[发明专利]圆柱形磁控管的屏蔽结构

说明书

本发明总的来说涉及一种采用旋转圆柱形溅射靶的磁控管，更具体地说涉及最大限度地减小这种磁控管中电弧形成的结构和技术。

圆柱形磁控管正广泛地用于在衬底上溅射膜。一个例子是为了滤除太阳能部分使之不穿过玻璃而在玻璃衬底的表面上淀积电介质和金属层的叠层。这一衬底置于包含至少一个通常是两个旋转圆柱形靶的真空腔中，旋转圆柱形靶在其外表面包含溅射的材料。通常将惰性和活性气体二者都引入腔中。溅射靶与或是真空腔的外壳或是单独的阳极之间施加了电压，该电压产生等离子体，通过位于靶中的固定磁铁，等离子体被限制在沿着靶的溅射区域中。当靶经过固定溅射区域时，用等离子体的电子和离子轰击靶，使得溅射的材料离开靶表面并溅射到衬底上。

磁铁一般是永久磁铁，沿旋转的圆柱形靶中的一条直线放置并相对于靶保持不旋转。通过磁铁沿圆柱形溅射靶的基本整个长度方向产生溅射区，并且溅射区仅在其周围很小的圆周(径向)距离延伸。传统的做法是这样排列磁铁，以便使溅射区在圆柱形靶的底部延伸，面对直接在下面被涂附的衬底。

虽然只要求在衬底上淀积膜，但是膜也会淀积在反应腔中的其它表面上。在许多情况下这样做会产生问题，特别是在某些电介质作为膜来淀积的时候。例如，如果靶表面是硅和反应气体是氧，那么硅或铝氧化物被淀积在靶表面上、靶支撑结构的表面上，以及将要进行涂覆的表面上。在内真空腔表面上形成的一定程度的电介质材料长时间出现以后，对这些表面的电弧开始形成。由于电弧产生污染淀积在衬底表面上的膜的颗粒，并且使通过与溅射靶表面和真空腔壁或某一其它阳极电连接而产生等离子体的电源过载，所以不希望产生电弧。

旋转圆柱形溅射靶的优点是当靶表面经过溅射区时，淀积在靶上的这种膜被溅散开，从而阻碍了不希望的膜的形成。然而尽管有这一自清洁特性，在某些情况下旋转磁控管中仍会产生不希望的电弧。

已经开发了一种圆柱形磁控管屏蔽结构来最大限度地减小旋转圆柱形磁控管中产生的不希望的电弧。请参见Kirs等人的题为“圆柱形磁控管屏蔽结构”的美国专利第5,108,574号(以下称为Kirs等人)，该专利在这里被引用作为对比文件。如在Kirs等人的专利中所示，通过暗空间屏蔽可以最大限度地减小电介质膜的淀积，这阻碍了在暗空间中形成等离子体，从而减小了膜的淀积和由此产生的电弧。

虽然Kirs等人的屏蔽结构极大地提高了旋转圆柱形磁控管的自清洁特性，但是在靶圆柱体的远处的端部已经发现出现了一些凝结物的淀积。与Kirs等人所关心的电介质膜的淀积不同，不管是否存在等离子体，来自系统中存在的蒸气的这种凝结物的淀积都会发生。因此，采用暗空间屏蔽并没有完全解决凝结物淀积的问题。

近来已经开发了一种圆柱形磁控管屏蔽结构，以便最大限度地减小在靶圆柱体的端部出现的这种凝结物的淀积和相关的电弧。请参见Sieck等人的题为“圆柱形磁控管屏蔽结构”的系列号为08/308，828的美国专利申请，该申请是系列号为08/004，964的美国专利申请的继续申请，(以下称为Sieck等人)，该专利申请在这里被引用作为对比文件。具体地说，使屏蔽结构在其内边缘的形状与当磁控管运行、靶保持不动时产生的凝结物的图案基本一致。成形的屏蔽结构根据靶定位，以便屏蔽将另外产生气化材料的凝结物的区域，该凝结物产生的速率超过通过溅射从靶去除淀积的凝结物的速率。采用Sieck等人的成形屏蔽结构极大地减小了在靶的端部的凝结物的淀积，以及相关的形成电弧的作用。

然而，即使是电介质或绝缘材料在靶端部的微小的淀积，也会导致不希望的形成电弧的作用。一般情况下，当形成的凝结物接近地电位或真空腔电位时，出现对凝结物表面的电弧放电，电弧穿过凝结物表面飞向真空腔壁或另外的阳极。

另外在本发明之前，已经构造了可旋转磁控管，其屏蔽结构处于地电位、真空腔电位或阴极电位。在这些磁控管中，屏蔽结构已经被证实是优先形成从阴极到真空腔或另外的阳极的电弧的场合。

本发明的一个主要目的是提供最大限度地减小这种不希望的形成电弧的作用的机构和技术。

本发明实现了这一目的和其它目的，其中主要提供了圆柱形屏蔽结构，该结构具有围着其外表面延伸的环形结构，确定环形结构的尺寸，以便中断可能另外穿过其外表面的任何电弧的运动。在一个最佳形式中，屏蔽结构与地电位、真空腔电位或另外的阳极电位电隔离。