磁控濺射系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)陰極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種磁控濺射裝置，其包括陰極源總成，和可拆除地耦接到所述陰極源總成的陰極靶材總成。所述陰極源總成包括可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿，和位于所述可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿中且在所述陰極源總成的外端處耦接到管支持物的供水管。所述陰極靶材總成包括旋轉(zhuǎn)陰極，其包括可旋轉(zhuǎn)靶材圓柱體，所述旋轉(zhuǎn)陰極可拆除地安裝到可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿。所述靶材圓柱體內(nèi)側(cè)的磁棒耦接到所述供水管的末端部分。掃掠機(jī)構(gòu)被耦接到所述磁棒且包括控制馬達(dá)。分度滑輪可操作地耦接到所述控制馬達(dá)，且磁棒滑輪通過皮帶耦接到所述分度滑輪。所述磁棒滑輪被貼附到所述管支持物，以使所述磁棒滑輪的任何運動通過所述管支持物和所述供水管轉(zhuǎn)移到所述磁棒。所述掃掠機(jī)構(gòu)在濺射期間將獨立于目標(biāo)圓柱體旋轉(zhuǎn)的預(yù)定運動賦予所述磁棒。
【專利說明】磁控濺射系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)陰極
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年8月4日提交的美國臨時專利申請第61/515，094號的權(quán)利，該申請以引用的方式并入本文。
[0003]發(fā)明背景
[0004]旋轉(zhuǎn)靶材的磁控濺射被廣泛地用于在基片上制作各種不同的薄膜。在磁控濺射中，待濺射的材料以圓柱形的形狀形成或被粘附到由剛性材料制成的圓柱形支撐管的外表面。磁控管總成被安置在管內(nèi)并供應(yīng)磁通量，磁通量穿過靶材，使得在靶材的外表面存在大量磁通量。磁場以一種方式設(shè)計，使磁場保留從靶材發(fā)射的電子，如增大電子與工作氣體電離碰撞的概率，從而增強(qiáng)濺射過程的效率。
[0005]當(dāng)基片和濺射磁控管兩者相互保持靜態(tài)時，通常無法通過使用標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)圓柱體陰極在大區(qū)域內(nèi)獲得適當(dāng)均勻的薄膜。這是由于磁場的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)通常形成大體上平行于陰極的主軸的兩(有時四)道高強(qiáng)度濺射等離子體線。經(jīng)過濺射的材料以兩個近似的高斯分布(各來自每條高強(qiáng)度濺射線)離開靶材且以相似分布到達(dá)基片。膜的最終厚度是兩個(高斯)分布的疊加。當(dāng)使用多個陰極時，膜厚度將是多個這種分布的和。[0006]用于旋轉(zhuǎn)陰極的典型磁控管總成包括附接到幫助完成磁路的磁導(dǎo)材料(如，鋼)軛的三行大體平行的磁體。磁體的磁化方向?qū)⑾鄬τ跒R射靶材的主軸呈徑向。中心行將具有與兩個外行相反的極性。
[0007]內(nèi)行磁體和外行磁體的磁通量通過在磁體的一側(cè)上的磁導(dǎo)軛連結(jié)。在磁體與軛相對的另一側(cè)上，磁通量不被控制在磁導(dǎo)材料中；因此，磁通量大體上未受阻地穿過大體非磁性的靶材。因此，在靶材的工作表面上和上方提供兩個弧形磁場。這提供了上述兩道高強(qiáng)度濺射等離子體。此外，外行稍長于內(nèi)行且具有與外行相同極性的額外磁體被放置在總成的末端處，位于兩個外行之間，建立所謂的漂移路徑的“掉頭”區(qū)域。這具有連接兩個漂移路徑，從而形成一個連續(xù)卵形“跑道”漂移路徑的效果。這優(yōu)化了電子的保留并因此優(yōu)化了濺射過程的效率。使用以上構(gòu)造源的陣列來涂覆靜態(tài)基片的嘗試將導(dǎo)致對于大多數(shù)應(yīng)用來說無法接受的不均勻輪廓。這種均勻輪廓度示出在圖6中，其在下文進(jìn)一步論述。
[0008]標(biāo)準(zhǔn)方法可產(chǎn)生對于靜態(tài)系統(tǒng)來說可接受的膜均勻性。但是，由于總膜厚度是材料通量的多個高斯型分布的和，所以仍存在跨垂直于陰極的主軸的基片尺寸的一定量的周期性膜厚度變化(波動)。這種膜厚度波動對于一些產(chǎn)品來說是無法接受的。在這些情況中，已開發(fā)出在靶材周邊的一部分上方掃掠磁場的機(jī)構(gòu)。在操作期間掃掠磁體陣列導(dǎo)致磁體陣列的磁場在陰極靶材周邊的一部分上方移動，從而減小膜波動。
[0009]提供掃掠磁場的常規(guī)濺射系統(tǒng)利用在圍繞對稱線對稱定位的兩個位置之間的恒定角速度或通過兩個位置之間的離散步進(jìn)來實現(xiàn)。雖然這些方法可以減小膜厚度波動，但它們不一定能優(yōu)化膜均勻性。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因是兩種方法均使用了線性補(bǔ)償來修改非線性分布。
發(fā)明概要[0010]磁 控濺射裝置包括陰極源總成，和可拆除地耦接到陰極源總成的陰極靶材總成。陰極源總成包括可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿，和位于可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿中且在陰極源總成的外端處耦接到管支持物的供水管。陰極靶材總成包括旋轉(zhuǎn)陰極，其包括可旋轉(zhuǎn)靶材圓柱體，所述旋轉(zhuǎn)陰極可拆除地安裝到可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿。靶材圓柱體內(nèi)側(cè)的磁棒耦接到供水管的末端部分。掃掠機(jī)構(gòu)耦接到磁棒且包括控制馬達(dá)。分度滑輪可操作地耦接到控制馬達(dá)，且磁棒滑輪通過皮帶耦接到分度滑輪。磁棒滑輪貼附到管支持物，以使磁棒滑輪的任何運動通過管支持物和供水管轉(zhuǎn)移到磁棒。掃掠機(jī)構(gòu)在派射期間將獨立于祀材圓柱體旋轉(zhuǎn)的預(yù)定運動賦予磁棒。
[0011]附圖簡述
[0012]本領(lǐng)域技術(shù)人員將參考附圖從以下描述明白本發(fā)明的特征。應(yīng)理解，附圖只描繪了本發(fā)明的典型實施方案且因此不被視作對范圍加以限制，將通過使用附圖更具體且詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中:
[0013]圖1A是根據(jù)一個實施方案的具有旋轉(zhuǎn)陰極的磁控濺射裝置的側(cè)視圖；
[0014]圖1B是圖1A的磁控濺射裝置的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0015]圖2A是根據(jù)一個實施方案的具有旋轉(zhuǎn)陰極的磁控濺射系統(tǒng)的正視圖；圖2B是圖2A的磁控濺射系統(tǒng)的后視圖；
[0016]圖3A是圖2A的磁控濺射系統(tǒng)的仰視圖；
[0017]圖3B是圖2A的磁控濺射系統(tǒng)的透視仰視圖；
[0018]圖4A是根據(jù)另一個實施方案的具有旋轉(zhuǎn)陰極的磁控濺射系統(tǒng)的透視圖；
[0019]圖4B是圖4A的磁控濺射系統(tǒng)的仰視圖；
[0020]圖5A是根據(jù)替代實施方案的具有旋轉(zhuǎn)陰極的磁控濺射裝置的側(cè)視圖；
[0021]圖5B是圖5A的磁控濺射裝置的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0022]圖6是示出具有常規(guī)磁控管的兩個標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)陰極的端視圖的示意圖；和
[0023]圖7是示出根據(jù)一個實施方案的具有優(yōu)化磁控管的兩個旋轉(zhuǎn)陰極的端視圖的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]在以下詳細(xì)描述中，充分詳細(xì)地描述實施方案以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明。應(yīng)理解，可以利用其它實施方案而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，以下描述不應(yīng)被視為限制意義。
[0025]提供磁控濺射裝置的旋轉(zhuǎn)陰極，其在大面積基片上制作大體均勻的薄膜。掃掠機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成在濺射操作期間獨立移動旋轉(zhuǎn)陰極內(nèi)側(cè)的磁體陣列。可將多個旋轉(zhuǎn)陰極實施于磁控濺射系統(tǒng)中用于將均勻膜沉積在相對于陰極保持靜態(tài)的大面積基片上。
[0026]在磁控濺射裝置的操作期間，運動從控制馬達(dá)傳遞到旋轉(zhuǎn)陰極內(nèi)側(cè)的磁控管總成。在一個實施方式中，可通過可被編程以提供所需移動的可變驅(qū)動器，如伺服馬達(dá)控制掃掠動作。磁控管總成相對于對稱線移動。
[0027]使用掃掠磁場的現(xiàn)有常規(guī)系統(tǒng)利用在圍繞對稱線對稱定位的兩個位置之間的恒定角速度或通過兩個位置之間的離散步進(jìn)來實現(xiàn)。雖然這些方法可以減小膜厚度波動，但它們不一定能優(yōu)化膜均勻性。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因是兩種方法均使用了線性補(bǔ)償來修改非線性分布。為了真正地優(yōu)化均勻性，可使用非恒定掃掠運動。[0028]在按照大體均勻方式涂覆一個或多個基片的濺射系統(tǒng)中，布置各自具有旋轉(zhuǎn)陰極的多個磁控濺射裝置，使得旋轉(zhuǎn)陰極大體上相互平行且大體上規(guī)則間隔。還將陰極安置在大體上平行于待涂覆的一個或多個基片的平面上。針對濺射系統(tǒng)的幾何構(gòu)造優(yōu)化每個旋轉(zhuǎn)陰極內(nèi)的磁控管以當(dāng)將基片放置在相對于磁控濺射裝置的靜態(tài)位置時在基片上提供大體均勻涂層。磁控濺射裝置的布置包括在相反末端上的一個或多個外磁控濺射裝置，和在外磁控濺射裝置之間的一個或多個內(nèi)磁控濺射裝置。每個磁控濺射裝置可包括可操作地耦接到磁控管以將獨立于陰極旋轉(zhuǎn)的掃掠運動賦予磁控管的機(jī)動化機(jī)構(gòu)?？赏ㄟ^被編程成具有各種抖動模式的控制器驅(qū)動機(jī)動化機(jī)構(gòu)。
[0029]在具有多個陰極的磁控濺射系統(tǒng)的另一個實施方案中，最外陰極可以具有較類似于標(biāo)準(zhǔn)總成的磁控管總成。如果在最外陰極上使用優(yōu)化設(shè)計，那么跑道的最外筆直區(qū)段將大體遠(yuǎn)離基片的邊緣濺射，從而具有不希望的效果。此外，由于在最外陰極上具有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計補(bǔ)償多個陰極的重疊通量分布的跌落，所以它改善了末端處的均勻性。
[0030]在另一個實施方案中，最外陰極的磁控管總成可具有與內(nèi)磁控管不同的設(shè)計，且因此具有與內(nèi)磁控管的掃掠運動不同的掃掠運動。這進(jìn)一步改善了基片的外邊緣處的均勻性。原則上，每個磁控管可根據(jù)需要具有不同設(shè)計和/或不同編程運動。
[0031]為了修改缺少獨立磁控管運動的標(biāo)準(zhǔn)陰極設(shè)計，必須增加更多旋轉(zhuǎn)密封件和旋轉(zhuǎn)電接觸件。這會導(dǎo)致不希望的復(fù)雜性，這種復(fù)雜性將導(dǎo)致陰極更可能發(fā)生陰極故障和更多維護(hù)需求。由于優(yōu)化磁控管設(shè)計以適配涂覆設(shè)備的幾何形態(tài)，所以本方法中的這種機(jī)械復(fù)雜性的增加得以緩和。這樣，便可利用電線和冷卻線的撓性來補(bǔ)償新運動，從而將增加的機(jī)械復(fù)雜性減至最小。
[0032]下文參考附圖更詳細(xì)描述本磁控濺射裝置和系統(tǒng)的各個特征。
[0033]圖1A和圖1B圖示根據(jù)一個實施方案的磁控濺射裝置100。如圖1A所描繪，磁控濺射裝置100大致上包括陰極源總成102和可拆除地耦接到陰極源總成102的陰極靶材總成 104。
[0034]如圖1B所示，陰極源總成102包括主外殼110和外殼110內(nèi)側(cè)的空心驅(qū)動桿112。一個或多個球軸承113 (可能只有一個軸承)圍繞驅(qū)動桿112位于外殼110內(nèi)。在外殼110中提供單端饋通，使得所有公用設(shè)施被導(dǎo)入饋通中。
[0035]供水管114位于驅(qū)動桿112中且在陰極源總成102的外端耦接到管支持物116。供水管114通過管支持物116與第一流體端口 115流體連通。如圖1A所示，鄰接管支持物116的防水外殼117與第二流體端口 118流體連通。流體端口 115和118被構(gòu)造成當(dāng)在磁控濺射裝置100的操作期間需要時與水源和空氣源(未示出)耦接。如圖1B所描繪，供水管114的遠(yuǎn)端部分119位于與管支持物116相反的末端處。
[0036]齒輪馬達(dá)120被安裝到驅(qū)動外殼122，所述驅(qū)動外殼包圍可操作地耦接到齒輪馬達(dá)120的滑輪124和驅(qū)動滑輪126。滑輪124和驅(qū)動滑輪126通過驅(qū)動皮帶127可旋轉(zhuǎn)耦接用于使驅(qū)動桿112旋轉(zhuǎn)。
[0037]驅(qū)動桿112從外殼110突出到被腔壁130封閉的真空涂覆腔(未示出)中。圍繞外殼110的安裝凸緣129緊靠腔壁130的內(nèi)表面132。安裝凸緣129通過多個螺栓134固定于腔壁130。如圖1B所示，真空密封總成136包圍延伸穿過腔壁130的外殼110的一部分以維持真空密封。[0038]陰極靶材總成104包括旋轉(zhuǎn)陰極140，其具有在外表面上具有靶材材料的可旋轉(zhuǎn)靶材圓柱體142。磁棒144被支撐在靶材圓柱體142的內(nèi)側(cè)且耦接到包括磁棒防旋轉(zhuǎn)鍵146的供水管114的末端部分119。旋轉(zhuǎn)陰極140通過靶材安裝凸緣148和靶材夾鉗150可拆除地安裝到突出到真空涂覆腔中的驅(qū)動桿112的末端部分。任選的外部支撐部件152可貼附在靶材圓柱體142的遠(yuǎn)端且固定于真空腔壁。
[0039]磁控濺射裝置100還包括磁棒掃掠機(jī)構(gòu)160，其在濺射操作期間提供磁棒144的獨立運動。磁棒掃掠機(jī)構(gòu)160在派射期間將獨立于祀材圓柱體旋轉(zhuǎn)的預(yù)定運動賦予磁棒144。
[0040]磁棒掃掠機(jī)構(gòu)160包括利用馬達(dá)安裝座164附接到外殼110的控制馬達(dá)162，如步進(jìn)馬達(dá)或伺服馬達(dá)?？刂岂R達(dá)可(如)通過編程構(gòu)造來產(chǎn)生不同的抖動模式用于移動磁棒144。
[0041]馬達(dá)162可操作地耦接到支撐驅(qū)動皮帶168的分度滑輪166。驅(qū)動皮帶168還由附接到分度軸承外殼172的磁棒滑輪170支撐，所述分度軸承外殼172繼而利用多個螺栓174耦接到防水外殼117。驅(qū) 動皮帶168可以是無滑動地連接滑輪166和170的同步皮帶、鏈條或其它裝置。例如，典型的同步皮帶是平坦的且包括齒體。
[0042]軸承180是由固定的分度軸承外殼172固定且提供使磁棒總成114容易地旋轉(zhuǎn)的能力，同時通過管支持物116為來自磁棒114的重量的徑向和推力負(fù)荷提供支持。
[0043]陰極源總成102在圖1A中被示作處于底部安裝位置，以使陰極靶材總成104在上行方向上延伸，其中靶材圓柱體142的遠(yuǎn)端高于靶材圓柱體142的近端。磁控濺射裝置100還可安裝在其它位置中以提供不同的陰極定向。例如，可將陰極源總成102放置為頂部安裝位置以使陰極靶材總成104在下行方向上延伸，其中靶材圓柱體142的遠(yuǎn)端低于靶材圓柱體142的近端?；蛘?，可將陰極源總成102放置為側(cè)部安裝位置以使陰極靶材總成104具有大體水平定向。
[0044]可利用對應(yīng)于圖1A所示的磁控濺射裝置100的多個磁控濺射裝置實現(xiàn)磁控濺射系統(tǒng)。例如，可將兩個或更多個磁控濺射裝置布置在磁控濺射系統(tǒng)中以涂覆更大的基片。
[0045]圖2A和圖2B圖不根據(jù)一個實施方案的磁控派射系統(tǒng)200,其包括一對磁控派射裝置IOOa和100b。磁控濺射裝置IOOa和磁控濺射裝置IOOb各具有各自的主外殼110a、IlOb和各自的防水外殼117a、117b。每個磁控濺射裝置100a、IOOb還包括安裝到各自的驅(qū)動外殼122a、122b的各自的齒輪馬達(dá)120a、120b。
[0046]磁控濺射裝置IOOaUOOb還具有各自具有可旋轉(zhuǎn)靶材圓柱體142a、142b的各自的旋轉(zhuǎn)陰極140a、140b。真空涂覆腔(未示出)是由腔壁230封閉。每個旋轉(zhuǎn)陰極140a、140b通過各自的靶材夾鉗150a、150b可拆除地安裝到突出到真空涂覆腔中的驅(qū)動桿的末端部分。任選的外部支撐部件152a、152b可貼附在每個祀材圓柱體142a、142b的遠(yuǎn)端且固
定于真空腔壁。
[0047]在一個實施方案中，共用安裝凸緣229包圍底部安裝外殼IlOaUlOb且緊靠腔壁230的內(nèi)表面232。安裝凸緣229通過多個螺栓234固定于腔壁230。在替代實施方案中，可將陰極直接安裝到腔壁而無需共用安裝凸緣。
[0048]每個磁控濺射裝置IOOaUOOb包括在濺射操作期間提供磁棒在旋轉(zhuǎn)陰極140a、140b中的移動的各自的磁棒掃掠機(jī)構(gòu)160a、160b。磁棒掃掠機(jī)構(gòu)160a、160更詳細(xì)示出在圖3A和圖3B中。[0049]磁棒掃掠機(jī)構(gòu)160a、160b各包括利用分度安裝座164a、164b附接到外殼110a、IlOb的各自的控制馬達(dá)162a、162b。每個馬達(dá)162a、162b可操作地耦接到支撐各自的驅(qū)動皮帶168a、168b的各自的分度滑輪166a和166b。皮帶168a、168b還各由各自的磁棒滑輪170a、170b 支撐。
[0050]磁棒掃掠機(jī)構(gòu)160a、160b按照上文針對上述磁棒掃掠機(jī)構(gòu)160而描述的相同方式操作。
[0051]旋轉(zhuǎn)陰極140a、140b在圖2A和圖2B被示作處于底部安裝位置，以使靶材圓柱體142a、142b在上行或垂直方向上延伸，其中靶材圓柱體的遠(yuǎn)端高于靶材圓柱體的近端。磁控濺射系統(tǒng)200還可安裝在其它位置以提供不同的陰極定向。例如，可將旋轉(zhuǎn)陰極140a、140b放置在頂部安裝位置以使靶材圓柱體142a、142b在下行方向上延伸，其中靶材圓柱體的遠(yuǎn)端低于靶材圓柱體的近端?；蛘撸蓪⑿D(zhuǎn)陰極140a、140b放置在側(cè)部安裝位置以使靶材圓柱體142a、142b具有大體水平定向。
[0052]圖4A和圖4B圖不根據(jù)另一個實施方案的磁控派射系統(tǒng)400,其包括多個磁控派射裝置410。雖然描繪了八個磁控濺射裝置410，但可用更多或更少磁控濺射裝置410實現(xiàn)濺射系統(tǒng)400。
[0053]磁控濺射裝置410各包括如上文針對圖1A所示出的磁控濺射裝置100而描述的實質(zhì)相同組件。因此，如圖4A所描繪，磁控濺射裝置410各大致上包括陰極源總成412和可拆除地耦接到陰極源總成412的陰極靶材總成414。 [0054]磁控濺射裝置410還具有各具有可旋轉(zhuǎn)靶材圓柱體422的各自的旋轉(zhuǎn)陰極420。真空涂覆腔(未示出)是由腔壁430封閉。每個旋轉(zhuǎn)陰極420通過各自的靶材夾鉗450可拆除地安裝到突出到真空涂覆腔中的驅(qū)動桿的末端部分?？蓪⑿D(zhuǎn)陰極420布置成大體相互平行且大體規(guī)則間隔，其中旋轉(zhuǎn)陰極420安置在大體平行于將在真空涂覆腔中涂覆的基片的平面上。任選外部支撐部件452可貼附在每個靶材圓柱體422的遠(yuǎn)端且固定于真空腔壁。
[0055]每個磁控濺射裝置410包括在濺射操作期間提供磁棒在旋轉(zhuǎn)陰極420中的移動的各自的磁棒掃掠機(jī)構(gòu)460。磁棒掃掠機(jī)構(gòu)460各包括可操作地耦接到各自的分度滑輪466的各自的控制馬達(dá)462，所述分度滑輪466支撐各自的驅(qū)動皮帶468。每個驅(qū)動皮帶468還由各自的磁棒滑輪470支撐。
[0056]磁棒掃掠機(jī)構(gòu)460按照上文針對上述磁棒掃掠機(jī)構(gòu)160而描述的實質(zhì)相同方式操作。
[0057]圖5A和圖5B圖不根據(jù)另一個實施方案的磁控派射裝置500。如圖5A所描繪,磁控濺射裝置500大致上包括陰極源總成502和可拆除地耦接到陰極源總成502的陰極靶材總成504。
[0058]如圖5B所示，陰極源總成502包括長形外殼510和外殼510內(nèi)側(cè)的空心驅(qū)動桿512。供水管514位于驅(qū)動桿512中且在陰極源總成502的外端處耦接到管支持物516。供水管514通過管支持物516與第一流體端口 515流體連通。如圖5A所示，鄰接管支持物516的防水外殼517與第二流體端口 518流體連通。
[0059]齒輪馬達(dá)520安裝到驅(qū)動外殼522，所述驅(qū)動外殼522包圍可操作地耦接到齒輪馬達(dá)520的滑輪524和驅(qū)動滑輪526?；?24和驅(qū)動滑輪526通過驅(qū)動皮帶527可旋轉(zhuǎn)耦接用于使驅(qū)動桿512旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動桿512從外殼510突出到被腔壁530封閉的真空涂覆腔(未示出)中。
[0060]陰極靶材總成504包括旋轉(zhuǎn)陰極540，其具有在外表面上具有靶材材料的可旋轉(zhuǎn)革巴材圓柱體542。磁棒544被支撐在祀材圓柱體542內(nèi)側(cè)且稱接到供水管514。旋轉(zhuǎn)陰極540可拆除地安裝到突出到真空涂覆腔中的驅(qū)動桿512的末端部分。
[0061]磁控派射裝置500還包括磁棒掃掠機(jī)構(gòu)560,其在派射操作期間提供磁棒544的移動。磁棒掃掠機(jī)構(gòu)560包括利用馬達(dá)安裝座564附接到外殼510的控制馬達(dá)562。馬達(dá)562可操作地耦接到支撐驅(qū)動皮帶568的分度滑輪566。驅(qū)動皮帶568還由附接到分度軸承外殼572的磁棒滑輪570支撐。磁棒掃掠機(jī)構(gòu)560按照上文針對上述磁棒掃掠機(jī)構(gòu)160而描述的實質(zhì)相同方式操作。
[0062]圖6是示出各具有各自的磁控管構(gòu)造620和622的兩個標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)陰極610和612的端視圖的示意圖。每個磁控管構(gòu)造620、622包括呈第一極性的中心行磁體630和安置在中心行磁體周圍的呈第二極性的同心卵形磁體632。圖6還包括關(guān)于旋轉(zhuǎn)陰極610和612的粒子通量分布的圖形表示，所述圖形表示包括每個陰極的分布和及個別分布。[0063]如2012年I月6日提交的美國申請第13/344,871號所公開(其公開是以引用的方式并入)，磁控管的改進(jìn)方法提供具有呈第一極性的內(nèi)卵和呈第二極性的外卵的兩個同心卵形磁體。如此一來，在“跑道”的兩個線性部分之間的角距可容易地加以調(diào)整以提供可利用特定涂覆系統(tǒng)所需的多個陰極來制造的最優(yōu)可能均勻性，同時使高角度材料通量最小化。
[0064]以上改進(jìn)方法的實例示出在圖7中，圖7描繪了各具有經(jīng)過優(yōu)化的磁控管構(gòu)造720和722的兩個旋轉(zhuǎn)陰極710和712的端視圖。每個磁控管構(gòu)造720、722包括呈第一極性的內(nèi)卵形磁體730和圍繞內(nèi)卵形磁體730的呈第二極性的外卵形磁體732。圖7還包括關(guān)于旋轉(zhuǎn)陰極710和712的粒子通量分布的圖形表示。
[0065]圖6與圖7的比較指示基片上涂層的厚度變動可簡單地通過將磁控管改變?yōu)?如)針對陰極710和712而描繪的優(yōu)化設(shè)計而減小。在跑道部分之間，磁控管構(gòu)造720和722具有比磁控管構(gòu)造620和622中更寬的角距。磁控管構(gòu)造720和722是用于減小獲得涂覆均勻性所需的振動量的一個例示性實施方案。
[0066]優(yōu)化將取決于整體系統(tǒng)幾何形狀，尤其是陰極之間的距離和陰極到基片的距離而不同。雖然可通過多次試驗實現(xiàn)優(yōu)化，但還可以通過考慮材料通量的幾何值和分布函數(shù)的數(shù)學(xué)公式確定優(yōu)化?？稍?Sieck, Distribution of Sputtered Films from aC-Mag?Cylindrical Source,第38屆年度技術(shù)會議記錄,真空涂覆機(jī)協(xié)會，第281頁至第285頁(1995年)中找到通量分布的公式，其公開以引用的方式并入本文。
[0067]在具有多個陰極的磁控濺射系統(tǒng)的另一個實施方案中，外磁控濺射裝置中的旋轉(zhuǎn)陰極可具有與內(nèi)磁控濺射裝置的旋轉(zhuǎn)陰極中的磁控管構(gòu)造不同的磁控管。例如，外磁控濺射裝置的旋轉(zhuǎn)陰極可以具有類似于標(biāo)準(zhǔn)磁控管(如圖6的磁控管構(gòu)造)的磁控管，而內(nèi)磁控濺射裝置的旋轉(zhuǎn)陰極中的磁控管可具有經(jīng)過優(yōu)化的磁控管，如圖7的磁控管構(gòu)造。
[0068]本發(fā)明可體現(xiàn)為其它特定形式而不脫離其實質(zhì)特性。在所有方面，所描述的實施方案應(yīng)僅被視作說明性而非限制性。因此，本發(fā)明的范圍是由隨附權(quán)利要求指示，而非由以上描述指示。在權(quán)利要求的等效含義和范圍內(nèi)的所有變化將涵蓋于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁控濺射裝置，包括: 陰極源總成，其包括: 可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿；和 供水管，其位于所述可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿中且在所述陰極源總成的外端處耦接到管支持物； 陰極靶材總成，其可拆除地耦接到所述陰極源總成，所述陰極靶材總成包括: 旋轉(zhuǎn)陰極，其包括可旋轉(zhuǎn)靶材圓柱體，所述旋轉(zhuǎn)陰極可拆除地安裝到所述可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿；和 磁棒，其在所述靶材圓柱體內(nèi)側(cè)且耦接到所述供水管的末端部分； 掃掠機(jī)構(gòu)，其可操作地耦接到所述磁棒，所述掃掠機(jī)構(gòu)包括: 控制馬達(dá)； 分度滑輪，其可操作地耦接到所述控制馬達(dá)；和 磁棒滑輪，其通過皮帶可操作地耦接到所述分度滑輪，所述磁棒滑輪貼附到所述管支持物以使所述磁棒滑輪的任何運動通過所述管支持物和所述供水管轉(zhuǎn)移到所述磁棒；其中所述掃掠機(jī)構(gòu)在濺射期間將獨立于靶材圓柱體旋轉(zhuǎn)的預(yù)定運動賦予所述磁棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射裝置，其中所述控制馬達(dá)被構(gòu)造成產(chǎn)生不同的抖動模式用于移動所述磁棒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射裝置，其中所述控制馬達(dá)包括步進(jìn)馬達(dá)或伺服馬達(dá)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射裝置，其中所述控制馬達(dá)利用馬達(dá)安裝座被附接到所述陰極源總成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射裝置，其中所述磁棒滑輪被附接到所述陰極源總成上的分度軸承外殼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射裝置，其中所述陰極靶材總成當(dāng)安裝在真空腔中時具有大體垂直定向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射裝置，其中所述陰極靶材總成當(dāng)安裝在真空腔中時具有大體水平定向。
8.一種磁控派射系統(tǒng)，其包括: 真空涂覆腔； 多個磁控濺射裝置，每個所述磁控濺射裝置包括: 陰極源總成，其被安裝到所述真空涂覆腔的壁且包括: 可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿；和 供水管，其位于所述可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿中且在所述陰極源總成的外端處耦接到管支持物；陰極靶材總成，其可拆除地耦接到所述陰極源總成且安置在所述真空涂覆腔中，所述陰極靶材總成包括: 旋轉(zhuǎn)陰極，其包括可旋轉(zhuǎn)靶材圓柱體，所述旋轉(zhuǎn)陰極可 拆除地安裝到所述可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動桿；和 磁棒，其在所述靶材圓柱體內(nèi)側(cè)且耦接到所述供水管的末端部分；和 掃掠機(jī)構(gòu)，其可操作地耦接到所述磁棒，所述掃掠機(jī)構(gòu)包括: 控制馬達(dá)；分度滑輪，其可操作地耦接到所述控制馬達(dá)；和 磁棒滑輪，其通過皮帶可操作地耦接到所述分度滑輪，所述磁棒滑輪貼附到所述管支持物以使所述磁棒滑輪的任何運動通過所述管支持物和所述供水管轉(zhuǎn)移到所述磁棒；其中所述磁棒掃掠機(jī)構(gòu)在濺射期間將獨立于靶材圓柱體旋轉(zhuǎn)的預(yù)定運動賦予所述磁棒; 其中所述旋轉(zhuǎn)陰極被布置成大體相互平行且大體規(guī)則間隔，所述旋轉(zhuǎn)陰極被安置在大體平行于將在所述真空腔中涂覆的基片的平面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁控濺射系統(tǒng)，其中所述控制馬達(dá)被構(gòu)造成產(chǎn)生不同的抖動模式用于移動所述磁棒。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁控濺射系統(tǒng)，其中所述控制馬達(dá)包括步進(jìn)馬達(dá)或伺服馬達(dá)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁控濺射系統(tǒng)，其中所述控制馬達(dá)利用馬達(dá)安裝座被附接到所述陰極源總成。
12.根據(jù)權(quán)利要求8 所述的磁控濺射系統(tǒng)，其中所述磁棒滑輪被附接到所述陰極源總成上的分度軸承外殼。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁控濺射系統(tǒng)，其中每個陰極靶材總成在所述真空腔中具有大體垂直定向。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁控濺射系統(tǒng)，其中每個陰極靶材總成在所述真空腔中具有大體水平定向。
15.一種按照大體均勻方式涂覆一個或多個基片的噴濺系統(tǒng)，包括: 多個磁控濺射裝置，其各具有旋轉(zhuǎn)陰極，所述磁控濺射裝置被布置成使得所述旋轉(zhuǎn)陰極大體相互平行且大體規(guī)則間隔，所述陰極還被安置在大體平行于將涂覆的一個或多個基片的平面上；和 每個旋轉(zhuǎn)陰極內(nèi)的磁控管，其針對所述濺射系統(tǒng)的幾何構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化以在將所述基片放置為相對于所述磁控濺射裝置的靜態(tài)位置時在所述基片上提供大體均勻涂層； 其中磁控濺射裝置的布置包括相反末端處的一個或多個外磁控濺射裝置，和所述外磁控濺射裝置之間的一個或多個內(nèi)磁控濺射裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述外磁控濺射裝置中的所述旋轉(zhuǎn)陰極具有與所述內(nèi)磁控濺射裝置的所述旋轉(zhuǎn)陰極中的所述磁控管構(gòu)造不同的磁控管。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中每個磁控濺射裝置具有可操作地耦接到所述磁控管以將獨立于陰極旋轉(zhuǎn)的掃掠運動賦予所述磁控管的機(jī)動化機(jī)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述機(jī)動化機(jī)構(gòu)是由被編程成具有各種抖動模式的控制器驅(qū)動。
【文檔編號】C23C14/35GK103917690SQ201280038420
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月4日
【發(fā)明者】D.T.克勞利, M.L.尼爾 申請人:零件噴涂公司