專利名稱：端塊和濺射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于承載可旋轉(zhuǎn)對象的端塊，并具體而言涉及包括軸承的端塊。此外，本發(fā)明涉及包括端塊的濺射裝置。
背景技術(shù)：
在許多應(yīng)用中，期望在襯底上沉積薄層。公知的用于沉積薄層的技術(shù)具體而言是蒸鍍、化學(xué)氣相濺射和濺射沉積。例如，可以使用濺射來沉積薄層，例如金屬(例如鋁)或陶瓷的薄層。在濺射處理期間，通過在低壓下用通常為惰性處理氣體的離子轟擊靶的表面，涂覆材料從包含該金屬的濺射靶傳送到要涂覆的襯底。離子通過處理氣體的電子沖擊離解而產(chǎn)生，并通過用作濺射陰極的靶與陽極之間的較高電壓降而加速。這種對靶的轟擊導(dǎo)致涂覆材料的原子或分子的噴出，這作為沉積膜蓄積在與濺射陰極相對地(例如，在濺射陰極下方)布置的襯底上。

分區(qū)平板、單塊平板和可旋轉(zhuǎn)的靶可以用于濺射。由于陰極的幾何形狀和設(shè)計，可旋轉(zhuǎn)的靶相比平板的靶通常具有更高的利用率和增加的工作時間。因此，可旋轉(zhuǎn)的靶的使用通常延長了使用壽命，并降低了成本。旋轉(zhuǎn)陰極通常受到濺射裝置的陰極驅(qū)動單元的支撐。在下文中，陰極驅(qū)動單元也分別稱為端塊和陰極驅(qū)動塊。在濺射期間，陰極驅(qū)動單元可旋轉(zhuǎn)地將運(yùn)動傳遞到旋轉(zhuǎn)陰極。假定旋轉(zhuǎn)陰極的縱向延伸達(dá)到4m以及濺射裝置通常的持續(xù)工作時間為數(shù)天，則通常期望陰極驅(qū)動單元的軸承在較長時段期間可靠地承載較重的機(jī)械負(fù)荷。通常在低壓或真空條件下(g卩，在真空室內(nèi))執(zhí)行濺射。由于成本原因，通常希望陰極驅(qū)動單元尤其在被布置在濺射裝置的真空室內(nèi)時具有較小的空間要求。但是，實(shí)現(xiàn)可旋轉(zhuǎn)靶的可靠且較小空間的軸承是一項(xiàng)要求很高的任務(wù)。因此，存在對改良陰極驅(qū)動單元(具體而言，緊湊的陰極驅(qū)動單元)的持續(xù)需求。

發(fā)明內(nèi)容
以使得本發(fā)明的上述特征能夠被詳細(xì)理解的方式，可以參照實(shí)施例進(jìn)行對以上簡單總結(jié)的本發(fā)明的更具體說明。附圖針對本發(fā)明的實(shí)施例，并如下所述:根據(jù)實(shí)施例，提供了用于承載沉積設(shè)備的可旋轉(zhuǎn)靶的端塊。端塊包括基體，基體適于剛性地連接到沉積設(shè)備的非回轉(zhuǎn)部分。端塊還包括繞基體布置的至少一個旋轉(zhuǎn)軸承，以及繞基體布置并適于接收可旋轉(zhuǎn)靶的轉(zhuǎn)子。根據(jù)實(shí)施例，提供了沉積設(shè)備，沉積設(shè)備包括具有非回轉(zhuǎn)部分的處理室和安裝到其的至少一個端塊。端塊包括基體、繞基體布置的至少一個旋轉(zhuǎn)軸承、以及繞至少一個旋轉(zhuǎn)軸承布置的轉(zhuǎn)子。基體固定到沉積設(shè)備的非回轉(zhuǎn)部分，轉(zhuǎn)子適于接收可旋轉(zhuǎn)靶。根據(jù)實(shí)施例，提供了用于支撐可旋轉(zhuǎn)靶的濺射裝置的陰極驅(qū)動塊。驅(qū)動塊包括基體，基體適于剛性地耦合到濺射裝置的非回轉(zhuǎn)部分。此外，驅(qū)動塊包括繞基體可旋轉(zhuǎn)地安裝并適于接收可旋轉(zhuǎn)靶的轉(zhuǎn)子。
根據(jù)所附權(quán)利要求、說明書和附圖，本發(fā)明的進(jìn)一步方面、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得清
楚


將參照以下附圖更詳細(xì)說明上述實(shí)施例中的一些，其中:圖1A根據(jù)實(shí)施例示意性地示出端塊的沿著轉(zhuǎn)軸的截面；圖1根據(jù)實(shí)施例示意性地示出端塊的沿著轉(zhuǎn)軸的截面；圖2根據(jù)實(shí)施例示意性地示出安裝到端塊的靶凸緣的可旋轉(zhuǎn)靶的沿著轉(zhuǎn)軸的截面；圖3根據(jù)實(shí)施例示意性地示出端塊的沿著線A-A’的截面；圖4根據(jù)實(shí)施例示意性地示出了端塊的沿著轉(zhuǎn)軸的截面；圖5根據(jù)實(shí)施例示意性地示出了圖4的截面的一部分；圖6根據(jù)實(shí)施例示意性地示出濺射裝置的截面；圖7根據(jù)實(shí)施例示意性地示出了濺射裝置的截面；圖8根據(jù)實(shí)施例示意性地示出了濺射裝置的截面；附圖的元件不一定相對于彼此按比例繪制。相似的附圖標(biāo)記對應(yīng)于相似部件。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將對各個實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)參照，在各附圖中示出了實(shí)施例中的一個或更多。各實(shí)施例以解釋的方式提供，并不意在作為限制。例如，作為一個實(shí)施例的部件圖示或說明的特征可以用于其他實(shí)施例或與其他實(shí)施例結(jié)合使用，以產(chǎn)生另一實(shí)施例。所意圖的是，本發(fā)明包括這樣的修改和更改。濺射是其中由于由能量粒子對靶的轟擊，原子從固體靶材料噴出的處理。在刮擦處作為材料涂覆襯底的處理通常稱為薄膜涂布。術(shù)語“涂覆”和術(shù)語“沉積”在本文同義地使用。術(shù)語“濺射裝置”和“沉積設(shè)備”在本文同義地使用，并包括使用濺射用于在襯底上沉積靶材料(通常為薄膜)的設(shè)備。通常靶材料包括但不限于諸如鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)和金(Au)的純金屬，諸如鋁鈮合金或鋁鎳合金之類的金屬合金，諸如硅(Si)之類的半導(dǎo)體材料，以及諸如氮化物、碳化物、鈦酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽和氧化物(具體而言，上述材料的氮化物、碳化物、鈦酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽或氧化物)之類的電解質(zhì)材料。例如，諸如摻雜的ZnO (例如，ZnO: Al、AlZnO、InO3)、Sn摻雜的In2O3(ITO)和F摻雜的SnO2之類透明導(dǎo)電氧化物(TCO)。如本文所使用的術(shù)語“襯底”應(yīng)該包括非柔性襯底(例如晶片或玻璃板)和柔性襯底(例如網(wǎng)和箔)。典型示例包括但不限于涉及如下情況的應(yīng)用:半導(dǎo)體和電介質(zhì)材料和裝置、硅基晶片、平板顯示器(例如TFT)、屏蔽和濾波、能量轉(zhuǎn)換和存儲(例如光伏電池、燃料電池和電池)、固態(tài)發(fā)光(例如LED和0LED)、磁和光存儲、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和納米機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)、微光和光電機(jī)械系統(tǒng)(NEMS)、微光和光電子裝置、透明襯底、建筑和汽車玻璃、用于金屬和聚合物箔的金屬化系統(tǒng)和封裝、以及微成型和納米成型。針對圖1A，說明適于端塊的實(shí)施例。本文所用的術(shù)語“端塊”應(yīng)該包括濺射裝置的適于安裝到非回轉(zhuǎn)部件(通常為壁、板或門)并適于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到可旋轉(zhuǎn)靶的裝置。術(shù)語“端塊”、“陰極驅(qū)動頭”和術(shù)語“陰極驅(qū)動塊”在本文同義地使用。如本文使用的術(shù)語“端塊”、“陰極驅(qū)動頭”和術(shù)語“陰極驅(qū)動塊”應(yīng)該具體包括額外向可旋轉(zhuǎn)靶提供冷卻劑和/或電流同時維持真空集成度和封閉冷卻劑回路的裝置。給定可旋轉(zhuǎn)靶的縱向延伸長達(dá)約1.5m、長達(dá)約2.5m或甚至長達(dá)約4m并且濺射裝置的通常連續(xù)工作時間為數(shù)天，通常期望端塊的軸承在長時段期間可靠地承載較重的機(jī)械負(fù)載。如本文所用的術(shù)語“可旋轉(zhuǎn)靶”應(yīng)該包括適于可旋轉(zhuǎn)地安裝到濺射裝置并包含適于濺射的靶結(jié)構(gòu)的任何陰極組件。如本文所使用的術(shù)語“可旋轉(zhuǎn)靶”應(yīng)該具體包括磁性增強(qiáng)陰極組件，其額外包含用于改善濺射的內(nèi)部磁性裝置，例如永磁體。下文中還分別稱作可旋轉(zhuǎn)濺射陰極和旋轉(zhuǎn)陰極的可旋轉(zhuǎn)靶可以由靶材料的中空圓筒體構(gòu)成。這些旋轉(zhuǎn)靶還稱作單片靶，并可以通過靶材料的鑄造或燒結(jié)來制造。非單片可旋轉(zhuǎn)靶通常包括其外表面涂布一層靶材料的圓筒可旋轉(zhuǎn)管(例如襯背管)。在制造這樣的可旋轉(zhuǎn)濺射陰極時，可以例如通過將粉末噴灑、或者鑄造或均勻按壓到襯背管的外表面上來涂布靶材料?；蛘撸部煞Q為靶管的靶材料的中空圓筒可以布置并接合(例如，利用銦)到襯背管以形成旋轉(zhuǎn)陰極。根據(jù)其他可選方案，非接合靶圓筒可以設(shè)置在襯背管的徑向外側(cè)。為了獲得提高的沉積速率，已經(jīng)提出了磁性增強(qiáng)陰極的使用。這也可以成為磁電管濺射?？梢园ù朋w陣列的磁性裝置可以布置在濺射陰極內(nèi)(例如襯背管內(nèi)或單片靶內(nèi))，并提供用于磁性增強(qiáng)濺射的磁場。陰極通常可繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)，使得可以相對于磁性裝置轉(zhuǎn)動。在工作時，未冷卻磁體可以變得較熱。這是由于它們被受到離子轟擊的靶材料圍繞的事實(shí)。所得到的碰撞導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)陰極的受熱，為了使磁體保持在合適的工作溫度，可以提供靶材料和磁體的冷卻。圖1A在沿著旋轉(zhuǎn)軸線50的典型截面中示意性地示出了端塊100，可旋轉(zhuǎn)靶(未示出)可以在濺射期間繞旋轉(zhuǎn)軸線50旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸線50還形成端塊100的縱向軸線50，并界定了軸向方向。由此，例如“頂”、“底”、“上”、“下”、“上方”、“下方”、“在...上”等的方向術(shù)語參照旋轉(zhuǎn)軸線50的指向而使用。如本文使用的術(shù)語“軸向負(fù)載”意在描述分別在向著旋轉(zhuǎn)軸線50的方向上的負(fù)載和力。因此，如本文使用的術(shù)語“徑向負(fù)載”意在描述分別在與旋轉(zhuǎn)軸線50基本正交的方向上的負(fù)載和力。相似地,如本文使用的“徑向方向”意在描述與旋轉(zhuǎn)軸線50基本正交的方向。根據(jù)可以與本文所揭示的實(shí)施例結(jié)合的實(shí)施例，端塊100包括基體110、繞基體110布置的旋轉(zhuǎn)軸承140、以及繞旋轉(zhuǎn)軸承140布置并連接到旋轉(zhuǎn)軸承140的軸承殼體123。軸承殼體123形成轉(zhuǎn)子的一部分，轉(zhuǎn)子承載用于濺射的可旋轉(zhuǎn)靶。在濺射期間，基體110剛性地連接到沉積設(shè)備(未示出)的非回轉(zhuǎn)部分，通常為安裝到例如沉積設(shè)備的壁的端塊100的外殼。將適于機(jī)械地支撐旋轉(zhuǎn)靶的轉(zhuǎn)子繞非旋轉(zhuǎn)基體110布置，得到了端塊100的緊湊且空間減小的設(shè)計。 針對圖1，解釋端塊100的數(shù)個實(shí)施例。圖1在沿著旋轉(zhuǎn)軸線50的典型截面中示意性地示出了端塊100，可旋轉(zhuǎn)靶(未示出)可以在濺射期間繞旋轉(zhuǎn)軸線50旋轉(zhuǎn)。通常，端塊100包括外殼。在所示截面中，示出了外殼的下壁126和上壁127的僅一些部分。在濺射期間，外殼通常不相對于其中執(zhí)行濺射的處理室旋轉(zhuǎn)。處理室通常是低壓室，并在下文還稱為真空室。外殼例如可以安裝到處理室的壁。出于穩(wěn)定性原因，外殼通常由金屬制成，例如鋼、不銹鋼或鋁。根據(jù)實(shí)施例，端塊100具有基體110，通常為中空基體110，其剛性地連接到外殼的下壁126。因此，基體110在濺射期間不相對于處理室旋轉(zhuǎn)。換言之，基體110通常剛性地連接到沉積設(shè)備的非回轉(zhuǎn)部分。通常，在基體110內(nèi)，設(shè)置用于旋轉(zhuǎn)靶的流體支撐。根據(jù)實(shí)施例，與旋轉(zhuǎn)軸線50共軸的圓筒腔113形成在基體110中。通常，冷卻劑管114共軸地插入到圓筒腔113中。此夕卜，通常在冷卻劑管114與基體110的內(nèi)壁之間形成中空圓筒空間115。冷卻劑管114和空間115可以用于以冷卻劑(例如水)來支撐旋轉(zhuǎn)靶。通常，冷的冷卻劑在空間115中向上流動，并且受熱的冷卻劑在冷卻劑管114中向下流動。冷卻劑的流動方向也可以反轉(zhuǎn)。根據(jù)實(shí)施例，軸承系統(tǒng)149布置繞基體110布置。軸承系統(tǒng)149通常與旋轉(zhuǎn)軸線共軸，即，軸承系統(tǒng)149確定旋轉(zhuǎn)軸線50。根據(jù)實(shí)施例，轉(zhuǎn)子120繞軸承系統(tǒng)149布置。轉(zhuǎn)子120處于適于接收旋轉(zhuǎn)靶的外殼外側(cè)的上部中。通常，轉(zhuǎn)子120向旋轉(zhuǎn)靶提供機(jī)械支撐，即轉(zhuǎn)子120通常承載旋轉(zhuǎn)靶并在 濺射期間將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到旋轉(zhuǎn)靶。將適于機(jī)械地支撐旋轉(zhuǎn)靶的轉(zhuǎn)子120繞基體110布置得到了端塊100的緊湊且空間減小的設(shè)計。由此，可以減小處理室內(nèi)的空間以及成本。根據(jù)實(shí)施例，軸承系統(tǒng)149適于承載在濺射期間由于可旋轉(zhuǎn)靶的運(yùn)動導(dǎo)致的徑向和軸向負(fù)載兩者。通常，軸承系統(tǒng)149包括至少一個錐形滾柱軸承，例如一個環(huán)錐形滾柱軸承。錐形滾柱軸承支撐徑向和軸向負(fù)載兩者，并且由于更大的接觸面積，一般例如比球形軸承承受更高的載荷。根據(jù)實(shí)施例，轉(zhuǎn)子120包括布置在軸承系統(tǒng)149周圍并與其連接的軸承殼體123。與旋轉(zhuǎn)軸線50正交并穿過軸承系統(tǒng)149的典型截面可以示出軸承殼體123、冷卻劑管114和基體110的環(huán)形截面。根據(jù)實(shí)施例，齒輪151繞軸承殼體123布置并緊固到軸承殼體123，以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到轉(zhuǎn)子120。通常，齒輪151如圖1所示固定到軸承殼體123的下部，或者中部。這有助于通過外殼(例如經(jīng)由帶)在齒輪151與旋轉(zhuǎn)電驅(qū)動器之間的機(jī)械耦合。根據(jù)實(shí)施例，靶凸緣121布置在軸承殼體123上并真空密閉地安裝到軸承殼體123。通常，0環(huán)密封13布置在軸承殼體123與靶凸緣121之間。因?yàn)榘型咕?21和軸承殼體123通常非旋轉(zhuǎn)地彼此耦合，所以安裝在靶凸緣121上的可旋轉(zhuǎn)靶可以通過旋轉(zhuǎn)電驅(qū)動器而旋轉(zhuǎn)。在濺射期間，至少靶凸緣121的上部通常布置在外殼外部，即在低壓或真空環(huán)境下。與此不同的是，外殼的內(nèi)部空間通常處于常壓和/或比處理室更高的壓力。為了避免氣體交換，根據(jù)本實(shí)施例，密封支架124真空密閉地布置在外殼的上壁127與轉(zhuǎn)子120之間。在典型的實(shí)施例中，滑動環(huán)真空密封118布置在密封支架124與軸承殼體123之間。密封支架124也可以安裝到軸承殼體123，并且滑動環(huán)真空密封可以布置在密封支架124與外殼的上壁127之間。
根據(jù)實(shí)施例，兩個環(huán)形滑動密封117 (例如流體密封117)布置在靶凸緣121與基體110之間。使用至少一個環(huán)形滑動流體密封分別避免了冷卻劑、油脂和真空潤滑劑交換。由此，軸承系統(tǒng)149受到保護(hù)避免冷卻劑的穿透。此外，避免了油脂穿透到冷卻系統(tǒng)中。根據(jù)實(shí)施例，集流器板122在轉(zhuǎn)子120的下端(S卩，與靶凸緣121相反)處安裝到軸承殼體123。集流器板122通常在與旋轉(zhuǎn)軸線50正交的截面中也是環(huán)形的。集流器板122通常用于將電流傳遞到可旋轉(zhuǎn)靶。根據(jù)可以與本文所述的其他實(shí)施例結(jié)合的實(shí)施例，組合冷卻劑單元和電支撐單元130布置在集流器板122下方。連接端子130相對于基體110不可旋轉(zhuǎn)，并包括穿過基體110的排出管131和至少一個冷卻劑供應(yīng)管132 (見圖3)兩者。此外，滑動電觸頭135分別布置在組合單元130的主體133上并突伸出，并與集流器板122接觸。由此，旋轉(zhuǎn)靶可以設(shè)置有電支撐和流體支撐。根據(jù)實(shí)施例，垂直于旋轉(zhuǎn)軸線50定向的絕緣板116通常利用螺紋件204緊固到基體110的下部119。由此，端塊100的內(nèi)部(即基體110)相對于外殼絕緣，并不可旋轉(zhuǎn)地安裝到外殼。根據(jù)實(shí)施例，絕緣板116通常螺紋地緊固到下壁126，以使基體110穩(wěn)固在外殼中，并將旋轉(zhuǎn)軸線50相對于外殼固定。絕緣板116和下壁126可以利用額外的螺紋件螺紋連接在一起?？蛇x地和/或附加地，所示的螺紋件204可以至少部分地延伸到下壁126中。在此情況下，螺紋件204通常相對于基體110的下部119絕緣。圖2示意性地示出了安裝到端塊的靶凸緣121的可旋轉(zhuǎn)靶10沿著旋轉(zhuǎn)軸線50的截面。根據(jù)實(shí)施例，靶凸緣121和可旋轉(zhuǎn)靶10彼此共軸。如本文使用的術(shù)語“可旋轉(zhuǎn)靶”應(yīng)該包括適于可旋轉(zhuǎn)地安裝到濺射裝置并包括適于濺射的靶結(jié)構(gòu)的任意陰極 組件。如本文使用的術(shù)語“可旋轉(zhuǎn)靶”應(yīng)該具體包括額外包含內(nèi)部磁性裝置(例如，永磁體)以改善濺射的磁性增強(qiáng)陰極組件。通常，可旋轉(zhuǎn)靶10包括襯背管11和布置在襯背管11上的靶管12。如本文使用的術(shù)語“靶管”應(yīng)該包括適于濺射的材料的任意殼部具體地形成為中空圓筒。靶管的支撐可以包括機(jī)械支撐，提供了靶管和可選磁體的電接觸和冷卻。或者，可旋轉(zhuǎn)靶也可以是單片靶。在此情況下，可旋轉(zhuǎn)靶的形狀可以類似于如圖2所示的可旋轉(zhuǎn)靶10。在此情況下，所示的連接區(qū)域11和12通常形成了相同材料的簡單連接區(qū)域?？尚D(zhuǎn)靶的支撐可以包括靶管和可選磁體的機(jī)械支撐、提供電接觸和提供冷卻當(dāng)中的至少一者。通常，使用將可旋轉(zhuǎn)靶10壓向靶凸緣121的環(huán)形夾將可旋轉(zhuǎn)靶10裝配到靶凸緣121的上部。0環(huán)密封13a通常分別布置在靶凸緣121與襯背管11和可旋轉(zhuǎn)靶10的連接部分之間。因此，可旋轉(zhuǎn)靶10真空密閉地安裝到靶凸緣121。根據(jù)實(shí)施例，可旋轉(zhuǎn)靶10真空密閉地安裝到靶凸緣121的上部。這通常由環(huán)形密封(未示出)實(shí)現(xiàn)。由此，防止向低壓處理室的流體泄漏。根據(jù)實(shí)施例，可旋轉(zhuǎn)靶10包括液密地安裝到端塊的冷卻劑管114的管狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)16，用于冷卻可旋轉(zhuǎn)靶10，尤其是設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)靶10內(nèi)的可選磁體(未示出)。為了使可旋轉(zhuǎn)靶10在濺射期間作為陰極工作，用于可旋轉(zhuǎn)靶10的至少一個電供應(yīng)(未示出)通常也設(shè)置為通過靶凸緣121。根據(jù)可以與本文揭示的其他實(shí)施例組合的實(shí)施例，靶凸緣適于機(jī)械地支撐可旋轉(zhuǎn)靶。此外，用于目標(biāo)管的冷卻劑和電供應(yīng)可以設(shè)置為穿過靶凸緣。圖3示意性地示出了端塊100的沿著圖1的線A-A’的截面。根據(jù)實(shí)施例，端塊100包括布置在集流器板與絕緣板之間的冷卻劑供應(yīng)和排出單元130。圖3的截面對應(yīng)于通過冷卻劑供應(yīng)和排出單元130的截面。通常，冷卻劑供應(yīng)和排出單元130包括排出管131和兩個冷卻劑供應(yīng)管132，其在與軸線50基本垂直的平面中穿過基體110和單元130的主體133饋送。排出管131引入冷卻劑管114的開口，并且冷卻劑供應(yīng)管132引入形成在基體110與冷卻劑管114之間的環(huán)形冷卻劑空間115。如實(shí)線箭頭所示，冷卻劑可以提供給冷卻劑供應(yīng)管132。在濺射期間，冷卻劑通常流經(jīng)冷卻劑供應(yīng)管132并在冷卻劑空間115中向上流向可旋轉(zhuǎn)靶。如虛線箭頭所示，受熱的冷卻劑的回流通常向下流經(jīng)冷卻劑管114，并通過排出管131沿著徑向方向排出。由此，為可旋轉(zhuǎn)靶設(shè)置了封閉冷卻劑回路。封閉冷卻劑回路中的流動方向也可以反轉(zhuǎn)。通常，冷卻劑供應(yīng)和排出單元130在徑向外側(cè)部分中包括用于將排出單元130緊固(通常為螺紋緊固)到基體110的下部119的通孔。在冷卻劑供應(yīng)和排出單元130上設(shè)置滑動電觸頭?；瑒与娪|頭布置在圖3的截面的上方，并因此未示出。為了清楚起見，用于滑動觸頭的支撐結(jié)構(gòu)未示出。滑動電觸頭及其支撐結(jié)構(gòu)通常形成電支撐單元。根據(jù)可以與本文所揭示的其他實(shí)施例組合的其他實(shí)施例，端塊包括布置在集流器板與絕緣板之間的冷卻劑供應(yīng)和排出單元和/或電支撐電源。端塊可以例如包括集成了電支撐單元和冷卻劑供應(yīng)和排出單元的功能的組合單元。圖4根據(jù)實(shí)施例 示意性地示出了端塊的沿著旋轉(zhuǎn)軸線50的截面。圖4的端塊101類似于圖1的端塊100。圖4中的大部分元件類似于圖1的元件。為清楚起見，用分別相同的附圖標(biāo)記來表示這些元件。根據(jù)實(shí)施例，端塊101包括適于剛性地連接到濺射裝置的非回轉(zhuǎn)部分的基體110。端塊101還包括繞基體110可旋轉(zhuǎn)地安裝并適于接收可旋轉(zhuǎn)靶的轉(zhuǎn)子120。因此，如參照圖2對于圖1的端塊的靶凸緣所解釋的，可旋轉(zhuǎn)靶可以緊固到端塊101的靶凸緣121。通常，端塊101還可轉(zhuǎn)動地將運(yùn)動、冷卻劑和電流傳遞到可旋轉(zhuǎn)靶，同時維持真空集成度和封閉冷卻劑回路。因此，圖3還可以對應(yīng)于沿著圖4中的線AA’的截面。根據(jù)實(shí)施例，端塊101包括布置在基體110與轉(zhuǎn)子120之間并沿著軸線方向彼此間隔開的兩個環(huán)形旋轉(zhuǎn)軸承140和141。使用兩個旋轉(zhuǎn)軸承140和141允許軸承系統(tǒng)的特別緊湊和重量相對輕的設(shè)計。通常，兩個旋轉(zhuǎn)軸承140和141的至少一個適于承載徑向和軸向負(fù)載兩者。根據(jù)實(shí)施例，環(huán)形開槽圓螺母142通常按壓旋轉(zhuǎn)軸承141，并因此將轉(zhuǎn)子120相對于基體110進(jìn)行支承。這允許通常較長的可旋轉(zhuǎn)靶的穩(wěn)定承載。根據(jù)實(shí)施例，螺紋件204通過各個絕緣墊圈206與基體110的下部119絕緣。因此，螺紋件204可以在不將外殼的下壁126與基體110電連接的情況下延伸到下壁126中。圖5示意性地示出了根據(jù)實(shí)施例的圖4的截面的一部分。兩個旋轉(zhuǎn)軸承140和141中的每個分別包括內(nèi)環(huán)143和146，分別包括外環(huán)144和147，分別包括延伸在錐形溝槽上的錐形滾柱145和148。換言之，根據(jù)實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)軸承140和141是環(huán)錐形滾柱軸承。由于其設(shè)計，錐形滾柱軸承140和141支撐徑向和軸向負(fù)載兩者。根據(jù)實(shí)施例，錐形滾柱145和148的傾斜度相對于旋轉(zhuǎn)軸線50反向但通常具有相同的絕對值。由此，軸承系統(tǒng)可以良好均衡地承載正負(fù)軸向負(fù)載兩者。內(nèi)環(huán)143和146被緊固到基體110，并且外環(huán)144和147緊固到軸承殼體132。換言之，旋轉(zhuǎn)軸承140和141繞基體110布置，且轉(zhuǎn)子120繞旋轉(zhuǎn)軸承140和141布置。根據(jù)實(shí)施例，環(huán)形開槽圓螺母142按壓旋轉(zhuǎn)軸承141。由此，旋轉(zhuǎn)軸承141受到預(yù)應(yīng)力。此外，這還經(jīng)由軸承殼體132導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸承140的預(yù)應(yīng)力。這允許通常較長的可旋轉(zhuǎn)革G的穩(wěn)定承載。圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的濺射裝置200的沿著旋轉(zhuǎn)軸線50的截面。濺射裝置200通常包括由壁231和232形成的處理室220。由此，根據(jù)典型實(shí)施例，陰極、靶、襯背管或軸承的軸線50基本平行于端塊100、101所安裝到的壁231。由此，實(shí)現(xiàn)了陰極的嵌入(drop-1n)結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)施例，如參照前圖解釋的，至少一個端塊100或101安裝到處理室220中，使得端塊100、101不相對于處理室220的壁231旋轉(zhuǎn)?；w110通常經(jīng)由絕緣板116緊固到處理室220的板或門230。在濺射期間，板或門230關(guān)閉。因此，在濺射期間，基體110通常固定，至少不可旋轉(zhuǎn)?；蛘?，外殼125可以直接緊固到處理室220的壁231。根據(jù)實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器150(通常為電驅(qū)動器)隔著安裝支撐152布置在處理室220外側(cè)。但是，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器150也可以放置在外殼125內(nèi)。通常，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器150在濺射期間經(jīng)由其馬達(dá)軸154、連接到其的小齒輪153和環(huán)繞小齒輪153及安裝到轉(zhuǎn)子120的軸承殼體123的齒輪151的鏈條或齒帶(未示出)驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)靶10。通常，冷卻劑支 撐管134和/或電支撐線134從冷卻劑供應(yīng)和排出單元130和/或電支撐單元130通過外殼125饋送到處理室220的外部。可旋轉(zhuǎn)靶10通常由端塊100、101以懸臂布置方式支撐在襯底(未示出)上方。此夕卜，可旋轉(zhuǎn)靶10還可以支撐在其上端。圖7根據(jù)實(shí)施例示意性地示出了濺射裝置200的截面。由此，根據(jù)典型實(shí)施例，陰極、靶、襯背管或軸承的軸線50基本垂直于將端塊100、101連接到處理室220的凸緣230。圖7的濺射裝置200類似于圖6的濺射裝置。但是，圖7中的絕緣板116分別與其上安裝端塊100、101的壁231和板230平行地定向。與此不同，圖6中的絕緣板116分別與其上安裝端塊100、101的壁231和板230垂直地定向。此外，在圖7的實(shí)施例中，馬達(dá)軸154延伸到外殼125中。為清楚起見，通常也在圖7的實(shí)施例中使用的冷卻劑支撐管和電支撐線未示出。根據(jù)實(shí)施例，如圖7所示，外殼125的下壁126分別安裝到壁231或門230和板230。根據(jù)另一實(shí)施例，端塊100、101安裝到壁231，使得真空室220的壁231和外殼125的上壁127形成真空室220內(nèi)的基本平坦過渡區(qū)域或僅具有較小臺階部的過渡區(qū)域。這由圖7中的水平虛線示出。在這些實(shí)施例中，可以減小真空室220的內(nèi)部容積。圖7的配置通常用于其中襯底相對于重力水平地定向的濺射裝置。圖6的配置可以用于水平和豎直定向的襯底。
圖8圖示了如圖6和7所示的濺射裝置200。圖8的示意性截面分別與圖6和7的截面正交。根據(jù)實(shí)施例，濺射裝置200具有真空室220，其包括用于向真空室220提供處理氣體(例如，氬氣)的氣體入口 201。真空室220還包括襯底支撐202和布置在襯底支撐202上的襯底203。此外，真空室220包括可旋轉(zhuǎn)靶10，通常以懸臂布置處于襯底203上方。通常，在用作陰極的可旋轉(zhuǎn)靶10與用作陽極的襯底支撐202之間施加較高電壓差。通過用例如氬原子進(jìn)行的加速電子的碰撞電離，形成等離子體。所形成的氬離子沿著可旋轉(zhuǎn)靶10的方向加速，使得可旋轉(zhuǎn)靶10的粒子(通常為原子)濺射，并隨后沉積在襯底203 上。在實(shí)施例中，其他合適氣體(例如諸如氪的其他惰性氣體或者諸如氧或氮之類的反應(yīng)氣體)可以用于產(chǎn)生等離子體。根據(jù)可以與本文所述的其他實(shí)施例結(jié)合的典型實(shí)施例，等離子體區(qū)域中的壓力可以是約10_4mbar至約10_2mbar,通常為約10_3mbar。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，真空室220可以包括用于將襯底203引入或引出真空室220的一個或多個開口和/或閥。磁電管濺射具體的優(yōu)點(diǎn)在于其沉積速率非常高。通過在可旋轉(zhuǎn)靶10內(nèi)布置一個或多個磁體14,可以捕獲在祀表面正下方所產(chǎn)生的磁場內(nèi)的自由電子。這使氣體分子電離的可能性增大了數(shù)個數(shù)量級。因而，可以顯著提高沉積速率。取決于應(yīng)用和要濺射的材料，可以使用靜態(tài)或時變磁場。 此外，冷卻流體通常在可旋轉(zhuǎn)靶10內(nèi)循環(huán)以冷卻磁體224和/或靶10。旋轉(zhuǎn)靶100通常由在所示截面中不可視因此以虛線圓繪出的陰極驅(qū)動塊100、101支撐。通常，陰極驅(qū)動塊100、101不可旋轉(zhuǎn)地安裝到在所示截面中不可視因此以虛線矩形繪出的處理室220的壁230或門231或板231。陰極驅(qū)動塊通常包括適于剛性地耦合到濺射裝置的非回轉(zhuǎn)部分(例如壁、門或板)的基體。根據(jù)可以與本文所揭示的其他實(shí)施例結(jié)合的實(shí)施例，濺射裝置包括的處理室所具有的壁是陰極驅(qū)動塊所安裝到的壁，使得陰極、靶、襯背管或軸承以至少5°的角度精度平行于該壁。根據(jù)可以與本文所揭示的其他實(shí)施例結(jié)合的實(shí)施例，適于接收可旋轉(zhuǎn)靶的轉(zhuǎn)子繞基體可旋轉(zhuǎn)地安裝。根據(jù)可以與本文所揭示的其他實(shí)施例結(jié)合的實(shí)施例，軸承系統(tǒng)布置在基體與轉(zhuǎn)子之間。軸承系統(tǒng)通常適于承載徑向和軸向負(fù)載。根據(jù)可以與本文所揭示的其他實(shí)施例結(jié)合的實(shí)施例，軸承系統(tǒng)包括至少一個旋轉(zhuǎn)軸承。根據(jù)可以與本文所揭示的其他實(shí)施例結(jié)合的實(shí)施例，軸承系統(tǒng)包括在沿著旋轉(zhuǎn)軸線的方向上彼此間隔開并布置在基體與轉(zhuǎn)子之間的兩個環(huán)錐形滾柱軸承。根據(jù)可以與本文所揭示的其他實(shí)施例結(jié)合的實(shí)施例，軸承系統(tǒng)還包括布置在基體與轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形開槽圓螺母。環(huán)形開槽圓螺母通常使兩個環(huán)錐形滾柱軸承彼此支承。根據(jù)可以與本文所揭示的其他實(shí)施例結(jié)合的實(shí)施例，轉(zhuǎn)子在上端處包括靶凸緣，靶凸緣適于機(jī)械地支撐可旋轉(zhuǎn)靶。根據(jù)可以與本文所揭示的其他實(shí)施例結(jié)合的實(shí)施例，轉(zhuǎn)子還包括真空密閉地安裝到靶凸緣的軸承殼體。根據(jù)可以與本文所揭示的其他實(shí)施例結(jié)合的實(shí)施例，陰極驅(qū)動塊包括機(jī)械地連接到軸承殼體的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器。即使圖6至8每一者根據(jù)可以與本文所揭示的其他實(shí)施例結(jié)合的不同實(shí)施例僅示出了一個可旋轉(zhuǎn)靶，但是兩個或更多個可旋轉(zhuǎn)靶可以由各個陰極驅(qū)動塊支撐并布置在真空室內(nèi)。通常，兩個或更多個可旋轉(zhuǎn)靶的圓筒軸線基本平行，即，在至少5°的角度精度內(nèi)平行，更典型地至少1°的角度精度內(nèi)平行。這樣撰寫的說 明書使用了示例來揭示包括最佳實(shí)施方式在內(nèi)的本發(fā)明，并還使得任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┧龅闹黝}，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，并執(zhí)行任意結(jié)合的方法。雖然已經(jīng)在前文揭示了各種具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到權(quán)利要求的精神和范圍允許等同效果的修改。尤其是，上述各實(shí)施例的互不排斥的特征可以彼此組合使用?？蓪＠姆秶蓹?quán)利要求界定，并可以包括對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以發(fā)生的這些修改和其他示例。這樣的其他示例在其具有的結(jié)構(gòu)元件并不與權(quán)利要求的文字不同的情況下、或者在其包括與權(quán)利要求的文字沒有實(shí)質(zhì)不同的等同結(jié)構(gòu)元件的情況下，仍落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種端塊(100，101)，其用于承載沉積設(shè)備(200)的可旋轉(zhuǎn)靶(10)，包括: 基體(110)，其適于剛性地連接到所述沉積設(shè)備(200)的非回轉(zhuǎn)部分(230、231)，所述基體(110)包括圓筒腔(113)； 冷卻劑管(114)，其共軸地插入到所述圓筒腔(113)內(nèi)； 至少一個旋轉(zhuǎn)軸承(140、141)，其繞基體(110)布置并界定了旋轉(zhuǎn)軸線(50);以及 轉(zhuǎn)子(120)，其適于接收所述可旋轉(zhuǎn)靶(10)并繞所述至少一個旋轉(zhuǎn)軸承(140、141)布置， 其中，所述圓筒腔(113)與所述旋轉(zhuǎn)軸線(50)共軸地布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端塊(100，101)，其中，所述至少一個旋轉(zhuǎn)軸承(140、141)是環(huán)錐形滾柱軸承(140，141)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的端塊(100，101)，其中，所述至少一個旋轉(zhuǎn)軸承(140，141)是預(yù)應(yīng)力軸承(140，141)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的端塊(100，101)，包括在所述旋轉(zhuǎn)軸線(50)的方向上彼此間隔并布置在所述基體(110)與所述轉(zhuǎn)子(120)之間的兩個環(huán)錐形滾柱軸承(140,141)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的端塊(100，101)，還包括環(huán)形開槽圓螺母(142)，所述環(huán)形開槽圓螺母布置在所述基體(110)與所述轉(zhuǎn)子(120)之間并使所述兩個環(huán)錐形滾柱軸承(140，141)彼此支承。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的端塊(100，101)，其中，所述轉(zhuǎn)子(120)包括在所述旋轉(zhuǎn)軸線(50)的方向上的上端(112)處的靶凸緣(121)，所述靶凸緣適于機(jī)械地支撐所述可旋轉(zhuǎn)靶(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的端塊(100，101)，還包括在所述旋轉(zhuǎn)軸線(50)的方向上的下端(111)處的絕緣板(I 16)，所述絕緣板與所述旋轉(zhuǎn)軸線(50)垂直地定向并緊固到所述基體(110)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的端塊(100，101)，其中，所述轉(zhuǎn)子(120)包括集流器板(122)，所述集流器板與所述靶凸緣(121)相對沿所述旋轉(zhuǎn)軸線(50)的方向布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的端塊(100，101)，還在所述集流器板(122)與所述絕緣板(116)之間包括冷卻劑供應(yīng)和排出單元(130)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的端塊(100，101)，還在所述集流器板(122)與所述絕緣板(116)之間包括電支撐單元(130)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的端塊(100，101)，還包括布置在所述靶凸緣(121)與所述基體(110)之間的至少一個環(huán)形滑動流體密封(117)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11中任一項(xiàng)所述的端塊(100，101)，還包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器(150)，其中所述轉(zhuǎn)子(120)還包括真空密閉地安裝到所述靶凸緣(121)并機(jī)械地連接到所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器(150)的軸承殼體(123)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的端塊(100，101)，還包括外殼(125)，所述外殼緊固到所述絕緣板(116)并適于緊固到所述沉積設(shè)備(200)的所述非回轉(zhuǎn)部分(230，231)。
14.一種沉積設(shè)備(200)，包括:處理室(220)，其包括非回轉(zhuǎn)部分(230，231);以及 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的至少一個端塊(100，101)，其安裝到所述非回轉(zhuǎn)部分(230，231)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的沉積設(shè)備，其中，所述處理室(220)包括壁(231)，所述至少一個端塊(100，101)安裝到`所述壁，使得所述旋轉(zhuǎn)軸線(50)平行于所述壁(231)。
全文摘要
本發(fā)明提供了端塊(100，101)和包括該端塊(100，101)的沉積設(shè)備(200)。端塊(100，101)包括適于以非旋轉(zhuǎn)方式連接到沉積設(shè)備(200)的基體(110)。端塊(100，101)還包括繞基體(110)布置的旋轉(zhuǎn)軸承(140，141)，以及繞旋轉(zhuǎn)軸承(140，141)布置并適于接收可旋轉(zhuǎn)靶(10)的轉(zhuǎn)子(120)。
文檔編號C23C14/34GK103119191SQ201180026580
公開日2013年5月22日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者法蘭克·施納朋伯格 申請人:應(yīng)用材料公司