提供了一种用于生成靶溅射以在衬底上产生涂层的设备。设备包括带阴极和阳极的磁控管。电源可操作连接到磁控管，并且至少一个电容器可操作连接到电源。设备也包括可操作连接到该至少一个电容器的电感。也提供了第一开关和第二开关。第一开关将电源可操作连接到磁控管以便为磁控管充电，并且第一开关配置为根据第一脉冲为磁控管充电。第二开关可操作连接以便将磁控管放电。第二开关配置为根据第二脉冲将磁控管放电。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高功率脉冲磁控管溅射(HIPIMS)中的电弧抑制和脉动相关申请交叉引用本申请受益于2006年12月12日提交的美国临时申请60/869566， 该申请的完整公开内容由此通过引用结合于本文中。本申请也受益于 2006年12月12日提交的美国临时申请60/869578，该申请的完整公 开内容由此通过引用结合于本文中。
技术介绍
本专利技术 一般涉及生成溅射以便在衬底上产生涂层，更具体地说， 涉及高功率脉沖磁控管溅射(HIPIMS)。溅射是一种物理过程，通过该过程，固体靶材料中的原子由于通 过高能离子轰击材料而被喷射到气相中。溅射的过程一般用于薄膜淀 积。用于溅射过程的高能离子由在溅射设备中感生的等离子供应。实 际上，多种技术用于修改等离子性质，特别是离子密度以实现最佳溅 射条件。用于修改等离子体性质的一些技术包括使用RF(射频)交流 电、AC电源、DC电源、DC和AC电源叠加、诸如双才及或单才及电源 等脉沖DC电源，利用磁场及对耙施加偏置电压。溅射源通常是利用磁场诱捕在靠近靶表面的闭合等离子体环路中 的电子的磁控管。电子沿磁场线周围的环路中的螺旋路径行进。在靶 表面附近，电子经受的与气体中性物的电离碰撞比其它情况下将发生 的电离碰撞更多。溅射气体是惰性气体， 一般为氩，但能使用其它气 体。由于这些碰撞产生的额外氩离子导致了相对更高的淀积率。已知 的是在耙那边布置强的永磁体以便形成此类磁场环路。在靶表面上的 等离子体环路位置处，可形成跑道(racetrack)，这是材料的优选腐蚀区。 为提高材料利用，使用了允许在相对更大的靶区上扫描等离子体环路的可移动^兹性布置。直流电(DC)磁控管溅射是使用交叉电场和磁场的熟知技术。DC磁控管溅射的一种增强是脉沖DC。该技术使用所谓的"断续 器，，(chopper),其中，感应器线圈L和开关用于将DC电源修改为单极 或双极脉沖电源，参见附图说明图1。感应器线圈L是断续器，并且能优选包 括位于DC电源与磁控管阴极之间的抽头(tap)。电子开关S定期打开 和闭合以形成脉沖。在开关S的4妄通时间中，在线圈L的抽头与》兹控 管阳极之间的有效捷径(shortcut)将负阴极电压关闭，优选是通过线圏 L的自动变换效应(auto transforming effect)过沖为正电压。在断开时间 期内，来自DC电源的电流继续流入线圈L并在其磁场中存储能量。 在开关S再次断开时，在磁控管阴极形成短的负高压峰值。这有助于 磁控管等离子体的较快再引弧(reigniting)和恢复原始放电电流。如现有技术中所述的高功率脉冲磁控管溅射(HIPIMS)技术使用 一般在5 Hz到200 Hz的脉沖的相对更低重复频率和20到500微秒的 脉沖时间。放电峰值电流范围从用于较小阴极的100A到用于较大阴 极的最高4kA，这对应于在阴极大约0.1到10A/cn^量级的电流密度。 一种常见的技术使用如图2所示的连线。在图2和图3中，DC电源将电容器组C充电到起始电压，该电压通过带有一定电感Ld和电阻Rcab的电缆放电到磁控管中。可选的是，电感L被串联引入以限制磁控管放电电流的上升时间。在图3中， 由安培表检测电弧。在电源的脉沖期间发生电弧时，电容器^皮断开连 接，并且只有电缆加可选线圈Ll中剩余的能量一皮放电成电弧放电。图6示出实验的结果。数据显示电流的测量上升时间为现有技术 HIPIMS》文电中频率的函数。在此示例中，靶由钽(Ta)制成，靶具有 300毫米的直径，并且实验是使用旋转磁体阵列。对于10Hz(100毫秒 周期)的低重复频率，在电压脉沖开始和电流上升开始之间有较长的延 迟(大约5微秒)。使用100Hz(10毫秒周期)的重复频率时，延迟稍微 更短(超过4微秒)。使用500Hz(2毫秒周期)相对较高的频率时，电流更快地开始上升，仅在大约1.5微秒内便上升。标准HIPIMS技术有许多缺点。 一个缺点是提供了为高储能和为 实质上与磁控管操作电压不同的电压量定的较大和昂贵的电容器。另 一个缺点是磁控管在接近恒定电压的模式中操作，与在恒定电流模式 中操作磁控管相反。又一缺点是如图6的实验中所示，磁控管电流脉 沖有长的起始时间(5到IO微秒)。另一缺点是在电压脉冲与电流上升 的开始之间有长的延迟(2到20微秒)。在使用高的占空比(接通时间50%到99%)、短的断开时间(100纳 秒到10微秒)及高频率(10-500kHz)时，使用断续器是一个好的选择。 占空比相当于接通时间除以周期时间的百分比。此类情况下，线圈中 的能量损失保持在可接受范围内，并且线圈大小不是太大。然而， HIPIMS使用较低的频率(5Hz到200Hz)和0.01%到10%的低占空比。 这不利于断续器操作，因为完全的峰值放电电流将在长的等离子体断 开期间流过线圈，导致线圈中出现高的电阻性损失。此外，用于巨大 储能的线圈尺寸是不可行的。Helmersson、 Christie和V16ek的现有技术文献显示，HIPIMS的 一个主要缺陷是每平均输入功率相对更低的淀积率。更低淀积率的原 因是溅射的材料可在良好进行的HIPIMS》文电中相对高度地电离化， 并且离子被吸回到阴极，并因此，它们大部分未到达衬底。HIPIMS中使用的高放电电流值也增大了形成电弧的风险。众所 周知的是，在电弧发生时，放电电压下降到10-100V的范围，电流增 大，并且放电本身收缩到一个或多个微小的热阴极斑点。由于系统中 能量放电太快，电弧是不可接受的。此类热斑点及熔滴和颗粒的排放 对耙表面造成的损害已有描述。已用于HIPIMS的一些电源使用电弧 抑制能力。 一个常见的电弧抑制技术使用图3的连线方案。电弧的出现通过图4和图5中的曲线图示出。图4示出无电弧发 生的典型HIPIMS脉冲，而图5是电弧事件的示例。电弧发生时，放 电阻抗大大降低。这导致电流急剧增大，但增大在幅度和上升方面受到L^、 Ll和Rcab的串联阻抗限制。通过熟知的技术之一(例如，通过 超过阈值电流)检测到电弧时，开关Sl立即设为断开状态，只带有受 使用的电子仪器和开关元件限制的延迟。不过，在电缆和线圈中存储 的能量E可能较大。如果在开关断开前的峰值电流是Ipeak,并且有效的电感L=Lcab + Ll ，则能量E=L Ipeak2 / 2。例如，Ipeak=2kA和L=l .OpH 得出能量E= 2J。这是能够例如在长达200微秒期间内电弧电压为50V 时输送200A的电弧电流的能量。在使用HIPIMS淀积装饰或硬涂层的技术工艺中，上述标准电弧 抑制可足以防止或限制靶损坏，并能够实现适当质量的淀积，特别是 在小心选择脉沖条件以防止或限制经常发生电弧和禁止电弧形成时。 不过，对于诸如半导体晶片处理、薄膜磁头、MEMS及光学或磁数据 存储等对颗粒敏感的工艺，馈入电弧的残余能量可能太大。淀积期间 从电弧排放的熔滴可导致在硅晶片或另一村底上产生的某些装置发 生故障。甚至更严重的问题可以是颗粒在处理室中累积，例如，在安 装新輩巴后。此类新耙经常显得比旧的溅射侵蚀靶更易于发生电弧。即 使在工艺本身期间未发生电弧，这样累积的颗粒也可能以后在生产工 艺期间从反应器壁释放(release)。用于电弧抑制的标准技术具有的一个缺本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于生成靶溅射以在衬底上产生涂层的设备，包括： 磁控管，包括阴极和阳极； 电源，可操作连接到所述磁控管； 至少一个电容器，可操作连接到所述电源； 电感，可操作连接到所述至少一个电容器； 第一开关，将所述电源 可操作连接到所述磁控管以便为所述磁控管充电，并配置用于向所述磁控管实施第一脉冲；以及 第二开关，可操作连接以便将所述磁控管放电并配置为根据第二脉冲将所述磁控管放电。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：S卡德莱克，J韦查特，
申请(专利权)人：OC欧瑞康巴尔斯公司，
类型：发明
国别省市：LI[列支敦士登]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。