[发明专利]溅射系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种设备，其用于将至少一种所选材料溅射到衬底上 并且引起这种材料的反应，该设备包括：真空腔，在其中设置衬底架； 至少一个磁控溅射机构，其设置在靠近衬底架的工作区中并且具有所 选材料的靶，该靶适合于产生用于将至少一种材料溅射到衬底上的第 一等离子体(first plasma)；以及用于产生次要等离子体(secondary plasma)的次要等离子体机构，其设置在靠近磁控溅射机构并且靠近 衬底架的工作区中，溅射机构和次要等离子体机构形成溅射区和活化 区。本发明还涉及一种用于涂覆衬底的方法，其中首先通过溅射工艺 将材料沉积在衬底上，然后所沉积的材料在等离子体中反应以形成化 合物，该等离子体包括必要的活性反应组分。

背景技术

反应磁控溅射的使用对于应用金属化合物的薄膜是已知的。在这 种关联中进行反应溅射，使得衬底固定在金属靶之上，并且所应用的 金属膜的组合与金属原子的沉积发生在相同的时间和相同的位置处。 为了获得具有可接受的沉积率的化学计量的(stoichiometric)膜， 需要对条件小心地进行平衡，使得膜完全地组成或者组合在衬底上， 但没有过度的反应使溅射靶表面“中毒”，因为这样的情况会导致较 低的溅射率并且经常导致在靶表面上形成弧。

此外，已知可以交替地将衬底(金属化合物在其上沉积)引导在 溅射靶之上并且通过活性气氛。这样，金属原子的沉积在所有情况下 在时间上和空间上部分地与膜的组合分离。另外还知道由于组合区中 的氧被等离子体活化，可以改进氧化层的沉积，这是因为受激的氧组 分更容易与金属层反应。

上述现有技术的缺点是需要将反应区与沉积区物理地并且大气 地分离。这种分离，例如限制了能够设置在特定真空腔中的靶与反应 区的数目，从而限制了膜应用的整体数量。

为了避免这个缺点，在EP 0 516 436B1中提出将溅射区与活化 区大气地并且物理地结合在一起，由于移除了所有的分隔板或者不使 用有差别的抽吸(pumping)，因此这两个区的等离子体有效地混合以 形成单一的连续等离子体，该等离子体既用于从靶溅射材料也用于材 料在衬底上的反应。公开了一种磁控溅射设备，其中设置有溅射机构 和次要等离子体机构，其在所有情况下形成溅射区和活化区，这些区 大气地并且物理地相邻，并且适合于改进溅射机构的等离子体以引起 活性气体的离子与具有相对较低的周围部分活性气体压力的溅射材 料的反应。在这种情况中，提供引导衬底通过相关的所选工作区的衬 底架。

借助于在EP 0 516 436B1中所公开的设备、通过溅射以及随后 引起的反应(例如氧化)能够显著地改进涂覆工艺。工艺时间主要由 所引起的反应(例如沉积材料的氧化)限制。

发明内容

本发明的一个目的在于以这样的方式改进先前已知的设备：增加 活化区中的反应速率使得能够缩短工艺时间。根据本发明，这个目的 是这样实现的：设置至少两个电磁体和/或放射状磁化的环形磁体以 及至少一个磁多极以产生磁场来包含次要等离子体，该磁多极是由多 个永磁体形成的。

本发明提供一种设备，其中增加了活化区中的反应速率，使得能 够缩短工艺时间。

在本发明的一个发展中，衬底架是鼓状物并且至少一个电磁体和 /或放射状磁化的环形磁体设置在该鼓状物内部。因此，增加了靠近 衬底或者在衬底上的等离子体密度。由此增加的活性反应组分(诸如 离子和原子团)的浓度导致了反应速率的增加。

在本发明的一个配置中，所有被设置用来产生磁场的磁体都设置 在真空腔外部。这有利于机械布置。此外，还减少了用于冷却磁部件 的费用。

在本发明的一个替换配置中，所有被设置用来产生磁场的磁体都 设置在真空腔内部。这减少了设备的安装尺寸。

至少一个电磁体优选地连接到交流电压源以产生磁交变场。有利 地，至少其中一个产生磁交变场的电磁体设置在衬底架前面。因此， 等离子体内部的离子流进一步集中在衬底上。

在本发明的一个配置中，至少一个电磁体连接到直流电压源以产 生恒定磁场。因此，能够进一步修改被产生用来包含次要等离子体的 磁场。

至少一个电磁体优选地以这样的方式操作：产生叠加的恒定场与 交变场，使得能够无需磁场的极性颠倒而实现磁场强度的改变。因此， 导致等离子体的有效浓缩以及衬底上的反应所需的离子的释放。