CN102918623A - 用于支撑可旋转靶材和溅射设备的装置 - Google Patents

用于支撑可旋转靶材和溅射设备的装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于支撑可旋转靶材(10)的装置(100)和具有此装置(100)的沉积设备(200)。该装置包括：主体(110)；第一流体导管(131)，其在主体(110)中用于从可旋转靶材(10)接收流体；以及第二流体导管(132)，其在主体(110)中用于向可旋转靶材(10)提供流体。第一流体导管(131)和第二流体导管(132)在可旋转靶材(10)的旋转轴(50)的方向上所延伸的投影平面上的投影彼此重叠。

Description

用于支撑可旋转靶材和溅射设备的装置
技术领域
本公开涉及用于支撑可旋转靶材的装置，尤其涉及具有主体、用于从可旋转靶材接收流体的第一流体导管和用于将流体提供至可旋转靶材的第二流体导管的装置。另外，本公开涉及溅射设备，其包括用于支撑可旋转靶材的装置。
背景技术
在许多应用中，期望在衬底上沉积薄层。用于沉积薄层的已知技术具体是蒸发、化学气相溅射和溅射沉积。举例而言，溅射可用于沉积薄层，诸如金属(例如铝)或陶瓷的薄层。在溅射处理期间，通过在低压下用典型惰性处理气体的离子来轰击靶材的表面，将涂布材料从由此材料组成的溅射靶材输送至待涂布的衬底。离子由处理气体的电子冲击离子化来产生，且由作为溅射阴极操作的靶材与阳极之间的高电压降来加速。对靶材的轰击导致该涂布材料原子或分子射出，这些原子或分子在与溅射阴极相对布置(例如，在该溅射阴极下方)的衬底上累积为沉积薄膜。
分段平面靶材、整体平面靶材和可旋转靶材可用于溅射。由于阴极的几何形状和设计，可旋转靶材通常比平面靶材具有更高的利用率和增长的操作时间。因此，可旋转靶材的使用通常延长使用寿命且降低成本。
通常由溅射设备的阴极驱动单元来支撑旋转阴极。下文中，阴极驱动单元也被分别称为端块和阴极驱动块。在溅射期间，阴极驱动单元可旋转地将运动传递至旋转阴极。假定旋转阴极的纵向延伸高达约4m且溅射设备的典型连续工作时间达若干大，则通常期望阴极驱动单元的轴承在长时间段上可靠地支撑重机械负载。
通常在低压或真空状态下(即，在真空腔室中)执行溅射。由于成本原因，阴极驱动单元(尤其当被布置在溅射设备的真空腔室内时)通常也被期望阴极驱动单元具有低空间要求。因此，持续需要改良的阴极驱动单元，尤其需要紧凑型阴极驱动单元。
发明内容
鉴于上述内容，提供了用于支撑可旋转靶材的装置、具有用于支撑可旋转靶材的至少一个装置的沉积设备，以及一种用于支撑可旋转靶材的端块。
根据实施例，提供一种装置，用于支撑在衬底上溅射材料的沉积设备的可旋转靶材。该可旋转靶材限定旋转轴。该装置包括：主体、主体中的第一流体导管和主体中的第二流体导管。第一流体导管适于从可旋转靶材接收流体，且第一流体导管定向在正交于旋转轴的方向上。第二流体导管适于向可旋转靶材提供该流体，且第二流体导管定向在正交于旋转轴的方向上。第一流体导管和第二流体导管在旋转轴的方向上延伸的投影平面上的投影彼此重叠。
根据一个实施例，提供一种用于在衬底上溅射材料的沉积设备。该沉积设备包括用于支撑可旋转靶材的至少一个装置，可旋转靶材限定旋转轴。该装置包括主体、主体中的第一流体导管以及主体中的第二流体导管。第一流体导管适于从可旋转靶材接收流体，且第一流体导管定向在正交于旋转轴的方向上。第二流体导管适于向可旋转靶材提供该流体，且第二流体导管定向在正交于旋转轴的方向上。第一流体导管与第二流体导管在旋转轴的方向上延伸的投影平面上的投影彼此重叠。
根据实施例，提供一种用于支撑可旋转靶材的端块，可旋转靶材限定旋转轴。该端块包括：主体；第一流体导管，其适于在第一轴向坐标处与主体流体连接；以及至少一个第二流体导管，其适于在第二轴向坐标处与主体流体连接。第一流体导管具有第一外径。第一轴向坐标和第二轴向坐标之间的距离小于第一外径。
本发明的进一步方面、优点和特征结构将由从属权利要求、描述和附图显而易见。
附图说明
将参照以下附图，在典型实施例的以下描述中更详细地描述上述实施例中的一些实施例，在附图中：
图1示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的沿与旋转轴平行的轴的截面；
图2示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的沿与旋转轴平行的轴的截面；
图3示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的沿与旋转轴平行的轴的截面；
图4示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的沿与旋转轴平行的轴的截面；
图5示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的沿与旋转轴平行的轴的截面；
图6示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的沿与旋转轴平行的轴的截面；
图7示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的沿与旋转轴平行的轴的截面；
图8示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的沿与旋转轴平行的轴的截面；
图9示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的沿旋转轴的截面；
图10示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的沿旋转轴的截面；
图11示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的沿图9的线A-A′的截面；
图12示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的内部的立体图。
图13示意性地图示根据实施例的用于支撑可旋转靶材的装置的内部的立体图。
图14示意性地图示根据实施例的溅射设备的截面；
图15示意性地图示根据实施例的溅射设备的截面；
图16示意性地图示根据实施例的溅射设备的截面；
图式的组件无需相对于彼此按比例绘制。相同组件符号表示对应类似部分。
具体实施方式
现将详细参照各种实施例，这些实施例的一个或多个示例在各个附图中示出。各示例以解释说明的方式提供，且其并非意谓本发明的限制。举例而言，可将图示或描述为一个实施例的部分的特征结构用于其它实施例上或与其它实施例结合使用，来产生进一步的实施例。本发明意图包括此类修改和变化。
溅射处理是原子因高能粒子对靶材的轰击而从固态靶材材料喷射出来的处理。用刮削处的材料涂布衬底的处理通常涉及薄膜应用。本文以同义的方式使用术语“涂布”和术语“沉积”。本文以同义的方式使用术语“溅射设备(sputtering installation)”和“沉积设备(depositionapparatus)”，且应涵盖使用溅射来在衬底上沉积靶材材料(通常为薄膜)的设备。
典型的靶材材料包括(但不限于)：诸如铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)和金(Au)的纯金属，诸如铝-铌(AlNb)合金或铝-镍(AlNi)合金的金属合金，诸如硅(Si)的半导体材料和诸如氮化物、碳化物、钛酸盐类、硅酸盐类、铝酸盐类等的介电材料，以及例如透明导电氧化物(TCO)(诸如，掺杂杂质的ZnO，例如ZnO:Al、AlZnO、In2O3、8nO2和CdO，以及掺杂Sn的In2O3(ITO)和掺杂F的SnO2)等的氧化物。
本文使用的术语“衬底”应涵盖非柔性衬底(例如，晶片或玻璃板)和柔性衬底(诸如，网和箔)两者。
代表性示例包括(但不限于)涉及以下的应用：半导体和介电材料和装置、硅基晶片、平板显示器(诸如，TFT)、屏蔽和过滤器、能量转换和储存器(诸如，光电电池、燃料电池和电池组)、固态照明(诸如，LED和OLED)、磁性和光学储存器、微机电系统(MEMS)和纳米电系统(NEMS)、微光和光机电系统(NEMS)、微光和光电装置、透明衬底、建筑用和汽车用玻璃、供金属和聚合物箔和封装所用的金属化系统，以及微成型与纳米成型。
参照图1，解释了关于用于支撑沉积设备的可旋转靶材的装置的若干实施例。本文使用的术语“用于支撑可旋转靶材的装置”应涵盖适于机械地支撑可旋转靶材、可旋转地向可旋转靶材传递运动且为可旋转靶材提供冷却剂的装置。本文以同义的方式使用术语“用于支撑可旋转靶材的装置”、“端块”、“阴极驱动头”和术语“阴极驱动块”。本文使用的术语“用于支撑可旋转靶材的装置”、“端块”、“阴极驱动头”和“阴极驱动块”引港特别涵盖向可旋转靶材提供冷却剂和/或电流，同时维持真空完整性和闭合的冷却剂回路的装置。
本文使用的术语“可旋转靶材”应涵盖任何阴极组件，该阴极组件适于可旋转地安装于溅射设备，且其包括适于受溅射的靶材结构。本文使用的术语“可旋转靶材”应当特别涵盖磁性增强的阴极组件，这些磁性增强的阴极组件另外包括用于改良的溅射的内部磁性构件(例如，永久磁铁)。
下文也分别称为可旋转溅射阴极和旋转阴极的可旋转靶材可由靶材材料的空心圆柱形主体制成。这些旋转靶材也称为整体靶材且可通过铸造或烧结靶材材料来制造。
非整体的可旋转靶材通常包括圆柱形可旋转管(例如，背管)，其外表面施加有靶材材料层。在此可旋转溅射阴极的制造中，可例如通过喷射或将粉末铸造或等压按压到背管的外表面上来施加靶材材料。或者，可将靶材材料的空心圆筒(其也可称为靶材管)布置并例如与铟一起结合至背管，以形成旋转阴极。根据进一步的替代方案，可对背管径向向外提供未结合的靶材圆筒。
为获得增加的沉积速率，已提出使用磁性增强的阴极。也可将此状况称为磁控溅射。可包括一系列磁铁的磁性构件可被布置于溅射阴极内侧(例如，背管内侧或整体靶材的内侧)，且为磁性增强的溅射提供磁场。阴极通常为可绕其纵轴旋转，以便可将其相对于磁性构件转动。
操作中，未冷却的磁铁可变热。这是因为磁铁由以离子轰击的靶材材料围绕的事实。产生的碰撞导致旋转阴极的升温。为使磁铁保持在合适操作温度，可提供靶材材料和磁铁的冷却。
图1示意性地图示在沿平行于由可旋转靶材(未图示)限定的旋转轴50的方向的典型截面中的端块100。在溅射期间，可旋转靶材可绕旋转轴50旋转。旋转轴50也形成端块100的纵轴50且限定轴向。在此方面，参照旋转轴50的方位来使用诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”和“上”等的方向性术语。本文使用的术语“轴向”意欲描述平行于旋转轴50的方向。同样地，本文使用的术语“径向”意欲描述正交于旋转轴50且从旋转轴50向外延伸的方向。本文使用的术语“轴向坐标”意欲描述沿旋转轴50的方向的坐标。通常由点在旋转轴50上的正交投影来给出点的轴向坐标。同样地，本文使用的术语“轴向距离”意欲描述沿旋转轴50的方向的距离。较大的轴向坐标值对应于至可旋转靶材的较短轴向距离。本文使用的术语“轴向延伸”意欲描述沿旋转轴50的方向的延伸。通常由部件的“最大轴向坐标”与“最小轴向坐标”之间的差给出部件的“轴向延伸”。
根据实施例，端块100具有基座主体110(通常为空心基座主体110)、第一流体导管131和第二流体导管132。本文使用的术语“流体导管”意欲分别描述适于承载流体流的流体通道和管。第一流体导管131和第二流体导管132经定向而垂直于旋转轴50。
可旋转靶材50通常被布置于主体110的上方用于溅射。在溅射期间，第二流体导管132向基座主体110的径向向内安置部分提供冷却剂(通常为水)。通常，冷却剂经由基座主体110的向内安置部分向上馈送至可旋转靶材50，且从可旋转靶材50经由基座主体110的向内安置部分向下馈送。第一流体导管131从基座主体110的径向向内安置部分接收变热的冷却剂。通常，第一流体导管131和第二流体导管132可为用于在溅射期间冷却可旋转靶材的闭合冷却剂回路的部分。
根据实施例，第一流体导管131与第二流体导管132在旋转轴50的方向上延伸的投影平面60上的正交投影彼此重叠。
换言之，在图1的截面中，第一流体导管131在第一最小轴向坐标x1与第一最大轴向坐标x3之间延伸。在图1的截面中，第二流体导管132在第二最小轴向坐标x2与第二最大轴向坐标x4之间延伸，其中第二最小轴向坐标x2与第二最大轴向坐标x4中的至少一者位于第一最小轴向坐标x1与第一最大轴向坐标x3之间。这意谓着满足条件x1≤x4≤x3与x1≤x2≤x3中的至少一个条件。通过以此方式布置第一流体导管131和第二流体导管132，导致端块100的紧凑且减少空间的设计。因而，可减少沉积设备的处理腔室内的空间且进而可减少成本。
图2示意性地图示根据实施例的沿平行于可旋转靶材的旋转轴50的方向的端块100的截面。图2的端块100类似于图1的端块100。图2中大部分组件类似于图1中的对应组件。为清晰起见，用相同的对应组件符号代表这些这些组件。
根据实施例，第一流体导管131从旋转轴50向外径向延伸。在图2中，这由第一流体导管131的第一纵轴51来示出，该第一纵轴51定向在径向上。在这些实施例中，第二流体导管132包括通常平行于第一纵轴51的第二纵轴52。
根据实施例，第二流体导管132从旋转轴50向外径向延伸。在这些实施例中，相对于旋转轴50，第二流体导管132的第二纵轴52为径向，且第一纵轴51通常平行于第二纵轴52。
第一流体导管131和第二流体导管132以及第一流体通道131和第二流体通道132通常分别为管状。在该情况下，在平行于旋转轴50的截面中，各个外边界为圆形。然而，在平行于旋转轴50的截面中，第一流体导管131和/或第二流体导管132也可形成为椭圆或多边形。在这些截面中，纵轴51和纵轴52通常经过各个流体导管的面积的中心。
根据实施例，如图2中所示，第一纵轴51与第二纵轴52彼此平行。注意，第二纵轴52指向所示的截面，且第一纵轴51指向离开所示的截面。此状况对应于溅射期间经由第一流体导管131和第二流体导管132的典型流向。
图3示意性地图示根据实施例的沿平行于可旋转靶材的旋转轴50的方向的端块100的截面。图3的端块100类似于图1和图2的端块100。根据实施例，第二最小轴向坐标x2和第二最大轴向坐标x4位于第一最小轴向坐标x1与第一最大轴向坐标x3之间。此状况意谓这两个条件x1≤x4≤x3与x1≤x2≤x3都得以满足。换言之，第二导管132在投影平面60上的投影完全位于第一导管131在投影平面60上的投影中。
根据实施例，第一流体导管131与第二流体导管132的截面积实质上相等。因而，当提供相同量的冷却剂流入和冷却剂流出时，导管131与导管132中的流体流量实质上相等。
图4示意性地图示根据实施例的沿平行于可旋转靶材的旋转轴50的方向的端块100的截面。图4的端块100类似于图1至图3中的端块100。根据实施例，图4的端块100进一步包括第三流体导管133，其在主体110中用于可旋转靶材的流体支撑。第三导管133经定向而正交于旋转轴50，且第一流体导管131与第三流体导管133在投影平面60上的投影彼此重叠。在图4所图示的实施例中，第三流体导管133的投影位于第一流体导管131的投影内。换言之，在图4的截面中，第三流体导管133在第三最小轴向坐标x5与第三最大轴向坐标x6之间延伸，其中两个条件x1≤x5≤x3与x1≤x6≤x3都得到满足。通常，第三导管133也适于向基座主体110的径向向内安置部分提供冷却剂。另外，第三导管133的第三纵轴53通常也平行于第一纵轴51和第二纵轴52中的至少一者。
根据实施例，第二流体导管132的截面积与第三流体导管133的截面积之和大致与第一流体导管131的截面积匹配。因而，在冷却剂提供导管132和冷却剂提供导管133之中的平均流体速度大致与冷却剂排出导管131相同。在使用两个冷却剂提供导管132和133与一个中央冷却剂排出导管131的情况下，可实现特别紧凑的端块100。
根据实施例，第二纵轴52和第三纵轴53布置在正交于旋转轴50的虚拟平面70中。这也有助于实现特别紧凑的端块100。另外，第一纵轴51也可布置于平面70中。
图5示意性地图示根据实施例的沿平行于可旋转靶材的旋转轴50的方向的端块100的截面。图5的端块100类似于图1至图4的端块100。根据实施例，图4的端块100进一步包括用于向可旋转靶材提供适当电压的至少一个电触点135(通常为若干滑动电触点135)，以使得在溅射期间可将可旋转靶材作为阴极来操作。为确保端块100的紧凑设计，至少一个电触点135具有最大轴向坐标x8。最大轴向坐标x8通常小于第一最大轴向坐标x3与第一流体导管的第一轴向延伸d1的一半之和，即x8＜x3+0.5*d1＝1.5x3-0.5*x1。在管状流体导管131的情况下，第一轴向延伸d1也称为第一直径d1。
图6示意性地图示根据实施例的端块100的沿平行于可旋转靶材的旋转轴50的方向的截面。图6的端块100类似于图1至图5的端块100。根据实施例，图6的端块100进一步包括电源连接器136，其中第一流体导管131与电源连接器136在投影平面60上的投影彼此重叠。换言之，在图6的截面中，电源连接器136在第四最小轴向坐标x9与第四最大轴向坐标x10之间延伸，其中第四最小轴向坐标x9和第四最大轴向坐标x10中的至少一者位于第一最小轴向坐标x1与第一最大轴向坐标x3之间。通常，电源连接器136在投影平面60上的投影完全位于第一流体导管131在投影平面60上的投影内，即x1≤x9≤x3且x1≤x10≤x3。
根据实施例，主体110由导电材料制成，通常为例如钢的金属。因而，用于可旋转靶材的电流可从电源连接器136流出，经由基座主体110，流至一个或多个滑动电触点135。另外，使用钢作为基座主体110的材料确保高机械稳定性。
参照图7和图8描述了紧凑端块100的进一步实施例。图7示意性地图示沿平行于可旋转靶材的旋转轴50的方向的端块100的截面的实施例。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块100包括主体110、具有第一外径d1的第一流体导管131和至少一个第二流体导管132。第一流体导管131适于在第一轴向坐标a1处与主体110流体连接，且第二流体导管132适于在第二轴向坐标a2处与主体110流体连接。介于第一轴向坐标a1与第二轴向坐标a2之间的距离d小于第一外径d1。分别由纵轴51的轴向坐标和纵轴52的轴向坐标来限定轴向坐标a1和轴向坐标a2。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块100进一步包括至少一个电触点135(通常为若干滑动电触点135)，电触点135具有距第一纵轴51的最大轴向距离dmax，最大轴向距离dmax小于第一外径d1的两倍，通常小于第一外径d1。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块100进一步包括具有第四最小轴向坐标x9和第四最大轴向坐标x10的至少一个电源连接器136。第四最小轴向坐标x9和/或第四最大轴向坐标x10位于第一轴向坐标a1与第一外径d1的一半的差，和第一轴向坐标a1与第一外径d1的一半的和之间。通常，第四最小轴向坐标x9与第四最大轴向坐标x10两者位于这些边界内，即a1-0.5*d1≤x9＜x10≤a1+0.5*d1。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块100包括两个第二流体导管132。
图8示意性地图示沿平行于可旋转靶材的旋转轴50的方向的端块100的截面的实施例。根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块100包括主体110、适于与主体110流体连接的至少一个第二流体导管132以及适于与主体110流体连接且具有第一外径d1的第一流体导管131。第一流体导管131和至少一个第二流体导管132可布置在垂直于旋转轴50的第一虚拟平面61与垂直于旋转轴50的第二虚拟平面62之间，其中第一平面61与第二平面62之间的距离D小于第一外径d1的两倍。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块100进一步包括至少一个电触点135，通常为布置于第一平面61与第二平面62之间的若干滑动电触点135。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块100进一步包括布置于第一平面61与第二平面62之间的轴向中的至少一个电源连接器136。通常，至少一个电源连接器136可布置于至少一个电触点135下方。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块100包括两个第二流体导管132。
图9示意性地图示根据实施例的沿可旋转靶材的旋转轴50的端块100的截面。图1至图8所图示的截面可对应于沿图9中的线B-B’的截面，线B-B’正交于图9的截面。因此，参照图1至图8所阐释的实施例可与图9的实施例结合。
通常，端块100包括外壳。在图标截面中，仅图示外壳的下部壁126和上部壁127的部分。在溅射期间，外壳通常相对于其中执行溅射的处理腔室不旋转。处理腔室通常为低压腔室并且以下也称为真空腔室。外壳可(例如)附接于处理腔室的壁。为稳定性的原因，外壳通常由金属制成，例如钢、不锈钢或铝。
根据实施例，端块100具有刚性连接至外壳的下部壁126的空心基座主体110。因而，在溅射期间，基座主体110通常相对于处理腔室也不旋转。换言之，基座主体110通常可刚性连接至沉积设备的非旋转部分。
根据实施例，与旋转轴50同轴的圆柱形空腔113形成于基座主体110中。也可将圆柱形空腔称为基座主体110的径向向内安置部分。
根据实施例，冷却剂管114可同轴地插入圆柱形空腔113之中。另外，通常在冷却剂管114与基座主体110的内壁之间形成空心圆柱形间隙115。冷却剂管114和间隙115可与冷却剂(例如，水)一起用于支撑旋转靶材。通常，冷的冷却剂在间隙115中向上流动，而变热的冷却剂在冷却剂管114中向下流动。也可使冷却剂的流向反向。
根据实施例，轴承系统149可布置于基座主体110周围。轴承系统149通常与旋转轴50同轴。通常，在溅射期间，轴承系统149适于承载由可旋转靶材的运动产生的径向负载和轴向负载两者。通常，轴承系统149包括至少一个锥形滚轴轴承，例如一个或两个环状锥形滚轴轴承。锥形滚轴轴承支撑径向负载和轴向负载两者，且由于较大的接触面积，故通常可能承载比例如球状轴承更高的负载。
根据实施例，转子120可布置于轴承系统149周围。转子120处于适于接收旋转靶材的外壳外侧的上部。因而，可使旋转靶材绕旋转轴50旋转。通常，转子120为旋转靶材提供机械支撑，即在溅射期间，转子120通常承载旋转靶材且向旋转靶材传递旋转运动。在不旋转的基座主体110周围布置适于机械地支撑旋转靶材的转子120，从而导致端块100的紧凑并减少空间的设计。因而，可减少处理腔室内的空间且进而可降低成本。
根据实施例，转子120包括轴承外壳123，轴承外壳123布置于轴承系统149周围且连接至轴承系统149。与旋转轴50正交且经过轴承系统149的典型截面可显示轴承外壳123、冷却剂管114和基座主体110的环状截面。
根据实施例，齿轮151可布置于轴承外壳123的周围且固定至轴承外壳123，以将旋转运动传递至转子120。通常，齿轮151可固定于轴承外壳123的下部(如图1中所示)或中部。这例如可经由皮带来促进齿轮151与穿过外壳的旋转电传动之间的机械耦合。
根据实施例，靶材凸缘121可布置于轴承外壳123上且真空密封地安装于轴承外壳123上。通常，O型环密封件13可布置于轴承外壳123与靶材凸缘121之间。由于靶材凸缘121和轴承外壳123通常不可旋转地彼此耦接，所以可通过旋转电传动来旋转安装在靶材凸缘121顶部的可旋转靶材。
在溅射期间，至少靶材凸缘121的上部或靶材凸缘121通常布置于外壳外侧，即处于低压或真空环境中。与此不同，通常外壳的内部空间处于正常压力。根据实施例，为避免气体的交换，密封件托架124被真空密封地布置于外壳的上部壁127与转子120之间。在典型实施例中，滑动环状真空密封件118被布置于密封件托架124与轴承外壳123之间。密封件托架124也可以被附接于轴承外壳123，且滑动环状真空密封件可以被布置于密封件托架124与外壳的上部壁127之间。
根据实施例，可在靶材凸缘121与基座主体110之间布置两个环状滑动密封件117(例如流体密封件117)。使用至少一个环状滑动流体密封件分别避免了冷却剂、轴承润滑脂和真空润滑剂的交换。因而，保护轴承系统149免受冷却剂的渗入的影响。另外，可避免润滑脂渗入冷却系统。
根据实施例，可在转子120的下端将电流收集板122安装至轴承外壳123，即，与靶材凸缘121相对。通常在正交于旋转轴50的截面中，电流收集板122也具有环状外形。通常，电流收集板122被用于将电流传输至可旋转靶材。
根据实施例，垂直于旋转轴50定向的绝缘板116通常用螺钉204固定至基座主体110的下部119。因而，端块100的内部部分对外壳绝缘且不可旋转地安装至外壳。
根据实施例，在电流收集板122与基座主体110的下部119之间实现冷却剂供给和电气支撑。滑动电触点135可布置于基座主体110上，且与电流收集板122接触。在图9的截面中，仅图示用于接收冷却剂且形成第一流体导管131的管131。通常，也提供一个或两个冷却剂排出管，但在图9的截面中看不见。参照图11，更详细地阐释了冷却剂支撑。
图10示意性地图示沿旋转轴50安装至端块的靶材凸缘121的可旋转靶材10的截面。根据实施例，靶材凸缘121和可旋转靶材10彼此同轴。
通常，可旋转靶材10包括背管11和安置到背管11上的靶材管12。本文使用的术语“靶材管”应涵盖适于受溅射的材料的任何壳体，其特别形成为空心圆柱。
靶材管的支撑可包括机械支撑、提供电触点和提供靶材管与可供选择的磁铁的冷却。
或者，可旋转靶材也可为整体靶材。在此情况下，可旋转靶材的形状可类似于图2中所示的可旋转靶材10的形状。在此情况下，图标的邻接区域11和12通常形成相同材料的简单连接的区域。
可旋转靶材的支撑可包括机械支撑、提供电触点和提供靶材管与可供选择的磁铁的冷却中的至少一者。
通常，可使用环状夹具15将可旋转靶材10装配于靶材凸缘121的上部，环状夹具15将可旋转靶材10按压到靶材凸缘121上。通常，O型环密封件13a分别布置于靶材凸缘121与背管11和可旋转靶材10的邻接部分之间。因此，可旋转靶材10可真空密封地安装至靶材凸缘121。
根据实施例，可旋转靶材10可真空密封地安装至靶材凸缘121的上部。这通常由环状密封件(未图示)来达成。因而，可防止流体渗漏至低压处理腔室。
根据实施例，可旋转靶材10包括管状内部结构16，管状内部结构16液体密封地安装于端块的冷却剂管114上，冷却剂管114用于冷却可旋转靶材10，尤其是提供于可旋转靶材10内侧的可供选择的磁铁(未图示)。
为了在溅射期间将可旋转靶材10作为阴极操作，通常也经由靶材凸缘121提供用于可旋转靶材10的至少一个电源(未图示)。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，靶材凸缘与轴承外壳两者都由导电材料(例如，钢)制成。在这些实施例中，电流可从电流收集板流出，经轴承外壳和靶材凸缘到达可旋转靶材。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，靶材凸缘适于机械地支撑可旋转靶材。另外，通常经由靶材凸缘提供用于靶材管的冷却剂和电源。
图11示意性地图示端块100沿图9的线A-A’的截面。这表示图9的截面穿过主体110的下部119。
通常，端块100包括冷却剂排出管131，其形成用于从可旋转靶材接收流体的第一流体导管131。端块100进一步包括第二冷却剂供应管132和第三冷却剂供应管133，其分别形成用于将流体提供至可旋转靶材的第二流体导管132和第三流体导管133。冷却剂排出管131、冷却剂供应管132、133在正交于旋转轴50的方向上经基座主体110中的各别空隙供给。通常，冷却剂排出管131、冷却剂供应管132、133彼此平行。冷却剂排出管131通向冷却剂管114的开口，且冷却剂供应管132、133通向在基座主体110与冷却剂管114之间形成的环状冷却剂间隙115。如实箭头所示，可将诸如水的冷却剂提供至供应管132。在溅射期间，冷却剂通常流经供应管132，且在冷却剂间隙115中向上流至可旋转靶材。变热的冷却剂的回流通常如虚箭头所示，向下经过冷却剂管114，且经由排出管131径向排出。因而，可以对可旋转靶材提供闭合冷却剂回路。
根据实施例，使闭合冷却剂回路中的流向反向。在这些实施例中，端块100包括冷却剂管131和两个冷却剂管132、133，冷却剂管131形成用于将流体提供至可旋转靶材的第二流体导管，而两个冷却剂管132、133分别形成用于从可旋转靶材接收流体的两个第一流体导管。通常，在这些实施例中，第二流体导管从旋转轴50向外径向延伸。
根据实施例，在冷却剂排出管131和/或冷却剂供应管132、133的径向远端处形成作为用于连接外部流体供给线的流体转接器。
通常，基座主体110的向外径向安置部分中包括：用于将基座主体110的下部119固定(通常为螺纹固定)至绝缘板的通孔。
图12示意性地图示根据实施例的端块100的内部部分的立体图。沿旋转轴50的截面图通常类似于图9的截面。
根据实施例，端块100包括具有圆柱形空腔113的空心主体110，圆柱形空腔113与旋转轴50同轴布置。冷却剂管114同轴地插入圆柱形空腔113之中。因而，通常在冷却剂管114与基座主体110的内壁之间形成空心圆柱形间隙115。用于接收流体管的三个空隙被布置在主体110的下部119中。第一管131被插入径向布置的空隙中。第一管131通向冷却剂管114的内部空间，且形成用于从冷却剂管114的内部空间接收冷却剂的第一流体导管131。第二管132被馈送到第二空隙208中。第二管132形成用于向间隙115提供冷却剂的第二流体导管132。另外，第三管(未图示)通常被馈送到第三空隙209中。第三管形成用于向间隙115提供冷却剂的第三流体导管132。因而，如参照图10所阐释，可以由闭合冷却剂回路中的冷却剂来支撑安装于主体110上的可旋转靶材。
根据实施例，滑动电触点135被插入在下部119的顶部的孔中。另外，电源连接器136被布置于下部119中，且在滑动电触点135下方。
根据实施例，主体110的下部119包括通孔207，穿过通孔207可将主体110螺纹固定到绝缘板116上。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，第一流体导管、第二流体导管、第三流体导管、电源连接器和滑动电触点被布置在虚拟圆盘中，虚拟圆盘经定向而垂直于旋转轴，且虚拟圆盘具有沿旋转轴方向的延伸，该延伸低于第一流体导管沿旋转轴方向的延伸的两倍。通常，虚拟圆盘的轴向延伸低于第一流体导管的轴向延伸的1.5倍。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，基座主体的下部为环状主体，且包括第一流体导管和至少一个第二流体导管。环状主体经定向而垂直于旋转轴，且其具有沿旋转轴方向的延伸，该延伸低于第一流体导管沿旋转轴方向的延伸的两倍。通常，环状主体的轴向延伸低于第一流体导管的轴向延伸的1.5倍。第一流体导管和至少一个第二流体导管正交于旋转轴。通常，在基座主体的下部提供电源连接器，且在环状主体上布置至少一个滑动电触点。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，主体由诸如钢的导电材料制成。因而，达成主体的充分的机械稳定性。另外，可经由主体的材料将滑动电触点与电源连接器电气连接。
图13示意性地图示根据实施例的端块100的内部部分的立体图。通常，沿旋转轴50的截面图类似于图9的截面。
根据实施例，端块100包括具有圆柱形空腔113的空心主体110，圆柱形空腔113与旋转轴50同轴布置。冷却剂管114同轴地插入圆柱形空腔113之中。因而，通常在冷却剂管114与基座主体110的内壁之间形成空心圆柱形间隙115。三个管131、132和133以及空隙布置在主体110的下部119中，用于接收流体管。在径向布置的空隙中，第一管131被馈送经过流体转接器方块106。第一管131径向地通向冷却剂管114的内部空间，且形成用于从冷却剂管114的内部空间接收冷却剂的第一流体导管131。第二管132和第三管133插入流体转接器方块106中且通向间隙115。第二管132和第三管133分别形成用于向间隙115提供冷却剂的第二流体导管132和第三流体导管133。因而，如参照图10所阐释，可用闭合冷却剂回路中的冷却剂来支撑安装于主体110上的可旋转靶材。通常，第一流体导管131、第二流体导管132和第三流体导管133大体上彼此平行。
根据实施例，绝缘的马蹄铁形导体主体138可部分地布置于主体110的径向向内安置部分105和流体转接器方块106周围。绝缘的马蹄铁形导体主体138可形成主体110的一部分。
根据实施例，滑动电触点135可布置穿过马蹄铁形导体主体138的导电主体139上的孔隙。另外，可在导体主体138上安装两个电源连接器136。
根据实施例，绝缘的马蹄铁形导体主体138包括通孔207，主体110可穿过通孔207螺纹固定到绝缘板116上。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，可在垂直于旋转轴的第一平面与垂直于旋转轴的第二平面之间布置第一流体导管、第二流体导管、第三流体导管、电源连接器和滑动电触点，其中第一平面与第二平面之间的距离小于第一流体导管在旋转轴方向上的延伸的两倍(通常小于约1.5倍)。
图14示意性地图示根据实施例的沿旋转轴50的溅射设备200的截面。溅射发备200通常包括由壁231和壁232形成的处理腔室220。因而，根据典型实施例，阴极、靶材或背管的轴50基本上平行于附接端块100的壁231。因而，实现阴极的偶入(drop-in)设置。
根据实施例，如参照上述图式所阐释，至少一个端块100被安装在处理腔室220中，以使得端块100的基座主体110相对于处理腔室220的壁231不可旋转。通常经由绝缘板116将基座主体110固定于处理腔室220的挡板或门230。在溅射期间，挡板或门230关闭。因此，在溅射期间，通常基座主体110是固定的，至少是不可旋转的。或者，可将外壳125直接固定于处理腔室220的壁231。
根据实施例，经由安装支撑件152将旋转驱动150(通常为电驱动)布置于处理腔室220外侧。然而，也可将旋转驱动150置放于外壳125内。通常，在溅射期间，旋转驱动150可经由其电机轴154、与电机轴154连接的小齿轮153、绕小齿轮153环绕的链或齿形带(未图示)以及附接至转子120的轴承外壳123的齿轮151来驱动可旋转靶材10。
通常，冷却剂支撑管134和/或电气支撑线134可从冷却剂供给和排出单元130和/或电气支撑单元130经由外壳125馈送至处理腔室220的外侧。
通常，由以悬臂式的方式布置于衬底(未图示)上方的端块100来支撑可旋转靶材10。另外，可旋转靶材10可在其上端处被进一步支撑。
图15示意性地图示根据实施例的溅射设备200的截面。图15的溅射设备200类似于图14的溅射设备。然而，将图15中的绝缘板116经定向而分别平行于壁231和安装端块100的挡板230。与此不同，图14中的绝缘板116经定向而分别垂直于壁231和安装端块100、101的挡板230。另外，在图15的实施例中，电机轴154延伸入外壳125之中。为清晰起见，未图示通常也使用于图15的实施例中的冷却剂支撑管和电气支撑线路。
根据实施例，如图15中所示，外壳125的下部壁126被分别安装于壁231或门230和挡板230。
根据其它实施例，端块100被安装到壁231，以使得真空腔室220的壁231和外壳125的上部壁127在真空腔室220内侧形成基本上平坦的过渡区域，或仅具有小台阶的过渡区域。在图15中，此状况由水平虚线来指示。在这些实施例中，可减少真空腔室220的内部体积。
通常，图15的布置可用于溅射设备，其中相对于重力来水平定向衬底。图6的布置可以被用于水平和垂直定向的衬底。
图16图示了如图14和图15中所示的溅射设备200。图16的示意截面分别正交于图14和图15的截面。根据实施例，溅射设备200具有真空腔室220，真空腔室220包括用于向其提供处理气体(例如，氩气)的气体入口201。真空腔室220进一步包括衬底支撑件202和布置于衬底支撑件202上的衬底203。另外，真空腔室220包括可旋转靶材10，其通常以悬臂式的方式布置于衬底203上方。
通常，在作为阴极操作的可旋转靶材10与作为阳极操作的衬底支撑件202之间施加高电压差。通常可通过加速的电子与例如氩原子的冲击离子化形成等离子体。所形成的氩离子在可旋转靶材10的方向上加速，以将可旋转靶材10的粒子(通常为原子)溅射且随后沉积于衬底203上。
在实施例中，可使用例如其它惰性气体(诸如氪)，或诸如氧气或氮气等反应性气体的其它适合的气体来产生等离子体。根据可与本文描述的其它实施例结合的典型实施例，等离子体区中的压力可为约10-4mbar至约10-2mbar，通常约10-3mbar。在另一实施例中，真空腔室220可以包括一个或多个开口和/或阀门，用于将衬底203引入或撤出真空腔室220。
磁控溅射的特别优点在于其沉积速率相当高。通过在可旋转靶材10内侧布置一个或多个磁铁14，可截留正在靶材表面下方所产生的磁场内的自由电子。此状况通常将离子化气体分子的概率提高若干数量级。转而可以显著地提高沉积速率。取决于应用和待溅射的材料，可使用固定磁场或时变磁场。另外，冷却流体通常在可旋转靶材10内循环以冷却磁铁224和/或靶材10。
通常由端块100来支撑可旋转靶材10，端块100在图示的截面中不可见，且因而将其图示为虚线圆。
通常，端块100不可旋转地安装于处理腔室220的壁230或门231或挡板231，壁230或门231或挡板231在所图示的截面中不可见，且因而将其图示为矩形。
端块通常包括基座主体，其适于刚性耦接至诸如溅射设备的壁、门或挡板等非旋转部分。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块包括：在主体中用于从可旋转靶材接收流体的第一流体导管；以及在主体中用于向可旋转靶材提供流体的第二流体导管；其中，第二流体导管在旋转轴方向上延伸的投影平面上的投影位于第一流体导管在投影平面上的投影内。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，第一流体导管和第二流体导管中的至少一者从旋转轴向外径向延伸。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，基座主体包括与旋转轴同轴布置的圆柱形空腔，且冷却剂管同轴地插入圆柱形空腔中，其中第一流体导管通向冷却剂管。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，在冷却剂管与基座主体的内壁之间形成空心圆柱形间隙，并且其中第二流体导管通向间隙。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块进一步包括第三流体导管，第三流体导管在主体中用于可旋转靶材的流体支撑。第三导管经定向而垂直于旋转轴。第一流体导管与第三流体导管在旋转轴方向上延伸的平面上的投影彼此重叠。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，第一流体导管具有第一截面积，第二流体导管具有第二截面积并且第三流体导管具有第三截面积。第一截面积与第二截面积与第三截面积之和大致匹配。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块进一步包括具有最大轴向坐标的至少一个电触点，该最大轴向坐标小于第一流体导管的最大轴向坐标与第一流体导管的轴向延伸之和。
根据可与这里公开的其它实施例结合的实施例，端块进一步包括至少一个电源连接器。第一流体导管与至少一个电源连接器在沿旋转轴方向延伸的投影平面上的投影彼此重叠。
尽管图14至图16的各图式仅图示一个可旋转靶材，但根据可与这里公开的其它实施例结合的不同实施例，两个或两个以上可旋转靶材可以由各别阴极驱动方块来支撑且安置于真空腔室中。通常，两个或两个以上可旋转靶材的圆柱形轴大体上平行，即在至少5°的测角精度内平行，更特定而言在至少1°的角精度内平行。
本书面描述使用示例(包括最佳实施例)来揭示本发明，且也能使任何本领域技术人员实施所描述的主题，包括制造和使用任何装置或系统且执行任何所结合的方法。尽管上文中已公开了各种特定实施例，本领域技术人员将认识到权利要求的精神和范围允许同等有效的修改。具体而言，上述实施例的彼此非排他性的特征可彼此结合。专利范围由权利要求来限定，并且可以包括本领域技术人员能想到的这种修改和其它示例。这种其它示例意图在权利要求的范围内，如果它们具有与权利要求的文字表述没有区别的结构元素，或若它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等效结构元素。

Claims (14)

1.一种用于支撑沉积设备(200)的可旋转靶材(10)的装置(100)，所述沉积设备(200)用于在衬底上溅射材料，所述可旋转靶材(10)限定旋转轴(50)，并且所述装置(100)包括：
主体(110)；
第一流体导管(131)，其在所述主体(110)中用于从所述可旋转靶材(10)接收流体，所述第一流体导管(131)被定向在正交于所述旋转轴(50)的方向上；以及
第二流体导管(132)，其在所述主体(110)中用于向所述可旋转靶材(10)提供所述流体，所述第二导管(132)被定向在正交于所述旋转轴(50)的方向上；
其中，所述第一流体导管(131)和所述第二流体导管(132)在所述旋转轴(50)的方向上延伸的投影平面上的投影彼此重叠，并且
其中，所述第一流体导管(131)和所述第二流体导管(132)中的一者从所述旋转轴(50)向外径向延伸。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述第二流体导管(132)在所述投影平面上的所述投影位于所述第一流体导管(132)在所述投影平面上的所述投影内。
3.根据在先权利要求中任何一者所述的装置(100)，其中，所述主体(110)包括圆柱形空腔(113)，所述圆柱形空腔与所述旋转轴(50)同轴布置，所述装置(100)还包括冷却剂管(114)，所述冷却剂管同轴地插入所述圆柱形空腔(113)中，其中，所述第一流体导管(131)通向所述冷却剂管(114)。
4.根据权利要求3所述的装置(100)，其中，在所述冷却剂管(114)与所述主体(110)的内壁之间形成空心圆柱形间隙(115)，并且其中，所述第二流体导管(132)通向所述间隙(115)。
5.根据在先权利要求中任何一者所述的装置(100)，还包括第三流体导管(133)，所述第三流体导管在所述主体(110)中用于所述可旋转靶材(10)的流体支撑，所述第三流体导管(133)被定向在正交于所述旋转轴(50)的方向上，其中，所述第一流体导管(131)和所述第三流体导管(132)在所述投影平面上的投影彼此重叠。
6.根据权利要求4或5所述的装置(100)，其中，所述第三流体导管(133)通向所述间隙(115)。
7.根据权利要求5或6所述的装置(100)，其中，所述第一流体导管(131)包括第一截面积，其中所述第二流体导管(132)包括第二截面积，其中所述第三流体导管(133)包括第三截面积，并且其中所述第一截面积与所述第二截面积和所述第三截面积之和大致匹配。
8.根据在先权利要求中任何一者所述的装置(100)，其中，所述第一流体导管(132)具有轴方向上的第一延伸(d1)，并具有第一最大轴向坐标(x3)，所述装置(100)还包括至少一个电触点(135)，其中所述至少一个电触点(135)具有最大轴向坐标(x8)，所述最大轴向坐标(x8)小于所述第一最大轴向坐标(x3)和所述轴方向上的第一延伸(d1)之和。
9.根据权利要求8所述的装置(100)，还包括电流收集板(122)，所述电流收集板绕所述主体(110)可枢转地布置并且与所述至少一个电触点(135)机械接触。
10.根据在先权利要求中任何一者所述的装置(100)，还包括至少一个电源连接器(136)，其中所述第一流体导管(131)和所述至少一个电源连接器(136)在所述投影平面上的投影彼此重叠。
11.根据在先权利要求中任何一者所述的装置(100)，其中，所述主体(110)包括导电材料。
12.根据在先权利要求中任何一者所述的装置(100)，还包括靶材凸缘(121)，所述靶材凸缘经绕所述主体(110)可枢转地布置并且适于机械支撑所述可旋转靶材(10)。
13.根据在先权利要求中任何一者所述的装置(100)，还包括绝缘板(116)，所述绝缘板经定向以垂直于所述旋转轴(50)，所述主体(110)被安装到所述绝缘板上，且所述绝缘板适于固定到所述沉积设备(200)的非旋转部分上。
14.一种用于在衬底上溅射材料的沉积设备(200)，其包括根据在先权利要求中任何一者所述的至少一个装置(100)。
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