[發明專利]濺射設備

有效

• 申請號: 201380046219.9
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN104812934B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: P.L.摩爾斯
• 申請（專利權）人: 零件噴涂公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 趙華偉,譚祐祥

相關申請案的交叉引用

本申請要求2012年9月4日提交的美國臨時專利申請第61/696,610號的權益，其在此以引用的方式并入本文中。

本申請有關2011年1月6日提交的美國臨時專利申請第61/430,361號和2012年1月6日提交的美國專利申請第13/344,871號，兩個申請案在此均以引用的方式并入本文中。

技術領域

本描述大致上涉及旋轉陰極磁控管濺射。尤其是，其解決在靶材增大超過標準磁控管總成可供應適于磁控管濺射的足夠磁通量的點時遇到的特定問題。此外，本發明的一些實施方案改進用于諸如透明導電氧化物(TCO)的材料的沉積的工藝條件。

發明背景

旋轉靶的磁控管濺射在本領域中眾所周知且廣泛用于在多種基板上產生多種薄膜。使用旋轉陰極濺射的合理概述可見于例如美國專利第5,096,562號(其在此以引用的方式并入本文)中。

在最基本形式的旋轉靶磁控管濺射中，待濺射材料形成為管狀或附著至由剛性材料制成的支撐管的外表面。磁控管總成安置在管內且供應磁通量，其滲透靶使得在靶的外表面上存在足夠的磁通量。磁場被設計使得其保持從靶發射的電子以增大其將與工作氣體電離碰撞的概率，從而提高濺射工藝的效率。

一些材料(尤其陶瓷TCO材料)的靶的制造成本與原材料的成本相比相對較高。為了改進這些靶的經濟性，期望增大靶材的厚度。以此方式，靶將具有明顯更有用的材料，同時僅最小地增加靶的總成本。這是因為制造成本未顯著變化。唯一的顯著增大是由于所使用的額外原材料。較厚靶應具有允許靶變化之間的較長制造周期的額外好處。

如所述，使靶厚度增大太多可能在使用標準磁控管總成時導致靶表面上的不足磁通量。對具有更高磁通量的磁控管設計的需要是明確的。

但是，增大磁通量的努力通常將產生新問題，其中轉向的寬度被擴寬。這接著導致靶端上增大的相對腐蝕速率及因此由于靶“燒穿”導致的縮短的靶壽命。這與增大靶厚度的目的抵觸。

發明概要

用于旋轉陰極的典型磁控管總成100(圖1A中所示)包括三個大體平行的磁鐵行102，其附接至導磁材料(諸如鋼)的磁軛104，其幫助完成磁路。磁鐵的磁化方向將為相對于濺射靶的主軸的徑向。中心行106將具有相反極性的兩個外行108(見圖1B)。這種類型的磁控管的額外描述可見于美國專利第5,047,131號(其在此以引用的方式并入本文中)。內行106和外行108磁鐵的磁通量穿過磁鐵一側上的導磁磁軛104連結。在磁鐵與磁軛104相對的另一側上，磁通量未包含在導磁材料中；因此，其大體上未受阻地滲透穿過大體上非磁性的靶。因此，兩個弧形磁場被提供在靶的工作表面上及上方。此磁場保持電子并且導致其在垂直于磁場線(其平行于磁鐵行102)的方向上漂移。這被稱作ExB漂移且在任意基本的等離子物理教材中描述。在常規配置中，這種漂移路徑還平行于靶的主軸。

此外，外行108比內行106稍長且與外行108相同極性的額外磁鐵110(圖1B中所示)在兩個外行108之間被放置在總成的末端上，形成漂移路徑的所謂“轉向”區域。這具有連接兩個漂移路徑的效果，從而形成一個連續的卵形“跑道”漂移路徑。這使電子的保持最佳化且因此使濺射工藝的效率最佳化。

增大磁場強度的直觀途徑是簡單增大磁鐵的大小或強度。增大磁強度受限于較強磁鐵的可得性。非常高強度的磁鐵也非常昂貴且難以協作。此外，為了額外好處，也可將較強磁鐵應用于任意優異設計(諸如本發明的實施方案的設計)。

當考慮較大橫截面的磁鐵時問題出現。增大徑向方向的尺寸不會賦予靶表面上通量的成比例增大。因而，這是自限制方式。增大與靶表面相切的方向上的尺寸也是自限制的，因為幾何形狀需要將磁性材料的塊體更遠地移離靶表面，其用于減弱靶表面上的磁場。這與實現預期效應抵觸。(這種設計的一個實例見圖2)

增大磁鐵大小的方式的另一個不利影響在于跑道被擴寬。即，跑道的兩個長部分被彼此進一步分開。這擴寬跑道的轉向部分，導致靶端上增大的相對腐蝕速率。因此，靶的這些部分在使用更大塊靶材之前被消耗。因此，在完全使用靶材之前，靶必須停止工作。

為了解末端上增大的腐蝕速率，可考慮旋轉靶表面上的兩個點。一個點旋轉穿過跑道的兩段(長部分)。另一個點旋轉穿過轉向部。可見穿過轉向部的點在跑道中花費多得多的時間，因此被更重度腐蝕。這個主題的進一步討論可見于美國專利第5,364,518號(其在此以引用的方式并入本文中)。