具有多个阳极的双圆筒靶磁控管制造技术

以真空溅射系统的一个特定形式使用两个相邻旋转圆筒靶，以在一衬底上淀积材料膜。细长阳极以使衬底上的淀积率更均匀一致的方式设置在两靶相对侧和之间。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及用真空溅射法在衬底上淀积薄膜的技术，更具体地涉及借助用两靶的这类磁控管对导电膜的淀积。用溅射法在各种衬底上淀积薄膜有许多应用场合。这类应用之一是在诸如建筑物窗户玻璃车辆防风玻璃之类的大衬底上进行涂敷。为控制不同波长的光带的反射和/或透射，将若干薄膜层一层叠在另一层上地彼此层叠在一起。这些层的每一层是借助根据普通生产技术(common commercial technique)的在真空室内溅射形成的。在这类应用中，最好形成薄膜时精心地控制其在衬底表面上的厚度。在大多数情况下，人们希望在整个衬底上的厚度是均匀的，但在另外一些情况下，人们希望在衬底表面上的厚度受到不同变化的控制。这种磁控管包括固定在界定靶表面上的一个腐蚀(erosion)区的磁构件附近，组成待溅射元件的靶。也就是说，该磁构件约束和导向邻近靶表面形成的，以高速撞击靶的腐蚀区的等离子体的离子，以便将需要溅射元件的原子移去。一个电源连到作为阴极的靶和在真空室内作为阳极的另一表面。在该靶等离子体内某种比例的自由电子通常围绕有时称为“跑道”的规定腐蚀区移动。然而，这些电子的某些部分在其围绕跑道移动时会脱离磁场遏制逸出，然后被阳极收集。人们知道除其他因素以外，阳极的大小和位置能影响在衬底上的淀积率的分布(profile)。靶可为静态的往往具有一个平坦表面。然而，一般最好在一环绕其纵轴旋转的圆筒的外侧表面上形成靶。这样，该靶表面处于连续不断地通过静磁场运动状态。此时靶表面受到更均匀的腐蚀于是更好地得到利用。常常将两组旋转磁控管组件并排地置于单个真空室内。本专利技术的一个主要目的是提供一种双靶磁控管，以及利用这样一种装置的技术，即该装置当衬底移过各靶时，具有在衬底上的均匀淀积率。本专利技术的另一目的是提供一种双靶磁控管的改进型阳极结构。现已发现沿靶构件一侧伸展的细长阳极只是在阳极的较小区域中为主要的有效区。该区域邻近靶跑道的一端在电子在跑道一端急转弯时从围绕跑道漂移出来的移动电子所直对的一侧上。现已发现，对一种细长靶和窄，长跑道来说，大约总阳极电流的百分之九十集中在阳极表面的这些较小部分中。这导致对衬底的淀积率极不均匀，即在具有该活性(active)阳极区的靶端淀积得极多，而在靶的相对端的位置上，很快地变成仅仅是那个淀积率的一小部分。当将两个这样的靶构件一起使用时，其每一个带有自已的置于邻近离另一靶最远的靶外侧边缘的细长阳极，靶的每一端产生大量淀积但在中部存在较低淀积率。现已发现将一个细长阳极定位于两靶之间会使沿靶长度方向上的分布率基本一致。看来好象这样一个中间阳极只会直接进一步增大靶两端的淀积率而不会使淀积率分布更均匀。对于外侧阳极，仅仅邻近中间阳极的两端一小区域是集中了由阳极吸取大部分电流的活性区。不过，这种中间阳极的一个出乎意外的效果是使衬底上的淀积率基本一致。这对许多应用场合均是极理想的效果，特别适用于在大而平坦衬底上，例如商业大厦的窗户上进行薄膜淀积。前面仅仅简要地概述了本专利技术的主要方面。本专利技术各方面的其他特点，目的和优点包含在以下结合附图对其最佳实施例的说明中。附图说明图1以简要表示方式示出了一个双靶磁控管的主要组成部分；图2A是图1所示那种类型，但有单靶和不同阳极结构的磁控管的截面视图；图2B是当沿图2A箭头2B—2B方向看去时的该单靶磁控管的仰视图；图2C表示在图2A和2B的单靶磁控管中阳极作不同组合时的若干淀积率分布曲线；图3A是图1所示类型具备第一种阳极配置的一个双靶磁控管的截面视图；图3B是当沿图3A箭头3B—3B方向观看时的该双靶磁控管的仰视图；图3C是表示对图3A和3B装置中不同阳极结构而言的若干淀积率曲线；图4A是图1所示类型但具有第二种阳极配置的一个双靶磁控管的截面视图；图4B是当沿图4A箭头4B—4B方向观看时的该双靶磁控管的仰视图；图4C表示图4A和4B系统的淀积率分布曲线；图5A是图1所示类型但有第三种阳极配置的一个双靶磁控管的截面视图；以及图5B是沿图5A的箭头5B—5B方向观看时的该双靶磁控管的仰视图。 作为
技术介绍
，图1示出构成一个双靶磁控管的主要组成部分。衬底11沿箭头方向移动通过用虚轮廓线表示壁13的真空室。第一圆筒靶15以可围绕靶的圆筒表面的轴21旋转的方式由端块17和19夹持。同样，第二靶23以可围绕那个靶圆筒表面的轴29旋转的方式由端块25和27支承。靶15和23是相对它们的端块以恒定速度旋转的。总的用方块31表示的机械装置用于通过它们的端块17和25如此驱动靶和将冷却液供至靶内部。通过33表示的真空系统使真空室内保持真空。为在衬底11的顶表面上淀积薄膜所必需的气体通过由35表示的供气系统加到真空室。该气体或为惰性气体或为同靶表面溅射出来元素反应的气体，或两者。若干衬底支承辊37是借助驱动电动机39旋转，以便在垂直于靶的旋转轴21和29的方向上移动衬底11通过真空室。电源41具有其通过端块19和27连到各自靶表面15和23的负端，从而形成磁控管阴极。电源41的正端连接到图1中一般性表示的阳极43。本专利技术的主题，即这种阳极形状的配置，如下所述。组成真空室的外壁13是由金属制成的并保持地电位，多层薄膜的淀积可在电源41提供或低频或高达射频范围的交流输出条件下实现，但较高淀积率是在采用直流供电时获得的。靶15和23各包括一个沿靶长延伸的细长永久磁铁构件。这种构件概略地示于图2A中，在那里一个类似于靶15的靶的截面视图表明了由液体冷却剂管47支承的这种构件45。磁结构45大体上沿靶15的整个长度伸展。用了三个磁极，一个北极置于两个南极之间。该磁构件45被夹持固定并不随圆筒靶15旋转。该磁场形成沿南和北磁极之间的靶表面长度延伸的窄区49和51。这些就是将离子限制在真空室中所形成的等离子体内的区域。致使这些区内的离子以高速撞击靶表面，从而移去构成靶表面的一种或多种元素的原子。如从图2B中靶15的仰视图可见，由于磁区49和51的作用，在靶15表面上产生一腐蚀区，该腐蚀区是一条通过邻近磁构件45的两端部53和55连接细长的平行部49和51的连续通道。该腐蚀区部49，51，53和55一起形成一条连续“跑道”，电子即围绕该“跑道”沿箭头所示单一方向移动。该方向取决于磁构件的磁极的相对位置。若磁构件45中部为南极而其两侧为北极时，则该方向是相反的。在说明双靶磁控管中这种改进的阳极结构之前，先说明在单靶管所用阳极方面已发现的某些事实是有益的。图2A，2B和2C为讨论起见图示了在图1系统的真空室内使用的一种单靶结构。在靶的两侧设置有阳极57和59。这两阳极电气连接在一起并连到电源41(图1)的正端，以替代图1所示阳极43。阳极57和59的每一个基本上在靶15表面上形成的跑道全长上延伸。它们可由一块连续的金属材料制成，使其或是有足够强度支承其本身或是借助其他刚性元件支承。这些阳极的每个表面不必连续，而是宁可由沿阳极长度分割成有小间隙的两段或更多段金属片构成，以便允许热膨胀。任何这种阳极段是由金属丝编带或同类物电气相连的。示出的每段阳极在以下条件下定位，即它们的长度在平行于靶15的旋转轴21并基本垂直于其上淀积薄膜的衬底11的方向上伸展，但这些几何约束条件对于正要说明的操作并不是必要条件。现已发现仅仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种至少有第一和第二靶的磁控管，以将被溅射的该靶材淀积成膜于衬底上，所述第一和第二靶各呈轴对称形状，所述靶其所述轴被彼此平行取向地所夹持并所述靶之间在垂直所述轴方向上相隔一定空间，其中一个改进的阳极装置包括：其长度方向与所述轴平行设置的 第一和第二细长阳极，所述第一和第二阳极在所述靶远离所述空间的侧面与所述靶相隔一定距离，以及至少一个第三细长阳极，平行所述轴置于所述第一和第二靶之间的空间中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1994-9-6 3011141.一种至少有第一和第二靶的磁控管，以将被溅射的该靶材淀积成膜于衬底上，所述第一和第二靶各呈轴对称形状，所述靶其所述轴被彼此平行取向地所夹持并所述靶之间在垂直所述轴方向上相隔一定空间，其中一个改进的阳极装置包括其长度方向与所述轴平行设置的第一和第二细长阳极，所述第一和第二阳极在所述靶远离所述空间的侧面与所述靶相隔一定距离，以及至少一个第三细长阳极，平行所述轴置于所述第一和第二靶之间的空间中。2.权利要求1的磁控管，其特征在于所述第一，第二和第三细长阳极具有基本在第一和第二靶长度上延伸的长度。3.权利要求1的磁控管，其特征在于还包括一个第四细长阳极——置于所述第一和第二靶之间的空间中，其中所述第三阳极面对所述第一靶，所述第四阳极面对所述第二靶；还包括第一和第二电源，所述第一电源被连接在所述第一靶与所述第一和第三阳极之间，所述第二电源连接在所述第二靶与所述第二和第四阳极之间。4.用于在一真空室内在一衬底上淀积一种材料薄膜的设备，该设备包括第一和第二相邻细长靶表面和阳极表面，所述真空室外侧与所述靶和阳极表面相连接的电源，所述设备还包括分别同所述第一和第二靶表面每一个相关联的第一和第二磁构件，所述磁构件的每一个在其关联靶表面上界定一个细长闭合回路溅射区，该关联靶表面对沿靶表面长度延伸的中心轴对称，借此电子在围绕邻近靶表面的溅射区的一个规定方向上漂移，所述第一和第二磁构件的中心轴被保持彼此平行，以及所述阳极表面包括第一和第二表面区，所述第一和第二表面区邻近所述第一靶表面相对侧的其相对角的对角线应有位置以便捕获当其在各自端上一角转弯时逸出溅射区的漂移电子，并包括第三和第四表面区，该第三和第四表面区邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：PA西克，
申请(专利权)人：美国BOC氧气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]