在脈沖雙磁控管濺射(dms)工藝中平衡靶消耗的系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】在脈沖雙磁控管濺射(DMS)工藝中平衡靶消耗的系統(tǒng)和方法
[0001 ]優(yōu)先權(quán)
[0002]本申請(qǐng)要求2013年7月17日提交的名稱為在脈沖雙磁控管濺射(DMS)工藝中平衡革巴消耗的系統(tǒng)和方法(System and Method for Balancing Consumpt1n of Targets inPulsed Dual Magnetron Sputtering(DMS)Processes)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/847,498的優(yōu)先權(quán)。
[0003]版權(quán)
[0004]本專利文件的公開內(nèi)容的一部分包含受版權(quán)保護(hù)的材料。版權(quán)擁有者不反對(duì)復(fù)制任何專利公開內(nèi)容，因?yàn)樗霈F(xiàn)在專利和商標(biāo)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(quán)權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明大體涉及基于等離子體的濺射，并且更具體地涉及反應(yīng)性濺射。
【背景技術(shù)】
[0006]在磁控管濺射系統(tǒng)中進(jìn)行反應(yīng)性濺射。從磁控管濺射的材料與反應(yīng)性氣體在襯底(被涂覆的對(duì)象)結(jié)合，以在其表面上形成化合物。所述反應(yīng)性氣體也與靶表面反應(yīng)，在靶表面形成化合物。這些系統(tǒng)可以在金屬模式或中毒模式中開環(huán)運(yùn)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(shí)上，完全被反應(yīng)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?yàn)槿绱?，希望以過(guò)渡模式運(yùn)行這些工藝，以實(shí)現(xiàn)較高的沉積率。所述過(guò)渡模式一般是固有地不穩(wěn)定的，所以通常需要反饋控制以穩(wěn)定其工藝。反饋可以是例如工藝電壓、反應(yīng)性氣體局部壓力，以及來(lái)自靶的光發(fā)射。
[0007]反應(yīng)性濺射的常見(jiàn)的實(shí)施是圖1所示的雙磁控管濺射(DMS)。關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)是不存在明確的陽(yáng)極，以及隨之而來(lái)的挑戰(zhàn)。兩個(gè)磁控管交替作為陰極和陽(yáng)極。當(dāng)使用專門構(gòu)造的雙極性脈沖源(bipolar pulsed supply)驅(qū)動(dòng)工藝時(shí)，可以單獨(dú)調(diào)節(jié)施加到每個(gè)磁控管的功率?？梢詾橛脩籼峁┟總€(gè)磁控管的功率、電壓和電流的快速讀回(fast read backs)，用于監(jiān)視和控制工藝。2012年3月13日授權(quán)的共同擁有的美國(guó)專利號(hào)8，133,359公開了DMS系統(tǒng)，其中執(zhí)行脈沖調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)特定的靶利用率(例如，以優(yōu)化靶材的利用率)。更具體地，可以監(jiān)測(cè)留在磁控管中的靶材的量，并且基于留下的靶材的量調(diào)節(jié)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。
[0008]雖然在前述文件中公開的系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)顯著的好處，但本發(fā)明的目的仍然是提供一種相對(duì)于美國(guó)專利號(hào)8，133，359中描述的裝置具有明顯優(yōu)勢(shì)的用于雙磁控管濺射的系統(tǒng)和/或方法。更具體地，本發(fā)明的一個(gè)目的是減少在磁控管對(duì)的工作點(diǎn)之間的差異。另一個(gè)目的可以是在襯底上提供均勻沉積層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]附圖中示出的本發(fā)明的示例性實(shí)施方案總結(jié)如下。這些和其他實(shí)施方案在發(fā)明詳述部分被更加全面地描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，沒(méi)有意圖將本發(fā)明限制到在
【發(fā)明內(nèi)容】
中或發(fā)明詳述中描述的形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到落入權(quán)利要求書所表述的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的很多變形、等同物和替代構(gòu)造。
[0010]本發(fā)明可提供用于雙磁控管濺射的系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明可以包括濺射系統(tǒng)，其具有至少一個(gè)包括第一磁控管和第二磁控管的雙磁控管對(duì)，配置所述雙磁控管對(duì)中的每個(gè)磁控管以支持靶材。所述系統(tǒng)還可以包括DMS組件，其具有與多個(gè)開關(guān)組件和多個(gè)電壓傳感器連接的直流電源，配置所述DMS組件以獨(dú)立地控制對(duì)每個(gè)磁控管施加功率，并提供每個(gè)磁控管的電壓的測(cè)量。所述系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器，配置所述致動(dòng)器以使用由所述DMS組件提供的測(cè)量控制每個(gè)磁控管的電壓。所述DMS組件和一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器響應(yīng)每個(gè)磁控管的電壓的測(cè)量，通過(guò)控制施加到每個(gè)磁控管的功率和電壓來(lái)平衡靶材的消耗。
[0011 ]根據(jù)另一個(gè)方面，公開了一種濺射方法。該方法可包括布置至少兩個(gè)磁控管以形成至少一個(gè)雙磁控管對(duì)和粘貼靶材到所述至少兩個(gè)磁控管中的每一個(gè)。將靶材濺射到襯底上并且通過(guò)平衡施加到至少兩個(gè)磁控管中的每一個(gè)的功率和電壓來(lái)平衡靶材的消耗。
[0012]根據(jù)另一個(gè)方面，公開了具有開關(guān)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(gè)磁控管中的每一個(gè)?？刂撇靠刂崎_關(guān)組件，以平衡對(duì)所述至少兩個(gè)磁控管中的每一個(gè)的功率的施加，電壓測(cè)量組件提供每個(gè)磁控管的電壓的測(cè)量，以使致動(dòng)器能夠控制對(duì)磁控管的電壓的施加。
[0013]如前所述，上述實(shí)施方案和實(shí)施僅用于說(shuō)明的目的。從下面的描述和權(quán)利要求中，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的許多其他實(shí)施方案、實(shí)施和細(xì)節(jié)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]本發(fā)明的各種目的和優(yōu)點(diǎn)以及更完整的理解是顯而易見(jiàn)的，并且當(dāng)參照以下詳細(xì)說(shuō)明并結(jié)合附圖參照所附的權(quán)利要求更容易理解，其中:
[0015]圖1示出根據(jù)實(shí)施方案的濺射系統(tǒng)的總體布置；
[0016]圖2圖示說(shuō)明了兩個(gè)磁控管的電壓和反應(yīng)性氣體流量之間的關(guān)系；
[0017]圖3示出了在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)電壓和電流之間的關(guān)系；
[0018]圖4示出了DMS系統(tǒng)的實(shí)施方案的示意圖；
[0019]圖5示出DMS組件和系統(tǒng)界面的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；
[0020]圖6是描述了示例性計(jì)算裝置的物理組件的框圖；且[0021 ]圖7是描述示例性方法的流程圖。
[0022]發(fā)明詳述
[0023]在DMS系統(tǒng)中，由于反應(yīng)性濺射工作點(diǎn)的差異和輸送到磁控管對(duì)的每一個(gè)磁控管的功率的差異，靶的最終消耗可能不均勻。為了克服這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)在參照?qǐng)D1，這里公開的DMS包括暴露于第一反應(yīng)性氣體103和/或第二反應(yīng)性氣體104的，具有第一金屬的靶A 101和具有第二金屬的靶B102，以引起反應(yīng)，導(dǎo)致材料沉積到襯底105上。電源106，其可以是雙極性脈沖源，對(duì)靶101、102中每一個(gè)施加交流功率。為了達(dá)到完全平衡的靶消耗，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)靶101、102在基本相同的工作點(diǎn)，并對(duì)每個(gè)靶輸送相等的功率是有利的。結(jié)果，在許多實(shí)施方案中，兩個(gè)靶的工作點(diǎn)和輸送到靶101、102中每一個(gè)的功率是平衡的。
[0024]在脈沖雙磁控管系統(tǒng)中，可以獨(dú)立地控制輸送到靶101、102中每一個(gè)的功率。對(duì)于許多實(shí)際反應(yīng)性濺射化合物，電壓是被反應(yīng)性化合物覆蓋的靶表面的比率(fract1n)的很好的指標(biāo)，并且可以被用作反饋信號(hào)以控制工藝。
[0025]下面參照?qǐng)D2。它顯示了雙磁控管系統(tǒng)的電壓與反應(yīng)性氣體流量控制空間的關(guān)系。關(guān)鍵點(diǎn)是，每個(gè)磁控管都有自己的控制曲線，并且由于在硬件上不可避免的不對(duì)稱，它們是不同的。如圖2所示，曲線201涉及例如與靶A 101相關(guān)的磁控管的控制曲線，而控制曲線202涉及例如與靶B 102相關(guān)的另一磁控管的控制曲線。對(duì)于給定的反應(yīng)性氣體流量，并且對(duì)每個(gè)磁控管輸送相同的功率，電壓是不同的。這表示由化合物覆蓋的靶的不同比率，和對(duì)每個(gè)靶的不同的靶材去除率。
[0026]對(duì)每個(gè)磁控管匹配靶材去除率的最高性能的策略是使每個(gè)磁控管的燃燒電壓以及功率匹配每個(gè)磁控管。在這種情況下，需要控制兩件事，因此需要兩個(gè)致動(dòng)器?？梢杂擅}沖電源明確地實(shí)現(xiàn)功率平衡。可以使用例如輔助氣體歧管(secondary gas manifold)和/或控制氣流