可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置及清洁方法与流程

本发明涉及磁控溅射镀膜技术，尤其涉及一种可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置及清洁方法。

背景技术：

在半导体元器件等制造过程中，在基片上形成金属或氧化薄膜的工序是必不可少的。在这些工序中采用了基于溅射装置的成膜方法，如离子束溅射镀膜、磁控溅射镀膜等。磁控溅射镀膜是在真空腔室内，利用磁场与电场交互作用，使电子在靶材表面附近呈螺旋状运行，电子在飞向基片的过程中与惰性气体原子发生碰撞，使惰性气体原子电离产生正离子，正离子撞击靶材表面，靶材表面的原子吸收正离子的动能而脱离原晶格束缚，飞向基片并在基片上沉积形成薄膜。

已知的一种磁控溅射装置如附图1所示，包括：腔体101（金属材质），腔体101内底板装有工件台102，工件台102通过腔体101外的旋转电机（图中未出示）驱动旋转，速度可控。基片103放置于工件台102上，可跟随工件台102旋转。基片挡板105在基片103上方，基片挡板105通过旋转气缸（图中未示出）驱动旋转，基片挡板105用于防止杂质掉落于基片镀膜表面从而污染基片103，基片103镀膜时将基片挡板105旋转离开基片103上方。腔体101顶部安装有磁控靶20，磁控靶20的外壳为金属阳极罩203，阳极罩203与腔体101之间构成电气通路，电场激发的电子最终通过阳极罩203经腔体101回到磁控靶电源（图中未示出）。206为金属靶材，位于磁控靶20底部，为基片103镀膜提供金属原子。磁控靶20在工作时产生大量的热，需要通过冷却液将热量带走。靶材206上表面紧靠磁控靶20的冷却罩205，冷却罩205用于将冷却液密封在磁控靶20内，冷却罩205是导热良好的金属材料，磁控靶20内的磁场由两块相反极性（s，n）的磁铁（图中未示出）组成，磁铁浸泡在冷却液中。磁控靶挡板106安装于腔体101顶部，通过腔体101上方的旋转气缸108进行旋转动作，在磁控靶20进行预溅射时，磁控靶挡板106旋转到靶下方防止靶材206原子溅射到基片103，同时在磁控靶20不溅射时防止靶材206污染。导线109一端连接到金属冷却罩205，为靶材206提供阴极电压，导线109另一端连接磁控靶电源（图中未示出）。

根据磁控溅射的特点，在磁控靶20工作时，靶材206一部分原子会落在阳极罩203上形成薄膜，长时间工作后阳极罩203上的薄膜会掉落到基片103上，同时阳极罩203上的薄膜还可能与靶材206接触造成短路。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、可靠，能够在不打开腔体的情况下清洁阳极罩上薄膜的磁控溅射装置。

本发明进一步提供一种该磁控溅射装置的清洁方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置，包括腔体、靶材、以及安装于腔体上的磁控靶和旋转式的磁控靶挡板，所述腔体外侧设有第一接头、第二接头及升降机构，所述第一接头与所述腔体之间设有绝缘件，所述第二接头与所述腔体连通，所述升降机构与所述磁控靶挡板连接，所述磁控靶电源的阳极与所述腔体连通，所述磁控靶挡板与所述腔体连通，所述靶材通过第一导线与所述磁控靶电源的阴极连通，所述磁控靶的阳极罩通过第二导线与所述第一接头连通。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述磁控靶包括固定座和绝缘块，所述固定座套设于所述绝缘块上部外侧，所述阳极罩套设于所述绝缘块下部外侧。

所述绝缘块底部由内至外依次设有磁轭、冷却罩及阴极罩，所述阳极罩位于所述阴极罩外侧，所述磁轭下部设有极性相反的磁铁，所述阴极罩将所述靶材压紧于所述冷却罩下方，所述第一导线与所述冷却罩连通。

所述磁控靶挡板通过磁流体密封部件引出至所述腔体外，所述腔体外对应设有用于驱动磁控靶挡板旋转的旋转气缸，所述升降机构与所述旋转气缸连接。

一种上述可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置的清洁方法，包括以下步骤：

s1、清洁准备：通过旋转运动和升降运动调整磁控靶挡板的位置，使磁控靶挡板与磁控靶的阳极罩之间可进行辉光溅射；第一导线连接至第一接头使阳极罩与磁控靶电源的阴极构成通路；

s2、清洁：磁控靶电源在磁控靶挡板与阳极罩之间施加电压，腔体中充入工艺气体，磁控靶挡板与阳极罩之间产生辉光溅射，将阳极罩上的镀层原子溅出。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置，在腔体外设置有第一接头、第二接头及升降机构，第一接头与腔体之间设有绝缘件，第二接头与腔体连通，升降机构与磁控靶挡板连接，实现磁控靶挡板在腔体内的升降，从而调整磁控靶挡板与阳极罩之间的距离，磁控靶电源的阳极与腔体连通，磁控靶挡板与腔体连通，可在磁控靶挡板上施加电压，靶材通过第一导线与磁控靶电源的阴极连通，磁控靶的阳极罩通过第二导线与第一接头连通，使阳极罩与腔体之间保持绝缘，结构简单、可靠。需要清洁阳极罩时，通过旋转运动和升降运动调整磁控靶挡板的位置，将第一导线连接至第一接头使阳极罩与磁控靶电源的阴极构成通路，然后磁控靶电源在磁控靶挡板与阳极罩之间施加电压，腔体中充入工艺气体，磁控靶挡板与阳极罩之间便可产生辉光溅射，即可在不打开腔体的情况下将阳极罩上的镀层原子溅出。

本发明公开的清洗方法，通过第一接头、第二接头、第一导线、第二导线连通方式的改变，配合磁控靶挡板位置的调整，即可实现在不打开腔体的情况下将阳极罩上的镀层原子溅出，步骤简单，操作方便。

附图说明

图1是现有的磁控溅射装置的结构示意图。

图2是本发明可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置镀膜时的结构示意图。

图3是本发明可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置清洗时的结构示意图。

图4是本发明中的磁控靶的结构示意图。

图5是本发明清洁方法的流程图。

图中各标号表示：101、腔体；102、工件台；103、基片；104、加热装置；105、基片挡板；106、磁控靶挡板；109、第一导线；20、磁控靶；201、固定座；202、绝缘块；203、阳极罩；204、阴极罩；205、冷却罩；206、靶材；208、磁铁；211、磁轭；301、升降机构；302、旋转气缸；304、第一接头；305、绝缘件；306、第二导线；307、磁流体密封部件；308、第二接头；309、连接导线。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图2至图4所示，本实施例的可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置，包括腔体101、靶材206、以及安装于腔体101上的磁控靶20和旋转式的磁控靶挡板106，腔体101外侧设有第一接头304、第二接头308及升降机构301，第一接头304与腔体101之间设有绝缘件305，第二接头308与腔体101连通，升降机构301与磁控靶挡板106连接，磁控靶20电源的阳极与腔体101连通，磁控靶挡板106与腔体101连通，靶材206通过第一导线109与磁控靶20电源的阴极连通，磁控靶20的阳极罩203通过第二导线306与第一接头304连通。

该可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置，在腔体101外设置有第一接头304、第二接头308及升降机构301，第一接头304与腔体101之间设有绝缘件305，第二接头308与腔体101连通，升降机构301与磁控靶挡板106连接，实现磁控靶挡板106在腔体101内的升降，从而调整磁控靶挡板106与阳极罩203之间的距离，磁控靶20电源的阳极与腔体101连通，磁控靶挡板106与腔体101连通，可在磁控靶挡板106上施加电压，靶材206通过第一导线109与磁控靶20电源的阴极连通，磁控靶20的阳极罩203通过第二导线306与第一接头304连通，使阳极罩203与腔体101之间保持绝缘，结构简单、可靠。需要清洁阳极罩203时，通过旋转运动和升降运动调整磁控靶挡板106的位置，将第一导线109连接至第一接头304使阳极罩203与磁控靶20电源的阴极构成通路，然后磁控靶20电源在磁控靶挡板106与阳极罩203之间施加电压，腔体101中充入工艺气体，磁控靶挡板106与阳极罩203之间便可产生辉光溅射，即可在不打开腔体的情况下将阳极罩203上的镀层原子溅出。

作为进一步优选的技术方案，磁控靶20包括固定座201和凸字型的绝缘块202，固定座201套设于绝缘块202上部外侧，阳极罩203套设于绝缘块202下部外侧，可有效避免阳极罩203通过固定座201直接与腔体101导通。

本实施例的可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置的详细结构：包括：腔体101，为不锈钢材料，腔体101内底板装有工件台102，工件台102通过腔体101外的旋转电机（图中未示出）驱动旋转，速度0r/min～40r/min可控。基片103置于工件台102上方，可跟随工件台102同步旋转。工件台102下方安装有加热装置104，可对基片103进行0℃～400℃加热。基片挡板105在基片103上方，基片挡板105采用型号为104的不锈钢材料，通过旋转气缸（图中未示出，与磁控靶挡板106配备的旋转气缸302相同）旋转，基片挡板105用于防止杂质掉落于基片103镀膜表面从而污染基片103，基片103镀膜时将基片挡板105旋转离开基片103上方。

腔室101顶部安装有圆柱形的磁控靶20，固定座201构成磁控靶20的不锈钢外壳。靶材206为金属靶材，位于磁控靶20底部，为基片103镀膜提供金属原子。不锈钢阴极罩204将靶材206紧紧压在冷却罩205上，冷却罩205用于将冷却液密封在磁控靶20内，冷却罩205是导热良好的金属材料，一般选用金属铜。冷却罩205与绝缘块202构成密封腔室，磁控靶20内的磁场由密封腔室两块极性相反（s和n）的磁铁208组成，磁铁208浸泡在冷却液中。磁铁208固定在磁轭211的下方，磁轭211固定在绝缘体202下方。阳极罩203为不锈钢材质，阳极罩203通过第二导线306与腔体101上的第一接头304连接，第一接头304与腔室101之间通过绝缘件305绝缘。第二接头308固定在腔体101上，且与腔体101导通。

磁控靶20的一侧装有磁控靶挡板106，磁控靶挡板106通过磁流体密封部件307引到腔体101外，旋转气缸302位于磁流体密封部件307上方，并固定在滑动式的升降机构301上，升降机构301可以驱动旋转气缸302及磁控靶挡板106升降，旋转气缸302可以带动磁控靶挡板106旋转，磁控靶挡板106为导体。第一导线109连接到金属冷却罩205，为靶材206提供阴极电压，第一导线109另一端连接至磁控靶电源（图中未示出）。

本实施例的可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置的清洁方法，包括以下步骤：

s1、清洁准备：通过旋转运动和升降运动调整磁控靶挡板106的位置，使磁控靶挡板106与磁控靶20的阳极罩203之间可进行辉光溅射；第一导线109连接至第一接头304使阳极罩203与磁控靶20电源的阴极构成通路；

s2、清洁：磁控靶20电源在磁控靶挡板106与阳极罩203之间施加电压，腔体101中充入工艺气体，磁控靶挡板106与阳极罩203之间产生辉光溅射，将阳极罩203上的镀层原子溅出。

该清洗方法，通过第一接头304、第二接头308、第一导线109、第二导线306连通方式的改变，配合磁控靶挡板106位置的调整，即可实现在不打开腔体的情况下将阳极罩203上的镀层原子溅出，步骤简单，操作方便。需要说明的是，步骤s1清洁准备中，磁控靶挡板106的旋转运动、升降运动、以及第一导线109连接至第一接头304的各分步骤并无先后要求。

本发明可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置的具体磁控溅射镀膜工作原理如下：

将第一接头304与第二接头308通过连接导线309短接，即阳极罩203与腔体101短路，磁控靶电源（图中未示出）的阳极与腔体101连接，磁控靶电源（图中未示出）的阴极通过第一电线109连接到冷却罩205，紧密接触的冷却罩205与靶材206是导通的。

基片103置于工件台102上，基片挡板105旋转离开基片103上方。通过升降机构301将磁控靶挡板106下移至距离阴极罩204下方（8mm到12mm，保证靶挡板106能不受干涉地旋转），通过旋转气缸302旋转磁控靶挡板106离开靶材206的下方。在阳极罩203与冷却罩205之间施加的电压（10v到1000v，优选为300v到500v），充入工艺气体ar，设定腔体101内的压力（0.001pa到10pa，优选为0.1pa到2pa），工艺气体在高电压的作用下电离，电离出的电子在磁场的作用下螺旋运动多次撞击ar使之电离后，最终落到阳极罩203，同时ar+加速撞击靶材206，将靶材206的原子溅出、沉积在基片103上。

如需要预溅射，只需通过升降机构301将磁控靶挡板106下移，保证磁控靶20能起弧的距离，磁控靶挡板106在靶材206的下方，基片挡板105在基片103的上方。然后进行上述的过程即可预溅射。

本发明可不开腔清洁阳极罩的磁控溅射装置的具体清洁工作原理如下：

磁控靶电源（图中未示出）的阳极与腔体101连接，由于磁控靶挡板106与腔体101构成通路，即磁控靶电源阳极与磁控靶挡板106构成通路。断开第一接头304与第二接头308的连接导线309，同时将连接到磁控靶电源阴极的第一导线109连接到第一接头304上，这样阳极罩203通过第二导线306与磁控靶阴极构成通路。

通过旋转气缸302旋转磁控靶挡板106到靶材206的下方，通过升降机构301将磁控靶挡板106上移，离阴极罩204为小于2mm，磁控靶挡板106作为阳极罩203的阳极，同时磁控靶挡板106还可防止对阳极罩303溅射出来的原子沉积到靶材206上，从而避免污染靶材206。在阳极罩203与磁控靶挡板106之间施加电压（10v到1000v，优选为300v到500v），充入工艺气体ar，设定腔体101内的压力（0.001pa到10pa，优选为0.1pa到2pa），工艺气体在高电压的作用下电离，电离出的电子在磁场的作用下螺旋运动多次撞击ar使之电离后，最终落到磁控靶挡板106，同时ar+加速撞击阳极罩203表面，将阳极罩203的镀层原子溅出，从而实现对阳极罩203的清洁功能。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。