專利名稱：等離子體加工系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過(guò)生成的離子產(chǎn)生等離子體單面或者兩面加工電浮置基片的系統(tǒng)和方法，更具體而言，涉及用于基片表面的可控處理的加工系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)等離子源用于表面上的可控淀積和刻蝕表面，被廣泛用于工業(yè)應(yīng)用中，尤其是半導(dǎo)體、光和磁的薄膜加工。由這些源形成的等離子體產(chǎn)生反應(yīng)的中性和離子形式，它們可以和表面發(fā)生化學(xué)和/或物理作用，從而淀積或者除去材料。
在許多方法中，使用來(lái)自等離子源中的高能離子可使淀積的材料具有極好的性質(zhì)或者使表面刻蝕能在不然將無(wú)效的條件下進(jìn)行。在等離子體中加工基片的方法一般包括一個(gè)固定在真空腔中的離子源，基片被放入真空腔中。一種具有特定化學(xué)性質(zhì)的氣體被加到離子源中供電離。產(chǎn)生的等離子體是選擇的反應(yīng)中性和離子化學(xué)形式以及高能電子的混合體。與表面相互作用的離子形式的能量取決于等離子體的電學(xué)性質(zhì)，基片的電位和腔內(nèi)壓強(qiáng)。在現(xiàn)有技術(shù)中，轟擊基片的離子能量由加在基片上的電壓偏置來(lái)控制。在本文獻(xiàn)中公開(kāi)了一種可供選擇的方法，其中基片是電浮置的，并且獲取凈電荷，從而建立基片的電位。離子的能量由等離子體的電位和基片表面的電位之差來(lái)決定，基片表面的靜電流為零?；膽腋‰娢豢刂茷榕c本發(fā)明中一致。
對(duì)于各種各樣以等離子體為基礎(chǔ)的方法，基片處理的一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)就是撞擊在基片上的離子的動(dòng)能。離子的動(dòng)能是表征等離子體的幾個(gè)變量，例如壓強(qiáng)，溫度，特定的等離子體，離子源參數(shù)和類似參數(shù)的統(tǒng)計(jì)函數(shù)?；碾娢皇菍?duì)此動(dòng)能起主要作用的變量。對(duì)于導(dǎo)電基片的情況，就像一般的現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用的，此電位可以通過(guò)直接連接一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娫磥?lái)控制。在絕緣基片的極端情況下，這樣的方法不能在基片的整個(gè)表面產(chǎn)生一個(gè)統(tǒng)一的恒定電位。正如這里描述的，本發(fā)明用于直接耦合電源不能控制基片電位或者這種對(duì)基片的電耦合不合乎需要的任何情況。本發(fā)明不局限于理想的絕緣基片，也不僅限于在此公開(kāi)作為本發(fā)明的示范性使用的這些特定方法。
在有些應(yīng)用中，需要同時(shí)加工基片的兩面。典型的是用于淀積不同材料的薄層，這用于制造用在磁性存儲(chǔ)系統(tǒng)中的磁性硬盤。在這種情況下，離子源放置在磁盤的兩對(duì)面。然而，離子源是利用一個(gè)陽(yáng)極建立一個(gè)等離子位能，當(dāng)兩個(gè)這樣的離子源同時(shí)作用在一個(gè)加工腔內(nèi)時(shí)，離子源趨于表現(xiàn)出等離子不穩(wěn)定和震蕩。這種不穩(wěn)定行為使得離子產(chǎn)生和處理穩(wěn)定性不可預(yù)計(jì)。現(xiàn)有的系列號(hào)為076,971的共同未決申請(qǐng)通過(guò)淀積的時(shí)分復(fù)用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，淀積的時(shí)分復(fù)用就是采用相應(yīng)的離子源在基片的對(duì)應(yīng)表面上生長(zhǎng)對(duì)稱的覆蓋層。而且，已經(jīng)證明很難達(dá)到滿足例如用于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用的硬盤上的保護(hù)膜所要求規(guī)范的薄膜，涂層越薄，使磁頭越靠近硬盤表面的磁性區(qū)域，這就增加紀(jì)錄信息的Arial密度。淀積磁性表面的保護(hù)涂層時(shí)，涂層應(yīng)該有足夠的硬度、密度和粘附性，以及完工硬盤中的實(shí)用品質(zhì)，這些品質(zhì)包括高的淀積速率和在表面上引起可見(jiàn)顆粒數(shù)少。因此，需要改進(jìn)基片的加工系統(tǒng)和方法，其中，離子源可以在加工腔中穩(wěn)定的運(yùn)行，可以改進(jìn)淀積層的性能以滿足對(duì)它們的期望目標(biāo)。
上面參考的共同未決申請(qǐng)，教導(dǎo)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)生于基片和腔壁偏置電壓的差別，由此腔壁上的淀積物的特征在于由較低的離子能量引起的低的內(nèi)部位力，而同時(shí)淀積在基片上的薄膜材料具有合乎需要的硬度、密度和粘附性等特征，這是因?yàn)榈矸e物是相對(duì)于基片具有較高動(dòng)能的離子產(chǎn)生的。
以上指出的這些共同的實(shí)際要求適用于光和磁媒體。例如，如果需要在光學(xué)基片上加一層保護(hù)涂層，磁盤的使用要求淀積的覆蓋物以高的速率淀積并具有要求的硬度、密度和粘附性，而又極薄，并且由于改變微粒而引起的變化被減到最小。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種新穎的基片加工系統(tǒng)。該基片加工系統(tǒng)包括一個(gè)加工腔，一個(gè)位于腔內(nèi)的電浮置的基片支撐架，一個(gè)給加工腔提供處理氣體的氣體源，至少一個(gè)位于加工腔內(nèi)的離子源，和一個(gè)電源，該電源為離子源(一個(gè)或者多個(gè)離子源)提供不同的電壓，并且還給腔的其它表面和一個(gè)控制器提供能量，該控制器調(diào)節(jié)每個(gè)離子源的時(shí)間相關(guān)的電子源部分的占空因數(shù)。每個(gè)離子源使處理氣體電離，從而產(chǎn)生離子來(lái)加工放在基片支撐架上的基片。每個(gè)離子源有一個(gè)陰極和一個(gè)陽(yáng)極。每個(gè)離子源也產(chǎn)生能量分布適合的足夠的電子流，從而，在有活性等離子體的情況下，在基片上產(chǎn)生負(fù)的凈電荷積累，從而進(jìn)一步降低基片的電位。電源給一個(gè)或者多個(gè)離子源的一個(gè)或者多個(gè)陰極和一個(gè)或者多個(gè)陽(yáng)極提供能量。在使用多于一個(gè)離子源的情況下，電源以時(shí)間復(fù)用的方式給離子源提供能量，這使在任何時(shí)候只給一個(gè)離子源提供能量。
控制器通過(guò)一個(gè)壓力傳感器檢測(cè)腔內(nèi)壓強(qiáng)，同時(shí)也監(jiān)控電學(xué)參數(shù)，如電子源發(fā)射電流，陽(yáng)極和陰極的電位(每個(gè)離子源的)。通過(guò)控制這些參數(shù)，就可以維持需要的基片電位。
陰極發(fā)射的電子的能量和密度決定基片上的凈電荷積累，從而控制基片的電位。陰極發(fā)射的電子的能譜由陽(yáng)極和陰極的電壓差來(lái)確定，而陰極發(fā)射的電子的密度由發(fā)射電流(離開(kāi)陰極的電子的速率)和電子到壁的傳輸來(lái)確定。為了得到有效范圍的基片電位，需要某種形式的電子限制，該限制利用磁場(chǎng)(如多極場(chǎng))或者靜電場(chǎng)(陰極電位等于或者大于壁電位)。本發(fā)明的一種不同的實(shí)施方案用射頻波來(lái)產(chǎn)生等離子體和加熱電子。本發(fā)明使用浮置基片，利用陰極和陽(yáng)極的電位值和足夠低的氣壓，以保證從離子源的電子源部分發(fā)射的電子具有足夠的動(dòng)能，基片上的負(fù)電荷積累導(dǎo)致基片獲得需要的負(fù)電位。
離子源元件的電壓偏置和/或在這里取得的有效基片電位，根據(jù)本發(fā)明，也可以用來(lái)選擇地控制從離子源中來(lái)的到達(dá)特定的表面并與之相互作用的離子的能量。例如，調(diào)節(jié)基片的電位或者給離子源元件加上偏置，可以同時(shí)產(chǎn)生淀積在基片上的較高能量的離子和淀積在腔壁上的較低能量的離子。因此，本發(fā)明可以預(yù)定的控制表面淀積的條件，使能根據(jù)離子能量選擇淀積的膜的特性。
特別是，當(dāng)從包含烴氣體如乙烯的等離子體形成類金剛石碳(DLC)薄膜時(shí)，由低能離子(＜100eV)淀積在加工腔壁上的碳，相比于由較高能量離子(180-200eV)在基片上形成的碳，將呈現(xiàn)低得多的應(yīng)力。淀積在壁上的碳一旦形成，較低的應(yīng)力將會(huì)使它不易剝落，且被覆蓋的基片的表面上將存在較少的微粒。盡管這個(gè)例子中淀積在基片上的層與淀積在壁上的碳相比，顯示出較高的應(yīng)力，這并非是系統(tǒng)一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榈矸e層如此薄，而且堅(jiān)硬的淀積表面作為最有效的保護(hù)涂層，保護(hù)其下面的各層。
當(dāng)基片是絕緣材料時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)利用離子束的可以選擇的能量。參考Kimock等，Datatech，第2版，1999年春出版，pp.69-77(ICGPublishing Ltd.出版，14Greville Street，London EC1N 8SB)。典型的現(xiàn)有技術(shù)中的淀積裝置采用加有偏置的柵格結(jié)構(gòu)來(lái)加速離子。這種柵格結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)體上形成的一系列孔，通過(guò)這些孔離子從等離子體加速。這些孔的尺寸被限制到幾個(gè)德拜長(zhǎng)度(表示電場(chǎng)擴(kuò)展到等離子體內(nèi)的長(zhǎng)度的尺度)，因此限制了等離子體的密度。產(chǎn)生的離子束受到空間電荷限制。結(jié)果，淀積速率相當(dāng)?shù)?，該方法的生產(chǎn)能力也隨之降低。眾所周知，處于高電位的等離子體被具有磁場(chǎng)的空間定域隔離。這種布置需要加工腔的尺寸顯著增大來(lái)容納一個(gè)過(guò)渡區(qū)域，和低背景中性壓力來(lái)避免離子在過(guò)渡區(qū)內(nèi)發(fā)生碰撞。
本發(fā)明采用電子束流來(lái)給電浮置的基片(不管是不是絕緣材料)充電，從而根據(jù)周圍的等離子體，腔壁以及諸如此類的工作電位來(lái)控制基片的電位。在淀積(或其它處理)脈沖期間，調(diào)制用于這種非接觸偏置的電子源以產(chǎn)生所需的基片電位。
盡管電子源可以采用不同的形式，優(yōu)選一種中空陰極的實(shí)施方案，在一個(gè)工作周期的各自間隔內(nèi)提供等離子體激發(fā)和基片偏置。在采用多個(gè)等離子源的場(chǎng)合下，對(duì)于相對(duì)于較低頻率調(diào)制的陽(yáng)極脈沖的較高頻率調(diào)制的中空陰極脈沖，中空陰極源的穩(wěn)定性和控制受到陰極占空因數(shù)調(diào)節(jié)的影響。對(duì)于陽(yáng)極脈沖在高頻下施加此調(diào)制以產(chǎn)生關(guān)于從陰極流出的電子流的陰極占空因數(shù)的改變。應(yīng)當(dāng)理解，貫穿此文獻(xiàn)中所說(shuō)的“陰極占空因數(shù)”意思是陰極偏置為“接通”的時(shí)間部分，此時(shí)，允許陰極發(fā)射電子，而所有的陽(yáng)極都為“接通”。
本發(fā)明認(rèn)識(shí)到直接影響基片電位的是它上面的凈電荷積累。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，需要取得并保持預(yù)先選擇的基片相對(duì)于地(腔壁)的負(fù)電位，但是該負(fù)電位要介于接地的壁和更負(fù)的離子源陰極電位之間。這在本發(fā)明中，部分地是通過(guò)明智的選擇電子流的最大動(dòng)能而實(shí)現(xiàn)的。從(一種典型源的)陰極發(fā)射的電子呈現(xiàn)出比較寬的能譜，如圖2中所示，顯示了由陰極電子源產(chǎn)生的電子能量分布的高能尾部。動(dòng)能低于閾值Vthresh＝e(Vplasma-Vfloating)的電子將會(huì)被基片表面排斥，其中e是電子電荷。值Vthresh原則上是等離子體性質(zhì)和氣體壓力的函數(shù)。動(dòng)能大于閾值的電子將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成勢(shì)能，但是這些電子有足夠的能量以到達(dá)并注入基片。因此，這些能量較高的電子幫助將基片充電至負(fù)電位，平衡來(lái)自等離子體的轟擊基片的正離子，從而使流向基片的凈電流為零。這種分布的形狀和閾值的大小確定了基片的平衡電位。通過(guò)控制時(shí)間平均電子發(fā)射流，來(lái)控制到達(dá)基片的時(shí)間平均離子數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了淀積速率的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的一個(gè)迫切需要是高效并且可控的電子束。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，電子束流沿需要的方向空間均勻，從陰極發(fā)射的電子的主要方向是徑直向基片而不是向整個(gè)4π球面角度發(fā)射，而其中電子能量分布的特征在于用可靠地已知的形狀來(lái)提供合理的高能電子部分。中空的陰極離子源滿足了這些要求。
沿著腔壁放置許多離散的永久磁體，磁體的磁軸橫截由陰極重心和基片中心確定的軸線，這提高了等離子體密度。相鄰的磁體被沿著方位角地放置在具有交替的極性的腔中，這引起了多極磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生更大并且更均勻的等離子體密度。這些磁場(chǎng)還增強(qiáng)了對(duì)高能電子的約束，從而增加了高能電子的密度，這增加了等離子體和基片之間的電位差。
因此，規(guī)定的以等離子體為基礎(chǔ)的工藝通過(guò)一種新的方法得到實(shí)現(xiàn)，該工藝依靠控制基片電位。特別是，DLC涂層的薄層可以淀積在磁性、絕緣或者其它(例如光)介質(zhì)的一面或者兩面作為保護(hù)涂層，比起濺射的碳膜具有優(yōu)良的效果。在這個(gè)例子中，淀積淀積層作為堅(jiān)硬的保護(hù)層，它有數(shù)目足夠少的小顆粒，從而將生產(chǎn)過(guò)程中由滑動(dòng)或者產(chǎn)品合格測(cè)試引起的磁盤廢棄減到最小，該測(cè)試典型地被生產(chǎn)商用來(lái)決定是否生產(chǎn)出了滿意的暢銷的磁盤。當(dāng)磁盤未能通過(guò)這種測(cè)試時(shí)，生產(chǎn)商可能被迫報(bào)廢這些降低產(chǎn)量和利潤(rùn)的磁盤。本發(fā)明顯著的減小了這些問(wèn)題。
附圖簡(jiǎn)述為了更好的理解本發(fā)明，參考在此引入作為參考的附圖，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)雙淀積系統(tǒng)的示意2表示電子能量分布的圖解說(shuō)明。
圖3表示本發(fā)明的一個(gè)中空陰極離子源的優(yōu)選實(shí)施方案。
圖4顯示各自的脈沖電壓波形，該電壓加在多離子源等離子體淀積系統(tǒng)的陽(yáng)極和陰極上。
圖5是一個(gè)為得到提高的等離子體密度的布置。
圖6a是基片電位控制的測(cè)量，該電位控制用于控制參數(shù)的第一組值。
圖6b是在降低的壓強(qiáng)下的與6a相同的圖。
發(fā)明詳述在一個(gè)申請(qǐng)的上下文中描述了本發(fā)明如下，該申請(qǐng)用于在平面基片的兩對(duì)面上對(duì)稱地淀積DLC保護(hù)涂層。這個(gè)申請(qǐng)已公布于上述的共同未決的申請(qǐng)中。此申請(qǐng)是其它等離子體加工和幾何結(jié)構(gòu)的典型，其中加工件的電位是根據(jù)本發(fā)明建立的，為此目的，加工件與電源沒(méi)有物理接觸。
現(xiàn)在參看圖1，離子源20包括一個(gè)陽(yáng)極30和一個(gè)電子源22。電子源22連接電子源偏置電源19a。離子源220包括一個(gè)陽(yáng)極40和位置靠近陽(yáng)極40的電子源42，電子源偏置電源19b連接電子源42。依靠電子源的選擇，電子源電源(沒(méi)有顯出)可能需要通過(guò)熱燈絲電子源中的燈絲加熱器激發(fā)電子的產(chǎn)生，或者需要迅速起動(dòng)在各自的離子源20和220內(nèi)的中空陰極電子源的冷陰極放電。電子源22和42起離子源陰極的作用。盡管中空陰極是本發(fā)明的優(yōu)先選擇方案(這在下面將進(jìn)一步描述)，其它實(shí)施方案可以采用熱鎢燈絲，光電子或者類似的電子發(fā)射裝置，或者使用RF場(chǎng)來(lái)加速電子。陽(yáng)極30和40連接包含陽(yáng)極調(diào)制器(沒(méi)有顯示)的電源50a和50b，陽(yáng)極調(diào)制器通過(guò)輸出端16和17傳送，因此各個(gè)離子源220和20可以像以下描述的一樣被提供能量。連接電子源22和42的是陰極調(diào)制器19a和19b。
一個(gè)氣體源54為加工腔10提供處理氣體或者氣體混合物。特別是，氣體源54可給陽(yáng)極30和40與基片14之間區(qū)域內(nèi)的每個(gè)離子源20和220提供氣體。適當(dāng)?shù)奶幚須怏w的例子包括，但不限于，用于淀積類金剛石碳的乙烯、甲烷和乙炔，用于淀積氮化硅的硅烷和氨的混合氣，用于刻蝕的氬、氧或氫。
用一個(gè)連接在腔體上的真空泵61將氣體從腔10中抽出。氣體源54和真空泵61使能控制氣體流量和腔10中的壓強(qiáng)，正如下面描述的有關(guān)的特殊處理，例如給磁性介質(zhì)淀積一層DLC保護(hù)涂層。
腔內(nèi)壓強(qiáng)傳感器60向處理器62提供一個(gè)代表腔內(nèi)壓強(qiáng)的信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解，處理器62代表幾個(gè)變量控制的集合并且可以用已知的微處理器裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者這幾個(gè)變量的任何一個(gè)的控制可以人工操作，或者通過(guò)其它方式。
通過(guò)本發(fā)明，選擇和保持基片電位的能力是根據(jù)已給出的幾何形狀的裝置和工作條件的范圍確定的。絕緣的或者其它的基片14上凈電荷積累的建立是通過(guò)研究在控制和測(cè)試條件下檢測(cè)到的基片電位得到的。為了達(dá)到此校準(zhǔn)目的，導(dǎo)電的基片被替換到基片支撐架12上，為此目的，支撐架12依次連接一個(gè)高阻抗電壓測(cè)量器件150。裝有高阻抗探針(107歐姆量級(jí))的示波器是測(cè)量裝置的一個(gè)熟悉的示例，該測(cè)量裝置引起的到地的抽取電流可以忽略。此基片電位的測(cè)量通過(guò)傳送通道152引至校準(zhǔn)器件150。通過(guò)類似的途徑，從電源50a和50b中抽取的電子發(fā)射電流被探測(cè)到，并且通過(guò)各自的信號(hào)15a和15b被傳送到處理器62。通過(guò)類似的途徑探測(cè)加在電子源22和42以及陽(yáng)極30和40上的偏置電壓。處理器62發(fā)出一個(gè)控制陰極調(diào)制器18a(和18b)的信號(hào)，在電子源22(和42)中產(chǎn)生一個(gè)高頻脈沖序列，從而控制流向基片14的時(shí)間平均電子流量。對(duì)于檢測(cè)的變量和選擇的陰極占空因數(shù)的范圍，測(cè)試基片電位的測(cè)量是由校準(zhǔn)器件150來(lái)完成的，并被記錄下來(lái)，于是得到了關(guān)于基片電位的表格式的響應(yīng)函數(shù)。在接下來(lái)的浮置加工件的操作中，將要完成的處理要用到這些數(shù)據(jù)，并規(guī)定所需的基片電位。關(guān)于所需的基片電位和檢測(cè)到的變量值，這些變量包括腔內(nèi)壓強(qiáng)，加在電子源22(和42)以及陽(yáng)極30(和40)上的電壓，以及各自的電子發(fā)射電流，處理器62調(diào)節(jié)陰極占空因數(shù)，以保持(或者按照預(yù)選的方式改變)所需的時(shí)間平均電子流量。為了建立工作條件，這些條件由其它變量表示，陰極占空因數(shù)通過(guò)保持一個(gè)規(guī)定好的時(shí)間平均電子流量(恒定的時(shí)間平均等離子體生成量)來(lái)確定淀積速率。
在運(yùn)行中，每個(gè)離子源20和220電離處理氣體，使之形成處理氣體的離子。這些粒子被引向基片14，用于淀積或者刻蝕。當(dāng)給離子源20和220施加電壓時(shí)，在加工腔10中就形成了等離子體。電子源22和42提供電子，用于電離等離子體中的處理氣體分子。然后離子被加速，通過(guò)基片表面的等離子體包層射向基片14。圖1的加工系統(tǒng)使基片14的兩面能得到對(duì)稱的、基本同時(shí)的處理。
用其它的設(shè)備和技術(shù)來(lái)產(chǎn)生等離子體從而實(shí)行這種處理，也是可能的。例如，采用一種適當(dāng)?shù)臍怏w穿過(guò)一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，使用電磁能給電子加速，以產(chǎn)生等離子體，然后等離子體能饋給并通過(guò)系統(tǒng)的離子電流控制電極建立偏置電壓。
此優(yōu)選的實(shí)施方案采用了一個(gè)用于電子源的中空陰極源。這種中空陰極源使能獨(dú)立控制高等離子體密度區(qū)域內(nèi)的電子能量和平均電子電流。圖3顯示一個(gè)典型的中空陰極電子源和一個(gè)陽(yáng)極形成一個(gè)適當(dāng)?shù)碾x子源結(jié)構(gòu)。這種中空陰極源是眾所周知的。
正如上面指出，當(dāng)給離子源20和220同時(shí)加上電壓時(shí)，就會(huì)觀察到不穩(wěn)定和振蕩。這種不穩(wěn)定和振蕩的原因被認(rèn)為是腔10內(nèi)的等離子體成為由電子源22和42產(chǎn)生的電子的低阻抗通道。因此，當(dāng)兩個(gè)離子源都被加上電壓時(shí)，建立的第一個(gè)等離子體產(chǎn)生一個(gè)所有電子的低阻抗通道，并且將電子導(dǎo)離另外一個(gè)等離子源。即使兩個(gè)等離子源都能工作，其等離子體阻抗也并不匹配，因此會(huì)產(chǎn)生不平衡的電子分配和振蕩。在使用熱電子源的源的正常運(yùn)行期間，當(dāng)在給定的陽(yáng)極上施加電壓偏置時(shí)，從電子源發(fā)射的所有電子流就會(huì)被這個(gè)有偏置的陽(yáng)極收集。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用一種同步的、時(shí)間復(fù)用的方式給離子源20和220施加電壓，以便在任何時(shí)間只有一個(gè)陽(yáng)極加有電壓。特別是，時(shí)間復(fù)用的電壓可以加在離子源20和220各自的陽(yáng)極30和40上，以便加在陽(yáng)極30和40上的電壓在時(shí)間上不重疊。交替安排兩個(gè)源的通斷時(shí)間，就可以消除兩個(gè)源之間的等離子體的電子與離子的相互作用。電子由兩個(gè)陽(yáng)極輪流收集。電子源22和42可以同時(shí)激勵(lì)而不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響，因此在動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，用于給基片充電的時(shí)間平均電子流可達(dá)到一個(gè)更大的最大值。同步的，或者時(shí)間復(fù)用的陽(yáng)極運(yùn)行，消除了使用復(fù)雜的屏蔽或者柵格將兩個(gè)等離子體相互電氣隔離的需要。
通過(guò)陽(yáng)極調(diào)制器線16(與17)施加于陽(yáng)極30和40的交替激勵(lì)，優(yōu)選的頻率是小于約100千赫茲。在此優(yōu)選的實(shí)施方案中，每個(gè)陽(yáng)極的占空因數(shù)小于50％，使存在短的時(shí)間周期，在這些短周期內(nèi)所有的陽(yáng)極都沒(méi)有加電壓，以便減小電弧的發(fā)生。當(dāng)兩個(gè)陽(yáng)極都關(guān)斷時(shí)，兩個(gè)陰極也都關(guān)斷，而當(dāng)任一個(gè)陽(yáng)極接通時(shí)，兩個(gè)陰極都接通。當(dāng)用一個(gè)中空的陰極作為電子源時(shí)，當(dāng)接通任一個(gè)陽(yáng)極時(shí)，此陰極調(diào)制一個(gè)明顯高于陽(yáng)極的頻率。一般來(lái)說(shuō)，與等離子體達(dá)到平衡所需的時(shí)間相比，陽(yáng)極電壓的頻率應(yīng)當(dāng)較低。這樣可以保證，比起陽(yáng)極電壓的通斷時(shí)間，每個(gè)離子源都迅速的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，陽(yáng)極電壓的頻率范圍約為1到5千赫茲。加在陽(yáng)極上的電壓波形最好是方波，但是，別的波形可能對(duì)特殊的處理有益。
當(dāng)陽(yáng)極跳到一個(gè)正電位時(shí)，電子源上的電壓偏置也會(huì)發(fā)生跳動(dòng)或者偏置，但是它是跳向負(fù)方向的，正如以下討論的圖4所示。這樣，電子源和陽(yáng)極之間的電壓差就會(huì)大得足以產(chǎn)生等離子體。根據(jù)本發(fā)明，基片獲得足夠的凈負(fù)電荷和相應(yīng)的負(fù)的表面電位，此電位加速來(lái)自等離子體的離子，使達(dá)到一個(gè)可控制的動(dòng)能。因此，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)極度堅(jiān)硬的表面，雖然淀積的膜可能非常薄，該表面仍能提供保護(hù)涂層。然而腔10的壁總是接地的，系統(tǒng)內(nèi)其它部件的脈動(dòng)會(huì)導(dǎo)致淀積的材料比較軟，這是因?yàn)檩^低的電壓差造成了到達(dá)壁的離子動(dòng)能大大降低。
對(duì)于具有兩個(gè)離子源的加工腔，兩個(gè)陽(yáng)極電壓的占空因數(shù)最好小于50％并且相等。不相等的占空因數(shù)可以用，但是會(huì)導(dǎo)致基片14兩面的加工不平衡。每個(gè)陽(yáng)極電壓(此時(shí)，陰極加負(fù)偏置電壓)最好具有大約為30％的陽(yáng)極占空因數(shù)，以便在陽(yáng)極電壓的每個(gè)周期內(nèi)都會(huì)有一部分離子源20和220都關(guān)斷的時(shí)間。
一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娫?0a(或50b)應(yīng)該為本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所知道。陽(yáng)極電源50a和50b可以得自同樣的物理組件。在上面引用的共同未決申請(qǐng)中，討論并顯示了電源，此公開(kāi)和討論在此引用作為參考。給系統(tǒng)中所有的部件提供能量的電源需要合適的控制和開(kāi)關(guān)能力，以便在正常的時(shí)間復(fù)用方式中能保證陽(yáng)極、陰極和調(diào)制控制的電壓偏置都正確。裝配這些結(jié)構(gòu)的部件為技術(shù)人員所知。
圖4中顯示了施加在本發(fā)明的雙離子源加工系統(tǒng)的部件上的偏置電壓相對(duì)于時(shí)間的變化。如圖所示，最上面的曲線(a)表示在蓋有涂層的基片的面1上的陽(yáng)極上的電壓偏置。圖(b)顯示了面對(duì)著基片的第二或者其它面上的陽(yáng)極上的電壓偏置。圖(c)和(d)分別顯示加在例如圖1中的電子源22和42那樣的電子源上的電壓偏置。如圖所示，當(dāng)施加電壓時(shí)，陽(yáng)極上加上了一個(gè)正偏壓。于是，如圖所示，正電壓首先施加于面對(duì)待覆蓋涂層的基片或者磁盤上的一面的陽(yáng)極上。在一個(gè)脈沖序列中，電子源，例如陰極，都同時(shí)負(fù)偏，這迫使一個(gè)選擇的平均電子流量離開(kāi)電子源。這些電壓，電子源的電壓偏置，面對(duì)磁盤面二的陽(yáng)極上的正偏壓這時(shí)都與地相連，這是為了避免離子源之間的相互作用。其后，在面對(duì)基片或者磁盤的其它面的陽(yáng)極上加一個(gè)正電壓，并且通過(guò)陰極調(diào)制器18a和18b給電子源加一個(gè)負(fù)電壓(最好兩個(gè)都加)。在離子源都沒(méi)有施加電壓的一部分周期時(shí)間中，所有的這些施加的偏置都與地連接。在陽(yáng)極加有電壓期間，這個(gè)周期繼續(xù)著。一般來(lái)說(shuō)，給每個(gè)陽(yáng)極施加電壓的陽(yáng)極占空因數(shù)包括周期時(shí)間的大約30-40％，而在剩余的20-40％的時(shí)間內(nèi)，這些部件都接地。當(dāng)陽(yáng)極被激勵(lì)時(shí)，陰極占空因數(shù)將改變以維持所需的平均電子發(fā)射電流。陰極占空因數(shù)可以通過(guò)一個(gè)反饋電路來(lái)控制，或者，在陽(yáng)極激勵(lì)期間，采用一種預(yù)先選定的方式，動(dòng)態(tài)地改變占空因數(shù)，如圖4中的曲線(c)和(d)所示。
圖5顯示了一個(gè)腔體10a的內(nèi)壁，它是將離散的永久磁體102置于腔體中的一種可能的結(jié)構(gòu)。這些磁體的磁軸是相對(duì)于腔軸線104徑向的，且相鄰的磁體具有相反方向的磁場(chǎng)，這導(dǎo)致了106表示的磁通量線。磁場(chǎng)強(qiáng)度必須足夠強(qiáng)(在壁上大于1000高斯)以提供一些離子限制和電子限制。在壁上離子限制的提供會(huì)引起在等離子體中心更均勻的等離子體密度，并且使基片14上的淀積物具有更好的一致性。高能電子的限制為相對(duì)于等離子體的基片電壓偏置提供了更大的可能范圍。通過(guò)開(kāi)口108的進(jìn)入腔體10a的通路用于基片的插入和取出。
高能電子給基片施加偏壓的原理的一個(gè)例子表示在圖6a中。在這種情況下，使用腔內(nèi)熱鎢燈絲陰極電離氬氣，這些陰極與用于形成限制的尖端場(chǎng)的永久磁體排齊。
用于限制等離子體的永久磁體的幾何形狀如圖5所示。采用兩組磁體，每組24塊(環(huán)繞腔隔15度放置)。這些磁體由NdFeB合金做成，尺寸大約為0.25″×0.75″×3″(磁軸平行于厚度)，這將導(dǎo)致在真空/壁界面處產(chǎn)生約為1.1千高斯的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度。兩塊附加的直徑為1″的磁體被分別放置在腔軸線的末端(在真空腔外)，其N極對(duì)著腔。這些末端磁體產(chǎn)生的場(chǎng)幫助提供高能電子的一些軸向限制。主真空腔的內(nèi)徑大約為7.5″，長(zhǎng)為9″。
陽(yáng)極加偏置+60v以將等離子體電位設(shè)定為約60v。陰極偏置脈動(dòng)頻率為51.5kHz，占空因數(shù)為38％。峰值發(fā)射電流約為8A。如果偏置不是脈動(dòng)的，或者脈動(dòng)頻率很低，就會(huì)觀察到基片偏置效應(yīng)消失。這種時(shí)間相關(guān)的原因并未完全弄清，但可能是由于等離子體不穩(wěn)定性的增加，如兩股束流的不穩(wěn)定性(參考N.A.Krall and A.W.Trivelpiece，Principles of Plasma Physics，p.449-476，San Francisco Press，Inc.(1986))，這將增加高能電子的熱能化速率。為了得到圖6a，b中表示的測(cè)量結(jié)果，用一個(gè)高阻示波器探頭來(lái)測(cè)量一個(gè)鋁基片的電位，該基片沒(méi)有其它的電連接(即流向該基片的凈電流基本為零)。陽(yáng)極電壓，陰極偏置電壓，和電子發(fā)射電流也都用100MS/s的數(shù)字示波器來(lái)測(cè)量。由于等離子體的電位大致等于陽(yáng)極電壓，發(fā)射電子的能量約等于陽(yáng)極的電壓減去陰極的偏置電壓(圖中的X軸)。并且，撞擊基片表面的離子的能量約等于陽(yáng)極電壓減去基片電位(圖中的Y軸)。圖6a表示在平衡壓強(qiáng)為1.3mtorr的氬氣中基片偏置與電子能量的關(guān)系，而圖6b則表示在平衡壓強(qiáng)為0.7mtorr的氬氣中的關(guān)系。對(duì)于給定的陽(yáng)極和陰極偏置，壓強(qiáng)較高的情況顯示出基片電位發(fā)生的一些變化，大概是由于較高的碰撞率引起的。在較低的壓強(qiáng)下，基片電位與陽(yáng)極-陰極偏置電壓之間得到很好的線性關(guān)系。
屏蔽罩或者襯墊為本技術(shù)已知，并用于半導(dǎo)體領(lǐng)域。在本發(fā)明中，屏蔽罩或者襯墊用來(lái)防止在腔壁上產(chǎn)生淀積物，從而簡(jiǎn)化腔的清潔。典型地，一個(gè)襯墊可以使用例如約100小時(shí)或者更長(zhǎng)的時(shí)間。然后，它能夠很容易地從腔中取出，從而清潔了該腔。這個(gè)過(guò)程能迅速完成，因而不會(huì)因?yàn)榍鍧嵡槐诙屒婚e置。因此襯墊或者屏蔽罩可以迅速更換，使腔能在短時(shí)間內(nèi)被抽空以清潔腔壁，從而使系統(tǒng)能更快的投入運(yùn)行。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)把腔暴露在純的氬等離子體中約1小時(shí)的腔預(yù)處理，可減少系統(tǒng)中處理磁盤時(shí)淀積在基片表面上的顆粒。認(rèn)為這種調(diào)整通過(guò)在系統(tǒng)運(yùn)行以覆蓋磁盤之前除去腔內(nèi)或與腔有關(guān)的襯墊內(nèi)的污染物來(lái)凈化腔體內(nèi)部或腔內(nèi)使用的屏蔽罩或襯墊的內(nèi)部。
迄今為止，本文已討論了一種具有一個(gè)或者兩個(gè)離子源的系統(tǒng)。根據(jù)圖1所描述的雙離子源的時(shí)間復(fù)用運(yùn)行可以擴(kuò)展到更多數(shù)目的離子源。在每種情況下，給這些離子源提供能量必須是在任何時(shí)間只有一個(gè)離子源是開(kāi)的。例如，一個(gè)擁有四個(gè)離子源的加工系統(tǒng)，可以占空因數(shù)等于或者小于25％的不交疊的陽(yáng)極電壓來(lái)提供能量。加在兩個(gè)或者更多個(gè)離子源上的陽(yáng)極電壓依賴于離子源的數(shù)目，所需的陽(yáng)極占空因數(shù)，所需的工作頻率和結(jié)構(gòu)類型或所處理的表面。在每種情況下，離子源之間的相互作用可以被消除，并且根據(jù)所采用的其它電壓，淀積物的選擇性和材料質(zhì)量的選擇性可以預(yù)先選擇和預(yù)先確定。
本發(fā)明的采用單離子源的加工系統(tǒng)比已經(jīng)討論過(guò)的多源系統(tǒng)簡(jiǎn)單。在這樣一種裝置中，陽(yáng)極的調(diào)制是不需要的(盡管可能有一些特殊的處理需要陽(yáng)極調(diào)制)，其原因在這里已經(jīng)討論過(guò)了。
加在陽(yáng)極上的電壓可以從一個(gè)低值到一個(gè)最大值變化，該低值決定于得到工作氣體有效離子化所必需的最小值(約為50V)，最大值決定于接地的壁上的飛弧起始(典型地陽(yáng)極電壓與壁電壓之間的差＞200V)。隨著陽(yáng)極電壓以及陽(yáng)極和壁之間的更大的電壓差的增加，基片表面上的微粒數(shù)趨于增加，因此，最優(yōu)的陽(yáng)極電壓一般就是能得到所需要的淀積速率、薄膜性能和可靠的放電起始的最低電壓。
控制有關(guān)電壓，就可以控制淀積的薄膜的硬度和應(yīng)力。當(dāng)在基片的兩面同時(shí)淀積DLC薄膜時(shí)，這種情況尤其明顯。而且，我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于陽(yáng)極電位Va和基片電位Vs，Va-Vs＞120V會(huì)產(chǎn)生具有高應(yīng)力(大約為3-4GPa)的非常硬的(大于25GPa)的薄膜；然而，當(dāng)Va-Vs約為40V時(shí)，薄膜具有低的應(yīng)力(小于0.5GPa)和低的多的硬度(大約為9GPa)。
通過(guò)控制射到壁和基片上的微分離子能量以控制基片或者壁上淀積物的應(yīng)力的結(jié)果在上面參考的共同未決的申請(qǐng)中已經(jīng)公開(kāi)了。
盡管本即時(shí)發(fā)明的機(jī)制并沒(méi)有完全被理解，但是目前可以相信，在相對(duì)于接地的壁正偏時(shí)，等離子體形成了，并且，離子被加速穿過(guò)在等離子體和加有偏置的基片之間界面處的包層，在這種情況下，基片上加有偏置電壓。利用等離子體而不是，例如，離子束，可以得到比其它可能高得多的淀積速率。在這方面，根據(jù)本發(fā)明，在等于或者超過(guò)15/秒的速率下我們實(shí)現(xiàn)了保護(hù)涂層的淀積。
比起具有柵格的離子束源，即一個(gè)可以開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的源，加有偏置的等離子體方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于加速柵格中的空間電荷限制，當(dāng)離子能量低時(shí)，通常難以得到高的淀積速率。而且，等離子體包層的性質(zhì)確保離子的加速度在整個(gè)表面區(qū)域都是垂直于基片表面，而離子束將表現(xiàn)出有些偏離基片軸線的垂直入射方向。
盡管已展示和描述了當(dāng)前被認(rèn)為是本發(fā)明的優(yōu)化實(shí)施方案，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，很明顯，可對(duì)其做各種改變和修改而不脫離由附加的權(quán)利要求書(shū)規(guī)定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基片加工系統(tǒng)，包括一個(gè)接地的加工腔；一個(gè)位于所述加工腔內(nèi)并且電浮置于其中的基片支持架；一個(gè)和所述加工腔連接為所述加工腔提供處理氣體的氣體源；一個(gè)位于所述加工腔內(nèi)的離子源用來(lái)電離該處理氣體，從而產(chǎn)生離子來(lái)加工基片的表面，基片被放在面對(duì)所述的離子源的所述基片支持架上，所述離子源包含一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)電子源；一個(gè)為基片充電的電子源，向由所述基片支持架承載的基片輸送電子流脈沖序列，該電子流脈沖具有選定的能量和時(shí)間平均電流，后者包括陰極占空因數(shù)，由此所述基片能夠維持一個(gè)選定的相對(duì)于地為負(fù)的電位偏置，和一個(gè)為所述陽(yáng)極、所述第一電子源和所述基片充電電子源施加偏置電壓的電源，為所述陽(yáng)極加正向電壓偏置，在所述陰極占空因數(shù)下，所述電子源被偏置為負(fù)電位，由此位于所述基片支撐架上的所述的基片被偏置為一個(gè)介于所述電子源和所述加工腔之間的電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的基片加工系統(tǒng)，其中所述基片充電電子源和所述第一電子源為相同的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的基片加工系統(tǒng)，其中所述電子源包括一個(gè)中空的陰極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的基片加工系統(tǒng)，還包括一個(gè)對(duì)所述處理氣體壓強(qiáng)敏感的壓力傳感器，而所述電源包括一個(gè)響應(yīng)所述基片充電電子源的電子發(fā)射電流的電流靈敏傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的基片加工系統(tǒng)，包括一個(gè)處理器，連通所述壓力傳感器、所述陽(yáng)極電全和所述電源，用于確定壓強(qiáng)、所述電子源電位和所述陽(yáng)極源電位以及所述電子發(fā)射電流的主要關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的基片加工系統(tǒng)，其中所述處理器包括一個(gè)存儲(chǔ)器，用于保存所述壓強(qiáng)、所述電子源電位、所述陽(yáng)極電位和所述時(shí)間平均電子流的經(jīng)校準(zhǔn)的關(guān)系，這將導(dǎo)致由所述基片維持的觀測(cè)電位，和預(yù)先選定的電位設(shè)定值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的基片加工系統(tǒng)，包括比較所述主要關(guān)系的主要值和所述經(jīng)校準(zhǔn)的關(guān)系而產(chǎn)生一個(gè)代表所述選定的占空因數(shù)的占空因數(shù)信號(hào)的邏輯裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的基片加工系統(tǒng)，包括一個(gè)調(diào)制器，用來(lái)產(chǎn)生響應(yīng)所述陰極占空因數(shù)信號(hào)的所述脈沖序列，由此，所述調(diào)制器根據(jù)所述關(guān)系，通過(guò)限制入射到所述基片上的時(shí)間平均電子束流來(lái)限制所述基片的電位。
9.如權(quán)利要求1中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中一個(gè)第二離子源包括一個(gè)第二陽(yáng)極和一個(gè)第二電子源，該離子源面對(duì)所述基片支撐架上的基片的反面放置，而其中所述電源適于給每個(gè)第一陽(yáng)極和所述第二陽(yáng)極施加一個(gè)時(shí)間復(fù)用電壓。
10.如權(quán)利要求9中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述電源包括施加一個(gè)脈動(dòng)的、周期性的電壓的裝置，該電壓加在每個(gè)所述的第一陽(yáng)極和所述的第二陽(yáng)極上，頻率低于約100kHz。
11.如權(quán)利要求9中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述電源包括施加一個(gè)脈動(dòng)的、周期性的電壓的裝置，該電壓加在每個(gè)所述的第一陽(yáng)極和所述的第二陽(yáng)極上，頻率低于所述腔內(nèi)的等離子體反應(yīng)時(shí)間。
12.如權(quán)利要求9中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述電源包括施加一個(gè)脈動(dòng)的、周期性的電壓的裝置，該電壓加在每個(gè)所述的第一陽(yáng)極和所述的第二陽(yáng)極上，其占空因數(shù)小于或等于約40％，并且在一個(gè)陽(yáng)極電壓脈動(dòng)到正的時(shí)候，所述電子源為負(fù)偏。
13.如權(quán)利要求9中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述電源包括施加一個(gè)脈動(dòng)的、周期性的正電壓的裝置，該電壓加在每個(gè)所述陽(yáng)極上，其陽(yáng)極占空因數(shù)小于或等于約40％，其中在每個(gè)脈動(dòng)的、周期性的電壓周期的一部分時(shí)間里，所述的第一離子源和所述的第二離子源都關(guān)斷。
14.如權(quán)利要求1中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述的氣體源向所述腔供應(yīng)C2H4。
15.如權(quán)利要求9中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述的氣體源向所述的腔供應(yīng)乙烯和氬。
16.如權(quán)利要求9中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述電源包括一個(gè)具有第一和第二脈沖輸出的電源，每個(gè)所述的脈沖輸出分別連接所述第一和第二陽(yáng)極，其中，所述的第一和第二輸出包括相移的脈沖，使所述第一和第二陽(yáng)極在不同的時(shí)間被施加電壓，而當(dāng)一個(gè)脈沖輸出施加到所述電子源上時(shí)，所述電子源按所述陰極占空因數(shù)被供應(yīng)能量。
17.如權(quán)利要求9中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述的處理氣體是乙烯，在氣體被充入腔內(nèi)的期間，腔內(nèi)的氣壓達(dá)到約4mtorr。
18.如權(quán)利要求9中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述的第一和第二電子源每個(gè)包括一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生電子的中空陰極和一個(gè)調(diào)制器，該調(diào)制器給所述中空陰極施加一個(gè)具有所述陰極占空因數(shù)的負(fù)電壓偏置。
19.如權(quán)利要求10中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述電源包括施加一個(gè)脈動(dòng)的、周期性的電壓的裝置，該電壓加在每個(gè)所述的第一陽(yáng)極和所述的第二陽(yáng)極上，頻率范圍約為1-5KHz。
20.如權(quán)利要求9中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述離子源產(chǎn)生所述處理氣體的離子，用于刻蝕所述基片。
21.如權(quán)利要求9中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述雙離子源產(chǎn)生所述處理氣體的離子，用于刻蝕所述基片。
22.一種加工基片的方法，包括步驟將一個(gè)基片放入加工腔并且使所述基片保持電浮置；將所述加工腔接地；給加工腔提供處理氣體；用一個(gè)位于所述腔內(nèi)的面對(duì)基片的一個(gè)表面的離子源電離所述處理氣體，產(chǎn)生所述處理氣體的離子，用來(lái)加工基片的表面及所述的基片，所述的離子源包括一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)電子源；當(dāng)電子源上施加一個(gè)負(fù)偏置時(shí)，在所述陽(yáng)極上施加一個(gè)正偏置電壓，由此，從離子源中抽出一束電子流，將所述電子束流引向所述基片；和以一個(gè)選擇的時(shí)間間隔中斷所述被抽出的電子束流，由此，所述基片經(jīng)受了一個(gè)選定的能量和包括一個(gè)陰極占空因數(shù)的選定的時(shí)間平均電流，從而得到了凈電荷。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法包括提供乙烯和氬氣作為所述的處理氣體，進(jìn)入所述的腔內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述基片的其它表面暴露于至少一個(gè)第二離子源，該離子源包括至少一個(gè)第二陽(yáng)極和至少一個(gè)第二電子源，通過(guò)分別給第一和至少一個(gè)第二陽(yáng)極都施加一個(gè)包括第一和第二陽(yáng)極占空因數(shù)的、脈動(dòng)的、周期性的正電壓為第一陽(yáng)極和所述第二陽(yáng)極提供能量，并按第一陰極占空因數(shù)給電子源施加一個(gè)負(fù)偏壓，由此，從所述離子源抽出一束時(shí)間平均電子束流，引向所述基片；按第二陰極占空因數(shù)給所述的第二電子源施加一個(gè)負(fù)偏壓，由此，從所述第二離子源中抽出另一束時(shí)間平均電子束流，并將所述另一個(gè)時(shí)間平均電子束流引向所述基片的所述其它表面；所述的第一陰極占空因數(shù)和第二陰極占空因數(shù)均小于所述的第一陽(yáng)極占空因數(shù)和所述的第二陽(yáng)極占空因數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中給第一陽(yáng)極和所述的第二陽(yáng)極和它們的所述電子源提供能量的步驟包括分別以不同相的第一和第二周期性電壓給第一陽(yáng)極和所述的第二陽(yáng)極和它們的所述電子源提供能量。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述第一和第二周期性電壓的占空因數(shù)小于40％，并且在周期性電壓的每個(gè)周期的一部分時(shí)間里，所述的第一和第二離子源以及有關(guān)的電子源都被關(guān)斷。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述的陰極占空因數(shù)和所述的第二陰極占空因數(shù)相同并且是同相的。
28.一種在加工腔內(nèi)操作兩個(gè)或者更多個(gè)離子源的方法，所述的兩個(gè)或者更多個(gè)離子源每個(gè)有一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)電子源，包括步驟用一種時(shí)間復(fù)用的方式給所述的兩個(gè)或者更多個(gè)離子源的陽(yáng)極提供能量，以致在任何時(shí)候，所述的兩個(gè)或者更多個(gè)離子源中都只有一個(gè)被提供能量；和在給所述的陽(yáng)極提供能量的時(shí)間間隔內(nèi)，用一個(gè)負(fù)偏置的脈沖序列激勵(lì)所述的電子源，該脈沖序列具有選定的能量和時(shí)間平均電流。
29.一種基片加工系統(tǒng)，包括一個(gè)加工腔；一個(gè)位于所述加工腔內(nèi)的電浮置的基片支持架；為所述加工腔提供處理氣體的一種氣體；置于所述加工腔內(nèi)的第一和第二陽(yáng)極；一個(gè)位于所述腔內(nèi)的負(fù)偏電子源，在所述腔內(nèi)產(chǎn)生具有選定的能量和時(shí)間平均電流的電子，用以電離所述處理氣體，從而產(chǎn)生離子來(lái)加工置于基片支撐架上的基片并給它充電，和一個(gè)以一種時(shí)間復(fù)用的方式給所述的第一和第二陽(yáng)極提供相對(duì)于腔體正偏的電源，以致在任何時(shí)候，所述的陽(yáng)極中只有一個(gè)被提供能量，并且所述電源能夠?yàn)殡娮釉刺峁┚哂兴龅年帢O占空因數(shù)的負(fù)電壓偏置。
30.根據(jù)權(quán)利要求22的方法包括將離子源放置在所述基片的不同的側(cè)面。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法包括向所述基片的每側(cè)面提供處理氣體。
32.一種在加工臺(tái)上在電浮置的基片的兩個(gè)表面上淀積類金剛石碳的加工系統(tǒng)，包括一個(gè)加工腔；一個(gè)位于所述加工腔內(nèi)并且電浮置的基片支持架；一種和所述的加工腔連接向所述腔內(nèi)提供氣體的烴氣體源；一個(gè)電源和第一和第二等離子體發(fā)生器，每個(gè)所述等離子體發(fā)生器包括一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)電子源，位于所述基片支撐架上的基片的一個(gè)表面?zhèn)?，在那兒產(chǎn)生等離子體；所述電源連接所述的第一和第二等離子體發(fā)生器，適于通過(guò)以時(shí)間復(fù)用形式在所述的發(fā)生器的陽(yáng)極施加一個(gè)正電壓來(lái)為等離子體發(fā)生器提供能量，以致在任何時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)所述的等離子體發(fā)生器的所述的陽(yáng)極被提供能量，所述電源適于在一個(gè)可以選擇的時(shí)間間隔內(nèi)為所述的電子源提供一個(gè)時(shí)間相關(guān)的大小經(jīng)選擇的負(fù)偏置電壓；并且當(dāng)所述的等離子體發(fā)生器的陽(yáng)極上加有一個(gè)正電壓時(shí)，在所述的可以選擇的時(shí)間間隔內(nèi)，把所述選擇的負(fù)電壓施加在所述的電子源上。
33.一種基片加工系統(tǒng)，包括一個(gè)加工腔；一個(gè)位于所述的加工腔內(nèi)并且電浮置于其中的基片支持架；一個(gè)和所述的加工腔連接為所述加工腔提供處理氣體的氣體源；一個(gè)位于所述腔中的第一等離子體發(fā)生器，連接一個(gè)電源，用于電離所述處理氣體，產(chǎn)生離子來(lái)加工放置在所述的基片支撐架上的基片；一個(gè)位于所述腔中的第二等離子體發(fā)生器，連接一個(gè)電源，用于電離所述處理氣體，產(chǎn)生離子來(lái)加工放置在所述的基片支撐架上的基片；每個(gè)所述的等離子體發(fā)生器被放置在所述的基片支撐架上的所述基片表面的相對(duì)側(cè)；一個(gè)電源，以一種時(shí)間復(fù)用的方式提供能量，以致在任何時(shí)間，只有一個(gè)所述的發(fā)生器被提供能量；和一個(gè)電子源，以一個(gè)選擇的速率和一個(gè)可以選擇的最大電子能量在所述的基片上淀積負(fù)電荷。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的基片加工系統(tǒng)，其中一個(gè)襯墊被安置在腔中，保護(hù)腔壁免受淀積。
35.如權(quán)利要求1或者9中規(guī)定的基片加工系統(tǒng)，其中所述的離子源產(chǎn)生所述的處理氣體的離子，用于刻蝕所述腔內(nèi)的屏蔽罩表面的淀積物。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的基片加工系統(tǒng)，其中處理氣體包括氬。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的基片加工系統(tǒng)，其中所述的源規(guī)定了一條腔軸線，許多磁體相對(duì)于所述的軸線放置，從而在所述的腔內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)需要的磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)增加了最靠近所述腔軸線處的離子密度。
38.根據(jù)權(quán)利要求32的基片加工系統(tǒng)，其中所述的烴氣是乙烯。
全文摘要
一種基片加工系統(tǒng)包括一個(gè)加工腔(10)，一個(gè)安置在腔內(nèi)的電浮置的基片支撐架(12)，一個(gè)為該腔提供處理氣體的氣體源(54)，至少一個(gè)位于腔內(nèi)離子源(20)，與一個(gè)以一個(gè)脈沖序列使陽(yáng)極(40)正偏和陰極(22)負(fù)偏給離子源提供能量的電源19(b)，該脈沖序列具有可選擇變化的占空因數(shù)和大小，以保持一個(gè)選擇的時(shí)間平均電流，每個(gè)情況下的偏置都是相對(duì)于腔而言的。離子源(20)電離處理氣體，產(chǎn)生離子以加工放置在腔內(nèi)浮置的基片支撐架(12)上的基片。浮置基片上的偏置電壓與它上面的凈電荷一致，而凈電荷受高能電子束流控制。一種實(shí)施方案包括兩個(gè)這樣的離子源(22，42)。在這種情況下，電源以一種時(shí)間復(fù)用的方式給第一和第二陽(yáng)極(30，40)以及陰極(22，42)提供能量，以致在任何時(shí)間內(nèi)只有第一或者第二離子源中的一個(gè)被提供能量，從而消除了離子源之間的相互作用。
文檔編號(hào)H01J37/317GK1397151SQ01804421
公開(kāi)日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2001年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月1日
發(fā)明者特麗·布萊克, 詹姆斯·H·羅杰斯 申請(qǐng)人:英特維克公司