TWI296658B - Method for operating a sputter cathode with a target - Google Patents

Description

1296658 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種根據申請專利範圍第i項之前言的 方法。 ' θ 【先前技術】 /待塗至一基板之譬如是一合成薄膜或玻璃之材料層係 夺苇藉著忒所谓之濺錢製程被塗佈。此濺鍍製程於一真空 室中進行，於該真空室中設置有電漿。 • 於此製程中，藉著該電漿中之離子，粒子自該靶子被 撞擊出，且隨後沈積在一與該靶子相向之基板上。 該靶子連接至一施加有負電壓之陰極，該陰極使來自 6亥電聚之正離子加速。 為了使該最大可能之粒子數目自該靶子被撞出，在此 革巴子之附近使用有磁場貫穿該靶子之磁鐵。藉此該電漿之 離子化作用所造成的電子係在該靶子表面之附近中聚集成 束。陰極及永久磁鐵之組合亦被稱為“磁控”。 _ 如果陰極及靶子係平面式，該磁控係稱為一平面式磁 控。 然而’有一段時間，由於中空圓筒形磁控之高靶子材 料產額，其等越來越多地被使用。這些磁控有時候亦稱為 管式陰極。 在一管狀陰極之外部側面上係坐落著一亦為管狀之乾 子。違管狀革巴子繞著該陰極之縱向轴旋轉，並使磁鐵固定 不動地設置在該陰極中。這些磁鐵之磁場貫穿陰極及靶 1296658 子，且因此亦配置在該電漿中。 “管式陰極”通常亦了解為整個單元，其包含一馬達、 一引導穿透之旋轉式傳動裝置、軸承、電滑動裝置、冷卻 機構線路、及一磁鐵系統，該磁鐵系統隨同該靶子冷卻之 一部份係設置在該圓筒形起子中。 具有一帶有旋轉式挺子之磁控陰極的濺錢裝置業已習 知’其中5亥革巴子係以一特別之方式冷卻（德國專利第D e 41 17 368 A1 號）。 於另一習知旋轉式磁控陰極中，在該等陰極之二相向 位置上提供有磁鐵，使得二基板可同時地被提供以一濺鍍 塗覆（德國專利第DE 41 26 236 A1號）。 最後，在此亦已知一用於陰極濺鍍之旋轉式陰極，該 旋轉式陰極支樓-管狀結構之部件，其係能繞著其軸旋 轉，且在其圓周上至少有一待濺鍍之材料（歐洲專利第Ep() 599 B1幻。此旋轉式陰極額外地包含_磁鐵系統以及 鲁機械機構，該等磁鐵系統及機械機構於該濺鍍期間使該管 狀結構部件之一擺動旋轉式運動成為可能。這是意欲在用 於以磁控作辅助之陰極濺鍍，提供一用於陰極之=子材料 的快速替換之方法中解決所涉及之問題…於一且有二 旋轉式不同羊巴子之架構中獲得均勻之腐餘，每一Μ好 展成半圓筒之形式，於沈積期間，允許該旋轉式陰極在二 擺幅下擺動，該擺幅係小於或等κα/2。 例中，其係α=180度。 、—不同子之案 1296658 【發明内容】 本發明之目的係於濺錢陰極中以移動 場來消除感應電流在塗層品質上之負面效應乾子…磁 此目的係根射請專利範圍第！項之特徵而達成。 因::，本發明係有關一種用於操作一磁控賤鍵陰極的 是有關一種管式陰極或形成—陣列之數個管式 陰極的方法。於此諸極U子通過— 應電流在㈣子中流動，並㈣該磁場。這造成—隸i 一不均勻㈣。藉此在磁場絲子間之相對移㈣替地反 轉其方肖，該磁場扭曲之效應能被補償。4導致在一待塗 附基板上之塗層較大的均勻性。 ” 以本發明所達成之優點特別包含：在以—方向連續旋轉 之具有導絲子材料的管式陰極或管式陰㈣構之案例中 所發生之塗層厚度分佈的變形被避免了。 本發明之具體實施例的範例係顯示在該圖式中，且將 在下文中被更進一步詳細地敘述。 【實施方式】 第1圖顯示貫穿一真空室i之剖面視圖，在該真空室 中設置有四個可旋轉之管式陰極2至5。與這些管2陰極 2至5相對者係設置有一待塗附之基板6，例如是一玻璃 面板。 該等管式陰極2至5之每一個包含一圓弧形磁鐵軛座 7至10以及一軸承管11至14，軸承管之外側則設置有圓 筒形靶子1 5至1 8。 1296658 於第1圖之描述中，具有相關靶子15至18之軸承管 11，14以箭頭19至22之方向旋轉，因此係以順時針方 向旋轉。然而，其等亦可以逆時針方向旋轉。 於該圓弧形磁鐵軛座7至1〇中設置有三個永久磁鐵組 23至34，該等永久磁鐵組之永久磁鐵組23、乃；％、28 ; 29 3 1及32、34具有相同之極性，而分別位於它們之間 的永久磁鐵組24、27及30、33具有相反之極性。具有永 久磁鐵組23至34之磁鐵軛座7至1〇係設置成固定不動 •地，亦即不會和該等軸承管u至14及該等靶子15至Μ 一起旋轉。 如果該等靶子15至18係以根據第i圖之一架構濺鍍， 一塗層係沈積在該基板之表面上，該塗層包含與該靶子相 同之材料。於反應性濺鍍之案例中，濺鍍離開該靶子之材 料亦可額外地參與一化學反應，且在其沈積在該基板之前 形成一化合物。既然該等管式陰極2至5不能被無限接近 地包裝，它們彼此具有一間距，該間距造成垂直於投射入 _圖示之平面中之該等管式陰極2至5之縱向轴的不均勻塗 層。 第2圖顯示當該等管式陰極2至5不旋轉時，亦即如 果濺鍍係在該靜態之狀態中進行時，延伸一金屬塗層之電 阻分佈的方式。該等管式陰極2至5之旋轉軸係定向於y 方向。此y方向係進入第1圖之圖示平面的方向。X方向 指示第1圖中之水平方向。該等橢圓4〇至43指示該基板 上之高電阻（亦即低塗層厚度）區域。其等係位在該基板上 1296658 之個別管式陰極2至5的正下方。因此，該等橢圓4〇至43 之：軸延伸在該等管式陰極2至5之旋轉軸下方，並指示 出高電阻之區域。既然在該等管式陰極正下方之磁場係比 該等管式陰極之邊緣區域較弱，在此亦沈積較少之濺鍍材 料。然而，在該等管式陰極正下方產生較少沉積之靶子材 料，這係反映在一較薄之塗層厚度中，且隨之反映在一增 加之電阻中。該等橢圓40至43顯*已增加電阻之區域 它們實際上係相當狹窄的。 第3圖顯示如果所有該管式陰極2至5以順時針方向 旋轉，如此係以箭頭19至22之方向旋轉，濺鍍在該基板 6上之材料的電阻分佈。 其能看見沿著該個別管式陰極2至5之旋轉軸，該增 加電阻之區域的分佈不再均勻，亦即隨著增加之X軸距 離，該等橢圓逐漸地變得較小。該等橢圓之長度變化的觀 察效應亦發生於單一陰極之案例中；然而，其僅只以具有 數個陰極之陰極陣列下才變得清楚地顯而易見的。具有較 少塗層的區域之移位的增加，及隨之於該y方向中之高電 阻的機制尚未被完全得知。其可能的是經過重疊之電漿 區’干擾在陰極之間被傳送，以致該效應被加強。 第4圖係顯示於逆時針方向旋轉該等管式陰極2至5 之案例中，该增加電阻之分佈。於此案例中，基板6上之 歲鍍材料的增加電阻之分佈亦不均勻，但其係以相反的方 式亦即5亥專橢圓隨著增加之距離X而連續地變得較大。 其明顯的是該等低沈積區域於該旋轉期間一方面在該 10 1296658 順時針方向中、及在另_ c 方面於該逆時針方向中之不對稱 性係相反方向的。於該順 _ m 寻十方向中之旋轉期間（第3圖）， 石亥專橢圓44至47之主紅仏—《 、“…μ 主軸於该χ方向中變得較短，而於該 逆日守針方向中之旋轉期間， 适寺橢囫48至51之主軸於嗜 X方向中變得較長。 + &逆 /果該等管式陰極2至5以—指定之速率於順時針方 °疋轉達&時間tl ’且隨後在相同之速率下於該逆時針 方向旋轉達㈣之時間tl’則可再次獲得第2圖中所描述 之分佈’料與該靜態_中相同之分佈。可以說是補償 一相反方向之誤差。然而’ A了獲得該基板上之塗層的最 佳均勻性，對於所有陰極，其不需要總是在精確地相同之 圓周速度下及於同一方向中旋轉。反之，言亥圓周速度及該 等繞軸自轉之持續時間能變化。如果該等個別之陰極具有 製造公差，這特別適用。於此案例中，該圓周之速度等應 該被設計成適於該等特別之陰極。 第1圖之管式陰極2係以-放大之比例再一次地描述 於第5圖中。於此代表圖中顯示藉著該永久磁鐵23至25 所建立的磁場之場線60、61。 其能看見該等場線相對該管式陰極丨丨及該靶子丨5對 稱地延伸，且能看見直接在該管式陰極下方之磁場強度係 比其橫側位置較弱。 該等場線之對稱定向適用於靜態之操作，亦即如果該 管式陰極2不會繞著該固定不動之永久磁鐵23至25旋 轉。然而’如果該管式陰極2係繞著這些永久磁鐵2 3至2 5 11 1296658 旋轉，該等永久磁鐵23至25之場線係藉與該靶子15相 父。據此，位於一導電靶子中之電子係遭受垂直於該靶子 15之運動方向及垂直於該等場線之方向、亦即垂直於圖示 之平面之作用力。既然該等電子係沿著靶子15之縱向軸 不句勻地刀佈，這造成在此方向於該輕子中發生一電壓u 或一電場強度E。該電場強度E能藉著該方程式Ei=y X B 被計算出，如果Ei係該感應電場強度，v係該靶子之圓周 速度，及B係永久磁鐵23至25之磁場強度。藉此，一感 應電流依次導致一磁場之形成，該磁場變得重疊在該永久 磁鐵23至25之現存磁場上。據此，該造成之磁場被扭曲， 並造成在第3及4圖中所描述之不對稱性。 該塗層厚度分佈之變形發生在該陰極之縱長方向中， 以及亦垂直於該陰極。 在第5圖中所示之磁場係經過該重疊之磁場傾斜偏開 至一側面，且特別於向右旋轉期間進入該一方向，及，於 向左旋轉之案例中進人該相反之方向中。經過該旋轉方向 中之相等長度的變化，隨著於一方向中之旋轉所發生的誤 差可經過該相反方向之誤差所補償，該相反方向之誤差係 發生於該相反方向中之旋轉期間。因Λ，經過該旋轉方向 之界定時間比例，該分佈可特別地沿著該y方向移位。 經過該無子中所感應之電流，強勁之作用力係亦於該 紙子及該永久磁鐵23、24、2…1產生，該等作用力係 與該乾子之旋轉方向相反°如果㈣子及磁場之間發生一 相對移動，於此所述和旋轉式管式陰極有關之效應，亦會 12 1296658 對應地發生於平面式陰極之動態操作期間。 第6圖係描述一貫穿具有該管式陰極2之真空室1的 縱向剖面視圖。該管式陰極2能藉由設置於一配件70中 之驅動器被設定成旋轉式運動。此外，在此配件7〇亦提 供有一流體入口 71及一流體出口 72。在該管式陰極2下 方係设置有待塗附之基板6。一氣體入口係以73標示， 设置相向於氣體入口 7 3的係位於該真空室1之相反側面 上之一氣體出口（未示出）。 該管式陰極2係連接至一電壓源74之負極，該電壓源 在此顯示為一直流電壓源。該電壓源74之正極係與該真 空室1之底部75連接。一容器壁面76分開在該真空室丄 所獲得之真空與圍繞該配件70周圍之大氣。於該配件7〇 中係設置有一流體管子77，其包覆該流體入口 71及該流 體出口 72。繞著該流體管子77同軸地設置者係一不導電 材料之管子78。於該二管子77及78之間係設置有密封環 =、80、81及軸承82、83之二配置。於軸承83之配置的 前面中者係-旋轉式驅動單& 84,其轉動該管式陰極2。 在a亥官式陰極2之另一端部;一 Ait Q n rU νο ^ ^ 1 ^ 釉承87中安置著此管式 陰極2之一配# 86。藉著88、89標示該等電源供應，而 該等直流電壓源74之電極係連接至該等電源供應。 雖然第6圖僅只顯示一管式险 认—古咖^ & A 1%極，於該真空室1中安 置有數個垂直於圖示之平面4 十面的官式陰極。這些管式陰極之 每一個能夠設有其本身之酿私留一 用 身之15動早①°然而，其係亦可能採 m用於數個管式陰極之驅動單元。 13 1296658 ；/、體實施例中’該旋轉式驅動單元84能被提供用 於根據箭頭90以順時钻古& # 貝守針方向疑轉，以及用於根據箭頭91 以逆時針方向旋轉。 ; Β式陰極11於—方向中之旋轉係至少360度，以便 /執子15之所有區域將被用於$賤鍍。然而，可完成於該 順日寸針方向中之數圈旋轉及隨後於該逆時針方向中之相同 圈數的旋轉、然而’於每一方向中之旋轉圈數必需總是相 等。 通韦’該管式陰極之旋轉速度或角速度係不變的。然 而原則上其亦可能改變該角速度。該旋轉式速度越高， 則该磁場60、61之扭曲效果係越大。 如果該管式陰極U以高速於該順時針方向旋轉n次， 斤4成之扭曲誤差可以一低速於該逆時針方向中以m次旋 轉補償，其中κι > η。 當使用數個管式陰極，且該等管式陰極形成一所謂之 陰極陣列時，該等角速度亦可隨各管式陰極變化。 於第6圖中，一單一陰極係連接至一直流電壓。然而， 其亦可能利用一對連接至交流電壓之小陰極，該小陰極包 括二相類似之陰極。於此案例中，該等陰極交替地當作陽 極及當作陰極來操作。 本發明亦可利用於靜態塗覆用之陰極陣列。靜態塗覆 應了解為一種塗覆法，其中該基板於該塗覆期間係靜止 的’且不會相對該陰極移動。在此，該磁鐵系統能夠於該 ^设期間相對該乾子移動或不移動。 1296658 【圖式簡單說明】 第1圖係數個平行地設置於一機贫室 第2圖係在具有數個管式陰極 之香式陰極； ^心》賤錢單 作下，於一基板上之塗層厚度分佈； 70的〜靜態操 第3圖係在具有數個陰極之濺鍵單元 下，使該等陰極在一第一方向中旋 疋枸〜動態操作 上之塗層厚度分佈； < 於一基板 第4圖係在具有數個陰極之濺鍍單元、 籲下，使該等陰極在一第二方向中旋轉，所顯的〜動態操作 上之塗層厚度分佈； #不之於一基板 第5圖係貫穿一管式陰極之橫剖面視圖； 第6圖係貫穿一電漿室之縱剖面視圖。 【主要元件符號說明】 1 真空室 2 管式陰極 3 管式陰極 4 管式陰極 5 管式陰極 6 基板 7 磁鐵軛座 8 磁鐵辆座 9 磁鐵輛座 10 磁鐵辆座 11 轴承管 15 1296658

12 軸承管 13 軸承管 14 軸承管 15 靶子 16 靶子 17 靶子 18 靶子 19 箭頭 20 箭頭 21 箭頭 22 箭頭 23 永久磁鐵組 24 永久磁鐵組 25 永久磁鐵組 26 永久磁鐵組 27 永久磁鐵組 28 永久磁鐵組 29 永久磁鐵組 30 永久磁鐵組 31 永久磁鐵組 32 永久磁鐵組 33 永久磁鐵組 34 永久磁鐵組 40 橢圓 16 1296658

41 橢圓 42 橢圓 43 橢圓 44 橢圓 45 橢圓 46 橢圓 47 橢圓 48 橢圓 49 橢圓 50 橢圓 51 橢圓 60 場線 61 場線 70 配件 71 流體入口 72 流體出口 73 氣體入口 74 電壓源 75 底部 76 容器壁面 77 流體管子 78 管子 79 密封環 80 密封環 1296658 81 密封環 82 軸承 83 軸承 84 旋轉式驅動單元 86 配件 87 軸承 88 電源供應 89 電源供應 90 前頭 91 箭頭 18

Claims (1)

1. it1296658 十、申請專利範圍：

   •一種用於操作具有靶子（1 5)之濺鍍陰極（11)的方 法，其中濺鍍陰極（11)及靶子（15)係相對一磁場（6〇、61)移 動及通過此磁場（60、61)，藉此該具有靶子（15)之濺鍍陰極 (11)係栘動於一第一方向，且隨即移動於一與該第一方向 相反之方向，其特徵為複數個具有個別之靶子（i5_i8)的濺 鍍陰極（11-14)被並列配置，且該等乾子（15_18)為電導性革巴 子（15-18) 〇 2 ·如申請專㈣圍第！項之方法，其特徵為該等賤鍛 陰極及革巴子係被提供為平面式。 3.如申請專利範圍第w之方法，其特徵為該等賤錄 陰極⑴_14)係管式陰極，並隨同其等個別之管狀乾子⑴-叫 以-角速度於一第一方向旋轉大約至）36〇度，且隨即以 一角速度於一與該第一方向相反的方向旋轉大約至少360 度。 4.如申請專利範圍第3項之方法，其特徵為於大約至 少360度之一旋轉期間的角速度係固定的。 5 ·如申請專利範圍第3項之方、本甘& 貝万去，其特徵為於大約至 少360度之一旋轉期間的角速度係變化的。 6 ·如申請專利範圍第3項之方法甘，士 万去，其特徵為該等靶子 (15 -18)係大約3 6 0度地旋轉n次，. 在此η係一整數，且適 用 η > 1。 、 7 ·如申請專利範圍第3項之方法甘姑 万去，其特徵為該等管式 陰極（2 - 5 )之縱向軸係互相平行地被定白 ；1296658 8★申請專利範圍第3 々法，其特徵為所有管式 陰極（11-14)之角速度係相等的 9.如中請專利範圍第3項之方法，其特徵為至少二管 式陰極之角速度係不相等的。 =·如中請專利範圍第項中之—或數項之方法， ;“支為一基板(6)被設置在離該等靶子(15•⑻一段距離 η.如中請專利範圍第7項之方法，其特徵為—基板（16) 係設置成平行於該等管式陰極（2_5)之縱向軸。 .如申請專利範圍第7或u項之方法，其特徵為該 專官式陰極（2 _5)之縱向軸係旋轉軸，且設置在―共同 中。 U.如申請專利範圍第3項之方法，其特徵為所有管式 陰極（11_14)具有由相同材料所組成之靶子（15·18)。 Μ.如申請專利範圍第丄項之方法，其特徵 移動之於該弟-方向移動之時間t]及於該第二 ： 時間t2係相等的。 動之 15.如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為該等相針 移動之於該第：方向移動之時…於該第二方向移動之 時間t2係不相專的。 十一、圖式： 如次頁。 20