CN103710673A - 溅镀磁控管和动态影响磁场的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种溅镀磁控管和动态影响磁场的方法。溅镀磁控管包括：靶和磁体系统，其中靶和磁体系统能够相对彼此移置，并且所述磁体系统形成穿透所述靶的磁场；其中所述磁体系统具有支撑设备、其上布置有磁体的支撑板和致动器，并且所述支撑设备通过所述致动器可连接至所述支撑板，以便能够至少分段设置所述磁体系统和所述靶之间的距离；冷却回路，用于借助冷却剂冷却所述磁体布置和所述靶；层测量工具，用于获得沉积在所述衬底上的至少一层的层特性的数据；和磁体系统控制器，用于评估所获得的数据并且用于产生操纵变量，其中所述操纵变量是所述致动器的输入变量。

Description

溅镀磁控管和动态影响磁场的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对衬底PVD涂覆的溅镀磁控管，具体地涉及一种通过旋转靶管、所谓的管状磁电管进行的溅镀磁控管，以及一种在溅镀处理期间动态影响磁场的方法。

背景技术

在管状磁点管的情况下，阴极以及因此布置在其上的靶材料绕固定磁体系统旋转，或者运动的例如旋转的磁体系统在靶内部运动。由磁体系统产生的磁场在靶材料的表面上形成跑道（racetrack），靶材料基本以沿靶管的两条笔直轨道延伸。管状磁电管能够减少靶材料熔化量（yield），因此降低溅镀成本。

已知的磁体系统包括支撑设备和具有磁体的支撑板，磁体布置在支撑板上并且经配置以形成磁体布置。磁体系统以下列方式安装到靶管中，即其符合等离子处理，并且经固定以防止扭曲。作为实例，为了该目的，磁体系统能够被附接至支撑设备，优选地附接至固定地布置在靶管内部中的支撑管上，以便磁体被布置在离靶管内表面的小距离处。

除了增加靶材料的产量，最优化溅镀处理的目标包括提高涂覆均质性和涂覆率的适应性。

取决于应用，重新调节已经具有非常均质设计和已经通过非常多的努力测量的磁体系统，以通过所谓的匀场开始溅镀处理，例如通过在磁体系统和支撑设备之间在两者之间的各自附接点处附接补偿盘。匀场是在其上布置有磁体的磁体系统的离散或连续定义的变形。

该方法的缺点在于，仅能够在溅镀中断期间操作磁体系统。为了该目的，溅镀设施最初需要被通风，并且随后需要在靶管及其安装设备之间的分隔面处清除磁体系统，该安装设备即所谓的端块，其用于可旋转地安装靶管，并且供应扭矩、电和冷却剂。结果，每个磁体系统的操作耗费了相对大量时间，并且这伴有涂覆设施中发生的处理中断，即生产停机。即使能够在同一时间由更多工作人员操作几个磁体系统，也需要在衬底上重复该处理几次，直到已经实现了最佳层质量，例如关于涂覆均质性的最佳层质量。

因而，对于大部分靶服务寿命而言，所操作的磁体系统（需要）被最优化。然而，在溅镀处理期间，或多或少连续地熔化了靶材料。作为上述靶材料熔化的结果，在磁场中存在连续变化，该磁场先前在处理开始时曾在靶表面上被最优化地设置。在改变大的情况下，也对溅镀结果产生质量负面影响。随后必须中断溅镀处理，以便重新调整该磁体系统，或者从处理中清除未使用的靶材料。

已知靶材料中的不规则性，尤其是高溅镀速度时，等离子体图案中的小偏离，即在靶表面上定性形成的等离子体时的小偏离，能够导致沉积在衬底上的层的质量发生大的变化。

已知匀场沿具有小操作行程的磁体系统以定义距离发生。这里，通常最大操作行程垂直于靶系统总共300mm长度上的1-2mm靶表面。

此外，也已知能够通过控制过程气体来改善涂覆的均质性；然而，不同机器中的不同安装情况不导致相似结果，这是因为通常对具体溅镀环境中的具体溅镀处理调整磁体系统。

WO96/21750A1公开了一种用于圆柱形磁控管的磁体布置，即具有管靶的磁控管，在其内部中，该磁体布置被布置在磁体系统的磁体支撑上。从现有技术出发，在现有技术中产生矩形跑道，即具有直线边界的跑道，其中提出相对于内部磁体部的中心轴线，即相对于跑道末端区域中的磁体布置的纵向延伸，倾斜布置磁体，以便这些反向区域，例如为三角形、抛物线形或者半椭圆形。

US2009/0314631A1提出，在永磁体布置的两个磁极之间布置至少一个另外的电磁体，以便影响磁场线的形状，其中影响的程度取决于电磁体关于永磁体布置的两个磁极蹄铁的具体位置。此外，提出提供具有带角度表面的永磁体。

预公开专利申请DE102011077297A1提出一种磁控管溅镀设备，其包括具有拉长、封闭跑道的靶和磁体系统，该跑道包括彼此平行地布置在联接板上的三根磁棒，和被布置在磁棒末端处的两个末端件，该末端件分别将两个外部磁棒的一端彼此连接，其中靶和磁体系统能够相对于彼此移动，并且靶系统形成穿透靶的磁场，以产生环形跑道，并且其中磁体系统的至少一个磁体被布置在相对靶材料表面的正交方向的跑道的反向区域中，以便磁场线在跑道反向区域中的靶材料表面上，相对于靶表面正交方向不对称地延伸，以便在磁控管溅镀设备操作期间，以较低靶厚度布置靶表面区域，其中以更大强度熔化靶材料。

WO2003/015124A1提出一种溅镀磁控管，其包括与靶关联的磁体系统。该磁体系统包括磁体布置和设置工具，其中该设置工具适合使磁体布置变形或倾斜，作为其结果，可能至少分段改变磁体布置和靶管的内表面之间的距离。

WO2009/138348A1公开了一种改变磁体系统相对于靶表面的位置的选项。为了该目的，在磁体系统的支撑设备和磁体支撑之间布置气动、液压或电动调节单元，诸如电致动器、电磁马达或压电马达。作为其结果，能够在溅镀磁控管操作期间，通过引出溅镀磁控管的电缆或管道连接来改变磁体布置和靶管内表面之间的距离。作为实例，在该情况下，取决于磁体系统和靶管的内表面，或者靶表面上的测量磁场之间的当前设置距离，来设置该距离。

发明内容

本发明的目标由下列组成：研发一种用于对衬底PVD涂覆的溅镀磁控管，和一种在溅镀处理期间动态影响磁场的方法，以便在最佳靶材料使用的情况下实现不变和受控的等离子体性能以及在靶的使用寿命期间的高涂覆均质性，其中基于靶材料使用和运行溅镀处理期间的衬底上的层质量，动态地影响磁场，即不必通风或打开溅镀设施。

根据本发明，通过一种按独立权利要求1的特征的、用于衬底PVD涂覆的溅镀磁控管，和一种按独立权利要求10的特征的、用于动态影响磁场的方法实现该目标。从属专利权利要求描述有利实施例和改进。

为了实现该目标，提出一种用于涂覆衬底的溅镀磁控管，其包括靶和磁体系统，其中靶和磁体系统能够相对于彼此移置，并且磁体系统形成穿透靶的磁场以形成跑道，该磁体系统还具有支撑设备、在其上布置有磁体的支撑板、和致动器，并且支撑设备通过致动器可连接至支撑板，以便至少能够分段设置磁体系统和靶之间的距离，该溅镀磁控管还包括冷却回路，用于借助冷却剂冷却磁体布置和靶，其中该溅镀磁控管包括层测量工具，用于获得沉积在衬底上的至少一层的层特性的数据，以及磁体系统控制器，用于评估所获得的数据并且用于生成操纵变量，其中操纵变量是致动器的输入变量。

所提出的装置表现出，可能使磁体系统以几何动态方式适合该处理，即能够视需要连续地进行调整，以便实现最佳层特性。换句话说，在运行涂覆处理期间，取决于所沉积的层的特性，连续地修正和更新磁体系统的形式，以便实现均匀的层沉积。与其中仅能够在维修期间，即在保护性处理之外，采取对磁体系统的外形改变的已知解决方案相比，所提出的装置表现出，可能在生产处理进行时，例如在涂覆期间，对条件变化（例如靶的降低厚度和由其导致的不同磁场强度）做出反应。

在该装置的一个实施例中，提出在磁体系统控制器和致动器之间建立用于信息交换的无接触连接。该解决方案提供许多优点：首先，避免了否则需要连接至致动器的电缆，其结果是能够更成本有效地生产该装置。其次，也提高了装置的可靠性，这是因为无接触数据交换不会被冷却剂可能绕其流动的触点或坏触点破坏。

在该装置的进一步实施例中，提出致动器具有至少一个公共信息接收和信息发送单元、和公共控制单元。结果，与其中每个致动器都具有其自身的信息接收和信息传送单元的解决方案相比，明显降低了实施该装置时器械所导致的复杂性，并且该装置能够更成本有效地生产。

在该装置的进一步实施例中，提出致动器具有至少一个公共信息接收和信息发送单元，并且每个致动器都包括分立的控制单元。这表现出，可能在实现该装置时使用已经具有集成的控制单元的致动器。

在该装置的进一步实施例中，提出致动器被来自冷却回路的冷却剂包围。与其中必须以很大努力使致动器与冷却剂隔离的解决方案相比，再次明显降低了器械导致的复杂性。

在该装置的进一步实施例中，提出借助冷却剂中的调制的声音、调制的光、调制的液压冲击、或者用于致动簧片开关的脉动磁体来构造无接触信息交换。作为所提出方法的结果，既在高能靶的内部，又通过其中循环的冷却剂，实现可靠的信号发送。

在该装置的进一步实施例中，提出用于信息交换的这些无接触手段也能够组合使用。通过使用若干不同的信号发送路径，实现了冗余，其确保了装置非常耐受外部干扰并且非常有故障保护性且可靠。

在该装置的进一步实施例中，提出以压电陶瓷致动器和/或压电超声波马达来实施致动器。这些类型的致动器耐用并且成本有效。

在该装置的进一步实施例中，提出致动器具有自给能量供应(closed energy supply)。本实施例能够实现的是，致动器能够在无能量供应时长时间地运行。

此外，为了实现所述目标，提出一种在用于涂覆衬底的溅镀磁控管的运行期间动态影响磁场的方法，其磁体系统能够通过致动器相对于靶移置，并且磁体系统形成穿透靶的磁场以形成跑道，该方法包括下列方法步骤：

·在涂覆衬底期间和/或之后，通过层测量工具获得沉积在衬底上的至少一层的层特性的数据，

·通过磁体系统控制器评估所获得的数据，以便能够基于所获得的数据与来自具有最佳质量的层的基准数据之间的比较结果来确定沉积在衬底上的层的层特性的偏离，以及

·磁体系统控制器产生操纵变量作为致动器的输入变量，以便借助致动器使磁体系统和靶之间的距离的变化对磁场的影响达到使所获得的数据和基准数据之间的偏离最小化的程度。

在此使用的关于层特性的数据能够特别包括能够通过测量技术工具检测的所沉积的层的反射率、透射率、厚度和更多其他参数。

附图说明

在下文中，将基于示例性实施例和仅一幅附图，更详细地解释本发明，其中：

图1示出根据本发明的溅镀磁控管的示例性实施例。

具体实施方式

描述了一种溅镀磁控管，其用于以靶材料12涂覆衬底。靶1由靶支撑管11和对其施加的靶材料12组成。靶1被布置在两个端块2之间，并且可旋转地连接至两个端块2中的每个端块上。端块2用于可旋转地驱动靶1，并且向靶1供电和冷却剂。为了该目的，两个端块2中的一个具有冷却剂进给管线21，其连接至布置在靶1内部中的枪管13，冷却剂通过该冷却剂进给管线21被运送至靶1的另一端。

在布置在用于涂覆衬底3的涂覆设施（这里未示出）中的靶1之下，板状衬底3被移动通过溅镀磁控管，其中在衬底3上沉积从靶1熔化的靶材料层12。

枪管13同时用作布置在靶1内部中的磁体系统4的支撑设备41。使用几个致动器51的布置，以将载有磁体布置43的支撑板42附接至支撑设备41。同样地，信息发送和信息接收单元52也附接至支撑设备41，并且具有至致动器51的无接触信号连接。通过枪管13，即通过磁体系统4的支撑设备41，信息发送和信息接收单元52建立与磁体系统控制器7的无接触信号连接，磁体系统控制器7获得关于沉积在衬底3上的层的层特性的数据，根据这些数据计算用于致动器51的操纵变量8，并且无接触地将这些操纵变量8发送至信息发送和信息接收单元52，信息发送和信息接收单元52也以无接触方式，将操纵变量8发送至致动器51。

上述装置表现出，可能实现不变和受控的等离子体性能，同时在溅镀靶的服务寿命期间，具有最佳靶材料使用和均质涂覆图案，这特别能够应用于连续生产处理，更特别是在衬底穿过型设施中。

最优化了涂覆的质量，并且可能实现操纵磁场，而不必对设施通风和打开。

基于用尽的靶材料更新磁场变得可能，并且能够在运行溅镀处理期间，使用在获得的衬底上的层特性的基础上对磁场的动态操纵。

数据在衬底涂覆期间或者在衬底涂覆之后通过适当的层测量系统而被获得，其中该数据在磁体系统控制器中被评估并且被转换为操纵变量，以发生操纵。

致动器被使用以在建立的操纵变量中操纵磁体系统，并且在溅镀处理期间，不对设施通风地执行自动匀场。

标识符列表

1   靶

11  靶支撑管

12  靶材料

13  枪管

2   端块

21  冷却剂进给管

3   衬底

4   磁体系统

41  支撑设备

42  支撑板

43  磁体布置

51  致动器

52  信息发送和信息接收单元

6   层测量工具

7   磁体系统控制器

8   操纵变量

Claims (10)

1.一种用于涂覆衬底（3）的溅镀磁控管，包括：

·靶（1）和磁体系统（4），其中所述靶（1）和磁体系统（4）能够被相对彼此移置，并且所述磁体系统（4）形成穿透所述靶（1）的磁场，

·其中所述磁体系统（4）具有支撑设备（41）、其上布置有磁体（43）的支撑板（42）、和致动器（51），并且所述支撑设备（41）借助所述致动器（51）能够连接至所述支撑板（42），以便能够至少分段设置所述磁体系统（4）和所述靶（1）之间的距离，

·冷却回路，用于借助冷却剂冷却磁体布置（43）和所述靶（1），

·层测量工具（6），用于获得沉积在所述衬底（3）上的至少一层的层特性的数据，以及

·磁体系统控制器（7），用于评估所获得的数据、并且用于生成操纵变量（8），其中所述操纵变量（8）是所述致动器（51）的输入变量。

2.根据权利要求1所述的溅镀磁控管，其中能够在所述磁体系统控制器（7）和所述致动器（51）之间建立用于信息交换的无接触连接。

3.根据权利要求2所述的溅镀磁控管，其中所述致动器（51）具有至少一个公共信息接收和信息发送单元（52）、以及公共控制单元。

4.根据权利要求2所述的溅镀磁控管，其中所述致动器（51）具有至少一个公共信息接收和信息发送单元（52），并且每个致动器（51）都包括分立的控制单元。

5.根据上述权利要求之一所述的溅镀磁控管，其中所述致动器（51）被来自所述冷却回路的冷却剂包围。

6.根据上述权利要求之一所述的溅镀磁控管，其中借助冷却剂中的调制的声音、调制的光、调制的液压冲击、或者借助用于致动簧片开关的脉动磁体来构造所述无接触信息交换。

7.根据权利要求6所述的溅镀磁控管，其中用于信息交换的无接触手段也能够被组合使用。

8.根据上述权利要求之一所述的溅镀磁控管，其中所述致动器（51）被实施为压电陶瓷致动器和/或压电超声波马达。

9.根据上述权利要求之一所述的溅镀磁控管，其中所述致动器（51）具有自给能量供应。

10.一种在用于涂覆衬底（3）的溅镀磁控管的运行期间动态地影响磁场的方法，其磁体系统（4）能够借助致动器（51）相对于靶（1）被移置，并且所述磁体系统（4）形成穿透所述靶（1）的磁场，所述方法包括下列方法步骤：

·在涂覆所述衬底期间和/或之后，通过层测量工具（6）获得沉积在所述衬底（3）上的至少一层的层特性的数据，

·借助磁体系统控制器（7）评估所获得的数据，以便能够基于所获得的数据与来自具有最佳质量的层的基准数据之间的比较结果，来确定沉积在所述衬底（3）上的所述层的层特性的偏离，以及

·所述磁体系统控制器（7）生成操纵变量（8）作为所述致动器（51）的输入变量，以便借助所述致动器（51）使所述磁体系统（4）和所述靶（1）之间的距离的变化对磁场的影响达到使所获得的数据与所述基准数据之间的偏离最小化的程度。

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