Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
MAGNETRON AND MAGNETRON SPUTTERING DEVICE USING MAGNETRON
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/094580
Kind Code:
A1
Abstract:
A magnetron and a magnetron sputtering device. The magnetron comprises an external magnetic pole (22) and an internal magnetic pole (21) which are opposite in polarities. On the radial section perpendicular to the magnetron, the internal magnetic pole (21) is in an asymmetric closed ring formed by two sections of a helix line connected in series end to end. The helix line complies with the following polar coordinate equation: r=a*θ n+b*(cosθ)m+c*(tanθ)k+d, where r and θ are polar coordinates, n, m and k are indexes of θ, cosθ and tanθ respectively, and -2

Inventors:
LI YANGCHAO (CN)
WANG HOUGONG (CN)
GENG BO (CN)
LV FENG (CN)
Application Number:
PCT/CN2013/089562
Publication Date:
June 26, 2014
Filing Date:
December 16, 2013
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
BEIJING NMC CO LTD (CN)
International Classes:
H01J25/50
Foreign References:
CN1997768A2007-07-11
CN102789938A2012-11-21
Attorney, Agent or Firm:
TEE & HOWE INTELLECTUAL PROPERTY ATTORNEYS (CN)
北京天昊联合知识产权代理有限公司 (CN)
Download PDF:
Claims:
权 利 要 求 书

1. 一种磁控管, 用于对靶材表面进行扫描, 其包括极性相反的外磁极 和内磁极, 其特征在于, 所述磁控管在垂直于其轴向的平面内的投影遵循下 述规则:

所述内磁极的投影为不对称的闭合环形,所述闭合环形由第一段螺旋线 和第二段螺旋线首尾串接而成,且所述第一段螺旋线和第二段螺旋线均遵守 下述极坐标方程式:

τ = α θ" +bx (cos θ)"1 +cx (tan O +d

其中, r和 0分别为极坐标系中的极径和极角; a、 b、 c和 d分别为常数; n, m和 k分另' J为 0、 cos0和 的指数, 且一 2<n<2、 -2<m<2、 -2<k<2; 以及

所述外磁极的投影是由第三段螺旋线和第四段螺旋线首尾串接而成的 闭合环形, 且所述第三段螺旋线和第四段螺旋线均遵守上述极坐标方程式; 并且所述夕卜磁极的投影与所述内磁极的投影为相似图形,且所述外磁极相对 于所述内磁极的相似比大于 1, 所述外磁极套在所述内磁极的外围且二者不 相接触, 所述夕卜磁极和所述内磁极之间形成闭合且不对称的通道; 并且, 所 述通道能够在所述磁控管扫描靶材表面时经过所述靶材的中心和边缘。 2.根据权利要求 1所述的磁控管, 其特征在于, 所述通道的宽度相同。

3.根据权利要求 2所述的磁控管, 其特征在于, 所述通道的宽度范围 在 25mm~30mm之间。 4.根据权利要求 1所述的磁控管, 其特征在于, 所述内磁极包括内磁 极本体和多个第一磁体,所述多个第一磁体依照所述内磁极本体的轮廓而排 列分布; 所述夕卜磁极包括外磁极本体和多个第二磁体, 所述多个第二磁体依 照所述外磁极本体的轮廓而排列分布, 而且, 设置在所述内磁极本体上的第 一磁体的极性与设置在所述外磁极本体上的第二磁体的极性相反。

5.根据权利要求 4所述的磁控管, 其特征在于, 在所述内磁极本体中, 所述第一磁体在所述内磁极的第一段螺旋线第一端和第二段螺旋线第二端 附近的分布密度小于其在所述内磁极的第一段螺旋线第二端和第二段螺旋 线第一端附近的分布密度。

6.根据权利要求 4所述的磁控管, 其特征在于, 在所述外磁极本体中, 所述第二磁体在所述外磁极的第三段螺旋线第一端和第四段螺旋线第二端 附近的分布密度小于其在所述外磁极的第三段螺旋线第二端和第四段螺旋 线第一端附近的分布密度。

7.根据权利要求 4所述的磁控管, 其特征在于, 所述第一磁体和所述 第二磁体为磁铁。

8. 一种磁控溅射设备, 包括靶材、 设置于靶材上方的磁控管以及设置 于把材下方的用于承载基片的基座,所述磁控管用于对所述把材表面进行扫 描, 其特征在于, 所述磁控管采用权利要求 1-4和 7中任意一项所述的磁控 管。

9.根据权利要求 8所述的磁控溅射设备, 其特征在于, 在所述磁控管 的内磁极本体中,所述第一磁体在所述内磁极的第一段螺旋线第一端和第二 段螺旋线第二端附近的分布密度小于其在所述内磁极的第一段螺旋线第二 端和第二段螺旋线第一端附近的分布密度, 其中

所述内磁极的第一段螺旋线第一端和第二段螺旋线第二端处于所述靶 材的中心点所在的区域;所述内磁极的第一段螺旋线第二端和第二段螺旋线 第一端处于所述靶材的边缘区域。

10.根据权利要求 8所述的磁控溅射设备, 其特征在于, 在所述磁控管 的外磁极本体中,所述第二磁体在所述外磁极的第三段螺旋线第一端和第四 段螺旋线第二端附近的分布密度小于其在所述外磁极的第三段螺旋线第二 端和第四段螺旋线第一端附近的分布密度, 其中

所述内磁极的第三段螺旋线第一端和第四段螺旋线第二端靠近所述靶 材的中心点所在的区域;所述内磁极的第三段螺旋线第二端和第四段螺旋线 第一端处于所述靶材的边缘区域。

11.根据权利要求 8所述的磁控溅射设备, 其特征在于, 所述靶材与所 述基座上方的工艺位之间的间距范围在 58mm~70mm之间。

12.根据权利要求 8所述的磁控溅射设备, 其特征在于, 所述磁控溅射 设备为掺锡氧化铟物理气相沉积设备。

Description:
磁控管以及应用该磁控管的磁控溅射设备 技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域,具体地, 涉及一种磁控管及应用该磁 控管的磁控溅射设备。 背景技术

磁控溅射装置是通过等离子体中的粒子与靶材 相碰撞以将从靶材中溅 射出的材料沉积在被加工工件上形成薄膜的装 置。在实际应用中, 为了提高 溅射的效率和靶材的利用率, 在靶材的背面设有磁控管, 利用磁控管所产生 的磁场延长电子的运动轨迹, 增加电子与工艺气体(如氩气)碰撞的几率, 从而提高等离子体的密度, 进而提高溅射的效率和靶材的利用率。

图 la为现有的一种磁控管的径向截面图。 图 lb为采用图 la磁控管扫 描靶材时自靶材溅射出的粒子路径的示意图。 请一并参阅图 la和图 lb, 磁 控管 100包括外磁极 102和内磁极 104, 并且在外磁极 102和内磁极 104中 沿各自轮廓均匀分布有极性相反的磁体 108, 用以形成可以将等离子体束缚 在靶材 10表面的磁场。 而且, 在磁控管 100的径向截面上, 外磁极 102和 内磁极 104之间形成有闭合的螺旋形轨道 106。 在工艺过程中, 磁控管 100 以内磁极 102的内端部 14为中心在靶材的表面旋转扫描, 以提高靶材的溅 射速率。

上述磁控管 100在实际使用过程中,由于内磁极 102和外磁极 104形成 的螺旋形通道首尾连通, 因此螺旋形通道较长, 而且内磁极 102 和外磁极 104螺旋的圏数较多, 因此内磁极 102和外磁极 104之间的间距较窄, 这使 得磁控溅射设备需要较高的溅射气压才能启辉 和维持等离子体,从而导致薄 膜的致密性以及均勾性降低。

另外, 由于上述磁控管 100能够对靶材均匀腐蚀, 即, 相同时间内, 自 靶材 10各个位置溅射出的粒子的数量大致相等,又 于自靶材 10溅射出的 粒子运动至基片 11的整体角度 α (即, 连接在靶材 10上任意一点分别与基 片 11的一条直径的两个端点之间的两条连线的夹 ), 自靶材 10的中心至 边缘逐渐减小, 例如, 自靠近靶材 10的中心的位置溅射出的粒子的整体角 度 αΐ大于自靠近靶材边缘的位置溅射出的粒子 整体角度 α2, 导致粒子运 动至基片 11的中心区域的数量多于运动至基片 11的边缘区域的数量,这使 得沉积在基片 11上的薄膜 12的厚度在基片 11的径向方向上不均匀, 这种 情况在靶材 10与基片 11之间的间距 D在 50~70mm的范围内时尤为明显, 例如, 实验表明, 在使用上述磁控管 100扫描靶材表面, 且靶材 10与基片 11之间的间距 D的范围在 50~60mm时,在直径为 300mm的基片 11上沉积 的薄膜 12的厚度的不均匀度大于 3%, 因此, 薄膜 12的厚度在基片 11的径 向方向上的均匀性较差。

虽然上述磁控管 100 能够使靶材均匀腐蚀, 从而可以提高靶材的利用 率; 但是在实际应用中, 往往沉积在基片上的薄膜 12的厚度均匀性更为重 要, 所以当二者无法兼顾时, 可以牺牲靶材腐蚀的均勾性来换取沉积薄膜 12的厚度的均匀性。 发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问 题之一,提出了一种磁控 管以及应用该磁控管的磁控溅射设备,其不仅 可以实现采用较低的溅射气压 就能够满足启辉和维持等离子体的工艺条件, 而且还可以提高薄膜厚度在基 片径向方向上的均匀性, 从而可以提高成膜盾量。

为实现本发明的目的而提供一种磁控管,用于 对靶材表面进行扫描,其 包括极性相反的外磁极和内磁极。 其中, 所述磁控管在垂直于其轴向的平面 内的投影遵循下述规则:

所述内磁极的投影为不对称的闭合环形,所述 闭合环形由第一段螺旋线 和第二段螺旋线首尾串接而成,且所述第一段 螺旋线和第二段螺旋线均遵守 下述极坐标方程式:

τ = αχθ" +bx(cos0) m +cx(ta 0) +d

其中, r和 0分别为极坐标系中的极径和极角; a、 b、 c和 d分别为常数; n, m和 k分另' J为 0、 cos0和 的指数, 且一 2<n<2、 -2<m<2、 -2<k<2; 以及

所述外磁极的投影是由第三段螺旋线和第四段 螺旋线首尾串接而成的 闭合环形, 且所述第三段螺旋线和第四段螺旋线均遵守上 述极坐标方程式; 并且所述夕卜磁极的投影与所述内磁极的投影 为相似图形,且所述外磁极相对 于所述内磁极的相似比大于 1, 所述外磁极套在所述内磁极的外围且二者不 相接触, 所述夕卜磁极和所述内磁极之间形成闭合且不 对称的通道; 并且, 所 述通道能够在所述磁控管扫描靶材表面时经过 所述靶材的中心和边缘。

其中, 所述通道的宽度相同。

优选地, 所述通道的宽度为 25mm~30mm。

其中,所述内磁极包括内磁极本体和多个第一 磁体,所述多个第一磁体 依照所述内磁极本体的轮廓而排列分布;所述 夕卜磁极包括外磁极本体和多个 第二磁体,所述多个第二磁体依照所述外磁极 本体的轮廓而排列分布,并且, 设置在所述内磁极本体上的第一磁体的极性与 设置在所述外磁极本体上的 第二磁体的极性相反。

其中,在所述内磁极本体中,所述第一磁体在 所述内磁极的第一段螺旋 线第一端和第二段螺旋线第二端附近的分布密 度小于其在所述内磁极的第 一段螺旋线第二端和第二段螺旋线第一端附近 的分布密度。

其中,在所述外磁极本体中,所述第二磁体在 所述外磁极的第三段螺旋 线第一端和第四段螺旋线第二端附近的分布密 度小于其在所述外磁极的第 三段螺旋线第二端和第四段螺旋线第一端附近 的分布密度。

其中, 所述第一磁体和所述第二磁体为磁铁。 本发明还提供一种磁控溅射设备, 包括靶材、设置于靶材上方的磁控管 以及设置于靶材下方的用于承载基片的基座, 所述磁控管用于对所述靶材表 面进行扫描, 且采用了本发明提供的上述磁控管。

其中,在所述磁控管的内磁极本体中,所述第 一磁体在所述内磁极的第 一段螺旋线第一端和第二段螺旋线第二端附近 的分布密度小于其在所述内 磁极的第一段螺旋线第二端和第二段螺旋线第 一端附近的分布密度。 其中, 所述内磁极的第一段螺旋线第一端和第二段螺 旋线第二端处于所述靶材的 中心点所在的区域;所述内磁极的第一段螺旋 线第二端和第二段螺旋线第一 端处于所述靶材的边缘区域。

其中,在所述磁控管的外磁极本体中,所述第 二磁体在所述外磁极的第 三段螺旋线第一端和第四段螺旋线第二端附近 的分布密度小于其在所述外 磁极的第三段螺旋线第二端和第四段螺旋线第 一端附近的分布密度。 其中, 所述内磁极的第三段螺旋线第一端和第四段螺 旋线第二端靠近所述靶材的 中心点所在的区域;所述内磁极的第三段螺旋 线第二端和第四段螺旋线第一 端处于所述靶材的边缘区域。

其中, 所述靶材与所述基座上方的工艺位之间的间距 为 58mm~70mm。 其中, 所述磁控溅射设备为掺锡氧化铟物理气相沉积 设备。 本发明具有下述有益效果:

本发明实施例提供的磁控管,其内磁极在磁控 管的旋转中心的截面上的 形状为由两段螺旋线首尾串接而形成的闭合且 不对称的环形,且该螺旋线遵 守下述极坐标方程式:

r = α χ θ" + b x (cos θΥ + c x (tan 0 + d

而且, 内磁极和与之形状相对应的外磁极相互不接触 地嵌套在一起, 以 使其在二者之间形成闭合且不对称的通道; 并且, 该通道能够在磁控管扫描 靶材表面时经过靶材的中心和边缘, 以实现全靶腐蚀。 与现有技术相比, 本 发明实施例提供的磁控管的内、外磁极形成的 通道的长度明显缩短, 这可以 缩短与之对应的等离子体的运行轨迹,从而可 以 低启辉和维持等离子体的 气压, 进而可以提高成膜盾量。 此外, 在上述磁控管的使用过程中, 由于上 述通道中位于靶材边缘处的部分所对应的等离 子体的运行轨迹的长度大于 位于靶材中心处的部分所对应的等离子体的运 行轨迹的长度,这使得靶材边 缘区域的腐蚀深度大于靶材中心区域的腐蚀深 度, 即, 自靶材边缘区域溅射 出的粒子的数量多于自靶材中心区域溅射出的 粒子的数量,这可以增加自靶 材溅射出的粒子运动至基片的边缘区域的数量 ,从而可以使在基片边缘区域 沉积的薄膜厚度与在基片中心区域沉积的薄膜 厚度趋于均匀,进而可以提高 薄膜厚度在基片径向方向上的均匀性, 提高成膜盾量。

本发明实施例提供的磁控溅射设备,其通过采 用本发明实施例提供的磁 控管, 不仅可以降低启辉和维持等离子体的气压, 从而可以提高成膜质量, 而且还可以使在基片边缘区域沉积的薄膜厚度 与在基片中心区域沉积的薄 膜厚度趋于均匀, 从而可以提高薄膜厚度在基片径向方向上的均 匀性, 进而 提高成膜盾量。 附图说明

本发明的上述和 /或附加的方面和优点从结合下面附图对实施 的描述 中将变得明显和容易理解, 其中:

图 la为现有的一种磁控管的径向截面图;

图 lb为采用图 la磁控管扫描靶材时自靶材溅射出的粒子路径 示意 图;

图 2a为本发明实施例提供的已装配到靶材背面的 控管沿其径向方向 的截面图;

图 2b为等离子体的运行轨迹落入本发明实施例提 的磁控管的通道中 的长度的示意图; 图 3 为使用本发明实施例提供的磁控管扫描靶材时 靶材上的与靶材中 心相距不同距离的位置处的腐蚀深度曲线图;

图 4为对使用本发明实施例提供的磁控管所获得 基片上的 49个不同 位置处的薄膜厚度进行检测所得到的示意图; 以及

图 5 为对使用本发明实施例提供的磁控管所获得的 基片上的一条直径 上的薄膜厚度进行检测所得到的示意图。

其中:

10、 靶材 11、 ¾

12、 薄膜 20、 靶材

21、 内磁极 211、 第一磁体 212、 分割线

22、 外磁极 221、 第二磁体

23、 通道 24、 中心点

251、 靶材边缘处的通道所对应的等离子体的运行轨 迹的长度

252、 靶材中心处的通道所对应的等离子体的运行轨 迹的长度

100、 磁控管 102、 外磁极

104、 内磁极 106、 螺旋形轨道

108、 磁体 14、 内端部

al、 中心的位置溅镀出来的粒子的整体角度

α2、 边缘的位置溅镀出来 · ^立子的整体角度

D、 把材与基片之间的间 if巨 具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技 术方案,下面结合附图对 图 2a为本发明实施例提供的已装配到靶材背面的 控管沿其径向方向 的截面图。 图 2b为等离子体的运行轨迹落入本发明实施例提 的磁控管的 通道中的长度的示意图。 用于对靶材 20的表面进行扫描的磁控管, 其包括 内磁极 21和外磁极 22, 且二者极性相反。 其中, 内磁极 21 包括内磁极本 体和多个第一磁体 211 , 多个第一磁体 211依照内磁极本体的轮廓而排列分 布; 外磁极 22包括外磁极本体和多个第二磁体 221 , 多个第二磁体 221依 照外磁极本体的轮廓而排列分布, 而且, 设置在内磁极本体上的第一磁体 211的极性与设置在外磁极本体上的第二磁体 221的极性相反, 以使第一磁 体 211上的靠近靶材 20的那一端的磁极与第二磁体 221上的靠近靶材 20的 那一端的磁极产生用于扫描靶材 20的磁场, 即, 在第一磁体 211和第二磁 体 221的下端部产生用于扫描靶材 20的磁场。第一磁体 211和第二磁体 221 可以采用如磁铁等具有磁性的材料制成。

在本实施例中,磁控管在垂直于其轴向的平面 内的投影(或称为在垂直 于其轴向的截面内的形状)遵循下述规则: 内磁极 21的投影为不对称的闭 合环形, 该闭合环形由第一段螺旋线 (图 2a中分割线 212左侧的螺旋线) 和第二段螺旋线(图 2a中分割线 212右侧的螺旋线)首尾串接而成。 具体 地,第一段螺旋线自靠近靶材 20的中心点 24以螺旋线的形式沿顺时针方向 朝向靶材 20的边缘延伸, 其中, 第一段螺旋线上的靠近靶材 20的中心点 24位置处的端点称为第一段螺旋线的第一端, 第一段螺旋线上的延伸至靶 材 20的边缘且与第二段螺旋线相交的端点称为第 段螺旋线的第二端; 第 二段螺旋线的第一端与第一段螺旋线的第二端 相交,第二段螺旋线自其第一 端起沿顺时针方向朝向靶材 20的中心点 24延伸,且与第一段螺旋线的第一 端相交, 从而实现两段螺旋线首尾串接, 其中, 第二段螺旋线的第一端指的 是第二段螺旋线上的处于靶材 20的边缘且与第一段螺旋线的第二端相交的 那一端点, 第二段螺旋线的第二端指的是第二段螺旋线上 靠近靶材 20的中 心点 24位置处且与第一段螺旋线的第一端相交的那 端点。

第一段螺旋线和第二段螺旋线均遵守下述极坐 标方程式:

τ = α χ θ" + b x (cos 0) m + c x (ia 0) + d 其中, r和 0分别为极坐标系中的极径和极角; a、 b、 c和 d分别为常数 系数; n, m和 k分别为 0、 cos0和 tan0的指数, 且 _2 < n < 2, -2 < m < 2, -2 < k < 2。

并且, 外磁极 22的投影与内磁极 21 的投影为相似图形, 即, 外磁极 22 的投影亦为不对称的闭合环形, 且该闭合环形由第三段螺旋线和第四段 螺旋线首尾串接而成。 至于第三段螺旋线和第四段螺旋线的划分、 第三段螺 旋线和第四段螺旋线各自的第一端点和第二端 点的定义、以及第三段螺旋线 和第四段螺旋线所遵守的极坐标方程式,均与 上述内磁极 21中的描述类似, 在此不再赘述。

进一步地,外磁极 22相对于内磁极 21的相似比大于 1 ,使得外磁极 22 与内磁极 21彼此不接触地套在内磁极 21的外围,二者之间形成闭合且不对 称的通道 23。 而且, 该通道 23能够在磁控管扫描靶材 20时经过靶材 20的 中心和边缘。 优选地, 沿通道 23的长度延伸方向, 通道 23上的不同位置处 的通道宽度相同 (筒称为通道的宽度相同), 且宽度范围在 25~30mm。

由图 2b可知,遵守上述方程式所获得的内磁极 21以及与之形状相对应 的外磁极 22在靶材 20上的投影的形状具有以下特点:

其一, 在使用上述磁控管扫描靶材 20的过程中, 内磁极 21和外磁极 22之间的通道 23会经过靶材 20的被扫描面上的全部区域, 这样, 该通道 23所对应的等离子体的运行轨迹也就能够覆盖 靶材 20的被扫描面上的全 部区域, 进而实现全靶腐蚀。 所谓被扫描面指的是靶材 20上的临近上述磁 控管且与被腐蚀面相对的那个表面。

其二,由于内磁极 21相对的两侧侧壁(所谓内磁极 21相对的两侧侧壁, 指的是内磁极 21上的位于分割线 212的垂直线的左右两侧的侧壁)之间的 径向距离较大, 这两侧的曲线图形不一致且延伸的长度和弧度 不同, 因此可 以分割成不同半径的圆, 从而可以均匀分布在径向方向上形成的磁场强 度, 进而可以在一定程度上改善基片的成膜盾量。 此外, 上述极坐标方程式只有 在 -2 < n < 2、 -2 < m < 2、 -2 < k < 2时能够获得与图 2b所示磁控管的形状相 类似的形状。

其三, 由于本发明实施例中的通道 23不像背景技术中所述的那样采用 多圏的螺旋结构, 因而与现有技术相比, 其通道 23的长度明显缩短, 这样 可以缩短与之对应的等离子体的运行轨迹,从 而可以降低启辉和维持等离子 体的气压, 进而可以提高成膜盾量。

其四, 由图 2b可知, 在上述磁控管的使用过程中, 由于位于靶材边缘 处的通道 23所对应的等离子体的运行轨迹的长度 251大于位于靶材中心处 的通道 23所对应的等离子体的运行轨迹的长度 252, 这使得靶材边缘区域 的腐蚀深度大于靶材中心区域的腐蚀深度。 再请一并参阅图 3, 其示出了使 用本发明实施例提供的磁控管扫描靶材时靶材 上的与靶材中心相距不同距 离的位置处的腐蚀深度曲线图,其中,靶材上 的与靶材中心相距 120~200mm 的位置处的腐蚀深度的范围为 0.6~lmm , 靶材上的与靶材中心相距 50~100mm的位置处的腐蚀深度的范围为 0.5~0.7mm, 由此可见, 自靶材边 缘区域溅射出的粒子的数量多于自靶材中心区 域溅射出的粒子的数量,这可 以增加自靶材溅射出的粒子运动至基片的边缘 区域的数量,从而可以使在基 片边缘区域沉积的薄膜厚度与在基片中心区域 沉积的薄膜厚度趋于均匀,进 而可以提高薄膜厚度在基片的径向方向上的均 匀性, 提高成膜盾量。

下面说明使用本发明实施例提供的磁控管在基 片上进行沉积作业而得 到的薄膜的厚度进行检测的情况。 在该检测中, 对直径为 300mm的基片上 的 49个不同位置的薄膜厚度进行采样, 如图 4所示; 对直径为 300mm的基 片的一条直径上的薄膜厚度进行采样, 如图 5所示。 通过该检测可知, 沉积 在基片上的薄膜厚度的范围在 2071.5~2372.lA (单位, 埃)之间, 且整个基 片表面上的薄膜厚度的均匀性为 3%, 基片的一条直径上的薄膜厚度的均匀 性为 2.3%。 所述薄膜厚度的均匀性由样本标准差 /样本平均值 *100%计算得 到, 以所采集的基片上的不同位置处的薄膜厚度数 据为样本, 且采集的样本 数均大于 25个数据。 由此可知, 借助本发明实施例提供的磁控管, 可以使 在基片边缘区域沉积的薄膜厚度与在基片中心 区域沉积的薄膜厚度趋于均 匀, 进而可以提高薄膜厚度在基片径向方向上的均 匀性, 提高成膜盾量。

此外, 优选地, 在内磁极本体中, 第一磁体 211在内磁极 21的第一段 螺旋线第一端和第二段螺旋线第二端附近的分 布密度小于其在内磁极 21的 第一段螺旋线第二端和第二段螺旋线第一端附 近的分布密度; 和 /或, 在外 磁极本体中, 第二磁体 221在外磁极 22的第三段螺旋线第一端和第四段螺 旋线第二端附近的分布密度小于其在外磁极 22的第三段螺旋线第二端和第 四段螺旋线第一端附近的分布密度。 这可以提高反应腔室中与靶材 20的边 目对应的区域处的等离子体密度, 同时降低与靶材 20的中心相对应的区 域处的等离子体密度, 从而可以进一步增加自靶材 20所溅射出的粒子运动 至基片的边缘区域的数量,进而可以提高薄膜 厚度在基片径向方向上的均匀 性, 提高成膜盾量。

另夕卜,还可以在保持本发明实施例提供的磁 控管的整体轮廓不变的前提 下,适当提高第一磁体 211和第二磁体 221在内磁极本体和外磁极本体中的 分布密度, 这可以提高在反应腔室中所产生的磁场的磁场 强度, 从而可以降 低溅射电压, 进而可以提高成膜盾量。

需要说明的是,本发明并不局限于前述实施例 提供的磁控管在垂直于磁 控管的径向的截面上的上述形状, 在实际应用中, 只要内磁极 21在垂直于 磁控管的径向的截面上的形状是由遵守上述极 坐标方程式的两段螺旋线首 尾串接而形成的闭合且不对称的环形即可, 例如, 内磁极在垂直于磁控管的 径向截面上的形状还可以为一非对称的 "桃形"。

还需要说明的是,在实际应用中,本发明实施 例提供的磁控管主要应用 在溅射路程(即, 靶材与基片之间的间距)较短的薄膜沉积设备 中, 以在降 低溅射电压的同时, 获得均匀的薄膜厚度。 例如, 用于制备诸如 ΙΤΟ (掺锡 氧化铟, Indium Tin Oxide )薄膜、 TiN (氮化钛)薄膜等的物理气相沉积设 备。此外, 由于溅射电压对制备 ITO薄膜的沉积工艺的成膜盾量的影响比制 备深宽比较大的薄膜的沉积工艺的成膜盾量的 影响更大, 因此, 借助于本发 明实施例提供的磁控管, 可以在较低的溅射电压下实现溅射工艺, 且能获得 较好的成膜质量, 由此可知, 本发明实施例提供的磁控管非常适用于靶材为 氧化物靶材或氮化物靶材且用于制备诸如上述 ΙΤΟ薄膜或 TiN薄膜的物理气 相沉积设备中。

综上所述,本发明实施例提供的磁控管,其内 磁极在磁控管的旋转中心 的截面(即, 平行于内磁极的径向的平面)上的形状为由两 段螺旋线首尾串 接而形成的闭合且不对称的环形, 且该螺旋线遵守下述极坐标方程式: r = α χ θ" + b x (cos O 1 + c x (tan 0f + d

而且, 内磁极和与之形状相对应的外磁极相互不接触 地嵌套在一起, 以 在二者之间形成闭合且不对称的通道,该通道 能够在磁控管扫描靶材表面时 经过所述靶材的中心和边缘。 与现有技术相比, 本发明实施例提供的磁控管 的内、外磁极形成的通道的长度明显缩短, 这可以缩短与之对应的等离子体 的运行轨迹, 从而可以降低启辉和维持等离子体的气压, 进而可以提高成膜 质量。 此外, 在上述磁控管的使用过程中, 由于上述通道中位于靶材边缘处 的部分所对应的等离子体的运行轨迹的长度大 于位于靶材中心处的部分所 对应的等离子体的运行轨迹的长度,这使得靶 材边缘区域的腐蚀深度大于靶 材中心区域的腐蚀深度, 即, 自靶材边缘区域溅射出的粒子的数量多于自靶 材中心区域溅射出的粒子的数量,这可以增加 自靶材溅射出的粒子运动至基 片的边缘区域的数量,从而可以使在基片边缘 区域沉积的薄膜厚度与在基片 中心区域沉积的薄膜厚度趋于均匀,进而可以 提高薄膜厚度在基片径向方向 上的均匀性, 提高成膜盾量。

本发明实施例还提供一种磁控溅射设备, 包括靶材、设置于靶材上方的 磁控管以及设置于靶材下方的用于承载基片的 基座。 其中,磁控管采用了本 发明上述实施例提供的磁控管。 本发明实施例中,在磁控管的内磁极本体中, 第一磁体在内磁极的第一 段螺旋线第一端和第二段螺旋线第二端附近的 分布密度小于其在内磁极的 第一段螺旋线第二端和第二段螺旋线第一端附 近的分布密度。 其中, 内磁极 的第一段螺旋线第一端和第二段螺旋线第二端 处于靶材的中心点所在的区 域; 内磁极的第一段螺旋线第二端和第二段螺旋线 第一端处于靶材的边缘区 域。

并且,在磁控管的外磁极本体中, 第二磁体在外磁极的第三段螺旋线第 一端和第四段螺旋线第二端附近的分布密度小 于其在外磁极的第三段螺旋 线第二端和第四段螺旋线第一端附近的分布密 度。其中, 内磁极的第三段螺 旋线第一端和第四段螺旋线第二端靠近靶材的 中心点所在的区域; 内磁极的 第三段螺旋线第二端和第四段螺旋线第一端处 于靶材的边缘区域。

通过实验表明,使用本发明实施例提供的磁控 溅射设备,且靶材与置于 基座上的基片之间的间距 D的范围在 58~70mm时, 可以获得较好的薄膜厚 度均匀性, 优选地, 靶材与置于基座上方的工艺位之间的间距 D 的范围在 59~66mm。在此,工艺位是指当基座上承载有基 时基片上表面所处的位置。

在本发明实施例中, 磁控溅射设备可以为掺锡氧化铟物理气相沉积 设 备, 用以制备掺锡氧化铟薄膜。

本发明实施例提供的磁控溅射设备,其通过采 用本发明前述实施例提供 的磁控管, 不仅可以降低启辉和维持等离子体的气压, 从而可以提高成膜盾 量,而且还可以使在基片边缘区域沉积的薄膜 厚度与在基片中心区域沉积的 薄膜厚度趋于均匀, 从而可以提高薄膜厚度在基片径向方向上的均 匀性, 进 而提高成膜盾量。

可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明 本发明的原理而采用的示 例性实施方式, 然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普 通技术人员而 言, 在不脱离本发明的精神和实质的情况下, 可以做出各种变型和改进, 这 些变型和改进也视为本发明的保护范围。