CN1239737C - 制造镀膜基片的方法、磁控管溅射源、镀膜室和镀膜设备 - Google Patents

制造镀膜基片的方法、磁控管溅射源、镀膜室和镀膜设备 Download PDF

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Abstract

本文推荐了一种磁控管溅射源，它包括至少两个相互电气绝缘的长形靶子(3a，3b，3c)，在排列时这些靶子的长边相互挨着。它们的侧面间距比靶子(3a，3b，3c)的宽度要小得多。每个靶子都具有自己的电气接线(5a，5b，5c)，特别是在靶子(3a，3b，3c)中间设有阳极(7a，7b)。每个靶子装置都有一个可控制的磁装置，利用这些磁装置在每个靶子装置上方产生一个时间变化的磁控管场。另外还提供了理由该溅射源制造镀膜基片的方法，其中镀膜基片表面FS≥900cm2。本发明能够使溅射源做到任意大小，尤其是对固定在至少一个相关溅射源上的大平面基片，能够经济合算地保证它的均匀膜厚分布。

Description

制造镀膜基片的方法、磁控管溅射源、镀膜室和镀膜设备
技术领域
本发明涉及一种制造镀膜基片的方法，其中借助至少两个相互电绝缘的固定式的长形靶子装置对所述的基片进行溅射镀膜，所述靶子装置沿其长边以一远远小于该靶子装置宽度的间隔并排放置，每个靶子装置通过自己的电气接线被电驱动，而且，所述基片与所述靶子装置隔开地放置，在所述的靶子装置上方分别产生一个磁控管场。
本发明还涉及一种用于执行所述的方法的磁控管溅射源，它带有至少两个相互电气绝缘的、固定的、并且纵向延伸的靶子装置，所述靶子装置沿其长边以一远远小于该靶子装置宽度的间隔并排放置，其中，每个靶子装置都具有自己的电气接线。
本发明另外还涉及带有所述磁控管溅射源的溅射镀膜室和带有该镀膜室的真空镀膜设备。
背景技术
原则上讲，本发明是从需要出发，用来对大平面、尤其是对需要镀膜的平面至少为900cm2的矩形基片进行溅射镀膜，它可使膜厚分布均匀，在此，该过程尤其可以是反应性的。这种基片特别是应用在平面显示屏-它们一般都具有薄于1mm的玻璃基片-的生产中，所以它们尤其可用于TFT屏或等离子显示屏(PDP)。
在大平面的磁控管溅射镀膜中，通常需要较大的溅射面，因而将需要较大的靶子，因为溅射源和基片要作相互的移动。从而会产生下述有关问题：
(a)大平面靶子上处理条件的均匀性，这在反应性的溅射镀膜中表现十分突出，
(b)侵蚀断面
(c)冷却
(d)基本由大靶子的大气压和冷却介质压力所产生的负荷。
为了解决力学负荷问题(d)，必须使用相当厚的靶子板，它减少了磁场渗透，从而在给定电气功率下减少了电子陷阱效应。但如果电气功率提高了，就会产生冷却问题(c)。这主要是因为只有利用较高的费用才能实现大平面靶子与冷却介质保持良好接触，而且，与靶子相对的背面磁装置起到了阻碍作用。另外，大家都知道，在磁控管溅射中，无论是反应性或非反应性，靶子装置都通常由一种定义了溅射面的靶子板组成，靶子板则由需要溅射的材料和一个配套的支撑板组成，而且，该靶子装置沿着所谓的“跑道”被溅射镀膜。根据靶子上沿给定轨迹所生成的隧道状磁场情况-该磁场产生较高的等离子密度环形区域-，在溅射面上将形成一个或多个环形侵蚀沟。这是根据呈隧道状环绕的磁控管磁场(电子陷阱)区域内的高电子密度来生成的。通过这些“跑道”，在安放于磁控管溅射源前面的相对小些的平面上，进行镀膜的基片将获得一个不均匀的厚度分布。对此，靶子的材料难以充分利用，因为沿“跑道”的溅射侵蚀使轨道外的靶子区域溅射得较少，这样就会产生波状或沟状侵蚀断面。实际上，因为有了“跑道”，大平面靶子的溅射面要比基片平面小。为了消除上述“跑道”对镀膜的作用，溅射源和需要镀膜的基片可以按照上文作相对运动，但这样会导致每时问单位的镀膜效率下降。另一方面，在做相对运动的系统中，按位置实行较高溅射功率的工作还须面对冷却问题。
因此，从原则上讲，这四个问题(a)、(b)、(c)及(d)-即为所要达到的目标-其单独的解决方法常常随之带来与其他问题解决方法的冲突；这些解决方法是背道而驰的。
发明内容
本发明的目的在于，创造一种磁控管溅射源，利用它解决上述问题，而且该溅射源在实践中能够做到任意大小，尤其是对固定在至少一个相关溅射源上的大平面基片，能够经济合算地保证它的均匀膜厚分布。对此，在处理条件为高均匀性情况下，溅射源还应该在高分离效率或高镀膜效率时具有灵敏的反应性处理。在反应性处理中，由于公知的较大等离子密度梯度，不均匀的“跑道”作用将导致一些明显的问题。
本发明还在于提供一种制造镀膜基片的方法，其中借助至少两个相互电绝缘的固定式的长形靶子装置对所述的基片进行溅射镀膜，所述靶子装置沿其长边以一远远小于该靶子装置宽度的间隔并排放置，每个靶子装置通过自己的电气接线被电驱动，而且，所述基片与所述靶子装置隔开地放置，在所述的靶子装置上方分别产生一个磁控管场，其特征在于：分别可调节地随时间改变每个靶子装置上方的磁控管场，并且基片表面FS≥900cm2被镀膜。
本发明还提供一种用于执行所述的方法的磁控管溅射源，它带有至少两个相互电气绝缘的、固定的、并且纵向延伸的靶子装置，所述靶子装置沿其长边以一远远小于该靶子装置宽度的间隔并排放置，其中，每个靶子装置都具有自己的电气接线，其特征在于：每个靶子装置都有一个可控制的磁装置，利用这些磁装置在每个靶子装置上方产生一个时间变化的磁控管场。
本发明还提供有一种溅射镀膜室，它带有上述的磁控管溅射源、以及一个在磁控管溅射源对面隔开安放的且可用于至少一个具有待镀膜表面FS的溅射镀膜基片的基片支撑，其中进行溅射的溅射源平面FQ与待镀膜基片表面FS的比例的适用值为VQS≤3。
本发明另外还提供一种具有上述镀膜室的真空镀膜设备，其中靶子装置与相互独立控制的发电机相连。
该目标是通过本发明的磁控管溅射源来实现的，其中，至少两个、优选地为多于两个的相互电气绝缘的长形靶子装置其长边相互挨着安放，它们之间有一个间隙，此间隙与靶子装置的宽度相比要小得多，并且，每个靶子装置都具有一个自己的电气接线，其中还安放有阳极装置。靶子装置的靶子优选地在角上沿“跑道”轨迹呈圆形放置。
在本发明的这种磁控管溅射源中，单独的靶子装置的馈电可相互独立地调整，由此以大大改善基片上的膜厚分布。对此，本发明的溅射源能够在模件上适合任意大小的待镀膜基片。
阳极装置可以-假如有时不是由靶子装置本身来构造，对照图2或图3的工作方式-安放在整个装置的外边，但是，它还优选地包括有在靶子装置长边侧之间和/或位于靶子装置正面的阳极，长边侧是尤其优选的。
另外还优选地在溅射源上安放了一种固定的磁装置；该装置优选地由一个围绕靶子装置的公用磁框构成，或者尤其优选地由围绕每个靶子装置的框架构成。至少部分地由可控电磁体来实现一个或多个框架上的、或固定磁装置上的磁体，这是完全有可能和有意义的，但是，本文优选地采用永磁体来实现该装置的、或一个或多个框架的磁体。
通过分别铺设上述固定的磁装置-优选地为永磁框-，使得在直接相临的靶子装置上所产生的磁场还能够通过如期的“跑道”结构来改善上述基片上的膜厚分布和所安放长靶子的利用程度。
另外，还优选地在至少两个靶子装置的每一个下面安放了磁装置。这能够构造成完全位置固定的或不随时间改变的形式，以在每个靶子装置上构造隧道状磁场。另外，它们还优选地作如此构造，以便在靶子装置上造成磁场模型的时间变化。有关发明靶子装置上磁装置的构造和生成，参见同一专利申请人的欧洲专利EP-A-0 603 587以及美国专利US-A-5 399 253，其与此有关的公开内容声明为本说明书的组成部分。
按照欧洲专利EP-A-0 603 587中的图2，虽然磁场模型的位置以及较高等离子密度区域的位置能够作为一个整体改变，但它们最好是不要变化，或只是很小的变化，相反，按照所述文件的图2和3，顶点的位置-最高等离子密度的位置-被改变。
无论如何，为了改变磁装置上的区域或顶点的位置，在靶子装置下方安放了可选择控制的电磁铁-它可能是位置固定的或可移动的-，优选地，该磁装置由可驱动移动的永磁体来实现。
一种优选的可移动磁装置由至少两个在靶子装置下方沿长度方向延伸的、可驱动并且旋转放置的磁体滚筒来实现，再次优选使用永磁体，这在欧洲专利EP-A-0 603 587的图3和4的单个靶子上有所指明。
磁体滚筒以摆动方式运转，最大摆幅优选地为≤τ/4。有关这项技术及其效果全部再次参见所提及的欧洲专利EP 0 603 587以及美国专利US-A-5 399 253，这些文献也被声明与本申请说明书的组成部分有关。
因此优选地安放了至少两个沿靶子装置的长度方向延伸的、可驱动并且旋转放置的永磁体滚筒。
利用下述较优选的方式和方法
-具有靶子装置的馈电
-具有所提及的固定式磁装置区域，尤其是所提及的框架区域
-在每一个靶子装置下面具有随时间变化的磁装置，优选地为磁体滚筒来提供一组作用量，这组作用量联合起来可以对镀膜的膜厚分布进行最大程度的优化，尤其是其均匀化作用。同时，还可获得一个较高的靶子材料利用率。最大的优点是，-利用靶子装置上磁场顶点的移动-，等离子区域并不扫描移动，而是这个区域中的等离子密度分布摆动变化。
为了能够获得尽可能高的溅射功率，靶子装置要尽可能好地冷却，其方法是把它安装在一个支撑机座上，在此，对于机座侧绝大部分平面被覆盖的靶子装置，其上述平面的反面安放了一种借助薄膜封闭的冷却介质管道。这样就形成了一种大平面的散热，在此，根据冷却介质的压力情况，上述薄膜用压力无间隙且又平坦地铺压在待冷却的靶子装置上。
本发明磁控管溅射源上的支撑机座优选地、并且最好是至少部分地由电气绝缘材料制成，优选使用塑料，这样，连同上述靶子装置、阳极、以及(如果有的话)固定式磁装置(优选地为永磁框)、靶子装置下方的磁装置(优选地为可移动式的永磁装置，尤其是上述滚筒)、还有冷却介质管道等都被采纳。对此，支撑机座作如此构造和安装，以便隔开真空与外部大气。这样，就可以在压力机械负荷方面对靶子装置作出更灵活的设计。
用于上文大平面膜厚分布的另一种优化量和调节量可按下述方式获得：沿靶子装置的长边侧分散地安放气体出气孔，这些气孔与一种气体分配系统相通。这样就可能如期地调整分配反应性气体和/或工作气体，以把它们补充给本发明溅射源的真空处理室或真空处理设备中的处理室。
矩形靶子装置的相互间隔占其宽度的最大值为15％，优选的最大值为10％，更优选的最大值可为7％。
在一个优选的实施方案中，每个单独的靶子装置之间的侧面间距d为
1mm≤d≤230mm，其中优选地为
7mm≤d≤20mm
每个单独的靶子装置所占宽度B优选地为
60mm≤B≤350mm，其中优选地为
80mm≤B≤200mm
其长度L优选地为
400mm≤L≤2000mm。
对此，每个单独的靶子装置的长度与其宽度相比应至少相等，优选地，前者远远大于后者。虽然单个长形的靶子装置-刚刚或已经预成型-的溅射平面优选地沿着一个平面安放，但是，完全有可能、尤其是把靠近待溅射基片的侧溅射平面当作中间平面来安放，有时也是特意地-如果有必要-用来补偿镀膜厚度分布的边际效应。
磁控管等离子体的电子沿着“跑道”在由靶子表面区域中的磁场和电场所确定的方向上作环绕运动。现在可以认为，电子轨道的走向及其作用、以及由此在靶子表面产生的侵蚀沟作用能够如期地被优化，而且，磁场在沿靶子装置的长度方向上进行构造时，不但是时间变化的，而且是随位置变化的。无论如何，在优选地安放磁框时-优选为每一个磁框，进一步优选为每一个永磁框-，通过对框架上安放的磁体进行定位和/或选择强度来实现该目标，和/或在每一个靶子装置下安放有磁装置-优选为永磁体滚筒-的情况下，通过对磁装置上的磁体进行相应强度和相应位置的调整来实现。因为电子对应着磁场极性在一个给定的环绕方向上运动，所以可以观测到：由于明显的偏移力，电子尤其会在靶子装置的窄边区域内、并对应于它们的运动方向在对角的拐角部分区域向外甩出。所以优选地推荐：在安放磁框时，框架磁体所产生的场强是随位置不同地构建出来的，此场强与靶子“矩形”对角线呈镜面对称。
在一种优选的实施方案中，本发明的溅射源借助直线卡口式接头来固定，这尤其适合使用前述方式的加压薄膜来进行冷却。从而，此装置由于冷却介质管道的减压，而能够非常简单地被替换掉，靶子装置背面的绝大部分不需要冷却，而且在处理室对面没有用于固定靶子装置的机构。
一种本发明的优选溅射源具有多于两个的靶子装置，优选地为五个或更多。
通过在溅射镀膜室中使用本发明的磁控管溅射源，-与此有关的补充是，安放了一个基片支撑，以用于待溅射镀膜的、优选的平面基片-，有可能在溅射源的溅射平面FQ和待镀膜的基片表面FS之间实现一个合适的小比例VQS，其范围为
VQS≤3，优选为
VQS≤2，其中尤其优选为
1.5≤VQS≤2
由此溅射源的有效功率大大提高。此外，在本发明的具有上述溅射源的溅射镀膜室上，这还可以用其它标准来实现：选择磁控管溅射源的新平面与基片之间的间距D，基本等于长形靶子装置的宽，
优选为60mm≤D≤250mm
尤其优选为80mm≤D≤160mm
在本发明的具有本发明溅射镀膜室的真空镀膜设备中，由此在本发明的磁控管溅射源中，靶子装置均连接了一个发电机或电流源，这些发电机能够相互独立地进行控制。
在另外一个实施方案中，或必要情况下，如果要使安放的多个靶子装置与前述发电机装置相连，那么，安放的靶子装置中至少有两个可以与公用交流发电机的输出相连。
给每个靶子装置独立供电的发电机可以是“纯种的”直流发电机、交流发电机，或者是用于产生交直流叠加信号或脉动直流信号的发电机，其中，特别是在发电机与每个靶子装置之间，直流发电机附近可以安放一种斩波器单元，借助该单元，靶子装置承载着脉冲的发电机输出或低欧姆的发电机参考电势。关于此项技术，全部参见同一专利申请人的欧洲专利EP-A-0 564 789或美国专利第08/887 091号。
另外，在靶子装置的长边侧安放的气体出气口与一个反应性储气罐和/或一个工作储气罐(比如用于储存氩气)相连，优选地，沿不同靶子装置长边侧的气体出口能够在气流方面相互独立地调整。
具有至少三个长形靶子装置的本发明溅射镀膜设备如此最优化地运转，使得侧边外安放的靶子装置在运转时比在内部安放的靶子装置的溅射功率要高5％至35％，优选高10％至20％。上文述及的靶子装置对有关等离子区域位置的“扫描”、尤其是管道状磁场的顶点位置的“摆动”、以及由此产生的等离子密度分布的摆动等等-特别是借助所提及的磁体滚筒来实现-，摆动的频率优选地为1至4Hz，尤其优选地为大约2Hz。在此，滚筒摆幅优选为φ≤π/4。通过给上述位置偏移明确地设计一种路径/时间-轮廓图，基片上的膜厚分布还可以继续得到优化。
在此，需要强调的是，为此连接到靶子装置上的发电机还能够被控制为实时输出以及输出相互依赖的调制信号。
另外，靶子装置的馈电和/或气体进气的分布和/或磁场分布在进行控制或实时调制时，使基片上产生一个期望的膜厚分布，优选地为一种均匀的分布。
磁控管溅射源运转时所具有的最佳功率密度P为
1W/cm2≤P≤30W/cm2，
其中，特别是对于反应性沉积膜，优选地由金属靶子制成，对此，尤其对于ITO膜，该值为
1W/cm2≤P≤5W/cm2，
对于金属膜的溅射镀膜，优选为
15W/cm2≤P≤30W/cm2。
联系前述本发明磁控管溅射源的发展，可以知道，尤其在长度比宽度大得多的靶子板装置中，下述做法在原则上是比较优选的，即考虑在靶子装置的长度方向，尤其是在它的侧面区域内按位置地构造不同磁控管场的磁场强度。
但是，这些认识也基本适用于长形磁控管。
所以对于本发明的长形磁控源-其下面包括有一种时间变化的磁系统，优选地为永磁系统-来说，建议给靶子装置分配一个磁框，优选地为永磁框，并且，沿着靶子装置的长边侧按位置地构造框架磁体的不同场强-可在给定的空间方向上测量。为了补偿上述作用于环绕电子的偏移力，在此建议：沿靶子装置对角线基本对称地并且位置不同地构造这种场强。
本发明在所有方面尤其适合于基片的溅射镀膜，尤其适用于大平面基片，在此，优选地适用于一种反应性过程下的平坦基片，优选地利用金属靶子，优选地利用ITO膜(铟锡氧化物)。另外，本发明尤其适合于基片镀膜，特别是玻璃基片，例如平板显示器特别是TFT屏或PDP屏的制造，其中，原则上是在经济合理且只有微小次品率的情况下对大平面基片，比如半导体基片等进行反应性或非反应性镀膜，但一般是反应性的。
正是在反应性溅射镀膜过程中，尤其是在ITO镀膜中，用于获得高镀膜质量的低放电电压是比较重要的，对此，特别是低的膜电阻，即便在没有降温措施时都是很重要的。这些目标可通过本发明的溅射源达到。
在此，也可实现对弧光放电的有效抑制。
附图说明
接下来，本发明借助附图进行举例解释。其中：
图1示出了本发明的磁控管溅射源，它工作于第一种电气方案；
图2示出了在另一种电气布线配置下的本发明图1中的溅射源简图；
图3示出了本发明溅射源的另一种电气布线配置，它类似于图1；
图4示出了本发明磁控管溅射源的横断面一部分；
图5示出了直线卡口式接头俯视图，它优选地装在图4的溅射源上；
图6示出了本发明磁控管溅射源的部分简化俯视图；
图7示出了一个永磁体滚筒的优选实施方案俯视图，它按照图A优选地装在本发明的磁控管溅射源上；
图8示出了本发明的一种溅射镀膜设备的简图；
图9示出了本发明溅射源的靶子装置上的侵蚀断面；
图10示出了本发明具有五个靶子装置的溅射源上的溅射源所溅射的材料分布；
图11示出了使用本发明溅射源进行镀膜的530×630mm2玻璃基片上的膜厚轮廓图。
具体实施方式
在图1中示出了基本配置下的本发明磁控管溅射源1。它包括至少两个长形靶子装置3a至3c，本图示为三个。安装在磁控管溅射源上的公知的其他设备组，比如磁场源，冷却装置等在图1中没有示出出来。溅射源1在每个靶子装置3上都具有电气接线5。优选地，在长边侧相互隔开的靶子装置3之间，示例地安放了板条状阳极7a、7b。
靶子装置3相互绝缘，并且均具有电气接线5，这样，才有可能象接下来的图2和3所描述的一样，进行独立的电气接线。
根据图1，每个靶子装置3都连接在发电机9上，此发电机可相互独立地控制，并且不须是同一种类型的。象图中示出的一样，所有发电机可以是直流发电机、交流发电机、交直流发电机、产生脉动直流信号的发电机、或者在发电机输出与每个靶子装置之间安放了斩波器单元的直流发电机，或者必要时是它们的混合，它们的相关构造及作用方式全部参见所提及的欧洲专利EP-A-0 564 789以及美国专利第08/887 091号。
阳极7在电气运行时也具有选择性。象用发电机12所示出的一样，阳极比如可以工作在直流、交流、或叠加有交流的直流、或脉动直流电压上，必要时可采用所提及的斩波单元，或者象12a示出的一样，使用参考电势。通过改变电气阴极的工作方式，也即靶子装置的工作方式，以及必要时还改变电气阳极的工作方式，分布到由靶子装置构建的溅射源平面上的溅射材料分布以及安装在溅射源上的基片(没有示出)上的分布由此便可以如期地被调整。
在此，相互依赖的发电机9可以如调制输入MOD所示，进行实时调制，以便如期地对靶子装置的电气工作状况进行行波时间调制。
在图2和3中，在保留所描述过的溅射源部件的位置标识情况下，示出了本发明溅射源1的另外一种电气接线可能性，其中(图中未示出)可以放弃使用阳极装置。
按照图2和3，靶子装置3均成对地与交流发电机15a、15b或17a、17b的输入相连，其中，发电机15以及17在必要时也可输出叠加有交流的直流信号或脉动直流信号。发电机15、17必要时也可再次进行调制，比如实际用作载波信号的交流输出信号可采用调幅。
根据图2，靶子装置的一个(3b)均与一个发电机15a或15b中的输入端相连，而根据图3，靶子装置3成对地通过发电机17而连在一起，对此，完全有可能象19中划线所示的一样，从“共模”信号的意义上讲，在图2实施方案和图3实施方案中，单个靶子装置组一同承受不同的电势。如果选用图2或3的接线技术，那么在优选的实施方案中，发电机的运转频率为12至45kHz。在此，就“共模”电势而言-比如象在图2中所描述的大地电势一样-，成对连接在发电机上的靶子装置交替地承受正负电势。
从图1至3的示出可以看出，本发明的磁控管溅射源具有很大的灵活性，以使单独的靶子装置3进行电气运行，从而在处理室10中，所溅射材料的分布和沉积在基片上的材料可以如期地进行设计。
在图4中示出的是：优选实施方案中的本发明磁控管溅射源的横断面图的一段。根据图4，靶子装置均包括一个由待溅射的材料构成的靶子板3a1以及3b1，靶子板均固定在一个背板3a2以及3b2上。在直线卡口式接头20的协助下，靶子装置3的侧面四周和/或中间区域固定在金属冷却板23上。
直线卡口式接头的构造可以从图5中获得。由此，空心夹板25安放在靶子装置3上或者冷却板23上，其横断面为U形，具有向里弯曲的U形脚27，其中还补充安放了相互隔开的凹进构造29。优选地，在靶子装置3两部分的另一半上，安放了一个具有T形横断面的直线夹板31，其中横梁33的尾部具有突出构造34。通过把突出构造34插入凹进构造29，和在S方向上的直线移动，两部分便相互钩住。当然也可以反过来，在空心夹板处安放突出构造，它相应地与夹板31上的凹进构造相嵌接。
把靶子装置3紧固在冷却板23上，首先是通过冷却板23的冷却管道35中冷却介质的负压力来实现的。管道35沿着朝冷却板23方向的靶子装置平面的绝大部分平面区域延伸。冷却管道35-象所提及的一样-被加入一种负压的流动冷却介质，且位于朝着靶子装置3的方向上，这些在同一专利申请人的CH-A-687 427中有描述，它们是通过一个薄膜状隔膜37进行封闭的。在冷却介质的压力下，薄膜37无间隙地位于背板3a2以及3b2的下边。对此，靶子装置首先在冷却介质的负压作用下，固定在卡口式接头上。为了摘除靶子装置3，冷却系统作为一个整体或分别的冷却系统被卸压，从而靶子装置能够很容易地移出和摘除，或者更换。
阳极夹板39沿靶子装置3的长边延伸。阳极夹板以及冷却板23安装在一个支撑机座41上，此机座优选并且至少部分地由绝缘材料制成，优选地为塑料。机座41隔开处理室10中的真空与空间11中的环境或标准大气。
在支撑机座41中的大气压侧，例如，放置了两个沿靶子装置的长度方向延伸的、并且可旋转的永磁体滚筒43，此滚筒由驱动电机(未示出)进行驱动摆动。在摆动驱动中，优选地执行180°旋转角摆动-ω43。在永磁体滚筒43中，沿其长度方向在直径上嵌入了永磁体45。
另外，在支撑机座41中的大气侧，为每个靶子装置3均嵌入了一个永磁框47，它基本上沿每个靶子装置3的外围在下面放置，如图6所示。
根据图6，尤其是沿靶子装置长边方向上具有气体流入导孔49，并如同图4的划线所示一样进行载入载出，就气流而言，这些导孔优选为成行地相互独立控制。这在图4中用调节阀51示出，此调节阀把导孔49和一个气体储存罐装置53连接起来，装置53带有一种工作气体-如氩气-和/或一种反应性气体。
关于永磁体滚筒43的运行和设计再次全部参见欧洲专利EP-0603 587以及美国专利US-A-5 399 253的公开内容。
在图6中，简化且部分地示出了图4中本发明磁控管溅射源的俯视图。象借助图4已示出的一样，每个靶子装置3的下面都装有一个永磁框47。优选地，磁框47如此构造，以便：从一个空间方向上来看-如按照图4的Hz-，由永磁框所产生的磁场-如在图6中以X表示-沿靶子装置3的长边方向上有位置的变化。在较优选的实施方案中，框架47的长边47l1和47l2上安放的磁体被划分为多个区，例如象图6中示出的一样为四个区。在图6的图解中，定性地示出了在x坐标轴方向上每个单独区域Z1至Z4中安放的永磁体的磁场强度，还由此示出了x方向上的场强分布。另外，在每个区域Z中，都绘上了永磁体偶极方向。
优选地，在47l1，2处安放同一种永磁体区域，但它们相对长形靶子装置3的对角线Di呈镜面对称。
对于由靶子装置3上永磁框47所产生的磁场，通过它产生期望的位置磁场分布，这样才有可能对电子环绕轨迹进行优化，从而优化了单个靶子装置上侵蚀沟的位置和生成。这尤其考虑到了由偏移力所导致的轨道变形。在靶子框架47的宽边上，安放了永磁体区域ZB，它们优选地与区域Z2相一致。如上所述，图4、6和7中的靶子溅射源都具有创造性。
在每个靶子装置3的x方向上具有位置变化的磁场H-另外还根据磁体滚筒的摆动作按时间变化-是通过选择所安放的永磁体场强-如在区域Z1、Z2、Z4中-，和/或通过选择空间偶极定向-如在区域Z3中-，和/或通过选择位置(即靶子装置的间隔)-来进行有目的地设计的。
如上所述，优选地为在本发明溅射源上所安放的每个靶子装置3至少装设两个永磁体滚筒43。在图7中示出了其中的一个。
优选地在滚筒43上也安放不同的永磁体区域，如Z1′至Z4′。图7中定性地示出了沿着滚筒有位置变化的永磁体磁场HR(x)的变化过程，以及其优选的设计。
因而，通过按目的实现单个靶子装置的电气馈电的位置及/或时间分布、和/或按目的实现单个靶子装置的磁体磁场的位置及/或时间分布，和/或通过按目的实现气体流入口49的气体喷入情况的位置及/或时间变化或设计，本发明溅射源上的溅射速率的位置和时间分布将得到优化。在借助图4至7阐述的优选实时方案中，优选地为所有量组合起来使用，以便如期地设计待溅射镀膜的基片上、尤其是平板上的膜厚分布，特别是以便优选地进行均匀构造。
在图8中，示出了一种具有本发明溅射镀膜室60的溅射镀膜设备50，其中，同样也示出了一种本发明磁控管溅射源10。图示的溅射源10具有-如同在优选实施方案中所实现的那样-六个靶子装置3，并且象图4至7中所阐述的那样进行更进一步的构造。本发明具有靶子装置的溅射源工作时可进行独立的电气-必要时也可为模块化-馈电，如框62所示。另外，尤其是沿靶子装置长度方向上的气体喷入情况-必要时也可模块化-可有选择地进行调整，如调节阀框64所示，以便让工作气体和/或反应性气体从气体储气罐53流入反应室。
驱动框65示出了安放在本发明溅射源上的永磁体滚筒的驱动装置-有时为路径/时间可调制的-，这样，所期望的滚筒摆动能够有选择性地进行优选调整。
在本发明的处理室60中，安放了一个基片支撑66，尤其用于接收待镀膜的平面基片。根据本发明的溅射源，能够优选地调整溅射源10发射材料的时间和位置分布，尤其是在时间段内的平均均匀分布，特别是在溅射源边缘区域，可以把溅射源的溅射面FQ与待镀膜的基片表面FS的比例VQS设定得相当小，优选地
VQS≤3，
优选地为VQS≤2，
尤其优选地为1.5≤VQS≤2。
这些量说明，由溅射源发出的材料高效率地被利用，其中只有相当少的发射材料没有落到待镀膜基片平面上。这些特性得到增强的方式是，溅射镀膜基片平面和磁控管溅射源10的新平面之间的间距D-由于溅射源的大平面等离子分布-可以选择得小一点，基本上等于靶子装置3的溅射平面的宽度B(见图4)，优选地为
60mm≤D≤250mm
更优选地为80mm≤D≤160mm。
由于所提及的小间距D的可实现性，可以获得具有高溅射利用率的镀膜速率，从而获得最经济的镀膜。
在图8所示的设备中，优选地，侧面最外边的靶子装置利用发电机63在较高的溅射功率下进行工作，优选地比其它内部放置的靶子装置的溅射功率高5％至35％，尤其优选地为高10％至20％。另外，安放在如图4所示的溅射源10上的永磁体滚筒，其工作时的摆动频率为1至4HZ，优选地为大约2HZ。
尤其在优选工作方式下，本发明的磁控管溅射源、溅射室以及设备尤其适合于大平面、特别是平面基片的磁控管溅射镀膜，并且具有高的镀膜质量和所期望的膜厚分布，尤其是具有高经济性的均匀膜厚分布。这些主要取决于本发明溅射源上的大平面均匀分布的处理条件。从而，本发明能够用于大平面半导体基片镀膜，尤其是用于平板显示器的基片镀膜，特别是TFT屏以及PDP屏。在此，本发明尤其应用于所述基片的反应性镀膜-特别是利用ITO膜-，或者通过非反应性溅射镀膜对所述基片进行金属镀膜。下面列举了本发明的溅射源或处理室或设备的优选设定量。
1.几何学
1.1溅射源
■图4的侧面间距d：最高值为靶子装置宽度B的15％，优选为10％，尤其优选为7％，和/或
1mm≤d≤230mm，优选为
7mm≤d≤20mm。
■沿一个平面的靶子装置的新平面；
■靶子装置的宽度B：
60mm≤B≤350mm，优选为
80mm≤B≤200mm。
■靶子装置的长度L：至少为B，优选地为远远大于B，更优选为400mm≤L≤2000mm。
■靶子装置的末端区域：比如，半圆形。
1.2溅射源/基片：
■溅射平面FQ大小与待镀膜基片上表面FS大小的比例VQS：
VQS≤3，优选为
VQS≤2，更优选为
1.5≤VQS≤2。
■溅射源新平面/待镀膜平面的最小间距D：
60mm≤D≤250mm，优选为
80mm≤B≤160mm。
■基片尺寸：比如为750×630mm2，镀膜溅射源的溅射平面为：
920×900mm2，或者
基片尺寸：1100×900mm2，溅射源的溅射平面为：1300×1200mm2。
1.3冷却：
溅射平面与冷却平面的比例VSK：
1.2≤VSK≤1.5。
2.运行数据：
■靶子温度T：
40℃≤T≤150℃，优选为
60℃≤T≤130℃。
■每个溅射平面单元的溅射功率：10至30W/cm2，优选为15至20W/cm2。
■侧面最外边的靶子装置均优选具有多出5至35％的溅射功率，优选地为每平面单元多出10至20％的溅射功率。
■磁体滚筒的摆动频率：1至4Hz，优选为大约2HZ。
结果：达到下列镀膜速率：
■ITO：20/秒。
■铝：130至160/秒。
■铬：140/秒。
■钛：100/秒。
■钽：106/秒。
在图9中，描述了在本发明溅射源上一个靶子装置15cm宽的溅射平面上的侵蚀断面。可以看出最外边的均匀加工余量，其中“跑道”以及侵蚀沟几乎看不出来。
在图10中，示出了带有五个靶子装置的本发明溅射源在ITO溅射镀膜中的最终镀膜速率分布，其中，每个靶子装置均带有宽度B为150mm的溅射平面。在这种分布中，对于安放在距溅射源平面为D＝120mm远的基片，其上面只有一个仅为+3.8％的膜厚偏差。
在图11中，示出了在一个大平面玻璃基片上的最终膜厚分布，其具体镀膜如下：
-总溅射功率Ptot：2千瓦。
-溅射时间：100秒。
-溅射速率R：26/秒，相对值13/秒·千瓦。
-溅射源具有六个靶子装置，其中最外边的靶子装置(P1，P6)以高出5至35％的溅射功率工作。
-基片尺寸：650×550mm2。
在图11中记录了基片的边缘区域，此种基片位于使用较高效率工作的靶子装置上。在平均膜厚为267nm的ITO镀膜中，获得的膜厚偏差为+6.3％。
在本发明中，尤其避免了已公开溅射源的下述缺点，特别是在大平面工件镀膜中：
■由于本发明在大磁控管溅射平面上能够实现处理条件的均匀分布，利用较高的镀膜速率和较高的溅射速度，可获得大平面基片镀膜的高度经济性，必要时可同时对许多单个基片镀膜。
■由于在本发明的溅射源上进行大平面同时溅射，可在基片上获得一个较好的膜厚分布，并防止了干扰的形成(电弧)。
■由于解决了反应性气体的分布问题和/或在均匀性意义上的靶子侵蚀分布问题，待镀膜的基片能够相当近地放置到溅射源上，并且对溅射源平面来说，可以拥有相当大的镀膜平面，这大大提高了带有本发明溅射源的溅射镀膜设备的经济性。
■在大平面靶子上，解决了靶子中央与靶子边缘之间产生的等离子密度不同的问题。
■溅射源能够灵活地利用模块化靶子装置来适应各种尺寸要求。
■解决了大平面靶子中，也即靶子中央缺少反应性气体的处理问题，因为在原来的溅射源平面上分散安放了气体流入口49。
■(见图4)因为支撑机座(41)位于处理真空和大气压之间，所以没有必要安放较厚的冷却板(23)-虽然它也承受负荷-，这样，溅射源减少了费用，并且尤其可使磁装置(47，43)的磁场实现较好的渗透，此磁装置安放在靶子装置(3)的下方。
通过选择地控制下列分布：
■靶子装置电运行的时间和/或位置分布
■靶子装置磁运行的时间和/或位置分布
■气体流入的时间和/或位置分布
才有可能在大平面基片上对最终膜厚分布进行优化调整，特别是均匀性调整。
■靶子装置通过冷却介质压力压紧，并与安放的卡口式接口一起作用，在此基础上，靶子装置的更换可以非常简单和迅速，并且大平面冷却可以非常有效。
■溅射平面下方安放有卡口支架，在此基础上，不会尤其是不会从处理室引来溅射材料之外的固定装置。

Claims (68)

1.制造镀膜基片的方法，其中借助至少两个相互电绝缘的固定式的长形靶子装置对所述的基片进行溅射镀膜，所述靶子装置沿其长边以一小于该靶子装置宽度的间隔并排放置，每个靶子装置通过自己的电气接线被电驱动，而且，所述基片与所述靶子装置隔开地放置，在所述的靶子装置上方分别产生一个磁控管场，其特征在于：分别可调节地随时间改变每个靶子装置上方的磁控管场，并且待镀膜基片表面FS≥900cm2被镀膜。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：利用设于靶子装置长边侧之间的和/或设于靶子装置正面的阳极来产生所述靶子装置上的电场。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：借助本地的固定式磁装置来一同产生所述的磁控管场，该磁装置为围绕靶子装置的带有电磁体和/或永磁体的框架。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于：所述框架的磁体为永磁体。
5.根据权利要求3的方法，其特征在于：该磁装置为分别围绕靶子装置的带有电磁体和/或永磁体的多个框架。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于：所述框架的磁体为永磁体。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于：改变所述磁控管场的顶点位置。
8.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：从沿靶子装置的长边侧分散地安放的气体出气孔通入气体，其中这些气孔与一种气体分配系统相通。
9.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：形成所述的磁控管场，使得沿着靶子装置的长度方向在靶子装置的纵向边缘区域内随位置改变所述的磁控管场。
10.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：靶子装置的溅射平面FQ与待镀膜基片表面FS的比例VQS为VQS≤3。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于：VQS≥2。
12.根据权利要求10的方法，其特征在于：1.5≤VQS≤2。
13.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：用相互独立控制的发电机给所述的靶子装置供电。
14.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：设立多于两个的靶子装置，并且至少两个靶子装置借助于公共的交流发电机被供电。
15.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：采用一个直流发电机、一个交流发电机、或者一个产生叠加有直流的交流或脉动直流的发电机作为所述至少一个发电机；或者采用一个直流发电机，其通过一个斩波器单元与所属于的靶子装置相连。
16.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：在靶子装置的至少一部分之间从气体出气孔通入反应性气体和/或工作气体。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于：在沿靶子装置分布安放的气体出气孔中，至少有一部分气体出气孔的出气流是独立于其它出气孔的气流来控制的。
18.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：设立至少三个靶子装置，位于外侧的靶子装置比位于里边的靶子装置要使用更高的溅射功率。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于：位于外侧的靶子装置比位于里边的靶子装置要使用高5％-35％的溅射功率。
20.根据权利要求19的方法，其特征在于：位于外侧的靶子装置比位于里边的靶子装置要使用高10％-20％的溅射功率。
21.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：以1至4Hz的节奏改变所述的磁控管场。
22.根据权利要求21的方法，其特征在于：以2Hz的节奏改变所述的磁控管场。
23.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：通过控制每个靶子装置的馈电和/或气体流入分布和/或磁场分布，来调整基片表面上的膜厚分布。
24.根据权利要求23的方法，其特征在于：均匀地调整基片表面上的膜厚分布。
25.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：设置溅射功率密度p为1W/cm2≤p≤30W/cm2。
26.根据权利要求25的方法，其特征在于：对于用金属靶子的反应性溅射镀膜而设置功率密度p为1W/cm2≤p≤5W/cm2。
27.根据权利要求25的方法，其特征在于：对于金属溅射镀膜而设置功率密度p为15W/cm2≤p≤30W/cm2。
28.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：对所述的基片进行反应性溅射镀膜。
29.根据权利要求28的方法，其特征在于：从金属靶子对所述的基片进行反应性溅射镀膜。
30.根据权利要求28的方法，其特征在于：利用铟锡氧化物对所述的基片进行反应性溅射镀膜。
31.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于：利用反应性沉积膜进行镀膜以用于制造平板显示基片。
32.根据权利要求31的方法，其特征在于：所述平板显示基片是由玻璃组成的薄膜晶体管或离子显示屏平板基片。
33.根据权利要求31的方法，其特征在于：利用铟锡氧化物层进行镀膜。
34.一种用于执行如权利要求1所述的方法的磁控管溅射源，它带有至少两个相互电气绝缘的、固定的、并且纵向延伸的靶子装置，所述靶子装置沿其长边以一小于该靶子装置宽度的间隔并排放置，其中，每个靶子装置都具有自己的电气接线，其特征在于：每个靶子装置都有一个可控制的磁装置，利用这些磁装置在每个靶子装置上方产生一个时间变化的磁控管场。
35.根据权利要求34的溅射源，其特征在于：阳极装置包括位于靶子装置之间长边侧的阳极或位于靶子装置正面侧的阳极。
36.根据权利要求34的溅射源，其特征在于：安放有一种固定式的磁装置(47)，它包括围绕靶子装置的带有电磁体和/或永磁体的框架。
37.根据权利要求36的溅射源，其特征在于：所述框架的磁体为永磁体。
38.根据权利要求34的溅射源，其特征在于：所述的磁装置分别包括围绕靶子装置的带有电磁体和/或永磁体的多个框架。
39.根据权利要求38的溅射源，其特征在于：所述多个框架的磁体为永磁体。
40.根据权利要求34的溅射源，其特征在于：在每个靶子装置下面都安放有磁装置，用于改变隧道状环绕磁控管场的顶点位置；磁装置由可选择控制和/或可移动的电磁体，和/或由可移动的永磁体构造而成。
41.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：靶子装置(3)安装在支撑机座(41)上，在所述支撑机座(41)上安装了冷却介质管道(35)，该冷却介质管道(35)借助于薄膜(37)朝着所述的靶子装置(3)被封蔽。
42.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：沿靶子装置的长边，分布安放了气体出气孔(49)，它们与一种气体分配系统(64)相连。
43.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：靶子装置(3)相互之间的间距d最大为其宽度B的15％。
44.根据权利要求43的溅射源，其特征在于：靶子装置(3)相互之间的间距d最大为其宽度B的10％。
45.根据权利要求44的溅射源，其特征在于：靶子装置(3)相互之间的间距d最大为其宽度B的7％。
46.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：靶子装置(3)的长度L大于其宽度B。
47.根据权利要求45的溅射源，其特征在于：所述的长度L为400mm≤L≤2000mm。
48.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：靶子装置相互之间的间距d为
1mm≤d≤230mm。
49.根据权利要求48的溅射源，其特征在于：所述的间距d为7mm≤d≤20mm。
50.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：靶子装置的宽度B为
60mm≤B≤350mm。
51.根据权利要求50的溅射源，其特征在于：所述的宽度B为80mm≤B≤200mm。
52.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：靶子装置(3)的新平面沿一个面安放。
53.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：磁场强度H沿靶子装置的长度方向和在其长边边缘区域内是随位置不同的。
54.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：靶子装置(3)配有一个公用的磁框(47)或各配有一个磁框，而且，对于一个或多个框架(47)的磁位置和/或强度，它们沿靶子装置的长度侧的至少一部分是随位置不同的。
55.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：在靶子装置(3)的下方安放有至少两个沿长度方向延伸的、被驱动旋转的磁体滚筒(43)；磁的强度和/或位置沿滚筒(43)的至少一部分是随位置不同的，其中，滚筒的磁体为永磁体。
56.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：靶子装置借助直线卡口式接头(25，32)来固定。
57.根据权利要求34至40之一的溅射源，其特征在于：安放有多于两个的靶子装置。
58.溅射镀膜室，它带有权利要求34的磁控管溅射源(10)、以及一个在磁控管溅射源对面隔开安放的且可用于至少一个具有待镀膜基片表面FS的溅射镀膜基片的基片支撑(66)，其中进行溅射的溅射平面FQ与待镀膜基片表面FS的比例VQS为VQS≤3。
59.根据权利要求58的镀膜室，其特征在于：VQS≤2。
60.根据权利要求59的镀膜室，其特征在于：1.5≤VQS≤2。
61.根据权利要求58的镀膜室，其特征在于：磁控管溅射源的新平面(10)与基片的间距D等于长形靶子装置(3)的宽。
62.根据权利要求61的镀膜室，其特征在于：60mm≤D≤250mm。
63.根据权利要求62的镀膜室，其特征在于：80mm≤D≤160mm。
64.具有根据权利要求58的镀膜室的真空镀膜设备，其中靶子装置(3)与相互独立控制的发电机(62)相连。
65.根据权利要求64的设备，其特征在于：在基片源上安放了多于两个的靶子装置(3)，并且至少有两个安放的靶子装置(3)与一个公用交流发电机(15，17)的输出相连。
66.根据权利要求64的设备，其特征在于：所安放的发电机(9，62)中，至少有一个是直流发电机、交流发电机、或者产生叠加有直流的交流或脉动直流的发电机；或者，发电机中至少有一个是直流发电机，并通过一个斩波器单元与靶子装置(3)相连。
67.根据权利要求64至66之一的设备，其特征在于：至少在靶子装置的一部分之间的长度侧安放有气体出气孔(49)，并且与一个反应性气体储气罐和/或一个工作气体储气罐(53)相连。
68.根据权利要求67的设备，其特征在于：在沿靶子装置(3)分布安放的气体出气孔(49)中，至少有一部分在气流(51，64)方面是独立地控制的。
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