CN110629173B - 磁控管控制方法、磁控管控制装置和磁控溅射设备 - Google Patents

磁控管控制方法、磁控管控制装置和磁控溅射设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁控管控制方法、装置及磁控溅射设备。包括：获取在磁控管匀速转动状态下晶圆上各不同沉积区域沉积的膜层的膜厚；其中，使靶材溅射出的粒子在特定入射角度范围内溅射到晶圆上；根据获得的膜厚的不同，将磁控管的运动区域划分为若干个子运动区域，每个子运动区域对应一个沉积区域；分别比较每个子运动区域所对应的沉积区域的膜厚，对应膜厚相对较大的子运动区域，减少磁控管的停留时间；对应膜厚相对较小的子运动区域，增大磁控管的停留时间，以使得各子运动区域所对应的沉积区域的膜厚均匀。可以快速使得各子运动区域所对应的沉积区域的膜厚一致，提高膜层的厚度均匀性，进而提高晶圆的加工制作良率，降低制作成本。

Description

磁控管控制方法、磁控管控制装置和磁控溅射设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种磁控管控制方法、一种磁控管控制装置以及一种磁控溅射设备。
背景技术
集成电路芯片制备的后道工序中，物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)中的磁控溅射是使用最广泛的技术之一。金属互连、硬掩膜、封装都需要使用到PVD技术。其中金属互连又是最为关键的技术，在经由光刻技术形成的沟槽、通孔中通过PVD沉积上金属导线，将晶体管相互连接起来形成所需要的电路。一道完整金属互连工序通常由：阻挡层/籽晶层(Barrier/Seed Layer)沉积、铜电镀(ECP，Electrochemical Plating)、化学机械研磨(CMP，Chemical Mechanical Polishing)构成。随着芯片的集成度提高，互连所需要的布线层数越来越多。形成多层金属布线则是通过在CMP之后，再经由光刻技术形成图案，并重复金属互连工艺来实现。
一般地，磁控管溅射设备包括反应腔室、靶材、磁控管以及驱动磁控管运动的驱动机构，但是，磁控管在运动时，会存在部分重叠区域，这样，会导致重叠区域内晶圆表面所沉积的膜层的膜厚增大，从而使得膜厚不均匀。
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，提出了一种磁控管控制方法、一种磁控管控制装置以及一种磁控溅射设备。
为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种磁控管控制方法，用于提高磁控溅射设备中沉积膜层的膜厚均匀性，包括：
步骤S110、获取在磁控管匀速转动状态下晶圆上各不同沉积区域沉积的膜层的膜厚；其中，使靶材溅射出的粒子在特定入射角度范围内溅射到所述晶圆上；
步骤S120、根据获得的膜厚的不同，将所述磁控管的运动区域划分为若干个子运动区域，每个所述子运动区域对应一个所述沉积区域；
步骤S130、分别比较每个所述子运动区域所对应的所述沉积区域的膜厚，使所述磁控管非匀速转动，对应膜厚相对较大的所述子运动区域，减少所述磁控管在该子运动区域的停留时间；对应膜厚相对较小的所述子运动区域，增大所述磁控管在该子运动区域的停留时间，以使得各所述子运动区域所对应的所述沉积区域的膜厚均匀。
可选地，在步骤S110中，通过设置准直器，使得靶材溅射出的粒子在特定入射角度范围内溅射到所述晶圆上。
可选地，在步骤S120中，根据获得的膜厚在所述晶圆的径向上的不同，以所述磁控管的转动中心为圆心，将所述磁控管的运动区域沿径向划分为若干个同心的所述子运动区域。
可选地，所述磁控管采用行星式运动机构，步骤S130具体包括：
获取磁控管与所述转动中心的距离D、磁控管转速w2以及时间t之间的函数关系式；
判断所述磁控管所在的区域，在对应膜厚相对较大的所述子运动区域，增大所述磁控管的转速w2；在对应膜厚相对较小的所述子运动区域，减少所述磁控管的转速w2。
本发明的第二方面，提供了一种磁控管控制装置，用于提高磁控溅射设备中沉积膜层的膜厚均匀性，包括：
获取模块，用于获取在磁控管匀速转动状态下晶圆上各不同沉积区域沉积的膜层的膜厚；
溅射粒子约束模块，用于使靶材溅射出的粒子在特定入射角度范围内溅射到所述晶圆上；
划分模块，用于根据获得的膜厚的不同，将所述磁控管的运动区域划分为为若干个子运动区域，每个所述子运动区域对应一个所述沉积区域；
控制模块，用于分别比较每个所述子运动区域所对应的所述沉积区域的膜厚，使所述磁控管非匀速转动，对应膜厚相对较大的所述子运动区域，减少所述磁控管在该子运动区域的停留时间；对应膜厚相对较小的所述子运动区域，增大所述磁控管在该子运动区域的停留时间，以使得各所述子运动区域所对应的所述沉积区域的膜厚均匀。
可选地，所述溅射粒子约束模块包括准直器。
可选地，所述划分模块，用于：
根据获得的膜厚在所述晶圆的径向上的不同，以所述磁控管的转动中心为圆心，将所述磁控管的运动区域沿径向划分为若干个同心的所述子运动区域。
可选地，所述磁控管采用行星式运动机构，所述控制模块，用于：
获取磁控管与所述转动中心的距离D、磁控管的转速w2以及时间t之间的函数关系式；
判断所述磁控管所在的区域，在对应膜厚相对较大的所述子运动区域，增大所述磁控管的转速w2；在对应膜厚相对较小的所述子运动区域，减少所述磁控管的转速w2。
本发明的第三方面，提供了一种磁控溅射设备，包括磁控管和磁控管控制装置，所述磁控管控制装置包括前文记载的所述的磁控管控制装置。
可选地，还包括反应腔室、靶材、驱动所述磁控管转动的驱动机构；
所述反应腔室内部设置有基座，用于承载晶圆；
所述靶材设置在所述反应腔室的顶部；
所述磁控管设置在所述靶材的上方；
所述溅射粒子约束模块位于所述基座和所述靶材之间。
本发明的磁控管控制方法、磁控管控制装置和磁控溅射设备。根据磁控管在匀速转动状态下在晶圆上各不同沉积区域所沉积的膜厚的不同，将磁控管的运动区域划分为若干个子运动区域，每个子运动区域均对应一个沉积区域，对膜厚相对较大的子运动区域，减少磁控管的停留时间，对膜厚相对较小的子运动区域，增大磁控管的停留之间。这样，可以快速使得各子运动区域所对应的沉积区域的膜厚一致，提高膜层的厚度均匀性，进而提高晶圆的加工制作良率，降低制作成本。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明第一实施例中驱动磁控管运动的驱动机构的结构示意图；
图2为本发明第二实施例中单个周期内磁控管离转动中心的距离与运行时间的关系图；
图3为本发明第三实施例中磁控管控制方法的流程图；
图4为本发明第四实施例中准直器的结构示意图；
图5为本发明第五实施例中准直器的工作原理示意图；
图6为本发明第六实施例中变速前后磁控管单周期内离转动中心的距离与运行时间的关系图；
图7为本发明第七实施例中磁控管运行轨迹示意图；
图8a为本发明第八实施例中采用不变速沉积膜层的膜层电阻的49点测量数据结果图；
图8b为本发明第九实施例中采用三段变速沉积膜层的膜层电阻的49点测量数据结果图；
图9为本发明第十实施例中准直器的结构示意图；
图10为本发明第十一实施例中磁控管控制装置的结构示意图；
图11为本发明第十二实施例中磁控溅射设备的结构示意图。
附图标记说明
100：磁控管控制装置；
110：获取模块；
120：溅射粒子约束模块；
121：准直器；
130：划分模块；
140：控制模块
200：磁控溅射设备；
210：磁控管；
220：反应腔室；
221：基座；
230：靶材；
240：驱动机构；
241：转轴；
242：第二齿轮；
243：第三齿轮；
244：第四齿轮；
245：第一连接板；
246：第二连接板；
300：晶圆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为了引出本发明，先对本发明的提出背景进行说明：
如图1所示，为驱动磁控管运动的驱动机构的示意图，其为行星式运动机构。驱动机构240包括转轴241、第一齿轮(图中并未示出)、第二齿轮242、第三齿轮243、第四齿轮244以及第一连接板245。转轴241的一端与电机(图中并未示出)连接，另一端与第一连接板245以及第一齿轮连接。第一齿轮、第二齿轮242、第三齿轮243以及第四齿轮244均固定在第一连接板245上。第二齿轮242与第一齿轮啮合，第三齿轮243与第二齿轮242啮合，第四齿轮244与第三齿轮243啮合。磁控管210通过第二连接板246与第四齿轮244的转轴连接。当电机驱动转轴241转动时，第一齿轮、第二齿轮242、第三齿轮243和第四齿轮244以转轴241为中心转动，与此同时，第一齿轮、第二齿轮242、第三齿轮243和第四齿轮244分别绕各自的中心轴转动，从而使得磁控管210在绕转轴241公转的同时以第四齿轮244的中心轴为转轴自转，进而使得磁控管210在靶材的上表面扫描。
基于上述驱动机构，对磁控管210的运动轨迹进行数学分析，求出其在靶材中心与***停留时间比例，然后以此为基础提出本发明的技术方案。
假定驱动机构240的大臂长度为R(对应于磁控管的公转半径)，小臂长度为r(对应于磁控管的自转半径)，则磁控管210运动时离转动中心最大距离为R+r，最小距离为R-r。第二齿轮242的齿数为a，第四齿轮244的齿数为b，记k＝a/b，则当大臂以w1(rad/s)转速运动时，小臂以w2＝-k·w1的速度旋转(负数意味着与大臂旋转方向相反)。由此可得t＝0时大小臂均与X轴正方向重合时磁控管的运动方程(t时刻)：
Figure BDA0001706369030000061
其中，X为磁控管210的中心的横坐标，Y为磁控管210的中心的纵坐标，R为大臂长度，r为小臂长度，w1为大臂的角速度，w2为小臂的角速度，也即磁控管210的转速，t为磁控管210的运动时刻。
根据公式(1)，得出磁控管210的中心与转动中心之间的距离满足：
D2＝X2+Y2＝R2+r2+2·R·rcos(w2·t) (2)
其中，D为磁控管210的中心与转动中心之间的距离。
显然，D2的周期T0为：
Figure BDA0001706369030000062
由公式(2)和(3)可以看出，D2为周期为T0的余弦类函数，即磁控管210的中心与转动中心之间的距离为余弦类的函数。如图2所示，其示意了单个周期内磁控管210的中心离转动中心的距离与运行时间的关系曲线图。
假定以半径D＝d的位置来区分靶材的内外区域，那么可以得到在一个周期内磁控管210在靶材外圈停留的时间，以及外圈时间占整个周期的比例：
Figure BDA0001706369030000071
Figure BDA0001706369030000072
其中，tout为外圈时间，tratio为外圈时间占整个周期的比例，T0为磁控管210的运转周期。
根据公式(5)可以看出，比例与齿轮比无关，即一旦大臂与小臂长度确定后，无论使用怎样的齿轮比，磁控管在D>d区域内运动的时间占整个周期比例固定不变。d可以为任意数值，推而广之可知，一旦大臂与小臂长度确定后，无论使用怎样的齿轮比，磁控管在任意半径区域内运动的时间比值均为固定不变的。
基于上述分析，假定磁控管的运动区域划分为内圈、中圈和外圈，则磁控管210在内圈、中圈和外圈内运动的时间比值均为固定不变。但是，由于磁控管210自身有一定的大小，其内外位置会有一定的重叠，导致中圈的膜层厚度最厚；同样的原因，尽管磁控管210在内圈单位面积停留的时间与外圈相同，但考虑到磁控管210自身大小造成的交叠效应，内圈交叠的更多、膜层厚度也会更厚；与之相对的尽管磁控管210在外圈单位面积停留的时间相同，但由于不同位置相互之间没有交叠，得到的膜层反而最薄。基于此，本发明的发明人设计出本发明。
如图3所示，本发明的第一方面，涉及一种磁控管控制方法S100，用于提高磁控溅射设备中沉积膜层的膜厚均匀性，包括：
S110、获取在磁控管匀速转动状态下晶圆上各不同沉积区域沉积的膜层的膜厚，其中，使靶材溅射出的粒子在特定入射角度范围内溅射到晶圆上。
在本步骤中，对于如何获取各不同沉积区域所沉积的膜层的膜厚并没有作出限定，例如，可以通过测厚仪器对各沉积区域的膜厚进行测量等等。
此外，对于本步骤中，如何使得靶材溅射出的粒子在特定入射角度范围内溅射到晶圆上并没有作出具体限定，例如，可以通过准直器来实现。当然，还可以通过其他类似的准直器的结构。
S120、根据获得的膜厚的不同，将磁控管的运动区域划分为若干个子运动区域，每个子运动区域对应一个沉积区域。
S130、分别比较每个子运动区域所对应的沉积区域的膜厚，使磁控管非匀速转动，对应膜厚相对较大的子运动区域，减少磁控管在该子运动区域的停留时间；对应膜厚相对较小的子运动区域，增大磁控管在该子运动区域的停留时间，以使得各子运动区域所对应的沉积区域的膜厚均匀。
具体地，在本步骤中，可以将各沉积区域的厚度进行两两比较，对膜厚相对较大的子运动区域，减少磁控管在该子运动区域的停留时间。对膜厚相对较小的子运动区域，增大磁控管在该子运动区域的停留时间，从而可以使得各子运动区域所对应的沉积区域的膜厚一致，提高均匀性。
本实施例中的磁控管控制方法S100，根据磁控管在匀速转动状态下在晶圆上各不同沉积区域所沉积的膜厚的不同，将磁控管的运动区域划分为若干个子运动区域，每个子运动区域均对应一个沉积区域，分别比较每个子运动区域所对应的沉积区域的膜厚，对膜厚相对较大的子运动区域，减少磁控管在该子运动区域的停留时间，对膜厚相对较小的子运动区域，增大磁控管在该子运动区域的停留之间。这样，可以快速使得各子运动区域所对应的沉积区域的膜厚一致，提高晶圆厚度均匀性，进而提高晶圆的加工制作良率，降低制作成本。
可选地，在步骤S110中，通过设置准直器，使得靶材溅射出的粒子在特定入射角度范围内溅射到晶圆上。
具体地，准直器的典型结构如图4所示，结合图4和图5，由于准直器121对大角度粒子的阻挡效果，晶圆300上任意一点的物料只能在磁控管运动到该点正上方靶材230表面有限大小的区域(该区域大小取决于准直器深宽比)内时溅射产生，如图5所示，晶圆300上的A、B两点，仅能接受来自各自正上方锥角内的靶材230溅射出的粒子，其余角度溅射的粒子均将被准直器121阻挡掉。并且准直器121的深宽比越大时，准直器121对大角度粒子的阻挡效果越强，极端情况下，晶圆300上某点上沉积的物料只能由该点正对着的准直器121孔上方的靶材230溅射产生。
可选地，在步骤S120中，根据获得的膜厚在晶圆的径向上的不同，以磁控管的转动中心为圆心，将磁控管的运动区域沿径向划分为若干个同心的子运动区域。
具体地，磁控管采用行星式运动机构，该行星式运动机构可以参考前文相关记载，在此不作赘述。步骤S130具体包括：
获取磁控管与转动中心的距离D、磁控管转速w2以及时间t之间的函数关系式，具体地，该函数关系式可以参考前文公式(2)。
判断磁控管所在的区域，在对应膜厚相对较大的子运动区域，增大磁控管的转速w2，以减少磁控管在该子运动区域的停留时间；在对应膜厚相对较小的子运动区域，减少磁控管的转速w2，以增大磁控管在该子运动区域的停留时间。
具体地，在一个较简单的情况下，可以将磁控管的运动区域按其离转动中心的距离D分为3个区域：R-r<D<r1、r1<D<r2、r2<D<R+r。也就是说，将磁控管的运动区域划分为内圈、中圈和外圈。其中r1，r2是在磁控管运动时距转动中心的距离取值范围内选取的两个关键值，具有R-r<r1<r2<R+r的关系。在实施过程中，使磁控管在r1<D<r2区域运动速度最快，在r2<D<R+r区域运动速度最慢，调节其在各个区域停留的时间比例，从而达到提高所沉积得到的膜厚的均匀性的目的。
此外，援引之前的相关公式(2)，设定驱动电机以速度v1带动磁控管从半径最大(R+r)的位置开始运动，运动到半径为r2的位置，随后以速度v2带动磁控管运动到半径为r1的位置，然后以速度v3带动磁控管运动到半径最小值的位置(R-r)。在达到最小值后磁控管运行了半个周期，后半个周期的运动与前半个周期相同：继续以速度v3运动到半径为r1的位置，切换为速度v2运动到半径为r2的位置，再在速度v1下运动至半径最大的位置；此为一个完整周期。这种情况下，磁控管离转动中心的距离与运行时间的关系如图6左半部分所示。图6左半部分为变速后磁控管距转动中心距离随运行时间的关系，右半部分为匀速运动时距离随运行时间的关系。可以看到变速前，磁控管在以r1，r2定义的内圈、中圈、外圈运行时间比例分别为20％、40％、40％；而变速后其在内圈、中圈、外圈运行时间比例分别为20％、20％、60％。
在一个实施实例中，磁控管运动机构的大臂长度R＝115mm，小臂长度r＝55mm，则磁控管运动的范围在半径(到转动中心的距离)60mm至170mm之间。选取的区间划分点(关键值)为半径r1＝75mm以及半径r2＝145mm的位置。则按照所选的划分点将磁控管运动的范围划分为3个区间，也即划分为内圈、中圈和外圈：(1)在半径60mm至75mm之间的区域运动；(2)在半径75mm至145mm之间的区域内运动；(3)在半径145mm至170mm之间的区域内运动。所使用的准直器的深宽比为2，准直器内所有通孔的深宽比都相同。使磁控管在区域(3)的电机运转速度v3最慢，而在区域(2)电机运转速度v2最快，在区域(1)的电机运转速度v1不变，在从内至外的3个区间内速度比值v1:v2:v3＝2:3:1，其运行轨迹如图7所示。
图8(a)给出了采用不变速沉积膜层的膜层电阻(Rs)的49点测量数据，图8b给出了采用三段变速沉积膜层的膜层电阻(Rs)的49点测量数据(49点为行业内常采用的一种测量方法，本实例中所用晶圆直径300mm，在晶圆半径为0mm，49mm，98mm，147mm的圆上各测量1，8，16，24个数据点，以保证在晶圆上采集的点能够反映整体的情况。作图时第1个点为圆心的，第2-9点为半径49mm处，第10-25点为半径98mm处，第26-49点为半径147mm处的数据)。图8a中为不变速沉积得到的膜层的电阻率数据，Rs越大的地方膜厚越薄，可以看到不变速时沉积得到的膜层中心最厚，最外圈最薄；此时均匀性仅有18.2％。为了提高膜厚的均匀性。图8b为以r1＝75mm，r2＝145mm为分段点分三区间变速时得到的Rs数据。从而使沉积膜层的膜厚的均匀性提高到了2.6％。
此外，在另一个实施例中，所使用的准直器121具有如图9所示的形状，此时采用的变速方案则需相应的改变。若仍采用3段变速，则需要使磁控管在中圈停留时间最长，外圈次之，内圈停留时间最短。
实际上对于磁控管运动区域的划分不限于图6所示的方式，而是根据实际沉积得到的膜层的厚度的径向分布情况来决定的。由于准直器的深宽比对膜层的沉积速率有较大的影响：深宽比大的区域沉积速率慢，深宽比小的区域沉积速率慢。根据所采用的准直器深宽比沿径向不同的分布，沉积得到的膜层的厚度也会沿径向相应的具有不同分布。但改变电机速度的原则是相同的：在径向上，膜层相对较薄的区域，可以适当提高磁控管在该区间的运行时间占比；膜层相对较厚的区域，则应适当降低磁控管在该区间的运行时间占比。按磁控管所处半径划分的同心圆/圆环的区间数不必为3，可以为2以上的任意区间数。一旦机械结构确定，磁控管运行的周期、距转动中心距离随时间的关系都确定了，轨迹划分半径点对应的时间也确定了，可以通过对电机PLC程序的编程来实现对其运动速度的多段控制。
本发明的第二方面，如图10所示，提供了一种磁控管控制装置100，用于提高磁控溅射设备中沉积膜层的膜厚均匀性，包括：
获取模块110，用于获取在磁控管匀速转动状态下晶圆上各不同沉积区域沉积的膜层的膜厚；
溅射粒子约束模块120，用于使靶材溅射出的粒子在特定入射角度范围内溅射到晶圆上；
划分模块130，用于根据获得的膜厚的不同，将磁控管的运动区域划分为若干个子运动区域，每个子运动区域对应一个沉积区域；
控制模块140，用于分别比较每个子运动区域所对应的沉积区域的膜厚，使磁控管非匀速转动，对应膜厚相对较大的子运动区域，减少磁控管在该子运动区域的停留时间；对应膜厚相对较小的子运动区域，增大磁控管在该子运动区域的停留时间，以使得各子运动区域所对应的沉积区域的膜厚均匀。
本实施例中的磁控管控制装置100，根据磁控管在匀速转动状态下在晶圆上各不同沉积区域所沉积的膜厚的不同，将磁控管的运动区域划分为若干个子运动区域，每个子运动区域均对应一个沉积区域，分别比较每个子运动区域所对应的沉积区域的膜厚，对膜厚相对较大的子运动区域，减少磁控管的停留时间，对膜厚相对较小的子运动区域，增大磁控管的停留之间。这样，可以快速使得各子运动区域所对应的沉积区域的膜厚一致，提高膜层的厚度均匀性，进而提高晶圆的加工制作良率，降低制作成本。
可选地，溅射粒子约束模块120包括准直器121。具体地可以参考前文相关记载，在此不作赘述。
可选地，划分模块130，用于：
根据获得的膜厚在晶圆的径向上的不同，以磁控管的转动中心为圆心，将磁控管的运动区域沿径向划分为若干个同心的子运动区域。
可选地，磁控管采用行星式运动机构，具体可以参考前文相关记载，控制模块140，用于：
获取磁控管与转动中心的距离D、磁控管的转速以及时间t之间的函数关系式，该函数关系式具体可以参考前文公式(2)；
判断磁控管所在的区域，在对应膜厚相对较大的子运动区域，增大磁控管的转速w2，以减少磁控管在该子运动区域的停留时间；在对应膜厚相对较小的子运动区域，减少磁控管的转速w2，以增大磁控管在该子运动区域的停留时间。
上述具体内容可以参考前文相关记载，在此不作赘述。
本发明的第三方面，如图11所示，提供了一种磁控溅射设备200，包括磁控管210和磁控管控制装置100，磁控管控制装置包括前文记载的的磁控管控制装置。
本实施例中的磁控溅射设备200，具有前文记载的磁控管控制装置100，根据磁控管在匀速转动状态下在晶圆上各不同沉积区域所沉积的膜厚的不同，将磁控管的运动区域划分为若干个子运动区域，每个子运动区域均对应一个沉积区域，分别比较每个子运动区域所对应的沉积区域的膜厚，对膜厚相对较大的子运动区域，减少磁控管的停留时间，对膜厚相对较小的子运动区域，增大磁控管的停留之间。这样，可以快速使得各子运动区域所对应的沉积区域的膜厚一致，提高膜层的厚度均匀性，进而提高晶圆的加工制作良率，降低制作成本。
可选地，如1和图11所示，磁控溅射设备200还包括反应腔室220、靶材230、驱动磁控管210转动的驱动机构240。反应腔室220内部设置有基座221，用于承载晶圆300。靶材230设置在反应腔室220的顶部。磁控管210设置在靶材230的上方。准直器121位于基座221和靶材230之间。
关于驱动机构240的相关描述，可以参考前文相关记载，在此不作赘述。
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。

Claims (4)

1.一种磁控管控制方法，用于提高磁控溅射设备中沉积膜层的膜厚均匀性，其特征在于，包括：步骤S110、获取在磁控管匀速转动状态下晶圆上各不同沉积区域沉积的膜层的膜厚；其中，通过设置准直器，使所述晶圆上的点，仅能接受其正上方锥角内的靶材溅射出的粒子，其余角度溅射的粒子均被所述准直器阻挡；步骤S120、根据获得的膜厚在所述晶圆的径向上的不同，以所述磁控管的转动中心为圆心，将所述磁控管的运动区域划分为若干个同心的子运动区域，每个所述子运动区域对应一个所述沉积区域；步骤S130、分别比较每个所述子运动区域所对应的所述沉积区域的膜厚，使所述磁控管非匀速转动，对应膜厚相对较大的所述子运动区域，减少所述磁控管在该子运动区域的停留时间；对应膜厚相对较小的所述子运动区域，增大所述磁控管在该子运动区域的停留时间，以使得各所述子运动区域所对应的所述沉积区域的膜厚均匀；其中，所述磁控管采用行星式运动机构，所述步骤S130具体包括：获取磁控管与所述转动中心的距离D、磁控管转速w2以及时间t之间的函数关系；判断所述磁控管所在的区域，在对应膜厚相对较大的所述子运动区域，增大所述磁控管的转速w2；在对应膜厚相对较小的所述子运动区域，减少所述磁控管的转速w2。
2.一种磁控管控制装置，用于提高磁控溅射设备中沉积膜层的膜厚均匀性，其特征在于，包括：获取模块，用于获取在磁控管匀速转动状态下晶圆上各不同沉积区域沉积的膜层的膜厚；溅射粒子约束模块，包括准直器；所述溅射粒子约束模块使所述晶圆上的点，仅能接受其正上方锥角内的靶材溅射出的粒子，其余角度溅射的粒子均被所述准直器阻挡；划分模块，用于根据获得的膜厚在所述晶圆的径向上的不同，以所述磁控管的转动中心为圆心，将所述磁控管的运动区域划分为若干个同心的子运动区域，每个所述子运动区域对应一个所述沉积区域；控制模块，用于分别比较每个所述子运动区域所对应的所述沉积区域的膜厚，使所述磁控管非匀速转动，对应膜厚相对较大的所述子运动区域，减少所述磁控管在该子运动区域的停留时间；对应膜厚相对较小的所述子运动区域，增大所述磁控管在该子运动区域的停留时间，以使得各所述子运动区域所对应的所述沉积区域的膜厚均匀；其中，所述磁控管采用行星式运动机构，所述控制模块，用于：获取磁控管与所述转动中心的距离D、磁控管转速w2以及时间t之间的函数关系式；判断所述磁控管所在的区域，在对应膜厚相对较大的所述子运动区域，增大所述磁控管的转速w2；在对应膜厚相对较小的所述子运动区域，减少所述磁控管的转速w2。
3.一种磁控溅射设备，包括磁控管和磁控管控制装置，其特征在于，所述磁控管控制装置包括权利要求2所述的磁控管控制装置。
4.根据权利要求3所述的磁控溅射设备，其特征在于，还包括反应腔室、靶材、驱动所述磁控管转动的驱动机构；所述反应腔室内部设置有基座，用于承载晶圆；所述靶材设置在所述反应腔室的顶部；所述磁控管设置在所述靶材的上方；所述溅射粒子约束模块位于所述基座和所述靶材之间。
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CN116288225A (zh) * 2023-03-06 2023-06-23 深圳市矩阵多元科技有限公司 一种调整pvd磁控管旋转半径和平面靶电源功率的设备及方法

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US5478455A (en) * 1993-09-17 1995-12-26 Varian Associates, Inc. Method for controlling a collimated sputtering source
JP3749383B2 (ja) * 1998-08-25 2006-02-22 株式会社昭和真空 スパッタ装置における膜厚分布制御方法とその装置
CN103422065B (zh) * 2012-05-16 2016-08-31 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 磁控溅射设备及磁控管控制方法
CN106498353A (zh) * 2015-09-08 2017-03-15 深圳莱宝高科技股份有限公司 一种磁控溅射方法及装置

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