阴极溅射设备制造技术

本发明专利技术涉及一种为了在真空中涂覆基底而阴极溅射的设备，该设备包括载体和冷却系统；载体用于待溅射的材料，基本上为管形并可绕其纵轴线旋转；冷却系统在与设在载体之外的冷却装置相结合时适于使冷却介质在管形的载体中循环；该设备还包括用于连接供电回路的装置和用于使管形的可旋转的载体绕其纵轴线旋转的驱动装置。所述设备还提供磁系统，该磁系统沿纵轴线伸展用于对于设置在由待溅射的材料所制成的靶附近的等离子进行磁包围，该磁系统由极靴、用渗磁的金属制成的磁轭及磁化装置组成，该磁化装置适于在磁化系统中产生磁通，磁系统的极性的磁极设在管形的可旋转的载体之外并框架地包围该载体，并在管形的可旋转的靶载体中设有对应的磁极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于通过权利要求1的前叙部分所述的阴极溅射对于基底进行涂覆的设备。
技术介绍
阴极溅射用于真空涂覆技术。一个磁控管-溅射阴极包括一种称作靶的导电的一般为金属的材料储备，所述材料储备被溅射并以该方式被涂覆到一个基底上，该基底以适宜的方式设在该阴极的对面。一个位于靶后的磁系统产生一个磁场，该磁场贯穿该靶并在靶表面上形成一个自身封闭环线形式的磁隧道。通过电场和磁场的共同作用，电子以等离子呈螺旋形运动并以高的速度横向于该隧道内的磁场飘移。电子以此方式被保持在靶表面附近的一个长的轨道上并且届时吸收一个高的动能，这样所述电子能够使工艺气体的中性原子离子化。该阴极的处于负电位上的靶的静电引力基本上作用到工艺气体的带正电的离子上。据此，这些离子朝表面被加速，这些离子在此处通过脉冲转移而从靶中撞出原子。由于单位时间内从靶表面发射大量原子，因此得到一种粒子流，在应用一种金属靶时，该粒子流的性能基本上与一种金属蒸汽一样。该金属蒸气到达基底，在基底的表面上生长出一层薄的靶材料层。如果工艺气体中混有可反应的气体-如氧气或氮气，则生成金属氧化物或金属氮化物。在这种称作反应溅射的涂覆过程中，除基底和屏蔽外，还有不通过溅射过程而被腐蚀的靶范围逐渐用不导电的反应产物涂覆(再淀积)。在典型地处在几百伏的靶的表面上生长出很薄的介电层，这些介电层的表面位于只有几十伏的等离子电位的对面，其中，所述的两个电压相对于接地电位是负的。此如在该覆层材料中生成的高的电场造成在专业界公知为“击穿”的介电击穿，并可将其看作为电火花击穿。通过这种击穿，等离子放电的均匀性以及淀积在基底上的层的质量受到干扰，因此要避免出现击穿。解决这一问题要采用具有圆柱形的、可旋转的靶的阴极。在溅射过程中，该靶在静的磁系统之前绕其纵轴线持续旋转，使散射回靶的层材料没有足够的时间形成一个封闭层。如果少量覆有介电材料的靶区在旋转一整圈后重新进入到等离子区，则材料重新从靶表面上剥离下来，使一种这样的靶尽可能无介电地进行覆盖。如果等离子软管由设计得窄的磁场压缩到靶表面的一个太小的局部区域上，则通过溅射过程进入靶的功率被集中到一个小的面上。这导致热应力或者此外还可造成靶的局部熔化。减少表面功率密度的措施在于，通过加宽磁隧道，使等离子作用到靶表面的一个较大范围上。但在具有圆柱形靶的溅射阴极中，使磁系统的磁轭翼缘(Jochschenkel)相互有足够大的间距不是这么简单的，因为该磁系统设在圆柱形的靶载体之内并因此位置很狭窄。由于靶载体的几何形状，如果磁轭翼缘在靶载体内的相互间距太大的话，在靶表面之前形不成足够强的磁场，因为只有磁场的具有较大场强度的那部分在靶载体内伸展。解决此问题是本专利技术的另一任务。这样的装置在本专业领域中为人们充分知晓，并譬如在EP0070899中有所描述。其中，圆柱形的靶在这里是可旋转设置的，以便使新的靶材料可被引入溅射区内，用以通过较大的靶材料储备可实现阴极较长的耐用时间，或也可使从一种靶材料到另一种靶材料的快速变换成为可能。在这些公开的装置中，所述磁铁为永久磁铁，其中将用于在一个以本身为封闭环路的形式平行于管形靶的纵轴线、即所谓的粒子轨道的轨道上引导等离子的电子所需的磁铁设在靶载体之内。在一个变化的实施形式中，两个相互平形地互相保持间距的管式阴极形成一个粒子轨道的纵轨道，其中，两条基本上直的轨道借助两个u形的磁铁在每个圆柱形的靶的端部被连成一个封闭的曲线，这两个u形磁铁设在两个靶之间。这些设在圆柱形靶载体内的磁铁系统是相互镜面对称的，因此在该装置的相互面对的侧面上有一个极性的同名极相互面对，并且在相互背离的外侧面上存在另一极性的同名极。在两个靶之间设置的U形永久磁铁是如此取向的，使两个靶载体内的磁场连成一个封闭的磁隧道。这种装置的缺点是位于圆柱形靶的端部上的材料不能通过阴极溅射被平整掉，并从而不能用于对于基底进行涂覆。此外还存在上述问题，即，靶材料的溅射率(Abstaeubrate)通过窄的、由窄磁隧道造成的等离子范围被减少。但是磁铁系统的两个极的间距在管形的靶载体中不能任意加大。也可通过提高用以使等离子放电的电功率来达到所述溅射率。但这又带来如下缺点即，在狭窄的等离子软管中形成对靶材料和靶载体的高的热负荷，该热负荷在易碎的靶材料的情况下会导致热应力裂纹或在低熔点的材料中会导致靶材料的局部熔化。如果适宜构形的靶瓷砖(Targetkachel)借助焊锡与管形的靶载体的形式相连接，则高的局部的温度输入会导致靶瓷砖熔化。此外，DD 123952曾建议一种用于在磁场增强的电的放电中执行真空工艺的设备，该设备由一个产生磁场的机构和一个具有负电位的靶以及一个阳极组成，在它们之间进行电的放电地燃烧，其中，具有其极靴的、产生磁场的装置为环形的和与阴极同心的结构，并且相应于待进行的真空工艺流程布置在管形靶的内部或其外围，并且沿轴向产生限定的不均匀的、环形的磁场，该磁场的主场方向在靶的范围中平行于靶的轴向，其中在将产生磁场的装置设在靶中时，阳极环形地围住靶；并在将产生磁场的装置设在靶周围时，阳极作为管子或实心材料位于靶中，并且其中产生磁场的装置、管形靶和阳极是可相互相对运动的。在所有公开的实施例中，产生磁场的装置都不是分开的并且设在靶的一个侧面上，该侧面位于待溅射的靶侧面的对面。此外，还已知一种用于按等离子管原理高速率溅射的设备(DD217964)，该设备包括一个具有环形间隙的、产生磁场的装置和一个被冷却的、管形的靶以及一个阳极，其中产生磁场的装置具有一个本身封闭的、狭长的环形间隙并且如此地设在靶中，使长轴平行于靶轴线伸展，并且一个阳极如此地围住靶，使环形间隙范围暴露出来，并借助一个调整装置使阳极和靶表面之间的距离可调到一个固定的值上，其中为产生绕长轴的相对运动，在靶和产生磁场的装置之间设有一个驱动装置，并且在产生磁场的装置上设有一个用于改变该产生磁场的装置和靶之间的距离的装置。在该溅射设备中，产生磁场的装置也不是分开的并且只设在靶的一个侧面上，该侧面位于待溅射的靶侧面的对面。此外，还已知一种阴极溅射设备(DE 27 07 144)，该阴极溅射设备具有一个有一个待溅射面的阴极、一个位于该阴极附近的磁铁机构，该磁铁机构在阴极附近并位于待溅射面对面的侧面上用于产生磁力线，在这些磁力线中，至少有几根磁力线进入到待溅射的面中并且再从中出来，也就是在相互有间距的交叉点上，在所述间距之间力线在距待溅射面的距离处形成弓形的扇形段，其中待溅射面与这些力线一起形成对一个封闭的范围的限定，据此形成一个隧道形的范围，该隧道形的范围位于一个在待溅射的面上由此限定的路径的上方，其中，带电的粒子显示出的倾向是保留在隧道形的范围内并沿范围运动，以及借助于一个与阴极相邻的阳极并借助于该阴极和阳极的一个端口向一个电位源运动；其中至少待溅射的面处在一个抽真空了的容器之内；其中在保持其空间相邻的情况下为了在磁场和待溅射表面之间产生相对运动设置有一个运动方向，并且所提及的路径覆盖待溅射的面，即在一个面范围内，该面范围大于被该静止的路径所占据的面范围。在该所描述的、圆柱形的阴极溅射设备中，固定在一个圆柱形的靶上的磁铁装置既可旋转地、又可上下地运动，这样使该磁铁装置在整个表面上能引起溅射，而其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在真空中对于基底进行涂覆而进行阴极溅射的设备（８），该设备包括一个载体（２）、一个磁系统和一个冷却系统；所述载体（２）用于待溅射的材料，基本上为管形，并且可绕其纵轴线旋转；所述磁系统沿纵轴线伸展，用于对于设置在由待溅射的材料制成的靶（２）附近的等离子进行磁包围，其中该磁系统由极靴（９，１０）和由渗磁的金属制成的磁轭（１２，１３）以及磁化装置（５）组成，这些磁化装置适于在磁化系统中产生磁通；所述冷却系统在与一个设在载体之外的冷却装置相结合的情况下适于使冷却介质在管形的载体中循环；该设备还包括一个用于连接一个供电回路的装置和一个用于使管形的、可旋转的载体绕其纵轴线旋转的驱动装置，其特征在于，磁系统的一个极性的磁极设在管形的、可旋转的载体（２）之外并包围该载体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：F富克斯，S邦格特，R林登伯格，H格里姆，T斯托莱，U舒布勒，
申请(专利权)人：应用菲林股份有限两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]