用于基板涂覆的溅射装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于基板(8)涂覆的溅射装置，该溅射装置具有真空室、管状靶(1)、有多个开口(5)的气体通道(3)以及遮挡机构(2)。为了在溅射装置的真空室中为反应溅射过程提供均匀的气体混合物并且阻止不希望有的气体通道涂覆而提出，气体通道(3)平行于该靶(1)的纵向延伸部设置在该靶(1)的与该基板(8)相对的一侧上且至少与反应气体源相连。
【专利说明】
用于基板涂覆的溅射装置
技术领域
[0001]本发明涉及用于基板涂覆的溅射装置，其中根据前言的溅射装置具有真空室、管状靶、有多个开口的气体通道以及遮挡机构。
【背景技术】
[0002]溅射是一种物理过程，在溅射中原子通过高能离子轰击而从靶中脱出并转入气相。溅射尤其在制造涂层时获得技术意义，其中脱出的原子以膜层形式沉积在基板上。
[0003]所需要的高能离子通常是等离子体的组成部分，该等离子体在溅射气氛的气体中在阳极和作为阴极的靶之间被点燃。为了更好地充分利用靶材，目前大多采用管状靶，其在溅射过程中绕其纵轴线回转。与管状靶相结合地，可以使用这样的阳极，即其以被冷却的、与槽室电绝缘的板、棒、半壳或类似机构的形式构成。为了提高溅射率，在管状靶的内表面上大多设有磁体系统。靶和磁体系统共同被称为磁控管。
[0004]另外，区分为反应溅射和非反应溅射。对于两种变型方式，需要也被称为工艺气体的惰性气体，其用于产生高能离子。
[0005]在非反应溅射中，溅射气氛中的气体和靶材之间没有出现反应。沉积膜层基本上相应具有所述靶的成分。
[0006]与之不同地，在反应溅射中另一种被称为反应气体的气体被送入溅射气氛中。该反应气体可以与靶材起反应，从而在该膜层中补充加入来自反应气体的至少一种化学元素或者改变膜层成分。反应溅射例如被用于产生金属氧化物膜或金属氮化物膜，做法是采用金属靶与作为反应气体的氧气或氮气进行结合。
[0007]但在添加氧气来处理金属氧化物靶时，反应溅射也可以被采用，以便例如调节膜层成分或沉积速率。
[0008]尤其是关于靶的气体分布的均匀性或有目的的影响和与之相关地膜层成分以及层厚对涂覆设备提出了特殊要求，在这里，这尤其涉及大面积的基板。通常，反应气体的供应只在基板附近进行，而工艺气体在靶附近被输入。
【发明内容】
[0009]本发明的任务是针对反应溅射工艺提供在溅射设备的真空室内的均匀的或有针对性地可变化的气体混合物。应该尽量有针对性地、尤其关于待涂覆的基板均匀地实现气体混合物在真空室内的分布。应该获得可受影响的、优选是均匀的基板涂层。尤其是应实现在横向于基板输送方向上的基板宽度范围内的膜层特性。
[0010]另外，应该避免气体供应装置的不希望有的涂覆以及在等离子体外的真空室内的盲目气体分布。
[0011]另外，应该避免气体供应装置的过热。这应该在结构方面简单地且尤其无需附加冷却地实现。
[0012]为了完成所提出的任务，提供一种具有权利要求1的特征的气体供应装置。与之相关的从属权利要求包含了本发明解决方案的优选实施方式。
[0013]根据本发明的用于基材涂覆的装置包括真空室、管状靶、至少一个气体通道和遮挡机构。
[0014]该气体通道平行于靶的纵向延伸部设置在靶的与基板相对的一侧。靶的纵向延伸部在此是指平行于管状靶的转动轴线的伸展方向。气体供应到本发明溅射装置的真空室中通过该气体通道的多个开口实现。这些开口均匀地或者也可以不均匀地分布在气体通道的长度范围内，从而可以有针对性地调节膜层成分和/或膜层特性。
[0015]该气体通道与反应气体源相连。该通道相应地用于将反应气体输送到真空室中。这包含了该气体通道另外可以与一个或多个其它气体源相连。所述其它气体源可以不仅是反应气体源，也可以是工艺气体源。关于术语“反应气体”和“工艺气体”的定义，参见前言描述。
[0016]如果该气体通道与多个气体源相连，则可以根据本发明的一个实施方式在引入气体通道之前在中间接设的混合装置中进行不同气体的混合。
[0017]可选地，该装置可以包括平行于靶纵向延伸部设置在靶的与基板相对的一侧的另一个气体通道。对于该情况，所述另一个气体通道可以分别被供给由反应气体和工艺气体构成的混合物、只被供给反应气体或者只被供给工艺气体，其中，由反应气体和工艺气体构成的混合物可以如上所述借助中间接设的混合装置来产生。通至所述气体通道的进气口可以通过每个气体通道的一个或多个进气口实现。
[0018]在此所述的所有气体通道可以具有圆形的、矩形的或其它任意形状的横截面。横截面的选择根据具体安装状况和气体分布要求来进行。
[0019]该气体通道的长度优选对应于靶的长度。所述开口的形状和尺寸可如此选择，SP实现了在真空室内的有针对性的气体分布。为此，所述开口也可以具有不同的形状和/或尺寸。
[0020]该遮挡机构布置在该气体通道的与靶对置的一侧，并且避免在从靶侧看位于遮挡机构后面的溅射装置区域内的不希望有的气体分布。
[0021]在最简单情况下，该遮挡机构能以或许弯曲的金属板形式构成并且例如部分包围该靶。
[0022]“部分包围”例如可以如此实现，即该遮挡机构以具有非闭合的外周面的圆柱体形式构成，其半径大于管状靶的半径并且也可以没有底面和顶面地构成。该遮挡机构不接触地包围该靶。为了使用本发明的装置，该周面的敞开区域与基板涂层对置布置或在旁边经过。
[0023]还有以下可能，直接将气体通道集成到该遮挡机构中。这例如可以如此实现，该遮挡机构具有用于容置这个或这些气体通道的空缺部，从而它能被装配到阳极槽中且直接与之接触。
[0024]根据本发明的装置不仅适用于水平工作，即此时基板横放，也适用于竖向工作，SP基板竖立。对于水平设备的情况，基板不仅可以设置在靶的下方，也可设置在靶的上方。
[0025]另外，该溅射装置也能以磁控溅射装置形式构成。要强调的是，反应气体和工艺气体通过位于靶的背对基板的一侧的气体通道通入与该遮挡机构组合地有助于非常均匀的气体混合物在真空室内分布。这表现在涂层在基板宽度范围内具有很均匀一致的性能，即平行于靶长度取向的基板伸展方向。本发明装置也同样允许在基板宽度范围内以及在时间上和进而在基板长度发内内的膜层性能的可有目的调节的变化。
[0026]涂层的均匀性能以及均匀涂层在此是指这样的涂层，其如此具有一定的功能或性能如色彩印象、传导性能或光学性能如透射、反射或吸收，即对于总体功能可以忽略不计在该涂层的若干区域内的不同涂覆的影响。
[0027]另外，本发明的装置允许在结构方面简单且廉价的解决方案，因为在最简单的情况下只需要一个气体通道。
[0028]进一步有利地示出了，由于布置在背对基板的一侧，故基本避免了不希望有的气体通道及其开口的涂覆，无需其它配件例如挡板。这延长了溅射设备的工作时间并且降低了涂覆基板的总制造成本。
[0029]根据一个变型实施方式，带有多个开口的另一个气体通道平行于靶的纵向延伸部设置在该靶的背对该基板的一侧。对于所述另一个气体通道，以上针对开口所述的可行实施方式也适用，其中，第二气体通道的开口的设计和位置也可以不同于第一气体通道的开口的设计和位置。
[0030]所述另一个气体通道与工艺气体源相连。它也可以还是与多个工艺气体源和/或反应气体源相连。
[0031]对于所述另一个气体通道与多个气体源相连的情况，气体混合如上所述在通入气体通道之前进行。
[0032]当然有以下可能，在两个气体通道中通入不同的分别由至少一种工艺气体和至少一种反应气体构成的气体混合物。该区别不仅存在于含量组成方面，也存在于质量组成方面。
[0033]反应气体的供应尤其优选地通过两个气体通道之一如此进行，即该气体通道与反应气体源相连，并且工艺气体的供应通过两个气体通道中的另一个如此进行，即它与工艺气体源相连。
[0034]设置两个气体通道通过可以通入不同的气体混合物或分开通入反应气体和工艺气体来提高溅射设备灵活性。另外，两个气体通道的开口可以相互协调，从而还可以更好地影响涂层特性。
[0035]在具有两个气体通道的装置的一个变型实施方式中，这些气体通道的开口相互错开布置。
[0036]通过错开布置，使得获得在靶的整个长度范围内都均匀一致的气体分布变得简单，因此最终可以获得涂层性能的期望分布。
[0037]另外，可以由此基本上避免会妨碍期望的气体分布的流体效应。
[0038]另外，错开布置有助于保护所述开口以免堵塞并改善气体分布并进而改善涂层的均匀一致性。
[0039]还有以下可能，如此设计这样的布置形式，即从所述开口流出的气流对准当前其它的气体通道和/或遮挡机构。这例如可以通过选择适当的开口形状和布置形式来实现。
[0040]这样的布置形式有助于反应气体和工艺气体在其分布在真空室中之前更好地混合。这又有助于获得期望的涂层。
[0041]在本发明装置的一个实施方式中，该遮挡机构可冷却地和/或相对于槽室电位(Kammerpotential)绝缘地构成并且可以被浮动置于优选是接通至阳极电位、槽室电位或无电位，从而可以在热力状况和/或电位状况的优化中将该遮挡机构考虑进来。将遮挡机构接通至阳极电位的变型方案包含以下可能，即该遮挡机构能作为阳极被接通，即不需要其它阳极。
[0042]根据另一变型实施方式，这个或这些气体通道可被一体形成到该遮挡机构中。
[0043]这例如可以如此实现，即该遮挡机构具有用于容置这个或这些气体通道的凹空部，从而它能被装配到遮挡机构中并且直接与之接触。
[0044]因为直接接触被冷却的遮挡机构，因此避免了气体通道的过热。不一定需要进一步冷却该气体通道。
[0045]根据一个变型实施方式，至少一个气体通道被分为多个区段。这包含以下可能，即在设置多个气体通道的情况下，一个或多个气体通道被分段。
[0046]这个或这些气体通道被分段借助一个或多个分隔件来进行，视相关通道要被分为多少个区段而定。这些区段的相互长度比例如通过简单移动该分隔件来可变调节。例如，所述分隔件能以橡胶塞形式构成。
[0047]对于每个气体通道区段，设有至少一个进气口。
[0048]通过该通道的区段化，能可控地实现在靶长度范围内将气体供入真空室中。例如可能的是，在靶的中央区域上调节出比在边缘区域内更高的气体流量。另外，也可能的是，给这些区段供应不同的气体或气体混合物。例如，用于这些区段的反应气体份额可以选择成是不同的。由此，例如可以对例如由在靶的中央或端部处的磁场强度差异所造成的一定作用，例如金属靶的不同氧化物覆盖或在靶上的不同材料去除作出反应，这种差异虽然在真空室内有均匀气体分布还是导致不均匀的涂覆，例如因磁场强度差异(中央-端部)造成的在靶上的不同材料去除。
[0049]尤其可以将至少一个气体通道分为至少三个区段，其中所述区段的长度在朝向气体通道的端部的方向上递减。通过这种方式，可以使所谓的边缘效应最小化。
[0050]根据另一个变型实施方式，用于输送气体进入真空室的这些开口以喷嘴螺钉形式构成。喷嘴螺钉允许可变调节开口的尺寸并进而调节通过一定的开口被供给真空室的气体量。这允许有针对性地影响在真空室内的气体分布。另外，也由此可以影响上述的边缘效应，例如做法是在气体通道的边缘区域中有针对性地将比气体通道中央区域中更多或更少的气体输送入真空室。
[0051]可选地，一个或多个附加的用于供应附加反应气体的装置可以设置在基板附近。由此可以进一步有利地影响涂层特性。所述附加装置例如能以另一个气体通道形式构成。这样的附加装置优选如此例如侧向布置在所述遮挡机构和基板之间的空间内，即尽量少的涂覆材料碰到该附加装置。
[0052]技术人员将会适当地将之前在本发明的各不同实施方式中实现的特征组合到其它的实施方式中。
【附图说明】
[0053]以下将结合实施例来描述本发明，附图所示为:
[0054]图1示出了根据本发明的气体供应装置的安装状况，
[0055]图2示出了在遮挡机构内的气体通道的安装位置，
[0056]图3示出了带有呈喷嘴螺钉形式的错开的多个开口的气体通道，以及
[0057]图4示出了利用可移动的分隔件被分开的气体通道。
[0058]附图标记列表
[0059]I 靶
[0060]2遮挡机构
[0061]3气体通道
[0062]4进气管路
[0063]5带有喷嘴螺钉的气体通道开口
[0064]6分隔件
[0065]7气体通道的区段
[0066]8 基板
[0067]9附加的反应气体供应装置
[0068]10等离子体室
【具体实施方式】
[0069]根据本发明的示例性装置用于涂覆基板8并且包括真空室20、管状靶I和遮挡机构2。
[0070]图1至图4示出了示例性装置的各不同细节。
[0071]例如该遮挡机构2以部分包围该靶I的阳极形式构成(图1)。
[0072]两个气体通道3平行于该靶I的纵向延伸部地布置在该靶I的与基板8相对的一侧，所述两个气体通道具有用于将反应气体和工艺气体送入真空室的多个开口 5。在此实施例中，这两个气体通道中的一个气体通道只示例性而非限制性地与反应气体源相连，而另一个气体通道与工艺气体源相连。
[0073]另外，可选地将一个附加的反应气体供应装置9定位在遮挡机构2和基板8之间，在本实施例中是在靶I和基板8之间，同时与等离子体燃烧所处的区域(在此称为等离子体室10)相距一段距离。
[0074]两个气体通道3具有矩形横截面，相互平行延伸并且被一体形成在遮挡机构2中(图1)。两个气体通道3的长度至少对应于靶I的长度，例如遮挡机构2的长度。
[0075]两个气体通道3的开口 5呈喷嘴螺钉形式构成并且相互错开布置(图3)。另外，这些气体通道3及其开口 5如此取向，即其中一个气体通道3的从该开口流出的气流以朝向遮挡机构2的小的方向分量地对准另一个气体通道3 (图2)。
[0076]另外，两个气体通道3被分为多个区段7，其中所述区段7的长度在朝向气体通道3的端部的方向上递减。这种划分借助可移动的分隔件6来进行(图4)。
【主权项】
1.一种用于基板(8)涂覆的溅射装置，该溅射装置具有真空室、管状靶(I)、具有多个开口(5)的气体通道(3)以及遮挡机构(2)，其中这些开口(5)分布在所述气体通道(3)的长度范围内，其中所述气体通道(3)平行于所述靶(I)的纵向延伸部设置在所述靶(I)的与所述基板(8)相对的一侧上且至少与反应气体源相连。2.根据权利要求1所述的装置，其中，另一个气体通道(3)平行于所述靶(I)的纵向延伸部设置在所述靶(I)的与所述基板(8)相对的一侧上，该另一个气体通道具有分布于其长度范围内的多个开口(5)，该另一个气体通道至少与工艺气体源相连。3.根据权利要求2所述的装置，其中，这两个气体通道(3)的这些开口(5)相互错开布置。4.根据权利要求2或3所述的装置，其中，这两个气体通道(3)的所述开口(5)如此取向，即从其中一个所述气体通道(3)的所述开口(5)流出的气流对准相应的另一个气体通道⑶和/或所述遮挡机构⑵。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述遮挡机构(2)能够以能冷却和/或相对于槽室电位绝缘的方式被置于阳极电位或槽室电位或无电位。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述气体通道(3)或所述多个气体通道(3) —体形成在所述遮挡机构(2)内。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，至少一个气体通道(3)被分为多个区段(7)，这些区段的长度比能借助一个或多个分隔件(6)来可变地调节。8.根据权利要求6所述的装置，其中，如此设置有多个分隔件(6)，即所述至少一个气体通道(3)被分为至少三个区段(7)，其中这些区段(7)的长度在所述气体通道(3)的端部方向上递减。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述开口(5)以喷嘴螺钉形式构成。10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，至少一个与反应气体源相连的附加的装置(9)设置在遮挡机构(2)和基板(8)之间。11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，至少一个气体通道(3)与用于混合工艺气体和反应气体的混合装置相连。
【文档编号】C23C14/00GK105986231SQ201510612189
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年9月23日
【发明人】A·许布纳, A·N·潘考, B·P·廷卡姆
【申请人】索莱尔有限公司