專利名稱：具有冷卻靶的濺射的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過濺射作為靶的鍍膜材料對基體鍍膜的方法，其中，在濺射過程中，利用流經(jīng)靶或靶區(qū)或穿過靶的冷卻介質(zhì)使靶冷卻；以及一種用于通過濺射作為靶的鍍膜材料對基體鍍膜，特別是用于完成本發(fā)明方法的設備，具有通過冷卻介質(zhì)對靶直接或間接冷卻的冷卻裝置，以及用于活性濺射的裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，用濺射法給基體鍍膜時，在真空腔中由等離子體產(chǎn)生的離子在陰極方向上加速并撞擊用于濺射的材料，即作為靶的鍍膜材料。就此，使用磁控管在靶區(qū)形成磁場改進濺射以便獲得更高的鍍膜效率，也是本領(lǐng)域所熟知的。特別是可移動磁組能夠?qū)崿F(xiàn)提高靶和鍍膜材料利用率的目的為本領(lǐng)域所熟知。例如，歐洲專利EP 06345 00 B1描述了用于此目的相關(guān)設備。
為了驅(qū)散離子撞擊時靶上產(chǎn)生的熱量，現(xiàn)有技術(shù)也提供了相應的冷卻裝置，冷卻介質(zhì)穿過或經(jīng)過靶區(qū)以驅(qū)散產(chǎn)生的熱量。例如，歐洲專利EP 063 45 00 B1和德國專利DE 199 16 938 A1也描述了這類設備。
通常用于冷卻的冷卻介質(zhì)是水，將其在室溫下引入靶區(qū)的冷卻管道。
雖然上述濺射方法和設備獲得了顯著的令人滿意的效果，但也觀察到，特別是在使用特定鍍膜材料或靶材的情況下，例如氧化銦錫(ITO)或常用的透明導電氧化物靶或陶瓷靶，靶表面出現(xiàn)了所謂結(jié)核形成(nodule formation)的問題。靶表面形成的結(jié)核由極硬的物質(zhì)組成，對進一步濺射過程有負面影響，特別是在基體位于靶下的情況下，會由于靶表面的不斷剝落而影響膜層質(zhì)量。
為了克服這個問題，現(xiàn)有技術(shù)中描述了下列方法提高靶溫至高于100℃(JP 020 590 51 A)，高于200℃(DE 100 18 842 C2)，甚至達到400-500℃(JP 05 34 59 73 A)。也就是說，在上述方法中，靶不再冷卻而是加熱以消除不必要的結(jié)核形成。但總的說來上述方法并沒有得到令人滿意的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于濺射工藝的方法和裝置，根據(jù)本發(fā)明可以用一種簡單有效的方式消除在靶上形成結(jié)核的缺陷，特別是針對陶瓷靶的情況，最好是針對用于沉積透明導電氧化物的靶，尤其是氧化銦錫靶。
為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明提供一種通過濺射作為靶的鍍膜材料對基體鍍膜的方法，其中，在濺射過程中，利用流經(jīng)靶或靶區(qū)或穿過靶的冷卻介質(zhì)使靶冷卻，其特征在于，用給水溫度和/或回水溫度低于5℃的冷卻介質(zhì)沉積氧化物層。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，用活性物質(zhì)進行活性濺射，且冷卻介質(zhì)具有低于5℃的給水溫度或/和回水溫度；冷卻介質(zhì)具有低于0℃的給水溫度或/和回水溫度，優(yōu)選低于-20℃，特別優(yōu)選低于-100℃；冷卻介質(zhì)是冷卻液體或冷卻氣體，特別是水、空氣、烴，特別是氟代烴、酒精和類似物或它們的混合物；在高真空中和/或使用磁控管濺射源，特別是使用平面磁控管濺射源和/或安裝有可移動磁組的磁控管濺射源實施本方法；使用活性物質(zhì)進行活性濺射，特別是用于濺射鍍膜材料的活性氣體；沉積透明導電氧化物層，優(yōu)選氧化錫和/或氧化鋅層，最好是氧化銦錫(ITO)層；使用氧化物靶，特別是透明導電氧化物層靶，優(yōu)選氧化錫和/或氧化鋅靶，最好是氧化銦錫(ITO)靶。
根據(jù)本發(fā)明還提供一種用于通過濺射作為靶的鍍膜材料對基體鍍膜，特別是用于完成上述的方法的設備，具有通過冷卻介質(zhì)對靶直接或間接冷卻的冷卻裝置，以及用于活性濺射的裝置，其中，冷卻裝置包括一個冷卻單元，該冷卻單元被設置成使冷卻介質(zhì)能夠被冷卻到低于5℃的給水溫度或/和回水溫度。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，冷卻單元被設置成使冷卻介質(zhì)具有低于0℃的給水溫度或/和回水溫度，優(yōu)選低于-20℃，特別優(yōu)選低于-100℃；冷卻裝置被設置成使用冷卻液體或冷卻氣體，特別是水、空氣、烴，特別是氟代烴、酒精和類似物或它們的混合物作為冷卻介質(zhì)；冷卻裝置有一個用來對給水溫度或/和回水溫度進行開環(huán)和/或閉環(huán)控制開環(huán)和/或閉環(huán)單元；冷卻裝置由一個或多個彼此獨立的冷卻回路組成。
本發(fā)明的發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)通過顯著降低靶溫可以有效的消除結(jié)核形成。用給水溫度低于20℃的冷卻介質(zhì)來冷卻靶能獲得上述效果。靶溫或冷卻介質(zhì)的給水溫度越低，結(jié)核形成的程度越不明顯。為使靶可以充分冷卻，冷卻介質(zhì)必須消耗約80-90％輸入濺射陰極的電能。特別是在磁控管陰極較長或高濺射功率的情況下，輸入冷卻介質(zhì)的能量會使冷卻介質(zhì)明顯升溫，以至于靠近冷卻介質(zhì)入口的靶還具有所需要的溫度，但越靠近冷卻介質(zhì)出口時，越可能出現(xiàn)溫度過熱。根據(jù)本發(fā)明，溫度過熱的后果是在冷卻介質(zhì)入口區(qū)域中抑制了在靶腐蝕表面形成結(jié)核，在中心區(qū)域結(jié)核穩(wěn)定增加，在冷卻介質(zhì)出口區(qū)出現(xiàn)的程度與現(xiàn)有技術(shù)相同。為了在整個靶表面上有效抑制形成結(jié)核，最好通過適當?shù)拇胧┐_保對冷卻介質(zhì)加熱的段足夠短。所述措施例如可以是一種條件，即沿著靶的長度設置幾個獨立的冷卻回路。由于這個原因，有利的是不僅是對各冷卻回路的冷卻介質(zhì)的給水溫度，同時也對其回水溫度通過閉環(huán)控制予以監(jiān)控或使它們保持在某特定溫度下。
特別地，已經(jīng)證明給水溫度或回水溫度低于5℃的冷卻介質(zhì)是有利的，也就是說，溫度僅在凝固點附近或低于凝固點，或者明顯低于約-20℃或低于-100℃的負溫度。
相應地，冷卻介質(zhì)可以是冷卻液體和冷卻氣體，特別考慮水、空氣、烴，特別是氟代烴、酒精和類似物以及它們的混合物，視所選擇的冷卻介質(zhì)的給水溫度或回水溫度而定。
由此，確保所有趨向于容易形成結(jié)核的靶或鍍膜材料避免或減少結(jié)核形成，特別在氧化物層的沉積中，優(yōu)選透明導電氧化物層，如氧化錫或氧化鋅層，特別是氧化銦錫層。


通過參照附圖對一個優(yōu)選實施例的描述是本發(fā)明的優(yōu)點、特征和特點變得更加明顯。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的濺射設備主要元件的示意圖。
具體實施例方式
圖1示意表示了根據(jù)本發(fā)明用于實現(xiàn)本發(fā)明方法的設備的主要元件。
圖1給出了真空腔1，在該真空腔中用等離子體產(chǎn)生的離子濺射靶2在基體(未示出)上鍍膜。靶2安裝在其上有冷卻管道6穿過的所謂的靶背板3上。冷卻管道6與管路5連接，管路5中設有泵7。因此，可以在管路5的封閉回路中循環(huán)泵送冷卻介質(zhì)。所述冷卻介質(zhì)流過靶背板3的冷卻管道6，由此消散在轟擊靶2時離子產(chǎn)生的熱量。
管路5卷繞成環(huán)路通過冷卻單元4的熱交換器，從而將冷卻介質(zhì)冷卻到特定的給水溫度，冷卻介質(zhì)在這種溫度下進入靶背板3的冷卻管道6。冷卻介質(zhì)在靶背板3中穿過冷卻管道6后，其回水溫度因吸收了靶2的熱量而升高，然后在冷卻單元4的熱交換器中再次降到所需給水溫度。
為了排除冷卻介質(zhì)已有的熱量且避免水凝結(jié)，冷卻介質(zhì)的管路5具有隔熱結(jié)構(gòu)，特別是在冷卻單元4的熱交換器與靶背板3的冷卻管道6之間的區(qū)域。
在優(yōu)選實施例中，在給水溫度下，即冷卻介質(zhì)進入靶背板3的冷卻管道6的入口溫度為5℃，回水溫度為11℃的條件下，在壓強大約為5×10-3mbar及功率19kW的氬氣/氧氣的氣氛中，濺射氧化銦錫(ITO)靶2并沉積到基體上。冷卻介質(zhì)的流量大約為18升/分鐘，用水作為冷卻介質(zhì)。
靶2用在具有可移動磁組的平面磁控管陰極中，在此未詳細描述平面磁控管陰極。
與在給水溫度21℃的冷卻介質(zhì)下的濺射相比，觀察到靶上結(jié)核的數(shù)量有了實質(zhì)性的減少。
雖然在所述實施例中用水作為冷卻介質(zhì)，也可使用其它冷卻介質(zhì)，特別是在負溫度仍為液態(tài)的液體和冷卻氣體。特別注意到靶溫或給水溫度的漸降能夠使結(jié)核數(shù)量進一步降低，特別是在0℃以下，最佳-20℃或-100℃下效果更明顯。特別地，能夠達到-120℃的商業(yè)冷卻裝置都可使用。
雖然在所述實施例中在低氧氣組分的氬氣氣氛中使用了氧化銦錫靶，但在純惰性氣體或添加了活性劑的惰性氣體(活性濺射)中可以使用多種靶材，如純金屬或其它化合物如氧化物。
雖然在優(yōu)選實施例中將靶設置于靶背板上，但很容易設想到不使用靶背板3的靶，冷卻管道6可直接安裝在靶2上，例如部分地象前面對現(xiàn)有技術(shù)描述的情形。
權(quán)利要求
1.一種通過濺射作為靶(2)的鍍膜材料對基體鍍膜的方法，其中，在濺射過程中，利用流經(jīng)靶或靶區(qū)或穿過靶的冷卻介質(zhì)使靶冷卻，其特征在于，用給水溫度和/或回水溫度低于5℃的冷卻介質(zhì)沉積氧化物層。
2.一種通過濺射作為靶(2)的鍍膜材料對基體鍍膜的方法，其中，在濺射過程中，利用流經(jīng)靶或靶區(qū)或穿過靶的冷卻介質(zhì)使靶冷卻，其特征在于，用活性物質(zhì)進行活性濺射，且冷卻介質(zhì)具有低于5℃的給水溫度或/和回水溫度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，冷卻介質(zhì)具有低于0℃的給水溫度或/和回水溫度，優(yōu)選低于-20℃，最好低于-100℃。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，冷卻介質(zhì)是冷卻液體或冷卻氣體，特別是水、空氣、烴，特別是氟代烴、酒精和類似物或它們的混合物。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在高真空中和/或使用磁控管濺射源，特別是使用平面磁控管濺射源和/或安裝有可移動磁組的磁控管濺射源實施本方法。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用活性物質(zhì)進行活性濺射，特別是用于濺射鍍膜材料的活性氣體。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，沉積透明導電氧化物層，優(yōu)選氧化錫和/或氧化鋅層，最好是氧化銦錫(ITO)層。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用氧化物靶，特別是透明導電氧化物層靶，優(yōu)選氧化錫和/或氧化鋅靶，好是氧化銦錫(ITO)靶。
9.一種用于通過濺射作為靶(2)的鍍膜材料對基體鍍膜，特別是用于完成根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所描述的方法的設備，具有通過冷卻介質(zhì)對靶直接或間接冷卻的冷卻裝置(4)，以及用于活性濺射的裝置，其特征在于，冷卻裝置包括一個冷卻單元，該冷卻單元被設置成使冷卻介質(zhì)能夠被冷卻到低于5℃的給水溫度或/和回水溫度。
10.如權(quán)利要求9所述的設備，其特征在于，冷卻單元被設置成使冷卻介質(zhì)具有低于0℃的給水溫度或/和回水溫度，優(yōu)選低于-20℃，特別優(yōu)選低于-100℃。
11.如權(quán)利要求9或10所述的設備，其特征在于，冷卻裝置被設置成使用冷卻液體或冷卻氣體，特別是水、空氣、烴，特別是氟代烴、酒精和類似物或它們的混合物作為冷卻介質(zhì)。
12.如權(quán)利要求9所述的設備，其特征在于，冷卻裝置有一個用來對給水溫度或/和回水溫度進行開環(huán)和/或閉環(huán)控制的開環(huán)和/或閉環(huán)單元。
13.如權(quán)利要求9所述的設備，其特征在于，冷卻裝置由一個或多個彼此獨立的冷卻回路組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過濺射作為靶(2)的鍍膜材料對基體鍍膜的裝置和方法。所述靶在濺射過程中，流經(jīng)靶或靶區(qū)或穿過靶的冷卻介質(zhì)使靶冷卻，且冷卻介質(zhì)具有低于20℃的給水溫度。
文檔編號C23C14/08GK101070590SQ200610140879
公開日2007年11月14日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月22日
發(fā)明者尤根·克萊波爾－黑塞, 安克·赫爾米希, 格爾德·奧蓋希, 托馬斯·赫根曼 申請人:應用材料有限責任與兩合公司