專利名稱：用于在真空操作中處理氣體的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及氣體處理技術(shù)，以及更具體地涉及在真空室中的快速 氣體處理(增加/降低氣壓).其對于適于在短循環(huán)時間內(nèi)具有高輸 出量的高壓應(yīng)用的真空濺射設(shè)備尤其有利.
背景技術(shù)：
濺射是在真空中的物理氣相沉積(PVD)過程，由此處于固體靶 材料中的原子由于靠高能原子對材料的碰撞而進入氣相.在本領(lǐng)域現(xiàn) 有狀態(tài)內(nèi)高能原子由主要是氬氣的惰性氣體電離產(chǎn)生。濺射通常用于 薄膜沉積，以及分析技術(shù).許多在真空室中對基片的PVD (或化學(xué)氣 相沉積(CVD))進行處理的過程需要精確和快速變化的氣壓. 一種 典型的應(yīng)用是在多室真空系統(tǒng)中進行的高壓濺射，在該系統(tǒng)中，以高 氣壓對基片進行處理，同時從一個室到另一室的輸送應(yīng)該在明顯低壓 下進行，以便不干擾鄰近的室.這些應(yīng)用中的一些(例如，適于光學(xué) 或磁數(shù)據(jù)存儲業(yè)的盤狀基片的處理)需要短的處理時間，以便確保高 的輸出量.
一種具體的應(yīng)用是對適于PMR (垂直磁記錄)的磁盤的處理，其 為與通常公知的LMR (縱向磁記錄)相比用于增加存儲密度的技術(shù). 目前PMR介質(zhì)的存儲層由沉積在釕層上的像CoCrPt-Si02的顆粒材 料構(gòu)成，兩者都在非常高的高壓(高達lxlO-lhPa)下濺射以便使得磁 性最佳化.通過以兩個步驟("兩步釕")濺射釕層可獲得有關(guān)SNR (信噪比)的最佳性能，上述兩個步驟為第一層以低到中等的壓力 U0-3hPa)下濺射；笫二層以非常高的高壓(10-2hPa到10-lhPa)濺 射，以高壓賊射的笫二層為大約6nm的上述存儲層形成希望的顆粒尺 寸分布，由此可以推出為了啟動釕的所需c-軸取向和/或減少SUL(軟 磁底層)和存儲層之間的磁性耦合，笫一層是必要的. 已知技術(shù)質(zhì)量流動控制器(MFC)是用于測量和控制氣體流動的裝置.質(zhì) 量流動控制器經(jīng)設(shè)計和校準(zhǔn)以便以特定范閨的流速控制特定類型的氣 體.MFC可給出其全量程范圍的從0%到100%的設(shè)定值，但是通常 以全量程的10%到卯％進行操作，在該范圍內(nèi)獲得最佳的精確度.因 此該裝置將控制流速到達給定的設(shè)定值.所有的質(zhì)量流動控制器可具 有至少一個入口、 一個出口、質(zhì)量流量傳感器和比例控制閥.MFC通 常裝配有閉環(huán)控制系統(tǒng)，其由搮作員(或者外部電路/計算機)給出 輸入信號，將該信號與來自質(zhì)量流量傳感器的數(shù)值進行比較，并且相 應(yīng)調(diào)節(jié)比例閥以便獲得所需的流量.
1) 通常用于控制氣體流動的MFC在明顯改變其流量設(shè)定值后需 要相當(dāng)長的一段時間來穩(wěn)定氣體流動。圖1示出本領(lǐng)域內(nèi)的一種已知 配置，其具有氣體入口 1， MFC2,真空室3，排氣管4和閥5和閥6. 使用這種裝配是本領(lǐng)域內(nèi)的常用實踐，其中來自MFC2的氣流要么引 入到真空室3內(nèi)，要么吹入到所謂的排氣管4(例如，真空系統(tǒng)的前述 真空管線)中.因此MFC2總是輸送恒定的流量.該裝配將稱為"氣 體吹掃"("gas purge")。
2) 通過從一定的體積(以足夠高的壓力下充入氣體)進行氣體膨 脹("氣體膨脹")產(chǎn)生氣壓尖峰還可被認(rèn)為是公知常識，在圖2中 示出典型的裝配，其使用了兩個切換閥8和9的組合；膨脹體積7由 來自氣體入口 1的氣體填充(壓力由氣體的入口壓力確定)，同時閥8 開放，以及閥9關(guān)閉.之后，閥8關(guān)閉，以及氣體體積可通過開放的 閥9膨脹進入真空室3內(nèi).
3) 使用用于使得泵的橫截面變窄以便高壓濺射的機械部件("節(jié) 流閥")也是本領(lǐng)域內(nèi)的公知常識.
現(xiàn)有技術(shù)中的問題
如果基片需要在高的氣壓下進行處理，同時應(yīng)該在明顯低的壓力 下從一個室輸送到另一室，所有的目前已知的解決方案需要相當(dāng)長的 一段時間來穩(wěn)定壓力(在秒鐘的范圍內(nèi)).對于該兩步釕工藝的特定 情況而言，當(dāng)前該薄膜疊層是在兩個連續(xù)的真空室中進行沉積的，其 中笫一室在低到中等的壓力下操作，以及第二室在高壓下?lián)呑?因此 占據(jù)這兩個工藝狀態(tài)以及需要兩組濺射靶，上述兩個原因增加工藝成 本。本發(fā)明的一方面涉及一個通常的解決方案，以便產(chǎn)生尤其適用于 真空處理應(yīng)用的高壓應(yīng)用的短的壓力脈沖和短的氣壓穩(wěn)定時間.本發(fā)
明的另一方面涉及用于在一個能夠精確和快速進行氣壓穩(wěn)定的真空室 中以不同的壓力執(zhí)行兩步工藝(例如，兩步釕工藝)，以便使得循環(huán) 時間短.
在真空處理工藝中用于控制氣相上升模式的設(shè)備中，氣體入口 1
與質(zhì)量流量控制器MFC2的一端可操作連接；所述MFC2經(jīng)由第一閥 5和真空室3可操作再連接，并且經(jīng)由第二閥6與排氣管4并聯(lián)連接. 與排氣管4的所迷連接還包括用于改變所述排氣管4的泵橫截面的裝 置。在另一實施例中，在真空處理工藝中用于控制氣相上升模式的設(shè) 備包括氣體入口 13,其經(jīng)由閥11與真空室3可操作地連接，其中氣體 入口 13和閥11之間的連接還包括隔板12.
在真空處理工藝中用于控制氣相上升模式的設(shè)備的另一實施例包 括氣體入口 14 (其經(jīng)由閥18與真空室3可操作地連接)和與真空室3 可操作連接的真空泵(17)，其中真空室3和真空泵17之間的連接還 包括節(jié)流閥16。
進一步的應(yīng)用涵蓋上述實施例和附圖所示實施例的組合.


圖1和圖2示出本領(lǐng)域內(nèi)已知的用于分別在真空處理工藝中產(chǎn)生 穩(wěn)定壓力或氣體脈沖的配置；
圖3示出使用針閥的本發(fā)明的實施例；
圖4示出根據(jù)圖3的實施例的試驗結(jié)果；
圖5示出具有隔板的另一發(fā)明性實施例；
圖6和圖7示出根據(jù)圖5的實施例的試驗結(jié)果；
圖8示出循環(huán)的兩步沉積工藝的壓力模式；
圖9示出在真空室和真空泵之間使用節(jié)流閥的裝配；
圖10示出適于兩步工藝的基本裝配，使用兩個MFC (具有氣體 吹掃器的第二氣體管線)同時在真空泵之前應(yīng)用節(jié)流閥.
圖11示出適于兩步工藝的基本裝配，使用一個MFC和一個氣體 升壓管線同時在真空泵之前應(yīng)用節(jié)流閥。
圖12為適于圖10中所示裝配的氣相上升模式.具體實施例
1) 氣壓快速上升和穩(wěn)定的裝置。
a) 用排氣管的可變泵橫截面進行氣體吹掃
將借助于圖3描述本發(fā)明的實施例.上述結(jié)構(gòu)示出來自于圖l的 配置.但是，通過改變排氣管4的泵橫截面(例如，通過針閥10)， 在將氣流從排氣管4切換到真空室3之后控制初始(On set)氣壓是可 能的.
如果與進入真空室3的氣體管線相比排氣管4的橫斷面明顯小的 話，上述導(dǎo)致排氣管中的明顯較高壓力，如果氣流切換到真空室3中 (也就是，連接進入排氣管的閥6是關(guān)閉的，同時連接進入真空室3 的閥5是開放的)，因此會導(dǎo)致出現(xiàn)氣壓尖峰("氣體上沖").
另一方面，如果與進入真空室3的氣體管線相比排氣管4的橫斷 面明顯大的話，排氣管4中的較小壓力導(dǎo)致氣壓的緩慢增加("氣體 下沖").
如果選擇適于排氣管泵橫截面的合適裝置，氣壓上升的信號可短 達O.l秒(圖4中的針閥回轉(zhuǎn)5次).
圖4示出來自圖3裝配的試驗結(jié)果。其示出適于針閥IO不同設(shè)置 的氬氣(Ar)壓力相比于時間的圖."Turns (圏)"意味著CCW的 回轉(zhuǎn)；零相應(yīng)于"針閥完全關(guān)閉")；"1 Turn"相應(yīng)于最上面的尖 峰；"2 Turn"為第二個，依此類推."Gas ON (氣體開)"由梯級 圖表示.如圖所示，通過經(jīng)由針閥10改變排氣管4的橫截面，可以在 氣壓尖峰(氣體上沖，例如"lTurn")和氣壓緩慢增加(氣體下沖， 例如"7 Turn")之間確定氣壓性能.
b) 使用隔板和閥組合的氣體上沖
通過圖5中所示的裝配也可實現(xiàn)非常短的和可重復(fù)的氣壓脈沖。 具有可變?nèi)肟趬毫?例如，應(yīng)用壓力減小調(diào)節(jié)器)的單獨氣體入 口 13恒定地將氣體喂入到隔板12 (具有非常小的孔口 )和可切換閥 ll之間的體積內(nèi).在適于在真空室3中循環(huán)處理(例如，在真空設(shè)備 中對基片的處理)的氣體升壓裝配的通常搮作過程中，該氣體體積會 通過閥11的打開而膨脹到真空室3內(nèi)。
選擇孔口的開孔，這樣如果閥11總是開放的，通過開孔流入真空 室3內(nèi)的氣體流量(例如，在10-4hPa的范圍)與所希望的工藝壓力相比可以忽略.這樣，氣壓模式實質(zhì)上與閥ll保持開放的時間無關(guān).
用于設(shè)定隔板12開孔的唯一限制是對于所需的循環(huán)時間而言，流動通 過開孔的流量必須足夠高以便填充處于隔板12的開孔和閥11之間的 體積.
利用該氣體升壓裝配，可實現(xiàn)氣壓的非常快速的升高，其中通過 調(diào)節(jié)氣體入口壓力(參見附圖)或改變氣體膨脹體積可改變壓力尖峰 的高度.
該氣體升壓方法的效果類似于在現(xiàn)有技術(shù)部分2所述的氣體膨脹 方法，但是僅僅應(yīng)用一個閥在成本上更為有效。圖6示出適于從氣體 入口 13設(shè)定不同入口壓力的根據(jù)圖5實施例的氣壓相比于時間的相應(yīng) 結(jié)果。"1.0巴"由最下面的尖峰表示；"1.6巴"由最上面的尖峰表 示；"Gas ON"由梯級圖表示.
圖7表示適于"閥開放"信號的不同波長的氣壓相比于時間的圖， 示出在經(jīng)過清空膨脹體積所需時間的特定時間之后，氣體模式與閥11 的開放時間無關(guān)，在圖7中，"20ms"表示最下面的尖峰，40- 160ms 的圖由其它圖的疊置圖表示.GasON-梯級圖.
2) 兩步工藝
適于本發(fā)明的一種應(yīng)用是兩步工藝(第二步與第一步相比具有明 顯不同的氣壓)，所述工藝使用下述
a) 在真空泵之前的快速節(jié)流閥，其關(guān)閉/開放以便于增加/減 小壓力。
b) 與加入第二氣體(氣體吹掃原則)和/或應(yīng)用氣體升壓結(jié)合 的節(jié)流閥，以便使得適用于高壓應(yīng)用的壓力快速上升.
a)節(jié)流閥操作
圖8示出在圖9中所示的裝配中實現(xiàn)的循環(huán)兩步工藝的壓力模式 處理室3使用具有氣體吹掃器的一個氣體入口 14以及處于真空室3和 真空泵17之間的節(jié)流閥16;在圖8中，部分i示出由MFC2的流量設(shè) 定值設(shè)定的氣壓Pl.在部分ii的開始處，節(jié)流閥16關(guān)閉，其導(dǎo)致壓力 上升，并且在經(jīng)過大約1.5秒的時間之后，到達壓力P2，上述由MFC 流量與節(jié)流閥16的特定形狀一起控制.在部分ii之后，節(jié)流閥16再 次開放，并且在經(jīng)過設(shè)計成便于泵出的可變時間間隔(部分iii)之后， 經(jīng)處理的基片被傳送到下一室內(nèi)，同時將一個新的基片帶入到室內(nèi)。(注意，在該情況下，MFC的氬氣流量從來不被關(guān)掉，因為在整個系 統(tǒng)的輸送過程中在10-3hPa范閨內(nèi)的惰性氣體壓力是許可的). b)具有氣體脈沖以便達到快速壓力上升時間的節(jié)流閥 為了在部分ii (圖8)的開始處加速壓力上升時間，將另外的笫二 MFC20和氣體吹掃裝配(如上述段落la所述)和/或氣體升壓裝配 (如上述段落lb所述)加入到氣體管線.在圖10和圖11中分別示出 示意圖。由附圖標(biāo)記15標(biāo)示相應(yīng)的第二氣體入口，
在本發(fā)明的另一實施例中，例如，對于氣體吹掃裝配而言，適于 氣體入口 15的最佳氣體上沖設(shè)備導(dǎo)致類似瞬間的壓力上升.圖12示 出適于不同應(yīng)用的圖IO裝配的氣體壓力性質(zhì)."經(jīng)過節(jié)流的氣體l", 中部的圖示出連接到氣體入口 14的分支效果，"氣體2 (沒有節(jié)流)" 為最下面的圖，并且描述沒有使用節(jié)流閥16的氣體入口 15的效果. "經(jīng)過節(jié)流的氣體1 + 2"描述使用結(jié)合在最上面圖中的兩者的效果. 本發(fā)明的進一步優(yōu)勢
氣體升壓方案還非常適用于有助于等離子體工藝(尤其是RF工 藝)的點火器，因為其確保非常短的高壓脈沖，其可獨立于工藝使用 的氣流而設(shè)定.
權(quán)利要求
1.在真空處理工藝中用于控制氣相上升模式的設(shè)備，包括與質(zhì)量流量控制器MFC(2)的一端可操作連接的氣體入口(1)；所述MFC(2)經(jīng)由第一閥(5)和真空室(3)可操作地再連接，并且經(jīng)由第二閥(6)與排氣管(4)并聯(lián)連接；與排氣管(4)的所述連接還包括用于改變所述排氣管(4)的泵橫截面的裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中用于改變所述排氣管(4) 的泵橫截面的裝置是針閥(10).
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中與連接進入真空室(3)的 氣體管線相比，排氣管(4)的橫截面明顯小，
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中與連接進入真空室(3)的 氣體管線相比，排氣管(4)的橫截面明顯大.
5. 在真空處理工藝中用于控制氣相上升模式的設(shè)備，包括經(jīng)由閥 (n)與真空室(3)可操作連接的氣體入口 (13)，其中氣體入口 (13)和閥(11)之間的連接還包括隔板(12).
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中氣體入口 (13)包括用于允 許入口壓力可變的壓力減小調(diào)節(jié)器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中隔板(12)和閥(11)之間 的連接包括一定的適于容納氣體的體積.
8. 在真空處理工藝中用于控制氣相上升模式的設(shè)備，包括氣體入 口 (14)和真空泵(17)，氣體入口 (14)經(jīng)由閥(18)與真空室(3) 可操作地連接，真空泵(17)與真空室(3)可操作地連接，其中真空 室(3)和真空泵(17)之間的連接還包括節(jié)流閥(16),
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，還具有經(jīng)由另一質(zhì)量流量控制器 (20)和閥(5)與所述真空室(3)可操作連接的另一氣體入口 (15)，其中氣體入口 (15)經(jīng)由所述MFC (20)和另一閥(6)與排氣管(4) 并聯(lián)連接；與排氣管(4)的所述連接還包括用于改變所述排氣管(4) 的泵橫截面的裝置.
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，還具有經(jīng)由閥(11)與所述真 空泵(3)可操作連接的另一氣體入口 (15)，其中氣體入口 (15)和 閥(11 )之間的連接還包括隔板(12)。
全文摘要
在真空處理工藝中用于控制氣相上升模式的設(shè)備中，氣體入口(1)與質(zhì)量流量控制器MFC(2)的一端可操作地連接；所述MFC(2)的另一端經(jīng)由第一閥(5)與真空室(3)可操作地連接，并且經(jīng)由第二閥(6)與排氣管(4)連接，第一閥(5)和第二閥(6)并聯(lián)，真空室(3)和排氣管(4)并聯(lián)。與排氣管(4)的所述連接還包括用于改變所述排氣管(4)的泵橫截面的裝置。在真空處理工藝中用于控制氣相上升模式的設(shè)備，包括經(jīng)由閥(11)與真空室(3)可操作連接的氣體入口(13)，其中氣體入口(13)和閥(11)之間的連接還包括隔板(12)。
文檔編號C23C14/22GK101631890SQ200880001711
公開日2010年1月20日 申請日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月4日
發(fā)明者O·拉特滕德 申請人:Oc歐瑞康巴爾斯公司