多溅射靶材的制作方法

1.本发明关于一种用于具有管状磁控管的磁控管设置的多溅射靶材，用于涂布静置基板或沿或在一圆形路径上通过真空室而被传输的基板，其中管状磁控管是被安装在端块或一些其他驱动单元中，且其中磁棒是位于管状磁控管中。


背景技术：

2.管状磁控管(空间上固定的磁棒位于其中)是广为人知的，所述磁控管是可旋转地安装在一侧的一磁控管端块中、或另外安装在一对向轴承中，并且所述磁控管端块为了管状磁控管、和另一方面必要的冷却水和用于磁控管的能量供应，提供一旋转驱动。
3.de 10 2008 048 785 a1公开此种具有可旋转管状磁控管的磁控管设置。所述端块一方面包含用于管状靶材的旋转驱动器，另一方面包含用于点燃和维持所述管状磁控管和待涂布基板之间的等离子体的必要能量供应。所述管状靶材是由载体管和外加靶材材料所组成。
4.凭借此种磁控管设置，被移动而经过所述磁控管的大面积基板，可以在真空室中被涂布。一个特别的缺点是每次通过期间只能溅射一种材料的事实，而为了溅射其他的材料，在空气被允许进入真空室之后，不同的管状靶材必须被安装，并且所述真空室必须再度被抽真空。
5.一种解法是在真空室中设置多个串联的管状磁控管，这当然会显著增加工作量和成本，因为这将导致之后较大的装配。
6.在wo 2003/081 634 a2中还公开了具有内部磁铁系统的另一种管状磁控管。所述管状磁控管主要是由管子形式的靶材载体和外部靶材所组成，所述外部靶材由多个平面靶材板组成，所述靶材板切线地被安置在管状靶材载体上，从而形成无间隙的多边形靶材表面。
7.为了达成这方面的改进，也就是说，为了能够连续溅射不同的材料，商业可取得的“靶材转台”已经可以取得，其中多个完整的磁控管是以角度偏移而环绕中心轴来装配。由于必要的磁场、阳极、必要的冷却和电流连接的产生，磁控管需要相对较大的装配空间，而且其复杂的结构导致相当昂贵。
8.为了能够执行溅射操作，所述的“靶材转台”必需根据以所装配的磁控管数量为函数的固定的角度步级而被旋转，直到所需的磁控管位于待被涂布的基板对面，从而赋能所述磁控管和所述基板之间的溅射等离子体能被点燃。此种“靶材转台”的优点可以看作是可以在同一个设备中溅射不同的材料的事实。


技术实现要素：

9.现在本发明的基本目的是提供一种多溅射靶材，利用所述多溅射靶材，沿着或在圆形路径上被传送而通过一真空室的基板，可以通过磁控管溅射以些许努力用可选择的多个材料来连续涂布。
10.这在开头所述类型的多溅射靶的情况下，通过至少一个具有角度截面的多边形载体管被提供的事实来达成，其具有用于接收靶材的多个纵向延伸的外表面，使得自由空间位于至少一个多边形载体管中，自由空间纵向延伸穿过其中，且其中用于在多边形载体管外部形成等离子体云的磁棒是位于在靶材之前的工作位置中，所述靶材可以通过旋转多边形载体管来选择，且其中移动或静置的基板是位于等离子体云之前的预定距离处。
11.作为本发明的延续，同一或较佳为不同材料的靶材是位于载体管的各外表面上。后者允许将不同材料连续溅射到相同的基板上，或批量的相同基板上，而不会中断真空。
12.靶材较佳是被机械地通过黏合或一些其他方式紧固于所述外表面。
13.在本发明的另一实施例中，多边形载体管具有三角形、四边形、五边形、六边形、七边形或八边形的截面，从以此种方式赋能相对应数量的靶材被容纳在所述多边形载体管上。
14.最终，所述多边形载体管可以按角度步级而被旋转，以此种方式，靶材可被各自地定位于磁棒和位于后者之前的等离子体云之间。
15.在本发明的另一实施例中，磁棒是被定位于所述自由空间顶部的固定位置中，在后者的对称轴上方。
16.可选择地，磁棒也可能被定位于自由空间底部的固定位置中，在后者的所述对称轴下方，或于自由空间侧边的固定位置中，在后者的对称轴的侧边。如此一来，已知的溅射方法、向上溅射、向下溅射和侧面溅射方法，或者其他倾斜于水平或垂直的溅射方法，可以通过磁棒的适当枢转或设置而以特别简单的方式来实施。
17.在本发明的特别变化中，彼此相对的两个磁棒是被配置在所述自由空间中的固定位置，以此种方式，在任一例子中两个等离子体云形成于分别靶材之前的顶部和底部。以此种方式，向上溅射和向下溅射方法可以同时应用于同一或不同的基板。
18.为了允许靶材的更佳利用，所述多边形载体管可以游移运动环绕固定的磁棒而被移动。
19.在本发明的另一实施例中，位于自由空间中的磁棒可在相对于所述多边形载体管的角度步级被枢转。结果，各种溅射方法所需的磁棒位置可以特别容易地被设定。
20.最后，所述多边形载体管经由连接组件而被连接到商业可取得的磁控管端块，其用于驱动所述载体管旋转，用于向磁棒供应能量和用于供应冷却水。
21.根据本发明的多溅射靶材可以一样的使用于执行向上溅射、侧向溅射或向下溅射方法，或者可以倾斜于水平或垂直安装，用于涂布基板。
22.在本发明的一个特定实施例中，两个多边形载体管(每个具有位于其自由空间中的磁棒和位于其外表面上的靶材，磁棒与相关靶材之间的距离相同或不同)是被设置于共同真空室中相互平行的双极设置，所述共同真空室具有共同mf电源供应。通过简单地定位由不同材料制成的靶材，亦即通过以角度步级旋转两个多边形载体管，直到所需的靶材被定位在分别的磁棒上，几乎任何所需的材料组合可以被制作。
23.在本发明的另一实施例中，具有位于后者中自由空间中磁棒的多边形载体管和传统的管状磁控管或平面磁控管是设置于具有共同mf电源的共同真空室中相互平行的双极设置中。这里也可能在基板上制作多个材料组合，并且还可以包含实际上仅可用于平面磁控管的材料。
24.使用可按角度步级而被旋转的多溅射靶材的多边形载体管，可能以连续溅射多个不同或同一的材料，并以实质较少劳力而将它们沉积在基板上。
25.为了多溅射，根据本发明，具有棱角截面的多边形细长载体管、而非惯用的细长管状靶材被使用，其中由不同或同一材料制成的多边形细长载体管靶材作为溅射源而被应用于纵向延伸的外表面。
26.靶材可通过传统的夹轨(爪)或通过黏合而被紧固在载体管的较佳为一样大的外表面上，在溅射期间靶材充当要被施加到基板上用于涂布的材料源。
27.载体管可以具有多个截面，例如三角形、四边形、五边形、六边形、七边形或者其他如八边形，并且可以被覆盖有相对应数量的、由不同材料制成的靶材。特殊形状也是可能的，例如具有三角形或四边形截面以及三个或四个不同靶材以及具有斜角的载体管。
28.本发明的优点：
29..可以使得在涂布工艺中不同或同一靶材的使用成为可能，而不必因为靶材的更换或磁控管的更换而让空气进入其中的真空室。
30..具有相同的靶材材料进行多种涂布也成为可能，这对于增加装配设备的使用寿命特别有利。
31..可能在多边形载体管1上使用两个、三个到最多八个不同材料的靶材2。
32..达成非常小的空间要求。
33..进一步通过简单旋转所述多边形载体管1，靶材材料可以以角度步级来“改变”。
34..具有标准磁棒的管状磁控管的标准磁场可以被使用。
35..只有单一冷却系统被需要，如同管状磁控管的例子。
36..标准管状靶材端块可被使用作为多边形载体管的容器和驱动器。
37..只有单一能源供应被需要。
38..所述靶材可以与典型管状阴极溅射源的现有标准端块和标准磁棒一同被使用。
39..双极设置的使用导致了广泛各种各样材料混合的可能性。
40..如果，例如同一靶材被安装并且被溅射穿透的靶材始终被进一步旋转，则可能达成长的机器使用寿命。
41..它允许不同材料的涂布的高度弹性。
42..对于客户的投资成本相对低，因为根据本发明的多靶材也可以使用于现有的管状磁控管系统中。
43..可以毫无问题地以彼此平行的设置来使用根据本发明的多溅射靶材与常规的管状或平面靶材，并具有共同mf电源供应，从而导致装配的更大弹性。
44.本发明通过以下数个示例性实施例更加详细地被解释。
附图说明
45.图1：显示多溅射靶材，所述靶材由截面为多边形的载体管组成，外表面上具有按角度步级可旋转的三重靶材系统、以及载体管之内的磁棒、三个靶材、以及在各种例子中位于顶部的靶材前被表示的等离子体云、以及被引导经过等离子体云上方的基板；
46.图2a：显示具有如图1所示的多边形载体管的多溅射靶材，但是为具有四个靶材的四重靶材系统；
47.图2b：显示具有如图1所示的具有四重靶材系统的多边形载体管的多溅射靶材，但具有倾斜边缘；
48.图3：显示如图1所示具有多边形载体管的多溅射靶材，其具有五重靶材系统；
49.图4：显示如图1所示具有多边形载体管的多溅射靶材，其具有六重靶材系统；
50.图5：显示如图1所示具有多边形载体管的多溅射靶材，其具有八重靶材系统；
51.图6：显示安装在端块上的多溅射靶材的多边形载体管的示意性侧视图；
52.图7：显示具有多边形载体管的多溅射靶材，其中磁棒定位于自由空间的较低区域；
53.图8：显示具有多边形载体管的多溅射靶材，其中磁棒位于所述自由空间的侧边；
54.图9：显示具有多边形载体管的多溅射靶材，其中根据附图，两个磁棒分别定位于顶部和底部的自由空间中，结果每个例子中在相对应的靶材之前的顶部和底部分别形成两个等离子体云，基板被导引经过每个等离子体云；
55.图10：显示两个多溅射靶材的平行设置，其具有共同mf电源供应，用于在基板上沉积同一材料；
56.图11：显示两个多溅射靶材的平行设置，其具有共同mf电源，用于在基板上沉积不同材料；
57.图12：显示多溅射靶材和管状磁控管的平行设置，其具有共同mf电源，用于在基板上沉积各种不同的材料；以及
58.图13：显示在具有磁棒和所述靶材之间距离不同的一对称和非对称实施例中，两个四重溅射靶材的平行设置。
具体实施方式
59.本发明的特别特征在于，在多边形载体管1形式中的多溅射靶材被配备用于接收靶材2的多个外表面3，其中磁棒4是位于多边形载体管内的自由空间5中。自由空间5纵向延伸穿过所述载体管1的中心，并且较佳地具有环状截面。
60.不证自明的，以下描述的以多边形载体管1的多溅射靶材的各种变化的涂布必须在一真空室(未显示)中在真空下制作。
61.图1显示具有按角度步级可旋转的三重靶材系统多溅射靶材的多边形的载体管1，所述三重靶材系统还具有三个靶材2，在每一例子中其各自被紧固于具三角形截面的载体管1的外表面3，其中靶材2可由相同或较佳为不同材料所组成。
62.空间固定的磁棒4(定位于自由空间5中的顶部，亦即在后者的对称轴上方)位于载体管1内。利用磁棒4，两个等离子体云6在位于载体管1顶部的分别靶材2的前面被产生，借助所述靶材，位于等离子体云6上方或被导引经过等离子体云6的基板7，以向上溅射的方法被涂布从靶材2溅射出来的材料。
63.众所周知，所述向上溅射法具有将主要向上加速的溅射粒子沉积在基板7上的优点。
64.图2a显示具有正方形截面的多边形载体管1，所述载体管1具有四个纵向延伸的外表面3，靶材2被紧固在每个外表面上。在自由空间5中，磁棒4是位于后者的对称轴上方。
65.图2b显示具有多边形载体管1的多溅射靶材，多边形载体管1具有与图1和2a中相
似的结构，但具有带有多边形载体管1的倾斜边缘3.1的四个纵向延伸的外表面3。
66.原则上，此种倾斜边缘也可以在依据图1的三重靶材系统中被实施。
67.图3显示具有多边形载体管1的多溅射靶材，其具有如同图1的结构，但是为具有带有载体管1的用于接收最多五个靶材2五个纵向延伸的外表面3。
68.此外，图4显示具有多边形载体管1的多溅射靶材，其具有与图1相同的结构，但为具有带有六个纵向延伸的用于接收总共六个靶材2外表面3的六重靶材系统。
69.图5显示具有多边形载体管1的多溅射靶材，其具有与图1相同的结构，但为具有带有八个纵向延伸的外表面3的八重靶材系统，每个外表面3用于接收一个靶材2。
70.在上述大多数变化中，磁棒4是位于自由空间5中，在后者的对称轴上方，中心延伸经过载体管1的自由空间5。
71.如果多边形载体管1具有特别大的直径，则定位的一个例外可以是有用的，以防止多边形载体管1中的磁棒4与载体管1的外表面3上的靶材2之间的距离变得太大因而导致等离子体云7的强度被减弱。在这种例子中，所述距离应所述被减小。
72.紧固在载体管1的外表面3上的靶材2的不同细线是意图象征在各种例子中不同的材料。为了选择要被溅射出的材料，载体管1只需以相等的角度步级而被旋转，直到所需的靶材2被定位于磁棒4上方的顶部。然后所需的等离子体云6在操作期间被产生于位于顶部的靶材2前面的磁棒4处。
73.具有不同截面的多边形载体管1，可以经由连接组件9与商业可取得的磁控管端块8一起操作，在载体管1内部可以使用传统管状靶材的空间固定的磁棒4。图6显示了六边形载体管1的一侧视图，其中靶材2位于外表面3上。
74.特别长的载体管1可以将其自由端安装在对向轴承(未显示)中，以便将偏斜限制到最小值。
75.用于溅射所需的溅射等离子体云通过靶材表面附近的磁棒4由于磁场而产生。通过旋转载体管1和位于其上的靶材2，相对应于磁棒3的不同或同一材料可以因此连续溅射出
–
取决于靶材2如何分布于载体管1的外表面3上
–
并且被导引经过的基板7可以因此被涂布。此外，多边形载体管1或磁棒4的游移运动可以达成扩大的靶材侵蚀场，从而达成靶材2更好的利用。
76.附图的图1至图5显示依据本发明的溅射装置，其用于在向上溅射方法中的操作。这意味着从靶材2溅射出的粒子在待涂布的基板7的方向上向上移动，所述基板7被移动经过等离子体云6的上方。
77.其他溅射方法，例如向下溅射方法，可以由多溅射靶材结合上述的多边形载体管1以简单的方式而被实施，因为磁棒4绕着一个假想的枢转轴向下180
°
枢转，结果磁棒4是低于自由空间5的对称轴。可选择地，磁棒4是被朝下指向定位于自由空间5中，结果在位于载体管1底部的靶材2前形成等离子体云6。
78.在这种例子中，从靶材2溅射出的粒子被沉积在待被涂布的基板7上，所述基板被导引经过等离子体云6下方。(图7)
79.如果侧向溅射法(亦即横向沉积在基板7上)要被实施，则磁棒4必须经90
°
被移动进入横向位置，结果以此种方式等离子体云6被形成在横向定位的靶材2前。在这种例子中，要被涂布的基板7必须横向垂直地定位于或经过等离子体云6前。(图8)
80.本发明的特殊实施例在图9中被示出。所描述的多边形载体管1在此配备了中心自由空间5，其中两个磁棒4、4.1分别被设置在对称轴的上方和下方。以这种方式，两个等离子体云6、6.1可以被形成在相对应靶材2前的顶部和底部。分别的基板7、7.1可以被导引经过等离子体云或被定位在其处。本发明的实施例的先决条件是多边形载体管1具有偶数个外表面3。
81.图10至11显示具有多溅射靶材或与传统管状磁控管组合，以便能够在公共真空室中执行双极工艺的一些特殊实施例。溅射装配的弹性由此而显著提高。
82.依据本发明的两个多溅射靶材的平行设置，其具有用于在基板7上沉积同一材料的公共mf电源供应10，被示出于图10中。
83.图11显示基本上相同的两个多溅射靶材的平行设置，其具有共享的mf电源供应，用于在基板上沉积不同的材料，其中此处根据附图右侧的多边形载体管1与另一个靶材2被向上旋转进入涂布位置。这允许在基板7上各种材料组合的沉积。
84.图12显示一种特殊变化，其具有根据本发明的多溅射靶材和具有用于在基板7上沉积各种材料的公共mf电源供应10的传统管状磁控管11的同时操作设置。管状磁控管11含有中心自由空间5，磁棒4位于其中并且被管状靶材12所包围。
85.最后，图13显示具有共同mf电源供应的两个多溅射靶材的平行设置，其用于在基板7上沉积同一材料，每个溅射靶材具有多边形载体管1和位于自由空间5中的磁棒4，其中根据附图左侧的多溅射靶材为对称设计，而根据附图右侧的多溅射靶材为非对称设计，从而可能达成磁棒4和靶材2之间的不同距离。从而可能以不同强度的磁场执行溅射。
86.根据本发明的多溅射靶材与传统平面磁控管(未显示)的组合和在共同真空室中的共同mf电源供应也是可能的而没有问题。由这种组合，也可能将材料组合沉积在要被导引经过的基板上。
87.除了图7至图9中示出的具有四个外表面3和倾斜边缘3.1的多边形载体管，多边形载体管1还可以具有如附图的其他图中所示的截面形状。
88.多溅射靶材的本实施例的优点允许向上溅射和向下溅射方法同时被执行。
89.标准磁棒或任何其他合适的磁棒可以被使用作为自由空间5中的磁棒4。
90.在磁控管端块8上和在支撑轴承中操作所需的圆形连接组件9可以通过焊接与载体管1连接，或者相对应的连接组件9被使用作为转接器。(图6)
91.除了商业可取得的磁控管端块7，也可能使用带有调整马达的其他适合的接收装置，只要是角度精确的旋转运动被制成，以便将多边形载体管1上的各种靶材2带入正确的位置，亦即平行于要被涂布的基板7、7.1。
92.多靶材的多边形载体管1围绕固定磁棒的游移运动也是可想到的。
93.参考符号明细
94.1：载体管
95.2：靶材
96.3：外表面
97.3.1：倾斜边缘
98.4、4.1：磁棒
99.5：自由空间
100.6、6.1：等离子体云
101.7、7.1：基板
102.8：磁控管端块
103.9：连接组件
104.10：mf电源供应
105.11：管状磁控管
106.12：管状靶材