專利名稱：掃描機構、磁控源和磁控濺射設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，尤其是涉及一種掃描機構、磁控源和磁控濺射設備。
背景技術：
磁控濺射，又稱為物理氣相沉積，是集成電路制造過程中沉積金屬層和相關材料廣泛采用的方法。現有的磁控濺射設備中，在腔室本體內部限定有高真空工藝腔，被濺射的靶材設置在腔室本體的頂部，上蓋設置在靶材上面，隔離件和靶材中間充滿了去離子水，承載晶片的靜電卡盤設置在高真空工藝腔內，抽氣腔與高真空工藝腔的下部連通。對于自離子化等離子體(SIP)濺射而言，磁控管較小，是一種嵌套式結構，其內軌道由一個或多個磁鐵被外軌道相反極性的磁鐵包圍而成。磁場束縛電子，限制電子的運動范圍，并延長電子的運動軌跡，使電子最大幅度的離化原子形成離子，離子濃度大幅提高，在鄰近磁控管的腔室內形成高密度等離子體區域。為了達到均勻濺射的目的，磁控管在驅動機構的驅動下沿靶材的中心掃過固定的軌跡。然而，現有技術中的驅動機構在驅動磁控管掃描靶材時，靶材的中心附近和外周緣附近的利用率均較低，此外靶材利用率約為53%，因此靶材的利用率有待提高。

發明內容
本發明旨在至少解決上述技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種可以提高靶材的利用率和靶材刻蝕的均勻性的磁控源的掃描機構。本發明的另一個目的在于提出一種可以提高濺射均勻性的磁控源。本發明的再一個目的在于提出一種可以提高濺射均勻性的磁控濺射設備。為了實現上述目的，根據本發明第一方面的實施例提出一種磁控源的掃描機構，所述磁控源的掃描機構包括驅動軸，所述驅動軸上設有第一齒輪；曲柄，所述曲柄的第一端與所述驅動軸相連以由所述驅動軸驅動旋轉；第二齒輪，所述第二齒輪與所述第一齒輪嚙合；傳動部件，所述傳動部件具有第三齒輪，所述第三齒輪與所述第二齒輪嚙合；和搖桿，所述搖桿的第一端與所述曲柄的第二端可樞轉地相連，所述搖桿與所述傳動部件可相對滑動地相連以便所述搖桿同時由所述曲柄和所述傳動部件驅動。 根據本發明實施例的磁控源的掃描機構與磁控源的磁控管相連以控制所述磁控管在靶材上方移動(所述磁控管與所述掃描機構的所述搖桿的第二端相連)以對所述靶材進行掃描。所述磁控源在進行靶材掃描時，所述掃描機構通過設置所述第一齒輪、所述第二齒輪和所述第三齒輪來帶動所述搖桿和所述磁控管轉動，還通過設置所述曲柄和所述搖桿來帶動所述磁控管往復移動，由此對靶材進行刻蝕。綜上可知，所述磁控管的運動是轉動和往復移動這兩種運動的疊加。根據本發明實施例的磁控源的掃描機構可以使所述磁控管的運動軌跡均勻地分布在整個靶材上，從而提高了靶材的利用率和靶材刻蝕的均勻性。另外，根據本發明實施例的磁控源的掃描機構可以具有如下附加的技術特征根據本發明的一個實施例，所述第一齒輪和第二齒輪為圓柱形外齒輪，所述第三齒輪為圓環形的內齒輪，所述傳動部件還包括滑套，所述滑套可樞轉地安裝在所述第三齒輪的側面上，所述搖桿可滑動地穿過所述滑套。根據本發明的一個實施例，所述驅動軸與驅動機構相連。根據本發明的一個實施例，所述驅動機構為電機。根據本發明的一個實施例，所述第一至第三齒輪均為錐齒輪，所述傳動部件還包括傳動筒和傳動套，所述傳動筒的下端敞開，所述傳動套的上端和下端分別與所述第三齒輪和所述傳動筒相連，所述第一齒輪安裝在所述驅動軸的第一端，所述驅動軸的第二端穿過所述傳動套伸入到所述傳動筒內，所述曲柄的第一端與所述驅動軸的第二端相連，所述 搖桿可滑動地穿過所述傳動筒的側壁，所述搖桿的第一端和所述曲柄的第二端分別與連桿的兩端可樞轉地連接。根據本發明的一個實施例,所述傳動筒和傳動套一體地形成。根據本發明第二方面的實施例提出一種磁控源，所述磁控源包括靶材；磁控管，所述磁控管位于所述祀材上方；和掃描機構，所述掃描機構為根據本發明第一方面所述的掃描機構，其中所述掃描機構與所述磁控管相連以控制所述磁控管在所述靶材上方移動，其中所述磁控管與所述掃描機構的所述搖桿的第二端相連。根據本發明實施例的磁控源通過利用上述的掃描機構來控制所述磁控管在所述靶材上方移動，從而可以提高所述靶材的利用率和所述靶材的刻蝕的均勻性。因此利用根據本發明實施例的磁控源進行濺射可以提高濺射的均勻性。根據本發明第三方面的實施例提出一種磁控濺射設備，所述磁控濺射設備包括腔室本體，所述腔室本體內限定有腔室；和磁控源，所述磁控源為根據本發明第二方面所述的磁控源，其中所述磁控源的靶材設在所述腔室本體的上端且所述靶材的下表面暴露到所述腔室內。根據本發明實施例的磁控濺射設備可以提高濺射的均勻性。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。


本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據本發明的一個實施例的磁控源的掃描機構的結構示意圖；圖2是根據本發明的另一個實施例的磁控源的掃描機構的結構示意圖；圖3是根據本發明的另一個實施例的磁控源的掃描機構的仰視圖；和圖4是根據本發明實施例的磁控源的磁控管的中心的運動軌跡曲線圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本 發明中的具體含義。下面參考圖1-3描述根據本發明實施例的磁控源及其掃描機構。如圖1-3所示，根據本發明實施例的磁控源包括靶材、磁控管800和掃描機構。磁控管800位于靶材上方。其中，所述掃描機構包括驅動軸100、曲柄300、第二齒輪400、傳動部件和搖桿600。具體而言，驅動軸100上設有第一齒輪200，曲柄300的第一端與驅動軸100相連以由驅動軸100驅動旋轉，第二齒輪400與第一齒輪200嚙合。所述傳動部件具有第三齒輪510，第三齒輪510與第二齒輪400嚙合。搖桿600的第一端與曲柄300的第二端可樞轉地相連，搖桿600與所述傳動部件可相對滑動地相連以便搖桿600同時由曲柄300和所述傳動部件驅動，更具體地，搖桿600在其第一端與第二端之間的部位與所述傳動部件可相對滑動地相連。所述掃描機構與磁控管800相連以控制磁控管8在所述IE材上方移動,且磁控管800與所述掃描機構的搖桿600的第二端相連，例如磁控管800與所述掃描機構的搖桿600
的第二端可以鉸接。下面描述根據本發明上述實施例的磁控源在進行靶材掃描時的工作原理，并在此基礎+上分析靶材的刻蝕效果。根據本發明上述實施例的磁控源在進行靶材掃描時，所述掃描機構通過設置第一齒輪200、第二齒輪400和第三齒輪510來帶動搖桿600和磁控管800轉動，還通過設置曲柄300和搖桿600來帶動磁控管800往復移動，由此對靶材進行刻蝕。綜上可知，磁控管800的運動是轉動和往復移動這兩種運動的疊加。假設第一齒輪200的角速度為ω1、第一齒輪200的半徑為F1、第二齒輪400的半徑為r2、第三齒輪510的半徑為r3、曲柄300的長度為L1、搖桿600的長度為L2。根據齒輪傳動和曲柄滑塊機構的傳動特點，可知曲柄300的角速度為O1 (第一齒輪200和曲柄300由同一驅動軸驅動)；第三齒輪510的角速度為ω2 = cOiXri + r3。磁控管的中心點的坐標(X，y)為X =(」L22 - L12 + (L1 cos(0^ + ω2 )2 +L1 cos( / + ω2 )) · cos( / + ω2 )
y = (λ]L22 - L12 + (L1 cos( ji + ω2 )2 +L1 cos( ji + ω2 )) · sin(0y + ω2 )利用運動仿真的方法得到如圖4所示的磁控管800的中心在一段時間內的運動軌跡曲線。由圖4可知，采用本發明實施例的磁控源的掃描機構可以使磁控管800的運動軌跡均勻地分布在整個靶材上，從而提高了靶材的利用率和靶材刻蝕的均勻性。可選地，驅動軸100可以與驅動機構，例如電機相連。由此，所述驅動機構可以帶動驅動軸100旋轉，進而驅動軸100可以帶動第一齒輪200和曲柄300旋轉，其中曲柄300可以以曲柄300的第一端為圓心進行旋轉，從而根據本發明實施例的磁控源的掃描機構可以只使用一個電機進行驅動，具有結構簡單、易于控制的優點。
下面分別對圖1所示的本發明的掃描機構的一種優選實施方式以及圖2和圖3所示的本發明的掃描機構的另一種優選實施方式進行描述。在本發明的一些實施例中，如圖1所示，第一齒輪200和第二齒輪400可以是圓柱形外齒輪，第三齒輪510可以是圓環形的內齒輪。所述傳動部件還可以包括滑套520，滑套520可樞轉地安裝在第三齒輪510的側面上，搖桿600可滑動地穿過滑套520。在本發明的一個具體示例中，滑套520可以鉸接在第三齒輪510的側面。在本發明的另一個具體示例中搖桿600的第一端可以與曲柄300的第二端鉸接。在本發明的另一些實施例中，如圖2和圖3所示，第一齒輪200、第二齒輪400和第三齒輪510可以都是錐齒輪，所述傳動部件還可以包括傳動筒530和傳動套540，傳動筒530的下端可以敞開。傳動套540的上端和下端可以分別與第三齒輪510和傳動筒530相連，即傳動套540的上端可以與第三齒輪510相連，傳動套540的下端可以與傳動筒530相連。第一齒輪200可以安裝在驅動軸100的第一端以在驅動軸100的帶動下旋轉，驅動軸100的第二端可以穿過傳動套540伸入到傳動筒530內。驅動軸100的第二端還可以穿過第三齒輪510。曲柄300的第一端可以與驅動軸100的第二端相連以使曲柄300可以在驅動軸100的帶動下以曲柄300的第一端為圓心旋轉。搖桿600可以可滑動地穿過傳動筒530的側壁，搖桿600的第一端和曲柄300的第二端可以分別與連桿700的兩端可樞轉地連接。也就是說，搖桿600的第一端可以與連桿700的第二端可樞轉地連接，曲柄300的第二端可以與連桿700的第一端可樞轉地連接。具體地，傳動套540的上端可以固定在第三齒輪510上，傳動套540的下端可以固定在傳動筒530上。采用上述掃描機構的磁控源，磁控管800在靶材上方的運動軌跡均是曲柄滑塊機構和齒輪旋轉運動的疊加，均可以使磁控管800的運動軌跡均勻地分布在整個靶材上，以提高靶材的利用率和靶材刻蝕的均勻性。在本發明的一個示例中，如圖3所示，傳動筒530和傳動套540可以一體地形成。在本發明的另一個示例中，搖桿600的第一端可以與連桿700的第二端鉸接，曲柄300的第二端可以與連桿700的第一端鉸接。根據本發明實施例的磁控源的掃描機構，可以通過改變曲柄300和搖桿600的長度來實現磁控管800對靶材不同的覆蓋面積，還可以通過改變第一齒輪200和第三齒輪510的傳動比來得到不同的角速度差值，從而實現不同的靶材刻蝕強度。本發明還提供了一種磁控濺射設備。所述磁控濺射設備包括腔室本體和磁控源。所述腔室本體內限定有腔室。所述磁控源為上述的磁控源，其中所述磁控源的靶材設在所述腔室本體的上端且所述靶材的下表面暴露到所述腔室內。根據本發明實施例的磁控濺射設備可以提高濺射的均勻性。根據本發明實施例的磁控源的掃描機構可以提高靶材的利用率和靶材刻蝕的均勻性。根據本發明實施例的磁控源和磁控濺射設備的其他構成和操作對于本領域的技術人員都是已知的，這里不再重復描述。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。·盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種磁控源的掃描機構，其特征在于，包括 驅動軸，所述驅動軸上設有第一齒輪； 曲柄，所述曲柄的第一端與所述驅動軸相連以由所述驅動軸驅動旋轉； 第二齒輪，所述第二齒輪與所述第一齒輪嚙合； 傳動部件，所述傳動部件具有第三齒輪，所述第三齒輪與所述第二齒輪嚙合；和 搖桿，所述搖桿的第一端與所述曲柄的第二端可樞轉地相連，所述搖桿與所述傳動部件可相對滑動地相連以便所述搖桿同時由所述曲柄和所述傳動部件驅動。
2.根據權利要求1所述的磁控源的掃描機構，其特征在于，所述第一齒輪和第二齒輪為圓柱形外齒輪，所述第三齒輪為圓環形的內齒輪，所述傳動部件還包括滑套，所述滑套可樞轉地安裝在所述第三齒輪的側面上，所述搖桿可滑動地穿過所述滑套。
3.根據權利要求1所述的磁控源的掃描機構，其特征在于，所述驅動軸與驅動機構相連。
4.根據權利要求3所述的磁控源的掃描機構，其特征在于，所述驅動機構為電機。
5.根據權利要求1所述的磁控源的掃描機構，其特征在于，所述第一至第三齒輪均為錐齒輪，所述傳動部件還包括傳動筒和傳動套，所述傳動筒的下端敞開，所述傳動套的上端和下端分別與所述第三齒輪和所述傳動筒相連，所述第一齒輪安裝在所述驅動軸的第一端，所述驅動軸的第二端穿過所述傳動套伸入到所述傳動筒內，所述曲柄的第一端與所述驅動軸的第二端相連，所述搖桿可滑動地穿過所述傳動筒的側壁，所述搖桿的第一端和所述曲柄的第二端分別與連桿的兩端可樞轉地連接。
6.根據權利要求5所述的磁控源的掃描機構,其特征在于,所述傳動筒和傳動套一體地形成。
7.—種磁控源，其特征在于，包括 靶材； 磁控管，所述磁控管位于所述靶材上方；和 掃描機構，所述掃描機構為根據權利要求1-6中任一項所述的掃描機構，其中所述掃描機構與所述磁控管相連以控制所述磁控管在所述靶材上方移動，其中所述磁控管與所述掃描機構的所述搖桿的第二端相連。
8.—種磁控派射設備,其特征在于,包括 腔室本體，所述腔室本體內限定有腔室；和 磁控源，所述磁控源為根據權利要求7所述的磁控源，其中所述磁控源的靶材設在所述腔室本體的上端且所述靶材的下表面暴露到所述腔室內。
全文摘要
本發明公開了一種磁控源的掃描機構、磁控源和磁控濺射設備。磁控源的掃描機構包括驅動軸，所述驅動軸上設有第一齒輪；曲柄，所述曲柄的第一端與所述驅動軸相連以由所述驅動軸驅動旋轉；第二齒輪，所述第二齒輪與所述第一齒輪嚙合；傳動部件，所述傳動部件具有第三齒輪，所述第三齒輪與所述第二齒輪嚙合；和搖桿，所述搖桿的第一端與所述曲柄的第二端可樞轉地相連，在所述搖桿的第一端與所述搖桿的第二端之間的位置所述搖桿還與所述傳動部件可相對滑動地相連以便所述搖桿同時由所述曲柄和所述傳動部件驅動。根據本發明實施例的磁控源的掃描機構可以提高靶材的利用率和靶材刻蝕的均勻性。
文檔編號C23C14/35GK102994966SQ20111027587
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者鄭金果, 劉旭 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司