全文摘要
本实用新型实施例公开了一种磁控溅射反应腔室的冷却组件及其磁控溅射设备，其中的组件包括：适配器；适配器被设置为遮蔽内衬的底部和侧壁，用于将内衬固定在反应腔室内；适配器的侧壁与内衬的侧壁之间具有预设的间隙，适配器的底部与内衬的底部相接触，适配器设置有冷却水道，用以对内衬的侧壁、底部进行降温。本实用新型的冷却组件及其磁控溅射设备，能够增加热接触面积，增加适配器与内衬侧壁的传热效率；通过对内衬侧壁和底面的降温，稳定工艺反应区域温度，避免反应区域温度升高对衬底和薄膜的影响；减少水道加工步骤和难度，减少清洗难度；无需密封圈对水路的密封，能够减少漏水的风险。
设计方案
1.一种磁控溅射反应腔室的冷却组件，其特征在于，包括：
适配器；所述适配器被设置为遮蔽内衬的底部和侧壁，用于将所述内衬固定在反应腔室内；所述适配器的侧壁与所述内衬的侧壁之间具有预设的间隙，所述适配器的底部与所述内衬的底部相接触，所述适配器设置有冷却水道，用以对所述内衬的侧壁、底部进行降温。
2.如权利要求1所述的冷却组件，其特征在于，
在所述适配器的侧壁内部和所述适配器的底部内部设置有所述冷却水道。
3.如权利要求2所述的冷却组件，其特征在于，
所述适配器为两端开口的筒状结构；所述适配器的侧壁内侧与所述内衬的外壁间隙配合；所述适配器的底部设置有支撑部，所述内衬的底部与所述支撑部相接触。
4.如权利要求3所述的冷却组件，其特征在于，
所述冷却水道包括：第一水道、第二水道；所述第一水道设置在所述适配器的侧壁内部，所述第二水道设置在所述支撑部内部，所述第一水道和所述第二水道相连通。
5.如权利要求4所述的冷却组件，其特征在于，
所述第一水道包括：出水水道和回水水道；所述出水水道的出水口和所述回水水道的回水口都设置在所述适配器的侧壁外侧。
6.如权利要求5所述的冷却组件，其特征在于，
所述出水水道和所述回水水道为向所述适配器的顶部倾斜的倾斜水道，所述出水水道和所述回水水道分别与第二水道相连通。
7.如权利要求5所述的冷却组件，其特征在于，
所述冷却水道包括：第三水道；所述第三水道设置在所述适配器的侧壁内部，所述第三水道用于连通所述出水水道和所述第二水道以及连通所述回水水道和所述第二水道。
8.如权利要求5所述的冷却组件，其特征在于，
所述第二水道为设置在所述支撑部内部的环形水道；在所述出水水道的出水口和所述回水水道的回水口都设置有接头。
9.如权利要求5所述的冷却组件，其特征在于，
所述第一水道还包括环绕所述适配器的侧壁的部分，所述环绕所述适配器的侧壁的部分分别与所述出水水道和所述回水水道连通。
10.一种磁控溅射设备，其特征在于，包括：
如权利要求1至9任一项所述的磁控溅射反应腔室的冷却组件。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种磁控溅射反应腔室的冷却组件及其磁控溅射设备。
背景技术
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术被广泛应用于半导体领域，其采用溅射(Sputtering)沉积技术，在衬底和靶材之间通入氩气等惰性气体，高电压将惰性气体电离产生等离子体，通过磁场增强束缚电子的能力使产生的等离子体轰击靶材，将靶材材料的原子或离子沉积在衬底上形成薄膜。现有的磁控溅射设备如图1所示，该设备有反应腔室1，反应腔室1内置靶材2，靶材2上方置有绝缘材料3用于实现靶材的绝缘，该材料和靶材2中间可添加水冷，用于冷却靶材。溅射工艺时电源施加偏压至靶材2，使其相对于接地的腔体成为负压，在真空的环境下通入惰性气体放电使其电离形成等离子体，负偏压同时能将带正电的等离子体吸引至靶材2。
当等离子体的能量足够高并在由旋转的磁控管4形成的磁场作用下轰击靶材2时，会使金属原子或者金属离子逸出靶材表面，并通过扩散沉积在晶片6上，标号5为承载衬底6的基座，但是即使有磁控管4对金属原子的束缚作用，仍有大量的金属原子和金属离子会沉积到反应腔室1内壁上，脱落后污染衬底和反应腔室1，鉴于反应腔室不易清洗，为此设置了内衬(Shield)9、盖板(Cover ring)8、沉积环(Dep-ring)7以遮挡污染反应腔室的金属原子和金属离子，通过增加表面粗糙度使内衬(Shield)9、盖板(Cover ring)8、沉积环(Dep-ring)7的金属薄膜不脱落，且需要定期的清洗、喷砂、熔射，用适配器adapter10将内衬(Shield)9、盖板(Cover ring)8、沉积环(Dep-ring)7固定在反应腔室1上，在磁控溅射过程中，逸出金属离子和原子携带巨大的热量，将使反应腔室1的内壁温度升高，尤其是内衬(Shield)9、盖板(Cover ring)8、沉积环(Dep-ring)7温度的升高超出了工艺反应的温度区间，不利于工艺的进行，出现了薄膜应力不达标，晶须缺陷等一系列的问题。目前，虽然采用多种方式对内衬9等进行降温等处理，但是存在冷却能力有限，导热速率慢、效率低，成本高，加工难度大等问题，影响薄膜的质量。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种磁控溅射反应腔室的冷却组件及其磁控溅射设备。
根据本实用新型实施例的一个方面，提供一种磁控溅射反应腔室的冷却组件，包括：适配器；所述适配器被设置为遮蔽内衬的底部和侧壁，用于将内衬固定在反应腔室内；所述适配器的侧壁与所述内衬的侧壁之间具有预设的间隙，所述适配器的底部与所述内衬的底部相接触，所述适配器设置有冷却水道，用以对所述内衬的侧壁、底部进行降温。
可选地，在所述适配器的侧壁内部和所述适配器的底部内部设置有所述冷却水道。
可选地，所述适配器为两端开口的筒状结构；所述适配器的侧壁内侧与所述内衬的外壁间隙配合；所述适配器的底部设置有支撑部，所述内衬的底部与所述支撑部相接触。
可选地，所述冷却水道包括：第一水道、第二水道；所述第一水道设置在所述适配器的侧壁内部，所述第二水道设置在所述支撑部内部，所述第一水道和所述第二水道相连通。
可选地，所述第一水道包括：出水水道和回水水道；所述出水水道的出水口和所述回水水道的回水口都设置在所述适配器的侧壁外侧。
可选地，所述出水水道和所述回水水道为向所述适配器的顶部倾斜的倾斜水道，所述出水水道和所述回水水道分别与第二水道相连通。
可选地，所述冷却水道包括：第三水道；所述第三水道设置在所述适配器的侧壁内部，所述第三水道用于连通所述出水水道和所述第二水道以及连通所述回水水道和所述第二水道。
可选地，所述第二水道为设置在所述支撑部内部的环形水道；在所述出水水道的出水口和所述回水水道的回水口都设置有接头。
可选地，所述第一水道还包括环绕所述适配器的侧壁的部分，所述环绕所述适配器的侧壁的部分分别与所述出水水道和所述回水水道连通。
根据本实用新型实施例的另一方面，提供一种磁控溅射设备，包括：如上所述的磁控溅射反应腔室的冷却组件。
本实用新型的磁控溅射反应腔室的冷却组件及其磁控溅射设备，通过将适配器设置为遮蔽内衬的底部和侧壁，使内衬底面贴合适配器，能够增加热接触面积；在适配器的侧壁与内衬的侧壁之间设置预设的间隙，增加适配器与内衬侧壁的传热效率；通过对内衬侧壁和底面的降温，稳定工艺反应区域温度，有效增加衬底周围内衬的热传导，降低衬底由于磁控溅射引起的升温现象，避免反应区域温度升高对衬底和薄膜的影响，有效避免内衬因高温释放杂质，提高产品质量；在适配器内设置冷却水道，减少加工步骤和难度，减少清洗难度，减少了由于增加水路工艺组件造成的拆装难度；结构简单，冷却效率高，无需密封圈对水路的密封，减少了漏水的风险。
本实用新型实施例附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图：
图1为现有技术中的磁控溅射设备的示意图；
图2为根据本实用新型的磁控溅射反应腔室的冷却组件的示意图；
图3为根据本实用新型的磁控溅射反应腔室的冷却组件的适配器的示意图；
图4为根据本实用新型的磁控溅射反应腔室的冷却组件的一种冷却水道的示意图；
图5为根据本实用新型的磁控溅射反应腔室的冷却组件的另一种冷却水道的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本实用新型进行更全面的描述，其中说明本实用新型的示例性实施例。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合图和实施例对本实用新型的技术方案进行多方面的描述。
下文为了叙述方便，下文中所称的“左”、“右”、“上”、“下”与附图本身的左、右、上、下方向一致。下文中的“第一”、“第二”等，仅用于描述上相区别，并没有其它特殊的含义。
如图2至图5所示，本实用新型提供一种磁控溅射反应腔室的冷却组件，包括适配器20。适配器20被设置为遮蔽内衬19的底部和侧壁，能够将内衬19容纳其中，用于将内衬19固定在反应腔室内，适配器20与内衬19固定连接，固定连接包括螺纹连接等方式，例如使用螺钉将内衬19固定在适配器20上。适配器20与内衬19的材质都为金属。
适配器20可以有多种结构，冷却水道的设置可以有多种方式。在适配器20的侧壁和适配器20的底部设置有冷却水道，适配器20的侧壁与内衬19的侧壁之间具有预设的间隙。考虑高温时的热膨胀和内衬19的变形等问题，为保证内衬19的精度，可在内衬19与适配器20的上表面设置小间隙204，例如，间隙可以为0.05-0.2mm，从而在温度变化后留出膨胀或收缩变形的调节余量。适配器20的底部与内衬19的底部相接触。适配器20可以对内衬19的侧壁、底部进行降温。冷却水道的设置方式可以有多种，例如，可以在适配器20的侧壁内部和适配器20的底部内部设置冷却水道等。
在一个实施例中，适配器20为两端开口的筒状结构，适配器20的侧壁212内侧与内衬19的外壁间隙配合，该间隙在保证内衬19能顺利装入适配器20中的同时越小越好。适配器20的底部设置有支撑部205，内衬19的底部与支撑部205相接触。支撑部205呈圆环形，为便于传热，其厚度不能过大，为方便衬底的提升，支撑部205的内径不小于内衬19的内径。内衬19装入该适配器20中后，通过支撑部205进行竖直方向的支撑，同时通过适配器20的侧壁212与内衬19的外壁进行定位，保证两者同轴设置。
增加适配器20的支撑部205用于支撑内衬19，通过重力的作用内衬19的底面紧密贴合支撑部205。在支撑部205内增加水道，通过热接触传热使内衬19的底面温度降低。适配器20的侧壁212与内衬19的侧壁为间隙配合，此间隙满足安装条件。适配器20的侧壁212设置有冷却水道，增加适配器20与内衬19侧壁的热传导效率，实现内衬19侧壁的降温。通过对内衬19侧壁和底面的降温，稳定工艺反应区域温度。
在一个实施例中，适配器20的结构分为反应腔室内部和反应腔室外部两部分，适配器20位于反应腔室外部的结构可以方形倒角结构。冷却水道202包括：第一水道207,207’、第二水道208。第一水道207,207’设置在适配器的侧壁212内部，用于进水和回水。
第二水道208可以设置在支撑部205内部(图中未示出)，也可以设置在适配器的侧壁212的底部靠近支撑部205的位置，如图2、3所示，通过支撑部205的热传导对内衬19的底部降温，第一水道207,207’和第二水道208相连通。第一水道207,207’可以分别为出水水道207和回水水道207’，出水水道的出水口和回水水道的回水口都设置在适配器20的侧壁212外侧。在出水水道的出水口和回水水道的回水口处都设置有接头213，可以采用焊接等连接方式并设置密封圈对于接头213进行连接、密封。
冷却水道202也可以包括第三水道209，第三水道209设置在适配器的侧壁212内部，第三水道209用于连通出水水道207和第二水道208、连通回水水道207’和第二水道208。第二水道208可以为设置在支撑部205内部的环形水道。
可以在环形的第二水道208上设置第三水道209用于连接第一水道207,207’，也可不设置第三水道209，通过第一水道207,207’直接与第二水道208上相连通。出水水道207和回水水道207’可以为向适配器的顶部倾斜的倾斜水道，即相对于图3所示的水平形式，出水水道207和回水水道207’从左至右向上倾斜，从而增加水道对封闭区域上侧的降温效果。出水水道和回水水道分别与第二水道208相连通。
第二水道208可以有多种加工方法，例如，可以在支撑部205上加工出凹槽状的环形水道，通过焊块214焊接封住凹槽状的环形水道，形成环形的第二水道208。采用焊接的方式稳定可靠，不会出现漏水的情况出现。
第一水道207,207’还可以包括环绕适配器20的侧壁的部分(图中未示出)，环绕适配器20的侧壁的部分分别与出水水道207和回水水道207’连通。通过增加环绕适配器20的侧壁的部分，以增加冷却效果。适配器20内冷却水道202的设置方式不限于上述实施例，根据冷却部位的需要而设置成不同的形式，在此不再赘述。
在一个实施例中，本实用新型提供一种磁控溅射设备，包括如上任一实施例中的磁控溅射反应腔室的冷却组件。在适配器20的下安装面与反应腔室11的安装面之间、适配器20的上安装面与绝缘块211的安装面之间设置有密封圈210。在内衬19上设置有盖板18。两个密封圈210分别实现适配器20上表面与绝缘块211、适配器20下表面与反应腔室11的密封，从而实现工艺组件的密封。
上述实施例中的磁控溅射反应腔室的冷却组件及其磁控溅射设备，通过将适配器设置为遮蔽内衬的底部和侧壁，优选在无需清洗的适配器的底部增加支撑部，用于支撑内衬，使内衬底面贴合适配器，能够增加热接触面积；在适配器的侧壁与内衬的侧壁之间设置预设的间隙，增加适配器与内衬侧壁的传热效率；通过对内衬侧壁和底面的降温，稳定工艺反应区域温度，有效增加衬底周围内衬的热传导，降低衬底由于磁控溅射引起的升温现象，避免反应区域温度升高对衬底和薄膜的影响，有效避免内衬因高温释放杂质，提高产品质量；在适配器内设置冷却水道，减少加工步骤和难度，减少清洗难度，避免因保护水路引起的清洗喷砂熔射效果不理想而导致的工艺问题，也减少了由于增加水路工艺组件造成的拆装难度；结构简单，冷却效率高，无需密封圈对水路的密封，减少了漏水的风险。
上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。
同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920110253.2
申请日:2019-01-23
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209890728U
授权时间:20200103
主分类号:C23C14/35
专利分类号:C23C14/35;C23C14/54
范畴分类:25F;
申请人:北京北方华创微电子装备有限公司
第一申请人:北京北方华创微电子装备有限公司
申请人地址:100176 北京市大兴区经济技术开发区文昌大道8号
发明人:常青;李冰;边国栋
第一发明人:常青
当前权利人:北京北方华创微电子装备有限公司
代理人:巴晓艳
代理机构:11401
代理机构编号:北京金智普华知识产权代理有限公司 11401
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：磁控溅射论文;