CN110312821B - 用于在真空沉积工艺中在基板上沉积材料的方法、设备和靶材 - Google Patents

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Abstract

本公开内容提供了一种用于在具有溅射靶材的真空沉积工艺中在基板上沉积材料的方法。所述方法包括在操作期间将溅射靶材的靶材温度提供为在期望靶材温度范围内，以调整所述溅射靶材的两个相邻靶材段的间隙的间隙宽度。

Description

用于在真空沉积工艺中在基板上沉积材料的方法、设备和 靶材
技术领域
本公开内容的实施方式涉及一种用于在真空沉积工艺中在基板上沉积材料的设备、一种用于在基板上溅射沉积的系统和一种用于在真空沉积工艺中在基板上沉积材料的方法。本公开内容的实施方式特别涉及溅射源，诸如溅射阴极或可旋转的溅射阴极。
背景技术
用于在基板上沉积层的技术包括例如溅射沉积、热蒸镀和化学气相沉积(CVD)。溅射沉积工艺可以用于在基板上沉积材料层，诸如导电材料层或绝缘材料层。在溅射沉积工艺期间，用在等离子体区域中产生的离子轰击具有要沉积在基板上的靶材材料的靶材，以从靶材表面撞出靶材材料的原子。被撞出的原子可以在基板上形成材料层。
经涂覆的基板可以用于例如半导体器件和薄膜电池。作为示例，可以使用溅射沉积来涂覆用于显示器的基板。另外的应用包括绝缘面板、有机发光二极管(OLED)面板、具有TFT的基板、滤色器或诸如此类。此外，薄膜电池(诸如锂离子电池)用于越来越多的应用中，诸如手机、笔记本电脑和植入式医疗装置。
对于例如在大面积基板上沉积材料，大靶材是有益的。然而，制造靶材(诸如陶瓷靶材、氧化铟锡(ITO)靶材和尺寸更大的铟镓锌氧化物(IGZO)靶材)可能是有挑战性的。由于制造困难，存在靶材尺寸的限制，例如陶瓷靶材尺寸的限制。由于尺寸限制，可以将靶材(例如，陶瓷靶材)设计为分段的。分段设计可造成在段之间的间隙。例如，靶材可设有分段设计，即，靶材材料的若干段可以固定在靶材支撑件上(例如，使用结合(bonding)材料)。然而，在相邻段之间的界面或接合处，可能产生颗粒，引起沉积在基板上的材料层的质量降低。此外，结合材料可能从相邻段的界面或接合处泄漏，例如，当发生温度变化时，从而造成发弧(arcing)的发生。
鉴于上述，至少克服本领域的一些问题的用于在具有溅射靶材的真空沉积工艺中在基板上沉积材料的新的方法、用于在真空沉积工艺中在基板上沉积材料的新的设备和用于在基板上沉积材料的靶材是有益的。本公开内容特别旨在提供可避免例如在相邻靶材段之间的界面处发生发弧和/或颗粒产生的方法、设备和靶材。
发明内容
鉴于上述，提供了一种用于在基板上沉积材料的方法、一种用于在真空沉积工艺中在基板上沉积材料的设备和一种用于在基板上沉积材料的靶材。本公开内容的另外的方面、益处和特征从权利要求书、说明书和附图而显而易见。
根据本公开内容的一个实施方式，提供了一种用于在具有溅射靶材的真空沉积工艺中在基板上沉积材料的方法。所述方法包括在操作期间将所述溅射靶材的靶材温度提供为在期望靶材温度范围内，以调整所述溅射靶材的两个相邻靶材段的间隙的间隙宽度。
根据本公开的另一个实施方式，提供了一种用于在真空沉积工艺中在基板上沉积材料的溅射靶材。所述溅射靶材包括：三个或更多个靶材段，其中所述三个或更多个靶材段中的第一靶材段具有第一段长度，并且所述三个或更多个靶材段中的第二靶材段具有第二段长度，其中所述第二段长度大于所述第一段长度，并且其中提供第三靶材段，所述第三靶材段具有大于所述第一段长度的第三段长度；和在所述第一靶材段与所述第二靶材段之间的第一间隙的第一间隙宽度，和在所述第二靶材段与第三靶材段之间的第二间隙的第二间隙宽度，其中所述第一间隙宽度小于所述第二间隙宽度，特别是在低于操作温度的第一温度下。
根据本公开内容的另一个实施方式，提供了一种用于在真空沉积工艺中在基板上沉积材料的设备。所述设备包括：真空腔室，所述真空腔室被配置为用于容纳一个或多个溅射阴极；确定单元，所述确定单元被配置为在操作期间确定所述一个或多个溅射阴极的两个相邻靶材段的间隙的间隙宽度；和控制单元，其中所述控制单元被配置为调整适于改变溅射靶材的温度的参数。
实施方式还涉及用于执行所公开的方法的设备并且包括用于执行每个所描述的方法方面的设备部分。这些方法方面可以通过硬件部件、由适当软件编程的计算机、通过两者的任何组合或以任何其它方式执行。此外，根据本公开内容的实施方式还涉及用于操作所述的设备的方法。用于操作所述的设备的方法包括用于执行设备的每个功能的方法方面。
附图简述
为了能够详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可以通过参考实施方式获得上文简要概述的本公开内容的更特定的描述。附图涉及本公开内容的实施方式，并且描述于下：
图1示意性地示出根据本文所述的实施方式的溅射阴极和溅射靶材；
图2示意性地示出根据本文所述的实施方式的另一个溅射阴极和另一个溅射靶材的截面，溅射靶材具有两个或更多个靶材段和在相邻靶材段之间的一个或多个间隙宽度；
图3A、图3B和图3C示意性地示出根据本文所述的实施方式的另一个溅射阴极和另一个溅射靶材的截面的局部视图，溅射靶材具有两个或更多个靶材段和在相邻靶材段之间的一个或多个间隙宽度；
图4示出图示温度变化对靶材间隙宽度的影响的图；
图5示出根据本文所述的实施方式的溅射靶材间隙宽度调整的方法的流程图；
图6示出根据本文所述的实施方式的通过提供预定旋转速度的溅射靶材间隙宽度调整的方法的另一个流程图；
图7示出根据本文所述的实施方式的通过调整冷却元件的溅射靶材间隙宽度调整的方法的另一个流程图；
图8示出根据本文所述的实施方式的溅射靶材间隙宽度调整和间隙宽度控制的方法的另一个流程图；
图9示意性地示出根据本文所述的实施方式的沉积设备；
图10示意性地示出根据本文所述的实施方式的另一个沉积设备；并且
图11示意性地示出根据本文所述的实施方式的另一个沉积设备的横截面图。
具体实施方式
现将详细地参考本公开内容的各种实施方式，这些实施方式的一个或多个示例示于图中。在以下对附图的描述内，相同的参考数字表示相同部件。一般来讲，仅描述相对于个别实施方式的差异。每个示例以解释本公开内容的方式提供，而不意味着对本公开内容的限制。另外，被图示或描述为一个实施方式的部分的特征可以在其它实施方式上或结合其它实施方式使用，以产生又进一步的实施方式。本说明书旨在包括这样的修改和变化。
本公开内容的实施方式一般涉及用于在真空材料沉积工艺中的分段溅射靶材的方法。本公开内容的实施方式通过提供期望的靶材温度来调整在材料沉积工艺的操作期间两个相邻靶材段的间隙的间隙宽度，即，在相邻靶材段之间的间隙。因此，通过提供在期望靶材温度范围内的靶材温度来调整间隙宽度。例如，调整间隙宽度可产生经调整的间隙宽度。经调整的间隙宽度可以是0.1mm或更小。本文所述的实施方式可以用于在大面积基板上的溅射沉积，例如，用于锂电池制造、电致变色窗和/或显示器制造。
本文所述的实施方式可以特别地涉及在大面积基板上的显示器制造。根据一些实施方式，大面积基板或支撑一个或多个基板的载体(即，大面积载体)可以具有至少0.174m2的尺寸。典型地，载体的尺寸可以为约1.4m2至约8m2，更典型地约2m2至约9m2，或甚至多达12m2。典型地，矩形区域(基板支撑在所述区域中，并且提供根据本文所述的实施方式的方法、设备和靶材是用于所述区域)是具有用于如本文所述的大面积基板的尺寸的载体。例如，将对应于单个大面积基板的区域的大面积载体可以是对应于约1.4m2基板(1.1m×1.3m)的第5代、对应于约4.29m2基板(1.95m×2.2m)的第7.5代、对应于约5.7m2基板(2.2m×2.5m)的第8.5代、或甚至是对应于约8.7m2基板(2.85m×3.05m)的第10代。可以类似地实现甚至更高代(诸如第11代和第12代)和对应的基板面积。
图1示出具有溅射靶材120的溅射阴极100。图1示出背管110。溅射靶材120可以是例如陶瓷靶材，诸如铟锡氧化物(ITO)靶材或铟镓锌氧化物(IGZO)靶材。溅射靶材120的靶材段122耦接到背管，即，溅射阴极100的背部分。靶材段与背部分的耦接可以通过不同的方法执行，即，与材料结合或钎焊(soldering)。靶材段和背部分(例如，背管)由结合材料130或钎焊材料耦接。结合材料可以是例如铟基合金。耦接也可以通过一般描述为焊接(welding)(即扩散结合)的方法执行。或者，可以提供非结合的靶材，其中例如背管在没有结合材料的情况下支撑靶材。
溅射阴极可以进一步包括提供在背管的端处的凸缘部分140。凸缘部分可以用于将溅射阴极安装在沉积设备中。凸缘部分也可以称为安装部分。根据一些实施方式，可以提供一个凸缘部分。以悬臂状态提供安装有一个凸缘部分的溅射靶材。或者，凸缘部分可以提供在背管的两端处。
溅射靶材包括若干靶材段，因此相邻靶材段具有间隙180，其中靶材段彼此间隔开。在相邻靶材段122之间的间隙180具有间隙宽度。间隙的间隙宽度可能太大而导致靶材材料沉积到间隙中或导致在间隙处产生颗粒。结果，沉积工艺的质量降低。此外，靶材段可能因温度变化而膨胀或收缩。太窄的“间隙宽度”可能导致相邻靶材段接触，从而可能导致溅射靶材的损坏。因此，间隙宽度必须在一定范围内，以避免上述影响。用当前制造技术时，间隙宽度控制的准确度不够精确。如果不能足够精确地控制间隙宽度，那么不想要的再沉积可能进入间隙中并且/或者可能产生颗粒。
根据本文所述的实施方式，可以提供0.1mm或更小的间隙宽度。间隙宽度可以大于零。在操作温度下(例如，在约120℃的操作温度下)可以在溅射期间控制靶材间隙宽度。精确的间隙宽度控制可以认为有益于避免上述颗粒产生和/或再沉积和/或上述损坏的靶材或对靶材的损坏。
在以下描述中，参考用于材料沉积设备的溅射阴极的方法。根据本公开内容的实施方式，提供一种用于在具有溅射靶材的真空沉积腔室中在基板上沉积材料的方法。所述方法包括在操作期间将溅射靶材的靶材温度提供为在期望靶材温度范围内，以调整溅射靶材的两个相邻靶材段的间隙(即，在相邻靶材段之间的间隙)的间隙宽度。
图3A、图3B和图3C示出溅射靶材的一部分的示意性横截面图，所述溅射靶材具有靶材段122和在两个相邻的靶材段122之间的间隙。示例性地，图3A描绘了间隙310的间隙宽度312，其中所述间隙宽度是在溅射靶材的限定温度(例如室温)下的间隙宽度。在溅射靶材的所述限定温度(例如室温)下的间隙宽度具有未在期望间隙宽度范围中的值。例如，溅射靶材在限定温度(例如室温)下的间隙宽度可以高于0.1mm。因此，在例如室温下的间隙宽度312可以高于0.1mm。期望的温度范围，例如可能的操作温度，可以是其中间隙宽度大于零并且等于或小于0.1mm的温度范围。
发明人已经发现，通过提供在预定温度范围内的操作温度来调整间隙宽度是可行的。预定温度范围可以由间隙宽度312在例如室温下限定。在溅射阴极的操作期间，溅射靶材120的靶材段122因热膨胀而膨胀。图3B示例性地图示溅射靶材的温度变化对间隙宽度314的影响。根据可与本公开内容的其它实施方式组合的一些实施方式，改变溅射靶材的温度的成本有效和/或可达成的方式是改变旋转溅射靶材的旋转速度。下面将更详细地描述通过改变旋转速度来调整间隙宽度的方法。
图3B示出未结合到背管110的溅射靶材120。在图3B中，溅射靶材120的温度高于图3A的溅射靶材的温度。靶材段122的段长度由于靶材段的自由膨胀而扩展。靶材段已经在纵向方向上朝向间隙310扩展。由于膨胀，在两个相邻靶材段122之间的间隙的间隙宽度314小于图3A中所示的间隙宽度312。靶材段122的温度可以在暴露表面320附近比在背管110附近的温度更高。因此，靶材段122可以在纵向方向上在不同的靶材高度处不同地膨胀。图3B示出由于不等的膨胀而在径向方向上渐缩的间隙。
图3C示出由材料130结合到背管110的溅射靶材120。材料130可以限制靶材段122在纵向方向上朝向间隙310的膨胀。因此，在限定温度下的膨胀小于未结合到背管110的靶材段122的膨胀。由于膨胀，两个相邻靶材段122的间隙的间隙宽度316小于图3A中所示的间隙宽度312。靶材段122的温度可以在暴露表面320附近比在背管110附近的温度更大。因此，靶材段122可以在纵向方向上在不同的靶材高度处不同地膨胀。
根据可与本文所述的其它实施方式组合的一些实施方式，靶材段122的段长度为100mm或更大。特别地，靶材段可以具有150mm至1500mm的段长度。更特别地，靶材段可以具有300mm至900mm的段长度，例如约450mm。
在溅射靶材120的操作期间通过利用热膨胀来提供在期望范围内的间隙宽度。相邻靶材段122因热膨胀而膨胀。相邻靶材段122的膨胀产生更窄的间隙。相邻靶材段122的间隙180的间隙宽度可以通过确定期望靶材温度范围来控制。热膨胀取决于段长度124。随着段长度124的增大，靶材段的膨胀增大。
膨胀还取决于温度。示例性地，靶材段可以在温度T1处具有特定的段长度。在温度T2>T1时，靶材段具有较大的段长度。由于在T2处增加的段长度，在T2处的间隙宽度小于在T1处的间隙宽度。可以通过如下公式确定期望靶材温度TD：
Figure GDA0003755563020000071
预定间隙宽度W0由温度T0限定。T0可以是例如在室温下的温度。间隙宽度W0是两个相邻靶材段的间隙的宽度，其中一个靶材段具有段长度L1而另一个具有段长度L2。WD是期望间隙宽度，特别是0.1mm或更小的间隙宽度。溅射靶材的材料具有热膨胀系数α。此外，包括参数σ。参数的值可以从大于0到1变化，例如参数可以是约0.5。在一些实施方式中，参数σ可以进一步包括两个或更多个子参数。例如，参数可以包括两个子参数σ1和σ2，其中第一子参数可以是靶材段在纵向方向上朝向间隙的分数扩展(fractional expansion)，可以为约0.5，第二子参数可以是由于结合的靶材段的受限制的膨胀的限制系数。此限制系数可以认为是结合参数并且可以例如由于结合材料约束而可具有0.5至0.8的值。
图5示出根据本文所述的实施方式的方法的流程图。通过提供靶材温度(方框510)，调整两个相邻靶材段的间隙(即，在相邻靶材段之间的间隙)的间隙宽度(方框520)。因此，用于在具有溅射靶材的真空工艺中在基板上沉积材料的方法包括在操作期间提供溅射靶材的靶材温度。在操作期间在期望温度范围内提供靶材温度，以用于调整间隙宽度，例如在溅射靶材的两个相邻靶材段之间的间隙宽度。已知或能够确定在靶材的靶材段之间的例如在室温下的间隙宽度。可以确定在例如在室温(即在操作之前的温度)下的间隙宽度，，上述间隙宽度与期望间隙宽度相比在间隙宽度上可以具有差异。因此，可以确定预定温度窗口或温度范围，在所述温度窗口或温度范围中，在操作期间的间隙宽度在期望间隙宽度范围内。可以选择制造参数以具有期望温度范围，并且因此具有期望间隙宽度范围。
图1示出具有旋转的溅射靶材120的溅射阴极100。内径190限定溅射阴极的内部空间160。溅射阴极100可以包括放置在内部空间160内的磁体组件(图11中的1120)。具体地，磁体组件是用于磁控溅射的磁体组件。溅射加热表面(溅射材料从所述表面释放)。在磁控溅射中，等离子体被捕集在靶材区域附近的磁场中。溅射靶材120和背管110具有旋转轴线。此外，溅射靶材120和背管110可以围绕磁体组件一起旋转。必须理解，溅射靶材120的旋转暗示背管110的旋转。为了简单起见，在下面的部分中仅明确地说明溅射靶材的旋转。
根据可与本文所述的其它实施方式组合的一些实施方式，通过溅射靶材的旋转速度提供期望靶材温度范围。通过旋转溅射靶材，溅射靶材的表面相对于磁场移动。
旋转速度确定总表面积的特定片段在磁场内的时间，其中捕集的等离子体加热所述特定片段。图6示出溅射靶材间隙宽度调整的方法的流程图。通过提供预定旋转速度(方框610)，提供溅射靶材的温度(方框510)。相应地，调整两个相邻靶材段的间隙宽度(方框520)。例如，在操作期间将间隙宽度调整为在期望间隙宽度范围内。如果在溅射期间的间隙不在0.1mm或更小的间隙宽度范围内，那么可以调整靶材旋转速度，使得靶材间隙应当在期望间隙宽度范围内。所述旋转速度通常为20rpm或更低。更典型地，旋转速度为从0.5rpm至12rpm，例如10rpm。例如，溅射靶材的热负荷可以在非常低的每分钟转数(RPM)下显著地增加。
在制造分段溅射靶材时，相邻靶材段具有预设间隙宽度，即所制造的间隙宽度。间隙宽度可以例如在所使用的制造方法、不同的靶材材料之间或在生产批次之间有所变化。可以测量预设间隙宽度，并且预设间隙宽度甚至可以是在销售靶材时靶材的性质。当溅射靶材在固定操作温度下操作时，间隙宽度变化。可以通过提供旋转速度来调整间隙宽度，其中旋转速度提供在期望靶材温度范围内的靶材温度。在期望靶材温度范围内的靶材温度可以通过本文所述的方法的实施方式确定。
图4示出图示温度变化对靶材间隙宽度的影响的图。图线430示出取决于靶材温度的两个相邻靶材段的间隙宽度。温度轴线的标度从最低温度T0处开始。例如，T0是在室温下的温度。溅射靶材可以操作到最高温度Tmax。超过这个值可能导致靶材材料破裂，例如在高于200℃的温度下。在期望靶材温度范围TD 450下，间隙宽度在优选间隙宽度范围460内。在溅射靶材的操作期间的靶材温度典型地为从75℃至200℃，特别是从100℃至175℃，例如，高达约165℃。靶材温度可以是例如在靶材表面处的温度。在图线420和图线410中，与图线430相比，在温度T0处的间隙宽度更小。此外，图线的斜率是不同的。与在T0处以较小的间隙宽度开始的图线相比，在T0处以大的间隙宽度开始的图可以例如具有增加的斜率。斜率可取决于段长度和/或靶材材料和/或与相邻靶材段相关联的其它参数，或结合参数。示例性地，图线430在T0处以比在图线410的T0处更大的间隙宽度开始。另外，图线430的斜率大于图线410的斜率。因此，在两个图线具有相同间隙宽度的温度点处存在图线430和图线410的相交(intercept)。所述温度点优选地在期望靶材温度范围450内。在图4中，由图线410、图线420和图线430表示的不同的间隙宽度在优选间隙宽度范围460内在期望靶材温度范围450下。
溅射靶材可以具有两个或更多个间隙宽度。图2示意性地示出溅射阴极100的部分的横截面图。在这个实施方式中，溅射靶材的相邻靶材段210、220具有不同的段长度。段长度在制造商之间可能不一致，这取决于制造商的制造能力。可以每个段长度执行不同的间隙宽度控制。例如，段长度222小于段长度212。在根据本文所述的实施方式的方法中，通过利用相邻靶材段的热膨胀来调整间隙宽度。根据可与本文所述的其它实施方式组合的一些实施方式，在初始温度T0处，间隙宽度240可以小于间隙宽度250。通过在操作期间提供在期望靶材温度范围内的靶材温度，可以调整间隙宽度240和250。由于靶材段具有不同的段长度，存在两个间隙宽度240、250具有相同间隙宽度的温度点。优选地，间隙宽度240和间隙宽度250可以在期望靶材温度范围内相等或在相等间隙宽度范围内。
鉴于上述，可以提供用于在真空沉积工艺中在基板上沉积材料的溅射靶材。溅射靶材可包括三个或更多个靶材段，其中三个或更多个靶材段中的第一靶材段具有第一长度，并且三个或更多个靶材段中的第二靶材段具有第二长度，所述第二长度大于第一长度。三个或更多个靶材段中的第三靶材段可以具有与第二长度类似的长度。根据可与本文所述的其它实施方式组合的一些实施方式，与在第二靶材段与第三靶材段之间的第二间隙宽度相比，在第一靶材段与第二靶材段之间的第一间隙宽度可以更小，例如，在室温下或在低于操作期间温度的另一个温度下。由于与例如第二靶材段和第三靶材段相比，第一靶材段的膨胀更小，与第二间隙宽度相比，第一间隙宽度将以更小的斜率(参见图4)减小。在操作期间的温度升高使得能够提供与在操作期间的第二间隙宽度相比类似的第一间隙宽度。根据可与本文所述的其它实施方式组合的一些实施方式，在根据本文所述的实施方式的方法的期望温度范围内，第一间隙宽度和第二间隙宽度可以是类似的。有利地，这个期望温度范围是两个间隙宽度、即第一间隙宽度和第二间隙宽度都大于零并且等于或小于0.1mm的温度范围。
根据可与本文所述的其它实施方式组合的不同实施方式，溅射阴极可以进一步包括冷却元件或内部冷却通道，以用于冷却磁体组件和/或用于冷却溅射靶材。图7示出调整间隙宽度的另一种方法的流程图，其中通过调整冷却元件提供靶材温度(方框710)。可以通过流体冷却剂(例如水)执行冷却。调整冷却剂的流率或冷却剂的温度可以提供对冷却、即冷却元件的冷却的调整。
图11示意性地示出溅射阴极100的横截面图。溅射阴极包括冷却通道1030和磁体组件1120。冷却通道1030典型地连接到冷却单元1020。冷却源可以将冷却剂从溅射靶材的一端引入冷却通道1030中。冷却剂在靶材(即，背管)内在相反方向上流动，并且分别冷却磁体组件1120和具有靶材的背管。通过在冷却剂具有某一流率的情况下将冷却剂分别泵送通过冷却通道1030和背管，可以将热从磁体组件和/或背管传递到冷却剂。流率可以例如是15升/分钟至25升/分钟，例如约20升/分钟。通过调整冷却剂的流率和/或温度，可以调节从溅射靶材传递到冷却剂的热的量。示例性地，通过降低在溅射阴极的操作期间的流率，可以使具有溅射靶材的溅射阴极的温度升高。
图9示意性地示出根据本文所述的实施方式的在真空腔室920中的沉积设备900。所述设备具有包括溅射靶材120的溅射阴极100。溅射靶材120可以是围绕轴线150可旋转的。所述旋转可以由马达单元940执行。为了控制马达单元940，可以提供马达控制单元950。马达控制单元950可以用作用于本文提供的方法的控制单元或可以与用于本文提供的方法的控制单元通信。可以提供控制单元，用于在操作期间将温度调整到在期望温度范围内。控制单元可以控制马达控制单元和溅射靶材的旋转速度。马达控制单元950适于提供溅射靶材120的预定旋转速度。作为示例，马达控制单元950可以将溅射靶材120的旋转速度设定为20rpm或更低的值。参考数字960说明性地示出要沉积在基板上的所溅射的材料。基板可以定位于基板支撑件930上。例如，可以在载体中提供基板，并且将载体提供在真空腔室920内的基板支撑件上。
间隙宽度也可以在材料工艺的操作期间确定。图8示出靶材间隙宽度控制的方法的流程图。通过提供靶材温度来调整两个相邻靶材段的间隙的间隙宽度(方框510、方框520)。在方框810处，确定经调整的间隙的间隙宽度。确定在操作期间的实际间隙宽度可以包括测量过程。如果确定的间隙宽度不在优选间隙宽度范围内，那么可以通过提供新的靶材温度来提供间隙宽度的重新调整，以重新调整间隙宽度(方框820)。例如，可以通过改变靶材的旋转速度和/或改变冷却剂的流率或温度来提供温度的重新调整。
在一些实施方式中，本文所述的方法可以体现在计算机可读介质中。计算机可读介质具有存储在计算机可读介质上的指令，当执行指令时使得用于材料沉积的设备根据本文所述的任何方法执行在真空工艺中在基板上沉积材料的方法。
图10示出包括确定单元1010的沉积设备1000。确定单元1010可以是用于测量间隙宽度的装置，例如光学测量工具。在操作期间的实际间隙宽度由确定单元检测，并且包含间隙宽度的信息的信号被传递到控制单元1040。控制单元1040确定是否必须调整间隙宽度。控制单元1040可以控制马达单元940的旋转速度。附加地或替代地，控制单元可以控制冷却单元1020，例如通过冷却通道1030的冷却剂的流率。冷却元件可以是可调整的冷却元件。如果实际间隙宽度不在期望间隙宽度范围内，那么控制单元可以通过在材料沉积工艺的操作期间重新调整马达单元940和/或冷却单元1020来调整靶材温度。
根据本文所述的实施方式，用于在具有溅射靶材的真空沉积工艺中在基板上沉积材料的方法可以通过计算机程序、软件、计算机软件产品和相互关联的控制器来进行，所述相互关联的控制器可以具有CPU、存储器、用户接口和与用于在基板上沉积材料的设备的对应部件通信的输入和输出装置。
虽然前述内容针对本公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可以设计本公开内容的其它和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由所附权利要求书确定。

Claims (19)

1.一种用于在具有溅射靶材的真空沉积工艺中在基板上沉积材料的方法，所述方法包括：
在操作期间将所述溅射靶材的靶材温度提供为在期望靶材温度范围内，以调整所述溅射靶材的两个相邻靶材段的间隙的间隙宽度，其中在操作期间所述溅射靶材的两个相邻靶材段的所述间隙的所述间隙宽度在期望间隙宽度范围内，所述期望间隙宽度避免相邻靶材段的接触和靶材材料沉积到所述间隙中或在所述间隙处产生颗粒。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述期望靶材温度范围是预定靶材温度范围，并且其中基于在操作之前的温度下的所述间隙宽度确定所述预定靶材温度范围。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述间隙宽度为0.1mm或更小。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述溅射靶材是旋转的。
5.如权利要求4所述的方法，其中通过提供所述溅射靶材的预定旋转速度，将所述靶材温度提供为在所述期望靶材温度范围内。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述预定旋转速度为20rpm或更小。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中通过调整冷却元件来提供所述靶材温度。
8.如权利要求7所述的方法，其中进行以下中的至少一项：控制所述冷却元件的冷却剂的温度和控制所述冷却元件的所述冷却剂的流率。
9.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述期望靶材温度范围由选自由以下项组成的组中的至少一个值确定：在室温下的间隙宽度、所述溅射靶材的材料的热膨胀系数、所述相邻靶材段的靶材段的长度和结合参数。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述结合参数是0.5至0.8。
11.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在所述溅射靶材的所述操作期间所述靶材温度为从75℃至200℃。
12.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述溅射靶材是管，所述两个相邻靶材段与沿着所述管的轴线提供的所述管同轴。
13.如权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：
在操作期间确定所述间隙的所述间隙宽度；和
在操作期间调整所述溅射靶材的所述靶材温度，以调整所述间隙宽度。
14.如权利要求13所述的方法，其中通过进行以下中的至少一项来调整所述靶材温度：调整旋转速度和调整冷却。
15.一种用于在真空沉积工艺中在基板上沉积材料的溅射靶材，所述溅射靶材包括：
三个或更多个靶材段，其中所述三个或更多个靶材段中的第一靶材段具有第一段长度，并且所述三个或更多个靶材段中的第二靶材段具有第二段长度，其中所述第二段长度大于所述第一段长度，并且其中提供第三靶材段，所述第三靶材段具有比所述第一段长度大的第三段长度；和
在所述第一靶材段与所述第二靶材段之间的第一间隙的第一间隙宽度和在所述第二靶材段与第三靶材段之间的第二间隙的第二间隙宽度，其中在低于操作期间温度的温度下所述第一间隙宽度小于所述第二间隙宽度，并且其中在操作期间所述第一间隙宽度和所述第二间隙宽度在期望靶材温度范围内相等或在相等间隙宽度范围内，其中在操作期间在所述期望靶材温度范围内的所述第一间隙宽度和所述第二宽度避免相邻靶材段的接触和靶材材料沉积到所述间隙中或在所述间隙处产生颗粒。
16.一种用于在真空沉积工艺中在基板上沉积材料的设备，包括：
真空腔室，所述真空腔室被配置为用于容纳一个或多个溅射阴极；
确定单元，所述确定单元被配置为在操作期间确定所述一个或多个溅射阴极的两个相邻靶材段的间隙的间隙宽度；和
控制单元，其中包含所述间隙宽度的信息的信号被传递到所述控制单元，并且所述控制单元被配置为调整适于改变溅射靶材的温度的参数，使得所述间隙宽度在期望间隙宽度范围内，所述期望间隙宽度避免相邻靶材段的接触和靶材材料沉积到所述间隙中或在所述间隙处产生颗粒。
17.如权利要求16所述的设备，进一步包括马达控制单元和可调整的冷却元件中的至少一个。
18.如权利要求16至17中任一项所述的设备，其中所述设备被配置为执行用于在具有溅射靶材的真空沉积工艺中在基板上沉积材料的方法，所述方法如权利要求1至3或5至6或10或14中任一项所述。
19.如权利要求16至17中任一项所述的设备，其中所述设备至少包括如权利要求12所述的溅射靶材。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1412342A (zh) * 2001-10-12 2003-04-23 东曹株式会社 溅射靶
CN1733965A (zh) * 2004-08-10 2006-02-15 应用薄膜有限责任与两合公司 一磁控溅射设备，一圆柱体阴极和一种在一基板上涂敷多成分膜的方法
CN1908226A (zh) * 2005-08-02 2007-02-07 应用材料两合公司 用于溅射过程的阴极管
JP5194460B2 (ja) * 2007-01-26 2013-05-08 東ソー株式会社 円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法
WO2013094973A1 (ko) * 2011-12-19 2013-06-27 주식회사 나노신소재 원통형 스퍼터링 타겟의 제조방법
CN103620082A (zh) * 2011-04-29 2014-03-05 普莱克斯S.T.技术有限公司 形成圆柱形溅射靶组件的方法
CN103827347A (zh) * 2011-08-25 2014-05-28 应用材料公司 溅射装置与方法
CN104755650A (zh) * 2012-10-09 2015-07-01 应用材料公司 无粒子的可转动靶材及其制造方法
DE102014102877B4 (de) * 2014-03-05 2015-10-08 Von Ardenne Gmbh Verfahren zum Einrichten einer Magnetanordnung eines Magnetrons

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4318439B2 (ja) * 2002-08-26 2009-08-26 三井金属鉱業株式会社 スパッタリングターゲットおよびその製造方法
WO2012077298A1 (ja) * 2010-12-06 2012-06-14 シャープ株式会社 薄膜形成装置及び薄膜形成方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1412342A (zh) * 2001-10-12 2003-04-23 东曹株式会社 溅射靶
CN1733965A (zh) * 2004-08-10 2006-02-15 应用薄膜有限责任与两合公司 一磁控溅射设备，一圆柱体阴极和一种在一基板上涂敷多成分膜的方法
CN1908226A (zh) * 2005-08-02 2007-02-07 应用材料两合公司 用于溅射过程的阴极管
JP5194460B2 (ja) * 2007-01-26 2013-05-08 東ソー株式会社 円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法
CN103620082A (zh) * 2011-04-29 2014-03-05 普莱克斯S.T.技术有限公司 形成圆柱形溅射靶组件的方法
CN103827347A (zh) * 2011-08-25 2014-05-28 应用材料公司 溅射装置与方法
WO2013094973A1 (ko) * 2011-12-19 2013-06-27 주식회사 나노신소재 원통형 스퍼터링 타겟의 제조방법
CN104755650A (zh) * 2012-10-09 2015-07-01 应用材料公司 无粒子的可转动靶材及其制造方法
DE102014102877B4 (de) * 2014-03-05 2015-10-08 Von Ardenne Gmbh Verfahren zum Einrichten einer Magnetanordnung eines Magnetrons

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