專利名稱：一磁控濺射設(shè)備，一圓柱體陰極和一種在一基板上涂敷多成分膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一磁控濺射設(shè)備，一圓柱體陰極和一種在一基板上涂敷多成分膜的方法，分別依據(jù)權(quán)利要求1、5和10的前序部分。
背景技術(shù)：
在噴涂不同類型基板的真空涂敷系統(tǒng)中磁控濺射設(shè)備的使用已為人們所知，例如，使基板方向的濺射成為可能的帶有磁陣列的標靶；而且這些設(shè)備適用于各種各樣涂料的涂敷。這樣的真空涂敷系統(tǒng)包括進行涂敷操作的工作室。這些真空室在所需真空范圍內(nèi)有一基本壓力，該真空范圍依據(jù)該工藝參數(shù)，尤其是在膜附著時防止污染。涂敷時，該真空室可有一遠高于該基本壓力的工作壓力，該工作壓力由生產(chǎn)氣體造成。
裝有圓柱體磁控管的磁控濺射設(shè)備，尤其顯示出一種有利的高的靶材利用率和一種長久的靶的使用壽命。例如DD217964中所述的，益處是通過全部由一靶材構(gòu)造的圓柱體陰極實現(xiàn)的。然而，如U.S.4356073中所描述，益處也能通過配備有沿圓周涂敷的靶材膜的載管來實現(xiàn)。由于局部集中濺射且因此防止了凹線的形成，該圓柱體陰極的均衡旋轉(zhuǎn)使要耗掉的靶材均勻地涂敷于該圓柱體陰極表面。
聯(lián)合濺射技術(shù)頻繁應(yīng)用于在一基板上涂敷多成分膜，例如光伏打吸收層的生產(chǎn)。該膜的單一成分同時從不同標靶濺射出并涂敷于一基板上。在該基板上，這些成分混合形成一多成分膜。聯(lián)合濺射可通過各種不同方法實現(xiàn)。例如，若干帶有不同材料成分的單獨的標靶交替地排成一排。由于隨所要求的膜的厚度而變化，該基板以一種可使單一材料成分疊加于其上的速度被引導(dǎo)著通過這些標靶，于是形成了該多成分膜。大部分同類的膜可以此方法形成。這項技術(shù)的缺點在于該真空涂敷系統(tǒng)相對昂貴，由于其需要大量單獨的陰極和一大的真空室。
盡管如此，仍可使用一由若干區(qū)域構(gòu)成的帶有不同材料成分的標靶。這種情況下，該基板通常是在固定位置的，同時濺射該單一成分并同時轟擊該基板，以形成該多成分膜。該技術(shù)的缺點是該標靶結(jié)構(gòu)復(fù)雜且花費高。而且，雜質(zhì)會混入該多成分膜，因為通常使用粘合劑使若干單獨的區(qū)域結(jié)合成一單個的標靶，而該標靶同樣經(jīng)濺射處理。另外，這些多成分標靶是平面的。然而，這樣的平面標靶只允許低標靶利用并顯現(xiàn)一相對大的再沉淀區(qū)域。該大的再沉淀區(qū)域會產(chǎn)生與工藝有關(guān)的問題并導(dǎo)致該基板上膜的更低劣的品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，并提供一種可用于在一基板上涂敷多成分膜的磁控濺射設(shè)備、一圓柱體陰極和一涂敷方法。本發(fā)明更旨在于提供一種緊湊的真空涂敷系統(tǒng)以降低該系統(tǒng)的成本。
根據(jù)本發(fā)明，如權(quán)利要求1所述的一磁控濺射設(shè)備、如權(quán)利要求5所述的一圓柱體陰極和如權(quán)利要求10所述的一方法用于實現(xiàn)該發(fā)明的目的。本發(fā)明優(yōu)選的實施例具有從屬權(quán)利要求中所述的特征。
依據(jù)本發(fā)明所述的磁控濺射設(shè)備，裝有一可繞縱向軸旋轉(zhuǎn)的圓柱體陰極和一磁系統(tǒng)，該設(shè)備尤其包括至少一真空室，并用于在一基板上涂敷多成分膜。該磁系統(tǒng)位于該圓柱體陰極內(nèi)。該圓柱體陰極包括至少兩個帶有不同靶材的組件，且該磁控濺射設(shè)備有用于旋轉(zhuǎn)該圓柱體陰極的部件和轉(zhuǎn)移該基板的部件，在上述部件的作用下，該圓柱體陰極以相對于該基板在轉(zhuǎn)換時的運動速度足夠大的速度繞該縱向軸旋轉(zhuǎn)，從而在該基板上沉淀一多成分膜。相對于由很多直線排列的標靶構(gòu)成的磁控濺射設(shè)備，該磁控濺射設(shè)備可設(shè)計得非常緊湊。該真空涂敷系統(tǒng)通過使用本發(fā)明所述的磁控濺射設(shè)備能夠明顯降低設(shè)備尺寸。因而可降低其成本價和維護費用，畢竟這些費用不僅包括該純操作費用，還有必要的場地費用。相對于平面多成分標靶，可避免粘合劑造成的雜質(zhì)。且該標靶利用更大而所述再沉淀區(qū)域更小，從而獲得更高品質(zhì)的膜。
優(yōu)選地采用所述轉(zhuǎn)移基板的部件，使得所述基板沿垂直于該圓柱體陰極縱向軸的方向移動。通過這種方法，該沉淀多成分膜能顯現(xiàn)高度同質(zhì)性。
所述磁控濺射設(shè)備適當?shù)匕ǘ鄠€圓柱體陰極。這樣的一磁控濺射設(shè)備能用于在覆蓋非常大的表面區(qū)域的基板上涂敷多成分膜。若要涂敷不同且連續(xù)的膜，該磁控濺射設(shè)備包括多個帶有變換靶材組合的不同的圓柱體陰極是有好處的。
本發(fā)明所詳述的且尤其可使用于上述磁控濺射設(shè)備的圓柱體陰極包括至少兩個具有不同靶材的組件。將單個該組件設(shè)計為圓柱體圓缺是有利的。另外，盡管如此，將該組件的外側(cè)設(shè)計為平面樣式或許是必要的，例如在不能用等離子注射的方法涂敷該組件時。在等離子注射技術(shù)中，例如陶瓷材料合成物通常不能以所需的材料密度和同質(zhì)性涂敷于一圓柱體標靶。
一個大的標靶表面區(qū)域?qū)τ谠搯我徊牧鲜怯杏玫?，尤其在所述單個組件彼此直接相鄰時。若需要支撐，該單個組件可定位于一載管上，例如在該組件過薄或該組件存在機械穩(wěn)定性不足的情況下。
作為一條普遍原則，所有金屬、金屬氧化物和由于生產(chǎn)問題而不能用于制造無需支撐的組件的材料(尤其包括ITO，IZO，ZAO，鉻或鎢)，可涂敷于載管上。適用于此目的的生產(chǎn)技術(shù)的例子包括等熱靜壓、等離子注射和粘合或貼附?？梢允褂猛ㄟ^，例如切割、拉拽、碾磨、彎曲或輾軋，用于生產(chǎn)無需支撐組件的金屬制造固體標靶。由此，該組件可通過例如焊補或焊接的方法，或通過機械的解決方案，例如楔形接榫導(dǎo)槽(dovetail guides)，形成一個標靶。尤其是用于錫、鋅、鎳、銅、鋁、銀、金、鉑、鉬、鈦、釹的涂敷。
通常所述圓柱體陰極標靶的尺寸是長500mm至4500mm，直徑100至300mm，壁厚1至50mm。
所述單個組件的寬度最好是相對于所述圓柱體陰極的縱軸適合于所期望的多成分膜的化學(xué)定量關(guān)系，且作為各靶材濺射量的函數(shù)。從而使在該磁控濺射設(shè)備中的圓柱體陰極能以一恒定旋轉(zhuǎn)速度運轉(zhuǎn)。
依據(jù)本發(fā)明，通過在一真空涂敷系統(tǒng)中的磁控聯(lián)合濺射，在一基板上涂多成分膜的方法按照以下方式進行。一圓柱體陰極以繞該縱向軸方向可旋轉(zhuǎn)的方式被安裝并包含至少兩個帶有不同靶材的組件，在該基板上涂該多成分膜時，該圓柱體陰極在一內(nèi)部磁系統(tǒng)上方，繞該縱向軸旋轉(zhuǎn)。同時，該基板以某一速度沿垂直于該縱向軸的方向被引導(dǎo)著通過該圓柱體陰極。該基板速度為該濺射量和該圓柱體陰極到該基板的距離的函數(shù)，以此使該基板上的該多成分膜得到理想的厚度。該圓柱體陰極的旋轉(zhuǎn)速度為該基板速度的函數(shù)，以使帶有不同材料成分的所述單個標靶組件連續(xù)快速濺射。該圓柱體陰極相關(guān)該基板速度的高旋轉(zhuǎn)速度促使若干單一材料成分在該基板上局部疊加并混合，由此在該基板上沉淀一多成分膜。
相較于至今為止所用技術(shù)，相對于該圓柱體陰極的快速旋轉(zhuǎn)，該基板相對低的位錯允許膜沉淀更加均勻，從而使該膜的厚度能得到更精確調(diào)整。
該多成分膜的化學(xué)定量關(guān)系可優(yōu)化調(diào)整，因為該單個組件的寬度根據(jù)該縱向圓柱體軸而區(qū)別設(shè)計，作為該各個靶材濺射量的函數(shù)，并且在該磁控濺射設(shè)備中的該圓柱體陰極以均勻的，即恒定的旋轉(zhuǎn)速度運轉(zhuǎn)。
該圓柱體陰極的均勻旋轉(zhuǎn)速度在5rpm至20rpm范圍內(nèi)均可，并優(yōu)選10rpm。要注意的是該旋轉(zhuǎn)速度的最佳選擇要依據(jù)該圓柱體陰極上標靶組件的數(shù)目。該數(shù)量越低，該旋轉(zhuǎn)速度就要越高，以保證所述單一成分能充分混合并由此保證該膜的高質(zhì)量。
若干設(shè)置在該磁控濺射設(shè)備中的圓柱體陰極的使用有益于膜沉淀，尤其是涉及相對于該基板移動，基板寬度大，和基板長的情況。這種設(shè)置加速了膜沉淀。若在一基板上涂敷不同的膜，在兩個或更多的真空室內(nèi)涂敷不同的多成分膜則更為可取。
相對于多個成直線排列的標靶的使用，上述發(fā)明通過將標靶設(shè)計為一壓縮的多成分標靶，從而具有使設(shè)備尺寸明顯降低的優(yōu)勢。該涂敷系統(tǒng)的成本價和維護費用由此減少。與使用一復(fù)雜的平面多成分標靶不同，依據(jù)本發(fā)明的該圓柱體陰極更易于生產(chǎn)并由此更具成本效率。而且，能獲得根高的標靶利用率和更低的再沉淀，該膜的特性也改善了。


下面將在下述附圖的基礎(chǔ)上更具體地解釋一實施例圖1示出一本發(fā)明詳述的一圓柱體陰極的立體圖，該圓柱體陰極完全由靶材構(gòu)成；和圖2示出一本發(fā)明詳述的一圓柱體陰極的立體圖，該圓柱體陰極的靶材涂敷于一載管上。
具體實施例方式
本發(fā)明詳細說明的圓柱體陰極1，根據(jù)圖1，設(shè)計為一圓柱管。該圓柱體陰極1完全由靶材構(gòu)成，并且在此描述的示例中包括兩種靶材。每種靶材設(shè)置于兩個分開的且相對的圓柱體圓缺2、4和3、5內(nèi)。該4個圓柱體圓缺2、3、4和5各有一90°的圓弧和一與該圓柱體陰極1、1’的長度相對應(yīng)的標準長度。通過焊接、焊補或通過機械的解決方案，例如楔形接榫導(dǎo)槽，將所述圓柱體圓缺直接接合在一起以構(gòu)成該圓柱體陰極1。
若材料的特性或生產(chǎn)方法不允許該圓柱體陰極直接由靶材構(gòu)成，只需簡單地通過在一載管6上涂敷不同靶材以構(gòu)成該圓柱體陰極1’，如圖2所示。所述單個圓柱體圓缺2’、3’、4’和5’可通過如等離子噴射的方法涂敷在一載管6上。所述圓缺彼此直接毗連并有相同的長度和90°的圓弧。
為了使用本發(fā)明所述的磁控濺鍍設(shè)備，該圓柱體陰極1和1’采用適當?shù)牟考M行設(shè)置(未描述)，所述部件通過一該圓柱體陰極1和1’內(nèi)部的已知的磁系統(tǒng)和一繞其縱向軸的軸向?qū)ΨQ旋轉(zhuǎn)運動，來安裝該圓柱體陰極1和1’。
為了涂敷多成分膜，該基板以一適合于要涂敷的膜的所需厚度的速度，以垂直于該圓柱體陰極1縱向軸的方向移動。同時，該圓柱體陰極1旋轉(zhuǎn)。每當該圓柱體陰極1旋轉(zhuǎn)時，該圓柱體圓缺2、3、4和5被引導(dǎo)著通過該內(nèi)部磁系統(tǒng)，并且材料快速連續(xù)地從這些圓柱體圓缺濺射出。在該已知磁電管作用下該材料涂敷于該基板上。由于該圓柱體陰極1的旋轉(zhuǎn)速度遠大于該基板的速度，所以所述單一材料成分局部地疊加到該基板。這種疊加使所述單一材料成分相互混合，并且在該基板上形成一混合成分的膜。
當然，若有所需可用兩個或更多的圓缺構(gòu)成所述圓柱體陰極1和1’。若該圓柱體陰極1和1’的旋轉(zhuǎn)速度保持恒定，該多成分膜的化學(xué)計量也能調(diào)整，因為該圓柱體圓缺的寬度可作為所述單一材料成分的濺射量的函數(shù)進行相應(yīng)的調(diào)整。盡管如此，通過一不均勻的轉(zhuǎn)速對所述多成分膜的化學(xué)計量進行調(diào)整也是可能的。
對于覆蓋一大的表面區(qū)域的基板，在一磁控濺射設(shè)備中能使用多個圓柱體陰極1、1’。在一工藝鏈中，幾個設(shè)有磁控濺射設(shè)備的真空室能依次順序排列，以在一基板上涂敷一系列不同的多成分膜，該磁控濺射設(shè)備每個都裝備了帶有靶材的不同組合的不同圓柱體陰極1，1’。
因此，本發(fā)明通過利用真空涂敷系統(tǒng)中的磁控濺射，使在基板上涂敷多成分膜成為可能，而該真空涂敷系統(tǒng)的體積大為減小。使用該圓柱體陰極1、1’獲得高的標靶利用和高品質(zhì)的膜。
權(quán)利要求
1.一磁控濺射設(shè)備，尤其包括，至少一用于在一基板上涂敷薄的多成分膜的真空室，所述設(shè)備有一圓柱體陰極(1，1’)，該圓柱體陰極繞該縱向軸可選轉(zhuǎn)地安裝并有一安置在所述圓柱體陰極(1，1’)內(nèi)的磁系統(tǒng)，所述圓柱體陰極(1，1’)包括至少兩個具有不同靶材的組件(2，2’，3，3’，4，4’，5，5’)，并且所述磁控濺射設(shè)備設(shè)有旋轉(zhuǎn)所述圓柱體陰極(1，1’)的部件和相對所述圓柱體陰極轉(zhuǎn)移該基板的部件，其特征在于，所述用于旋轉(zhuǎn)該圓柱體陰極(1，1’)的部件適于以依據(jù)該基板速度的速度基本上持續(xù)地旋轉(zhuǎn)所述圓柱體陰極(1，1’)，以使所述靶材在所述基板上混合，從而通過磁控聯(lián)合濺射在所述基板上沉淀一多成分膜。
2.如權(quán)利要求1所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移該基板的部件適合在一垂直于所述圓柱體陰極(1，1’)的縱向軸的方向上轉(zhuǎn)移該基板。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述磁控濺射設(shè)備包括多個圓柱體陰極(1，1’)。
4.如權(quán)利要求3所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述圓柱體陰極(1，1’)包括不同的靶材組合。
5.如以上任一權(quán)利要求所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述圓柱體陰極(1，1’)的所述單個組件(2，2’，3，3’，4，4’，5，5’)設(shè)計為圓柱體圓缺。
6.如以上任一權(quán)利要求所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述圓柱體陰極(1，1’)的所述單個組件(2，2’，3，3’，4，4’，5，5’)彼此直接毗連。
7.如以上任一權(quán)利要求所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述圓柱體陰極(1’)的所述單個組件(2’，3’，4’，5’)安置于一載管上(6)。
8.如以上任一權(quán)利要求所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述圓柱體陰極(1，1’)的所述單個組件(2，2’，3，3’，4，4’，5，5’)的寬度適合于該多成分膜所需化學(xué)計量，相對于所述圓柱體陰極的縱向軸，作為各靶材濺射量的函數(shù)。
9.一種在一真空涂敷系統(tǒng)中通過磁控聯(lián)合濺射在一基板上涂敷薄的多成分膜的方法，該方法設(shè)有一繞縱向軸安裝于一磁控濺射設(shè)備內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的圓柱體陰極(1，1’)，其特征在于，所述圓柱體陰極(1，1’)包括至少兩個具有不同材料的組件(2，2’，3，3’，4，4’，5，5，’)，在基板上涂敷膜時，該圓柱體陰極在內(nèi)部磁系統(tǒng)上方環(huán)繞所述縱向軸旋轉(zhuǎn)，所述基板在濺射過程中被引導(dǎo)著通過所述圓柱體陰極(1，1’)，該基板的速度是濺射量和所述圓柱體陰極(1，1’)到所述基板的距離的函數(shù)，以使在該基板上的所述多成分膜得到一理想厚度，并且所述圓柱體陰極(1，1’)的旋轉(zhuǎn)速度是該基板速度的函數(shù)，以使所述單個標靶組件(2，2’，3，3’，4，4’，5，5’)連續(xù)快速濺射，所述不同材料成分在所述基板上局部疊加并混合，由此在所述基板上沉淀多成分膜。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述圓柱體陰極(1，1’)依據(jù)權(quán)利要求4至7所述設(shè)計。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述基板沿垂直于所述圓柱體陰極(1，1’)縱向軸的方向移動。
12.如權(quán)利要求9至11所述的方法，其特征在于，所述圓柱體陰極(1，1’)以一恒定速度轉(zhuǎn)動。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述圓柱體陰極的該旋轉(zhuǎn)速度在5rpm至10rpm的范圍內(nèi)并優(yōu)選10rpm。
14.如權(quán)利要求9至13所述的方法，其特征在于，調(diào)整所述多成分膜的化學(xué)計量關(guān)系，因為所述不同的材料組件(2，2’，3，3’，4，4’，5，5’)的寬度作為所述濺射量的函數(shù)而變化。
15.如權(quán)利要求9至14所述的方法，其特征在于，不同的多成分膜通過多個位于所述磁控濺射設(shè)備內(nèi)的圓柱體陰極(1，1’)在所述基板上涂敷。
16.如權(quán)利要求9至15所述的方法，其特征在于，通過設(shè)置在所述涂敷系統(tǒng)中的至少兩個真空室內(nèi)的多個磁控濺射設(shè)備，在所述基板上涂敷不同的多成分膜，所述基板穿過所述各真空室而不影響真空狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一磁控濺射設(shè)備，尤其包括至少一真空室并用于通過使用磁控聯(lián)合濺射，在一基板上涂敷多成分膜；所述設(shè)備裝有一可繞縱向軸旋轉(zhuǎn)的圓柱體陰極(1，1’)，并進一步裝有一在該圓柱體陰極(1，1’)內(nèi)的磁系統(tǒng)。該圓柱體陰極(1，1’)包括至少兩個具有不同靶材的組件(2，2’，3，3’，4，4’，5，5’)。另外，本發(fā)明涉及一種通過一真空涂敷系統(tǒng)中的磁控聯(lián)合濺射在一基板上涂敷多成分膜的方法。
文檔編號H01J37/34GK1733965SQ20051008882
公開日2006年2月15日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月10日
發(fā)明者邁克爾·利爾 申請人:應(yīng)用薄膜有限責(zé)任與兩合公司