具有多個濺射源的反應濺射的製作方法

2023-05-15 23:45:21 3

專利名稱：具有多個濺射源的反應濺射的製作方法
技術領域：
本發明涉及襯底的反應濺塗領域，更特定而言涉及反應式磁控濺塗。其涉及根據權利要求的開始條款的方法和設備。
背景技術：
本發明可包括或含有在波導的製造中的應用，更特別地在光學波導的製造中的應用。始於此實例，將討論反應濺塗的潛在問題以及這些問題的已知解決方案。波導被用於在緊密空間中傳導光。其類似於光纖工作。光在被較低折射率介質包圍的高折射率介質中傳導。全反射防止光射出高係數介質。同樣的原理應用於夾在較低折射率層之間的高折射率薄膜。光學薄膜特別適合於光電子學應用，其中它們可被集成到半導體晶片的製造內。對於薄膜波導的特殊要求是最小的光吸收和散射。典型的薄膜波導由夾在SiO2或Al2O3包層之間的Ta2O5膜組成。氧化鋁膜也給予波導良好的機械保護。如許多其它電介質，通過在氧氣存在的情況下濺射金屬鋁目標來沉積氧化鋁。以最簡單的方式，脈衝式DC(直流)電源設置為在選定的功率水平。取決於氧氣流量，所得到的反應過程將傾向於「金屬」或「氧化物」模式。這種行為由熟知的反應濺射滯回 (hysteresis)曲線來描述，其中在恆定濺射功率下相對於氧氣流量來記錄目標電壓。圖1 示出這種反應濺射滯回曲線。當利用如鋁的金屬塗層來塗覆襯底(例如，玻璃襯底)時，常常使用濺射裝置，其包括帶目標的電極。由於帶電荷的粒子(來自Ar工作氣體的Ar離子)碰撞於金屬目標上來濺射金屬目標。在該過程中，濺射粒子，最終在與如氧氣或氮氣的氣體反應之後，會沉積到襯底上。在其中目標被磁場穿透的電極、目標和磁體的特定布置被稱作磁控(magnetron)。 如果從目標濺射的材料粒子在它們沉積於所述襯底上之前與氣體反應，則該過程被稱作反應濺射。如果，例如SiO2將被蒸氣沉積到襯底上，從Si目標濺射Si原子，其再次與引入到處理室內的氧氣起反應。在恆定電功率引入的氧氣影響在處理室的陰極或多個陰極處的放電電壓。如果在恆定電功率相對於O2流量來繪製放電電壓，得到具有滯回的曲線(參看圖 1)。隨著氧氣流量增加(圖1中的箭頭A)，目標或放電電壓最初略微降低且隨後劇烈地降低到低值，而且濺射速率急劇下降且處理室中氧氣分壓力急劇增加，因為以低濺射速率，需要更少的氧氣來氧化所沉積的膜(圖1中的箭頭B)。從此值繼續，放電電壓隨後隨著氧氣流量增加僅可忽略地降低。如果現在減小氧氣流量(圖1中的箭頭C)，目標電壓將僅緩慢增加。但是，在具體的較低氧氣流量處，放電電壓將劇烈地增加(圖1中的箭頭D)。由於在電壓分別(劇烈地)降低和(劇烈地)增加處的這些氧氣流量不相同，所以導致了滯回。由於這種行為，設置穩定的工作點是困難的，因為僅僅氧氣流量和/或供應的電功率的微小變化就可突然導致放電電壓的「跳躍」。
發生滯回，因為隨著氧氣流量升高，目標變得部分地被具有更低濺射速率的氧化物覆蓋。在低氧氣流量處(圖1中的箭頭A)，大部分氧氣被用盡以在襯底上形成氧化鋁膜和防護物。高於某一閾值，濺射速率降低，使得處理室中剩下更多的氧氣，這導致在目標上更多的氧化物直到目標以很低的濺射速率完全被氧化物覆蓋(圖1中的箭頭B)。這被稱作氧化物模式。降低氧氣流量仍留有(即，允許持續)高氧氣分壓力，直到從目標移除了氧化物 (圖1中的箭頭C)。在該點，濺射速率增加，用完剩餘的氧氣，且目標再次處於金屬模式(圖 1中的箭頭D)。到目前為止，大部分應用需要氧化鋁的純電介質性質；例如，低光學吸收和高介電強度。這不能在金屬區域中實現，其中目標表面仍為金屬性的且在襯底上發生正在生長的膜的僅某種程度的氧化。另一方面在氧化物模式區域中選擇工作點將導致無吸收的膜 (absorption free film)。但是，由於在此模式目標表面被完全氧化，所得到的沉積速率很低，且不能調節正在生長的膜的組成。為了以組成控制和高沉積速率的可能性進行完全電介質膜沉積，在金屬模式與氧化物模式之間的過渡區域中的操作是必須的，這需要主動反饋機制。為氧化鋁的過渡模式濺射選擇濺射電壓控制是可能的，且發明者已經執行了相對應的實驗。與其它被證明的方法(如光發射和分壓力控制)相比，使用電源作為恆定電壓源意味著(使用適當電源)僅僅該裝置的工作模式的改變。通過使電壓穩定，能以可再現的方式到達在跳躍之間的區域(過渡區域)而不會使該過程發展偏離到金屬模式或氧化物模式。另外，在下文的部分「發明內容」，將討論反應濺塗的另外的問題，以及現有技術的相關文獻。

發明內容
因此，本發明的一個目的在於創造不具有上述缺點的設備和方法。將提供一種通過反應濺射來塗覆襯底的設備，其允許通過反應濺塗來製造濺塗的襯底的改進方式。此外， 將提供相應的方法。本發明的另一目的在於提供一種以反應濺塗實現均勻沉積的方式。本發明的另一目的在於提供一種實現通過反應濺塗所產生的塗層的均一的厚度分布的方式。本發明的另一目的在於提供一種允許以相當明確的方式調節塗層組成的反應濺塗方式。本發明的另一目的在於提供一種相當簡單地允許具有相當穩定的沉積條件，特別是具有相當恆定的沉積速率的反應濺塗方式。本發明的另一目的在於提供一種相當簡單地允許實現特別地可再現的塗層性質的反應濺塗方式。本發明的另一目的在於提供一種相當簡單地允許實現特別均勻的塗層性質的反應濺塗方式。另外的目的從下面的描述和實施例顯出。
這些目的中的至少一個至少部分地由根據本專利權利要求的設備和方法來實現。用於通過反應濺射來塗覆襯底的設備包括軸；關於所述軸成對稱布置的至少兩個目標，以及連接到所述目標的電源，其中所述目標能交替地作為陰極和陽極工作。以此方式處理「消失的陽極」問題，且同時可實現良好的塗層均一性。在一個實施例中，所述設備為真空沉積系統。在可選地參考之前提議的實施例的一個實施例中，使用所述電源，所述目標能交替地作為陰極和陽極工作。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，所述電源如此被連接到所述目標使得所述目標能交替地作為陰極和陽極工作。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，所述電源被結構化和配置成操作所述目標交替地作為陰極和陽極。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，交替地操作所述目標作為陰極和陽極。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，所述電源為DC 電源。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，該設備包括用於繞所述軸旋轉所述襯底的裝置，特別是用於在塗覆期間繞所述軸旋轉所述襯底的裝置。這大大提高了可實現的塗層的均勻性和厚度均一性。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，該設備包括用於運載所述襯底的襯底運載器和用於繞所述軸旋轉所述襯底運載器的裝置。這是使襯底可旋轉的方式。此實施例特別重要，因為在濺射期間旋轉襯底的可能性允許製造特別好的塗層， 特別是關於可實現的均一性。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，關於所述軸對稱的所述布置包括將所述目標布置為使得它們的相應目標中心被布置於繞所述軸的圓上。在本文中且也相對於下述的實施例，注意到所述圓可具有零半徑。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，關於所述軸對稱的所述布置意味著關於所述軸對稱布置所述目標，其中它們的相應的目標中心被布置於繞所述軸的圓上。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，關於所述軸對稱的所述布置包括或特別地意味著將所述目標布置於繞所述軸的限定半徑上。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，所述設備為用於利用電介質塗層來塗覆襯底，特別地塗覆單個襯底的設備，特別地為用於利用脈衝式DC濺射來進行金屬氧化物的反應式磁控濺射的設備。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，所述目標為金屬目標。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，所述設備為單個襯底濺射系統。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，該設備包括高電壓切換元件，其中所述電源經由所述高電壓切換元件連接到所述目標以允許所述目標交替地作為陰極和陽極工作。這是一種向目標提供適當的目標電壓的雅致、簡單且具有成本效益的方式。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，所述電源為連接到所述目標的單個電源，特別是單個DC電源。這是一種向目標提供適當的目標電壓的雅致、簡單且具有成本效益的方式；特別是當使之與之前提議的高電壓切換元件組合時。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，將所述目標布置為使得由相應目標的未濺射的前平面所限定的平面相對於垂直於所述軸的平面成角度，特別是以在2°與20°之間的角度成角度。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，所述目標為圓形目標。在可與之前提議的實施例中除了兩個最後提議的實施例之外的一個或多個組合的一個實施例中，同心地布置所述目標，且最內部的圓形目標被至少一個環形外部目標包圍，特別是其中所述外部目標具有相似的濺射區(area)。以此方式可實現良好的均一性，即使是對於靜止(非旋轉)的襯底。當所述外部目標中的每一個具有與所述最內部目標大約相同的濺射區時，在交替的陰極-陽極工作期間，電極區保持基本上相同，這有助於系統的電穩定性。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的一個實施例中，所述至少一個外部目標描述了錐表面的旋轉對稱的部分，其中所述至少一個外部目標的未濺射的前平面的表面法線相對於所述軸成角度。這導致改進的目標利用。一種製造塗覆的襯底的方法，通過在包括軸的設備中進行反應濺射來塗覆襯底， 該方法包括以下步驟a)提供待塗覆的襯底；b)提供關於所述軸成對稱布置的至少兩個目標，c)在塗覆期間交替地操作所述目標作為陰極和陽極。以此方式可解決「消失的陽極」問題，且同時可實現良好的塗層均一性。在方法的一個實施例中，關於所述軸對稱的所述布置包括將所述目標布置為使得它們相應的目標中心在繞所述軸的限定半徑上。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，所述方法包括以下步驟d)在所述塗覆期間繞所述軸旋轉所述襯底；更特別地其中在步驟C)期間執行步驟d)。這強有力地提高了可實現的塗層均一性。因此，此實施例特別重要，因為在濺射期間旋轉襯底的可能性允許製造特別好的塗層，特別是關於可實現的均一性。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，所述方法包括以下步驟利用電介質塗層塗覆所述襯底，特別是單個襯底；特別地，通過利用脈衝式 DC濺射進行金屬氧化物的反應式磁控濺射來塗覆所述襯底，特別是單個襯底。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，步驟C) 包括使用連接到所述目標和電源的高電壓切換元件來在塗覆期間交替地操作所述目標作為陰極和陽極，特別地，其中所述電源為單個電源，更特別地為單個DC電源。
在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，所述方法包括以恆定電壓模式來操作所述電源。這允許實現相當穩定的過程條件。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，通過恆定電壓濺射來實現所述塗覆。以此方式，可易於實現穩定操作。如果在濺射期間，施加到具體目標的電壓不變，則可實現良好的過程穩定性。在本文中，注意到，對於每個目標，僅當目標作為陰極工作時發生濺射，且當目標作為陽極工作時並無濺射發生。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，步驟C) 包括向所述目標施加目標電壓，且該方法包括以下步驟調整所述目標電壓的脈衝寬度以微調在襯底的內部區域和外部區域中製造的塗層的厚度。脈衝寬度決定在此期間目標作為陰極工作的時間(即，在此期間可實行該目標的濺射的時間)與在此期間目標作為陽極工作的時間(即，在此期間不能實行該目標的濺射的時間)的比例。通常，在目標作為陰極工作的時間期間，一個或多個其它目標作為陰極工作。調整脈衝寬度可為實現(所製造的塗層的)最佳均一性的相對簡單的方式。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，以40kHz 的頻率交替地操作所述目標作為陰極和陽極。如所述40KHz的足夠高的切換頻率避免了在目標處形成弧光。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，所述目標被布置為使得由相應的目標的未濺射的前平面所限定的平面相對於垂直於所述軸的平面成角度，特別是以在2°與20°之間的角度成角度。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，所述目標為圓形目標。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，所述目標具有近似相同的大小和形狀，且它們被布置為近似平均地(evenly)分布，且它們相應的中心在圓上，且所述目標中的每一個相對於所述軸基本上相等地被布置。在可與之前提議的實施例中除了三個最後提議的實施例之外的一個或多個組合的方法的一個實施例中，同心地布置所述目標，且最內部的圓形目標被至少一個環形外部目標包圍，特別地，其中所述至少一個外部目標具有相似的濺射區。在可與之前提議的實施例中的一個或多個組合的方法的一個實施例中，通過所述方法製造的塗層包括由以下項組成的組中的至少一個-低吸收膜；-光學電介質濾光器；-波導；-光學薄膜；-Al2O3 膜；-Ta2O5膜，特別是夾在SW2或Al2O3包層之間的Tii2O5膜；-混合氧化物膜，特別地來自不同組成的金屬目標。本發明包括具有根據本發明的相對應的設備的特徵的方法，且反之亦然。方法的優點基本上對應於相對應的設備的優點且反之亦然。
從現在將討論的特定觀點而言，本發明涉及一種利用脈衝式DC濺射進行金屬氧化物的反應式磁控濺射以便在單個襯底濺射系統中以穩定膜組成和良好均一性實現高濺射速率。目的是為了生產低吸收膜，例如，Al2O3的低吸收膜，以用於諸如一般的光學電介質濾光器或特別是波導的應用。其使用從諸如雙磁控(dual magnetron)這樣的大面積塗覆技術已知的技術，且使之與在旋轉襯底上的多源沉積組合，得到很好的均一性和化學計量。 還避免了主要用於單個襯底濺射的單個陰極濺射中的消失的陽極的問題，得到一種可再現且穩定的過程。從所述特定觀點而言，本發明具有以下背景對於來自金屬目標的反應DC濺射，向濺射(工作)氣體(氬氣或其它惰性氣體) 添加反應氣體。添加反應性氣體(如氧氣或氮氣)具有利用電介質膜基本上覆蓋濺射室的所有內表面的趨勢，因此形成絕緣膜。這再次減小了對電極(counter electrode)的有效區。這種現象被稱作「消失的陽極」且導致用於恆定電壓模式中的穩定操作的電壓範圍的漂移且因此也導致濺射速率和膜性質的漂移。同時，發生在目標區上的電介質材料的某些沉積(「目標中毒」)。這些層充當整個電路中的電容塗層。這導致形成電弧和較寬反應性氣體流量範圍的不穩定工作。在氧化目標處形成電弧可通過使得在目標處的DC電壓脈衝化來克服，如在US 5，948，224和US 5，427，669中所述的那樣。但這些方法並未解決消失的陽極的問題。為了解決這個問題，已經提出了雙磁控，其中兩個目標以交流電壓工作，因此兩個目標交替地作為陰極和陽極工作，如在US 5，169，509中所述的那樣。在目標被濺射作為陰極的時間期間移除在陽極上的氧化物積聚。同一目的可利用兩個或兩個以上的濺射源和切換電源來實現，如在US 5，917，286中所描述的那樣。因此，US 5，169，509和US 5，917，286兩者以其全文引用的方式結合到本專利申請中，以便給出關於交替地操作目標作為陰極和陽極的進一步的細節。在半導體工業也遇到在反應濺射中的這些問題，其中單個晶片應當均一地被塗覆有高絕緣電介質並用於光學塗層，其中需要在可見波長低至紫外處具有低吸收的膜。利用平面磁控和反應脈衝式DC濺射的現有單陰極濺射解決方案遭遇「消失的陽極」問題，由於目標被薄氧化物層覆蓋所致的低濺射速率和具有以高濺射速率的金屬模式與以很低的濺射速率的氧化物模式之間的大的滯回的過程的顯著的不穩定性。在無複雜過程控制的情況下，難以實現濺射速率和膜組成的良好的過程穩定性以及諸如折射率和吸收係數這樣的相關膜性質。已經建議以恆定電壓進行濺射(R. Mac Mahon等人，在J. Vac. Sci. Technol. 20(198 ，第376頁)，其在某種程度上幫助額外氣體流量控制但並不能解決在陽極處的變化的條件的問題。因此現有技術提出在實際濺射之前調整電壓或功率，這使得難以以可再現的自動方式來運行該過程。對於靜止的陰極對襯底布置，有利於襯底上的厚度均一性的腐蝕剖面(erosion profile)與最小化氧化物層的局部沉積的腐蝕剖面相衝突，其中氧化物層的局部沉積導致在氧化目標層與濺射金屬目標區之間的邊界處形成電弧。在從所述特定觀點來看的本發明的第一方面，這些問題的解決方案是基於下列要素中的至少兩個要素的組合
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·利用交替地作為陰極和陽極工作的至少兩個濺射源(目標)來解決消失的陽極的問題。單個電源經由高電壓切換元件連接到兩個濺射源，因此允許它們交替地作為陰極和陽極工作。通過足夠高的切換頻率來避免目標電壓的發弧。 通過旋轉待處理的襯底且具有使得陰極關於旋轉軸對稱的布置來實現良好的均一性。通過合適地選擇在目標中心與旋轉軸之間的距離，目標中心與襯底表面之間的距離和目標表面與襯底表面或旋轉軸之間的角度來實現良好的均一性。·陰極朝向襯底成角度的布置具有高效地轉移濺射材料至待塗覆的襯底的額外優
點ο·利用被設計用於完全腐蝕目標使得沒有積聚氧化物的旋轉磁體系統而在圓形目標上實現清潔的目標表面。這是可能的，因為通過濺射源布置的幾何形狀而獨立於腐蝕剖面來控制均一性。·通過以高功率密度操作目標(由於與顯著大於襯底大小的單個目標相比，更小的總的目標區)，利用足以完全氧化襯底或者沉積反應濺射層的反應性氣體分壓力進一步減輕了目標的氧化。 通過大的泵截面和使用恆定電壓濺射來避免氧化物的反應濺射固有的滯回。·為了更高的濺射速率，還可通過使用呈圓形布置的多於兩個的陰極來優化該系統。最大濺射速率通常受到目標的溫度的限制，由熱導率和每陰極區的比功率確定。在此情況下，必須修改切換使得一個濺射源作為陰極工作，而其它濺射源作為陽極工作。這幫助防止不同陰極之間的濺射速率和氧化狀態的不平衡。 襯底側部上用於反應性氣體的對稱的氣體入口幫助以高濺射速率實現具有低吸收的化學計量膜。這也幫助形成用於所有目標的相似的濺射條件。·為了從沉積開始實現穩定的條件，必須一直維持良好的真空，優選地通過負載鎖和/或運輸室放進襯底。可替換地或另外地，可於目標與襯底之間插入開閉器(shutter)且可通過在開閉器後進行濺射而實現穩定操作。濺射功率和目標氧化一穩定，就可打開開閉器且可將膜沉積於襯底上。也可通過在濺射室或運輸室中使用麥斯納阱(Meissner trap) 來實現良好的真空。如從所述特定觀點來看的本發明的第二方面，提出上述布置(第一方面)的替代， 即以下布置·作為將目標布置於圓上和旋轉襯底的替代，同心地布置目標，且最內部的圓形目標被相似濺射區的至少一個環形外部目標包圍。 通過高電壓切換元件來切換單個電源。通過足夠高的切換頻率來避免目標電壓的發弧。·通過選擇幾何形狀(目標襯底距離，目標半徑)來實現良好的過程穩定性，以給出近似良好的均一性且在所有目標上具有相等的功率密度。為了實現最佳均一性，可調整在不同目標上的脈衝寬度以微調襯底的內部區域和外部區域中的膜厚度。·這種布置的優點在於無需襯底旋轉，但這可幫助減輕由不對稱氣體入口或泵幾何形狀所致的不均反應性氣體供應造成的厚度變化。·利用被設計用於完全腐蝕目標使得沒有積聚氧化物的旋轉磁體系統而在圓形目標上實現清潔的目標表面。這是可能的，因為通過濺射源布置的幾何形狀和脈衝寬度而獨立於腐蝕剖面來控制均一性。·第一布置的其它方面對於此布置也是有效的，諸如通過使用相對小的目標的高功率密度、使用恆定電壓濺射、對稱氣體入口和使用多於兩個陰極來進行更好的均一性控制。 同心目標可被布置於平行於襯底的平面中。為了更好地利用材料，外部目標可為錐形(描述了錐表面的旋轉對稱部分)，且目標法線面向襯底中心。·旋轉磁體系統可被安裝於單個旋轉平臺上以簡化機械設置，如在US 4，622，121 中所述。因此，US 4，622，121以其全文引用的方式結合到本專利申請中，以給出關於旋轉磁體系統的進一步細節。注意到使用若干陰極導致來自不同組成的金屬目標的反應濺射的混合氧化物的可能性。但在此情況下，簡單的恆定電壓濺射可能不起作用(或不能令人滿意地起作用) 且將(優選地)必須與某些其它過程控制組合，諸如分壓力調控和通過調整功率或脈衝寬度來調控用於每種材料的每個脈衝的能量。從附屬權利要求和附圖得出另外的實施例和優點。


在下文中通過示例和包括的附圖來更詳細地描述本發明。附圖示出圖1是反應濺射滯回曲線(在恆定電功率的放電電壓對O2流量)；圖2是真空沉積系統的截面圖；圖3是設備的方塊圖解說明，強調了與目標電壓的生成有關的方面；圖4是利用在恆定功率的直流電源的預實驗結果的圖示。圖5是恆定電壓濺射結果的圖示；圖6是實驗樣品的膜性質(折射率η作為波長函數)；圖7是實驗樣品的膜性質(k作為波長函數)；所描述的實施例意味著撕裂且並不限制本發明。
具體實施例方式圖2示出真空沉積系統1的截面圖。真空沉積系統1( 「多源」)包括裝載/卸載封殼2，裝載/卸載封殼2具有用於泵(未圖示)和裝載/卸載裝置(省略)的埠 3和 4，裝載/卸載裝置例如為晶片裝卸器或襯底機械手。襯底運載器5被成形為接受襯底14， 如圓形或矩形或正方形的晶片(矽、玻璃或類似物)。襯底運載器5可被設計成可通過升降機構移動，如由箭頭6所示，以在較低位置接受或遞送襯底且在高的位置夾持襯底14，如在圖2中所示的那樣，從而使得襯底暴露至處理室7。襯底運載器5可呈現為機械夾持裝置， 諸如彈簧或重量環或者可被設計為靜電夾頭。在具體實施例中，襯底運載器5可提供可以供旋轉襯底之用的裝置。這可由馬達來實現，該馬達在操作上作用於襯底運載器，從而使之繞中心軸8旋轉。有利地，這種馬達和升降機構被建置作為單元。處理室7基本上通過底部部件一襯底運載器5、側壁元件9和上部部件或覆蓋物 10形成。在上部部件10中，布置了 3個或更多的濺射陰極11、12......(圖2以截面圖示出二者)。上部部件10的內表面13顯示出具有旋轉對稱軸8的基本上平錐形狀，旋轉對稱
軸8對於所有目標相等且涉及(refer to)相應的目標中心。陰極11、12......被布置於
繞對稱軸8的限定的半徑上。在圖2中省略了氣體入口和電布線。一種示範性襯底大小為8"晶片(大約20cm)，但襯底運載器5 (和整個系統)可被構造成容納30cm晶片或玻璃襯底。該系統可被設計成匹配更小的襯底，如IOcm襯底 (4")，本領域技術人員將根據本文所給出的原理來選用系統大小。對於200mm的襯底大小，優選地選擇目標-襯底距離在IOOmm與170mm之間。在陰極11、12中所使用的目標的直徑有利地被選為150mm，但可在70mm與160mm之間。在(位於陰極11和12處)目標的中心與對稱軸8之間的最短距離(目標偏心距)通常略微大於襯底半徑且可隨著目標襯底距離和傾斜角一起變化以給出最佳均一性或最佳沉積效率。最佳幾何形狀通過計算機模擬來計算出且給出與測量的均一性的良好吻合。將在垂直於對稱軸8的平面與由未濺射的目標前平面所限定的平面之間的目標角度選擇為15°，但可調整為2°與20°之間。在具有150_的目標直徑、140_目標偏心距和130_的目標襯底距離和15°目標角度的三個陰極的一個實施例中，已經實現了 +-1%的均勻性。圖3是設備的方塊圖解說明，強調了與目標電壓的生成有關的方面，更特別地示出具有高電壓切換元件的濺射電源。可使用如圖3所示的結合切換方案的常規DC電源15。 已經利用以40kHz切換的兩個Al目標來執行濺射。已經實現了以1. 3nm/sec/kff切換的兩個Al目標的濺射速率。圖3示出DC電源15，其中藉助於四個開關，兩個目標11、12可被切換為陰極或陽極或者僅切換為陰極或者陽極。這種方案可容易地擴展到多於兩個目標，特別地可按順序切換四個目標，其中剩餘目標中的一個或多個被切換為陽極。以低佔空因數在高峰值功率處運行四個目標有利於良好的目標腐蝕。大的陽極區也會是優點。為了實現過程穩定性，電源將以恆定的電壓模式運行。圖4示出利用在恆定功率的DC電源的預實驗結果的圖示，更特別地為電壓和壓力對反應氣體流量的圖。利用在DVD Sprinter上的多源卡特羅(quattro)(—種可在市場上購買到的系統)來執行這些實驗。Al的濺射速率為1.5nm/sec/kW(DC)。以氧化物模式的 DC濺射已經以0. 08nm/sec/kff的恆定功率來執行。圖5示出恆定電壓濺射結果的圖示。恆定電壓濺射已經被限為< 2kW總功率。在 420V和12sCCm O2流量，存在高速率氧化物模式。已經實現了穩定操作。0. 6nm/sec的濺射速率需要0. 8-0. 9kff的功率。電壓功率關係需要穩定時間(settling time)(其中時間常數為大約10分鐘)。圖6示出實驗樣品的膜性質，更特別地以結合圖2至圖5所討論的方式製備的樣品的膜性質(折射率η作為波長函數)。圖7示出相同的實驗樣品的膜性質(k作為波長函數)。具體的濺射在預測值的範圍內，特別地對於氧化物而言為O.Snm/sec/kW。已經實現了高達IkW的穩定操作。實現了在120mm直徑上至少+/-3. 2%的均一性。折射率η為η =1.63-1.65，且在633歷沽為1^<16-3，其中後者可通過過程(例如，通過調整泵時間等) 來優化。
權利要求
1.一種用於通過反應濺射來塗覆襯底(14)的設備(1)，包括軸⑶；關於所述軸⑶成對稱布置的至少兩個目標(11，12)；用於運載所述襯底(14)的襯底運載器(5)；以及用於繞所述軸(8)旋轉所述襯底運載器( 的裝置；以及連接到所述目標(11，12)的電源(15)， 其中所述目標能交替地作為陰極和陽極工作。
2.根據權利要求1所述的設備，其中關於所述軸(8)對稱的所述布置包括將所述目標 (11，12)布置為使得它們的相應的目標中心被布置於繞所述軸(8)的圓上。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的設備，其中所述設備(1)為用於利用電介質塗層塗覆襯底(14)，特別地用於塗覆單個襯底(14)的設備(1)，特別地用於利用脈衝式DC濺射來進行金屬氧化物的反應式磁控濺射的設備(1)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的設備，包括高電壓切換元件，其中所述電源(15) 經由所述高電壓切換元件連接到所述目標(11，12)以允許所述目標(11,1 交替地作為陰極和陽極工作。
5.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中所述電源(5)為連接到所述目標(11， 12)的單個電源(15)，特別是單個DC電源(15)。
6.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中所述目標(11,1 被布置為使得由所述相應的目標(11 ；12)的未濺射的前平面所限定的平面相對於垂直於所述軸(8)的平面成角度，特別是以在2°與20°之間的角度成角度。
7.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中所述目標(11,1 為圓形目標。
8.根據權利要求1至5中任一項所述的設備，其中同心地布置所述目標(11，12)，且最內部的圓形目標由至少一個環形外部目標包圍，特別是其中所述外部目標具有相似的濺射區。
9.根據權利要求8所述的設備，其中所述至少一個外部目標描述了錐表面的旋轉對稱部分，其中所述至少一個外部目標的未濺射的前平面的表面法線相對於所述軸(8)成角度。
10.一種製造塗覆襯底(14)的方法，通過在包括軸(8)的設備(1)中進行反應濺射來塗覆襯底(14)，所述方法包括以下步驟a)提供待塗覆的襯底(14)；b)提供關於所述軸(8)對稱布置的至少兩個目標(11，12)，c)在塗覆期間交替地操作所述目標(11，12)作為陰極和陽極；以及d)在所述塗覆期間使所述襯底(14)繞所述軸(8)旋轉。
11.根據權利要求10所述的方法，其中關於所述軸對稱的所述布置包括將所述目標 (11,12)布置為使得它們相應的目標中心布置於繞所述軸(8)的限定半徑上。
12.根據權利要求10或權利要求11所述的方法，還包括以下步驟利用電介質塗層來塗覆所述襯底(14)，特別是單個襯底(14)，特別是通過利用脈衝式DC濺射進行金屬氧化物的反應式磁控濺射來塗覆所述襯底(14)，特別是單個襯底(14)。
13.根據權利要求10至12中任一項所述的方法，其中步驟c)包括使用連接到所述目標(11，12)和電源(15)的高電壓切換元件用於在塗覆期間交替地操作所述目標(11， 12)作為陰極和陽極，特別地，其中所述電源(15)為單個電源(15)，更特別地單個DC電源 (15)。
14.根據權利要求10至13中任一項所述的方法，其中通過恆定電壓濺射來實行所述塗覆。
15.根據權利要求10至14中任一項所述的方法，其中步驟c)包括施加目標電壓給所述目標(11，12)，且其中所述方法包括以下步驟調整所述目標電壓的脈衝寬度以微調所述襯底的內部區域和外部區域中製造的塗層的厚度。
16.根據權利要求10至15中任一項所述的方法，其中以40kHz的頻率交替地操作所述目標(11，12)作為陰極和陽極。
17.根據權利要求10至16中任一項所述的方法，其中所述目標(11，12)為圓形目標。
18.根據權利要求10至17中任一項所述的方法，其中將所述目標(11,1 布置為使得由相應的目標(11 ；12)的未濺射的前平面所限定的平面相對於垂直於所述軸(8)的平面成角度，特別是以2°與20°之間的角度成角度。
19.根據權利要求10至16中任一項所述的方法，其中同心地布置所述目標(11，12)， 且最內部的圓形目標由至少一個環形外部目標包圍，特別地其中所述至少一個外部目標具有相似的濺射區。
20.根據權利要求10至19中任一項所述的方法，其中通過所述方法製造的塗層包括由以下項組成的組中的至少一個-低吸收膜； -光學電介質濾光器； -波導； -光學薄膜； -Al2O3 膜；-Ta2O5膜，特別是夾在SW2或Al2O3包層之間的Ta2O5膜； -混合氧化物膜，特別地來自不同組成的金屬目標。
全文摘要
用於通過反應濺射來塗覆襯底(14)的設備(1)包括軸(8)；關於所述軸(8)成對稱布置的至少兩個目標(11，12)，以及連接到目標(11，12)的電源，其中目標能交替地作為陰極和陽極工作。該方法為製造塗覆的襯底(14)的方法，其通過在包括軸(8)的設備(1)中進行反應濺射來塗覆襯底(14)。該方法包括a)提供待塗覆的襯底(14)；b)提供關於所述軸(8)成對稱布置的至少兩個目標(11，12)；c)在塗覆期間交替地操作所述目標(11，12)作為陰極和陽極。優選地，在濺射期間旋轉目標(11，12)和/或目標被同心地布置，且最內部的圓形目標被至少一個環形外部目標包圍。
文檔編號C23C14/50GK102439196SQ201080019282
公開日2012年5月2日 申請日期2010年4月23日 優先權日2009年4月27日
發明者H·羅爾曼, K·魯姆, M·杜布斯 申請人:Oc歐瑞康巴爾斯公司