TW202307240A

TW202307240A - 多濺鍍靶材

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Publication number: TW202307240A
Application number: TW111128522A
Authority: TW
Inventors: 羅尼克萊因漢佩爾; 貝特伯格克
Original assignee: 德商Ｆｈｒ設備製造有限公司
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2022-07-29
Publication date: 2023-02-16
Also published as: US20230044831A1; CN115704088A; EP4131332A1; JP2023024280A

Abstract

本發明關於一種用於具有管狀磁控管的磁控管設置的多濺鍍靶材，用於塗佈靜置基板或沿著或在圓形路徑上通過真空室而被傳輸的基板，其中管狀磁控管是被安裝在一端塊或一些其他驅動單元中，且其中一磁棒是位於管狀磁控管中。本發明旨在提供一種多濺鍍靶材，利用該靶材，沿著或在圓形路徑上被傳送通過一真空室的基板可以些許努力藉由磁控管濺鍍而塗佈可選擇的複數材料。這是藉由至少一個具有一角度截面的多邊形載體管(1)被提供的事實來達成，其具有用於接收複數靶材(2)的複數縱向延伸的外表面(3)，其中自由空間(5)是位於至少一個多邊形載體管(1)中，其自由空間縱向延伸穿過其中，且其中用於在該多邊形載體管(1)外部形成電漿雲(6)的磁棒(4)是位於靶材(2)之前的工作位置中，該靶材(2)可以藉由旋轉多邊形載體管來選擇，且其中移動或靜置的基板(7)是位於電漿雲(6)之前的預定距離處。

Description

多濺鍍靶材

本發明關於一種用於具有管狀磁控管的磁控管設置的多濺鍍靶材，用於塗佈靜置基板或沿或在一圓形路徑上通過真空室而被傳輸的基板，其中管狀磁控管是被安裝在端塊或一些其他驅動單元中，且其中磁棒是位於管狀磁控管中。

管狀磁控管（空間上固定的磁棒位於其中）是廣為人知的，該磁控管是可旋轉地安裝在一側的一磁控管端塊中、或另外安裝在一對向軸承中，並且該磁控管端塊為了管狀磁控管、和另一方面必要的冷卻水和用於磁控管的能量供應，提供一旋轉驅動。

DE 10 2008 048 785 A1揭露此種具有可旋轉管狀磁控管的磁控管設置。該端塊一方面包含用於管狀靶材的旋轉驅動器，另一方面包含用於點燃和維持該管狀磁控管和待塗佈基板之間的電漿之必要能量供應。該管狀靶材是由載體管和外加靶材材料所組成。

憑藉此種磁控管設置，被移動而經過該磁控管的大面積基板，可以在真空室中被塗佈。一個特別的缺點是每次通過期間只能濺鍍一種材料的事實，而為了濺鍍其他的材料，在空氣被允許進入真空室之後，不同的管狀靶材必須被安裝，並且該真空室必須再度被抽真空。

一種解法是在真空室中設置複數串聯的管狀磁控管，這當然會顯著增加工作量和成本，因為這將導致之後較大的裝配。

在WO 2003/081 634 A2中還揭露了具有內部磁鐵系統的另一種管狀磁控管。該管狀磁控管主要是由管子形式的靶材載體和外部靶材所組成，該外部靶材由複數平面靶材板組成，該靶材板切線地被安置在管狀靶材載體上，從而形成無間隙的多邊形靶材表面。

為了達成這方面的改進，也就是說，為了能夠連續濺鍍不同的材料，商業可取得的“靶材轉臺”已經可以取得，其中複數完整的磁控管是以角度偏移而環繞中心軸來裝配。由於必要的磁場、陽極、必要的冷卻和電流連接的產生，磁控管需要相對較大的裝配空間，而且其複雜的結構導致相當昂貴。

為了能夠執行濺鍍操作，該的“靶材轉臺”必需根據以所裝配的磁控管數量為函數的固定的角度步級而被旋轉，直到所需的磁控管位於待被塗佈的基板對面，從而賦能該磁控管和該基板之間的濺鍍電漿能被點燃。此種“靶材轉臺”的優點可以看作是可以在同一個設備中濺鍍不同的材料的事實。

現在本發明的基本目的是提供一種多濺鍍靶材，利用該多濺鍍靶材，沿著或在圓形路徑上被傳送而通過一真空室的基板，可以藉由磁控管濺鍍以些許努力用可選擇的複數材料來連續塗佈。

這在開頭該類型的多濺鍍靶的情況下，藉由至少一個具有角度截面的多邊形載體管被提供的事實來達成，其具有用於接收靶材的複數縱向延伸的外表面，使得自由空間位於至少一個多邊形載體管中，自由空間縱向延伸穿過其中，且其中用於在多邊形載體管外部形成電漿雲的磁棒是位於在靶材之前的工作位置中，該靶材可以藉由旋轉多邊形載體管來選擇，且其中移動或靜置的基板是位於電漿雲之前的預定距離處。

作為本發明的延續，同一或較佳為不同材料的靶材是位於載體管的各外表面上。後者允許將不同材料連續濺鍍到相同的基板上，或批量的相同基板上，而不會中斷真空。

靶材較佳是被機械地藉由黏合或一些其他方式緊固於該外表面。

在本發明的另一實施例中，多邊形載體管具有三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形或八邊形的截面，從以此種方式賦能相對應數量的靶材被容納在該多邊形載體管上。

最終，該多邊形載體管可以按角度步級而被旋轉，以此種方式，靶材可被個別地定位於磁棒和位於後者之前的電漿雲之間。

在本發明的另一實施例中，磁棒是被定位於該自由空間頂部的固定位置中，在後者的對稱軸上方。

可選擇地，磁棒也可能被定位於自由空間底部的固定位置中，在後者的該對稱軸下方，或於自由空間側邊的固定位置中，在後者的對稱軸的側邊。如此一來，已知的濺鍍方法、向上濺鍍、向下濺鍍和側面濺鍍方法，或者其他傾斜於水平或垂直的濺鍍方法，可以藉由磁棒的適當樞轉或設置而以特別簡單的方式來實施。

在本發明的特別變化中，彼此相對的兩個磁棒是被配置在該自由空間中的固定位置，以此種方式，在任一例子中兩個電漿雲形成於分別靶材之前的頂部和底部。以此種方式，向上濺鍍和向下濺鍍方法可以同時應用於同一或不同的基板。

為了允許靶材的更佳利用，該多邊形載體管可以游移運動環繞固定的磁棒而被移動。

在本發明的另一實施例中，位於自由空間中的磁棒可在相對於該多邊形載體管的角度步級被樞轉。結果，各種濺鍍方法所需的磁棒位置可以特別容易地被設定。

最後，該多邊形載體管經由連接元件而被連接到商業可取得的磁控管端塊，其用於驅動該載體管旋轉，用於向磁棒供應能量和用於供應冷卻水。

根據本發明的多濺鍍靶材可以一樣的使用於執行向上濺鍍、側向濺鍍或向下濺鍍方法，或者可以傾斜於水平或垂直安裝，用於塗佈基板。

在本發明的一個特定實施例中，兩個多邊形載體管（每個具有位於其自由空間中的磁棒和位於其外表面上的靶材，磁棒與相關靶材之間的距離相同或不同）是被設置於共同真空室中相互平行的雙極設置，該共同真空室具有共同MF電源供應。藉由簡單地定位由不同材料製成的靶材，亦即藉由以角度步級旋轉兩個多邊形載體管，直到所需的靶材被定位在分別的磁棒上，幾乎任何所需的材料組合可以被製作。

在本發明的另一實施例中，具有位於後者中自由空間中磁棒的多邊形載體管和傳統的管狀磁控管或平面磁控管是設置於具有共同MF電源的共同真空室中相互平行的雙極設置中。這裡也可能在基板上製作複數材料組合，並且還可以包含實際上僅可用於平面磁控管的材料。

使用可按角度步級而被旋轉的多濺鍍靶材的多邊形載體管，可能以連續濺鍍複數不同或同一的材料，並以實質較少勞力而將它們沉積在基板上。

為了多濺鍍，根據本發明，具有稜角截面的多邊形細長載體管、而非慣用的細長管狀靶材被使用，其中由不同或同一材料製成的多邊形細長載體管靶材作為濺鍍源而被應用於縱向延伸的外表面。

靶材可藉由傳統的夾軌(爪)或藉由黏合而被緊固在載體管的較佳為一樣大的外表面上，在濺鍍期間靶材充當要被施加到基板上用於塗佈的材料源。

載體管可以具有複數截面，例如三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形或者其他如八邊形，並且可以被覆蓋有相對應數量的、由不同材料製成的靶材。特殊形狀也是可能的，例如具有三角形或四邊形截面以及三個或四個不同靶材以及具有斜角的載體管。

本發明的優點： . 可以使得在塗佈製程中不同或同一靶材的使用成為可能，而不必因為靶材的更換或磁控管的更換而讓空氣進入其中的真空室。 . 具有相同的靶材材料進行多種塗佈也成為可能，這對於增加裝配設備的使用壽命特別有利。 . 可能在多邊形載體管1上使用兩個、三個到最多八個不同材料的靶材2。 . 達成非常小的空間要求。 . 進一步藉由簡單旋轉該多邊形載體管1，靶材材料可以以角度步級來“改變”。 . 具有標準磁棒的管狀磁控管的標準磁場可以被使用。 . 只有單一冷卻系統被需要，如同管狀磁控管的例子。 . 標準管狀靶材端塊可被使用作為多邊形載體管的容器和驅動器。 . 只有單一能源供應被需要。 . 該靶材可以與典型管狀陰極濺鍍源的現有標準端塊和標準磁棒一同被使用。 . 雙極設置的使用導致了廣泛各種各樣材料混合的可能性。 . 如果，例如同一靶材被安裝並且被濺鍍穿透的靶材始終被進一步旋轉，則可能達成長的機器使用壽命。 . 它允許不同材料的塗佈的高度彈性。 . 對於客戶的投資成本相對低，因為根據本發明的多靶材也可以使用於現有的管狀磁控管系統中。 . 可以毫無問題地以彼此平行的設置來使用根據本發明的多濺鍍靶材與常規的管狀或平面靶材，並具有共同MF電源供應，從而導致裝配的更大彈性。

本發明藉由以下數個示例性實施例更加詳細地被解釋。

本發明的特別特徵在於，在多邊形載體管1形式中的多濺鍍靶材被配備用於接收靶材2的複數外表面3，其中磁棒4是位於多邊形載體管內的自由空間5中。自由空間5縱向延伸穿過該載體管1的中心，並且較佳地具有環狀截面。

不證自明的，以下描述的以多邊形載體管1的多濺鍍靶材的各種變化的塗佈必須在一真空室(未顯示)中在真空下製作。

圖1顯示具有按角度步級可旋轉的三重靶材系統多濺鍍靶材的多邊形的載體管1，該三重靶材系統還具有三個靶材2，在每一例子中其個別被緊固於具三角形截面的載體管1的外表面3，其中靶材2可由相同或較佳為不同材料所組成。

空間固定的磁棒4（定位於自由空間5中的頂部，亦即在後者的對稱軸上方）位於載體管1內。利用磁棒4，兩個電漿雲6在位於載體管1頂部的分別靶材2的前面被產生，借助該靶材，位於電漿雲6上方或被導引經過電漿雲6的基板7，以向上濺鍍的方法被塗佈從靶材2濺鍍出來的材料。

眾所周知，該向上濺鍍法具有將主要向上加速的濺鍍粒子沉積在基板7上的優點。

圖2a顯示具有正方形截面的多邊形載體管1，該載體管1具有四個縱向延伸的外表面3，靶材2被緊固在每個外表面上。在自由空間5中，磁棒4是位於後者的對稱軸上方。

圖2b顯示具有多邊形載體管1的多濺鍍靶材，多邊形載體管1具有與圖1和2a中相似的結構，但具有帶有多邊形載體管1的傾斜邊緣3.1的四個縱向延伸的外表面3。

原則上，此種傾斜邊緣也可以在依據圖1的三重靶材系統中被實施。

圖3顯示具有多邊形載體管1的多濺鍍靶材，其具有如同圖1的結構，但是為具有帶有載體管1的用於接收最多五個靶材2五個縱向延伸的外表面3。

此外，圖4顯示具有多邊形載體管1的多濺鍍靶材，其具有與圖1相同的結構，但為具有帶有六個縱向延伸的用於接收總共六個靶材2外表面3的六重靶材系統。

圖5顯示具有多邊形載體管1的多濺鍍靶材，其具有與圖1相同的結構，但為具有帶有八個縱向延伸的外表面3的八重靶材系統，每個外表面3用於接收一個靶材2。

在上述大多數變化中，磁棒4是位於自由空間5中，在後者的對稱軸上方，中心延伸經過載體管1的自由空間5。

如果多邊形載體管1具有特別大的直徑，則定位的一個例外可以是有用的，以防止多邊形載體管1中的磁棒4與載體管1的外表面3上的靶材2之間的距離變得太大因而導致電漿雲7的強度被減弱。在這種例子中，該距離應該被減小。

緊固在載體管1的外表面3上的靶材2的不同細線是意圖象徵在各種例子中不同的材料。為了選擇要被濺鍍出的材料，載體管1只需以相等的角度步級而被旋轉，直到所需的靶材2被定位於磁棒4上方的頂部。然後所需的電漿雲6在操作期間被產生於位於頂部的靶材2前面的磁棒4處。

具有不同截面的多邊形載體管1，可以經由連接元件9與商業可取得的磁控管端塊8一起操作，在載體管1內部可以使用傳統管狀靶材的空間固定的磁棒4。圖6顯示了六邊形載體管1的一側視圖，其中靶材2位於外表面3上。

特別長的載體管1可以將其自由端安裝在對向軸承(未顯示)中，以便將偏斜限制到最小值。

用於濺鍍所需的濺鍍電漿雲藉由靶材表面附近的磁棒4由於磁場而產生。藉由旋轉載體管1和位於其上的靶材2，相對應於磁棒3的不同或同一材料可以因此連續濺鍍出–取決於靶材2如何分佈於載體管1的外表面3上–並且被導引經過的基板7可以因此被塗佈。此外，多邊形載體管1或磁棒4的游移運動可以達成擴大的靶材侵蝕場，從而達成靶材2更好的利用。

圖式的圖1至圖5顯示依據本發明的濺鍍裝置，其用於在向上濺鍍方法中的操作。這意味著從靶材2濺鍍出的粒子在待塗佈的基板7的方向上向上移動，該基板7被移動經過電漿雲6的上方。

其他濺鍍方法，例如向下濺鍍方法，可以由多濺鍍靶材結合上述的多邊形載體管1以簡單的方式而被實施，因為磁棒4繞著一個假想的樞轉軸向下180°樞轉，結果磁棒4是低於自由空間5的對稱軸。可選擇地，磁棒4是被朝下指向定位於自由空間5中，結果在位於載體管1底部的靶材2前形成電漿雲6。

在這種例子中，從靶材2濺鍍出的粒子被沉積在待被塗佈的基板7上，該基板被導引經過電漿雲6下方。（圖7）

如果側向濺鍍法（亦即橫向沉積在基板7上）要被實施，則磁棒4必須經90°被移動進入橫向位置，結果以此種方式電漿雲6被形成在橫向定位的靶材2前。在這種例子中，要被塗佈的基板7必須橫向垂直地定位於或經過電漿雲6前。（圖8）

本發明的特殊實施例在圖9中被示出。所描述的多邊形載體管1在此配備了中心自由空間5，其中兩個磁棒4、4.1分別被設置在對稱軸的上方和下方。以這種方式，兩個電漿雲6、6.1可以被形成在相對應靶材2前的頂部和底部。分別的基板7、7.1可以被導引經過電漿雲或被定位在其處。本發明的實施例的先決條件是多邊形載體管1具有偶數個外表面3。

圖10至圖11顯示具有多濺鍍靶材或與傳統管狀磁控管組合，以便能夠在公共真空室中執行雙極製程的一些特殊實施例。濺鍍裝配的彈性由此而顯著提高。

依據本發明的兩個多濺鍍靶材的平行設置，其具有用於在基板7上沉積同一材料的公共MF電源供應10，被示出於圖10中。

圖11顯示基本上相同的兩個多濺鍍靶材的平行設置，其具有共用的MF電源供應，用於在基板上沉積不同的材料，其中此處根據圖式右側的多邊形載體管1與另一個靶材2被向上旋轉進入塗佈位置。這允許在基板7上各種材料組合的沉積。

圖12顯示一種特殊變化，其具有根據本發明的多濺鍍靶材和具有用於在基板7上沉積各種材料的公共MF電源供應10的傳統管狀磁控管11的同時操作設置。管狀磁控管11含有中心自由空間5，磁棒4位於其中並且被管狀靶材12所包圍。

最後，圖13顯示具有共同MF電源供應的兩個多濺鍍靶材的平行設置，其用於在基板7上沉積同一材料，每個濺鍍靶材具有多邊形載體管1和位於自由空間5中的磁棒4，其中根據圖式左側的多濺鍍靶材為對稱設計，而根據圖式右側的多濺鍍靶材為非對稱設計，從而可能達成磁棒4和靶材2之間的不同距離。從而可能以不同強度的磁場執行濺鍍。

根據本發明的多濺鍍靶材與傳統平面磁控管(未顯示)的組合和在共同真空室中的共同MF電源供應也是可能的而沒有問題。由這種組合，也可能將材料組合沉積在要被導引經過的基板上。

除了圖7至圖9中示出的具有四個外表面3和傾斜邊緣3.1的多邊形載體管，多邊形載體管1還可以具有如圖式的其他圖中所示的截面形狀。

多濺鍍靶材的本實施例的優點允許向上濺鍍和向下濺鍍方法同時被執行。

標準磁棒或任何其他合適的磁棒可以被使用作為自由空間5中的磁棒4。

在磁控管端塊8上和在支撐軸承中操作所需的圓形連接元件9可以藉由焊接與載體管1連接，或者相對應的連接元件9被使用作為轉接器。（圖6）

除了商業可取得的磁控管端塊7，也可能使用帶有調整馬達的其他適合的接收裝置，只要是角度精確的旋轉運動被製成，以便將多邊形載體管1上的各種靶材2帶入正確的位置，亦即平行於要被塗佈的基板7、7.1。

多靶材的多邊形載體管1圍繞固定磁棒的游移運動也是可想到的。

1:載體管 2:靶材 3:外表面 3.1:傾斜邊緣 4、4.1:磁棒 5:自由空間 6、6.1:電漿雲 7、7.1:基板 8:磁控管端塊 9:連接元件 10:MF 電源供應 11:管狀磁控管 12:管狀靶材

圖1：顯示多濺鍍靶材，該靶材由截面為多邊形的載體管組成，外表面上具有按角度步級可旋轉的三重靶材系統、以及載體管之內的磁棒、三個靶材、以及在各種例子中位於頂部的靶材前被表示的電漿雲、以及被引導經過電漿雲上方的基板；圖2a：顯示具有如圖1所示的多邊形載體管的多濺鍍靶材，但是為具有四個靶材的四重靶材系統；圖2b：顯示具有如圖1所示的具有四重靶材系統的多邊形載體管的多濺鍍靶材，但具有傾斜邊緣；圖3：顯示如圖1所示具有多邊形載體管的多濺鍍靶材，其具有五重靶材系統；圖4：顯示如圖1所示具有多邊形載體管的多濺鍍靶材，其具有六重靶材系統；圖5：顯示如圖1所示具有多邊形載體管的多濺鍍靶材，其具有八重靶材系統；圖6：顯示安裝在端塊上的多濺鍍靶材的多邊形載體管的示意性側視圖；圖7：顯示具有多邊形載體管的多濺鍍靶材，其中磁棒定位於自由空間的較低區域；圖8：顯示具有多邊形載體管的多濺鍍靶材，其中磁棒位於該自由空間的側邊；圖9：顯示具有多邊形載體管的多濺鍍靶材，其中根據圖式，兩個磁棒分別定位於頂部和底部的自由空間中，結果每個例子中在相對應的靶材之前的頂部和底部分別形成兩個電漿雲，基板被導引經過每個電漿雲；圖10：顯示兩個多濺鍍靶材的平行設置，其具有共同MF電源供應，用於在基板上沉積同一材料；圖11：顯示兩個多濺鍍靶材的平行設置，其具有共同MF電源，用於在基板上沉積不同材料；圖12：顯示多濺鍍靶材和管狀磁控管的平行設置，其具有共同MF電源，用於在基板上沉積各種不同的材料；以及圖13：顯示在具有磁棒和該靶材之間距離不同的一對稱和非對稱實施例中，兩個四重濺鍍靶材的平行設置。

1:載體管

2:靶材

3:外表面

4:磁棒

5:自由空間

6:電漿雲

7:基板

Claims

一種用於具有管狀磁控管的磁控管設置的多濺鍍靶材，用於塗佈靜置基板或沿或在一圓形路徑上通過一真空室而被傳輸的基板，其中該管狀磁控管是被安裝在一端塊或一些其他驅動單元中，且其中一磁棒是位於該管狀磁控管中，其中具有角度截面的至少一個多邊形載體管被提供，其具有用於接收複數靶材的複數縱向延伸的外表面，其中一自由空間是位於該至少一個多邊形載體管中，該自由空間縱向延伸穿過其中，且其中在該多邊形載體管外部用於形成電漿雲的一磁棒是位於在一靶材之前的一工作區中，該靶材可以藉由旋轉該多邊形載體管來選擇，且其中該移動或靜置的基板是位於該等電漿雲之前的一預定距離。
如請求項1所述的多濺鍍靶材，其中一靶材是位於該多邊形載體管的外表面的每一個上，其中該靶材由單一或不同材料組成。
如請求項1或請求項2所述的多濺鍍靶材，其中該多邊形載體管具有一三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形或八邊形的截面。
如請求項1至請求項3中任一項所述的多濺鍍靶材，其中該多邊形載體管可被旋轉於角度步級，以此種方式該靶材可被個別地定位於該磁棒和位於後者之前的該電漿雲之間。
如請求項1至請求項4中任一項所述的多濺鍍靶材，其中該磁棒是被定位於該自由空間之該頂部的一固定位置中，被定位於後者的該對稱軸的上方。
如請求項1至請求項4中任一項所述的多濺鍍靶材，其中該磁棒是定位於該自由空間之該底部的一固定位置中，被定位於後者的該對稱軸的下方。
如請求項1至請求項4中任一項所述的多濺鍍靶材，其中該磁棒是被定位於該自由空間之該側邊的一固定位置中，被定位至後者的該對稱軸之該側邊。
如請求項1至請求項4中任一項所述的多濺鍍靶材，其中位於彼此相對的二磁棒是被設置於該自由空間中的一固定位置中，以此種方式分別電漿雲存在於該分別靶材之前的該頂部和該底部。
如請求項1至請求項8中任一項所述的多濺鍍靶材，其中該多邊形載體管可環繞該固定的磁棒以一游移運動而被移動。
如請求項1至請求項4中任一項所述的多濺鍍靶材，其中該磁棒可在該自由空間中在關聯於該多邊形載體管的一虛擬軸以任何需要的角度步級被樞轉。
如前述請求項中任一項所述的多濺鍍靶材，其中該多邊形載體管是經由一連接元件而被連接到一商業可取得的磁控管端塊，用於驅動該載體管以旋轉並用於供應能量和用於供應冷卻水至該磁棒。
一種為了塗佈基板用於執行該向上濺鍍、側向濺鍍或向下濺鍍方法的如前述請求項1至請求項11中任一項所述的多濺鍍靶材的用途。
如請求項1至請求項11中任一項所述的多濺鍍靶材，其中具有位於該自由空間中的一磁棒的二個多邊形載體管，和該磁棒與該相關聯的靶材之間以相同距離或不同距離位於該外表面上的複數靶材，是被設置於具有一共同MF電源供應的一共同真空室中相互平行的一雙極設置內。
如請求項1至請求項11中任一項所述的多濺鍍靶材，其中具有位於該自由空間中的一磁棒的一多邊形載體管，和一管狀磁控管或一平面磁控管，被設置於具有一共同MF電源供應的一共同真空室中相互平行的一雙極設置內。