环境场溅射源制造技术

本发明专利技术公开了一种溅射阴极，其包括磁铁，该磁铁具有长度为L1的本体，该本体的第一端限定了北极，并且该本体的第二端限定了南极，所述第二端与所述第一端相对。长度为L2的溅射靶材，该溅射靶材环绕该磁铁的本体，但并不环绕该磁铁的端部。

Ambient sputtering source

The invention discloses a sputtering cathode, comprising a magnet, the magnet is L1 the length of the body, the body of the first end defines the Arctic, and the second body end defines the south pole, and the second end opposite the first end. The sputtering target material surrounds the body of the magnet, but does not surround the end of the magnet, which is L2 in length.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年4月21日提交的美国临时专利申请号61/981,935的优先权，其整体通过引用合并于此。
本专利技术涉及一种溅射阴极、一种形成溅射阴极的方法以及一种利用该溅射阴极的物理气相沉淀系统。
技术介绍
传统的溅射阴极仅仅利用由磁场的一小部分，该磁场以由它们的磁体组件中的永久磁铁产生的小弧的形式存在。这些磁场线穿透溅射靶材的材料以生成一小部分真正平行于溅射靶材的表面的磁场。已经注意到平行于溅射靶材的表面并位于其上的磁场线是负责电子陷落并因此浓缩溅射等离子体的磁场线。因此，为了使电子陷落并因此浓缩溅射等离子体得到最大化，期望增强溅射阴极中平行于(或基本平行于)溅射靶材的表面并位于其上的磁场线的数量和/或长度。
技术实现思路
本专利技术是利用包围在溅射靶材周围的整个磁场的溅射阴极实例。该磁场由一个或多个磁铁的布置引起，以产生环绕溅射靶材的整个朝外表面(即被溅射的靶材表面)的具有方位角的磁场。相对于传统溅射阴极，本专利技术的溅射阴极的优点在于磁场线不必须(但可以)穿透溅射靶材的表面。相反，磁场线环绕/沿着溅射靶材的整个朝外表面形成而少量穿透或不穿透溅射靶材的表面。如下描述本专利技术的各种优选但非限制性实例并呈现在如下编号条款中：条款1：在一个实例中，溅射阴极包括：磁铁，其具有长度为L1的本体，该本体的第一端限定了北极，并且该本体的第二端限定了南极，所述第二端与所述第一端相对；以及长度为L2的溅射靶材，该溅射靶材环绕该磁铁的本体，但并不环绕该磁铁的端部。条款2：根据条款1所述的溅射阴极，其中该磁极产生的磁场线在长度L2的方向上沿该溅射靶材的朝外的表面延伸。条款3.根据条款1或2所述的溅射阴极，其中，0.75L1≤L2≤L1。条款4.根据条款1-3中任一项所述的溅射阴极，其中该溅射靶材由单一材料制成。条款5.根据条款1-4中任一项所述的溅射阴极，其中：该溅射靶材由多个材料块组成；并且每个块由相同的材料制成。条款6.根据条款1-5中任一项所述的溅射阴极，其中：该溅射靶材由复数个材料块组成；并且每个块由不同的材料制成。条款7.根据条款1-6中任一项所述的溅射阴极，还包括多个由该溅射靶材包围的磁铁。条款8.根据条款1-7中任一项所述的溅射阴极，其中：多个该磁铁的北极被定位以面向第一方向；并且多个该磁铁的南极被定位以面向与该第一方向相反的第二方向。条款9.根据条款1-8中任一项所述的溅射阴极，其中多个该磁铁被并排间隔定位在一个平面内。条款10.根据条款1-9中任一项所述的溅射阴极，其中多个该磁铁的纵轴沿相同的方向延伸。条款11.根据条款1-10中任一项所述的溅射阴极，其中多个该磁铁的纵轴相互平行。条款12.根据条款1-11中任一项所述的溅射阴极，其中，从多个该磁铁的其中一个极端看，多个该磁铁被定位成如下形状之一：平面、圆、矩形、正方形、三角形或多边形。条款13.根据条款1-12中任一项所述的溅射阴极，还包括该磁极与该溅射靶材之间的模型。条款14.根据条款1-13中任一项所述的溅射阴极，还包括冷却管，该冷却管用于将液体输入到该溅射阴极，从该溅射阴极输出、或使该液体穿过该溅射阴极。条款15.根据条款1-14中任一项所述的溅射阴极，其中在与该磁铁的纵轴相同的方向上延伸并穿过该溅射阴极。条款16.根据条款1-15中任一项所述的溅射阴极，其中，该溅射靶材的横截面具有如下形状之一：长方形、椭圆形、赛道形、圆形、多边形、六角形、三角形、矩形或正方形。条款17.在一个实例中，形成溅射阴极的方法包括：(a)提供磁铁，该磁铁的轴向长度为L1，该长度的两个相对端分别限定了南极和北极；以及(b)利用长度为L2的溅射靶材环绕该磁铁的轴，但并不环绕该磁铁的端部。条款18.根据条款17所述的方法，其中0.75L1≤L2≤L1。条款19.根据条款17或18所述的方法，其中该磁极产生的磁场线在长度L2的方向上沿该溅射靶材的朝外的表面延伸。条款20.在一个实例中，物理气相沉淀系统包括：外壳：如本专利技术的条款1-17中任一项所述的溅射阴极，该溅射阴极位于该外壳内；以及电源，该电源具有连接至该溅射阴极的负极端，其中该外壳连接至该电源的正极端或接地端，并且该外壳作为该系统的阳极操作。附图说明图1A是根据本专利技术的第一实施例的溅射阴极的透视图。图1B是图1A的溅射阴极的俯视图。图1C是图1B所示的溅射阴极的底部的端视图。图1D是沿图1B中ID-ID线的剖面图。图1E是沿图1B中IE-IE线的剖面图。图2A-2D是分别具有圆形、多边形或六角形形状、三角形形状和正方形形状的不同实施例的溅射阴极的横截面，包括磁铁(例如：永久磁铁)被定位成圆形、多边形或六角形形状(图2B)、矩形或正方形(图2A、2D)或三角形(图2C)。图3是图1A所示的溅射阴极的俯视图，包括由几个平面和曲面块或瓦形成的溅射靶材，其中每个块或瓦可以由相同材料、不同材料形成，或者块或瓦可以由任一材料或多种材料的组合形成。图4A是根据本专利技术的另一个实施例的溅射阴极的俯视图。图4B是图4A所示的溅射阴极的俯视图。图4C是图4B所示的溅射阴极的底部的端视图。图4D是图4B中线IVD-IVD的剖视图。以及图5是可以利用本专利技术的任何溅射阴极实施例的物理气相沉积系统的示意图。具体实施方式如下结合所附的视图对本专利技术进行描述，其中同样的附图标记对应同样的或相似的部件。如下公开溅射阴极的实例，其利用来自一个或多个磁铁的磁通量或磁场的分配来产生溅射阴极周围和/或溅射阴极的朝外侧面或表面周围的电子陷落。与传统的平面溅射阴极布置对比，本专利技术的溅射阴极所产生的磁通量或磁场线纵向延伸至溅射靶材的朝外的表面(即，沿溅射阴极的溅射靶材的朝外表面延伸)，并且可以穿透该朝外表面或可以不穿透该朝外表面。本专利技术的溅射阴极的磁场线使得电子环绕磁场线做环形运动，因此相对于传统平面溅射阴极的布置，显著增加了电子接地的路径。电子在磁场线内停留的时间越长，这些电子有更多机会经历与处理气体的碰撞并产生离子。也存在漂移电流，其将电子向物理气相沉淀(PVD)系统的阳极引导，该PVD系统利用溅射阴极完成溅射阴极与阳极之间的电子电路。在一个实例PVD系统中，阳极可以是PVD系统的一堵墙。在另一个实例中，除PVD系统的墙之外，可以在PVD系统的外壳内放置一个或多个单独的阳极。在一个实例中，本专利技术的溅射阴极不具有活性阳极来包围它。相反，阳极可以是PVD系统的真空室或偏置到合适的阳极电位的真空室的其他固定设备。因此，在被释放到该阳极电位之前，需要电子远离环绕溅射阴极的磁场线。因此，在一个实例中，沿着溅射靶材的朝外表面延伸的纵向磁场线与靠近阳极的距离(相对于传统平面溅射阴极布置中所用的阳极)的结合使得本专利技术的溅射阴极更有效地利用其磁场内捕捉的电子。认为本专利技术的溅射阴极可以运行的压力是直接在溅射阴极的溅射靶材的表面上方的溅射阴极的磁场内找到的电子密度的函数。在这点上，认为被捕捉的电子越多，并且这些电子在磁场内停留的时间越长，本专利技术的溅射阴极就能在更低的真空压力下运行。更特别地，认为相对于利用传统平面溅射阴极时的PVD系统，完全环绕本专利技术的溅射靶材的朝外表面延伸的纵向磁场线与靠近利用本专利技术的溅射阴极的PVD系统的阳极的距离的结合使得PVD系统在更低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溅射阴极，包括：磁铁，所述磁铁具有长度为L1的本体，所述本体的第一端限定了北极，并且该本体的第二端限定了南极，所述第二端与所述第一端相对；以及长度为L2的溅射靶材，所述溅射靶材环绕所述磁铁的本体，但并不环绕所述磁铁的端部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.21 US 61/981,9351.一种溅射阴极，包括：磁铁，所述磁铁具有长度为L1的本体，所述本体的第一端限定了北极，并且该本体的第二端限定了南极，所述第二端与所述第一端相对；以及长度为L2的溅射靶材，所述溅射靶材环绕所述磁铁的本体，但并不环绕所述磁铁的端部。2.根据权利要求1所述的溅射阴极，其中所述磁铁产生的磁场线在长度L2的方向上沿所述溅射靶材的朝外的表面延伸。3.根据权利要求1所述的溅射阴极，其中，0.75L1≤L2≤L1。4.根据权利要求1所述的溅射阴极，其中所述溅射靶材由单一材料制成。5.根据权利要求1所述的溅射阴极，其中：所述溅射靶材由多个材料块组成；并且每个块由相同的材料制成。6.根据权利要求1所述的溅射阴极，其中：所述溅射靶材由复数个材料块组成；并且每个块由不同的材料制成。7.根据权利要求1所述的溅射阴极，还包括多个由所述溅射靶材包围的磁铁。8.根据权利要求7所述的溅射阴极，其中：多个所述磁铁的北极被定位以面向第一方向；并且多个所述磁铁的南极被定位以面向与所述第一方向相反的第二方向。9.根据权利要求7所述的溅射阴极，其中多个所述磁铁被并排间隔定位在一个平面内。10.根据权利要求9所述的溅射阴极，其中多个所述磁铁的纵轴沿相同的方向延伸。11.根据权利要求10所述的溅射阴极，其中多个所述磁铁的纵轴相互平行。...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·杰斯卡，罗伯特·M·贝兰，库尔特·约翰·莱斯克III，
申请(专利权)人：库尔特J·莱斯克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US