CN107636195A - 溅射沉积源、溅射装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

提供用于溅射沉积的沉积源(100、300、400、500)。所述沉积源包括用于提供要沉积的靶材料的阴极(110)、可移动磁体组件(120)和阳极组件(130)，所述阳极组件(130)能根据磁体组件(120)移动。

Description

溅射沉积源、溅射装置及其操作方法

技术领域

本发明的实施方式涉及用于溅射沉积的沉积源、溅射装置和其操作方法。实施方式尤其涉及用于利用可旋转阴极进行磁控溅射的溅射沉积源、用于在真空腔室中溅射沉积的溅射装置、和操作具有可旋转阴极和可移动磁体组件的溅射沉积源的方法。

背景技术

PVD处理，尤其溅射处理，在一些技术领域，例如显示器制造中获得越来越大的关注。好的沉积速率可以通过各种溅射技术与充足的层特性一起获得。溅射，尤其磁控溅射，是用于以金属或非金属层涂覆诸如玻璃或塑料基板之类的基板的技术。因此，涂覆材料流通过使用等离子体溅射靶而生成。由于与来自等离子体的高能粒子碰撞，材料从靶表面释放。可控制等离子体参数，比如压力、功率、气体、磁场等。从靶释放的材料从靶行进到要涂覆的一或多个基板并且黏附在上面。根据规格需要，能够溅射包括金属、半导体和介电材料的多种材料。磁控溅射已经在包括显示器制造、半导体处理、光学涂层、食品包装、磁记录和保护性耐磨涂层的各种应用中被接受。

溅射装置可包括用于供应电能的电源、用于将该能量存储在气体中以用于点燃和维持等离子体的功率输送组件、和包括用于通过等离子体溅射提供涂覆材料的靶的至少一个阴极。通常，溅射可进行为磁控溅射，其中磁体组件用以限制等离子体和用以控制等离子体离子的运动以用于改良溅射条件。也可利用等离子体约束来调整要沉积在基板上的材料的分布。需要控制等离子体分布、等离子体特性和其他沉积参数以在基板上获得所要的层沉积。具有所需层性质的均匀层可能是需要的，尤其对于大面积沉积而言，例如对于在大面积基板上制造显示器而言。

均匀性和处理稳定性可能在静态沉积工艺中尤其难以获得，其中基板不连续地移动穿过沉积区域。因此，考虑对大规模制造光电子器件和其他器件具有日益增长的需求，需要进一步改进处理均匀性和稳定性。

发明内容

综上所述，根据独立权利要求，提供用于溅射沉积的沉积源、用于在真空腔室中溅射沉积的装置和操作沉积源的方法。本发明的其它方面、优点和特征在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。

根据本文描述的实施方式，提供用于溅射沉积的溅射沉积源。沉积源包括用于提供要沉积的靶材料的至少一个阴极；可移动磁体组件；和至少一个阳极组件，所述至少一个阳极组件能根据所述磁体组件移动。在实施方式中，阳极组件能关于磁体组件同步地移动并且/或者能移动并同时维持关于磁铁组件的预定空间关系。

根据另一方面，提供用于在真空腔室中溅射沉积的磁控溅射装置。所述装置包括用于在真空腔室中溅射沉积的溅射沉积源；和真空腔室。溅射沉积源包括用于提供要沉积的靶材料的至少一个阴极；可移动磁体组件；和至少一个阳极组件，所述至少一个阳极组件能根据所述磁体组件移动。在一些实施方式中，阴极、磁体组件和阳极组件放置在真空腔室内部。另外，装置可包括用于移动磁体组件的磁体驱动单元和/或用于移动阳极组件的阳极组件驱动单元，所述磁体驱动单元和阳极组件驱动单元放置在真空腔室外部。

实施方式也涉及用于操作用于溅射沉积的沉积源的方法。所述方法包括根据磁体组件并且尤其相对于阴极或相对于提供要溅射的靶材料的阴极的轴移动阳极组件。具体来说，阳极组件与磁体组件之间的距离可在移动过程中保持恒定。

实施方式还涉及一种用于执行所公开的方法的装置，所述装置包括用于执行个别方法动作的装置部分。此方法可通过硬件部件、由适当软件编程的计算机、这两者的任何组合或以任何其他方式执行。另外，根据本发明的实施方式还涉及操作所述装置的方法。

可与本文描述的实施方式组合的其他优点、特征、方面和细节从从属权利要求、说明书和附图中显而易见。

附图说明

为了能够详细理解本发明的上述特征，可通过参考实施方式获得上文所简要概述的本发明的更特定的描述。附图涉及本发明的实施方式并描述于下；

图1示出根据本文描述的实施方式的用于溅射沉积的沉积源的示意截面图；

图2为根据本文描述的实施方式图示用于溅射沉积的沉积源的一般构思的示意图；

图3a示出根据本文描述的实施方式的在第一操作位置中的用于溅射沉积的沉积源的示意截面图；

图3b示出在第二操作位置中的图3a的沉积源的示意截面图；

图4为示出用于溅射沉积的若干沉积源的比较示例，以说明第一等离子体分布；

图5为根据本文描述的实施方式的用于溅射沉积的沉积源的示意截面图，以说明第二等离子体分布；

图6示出根据本文描述的实施方式的用于溅射沉积的沉积源的示意侧视图；

图7示出根据本文描述的实施方式的用于溅射沉积的沉积源的示意截面图；

图8示出根据本文描述的实施方式的溅射装置的示意截面图；以及

图9示出根据本文描述的实施方式的操作用于溅射沉积的沉积源的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施方式，其中的一个或多个示例在附图中示出。在附图的下列描述中，相同的参考数字指示相同的部件。一般而言，仅描述了相对于各个实施方式的差异。每个示例以解释本发明的方式提供且并不意指为本发明的限制。此外，示出或描述为一个实施方式的一部分的特征能在其它实施方式中使用或与其他实施方式一起使用以产生又一实施方式。意欲使描述包括这样的修改和变化。

在本公开内容中，“沉积源”可理解为用于溅射沉积的沉积源，所述沉积源包括用于提供要沉积在基板上的靶材料的阴极。阴极可包括由要沉积的材料制成的靶。例如，靶可由从以下各者组成的组中选择的至少一种材料制成或包括这种材料：铝、硅、钽、钼、铌、钛、铟、镓、锌、锡、银和铜。特别地，靶材料可从由铟、镓和锌组成的组中选择。通常，另一方面，阳极组件不提供有要沉积的靶材料。

溅射可以使用具有不同的电、磁和力学配置的多种装置而完成。一些配置包括电源，所述电源经由功率输送组件连接至阴极以用于使用电流激励阴极。因此，电场可提供至位于阴极和带相反电荷的阳极组件之间的气体，使得气体被电离且在阴极和阳极之间的区域中维持等离子体。通常，阴极可适于被提供负电压，而阳极组件可适于被提供正电压。

电源可适于提供直流(DC)或交流(AC)以用于产生等离子体。施加至气体的AC电磁场经常提供大于DC电磁场的等离子体速率。在射频(RF)溅射装置中，通过应用RF电场来点燃和维持等离子体。因此，也可以溅射非导电材料。

如本文使用，“磁控溅射”指使用磁体组件或“磁控管”，即能够生成磁场的单元执行的溅射。磁体组件可设置为磁轭。通常，磁体组件由一或多个永磁体组成。永磁体可布置在阴极靶的第一面上，阳极组件和要电离的气体布置在靶的另一面上。施加电场和磁场两者至气体可由于电子沿螺旋路径移动而导致增加电离速度，并且可另外帮助控制等离子体离子的运动。

根据典型实施方式，磁控溅射可进行为DC溅射、MF溅射、RF溅射或脉冲溅射。如本文描述，一些沉积工艺可有利地应用DC溅射，尤其使用带负电的阴极和带正电的阳极组件。然而，也可应用其他溅射方法。

沉积源可具备静态阴极，比如平板阴极，例如平面阴极，或具有可移动的阴极，例如诸如旋转圆柱形阴极之类的可旋转阴极。例如，阴极可以是具有可旋转圆柱形靶的可旋转阴极。

图1在示意图中示出根据本文描述的实施方式的用于溅射沉积的沉积源100的截面图。沉积源100包括：用于提供要沉积的靶材料的阴极110；可移动磁体组件120；和阳极组件130，所述阳极组件130能根据磁体组件120移动。换句话说，阳极组件130被配置成能遵循磁体组件120的运动而移动。例如，阳极组件能被配置成与磁体组件120同步地移动并且/或者被配置成可移动并维持磁体组件120和阳极组件130之间的预定空间关系。可在磁体组件120运动的整个过程中维持磁体组件120和阳极组件130之间的预定空间关系。然而，本文描述的实施方式也包括仅在各别运动轨道的特定点处，尤其在进行溅射的点处，维持磁体组件120和阳极组件130之间的预定空间关系。

通常，在溅射过程中，等离子体可位于在磁体组件前面的等离子体约束区域内，等离子体约束区域的位置取决于磁体组件的放置且尤其取决于磁体组件的倾角。移动磁体组件120可改变等离子体电阻并由于与等离子体分布关联的电磁场的空间变化而影响空间的等离子体分布。例如，通过围绕枢轴倾斜或转动磁体组件而使等离子体云在空间中转移。通过移动磁体组件转移等离子体可导致要涂覆的基板的更好的层厚均匀性，尤其当基板在涂覆处理过程中保持固定时。在本文描述的实施方式中，磁体组件120和阳极组件130两者可相对于要涂覆的基板移动，尤其如果基板在溅射处理过程中固定的话。

当磁体组件移动而阳极组件保持固定时，等离子体将跟随磁体组件的等离子体约束区域而移动离开固定阳极，例如朝向不同的阳极。此效应可导致等离子体密度波动、不良靶利用率和降低的层厚均匀性。与此相反，根据本文描述的实施方式，阳极组件被配置成能根据磁体组件移动，使得在运动过程中，或至少在进行溅射的特定运动位置处也能够维持磁体组件和阳极组件之间的所要空间关系。因此，根据本文描述的实施方式，阳极可移动成与等离子体区域具有大体上恒定的距离。

在图1示出的实施方式中，如由箭头121指示，阳极组件130是可移动的，例如与磁体组件120同步地移动，同时在磁体组件120和阳极组件130之间维持基本上恒定的距离D。如本文使用的“基本上”可意味着磁体组件120和阳极组件130之间的距离D变化小于+/-30％，尤其小于+/-10％，更尤其小于+/-5％。具体来说，磁体组件和阳极组件之间的距离D在溅射过程中保持恒定。换句话说，在运动过程中磁体组件和阳极组件之间的最短距离与最长距离之间的比率大于0.7，尤其大于0.95，更尤其是1。

在本文描述的实施方式中，磁体组件能沿第一轨道移动并且阳极组件能沿第二轨道移动，其中第一轨道具有第一对转向点以及第二轨道具有第二对转向点。第一对转向点和第二对转向点的对应转向点之间的最小距离与最大距离之间的比率可大于0.7，尤其大于0.95，以及更尤其是1。

换句话说，提供磁体组件和阳极组件的同时或同步运动可能不实际，但只要磁体组件和阳极组件之间的距离在发生溅射的各别轨道的特定点处保持基本上恒定即可。例如，这种特定点可以为各别轨道的转向点，在转向点处进行溅射。例如，开始时，阳极组件可沿第二轨道移动，然后磁体组件可跟随阳极组件的运动而沿第一轨道移动，直到恢复磁体组件和阳极组件之间的之前距离。此后，溅射可以继续这样(“分离溅射模式”)。如本文使用的“联合”运动也可包括磁体组件和阳极组件的这种连续(successive)运动。

同时阴极110和阳极组件130之间的距离可在磁体组件和阳极组件的联合运动过程中保持恒定。因此，由于在磁体组件130的运动过程中阳极组件130、磁体组件120和阴极110之间为恒定距离，等离子体速率和/或空间的和时间的等离子体分布可保持得更稳定，而同时等离子体可在空间中转移而具有更均匀涂层厚度的效果。

根据可与本文描述的其他实施方式组合的一些实施方式，磁体组件120沿第一轨道移动并且阳极组件能沿第二轨道移动，使得阳极组件130和磁体组件120的等离子体约束区域之间的距离在运动过程中不会改变大于+/-30％，尤其大于+/-5％，以及更尤其其中所述距离在运动过程中保持恒定。换句话说，当移动磁体组件时，阳极组件被配置成跟随磁体组件的等离子体约束区域的运动。

在本文描述的实施方式中，阳极组件130和磁体组件120能相对于阴极110，尤其相对于阴极110的轴移动。例如，阳极组件130和磁体组件120能相对于阴极110的旋转轴移动。例如，阴极可以是固定的，而阳极组件130和磁体组件120两者相对于阴极110是可移动的。在本文描述的一些实施方式中，阴极110可以是可移动的，而阴极运动与阳极组件130和磁体组件120的运动无关。尽管根据本文描述的实施方式，可旋转阴极可包括靶围绕旋转轴的转动，其中靶以顺时针方向或逆时针方向旋转例如若干圈，但阴极位置可相对于沉积装置的真空腔室固定。即，等离子体邻近靶的另一部分，同时靶在等离子体下方旋转，然而，通过等离子体从靶溅射材料的位置基本上是恒定的，使得阴极可认为基本上是固定的。

溅射沉积源100可包括具有金属和/或非金属材料的靶的可旋转阴极110，所述金属和/或非金属材料通过溅射从靶释放并沉积在要涂覆的基板上。在本公开内容中，“可旋转阴极”可理解为具有旋转轴的至少部分地圆柱形阴极。具体来说，“可旋转阴极”可理解为在溅射过程中围绕旋转轴旋转的阴极。例如，在基板上溅射沉积靶材料期间可由驱动器来驱动“可旋转阴极”。在本公开内容中，“可旋转阴极”可沿纵轴(例如沿纵向旋转轴)从可旋转阴极的第一端延伸到可旋转阴极的第二端，可旋转阴极可围绕所述纵向旋转轴旋转。包括要沉积的靶材料的可旋转阴极的部分可从可旋转阴极的第一端延伸到可旋转阴极的第二端。

与平面阴极相比，可旋转阴极可以提供益处，即在溅射过程中围绕靶的整个圆周可靠地使用靶材料，并且在靶的横向方向上没有靶的边缘部分，在所述边缘部分中可能较少溅射发生在靶表面上。因此，通过利用可旋转阴极，材料成本可降低并且在必须进行靶更换之前靶可以使用更长时间。

对于可旋转阴极110，磁体组件120可设置在阴极的背衬管内，其中靶材料覆盖背衬管的外表面。在实施方式中，磁体组件可布置在阴极的靶材料管内。可旋转阴极110可至少部分地设置为空心圆柱，以提供用于接收磁体组件120的内部空间。

根据一些实施方式，磁体组件120和阳极组件130能围绕枢轴，比如围绕共用枢轴A枢转。磁体组件120可沿第一轨道移动，所述第一轨道遵循在第一半径处的围绕共用枢轴A的弧形，并且阳极组件130可沿第二轨道移动，所述第二轨道遵循在第二半径处的围绕共用枢轴A的弧形。第二半径可大于第一半径。磁体组件可比阳极组件更靠近共用枢轴A布置。第一轨道和第二轨道的至少一个可具有弧形，例如圆弧的形式。磁体组件120和阳极组件130的同步枢轴运动可通过环绕枢轴A的磁体组件120的第一角速度提供，所述第一角速度基本上对应于环绕枢轴A的阳极组件130的第二角速度。对应的角速度可在枢轴运动过程中在磁体组件120和阳极组件130之间产生恒定距离D。磁体组件120和阳极组件130的联合运动可同时地或连续地发生。

磁体组件120的第一轨道可具有阴极110内部的圆弧的形式和/或阳极组件130的第二轨道可具有阴极外部的圆弧的形式。在一些实施方式中，枢轴A可贯穿磁体组件120。

圆柱形阴极壁可在第三半径处布置在磁体组件120和阳极组件130之间，第三半径大于第一半径且小于第二半径。因此，第一轨道、第二轨道和阴极壁可形成基本上共轴的布置。沿第二轨道移动的阳极组件130和阴极110的壁之间的距离可因此在阳极组件的运动过程中保持恒定。在一些实施方式中，阴极能围绕枢轴A旋转，但所述旋转可与磁体组件和阳极组件围绕阴极中心的枢轴运动无关。

在一些实施方式中，可旋转阴极110可被配置成围绕旋转轴以1至50转/分、5至30转/分或15至25转/分的范围内的转速旋转，所述旋转轴对应于枢轴A。旋转可包括至少一或多个全360°旋转。通常，可旋转阴极110可被配置成以约20转/分的速率旋转。

另一方面，磁体组件120可被布置成仅在弧形第一轨道上的第一转向点和第二转向点之间移动。换句话说，磁体组件可被配置成不完全地环绕枢轴A，而是围绕中央溅射位置摆动，其中磁体组件的等离子体约束区域指向要涂覆的基板。同样地，阳极组件也可被配置成不完全地环绕枢轴A，而是与磁体组件同步地在两个转向点之间摆动。具体来说，磁体组件和阳极组件可同时到达它们的各别转向点并改变方向。

根据可与本文公开的其他实施方式组合的一些实施方式，阳极组件130包括至少一个阳极棒132，至少一个阳极棒和阴极110基本上平行并彼此相邻放置。阳极棒的形状可为圆柱形。然而，其他形状是可能的，而避免尖锐的边缘以免除电场集中或发生电弧是有利的。通常，棒的最小弯曲半径应为2毫米或大于2毫米。

阳极棒132的外部尺寸可小于圆柱形阴极110的外径。例如，阳极棒的外径可小于阴极110的外径的50％或小于25％。阳极棒的外表面和阴极壁的外表面之间的距离可小于阳极棒的外部尺寸。

阳极组件130可被提供用于冷却目的的散热器。在一些实施方式中，至少一个阳极棒132被提供冷却元件。例如，至少一个阳极棒132可被提供冷却通道，所述冷却通道在阳极棒132的轴向方向上穿过阳极棒132并且可用于流体冷却，例如水冷却。同时阴极可被提供散热器，例如水冷却。

阳极组件130可含有软磁材料或由如铁、低碳钢或铁镍合金的软磁材料组成以引导由磁体组件120提供的磁场线。

根据本公开内容的一方面，提供操作沉积源100的方法。阳极组件130尤其在溅射过程中根据磁体组件120移动，且尤其相对于提供要沉积的靶材料的阴极110或阴极110的轴移动。如由在图1中的箭头121指示，阳极组件可与磁体组件同步地移动并且/或者在溅射过程中保持阳极组件和磁体组件之间的距离D基本上恒定。磁体组件和阳极组件的运动可包括分别在第一半径和第二半径处围绕共用枢轴A的枢轴运动，而磁体组件的角速度可对应于阳极组件的角速度。同时，阴极可围绕可对应于枢轴A的其固有轴旋转，而所述旋转与枢轴运动无关且在不同于阳极组件的角速度的角速度下进行。所述方法可进一步包括参考沉积源100描述的一些或所有上述活动或特征的任意组合，并且在此处不再重复。

图2意在示出本文公开的实施方式的一般构思并示意地示出用于溅射沉积的沉积源。根据图2的沉积源包括阴极110、布置在阴极110的第一侧上的可移动磁体组件120、和布置在阴极110的第二侧上的可移动阳极组件130。阳极组件130能根据磁体组件120移动。

如由箭头121指示，阳极组件130可与磁体组件120同步地移动并且/或者与磁体组件120保持基本上恒定的距离D。如本文使用的“基本上”可意味着至少在进行溅射的位置处的距离D不会改变大于+/-30％，尤其不会大于+/-5％，以及更尤其不会大于+/-1％。同时，可在阴极110和阳极组件130之间维持恒定距离。磁体组件120可相对于阴极110移动，而阴极110也能移动或可以是静态的。

如在图2中指示，阴极110也可设置为静态平面阴极110，其可至少在面向阳极组件130的阴极的第一侧上具备要沉积的靶材料。在另外的实施方式中，阴极110也可设置为可移动的平面阴极110，例如可旋转平面阴极或直线可替换的平面阴极。

对于平面阴极，磁体组件120可设置在阴极的平面背板的一侧上，与要沉积的材料的靶相对。阳极组件130可设置在阴极的靶侧上，以便在阳极组件130和阴极110之间生成的等离子体离子可用于溅射靶。

图3a在示意图中示出根据本文描述的实施方式的用于溅射沉积的沉积源300的截面图，所述沉积源布置在第一操作位置中。图3b示出在第二操作位置中的相同沉积源。沉积源300包括：用于提供要沉积的靶材料的可旋转阴极110；可移动磁体组件120；和阳极组件130，所述阳极组件130能根据磁体组件120移动。阳极组件130被配置成能与磁体组件120同步地移动并且/或者被配置成能移动并同时维持磁体组件120和阳极组件130之间的预定空间关系。

在图3a中示出的实施方式中，阳极组件130包括多于一个阳极。例如，阳极组件130可包括第一阳极332和第二阳极334。第一阳极332和第二阳极334两者可设置为阳极棒，例如圆形阳极棒。然而，第一阳极和第二阳极可具有其他形状且不必然具有相同形状。

第一阳极332和第二阳极334可彼此电连接，以便两个阳极能通过相同的功率连接器供电并且可处于相同的电势。在一些实施方式中，第一阳极和第二阳极彼此电隔离。

类似于在图1中示出的实施方式，磁体组件可沿具有第一半径的第一轨道移动，所述第一半径小于圆柱形阴极110的第三半径。另外，第一阳极332和第二阳极334两者可布置在至少部分地围绕可旋转阴极110运行的第二轨道上。第二轨道可具有半径为第二半径的圆弧形状，以便第一阳极332和阴极110之间的距离对应于第二阳极334和阴极110之间的距离，当第一阳极332和第二阳极334沿第二轨道移动时所述距离保持恒定。

相对于阴极110的中心的第一阳极332和第二阳极334之间的角度可大于30°且小于200°，以及尤其大于90°且小于150°。第一阳极332和第二阳极334之间的角度可进行调整。在本文公开的实施方式中，磁体组件120基本上位于第一阳极332和第二阳极334之间的中心角位置处。第一阳极332和第二阳极334相对于磁体组件120的这种对称布置导致更均匀的等离子体分布和要沉积在基板20上的层的更均匀厚度。

在图3a中示出的第一操作位置中，磁体组件110位于第一轨道上的中心溅射位置处，其中磁体组件120的等离子体约束区域指向要涂覆的基板20。第一阳极332和第二阳极334布置在第二轨道上的距离基板20等距离的两个位置处。

第一阳极332和第二阳极334可根据磁体组件120围绕枢轴A枢转到在图3b中示出的第二操作位置。在运动过程中，第一阳极332和磁体组件120之间的第一距离D1，尤其第一阳极和磁体组件之间的最短距离，以及第二阳极334和磁体组件120之间的第二距离D2，尤其第二阳极和磁体组件之间的最短距离，可保持基本上恒定。第一距离和第二距离可以是相同的。第一阳极332、第二阳极334和磁体组件120的枢轴运动可同时并在对应角速度下执行。在其他实施方式中，仅同时地移动第一阳极332和第二阳极334，而在之前或在之后移动磁体组件。

在图3b中示出的第二操作位置可以是磁体组件120的最大倾斜位置。换句话说，磁体组件120和第一阳极332和第二阳极334分别布置在第一和第二轨道上的转向点处，磁体组件和阳极在溅射的另外过程中从所述转向点返回到在图3a中示出的第一操作位置。此后，枢轴运动可继续逆时针方向到第三操作位置，所述第三操作位置是第二操作位置的镜像。这种“摆动运动”可在溅射的另外过程中继续，以在基板上获得所要的层特性。然而，在一些实施方式中，最大倾斜角可以是不同的，或者，磁体组件120和阳极组件130两者可完全地环绕枢轴A。

在可与本文描述的其他实施方式组合的实施方式中，等离子体可在磁体组件120和阳极组件130的向前操作位置处点燃，使得基板20不暴露于等离子体。此后，磁体组件120和阳极组件130可根据彼此移动到第五操作位置，同时维持等离子体，其中所述第五操作位置导致材料沉积在基板上。第五操作位置可对应于第一至第三操作位置的一个。在第四操作位置中，磁体组件120的等离子体约束区域可指向能收集要溅射的材料的护罩。因此，在开始阶段基板20不暴露于等离子体。这种非暴露的状态可一直维持到等离子体稳定。随后磁体组件120可与阳极组件130一起枢转或向基板20倾斜，同时维持稳定的等离子体。

在磁体组件120和阳极组件130的枢轴运动过程中，阴极可围绕其固有轴在给定角速度下旋转，所述轴可对应于枢轴A。阴极110的旋转运动和磁体组件120的倾斜运动可彼此无关。

图4为示出用于溅射沉积的若干沉积源的比较示例，以用于图示第一等离子体分布。

沉积源彼此相邻地布置成直线布置并各自地包括圆柱形可旋转阴极810和布置在阴极内的磁体组件820。磁体组件820能围绕相关联的阴极的旋转轴枢转。固定的棒状阳极830、831分别布置在阴极810之间。

在图4中示出的布置中，磁体组件820已经移到距离第一固定阳极831远并且距离第二固定阳极830近的位置处。第一等离子体云850已经跟随磁体组件820的运动并跟随磁体组件的等离子体约束区域在远离第一固定阳极831的方向上移动。类似地，第二等离子体云851已经跟随磁体组件的等离子体约束区域移向第二固定阳极830。这种效应可导致等离子体密度波动。例如，当第二固定阳极830比第一固定阳极831更靠近磁体组件820时，分配到第一固定阳极831的第一等离子体云850的形状和密度可不同于分配到第二固定阳极830的第二等离子体云851的形状和密度，或者反之亦然。

图5为示出根据本文描述的实施方式的用于溅射沉积的若干沉积源300的示意截面图，以用于图示第二等离子体分布。

类似于图4的布置，沉积源300彼此相邻地布置成直线布置并各自包括圆柱形可旋转阴极110和布置在阴极内的磁体组件120。磁体组件120能围绕相关联的阴极的旋转轴转动。分别向每个阴极分配形成阳极组件130的两个可移动棒状阳极。在图5中示出的沉积源300的布局可对应于在图3a和图3b中示出的沉积源的布局。因此，上文描述也适用于图5的实施方式。

在图5中示出的布置中，磁体组件120已根据两个分配的阳极顺时针方向移动，同时维持磁体组件与两个分配的阳极的每一个之间的恒定距离。第一等离子体云350和第二等离子体云351已经跟随磁体组件的等离子体约束区域而跟随磁体组件120和阳极组件130的联合运动。很明显第一等离子体云850和第二等离子体云851的形状和密度在运动过程中保持稳定，并且第一等离子体云850和第二等离子体云851基本上具有相同的形状和密度。因此，能最优化要涂覆在基板上的层的均匀性。

图6示出根据本文描述的实施方式的用于溅射沉积的沉积源400的示意侧视图。此实施方式类似于上文参考图3a和图3b描述的实施方式。因此，上文描述也可适用于图6的实施方式。

沉积源400包括若干可旋转阴极110，每个可旋转阴极具有圆柱形形状，所述圆柱形形状具有第一轴端412和与第一轴端相对的第二轴端414。在一些实施方式中，阴极110经由旋转轴连接至阴极支撑件，所述阴极支撑件具有用于旋转阴极的旋转驱动器。旋转驱动器可包括的致动器、传动皮带、传动轨道或马达，其被配置成用于使可旋转阴极围绕旋转轴旋转。磁体组件120布置在每个阴极中。

根据可与本文描述的其他实施方式组合的一些实施方式，沉积源400包括用于沿第一轨道移动磁体组件120的磁体组件驱动单元422和用于沿第二轨道移动阳极组件130的阳极组件驱动单元432。类似于用于阴极的旋转驱动器，磁体组件驱动单元和/或阳极组件驱动单元可包括致动器、传动皮带、传动轨道或马达，其被配置成用于使各别磁体组件和/或各别阳极组件在它们的各别轨道上围绕枢轴移动，同时维持在阳极组件和磁体组件之间的预定空间关系。

在一些实施方式中，阳极组件驱动单元布置在阴极的第一轴端处，用于旋转阴极的阴极驱动单元布置在与第一端相对的阴极的第二轴端处。磁体组件驱动单元可与阴极驱动单元一起布置在阴极的第二轴端处。例如，磁体组件驱动单元和阴极驱动单元集成在共用驱动单元中。或者，磁体组件驱动单元和阳极组件驱动单元可布置在可旋转阴极的同一轴端处。例如，磁体组件驱动单元和阳极组件驱动单元集成在阴极驱动单元中。

在一些实施方式中，例如在图6中示出的实施方式中，阳极组件驱动单元432布置在阴极的第一轴端412处并且磁体组件驱动单元422布置在阴极的第二轴端414处。这种布置可导致复杂度较低的驱动单元配置。阳极组件驱动单元432可适合同时地移动阳极组件130的第一阳极332和第二阳极334两者。例如，第一阳极332和第二阳极334两者可连接至阳极组件驱动单元432的驱动轴。

沉积源400可用作溅射装置的部分，溅射装置包括用于在真空腔室401内执行溅射的真空腔室401。真空腔室401的壁部分402在图6中示意地示出。阴极、可移动磁体组件以及可移动阳极组件可布置在真空腔室内，而磁体组件驱动单元和阳极组件驱动单元可放置在真空腔室外部。

图7示出根据本文描述的实施方式的用于溅射沉积的沉积源500的示意截面图。沉积源500类似于上文参考图3a和图3b描述的实施方式。因此，上文描述也可适用于图7的实施方式。

第一阳极332和第二阳极334可通过壳体550连接。壳体可由导电材料制成，以便两个阳极可使用单个功率连接器电力供电。

壳体550可覆盖阴极110的外圆周区域以屏蔽阴极而免于杂散涂覆。例如，壳体550可覆盖远离要涂覆的基板的圆柱形阴极110的背面，而面对基板的阴极110的前部可以是开放的以待溅射。具体来说，第一阳极和第二阳极之间的第二圆形轨道的区域可以是开放的，而阴极的剩余圆周区域可由形成阴极护罩的壳体覆盖。因为壳体550可固定到第一阳极332和第二阳极334，故壳体围绕枢轴与阳极组件130一起旋转。

另外，第一阳极332和第二阳极334可被提供包括冷却通道的水冷却336，所述冷却通道在轴向方向上穿过阳极棒。

图8示出根据本文描述的实施方式的溅射装置600的示意图。溅射装置600包括根据本文描述的实施方式的任一者的真空腔室610和沉积源。在示出的实施方式中，沉积源包括四个可旋转阴极110，每个阴极110被提供包括两个阳极332、334的阳极组件130，阴极110和阳极组件130布置在真空腔室610内部。阳极332、334通过壳体550连接，所述壳体550用于屏蔽阴极的背面而免于杂散涂覆。可提供多于四个的可旋转阴极110。

用于供电的功率装置625布置在真空腔室610外部并通过各别电连接和功率连接器电连接至阴极和阳极组件。图8示出具有设置在可旋转阴极110中的磁体组件120或磁控管的可旋转阴极110，其中磁体组件分别设置在外表面上具备靶材料的背衬管内。

如在图8中图示，可提供与真空腔室610相邻的另外的腔室611。真空腔室610可分别通过具有阀套604和阀单元605的阀与相邻腔室611分隔。因此，在具有要涂覆的基板607的载体606插入真空腔室610中之后，如箭头601指示，可关闭阀单元605。因此，真空腔室610中的环境可通过例如使用连接至真空腔室610、611的真空泵生成技术真空以及/或者通过在真空腔室610的沉积区域中添入处理气体而分别控制。

根据典型实施方式，处理气体可包括诸如氩的惰性气体和/或诸如氧、氮、氢和氨、臭氧、活性气体或类似气体的反应气体。

在真空腔室610内，提供滚子608以将具有基板607的载体606传送进出真空腔室610。本文所使用的术语“基板”应包含非柔性基板和柔性基板两者，非柔性基板例如玻璃基板、晶片、诸如蓝宝石或类似物的透明结晶薄片(slice)，柔性基板诸如卷材(web)或箔。

沉积源的更多细节可从上述实施方式的一个实施方式获得，或通过组合上述实施方式的任何实施方式获得，并且在此不再重复。

图9示出根据本文描述的实施方式的操作用于溅射沉积的沉积源的方法的流程图。所述方法包括在第一盒902中根据磁体组件且尤其相对于提供要溅射的靶材料的阴极移动阳极组件。所述方法可包括根据磁体组件且相对于阴极的轴(例如，阴极的旋转轴)移动阳极组件。最后在各别溅射位置处或在整个运动中阳极组件和磁体组件之间的距离可保持基本上恒定。在一些实施方式中，磁体组件和阳极组件围绕共用枢轴枢转，所述共用枢轴可对应于圆柱形阴极的旋转轴。

尽管上述内容针对本发明的实施方式，但是可在不脱离本发明的基本范围的情况下设计本发明的其他和进一步的实施方式，并且本发明的范围由随附的权利要求书确定。

Claims (16)

1.一种用于溅射沉积的沉积源(100、300、400、500)，包括：

至少一个阴极(110)，用于提供要沉积的靶材料；

可移动磁体组件(120)；以及

至少一个阳极组件(130)，所述至少一个阳极组件能根据所述磁体组件(120)移动。

2.如权利要求1所述的沉积源，其中所述磁体组件(120)和所述阳极组件(130)相对于所述阴极(110)，尤其相对于所述阴极(110)的轴是可移动的。

3.如权利要求1或权利要求2所述的沉积源，其中所述磁体组件能沿第一轨道移动并且所述阳极组件能沿第二轨道移动，其中所述第一轨道具有第一对转向点并且所述第二轨道具有第二对转向点，其中所述第一对转向点和所述第二对转向点的对应转向点之间的最小距离与最大距离之间的比率大于0.7，尤其大于0.95，以及更尤其是1。

4.如权利要求1至权利要求3的任一项所述的沉积源，其中所述磁体组件能沿第一轨道移动并且所述阳极组件能沿第二轨道移动，使得在移动过程中所述磁体组件(120)和所述阳极组件(130)之间的最短距离与最长距离之间的比率大于0.7，尤其大于0.95以及更尤其是1。

5.如权利要求3或权利要求4所述的沉积源，其中所述第一轨道在所述阴极(110)内部具有圆弧形状，并且/或者所述第二轨道在所述阴极(110)外部具有圆弧形状。

6.如权利要求1至权利要求5的任一项所述的沉积源，其中所述阴极(110)至少部分地设置为空心圆柱，所述磁体组件(120)布置在所述空心圆柱内。

7.如权利要求1至权利要求6的任一项所述的沉积源，其中所述磁体组件(120)和所述阳极组件(130)能围绕枢轴，尤其围绕共用枢轴(A)枢转。

8.如权利要求7所述的沉积源，其中所述阴极(110)能独立于所述磁体组件(120)和所述阳极组件(130)的枢轴运动旋转。

9.如权利要求1至权利要求8的任一项所述的沉积源，包括用于移动所述磁体组件(120)的磁体组件驱动单元(422)和/或用于移动所述阳极(130)组件的阳极组件驱动单元(432)。

10.如权利要求9所述的沉积源，其中所述阴极(110)具有第一轴端(412)和与所述第一轴端相对的第二轴端(414)，所述阳极组件驱动单元(432)布置在所述第一轴端(412)处并且所述磁体组件驱动单元(422)布置在所述第二轴端(414)处。

11.如权利要求9或权利要求10所述的沉积源，其中所述阳极组件(130)包括第一阳极(332)和第二阳极(334)，所述阳极组件驱动单元(432)被配置成移动所述第一阳极和所述第二阳极，使得在所述第一阳极(332)和所述磁体组件(120)之间的第一距离(Dl)与在所述第二阳极(334)和所述磁体组件(120)之间的第二距离(D2)的至少一个在所述移动过程中保持基本上恒定。

12.如权利要求11所述的沉积源，其中相对于所述阴极(110)的中心的所述第一阳极(332)与所述第二阳极(334)之间的角度大于30°且小于200°，以及尤其大于90°且小于150°，所述磁体组件(120)基本上定位在所述第一阳极(332)和所述第二阳极(334)之间的中心角位置处。

13.如权利要求10至权利要求12的任一项所述的沉积源，其中所述第一阳极(332)和所述第二阳极(334)通过壳体(550)连接。

14.如权利要求13所述的沉积源，其中所述壳体(550)覆盖所述阴极(110)的外圆周区域以用于屏蔽所述阴极而免于杂散涂覆。

15.一种溅射装置(600)，包括：

真空腔室(610)；以及

用于溅射沉积的沉积源(100、300、400、500)，包括：

至少一个阴极(110)，用于提供要沉积的靶材料；

可移动磁体组件(120)；以及

至少一个阳极组件(130)，所述至少一个阳极组件能根据所述磁体组件(120)移动，

尤其其中所述至少一个阴极(110)、所述磁体组件(120)、和所述至少一个阳极组件(130)放置在所述真空腔室(610)内部，并且用于移动所述磁体组件的磁体组件驱动单元(422)和/或用于移动所述阳极组件的阳极组件驱动单元(432)放置在所述真空腔室(610)外部。

16.一种操作用于溅射沉积的沉积源(100、300、400、500)的方法，尤其操作权利要求1至权利要求14的任一项所述的沉积源的方法，其中阳极组件(130)根据磁体组件(120)且相对于提供要沉积的靶材料的阴极(110)移动。