[发明专利]磁控溅射系统的旋转阴极

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月4日提交的美国临时专利申请第61/515，094号的权利，该申请以引用的方式并入本文。

发明背景

旋转靶材的磁控溅射被广泛地用于在基片上制作各种不同的薄膜。在磁控溅射中，待溅射的材料以圆柱形的形状形成或被粘附到由刚性材料制成的圆柱形支撑管的外表面。磁控管总成被安置在管内并供应磁通量，磁通量穿过靶材，使得在靶材的外表面存在大量磁通量。磁场以一种方式设计，使磁场保留从靶材发射的电子，如增大电子与工作气体电离碰撞的概率，从而增强溅射过程的效率。

当基片和溅射磁控管两者相互保持静态时，通常无法通过使用标准旋转圆柱体阴极在大区域内获得适当均匀的薄膜。这是由于磁场的结构，所述结构通常形成大体上平行于阴极的主轴的两(有时四)道高强度溅射等离子体线。经过溅射的材料以两个近似的高斯分布(各来自每条高强度溅射线)离开靶材且以相似分布到达基片。膜的最终厚度是两个(高斯)分布的叠加。当使用多个阴极时，膜厚度将是多个这种分布的和。

用于旋转阴极的典型磁控管总成包括附接到帮助完成磁路的磁导材料(如，钢)轭的三行大体平行的磁体。磁体的磁化方向将相对于溅射靶材的主轴呈径向。中心行将具有与两个外行相反的极性。

内行磁体和外行磁体的磁通量通过在磁体的一侧上的磁导轭连结。在磁体与轭相对的另一侧上，磁通量不被控制在磁导材料中；因此，磁通量大体上未受阻地穿过大体非磁性的靶材。因此，在靶材的工作表面上和上方提供两个弧形磁场。这提供了上述两道高强度溅射等离子体。此外，外行稍长于内行且具有与外行相同极性的额外磁体被放置在总成的末端处，位于两个外行之间，建立所谓的漂移路径的“掉头”区域。这具有连接两个漂移路径，从而形成一个连续卵形“跑道”漂移路径的效果。这优化了电子的保留并因此优化了溅射过程的效率。使用以上构造源的阵列来涂覆静态基片的尝试将导致对于大多数应用来说无法接受的不均匀轮廓。这种均匀轮廓度示出在图6中，其在下文进一步论述。

标准方法可产生对于静态系统来说可接受的膜均匀性。但是，由于总膜厚度是材料通量的多个高斯型分布的和，所以仍存在跨垂直于阴极的主轴的基片尺寸的一定量的周期性膜厚度变化(波动)。这种膜厚度波动对于一些产品来说是无法接受的。在这些情况中，已开发出在靶材周边的一部分上方扫掠磁场的机构。在操作期间扫掠磁体阵列导致磁体阵列的磁场在阴极靶材周边的一部分上方移动，从而减小膜波动。

提供扫掠磁场的常规溅射系统利用在围绕对称线对称定位的两个位置之间的恒定角速度或通过两个位置之间的离散步进来实现。虽然这些方法可以减小膜厚度波动，但它们不一定能优化膜均匀性。导致这种结果的原因是两种方法均使用了线性补偿来修改非线性分布。

发明概要

磁控溅射装置包括阴极源总成，和可拆除地耦接到阴极源总成的阴极靶材总成。阴极源总成包括可旋转驱动杆，和位于可旋转驱动杆中且在阴极源总成的外端处耦接到管支持物的供水管。阴极靶材总成包括旋转阴极，其包括可旋转靶材圆柱体，所述旋转阴极可拆除地安装到可旋转驱动杆。靶材圆柱体内侧的磁棒耦接到供水管的末端部分。扫掠机构耦接到磁棒且包括控制马达。分度滑轮可操作地耦接到控制马达，且磁棒滑轮通过皮带耦接到分度滑轮。磁棒滑轮贴附到管支持物，以使磁棒滑轮的任何运动通过管支持物和供水管转移到磁棒。扫掠机构在溅射期间将独立于靶材圆柱体旋转的预定运动赋予磁棒。

附图简述

本领域技术人员将参考附图从以下描述明白本发明的特征。应理解，附图只描绘了本发明的典型实施方案且因此不被视作对范围加以限制，将通过使用附图更具体且详细地描述本发明，其中：

图1A是根据一个实施方案的具有旋转阴极的磁控溅射装置的侧视图；

图1B是图1A的磁控溅射装置的横截面侧视图；

图2A是根据一个实施方案的具有旋转阴极的磁控溅射系统的正视图；图2B是图2A的磁控溅射系统的后视图；

图3A是图2A的磁控溅射系统的仰视图；

图3B是图2A的磁控溅射系统的透视仰视图；

图4A是根据另一个实施方案的具有旋转阴极的磁控溅射系统的透视图；

图4B是图4A的磁控溅射系统的仰视图；

图5A是根据替代实施方案的具有旋转阴极的磁控溅射装置的侧视图；

图5B是图5A的磁控溅射装置的横截面侧视图；

图6是示出具有常规磁控管的两个标准旋转阴极的端视图的示意图；和