[发明专利]可旋转式磁控管的靶利用率提高

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求对提交于2010年4月2日的美国专利申请号12/753,814(“TARGET UTILIZATION IMPROVEMENT FORROTATABLE MAGNETRONS”)的优先权，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及在真空涂覆系统中使用的物理气相沉积(PVD)设备；更具体地，本发明涉及在大面积真空涂覆应用中所使用的圆柱形可旋转式磁控管。

背景技术

溅射沉积是一种物理气相沉积(“PVD”)方法，用于通过将来自“靶”(或源)的材料溅射(即，喷射)到“衬底”(诸如硅晶片)上来沉积薄膜。溅射源可以是磁控管，其使用强电场和磁场来俘获靠近磁控管表面的电子。电子在磁场线周围遵循螺旋路径，从而经历比其他情况下所发生的更多的与靶面附近气态中性核素的电离碰撞。溅射气体是惰性气体，比如氩(Ar)。由这些碰撞而产生的额外Ar离子导致了更高的沉积速率。等离子体可在较低的压强下持续。

授予McKelvey的美国专利号4,356,073(“McKelvey‘073”)通过引用而整体并入本文，该专利教导了一种可旋转式磁控溅射装置。McKelvey‘073教导了一种等径直筒状的背衬管/靶管。授予McKelvey的美国专利号4,445,997(“McKelvey‘997”)通过引用而整体并入本文，该专利教导了一种具有非圆筒状背衬管/靶管的可旋转式磁控管，该非圆筒状背衬管/靶管稍呈木桶形，在中央区域的一部分上具有更大直径。McKelvey‘997的教导可应用于涂覆弯曲的衬底，比如汽车的风挡。授予McKelvey的美国专利号4,466,877(“McKelvey‘887”)通过引用而整体并入本文，该专利教导了一种双重可旋转式磁控管，其作为靠近彼此安装并同时得到供电的一对单个的圆柱形磁控管。利用这种布置，可以“一同溅射”两种不同的金属(即，在每个磁控管上溅射一种金属)，从而在衬底上形成金属合金的涂层。

在本领域中，已存在对构造细节和溅射过程中的结合方法方面的改进。例如，通过引用而整体并入本文的，授予Hollars的美国专利号6,365,010(“Hollars”)教导了使用双重可旋转式磁控管进行介电涂层沉积的构造方法和过程实施方式。

当前的单一可旋转式磁控管和双重可旋转式磁控管的一个问题是，对靶材料的利用受到靶末端处材料过度腐蚀的限制，它会导致靶寿命的过早终结以及对昂贵靶材料的低效利用。

现将参考附图做出描述，其中相似的数字始终指代相似的部件。应当认识到，附图并不一定是按比例绘制。

图1示出了典型可旋转式磁控管设计的透视剖面图1a和设备每一端处磁封的俯视平面图1b。在图1的视图1a中，靶材料1结合到承载管2，该管通常可随相同或不同的靶材料重复使用多次。一对同心管道或管3a和3b被用于提供进出磁控管的加压冷却水以及支撑磁性组装件4。磁性组装件在其基本形式中包括一组笔直成行布置的永磁体5，且如北(N)极和南(S)极标记所指示，中间行具有与每侧行相反的磁极性。该设备可在所有磁体相对于图中定向被反转的情况下发挥功能。磁体位于高导磁性的细长板或条6之上，该板或条6在组装件的背面上提供磁通量的闭合路径。软钢和铁/镍合金可用于此目的。安装条7支撑磁体和导磁板并且提供与管3b的附接手段。薄封盖8保护磁体免受水的损害。在操作中，可将管和磁性组装件保持固定，同时可让靶材料和背衬管如箭头所指示那样转过磁性组装件。可以向靶施加负直流(“DC”)电压或交流电压，并且磁极之间的拱形磁场(未示出)提供了增强电子俘获的区域，其允许设备以相比于二极管溅射较低的压强来溅射靶材料。