CN1714422A - 用于加工磁控管溅射涂层基底的方法和用于此的设备 - Google Patents

Abstract

为了在磁控管溅射涂层时使沉积到基底上的材料量分布最佳化，在磁控管溅射涂层时，一个磁控管磁场图样(9)沿着溅射面(7)循环地运动(M_y)，并且一个基底(11)在溅射面(7)旁边运动，为了锁相地随着循环的磁场图样(9)的运动(M_y)，借助于一个调整系统(3)调整溅射率。

Description

用于加工磁控管溅射涂层基底的方法和用于此的设备

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的方法以及一个按照权利要求28前序部分所述的设备。

从与本申请人相同的申请WO 00/71774已知，在一个通过调节使工作点稳定的用于一种反应涂层过程的溅射源中，在该溅射源上平行于溅射面地观察，平面基底在一个圆形轨迹中在所述源旁边运动，补偿所谓的弦-效应(Sehnen-Effekt)。关于“弦-效应”可以理解为在基底运动方向上沉积的材料量在上述基底上的不均匀分布。这主要由此而引起，一方面由于圆形轨迹，另一方面由于基底的平面结构，平行于溅射面观察，不同的基底部位相对于溅射面驶过不同的距离和角度比率。由此产生的在基底运动方向上在基底上的不同涂层率由此进行补偿，即与溅射面上的基底运动同步地按照一种给定的轮廓调整处理环境。

此外已知磁控管溅射。在此在溅射面上产生一个隧道形地从溅射面出来又进入到这个溅射面中的磁场的一个或多个优选的自封闭回路。由于在交替作用下具有所施加的电场的这个磁控管磁场的已知的电子陷阱效应，在隧道形磁控管磁场图样(Magnetron-Magnetfeld-Muster)的区域中产生一个增加的等离子体密度，该等离子体密度本身导致在这个区域中增加溅射率。由此在磁控管溅射中达到的溅射率远高于在没有磁场支持的溅射中的溅射率。但是由于沿着磁控管磁场图样产生一个增加的溅射率，在这个区域的溅射面中引起一个溅射腐蚀沟，即已知的所谓“跑道(race track)”，它导致只能不利地使用溅射靶材料。

众所周知，首要地由于这个原因转而使磁控管磁场图样在源运行期间在溅射面上方移动，并由此使增加的溅射损耗量在上述图样部位中尽可能在时间上分布在整个溅射面上。在此在与移动的磁控管磁场图样进行反应的磁控管溅射时附加实现彻底减少的靶中毒，也就是说通过反应过程中的不良电连接引起的靶面区的干扰涂层。在反应的涂层过程中、也就是说例如以一个在添加反应的过程气体、例如沉积金属氧化层的氧气情况下的金属靶为出发点产生连接层时，由于移动的磁控管磁场图样产生一个均匀的循环的溅射面腐蚀，由此在大范围中减少上述的、例如具有氧化层的干扰涂层。这提高了工艺稳定性。因此大多不再需要在通过移动的磁控管磁场图样进行反应磁控管溅射时通过调节使过程工作点稳定。

磁控管磁场图样通常沿着溅射面在一维或两维空间上循环移动。因此例如在一个长的矩形靶的情况下构成一个封闭回路的图样循环地在靶的纵向上往复移动。这个运动是一维循环的。在一个在两维方向上延展的靶装置中磁场图样例如不仅在一个方向而且在另一个方向上循环地往复移动，这导致一个磁场图样按照李沙育图(Lissajous-Figur)所沿着溅射面运动。在此循环的磁场图样运动尤其对于圆靶大多通过一个关于一个垂直溅射面的轴线的旋转运动实现，该运动也可以是一个环绕的或者摆动的旋转运动。同时还可以清楚地看出，关于这个轴线磁场图样不允许是圆形的。

已知旋转移动的磁场图样，其以一个在平行于溅射面的平面上的轴线简单镜像对称。这种磁场图样例如是心形的、苹果形的、肾形的等等，如同例如由US 4 995 958，US 5 252 194，US 6 024 843，US 6 402903所给出的那样，或者具有一个双镜像对称的形状，例如一个“8”字形，例如按照US 6 258 217，即与在所述平面中的两个相互垂直的轴线镜像对称。

此外还已知，要被涂层的基底在涂层过程中沿着溅射面随着移动的磁控管磁场图样移动。这一点尤其适用于所谓的批设备，其中多个、大量的基底在一个设备涂层循环期间被涂层。

在许多情况下对于涂层厚度的局部分布或者在反应过程中对于已溅射的材料沿着基底表面的分布提出非常高的要求。在光学涂层中、其例如用于投影显示器的部件，涂层的基底必需具有一个典型的层厚分布，它与平均层厚最多偏离1％并且在至少1000cm²的面积上观察，以使保证经济地加工由几层直至通常50层构成的涂层。在使用这样涂层的基底用于光学的数据传递时要求层厚偏差关于平均层厚最多为0.01％，这是在至少10cm²的面积上。在后一种情况下在这种基底上经常沉积许多直到超过100个单层，过程时间长达12至50小时。

主要涉及到在使用一个具有溅射面的磁控管源时，其中一个磁控管磁场图样沿着溅射面循环地运动并且基底与溅射面间隔地并在其上面移动，-在沉积的一定量的溅射材料的反应涂层过程中-，沿着基底面以尽可能小的层厚变化实现尽可能大的基底面。当我们在这种关系中谈到“涂层的基底面”时，指的是小基底的许多批处理器的这些表面的总和或者一个大基底的表面。

下面谈到层厚分布并对于反应过程理解为一定量的溅射材料在基底面上的分布，其在反应过程中不必一定与层厚线性相关。

为了在使用具有上述形式的基底运动的圆形磁控管源时实现一个可接受的层厚分布，目前在基底运动轨迹与溅射面之间使用静止的、影响材料流在溅射面与基底之间分布的结构部件、即所谓的光阑或者“造型光阑(Shaper Blende)”。在此通常与圆片形溅射面组合，如上所述，磁场图样关于一个垂直于溅射面的轴线通过围绕这个轴线旋转循环地延着溅射面移动。

这种结构部件、如造型光阑的设置尽管能够使层厚在运动基底上的分布实现层厚平均值的偏差小于1％，但是仅在容忍这种主要缺陷的条件下，即通过这种结构部件使大量溅射材料在达到基底之前被遮没，由此在保持相同溅射率时涂层速率明显减小。必需经常适配于各溅射源和基底运动并在尤其是磁控管磁场图样和其运动的每一个变型中都要重新进行加工并必需借助于迭代步骤进行优化的部件，在涂层过程期间干扰涂层。由于这些结构部件在工艺室中被剧烈加热而产生层应力，其例如随着由热引起的形状变化、如这些结构部件的弯曲而导致上述干扰层的脱落并由于在基底上的淀积而导致涂层缺陷。

本发明的任务是，建议一种上述形式的用于加工磁控管溅射涂层基底的方法以及适合于此的设备，由此在彻底减少材料流遮没的条件下使基底具有改善的沿着溅射层表面沉积的溅射材料分布，并在这种减少遮没的情况下与目前可实现的分布进行比较。

这一点在开始所述形式的加工方法中由此得以实现，按照权利要求1特征部分的内容，锁相地(phasenverriegelt)随着磁场图样的循环运动，使每个时间单位沉积到基底上的材料量循环地变化。

为了理解本发明，在此借助于图1描述其原理。

在图1中阴影面S表示在一个磁控管溅射源的溅射面上的一个位置，在该位置上存在最大溅射率。一个这样的位置S因此相当于磁控管磁场图样部位的一个局部。由于借助于图1只启迪地描述所出现的且按照本发明识别和考虑的现象，作为代表性对于提高在磁控管磁场图样部位中的溅射率只观察这个位置S。如图所示，通过在这里所示的两维的循环运动、即一个循环的运动Y_Z和一个与其垂直的循环运动X_Z实现一个椭圆形的运动轨迹，沿着该轨迹位置S在溅射面上徘徊。一个基底SU以相同形状的速度v在溅射面上并沿着溅射面随着两维循环运动的位置S运行。假设，位置S从一个位置pos.m到下一个位置pos.m+1需要相同的时间，如图1所示，则在基底SU上得到以X表示的位置S的层。还清晰地看出，在基底SU上移动一个摆线。

因此还可以看出，所述位置S在围绕X_W的转折点部位比在过零部位X_N停留更长。其结果是，在基底SU的外围和边缘区域比在中心区域沉积更多的由溅射面释放的材料量。

如果本发明应用于在图1中启迪地示出的情况并随着S的循环运动使每时间单位沉积到基底上的材料量这样循环并锁相地改变，即如果位置S位于部位X_W则总是减少材料量并且如果位置S经过部位X_N，则总是增加材料量，由此使沉积到基底SU上的材料在y向上的不均匀分布调整到均匀的或所期望的分布特性。

在一个按照本发明的加工方法的优选实施例中磁控管磁场图样的循环运动两维地、优选通过摆动的旋转运动或者一个围绕一个垂直于溅射面轴线的环绕的旋转运动实现。但是也绝对能够在实现李沙育图的意义上通过沿着溅射面平面中的一个轴线的各自循环运动实现两维的循环运动。

此外磁场图样的循环运动都不必一定是两维的。例如，如果在一个纵靶上磁场图样只在溅射面的纵向伸展上在纵靶上循环运动并且使基底垂直于这个方向，则在基底上产生所述的、涂层厚度在靶纵向延伸方向上的分布不均匀性，按照本发明这种不均匀性可以通过循环改变溅射率、随着磁场图样循环运动锁相补偿。

尽管绝对能够局部地实现沿着溅射面沉积到基底上的材料量的循环改变，但是在一个进一步优选的实施例中仍然建议，所沉积的材料量随着磁场图样循环运动同时在整个溅射面上锁相地改变。

定义：

关于两个相互锁相的循环信号我们理解为两个周期的信号，它们分别按照其中一个信号的一个固定的周期数相互间再度处于预定的相位关系。如果在一个给定的时间窗口内观察到，通过一个与合理数值一致的系数区分其频率f₁和f₂。

在一个最有利的方式中在整个溅射面上所沉积的材料量通过改变溅射功率同时得到改变。

代替通过改变溅射功率改变所沉积的材料量或者对此补充，可以使所提到的材料量局部地或仍然在整个溅射面上通过改变反应气体流和/或通过改变工作气体流、例如工艺室中的氩气流而得到改变。

另外可以并且优选溅射面整体地由一种唯一被溅射的材料如一种金属、一种金属合金或者一个金属化合物制成，但是通过使用一个多体靶，溅射面具有不同的要被溅射材料的表面段。

如果仍然观察图1还可以启迪地看到，如果位置S在基底SU上占据位置X_W则所沉积的材料量应该具有一个最小值。当然，由此得到，在另一优选的实施例中材料量的锁相的循环改变随着一个时间过程实现，其频谱在循环的磁场图样运动的频率的倍频处具有一个优势的谱线。

在另一优选的实施例中建议，所述过程在循环的磁场图样运动的频率处附加具有另一优势的谱线。如图1所示，所述基底SU直线地在溅射面上直线运动时，如果不是从溅射面观察，而是在同一视图中并且如图1虚线所示的在一个弯曲轨迹上观察，在视图中最好在一个曲率中心在溅射面以外的圆轨迹上观察，尤其显示出这一点。

同时原则上在磁控管磁场图样的一个两维的循环运动中这个运动分量是重要的，该分量垂直于基底的运动方向，仍然在视图中相对于溅射面观察。如果磁场的循环运动相对于图1在y轴与在x轴上观察是不同的，并产生具有一个x方向上的基底运动，则循环的磁场图样运动在y向上对于通过溅射率的循环改变而锁相是重要的。

在本发明的另一优选的实施例中磁控管磁场图样相对于一个平行于溅射面的平面中的轴线镜像对称地构成或者相对于两个相互间垂直的这样的轴线镜像对称地构成。

在另一优选的实施例中、即对于反应的磁控管溅射涂层在溅射面与基底之间的作业空间内设置一种反应气体。

尽管不必强制，但是还是优选使用一个圆形的溅射面，这使磁控管源的整个结构简化。

在本发明的另一优选的实施例中在溅射面与基底之间没有设置在上述光阑的意义上影响材料流分布的结构部件。

优选依赖于基底与溅射面之间的相对运动和/或依赖于磁场图样状和/或依赖于循环的磁场图样运动选择沉积到基底上的材料量的锁相的循环变化过程。

在定义溅射面的源靶的使用寿命期间根据溅射损耗留量使溅射面的几何形状变化。这一点又得到一个在靶使用寿命期间变化的、在磁场图样运动的一个循环期间从溅射面溅射的材料的分布，并由此得到涂覆到基底面上的材料量分布的一个变化。溅射特征在源本身上的这种变化不能通过设置静态结构部件如提到的光阑进行修正。与此相反本发明开创了这种可能性，按照本发明的另一优选的实施例通过使锁相循环变化过程在时间上改变，也得到这种关于在基底上所要求层厚分布的现象。锁相循环变化过程在时间上的这种改变、例如其振幅和/或曲线形状完全可以控制并按照经验值在一个给定的过程中实现。在另一优选的实施例中这一点由此得以实现，即，检测瞬间在基底上沉积的材料量分布作为一个检测的调节参数，将这些检测的调节参数与一个额定分布进行比较并按照比较结果、即调节差作为调节量在一个用于材料量分布的调节回路中调节锁相循环变化过程。由此能够自动捕获在运行期间产生的材料分布偏移。在本发明的另一优选实施例中基底在溅射面上移动多次。这个运动最好通过基底循环地在溅射面上导引而实现，而且在一个运动方向上或者往复移动。

基底在向着溅射面观察时优选直线移动。在此基底可以在一个第一优选方式中在一个平行于溅射面的平面中移动或者在另一优选方式中在平行于溅射面观察基底非直线地、在此最好沿着一个圆形轨迹移动。

如果基底在向着溅射面观察时直线移动，则优选并如上所述在各种情况下都使材料量的锁相循环变化随着一个时间过程进行，其频谱在循环磁场图样运动的频率的倍频处具有一个优势的谱线。这不仅发生在基底在一个平行于溅射面的平面中移动的时候，而且发生在平行于溅射面观察时基底非直线移动的时候，尤其是沿着一个圆轨迹移动的时候。

如果基底在平行于溅射面观察时非直线地优选沿着一个圆轨迹移动的，则可以显示出，附加于提到的随着磁场图样的循环运动在基底上沉积的材料量的锁相改变，材料量也随着基底运动同步地变化，如同在WO 00/71774中所述的那样。

如果在向着溅射面观察时非直线地、尤其是优选沿着一个圆心在溅射面以外的圆轨迹实现基底运动，则在时间上以一个优势的频率分量不仅在循环图运动频率的倍频时构成而且也在与循环图运动的频率相同时构成材料量循环变化的过程。尽管按照本发明能够在基底上加工出针对所期望的层厚分布轮廓，但是以优选的方式和方法在基底上实现一个优化的均匀的层厚分布。在此还优选加工平面的磁控管溅射涂层的基底。

按照本发明的磁控管溅射涂层设备具有一个磁控管源和一个位于一个溅射靶下面的、在一个平行于溅射靶的溅射面的平面中循环驱动的磁性系统以及具有一个基底转移装置，借助该装置使一个基底在溅射面上面移动，该涂层设备具有一个用于使每时间单位由源溅射的材料量的调整装置，它使这个量循环且锁相地随着磁性系统的循环运动调整。

在权利要求29至36中详细说明按照本发明的磁控管溅射涂层设备的优选实施例。

现在借助于附图示例性地阐述本发明。附图中：

图1示意地且不在物理上精确要求地示出在一个具有移动的磁控管磁场图样和移动基底的磁控管溅射源中作为了解本发明基础的情况；

图2示意和简化地示出一个按照本发明的方法或者一个按照本发明的设备的第一实施例；

图3以与图2类似的视图示出一个按照本发明的方法或者一个按照本发明的设备的当前优选实施例；

图4以俯视图示出一个在本发明构思内的优选使用的圆形磁控管源，该磁控管源具有不同的相对于磁控管源的基底运动轨迹，作为用于讨论本发明的在轨迹方面优选设计的基础；

图5以横截面图示意示出按照图4的源；

图6示意地且极其简化地示出一个在线的磁控管溅射涂层设备，在其上可以实现在图4中所示的、基底相对于源的运动形式；

图7再度示意地且极其简化地示出一个设备，在其上按照在图4中所示的第二运动形式；基底在一个圆轨迹上在源旁边移动，

图8和9示出在基底上对于其运动方向得到的层厚分布，(a)为没有那个补偿措施，(b)为具有已知形式和方式的光阑，而(c)通过本发明可以实现；

图10示出在基底与源之间相对运动的另一形式。

在图2中简化并示意地示出一个按照本发明的磁控管溅射涂层设备的第一实施例或者按照本发明的加工方法的一个第一变型。

通过涉及一个未示出的电源阳极的一个发电装置3给一个最好整体地由材料M制成的、或者也许两部分或多部分地(虚线表示的)分别由材料M₁，M₂...制成的、一个未示出细节的磁控管溅射源的靶1供电，通常以直流电供电，但必要时也可以以直流电和交流电供电，或者只以交流电供电，其中一直到高频区射频(Rf)。由此以公知的方式和方法产生在图1中简示出的电场E。在靶1的下面设置一个磁性系统5，其磁场穿过靶1，具有从溅射面7射出并再进入到这个溅射面中的磁力线。磁力线H构成一个封闭的、隧道形回路形式的场图样9。磁控管磁场图样9以公知的方式和方法与电场共同在磁场图样9的部位处导致明显的等离子密度增加，随同该增加由此提高那里的溅射率。如上所述，磁性系统5在绝大多数情况下在溅射面7上产生自身封闭回路形式的磁场图样9。

如同在图1中还简示的那样，通过在这里未示出的驱动机构使磁性系统5在至少一个方向上、按照图1在y方向上循环地沿着靶1往复移动，如同以双箭头M_y所示的那样。通过位于靶1下面的磁性系统5使磁场图样9均匀地沿着溅射面7移动。

一个基底11与溅射面7间隔地在这个溅射面旁边移动，在此至少具有一个运动分量m_x，它与磁性系统5的并由此与磁场图样9的运动方向M_y垂直。按照本发明的基本原理，由溅射面7溅射的材料速率锁相地随着磁性系统5或磁场图样9的循环运动M_y循环地变化，即进行调整。这一点如同按照图1的实施例那样由此实现：在磁性系统5与溅射面7之间、在磁性系统5的运动方向M_y上局部地改变或调整在磁性系统5与溅射面7之间渗透的磁阻。如同在图1中简示的那样，这一点例如可以通过设置局部增加的材料衬层13的靶1的磁阻来实现，由此沿着溅射面7局部地调整磁场图样9的场强H并由此局部地调整等离子密度和溅射率。对于专业人员还存在其它的方案，局部地且锁相地随着磁性系统5或磁场图样9的循环运动调整溅射率，即，例如通过在磁性系统5上设置的电磁铁、通过机械位移磁性系统5的单个磁体、通过调整磁性系统5与靶1之间的距离等。因此原则上在按照图1的措施中沿着溅射面7局部地调整溅射率。

在图3中以一个与图2类似的视图示出本发明的另一基本实施例，它至少在目前可以明显优选地使用。已经借助于图2描述的预防措施和部件在图3中以相同的附图标记表示并不再描述。如同在图3中所示的，借助于一个驱动装置15实现磁性系统5的移动M_y。用于靶1的发电装置3具有一个控制输入端即调整输入端S₃。一个其输出端A₁₇与控制输入端S₃有效连接的过程预定单元17产生一个循环的、也就是说周期的调整信号用于具有预定或可预定过程的发电装置3。如果以f₁表示磁性系统5的并由此表示磁场图样9的运动M_y的循环频率，那么在单元17上产生的周期控制信号的频率f₂选为nf₁，n为有理数。频率为f₂的、周性期的、输送给控制输入端S₃的控制信号与磁性系统5的频率为f₁的循环运动M_y锁相，也就是说，控制信号相对于循环运动m_y的相位分别按照由n给出的数值等于循环控制信号的周期。为此单元17的一个输入端与驱动装置15的机械输出端A_m或者且优选与驱动装置15的电输入端E₁₅有效连接，如同优选通过也许可调节的相位预定单元18所简示的。在单元17上最好设置另外的输入端S₁₇，在其上可以调节循环的控制信号过程参数、尤其是频率f₂、振幅的曲线形状等。

如同在图3中以虚线简示的那样，代替或附加于优选通过激励装置3改变溅射功率，通过单元18锁相地改变将反应气体G_r和/或工作气体G_A如氩气输送到在溅射面7与基底11之间的反应室中。在此这种改变可以大面积地在整个溅射面7上实现，或者局部地沿着溅射面7的预定部位实现。

但是与按照图2的实施例不同，在按照图3的目前优选使用的实施例中在溅射面7上的溅射率不是局部锁相地随着磁性系统5的循环运动而变化，而是使溅射面7上的整个当前的溅射率都锁相地随着磁性系统运动M_y而变化或调整。

在图4中示意地并以俯视图示出一个在本发明构思内优选使用的圆形磁溅射源21，其靶23或溅射面被磁场图样9’扫过。磁性系统25在所示的俯视图中对于一个平行于靶23的溅射面的轴线镜像对称地构成，如图例如心形示出的那样。以27示意地表示按照本发明在x方向上移动的基底。磁性系统的借助于图2和3讨论的循环运动在这里如图优选的那样作为两维的循环运动实现，具有优选的分别以相同频率移动的运动分量M_y和M_x。这个循环的两维运动以优选的方式且也如图4所示通过磁性系统25围绕轴线24的旋转来实现。当然必要时代替一种环绕的旋转也许可以使用一个旋转摆动运动。此外代替所示的单轴镜像对称的磁性系统25可以使用其它形式的磁性系统。尤其是如上所述，可以使用一种两轴线镜像对称的磁性系统，例如是具有旋转轴线24的“8”字形、例如形状的中心、一个肾形形状等等。

在图5中以截面图示意地示出按照图4的圆磁控管溅射源，如同以29虚线表示的，在那里装配一个公知的光阑。但是在此要强调，按照本发明也许最多使用一个光阑，它与以常见方式使用的光阑相比遮没更少的由溅射面溅射的材料，或者说按照本发明根本无需设置这样的结构部件来实现所要求的层厚分布。

所述基底27优选多次地在源21旁边运动，这可以在相同的方向上，也可以是往复运动。

如上所述，按照本发明使用的调整曲线形状取决于磁性系统的形状和其运动动态特性，还取决于基底运动的运动轨迹和动态特性，借助于所述调整曲线形状锁相地随着磁性系统循环运动调整溅射率或分别沉积到基底上的材料量。下面示例性地讨论三种情况。在图4和5中示出其中的两种情况，其中基底27在一个平行于靶23的溅射面的平面中移动，直线地按照引入轨迹A-B运动、或者非直线地按照轨迹A-B’运动、在此最好在一个围绕位于靶23的溅射面以外的(未示出)的中心Z的圆轨迹上运动。基底27在一种按照A-B的直线轨迹上的运动通常在所谓的在线涂层设备中给出。在图6中示意并简化地局部示出一个这样的在线涂层设备。基底27在此位于一个基底载体30上，并且如像在一个轨道上一次和多次地、最好是多次地直线地在溅射源21旁边运动。一个在预知的措施中、也就是说在不使用按照本发明的措施下通常设置的光阑安置在位置29’处。

图7示例性地示出如何实现按照图4的非直线运动轨迹A-B’，即通过使基底27布置在一个圆片形或者一个罩形的基底载体30’上，该基底载体具有位于源21的溅射面以外的旋转中心Z。在图7中仍以29’表示按照公知的方式必需安置的一个光阑的位置。

按照图4，基底27包括一个在y方向上从y1到y2的延展区，它应该以一个特殊的层厚分布、大多尽可能均匀的分布涂层。按照本发明，通过调整溅射功率直接影响旋转的磁性系统25的每个位置的溅射率，以便如此通过适当选择调整过程在基底27上获得一个均匀的层厚，而不必使用一个光阑，或者最多使用一个具有极小遮没面积的光阑。

正如由图1已经知道的，已经证实，对于直线运动A-B的情况、但是也包括一个直线运动分量有利的是，如果不必修正附加的非对称性，在磁性系统25的双倍旋转频率f₁的情况下根据图3的f₂来选择调制基频。因此优选在这种情况下在按照图3的单元17上选择一个调整曲线形状，它在2f₁处在其频谱中具有一个突出的频谱幅度。按照磁性系统25或5的f₂₅或f₁的旋转频率或循环频率必需选择得这样高，使得在基底27或11在源旁边运动期间，磁性系统5或25多次循环地移动，这一点通过相应提高磁性系统循环频率或减慢基底运动速度来保证。按照图3的运动M_y的或者按照图4的旋转的典型循环频率位于Hz范围中，即通常在0.1至10Hz之间，并且基底27或5在溅射源旁边的运动持续数秒，尤其是当基底只一次性地在磁控管溅射源旁边运动的时候。在基底多次在溅射面旁边运动的情况下，基底运动可以更快地实现。但是在这种情况下要注意到，基底在溅射面旁边运动的循环与磁性系统运动的循环异步地进行。在一个与磁性系统的运动循环同步化的基底运动循环中，必要时需要使用一个附加的、与基底运动同步化的溅射率调整。

在图8示出在一个平面基底上层厚分布的仿真曲线，该基底按照图4的运动轨迹A-B多次地在溅射面上移动。D在此表示圆形溅射面的直径，位置y₁和y₂表示在图4的基底27上的相应位置。y方向对应于在按照图4的基底上的y方向或者按照图2或3的y方向。曲线(a)表示溅射涂层装置没有使用按照本发明的溅射率调整和没有使用光阑时的层厚曲线。曲线(b)表示仍然没有使用按照本发明应用的溅射率调整，但是设置一个如在图8中所示的光阑29’。曲线(c)表示在按照本发明使用随着磁性系统循环运动的锁相的循环变化时的结果，即溅射率调整，如同不仅按照图3而且按照图4实现的那样。已经使用一个调整过程，其频谱在循环磁性系统运动的倍频处具有一个突出的谱线，在这里特别是具有所述基波。按照图8的仿真曲线已经在实践中基本得到证实。通过省去光阑29’并使用按照本发明的措施，基本上使所有由溅射面释放的材料到达基底上，这将导致明显提高涂层率、因此缩短涂层时间并提高产量。涂层率按照图8提高约18％。这在磁控管源上保持相同的平均电功率的情况下、并且另一方面尤其在按照图4的实施例中在有效利用靶材料的情况下，提高涂层设备的使用寿命。在使用一个光阑时涂层率方面的损失不能简单地通过提高所施加的电功率进行补偿，因为在靶上可以使用的最大电溅射功率一般受到设置的靶冷却的效率的限制。

在一个反应磁控管溅射涂层过程的情况下-其中(未示出)在本发明的所有实现形式中在磁控管溅射源与基底之间设置一种反应气体，过高的源功率还有损涂层质量。由于这种过高的功率，使得由溅射面释放的材料的反应过程随着反应气体发生改变，这将导致改变涂层材料上的化学计算法。在此例如光学的吸收可能由于变化的化学计算法在所述涂层中有害地增加。

在图4中示出上述三个基底运动类型中的第二运动类型-非直线地、尤其是沿着一个圆轨迹AB’。在这种情况下，基底的运动轨迹、正如可以清楚地看到的那样，不仅具有一个运动分量M_x，即沿着方向A-B，而且也具有一个与其垂直的相应的运动分量M_y。由于基底的y方向延展产生一个关于基底y方向延展的、非对称的层厚分布。这一点可以从图7中清楚地看出。在y方向上偏置的基底区域以不同的速度在溅射面的不同长度的区域上相对于偏心布置的磁控管溅射源的轴线Z移动。在图9中示出对应于图8的这种情况的结果。在(a)中示出在通过在图4或图2中所示的装置涂层时的层厚分布，没有使用按照本发明的溅射率调整并且没有使用一个光阑。为了通过一个光阑29”补偿剧烈的不均匀的分布(a)，必需使光阑相应地非对称地成形。通过曲线(b)示出具有给定的光阑29”的涂层曲线，但是没有使用按照本发明的溅射率调整。曲线(c)示出在使用按照本发明的溅射率调整时的层厚分布。在此与对图8的观察类似地选择一个调整循环曲线，该曲线一方面基于图4中的在对应于x向的基底运动M_x而在其频谱中在循环的磁性系统运动的倍频处具有一个突出的频谱幅度，但是另一方面，为了基于不同的基底部分在按照图7的y方向上的不同运动半径而考虑速率差，在与循环磁性系统运动的频率相同的频率处具有另一突出的频谱幅度。

按照图4使用一个具有一个偏置的旋转轴线的简单镜像对称的磁性系统，因为在一个例如“8”字形的两轴线对称的磁性系统中在一个随着对应于磁性系统运动频率的突出调制频率的溅射率调整中可以在溅射率并由此在涂层率中实现非对称。如果使用按照图4的简单镜像对称磁系统，则可以通过这个磁系统的设计实现所需的非对称，该非对称与按照图8的情况类似实现层厚分布的其余均匀性，也就是说在按照图4在方向A-B上的直线运动分量在循环磁性系统运动的频率的倍频处借助于溅射率调整来进行。

不仅在一个平行于溅射面的直线基底轨迹中而且在一个弯曲的、此外平行于基底面的基底轨迹中，正如所述的那样，可以借助于溅射率调整、尤其优选通过按照图3的溅射功率调整实现一个非常好的层厚分布，而不必使用光阑。由此能够通过一个外部可变化的过程参数、即电溅射功率实现一个层厚分布的最佳化。对于按照本发明的动态层厚分布修正有重要作用的是速度或变化率，通过它们可以改变供给所述源的电功率。利用目前商业上可获得的电源，能够毫无问题地以具有直到超过100Hz范围的频率的小信号特性、即围绕静态的工作点功率典型地以正负一个或几个10％没有显著的信号扰动地调整输出功率。由此能够通过显著超过10Hz范围的基频和显著的高频谱分量以较高的精度且没有显著相移地实现本身复杂的调整曲线形状。这一点对于一个精确的调整控制和通过循环的磁性系统运动的锁相是重要的。

按照本发明也可以在一个反应的磁控管溅射工艺中达到较高的涂层率或溅射率。对于反应过程的稳定性相关的时间常量(固有的由于过程引起的，例如由于反应气体压力、溅射率、反应室几何形状、真空泵等引起)一般超过100毫秒或者更长。在按照图4或3的磁性系统25或5的几赫兹的循环或旋转频率的情况下，对于涂层率或溅射率的变化的相关时间常数τ＝1/(2τf)明显低于100毫秒，由此使反应过程的影响最小。换言之，反应过程通常太缓慢，以致由于按照本发明有效使用的溅射率调整而明显干扰该反应过程。

在图10中简示出基底运动的第三种情况，据此以可能的方式附加于运动轨迹的布置，比如在图4中的俯视图中所示的、在平行于源21的溅射面方向上观察运动轨迹是弯曲的，最好对应于一个圆轨迹弯曲。在这种情况下除了关于轨迹A-B或A-B’的已经描述过的溅射率调整曲线以外，该溅射率调整曲线锁相地随着磁性系统的循环运动-如同在WO 00/71774中描述的-通过另一调整改变溅射率，但是与基底运动同步，以便补偿开始提到的弦效应。

按照本发明的层厚分布优化和尤其是通过外部可获得的过程参数“溅射功率”也能够适配于靶的实际腐蚀状态，在跟踪调制曲线形状的意义上适配于所掌握的情况。由此也可以在很大程度上消除层厚分布对靶使用寿命的多余依赖关系。因为所述分布对于溅射率变化或调整的影响、尤其是在调整溅射功率时的影响实际上立即实现，因此能够通过原位调节实现一个分布优化。在此借助于一个适当的原位检测系统检测目前所存在的层厚分布-例如通过所谓的宽带光谱监控，并且使检测结果作为调节参数在一个调节回路中应用于调节层厚分布。

这一点在图3中示意且虚线地示出。通过层厚分布原位检测系统40检测目前在基底11上的层厚分布。在一个比较单元42上将所测得的分布与一个额定分布预定单元44的以一个例如表格形式存储的额定分布进行比较。比较单元42的输出端以调节差A与调整预定单元17的控制输入端S₁₇有效连接，并且在这个单元上以出现在比较单元42的输出端上的调节差A的函数这样长时间地调节溅射率调整曲线，直到所测得的层厚分布不再偏离在单元44上预先规定的额定分布W，这一点由容忍的、保留的调节偏差给定。

尽管在本发明的描述过程中重点关注于在所加工的基底上实现一个优化的均匀的层厚分布，但是可以清楚地看到，在一个横向于基底运动方向的方向上观察溅射面，通过相应地设计溅射率调整-这涉及基频、曲线形状和关于磁性系统运动循环的相位，可以在基底上实现其它所期望的层厚分布。

Claims (39)

1.用于加工磁控管溅射涂层基底的方法，其中

·在一个具有溅射面的磁控管源上使一个磁控管磁场图样沿着溅射面循环地移动；

·基底与溅射面间隔距离地并在溅射面上方移动，

其特征在于，随着磁场图样的循环运动锁相地、循环地改变单位时间沉积到基底上的材料量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，两维地实现磁场图样的循环运动，最好通过相对于一个垂直于溅射面的轴线的一种旋转摆动运动或者回转运动来实现。

3.如权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，被沉积的材料量同时在整个溅射面上循环地变化。

4.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，通过一个反应气体流在溅射面与基底之间的空间中的变化而改变被沉积的材料量。

5.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，通过改变在溅射面与基底之间的空间中的工作气体流而改变被沉积的材料量。

6.如权利要求3的方法，其特征在于，通过改变溅射功率来改变被沉积的材料量。

7.如权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在时间过程上实现所述材料量的锁相的以一种变化曲线的循环变化，该变化曲线的频谱在磁场循环运动的频率的倍频处具有一个优势的谱线。

8.如权利要求7的方法，其特征在于，所述过程在磁场图样运动的循环频率处具有另一优势的频率线。

9.如权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，磁控管磁场图样对于一个平行于溅射面的平面中的一个轴线镜像对称地构成，或者相对于两个相互垂直的、位于上述平面中的轴线镜像对称地构成。

10.如权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，在溅射面与基底之间的工艺室中设置一种反应气体。

11.如权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，使用一个圆形的溅射面。

12.如权利要求1至11之一所述的方法，其特征在于，所述溅射面通过一个靶体的材料构成。

13.如权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，在溅射面与基底之间没有设置影响材料流分布的结构部件。

14.如权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，依赖于在基底与溅射面之间的相对运动、和/或依赖于磁场图样的形状、和/或依赖于循环的磁场图样运动来选择锁相地循环变化的过程。

15.如权利要求1至14之一所述的方法，其特征在于，在时间上改变锁相地循环变化的过程。

16.如权利要求1至15之一所述的方法，其特征在于，检测瞬间在基底上沉积的材料量分布作为测得的调节参数测量，与一个额定分布相比较并按照比较结果的标准作为调节差、作为调节参数在一个用于上述分布的调节回路中来调节锁相地循环的变化过程。

17.如权利要求1至16之一所述的方法，其特征在于，所述基底多次在溅射面上移动。

18.如权利要求1至17之一所述的方法，其特征在于，所述基底循环地在溅射面的上方在一个方向上或者往复地运动。

19.如权利要求1至18之一所述的方法，其特征在于，基底在一个向着溅射面的方向上直线地运动。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，基底在一个平行于溅射面的平面中运动。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，基底在平行于溅射面的方向上非直线地、最好沿着一个圆轨迹运动。

22.如权利要求1至18之一所述的方法，其特征在于，基底在向着溅射面的方向上非直线地、最好沿着一个具有位于溅射面外部的圆心的圆轨迹进行运动。

23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，使一个附加的在单位时间上沉积的材料量变化与最初提到的变化相重叠，该变化与基底运动同步。

24.如权利要求1至23之一所述的方法，其特征在于，加工最佳的均匀层厚分布和/或化学计算法分布的磁控管溅射涂层的基底。

25.如权利要求1至24之一所述的方法，其特征在于，加工磁控管溅射涂层的平面基底。

26.如权利要求1至25之一所述的方法，其特征在于，所加工的基底与一个平均的层厚值具有一个层厚偏差，该偏差在至少1000cm²的基底面的情况下最高为1％。

27.如权利要求1至23之一所述的方法，其特征在于，所加工的基底与一个平均值具有一个局部沉积的溅射材料量偏差，该偏差在至少10cm²的基底面的情况下为最高0.01％。

28.一种磁控管溅射涂层设备，该设备具有

·一个磁控管源和一个在一个溅射靶下面的、在一个平行于溅射靶的溅射面的平面中循环驱动的磁性系统；

·一个基底转移装置，通过该装置使一个基底在溅射面上面运动；

其特征在于，存在一个用于每时间单位由源溅射的材料量的调整装置，它锁相地随着循环的磁性系统运动产生一个循环的调整。

29.如权利要求28所述的设备，其特征在于，磁性系统与一个旋转摆动驱动装置或回转驱动装置有效连接，用于产生一个相对于一个垂直于靶溅射面的轴线的旋转摆动运动或者回转运动。

30.如权利要求28或29中之一所述的设备，其特征在于，调整系统调整每时间单位从所述源同时溅射到整个溅射面上的材料量。

31.如权利要求28至30之一所述的设备，其特征在于，所述调整系统包括一个反应气体流和/或工作气体流调节装置。

32.如权利要求28至31之一所述的设备，其特征在于，所述调整系统包括溅射靶的馈电装置。

33.如权利要求28至32之一所述的设备，其特征在于，磁性系统相对于一个平行于溅射面的轴线或者相对于两个相互垂直的、平行于溅射面的轴线镜像对称地成形。

34.如权利要求28至33之一所述的设备，其特征在于，在磁控管源的部位中存在一个与一个反应气体罐连接的气体入口。

35.如权利要求28至34之一所述的设备，其特征在于，磁控管源具有一个圆形的靶。

36.如权利要求28至35之一所述的设备，其特征在于，所述靶由一种唯一的材料制成。

37.如权利要求28至36中之一所述的设备，其特征在于，在溅射面与基底转移装置之间不存在阻碍溅射面与输送系统直接直视连接的结构部件。

38.如权利要求28至37之一所述的设备，其特征在于，存在一个用于检测溅射材料沉积到输送系统的一个基底上的量的局部分布的检测装置，该检测装置的输出端与一个比较单元的一个输入端有效连接，该比较单元的第二输入端与一个额定分布预定单元有效连接，并且该比较单元的输出端与一个在调整系统上设置的调节单元的控制输入端有效连接。

39.如权利要求28至38之一所述的设备，其特征在于，输送系统与一个驱动装置有效连接，该驱动装置使至少一个基底支架循环地在溅射面旁边运动。

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