用于溅射的非结合可旋转靶

摘要

本发明涉及一种用于溅射的可旋转靶。所述靶包括具有外表面的靶衬管；与所述靶衬管的外表面接触的衬层，所述衬层为可导电的但不导热的；和多个围绕所述靶衬管布置、并与所述衬层接触的多个靶圆筒。

权利要求

1.一种溅射系统，包括：

具有外表面的靶衬管；

与所述靶衬管的外表面相接触的隔离件，其中，所述隔离件由导热材料构成；以及围绕所述靶衬管、并与所述隔离件接触的多个靶圆筒，其中所述隔离件被设置用于在靶衬管和多个靶圆筒之间形成热绝缘区。

2.如权利要求1所述的溅射系统，其中所述隔离件包括金属丝隔离件。

3.如权利要求1所述的溅射系统，其中所述多个靶圆筒的至少一些包括舌和槽连接系统。

4.如权利要求1所述的溅射系统，还包括与所述靶衬管相连的止动件。

5.如权利要求4所述的溅射系统，其中所述止动件包括其构成为与所述止动件和多个靶圆筒的至少一个相配合的张力弹簧。

6.如权利要求1所述的溅射系统，其中所述靶衬管包括第一止动件和第二止动件。

7.如权利要求6所述的溅射系统，其中所述多个靶圆筒定位成在多个靶圆筒的一个与所述第一止动件之间存在间隙。

8.如权利要求1所述的溅射系统，其中至少所述多个靶圆筒的两个包括可压缩在一起的平的侧端。

9.如权利要求1所述的溅射系统，其中所述多个靶圆筒的每一个由相同材料形成。

说明书

用于溅射的非结合可旋转靶

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于溅射的系统和方法，特别涉及(但不局限于)一种用于溅射的非结合可旋转靶。

背景技术

[0002] 在广泛的应用如玻璃窗、汽车玻璃窗、显示器、电视或计算机显示管中，玻璃是不可替换的。玻璃具有独特的综合特性：透明、形状和化学方面稳定、高的抗划刻性、无污染且环保。虽然如此，玻璃的特性如光学和热特性还是应该进行改善的。

[0003] 真空涂覆是将玻璃表面和其他表面改为适于特殊需要或要求的应用的选择技术。真空涂覆具有在大面积基板上沉积超薄的均匀的膜的能力。真空涂覆技术也是目前涂覆技术中最没有污染的。真空涂覆技术可大量用于涂覆除玻璃以外的材料，包括塑料和金属。

[0004] 普通的真空涂覆系统将导电和介电材料从旋转的磁控管溅射到基板如玻璃、塑料或金属上。由直流(DC)驱动的旋转磁控管许多年来已经是公知的。最近又引入了由高压交流(AC)驱动的磁控管。这些交流系统是有利的，但也遇到稳定性和费用方面的问题。

[0005] 旋转磁控管面临的一个问题是靶组件问题，靶组件包括溅射材料。依据该应用，靶组件可由一些不同的材料构成。这些材料在性能上是显著不同的。某些材料，例如易热膨胀和裂化。不幸的是，当靶组件裂化时，总是需要进行替换，尽管仍有大量的溅射材料留在上面。而某些靶组件上可形成节点并不得不过早更换。

[0006] 靶组件的过早更换和任何由损坏的靶组件引起的降低的溅射性能对制造商和消费者带来明显的额外成本费用。尽管目前的靶和靶组件是起作用的，但是它们也需要改善。

发明内容

[0007] 本发明的示例的实施例在附图中示出，并描述如下。这些和其他实施例在具体实施方式中详细描述。然而，可以理解的是，这不是意图限制本发明为发明内容或具体实施方式描述的形式。本领域的技术人员可认识到各种改变、等同和替换结构都将落入如权利要求中所述的本发明的主旨和范围内。

[0008] 在本发明的一个实施例中，本发明包括可旋转溅射靶。该靶包括具有外表面的靶衬管(target backing tube)，与所述靶衬管的外表面相接触的衬层(backing layer)，所述衬层为导电和不导热的，以及多个围绕靶衬管并与所述衬层接触的靶圆筒。

附图说明

[0009] 本发明的不同目的和优点以及更复杂的理解在结合随附附图并参考下述具体方式和权利要求书时是明显的和容易理解的。其中：

[0010] 图1是现有技术中悬臂、旋转磁控管系统图；

[0011] 图2是现有技术中双支撑、旋转磁控管系统图；

[0012] 图3是现有技术中旋转磁控管系统的结构图；

[0013] 图4是本发明一个实施例的靶的结构图；

[0014] 图5是一个靶组件的截面图；

[0015] 图6是另一个靶组件的截面图；以及

[0016] 图7是又一个靶组件的截面图。

具体实施方式

[0017] 现参考附图，其中类似的或相似的部件具有相同的参考标号。具体地，图1示出了现有技术的悬臂可旋转磁控管系统100。该系统100包括可由驱动系统110驱动旋转的双旋转圆筒靶组件105，管105涂覆有靶材料，该靶材料利用真空腔115内形成的等离子体被溅射。溅射的靶材料沉积在基板120上。

[0018] 等离子体通过从入开端125引入和从出口130引出真空腔115的气体而在真空腔115的内部形成。溅射效果利用靶组件105内安装的静止磁体系统135得以集中。发明名称为“高效交流磁控管溅射装置”的日本专利申请6-17247(Haranou)(已转让给Asahi玻璃公司)公开了一种示例性的系统。

[0019] 现参考图2，图2示出了现有技术的双支撑旋转磁控管系统140。该系统包括真空腔115，气体入口125，气体出口130，驱动系统110，动力系统(未示出)，和两个涂覆有靶材料的靶组件105。该靶材料被溅射到基板120上，所述基板可由基板驱动马达145驱动移动穿过真空腔。

[0020] 参考图3，图3示出了现有技术的旋转磁控管系统150的结构图。该系统包括连接到轴160上的靶组件155。该轴160连接到轴承和密封组件165、动力联结器170和旋转驱动器175上。轴160还与水供给180相联，从而水可通过轴160泵出并用于可传导地冷却轴承和密封组件165以及靶管155。在某些系统，但不总是在大功率系统中，水足以冷却轴承185和密封件187。在这些大功率系统中，轴承185容易过热，失去润滑和被卡住。

[0021] 密封件187用于在外界和真空腔115的内部之间保持压差。传统 上，这些密封件为铁磁流体(ferro-fluidic)密封，其价格昂贵且难于操作。具体地，密封件内的铁磁流体易于受大功率交流系统中的感应加热。为防止密封的失效，需要用水冷却和高温铁磁流体，这两种情况使密封非常复杂并且价格昂贵。

[0022] 现参考图4，图4示出了根据本发明构成的靶组件200。该靶组件200包括靶衬管205，衬底材料210，和由相邻圆筒形靶部分215形成的非结合靶材料。下面描述每个部件。

[0023] 本实施例中的靶衬管205，包括导热管和两个止动件(220，225)，每一个止动件位于管的一端。一般来说，一个止动件是固定的，而另一个是可移动的。尽管在一些实施例中两个止动件都是可移动的，而在另一些实施例中，两个止动件都是固定的。在本发明的另一个实施例中，一个止动件载有弹簧张力，以与圆筒形靶部分215保持封闭接触。在沿所述装置向上的方向，由于溅射过程中会形成有热载，圆筒形靶部分215是可以膨胀的，但在每个圆筒形靶部分215之间不会形成间隙。由于这种设置，可防止磁控管等离子体对衬底材料210的损坏。并且，将不会发生在圆筒形靶部分215间隙外的衬底材料210的潜在溅射，并可防止污染。

[0024] 在另一个实施例中，靶衬管205由不导热材料构成。衬底材料210可布置在靶衬管205的外围。衬底材料210通常为导电但不导热的。衬底材料210总是不导热的以减小或消除圆筒形靶部分215由穿过圆筒形靶部分215内部的水引起的接触冷却的量。对于许多靶材料来说，接触冷却的减少对防止靶材料裂化和抵抗节点形成趋势是重要的。

[0025] 衬底材料210可包括施加在靶衬管205长度上的纤维网(或由如石墨材料形成的纸)，如石墨网。该网可通过机械或化学紧固件固定于靶衬管205上。或可替换的，网可通过摩擦固定。

[0026] 在另一个实施例中，衬底材料210可直接连接到圆筒形靶部分215的内表面上。例如，石墨网可连接到圆筒形靶部分215的内表面上。环可通过网连接，或环可由每个网部分分开。

[0027] 典型的靶材料包括任何陶瓷、可导电的、氧化靶，其包括但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌等。其他的靶材料对本领域的技术人员来说是公知的。类似的，这些材料的热和结构特性对本领域技术人员来说是公知的。

[0028] 再参考图4，圆筒形靶部分215不与靶衬管205相结合。通过圆筒形靶部分215不与靶衬管205相结合，允许靶的表面充分加热，通过结合溅射整个表面积的靶的旋转运动，圆筒形靶部分215表面上节点的形成大大减少或消除。

[0029] 一个值得注意的优点是目前已知的靶组件使用铟焊料或其他合金将靶材料结合到衬管上。但这是昂贵的，耗时的，且具有许多缺点。例如，焊料材料可从靶的间隙流出从而污染溅射的膜。并且，旧系统中的焊料分布不均匀，从而在靶的小面积上形成具有较大热梯度的空穴。并且通常会导致裂化的形成。然而本发明的这种实施例的设计减少或消除了这些缺点。

[0030] 圆筒形靶部分215的这种实施形成至少两种结构：单个圆筒结构和多个相邻的圆筒结构。单个圆筒的实施例包括一个长度为靶衬管长度的单个圆筒。然而，在其他的实施例中，圆筒形靶部分215由几个单个的圆筒形成，这些圆筒沿靶衬管205的外表面布置。圆筒形靶部分215的使用由于可防止应力形成并防止靶材料的裂化，因而是有利的。

[0031] 这些圆筒形靶部分215大体由相同的材料形成，并具有平的侧端，从而可沿侧向压缩，并形成用于可溅射的均匀的外表面。另外，平的侧端可防止圆筒形靶部分215之间的间隙形成开口，并有助于确保电流围绕整个靶表面均匀分布。注意到侧端可成形一定角度以改善圆筒形靶部分215间的配合。

[0032] 在另一个实施例中，圆筒形靶部分215的侧端设有舌形和槽形的轮廓，一个圆筒形靶部分215的舌部与相邻圆筒形靶部分215的凹槽相配合。通过这种方式，将几乎不存在或没有使等离子体侵袭圆筒形靶衬管205的直接间隙。也可使用其他类似的结构。

[0033] 圆筒形靶部分215通过移去一个止动件可滑到靶衬管205上。由于某些靶材料容易热扩张，可在圆筒形靶部分215和至少一个止动件(220，225)之间留下间隙。该间隙有利于防止圆筒形靶部分215由于膨胀裂化。该间隙还可用可压缩材料填充，所述可压缩材料与止动件(220，225)和其中一个圆筒形靶部分215啮合。

[0034] 本发明的一个实施例中，去除了衬底材料210，而允许圆筒形靶部分215与靶衬管205的直接接触。可减少穿过靶衬管205的水流以最小化在靶衬管205和圆筒形靶部分215之间的接触冷却。例如，水流可减少到使磁体刚好在Curie温度以下的温度时工作的位置。
在另一个实施例中，可利用具有比水的沸点更高的特殊冷却剂如油。

[0035] 现参考图5，图5示出了一个靶组件实施例的截面图。该截面示出了紧密配合到靶衬管205上的圆筒形靶部分215。圆筒形靶部分215的实际可溅射材料可与靶衬管205直接接触。

[0036] 现参考图6，图6示出了另一个靶组件实施例的截面图。其中一个网插入在圆筒形靶部分215和靶衬管205之间。该实施例提高了导电性并限制了导热性。

[0037] 图7示出了又一个靶组件实施例的截面图。该实施例包括位于靶衬管205和圆筒形靶部分215之间的靶垫片230。典型的，垫片是导电的并可以是导热的或不导热的。甚至如果垫片是导热的，它们的间距和限制表面将防止在靶衬管205和圆筒形靶部分215之间的热传递。典型的垫片包括金属线。

[0038] 总之，本发明提供一种非结合可旋转靶。本领域的技术人员可容易地认识到本发明可进行各种变化和替换，其使用和构成可获得与本发明的实施例基本相同的结果。因此，本发明不限于所描述的示范性例子。各种改变、变化和替换结构都将落入如权利要求中所述的本发明的主旨和范围内。