高功率溅射源制造技术

本发明专利技术涉及一种磁控管溅镀方法，利用该方法可以将材料从靶表面溅射，使得所溅射的材料以离子形式高百分比地存在。根据本发明专利技术，这借助于简单的发生器来实现，该发生器的功率以分布在时间间隔中的方式馈入到多个磁控管溅镀源中，也就是说，在一时间间隔给一个溅镀源供应最大功率，并且在接下来的时间间隔中给下一个溅镀源供应最大功率。通过这种方式，实现了大于0.2A/cm2的放电电流密度。在关断时间期间，溅镀靶具有冷却的可能性，使得温度极限不被超过。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高功率溅射源
本专利技术涉及一种借助于磁控管溅射给衬底镀层的方法。
技术介绍
在本说明书的范围内，以相同含义使用“溅镀(Sputtern)”和“溅射(Zerstauben )，，。在溅射情况下，用离子轰击靶(阴极)，这导致靶的材料被侵蚀。离子在由等离子体构成的靶表面方向上的加速借助于电场来实现。在磁控管溅镀的情况下，在靶表面上构造磁场。通过这种方式，迫使等离子体中的电子进入到螺旋轨迹上并且在靶表面上环行。通过其延长的路程，电子与原子或离子的碰撞次数显著提高，这导致靶表面上的该区域中的较高电离。由此导致对直接处于该区域之下的靶上的提高的溅镀侵蚀。这导致对于磁控管溅镀典型的侵蚀沟槽，该侵蚀沟槽具有处于其上的轨迹(Racetrack)。这样的侵蚀沟槽所具有的缺点是，靶的大区域基本上未被侵蚀。但是靶材料常常是昂贵的材料。因此，构造磁场的磁系统有时在靶之下被设计为使得这如图1中所示导致肾形轨迹。在圆形阴极的情况下，磁系统绕圆形阴极的中心轴旋转，使得基本上导致靶材料的均匀的侵蚀。但是传统溅镀的仍存在的缺点是，所侵蚀的材料仅仅以非常小的百分比被电离。本专利技术具体而言涉及一种HIPMS方法(HIPMS =高功率脉冲磁控管溅镀)。HIPIMS是一种从传统溅镀发展而来的方法，其利用脉冲时长在微秒至毫秒范围、功率密度大于lOOW/cm2的脉冲状放电的效应。新兴的HIPIMS技术消除了传统溅镀的大缺点，即所溅镀的原子的非常少的电离。因此，从现有技术中已经显示出，借助于HIPMS技术根据材料可以实现所溅镀颗粒的高达100%的电离。在此，至少短时间较大的作用于靶的放电电流密度导致提高的电离度。提高的电离度可以改变层的生长机制，并且因此对层特征具有影响。这尤其是导致较高的粘附强度。典型地使用的平均功率密度在传统溅镀以及在HIPMS的情况下都在20W/cm2的范围内。在使用特殊的靶冷却装置的情况下，在高负载时达到高达50W/cm2。在此，相应的放电电流密度处于高达0.2A/cm2的范围内。但是，从等离子体物理和电子技术的出发点而言，高得多的功率密度以及由此放电电流密度不是问题。但是基本上可应用于溅镀靶的平均功率由于靶冷却装置有技术极限而受到限制。出于该原因，在HIPMS方法的情况下，溅镀功率是以脉冲形式施加的，其中脉冲时长被选择为如此短，使得由于作用于靶的平均功率而不导致超温。在此清楚的是，靶温度和允许的最大靶温度非常强烈地依赖于靶材料及其热导率以及其机械特性。在此缺点是，脉冲技术导致显著的仪器成本，因为必须使用能够在时间上和空间上将功率划分成溅镀功率脉冲的发生器。这利用传统的发生器技术不能实现。为了绕过这些缺点，在现有技术中提出:过渡到与靶的总大小相比显著缩小的轨迹，并且让所述轨迹移动靶表面之上。例如在Wang等人的US 6’413’382中提出了一种磁系统，其导致覆盖靶表面的20%以下的磁控管。该磁系统以可旋转方式安装在靶面后面，使得轨迹基本上可以被涂覆在整个靶表面上。尽管该方案简化了发生器，但是不能完全放弃脉冲技术。与之相应地给出了 10%以下的脉冲/间歇比例。但是在此不利的是，与之相应设计的装置仅仅适用于HIPMS应用。通过高度减小的轨迹大小，溅射速率是相应小的。如果应当可以在HIPMS层与传统溅镀层之间交替，则针对所述层的相应传统溅镀速率也被降低。Nyberg等人在W003006703AI中遵循了类似的方案。其描述了，通过缩小的溅镀区域来实现提高的放电电流密度。为了补偿较高的局部升温，移动溅镀区域。此外，Nyberg等人描述了，在工业应用中，减小的溅镀区域必须以高速度在靶上移动，以便防止表面熔化。该技术允许使用每种传统的发生器。一种可能性在于，将靶划分成多个部分，所述部分彼此电分离。下面将这些部分称为部分靶。在此，部分靶应当是完全独立的靶，其尤其是在功率施加方面同其他部分靶隔离，其中多个相同的部分靶的表面相加成总靶面。通过在一时刻将全部功率集中到这些部分靶之一上，因此可能的是，控制从中当前进行溅射的位置。通过接通和关断所述部分，可能的是，在没有可运动部件的情况下可行。Nyberg等人的装置的缺点是如下事实:这样的构造不能在传统磁控管溅镀模式下运行，因为不能或者技术上非常高成本地将一个发生器的功率均匀地分布到不同部分上。Nyberg等人的方案的缺点尤其是还有，在可接入或可关断的部分靶的每一个上导致固定的侵蚀沟槽。这意味着，与Wang等人描述的旋转磁控管相比，靶利用是明显更差的。
技术实现思路
因此，所期望的是提供一种装置，其允许在没有高成本的脉冲发生器技术的情况下执行HIPIMS方法，但是应能够以简单方式转换到传统溅镀模式。根据本专利技术，该任务通过如下方式来解决:将靶划分成多个电隔离的独立部分靶，所述部分靶由功率供应单元来馈电，所述功率供应单元在HIPMS模式下被配制成主-从单元。应将主-从配置理解成两个或更多个发生器的输出端的并行联合，其中发生器之一(主机)处的要调整的功率被选择，并且其他发生器被电子连接为使得它们在其设定方面遵循主机。优选地在主-从配置中至少互连如所存在的各个电隔离的部分靶那么多的发生器。在各个部分靶处，在HIPMS模式下仅仅传输其冷却所允许的那么长时间的功率。在HIPMS模式下，按顺序地接入和关断部分靶。因此，以主-从配置的功率供应单元不必同时在所有部分靶处带来完全的功率。通过这种方式可以使用价格低廉的发生器。如果应当以传统方式进行溅镀，则解除主-从配置并且为每个部分靶提供自己的发生器。于是，部分靶可以利用发生器作为独立的溅镀源来运行。如果在主-从配置解除以后没有部分靶那么多的发生器可用，则一些部分靶可以持久地保持关断或者交替关断。通过这种方式实现:可以简单地从HIPIMS模式切换到传统溅镀模式。在部分靶后面优选地分别存在可运动的磁系统，所述磁系统负责将相应轨迹移动到相应的部分靶之上。如果该设备在HIPMS模式下运行，则根据本专利技术，在部分靶后面优选旋转的磁系统以一频率运动，该频率优选地与溅镀源的反复的功率脉冲的频率不形成合理的比例。由此保证:均匀地从靶表面侵蚀材料。【附图说明】现在具体地和根据附图示例性地更详细阐述本专利技术。图1示出了靶的表面连同如根据现有技术在传统溅镀中使用的运动轨迹。图2示出了本专利技术的具有电绝缘的部分靶的第一实施方式，所述部分靶分别具有运动的磁系统，其中功率供应单元由多个发生器构成，所述发生器以主一从配置连接。图3示出了本专利技术的具有电绝缘的部分靶的第一实施方式，所述部分靶分别具有运动的磁系统，其中功率供应单元由多个发生器构成，所述发生器未以主一从配置连接，使得给每个部分靶都分配有发生器，并且利用该发生器可以作为独立的溅镀源运行。图4示出了功率脉冲作用50ms长的时间以后不同靶材料的经模拟的冷却行为。图5示出了在电弧放电处的光谱测量相比于在根据本专利技术的等离子体放电处的这种测量。图6示出了在传统DC溅镀等离子体的放电处的光谱测量相比于在根据本专利技术的等离子体放电处的这种测量。【具体实施方式】根据本专利技术的第一实施方式，如图2中示例性示出的那样，功率供应单元3通过开关SI将电压和电流提供给布置在真空室4中的溅镀源ql以用于在HIPMS模式下运行溅镀装置。功率供应单元3由多个发生器g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成等离子体放电的方法，所述等离子体放电具有至少在一些区域中局部地大于0.2A/cm2的放电电流密度，该方法具有步骤：?－提供具有预先给定的最大功率的功率供应单元；?－提供至少两个磁控管溅镀源，所述磁控管溅镀源分别具有预先给定的轨迹和预先给定的热极限，其中所述轨迹被设计为如此小，使得在所述功率供应单元的最大功率分别作用于所述磁控管溅镀源之一时，放电电流密度大于0.2A/cm2；?－借助于所述功率供应单元，在第一时间间隔内将第一功率馈入到所述至少两个磁控管溅镀源中的第一个，其中第一功率被选择为足够大，使得在所述磁控管溅镀源处至少在一区域中局部地产生大于0.2A/cm2的放电电流密度，并且其中第一时间间隔被选择为足够小，使得第一磁控管溅镀源的预先给定的热极限不被超过；?－借助于所述功率供应单元，在第二时间间隔内将第二功率馈入到所述磁控管溅镀源中的第二个，其中第二功率被选择为足够大，使得在第二磁控管溅镀源处至少在一区域中局部地产生大于0.2A/cm2的放电电流密度，并且其中第二时间间隔被选择为足够小，使得第二磁控管溅镀源的预先给定的热极限不被超过；?其特征在于，所述功率供应单元包括至少两个发生器，所述发生器以主?从配置彼此连接，并且所述两个时间间隔不完全重叠。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.20 DE 102011018363.91.一种用于生成等离子体放电的方法，所述等离子体放电具有至少在一些区域中局部地大于0.2A/cm2的放电电流密度，该方法具有步骤: 一提供具有预先给定的最大功率的功率供应单元； 一提供至少两个磁控管溅镀源，所述磁控管溅镀源分别具有预先给定的轨迹和预先给定的热极限，其中所述轨迹被设计为如此小，使得在所述功率供应单元的最大功率分别作用于所述磁控管溅镀源之一时，放电电流密度大于0.2A/cm2 ； 一借助于所述功率供应单元，在第一时间间隔内将第一功率馈入到所述至少两个磁控管溅镀源中的第一个，其中第一功率被选择为足够大，使得在所述磁控管溅镀源处至少在一区域中局部地产生大于0.2A/cm2的放电电流密度，并且其中第一时间间隔被选择为足够小，使得第一磁控管溅镀源的预先给定的热极限不被超过； 一借助于所述功率供应单元，在第二时间间隔内将第二功率馈入到所述磁控管溅镀源中的第二个，其中第二功率被选择为足够大，使得在第二磁控管溅镀源处至少在一区域中局部地产生大于0.2A/cm2的放电电流密度，并且其中第二时间间隔被选择为足够小，使得第二磁控管溅镀源的预先给定的热极限不被超过； 其特征在于，所述功率供应单元包括至少两个发生器，所述发生器以主-从配置彼此连接，并且所述两个时间间隔不完全重叠。...

【专利技术属性】
技术研发人员：S克拉斯尼策尔，K鲁姆，
申请(专利权)人：欧瑞康贸易股份公司特吕巴赫，
类型：
国别省市：