專利名稱：雙掃描薄膜處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及薄膜沉積和蝕刻系統(tǒng)。具體地說，本發(fā)明涉及非常均勻地沉積薄膜或以非常均勻的蝕刻速度蝕刻材料的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
將薄膜沉積到底層上通常有三種技術(shù)。這些技術(shù)是蒸發(fā)法、磁電管濺射法和離子束沉積法。

圖1表示現(xiàn)有技術(shù)電子束蒸汽沉積系統(tǒng)10的示意圖。蒸汽系統(tǒng)10被裝在一個(gè)真空腔12中。電子槍14產(chǎn)生電子束16以便將裝有沉積材料的坩鍋18加熱到使該沉積材料蒸發(fā)的溫度。利用磁體20使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使電子束撞擊到坩鍋18上希望的位置。一般的蒸發(fā)系統(tǒng)具有多個(gè)坩鍋。
一些蒸發(fā)系統(tǒng)包括多個(gè)電子槍，使得從兩個(gè)或多個(gè)源來的沉積材料同時(shí)沉積到一個(gè)底層上。還可以是用加熱元件(未表示出)加熱坩鍋18。一般支撐多個(gè)底層23的底層支撐物22位于被蒸發(fā)材料的通路中。為了提高被沉積薄膜的均勻性，底層支撐物22可以利用電機(jī)24旋轉(zhuǎn)。
磁電管濺射沉積系統(tǒng)使用一個(gè)二極管器件和一個(gè)磁體來產(chǎn)生一個(gè)等離子區(qū)。一個(gè)靶相對于負(fù)電勢偏置，該負(fù)電勢足夠高能夠在周圍氣體引起雪崩，并維持等離子區(qū)。靶原子被濺射到要沉積的底層上，該底層放置在靶的前面，距離范圍一般在2到10英寸之間。為了吸收電子，該磁體在靶的后面產(chǎn)生一個(gè)磁場，因此增強(qiáng)了離子的轟擊效率。
圖2表示現(xiàn)有技術(shù)中離子束濺射沉積系統(tǒng)50的原理圖。離子束濺射沉積系統(tǒng)50被圍在真空腔52中。離子源54產(chǎn)生直接到一個(gè)或多個(gè)靶58上的離子束56。離子束56撞擊靶58，并且利用沉積流量60從靶58中濺射中性原子。一般支撐多個(gè)底層64的底層支撐物62位于沉積流量60的通路上。沉積流量60轟擊底層，從而將被濺射的薄膜沉積。為了提高被濺射薄膜的均勻性，底層支撐物62可以利用電機(jī)66旋轉(zhuǎn)。離子束濺射是有優(yōu)勢的，因?yàn)樗试S獨(dú)立控制轟擊離子的能量和電流密度。
利用這些現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的厚度均勻性是受到底層平面上流量均勻性和底層旋轉(zhuǎn)類型限制的。流量均勻性可能受到靶或者引起熱點(diǎn)和冷點(diǎn)的沉積材料缺陷的負(fù)面影響。一般地，流量均勻性隨著時(shí)間而變化。流量均勻性可以利用較大的靶或使用從靶到底層較長距離在某種程度上加以提高。但是，對于靶的大小和從靶到底層的距離是有實(shí)際限制的。較高均勻性的薄膜不可能利用這些現(xiàn)有技術(shù)來實(shí)際實(shí)現(xiàn)。
因此，本發(fā)明的特征是一個(gè)沉積系統(tǒng)。該沉積系統(tǒng)包括一個(gè)產(chǎn)生含有中性原子和分子沉積流量的沉積源。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積源是一個(gè)離子束濺射沉積源，包括一個(gè)離子源和一個(gè)位于離子束通路上的靶。當(dāng)該靶暴露到離子束中時(shí)就產(chǎn)生沉積流量。在一個(gè)實(shí)施例中，離子束濺射沉積源包括一個(gè)磁電管濺射源。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積系統(tǒng)還包括一個(gè)產(chǎn)生離子束的離子源，該離子束撞擊沉積區(qū)，用于離子束的輔助沉積。
一個(gè)定義了一個(gè)孔的屏蔽物位于沉積流量的通路中。屏蔽物經(jīng)該孔穿過沉積流量，并且實(shí)際上阻擋沉積流量傳播到屏蔽物后面的其它任何地方。在一個(gè)實(shí)施例中，該孔變成增加傳輸沉積流量的形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，該孔變成減少完全掃描區(qū)的形狀。底層支撐物位于該屏蔽物的附近。
該沉積系統(tǒng)還包括一個(gè)雙掃描系統(tǒng)。雙掃描，我們指這樣一種掃描系統(tǒng)，它利用第一種和第二種運(yùn)動(dòng)掃描與該孔相關(guān)的底層支撐物。第一種和第二種運(yùn)動(dòng)可以是任何一種類型運(yùn)動(dòng)，如平移或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。第一和第二種類型的運(yùn)動(dòng)可以是相同或不同類型的運(yùn)動(dòng)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，雙掃描系統(tǒng)利用一種平移和一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)掃描。在另一個(gè)實(shí)施例中，雙掃描系統(tǒng)利用第一和第二種平移運(yùn)動(dòng)掃描。
在一個(gè)實(shí)施例中，一種運(yùn)動(dòng)的掃描速率實(shí)際上大于其它運(yùn)動(dòng)的掃描速率。例如，一種運(yùn)動(dòng)的掃描速率可以比其它類型運(yùn)動(dòng)掃描速率至少大5倍。在一個(gè)實(shí)施例中，在沉積期間，至少一種運(yùn)動(dòng)的掃描速率是隨時(shí)間而變化的。
雙掃描系統(tǒng)可以是利用任何一種類型的掃描系統(tǒng)，它利用兩種運(yùn)動(dòng)掃描與該孔相關(guān)的底層支撐物。在一個(gè)實(shí)施例中，雙掃描系統(tǒng)包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)和一個(gè)平移掃描系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)引起具有一個(gè)掃描速率的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。平移掃描系統(tǒng)引起具有一個(gè)平移速率的平移運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)比平移運(yùn)動(dòng)平移速率至少大5倍。
沉積系統(tǒng)可以包括一個(gè)隔板，使得沉積源上的壓力高于底層支撐物上的壓力。沉積系統(tǒng)可以包括一個(gè)氣體管線，其位置使在沉積源上的壓力大于在底層支撐物上的壓力。沉積系統(tǒng)還可以包括一個(gè)在原處的監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)視在沉積期間薄膜的特性。
本發(fā)明的特征還在于一種沉積均勻薄膜的方法。該方法包括產(chǎn)生沉積流量。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積流量是通過離子束濺射產(chǎn)生的。在另一個(gè)實(shí)施例中，沉積流量是由蒸發(fā)法產(chǎn)生的。利用第一種和第二種運(yùn)動(dòng)掃描與沉積流量相關(guān)的底層，因而，將均勻的薄膜沉積到底層上。
第一種運(yùn)動(dòng)的掃描速率實(shí)際上大于第二種運(yùn)動(dòng)的掃描速率。在一個(gè)實(shí)施例中，第一種運(yùn)動(dòng)是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)速率的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而第二種運(yùn)動(dòng)是具有一個(gè)平移掃描速率的平移運(yùn)動(dòng)。例如，在平移尺度上，該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速率可能比平移掃描速率大5倍。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括經(jīng)一個(gè)孔穿過沉積流量，因而增加了沉積的流量。該方法可以包括利用第一種運(yùn)動(dòng)與第二種運(yùn)動(dòng)之一，完全掃描與沉積流量相關(guān)的底層。該方法還可以包括監(jiān)視在原處薄膜的沉積參數(shù)。
本發(fā)明的特征還在于一種離子束濺射沉積系統(tǒng)，包括產(chǎn)生離子束的離子源。一個(gè)靶位于離子束的通路上。在一個(gè)實(shí)施例中，該靶是一個(gè)具有至少兩種不同靶材料的復(fù)合靶。在一個(gè)實(shí)施例中，該靶是可以旋轉(zhuǎn)的，具有至少兩個(gè)靶面。當(dāng)離子束撞擊該靶時(shí)，利用沉積流量，中性原子和/或分子被從該靶上濺射出。
一個(gè)定義了一個(gè)孔的屏蔽物，位于沉積流量的通路中。屏蔽物經(jīng)該孔穿過沉積流量，并且實(shí)際上阻擋沉積流量傳播到屏蔽物的后面的其它任何地方。在一個(gè)實(shí)施例中，該孔變成增加傳輸?shù)某练e流量的形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，該孔變成減少完全掃描區(qū)的形狀。底層支撐物位于該屏蔽物的附近。
離子束濺射沉積系統(tǒng)還包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)和一個(gè)平移掃描系統(tǒng)，掃描與該孔相關(guān)的底層支撐物。旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)產(chǎn)生具有一個(gè)掃描速率的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。平移掃描系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)具有平移速率的平移運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)速率大于平移速率。例如，旋轉(zhuǎn)速率可以比平移掃描速率至少大5倍。在沉積期間，旋轉(zhuǎn)速率和/或平移速率可以隨時(shí)間而變化。
離子束濺射沉積系統(tǒng)可能包括不均勻抽吸。離子束濺射沉積系統(tǒng)可以包括一個(gè)具有入口的真空泵，該入口位于與該靶和底層支撐物相關(guān)的位置上，以使在底層支撐物上的壓力低于在靶上的壓力。沉積系統(tǒng)可以包括一個(gè)隔板，使得在底層支撐物上的壓力低于在靶上的壓力。
圖1表示現(xiàn)有技術(shù)電子束蒸發(fā)沉積系統(tǒng)的示意圖。
圖2表示現(xiàn)有技術(shù)離子束濺射沉積系統(tǒng)的示意圖。
圖3表示依據(jù)本發(fā)明，包含一個(gè)束孔和一個(gè)機(jī)械雙掃描系統(tǒng)的離子束濺射沉積系統(tǒng)的示意圖。
圖4表示使用圖3離子束濺射沉積系統(tǒng)，一種在沉積期間完全掃描(over-scanning)底層的方法。
圖5表示在圖3離子束濺射沉積系統(tǒng)中，增加沉積流量的本發(fā)明的圓形和成型孔。
圖6表示使用成型靶提供增強(qiáng)束強(qiáng)度的本發(fā)明離子束濺射沉積系統(tǒng)的示意圖。
在光纖通信系統(tǒng)中增加帶寬的一種方法是增加在光纖中傳播光的波長。波分復(fù)用(WDM)是一種在相同光纖中傳播多個(gè)波長的光學(xué)技術(shù)，因而有效地將每條纖維的總帶寬增加到每個(gè)波長的位速率的總和。大于1T/s(terabits/sec，兆兆位/秒)的帶寬已經(jīng)表示在了基于WDM通信系統(tǒng)中。
密集波分復(fù)用(DWDM)是一種利用很多個(gè)波長實(shí)現(xiàn)WDM的技術(shù)。DWDM一般用于說明在單一光纖中傳播超過40個(gè)波長的WDM的技術(shù)。隨著波長數(shù)量的增加，信道寬度和信號間距都減少了。為了在DWDM通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)要求的信道寬度和信道間距，要求高質(zhì)量、高性能的光纖。這些光纖的波長在1.3μm到1.55μm上必須表現(xiàn)出較低的損耗以及窄帶傳輸特性。濾波器必須具有良好的機(jī)械特性，并且必須在多種不同的操作環(huán)境中是穩(wěn)定的。
例如，DWDM通信系統(tǒng)要求很多帶通濾波器，能夠從在系統(tǒng)中傳播的其它波長(信道)中分離出單一波長(信道)。在DWDM通信系統(tǒng)中，一種用作帶通濾波器類型的光學(xué)濾波器是Fabry Perot相干濾波器。Fabry Perot濾波器包含被λ/2層分離出來的兩種高反射系數(shù)的多層膜。在運(yùn)行時(shí)，在λ/2空間層中的多個(gè)干涉，使得該濾波器輸出光譜特性在λ/2空間層倍數(shù)的窄帶波長上銳利地到達(dá)峰值。
在DWDM通信系統(tǒng)中使用的另一種類型的光學(xué)濾波器是一種電介質(zhì)薄膜相干濾波器。這些濾波器包括可選擇的高折射指數(shù)和低折射指數(shù)材料層。每層是λ/4厚。在運(yùn)行中，從高指數(shù)層反射的光不經(jīng)歷相移，但是從低指數(shù)層反射的光要經(jīng)歷180度的相移。連續(xù)的反射在前面板上重新組合，產(chǎn)生具有較窄波長范圍高反射束。具有在這個(gè)較窄范圍之外波長的光僅在非常低強(qiáng)度水平上反射。
電介質(zhì)薄膜相干濾波器可以通過將高和低折射指數(shù)材料的交換層沉積到一個(gè)玻璃底層上來構(gòu)造。例如，可以使用SiO2和Ta2O5的交換層。折射指數(shù)和濾波器中的均勻性必須被控制在非常高的精度上，以便達(dá)到希望的濾波器特性。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例通過開孔沉積流量，然后利用第一種和第二種運(yùn)動(dòng)在開孔的沉積流量通路中傳送該底層，來實(shí)現(xiàn)精確薄膜均勻性。圖3表示了一個(gè)離子束濺射沉積系統(tǒng)100的示意圖，依據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)100包括定義了一個(gè)束孔103的離子屏蔽物102，以及機(jī)械的雙掃描系統(tǒng)104。系統(tǒng)100還包括一個(gè)真空腔106。在一個(gè)實(shí)施例中，真空腔106可以達(dá)到小于10-7托范圍的高度真空。
系統(tǒng)100還包括產(chǎn)生離子束110的離子源108。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100還包括兩個(gè)或更多個(gè)離子源，每個(gè)都產(chǎn)生一個(gè)離子束。將氣體如氬氣或氧氣，或混合氣體引入到離子源108中。在離子源108中產(chǎn)生等離子區(qū)。離子被從兩個(gè)或更多個(gè)多孔電極112中的等離子區(qū)中提取出來。然后這些離子被加速。在一個(gè)實(shí)施例中，這些離子被加速到500eV到2000eV范圍的能量。
一個(gè)或多個(gè)靶114位于被加速離子束110的通路上。靶114可以包括金屬或電介質(zhì)材料。靶114可以由單一個(gè)的靶材料形成，或者由包括兩種或更多種材料的復(fù)合靶材料形成。在一些應(yīng)用中，電介質(zhì)薄膜是通過使用金屬靶以及通過在離子源108中注入第二種氣體如氧氣或氮?dú)舛纬傻摹Ｔ谄渌膽?yīng)用中，電介質(zhì)薄膜是通過直接在真空腔106中注入第二種氣體形成的。
在本發(fā)明的沉積系統(tǒng)100中可以使用任意靶結(jié)構(gòu)，在專業(yè)技術(shù)中有很多熟知的靶結(jié)構(gòu)，并且可通過商業(yè)渠道得到。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括一個(gè)帶有至少兩個(gè)靶面的可旋轉(zhuǎn)靶，如圖3所示。利用沉積流量115，離子束110撞擊該靶并且從靶114中濺射出中性原子。
定義了孔103的屏蔽物102位于沉積流量115的通路中。屏蔽物102經(jīng)孔103穿過沉積流量115，并且實(shí)際上阻擋沉積流量傳播到屏蔽物后面的其它任何地方?？?03在空間上定義了到達(dá)底層的沉積流量115。
底層支撐物116位于沉積流量115的通路上接近孔103的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，底層支撐物116是一個(gè)如圖3所示的盤。底層支撐物116一般有擁有多個(gè)底層118，但是在一些系統(tǒng)和對于一些應(yīng)用可能僅擁有一個(gè)底層。底層支撐物116附著于機(jī)械雙掃描系統(tǒng)104上，該系統(tǒng)利用兩種運(yùn)動(dòng)以兩種掃描速率進(jìn)行掃描。在一個(gè)實(shí)施例中，兩種掃描運(yùn)動(dòng)的掃描速率是不同的，并且是可以單獨(dú)控制的。該掃描速率依賴于掃描運(yùn)動(dòng)的類型，可以是旋轉(zhuǎn)速率或平移速率。
在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械雙掃描系統(tǒng)104包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)的掃描系統(tǒng)120和一個(gè)平移的掃描系統(tǒng)122。旋轉(zhuǎn)的掃描系統(tǒng)120包括一根軸124，該軸旋轉(zhuǎn)地附著于底層支撐物116上，并且通過經(jīng)126供給的真空定位。軸124由電機(jī)128帶動(dòng)以旋轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)128以大于1000RPMs的旋轉(zhuǎn)速率使軸124旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)128位于外殼130中，外殼130附著于帶有真空風(fēng)箱132的真空腔106。這就使得電機(jī)128沿真空腔106的表面平移。外殼130的內(nèi)部可以保持在大氣壓力下。
平移的掃描系統(tǒng)122包括一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)134，機(jī)械結(jié)構(gòu)134以一個(gè)平移速率在線性方向上平移底層支撐物116。線性驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)134可以附著于底層支撐物116，并且還可以附著于真空腔106。隨著線性驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)134的運(yùn)動(dòng)，底層支撐物116與驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)134一起平移，因而引起底層支撐物以該平移速率相對于孔103平移。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)掃描運(yùn)動(dòng)的掃描速率比其它運(yùn)動(dòng)的掃描速率快得多。使用比其它掃描速率快得多的掃描速率減少了厚度上均勻性的波動(dòng)?？斓枚?，我們是指一個(gè)掃描速率大于其它掃描速率的近似5倍。例如，旋轉(zhuǎn)速率可能比線性掃描速率大得多。
在一個(gè)實(shí)施例中，至少一種運(yùn)動(dòng)的掃描速率在沉積期間是變化的。改變掃描速率可以提高均勻性。例如，在機(jī)械雙掃描系統(tǒng)104包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)120的系統(tǒng)中，一般有一個(gè)徑向均勻性效應(yīng)。這是因?yàn)槌练e流量115是離孔103中心的徑向位置的函數(shù)。徑向均勻性效應(yīng)可以通過改變線性平移速率進(jìn)行部分地補(bǔ)償。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，常數(shù)1/R修正應(yīng)用到線性平移速率上，以提高徑向均勻性。
本發(fā)明的機(jī)械雙掃描系統(tǒng)104有很多其它的實(shí)施例。掃描底層支撐物116、孔103和/或靶114與至少兩種掃描運(yùn)動(dòng)的任意組合，將提高這里所說明的均勻性。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，底層支撐物116是靜止的，孔103和/或靶114是利用兩種掃描運(yùn)動(dòng)來掃描的。在另一個(gè)實(shí)施例中，底層支撐物116是利用一種掃描運(yùn)動(dòng)來掃描的，孔103和/或靶114是利用另一種掃描運(yùn)動(dòng)來掃描的。
在一個(gè)實(shí)施例中，離子束濺射沉積系統(tǒng)100包括產(chǎn)生第二個(gè)離子束138的第二個(gè)離子源136，第二個(gè)離子束138用于離子束的輔助沉積。第二個(gè)離子束138可以用來提高薄膜與底層118的附著力。第二個(gè)離子束138還可以用于在沉積期間改變薄膜的特性。
第二離子源136處于這樣的位置，在暴露于沉積流量115的區(qū)中，使第二離子束138撞擊底層。在圖3所示的實(shí)施例中，底層支撐物116包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)盤，該旋轉(zhuǎn)盤的一端位于接近穿過沉積流量115的孔103附近。該旋轉(zhuǎn)盤的另一端位于第二個(gè)離子束138的通路上。到孔103的徑向距離與到第二個(gè)離子束138的通路的徑向距離相同。
在一個(gè)實(shí)施例中，離子束濺射處理系統(tǒng)100包括用于檢測沉積流量115的離子檢測器140。離子檢測器140可能是測量薄模厚度和/或沉積速率的石英振蕩器。在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽物102包括穿過一部分沉積流量115的第二個(gè)孔(未表示出)。離子檢測器140位于第二個(gè)孔后以檢測和測量沉積流量115。
對于各種應(yīng)用包括產(chǎn)生更均勻離子束，沉積流量115的測量可以改變離子源108的參數(shù)。另外，沉積流量115的測量可用于控制旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)120的旋轉(zhuǎn)速率和/或平移掃描系統(tǒng)122的平移速率。
本發(fā)明的特征還在于一個(gè)磁電管濺射沉積系統(tǒng)，包括一個(gè)束孔和/或一個(gè)提高沉積均勻性的雙掃描系統(tǒng)。磁電管濺射系統(tǒng)與圖3的離子束濺射沉積系統(tǒng)100相似。但是，磁電管濺射源產(chǎn)生沉積流量115。
另外，本發(fā)明的特征在于一種蒸發(fā)系統(tǒng)，它包括一個(gè)束孔和/或一個(gè)提高沉積均勻性的雙掃描系統(tǒng)。該蒸發(fā)系統(tǒng)與圖3離子束濺射沉積系統(tǒng)100相似。但是，一個(gè)蒸發(fā)源，例如電子束蒸發(fā)源，產(chǎn)生沉積流量115。
在一個(gè)實(shí)施例中，離子束沉積系統(tǒng)100包括不均勻抽吸。該系統(tǒng)這樣構(gòu)成，以便圍繞靶114和圍繞產(chǎn)生沉積流量115的離子源108的區(qū)被抽吸為一種壓力，而圍繞底層118的區(qū)被抽吸為另一種不同的壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，圍繞底層118的區(qū)被抽吸為比圍繞靶114和離子源108的區(qū)更低的壓力。本發(fā)明不均勻地抽吸離子束濺射系統(tǒng)比現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，由這樣的系統(tǒng)沉積的濺射膜通常具有較高的純度，因?yàn)樗鼈兪窃谳^低壓力下被沉積的。
圖4表示使用圖3中離子束濺射沉積系統(tǒng)100，一種完全掃描底層的方法。本發(fā)明的完全掃描方法通過擴(kuò)展掃描尺寸以消除邊緣效應(yīng)，提高了被沉積薄膜的均勻性。在一個(gè)實(shí)施例中，希望的沉積區(qū)域200，其中希望有一個(gè)均勻的薄膜，是圓形或環(huán)形。完全掃描區(qū)202相應(yīng)于圓形的邊緣。完全掃描區(qū)202是相應(yīng)于線性驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)134(圖3)改變方向的區(qū)。
完全掃描方法包括在線性方向上，將線性驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)134平移過希望的沉積區(qū)200，使得希望的沉積區(qū)200暴露到相同數(shù)量的沉積流量115中。在一個(gè)實(shí)施例，多個(gè)底層位于希望的沉積區(qū)200中。在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)較大的底層位于底層支撐物116上，而希望的沉積區(qū)在沉積之后被劈開或從底層割斷。
圖5表示本發(fā)明圓形230和孔形232，增加在圖3的離子束濺射沉積系統(tǒng)100中的沉積流量。圓形230和孔形232被疊加在底層234上。本發(fā)明的孔103(圖3)可用很多形狀增加沉積流量。例如，孔103可以是圓形、橢圓形、矩形、環(huán)形或其它挑選用于增加沉積流量的形狀。
在一個(gè)實(shí)施例中，挑選孔形來同時(shí)增加傳輸?shù)某练e流量115和減少完全掃描區(qū)域202。例如，同時(shí)增加傳輸?shù)某练e流量115和減少完全掃描區(qū)202的一種形狀是徑向尺寸充分小于圍繞希望沉積區(qū)圓的切線尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽物包括兩個(gè)孔，并且兩個(gè)孔之一用于監(jiān)視沉積流量，或用于穿過第二個(gè)離子束，用作離子的束輔助沉積。
圖6表示本發(fā)明的離子束濺射沉積系統(tǒng)250的示意圖，使用一個(gè)靶形252來提供增強(qiáng)的束強(qiáng)度。該靶發(fā)出利用余弦θ分布擴(kuò)展的中性粒子(neutral)。因此，傳輸過孔103的沉積流量一般是從靶發(fā)出的沉積流量115的一小部分。在一個(gè)實(shí)施例中，離子束濺射沉積系統(tǒng)100使用將中性束聚焦的靶形252，以便提高通過孔103的沉積流量。靶形252可以是增加通過孔103沉積流量的任何形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，靶形是凹的、拋物線或半球狀的。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的離子束濺射沉積系統(tǒng)包括一個(gè)在原處的薄膜監(jiān)視器。在原處薄膜監(jiān)視是一種當(dāng)薄膜正被沉積時(shí)，用于監(jiān)視薄膜厚度和/或其它特性的技術(shù)。來自在原處監(jiān)視的信息可以通知用戶或控制該系統(tǒng)的處理器有關(guān)正在被沉積薄膜的各種物理參數(shù)，以及該沉積系統(tǒng)的特性度量。例如，在原處的監(jiān)視可以通知用戶或處理器該層被沉積成了希望的厚度，并具有希望的物理特性，這樣就可以結(jié)束沉積處理。
在一個(gè)實(shí)施例中，在原處的薄膜監(jiān)視器包括一個(gè)光源，例如可以產(chǎn)生單一波長光束的可調(diào)制激光。該激光的波長這樣挑選，使得該沉積材料吸收一部分的激光。該激光直接到希望的沉積區(qū)域，并且通過沉積區(qū)和底層傳播。在一個(gè)實(shí)施例中，該激光處于這樣的位置，以便該光束與離子束一起傳播。
一個(gè)檢測器位于底層的后邊附近，并監(jiān)視通過該沉積區(qū)和底層的傳輸光的強(qiáng)度。隨著膜厚度的增加，大部分的光束被吸收在了薄膜上，并且被傳輸?shù)墓馐瓦@樣檢測的光束具有較低的強(qiáng)度。厚度和沉積速率可以從被檢測光束強(qiáng)度的測量中確定。該信息可以用于控制沉積的處理。
等同說明雖然參考具體的優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了特定的表示和說明，但是本專業(yè)的普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，在不脫離附加的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)，可以做各種形式和細(xì)節(jié)上的變化。例如，利用非常高的均勻性處理薄膜的方法和設(shè)備，應(yīng)用于很多種沉積以及蝕刻系統(tǒng)中，而不限于離子束和磁電管濺射系統(tǒng)。而且，本發(fā)明的離子束濺射沉積系統(tǒng)還可以包括提高沉積流量的任何孔。另外，有很多雙掃描系統(tǒng)的實(shí)施例，掃描至少一個(gè)底層支撐物、孔和離子束或靶。
權(quán)利要求
1.一種沉積系統(tǒng)，包括a.一個(gè)沉積源，產(chǎn)生含有中性原子和分子的沉積流量；b.一個(gè)定義了一個(gè)孔的屏蔽物，位于所述沉積流量的通路中，所述屏蔽物經(jīng)該孔穿過沉積流量，并且實(shí)際上阻擋沉積流量傳播到屏蔽物的后面的其它任何地方；c.一個(gè)底層支撐物位于接近所述屏蔽物的位置；d.一個(gè)雙掃描系統(tǒng)，利用第一種和第二種運(yùn)動(dòng)，掃描與該孔相關(guān)的底層支撐物。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)，其中雙掃描系統(tǒng)包括一個(gè)機(jī)械掃描系統(tǒng)。
3.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)，其中第一種運(yùn)動(dòng)的掃描速率實(shí)際上大于第二種運(yùn)動(dòng)的掃描速率。
4.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)，其中，在沉積期間，第一種運(yùn)動(dòng)和第二種運(yùn)動(dòng)至少之一的掃描速率是隨時(shí)間變化的。
5.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)，其中所述雙掃描系統(tǒng)包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)和一個(gè)平移掃描系統(tǒng)，其中第一種運(yùn)動(dòng)包括一個(gè)具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)速率的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而第二種運(yùn)動(dòng)包括具有一個(gè)平移速率的平移運(yùn)動(dòng)。
6.依據(jù)權(quán)利要求5的沉積系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速率比平移運(yùn)動(dòng)的平移速率至少大5倍。
7.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)，其中，所述孔變成增加傳輸沉積流量的形狀。
8.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)，其中，所述孔變成減少完全掃描區(qū)的形狀。
9.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)還包括一個(gè)隔板，使所述支撐物上的壓力低于所述沉積源上的壓力。
10.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)還包括一個(gè)氣體管線，該氣體管線的位置使得在沉積源上的壓力高于在底層支撐物上的壓力。
11.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)，其中所述沉積源包括一個(gè)離子束濺射沉積源，該離子束濺射沉積源包括一個(gè)產(chǎn)生離子束的離子束源和位于離子束通路上的靶，當(dāng)該靶暴露在離子束上時(shí)產(chǎn)生沉積流量。
12.依據(jù)權(quán)利要求11的沉積系統(tǒng)，其中所述離子束濺射沉積源包括一個(gè)磁電管濺射源。
13.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)，其中所述沉積源是一個(gè)蒸發(fā)源。
14.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)還包括一個(gè)在原處的監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)視在沉積期間薄膜的特性。
15.依據(jù)權(quán)利要求1的沉積系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)產(chǎn)生用于離子束輔助沉積的離子束，該離子源的位置使離子束撞擊沉積區(qū)。
16.一種沉積均勻薄膜的方法，該方法包括a.產(chǎn)生沉積流量；以及b.利用第一種和第二種運(yùn)動(dòng)，掃描與沉積流量相關(guān)的底層，其中第一種運(yùn)動(dòng)的掃描速率大于第二種運(yùn)動(dòng)的掃描速率，因而在底層沉積出均勻的薄膜。
17.依據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中第一種運(yùn)動(dòng)是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)掃描速率的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而第二種運(yùn)動(dòng)是具有一個(gè)平移掃描速率的平移運(yùn)動(dòng)。
18.依據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速率比平移掃描速率至少大5倍。
19.依據(jù)權(quán)利要求16的方法還包括經(jīng)一個(gè)孔穿過所述沉積流量。
20.依據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中沉積流量是由離子束濺射產(chǎn)生的。
21.依據(jù)權(quán)利要求16的方法還包括經(jīng)過一個(gè)孔穿過沉積流量，因而增加沉積流量。
22.依據(jù)權(quán)利要求16的方法還包括在第一種運(yùn)動(dòng)和第二種運(yùn)動(dòng)至少之一中，完全掃描與沉積流量相關(guān)的底層。
23.依據(jù)權(quán)利要求16的方法還包括監(jiān)視在原處薄膜的沉積參數(shù)。
24.一種離子束濺射沉積系統(tǒng)包括a.一個(gè)產(chǎn)生離子束的離子源；b.一個(gè)靶位于所述離子束通路上，當(dāng)該靶暴露在離子束上時(shí)產(chǎn)生沉積流量；c.一個(gè)定義了一個(gè)孔的屏蔽物，位于沉積流量的通路上，所述屏蔽物經(jīng)該孔穿過沉積流量，并且實(shí)際上阻擋沉積流量傳播到屏蔽物后面的其它任何地方；d.一個(gè)底層支撐物位于接近所述屏蔽物的位置；e.一個(gè)掃描底層支撐物的雙掃描系統(tǒng)，該雙掃描系統(tǒng)包括一個(gè)以旋轉(zhuǎn)速率掃描底層支撐物的旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，還包括一個(gè)以平移速率掃描與該孔相關(guān)的底層支撐物。
25.依據(jù)權(quán)利要求24的離子束濺射沉積系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)速率實(shí)際上大于平移速率。
26.依據(jù)權(quán)利要求24的離子束濺射沉積系統(tǒng)，其中第一種運(yùn)動(dòng)和第二種運(yùn)動(dòng)中至少之一的掃描速率在沉積期間是隨著時(shí)間而變化的。
27.依據(jù)權(quán)利要求24的離子束濺射沉積系統(tǒng)還包括在位置上與所述靶相關(guān)并具有入口的真空泵，以及底層支撐物，使得在底層支撐物上的壓力小于在所述靶上的壓力。
28.依據(jù)權(quán)利要求24的離子束濺射沉積系統(tǒng)，其中離子束濺射沉積源包括一個(gè)磁電管濺射系統(tǒng)。
29.依據(jù)權(quán)利要求24的離子束濺射沉積系統(tǒng)，其中所述靶包括至少兩個(gè)靶面，所述靶在至少兩個(gè)靶面之間是可旋轉(zhuǎn)的。
30.依據(jù)要求24的離子束濺射沉積系統(tǒng)，其中所述靶包括一個(gè)含有至少兩個(gè)不同靶材料的復(fù)合濺射靶。
全文摘要
本發(fā)明說明了一種沉積系統(tǒng)。該沉積系統(tǒng)包括一個(gè)沉積源，該沉積源產(chǎn)生含有中性原子和分子的沉積流量。定義了一個(gè)孔的屏蔽物位于沉積流量的通路上。該屏蔽物經(jīng)該孔穿過沉積流量，并且實(shí)際上阻擋沉積流量傳播到屏蔽物后面的其它任何地方。在屏蔽物附近有一個(gè)底層支撐物。一種雙掃描系統(tǒng)利用第一種和第二種運(yùn)動(dòng)掃描與該孔相關(guān)的底層支撐物。
文檔編號C23C14/35GK1447865SQ01814155
公開日2003年10月8日 申請日期2001年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月10日
發(fā)明者皮埃羅·斯弗拉佐, 李中新 申請人:尤納克西斯美國公司