[發明專利]在脈沖雙磁控管濺射(DMS)工藝中平衡靶消耗的系統和方法

有效

• 申請號: 201480040877.1
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN105555990B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: D·克里斯蒂
• 申請（專利權）人: 先進能源工業公司
• 主分類號: C23C14/00
• 分類號: C23C14/00;C23C14/34;C23C14/54;H01J37/34
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 苗征,于輝

優先權

本申請要求2013年7月17日提交的名稱為在脈沖雙磁控管濺射(DMS) 工藝中平衡靶消耗的系統和方法(System and Method for Balancing Consumption of Targets in Pulsed Dual Magnetron Sputtering(DMS)Processes) 的美國臨時申請號61/847,498的優先權。

版權

本專利文件的公開內容的一部分包含受版權保護的材料。版權擁有者不反對復制任何專利公開內容，因為它出現在專利和商標局的專利檔案或記錄中，但在其他方面保留任何的全部版權權利。

技術領域

本發明大體涉及基于等離子體的濺射，并且更具體地涉及反應性濺射。

背景技術

在磁控管濺射系統中進行反應性濺射。從磁控管濺射的材料與反應性氣體在襯底(被涂覆的對象)結合，以在其表面上形成化合物。所述反應性氣體也與靶表面反應，在靶表面形成化合物。這些系統可以在金屬模式或中毒模式中開環運行，在金屬模式中，靶的小部分被化合物覆蓋，在中毒模式中，靶的大部分被化合物覆蓋。在某些情況下，化合物的濺射率比天然靶材低得多。事實上，完全被反應性化合物覆蓋(中毒)的靶的濺射率可能是天然靶材的10％或更少。正因為如此，希望以過渡模式運行這些工藝，以實現較高的沉積率。所述過渡模式一般是固有地不穩定的，所以通常需要反饋控制以穩定其工藝。反饋可以是例如工藝電壓、反應性氣體局部壓力，以及來自靶的光發射。

反應性濺射的常見的實施是圖1所示的雙磁控管濺射(DMS)。關鍵的優勢是不存在明確的陽極，以及隨之而來的挑戰。兩個磁控管交替作為陰極和陽極。當使用專門構造的雙極性脈沖源(bipolar pulsed supply)驅動工藝時，可以單獨調節施加到每個磁控管的功率。可以為用戶提供每個磁控管的功率、電壓和電流的快速讀回(fast read backs)，用于監視和控制工藝。2012 年3月13日授權的共同擁有的美國專利號8,133,359公開了DMS系統，其中執行脈沖調節，以實現特定的靶利用率(例如，以優化靶材的利用率)。更具體地，可以監測留在磁控管中的靶材的量，并且基于留下的靶材的量調節施加到磁控管的功率，以使被利用的靶材的量最大化，而不需要從磁控管去除不需要的材料。

雖然在前述文件中公開的系統已經實現顯著的好處，但本發明的目的仍然是提供一種相對于美國專利號8,133,359中描述的裝置具有明顯優勢的用于雙磁控管濺射的系統和/或方法。更具體地，本發明的一個目的是減少在磁控管對的工作點之間的差異。另一個目的可以是在襯底上提供均勻沉積層。

發明內容

附圖中示出的本發明的示例性實施方案總結如下。這些和其他實施方案在發明詳述部分被更加全面地描述。然而，應當理解的是，沒有意圖將本發明限制到在發明內容中或發明詳述中描述的形式。本領域技術人員能夠認識到落入權利要求書所表述的本發明的精神和范圍內的很多變形、等同物和替代構造。

本發明可提供用于雙磁控管濺射的系統和方法。根據一個方面，本發明可以包括濺射系統，其具有至少一個包括第一磁控管和第二磁控管的雙磁控管對，配置所述雙磁控管對中的每個磁控管以支持靶材。所述系統還可以包括DMS組件，其具有與多個開關組件和多個電壓傳感器連接的直流電源，配置所述DMS組件以獨立地控制對每個磁控管施加功率，并提供每個磁控管的電壓的測量。所述系統還可以包括一個或多個致動器，配置所述致動器以使用由所述DMS組件提供的測量控制每個磁控管的電壓。所述 DMS組件和一個或多個致動器響應每個磁控管的電壓的測量，通過控制施加到每個磁控管的功率和電壓來平衡靶材的消耗。

根據另一個方面，公開了一種濺射方法。該方法可包括布置至少兩個磁控管以形成至少一個雙磁控管對和粘貼靶材到所述至少兩個磁控管中的每一個。將靶材濺射到襯底上并且通過平衡施加到至少兩個磁控管中的每一個的功率和電壓來平衡靶材的消耗。

根據另一個方面，公開了具有開關組件的DMS源，其被配置成接收直流功率并施加脈沖直流功率到至少兩個磁控管中的每一個。控制部控制開關組件，以平衡對所述至少兩個磁控管中的每一個的功率的施加，電壓測量組件提供每個磁控管的電壓的測量，以使致動器能夠控制對磁控管的電壓的施加。

如前所述，上述實施方案和實施僅用于說明的目的。從下面的描述和權利要求中，本領域技術人員容易認識到本發明的許多其他實施方案、實施和細節。

附圖說明