專利名稱：針對(duì)高功率脈沖磁控濺射(hipims)的rf襯底偏壓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及濺射(sputtering),并且更具體地涉及高功率脈沖 磁控賊射(HIPIMS)。
背景技術(shù)：
濺射是物理過程，通過該過程固體靶材料中的原子由于高能離子對(duì) 材料的轟擊而被噴射(eject)進(jìn)入氣相。濺射過程一般用于薄膜沉積。 用于濺射過程的高能離子通過在濺射設(shè)備中感應(yīng)的等離子體來供應(yīng)。實(shí) 踐中，使用各種技術(shù)來修改等離子體屬性(特別是離子密度)以獲得最 佳賊射條件。用來修改等離子體屬性的一些技術(shù)包括使用RF (射頻)交 流電、AC電源、DC電源、DC和AC電源的疊加、脈沖DC電源(例如雙 極或單極電源)、利用磁場以及對(duì)耙施加偏壓。
濺射源通常是磁控管(magnetron )，其使用磁場來捕獲靠近靶表面的 封閉等離子體回路(loop)中的電子。電子沿著繞磁場線的回路中的螺旋 路徑而前進(jìn)。比起其他情況，電子經(jīng)受與耙表面附近的氣態(tài)中性物 (neutrals)的更多的電離碰撞。濺射氣體是惰性的，通常為氬氣，不過 也能夠使用其他氣體。由于這些碰撞所產(chǎn)生的額外氬離子引起相對(duì)較高 的沉積速率。公知的是在靶之外布置強(qiáng)永磁體，以便產(chǎn)生這種磁場回路。 在靶表面上的等離子體回路的位置，能夠形成粒子軌道(racetrack),其 是材料的優(yōu)選侵蝕區(qū)域。為了增加材料利用率，使用了可移動(dòng)的磁布置， 這考慮到在靶的相對(duì)較大區(qū)域上掃過(sweep)等離子體回路。直流(DC )磁控賊射是使用交叉電磁場的公知技術(shù)。 一種對(duì)DC磁控
濺射的增強(qiáng)是脈沖DC。該技術(shù)使用所謂的"斬波器(chopper)",其中使 用感應(yīng)器線圈L和開關(guān)來將DC電源改為單極或雙極脈沖的電源，見圖1 。 感應(yīng)器線圈L是斬波器，并且能夠優(yōu)選包括位于DC電源與磁控管陰極之 間的抽頭(tap)。電子開關(guān)S周期性地打開和閉合以產(chǎn)生脈沖。在開關(guān)S 的導(dǎo)通時(shí)間，線圈L的抽頭與磁控管陽極之間的有效短路切斷了負(fù)陰極電 壓，優(yōu)選通過線圈L的自動(dòng)變換效應(yīng)而過沖至正電壓。在斷開時(shí)間期間， 來自DC電源的電流繼續(xù)流入線圈L,并將能量存儲(chǔ)在其磁場中。當(dāng)開關(guān)S 再次斷開時(shí)，在磁控管陰極處形成了短暫的負(fù)高電壓峰。這有助于相對(duì) 快速地重新激起(reignite)磁控等離子體以及恢復(fù)原始放電電流。
現(xiàn)有技術(shù)中所描述的高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)技術(shù)使用相對(duì)較 低的脈沖重復(fù)頻率，通常為5Hz到200 Hz，脈沖時(shí)間為20到500ias。放電 峰值電流的范圍從用于相對(duì)小陰極的100 A到用于相對(duì)大陰極的4 kA，其 對(duì)應(yīng)于陰極處的在O.l到lO A/cn^的數(shù)量級(jí)的電流密度。通常的技術(shù)使用 如圖l中那樣的配線。工件夾具處于外部電位(例如DC電位)，或者工件 夾具被留在等離子體的浮動(dòng)電位。圖1的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)包括將DC偏壓施 加到工件夾具。
標(biāo)雀HIPIMS技術(shù)具有多個(gè)缺點(diǎn)。當(dāng)使用DC偏壓來幫助限定襯底處的 離子能量時(shí)，出現(xiàn)了在襯底上可能發(fā)生電弧放電(arcing)的缺點(diǎn)。在使 用晶片處理時(shí)，襯底上的電弧放電將引起晶片損壞。另一個(gè)缺點(diǎn)在于DC 偏壓對(duì)于電絕緣表面也不起作用，電絕緣表面例如使用氧化材料的溝槽 或通孑L。
圖2示出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。數(shù)據(jù)示出在現(xiàn)有技術(shù)HIP1MS放電中，所測(cè)量 的電流上升時(shí)間作為頻率的函數(shù)。該示例中的靶由鉭(Ta)制成，并且 靶具有300 mm的直徑，本實(shí)驗(yàn)中使用旋轉(zhuǎn)磁體陣列。對(duì)于相對(duì)低的重復(fù) 頻率10Hz( 100ms周期)，在電壓脈沖的起始與電流上升的起始之間存在 相對(duì)長的延遲(約5 (is)。當(dāng)使用100Hz ( 10ms周期)的重復(fù)頻率時(shí)，延 遲稍小(超過4ias)。對(duì)于相對(duì)較高的重復(fù)頻率500 Hz (2ms周期)，電流 開始上升會(huì)快很多，在僅僅約1.5 ps之內(nèi)。
已經(jīng)示出，通過使用被置于靶與襯底之間的線圏而使用射頻(RF) 感應(yīng)耦合等離子體(ICP)的預(yù)電離有助于縮短在HIPIMS應(yīng)用中的電流 上升時(shí)間。然而，將龐大的ICP線圏置于磁控管與襯底之間使設(shè)計(jì)復(fù)雜化，
7增加了粒子形成的可能性，并且由于耙-襯底間距的增加而降低了沉積速 率。

發(fā)明內(nèi)容
以下給出本發(fā)明的簡要概述，以便提供對(duì)本發(fā)明 一 些示例方面的基 本理解。該概述不是本發(fā)明的詳盡描述。此外，該概述并非意在于確定 本發(fā)明的關(guān)鍵元素，也不意在描繪本發(fā)明的范圍。此概述的唯一目的是 以簡化形式給出本發(fā)明的 一些概念，作為下文中更詳細(xì)描述的前序。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于以磁控管陰極上的0.1與10 A/cn^之間的電流密度產(chǎn)生靶的濺射以在襯底上生成涂層的設(shè)備。該設(shè)備 包括可操作地連接到磁控管的電源，并且至少 一個(gè)電容器可操作地連接 到電源。還提供了第一開關(guān)。第一開關(guān)可操作地將電源連接到磁控管以 對(duì)磁控管進(jìn)行充電，并且第一開關(guān)被配置為根據(jù)第一脈沖來對(duì)磁控管進(jìn) 行充電。電偏壓裝置被可操作地連接到襯底并且被配置為施加襯底偏壓。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 個(gè)方面，提供了 一種用于以磁控管陰極上的0.1與 10A/cn^之間的電流密度生成耙的賊射以在襯底上生成涂層的設(shè)備。該設(shè) 備包括可操作地連接到磁控管的電源，并且至少一個(gè)電容器可操作地連 接到電源。還提供了第一開關(guān)。第一開關(guān)可操作地將電源連接到磁控管 以對(duì)磁控管進(jìn)行充電，并且第一開關(guān)被配置為根據(jù)第一脈沖對(duì)磁控管進(jìn) 行充電。電偏壓裝置可操作地連接到襯底并被配置為施加襯底偏壓?？?盤(chuck)可操作地連接到電偏壓裝置，其中襯底位于卡盤上。線圈可 操作地連接到至少一個(gè)電容器。第二開關(guān)被可操作地連接以對(duì)磁控管進(jìn) 行放電并連接在沿著線圏的點(diǎn)。第二開關(guān)被配置為根據(jù)第二脈沖來對(duì)磁 控管進(jìn)行放電。至少一個(gè)檢測(cè)器可操作地連接到磁控管，其中至少一個(gè) 檢測(cè)器被配置為檢測(cè)正在形成的電弧。響應(yīng)于通過至少 一 個(gè)#r測(cè)器檢測(cè) 到電弧而控制第一開關(guān)和第二開關(guān)，以抑制(inhibit)電弧的形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于以磁控管陰極上的0.1與 10 A/cn^之間的電流密度產(chǎn)生耙的賊射以在襯底上生成涂層的設(shè)備。該設(shè) 備包括電源，其可操作地連接到磁控管以對(duì)磁控管進(jìn)行充電并且被配置 用于管理到磁控管的第一脈沖。RF電偏壓裝置可操作地連接到襯底，并 被配置為根據(jù)偏壓脈沖對(duì)磁控管進(jìn)行放電。同步裝置可操作地連接到電 源和電偏壓裝置。同步裝置被配置為使第 一脈沖的頻率和時(shí)間延遲與偏
8壓脈沖同步。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面，提供了 一種用于在設(shè)備中施加襯底偏壓
的方法，所述設(shè)備用于以磁控管陰極上的0.1與10 A/cir^之間的電流密度 產(chǎn)生濺射以在襯底上生成涂層。該方法包括以下步驟將第一脈沖施加 到第一開關(guān)，以從電源對(duì)磁控管進(jìn)行充電。該方法還包括以下步驟從 可操作地連接到襯底的電偏壓裝置施加襯底偏壓。


當(dāng)參考附圖閱讀以下說明時(shí)，本發(fā)明的前述和其他方面對(duì)于本發(fā)明 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見，在附圖中 圖1是HIPIMS應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)示意圖2是圖示出在典型脈沖期間現(xiàn)有技術(shù)中HIPIMS應(yīng)用的電壓和安培 的曲線圖3是具有RF發(fā)生器的本主題發(fā)明的第一示例性示意電壓和安培的曲線圖5是圖示出當(dāng)?shù)凸β蔙F被用在圖3的卡盤上時(shí)在典型脈沖期間 HIPIMS應(yīng)用的電壓和安培的曲線圖6是圖示出當(dāng)相對(duì)較高功率RF被用在圖3的卡盤上時(shí)在典型脈沖期 間HIPIMS應(yīng)用的電壓和安培的曲線圖7是HIPIMS應(yīng)用的示意圖，其示出了當(dāng)沒有使用RF偏壓時(shí)襯底的 底部厚度；
圖8是HIPIMS應(yīng)用的示意圖，其示出了當(dāng)使用RF偏壓時(shí)襯底的底部 厚度；
圖9是結(jié)合用于應(yīng)用不同模式的兩個(gè)開關(guān)來使用RF偏壓的本主題發(fā) 明的第二示例性示意圖10是用于圖9的高頻模式的示例性示意圖； 圖ll是用于圖9的主脈沖內(nèi)多個(gè)次脈沖模式的示例性示意圖； 圖12是用于圖9的脈沖預(yù)電離模式的示例性示意圖； 圖13是結(jié)合兩個(gè)開關(guān)和電弧檢測(cè)設(shè)計(jì)來使用RF偏壓的本主題發(fā)明的 第三示例性示意圖；以及
圖14是結(jié)合用于應(yīng)用不同模式的兩個(gè)開關(guān)和電弧檢測(cè)設(shè)計(jì)來使用RF偏壓的本主題發(fā)明的第四示例性示意圖。
具體實(shí)施例方式
包括本發(fā)明的 一 個(gè)或多個(gè)方面的示例在附圖中被描述和說明。這些 所說明的示例無意于限制本發(fā)明。例如，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面能夠 被應(yīng)用于其他實(shí)施例，甚至是其他類型的裝置。此外，本文中所使用的 特定術(shù)語僅僅是出于方便的目的，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。另外， 在附圖中，相同的附圖標(biāo)記被用于指示相同的元素。
圖3示出了本主題發(fā)明的第一示例性示意圖。例如，本發(fā)明能夠使用 標(biāo)準(zhǔn)HIPIMS配線，例如圖l中的配線，但此外，諸如RF發(fā)生器之類的電 偏壓裝置10被連接到襯底14。例如，電偏壓裝置能夠被連接到卡盤12, 所述卡盤12支持襯底14。該第 一 示例能夠包括含有陰極和陽極的磁控管、 位于磁控管附近的靶(其中該靶被用來濺射原子以在襯底上生成涂層)、 可操作地連接到磁控管的電源、可操作地連接到電源的至少一個(gè)電容器 C、以及被可操作地連接以對(duì)磁控管進(jìn)行充電并被配置用于管理到磁控管 第一脈沖的第一開關(guān)S1。因此，圖3的示例包含使用電偏壓裝置10 (例如 RF發(fā)生器)以及HIPIMS脈沖發(fā)生。在一個(gè)示例中，能夠應(yīng)用HIPIMS脈 沖發(fā)生，其中磁控管陰極上的電流密度在O.l與lO A/cn^之間。電流密度 能夠是面積平均值。在具有卡盤12的示例中，卡盤12能夠是支持襯底14 的晶片基座。該示例中的襯底14是晶片，但襯底也能夠是用于其他應(yīng)用 的其他材料。磁控管與卡盤12之間的距離相對(duì)較小，并且一^殳在20 mm 到100mm之間。測(cè)試實(shí)驗(yàn)在50 mm處進(jìn)行。磁控管的一些石茲場線(優(yōu)選 以非平衡磁控場的形式)到達(dá)卡盤12,其中磁場強(qiáng)度為至少10高斯。這 樣，磁約束提高了當(dāng)磁控等離子體關(guān)閉時(shí)RF放電的穩(wěn)定性。同時(shí)，在一 個(gè)示例性方法中，脈沖之間的剩余RF放電用作HIPIMS放電的預(yù)電離。在 圖3的示例中能夠通過第 一開關(guān)S1來提供mPIMS脈沖，該開關(guān)被可操作 地連接以對(duì)磁控管進(jìn)行充電并且被配置為根據(jù)第 一 脈沖來對(duì)》茲控管進(jìn)行 充電。
在圖3的進(jìn)一步示例中，能夠在電偏壓裝置10與卡盤12之間放置匹配 單元16。匹配單元16被配置為使襯底和/或卡盤處的等離子體的阻抗與襯 底的阻抗匹配。還能夠使用匹配單元16的其他位置。在圖3的另一個(gè)示例 中，RF自偏壓監(jiān)視裝置20能夠被可操作地連接到卡盤。還能夠使用監(jiān)視
10裝置20的其他位置。RF自偏壓監(jiān)視裝置20被配置為監(jiān)視卡盤處的RF自偏 壓。
結(jié)合被連接到卡盤12的電偏壓裝置10 (例如RF發(fā)生器)通常會(huì)引起 對(duì)HIPIMS脈沖的相對(duì)更快、更為穩(wěn)定的激起(ignition )。當(dāng)脈沖之間的 時(shí)間延遲較短時(shí)，在脈沖之間所輸送的用于對(duì)電容器進(jìn)行充電的能量相 對(duì)較小，并且電容器會(huì)具有較低的容量，這帶來相對(duì)較小的尺寸和較低
短脈沖。
與DC偏壓相比，使用諸如電容性RF偏壓之類的RF偏壓的另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn) 在于RF偏壓通常降低或甚至消除了電弧放電以及村底或晶片損壞。此外， RF偏壓對(duì)諸如使用氧化材料的溝槽或通孔中的絕緣表面起作用。相對(duì)于 ICP線圈，使用RF偏壓的額外優(yōu)點(diǎn)在于能夠使用更短的靶-襯底距離，這 是由于在磁控管與襯底之間不需要ICP線圈。此外，由于下述事實(shí)而產(chǎn)生 了相對(duì)較高的沉積速率更少部件在反應(yīng)器中以及靶-襯底距離更短。
圖4-6的曲線圖說明了提供被連接到卡盤的諸如RF發(fā)生器之類的電
ClusterLineCL200而獲得的。就這些示例性曲線圖而言，靶由鉭(Ta)制 成，并且該靶具有300 mm的直徑。用作將被用于該設(shè)備的惰性氣體的一 個(gè)示例的氬氣以大約25 sccm(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)的氣體流速纟皮^:用， 并且在卡盤與襯底之間的氣體流速為大致5 sccm以實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底的熱控制。 氣體流速是被傳輸?shù)饺菁{(house)靶和村底的腔室中的氣體量。通過真 空泵(在該示例中為低溫泵)的連續(xù)泵浦的效果引起了約6x 1(^mbar的 穩(wěn)態(tài)壓力。在該示例性曲線圖中的脈沖具有500 Hz的頻率、15(is的導(dǎo)通時(shí) 間以及大約1400V的電壓。因此，能夠通過第一脈沖來施加該頻率。
圖4示出了說明在不使用諸如RF發(fā)生器之類的電偏壓裝置的情況下 在典型脈沖期間現(xiàn)有技術(shù)中HIPIMS應(yīng)用的電壓和安培的曲線圖。因此， 圖4是現(xiàn)有技術(shù)的示例并且示出了在HIPIMS脈沖期間用于電流上升的約 10ps的典型延遲。僅僅在導(dǎo)通時(shí)間的最后5網(wǎng)中，電流上升到約980A的 峰值。
圖5示出了說明當(dāng)使用RF發(fā)生器來施加17 W的相對(duì)較低功率RF負(fù)荷 (load)(其中10 V自偏壓被用在圖3的卡盤上)時(shí)在典型脈沖期間HIPIMS 應(yīng)用的電壓和安培的曲線圖。這里提到的RF功率負(fù)荷和自偏壓是在若干脈沖周期范圍內(nèi)確定的時(shí)間平均值。當(dāng)?shù)凸β蔙F被用在卡盤上時(shí)，脈沖
啟動(dòng)(例如在第一脈沖期間)與電流開始上升之間的延遲要短得多，如
其大為約1.8iLis。與未使用RF時(shí)的980A的峰值相比，該示例中的電流上升 到高得多的、約1580A的峰值電流值。在該實(shí)驗(yàn)的其他示例中，其他工作 范圍能夠提供類似的結(jié)果。例如，自偏壓為5V-50V的10 W-50 W的RF負(fù) 荷會(huì)引起小于2 iis的延遲，并且增加的峰值范圍超過500 A。
圖6示出了說明當(dāng)自偏壓為103V的132W相對(duì)較高功率RF被用在圖3 的卡盤上(同樣是按照時(shí)間平均來測(cè)量的)時(shí)在典型脈沖期間HIPIMS應(yīng) 用的電壓和安培的曲線圖。當(dāng)相對(duì)較高功率RF被用在卡盤上時(shí)，脈沖啟 動(dòng)(例如在第一脈沖期間)與電流上升開始之間的、用于電流開始上升 的延遲甚至短于圖5的較低功率RF應(yīng)用中的延遲，如延遲大約為0.8ps。 電流上升得相對(duì)較快，并且較高的RF功率通常產(chǎn)生約103V的相對(duì)較高自 偏壓電位。在該示例中電流的峰值大約是1500 A。通過調(diào)節(jié)自偏壓，轟 擊諸如晶片之類的襯底的離子能量現(xiàn)在能夠被調(diào)整。因此，自偏壓能夠 被調(diào)節(jié)以為村底提供期望涂層。在此實(shí)驗(yàn)的其他示例中，其他工作范圍 能夠提供類似的結(jié)果。例如，自偏壓大于50 V的大于50 W的負(fù)荷會(huì)引起 少于l ps的延遲。
提供RF功率還使得通過第一開關(guān)S1施加的HIPMIS脈沖能夠以相對(duì) 較低的壓力范圍啟動(dòng)。例如，在沒有電偏壓裝置(例如RF發(fā)生器)的情 況下僅僅以約15 sccm的氬氣流速執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)不能產(chǎn)生HIPIMS脈沖。對(duì)應(yīng) 于該流速的氣壓大約是3 x l(T3mbar。然而，利用大于50 W的RF功率，能 夠在相同的氬氣流條件下產(chǎn)生HIPIMS脈沖。利用大于50 W的RF功率， HIPIMS脈沖重復(fù)地啟動(dòng)。其他低壓操作也是可能的，并且15sccm的氬氣 流僅僅是本主題發(fā)明的 一個(gè)應(yīng)用示例。大于50 W的RF負(fù)荷也能夠在小于 20sccm的任何氣體流速下出現(xiàn)。類似地，大于50 W的RF負(fù)荷能夠在各種 氣壓下出現(xiàn)。在一個(gè)示例中，氣壓能夠在約2x 10^到5x 1(^mbar的范圍 中，相當(dāng)于2x 10-2到5x 10"Pa。
提供RF功率的另一個(gè)益處在于通過使用本主題發(fā)明獲得了更好的靶 的底部覆蓋(coverage )。如示于圖7和8中的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說明了提高的靶 底部覆蓋。在該實(shí)驗(yàn)中，鉭(Ta)靶被用于沉積約80ium深和5(^m寬的 溝槽。圖7示出了在沒有使用RF偏壓的情況下襯底上的覆蓋結(jié)果。圖7示 出了底部厚度被測(cè)得為約251nm。此外，頂部厚度被測(cè)得為僅僅1.7^im，
12從而產(chǎn)生僅僅約15%的底部覆蓋。在圖8中示出了使用RF偏壓的結(jié)果。這 產(chǎn)生約410nm的底部厚度、2.0pm的頂部厚度，從而給出了^_高的約21% 的底部覆蓋。襯底底部覆蓋中所出現(xiàn)的提高是由于靠近卡盤表面和村 底表面形成了RF鞘(sheath )。當(dāng)靠近卡盤表面形成RF鞘時(shí)，其引起朝向 襯底和卡盤的表面吸引電離的金屬離子。結(jié)果，更多的離子變得朝向鞘 運(yùn)動(dòng)以轟擊表面和/或使得它們的角展度變得更窄。
本主題發(fā)明的示例性方法包括在用于產(chǎn)生濺射的設(shè)備中施加襯底偏 壓，其中脈沖被施加以在襯底上產(chǎn)生涂層。該方法中的一個(gè)步驟是將第 一脈沖施加到第一開關(guān)，以從電源對(duì)磁控管進(jìn)行充電。該示例性方法中 的另一個(gè)步驟是從可操作地連接到襯底的電偏壓裝置施加襯底偏壓。示 例性方法還能夠包括如下步驟在第 一 脈沖期間確切地說在以第 一 脈沖 模式發(fā)生的脈沖之間使用RF發(fā)生器的RF放電。在諸如HIPIMS脈沖之類的 第 一脈沖期間使用RF放電將獲得用于磁控管放電的預(yù)電離。在本主題發(fā) 明的另 一個(gè)示例性應(yīng)用中，RF功率能夠被用來在沉積之前對(duì)襯底進(jìn)行蝕 刻和預(yù)清潔。對(duì)襯底的蝕刻，例如選擇性濺射或?yàn)R射清潔最上層(諸如 表面氧化物)，能夠在關(guān)閉的閘板(shutter)下進(jìn)行以避免污染靶。然后 在閘板打開后襯底的沉積能夠開始。在本方法的另一個(gè)示例性應(yīng)用中， 該方法能夠進(jìn)一步包括如下步驟調(diào)節(jié)襯底偏壓的電壓以調(diào)整轟擊襯底 的離子能量，從而為襯底提供期望涂層。
在本主題發(fā)明的另一個(gè)示例性應(yīng)用中，RF功率能夠以脈沖的操作模 式來施加。在該示例中，優(yōu)選地使用高于200W (優(yōu)選地500W到10kW峰 值功率RF)的相對(duì)較高功率。在以脈沖的操作模式來運(yùn)行RF時(shí)，設(shè)備能 夠與HIPIMS脈沖發(fā)生同步。在優(yōu)選的操作中，RF脈沖能夠首先被啟動(dòng)， 然后HIPIMS磁控管脈沖能夠通過使用第一開關(guān)S1而被施加。RF脈沖能夠 在HIPIMS電壓脈沖關(guān)閉之前被關(guān)閉。可替換地，RF脈沖能夠在HIPIMS 電壓脈沖關(guān)閉之后被關(guān)閉。在使RF功率與HIPIMS脈沖發(fā)生同步的示例 中，設(shè)備能夠包括磁控管、電源、RF電偏壓裝置10以及同步裝置18。電 源可操作地連接到磁控管以對(duì)磁控管進(jìn)行充電，并且被配置用于管理到 磁控管的第一脈沖。脈沖電源能夠包括第一開關(guān)，其可操作地將電源連 接到磁控管，其中第一開關(guān)被配置用于管理到磁控管的第一脈沖。其他 結(jié)構(gòu)也能夠被用來施加第一脈沖。RF電偏壓裝置被可操作地連接到襯底， 并且被配置為根據(jù)偏壓脈沖對(duì)磁控管進(jìn)行放電。同步裝置18被可操作地連接到電源和電偏壓裝置IO，如圖3的示例中可見。同步裝置18被配置為 使第一脈沖的頻率和時(shí)間延遲與偏壓脈沖同步。例如，第一脈沖的頻率
步的示例中，電源被配;為用于管理對(duì)磁控管的第:脈-中，第一脈沖的
占空比在約0.01%與20%之間而頻率在約1 Hz到20kHz的范圍內(nèi)。在另一 其他示例中，電源被配置為用于管理到磁控管的第一脈沖，第一脈沖的 占空比在約2%與50%之間。在另一示例中，同步裝置能夠被配置為在第 一脈沖被管理之前管理偏壓脈沖，其中時(shí)間延遲為約O.l ns到500 ^s。
在第二示例中，提供電偏壓裝置10的本主題發(fā)明的方法和裝置能夠 與兩個(gè)用于施加可變模式的開關(guān)相結(jié)合，可變模式包括HIPIMS和高頻 HIPIMS模式，如圖9中可見。諸如RF發(fā)生器之類的電偏壓裝置10可操作 地連接到襯底14,例如連接到支持襯底14的卡盤12。在該設(shè)計(jì)中，圖9的 本主題發(fā)明的示例包括第一開關(guān)S1和第二開關(guān)S2。第一開關(guān)S1被可操作 地連接以對(duì)磁控管進(jìn)行充電，并且被配置為管理第 一 電壓并且能夠根據(jù) 第一脈沖來對(duì)磁控管進(jìn)行充電。第二開關(guān)S2被可操作地連接以對(duì)磁控管 進(jìn)行放電，并且能夠被配置為根據(jù)第二脈沖來對(duì)磁控管進(jìn)行放電。在該 示例中還提供了電感，并且該電感被可操作地連接到至少一個(gè)電容器。 該示例中的電感是線圈L,不過可以理解的是其他結(jié)構(gòu)也能夠用來提供電 感。線圈L限制了磁控管放電電流上升的斜率。線圈L還限制了電弧發(fā)生 時(shí)的峰^直電 流。
存在著使用圖9示例的若干操作模式。在示于圖10中的圖9示例的一 個(gè)操作模式中，用于第一開關(guān)Sl的脈沖形式-第一脈沖具有高頻。針對(duì)該 高頻模式，圖10的示意圖中示出了用于第一開關(guān)S1的第一脈沖和第二開 關(guān)S2的第二脈沖的示例性脈沖形狀。圖10的高頻模式也能夠不同水平上 來操作，包括200 Hz-100kHz (優(yōu)選示例出現(xiàn)在1 kHz-20 kHz )的高頻脈 沖操作。具有較低功率損耗的相對(duì)低效占空比(0.1%-10%)也能夠在該 模式下獲得。0.2ins-10(^s的導(dǎo)通時(shí)間(時(shí)間周期trto)能夠在該示例中使 用，其中優(yōu)選示例出現(xiàn)在從2fas到40(is。
高頻模式能夠開始于在時(shí)刻to將充電電容器C連接到線圈L。應(yīng)該理 解的是，充電電容器能夠是至少一個(gè)電容器，并且附圖能夠是指多個(gè)電 容器。在延遲時(shí)間(t2-t。)之后，在時(shí)刻t2激活開關(guān)以使之打開激起了等 離子體。存儲(chǔ)在線圏L中的能量能夠引起幾乎立即在磁控管陰極上發(fā)生的電壓過沖并且引起磁控管電流的相對(duì)較快的上升時(shí)間，如圖10的示例所 示。磁控管放電電流在時(shí)刻t！ (Sl斷開)和ts (S2導(dǎo)通)之間衰減。時(shí)刻 t3能夠從ti之后短時(shí)間以及相對(duì)長時(shí)間(包括時(shí)段的剩余部分)中選擇。 在圖10的示例性模式中的每個(gè)第一脈沖都開始于電壓過沖并且在相同初 始時(shí)間段(t2 - to)期間具有相對(duì)快的電流上升。通過使得用于為電容器C充
電的第一開關(guān)S1具有相對(duì)長的斷開時(shí)間來達(dá)到能量有效性。該時(shí)間段通
過to發(fā)生前的時(shí)段來示出。初始時(shí)間段(t2-10)相對(duì)較短并且被用于在線
圈L中存儲(chǔ)能量。當(dāng)在第二脈沖激活第二開關(guān)S2之前激活第一開關(guān)S1以在 線圈L中存儲(chǔ)能量時(shí)，經(jīng)過了相對(duì)短的時(shí)間。第二開關(guān)S2的激活引起磁控 管的放電。從時(shí)刻to到h電容器C的充電加載(load)線圏L，并且發(fā)生》茲
控管的電流放電。特別地，磁控管放電從時(shí)刻t2到t3發(fā)生。從時(shí)刻^到t3,
來自線圈L的剩余能量被放電到磁控管。
圖9示例的第二操作模式被示于圖11中。在該模式中，第二脈沖運(yùn)用 了形成于第 一脈沖的一個(gè)主HIP1MS脈沖內(nèi)的多個(gè)次脈沖。第 一脈沖能夠 是單個(gè)相對(duì)長的脈沖以管理磁控管的電壓，并且第 一脈沖通過在時(shí)間段 trto期間使用第一開關(guān)Sl而形成。第二脈沖能夠是多個(gè)次脈沖，或一系列 較短的次脈沖，它們于是在第二開關(guān)S2處形成，如圖ll中的模式示例中 所示。圖ll的模式能夠被以不同水平來操作，包括l Hz-10kHz的主頻率 (優(yōu)選示例出現(xiàn)在10Hz到l kHz之間)。第一脈沖的占空比(0.1%到10%) 能夠被用在該模式中。在該模式中，能夠使用0.2jis到100ns (優(yōu)選為2(as 到20ias)的導(dǎo)通時(shí)間(trt。的時(shí)間段)。第二脈沖導(dǎo)通時(shí)間(等于AU的時(shí) 間段t3-t2)能夠從0.2^is到100ps,優(yōu)選示例為2ps到20(is。類似地，第二 脈沖斷開時(shí)間(時(shí)間段AWf)能夠是0.2(is到100(is,優(yōu)選示例為2(is到20 ps。存在該模式的很多示例，如第二脈沖占空比能夠具有大范圍值。例 如，第二脈沖占空比(At。n)/(At。n + At。ff)能夠從30O/o到99。/o變動(dòng)。因此，應(yīng) 該意識(shí)到很多不同類型的脈沖配置能夠被設(shè)計(jì)，包含第二脈沖的不同類 型常數(shù)和變化的時(shí)間段。例如，甚至AU能夠在S1的單個(gè)主HIPIMS脈沖 之內(nèi)的每個(gè)第二脈沖期間具有不同的時(shí)間量。
在圖ll的第二模式示例的操作期間，時(shí)間段t! -to被用于對(duì)電容器C 進(jìn)行充電、加載線圈L以及對(duì)磁控管的電流進(jìn)行放電。第二脈沖確切地說 第 一 次脈沖能夠以開關(guān)S 2打開時(shí)的適當(dāng)延遲作為開始。在時(shí)刻to - 12期間， 電容器C的充電僅僅加載線圈L。存儲(chǔ)在線圈L中的能量能夠引起磁控管陰極上的電壓過沖，并且引起磁控管電流相對(duì)較快的上升時(shí)間。然后第 二脈沖能夠通過使S2打開和閉合來運(yùn)用較短脈沖的序列。第二脈沖內(nèi)的 每個(gè)脈沖能夠開始于電壓過沖和相對(duì)快速的電流上升。特別地，每當(dāng)S2 被導(dǎo)通時(shí)，磁控管放電從時(shí)刻t2-t3發(fā)生。在時(shí)間段t!-t3期間，來自線圈L 的能量被放電至磁控管。在第二脈沖的次脈沖系列結(jié)束時(shí)，磁控管放電 電流在時(shí)刻h (此時(shí)開關(guān)S1被斷開)后衰減，直到存儲(chǔ)在線圈L中的剩余
能量被放電。在to之前的開關(guān)Sl的斷開時(shí)間期間，電容器C被充電并且等
離子體密度在沒有任何能力輸入的情況下衰減。
圖9的第三操作模式被示于圖12中。該模式能夠被稱之為脈沖的預(yù)電 離模式。該模式是圖10的第一模式與圖11的第二模式的交替序列，其中 第二脈沖的多個(gè)次脈沖根據(jù)圖10的模式在作為主HIPIMS脈沖的第 一脈沖 之內(nèi)形成。這樣，存在與第二脈沖內(nèi)的第一模式類似的脈沖，其能夠被 在開關(guān)S1的第一脈沖期間使用，以通過仍使平均放電功率保持較低來確 保等離子體密度的衰減不會(huì)太快。因此，該示例性模式能夠被看成是組 合前兩個(gè)示例性模式的元素。在圖12示例中，在S1曲線中，第一長脈沖 對(duì)應(yīng)于根據(jù)第二操作模式的脈沖，而三個(gè)后續(xù)脈沖涉及第一模式即"高 頻"操作模式(見圖IO)。兩個(gè)模式之間的比率能夠根據(jù)技術(shù)需要來選擇。 因此，在一個(gè)示例中，第一脈沖和第二脈沖能夠在第一模式(圖IO)和 第二模式(圖ii)之間周期性地改變。圖12的模式能夠通過與第一模式 屬性交替的第二模式頻率("主頻率")而被相應(yīng)地表征，如前所述。第 一脈沖的主頻率在兩個(gè)模式中任一模式中能夠是l Hz-10kHz，優(yōu)選示例 發(fā)生在10Hz-l kHz之間。在一個(gè)模式中，能夠使用0.2 ps到100 jxs (優(yōu)選 為2 ps到20 ns )的導(dǎo)通時(shí)間(^ - to的時(shí)間段)。在第 一脈沖關(guān)閉時(shí)間期間 的第二脈沖的次脈沖導(dǎo)通時(shí)間能夠是0.2 fis到lO 優(yōu)選示例在l (is到5 lis之間。在該模式下，第一脈沖的占空比能夠在0.1%與10%之間。存在著 兩種模式中任一模式的許多示例，如在第一開關(guān)S1斷開時(shí)間期間，第二 脈沖的次脈沖占空比能夠具有大范圍的值。例如，在斷開時(shí)間期間第二 脈沖的次脈沖占空比(At。n)/(AU+At附)能夠從a01。/。到20。/。變動(dòng)。此外，能 夠在第二脈沖之內(nèi)使用其他類型的脈沖，它們不同于在第 一 示例性模式 中的元素。
圖10-12的每一個(gè)示例能夠被用作一種在用于產(chǎn)生濺射的設(shè)備中施 加襯底偏壓的方法，其中電壓脈沖纟皮施加以在襯底上產(chǎn)生涂層。在該示例性方法中，第 一脈沖被施加到第 一 開關(guān)以從電源對(duì)磁控管進(jìn)行充電。 示例性方法還包括以下步驟從可操作地連接到襯底的電偏壓裝置施加
襯底偏壓。在該示例性方法中，第一脈沖能夠包括圖10-12的示例。諸如 RF發(fā)生器之類的電偏壓裝置被可操作地連接到襯底，并被配置為施加襯 底偏壓。
不論實(shí)現(xiàn)具有高壓、高電流、相對(duì)快速開關(guān)的額外電子設(shè)備的技術(shù) 復(fù)雜程度如何，如在圖9的第一示例中的那樣，本主題發(fā)明本身的發(fā)生器 能夠較小、較便宜和較快速。當(dāng)脈沖之間的時(shí)間延遲較短時(shí)，在脈沖之 間被輸送的用于對(duì)電容器充電的能量相對(duì)較小，并且電容器能夠具有相 對(duì)更低的容量，這引起相對(duì)較小的尺寸和較低的成本。線圏L的轉(zhuǎn)換效果 允許使用電源中的低壓。因此，電源的成本能夠得以降低。此外，較小 的電容器使得調(diào)整反饋回路的延遲較d 、。
每個(gè)優(yōu)點(diǎn)都有助于可靠的、可重復(fù)的、沒有電弧的過程，它們是對(duì) 粒子敏感的襯底的短處理(200 ms到10分鐘)的關(guān)鍵特征，上述處理例 如處理半導(dǎo)體晶片、薄膜磁頭、MEMS、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒 體、或純平面板顯示器。本主題發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)涉及當(dāng)斬波器開關(guān)S2導(dǎo) 通時(shí)斬波器斷開時(shí)間的有益效果。當(dāng)被可操作地連接在沿著線圈L的點(diǎn) 時(shí)，開關(guān)S2能夠被用作斬波器開關(guān)。在斬波器斷開時(shí)間期間，當(dāng)開關(guān)S2 沒有被連接時(shí)，靶電壓切換到正值。 一些來自等離子體的電子終止于靶 上并且等離子體電位達(dá)到正值。存在于鞘、預(yù)鞘以及等離子體中的離子 現(xiàn)在>^靶朝向襯底和壁^f皮加速。單獨(dú)脈沖的效果依賴于脈沖關(guān)閉時(shí)間和 耙電壓。最終效果部分依賴于重復(fù)頻率。效果還依賴于開關(guān)S2沿線圈L的 接觸點(diǎn)。該接觸點(diǎn)能夠被稱為抽頭。存在于線圏L磁控管端與抽頭之間的 更多繞組引起更高的電壓轉(zhuǎn)換效果、在關(guān)閉期間耙上更高的正電壓、以 及更高的離子能量和來自接近靶區(qū)域的離子的相對(duì)更快的消耗。
使用包括RF偏壓和開關(guān)方法的第二示例來進(jìn)行薄膜沉積的方法能夠 被用來在處理前端半導(dǎo)體晶片中溝槽和通孔的金屬化。對(duì)于直通/晶片通 孔，該方法還能夠被用于硅中深孔的一般金屬化、潤濕或種子層。例如， 第二脈沖和沿著電感線圏的第二開關(guān)的位置這二者能夠被調(diào)節(jié)以為襯底
提供期望涂層并在襯底上形成一個(gè)或多個(gè)層。附加層的示例能夠是潤濕 層或種子層。該方法還能夠被用于通過斬波器關(guān)閉時(shí)間和/或線圈抽頭的 位置來優(yōu)化溝槽和/或通孔中的底部和/或側(cè)壁覆蓋。在另一個(gè)示例中，方法能夠被用于通過調(diào)節(jié)斬波器關(guān)閉時(shí)間和/或線圏抽頭的位置來優(yōu)化到襯 底的離子流。還能夠通過調(diào)節(jié)第二脈沖的關(guān)閉時(shí)間(即斬波器關(guān)閉時(shí)間) 和/或調(diào)節(jié)第二開關(guān)沿著電感線圈的位置來優(yōu)化沉積速率。因此，對(duì)于許 多應(yīng)用所期望的不同的和相對(duì)較高的沉積速率能夠被獲得。使用具有更 多可通斷抽頭的線圈(例如其中開關(guān)S2的接觸點(diǎn)能夠被調(diào)節(jié)的線圈)或 改變線圈L會(huì)幫助找到用于設(shè)備的最佳水平。這樣的效果能夠被用來優(yōu)化 到襯底的離子流以及離子能量。半導(dǎo)體晶片或襯底上其他結(jié)構(gòu)中的溝槽 和通孔的底部和側(cè)壁覆蓋也能夠被優(yōu)化。此外，連同脈沖發(fā)生一起使用
RF發(fā)生器的方法能夠被用來通過調(diào)節(jié)第二脈沖(即，斬波器關(guān)閉時(shí)間) 和/或調(diào)節(jié)線圏抽頭的位置(例如調(diào)節(jié)沿電感線圏的第二開關(guān))來優(yōu)化薄 膜應(yīng)力、微結(jié)構(gòu)、機(jī)械屬性、電性能、光學(xué)屬性以及涂層的其他屬性。
與DC磁控賊射相比，在HIPIMS應(yīng)用中較低特定速率的上述缺點(diǎn)能夠 部分地通過本主題發(fā)明的脈沖發(fā)生方法而得以補(bǔ)償。當(dāng)斬波器導(dǎo)通時(shí)間 的持續(xù)期間與跨過靶鞘和預(yù)鞘的離子飛行時(shí)間(在約0.2 ps到5 ps的范圍 內(nèi))是可比的時(shí)，可以限制離子化濺射粒子的很大部分被拉回到靶。通 過斬波器關(guān)閉時(shí)間在離子到達(dá)靶之前產(chǎn)生反向電場以及加速，能夠抑制 粒子被拉回到耙。
在第三示例中，本主題發(fā)明的方法和裝置能夠與電弧檢測(cè)設(shè)計(jì)結(jié)合， 如圖13中所見。電偏壓裝置10可操作地連接到襯底14，例如連接到支持 村底14的卡盤12?；舅枷胧窃诋?dāng)電弧正在形成或開始形成時(shí)檢測(cè)到 電弧之后，阻止或抑制在靠近磁控管陰極的位置處形成電弧。圖13的示 例包括至少一個(gè)檢測(cè)器。檢測(cè)器能夠是計(jì)量器，例如電壓表(V)或安培 表(A)。在其他示例中，檢測(cè)器能夠是一個(gè)監(jiān)視安培、伏特或多個(gè)指示 器以檢測(cè)電弧形成的裝置。在圖13的示例中，兩個(gè)檢測(cè)器，電壓表(V) 或安培表(A)被放置得非常接近于磁控管并被可操作地連接到磁控管。 電壓表(V)或安培表(A)被配置為用于檢測(cè)正在形成或開始形成的電 弧。應(yīng)該意識(shí)到的是在其他示例中僅僅一個(gè)檢測(cè)器被提供，并且在其 他示例中更多檢測(cè)器能夠被提供在各種位置，包括在非常接近于磁控管 的位置。當(dāng)提供一個(gè)檢測(cè)器時(shí)，它能夠是電壓表或安培表，其被配置為 檢測(cè)正在形成的電弧。圖13的示例還能夠包括含有陰極和陽極的磁控管、 位于磁控管附近并被用于濺射原子以在襯底上產(chǎn)生涂層的靶、帔可操作 地連接到磁控管的電源、被可操作地連接到電源的至少一個(gè)電容器C、以
18及被可操作地連接以對(duì)磁控管進(jìn)行充電并被配置為根據(jù)第 一脈沖來對(duì)磁 控管進(jìn)行充電的第一開關(guān)S1。電源能夠是DC電源。
在圖13的示例中第二開關(guān)S2被置于磁控管陰極附近。第二開關(guān)S2被 可操作地連接以對(duì)磁控管進(jìn)行放電，并被配置為對(duì)磁控管進(jìn)行放電并且 當(dāng)通過至少一個(gè)檢測(cè)器檢測(cè)到電弧形成時(shí)抑制電弧的形成。第二開關(guān)S2 通常是打開的并考慮到脈沖發(fā)生操作。當(dāng)電弧被檢測(cè)到時(shí)，第二開關(guān)S2 導(dǎo)通并且在磁控管陰極和陽極之間形成有效快捷通路(shortcut)。在第二 開關(guān)S2形成快捷通路的同時(shí)，第一開關(guān)S1斷開?？商鎿Q地，當(dāng)?shù)诙_關(guān) S2被導(dǎo)通以形成能量的快捷通路時(shí)，第一開關(guān)S1能夠在第二開關(guān)S2被激 活之前或之后的短時(shí)間內(nèi)被導(dǎo)通。因此，還能夠響應(yīng)于通過至少一個(gè)檢 測(cè)器檢測(cè)到電弧形成而控制第一開關(guān)S1。能夠控制開關(guān)Sl,以抑制或限 制電弧的形成。除了第二開關(guān)之外控制第 一開關(guān)提供對(duì)設(shè)備中能量的額 外控制。諸如線圈L之類的電感也能夠與圖13的示例(電弧檢測(cè)示例)一 起使用，其中線圏被可操作地連接到至少一個(gè)電容器C，并且線圈被配置 為限制磁控管放電電流的上升時(shí)間以及限制在電弧出現(xiàn)時(shí)的峰值電流。
在第四示例中，本主題發(fā)明的方法和裝置能夠與高頻HIPIMS中的相 對(duì)快速開關(guān)電源以及與相對(duì)快速的電弧抑制設(shè)計(jì)相結(jié)合，如在圖14中所 見。除了示于圖13的方案以外該示例使用線圏L2，其能夠包含被連接在 沿線圈L的點(diǎn)以產(chǎn)生斬波器效應(yīng)的開關(guān)S2。在該示例中，開關(guān)S2被配置為 管理第二脈沖，并且還被配置為當(dāng)通過設(shè)備中的至少一個(gè)檢測(cè)器檢測(cè)到 電弧形成時(shí)被激活以抑制電弧的形成。在圖14中，電源將一堆(abankof)
電容器C充電至啟動(dòng)電壓，其通過具有一定電感Uab和電阻Rcab的線纜而被
放電到磁控管。電源能夠是DC電源。在HIP1MS操作期間，線圏L2具有與 現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)類似的功能，即限制磁控管放電電流的上升時(shí)間。圖14中 的線圈L2還限制了電弧發(fā)生時(shí)的峰值電流。圖14的示例還能夠包括含有 陰極和陽極的磁控管、以及位于磁控管附近并被用于賊射原子以在襯底 上產(chǎn)生涂層的靶。圖14包括測(cè)量電流和電壓的電弧檢測(cè)設(shè)備，如所示出 的，不過在其他示例中僅僅需要一個(gè)檢測(cè)器來測(cè)量電弧。在檢測(cè)到電弧(優(yōu) 選直接在陰極處檢測(cè)以最小化時(shí)間延遲)后，開關(guān)S2導(dǎo)通并沿著線圈L2的 開關(guān)S2被連接在的點(diǎn)與磁控管陽極之間形成有效快捷通路。電弧形成的 檢測(cè)激活了第二開關(guān)S2，以抑制電弧的形成。因此，所述檢測(cè)通過使得 設(shè)備對(duì)檢測(cè)到電弧形成或開始形成做出反應(yīng)而降低了電弧的有害影響。這引起磁控管陰極上電壓為零的時(shí)間甚至更短，零電壓后跟隨著通過線 圏L2的自動(dòng)變換效應(yīng)的正電壓?？旖萃穾椭鄬?duì)更快地消除電弧。
圖14的示例還被配置成提供針對(duì)圖9所討論的脈沖形成方法，其中第 一開關(guān)S1根據(jù)第一脈沖對(duì)磁控管進(jìn)行充電而第二開關(guān)S2根據(jù)第二脈沖對(duì) 磁控管進(jìn)行放電。用于圖9的三種示例性模式中的任何一個(gè)都能夠與圖14 的兩個(gè)開關(guān)一起使用。此外，該示例還包括用于卡盤12和襯底14的RF發(fā) 生器IO。
已參考上述示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。當(dāng)閱讀和理解本說 明書時(shí)，其他人將會(huì)想到改進(jìn)和修改。包括本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)方面的示 例性實(shí)施例意在包含所附權(quán)利要求范圍之內(nèi)的所有這樣的修改和變形。
權(quán)利要求
1.一種用于以磁控管陰極上的0.1與10A/cm2之間的電流密度產(chǎn)生靶的濺射以在襯底上生成涂層的設(shè)備，所述設(shè)備包括電源，其可操作地連接到磁控管；至少一個(gè)電容器，其可操作地連接到電源；第一開關(guān)，其可操作地將電源連接到磁控管以對(duì)磁控管進(jìn)行充電并且被配置為用于管理到磁控管的第一脈沖；以及電偏壓裝置，其可操作地連接到襯底并且被配置為施加襯底偏壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括可操作地連接到電偏壓裝 置的卡盤，其中襯底位于卡盤上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中磁控管與卡盤之間的距離在 20mm到100 mm之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l-3之一，尤其是根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，進(jìn)一步 包括被置于電偏壓裝置與卡盤之間的匹配單元；其中所述匹配單元被配 置為使襯底和/或卡盤處的等離子體的阻抗與襯底的阻抗匹配。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l-4之一，尤其是根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，進(jìn)一步 包括可操作地連接到卡盤的RF自偏壓監(jiān)視裝置；其中所述RF自偏壓監(jiān)視 裝置被配置為監(jiān)視電偏壓裝置的自偏壓；其中所述電偏壓裝置是RF發(fā)生 器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-15之一所述的設(shè)備，其中電偏壓裝置施加大于50 W的負(fù)荷，其中小于20 sccm的氬氣流速進(jìn)入收容所述靶和襯底的腔室。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6之一所述的設(shè)備，其中電偏壓裝置施加大于50 W 的負(fù)荷，其中收容所述靶和襯底的腔室中的氣壓在2x 10,j5x l(T3 mbar 的范圍內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-7之一所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 線圈，其可操作地連接到所述至少一個(gè)電容器；以及第二開關(guān)，其被可^喿作地連接以對(duì)磁控管進(jìn)行放電并且#:配置為根 據(jù)第二脈沖對(duì)磁控管進(jìn)行放電。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l-8之一所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 至少一個(gè)檢測(cè)器，其可操作地連接到磁控管，其中所述至少一個(gè)檢測(cè)器被配置為用于檢測(cè)正在形成的電??；以及第二開關(guān)，其被可操作地連接以對(duì)磁控管進(jìn)行放電并且被配置為對(duì)磁控管進(jìn)行放電以及在通過所述至少 一個(gè)檢測(cè)器檢測(cè)到電弧形成時(shí)抑制 電弧的形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中響應(yīng)于通過所述至少一個(gè)檢測(cè) 器檢測(cè)到電弧而控制第 一 開關(guān)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10之一所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 可操作地連接到所述至少一個(gè)電容器的線圈；并且其中第二開關(guān)可操作地連接在沿著線圏的點(diǎn)，并且第二開關(guān)被配置 為管理第二脈沖。
12. —種用于以磁控管陰極上的0.1與10 A/cn^之間的電流密度產(chǎn)生 靶的'減射以在襯底上生成涂層的設(shè)備，所述設(shè)備包括電源，其可操作地連接到磁控管； 至少一個(gè)電容器，其可操作地連接到電源；第 一開關(guān)，其可操作地將電源連接到磁控管以對(duì)磁控管進(jìn)行充電并 且被配置為用于管理到磁控管的第 一脈沖；電偏壓裝置，其可操作地連接到襯底并且被配置為施加襯底偏壓；卡盤，其可操作地連接到電偏壓裝置，其中襯底位于卡盤上；線圈，其可操作地連接到所述至少一個(gè)電容器；第二開關(guān)，其被可操作地連接以對(duì)磁控管進(jìn)行放電并且被連接在沿 著線圏的點(diǎn)，其中第二開關(guān)被配置為根據(jù)第二脈沖對(duì)磁控管進(jìn)行放電；至少一個(gè)檢測(cè)器，其可操作地連接到磁控管，其中所述至少一個(gè)檢 測(cè)器被配置用于檢測(cè)正在形成的電?。徊⑶移渲许憫?yīng)于通過所述至少 一 個(gè)檢測(cè)器檢測(cè)到電弧而控制第 一 開關(guān)和 第二開關(guān)，以抑制電弧的形成。
13. —種用于以磁控管陰極上的0.1與10 A/cr^之間的電流密度產(chǎn)生 靶的賊射以在襯底上生成涂層的設(shè)備，所述設(shè)備包括電源，其可操作地連接到磁控管以對(duì)磁控管進(jìn)行充電并且被配置為 用于管理到磁控管的第 一脈沖；RF電偏壓裝置，其可操作地連接到襯底并且被配置為根據(jù)偏壓脈沖 對(duì)石茲控管進(jìn)4亍;故電；以及同步裝置，其可操作地連接到電源和RF電偏壓裝置；其中同步裝置被配置為使第 一脈沖的頻率和時(shí)間延遲與偏壓脈沖同步。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中電源被配置為用于管理到磁控管的第 一脈沖，其中第 一脈沖的占空比在0.01%與20%之間而頻率在1 Hz到20kHz的范圍內(nèi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14之一所述的設(shè)備，其中電源被配置為用于 管理對(duì)磁控管的第 一脈沖，其中第 一脈沖的占空比在2%與50%之間。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13-15之一所述的設(shè)備，其中同步裝置被配置為在 第一脈沖之前管理偏壓脈沖，其中時(shí)間延遲在O.l )Lis到500 ns之間。
17. —種在設(shè)備中施加襯底偏壓的方法，所述設(shè)備用于以磁控管陰 極上的0.1與10 A/cn^之間的電流密度產(chǎn)生對(duì)脈沖施加處的賊射以在襯底 上生成涂層，所述方法包括以下步驟對(duì)第一開關(guān)施加第一脈沖，以從電源對(duì)^t控管進(jìn)行充電；以及 從可操作地連接到襯底的電偏壓裝置施加襯底偏壓。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在第 一 脈沖期間使用電偏壓裝置作為用于對(duì)磁控管進(jìn)行放電的預(yù)電離。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18之一所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 使用電偏壓裝置在沉積之前對(duì)襯底進(jìn)行蝕刻和預(yù)清潔。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17-19之一所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 調(diào)節(jié)襯底偏壓的電壓，以調(diào)整轟擊襯底的離子能量，從而為襯底提供期望的涂層。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17-20之一所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 向第二開關(guān)施加第二脈沖，以對(duì)磁控管進(jìn)行放電。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中第 一脈沖包括用于第 一開關(guān)的相對(duì)長的關(guān)閉時(shí)間，在此期間至少一 個(gè)電容器被充電；以及當(dāng)在第二脈沖激活第二開關(guān)之前第一開關(guān)被激活以在線圈中存儲(chǔ)能 量時(shí)，經(jīng)過相對(duì)短的時(shí)間，其中第二開關(guān)的激活引起磁控管的放電。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法，其中第一脈沖和第二脈沖在第 一模式與第二模式之間周期性地改變； 第 一模式包括第 一脈沖，所述第 一脈沖包含用于第 一開關(guān)的相對(duì)長 的關(guān)閉時(shí)間，在此期間電容被充電；以及當(dāng)在第二脈沖激活第二開關(guān)之 前第一開關(guān)被激活以在線圏中存儲(chǔ)能量時(shí)，經(jīng)過相對(duì)短的時(shí)間；并且第二模式包括第一脈沖，所述第一脈沖包含相對(duì)長的脈沖以管理到磁控管的電壓；并且第二脈沖是一系列短脈沖。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21-23之一所述的方法，其中 第一脈沖是相對(duì)長的脈沖以管理到設(shè)備的電壓；并且 第二脈沖是一系列短脈沖。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21-24之一所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 通過使用至少一個(gè)檢測(cè)器來檢測(cè)電弧正在形成；以及響應(yīng)于4全測(cè)到電弧而激活第二開關(guān)以對(duì)磁控管進(jìn)行放電，從而抑制電弧的形成。
26. —種用于制造涂敷襯底的方法，包括根據(jù)權(quán)利要求17-25之一所 述的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于以磁控管陰極上的0.1與10A/cm²之間的電流密度產(chǎn)生靶濺射以在襯底上生成涂層的設(shè)備。所述設(shè)備包括可操作地連接到磁控管的電源以及可操作地連接到電源的至少一個(gè)電容器。還提供了第一開關(guān)。第一開關(guān)可操作地將電源連接到磁控管以對(duì)磁控管進(jìn)行充電，并且第一開關(guān)被配置為根據(jù)第一脈沖來對(duì)磁控管進(jìn)行充電。電偏壓裝置可操作地連接到襯底并被配置為施加襯底偏壓。
文檔編號(hào)H01J37/34GK101589451SQ200780046153
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者J·韋查特, S·卡德萊克 申請(qǐng)人:Oc歐瑞康巴爾斯公司