[发明专利]用于对三维成形的衬底表面覆层的溅射设备和溅射方法

说明书

本发明涉及一种用于将层沉积在三维衬底表面上的溅射设备。溅射设备具有至少一个真空接口、用于导入和产生工艺气体的气体输送装置、用于相对于衬底保持装置的衬底基准表面固持衬底的衬底保持装置、和多个同类的或不同类的溅射源，溅射源分别通过其自身的源固持件保持并且这些溅射源在其朝向覆层区域的溅射表面上分配有单独的基准点，其中溅射源彼此间隔开以二维阵列设置，该二维阵列沿源基准表面延伸，并且其中，至少一个溅射源的源固持件可调节到源基准表面的非零的源间距，在溅射源的基准点和源基准表面之间沿源基准表面贯穿的基准点的表面法线测量。

本发明一般性地涉及一种用于通过溅射对三维成形的衬底表面进行覆层的覆层设备和可借助其实施的方法。

这种覆层设备通常包括覆层区段，该涂覆部分可能是各种类型的涂覆设备的一部分也可能是几个覆层区段中的一个，用于产生工艺气氛的部件。其包括至少用于在覆层区段中产生真空的至少一个真空接口，以及设计为用于在覆层区段中导入和生产溅射工艺所需的工艺气体的气体输送装置。工艺气体可以由惰性的工作气体组成或者由工作气体与其他气体、如反应气体或其他工艺相关气体组成。已知的是导入完成的气体混合物或单独地导入工艺气体所需的气体。

溅射设备通常还具有衬底保持装置和一个或多个用于提供气态的覆层材料的溅射源。衬底和(多个)溅射源在覆层区段中彼此相对设置，使得覆层材料沉淀在衬底表面上的覆层区域上。

通常，将衬底表面上的如下区域视作为覆层区域，在溅射期间，从其与材料由其溅射的靶区域存在视觉接触，使得在衬底表面的该区域中由于工艺异性与可影响的分布特性而沉淀溅射材料，而并非主要由于散射蒸汽。在此，关于三维成形的衬底表面，不包括类似于平面衬底、侧表面或后表面或凹部的这种表面部段，因为表面部段由于固持衬底而不存在视觉接触。虽然它是灵活的但通常不需要的是：翻转衬底并且在下面的溅射工艺中对表面进行覆层。

在溅射期间，在工艺气体中在待覆层的衬底和作为阴极运行的溅射源之间点燃等离子体，等离子体的正电荷通过所谓的溅射效应(落屑，即通过离子轰击而从固体表面脱离原子)剥离设置在阴极上的靶表面的上层。能够在存在或不存在反应气体的情况下溅射金属，并且在后一种情况下，例如，作为氧化物或氮化物沉积在与靶的剥离表面相对的衬底上。类似地，也可以是：将其他材料化合物用作靶材料并且溅射。

为了支持等离子体形成以及离子到靶表面上的加速，在靶的背离等离子体的一侧设置有磁体系统，该磁体系统具有局部交替极化的彼此并排的磁体。如已知地，存在用于磁控溅射的、由中央的磁极构成的这种磁体系统包括环形地包围相反的第二磁极的中央磁极。由于由此构成环形的隧道形磁场，靶材料经由两个磁极之间的间隙以特定的程度剥离，使得在该区域中构成环形的溅射沟槽，在两个磁体处磁场线平行于靶表面延伸。所述溅射沟槽也称作为跑道，所使用的溅射源称作为磁控管。磁引导的自含式等离子体环的局部变化与靶材料的侵蚀相关。

已知平面的且管形的溅射源，其中后者代表具有高的靶利用率的稳定的覆层工艺并且尤其适合于对大面积的衬底覆层或连续地覆层。

管形靶包括圆柱形的阴极，所述阴极可围绕其纵轴线转动。管阴极的侧表面由可溅射的靶材料构成，其中靶材料能够构成为管形的靶，使得管式阴极的圆柱体完全地由待溅射的材料构成，或者管式阴极由载体管构成，所述载体管由待溅射的材料覆层。与相应的实施例无关，通常提及的是管形的靶或管式靶。

在管式靶的内部空间中通常设置有规律的磁体系统，所述磁体系统在管式靶的整个长度之上延伸。构成于管式靶的侧表面上的跑道在所述管式靶的整个长度之上平行于其纵轴线延伸。管式靶可相对于磁体装置转动，使得在覆层操作期间管式靶能够转动，而磁体装置在覆层室中保持定向不变。通过在静态磁场中管式靶均速地旋转，整个圆柱形的靶表面经过跑道区域并且实现靶材料的均匀的侵蚀。

在下面的描述中，将暴露于等离子体的且提供与衬底相对的溅射材料的靶表面称为溅射表面。在平面溅射源的情况下，当不考虑材料剥离时，这总是保留相同的面积，而在管形的溅射源的情况下，用作为溅射面的侧表面的区域由于其转动而持续地在侧表面上移动。