[发明专利]溅射装置

说明书

相关申请案的交叉引用

本申请要求于2011年1月6日提交的美国临时专利申请案序列号61/430,361（其内容以引用的方式并入本文）的权益。

技术领域

该描述一般涉及旋转阴极磁控溅射。具体而言，其处理在靶材增加超过标准磁控组件可供应适用于磁控溅射的足够磁通量的点时遇到的某些问题。此外，本发明的一些实施方案改善将此类材料沉积为透明导电氧化物（TCO）的工艺条件。

背景技术

旋转靶的磁控溅射在本领域中是已知的且广泛用于在各种基片上产生各种薄膜。作为一个例子，可在美国专利序列号5,096,562（其内容据此以引用的方式并入本文）中找到关于使用旋转阴极溅射的合理概述。

在旋转靶的磁控溅射的最基本的形式中，待溅射的材料呈管状或粘附至由刚性材料制成的支承管的外表面。磁控组件被安置在管内且供应磁通量。该磁通量穿透靶，以使得靶的外表面上有足够的磁通量。设计磁场以使得其保留从靶发射的电子，从而增大电子将和工作气体发生离子碰撞的概率，因此提高溅射工艺的效率。

一些材料（尤其是陶瓷TCO材料）的靶的制造成本较之原材料的成本相对较高。为了提高这些靶的经济效益，需要增加靶材的厚度。以此方式，靶将明显具有更多可用材料，同时仅增加极小的靶的总成本。这是因为制造成本不会明显改变。仅有的明显增加是由于使用附加原材料。在改变靶后，较厚的靶具有允许更久的生产过程的额外效益。

如上所述，过度地增加靶厚度可导致在使用标准磁控组件时靶表面上的磁通量不足。显然需要一种具有更高磁通量的磁控设计。

然而，增加磁通量的工作将通常产生新的问题，其中加宽了回车道的宽度。这进而增大了靶端的相对侵蚀率，且因此由于靶“被烧穿”而缩短靶的寿命。这与增加靶厚度的目的相反。

发明内容

用于旋转阴极的典型磁控组件100（在图1A0中示出）包括磁体的三个基本上平行的行102。该磁体附接至帮助接通磁路的磁性导电材料（诸如，钢制品）的磁轭104。磁体的磁化方向将相对于溅射靶的主轴而为径向。中心行106将具有与两个外部行108相反的极性（参看图1B）。可在美国专利序列号5,047,131（其内容据此以引用的方式并入本文）中找到此类型磁控的附加描述。磁体的内部行106和外部行108的磁通量通过磁性导电磁轭104而在磁体的一侧上连接。在磁体的另一侧上（与磁轭104相反），磁通量不包含在磁性导电材料中；因此，其基本上畅通无阻地穿过基本上无磁性的靶。因此，在靶的工作表面上以及上方提供两个弧形磁场。该磁场保留电子且促使所述电子朝垂直于磁场线的方向漂移，所述方向平行于磁体的行102。这被称为ExB漂移且在任何一本基础等离子物理教科书中均有描述。在普通的布置中，该漂移路径还平行于靶的主轴。

此外，外部行108比极性与外部行108相同的内部行106和附加磁体110（在图1B中示出）稍长，且被放置在两个外部行108之间的组件的两端，从而创建漂移路径所谓的“回车道”区域。这具有连接两个漂移路径而因此形成一个连续的长圆“跑道”漂移路径的效果。这优化对电子的保留且因此优化溅射工艺的效率。

增加磁场强度的直觉化途径仅仅是增加磁体的大小或强度。增加磁场强度受更强磁体的可用性限制。非常高强度的磁体也是非常昂贵的，且难以使用。此外，更强磁体还可应用到任何高级设计以增加效益（诸如本发明的实施方案的那些效益）。

在考虑更大横断面的磁体时，问题就出现了。增加径向方向上的尺寸不会带来靶表面上的磁通量的成比例增加。如此，这是一种自我限制的方法。增加切线到靶表面的方向上的尺寸也是一种自我限制，因为几何形状要求进一步移动靶表面上的大量磁性材料，以用于削弱靶表面的磁场。这与达到期望效果相反（参看作为此类设计的一个实例图2）。

增加磁体大小的方法的另一有害影响是跑道被拓宽。也就是说，使跑道的两个长的部分彼此远离。这加宽了跑道的回车道部分，进而增加靶端的相对侵蚀率。因此，在使用更大量的靶材之前，需耗尽靶的这些部分。因此，在充分利用靶材之前，必须停止使用靶。

为了理解增加靶端的侵蚀率，技术人员可考虑旋转靶表面上的两个点。一个点旋转通过跑道的两个支柱（长的部分）。另一个点旋转通过回车道。将看到，通过回车道的点花更多时间在跑道中，因此受到更严重侵蚀。可在美国专利序列号5,364,518（其内容据此以引用的方式并入本文）中找到关于该主题的进一步论述。