專利名稱：用于反應(yīng)濺射的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)專利權(quán)利要求1的前序部分、用于反應(yīng)濺射的設(shè)備。
背景技術(shù)：
通常，在反應(yīng)濺射中，至少采用兩種氣體一種氣體，在大多數(shù)情況下，通常是惰性氣體，而且以離子化形式使粒子激發(fā)到目標(biāo)外部；以及反應(yīng)氣體，與激發(fā)出的粒子形成化合物。然后，該化合物作為薄膜層沉積在襯底上，例如玻璃板上。
為了使惰性氣體的離子加速到目標(biāo)，必須對該目標(biāo)施加電壓。目標(biāo)與反極之間的電壓尤其取決于在濺射室內(nèi)獲得的氣壓。如果要涂布的非導(dǎo)電襯底在濺射室內(nèi)移動，則另外，該電壓還取決于襯底的特定位置。
因此，可以將電壓對壓力的依賴關(guān)系解釋為，在高壓下，在氣體容積內(nèi)仍存在原子，以致仍產(chǎn)生更多的載流子。因此，在同樣的電功率下，流過更高的放電電流，而且電壓降低。
下面說明電壓對襯底位置的依賴關(guān)系。
如果非導(dǎo)電襯底移動通過具有目標(biāo)的濺射陰極的下面，則該襯底逐漸覆蓋位于該目標(biāo)下方的更多陽極體積。因此，該陽極更小，這就是為什么必須在同樣的功率下，升高陽極電壓，從而吸收要求的電流的原因。
另外，因為污染的作用也影響等離子體，因為發(fā)生這種現(xiàn)象，所以反應(yīng)產(chǎn)物沉積在目標(biāo)上。
如果反應(yīng)產(chǎn)物比金屬目標(biāo)發(fā)出的二次電子多，所以等離子體的充電粒子的粒數(shù)增多。因此，等離子體阻抗減小，以致在恒電功率下，以較低電壓流過增加的電流。如果反應(yīng)氣體的粒數(shù)相對于惰性氣體升高，則可以增強這種效果。
例如，如果在含氧的大氣中濺射鋁目標(biāo)，則獲得的氧化鋁具有發(fā)射的二次電子，與金屬鋁相比，氧化鋁發(fā)射的二次電子增加到7倍。相反，在大多數(shù)情況下，反應(yīng)產(chǎn)物的濺射率通常低于純金屬的濺射率。
因為上述作用，放電電壓隨反應(yīng)粒數(shù)的升高而降低，而且，在同樣的功率下，以較低電壓流過較高電流。
濺射涂布裝置已經(jīng)公知，它包括利用其將陰極功率設(shè)置為特定工作值的調(diào)節(jié)器(DE 10135 761 A1，EP1 197 578 A2)。除了陰極功率之外，還利用模糊邏輯系統(tǒng)，調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體的氣流。
此外，還公知包括調(diào)節(jié)電路的濺射涂布裝置，該調(diào)節(jié)電路獲取用于規(guī)定陰極電壓的測量值和用于規(guī)定電壓降的測量值，根據(jù)模糊邏輯系統(tǒng)(DE 101 35 802 A1)，利用這些測量值控制反應(yīng)氣體的氣流。
本發(fā)明解決了使反應(yīng)涂布裝置的陰極電壓保持固定，并同時保持均勻高涂布率的問題。
根據(jù)專利權(quán)利要求1的特征，解決該問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種用于反應(yīng)濺射的設(shè)備，其中對陰極施加等離子體的放電電壓，將工作氣體和反應(yīng)氣體引入濺射室內(nèi)。利用閥門控制流入濺射室的總氣流，同時使這兩種氣體的部分壓力比值保持固定。
利用本發(fā)明獲得的一個優(yōu)點是，如果在直列操作(inlineoperation)期間，連續(xù)襯底影響電壓關(guān)系的變化，則還可以使放電電壓保持固定。


附圖示出本發(fā)明實施例，而且下面將進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例。在附圖中示出圖1示出根據(jù)本發(fā)明的濺射裝置；圖2示出陰極電壓與反應(yīng)氣體流之間的第一關(guān)系；圖3示出陰極電壓與反應(yīng)氣體流之間的第二關(guān)系；圖4示出通過濺射陰極移動的襯底的位置與陰極電壓之間的關(guān)系。
具體實施例方式
圖1示出濺射裝置1的原理，濺射裝置1包括濺射室2、陰極3、陽極4、防護(hù)板5、電壓源6以及調(diào)節(jié)電路7。陰極3包括管型陰極部分8，利用法蘭將要濺射的目標(biāo)9安裝到管型陰極部分8上。在管型陰極部分8上設(shè)置3個永久磁鐵10、11、12，這3個永久磁鐵10、11、12通過軛鐵13互相連接在一起。陰極部分8支承在位于濺射室2內(nèi)的開口的邊緣上的密封件14上。電壓源6的電壓通過調(diào)節(jié)電路7的一個電極15傳導(dǎo)到陰極部分8，而通過其另一個電極16傳導(dǎo)到陽極4。即使電壓源6的電壓波動，調(diào)節(jié)電路7仍使輸出到陽極-陰極通路的電壓保持固定。放電電壓的波動主要受通過的傳導(dǎo)的影響。使該電壓保持固定，從而使通過氣體管線17、18傳送的全部氣體流入濺射室2，并利用調(diào)節(jié)閥19調(diào)節(jié)全部氣體。在此，不同氣體的部分壓力始終保持同樣的比例。這是利用例如包括3個壓力傳感器20、21、22以及3個控制閥23、24、25的配置實現(xiàn)的，利用這3個控制閥，可以調(diào)節(jié)氣缸26、27、28輸出的特定壓力的氣體。利用調(diào)節(jié)電路29，使各氣體的部分壓力的比值始終保持固定。還可以將該調(diào)節(jié)電路29集成到調(diào)節(jié)電路7中。
在濺射室2內(nèi)的陽極4的下方設(shè)置兩個開口30、31，通過開口30、31，可以將要涂布的板32例如從左推到右。在板32的下方設(shè)置2個抽氣部分33、34，這2個抽氣部分33、34與泵(未示出)相連，利用該泵，可以在濺射室2內(nèi)產(chǎn)生準(zhǔn)真空。利用35、36表示以位于目標(biāo)9前的弧形方式擴(kuò)展的等離子云。
例如，氣缸26可以含有惰性氣體，而在氣體27和28內(nèi)可以含有不同反應(yīng)氣體。
閥19可以是蝶形閥。這種蝶形閥的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于汽化器的節(jié)流閥。在其截面區(qū)域上適合環(huán)繞管的圓盤可旋轉(zhuǎn)地支承在其對稱軸上。根據(jù)所設(shè)置的、圓盤相對于該管的截面的夾角，該管的截面積更大或者更小是顯而易見的。在90度位置，獲得最大抽氣開口，在0度位置，關(guān)閉該抽氣開口。
圖2示出陰極電壓與反應(yīng)氣體流之間的關(guān)系。顯然，該曲線表示該關(guān)系，而且該曲線存在滯后現(xiàn)象。而且可以看到，隨著反應(yīng)氣體粒數(shù)的增加，放電電壓降低。因此，在同樣功率下，以低電壓流過高電流。
從在圖2所示的曲線中利用三角形標(biāo)記的某個點可視，利用反應(yīng)產(chǎn)物對目標(biāo)的濺射面濺射到這樣的程度，以致因為反應(yīng)產(chǎn)物的濺射率低，而導(dǎo)致用于濺射了減少的表面粒數(shù)的純金屬的反應(yīng)氣體的數(shù)量太多，因此利用反應(yīng)產(chǎn)物完全涂布該目標(biāo)面。在該點，可能出現(xiàn)利用三角標(biāo)記的亞穩(wěn)工作點。例如，在US 6 511 584中可以找到關(guān)于滯后效應(yīng)的細(xì)節(jié)。
圖2所示的滯后取決于目標(biāo)材料和反應(yīng)氣體的特定組合。還存在與圖2所示滯后曲線鏡像對稱的滯后曲線。圖3示出這種滯后曲線?？梢砸怨潭ê愣栊詺怏w流速，改變反應(yīng)氣體流速，或者使惰性氣體流速適應(yīng)恒反應(yīng)氣體流速。具體地說，可以想象，主要用作工作氣體的惰性氣體沖刷目標(biāo)材料，而反應(yīng)氣體主要用于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
本發(fā)明的要點是使至少具有一個濺射陰極、被陽極和防護(hù)板包圍的裝置內(nèi)的陰極或各陰極的放電電壓保持固定。
在要涂布的襯底32后面緊接著第二襯底(圖1中未示出)，因此在兩個襯底之間形成間隔。因此，與端口33、34相連的各泵的抽氣能力被削弱，即，抽氣能力發(fā)生波動。通過它們從濺射室2內(nèi)抽出氣體的端口33、34的開口的截面逐漸被向右移動的襯底32覆蓋，直到它只能通過陽極4與兩個連續(xù)襯底之間的窄間隙抽出氣體。因為襯底32在移動，所以抽氣能力從最大值降低到最小值。如果氣體的輸送保持固定，則位于陰極3之前的體積內(nèi)的壓力升高。但是，根據(jù)反應(yīng)過程，增加的壓力導(dǎo)致放電電壓降低或者升高。在這種情況下，獲得如圖4所示的電壓曲線，這取決于襯底的位置。如果已經(jīng)覆蓋抽氣端口并導(dǎo)致抽氣氣導(dǎo)率變化的襯底再一次清除該抽氣截面，則放電電壓再一次被看作原始值。除了空間坐標(biāo)x，在圖4中還可以規(guī)定時間坐標(biāo)，因為根據(jù)關(guān)系υ＝x/t，位置是時間的函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，通過調(diào)節(jié)氣體流速，可以抵消這種因為覆蓋抽空截面引起的電壓變化。
對于設(shè)置層特性，例如，各沉積層的機(jī)械應(yīng)力，陰極上的電壓和氣壓是重要參數(shù)，例如，該機(jī)械應(yīng)力是柔性襯底可以向上滾，或者該層從該襯底剝離和向上滾的原因。利用這些參數(shù)，可以影響沉積層的層生長，例如，表面粗糙度，層電阻或更象桿狀的或類似于疏松材料的層結(jié)構(gòu)、孔率、結(jié)晶度等。
在此采用的電壓調(diào)節(jié)不是傳統(tǒng)濺射技術(shù)中采用的電壓調(diào)節(jié)。這種傳統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)是用于調(diào)節(jié)濺射電源的變型，其輸出電壓保持固定，具體地說，與使電流或功率保持固定的電流調(diào)節(jié)或功率調(diào)節(jié)不同。在使電壓保持固定與以恒部分壓力比調(diào)節(jié)壓力之間的關(guān)系復(fù)雜。在第一模擬中，濺射功率實際上與濺射率成正比。濺射率表示被沖刷的目標(biāo)材料的數(shù)量，然后，目標(biāo)材料與反應(yīng)氣體反應(yīng)。為了產(chǎn)生同樣的反應(yīng)產(chǎn)物，被沖刷材料與反應(yīng)氣體的比值必須保持固定；換句話說，實際上，濺射功率需要隨氣壓保持固定。
此外，由于該模擬不考慮電功率，而施加處理氣體混合物的惰性氣體粒數(shù)，所以作為工作氣體影響濺射率，而且反應(yīng)氣體粒數(shù)確定化學(xué)反應(yīng)。因為該原因，部分壓力比值必須保持固定。
相反，已知濺射電壓影響層生長，進(jìn)而影響層特性，以致適當(dāng)使電壓保持固定。幾種效應(yīng)可以互相疊加，以致它們互相補償，而且不存在是否使電壓或功率保持固定的可測量差值。例如，如果在所建議的調(diào)節(jié)器上，濺射放電電流僅在要求的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)最小變化，因此，由于第一模擬是固定的，相反，電壓保持固定，濺射功率還有濺射率均保持固定。
在恒壓下，作為壓力的函數(shù)，放電電流變化的程度也主要由電流-電壓特性和電壓-壓力特性確定。這二者均是取決于所使用的磁控管的結(jié)構(gòu)的設(shè)備特性。
權(quán)利要求
1.一種用于反應(yīng)濺射的設(shè)備，該設(shè)備具有1.1至少一個陰極(3)，對其施加等離子體放電電壓，而且具有1.2至少一種工作氣體和至少一種反應(yīng)氣體，位于濺射室(2)內(nèi)，其特征在于，1.3控制閥(19)，利用其可以控制流入濺射室(2)內(nèi)的總氣體流速，1.4調(diào)節(jié)器(29)，利用其可以使至少兩種氣體的部分壓力比值保持固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，以離開陰極(3)的間隔，要處理的襯底(32)可以通過陰極(3)移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，在要處理的襯底(32)的下方，設(shè)置用于濺射室(2)內(nèi)的氣體的抽氣端口(33、34)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)置幾種氣體容器(26至28)，分別對每個氣體容器設(shè)置控制閥(23至25)、將閥(23至25)控制的氣體送到公共氣體管線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)置壓力傳感器(20至22)，該壓力傳感器(20至22)測量通過閥(23至25)的氣體的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，在襯底(32)與陰極(3)之間設(shè)置防護(hù)板(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，工作氣體是氬氣。
8.一種在直列裝置內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)濺射期間調(diào)節(jié)放電電壓的方法，其中幾個面襯底順序通過濺射室移動，并在兩個面襯底之間形成間隙，其特征在于，通過改變總氣流，調(diào)節(jié)放電電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于反應(yīng)濺射的設(shè)備，其中對陰極施加等離子體的放電電壓，將工作氣體和反應(yīng)氣體引入濺射室內(nèi)。利用閥門控制流入濺射室的總氣流，同時使這兩種氣體的部分壓力比值保持固定。
文檔編號C23C14/00GK1673409SQ200410074970
公開日2005年9月28日 申請日期2004年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者托馬斯·弗里茨, 岡特·克梅雷爾 申請人:應(yīng)用薄膜有限公司