[发明专利]一种磁控管及等离子体加工设备

说明书

技术领域

本发明属于等离子体加工设备领域，涉及一种磁控管及应用该磁控管的等离子体加工设备。

背景技术

直流磁控溅射技术是制备半导体集成电路的常用技术，其是在低气压下使气体电离形成等离子体，然后借助靶材表面的磁场使等离子体中的带电粒子撞击靶材表面，以使靶材发生溅射，在溅射粒子中，中性的靶原子沉积在晶片等被加工工件表面而形成薄膜。

图1为典型的磁控溅射设备的结构简图。如图1所示，磁控溅射设备包括反应腔室1、真空泵2以及气体源4。其中，真空泵2与反应腔室1的底部连通，用以调节反应腔室1内部的气体压力。气体源4通过管路与反应腔室1连接，在气体源4与反应腔室1之间设有用于控制反应气体流量的气体流量计3。在反应腔室1的底部设有用以承载晶片的静电卡盘5，在反应腔室1的顶部与静电卡盘5相对的位置设有靶材6。在靶材6的上方还设有用于提高溅射速率的磁控管9，磁控管9在电机12的驱动下扫描靶材6的表面。

图2为典型的磁控管的平面视图。请参阅图2，磁控管9包括肾形的内磁极91和外磁极92，内磁极91嵌套在外磁极92内，而且，内磁极91和外磁极92的极性相反。利用典型的磁控管扫描靶材，靶材的腐蚀很不均匀。图3为利用典型的磁控管扫描靶材时靶材的腐蚀曲线。图中，横坐标表示靶材中心到靶材边缘的距离，即靶材的半径；纵坐标表示靶材的腐蚀深度。从图3的腐蚀曲线可知，132、134、136、138位置靶材的腐蚀较深，而且136位置靶材的腐蚀尤其严重，因此，典型磁控管导致靶材的腐蚀不均匀，靶材的利用率较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种磁控管及应用该磁控管的等离子体加工设备，其可以使靶材均匀腐蚀，从而提高靶材的利用率。

解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种磁控管，包括极性相反的内磁极和外磁极，所述内磁极与所述外磁极相互不接触地嵌套在一起，所述内磁极和外磁极在其径向截面上的形状均为螺旋线。

优选地，所述内磁极和外磁极在其径向截面上的形状均满足公式(1)，

θ＝r-arctan(r)    (1)

式中，θ表示距离螺旋线起始点的弧度；

      r表示距离螺旋线中心点的距离。

优选地，所述内磁极包括内磁极本体和设置在所述内磁极本体上的多个磁铁，所述磁铁沿所述内磁极本体的弧线排列设置；所述外磁极包括外磁极本体和设置在所述外磁极本体上的多个磁铁，所述磁铁沿所述外磁极本体的弧线排列设置。

优选地，设置在所述内磁极本体上的所述磁铁沿所述内磁极本体的弧线均匀分布；设置在所述外磁极本体上的所述磁铁沿所述外磁极本体的弧线均匀分布。

优选地，所述磁铁为柱状的磁铁，所述磁铁镶嵌在所述内磁极本体和所述外磁极本体内。

优选地，在所述外磁极的径向方向上，所述外磁极本体的内端部的宽度大于所述外磁极本体的外端部的宽度；或者在所述内磁极的径向方向上，所述内磁极本体的内端部的宽度大于所述内磁极本体的外端部的宽度。

优选地，在所述外磁极径向的截面上，所述外磁极的外端部闭合，以使所述内磁极嵌套在所述外磁极内。

优选地，磁控管的旋转轴为所述外磁极的对称轴或所述外磁极的内端部所在的直线。

优选地，所述外磁极和所述内磁极的间距为0.5～1.5英寸。

优选地，所述外磁极和所述内磁极的间距根据实际靶材腐蚀结果进行调整。

本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室、靶材、磁控管以及驱动所述磁控管转动的驱动部件，所述靶材设置在所述反应腔室的顶端，所述磁控管设置在所述靶材的上方，在所述驱动部件的驱动下所述磁控管在所述靶材的表面旋转扫描，所述磁控管采用本发明提供的所述的磁控管.

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的磁控管采用螺旋线型结构，即，所述内磁极和外磁极在其径向截面上的形状为螺旋线，其可以使靶材的腐蚀更均匀，从而使靶材的利用率提高到58％左右，同时可以减少更换靶材所需的时间，进而降低生产成本。

本发明提供的等离子体加工设备，由于螺旋线型结构的磁控管，使靶材的腐蚀更均匀，从而使靶材的利用率提高到58％左右，这不仅降低了等离子体加工设备生产成本，而且减少了更换靶材所需的时间，从而可以提高等离子体加工设备的生产效率。

附图说明

图1为典型的磁控溅射设备的结构简图；

图2为典型的磁控管的平面视图；

图3为利用典型的磁控管扫描靶材时靶材的腐蚀曲线；