專利名稱：用于使用直流來施加周期性電壓的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于等離子體的濺射沉積。特別是，但非通過限制的方式，本發(fā)明涉及用于使用直流電源來進(jìn)行基于等離子體的處理的方法和裝置。
背景技術(shù)：
等離子體處理技術(shù)已被廣泛使用在諸如等離子體氣相沉積、濺射等用于工業(yè)處理的工業(yè)生產(chǎn)中。這些處理在薄膜應(yīng)用中特別有用。為了產(chǎn)生等離子體，電源在位于等離子體室內(nèi)的陰極與一個(gè)或多個(gè)陽極之間產(chǎn)生電勢，該等離子體室含有形成等離子體的工藝氣體。當(dāng)使用這些處理進(jìn)行沉積時(shí)，等離子體作用在位于等離子體室內(nèi)的靶材(也稱作濺射源)的物質(zhì)上，該等離子體室通常包含陰極表面。等離子體離子被朝著靶材加速，并在撞擊時(shí)使靶材物質(zhì)被從陰極表面驅(qū)逐出去。然后，被驅(qū)逐的靶材物質(zhì)沉積在基底上以形成膜(例如，薄膜)。如上面已公開的那樣，該膜可以構(gòu)成由等離子體從靶材表面濺射的物質(zhì)，或者該膜可以是靶材物質(zhì)與包括在等離子體或工藝氣體中的另一些元素之間反應(yīng)的結(jié)果。高頻電壓源(例如，交流(AC)功率源)已被用來產(chǎn)生在等離子體室內(nèi)制造等離子體的高電勢。這些高頻電壓源構(gòu)造和維護(hù)起來價(jià)格昂貴，并且操作復(fù)雜。此外，如果通過與等離子體或工藝氣體中的元素進(jìn)行反應(yīng)來形成沉積物質(zhì)，并沉積物質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)行電絕緣，則室內(nèi)的陽極可以被涂覆有絕緣體；因而這一沉積可能阻礙陽極在沉積過程期間執(zhí)行其收集來自等離子體的電子的功能。為了克服與高頻電壓源有關(guān)的缺點(diǎn)，交變脈沖的直流功率源已被使用在例如美國專利No. 5917286中公開的無陽極雙磁控管型系統(tǒng)中，將該美國專利的全部內(nèi)容以引用的方式并入到本文中。反轉(zhuǎn)極性處理允許電極交替作為陽極和陰極，在陰極階段期間發(fā)生的濺射處理清除掉任何沉積的絕緣物質(zhì)，而在陽極階段期間允許電極作為陽極進(jìn)行非禁止的操作。此外，反轉(zhuǎn)極性處理允許兩個(gè)電極交替作為陰極，使得兩個(gè)電極表面都能夠提供靶材物質(zhì)。盡管現(xiàn)有的脈沖直流電源是可使用的，但它們并不足夠準(zhǔn)確，或是在薄膜處理應(yīng)用中為了例如實(shí)現(xiàn)均勻性和/或粒子產(chǎn)生閾值方面，不是足夠令人滿意。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，需要方法和裝置來解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足并且提供其他新的和創(chuàng)造性的特征。

發(fā)明內(nèi)容
下面概述附圖中所示的本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在“具體實(shí)施方式
”部分更充分地描述了這些和其他實(shí)施例。但是，應(yīng)理解的是，并非旨在將本發(fā)明限制在該“發(fā)明內(nèi)容”或“具體實(shí)施方式
”中所描述的形式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠認(rèn)識到，存在落入如權(quán)利要求所表達(dá)的本發(fā)明的精神和范圍中的多種修改、等同形式和替代構(gòu)造。本發(fā)明的一些實(shí)施例的特征在于一種用于將脈沖式DC電力施加到等離子體處理室的方法，以及用于執(zhí)行該方法的裝置。在這些實(shí)施例中，該方法包括在脈沖式DC電力的特定周期中的濺射部分期間，在第一持續(xù)時(shí)間內(nèi)持續(xù)將負(fù)電勢施加給陰極；在該特定周期中的反轉(zhuǎn)電勢部分期間，將正電勢施加給陰極，其中正電勢的幅值至少為負(fù)電勢幅值的20% ；以及，在該特定周期中的恢復(fù)部分期間，在第三持續(xù)時(shí)間內(nèi)持續(xù)施加恢復(fù)電勢，恢復(fù)電勢的幅值小于負(fù)電勢和正電勢的幅值。本發(fā)明的其他實(shí)施例的特征在于一種電源，該電源包括直流功率源，其被配置為將功率輸送到等離子體濺射室；功率控制部件，其與直流功率源通信并且被配置為根據(jù)處理器可讀指令將該功率引導(dǎo)到具有交變極性的至少一個(gè)電極；以及非暫時(shí)、有形的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其被編碼有用于處理器可讀指令，用以執(zhí)行用于施加功率的方法，該方法包括將期望功率水平下的DC功率脈沖施加給等離子體處理室的電極，用以維持在基底上沉積膜的等離子體處理；監(jiān)測等離子體的阻抗，該阻抗提供了對至少一種處理效果的狀態(tài)的指示；和響應(yīng)于所監(jiān)測的阻抗，調(diào)整DC功率脈沖的頻率，以改變處理效果的狀態(tài)。


通過參考結(jié)合附圖做出的以下具體實(shí)施方式
及所附權(quán)利要求，本發(fā)明的各個(gè)目的和優(yōu)點(diǎn)以及對本發(fā)明的更全面理解是清楚的并且更容易理解，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的直流(DC)功率源、功率控制部件和等離子體濺射室的示意圖；圖2是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的被配置為產(chǎn)生用于等離子體濺射室的超低頻DC功率脈沖的DC功率源和功率控制部件的示意圖；圖3是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的分隔開一體積的一組同心電極的示意圖；圖4是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的由DC電源為等離子體濺射室的電極產(chǎn)生的DC功率脈沖的示例的曲線圖；圖5是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括大于零的轉(zhuǎn)變時(shí)間段的占空比的曲線圖；圖6是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的脈沖參數(shù)和脈沖參數(shù)值的示例的表格；圖7是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的耦合到DC電源的等離子體濺射室的示意圖；圖8A是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的被輸送到圖7所示的電極的DC功率脈沖的曲線圖；圖SB是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的被輸送到圖7所示的電極的DC功率脈沖的曲線圖；圖9是是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的被配置為接收由DC電源輸送的DC功率脈沖的等離子體濺射室的方框圖；圖10是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的由來自一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或多個(gè)反饋信號觸發(fā)的DC功率脈沖的變化的曲線圖的示意圖；以及圖11是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于響應(yīng)于與沉積層相關(guān)聯(lián)的屬性來調(diào)節(jié)DC功率脈沖的方法的流程圖；圖12是描繪了電源的示例性實(shí)施例的方框圖；圖13是圖12中所描繪的等離子體電流注入器的示例性實(shí)施例；
圖14是描繪了在不具有圖12和圖13中的等離子體電流注入器的情況下的電流波形特性的曲線圖；圖15是描繪了在具有圖12和圖13中的等離子體電流注入器的情況下的電流波形特性的曲線圖；圖
功率控制器圖。
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16是描繪了電源的另一個(gè)實(shí)施例的方框圖，該電源包括耦合到DC源的示例性
17是描繪了電源的又一個(gè)實(shí)施例的18是圖17中描繪的緩沖網(wǎng)絡(luò)(snubber network)的示例性實(shí)施例；
19是描繪了用于控制處理效果的示例性方法的流程20是被布置和配置為實(shí)行單極操作模式的等離子室的表征；
21是描繪了可以與圖20的等離子室結(jié)合執(zhí)行的示例性開關(guān)序列的22是與雙極操作模式相關(guān)聯(lián)的示例性切換序列；
23是用于具有電壓反轉(zhuǎn)的單極操作模式的切換序列；
24是描繪了用于施加具有相對較高的電壓反轉(zhuǎn)的功率的方法的流程圖；以及25是描繪了與具有部分電壓反轉(zhuǎn)的雙極脈沖包操作模式相關(guān)聯(lián)的切換序列的
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中在多個(gè)圖中利用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)注相同或類似的元件，特別參考圖1，其是描繪了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的直流(DC)功率源100、功率控制部件110和等離子體處理室130的方框圖。圖I的示例性實(shí)施例中的等離子體處理室130包括兩個(gè)或更多個(gè)電極140，電極140每個(gè)都被配置成作為陽極和作為陰極(陰極可被稱作濺射靶材)。DC功率源100和功率控制部件110可以統(tǒng)稱為DC電源170。但是應(yīng)該認(rèn)識到，圖I的方框圖僅僅是邏輯上的，而在一些實(shí)施例中，功率源100和功率控制部件110被實(shí)現(xiàn)為分離的部件。例如在一個(gè)實(shí)施例中，功率控制部件Iio被實(shí)施為用于現(xiàn)有DC功率源的附加部件。還應(yīng)該認(rèn)識到，在本文中進(jìn)一步討論的替代操作模式中，室130內(nèi)可以只有單個(gè)電極140并且室本身可以用作電極。此外，盡管許多實(shí)施例被描述成是在濺射型處理的背景下操作，但應(yīng)該認(rèn)識到，功率控制部件110也可以與PECVD處理(例如，用于氣體電離)、基底偏置(例如，沉積和蝕刻應(yīng)用)和離子源(例如，作為用于離子源的功率輸送)聯(lián)合使用。通常，DC功率源100被配置為將DC功率供應(yīng)到功率控制部件110。在數(shù)個(gè)實(shí)施例中，DC功率源100提供的功率范圍在20到200千瓦，但是其他的功率水平也肯定是預(yù)期到的。并且，在許多實(shí)施例中，DC功率源100是通過耦合在一起的多個(gè)DC發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。例如在一個(gè)實(shí)施例中，通過三個(gè)50千瓦的DC發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)DC功率源以提供150kW的電源。等離子體150由一種或多種氣體形成，該氣體包括惰性氣體(例如，氬氣)或者其他氣體種類，并且等離子體150可以由具有指定成分的化合物形成。在一些實(shí)施例中，在等離子體濺射室130的內(nèi)部和/或外部(例如，在電極140附近的位置)施加磁場(圖中未示出)，用以促進(jìn)氣體的電離，并可能促使等離子體150的等離子體離子的方向朝向電極140和/或基底160中的任意。當(dāng)?shù)入x子體150響應(yīng)于電極140之間的電勢被點(diǎn)燃并維持時(shí)，等離子體離子被朝向作為陰極的電極140加速，并與電極140撞擊，以引起原子從電極140中被逐出。在一些實(shí)施例中，電極140被稱作靶材，而被朝向基底逐出的原子(例如，物質(zhì))被稱作靶原子(例如，靶材物質(zhì))。在許多實(shí)施方式中，靶材物質(zhì)包括諸如鋁之類的金屬基底或諸如陶瓷之類的不同物質(zhì)。而在一些實(shí)施方式中(例如，共濺射)，用于每個(gè)單獨(dú)電極140的靶材物質(zhì)可以包括不同的物質(zhì)或成分。盡管不要求，但在許多實(shí)施例中，DC功率源100被配置為檢測在等離子體濺射室130內(nèi)形成的一個(gè)或多個(gè)電弧(例如，微電弧和/或強(qiáng)電弧(hardarc))。被配置為具有電弧處理能力的一種示例性電源是ASCENT型DC發(fā)電機(jī)，可以在柯林斯堡先進(jìn)能源股份有限公司(Advanced Energy Incorporated in Fort Collins, CO.)獲得 ASCENT 型 DC 發(fā)電機(jī)。在其他實(shí)施例中，通過功率控制部件110來執(zhí)行電弧檢測。如本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所認(rèn)識到的，電弧可以對例如等離子體濺射室130和/或等離子體濺射室130內(nèi)的目標(biāo)(例如，半導(dǎo)體基底)具有不利影響。功率控制部件HO通常被配置為管理由DC功率源100產(chǎn)生的功率，并且將經(jīng)過管理的功率提供給濺射室130。具體地，功率控制部件110被配置為管理從DC功率源100到電極140的功率，使得等離子體150被點(diǎn)燃和/或維持。例如在數(shù)個(gè)實(shí)施例中，功率控制部件110被配置為將具有交變極性的DC功率脈沖(“雙極脈沖”)發(fā)送給電極140，使得每個(gè)電極140作為陰極工作一段時(shí)間，并作為陽極工作一段時(shí)間。并且，在其他的操作模式中，功率控制部件110提供不具有交變極性的功率脈沖(“單極脈沖”)，使得電極140中一個(gè)或多個(gè)作為陰極來工作，而電極140中的一個(gè)或多個(gè)和/或?yàn)R射室130起到陽極的作用。通過功率控制部件110將具有交變極性的DC脈沖施加給電極的這種操作模式的優(yōu)點(diǎn)是，由于實(shí)際上并不存在專用的陽極，所以在電極的間距方面更靈活。因而，這些“無陽極”的DC濺射模式使得能夠根據(jù)需要設(shè)置電極的位置(例如，提高膜均勻性和/或在濺射室130內(nèi)希望產(chǎn)生等離子體的地方產(chǎn)生等離子體)，這在許多實(shí)施方式中減少了污染源并得到較不復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。有利的是，在數(shù)個(gè)實(shí)施例中，功率控制部件110被配置為對施加給至少一部分電極140中的每一個(gè)電極的功率量進(jìn)行調(diào)制。因而，在許多實(shí)施例中，功率控制部件110使得能夠改變從一個(gè)或多個(gè)電極濺射出的靶材物質(zhì)的量，用以使得能夠以期望方式將靶材物質(zhì)沉積在基底160上。例如，在數(shù)個(gè)實(shí)施例中，能夠獨(dú)立控制施加給一個(gè)或多個(gè)電極140的功率，使得能夠以期望的拓?fù)洹㈦娮?、?qiáng)度等來沉積物質(zhì)。此外，在許多實(shí)施方式中，響應(yīng)于來自等離子體室130的反饋(例如，表示出沉積層的厚度、層的電阻、層的光學(xué)屬性等的反饋)來對被輸送到一個(gè)或多個(gè)電極的功率進(jìn)行調(diào)制。作為另外的示例，在許多實(shí)施方式中，功率控制部件110被配置為在靶材物質(zhì)被沉積在基底上時(shí)，通過對施加給一個(gè)或多個(gè)電極140的功率進(jìn)行調(diào)制，使得靶材物質(zhì)能夠在基底160上均勻沉積。此外，在一些實(shí)施例中，可以監(jiān)測電極上剩余的靶材物質(zhì)的量，并可以基于剩余的靶材物質(zhì)的量來對施加給該電極的功率進(jìn)行調(diào)制，從而使得能夠使被利用的靶材物質(zhì)的量最大化而不從電極上去除不需要的物質(zhì)。這是主要的好處，因?yàn)榘胁奈镔|(zhì)經(jīng)常非常貴，并且增加被使用的靶材物質(zhì)的量(同時(shí)避免從電極上去除不需要的物質(zhì))會(huì)節(jié)省很多錢，此外，由于來自不需要的對電極物質(zhì)的去除的污染較少，因此也可以延長所需維護(hù)之間的時(shí)間段，從而再次節(jié)省了時(shí)間和金錢。
在許多實(shí)施例中，在將物質(zhì)沉積在基底160上的同時(shí)，基底160被保持在靜態(tài)位置。因而，在這些靜態(tài)沉積的實(shí)施例中，由于活動(dòng)部分而變成夾雜在等離子體150中的不希望有的粒子數(shù)量顯著減少；因此，由于沉積在基底上的層中的雜質(zhì)而造成的缺陷的數(shù)量也就減少了。此外，粒子引起的電弧放電也減少了，這提高了處理質(zhì)量。在可替代的實(shí)施例中，相對于電極來移動(dòng)基底160的位置，以實(shí)現(xiàn)期望的沉積特征。本文中公開的許多實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠利用DC功率(例如，具有交變極性的DC功率)來執(zhí)行金屬濺射。例如，本文中描述的許多實(shí)施例利用對施加給一個(gè)或多個(gè)電極的功率進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，使得能夠在靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的基底上進(jìn)行金屬濺射。在數(shù)個(gè)實(shí)施例中，功率控制部件110被配置為觸發(fā)頻率約為OHz到500kHz的DC功率脈沖。在一些實(shí)施例中，功率控制部件Iio進(jìn)行工作以提供約2kHz到50kHz的DC脈沖，而在其他實(shí)施例中提供IOHz到2kHz的DC脈沖，而在其他實(shí)施方式中，功率控制部件110進(jìn)行工作以提供約為IOHz到500Hz的DC脈沖。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，功率控制部件輸送頻率為60Hz的DC功率脈沖，而在又一個(gè)實(shí)施例中，功率控制部件110進(jìn)行工作，以提供約為IOHz到50Hz的DC脈沖。如本文中進(jìn)一步所討論的，功率控制部件110被配置為提供高得多的頻率(例如，500kHz )下的雙極脈沖或單極脈沖。在許多低頻的變型中，每個(gè)交變功率脈沖的脈沖寬度至少比DC功率源100的電弧檢測時(shí)間要長。在其他的變型中，功率控制器110包括電弧管理功能以處理更高頻率的實(shí)施方式。在一些實(shí)施例中，雙極功率脈沖和/或單極功率脈沖中每一個(gè)的脈沖寬度比與一個(gè)或多個(gè)電極140相關(guān)聯(lián)的熱時(shí)間常數(shù)要短，用以基本上防止可能會(huì)影響沉積(例如，均勻性、膜質(zhì)量、沉積速率)的一個(gè)或多個(gè)電極140溫度的變化。而在一些變型中,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相關(guān)聯(lián)的部件(例如，布線、連接器等)或者與等離子體濺射室130相關(guān)聯(lián)的電極140相關(guān)聯(lián)。例如，在一些實(shí)施例中，熱閾值條件被定義為防止與等離子體濺射室130有關(guān)的特定部件或電極140超過指定溫度或下降到指定溫度之下。在許多實(shí)施例中，功率控制部件110包括一個(gè)或多個(gè)開關(guān)(未示出)和/或控制模塊(未示出)，其中開關(guān)例如是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。在一些實(shí)施例中，控制模塊包括控制算法(例如，開環(huán)控制算法或閉環(huán)控制算法)，該控制算法與一個(gè)或多個(gè)開關(guān)結(jié)合使用，用以根據(jù)脈沖參數(shù)值來產(chǎn)生DC功率脈沖。在一些實(shí)施例中，從與功率控制部件110和/或DC功率源100相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器(未示出)訪問脈沖參數(shù)值。在一些實(shí)施例中，功率控制部件110的一種或多種功能被合并到DC功率源100中，而在其他實(shí)施例中，DC功率源100的一種或多種功能被合并到功率控制部件110中。在一些變型中，本文中公開的模塊由動(dòng)態(tài)調(diào)整和/或靜態(tài)構(gòu)成的軟件、固件和/或硬件來實(shí)施。接下來參考圖2，圖2是示意圖，說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，被配置為產(chǎn)生用于等離子體濺射室240的超低頻DC功率脈沖的DC功率源250 (例如，電流源)和功率控制部件230。具體地，通過功率控制部件230來控制流向等離子體濺射室240的電流252的路徑，用以生成DC功率脈沖。功率控制部件230包括開關(guān)232和開關(guān)234，開關(guān)232和開關(guān)234以并聯(lián)構(gòu)造連接到正極節(jié)點(diǎn)264。功率控制部件230還包括開關(guān)236和開關(guān)238，開關(guān)236和開關(guān)238以并聯(lián)構(gòu)造連接到負(fù)極節(jié)點(diǎn)266。
開關(guān)232、234、236和238交替閉合，來以交變方式將功率施加給等離子體濺射室240的電極244和電極242，以使得等離子體在等離子體形成區(qū)域270被點(diǎn)燃和/或維持?；?60被布置在等離子體濺射室240內(nèi)，使得當(dāng)?shù)入x子體在等離子體形成區(qū)域270被點(diǎn)燃和/或維持時(shí)，由等離子體從電極242和電極244上驅(qū)逐出的至少一些物質(zhì)被沉積在基底260上在沉積層262中。在一些實(shí)施例中，開關(guān)232、234、236和238中的至少兩個(gè)基本上在同一時(shí)間(例如，基本同時(shí)地)閉合。在一些實(shí)施例中，沉積層262是薄膜晶體管(TFT)沉積層，但這當(dāng)然不是必須的，而可以預(yù)期許多其他的應(yīng)用。通過對流向電極242和244的電流進(jìn)行交變，電極中的一個(gè)作為陰極持續(xù)一段時(shí)間，同時(shí)其它電極在該段時(shí)間期間作為陽極。例如，在第一操作狀態(tài)中，開關(guān)232和開關(guān)236閉合，而開關(guān)234和開關(guān)238打開，使得電流從DC功率源250開始流過電極242，然后流過電極244。在該第一操作狀態(tài)中，電極242將作為陽極，同時(shí)電極244將作為陰極。等離子體將在等離子體形成區(qū)域270中被點(diǎn)燃和/或維持，并且基底260將被從電極242上驅(qū)逐出的物質(zhì)涂覆。在第二操作狀態(tài)中，開關(guān)234和開關(guān)238閉合，而開關(guān)232和開關(guān)236打開，使得電流從DC功率源250開始流過電極244，然后流過電極242。在該第二操作狀態(tài)中，電極242將作為陰極，而電極244將作為陽極。等離子體將在等離子體形成區(qū)域270中被點(diǎn)燃和/或維持，并且基底260將被從電極244驅(qū)逐出的物質(zhì)涂覆。在許多實(shí)施例中，與DC功率源250相關(guān)聯(lián)的控制模塊254 (例如，執(zhí)行所存儲(chǔ)的指令的處理器)被配置為根據(jù)脈沖參數(shù)值來觸發(fā)對開關(guān)232、234、236和238的切換。如本文中進(jìn)一步所討論的，功率控制部件230不需要以雙極方式工作，而在許多操作模式中，功率控制部件提供單極脈沖。在一些實(shí)施方式中，電極242和電極244被分隔開一定空間220，空間220限定出一體積222 (圖2中所示)，該體積222被限定成使得在體積222中的電流放電密度明顯小于等離子體濺射室240工作期間在等離子體形成區(qū)域270中的電流放電密度。在一些實(shí)施例中，體積222的大小和/或形狀被限定為具有指定的電流放電密度。諸如體積222之類的體積中的電流放電密度與該體積內(nèi)的等離子體的點(diǎn)燃相對應(yīng)。例如，體積222中的低電流放電密度與體積222內(nèi)等離子體點(diǎn)燃的低概率相對應(yīng)。換句話說，可以限定體積222，使得體積222中高密度等離子體點(diǎn)燃的概率實(shí)質(zhì)上低于等離子體形成區(qū)域270中高密度等離子體點(diǎn)燃的概率。在一些變型中，體積222被限定為滿足與等離子體形成區(qū)域270和/或體積222相關(guān)聯(lián)的等離子體形成標(biāo)準(zhǔn)(例如，閾值、條件)。如已討論過的，無陽極操作的優(yōu)點(diǎn)是能夠靈活地改變電極之間的空間220，以實(shí)現(xiàn)期望的濺射特性。例如，使用等離子體室240內(nèi)的磁體(未示出)來改變電極242和244之間的電流以及由此改變等離子體點(diǎn)燃。例如，在一些實(shí)施例中，使用一個(gè)或多個(gè)磁體或以電氣方式得到的磁場來改變電極242和電極244之間的電流，以使得等離子體形成區(qū)域270中的電流放電和由此的等離子體點(diǎn)燃概率遠(yuǎn)高于體積222中的電流放電和由此的等離子體點(diǎn)燃概率。在一些實(shí)施例中，體積222的大小、工藝氣體壓力、施加給電極的電壓和/或磁場的方向被限定為用以在等離子體形成區(qū)域270和體積222之間產(chǎn)生指定的電流放電密度比率。在一些情況下，間距220明顯小于陰極暗區(qū)。
在一些變型中，基于與來自電極242和244的物質(zhì)在基底260上的沉積層262中的沉積相關(guān)聯(lián)的靶材沉積剖面(也稱作沉積剖面靶材)來限定間距220的大小。換句話說，對電極242和電極244進(jìn)行定位，以實(shí)現(xiàn)靶材沉積剖面，并且因此至少部分限定出間距220及由此限定出的體積222。在一些實(shí)施例中，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)沉積剖面標(biāo)準(zhǔn)(例如，閾值、條件)來限定靶材沉積剖面，該沉積剖面標(biāo)準(zhǔn)與與沉積層262相關(guān)聯(lián)的不同位置(例如，不同的空間位置、不同的區(qū)域)相關(guān)聯(lián)。例如，在一些變型中，對間距220和/或體積222進(jìn)行限定，使得從電極242和電極244沉積到基底260上、在沉積層262中的物質(zhì)滿足與薄膜晶體管處理相關(guān)聯(lián)的一組沉積剖面標(biāo)準(zhǔn)(例如，沉積均勻性標(biāo)準(zhǔn))。在一些實(shí)施方式中，靶材沉積剖面包括靶材化學(xué)成分和/或靶材厚度(例如，整個(gè)基底260上基本上均勻的厚度)。在許多實(shí)施例中，對間距220和/或體積222進(jìn)行限定，以考慮來自電極242和電極244的各向異性濺射。例如，可以限定間距220和體積222，以減少各向異性濺射的影響，從而在基底260上實(shí)現(xiàn)沉積層262的靶材沉積剖面。在數(shù)個(gè)實(shí)施例中，對間距220 (例如，體積222)以及電極242和/或電極244與基底260之間的距離210進(jìn)行限定，以在基底260上實(shí)現(xiàn)特定的靶材沉積剖面。在許多實(shí)施例中，對電極242和/或電極244與基底260之間的距離210的減小提高了沉積層262的質(zhì)量，和/或提高了來自電極242和/或電極244的物質(zhì)的沉積速率。例如，在一些實(shí)施例中，在減小距離210時(shí)減小間距220 (和體積222)以提高基底260上沉積的均勻性。在一些實(shí)施例中，在減小距離210時(shí)增大間距220(和體積222)以提高基底260上的沉積層262的厚度的均勻性。此外，還可以調(diào)整工藝氣體壓力，以實(shí)現(xiàn)期望的均勻性和膜屬性。此外，在一些實(shí)施方式中，基于壓力閾值條件來限定電極242和電極244之間的間距220。例如，在一些實(shí)施例中，基于期望的工藝氣體種類和壓力的范圍來定位電極242和電極244，使得在體積220中形成等離子體的概率最小化。等離子體的激發(fā)取決于氣體壓力和電極的間距，并且像這樣就可以對此進(jìn)行優(yōu)化以減小等離子體形成的概率。除了與現(xiàn)有技術(shù)的DC處理技術(shù)相比具有更靈活的電極間距這個(gè)益處以外，因?yàn)樵谠S多實(shí)施例中，以超低頻率輸送DC功率脈沖，因此對基底260加熱的概率低于在可比擬的AC供電的系統(tǒng)中的該概率，在可比擬的AC供電的系統(tǒng)中，例如，對基底260的隨機(jī)加熱可能是個(gè)普遍問題。由此，在一些實(shí)施例中，電極242和/或電極244與基底260之間的距離210小于在可比擬的AC供電的系統(tǒng)中的該距離。與可比擬的AC供電系統(tǒng)相比，通過減小距離210，可以更容易地控制沉積層262的沉積剖面，并可以改善膜屬性。而在施加交變的DC功率脈沖的一些實(shí)施例中，脈沖以超低頻率被輸送，并且電極242和電極244本身即是陽極也是陰極；因此，在一些實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)上減少了或者消除了對陽極進(jìn)行冷卻及對等離子體濺射室240進(jìn)行冷卻的需要。除了對電極242、244進(jìn)行分隔來影響沉積剖面之外，在一些實(shí)施例中，例如根據(jù)電弧放電水平標(biāo)準(zhǔn)(例如，閾值、條件)，對間距220進(jìn)行限定以使得電極242和電極244之間電弧放電或短路的概率基本上接近于零或保持在可接受的低水平上(例如，低于最大水平)。如果電極242和電極244之間發(fā)生電弧放電或發(fā)生短路，就可能會(huì)對等離子體形成區(qū)域270中等離子體的形成造成不利影響，但在一些應(yīng)用中，可以容忍電極242和電極244之間低水平的電弧放電。
在一些實(shí)施例中，對電極242和電極244之間的間距220和/或體積222進(jìn)行限定，以使得在基本上不影響基底260上沉積層262的靶材沉積剖面的情況下，可以將電弧放電(例如，電弧的數(shù)量、電弧電流)維持在指定的水平上。例如，在一些實(shí)施例中，對體積222進(jìn)行限定，以使得電弧放電會(huì)低于指定的水平，并且一個(gè)或多個(gè)靶材沉積標(biāo)準(zhǔn)會(huì)被滿足。在許多實(shí)施例中，盡管減小電極242和電極244之間的間距220 (例如，體積222)促進(jìn)提高了整個(gè)沉積層262上的均勻性(例如，整個(gè)沉積層262上均勻的厚度)并減小了在電極242和電極244之間形成不想要的等離子體的可能性，但增加了在電極242和電極244之間出現(xiàn)不希望有的電弧放電的可能性。因此，限定電極242和電極244之間的間距220，以滿足(例如，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中被示為是矩形體積，但這當(dāng)然不是必須的，在各種變型中，體積222是許多可能的不同形狀中的另一種(例如，具有指定厚度的多邊形)。例如，圖3是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例由體積322間隔開的一組同心電極344和342的示意圖。在該實(shí)施例中，電極342是環(huán)形電極。與圖2所示的電極242和244 —樣，通過交替變換流向電極342和電極344的電流，其中一個(gè)電極在一段時(shí)間內(nèi)作為陰極，而在該段時(shí)間期間其他電極作為陽極。圖4是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由DC電源(例如，DC源170)施加到等離子體濺射室的電極的DC電壓的示例的曲線圖。例如，可以將圖4中所示的DC電壓施加到圖2中所示的電極242或電極244中的任意一個(gè)，或施加到圖3中所示的電極342或電極344中的任意一個(gè)。該曲線圖說明了在y軸上電壓的范圍從+z到-z，而X軸說明了向右增加的時(shí)間。如所示出的，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的脈沖高度486為+z，負(fù)脈沖420的脈沖高度488為_z。在一些實(shí)施例中，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的占空比被定義為正脈沖482的持續(xù)時(shí)間除以周期478的持續(xù)時(shí)間(例如，正脈沖的脈沖寬度加上負(fù)脈沖的脈沖寬度)。負(fù)DC脈沖420的占空比被定義為負(fù)脈沖484的持續(xù)時(shí)間除以周期478的持續(xù)時(shí)間。在許多實(shí)施例中，正脈沖410的脈沖寬度482和負(fù)脈沖420的脈沖寬度484中的每一個(gè)的持續(xù)時(shí)間都被限定為要比與DC電源(例如，DC電源170)相關(guān)聯(lián)的控制環(huán)(例如，比例-積分-微分(PID)控制環(huán)、開環(huán)控制環(huán))的響應(yīng)時(shí)間要長，用以允許有足夠的時(shí)間來準(zhǔn)確地產(chǎn)生DC功率脈沖410和DC功率脈沖420。在一些實(shí)施例中，盡管不是必須的，但正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中每一個(gè)的持續(xù)時(shí)間都被限定為比DC電源的電弧檢測時(shí)間要長，和/或被限定為比與電極(例如，接近基底邊緣的邊緣電極)相關(guān)聯(lián)的熱時(shí)間常數(shù)要短，用以實(shí)質(zhì)上防止可能會(huì)影響沉積(例如，沉積的均勻性、沉積速率)的電極溫度變化。如圖4中所示，極性變化基本上是從正DC脈沖410瞬間變化到負(fù)DC脈沖420。在一些實(shí)施例中，從正DC脈沖410到負(fù)DC脈沖420的變化或轉(zhuǎn)變，被稱作轉(zhuǎn)變時(shí)間段430，反之亦然。當(dāng)轉(zhuǎn)變時(shí)間段430基本上等于零時(shí)，功率基本上是從正DC脈沖410瞬間變化到負(fù)DC脈沖420的，反之亦然(如圖4中所示)。
例如，為了實(shí)現(xiàn)負(fù)DC脈沖420和正DC脈沖410之間基本上瞬間的變化，在變化之前就觸發(fā)例如圖I中所示的DC電源內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)，用以考慮切換時(shí)間延遲。例如，在一些實(shí)施例中，DC電源內(nèi)的切換部件(例如FET或IGBT晶體管)可能具有可以為10到幾百納秒(ns)的切換時(shí)間延遲(例如，需要10到幾百納秒以從接通狀態(tài)變化到關(guān)斷狀態(tài))。相應(yīng)地，可以觸發(fā)FET或IGBT晶體管在指定的從負(fù)DC脈沖420到正DC脈沖410的切換時(shí)間之前進(jìn)行切換，反之亦然，用以考慮切換時(shí)間延遲。如圖4中所示，基于切換時(shí)間延遲在時(shí)間Tl處觸發(fā)開關(guān)，使得可以在時(shí)間T2處瞬間發(fā)生從負(fù)DC脈沖420到正DC脈沖410的轉(zhuǎn)變。在一些實(shí)施例中，在交變的極性之間進(jìn)行切換時(shí)的電壓降小于DC電源的電弧電壓檢測能力，以基本上防止錯(cuò)誤地觸發(fā)與DC電源相關(guān)聯(lián)的滅弧機(jī)構(gòu)。應(yīng)該認(rèn)識到，可以取決于特定的應(yīng)用來改變脈沖的幅值。例如，在應(yīng)用功率作為部分離子源的背景下，電壓可以是3000伏。作為另一個(gè)示例，在雙極脈沖的背景下，電壓可以在+/-3000伏之間。在本文中進(jìn)一步所討論的單極應(yīng)用中，電壓范圍可以在O和正3000負(fù)之間，或者在O和負(fù)3000伏之間。還應(yīng)該認(rèn)識到，本文中對負(fù)電壓或正電壓的描繪僅僅是示例性的，被描繪為負(fù)的電壓也可以作為正電壓產(chǎn)生，被描繪為正電壓的電壓可以作為負(fù)電壓產(chǎn)生。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)變時(shí)間段基本上大于零。例如，圖5的曲線圖說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，包括大于零的轉(zhuǎn)變時(shí)間段的占空比。在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)變時(shí)間段包括時(shí)間段590，在時(shí)間段590內(nèi)沒有功率被輸送到等離子體濺射室。時(shí)間段590可以被稱作關(guān)斷時(shí)間段，而在一些實(shí)施例中，該關(guān)斷時(shí)間段590比電弧檢測時(shí)間段要短，以使得關(guān)斷時(shí)間段590不會(huì)被DC電源錯(cuò)誤地登記為不希望有的電弧。此外，功率控制部件110和/或DC功率源100之間的通信可以消除錯(cuò)誤的電弧檢測。再次參考圖4，在許多實(shí)施例中，可以限定轉(zhuǎn)變時(shí)間段430以使得防止等離子體濺射室內(nèi)等離子體的再次點(diǎn)燃,并使電壓瞬變最小化。具體地,可以對由DC功率源(例如，DC功率源100)和功率控制部件(例如，功率控制部件110)產(chǎn)生的交變脈沖之間的轉(zhuǎn)變時(shí)間段進(jìn)行限定，以使得轉(zhuǎn)變時(shí)間段比等離子體衰變時(shí)間段要短，并且因此，等離子體不需要在交變DC功率脈沖之間被再次點(diǎn)燃。這與由AC功率源供電的等離子體濺射室相反，在AC功率源供電的等離子體濺射室中，濺射室中的等離子體被再次點(diǎn)燃或顯著衰變，或在AC周期中每次極性反轉(zhuǎn)時(shí)(特別是在頻率相對較低時(shí))都會(huì)存在明顯的電壓瞬變。此外，因?yàn)榈入x子體可以被完全熄滅，所以一些AC功率系統(tǒng)在每個(gè)AC半周期都需要相對較高的點(diǎn)燃電壓，或電壓瞬變，而在許多如上面所討論的進(jìn)行操作以減小轉(zhuǎn)變時(shí)間段的實(shí)施例中，這些高點(diǎn)燃電壓或電壓瞬變是可以避免的。即使占空比的轉(zhuǎn)變時(shí)間段大于零，例如圖5中所示的那樣，也可以限定轉(zhuǎn)變時(shí)間段以使得在轉(zhuǎn)變時(shí)間段期間等離子體實(shí)質(zhì)上不衰變和/或熄滅。例如，在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)變時(shí)間段被限定為比與等離子體相關(guān)聯(lián)的衰變時(shí)間要長，所以在交變極性的功率脈沖之間等離子體被熄滅了。在一些實(shí)施例中，通過脈沖參數(shù)值來限定脈沖寬度482和脈沖寬度484、轉(zhuǎn)變時(shí)間段430、脈沖高度486和脈沖高度488和/或占空比等，這些脈沖參數(shù)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中和/或由與DC電源或DC電源的部件(例如，功率控制部件110和/或DC功率源100)相關(guān)聯(lián)的處理器來讀取。而這些脈沖參數(shù)值可以限定出正DC功率脈沖410和/或負(fù)DC功率脈沖420。在一些變型中，DC電源170被配置為反轉(zhuǎn)脈沖的極性，以響應(yīng)于對電弧的檢測來熄滅電弧。在一些實(shí)施例中，DC電源170被配置為在輸送交變功率脈沖時(shí)，繼另一個(gè)正DC脈沖之后輸送多于一個(gè)的正DC脈沖，或繼另一個(gè)負(fù)DC脈沖之后輸送多于一個(gè)的負(fù)DC脈沖。圖6是說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的脈沖參數(shù)620和脈沖參數(shù)值630的示例的表格610。表格610包括，但并不局限于，脈沖功率、關(guān)斷時(shí)間、脈沖持續(xù)時(shí)間(寬度)、脈沖電壓、周期時(shí)間和極性的脈沖參數(shù)620。脈沖參數(shù)值630僅是示例性的值，在一些實(shí)施例中，脈沖參數(shù)值630與表格610中所示的脈沖參數(shù)值630差別很大。接下來參考圖7，圖7是說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，耦合到DC電源740和DC電源742的等離子體濺射室710示意圖。DC電源740和DC電源742被配置為將DC功率脈沖輸送到等離子體濺射室710，以點(diǎn)燃和/或維持用來使沉積層722 (例如，薄膜晶體管層)在基底720上沉積的等離子體。特別地，DC電源740被配置為向電極752和電極754輸送雙極DC脈沖和/或單極DC脈沖，而DC電源742被配置為向電極756、758和760輸送雙極DC功率脈沖和/或單極DC功率脈沖。盡管DC電源740、DC電源742被描繪成單獨(dú)的設(shè)備，但應(yīng)認(rèn)識到，電源740、電源742也可以由分布部件的集合來實(shí)現(xiàn)。例如，每個(gè)電源740、742可以包括多于一個(gè)的DC功率源，并且功率控制部件(例如，切換功率控制部件)可以與DC功率源分離地收納。盡管肯定不是必須的，在數(shù)個(gè)實(shí)施例中，濺射室710被配置為使基底720在層722的沉積期間能夠保持靜態(tài)，并將脈沖施加給電極730，以根據(jù)靶材沉積剖面768 (例如，期望的形態(tài)(例如，拓?fù)?、厚度、電阻、光學(xué)屬性、膜應(yīng)力、密度、結(jié)晶度和/或粘附力等)實(shí)現(xiàn)沉積層722在靜止基底720上的沉積。例如，在許多實(shí)施例中，對施加給一個(gè)或多個(gè)電極730的功率進(jìn)行調(diào)制，以使能在電極之間進(jìn)行有差別的濺射。以該方式，在不移動(dòng)基底720來完成期望沉積剖面的情況下，可以實(shí)現(xiàn)靶材沉積剖面768。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中依靠基底720的移動(dòng)來以期望剖面768對層722進(jìn)行沉積的技術(shù)不同，本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施例使能靜態(tài)基底沉積，這減小了由傳送器機(jī)構(gòu)產(chǎn)生并被不希望地傳送到移動(dòng)基底表面的不希望有的粒子的可能性；由此就減小了在層722中電弧放電和摻雜的可能性。為了清楚起見，圖7沒有描繪可選的反饋線和傳感器，但在許多實(shí)施例中，對層722的一個(gè)或多個(gè)特性(例如，形態(tài)、厚度、電阻、光學(xué)屬性、膜應(yīng)力、密度和/或粘附力等)進(jìn)行監(jiān)測，并且表示該特性的信息被反饋給DC電源740、DC電源742中的一個(gè)或全部并被用于調(diào)制施加給一個(gè)或多個(gè)電極730的功率，使得根據(jù)靶材沉積剖面768將物質(zhì)沉積在基底720 上。在圖7所描繪的示例性實(shí)施例中，DC電源740和DC電源742都被配置成施加所限定的雙極DC電壓和/或單極DC電壓，以使來自電極740和電極742的物質(zhì)以指定的靶材沉積剖面768沉積到沉積層722中。盡管圖7所描繪的靶材沉積剖面768是具有均勻厚度的沉積剖面，但在一些實(shí)施例中，靶材沉積剖面768是具有非均勻厚度和/或非均勻成分的剖面。換句話說，在一些變型中，在靶材沉積剖面中的不同點(diǎn)處的厚度和/或成分是不同的。如圖7中所示,虛線764說明了典型的錐形沉積剖面(也成為厚度衰減(thickness!■oll-off))，該典型的錐形沉積剖面在沒有本文中描述的技術(shù)的情況下在基底720的邊緣附近偏離均勻厚度的沉積剖面768?；椎倪吘壢菀桩a(chǎn)生厚度衰減，這是因?yàn)樵诨?20的邊緣附近的電極(比如圖7中所示的電極752)不具有可以有助于在邊緣進(jìn)行沉積的鄰近電極。在許多變型中，根據(jù)被限定為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生沉積剖面768的濺射的脈沖參數(shù)值(例如，限定占空比、脈沖寬度、脈沖幅值等的參數(shù)值)來產(chǎn)生施加給每個(gè)電極730的DC脈沖。例如，在許多情況下，對施加給電極752和電極754的DC脈沖(例如，負(fù)DC脈沖和/或正DC脈沖)進(jìn)行協(xié)調(diào)，以在基底720的邊緣實(shí)現(xiàn)基本上均勻的沉積(例如，不具有錐形的沉積剖面)。例如，電極752作為陰極的時(shí)間可以比電極754作為陰極的時(shí)間長。而且，在電極752作為陰極時(shí)輸送給電極752的DC功率脈沖的功率水平可以比電極754作為陰極時(shí)輸送給電極754的DC功率脈沖的功率水平高。圖8A和圖8B是說明了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，從圖7所示的DC電源740分別輸送給電極752和電極754的DC脈沖的示意性曲線圖。如圖中所示，圖8A和圖8B說明了在其各自縱軸上的DC電壓，以及在其各自橫軸上向右增加的時(shí)間。這些曲線圖說明了當(dāng)在指定時(shí)間段持續(xù)將具有指定極性的DC脈沖輸送給一個(gè)電極時(shí)，在相同的時(shí)間段期間將具有相反極性的DC脈沖輸送給另一個(gè)電極，這是因?yàn)閷⑻结樀恼俗釉O(shè)在縱軸上標(biāo)注的電極上而將負(fù)端設(shè)在該對電極的另一個(gè)電極上來進(jìn)行測量。例如，從時(shí)間Pl開始，將電壓為+X的正DC脈沖從DC電源740輸送給電極752并且持續(xù)一時(shí)間段882，并在該時(shí)間段882期間將電壓為-X的負(fù)DC脈沖輸送給電極754。類似地，從時(shí)間P2開始，將電壓為_y的負(fù)DC脈沖從DC電源740輸送給電極752并且持續(xù)一時(shí)間段884，并在該時(shí)間段884期間將電壓為+y的負(fù)DC脈沖輸送給電極754。在該實(shí)施例中，由DC電源740在時(shí)間段884期間輸送的總功率小于時(shí)間段882期間輸送的總功率。通過當(dāng)電極752作為陰極時(shí)以更高的功率水平和持續(xù)更長的時(shí)間段輸送正DC脈沖，在基底720邊緣附近的沉積速率(例如，與電極752相對應(yīng)的沉積速率)將高于與電極754相對應(yīng)的沉積速率。再次參考圖7，與DC電源740類似，在一些實(shí)施例中，DC電源742被配置為在電極760作為陰極時(shí)，向電極760輸送比輸送給電極756和電極758的DC脈沖具有更長的持續(xù)時(shí)間和更高的功率的DC脈沖。在一些實(shí)施例中，輸送給電極760的DC功率脈沖的持續(xù)時(shí)間比輸送給電極756和電極758的組合DC功率脈沖的持續(xù)時(shí)間更長。在一些變型中，一個(gè)電極與基底720和/或沉積層722的相對距離與另一個(gè)電極的不同。例如，電極752和電極754可以與基底720相距不同的距離，以便于對特定的沉積剖面(例如均勻靶材沉積剖面)的沉積。而在一些實(shí)施例中，基于電極與基底720和/或沉積層722的距離來限定施加給電極的脈沖(例如，占空比)。在一些實(shí)施例中，限定一個(gè)或多個(gè)電極730的大小(例如，寬度、高度)、形狀(例如，環(huán)形、矩形)、和/或成分(例如，金屬的特殊化學(xué)成分、金屬化合物或陶瓷)，以便于對特定沉積剖面的沉積。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)電極730可以與電極730中的另一個(gè)相比具有不同的大小、形狀和/或成分。在一些實(shí)施例中，基于電極的大小、形狀和/或成分來限定施加給該電極的一個(gè)或多個(gè)脈沖(例如，占空比)。在一些實(shí)施例中，電極730中的兩個(gè)包括不同的物質(zhì)(例如，不同的靶材物質(zhì))，可以對DC脈沖進(jìn)行限定(例如，使用脈沖參數(shù)值來限定)并將該DC脈沖施加給由不同物質(zhì)構(gòu)成的電極730，以實(shí)現(xiàn)特定化學(xué)成分(例如，指定的化學(xué)計(jì)量)的沉積層722。一個(gè)示例是將靶材物質(zhì)銦和錫與氧氣和氬氣進(jìn)行組合以金屬性濺射氧化銦錫。在一些變型中，這種形式的濺射被稱作共濺射(co-sputtering)，而該技術(shù)是吸引人的，因?yàn)樗梢员挥脕沓练e具有受控的物質(zhì)混合物的膜?？梢杂盟鼇砜刂苹瘜W(xué)計(jì)量，或因?yàn)榛衔锇胁奈镔|(zhì)難以進(jìn)行濺射，或是價(jià)格昂貴，和/或難以形成。作為另一個(gè)示例，可以以約為I. 66的折射率沉積Al2O3,并可以以約為2. 4的折射率沉積Ti02。使用Al靶材和Ti靶材并且利用氧氣作為反應(yīng)氣體的反應(yīng)性共濺射處理在原則上能夠沉積折射率在I. 66到2. 4之間的膜。在許多實(shí)施例中，在圖7所描繪的實(shí)施例中的電極730由施加超低頻DC脈沖的兩種不同的DC電源740、742來供電，并且因此，在一些實(shí)施方式中，DC電源740、742是負(fù)載匹配的。換句話說，可以協(xié)調(diào)由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)靶材沉積剖面增加沉積控制，并減少等離子體濺射室710內(nèi)的熱不一致性。通過另外的示例的方式，在一些變型中，DC電源740、742被配置為輸送DC脈沖，以使得電極754和電極756不同時(shí)作為陰極,從而避免在位置774處同時(shí)沉積來自于電極754和電極756的物質(zhì)。在一些變型中，DC電源740和DC電源742被配置為輸送DC功率脈沖，以使得電極754和電極756同時(shí)作為陰極或作為陽極。盡管在該實(shí)施例中電極730接收來自于兩個(gè)不同的DC電源740、742的脈沖，但在一些實(shí)施例中，該電極接收來自于單個(gè)DC電源的功率脈沖，該單個(gè)DC電源例如在功率控制部件中包括多相橋，該功率控制部件控制和/或限定DC脈沖中功率的分配。該類型的配置形式可以被稱作多磁控管配置，并且在一些實(shí)施方式中，電極730接收來自于大于兩個(gè)的DC電源(例如，每個(gè)電極一個(gè)DC電源)的DC功率脈沖。而在其他實(shí)施例中，在非相鄰電極之間限定/協(xié)調(diào)DC脈沖。圖9是說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體濺射室910的示意性方框圖，等離子體濺射室910被配置為接收由DC電源930施加的DC脈沖。DC電源930被配置為基于由傳感器940產(chǎn)生的至少一個(gè)處理反饋信號(例如，與傳感器測量值相關(guān)聯(lián)的信號，比如電壓信號或電流信號)，來調(diào)節(jié)輸送到等離子體濺射室910的DC功率脈沖。處理器936被配置為接收來自傳感器940的反饋信號，并基于該反饋信號觸發(fā)對DC電源930施加給等離子體濺射室910的一個(gè)或多個(gè)DC脈沖的調(diào)節(jié)。等離子體濺射室910被用來濺射在等離子體濺射室910內(nèi)沉積的在基底920上的沉積層922。在一些實(shí)施例中，沉積層922與薄膜晶體管處理相關(guān)聯(lián)。盡管傳感器940被描繪成在濺射室910內(nèi)，但這當(dāng)然不是必須的，而任何普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在一些實(shí)例中，傳感器940可以位于室的外面。在一些實(shí)施例中，處理器936被配置為向傳感器940詢問反饋信號。在一些實(shí)施例中，傳感器940被配置為，當(dāng)檢測到例如與傳感器940有關(guān)的傳感器測量值(例如，電壓信號)的變化時(shí)，就將反饋信號發(fā)送給處理器936。在一些實(shí)施例中，處理器936被配置為周期性地或隨機(jī)地接收來自傳感器940的反饋信號，并當(dāng)監(jiān)測的參數(shù)中出現(xiàn)變化時(shí)(例如，超過閾值條件的變化)，觸發(fā)由DC電源930輸送的DC功率脈沖的一個(gè)或多個(gè)變化。在一些實(shí)施例中，傳感器940是厚度監(jiān)測設(shè)備(例如，電氣和/或光學(xué)測量設(shè)備)，該厚度監(jiān)測設(shè)備被配置為監(jiān)測沉積層922的厚度，并將表示該厚度的信息發(fā)送給處理器936。在一些實(shí)施例中，傳感器940被配置為監(jiān)測沉積層922的部分(例如，指定區(qū)域、特殊位置)的厚度，并基于來自傳感器的該信息，處理器936被配置為對DC電源930施加給一個(gè)或多個(gè)電極952、954、956的功率進(jìn)行調(diào)制。在一些實(shí)施方式中，處理器936被配置為對用來限定一個(gè)或多個(gè)DC脈沖的一個(gè)或多個(gè)脈沖參數(shù)值進(jìn)行修改。在一些實(shí)施方式中，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)施例中，多個(gè)傳感器(未示出)被配置為將反饋信號發(fā)送給處理器936，而處理器936被配置為基于反饋信號的組合來改變DC脈沖。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)反饋信號與沉積層922中的不同空間位置相關(guān)聯(lián)，而處理器936被配置為在必要時(shí)對與每個(gè)空間位置相對應(yīng)的DC脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié)。在一些實(shí)施方式中，處理器936被配置為基于一個(gè)或多個(gè)反饋信號(例如，沉積速率反饋信號、溫度反饋信號、壓力反饋信號)，來改變(例如，調(diào)節(jié))或觸發(fā)與DC脈沖相關(guān)聯(lián)的脈沖參數(shù)值(例如，存儲(chǔ)器(未示出)中所存儲(chǔ)的)的變化，以引起DC脈沖的變化。例如，處理器936可以被配置為基于來自一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或多個(gè)反饋信號，從脈沖參數(shù)值數(shù)據(jù)庫中選出存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一組或多組脈沖參數(shù)值。在一些可替代的實(shí)施例中，處理器936被配置為使用存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的等式(例如，算法)來計(jì)算應(yīng)該施加給一個(gè)或多個(gè)電極的DC脈沖的特性(例如，基于來自傳感器940的反饋)。在一些實(shí)施方式中，通過改變和/或管理(例如，控制)電流、占空比和/或電壓來調(diào)節(jié)施加給一個(gè)或多個(gè)電極952、954、956的DC功率脈沖。作為示例，在一些實(shí)施例中，采集與DC脈沖有關(guān)的數(shù)據(jù)，并用這些數(shù)據(jù)來計(jì)算用于一個(gè)或多個(gè)電極952、954、956的平均濺射功率，并調(diào)節(jié)DC脈沖以在指定的時(shí)間段內(nèi)保持指定的平均濺射功率。在許多實(shí)施例中，指定的平均濺射功率與一個(gè)或多個(gè)電極相關(guān)聯(lián)，而在一些實(shí)施例中，基于期望的靶材沉積剖面來限定平均濺射功率閾值或平均濺射功率條件。盡管處理器936在圖9中被示出為獨(dú)立部件，但在一些實(shí)施方式中，作為DC電源930或傳感器940的部分來包括處理器936 (或處理器936的功能)。在一些實(shí)施例中，處理器936包括可以是在處理器936中執(zhí)行的硬件模塊和/或軟件模塊的一個(gè)或多個(gè)模塊。圖10是描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由來自一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或多個(gè)反饋信號觸發(fā)的DC脈沖的示例性變化的曲線圖。應(yīng)該認(rèn)識到，圖10描繪的脈沖調(diào)制僅僅是示例性的可以被執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)期望的沉積剖面的脈沖調(diào)制類型(例如，脈沖寬度和幅值)，并且特殊的調(diào)制可能取決于許多因素(例如，靶材物質(zhì)、電極間距、沉積剖面等)。此外，在一些實(shí)施例中，執(zhí)行脈沖調(diào)制以實(shí)現(xiàn)特定的靶材利用(例如，優(yōu)化靶材物質(zhì)利用)。如圖所示，該曲線圖在y軸上示出DC電壓，而在X軸上示出向右增加的時(shí)間。如圖10中所示，響應(yīng)于第一時(shí)間段1002和第二時(shí)間段1004之間的反饋信號，在時(shí)間Ql處調(diào)節(jié)DC脈沖。在第一時(shí)間段1002期間，正DC脈沖1020的脈沖高度為A并且脈沖寬度為1022，而負(fù)DC脈沖1030的脈沖高度為D并且脈沖寬度為1032。在時(shí)間段1004期間，正DC脈沖1040的脈沖高度為B且脈沖寬度為1042，而負(fù)DC脈沖1050的脈沖高度為C且脈沖寬度為1052。如所描繪的，在第二時(shí)間段1004期間，正DC脈沖1040的脈沖寬度1042大于第一時(shí)間段1002期間正脈沖1020的脈沖寬度1022，并且，第二時(shí)間段1004期間脈沖的脈沖高度B小于第一時(shí)間段1002期間正脈沖1020的脈沖高度A。接下來參考圖11，圖11所示的流程圖說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于響應(yīng)于與沉積層相關(guān)聯(lián)的屬性(也可以稱作特性)來調(diào)節(jié)DC脈沖的方法。如所示出的，首先，依據(jù)一個(gè)或多個(gè)特性(例如，厚度、電阻、光學(xué)屬性、膜應(yīng)力、密度和粘附力)來限定基底上的沉積層的靶材沉積剖面(方框1100)。如已討論的，靶材沉積剖面可以是具有指定化學(xué)成分的均勻或非均勻厚度的剖面，并且靶材沉積剖面可以在沉積層中不同位置處指定變化的化學(xué)成分。如所描繪的，在一些實(shí)施例中，基于靶材沉積剖面，針對等離子體濺射室內(nèi)的至少一個(gè)電極來限定脈沖參數(shù)值(方框1110)。限定脈沖參數(shù)值以使得根據(jù)靶材沉積剖面來進(jìn)行沉積。如已討論的，在一些實(shí)施例中，可以在沉積期間計(jì)算脈沖參數(shù)值，而在其他實(shí)施例中，可以預(yù)先限定脈沖參數(shù)值并從表格來讀取該脈沖參數(shù)值。一旦限定了脈沖參數(shù)值，就基于脈沖參數(shù)值將DC脈沖施加給電極，并響應(yīng)于DC脈沖來在等離子體濺射室內(nèi)點(diǎn)燃等離子體(方框1120和方框1130)。如所示出的，一旦點(diǎn)燃了等離子體，就在等離子體濺射室內(nèi)的基底上形成沉積層(方框1140)。如之前在上文已經(jīng)討論過的，在許多實(shí)施例中，在形成沉積層時(shí)，基底被靜止地保持在基本上一個(gè)位置上，而在其他實(shí)施例中，在沉積期間基底是移動(dòng)的。如圖11中所描繪的，在許多實(shí)施例中，在正形成沉積層的時(shí)候期間接收表示與沉積層相關(guān)聯(lián)的屬性(例如，厚度、電阻、化學(xué)成分、光學(xué)特性、膜應(yīng)力、密度、粘附力、溫度和/或室內(nèi)壓力)的信息(方框1150)。響應(yīng)于來自室的反饋，在許多實(shí)施方式中，基于接收到的信息和期望的靶材沉積剖面來調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)值(方框1160)。例如，如果該屬性為化學(xué)成分并且該信息表示沉積層的化學(xué)成分不同于與靶材沉積剖面相關(guān)聯(lián)的指定靶材屬性，則可以調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)值，以使得濺射滿足與靶材沉積剖面相關(guān)聯(lián)的靶材屬性。如所示出的，在對脈沖參數(shù)值進(jìn)行了調(diào)節(jié)(方框1160)之后，基于調(diào)節(jié)后的脈沖參數(shù)值將DC脈沖施加給電極(方框1170)。接下來參考圖12，圖12所示的方框圖描繪了功率控制器的另一個(gè)實(shí)施例。如所描繪的，等離子體電流注入器耦合到切換部件(例如，設(shè)置成一個(gè)或多個(gè)H橋結(jié)構(gòu)的IGBT)。此外，功率控制器包括耦合到電弧管理部件的控制器、傳感器(或多個(gè))和柵極驅(qū)動(dòng)部件。應(yīng)該認(rèn)識到，圖12旨在合理地描繪示例性功率控制器的功能部件，而功率控制器實(shí)際上可以由幾個(gè)集成的或分立的部件的組合來實(shí)現(xiàn)。還示出的是耦合到功率控制器的功率源和等離子體室。在該實(shí)施例中的功率源可以是電壓源或是電流源，并且所預(yù)期的是，功率源可以包括多個(gè)電源，該多個(gè)電源工作在可以由各種因素確定的功率水平，這些因素例如是處理應(yīng)用、電源有效性、控制考慮等。如所描繪的，可以根據(jù)濺射室內(nèi)期望的效果而以各種不同的方式來實(shí)現(xiàn)濺射室內(nèi)的電極。在一些實(shí)施方式中，具有既可以作為陽極也可以作為陰極的多個(gè)電極(例如，雙極操作模式)。而在其他實(shí)施方式中，一個(gè)電極可以作為陰極，同時(shí)另一個(gè)電極可以作為陽極(例如，在單極操作模式中)。此外，當(dāng)然預(yù)期了，濺射室本身可以作為電極(例如，陽極)。接下來參考圖13，圖13示出了圖12中所描繪的等離子體電流注入器的示例性實(shí)施例的細(xì)節(jié)。如所描繪的，等離子體電流注入器耦合到切換部件(例如，IGBT)和功率源(例如，電流源或電壓源)。為了簡單起見，省略了功率源和切換部件的細(xì)節(jié)。如所描繪的，Dl、D2、R3、LI和Cl是等離子體電流注入器的部分，Il和R2表示功率源(例如，由先進(jìn)能源工業(yè)公司(Advanced Energy Industries, Inc)提供的ASCENT電源的功率源)的部件。部件SI和部件Vl表示切換部件(例如，以H橋式形式的IGBT)，Rl和C2表示等離子體負(fù)載。參考圖13的同時(shí)參考圖14和圖15，圖14描繪了在不具有等離子體電流注入器的情況下的電流波形特征，圖15描繪了在具有等離子體電流注入器的情況下的電流波形特征。如所描繪的，通過注意到，緊跟在電壓轉(zhuǎn)變之后的電流并不是為零值，可以看出電流注入器的影響。在圖15所描繪的波形中，估算出施加了大約為25A的峰值電流注入器值。在電壓轉(zhuǎn)變之后立即將額外的電流注入到等離子體中可以帶來顯著的沉積處理優(yōu)點(diǎn)，有利的是，通過調(diào)整LI和Cl的值來規(guī)劃電流注入的幅值和持續(xù)時(shí)間。接下來參考圖16，圖16示出了耦合到DC源的功率控制器的又一個(gè)實(shí)施例。如圖16中所描繪的，可以利用N個(gè)切換單元(例如，H橋單元)來提供期望的電流水平和/或期望的頻率。在許多實(shí)施方式中，H橋是功率控制器的基本切換單元。由切換元件的技術(shù)限制限定了該單元的操作，并且，為了提高功率控制器的整體能力，集成N個(gè)單元以交互操作。例如，以交錯(cuò)模式操作這些單元允許切換頻率近似提高的倍數(shù)為切換單元的個(gè)數(shù)(例如，N個(gè)
單元允許最大頻率增加到fMX=f xsingleX N)。并聯(lián)模式中的切換也將盒的總輸出功率提高了 “M”倍(具有“M”個(gè)并聯(lián)切換單元時(shí))，
Po-total M \P0—sing]_eo可以具有兩種模式的組合，并調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的操作以滿足特殊的頻率和功率需求。例如，具有“MXN”個(gè)單元將允許系統(tǒng)使“M”個(gè)并聯(lián)單元交替運(yùn)行“N”次，工作在頻率
fmax=fmaxSingle ^ N 下,并且提供了輸出功率 PtrttrtaI=M X Pt^single。接下來參考圖17，圖17示出了 DC電源的示例性實(shí)施例。如圖所示，在該實(shí)施例中，電源中的功率控制部分包括四個(gè)H橋切換單元、緩沖網(wǎng)絡(luò)1780和功率控制部件1754。通常，功率控制部件1754被配置為控制H橋切換單元，以施加具有期望占空比和/或頻率的DC功率脈沖，從而實(shí)現(xiàn)期望的處理效果。如本文中進(jìn)一步討論的，可以調(diào)整DC功率脈沖的頻率，以實(shí)現(xiàn)期望的處理效果，該期望的處理效果包括期望的膜屬性(例如，光學(xué)特性、電阻和應(yīng)力)或處理特性(例如,濺射速率)。此外，可以調(diào)整所施加脈沖的占空比，以控制膜生長屬性。例如，可以通過陰極上的平均功率密度和峰值功率密度來調(diào)節(jié)膜的生長。并且，等離子體的關(guān)斷時(shí)間也可以影響生長。因此，為了期望的膜生長和諸如應(yīng)力、光透射和電阻之類的屬性，可以優(yōu)化由這一架構(gòu)來決定的占空比可變性。此外，如本文中進(jìn)一步討論的，還可以調(diào)整所施加脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)諸如膜生長屬性和電弧率(arc rate)之類的期望處理效果。如圖所示，在DC電源輸出端處感測電壓和電流，以使表示各種處理效果(例如，膜屬性和濺射速率)的等離子體阻抗的變化能夠被監(jiān)測并能夠利用這些變化作為輸入來控制頻率和/或占空比，從而得到一個(gè)或多個(gè)期望的處理效果。接下來參考圖18，圖18示出了圖17中所描繪的緩沖網(wǎng)絡(luò)1780的示例性實(shí)施例。設(shè)計(jì)該示例性緩沖網(wǎng)絡(luò)以相對于現(xiàn)有的緩沖器設(shè)計(jì)顯著提高電弧率限制。如圖所示，該示例性緩沖器包括緩沖器電容器的分壓器設(shè)置，該分壓器設(shè)置使電感器電流斜坡式下降(ramp down)斜率被顯著增大。在操作中，在電弧狀況期間，流過電感器LI的電流隨著該時(shí)間間隔期間電感器LI兩端的電壓隨時(shí)間的變化而斜坡式增大(ramp up)。例如，在Cl的電容值等于C2的電容值并且等離子體處理電壓為600伏時(shí)，每個(gè)電容器被充電到300伏(處理電壓的一半)減去約為50伏的電弧電壓，在該情況下，該時(shí)間間隔期間電感器兩端的電壓可以為大約250伏。在電弧狀況后，流過電感器的電流隨著該時(shí)間間隔期間電感器兩端的電壓隨時(shí)間的變化而斜坡式下降。在該時(shí)間間隔期間電感器兩端的電壓大約為300伏(處理電壓和D1、D2上電壓降的一半)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于利用示例性緩沖器來避免電流斜坡式增大，可承受的最大電弧率大約為22kHz。該示例性緩沖器的有利特征在于，在重復(fù)電弧放電狀況的情況下，緩沖器在每次隨后電弧放電期間越來越少地向等離子體負(fù)載貢獻(xiàn)能量。造成這種影響的主要原理是，隨著來自C2的電荷經(jīng)由電感器被轉(zhuǎn)移到等離子體電弧中，C2兩端的電壓不斷減小。參考圖19，圖19所示的流程圖描繪了用于通過改變輸出頻率來控制處理效果(例如，膜屬性、電弧率和濺射速率)的示例性方法，其中，可以與本文之前已公開的實(shí)施例結(jié)合來執(zhí)行該方法。如圖19所示，將DC功率脈沖施加給等離子體處理室的至少一個(gè)電極，以維持在基底上沉積膜的等離子體處理(方框1900)。并且在該方法中，監(jiān)測等離子體的阻抗，這提供了對至少一種處理效果的狀態(tài)的指示(方框1910)。處理效果可以包括一個(gè)或多個(gè)膜屬性(例如，電阻、應(yīng)力)；沉積速率；以及電弧的出現(xiàn)。對于膜屬性，阻抗可能與諸如結(jié)晶度或化學(xué)計(jì)量之類的膜生長特性有關(guān)。這些與測量得到的膜性能有關(guān)并且包括諸如膜電阻率、光學(xué)屬性(反射、吸收、透射)和膜應(yīng)力等項(xiàng)目。有證據(jù)表明，如果濺射電壓(阻抗)較低，則一些物質(zhì)，例如ΙΤ0，在低溫沉積期間呈現(xiàn)低電阻。并且聯(lián)系到沉積速率，阻抗可以與沉積速率有關(guān)，存在兩個(gè)主要原因。第一個(gè)是，如果電壓足夠用于濺射，則沉積速率與電流成比例。對于給定的輸出功率，隨著阻抗降低，電流增大。此外，電弧率影響等離子體阻抗。在反應(yīng)處理期間，當(dāng)處理處于氧化模式或減弱模式(poisoned mode)時(shí),會(huì)有顯著更高的電弧率。當(dāng)操作在金屬模式(氧氣或反應(yīng)氣體不足)中時(shí)，電弧率減小。當(dāng)在金屬模式和減弱操作模式之間存在阻抗變化時(shí)，可以通過監(jiān)測并保持期望阻抗來實(shí)現(xiàn)對電弧率的控制(減少)。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的，可以通過具有電源輸出端處的功率、電流和電壓的任意兩個(gè)值來計(jì)算等離子體的阻抗。如圖所示，響應(yīng)于所監(jiān)測的阻抗，若有需要，調(diào)整DC功率脈沖的頻率，以改變處理效果的狀態(tài)(方框1920)。由于去除和/或反轉(zhuǎn)施加給等離子體的功率(電壓)，造成脈沖式等離子體(和其頻率)影響膜屬性。在關(guān)斷時(shí)間期間，可能改變膜性能屬性的膜生長和結(jié)構(gòu)可能存在變化。并且，電壓的反轉(zhuǎn)(例如，在每個(gè)周期期間)可以清除掉靶材表面上形成的電荷，還可以驅(qū)使離子進(jìn)入基底，該離子也將影響膜生長。轟擊基底的高能離子可以移除弱結(jié)合的物質(zhì)，增加組裝密度(packing density)、損害膜等。受所施加功率的頻率影響的膜密度和晶體結(jié)構(gòu)可能影響應(yīng)力、電阻等的性能。
在一些操作模式中，監(jiān)測電弧率(方框1930)，并增加所施加的功率的頻率，直到電弧率減小到可接受的水平為止(方框1940)。例如，可以監(jiān)測希望的處理效果(例如，膜應(yīng)力或電阻)(例如，通過監(jiān)測等離子體阻抗)，并且可以增加所施加功率的頻率，以在未不利地影響希望的處理效果的情況下減小電弧率。除了監(jiān)測阻抗以外(或代替監(jiān)測阻抗)，在一些操作模式中，可以實(shí)施閉環(huán)控制，該閉環(huán)控制利用傳感器來檢測處理效果。例如，可以使用已知的技術(shù)來測量沉積膜的光學(xué)特性，該已知技術(shù)例如是等離子體發(fā)射監(jiān)測器(其檢測等離子體的顏色方面或化學(xué)計(jì)量)、氧氣傳感器(其借助于催化反應(yīng)以電氣方式檢測室內(nèi)的氧氣含量)、或分光光度計(jì)(其通過以光學(xué)方式測量膜的反射或透射來測量膜性能)。在一些示例性操作模式中，閉環(huán)控制可以被用來保持反應(yīng)濺射的工作點(diǎn)。例如，可以施加DC脈沖來操作等離子體室內(nèi)的陰極，其中等離子體室最初只包括諸如氬氣之類的惰性氣體。然后，處理室中氣態(tài)的雙原子氧的百分比以小增量增大(例如，每次增大百分之一)。在這些增大步驟中的每次，可以記錄下處理電壓，并可測量一種或多種處理效果(例如，沉積速率、光學(xué)特性、應(yīng)力、電阻等)。根據(jù)該數(shù)據(jù)，可以基于一種或多種期望的處理效果來限定“工作點(diǎn)”。例如，工作點(diǎn)可以是沉積速率和特定的膜屬性的狀態(tài)令人滿意時(shí)的那個(gè)點(diǎn)，在該工作點(diǎn)處，可以獲取并存儲(chǔ)室內(nèi)雙原子氧的百分比以及處理電壓。然后，可以增大或減小所施加的功率的頻率，以便增大或減小工作電壓以保持穩(wěn)定的處理。接下來參考圖20和圖21，所示出的圖20和圖21是設(shè)置并配置為實(shí)現(xiàn)單極操作模式的等離子體室的示意性表示，并且是分別描繪了相關(guān)聯(lián)的開關(guān)時(shí)序的圖。如所描繪的，存在專用的陰極(例如，其不作為陽極)和專用的陽極(例如，室或內(nèi)部電極，其不作為陰極)。并且如圖21所描繪的，在該操作模式中施加給負(fù)載的電壓的極性不交替變化。相反，在電壓被拉到更大的負(fù)值之前，其接近和/或達(dá)到零。接下來參考圖22，所示的圖22是與雙極操作模式相關(guān)聯(lián)的切換時(shí)序，在雙極操作模式中，兩個(gè)或更多個(gè)電極既作為陰極也作為陽極(所以不需要專用的陽極)。在該操作模式中，每執(zhí)行半個(gè)周期，則施加整數(shù)個(gè)脈沖。在該操作模式中，可以僅交錯(cuò)周期t2和t4，以減少每個(gè)開關(guān)的切換損耗，也可以利用整個(gè)電壓的反轉(zhuǎn)(t2變?yōu)閠3，t4變?yōu)閠l)來實(shí)施。接下來參考圖23，所示的圖23是具有電壓反轉(zhuǎn)的單極操作模式的切換時(shí)序，其可以與圖17中所描繪的室/電極結(jié)構(gòu)結(jié)合來利用。在該操作模式中，反向電勢2109的加入有助于清除電荷，并且當(dāng)被施加有具有足夠幅值的電壓水平2102時(shí)，反向電勢2109減小，并且可以防止在靶材(或多個(gè))上形成有害的結(jié)節(jié)(nodule)。例如，在陶瓷靶材的背景下，結(jié)節(jié)的形成幾乎總是所關(guān)注的問題。這些結(jié)節(jié)為典型的氧化區(qū)域，該氧化區(qū)域被認(rèn)為是由于對源于夾雜物和絕緣靶材區(qū)域的靶材物質(zhì)進(jìn)行優(yōu)先濺射而導(dǎo)致的。向處理中添加氧氣增加了形成結(jié)節(jié)的可能性。在太陽膜沉積中，鋁摻雜氧化鋅(AZO)對結(jié)節(jié)形成是特別敏感的。此外，為了在反向電勢2109處于高水平時(shí)避免對室壁進(jìn)行濺射，可以在相對較短的持續(xù)時(shí)間2108內(nèi)施加反向電勢2109。如所描繪的，示例性波形的周期2112還包括濺射部分2106 (在其期間進(jìn)行濺射)和恢復(fù)部分2110，在恢復(fù)部分期間通常沒有足夠的能量來支持濺射。參考圖23的同時(shí)參考圖24，圖24是描繪了用于施加具有相對較高電壓反轉(zhuǎn)的功率的方法(例如，為了減少結(jié)節(jié)形成)的流程圖。如圖所示，在脈沖式DC功率的特定周期2112的濺射部分2106期間，將具有幅值2104的負(fù)電勢施加給陰極并且持續(xù)第一持續(xù)時(shí)間。在該第一持續(xù)時(shí)間期間，應(yīng)用脈沖式功率的濺射部分2106實(shí)現(xiàn)了濺射(方框2400)。盡管在周期2112的濺射部分2106期間所施加的負(fù)電勢的幅值2104必定可以變化，但在許多實(shí)施方式中，有效的幅值是500伏或600伏或在500伏到600伏之間的電壓。如圖所示，在周期2112的反向電勢部分2109期間，將正電勢施加給陰極并且持續(xù)第二持續(xù)時(shí)間2108，該第二持續(xù)時(shí)間2108小于周期2112的濺射部分2106的第一持續(xù)時(shí)間。在周期2112的反向電勢部分2109期間所施加的正電勢的幅值2102至少為負(fù)電勢的幅值2104的百分之二十(方框2410)。例如，如果在周期2112的濺射部分2106期間所施加的負(fù)電勢的幅值2104為500伏，則在周期2112的反向電勢部分2109期間的正電勢的幅值2102就至少為100伏。相反，用于施加反向電勢(例如，用于電荷清除)的現(xiàn)有技術(shù)所施加的正電勢的幅值基本上小于負(fù)濺射電壓幅值的百分之二十。在其他的操作模式中，正電勢的幅值2102至少為該周期的濺射部分2106期間所施加的負(fù)電勢的幅值2104的百分之三十。而在其他的實(shí)施方式中，當(dāng)正電勢的幅值2102為該周期的濺射部分2106期間所施加的負(fù)電勢的幅值2104的百分之一百時(shí)可以取得很好的結(jié)果。例如，當(dāng)周期2112的反向電勢部分2109期間的正電勢為至少500伏，而周期2112的濺射部分2106期間所施加的負(fù)電勢為500伏時(shí)，即使沒有完全排除，也可以實(shí)現(xiàn)結(jié)節(jié)形成的大量減少。如圖所示，在周期2112的恢復(fù)部分2110期間，施加恢復(fù)電勢并且持續(xù)第三持續(xù)時(shí)間，恢復(fù)電勢的幅值小于濺射部分2106期間所施加的負(fù)電勢的幅值2104，也小于周期2112的反向電勢部分2109期間所施加的正電勢的幅值2102 (方框2420)。因此，示例性波形的周期2112包括三個(gè)部分濺射部分2106、反向電勢部分2109和恢復(fù)部分2110。盡管預(yù)期到在周期2112期間也可以施加其他電勢(以在一個(gè)周期期間建立多于三個(gè)的部分)，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，控制這三個(gè)部分2106、2109、2110中的每個(gè)部分的持續(xù)時(shí)間使能了之前無法實(shí)現(xiàn)的過程控制水平。例如，可以改變?yōu)R射部分2106的持續(xù)時(shí)間以影響濺射速率，可以根據(jù)需要調(diào)整反向電勢部分2109的持續(xù)時(shí)間以減少結(jié)節(jié)形成，并可以調(diào)整恢復(fù)部分2110以實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)期望的膜屬性。如本文中之前已經(jīng)討論過的，可以改變周期2112的整個(gè)持續(xù)時(shí)間(以及由此的頻率)，以實(shí)現(xiàn)期望的處理效果，例如電弧管理、膜屬性和濺射速率。通常，周期的頻率典型地是在O和350kHz之間，但已發(fā)現(xiàn)大約150kHz的頻率將提供期望的處理效果的合理平衡。盡管這三個(gè)部分2106、2109、2110中每一個(gè)的相對持續(xù)時(shí)間必定都是可調(diào)整的，但通常反向電勢部分2109和恢復(fù)部分2110的合并持續(xù)時(shí)間要短于周期2112的持續(xù)時(shí)間的百分之五十，并且在一些實(shí)施方式中，反向電勢部分2109和恢復(fù)部分2110的合并持續(xù)時(shí)間大約為周期2112的持續(xù)時(shí)間的百分之十。例如，在時(shí)間上，反向電勢部分2109典型地在I微秒和10微秒之間，而恢復(fù)時(shí)間典型地在O和20微秒之間。如所描繪的，示例性開關(guān)時(shí)序在每個(gè)周期每個(gè)開關(guān)只需要一次開/關(guān)轉(zhuǎn)變。應(yīng)該注意到，如圖所示通過在1-2開關(guān)對和0-3開關(guān)對之間循環(huán)t3鉗位時(shí)間段(clamp period)可以減少切換損耗。接下來參考圖25，所示的圖25是與具有部分電壓反轉(zhuǎn)的雙極脈沖包操作模式有關(guān)的切換時(shí)序。在該操作模式中，不需要任何專用陽極，這是因?yàn)閷⑹┘咏o電極的電壓極性進(jìn)行了反轉(zhuǎn)(所以電極作為陰極和陽極)。如所描繪的，該波形是雙極脈沖DC包操作與鉗位期間的部分電壓反轉(zhuǎn)的組合。一些實(shí)施例涉及帶有計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(也稱作處理器可讀介質(zhì))的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上具有指令或計(jì)算機(jī)代碼，用于執(zhí)行各種計(jì)算機(jī)實(shí)施的操作。該介質(zhì)和計(jì)算機(jī)代碼(也稱作代碼)可以是為了一個(gè)或多個(gè)特殊目的而專門設(shè)計(jì)和構(gòu)造的。本領(lǐng)域的任何普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，本文中所描述的實(shí)施例可以通過硬件、固件、軟件和它們的組合進(jìn)行任意組合來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，利用非暫時(shí)的處理器可讀介質(zhì)來存儲(chǔ)編碼指令，以實(shí)現(xiàn)本文中所述的處理。處理器可讀介質(zhì)的示例包括，但并不限于磁存儲(chǔ)介質(zhì)(例如硬盤、軟盤和磁帶)；光存儲(chǔ)介質(zhì)，例如光盤/數(shù)字視頻光盤(“CD/DVD”)、只讀光盤存儲(chǔ)器(“CD-ROM”)和全息設(shè)備；光磁存儲(chǔ)介質(zhì)，例如軟式光盤；載波信號；和被專門配置為存儲(chǔ)和執(zhí)行程序代碼的硬件設(shè)備，例如專用集成電路(“ASIC”)、可編程邏輯器件(“PLD”)、以及ROM器件和RAM器件。計(jì)算機(jī)代碼的示例包括，但并不限于比如由編譯器產(chǎn)生的，微代碼或微指令、機(jī)器指令，和使用解釋器由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的含有上一層指令的文件。例如，可以使用Java、C++或其他面向?qū)ο蟮木幊陶Z言和開發(fā)工具來實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。計(jì)算機(jī)代碼的其他示例包括，但并不限于控制信號、加密代碼和壓縮代碼?？傊竟_除了別的之外描述了用于使用DC功率來進(jìn)行基于等離子體的濺射沉積的方法和裝置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地認(rèn)識到，可以對本發(fā)明、其使用和其構(gòu)造做出很多變型和替代，以實(shí)現(xiàn)與本文中所述的各實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的基本相同的結(jié)果。因此，本發(fā)明不限于已公開的示例性形式。許多變型、修改和替代結(jié)構(gòu)都落入已公開的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于將脈沖式DC功率施加給等離子體處理室的方法，所述方法包括 在所述脈沖式DC功率的特定周期的濺射部分期間，在第一持續(xù)時(shí)間內(nèi)持續(xù)將負(fù)電勢施加給陰極，所述負(fù)電勢具有一幅值，由此所述負(fù)電勢的所述施加實(shí)現(xiàn)了濺射； 在所述特定周期的反向電勢部分期間，在第二持續(xù)時(shí)間內(nèi)持續(xù)將正電勢施加給所述陰極，所述第二持續(xù)時(shí)間短于所述第一持續(xù)時(shí)間，所述正電勢的幅值至少為所述負(fù)電勢的所述幅值的百分之二十；以及 在所述特定周期的恢復(fù)部分期間，在第三持續(xù)時(shí)間內(nèi)持續(xù)施加恢復(fù)電勢，所述恢復(fù)電勢的幅值小于所述負(fù)電勢的所述幅值并且小于所述正電勢的所述幅值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述第二持續(xù)時(shí)間和所述第三持續(xù)時(shí)間之和短于所述第一持續(xù)時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第二持續(xù)時(shí)間和所述第三持續(xù)時(shí)間之和短于所述特定周期的百分之十。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第二持續(xù)時(shí)間短于所述特定周期的百分之十，并且所述第二持續(xù)時(shí)間至少為I微秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述第二持續(xù)時(shí)間短于10微秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述特定周期的所述反向電勢部分期間的所述正電勢的幅值與所述負(fù)電勢的幅值相同。
7.—種電源,包括 與直流功率源通信的功率控制部件，所述功率控制部件被配置為根據(jù)處理器可讀指令，將功率引導(dǎo)到具有交變極性的至少一個(gè)電極；以及 非暫時(shí)、有形的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其編碼有所述處理器可讀指令，用以執(zhí)行用于施加功率的方法，所述方法包括 在脈沖式DC功率的特定周期的濺射部分期間，在第一持續(xù)時(shí)間內(nèi)持續(xù)將負(fù)電勢施加給陰極，所述負(fù)電勢具有一幅值，由此所述負(fù)電勢的所述施加實(shí)現(xiàn)了濺射； 在所述特定周期的反向電勢部分期間，在第二持續(xù)時(shí)間內(nèi)持續(xù)將正電勢施加給所述陰極，所述第二持續(xù)時(shí)間短于所述第一持續(xù)時(shí)間，所述正電勢的幅值至少為所述負(fù)電勢的所述幅值的百分之二十；以及 在所述特定周期的恢復(fù)部分期間，在第三持續(xù)時(shí)間內(nèi)持續(xù)施加恢復(fù)電勢，所述恢復(fù)電勢的幅值小于所述負(fù)電勢的所述幅值并且小于所述正電勢的所述幅值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源，其中，所述第二持續(xù)時(shí)間和所述第三持續(xù)時(shí)間之和短于所述第一持續(xù)時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源，其中，所述第二持續(xù)時(shí)間和所述第三持續(xù)時(shí)間之和短于所述特定周期的百分之十。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源，其中，所述第二持續(xù)時(shí)間短于所述特定周期的百分之十，并且所述第二持續(xù)時(shí)間至少為I微秒。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源，其中，所述第二持續(xù)時(shí)間短于10微秒。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源，其中，所述特定周期的所述反向電勢部分期間的所述正電勢的所述幅值與所述負(fù)電勢的所述幅值相同。
13.一種用于等離子體處理的方法，包括將期望功率水平下的DC功率脈沖施加給等離子體處理室的電極，用以維持在基底上沉積膜的等離子體處理； 監(jiān)測所述等離子體的阻抗，所述阻抗提供了對至少一種處理效果的狀態(tài)的指示；以及 響應(yīng)于所監(jiān)測的阻抗，調(diào)整所述DC功率脈沖的頻率，以改變所述處理效果的狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括 監(jiān)測電弧率；以及 調(diào)整所述DC功率脈沖的頻率，直到在保持所希望的處理效果的同時(shí)電弧率減小到可接受的水平。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述處理效果是從濺射速率、應(yīng)力和電阻構(gòu)成的組中選出的處理效果。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括 將DC功率脈沖施加給包含有惰性氣體的所述等離子體處理室的所述電極； 在多個(gè)步驟中的每一個(gè)步驟期間，遞增地將氧氣添加到所述等離子體處理室； 在所述多個(gè)步驟中的每一個(gè)步驟期間，監(jiān)測所述至少一種處理效果的狀態(tài)； 當(dāng)所述至少一種處理效果的狀態(tài)指示所期望的工作點(diǎn)時(shí)，存儲(chǔ)處理電壓值；以及 根據(jù)需要調(diào)整所述DC功率脈沖的頻率，以保持所述處理電壓值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述惰性氣體是氬氣。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，在所述多個(gè)步驟中的每一個(gè)步驟期間監(jiān)測所述至少一種處理效果的狀態(tài)包括監(jiān)測沉積在所述基底上的所述膜的光學(xué)屬性。
19.一種電源,包括 直流功率源，其被配置為將功率輸送到等離子體濺射室； 與所述直流功率源通信的功率控制部件，所述功率控制部件被配置為根據(jù)處理器可讀指令將所述功率引導(dǎo)到具有交變極性的至少一個(gè)電極；以及 非暫時(shí)、有形的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其編碼有所述處理器可讀指令，用以執(zhí)行用于施加功率的方法，所述方法包括 將所期望的功率水平下的DC功率脈沖施加給等離子體處理室的電極，以維持在基底上沉積膜的等離子體處理； 監(jiān)測所述等離子體的阻抗，所述阻抗提供對至少一種處理效果的狀態(tài)的指示；和 響應(yīng)于所監(jiān)測的阻抗，調(diào)整所述DC功率脈沖的頻率，以改變所述處理效果的狀態(tài)。
全文摘要
公開了用于將脈沖式DC功率施加給等離子體處理室的方法和裝置。在一些實(shí)施方式中，改變所施加功率的頻率，用以實(shí)現(xiàn)諸如沉積速率、電弧率和膜特性之類的期望處理效果。此外，公開了一種方法和裝置，該方法和裝置在特定周期的反向電勢部分期間利用相對較高的電勢，用以減少靶材上可能的結(jié)節(jié)。該周期中反向電勢部分、濺射部分和恢復(fù)部分的相對持續(xù)時(shí)間是可調(diào)整的，用以實(shí)現(xiàn)期望的處理效果。
文檔編號H05H1/46GK102985996SQ201180034153
公開日2013年3月20日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者K·E·瑙曼, K·芬利, S·B·拉森, D·派萊利芒特 申請人:先進(jìn)能源工業(yè)公司