(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111438395.X (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 浙江艾微普科技有限公司 地址 314400 浙江省嘉兴 市海宁市海宁经 济开发区双联路12 9号14幢 (72)发明人 唐云俊　王昱翔　 (74)专利代理 机构 嘉兴启帆专利代理事务所 (普通合伙) 33253 代理人 王大国 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) C23C 14/35(2006.01) (54)发明名称 一种沉积均匀的磁控管及其设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种沉积均匀的磁控 管， 包括 外磁极磁铁和内磁 极磁铁， 且外磁 极磁铁和内磁 极磁铁磁极性相反， 外磁极磁铁和内磁 极磁铁构 成闭合环， 此闭合环形成等离子体轨道， 所述等 离子体轨道中心线的长度L分布随靶 材中心距离 (x)的变化为L＝axn， 其中a是任意常数， n是变 量， 所述n值由公式 拟合计算获得， 本发明能够保证沉积薄膜厚度的 均匀性， 同时提高靶材腐蚀率并使等离子体环中 心线较短。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 114218625 A 2022.03.22 CN 114218625 A 1.一种沉积均匀的磁控管， 其特征在于： 包括外磁极磁铁和内磁极磁铁， 且外磁极磁铁 和内磁极磁铁磁极性相反， 外磁极磁铁和内磁极磁铁构成闭合环， 此闭合环形成等离子体 轨道， 所述等离子体轨道中心线的长度L分布随靶材 中心距离(x)的变化为L＝axn， 其中a是 任意常数， n是变量， 所述 n值由公式 拟合计算获得。 2.根据权利要求1所述的沉积均匀的磁控管， 其特征在于： 所述等离子体轨道接近或通 过靶材中心， 且其旋转扫过除靶材边 缘外的大部分靶材表面。 3.根据权利要求2所述的沉积均匀的磁控管， 其特征在于： 所述等离子体轨道旋转扫过 位置距靶材边 缘的距离为0 ‑5mm。 4.一种沉积均匀的磁控管的设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1： 确定靶材、 晶圆的大小， 以及所需要的理想的靶材和晶圆之间的距离的大小； S2： 通过公式 拟合计算， 确定所需要的L ＝axn公式中的n值； S3： 构建一个由内外磁极磁铁构成的闭合环， 将靶材分成若干同心圆， 并计算相邻同心 圆间等离子体轨道中心线的长度； 并通过调试闭合环的分布， 使得该闭合环所形成的等离 子体轨道的中心线的长度L分布随靶材中心 距离(x)的变化满足： L ≈axn。 5.根据权利要求4所述的沉积均匀的磁控管的设计方法， 其特征在于： 在步骤S3中， 所 述的闭合环的中心线的中心接 近或经过靶材中心。 6.根据权利要求5所述的沉积均匀的磁控管的设计方法， 其特征在于： 在步骤S3中， 构 建所述的闭合环时， 将靶材分成5 ‑10个同心圆。 7.根据权利要求6所述的沉积均匀的磁控管的设计方法， 其特征在于： 在步骤S3中， 构 建所述的闭合环时， 采用软件进行自动计算相邻同心圆间等离 子体轨道中心线的长度。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114218625 A 2一种沉积均匀的磁 控管及其设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及磁控溅射沉积薄膜， 特别的， 本发明涉及一种用于依据 靶材‑基片间距 (TSD)等参数而设计的、 产生均匀溅射、 强化溅射、 最大靶材利用率的磁控管及其设计方法。 背景技术 [0002]磁控溅射是物理气相沉积的一种。 它是利用等离子轰击靶材， 使靶材粒子脱落， 沉 积于基片表面形成薄膜的技术。 通常， 将磁控管置于靶材之后， 其产生的磁场可以控制电 子、 离子在 靶材表面的运动区域， 从而提高工艺气 体如Ar气的在此区域的离化率， 提高靶材 表面等离子体浓度， 进而提高薄膜沉积速率。 磁控溅射技术广泛应用于半导体及微电子器 件制造领域， 为 最常用的薄膜沉积方法。 [0003]如图1所示， 其为典型的磁控溅射设备的示意图。 该设备主要包括1、 工艺腔体， 其 中有基片台、 基片台上载有基片、 工艺气 体入口、 靶材等； 工艺腔 体连接真空泵， 由真空泵抽 至真空； 靶材连接至外部电源， 电源使靶材表面产生负电场， 使工艺气体离子化， 并使之在 电场作用下， 撞击靶材， 使靶材粒子溅出； 2、 磁控管， 通常， 将磁控管置于真空腔体之外， 平 行于靶材背面。 磁控 管可以是静止的， 也可以是运动的。 后者通常是围绕着靶材的中心线转 动； 磁控管上装有磁铁， 通常是具有极性相反的磁铁相 邻配对， 其产生的磁场在 靶材表面形 成磁场分布， 控制电子、 离 子在靶材表面 运动的区域， 提高等离 子体浓度及薄膜沉积速率。 [0004]Anderson等人在美国专利4， 995， 958和6， 02 4， 843中指出， 为了达到对靶材的均匀 腐蚀， 磁控管在半径为R处的等离 子体环中心的线长之和应该与半径成反比关系， 即： [0005] [0006]其中， R为该等离子体环中心线上某一点距靶材中心的距离， 即此点对应的半径 值； 为磁控管在半径为R处的等离子体环中心的线长总和； k为与等离子强度及其他相关的 常数； C为常数。 E(R)为腐蚀曲线， 进而他们推导出用于一固定的腐蚀曲线的微分公式具有 一个标准 解： [0007] [0008]其中， θ 为该等离 子体轨道的最小半径， R和 θ 为该轨道的极坐标。 [0009]图2为依据该理论设计出的磁控管。 [0010]Hong S.Yang等人在美国专利7， 18 6， 319和中国专利CN 1997768中也试图 以一个公 式、 迭代修 正程序来解决靶材径向腐蚀的不均匀性问题， 他们认为如公式3： [0011]LR＝arn                        (3) [0012]其中， a是一个常数； r为该等离子体环中心线上某一点距靶材中心的距离， 即此点 对应的半径值； 为磁控管在半径为r处的等离子体环中心的线长总和； n为2附近的一个常 数； n＝2， 通常对应均匀的靶材腐蚀； n<2， 则对应靶材中心处有较大的靶材腐蚀； n>2， 则靶 材边缘处有较大的腐蚀。 [0013]他们认为， 当n＝2时， ， 表明在一个单位径向增量内该等离子体轨道长度与半径成说　明　书 1/6 页 3 CN 114218625 A 3