CN104812934A - 溅射设备 - Google Patents

Abstract

一个实施方案涉及一种磁控管总成，其包括：多个磁铁；和磁轭，其被构造来将所述多个磁铁保持在至少四个笔直、平行、独立线性阵列中。所述多个磁铁被配置在所述磁轭中以形成包括外部分和内部分的图案，其中所述外部分大体上围绕所述内部分的周边。所述线性阵列的末端部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨所述外部分的一对长形区段的各自末端。每个转向区段中的磁铁被配置来在磁场中形成沿着靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线。

Description

溅射设备

相关申请案的交叉引用

本申请要求2012年9月4日提交的美国临时专利申请第61/696,610号的权益，其在此以引用的方式并入本文中。

本申请有关2011年1月6日提交的美国临时专利申请第61/430,361号和2012年1月6日提交的美国专利申请第13/344,871号，两个申请案在此均以引用的方式并入本文中。

技术领域

本描述大致上涉及旋转阴极磁控管溅射。尤其是，其解决在靶材增大超过标准磁控管总成可供应适于磁控管溅射的足够磁通量的点时遇到的特定问题。此外，本发明的一些实施方案改进用于诸如透明导电氧化物(TCO)的材料的沉积的工艺条件。

发明背景

旋转靶的磁控管溅射在本领域中众所周知且广泛用于在多种基板上产生多种薄膜。使用旋转阴极溅射的合理概述可见于例如美国专利第5,096,562号(其在此以引用的方式并入本文)中。

在最基本形式的旋转靶磁控管溅射中，待溅射材料形成为管状或附着至由刚性材料制成的支撑管的外表面。磁控管总成安置在管内且供应磁通量，其渗透靶使得在靶的外表面上存在足够的磁通量。磁场被设计使得其保持从靶发射的电子以增大其将与工作气体电离碰撞的概率，从而提高溅射工艺的效率。

一些材料(尤其陶瓷TCO材料)的靶的制造成本与原材料的成本相比相对较高。为了改进这些靶的经济性，期望增大靶材的厚度。以此方式，靶将具有明显更有用的材料，同时仅最小地增加靶的总成本。这是因为制造成本未显著变化。唯一的显著增大是由于所使用的额外原材料。较厚靶应具有允许靶变化之间的较长制造周期的额外好处。

如所述，使靶厚度增大太多可能在使用标准磁控管总成时导致靶表面上的不足磁通量。对具有更高磁通量的磁控管设计的需要是明确的。

但是，增大磁通量的努力通常将产生新问题，其中转向的宽度被扩宽。这接着导致靶端上增大的相对腐蚀速率及因此由于靶“烧穿”导致的缩短的靶寿命。这与增大靶厚度的目的抵触。

发明概要

用于旋转阴极的典型磁控管总成100(图1A中所示)包括三个大体平行的磁铁行102，其附接至导磁材料(诸如钢)的磁轭104，其帮助完成磁路。磁铁的磁化方向将为相对于溅射靶的主轴的径向。中心行106将具有相反极性的两个外行108(见图1B)。这种类型的磁控管的额外描述可见于美国专利第5,047,131号(其在此以引用的方式并入本文中)。内行106和外行108磁铁的磁通量穿过磁铁一侧上的导磁磁轭104连结。在磁铁与磁轭104相对的另一侧上，磁通量未包含在导磁材料中；因此，其大体上未受阻地渗透穿过大体上非磁性的靶。因此，两个弧形磁场被提供在靶的工作表面上及上方。此磁场保持电子并且导致其在垂直于磁场线(其平行于磁铁行102)的方向上漂移。这被称作ExB漂移且在任意基本的等离子物理教材中描述。在常规配置中，这种漂移路径还平行于靶的主轴。

此外，外行108比内行106稍长且与外行108相同极性的额外磁铁110(图1B中所示)在两个外行108之间被放置在总成的末端上，形成漂移路径的所谓“转向”区域。这具有连接两个漂移路径的效果，从而形成一个连续的卵形“跑道”漂移路径。这使电子的保持最佳化且因此使溅射工艺的效率最佳化。

增大磁场强度的直观途径是简单增大磁铁的大小或强度。增大磁强度受限于较强磁铁的可得性。非常高强度的磁铁也非常昂贵且难以协作。此外，为了额外好处，也可将较强磁铁应用于任意优异设计(诸如本发明的实施方案的设计)。

当考虑较大横截面的磁铁时问题出现。增大径向方向的尺寸不会赋予靶表面上通量的成比例增大。因而，这是自限制方式。增大与靶表面相切的方向上的尺寸也是自限制的，因为几何形状需要将磁性材料的块体更远地移离靶表面，其用于减弱靶表面上的磁场。这与实现预期效应抵触。(这种设计的一个实例见图2)

增大磁铁大小的方式的另一个不利影响在于跑道被扩宽。即，跑道的两个长部分被彼此进一步分开。这扩宽跑道的转向部分，导致靶端上增大的相对腐蚀速率。因此，靶的这些部分在使用更大块靶材之前被消耗。因此，在完全使用靶材之前，靶必须停止工作。

为了解末端上增大的腐蚀速率，可考虑旋转靶表面上的两个点。一个点旋转穿过跑道的两段(长部分)。另一个点旋转穿过转向部。可见穿过转向部的点在跑道中花费多得多的时间，因此被更重度腐蚀。这个主题的进一步讨论可见于美国专利第5,364,518号(其在此以引用的方式并入本文中)。

上述问题可通过使用四(或更多)行或其它独立线性阵列的磁铁，而非常规的3行而克服。这允许克服如上文讨论的过大磁铁的问题。但是，更重要的是，其允许在未不利地影响(或至少减小负面影响)电子保持的情况下唯一地修改转向部，其使靶端上的过度腐蚀最小化。

一个实施方案涉及一种磁控管总成，其包括多个磁铁；和磁轭，其被构造来将多个磁铁保持在至少四个笔直、平行、独立线性阵列中。多个磁铁被配置在磁轭中以形成包括外部分和内部分的图案，其中外部分大体上围绕内部分的周边。线性阵列的末端部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨外部分的一对长形区段的各自末端。每个转向区段中的磁铁被配置来在磁场中形成沿着靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线。

另一个实施方案涉及一种溅射系统，其包括室，基板移动穿过所述室。系统还包括阴极总成，所述阴极总成包括：长形可旋转圆柱管，其安装在室中且具有靶表面；和磁控管总成，其定位在长形可旋转圆柱管内。磁控管总成包括：多个磁铁；和磁轭，其被构造来将多个磁铁保持在至少四个笔直、平行、独立线性阵列中。多个磁铁被配置在磁轭中以形成包括外部分和内部分的图案，其中外部分大体上围绕内部分的周边。线性阵列的末端部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨外部分的一对长形区段的各自末端。每个转向区段中的磁铁被配置来在磁场中形成沿着靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线。

另一个实施方案涉及一种在基板上溅射材料的方法。方法包括形成磁铁图案作为被安置在长形可旋转圆柱管内的磁控管总成的一部分，其中长形可旋转圆柱管包括靶表面。方法进一步包括将长形可旋转圆柱管安装在室中，在室中维持真空，在室内旋转长形可旋转圆柱管，使用磁控管总成在靶表面上供应磁通量，及在室内于靶表面附近移动基板。磁控管总成包括：多个磁铁；和磁轭，其被构造来将多个磁铁保持在至少四个笔直、平行、独立线性阵列中。多个磁铁被配置在磁轭中以形成包括外部分和内部分的图案，其中外部分大体上围绕内部分的周边。线性阵列的末端部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨外部分的一对长形区段的各自末端。每个转向区段中的磁铁被配置来在磁场中形成沿着靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线。

附图简述

图1A是用于旋转阴极的典型磁控管总成的图。

图1B图示图2A的磁控管总成中的磁铁的磁化方向。

图2是用于旋转阴极的磁控管总成的替代设计的图。

图3A是磁控管总成的一个示例性实施方案的图。

图3B是图3A的磁控管总成中所使用的磁轭的一个示例性实施方案的图。

图4图示适用于图3A的磁控管总成中的一个示例性磁铁配置。

图5图示适用于图3A的磁控管总成中的另一个示例性磁铁配置。

图6图示适用于图3A的磁控管总成中的又一个示例性磁铁配置600。

图7是磁控管总成的另一个示例性实施方案的图。

图8是其中可使用图3A和图7的磁控管总成的溅射系统的一个示例性实施方案的图。

图9图示适用于本文中描述的磁控管总成中的另一个示例性磁铁配置。

图10-A至图10-E图示分别跨线10-A至10-E取得的图9中所示的示例性磁铁配置的横截面。

图11图示使用图9中所示的磁铁配置形成的等离子。

图12是在基板上溅射材料的方法的一个示例性实施方案的流程图。

具体实施方式

参考图3A，在本发明的一个示例性实施方案中，磁控管总成300包括：多个磁铁302；和磁轭304，其被构造来将多个磁铁302保持在至少四个笔直、平行、独立线性阵列306中。在图3A中所示的示例性实施方案中，磁控管总成300包括磁铁302的四个笔直、平行、独立线性阵列306，其配置成四行306。

在本示例性实施方案中，磁铁行306包括一个极性的两个内行308和相反极性的两个外行310。磁铁302行306附接至磁轭304。磁轭304由导磁材料制成，诸如钢或磁性不锈钢。这种构造允许额外磁质量，同时允许磁铁302可行地相对于靶表面保持在最靠近位置。因此，充分利用额外磁质量。

如图3B中所示，在一个实施方案中，磁轭304包括多个狭缝或通道312，每个磁铁302行306各一个。(注意，为简明起见，有关具体磁铁配置的细节未示出在图3B中，而是在下文参考图4至图6更详细讨论。)通道312被确定大小，使得相应磁铁302的一部分可插入通道312以形成本文中描述和示出的磁铁302行306。磁铁302可以数种方式保持在适当位置，包括但不限于使用磁力、摩擦配合或粘合剂。使用这些通道312以形成本文中描述的磁铁图案使整个磁控管总成300能在不修改磁轭304的设计的情况下重新构造。

在优选的实施方案中，内行308和外行310磁铁302具有相同强度和相同横截面尺寸，使得总成是“平衡的磁控管”。但是，可以可选地将不同的磁铁放置在内行308和外行310中以制作“不平衡”磁控管。

图4图示适用于图3A的磁控管总成300中的一个示例性磁铁配置400。在这个示例性磁铁配置400中，如使用标准的三行设计，外行410比内行408长，因此为用于形成跑道的转向部分的末端磁铁414提供空间。如所描绘，转向成形磁铁414与内行408磁铁横截面尺寸相同，且与内行408共线地移位。但是，转向成形磁铁414与外行410极性相同。这种设计适宜转向区域的简易修改，其将得到更优选的实施方案。

图5图示另一个示例性磁铁配置500，其中磁铁502行506彼此侧向偏移。这得到阶状转向部，其中实际转向部与标准三行磁控管设计相比半径减小。因此，靶端腐蚀速率未增大超过标准设计，如具有较大磁铁的三行设计的情况。如使用转向部，由这种构造形成的漂移路径中的剩余阶部将产生更高腐蚀速率的另一个区域。但是，由于这个区域与转向部偏移且不会比转向区域腐蚀更快，所以其不会促进过早的靶烧穿。

虽然图5示出一个优选的示例性配置，但是应了解设计适宜可用于其它情况中的任意数量的渗透。例如，也可实施具有不同磁铁强度、形状、几何形状、大小、定向和行之间的不同空隙间隔的磁铁。一个这种示例性磁铁配置600示出在图6中，但是应了解其它配置是可行的。

此外，在图3A、图3B和图4至图6中所示的实施方案中，每行磁铁被插入形成在磁轭中的不同、各自通道中。但是，在其它实施方案中，多于一行(或其它独立线性阵列)的磁铁可容纳在单个通道内。这种实施方案的一个实例示出在图7中。在图7中所示的实例中，两个内行708磁铁702容纳在共同、单个通道712内，而两个外行710磁铁702的每个容纳在单独、各自的通道712内。

虽然本发明的实施方案旨在通过允许较厚靶材而改进靶经济性，但是其可能对于更普通的材料厚度的靶是有利的。由于磁场强度增大，所以电子电离电位通过减小电子回转半径及允许等离子中的较大电子密度(其改进电子保持)而增大。这导致较低靶电压，其在沉积一些材料(诸如TCO)时是有利的。在本领域中众所周知的是TCO溅射沉积工艺中的较低靶电压导致沉积膜改进的性能。

另一个四行磁控管设计公开在美国专利第5,364,518号中。但是，′518专利中的设计意图是允许以另一种风格更容易地操纵转向。在′518专利中，意图是通过增大磁铁之间的距离而相对于跑道的主段扩宽磁场从而修改转向。不清楚美国专利第5,364,518号中公开的发明是否可行或其是否已在现实中组装及测试。在美国专利第6,375,814号(其在此以引用的方式并入本文)中，暗示′518专利的发明将导致溅射工艺的不稳定性。

美国专利第6,375,814号还指四行设计。但是，如描绘，两个内行仅作为便利取代单个中心行，其为了形成椭圆形转向部或操纵溅射方向的目的而帮助分开跑道的两个主段。在实际意义上，′814专利设计可将单行磁铁用于总成绝大部分长度。

本发明的实施方案具有优于′814专利的进一步优点，因为其可完全从具有相同简单矩形几何形状和非常简单的磁轭设计的不同长度的磁铁组装而成。虽然′814专利的椭圆形总成需要复杂的磁轭和(在优选的实施方案中)具体设计和制造的磁铁。此外，一旦被组装，本发明的至少一些实施方案的设计可容易地修改，而′814专利的设计固定且无法在未完全重新制造的情况下修改。

美国专利第6,264,803号(其在此以引用的方式并入本文中)公开具有形成两个完全、平行跑道的五行平行磁铁的磁控管。其无本发明的实施方案的较强磁场的好处。但是，′803专利发明使两个跑道偏移以结合本发明的实施方案实现阶状转向部的类似好处。

本发明的实施方案的单个连续跑道具有优于′803专利的双跑道设计的重要好处。在双跑道设计中，与单跑道设计相比，最外段之间的空间围绕靶的圆周彼此间隔更远。这改变至基板平面的溅射材料射流之间的相对角度。这增大沉积在基板上的材料的平均入射角。这影响沉积膜的结构，诸如通常通过将分子密度减小至无法接受的程度。在TCO膜的情况中，密度非常重要。

′803专利中设计的另一个不利结果在于大体上溅射材料的较大部分沉积在工艺室的壁上且因此较少材料用于制作所需膜。这可结合本发明的一些实施方案减小或免除。

虽然′803专利设计的跑道的外段之间的角度是标准三行设计的大约三倍，但是本发明的一些实施方案的设计的段之间的角度小于标准设计的两倍。

图8图示可使用上述磁控管总成300和700的溅射系统800的一个示例性实施方案。图8中所示的溅射系统800的示例性实施方案大体上类似于美国专利第5,096,562号(其在此以引用的方式并入本文中)的图1中所示的溅射系统且描述于′562专利的第2列第55行至第4列第23行中，主要不同在于使用上述类型的磁控管总成18，其中至少四列(其它独立线性阵列)磁铁附接至或另外保持在磁轭中。

为了在基板12移动穿过室10时将薄膜材料沉积在基板12上的目的，等离子形成在其中维持真空的密封反应室10内。基板12可为将接受待沉积其上的膜的几乎任何事物且通常是一些真空相容材料，诸如金属、玻璃和一些塑料。膜也可沉积在先前已形成在基板表面上的其它膜或涂层上方。

阴极总成14大致包括长形可旋转圆柱管16，其安装在反应室10中且具有靶表面20。上述类型的磁控管总成18携载在管16的下部分内且不随其旋转。管16的内部如下文描述通常是水冷的以允许系统在高电功率水平下运行。管16支撑在水平位置中且通过驱动系统22以恒定速度围绕其纵轴旋转。

依据将暴露在外圆柱表面20上的靶材的性质和组成，管16可构造为许多不同形式之一。一个结构具有大体上完全由固体靶材制成的壁。另一个结构由适当的非磁性材料(例如铜或不锈钢)的核心制成，且为将执行的具体操作所需的直径、壁厚和长度。施加至核心的外表面的是将沉积在被涂布的基板12上的一层选定靶材20。在任一情况中，管16和靶材20层构成管状靶或溅射源，取代更传统的平面靶。

足以导致溅射发生的阴极电势通过电线32从电源30供应至旋转阴极14，所述电线32通过传统电刷与管16滑动接触34。电源30在所描述的实例中为直流型但交流电源也可用在这种结构中。反应室10的封闭体是导电且电接地的。其在溅射工艺中充当阳极。单独的阳极可选地被采用且维持为小的正电压。

为了获得待执行的涂布操作所需的低压，反应室10配备与真空泵38连通的出口管36。

为了为室10提供涂布操作所需的气体，气体供应系统被包括在内。第一气体供应管40从惰性气体源42延伸至涂布室10中。连接至进口管40的喷嘴44将惰性气体分配在旋转阴极14上方的区域中。正是惰性气体在创建于靶表面20与接地室密封体10之间的电场的影响下分解为带电离子。正离子被吸引至其被磁场所限制的区域中的靶表面20且轰炸所述靶表面20，主要在两个平行带中，一个在相对磁极的每个之间，沿着其底部上圆柱体16的长度，与磁铁总成18相对。

第二气体供应管46从反应气体源48延伸至室10中。连接至进口管46的喷嘴50将反应气体分配在靠近且跨所涂布基板12的宽度的区域中。反应气体的分子与因离子轰炸而从靶表面溅射的分子组合，以形成所需分子，其沉积在基板12的顶部表面上。

所示的气体供应系统中的许多变化也是可行的。来自源42和48的惰性气体和反应气体可组合且通过共同管和喷嘴组被输送至室10中。在这完成时，输送管优选地沿着旋转靶管16的侧面且平行于其纵轴定位。可使用两个这种管，在靶管16的每一侧上各有一个且平行于其纵轴，每个输送相同组合的惰性气体和反应气体。此外，依据所沉积的膜，可同时供应超过一种反应气体。

在上述示例性磁铁配置中，每个单独行(或其它独立线性阵列)中的所有磁铁的磁极都落在相同平面内-即所有这些磁铁的磁极是共面的。例如，在图4中所示的示例性磁铁配置中，外行410仅包括单个磁铁，其必定具有与其共面的磁极。对于内行408，在图案的外区段中的磁铁具有朝下的磁极(示为图4中的“S”极)且在图案内部分中的磁铁具有朝上的磁极(示为图4中的“N”极)。即对于内行408，图案外部分中的磁铁的磁极与图案内部分中的磁铁的磁极异相180度但两组磁铁的磁极仍共面。

图9图示适用于上述磁轭和磁控管总成中的另一个示例性磁铁配置900。例如，图9中所示的磁铁配置900可用于上述类型的可重新构造磁轭中。此外，如结合上文所示实例，图9中所示的磁铁配置900中的磁铁902可以不同方式配置在磁轭上(例如，以径向图案、阶状图案或扁平图案)。此外，图9中所示的示例性磁铁配置900可用于例如上文结合图8描述的溅射系统800中，但是应了解其它实施方案可以其它方式实施。

在这个示例性磁铁配置900中，如上文分别结合图4、图5和图6描述的磁铁配置400、500和600，磁铁902被配置在磁铁902的四个笔直、平行、独立线性阵列906中。在这个实例中，四个独立线性阵列906呈现四行906的形状-包括两个内行908和两个外行910。

在这个实例中，磁铁902被配置以形成跑道图案，其包括外部分(跑道)和内部分(跑道内部)。位于内部分中的磁铁920在图9中示为交叉阴影图案且外部分中的磁铁922、924和926无任何阴影图案地示出在图9中。内部分中的磁铁920在本文中也被称作“内部分磁铁”920。在图9中所示的实例中，跑道图案的内部分由每个内行908中包括的多个内部分磁铁920形成(但是每个内行908的内部分可使用多于或少于图9中所示的两个磁铁920形成)。

外部分大体上围绕内部分的周边。配置900的外部分包括一对长形区段928，其大体上彼此平行。在图9中所示的实例中，长形区段928由外行910中的多个磁铁922形成(但是长形区段928可使用多于或少于图9中所示的四个磁铁922形成)。

磁铁配置900的外部分还包括一对转向区段930。每个转向区段930大体上横跨一对长形区段928的各自末端。在图9中所示的实例中，每个转向区段930形成在每个内行908中，其使用紧邻所述内行908中的最近内部分磁铁920定位的至少一个转动磁铁924(下文描述)和定位于所述内行908的末端上的一个或更多个末端磁铁926。

在这个示例性磁铁配置900中，如上文结合图4、图5和图6描述的磁铁配置400、500和600，形成在外行910中的长形区段928比形成在内行908中的图案的内部分长。这在内行908中为转动磁铁924和末端磁铁926提供空间以形成跑道图案的外部分的转向区段930。形成在内行908中的内部分彼此侧向偏移。这得到阶状转向区段930，其中每个转向区段930的半径减小。

在本实施方案中，对于至少一行906，所述行906中的至少两个磁铁902具有各自磁极，其不落在相同平面内(即，不共面)。在图9中所示的具体示例性磁铁配置900中，用于实施每个转向区段930的磁铁(转动磁铁924)之一被“转动”九十(90)度。图10-A图示沿着线10-A取得的图9中所示的磁铁配置900的横截面，其包括来自两个外行910的长形区段磁铁922和来自两个内行908的转动磁铁924的横截面。图10-B图示沿着线10-B取得的图9中所示的磁铁配置900的横截面，其包括来自两个外行910的长形区段磁铁922和来自两个内行908的内部分磁铁920的横截面。

图10-A至图10-E图示分别跨线10-A至10-E取得的图9中所示的示例性磁铁配置的横截面。如图10-A中所示，长形区段磁铁922的磁极932的方向(其示为具有“S”极)与内部分磁铁920的磁极934的方向异相180度(其示为具有“N”极)。

如图10-B和图10-C中所示，每个转动磁铁924的磁极936的方向垂直于来自相同内行908的内部分磁铁920的磁极934的方向且不与其共面。即，每个磁铁924的磁极936的方向相对于各自相邻长形区段磁铁922的磁极932的方向转动九十(90)度。此外，如图10-C中所示，每个转向区段930中的转动磁铁924的磁极936的方向彼此异相180度(其一示为具有“NS”极且另一个示为具有“SN”极)。

此外，如图10-D和图10-E中所示，末端磁铁926的磁极938的方向(其示为具有“S”极)与长形区段磁铁922的磁极932的方向相同。

如图9中所示，每个转向区段930中的磁铁被配置来在由所述转向区段930中的磁铁形成的磁场中形成两个或更多个不同曲线。在一些实施方案中，形成至少四个不同曲线。曲线形成在各自至少四个不同平面中(相对于图9中所示的实例中的长形可旋转圆柱管的旋转)。如图9中所示的实施方案中，每个转向区段930中的磁铁被配置来在由所述转向区段930中的磁铁形成的磁场中形成四个不同曲线950、952、954及956。更具体地，第一曲线950跨第一外行910中的一个长形区段磁铁922(其示为具有“S”极)之一与第一内行908中的一个相邻转动磁铁924(其示为具有“SN”极)的相交处形成，第二曲线952形成在所述相同第一内行908中的转动磁铁924与末端磁铁926(其示为具有“S”极)之间，第三曲线954形成在另一个内行908中的所述末端磁铁926与转动磁铁924(其示为具有“NS”极)之间，且第四曲线956形成在另一外行910中的所述转动磁铁924与长形区段磁铁922(其示为具有“S”极)之间。在图9中所示的实例中，四个曲线950、952、954及956的每一个形成在具有相对于彼此转动的磁极的两个(或更多个)磁铁之间(尤其，相对于彼此转动至少90度)。

虽然曲线950、952、954及956在图9中仅在一端上突出显示，但是应了解类似曲线形成在另一端上。

图11图示图9的磁铁配置900的一端，其中由配置900形成的等离子938重叠在其上。如图11中所示，由于在由所述转向区段930中的磁铁形成的磁场中形成四个不同曲线950、952、954及956，每个转向区段930中的所得等离子938的每个边角被分解为4个不同曲线(其中等离子938形成在转动磁铁924上方，而非行之间的间隙)。将等离子938的每个边角分解为较小曲线减小在靶旋转时由每个边角溅射的一体化表面积，其接着减小转向区段930上的靶腐蚀。

这多个曲线可通过在磁铁行的轴上使转动磁铁924转动九十度而形成，同时仍使用四个笔直和单独行906。磁铁924的这种转动使等离子938能从磁铁行910与908之间的间隙偏移至转动磁铁924上方，由此在磁场和所得等离子938中形成额外曲线。维持交错图案使这些曲线能相对于靶旋转在单独平面中。因此，靶材利用通常大大增加，因为转向部在跑道图案的直道之前不再腐蚀靶。此外，可能另外发生的十字边角效应大大减小，因为转向足够强以在无任何大损失的情况下维持霍尔电流。

应了解图9至图11中所示的磁铁配置900仅是示例性的，且这种磁铁配置900的变型也可实施。例如，如图10-A至图10-E中所示，在这个实例中，用于形成转向区段930的内行908中的末端磁铁926和转动磁铁924与内行908中的内部分磁铁920横截面尺寸相同。但是，在其它实施方案中，情况不一定如此。此外，磁铁交错的距离可改变，且转动磁铁924面向彼此的角度可改变。此外，更一般来说，除上文结合图4至图6描述的其它变型外，磁铁902的长度可改变，行906之间的距离可改变。此外，内行908的最末端上的末端磁铁926也可被免除。其它变型是可行的(例如，至少一个磁铁可具有与至少一个其它磁铁不同的几何形状、大小、定向或磁强度)。

图12是在基板上溅射材料的方法1200的一个示例性实施方案的流程图。图12中所示的示例性方法1200在本文中被描述为实施在上文结合图8中描述的溅射系统800中，但是应了解其它实施方案可以其它方式实施。

方法1200包括形成图9至图11中所示的磁铁配置900作为安置在长形可旋转圆柱管16内的磁控管总成18的部分(方块1202)。这可通过在上述类型的磁轭中形成磁铁配置900而完成。

方法1200进一步包括将长形可旋转圆柱管16安装在室10中(方块1204)及在室10中维持真空(方块1206)。方法进一步包括在室10内旋转长形可旋转圆柱管16(方块1208)，使用磁控管总成18在靶表面20上供应磁通量(方块1210)，及在室10内于靶表面20附近移动基板12(方块1212)。

已描述若干实施方案。然是，应了解可进行所述实施方案的各种修改而不脱离所要求保护发明的精神和范围。此外，上述实施方案的个别特征的组合意在本文公开的本发明的范围内。

示例性实施方案

实例1包括一种磁控管总成，其包括：多个磁铁；和磁轭，其被构造来将所述多个磁铁保持在至少四个笔直、平行、独立线性阵列中；其中所述多个磁铁配置在所述磁轭中以形成包括外部分和内部分的图案，其中所述外部分大体上围绕所述内部分的周边；其中所述线性阵列的所述末端部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨所述外部分的一对长形区段的各自末端；其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在磁场中形成沿着靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线。

实例2包括实例1的磁控管总成，其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在所述磁场中形成沿着所述靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线，因此每个曲线的所得靶腐蚀分量在靶材旋转时不彼此重叠。

实例3包括实例1至实例2的任一个的磁控管总成，其中所述磁铁被配置在每个转向区段中，使得由所述转向区段中的所述磁铁形成的所述磁场中的至少两个或更多个曲线的每一个形成在具有相对于彼此转动的磁极的两个磁铁之间。

实例4包括实例1至实例3的任一个的磁控管总成，其中所述磁铁被配置在每个转向区段中，使得由所述转向区段中的所述磁铁形成的所述磁场中的至少两个或更多个曲线的每一个形成在具有相对于彼此转动至少90度的磁极的两个或更多个磁铁之间。

实例5包括实例1至实例4的任一个的磁控管总成，其中磁铁的所述个别线性阵列被配置来在所述磁轭上形成径向图案、阶梯图案或扁平图案。

实例6包括实例1至实例5的任一个的磁控管总成，其中所述多个磁铁的至少一个具有与至少一个所述其它磁铁不同的几何形状、大小、定向或磁强度。

实例7包括实例1至实例6的任一个的磁控管总成，其中所述图案的所述外部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨所述一对长形区段的各自末端，且其中所述转向区段包括两个或更多个阶部。

实例8包括实例1至实例7的任一个的磁控管总成，其中所述磁轭被构造来使得由所述多个磁铁形成的所述图案可在不修改所述磁轭的设计的情况下重新构造。

实例9包括溅射系统，其包括：室，基板移动穿过所述室；阴极总成，其包括安装在所述室中且具有靶表面的长形可旋转圆柱管；和磁控管总成，其定位在所述长形可旋转圆柱管内，所述磁控管总成包括：多个磁铁；和磁轭，其被构造来将所述多个磁铁保持在至少四个笔直、平行、独立线性阵列中；其中所述多个磁铁配置在所述磁轭中以形成包括外部分和内部分的图案；其中所述外部分大体上围绕所述内部分的周边；其中所述线性阵列的所述末端部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨所述外部分的所述一对长形区段的各自末端；其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在磁场中形成沿着靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线。

实例10包括实例9的系统，其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在所述磁场中形成沿着所述靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线，因此每个曲线的所得靶腐蚀分量在靶材旋转时不彼此重叠。

实例11包括实例9至实例10的任一个的系统，其中所述磁铁被配置在每个转向区段中，使得由所述转向区段中的所述磁铁形成的所述磁场中的至少两个或更多个曲线的每一个形成在具有相对于彼此转动的磁极的两个磁铁之间。

实例12包括实例9至实例11的任一个的系统，其中所述磁铁被配置在每个转向区段中，使得由所述转向区段中的所述磁铁形成的所述磁场中的至少两个或更多个曲线的每一个形成在具有相对于彼此转动至少90度的磁极的两个或更多个磁铁之间。

实例13包括实例9至实例12的任一个的系统，其中磁铁的所述个别线性阵列被配置来在所述磁轭上形成径向图案、阶状图案或扁平图案。

实例14包括实例9至实例13的任一个的系统，其中所述多个磁铁的至少一个具有与至少一个所述其它磁铁不同的几何形状、大小、定向或磁强度。

实例15包括实例9至实例14的任一个的系统，其中所述图案的所述外部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨所述一对长形区段的各自末端，且其中所述转向区段包括两个或更多个阶部。

实例16包括实例9至实例15的任一个的系统，其中所述磁轭被构造来使得由所述多个磁铁形成的所述图案可在不修改所述磁轭的设计的情况下重新构造。

实例17包括实例9至实例16的任一个的系统，其进一步包括驱动系统以支撑和旋转所述长形可旋转圆柱管。

实例18包括实例9至实例17的任一个的系统，其中所述系统被构造来结合在基板移动穿过所述室时在所述基板上沉积膜而在所述室内形成等离子。

实例19包括一种在基板上溅射材料的方法，所述方法包括：形成磁铁图案作为被安置在长形可旋转圆柱管内的磁控管总成的一部分，其中所述长形可旋转圆柱管包括靶表面；将所述长形可旋转圆柱管安装在室中；在所述室中维持真空；在所述室内旋转所述长形可旋转圆柱管；使用所述磁控管总成在所述靶表面上供应磁通量；及在所述室内于所述靶表面附近移动所述基板；其中所述磁控管总成包括：多个磁铁；和磁轭，其被构造来将所述多个磁铁保持在至少四个笔直、平行、独立线性阵列中；其中所述多个磁铁配置在所述磁轭中以形成包括外部分和内部分的图案；其中所述外部分大体上围绕所述内部分的周边；其中所述线性阵列的所述末端部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨所述外部分的所述一对长形区段的各自末端；且其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在磁场中形成沿着靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线。

实例20包括实例19的方法，其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在所述磁场中形成沿着所述靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线，因此每个曲线的所得靶腐蚀分量在靶材旋转时不彼此重叠。

Claims (20)

1.一种磁控管总成，其包括：

多个磁铁；和

磁轭，其被构造来将所述多个磁铁保持在至少四个笔直、平行、独立线性阵列中；

其中所述多个磁铁被配置在所述磁轭中以形成包括外部分和内部分的图案，其中所述外部分大体上围绕所述内部分的周边；

其中所述线性阵列的所述末端部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨所述外部分的一对长形区段的各自末端；

其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在磁场中形成沿着靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线。

2.根据权利要求1所述的磁控管总成，其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在所述磁场中形成沿着所述靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线，因此每个曲线的所得靶腐蚀分量在靶材旋转时不彼此重叠。

3.根据权利要求1所述的磁控管总成，其中所述磁铁被配置在每个转向区段中，使得由所述转向区段中的所述磁铁形成的所述磁场中的所述至少两个或更多个曲线的每一个形成在具有相对于彼此转动的磁极的两个磁铁之间。

4.根据权利要求1所述的磁控管总成，其中所述磁铁被配置在每个转向区段中，使得由所述转向区段中的所述磁铁形成的所述磁场中的所述至少两个或更多个曲线的每一个形成在具有相对于彼此转动至少90度的磁极的两个或更多个磁铁之间。

5.根据权利要求1所述的磁控管总成，其中磁铁的个别线性阵列被配置来在所述磁轭上形成径向图案、阶状图案或扁平图案。

6.根据权利要求1所述的磁控管总成，其中所述多个磁铁的至少一个具有与至少一个所述其它磁铁不同的几何形状、大小、定向或磁强度。

7.根据权利要求1所述的磁控管总成，其中所述图案的所述外部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨所述一对长形区段的各自末端，且其中所述转向区段包括两个或更多个阶部。

8.根据权利要求1所述的磁控管总成，其中所述磁轭被构造使得由所述多个磁铁形成的所述图案可在不修改所述磁轭的设计的情况下重新构造。

9.一种溅射系统，其包括：

室，基板移动穿过所述室；

阴极总成，其包括：

长形可旋转圆柱管，其安装在所述室中且具有靶表面；和

磁控管总成，其定位在所述长形可旋转圆柱管内，所述磁控管总成包括：

多个磁铁；和

磁轭，其被构造来将所述多个磁铁保持在至少四个笔直、平行、独立线性阵列中；

其中所述多个磁铁被配置在所述磁轭中以形成包括外部分和内部分的图案，其中所述外部分大体上围绕所述内部分的周边；

其中所述线性阵列的所述末端部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨所述外部分的一对长形区段的各自末端；

其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在所述磁场中形成沿着靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线。

10.根据权利要求9所述的系统，其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在所述磁场中形成沿着所述靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线，因此每个曲线的所得靶腐蚀分量在靶表面旋转时不彼此重叠。

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述磁铁被配置在每个转向区段中，使得由所述转向区段中的所述磁铁形成的所述磁场中的所述至少两个或更多个曲线的每一个形成在具有相对于彼此转动的磁极的两个磁铁之间。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述磁铁被配置在每个转向区段中，使得由所述转向区段中的所述磁铁形成的所述磁场中的所述至少两个或更多个曲线的每一个形成在具有相对于彼此转动至少90度的磁极的两个或更多个磁铁之间。

13.根据权利要求9所述的系统，其中磁铁的所述个别线性阵列被配置来在所述磁轭上形成径向图案、阶状图案或扁平图案。

14.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个磁铁的至少一个具有与至少一个所述其它磁铁不同的几何形状、大小、定向或磁强度。

15.根据权利要求9所述的系统，其中所述图案的所述外部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨一对长形区段的各自末端，且其中所述转向区段包括两个或更多个阶部。

16.根据权利要求9所述的系统，其中所述磁轭被构造来使得由所述多个磁铁形成的所述图案可在不修改所述磁轭的设计的情况下重新构造。

17.根据权利要求9所述的系统，其进一步包括驱动系统以支持及旋转所述长形可旋转圆柱管。

18.根据权利要求9所述的系统，其中所述系统被构造来结合在基板移动穿过所述室时在所述基板上沉积膜而在所述室内形成等离子。

19.一种用于在基板上溅射材料的方法，所述方法包括：

形成磁铁图案作为被安置在长形可旋转圆柱管内的磁控管总成的一部分，其中所述长形可旋转圆柱管包括靶表面；

将所述长形可旋转圆柱管安装在室中；

在所述室中维持真空；

在所述室内旋转所述长形可旋转圆柱管；

使用所述磁控管总成在所述靶表面上供应磁通量；和

在所述室内于所述靶表面附近移动所述基板；

其中所述磁控管总成包括：

多个磁铁；和

磁轭，其被构造来将所述多个磁铁保持在至少四个笔直、平行、独立线性阵列中；

其中所述多个磁铁被配置在所述磁轭中以形成包括外部分和内部分的图案，其中所述外部分大体上围绕所述内部分的周边；

其中所述线性阵列的所述末端部分包括一对转向区段，其中每个转向区段大体上横跨所述外部分的一对长形区段的各自末端；和

其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在所述磁场中形成沿着靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线。

20.根据权利要求19所述的方法，其中每个转向区段中的所述磁铁被配置来在所述磁场中形成沿着所述靶旋转轴彼此偏移的至少两个或更多个不同曲线，因此每个曲线的所得靶腐蚀分量在靶材旋转时不彼此重叠。