磁控管溅射源及其用途制造技术

为使溅射材料的利用率及磁控管溅射源的靶寿命最佳化并且同时使基片覆层具有可良好获得的分布值，在整个靶寿命期间内保持稳定地在这样的布置结构中形成一凹形的溅射面（２０），即该布置结构有较小的靶－基片间距（ｄ）并且还组合有一个用于形成磁控管电子阱的磁系统，在该磁系统中，磁控管电子阱的外磁板（３）是固定不动地安置的，而一个具有一第二外磁极部分（１１）的且偏心布置的内磁极（４）是可绕溅射源的中心轴线（６）旋转地形成的。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种按照权利要求1前序部分所述的磁控管溅射源及如权利要求17所述的磁控管溅射源的用途。这种磁控管溅射源多年前就是众所周知的，它被用于对基片进行真空涂覆。这种磁控管溅射源的特点是，借助磁场在要溅射的靶表面之前产生致密等离子体，这允许通过高速离子轰击来溅射靶并且快速生长地在基片上得到一覆层。在这样的磁控管溅射源中，磁场起到电子阱的作用，它基本完全决定了气体放电的放电条件和等离子体夹入量。这样是磁控管电子阱的磁场是如此形成的，即封闭的磁极环线布置在一个待溅射靶的背面区域里，这些磁极环线不相交并且在特殊情况下形成圆环形布置形式，它们也可以同心地布置，在这里，这些磁极环线如此极性相反地间隔布置，即极之间的磁场线是闭合的并且在这里至少部分地穿过靶，在这里，它们在溅射表面区里确定了电子阱作用。通过这种交错或同心布置的极环线，在靶表面区里产生一种隧道状磁场，该磁场构成一个闭合环线，在该闭合环线里，可以截住并引导电子。通过这种有特点的磁控管电子阱结构，同样也产生环状的且等离子体密度分布不均匀的等离子体放电，这使得靶由于不均匀的离子轰击而也受到不均匀的侵蚀。通常，在这样的磁控管放电时，在工作中产生一侵蚀小沟，因而在基片涂层厚度分布方面也出现了问题并且必须加以解决。另一个缺点是由于靶出现沟状侵蚀图形而限制了靶材料的充分利用。从专利DE-OS 2707114(对应于专利US 5284564)中，人们已经认识到这些问题。作为解决方案而提出了，在环线状等离子体放电和靶之间产生相对运动，从而使等离子体扫过靶表面。因而靶上的侵蚀断面应该加宽或展平，同时改善布置在其前方的基片上的涂层分布。在矩形磁控管溅射装置中，例如如附图说明图1所示，产生电子阱的磁系统在平面靶后面来回运动。如果溅射源成圆形，则磁系统例如如图22-图25所示地在靶后面绕靶轴线旋转。因而实现了使等离子体环线旋转地扫过圆形靶板。此外，在图22、25里示出了，电子阱环线可以成不同的形状并且由此可能影响到由此产生的侵蚀断面。在基片相对磁控管靶静止不动的布置方式或其本身在靶前面的一个平面里旋转的布置方式中，或者在其中已经在基片平面里必须尽可能大范围地满足涂覆均匀性要求的结构中，就尤其存在问题，因为分布问题和材料利用问题主要必须在源头方面加以解决，而不能通过使基片从旁边经过来解决。这种按节拍引入盘状基片并将基片定位在磁控管溅射源之前且在那里进行涂覆的涂覆设备在近几年来已经越来越重要。通过这种方式方法，对目前优选的半导体晶片进行加工或涂覆，以便制造出电子器件，以及对存储盘进行加工或涂覆盖，以便制造磁性存储器片和制造光学的和光电磁性的存储器片。对于静止不动布置的盘状基片的涂覆来说，1980年以前就已经使用了第一种圆环形溅射源。如上所述，环状等离子体环在靶上产生一个很突出的环形侵蚀小沟，这在高精确度要求时就造成基片涂层分布问题。因此，在这些溅射源装置中，必须使靶和待涂覆基片之间的距离被选得较大，通常为60-100mm。此外，为得到良好的分布值，必须将靶径选得比基片大一些。无论是较大的靶-基片间距，还是靶径突出较多，实际上都导致了溅射材料利用率总体较低。由于由此产生的经济性差和越来越严的对涂层分布的要求，因而已开发出具有旋转磁系统的圆形磁控管溅射源结构，它们在这些方面都可作出进一步的改进。为提高材料利用率和涂覆速度，已经认识到必须减小靶-基片间距和靶径。这只有在以下情况下才可能，即一方面等离子体夹入以这样的方式实现，即等离子体膨胀不干扰要涂覆的基片，另一方面，使表面上的靶侵蚀量均匀化，尤其是也从靶中心区内起进行溅射。按照图1a所示的布置结构，可以实现第一步改进。磁系统2由一个外圆环状磁极3和一个内部偏心布置的相反极4组成。磁系统2围绕一个中心旋转轴线6可旋转地支承着并在旋转方向7上通过一个驱动装置如电动机相对固定不同的靶转动。由于内磁极4偏心布置，因而当在靶1上施加放电电压时就形成一个偏心旋转的等离子体环，它扫过靶的大部分。图1b表示这种布置的剖视图，其中磁系统2围绕溅射源中心轴线6在旋转方向7上可旋转地支承着，基片s按距离d(通常为40-60mm)与圆形靶极1间隔开地布置，其中靶1通过一个冷却装置8如进行水冷。磁系统2由永磁体3、4构成，它们应被设置成使外磁极3和内磁极4间隔开并反极向地布置，从而使产生的磁力线B穿过靶1并在靶面上形成闭合的隧道状磁场环，它就是电子阱。永磁体的接地是通过一个由高导磁材料如铁制成的并布置在永磁体磁极的远离靶1的那一侧上的轭板5实现的。为使等离子体环产生偏心，使内磁极4相对旋转轴线6错开。通过选择该偏心率，可以在一定范围内使侵蚀特性和分布特性优化。磁系统布置的另一主要改进可以通过如图1c、1d所示地完全偏心地形成磁力圆来实现。如图1c所示，磁性隧道沿着整个闭合环具有基本一致的宽度，这就可以实现比较恒定和更有效的电子阱作用，而且首先可以明确规定等离子体环的偏心率，这样效果就更好。图1d表示另一实施形式，其中等离子体环本身再次弯折，例如弯成心脏轮廓线的形状。根据靶和基片的尺寸，可以得到许多可能的环线形状，例如也可以是折弯的等离子体环，它用于优化在基片上的溅射和分布。这种旋转布置结构优点特别还在于，仅通过几何学的设计，就可以良好预测出结果。其它模拟计算可以用于设计优化。具有圆形平面靶和旋转磁系统的磁控管溅射源多年以来都是由位于利希腾斯坦(Liechtenstein)的巴尔茨尔(Balzer)股份公司经销，例如其型号为AR125，如在1985年5月第一版的使用说明书(BB 800 463BD)里用作原始资料也已经进行过说明。另一种影响侵蚀断面的途径是使外磁极在靶溅射面的方向上平行于溅射源轴线6移动，如图2所示的那样。这样，使磁力线变化曲线B发生了变化，尤其是变平坦了，从而可以加宽侵蚀断面。在具有跃升磁极的布置中，也可以在中心使内磁极4跃升，如有必要，一直跃升超过靶1溅射面上，如果靶在中心有一个为之设置的孔且既定溅射特性允许这样做的话。对固定不动的基片s涂覆装置来说，这种溅射源方案的缺点是一方面必须要有比较大的靶-基片距离，另一方面，到达基片s的溅射材料的利用率较低，因为位于外部区域中的且不能加以利用的区域所占份额是比较大的，并且靶利用率要比在旋转系统中低。图3示出了一种对盘状基片s进行涂覆的磁控管溅射源装置的另一主要实施方式，这在对应于US 5,688,381的EP 0 676 791 B1中已经描述了。该溅射源装置同样也有跃升的外磁极3，其中磁极区最好本身就被构造成永磁体，而相对位于中心的内磁极4的磁性接地通过一磁轭5来实现。在该溅射源中，靶体1向内成拱形，也就是成凹形，并且这样确定电子阱，即由靶1的内拱所产生的空腔基本上形成等离子体放电腔。这样一来，可以使基片s很靠近这靶1，例如在基片直径为120mm时且靶径不比基片直径大许多的情况下，距离为35mm。这样，在成凹形的靶1和基片之间的放电腔基本上通过基片和溅射面被封闭起来。这使得溅射材料转移到基片的很大部分上，而且使边缘损失较小。因此，用这种溅射源装置就可以在保证很经济的同时实现较高的涂覆速率。当然还有某些限制，这是因为侵蚀断面和分布的控制以及可再现条件的获得尤其是在整个靶使用寿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁控管溅射源，它有一个圆的靶体（１），该靶体的端面有一个溅射面（２０，２１），该溅射源有一个磁系统（２，３，４，５，１０，１１），该磁系统包括一内磁极（４）、一个环形包围该内磁极的外磁极（３），由此在该溅射面（２０，２１）上形成一个磁场（Ｂ），该磁场的形状为围绕该溅射源的中心轴线（６）的一封闭的隧道状环线，并且磁系统（２，３，４，５，１０，１１）的至少一部分可围绕该溅射源轴线（６）旋转地支承着并且与驱动装置（３０）有效连接，其特征在于，该环状的外磁极（３）不在与该内磁极（４）相同的平面内并且在该圆的靶体（１）的边缘区里升高，所述可旋转的磁系统部分容纳着相对该轴线（６）偏心地布置的该内磁极（４）并容纳一个位于该外磁极（３）和该内磁极（４）之间的第二外磁极部分（１１），从而在旋转时，该磁场（Ｂ）的隧道状环线偏心地扫过该溅射面（２０，２１）。

【技术特征摘要】
CH 2001-6-12 1052/011.一种磁控管溅射源，它有一个圆的靶体(1)，该靶体的端面有一个溅射面(20，21)，该溅射源有一个磁系统(2，3，4，5，10，11)，该磁系统包括一内磁极(4)、一个环形包围该内磁极的外磁极(3)，由此在该溅射面(20，21)上形成一个磁场(B)，该磁场的形状为围绕该溅射源的中心轴线(6)的一封闭的隧道状环线，并且磁系统(2，3，4，5，10，11)的至少一部分可围绕该溅射源轴线(6)旋转地支承着并且与驱动装置(30)有效连接，其特征在于，该环状的外磁极(3)不在与该内磁极(4)相同的平面内并且在该圆的靶体(1)的边缘区里升高，所述可旋转的磁系统部分容纳着相对该轴线(6)偏心地布置的该内磁极(4)并容纳一个位于该外磁极(3)和该内磁极(4)之间的第二外磁极部分(11)，从而在旋转时，该磁场(B)的隧道状环线偏心地扫过该溅射面(20，21)。2.按权利要求1所述的溅射源，其特征在于，该磁系统(2，3，4，5，10，11)包含永磁体，尤其是稀土磁体型永磁体，如含有钴钐的磁体和/或钕。3.按权利要求2所述的溅射源，其特征在于，该磁系统(2，3，4，5，10)包含一个由高导磁材料制成的磁轭(5，10)，该磁轭用于在溅射源装置内使磁路接地。4.按权利要求3所述的溅射源，其特征在于，所述磁轭(5，10)由两部分同心地构成，它包括一个第一静止的外部分(5)和一个第二可旋转的内部分(10)。5.按权利要求4所述的溅射源，其特征在于，该磁轭内部分(10)容纳该内磁极(4)和该外磁极部分(11)。6.按权利要求1至5中任意一项所述的溅射源，其特征在于，至少其中一个磁极(3，4，11)由永磁体材料制成，最好是所有三个磁极(3，4，11)都由永磁体构成。7.按上述权利要求1至6中任意一项所述的溅射源，其特征在于，该磁系统的磁路被设计成能在该靶体(1)的使用寿命范围内基本上使在溅射作业中被溅射到一个布置在溅射面(20，21)前方的平面基...

【专利技术属性】
技术研发人员：B海因茨，M杜布斯，T埃森哈默，P格吕宁费尔德，W哈亚格，S卡德莱克，S克拉斯尼策尔，
申请(专利权)人：尤纳克西斯巴尔策斯公司，
类型：发明
国别省市：LI[列支敦士登]