磁控管的安装机构及磁控溅射设备的制作方法

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种磁控管的

安装机构及磁控溅射设备。

背景技术：

磁控溅射技术是一类常见的物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术，其特点是在靶材的背部设置磁控管，用于提供可穿过靶材的磁场，该磁场在工艺腔室内对等离子体中的电子形成磁场束缚，使其沿着磁力线作螺旋运动，从而可以延长电子运动轨迹，并提高电子对工艺气体的电离几率，进而达到增加溅射产额的目的。

磁控管与靶材之间的间距称为靶间距，若靶间距过大，则会使穿过靶材的磁场强度过低，导致膜层沉积速率下降；若靶间距过小，则穿过靶材的磁场强度过高，这可以在工艺开始时获得较高的沉积速率，但在溅射一段时间之后，沉积速率会迅速下降到一个非常低的水平。因此，为了获得理想的沉积速率，经常需要调整靶间距。

图1为现有的磁控管的安装机构的结构图。图2为现有的磁控管的安装机构的剖视图。请一并参阅图1和图2，该安装结构用于将传动轴4竖直安装在绝缘腔6的顶壁上，在绝缘腔6的底部设置有靶材7，磁控管8通过磁控管安装座10固定在传动轴4的下端，且位于靶材7上方。传动轴4的上端通过传动机构3与驱动电机1连接，该驱动电机1通过电机安装座2固定在绝缘腔6的顶壁上。在驱动电机1的驱动下，传动轴4带动磁控管8作旋转运动，扫描靶材7表面。安装结构包括轴承组件和轴承固定座5，其中，轴承组件用于支撑传动轴4，其包括深沟球轴承、角接触轴承、上下端盖、密封圈等等，以实现传动轴4的旋转和密封。轴承固定座5用于将该轴承组件固定 在轴承底座5绝缘腔6的顶壁上。

在需要调整磁控管8与靶材7之间的靶间距D时，可以通过更换设置在磁控管8的上端面与磁控管安装座10之间的不同厚度的垫片9来实现，即，当需要增大靶间距D时，使用厚度较小的垫片10；当需要减小靶间距D时，使用厚度较大的垫片10。但是，这会存在以下问题：

其一，采用更换垫片10的方式无法实现靶间距D的无级调节。

其二，在更换垫片10时，需要打开绝缘腔6，并卸载磁控管8，在完成垫片10的更换之后，还需要重新安装磁控管8，这一过程非常繁琐。

其三，打开绝缘腔6还会打断工艺的连续性，从而降低了产能。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种磁控管的安装机构及磁控溅射设备，其不仅可以实现靶间距的无级调节，而且无需打开绝缘腔，也无需装卸磁控管，调节过程简单、保证了工艺的连续性。

为实现本发明的目的而提供一种磁控管的安装机构，用于将传动轴竖直安装在绝缘腔的顶壁上，所述传动轴的下端延伸至所述绝缘腔内，在所述绝缘腔的底部设置有靶材，所述磁控管固定在所述传动轴的下端，且位于所述靶材上方，所述安装机构包括轴承组件、轴承底座、轴承固定座和压紧块，其中，所述轴承组件用于支撑所述传动轴；所述轴承底座用于固定所述轴承组件；所述轴承固定座固定在所述绝缘腔的顶壁上，且套在所述轴承底座上，并且所述轴承固定座与所述轴承底座螺纹连接；通过调节所述轴承底座与所述轴承固定座在竖直方向上的相对旋合位置，来调整所述轴承底座相对于所述绝缘腔的顶壁的高度；所述压紧块与所述轴承固定座螺纹连接，且位于所述轴承底座的上方，用以在完成对所述轴承底座与所述轴承固定座在竖直方向上的相对旋合位置的调节之后，压紧所述轴承底座。

优选的，在所述轴承底座的外周壁上形成有第一环形凸台，并 且在所述第一环形凸台的外周壁上形成有第一外螺纹；在所述轴承固定座的内周壁上形成有内螺纹，所述内螺纹和所述第一外螺纹螺纹相配合；所述压紧块环绕在所述轴承底座和所述轴承固定座之间，并且在所述压紧块的外周壁上，且位于其下端形成有第二环形凸台，并且在所述第二环形凸台的外周壁上形成有第二外螺纹，所述内螺纹和所述第二外螺纹相配合。

优选的，在所述轴承固定座的内周壁上，且位于所述内螺纹的底部形成有第三环形凸台，所述第三环形凸台的内径小于所述第一环形凸台的外径，用以防止所述轴承底座下移，致使靶间距为零。

优选的，所述轴承固定座的顶端低于所述轴承底座的顶端，且在所述轴承底座的外周壁上，且位于所述轴承固定座上方的位置处设置有第一螺纹孔，用以安装用于手动驱动所述轴承底座旋转的第一把手。

优选的，所述第一螺纹孔为一个或多个，且多个所述第一螺纹孔沿所述轴承底座的外周壁对称分布。

优选的，所述压紧块的上端高于所述轴承固定座的顶端，且低于所述第一螺纹孔，并且在所述压紧块的外周壁上，且位于所述轴承固定座上方的位置处设置有第二螺纹孔，用以安装用于手动驱动所述压紧块旋转的第二把手。

优选的，所述第二螺纹孔为一个或多个，且多个所述第二螺纹孔沿所述轴承底座的外周壁对称分布。

优选的，分别对应地在所述轴承固定座和所述轴承底座上设置有读数盘和指针，其中，所述读数盘沿所述轴承固定座的周向环绕设置，且标有靶间距的数值。

优选的，在所述轴承固定座的内周壁与所述轴承底座的外周壁之间设置有动密封件，用以实现二者之间的动密封。

优选的，在所述绝缘腔的顶壁上设置有贯穿其厚度的安装孔，所述轴承固定座位于所述安装孔内，且在所述轴承固定座的外周壁上还设置有安装法兰，所述安装法兰与所述绝缘腔的顶壁通过螺钉固定连接，且在二者之间设置有密封圈。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种磁控溅射设备，包括反应腔、绝缘腔、磁控管、磁控管旋转机构和磁控管的安装机构，其中，所述绝缘腔设置在所述反应腔的顶部，且在所述绝缘腔的底部设置有靶材，所述靶材的下表面暴露在所述反应腔的内部环境中；所述磁控管旋转机构包括传动轴和驱动电机，所述传动轴通过所述磁控管的安装机构竖直安装在绝缘腔的顶壁上，且所述传动轴的下端延伸至所述绝缘腔内，所述磁控管固定在所述传动轴的下端；所述驱动电机用于驱动所述传动轴旋转，所述磁控管的安装机构采用本发明提供的上述磁控管的安装机构。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的磁控管的安装机构，其通过设置轴承固定座，该轴承固定座固定在绝缘腔的顶壁上，且套在轴承底座上，并且与之螺纹连接，可以通过调节轴承底座与轴承固定座在竖直方向上的相对旋合位置，来调整轴承底座相对于绝缘腔的顶壁的高度，从而带动轴承组件和传动轴以及与该传动轴连接的磁控管整体上升或下降，且由于螺纹连接具有连续可调性，进而可以实现靶间距的无级调节。而且，由于仅通过旋转轴承底座即可实现磁控管的升降，而无需打开绝缘腔，也无需装卸磁控管，因此，本发明提供的磁控管的安装机构调节过程简单、保证了工艺的连续性。

本发明提供的磁控溅射设备，其通过采用本发明提供的磁控管的安装机构，不仅可以实现靶间距的无级调节，而且无需打开绝缘腔，也无需装卸磁控管，调节过程简单、保证了工艺的连续性。

附图说明

图1为现有的磁控管的安装机构的结构图；

图2为现有的磁控管的安装机构的剖视图；

图3为本发明实施例提供的磁控管的安装机构的立体图；

图4为本发明实施例提供的磁控管的安装机构的剖视图；

图5为图4中A区域的放大图；以及

图6为图3中B区域的放大图。

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，下面结合附图来对本发明提供的磁控管的安装机构及磁控溅射设备进行详细描述。

图3为本发明实施例提供的磁控管的安装机构的立体图。图4为本发明实施例提供的磁控管的安装机构的剖视图。请一并参阅图3和图4，磁控管的安装机构用于将传动轴14竖直安装在绝缘腔19的顶壁上。其中，在绝缘腔19的底部设置有靶材21，传动轴14的下端延伸至绝缘腔19内，磁控管20通过磁控管安装件24固定在传动轴14的下端，且位于靶材21上方，磁控管20的下端面与靶材21之间的间距称为靶间距D。而且，传动轴14的上端通过传动机构13与驱动电机11连接，该驱动电机11通过电机固定架12固定在绝缘腔19的顶壁上，用以通过传动机构13驱动传动轴14旋转，从而带动磁控管20围绕传动轴14旋转。在本实施例中，传动机构13为带传动，其由主动轮、从动轮和传动带组成，其中，主动轮与驱动电机11的驱动轴连接；从动轮与传动轴14连接；传动带分别套在主动轮和从动轮上，在驱动电机11工作时，主动轮通过传送带驱动从动轮旋转，从而带动传动轴14旋转。当然，在实际应用中，传动机构还可以采用诸如齿轮传动等的其他任意传动方式。

图5为图4中A区域的放大图。请参阅图5，磁控管的安装机构包括轴承组件23、轴承底座15、轴承固定座16和压紧块22，其中，轴承组件23用于支撑传动轴14，其由轴承底座15固定在传动轴14上。该轴承组件23包括轴承锁紧螺母231、压轴套筒232、上端盖233、深沟球轴承234、内圈调整环235、角接触球轴承236、机械密封237、压紧套筒238、内部密封圈239和下端盖240，用以实现传动轴14的旋转，以及轴承底座15与传动轴14之间的密封，保证防止绝缘腔19内的去离子水溢出。当然，在实际应用中，轴承组件还可以采用其他任意结构，只要能够实现上述支撑和密封作用即可。

轴承固定座16固定在绝缘腔19的顶壁上，且套在轴承底座15上，并且轴承固定座16与轴承底座15螺纹连接，该螺纹连接的具体方式为：在轴承底座15的外周壁上形成有第一环形凸台152，且在该第一环形凸台152的外周壁上形成有第一外螺纹；并且，在轴承固定座16的内周壁上形成有内螺纹161，该内螺纹161与第一外螺纹相配合，从而实现轴承固定座16与轴承底座15的螺纹连接，通过调节二者在竖直方向上的相对旋合位置，可以调整轴承底座15相对于绝缘腔19的顶壁的高度，即，通过使轴承底座15围绕传动轴14转动，在内螺纹与第一外螺纹的配合作用下，轴承底座15相对于轴承固定座16上升或下降，且由于螺纹连接具有连续可调性，从而可以实现靶间距D的无级调节。

压紧块22环绕在轴承固定座16与轴承底座15之间，且位于轴承底座15的上方，并且与轴承固定座16螺纹连接，用以在完成对轴承底座15与轴承固定座16在竖直方向上的相对旋合位置的调节之后，压紧轴承底座15，以锁紧该轴承底座15，保证其位置固定不动。具体来说，在压紧块22的外周壁上，且位于其下端形成有第二环形凸台222，且在该第二环形凸台222的外周壁上形成有第二外螺纹，轴承固定座16的内螺纹161与该第二外螺纹相配合，从而实现压紧块22与轴承固定座16的螺纹连接。当完成靶间距D的调节，即轴承底座15的高度确定之后，通过旋紧压紧块22，其第二环形凸台222与第一环形凸台152相接触，且在二者之间形成预紧力，从而实现对轴承底座15的锁定。此外，在调节靶间距D之前，应首先旋松压紧块22，以解除对轴承底座15的锁定。

由上可知，本发明实施例提供的磁控管的安装机构仅通过旋转轴承底座15即可实现磁控管20的升降，而无需打开绝缘腔19，也无需装卸磁控管20，调节过程简单、保证了工艺的连续性。

优选的，在轴承固定座16的内周壁上，且位于其内螺纹161的底部形成有第三环形凸台162，该第三环形凸台162的内径小于第一环形凸台152的外径，以防止第一环形凸台152下移，导致靶间距D为零，从而避免因磁控管20接触靶材21影响工艺效果甚至损坏靶材 21。

另外，为了在调节靶间距D时，更方便地转动轴承底座15，优选的，轴承固定座16的顶端低于轴承底座15的顶端，且在轴承底座15的外周壁上，且位于轴承固定座16上方的位置处设置有第一螺纹孔151，用以安装用于手动驱动轴承底座15旋转的第一把手。在需要调节靶间距D时，将第一把手安装在第一螺纹孔151中即可。在本实施例中，第一螺纹孔151为两个，且相对设置，从而可以使操作人员更省力。当然，在实际应用中，第一螺纹孔151还可以为一个或者三个以上，且三个以上的第一螺纹孔151沿轴承底座15的外周壁对称分布，以方便操作人员根据具体情况选择多个第一螺纹孔151中位置较合适的第一螺纹孔151安装第一把手。

另外，与转动轴承底座15的方式相类似的，优选的，压紧块22的上端高于轴承固定座16的顶端，且低于第一螺纹孔151，并且在压紧块22的外周壁上，且位于轴承固定座16上方的位置处设置有第二螺纹孔221，用于安装用于手动驱动压紧块22进行旋转的第二把手。优选的，第二螺纹孔221与第一螺纹孔151的尺寸相同，从而可以通用一个把手驱动轴承底座15和压紧块22，即，同一把手既用作第一把手，又用作第二把手。另外，与第一螺纹孔151相类似的，第二螺纹孔221的数量同样可以设计为一个或多个，且多个第二螺纹孔221沿轴承底座15的外周壁对称分布。

进一步优选的，图6为图3中B区域的放大图。请参阅图6，分别对应地在轴承固定座16和轴承底座15上设置有读数盘18和指针17，其中，读数盘18沿轴承固定座16的周向环绕设置，且标有靶间距D的数值。具体来说，在本实施例中，读数盘18设置在轴承固定座16的上端面；指针17的安装端固定在轴承底座15的外周壁上，且位于轴承固定座16和压紧块22的上方的位置处，指针17的指示端延伸至读数盘18的上方，用以指示靶间距D的当前读数。在需要调节靶间距D时，可以根据指针17所指示的初始读数以及轴承固定座16的内螺纹161的导程计算出靶间距D的调整量，从而获得指针17的目标位置，然后转动轴承底座15，直至其上的指针17到 达该目标位置。借助读数盘18和指针17，可以更准确地调节靶间距D。

在本实施例中，在轴承固定座16的内周壁与轴承底座15的外周壁之间设置有动密封件26，用于实现二者之间的动密封，从而可以在保证轴承固定座16和轴承底座15的相对旋转的前提下，实现密封效果，以防止绝缘腔19内的去离子水自二者之间的间隙溢出。

在本实施例中，在绝缘腔19的顶壁上还设置有贯穿其厚度的安装孔，轴承固定座16位于该安装孔内，且在轴承固定座16的外周壁上还设置有安装法兰163，该安装法兰163与绝缘腔19的顶壁通过螺钉固定连接，并且在二者之间还设置有密封圈25，以防止绝缘腔19内的去离子水溢出。

综上所述，本发明提供的磁控管的安装机构，其通过设置轴承固定座，该轴承固定座固定在绝缘腔的顶壁上，且套在轴承底座上，并且与之螺纹连接，可以通过调节轴承底座与轴承固定座在竖直方向上的相对旋合位置，来调整轴承底座相对于绝缘腔的顶壁的高度，从而带动轴承组件和传动轴以及与该传动轴连接的磁控管整体上升或下降，且由于螺纹连接具有连续可调性，进而可以实现靶间距的无级调节。而且，由于仅通过旋转轴承底座即可实现磁控管的升降，而无需打开绝缘腔，也无需装卸磁控管，因此，本发明提供的磁控管的安装机构调节过程简单、保证了工艺的连续性。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种磁控溅射设备，其包括反应腔、绝缘腔、磁控管、磁控管旋转机构和磁控管的安装机构，其中，绝缘腔设置在反应腔的顶部，且在该绝缘腔的底部设置有靶材，靶材的下表面暴露在反应腔的内部环境中。

磁控管旋转机构包括传动轴和驱动电机，其中，传动轴通过磁控管的安装机构竖直安装在绝缘腔的顶壁上，且该传动轴的下端延伸至绝缘腔内，磁控管则固定在传动轴的下端。驱动电机用于驱动传动轴旋转，从而带动磁控管在靶材上方进行旋转。在上述结构中，磁控管的安装机构采用本发明提供的上述磁控管的安装机构。

本发明提供的磁控溅射设备，其通过采用本发明提供的磁控管 的安装机构，不仅可以实现靶间距的无级调节，而且无需打开绝缘腔，也无需装卸磁控管，调节过程简单、保证了工艺的连续性。

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。