真空旋转装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及在筒状磁控溅射源上的真空中旋转装置，在筒状磁控溅射源中，该设备的靶结构的靶和靶元件可以在不需要真空到大气或真空到冷却剂的动态密封的情况下旋转。本发明涉及在真空等离子技术中这种装置的使用，其中等离子放电，或能量的任意适当来源，例如电弧、激光，可以施加到靶或者靶附近，将会在不同性质的部件上生成相应涂层沉积或等离子处理。本发明还涉及但不限于在溅射、磁控溅射、电弧、等离子体聚合、激光烧蚀和等离子蚀刻中这种装置的使用。本发明还涉及在带有或不带有反馈等离子处理控制的非反应性处理和反应性处理的情况下这种装置的使用和控制。本发明还涉及作为单一的或多个单元的这些装置的排列。本发明还涉及在该装置中可以使用的靶结构。本发明还涉及在不同的电源模式例如直流、直流脉冲、射频、交流、双交流、高功率脉冲磁控溅射，或其他任意电源模式下使用该装置，以产生等离子体，例如溅射等离子、等离子弧、电子束蒸发、离子聚合等离子、等离子处理、或出于该目的的处理所生成的其他任何等离子，所述处理例如但不限于沉积处理或表面处理工艺等。
【专利说明】真空旋转装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及在真空中旋转的装置，特别地但不限于，涉及适于使圆筒状磁控管溅射源旋转的真空中旋转装置，其中，这种装置的靶结构的靶或靶元件能够旋转。适当地，本发明省去了对真空到大气或真空到冷却剂对的动态密封的需求。
[0002]在许多真空系统中，移动元件需要设置在真空室内部。然而，由于系统设计的限制，通常希望或者有必要将用于该可移动元件的执行器、如电机，设在真空室的外部。这种做法的原因可能有多种，例如，为了缩小真空室的体积、降低真空室的泵吸需求，或执行器需要频繁维护或易于操作，而这些不利于其置于真空室内利。
[0003]在一实施例中，本发明涉及但不限于:
该装置用在真空等离子技术中，其中，等离子放电或任何其他合适的能源，例如电弧或激光，能被施加到靶上或靶附近，这会在不同性质的部件上生成适当的涂层沉积或等离子处理；
该装置用在溅射、磁控溅射、电弧、等离子聚合、激光烧蚀、化学气相沉积(CVD)以及等离子蚀刻中；
该装置在有或者无反馈等离子处理控制的非反应性或反应性处理中的使用和控制； 呈单一的或多个单元的装置排布；
可用在这种装置中的靶结构；
这种装置在不同的能量模式中的使用，例如直流(DC )、直流脉冲、射频(RF )、交流、双交流、高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)或任何其他能量模式，以产生等离子体，例如溅射等离子、等离子弧、电子束蒸发、离子聚合等离子、等离子处理、化学气相沉积(CVD)或出于该目的的处理所生成的其他任何等离子，所述处理例如但不限于沉积方法或表面处理方法等。
【背景技术】
[0004]由于可旋转的圆筒状磁控溅射源的出现(PTL 0001: US 4356073 (SHATTERPROOFGLASS CORPORAT1N).1982-02-26)，在旋转的圆筒状靶上使用动态密封件已经是这个行业常见的特征。直到现在，本领域仍在使用这种类型的动态密封件用于驱动靶的(旋转)PTL0002: US 2007/007129 (BEKAERT ADVANCED COATINGS).2007-01-11.和 PTL 0003: US2008/0202925 (BEKAERT ADVANCED COATINGS).2008-08-28。
[0005]涉及动态密封件的现有方法限制了这种设备操作的多个方面，例如真空中的空气、真空中的水以及水和空气泄露率。特别地，对于进入真空处理区的泄露率，这对最终产品的质量有不利的影响:该产品是一种等离子工艺，例如涂层沉积或等离子处理。动态密封件的使用也限制了这些靶的最大旋转速度，因为较高的速度会倾向于增加进入真空介质的泄露率。此外，较低的靶转速在沉积处理期间倾向于增大涂层缺陷的水平。这种现象在所谓的“反应性处理”中特别突出，其中“反应性处理”是指在稀薄的和/或部分真空和/或真空环境中，靶材料与气体反应以形成靶材料自身的不同性质的化合物。在非反应性处理中，由于靶材料与沉积系统和/或靶自身的不同除气元素的反应性，在涂层中存在一定水平的缺陷。反过来，制造微弧是降低涂层质量的原因。
[0006]现有的方法也限制了可以采用的靶结构的类型以及进行靶(过程中消耗的)更换的方式。首先，更换靶通常会牵涉到水到真空的静态密封件的开口，在非常干净的环境中使得静态密封件很难处理，例如，那些在在半导体制造环境的无尘室中。同时，已知类型的靶结构，采用静态的水到真空密封件，在靶材料的制作方式中引入了缺陷，典型的是涉及非常昂贵的工艺，特别是靶的纯度，其靶材料的加工性和可用性是复杂的。
[0007]因此，有必要提供一种替代性和/或改进的装置和/或方法，其在真空系统中离开真空室地驱动可移动元件。
【发明内容】
[0008]根据本发明的第一方面，提供了一种装置，该装置用于使位于真空室内的可旋转元件旋转，所述装置包括:空心支撑轴，所述空心支撑轴延伸进所述真空室内，以在所述真空室内限定一腔，该腔与所述真空室是密封隔离开来的，所述空心支撑轴包括与真空室的外部连通的开口端，其特征在于，所述装置具有靶组件和驱动组件，所述靶组件被安装为用于围绕所述空心支撑轴的纵向轴旋转，所述驱动组件可操作地连接至所述靶组件，并被配置为使所述靶组件旋转。
[0009]此处使用的术语“真空室”可以是压力可调节的处理室，所述压力可以高于或低于大气压，和/或可以包括部分真空或反应气体种类的处理室。
[0010]本发明的第二个方面提供了非排他性地大致为圆筒状的靶和背衬管部件(或靶组件)，该靶和背衬管组件(或靶组件)能够通过适当的真空中驱动装置而进行旋转，且所述靶和背衬管组件安装在静态支撑载体管结构中。在本发明中，只有所述靶和背衬管组件通过到驱动装置的适当接合而进行旋转。在本发明中，优选地，主靶不具有任何动态旋转密封件，因为其整体处于真空环境中。相应地，靶组件不需要任何静态密封件。在本发明中，驱动机构可以具有真空送料口，该真空送料口穿过驱动机构，例如，该驱动机构由磁流体提供。可替代地，靶和背衬管部件可以由真空马达整体驱动，在整个结构中不需要动态密封件。属于端块组件的密封优选地是静态的，除了所述驱动机构输入的情况下，在该情况下密封可以是动态的或不存在的。在本发明中，旋转的靶组件和静态载体管之间的电接触和热接触可以由适当的接触器和/或接触介质提供。所述靶组件相对于所述静态载体管的旋转需要低摩擦，可以通过提供适当的承载元件或低摩擦介质来完成。
[0011 ] 所述驱动部件可以设置在所述真空室内部或者外部。
[0012]相应地，所述空心支撑轴配置为与可拆卸地固定在空心支撑轴上的所述靶组件一起旋转。在这种情况下，所述空心支撑轴可以延伸穿过将所述真空室与大气隔离开来的所述真空室的壁，并适当地设置有一个或多个动态密封件，以在所述空心支撑轴和所述壁之间形成真空密封。
[0013]对应地，所述空心支撑轴可以是静止的，所述靶组件安装为用于围绕所述空心支撑轴的外部旋转。在这种情况下，所述驱动组件相应地与所述靶组件连接。
[0014]相应地，执行器，例如电机，用于驱动所述驱动部件；比率改变装置，例如齿轮箱或滑轮装置，适于置于所述执行器与所述支撑轴或靶组件(视情况而定)之间。所述执行器和/或比率改变装置适于设置在所述真空室的外部。所述变速装置可以包括主体部分，所述主体部分密封地固定于真空室的壁并且延伸穿过所述真空室壁上的通孔。在这种情况下，所述密封件介于所述主体部分和所述可旋转的安装装置之间。所述密封件可以是任意类型的适于在两个或多个相关的旋转部件之间保持密封的密封件。
[0015]相应地，本发明提供了一种机构，在使用中该机构可以在靶组件所在的原地保持为可固定。通过这样的安排，可以将位于真空室内的靶组件安装至所述空心支撑轴上或从其上拆卸下来，而不需要破坏或重新形成真空室内部和外部之间的密封。
[0016]相应地，所述靶组件包括靶，例如磁控溅射装置的可消耗的靶和/或管状靶。相应地，所述靶组件可拆卸地固定于所述空心支撑轴上。
[0017]相应地，所述空心支撑轴提供了空心内腔，所述空心内腔至少部分地位于所述真空室内，但是与所述真空室的外部连接，该空心内腔提供了用于容纳所述装置的电的和/或磁的和/或冷却部件的空间。在为磁控溅射装置的情况下，可旋转元件包括可消耗的靶，所述靶可拆卸地固定于所述空心支撑轴上，所述空心支撑轴包括磁阵列，以及到可选择地到所述靶以及可选择地到冷却回路的电接触件。这里提供的所述磁阵列可包括一个或多个永磁体和/或电磁体。
[0018]对应地，所述空心支撑轴至少部分地由导电材料制得，以能够向所述靶组件施加电压，和/或者使得电流可以流经所述靶组件。在一可能的实施例中，所述空心支撑轴主要由介电材料制作，并进一步包括一个或多个电接触部分，这些电接触部分排布以与所述靶组件形成一个或多个电接触件。
[0019]对应地，所述靶组件包括大致圆柱形和/或管状的靶以及可选择的背衬管，所述背衬管能够通过合适的真空驱动装置进行旋转，所述背衬管安装于静态的支撑载体管结构中。在本发明中，仅靶和背衬管、或靶组件通过到驱动机构的适当接合而进行旋转。
[0020]在本发明中，靶和背衬管、或靶组件不具有任何动态旋转密封件，因为其整体处于真空环境中。就其本身而言，本发明提供了靶和背衬管、或靶组件，不需要静态密封件，因为真空室的外部和内部之间的密封是由与所述变速器(或驱动组件)相关的密封件形成的:所述靶和背衬管、或靶组件安装于位于所述真空室内部的所述变速器上。
[0021]所述驱动机构可以包括穿过例如由铁磁流体密封件提供的驱动机构的真空送料口。附加地或可替代地，所述靶和背衬管、或靶组件整体可以由真空中的电机驱动，而不需要使用结构整体中的动态密封件。
[0022]与端块组件相关的密封是静态的，除了在驱动机构输入的情形中，在该情形中密封可以是动态的或不存在的。在本发明中，所述旋转靶组件和所述静态载体管之间的电或热接触由适当的接触器和或接触介质提供。
[0023]所述靶和背衬管、或靶组件相对于所述静态载体管的旋转所需的低摩擦力可以由合适的承载元件和/或低摩擦介质提供。可替代地，在所述载体管和所述靶组件之间可以不设置任何东西，在某些情况下，例如当装置在所述靶和所述支撑轴之间不存在任何热接触的情况下运行时:所述靶和所述支撑轴之间只有小间隙。在大多数情况下，将会需要电接触，但电接触可以只在所述靶组件的一个端部进行。
[0024]本发明的目的在于，提供一种改进或可替代，和/或改进与使靶旋转有关的等离子处理的操作和/或效果，其中，所述等离子处理可以由不同的原理来实现，例如，溅射、电弧、磁控溅射等等。本发明克服了现有的在本【技术领域】中使用动态密封件的一些限制，特别是关于使用圆筒状的旋转靶的磁控溅射。本发明在操作期间可以有低的泄漏率，这样，反过来有利于涂层或等离子处理的质量。此外，本发明提供了在不破坏一个或多个动态或静态密封件的情况下，更换靶的可能性。
[0025]本发明也可以由用于真空镀膜和或处理技术的完整设备来实施，其中，例如，等离子放电，或能量形式的任何其他适当的来源，如电弧、激光，它们可以施加到靶上或靶附近，将会在不同性质的部件上生成适当的涂层沉积或等离子处理。
[0026]特别地，但不限于，本发明也涉及这种装置结合由磁阵列提供的适当的磁场的使用，使得这样的单元可以被用作磁控溅射源，因为，遍布靶表面的磁场连同靶的偏置一起，提供磁控效果，并且，在稀薄真空环境的充足条件下，可以进行等离子放电，以执行例如溅射沉积、等离子刻蚀处理。
[0027]本发明的一个方面可以表示为在靶的安装和/或更换期间，不破坏密封件，在这些操作期间提供可靠的真空完整性的优势。
[0028]相应地，可以提供端块，该端块在不带有任何旋转接触的情况下提供水冷却和电源接口。
[0029]在本发明一实施例中，通过适当的环形柔性接触件提供从安装管到靶或靶组件的电力传输，其中，环形柔性接触件可用于提供到所述靶组件或来自所述靶组件的热和/或电力传输的主通道。
[0030]在本发明的一实施例中，通过适当的柔性接触件提供从安装管到靶组件的电力传输，其中柔性接触件可以随机分布或以任何排列分布，以产生适当的电力传输。
[0031]在本发明的一实施例中，通过适当的介质提供靶组件到安装管的热传输。这种介质与提供电力传输的不同元件本质上是相同的。这种介质可以具有增强热降温的元素，例如硅氧烷流体或膏、银膏、氧化锌膏或任何膏或可以使从靶组件到冷却安装管的有效热传输的液体化合物。
[0032]本发明也涉及在带有或不带有反馈等离子处理控制的非反应或反应性处理中，所述装置的使用和控制。
[0033]本发明也涉及筒状靶的旋转速度，从零(静止的)到任意旋转速度，无论该速度是否是恒定的、复杂的或可变的。
[0034]本发明也涉及在不同的操作模式例如直流(DC)、直流脉冲、交流、高功率脉冲磁控派射(High Power Impulse Magnetron Sputtering, HIPIMS)、调整脉冲电源派射(Modulated Pulsed Power Sputtering, MPPS)、射频以及功率传递的任一组合下的使用。
[0035]本发明通过提高真空质量，也能改进涂层产品操作和/或最终涂层的质量。
[0036]本发明可以在等离子处理，例如弧、溅射、化学气相沉积(CVD)、磁控溅射、等离子聚合、带有或不带有磁阵列的等离子蚀刻中使用。
[0037]本发明的其他方面涉及以下内容中的一个或多个，包括:单个设备或任何数量的这些设备的任意排列、与阴极或阳极使用的单一电源、双靶磁控溅射、反应性或非反应性溅射，以及电弧或磁控溅射工艺。
[0038]与上述一个或多个处理相关的基板可以是偏置的，或可以不是偏置的，并且，上述处理中的任意一个或多个处理可以在网状物、玻璃、显示器、装饰的和/或批量涂布机中使用。
[0039]适当地提供了反馈控制，例如，与以下中的一个或多个相关的反馈控制，包括--转速控制、等离子发射监控、靶阻抗控制、反应性和非反应性物质的分压控制、电源控制，以及电源模式控制。
[0040]本发明还涉及适于被构造并组装至本发明的装置中、并被驱动的任何靶构造。
【专利附图】
【附图说明】
[0041 ] 现在将通过实施例以及参照相关的附图描述本发明，其中，
图1为现有技术中磁控溅射装置的剖面图；
图2为现在技术中靶组件的剖面图，其中，该靶与背衬管连接；
图3为图2的部分特写图；
图4为在磁控溅射装置中用于将大气侧与真空侧隔离开来的另一已知端块的立体图； 图5为带有旋转支撑轴的本发明第一实施例的横截面图；
图5a为带有静态支撑轴的本发明第二实施例的横截面图；
图6为图5在VT-VT方向的横截面图；
图7为空心支撑轴、例如图5和图6所示的类型的透视图；
图8为本发明第二实施例中部分截面的示意图；
图9为此处所描述的用于承托管状靶的端部部件的局部示意图；
图10为表示在两端安装管状靶的第一方法的侧视示意图；
图11为所示的安装管状靶的第二悬臂化方法的透视示意图；
图12为用于可旋转靶组件的第一种可能类型的驱动组件的透视图；
图13为用于可旋转靶组件的第二种可能类型的驱动组件的透视图；
图14为用于可旋转靶组件的第三种可能类型的驱动组件的透视图；
图15为所示的类似于图10所示的安装组件的侧视图；以及图16为所示的根据本发明的模块化的靶组件的透视示意图。
【具体实施方式】
[0042]图1中，已知的圆筒状的旋转磁控溅射装置10，如US4356073描述的，包括管状靶组件12，该靶组件12用于在真空室14内绕着靶组件12的纵向轴转动。靶组件12由多个部件构成，在所述的实施例中为:耗材管16，耗材管16是在溅射处理中被溅射出来的靶材料；以及背衬管18，背衬管18承托可消耗的靶管16，背衬管16需要良好的结构性能，因为它将真空环境14与水冷却室内部20隔开。位于管状靶组件12内部的是磁阵列22，磁阵列22是磁控溅射操作中调整等离子分布所必需的。
[0043]图1所述的系统具有密封件24，该密封件24密封地从大气侧26隔离真空14。所述背衬管18也密封在动态密封件28上，使得背衬管18相对于磁控溅射装置10的侧壁30旋转。在图1的结构中，更换靶组件12的操作，例如，当所述靶16消耗完时，会涉及静态密封件24和动态密封件28的开启，因为靶组件12伸出并穿过装置10的侧壁30。
[0044]在图2和图3中，所示的为在US2007/0007 i 29中描述的已知类型的磁控靶排列，磁控溅射装置40具有靶组件42，靶44和背衬管46连接。背衬管46被直接冷却，旋转安装套管54的安装管区52使用合适的静态密封件48和50，以确保水的真空密封。靶组件42采用分体式环和夹紧元件58和60夹紧。由于靶组件42到旋转安装套管54的连接，因此整个组件旋转了，因而在该系统中，所述安装套管54需要旋转的动态密封件，以将所述水冷却回路从真空14中分离出来。
[0045]图4为US2008/0202925中描述的，用于磁控溅射装置的已知的端块70的透视图。所述端块70安装于凸缘72上，所述凸缘72将所述大气侧26从所述真空侧14隔离开来。旋转安装管区74是用于使靶组件通过夹紧元件76连接的区域。位于大气侧26的传动带78驱动所述安装部件70内部的、连接至安装管区74的套管(图未示)旋转。
[0046]在图5和图6中，示出了本发明的实施例不同于现有技术的示意图。磁控管100包括真空室102，该真空室102将大气104与部分抽真空的处理室106隔开。可旋转的管状靶组件108设置在处理室106中，该管状靶组件108包括端部开口的、中空筒状的支撑体110和可消耗的管状靶112。靶112对应地与所述背衬管110连接，例如，通过金属粘接。靶组件108滑动地容纳空心支撑轴114的端部。空心支撑轴114稳固地安装，用于通过一组滚珠116绕着其纵向轴旋转，滚珠116设置在真空室102的大气侧104中，以及使用环形动态密封件118在空心支撑轴114的凸缘120与真空室102的侧壁122之间提供真空密封的密封件。这样，空心支撑轴114可以在带有靶组件108η的真空室102内旋转，所述靶组件108η固定真空室102的内部，同时提供位于所述真空室106内的空心内腔124，该空心内腔124在大气压力104下。
[0047]因此，空心支撑轴114的空心内腔124可用于容纳磁阵列126和冷却系统128，通过支撑轴114的开口端130、而不通过真空室102，即可以操作磁阵列126和冷却系统128。在一实施例中，驱动机构132包括滑轮驱动134和电机136组件，驱动机构132设置在真空室的大气侧104，驱动器和控制器138和140分别用于磁阵列126和冷却系统128。
[0048]如图5所示，根据本发明的一实施例，通过将靶组件108滑出支撑轴114来更换靶组件108，不必中断任何动态密封件118，或者与冷却系统128连接的静态密封件。管状结构由静态的冷却区构成，通过支撑管上的元件，该静态冷却区提供了冷却、从冷却区到真空的真空隔离、以及电传递和热传递。靶到背衬管的这一连接既提供了电传导也提供了热传递。
[0049]图6所示的为图5在VT-VT方向截面图，在VT-VT处，适当的磁场线142由磁性部件126的装置产生。当在稀薄的真空气氛中或在感应电场下时,磁场线142是这样的，可以点燃等离子体并产生磁力效应，例如，但不排除，如果条件适当时，可以将靶112的材料溅射出来。
[0050]图5a所示的为本发明的一实施例，该实施例与图5所示的大致相同。不同之处在于空心支撑轴114是静止的，即固定于真空室102的内侧壁，真空室102提供开口接入轴130，磁阵列126和冷却/电系统124滑动地进入开口接入轴130中。通过驱动部件132驱动靶组件108围绕空心支撑轴114旋转，驱动部件132全部位于真空室106中，这样避免使用任何动态密封件，同时也提供了通过轴114的开口端130，从外部进入到磁阵列126和冷却/电元件124的便利性，以及在不干扰磁阵列126和冷却/电元件124，或不需要中断任何密封件的情况下更换靶组件108的能力。
[0051]图7为本发明一实施例的示意图。靶组件108与旋转的支撑轴114连接，同时通过合适的管状元件144从组件或向组件提供电，和热传递。
[0052]如上所述,祀组件108是通过启动真空中的旋转的元件114驱动的。祀组件108的重量/负载是通过滚珠元件146向支撑轴114转移，而电和热接触是由合适的元件或介质元件144提供。
[0053]在本发明的一个可替代的实施例中，先前描述的支撑轴114不转动，而是静止的，并且仅仅提供用于容纳磁阵列126和冷却元件128的空心内腔。支撑轴114可以通过向支撑轴的各个部分，例如图7所示的管状接触区域施加电压和/或电流进行电偏置。在使用中，为了避免靶的不均匀侵蚀，可以通过合适的真空中的驱动装置驱动靶和其支撑体110相对于静止的支撑轴114旋转。
[0054]静止的支撑轴114的使用在简化方面提供了许多优点，因为它避免了任何与冷却、电或磁性系统连接的动态密封件的使用:唯一的运动部分是靶组件108，靶组件相对于自身旋转。
[0055]当然，靶组件108可以通过外部驱动装置旋转，在这种情况下，将会需要动态密封件，其中，动态密封件的驱动部分穿过真空室106的外壁102。然而，如果驱动部件108是电机驱动的，电机和变速器可以设置在真空室内部，在这种情况下，根本不需要动态密封件。
[0056]如图8所示的装置，其中，可以看见空心支撑轴114是静止的，并且只需要静态密封件148以用于在真空室和系统的的大气侧104之间保持间隙。冷却系统128包括入口128a和出口管128b，并且磁阵列126也置于静止的空心支撑轴114中，驱动靶组件110、112以用于围绕支撑轴114转动，电连接是通过环形接触环144、146在支撑轴114和背衬管110之间实现的。薄膜介质150设置在靶组件108和支撑轴114之间以在靶组件108和静态安装轴之间提供电连接和热传递。在这种情况下，介质150包括，提供导电性和润滑性的元件，例如带有导电添加剂如银和/或氧化锌的硅基树脂。润滑介质150在没有过多限制的情况下在热和电传输中提供润滑。在一些实施例中，管状环146，148可以提供润滑介质150的空间以及也允许靶组件108的热膨胀。
[0057]图9所示的为驱动侧端块160的部分截面，驱动侧端块160包括位于真空侧106而其他部分位于大气侧104的元件。电源是通过适当的通道162传输，通过绝缘体166、168提供的端块元件和凸缘164之间的电隔离将真空侧106和大气侧104分隔开来。适当的大气中的驱动元件132，例如电机，通过真空中的元件134将旋转运动传递至真空室106中。接合元件170通过合适的锁定部件172向靶组件108传递旋转运动，锁定部件172位于接合元件170和靶组件的背衬管之间。
[0058]图10为本发明中用于旋转的靶108的第一安装部，其中，靶组件108由端块160a和160b的两个端部支撑。特别地，端块160将连接并形成位于真空侧106和大气侧104之间的隔尚部分。
[0059]在图11的可替代的实施例中，靶组件108自单个端块160悬臂设置(如图5所示)，其中，端块160在真空侧160和大气侧104之间提供隔离。
[0060]图12、13和14所示的为用于靶组件(未示出)旋转运动的三个驱动部。在图12中，驱动器通过蜗齿轮驱动真空中的蜗轮182。在图13中，传动带134驱动滑轮。在图14中，使用锥齿轮，或交叉螺旋齿轮184、186 (分别为小齿轮和车轮)。
[0061]图15所示的为本发明的实施例，其中，靶组件108分别相对于安装端块160a和160b呈现较低的轮廓水平190、192。在处理期间、例如靶的溅射期间，这种低轮廓使得来自靶112的材料以这样的方式再沉积:使得在更换靶之前无需维护而需要延长的使用寿命。适当的安装元件和凸缘32将真空侧13从大气侧12隔离开。需要注意的是，在图15中，端块160b的一个端部通过使用翼螺母部件可拆卸地固定于真空室的壁102上，这使得端块106b能够轴向滑动，以清空靶组件108的端部，这样靶组件108可以从支撑轴上移出。
[0062]最后，图16所示的是本发明的一种交叉可能靶，其中，可以依次连接不同的靶部段196，这样靶组件108由不同的靶部段196制成。适当的接合元件172和173在靶部段196之间提供驱动接合。优选地但非排他性地，具有接合元件作为背衬管110的一部分。
【权利要求】
1.一种用于使位于真空室内的可旋转元件旋转的装置，该装置包括:空心支撑轴，所述空心支撑轴延伸进所述真空室内，以在所述真空室内限定一腔，该腔与所述真空室是密封隔离开来的，所述空心支撑轴包括与真空室外部连通的开口端，其特征在于，所述装置具有靶组件和驱动组件，所述靶组件被安装为用于围绕所述空心支撑轴的纵向轴旋转，所述驱动组件可操作地连接至所述靶组件，并被配置为使所述靶组件旋转。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动部件包括电机，并可选择地包括比率改变装置。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述驱动部件位于所述真空室的外部。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，包括介于所述真空室的壁与一个部件之间、并在该壁与部件之间形成密封的动态密封件，所述部件为所述空心支撑轴和相对于所述空心支撑轴旋转的靶组件中的一个或两个。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述动态密封件包括铁磁流体密封件。
6.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述靶组件包括可消耗的靶以及用于承托所述靶的支撑体。
7.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述靶组件可拆卸地固定至所述空心支撑轴。
8.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述空心支撑轴包括空心内腔，所述空心内腔至少部分地位于所述真空室内，所述空心内腔与所述真空室的外部连通。
9.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述空心支撑轴包括空心内腔，所述空心内腔内有下组中的一个或多个部件:用于电偏置所述靶组件的装置、一个或多个磁阵列、用于所述靶组件的冷却系统，和用于位于所述空心内腔中的一个或多个磁阵列的冷却系统。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述磁阵列包括一个或多个永磁体和/或一个或多个电磁体。
11.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述空心支撑轴是由大致介质材料制作的，并进一步包括一个或多个电接触部分，这些电接触部分设置为形成与所述靶组件接触的电接触点或多个电接触点。
12.根据权利要求9、10或11中任一项所述的装置，其特征在于，采用用于电偏置所述靶组件的装置向所述靶施加以下中的一种或多种:直流电压、脉冲直流电压、交流电压、高功率脉冲磁控溅射电压、调制脉冲电源溅射电压、以及射频电压。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述靶组件相对于位于所述真空室内的衬底是偏置的。
14.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述空心支撑轴是可旋转的，在使用时，所述靶组件固定在所述空心支撑轴上并和所述空心支撑轴同步旋转。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述空心支撑轴延伸穿过所述真空室的壁，所述壁将所述真空室的真空腔与大气隔开，所述空心支撑轴包括一个或多个动态密封件，以在所述支撑轴和所述壁之间形成真空密闭的密封件。
16.根据权利要求1-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述空心支撑轴是静止的，在使用时，所述靶组件被安装为用于围绕所述支撑轴旋转。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述驱动组件可操作地与所述靶组件连接。
18.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，进一步包括介于所述空心支撑轴的外部与所述靶组件的内部之间的介质，在使用时，该介质提供了以下中的一种或多种:所述靶组件和所述空心支撑轴之间的低摩擦界面、所述靶组件和所述空心支撑轴之间的高摩擦界面、所述靶组件和所述空心支撑轴之间的结合、所述靶组件和所述空心支撑轴之间的电接触，和所述靶组件和所述空心支撑轴之间的热传递界面。
19.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，采用所述驱动组件，以在任一方向上、以恒定速度、以可变速度或以复杂的方式使所述靶组件旋转。
20.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述靶组件为模块化的，包括彼此端部相连的多个靶组件部分。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，每个所述靶组件部分包括用于抑制或防止所述靶组件部分的相对旋转的装置。
22.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，适用于在以下任意一种或多种处理中使用:等离子处理、弧溅射处理、磁控溅射处理、等离子聚合处理、等离子蚀刻处理、磁性辅助等离子蚀刻处理、双靶磁控溅射处理、反应性溅射处理、非反应性溅射处理、以及化学气相沉积处理。
23.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，还包括反馈控制装置，所述反馈控制装置与以下中的一个或多个相关联:冷却系统、电偏置系统、所述驱动组件、磁阵列、转速控制器、等离子发射监控器、靶阻抗控制器、反应性和非反应性物质的分压控制器、功率控制器，以及功率模式控制器。
24.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，还包括真空室以及用于抽空所述真空室的真空泵。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，还包括气体控制装置，所述气体控制装置用于将所需量的处理气体引入所述真空室中。
26.靶和背衬管组件(或靶组件)，其非排他性地为大致圆柱形，该靶和背衬管组件(或靶组件)能够通过适当的真空中驱动装置而进行旋转，且所述靶和背衬管组件安装在静态支撑载体管结构中，在该静态支撑载体管结构中，只有所述靶和背衬管组件通过到驱动装置的适当接合而进行旋转。
【文档编号】H01J37/32GK104379798SQ201380014154
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年1月14日 优先权日:2012年1月13日
【发明者】乔纳森·普赖斯 申请人:基恩科有限公司