濺鍍磁控管和動態(tài)影響磁場的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種濺鍍磁控管和動態(tài)影響磁場的方法。濺鍍磁控管包括：靶和磁體系統(tǒng)，其中靶和磁體系統(tǒng)能夠相對彼此移置，并且所述磁體系統(tǒng)形成穿透所述靶的磁場；其中所述磁體系統(tǒng)具有支撐設(shè)備、其上布置有磁體的支撐板和致動器，并且所述支撐設(shè)備通過所述致動器可連接至所述支撐板，以便能夠至少分段設(shè)置所述磁體系統(tǒng)和所述靶之間的距離；冷卻回路，用于借助冷卻劑冷卻所述磁體布置和所述靶；層測量工具，用于獲得沉積在所述襯底上的至少一層的層特性的數(shù)據(jù)；和磁體系統(tǒng)控制器，用于評估所獲得的數(shù)據(jù)并且用于產(chǎn)生操縱變量，其中所述操縱變量是所述致動器的輸入變量。
【專利說明】濺鍍磁控管和動態(tài)影響磁場的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對襯底PVD涂覆的濺鍍磁控管，具體地涉及一種通過旋轉(zhuǎn)靶管、所謂的管狀磁電管進(jìn)行的濺鍍磁控管，以及一種在濺鍍處理期間動態(tài)影響磁場的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在管狀磁點(diǎn)管的情況下，陰極以及因此布置在其上的靶材料繞固定磁體系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，或者運(yùn)動的例如旋轉(zhuǎn)的磁體系統(tǒng)在靶內(nèi)部運(yùn)動。由磁體系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場在靶材料的表面上形成跑道(racetrack)，靶材料基本以沿靶管的兩條筆直軌道延伸。管狀磁電管能夠減少靶材料熔化量(yieId)，因此降低濺鍍成本。
[0003]已知的磁體系統(tǒng)包括支撐設(shè)備和具有磁體的支撐板，磁體布置在支撐板上并且經(jīng)配置以形成磁體布置。磁體系統(tǒng)以下列方式安裝到靶管中，即其符合等離子處理，并且經(jīng)固定以防止扭曲。作為實(shí)例，為了該目的，磁體系統(tǒng)能夠被附接至支撐設(shè)備，優(yōu)選地附接至固定地布置在靶管內(nèi)部中的支撐管上，以便磁體被布置在離靶管內(nèi)表面的小距離處。
[0004]除了增加靶材料的產(chǎn)量，最優(yōu)化濺鍍處理的目標(biāo)包括提高涂覆均質(zhì)性和涂覆率的適應(yīng)性。
[0005]取決于應(yīng)用，重新調(diào)節(jié)已經(jīng)具有非常均質(zhì)設(shè)計(jì)和已經(jīng)通過非常多的努力測量的磁體系統(tǒng)，以通過所謂的勻場開始濺鍍處理，例如通過在磁體系統(tǒng)和支撐設(shè)備之間在兩者之間的各自附接點(diǎn)處附接補(bǔ)償盤。勻場是在其上布置有磁體的磁體系統(tǒng)的離散或連續(xù)定義的變形。
[0006]該方法的缺點(diǎn)在于，僅能夠在濺鍍中斷期間操作磁體系統(tǒng)。為了該目的，濺鍍設(shè)施最初需要被通風(fēng)，并且隨后需要在靶管及其安裝設(shè)備之間的分隔面處清除磁體系統(tǒng)，該安裝設(shè)備即所謂的端塊，其用于可旋轉(zhuǎn)地安裝靶管，并且供應(yīng)扭矩、電和冷卻劑。結(jié)果，每個(gè)磁體系統(tǒng)的操作耗費(fèi)了相對大量時(shí)間，并且這伴有涂覆設(shè)施中發(fā)生的處理中斷，即生產(chǎn)停機(jī)。即使能夠在同一時(shí)間由更多工作人員操作幾個(gè)磁體系統(tǒng)，也需要在襯底上重復(fù)該處理幾次，直到已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了最佳層質(zhì)量，例如關(guān)于涂覆均質(zhì)性的最佳層質(zhì)量。
[0007]因而，對于大部分靶服務(wù)壽命而言，所操作的磁體系統(tǒng)(需要)被最優(yōu)化。然而，在濺鍍處理期間，或多或少連續(xù)地熔化了靶材料。作為上述靶材料熔化的結(jié)果，在磁場中存在連續(xù)變化，該磁場先前在處理開始時(shí)曾在靶表面上被最優(yōu)化地設(shè)置。在改變大的情況下，也對濺鍍結(jié)果產(chǎn)生質(zhì)量負(fù)面影響。隨后必須中斷濺鍍處理，以便重新調(diào)整該磁體系統(tǒng)，或者從處理中清除未使用的靶材料。
[0008]已知靶材料中的不規(guī)則性，尤其是高濺鍍速度時(shí)，等離子體圖案中的小偏離，即在靶表面上定性形成的等離子體時(shí)的小偏離，能夠?qū)е鲁练e在襯底上的層的質(zhì)量發(fā)生大的變化。
[0009]已知?jiǎng)驁鲅鼐哂行〔僮餍谐痰拇朋w系統(tǒng)以定義距離發(fā)生。這里，通常最大操作行程垂直于祀系統(tǒng)總共300mm長度上的l_2mm祀表面。
[0010]此外， 也已知能夠通過控制過程氣體來改善涂覆的均質(zhì)性；然而，不同機(jī)器中的不同安裝情況不導(dǎo)致相似結(jié)果，這是因?yàn)橥ǔ唧w濺鍍環(huán)境中的具體濺鍍處理調(diào)整磁體系統(tǒng)。
[0011]W096/21750A1公開了一種用于圓柱形磁控管的磁體布置，即具有管祀的磁控管，在其內(nèi)部中，該磁體布置被布置在磁體系統(tǒng)的磁體支撐上。從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，在現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生矩形跑道，即具有直線邊界的跑道，其中提出相對于內(nèi)部磁體部的中心軸線，即相對于跑道末端區(qū)域中的磁體布置的縱向延伸，傾斜布置磁體，以便這些反向區(qū)域，例如為三角形、拋物線形或者半橢圓形。
[0012]US2009/0314631A1提出，在永磁體布置的兩個(gè)磁極之間布置至少一個(gè)另外的電磁體，以便影響磁場線的形狀，其中影響的程度取決于電磁體關(guān)于永磁體布置的兩個(gè)磁極蹄鐵的具體位置。此外，提出提供具有帶角度表面的永磁體。
[0013]預(yù)公開專利申請DE102011077297A1提出一種磁控管濺鍍設(shè)備，其包括具有拉長、封閉跑道的靶和磁體系統(tǒng)，該跑道包括彼此平行地布置在聯(lián)接板上的三根磁棒，和被布置在磁棒末端處的兩個(gè)末端件，該末端件分別將兩個(gè)外部磁棒的一端彼此連接，其中祀和磁體系統(tǒng)能夠相對于彼此移動，并且靶系統(tǒng)形成穿透靶的磁場，以產(chǎn)生環(huán)形跑道，并且其中磁體系統(tǒng)的至少一個(gè)磁體被布置在相對靶材料表面的正交方向的跑道的反向區(qū)域中，以便磁場線在跑道反向區(qū)域中的靶材料表面上，相對于靶表面正交方向不對稱地延伸，以便在磁控管濺鍍設(shè)備操作期間，以較低靶厚度布置靶表面區(qū)域，其中以更大強(qiáng)度熔化靶材料。
[0014]W02003/015124A1提出一種濺鍍磁控管，其包括與靶關(guān)聯(lián)的磁體系統(tǒng)。該磁體系統(tǒng)包括磁體布置和設(shè)置工具，其中該設(shè)置工具適合使磁體布置變形或傾斜，作為其結(jié)果，可能至少分段改變磁體布置和靶管的內(nèi)表面之間的距離。
[0015]W02009/138348A1公開了一種改變磁體系統(tǒng)相對于靶表面的位置的選項(xiàng)。為了該目的，在磁體系統(tǒng)的支撐設(shè)備和磁體支撐之間布置氣動、液壓或電動調(diào)節(jié)單元，諸如電致動器、電磁馬達(dá)或壓電馬達(dá)。作為其結(jié)果，能夠在濺鍍磁控管操作期間，通過引出濺鍍磁控管的電纜或管道連接來改變磁體·布置和靶管內(nèi)表面之間的距離。作為實(shí)例，在該情況下，取決于磁體系統(tǒng)和靶管的內(nèi)表面，或者靶表面上的測量磁場之間的當(dāng)前設(shè)置距離，來設(shè)置該距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目標(biāo)由下列組成:研發(fā)一種用于對襯底PVD涂覆的濺鍍磁控管，和一種在濺鍍處理期間動態(tài)影響磁場的方法，以便在最佳靶材料使用的情況下實(shí)現(xiàn)不變和受控的等離子體性能以及在靶的使用壽命期間的高涂覆均質(zhì)性，其中基于靶材料使用和運(yùn)行濺鍍處理期間的襯底上的層質(zhì)量，動態(tài)地影響磁場，即不必通風(fēng)或打開濺鍍設(shè)施。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，通過一種按獨(dú)立權(quán)利要求1的特征的、用于襯底PVD涂覆的濺鍍磁控管，和一種按獨(dú)立權(quán)利要求10的特征的、用于動態(tài)影響磁場的方法實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。從屬專利權(quán)利要求描述有利實(shí)施例和改進(jìn)。
[0018]為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，提出一種用于涂覆襯底的濺鍍磁控管，其包括靶和磁體系統(tǒng)，其中靶和磁體系統(tǒng)能夠相對于彼此移置，并且磁體系統(tǒng)形成穿透靶的磁場以形成跑道，該磁體系統(tǒng)還具有支撐設(shè)備、在其上布置有磁體的支撐板、和致動器，并且支撐設(shè)備通過致動器可連接至支撐板，以便至少能夠分段設(shè)置磁體系統(tǒng)和靶之間的距離，該濺鍍磁控管還包括冷卻回路，用于借助冷卻劑冷卻磁體布置和靶，其中該濺鍍磁控管包括層測量工具，用于獲得沉積在襯底上的至少一層的層特性的數(shù)據(jù)，以及磁體系統(tǒng)控制器，用于評估所獲得的數(shù)據(jù)并且用于生成操縱變量，其中操縱變量是致動器的輸入變量。
[0019]所提出的裝置表現(xiàn)出，可能使磁體系統(tǒng)以幾何動態(tài)方式適合該處理，即能夠視需要連續(xù)地進(jìn)行調(diào)整，以便實(shí)現(xiàn)最佳層特性。換句話說，在運(yùn)行涂覆處理期間，取決于所沉積的層的特性，連續(xù)地修正和更新磁體系統(tǒng)的形式，以便實(shí)現(xiàn)均勻的層沉積。與其中僅能夠在維修期間，即在保護(hù)性處理之外，采取對磁體系統(tǒng)的外形改變的已知解決方案相比，所提出的裝置表現(xiàn)出，可能在生產(chǎn)處理進(jìn)行時(shí)，例如在涂覆期間，對條件變化(例如靶的降低厚度和由其導(dǎo)致的不同磁場強(qiáng)度)做出反應(yīng)。
[0020]在該裝置的一個(gè)實(shí)施例中，提出在磁體系統(tǒng)控制器和致動器之間建立用于信息交換的無接觸連接。該解決方案提供許多優(yōu)點(diǎn):首先，避免了否則需要連接至致動器的電纜，其結(jié)果是能夠更成本有效地生產(chǎn)該裝置。其次，也提高了裝置的可靠性，這是因?yàn)闊o接觸數(shù)據(jù)交換不會被冷卻劑可能繞其流動的觸點(diǎn)或壞觸點(diǎn)破壞。 [0021]在該裝置的進(jìn)一步實(shí)施例中，提出致動器具有至少一個(gè)公共信息接收和信息發(fā)送單元、和公共控制單元。結(jié)果，與其中每個(gè)致動器都具有其自身的信息接收和信息傳送單元的解決方案相比，明顯降低了實(shí)施該裝置時(shí)器械所導(dǎo)致的復(fù)雜性，并且該裝置能夠更成本有效地生產(chǎn)。
[0022]在該裝置的進(jìn)一步實(shí)施例中，提出致動器具有至少一個(gè)公共信息接收和信息發(fā)送單元，并且每個(gè)致動器都包括分立的控制單元。這表現(xiàn)出，可能在實(shí)現(xiàn)該裝置時(shí)使用已經(jīng)具有集成的控制單元的致動器。
[0023]在該裝置的進(jìn)一步實(shí)施例中，提出致動器被來自冷卻回路的冷卻劑包圍。與其中必須以很大努力使致動器與冷卻劑隔離的解決方案相比，再次明顯降低了器械導(dǎo)致的復(fù)雜性。
[0024]在該裝置的進(jìn)一步實(shí)施例中，提出借助冷卻劑中的調(diào)制的聲音、調(diào)制的光、調(diào)制的液壓沖擊、或者用于致動簧片開關(guān)的脈動磁體來構(gòu)造無接觸信息交換。作為所提出方法的結(jié)果，既在高能靶的內(nèi)部，又通過其中循環(huán)的冷卻劑，實(shí)現(xiàn)可靠的信號發(fā)送。
[0025]在該裝置的進(jìn)一步實(shí)施例中，提出用于信息交換的這些無接觸手段也能夠組合使用。通過使用若干不同的信號發(fā)送路徑，實(shí)現(xiàn)了冗余，其確保了裝置非常耐受外部干擾并且非常有故障保護(hù)性且可靠。
[0026]在該裝置的進(jìn)一步實(shí)施例中，提出以壓電陶瓷致動器和/或壓電超聲波馬達(dá)來實(shí)施致動器。這些類型的致動器耐用并且成本有效。
[0027]在該裝置的進(jìn)一步實(shí)施例中，提出致動器具有自給能量供應(yīng)(closed energysupply)。本實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)的是,致動器能夠在無能量供應(yīng)時(shí)長時(shí)間地運(yùn)行。
[0028]此外，為了實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)，提出一種在用于涂覆襯底的濺鍍磁控管的運(yùn)行期間動態(tài)影響磁場的方法，其磁體系統(tǒng)能夠通過致動器相對于靶移置，并且磁體系統(tǒng)形成穿透靶的磁場以形成跑道，該方法包括下列方法步驟:
[0029].在涂覆襯底期間和/或之后，通過層測量工具獲得沉積在襯底上的至少一層的層特性的數(shù)據(jù)，
[0030].通過磁體系統(tǒng)控制器評估所獲得的數(shù)據(jù)，以便能夠基于所獲得的數(shù)據(jù)與來自具有最佳質(zhì)量的層的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的比較結(jié)果來確定沉積在襯底上的層的層特性的偏離，以及
[0031].磁體系統(tǒng)控制器產(chǎn)生操縱變量作為致動器的輸入變量，以便借助致動器使磁體系統(tǒng)和靶之間的距離的變化對磁場的影響達(dá)到使所獲得的數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的偏離最小化的程度。
[0032]在此使用的關(guān)于層特性的數(shù)據(jù)能夠特別包括能夠通過測量技術(shù)工具檢測的所沉積的層的反射率、透射率、厚度和更多其他參數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]在下文中，將基于示例性實(shí)施例和僅一幅附圖，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中:
[0034]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的濺鍍磁控管的示例性實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0035]描述了一種濺鍍磁控管，其用于以靶材料12涂覆襯底。靶I由靶支撐管11和對其施加的靶材料12組成。靶I被布置在兩個(gè)端塊2之間，并且可旋轉(zhuǎn)地連接至兩個(gè)端塊2中的每個(gè)端塊上。端塊2用于可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動靶1，并且向靶I供電和冷卻劑。為了該目的，兩個(gè)端塊2中的一個(gè)具有冷卻劑進(jìn)給管線21，其連接至布置在靶I內(nèi)部中的槍管13，冷卻劑通過該冷卻劑進(jìn)給管線21被運(yùn)送至靶I的另一端。
[0036]在布置在用于涂覆襯底3的涂覆設(shè)施(這里未示出)中的靶I之下，板狀襯底3被移動通過濺鍍磁控管，其中在襯底3上沉積從靶I熔化的靶材料層12。
[0037]槍管13同時(shí)用作布置在靶I內(nèi)部中的磁體系統(tǒng)4的支撐設(shè)備41。使用幾個(gè)致動器51的布置，以將載有磁體布置43的支撐板42附接至支撐設(shè)備41。同樣地，信息發(fā)送和信息接收單元52也附接至支撐設(shè)備41，并且具有至致動器51的無接觸信號連接。通過槍管13，即通過磁體系統(tǒng)4的支撐設(shè)備41，信息發(fā)送和信息接收單元52建立與磁體系統(tǒng)控制器7的無接觸信號連接，磁體系統(tǒng)控制器7獲得關(guān)于沉積在襯底3上的層的層特性的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算用于致動器51的操縱變量8，并且無接觸地將這些操縱變量8發(fā)送至信息發(fā)送和信息接收單元52，信息發(fā)送和信息接收單元52也以無接觸方式，將操縱變量8發(fā)送至致動器51。
[0038]上述裝置表現(xiàn)出，可能實(shí)現(xiàn)不變和受控的等離子體性能，同時(shí)在濺鍍靶的服務(wù)壽命期間，具有最佳靶材料使用和均質(zhì)涂覆圖案，這特別能夠應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)處理，更特別是在襯底穿過型設(shè)施中。
[0039]最優(yōu)化了涂覆的質(zhì)量，并且可能實(shí)現(xiàn)操縱磁場，而不必對設(shè)施通風(fēng)和打開。
[0040]基于用盡的靶材料更新磁場變得可能，并且能夠在運(yùn)行濺鍍處理期間，使用在獲得的襯底上的層特性的基礎(chǔ)上對磁場的動態(tài)操縱。
[0041]數(shù)據(jù)在襯底涂覆期間或者在襯底涂覆之后通過適當(dāng)?shù)膶訙y量系統(tǒng)而被獲得，其中該數(shù)據(jù)在磁體系統(tǒng)控制器中被評估并且被轉(zhuǎn)換為操縱變量，以發(fā)生操縱。
[0042]致動器被使用以在建立的操縱變量中操縱磁體系統(tǒng)，并且在濺鍍處理期間，不對設(shè)施通風(fēng)地執(zhí)行自動勻場。
[0043]標(biāo)識符列表
【權(quán)利要求】
1.一種用于涂覆襯底(3)的濺鍍磁控管，包括: ?靶(I)和磁體系統(tǒng)(4)，其中所述靶(I)和磁體系統(tǒng)(4)能夠被相對彼此移置，并且所述磁體系統(tǒng)(4)形成穿透所述靶(I)的磁場， ?其中所述磁體系統(tǒng)(4)具有支撐設(shè)備(41)、其上布置有磁體(43)的支撐板(42)、和致動器(51)，并且所述支撐設(shè)備(41)借助所述致動器(51)能夠連接至所述支撐板(42)，以便能夠至少分段設(shè)置所述磁體系統(tǒng)(4)和所述靶(I)之間的距離， ?冷卻回路，用于借助冷卻劑冷卻磁體布置(43)和所述靶(1)， ?層測量工具(6)，用于獲得沉積在所述襯底(3)上的至少一層的層特性的數(shù)據(jù)，以及 ?磁體系統(tǒng)控制器(7)，用于評估所獲得的數(shù)據(jù)、并且用于生成操縱變量(8)，其中所述操縱變量(8)是所述致動器(51)的輸入變量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濺鍍磁控管，其中能夠在所述磁體系統(tǒng)控制器(7)和所述致動器(51)之間建立用于信息交換的無接觸連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濺鍍磁控管，其中所述致動器(51)具有至少一個(gè)公共信息接收和信息發(fā)送單元(52)、以及公共控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濺鍍磁控管，其中所述致動器(51)具有至少一個(gè)公共信息接收和信息發(fā)送單元(52 )，并且每個(gè)致動器(51)都包括分立的控制單元。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的濺鍍磁控管，其中所述致動器(51)被來自所述冷卻回路的冷卻劑包圍。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的濺鍍磁控管，其中借助冷卻劑中的調(diào)制的聲音、調(diào)制的光、調(diào)制的液壓沖擊、或者借助用于致動簧片開關(guān)的脈動磁體來構(gòu)造所述無接觸信息交換。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的濺鍍磁控管，其中用于信息交換的無接觸手段也能夠被組合使用。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的濺鍍磁控管，其中所述致動器(51)被實(shí)施為壓電陶瓷致動器和/或壓電超聲波馬達(dá)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的濺鍍磁控管，其中所述致動器(51)具有自給能量供應(yīng)。
10.一種在用于涂覆襯底(3)的濺鍍磁控管的運(yùn)行期間動態(tài)地影響磁場的方法，其磁體系統(tǒng)(4)能夠借助致動器(51)相對于靶(I)被移置，并且所述磁體系統(tǒng)(4)形成穿透所述靶(I)的磁場，所述方法包括下列方法步驟: ?在涂覆所述襯底期間和/或之后，通過層測量工具(6)獲得沉積在所述襯底(3)上的至少一層的層特性的數(shù)據(jù)， ?借助磁體系統(tǒng)控制器(7)評估所獲得的數(shù)據(jù)，以便能夠基于所獲得的數(shù)據(jù)與來自具有最佳質(zhì)量的層的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的比較結(jié)果，來確定沉積在所述襯底(3)上的所述層的層特性的偏離，以及 ?所述磁體系統(tǒng)控制器(7)生成操縱變量(8)作為所述致動器(51)的輸入變量，以便借助所述致動器(51)使所述磁體系統(tǒng)(4)和所述靶(I)之間的距離的變化對磁場的影響達(dá)到使所獲得的數(shù)據(jù)與所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的偏離最小化的程度。
【文檔編號】C23C14/35GK103710673SQ201310463956
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月4日
【發(fā)明者】漢斯-于爾根·海因里希, 斯文·黑內(nèi), 羅爾夫·蘭克 申請人:馮·阿德納設(shè)備有限公司