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)的美國臨時申請?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)保護的材料。版權(quán)擁有者不反對復(fù)制任何專利公開內(nèi)容，因為它出現(xiàn)在專利和商標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。正因為如此，希望以過渡模式運行這些工藝，以實現(xiàn)較高的沉積率。所述過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，以及來自靶的光發(fā)射。
[0007]反應(yīng)性濺射的常見的實施是圖1所示的雙磁控管濺射(DMS)。關(guān)鍵的優(yōu)勢是不存在明確的陽極，以及隨之而來的挑戰(zhàn)。兩個磁控管交替作為陰極和陽極。當(dāng)使用專門構(gòu)造的雙極性脈沖源(bipolar pulsed supply)驅(qū)動工藝時，可以單獨調(diào)節(jié)施加到每個磁控管的功率。可以為用戶提供每個磁控管的功率、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)的共同擁有的美國專利號8，133,359公開了DMS系統(tǒng)，其中執(zhí)行脈沖調(diào)節(jié)，以實現(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)實現(xiàn)顯著的好處，但本發(fā)明的目的仍然是提供一種相對于美國專利號8，133，359中描述的裝置具有明顯優(yōu)勢的用于雙磁控管濺射的系統(tǒng)和/或方法。更具體地，本發(fā)明的一個目的是減少在磁控管對的工作點之間的差異。另一個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)明的示例性實施方案總結(jié)如下。這些和其他實施方案在發(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)人員能夠認識到落入權(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)一個方面，本發(fā)明可以包括濺射系統(tǒng)，其具有至少一個包括第一磁控管和第二磁控管的雙磁控管對，配置所述雙磁控管對中的每個磁控管以支持靶材。所述系統(tǒng)還可以包括DMS組件，其具有與多個開關(guān)組件和多個電壓傳感器連接的直流電源，配置所述DMS組件以獨立地控制對每個磁控管施加功率，并提供每個磁控管的電壓的測量。所述系統(tǒng)還可以包括一個或多個致動器，配置所述致動器以使用由所述DMS組件提供的測量控制每個磁控管的電壓。所述DMS組件和一個或多個致動器響應(yīng)每個磁控管的電壓的測量，通過控制施加到每個磁控管的功率和電壓來平衡靶材的消耗。
[0011 ]根據(jù)另一個方面，公開了一種濺射方法。該方法可包括布置至少兩個磁控管以形成至少一個雙磁控管對和粘貼靶材到所述至少兩個磁控管中的每一個。將靶材濺射到襯底上并且通過平衡施加到至少兩個磁控管中的每一個的功率和電壓來平衡靶材的消耗。
[0012]根據(jù)另一個方面，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磁控管中的每一個?？刂撇靠刂崎_關(guān)組件，以平衡對所述至少兩個磁控管中的每一個的功率的施加，電壓測量組件提供每個磁控管的電壓的測量，以使致動器能夠控制對磁控管的電壓的施加。
[0013]如前所述，上述實施方案和實施僅用于說明的目的。從下面的描述和權(quán)利要求中，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易認識到本發(fā)明的許多其他實施方案、實施和細節(jié)。
【附圖說明】
[0014]本發(fā)明的各種目的和優(yōu)點以及更完整的理解是顯而易見的，并且當(dāng)參照以下詳細說明并結(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)實施方案的濺射系統(tǒng)的總體布置；
[0016]圖2圖示說明了兩個磁控管的電壓和反應(yīng)性氣體流量之間的關(guān)系；
[0017]圖3示出了在一個時間段內(nèi)電壓和電流之間的關(guān)系；
[0018]圖4示出了DMS系統(tǒng)的實施方案的示意圖；
[0019]圖5示出DMS組件和系統(tǒng)界面的一個實施方案的示意圖；
[0020]圖6是描述了示例性計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)性濺射工作點的差異和輸送到磁控管對的每一個磁控管的功率的差異，靶的最終消耗可能不均勻。為了克服這個問題，現(xiàn)在參照圖1，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，對靶101、102中每一個施加交流功率。為了達到完全平衡的靶消耗，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，兩個靶101、102在基本相同的工作點，并對每個靶輸送相等的功率是有利的。結(jié)果，在許多實施方案中，兩個靶的工作點和輸送到靶101、102中每一個的功率是平衡的。
[0024]在脈沖雙磁控管系統(tǒng)中，可以獨立地控制輸送到靶101、102中每一個的功率。對于許多實際反應(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，并且可以被用作反饋信號以控制工藝。
[0025]下面參照圖2。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)鍵點是，每個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。對于給定的反應(yīng)性氣體流量，并且對每個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，和對每個靶的不同的靶材去除率。
[0026]對每個磁控管匹配靶材去除率的最高性能的策略是使每個磁控管的燃燒電壓以及功率匹配每個磁控管。在這種情況下，需要控制兩件事，因此需要兩個致動器?？梢杂擅}沖電源明確地實現(xiàn)功率平衡?？梢允褂美巛o助氣體歧管(secondary gas manifold)和/或控制氣流