CN101503793A - 溅射涂覆装置 - Google Patents

Abstract

溅射涂覆装置包括具有内部空间的真空室。内部空间由室壁限定。靶单元成直线设置在真空涂覆室内部。靶单元设置为相对于真空室和衬底的传送路径t是可倾斜的。靶单元包括靶和壳体。壳体连接到靶并限定出靶单元的内部空间。在内部空间，设置了很多元件，如磁轭和磁体系统的组合、磁轭驱动机构、冷却系统、用于为溅射处理提供能量的电流供应装置等。在靶单元的操作过程中，磁轭和磁体系统的组合是在线性路径上是可动的。在壳体外部，设置在靶单元后面的真空室的室壁内的真空泵用于产生真空压力以使溅射涂覆处理可行。在壳体的内部空间内，可获得另一种显著更高的压力。因此，相对于壳体的外部，壳体提供了壳体的内部空间的真空密封。

Description

溅射涂覆装置

技术领域

本发明涉及一种溅射涂覆装置，其包括至少一个涂覆室、和设置在所述涂覆室内部的至少一个第一靶单元，其中所述靶单元包括基本平面的至少一个溅射靶。

背景技术

溅射是一种用于在衬底上沉积各种材料层的公知技术。在静态溅射涂覆处理中，在涂覆时，衬底设置在靶的对面。在动态溅射涂覆处理中，在涂覆处理中，连续传送衬底经过多个溅射靶。

在传统的真空涂覆设备中，采用可旋转的磁控管和平面磁控管。可旋转的磁控管包括可旋转的圆柱靶和设置在靶内的磁体系统。平面磁控管具有基本平面的靶表面和可动地设置在靶后面的磁体系统。多个磁控管可成一直线设置在涂覆室中。

使用可旋转的磁控管是为了防止颗粒再沉积在靶表面上。真空系统的真空泵可设置在磁控管的背面，即在衬底位置的对面。从而，可减少可旋转阴极的成直线的系统的长度。此外，由于靶之间的短距离，可改善沉积在衬底上的膜层的均匀性。

图1示出了在动态涂覆处理中，在衬底2的表面上沉积层或层体系的涂覆系统1。以箭头t表示的方向传送衬底2通过涂覆室3经过多个可旋转的阴极4。具有圆柱靶6的阴极4被设置成一直线，与圆柱靶6之间存在短距离。在涂覆处理中，每个可旋转的靶6围绕着各自的中心轴线A旋转，同时磁体系统是静态的。在阴极4的背面，即面对衬底2的表面2’的涂覆室3的壁截面上提供真空泵5以抽空真空室3的内部空间3’。

系统1使得均匀涂覆层或层体系得以在衬底2上沉积。然而，圆柱靶6并非可用于所有的材料。此外，用于可旋转的阴极4的圆柱靶6是非常贵的。

图2中示出了具有成直线排列的平面磁控管4的涂覆系统1。为了防止颗粒在平面靶6表面的再沉积，平面磁控管4配备有用于在靶6的溅射表面上产生非静态的轨道的可移动的磁体系统(未示出)。靶6和磁体系统被设置在涂覆室3的壁截面7上。磁体系统的磁体被一个驱动系统驱动，该驱动系统用于提供磁体相对于靶6的相对运动。泵5也被设置成与磁控管4成一直线，即在两个相邻的磁控管4之间，在壁截面7上。壁截面7配置有加固肋8以加强室壁3的壁截面7。在涂覆处理中衬底2以传送方向t传送通过涂覆室3的内部3’。当衬底2经过阴极4时，材料从靶6的表面上溅射出并且溅射材料沉积到衬底2的表面2’上。

图2中显示的涂覆系统1具有成直线设置的四个磁控管4和一个泵5。这暗示着涂覆系统1在衬底2的传送方向t上的非常长的延伸。

发明内容

本发明的目的是为了提供用于使用平面靶的溅射涂覆装置，其中溅射涂层装置具有可与由可旋转的磁控管提供的涂层质量匹敌的涂层质量和效率。

根据本发明的涂覆装置解决该目的。

发明的溅射涂覆装置包括：至少一个涂覆室；和至设置在所述涂覆室内部的少一个第一靶单元，其中所述靶单元包括基本平面的至少一个溅射靶，其中所述靶单元包括限定出所述靶单元的内部空间的壳体。所述靶单元设置为与面对衬底的涂覆表面的涂覆室具有距离，使得在壳体的后面，在壳体和涂覆室壁之间有一些自由空间。

靶单元可以是阴极单元和/或具有平面靶表面的磁控管。壳体封闭出了靶单元的内部空间。壳体限定出的内部空间和真空室的内部分开。内部空间可由壳体和/或靶封闭出。换句话说，壳体可以是密封的或具有由靶覆盖的开口。然而，由于内部空间的压力通常高于壳体外部的压力，即在真空室中，靶必须被固定在壳体上。

本装置的优势是代替可旋转的磁控管的平面磁控管可设置在涂覆室内，并不必须进行室的构造上的改变。根据本发明，为了节省靶材的购置成本，在现有涂覆装置中用平面磁控管代替可旋转的磁控管是可能的。在优选实施方案中靶单元可以在涂覆室内部移动并因此可容易地更换。

靶单元可被可旋转的设置在真空室内以允许靶单元的协调运动。在涂覆处理中由于靶单元可相对衬底排成一行的事实，可以改善涂层的均匀性。此外，真空泵可设置在平面靶的溅射表面后的涂覆室的壁截面上。例如，通过修改系统的设计，泵可直接设置在靶的后面，从而允许更多构造上的自由和提高涂层质量的可能性。

真空泵可被设置在涂覆室的壁截面上，该壁截面在平面靶的溅射表面后部。换句话说，泵可被设置在涂覆室的壁上，该壁被设置为与待涂覆衬底表面面对面。

在本发明的优选的实施方案中，靶单元的内部空间相对于涂覆室的内部是真空密封的。

靶单元的内部空间相对于涂覆室的内部是气密封的。在内部空间可能有比壳体的外部高的压力，如大气压，与在壳体外部真空压力普遍用于产生适于执行溅射处理的气氛相比。

在本发明的优选实施方案中，冷却系统和/或电流供给系统和/或冷却介质供应装置被设置在靶单元的内部空间里。由于靶单元内部的气氛和压力可能不同于涂覆室中压力的事实，它们可独立于其它处理参数，如涂覆室的压力，进行设置。

特别地，靶单元被设置为围绕着旋转轴相对于真空室是可旋转的和/或可倾斜的。旋转允许靶表面相对于涂覆室、衬底等任意直线排列。例如，靶单元可被倾斜以使得被引导离开衬底或衬底的传送路径。然后，靶的溅射表面可面对预溅射板以在实际涂覆处理之前进行靶的预溅射。此外，在溅射涂覆处理中，靶单元可被倾斜为以适于涂覆处理的角度对准衬底的表面，如以0°和+/-45°之间的角度，其中角度是涂覆处理的一个参数。在涂覆处理中，衬底以预定的角度面对靶的溅射表面。特别地，靶表面被设置为以0°的角度相对于靶的溅射表面，即它被设置在直接面对靶的溅射位置上。

在涂覆处理中以往复的方式在溅射涂覆处理中围绕旋转的纵轴摇摆或旋转靶单元也是可能的。

在本发明的优选实施方案中，涂覆装置包括用于在面对靶的位置上传送衬底进入或离开涂覆室和/或用于传送衬底通过涂覆室经过靶的传送系统。在进行涂覆处理之前衬底可被排成一行和/或停止(静态涂覆处理)，或者在被涂覆时将它移动经过靶单元(动态涂覆处理)。衬底可被传送进入涂覆室和/或以基本垂直的位置、以基本水平的位置或以倾斜的位置排列成一行通过涂覆室。

优选靶单元的旋转的轴线被设置为基本平行于在沉积位置上的衬底的表面和/或垂直于衬底的移动方向，并穿过涂覆室的内部。

在本发明的特定的实施方案中，靶单元包括用于在靶的溅射表面上产生磁场的磁体装置。在本发明的这个实施方案中靶单元是磁控管单元。磁体装置通常包括至少一个，尤其是多个磁体。磁体装置在靶的溅射表面上方产生等离子约束区域，其通常被称为粒子轨道。磁体装置可被设置在磁轭上。

在优选实施方案中，磁体装置被设置在靶单元的内部空间里。

特别地，磁体装置被设置为相对于靶是可动的。例如，它可以是在线性路径上可动的，如用于进行往复运动。由于磁体装置的运动，阻止了在溅射表面上的粒子的再沉积。此外，可获得靶的均匀腐蚀轮廓(即优良的靶利用)和因此获得在衬底表面的均匀涂层。本发明特别涉及在真空涂覆设备中使用可动磁性系统的磁控管溅射。涂覆处理的质量和效率是比得上的或更好于具有旋转的磁控管的涂覆处理的质量和效率。

在优选的实施方案中，涂覆装置包括用于提供旋转运动的驱动机构，和用于变换所述的旋转运动到基本上线性运动的转换机构。基本上线性的运动可以是扫描靶的全部溅射表面的交互运动。转换机构可以是齿轮箱和/或最初的提供用于圆柱可旋转靶旋转的驱动单元，在本发明中其是用于驱动平面磁控管单元的可动的磁体装置。转换机构特别地设置在靶单元的内部空间。从而，可代替可旋转的磁控管的平面靶单元被容易地设置在涂覆室中。驱动机构的旋转运动，通常旋转可旋转的磁控管的圆柱形靶，与靶单元的齿轮箱连接以提供靶单元的磁体装置的线性运动。例如，轴的旋转可通过连接轴和相应的靶单元的连接器而传送到转换机构。靶单元的连接器可包括旋转真空馈入装置。因此，没有必要在现有的涂覆装置中提供新的驱动机构。

驱动机构可至少部分设置在涂覆室外部。驱动轴可延伸穿过提供在涂覆室壁上的旋转真空馈入装置。

在本发明的特定实施方案中涂覆装置包括托架以支撑真空涂覆室中的靶单元。托架连接靶单元和真空涂覆室的至少一面壁。托架可包括倾斜机构以提供靶单元和靶的倾斜。托架也可包括旋转机构，该机构用于传递轴或阀杆的旋转以移动磁体装置在基本线性的(往复的)路径上扫描靶表面，其中在靶单元的内部空间容纳磁体装置。

在本发明的优选实施方案中，靶单元设置成与面对衬底的涂覆表面的涂覆室壁有一定距离。换句话说，在靶单元后面有一些自由的空间使得靶单元相对于涂覆室的后壁能够旋转/倾斜。因为这个理由，旋转的轴线可被设置为基本上平行于涂覆室的后壁。通常，靶单元和/或托架没有与涂覆室的后壁连接或接触。

优选至少一个用于在涂覆室中产生真空的泵设置在靶单元后面的涂覆室壁上，即在靶单元的而非衬底的另一面上。也就是，至少一个泵提供在面对待涂覆衬底表面的壁上。该特征使得在短距离内沿着衬底的传送路径线性设置大量靶单元更容易，从而改善了涂层的质量并减少涂覆室纵向的延伸。

优选涂覆室包括模块结构和构成涂覆室的一部分壁的盖子，该模块结构包括至少一个用于支撑第一靶单元的支撑体。本申请人的公开文献US2006/0226004A1中公开了这种结构，本发明在此引入其内容作为参考。该结构可视为三明治结构，其具有用于传送衬底从其中通过的室截面、提供涂覆室的外壁截面的盖子和夹在室截面和盖子之间的支撑体。支撑体承载阴极(在本发明中它支持靶单元)，并且盖子特别地承载至少一个泵和/或泵系统。

在本发明的另一个优选实施方案中，涂覆装置包括设置在涂覆室内部的一个或多个第二靶单元。多个第一和第二靶单元可彼此相邻设置，以在涂覆室中建立溅射源排列。

在本发明的优选实施方案中，第一靶单元和一个或多个第二靶单元线性设置在待涂覆衬底的传送路径旁边。靶单元可设置成线性路径，但是也可沿着弯曲路径或沿着任何其它的几何路径设置。靶单元的纵轴(旋转的轴)基本上彼此平行设置。一个或多个第二靶单元可具有与第一靶单元相同的结构。与第一靶单元相关所描述的全部特性和特征可归属于一个或多个第二靶单元。然而，第一靶单元和特定的第二靶单元的靶的靶材可以是相同或不同的，取决于衬底上涂覆层所需的先后顺序。

尤其优选的是第一靶单元和/或一个或多个第二靶单元由至少一个支撑体支撑。

附图说明

通过优选实施方案和附图的以下描述，本发明的更多的特性和优势更明显。附图显示了：

图1根据现有技术的具有可旋转的磁控管的涂覆装置；

图2根据现有技术的具有平面磁控管的涂覆装置；

图3根据本发明的靶单元的截面图；

图4根据本发明的靶单元排列的截面图；和

图5根据本发明的涂覆装置的截面图；

具体实施方式

图3描述了根据本发明的靶单元9。靶单元9是阴极单元或磁控管单元并且包括靶6和壳体10。壳体10连接到靶6上并且限定出靶单元9的内部空间10’。

在靶单元9的内部空间10’内设置了很多元件。在靶6面对溅射表面6’的一边，设置了可动的磁体系统11并且固定到可动的磁轭12上。磁轭12和磁体系统11的组合在由箭头m表示的线性路径上是可动的，以在靶单元9的操作中实现相对于靶6的往复运动。磁轭12和磁体系统11的组合由磁轭驱动机构13驱动。磁轭驱动机构13可以是用于转换可旋转运动的齿轮箱，如轴，耦合进入磁轭驱动机构进入磁轭12和磁体系统11的组合的线性运动。可选择地，磁轭驱动机构13可包括制动器或发动机以产生磁轭12和磁体系统11的组合的运动。

图3示出了设置在相对玻璃衬底2的溅射位置上的靶单元9。在溅射操作中玻璃衬底2以由箭头t表示的传送方向通过靶单元9来为动态沉积处理作准备。靶6的溅射表面6’直接面对衬底2的表面2’。

然而靶单元9(和靶6)是如箭头T的表示倾斜设置在涂覆室中并且因此可相对于衬底2的传送路径t倾斜。在靶6的表面6’和衬底2的表面2’之间的倾斜角度可设置为溅射处理的一个参数。此外，靶单元9可被倾斜用于执行一个预溅射处理。

壳体10封住许多的元件，例如所示的磁轭驱动机构13和磁轭12和磁体系统11的组合，还有冷却系统(设置在靶6的附近)，为溅射处理提供能量的电流供应装置等。在壳体10的外部产生真空压力pv以使溅射涂覆处理可行。在壳体10的内部空间10’内，获得另一种压力p，尤其是显著更高的压力p。例如，在壳体10的内部空间10’压力p可以是大气压。因此，相对于壳体10的外部，壳体10提供壳体10的内部空间10’的真空密封。

图4示出了用于静态沉积处理以在玻璃衬底2上沉积涂覆材料层或层堆叠的靶单元9的排列。靶单元9排列中的各个靶单元9可倾斜，如通过箭头T典型地表示在一个靶单元9中。当然，排列的其他靶单元也是可倾斜的。靶单元9是大体上如上所述进行配置。

此外，该装置包括相对靶单元9设置在涂覆室(未示出)内相对玻璃衬底2的涂覆表面2’一侧的预溅射板14。在预溅射处理中靶单元9可被倾斜以面对预溅射板14的表面14’，以及在溅射处理中被倾斜以面对衬底2的涂覆表面2’。

图5描绘了根据本发明的溅射涂覆装置1。溅射涂覆装置1包括具有内部空间3’的真空室。真空室的内部空间3’由室壁3限定出。

在静态涂覆处理中玻璃衬底2置于真空室的内部空间3’中，在动态涂覆处理中衬底2以方向t传送通过真空室的内部3’。

根据本发明，靶单元9的排列线性设置在真空涂覆室的内部。特别地，它们被相对于真空室的壳体3和相对于衬底2的传送路径t设置为可倾斜的。靶单元9大体上如上所述进行配置。

此外，溅射涂覆装置1包括具有很多真空泵5的真空系统。在真空室的壁3’内提供真空泵5，其中支撑泵5的壁部分3c设置在靶单元9的后面，即在相对衬底2的涂覆表面2’壁部分上。

在图5的特定实施方案中涂覆装置1和真空涂覆室分别具有包括室部分3a、支撑部分3b和盖部分3c的模块结构。室部分3a限定出了内部空间，在涂覆处理中衬底所传送通过所述内部空间并且衬底2置于其中。支撑部分3b限定出了用于容纳靶单元9和连接及支撑靶单元9的附属装置的空间。盖部分3c支撑泵5。当真空室3的内部空间3’敞开时，部分3a、3b和3c是彼此可分开的。因此，操作和更换靶单元9是容易的。

泵5在真空室的内部空间3’产生适于溅射处理的真空压力pv。另一方面，在靶单元9的内部空间9’，可以是另一个压力p，如大气压p。

具有平面靶6的靶单元9可设置在涂覆装置1内以代替可旋转的磁控管。通常驱动可旋转的阴极的驱动系统用于移动靶单元9的磁体系统以提供具有可动的磁体的磁控管。基于平面靶单元9具有用于扫描靶6的表面6’的可动的磁控管的事实，可提供均匀的靶利用率并因此获得高质量的沉积在衬底2上的涂覆层，其可与采用可旋转的磁控管沉积在衬底上的涂覆层的质量匹敌。

Claims (16)

1、一种溅射涂覆装置(1)包括：

至少一个包括壁的涂覆室(3)；和

设置在所述涂覆室(3)内的至少一个第一靶单元(9)，其中所述靶单元(9)包括至少一个基本平面的溅射靶(6)，以及其中，

所述靶单元(9)包括限定出了所述靶单元(9)的内部空间(10’)的壳体(10)，

其特征在于

所述靶单元(9)设置为与面对衬底(2)的涂覆表面的所述涂覆室(3)的壁(3c)间具有距离，使得所述壳体(10)和所述涂覆室(3)的壁之间在所述壳体(10)的后面具有自由空间。

2、根据权利要求1的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

相对于所述涂覆室(3)的内部，所述靶单元(9)的所述内部空间(10’)是真空密闭的。

3、根据权利要求1或2的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述溅射涂覆装置(1)包括设置在所述靶单元(9)的所述内部空间(10’)内的冷却系统和/或电流供应系统和/或冷却介质供应装置。

4、根据前述任一项权利要求的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述靶单元(9)设置为围绕旋转轴(A)相对于真空室(3)是可旋转和/或可倾斜的。

5、根据前述任一项权利要求的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述涂覆装置(1)包括在面对所述靶(6)的位置上用于将所述衬底(2)传送进和传送出所述涂覆室(3)和/或用于将所述衬底(2)传送通过涂覆室(3)经过所述靶(6)的传送系统。

6、根据前述任一项权利要求的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述靶单元(9)包括用于在所述靶(6)的所述溅射表面上方产生磁场的磁体装置(11)。

7、根据权利要求6的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述磁体装置(11)设置在所述靶单元(9)的所述内部空间(10’)内。

8、根据前面权利要求6或7中任一项的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述磁体装置(11)设置为相对于所述靶(6)是可移动的。

9、根据前述任一项权利要求中的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述涂覆装置(1)包括用于提供旋转运动的驱动机构、和用于将所述旋转运动转化为基本线性运动的转换机构。

10、根据前述任一项权利要求的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述涂覆装置(1)包括托架，以在所述真空涂覆室(3)中支撑所述靶单元(9)。

11、根据前述任一项权利要求的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述靶单元(9)设置为与面对衬底(2)的涂覆表面的所述涂覆室(3)的壁(3c)间具有距离。

12、根据前述任一项权利要求中的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述涂覆装置(1)包括用于在所述涂覆室(3)中产生真空的至少一个泵(5)，所述泵(5)设置在所述涂覆室中所述靶单元(9)后的壁上。

13、根据前述任一项权利要求中的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述涂覆室(3)包括模块结构，该模块结构包括至少一个用于支撑所述第一靶单元(9)的支撑体，和构成所述涂覆室(3)的一部分壁的盖子(3c)。

14、根据前述任一项权利要求中的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述涂覆装置(1)包括设置在所述涂覆室(3)内部的一个或多个第二靶单元(9)。

15、根据前述任一项权利要求的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

包括在待涂覆的衬底(2)的传送路径在内，所述第一靶单元(9)和所述一个或多个第二靶单元(9)设置成一直线。

16、根据前述权利要求13到16中任一项的溅射涂覆装置(1)，其特征在于，

所述第一靶单元(9)和/或所述一个或多个第二靶单元分别由至少一个支撑体(3b)支撑。

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