專利名稱：操作具有靶的濺射陰極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作磁控管濺射陰極、特別是陰極管或形成一個陣列的幾個陰極管的方法。
背景技術(shù)：
被應(yīng)用到基底上的材料層——例如人造膜或者玻璃-借助于所謂的濺射處理而被頻繁應(yīng)用。這個濺射處理是在等離子體的真空室中進行。
在這個處理中，借助于等離子體中的離子，微粒被擊出靶之外，它們隨后被沉積在與靶相對的基底上。
該靶連接到施加負(fù)電壓的陰極，這樣加速來自等離子體中的陽離子。
為了把最大可能數(shù)量的微粒擊出這個靶之外，在這個靶附近使用的是磁鐵，它的磁場穿過該靶。因此，負(fù)責(zé)等離子體電離的那些電子聚集在靶的表面附近。陰極和永磁體的組合也被稱為″磁控管″。
如果陰極和靶是平面的，該磁控管被稱為一個平面磁控管。
可是，有一段時間，空圓柱磁控管由于它們的靶材料高產(chǎn)而越來越被應(yīng)用。這些磁控管有時也被稱為陰極管。
一個也是管狀的靶被置于在陰極管外側(cè)上。管狀的靶圍繞陰極縱軸旋轉(zhuǎn)，磁鐵被固定放置在陰極中。這些磁鐵的磁場穿過陰極和靶，并因此也被放置在等離子體中。
由于″陰極管″也常常被理解為包括馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)傳輸引入線(leadthrough)、軸承、電滑塊、冷卻裝置線和磁鐵系統(tǒng)，磁鐵系統(tǒng)和靶冷卻的一部分被放置在圓柱形靶中。
具有旋轉(zhuǎn)靶的磁控管陰極的一個濺射裝置早已被知曉，其中，該靶以一種特殊的方式進行冷卻(DE 4117 368 A1)。
在另一已知的旋轉(zhuǎn)磁控管陰極中，在陰極的兩個相反位置提供磁鐵，以便能夠用一個濺射涂層同時提供兩個基底(DE4126236A1)。
最后，還知道一種用于陰極濺射的旋轉(zhuǎn)陰極，它提供一個能夠相對它的軸旋轉(zhuǎn)的管狀結(jié)構(gòu)部分，并且隨著它的軸旋轉(zhuǎn)，至少一種材料要被濺射在它的周圍(EP 0703 599 B1)。這個旋轉(zhuǎn)陰極還包括一個磁鐵系統(tǒng)和一個機構(gòu)方式，使得管狀結(jié)構(gòu)部分在濺射期間的振蕩旋轉(zhuǎn)移動成為可能。這旨在解決用于磁控管協(xié)助的陰極濺射的陰極靶材料的快速交換的方法中所涉及的問題。為了在具有兩個不同旋轉(zhuǎn)靶的配置中獲得均勻的侵蝕，其中每一個靶都以半圓柱的形式生成，在沉積期間允許旋轉(zhuǎn)陰極以等于或小于α/2的幅度振蕩。在兩個不同靶的情況下，它是α＝180°。
本發(fā)明的目的是消除具有靶被移動穿過磁場的濺射陰極中的涂層質(zhì)量的感應(yīng)電流的負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明因此涉及一種用于操作磁控管濺射陰極、特別是陰極管或形成一個陣列的好幾個陰極管的方法。在此類陰極中，一個靶經(jīng)過磁場，因此感應(yīng)電流在磁場被畸變了的靶中流動。這造成基底的不均勻涂層。因此，在磁場和靶之間的相對移動交替地反轉(zhuǎn)它的方向，能夠補償磁場畸變的結(jié)果。這導(dǎo)致將被涂敷在基底上的涂層更均勻。
本發(fā)明實現(xiàn)的優(yōu)點特別包括在具有在一個方向上連續(xù)旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)電靶材料的陰極管或者陰極管配置的情況下，避免了發(fā)生的涂層厚度分布的變形。


本發(fā)明的實施例如圖所示，并將在下面更詳細(xì)地描述。在附圖描述中圖1平行放置在濺射室中的幾個陰極管圖；圖2在具有好幾個陰極管的一個濺射單元的靜態(tài)操作下，基底上的涂層厚度分布圖；圖3在具有好幾個陰極的一個濺射單元的動態(tài)操作下，基底上的涂層厚度分布圖，其中那些陰極在第一方向上旋轉(zhuǎn)；
圖4在具有好幾個陰極的一個濺射單元的動態(tài)操作下，基底上的涂層厚度分布圖，其中那些陰極在第二方向上旋轉(zhuǎn)；圖5穿過一個陰極管的橫截面；圖6穿過等離子體室的縱截面。
具體實施例方式
圖1例示了穿過真空室1的一個截面，其中放置了四個可旋轉(zhuǎn)的陰極管2到5。與這些陰極管2到5相對方向放置的是要被涂敷的基底6，例如一個玻璃板。
每一個陰極管2到5包括一個圓弧形磁軛7到10以及軸承管11到14，在其外側(cè)放置圓柱形靶15到18。
在圖1的描述中，具有相關(guān)靶15到18的管11到14以箭頭19到22的方向(如此是在順時針方向上)旋轉(zhuǎn)。但是，它們還可以在逆時針方向上旋轉(zhuǎn)。
在圓弧形磁軛7到10中放置了三個永磁體組23到34，其中永磁體組23，25；26，28；29，31；和32，34具有同一極性，而分別置于它們之間的永磁體組24，27和30，33具有相反極性。具有永磁體組23到34的磁軛7到10被固定放置，即不隨著管11到14旋轉(zhuǎn)，也不隨著靶15到18旋轉(zhuǎn)。
如果用按照圖1的一個配置濺射靶15到18，則在基底的表面上沉積一個涂層，它由與靶相同的材料組成。在反應(yīng)濺射的情況下，濺射在靶之外的材料還可以進入一個化學(xué)反應(yīng)中，并在它在基底上沉積之前形成一個復(fù)合物。由于陰極管2到5不能無限接近，所以它們彼此有一個間距，這形成不均勻的涂層，該涂層與凸出圖平面的陰極管2到5的縱向軸垂直。
圖2例示了當(dāng)陰極管2到5不旋轉(zhuǎn)時(即，如果在靜態(tài)狀態(tài)執(zhí)行濺射)，延伸金屬涂層的阻抗分布的方式。
陰極管2到5的旋轉(zhuǎn)軸被定向在y方向上。這個y方向是進入圖1平面中的方向。x方向表示圖1中的水平方向。橢圓40到43表示高導(dǎo)電阻抗的區(qū)域，即基底上的低涂層厚度。它們直接位于基底上的單個陰極管2到5的下面。橢圓40到43的主軸因此延伸到陰極管2到5的旋轉(zhuǎn)軸下并且表示高導(dǎo)電阻抗的區(qū)域。由于直接在陰極管下面的磁場弱于陰極管的邊緣區(qū)域中的磁場，所以更少的濺射材料也被沉積在這里?？墒?，較少的靶材料直接沉積在陰極管下面，這是通過較薄的涂層厚度和隨其增加的導(dǎo)電阻抗來反映。橢圓40到43圖示了增加了的導(dǎo)電阻抗區(qū)域；實際上，它們相對狹窄。圖3圖示了如果所有的陰極管2到5在順時針方向上(即在箭頭19到22的方向上)旋轉(zhuǎn)時濺射到基底6上的材料的阻抗分布。
可見，阻抗增加了的區(qū)域沿著單個陰極管2到5的旋轉(zhuǎn)軸的分布不再均勻，即隨著x距離的增加，橢圓變得越來越小。觀測到的橢圓長度變化的影響在單個陰極的情況下也出現(xiàn)；可是，它只是在有好幾個陰極的陰極陣列時變得很引人注目。還不知道增加較少涂層的區(qū)域偏移和隨之在y方向上有高導(dǎo)電阻抗的機構(gòu)。通過重疊等離子區(qū)域，從陰極到陰極進行發(fā)射是可以實現(xiàn)的，從而增加效應(yīng)。
圖4例示了在陰極管2到5逆時針方向旋轉(zhuǎn)的情況下不斷增加的阻抗的分布。在這種情況下，基底6上的濺射材料的不斷增加的阻抗分布也是不均勻的，但是它有相反的意義，即隨著增加距離x，橢圓不斷地變得更大。
很明顯，一方面在順時針方向上以及另一方面在逆時針方向上的旋轉(zhuǎn)期間低沉積區(qū)域的不對稱性是相反方向的。在順時針方向上的旋轉(zhuǎn)(圖3)期間，橢圓44到47的主軸在x方向上變短，而在逆時針方向上的旋轉(zhuǎn)期間，橢圓48到51的主軸在x方向上變長。
如果陰極管2到5在時間t1期間并以規(guī)定的速率在順時針方向上旋轉(zhuǎn)并隨后在同一時間t1期間以同一速率在逆時針方向上旋轉(zhuǎn)，則人們再一次獲得圖2中所述的分布，即，與靜態(tài)濺射中相同的分布。兩個相反方向的誤差可以說是被補償。可是，為了在基底上獲得涂層的最佳均勻性，不需要所有的陰極總是以精確相同的圓周速度并在相同的方向上旋轉(zhuǎn)。相反，旋轉(zhuǎn)的圓周速度和持續(xù)時間可以變化。這特別在單個陰極有制造容差時應(yīng)用。在這種情況下，圓周速度等被應(yīng)用到特定的陰極中。
圖1的陰極管2以放大了的比例再一次在圖5中被描述。在這個圖示中示出的是永磁體23到25建立的磁場的場力線(磁力線)60、61。
可以看出，場力線相對于陰極管11和靶15對稱地延伸，并且直接在陰極管11下的磁場強度弱于在它側(cè)面地磁場強度。
場力線的這個對稱方向應(yīng)用于靜態(tài)操作，即如果陰極管2不圍繞靜態(tài)永磁體23到25旋轉(zhuǎn)?？墒?，如果陰極管2確實圍繞這些永磁體23到25旋轉(zhuǎn)，永磁體23到25的場力線被靶15切割。位于一個正在導(dǎo)電的靶中的電子因此受到垂直于靶15的移動方向和垂直于場力線的方向(即，垂直于圖平面的方向)的力。這使靶中電壓U或電場強度E出現(xiàn)在目標(biāo)的這個方向中，因為電子是沿著靶15的縱軸非均勻地分布。借助于方程式Ei＝vxB可以計算電場強度E，如果Ei是引發(fā)的電場強度，v是靶的圓周速度并且B是永磁體23到25的磁場強度。因此，產(chǎn)生一個感應(yīng)電流，它反過來建立一個磁場，該磁場被疊加在永磁體23到25的現(xiàn)有磁場上。結(jié)果的磁場因此被畸變，這造成圖3和4中描述的不對稱性。
涂層厚度分布的變形發(fā)生在陰極的縱向方向上和垂直于它的方向上。
如圖5所示的磁場被傾斜到一側(cè)通過疊加的磁場，特別是在向右旋轉(zhuǎn)期間傾斜到一個方向，并且在向左旋轉(zhuǎn)的情況下，傾斜到相對的方向的時候。通過旋轉(zhuǎn)方向上相等長度的改變，在一個方向上旋轉(zhuǎn)而發(fā)生的誤差可以通過在相反方向上旋轉(zhuǎn)期間出現(xiàn)的相反方向的誤差來補償。因此，通過旋轉(zhuǎn)方向的已定義時間比例，分布可以沿著y方向明確地偏移。
通過在靶中引發(fā)的電流，在靶和永磁體23、24、25之間還產(chǎn)生強力，它們與靶旋轉(zhuǎn)方向相反。如果在靶和磁場之間發(fā)生一個相對移動，則在這里結(jié)合旋轉(zhuǎn)陰極管描述的效果也相應(yīng)地發(fā)生在平面陰極的動態(tài)操作期間。
圖6描述了穿過具有陰極管2的室1的縱截面。通過位于配件70中的一個驅(qū)動，陰極管2可以被設(shè)置成旋轉(zhuǎn)運動。另外，在這個配件70上，還提供了一個液體入口71和一個液體出口72。要被涂敷的基底6放在陰極管2的下面。一個氣體入口如73表示，與真空室1的相反的側(cè)面上的一個(未示出)氣體的出口位置相對。
陰極管2連接到電壓源74的負(fù)極，其中電壓源74在這里被示為直流電壓源。電壓源74的正極連接到真空室1的底部75。插座墻壁76從包含配件70的大氣層中分開在真空室1中的真空。在配件70中放置了一個液體管道77，它包含液體入口71和液體出口72。與液體管道77同軸放置的是一個不導(dǎo)電材料的管道78。在兩個管道77和78之間放置密封環(huán)79、80、81和兩個軸承配置82、83。在軸承83的配置的前面是一個旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動單元84，它圍繞陰極管2旋轉(zhuǎn)。在陰極管2的另外一端，放置著在軸承87中的這個陰極管2的配件86。88 89表示電源，直流電壓源74的極點連接到它們的上面。
雖然圖6只圖示了一個陰極管，但是在真空室1中放置了與圖平面垂直的好幾個陰極管。這些陰極管每一個都可以裝備有它們自己的驅(qū)動單元。但是，好幾個陰極管使用一個驅(qū)動單元也是可能的。
在一個實施例中，旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動單元84可以根據(jù)箭頭90提供順時針方向的旋轉(zhuǎn)，也可以根據(jù)箭頭91提供逆時針方向的旋轉(zhuǎn)。
陰極管11在一個方向上的旋轉(zhuǎn)至少是360°，以便靶15的所有區(qū)域被用來進行濺射。可是，可以完成順時針方向上的好幾個旋轉(zhuǎn)和隨后在逆時針方向上相同數(shù)目的旋轉(zhuǎn)。但是，在每個方向上的旋轉(zhuǎn)數(shù)目必須總是相等的。
通常，陰極管的旋轉(zhuǎn)速度或角速度是恒定的?？墒牵瓌t上，改變角速度也是可能的。磁場60、61的畸變影響越大，旋轉(zhuǎn)速度越高。
如果陰極管11在順時針方向上以高速旋轉(zhuǎn)n次，則可以在逆時針方向上以低速用m次旋轉(zhuǎn)補償結(jié)果的畸變誤差，其中m＞n。
當(dāng)使用好幾個陰極管時，這形成一個所謂的陰極陣列，從陰極管到陰極管之間彼此的角速度還可以不同。
在圖6中，單個陰極連接到一個直流電壓。可是，利用一個小的陰極對也是可能的，它包括連接到交流電壓上的兩個相似的陰極。在這種情況下，陰極交替地作為陽極和陰極。
本發(fā)明還可以被應(yīng)用在用于靜態(tài)涂層的陰極陣列中。通過靜態(tài)涂層被理解為這樣一個涂層其中，在涂層期間基底靜止并且沒有相對于陰極的移動。磁鐵系統(tǒng)在這里可以在涂層期間相對于靶移動或不移動。
權(quán)利要求
1.用于操作具有靶(15)的濺射陰極(11)的方法，其中濺射陰極和靶(15)相對于磁場(60，61)移動并穿過這個磁場(60，61)，其特征在于如下步驟a)相對移動是在某一個時間t1在第一方向上的一個規(guī)定的間隔s1發(fā)生，b)相對移動是在某一個時間t2內(nèi)在與第一方向(90)相反的第二方向(91)上的一個規(guī)定的間隔s2發(fā)生。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于濺射陰極和靶被實現(xiàn)為平面的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于濺射陰極是一個陰極管(2)，并和管狀靶(15)一起以一個角速度旋轉(zhuǎn)，在與第一方向相反的第二方向中大約是至少360°。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在一個大約至少360°旋轉(zhuǎn)期間，角速度是一個常量。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在一個至少360°的旋轉(zhuǎn)期間，角速度是變化的。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于靶以360°旋轉(zhuǎn)n次，在此n是整數(shù)并且n＞1。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于幾個陰極管(2到5)被定向為平行于它們的縱向軸。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所有的陰極管的角速度相等。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于至少兩個陰極管的角速度不相等。
10.如前面一個或多個權(quán)利要求所述的方法，其特征在于基底(6)被放置與靶(15)隔開一段距離。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于與陰極管(2到5)的縱向軸平行放置一個基底(16)。
12.如權(quán)利要求7或11所述的方法，其特征在于陰極管(2到5)的縱向軸是旋轉(zhuǎn)軸并被放置在共同的平面中。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所有的陰極管具有由同一材料組成的靶(15到18)。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于相對移動的時間t1和t2相等。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于相對移動的時間t1和t2不相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于操作磁控管濺射陰極、特別是陰極管或形成一個陣列的幾個陰極管的方法。在此類陰極中，一個靶經(jīng)過磁場，因此感應(yīng)電流在畸變磁場的靶中流動。這導(dǎo)致基底的不均勻涂層。通過在磁場和靶之間的相對移動交替地反轉(zhuǎn)它的方向，能夠補償磁場畸變的結(jié)果。這得到將被涂敷的基底上的涂層更為均勻。
文檔編號C23C14/35GK1861835SQ20051008881
公開日2006年11月15日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者S·班格特, W·布施貝克, M·哈尼卡, K-A·凱姆, M·薛尼格, J·克倫佩爾-黑塞, A·勒普, H·羅斯特, J·斯克勒德, T·施托萊 申請人:應(yīng)用薄膜股份有限公司