用于基板涂覆的濺射裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于基板(8)涂覆的濺射裝置，該濺射裝置具有真空室、管狀靶(1)、有多個開口(5)的氣體通道(3)以及遮擋機構(gòu)(2)。為了在濺射裝置的真空室中為反應濺射過程提供均勻的氣體混合物并且阻止不希望有的氣體通道涂覆而提出，氣體通道(3)平行于該靶(1)的縱向延伸部設置在該靶(1)的與該基板(8)相對的一側(cè)上且至少與反應氣體源相連。
【專利說明】
用于基板涂覆的濺射裝置
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及用于基板涂覆的濺射裝置，其中根據(jù)前言的濺射裝置具有真空室、管狀靶、有多個開口的氣體通道以及遮擋機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]濺射是一種物理過程，在濺射中原子通過高能離子轟擊而從靶中脫出并轉(zhuǎn)入氣相。濺射尤其在制造涂層時獲得技術(shù)意義，其中脫出的原子以膜層形式沉積在基板上。
[0003]所需要的高能離子通常是等離子體的組成部分，該等離子體在濺射氣氛的氣體中在陽極和作為陰極的靶之間被點燃。為了更好地充分利用靶材，目前大多采用管狀靶，其在濺射過程中繞其縱軸線回轉(zhuǎn)。與管狀靶相結(jié)合地，可以使用這樣的陽極，即其以被冷卻的、與槽室電絕緣的板、棒、半殼或類似機構(gòu)的形式構(gòu)成。為了提高濺射率，在管狀靶的內(nèi)表面上大多設有磁體系統(tǒng)。靶和磁體系統(tǒng)共同被稱為磁控管。
[0004]另外，區(qū)分為反應濺射和非反應濺射。對于兩種變型方式，需要也被稱為工藝氣體的惰性氣體，其用于產(chǎn)生高能離子。
[0005]在非反應濺射中，濺射氣氛中的氣體和靶材之間沒有出現(xiàn)反應。沉積膜層基本上相應具有所述靶的成分。
[0006]與之不同地，在反應濺射中另一種被稱為反應氣體的氣體被送入濺射氣氛中。該反應氣體可以與靶材起反應，從而在該膜層中補充加入來自反應氣體的至少一種化學元素或者改變膜層成分。反應濺射例如被用于產(chǎn)生金屬氧化物膜或金屬氮化物膜，做法是采用金屬靶與作為反應氣體的氧氣或氮氣進行結(jié)合。
[0007]但在添加氧氣來處理金屬氧化物靶時，反應濺射也可以被采用，以便例如調(diào)節(jié)膜層成分或沉積速率。
[0008]尤其是關于靶的氣體分布的均勻性或有目的的影響和與之相關地膜層成分以及層厚對涂覆設備提出了特殊要求，在這里，這尤其涉及大面積的基板。通常，反應氣體的供應只在基板附近進行，而工藝氣體在靶附近被輸入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的任務是針對反應濺射工藝提供在濺射設備的真空室內(nèi)的均勻的或有針對性地可變化的氣體混合物。應該盡量有針對性地、尤其關于待涂覆的基板均勻地實現(xiàn)氣體混合物在真空室內(nèi)的分布。應該獲得可受影響的、優(yōu)選是均勻的基板涂層。尤其是應實現(xiàn)在橫向于基板輸送方向上的基板寬度范圍內(nèi)的膜層特性。
[0010]另外，應該避免氣體供應裝置的不希望有的涂覆以及在等離子體外的真空室內(nèi)的盲目氣體分布。
[0011]另外，應該避免氣體供應裝置的過熱。這應該在結(jié)構(gòu)方面簡單地且尤其無需附加冷卻地實現(xiàn)。
[0012]為了完成所提出的任務，提供一種具有權(quán)利要求1的特征的氣體供應裝置。與之相關的從屬權(quán)利要求包含了本發(fā)明解決方案的優(yōu)選實施方式。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的用于基材涂覆的裝置包括真空室、管狀靶、至少一個氣體通道和遮擋機構(gòu)。
[0014]該氣體通道平行于靶的縱向延伸部設置在靶的與基板相對的一側(cè)。靶的縱向延伸部在此是指平行于管狀靶的轉(zhuǎn)動軸線的伸展方向。氣體供應到本發(fā)明濺射裝置的真空室中通過該氣體通道的多個開口實現(xiàn)。這些開口均勻地或者也可以不均勻地分布在氣體通道的長度范圍內(nèi)，從而可以有針對性地調(diào)節(jié)膜層成分和/或膜層特性。
[0015]該氣體通道與反應氣體源相連。該通道相應地用于將反應氣體輸送到真空室中。這包含了該氣體通道另外可以與一個或多個其它氣體源相連。所述其它氣體源可以不僅是反應氣體源，也可以是工藝氣體源。關于術(shù)語“反應氣體”和“工藝氣體”的定義，參見前言描述。
[0016]如果該氣體通道與多個氣體源相連，則可以根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式在引入氣體通道之前在中間接設的混合裝置中進行不同氣體的混合。
[0017]可選地，該裝置可以包括平行于靶縱向延伸部設置在靶的與基板相對的一側(cè)的另一個氣體通道。對于該情況，所述另一個氣體通道可以分別被供給由反應氣體和工藝氣體構(gòu)成的混合物、只被供給反應氣體或者只被供給工藝氣體，其中，由反應氣體和工藝氣體構(gòu)成的混合物可以如上所述借助中間接設的混合裝置來產(chǎn)生。通至所述氣體通道的進氣口可以通過每個氣體通道的一個或多個進氣口實現(xiàn)。
[0018]在此所述的所有氣體通道可以具有圓形的、矩形的或其它任意形狀的橫截面。橫截面的選擇根據(jù)具體安裝狀況和氣體分布要求來進行。
[0019]該氣體通道的長度優(yōu)選對應于靶的長度。所述開口的形狀和尺寸可如此選擇，SP實現(xiàn)了在真空室內(nèi)的有針對性的氣體分布。為此，所述開口也可以具有不同的形狀和/或尺寸。
[0020]該遮擋機構(gòu)布置在該氣體通道的與靶對置的一側(cè)，并且避免在從靶側(cè)看位于遮擋機構(gòu)后面的濺射裝置區(qū)域內(nèi)的不希望有的氣體分布。
[0021]在最簡單情況下，該遮擋機構(gòu)能以或許彎曲的金屬板形式構(gòu)成并且例如部分包圍該靶。
[0022]“部分包圍”例如可以如此實現(xiàn)，即該遮擋機構(gòu)以具有非閉合的外周面的圓柱體形式構(gòu)成，其半徑大于管狀靶的半徑并且也可以沒有底面和頂面地構(gòu)成。該遮擋機構(gòu)不接觸地包圍該靶。為了使用本發(fā)明的裝置，該周面的敞開區(qū)域與基板涂層對置布置或在旁邊經(jīng)過。
[0023]還有以下可能，直接將氣體通道集成到該遮擋機構(gòu)中。這例如可以如此實現(xiàn)，該遮擋機構(gòu)具有用于容置這個或這些氣體通道的空缺部，從而它能被裝配到陽極槽中且直接與之接觸。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的裝置不僅適用于水平工作，即此時基板橫放，也適用于豎向工作，SP基板豎立。對于水平設備的情況，基板不僅可以設置在靶的下方，也可設置在靶的上方。
[0025]另外，該濺射裝置也能以磁控濺射裝置形式構(gòu)成。要強調(diào)的是，反應氣體和工藝氣體通過位于靶的背對基板的一側(cè)的氣體通道通入與該遮擋機構(gòu)組合地有助于非常均勻的氣體混合物在真空室內(nèi)分布。這表現(xiàn)在涂層在基板寬度范圍內(nèi)具有很均勻一致的性能，即平行于靶長度取向的基板伸展方向。本發(fā)明裝置也同樣允許在基板寬度范圍內(nèi)以及在時間上和進而在基板長度發(fā)內(nèi)內(nèi)的膜層性能的可有目的調(diào)節(jié)的變化。
[0026]涂層的均勻性能以及均勻涂層在此是指這樣的涂層，其如此具有一定的功能或性能如色彩印象、傳導性能或光學性能如透射、反射或吸收，即對于總體功能可以忽略不計在該涂層的若干區(qū)域內(nèi)的不同涂覆的影響。
[0027]另外，本發(fā)明的裝置允許在結(jié)構(gòu)方面簡單且廉價的解決方案，因為在最簡單的情況下只需要一個氣體通道。
[0028]進一步有利地示出了，由于布置在背對基板的一側(cè)，故基本避免了不希望有的氣體通道及其開口的涂覆，無需其它配件例如擋板。這延長了濺射設備的工作時間并且降低了涂覆基板的總制造成本。
[0029]根據(jù)一個變型實施方式，帶有多個開口的另一個氣體通道平行于靶的縱向延伸部設置在該靶的背對該基板的一側(cè)。對于所述另一個氣體通道，以上針對開口所述的可行實施方式也適用，其中，第二氣體通道的開口的設計和位置也可以不同于第一氣體通道的開口的設計和位置。
[0030]所述另一個氣體通道與工藝氣體源相連。它也可以還是與多個工藝氣體源和/或反應氣體源相連。
[0031]對于所述另一個氣體通道與多個氣體源相連的情況，氣體混合如上所述在通入氣體通道之前進行。
[0032]當然有以下可能，在兩個氣體通道中通入不同的分別由至少一種工藝氣體和至少一種反應氣體構(gòu)成的氣體混合物。該區(qū)別不僅存在于含量組成方面，也存在于質(zhì)量組成方面。
[0033]反應氣體的供應尤其優(yōu)選地通過兩個氣體通道之一如此進行，即該氣體通道與反應氣體源相連，并且工藝氣體的供應通過兩個氣體通道中的另一個如此進行，即它與工藝氣體源相連。
[0034]設置兩個氣體通道通過可以通入不同的氣體混合物或分開通入反應氣體和工藝氣體來提高濺射設備靈活性。另外，兩個氣體通道的開口可以相互協(xié)調(diào)，從而還可以更好地影響涂層特性。
[0035]在具有兩個氣體通道的裝置的一個變型實施方式中，這些氣體通道的開口相互錯開布置。
[0036]通過錯開布置，使得獲得在靶的整個長度范圍內(nèi)都均勻一致的氣體分布變得簡單，因此最終可以獲得涂層性能的期望分布。
[0037]另外，可以由此基本上避免會妨礙期望的氣體分布的流體效應。
[0038]另外，錯開布置有助于保護所述開口以免堵塞并改善氣體分布并進而改善涂層的均勻一致性。
[0039]還有以下可能，如此設計這樣的布置形式，即從所述開口流出的氣流對準當前其它的氣體通道和/或遮擋機構(gòu)。這例如可以通過選擇適當?shù)拈_口形狀和布置形式來實現(xiàn)。
[0040]這樣的布置形式有助于反應氣體和工藝氣體在其分布在真空室中之前更好地混合。這又有助于獲得期望的涂層。
[0041]在本發(fā)明裝置的一個實施方式中，該遮擋機構(gòu)可冷卻地和/或相對于槽室電位(Kammerpotential)絕緣地構(gòu)成并且可以被浮動置于優(yōu)選是接通至陽極電位、槽室電位或無電位，從而可以在熱力狀況和/或電位狀況的優(yōu)化中將該遮擋機構(gòu)考慮進來。將遮擋機構(gòu)接通至陽極電位的變型方案包含以下可能，即該遮擋機構(gòu)能作為陽極被接通，即不需要其它陽極。
[0042]根據(jù)另一變型實施方式，這個或這些氣體通道可被一體形成到該遮擋機構(gòu)中。
[0043]這例如可以如此實現(xiàn)，即該遮擋機構(gòu)具有用于容置這個或這些氣體通道的凹空部，從而它能被裝配到遮擋機構(gòu)中并且直接與之接觸。
[0044]因為直接接觸被冷卻的遮擋機構(gòu)，因此避免了氣體通道的過熱。不一定需要進一步冷卻該氣體通道。
[0045]根據(jù)一個變型實施方式，至少一個氣體通道被分為多個區(qū)段。這包含以下可能，即在設置多個氣體通道的情況下，一個或多個氣體通道被分段。
[0046]這個或這些氣體通道被分段借助一個或多個分隔件來進行，視相關通道要被分為多少個區(qū)段而定。這些區(qū)段的相互長度比例如通過簡單移動該分隔件來可變調(diào)節(jié)。例如，所述分隔件能以橡膠塞形式構(gòu)成。
[0047]對于每個氣體通道區(qū)段，設有至少一個進氣口。
[0048]通過該通道的區(qū)段化，能可控地實現(xiàn)在靶長度范圍內(nèi)將氣體供入真空室中。例如可能的是，在靶的中央?yún)^(qū)域上調(diào)節(jié)出比在邊緣區(qū)域內(nèi)更高的氣體流量。另外，也可能的是，給這些區(qū)段供應不同的氣體或氣體混合物。例如，用于這些區(qū)段的反應氣體份額可以選擇成是不同的。由此，例如可以對例如由在靶的中央或端部處的磁場強度差異所造成的一定作用，例如金屬靶的不同氧化物覆蓋或在靶上的不同材料去除作出反應，這種差異雖然在真空室內(nèi)有均勻氣體分布還是導致不均勻的涂覆，例如因磁場強度差異(中央-端部)造成的在靶上的不同材料去除。
[0049]尤其可以將至少一個氣體通道分為至少三個區(qū)段，其中所述區(qū)段的長度在朝向氣體通道的端部的方向上遞減。通過這種方式，可以使所謂的邊緣效應最小化。
[0050]根據(jù)另一個變型實施方式，用于輸送氣體進入真空室的這些開口以噴嘴螺釘形式構(gòu)成。噴嘴螺釘允許可變調(diào)節(jié)開口的尺寸并進而調(diào)節(jié)通過一定的開口被供給真空室的氣體量。這允許有針對性地影響在真空室內(nèi)的氣體分布。另外，也由此可以影響上述的邊緣效應，例如做法是在氣體通道的邊緣區(qū)域中有針對性地將比氣體通道中央?yún)^(qū)域中更多或更少的氣體輸送入真空室。
[0051]可選地，一個或多個附加的用于供應附加反應氣體的裝置可以設置在基板附近。由此可以進一步有利地影響涂層特性。所述附加裝置例如能以另一個氣體通道形式構(gòu)成。這樣的附加裝置優(yōu)選如此例如側(cè)向布置在所述遮擋機構(gòu)和基板之間的空間內(nèi)，即盡量少的涂覆材料碰到該附加裝置。
[0052]技術(shù)人員將會適當?shù)貙⒅霸诒景l(fā)明的各不同實施方式中實現(xiàn)的特征組合到其它的實施方式中。
【附圖說明】
[0053]以下將結(jié)合實施例來描述本發(fā)明，附圖所示為:
[0054]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的氣體供應裝置的安裝狀況，
[0055]圖2示出了在遮擋機構(gòu)內(nèi)的氣體通道的安裝位置，
[0056]圖3示出了帶有呈噴嘴螺釘形式的錯開的多個開口的氣體通道，以及
[0057]圖4示出了利用可移動的分隔件被分開的氣體通道。
[0058]附圖標記列表
[0059]I 靶
[0060]2遮擋機構(gòu)
[0061]3氣體通道
[0062]4進氣管路
[0063]5帶有噴嘴螺釘?shù)臍怏w通道開口
[0064]6分隔件
[0065]7氣體通道的區(qū)段
[0066]8 基板
[0067]9附加的反應氣體供應裝置
[0068]10等離子體室
【具體實施方式】
[0069]根據(jù)本發(fā)明的示例性裝置用于涂覆基板8并且包括真空室20、管狀靶I和遮擋機構(gòu)2。
[0070]圖1至圖4示出了示例性裝置的各不同細節(jié)。
[0071]例如該遮擋機構(gòu)2以部分包圍該靶I的陽極形式構(gòu)成(圖1)。
[0072]兩個氣體通道3平行于該靶I的縱向延伸部地布置在該靶I的與基板8相對的一側(cè)，所述兩個氣體通道具有用于將反應氣體和工藝氣體送入真空室的多個開口 5。在此實施例中，這兩個氣體通道中的一個氣體通道只示例性而非限制性地與反應氣體源相連，而另一個氣體通道與工藝氣體源相連。
[0073]另外，可選地將一個附加的反應氣體供應裝置9定位在遮擋機構(gòu)2和基板8之間，在本實施例中是在靶I和基板8之間，同時與等離子體燃燒所處的區(qū)域(在此稱為等離子體室10)相距一段距離。
[0074]兩個氣體通道3具有矩形橫截面，相互平行延伸并且被一體形成在遮擋機構(gòu)2中(圖1)。兩個氣體通道3的長度至少對應于靶I的長度，例如遮擋機構(gòu)2的長度。
[0075]兩個氣體通道3的開口 5呈噴嘴螺釘形式構(gòu)成并且相互錯開布置(圖3)。另外，這些氣體通道3及其開口 5如此取向，即其中一個氣體通道3的從該開口流出的氣流以朝向遮擋機構(gòu)2的小的方向分量地對準另一個氣體通道3 (圖2)。
[0076]另外，兩個氣體通道3被分為多個區(qū)段7，其中所述區(qū)段7的長度在朝向氣體通道3的端部的方向上遞減。這種劃分借助可移動的分隔件6來進行(圖4)。
【主權(quán)項】
1.一種用于基板(8)涂覆的濺射裝置，該濺射裝置具有真空室、管狀靶(I)、具有多個開口(5)的氣體通道(3)以及遮擋機構(gòu)(2)，其中這些開口(5)分布在所述氣體通道(3)的長度范圍內(nèi)，其中所述氣體通道(3)平行于所述靶(I)的縱向延伸部設置在所述靶(I)的與所述基板(8)相對的一側(cè)上且至少與反應氣體源相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，另一個氣體通道(3)平行于所述靶(I)的縱向延伸部設置在所述靶(I)的與所述基板(8)相對的一側(cè)上，該另一個氣體通道具有分布于其長度范圍內(nèi)的多個開口(5)，該另一個氣體通道至少與工藝氣體源相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，這兩個氣體通道(3)的這些開口(5)相互錯開布置。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其中，這兩個氣體通道(3)的所述開口(5)如此取向，即從其中一個所述氣體通道(3)的所述開口(5)流出的氣流對準相應的另一個氣體通道⑶和/或所述遮擋機構(gòu)⑵。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述遮擋機構(gòu)(2)能夠以能冷卻和/或相對于槽室電位絕緣的方式被置于陽極電位或槽室電位或無電位。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述氣體通道(3)或所述多個氣體通道(3) —體形成在所述遮擋機構(gòu)(2)內(nèi)。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，至少一個氣體通道(3)被分為多個區(qū)段(7)，這些區(qū)段的長度比能借助一個或多個分隔件(6)來可變地調(diào)節(jié)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，如此設置有多個分隔件(6)，即所述至少一個氣體通道(3)被分為至少三個區(qū)段(7)，其中這些區(qū)段(7)的長度在所述氣體通道(3)的端部方向上遞減。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述開口(5)以噴嘴螺釘形式構(gòu)成。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，至少一個與反應氣體源相連的附加的裝置(9)設置在遮擋機構(gòu)(2)和基板(8)之間。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，至少一個氣體通道(3)與用于混合工藝氣體和反應氣體的混合裝置相連。
【文檔編號】C23C14/00GK105986231SQ201510612189
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年9月23日
【發(fā)明人】A·許布納, A·N·潘考, B·P·廷卡姆
【申請人】索萊爾有限公司