專利名稱：使用直流電的濺射沉積方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于等離子體的濺射沉積。特別地，但非限制，本發(fā)明涉及使用直流電 源用于基于等離子體的濺射沉積的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
等離子體處理技術(shù)在工業(yè)處理(比如等離子體氣相淀積、濺射等)的行業(yè)中具有 廣泛用途。這些處理在薄膜應(yīng)用中特別有用。為了產(chǎn)生等離子體，電源在放置在等離子體 室中的陰極和一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極之間產(chǎn)生電勢(shì)，所述等離子體室含有形成等離子體的處理氣 體。當(dāng)使用這些用于沉積的處理方法時(shí)，等離子體作用于放置在等離子體室內(nèi)的靶材料 (也稱為濺射源)上，所述等離子體室通常包含陰極表面。等離子體離子朝向靶加速并使靶 材料在撞擊時(shí)從陰極表面撞出。然后撞出的靶材料沉積在基底上以形成膜(例如薄膜)。 如上所述，膜可構(gòu)成等離子體從靶表面濺射的材料，或可以是靶材料和等離子體或處理氣 體中包括的一些其他元素之間的反應(yīng)的結(jié)果。高頻電壓源(例如交流電流(AC)電源)已被用于產(chǎn)生高電勢(shì)，而高電勢(shì)在等離子 體室內(nèi)產(chǎn)生等離子體。這些高頻電壓源構(gòu)造和維護(hù)昂貴，且操作復(fù)雜。另外，如果沉積材料 通過(guò)與等離子體或處理氣體中的元素的反應(yīng)而形成，且進(jìn)一步電絕緣，則等離子體室內(nèi)的 陽(yáng)極可涂有絕緣體；則該沉積可防止陽(yáng)極發(fā)揮其在沉積過(guò)程期間從等離子體收集電子的功 能。為了克服和高頻電壓源有關(guān)的缺點(diǎn)，已使用交替脈沖的直流電源用于無(wú)陽(yáng)極雙磁 控管型系統(tǒng)，比如美國(guó)專利No. 5，917，286所公開(kāi)的，在此以引用的方式將其整體并入。反 轉(zhuǎn)極性的過(guò)程使電極交替充當(dāng)陽(yáng)極和陰極，在陰極階段期間發(fā)生的濺射過(guò)程清除任何沉積 的絕緣材料并使電極在陽(yáng)極階段期間作為陽(yáng)極的操作不受約束。另外，反轉(zhuǎn)極性的過(guò)程使 兩個(gè)電極交替充當(dāng)陰極，從而兩個(gè)電極表面都能夠提供靶材料。盡管現(xiàn)在的脈沖直流電源能起作用，但它們?cè)谠S多薄膜處理應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)例如均勻 性和/或顆粒產(chǎn)生閾值不夠精確或不夠令人滿意。使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)也不能實(shí)現(xiàn)任意化學(xué)計(jì)量 的共濺射。因此，需要能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足并提供其他新的創(chuàng)新特征的方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
下面概述附圖中顯示的本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。在具體實(shí)施方式
部分更詳細(xì)地 描述這些實(shí)施方案和其他實(shí)施方案。但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于發(fā)明內(nèi)容或具體實(shí)施方式
中 描述的形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到在權(quán)利要求表達(dá)的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)存在許 多改變、等價(jià)和替換結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以提供用于基于等離子體的濺射沉積的方法和設(shè)備的系統(tǒng)及方法。在 一個(gè)示例性方法中，將基底放置于等離子體處理室中的固定位置，通過(guò)將多個(gè)電極和電流 源連接而產(chǎn)生等離子體。當(dāng)基底位于等離子體處理室內(nèi)的固定位置時(shí)，周期性反轉(zhuǎn)施加在 處理室內(nèi)的多個(gè)電極的每一個(gè)上的電壓的極性，調(diào)節(jié)施加在多個(gè)電極的至少一個(gè)上的功率值，從而按照所需的特征將材料沉積在固定基底上。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于將材料沉積在等離子體處理室中的基底上 的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括直流電源，其經(jīng)設(shè)置用于將具有第一極性的第一直流功率脈沖和具有 第二極性的第二直流功率脈沖傳送至等離子濺射室內(nèi)的電極。另外，該實(shí)施方案中的系統(tǒng) 包括來(lái)自濺射室的反饋線，和處理器，該處理器經(jīng)設(shè)置用于在觸發(fā)第一直流功率脈沖后觸 發(fā)第二直流功率脈沖。且所述處理器經(jīng)設(shè)置用于響應(yīng)所述反饋線上的反饋信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)施 加于具有第一直流功率脈沖的電極的功率值。在另一實(shí)施方案中，從至少一個(gè)直流電源以脈沖將直流功率傳送到等離子濺射室 內(nèi)的多個(gè)電極的每一個(gè)，并接收指示基底上的材料的至少一個(gè)監(jiān)控特征的反饋。在該實(shí)施 方案中，響應(yīng)所述反饋控制傳送到至少一個(gè)電極的功率值以改變材料的沉積。在另一實(shí)施方案中，直流電源經(jīng)設(shè)置用于將功率傳送至等離子濺射室，功率控制 組件經(jīng)設(shè)置用于在第一時(shí)間段內(nèi)，將功率導(dǎo)向等離子濺射室內(nèi)的第一電極，并在第二時(shí)間 段內(nèi)，將功率導(dǎo)向等離子濺射室內(nèi)的第二電極。在該實(shí)施方案中，相對(duì)于第二電極施加于第 一電極的功率通過(guò)固定基底上的沉積材料的所需特征來(lái)限定。如前所述，上述實(shí)施方案和實(shí)施方法僅用于說(shuō)明目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員從下列描 述和權(quán)利要求可以容易地認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的許多其他實(shí)施方案、實(shí)施方法和細(xì)節(jié)。


聯(lián)系附圖，通過(guò)參考下面描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的多個(gè)目的和優(yōu)勢(shì)以及更 完整的理解是顯而易見(jiàn)的且更易于理解。圖1的示意圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的直流(DC)電源、功率控制組件和等 離子體濺射室；圖2的示意圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案經(jīng)設(shè)置用于以超低頻率為等離子體 濺射室產(chǎn)生DC功率脈沖的DC電源和功率控制組件；圖3的示意圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案通過(guò)體積分離的一組同心電極；圖4的圖表顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案通過(guò)DC電源為等離子體濺射室的電極 產(chǎn)生的DC功率脈沖的實(shí)例；圖5的圖表顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的包括大于零的過(guò)渡時(shí)間的占空比；圖6的表顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的脈沖參數(shù)和脈沖參數(shù)值的實(shí)例；圖7的示意圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，與DC電源耦合的等離子體濺射室；圖8A的圖表顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案?jìng)魉椭翀D7顯示的電極的DC功率脈 沖；圖8B的圖表顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案?jìng)魉椭翀D7顯示的電極的DC功率脈 沖；圖9的框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案經(jīng)設(shè)置用于接收由DC電源傳送的DC功 率脈沖的等離子體濺射室；圖10的示意圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案由來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或 多個(gè)反饋信號(hào)觸發(fā)的DC功率脈沖變化；和圖11的流程圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案響應(yīng)于和沉積層有關(guān)的性質(zhì)，改變DC功率脈沖的方法。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中在幾個(gè)附圖中，相同或相似的元件用同一附圖標(biāo)記表示，特別 是圖1，圖1的框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的直流(DC)電源100，功率控制組件110， 和等離子體濺射室130。等離子體濺射室130包括兩個(gè)或更多個(gè)電極140，各自經(jīng)設(shè)置用于 充當(dāng)陽(yáng)極和充當(dāng)陰極(陰極可稱為濺射靶)。DC電源100和功率控制組件110可統(tǒng)稱為DC 電源170。然而，應(yīng)當(dāng)理解圖1的框圖僅僅是邏輯上的，在一些實(shí)施方案中，電源100和功率 控制組件110按分離的組件實(shí)現(xiàn)。例如在一個(gè)實(shí)施方案中，功率控制組件110按現(xiàn)有的DC 電源的附加組件而實(shí)施。通常，DC電源100經(jīng)設(shè)置用于向功率控制組件110供給DC功率。在一些實(shí)施方 案中，DC電源100提供20到200千瓦范圍內(nèi)的功率，但當(dāng)然也可設(shè)想其他功率水平。在許 多實(shí)施方案中，DC電源100通過(guò)耦合在一起的多個(gè)DC發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。例如在一個(gè)實(shí)施方案 中，DC電源通過(guò)三個(gè)50千瓦DC發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)，以提供150千瓦電源。等離子體150由一種或多種氣體形成，包括惰性氣體(例如氬氣)或其他氣體種 類，可由具有指定組成的化合物形成。在一些實(shí)施方案中，在等離子體濺射室130內(nèi)部和/ 或外部(例如在電極140附近的位置)施加磁場(chǎng)(未顯示)，以促進(jìn)氣體的電離，或者將等 離子體150的等離子體離子導(dǎo)向至電極140和/或基底160的任何一個(gè)。當(dāng)?shù)入x子體150被點(diǎn)燃并響應(yīng)于電極140之間的電勢(shì)維持時(shí)，等離子體離子朝向 電極140加速并撞擊充當(dāng)陰極的電極140，以引起來(lái)自電極140的原子朝向基底160噴射。 在一些實(shí)施方案中，電極140稱為靶，朝向基底噴射的原子(例如材料)稱為靶原子(例如 靶材料)。在許多實(shí)施方法中，靶材料包括金屬性物質(zhì)比如招，或不同材料比如陶瓷。在一 些實(shí)施方法(例如共濺射)中，每個(gè)電極140的靶材料可包括不同的材料或組成。盡管不必需，但在許多實(shí)施方案中，設(shè)置DC電源100用于檢測(cè)在等離子體濺射 室130內(nèi)形成的一個(gè)或多個(gè)電弧(arc)(例如微電弧和/或強(qiáng)電弧)。設(shè)置具有電弧處理 能力的示例性電源為可從 Advanced Energy Incorporated in Fort Collins, CO.獲得的 SUMMIT型DC發(fā)電機(jī)。在其他實(shí)施方案中，電弧檢測(cè)通過(guò)功率控制組件110進(jìn)行。本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員理解，電弧可對(duì)例如等離子體濺射室130和/或等離子體濺射室130內(nèi)的物體 (例如半導(dǎo)體基底)具有不利影響。功率控制組件110通常經(jīng)設(shè)置用于管理DC電源100產(chǎn)生的功率并向?yàn)R射室130提 供經(jīng)過(guò)管理的功率。具體地，功率控制組件Iio經(jīng)設(shè)置用于管理從DC電源100到電極140 的功率，從而點(diǎn)燃和/或維持等離子體150。例如在一些實(shí)施方案中，功率控制組件110經(jīng) 設(shè)置用于將具有交替極性的功率的DC脈沖送至電極140，使得每個(gè)電極140作為陰極操作 一段時(shí)間并作為陽(yáng)極操作一段時(shí)間。借助于通過(guò)功率控制組件110交替施加于電極的DC脈沖的極性，許多實(shí)施方案的 優(yōu)勢(shì)在于就電極的間隔而言的靈活性，因?yàn)閷?shí)際上不存在專用的陽(yáng)極。因此，該“無(wú)陽(yáng)極"DC 濺射使電極按需要放置(例如，當(dāng)希望在濺射室130內(nèi)產(chǎn)生等離子體時(shí)，提高膜均勻性和/ 或產(chǎn)生等離子體)，在許多實(shí)施方法中，減少污染源并得到復(fù)雜度較小的機(jī)械系統(tǒng)。有利地，在一些實(shí)施方案中，功率控制組件110經(jīng)設(shè)置用于調(diào)節(jié)至少一部分電極140的每一個(gè)的功率值。因此，在許多實(shí)施方案中的功率控制組件110能改變從一個(gè)或多 個(gè)電極濺射的靶材料量，以按所需方式將靶材料沉積在基底160上。例如，在一些實(shí)施方案 中，施加到一個(gè)或多個(gè)電極140的功率可單獨(dú)控制，以能按所需的布局、電阻、強(qiáng)度等沉積 材料。此外，在許多實(shí)施方法中，響應(yīng)于來(lái)自等離子體室130的反饋(例如，指示沉積層的 厚度、層的電阻、層的光學(xué)性質(zhì)等的反饋)，調(diào)節(jié)傳送至一個(gè)或多個(gè)電極的功率。通過(guò)其他實(shí)例，在許多實(shí)施方法中的功率控制組件110經(jīng)設(shè)置用于當(dāng)將靶材料沉 積在基底上時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)施加到一個(gè)或多個(gè)電極140的功率能將靶材料均勻地沉積在基底 160上。此外，在一些實(shí)施方案中，可監(jiān)控電極上剩余的靶材料量并可基于剩余的靶材料量 調(diào)節(jié)施加于電極的功率以使被利用的靶材料的量最大，而不從電極去除不希望的材料。這 是主要的益處，因?yàn)榘胁牧辖?jīng)常很昂貴，增加靶材料的使用量(同時(shí)避免從電極去除不希 望的材料)將節(jié)省相當(dāng)?shù)慕疱X；另外，由于電極材料的不希望的去除引起的污染較少，必要 的維護(hù)之間的時(shí)間間隔也可以增大，也節(jié)省了時(shí)間和金錢。在許多實(shí)施方案中，在將材料沉積在基底160上的同時(shí)，將基底160保持在靜止位 置。因此，在這些靜止沉積的實(shí)施方案中，由于活動(dòng)部分而在等離子體150中被帶走的不希 望有的顆粒的量顯著減少；因此由基底上沉積的層中的雜質(zhì)引起的缺陷減少。此外，由顆粒 誘發(fā)的電弧放電也減少，這改進(jìn)處理品質(zhì)。此處公開(kāi)的許多實(shí)施方案的另一優(yōu)勢(shì)是能夠用DC功率(例如具有交替極性的DC 功率)進(jìn)行金屬性濺射。例如，此處描述的許多實(shí)施方案能利用調(diào)節(jié)施加給一個(gè)或多個(gè)電 極的功率的技術(shù)在靜止基底上進(jìn)行金屬性濺射。在一些實(shí)施方案中，功率控制組件110經(jīng)設(shè)置用于在約IOHz到20kHz的頻率觸發(fā) 功率的交替DC脈沖。在一些實(shí)施方案中，功率控制組件110在約IOHz到2kHz下操作以提 供DC脈沖，在其他實(shí)施方法中，功率控制組件110在約IOHz到500Hz下操作以提供DC脈 沖。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，功率控制組件在60Hz的頻率下傳送DC功率脈沖，在另一實(shí) 施方案中，功率控制組件110在約IOHz到50Hz下操作以提供DC脈沖。在許多方案中，每 個(gè)交替功率脈沖的脈沖寬度至少比DC電源100的電弧檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)。在一些實(shí)施方案中，每個(gè)交替功率脈沖的脈沖寬度比與一個(gè)或多個(gè)電極140有關(guān) 的熱時(shí)間常數(shù)短，以基本防止可以影響沉積(例如，均勻性、膜品質(zhì)、沉積速率)的一個(gè)或多 個(gè)電極140的溫度的變化。在一些方案中，脈沖具有基于熱閾值條件的特征(例如，寬度、 頻率等)。熱閾值條件可以和與等離子體濺射室130有關(guān)的組件(例如，布線、連接器等)， 或者與等離子體濺射室130有關(guān)的電極140有關(guān)。例如，在一些實(shí)施方案中，限定熱閾值條 件以防止和等離子體濺射室130有關(guān)的特別的組件或電極140超過(guò)或低于指定的溫度。在許多實(shí)施方案中，功率控制組件110包括一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)(未顯示)，例如絕緣 柵雙極晶體管(IGBT)和/或控制模塊(未顯示)。在一些實(shí)施方案中，控制模塊包括連同 一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)使用的控制算法(例如，開(kāi)環(huán)控制算法或閉環(huán)控制算法)，以根據(jù)脈沖參數(shù) 值產(chǎn)生DC功率脈沖。在一些實(shí)施方案中，脈沖參數(shù)值從與功率控制組件110和/或DC電 源100有關(guān)的存儲(chǔ)器(未顯示)獲得。在一些實(shí)施方案中，功率控制組件110的一個(gè)或多個(gè)功能并入DC電源100 ；在其 他實(shí)施方案中，DC電源100的一個(gè)或多個(gè)功能并入功率控制組件110。在一些變化方案中， 此處公開(kāi)的模塊通過(guò)動(dòng)態(tài)改變和/或靜態(tài)設(shè)置的軟件、固件和/或硬件實(shí)施。
下面參考圖2，圖2的示意圖顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的DC電源250 (例如電流 源)和功率控制組件230，功率控制組件230經(jīng)設(shè)置用于為等離子體濺射室240產(chǎn)生超低頻 率的DC功率脈沖。具體地，施加到等離子體濺射室240的電流252的路徑由功率控制組件 230控制以產(chǎn)生DC功率脈沖。功率控制組件230包括以并聯(lián)結(jié)構(gòu)與正極結(jié)264連接的開(kāi)關(guān) 232和234。功率控制組件230也包括以并聯(lián)結(jié)構(gòu)與負(fù)極結(jié)266連接的開(kāi)關(guān)236和238。交替關(guān)閉開(kāi)關(guān)232、234、236和238，以按照交替的方式向等離子體濺射室240的電 極244和242施加功率，以在等離子體形成區(qū)270中點(diǎn)燃和/或維持等離子體?；?60放 置于等離子體濺射室240內(nèi)，使得當(dāng)?shù)入x子體形成區(qū)270內(nèi)點(diǎn)燃和/或維持等離子體時(shí)，由 等離子體從電極242和244撞出的至少一些材料沉積在基底260上的沉積層262中。在一 些實(shí)施方案中，基本上在同一時(shí)間(例如，基本同時(shí))關(guān)閉開(kāi)關(guān)232、234、236和238的至少 兩個(gè)。在一些實(shí)施方案中，沉積層262是薄膜晶體管(TFT)沉積層，但這當(dāng)然不是必需的， 可以設(shè)想許多其他應(yīng)用。通過(guò)交替施加到電極242和244的電流，一個(gè)電極充當(dāng)陰極一段時(shí)間，而在這段時(shí) 間里另一個(gè)電極充當(dāng)陽(yáng)極。例如，在第一操作狀態(tài)下，關(guān)閉開(kāi)關(guān)232和236，同時(shí)打開(kāi)開(kāi)關(guān) 234和238，使得電流從DC電源250流過(guò)電極242再流過(guò)電極244。在該第一操作狀態(tài)下， 電極242將充當(dāng)陽(yáng)極，而電極244將充當(dāng)陰極。等離子體將在等離子體形成區(qū)270中點(diǎn)燃 和/或維持，基底260將被從電極242撞出的材料涂布。在第二操作狀態(tài)下，關(guān)閉開(kāi)關(guān)234和238，同時(shí)打開(kāi)開(kāi)關(guān)232和236，使得電流從DC 電源250流過(guò)電極244再流過(guò)電極242。在該第二操作狀態(tài)下，電極242將充當(dāng)陰極，而電 極244將充當(dāng)陽(yáng)極。等離子體將在等離子體形成區(qū)270中點(diǎn)燃和/或維持，基底260將被 從電極244撞出的材料涂布。在許多實(shí)施方案中，和DC電源250有關(guān)的控制模塊254 (例 如，執(zhí)行存儲(chǔ)指令的處理器)經(jīng)設(shè)置用于根據(jù)脈沖參數(shù)值觸發(fā)開(kāi)關(guān)232、234、236和238的 開(kāi)關(guān)。在一些實(shí)施方法中，電極242和244通過(guò)間隔220分離，間隔220限定出體積 222(圖2所示)，使得在等離子體濺射室240操作期間，體積222中的電流放電密度顯著小 于等離子體形成區(qū)270中的電流放電密度。在一些實(shí)施方案中，體積222的尺寸和/或形 狀限定為具有指定的電流放電密度。在體積(比如體積222)中的電流放電密度相應(yīng)于等離子體在所述體積內(nèi)的點(diǎn)燃。 例如，體積222中的低電流放電密度相應(yīng)于等離子體在體積222內(nèi)的低點(diǎn)燃概率。換句話 說(shuō)，可以限定體積222，使得高密度等離子體在體積222中的點(diǎn)燃概率顯著低于等離子體形 成區(qū)270中的點(diǎn)燃概率。在一些變化方案中，限定體積222以滿足與等離子體形成區(qū)270 和/或體積222有關(guān)的等離子體形成標(biāo)準(zhǔn)(例如，閾值、條件)。如上所述，無(wú)陽(yáng)極操作的優(yōu) 勢(shì)是改變電極間的間隔220以實(shí)現(xiàn)所需濺射特征的靈活性。使用例如等離子體室240內(nèi)的磁鐵(未顯示)來(lái)改變電極242和244之間的電流， 因此改變等離子體點(diǎn)燃。例如，在一些實(shí)施方案中，使用一個(gè)或多個(gè)磁鐵或電衍生的磁場(chǎng)來(lái) 改變電極242和244之間的電流以引起電流放電，因此，等離子體點(diǎn)燃的概率在等離子體形 成區(qū)270比在體積222中高得多。在一些實(shí)施方案中，限定體積222的尺寸、處理氣體壓力、施加于電極的電壓和/ 或磁場(chǎng)的方向，以在等離子體形成區(qū)270和體積222之間產(chǎn)生指定的電流放電密度比。在
8一些實(shí)施方法中，間隔220顯著小于陰極暗區(qū)(cathode dark space)。在一些變化方案中，基于靶沉積剖面(也稱為沉積剖面靶)限定間隔220的尺寸， 靶沉積剖面與材料從電極242和244沉積到基底260上的沉積層262中有關(guān)。換言之，放置 電極242和244以實(shí)現(xiàn)靶沉積剖面，因此至少部分限定間隔220，并由此限定體積222。在 一些實(shí)施方案中，根據(jù)和不同位置(例如，不同的空間位置、不同的區(qū)域)有關(guān)的一個(gè)或多 個(gè)沉積剖面標(biāo)準(zhǔn)(例如，閾值、條件)限定靶沉積剖面，所述不同位置和沉積層262有關(guān)。例如，在一些變化方案中限定間隔220和/或體積222，使得從電極242和244沉 積在基底260上的沉積層262中的材料將滿足一組與薄膜晶體管處理有關(guān)的沉積剖面標(biāo)準(zhǔn) (例如，沉積均勻性標(biāo)準(zhǔn))。在一些實(shí)施方法中，靶沉積剖面包括靶化學(xué)組成和/或靶厚度 (例如，基底260上基本均勻的厚度)。在許多實(shí)施方案中限定間隔220和/或體積222以解決從電極242和244的各向 異性濺射。例如，可限定間隔220和體積222以減少各向異性濺射的效果，以在基底260上 實(shí)現(xiàn)沉積層262的靶沉積剖面。在一些實(shí)施方案中，限定間隔220 (例如，體積222)以及電極242和/或244與基 底260之間的距離210以在基底260上實(shí)現(xiàn)特別的靶沉積剖面。在許多實(shí)施方案中，減小電 極242和/或244與基底260之間的距離210增大沉積層262的品質(zhì)和/或增大材料從電 極242和/或244的沉積速率。例如，在一些實(shí)施方案中，隨著距離210減小，間隔220 (和 體積222)減小，以增大基底260上的沉積的均勻性。在一些實(shí)施方案中，隨著距離210減 小，間隔220 (和體積222)增大，以增大基底260上的沉積層262的厚度均勻性。另外，也 可調(diào)節(jié)處理氣體壓力以實(shí)現(xiàn)所需的均勻性和膜性質(zhì)。此外，在一些實(shí)施方法中，基于壓力閾值條件限定電極242和244之間的間隔220。 例如，在一些實(shí)施方案中，基于預(yù)期的處理氣體種類和壓力的范圍，放置電極242和244以 使得在體積220中形成等離子體的概率最小。等離子體的激發(fā)取決于氣體壓力和電極間 隔，可對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化以減小等離子體形成的概率。除了和現(xiàn)有技術(shù)的DC處理技術(shù)相比具有更靈活的電極間隔的益處外，由于在許 多實(shí)施方案中DC功率脈沖以超低頻率傳送，基底260加熱的概率低于類似的AC功率系統(tǒng)， 在后者系統(tǒng)中，例如基底260的隨機(jī)發(fā)熱可能是普遍的問(wèn)題。因此，在一些實(shí)施方案中，電 極242和/或244與基底260之間的距離210小于在類似的AC功率系統(tǒng)中的距離。和類 似的AC功率系統(tǒng)相比，通過(guò)減小距離210，可以更容易地控制沉積層262的沉積剖面，且可 以改進(jìn)膜性質(zhì)。在這些實(shí)施方案中，由于交替DC功率脈沖以超低頻率傳送，電極242和244 固有地同時(shí)是陽(yáng)極和陰極，在一些實(shí)施方案中陽(yáng)極冷卻和等離子體濺射室240冷卻的必要 性顯著降低或清除。在一些實(shí)施方案中，除了間隔電極242、244以影響沉積剖面外，根據(jù)例如電弧放 電水平標(biāo)準(zhǔn)(例如，閾值、條件)限定間隔220，使得電極242和244之間電弧放電或短路的 概率基本接近于零或維持在可以接受的低水平(例如，低于最高水平)。如果電極242和 244之間發(fā)生電弧放電或電路，等離子體在等離子體形成區(qū)270的形成會(huì)受到有害影響，但 在一些應(yīng)用中，電極242和244之間的低水平的電弧放電可以容忍。在一些實(shí)施方案中，限定電極242和244之間的間隔220和/或體積222從而將 電弧放電(例如，電弧數(shù)、電弧電流)維持在指定的水平而不顯著影響基底260上的沉積層
9262的靶沉積剖面。例如，在一些實(shí)施方案中，限定體積222使得電弧放電低于指定的水平 并滿足一個(gè)或多個(gè)靶沉積標(biāo)準(zhǔn)。在許多實(shí)施方案中，盡管減小電極242和244之間的間隔220 (例如，體積222)促 進(jìn)沉積層262上的增大的均勻性(例如，沉積層262上的均勻的厚度)并減小在電極242 和244之間形成不希望的等離子體的概率，但在電極242和244之間形成不希望的電弧放 電的概率增大。因此，限定電極242和244之間的間隔220以滿足(平衡)一個(gè)或多個(gè)沉 積剖面標(biāo)準(zhǔn)、一個(gè)或多個(gè)電弧放電水平標(biāo)準(zhǔn)和/或一個(gè)或多個(gè)等離子體形成標(biāo)準(zhǔn)。盡管體積222在圖2中顯示成矩形體積，但這當(dāng)然不是必需，在一些變化方案中， 體積222是許多可能的不同形狀(例如，具有指定的厚度的多邊形)中的一個(gè)。例如，圖3 的示意圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的一組通過(guò)體積322分離的同心電極344和342。 在該實(shí)施方案中，電極342是環(huán)形電極。如圖2所示的電極242和244，通過(guò)交替施加到電 極342和344的電流，一個(gè)電極充當(dāng)陰極一段時(shí)間，而另一個(gè)電極在這段時(shí)間內(nèi)充當(dāng)陽(yáng)極。圖4的圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案通過(guò)DC電源(例如DC電源170)向等離 子體濺射室的電極施加DC電壓的實(shí)例。圖4所示的DC電壓可以施加于例如圖2所示的電 極242或244的任何一個(gè)，或圖3所示的電極342或344的任何一個(gè)。該圖顯示了刻度為 +ζ到-ζ的y軸上的電壓，χ軸顯示向右增加的時(shí)間。如圖所示，正DC脈沖410具有脈沖寬度482 (例如，脈沖持續(xù)時(shí)間)，負(fù)DC脈沖 420具有脈沖寬度484。正脈沖410具有+ζ的脈沖高度486，負(fù)脈沖420具有-ζ的脈沖高 度488。在一些實(shí)施方案中，正脈沖410和負(fù)脈沖420具有相同或不同的電壓水平。正脈 沖410的占空比定義為正脈沖482的持續(xù)時(shí)間除以循環(huán)478的持續(xù)時(shí)間(例如，正脈沖的 脈沖寬度加負(fù)脈沖的脈沖寬度)。負(fù)DC脈沖420的占空比定義為負(fù)脈沖484的持續(xù)時(shí)間除 以循環(huán)478的持續(xù)時(shí)間。在許多實(shí)施方案中，限定正脈沖410的脈沖寬度482和負(fù)脈沖420的脈沖寬度484 的每一個(gè)，以使其持續(xù)時(shí)間比與DC電源(例如，DC電源170)有關(guān)的控制回路(例如比例 積分微分(PID)控制回路、開(kāi)環(huán)控制回路)的響應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)，以具有能夠精確產(chǎn)生DC功率 脈沖410和420的時(shí)間。在一些實(shí)施方案中，盡管不必需，限定正DC脈沖410的脈沖寬度482和負(fù)DC功率 脈沖420的脈沖寬度484的每一個(gè)，以使其持續(xù)時(shí)間比DC電源的電弧檢測(cè)時(shí)間更長(zhǎng)，和/ 或比與電極(例如，基底邊緣附近的邊緣電極)有關(guān)的熱時(shí)間常數(shù)更短的持續(xù)時(shí)間，以基本 上防止可以影響沉積(例如，沉積的均勻性、沉積速率)的電極溫度的變化。如圖4所示，從正DC脈沖410到負(fù)DC脈沖420，極性基本上瞬時(shí)變化。在一些實(shí) 施方案中，從正DC脈沖410到負(fù)DC脈沖420的變化或轉(zhuǎn)變稱為過(guò)渡時(shí)間430，反之亦然。 當(dāng)過(guò)渡時(shí)間430基本上等于零時(shí)(如圖4所示)，功率從正DC脈沖410到負(fù)DC脈沖420基 本上瞬時(shí)變化，反之亦然。為了實(shí)現(xiàn)例如負(fù)DC脈沖420和正DC脈沖410之間的基本瞬時(shí)變化，在變化前觸發(fā) 比如圖1所示的DC電源內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)以解決切換時(shí)間延遲。在一些實(shí)施方案中，例 如，DC電源內(nèi)的開(kāi)關(guān)組件比如FET或IGBT晶體管的切換時(shí)間延遲可為10到幾百納秒(ns) (例如，需要10到幾百ns以從接通狀態(tài)變成關(guān)斷狀態(tài))。因此，可以觸發(fā)FET或IGBT晶體 管以在指定的切換時(shí)間之前切換以從負(fù)DC脈沖420切換成正DC脈沖410以解決切換時(shí)間延遲，反之亦然。如圖4所示，基于切換時(shí)間延遲在時(shí)間Tl觸發(fā)開(kāi)關(guān)，從而在時(shí)間T2可以瞬時(shí)發(fā)生 從負(fù)DC脈沖420到正DC脈沖410的轉(zhuǎn)換。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)在交替的極性之間切換 時(shí)，壓降小于DC電源的電弧電壓檢測(cè)能力，以基本防止與DC電源有關(guān)的滅弧機(jī)構(gòu)的誤觸發(fā)。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，過(guò)渡時(shí)間基本大于零。例如，圖5顯示了根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施方案的包括大于零的過(guò)渡時(shí)間的占空比。在該實(shí)施方案中，過(guò)渡時(shí)間包括時(shí)間段 (off-time period) 590，在該時(shí)間段中沒(méi)有功率傳送至等離子體濺射室。時(shí)間段590可稱 為關(guān)斷時(shí)間，在一些實(shí)施方案中，關(guān)斷時(shí)間段590比電弧檢測(cè)時(shí)間短，從而關(guān)斷時(shí)間段590 不被DC電源錯(cuò)誤地當(dāng)作不希望的電弧。此外，功率控制組件110和/或DC電源100之間 的通信會(huì)消除電弧的錯(cuò)誤檢測(cè)。參考圖4，在許多實(shí)施方案中可限定過(guò)渡時(shí)間430以便防止等離子體在等離子體 濺射室內(nèi)的再點(diǎn)燃并使電壓瞬變最小。具體地，可限定由DC電源(例如，DC電源100)和 功率控制組件(例如，功率控制組件110)產(chǎn)生的交替脈沖之間的過(guò)渡時(shí)間，使得過(guò)渡時(shí)間 比等離子體衰變時(shí)間短，因此在交替DC功率脈沖之間無(wú)需再點(diǎn)燃等離子體。這和由AC電 源供電的等離子體濺射室相反，在由AC電源供電的等離子體濺射室中，濺射室中的等離子 體被再點(diǎn)燃或顯著衰變或在AC周期中的每次極性反轉(zhuǎn)存在顯著的電壓瞬變(尤其是頻率 相對(duì)低時(shí))。此外，一些AC功率系統(tǒng)在每個(gè)AC半周期需要相對(duì)高的點(diǎn)燃電壓，或電壓瞬變， 因?yàn)榈入x子體可完全熄滅，在許多實(shí)施方案中可以避免這些高點(diǎn)燃電壓，或電壓瞬變，以如 上所述減小過(guò)渡時(shí)間。即使是過(guò)渡時(shí)間大于零的占空比，比如圖5所示，可限定過(guò)渡時(shí)間使得等離子體 在過(guò)渡時(shí)間不顯著衰變和/或熄滅。例如在一些實(shí)施方案中，將過(guò)渡時(shí)間限定為比與等離 子體有關(guān)的衰變時(shí)間更長(zhǎng)，因而等離子體在功率的交替極性脈沖之間熄滅。在一些實(shí)施方案中，通過(guò)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的和/或處理器存取的和DC電源或DC電 源的組件(例如，功率控制組件110和/或DC電源100)有關(guān)的脈沖參數(shù)值限定脈沖寬度 482和484、過(guò)渡時(shí)間430、脈沖高度486和488和/或占空比。這些脈沖參數(shù)值可限定正 DC功率脈沖410和/或負(fù)DC功率脈沖420。在一些變化方案中，DC電源170經(jīng)設(shè)置用于響應(yīng)于電弧檢測(cè)反轉(zhuǎn)脈沖的極性以熄 滅電弧。在一些實(shí)施方案中，DC電源170經(jīng)設(shè)置用于在傳送交替功率脈沖時(shí)在另一個(gè)正DC 脈沖后傳送一個(gè)以上正DC脈沖，或在另一個(gè)負(fù)DC脈沖后傳送一個(gè)以上負(fù)DC脈沖。圖6的表格610顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的脈沖參數(shù)620和脈沖參數(shù)值630 的實(shí)例。表格610包括，但不局限于，脈沖功率的脈沖參數(shù)620、關(guān)斷時(shí)間、脈沖持續(xù)時(shí)間(寬 度)、脈沖電壓、循環(huán)時(shí)間和極性。脈沖參數(shù)值630僅是示例值，在一些實(shí)施方案中，脈沖參 數(shù)值630和表610中顯示的脈沖參數(shù)值630差別很大。下面參考圖7，圖7的示意圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案和DC電源740和742 耦合的等離子體濺射室710。DC電源740和742經(jīng)設(shè)置用于將DC功率脈沖傳送至等離子體 濺射室710，以點(diǎn)燃和/或維持用于在基底720上引起沉積層722 (例如，薄膜晶體管層)的 沉積的等離子體。特別地，DC電源740經(jīng)設(shè)置用于將交替DC脈沖傳送至電極752和754， DC電源742經(jīng)設(shè)置用于將交替DC功率脈沖傳送至電極756、758和760。盡管DC電源740、742描繪成整體的裝置，但應(yīng)理解電源740、742可通過(guò)許多分布組件實(shí)現(xiàn)。例如，每個(gè)電源 740,742可包括一個(gè)以上DC電源，功率控制組件(例如，切換功率控制組件)可與DC電源 分開(kāi)單獨(dú)放置。盡管當(dāng)然不必需，但在一些實(shí)施方案中，濺射室710經(jīng)設(shè)置用于在層722的沉積 期間使基底720保持靜止，并對(duì)電極730施加脈沖以在靜止基底720上根據(jù)靶沉積剖面 768(例如，所需的形態(tài)(例如，布局)、厚度、電阻、光學(xué)性質(zhì)、膜應(yīng)力、密度、結(jié)晶度和/或粘 著等)實(shí)現(xiàn)沉積層722的沉積。例如在許多實(shí)施方案中，調(diào)節(jié)施加到一個(gè)或多個(gè)電極730的功率以能在電極之間 進(jìn)行差別濺射。按此方式，無(wú)需移動(dòng)基底720以達(dá)到所需的沉積剖面便可實(shí)現(xiàn)靶沉積剖面 768。因此，和依靠基底720的移動(dòng)以沉積具有所需剖面768的層722的現(xiàn)有技術(shù)不同，本 發(fā)明的一些實(shí)施方案能進(jìn)行靜止基底沉積，其降低由傳送機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不希望的顆粒并且不理 想地運(yùn)輸?shù)揭苿?dòng)基底的表面的可能性；由此降低電弧放電和層722中的雜質(zhì)的可能性。為了清楚，圖7未描繪任選的反饋線和傳感器，但在許多實(shí)施方案中，監(jiān)控層722 的一個(gè)或多個(gè)特征(例如，形態(tài)、厚度、電阻、光學(xué)性質(zhì)、膜應(yīng)力、密度和/或粘著等)并將指 示所述特征的信息反饋到DC電源740、742的一個(gè)或兩個(gè)，并用于調(diào)節(jié)施加到一個(gè)或多個(gè)電 極730的功率，從而根據(jù)靶沉積剖面768將材料沉積在基底720上。在圖7描繪的示例性實(shí)施方案中，兩個(gè)DC電源740、742經(jīng)設(shè)置用于施加限定的交 替DC電壓以使來(lái)自電極740和742的材料按指定的靶沉積剖面768沉積在沉積層722中。 盡管圖7描繪的靶沉積剖面768是均勻厚度的沉積剖面，但在一些實(shí)施方案中，靶沉積剖面 768是非均勻厚度和/或非均勻組成剖面。換言之，在一些變化方案中，在靶沉積剖面中的 不同點(diǎn)的厚度和/或組成不同。如圖7所示，虛線764說(shuō)明在沒(méi)有此處描述的技術(shù)的情況下，在基底720的邊緣附 近背離均勻厚度沉積剖面768的典型的錐形沉積剖面(也稱為厚度跌落(roll-off))?；?底的邊緣容易產(chǎn)生厚度跌落，因?yàn)榛走吘壐浇碾姌O(比如圖7顯示的電極752)不具有 可有助于在邊緣沉積的鄰近電極。在許多變化方案中，施加于每個(gè)電極730的交替DC脈沖根據(jù)脈沖參數(shù)值(例如， 限定占空比的參數(shù)值、脈沖寬度、脈沖幅度等)產(chǎn)生，限定脈沖參數(shù)值以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生沉積剖面 768的濺射。例如在許多實(shí)施方法中，協(xié)調(diào)施加于電極752和754的DC脈沖(例如，負(fù)DC 脈沖和/或正DC脈沖)以在基底720的邊緣實(shí)現(xiàn)基本均勻的沉積(例如沒(méi)有錐形沉積剖 面)°例如，電極752充當(dāng)陰極的時(shí)間可以大于電極754充當(dāng)陰極的時(shí)間。此外，在充當(dāng) 陰極時(shí)傳送至電極752的DC功率脈沖的功率水平可大于在電極754充當(dāng)陰極時(shí)傳送至電 極754的DC功率脈沖的功率水平。圖8A和8B的示意圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施 方案從圖7所示的DC電源740分別傳送到電極752和754的DC脈沖。如圖所示，圖8A和8B顯示了在它們各自的縱軸上的DC電壓和在它們各自的橫軸 上向右增加的時(shí)間。所述

，將指定極性的DC脈沖傳送至一個(gè)電極指定的一段時(shí)間 時(shí)，在相同的時(shí)間段內(nèi)，將相反極性的DC脈沖傳送至另一電極，因?yàn)檫M(jìn)行測(cè)量時(shí)，探針的正 極端接在縱軸上記錄的電極上，負(fù)極端接在電極對(duì)的另一個(gè)電極上。例如，在時(shí)間Pl開(kāi)始，從DC電源740將電壓為+χ的正DC脈沖傳送至電極752 —
12段時(shí)間882，并將電壓為-χ的負(fù)DC脈沖傳送至電極754 —段時(shí)間882。類似地，從時(shí)間P2 開(kāi)始，從DC電源740將電壓為-y的負(fù)DC脈沖傳送至電極752 —段時(shí)間884，并將電壓為 +y的負(fù)DC脈沖傳送至電極754 —段時(shí)間884。在該實(shí)施方案中，由DC電源740傳送的總功率在時(shí)間段884期間比在時(shí)間段882 期間小。通過(guò)在電極752充當(dāng)陰極時(shí)傳送功率水平較高的正DC脈沖較長(zhǎng)的時(shí)間，在基底 720邊緣附近的沉積速率(例如，和電極752相應(yīng)的沉積速率)將高于和電極754相應(yīng)的沉 積速率。參考圖7，在一些實(shí)施方案中，和DC電源740相似的DC電源742經(jīng)設(shè)置用于在電 極760充當(dāng)陰極時(shí)，向電極760傳送比電極756和758持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)且功率更高的DC脈沖。 在一些實(shí)施方案中，傳送至電極760的DC功率脈沖的持續(xù)時(shí)間比傳送至電極756和758的 組合DC功率脈沖的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。在一些變化方案中，電極到基底720和/或沉積層722的相對(duì)距離和另一電極不 同。例如，電極752和電極754到基底720的距離可以不同以便于特別的沉積剖面(比如 均勻的靶沉積剖面)的沉積。在一些實(shí)施方案中，基于電極與基底720和/或沉積層722 的距離限定施加于電極的脈沖(例如，占空比)。在一些方案中，限定一個(gè)或多個(gè)電極730的尺寸(例如，寬度、高度)、形狀(例如， 環(huán)形、矩形)和/或組成(例如，金屬、金屬化合物、或陶瓷的特定化學(xué)組成)以便于特別的 沉積剖面的沉積。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)電極730可具有和另一電極730不同的 尺寸、形狀和/或組成。在一些實(shí)施方案中，基于電極的尺寸、形狀和/或組成限定施加于 電極的一個(gè)或多個(gè)脈沖(例如，占空比)。在一些實(shí)施方案中，兩個(gè)電極730包括不同的材料(例如，不同的靶材料)，且可限 定DC脈沖并施加于(例如，使用脈沖參數(shù)值限定)由不同材料構(gòu)成的電極730，以實(shí)現(xiàn)具有 特別的化學(xué)組成(例如，指定的化學(xué)計(jì)量)的沉積層722。一個(gè)實(shí)例是將銦和錫靶材料與氧 和氬氣體組合以金屬性濺射氧化銦錫。在一些變化方案中，這類濺射稱為共濺射，該技術(shù)因 為可用于沉積具有受控的材料混合物的膜而具有吸引力。這可用于控制化學(xué)計(jì)量，或者因 為混合靶材料難以濺射或昂貴和/或難以制造而使用。作為另一實(shí)例，可沉積折射率約為 1. 66的Al2O3并沉積折射率約為2. 4的Ti02。使用Al靶和Ti靶及作為反應(yīng)氣體的氧氣的 反應(yīng)性共濺射處理在原則上能沉積折射率在1. 66和2. 4之間的膜。在許多實(shí)施方案中，圖7描繪的實(shí)施方案中的電極730通過(guò)兩個(gè)以超低頻率施加 DC脈沖的不同的DC電源740、742供電，因此在一些實(shí)施方法中，DC電源740、742負(fù)載匹 配。換言之，可協(xié)調(diào)通過(guò)DC電源740、742產(chǎn)生的DC脈沖，以例如減少等離子體電弧放電， 根據(jù)靶沉積剖面增大沉積控制，和減少等離子體濺射室710內(nèi)的熱不一致。通過(guò)其他實(shí)例，在一些方案中，DC電源740、742經(jīng)設(shè)置用于傳送DC脈沖，使得電極 754和756不同時(shí)充當(dāng)陰極，以避免在位置774同時(shí)沉積來(lái)自兩個(gè)電極754和756的材料。 在一些方案中，DC電源740和742經(jīng)設(shè)置用于傳送DC功率脈沖使得電極754和756同時(shí) 充當(dāng)陰極或充當(dāng)陽(yáng)極。盡管在該實(shí)施方案中，電極730接收來(lái)自兩個(gè)不同的DC電源740、742的脈沖，但 在一些實(shí)施方案中，電極接收來(lái)自單個(gè)DC電源的功率脈沖，該單個(gè)DC電源例如在控制和/ 或限定DC脈沖中的功率分布的功率控制組件中包括多相橋。這類結(jié)構(gòu)可稱為多磁控管結(jié)
13構(gòu)，在一些實(shí)施方法中，電極730從超過(guò)兩個(gè)DC電源接收DC功率脈沖(例如，每個(gè)電極一 個(gè)DC電源)。在其他實(shí)施方案中，在非鄰近的電極之間限定/協(xié)調(diào)DC脈沖。圖9的示意性框圖顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，經(jīng)設(shè)置用于接收DC電源930施加 的DC脈沖的等離子體濺射室910。DC電源930經(jīng)設(shè)置用于基于傳感器940產(chǎn)生的至少一 個(gè)處理反饋信號(hào)(例如，和傳感器測(cè)量值有關(guān)的信號(hào)，比如電壓信號(hào)或電流信號(hào))改變傳送 至等離子體濺射室910的DC功率脈沖。處理器936經(jīng)設(shè)置用于從傳感器940接收反饋信號(hào)，并基于反饋信號(hào)引起由DC電 源930施加于等離子體濺射室910的一個(gè)或多個(gè)DC脈沖的改變。等離子體濺射室910用 于在等離子體濺射室910內(nèi)設(shè)置的基底920上濺射沉積層922。在一些實(shí)施方案中，沉積層 922和薄膜晶體管處理有關(guān)。盡管傳感器940描繪于濺射室910內(nèi)，但這當(dāng)然不是必需，本 領(lǐng)域技術(shù)人員理解在一些情況下傳感器940可位于濺射室外。在一些實(shí)施方案中，處理器936經(jīng)設(shè)置用于向傳感器940查詢反饋信號(hào)。在一些 實(shí)施方案中，傳感器940經(jīng)設(shè)置用于在檢測(cè)到和傳感器940有關(guān)的傳感器測(cè)量值(例如，電 壓信號(hào))的變化時(shí)向處理器936發(fā)送反饋信號(hào)。在一些實(shí)施方案中，處理器936經(jīng)設(shè)置用 于周期性地或隨機(jī)地接收來(lái)自傳感器940的反饋信號(hào)，并在監(jiān)控的參數(shù)發(fā)生變化(例如，超 過(guò)閾值條件的變化)時(shí)觸發(fā)由DC電源930傳送的DC功率脈沖的一個(gè)或多個(gè)變化。在一些實(shí)施方案中，傳感器940是厚度監(jiān)控裝置(例如，電和/或光測(cè)量裝置)，經(jīng) 設(shè)置用于監(jiān)控沉積層922的厚度并將指示厚度的信息發(fā)送至處理器936。在一些實(shí)施方案 中，傳感器940經(jīng)設(shè)置用于監(jiān)控沉積層922的厚度的一部分(例如，指定的區(qū)域，指定的位 置)，且基于來(lái)自傳感器的信息，處理器936經(jīng)設(shè)置用于調(diào)節(jié)DC電源930施加于一個(gè)或多個(gè) 電極952、954、956的功率。在一些實(shí)施方法中，處理器936經(jīng)設(shè)置用于改變用于限定一個(gè) 或多個(gè)DC脈沖的一個(gè)或多個(gè)脈沖參數(shù)值。在一些實(shí)施方法中，傳感器940是壓力傳感器、 沉積速率傳感器、電導(dǎo)率傳感器或溫度傳感器。在一些實(shí)施方案中，設(shè)置多個(gè)傳感器(未顯示)用于將反饋信號(hào)發(fā)送至處理器 936，處理器936經(jīng)設(shè)置用于基于反饋信號(hào)的組合改變DC脈沖。在一些實(shí)施方法中，一個(gè)或 多個(gè)反饋信號(hào)和沉積層922的不同的空間位置有關(guān)，處理器936經(jīng)設(shè)置用于在必要時(shí)根據(jù) 每個(gè)空間位置改變DC脈沖。在一些實(shí)施方法中，處理器936經(jīng)設(shè)置用于基于一個(gè)或多個(gè)反饋信號(hào)(例如，沉積 速率反饋信號(hào)、溫度反饋信號(hào)、壓力反饋信號(hào))改變(例如，改變)或引發(fā)脈沖參數(shù)值(例 如，儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器(未顯示))的變化。例如，處理器936可經(jīng)設(shè)置用于基于來(lái)自一個(gè)或多個(gè) 傳感器的一個(gè)或多個(gè)反饋信號(hào)從脈沖參數(shù)值的數(shù)據(jù)庫(kù)選擇存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一組或多組脈 沖參數(shù)值。在一些替代實(shí)施方案中，處理器936經(jīng)設(shè)置用于使用存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的公式(例 如，算法)計(jì)算應(yīng)施加于一個(gè)或多個(gè)電極的DC脈沖的特征(例如，基于來(lái)自傳感器940的反 饋)。在一些實(shí)施方法中，通過(guò)改變和/或管理(例如，控制)施加到一個(gè)或多個(gè)電極952、 954,956的電流、占空比和/或電壓而改變DC功率脈沖。舉例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施方案中，收集和DC脈沖有關(guān)的數(shù)據(jù)并用于為一個(gè)或多個(gè)電 極952、954、956計(jì)算平均濺射功率，并改變DC脈沖以在指定的時(shí)間段內(nèi)維持指定的平均濺 射功率。在許多實(shí)施方案中，指定的平均濺射功率和一個(gè)或多個(gè)電極有關(guān)，在一些實(shí)施方案 中，平均濺射功率閾值或平均濺射功率條件基于所需的靶沉積剖面限定。
14
盡管在圖9中，處理器936顯示成獨(dú)立組件，但在一些實(shí)施方法中，處理器936 (或 處理器936的功能)作為DC電源930或傳感器940的一部分被包括。在一些實(shí)施方案中， 處理器936包括一個(gè)或多個(gè)模塊，所述模塊可以是在處理器936上運(yùn)行的硬件和/或軟件 模塊。圖10描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案由來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或多個(gè)反饋 信號(hào)觸發(fā)的DC脈沖中的示例性變化。應(yīng)當(dāng)理解在圖10中描繪的脈沖調(diào)節(jié)僅僅是為了實(shí)現(xiàn) 所需的沉積剖面可以進(jìn)行的脈沖調(diào)節(jié)的類型(例如，脈沖寬度和幅度)的示例，且具體調(diào)節(jié) 有可能取決于許多因素(例如，靶材料、電極間隔、沉積剖面等)。另外，在一些實(shí)施方案中， 進(jìn)行脈沖調(diào)節(jié)是為了實(shí)現(xiàn)特別的靶的利用(例如，為了優(yōu)化靶材料的利用)。如圖所示，該

y軸上的DC電壓和χ軸上向右增大的時(shí)間。如圖10所示，在第一時(shí)間段1002和第二時(shí)間段1004之間響應(yīng)于反饋信號(hào)，在時(shí) 間Ql改變DC脈沖。在第一時(shí)間段1002期間，正DC脈沖1020具有脈沖高度A和脈沖寬度 1022，負(fù)DC脈沖1030具有脈沖高度D和脈沖寬度1032。在時(shí)間段1004期間，正DC脈沖1 040具有脈沖高度B和脈沖寬度1042，負(fù)DC脈沖1050具有脈沖高度C和脈沖寬度1052。如圖所示，在第二時(shí)間段1004期間，正DC脈沖1040的脈沖寬度1042大于在第一 時(shí)間段1002期間的正脈沖1020的脈沖寬度1022，在第二時(shí)間段1004期間的脈沖的脈沖高 度B小于在第一時(shí)間段1002期間的正脈沖1020的脈沖高度A。下面參考圖11，圖11的流程圖顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案響應(yīng)于和沉積層有關(guān) 的性質(zhì)(也可稱為特征)，改變DC功率脈沖的方法。如圖所示，先通過(guò)一個(gè)或多個(gè)特征(例 如，厚度、電阻、光學(xué)性質(zhì)、膜應(yīng)力、密度和粘著)限定沉積層在基底上的靶沉積剖面(框 1100)。如上所述，靶沉積剖面可以是具有指定化學(xué)組成的均勻或不均勻的厚度剖面，靶沉 積剖面可以在沉積層中的不同位置指定不同的化學(xué)組成。如圖所示，在一些實(shí)施方案中，基于靶沉積剖面為等離子體濺射室內(nèi)的至少一個(gè) 電極限定脈沖參數(shù)值(框1110)。根據(jù)靶沉積剖面限定脈沖參數(shù)值以引起沉積。如上所述， 在一些實(shí)施方案中，可在沉積期間計(jì)算脈沖參數(shù)值，在其他實(shí)施方案中，可預(yù)先確定脈沖參 數(shù)值并從表格取得。一旦限定脈沖參數(shù)值，基于脈沖參數(shù)值向電極施加DC脈沖，并在等離子體濺射室 內(nèi)響應(yīng)于DC脈沖點(diǎn)燃等離子體(框1120和1130)。如圖所示，一旦等離子體點(diǎn)燃，在等離子體濺射室內(nèi)的基底上形成沉積層(框 1140)。如前所述，在許多實(shí)施方案中，當(dāng)沉積層形成后，將基底靜止地基本保持在一個(gè)位 置，在其他實(shí)施方案中，基底在沉積期間移動(dòng)。如圖11所示，在許多實(shí)施方案中，在形成沉積層期間接收指示與沉積層有關(guān)的性 質(zhì)(例如，厚度、電阻、化學(xué)組成、光學(xué)特性、膜應(yīng)力、密度、粘著、濺射室內(nèi)的溫度和/或壓 力)的信息(框1150)。在許多實(shí)施方法中，響應(yīng)于來(lái)自濺射室的反饋，基于接收的信息和所需的靶沉積 剖面改變脈沖參數(shù)值(框1160)。例如，如果所述性質(zhì)是化學(xué)組成，且該信息指示沉積層的 化學(xué)組成和與靶沉積剖面有關(guān)的指定的靶性質(zhì)不同，則可改變脈沖參數(shù)值以引起滿足與靶 沉積剖面有關(guān)的靶性質(zhì)的濺射。如圖所示，改變脈沖參數(shù)值(框1160)后，基于改變的脈沖 參數(shù)值向電極施加DC脈沖(框1170)。
一些實(shí)施方案涉及具有電腦可讀的介質(zhì)(也稱為處理器可讀的介質(zhì))的電腦存儲(chǔ) 產(chǎn)品，所述介質(zhì)上面具有指令或計(jì)算機(jī)代碼，用于進(jìn)行多種電腦實(shí)施的操作。所述介質(zhì)和計(jì) 算機(jī)代碼(也稱為代碼)可以是為了特定的一個(gè)或多個(gè)目的而設(shè)計(jì)和構(gòu)造的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解，此處描述的實(shí)施方案可通過(guò)組合硬件、固件、軟件 和它們的組合而實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施方案中，處理器可讀的介質(zhì)用于存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)編碼的指令 以實(shí)現(xiàn)此處描述的處理。處理器可讀的介質(zhì)的實(shí)例包括，但不局限于磁存儲(chǔ)介質(zhì)比如 硬盤(pán)、軟盤(pán)和磁帶；光存儲(chǔ)介質(zhì)比如光盤(pán)/數(shù)字視頻光盤(pán)(“CD/DVD”)、光盤(pán)只讀存儲(chǔ)器 (“⑶-ROM”)和全息裝置；磁光存儲(chǔ)介質(zhì)比如光磁軟盤(pán)(floptical disk)；載波信號(hào)；和特 別經(jīng)設(shè)置用于存儲(chǔ)和執(zhí)行程序代碼的硬件裝置，比如專用集成電路(“ASIC”)、可編程邏輯 器件(“PLD” )和ROM及RAM器件。計(jì)算機(jī)代碼的實(shí)例包括但不局限于，微代碼或微指令、機(jī)器指令(比如由編譯器 產(chǎn)生)和由電腦通過(guò)解釋器執(zhí)行的含有高級(jí)指令的文件。例如，本發(fā)明的實(shí)施方案可使用 Java, C++、或其他面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言和開(kāi)發(fā)工具實(shí)施。計(jì)算機(jī)代碼的另外的實(shí)例包括但 不局限于控制信號(hào)、加密代碼和壓縮代碼?？傊?，本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容尤其描述了使用DC功率用于基于等離子體的濺射沉積 的方法和設(shè)備。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地認(rèn)識(shí)到，為了實(shí)現(xiàn)和此處描述的實(shí)施方案所實(shí) 現(xiàn)的基本相同的結(jié)果，可對(duì)本發(fā)明、其用途和其結(jié)構(gòu)作很多變化和替換。因此，本發(fā)明不限 于所公開(kāi)的示例性形式。許多變化、改變和可選結(jié)構(gòu)落入權(quán)利要求表示的所公開(kāi)的本發(fā)明 的范圍和實(shí)質(zhì)內(nèi)。
權(quán)利要求
將材料沉積在基底上的方法，其包括將基底放置于等離子體處理室中的固定位置，通過(guò)將多個(gè)電極和電流源連接而產(chǎn)生等離子體；當(dāng)所述基底位于所述等離子體處理室內(nèi)的固定位置時(shí)，周期性反轉(zhuǎn)施加在處理室內(nèi)的所述多個(gè)電極的每一個(gè)上的電壓的極性，至少一個(gè)電極將材料濺射在所述基底上；和調(diào)節(jié)施加在所述多個(gè)電極的至少一個(gè)上的功率值，以按照所需的特征將材料沉積在固定基底上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述特征是厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述特征是材料性質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述材料性質(zhì)包括選自電阻、光學(xué)性質(zhì)、膜應(yīng)力、 密度和粘著的材料性質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)包括調(diào)節(jié)施加至至少兩個(gè)將材料濺射在 所述基底上的電極的功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)包括利用至少兩個(gè)電源調(diào)節(jié)功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)包括調(diào)節(jié)施加的功率的占空比。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)包括調(diào)節(jié)施加的功率的大小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括接收指示所述基底上的材料的實(shí)際特征的反饋，其中響應(yīng)所述反饋，調(diào)節(jié)施加于所述 多個(gè)電極的至少一個(gè)上的功率值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料是金屬性材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料是陶瓷材料。
12.將材料沉積在等離子體處理室中的基底上的系統(tǒng)，其包括直流電源，其經(jīng)設(shè)置用于將具有第一極性的第一直流功率脈沖和具有第二極性的第二 直流功率脈沖傳送至等離子濺射室內(nèi)的電極；來(lái)自所述濺射室的反饋線；和處理器，其經(jīng)設(shè)置用于在觸發(fā)所述第一直流功率脈沖后觸發(fā)所述第二直流功率脈沖， 并響應(yīng)所述反饋線上的反饋信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)施加于具有第一直流功率脈沖的電極的功率值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述處理器經(jīng)設(shè)置用于觸發(fā)所述第二直流功率 脈沖，使得第一直流功率脈沖和第二直流功率脈沖之間的時(shí)間小于與直流電源有關(guān)的電弧 檢測(cè)時(shí)間。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中通過(guò)相對(duì)于第二功率脈沖，調(diào)節(jié)第一功率脈沖 施加于電極的時(shí)間量，來(lái)調(diào)節(jié)施加于具有第一功率脈沖的電極的功率值。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中通過(guò)相對(duì)于第二功率脈沖的幅度，調(diào)節(jié)第一功 率脈沖的幅度，來(lái)調(diào)節(jié)施加于具有第一功率脈沖的電極的功率值。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述處理器經(jīng)設(shè)置用于基于所述反饋信號(hào)，改 變用于限定第一直流功率脈沖或第二直流功率脈沖的至少一個(gè)的脈沖參數(shù)值。
17.將材料沉積在基底上的方法，其包括從至少一個(gè)直流電源將直流功率脈沖傳送到等離子濺射室內(nèi)的多個(gè)電極的每一個(gè)，至 少一個(gè)電極將材料沉積在基底上；接收指示所述基底上的材料的至少一個(gè)監(jiān)控特征的反饋；響應(yīng)所述反饋，控制傳送到至少一個(gè)電極的功率值以改變材料的沉積。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中控制包括改變傳送至所述至少一個(gè)電極的功率 的占空比。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中控制包括調(diào)節(jié)傳送至所述至少一個(gè)電極的功率 的大小。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述傳送包括從至少一個(gè)直流電源將直流功率 脈沖傳送至等離子濺射室內(nèi)的至少三個(gè)電極的每一個(gè)，所述電極的每一個(gè)將材料沉積在基 底上；將所述基底放置于所述濺射室內(nèi)的固定位置；和調(diào)節(jié)施加至所述至少三個(gè)電極的至少兩個(gè)的功率以將材料均勻地沉積在基底上。
21.將材料沉積在等離子體處理室中的固定基底上的系統(tǒng)，其包括直流電源，其經(jīng)設(shè)置用于將功率傳送至等離子濺射室；和與所述直流電源相聯(lián)通的功率控制組件，其經(jīng)設(shè)置用于在第一時(shí)間段內(nèi)，將功率導(dǎo)向 等離子濺射室內(nèi)的第一電極，所述功率控制組件經(jīng)設(shè)置用于在第二時(shí)間段內(nèi)，將功率導(dǎo)向 等離子濺射室內(nèi)的第二電極，相對(duì)于第二電極，施加于第一電極的功率通過(guò)固定基底上的 沉積材料的所需特征限定。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其包括直流電源，其經(jīng)設(shè)置用于將功率傳送至等離子濺射室；和與所述直流電源相聯(lián)通的第二功率控制組件，其經(jīng)設(shè)置用于在第三時(shí)間段內(nèi)將功率導(dǎo) 向等離子濺射室內(nèi)的第三電極，所述功率控制組件經(jīng)設(shè)置用于在第四時(shí)間段內(nèi)將功率導(dǎo)向 等離子濺射室內(nèi)的第四電極，相對(duì)于第四電極，施加于第三電極的功率通過(guò)固定基底上的 沉積材料的所需特征限定。
23.將材料沉積在等離子體處理室內(nèi)的基底上的系統(tǒng)，其包括直流功率控制組件，其經(jīng)設(shè)置用于將具有第一極性的第一直流功率脈沖和具有第二極 性的第二直流功率脈沖傳送至等離子濺射室內(nèi)的電極；反饋線，其經(jīng)設(shè)置用于提供指示電極上的靶材料的利用的信號(hào)；和處理器，其經(jīng)設(shè)置用于在觸發(fā)第一直流功率脈沖后觸發(fā)第二直流功率脈沖，并響應(yīng)指 示靶材料的利用的信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)施加于具有第一直流功率脈沖的電極的功率值。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述處理器經(jīng)設(shè)置用于響應(yīng)指示靶材料的利用 的信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)施加于具有第一直流功率脈沖的電極的功率值，從而優(yōu)化靶材料的用量。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中指示所述靶材料的利用的信號(hào)是指示靶材料厚 度的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了使用直流電源的用于基于等離子體的濺射沉積的設(shè)備和方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)將多個(gè)電極和電流源連接而產(chǎn)生等離子體，周期性反轉(zhuǎn)施加在處理室中多個(gè)電極的每一個(gè)上的電壓的極性，使得至少一個(gè)電極將材料濺射在基底上。調(diào)節(jié)施加在多個(gè)電極的至少一個(gè)上的功率值，以按照所需的特征將材料沉積在固定基底上。在一些實(shí)施方案中，在處理期間基底靜止地設(shè)置于處理室內(nèi)。許多實(shí)施方案利用指示沉積狀態(tài)的反饋以調(diào)節(jié)施加在一個(gè)或多個(gè)電極上的功率值。
文檔編號(hào)C23C14/34GK101910454SQ200880123933
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者B·弗里斯, D·J.·克里斯蒂, H·V.·沃爾德, K·瑙曼 申請(qǐng)人:先進(jìn)能源工業(yè)公司