[发明专利]溅射靶

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月27提交的美国临时专利申请系列第61/501,605号的权益和优先权，其整个内容在此通过参考被合并。

技术领域

本申请一般地涉及铸造，并且更具体地涉及反应材料的铸造，并且涉及由此获得的管式反应材料靶。

背景技术

典型地通过蒸发来实现锂的薄膜沉积。用于例如溅射设备的锂物理汽相沉积（“PVD”）靶不是能一般地获得的；并且通过溅射处理形成的锂涂层使用平面式靶而不是旋转式靶（也称作管式靶）。不像压制或锻造的平面式靶，旋转式靶通过铸造形成，这种方法允许控制粒度，包括颗粒的均匀性。另一方面，当压制锂来形成靶时，提供均匀的粒度分布是困难的。它们也被限制成在特定类型的沉积设备中使用。

相比于平面式靶旋转式靶提供了一些优点，包括：更长的寿命、更高的靶利用率，和改进的借助旋转式靶的自清理特征承受反应溅射环境的能力。特别地，平面式靶在表面上具有不变的侵蚀图案。接近侵蚀图案（其是跑道状的）的边缘，典型地材料再沉积为绝缘氧化物。该再沉积在侵蚀图案上侵占并使侵蚀图案更窄，即，用于沉积的可获得的材料的量减少。在旋转式靶上存在类似的侵蚀图案，但由于靶是转动的，新的材料运动进入侵蚀图案。换句话说，旋转式靶的再沉积区域在其变厚之前运动进入侵蚀区域并被“清理”。

另外，在锂电池工业中，强烈要求利用溅射替代锂的蒸发。蒸发产生高度均匀的沉积膜。然而，为了获得这种膜，基底必须相对于蒸发源以接近抛物线的配置被设置。因此，不像溅射，蒸发不适于网板或板的涂覆。

发明内容

本发明的一些实施例提供：铸造反应材料的良好的方法和系统，以用于制造反应靶；和由此获得的良好的反应材料靶，例如管式靶，虽然实施例不限于此并且也能生产平面式反应材料靶。

用于铸造反应材料的方法包括：铸造旋转式反应材料靶包括例如在真空中围绕不锈钢芯棒铸造锂。因此本发明的至少一些实施例导致：从旋转阴极溅射反应材料例如纯锂的能力提供了能使反应材料例如锂或铈溅射的优点与使用旋转阴极的优点相结合。

本发明的实施例的优点是平面式和管式靶能被制成具有大体均匀的粒度分布的例如锂靶。

以上目的可通过根据本发明的一些实施例的方法和装置实现。

一方面，本发明的实施例的特征是用于铸造反应材料PVD靶例如管式反应材料PVD靶的方法，虽然不限于此。该方法包括以下步骤：(i)提供限定开口的模具，该模具具有封闭底部；(ii)将反应材料锭放入邻近模具的储存器内；(iii)在储存器中形成真空或惰性气体氛围并熔化反应材料；(iv)将模具加热到高于铸造温度并在其中形成真空或惰性气体氛围；(v)将熔化的反应材料从储存器引入开口；和(vi)使模具冷却以形成PVD靶。根据本发明的实施例，提供限定开口的模具的步骤和将反应材料锭放入邻近模具的储存器内的步骤可在密封储存器和模具部分（熔化的反应材料被引入其内）之前被执行。密封可在储存器中形成真空或惰性气体氛围并熔化反应材料之前进行。后者导致本发明的实施例的优点避免了反应材料暴露在大气内或以熔化的反应状态暴露在大气中。在密封之前或密封过程中，储存器和模具可组装在一起，以形成可密封的容积。将熔化的反应材料从储存器引入开口可包括允许熔化的反应材料例如在重力下流入模具。将反应材料锭放入储存器可包括在受控的氛围下将反应材料锭放入储存器。储存器和模具可以是同一容器的部件。提供模具可包括：提供包括模具外壳和布置在所述模具外壳内的芯棒的模具，模具外壳和芯棒限定在它们之间的圆柱环形开口，芯棒具有限定芯区域的内壁。形成的靶可以是管式PVD靶。

本发明涉及的实施例可包括管式靶，包括旋转式靶或可转动靶。这种靶的形状例如可以是圆柱形的。

下面的特征中的一个或多个可被包含。加热模具可包括加热内壁和/或模具外壳。模具外壳可借助来自内壁的热辐射被加热。可使用任何合适的装置例如使用传导加热、辐射加热等来进行加热。

冷却模具可包括向芯区域的内壁引导流体冷却介质，例如通过淋喷头喷洒流体冷却介质。可选地，流体冷却介质也能以任何其他方式被插入，以便其在芯区域的内壁上流动。模具的用于铸造平面式靶的外表面可形成芯区域的内壁。流体冷却介质可包括或主要由流体构成，例如水、水溶液，和/或基于油的合成物。在喷洒的情况下，淋喷头可安装在加热器的远端处，并且加热器可配置成插入芯区域。在一个实施例中，加热器可同时从芯区域取出，并且通过淋喷头喷洒流体冷却介质。有利地，在本发明的一些实施例中，可使用用于加热和冷却的有效方式。