專利名稱：調(diào)制功率信號(hào)以控制濺射的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于濺射操作的功率源和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鍍膜基片的用途十分廣泛，它對(duì)于當(dāng)今的消費(fèi)產(chǎn)品，太陽(yáng)能產(chǎn)品，和玻璃是至關(guān)重要的。例如，利用鍍膜基片的典型消費(fèi)產(chǎn)品包括移動(dòng)電話顯示器，平板計(jì)算機(jī)顯示器，平板電視，個(gè)人數(shù)字輔助器，和數(shù)字鐘表。這些鍍膜基片通常是通過沉積薄層材料到特定基片上制成的。通常，這種沉積材料是透明導(dǎo)電氧化物(TCO)，它發(fā)射光并能夠傳導(dǎo)電流。典型的TCO包括銦錫氧化物(ITO)和鋁鋅氧化物(AZO)，但是，專業(yè)人員還知道其他的TCO。
制造商利用稱之為“濺射操作”的過程沉積TCO和其他薄膜到基片上。濺射操作涉及利用離子轟擊靶得到靶原子。從靶上濺射出的原子沉積在基片上，該基片通常是在濺射過程時(shí)移動(dòng)通過該靶。濺射的原子聚集在基片上并形成晶體，而最終形成薄膜。高密度和高質(zhì)量晶體對(duì)于高質(zhì)量薄膜是重要的。
圖1至圖4表示濺射過程的實(shí)施方案。例如，圖1表示稱之為“可轉(zhuǎn)動(dòng)磁控管”的濺射系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)通常用于涂敷玻璃?；镜目赊D(zhuǎn)動(dòng)磁控管包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的陰極10和靶15，它們放置在真空室20內(nèi)。真空室20包括氣體入口25和氣體出口30，分別用于引入氣體到真空室20和從真空室20中去除氣體。該基本系統(tǒng)還包括功率源35，它可以是交流電源，直流電源，或射頻基電源。功率源35提供能量給陰極10以激勵(lì)真空室20內(nèi)的氣體，因此，在陰極10周圍形成等離子體。等離子體產(chǎn)生的氣體離子被放置在可轉(zhuǎn)動(dòng)陰極10內(nèi)的磁性裝置40聚焦，從而使離子轟擊靶15并濺射靶15的原子。最后，這個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)磁控管系統(tǒng)包括基片傳輸系統(tǒng)45，它在濺射過程期間傳輸基片通過陰極10。從靶15濺射出的原子停留在基片上并形成薄膜。
圖2表示另一種濺射系統(tǒng)的部分剖面圖。這個(gè)系統(tǒng)稱之為“平面磁控管”，因?yàn)樗闷矫骊帢O50和平面靶55，而不是利用可轉(zhuǎn)動(dòng)的陰極和靶。與可轉(zhuǎn)動(dòng)磁控管類似，平面磁控管利用磁鐵60迫使等離子體中的離子轟擊靶55。平面磁控管通常用于制作顯示器的薄膜。
圖3表示平面磁控管中磁性裝置70產(chǎn)生的磁場(chǎng)65。當(dāng)電子和二次電子在粒子軌道周圍漂移運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)把它們限制在產(chǎn)生離子的濺射陰極表面上和表面附近。產(chǎn)生的離子轟擊靶(圖2中所示的單元55)。從圖2中可以看出，這種轟擊對(duì)于靶的某些部分是相當(dāng)強(qiáng)烈的。例如，靶55的兩個(gè)部分75已被嚴(yán)重濺射，而靶55的其余部分是相對(duì)地未受影響。這個(gè)濺射過程形成的圖形稱之為“粒子軌道”。圖4表示有形成粒子軌道80的平面靶75。
由于需要薄膜產(chǎn)品的增多，薄膜行業(yè)最近以來把重點(diǎn)放置在薄膜質(zhì)量上。低質(zhì)量薄膜往往是由于在基片上聚集的多余碎片和/或在基片上形成的不良薄膜。薄膜行業(yè)試圖用各種方法解決這些薄膜質(zhì)量問題，其中包括改變功率源和引入離子輔助沉積過程。但是，薄膜行業(yè)對(duì)于這些新的薄膜要求至今還沒有開發(fā)出可用于解決薄膜碎片和薄膜形成問題的可靠、有效、和商品化實(shí)際方案。
面臨薄膜行業(yè)的碎片(厚和薄)問題涉及兩種碎片類型。第一種碎片類型包括來自靶的碎片，而第二種碎片類型來自薄膜本身和基片托架。這第二種碎片類型往往是在靶的碎片撞擊薄膜之后產(chǎn)生的。來自靶的碎片通常是結(jié)塊和電弧的結(jié)果。(結(jié)塊是由靶上材料堆積而成，且通常是在濺射材料沉積到靶或陰極上而不是沉積到基片上形成的。) 圖5表示形成在陰極90和/或靶95上典型的結(jié)塊85例子。在這個(gè)例子中，陰極90和靶95表示成相鄰的單獨(dú)元件。例如，靶95可以是由ITO制成，且它可以粘貼或連接到陰極90。一般地說，該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)濺射ITO靶95，而不是濺射支承靶95的陰極90。在其他的實(shí)施例中，陰極90和靶95可以集成為一個(gè)單元或者是可轉(zhuǎn)動(dòng)類型。
這個(gè)濺射系統(tǒng)中的等離子體是由氬氣100形成的。功率源(未畫出)給陰極90提供功率以使氣體電離，從而形成正電荷離子105，它們被吸引到負(fù)電荷陰極90和靶95。在這個(gè)實(shí)施方案中，加到陰極90上的功率是穩(wěn)態(tài)直流波形，雖然專業(yè)人員也可以利用其他類型的功率。
一旦形成離子105，離子105與負(fù)電荷靶95之間的電吸引力導(dǎo)致靶的轟擊和靶材料的濺射。大部分濺射材料沉積在基片110上形成薄膜115。但是，一些濺射材料重新沉積到陰極90和/或靶95上并形成結(jié)塊85。
結(jié)塊可以造成嚴(yán)重的問題，最嚴(yán)重的是電弧和碎片。被吸引到負(fù)電荷靶的正電荷離子聚集在結(jié)塊上，并使它物理生長(zhǎng)或被再生長(zhǎng)。由于積累在結(jié)塊上的離子，在結(jié)塊與靶表面之間形成電勢(shì)，使電流沿靶的表面流動(dòng)。在某些點(diǎn)上，由于熱應(yīng)力或介質(zhì)擊穿，在結(jié)塊與靶表面之間形成電弧。這種電弧可以使結(jié)塊爆炸并吹動(dòng)粒子到產(chǎn)生碎片的基片上。這些粒子可以撞擊生長(zhǎng)的薄膜，如同流星撞擊月亮一樣。
撞擊薄膜的靶粒子可以造成三個(gè)問題。第一，靶粒子可以破壞薄膜上生長(zhǎng)的晶體。在某些情況下，這種撞擊可以在薄膜表面上產(chǎn)生大的斑疤和凹坑。第二，靶的碎片可以破裂松散薄膜的粒子，從而在沉積過程中留下薄膜陰影。然后，這些粒子重新沉積在其他部分的薄膜上。最后，從靶上吹出的高溫碎片可以燃燒生長(zhǎng)的薄膜，特別是在聚合物上生長(zhǎng)的薄膜。
即使薄膜生長(zhǎng)沒有受到碎片的破壞，仍然可能形成不合適的薄膜。使薄膜制造商感到困惑的重大問題涉及微晶質(zhì)量，非均勻薄膜生長(zhǎng)，和化學(xué)計(jì)量術(shù)?？梢詼y(cè)量這些性質(zhì)中的某些性質(zhì)，并計(jì)算體電阻，體電阻是體材料電阻率的量度。一種用于解決這種薄膜質(zhì)量問題的方法包括離子輔助沉積。離子輔助沉積系統(tǒng)通常是給濺射系統(tǒng)增加單獨(dú)的離子源。來自這種附加離子源的離子有助于在薄膜生長(zhǎng)時(shí)形成或填裝薄膜。該離子源不同于陰極和靶，它是非常昂貴的。這種昂貴離子源妨礙廣泛采用的離子輔助沉積。
因此，我們需要一種輔助薄膜生長(zhǎng)和解決當(dāng)前技術(shù)問題的系統(tǒng)和方法，當(dāng)前的技術(shù)問題包括以上列出的問題，但不限于這些問題。

發(fā)明內(nèi)容
以下總結(jié)在附圖中展示的本發(fā)明典型實(shí)施例。在具體實(shí)施方式
一節(jié)中更充分地描述這些和其他的實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)明白，我們沒有試圖把本發(fā)明限制于發(fā)明內(nèi)容或具體實(shí)施方式
中所描述的形式。專業(yè)人員可以知道，各種改動(dòng)，相當(dāng)內(nèi)容和其他結(jié)構(gòu)都是在權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)。
一個(gè)包含濺射系統(tǒng)的實(shí)施例，包括真空室；配置成傳輸基片通過真空室的基片傳輸系統(tǒng)；用于支承濺射靶的陰極，該陰極至少部分是在真空室內(nèi)；和配置成提供功率給陰極的功率源，且該功率源配置成輸出調(diào)制的功率信號(hào)。與實(shí)施方案有關(guān)，功率源可以配置成輸出幅度調(diào)制的功率信號(hào)；頻率調(diào)制的功率信號(hào)；脈沖寬度功率信號(hào)；脈沖位置功率信號(hào)；脈沖幅度調(diào)制的功率信號(hào)；或任何其他類型調(diào)制的功率信號(hào)或能量信號(hào)。


結(jié)合附圖參照以下的具體實(shí)施方式
和所附的權(quán)利要求書，可以更容易地理解本發(fā)明的各個(gè)目的和優(yōu)點(diǎn)以及更完整地理解本發(fā)明，其中圖1表示用于濺射的典型可轉(zhuǎn)動(dòng)磁控管；圖2表示典型平面磁控管和靶的橫截面；圖3表示典型平面磁控管和對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)曲線的橫截面；圖4表示在平面靶中形成的粒子軌道；圖5是在靶上形成結(jié)塊的方框圖；圖6A表示脈沖直流功率源的防電弧能力；圖6B表示對(duì)應(yīng)于圖6A的脈沖直流波形；圖7表示利用穩(wěn)態(tài)直流電壓濺射得到的薄膜性質(zhì)；
圖8A表示利用功率信號(hào)濺射的三階段過程，該功率信號(hào)包含脈沖直流波形上疊加的RF；圖8B表示對(duì)應(yīng)于圖8A的脈沖直流波形；圖9A和9B表示在脈沖直流波形上疊加RF和沒有脈沖直流波形得到的薄膜；圖10表示體電阻與離子能量之間關(guān)系的典型曲線圖；圖11A和11B表示靶上的脈沖直流測(cè)量結(jié)果和離子能量的測(cè)量結(jié)果；圖12表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源和濺射系統(tǒng)；圖13表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源和濺射系統(tǒng)；圖14表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源；圖15表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源和濺射系統(tǒng)；圖16A表示可用于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的頻率調(diào)制功率信號(hào)；圖16B表示頻率調(diào)制功率信號(hào)對(duì)離子密度和離子能量的影響；圖17A表示可用于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的幅度調(diào)制功率信號(hào)；圖17B表示幅度調(diào)制功率信號(hào)對(duì)離子密度和離子能量的影響；圖18A表示可用于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)；圖18B表示脈沖寬度調(diào)制信號(hào)對(duì)離子產(chǎn)生和離子能量的影響；圖19表示可用于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的脈沖位置調(diào)制信號(hào)；圖20表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案利用脈沖直流信號(hào)的脈沖幅度調(diào)制圖21表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案利用脈沖直流信號(hào)的脈沖寬度調(diào)制；和圖22表示可用于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的脈沖位置調(diào)制。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，其中相同或類似的元件在幾個(gè)附圖中是用相同的參考數(shù)字標(biāo)記，并具體參照?qǐng)D6A和6B，這兩個(gè)圖說明包含脈沖直流功率源的濺射系統(tǒng)防電弧能力，在這個(gè)說明中，脈沖直流功率源(未畫出)用于提供脈沖直流信號(hào)給陰極90。
圖6B表示對(duì)應(yīng)于圖6A的脈沖直流信號(hào)。請(qǐng)注意，穩(wěn)定電壓120約為負(fù)100(-100)伏。在周期性間隔，功率源在短時(shí)間內(nèi)使電壓反向。例如，功率源可以提供3或4微秒正脈沖125給陰極90。這個(gè)正脈沖125對(duì)靶95和陰極90進(jìn)行正電荷充電。圖6A中利用靶95上的“+”符號(hào)表示這種電荷。因?yàn)闅咫x子105也是帶正電荷，它們被靶95上相同的正電荷排斥，在相同時(shí)間發(fā)生的另一種情況是，電子從等離子體被拉向陰極，并與正離子復(fù)合而變成中性，從而去掉堆積的電荷。因此，反向脈沖125可以從結(jié)塊(nodule)85中去除一部分積累的離子，在反向(正電壓)期間，從等離子體中射出朝向基片的離子很可能被送到基片，從而形成對(duì)生長(zhǎng)薄膜的離子轟擊。結(jié)塊仍然保留，但是大大減小了結(jié)塊上的離子和結(jié)塊85與靶表面之間的電弧電勢(shì)。
仍然參照?qǐng)D6B，在反向脈沖125之后，功率源回到正常的工作狀態(tài)。即，功率源提供正向脈沖130，然后是約負(fù)100(-100)伏的穩(wěn)定電壓135。反向脈沖的頻率和持續(xù)時(shí)間，反向脈沖電壓，和穩(wěn)定電壓在不同的靶材料和相同材料的不同質(zhì)量靶中可以不同。此外，這些參數(shù)甚至對(duì)于相同的靶也隨時(shí)間發(fā)生變化。專業(yè)人員知道如何選取他們使用具體靶的正確參數(shù)。
圖7表示利用穩(wěn)態(tài)直流電壓進(jìn)行濺射操作得到的薄膜性質(zhì)。在這個(gè)系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)直流電壓(約為300V)加到陰極90和靶95上。離子145轟擊靶95，而濺射材料140在基片110上聚集成薄膜115。
然而，這個(gè)薄膜115不是均勻的。它包含負(fù)面影響導(dǎo)電率的一些間隙。這些間隙指出晶體不是合適生長(zhǎng)的晶體，和薄膜不是高質(zhì)量薄膜。
不完美晶體和間隙是由于不良沉積和/或高能量粒子撞擊薄膜造成的。例如，過高的陰極電壓可以給濺射原子140，反射中子150或產(chǎn)生的離子145提供太多的能量。這些高能量粒子可以撞擊生長(zhǎng)的薄膜15和造成分裂。因此，陰極90上的電壓控制對(duì)于生長(zhǎng)高質(zhì)量薄膜是有益的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8A和8B，它們表示三級(jí)濺射過程，其中利用對(duì)應(yīng)于每級(jí)的疊加射頻信號(hào)和脈沖直流波形(未畫出射頻信號(hào))。在第一級(jí)，有疊加射頻信號(hào)的脈沖直流電壓加到陰極和靶上。穩(wěn)態(tài)直流電壓約為100V至125V。射頻波形是在13.56MHz下約+/-800VAC至2000VAC，但不限于這個(gè)頻率。利用疊加的射頻信號(hào)或任何其他調(diào)制信號(hào)，可以減小陰極電壓，從而可以更好地控制離子/沉積能量。類似地，利用較低的陰極電壓，可以更好地控制濺射材料140的能量。
在第一級(jí)，靶95是由離子145轟擊，因此，靶95被濺射。請(qǐng)注意，在第一級(jí)是高密度濺射材料140。濺射速率是高的，離子密度是低的，而電子155的密度是高的。
在第二級(jí)，功率源(未畫出)加反向直流信號(hào)到陰極90。例如，功率源加的脈動(dòng)電壓是在+50V與+250V之間。在第二級(jí)，濺射速率是低的。請(qǐng)注意，與第一級(jí)比較，沒有濺射物140。
但是與第一級(jí)比較，在第二級(jí)中產(chǎn)生的離子145(包括負(fù)電荷充電所需的氧離子)是高的。這個(gè)增加的離子數(shù)目可用在第三級(jí)中轟擊靶。這些離子還用于輕微地沖擊生長(zhǎng)的薄膜115并填裝或排列濺射材料，從而閉合任何的薄膜間隙。這個(gè)過程是用薄膜表面上的離子145表示。
最后，在第三級(jí)中功率源使電壓回到穩(wěn)定狀態(tài)。第三級(jí)與第一級(jí)類似，它產(chǎn)生濺射材料140而使薄膜115繼續(xù)生長(zhǎng)。
這種濺射，沉積，產(chǎn)生離子和填裝循環(huán)可以制成較高質(zhì)量的薄膜。重要的是，這種循環(huán)濺射薄膜層，填裝該薄膜層，和隨后濺射另一層。射頻信號(hào)與脈沖直流信號(hào)的疊加是產(chǎn)生這些循環(huán)的一種方式。其他的調(diào)制信號(hào)可以產(chǎn)生類似的結(jié)果。
圖9A和9B表示利用脈沖直流信號(hào)和沒有脈沖直流信號(hào)疊加射頻信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)。通過加射頻信號(hào)與脈沖直流信號(hào)的組合到陰極90上，可以獲得良好的濺射結(jié)果。圖9B表示這種類型薄膜的典型情況。在這個(gè)系統(tǒng)中，陰極90是利用脈沖直流波形與疊加射頻信號(hào)或另一種調(diào)制信號(hào)供電。形成的薄膜115是均勻和緊密填充的。
圖9A表示制作薄膜115質(zhì)量的系統(tǒng)略微不如圖9B所示系統(tǒng)。但是圖9A所示的系統(tǒng)仍然可以制作良好的薄膜。在這個(gè)系統(tǒng)中，陰極90是由穩(wěn)態(tài)直流電壓和疊加的射頻信號(hào)供電。制成的薄膜在濺射原子之間有一些間隙。
圖10是離子能量(EV)與薄膜質(zhì)量(體電阻)之間關(guān)系的典型曲線圖。這個(gè)曲線圖中的具體數(shù)值是隨靶材料而變化，但是該曲線是代表性的。當(dāng)離子能量是低(～1 EV)時(shí)，薄膜質(zhì)量可能較低(較高的體電阻指出較差質(zhì)量的薄膜)。而當(dāng)離子能量是非常高(～1000EV)時(shí)，薄膜的質(zhì)量較低。但當(dāng)離子能量是適度時(shí)，例如，在30至150EV的范圍內(nèi)，通過頻率控制離子密度，薄膜的質(zhì)量較高。這個(gè)曲線圖說明，在濺射過程中可以通過控制離子能量來控制薄膜的質(zhì)量。太低能量的離子不能在薄膜原子中產(chǎn)生級(jí)聯(lián)式碰撞。即，太低能量的離子無助于把薄膜原子填裝在一起和消除間隙(通過減小原子陰影)。太高能量的離子可以破壞形成的薄膜晶體，并能夠?qū)嶋H增大間隙和晶粒邊界的數(shù)目。一種用于控制離子能量的方法是利用包含上述疊加射頻信號(hào)的功率系統(tǒng)或其他的調(diào)制功率源。
圖11A表示利用脈沖直流波形的功率源輸出。第一波形的頻率是350kHz和反向脈沖寬度是1.1μs。第二波形的頻率是200kHz和反向脈沖寬度是2.3μs。圖11B表示對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)直流波形的離子能量。請(qǐng)注意，離子能量增強(qiáng)到高電平，它可以破壞基片上生長(zhǎng)的晶體。限制這些高峰值的功率源對(duì)于制作高質(zhì)量薄膜是有用的。
圖12表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源160和濺射系統(tǒng)165。這個(gè)系統(tǒng)包括調(diào)制功率源160，它可以包含電壓尖峰抑制或限幅。例如，功率源160可以包含與射頻等離子體功率源連接(“連接”也意味著“集成”)的脈沖直流功率源。它還可以包含與射頻等離子體功率源連接的直流功率源或交流功率源。而在其他的實(shí)施例中，它可以包含與可編程調(diào)制功率源連接的脈沖直流功率源，直流功率源或交流功率源。這個(gè)調(diào)制功率源可以輸出頻率調(diào)制的信號(hào)，幅度調(diào)制的信號(hào)，脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)，脈沖位置調(diào)制的信號(hào)，等等(“濺射系統(tǒng)”也可以是集成的功率源和濺射裝置)。
圖13表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的另一個(gè)實(shí)施例功率源和濺射系統(tǒng)。這個(gè)實(shí)施方案包括射頻等離子體源170和與濺射系統(tǒng)165連接的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)175。它還可以包括脈沖直流功率源180和與濺射系統(tǒng)165連接的射頻濾波器185。組合這兩個(gè)功率源的信號(hào)以驅(qū)動(dòng)濺射系統(tǒng)165。專業(yè)人員知道如何連接和操作這些元件，因此，此處不再詳細(xì)地描述。
圖14表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的特定功率源。請(qǐng)注意，“功率源”可以包括一起工作的多個(gè)功率源或能夠產(chǎn)生所需波形的一個(gè)單元。而在這個(gè)實(shí)施方案中，兩個(gè)不同的功率源耦合在一起作為單個(gè)功率源，即，射頻源190和脈沖直流源200。
ADVANCED ENERGY的型號(hào)RFG3001(3kW)射頻功率源提供射頻信號(hào)。ADVANCED ENERGY的位置是在Fort Collins，Colorado。這個(gè)功率源可以改變成內(nèi)部或外部電弧抑制，而饋送這個(gè)功率源的輸出到調(diào)諧器205，例如，有直流電弧檢測(cè)和關(guān)閉電路的ADVANCED ENERGY XZ90調(diào)諧器。
在這個(gè)實(shí)施方案中，脈沖直流功率源是由PINNACLE生產(chǎn)，它是有內(nèi)部電弧抑制的20kW功率源。從這個(gè)功率源輸出的功率饋送到大電流射頻濾波器盒210。這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的空氣或水冷卻Tee或Pie濾波器。射頻濾波器盒的輸出與調(diào)諧器的輸出進(jìn)行組合，并提供給濺射系統(tǒng)。
圖15表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源和濺射系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)與圖13所示的系統(tǒng)類似，不同的是，功率源是交流功率源215，而不是脈沖直流功率源。
圖16-19表示調(diào)制的交流功率信號(hào)，該信號(hào)可用于控制濺射系統(tǒng)中的離子密度和離子能量，從而控制薄膜性質(zhì)和薄膜質(zhì)量。這些功率信號(hào)可用于實(shí)現(xiàn)以上描述的高質(zhì)量薄膜。此外，射頻信號(hào)也可以疊加到任何這些調(diào)制功率信號(hào)上，為的是進(jìn)一步影響薄膜的生長(zhǎng)。
通過改變幅度，頻率和脈沖寬度或位置，離子與濺射物之比率，可以控制濺射速率以及離子和濺射物的能量。重要的是這些調(diào)制方法控制時(shí)間的能力，用于基片上發(fā)生的表面遷移率。
圖16A表示頻率調(diào)制的功率信號(hào)。頻率調(diào)制(FM)是把模擬或數(shù)字形式的信息編碼成載波，它的瞬時(shí)頻率是根據(jù)輸入信號(hào)變化的。圖16中最左側(cè)的波形表示任意的信號(hào)以及它對(duì)頻率的影響。
圖16B表示頻率調(diào)制功率信號(hào)對(duì)離子密度和離子能量的影響。由于高的脈沖頻率，產(chǎn)生高的離子濃度。在較低頻率區(qū)，濺射速率是高的，而在較高頻率區(qū)，濺射速率是低的。濺射物與離子的比率在兩個(gè)不同部分是不同的。濺射速率減小，離子濃度就增大，反之亦然。這種變化給出用于改進(jìn)薄膜生長(zhǎng)的唯一動(dòng)力學(xué)。
圖17A表示幅度調(diào)制的功率信號(hào)。幅度調(diào)制是一種信號(hào)調(diào)制形式，其中消息信息編碼成一系列信號(hào)脈沖的幅度。這是傳統(tǒng)的解釋，但是在等離子體源的情況下，電壓，電流和功率電平可以調(diào)制任何所需的百分比。
圖17B表示幅度調(diào)制的信號(hào)對(duì)離子密度和能量的影響。幅度調(diào)制改變?yōu)R射速率，從而產(chǎn)生新型的過程和薄膜生長(zhǎng)。
圖18A表示脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)。脈沖寬度調(diào)制是一種在通信信道上代表數(shù)據(jù)的方法。利用脈沖寬度調(diào)制，數(shù)據(jù)樣本的數(shù)值是用脈沖的長(zhǎng)度表示。
圖18B表示調(diào)制的脈沖寬度信號(hào)對(duì)離子生產(chǎn)和能量的影響。由于高的脈沖頻率，可以產(chǎn)生高濃度離子。在大的脈沖寬度區(qū)，濺射速率是高的；而在短的脈沖寬度區(qū)，濺射速率是低的。濺射物與離子的比率在兩個(gè)不同部分是不同的。
圖19表示脈沖位置調(diào)制的信號(hào)。脈沖位置調(diào)制是一種信號(hào)調(diào)制的形式，其中在信號(hào)脈沖序列之間的時(shí)序間隔中編碼消息信息。如同其他的調(diào)制信號(hào)，編碼信息可以改變離子密度和能量。
圖20-22表示調(diào)制的直流功率信號(hào)，它在濺射系統(tǒng)可用于控制離子密度和離子能量，從而控制薄膜性質(zhì)和薄膜質(zhì)量?，F(xiàn)有的直流和復(fù)合直流濺射過程在它們有效控制薄膜性質(zhì)的能力方面受到限制。直流和復(fù)合直流過程能夠并確實(shí)展現(xiàn)功率限制以及不能精確地控制濺射過程能量。利用脈沖直流功率源濺射陰極受益于許多薄膜沉積過程和薄膜性質(zhì)，特別是導(dǎo)電的透明薄膜，這是借助于更好地控制濺射能量。實(shí)現(xiàn)這種控制是由于這樣的事實(shí)，這些功率源在用戶規(guī)定的頻率和強(qiáng)度下固有地熄滅和重新激勵(lì)等離子體。在這些系統(tǒng)的任何一個(gè)系統(tǒng)中每個(gè)功率脈沖或等離子體激勵(lì)的開始時(shí)，產(chǎn)生離子的電子能量有很寬的分布，所以，能夠產(chǎn)生較大的濺射物與離子百分比。在直流和復(fù)合直流過程中，因?yàn)閮H有初始的等離子體激勵(lì)，該分布穩(wěn)定到電子能量的較低平均值。
鑒于以上所述，我們可以知道，脈沖功率有許多開始和等離子體激勵(lì)以增大平均電子/離子能量到很高的數(shù)值，因此，使該過程獲得這個(gè)利益。通過控制脈沖寬度和占空比，我們可以控制電子/離子能量，以及產(chǎn)生的特定濺射物與離子的相對(duì)數(shù)目。利用脈沖功率可以使操作員有效地控制更多的濺射薄膜性質(zhì)。
在典型的脈沖直流功率源之外，有用戶規(guī)定的頻率以及正向和反向定時(shí)設(shè)置，它是輸出功率到濺射陰極和通用等離子體的新領(lǐng)域。新的方法和系統(tǒng)提供按照一個(gè)或多個(gè)方法調(diào)制的功率。適用于交流功率源的大多數(shù)調(diào)制方法也適用于直流功率源。因此，這些直流系統(tǒng)的描述類似于以上對(duì)交流系統(tǒng)的描述。
圖20表示利用脈沖直流信號(hào)的脈沖幅度調(diào)制。
圖21表示利用脈沖直流信號(hào)的脈沖寬度調(diào)制。在脈沖寬度調(diào)制中，數(shù)據(jù)樣本的數(shù)值是用脈沖的長(zhǎng)度表示。
圖22表示脈沖位置調(diào)制，它是一種信號(hào)調(diào)制的形式，其中消息信息編碼在信號(hào)脈沖序列之間的時(shí)序間隔中。
正如交流例子一樣，通過改變幅度，頻率和脈沖寬度或位置，可以控制離子與濺射物之比率，濺射速率以及離子和濺射物的能量。重要的是這些調(diào)制方法控制時(shí)間的能力，用于基片上發(fā)生的表面遷移率。
總之，本發(fā)明的實(shí)施例能夠獲得較高的產(chǎn)量和較高質(zhì)量的薄膜，以及它與利用標(biāo)準(zhǔn)直流，交流，射頻濺射過程和大多數(shù)類似靶材料制成薄膜不同的薄膜。在一個(gè)實(shí)施例中，這是通過控制濺射能量，離子密度，濺射速率和離子能量以促進(jìn)高質(zhì)量薄膜生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)的。專業(yè)人員容易理解，在本發(fā)明，其用途和配置中可以有多種變化和替換，它仍然可以基本實(shí)現(xiàn)與上述實(shí)施例相同的結(jié)果。因此，我們沒有把本發(fā)明局限于公開的典型形式。許多變化，改動(dòng)和其他的結(jié)構(gòu)都是在權(quán)利要求書中所公開的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于濺射操作的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括真空室；配置成傳輸基片通過真空室的基片傳輸系統(tǒng)；用于支承濺射靶的陰極，該陰極至少部分是在真空室內(nèi)；和配置成提供調(diào)制的功率信號(hào)給陰極的功率源，從而能實(shí)施濺射操作。
2.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中功率源配置成提供幅度調(diào)制的功率信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中功率源配置成提供頻率調(diào)制的功率信號(hào)。
4.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中功率源配置成提供脈沖寬度功率信號(hào)。
5.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中功率源配置成提供脈沖位置功率信號(hào)。
6.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中功率源配置成提供脈沖幅度調(diào)制的功率信號(hào)。
7.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中功率源包括脈沖直流功率源。
8.按照權(quán)利要求7的系統(tǒng)，還包括與功率源連接的匹配網(wǎng)絡(luò)。
9.按照權(quán)利要求8的系統(tǒng)，還包括與功率源連接的調(diào)諧器。
10.一種用于濺射操作的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括真空室；配置成傳輸基片通過真空室的基片傳輸系統(tǒng)；用于支承濺射靶的陰極，該陰極至少部分是在真空室內(nèi)；和與陰極連接的調(diào)制的功率源，該調(diào)制的功率源配置成輸出信號(hào)到陰極。
11.按照權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中調(diào)制的功率源包括脈沖直流功率源；和配置成輸出射頻信號(hào)的射頻功率源；其中輸出到陰極的信號(hào)包括與射頻信號(hào)組合的脈沖直流信號(hào)。
12.按照權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中調(diào)制的功率源配置成輸出頻率調(diào)制的信號(hào)到陰極。
13.按照權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中調(diào)制的功率源配置成輸出幅度調(diào)制的信號(hào)到陰極。
14.按照權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中調(diào)制的功率源配置成輸出脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)到陰極。
15.按照權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中調(diào)制的功率源配置成輸出脈沖位置調(diào)制的信號(hào)到陰極。
16.按照權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中調(diào)制的功率源至少包括兩個(gè)獨(dú)立的功率源。
17.一種用于控制離子密度和濺射速率的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括配置成提供功率信號(hào)到陰極的功率源；與功率源連接的調(diào)制系統(tǒng)，調(diào)制系統(tǒng)配置成至少改變功率信號(hào)的一個(gè)特征，其中該功率信號(hào)的特征至少包括幅度，頻率，脈沖寬度，和脈沖位置中的一個(gè)。
全文摘要
一個(gè)包含濺射系統(tǒng)的實(shí)施例，包括真空室；配置成傳輸基片通過真空室的基片傳輸系統(tǒng)；用于支承濺射靶的陰極，該陰極至少部分是在真空室內(nèi)；和配置成提供功率給陰極的功率源，且該功率源配置成輸出調(diào)制的功率信號(hào)。與實(shí)施方案有關(guān)，功率源可以配置成輸出幅度調(diào)制的功率信號(hào)；頻率調(diào)制的功率信號(hào)；脈沖寬度功率信號(hào)；脈沖位置功率信號(hào)；脈沖幅度調(diào)制的功率信號(hào)；或任何其他類型調(diào)制的功率信號(hào)或能量信號(hào)。
文檔編號(hào)C23C14/54GK1896296SQ200610092769
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者邁克爾·W.·斯托厄爾 申請(qǐng)人:應(yīng)用膜公司