用于单磁控管溅射的系统和方法技术方案

描述了用于单磁控管溅射的系统和方法。一个示例包括具有电源、围住衬底、阳极和用于将薄膜沉积在衬底上的目标的等离子体室的系统。该系统还具有带有未涂覆的阳极特征化数据的数据暂存器和包括阳极分析部件以产生第一健康状况值的阳极溅射调节系统。第一健康状况值指示阳极是否涂覆有电介质材料。该示例还具有阳极功率控制器以接收第一健康状况值并向脉冲DC电源的脉冲控制器提供阳极能量控制信号以相对于第一阳极溅射能量调节第二阳极溅射能量以从阳极喷射电介质材料的至少一部分。

System and method for single magnetron sputtering

Systems and methods for sputtering single magnetron are described. An example includes a system having a power source, a surrounding substrate, an anode, and a plasma chamber for depositing a film on a substrate. The system also has a data register with an uncoated anode characterization data and an anode sputtering regulation system including an anode analysis unit to produce a first health status value. The first health status indicates whether the anode is coated with dielectric material. The sample also has an anode power controller to receive the first health value and provides the control signal to the first energy anode anode sputtering energy regulation second anode sputtering energy to at least a portion of the jet from the anode dielectric material with respect to the pulse DC power pulse controller.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于单磁控管溅射的系统和方法
本专利技术涉及溅射。具体而言，但不通过限制的方式，本专利技术涉及用于单磁控管溅射的系统和方法。
技术介绍
溅射在历史上包括在真空室中产生磁场以及使室内的等离子体束射到牺牲目标，从而使目标溅射(喷射)材料，其接着作为薄膜沉积在衬底上。溅射源可以采用磁控管，磁控管利用强电场和磁场来将带电的等离子体微粒限制为接近目标的表面。通常提供阳极以当离子离开以轰击目标时从等离子体收集电子以维持等离子体中性。然而，在使用中，阳极变得被涂覆有绝缘(电介质)材料，并且溅射过程不利地被影响。业界多年来试图提供限制在阳极上积聚的涂层的数量的溅射系统。尽管当前可用的器件和方法是起作用的，但提高功率使用效率和/或材料消耗以及提供单磁控管溅射系统中的其它有用的创新也是合乎需要的。
技术实现思路
本专利技术可以提供用于单磁控管溅射的系统或方法。本文中所公开的实施例可以提供在单磁控管溅射系统中的改进，并且在下面总结了一些方面。在一个示例中，本专利技术可以包括用于单磁控管溅射的系统。该系统具有围住衬底、阳极和用于将薄膜沉积在衬底上的目标的等离子体室。该系统还具有耦合到目标和阳极的脉冲DC电源，脉冲电源包括脉冲控制器以用于将具有第一电压极性的第一目标溅射能量供应到目标并且将具有第一电压极性的第二目标溅射能量供应到目标，脉冲控制器被配置为紧接着在第一目标溅射能量之后供应具有第二电压极性的第一阳极溅射能量，并且紧接着在第二目标溅射能量之后供应具有第二电压极性的第二阳极溅射能量，其中第二电压极性与第一电压极性相反。该系统还具有阳极监测系统，其包括电压监测器以用于检测在第一过程变量值下的第一阳极电压。该系统还具有数据暂存器，该数据暂存器包括从未被涂覆有电介质材料的未涂覆的阳极的特征得到的未涂覆的阳极特征化数据，未涂覆的阳极特征化数据包括结合第一过程变量值所存储的第一预期阳极电压。该系统还具有耦合到数据暂存器和阳极监测系统的阳极溅射调节系统，阳极溅射调节系统包括：阳极分析部件以基于在第一阳极电压与第一预期阳极电压之间的差异来产生第一健康状况值。在该系统中，第一健康状况值指示阳极是否被涂覆有电介质材料。该系统还具有阳极功率控制器以用于接收第一健康状况值并向脉冲DC电源的脉冲控制器提供阳极能量控制信号。这相对于第一阳极溅射能量调节第二阳极溅射能量以从阳极喷射电介质材料的至少一部分。在另一个示例中，本专利技术可以包括用于单磁控管溅射系统的电源系统。该电源系统具有耦合到目标的目标引线和耦合到阳极的阳极引线。该电源系统还具有交替地将目标溅射能量施加到目标引线并将阳极溅射能量施加到阳极引线的脉冲控制器，以及用于监测阳极引线的电压的阳极监测系统。该电源系统还具有数据暂存器，其被配置为存储包括结合第一过程变量值所存储的第一预期阳极电压的未涂覆的阳极特征化数据。该电源系统还具有阳极能量调节系统，该阳极能量调节系统具有输出以当在第一过程变量值下的所监测的阳极电压大于离第一预期阳极电压的阈值偏差时指示脉冲控制器调节阳极溅射能量。在又一个示例中，本专利技术可以包括用于单磁控管溅射的方法。该方法包括在等离子体室中围住衬底、阳极和用于将薄膜沉积在衬底上的目标；以及交替地将目标溅射能量施加到目标并将阳极溅射能量施加到阳极。该方法包括监测在过程变量值下的阳极电压。该方法还包括访问数据暂存器，数据暂存器具有从未被涂覆有电介质材料的未涂覆的阳极的特征得到的未涂覆的阳极特征化数据。在该方法中，未涂覆的阳极特征化数据包括由在第一过程变量值下的未涂覆的阳极的未涂覆的阳极特征化数据定义的第一预期阳极电压。该方法还包括使用第一过程变量值得到第一预期电压值以及基于在所监测的阳极电压与第一预期阳极电压之间的差异来产生第一健康状况值。该方法还包括基于第一健康状况值来调节阳极溅射能量以从阳极喷射材料。如先前所陈述的，上述示例和实施方式仅出于说明的目的。根据以下描述和权利要求，本专利技术的很多其它示例、实施例、实施方式和细节容易被本领域中的技术人员认识到。附图说明图1用曲线示出了对未涂覆和已涂覆的阳极的电压-电流关系；图2用曲线示出了对未涂覆和已涂覆的阳极的电压-氧气流关系；图3示出了用于单磁控管溅射的示例性系统；图3A示出了针对图1所述的包括可以用于实现脉冲DC电源的脉冲DC电源的示意性表示的用于单磁控管溅射的示例性系统；图4示出了示例性阳极分析部件；图5示出了根据一些示例的处理系统；图6示出了示例硬件控制系统；图7示出了示例性溅射脉冲方法；图8用曲线示出了相对于所施加的电压的阳极溅射效率；图9用曲线示出了在一些示例中的在阳极健康状况与脉冲能量之间的关系；图10用曲线示出了在一些示例中的在阳极健康状况与脉冲能量之间的关系；图11示出了在一些示例中的用于单磁控管溅射的系统；图12示出了示例性电源系统；以及图13是用于单磁控管溅射的示例性方法的流程图。具体实施方式如先前在本公开内容的
技术实现思路
中提及的且广泛地描述的，可以在一些实施例中提供单磁控管溅射系统。该系统可以自动确定阳极的健康状况，并响应于确定阳极的健康状况而调节阳极溅射脉冲以从阳极喷射电介质材料。该系统还可以或替代地给操作员提供当阳极健康状况恶化时的警告和/或关于阳极的健康状况的信息以使操作员能够抢先修改溅射过程。在本文档中还公开了用于产生阳极健康状况数据的方法。参考图1，有利地描述关于阳极在溅射过程期间如何表现的申请人的观察。申请人观察到，部分或完全被涂覆有电介质材料的阳极与新的或未涂覆的阳极表现得不同。特别地，当电流I1被施加到溅射系统中的未涂覆或干净的阳极时，由此产生的电压V1展示不严谨地近似于图1中所示的实曲线的响应。然而，当阳极变得被涂覆有电介质材料时，同一电流I1的施加产生不严谨地近似于图1中的虚线的电压V2。换句话说，如果操作员希望已涂覆或不干净的阳极在与干净和未涂覆的阳极相同的功率下进行操作，则在同一电流I1下，已涂覆的阳极必须经受比未涂覆的阳极所需的电压V1高得多的电压V2。现在转到图2，有关地，电介质材料对阳极的覆盖影响所示出的相对于气体流(例如氧气流)的电压曲线。如在虚线处看到的，在恒定功率和氧气流下，当阳极涂覆或覆盖增加时，阳极电压必须增加。现在参考额外的附图，其中相似或类似的元件在全部几个视图中用相同的附图标记标示，并且特别参考图3，首先描述了用于单磁控管溅射的系统100的概述。图3中的系统100包括围住衬底104、阳极106和用于将薄膜110沉积在衬底104上的目标108的等离子体室102。所示系统100还包括用于供应和/或控制到等离子体室102的过程气体的质量流量控制器126。所示系统100还具有脉冲DC电源112，脉冲DC电源112具有脉冲控制器140，脉冲控制器140分别通过阳极引线142和目标引线144耦合到阳极106和目标108。所示系统100还具有阳极监测系统114，阳极监测系统114具有电压监测器116并操作地耦合到阳极引线142、目标引线144、阳极溅射调节系统120和数据暂存器118。所示阳极溅射调节系统120包括阳极功率控制器124和阳极分析部件122，并耦合到数据暂存器118和质量流量控制器126以及阳极监测系统114。质量流量控制器126向阳极溅射调节系统120提供关于过程气体的信息。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于单磁控管溅射的系统，包括：等离子体室，其围住衬底、阳极和用于将薄膜材料沉积在所述衬底上的目标；脉冲DC电源，其耦合到所述目标和所述阳极，所述脉冲电源包括脉冲控制器以将具有第一电压极性的第一目标溅射能量供应到所述目标并且将具有所述第一电压极性的第二目标溅射能量供应到所述目标，所述脉冲控制器被配置为紧接着在所述第一目标溅射能量之后供应具有第二电压极性的第一阳极溅射能量，并且紧接着在所述第二目标溅射能量之后供应具有所述第二电压极性的第二阳极溅射能量，其中，所述第二电压极性与所述第一电压极性相反；阳极监测系统，其包括电压监测器以检测在第一过程变量值下的第一阳极电压；数据暂存器，其包括从未被涂覆有电介质材料的未涂覆的阳极的特征得到的未涂覆的阳极特征化数据，所述未涂覆的阳极特征化数据包括结合所述第一过程变量值所存储的第一预期阳极电压；以及阳极溅射调节系统，其耦合到所述数据暂存器和所述阳极监测系统，所述阳极溅射调节系统包括：阳极分析部件，其用于基于所述第一阳极电压与所述第一预期阳极电压之间的差异来产生第一健康状况值，所述第一健康状况值指示所述阳极是否被涂覆有所述电介质材料；以及阳极功率控制器，其用于接收所述第一健康状况值并向所述脉冲DC电源的所述脉冲控制器提供阳极能量控制信号，以相对于所述第一阳极溅射能量调节所述第二阳极溅射能量以从所述阳极喷射所述电介质材料的至少一部分。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.24 US 14/809,0841.一种用于单磁控管溅射的系统，包括：等离子体室，其围住衬底、阳极和用于将薄膜材料沉积在所述衬底上的目标；脉冲DC电源，其耦合到所述目标和所述阳极，所述脉冲电源包括脉冲控制器以将具有第一电压极性的第一目标溅射能量供应到所述目标并且将具有所述第一电压极性的第二目标溅射能量供应到所述目标，所述脉冲控制器被配置为紧接着在所述第一目标溅射能量之后供应具有第二电压极性的第一阳极溅射能量，并且紧接着在所述第二目标溅射能量之后供应具有所述第二电压极性的第二阳极溅射能量，其中，所述第二电压极性与所述第一电压极性相反；阳极监测系统，其包括电压监测器以检测在第一过程变量值下的第一阳极电压；数据暂存器，其包括从未被涂覆有电介质材料的未涂覆的阳极的特征得到的未涂覆的阳极特征化数据，所述未涂覆的阳极特征化数据包括结合所述第一过程变量值所存储的第一预期阳极电压；以及阳极溅射调节系统，其耦合到所述数据暂存器和所述阳极监测系统，所述阳极溅射调节系统包括：阳极分析部件，其用于基于所述第一阳极电压与所述第一预期阳极电压之间的差异来产生第一健康状况值，所述第一健康状况值指示所述阳极是否被涂覆有所述电介质材料；以及阳极功率控制器，其用于接收所述第一健康状况值并向所述脉冲DC电源的所述脉冲控制器提供阳极能量控制信号，以相对于所述第一阳极溅射能量调节所述第二阳极溅射能量以从所述阳极喷射所述电介质材料的至少一部分。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阳极分析部件包括：处理器，其耦合到所述电压监测器；以及非暂态有形处理器可读介质，其包括指令，所述指令当被所述处理器执行时使所述处理器：使用所述过程变量值来访问所述数据暂存器以得到所述预期电压值；计算所述第一阳极电压与所述第一预期阳极电压之间的差异；并且基于所述第一阳极电压与所述第一预期阳极电压之间的差异来产生所述第一健康状况值。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阳极分析部件包括：现场可编程门阵列，其耦合到所述电压监测器；以及非暂态有形介质，其包括指令，所述指令当被用于配置所述现场可编程门阵列时使所述现场可编程门阵列：使用所述过程变量值来访问所述数据暂存器以得到所述预期电压值；计算所述第一阳极电压与所述第一预期阳极电压之间的差异；并且基于所述第一阳极电压与所述第一预期阳极电压之间的差异来产生所述第一健康状况值。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电压监测器包括：第一电压传感器，其操作地耦合到所述阳极；以及第二电压传感器，其操作地耦合到所述目标；其中所述电压监测器得到所述阳极与所述目标之间的电压差。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述未涂覆的阳极特征化数据包括：多个数据集，每个数据集包括特定的预期电压值和特定的过程变量值。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阳极监测系统还包括：电流传感器，其用于检测跨所述阳极的第一电流值，所述电流传感器提供所述第一电流值作为所述第一过程变量值。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阳极监测系统还包括：质量流量计，其用于检测进入所述等离子体室的第一氧流速值，所述质量流量计提供所述第一氧流速值作为所述第一过程变量值。8.根据权利要求2所述的系统，其中：所述阳极监测系统被配置为在从检测到所述第一阳极电压起的一个时间段并在第二过程变量值下检测第二阳极电压，所述第二过程变量值具有与所述第一过程变量值相同的值；所述指令包括使所述处理器如下操作的指令：将所述第二电压与所述第二预期电压进行比...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·克里斯蒂，S·B·拉森，
申请(专利权)人：先进能源工业公司，
类型：发明
国别省市：美国,US