CN103003915A - 靶材背管的磁铁配置、包括所述磁铁配置的靶材背管、圆柱状靶材组件及溅射系统 - Google Patents

Abstract

本文关于用于溅射系统的磁铁配置(800,900,1000)，其中磁铁配置适于溅射系统的可旋转靶材(126a,126b)并包含：第一磁铁元件(810,910,1010)，所述第一磁铁元件沿第一轴(X)延伸；第二磁铁元件(820,920,1020)，所述第二磁铁元件环绕第一磁铁元件与第一平面(A)对称地设置；其中第二磁铁元件包含至少一个扇区(826,827,926,927,1028)，所述至少一个扇区与第一平面相交；且其中至少一个扇区的磁轴(822,922,1022)相对第二平面(B)而倾斜，所述第二平面与第一轴(X)正交。此外，本文关于用于溅射系统的可旋转靶材的靶材背管、用于溅射系统的圆柱状可旋转靶材及溅射系统。

Description

靶材背管的磁铁配置、包括所述磁铁配置的靶材背管、圆柱状靶材组件及溅射系统

技术领域

本发明关于用于可旋转靶材的磁铁配置。更具体地，本发明关于用于溅射系统的可旋转靶材的磁铁配置。此外，本发明关于用于溅射系统的可旋转靶材的靶材背管。此外，本发明关于溅射系统的可旋转靶材圆柱。另外，本发明关于包含靶材背管的圆柱状靶材组件。此外，本发明关于包含真空腔室及至少一个靶材背管的溅射系统。

背景技术

在许多应用中，需要在基板上沉积薄层。在此所使用的术语“基板”应包括非柔性基板(如，晶圆或玻璃板)及柔性基板(如，腹板及箔)两者。典型用于沉积层的技术为蒸镀、溅射及化学气相沉积。

代表性的示例包含(但不限于)涉及以下的应用：半导体及介电材料和装置、硅基晶圆、平板显示器(如TFT)、掩模及过滤器、能源转换及储存(如，光伏电池、燃料电池及电池)、固态照明(如LED及OLED)、磁性及光学储存、微机电系统(MEMS)和纳米机电系统(NEMS)、微光学及光学机电系统(NEMS)、微光学及光电装置、透明基板、建筑用及车用玻璃、用于金属和聚合物箔片及封装的金属化系统、和微成型及纳米成型。

在蒸镀工艺中，加热待沉积的材料使所述材料蒸发并凝结于基板上。溅射是一种真空涂覆工艺，所述真空涂覆工艺用于将各种材料的薄膜沉积在基板的表面上。举例来说，可使用溅射以沉积金属层(如，薄层的铝)或陶瓷。在溅射工艺期间，涂覆材料从靶材通过以惰性气体的离子轰击靶材的表面而传送至待涂覆的基板，其中惰性气体的离子已通过高电压而加速。当气体离子撞击靶材的外表面时，气体离子的动量转移至材料的原子，使得一些原子能获得足够的能量以克服原子的键能从而脱离靶材表面并沉积在基板上。在那上面，这些原子形成所希望材料的膜。所沉积膜的厚度尤其取决于基板曝露至溅射工艺的持续时间。

典型地，使用溅射系统以涂覆基板(如，窗口涂料、半导体装置、显示器及类似物)。典型地，等离子体形成在真空腔室中，溅射靶材设置在所述真空腔室中。举例来说，可使用旋转溅射靶材。典型地，旋转溅射靶材具有圆柱状且绕旋转溅射靶材的纵轴而旋转。溅射靶材设置在背管上，背管中可设置有磁控管。磁控管可通过直流电流或交流电流而驱动。使用磁控管以在真空腔室中产生等离子体。

典型地，在背管中设置磁铁配置或旋转的阴极。磁铁配置包括内侧磁铁元件及环绕内侧磁铁元件设置的外侧磁铁元件。在溅射系统的操作中，等离子体限制在一容积内(如，若待涂覆的基板位于靶材元件上时，等离子体限制在位于靶材元件上方的容积中)而介于内侧磁铁元件和外侧磁铁元件之间，在此处磁场大部分平行于靶材表面。典型地，此区域可被称为“跑道(racetrack)”，因为等离子体形成封闭回路，所述封闭回路具有沿着磁铁配置的长边的两平直部分及在磁铁配置的两端的曲线。磁铁元件的典型配置导致在磁铁配置的端部(尤其在磁铁配置的纵轴上)(也称作跑道曲线处或等离子体回转处)具有不平衡的状态。因于外侧位置具有较多的磁质量，等离子体根据阴极表面之上的高度而朝向内侧磁铁平移或位移。这意味着，就位于磁铁元件之上的高度而言，等离子体回转处不具有稳定的位置。较厚的靶材将具有较短的跑道且因此，在靶材纵向上的端部处具有较大的再沉积区域。

发明内容

根据上述的内容，提供有根据独立权利要求1所述的磁铁配置、根据权利要求12所述的靶材背管、根据权利要求14所述的圆筒状可旋转靶材及根据权利要求15所述的溅射系统。

根据一个方面，提供用于溅射系统的磁铁配置，其中所述磁铁配置适于溅射系统的可旋转靶材的靶材背管，并包括：第一磁铁元件，所述第一磁铁元件沿第一轴延伸；第二磁铁元件，所述第二磁铁元件环绕所述第一磁铁元件与第一平面对称地设置，其中所述第二磁铁元件包括至少一个扇区，所述至少一个扇区与所述第一平面相交，且其中所述至少一个扇区的磁轴相对第二平面倾斜，所述第二平面与所述第一轴正交。

沿着第一轴延伸的所述第一磁铁元件，相比于横贯所述第一轴的方向而言(如，与所述第一轴正交)，在所述第一轴的方向上具有较长的延伸。举例来说，在所述第一轴的方向上的延伸可为超过0.5m，如超过2m，特别地超过3.5m。典型地，所述第一轴为所述第一磁铁元件的所述纵轴。

典型地，所述第二磁铁元件形成环绕所述第一磁铁元件的环。举例来说，在所述磁铁元件上的视角中，所述第二磁铁元件环绕所述第一磁铁元件。举例来说，所述磁铁元件之上的所述视角可为与所述第一轴正交并位于所述第一平面中的一直线方向上的视角。

典型地，平衡所述磁铁配置，特别地至少在所述第一轴方向上的所述第一磁铁元件的所述端部之一处。根据在此所批露的实施例，所述第一轴方向上的所述再沉积区域对具有不同厚度的靶材元件是基本相同的。因此，所述靶材材料在溅射工艺期间使用更好。

在一实施例中，所述第二磁铁元件具有两个第一磁铁部分，所述第一磁铁部分平行所述第一轴而延伸。在一实施例中，将这些第一磁铁部分的磁轴所设置成的直线可相对所述第一平面而倾斜。举例来说，所述第一及第二磁铁元件可配置在半圆形或半椭圆形表面上。

在一实施例中，所述扇区的磁轴相对所述第二平面具有大于约45度的倾斜角，特别地大于60度，如大于80度。

根据又一个实施例，所述实施例可与其它在此公开的实施例结合，所述扇区的磁轴倾斜远离所述第一磁铁元件，以特别地提供基本平衡的磁铁配置。

在一典型实施例中，所述第一轴位于所述第一平面内。

举例来说，在一实施例中，所述扇区的磁轴相对所述第二磁铁元件的第一磁铁部分的磁轴具有大于约45度的倾斜角，特别地大于60度，如大于80度，所述第二磁铁元件配置成与所述第一磁铁元件基本平行，特别地与所述第一轴基本平行。特别地，所述扇区的磁轴在朝外方向上倾斜，远离所述第二元件的第一磁铁部分，所述第二元件基本平行于所述第一磁铁元件而配置或延伸。

根据一实施例，所述实施例可与其它在此公开的实施例结合，所述扇区对称地在所述第一平面的两侧上延伸。

举例来说，在一实施例中，所述扇区的形状选自由大致为U形、大致为V形、半圆形、圆弧形、及条形所组成的群组。

在一实施例中，所述扇区在与所述第一轴正交且与所述第一磁铁元件的磁轴正交的方向上对应到至少30%、特别地为至少50%的所述第二磁铁元件的延伸。

举例来说，在一实施例中，所述实施例可与其它实施例结合，所述第一磁铁元件在所述第一轴的方向上具有第一端和相对所述第一端的第二端；其中所述至少一个扇区在所述第一磁铁元件的所述第一端和/或所述第二端连接所述第二磁铁元件的多个第一磁铁部分，所述第二磁铁元件的多个第一磁铁部分平行于所述第一轴而延伸。

在一些实施例中，所述第一磁铁元件在所述第一轴的方向上具有第一端和相对所述第一端的第二端，所述第二磁铁元件包含多个第一磁铁部分及多个第二磁铁部分，所述第一磁铁部分平行于所述第一轴而延伸，所述第二磁铁部分在所述第一端及/或所述第二端连接所述第一磁铁部分，其中所述第二磁铁部分包含所述扇区。

在一实施例中，所述第二磁铁元件包含两个扇区。

根据另一方面，提供一种用于溅射系统的可旋转靶材的靶材背管，其中所述靶材背管具有纵轴，其中所述靶材背管包含根据在此所批露的多个实施例中的一个实施例的磁铁配置，其中所述第一轴平行于所述背管的所述纵轴。

在一典型实施例中，特别地在所述第一轴的方向上，在真空腔室中的所述靶材背管的纵向延伸基本上对应所述第一及/或第二磁铁元件的所述纵向延伸，所述靶材背管适于被设置进所述真空腔室中。

举例来说，在一实施例中，至少一个靶材圆柱环绕所述靶材背管而设置。

根据另一方面，提供一种用于溅射系统的圆柱状可旋转靶材，其中所述圆柱状可旋转靶材具有纵轴，其中所述圆柱状可旋转靶材包含根据前述多个权利要求中的一个权利要求的磁铁配置，其中所述第一轴平行于所述背管的所述纵轴。

根据另一方面，提供一种溅射系统，包括：真空腔室及根据在此所披露的一实施例的至少一个圆柱状可旋转靶材，其中所述圆柱状可旋转靶材设置在所述真空腔室中。

从权利要求书、说明书及附图可明白本发明的其它方面、优点及特征。

附图说明

对熟悉本领域的技术人员而言，更特别地在说明书的其余部分（包括对附图的参照）提出包含本发明最佳模式的完整且可行的发明，其中：

图1显示溅射系统的实施例的示意截面图；

图2显示磁铁配置的实施例的示意截面图；

图3显示磁铁配置的另一实施例的示意截面图；

图4显示产生等离子体的平衡磁铁配置的实施例的示意截面图；

图5显示产生等离子体的不平衡磁铁配置的实施例的示意截面图；

图6显示产生等离子体的不平衡磁铁配置的另一实施例的示意截面图；

图7显示在磁铁配置的纵向端产生等离子体的不平衡磁铁配置的实施例在纵向上的示意截面图；

图8示意地显示图7的磁铁配置之上的视角，以在到磁铁配置的第一距离I处指示等离子体的位置；

图9示意地显示图7的磁铁配置之上的视角，以在到磁铁配置的第二距离II处指示等离子体的位置，所述第二距离II大于所述第一距离I；

图10显示产生等离子体的平衡磁铁配置的实施例在纵向上的示意截面图；

图11示意地显示产生等离子体的平衡磁铁配置的实施例之上的视角；

图12示意地显示产生等离子体的平衡磁铁配置的另一实施例之上的视角；

图13示意地显示产生等离子体的平衡磁铁配置的又一实施例之上的视角。

具体实施方式

现将详细参照各个实施例，实施例的一或多个例子描绘在每张图中。每个例子通过说明而提供且并不意在作为限制。举例来说，作为一个实施例的部分所描绘或描述的特征可用于其它实施例或与其它实施例结合以产生更进一步的实施例。本文意在包含这些修改及变化。

参考附图，相同或相似的元件在不同附图中赋予相同的附图标记，图1显示具有真空腔室110的溅射系统100的示意截面。真空腔室具有入口端口112，可使用所述入口端口112以提供溅射气体进入真空腔室110，且真空腔室可包含出口(抽吸)端口(未示出)。真空腔室由真空腔室壁114限定。在典型实施例中，溅射系统100包含两个旋转的圆柱状靶材组件120a、120b。图1的截面位于与圆柱状靶材组件的旋转轴正交的平面中。

在其它实施例中，这些实施例可与其它在此所批露的实施例结合，溅射系统可包含一个、三个、四个或更多个圆柱状靶材组件。在一典型实施例中，所述实施例可与其它在此所批露的实施例结合，旋转的圆柱状靶材组件120a、120b通过未在图1中示出的驱动组件驱动。每一旋转的圆柱状靶材组件120a、120b包含背管122a、122b，磁铁配置124a、124b设置在所述背管122a、122b中。此外，圆柱状靶材元件126a、126b环绕所述背管122a、122b设置。举例来说，圆柱状靶材元件126a、126b可不与各背管122a、122b接合。举例来说，圆柱状靶材元件126a、126b可在圆柱状靶材元件126a、126b用完后互换。在图1中，显示有水平旋转的圆柱状靶材组件。在一些实施例中，这些实施例可与其它在此所批露的实施例结合，可使用垂直的圆柱状靶材组件。在一些实施例中，这些实施例可与其它在此所批露的实施例结合，磁铁配置124a、124b可设置在圆柱状靶材元件内，特别地圆柱状靶材元件不具有背管。然后，圆柱状靶材元件连接至用以绕圆柱状靶材元件的纵轴而旋转圆柱状靶材元件的驱动机构。

此外，在真空腔室110中，基板130设置在圆柱状靶材组件120a、120b之下。在一典型实施例中，所述实施例可与其它在此所批露的实施例结合，基板130可配置在基板支撑件132上。操作中，等离子体通过激发溅射气体而形成在圆柱状靶材组件和基板间的真空腔室110内。在一典型实施例中，溅射气体包含氩。在其它实施例中，真空腔室可包含用以驱动待涂覆的基板130进入或离开真空腔室110的基板驱动系统。因此，真空腔室可包含设置在真空腔室110的围壁中的真空锁固腔室。在一实施例中，所述实施例可与其它在此所批露的实施例结合，圆柱状靶材组件120a、120b的旋转轴基本平行。

典型地，磁铁配置124a、124b具有平行于背管122a、122b的纵向延伸而延伸的细长结构，其中磁铁配置124a、124b设置成比如平行于背管122a、122b的纵向轴或旋转轴。举例来说，每一磁铁配置具有对称平面A。例如，背管122a、122b的旋转轴位于所述对称平面上。典型地，磁铁配置124a、124b具有与背管基本相同的长度。举例来说，磁铁配置可具有约80%或更多，如90%或更多的纵向延伸的长度，所述纵向延伸为在真空腔室110中的背管及/或靶材元件的一部分的纵向延伸。

图2显示用于靶材背管的磁铁配置200的实施例的截面。典型地，用于大区域涂覆系统的磁控管可在实施例中具有如图2至13中所示的磁铁配置。所述截面位于与所述对称平面正交且与第一磁铁元件210的纵轴正交的平面中。第一磁铁元件210沿着磁铁配置200的纵轴或第一轴延伸。典型地，图2的截面对应图1的截面。所述磁铁配置与对称平面A对称。对称平面A也可命名为第一平面A。典型地，当背管122a、122b的旋转轴安装在背管122a、122b中时，背管122a、122b的旋转轴位于对称平面A上。在一实施例中，所述实施例可与其它在此所批露的实施例结合，磁铁配置200可包含基本主体202，所述基本主体202具有带半圆柱状表面208的部分。在一实施例中，基本主体202配置在真空腔室的背管中，使得半圆柱状表面208适于面对待涂覆的基板130。

在一实施例中，所述实施例可与其它在本文中的实施例结合，第一磁铁元件210和第二磁铁元件220设置在半圆柱状表面208上。第一磁铁元件210沿着第一轴X延伸，所述第一轴X位于对称平面上。在一典型实施例中，第一轴X平行于图1中所示的圆柱状靶材组件的旋转轴。第二磁铁元件220环绕第一磁铁元件210而设置。举例来说，第二磁铁元件具有两个磁铁部分224、225，每个磁铁部分平行于第一轴X而延伸。

第一及第二磁铁元件210、220通常包含多个一个接一个配置的磁铁以形成第一和第二磁铁元件210、220。在其它实施例中，第一和第二磁铁元件210、220可由单个磁铁形成。

每个磁铁元件在每一位置具有各自的磁轴212、222。为方便说明，磁轴在各磁铁元件210、220中以南极到北极示出。典型地，根据本文的实施例的磁轴具有一个方向。因此，磁铁元件210、220面对背管及靶材元件的磁极交替地设置在与第一轴X正交的截面中。举例来说，第二磁铁元件的北极面对靶材元件和待涂覆的基板，且第一磁铁元件的南极面对靶材材料和待涂覆的基板。典型地，平行于第一轴X而延伸的第二磁铁元件的部分224、225的磁轴设置成相对第一平面A倾斜。典型地，第一磁铁元件的磁轴配置成平行于待涂覆基板的待涂覆表面的法线。

图3显示磁铁配置的另一实施例，所述磁铁配置所处的截面与磁铁配置的第一平面A正交并与第一轴X正交，所述第一轴X对应第一磁铁元件310的纵轴。以相同的附图标记增加100来表示与图2中相同的特征。磁铁配置300包含两个磁铁元件310、320，即设置在基本主体302上的第一磁铁元件310和第二磁铁元件320。基本主体具有基本平坦的表面308，所述基本平坦的表面308指向至待涂覆的基板。在一典型实施例中，所述表面308平行于待涂覆基板的待涂覆表面。磁铁元件配置在基本主体302的表面308上，使得在与图3中所示的第一轴正交的截面中，第一磁铁元件310的磁轴312与第二磁铁元件320的磁轴322逆平行。

图4、5和6用以描述由平衡和不平衡磁铁配置的磁铁元件所产生的等离子体的配置。特别地，图4、5和6显示与第一轴X正交的截面，其中第一磁铁元件沿第一轴X延伸。

图4显示包含与图3的磁铁元件类似的两个磁铁的磁铁配置。相同的特征以相同的附图标记加100来表示。此外，显示靶材元件480和待涂覆的基板460。为简化的目的，在图4、5和6中，靶材元件显示为具有基本平坦的表面。然而，在用于旋转靶材组件中的靶材元件一般大致为圆柱状。

此外，在图4中，显示介于第一磁铁元件和第二磁铁元件间的磁场。典型地，在溅射系统的操作中，等离子体产生在靶材480和待涂覆的基板460之间。当以方向446看向靶材480上时，等离子体形成封闭回路(也可参见图8和9)。因此，在图4中，仅显示等离子体440a、440b的截面。为简化的目的，等离子体在图4中显示为矩形截面。实际上，等离子体并不具有这样理想的矩形形状。等离子体具有在图4的截面图中沿着等离子体具有最高密度的多个位置延伸的参考曲线444a、444b。

典型地，等离子体440a、440b位于磁铁配置400和待涂覆的基板460之间。

如所可见地，第一和第二磁铁元件410、420的磁场的场线具有切线442a、442b、442c，所述切线442a、442b、442c基本平行于面对待涂覆基板460的靶材480的表面。此外，具有基本平行于靶材元件480表面的切线442a、442b、442c的磁场的点设置在一直线上。在磁场线具有基本平行的切线的这些位置处，等离子体具有最高的密度。换句话说，等离子体沿着直线或参考曲线444a、444b延伸具有最高的密度。

在平衡磁铁元件的情况下，等离子体具有最高密度所在的参考曲线对应直线444a、444b，所述直线444a、444b基本上与面对待涂覆基板460的靶材元件480的表面正交(如图4中所示)。在平衡圆柱状靶材的情况下，参考曲线444a、444b为直线且相对彼此而倾斜(为简化的目的而未示出)，其中每一个参考曲线444a、444b基本上与各靶材元件的表面的切线正交，在所述切线处产生最接近靶材元件的一部分等离子体。

若等离子体在垂直于靶材表面的相同位置上集中于内侧和外侧磁铁元件之间，则称作磁控管平衡。

若外侧磁铁元件的强度大于内侧磁铁元件，则等离子体将更朝内侧磁铁集中。若内侧磁铁配置的强度大于外侧磁铁元件，则等离子体将更朝外侧区域集中。这两种情况一般被视为不平衡磁控管。在本文中所使用的磁控管和磁铁组件可互换。

图5和6显示分别具有不平衡磁铁配置的磁铁元件500和600。用在图4中的相同附图标记增加100来表示图5中的相同特征，且用在图4中的相同附图标记增加200来表示图6中的相同特征。

在图5中，第一磁铁元件510具有比第二磁铁元件420高的磁质量。因此，在磁场具有基本平行于靶材元件的切线的位置相对彼此而平移，使得连接磁场的切线(其中磁场的切线基本平行于面对待涂覆基板的靶材元件580的表面)的点的参考曲线相对靶材元件580的表面具有不同于90度的角度。换句话说，当到靶材的距离增加时，等离子体具有最高密度处的参考曲线544a、544b向外移动。

换句话说，在圆柱状靶材的情况下，参考曲线未设置在沿径向方向延伸穿过靶材元件的轴和靶材元件的表面部分的直线上，其中在靶材元件的表面部分处一部分所产生的等离子体最接近靶材元件。

参考曲线544a、544b、644a、644b在图5和6中显示为直线。然而，等离子体具有最高密度的参考曲线544a、544b、644a、644b也可为弧形或弯曲的形状，尤其在不平衡磁铁配置的情况下。连接磁场的基本平行的切线的点的直线544a、544b对应于具有最高密度的等离子体540a、540b的点。特别地，等离子体540a、540b的参考曲线544a、544b在平面靶材元件的情况下相对第一平面A朝外倾斜或弯曲，或等离子体540a、540b的参考曲线544a、544b在圆柱状靶材元件的情况下相对靶材元件的表面部分的法线朝外倾斜或弯曲，其中在所述靶材元件的表面部分处，一部分所产生的等离子体最接近靶材元件的面对待涂覆基板的表面的部分。

图6显示的实施例中，包含第二磁铁元件620的磁铁配置具有比第一磁铁元件610高的磁质量。因此，等离子体640a、640b在溅射组件的操作中具有参考曲线644a、644b，在参考曲线644a、644b处所述等离子体具有最高的密度，所述参考曲线644a、644b在圆柱状靶材元件的情况下相对靶材元件的表面的部分的法线向内弯曲或倾斜，或所述参考曲线644a、644b在平面靶材元件的情况下相对第一平面A向内弯曲或倾斜，其中在所述靶材元件的表面，一部分所产生的等离子体最接近靶材元件的面对待涂覆基板660的表面的部分。

在不平衡磁铁配置且因此等离子体具有的参考曲线644a、644b相对靶材表面或靶材元件的部分而倾斜(其中在所述靶材表面或靶材元件的部分，一部分所产生的等离子体最接近靶材元件)的情况下，相对靶材元件580、680的表面的等离子体的位置可取决于靶材元件580、680的厚度。这可能导致不均匀的沉积或靶材材料的不均匀使用。

图8显示沿圆柱状靶材组件的传统磁铁配置700的第一平面A和第一轴X的截面。图8和9分别显示图7的磁铁配置之上的视角，与图4的方向446对应，以在到磁铁配置700的第一距离I处指示等离子体的位置(图8)和在到磁铁配置700的第二距离II处指示等离子体的位置(图9)，其中所述第二距离II大于所述第一距离I。用图4中相同的附图标记增加300来表示相同的特征。

图7、8和9显示由磁铁配置所产生的等离子体740、740a、740b。在图7中还显示有靶材元件780。在图7中，仅描绘等离子体740a、740b的位置而未描绘磁场的场线。图8和9显示等离子体形成环状。这也称作跑道(race track)。

磁铁配置在磁铁配置700的第一轴或纵轴X的方向上具有第一端704和第二端706。第二磁铁元件720包含两个第一磁铁部分和两个第二磁铁部分726、727，所述第一磁铁部分配置成基本平行于第一磁铁元件710，所述两个第二磁铁部分726、727连接磁铁元件的两个第一磁铁部分724、725。磁铁配置的第一和第二端704、706也可称为磁铁配置或磁铁组件的回转部。因外侧、第二磁铁元件在回转处具有比第一、内侧磁铁元件大得多的磁质量，磁铁配置的回转部不平衡。特别地，第二磁铁元件的第二磁铁部分726、727在第一轴X的方向上具有比第一磁铁元件710的一端高的磁质量。因此，在操作中，等离子体的参考曲线744a、744b(在参考曲线744a、744b处等离子体具有最高的密度)在第一平面A中相对靶材元件780的表面而倾斜或弯曲。因此，如图9和10中所示，其中等离子体740的截面显示到磁铁组件有不同的距离，具体地，显示于图7中的第一距离I和第二距离II。举例来说，指向待涂覆基板的靶材元件780的表面可配置在第一距离I和第二距离II处。

在图8中，等离子体740显示在薄靶材的表面上，并且在图10中，等离子体740显示在厚靶材的表面上。如所可见地，在第一磁铁元件710的纵向方向上，在第一端704和第二端706处，在第一轴X的方向上，在薄靶材的表面上的等离子体740的延伸比图9中所示的在厚靶材的表面上短。因此，在沉积工艺期间使用或磨损基板的情况下，基板并未在可旋转靶材的整个完整宽度上平均地使用。因此，部分的靶材可能未使用或可能导致靶材780的材料更不均质的沉积。

在图10和11中，显示磁铁配置800，其中相对于图8、9和10中所示的实施例，相同的特征以相同的附图标记增加100来表示。图10还显示在对称平面A中的磁铁配置800的截面。在图12中，显示从靶材元件的侧边到磁铁元件800上的各个视角。在一典型实施例中，第一和第二磁铁元件包含多个磁铁，每个磁铁具有基本相同的尺寸。在其它实施例中，磁铁组件可为第一磁铁元件或第二磁铁元件而特别制造。

第一磁铁元件810配置成如在图8、9和10中所示的磁铁配置中那样。第二磁铁元件820具有多个部分，即第一磁铁部分824、825和第二磁铁部分826、827，第一磁铁部分824、825配置成基本平行于第一磁铁元件810，第二磁铁部分826、827分别位于第一轴X(一般对应于第一磁铁元件的纵轴)方向上的磁铁配置的端部804、806处。第二磁铁元件820的第二磁铁部分826、827连接第二磁铁元件820的第一磁铁部分824、825。此外，第一磁铁部分824、825相对第一平面A对称地配置。第二磁铁部分826、827设置在第一平面和第一轴X上。如图10中所可见地，第二磁铁部分826、827具有磁轴822，所述磁轴822相对第二平面B及/或相对所述第一磁铁元件而朝外倾斜90度的角度，所述第二平面B与所述第一轴X正交。此外，磁轴822相对第二磁铁元件820的第一磁铁部分824、825的磁轴而向外倾斜90度。在其它实施例中，位于第一轴X上的第二磁铁元件820的第二磁铁部分826、827的磁轴822的倾斜角度可相对第二平面B而大于45度，特别地大于60度，如大于90度，所述第二平面B与第一轴及/或平行于第一磁铁元件延伸的第二磁铁元件820的第一磁铁部分824、825的磁轴正交。在任何情况下，相对于第二平面B的角度经选择以提供平衡的磁铁配置以及在第一轴X方向上的磁铁配置的第一端804和第二端806，所述第二平面B与第一轴X及/或在第一磁铁部分824、825的第二磁铁元件的磁轴正交。在其它实施例中，不是全部的第二磁铁部分具有相对第二平面B(与第一轴正交)的倾斜磁轴，而是只有包含于第二磁铁部分826、827中的第二磁铁元件820的一部分具有这样的倾斜磁轴。

因此，根据图10和11的磁铁配置在第一端和第二端804、806处是平衡的，使得等离子体的参考曲线844a、844b(在参考曲线844a、844b处等离子体具有最高的密度)在磁铁配置800的操作中基本垂直于面对待涂覆基板的靶材元件880的表面且/或正交于第一平面A中的第一轴X。因此，平衡的磁铁配置通过在磁铁配置的端部804、806处使第二磁铁部分826、827倾斜（特别地，相对于第一磁铁部分824、825处的第二磁铁元件820的磁轴向外倾斜）而提供。在溅射设备的操作中，对不同靶材厚度或到磁铁配置的不同距离而言，等离子体集中在垂直于靶材表面的相同位置处。典型地，在旋转靶材组件中，第一平面横贯旋转轴。

在典型实施例中，所述实施例可与其它在此所批露的实施例结合，可对第一磁铁元件和第二磁铁元件使用相同的磁铁。

实施例批露了用于溅射磁控管的磁铁配置，所述磁铁配置具有在等离子体回转部处的倾斜磁铁。优点为对不同的靶材厚度而言，等离子体具有相同的跑道曲线位置。这适用于旋转磁控管以及平面磁控管。另一优点是，等离子体位于端部磁铁的顶部上且在对称平面的部分中不位于端部磁铁和内侧磁铁之间。对具有相同长度的磁铁组件而言，在倾斜的端部磁铁或第二磁铁部分826、827、或在第一轴上的第二磁铁元件的一部分的情况下，这种方式带来的优点为，等离子体覆盖更多的靶材表面。

举例来说，在磁铁配置的第一端804和第二端806处设置于对称平面上的扇区的磁轴可相对正交于磁铁配置的纵轴的平面具有大于约45度的倾斜角，特别地大于60度，如大于80度。

图12和13分别显示不同的回转部或图12中的磁铁配置900和图13中的磁铁配置1000的第二磁铁部分926、927、1026、1027。每一个磁铁配置900、1000包含位于磁铁配置900、1000的对称平面A上沿着第一轴X延伸的第一磁铁元件910、1010。第二磁铁元件920、1020环绕第一磁铁元件910、1010而设置。用与图10和11附图中所用的相同附图标记增加100来表示图12中的相同特征，而用与图10和11附图中所用的相同附图标记增加200来表示图13中的相同特征。

在图12中，第二磁铁元件920的第二磁铁部分926、927的回转部在磁铁配置之上的视角中具有半圆或半椭圆形，即，在正交于第一平面中的第一轴的方向上。第二磁铁元件920的第二磁铁部分926、927的磁轴如图11和12中所示的先前实施例中般倾斜。在其它实施例中，尤其位于第一轴X及/或第一平面上，仅每一个第二磁铁部分926、927包含具有的磁轴相对一平面而倾斜的部分，所述平面正交于第一轴及/或正交于第二磁铁元件920的第一磁铁部分924、925的磁轴。

在图13中，第二磁铁元件1020的第二磁铁部分1026、1027在磁铁配置1000的第一和第二端1004、1006处分别包含多个单个磁铁1028。举例来说，如图13中所示，第二磁铁部分1026、1027分别由五个单个磁铁1028构成。在其它实施例中，第二磁铁部分由超过五个单个磁铁1028构成，例如为七个、九个或更多个单个磁铁1028。在典型实施例中，单个磁铁1028的数量是不均匀的。典型地，为形成第二磁铁元件820的回转部，配置单个磁铁1028使得第二磁铁部分1026、1027在一方向上的视角中大致为V形，所述方向正交于第一平面中的第一轴。

在一典型实施例中，最外侧的单个磁铁1028或在第二磁铁部分1026、1027的第一轴X方向上尽头处的单个磁铁1028设置在第一轴X上。最外侧磁铁1028的磁轴相对于正交于第一轴X的平面而倾斜，以在磁铁配置1000的第一端1004和第二端1006处提供平衡的磁铁配置。在其它实施例中，第二磁铁部分1026、1027的其它磁铁的磁轴可相对于第二平面B而倾斜及/或相对于第二磁铁元件1020的第一磁铁部分1024、1025的磁轴而倾斜，所述第二平面B正交于第一轴。在一实施例中，每一个单个磁铁1028的相对于第二平面B及/或相对于第二磁铁元件1020的第一磁铁部分1024、1025的磁轴的倾斜度可能不同，所述第二平面B正交于纵轴X。

在一典型实施例中，待涂覆基板的表面的法线平行于第一平面A。

典型地，第二元件可在实施例中具有小裂缝，然而这些裂缝具有形状，使得等离子体形成连续的跑道。

此书面的描述使用例子以批露本发明(包含最佳模式)，且此书面的描述也可使任何熟悉本领域的技术人员实施所述的主题，包含制造或使用任何装置或系统，并执行任何所包含的方法。尽管各种特定实施例已在前批露，本领域技术人员将理解，权利要求书的精神和范围允许等效修改。尤其是，在以上所述的实施例的彼此不互斥的特征可彼此结合。可受专利保护的范围由权利要求书界定，且可包含这些修改和其它本领域技术人员所能想到的例子。若这些其它例子具有非与权利要求书的文字语言不同的结构元件，或若这些其它例子包含与权利要求书的文字语言具有非实质不同的等效结构元件，这些其它例子旨在包含于权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种用于溅射系统的磁铁配置(800,900,1000)，其中所述磁铁配置适于溅射系统的可旋转靶材(126a,126b)并包括：

第一磁铁元件(810,910,1010)，所述第一磁铁元件沿第一轴(X)延伸；

第二磁铁元件(820,920,1020)，所述第二磁铁元件环绕所述第一磁铁元件与第一平面(A)对称地设置；其中

所述第二磁铁元件包含至少一个扇区(826,827,926,927,1028)，所述至少一个扇区与所述第一平面相交；且其中

所述至少一个扇区的磁轴(822,922,1022)相对第二平面(B)倾斜，所述第二平面与所述第一轴(X)正交。

2.如权利要求1所述的磁铁配置，其特征在于，所述扇区的磁轴(822,922,1022)相对所述第二平面具有大于约45度的倾斜角，特别地大于60度，例如大于80度。

3.如前述权利要求中任一权利要求所述的磁铁配置，其特征在于，所述扇区的磁轴(822,922,1022)倾斜远离所述第一磁铁元件(810,910,1010)。

4.如前述权利要求中任一权利要求所述的磁铁配置，其特征在于，所述第一轴(X)位于所述第一平面(A)内。

5.如前述权利要求中任一权利要求所述的磁铁配置，其特征在于，所述扇区的磁轴(822,922,1022)相对所述第二磁铁元件的第一磁铁部分(824,825,924,925,1024,1025)的磁轴具有大于约45度的倾斜角，特别地大于60度，如大于80度，所述第二磁铁元件配置成与所述第一磁铁元件(810,910,1010)基本平行。

6.如前述权利要求中任一权利要求所述的磁铁配置，其特征在于，所述扇区对称地在所述第一平面(A)的两侧上延伸。

7.如前述权利要求中任一权利要求所述的磁铁配置，其特征在于，所述扇区的形状选自由大致为U形、半圆形、圆弧形、及条形所组成的群组。

8.如前述权利要求中任一权利要求所述的磁铁配置，其特征在于，所述扇区在正交于所述第一轴(X)且正交于所述第一磁铁元件的磁轴(812)的方向上对应于至少30%、特别地为至少50%的所述第二磁铁元件(820,920,1020)的延伸。

9.如前述权利要求中任一权利要求所述的磁铁配置，其特征在于，所述第一磁铁元件在所述第一轴的方向上具有第一端和相对所述第一端的第二端；其中所述至少一个扇区在所述第一磁铁元件的所述第一端及/或所述第二端连接所述第二磁铁元件(820,920,1020)的多个第一磁铁部分(824,825,924,925,1024,1025)，所述第二磁铁元件(820,920,1020)的多个第一磁铁部分(824,825,924,925,1024,1025)平行于所述第一轴(X)而延伸。

10.如前述权利要求中任一权利要求所述的磁铁配置，其特征在于，所述第一磁铁元件在所述第一轴的方向上具有第一端和相对所述第一端的第二端，所述第二磁铁元件包含多个第一磁铁部分(824,825,924,925,1024,1025)及多个第二磁铁部分(826,827,926,927,1026,1027)，所述第一磁铁部分平行于所述第一轴而延伸，所述第二磁铁部分在所述第一端及/或所述第二端连接所述第一磁铁部分，其中所述第二磁铁部分包含所述扇区。

11.如前述权利要求中任一权利要求所述的磁铁配置，其特征在于，所述第二磁铁元件包含两个扇区。

12.一种用于溅射系统的可旋转靶材的靶材背管(122a,122b)，其中

所述靶材背管具有纵轴，其中所述靶材背管包含如前述权利要求中任一权利要求所述的磁铁配置(800,900,1000)，其中所述第一轴(X)平行于所述背管的所述纵轴。

13.一种圆柱状靶材组件，包括：

如权利要求12所述的靶材背管，及

至少一个靶材圆柱(126a,126b)，所述至少一个靶材圆柱环绕所述靶材背管而设置。

14.一种用于溅射系统的圆柱状可旋转靶材(126a,126b)，其中

所述圆柱状可旋转靶材具有纵轴，其中所述圆柱状可旋转靶材包含如前述权利要求中任一权利要求所述的磁铁配置，其中所述第一轴平行于所述背管的所述纵轴。

15.一种溅射系统(100)，包括：

真空腔室(110)及如权利要求14所述的至少一个圆柱状可旋转靶材，其中所述圆柱状可旋转靶材设置于所述真空腔室中。

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