CN101874283A - 低阻抗等离子体 - Google Patents
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Abstract
一种磁控溅射设备(100)，包括：用于在管状靶(2)附近产生磁场(103)的磁阵列，所述管状靶至少部分包围着该磁阵列、并充当阴极(2a)；阳极(2b)；所述磁阵列被设置为产生相对于入射到基板(3)的法向角的不对称等离子体分布；以及磁场增强装置(1b)，该磁场增强装置用于增强磁场，以产生供电子从阴极(2a)流向阳极(2b)的相对较低阻抗的路径。
Description
技术领域
本发明涉及磁控溅射，更特别但非限定性地，涉及利用低阻抗等离子体的磁控溅射。
本发明的具体实施方式可包括带或不带旋转目标的低阻抗交流双圆柱磁控溅射等离子体放电的使用，这些装置的使用和在非反应性和反应性过程中的控制(带有或不带有反馈等离子体过程控制)，以及非交流溅射应用例如射频、直流和直流脉冲。
背景技术
有这样一个工业真空涂层和处理技术领域，该涂层和处理技术目前建立在不能被偏置的基板溅射基础上，所述基板例如玻璃或塑料零件。目前的一些涂层技术通过双磁控溅射(Dual Magnetron Sputtering，DMS)进行，以便避免“阳极消失”效应。
例如，在BOC Group Inc.公司的国际公布号为WO 96/34124的专利申请中，DMS双磁控溅射源(等离子体设备)不断交替电气极性，从而使得，当一个偏向负性(变成溅射阴极)时，另一个偏向正性(变成阳极)，反之亦然。典型的电压和电流变化类型是交流(AC)模式。这种过程操作被称为交流双磁控溅射(DMS-AC)操作或者简单DMS。这样，由于相同溅射源在变成阳极之前经过一个溅射周期，因此阳极表面可变成清洁的导体表面。
在许多现有的应用中，靶具有圆柱形的几何形状。所述靶通常绕中央圆柱轴旋转，这促使电子依相对低阻抗路径通过等离子体。在DMS-AC操作过程中，放电稳定性具有很多影响。通常DMS用于直列式连续生产，其中，当基板通过等离子体/沉积区域时，该基板被喷涂。交流电源将需要响应，以便维持程序设定点。如果等离子体突然消失，则必须进行快速再点火，否则移动基板容易产生缺陷喷涂情况。为了进行所述再点火，等离子体点火阻抗必须为合适的较低值。在有些情况发生时，必须进行已知方案，从而使放电得以维持以及进行再点火。通常这意味着以下的一项或多项受到限制：两个(溅射)源之间的距离；(溅射)源与待喷涂或处理的基板之间的距离；进行喷涂和再点火操作所需的最小气压；最大磁场强度。
DMS上的AC操作的其中一个效应是两个源之间的电子传递引起了有益于所述过程的电离。在已知的***中，现有情形中的电流是非常散的，且大多数电子没有被导向到将提供最佳阳极表面的主清洁区域。这会引起导致涂层质量缺陷的微弧(micro-arcing)。此外，两个源之间的磁相互作用可能倾向于带来主喷涂流与离子流之间的一些分离，这会影响涂层质量。
本发明采用了不对称磁控溅射技术，该技术参见Gencoa Ltd公司的英国专利申请9821496.8，在该申请中，每个单独设备的磁场均被建构为不对称式，构成不对称磁阵列，使等离子体流的方向相对于标准磁控溅射设备发生改变。
发明内容
本发明的目的包括：例如通过提供低等离子体阻抗放电，改进DMS的操作和性能；使电子传递集中到较窄的体积中，以提高DMS操作的电离成效；将电子导向有效的电力清洁阳极和/或提高涂层性能，例如涂层密度。
根据本发明的第一方面，提供一种磁控溅射设备，该设备包括：用于在管状靶附近产生磁场的磁阵列，所述管状靶至少部分包围着该磁阵列、并充当阴极；阳极；所述磁阵列被设置为产生相对于入射到基板的法向角的不对称等离子体分布；以及磁场增强装置，该磁场增强装置用于增强磁场，以产生供电子从阴极流向阳极的相对较低阻抗的路径。
本发明的可能的优点包括：能够使用更强的磁场；由于等离子体点火阻抗较低，因此能够提供很高的离子流密度操作；为带有磁导活性或钝态阳极的单磁控溅射提供了稳定的低阻抗放电。
所述磁场增强装置可包括用于在第二管状靶附近产生磁场的磁阵列。
电源装置可连接至所述靶和阳极，该电源装置能够产生和维持等离子体，该等离子体包括从所述靶除去的物质，能够产生和维持包括从所述靶除去的物质的等离子体的所述电源装置与两个靶相连。单独的电源装置与每一个靶相连。两个靶可连接至一个共同的电源装置。所述电源装置可将交流电流、直流电流、脉冲电流、射频和/或HIPIMS(High PowerImpulse Magnetron Sputtering，高功率脉冲磁控溅射)施加至一个或两个靶。所述电源装置可连接至两个靶，且极***替改变，从而使每个靶在做阳极和做阴极之间交替变化。
所述磁场增强装置可包括其中一个磁阵列，该磁阵列为不对称磁阵列。
所述不对称磁阵列的设置可产生非均匀/扭曲磁场分布，该磁场分布包括一个或多个：
1)相对较高阻抗的区域，该区域可作为等离子体陷阱，从而约束一些负责溅射到靶表面上的等离子体；和
2)相对较低阻抗的区域，该区域可作为低阻抗路径，或者电子通道，用于从阴极到阳极的电子传递。
通过提供包括相对较高阻抗和相对较低阻抗的区域的磁场分布，整体磁场可以提高溅射效应和/或促使电子相对不受拘束地从阴极通过基板表面流到阳极。
已知的磁控溅射设备不能提供这种磁场分布，因为没有提供供电子通过的低阻抗路径。在已知的磁控溅射设备中，电子必须通过具有相对较高阻抗的区域。但对于相同/相当材料和处理条件，本发明能够提供阻抗值比已知磁控溅射设备低5-50％的电子通道。
所述或每个不对称磁阵列可包括一个或多个安装在安装板上的磁体，磁场的不对称性通过以下一项或多项条件获得：磁体的位置关于磁阵列的轴线呈不对称分布；所述磁体具有不同的尺寸或强度；存在破坏两个或多个磁体之间相互作用的对称性的铁磁性或非铁磁性材料；以及，所述安装板具有不对称的形状。
所述不对称磁阵列可包括中央磁体和一对外部磁体，该一对外部磁***于所述中央磁体的相对两侧、并与该中央磁体分开一段距离。所述不对称磁阵列包括一排中央磁体和两排外部磁体，该两排外部磁***于所述一排中央磁体的相对两侧且与所述一排中央磁体分开一段距离。
所述安装板可包括铁磁板和/或其它铁磁元件。
所述或每个不对称磁阵列可产生包括一个或多个等离子体陷阱的磁场分布，所述一个或多个等离子体陷阱适于约束溅射到靶表面上的部分等离子体。
至少一个等离子体陷阱可位于紧邻至少一个磁场通道的位置，和/或位于一对磁场通道之间。
所述或每个管状靶可以是可旋转的，例如，可绕其纵向轴旋转。旋转可在任何方向上、连续或断续和/或可逆地进行。
使用时，任何一个磁装置均可移动。
所述等离子体陷阱可用于溅射清洁所述靶的表面。所述管状靶可连续旋转，从而使其经过溅射清洁的部分连续地移入磁场通道附近，以提供理想条件的阳极/阴极表面。
可设置用于在所述靶和基板附近提供可控气氛的装置，该可控气氛可包括局部真空。
可控气氛可包括小于1mbar(毫巴)的总压力，和/或惰性气体(例如氩气)，和/或反应性气体(例如烃、有机金属、金属-无机配合物、氧气、氮气和/或水蒸气)。
可设有阳极覆盖物。
所述磁阵列们可以是：基本相同的，且关于所述双磁控溅射设备的主轴不对称设置；彼此不同的，且关于所述双磁控溅射设备的主轴对称设置；彼此不同的，且关于所述双磁控溅射设备的主轴不对称设置；和/或基本相同的，且关于所述双磁控溅射设备的主轴对称设置。
可以选择性地设置相对于所述靶和/或地面电偏置所述基板的电偏置装置，该电偏置装置可将直流电流、交流电流、脉冲电流和射频偏置施加到所述基板上。
所述或每个磁阵列的不对称轴与所述基板的表面非正交。
所述磁控溅射设备可包括真空沉积***、玻璃镀膜设备***、韦伯(Web)镀膜沉积***的一部分。
本发明的第二个方面提供了一种磁控溅射方法，该方法利用上述设备得以实施。所述方法可用于对塑料、玻璃、陶瓷、金属或半导体基板进行磁控溅射。
本发明的第三个方面提供上述方法或设备形成的涂层或者处理结果。
根据本发明的第四个方面，提供一种非常低阻抗的交流双圆柱磁控溅射等离子体设备。
本发明可使用旋转或静态靶。磁阵列也可以是静态的或活动的。磁阵列的运动可在任何方向上进行，可以是线性运动、往复运动或摆动的简单或复杂结合。磁阵列运动也可以是扫描式的。
本发明还可涉及这些设备的使用与在非反应性和反应性过程中的控制(具有或不具有反馈等离子体过程控制)。本发明还涉及非交流溅射应用如射频、直流、直流脉冲电源、复杂功率波形或高强度脉冲电源，如用于单个或多个等离子体源的HIPIMS技术。
本发明还提供磁场等离子体通道，该通道主要、但非排他性地穿过两台等离子体设备。该等离子体通道的位置可相对于所述基板变化。
在本发明中，所述不对称磁阵列可设计并操作于双圆柱靶内。当在两个独立(溅射)源之间使用电流电源时，放电的阻抗可比标准结构大大降低。另外，靶与基板之间的距离减小，且等离子体密度和源效率相对于标准DMS操作有所提高。此外，当靶旋转时，电子被磁场导向的方式使得这些电子被引导到非常清洁的高导电性表面，不像在标准DMS中，电子很难到达那些清洁区域，从而使阻抗增加、等离子体约束降低。另外，本发明的更高的等离子体约束有助于降低和/或防止涂层被来自周围沉积物的其它成分污染。此外，可以控制等离子体与基板之间的相互作用，以便控制具体的涂层沉积需求，例如对每个沉积的原子进行离子轰击。
本发明还涉及这些设备在反应性和非反应性环境下的使用，例如通过在氩气和氧气氛中进行溅射而沉积来自硅靶的SiOx。在反应性溅射中，本发明的较高的等离子体密度可提供更高反应性的等离子体种类，从而可获得更稳定、更致密的涂层。
本发明还可涉及圆柱靶的旋转速度，该旋转速度可从零(静态)到任何转速，且可以是不变的、复杂或可变的。
本发明还可涉及这些设备在不同于交流的功率模式下的应用。本发明的磁等离子体约束可通过相对于喷涂流选择性地引导离子流以及通过防止由于涂层上的寄生电流或经过涂层的返回电流造成的损害来提高操作模式中的性能、稳定性和涂层质量。这些现象可以产生非均匀性和涂层质量损害。通过引导等离子体电荷，本发明可提高喷涂产品操作和最终质量。
本发明可涉及非平衡和/或平衡的磁阵列。
相邻的源和设备之间的磁极性可以相同或相反。
本发明还可涉及相对于(不同于平行或垂直的)基板运动为倾斜或成角度的阵列。
本发明还可涉及具有圆形或直线形摆动运动或其结合的阵列。
本发明还可涉及单个阴极上的简单或多重跑道结构。
本发明还可涉及与惰性或活性阳极一起使用的单个源。可通过磁导引来增强阳极效应。所述阳极可以被溅射到，也可以不被溅射到。所述阳极可以是隐藏式或非隐藏式构造。所述阳极可独立承受来自地电位的偏置。
本发明还可涉及受到偏置或不受偏置的基板。
本发明可涉及任何磁控溅射应用，如网、玻璃、显示器、装饰物和涂布机。
附图说明
还可通过示例、结合附图来详细描述本发明，其中：
图1为现有技术的双圆柱磁控溅射设备的横截面示意图；
图2为展示图1中的双圆柱磁控溅射设备的磁场的示意图；
图3为展示图2中的双圆柱磁控溅射设备的功率模式和电子传递的示意图；
图4为一系列已知磁阵列的横截面示意图；
图5是根据本发明的双圆柱磁控溅射设备的横截面示意图；
图6是展示图5的双圆柱磁控溅射设备的磁场、功率模式和电子传递的示意图；
图7是展示图5的双圆柱磁控溅射设备的磁场的示意图；
图8是图5的不对称双圆柱磁控溅射设备的第一种变型的横截面示意图；
图9是图5的不对称双圆柱磁控溅射设备的第二种变型的磁场横截面图；
图10是图5的不对称双圆柱磁控溅射设备的第三种变型的磁场横截面图；
图11是包括单阴极而不是双阴极的图5的不对称双圆柱磁控溅射设备的第四种变型的横截面示意图；
图12是包括单阴极而不是双阴极的图5的不对称双圆柱磁控溅射设备的第五种变型的横截面示意图；
图13是具有被引导到阳极的等离子体的、根据本发明的不对称单圆柱阴极的磁场线分布示意图。
具体实施方式
在图1中，磁控溅射设备100包括基本平坦的基板3，该基板3用于在下方线性移动一对圆柱形靶2a、2b。每个靶2a、2b包围着一个磁阵列，该磁阵列在所述靶2a、2b和基板3的附近形成磁场。每个磁阵列包括基本平坦的支撑件4，该支撑件4上粘附着具有不同尺寸、形状和强度的磁体6。可以通过恰当地选择磁体类型、极性、强度和/或几何形状来控制形成的磁场的强度和分布。
所述磁阵列和靶彼此隔开，且它们的纵向轴互相平行。每个磁阵列均关于次对称轴11对称，该次对称轴11垂直于基板表面3。此外，所述磁阵列关于主对称轴12对称设置，该主对称轴12也垂直于基板平面3。
一个典型的(磁)阵列由一排中央磁体5和围绕着该排中央磁体5的外部磁体排6a和6组成。轴11通常垂直于基板运动和/或位置3。基板3接受从圆柱形靶2(2a-2b)以反应性或非反应性模式喷出的涂层材料。另外所述设备可用作等离子体处理机，其中，基板3接受等离子体处理，但不必沉积涂层。
图2利用磁场线103示意性地展示了磁场分布，沿磁场线103的每个点处的磁场强度均为特定值。磁控溅射设备100包括外壳102，该外壳102具有平的底板104，该底板上面向上直立延伸着侧壁106。两个侧壁106上设有开口108，基板3可通过该开口108***。侧壁106的上边缘110终止于T形凸缘112中，平的上壁114密封粘附至所述凸缘112。底壁104、侧壁106和上壁114均为铁磁体，因此提供了磁场路径，如一些位于这些壁内的磁场线103所示。
基板3的下方由滚筒116和刷子118支撑，刷子118还可用于偏置所述基板3。
如图所示，室102内设有基本为L形截面的内壁120，该内壁120包括基本竖直的平坦侧壁部分122和向内折叠的底壁部分124，该底壁部分124从所述侧壁部分的下缘伸出并与该下缘成直角。所述底壁部分124的下侧面平行于所述基板3的顶面并与该顶面彼此隔开。
在图2中，磁场线界定了等离子体区域。通常圆柱形磁控管位于低压气氛7中。靠近每个靶2的主等离子体区域8a用于形成磁控溅射效应。通常，待处理的基板以流线式过程(in-line process)持续行进，使该基板暴露于等离子体流区域9a中。过度暴露于等离子体流中会损害或改变(基板的)性能。在通常情况下，例如当基板3为玻璃或塑料网时，非均匀性和基板损害将限制设备的最大运行功率。所述设备的设置产生不规则的等离子体区域如9e，这通常导致形成高阻抗屏障。
图3为图2的磁控溅射设备100的放大图，该图示意性地展示了靶2a、2b是怎样连接至交流电源128的。从而靶2a和2b的电极性可以交替改变。
在图3中，当循环中的某一特定时间，靶2a主要偏向负性18时，靶2b将偏向正性19。这样，源2a发射电子20，该电子20向着靶2b上的阳极表面行进。由于磁场构成了阻止电流通过的保护罩，所述电子20将主要被引导到靶2b的特定表面上。这些表面将邻近磁控等离子体陷阱24a，并远离磁控等离子体陷阱24b。在理想情形下，需要清洁阳极表面，以便接收电流。为此，最佳旋转结构将是唯一的、如21a和21b所示。现有技术中没有注意到这种情况。当旋转不按图示方式进行时，靶材料上将会产生弧，这会导致涂层表面3上的缺陷。
图4示意性地展示了各种已知的磁阵列。在每种情形下，一排中央磁体5的两侧均排列着两排外部磁体6，所有磁体5、6均粘附在基本平坦的支撑件4的表面上。
图4a和4b是已知的对称磁阵列，其中，中央磁体5大致位于中心的次对称轴11上。这种类型的外部磁体6a和6b的几何形状和位置关于同一次对称轴11基本相同。通常、但非排他性地，磁体安装在铁磁板4上，该铁磁板4的材料和几何形状可以有很多种。
图4c、4d、4e、4f和4g展示了不同结构的不对称阵列。在一个不对称阵列中，次轴11不再是对称轴。可通过不同方式获得不对称效果，例如使中央磁体5处于偏心位置，如图4c和图4g所示。如图4d所示的不对称可通过使位于一侧的一排外部磁体6c与位于另一侧的一排外部磁体6a的尺寸不同来实现。如图4e所示的不对称可通过将铁磁性和/或非铁磁性材料10a引入到中央磁体5和外部磁体6之间(如图4f)或外部磁体6和基板4之间(图4e)来实现。甚至可以通过这种方式来获得不对称性，如图4f所示，将磁体基本对称排列，但是引入一些铁磁性元素10b，这些铁磁性元素10b会打破中央磁体5与一排或两排外部磁体6a和6b相互之间的对称性。另外，在图4g中，不对称性通过铁磁支撑板4b的不同几何形状设计来获得。非排他性地，可通过以上方式的任意组合来获得不对称阵列。
图5类似于图1，两图中相同的附图标记代表相同的技术特征。图1中的设置与图5中设置的不同之处在于，在图5中，磁阵列1是不对称的，因此次轴11不再是对称轴。特别地，每个磁阵列的支撑板4均包括斜切边缘130，且每个磁阵列的中央磁体5均相对于外部磁体6a、6b偏心安装。需注意到，斜切边缘130与偏心的中央磁体5分别位于次轴11的相对两侧。不过，所述磁阵列相对于主轴12对称，该主轴12是靶2的对称轴。
图6类似于图3，两图中相同的附图标记代表相同的技术特征。图6中的设置与图3中设置的不同之处在于，磁阵列不关于次轴11对称。提供不对称磁阵列的主要功效是与图2和3中的磁场线103相比，图6中的磁场线103是扭曲的。特别地，磁场线103不是全部向着主轴12旋转，这意味着不绕单个磁阵列循环，相反地，一些磁场线103a延伸于两个磁阵列之间。这有效地形成了“磁通道”132和屏障23，该磁通道132和屏障23引导电子沿低阻抗路径从阴极游向阳极。
在图6中，当靶2a主要偏向负性18时，靶2b将偏向正性19。这样，源2a发射电子20，该电子20沿路径22向着靶2b上的阳极表面行进。由于磁场通道的形成，电子20将很容易地主要被引导到特定表面24a和24c上。磁场形成了屏障23，该屏障23限制电子逃逸到通道外。所有这些表面均靠近磁控等离子体陷阱，该磁控等离子体陷阱是理想条件的阳极表面，因为该阳极表面在溅射循环中被喷溅清洁过。这种不对称阵列使得靶2a和2b可在任何方向上旋转，而不会影响到基板上的涂层性能。
图7所示的设置与图6基本相同，磁场线103界定了等离子体区域。通常圆柱形磁控管位于低压气氛7内。靠近每个靶2的负责形成溅射效应的主等离子体区域8b相对于单个磁控管(或次轴11)不对称。通常，待处理的基板以流线式过程持续行进，从而使基板3暴露于等离子体流区域9b中，该等离子体流区域9b中具有从靶2a到2b的通道，反之亦然。
在图8所示情形中，该图中的设置类似于图5所示的实施例，磁阵列1a和1b的次轴11与基板3的平面是非正交的。通常，靶2a和2b之间的主对称轴12与阵列1a和1b的对称轴是同一根轴，但这不是必要的。
在图9中，图示实施例的不对称磁阵列的次轴11与基板3成一直角。磁场线103界定了等离子体区域。通常，圆柱形磁控管位于低压气氛7中。靠近每个靶2a和2b的负责形成溅射效应的主等离子体区域8b相对于每一单个磁控管的次轴11不对称。通常，待处理的基板以流线式过程持续行进，从而使基板3暴露于等离子体流区域9a中。区域9a中的等离子体与基板3相互作用，在基板3上提供自偏置和离子轰击角。交流模式中，电流需要从靶2a行进到靶2b，反之亦然。在这种结构中，电子将被邻近的磁场线引导到区域9c中，这也是一条低阻抗路径。与现有技术中的状态相比，在本实施例的设计中，不存在图2中的高阻抗不规则等离子体区域如9e。
在图10中，本实施例的不对称磁阵列的次轴11与基板3不成直角。本实施例中的单个磁阵列与图9中相同，但是相对于基板倾斜设置。磁场线103以相似方式界定等离子体区域8、9。通常，圆柱形磁控管被设置在低压气氛7中。靠近每个靶2a和2b的负责形成溅射效应的主等离子体区域8b相对于每一单个磁控管的次轴11不对称。通常，待处理的基板以流线式过程持续行进，从而使基板3暴露于等离子体流区域9b中。区域9b中的等离子体与基板3相互作用，在基板3上提供自偏置和离子轰击角。阵列之间角度的变化在基板3上提供了不同的自偏置角，从而提供了不同的离子轰击角。
在图9中，等离子体区域9b是用于靶2a与2b之间交流电流的主要的低阻抗等离子体通道。角度的改变将使用于不同类型的喷涂或等离子体处理的沉积过程中的离子轰击得到优化，因为不同的材料需要不同的轰击角。在图9所示的结构中，没有像图2所示现有技术例子中那样的不规则、高阻抗的等离子体区域9e。
图11展示了根据本发明的磁控溅射设备100的一种不同结构，所述设备100包括与辅助阳极13彼此隔开的圆柱形磁控管。所述圆柱形磁控管和辅助阳极13均位于待喷涂的基板3的上方，该基板3在所述磁控管的下方移动，并撞击等离子体区域9b。
所述圆柱形磁控管包括磁阵列，该磁阵列包括基本平坦的铁磁性支撑板4。所述磁阵列具有斜切边缘130，且一排中央磁体5相对于两排外部磁体6a、6b的中线呈偏心设置，因此所述磁阵列是不对称的。所述磁阵列位于管状靶2的内部，并被该管状靶包围住，所述管状靶2可绕其纵向轴旋转，如箭头21所示。
辅助阳极13包括箱型截面的金属管136，该金属管136与电源16的正极接线柱电连接(或者接地)，以在溅射过程中吸引电子。所述金属管136环绕着基本平坦的铁磁性安装板4a，该安装板4a的底面上粘附有磁体14，该磁体14使磁场线103发生偏转，以产生整体上不对称的磁场。
在图11中，所述***包括不对称磁阵列1，该磁阵列1将使由于等离子体区域8b而产生的靶2的溅射得以进行。在本发明中，靶2主要作为阴极，其主要被偏置到负性16。本发明不想对辅助阳极13进行喷溅，虽然在有些情形下这也是需要的。相对于靶2，阳极13主要被偏置到正性15。阳极13也可接地。区域9a将等离子体电子导向阳极13。通过磁阵列1与磁装置14之间的相互作用，导向功能得以实现和/或得到提高。磁装置14可被埋入阳极13结构内，或者可以位于2个完全分离的区域内。磁装置14可以是单个或多个磁性器件。磁装置14的性质如位置、强度和方向是可变的。不同磁装置之间的相互作用让区域9b可以界定与基板3的适当的相互作用。阳极13具有沿阴极2长度上的不同偏置电压。阳极13可以是单个，也可以是多个。阳极13可被分割，从而使其不同区域受到不同的偏置，从而可以沿阴极靶2获得剪裁讲究的均匀沉积和等离子体密度放电。
图12所示的本发明的实施例类似于图11，除了在图12中，还设置了构成阳极覆盖物的元件17。阳极覆盖物17有效地隐藏了阳极13，使阳极13免受沉积和/或污染，这些沉积和/或污染可能会损害阳极13的电性能。所述***由不对称磁阵列1组成，该不对称磁阵列1将使由于等离子体区域8b而产生的靶2的溅射得以进行。在本发明中，靶2主要作为阴极，其主要被偏置到负性16。本发明不想对辅助阳极13进行喷溅，虽然在有些情形下这也是需要的。相对于靶2，阳极13主要被偏置到正性15，或者也可接地。区域9a将等离子体电子导向阳极13。通过磁阵列1与磁装置14之间的相互作用，导向功能得以实现和/或得到提高。阳极覆盖物17的设计可以使得将等离子体电子导引通过区域9b的路径不被堵塞；从而使低阻抗路径仍然得以保持。理想地，导向磁装置14可被埋入阳极13结构中，或者可以位于2个完全分离的区域内。磁装置14可以是单个或多个磁性器件。磁装置14的性质如位置、强度和方向是可变的。不同磁装置之间的相互作用让区域9b可以界定与基板3的适当的相互作用。阳极覆盖物17也可被偏置到与阴极2、阳极13和地面不同的电位。阳极覆盖物17可相对于地面被偏置到正性或负性电位，也可被偏置到与地电位相同的电位。可将阳极覆盖物17沿阴极2和阳极13长度的不同部分偏置为不同的电位。阳极覆盖物17的偏置电压是可变的。
最后，图13更详细地展示了图12中的设置的磁场线103。所述***包括不对称磁阵列1，该磁阵列1将使由于等离子体区域8b而产生的靶2的溅射得以进行。在本发明中，靶2主要作为阴极，其主要被向偏置到负性16。本发明不想对辅助阳极13进行喷溅，虽然在有些情形下这也是需要的。相对于靶2，阳极13主要被偏置到正性15，或者也可接地。区域9a将等离子体电子导向阳极13。通过磁阵列1与磁装置14之间的相互作用，导向功能得以实现和/或得到提高。阳极覆盖物17的设计可以使得将等离子体电子导引通过区域9b的路径不被堵塞；从而使低阻抗路径仍然得以保持。理想地，导向磁装置14可被埋入阳极13结构中，或者可以位于2个完全分离的区域内。磁装置14可以是单个或多个磁性器件。磁装置14的性质如位置、强度和方向是可变的。不同磁装置之间的相互作用让区域9b可以界定与基板3的适当的相互作用。阳极覆盖物17也可被偏置到与阴极2、阳极13和地面不同的电位。阳极覆盖物17可相对于地面被偏置到正性或负性电位，也可被偏置到与地电位相同的电位。可将阳极覆盖物17沿阴极2和阳极13长度的不同部分偏置为不同的电位。阳极覆盖物17的偏置电压是可变的。
Claims (44)
1.一种磁控溅射设备，包括：
用于在管状靶附近产生磁场的磁阵列，所述管状靶至少部分包围着该磁阵列、并充当阴极；
阳极；
所述磁阵列被设置为产生相对于入射到基板的法向角的不对称等离子体分布；以及
磁场增强装置，该磁场增强装置用于增强磁场，以产生供电子从阴极流向阳极的相对较低阻抗的路径。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述磁场增强装置还包括用于在第二管状靶附近产生磁场的磁阵列。
3.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于：还包括连接至所述靶和阳极的电源装置，该电源装置能够产生并维持含有从所述靶上除去的材料的等离子体。
4.根据权利要求3所述的磁控溅射设备，其特征在于：能够产生并维持含有从所述靶上除去的材料的等离子体的电源装置与两个靶相连。
5.根据权利要求4所述的磁控溅射设备，其特征在于：单独的电源装置与每一个靶相连。
6.根据权利要求4所述的磁控溅射设备，其特征在于：两个靶连接至一个共同的电源装置。
7.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述电源装置将交流电流、直流电流、脉冲电流、射频和/或高功率脉冲磁控溅射施加至一个或两个靶。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述电源装置连接至两个靶，且极***替改变，从而使每个靶在做阳极和做阴极之间交替变化。
9.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述磁场增强装置包括的其中一个磁阵列为不对称磁阵列。
10.根据权利要求9所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述或每个不对称磁阵列包括一个或多个安装在安装板上的磁体，磁场的不对称性通过以下条件中的一项或多项获得：磁体的位置关于磁阵列的轴线不对称；所述磁体具有不同的尺寸或强度；存在破坏两个或多个磁体之间相互作用的对称性的铁磁性或非铁磁性材料；以及所述安装板具有不对称的形状。
11.根据权利要求10所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述不对称磁阵列包括中央磁体和一对外部磁体，该一对外部磁***于所述中央磁体的相对两侧、并与该中央磁体彼此隔开。
12.根据权利要求11所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述不对称磁阵列包括一排中央磁体和两排外部磁体，该两排外部磁***于所述一排中央磁体的相对两侧且与所述一排中央磁体分开一段距离。
13.根据权利要求11或12所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述安装板包括铁磁板和/或其它铁磁元件。
14.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述或每个不对称磁阵列产生包括等离子体陷阱的磁场分布，所述等离子体陷阱适于约束溅射到靶表面上的部分等离子体。
15.根据权利要求14所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述或每个不对称磁阵列产生多个等离子体陷阱。
16.根据权利要求15所述的磁控溅射设备，其特征在于：至少一个等离子体陷阱可位于紧邻至少一个磁场通道的位置。
17.根据权利要求16所述的磁控溅射设备，其特征在于：包括位于一对磁场通道之间的等离子体陷阱。
18.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述或每个管状靶是可旋转的。
19.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述或每个管状靶可绕其纵向轴旋转。
20.根据权利要求19所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述旋转可在任何方向上、连续或断续和/或可逆地进行。
21.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：使用时，任何一个磁装置均是可移动的。
22.根据权利要求13-21中任一项所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述等离子体陷阱用于溅射清洁所述靶的表面。
23.根据权利要求17-21中任一项所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述管状靶可连续旋转，从而使其经过溅射清洁的部分连续地移入磁场通道附近，以提供理想条件的阳极/阴极表面。
24.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：还包括用于在所述靶和基板附近提供可控气氛的装置。
25.根据权利要求24所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述可控气氛包括局部真空。
26.根据权利要求25所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述可控气氛包括小于1毫巴的总压力。
27.根据权利要求25或26所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述可控气氛包括惰性气体。
28.根据权利要求27所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述惰性气体包括氩气。
29.根据权利要求25或26所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述可控气氛包括反应性气体。
30.根据权利要求29所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述反应性气体包括以下各项中的一项或多项：烃、有机金属、金属-无机配合物、氧气、氮气和水蒸气。
31.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：还包括阳极覆盖物。
32.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述磁阵列基本相同，且关于双磁控溅射设备的主轴不对称设置。
33.根据权利要求1-31中任一项所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述磁阵列彼此不同，且关于双磁控溅射设备的主轴对称设置。
34.根据权利要求1-31中任一项所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述磁阵列彼此不同，且关于双磁控溅射设备的主轴不对称设置。
35.根据权利要求1-31中任一项所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述磁阵列基本相同，且关于双磁控溅射设备的主轴对称设置。
36.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：还包括相对于所述靶和/或地面电偏置所述基板的电偏置装置。
37.根据权利要求36所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述电偏置装置将直流电流、交流电流、脉冲电流和射频中的一个或多个偏置施加到所述基板上。
38.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：所述或每个磁阵列的不对称轴与所述基板的表面非正交。
39.根据前面任一项权利要求所述的磁控溅射设备，其特征在于：包括真空沉积***、玻璃镀膜设备***、韦伯镀膜沉积***的一部分。
40.用根据以上任一项权利要求所述的设备来实施的磁控溅射方法。
41.权利要求40所述的磁控溅射方法，其特征在于：用该磁控溅射方法对塑料、玻璃、陶瓷、金属或半导体基板进行磁控溅射。
42.用前面任一项权利要求所述的方法或设备形成的涂层或处理结果。
43.基本如前面文字描述和附图所示的磁控溅射设备。
44.基本如前面文字描述和附图所示的磁控溅射方法。
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