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1、(10)申请公布号 CN 102842478 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 2 4 7 8 A *CN102842478A* (21)申请号 201210209848.6 (22)申请日 2012.06.25 13/168,207 2011.06.24 US H01J 37/32(2006.01) C23C 14/34(2006.01) (71)申请人初星太阳能公司 地址美国科罗拉多州 (72)发明人 R.W.布莱克 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人严志军 谭祐祥 (54) 发明名称 未结合的旋转半导体靶材和它们。
2、的溅射方法 (57) 摘要 本发明涉及未结合的旋转半导体靶材和它们 的溅射方法。提供了一种旋转溅射阴极(10)，其 包括沿纵向方向具有长度并限定外表面(18)的 管状部件(11)、沿管状部件的长度在纵向方向上 延伸的第一纵向托架(20a)以及沿管状部件的长 度在纵向方向上延伸的第二纵向托架(20b)。还 可沿管状部件的长度包括额外的纵向托架(例如 第三(20c)、第四(20d)、第五(20e)等)。包括溅 射材料的靶材(12)可定位成使得其背面(16)面 向管状部件的外表面。第一纵向托架和第二纵向 托架将第一靶材(12)可移除地保持在它们之间， 使得第一靶材的第一背面(16)面向管状部件的 外。
3、表面。还提供了用于溅射未结合靶材(12)的方 法。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书8页 附图8页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 8 页 1/2页 2 1.一种旋转溅射阴极(10)，包括： 管状部件(11)，沿纵向方向具有长度并限定外表面(18)； 第一纵向托架(20a)，沿着所述管状部件(11)的长度在所述纵向方向上延伸； 第二纵向托架(20b)，沿着所述管状部件(11)的长度在所述纵向方向上延伸；以 及， 第一靶材(12)，包括第一溅射材料并限定第一溅射表面(14)和第一背面(16)，。
4、其 中，所述第一背面(16)与所述第一溅射表面(14)相反并定位成面向所述管状部件(11)的 外表面(18)，并且其中，所述第一纵向托架(20a)和所述第二纵向托架(20b)将所述第一靶 材(12)可移除地保持在它们之间，使得所述第一靶材(12)的第一背面(16)面向所述管状 部件(11)的外表面(18)且未结合至其。 2.根据权利要求1所述的旋转溅射阴极(10)，其特征在于，还包括： 第三纵向托架(20c)，沿着所述管状部件(11)的长度在所述纵向方向上延伸；以 及， 第二靶材(12)，包括限定了第二溅射表面(14)和第二背面(16)的第二溅射材料， 其中，所述第二背面(16)与所述第二溅射。
5、表面(14)相反并定位成面向所述管状部件(11) 的外表面(18)，并且其中，所述第二纵向托架(20b)和所述第三纵向托架(20c)将所述第二 靶材(12)可移除地保持在它们之间，使得所述第二靶材(12)的第二背面(16)面向所述管 状部件(11)的外表面(18)且未结合至其。 3.根据权利要求2所述的旋转溅射阴极(10)，其特征在于，还包括： 第四纵向托架(20d)，沿着所述管状部件(11)的长度在所述纵向方向上延伸；以 及， 第三靶材(12)，包括限定了第三溅射表面(14)和第三背面(16)的第三半导体材 料，其中，所述第三背面(16)与所述第三溅射表面(14)相反并定位成面向所述管状部件。
6、 (11)的外表面(18)，并且其中，所述第三纵向托架(20c)和所述第四纵向托架(20d)将所 述第三靶材(12)可移除地保持在它们之间，使得所述第三靶材(12)的第三背面(16)面向 所述管状部件(11)的外表面(18)。 4.根据权利要求1所述的旋转溅射阴极(10)，其特征在于，所述背面(16)限定基本平 坦的表面。 5.根据权利要求1所述的旋转溅射阴极(10)，其特征在于，所述背面(16)限定基本弯 曲的表面。 6.根据权利要求1所述的旋转溅射阴极(10)，其特征在于，所述第一溅射表面(14) 限 定基本弯曲的表面。 7.根据权利要求1所述的旋转溅射阴极(10)，其特征在于，所述第一托。
7、架(20a)和所 述第二托架(20b)两者均限定一对外伸凸缘(24,26)。 8.根据权利要求1所述的旋转溅射阴极(10)，其特征在于，所述第一托架(20a)限定 暴露表面，其中，所述暴露表面包括溅射材料。 9.根据权利要求1所述的旋转溅射阴极(10)，其特征在于，还包括： 第一托架帽(32)，附接至所述第一托架(20a)，使得所述第一托架帽(32)在溅射期 间暴露； 以及， 权 利 要 求 书CN 102842478 A 2/2页 3 第二托架帽(32)，附接至所述第二托架(20b)，使得所述第二托架帽(32)在溅射期 间暴露。 10.一种溅射未结合靶材(12)的方法，所述方法包括： 将溅射。
8、靶材(12)可移除地插入旋转溅射阴极(10)的沟槽(22)中，以暴露所述溅 射靶材(12)的溅射表面(14)，其中，所述溅射阴极(10)包括限定外表面(18)的管状部件 (11)，使得所述溅射靶材(12)定位成邻近所述外表面(18)且未结合至其；以及， 使所述溅射靶材(12)的溅射表面(14)与等离子体接触，使得原子从所述溅射靶材 (12)的溅射表面(14)射出。 11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括： 将所述溅射靶材(12)的溅射表面(14)加热至溅射温度。 12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述溅射靶材(12)的溅射表面(14)通 过与所述等离子体的初始接触而温。
9、度增加。 13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括： 使所述旋转溅射阴极(10)摆动。 14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括： 使所述旋转溅射阴极(10)从第一位置旋转至第二位置，使得第二溅射靶材(12)就 位而接触所述等离子体。 15.一种旋转溅射阴极(10)，包括： 管状部件(11)，限定外表面(18)；以及， 多个纵向托架(20)，定位在所述管状部件(11)的外表面(18)周围，其中，相邻的纵 向托架(20)在它们之间限定沟槽(22)且构造成将未结合靶材(12)可移除地保持在它们 之间用于其溅射。 权 利 要 求 书CN 102842478 A 1/8页 4 。
10、未结合的旋转半导体靶材和它们的溅射方法 0001 技术领域 0002 本文公开的主题大体涉及未结合的半导体靶材(semiconducting target)和它们 在将半导体层溅射在基板上期间的使用。 背景技术 0003 基于与硫化镉(CdS)成对的碲化镉(CdTe)作为光反应性构件的薄膜光伏(PV)模 块(也称为“太阳能电池板” )在工业中获得广泛的认同和关注。CdTe是具有特别适于太 阳能向电力的转换的性能的半导体材料。例如，CdTe具有约1.45eV的能隙，与历史上用于 太阳能电池应用的更低带隙半导体材料(例如，对于硅的约1.1eV)相比，这使得它能够从 太阳光谱转化更多能量。而且，与更。
11、低带隙材料相比，CdTe在更低或漫射光条件下转换辐 射能，从而与其它常规材料相比，在整个白天或在多云条件下具有更长的有效转换时间。 0004 n型层和p型层的接合在CdTe PV模块暴露至光能(诸如阳光)时通常担负着电 势和电流的产生。具体而言，碲化镉(CdTe)层和硫化镉(CdS)形成p-n异质结，其中，CdTe 层担当p型层(即，电子接受层)，而CdS层担当n型层(即，电子贡献层)。自由载体对由 光能形成，并且然后由p-n异质结分离而产生电流。 0005 CdS层连同其它层(例如，镉锡氧化物的透明导电氧化物层)可经由溅射工艺(也 称为物理气相沉积)形成，其中，从半导体靶材(例如，硫化镉、镉。
12、锡氧化物等)供应源材 料。典型地，硫化镉半导体靶材结合到被水冷的垫板(backing plate)，并且然后放置在执 行溅射行为的磁控管(阴极)中。半导体靶材通常使用铟焊料或导电环氧树脂结合到垫板。 该结合在半导体靶材和水冷垫板之间提供了良好的热接触和电接触。因此，在半导体靶材 的相反侧由等离子体形成的热可由水冷垫板驱散并带离靶材。 0006 当半导体靶材被溅射时，半导体材料从靶材侵蚀。当半导体靶材侵蚀时，结节 (nodule)形成于靶材的表面上，随时间推移，其可改变溅射期间的沉积速率并可影响所得 到的薄膜的性能。另外，这些结节可导致电弧形成于溅射室中。在溅射后较长时期形成的 这些变量可在大规。
13、模制造环境中导致所沉积的半导体层的薄膜变量，例如在碲化镉基薄膜 光伏装置的商业制造期间。 0007 因此，存在着对更加一致的溅射工艺的需要，用于基本一致的层的沉积。 发明内容 0008 本发明的方面和优点将部分阐述在以下描述中，或者根据描述可能是明显的，或 者可以通过实践本发明而学习。 0009 大体上提供了旋转溅射阴极。该阴极大体上包括沿纵向方向具有长度并限定外表 面的管状部件、沿管状部件的长度在纵向方向上延伸的第一纵向托架以及沿管状部件的长 度在纵向方向上延伸的第二纵向托架。还可沿管状部件的长度包括额外的纵向托架 (例如 说 明 书CN 102842478 A 2/8页 5 第三、第四、第。
14、五等)。包括溅射材料并限定溅射表面和与溅射表面相反的背面的靶材可定 位成使得其背面面向管状部件的外表面。第一纵向托架和第二纵向托架将第一靶材可移除 地保持在它们之间，使得第一靶材的第一背面面向管状部件的外表面。 0010 还大体上提供了用于溅射未结合靶材的方法。首先，溅射靶材可被可移除地插入 第一托架和第二托架之间的旋转溅射阴极中，以暴露溅射靶材的溅射表面。溅射阴极包括 限定外表面的管状部件，使得溅射靶材定位成邻近外表面且未结合至其。然后，溅射靶材的 溅射表面可与等离子体接触，使得原子从溅射靶材的溅射表面射出。 0011 参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它的特征、方面及优势将变得 。
15、更好理解。并入该说明书中并组成该说明书的一部分的附图显示了本发明的实施例，并且 与该描述一起用于解释本发明的原理。 附图说明 0012 针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开，包括其最佳模式， 阐述在参照了附图的说明书中，在附图中： 图1显示了包括多个未结合半导体靶材的示例性旋转溅射阴极的透视图； 图2显示了没有靶材存在的图1的示例性旋转溅射阴极的特写透视图； 图3显示了图2的示例性旋转溅射阴极的截面图； 图4显示了用于图1的示例性旋转溅射阴极的示例性靶材的透视图； 图5显示了溅射期间的图1的示例性旋转溅射阴极的截面图； 图6显示了具有可移除托架帽的示例性旋转溅射阴极的截面图；及。
16、， 图7显示了又一示例性旋转溅射阴极的截面图；以及， 图8显示了图7的示例性旋转溅射阴极的截面图。 0013 本说明书和附图中的标号的重复使用意图表示相同或类似的特征或元件。 0014 符号说明： 5 基板 10 旋转溅射阴极 11 管状部件 12 未结合靶材 14 溅射表面 16 背面 18 外表面 20 纵向托架 20a 第一托架 20b 第二托架 20c 第三托架 20d 第四托架 20e 第五托架 20f 第六托架 20g 第七托架 说 明 书CN 102842478 A 3/8页 6 20h 第八托架 21 第一边缘 22 沟槽 22a 第一沟槽 22b 第二沟槽 22c 第三沟槽 。
17、22d 第四沟槽 22e 第五沟槽 22f 第六沟槽 22g 第七沟槽 22h 第八沟槽 23 第二边缘 24 第一外伸凸缘 25 第一前缘 26 第二外伸凸缘 27 第二前缘 28 侧缘 28a 第一侧缘 28b 第二侧缘 30 螺栓 32 托架帽 34 电磁场 36 磁体。 具体实施方式 0015 现在将详细地提及本发明的实施例，这些实施例的一个或更多示例显示在附图 中。以本发明的解释而不是本发明的限制的方式提供各个示例。实际上，对于本领域技术 人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中做出 各种修改和变型。例如，显示或描述为一个实施例的部分的特征可用于另一。
18、实施例而产生 又一实施例。因此，当落在所附权利要求及其等同的范围内时，本发明意图覆盖这样的修改 和变型。 0016 大体上提供了旋转未结合半导体靶材，以及并入这种旋转未结合靶材的溅射阴 极。可利用减少或基本上消除形成于靶材的溅射表面中的结节来溅射旋转未结合靶材。因 此，旋转未结合靶材可在沉积过程期间被更加一致地溅射，并且可以导致在单个基板上及 整个制造过程(即，从基板到基板)均形成更加一致的薄膜层(例如，硫化镉薄膜层、碲化 镉薄膜层等)。 0017 图1显示了包括管状部件11和多个未结合靶材12的示例性旋转溅射阴极10。虽 然显示为具有大致圆柱形的形状(例如，在其截面中具有大致圆形的鼓)，但是。
19、管状部件11 可形成为任何合适的可旋转形状。例如，管状部件11可具有类多边形的截面，其中点的数 说 明 书CN 102842478 A 4/8页 7 量大体上匹配纵向托架(bracket)20的数量，如下所述。 0018 各个靶材12限定了溅射表面14和与溅射表面14相反的背面16，具体地如图4、 图6和图8所示。图2、图3、图6和图8所示的各个靶材12的背面16保持未结合至由旋 转溅射阴极10限定的外表面18。如本文中使用的，术语“未结合”是指靶材12在靶材12 的背面16和旋转溅射阴极10的外表面18之间没有任何附接材料(即，没有焊接、钎焊、粘 合剂或其它附接材料存在于靶材12的背面16之。
20、间)。这样，靶材12可在所提供的安装结 构(例如托架20)的限制内相对于外表面18自由移动。 0019 由于靶材12未结合至外表面18，因而它们之间的热传导可能受到抑制，特别是在 存在于溅射期间的溅射气氛的相对较低的真空压力(例如，约1毫托至约50毫托)下。因 此，靶材12可能由于溅射室中的等离子体和/或溅射室内的辐射热源而变热。对于任何基 本恒定的溅射工艺(即，带有基本恒定的磁控管功率、溅射压力以及/或者溅射温度)而 言，当沿着溅射表面14吸收的热能基本等于从靶材12的背面16辐射到外表面18的热能 时，靶材12可达到相对稳定的溅射温度。例如，靶材12的溅射温度可根据所利用的特定溅 射参数而。
21、为约100至约1000。 0020 当等离子体在溅射期间加热靶材12时，靶材12由于由等离子体提供的热而能够 在溅射期间维持其溅射温度，而不需要额外的加热元件来向靶材12提供额外的热能。然 而，如果溅射温度降到低于期望温度，则可包括加热元件(未显示)来向靶材12提供额外 的热能，以按需要提高它们的溅射温度。在一个特定实施例中，在溅射之前(例如，在形成 等离子体场之前)，靶材12可经由加热元件17在外表面18之中或之上被预热。因此，靶 材12可被加热至溅射温度，该溅射温度在整个溅射过程期间可被基本维持，以提供一致的 溅射参数。在靶材12的溅射期间，靶材12的溅射温度由于加热靶材12的等离子体和/。
22、或 加热元件(存在时)而能够被维持。 0021 在一个特定实施例中，温度传感器(未显示)可被包括在溅射室和/或溅射阴极 10之上或之内，以监测靶材12的溅射表面14的温度。例如，温度传感器可以是非接触式温 度传感器，诸如高温计。 0022 靶材12的这些相对较高的溅射温度将靶材12的材料限制为能够承受这些溅射 温度和贯通靶材12的厚度形成而没有其实质性破裂或熔化的任何可能温度梯度的那些材 料。在一个特定实施例中，未结合的靶材可包括硫化镉，其将用在用于经由溅射而在基板上 形成硫化镉层的方法中，例如用在碲化镉基的薄膜光伏装置中。当由硫化镉构成时，未结合 的硫化镉靶材也可以以比在其它方面等同但结合的。
23、靶材通常所需的更低的功率设置进行 溅射，同时仍然实现基本相同的沉积速率。另外，非结合硫化镉靶材可以容易地在损耗后互 换，导致了明显的时间和成本节省。作为备选，靶材12的材料可包括镉锡氧化物和/或铟 锡氧化物，例如用于在基板上形成透明的导电氧化物层，例如用在碲化镉基的薄膜光伏装 置中。当然，在最广泛的意义上，靶材12的材料可由使用者希望溅射沉积在给定表面上的 任何溅射材料制成。例如，靶材12可由任何溅射材料构成，并且对于耐火材料、陶瓷材料和 /或半导体材料可能特别有用。 0023 靶材12可经由托架或其它(多个)未结合附接机构保持在管状部件11的外表 面18上或邻近该外表面。如图所示，各个靶材1。
24、2大体上定位在沿着管状部件11的长度 在纵向方向上延伸的一对纵向托架20之间。图1显示了分别沿着靶材12的相对边缘21、 说 明 书CN 102842478 A 5/8页 8 23(即，第一边缘21和第二边缘23)定位而形成第一沟槽22a的第一托架20a和第二托架 20b。这样，靶材12可以可移除地保持在这对纵向托架20(即，通常描述为第一和第二托架 20a、20b)之间，使得靶材12的背面能够面向管状部件11的外表面18，同时保持未连接至 该外表面。虽然显示为利用在它们之间形成八个沟槽(即，第一沟槽22a、第二沟槽22b、第 三沟槽22c、第四沟槽22d、第五沟槽22e、第六沟槽22f、第七。
25、沟槽22g以及第八沟槽22h)的 八个纵向托架20(即，第一托架20a、第二托架20b、第三托架20c、第四托架20d、第五托架 20e、第六托架20f、第七托架20g以及第八托架20h)，但是可以按需要利用任何合适数量的 托架20。这样，纵向托架20的数量可匹配限定在管状部件11周围的沟槽22的数量，并且， 在某些实施例中，可以从大约3至大约12(例如，大约4至大约10，或者大约5至大约8)。 0024 各个沟槽22可在纵向方向上具有长度，以匹配或超过基板5在溅射期间经过的长 度。这样，多个靶材12可以沿各个沟槽22的长度以端对端的形式进行定位。 0025 第一托架20a和第二托架20b两者。
26、均限定了从它们相应的前缘25、27延伸的外伸 凸缘24、26。因此，第一托架20a和第二托架20b在溅射阴极10内形成沟槽22，以在它们 之间可移动地接纳靶材12。沟槽22由从相应的托架20a、20b延伸的各个外伸凸缘24、26 的内表面、第一托架20a和第二托架20b各自的侧缘28a、28b以及外表面18限定边界。 0026 分别从第一托架20a和第二托架20b延伸的第一外伸凸缘24和第二外伸凸缘26 各自定位成沿着靶材12的相应边缘(即，第一边缘21和第二边缘23)重叠溅射表面14的 一部分。各个外伸凸缘24、26所覆盖的溅射表面14的重叠部分足以将靶材12保持在溅射 阴极内且邻近外表面1。
27、8。然而，由外伸凸缘24、26覆盖的溅射表面14的重叠部分优选为最 小，以便避免靶材材料的浪费，因为沿着靶材12的第一边缘21和第二边缘23的重叠部分 将在沉积过程期间被禁止溅射。例如，各个外伸凸缘24、26可覆盖从靶材12的第一边缘21 和第二边缘23延伸的溅射表面14的大约0.5到大约5，例如溅射表面14的大约1到 大约4。 0027 第一托架20a和第二托架20b可将(多个)靶材12保持并固定在溅射阴极10内， 使得背面16在溅射期间面向外表面18。这样，靶材12的背面16可紧紧靠近外表面18或 与外表面18直接接触。由于背面16未结合至外表面18，因而靶材却能够在沟槽12的界限 内相对。
28、于外表面18自由移动。 0028 纵向托架20显示为基本上彼此平行，以在它们之间形成各自邻近纵向托架20的 沟槽22，从而允许靶材12通过沿纵向方向滑动而被插入旋转溅射阴极10及从该旋转溅射 阴极10移除。如图中所示的实施例所示，各个纵向托架20沿着切面的纵向方向定位在管 状部件11的外表面18上，在它们之间有基本相等的间距。然而，按需要可以利用其它构造 (例如，有差别的间距)。 0029 各个纵向托架20大体上限定了一对外伸凸缘24、26，其中第一外伸凸缘24沿第一 方向向着第一侧的相邻托架20延伸，而第二外伸凸缘26沿第二方向向着第二(相反)侧 的相邻托架20延伸。各个外伸凸缘24、26被。
29、设计成可移除地将靶材12保持在它们之间。 0030 在一个特定实施例中，靶材12的尺寸可构成为安全地装配在沟槽22内，基本上允 许靶材仅仅沿着沟槽22的长度的移动。例如，第一托架20a和第二托架20b的相对侧缘 28a、28b分别可以是限定在第一边缘21和第二边缘23之间的靶材12的宽度的大约100.1% 至大约105%，例如大约100.5%至大约104%，并且特定地大约101%至大约103%。同样，外伸 说 明 书CN 102842478 A 6/8页 9 凸缘24、26和外表面18之间的间距可以是限定在溅射表面14和背面16之间的靶材12的 厚度的大约100.1%至大约110%，例如大约1。
30、00.5%至大约105%，并且特定地大约101%至大 约103%。因此，靶材12的溅射表面14的90%至约99.8%可保持暴露且可用于溅射，例如大 约92%至大约99%，并且特定地大约96%至大约98%。 0031 沟槽22内的额外空间可允许靶材12在处于室温(例如，大约20至大约25) 时相对容易地移动，但在阴极被竖直安装或倒置安装时仍将保护靶材12不至脱落。例如， 额外空间允许靶材在提高的溅射温度(例如，大约100或更高)下的热膨胀，同时限制并 可能防止靶材12的热引起的破裂，因为它并不机械地限制在其热膨胀范围内。 0032 图1显示了图1的溅射阴极10的一个实施例，其中，靶材12的背面1。
31、6直接接触 外表面18。在该实施例中，没有其它材料存在于背面16和外表面18之间。例如，外伸凸缘 24、26和外表面18之间的间距可以是限定在溅射表面14和背面16之间的靶材12的厚度 的大约100.1%至大约102%，例如大约100.2%至大约101.5%，并且特定地大约100.5%至大 约101%。因此，极少空间可用于靶材12在外伸凸缘24、26和外表面18之间移动，特别是当 靶材12被加热从而导致其膨胀时。 0033 在一个实施例中，一层介电材料(例如，硫化镉)可包括在面向靶材12的外表面 18的表面上。这层介电材料可防止外表面18在靶材12的耗尽后被溅射。在一个实施例 中，这层介电材料。
32、可包括与靶材12基本相同的材料(例如，具有基本等同的结构)。例如， 这层介电材料和靶材12均可包括硫化镉。 0034 作为备选，间隙可存在于靶材12的背面16和外表面18之间，以允许第一托架20a 和第二托架20b的外伸凸缘24、26和外表面18之间的特定量的浮动。例如，外伸凸缘24、 26和外表面18之间的间距可以是如限定在溅射表面14和背面16之间的靶材12的厚度的 大约102%至大约105%。该构造可允许靶材12容易地在沟槽22内滑动，用于相对容易的可 互换性。 0035 在溅射阴极10的又一备选实施例中，间隔件或偏置部件(未显示)可定位在靶材 12的背面16和外表面18之间，使得间隙存。
33、在于背面16和外表面18之间。例如，间隔件 可在靶材12的背面16和外表面18之间定位在各个沟槽28内。间隔件的尺寸可按需要控 制，以控制背面16和外表面18之间的距离。偏置部件可位于外表面18和靶材12之间，以 提供将靶材12推靠着托架20的力。 0036 该间隙，当存在于靶材12的背面16和外表面18之间时，可被调节，以控制溅射过 程期间的靶材12的平衡溅射温度，这可导致沉积速率和/或沉积一致性的更好控制。在某 些实施例中，该间隙可为大约100m至大约1cm，例如大约200m至大约0.5cm。 0037 托架20和外表面18之间的间距可按需要根据靶材12的厚度和将存在于沟槽22 中的期望浮。
34、动量来调节。在图6所示的实施例中，例如，包括紧固件30(例如，螺栓、螺钉、 销等)，以调节在各个托架20处外伸凸缘24、26从管状部件11的外表面18延伸的距离。 0038 在一个实施例中，托架20(和/或管状部件11)可以由非磁性材料构成，以便避免 对在溅射期间形成的磁场的任何影响。例如，托架20可由非磁性金属材料(例如，不锈钢， 诸如304型不锈钢或316型不锈钢)形成。在一个特定实施例中，例如当靶材12包括硫化 镉时，在托架20在沉积过程期间被溅射的情况下，托架20的暴露表面可用镉涂覆。第一和 第二托架20的表面上的一层镉可防止托架20本身的溅射，从而抑制溅射室(和所得到的 说 明 书C。
35、N 102842478 A 7/8页 10 沉积膜)的污染。例如，图6显示，托架20的暴露表面(包括外伸凸缘24、26)由托架帽32 形成，该托架帽32经由紧固件30固定在管状部件11上而形成托架20。这种托架帽32可 由包括在靶材12中的材料(例如镉)形成。这样，术语“托架”的使用包括单件式托架(例 如，为管状部件11的外表面18的零件或者以焊接或其它方式连接至管状部件11的外表面 18)和多件式托架(例如，由诸如托架帽32、紧固件30等的多个构件形成)。 0039 外表面18可连接至冷却系统(未显示)，以帮助从管状部件11的外表面18收集 并除去热能。 0040 在一个特定实施例中，靶材1。
36、2是矩形的，以便具有基本平行的侧。该矩形构造可 允许靶材12容易地形成越过溅射阴极10内的多个托架的基本一致的溅射表面。因此，相 邻靶材12之间的间隙可以避免，从而在溅射过程期间防止下面的外表面18的溅射。另外， 矩形构造可允许靶材12利用沟槽22来容易地改变及替换。 0041 在图1-图6所示的实施例中，在溅射之前，靶材12具有基本平坦的溅射表面14和 背面16，连同托架20之间的管状部件11的基本平坦的外表面18。然而，图7和图8显示 了一备选实施例，其中管状部件11的外表面18在托架20之间是弯曲的(例如，弓形)。这 样，靶材12可具有弯曲的背面16，其可基本上平行于由管状部件11的外表。
37、面18限定的弯 曲。即，在管状部件11为圆柱形的情况下，弯曲背面16的弧可匹配外表面18的相邻弯曲 的弧。另外，在溅射之前，溅射表面14也可以弯曲(例如，弓形)成基本上平行于由管状部 件11的外表面18限定的弯曲。该弯曲构造可允许在管状部件11在溅射期间摆动时溅射 表面14的最近点和基板5之间的距离保持基本一致，这可导致溅射期间的提高的一致性。 在一个特定实施例中，例如，当截面为圆形时，在限定于相邻托架20(例如，第一托架20a和 第二托架20b)之间的区段中，弯曲表面(溅射表面14、背面16和/或外表面18的)可大 体上顺着管状部件11的外周。 0042 管状部件11显示为具有空心的圆柱状构。
38、造。然而，应当理解，内部元件可包括在 管状部件11的结构内，例如支撑结构(例如辐条)、磁体、冷却装置等。 0043 溅射阴极10可用于任何溅射工艺。溅射沉积通常包括通过用等离子体接触靶材 而从靶材射出材料，靶材为材料源。射出的材料然后可沉积在基板上而形成膜。DC溅射通 常包括将电压施加至在溅射室内定位于基板(即阳极)附近的金属靶材(即阴极)，以形 成直流放电。溅射室可具有在金属靶材和基板之间形成等离子体场的反应性气氛(例如， 氧气氛、氮气氛、氟气氛)。反应性气氛的压力可在大约1毫托和大约20毫托之间，用于磁 控溅射。当金属原子由于电压的施加而从靶材释放时，金属原子可与等离子体反应并沉积 在基板。
39、的表面上。例如，当气氛包含氧时，从金属靶材释放的金属原子可在基板上形成金属 氧化物层。反之，RF溅射通常包括通过在靶材(例如陶瓷源材料)和基板之间施加交流电 (AC)或射频(RF)信号而激发电容性放电。溅射室可具有惰性气氛(例如，氩气氛)，并且 可具有相对较低的溅射压力(例如，大约1毫托和大约20毫托)。 0044 在一个特定实施例中，靶材12包括硫化镉，使得溅射阴极10可被用来在基板上沉 积硫化镉层。如所陈述的，未结合半导体靶材可插入溅射阴极中，经由加热元件可选地被预 热至溅射温度，并且随后与等离子体接触而从靶材的溅射表面射出原子。在某些实施例中， 溅射温度可在靶材的整个加热和溅射过程中(例。
40、如，大约100至大约1000)经由定位 在溅射阴极内的温度传感器来监测，并且通过增加或减小加热元件的输出而按需要进行调 说 明 书CN 102842478 A 10 8/8页 11 节。 0045 在溅射过程期间，管状部件11可以旋转地在保持正被溅射的(多个)靶材12的 托架对20之间摆动。例如，限定在第一托架20a和第二托架20b之间的弧长上的第一沟槽 22a中的周向点可在周向上在第一位置中来回行进，而不允许任何其它沟槽22b-22h中的 任何靶材12的溅射。这样，靶材12可以以基本一致的方式溅射，减小了通常见于溅射固定 靶材的“跑道” (race-track)损耗。摆动马达(未显示)可以操。
41、作地连接至管状部件10， 以形成这种旋转摆动。在旋转摆动期间行进的距离大体为在溅射期间足以将正被溅射的沟 槽22中的(多个)靶材12保持在由磁体36形成的电磁场34内的量。参照图5，例如，阴 极10可以在第一托架20a和第二托架20b之间旋转地摆动，以在基板5经过电磁场34时 将第一沟槽22a中的靶材12保持在电磁场34内，用于其上的沉积。旋转摆动可以以大体 比基板5通过电磁场34经过的速度更快的速率发生，以便越过基板5的表面以基本恒定的 沉积速率保持沉积。 0046 如所陈述的，第一沟槽22a中的靶材12的溅射可由使第一沟槽22a面向(以及， 可选地，摆动)基板5来实现，其限定了阴极10的第。
42、一位置。在由溅射引起的第一沟槽22a 中的第一靶材12的耗尽后，整个管状部件11可从第一位置旋转至第二位置，在第二位置， 第二沟槽22b中的第二靶材12面向基板5并且可被溅射。并且，在由溅射引起的第二沟槽 22b中的第二靶材12的耗尽后，整个管状部件11可从第二位置旋转至第三位置，在第三位 置，第三沟槽22c中的第三靶材12面向基板5并且可被溅射。对于各个沟槽22，该旋转可 重复，其中阴极10限定了针对各个沟槽22的溅射位置。因此，旋转溅射阴极10在制造设 置中可通过一系列沟槽22而被溅射，而不必停止制造过程来补充耗尽的靶材12。这个优势 允许制造过程具有更少的中断，不仅节省时间而且节省消耗的。
43、能量的量，因为在每次沟槽 22的靶材12耗尽时不必重新抽真空(即，溅射压力)。 0047 在溅射之后，耗尽的靶材12可通过移除第一端板55和/或第二端板56而被容易 地改变，允许通过使靶材顺着沟槽22的长度向着(多个)开放端滑动而将靶材12移出沟 槽22。然后，替换靶材12可通过(多个)开放端插入沟槽22中，以提供新的源材料，用于 溅射过程。第一端板55和第二端板56可以由任何适当的机构(例如，用螺栓固定的)可 移除地附接至溅射阴极10。 0048 该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域技术人员 能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明。
44、的可 专利性范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它 示例包括与权利要求的字面语言并无区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字 面语言有非实质性区别的等同结构元件，那么这种其它示例意图落在权利要求的范围内。 说 明 书CN 102842478 A 11 1/8页 12 图 1 说 明 书 附 图CN 102842478 A 12 2/8页 13 图 2 说 明 书 附 图CN 102842478 A 13 3/8页 14 图 3 说 明 书 附 图CN 102842478 A 14 4/8页 15 图 4 说 明 书 附 图CN 102842478 A 15 5/8页 16 图 5 说 明 书 附 图CN 102842478 A 16 6/8页 17 图 6 说 明 书 附 图CN 102842478 A 17 7/8页 18 图 7 说 明 书 附 图CN 102842478 A 18 8/8页 19 图 8 说 明 书 附 图CN 102842478 A 19 。