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溅射涂覆基板或制造溅射涂覆基板的方法和设备与流程

2022-07-17 01:52:00 来源:中国专利 TAG:
溅射涂覆基板或制造溅射涂覆基板的方法和设备
1.本发明涉及溅射涂覆具有两个相反的二维延伸表面的基板或制造具有两个相反的二维延伸表面的溅射涂覆基板(也称为“板形”基板)的方法。由此,多于一个板形基板围绕公共轴连续旋转,且相对于公共轴在径向方向上考虑,与基板等距。因此,基板围绕公共轴沿着公共环形轨迹连续旋转。环形轨迹具有内周缘和外周缘及中心线(即,在环形轨迹的外周缘和内周缘之间居中的圆形轨迹线)。
2.在基板围绕公共轴旋转移动期间,它们通过至少一个磁控管溅射源。磁控管溅射源包括固定磁控管-磁体装置和具有靶中心及靶中心轴以及面向环形轨迹的溅射表面的圆形靶。固定磁控管磁体-装置沿靶的溅射表面产生磁控管等离子区域。
3.定义:

我们将“磁控管磁体-装置”理解为一种磁体装置(至少主要是永磁体),与靶的背侧相邻,即与靶的与溅射表面相反的那一侧相邻。磁控管磁体-装置产生磁场,其中磁力线以至少一个隧道状图案在溅射表面上呈弧形,朝向溅射表面看,该图案是闭合回路的。我们称这种磁场为“磁控管磁场”。磁控管磁体-装置包括至少一个面向靶背侧的一个磁极性的磁极表面的回路和嵌套在那个回路内的面向靶背侧的另一个磁极性的磁极表面的装置。嵌套在所提到的磁极表面回路内的磁极表面的装置也可以为磁极表面回路。磁控管磁体装置可包括多于一个的所提到的磁极表面回路和磁极表面的各自嵌套的装置。磁极表面可以为磁体、通过磁轭装置链接的磁体、来自磁体的极靴等的表面。
4.•
我们将术语“磁控管等离子区域”理解为沿着靶的溅射表面的闭合回路区域,沿着该区域,等离子以比该区域旁边燃烧的等离子提高的强度燃烧。磁控管等离子区域遵循由磁控管磁体-装置产生的磁控管磁场,并且具有与平行于溅射表面(即,垂直于撞击在靶-阴极上的电场)的定向磁控管磁场分量基本成比例的等离子强度分布。沿着磁控管等离子区域,溅射表面被最大程度地腐蚀或溅射掉,在溅射表面中产生所谓的“跑道”。因此,沿着由磁控管磁体-装置限定的磁控管等离子区域,基板被最大程度地溅射涂覆。由于成角度的电场和磁控管磁场的相互作用,电子在磁控管磁场中并沿着磁控管磁场被俘获,因此磁控管等离子区域通常也被称为“电子陷阱”。
5.从us 5 182 003知道,通过如上所提到的溅射,和由此通过相对于所述公共轴,在径向上更接近环形轨迹的外周缘而不是环形轨迹的内周缘建立磁控管等离子区域的第一方位角范围,并且通过相对于所述公共轴,在径向上更接近环形轨迹的内周缘而不是环形轨迹的外周缘建立小于第一方位角范围的磁控管等离子区域的第二方位角范围,由此补偿在基板的二维延伸表面之一上沉积的层厚度的变化。
6.定义:

我们将术语“方位角范围”理解为围绕公共轴(也称为第一轴)的圆上弧的长度。
7.我们将术语“方位角间距”理解为由围绕公共轴的圆上的弧链接的两个区域之间的间距。
8.本发明的一个目的是改进这样的已知技术。
9.根据本发明,这通过溅射涂覆具有两个相反的二维延伸表面的基板或制造具有两
个相反的二维延伸表面的溅射涂覆基板的方法来实现,所述方法包括:

围绕公共轴,且相对于公共轴在径向上与基板等距,并且沿着环形轨迹连续旋转多于一个基板,相对于所述公共轴在径向方向上考虑,所述环形轨迹包括内周缘、外周缘和中心线;

使二维延伸表面之一通过至少一个磁控管溅射源,所述磁控管溅射源包括圆形靶,所述圆形靶具有朝向环形轨迹的溅射表面、在溅射表面上的靶中心、靶中心轴,和沿着溅射表面产生磁控管等离子区域的固定磁控管-磁体装置;

使用磁控管磁体装置,通过如下减小在基板上沉积的层厚度的变化:

a1)相对于公共轴在径向上更接近环形轨迹的外周缘而不是环形轨迹的内周缘,建立磁控管等离子区域的第一方位角范围;

b1)相对于公共轴在径向上更接近环形轨迹的内周缘而不是环形轨迹的外周缘,建立小于第一方位角范围的磁控管等离子区域的第二方位角范围;

c1)相对于公共轴在径向上在第一和第二方位角范围之间,建立磁控管等离子区域的第三方位角范围,所述第三方位角范围小于第二方位角范围;

d1)由磁控管等离子区域覆盖圆形靶的中心;并且

使靶围绕靶中心轴旋转。
10.根据步骤c1),通过用磁控管磁体-装置在第一和第二方位角范围之间建立小于第二方位角范围的磁控管等离子区域的第三方位角范围,圆形靶朝向靶中心的方位角范围增加被考虑在内。
11.由于固定磁控管磁体-装置只沿溅射表面的受限区域产生磁控管等离子区域,并且在靶上的净再沉积(即,尽管同时溅射掉但仍余留的再沉积,尤其与靶材料不同的材料的再沉积)有待最小化或甚至避免,因此,使靶围绕其中心轴旋转,并且圆形靶的中心由磁控管等离子区域覆盖。由此,靶的整个溅射表面变为净再沉积达到最小或甚至净溅射,并且净再沉积最小化或甚至避免。此外,改善了靶材料的利用。
12.定义:我们将术语“净溅射”和“净再沉积”理解为同时发生的材料溅射掉和材料再沉积的平衡。
13.如果在包含至少一种反应性气体的气氛中进行溅射,则在基板上沉积并且可以在溅射表面上再沉积的材料由溅射表面溅射掉的与至少一种反应性气体反应过的材料组成。尤其在这种情况下,应使净再沉积最小化或甚至避免。
14.根据本发明的方法的一种变型包括相对于公共轴在径向上在所述第一和所述第二方位角范围之间居中,建立磁控管等离子区域的第三方位角范围。
15.根据本发明的方法的一种变型包括相对于所述公共轴在径向上与所述环形轨迹的所述中心线对齐,建立所述磁控管等离子区域的所述第三方位角范围。
16.代替如以上在第一种方法下所提到的调节各自方位角范围,在第二种方法下,根据本发明,本发明的目的还通过调节磁控管磁场的各自平均强度来解决。
17.这通过溅射涂覆具有两个相反的二维延伸表面的基板或制造具有两个相反的二维延伸表面的溅射涂覆基板的方法来实现,所述方法包括:

围绕与基板等距且垂直于基板平面的公共轴,且沿着环形轨迹连续旋转多于一
个基板,所述基板的二维延伸表面沿着所述基板平面延伸,所述环形轨迹包括内周缘、外周缘和中心线;

使二维延伸表面之一通过至少一个磁控管溅射源,所述磁控管溅射源包括圆形靶,所述圆形靶具有在溅射表面上的靶中心、靶中心轴和面向所述环形轨迹的溅射表面,及沿着溅射表面产生磁控管等离子区域的固定磁控管-磁体装置;

使用磁控管磁体装置,通过如下减小在基板上沉积的层厚度的变化:

a2)相对于公共轴在径向上更接近环形轨迹的外周缘而不是环形轨迹的内周缘,建立第一平均磁控管磁场强度;

b2)相对于公共轴在径向上更接近环形轨迹的内周缘而不是环形轨迹的外周缘,建立小于第一平均磁控管磁场强度的第二平均磁控管磁场强度;

c2)在相对于公共轴在径向上在施加第一和第二平均强度之间的轨迹处,建立第三平均磁控管磁场强度,所述第三平均强度小于第二平均强度;

d2)由磁控管等离子区域覆盖圆形靶的中心;并且

使靶围绕靶中心轴旋转。
18.定义:我们将术语“平均磁控管磁场强度”理解为,更接近外周缘、更接近内周缘以及它们之间,在所提到的沿溅射表面的轨迹处的方位角范围内平均的磁控管磁场强度。
19.刚才所提到的本发明的方法的一种变型包括在相对于公共轴在径向上在施加第一和第二平均强度之间居中的轨迹处,建立第三平均磁控管磁场强度。
20.刚才所提到的本发明的方法的一种变型包括在相对于公共轴在径向上与环形轨迹的中心线对齐的轨迹处,建立第三平均磁控管磁场强度。
21.在第一种方法下本发明的一种变型包括,相对于公共轴在径向上更接近环形轨迹的外周缘,另外建立第一平均磁控管磁场强度,并且相对于公共轴在径向上更接近环形轨迹的内周缘而不是环形轨迹的外周缘,建立小于第一平均磁控管磁场强度的第二平均磁控管磁场强度。
22.刚才所提到的变型的一种变型包括,相对于公共轴在径向上在第一平均强度和第二平均强度之间,建立第三平均磁控管磁场强度,所述第三平均磁控管磁场强度小于第二平均磁控管磁场强度。
23.刚才所提到的变型的一种变型包括相对于公共轴在径向上在第一平均强度和第二平均强度之间居中,建立第三平均磁控管磁场强度。
24.作为附加或替代,根据本发明的方法的一种变型包括相对于公共轴在径向上与环形轨迹的中心线对齐,建立第三平均磁控管磁场强度。
25.可通过本发明的方法的变型另外调节沿基板的溅射沉积均匀性,其中新态的溅射表面沿着溅射表面平面延伸,并且磁控管磁体装置的磁极表面沿着磁体装置平面延伸,溅射表面平面和磁体装置平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
26.在本发明的方法的替代变型中,对于刚才所提到的倾斜或对其附加地,新态的溅射表面沿着溅射表面平面延伸,并且与溅射源对齐的基板沿着基板平面延伸,所述溅射表面平面和基板平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
27.在本发明的方法的替代变型中,对于刚才所提到的倾斜或对其附加地,靶背侧沿
着背侧平面延伸,并且所述磁控管磁体装置的磁极表面沿着磁体装置平面延伸,所述背侧平面和磁体装置平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
28.在根据本发明的方法的替代变型中,并且对于刚才所提到的倾斜或对其附加地,靶背侧沿着背侧平面延伸,并且与所述溅射源对齐的基板沿着基板平面延伸,所述背侧平面和基板平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
29.在根据本发明的方法的替代变型中,并且对于刚才所提到的倾斜或对其附加地,新态的溅射表面沿着溅射表面平面延伸,并且靶背侧沿着背侧平面延伸,所述背侧平面和溅射表面平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
30.在根据本发明的方法的替代变型中,并且对于刚才所提到的倾斜或对其附加地,与溅射源对齐的基板沿着基板平面延伸,并且磁控管磁体装置的磁极表面沿着磁体装置平面延伸,所述基板平面和磁体装置平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
31.因此,根据本发明的方法的另一种变型包括沿着垂直于包含公共轴和靶中心的平面的相交线进行所提到的相交。
32.在根据本发明的方法的一种变型中,将所提到的角α选择为0
°
《α≤10
°

33.在根据本发明的方法的一种变型中,如下调整磁控管等离子区域,所述磁控管等离子区域涉及相对于靶中心的角位置,并且以沿着公共轴和靶中心之间的径向线向外方向为零角度:

在从0
°
到170
°
至190
°
的范围内:沿着圆形靶的周缘:

随后:向内弯曲以通过靶中心,并且

随后:向外朝向圆形靶的周缘弯曲;

随后:沿着圆形靶的周缘回到0
°

34.在根据本发明的方法的刚才提到的变型的一种变型中,沿着圆形靶的周缘产生磁控管等离子区域,作为割线,以30
°
至50
°
范围内的角开始。
35.在其中基板为圆形的根据本发明方法的一种变型中,围绕垂直于相反的二维延伸表面的基板中心轴分别传动地旋转基板。
36.在根据本发明的方法的一种变型中,靶中心与环形轨迹的中心线对齐。
37.在根据本发明的方法的一种变型中,靶为硅靶。
38.在根据本发明的方法的一种变型中,在包含至少一种反应性气体的气氛中从靶进行溅射,并且与至少一种反应性气体反应过的溅射掉的材料层沉积在基板上。
39.在根据本发明的方法的一种变型中,反应性气体为氢气和氧气之一。
40.根据本发明的方法的一种变型包括使两个二维延伸表面之一通过至少两个所提到的溅射源。
41.根据本发明的方法的一种变型包括,使两个二维延伸表面之一通过至少两个所提到的溅射源,至少两个溅射源的靶为硅靶,在包含至少一种反应性气体的各自气氛中从靶进行溅射,并且在基板上沉积与至少一种反应性气体反应过的溅射掉的材料的各自层,在至少两个溅射源中的一个处的反应性气体为氧气,在至少两个溅射源中的另一个处的反应性气体为氢气。
42.根据本发明的方法的两种或多于两种所提到的变型,如果它们不矛盾,则可以组合。
43.在第一种方法下,根据本发明,以上概括的目的还通过用于具有两个相反的二维延伸表面的基板的溅射涂覆设备来解决,所述设备包括:

壳体中的基板输送器,所述输送器可围绕第一轴传动地旋转,并且包括与第一轴在径向上等距的多于一个基板支撑件,基板支撑件由此可沿着环形轨迹旋转地移动,相对于第一轴在径向方向上考虑,所述环形轨迹具有外周缘、内周缘和中心线;

至少一个溅射源,所述溅射源包括圆形靶,所述圆形靶具有朝向环形轨迹的溅射表面、在溅射表面上的靶中心、靶中心轴和与溅射表面相反的背侧,所述溅射源还包括面向背侧的固定磁控管磁体-装置;

所述固定磁控管磁体装置包括第一磁体装置和第二磁体装置,第一磁体装置限定面向背侧的一个磁极性的磁极表面的外部闭合回路,第二磁体装置具有面向背侧且嵌套在闭合回路内的另一个磁极性的磁极表面;

第一方位角间距,在第一和第二磁体装置之间,且相对于第一轴在径向上更接近环形轨迹的外周缘而不是环形轨迹的内周缘;

第二方位角间距,在第一和第二磁体装置之间,且相对于第一轴在径向上更接近环形轨迹的内周缘而不是环形轨迹的外周缘,并且比第一方位角间距短;

第三方位角间距,在第一和第二磁体装置之间,且相对于第一轴在径向上位于第一和第二方位角间距之间,并且比第二方位角间距短;

所述靶中心位于第一和第二磁体装置之间的间距中;

所述靶可围绕靶中心轴传动地旋转。
44.在根据本发明的设备的一个实施方案中,第三方位角间距相对于第一轴在径向上在第一和第二方位角间距之间居中。
45.在根据本发明的设备的一个实施方案中,第三方位角间距相对于第一轴在径向上与环形轨迹的中心线对齐。
46.在第二种方法下,根据本发明,以上概括的目的还通过用于具有两个相反的二维延伸表面的基板的溅射涂覆设备来解决,所述设备包括:

壳体中的基板输送器,所述输送器可围绕第一轴传动地旋转,并且包括与第一轴在径向上等距的多于一个基板支撑件,基板支撑件由此可沿着环形轨迹旋转地移动,相对于第一轴在径向方向上考虑,所述环形轨迹具有外周缘、内周缘和中心线;

至少一个溅射源,所述溅射源包括圆形靶,所述圆形靶具有朝向环形轨迹的溅射表面、在溅射表面上的靶中心、靶中心轴和与溅射表面相反的背侧,所述溅射源还包括面向背侧的固定磁控管磁体-装置;

所述固定磁控管磁体装置包括第一磁体装置和第二磁体装置,第一磁体装置限定面向背侧的一个磁极性的磁极表面的外部闭合回路,第二磁体装置具有面向背侧且嵌套在闭合回路内的另一个磁极性的磁极表面;

在溅射表面上且在第一方位角间距上的第一平均磁控管磁场强度,所述第一方位角间距在第一和第二磁体装置之间,且相对于第一轴在径向上更接近环形轨迹的外周缘而不是环形轨迹的内周缘;

在溅射表面上且在第二方位角间距上的弱于第一平均磁场强度的第二平均磁控管磁场强度,所述第二方位角间距在第一和第二磁体装置之间,且相对于第一轴在径向上
更接近环形轨迹的内周缘而不是环形轨迹的外周缘;

在溅射表面上且在第三方位角间距上的第三平均磁控管磁场强度,所述第三方位角间距在第一和第二磁体装置之间,相对于第一轴在径向上位于第一和第二方位角间距之间,并且第三平均磁控管磁场强度比第二磁场强度弱;

所述靶中心位于第一和第二磁体装置之间的间距中;

所述靶可围绕靶中心轴传动地旋转。
47.在刚才提到的设备的一个实施方案中,第三平均强度相对于公共轴在径向上在第一和第二平均强度之间居中地定位。
48.在刚才提到的设备的一个实施方案中,第三平均强度相对于第一轴在径向上与环形轨迹的中心线对齐地定位。
49.第一种方法下的设备的一个实施方案还包括:

在溅射表面上且在第一方位角间距上的第一平均磁控管磁场强度,所述第一方位角间距在第一和第二磁体装置之间,且相对于第一轴在径向上更接近环形轨迹的外周缘而不是环形轨迹的内周缘;

在溅射表面上且在第二方位角间距上的弱于第一平均磁场强度的第二平均磁控管磁场强度,所述第二方位角间距在第一和第二磁体装置之间,且相对于第一轴在径向上更接近环形轨迹的内周缘而不是环形轨迹的外周缘。
50.根据本发明的设备的刚才提到的实施方案的一个实施方案包括在溅射表面上且在第三方位角间距上的第三平均磁控管磁场强度,所述第三方位角间距在第一和第二磁体装置之间,相对于第一轴在径向上位于第一和第二方位角间距之间,并且第三平均磁控管磁场强度比第二平均磁场强度弱。
51.在根据本发明的设备的刚才提到的实施方案的一个实施方案中,第三平均磁控管磁场强度相对于第一轴在径向上在第一平均磁控管磁场强度和第二平均磁控管磁场强度之间。
52.作为刚才提到的设备的实施方案的补充或替代,在根据本发明的设备的一个实施方案中,第三平均磁控管磁场强度相对于第一轴在径向上与环形轨迹的中心线对齐。
53.在根据本发明的设备的一个实施方案中,新态的溅射表面沿着溅射表面平面延伸,并且所述磁控管磁体装置的磁极表面沿着磁体装置平面延伸,所述溅射表面平面和磁体装置平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
54.在根据本发明的设备的一个实施方案中,新态的溅射表面沿着溅射表面平面延伸,并且与溅射源对齐的基板沿着基板平面延伸,所述溅射表面平面和基板平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
55.在根据本发明的设备的一个实施方案中,靶背侧沿着背侧平面延伸,并且所述磁控管磁体装置的磁极表面沿着磁体装置平面延伸,所述背侧平面和磁体装置平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
56.在根据本发明的设备的一个实施方案中,靶背侧沿着背侧平面延伸,并且与溅射源对齐的基板沿着基板平面延伸,所述背侧平面和基板平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
57.在根据本发明的设备的一个实施方案中,新态的溅射表面沿着溅射表面平面延伸,并且靶背侧沿着背侧平面延伸,所述背侧平面和溅射表面平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
58.在根据本发明的设备的一个实施方案中,与溅射源对齐的基板沿着基板平面延伸,并且所述磁控管磁体装置的磁极表面沿着磁体装置平面延伸,所述基板平面和磁体装置平面以0
°
《α≤20
°
的角α相交。
59.在根据本发明的设备的一个实施方案中,所提到的平面沿着垂直于包含第一轴和靶中心的平面的线相交。
60.在根据本发明的设备的一个实施方案中,有效的是:0
°
《α≤10
°

61.在根据本发明的设备的一个实施方案中,第一磁体装置如下限定了回路,所述回路涉及相对于靶中心的角位置,且以从第一轴到所述靶中心的向外径向方向作为零角度:

在从0
°
到170
°
至190
°
的范围内:沿着圆形靶的周缘;

随后:向内弯曲以通过靶中心;并且

随后:向外朝向圆形靶的周缘弯曲;

随后:沿着圆形靶的周缘回到0
°

62.在根据本发明的设备的一个实施方案中,靶中心位于由第一磁体装置限定的回路和嵌套在所提到的回路中的第二磁体装置之间。
63.在根据本发明的设备的一个实施方案中,靶中心与环形轨迹的中心线对齐。
64.在根据本发明的设备的一个实施方案中,回路相对于圆形靶限定了割线,割线以30
°
至50
°
范围内的角偏离。
65.在根据本发明的设备的一个实施方案中,基板支撑件可围绕各自的支撑件中心轴传动地旋转。
66.在根据本发明的设备的一个实施方案中,靶为硅靶。
67.根据本发明的设备的一个实施方案包括进入所述壳体的气体进料,所述气体进料连接到包含至少一种反应性气体的气罐装置。
68.在根据本发明的设备的一个实施方案中,所提到的气罐装置包含氧气和氢气至少之一。
69.根据本发明的设备的一个实施方案包括至少两个所提到的溅射源。
70.一个或多于一个所提到的实施方案,如果不矛盾,则可以组合。
71.现在将借助于附图进一步举例说明本发明。
72.附图显示:图1:示意和简化地显示根据本发明的设备的一个实施方案的区段的侧视图;图2:示意和简化地显示根据图1的设备的区段的顶视图;图3:在类似于图2的图示中显示根据本发明的一个实施方案/变型在靶的溅射表面上的磁控管等离子区域;图4:在类似于图2的图示中定性显示根据本发明的一个实施方案/变型沿溅射表面的磁控管等离子区域;图5:在类似于图2的图示中定性显示在根据本发明的一个实施方案/变型中磁控管磁体装置的磁极表面的过程;图6:在类似于图2的图示中定性显示在本发明的一个实施方案/变型中沿着溅射表面的磁控管等离子区域和磁控管磁场强度的各自分布;图7:在示意性和简化侧视图示中显示在根据本发明的一个实施方案/变型中磁控
管磁体装置和靶的相互微调布置;图8:在示意性和简化侧视图示中显示在根据本发明的一个实施方案/变型中靶和基板的相互微调布置;图9:在示意性和简化侧视图示中显示在根据本发明的一个实施方案/变型中靶和磁控管磁体装置的相互微调布置;图10:在示意性和简化侧视图示中显示在根据本发明的一个实施方案/变型中靶和基板的相互微调布置;图11:在示意性和简化侧视图示中显示在根据本发明的一个实施方案/变型中靶的背侧和溅射表面的相互微调布置;图12:在示意性和简化侧视图示中显示在根据本发明的一个实施方案/变型中磁控管磁体装置和基板的相互微调布置;图13:在示意性和简化顶视图示中显示具有至少两个本发明的溅射源的根据本发明的一个实施方案/变型。
73.图1最示意性和简化地在侧视图示中显示用于具有两个相反的二维延伸表面的基板的进行根据本发明的方法的溅射涂覆设备的区段,图2也是根据图1的设备的区段的最示意性和简化的顶视图示。
74.真空接收器3(也作为“壳体”提到)内的基板输送器1,可围绕由驱动器2驱动的第一轴a1连续旋转ω1。在基板输送器1上提供多于一个或多个基板支撑件5,基板支撑件5的中心c5与轴a1等距。基板支撑件5构造成分别支撑或保持具有两个相反的二维延伸表面7a和7b的基板7。在图1的实施方案中并且作为实例,基板7的二维延伸表面沿着公共基板平面e7延伸。尽管如此,如例如在图8中所例示,基板7可相对于平面e7以倾斜的位置布置在基板支撑件5上。如图1中所示,基板7可以是平的,但也可以是弯曲的,或者二维延伸表面之一可以是弯曲的,另一个为平面。
75.我们将“基板”理解为单件,但也可在一个基板支撑件5上同时处理和输送多于一个单件。
76.如图2中所示,基板支撑件5和因此基板7沿着环形轨迹l7移动。环形轨迹l7相对于第一轴a1具有外周缘po、内周缘pi和在周缘po和pi之间居中的中心线lc7。
77.沿着它们的旋转路径,基板支撑件5上的基板7通过至少一个基板处理站,从而通过至少一个溅射源9。溅射源9包括具有靶中心c11、靶中心轴a11的圆形靶11。
78.在顶视图中,靶中心c11可以在一些实施方案中并且如图1和2中所示地与中心线cl7对齐。靶11具有朝向环形轨迹l7的溅射表面11a和与溅射表面11a相反的背侧11b。
79.溅射源9还包括面向并邻近靶11的背侧11b的磁控管磁体装置13。如在14处示意性示出,磁控管磁体装置相对于真空接收器3是固定的。
80.靶11与随之的靶座15可相对于固定磁控管磁体装置13围绕由驱动器12驱动的靶中心轴a11旋转。
81.经由旋转接触装置16,靶11由等离子供应源18供电。如果靶11由沿着靶座15的通道装置20冷却,则液体冷却介质m经由可旋转的流动连接装置22供应到靶座15。
82.在图3和类似于图2的图示中,显示了磁控管装置13的顶视图。
83.当基板7以恒定角速度-ω1-通过靶11时,基板7的各区域的方位角速度va与距第
一轴a1的径向距离r成比例。假设如图3中所示溅射表面11a上的预定溅射区域k,可以看出,基板7的给定区域暴露于这样的溅射区域k的时间跨度随着径向间距r变得越大而减小。
84.根据本发明并且在第一种方法下,磁控管等离子区域的方位角范围适应于不同基板区域相对于第一轴a1的方位角速度va,和基板区域通过靶11的溅射表面11a的方位角范围。
85.为了这样做并且根据图3,磁控管磁体装置13构造成在磁控管等离子25更接近环形轨迹l7的外周缘po而不是环形轨迹l7的内周缘pi的区域产生第一方位角范围ae1。根据图3的实施方案,第一方位角范围ae1接近且沿着环形轨迹l7的外周缘po或邻近外周缘po。
86.在磁控管等离子25更接近环形轨迹l7的内周缘pi而不是环形轨迹l7的外周缘po的区域产生第二方位角范围ae2。这个第二方位角范围ae2比第一方位角范围ae1短。根据图3的实施方案,第二方位角范围ae2接近且沿着环形轨迹l7的内周缘pi或邻近内周缘pi。
87.靶应都沿着其溅射表面被溅射掉,一方面以改善靶材料的利用,另一方面且在进行反应溅射时最重要的是,最小化或甚至避免材料在溅射表面11a上的净再沉积。
88.因此,靶11相对于固定磁控管装置13并因此相对于图3的磁控管等离子25的固定区域旋转。
89.由于靶围绕轴a11的旋转不会使靶中心c11移位,并且该中心区域也将被溅射掉,因此由磁控管磁体装置13在磁控管等离子25的区域中产生第三方位角范围ae3,它短于第二方位角区域ae2,并因此呈现磁控管等离子25区域的回路的收缩。因此并且无论靶11的旋转如何,靶中心c11在短于更接近周缘po和pi的靶区域被溅射掉的时间跨度的时间跨度内被溅射掉,从而减小靶中心c11的整体侵蚀,以变得至少类似于更接近周缘po, pi的侵蚀量。
90.根据图4,示出了根据本发明方法的一个实施方案并通过根据本发明的设备的磁控管磁体装置13的实施方案产生的磁控管等离子25的区域,磁控管等离子25的区域定位为沿着靶11的周缘p11以0
°
的角ω开始,直到在r1范围的角ω:170
°
≤ω≤190
°

91.请注意,角ω以靶中心为原点,且以靶中心c11与第一轴a1的径向连接线的向外方向为零角度值来定义。
92.随后,磁控管等离子25的区域朝向靶中心c11弯曲,通过靶中心c11,并向外弯曲,以再次沿着靶的周缘p11传播,回到ω=0
°

93.请注意,同样根据图4,作为实例,靶中心c11与环形轨迹l7的中心线cl7对齐。绝对有可能使靶中心c11定位为移向环形轨迹l7的周缘po或pi之一。
94.此外并且着眼于图3,相对于第一轴a1在径向方向上考虑,方位角范围ae3不必在方位角范围ae1和ae2之间居中。因此并且着眼于图4,相对于第一轴a1在径向方向上考虑,靶中心c11和覆盖靶中心c11的磁控管等离子25的各自区段不必在磁控管等离子25的最外部分和最内部分之间居中。
95.如果磁控管等离子25的区域遵循靶11的周缘p11,作为割线25a(如以点划线所示),以30
°
≤ω≤50
°
的ω的范围r2偏离,则由于围绕第一轴a1的基板旋转和溅射整个溅射表面11a,就避免基板7上的溅射沉积层的厚度变化而言,取得甚至更准确的效果。
96.图5定性地以顶视图显示磁控管磁体装置13。
97.固定磁控管磁体装置13的第一磁体装置27限定了一个磁体极性的后续磁极表面
po1的闭合回路。磁控管磁体装置13固定和因此磁极表面po1固定,在图5中在14处表示。磁极表面po1面向靶11的背侧11b,后者在图5中未示出。因此,该回路不必由各自、不间断的磁极表面po1系列形成,而只是由多个磁极表面po1的定位来限定。
98.由一个磁极性的磁极表面po1限定的回路遵循靶11的周缘p11定位,由此在0
°
的角ω开始,直到范围r1中的角ω:170
°
≤ω≤190
°

99.随后,由第一磁体装置27的磁极表面po1限定的回路朝向靶中心c11弯曲,在靶中心c11附近通过并且向外弯曲,以再次沿着靶的周缘p11传播,回到ω=0
°

100.作为实例,图5以虚线显示磁控管磁体装置13的第二磁体装置29,如由第二磁体极性的第二磁极表面po2的装置限定,并且嵌套在由第一磁体装置27的第一磁极表面po1限定的回路中。第二磁体装置29提供面向靶11的背侧11b的第二磁体极性的磁极表面po2。第二磁体装置29包括中心区域29c。靶中心c11位于第二磁体装置29的中心区域29c和由靶中心c11附近的第一磁体装置27的磁极表面po1限定的区域之间。
101.在图5中未显示,图4的磁控管等离子25的区域的割线25a由以30
°
≤ω≤ 50
°
的ω的范围r2偏离的如第一磁体装置27限定的回路的相应割线实现。
102.到现在为止且在本发明的第一种方法下,我们已经描述了磁控管等离子25的固定区域以及与旋转靶11和连续旋转基板输送器1及因此与基板7相结合的磁控管磁体装置13的各自、固定的第一磁体装置27,用于通过选择性调整由与第一轴a1间隔不同的基板的不同区域通过的磁控管等离子区域的方位角范围,使溅射沉积层的厚度变化最小化,并实现溅射表面11a的全面净溅射。
103.解决以上提到的目的的第二种方法将借助于图6解释,图6显示了靶11的溅射表面11a,并且就磁控管等离子26的区域的过程而言,不同于图4的实施方案或变型。
104.方位角范围ae1a到ae3a至少是相似的,并且差异不足以根据需要使基板7上溅射沉积层的厚度变化最小化。
105.代替如图4的实施方案的回路25那样调整磁控管等离子区域的回路区域的过程,在这种方法中,沿着磁控管等离子26区域的回路适当地改变在各自方位角范围ae1a至ae3a内平均的磁场强度。
106.在其中基板7沿着更接近环形轨迹l7的外周缘po而不是环形轨迹的内周缘pi的方位角通路通过靶11的溅射表面11a的区域中,根据如图6中所示的实施方案,密切沿着或邻近周缘po施加第一平均磁控管磁场强度h1。
107.在其中基板7沿着更接近环形轨迹l7的内周缘pi而不是环形轨迹l7的外周缘po的方位角通路ae2通过靶11的区域中,施加第二平均磁控管磁场强度h2。平均强度h2小于平均强度h1,如由各自表示磁控管磁场强度的箭头的各自厚度示意性表示。在图6的实施方案中,紧密沿着或邻近内周缘pi选择方位角通路ae2a。
108.在基板7通过靶中心c11所沿的第三方位角通路ae3a中,施加第三平均磁控管磁场强度h3,它小于第二平均磁控管磁场强度h2。
109.这里我们再次提到,靶中心c11不必一定要与环形轨迹l7的中心线cl7对齐,如图6的实施方案中所示,而是可以相对于第一轴a1在径向方向上从中心线cl7移位地定位。
110.此外,第三方位角通路ae3a不必一定在方位角通路ae1a和ae2a之间居中,如图6的实施方案中所示,并且相对于第一轴a1在径向方向上考虑。
111.正如磁控管领域的技术人员所熟知,不同强度h1至h3的磁控管磁场通过在磁控管磁体装置13处提供多个磁极表面来实现,这些磁极表面分别沿着磁控管磁体装置13的第一和/或第二磁体装置改变,和/或通过沿着第一和/或第二磁体装置改变磁体强度来实现。
112.绝对有可能组合根据图4和图5的实施方案的方法与根据图6的实施方案的方法。因此并且着眼于根据图4的实施方案,磁控管磁场的平均强度可以改变,如图4中由箭头h1至h3以虚线所例示。
113.在一个实施方案中并且如附图中所例示,基板7是圆形的,并且在一个实施方案中,至少在暴露于靶11的溅射表面11a期间,通过驱动器19且如图2中示意显示,围绕沿着中心线cl7定位的各自基板中心轴a7旋转ω7。
114.正如磁控管领域的技术人员所熟知,磁极表面po1, po2可以由至少两个串联连接并通过轭装置链接的永磁体装置来实现,或者由连接到一个或多于一个(串联)永磁体的极靴的表面来实现,或通过组合这样的方法来实现。
115.可能与反应性气体反应的溅射材料的沉积速率受以下至少一种影响:a)溅射表面11a和面向靶11的背侧11b的磁控管磁体装置13的磁极表面之间的间距,b)溅射表面11a和基板之间的间距,c)靶的背侧11b和磁控管磁体装置13的磁极表面之间的间距,d)背侧表面11b和基板之间的间距,e)溅射表面11a和靶11的背侧11b之间的间距,f)基板和磁控管磁体装置13的磁极表面之间的间距。
116.因此,通过在溅射源9处和/或在溅射源9的各自部分与通过围绕第一轴a1旋转ω1而与溅射源9对齐的基板7之间选择性改变一个或多于一个所提到的间距,可进行沉积速率分布的微调。
117.图7示意性和简化地显示了利用根据(a)的影响来微调基板7上的沉积速率分布以及整个溅射表面11a的净溅射。
118.新态(即仍未溅射)的靶11的溅射表面11a沿着溅射表面平面pss延伸。磁控管磁体装置13的磁极表面po1, po2,在图7中在po处示意性显示,沿着磁体装置平面pm延伸或限定磁体装置平面pm。
119.溅射表面平面pss和磁体装置平面pm可以布置成以角度α1相互交叉,角度α1经选择以微调在基板7上沉积的层的厚度均匀性以及整个溅射表面11a的净溅射。
120.图8示意性和简化地显示了利用根据(b)的影响来微调基板7上的沉积速率分布以及整个溅射表面11a的净溅射。
121.基板7在与溅射源9对齐时沿着基板平面ps延伸。
122.溅射表面平面pss和基板平面ps可以布置成以角度α2相互交叉,角度α2经选择以微调在基板7上沉积的层的厚度均匀性以及整个溅射表面11a的净溅射。
123.图9示意性和简化地显示了利用根据(c)的影响来微调基板7上的沉积速率分布以及整个溅射表面11a的净溅射。
124.靶11的背侧11b沿着背侧平面pbs延伸。
125.背侧平面pbs和磁体装置平面pm可以布置成以角度α3相互交叉,角度α3经选择以
微调在基板7上沉积的层的厚度均匀性以及整个溅射表面11a的净溅射。
126.图10示意性和简化地显示了利用根据(d)的影响来微调基板7上的沉积速率分布以及整个溅射表面11a的净溅射。
127.背侧平面pbs和基板平面ps可以布置成以角度α4相互交叉,角度α4经选择以微调在基板7上沉积的层的厚度均匀性以及整个溅射表面11a的净溅射。
128.图11示意性和简化地显示了利用根据(e)的影响来微调基板7上的沉积速率分布以及整个溅射表面11a的净溅射。
129.背侧平面pbs和溅射表面平面pss可以布置成以角度α5相互交叉,角度α5经选择以微调在基板7上沉积的层的厚度均匀性以及整个溅射表面11a的净溅射。
130.图12示意性和简化地显示了利用根据(f)的影响来微调基板7上的沉积速率分布以及整个溅射表面11a的净溅射。
131.磁体装置平面pm和基板平面ps可以布置成以角度α6相互交叉,角度α6经选择以微调在基板7上沉积的层的厚度均匀性以及整个溅射表面11a的净溅射。
132.分别提到的两个平面的相互倾斜可以在任何方向上实现。如已经提到的,在基板7上沉积的材料层的厚度变化由基板区域与第一轴a1的不同径向间距引起。
133.为了在径向方向上进行微调,相对于第一轴a1,在一个实施方案中提供了相应两个平面的所提到的倾斜,使得所提到的两个平面的各自相交线il垂直于包含第一轴a1和靶中心c11的平面pα(图2)。
134.具有倾斜角α1至α6的各对平面的所提到的相互倾斜在0
°
《α≤10
°
的范围内选择。
135.在一种根据本发明的方法的变型或设备的实施方案中,靶11的材料为硅。鉴于硅是一种相对较低成本的材料,靶材料的最佳利用是次重要的,最重要的是靶11的整个溅射表面11a被净溅射掉。
136.如果在包含至少一种反应性气体的气氛中进行磁控管溅射,并且涂层材料沉积在基板7上,则这一点尤其明显,所述涂层材料包括与一种或多于一种反应性气体反应过的靶材料,因此为不同于靶材料的材料。在溅射表面11a上净再沉积涂层材料可以称作靶中毒,并且通过根据本发明的方法和设备最小化或甚至避免。
137.在图1中,包含至少一种反应性气体g的罐装置40直接与溅射源9流动连接,如图所示,或经由真空接收器3的区段(未显示)与溅射源9流动连接。
138.根据图13的对进行根据本发明的方法的根据本发明的设备的示意性和简化顶视图,提供至少两个溅射源9,即溅射源9a, 9b。可以沿着环形轨迹l7(在图13中未显示)提供用于基板7的附加处理源。
139.在本发明的一个实施方案/变型中,均根据本发明实现的所述至少两个溅射源9a, 9b具有各自的硅靶11。至少两个溅射源之一,例如根据图13的源9a,在包含来自罐装置40a的氢气的气氛中进行硅靶的反应性溅射,至少两个溅射源中的第二溅射源9b在包含来自罐装置40b的氧气的气氛中进行反应性溅射。
再多了解一些

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