CN1673409A - 用于反应溅射的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于反应溅射的设备，其中对阴极施加等离子体的放电电压，将工作气体和反应气体引入溅射室内。利用阀门控制流入溅射室的总气流，同时使这两种气体的部分压力比值保持固定。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分、用于反应溅射的设备。
背景技术
通常，在反应溅射中，至少采用两种气体：一种气体，在大多数情况下，通常是惰性气体，而且以离子化形式使粒子激发到目标外部；以及反应气体，与激发出的粒子形成化合物。然后，该化合物作为薄膜层沉积在衬底上，例如玻璃板上。
为了使惰性气体的离子加速到目标，必须对该目标施加电压。目标与反极之间的电压尤其取决于在溅射室内获得的气压。如果要涂布的非导电衬底在溅射室内移动，则另外，该电压还取决于衬底的特定位置。
因此，可以将电压对压力的依赖关系解释为，在高压下，在气体容积内仍存在原子，以致仍产生更多的载流子。因此，在同样的电功率下，流过更高的放电电流，而且电压降低。
下面说明电压对衬底位置的依赖关系。
如果非导电衬底移动通过具有目标的溅射阴极的下面，则该衬底逐渐覆盖位于该目标下方的更多阳极体积。因此，该阳极更小，这就是为什么必须在同样的功率下，升高阳极电压，从而吸收要求的电流的原因。
另外，因为污染的作用也影响等离子体，因为发生这种现象，所以反应产物沉积在目标上。
如果反应产物比金属目标发出的二次电子多，所以等离子体的充电粒子的粒数增多。因此，等离子体阻抗减小，以致在恒电功率下，以较低电压流过增加的电流。如果反应气体的粒数相对于惰性气体升高，则可以增强这种效果。
例如，如果在含氧的大气中溅射铝目标，则获得的氧化铝具有发射的二次电子，与金属铝相比，氧化铝发射的二次电子增加到7倍。相反，在大多数情况下，反应产物的溅射率通常低于纯金属的溅射率。
因为上述作用，放电电压随反应粒数的升高而降低，而且，在同样的功率下，以较低电压流过较高电流。
溅射涂布装置已经公知，它包括利用其将阴极功率设置为特定工作值的调节器(DE 10135 761 A1，EP1 197 578 A2)。除了阴极功率之外，还利用模糊逻辑系统，调节反应气体的气流。
此外，还公知包括调节电路的溅射涂布装置，该调节电路获取用于规定阴极电压的测量值和用于规定电压降的测量值，根据模糊逻辑系统(DE 101 35 802 A1)，利用这些测量值控制反应气体的气流。
本发明解决了使反应涂布装置的阴极电压保持固定，并同时保持均匀高涂布率的问题。
根据专利权利要求1的特征，解决该问题。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于反应溅射的设备，其中对阴极施加等离子体的放电电压，将工作气体和反应气体引入溅射室内。利用阀门控制流入溅射室的总气流，同时使这两种气体的部分压力比值保持固定。
利用本发明获得的一个优点是，如果在直列操作(inlineoperation)期间，连续衬底影响电压关系的变化，则还可以使放电电压保持固定。
附图说明
附图示出本发明实施例，而且下面将进一步详细说明本发明的实施例。在附图中示出：
图1示出根据本发明的溅射装置；
图2示出阴极电压与反应气体流之间的第一关系；
图3示出阴极电压与反应气体流之间的第二关系；
图4示出通过溅射阴极移动的衬底的位置与阴极电压之间的关系。
具体实施方式
图1示出溅射装置1的原理，溅射装置1包括：溅射室2、阴极3、阳极4、防护板5、电压源6以及调节电路7。阴极3包括管型阴极部分8，利用法兰将要溅射的目标9安装到管型阴极部分8上。在管型阴极部分8上设置3个永久磁铁10、11、12，这3个永久磁铁10、11、12通过轭铁13互相连接在一起。阴极部分8支承在位于溅射室2内的开口的边缘上的密封件14上。电压源6的电压通过调节电路7的一个电极15传导到阴极部分8，而通过其另一个电极16传导到阳极4。即使电压源6的电压波动，调节电路7仍使输出到阳极-阴极通路的电压保持固定。放电电压的波动主要受通过的传导的影响。使该电压保持固定，从而使通过气体管线17、18传送的全部气体流入溅射室2，并利用调节阀19调节全部气体。在此，不同气体的部分压力始终保持同样的比例。这是利用例如包括3个压力传感器20、21、22以及3个控制阀23、24、25的配置实现的，利用这3个控制阀，可以调节气缸26、27、28输出的特定压力的气体。利用调节电路29，使各气体的部分压力的比值始终保持固定。还可以将该调节电路29集成到调节电路7中。
在溅射室2内的阳极4的下方设置两个开口30、31，通过开口30、31，可以将要涂布的板32例如从左推到右。在板32的下方设置2个抽气部分33、34，这2个抽气部分33、34与泵(未示出)相连，利用该泵，可以在溅射室2内产生准真空。利用35、36表示以位于目标9前的弧形方式扩展的等离子云。
例如，气缸26可以含有惰性气体，而在气体27和28内可以含有不同反应气体。
阀19可以是蝶形阀。这种蝶形阀的结构相当于汽化器的节流阀。在其截面区域上适合环绕管的圆盘可旋转地支承在其对称轴上。根据所设置的、圆盘相对于该管的截面的夹角，该管的截面积更大或者更小是显而易见的。在90度位置，获得最大抽气开口，在0度位置，关闭该抽气开口。
图2示出阴极电压与反应气体流之间的关系。显然，该曲线表示该关系，而且该曲线存在滞后现象。而且可以看到，随着反应气体粒数的增加，放电电压降低。因此，在同样功率下，以低电压流过高电流。
从在图2所示的曲线中利用三角形标记的某个点可视，利用反应产物对目标的溅射面溅射到这样的程度，以致因为反应产物的溅射率低，而导致用于溅射了减少的表面粒数的纯金属的反应气体的数量太多，因此利用反应产物完全涂布该目标面。在该点，可能出现利用三角标记的亚稳工作点。例如，在US 6 511 584中可以找到关于滞后效应的细节。
图2所示的滞后取决于目标材料和反应气体的特定组合。还存在与图2所示滞后曲线镜像对称的滞后曲线。图3示出这种滞后曲线。可以以固定恒惰性气体流速，改变反应气体流速，或者使惰性气体流速适应恒反应气体流速。具体地说，可以想象，主要用作工作气体的惰性气体冲刷目标材料，而反应气体主要用于进行化学反应。
本发明的要点是使至少具有一个溅射阴极、被阳极和防护板包围的装置内的阴极或各阴极的放电电压保持固定。
在要涂布的衬底32后面紧接着第二衬底(图1中未示出)，因此在两个衬底之间形成间隔。因此，与端口33、34相连的各泵的抽气能力被削弱，即，抽气能力发生波动。通过它们从溅射室2内抽出气体的端口33、34的开口的截面逐渐被向右移动的衬底32覆盖，直到它只能通过阳极4与两个连续衬底之间的窄间隙抽出气体。因为衬底32在移动，所以抽气能力从最大值降低到最小值。如果气体的输送保持固定，则位于阴极3之前的体积内的压力升高。但是，根据反应过程，增加的压力导致放电电压降低或者升高。在这种情况下，获得如图4所示的电压曲线，这取决于衬底的位置。如果已经覆盖抽气端口并导致抽气气导率变化的衬底再一次清除该抽气截面，则放电电压再一次被看作原始值。除了空间坐标x，在图4中还可以规定时间坐标，因为根据关系：υ＝x/t，位置是时间的函数。
根据本发明，通过调节气体流速，可以抵消这种因为覆盖抽空截面引起的电压变化。
对于设置层特性，例如，各沉积层的机械应力，阴极上的电压和气压是重要参数，例如，该机械应力是柔性衬底可以向上滚，或者该层从该衬底剥离和向上滚的原因。利用这些参数，可以影响沉积层的层生长，例如，表面粗糙度，层电阻或更象杆状的或类似于疏松材料的层结构、孔率、结晶度等。
在此采用的电压调节不是传统溅射技术中采用的电压调节。这种传统电压调节是用于调节溅射电源的变型，其输出电压保持固定，具体地说，与使电流或功率保持固定的电流调节或功率调节不同。在使电压保持固定与以恒部分压力比调节压力之间的关系复杂。在第一模拟中，溅射功率实际上与溅射率成正比。溅射率表示被冲刷的目标材料的数量，然后，目标材料与反应气体反应。为了产生同样的反应产物，被冲刷材料与反应气体的比值必须保持固定；换句话说，实际上，溅射功率需要随气压保持固定。
此外，由于该模拟不考虑电功率，而施加处理气体混合物的惰性气体粒数，所以作为工作气体影响溅射率，而且反应气体粒数确定化学反应。因为该原因，部分压力比值必须保持固定。
相反，已知溅射电压影响层生长，进而影响层特性，以致适当使电压保持固定。几种效应可以互相叠加，以致它们互相补偿，而且不存在是否使电压或功率保持固定的可测量差值。例如，如果在所建议的调节器上，溅射放电电流仅在要求的调节范围内最小变化，因此，由于第一模拟是固定的，相反，电压保持固定，溅射功率还有溅射率均保持固定。
在恒压下，作为压力的函数，放电电流变化的程度也主要由电流-电压特性和电压-压力特性确定。这二者均是取决于所使用的磁控管的结构的设备特性。
Claims (8)
1.一种用于反应溅射的设备，该设备具有：
1.1至少一个阴极(3)，对其施加等离子体放电电压，而且具有
1.2至少一种工作气体和至少一种反应气体，位于溅射室(2)内，
其特征在于，
1.3控制阀(19)，利用其可以控制流入溅射室(2)内的总气体流速，
1.4调节器(29)，利用其可以使至少两种气体的部分压力比值保持固定。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，以离开阴极(3)的间隔，要处理的衬底(32)可以通过阴极(3)移动。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在要处理的衬底(32)的下方，设置用于溅射室(2)内的气体的抽气端口(33、34)。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，设置几种气体容器(26至28)，分别对每个气体容器设置控制阀(23至25)、将阀(23至25)控制的气体送到公共气体管线。
5.根据权利要求1至4所述的设备，其特征在于，设置压力传感器(20至22)，该压力传感器(20至22)测量通过阀(23至25)的气体的压力。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在衬底(32)与阴极(3)之间设置防护板(5)。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，工作气体是氩气。
8.一种在直列装置内进行反应溅射期间调节放电电压的方法，其中几个面衬底顺序通过溅射室移动，并在两个面衬底之间形成间隙，其特征在于，通过改变总气流，调节放电电压。
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