專利名稱：一種磁控管以及應用該磁控管的磁控濺射設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微電子加工技術領域，具體地，涉及一種磁控管及應用該磁控管的磁控濺射設備。
背景技術：
磁控濺射裝置是通過等離子體中的粒子與靶材相碰撞以將從靶材中濺射出的材料沉積在被加工工件上的裝置。在實際應用中，為了提高濺射的效率和靶材的利用率，在靶材的背部設有磁控管，利用磁控管所產(chǎn)生的磁場延長電子的運動軌跡，增加電子與工藝氣體(如氬氣)碰撞的幾率，從而提高等離子體的密度，進而提高濺射的效率和靶材的利用率。圖1a為現(xiàn)有的一種磁控管的徑向截面圖。請參閱圖la，該磁控管包括極性相反的外磁極I和內(nèi)磁極2，通過外磁極I和內(nèi)磁極2形成的磁場可以將等離子體束縛在靶材表面。在外磁極I和內(nèi)磁極2之間形成的間隔區(qū)域3在磁控管的徑向截面上的形狀為閉合的腎形軌道。使用時，磁控管圍繞旋轉中心4旋轉，并對整個靶材表面進行掃描。圖1b為利用圖1a中的磁控管對靶材進行實驗模擬掃描后的腐蝕曲線。其中，縱坐標表示靶材的腐蝕深度；腐蝕曲線的橫坐標表示靶材中心到邊緣的距離。如圖1b所示，在腐蝕曲線上的點132、134、130、136、138位置處靶材的腐蝕深度相對較深，尤其是在點136位置處靶材的腐蝕深度最深且腐蝕區(qū)域很大。由此得知，采用圖1a中的磁控管對靶材進行掃描時，靶材腐蝕的均勻性較差，導致靶材的利用率較低。為此，擺在本領域技術人員面前的難題就是如何能夠設計一種磁控管，使得靶材腐蝕的均勻性得到提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一，提出了一種磁控管以及應用該磁控管的磁控濺射設備，其可以提高靶材腐蝕的均勻性。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種磁控管，包括極性相反的外磁極和內(nèi)磁極，在垂直于所述外磁極的中心線的截面上，所述外磁極為閉合的環(huán)形，所述內(nèi)磁極設置在所述環(huán)形的外磁極所圍繞而成的腔體內(nèi)，其中，所述內(nèi)磁極包括三個以上子內(nèi)磁極，所述三個以上子內(nèi)磁極圍繞所述外磁極的中心線設置，從而在所述外磁極和內(nèi)磁極之間形成與所述子內(nèi)磁極數(shù)量對應地通道。其中，所述子內(nèi)磁極均勻地設置在所述外磁極的中心線的周圍。其中，所述子內(nèi)磁極的數(shù)量為三個。其中，在所述外磁極的內(nèi)壁上設有朝向其中心線方向突出的凸部，所述凸部將所述外磁極的內(nèi)部分隔成數(shù)量與所述子內(nèi)磁極的數(shù)量對應的子腔體，每個所述子腔體內(nèi)設置一個所述子內(nèi)磁極，從而在所述外磁極和內(nèi)磁極之間形成與所述子內(nèi)磁極數(shù)量對應地環(huán)形通道。
其中，所述子內(nèi)磁極在垂直于所述外磁極的中心線的截面上的形狀為“銀杏葉”形狀或“馬蹄”形狀或扇形。其中，所述內(nèi)磁極包括內(nèi)磁極本體和多個第一磁體，所述第一磁體沿所述內(nèi)磁極本體的輪廓均勻設置；所述外磁極包括外磁極本體和多個第二磁體，所述第二磁體沿所述外磁極本體的輪廓均勻設置，而且，設置在所述內(nèi)磁極本體上的第一磁體的極性與設置在所述外磁極本體上的第二磁體的極性相反。其中，所述第一磁體和所述第二磁體為磁鐵。其中，所述外磁極和所述內(nèi)磁極之間的所述通道的寬度為20 30mm。優(yōu)選地，所述外磁極和所述內(nèi)磁極之間的所述通道的寬度為25.4mm。本發(fā)明還提供一種磁控濺射設備，包括靶材以及設置于靶材上方的磁控管，所述磁控管用以對所述靶材表面進行掃描，其特征在于，所述磁控管采用本發(fā)明提供的上述的
磁控管。本發(fā)明具有下述有益效果:本發(fā)明提供的磁控管，其通過在外磁極的中心線的周圍設置三個以上的子內(nèi)磁極，以在外磁極和內(nèi)磁極之間形成與子內(nèi)磁極數(shù)量對應的通道，這不僅可以提高靶材腐蝕的均勻性，從而提高靶材的利用率，而且可以縮短在外磁極和內(nèi)磁極之間的間隔區(qū)域的長度，從而可以縮短等離子體中電子、離子的運行軌跡，進而可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓。本發(fā)明提供的磁控濺射設備，其通過采用上述磁控管，不僅可以提高靶材腐蝕的均勻性，從而提高靶材的利用率，而且可以縮短間隔區(qū)域的長度，從而可以縮短等離子體中電子、離子的運行軌跡，進而可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓。


圖1a為現(xiàn)有的一種磁控管的剖面圖；圖1b為利用圖1a中的磁控管對靶材進行實驗模擬掃描后的腐蝕曲線；圖2為本發(fā)明提供的磁控管的徑向截面圖；圖3為對本發(fā)明提供的磁控管對靶材進行實驗模擬掃描后的腐蝕曲線；以及圖4為本發(fā)明提供的磁控管的子內(nèi)磁極的排布示意圖。
具體實施例方式為使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖對本發(fā)明提供的磁控管及應用該磁控管的磁控濺射設備進行詳細描述。圖2為本發(fā)明提供的磁控管的徑向截面圖。請參閱圖2，本發(fā)明提供的磁控管包括極性相反的外磁極40和內(nèi)磁極，其中，內(nèi)磁極包括內(nèi)磁極本體和多個第一磁體51，且第一磁體51沿內(nèi)磁極本體的輪廓均勻設置；外磁極40包括外磁極本體和多個第二磁體43，且第二磁體43沿外磁極本體的輪廓均勻設置。并且，設置在內(nèi)磁極本體上的第一磁體51和設置在外磁極本體上的第二磁體43的極性相反，用以在內(nèi)磁極本體和外磁極本體的端部產(chǎn)生磁場。第一磁體51和第二磁體43可以采用如磁鐵等具有磁性的材料制成。本實施例中，在外磁極40徑向的截面(即，垂直于外磁極40的中心線41的截面)上，外磁極40的形狀為閉合的環(huán)形，該環(huán)形的外磁極40圍繞形成一腔體。在外磁極40的內(nèi)壁上設有三個朝向其中心線41突出的凸部42，借助凸部42將外磁極40所圍成的腔體分隔成三個子腔體。在凸部42上設有第二磁體43，且第二磁體43沿凸部42的輪廓均勻設置。內(nèi)磁極包括三個子內(nèi)磁極50，子內(nèi)磁極50在其徑向的截面上的形狀近似為“銀杏葉”形狀。三個子內(nèi)磁極50對應地設置在三個子腔體內(nèi)，即，在每個子腔體內(nèi)設置一個子內(nèi)磁極50，從而使在內(nèi)磁極與外磁極40之間形成三個環(huán)形通道52。借助三個子內(nèi)磁極50使內(nèi)磁極與外磁極40之間形成三個長度較短的環(huán)形通道52，這不僅可以提高靶材腐蝕的均勻性，從而提高靶材的利用率；而且可以縮短等離子體中電子、離子的運行軌跡，從而可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓。本實施例可以通過調(diào)節(jié)子內(nèi)磁極50的尺寸來調(diào)節(jié)環(huán)形通道52的寬度，從而使磁控管的設計更加靈活。在本實施例中，環(huán)形通道52的寬度為20 30mm，通過模擬可以得到在環(huán)形通道的寬度為25.4mm的情況下，靶材的腐蝕結果更好些，但是，本領域的技術人員都知曉，真實的實驗結果與模擬結果總是存在一些誤差的。這樣設置的環(huán)形通道不僅可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓，而且可以提高靶材腐蝕的均勻性，從而提高靶材的利用率。圖3為對本發(fā)明提供的磁控管對靶材進行實驗模擬掃描后的腐蝕曲線。請參閱圖3，腐蝕曲線的縱坐標表示靶材的腐蝕深度；腐蝕曲線的橫坐標表示靶材中心到邊緣的距離。從圖3中可以看出，靶材各個位置的腐蝕深度的差異明顯減小，這表明采用本實施例提供的磁控管掃描靶材表面可以提高靶材腐蝕的均勻性，從而可以提高靶材的利用率。需要說明的是,本實施例中，內(nèi)磁極包括三個子內(nèi)磁極50。實際上內(nèi)磁極可以包括三個以上的子內(nèi)磁極50。只要在外磁極40所圍成的腔體內(nèi)設置三個以上的子內(nèi)磁極50，且將子內(nèi)磁極50設置在外磁極40的中心線41的周圍，即可獲得長度較短的環(huán)形通道52，從而實現(xiàn)本發(fā)明降低啟輝和維持等離子體氣壓的目的。 另外，在本實施例中，三個環(huán)形通道52在外磁極40靠近中心的位置相交，即，三個環(huán)形通道52存在一個共用的區(qū)域53，然而本發(fā)明并不局限于此。三個環(huán)形通道52也可以是相互獨立的環(huán)形通道，也就是說，環(huán)形通道52是否獨立，并不影響實現(xiàn)本發(fā)明的目的，只要環(huán)形通道52不形成一個連續(xù)的環(huán)形通道，即避免形成一個連續(xù)的長度較長的環(huán)形通道均可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。此外，在本實施例中，三個子內(nèi)磁極50的形狀相似，大小不同，然而本發(fā)明并不局限于此。本發(fā)明子內(nèi)磁極50的形狀和大小可以相同，也可以不同。換言之，子內(nèi)磁極50的形狀和大小并不影響本發(fā)明降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓的目的。如圖4所示，為本發(fā)明提供的磁控管的子內(nèi)磁極的排布示意圖。三個子內(nèi)磁極20形狀和尺寸相同，而且均勻地分布在外磁極的中心線11的周圍。還需要說明的是，在本實施例中，磁控管的子內(nèi)磁極50在其徑向截面上的形狀近似于圖2中所示的“銀杏葉”形狀。但在實際應用中并不局限于此，子內(nèi)磁極50在其徑向截面上的形狀還可以為“馬蹄”形狀、扇形等其它形狀。還需要說明的是，在實際應用中，夕卜磁極在其徑向截面上的形狀并不局限于本實施例所示的形狀，其可以為與內(nèi)磁極的形狀相適配的任意閉合環(huán)形。并且外磁極與內(nèi)磁極之間所形成的環(huán)形通道在各個位置處的寬度可以相等或不相等。環(huán)形通道在各個位置處的寬度均可以根據(jù)靶材的腐蝕結果進行調(diào)整，從而實現(xiàn)工藝優(yōu)化。另外，雖然本實施例子內(nèi)磁極50與外磁極40之間形成的通道是環(huán)形通道，但是本發(fā)明并不局限于環(huán)形通道。子內(nèi)磁極50與外磁極40之間形成的通道也可以是非環(huán)形的通道，如可以是弧形的通道。還需要說明的是，在實際應用中，磁控管對整個靶材表面進行掃描時，其旋轉軸可與外磁極的中心線重合，還可根據(jù)靶材的腐蝕結果將旋轉軸設置在偏離中心線的其他位置。通過試驗模擬，上述實施例的變型均可以獲得與圖3近似的腐蝕曲線，從而表明上述實施例的變型均可以提高靶材腐蝕的均勻性，進而提高靶材的利用率。綜上所述，本實施例提供的上述磁控管，其通過在外磁極的中心線的周圍設置三個以上的子內(nèi)磁極，以在外磁極和內(nèi)磁極之間形成與子內(nèi)磁極數(shù)量對應的通道，這不僅可以提高靶材腐蝕的均勻性，從而提高靶材的利用率，而且可以縮短在外磁極和內(nèi)磁極之間的間隔區(qū)域的長度，從而可以縮短等離子體中電子、離子的運行軌跡，進而可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓。本發(fā)明還提供了一種磁控濺射設備，其包括靶材以及設置于靶材上方的磁控管，其中，磁控管采用了本實施例提供的上述磁控管用以對靶材表面進行掃描。本實施例提供的上述磁控濺射設備，其通過采用上述磁控管，不僅可以提高靶材腐蝕的均勻性，從而提高靶材的利用率，而且可以縮短間隔區(qū)域的長度，從而可以縮短等離子體中電子、離子的運行軌跡，進而可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓?？梢岳斫獾氖牵陨蠈嵤┓绞絻H僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領域內(nèi)的普通技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種磁控管,包括極性相反的外磁極和內(nèi)磁極,在垂直于所述外磁極的中心線的截面上，所述外磁極為閉合的環(huán)形，所述內(nèi)磁極設置在所述環(huán)形的外磁極所圍繞而成的腔體內(nèi)，其特征在于，所述內(nèi)磁極包括三個以上子內(nèi)磁極，所述三個以上子內(nèi)磁極圍繞所述外磁極的中心線設置，從而在所述外磁極和內(nèi)磁極之間形成與所述子內(nèi)磁極數(shù)量對應地通道。
2.根據(jù)權利要求1所述的磁控管，其特征在于，所述子內(nèi)磁極均勻地設置在所述外磁極的中心線的周圍。
3.根據(jù)權利要求2所述的磁控管，其特征在于，所述子內(nèi)磁極的數(shù)量為三個。
4.根據(jù)權利要求1所述的磁控管，其特征在于，在所述外磁極的內(nèi)壁上設有朝向其中心線方向突出的凸部，所述凸部將所述外磁極的內(nèi)部分隔成數(shù)量與所述子內(nèi)磁極的數(shù)量對應的子腔體，每個所述子腔體內(nèi)設置一個所述子內(nèi)磁極，從而在所述外磁極和內(nèi)磁極之間形成與所述子內(nèi)磁極數(shù)量對應地環(huán)形通道。
5.根據(jù)權利要求1所述的磁控管，其特征在于，所述子內(nèi)磁極在垂直于所述外磁極的中心線的截面上的形狀為“銀杏葉”形狀或“馬蹄”形狀或扇形。
6.根據(jù)權利要求1所述的磁控管，其特征在于，所述內(nèi)磁極包括內(nèi)磁極本體和多個第一磁體，所述第一磁體沿所述內(nèi)磁極本體的輪廓均勻設置；所述外磁極包括外磁極本體和多個第二磁體，所述第二磁體沿所述外磁極本體的輪廓均勻設置，而且，設置在所述內(nèi)磁極本體上的第一磁體的極性與設置在所述外磁極本體上的第二磁體的極性相反。
7.根據(jù)權利要求6所述的磁控管，其特征在于，所述第一磁體和所述第二磁體為磁鐵。
8.根據(jù)權利要求1所述的磁控管，其特征在于，所述外磁極和所述內(nèi)磁極之間的所述通道的寬度為20 30_。
9.根據(jù)權利要求8所述的磁控管，其特征在于，所述外磁極和所述內(nèi)磁極之間的所述通道的寬度為25.4mm。
10.一種磁控濺射設備，包括靶材以及設置于靶材上方的磁控管，所述磁控管用以對所述靶材表面進行掃描，其特征在于，所述磁控管采用權利要求1-9中任意一項所述的磁控管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁控管以及應用該磁控管的磁控濺射設備，包括極性相反的外磁極和內(nèi)磁極，在垂直于所述外磁極的中心線的截面上，所述外磁極為閉合的環(huán)形，所述內(nèi)磁極設置在所述環(huán)形的外磁極所圍繞而成的腔體內(nèi)，其中，所述內(nèi)磁極包括三個以上子內(nèi)磁極，所述三個以上子內(nèi)磁極圍繞所述外磁極的中心線設置，從而在所述外磁極和內(nèi)磁極之間形成與所述子內(nèi)磁極數(shù)量對應地通道。該磁控管可以提高靶材腐蝕的均勻性，從而提高靶材的利用率。
文檔編號H01J23/02GK103177917SQ20111043343
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權日2011年12月21日
發(fā)明者楊玉杰, 耿波 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