[发明专利]具有大靶的用于高压溅射的溅射源和溅射方法

说明书

背景技术

在溅射时，首先在溅射室中产生真空并且然后产生具有所定义的压力的溅射气体的气氛。在安装在溅射头上的溅射靶（其通常被保持在负电势上）的附近，点燃溅射气体的气体放电。在此，从溅射气体的电中性的原子或分子中产生由被冲正电的离子和自由电子构成的溅射等离子体。被充正电的离子通过靶的负电势在靶的表面上被加速，并且在那里通过脉冲电弧轰击出材料，所述材料通过反冲部分地飞向要镀层的衬底的方向并且沉积在那里。同时，所述被充正点的离子通过该轰击从靶中释放电子，所述电子通过电场在溅射等离子体的方向上被加速并且在那里溅射气体的另外的原子或分子通过碰撞电离。溅射等离子体通过这种方式自我保持。

为了能够在一个工作过程中给更大衬底进行镀层，所寻求的是，使用较大的溅射靶。但是随着靶大小的增加，等离子体越来越不稳定。在磁控管溅射的情况下通过如下方式来对抗这一点：使等离子体被永磁场的场力线穿过。在圆形溅射靶的情况下，该场通常在为溅射靶安装的永磁环的容纳部的边缘与安装在该靶容纳部的中心处的另一永磁体之间延伸。在此，弯曲的磁力线中的漏磁场穿过溅射等离子体所在的室延伸。该漏磁场迫使自由电子进入与穿过溅射等离子体的电场和磁场横切的长摆线轨迹上，在那里，所述电子通过多次碰撞将溅射气体的原子电离并且因此促进等离子体的获得。

不利的是，该方法仅在相对小的压力下起作用。在较高压力下，电子的平均自由路程长度变得过小，使得其仅在磁场最强之处聚集。在该场较弱之处，等离子体也变得较弱。结果，溅射等离子体的强度在溅射靶的表面上变得不均匀。在极端情况下，等离子体分解成多个彼此分开的部分，所述部分大多数局部化在永磁体的磁极旁边。

但是特别是在氧气气氛中溅射氧化层是需要较高压力的。一方面，缩短的平均自由路程长度导致，较少的负氧离子不期望地通过被靶排斥而被加速到衬底上，并且在那里损害或以非化学计量方式侵蚀已经沉积的层（反向溅射效应）。另一方面，为了在沉积时以正确化学计量将氧化层从靶运送到衬底上，高压力是有利的。几种材料仅能在相对高的氧气分压下绝对地形成所沉积的层中的稳定的化学计量相。

发明内容

任务和解决方案

因此，本发明的任务是提供一种溅射头，其在高压下生成在溅射靶的整个表面上都稳定的等离子体。此外，本发明的任务是，提供一种可用来在高压下以均匀的层厚度将靶材料沉积在衬底上的方法。

根据本发明，这些任务通过根据主权利要求和并列权利要求所述的溅射头以及通过根据另一并列权利要求所述的方法来解决。另外的有利的扩展方案分别从回引所述权利要求的从属权利要求中得出。

本发明的主题

在本发明的范围内，开发出一种溅射头，该溅射头在靶保持器（基体）上具有用于溅射靶的容纳面（靶容纳面）。靶容纳面也可以具有任意的曲率，其中从实际来看，平面的形状具有多个优点。对于溅射而言，可以将靶例如固定焊接、固定粘接或者固定烧结在靶容纳面上。溅射头具有一个或多个磁场源以用于生成漏磁场，所述漏磁场具有从溅射靶的表面发出并且再次进入该表面的场力线。

根据本发明，至少一个磁场源的北磁极和南磁极彼此相距10mm或更低、优选5mm或更低、并且特别优选大致1mm，在所述磁场源之间形成漏磁场。间距的合理下限是由溅射靶与溅射等离子体（阴极暗室）之间的间距来确定的。磁场将延长电子穿过溅射等离子体的路径，以便提高沿着该路径将溅射气体的另外的原子电离的概率。为此，磁场必须穿过阴极暗室直到到达溅射等离子体。根据本发明的溅射头被想到为在0.5毫巴或更高、优选1毫巴或更高的压力下改善溅射。在这样的压力下，阴极暗室通常在十分之几毫米上延伸。为了对等离子体产生影响，磁场必须克服该暗室以及从靶表面到永磁体的距离。

于是，通常0.8mm、优选大致1mm表现为北磁极与南磁极之间的最小的技术上合理的间距。在此，最短间距分别是指二者通常都在一定程度上在空间上延伸的北极和南极之间的间距。南极与北极之间的小间距局部化了磁场并且最大化了漏磁场沿着靶容纳面的分量、即漏磁场到靶容纳面上的投影。