專利名稱：用于冗余陽極濺射的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于基底的覆層的方法，釆用從靶到被構(gòu)成為磁 控管的陰極的冗余陽極濺射，在該方法中所述陰極被供給負(fù)的陰極電 勢，并且除了該陰極之外兩個電極交替地被施加以正的電勢(陽極電 勢)或者負(fù)的電勢。
本發(fā)明還涉及一種采用冗余陽極濺射以用于基底的覆層的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括真空室、磁控管陰極、兩個電極和電壓源。
背景技術(shù)：
在用于光學(xué)應(yīng)用的真空覆層技術(shù)中，需要透明的氧化層。按照現(xiàn) 有技術(shù)，該層根據(jù)不同材料或是采用直流方法或是釆用交流方法來制 造。
為此，平面的或是圓柱形的磁控管陰極裝載待沉積的材料，并且 在純粹的氬氣氣氛中或者在反應(yīng)性氣氛中以陰極濺射工藝(濺射工藝) 來驅(qū)動。
這種用于氧化物或者氮化物的濺射工藝的主要問題在于，除了基 底之外所有其它的在覆層區(qū)域內(nèi)的表面可惜都被鍍上了導(dǎo)電性能很差 的材料。這種覆層也會產(chǎn)生于在濺射工藝中所采用的陽極上。陽極的 這種被導(dǎo)電性能差或者不導(dǎo)電的材料的覆層妨礙了電流流動，并且在 極端情況下甚至完全阻斷它。
在真空之外，這種以導(dǎo)電性能差的材料的覆層將伴隨陽極電壓隨 時間的上升而能夠被識別。這種附加的電壓下降導(dǎo)致功率損失并且導(dǎo)致覆層工藝的不穩(wěn)定。
在對待覆層的基底上的覆層厚度均勻性提出較高的要求時，證實 了以材料覆蓋的陽極導(dǎo)致覆層厚度的不均勻性。其原因在于陽極 不均勻地被絕緣材料覆蓋，由此電流優(yōu)選流向陽極的特定區(qū)域。這種 沿著陽極長度不均勻的電流在濺射陰極的等離子分布中被表現(xiàn)出來， 并且等離子集中在還是最佳導(dǎo)電能力的區(qū)域上。
此外該電流分布在時間上也是非恒定的，于是覆層厚度分布也隨 時間而改變。
為了保證在陽極上穩(wěn)定的電流分布，采用了不同的嘗試，例如EP0
632 142和WO 92/09718，仍舊沒有取得決定性的成功。
這些問題的一個出路在于雙磁控管系統(tǒng)，在該雙磁控管系統(tǒng)中， 放電過程借助在兩個相同的磁控管之間的交流電來驅(qū)動。兩個靶被交 替地驅(qū)動為陽極和陰極。在陰極階段，表面將清除從陽極階段獲得的 反覆層，于是放電總是找到?jīng)]有被覆層的陽極。由此被覆層的陽極的 問題對于該系統(tǒng)來說就被解決了。當(dāng)然，交替驅(qū)動的雙磁控管除了提 高了成本之外，還具備工藝缺點。
如果磁控管被作為陽極驅(qū)動，陽極電壓就高于沒有磁系統(tǒng)的陽極 的情況。放電過程中的這些電子在涌入到靶表面時，被磁系統(tǒng)阻礙。 這種通過磁場的阻礙，作用到放電中的電流分布。在放電中將產(chǎn)生靜 態(tài)的非均勻性，在文獻(xiàn)中它被描述為"轉(zhuǎn)角效應(yīng)"(Cross Corner Effect)。
通過該雙磁控管盡管基本改善了時間方面的穩(wěn)定性，局部的層厚 均勻性相對于單磁控管而言還是變差了。這個缺點能夠借助RAS電路來克服，正如在專利US 6 183 605 Bl 中所描述的那樣。RAS意為冗余陽極濺射，即借助附加的陽極的陰極濺 射。
為此將采用在圖l (現(xiàn)有技術(shù))中繪制的電路，其中，磁控管與中 間抽頭連接，而電極分別與變壓器的次級線圈的外部接口之一連接， 并且中頻發(fā)電機Vmf給其主線圈供電。
磁控管一直保持負(fù)極性，而兩個電極交替極性。
當(dāng)?shù)谝浑姌O作為"正確的"陽極在放電過程中發(fā)揮作用時，這意 味著，相對于真空容腔來說假定是正電壓，則第二電極基于變壓器原 理而具有兩倍于磁控管的電壓，并且因而是強烈的負(fù)的。該第二電極 由此從磁控管放電中引出正離子，其導(dǎo)致在該第二電極上的離子轟擊。 該電極因而被離子刻蝕。
在接下來的半波中，該電極改變極性，于是被清理過的陽極能夠 被用于放電過程。
這里的問題是由于所采用的變壓器，在負(fù)的電極上的電壓已經(jīng) 被預(yù)先確定了，即磁控管的雙倍的燃燒電壓值。
因為在磁控管放電過程中的離子密度非常高，將會在待清理的電 極上出現(xiàn)強烈的蝕刻，該蝕刻比在此之前的半波出現(xiàn)的覆層明顯強烈 得多。
這種蝕刻除了導(dǎo)致電極的損耗之外還導(dǎo)致層的污染，其應(yīng)該借助 磁控管濺射裝置產(chǎn)生。
在此建議采用相同的材料制造電極和磁控管的靶。然而這在弱'導(dǎo)電能力的靶或者由脆性的、不可加工的材料制成的靶情況下會引發(fā) 問題。因為這種限制，早就己知的RAS工藝始終不能實施。
把陽極"藏起來"的方式也導(dǎo)致了類似的狀況。這種長時間來被 實踐的技術(shù)的基本思想是，把陽極布置在板后方，由此被濺射的粒子 直到多次的撞擊之后才能到達(dá)該陽極。如果到陰極的開口足夠狹窄， 該陽極的使用壽命將因而被明顯地提高。但是層厚不均勻性必須再次 被一同接納了，因為出于能量的理由，電子流在濺射放電的準(zhǔn)中性的 等離子中必須集中到單獨的路徑上，這將再次導(dǎo)致不同強度的離子化 等級，并且因而導(dǎo)致局部不同的覆層率。對于過去的較低的要求而言 這是一種方法，即以導(dǎo)電能力差的材料涂覆大尺寸的基底。特別的缺 點是所提到的電子的路徑是局部不穩(wěn)定的，由此在基底上的層厚分 布不可預(yù)見地改變。
專利US 4,046，659公開了用于陽極的經(jīng)典系統(tǒng)。陽極棒距離基底的 距離大約大于陰極旁的靶的該距離。這種位置在導(dǎo)電方面是有利的， 因為電荷載體僅需要經(jīng)過很短的路徑，但是陽極面直接面對基底，由 此所有的來自陽極的粒子能夠到達(dá)基底。此外，散射霧的大部分將從 磁控管陰極抵達(dá)該陽極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于通過提高覆層均勻度，以及通過減少由冗余陽 極引發(fā)的基底的污染，來提高基底覆層的質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明該任務(wù)將在方法方面如此解決，即生成一定電平的負(fù) 電勢，所述電平最高與陰極電勢的電平相同。由此避免待清理的電極 蝕刻的強度大于它在之前的半波中被覆層的強度。
在該方法的特別實施方式中設(shè)計生成交流電壓，由該交流電壓，
陰極電勢電不隔離地生成為脈沖直流電壓。該交流電壓的負(fù)半波被分別交替地施加到一個電極上，而該交流電壓的正半波分別以降低的電 平被施加到另一個電極上。這樣就可以實現(xiàn)施加到電極上的電壓絕 不會超過正常陽極電壓或者磁控管燃燒電壓。
在一個有利的實施方式中設(shè)計，在電極上的負(fù)半波的電平被降低， 由此能夠確保不會從該電極產(chǎn)生更多的材料蝕刻，該材料蝕刻有可 能導(dǎo)致污染。
對此特別適合的是，如果在電極上的電勢的電平被可調(diào)節(jié)地降低。
除了生成交流電壓之外還可以生成直流電壓，由該直流電壓，所 述陰極被電不隔離地供給以負(fù)直流電壓作為陰極電勢，同時一個電極 分別由該直流電壓被施加以負(fù)電勢，并且另一個電極被施加以與所述 直流電壓的正電勢的電平相比而言在電平上被降低了的電勢。
為了生成針對電極的濺射和離子刻蝕的隔離的電壓，在本發(fā)明的 另一個實施例中設(shè)計，生成第一直流電壓和第二直流電壓，從所述第
一直流電壓和所述第二直流電壓，陰極交替地被電不隔離地供給以負(fù) 直流電壓作為陰極電勢，同時一個電極分別由這些直流電壓施加以負(fù) 電勢，并且另一個電極被施加以與第一和第二直流電壓的正電勢的電 平相比而言在電平上被降低了的電勢。
為了有針對性地避免不受控的刻蝕而設(shè)計，所述負(fù)電勢與所述第 一直流電壓和所述第二直流電壓的負(fù)電勢的電平相比而言在電平上被 降低。
本發(fā)明任務(wù)在系統(tǒng)方面將如此解決，磁控管陰極和電極通過開關(guān) 元件與電壓源無電地如此連接，即在所述電極上可以交替地施加由該
電壓源產(chǎn)生的負(fù)電壓和正電壓，所述負(fù)電壓和正電壓的電平最高等于 所述陰極電壓的電平。在生成交流電壓的情況下的實施方式中設(shè)計，電壓源被構(gòu)成為具 有第一和第二電壓輸出端的交流電壓源(Vmf)。第一電壓輸出端與第一 二極管(VD的陰極連接，而第二電壓輸出端與第二二極管(V2)的陰極連
接。第一二極管(V0和第二二極管(V2)的陽極共同與磁控管陰極連接。
第一電壓輸出端直接與第一電極連接，而第二電壓輸出端直接與第二 電極連接，并且第一電極通過第一二極管/電阻串聯(lián)電路(VzM, R^)接 地，而第二電極通過第二二極管/電阻串聯(lián)電路(Vw， R力2)接地。由此 在電極上電壓在正的陽極電壓和負(fù)的陰極電壓之間變化。
在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的實施方案中設(shè)計電壓源被構(gòu)成為具有第 一和第二電壓輸出端的交流電壓源(V^)。第一電壓輸出端與第一二極 管(VD的陰極連接，而第二電壓輸出端與第二二極管(V2)的陰極連接。 第一二極管(VD和第二二極管(V2)的陽極共同與磁控管陰極連接。第一
電壓輸出端通過在正電壓情況下在所述第一電壓輸出端沿著電流方向
設(shè)定極性的第三二極管(V3)與所述第一電極連接，并且所述第二電壓輸 出端通過在正電壓情況下在所述第一電壓輸出端沿著電流方向設(shè)定極 性的第四二極管(V4)與所述第二電極連接，所述第三二極管與第一電阻 (R!)橋接，所述第四二極管與第二電阻(R2)橋接。第一電極通過第一 二
極管/電阻串聯(lián)電路(V^， R^)接地，而第二電極通過第二二極管/電阻
串聯(lián)電路(V^， Rzh2)接地。通過這種系統(tǒng)可以實現(xiàn)有針對性地控制在
之前被覆層的電極上的刻蝕破壞。
根據(jù)合適的方式，第一電阻(R!)和/或第二電阻(R2)被構(gòu)成為可調(diào)電阻。
當(dāng)然也可以既把第一電阻也把第二電阻構(gòu)成為可變電阻。為此，
所述第一電阻以第一晶體管(V5)的漏極/源極段的形式構(gòu)成為可變電
阻，該第一晶體管(Vs)的柵極與平行于漏極/源極段的串聯(lián)電路的中間
連接，該串聯(lián)電路由第一齊納二極管(V7)和第三電阻(R3)組成。所述第二電阻以第一晶體管(V6)的漏極/源極段的形式構(gòu)成為可變電阻，該第 一晶體管(V6)的柵極與平行于漏極/源極段的串聯(lián)電路的中間連接，該 串聯(lián)電路由第二齊納二極管(Vs)和第四電阻(R4)組成。
在一個有利的實施方式中設(shè)計，第一晶體管(V5)和第二晶體管(V。
被構(gòu)成為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
此外所述交流電壓源(Vmf)被構(gòu)成為中頻電壓源也是適合的。
本發(fā)明的另一實施方式設(shè)計所述電壓源被構(gòu)成為具有負(fù)電壓輸 出端和正電壓輸出端的直流電壓源(Vg!)。所述負(fù)電壓輸出端通過第一開 關(guān)(S,)與所述磁控管陰極連接，而正電壓輸出端通過第二開關(guān)與所述磁 控管陰極連接。所述負(fù)電壓輸出端和所述正電壓輸出端通過由第三 (S3)，第四(S4),第五(Ss)和第六(S6)以橋式電路形式組成的四極開關(guān)，與
所述第一電極和所述第二電極連接，在所述橋式電路中在每一個橋路 分支內(nèi)布置所述開關(guān)中的一個。所述第一電極通過第一二極管/電阻串
聯(lián)電路(V^， Rzh0接地，而所述第二電極通過第二二極管/電阻串聯(lián)電
路(Vw， Rzh2)接地。
對于用于濺射和離子刻蝕的被隔離的電壓供給來說，所述電壓源
被構(gòu)成為第一直流電壓源(Vgu)和第二直流電壓源(Vgi2)，所述第一 直流
電壓源和所述第二直流電壓源分別具有一個負(fù)電壓輸出端和一個正電 壓輸出端。兩個正電壓輸出端在此被連接在一起。所述第二直流電壓
源(Vg,2)的所述負(fù)電壓輸出端通過第一 開關(guān)(SO與所述磁控管陰極連接，
而所述這些正電壓輸出端通過第二開關(guān)與所述磁控管陰極連接。所述
第一直流電壓源(Vgn)的所述負(fù)電壓輸出端和所述這些正電壓輸出端通
過由第三(S3)，第四(S4)，第五(S5)和第六(S6)以橋式電路形式組成的四極
開關(guān)，與所述第一電極和所述第二電極連接，在所述橋式電路中在每 一個橋路分支內(nèi)布置所述開關(guān)中的一個。所述第一電極通過第一二極
管/電阻串聯(lián)電路(V^， R^)接地，而所述第二電極通過第二二極管/電阻串聯(lián)電路(V^， Rzh2)接地。
根據(jù)本發(fā)明的任務(wù)的解決能夠通過電極的實體設(shè)計有效地獲得支 持，這將在后續(xù)中進(jìn)一步描述。首先設(shè)計，磁控管陰極具有縱向延伸 的磁控管形式，并且電極平行于該縱向延伸并且借助屏蔽裝置從與磁 控管的耙對置的基底屏蔽開。
借助這樣一種構(gòu)造方式將會實現(xiàn)電荷載體能夠自由地到達(dá)被選 通作為陽極的電極，而不會在作為陽極發(fā)揮作用的電極之前出現(xiàn)局部 不同的等離子集中。
在一個實施方式中設(shè)計，所述電極與其屏蔽裝置一起側(cè)向布置在 所述磁控管旁邊。
特別有利的是，總是存在的暗室屏蔽也可被用作為該電極的屏蔽 裝置，這是通過把所述屏蔽裝置與所述磁控管的暗室屏蔽連接實現(xiàn)的。
因為該屏蔽裝置由于等離子的粒子轟擊而被加熱，所以該屏蔽裝 置具有水冷裝置是適合的。
為了進(jìn)一步提高效率而設(shè)計，所述電極被布置在所述縱向延伸的 磁控管的窄側(cè)，優(yōu)選作為環(huán)形電極。
在有利構(gòu)造中，所述屏蔽裝置在保留縫隙的情況下環(huán)繞所述電極。 下述情況對于制造有利所述屏蔽裝置由被開縫的矩形管組成。
特別適合的是屏蔽裝置側(cè)向布置在該磁控管旁邊，其中，所述 縫隙布置在遠(yuǎn)離所述磁控管的那一側(cè)。
在管式磁控管被用作縱向延伸的磁控管情況下，適合的是所述電極與其屏蔽裝置一起被布置在管式磁控管的遠(yuǎn)離基底的那一側(cè)上， 并且相互對置的所述屏蔽裝置的所述縫隙相互指向。為了進(jìn)一步提高效率而設(shè)計，阻礙等離子形成地調(diào)節(jié)所述電極互 相之間的距離和所述電極與所述屏蔽裝置之間的距離。下述情況是有利的，即這些電極之間的距離是4至10mm和/或電 極與屏蔽裝置之間的距離是4至10mm。最后，這也是可以的通過管形地并且引導(dǎo)冷卻介質(zhì)地構(gòu)造電極，來直接冷卻電極。


下面根據(jù)實施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。在所屬的圖中 圖l示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于冗余陽極濺射的電路系統(tǒng)； 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的電路系統(tǒng)，其具有交流電壓源的簡單的二極 管耦合；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的電路系統(tǒng)，其在電極上具有可調(diào)節(jié)的電勢； 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的電路系統(tǒng)，其具有可變電阻； 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的電路系統(tǒng)，其具有一個直流電壓源； 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的電路系統(tǒng)，其具有兩個直流電壓源； 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的如圖3的電路系統(tǒng)，其具有橋接的RC串聯(lián)電路；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的電路系統(tǒng)，其具有直流電壓源和可變電阻； 圖9示出具有側(cè)向布置的電極的磁控管陰極的前視圖；圖10示出把電極引入真空室內(nèi)的視圖；圖ll示出該磁控管陰極的仰視圖； 圖12示出具有環(huán)形電極布置的磁控管陰極的前視圖；圖13示出根據(jù)圖12的系統(tǒng)的仰視圖； 圖14示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，其具有管式磁控管；圖15示出根據(jù)圖14的系統(tǒng)的仰視圖16示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的前視圖，其采用具有位于
外側(cè)的縫隙的管式磁控管；
圖17示出根據(jù)圖16的實施方式的仰視圖18示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的前視圖，其采用具有位于
內(nèi)側(cè)的縫隙的管式磁控管；
圖19示出根據(jù)圖18的實施方式的仰視圖； 圖20示出具有屏蔽裝置的電極的剖面圖；并且 圖21示出具有屏蔽裝置和冷卻裝置的電極的剖面圖。
具體實施例方式
如在圖1中示意性地示出的，在已知的現(xiàn)有技術(shù)中采用開始部分 提及的帶有缺點的變壓器。
如圖2所示，磁控管陰極也可以通過兩個二極管，V1和V2借助 兩個附加的電極來驅(qū)動。在這種情況下，在這些電極上的電壓僅在正 的陽極電壓和負(fù)的磁控管燃燒電壓之間變化。
如果在中頻發(fā)電機Vmf的極1上存在相對于中頻發(fā)電機Vmf的極 2的負(fù)電壓，則二極管V1導(dǎo)通，二極管V2截止，并且在足夠高的電 壓電平情況下磁控管放電在陰極和電極2之間點火。在這個時刻，電 極2被作為磁控管放電的陽極，并且在該電極上的電壓則對應(yīng)于磁控 管放電的條件而調(diào)節(jié)到+20V . . +150V。
電極l直接與Vmf的極l連接。由此，它相對于電極2具有與所 述陰極相同的負(fù)電壓(忽略在二極管VI內(nèi)的線路損失)。
由此在電極1上出現(xiàn)離子刻蝕效應(yīng)，但是電壓僅為具有根據(jù)圖1 的現(xiàn)有技術(shù)的變壓器的系統(tǒng)的值的 一半。在接下來的半波中，這種關(guān)系發(fā)生反轉(zhuǎn)，于是中頻發(fā)電機Vmf的 極2相對于中頻發(fā)電機Vmf的極1是負(fù)的。這樣僅二極管V2導(dǎo)通， 二極管V1截止，電極1作用為磁控管放電的陽極并且在電極2上，所 述電極2與所述陰極處于相同的電勢。技術(shù)實施除了這兩個二極管之外還要求限制過電壓的線路元件和 用于安全地放電的二極管/電阻組合(在圖2中以Vzhl和Rzhl及Vzh2 和Rzh2示出)。盡管相對于原始的實施方式的電壓被減半，在電極上的刻蝕效應(yīng) 仍然十分強大。因此希望可以控制該刻蝕破壞。圖3的電路示出了解決方法到電極1和2的線路中插入了二極管V3或V4，它們與可變電阻 R1或R2并聯(lián)。如果在Vmf的極l上存在相對于中頻發(fā)電機Vmf的極2的負(fù)電壓， 則二極管V1導(dǎo)通，二極管V2截止，并且磁控管放電將在陰極和電極 2之間點火。當(dāng)二極管V3截止期間，二極管V4變?yōu)閷?dǎo)通。由此在電極l和中 頻發(fā)電機Vmf的極1之間的電流僅流過電阻R1。對應(yīng)于電阻的大小電 極1僅被很少的離子作用，并且進(jìn)而很少地被刻蝕。在接下來的中頻電壓的半波中，這種關(guān)系發(fā)生反轉(zhuǎn)，電極1變成 陽極而電極2被刻蝕。通過可變電阻R1或R2的大小，通過電極1或2的電流能夠根據(jù) 處理的需要而被單獨調(diào)節(jié)，并且進(jìn)而刻蝕的離子轟擊也能夠根據(jù)處理 的需要而被單獨調(diào)節(jié)。為了得到電子控制的自由度，采用先進(jìn)的半導(dǎo)體元件作為可變電阻。圖4的電路示出了變形例其中，應(yīng)用了 IGBT (IGBT:絕緣柵 雙極晶體管)作為可變電阻。齊納二極管V7或V8將從某特定電壓起 被導(dǎo)通，于是電流流經(jīng)電阻R3或R4。這時產(chǎn)生的電壓降驅(qū)動IGBT V5 或者V6，由此在齊納二極管上保持恰好足夠的電壓。這樣在電極上的 電壓變得比在磁控管陰極上的電壓低恒定值，V7或V8的齊納電壓的 值。IGBT中包括的保護(hù)二極管可以用于這些電路，于是V3和V5或 V4和V6被整合到一個功率模塊中。同樣可以采用常規(guī)的恒定電流電路，其調(diào)節(jié)限定的離子流。相比于前述所有電路都必須需要中頻發(fā)電機，而RAS原理(RAS: 冗余陽極濺射)也可以借助脈沖裝置來實現(xiàn)。圖5的電路示出了該系統(tǒng)。由開關(guān)S3至S6構(gòu)成的經(jīng)典的H橋周 期性地變換這些電極的極性，由此再次產(chǎn)生清理效應(yīng)。開關(guān)S1和S2提供了另一種可能性，它不需要中頻供給 在圖2至圖4的變形例中，在整個運行時段中陰極電勢在零和陰 極的負(fù)燃燒電壓之間變化。旁邊給出的電壓的時序圖描繪了這種特性。在例如Si02的高絕緣性的材料的情況下，這種電勢的持久的校準(zhǔn) 是有害的。它導(dǎo)致在靶上的充電，該充電自身終結(jié)于電弧擊穿?？煽?的防止這種充電的方法是足夠快地改變靶表面的極性，由此電荷載體 以等離子形式被中和(參見Szczyrbowski禾B Teschner所著；ReactiveSputtering of Si02 layers. .; SVC 1995)。時刻0:所有開關(guān)打開。時刻l: Sl、 S4、 S5閉合放電在陰極和電極2之間點火并且燃 燒。電極1被刻蝕。在電極l上存在與在陰極上相同的電壓。時刻2: S1和S4打開放電被中斷。時刻3: S2閉合被充電的陰極現(xiàn)在比電極1電勢更高，并且因 而從剩余的等離子中吸取電子，并由此放電。時刻4:所有開關(guān)打開。時刻5: Sl、 S3、 S6閉合放電在陰極和電極1之間點火并且燃燒。電極2被刻蝕。在電極2上存在與在陰極上相同的電壓。時刻6: S1和S3打開放電被中斷。時刻7: S2閉合被充電的陰極現(xiàn)在比電極2電勢更高，并且因 而從剩余的等離子中吸取電子，并由此放電。時刻8:所有開關(guān)打開。隨后重復(fù)該循環(huán)。在脈沖電路中目前采用IGBT作為開關(guān)。如果要在這里獲得離子刻蝕的可控制性，該電路可以如圖6所示 地進(jìn)行改變。電流供給被分為兩個電流供給，第一個用于電極的濺射，第二個用于電極的離子刻蝕。因為這兩個電流供給可以相互獨立地被 調(diào)節(jié)，在電極上的電壓電平在刻蝕期間能夠相應(yīng)地適配于工藝的必要 條件。圖7的陽極2和3與RC環(huán)節(jié)(由Cl禾t]R3構(gòu)成)連接。電容器 Cl用于把正電壓返回到負(fù)支路，該負(fù)支路通過二極管截止。相比于這 些二極管在沒有電容器的情況下把它們所存儲的電荷在刻蝕放電中釋 放并且進(jìn)而總是導(dǎo)致最小刻蝕破壞，通過RC環(huán)節(jié)二極管的電荷在等離 子旁被帶走，從而使得可以完全地抑制刻蝕。在RC環(huán)節(jié)中的電阻R3用于，把脈沖電流限制到對于二極管模塊 8中使用的二極管所允許的值上。RAS原理的另一個變形例是開關(guān)雙陽極系統(tǒng)，如圖8所示。與原 始RAS原理不同，在這里使用直流供給來代替中頻供給9，它的負(fù)極 永久地與磁控管陰極l連接。陽極2和3通過電阻R3和R4與陰極連 接。每個陽極此外都通過開關(guān)(在圖8表示為IGBTV5和V6)與直流 供給的正極連接。如果開關(guān)V5和V6閉合，這種系統(tǒng)如經(jīng)典直流濺射系統(tǒng)一樣地工作。如果這些開關(guān)中的一個被打開，那么與打開的開關(guān)連接的電極的 電勢由于連接陰極與該電極的電阻而強烈地變?yōu)樨?fù)值，這樣該電極不 再能夠作為氣體放電的陽極，而是作為附加的陰極發(fā)揮作用。其它與 閉合的開關(guān)相連的電極在此時段內(nèi)(其中一個開關(guān)打開)，接管放電 的全部陽極電流。因為該附加的陰極缺少磁場支持，所以電流值很小。但是由磁控 管陰極生成的等離子云仍然給出足夠多的正離子，從而通過負(fù)電勢得到離子提取，該離子提取導(dǎo)致刻蝕并且進(jìn)而清理陽極表面。必須總是 閉合兩個開關(guān)中的一個，以使得濺射放電找到它的陽極。圖8示出脈沖序列的例子。其中，開關(guān)的打開時段t。ff5和t。ff6是不同的，因為借助不同的打開時段能夠抵制電極的可能不同的覆層。通 過單獨調(diào)節(jié)打開時段能夠獲得定量清理效應(yīng)。這種單獨的調(diào)節(jié)是特別重要的，因為這些電極的覆層取決于所供 給的陰極功率和發(fā)揮主導(dǎo)作用的工作壓力而改變。用于開關(guān)重復(fù)打開的有意義的周期持續(xù)時間，取決于所生成的層 的材料特性。它們處于從幾個赫茲到100 kHz的范圍中。在高絕緣性的 層情況下必須通過快速的清理避免陽極在一個周期內(nèi)構(gòu)成完整的覆 層。二極管電阻組合V1/R1或V2/R2用于在磁控管放電的第一次點火 時提供支持。二極管V3或V4屬于各自的IGBT并且提供其防止反極性的保護(hù)。為了借助磁控管系統(tǒng)達(dá)到平均的覆層，其中的陽極構(gòu)造這樣實施， 即電荷載體能夠自由到達(dá)陽極，而不會出現(xiàn)在陽極前形成局部不同的 等離子集中。這種系統(tǒng)還可以繼續(xù)改變，參見圖9到圖11，兩個對于RAS系統(tǒng) 所必須的陽極棒2和3安裝在陰極1的兩個長邊上，并且通過與暗室 屏蔽4和5連接的面而從基底分隔開。另一個面插入到陽極棒的遠(yuǎn)離 靶側(cè)，于是部分5的橫截面具有U形。部分4和5的表面被暴露給等離子的粒子轟擊，于是它們在高功率陰極情況下被實施為水冷的板材。圖10是圖9的左視圖，圖11是圖9的仰視圖。該電子線路僅被符號性地圖示各個上側(cè)的陽極3與中頻供給9的一極連接，各個下側(cè)的陽極2與中頻供給9的另一極連接。該中頻 供給的兩極與二極管模塊8連接。二極管模塊8的陽極與磁控管陰極1連接。陽極的效應(yīng)和所表現(xiàn)出來的刻蝕功率的大小能夠通過在面4內(nèi)的 開口控制。對于氣體放電功能來說必要的是，即陽極壓降在陽極棒之 前就被完全形成。這對于結(jié)構(gòu)設(shè)計來說意味著，在陽極2和3之前的 40到80mm的距離內(nèi)不允許存在其它的濃縮等離子的部分。在圖21中 該尺寸以a表示。部分5的兩個邊因此以該長度實施。這兩個邊在它們端部承載了 端板4，該端板4允許橫截面為矩形管，陽極2和3位于該橫截面內(nèi)， 通過一個縫隙與耙縱向延展平行地開口?？p隙寬度在圖13中以e表示。 電荷載體從等離子室擠入到該縫隙內(nèi)。由于離子和電子的不同的移動 性能下述情況是可能的，即在很小的縫隙寬度e的情況下，電子易于到 達(dá)陽極，而離子被阻礙。相應(yīng)地降低在陽極上的刻蝕效應(yīng)。此外，小 的間隙寬度e起到了良好的基底的屏蔽作用，以防止陽極被污染。由此在陽極2和3之前的放電沿著縫隙開口 e方向傳播，在陽極2 和3與暗室屏蔽5的之間距離b被調(diào)節(jié)到4至10mm，從而等離子在其 內(nèi)被猝滅。為了避免在陽極2和3之間直接生成等離子，在陽極2和3 之間的距離(在圖21中表示為c)被調(diào)節(jié)到4至10mm。為了能夠限定電有效的陽極，陽極2和3的不應(yīng)該接觸等離子的 部分被絕緣體6覆蓋。因為靠近等離子室必須采用這樣的絕緣材料，它能夠經(jīng)受在等離子中不可避免的如離子轟擊和紫外線輻射的負(fù)荷， 例如石英玻璃或者陶瓷。還能夠獲得更好的層厚均勻性，如果磁控管陰極在所有面都被陽 極包圍。圖5示出圖12的仰視圖，其中側(cè)向的陽極2和3被構(gòu)成為環(huán)2和3。磁控管陰極1位于環(huán)的中間。環(huán)安置在上述管形橫截面4和5 內(nèi)。與棒形布置不同的是，在環(huán)形布置情況下，覆蓋也經(jīng)過陰極的端 面，于是暗室屏蔽4和5同樣構(gòu)成環(huán)。在高功率陰極情況下，陽極必須被水冷，因為總的放電功率的大 約10%被轉(zhuǎn)換到陽極上。在棒式陽極情況下，冷水通過雙管結(jié)構(gòu)往復(fù) 地在棒內(nèi)引導(dǎo)。在環(huán)式陽極情況下，水將在T形件內(nèi)供應(yīng)到環(huán)內(nèi)，并 且在穿流過整個環(huán)之后，通過同樣T形件流出。該環(huán)形結(jié)構(gòu)相對于棒來說具有另外的優(yōu)點，陽極的絕緣固定被簡 化了圖18中可以看到，在環(huán)式陽極2和3之間的上述的距離c相互 調(diào)節(jié)，并且環(huán)式陽極2和3到暗室屏蔽5的距離b通過由陶瓷構(gòu)成的 圓柱體10來調(diào)節(jié)。這里涉及短的陶瓷棒，它們分布在陽極環(huán)的長上。 因為受到調(diào)節(jié)的距離(該距離把等離子的暗室猝滅作用到陽極環(huán)2和3 的內(nèi)側(cè))，這些陶瓷棒不影響在陽極前側(cè)的等離子均勻性。圖9到圖13示出系統(tǒng)，其中磁控管陰極1是平面磁控管。相同的 技術(shù)也可以在圓柱形的磁控管情況下應(yīng)用。圖14到圖19示出在圓柱形陰極1后的平面內(nèi)的環(huán)式陽極2和3 遠(yuǎn)離基底。在暗室屏蔽4和5之內(nèi)的陽極管2和3的電子線路和幾何 布置與上述情況相同。圖14和15示出暗室屏蔽4和5以及陽極環(huán)2和3包圍圓柱形 的磁控管的整個裝置，也就是說包括用于靶管的支承。縫隙開口 e在這種情況下指向外側(cè)。
圖16和17示出暗室屏蔽4和5以及陽極環(huán)2和3僅包圍耙管 下側(cè)的空間?？p隙開口 e在這種情況下指向外側(cè)。
圖18和19示出暗室屏蔽4和5以及陽極環(huán)2和3僅包圍耙管 下側(cè)的空間?？p隙開口 e在這種情況下指向內(nèi)側(cè)。
通過以上述方式調(diào)節(jié)縫隙寬度e來控制陽極的刻蝕還可以被用于， 通過局部不同的縫隙寬度局部地改變等離子強度，并且借此影響在基 底上的層厚分布。由此由于其它影響因素而可能產(chǎn)生的不均勻性能夠 被補償。
在說明書中可以得出借助縫隙寬度e能夠減少陽極刻蝕但是不 能完全制止它。
理想的是，陽極的不希望的覆層和清理工作通過刻蝕精確地保持 平衡。這種狀態(tài)在機械方面是不可調(diào)節(jié)的。因此根據(jù)圖3和圖4的電 路以附加的支路擴展，如圖7所示。
權(quán)利要求
1.用于基底的覆層的方法，采用從靶到被構(gòu)成為磁控管的陰極的冗余陽極濺射，在其中所述陰極被供給負(fù)陰極電勢，并且除了所述陰極之外兩個電極交替地被施加以正電勢(陽極電勢)或者負(fù)電勢，其特征在于，所述負(fù)電勢以一定的電平被生成，所述電平最高與所述陰極電勢的電平相同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，生成交流電壓，由 所述交流電壓，所述陰極電勢電不隔離地被生成為脈沖的直流電壓； 并且所述交流電壓的負(fù)半波分別交替地施加到一個電極上，而同時所 述交流電壓的正半波分別以降低的電平施加到另一個電極上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在電極上的所述負(fù) 半波的所述電平被降低。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述電極上的 所述電勢的所述電平被可調(diào)節(jié)地降低。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，生成直流電壓，由 所述直流電壓，所述陰極被電不隔離地供給以負(fù)直流電壓作為陰極電 勢，同時一個電極由所述直流電壓分別施加以負(fù)電勢，而另一個電極 被施加以與所述直流電壓的正電勢的電平相比而言在電平上被降低了 的電勢。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，生成第一直流電壓 和第二直流電壓，由所述第一直流電壓和所述第二直流電壓，所述陰 極交替地被電不隔離地供給以負(fù)直流電壓作為陰極電勢，同時一個電 極分別由這些直流電壓施加以負(fù)電勢，而另一個電極被施加以與所述 第一直流電壓和所述第二直流電壓的正電勢的電平相比而言在電平上被降低了的電勢。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述負(fù)電勢與所 述第一直流電壓和所述第二直流電壓的負(fù)電勢的電平相比而言在電平 上被降低。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7之一所述的方法，其特征在于，在所述電極 上的所述電勢的電平被可調(diào)節(jié)地降低。
9. 采用冗余陽極濺射以用于基底的覆層的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括真 空室、磁控管陰極、兩個電極和電壓源，其特征在于，所述磁控管陰 極和所述電極通過開關(guān)元件與所述電壓源無電地如此連接，即在所述 電極上可以交替地施加由所述電壓源產(chǎn)生的負(fù)電壓和正電壓，所述負(fù) 電壓和正電壓的電平最高等于所述陰極電壓的電平。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓源被構(gòu)成為具有第一和第二電壓輸出端的交流電壓源(Vmf);所述第一電壓輸出端與第一二極管(v,)的陰極連接，而所述第二電壓輸出端與第二二極管 (V》的陰極連接，并且所述第一二極管(Vi)的陽極和所述第二二極管(V2) 的陽極共同與所述磁控管陰極連接；所述第一電壓輸出端直接與所述 第一電極連接，而所述第二電壓輸出端直接與所述第二電極連接，并且所述第一電極通過第一二極管/電阻串聯(lián)電路(VzM， R^)接地，而所 述第二電極通過第二二極管/電阻串聯(lián)電路(Vzh2， Rzh2)接地。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓源被構(gòu)成為具有第一和第二電壓輸出端的交流電壓源(Vmf);所述第一電壓輸出 端與第一二極管(VD的陰極連接，而所述第二電壓輸出端與第二二極管 (V2)的陰極連接，并且所述第一二極管(V0的陽極和所述第二二極管(V2)的陽極共同與所述磁控管陰極連接；所述第一電壓輸出端通過在正電壓情況下在所述第一電壓輸出端沿著電流方向設(shè)定極性的第三二極管(V3)與所述第一電極連接，并且所述第二電壓輸出端通過在正電壓情況 下在所述第一電壓輸出端沿著電流方向設(shè)定極性的第四二極管(V4)與 所述第二電極連接，所述第三二極管(V3)與第一電阻(R0橋接，所述第 四二極管(V4)與第二電阻(R2)橋接，并且所述第一 電極通過第一二極管/電阻串聯(lián)電路(V^， R^)接地，而所述第二電極通過第二二極管/電阻串聯(lián)電路(Vzh2， Rzh2)接地。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電阻(R,)和/或所述第二電阻(R2)被構(gòu)成為可調(diào)電阻。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電阻以 第一晶體管(Vs)的漏極/源極段的形式構(gòu)成為可變電阻，所述晶體管(Vs) 的柵極與平行于漏極/源極段的串聯(lián)電路的中間連接，所述串聯(lián)電路由第一齊納二極管(V7)和第三電阻(R3)組成；并且所述第二電阻以第一晶 體管(V6)的漏極/源極段的形式構(gòu)成為可變電阻，所述晶體管(V6)的柵極與平行于漏極/源極段的串聯(lián)電路的中間連接，所述串聯(lián)電路由第二齊納二極管(Vs)和第四電阻(R4)組成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一晶體管(Vs) 和所述第二晶體管(V6)被構(gòu)成為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10至14之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述交流電壓源(Vmf)被構(gòu)成為中頻電壓源。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓源被構(gòu)成 為具有負(fù)電壓輸出端和正電壓輸出端的直流電壓源(Vg山所述負(fù)電壓輸出端通過第一開關(guān)(SO與所述磁控管陰極連接，而所述正電壓輸出端通 過第二開關(guān)與所述磁控管陰極連接；所述負(fù)電壓輸出端和所述正電壓輸出端通過由第三(S3)，第四(S4)，第五(Ss)和第六(S6)以橋式電路形式組成的四極開關(guān)，與所述第一電極和所述第二電極連接，在所述橋式電路中在每個橋路分支內(nèi)布置所述開關(guān)中的一個，并且所述第一電極 通過第一 二極管/電阻串聯(lián)電路(V^， R^)接地，而所述第二電極通過 第二二極管/電阻串聯(lián)電路(Vm， Rzh2)接地。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓源被構(gòu)成為第一直流電壓源(Vgn)和第二直流電壓源(V^)，所述第一直流電壓源和所述第二直流電壓源分別具有一個負(fù)電壓輸出端和一個正電壓輸出端；兩個正電壓輸出端被連接在一起；所述第二直流電壓源(Vg,2)的所 述負(fù)電壓輸出端通過第一開關(guān)(Si)與所述磁控管陰極連接，而所述正電 壓輸出端通過第二開關(guān)與所述磁控管陰極連接；所述第一直流電壓源(VgH)的所述負(fù)電壓輸出端和所述正電壓輸出端通過由第三(S3)，第四 (S4)，第五(S5)和第六(S6)以橋式電路形式組成的四極開關(guān)，與所述第一電極和所述第二電極連接，在所述橋式電路中在每個橋路分支內(nèi)布置 所述開關(guān)中的一個，并且所述第一電極通過第一二極管/電阻串聯(lián)電路 (Vzhl， R^)接地，而所述第二電極通過第二二極管/電阻串聯(lián)電路(Vzh2，Rzh2)接地。
18. 根據(jù)權(quán)利要求9至17之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述磁控 管陰極具有縱向延伸的磁控管形式；以及所述電極平行于所述縱向延伸并且借助屏蔽裝置從與所述磁控管的靶對置的基底屏蔽開。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電極與其屏 蔽裝置一起側(cè)向布置在所述磁控管旁邊。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述屏蔽裝 置與所述磁控管的暗室屏蔽連接。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18至20之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述屏 蔽裝置具有水冷裝置。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18至21之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電極也被布置在所述縱向延展的磁控管的窄側(cè)，優(yōu)選作為環(huán)形電極。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18至22之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述屏 蔽裝置在保留縫隙的情況下環(huán)繞所述電極。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述屏蔽裝置由 被開縫的矩形管組成。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述屏蔽 裝置側(cè)向布置于所述磁控管旁邊時，所述縫隙布置在遠(yuǎn)離所述磁控管 的那一側(cè)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求18至24之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述磁 控管被構(gòu)成為縱向延伸的管式磁控管，所述電極與其屏蔽裝置一起被 布置在所述管式磁控管的遠(yuǎn)離所述基底的那一側(cè)上，并且相互對置的 所述屏蔽裝置的所述縫隙相互指向。
27. 根據(jù)權(quán)利要求18至24之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，阻礙等 離子形成地調(diào)節(jié)所述電極互相之間的距離和所述這些電極與所述屏蔽 裝置之間的距離。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電極之間的 所述距離為4到10mm。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的系統(tǒng)，其特征在于，電極與屏蔽 裝置之間的所述距離為4到10mm。
30. 根據(jù)權(quán)利要求18至29之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述 電極管形地并且引導(dǎo)冷卻介質(zhì)地被構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，用于基底覆層，具有被構(gòu)成為磁控管的陰極，在該陰極旁邊兩個電極被交替地施加以正電勢(陽極電勢)或負(fù)電勢，本發(fā)明還涉及一種用于基底覆層的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有真空室、磁控管陰極、兩個電極和電壓源，本發(fā)明的任務(wù)在于，通過提高層厚均勻度，以及通過減少由冗余陽極引發(fā)的基底的污染，來提高基底覆層的質(zhì)量。這在方法方面如此解決，即以一定電平生成負(fù)電勢，所述電平最高與陰極電勢的電平相同。這樣就可以避免待清理的電極蝕刻的程度大于它的在先的半波中的被覆層的程度。系統(tǒng)方面的解決方法設(shè)計，所述磁控管陰極和所述電極通過開關(guān)元件與所述電壓源無電流地如此連接，即由該電壓源產(chǎn)生的負(fù)電壓和正電壓交替地可作用到所述電極上，所述負(fù)電壓和正電壓的電平最高等于所述陰極電壓的電平。
文檔編號C23C14/35GK101300658SQ200680041153
公開日2008年11月5日 申請日期2006年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者伊諾·米林, 弗蘭克·邁斯納, 格茨·格羅塞爾, 格茨·特施納, 法爾克·米爾德 申請人:馮·阿德納設(shè)備有限公司