[發(fā)明專利]磁控濺射設備及磁控管控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210152625.0
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN103422065A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 陳春偉;夏威;李楊超
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/54;H01J37/34
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;張?zhí)焓?/td>

技術領域

本發(fā)明屬于等離子體加工技術領域，涉及一種磁控濺射設備及磁控管控制方法。

背景技術

磁控濺射技術是在靶材表面引入磁場，利用磁場來約束帶電粒子，增加電子與工藝氣體的碰撞幾率，從而可以提高等離子體的密度，進而可以提高加工效率。因此磁控濺射加工設備被廣泛地應用于集成電路和薄膜太陽能的生產(chǎn)。

圖1為典型的磁控濺射加工設備的結(jié)構簡圖。如圖1所示，磁控濺射加工設備包括反應腔室1，在反應腔室1的底部設有用于承載被加工工件的靜電卡盤2。在反應腔室1的頂部設有靶材3，在靶材3的上方設有用于提高濺射速率的磁控管6，磁控管6在驅(qū)動機構7的驅(qū)動下在靶材3的上表面旋轉(zhuǎn)。

圖2為用于驅(qū)動磁控管的驅(qū)動機構的結(jié)構簡圖。如圖2所示，驅(qū)動機構包括轉(zhuǎn)軸20、第一齒輪(圖中未示出)、第二齒輪22、第三齒輪23、第四齒輪24以及第一連接板28，轉(zhuǎn)軸20的一端與電機(圖中未示出)連接，另一端與第一連接板28以及第一齒輪連接。第一齒輪、第二齒輪22、第三齒輪23、第四齒輪24固定在第一連接板28上。第二齒輪22與第一齒輪嚙合，第三齒輪23與第二齒輪22嚙合，第四齒輪24與第三齒輪23嚙合。磁控管6通過第二連接板25與第四齒輪24的轉(zhuǎn)軸連接。當電機驅(qū)動轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)時，第一齒輪、第二齒輪22、第三齒輪23和第四齒輪24以轉(zhuǎn)軸20為中心轉(zhuǎn)動，與此同時，第一齒輪、第二齒輪22、第三齒輪23、第四齒輪24分別繞各自的中心軸自轉(zhuǎn)，從而使磁控管6在繞轉(zhuǎn)軸20公轉(zhuǎn)的同時以第四齒輪24的中心軸為轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)，進而使磁控管6在靶材3的上表面掃描。

在實際使用過程中，雖然磁控管6按照預定的軌跡能夠?qū)胁?的上表面覆蓋。但是，由于電機的轉(zhuǎn)速恒定，使得磁控管6經(jīng)過次數(shù)較多的區(qū)域(即磁控管6軌跡重疊的區(qū)域)停留的時間較多，從而導致該區(qū)域靶材3的腐蝕(消耗)速率較快，而其它區(qū)域的腐蝕速率較慢，進而導致靶材3的利用率較低。

圖9為在現(xiàn)有驅(qū)動機構驅(qū)動磁控管運行時靶材腐蝕曲線。其中，橫坐標為靶材從中心至邊緣位置的距離，單位為mm；縱坐標為靶材的蝕刻深度，單位為mm。從圖9可以看出，靠近靶材中心區(qū)域的腐蝕速率較快，而靠近靶材邊緣區(qū)域的腐蝕速率較慢，而且，靶材中心和邊緣的刻蝕速率很不均勻，經(jīng)測量靶材3的利用率僅為53％左右。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題就是針對電感耦合等離子體設備中存在的上述缺陷，提供一種磁控濺射設備，其在不改變磁控管原有運行軌跡的情況下可以使靶材的腐蝕速率相同，從而可以提高靶材的利用率。

此外，本發(fā)明還提供一種磁控管控制方法，其不僅能夠覆蓋靶材的整個表面，而且可以使磁控管在靶材表面的不同位置停留時間均勻，從而可以提高靶材的利用率。

解決上述技術問題的所采用的技術方案是提供一種磁控濺射設備，包括反應腔室、靶材、磁控管、驅(qū)動所述磁控管自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的驅(qū)動機構，所述靶材設置在所述反應腔室的頂部，所述磁控管設置在所述靶材的上方，在所述驅(qū)動機構的驅(qū)動下，所述磁控管掃描所述靶材的表面，所述驅(qū)動機構與所述控制裝置連接，并根據(jù)所述控制裝置的控制信號控制所述磁控管的自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)速度，所述磁控濺射設備還包括：磁控管定位單元和控制裝置，其中：

所述磁控管定位單元，用于確定所述磁控管的初始位置；

所述控制裝置，用于根據(jù)所述初始位置，確定磁控管的運轉(zhuǎn)周期，并根據(jù)所述運轉(zhuǎn)周期控制所述驅(qū)動機構的自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)速度，從而在所述磁控管通過靶材各個位置次數(shù)不變的前提下，控制所述磁控管在所述靶材單位面積上停留的時間，使得所述磁控管在頻繁經(jīng)過的靶材區(qū)域的停留時間縮短，同時延長在運動軌跡稀疏的靶材區(qū)域的停留時間，以提高靶材的刻蝕均勻性。

其中，所述控制裝置包括速度控制子單元，所述速度控制子單元使所述磁控管的公轉(zhuǎn)角速度和自轉(zhuǎn)角速度分別滿足公式(1)和公式

(2)：