用于在具有水平旋转的基底引导的和另外的等离子体源的涂层系统中产生具有改进的均匀性的层的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于在具有水平旋转的基底引导的涂层系统上产生具有可调节的层厚度分布的层的装置及方法。可以调节非常均匀的分布或者特定的不均匀分布。粒子负荷也显著降低。与其他方法相比，使用寿命大大增加。寄生涂层的形成减少。形成减少。形成减少。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在具有水平旋转的基底引导的和另外的等离子体源的涂层系统中产生具有改进的均匀性的层的装置及方法
[0001]本专利技术涉及用于在具有水平旋转的基底引导的涂层系统上产生具有可调节的均匀性的层的装置及方法。或者，可以设定特定的层厚度梯度。粒子负荷也显著降低。与其他方法相比，使用寿命大大增加。减少了寄生涂层。喷涂速度也得到提高。
[0002]当今的光学层经常包括一系列低折射层和高折射层，因此其中特定材料相互堆叠。取决于功能和波长范围，层厚度可以为几纳米至几微米。材料例如是SiO2、Ta2O5、Nb2O5、HfO2、ZrO2、TiO2。也使用含氢的非晶硅材料(a
‑
Si:H)。
[0003]所需的层功能通过将层序列适当地相互堆叠来实现。例如，可以是带通滤波器或边缘滤波器。涂层也可以控制反射光或透射光的相位。
[0004]边缘或带通的光谱位置对于涂层的功能是决定性的。因此，在涂层材料上获得均匀的层十分引人注意。在其他应用中，还要求需要特定层轮廓的层。对于中心波长取决于位置的带通滤波器(梯度滤波器)尤为如此。例如，所述梯度滤波器用于图像处理中的光敏传感器。其通常具有数十毫米的涂层宽度，并且在大约190nm至1100nm的中心波长范围连续成像。对于30mm长的传感器，中心波长为190nm时仅需要1100nm时的约1/6的层厚度。随着传感器表面变得更小，层厚梯度将进一步增加，因此必须实现更陡峭的梯度。
[0005]3D组件如透镜通常也需要特定的层厚度分布。这可能需要具有特定形状的横向梯度。
[0006]通常，多个层相互堆叠。然后导致过滤涂层的层数小于4和大于100，厚度通常小于1μm和大于10μm，或甚至几十微米。
[0007]其他要求还在于在层中引入尽可能少的缺陷。例如，缺陷可由腔壁上的或位于涂层区域中的系统组件上的寄生涂层的剥落造成。粒子也可以在等离子体中积累更长的时间，并可能由于涂层流而继续在此处生长。
[0008]这些“寄生”涂层的形成是由于涂层源中相对宽分布的粉尘化的涂层材料进入到腔室内。因此，涂层的很大一部分移动至腔室壁上或移动至直接布置在基底前方的用于校正速率的组件上，而不是移动至基底上。如果这些区域中的涂层太厚或出现热应力，则粒子可从这些涂层中，或者从整个寄生涂层中释放。然而，粒子也可以直接在溅射源上产生。
[0009]已经进行了许多尝试来减少粒子负荷。同时尝试了开发可以产生非常均匀的层的生产工艺。或者，也可以制造具有限定梯度的层厚度的层。
[0010]低粒子光学层的制造可以使用例如从US 9803276 B2获知的磁控溅射装置进行。本文介绍了低粒子涂层的制造，通过将圆柱形源材料(可旋转磁控管)和任选的反应性气体组分通过磁控溅射施加至基底上，从而实现涂层的清洁。层的施加是在所谓的“溅射”过程中克服重力进行的。由于没有提供基底的子旋转(卫星运动)，因此在基底上产生了与旋转中心的半径成反比增加的层厚度分布。例如，在基底中心已从旋转中心移动600nm且基底的直径为200mm的布置中，相对于内部的速率，外部的层速率只能达到大约70％。因此，使用局部限制涂层流的掩模来设置层的均匀性。掩膜设置于源与基底之间；通常靠近基底，以便能够尽可能准确地设置层分布。掩模因此直接设置在涂层区域中。由于与移动的基底不同，掩
模通常是静态附着的，因此它会接收大量材料。在上述的基底中心距中心600mm的几何构造中，校正掩模的速率约为基底本身的5倍至10倍。因此，如果在基底上沉积10μm的层材料，则掩膜已经接收到100μm。材料供应量非常大，尤其是圆柱形溅射源，因此原则上其可以有数月的使用寿命。例如，如果这些靶材的使用寿命为8000小时，则在5kW的功率下可以有67天的使用寿命。使用0.3nm/s的涂层速率，可以在基底上沉积480μm的层厚而无需更换靶材。如果包括第二种材料，则均匀性掩膜上的层厚度将累积至5mm以上。然而，均匀性掩膜上的特定厚度不超过大约1mm是有利的。
[0011]如果掩膜上的厚度太大，可能会出现剥落和粒子的形成，因此通常必须事先清洁系统，同时还要清洁甚至更换掩膜。因此，清洁后系统的使用寿命也会受到限制。这在使用圆柱形溅射源的当前系统中尤其不利，因为溅射源本身与传统的线性磁控管相比具有多倍的使用寿命。如果可以减少均匀性掩膜上的寄生涂层，则生产时间可显著延长而无需中间清洁。
[0012]在US 8956511 B2中描述了另一种沉积高质量的光学涂层的方法。其提供了一种转盘布置，其中基底在盘上旋转，每次通过时都沉积零点几纳米的非常薄的子层。在磁控管的位置添加氧气，以便首先沉积亚化学计量的层。使用随后的等离子体源氧化该层。层厚度分布的设置通过所谓的“校正掩模”进行，该校正掩模在内部区域中比在外部区域中除去更多的涂层部分。如果磁控管实质上不长于基底的直径，那么掩膜甚至是骨形的，因为磁控管的层分布朝向端部是高度可变的。
[0013]类似的经常使用的方法是使用卫星旋转的基底。这种基底位于旋转盘上并在此过程中围绕自身旋转。这里使用环形溅射源。
[0014]一种已知的方法来自US 8574409，其中一组磁体在环形磁控管中旋转，并且以特定频率周期性地调制功率以提高层分布的均匀性。
[0015]在美国专利5609772A中描述了一种环形闭合靶材，其中靶材上的磁力线可以通过由励磁电流额外产生的磁场来移动。由此，可以改变靶材侵蚀的分布，例如可以影响速率的分布。
[0016]在US 2011/253529中描述了一种无掩模的溅射布置。其中，因为提出了具有特定直径的环形磁控管源的特定尺寸实现了高的均匀性。磁控管阴极的中心位于旋转基底中心的中心。然而，其设置了行星传动机构，使得两个旋转重叠。
[0017]在溅射系统中使用不同种类的磁控管源。在US 4851095中描述了一种所谓的滚筒几何形状。其中，源通常作为线性源置于腔室的侧壁上。基底位于滚筒的内部。在一种变体中，可以通过改变各个磁体沿靶材轴线距靶材表面的距离来影响基底上的层分布。在此过程中，单个磁体被复位。这种方法称为“UniTune”，可以在没有整形器的情况下实现+/
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1％的分布。因此，可以在非常严格的限制(几个％)内进行设置。
[0018]这种方法不适用于所提出的带有转盘的布置，因为它会导致非常高的磁场衰减，从而使阻抗和过程的电压大大增加。此外，本方法需要大约30％的显著更高的速率变化。
[0019]US 2003/0042130中提出了类似的方法。借助另外的磁场在靶材上引入“电子陷阱”，由此可以影响等离子体密度并因此影响沿靶材的溅射率。
[0020]在US 2013/0032475中也描述了用于圆柱形磁控管源的用于控制层分布的磁体几何形状的变体。可以改变靶材和基底之间的距离，也可以改变整组磁体(“摆动阴极”，
“
swing cathodes”)的旋转角度。
[0021]在US 9349576中描述了用于圆柱形磁控管的特定磁体系统。其中磁体具有特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过磁控溅射在旋转移动的基底上沉积均匀层的装置，其包括a)带有溅射室的真空室，b)至少一个溅射气体入口；c)具有至少一个基底支架的转盘；和d)至少一个布置在溅射室中的具有至少一个电极的磁控溅射源，和布置在溅射室中的另外的至少一个微波等离子体源。2.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个微波等离子体源具有用于产生空间局部等离子体的磁场构造。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有用于向至少一个微波等离子体源供电的至少一个发生器，所述至少一个发生器的功率优选地能够随时间调制。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个微波等离子体源用于局部等离子体压缩，相对于至少一个电极的一个轴线不对称地布置。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个微波等离子体源包括保护涂层，特别是金属或陶瓷或玻璃状结构，其部分地包围等离子体源，并具有用于中性气体和/或反应性气体的进气口。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，不均匀的去除率从转盘中心至转盘边缘增加，优选地呈线性增加，特别优选地与到转盘中心的距离成比例增加。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有至少一个用于预处理基底表面和/或用于改变层的结构和/或化学计量的另外的等离子体源。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个磁控溅射源由通过圆柱形或平面源材料制成的磁控管电极和用于所述材料和相关靶材的支架构成。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，从基底到所述至少一个电极中的每个电极的距离彼此独立地是5cm至40cm，优选5cm至30cm，特别优选6cm至20cm，非常特别优选6cm至12cm，其优选地取决于溅射室中的过程压力。10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有中频脉冲电源或脉冲直流电源(DC脉冲)。11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于确定基底上的层厚度的光度计和/或椭偏法兰和/或施加偏振效应的组件。12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有用于确定层厚分布的光学测量装置。13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有调节和/或稳定磁控溅射装置中的分压的调节系统。14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有至少一个校正掩模。15.一种通过磁控溅射在旋转移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：