本申請是2014年2月20日提交的名稱為“使用配重的濺射系統(tǒng)及方法(Sputtering System And Method Using Counterweight)”的美國申請No.14/185,867的部分繼續(xù)申請，該美國申請是2012年11月2日提交的名稱為“線性掃描濺射系統(tǒng)及方法(Linear Scanning Sputtering System and Method)”的美國申請No.13/667,97 6的部分繼續(xù)申請，其要求于2011年11月4日提交的名稱為“線性掃描濺射系統(tǒng)及方法(Linear Scanning Sputtering System and Method)”的美國臨時申請No.61/55 6,154的優(yōu)先權，這些申請的內容被通過引用全部結合到本文中。

技術領域

本申請涉及濺射系統(tǒng)，例如用于在集成電路、太陽能電池、平板顯示器等的制造過程中在襯底上沉積薄膜的濺射系統(tǒng)。

背景技術：

濺射系統(tǒng)在本領域中是眾所周知的。在美國專利5,873,989中公開了一種具有線性掃描磁控管的濺射系統(tǒng)的示例，其中用于將材料沉積到襯底上的磁控管濺射源包括從中濺射出材料的靶材(target)、用于將等離子體限制于該靶材的表面的靠近該靶材設置的磁體組件以及用于相對于該靶材掃描該磁體組件的驅動組件。該濺射過程依賴于氣態(tài)等離子體的形成并且隨后使來自該等離子體的離子加速到該靶材中。該靶材的源材料被通過到達的離子經由能量傳遞所侵蝕并被呈中性粒子(單個原子、原子簇或分子簇)的形式噴射出。當這些中性粒子被噴射出時，它們將以直線的方式行進以根據需要影響和涂覆該襯底的表面。

透磁率(PTF)小于40％的高磁性材料的磁控管濺射對于厚的靶材而言會是非常難的，這是因為磁場并未穿透具有足夠強度的該靶材以形成密集的磁控管等離子體所需的較長的電子路徑長度。這可通過利用薄的靶材來解決，但是這顯著減少了在必需更換該靶材之前可被沉積在襯底上的材料的量。在許多情況下，這對于生產而言是不實用的。靶材利用率太低且系統(tǒng)可服務時間過短以至于是不具有成本效率的。另一方式是就像Ni的情況一樣，將靶材材料與另一種元素熔成合金。通常將它與～7-8％的釩熔成合金。這使得靶材是無磁性的。然而，這改變了沉積材料的特性，并且釩的存在可能對最終產品是有害的。因此，非常希望以節(jié)省成本的方式濺射純元素的磁性材料。

技術實現要素：

下列發(fā)明內容被包括以提供對于本發(fā)明的某些方面和特征的基本了解。該發(fā)明內容并非是對本發(fā)明的廣泛概述，并且同樣它并不旨在具體識別本發(fā)明的重要的或關鍵的元素或描繪本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡化的形式呈現本發(fā)明的某些概念以作為下文中呈現的更為詳細描述的序言。

本文中所公開的是一種提高形成在襯底上的膜的均勻度并且同樣獲得高產量的濺射系統(tǒng)和方法。一個實施例提供了一種系統(tǒng)，其中襯底在該濺射靶材的前方連續(xù)地移動。磁控管被以比關于襯底運動的速度高至少若干倍的速度線性地來回掃描。磁控管被在襯底行進的方向中并且隨后在逆轉的方向中反復地掃描。在其大部分行進過程中，磁控管以恒定的速度移動。然而，當它接近其行進的結尾時，它減速。隨后，當在相反的方向中開始其行進時，它加速直到它達到該恒定速度為止。減速度/加速度在一個實施例中為0.5g，并且在另一實施例中為1g。這提高了靶材的利用率。根據另一實施例，在連續(xù)的掃描中改變該磁控管的轉向點，以限定轉向區(qū)域。這也有助于提高靶材利用率。

一種濺射系統(tǒng)具有帶有入口端口和出口端口的處理室以及被定位在該處理室的壁上的濺射靶材?；顒哟朋w布置被定位在濺射靶材的后面，并且在該靶材的后面往復地滑動。傳送帶將襯底以恒定的速度連續(xù)地傳輸通過該濺射靶材，使得在任何給定的時刻處，若干襯底面對位于前緣和尾緣之間的靶材?；顒哟朋w布置以比傳送機的恒定速度快至少若干倍的速度滑動。在靶材的前緣和尾緣后面限定旋轉區(qū)域，其中該磁體布置在它進入該旋轉區(qū)域時減速并且在它在該旋轉區(qū)域內逆轉滑動方向時加速。

根據某些實施例，一種用于將材料從靶材濺射到襯底上的系統(tǒng)包括：載體，其可操作以在下游方向中傳輸襯底；以及包括第一處理室的一個或多個處理室，襯底在下游方向中穿過該第一處理室。第一處理室可具有濺射靶材以及磁體，該磁體可操作以在下游方向中以下游掃描速度以及在與下游方向相反的上游方向中以低于下游掃描速度的上游掃描速度越過該濺射靶材進行掃描。

根據某些實施例，一種處理室包括濺射靶材以及磁體，該磁體可操作在下游方向中以下游掃描速度以及在與下游方向相反的上游方向中以低于下游掃描速度的上游掃描速度越過該濺射靶材進行掃描。

根據某些實施例，一種濺射方法包括將襯底以下游速度傳輸通過濺射靶材，并通過在下游方向中以下游掃描速度以及在與下游方向相反的上游方向中以低于下游掃描速度的上游掃描速度掃描越過該濺射靶材的磁體，誘發(fā)靶材材料到襯底上的濺射。

根據某些實施例，一種用于將材料從靶材濺射到襯底上的系統(tǒng)包括：載體，其可操作以在下游方向中傳輸襯底；以及包括第一處理室的一個或多個處理室，襯底通過該第一處理室在下游方向中穿過。第一處理室可具有濺射靶材以及磁體，該磁體可操作以在下游方向中以下游掃描功率水平以及在與下游方向相反的上游方向中以大于下游掃描功率水平的上游掃描功率水平越過該濺射靶材進行掃描。

根據某些實施例，一種處理室包括濺射靶材以及磁體，該磁體可操作以在下游方向中以下游掃描功率水平以及在與下游方向相反的上游方向中以大于下游掃描功率水平的上游掃描功率水平越過該濺射靶材進行掃描。

根據某些實施例，一種濺射方法包括將襯底以下游速度傳輸通過濺射靶材，并通過在下游方向中以下游掃描功率水平以及在與下游方向相反的上游方向中以大于下游掃描功率水平的上游掃描功率水平掃描越過濺射靶材的磁體，誘發(fā)靶材材料到襯底上的濺射。

根據本發(fā)明的其它方面，提供了一種用于沉積室的濺射布置，包括：靶材，其具有前表面和后表面并具有設置在其前表面上的濺射材料；活動磁體機構，其具有被構造成用于靠近靶材的背面往復地進行掃描的磁體；以及配重，其被構造成用于以與磁體相同的速度但相反的方向往復地進行掃描。通過使配重以與磁體相同的速度但相反的方向移動，減少了系統(tǒng)上的振動和負載，并且磁體可被以高得多的速度進行掃描并以高得多的速率加速和減速。該活動磁體機構包括活動元件，其被供電以往復地移動該靶材和配重，其中磁體和配重被機械地聯接到活動元件。該活動元件可以是可變形的拉伸元件，該拉伸元件的示例包括皮帶、正時皮帶、鏈條等。電機被聯接到活動元件以為該活動元件供電，并且控制器提供信號以啟動該電機。

根據其它方面，提供了一種用于操作濺射系統(tǒng)的方法以及一種用于操作濺射系統(tǒng)的控制器，其中，該控制器可操作以根據下列反復地掃描該磁極：在上游方向反復地掃描距離X，隨后逆轉并在下游掃描距離Y；當到達該靶材的邊緣時，在下游方向反復地掃描距離X，隨后逆轉并在上游掃描距離Y；其中，X比Y長，并且X比該靶材的長度短。在一個實施例中，X和Y中的至少一個是為常量或者距離|X|-|Y|保持恒定。

上述特征和方面可被“混合和匹配”在任何設計系統(tǒng)中，從而獲得預期的效益。一種具體的系統(tǒng)可包括上述特征和方面中的所有特征和方面以獲得最大益處，而另一系統(tǒng)可根據該系統(tǒng)的具體情況或應用來實施這些特征中的僅一個或兩個。

附圖說明

被結合在本專利說明書中并構成本專利說明書的一部分的附圖例示出了本發(fā)明的實施例，并且與說明書一起用于解釋和說明本發(fā)明的原理。附圖旨在以圖解的方式示出示例性實施例的主要特征。附圖并不旨在描繪實際實施例的每一特征，也并不描繪所描繪的元件的相對尺寸，并且并未按比例繪制。

圖1示出了根據一個實施例的一種用于使用濺射磁控管來處理襯底的系統(tǒng)的一部分。

圖2示出了沿圖1中的線A-A的橫截面。

圖3示出了沿圖1中的線B-B的橫截面。

圖4A示出了另一實施例，其中襯底被支承在傳送機上，該傳送機連續(xù)地以恒定速度移動，而圖4B示出了另一實施例，其中配重被用于平衡該掃描磁極的運動。

圖5示出了一種使用諸如在圖4A和圖4B中所示的濺射室之類的濺射室的系統(tǒng)架構的示例。

圖6示出了一種活動磁極的實施例，該活動磁極可被用于所公開的實施例中的任一個。

圖7A-7D為使用恒定的晶片傳輸速度及不同的磁體掃描速度的沉積均勻度的曲線。

圖8A是一種示出了均勻度隨著磁體掃描速度增加而下降的曲線。

圖8B是示出了在比掃描速度高的速度下，膜沉積均勻度對磁體掃描速度的反常狀態(tài)(strange behavior)的另一曲線。

圖8C是圖8B中圈中的部分的放大圖。

圖9A-9C示出了能夠實現高磁性材料的濺射的掃描磁體陣列的實施例。

具體實施方式

現在將參照附圖描述具有創(chuàng)造性的濺射系統(tǒng)的實施例。不同的實施例可被用于處理不同的襯底或用于獲得不同的益處，例如產量、膜均勻度、靶材利用率等。根據所設法獲得的結果，可部分或全部地、單獨或以組合的方式利用本文中所公開的不同的特征，從而平衡優(yōu)點與需求和約束。因此，某些益處將被參照不同的實施例予以強調，但并不限于所公開的實施例。

圖1示出了根據一個實施例的一種用于使用濺射磁控管來處理襯底的系統(tǒng)的一部分。在圖1中，示出了三個室100、105和110，但在每一側上的三個點表明可以使用任意數量的室。此外，雖然這里示出了三個具體的室，但將會采用這里所示的室布置則并不是必需的。相反，可以使用其它室布置并且其它類型的室可被插置在如所示的室之間。例如，第一室100可以是裝載鎖定室，第二室105為濺射室，并且第三室110為另一裝載鎖定室。

出于圖解的目的，在圖1的示例中，三個室100、105和110為濺射室；每個室都被其自身的真空泵102、104、106抽空。每個處理室都具有傳輸區(qū)段122、124和126以及處理區(qū)段132、134和136。襯底150被安裝到襯底載體120上。在該實施例中，襯底150被通過其外圍保持住，即，無需觸碰其表面中的任一個，這是由于這兩個表面都被通過在該襯底的兩側上濺射靶材材料制作而成。載體120具有跨騎在軌道(圖1中未示出)上的一組輪子121。在一個實施例中，輪子被磁化以提供更好的牽引和穩(wěn)定性。載體120跨騎在被設置在傳輸區(qū)段中的軌道上，以便將襯底定位在該處理區(qū)段中。在一個實施例中，使用線性電機布置(圖1中未示出)從外部向載體120提供原動力。當三個室100、105和110為濺射室時，假設載體120經由裝載鎖定布置進入和退出該系統(tǒng)。

圖2示出了沿圖1中的線A-A的橫截面。為了簡單起見，在圖2中示出了不帶有其載體的襯底250，但應該了解到的是，襯底250在圖1的系統(tǒng)中執(zhí)行的處理期間自始至終保持在襯底載體120上，并通過該襯底載體被在室之間連續(xù)地傳輸，如在圖2中由箭頭所示。在該所示實施例中，在每個室200、205和210中，在兩側上對襯底250進行處理。同樣在圖2中所示的是在制造過程中隔離開每個室的隔離閥202、206；然而，由于在一個實施例中該襯底連續(xù)地移動，因此隔離閥可被用簡單的柵門(gate)取代或者被消除掉。

每個室均包括被安裝到線性軌道242’、244’、246’上的活動磁控管242、244、246，使得它在靶材262的表面上掃描等離子體，如由雙箭頭所示。當襯底被在室中在載體上在下游方向中進行傳輸時，連續(xù)地來回掃描磁體。如關于磁體242所示，當磁體到達靶材262的前緣243時，它逆轉方向并朝向靶材262的尾緣247行進。當它到達尾緣247時，它再次逆轉方向并被朝向前緣243進行掃描。不斷地重復該掃描過程。注意的是，在該具體示例中，下游方向與靶材262從其前緣243到其尾緣247平行地定位。同樣，如本文中所述，前緣也可被稱為上游位置或區(qū)域，而尾緣也可被稱為下游位置或區(qū)域。在這方面中，上游和下游因此被參照襯底的行進方向予以限定，該襯底在其經過靶材262的行進中，在其到達下游尾緣247之前，到達上游前緣243。

圖3示出了沿圖1中的線B-B的橫截面。襯底350被示出為被安裝到載體320上。載體320具有跨騎在軌道324上的輪子321。輪子321可以是磁性的，在這種情況下，軌道324可由順磁性材料制成。在該實施例中，載體通過線性電機326移動，盡管可以使用其它原動力和/或布置。該室被抽空，并且諸如氬之類的前體氣體被供給到室中以保持等離子體。通過施加射頻偏壓能到位于靶材364之后的活動磁控管344，等離子體被點燃和維持住。

圖4A示出了另一實施例，其中，襯底450被支承在傳送機440上，該傳送機連續(xù)地移動用于“穿過(pass-by)”處理，具有一種用以穿過柵門402和406的布置。當僅需要濺射襯底的一側時，例如當制造太陽能電池時，該布置是特別有益的。例如，若干個襯底可被并排地定位，使得同時處理這若干個襯底。圖4A中的插圖示出了三個并排的襯底，即，沿一條垂直于運動方向的線布置的三個襯底，如由箭頭所示。據說襯底可被成行且成列布置。插圖中的點表示襯底在列方向中的供應可以是“環(huán)形的”，這是由于它們的數量被在傳送機上不斷地補充。由此，襯底被布置在“環(huán)形”供應或行方向中且呈n行布置，其中圖4A的示例中的n為3，盡管n可以是任何整數。此外，在這種實施例中，當靶材464相對于襯底的尺寸較長時，則隨著皮帶在靶材464的下方連續(xù)地移動襯底，可以同時成列且成行地處理若干個襯底。例如，當使用三行(即三個并排的晶片)時，可以將該靶材的尺寸設計成能夠處理處于三行中的四個襯底，由此同時處理12個襯底。如前所述，磁控管444在靶材的前緣和尾緣之間在與襯底的行進方向平行的方向中來回地線性移動，如由雙箭頭所示。等離子體403在靶材464的相反側中跟隨磁控管444的行進，從而將材料從靶材464濺射到襯底450上。

圖4B示出了另一實施例，其具有掃描過的磁極442和配重446。具體地，線性地來回掃描該磁極442，如由雙箭頭所示。在任一端處，掃描需要逆轉方向。方向的該逆轉可導致該系統(tǒng)中的振動，并且可能限制減速速度和加速速度。為了減少該影響，提供配重446作為平衡件，并且被在相反方向中掃描以阻遏該磁極的運動。這降低了該系統(tǒng)中的振動并允許該磁極的快速減速和加速。

在圖4B的具體示例中，磁極442和配重446被可滑動地聯接到線性軌道組件442，使得磁極442和配重446可在線性軌道組件445上自由地滑動。從圖4B的視角來看，該線性軌道組件被視為單個軌道，但它可以是被布置成用以支承磁極442和配重446以便線性地來回自由地移動的若干個軌道。磁極442被附接到活動元件448的一側，而配重446被附接到活動元件448的另一側?；顒釉?48可以是在輪子441和443上旋轉的傳送機，例如鏈條、皮帶、齒形(正時)皮帶等。輪子中的一個(例如，輪子443)由電機449經由聯接機構447(例如，齒形皮帶)供電。電機449由控制器480控制，該控制器480向電機449發(fā)送信號以使輪子443來回旋轉，使得該傳送機448使磁極442在軌道442上來回地滑動，同時使配重446在相反方向中滑動。也就是說，該配重以與磁體的速度相同的速度但在相反的方向中移動。該布置通常顯著降低了電機和系統(tǒng)上的負載。它也減少了振動，并能夠獲得高速度以及高加速度和高減速度。

圖5示出了一種諸如圖4A或4B中所示系統(tǒng)之類的系統(tǒng)的示例。大氣(ATM)傳送機500連續(xù)地將襯底帶入到該系統(tǒng)中，并且襯底隨后被在該系統(tǒng)內側在傳送機上傳輸，以穿過低真空裝載鎖定室505、高真空裝載鎖定室510，并且可選擇地，穿過傳遞室515。當在該傳送機上連續(xù)地移動時，隨后襯底由一個或多個連續(xù)的室520進行處理，這里示出了兩個。襯底隨后在傳送機上繼續(xù)行進到可選擇的傳遞室525，隨后行進到高真空裝載鎖定室530、低真空裝載鎖定室535，并且隨后行進到大氣傳送機540，以退出該系統(tǒng)。

圖6示出了可被用在上述實施例中的任一個中的活動磁控管的實施例。在圖6中，使襯底650在傳送機640上以恒定的速度移動。靶材組件664被定位在襯底的上方，并且活動磁控管644在靶材組件之后線性地來回振蕩，如由雙箭頭所示。等離子體622跟隨該磁控管，從而導致從靶材的不同區(qū)域的濺射。在該實施例中，在正常行進過程中，磁控管的速度是恒定的，并且為襯底的速度的至少若干倍。計算該速度，使得在襯底穿過該濺射室的時間期間，該襯底被該移動中的磁控管濺射若干次。例如，磁控管的速度可比襯底的速度快五到十倍，使得當該傳送機使襯底移動通過靶材的整個長度時，已在靶材之后來回地掃描磁體若干次，以便在該襯底上沉淀多個層。

如圖6中所示，在該實施例中，每個襯底具有長度Ls，該長度Ls被在傳送帶的行進方向中予以限定。同樣，該靶材具有長度Lt，該長度Lt被在傳送機的行進方向中予以限定，該傳送機的行進方向與磁體的行進方向平行。在該實施例中，靶材的長度Lt比襯底的長度Ls長若干倍。例如，靶材長度可比節(jié)距長度(pitch length)長四倍，該節(jié)距長度被定以成一個襯底長度加上該傳送機上的兩個襯底之間的間隔長度S。也就是說，節(jié)距P＝(Ls+S)。

靶材之后的磁控管的線性運動的問題是，當該磁控管到達靶材的前緣或尾緣時，它停止并在相反方向中開始運動。因此，與靶材的主要表面相比，靶材的邊緣被侵蝕得更多。當靶材的邊緣處的侵蝕超過規(guī)格時，即使該靶材的中央仍然是可用的，也需要對靶材進行更換。該問題被使用如下所述的多種實施例予以解決。

根據一個實施例，偏移量E和F被分別在靶材的前緣和尾緣處指定。當磁控管到達該偏移量時，它以額定的速率減速，例如0.5g、1g等。在該偏移量的結尾處，磁控管改變方向并且以額定的速率加速。這在磁控管的行進的兩端處進行，即，在靶材的前緣和尾緣處進行。

根據另一實施例，規(guī)定了旋轉區(qū)域，例如區(qū)域E和F被分別在靶材的前緣和尾緣處予以指定。當該磁控管到達旋轉區(qū)域中的任一個時，它在旋轉區(qū)域內的一點處改變行進方向。然而，隨著時間的推移，磁控管在旋轉區(qū)域內的不同點處改變方向。這通過圖6中的插圖予以例證。如所示，在時刻t₁處，逆轉方向的點被指定為F₁。在時刻t₂處，逆轉方向的點被指定為F₂，并且更為接近靶材的尾緣的為點F₁，但仍處于被指定為F的區(qū)域內。在時刻t₃處，逆轉方向的點F₃是更進一步接近該靶材的尾緣，同時在時刻t_n處，點F_n相對于該靶材的尾緣逐漸后退。然而，所有的點F_i均處于區(qū)域F內。類似的過程在另一側上的區(qū)域E上發(fā)生，即，在該靶材的前緣發(fā)生。

可以使用多種方式來實現對于逆轉掃描方向的點的選擇。例如，可以在每次掃描中、在每兩次掃描處或在x次掃描之后進行隨機選擇。相反，可以實施一種程序，其中在每次掃描中，該點被在一個方向中移動距離Y，直到到達該區(qū)域的端部為止，并且隨后這些點開始朝向相反端移動距離Y。另一方面，該運動可被設計成通過在一個方向中移動量Z，并且隨后在下一步驟中在相反方向中移動量-w而產生一種交錯模式，其中，|w|<|Z|。

在本文中所描述的實施例中，由于已經發(fā)現的是，改變掃描速度負面地影響襯底上的膜均勻度，因此在處理時段中，以恒定速度掃描該磁控管。值得注意的是，在襯底在靶材的前面連續(xù)地移動的情況下，在該處理區(qū)域上減慢或加快該磁體陣列是不明智的，即使是用于控制膜厚均勻度。

在所公開的實施例中，使許多襯底在傳送機上移動可被認為是以恒定速度移動的連續(xù)(無限長)的襯底。掃描速度必須被選擇成，在以恒定速度移動的襯底上給出良好的均勻度。在這些實施例中，特定使用由開始位置、停止位置、加速和減速組成，以控制靶材利用率。這具有伸展開當逆轉該運動時在端部出現的深溝槽的效應。

磁極設計被用于減少等離子體軌道的頂部和底部處的深溝槽。因為以相當高的速度進行掃描，從而在襯底的整個表面上傳播功率，因此可以使用較厚的靶材或可以將較高的功率用到靶材中。因為每個襯底看到等離子體的多次靶材經過(pass)，開始為止和停止位置可隨著每次經過而改變，并且在膜均勻度方面將不會看到在各次經過之間改變該掃描長度的效果。也就是說，雖然將圖6的實施例描述成，使得旋轉區(qū)域被設計成處于處理區(qū)域的外側，但是如本文中所述，當使襯底連續(xù)地移動時，這并不是必需的。相反，旋轉區(qū)域可處于該處理區(qū)域內。

例如，根據一個實施例，該系統(tǒng)被用于以每小時2400個襯底的速度制造太陽能電池。該傳送機使襯底以35毫米(mm)/秒(s)的速度連續(xù)地移動。以至少250mm/s的速度(即，大于該襯底傳輸的速度若干倍)掃描磁控管。靶材和磁控管被設計成，使得磁控管掃描的行程為約260mm。這提供了超過97％的膜均勻度。加速/減速可被在0.5g處在距離為約6.4mm的情況下進行設定，或在1g處在距離為那個距離的約一半的情況下設定。如圖6中所示，可以通過一個或多個控制器680進行磁控管掃描速度、磁控管功率、襯底行進速度(例如，傳送機速度)等的多種計算以及對其進行控制。

圖7A-7D為使用恒定的晶片傳輸速度及不同的磁體掃描速度的沉積均勻度的曲線。圖7A是針對磁體掃描速度為晶片傳輸速度的5％的均勻度的曲線。例如，對于晶片傳輸速度為35mm/s，以1.75mm/s掃描磁體。由此產生的膜均勻度為90％，其對于生產諸如太陽能電池之類的裝置而言是不適當的。當將磁體掃描速度提高到晶片速度的7.5％時，均勻度下降到86％，如圖7B中所示。此外，當將速度提高到晶片速度的10％時，均勻度下降到82％，并且當將速度提高到晶片速度的12.5％，均勻度進一步下降到78％。由此，似乎提高磁體掃描速度導致了膜均勻度的相應減少，從而表明該磁體掃描速度應該是晶片傳輸速度的一小部分(fraction)。該結論進一步由如圖8A中所示的曲線支持，其中，均勻度隨著磁體掃描速度提高而下降。

然而，圖8A的曲線也示出了，最大可獲得的均勻度可以是約90％。如上所述，這種均勻度對于許多過程而言均是不可接受的。因此，進行了進一步的調查，從而導致了圖8b的曲線。圖8B的曲線示出了膜沉積均勻度對磁體掃描速度的反常狀態(tài)。事實上，隨著磁體掃描速度提高，膜均勻度下降。然而，在某種情況下，隨著磁體掃描速度進一步提高，均勻度突然開始增加，使得在約為晶片傳輸速度的三倍的磁體掃描速度下，獲得約98％的均勻度峰值。此后觀察到均勻度的短暫下降，但隨后當磁體掃描速度為晶片傳輸速度的約5倍且超出時，均勻度被恢復并且保持為高值，其在圖8C的曲線中示出。如圖8C中所示，其為圖8B中圈中的部分的放大圖，在超過晶片傳輸速度的5倍的速度下，均勻度保持高于97％，并且在未該傳輸速度的約10倍的速度下，均勻度保持超過98％。從機械載荷和機械設計的角度不建議較高的速度，并且均勻度似乎對于較高的速度并不改進更多。由此，在設計復雜度及潛在的較高維護方面的費用可能并不保證涉及超出晶片傳輸速度的10倍的掃描速度。

在某些實施例中，根據磁體行進的方向，掃描速度可以是不同的。例如，當磁體在下游方向(即，與襯底運動相同的方向)中掃描該靶材時，它能夠以比它在上游方向(即，與襯底運動相反的方向)中掃描該靶材時快的恒定速度移動。這種速度變化可提供對于沉積速率的更好控制以及提供改進的沉積均勻度。在某些實施例中，該速度變化可被用于平衡磁體在下游和上游越過該襯底的經過所花費的時間的長度。也就是說，磁體掃描的速度可以被選擇成，使得“相對”速度(即，磁體相對于靶材行進的速度)在這兩個行進方向中是相同的。例如，如果襯底的速度為Ss，并且磁體的相對速度是St，則當磁體在下游方向中行進時，它應該被以速度St+Ss掃描，而當它在上游方向中行進時，它應該被以速度St-Ss掃描。

此外，在某些實施例中，磁控管功率可被根據磁體行進的方向而改變。例如，當磁體在下游方向中掃描該靶材時，可施加比當它在上游方向中掃描該靶材時更多或更少的功率。這種功率變化可提供對于沉積速率的更好控制以及提供改進的沉積均勻度。在某些實施例中，該功率變化可被用于平衡在下游和上游越過該襯底的經過中施加到該磁體的功率的量。

在某些實施例中，速度和功率方面的變化都可被以結合的方式根據磁體掃描方向來使用。也就是說，如上所解釋的那樣，為了產生恒定的相對掃描速度，當磁體向下游行進時，它以比它向上游行進時快的方式掃描。這意味著在下游方向中，與它向上游行進時相比，磁體在給定靶材區(qū)域上花費較少的時間。因此，根據一個實施例，磁控管功率在下游和/或上游行進期間發(fā)生變化，使得在整個下游掃描期間被傳遞到該靶材的功率總量等于在上游掃描期間所傳遞的功率總量。由此，如果在一個掃描方向期間所傳遞的總功率為Pd并且一個掃描方向(任何一種情況)所花費的時間為t_s，則在每個方向中被施加到磁控管的功率被計算為W＝Pd/t_s，其中，根據該行進方向，通過靶材的長度Lt乘以掃描速度St+Ss或St–Ss來計算t_s。

另一方面，在例如磁體的上游速度和下游速度是恒定的或者使得在上游掃描期間與在下游掃描期間相比，襯底暴露于磁體掃描的時間較短的情況下，與在下游掃描期間的功率水平相比，提高在上游掃描期間的功率可能是有利的。也就是說，如果襯底暴露于來自該靶材的濺射的時間在磁體的上游行進期間是較短的，則濺射功率在上游行進期間應該被增大，使得在單位時間內將更多的材料沉積在該襯底上。功率差可以被計算成，使得在單位時間內沉積在該襯底上的材料量與當磁體被在上游或下游方向中掃描時是相同的。也就是說，在磁體的上游和下游掃描期間的功率可以被調節(jié)成，使得雖然在單位時間內從靶材濺射的材料在磁體的上游和下游行進期間是不同的，但在單位時間內沉積在襯底上的材料量是相同的。例如，在磁體的上游行進期間，濺射功率可被提高，使得從靶材濺射的材料量在單位時間內比在磁體的下游掃描期間高，但在單位時間內沉積在襯底上的材料量在磁體的上游和下游掃描期間是相同的。

使用上述公開內容，可設置處理室，該處理室包括：濺射靶材，該濺射靶材被構造成用于襯底在下游方向中由此通過；以及磁體，該磁體可操作以便在下游方向中以下游掃描功率水平并且在與下游方向相反的上游方向中以上游掃描功率水平越過該濺射靶材進行掃描，該上游掃描功率水平小于或大于上游掃描功率水平。磁體可以在位于靶材的相反兩端的旋轉區(qū)域處逆轉方向，并且其中，在每個旋轉區(qū)域處的連續(xù)逆轉發(fā)生在不同的位置處?？呻S機地選擇這些不同的位置。在長度方面，靶材可大于襯底。多個襯底可被以預定節(jié)距設置并穿過該處理室，并且該磁體可具有為該節(jié)距的至少四倍的長度。

該掃描逆轉可被遍布在整個掃描長度上，而并不限制于轉向區(qū)域。例如，該磁體可被掃描X mm的距離，并且隨后被逆轉并行進-Y mm的距離，其中|X|>|-Y|。隨后再次逆轉該磁體的行進，并且它被掃描另一X mm并且隨后被逆轉另一-Y mm。以這種方式，該磁體前進X mm并縮回-Y mm，但由于X的絕對長度比Y的絕對長度長，因此，掃描在靶材的整個長度上進行。隨后，當磁體到達靶材的邊緣時，它行進-X mm的距離，即，在與先前行進的方向相反的方向中的X mm。它被逆轉并行進距離Y mm。重復該掃描，使得磁體掃描逆轉遍布在靶材的大區(qū)域上，且并不局限于邊緣。雖然在一些實施例中，X和Y是常量，但在其它實施例中，X和Y可能被例如根據靶材的狀況而改變。

在某些實施例中，靶材掃描距離可以是總共約240mm。該磁極在初始位置處開始，并在進行第一方向逆轉之前在每次掃描中掃描該總距離的一部分，例如100mm。該磁極隨后并不精確地返回到該初始位置，而是返回到相對于該初始位置偏移的偏移位置。對于總返回距離為60mm的情況來說，在一個示例中的偏移量可以是40mm。該模式在該示例中隨后被重復6次以覆蓋總共240mm。因此，該掃描逆轉點遍布在該靶材的整個表面上并且并不被限制于逆轉區(qū)域。在某些實施例中，這以高加速度/減速度(約4-5g，其中，g＝9.80665米每二次方秒)以及約1000mm/s的掃描速度來實施，從而對于單次240mm長的掃描來說，獲得了與210mm/s的掃描速度相當的凈速度。當然，這些值是作為示例的并且可根據具體的應用來改變。該方法允許將開始/停止區(qū)域分布在大面積上，這是由于它們在下游或上游方向中遷移，從而提高了靶材利用率，同時保持了襯底上的厚度的良好均勻度。在某些實施例中，使用一種被編程以設定上游掃描速度、下游掃描速度、起止加速度/減速度、上游功率、下游功率、加速期間的功率和減速期間的功率的控制器來實現該方法的完成。這些參數中的每一個都可通過該控制器而被單獨地控制和改變，以實現所期望的效果。

此外，在某些實施例中，上游和下游開始和停止位置對于每次連續(xù)的掃描均間隔開相同的距離(該距離比總掃描距離短)，使得開始/停止位置隨著每次連續(xù)的經過而移動。例如，關于圖6，在所有的點F_i處，F_i和E_i之間的距離保持恒定。此外，在圖6的實施例中，區(qū)域F_i和E_i被示出為被限制于靶材的邊緣。然而，如在先前段落的示例中所解釋的那樣，轉向點不需要被限制于該靶材的邊緣，而是相反可遍布在襯底的整個長度上。

在本文中描述了多種特征，使得不同的實施例可具有具體應用所需的一個或多個特征。在任一實施例中，上游和下游掃描速度可具有相同或不同的量值。在任一實施例中，在上游和下游開始和停止區(qū)域中，加速度和減速度可具有相同或不同的量值。同樣，在任一實施例中，在上游和下游處，施加到磁控管的功率的量值可以是相同的或不同的。在任一實施例中，上游和下游開始和停止位置可以是相同的或不同的。在任一實施例中，上游和下游開始和停止區(qū)域間隔開相同的距離(該距離比總掃描距離短)，使得開始/停止位置隨著每次連續(xù)的經過而移動。

此外，提供了一種濺射方法，該濺射方法包括：將襯底在下游方向中傳輸過濺射靶材；并且通過在下游方向中以下游掃描功率水平以及在與下游方向相反的上游方向中以大于該下游掃描功率水平的上游掃描功率水平掃描越過該濺射靶材的磁體，誘發(fā)靶材材料到襯底上的濺射。該磁體可在位于靶材的相反兩端的旋轉區(qū)域處逆轉方向，并且其中，在每個旋轉區(qū)域處的連續(xù)逆轉發(fā)生于不同的位置處?？呻S機地選擇不同的位置。

利用上述描述，提供了一種用于將材料從靶材沉積到多個襯底上的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：傳送機，該傳送機可操作以在下游方向中傳輸這多個襯底；和處理室，使襯底在下游方向中穿過該處理室，該處理室具有靶材，該靶材具有與下游方向平行且比n個襯底的組合長度長的長度；以及磁體，該磁體可操作以便越過該靶材往復地進行掃描。在一些實施例中，在沿著下游方向的掃描過程中，將下游掃描功率水平施加到靶材并且在沿著與下游方向相反的上游方向中進行掃描的過程中，將上游掃描功率水平施加到靶材，并且上游功率可不同于下游功率水平。在其它實施例中，配重被構造成以與磁體相同的速度但相反的方向進行掃描。在另外的其它實施例中，傳送機傳遞n行襯底，其中n是整數。在其它實施例中，磁體在沿著靶材的長度的不同位置處逆轉掃描方向，其中，逆轉方向沿靶材的長度遷移。在其它實施例中，下游掃描速度和上游掃描速度被設定成，以便在磁體和襯底之間維持沿著任一掃描方向的恒定速度。

濺射靶材的透磁率(PTF)被定義為所傳送的磁場與所施加的磁場的比率。PTF值為100％表示無磁性的材料，其中所施加的磁場并未被分路通過大部分的靶材。磁性的靶材材料的PTF通常被規(guī)定處于0到100％的范圍中，大多數的商用制造的材料顯示出了介于1到80％之間的值。

高磁性材料(即，透磁率(PTF)小于40％的材料)的磁控管濺射對于厚的靶材而言會是非常難的，這是因為磁場并未穿透具有足夠強度的該靶材以形成密集的磁控管等離子體所需的較長的電子路徑長度。這可通過利用薄的靶材來解決，但是這顯著減少了在必需更換該靶材之前可被沉積在襯底上的材料的量。在許多情況下，這對于生產而言是不實用的。靶材利用率太低且系統(tǒng)可服務時間過短以至于是不具有成本效率的。另一方式是就像Ni的情況一樣，將靶材材料與另一種元素熔成合金。通常將它與～7-8％的釩熔成合金。這使得靶材是無磁性的。然而，這改變了沉積材料的特性，并且釩的存在可能對最終產品是有害的。因此，非常希望以節(jié)省成本的方式濺射純元素的磁性材料。

圖9A-9C示出了能夠實現高磁性材料的濺射的掃描磁體陣列，高磁性材料在本文中被定義為透磁率(PTF)小于40％的材料。磁性布置可被用在本文中公開的任何系統(tǒng)中，并且在圖9A中，它被示出為被用在與圖4的系統(tǒng)類似的系統(tǒng)中，不同之處在于該濺射靶材由高磁性材料構成。圖9A中的插圖示出了從側視圖(即，正面地直接看進頁面之中)看到的掃描磁體陣列的元件。圖9B示出了從迎面但是從該陣列的下方略微仰視(如由圖4B中的箭頭A所示)看到的一部分磁體陣列。圖9C示出了從該陣列下方直接仰視的該陣列。在圖9C中，磁性材料被由“雜亂的”填充物表示，非磁性材料由“帶點的”填充物表示，并且磁體被由“虛線的”填充物表示。由磁性材料構成的部件可由例如碳素鋼(例如，1010、1018等)、400系列不銹鋼(410)等構成。由非磁性材料構成的部件可由例如300系列不銹鋼(例如，304、316)、鋁、塑料構成或僅由空氣構成，也就是說，該部分并未被結構所占用，而僅僅是空氣。

參見圖9A-9C，背板910形成鋼質極片，以將場線引導或者集中在磁極的表面之外。圍繞該陣列的外圍設置磁體925，從而形成一個磁極(例如，北極)的高強度磁體的外部“盒子”，同時將單行高強度磁體935設置在中央，作為內部的具有相對磁極(例如南極)的行。該鋼質背板910增強了來自該磁體的前表面的場線。側部支承件905和同樣被稱之為插件的內部軌道930由無磁性材料制成并且被設置成用于增強磁體的機械支承。

在圖9A-9C的實施例的情況中，靶材464由高磁性材料制成。在一個示例中，該靶材由鎳制成?？杀焕盟_的實施例進行濺射的其它材料被公開在例如美國公開文獻2003/0228238中。然而，通過利用在本文中公開的實施例，無需通過混合具有不同PTF的材料來構建該靶材。例如，該靶材可是純鎳，而沒有具有不同元素的混合物的分層。

在一個具體示例中，提供了一種用于濺射厚的高磁性靶材的設備，其中，靶材厚度介于3-10mm厚的范圍中并且由具有低透磁率(從15％到40％)的材料制成。該靶材包括背板和熱沉組件。該靶材表面為該磁極的寬度的1.5倍，使得該磁極被越過該靶材的背面進行掃描。該磁體組件本身被制造有高強度的稀土磁體并且鋼質極片被用來增強穿過該靶材的磁場。該磁體組件被越過該靶材的背面往復地掃描，以便在該靶材中形成侵蝕輪廓，其中，該靶材的侵蝕超過體積百分比為35％。

應該明白的是，本文中所述的過程和技術并不固有地涉及任何具體的設備并且可以被通過部件的任何適當的組合來實施。此外，可根據本文中所述的教導來使用多種類型的通用裝置。已經相對于具體示例描述了本發(fā)明，這些具體示例在所有方面都是說明性的，而非限制性的。本領域技術人員將會了解到的是，許多不同的組合均將適用于實踐本發(fā)明。

此外，通過考慮本文中公開的專利說明書和本發(fā)明的實踐，本發(fā)明的其它實施方案對于本領域技術人員來說都將是明顯的。所述實施例的多個方面和/或部件均可被單獨地或以任一組合的方式加以使用。這意在，應將本專利說明書和示例視為僅是示例性的，本發(fā)明的真正的范圍和精神均由下列權利要求所表示。