[发明专利]靶组件、靶、背板和冷却靶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及靶背板(backing plate)、溅射靶(sputtering target)、靶组件和冷却溅射靶的方法。

背景技术

物理气相沉积方法广泛地用于在各种衬底上形成材料薄膜。对于这种沉积技术一个极其重要的领域是半导体制造。图1中显示了一种典型的物理气相沉积设备10的一部分的简图。设备10包括靶组件12，其包括具有上面连接有溅射靶16的背板14，和连接在背板反侧的冷却板15。或者，一些现有技术的组件构造缺乏冷却板(未显示)。

通常，设备10将包括用于在沉积作用期间支撑衬底的衬底固定器18。提供的衬底20例如半导体材料晶片与靶16间隔开。靶16的表面17可称为溅射表面。在操作过程中，溅射材料24从靶的表面17上沉降下来，并作为薄膜沉积在包括衬底的溅射室的表面上，导致薄膜22的成形。

系统10中的溅射最普遍地在真空室中通过例如，直流磁控管溅射或射频(RF)溅射来实现。在溅射作用期间，颗粒冲击表面17不仅仅融化来自这种表面的材料，而且还导致靶的加热。因此，为了保持靶和靶组件的完整性，并为了保持均匀且高品质的薄膜生产，靶的冷却变得很重要。

利用物理气相沉积可沉积各种材料，包括金属、合金和陶瓷。常用的靶材料包括例如铝、钛、铜、钽、镍、钼、金、银、铂和其合金。溅射靶通常由高纯度材料制成。因为许多高纯度材料是低强度的，所以可将背板连接在靶上，以提供支撑，特别是对于靶处于冷却系统所施加的压力下的应用。

传统的背板通常由铜、铜合金(例如CuCr、CuZn)，或铝合金(例如Al6061、Al2024)形成。这些材料通常由于其热、电、磁特性而被选择。铝合金可具有比铜合金低高达三倍的密度，而且还可具有较弱的杨氏模量。

为了提供靶的冷却，传统系统通常利用水冷，其中在定位于背板后面，定位于背板14和冷却板15之间，或定位于背板和靶之间的储槽中提供了水。然而，传统的冷却系统时常受到效率限制，并且可能是有问题的。

在背板的背面暴露于水中的组件构造中，冷却效率可能由于水和靶之间的距离而受到限制。在备选的传统靶构造中，冷却利用沿着靶背面的水通道(在靶和背板之间)，或者通过在设置于靶和背板之间的插入物(未显示)中提供通道而实现冷却。图2中显示了一个用于通道冷却的靶组件的典型的传统背板14。

传统的背板14构造成可具有多个横过背板的正面32的狭窄通道或开口36，其中正面指将与靶组件中的靶对接的背衬面。背板14具有周边区域30，并且显示为包括多个螺栓孔31，其可用于将背板连接到靶上。应该懂得图2中所示的背板是一种典型构造，并且可利用备选方法例如焊接或扩散压合将靶连接到背板上。然而，压合和/或焊接技术可能由于靶和背板之间的热膨胀差异而存在问题，其可能导致结合失效和/或从冷却板和靶之间漏水。

图2中所显示的传统背板的多个狭窄的平行通道还可能由于高压而存在问题，这种高压用于产生穿过通道的水流。参见图3，其显示了背板14的截面图，并且显示了于周边穿过背板14的背面34的进水口38。其中一个狭窄通道36被描绘成横过正面32，水穿过该通道，经由穿过背面34的出口40而离开背板。由于在溅射作用期间有限的水流和高压，图2和3中所显示的背板构造可能导致漏水，靶损伤和/或靶变形。

作为通道化的背板构造的备选方案，一些传统的靶组件利用三个或更多个包括靶的构件，将其连接在插入物或隔膜上，插入物或隔膜连接在背板上。除了具有低容量的水流，这些多构件设计可能较为复杂，并且可能导致在溅射期间的不对准，引起漏水。另外，将靶和背板连接起来的常规方法可能促使靶翘曲和泄漏问题。

因此，需要发展备选靶组件构造和用于溅射沉积的备选冷却方法。

发明内容

在一个方面，本发明包括靶背板。该背板具有构造成与溅射靶对接的第一面和相反的第二面。多个导流板(deflector)设置在第一面上，其中各导流板的至少一部分是非线性的。本发明还包括靶背板，其具有设置在第一面的外部的周边区域和相对于周边区域沿径向向内设置的下凹部分。在下凹部分中提供了冷却剂导流板，并且凸起部从导流板中凸出，并构造成能够插入到溅射靶中的开口中。

在一个方面，本发明包括溅射靶，其具有构造成可与背板对接的背面。该背面具有与靶溅射表面相反的表面。至少一个开口通过该表面延伸到靶中，其中开口构造成可接受紧固件。