专利名称：具有冷却靶的溅射的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过溅射作为靶的镀膜材料对基体镀膜的方法，其中，在溅射过程中，利用流经靶或靶区或穿过靶的冷却介质使靶冷却；以及一种用于通过溅射作为靶的镀膜材料对基体镀膜，特别是用于完成本发明方法的设备，具有通过冷却介质对靶直接或间接冷却的冷却装置，以及用于活性溅射的装置。
背景技术：
众所周知，用溅射法给基体镀膜时，在真空腔中由等离子体产生的离子在阴极方向上加速并撞击用于溅射的材料，即作为靶的镀膜材料。就此，使用磁控管在靶区形成磁场改进溅射以便获得更高的镀膜效率，也是本领域所熟知的。特别是可移动磁组能够实现提高靶和镀膜材料利用率的目的为本领域所熟知。例如，欧洲专利EP 06345 00 B1描述了用于此目的相关设备。
为了驱散离子撞击时靶上产生的热量，现有技术也提供了相应的冷却装置，冷却介质穿过或经过靶区以驱散产生的热量。例如，欧洲专利EP 063 45 00 B1和德国专利DE 199 16 938 A1也描述了这类设备。
通常用于冷却的冷却介质是水，将其在室温下引入靶区的冷却管道。
虽然上述溅射方法和设备获得了显著的令人满意的效果，但也观察到，特别是在使用特定镀膜材料或靶材的情况下，例如氧化铟锡(ITO)或常用的透明导电氧化物靶或陶瓷靶，靶表面出现了所谓结核形成(nodule formation)的问题。靶表面形成的结核由极硬的物质组成，对进一步溅射过程有负面影响，特别是在基体位于靶下的情况下，会由于靶表面的不断剥落而影响膜层质量。
为了克服这个问题，现有技术中描述了下列方法提高靶温至高于100℃(JP 020 590 51 A)，高于200℃(DE 100 18 842 C2)，甚至达到400-500℃(JP 05 34 59 73 A)。也就是说，在上述方法中，靶不再冷却而是加热以消除不必要的结核形成。但总的说来上述方法并没有得到令人满意的结果。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于溅射工艺的方法和装置，根据本发明可以用一种简单有效的方式消除在靶上形成结核的缺陷，特别是针对陶瓷靶的情况，最好是针对用于沉积透明导电氧化物的靶，尤其是氧化铟锡靶。
为实现上述目的，根据本发明提供一种通过溅射作为靶的镀膜材料对基体镀膜的方法，其中，在溅射过程中，利用流经靶或靶区或穿过靶的冷却介质使靶冷却，其特征在于，用给水温度和/或回水温度低于5℃的冷却介质沉积氧化物层。
根据本发明的优选实施例，用活性物质进行活性溅射，且冷却介质具有低于5℃的给水温度或/和回水温度；冷却介质具有低于0℃的给水温度或/和回水温度，优选低于-20℃，特别优选低于-100℃；冷却介质是冷却液体或冷却气体，特别是水、空气、烃，特别是氟代烃、酒精和类似物或它们的混合物；在高真空中和/或使用磁控管溅射源，特别是使用平面磁控管溅射源和/或安装有可移动磁组的磁控管溅射源实施本方法；使用活性物质进行活性溅射，特别是用于溅射镀膜材料的活性气体；沉积透明导电氧化物层，优选氧化锡和/或氧化锌层，最好是氧化铟锡(ITO)层；使用氧化物靶，特别是透明导电氧化物层靶，优选氧化锡和/或氧化锌靶，最好是氧化铟锡(ITO)靶。
根据本发明还提供一种用于通过溅射作为靶的镀膜材料对基体镀膜，特别是用于完成上述的方法的设备，具有通过冷却介质对靶直接或间接冷却的冷却装置，以及用于活性溅射的装置，其中，冷却装置包括一个冷却单元，该冷却单元被设置成使冷却介质能够被冷却到低于5℃的给水温度或/和回水温度。
根据本发明的优选实施例，冷却单元被设置成使冷却介质具有低于0℃的给水温度或/和回水温度，优选低于-20℃，特别优选低于-100℃；冷却装置被设置成使用冷却液体或冷却气体，特别是水、空气、烃，特别是氟代烃、酒精和类似物或它们的混合物作为冷却介质；冷却装置有一个用来对给水温度或/和回水温度进行开环和/或闭环控制开环和/或闭环单元；冷却装置由一个或多个彼此独立的冷却回路组成。
本发明的发明人惊奇地发现通过显著降低靶温可以有效的消除结核形成。用给水温度低于20℃的冷却介质来冷却靶能获得上述效果。靶温或冷却介质的给水温度越低，结核形成的程度越不明显。为使靶可以充分冷却，冷却介质必须消耗约80-90％输入溅射阴极的电能。特别是在磁控管阴极较长或高溅射功率的情况下，输入冷却介质的能量会使冷却介质明显升温，以至于靠近冷却介质入口的靶还具有所需要的温度，但越靠近冷却介质出口时，越可能出现温度过热。根据本发明，温度过热的后果是在冷却介质入口区域中抑制了在靶腐蚀表面形成结核，在中心区域结核稳定增加，在冷却介质出口区出现的程度与现有技术相同。为了在整个靶表面上有效抑制形成结核，最好通过适当的措施确保对冷却介质加热的段足够短。所述措施例如可以是一种条件，即沿着靶的长度设置几个独立的冷却回路。由于这个原因，有利的是不仅是对各冷却回路的冷却介质的给水温度，同时也对其回水温度通过闭环控制予以监控或使它们保持在某特定温度下。
特别地，已经证明给水温度或回水温度低于5℃的冷却介质是有利的，也就是说，温度仅在凝固点附近或低于凝固点，或者明显低于约-20℃或低于-100℃的负温度。
相应地，冷却介质可以是冷却液体和冷却气体，特别考虑水、空气、烃，特别是氟代烃、酒精和类似物以及它们的混合物，视所选择的冷却介质的给水温度或回水温度而定。
由此，确保所有趋向于容易形成结核的靶或镀膜材料避免或减少结核形成，特别在氧化物层的沉积中，优选透明导电氧化物层，如氧化锡或氧化锌层，特别是氧化铟锡层。
通过参照附图对一个优选实施例的描述是本发明的优点、特征和特点变得更加明显。
图1是根据本发明的溅射设备主要元件的示意图。
具体实施例方式
图1示意表示了根据本发明用于实现本发明方法的设备的主要元件。
图1给出了真空腔1，在该真空腔中用等离子体产生的离子溅射靶2在基体(未示出)上镀膜。靶2安装在其上有冷却管道6穿过的所谓的靶背板3上。冷却管道6与管路5连接，管路5中设有泵7。因此，可以在管路5的封闭回路中循环泵送冷却介质。所述冷却介质流过靶背板3的冷却管道6，由此消散在轰击靶2时离子产生的热量。
管路5卷绕成环路通过冷却单元4的热交换器，从而将冷却介质冷却到特定的给水温度，冷却介质在这种温度下进入靶背板3的冷却管道6。冷却介质在靶背板3中穿过冷却管道6后，其回水温度因吸收了靶2的热量而升高，然后在冷却单元4的热交换器中再次降到所需给水温度。
为了排除冷却介质已有的热量且避免水凝结，冷却介质的管路5具有隔热结构，特别是在冷却单元4的热交换器与靶背板3的冷却管道6之间的区域。
在优选实施例中，在给水温度下，即冷却介质进入靶背板3的冷却管道6的入口温度为5℃，回水温度为11℃的条件下，在压强大约为5×10-3mbar及功率19kW的氩气/氧气的气氛中，溅射氧化铟锡(ITO)靶2并沉积到基体上。冷却介质的流量大约为18升/分钟，用水作为冷却介质。
靶2用在具有可移动磁组的平面磁控管阴极中，在此未详细描述平面磁控管阴极。
与在给水温度21℃的冷却介质下的溅射相比，观察到靶上结核的数量有了实质性的减少。
虽然在所述实施例中用水作为冷却介质，也可使用其它冷却介质，特别是在负温度仍为液态的液体和冷却气体。特别注意到靶温或给水温度的渐降能够使结核数量进一步降低，特别是在0℃以下，最佳-20℃或-100℃下效果更明显。特别地，能够达到-120℃的商业冷却装置都可使用。
虽然在所述实施例中在低氧气组分的氩气气氛中使用了氧化铟锡靶，但在纯惰性气体或添加了活性剂的惰性气体(活性溅射)中可以使用多种靶材，如纯金属或其它化合物如氧化物。
虽然在优选实施例中将靶设置于靶背板上，但很容易设想到不使用靶背板3的靶，冷却管道6可直接安装在靶2上，例如部分地象前面对现有技术描述的情形。
权利要求
1.一种通过溅射作为靶(2)的镀膜材料对基体镀膜的方法，其中，在溅射过程中，利用流经靶或靶区或穿过靶的冷却介质使靶冷却，其特征在于，用给水温度和/或回水温度低于5℃的冷却介质沉积氧化物层。
2.一种通过溅射作为靶(2)的镀膜材料对基体镀膜的方法，其中，在溅射过程中，利用流经靶或靶区或穿过靶的冷却介质使靶冷却，其特征在于，用活性物质进行活性溅射，且冷却介质具有低于5℃的给水温度或/和回水温度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，冷却介质具有低于0℃的给水温度或/和回水温度，优选低于-20℃，最好低于-100℃。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，冷却介质是冷却液体或冷却气体，特别是水、空气、烃，特别是氟代烃、酒精和类似物或它们的混合物。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在高真空中和/或使用磁控管溅射源，特别是使用平面磁控管溅射源和/或安装有可移动磁组的磁控管溅射源实施本方法。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用活性物质进行活性溅射，特别是用于溅射镀膜材料的活性气体。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，沉积透明导电氧化物层，优选氧化锡和/或氧化锌层，最好是氧化铟锡(ITO)层。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用氧化物靶，特别是透明导电氧化物层靶，优选氧化锡和/或氧化锌靶，好是氧化铟锡(ITO)靶。
9.一种用于通过溅射作为靶(2)的镀膜材料对基体镀膜，特别是用于完成根据权利要求1-8中任一项所描述的方法的设备，具有通过冷却介质对靶直接或间接冷却的冷却装置(4)，以及用于活性溅射的装置，其特征在于，冷却装置包括一个冷却单元，该冷却单元被设置成使冷却介质能够被冷却到低于5℃的给水温度或/和回水温度。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，冷却单元被设置成使冷却介质具有低于0℃的给水温度或/和回水温度，优选低于-20℃，特别优选低于-100℃。
11.如权利要求9或10所述的设备，其特征在于，冷却装置被设置成使用冷却液体或冷却气体，特别是水、空气、烃，特别是氟代烃、酒精和类似物或它们的混合物作为冷却介质。
12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，冷却装置有一个用来对给水温度或/和回水温度进行开环和/或闭环控制的开环和/或闭环单元。
13.如权利要求9所述的设备，其特征在于，冷却装置由一个或多个彼此独立的冷却回路组成。
全文摘要
本发明涉及一种通过溅射作为靶(2)的镀膜材料对基体镀膜的装置和方法。所述靶在溅射过程中，流经靶或靶区或穿过靶的冷却介质使靶冷却，且冷却介质具有低于20℃的给水温度。
文档编号C23C14/08GK101070590SQ200610140879
公开日2007年11月14日 申请日期2006年10月13日 优先权日2006年2月22日
发明者尤根·克莱波尔－黑塞, 安克·赫尔米希, 格尔德·奥盖希, 托马斯·赫根曼 申请人:应用材料有限责任与两合公司