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CN1648280A - 具有改进表面结构的溅射靶材 - Google Patents

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CN1648280A
CN1648280A CNA2004100834160A CN200410083416A CN1648280A CN 1648280 A CN1648280 A CN 1648280A CN A2004100834160 A CNA2004100834160 A CN A2004100834160A CN 200410083416 A CN200410083416 A CN 200410083416A CN 1648280 A CN1648280 A CN 1648280A
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程远达
菲利普·D·科尔诺
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Abstract

通过将溅射靶材的非溅射区域在宏观上进行粗糙化从而减少溅射重沉积物的影响。宏观上的粗糙化是通过在溅射靶材的非溅射区域中形成宏观槽形图案而获得。很多图案都可以用作槽形图案。除了宏观上将溅射靶材的非溅射区域粗糙化之外，还可以利用常规的喷丸、喷珠或喷砂技术对槽形图案进行微观粗糙化。

Description

具有改进表面结构的溅射靶材
本申请要求2003年10月6日提交的美国临时申请No.60/508,317的优先权，该申请此处作为参考引入。
技术领域
本发明涉及用于物理气相沉积工艺中的溅射靶材，更详细地说，涉及具有经过改进的表面结构以使溅射重沉积物的影响最小化的溅射靶材。
背景技术
物理气相沉积(PVD)技术，例如溅射，应用于很多领域以提供带有原子级光滑表面的具有精确控制厚度的薄膜材料沉积物。在溅射过程中，位于充满惰性气体气氛的腔室里的靶材暴露于电场中而产生等离子区。这个等离子区中的离子与溅射靶材的表面发生碰撞，从而使靶材从靶材表面上逸出原子。靶材与待涂布基材之间的电压差使逸出原子在基材表面上形成预期的膜层。
然而，薄膜材料溅射涂布的成功，尤其是磁性数据存储业中的薄膜材料溅射涂布的成功，高度依赖于溅射腔室的清洁度。在这些尝试中使用的真空能级上，和气体分子一样小的杂质可以显著地改变小量材料从溅射靶材传送至基材的过程。此外，考虑到即使只是发现一个小小的碎片破坏原子能级光滑表面那么磁介质碟片也不合格，腔室内气体纯净度是极为重要的。
除了基材之外，溅射技术典型地在腔室内其它表面上形成靶材涂布材料的沉积物。由于等离子气氛的高能特性，复原回来涂布溅射靶材的非溅射区域的涂布材料具有再次移位的高度危险。这种移位碎片会污染带有大块重要碎片的介质表面，然后又在介质表面上进行涂布而将这些碎片固定在薄膜结构中。考虑到磁性数据存储业对于清洁度的迫切需求，上述溅射重沉积物的影响是非常不希望有的。
与溅射重沉积相关问题的常规解决方法包括利用喷丸或喷珠技术在微观上将溅射靶材的非溅射区域粗糙化。绝大多数材料的现有喷砂技术能产生标准的微观表面粗糙度，其值介于120至200微英寸之间。这种粗糙度改善了溅射靶材上的表面区域并且从而改进了捕获任何重沉积材料的能力，这就给腔室提供了更清洁的环境并提供更清洁的成品。然而，仍然存在着进一步减小溅射重沉积物的影响的需求。
发明内容
本发明通过改变溅射靶材的表面结构从而达到上述需求。具体地说，本发明在宏观上将溅射靶材的非溅射区域粗糙化以提高非溅射区域捕获重沉积的靶材涂布材料的能力，并减小溅射重沉积物在溅射应用中的影响。
根据本发明的一个方面，通过在非溅射区域形成宏观槽形图案从而将非溅射区域在宏观上粗糙化。槽形图案可以以很多图样中的任何一种形式在溅射靶材的非溅射区域中形成。此外，不同的非溅射区域可以具有不同的宏观槽形图案。槽形图案是利用常规的激光熔融法或机械加工工艺在非溅射区域中形成。
根据本发明的其它方面，利用常规的喷珠或喷砂技术将非溅射区域中的宏观槽形图案在微观上粗糙化。微观粗糙度进一步提高捕获重沉积的靶材涂布材料的能力并防止其污染应用于基材的膜层。
在本发明的另一个方面，非溅射区域除了具有形成于其中的宏观槽形图案之外，其还扩孔入溅射靶材的表面。非溅射区域的扩孔使它们置于比溅射区域更远离等离子气氛，并且进一步减小重沉积的靶材涂布材料移位以及污染贴覆于基材的膜层的几率。
已经提供了本发明的前述总结以使得可以更快地理解到本发明的特性。参考下述的与附图相结合的本发明的详细说明可以更彻底地理解本发明。
附图说明
图1是一个示意图，表示根据本发明一个实施例的一种溅射靶材表面。
图2是根据本发明一个实施例的一种方形槽图案一部分的横截面图。
图3是根据本发明一个实施例的一种角形槽图案一部分的横截面图。
图4是根据本发明一个实施例的一种溅射靶材的横截面图。
具体实施方式
本发明涉及溅射靶材表面结构的改进以将与溅射重沉积相关的影响降到最低。溅射靶材由一个很宽范围的各种材料根据溅射的应用而制成。本领域的熟练技术人员将认识到，下述的本发明不依赖于溅射靶材的材质并且可以应用于一般的溅射靶材。因此，具体的靶材材质不会在下述的说明中提及。
图1是一个示意图，表示根据本发明一个实施例的一种溅射靶材表面。如图1所示，溅射靶材1的表面包括有溅射区域2，以及非溅射区域3和4。本发明的这个实施例利用一个圆形溅射区域进行说明，该圆形溅射区域具有一个由位于靶材中心处的非溅射区域和位于靶材周边的非溅射区域所围的溅射区域。但本发明并不限于这种结构，而是可以用于具有不同形状的溅射靶材，例如矩形的或者不规则形状的。此外，本发明可用于具有不同数目和位置的溅射和非溅射区域的溅射靶材，这根据溅射设备中所用阴极系统的制造商和操作者的改变而不同。
溅射区域2是为了在溅射腔室内将靶材材质从中移除以贴覆于基材上的溅射靶材区域。溅射区域2宏观上是光滑的，在一定程度的微观上也是光滑的。例如，在本发明的一个实施例中，溅射区域2的标准表面粗糙度具有低于100微英寸的值，并且优选地是低于65微英寸。
如上所述，溅射工艺倾向于将靶材涂布材料沉积在溅射靶材的非溅射区域上。为了提高非溅射区域的胶粘性以及减少这种重沉积材料移位和污染基材的发生，本发明在宏观上将溅射靶材的这些区域粗糙化。具体地，本发明通过在这些区域中形成一个宏观槽形图案而将溅射靶材的非溅射区域粗糙化。
图1中，宏观槽形图案在非溅射区域3和4中表现为一系列同心圆。同心形状并不是能实施本发明的唯一槽形图案。例如，本发明也可以使用其它的图案来实施，比如非溅射区域中为螺旋形的或交叉影线的。此外，每个非溅射区域里的槽形图案可以和其它非溅射区域里使用的槽形图案不同。
为了形成宏观槽形图案，利用激光熔融法或物理机械加工工艺将非溅射区域的表面在宏观上粗糙化。例如，用一个高能YAG或类似的激光器在一个圆形、矩形或不规则形状溅射靶材的表面上形成一个精确的图案。基于所用激光器的类型并结合溅射靶材材质而设定激光能量，最终目标是控制形成槽形图案的激光熔融槽的深度和宽度。可选地，宏观槽形图案可以利用机械加工工具形成，例如车床、铣床或其它切削工具。
用于形成槽形图案的槽的类型包括有方形槽和角形槽，但并限于此。图2示出了利用方形槽在非溅射区域3和4中形成的宏观槽形图案的一部分的横截面图。图2中所示的方形槽优选地是具有0.025英寸的宽度x1，但也可以是0.020至0.050英寸范围内的任何值。方形槽优选地是具有0.010英寸的深度h1，但是也可以是0.002至0.020英寸范围内的任何值。方形槽优选的是彼此之间以0.025英寸的间距y1分开，但是也可以以大于0.005英寸的任何间距形成。
图3示出了利用角形槽在非溅射区域3和4中形成的宏观槽形图案的一部分的横截面图。图3中所示的角形槽优选地是具有0.040英寸的宽度x2，但是也可以是0.030至0.050英寸范围内的任何值。角形槽优选地是具有0.035英寸的深度h2，但是也可以是0.009至0.043英寸范围内的任何值。槽角θ优选地是60度，但是也可以是60至120度范围内的任何值。虽然图3中所示的槽的根部是V形的，但是可选实施例也可以使用圆形根部的角形槽。
图2和3只是示出了在非溅射区域3和4中形成的槽形图案的两个槽。然而，可以理解的是，用于在非溅射区域3和4中形成槽形图案的槽的数目将根据槽形图案、所用槽的尺寸以及非溅射区域的尺寸而变化。
在本发明的一个附加实施例中，在非溅射区域3和4上，除了由槽形图案提供的宏观粗糙化以外，还进行了微观粗糙化。微观粗糙化典型地是利用喷丸、喷珠、喷砂处理方法来进行以增加非溅射区域里槽形图案的表面粗糙度，这在附图中没有示出。这样就进一步改进了非溅射区域3和4的表面区域并从而也改进了胶粘性能。
图4示出了本发明的另一个实施例。具体地说，图4示出了溅射靶材1的一个横截面，在溅射靶材1中，考虑到溅射腔室的等离子环境，将非溅射区域3和4扩孔入溅射靶材1的表面里以将非溅射区域3和4置于一个低于溅射区域2的位置。利用例如车床、铣床或其它切削工具等物理机械加工工具进行扩孔。如图4所示，扩孔的切削形成了相对于溅射靶材表面呈90度设置的壁。然而，壁也可以设置成其它角度。优选地，扩孔切削的深度介于从靶材顶面向下0.010英寸至距靶材底面大约0.100英寸处。
虽然图4中没有示出，但是在扩孔的非溅射区域3和4中也形成有上述的宏观槽形图案。此外，在本发明的其它实施例中，除了对非溅射区域3和4进行扩孔以及利用槽形图案进行宏观粗糙化之外，还对其进行微观粗糙化。通过这种方式，改进了非溅射区域捕获重沉积的靶材涂布材料的能力以及降低了溅射重沉积物的影响。
虽然前面已经描述了被认为是最佳方式的实施例和/或其它实例，可以理解的是，可以对其进行各种修改并且此处公开的主题可以以各种形式和实例来实施，而且可以应用于很多应用领域中，此处只是描述了其中的一些。

Claims (20)

1.一种溅射靶材，其包括有：
溅射区域；以及
具有宏观槽形图案的非溅射区域。
2.如权利要求1所述的溅射靶材，还包括多个非溅射区域，其中每一个非溅射区域都具有宏观槽形图案。
3.如权利要求2所述的溅射靶材，其中该多个非溅射区域中的一个是溅射靶材的中心区域。
4.如权利要求2所述的溅射靶材，其中该多个非溅射区域中的一个是溅射靶材的周边区域。
5.如权利要求1所述的溅射靶材，其中该宏观槽形图案包括有多个形成一系列同心形状的槽。
6.如权利要求1所述的溅射靶材，其中该宏观槽形图案包括形成螺旋图案的槽。
7.如权利要求1所述的溅射靶材，其中该非溅射区域在溅射靶材的表面里扩孔而形成。
8.如权利要求1所述的溅射靶材，其中该宏观槽形图案是方形槽图案。
9.如权利要求1所述的溅射靶材，其中该宏观槽形图案是角形槽图案。
10.如权利要求1所述的溅射靶材，其中该非溅射区域进行了微观粗糙化。
11.一种制备溅射靶材的方法，其包括在非溅射区域中蚀刻出宏观槽形图案的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，还包括在多个非溅射区域中蚀刻出宏观槽形图案的步骤。
13.如权利要求11所述的方法，其中该宏观槽形图案包括有多个形成一系列同心形状的槽。
14.如权利要求11所述的方法，其中该宏观槽形图案包括形成螺旋图案的槽。
15.如权利要求11所述的方法，其中该宏观槽形图案是方形槽图案。
16.如权利要求11所述的方法，其中该宏观槽形图案是角形槽图案。
17.如权利要求11所述的方法，其中该宏观槽形图案用机械加工工艺在非溅射区域中蚀刻出来。
18.如权利要求11所述的方法，其中该宏观槽形图案用激光熔融工艺在非溅射区域中蚀刻出来。
19.如权利要求11所述的方法，还包括利用微观颗粒对非溅射区域中的宏观槽形图案进行喷砂的步骤。
20.如权利要求11所述的方法，还包括在溅射靶材的表面中扩孔出非溅射区域的步骤。
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