531的轉動而沿其軸向移動；反向同步組件540用於使第一傳動件521的旋向和第二傳動件531的旋向相反，以帶動第一磁控管300和第二磁控管400反向移動。
具體而言，第一絲杆522與第一傳動件521構成絲杆傳動機構，通過轉動第一傳動件521，第一絲杆522就會沿其軸向移動，當然，通過改變第一傳動件521的旋向，即可改變第一絲杆522的移動方向，第一磁控管300會隨第一絲杆522移動，從而靠近或遠離靶材組件200。第二絲杆532與第二傳動件531構成絲杆傳動機構，通過轉動第二傳動件531，第二絲杆532就會沿其軸向移動，當然，通過改變第二傳動件531的旋向，即可改變第二絲杆532的移動方向，第二磁控管400會隨第二絲杆532移動，從而靠近或遠離靶材組件200。
同時，由於第一傳動件521和第二傳動件531的旋向相反，則使第一絲杆522和第二絲杆532的旋向也相反，如此情況下，第一絲杆522和第二絲杆532的移動方向相反，從而實現了第一磁控管300和第二磁控管400的反向移動。
本申請實施例未限制第一傳動件521和第二傳動件531的具體類型，例如它們均可以為螺紋套，或者其他套設於絲杆而實現螺紋配合的結構。
相較於其他的傳動方式，絲杆傳動機構具備更優的傳動精度和更高的傳動效率。
為了確保第一驅動裝置510能夠同步驅動第一磁控管300和第二磁控管400反向移動，在可選的方案中，如圖2、圖4、圖7和圖9所示，第一傳動件521包括第一齒輪521a，第二傳動件531包括第二齒輪531a；反向同步組件540包括相嚙合的第三齒輪541和第四齒輪542，且第三齒輪541與第一齒輪521a相嚙合，第四齒輪542與第二齒輪531a相嚙合；第一驅動裝置510用於驅動第三齒輪541或第四齒輪542繞其軸線轉動。
在此種結構佈局下，當第一驅動裝置510驅動第三齒輪541和第四齒輪542的一者轉動時，相嚙合的另一者也會隨之轉動，這樣就能夠帶動第一齒輪521a和第二齒輪531a轉動，並實現第一傳動件521和第二傳動件531的轉動。由於第一齒輪521a與第三齒輪541旋向相反，第二齒輪531a與第四齒輪542旋向相反，而第三齒輪541與第四齒輪542旋向相反，因此，第一齒輪521a是與第二齒輪531a旋向相反的，而分別傳動連接的第一絲杆522和第二絲杆532的旋向也相反，這樣就能夠實現第一磁控管300和第二磁控管400的反向移動。
第一傳動件521、第二傳動件531、第三齒輪541和第四齒輪542均可以通過軸承實現支撐。
在可選的方案中，如圖2、圖3、圖7和圖8所示，在本申請實施例中，第一限位組件550包括沿第一絲杆522的軸向間隔排布的第一限位塊551和第二限位塊552，且第二限位塊552位於第一限位塊551靠近靶材組件200一側；第一絲杆522包括設於其遠離靶材組件200一端的第一限位部522a，第一絲杆522穿設於第二限位塊552，第一限位部522a位於第一限位塊551與第二限位塊552之間，且沿第一絲杆522的軸向，第一限位部522a可與第一限位塊551或第二限位塊552限位配合。
和/或，第二限位組件560包括沿第二絲杆532的軸向間隔排布的第三限位塊561和第四限位塊562，且第四限位塊562位於第三限位塊561靠近靶材組件200一側；第二絲杆532包括設於其遠離靶材組件200一端的第二限位部532a，第二絲杆532可移動地穿設於第四限位塊562，第二限位部532a位於第三限位塊561與第四限位塊562之間，且沿第二絲杆532的軸向，第二限位部532a可與第三限位塊561或第四限位塊562限位配合。
在此種結構佈局下，第一驅動機構500可通過第一限位組件550對第一絲杆522的移動行程範圍進行限制，並通過第二限位組件560對第二絲杆532的移動行程範圍進行限制。由於第一限位塊551和第二限位塊552間隔排布，而第一限位部522a在二者之間移動，也就是說，第一磁控管300的移動行程就是第一限位塊551和第二限位塊552的間距；由於第三限位塊561和第四限位塊562間隔排布，而第二限位部532a在二者之間移動，也就是說，第二磁控管400的移動行程就是第三限位塊561和第四限位塊562的間距。
通過合理調節第一限位塊551和第二限位塊552的間距以及第三限位塊561和第四限位塊562的間距，能夠確保第一磁控管300和第二磁控管400分別與靶材組件200之間留有預設間距，從而避免第一磁控管300或第二磁控管400與靶材組件200產生干涉。
進一步地，本申請實施例的第一驅動機構500還可以包括箱體570，第一傳動組件520、第二傳動組件530、反向同步組件540、第一限位組件550和第二限位組件560均設於箱體570內。
在此種結構佈局下，若第一絲杆522和第二絲杆532已經處於被限位狀態，則第一驅動裝置510即便繼續進行驅動也難以使第一絲杆522、第一傳動件521、第二絲杆532和第二傳動件531轉動，也就是說，第一傳動組件520和第二傳動組件530均處於鎖止狀態。如此情況下，第一驅動裝置510就會通過第一傳動組件520和第二傳動組件530施加給箱體570以驅動力，從而帶動箱體570以及其內部的構件實現整體轉動，以帶動第一磁控管300和第二磁控管400轉動。
需要說明的是，在第一驅動機構500不包括箱體570的實施方式中，第一驅動機構500的各零部件可直接設于後文所述的上電極筒700內。
具體的工作過程如下：
如圖2所示，第一驅動裝置510施加逆時針驅動力，第一傳動件521順時針轉動，第一絲杆522逆時針轉動，第一磁控管300向上移動至最頂端；同時，第二傳動件531逆時針轉動，第二絲杆532順時針轉動，第二磁控管400向下移動至最低端。如圖3所示，在第一驅動裝置510繼續施加逆時針驅動力的情況下，第一磁控管300圍繞靶材組件200的中心軸線逆時針轉動，並對應靶材組件200的環帶區域進行掃描，其掃描區域為圖3中的環形陰影區域。
如圖7所示，第一驅動裝置510施加順時針驅動力，第一傳動件521逆時針轉動，第一絲杆522順時針轉動，第一磁控管300向下移動至最底端；同時，第二傳動件531順時針轉動，第二絲杆532逆時針轉動，第二磁控管400向上移動至最頂端。如圖8所示，在第一驅動裝置510繼續施加順時針驅動力的情況下，第二磁控管400圍繞靶材組件200的中心軸線順時針轉動，並對應靶材組件200的中部區域進行掃描，其掃描區域為圖8中的環形陰影區域。
本申請實施例中附圖示出的第二磁控管400被配置為進行偏心運動，當然，本申請實施例的第二磁控管400也可以與靶材組件200同軸設置，也即第二磁控管400的中心軸線與靶材組件200的中心軸線大致共線，這樣當第二磁控管400轉動時，其掃描區域為圓形區域。在此種結構佈局下，可增大第二磁控管400的尺寸，以提升其覆蓋靶材組件200的中部區域的比例，從而擴大對靶材組件200的清洗作用範圍。
為了確保第一傳動件521能夠順利帶動第一絲杆522移動，第二傳動件531能夠順利帶動第二絲杆532移動，第一絲杆522和第二絲杆532均需要在其周向上被限位。在可選的方案中，第一絲杆522與第二限位塊552鍵配合，以對第一絲杆522進行周向限位；第二絲杆532與第四限位塊562鍵配合，以對第二絲杆532進行周向限位。應理解的是，鍵配合既能夠對第一絲杆522和第二絲杆532進行周向限位，也能夠確保第一絲杆522和第二絲杆532能夠實現軸向移動。
在可選的方案中，如圖1和圖6所示，本申請實施例的磁控濺射設備還可以包括設於製程腔室100內的遮擋板600，遮擋板600具有第一狀態和第二狀態，在遮擋板600處於第一狀態的情況下，遮擋板600避開晶圓W；在遮擋板600處於第二狀態的情況下，遮擋板600位於靶材組件200與晶圓W之間。
具體而言，在磁控濺射設備處於製程狀態時，可將遮擋板600切換為第一狀態，此時，遮擋板600避開晶圓W，靶材組件200的環帶區域被等離子體轟擊而濺射出粒子，這些粒子可掉落注入至晶圓W上。在沉積製程完畢後，可對靶材組件200進行清洗，此時磁控濺射設備處於清洗狀態，靶材組件200的中部區域被等離子體轟擊的粒子會掉落，可將遮擋板600切換為第二狀態，遮擋板600可用於遮擋靶材組件200中部區域掉落的粒子而防止晶圓W被污染。
進一步地，如圖1和圖6所示，本申請實施例的製程腔室100可以包括相連通主腔體110和子腔體120，且子腔體120連接於主腔體110的外側壁，主腔體110用於放置晶圓W；在遮擋板600處於第一狀態的情況下，遮擋板600位於子腔體120中；在遮擋板600處於第二狀態的情況下，遮擋板600位於主腔體110中。
在此種結構佈局下，主腔體110能夠提供製程空間S1，子腔體120能夠提供用於收容遮擋板600的容置空間S2。在磁控濺射設備處於製程狀態時，可將遮擋板600切換為第一狀態，遮擋板600位於子腔體120中而避開晶圓W；在磁控濺射設備處於清洗狀態，可將遮擋板600切換為第二狀態，遮擋板600位於主腔體110中而對靶材組件200中部區域掉落的粒子進行遮擋。
為了提高調控遮擋板600的控制效率和精度，本申請實施例的磁控濺射設備還可以包括第三驅動裝置，第三驅動裝置與遮擋板600相連，並用於驅動遮擋板600轉動，以使遮擋板600在第一狀態與第二狀態之間切換。
在此種結構佈局下，在第三驅動裝置的驅動作用下，實現了遮擋板600的轉動動作，如此，就可以使得遮擋板600與製程腔室100產生相對轉動。在遮擋板600轉動的過程中，其就可以實現在第一狀態和第二狀態的切換。
結合製程腔室100包括主腔體110和子腔體120的實施方式進行說明，如圖1所示，遮擋板600處於第一狀態，此時，遮擋板600位於子腔體120中。當需要將遮擋板600切換至第二狀態時，啟動第三驅動裝置並驅動遮擋板600轉動至主腔體110中即可，若需要將遮擋板600再切換至第一狀態，則再通過第三驅動裝置驅動遮擋板600轉動至子腔體120即可。
由此可見，通過設置第三驅動裝置，可以提升調控遮擋板600的便捷性。
在本申請實施例中，遮擋板600並不僅限於轉動的動作形式，舉例來說，遮擋板600還可以通過移動、翻轉等動作來實現狀態切換。
在可選的方案中，如圖1和圖6所示，本申請實施例的磁控濺射設備還可以包括上電極筒700，上電極筒700蓋設於靶材組件200上，以在二者之間形成容置空間S2，第一磁控管300和第二磁控管400均設于容置空間S2內；容置空間S2中設有用於冷卻靶材組件200的冷卻介質。
應理解的是，上電極筒700能夠對第一磁控管300、第二磁控管400和靶材組件200起到保護作用，並形成用於放置冷卻介質的密封空間。其中，冷卻介質可選為等離子水。
在本申請實施例中，未限制第一驅動裝置、第二驅動裝置和第三驅動裝置的具體類型，其均可選為常規電機。在第一驅動機構500直接驅動第一磁控管300和第二磁控管400的實施方式中，以及在第三驅動裝置驅動遮擋板600移動的實施方式中，第一驅動裝置510和第三驅動裝置均可選為線性電機、液壓伸縮裝置、氣壓伸縮裝置等。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文中介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
100:製程腔室
110:主腔體
111:排氣通道
120:子腔體
200:靶材組件
210:靶材
220:背板
300:第一磁控管
400:第二磁控管
500:第一驅動機構
510:第一驅動裝置
520:第一傳動組件
521:第一傳動件
521a:第一齒輪
521a:第一齒輪
522:第一絲杆
522a:第一限位部
530:第二傳動組件
531:第二傳動件
531a:第二齒輪
532:第二絲杆
532a:第二限位部
540:反向同步組件
541:第三齒輪
542:第四齒輪
550:第一限位組件
551:第一限位塊
552:第二限位塊
560:第二限位組件
561:第三限位塊
562:第四限位塊
570:箱體
580:變速組件
600:遮擋板
700:上電極筒
800:承載座
S1:製程空間
S2:容置空間
W:晶圓
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1和圖6分別為本申請實施例公開的磁控濺射設備在工作狀態下和清洗狀態下的結構示意圖；
圖2和圖7分別為本申請實施例公開的磁控管裝置在工作狀態下和清洗狀態下的控制原理圖；
圖3和圖8分別為本申請實施例公開的第一磁控管和第二磁控管掃描靶材組件的範圍示意圖；
圖4和圖9分別為本申請實施例公開的磁控管裝置在工作狀態下和清洗狀態下的內部傳動關係示意圖；
圖5和圖10分別為本申請實施例公開的磁控濺射設備在工作狀態下和清洗狀態下的粒子運動示意圖；
圖11和圖12分別為本申請實施例公開的不同類型磁控管的結構示意圖。
100:製程腔室
110:主腔體
111:排氣通道
120:子腔體
200:靶材組件
210:靶材
220:背板
300:第一磁控管
400:第二磁控管
500:第一驅動機構
510:第一驅動裝置
600:遮擋板
700:上電極筒
800:承載座
S1:製程空間
S2:容置空間
W:晶圓
Claims (13)
- 一種磁控管裝置，用於作用一靶材組件而濺射粒子，其中，該磁控管裝置包括一第一磁控管、一第二磁控管和一第一驅動機構，其中： 該第一驅動機構與該第一磁控管和該第二磁控管均相連，該第一驅動機構用於選擇性地驅動該第一磁控管和該第二磁控管中的至少一者移動，以使該第一磁控管和該第二磁控管中，其中一者靠近該靶材組件，另一者遠離該靶材組件； 在該第一磁控管靠近該靶材組件的情況下，該第一磁控管與該靶材組件的環帶區域對應佈置；在該第二磁控管靠近該靶材組件的情況下，該第二磁控管與該靶材組件的中部區域對應佈置。
- 如請求項1所述的磁控管裝置，其中，該第一驅動機構包括一第一限位組件、一第二限位組件和一第一驅動裝置； 該第一驅動裝置用於選擇性地驅動該第一磁控管和該第二磁控管中的至少一者移動，以使該第一磁控管和該第二磁控管中，其中一者靠近該靶材組件，另一者遠離該靶材組件； 該第一限位組件可與該第一磁控管限位配合，以限制該第一磁控管的移動行程，該第二限位組件可與該第二磁控管限位配合，以限制該第二磁控管的移動行程。
- 如請求項2所述的磁控管裝置，其中，在該第一限位組件與該第一磁控管限位配合、且該第二限位組件與該第二磁控管限位配合的情況下，該第一驅動裝置還用於驅動第一磁控管和該第二磁控管圍繞該靶材組件的中軸線轉動。
- 如請求項3所述的磁控管裝置，其中，在該第一磁控管位於靠近該靶材組件的情況下，該第一驅動裝置用於驅動該第一磁控管和該第二磁控管沿第一方向圍繞該靶材組件的中軸線轉動； 在該第二磁控管位於靠近該靶材組件的情況下，該第一驅動裝置用於驅動該第一磁控管和該第二磁控管沿第二方向圍繞該靶材組件的中軸線轉動，該第一方向與該第二方向相反。
- 如請求項2-4任一項所述的磁控管裝置，其中，該第一驅動機構還包括一第一傳動組件、一第二傳動組件和一反向同步組件，該第一傳動組件與該第一磁控管相連，該第二傳動組件與該第二磁控管相連，該反向同步組件與該第一傳動組件和該第二傳動組件相連； 該第一驅動裝置用於通過該反向同步組件同步驅動該第一傳動組件和該第二傳動組件運動，該反向同步組件用於使該第一傳動組件的運動方向與該第二傳動組件的運動方向相反，以帶動該第一磁控管和該第二磁控管反向移動。
- 如請求項5所述的磁控管裝置，其中，該第一傳動組件包括一第一傳動件和一第一絲杆，該第一絲杆穿設於該第一傳動件且二者螺紋配合，該第一絲杆與該第一磁控管相連；該第二傳動組件包括一第二傳動件和一第二絲杆，該第二絲杆穿設於該第二傳動件且二者螺紋配合，該第二絲杆與該第二磁控管相連； 該第一驅動裝置用於通過該反向同步組件同步驅動該第一傳動件和該第二傳動件轉動，以使該第一絲杆隨該第一傳動件的轉動而沿其軸向移動，該第二絲杆隨該第二傳動件的轉動而沿其軸向移動； 該反向同步組件用於使該第一傳動件的旋向與該第二傳動件的旋向相反。
- 如請求項6所述的磁控管裝置，其中，該第一傳動件包括一第一齒輪，該第二傳動件包括一第二齒輪； 該反向同步組件包括相嚙合的一第三齒輪和一第四齒輪，且該第三齒輪與該第一齒輪相嚙合，該第四齒輪與該第二齒輪相嚙合；該第一驅動裝置用於驅動該第三齒輪或該第四齒輪繞其軸線轉動。
- 如請求項6所述的磁控管裝置，其中，該第一限位組件包括沿該第一絲杆的軸向間隔排布的一第一限位塊和一第二限位塊，且該第二限位塊位於該第一限位塊靠近該靶材組件一側；該第一絲杆包括設於其遠離該靶材組件一端的一第一限位部，該第一絲杆可移動地穿設於該第二限位塊，該第一限位部位於該第一限位塊與該第二限位塊之間，且沿該第一絲杆的軸向，該第一限位部可與該第一限位塊或該第二限位塊限位配合； 和/或，該第二限位組件包括沿該第二絲杆的軸向間隔排布的一第三限位塊和一第四限位塊，且該第四限位塊位於該第三限位塊靠近該靶材組件一側；該第二絲杆包括設於其遠離該靶材組件一端的一第二限位部，該第二絲杆可移動地穿設於該第四限位塊，該第二限位部位於該第三限位塊與該第四限位塊之間，且沿該第二絲杆的軸向，該第二限位部可與該第三限位塊或該第四限位塊限位配合。
- 如請求項8所述的磁控管裝置，其中，該第一絲杆與該第二限位塊鍵配合，以對該第一絲杆進行周向限位；該第二絲杆與該第四限位塊鍵配合，以對該第二絲杆進行周向限位。
- 如請求項5所述的磁控管裝置，其中，該第一驅動機構還包括箱體，該第一傳動組件、該第二傳動組件、該反向同步組件、該第一限位組件和該第二限位組件均設於該箱體內。
- 如請求項1所述的磁控管裝置，其中，在該第一磁控管和該第二磁控管中，至少有一者包括中心磁柱以及圍繞該中心磁柱設置的磁環。
- 一種磁控濺射設備，其中，包括一製程腔室以及請求項1至11中任一項所述的磁控管裝置，該磁控管裝置設於該製程腔室的上側。
- 如請求項12所述的磁控濺射設備，其中，該磁控濺射設備還包括設於該製程腔室內的一遮擋板，該遮擋板具有一第一狀態和一第二狀態，在該遮擋板處於該第一狀態的情況下，該遮擋板避開晶圓；在該遮擋板處於該第二狀態的情況下，該遮擋板位於該靶材組件與晶圓之間。
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