TWI381061B - 物理氣相沉積靶材結構 - Google Patents

Description

物理氣相沉積靶材結構

本發明係關於物理氣相沉積靶材結構。

通常利用物理氣相沉積(PVD)以供在包括但不限於半導體基板之各種基板上形成薄材料層。圖1圖解說明一種PVD製程。展示了一例示性PVD系統10，其具有一以最接近一PVD靶材14（亦稱為濺鍍靶材）方式而被定位的基板12。系統10可利用諸如所描繪之靶材14的單片靶材結構，其中單片指示該靶材係由單塊材料加工或製造而成且無需與靶座組合使用。或者，靶材結構可為一包含一靶材及一靶座（下文進一步描述）之靶材總成。系統10並非限於一特定類型之系統或裝置。靶材14或替代性靶材/靶座總成可具有適於將靶材保持於所要濺鍍裝置內的許多組態中之任一者。

靶材14可包含任何適合的組合物，且在所示之應用中包含一導電材料。應理解，靶材可包含用以形成所要之膜的任何適合結構，且因此亦可包含諸如陶瓷材料之非導電材料。

靶材14之曝露表面16可稱為濺鍍表面。在濺鍍進仍期間，例如由RF電漿所產生之高能粒子撞擊至表面16上。該撞擊造成材料自靶材14之移位。所釋放之材料係由箭頭18圖解說明。所釋放之材料於基板12之上表面上形成薄膜20。

為了本發明說明之目的，可將包括濺鍍表面16的靶材14之側面稱作靶材之前側。同樣地，可將相對的靶材表面17稱作處於靶材14之後側。

在濺鍍製程期間，通常將基板12以一相對於安裝於一濺鍍裝置（未圖示）中之靶材14的表面16限定距離的方式置放。當將靶材（例如圖1中所示之靶材14）或者靶材/靶座總成安裝於一PVD腔室中時，靶材及/或靶座之一或多個表面中之一部分可與該PVD裝置之接介表面相接觸。

參看圖2，展示了一單片靶材，其具有一由一安裝凸緣區域22所環繞之濺鍍表面16。靶材14係經配置以藉由提供安裝孔24而用於安裝。在一些狀況下，安裝孔24可被螺紋化以用於使用安裝螺栓來安裝。凸緣區域22可如所示包含四個孔，或可包含適用於所利用之PVD系統之特定安裝組態的任意數量之安裝孔。或者，靶材14可使用夾鉗或其中不利用孔24且相應地可將凸緣區域22配置為不含任何孔（未圖示）之替代組態來安裝。

參看圖3，其展示了沿圖2之線3－3所截取之靶材14的剖面側視圖。安裝孔24可自靶材28之前側延伸穿過凸緣區域而到達後側30。如前述，安裝孔24之數量及置放可視系統之靶材安裝組態而定。因此，安裝孔24所置放之距靶材邊緣32之相對距離可與圖3中所示之距離不同。

如圖2及圖3中之每一者所示，靶材14具有一與靶材之濺鍍部分之半徑相關聯之內半徑R₁ ；及一總半徑R₂ ，該總半徑R₂ 係自指定為"C"之中心軸線延伸至周邊表面32且包括凸緣區域22以及靶材之濺鍍部分。靶材14可包含一位於凸緣區域22內之O形環凹槽或通道26。在特定安裝組態中，O形環通道26在凸緣區域22之前側將作為一開口存在。應理解，本發明涵蓋具有替代方式置放之O形環通道26的靶材，舉例而言，例如以一不同於圖2及圖3中所示之距靶材邊緣32之置放距離的距離置放。

一旦安裝於濺鍍裝置中，則凸緣區域22之部分通常可接觸沉積裝置之一或多個接介表面。參看圖4，其展示了濺鍍靶材之例示性凸緣區域的放大圖。在一典型安裝組態中，凸緣區域22之前表面中之至少一部分可與一安置於靶材與濺鍍裝置之壁之間的陶瓷環建立介面。一O形環（未圖示）係置放於O形環通道26內，且於其上進行安裝。該O形環接觸並較佳在凸緣區域與陶瓷環或其它接觸表面之間形成密封部分。

通常，習知靶材在使用該靶材時展示與凸緣區域22之前側上之至少若干表面發生摩擦的可見跡象(sign)。靶材表面之間的摩擦可造成對靶材及/或接介表面之損害，且可產生可污染所得膜之顆粒。

在諸如圖4中所例示之習知靶材設計中，一自內凹槽轉角37朝向靶材之濺鍍區域延伸的內凸緣表面36相對於更加向外安置的表面（例如自O形環凹槽26之外轉角38朝向安裝孔24延伸的表面40）稍微凹陷。應注意，習知靶材中之平行表面36與40之間的表面凹陷或偏移的量並非限於一特定值，且其可為例如約0.01吋(inch)。在此等靶材組態中，摩擦、疤痕及/或刻痕可主要發生在轉角38處或表面40之交叉部分上。

所安裝之靶材與陶瓷環之摩擦可歸因於大量因素。在濺鍍循環期間的高能粒子撞擊時，粒子能量之一部分作為熱能而耗散入靶材材料中。因此，在濺鍍製程期間，靶材14之溫度升高。某些PVD系統係經配置以利用一通常包含水流之冷卻迴路將一些熱能自靶材或靶材/靶座總成之後側移除。結果，在沉積期間，整個靶材處於高溫下，其中靶材面顯著熱於靶材之後側。靶材中之溫度差異導致靶材上之變化量的熱膨脹且可導致運動。靶材之此種移動可在其中後側處利用加壓水冷卻且於相對濺鍍表面上存在真空的系統中得以增強。

靶材之安裝、且在特定狀況下用於冷卻系統的冷卻流體之重量可導致嚴重的O形環變形，從而允許凸緣區域之表面與裝置之向內表面之間發生增加之接觸。所得摩擦可導致陶瓷材料對靶材之污染、及對陶瓷環以及靶材之損害。而對靶材之污染可進而導致對沉積層的污染，藉此降低層之品質。其中利用較大靶材或靶材總成時，可加強此等負面效應。

需要開發用以減小發生於PVD製程中之靶材運動及摩擦的靶材結構及方法。

在一態樣中，本發明涵蓋一種靶材結構，其包括：一濺鍍區域，其具有一安置於該結構之一正面上的濺鍍表面；及一凸緣區域，其相對於該濺鍍區域側向向外。該凸緣區域具有一自該濺鍍區域延伸至該結構之一外邊緣的前表面。一保護層存在於該前表面之至少一部分上。

在一態樣中，本發明涵蓋一種濺鍍靶材結構，其具有一相對於一濺鍍區域側向向外的凸緣區域。該凸緣區域具有一自該濺鍍區域延伸至該靶材結構之一外邊緣的前表面。該凸緣區域包含：一界定一第一高度之該前表面之平坦部分；及一安置於該前表面內之凹槽，其係藉由至少該平坦部分而與該濺鍍區域分離。該前表面之一傾斜部分係經安置以相對於該平坦部分自該凹槽側向向外，該傾斜部分係相對於該平坦部分成角度。

在一態樣中，本發明涵蓋一種靶材結構，其具有一安置於一凸緣區域內的O形環凹槽。該O形環通道具有一底部表面、一節流孔、一自該底部表面延伸至該節流孔之第一側壁，及一相對於該第一側壁之第二側壁。該通道內之一第一頂角係由該第一側壁與該底部表面界定。一第二頂角係由該第二側壁與該底部表面界定，該第一頂角與該第二頂角為非等角。

本發明之一態樣在於開發方法論及靶材組態以克服或最小化可發生於濺鍍沉積期間之靶材摩擦。參看圖5－19描述了本發明之此態樣。首先參看圖5，其展示了根據本發明之一態樣而配置的具有一凸緣區域22之靶材14的側視圖。圖5之靶材具有類似於關於圖2－4之單片靶材所論述之部件。關於先前圖式來同樣標記相似之部件，且經修改或新的部件係由下標或新指派之獨特識別符來表示。

如圖5所示，可將一保護性材料塗層42塗覆至凸緣區域之前表面之一或多個部分36、40上。塗層42可較佳為一包含一種保護性材料之保護性塗層，其可相對於未經塗布之凸緣表面減少摩擦係數。在特定情況下，塗層42可額外地增加局部強度。

用於塗層42之例示性塗層材料包括但不限於鐵弗龍或塑膠塗層材料。或者，塗層42可包含金屬、陶瓷、塑膠、鐵弗龍或其組合之層，其塗有具低摩擦係數之適合的滑潤劑。在特定情況下，塗層42可較佳包含一種絕緣材料。可利用之例示性絕緣材料包括例如具有低摩擦係數之高效能聚合物或絕緣陶瓷，且可較佳具有類似於鐵弗龍之性能。

可藉由例如直接塗布技術以將塗層材料直接塗覆至表面40及表面36上來提供塗層42。或者，可將保護層42作為可黏著至凸緣區域22之前表面的獨立的鐵弗龍、塑膠或經潤滑之金屬黏貼物、箔或墊片來提供。

塗層42並非限於任何特定厚度且可為例如自約0.001吋至約0.1吋。在特定應用及/或特定PVD系統組態中，塗層42可較佳具有約0.005吋之厚度。然而，塗層之厚度應小於環間隙以避免該塗層對O形環密封造成之干擾。

可提供材料42以覆蓋凸緣區域之整個前表面（如圖5中所示），或者可將其提供為僅覆蓋凸緣區域之前表面之一部分（如圖6中所例示）。如圖6中所說明，第一表面部分36可保持未經塗佈而塗層42被塗覆於一第二表面部分40上，以自O形環凹槽26之外轉角38延伸至靶材結構之外邊緣32。或者，可將塗層42塗覆於小於整個表面40的表面上，以延伸小於至外邊緣32之全長的長度。例如，塗層42可自轉角38延伸至開口24（未圖示）。

可塗覆塗層42以圍繞凸緣區域之整個半徑而形成一連續之塗層材料環，或者可提供塗層42以覆蓋小於整個半徑，例如間斷式部分。舉例而言，可間斷性地塗覆塗層42以覆蓋凸緣之交錯15度徑向區段，而居間15度區段保持未經塗佈。

可獨立地利用所描述之保護性塗層，或可與下文所描述之本發明之一或多個經修改之接觸區域及/或減小體積之O形環通道態樣組合使用。

參看圖7，其展示了一例示性保護環50，該保護環50可用作前述塗層之替代物。如圖7中所描繪之保護環50可被描述為具有保護性材料之扁平或大體上扁平的環，其用作一介於凸緣區域與PVD裝置之接介表面之間的墊片。環50可經配置而以類似於上述保護性塗層之方式（包括徑向間斷式覆蓋凸緣區域）覆蓋靶材凸緣區域之前表面區域的全部或一部分區域。環50可具有一均等於如圖7及圖8中所示之靶材結構的外直徑的外直徑R₂ 。或者，保護環可延伸小於至結構外邊緣之整個距離的長度，且環之外直徑可小於靶材結構之總直徑（未圖示）。

保護環50可具有一內半徑R₃ ，其可均等於靶材結構之濺鍍區域的半徑（圖2及圖3中所示之R₁ ）。或者，可增加R₃ 以製造一覆蓋小於特定凸緣區域之整個前表面的環。其中一特定靶材結構具有安裝孔時，可提供保護環50以具有延伸穿過該等安裝孔之開口54。開口54之數量及對準間距較佳可經配置以對應於凸緣區域中所存在的安裝孔且與其對準。

參看圖8，其展示了一併入有一諸如圖7中所描繪之保護環50的例示性靶材結構凸緣區域22。如圖8中所示，可提供保護環50以至少覆蓋自O形環凹槽26之外轉角38延伸至靶材邊緣32的表面40。如圖所示，開口54可與安裝孔24對準。在特定應用中，可提供保護環50以具有一與O形環凹槽26重疊之內直徑表面52（如圖8中所描繪）。可將重疊距離"d"界定為環50之內直徑表面52與凸緣區域之外轉角38之間的距離。距離"d"並非限於一特定值且可較佳經選擇以允許O形環插入通道26中及允許物理氣相沉積操作期間之恰當的O形環功能。

環50並非限於一特定材料且可較佳為例如關於保護性塗層42所論述之上述任何材料。可將環50自凸緣表面40上移除，或在特定情況下，可藉由例如適合之黏著材料將其附加至表面40。環50並非限於一特定厚度且可為例如約0.001吋至約0.1吋之厚度。對於特定靶材結構，例如300 mm之靶材設計，環50可較佳具有約0.005吋之厚度。

參看圖9－11描述了可用於將保護環50定位、安定化或緊固至靶材結構的替代性環組態。

首先參看圖9，其展示了替代性保護環組態50，替代性保護環組態50具有自徑向位置52延伸（對應於圖7中所展示之例示性環之內直徑表面）的一或多個可插入延伸部分56。延伸部分56可為如畫面B中所描繪之單一連續延伸56b，或可替代地為如畫面A中所描繪之一或多個可插入凸起部分56a。其中利用複數個間隔凸起56a時，所利用之凸起之數量並非限於一特定數量。凸起56a可為矩形或大體上為矩形（畫面A中所示）或可為任何其它適當之形狀。所利用之凸起尺寸及間距可變化。

如圖10中所描繪，可延伸部分56a、56b可較佳經配置以插入或至少部分插入靶材結構之O形環凹槽中。如圖10中所示，延伸部分56可經配置以彎曲或折疊以允許將凸起或連續延伸區域插入O形環通道26中。可於通道26內提供一O形環，以將保護環之該（該等）插入部分安置於O形環與O形環通道之側壁之間。延伸部分56之長度並非限於一特定值且較佳可為足以將環50安定化及/或緊固於表面40上而無需抑制或顯著影響罩蔽於開口26內的O形環之功能。此外，延伸部分之厚度可漸縮或另外沿凸起或延伸之長度變化以便於O形環插入。O形環插入（未圖示）開口26中較佳提供按壓在延伸56上之足夠的力以至少在將該結構安裝於一沉積裝置時進一步增加或使環50安定化於靶材結構上。

除了上述延伸/插入組態之外，本發明額外地涵蓋孔54內之類似延伸57（連續或凸起），如圖11中所描繪，其可插入安裝孔24中。可以獨立地抑或除圖10中所描繪之一或多個延伸56之以外之方式使用該等替代性可插入部分。

除上述扁平化環或薄片型保護環組態之外，本發明進一步涵蓋替代性環設計。該等替代性環或墊片組態包括例如墊圈型或O形環型組態。

除了上述之組態及方法論或作為其替代物，可利用相對於彼等上述組態及方法論的替代性適當之組態及方法論以將保護環50定位、安定化及/或緊固至靶材結構。此等方法包括例如於靶材表面內加工或者製造一凹陷區域以用於插入保護環50。該凹陷較佳可經配置以允許保護環將靶材表面自接介裝置表面有效地隔開以最小化靶材之有害接觸及摩擦。可單獨或與上述組態組合利用各種固持器及/或定位設備。例如，可使保護環與一或多個銷、螺栓或其它扣件相配合。可在凸緣區域內提供適當之接收孔以接收相應之緊固設備。

除上述組態以外，本發明涵蓋將保護環定位及/或黏著於一表面（其可另與一靶材結構建立介面）之一部分或全部表面上。例如，保護環可覆蓋及/或附著至陶瓷環（上述）之一接介表面，當其得以安裝於一PVD裝置（未圖示）內時，與靶材結構建立介面。可利用之例示性安定化及/或緊固技術包括彼等上述關於應用至靶材結構之保護環的安定化及/或緊固技術。

接著參看圖12，其說明一用於最小化或克服靶材摩擦的本發明之一替代性態樣，其可以獨立地抑或除上述本發明之塗佈或環/墊片態樣以外之方式加以來利用。

如圖12中所示，凸緣區域22已經修改使得表面40具有一相對於表面部分36傾斜（非平行）之第一部分40a。傾斜表面部分40a可相對於表面36及以虛線展示之虛構表面40成角度。表面40a與虛構平面40之間的所得角度並非限於一特定值，且可為例如約0.5度至約5.0度。在特定情況下，該角度可為例如約1.5度。

自通道26之外側轉角38處之第一點至與安裝孔24相交處的第二點量測的虛構平面40的例示性長度可為約0.08吋至約0.12吋。表面40a可較佳傾斜使得與安裝孔24a之相交由所示之X_a 來量測，其中該量測對應於傾斜表面40a相對於虛構平面40之最大高度。在特定應用中，高度X_a 可為約0.01吋。圖12中所描繪之靶材凸緣區域可被描述為於第二點（表面40a與安裝孔24之相交）處，相對於第一點（轉角38）處變薄了X_a 。在特定情況下，凸緣區域22於第二點處可薄於含表面36之凸緣的一徑向區域。

如圖12中所描繪，可使位於轉角38與安裝孔之間的整個表面40a傾斜。應理解，本發明涵蓋其中表面之一或多個部分相對於表面36保持平行之組態、及其中位於轉角38與安裝孔24之間之表面的多個部分包含相對於彼此不同的斜率（未圖示）。儘管將傾斜表面40a描繪為平坦的，但在一些情況下，表面40a或其部分可為彎曲或波狀的（未圖示）。

舉例而言，可藉由在靶材製造期間或之後對靶材14進行加工來形成傾斜表面40a。

提供一諸如圖12中所描繪之40a之傾斜表面以減小或最小化凸緣區域22與接介裝置表面及/或居間陶瓷環表面之間的接觸可為有利的。該接觸上之減少可藉此最小化靶材處之摩擦及/或靶材污染。

參看圖13，其展示凸緣區域22之一替代性修改，其中表面40之第一部分40b₁ 保持在如習知靶材中之原始位置處，第二部分40b₂ 則相對於部分40b₁ 凹陷。應理解，圖13中所示之部分40b₁ 與40b₂ 之相對表面積為例示性的，且本發明涵蓋部分40b₁ 與部分40b₂ 之表面積的任何比率。

替代性地描述，圖13中所示之組態具有一於O形環表面轉角38與開口24之間部分地延伸的凹陷部分或通道區域。此等通道之深度並非限於一特定值且其可較佳為（例如）小於或等於約0.01吋。本發明進一步涵蓋其中並非利用由部分40b₁ 與40b₂ 所說明之該等兩個階梯式(stepped)表面而是利用三個或三個以上的階梯的組態（未圖示）。此外，本發明涵蓋其中僅表面40b₂ 之一部分相對於表面40b₁ 凹陷的組態（未圖示）。

圖14中展示了經設計以減小或最小化凸緣區域22內之摩擦的另一替代性靶材組態。如所描繪，可利用一傾斜表面40c，其相對於虛構平面40自與安裝孔24之相交點向上傾斜出。表面40c相對於平面40之斜率並非限於任何特定值。此外，表面40c之一或多個部分可相對於其它部分（未圖示）以不同方式傾斜。

圖15中展示了用以減小或最小化凸緣區域22內之摩擦之一額外的替代性組態。如所說明，可於表面區域40_d 內提供一系列通道41。通道41之數量可為例如所示之4個，或可替代性地為小於或大於4個（未圖示）。通道41之深度、寬度、間距及縱橫比並非限於任何特定值。通道41之一例示性深度可為例如小於或等於0.01吋。

參看圖16描述了一根據本發明之減小之靶材摩擦的額外態樣。圖16說明一包含根據本發明之靶材/靶座總成60的例示性靶材結構。總成60可包含一靶材部分15及一靶座部分100。總成60具有類似於關於上述單片靶材所論述之彼等部件的部件。類似部件係以類似方式標記，其中圖16之靶座中所出現的部件之編號具有相對於先前圖式中所描述之單片靶材之部件增加了100之數字識別符。

如圖16中所示，靶材15可於接介線117處實體地接觸靶座100。靶材15可藉由例如擴散結合而結合至靶座100。或者，於接介117（未圖示）處可存在結合材料，其將靶材15實體地接合至靶座100。本發明亦涵蓋其中靶材15由替代性方法固持至靶座100的替代性靶材結構。

圖16中所示之靶材總成60說明一存在於靶座100中之凸緣區域122，其可用於將總成安裝於一沉積裝置中。O形環通道126及安裝孔124之存在或缺失及/或定位可為如上述關於各種所描述之單片靶材之描述。圖16中所示之靶座100之凸緣區域122併入有一傾斜表面區域140a。該傾斜區域可為根據參看圖12所描述之單片靶材之態樣的區域。

儘管未特定描述，但是應理解，本發明涵蓋其中靶座100具有類似於上述關於如上述圖13、14及15中所說明之單片靶材的凸緣表面修改的實施例。此外，無論是否存在對凸緣區域122進行之修改，亦可將上述關於單片靶材所描述之保護環/墊片態樣及/或保護性塗層態樣與諸如或類似於圖16中所示之靶材總成的靶材總成結合使用。亦可將本發明之額外態樣（下文將關於單片靶材對其進行描述）以獨立地抑或除凸緣區域內之表面修改及/或保護性材料以外之方式併入靶材/靶座總成。

參看圖17，其說明了本發明之一截然不同的態樣。參看圖4可注意到，習知靶材之O形環通道26可具有一開口底部表面27，其大體上平行於凸緣表面區域36及/或40，且可平行於背表面17。圖4中所示之O形環通道亦具有存在於通道底部具有均等角度之內部轉角，使得兩個底部轉角彼此互為鏡像。再次轉至圖17，展示了一具有一根據本發明修改之O形環通道的凸緣區域22。O形環通道26具有一第一側壁表面70、一相對第二側壁表面72，及一於該第一側壁表面與該第二側壁表面之間延伸的底部表面74。在凸緣表面36與40之間提供一至該通道之節流孔76。將節流孔寬度w₁ 界定為第一外轉角38與第二外轉角37之間的側向距離。通常，w₁ 可對應於最小寬度或通道26。在特定情況下，通道26可於開口之底部處或底部附近具有一最大寬度w₂ （如圖示）。

如圖17中所示，存在於底部表面74與第一側壁表面70之間的相交處的第一底部或內角71為存在於底部表面74與第二側壁表面72之間的相交處的第二底部或內角73之非鏡像。替代性地描述，第一內部頂角α是由底部表面與一相應於第一側壁表面70之平面所界定。第二內部頂角β是由底部表面與第二側壁表面72以類似的方式界定。角α與角β相對於彼此為非等角。較佳地，第一角71具有一大於相對角β之頂角α。較佳地，產生該等兩個角之間的差異以便尤其在第一轉角之區域內，相對於圖4中所示之組態減小O形環通道之體積。

儘管角α與角β之相對量測並非限於一特定值，但較佳為角71之區域中之體積可足夠小以允許在將靶材安裝於PVD裝置中時增加O形環上之壓力或擠壓力。舉例而言，相對於習知通道減小通道26之體積以增加密封擠壓力且藉此最小化金屬凸緣表面與濺鍍裝置所包含之接介表面或居間陶瓷環之間的接觸可為有利地。

儘管圖17描繪了大體上平坦之側壁及大體上平坦之底部表面74，但是本發明涵蓋頂角修改態樣之適應性變化以連同替代性O形環凹槽組態一同使用。例如，通道側壁中之一者或全部兩者，或其一部分可為非平坦、波狀或相對於所描繪之側壁經修改。類似地，可相對於圖17中所描繪之大體上平滑的圓形轉角利用替代性轉角成形或造型。

圖18及圖19中例示說明了根據本發明之用以達成減小之體積及增加之密封擠壓力的替代性O形環通道組態。如圖18中所示，根據本發明之通道26之底部表面74可為非平坦的。換言之，表面74之一部分可相對於表面74之其它部分被升高或提昇。在較佳態樣中，表面74之非平坦性可經配置以相對於如圖4中所描繪之扁平或平坦表面來減小O形環通道26之體積。如圖18中所描述，底部表面74可包含兩個相對的傾斜部分。在特定情況下，通道26可於底部表面74之中點處或中點附近具有最小深度"h"（距轉角71與73中之每一者為近似等距離），其中該深度係相對於由凸緣表面36所界定之高度來判定。

圖19中展示了O形環凹槽26之一替代性形狀。如所說明，底部表面74可為波狀或圓形以減小O形環凹槽內之體積。類似於圖18中所示之深度，圖19之通道組態於兩個相對側壁之間的中點處或中點附近具有最小深度。應理解，本發明涵蓋底部表面74之替代性組態。例如，表面74可包含一以最小高度安置之平坦部分，其自一中點朝向轉角71及73中之一者或兩者側向延伸（未圖示）。可併入多種額外及/或替代性O形環通道形狀修改以減小O形環體積而不脫離本發明之精神。

除上述凸緣區域組態以外，本發明涵蓋對本發明之部件的組合利用。例如，可建構一凸緣區域以具有一諸如參看圖17－19所描述之體積減小之O形環通道，且可額外地包含一傾斜、階梯式或通道化接觸表面區域（例如上述參看圖12－15所描述的任何彼等區域）。可將保護性塗層及/或保護環與上述任何表面修改及O形環體積組合使用。

儘管參看平坦圓形靶材描述了本發明，但本發明之概念可同樣適用於其它靶材幾何形狀。所描述之發明性靶材部件可有利地減小發生在靶材或靶材總成與接介裝置表面之間的接觸性摩擦。本發明之靶材組態及表面保護方法論可減小或消除由摩擦所導致的顆粒的產生。使用根據本發明的靶材可保護昂貴的陶瓷O形環及/或裝置表面、減少或防止靶材污染、且可產生增加之膜品質及再現性。

10．．．PVD系統

12．．．基板

14．．．靶材

15．．．靶材部分

16．．．濺鍍表面

17．．．背表面

18．．．箭頭

20．．．薄膜

22．．．凸緣區域

24．．．安裝孔

26．．．O形環凹槽或通道

27．．．開口底部表面

28．．．靶材

30．．．後側

32．．．靶材邊緣/周邊表面

36．．．內凸緣表面

37．．．內凹槽轉角

38．．．外轉角

40．．．表面

40a．．．傾斜表面部分

40b₁ ．．．表面40之第一部分

40b₂ ．．．表面40之第二部分

40c．．．傾斜表面

40_d ．．．表面區域

41．．．通道

42．．．保護性材料塗層

50．．．保護環

52．．．內直徑表面

54．．．孔/開口

56．．．延伸部分

56a．．．可插入凸起部分

57．．．突起

60．．．靶材/靶座總成

70．．．第一側壁表面

71．．．第一底部或內角

72．．．第二側壁表面

73．．．第二底部或內角

74．．．底部表面

76．．．節流孔

100．．．靶座部分

117．．．接介線

122．．．凸緣區域

124．．．安裝孔

126．．．O形環通道

140a．．．傾斜表面區域

圖1為一物理氣相沉積系統之圖解橫截面圖，其展示了一最接近一基板之物理氣相沉積靶材結構。

圖2及圖3分別為一典型的PVD靶材結構之一圖解圖與一橫截面圖。

圖4為圖3中所示之物理氣相沉積靶材之放大分段視圖。

圖5為根據本發明之一態樣的靶材結構之圖解橫截面分段視圖。

圖6為根據一相對於圖5之替代性態樣的靶材結構之圖解橫截面分段視圖。

圖7為根據本發明之一態樣的保護環之圖解俯視圖。

圖8為併入有一根據本發明之一態樣的保護環之靶材結構的圖解橫截面分段視圖。

圖9畫面A及畫面B展示了相對於圖7中所示之保護環組態的替代性保護環組態之分段俯視圖。

圖10展示了併入有一根據圖9之保護環的靶材結構之圖解橫截面分段視圖。

圖11為併入有一根據本發明之一替代性態樣的保護環之靶材結構的圖解橫截面分段視圖。

圖12為一根據本發明之另一態樣的靶材結構之圖解分段橫截面圖。

圖13為一根據本發明之一替代性態樣的相對於圖12中所示之靶材結構的靶材結構之圖解分段橫截面圖。

圖14為一根據本發明之另一替代性態樣的相對於圖12中所示之靶材結構的靶材結構之圖解分段橫截面圖。

圖15為一根據本發明之另一替代性態樣的相對於圖12中所示之靶材結構的靶材結構之圖解分段橫截面圖。

圖16為一根據本發明之一態樣的PVD靶材/靶座結構之圖解橫裁面側視圖。

圖17為一根據本發明之另一態樣的靶材結構之圖解橫截面分段視圖。

圖18為一根據本發明之一替代性態樣的相對於圖17中所示之靶材結構的靶材結構之圖解橫截面分段視圖。

圖19為一根據本發明之另一替代性態樣的相對於圖17中所示之靶材結構的靶材結構之圖解橫截面分段視圖。

14．．．靶材

17．．．靶材表面

22．．．凸緣區域

24．．．安裝孔

26．．．O形環凹槽或通道

32．．．靶材邊緣/周邊表面

36．．．內凸緣表面

37．．．內凹槽轉角

40．．．表面

50．．．保護環

54．．．孔/開口

56．．．延伸部分

Claims (46)

1. 一種靶材結構，其包含：一濺鍍區域，其包含一被安置於該結構之一正面上之濺鍍表面；及一凸緣區域，其相對於該濺鍍區域側向向外且具有一自該濺鍍區域延伸至該結構之一外邊緣的前表面；及一保護層，其位於該前表面之至少一部分上，其中該保護層約0.001吋至約0.1吋厚。
2. 如請求項1之靶材結構，其中該保護層為一材料環。
3. 如請求項1之靶材結構，其中該保護層係可移除的。
4. 如請求項2之靶材結構，其中該材料之環係藉由一容置於該凸緣區域中之扣件被附加至該前表面。
5. 如請求項1之靶材結構，其中該保護層包含鐵弗龍。
6. 如請求項1之靶材結構，其進一步包含一位於該前表面內之O形環凹槽，且其中該保護層係自該O形環凹槽側向向外地延伸朝向該靶材結構之一外邊緣，且其中該保護層並不延伸過整個該O形環凹槽。
7. 如請求項6之靶材結構，其中該保護層係延伸至該外邊緣。
8. 如請求項6之靶材結構，其中該保護層為一材料環，其至少一部分延伸入該O形環凹槽中。
9. 如請求項6之靶材結構，其中該保護層為一材料環，其至少一部分與該O形環凹槽重疊。
10. 如請求項6之靶材結構，其中該保護層包含： 一材料環，其具有一內直徑及一外直徑；及至少一自該內直徑伸出之凸起。
11. 如請求項6之靶材結構，其進一步包含一延伸穿過該凸緣區域之開口，該開口係被安置於該O形環凹槽與該外邊緣之間，且其中該保護層包含一與該開口對準之孔。
12. 如請求項1之靶材結構，其進一步包含至少一延伸穿過該凸緣區域之開口，其中該保護層包含一具有至少一可插入該至少一開口之凸起的材料環。
13. 如請求項1之靶材結構，其中該靶材結構為單片的。
14. 如請求項1之靶材結構，其中該靶材結構包含一靶材及一靶座，且其中該凸緣區域係包含於該靶座中。
15. 一種濺鍍靶材結構，其包含：一濺鍍區域，其包含一被安置於該靶材結構之一正面上之濺鍍表面；及一凸緣區域，其相對於該濺鍍區域側向向外且具有一自該濺鍍區域延伸至該靶材結構之一外邊緣的前表面，該凸緣區域包含：一界定一第一高度之該前表面之平坦部分；一被安置於該前表面內之凹槽，其係藉由至少該平坦部分而與該濺鍍區域分離；及一相對於該平坦部分而自該凹槽處被側向向外安置之該前表面的傾斜部分，該傾斜部分係相對於該平坦部分成角度。
16. 如請求項15之靶材結構，其中該傾斜部分係平坦的，且 係從一沿著該前表面安置在一第二高度處之第一點向外延伸至一安置在一第三高度處之第二點，該第二點相對於該結構之該外邊緣呈側向向內。
17. 如請求項16之靶材結構，其中該凸緣區域在該第二點處較薄於在該第一點處。
18. 如請求項16之靶材結構，其中該凸緣區域在該第二點處較厚於在該第一點處。
19. 如請求項16之靶材結構，其中該凸緣區域在該第二點處較薄於包含該平坦表面之該凸緣區域之一部分。
20. 如請求項16之靶材結構，其進一步包含一被安置於該前表面之該傾斜部分上之材料層，該材料層包含由下列各物組成之群中之至少一者：鐵弗龍、陶瓷、塑膠、金屬、塗有滑潤劑之鐵弗龍、塗有滑潤劑之塑膠、塗有滑潤劑之陶瓷、塗有滑潤劑之金屬及其組合。
21. 如請求項15之靶材結構，其進一步包含一延伸穿過該凸緣區域的開口。
22. 如請求項21之靶材結構，其中該傾斜部分自該凹槽延伸至該開口。
23. 如請求項22之靶材結構，其中該平坦區域為一第一平坦區域，且其中該前表面進一步包含一相對於該第一平坦部分大體上呈平行之第二平坦部分，該第二平坦部分自該開口處向外延伸朝向該外邊緣。
24. 一種濺鍍靶材結構，其包含：一濺鍍區域，其包含一被安置於該結構之一正面上的 濺鍍表面；一凸緣區域，其相對於該濺鍍區域呈側向向外；該凸緣區域具有一被安置於該結構之該正面上的前表面，及一與該前表面相對置之背表面；一O形環凹槽，其以一相對於該結構之外邊緣一第一距離而被安置於該前表面上之該凸緣區域內；及一位於該凸緣區域內之子區域，其以一相對於該外邊緣一第二距離而自該O形環凹槽朝向該外邊緣延伸至一位置處，該凸緣區域在整個該子區域上具有一非均勻之厚度。
25. 如請求項24之靶材結構，其中該子區域包含至少一被安置於該前表面內之通道。
26. 如請求項25之靶材結構，其中該至少一通道為複數個通道。
27. 如請求項25之靶材結構，其中該至少一通道具有一小於或等於約0.01吋之通道深度。
28. 如請求項25之靶材結構，其中該至少一通道為一單通道，該單通道具有一相對於該背表面大體上呈平行之底部表面。
29. 如請求項24之靶材結構，其中該前表面包含一第一部分且包含一延伸越過該子區域之第二部分；且其中該第二部分中之至少一部分相對於該第一部分為非共平面的。
30. 如請求項29之靶材結構，其中該第二部分係平坦的，且相對於該第一部分呈傾斜。
31. 如請求項29之靶材結構，其中該第二部分之至少一部分係平坦的，且相對於該第一部分為大體上呈平行。
32. 如請求項29之靶材結構，其中該第一部分係自該濺鍍區域延伸至該O形環凹槽。
33. 如請求項24之靶材結構，其進一步包含一穿過被安置於該第二點與該外邊緣間之該凸緣區域的開口。
34. 如請求項24之靶材結構，其中該O形環凹槽包含一底部表面及一對側壁表面，其中該底部表面之至少一部分相對於該背表面為非平行的。
35. 如請求項24之靶材結構，其中該O形環凹槽包含一底部表面、一對側壁表面及一被安置於該前表面上之節流孔，其中該底部表面在其整體上並非係平坦的。
36. 一種靶材結構，其包含：一濺鍍區域；一凸緣區域，其自該濺鍍區域向外延伸至該結構之一外邊緣；及一位於該凸緣區域內之通道，該通道包含：一底部表面；一節流孔；一第一側壁，其自該底部表面延伸至該節流孔，該第一側壁包含一第一平坦表面，該底部表面與該第一平坦表面於該通道內界定一第一頂角；及一第二側壁，其相對於該第一側壁且自該底部表面延伸至該節流孔，該第二側壁包含一第二平坦表面， 該底部表面與該第二平坦表面於該通道內界定一第二頂角，該第一頂角與該第二頂角相對於彼此為非等角。
37. 如請求項36之靶材結構，其進一步包含一自該節流孔延伸至該濺鍍區域的平坦凸緣表面，該平坦凸緣表面與該第一側壁相交，其中該第一頂角大於該第二頂角。
38. 如請求項36之靶材結構，其中該靶材結構為單片的。
39. 如請求項36之靶材結構，其包含一靶座，且其中該開口係被安置於該靶座內。
40. 一種靶材結構，其包含：一濺鍍區域；一凸緣區域，其自該濺鍍區域向外延伸至該結構之一外邊緣；一位於該凸緣區域內之O形環通道，該通道包含：一底部表面；一節流孔；一第一側壁，其自該底部表面延伸至該節流孔；及一第二側壁，其相對於該第一側壁且自該底部表面延伸至該節流孔；及一平坦凸緣表面，其自該濺鍍區域延伸至該節流孔，該底部表面中之至少一部分係非平行於該平坦凸緣表面。
41. 如請求項40之靶材結構，其中該平坦凸緣表面界定一第一高度，其中該O形環通道包含一於該節流孔處之第一寬度及一於該底部表面處之第二寬度，該第二寬度大於該 第一寬度，且其中該O形環通道相對於位於沿該底部表面之一中點處之該第一高度具有一最小深度。
42. 一種物理氣相沉積系統保護環，其包含一保護性材料層，該保護性材料層係經配置以覆蓋一靶材結構之一凸緣區域之至少一部分，該保護性材料包含由下列各物組成之群中之至少一者：鐵弗龍、陶瓷、塑膠、金屬、塗有滑潤劑之鐵弗龍、塗有滑潤劑之塑膠、塗有滑潤劑之陶瓷、塗有滑潤劑之金屬及其組合，其中該保護環約0.001吋至約0.1吋厚。
43. 如請求項42之保護環，其中該保護環包含一內徑向表面及至少一自該內徑向表面延伸之延伸部分，其中該至少一延伸部分係經配置以插入一存在於一靶材結構之一凸緣區域內的O形環通道中。
44. 如請求項42之保護環，其中該保護環包含至少一貫穿該保護性材料層之開口，該至少一開口係經配置以與存在於該凸緣區域內之相對應之安裝孔對準。
45. 如請求項44之保護環，其中該保護性材料層包含該至少一開口內的至少一延伸部分，該延伸部分係經配置以插入該相對應的安裝孔中。
46. 如請求項42之保護環，其中該保護環係經配置以覆蓋該凸緣之一徑向表面區域的一整體部分，其係從一O形環通道延伸至一存在於該凸緣區域內之安裝螺栓開口處。