CN1751137A - 用于加强冷却并降低挠曲和变形的靶设计及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了溅射靶，其含有：a)包含靶材料的靶表面元件；b)具有耦合表面和支撑表面的中心支撑元件，其中耦合表面耦合到靶表面元件上；c)至少一个表面面积特征耦合到或位于中心支撑元件的支撑表面上，其中该表面面积特征增加了中心支撑元件的有效表面面积。另外的溅射靶包含：a)集成的靶表面元件和中心支撑元件，其中该表面元件和中心支撑元件包含相同的靶材料或材料梯度；b)至少一个表面面积特征位于或集成到中心支撑元件，其中该表面面积特征增加了中心支撑元件的有效表面面积。还描述了形成溅射靶的方法，包含：a)提供包含靶材料的靶表面元件；b)提供包含支撑材料并具有耦合表面和支撑表面的中心支撑元件；c)提供至少一个耦合到或位于中心支撑板的支撑表面上的表面面积特征，其中该表面面积特征增加了中心支撑板的有效表面面积，或者提供至少一个耦合到或位于中心支撑元件的耦合表面上的表面面积特征，其中该表面面积特征增加了中心支撑元件的有效表面面积；和d)将表面靶材料耦合到中心支撑材料的耦合表面上。

Description

用于加强冷却并降低挠曲和变形的靶设计及相关方法
本申请要求对2002年10月24日提交的美国临时申请No.60/421478的优先权，该申请是共同拥有的，在此全文引入作为参考。
主题领域
主题领域是加强冷却并能减少被溅射材料变形量的溅射靶的使用和设计。
主题背景
电子和半导体元件用于数量持续增长的消费电子设备、商用电子产品、通讯产品和数据交换产品中。一些这种消费电子设备和商用产品的例子是电视、计算机、移动电话、传呼机、掌上型或手提型管理器、便携收音机、汽车用立体收音机或远程控制器。随着对这些消费电子设备和商用电子设备的需求增加，也产生了希望这些相同产品变得更小、更便于用户和商务携带的需求。
由于这些产品尺寸的减小，构成这些产品的元件也必须变小和/或变薄。一些需要减小尺寸或等比例缩小的这些元件的例子是微电子芯片连接器、半导体芯片元件、电阻、电容、印刷线路或接线板、接线、键盘、触摸屏和芯片封装。
当电子和半导体元件尺寸减小或等比例缩小时，在较大元件中存在的任何缺陷会在等比例缩小的元件中被放大。因此，如果可能的话，在将较大元件等比例缩小成较小电子产品之前，应该找出并改正在该较大元件中存在或可能存在的缺陷。
为了找出和改正电子、半导体和通讯元件中的缺陷，应该对制备这些元件的元件、材料和制备方法进行分解和分析。在某些情况下，电子、半导体和通讯/数据交换元件由例如金属、金属合金、陶瓷、无机材料、聚合物或有机金属材料的材料层构成。材料层通常很薄(厚度小于几十个埃)。为了改善材料层的质量，应该对形成层的方法例如金属或其它化合物的物理气相沉积进行评价，可能时进行修改和改进。
为了改进材料层的沉积方法，必须对表面和/或材料组合物进行测量、量化，并探测出缺陷或不理想的地方。在沉积一层或多层材料时，不仅仅应该监控实际的一层或多层材料，而且应该监控用来在基底或其它表面上制备材料层的材料和其表面。例如，当通过溅射包含某金属的靶而在表面或基底上沉积该金属层时，必须监控该靶的不均匀磨损、靶变形、靶挠曲和其它相关条件。溅射靶的不均匀磨损是必然的，受到磁体设计的影响，会减少靶的寿命，在有些情况下导致在基底表面上几乎或不能完全沉积该金属。
Gardell等(美国专利5628889)公开了具有用于磁体阵列支撑板的独立冷却系统的大功率磁控管阴极。在Gardell的专利中，水平磁体阵列流体控制表面通过物理方式附着在磁体阵列支撑板上。该流体控制表面或设备没有集成到支撑板的材料、磁体阵列或阴极材料上。所以，在设计和使用该磁控管阴极时，工作部件较多、需要附加的复杂层，而且需要工人完成部件维修和替换的附加工作。
在传统制备和/或使用电子和/或半导体元件时，不能容易地检查出材料和靶的磨损，这是因为这种检查要么要求运行中断，要么要求在附近或者设备监控进度表中安排了有经验的操作员，这两者成本都很高。这通常导致按固定时间(而不是按需)替换这种材料，这又导致材料的高成本浪费，尤其是如果购买或替换该材料的成本很高或者如果该材料原本没有损坏。
现有技术图1和2显示了新的传统靶100和同一靶200，后者显示在使用一段时间后不均匀的磨损图案220。当传统靶被加热到弯曲和/或变形会发生的点时以及冷却系统或方法没有有效采用或者效率不够时，它还发生弯曲或变形，如图3和4(以及相关的图8和9，这两张图在实施例部分描述)中的挠曲形貌所示。
所以，需要研究和采用冷却系统，其a)通过最大化用来冷却靶的物质的接触面积，最大化传统靶和整体靶的冷却效率；b)减少靶在使用中的变形；c)增加靶构造的刚度，这将提供额外的抗变形和抗挠曲/弯曲能力；d)和传统系统相比，提供易用性；e)使原子和分子的不必要偏转最小化；和f)对整体靶(一体式设计)、三维的以及传统的将靶耦合到支撑板上的溅射靶都有效。
发明概述
本文描述的溅射靶包括：a)包含靶材料的靶表面元件；b)具有耦合表面和支撑表面的中心支撑元件，其中该耦合表面耦合到靶表面元件上；和c)至少一个表面面积特征耦合到或位于中心支撑元件的支撑表面上，其中该表面面积特征增加了该中心支撑元件的有效表面面积。
本文描述的另一个溅射靶包含：a)包含靶材料的靶表面元件；b)具有耦合表面和支撑表面的中心支撑元件，其中该耦合表面耦合到靶表面材料上；和c)至少一个表面面积特征耦合到或位于中心支撑元件的支撑表面上，其中该表面积特征包含相减特征和相加特征或其组合。
另一个预期溅射靶和/或溅射靶组件包括：a)集成的靶表面元件和中心支撑元件，其中该表面元件和支撑元件包含相同的靶材料；和b)至少一个表面面积特征位于或集成在中心支撑元件上，其中该表面面积特征增加了该中心支撑元件的有效元件。
在另一个预期实施方案中，溅射靶和/或溅射靶组件包含：a)集成的靶表面元件和中心支撑元件，其中该溅射靶包含靶材料梯度；和b)至少一个表面面积特征位于或集成在中心支撑元件上，其中该表面面积特征增加了中心支撑元件的有效元件。
还描述了形成溅射靶的方法，包含：a)提供包含表面材料的靶表面元件；b)提供包含支撑材料并具有耦合表面以及支撑表面的中心支撑元件；c)提供至少一个耦合到或位于中心支撑板的支撑表面的表面面积特征，其中该表面面积特征增加了中心支撑板的有效表面面积；和d)将表面靶材料耦合到中心支撑材料的耦合表面上。
还描述了另外的形成溅射靶的方法，包含：a)提供包含表面材料的靶表面元件；b)提供包含支撑材料并具有耦合表面以及支撑表面的中心支撑元件；c)提供至少一个耦合到或位于中心支撑元件的支撑表面的表面面积特征，其中该表面面积特征增加了中心支撑元件的有效表面面积；和d)将表面靶材料耦合到中心支撑元件的耦合表面上。
附图简述
图1显示了传统溅射靶组件的照片。
图2显示了非均匀磨损的传统溅射靶组件的照片。
图3显示了溅射靶组件的弯曲。
图4显示了溅射靶组件的弯曲。
图5显示了多个预期的中心支撑元件构造。
图6显示了多个预期的中心支撑元件构造。
图7显示了预期中心支撑元件构造的放大视图。
图8显示了预期实施方案的腐蚀形貌。
图9显示了侧冷却溅射靶组件的腐蚀形貌。
图10显示了CuCr中心支撑元件的应力-应变曲线。
图11显示了预期实施方案的对比腐蚀形貌。
图12显示了预期实施方案的对比腐蚀形貌。
图13显示了预期实施方案的对比腐蚀形貌。
图14显示了预期实施方案的对比腐蚀形貌。
图15显示了预期实施方案的对比腐蚀形貌。
发明详述
溅射靶和相关冷却系统已经被研制出来并在此处进行描述，其a)通过最大化用来冷却靶的物质的接触面积，最大化传统靶和整体靶的冷却效率；b)减少工作期间靶的变形；c)增加靶构造的刚度，这额外增加了抗变形和抗翘曲/弯曲能力；d)和传统系统相比便于使用；e)使溅射原子和分子的有害挠曲最小化；和f)对整体式(一体式设计)、三维和传统具有耦合到支撑板上的靶的溅射靶都有效。
因此，溅射靶和/或溅射靶组件包含：a)包含靶材料的靶表面元件；b)具有耦合表面以及支撑表面的中心支撑元件，其中该耦合表面耦合到靶表面元件上；c)至少一个耦合到或位于中心支撑元件的支撑表面的表面面积特征，其中该表面面积特征增加了中心支撑元件的有效表面面积。在有些实施方案中，靶表面元件和中心支撑元件包含和靶材料相同的材料。
另一预期溅射靶和/或溅射靶组件包含：a)集成的靶表面元件和中心支撑元件，其中该表面元件和支撑元件包含相同的靶材料；和b)至少一个位于或集成到该中心支撑元件上的表面面积特征，其中该表面面积特征增加了中心支撑元件的有效元件。在相关预期实施方案中，溅射靶和/或溅射靶组件包含：a)集成靶表面元件和中心支撑元件，其中该溅射靶包含靶材料梯度；和b)至少一个位于或集成到中心支撑元件的表面面积特征，其中该表面面积特征增加了中心支撑元件的有效元件。
此处描述的另一溅射靶和/或溅射靶组件包含：a)包含靶材料的靶表面元件；b)具有耦合表面和支撑表面的中心支撑元件，其中该耦合表面耦合到该靶表面元件上；和c)至少一个耦合到或位于中心支撑元件的支撑表面的表面面积特征，其中该表面面积特征包含相减特征、相加特征或其组合。在有些实施方案中，靶表面元件和中心支撑元件包含和靶材料相同的材料。在其它实施方案中，靶表面元件和中心支撑元件互相耦合，使它们形成整体式溅射靶和/或溅射靶组件。
此处的溅射靶和溅射靶组件包含任何合适的形状和尺寸，取决于应用和PVD方法中使用的设备。此处预期的溅射靶还包含靶表面元件和中心支撑元件(其可以包括支撑板)，其中该靶表面元件通过和/或围绕气体室或气流耦合到该中心支撑元件上。在此处所用的术语“耦合”是指两部分物质或元件的物理附着(粘合剂、附着界面材料)或者两部分物质或元件之间的物理和/或化学吸引，包括诸如共价键和离子键的键合力，和诸如范德华力、静电力、库仑力、氢键和/或磁性吸引的非键合力。靶表面材料和中心支撑材料通常可以包含相同的元素组成或化学组合物/成分，或者可以改变或修改靶表面材料的元素组成和化学组合物使其和中心支撑材料不同。在一些实施方案中，靶表面材料和中心支撑材料包含相同的元素组成和化学组合物。如上所述，术语“耦合”可以指在溅射靶和/或溅射靶组件的成份之间具有键合力或粘合力，从而使得溅射靶和/或溅射靶组件是整体式的。
靶表面元件是靶在任何测量时间点都暴露在能量源下的部分，也是整个靶材料中用于产生表面涂层所需的原子和/或分子的部分。靶表面材料包含前侧表面和背侧表面。前侧表面是暴露在能量源的表面，是整个靶材料中用于产生表面涂层所需的原子和/或分子的部分。背侧表面是耦合到中心支撑元件的表面。靶表面元件包含靶材料并且该材料是任何适于形成溅射靶的材料。在有些实施方案中，靶表面元件包含三维靶表面，如凹陷、凸起或具有其它非传统形状的靶表面。应该理解该靶表面元件，无论其形状如何，都是靶在任何测量时间点都暴露在能量源下的部分，也是整个靶材料中用于产生表面涂层所需的原子和/或分子的部分。
中心支撑材料设计成提供对靶表面元件和材料的支撑，也可以在溅射工艺中提供额外的原子或关于靶的可用寿命何时终止的信息。例如，在中心支撑材料包含和原始靶表面材料不同的材料并且质量控制设备探测到在靶和极板之间有中心材料的原子时，就可能需要去除和重组或抛弃靶，这是因为金属涂层的化学完整性和元素纯度可能受到在已有表面/极板层上沉积的非理想材料的损害。
在更具体实施例中，如上所述的感应/传感装置和/或方法，其中的感应/传感系统设计成采用气压或气流的变化通知操作员出现了表面或材料的磨损和/或损坏。尤其地，在该材料附近的空间含有处于特殊压力的气体。当材料的磨损和损坏足以打开含有该气体的空间时，气压发生变化导致给操作员发出信号或通知。气压的改变可以通过多种方式警告操作员出现了材料磨损和/或表面损坏，包括通过启动报警系统、亮灯或其它类型的信号，通过自动关闭系统或通过生成发给操作员的消息。
在一些实施方案中，包含感应系统也是很理想的，该感应系统包括：a)包含确定表面或材料的磨损、磨耗和/或损坏的简单装置/设备和/或机械装置和简单方法；b)会在必需维修时通知操作员，而不是按照特定维护计划表检查材料的质量；和c)通过减少和/或消除材料的过早替换或修补，减少和/或消除材料的浪费。在2003年9月12日提交的PCT申请No.(还没有分配)中描述了这种装置和方法，该申请要求于2002年9月12日提交的美国临时申请No.：60/410540的优先权，这两个申请是共同拥有的，在此全文引入作为参考。
中心支撑元件可以包含任何适于用作溅射靶的材料。中心支撑元件包含设计成耦合到靶表面元件的支撑表面的耦合表面。中心支撑元件还包含设计成形成溅射靶组件的支撑的支撑表面，其中该溅射靶组件包含靶表面元件和中心支撑元件。在有些实施方案中，中心支撑元件包含支撑板。
溅射靶通常可以包含任何具有下列特征的材料，该材料可以是：a)能可靠地形成溅射靶；b)当受到能量源轰击时从靶上溅射出来；和c)适于在极板或表面上形成最终层或先驱体层。预期能制成合适溅射靶的材料是金属、金属合金、导电聚合物、导电复合材料、导电单体、介电材料、硬模(hardmask)材料和任何其它适于溅射的材料。
此处使用的术语“金属”是指位于元素周期表的d族和f族的元素，以及那些具有类似金属性质的元素，诸如硅和锗。此处使用的术语“d族”是指那些电子充填元素原子核周围3d、4d、5d和6d轨道的元素。此处使用的术语“f族”是指那些电子充填元素原子核周围4f和5f轨道的元素，包括镧系和锕系。优选的金属包括钛、硅、钴、铜、镍、铁、锌、钒、锆、铝和铝基材料、钽、铌、锡、铬、铂、钯、金、银、钨、钼、铈、钷、钍或其组合。更优选的金属包括铜、铝、钨、钛、钴、钽、镁、锂、硅、锰、铁或其组合。最优选的金属包括铜、铝和铝基材料、钨、钛、锆、钴、钽、铌或其组合。
预期的实施例和材料包括用作超细晶粒铝和铜溅射靶的铝和铜；用于200毫米和300毫米溅射靶以及其它毫米级靶的铝、铜、钴、钽、锆和钛；以及用于将薄的、高度共形的“籽晶”层铝沉积到表面层的铝溅射靶的铝。应该理解此处使用的语句“和其组合”是指在有些溅射靶中可以有金属杂质，比如铜溅射靶中有铬和铝杂质，或者可以将金属和其它材料有目的的组合构成溅射靶，比如那些含有合金、硼化物、碳化物、氟化物、氮化物、硅化物、氧化物和其它。
术语“金属”也包括合金、金属/金属复合物、金属陶瓷复合物、金属聚合物复合物、以及其它金属复合物。此处预期的合金包括金、锑、砷、硼、铜、锗、镍、铟、钯、磷、硅、钴、钒、铁、铪、钛、铱、锆、钨、银、铂、钽、锡、锌、锂、锰、铼和/或铑。特殊合金包括金锑、金砷、金硼、金铜、金锗、金镍、金镍铟、金钯、金磷、金硅、金银铂、金镍铟、金钽、金锡、金锌、钯锂、钯锰、钯镍、铂钯、钯铼、铂铑、银砷、银铜、银镓、银金、银钯、银钛、钛锆、铝铜、铝硅、铝硅铜、铝钛、铬铜、铬锰钯、铬锰铂、铬钼、铬钌、钴铂、钴锆铌、钴锆铑、钴锆钽、铜镍、铁铝、铁铑、铁钽、铬硅氧化物、铬钒、钴铬、钴铬镍、钴铬铂、钴铬钽、钴铬钽铂、钴铁、钴铁硼、钴铁铬、钴铁锆、钴镍、钴镍铬、钴镍铁、钴镍铪、钴铌铪、钴铌铁、钴铌钛、铁钽铬、锰铱、锰钯铂、锰铂、锰铑、锰钌、镍铬、镍铬硅、镍钴铁、镍铁、镍铁铬、镍铁铑、镍铁锆、镍锰、镍钒、钨钛和/或其组合。
就此处预期用于溅射靶的其它材料而言，下列组合认为是预期溅射靶的例子(虽然本列表没有完全列出)：铬硼化物、镧硼化物、钼硼化物、铌硼化物、钽硼化物、钛硼化物、钨硼化物、钒硼化物、锆硼化物、硼碳化物、铬碳化物、钼碳化物、铌碳化物、硅碳化物、钽碳化物、钛碳化物、钨碳化物、钒碳化物、锆碳化物、铝氟化物、钡氟化物、钙氟化物、铈氟化物、冰晶石、锂氟化物、镁氟化物、钾氟化物、稀土氟化物、钠氟化物、铝氮化物、硼氮化物、铌氮化物、硅氮化物、钽氮化物、钛氮化物、钒氮化物、锆氮化物、铬硅化物、钼硅化物、铌硅化物、钽硅化物、钛硅化物、钨硅化物、钒硅化物、锆硅化物、铝氧化物、锑氧化物、钡氧化物、钛酸钡、铋氧化物、铋钛酸盐、钡锶钛酸盐、铬氧化物、铜氧化物、铪氧化物、镁氧化物、钼氧化物、五氧化铌、稀土氧化物、二氧化硅、一氧化硅、锶氧化物、钛酸锶、五氧化钽、锡氧化物、铟氧化物、铟锡氧化物、铝酸镧、镧氧化物、钛酸铅、锆酸铅、铅锆酸钛酸盐、钛铝化物、锂铌化物、钛氧化物、钨氧化物、钇氧化物、锌氧化物、锆氧化物、铋碲化物、镉硒化物、镉碲化物、铅硒化物、铅硫化物、铅碲化物、钼硒化物、钼硫化物、锌硒化物、锌硫化物、锌碲化物和/或其组合。
中心支撑材料和/或靶表面材料成分可以通过任何合适的方法提供，包括a)从供应商购买中心材料和/或表面材料成分；b)采用另一来源提供的化学物自己制备或制造中心材料和/或表面材料成分和/或c)采用仍是自己或内部提供或制造的化学物制备或制造中心材料和/或表面材料成分。
中心材料和/或表面材料成份可以通过本领域已知或传统使用的任何合适方法组合，包括熔融组分并将熔融的组分混合、将材料组分加工成薄片或小球并且通过混合和加压处理方法将组分组合，等等。
在一些实施方案中，也即整块式或一体式构造，表面靶元件和中心支撑元件可以包含相同的靶材料。但是，在预期的整体式或一体式靶构造和设计中，在整个溅射靶和/或溅射靶组件上有材料梯度。此处的“材料梯度”是指溅射靶或溅射靶组件包含至少两种预期的材料，这些材料按照梯度模式位于溅射靶上。例如，溅射靶或溅射靶组件可以包含铜和钛。同一靶的表面靶材料可以包含90％铜和10％钛。如果从该靶组件或溅射靶的横截面看，靠近中心支撑元件处铜的含量或百分比下降，而钛的百分比增加。预期靠近中心支撑元件处钛百分比下降而铜百分比增加，会导致中心支撑元件是100％的铜。材料梯度有利于探测靶的磨损或者制备包含或多或少某种成分的后续层。还预期材料梯度可以包含三种或更多组分，这取决于层、元件、装置和/或提供商的需要。
至少一个表面面积特征被耦合到或位于中心支撑元件的支撑表面，其中该表面面积特征增加了中心支撑元件的有效表面面积。该表面面积特征包含或者a)凹陷特征，凸起特征或其组合；或者b)相加特征、相减特征或其组合。
此处采用的语句“凹陷特征”、“凸起特征”或“其组合”是指，对每个特征而言，该特征在中心支撑元件自身形成时作为该中心支撑元件的部分而形成。这些实施方案的例子是中心支撑元件通过模具形成，而凹陷特征、凸起特征和/或这些特征组合是模具设计的部分。此处采用的语句“相加特征”、“相减特征”或“其组合”是指，对每个特征而言，该特征是在中心支撑特征形成后形成的。这些实施方案的例子是中心支撑元件通过任何合适的方法或设备形成，然后在该中心支撑元件的支撑表面或耦合表面内或上形成这些特征，这些特征是通过可以用来在该中心支撑元件上按照形成这些特征的方式加进(从而形成相加特征)或减去(从而形成相减特征)材料的钻、焊接方法或一些其它方法或设备而形成的。
此处采用的语句“相加特征”、“相减特征”、“凸起特征”和“凹陷特征”用来描述那些可以在溅射靶的中心支撑元件内或上面制备的孔道、微孔道、槽、凸块和/或印痕。这些孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合中心要用来增加靶支撑的表面面积。通过在支撑元件的整个支撑表面或中央设置孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合，和传统侧冷却相比，这种冷却方法和冷却液体的冷却效率加强了。孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合还可以设置在中心支撑元件的耦合表面内或上面。
孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合可以以任何合适的形状，包括同心环或槽、螺旋构造、“侧”向人字纹或“向心”人字纹。多个预期孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合的例子如图5和6所示，具有孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合的支撑板的横截面如图7所示，其中两个不同的槽/孔道的测量结果如设计1和设计2所示。其它可以在中心支撑元件上形成的槽模式的例子是横阴影模式、贯穿该板背面的线性槽或任何有效增加中心支撑元件表面面积的槽、孔道和/或微孔道构造。
在其它实施方案中，从中心支撑元件材料或另一相配材料形成的凸块或其它构造可以“构建”在中心支撑元件的支撑表面或耦合表面上，以有效增加中心支撑元件和/或溅射靶组件的表面面积。进一步预期用来在中心支撑元件的背面构建图案或成形的材料，不仅仅能够增加支撑板的表面面积，而且可以和冷却装置/方法结合，以进一步加强对靶的冷却效应和/或减少来自溅射靶组件的靶表面元件的原子和/或分子的不希望的变形。
孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合可以通过任何适当的方法或装置，包括如前所述的切削、激光等，在中心支撑元件上形成，获得至少一个相加特征，至少一个相减特征或其组合。中心支撑元件也可以在原始铸型时就包括孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合，从而获得至少一个凸起特征、至少一个凹陷特征或其组合，这取决于供应商的机械装置和使用该靶的客户需要。
对于电子和半导体应用和元件，诸如包含导电材料层的元件和材料而言，用于冷却溅射靶的装置或其它用于放置或施加导电层材料的类似类型元件被设置在溅射靶和/或溅射靶组件的中心支撑元件附近。在预期实施方案中，如前所述，中心支撑元件具有在其耦合侧或背面侧内或上面形成的孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合，而且冷却装置或方法不仅仅和该中心支撑元件接触，还和该元件的孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合相接触。如果增强冷却方法和/或装置和感应/传感器装置/方法结合使用，那么在靶和支撑板之间具有用于感应/传感器装置的孔道，在支撑板上有孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合以增加靶的支撑板和冷却液体或冷却方法接触时的有效表面面积。但是，增强冷却改进方法和/或装置可以无需传感/感应装置和/或方法而单独使用，是应该理解的。
在有些实施方案中，加入孔道、微孔道、槽、凸块、窝、印痕或其组合不仅仅改善了溅射靶和/或溅射靶组件的冷却，而且促进了冷却流体流过中心支撑元件。冷却流体流的改善很容易归因于传统流体力学原理并用它来解释。
在冷却改进装置和/或方法使用的冷却流体，可以包含任何可以保持在冷却表面所需的特殊温度的流体或者可以影响接触表面的流体。此处所用的术语“流体”可以包含液体或气体。此处使用的任何对术语“气体”的引用是指包含纯气体，包括氮气、氦气、或氩气、二氧化碳或混合气体，包括空气的环境。出于本主题的目的，任何适用于电子或半导体应用的气体在此处都是预期的。
此处描述的预期溅射靶可以包括到任何制备、构建或修改电子、半导体和通讯元件的方法或制备设计中。电子、半导体和通讯元件通常被认为包含任何能用于基于电子、基于半导体或基于通讯的产品中的层状元件。此处描述的元件包含半导体芯片、电路板、芯片封装、隔离条、线路板的介电元件、印刷线路板、触摸屏、波导、光纤和光导和声波传导元件、采用和包含双波纹方法制备的任何材料以及线路板的其它元件，例如电容器、感应器和电阻。
从此处讨论的靶上溅射原子或分子制备的薄层或膜可以在任何数量或一致性的层上形成，这些层包括其它金属层、基底层、介电层、硬模或抗腐蚀层(etchstop layer)、光刻层、防反射层等。在一些优选实施方案中，介电层可以包含由Honeywell International有限公司预期、制备或公开的介电材料，包括但不局限于：a)FALRE(聚芳醚(polyarylene ether))，诸如在授权美国专利5959157、5986045、6124421、6156812、6172128、6171687、6214746和未决申请09/197478、09/538276、09/544504、09/741634、09/651396、09/545058、09/587851、09/618945、09/619237、09/792606公开的化合物，b)金刚烷基材料，例如在下列申请中说明的材料：未决申请09/545058；2001年10月17日提交的PCT/US01/22204；2001年12月31日提交的PCT/US01/50182；2001年12月31日提交的60/345374；2002年1月8日提交的60/347195和2002年1月15日提交的60/350187；c)共同转让的美国专利5115082、5986045和6143855以及共同转让的于2001年4月26日公开的国际专利公开WO01/29052和于2001年4月26日公开的WO01/29141；和d)纳米多孔氧化硅材料和基于氧化硅的化合物，诸如在美国授权专利6022812、6037275、6042994、6048804、6090448、6126733、6140254、6204202、6208014和未决申请09/046474、09/046473、09/111084、09/360131、09/378705、09/234609、09/379866、09/141287、09/379484、09/392413、09/549659、09/488075、09/566287和09/214219所公开的，这些文档在此全文引入作为参考和e)HoneywellHOSP有机硅烷。
极板或基底可以包含任何理想的基本上为固态的材料。尤其理想的基底包含玻璃、陶瓷、塑料、金属或具有涂层的金属、或复合材料。在优选实施方案中，基底包含硅或锗砷化物模或极板表面、诸如在镀有铜、银、镍或金的引线框架里找到的封装表面、诸如在线路板或封装连接交线里找到的铜表面、墙体转接或刚性接口(“铜包括裸铜和其氧化物”)、诸如在聚酰亚胺基的皮线封装中找到的聚合物基的封装或板接口、铅或其它金属合金焊接球表面、玻璃和诸如聚酰亚胺的聚合物。在更优选实施方案中，基底包含在封装和线路板工业中常用的材料，诸如硅、铜、玻璃或聚合物。
此处预期的基底层还可以包含至少两层材料。构成基底层的一层材料可以包括以前描述的基底材料。构成基底层的其它材料层可以包括聚合物层、有机化合物层、无机化合物层、有机金属化合物层、连续层和纳米多孔层。
如果需要材料是纳米多孔的而不是连续的，基底层还可以包含多个孔隙。孔隙典型是球形的，但作为替换或附加的可以是任何合适的形状，包括管状、薄片状、圆盘状或其它形状。也预期孔隙可以具有任何合适的直径。进一步预期至少一些孔隙可以和附近孔隙连接，以创建具有大量连通的或“开孔”孔隙的结构。这些孔隙优选平均直径小于1微米，更优选平均直径小于100纳米，还更优选平均直径小于10纳米。进一步预期孔隙可以均匀或无序分布在基底层里。在优选实施方案中，孔隙均匀地分散在基底层里。
实施例
实施例1
图8和9给出了从高纯整体式200毫米Cu SIP靶中收集的数据，该靶用于随后的冷却增强实验。应该理解，在这系列实验中，Cu SIP靶可以替代任何溅射靶。在图9中，给出了在约24千瓦功率下总共溅射850千瓦时后溅射靶的腐蚀形貌。使用这种靶的溅射工具具有侧冷却设计。图4给出了图9所示的靶的支撑板弯曲的形貌。最大弯曲约3毫米。
图8给出了在约40千瓦功率下总共溅射1050千瓦时后溅射靶的腐蚀形貌。原始靶和图9中的靶相同。形貌的不同源于该靶用于具有中心冷却设计的溅射工具中。图3给出了图8的靶的支撑板弯曲的形貌。即使该靶在更高溅射功率下经受了更多千瓦时的溅射，最大弯曲仅仅约0.8毫米。不同之处源于冷却设计效率更高，这说明了靶冷却的重要性。
实施例2
本实施例给出了对200毫米Cu靶中变形量的估计，从而对一体式APEX/ECAE靶配置和一体式一增强冷却APEX/ECAE靶配置进行了比较。
该模型是有限元模型，建模参数如下：
Figure A20038010757800181
输入功率：总共24千瓦(和约850千瓦时后的腐蚀形貌成正比)；
Figure A20038010757800182
导热系数α：约1500W/m/K～约5000W/m/K(从中心到O环形槽线性增加)；
Figure A20038010757800183
4gal/min水流量，入口温度约18℃；
中心支撑元件的压力约0.4Mpa(相应约3atm水压+1atm)；
Figure A20038010757800185
双线运动屈服/硬化(Bilinear kinematicyielding/hardening)模型；
轴对称(2D)模型；和
Figure A20038010757800187
靶组件，外缘固定。
屈服模型详细描述如下：
Von Mises屈服准则：
●当等价Von Mises应力(Seqv)等于屈服应力(sy)时发生屈服；
●Seqv＝[1/2{(s1-s2)2+(s1-s3)2+(s2-s3)2}]1/2＞sy
运动硬化规则：
●屈服表面尺寸保持不变
●发生屈服时，屈服表面在应力空间移动
Figure A20038010757800193
流动方向：
●相关的流动规则(Prandtl-Reuss)
●塑性应变垂直于屈服表面
当计算热应力时，参考温度为20℃时使用了下列材料：
    APEX 40 micron     ECAE Cu
    密度     8900kg/m3     8900kg/m3
    热容     385J/kg/K     385J/kg/K
    导热系数     393W/m/K     393W/m/K
    热膨胀系数     1.66×10-5 1/K     1.66×10-5 1/K
    杨氏模量     117GPa     117GPa
    泊松比     0.3     0.3
    屈服强度     95MPa     115MPa
    切线模量     680MPa     680MPa
图10给出了CuCr中心支撑元件的应力一应变曲线的实施例。图11和12给出了本研究的一些结果，尤其是传统一体式靶和包含至少一些在此公开的设计目标的一体式靶的比较结果。在图11中，新的冷却设计使靶最高温度降了20℃，靶的变形量减少了14％(2.67毫米和3.09毫米相比)。另外，最大变形量位于靶中心附近。在图12中，新的冷却设计使靶最高温度降了26℃，靶变形量降了17％(2.56毫米和3.09毫米相比)。另外，最大变形量位于靶中心附近。
图13给出了在850千瓦时和1400千瓦时轰击后的一体式Cu ECAE靶组件。1400千瓦时轰击后的Cu ECAE靶组件的最大变形量和APEX 40微米一体式组件在850千瓦时轰击后的近似相同。
图14给出了两个预期设计——ECAE Cu设计和APEX设计的比较结果。同样，最大变形量位于靶中心附近。另外，设计上的改变使靶变形量额外下降了6％(2.36毫米和2.56毫米相比)。
图15给出了APEX 40微米靶组件有无表面面积修改的后斯寿命(late life)比较结果。表面面积修改使靶最高温度降了约30℃，变形量降了8％(3.16毫米和3.44毫米相比)。另外，发现靶的结构稳定性没有因为靶“变薄”而受到损害。
这样，已经公开了含有冷却加强方法和装置、减少靶的磨损和变形的方法和装置的溅射靶和/或溅射靶组件的特别实施方案和应用。但是，对本领域技术人员而言，包括这些已经描述的更多修改应该明显可行，而不会偏离本发明的概念。所以，包括了权利要求的本发明中心主题不是用来限制的，只要在本文公开的说明书范围内。而且，在理解说明书和权利要求时，所有术语应该用和上下文一致的最广义的可能方式去理解。尤其是，术语“包含”和“构成”应该非唯一地理解为是指元素、元件或步骤，表面所指地元素、元件或步骤可以存在、或使用、或组合其它没有公开指出的元素、元件或步骤组合。

Claims (45)

1.一种溅射靶，包含：
包含靶材料的靶表面元件；
具有耦合表面和支撑表面的中心支撑元件，其中耦合表面耦合到靶表面元件上，和
至少一个表面面积特征耦合到或位于中心支撑元件的支撑表面，其中该表面面积特征增加了中心支撑元件的有效表面面积。
2.权利要求1的溅射靶，其中靶材料包含金属、金属合金或其组合。
3.权利要求2的溅射靶，其中金属或金属合金包含过渡金属。
4.权利要求3的溅射靶，其中过渡金属包含铜、铝或钛。
5.权利要求1的溅射靶，其中至少一个表面面积特征包含至少一个凹陷特征、至少一个凸起特征或其组合。
6.权利要求5的溅射靶，其中至少一个凹陷特征包含至少一个同心印痕。
7.权利要求5的溅射靶，其中至少一个凹陷特征包含窝。
8.权利要求5的溅射靶，其中至少一个凹陷特征包含多个线性孔道。
9.权利要求5的溅射靶，其中至少一个凸起特征包含多个线性脊或凸出。
10.权利要求5的溅射靶，其中至少一个凸起特征包含凸块。
11.权利要求5的溅射靶，其中至少一个凸起特征包含至少一个同心脊或凸出。
12.一种溅射靶，包含：
包含靶材料的靶表面元件；
具有耦合表面和支撑表面的中心支撑元件，其中耦合表面耦合到靶表面元件上，和
至少一个表面面积特征耦合到或位于中心支撑元件的支撑表面，其中该表面面积特征包含了相减特征、相加特征或其组合。
13.权利要求12的溅射靶，其中靶材料包含金属、金属合金或其组合。
14.权利要求13的溅射靶，其中金属和金属合金包含过渡金属。
15.权利要求14的溅射靶，其中过渡金属包含铜、铝或钛。
16.权利要求12的溅射靶，其中至少一个相减特征包含至少一个同心印痕。
17.权利要求12的溅射靶，其中至少一个相减特征包含窝。
18.权利要求12的溅射靶，其中至少一个相减特征包含多个线性沟道。
19.权利要求12的溅射靶，其中至少一个相加特征包含多个线性脊或凸出。
20.权利要求12的溅射靶，其中至少一个相加特征包含凸块。
21.权利要求12的溅射靶，其中至少一个相加特征包含至少一个同心脊或凸出。
22.形成溅射靶的方法，包含：
提供含有表面材料的靶表面元件；
提供包含支撑材料并具有耦合表面和支撑表面的中心支撑元件；
提供至少一个耦合到或位于中心支撑元件的支撑表面的表面面积特征，其中该表面面积特征增加了该中心支撑元件的有效表面面积；和
将该表面靶元件耦合到中心支撑元件的耦合表面。
23.形成溅射靶的方法，包含：
提供含有表面材料的靶表面元件；
提供包含支撑材料并具有耦合表面和支撑表面的中心支撑元件；
提供至少一个耦合到或位于中心支撑元件的支撑表面的表面面积特征，其中该表面面积特征增加了该中心支撑元件的有效表面面积；和
将该表面靶元件耦合到中心支撑元件的耦合表面。
24.一种溅射靶，包含：
集成的靶表面元件和中心支撑元件，其中该表面元件和支撑元件包含同样的靶材料；和
至少一个表面面积特征位于或集成到该中心支撑元件上，其中该表面面积特征增加了该中心支撑元件的有效元件。
25.权利要求24的溅射靶，其中靶材料包含金属、金属合金或其组合。
26.权利要求25的溅射靶，其中该金属或金属合金包含过渡金属。
27.权利要求26的溅射靶，其中该过渡金属包含铜、铝或钛。
28.权利要求24的溅射靶，其中至少一个表面面积特征包含至少一个凹陷特征、至少一个凸起特征或其组合。
29.权利要求28的溅射靶，其中至少一个凹陷特征包含至少一个同心印痕。
30.权利要求28的溅射靶，其中至少一个凹陷特征包含窝。
31.权利要求28的溅射靶，其中至少一个凹陷特征包含多个线性沟道。
32.权利要求28的溅射靶，其中至少一个凸起特征包含多个线性脊或凸出。
33.权利要求28的溅射靶，其中至少一个凸起特征包含凸块。
34.权利要求28的溅射靶，其中至少一个凸起特征包含至少一个同心脊或凸出。
35.一种溅射靶，包含：
集成的靶表面元件和中心支撑元件，其中该溅射靶包含靶材料梯度；和
至少一个表面面积特征位于或集成到该中心支撑元件上，其中该表面面积特征增加了该中心支撑元件的有效元件。
36.权利要求35的溅射靶，其中靶材料包含金属、金属合金或其组合。
37.权利要求36的溅射靶，其中该金属或金属合金包含过渡金属。
38.权利要求37的溅射靶，其中该过渡金属包含铜、铝或钛。
39.权利要求35的溅射靶，其中至少一个表面面积特征包含至少一个凹陷特征、至少一个凸起特征或其组合。
40.权利要求39的溅射靶，其中至少一个凹陷特征包含至少一个同心印痕。
41.权利要求39的溅射靶，其中至少一个凹陷特征包含窝。
42.权利要求39的溅射靶，其中至少一个凹陷特征包含多个线性沟道。
43.权利要求39的溅射靶，其中至少一个凸起特征包含多个线性脊或凸出。
44.权利要求39的溅射靶，其中至少一个凸起特征包含凸块。
45.权利要求39的溅射靶，其中至少一个凸起特征包含至少一个同心脊或凸出。
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