CN106463326A

CN106463326A - 用于可旋转阴极组件的遮蔽装置以及用于遮蔽沉积设备中的暗空间的方法

Info

Publication number: CN106463326A
Application number: CN201480078747.7A
Authority: CN
Inventors: H·吴尔斯特
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2034-05-09
Also published as: JP2017515000A; TWI713449B; KR20170005084A; TW201610195A; KR102141978B1; CN106463326B; JP6393826B2; WO2015169393A1

Abstract

根据本公开，提供一种用于可旋转阴极的遮蔽装置(20)以及一种用于遮蔽沉积设备中的暗空间区域的方法，所述可旋转阴极具有用于将材料沉积到基板上的可旋转靶材(10)。所述遮蔽装置(20)包括：遮蔽件(21)，配置成用于覆盖可旋转靶材(10)的部分；以及固定件(80)，用于将所述遮蔽件(21)连接至所述可旋转靶材(10)。固定件(80)配置成用于与所述遮蔽件(21)啮合，以允许所述遮蔽件在可旋转靶材的轴向上基本上远离可旋转靶材(10)的中心膨胀。

Description

用于可旋转阴极组件的遮蔽装置以及用于遮蔽沉积设备中的暗空间的方法

技术领域

本公开关于一种用于遮蔽可旋转阴极的装置，特别关于一种具有遮蔽件和固定件的遮蔽装置以及一种用于遮蔽沉积设备中的暗空间的方法，所述固定件用于将所述遮蔽件连接至可旋转阴极。

背景技术

在许多应用中，沉积在基板上沉积薄层是所期望的。用于沉积薄层的已知技术特别是蒸镀、化学气相沉积和溅射沉积。例如，溅射可用于沉积薄层，所述薄层例如，金属(例如，铝)或陶瓷的薄层。在溅射工艺期间，通过利用典型地处于低压力的惰性处理气体的离子轰击靶材的表面，以便从待涂覆材料的溅射靶材输送涂覆材料。离子通过处理气体的电子冲击电离(electron impact ionization)产生，并且由在作为溅射阴极的靶材与阳极之间的电压差来加速。对靶材的轰击导致涂覆材料的原子或分子射出，所述涂覆材料积聚为与溅射阴极相对地布置(例如，在溅射阴极下方)的基板上的沉积的膜。

旋转阴极典型地由溅射装置的阴极驱动单元支撑。由于阴极的几何形状和设计，可旋转靶材典型地具有比平面靶材更高的利用率和增加的操作时间。因此，可旋转靶材的使用典型地延长使用寿命并减少成本。在溅射期间，阴极驱动单元可旋转地将移动(movement)传送至旋转阴极。考虑到旋转阴极的例如高达约4m的纵向延伸以及溅射装置的几天的典型连续操作事件，典型地期望阴极驱动单元的轴承在长时间段可靠地支撑重的机械负荷。

为了保护阴极主体免受气体放电和所产生的离子轰击，可在阴极的驱动端和自由端两端提供暗室遮蔽件。围绕阴极主体的驱动端的遮蔽件应当防止处理气体放电免于接触驱动端。暗室屏蔽件可装配至腔室壁或驱动单元，并且可与装配表面电气隔离。

从靶材的边缘溅射而来的材料可能导致不均匀的沉积。为了促进沉积的均匀，通常偏好将暗区遮蔽件放置在邻近靶材的边缘处。通过遮蔽靶材边缘免受等离子体，暗区遮蔽件减少靶材边缘的溅射。

在溅射期间，沉积材料的膜是生长到暗室遮蔽件的表面上，在面对基板的暗室遮蔽件表面的区域上。最后，通常在膜较厚之处的区域中，所形成的膜开始破裂成碎片(chip)或破片(fragment)。如果产生的材料的破片掉落到基板上，则破片阻隔在破片所掉落的基板的区域上的沉积，从而导致缺陷产品。因此，此类暗室遮蔽件必须经常更换，因而增加了溅射单元的维护成本。

此外，在反复的热循环期间，(多个)暗室或暗空间遮蔽件时常经受热膨胀。因此，(多个)暗室或暗空间遮蔽件经常布置成例如通过在暗空间遮蔽件与沉积设备的其他特征之间提供间隙或空的空间来允许纵向和横向的热膨胀公差。

由于在热膨胀期间的暗区遮蔽件的尺寸变化，间隙或空的空间可能形成在不期望的位置，这可能例如减少靶材的可用空间，所述靶材用于将材料从所述靶材溅射到基板上。

因此，对于遮蔽沉积设备的暗空间的改进的装置和方法具有持续的需求。

发明内容

鉴于上述，根据一方面，提供一种用于可旋转阴极的遮蔽装置，所述可旋转阴极具有用于将材料溅射到基板上的可旋转靶材。所述装置包括：遮蔽件，配置成用于覆盖所述可旋转靶材的部分；以及固定件，用于将所述遮蔽件连接至所述可旋转靶材。所述固定件配置成用于与所述遮蔽件啮合，以允许所述遮蔽件在所述可旋转靶材的轴向上基本上远离所述可旋转靶材的中心膨胀。

此外，根据另一方面，提供一种用于可旋转阴极的遮蔽装置，所述可旋转阴极具有用于将材料溅射在基板上的可旋转靶材。所述装置包括：遮蔽件，配置成用于覆盖所述可旋转靶材的部分；以及固定件，用于将所述遮蔽件连接至所述可旋转靶材。所述固定件配置成使所述遮蔽件悬空，以允许所述遮蔽件在所述可旋转靶材的轴向上基本上远离所述可旋转靶材的中心膨胀。

此外，提供一种用于在沉积设备的操作期间遮蔽所述沉积设备中的暗空间的方法。所述方法：提供固定件，所述固定件用于将遮蔽件连接至所述沉积设备的可旋转靶材；以及将多个部件组装在一起，其中形成所述遮蔽件来覆盖所述可旋转靶材的部分，以便遮蔽所述沉积设备中的所述暗空间。所述遮蔽件经组装以与所述可旋转靶材啮合，使得在所述沉积设备的操作期间，所述遮蔽件在所述可旋转靶材的轴向上基本上远离所述可旋转靶材的中心膨胀。

此外，提供一种用于在沉积设备的操作期间遮蔽所述沉积设备中的暗空间的方法。所述方法：提供固定件，所述固定件用于将遮蔽件连接至所述沉积设备的可旋转靶材；将多个部件组装在一起，其中形成所述遮蔽件来覆盖所述可旋转靶材的部分，以遮蔽所述沉积设备中的所述暗空间。所述遮蔽件经组装以从所述可旋转靶材悬空，使得在所述沉积设备的操作期间，所述遮蔽件在所述可旋转靶材的轴向上基本上远离所述可旋转靶材的中心膨胀。

通过从属权利要求、说明书和所附附图，本公开的进一步的方面、优点和特征是明显的。

附图说明

在以下对典型实施例的描述中，将参照以下附图更详细地描述上述实施例中的一些，在附图中：

图1示意性地示出根据实施例的用于将材料溅射在基板上的沉积设备的遮蔽装置、可旋转靶材和阴极驱动器的侧视图；

图2示出根据实施例的图1中所示的实施例的区段A的放大视图；

图3示意性地示出根据实施例的遮蔽装置的遮蔽件的分解视图；

图4示意性地示出根据实施例的用于将暗空间遮蔽件连接至可旋转靶材的遮蔽装置的部分的示意图；

图5示意性地示出根据实施例的用于将暗空间遮蔽件连接至可旋转靶材的遮蔽装置的进一步的部分的示意图；

图6示意性地示出根据实施例的暗室遮蔽件的俯视图；

图7以三维视图示意性地示出根据实施例的遮蔽件部件；

图8示意性地示出根据实施例的溅射装置的剖面图；以及

图9示意性地示出根据实施例的溅射装置的剖面图。

具体实施方式

现在将详细地参照各实施例，在每一个附图中阐释实施例的一个或多个示例。每一个示例通过解释的方式提供，并且不旨在作为限制。例如，阐释或描述为一个实施例的部分的特征可用于其他实施例或与其他实施例结合，以取得更进一步的实施例。本公开旨在包括此类修改和变型。

本公开的实施例关于涉及在薄膜或涂层的沉积中使用的装备、工艺和材料的纳米制造技术解决方案，代表性示例包括(但不限于)涉及以下各项的应用：半导体和电介质材料和器件、硅基晶片、平板显示器(诸如，TFT(薄膜晶体管))、掩模和过滤器、能量转换和存储(诸如，光伏电池、燃料电池和电池(battery))、固态照明(诸如，LED(发光二极管))、磁性和光学存储、微机电系统(MEMS)和纳米机电系统(NEMS)、微光学和光电器件、建筑与汽车玻璃、用于金属和聚合物箔和封装的金属化系统以及微米和纳米模铸(molding)。

溅射是原子由于高能粒子轰击靶材而从固体靶材材料射出的工艺。涂覆基板作为刮擦处的材料的工艺典型地称为薄膜应用。在本文中，术语“涂覆(coating)”和术语“沉积(depositing)”可互换地使用。在本文中，术语“溅射装置(sputtering installation)”和“沉积设备(deposition apparatus)”可互换地使用，并且将指使用溅射来将靶材材料(典型地，作为薄膜)沉积在基板上的设备。

典型的靶材材料包括(但不限于)：纯金属，诸如，铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)和金(Au)；金属合金，诸如，铝-铌(AlNb)合金或铝-镍(AlNi)合金；半导体材料，诸如，硅(Si)；以及电介质材料，诸如，氮化物、碳化物、钛酸盐、硅酸盐、铝酸盐和氧化物，所述氧化物例如，透明导电氧化物(TCO)，所述TCO诸如，掺杂杂质的ZnO，例如，ZnO:Al、AlZnO、In₂O₃、SnO₂和CdO以及锡(Sn)掺杂In₂O₃(ITO)和氟(F)掺杂SnO₂。氧化物、氮化物、氮氧化物等也可通过反应式溅射来沉积，其中靶材材料与处理气体内的反应气体反应。

如本文中所使用的术语“基板(substrate)”应当是指非柔性基板(例如，晶片或玻璃板)和柔性基板(诸如，辐材(web)或箔)两者。

如本文中所使用的术语“暗空间遮蔽件(dark space shield)”应当是指总体上防止阴极的不期望部分的溅射的遮蔽件。术语“暗空间遮蔽件(dark space shield)”和“暗室遮蔽件(dark room shield)”在本文中可互换地使用。

图1在沿平行于由可旋转靶材10限定的旋转轴50的方向的典型剖面中示出用于在基板上溅射材料的沉积设备的区段100。区段100包括驱动单元30和遮蔽装置20，所述驱动单元30用于旋转可旋转靶材10，所述遮蔽装置20连接至可旋转靶材10，用于覆盖可旋转靶材10的至少部分。在沉积设备的操作期间，可旋转靶材可绕旋转轴50旋转。

根据本文中的实施例，遮蔽装置20的遮蔽件21可覆盖可旋转靶材10的部分，所述部分例如，可旋转靶材10的底端15。可旋转靶材10的底端15可定义为所述可旋转靶材10的连接至驱动单元30的端。在溅射设备的操作期间，可旋转靶材10的中间区段16可用于在基板上沉积材料。术语“中间区段(middle section)”和术语“未覆盖区段(uncoveredsection)”在本文中可互换地使用。可旋转靶材10的顶端17可由遮蔽装置(在附图中未示出)覆盖，以便例如防止由电场累积导致的气体放电。

在这方面，参照旋转轴50的取向来使用方向性术语，诸如，“顶(top)”、“底(bottom)”、“上(upper)”、“下(lower)”、“上方(above)”、“下方(below)”、“在上(on)”等。如本文中所使用的术语“轴向(axial direction)”旨在描述平行于旋转轴50的方向。同样地，如本文中所使用的术语“径向(radial direction)”旨在描述正交于旋转轴50且背离旋转轴50而指向的方向。同样地，如本文中所使用的术语“轴向距离(axial distance)”旨在描述在旋转轴50的方向上的距离。如本文中所使用的术语“轴向延伸(axial extension)”旨在描述在旋转轴50的方向上的延伸。

图2示意性地示出图1中所示的用于在基板上沉积材料的沉积设备的区段100的节选60。具体而言，根据本文中的实施例的遮蔽装置20示出为绕可旋转靶材10的驱动端组装。

遮蔽装置20的遮蔽件21包括第一区段26和第二区段27。第一区段可描述为在可旋转靶材对驱动器的附接点的上方、在靶材的轴向上覆盖可旋转靶材的部分的遮蔽件的区段。第二区段可描述为在可旋转靶材对驱动器的附接点处、在靶材的轴向上覆盖可旋转靶材的部分的遮蔽件的区段，并且任选地，第二区段可在可旋转靶材对驱动器的附接点的下方、在轴向上延伸。

根据本文中的实施例，遮蔽件21的第一区段26的直径可小于遮蔽件21的第二区段27的直径。遮蔽件21的第一区段26的直径可与可旋转靶材10的直径基本上相同。根据本文中的实施例，靶材10的直径可定义为可旋转靶材10的直接在遮蔽装置20的遮蔽件21上方的部分的直径。可旋转靶材10的直接在遮蔽件21上方的、在平行于旋转轴50的轴向上的部分可用于在沉积设备的操作期间在基板上沉积材料。

如图2中所示，根据本文中的实施例，用于将遮蔽件21连接至可旋转靶材10的固定件80可在遮蔽件21的第一区段26中被连接至遮蔽件21。具体而言，用于与遮蔽件21啮合的固定件80可在遮蔽件21的内周缘处被连接至遮蔽件21。根据可与本文所述的其他实施例结合的一些实施例，固定件可通过固定元件和/或(像一个或多个螺钉等)来与遮蔽件啮合和/或固定件可配置成如本文中所述使遮蔽件在所述固定件处悬空。

根据本文中的实施例，用于稳定和/或引导遮蔽件的引导装置90可附接至沉积设备的驱动器。引导装置90可由遮蔽件21的第二区段27覆盖。引导装置使遮蔽件径向地居中。

图3示意性地示出图1中所示的用于在基板上沉积材料的沉积设备的区段100的节选60的分解视图。根据可与本文中所述的其他实施例结合的实施例，遮蔽件可包括沿暗室遮蔽件21的径向内周缘形成一个或多个凹口(notch)、沟槽(trench)、通道(channel)、或凹陷部(hollow)。凹口22可位于遮蔽件的轴向位置处，所述轴向位置在遮蔽件21的顶端的50％或更小处，特别在20％或更小处。根据本文中的实施例，凹口22可包括用于将固定件80和遮蔽件21稳固地连接至彼此的突出物(overhang)或突状物(protrusion)23。

根据本文中的实施例，凹口22的尺度可设定成接收固定件80的至少一部分，使得遮蔽件21可经由固定件80而连接至可旋转靶材10。在本文中的实施例中，固定件80(例如，PEEK(聚醚醚酮)环)可夹持至可旋转靶材10。

根据本文中的实施例，可旋转靶材10可包括沿可旋转靶材10的外周缘形成的、适用于接收固定件80的一个或多个凹口、沟槽、通道或凹陷部。凹口在下文中被称为第一凹口。第一凹口11可位于可旋转靶材10的驱动端，以便在沉积设备的操作期间由遮蔽装置20的遮蔽件21覆盖。

根据本文中的实施例，可旋转靶材10可包括凹部(recessed portion)或凹口12。在下文中也被称为第二凹口的凹部或凹口12可适用于接收遮蔽装置20，使得当遮蔽装置20装配至可旋转靶材10时，在沉积工艺中涉及的可旋转靶材10的外表面与遮蔽件21的上端的外表面在相同的平面中(见图2中所示的平面70)。

根据本文中所述的实施例，适用于接收固定件以将遮蔽件连接至可旋转靶材的第一凹口11可位于第二凹口12内。在沉积设备的操作期间，固定件本身可由遮蔽件覆盖。

根据本文中的实施例，提供可覆盖靶材的部分(诸如，可旋转靶材的部分)的遮蔽装置。遮蔽装置可包括遮蔽件和固定件，所述固定件用于将遮蔽件连接至靶材。固定件可配置成允许遮蔽件在靶材的轴向(见图2中的箭头25)上基本上远离靶材的中心而膨胀。本文中用于描述遮蔽件的轴向膨胀的术语“基本上(essentially)”应理解为意味着遮蔽件的大部分可在靶材的轴向上远离靶材的中心(见图1中的附图标记13)而膨胀。举例来说，遮蔽的50％或更多，特别是在70％或更多之内可在靶材的轴向上远离靶材的中心而膨胀。

遮蔽件可以是在所述遮蔽件的轴向位置处可连接至所述固定件的，所述遮蔽件的所述轴向位置在所述遮蔽件的上端的50％或更小之内，特别是在20％或更小之内。遮蔽件的上端可定义为所述遮蔽件最靠近可旋转靶材的中心的端。或者，遮蔽件的上端可定义为在遮蔽件在所述遮蔽件的轴向上与所述遮蔽件面向驱动单元的那端相对的端。根据本文中的实施例，遮蔽件的重心可以在遮蔽件对可旋转靶材的附接点下方。举例来说，当遮蔽件围绕靶材的部分而布置时，遮蔽件的重心可在用于将遮蔽件连接至靶材的固定件下方。

为了将固定件和遮蔽件连接至彼此，遮蔽件可包括专门的附接位置，所述专门的附接位置位于遮蔽的上端的50％或更小之内，特别是20％或更小之内。举例来说，遮蔽件可包括凹口。凹口可定位在遮蔽件的内周缘上，使得当遮蔽件围绕靶材而安装时，凹口正面向靶材。根据本文中的实施例，凹口可沿遮蔽件的内周缘部分或完全地延伸。

术语“凹口”和术语“通道”在本文中可互换地使用。遮蔽件的凹口或凹口的至少部分可包括由任一侧的侧壁包围的底部区域。在本文中的实施例中，侧壁中的至少一者可包括至少沿侧壁的部分延伸的突出物结构或突状物，用于将固定件维持在预先确定的位置。

根据本文中的实施例，遮蔽装置的固定件可适用于使遮蔽件从靶材(诸如，旋转靶材)悬空或悬置。术语“悬空(hanging)”或“悬置(suspending)”在本文中可互换地使用。如本文中所述的使遮蔽件悬空或悬置一般意味着，当遮蔽件连接至可旋转靶材以覆盖所述可旋转靶材的部分时，基本上不从固定件下方支撑所述遮蔽件。在热循环期间，这使遮蔽物能够从附接点向下膨胀至固定件(例如，参见图2)。遮蔽件可在轴向上远离靶材的中心且朝向靶材的驱动器端膨胀。因而可控制遮蔽件的膨胀并将遮蔽件的膨胀引导到预先确定的方向上。由于重力的影响，在本文中所述的实施例中，遮蔽件可基本上在朝向地表的单个方向上膨胀。根据可与本文中所述的其他实施例结合的一些实施例，固定件和/或引导装置可包括绝缘材料。所述绝缘材料可任选地包括阻热塑料。阻热塑料可改善在溅射沉积腔室中的使用。

根据实施例的遮蔽装置可进一步包括引导装置，用于在垂直或径向(radial)于遮蔽件的轴向的方向上引导并稳定遮蔽件。引导装置可稳定遮蔽件而免受在远离遮蔽件的旋转轴的方向上的移动。根据本文中的实施例，引导装置可适用于连接至沉积设备的驱动器。

引导装置可包括在对遮蔽件的接触点处的一个或多个摩擦减小区段。此一个或多个摩擦减小区段可以是与遮蔽件一起是可移动的。根据本文中的实施例，摩擦减小区段可以是独立于引导装置的其余部分是可移动的。举例来说，摩擦减小区段可以是一个或多个滚轴。根据本文中的的实施例，附加地或替代地，遮蔽件可在对引导装置的接触点处包括摩擦减小区段。

遮蔽件典型地与可旋转靶材电气隔离。举例来说，至少固定件和引导装置与遮蔽件的接触表面能以隔离材料制成。隔离材料可例如是阻热塑料，诸如，聚醚醚酮(polyetherether ketone，PEEK)。

根据本文中的实施例，可旋转靶材可包括专门的附接位置，用于经由固定件而将遮蔽件连接至可旋转靶材。举例来说，附接位置可以是沿靶材的外周缘延伸的第一凹口。第一凹口可沿靶材的外周缘部分或完全地延伸。固定件可例如与可旋转靶材形状配合式(form-fit)或嵌合式(snap-fit)附接，所述可旋转靶材包括定位和锁固特性(约束特性)。

可旋转靶材可包括凹部或第二凹口。可旋转靶材的凹部或第二凹口可适用于提供用于容置遮蔽装置的空间或间隙。此空间或间隙适配为使得遮蔽件与可旋转靶材的表面基本上在共同的平面中，所述可旋转靶材用于将材料沉积到基板上。

根据本文中的实施例，遮蔽件与可旋转靶材之间的接合(junction)可形成本质上平的或齐平的过度区域(transition region)。可旋转靶材的直接位于遮蔽装置的遮蔽件的上端上方的区段与遮蔽装置的遮蔽件的顶端可以在相同的平面中。这在沉积设备的操作期间确保了材料均匀地沉积到基板上。

根据本文中的实施例，可旋转靶材的第一凹口可定位在可旋转靶材的第二凹口或凹部内，所述可旋转靶材的第一凹口用于将遮蔽装置的固定件连接至此第一凹口。

如附图中所示的遮蔽装置20可包括适用于与可旋转靶材10一起旋转的分段的暗空间遮蔽件21。例如，分段的暗空间的遮蔽件可分成两个段(在本文中也称为“部件(part)”)。如本文中所使用的术语“分段的(segmented)”旨在将暗空间描述为由组装在一起的许多部件组成。术语“分段”、“多部件(multi-part)”和“以若干部件(in severalparts)”在本文中同时使用。典型地，遮蔽物具有不均匀表面，伴随着RZ 25与RZ 70之间的典型粗糙度。

暗空间遮蔽件可分段为可组装在一起的多个段。当遮蔽件例如通过使用紧固装置(securing device)(诸如，紧固件)而装配至靶材时，至少两个部件可固定在一起。这些段可以是分开的片段，或者这些段可通过例如铰链(hinge)或接头(joint)而联结在一起。具体而言，铰链或接头可定位在这些段相对于径向的内侧上。

考虑到暗空间遮蔽件包括若干部件这一事实，暗区遮蔽件可容易地布置在可旋转靶材的至少部分上方，并且可装配至可旋转靶材。一片式遮蔽件必须放置在靶材上方，以便被布置在靶材的至少部分上方。由于靶材可具有长达几米的显著长度，并且由于靶材材料可能容易地受与遮蔽件的接触的影响，因此通过使用本文中所述的多部件遮蔽件可基本上减少维护工作。根据实施例，遮蔽件或遮蔽件的至少多个部件可以同心地组装至可旋转靶材。

如本文中所使用的术语“可旋转靶材(rotatable target)”将指适用于可旋转地装配至溅射装置的任何阴极组件。典型地，可旋转靶材包括适用于被溅射的靶材结构。如本文中所使用的术语“可旋转靶材”特别将指磁增强阴极组件，在所述磁增强阴极组件中，通过添加内部磁性单元(例如，永久磁体)来增强组件，以获得改善的溅射。

可旋转靶材(在下文中也称为可旋转溅射阴极或旋转阴极)可由靶材材料的空心圆柱体制成。这些旋转靶材也称为单片式(monolithic)靶材，并且可通过从靶材材料铸造或烧结(sintering)这些靶材来制造。

非单片式(non-monolithic)可旋转靶材典型地包括具有施加于其外表面的靶材材料层的圆柱形可旋转管(诸如，背衬管)。在此类可旋转溅射阴极的制造中，靶材材料可例如通过将粉末喷涂或铸造或均衡地按压(isostatic pressing)到背衬管的外表面上来施加。或者，靶材材料的空心圆柱(也可称为靶材管)可布置在背衬管上或可例如利用铟而键合(bond)至背衬管，以便形成旋转阴极。根据更进一步的替代方案，可从背衬管径向地向外来提供非键合式靶材圆柱体。

为了获得增加的沉积率，已提议使用磁增强阴极。这也可称为磁控管溅射(magnetron sputtering)。可包括磁体阵列的磁性单元可布置在溅射阴极内部(例如，在背衬管内部或在单片式靶材内部，并且可提供用于磁增强溅射的磁场。阴极典型地绕它的纵轴是可旋转的，使得可相对于磁性单元来转动阴极。如本文中所使用的、在可旋转靶材或阴极的上下文中的术语“端(end)”或“边缘(edge)”将指在阴极或靶材的轴向上的端或边缘。典型地，靶材或阴极的外剖面是圆形的，具有例如8cm与30cm的间的直径，而靶材或阴极的长度可以是几米，诸如，长达0.3m或甚至长达4m。

在操作期间，电性非屏蔽(non-screen)的阴极可能在阴极边缘处引电场累积而遭受气体放电(起弧)。此放电不是期望的。相邻于阴极端的气体放电的区域称为“暗室(darkroom)”。根据本文中所述的实施例，可布置暗室遮蔽件以覆盖阴极的一个端或两个端。

根据本文中的实施例，为了避免在阴极的驱动端上的气体放电，提供遮蔽件以屏蔽靶材的暗室区域。遮蔽件典型地由隔离体制成。借助于非旋转遮蔽件来屏蔽的靶材在溅射工艺期间可能遭受仅在暗室遮蔽件的一侧上的材料沉积。在暗室遮蔽件表面上形成的所得到的膜在若干沉积周期后可能破裂，并且材料粒子可能被释放，所述材料粒子可能沉积在基板的表面上，从而遮蔽所溅射的材料至基板的沉积且导致产品缺陷。前述材料粒子一般可能积聚并污染沉积设备。

借助于如本文中所述的与靶材一起旋转的暗室遮蔽件，暗室遮蔽件的表面暴露于材料沉积。材料层以均匀的方式来沉积，从而跨整个暗室遮蔽件的表面形成膜。这意味着膜可在破裂之前沉积达较长的时间段，这减小了膜的破片掉落到基板上的可能性。因而相比提供非旋转的暗室遮蔽件，可降低基板和沉积设备的污染的风险、维护时间和成本。

根据实施例，多个段可以是多个圆柱区段，所述圆柱区段在组装在一起时是形成圆柱形的遮蔽件。典型地，提供两个段，每一个段都覆盖圆柱圆周的180°。根据进一步的实施例(如例如图6中所示)，遮蔽件21可由三个段24组装成，其中每一个段覆盖圆柱的120°。

遮蔽件可以是按分段(piecewise)方式是旋转对称的。遮蔽件的至少两个部件是覆盖例如圆周的180°或120°的圆柱区段部件。经组装在一起，这些部件形成圆柱，所述圆柱处理在多个部件之间的交界之外可以是旋转对称的。根据本公开，如果部件被称为是“旋转对称(rotational symmetry)”的，则在旋转此部件之后，表面是完全相同的。旋转相对于旋转中心来进行，在圆柱区段的情况下，所述旋转中心是圆柱的中心。因而对于高达高达360°/n的角度的任何角度，可旋转覆盖360°/n(举例来说，n＝2或n＝3)的圆柱区段，并且表面是完全相同的。术语表面确实特别包括在径向外周长上的表面。不限于本文中的任何特定实施例，遮蔽件可包括多于三个部件，例如，一起覆盖圆柱的360°的四个、六个或更多个部件。

在图7中示出旋转对称的圆柱区段的剖面图。覆盖圆柱的180°的遮蔽件部件或段24具有中心26。说明性地示出的箭头25将阐释可旋转此部件180°，并且表面(特别是径向外表面)是完全相同的。

具体而言，根据本文中所述的实施例，遮蔽件段可不具有例如用于接收螺钉或销等的孔。孔将使这比肩部件是非旋转对称的。在已知的遮蔽件中，设有孔以将遮蔽件与其他元件组装起来。然而，遮蔽件中的任何非旋转对称形状在溅射期间导致对电场的干扰。这又导致在经涂覆的基板上的层的降低的均匀性。

此外，设有孔以允许螺钉等被插入。因此，为了拆解或解除装配遮蔽件例如以进行维修，拧松螺钉是必要的。这是特别耗时的，因为螺钉头在溅射期间经涂覆，并且为了拆解或解除装配遮蔽件，必需首先从螺钉头去除涂层并接着拧松螺钉。

因此，提供不具有任何的非旋转对称的元件(诸如，孔)的旋转对称的遮蔽件确实不但改善了涂覆质量，而且减少了维护工作和成本。

根据可与本文中所述的其他实施例结合的特定实施例，可旋转靶材可包括顶遮蔽件。顶遮蔽件定位在可旋转靶材的顶端。术语“顶端(top end)”将理解为靶材在所述靶材的轴向上与连接至驱动器的端(本文中称为可旋转靶材的“驱动器端”)相对的端。顶遮蔽件适用于与可旋转靶材一起旋转。与驱动器端遮蔽件类似，顶遮蔽件或顶遮蔽件的至少多倍部件可同心地组装至可旋转靶材。

在沉积腔室的反复的热循环期间，(多个)暗室或暗空间遮蔽件时常经历热膨胀。因此，将遮蔽件连接至旋转靶材的固定件或元件可适用于在不损坏旋转靶材的情况下促进此类反复的热膨胀。

在本领域中，遮蔽件可附接至阴极驱动器以覆盖可旋转靶材的驱动器端。驱动器支撑遮蔽件和旋转靶材。在此类情况下，遮蔽件在靶材的轴向上远离支撑驱动器且朝旋转靶材的中心膨胀。因此，可在驱动器端处的遮蔽件与旋转靶材之间提供大空间或间隙以允许遮蔽件的热膨胀。这些空间可减小用于将材料沉积到基板上的靶材的表面积。

图4示意性地示出根据实施例的用于将暗空间遮蔽件连接至可旋转靶材的遮蔽装置的部分。具体而言，图4示出图2中所示的实施例的节选61的放大视图。固定件80可连接至可旋转靶材10的第一凹口11。根据本文中的实施例，可例如将凹口11铣(mill)到可旋转靶材中。

根据本文中的实施例，固定件80可包括插入到遮蔽件21的凹口22中的钩状部。遮蔽件21可从钩状部悬空或悬置。

在本文中的实施例中，突出物结构或突状物23可将固定件80定位保持为定位在凹口22内部。举例来说，突出物结构或突状物23可在遮蔽件21的轴向上朝遮蔽件21的底端延伸。根据本文中的实施例，突出物结构或突状物23可定位在凹口22的边缘处，特别是定位在凹口22最接近遮蔽件21的上端的边缘处。

根据本文中的实施例，固定件80可配置成使得遮蔽件与可旋转靶材相隔从1.5mm至4.5mm的距离，例如，约3mm±0.5mm。由于遮蔽件21可从固定件80悬空或悬置，因此在热循环进行期间，遮蔽件与可旋转靶材之间的间隙或距离40、41可基本上保持恒定。具体而言，在热循环期间，由于适用于使遮蔽件21悬空的专门的固定件80，遮蔽件21的上端与可旋转靶材10之间在轴向上的间隙或距离40可基本上保持恒定，这允许遮蔽件21在热循环期间基本上远离可旋转靶材的中心向下膨胀。有益的是，在用于将材料沉积到基板上的沉积设备的操作期间所使用的可旋转靶材的表面的延伸基本上保持恒定，这可确保沉积在基板上的材料层的均匀性。

图5示意性示出根据实施例的用于将暗空间遮蔽件连接至可旋转靶材的遮蔽装置的进一步的部分。图5示出图2中所示的实施例的节选62的放大视图。具体而言，图5示出遮蔽装置20的底部区段。根据本文中的实施例，在沉积设备的操作期间，遮蔽装置20的遮蔽件21的底部可适用于覆盖可旋转靶材10的底端。可旋转靶材10的底端可包括可旋转靶材的连接至沉积设备的驱动器的部分。

在本文中的实施例中，遮蔽装置20的遮蔽件21在垂直于可旋转靶材的轴向的方向上与可旋转靶材间隔41，这在沉积设备的热循环操作期间可基本上保持恒定。根据实施例，可旋转靶材与遮蔽件21之间的距离或间隙41可从1.5mm至4.5mm，例如，约3mm±0.5mm。

根据本文中的实施例，遮蔽装置20可包括用于稳定遮蔽装置20的遮蔽件21的底端的引导装置90。引导装置可在垂直于遮蔽件的轴向的方向上或在离开可旋转靶材的径向上稳定遮蔽件21。

引导装置可适用于连接至沉积设备的驱动器。在本文中的实施例中，引导装置可在对遮蔽装置20的遮蔽件21的接触点处包括摩擦减小区段。举例来说，摩擦减小区段可以是可移动区段。摩擦减小区段的可移动区段可适用于在沉积设备的操作期间与遮蔽件21一起是可移动的。

遮蔽装置20的引导装置90和遮蔽件21可配置成使得间隙或空间42形成在引导装置90与遮蔽件21之间的轴向上。在沉积设备的热循环操作期间，间隙42可适用于在沉积设备的热循环操作期间允许遮蔽件21从可旋转靶材的中心自由地向下膨胀。根据本文中的实施例，相比遮蔽件处于非膨胀状态，当遮蔽件21处于膨胀状态时，间隙42可能在尺寸上更小。

图8示意性地示出根据实施例的溅射装置200沿旋转轴50的剖面图。溅射装置200典型地包括由壁231和232形成的工艺腔室220。根据典型的实施例，阴极、靶材或背衬管的轴50基本上平行于壁231，其中实现阴极的插入式(drop-in)配置。

根据实施例，至少一个端块101装配到处理腔室220中，所述至少一个端块101可包括用于旋转可旋转靶材的驱动器。基底主体110典型地经由绝缘板116来紧固，并且紧固工艺腔室220的翻板(flap)或门230。在溅射期间，翻板或门230被关闭。因此，在溅射期间，基底主体110典型地是静止的，至少是非可旋转的。或者，外壳125可直接紧固至工艺腔室220的壁231。

根据实施例，旋转驱动器150(典型地，电驱动器)经由装配支撑件152而布置在工艺腔室220外部。然而，旋转驱动器150也可放置在外壳125内。典型地，在溅射期间，旋转驱动器150经由其电机轴154、连接至此电机轴154的小齿轮(pinion)153以及链或齿状皮带(未示出)来驱动可旋转靶材10，所述链或齿状皮带绕小齿轮153和齿轮(gear-wheel)151形成环路，所述齿轮151附接至转子122的轴承壳123。

典型地，冷却剂供应管134和/或电气支持线从冷却剂供应和排放单元130和/或电气支持单元通过外壳125而馈送至工艺腔室220外部。

可旋转靶材10典型地由端块101支撑。此外，可旋转靶材10可进一步在它的上段被支撑。根据本文中的实施例，如参照先前的附图更详细地描述的遮蔽装置20可覆盖靶材10的至少部分。遮蔽装置可在靶材10的旋转轴50的轴向上延伸，并且可覆盖可旋转靶材10与端块101之间的联结的至少部分。

根据本文中的实施例，可旋转靶材10可沿旋转轴50而装配至端块的靶材凸缘121。根据实施例，靶材凸缘121和可旋转靶材10彼此共轴。遮蔽装置20可在靶材的旋转轴50的轴向上延伸以覆盖靶材凸缘121的至少部分。

可旋转靶材10可使用环状夹而配合至靶材凸缘121的上部，环状夹将可旋转靶材10抵压至靶材凸缘121。O形环密封件可分别布置在靶材凸缘121与背衬管和可旋转靶材10的接合部之间。因此，可旋转靶材10可以真空密闭地装配至靶材凸缘121。

根据实施例，可旋转靶材10可真空密闭地装配至靶材凸缘121的上部，以便例如是防止至低压力工艺腔室的流体泄漏。这典型地通过环状密封(未示出)来实现。

为了在溅射期间将可旋转靶材10操作为阴极，也可通过靶材凸缘121来提供用于可旋转靶材10的至少一个电供应器(未示出)。

根据可与本文中公开的其他实施例结合的实施例，靶材凸缘和轴承壳两者都可由导电材料(例如，钢)制成。在这些实施例中，电流可从电流收集器板通过轴承壳和靶材凸缘而流至可旋转靶材。

根据可与本文中公开的其他实施例结合的实施例，靶材凸缘可适用于机械地支撑可旋转靶材。此外，可通过靶材凸缘来提供用于靶材管的冷却剂和电供应器。

图9阐释如图8中所示的溅射装置200。图9的示意性剖面图正交于图8的剖面图。根据实施例，溅射装置200具有真空腔室220，所述真空腔室220包括用于将处理气体(例如，氩)提供至真空腔室220的气体入口201。真空腔室220进一步包括基板支撑件202和布置在此基板支撑件202上的基板203。此外，真空腔室220包括可旋转靶材10。

高电压差可施加在操作为阴极的可旋转靶材10与操作为阳极的基板支撑件202之间。典型地，通过加速电子的碰撞电离(利用例如氩原子)来形成等离子体。所形成的氩离子在可旋转靶材10的方向上加速，使得靶材10的粒子(典型地，原子)被溅射，并且随后被沉积在基板203上。

在实施例中，其他适合的气体可用于产生等离子体，其他适合的气体例如，其他惰性气体(诸如，氪)或反应气体(诸如，氧或氮)。根据可与本文中所述的其他实施例结合的典型实施例，等离子体区域中的压力可以是约10^-4mbar至约10^-2mbar，典型地，约10^-3mbar。在进一步的实施例中，真空腔室220可包括一个或多个开口和/或阀，所述一个开口和/或阀用于将基板203引入或引出真空腔室220或将基板203收入或收出真空腔室220。

磁控管溅镀是特别有利的，体现在沉积速率相当高。通过将一个或多个磁体14布置在可旋转靶材10内部，可陷捕直接在靶材表面下方的所生成的磁场内的自由电子。这典型地将使气体分子电离的机率增加几个数量级。转而可显著地增加沉积速率。取决于应用以及待溅射的材料，可使用固定的或时变磁场。此外，冷却流体可能正在可旋转靶材10中循环以冷却磁铁224和/或靶材10。

可旋转靶材10可由端块101支撑，所述端块110在示出的剖面图中不是可见的，因此绘制为虚线圆。端块101能以非可旋转方式装配至壁231或工艺腔室220的门230或翻板，所述壁231或工艺腔室220的门230或翻板是在示出的剖面图中不是可见的，因此绘制为虚线矩形。

根据本文中的实施例，提供一种用于在沉积设备的操作期间遮蔽所述沉积设备中的暗空间的方法。所述方法包括以下步骤：提供固定件，所述固定件用于将所述遮蔽件连接至所述沉积设备的可旋转靶材，其中提供所述固定件的步骤可包括以下步骤：将所述固定件连接至所述可旋转靶材。所述方法可进一步包括以下步骤：将多个部件组装在一起，其中形成所述遮蔽件来覆盖所述可旋转靶材的部分，以便遮蔽所述沉积设备中的所述暗空间，其中所述遮蔽件经组装以使从所述可旋转靶材悬空和/或与所述可旋转靶材啮合，使得在所述沉积设备的操作期间所述遮蔽件在所述可旋转靶材的轴向上基本上远离所述可旋转靶材的中心膨胀。组装多个部件的步骤可例如包括以下步骤：组装两个或更多个遮蔽件部件以形成所述遮蔽件。

根据本文中的实施例，用于在沉积设备的操作期间遮蔽所述沉积设备中的暗空间区域的方法包括以下步骤：组装所述遮蔽件，使得所述遮蔽件在附接点处从所述可旋转靶材悬空，并且其中所述遮蔽件的中心在所述附接点下方。所述方法可也包括以下步骤：在垂直所述遮蔽件的轴向的方向上稳定所述遮蔽件。

虽然可能在一些附图中而未在其他附图中示出本公开的各实施例的特定特征，但这仅是出于方便的目的。附图中的特征可结合任何其他附图的任何特征来引用和/或要求保护。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本公开，并且也使任何本领域技术人员能够实践所描述的主体(包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法)。虽然已在上文中公开了各种特定的实施例，但是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的修改。特别是，上述实施例的彼此不互斥的特征可彼此结合。可专利的范围由权利要求书来限定，并且可包括可由本领域技术人员想到的此类修改和其他示例。如果此类其他示例具有不与权利要求的字面语言不通的结构元件，或者此类其他示例包括具有与权利要求的字面语言有非本质差异的等效结构元件，则此类其他示例旨在落在权利要求的范围内。

Claims

1.一种用于可旋转阴极的遮蔽装置(20)，所述可旋转阴极具有用于将材料溅射到基板上的可旋转靶材(10)，所述装置包括：

-遮蔽件(21)，所述遮蔽件配置成用于覆盖所述可旋转靶材(10)的部分；以及

-固定件(80)，所述固定件用于将所述遮蔽件(21)连接至所述可旋转靶材(10)，

其中所述固定件(80)配置成用于与所述遮蔽件(21)啮合，以便允许所述遮蔽件在所述可旋转靶材的轴向上基本上远离所述可旋转靶材(10)的中心(13)膨胀。

2.如权利要求1所述的装置(20)，其中所述遮蔽件(21)在所述遮蔽件(21)的轴位置处是可连接至所述固定件(80)的，所述遮蔽件的所述轴位置在所述遮蔽件的上端的50％或更少之内，特别是在所述遮蔽件的上端的20％或更少之内。

3.如权利要求1至2中的任一项所述的装置(20)，其中所述固定件(80)经配置以便在垂直于所述可旋转靶材的轴向的方向上将所述遮蔽件(21)维持为距所述可旋转靶材(10)恒定的距离。

4.如权利要求3所述的装置(20)，其中所述固定件(80)经配置以便在垂直于所述可旋转靶材的轴向的方向上将所述遮蔽件(21)维持为距所述可旋转靶材(10)从1.5mm至4.5mm的恒定距离(41)。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的装置(20)，其中所述遮蔽件(21)的重心在用于将所述遮蔽件连接至所述可旋转靶材的所述固定件(80)下方。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的装置(20)，所述装置进一步包括引导装置(90)，所述引导装置用于在垂直于所述遮蔽件的轴向的方向上稳定所述遮蔽件(21)。

7.如权利要求6所述的装置(20)，其中所述引导装置(90)在对所述遮蔽件(21)的接触点处包括摩擦减小区段。

8.如权利要求7所述的装置(20)，其中所述摩擦减小区段与所述遮蔽件(21)一起是可移动的。

9.如权利要求1至8中的任一项所述的装置(20)，其中所述固定件(80)和/或所述引导装置(90)包括绝缘材料，并且其中所述绝缘材料任选地包括阻热塑料。

10.如权利要求1至9中的任一项所述的装置(20)，其中所述固定件(80)包括用于使所述遮蔽件(21)悬空的PEEK环。

11.一种可旋转靶材(10)，所述可旋转靶材具有用于在沉积设备中被溅射到基板上的材料，所述可旋转靶材沿所述可旋转靶材的周缘包括第一凹口(11)，所述第一凹口用于连接如权利要求1至10中的任一项所述的遮蔽装置。

12.如权利要求11所述的可旋转靶材(10)，其中所述可旋转靶材沿所述可旋转靶材的周缘包括第二凹口(12)，所述第二凹口用于容纳所述遮蔽件(21)的至少部分，使得所述遮蔽件和所述可旋转靶材相对于彼此是基本上齐平的。

13.如权利要求12所述的可旋转靶材(10)，其中所述第一凹口(11)位于所述第二凹口(12)内。

14.一种用于在沉积设备的操作期间遮蔽所述沉积设备中的暗空间的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供固定件(80)，所述固定件用于将所述遮蔽件(21)连接至所述沉积设备的可旋转靶材(10)；

-将多个部件组装在一起，其中形成所述遮蔽件(21)来覆盖所述可旋转靶材(10)的部分，以便遮蔽所述沉积设备中的所述暗空间；

其中所述遮蔽件(21)经组装以与所述可旋转靶材啮合，使得在所述沉积设备的操作期间，所述遮蔽件在所述可旋转靶材的轴向上基本上远离所述可旋转靶材(10)的中心膨胀。

15.一种用于可旋转阴极的遮蔽装置(20)，所述可旋转阴极具有用于将材料溅射到基板上的可旋转靶材(10)，所述装置包括：

其中所述固定件(80)配置成用于与所述遮蔽件(21)啮合，以允许所述遮蔽件在所述可旋转靶材的轴向上基本上远离所述可旋转靶材(10)的中心(13)膨胀，其中所述固定件(80)经配置以便在垂直于所述可旋转靶材的轴向的方向上将所述遮蔽件(21)维持为距所述可旋转靶材(10)恒定的距离，并且其中所述遮蔽装置进一步包括：。

-引导装置(90)，所述引导装置用于在垂直于所述遮蔽件的所述轴向的方向上稳定所述遮蔽件(21)；以及

-可旋转靶材(10)，所述可旋转靶材具有用于在沉积设备中被溅射到基板上的材料，

其中所述可旋转靶材(10)沿所述可旋转靶材的周缘包括第一凹口(11)，所述第一凹口用于连接所述遮蔽装置(20)。