用在磁控溅射设备中的一体化阳极和活性反应气体源装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用在磁控溅射设备中的一体化阳极和活性反应气体源装置以及将其合并的磁控溅射设备。该一体化阳极和活性反应气体源装置包括具有内导电表面的容器，该容器包括阳极和与镀膜室的室壁绝缘的绝缘外体。该容器具有与镀膜室连通的单个开口，该单个开口具有比容器的圆周小的圆周。溅射气体和反应气体通过输入口耦合到容器中并通过该单个开口耦合到镀膜室中。等离子体被来自于阴极并通过阳极返回到电源的高密度的电子点燃。相对低的阳极电压足以维持活性反应气体的等离子体以形成化学计量的介电镀膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及用于将材料沉积在衬底上的磁控溅射设备。更具体地，本专利技术涉及用在磁控溅射设备中的一体化阳极和活性反应气体源装置以及将其合并的磁控溅射设备。
技术介绍
溅射镀膜是用于将材料的薄膜沉积在衬底上的一种广泛使用的技术。在溅射沉积工艺中，离子通常通过气体原子和辉光放电中的电子之间的碰撞产生。离子通过电场被加速到阴极处的镀膜材料的靶中，使靶材料的原子从靶表面喷射。衬底被放置在适当的位置上，以便它拦截一部分喷射的原子。因此，靶材料的镀膜沉积在衬底的表面上。在反应溅射 中，气体物质也存在于衬底表面处，并与来自祀表面的原子起反应，且在一些实施方式中与来自靶表面的原子组合，以形成期望的镀膜材料。在操作中，当溅射气体例如氩被导入镀膜室时，施加在阴极和阳极之间的DC电压将氩离子化成等离子体，且带正电的氩离子被吸引到带负电的阴极。离子以相当大的能量撞击阴极前方的靶，并使靶原子或原子团簇从靶中被溅射出来。一些靶粒子撞击并沉积在待镀膜的晶片或衬底材料上，从而形成膜。为了获得增加的沉积速率和较低的操作压力，使用磁控增强的阴极。在平面磁控管中，阴极包括被布置在闭环中并被安装在相对于镀膜材料的平坦靶板固定的位置上的永久磁铁的阵列。因此，磁场使电子在通常称为“跑道”的闭环中行进，该跑道建立靶材料的溅射或腐蚀发生所沿着的路径或区域。在磁控管阴极中，磁场约束辉光放电等离子体，并增加在电场的影响下移动的电子的路径长度。这导致气体原子-电子碰撞概率的增加，从而导致比在没有使用磁约束的情况下获得的溅射速率高得多的溅射速率。此外，溅射过程可在低得多的气体压力下完成。一般，磁控溅射系统在溅射期间在ZMOMpa-NKr—1帕的压力下操作。为了建立这个压力，室一般被抽气到< 1*10~_4帕的压力，且气体，通常是氩气(且在反应溅射氩和氧或氮的情况下)，的控制流被馈送到室中以维持期望的压力。在二极管系统的情况下，即，当不使用磁铁时，需要> 2帕的压力以能够点燃并维持等离子体。高压具有平均自由程极大地减小的缺点，这引起大范围的气体散射。这导致模糊(hazy)的镀膜。在磁控溅射设备中，阳极提供不同于带负电的阴极的电荷。这可与电荷被提供到室壁一样被简单地提供。然而，被溅射的材料也被沉积在暴露于被溅射的原子的任何表面上。如果镀膜是电绝缘材料例如金属氧化物，则材料在溅射装置的其它部分上的堆积可能引起问题。特别是，绝缘镀膜在阳极上的堆积干扰阳极从等离子体移除电子的能力，如维持等离子体的电荷平衡所需要的。这使等离子体不稳定，并干扰沉积控制。镀膜堆积将使阳极位置移动到系统中的另一表面。这个不稳定性影响镀膜质量。为了克服阳极被涂有镀膜材料的问题，有很多现有技术阳极被提出。很多现有技术阳极在非常高的电压处起作用，但这也增加了电弧放电问题，会损坏镀膜质量。期望能提供稳定的阳极位置的低压阳极，以确保一致的镀膜质量。在2005年3月7日提交的公布号20060049041的美国专利中公开了阳极容器，其可在低压时提供稳定的阳极位置。该阳极包括具有与镀膜室连通的单个开口的容器的内表面。容器的内表面是电子的优选返回路径。阳极容器也是溅射气体的源，其从阳极容器中的进气口通过该单个开口进入镀膜室。该单个开口的尺寸及其位置起到防止镀膜材料堆积在阳极的带电内表面上的作用。很多光学镀膜需要氧化物或其它化合物的沉积。这样的材料优选地在反应溅射模式中产生，在该模式中，金属靶被溅射，且氧、氮或另一反应气体被添加到该工艺。被溅射的材料和活性氧物质同时到达衬底。为了获得最佳氧气部分压力，需要找到最佳气流，例如氧气流。如果氧气流流量太低，则膜不是化学计量的，且具有高吸收损失。如果它太高，靶表面变得比所需要的更氧化，妨碍以最高可能的沉积速率的操作。金属靶的溅射速率可以是完全氧化的靶的溅射速率的10倍。如果氧被活化并导向衬底，则可增加氧化有效性，因而增加可能的沉积速率。在此公开了对氧化物的反应溅射过程。所有方面可类似地应用于氮或其它反应过程。为了在具有低光学吸收曲线或没有光学吸收曲线的磁控溅射设备中产生介电镀膜，必须提供额外的活性反应气体源来提供氧或氮以产生等离子体。市场上可买到的活性 反应气体源的例子包括来自JDSU (JDS尤尼弗思公司)的PAS、来自Pro Vac公司的Taurion源、来自Kaufman & Robinson公司的KRI源、来自Leybold公司的APS源。当前的活性反应气体源是复杂的。一些源需要昂贵的电子器件。一些源需要灯丝，而灯丝的寿命是有限的。这些设备非常昂贵，且可能需要密集的维护。在图3A和3B中示出了现有技术的阳极容器19和分开的反应气体源36的配置。阴极12被定位成其中心在中心旋转轴C处。提供氩气的离子化源的阳极容器19被布置在阴极12的一侧，而离子化氧的反应气体源36被布置在阴极12的相对侧。衬底17在反应气体源36之上绕着阴极12的圆周旋转。在使用标准阴极12的反应溅射的情况下，观察到靶磨损的大变化，其限制了靶的利用。在图3B中的截面图中可看到靶14，在接近于反应气体(氧化)源36的侧面上，由于靶氧化(毒化)的增加，靶磨损低；而在接近于阳极19的一侧，由于等离子体密度的增加，靶磨损高。因此，非常期望用于磁控溅射设备中的活性反应气体的更简单的、更不昂贵的和更可靠的源。也期望增加所沉积的膜的氧化的效率，以便增加反应溅射的沉积速率。也期望维持低温处理(即使功率输入增加)，以便能够处理温度敏感材料。
技术实现思路
本专利技术发现，通过使阳极容器与反应气体源成一整体，可在磁控溅射设备中提供活性反应物质，用于在更简单的、更有效的和更有成本效益的设备中应用介电镀膜。因此，本专利技术包括用于给物体镀膜的磁控溅射设备，其包括镀膜室，其适合于在操作中被抽真空；阴极，其包括靶，所述靶包括用于形成镀膜的材料；一个或多个镀膜区域，其具有支撑物以支撑在镀膜区域内的待镀膜的物体；以及一体化阳极和活性反应气体源装置，其包括容器，该容器包括 容器的内导电表面，该内导电表面电I禹合到电源的正输出端，包括用于将电压差提供到阴极的阳极，使得该阳极是电子的优选返回路径；容器的绝缘外表面，与所述镀膜室的室壁电绝缘；通向容器内部的与镀膜室连通的单个开口 ；溅射气体源，其被耦合到容器中，用于通过所述单个开口将溅射气体提供到镀膜室中；以及反应气体源，其被耦合到容器中，用于通过所述单个开口将反应气体提供到镀膜室中。进一步限定了本专利技术的实施方式，其中单个开口比容器的圆周小，以使内导电表面与大部分被派射的材料隔离。 进一步限定了本专利技术的实施方式，其中设置所述单个开口的尺寸，使得溅射气体和反应气体的气流能够被选择成局部地升高所述容器内的压力以高于所述镀膜室中的压力。进一步限定了本专利技术的实施方式，其中提供到所述阳极的电压是15到80伏，所述阳极包括所述容器的所述内导电表面。进一步限定了本专利技术的实施方式，其中溅射气体是氩，而反应气体是氧或氮。进一步限定了本专利技术的实施方式，其中包括所述一体化阳极和活性反应气体源装置的所述容器的所述单个开口被耦合到所述镀膜室的室壁，所述室壁为所述镀膜室与所述阴极相邻的共同室壁。进一步限定了本专利技术的实施方式，其中容器的绝缘外表面被布置在镀膜室的外部。进一步限定了本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使物体镀有镀膜的磁控溅射设备，包括：镀膜室，其适合于在操作中被抽真空；阴极，其包括靶，所述靶包括用于形成镀膜的材料；一个或多个镀膜区域，其具有支撑物以支撑在所述镀膜区域内的待镀膜的物体；以及一体化阳极和活性反应气体源装置，其包括容器，所述容器包括：所述容器的内导电表面，所述内导电表面电耦合到电源的正输出端，包括用于将电压差提供到所述阴极的阳极，使得所述阳极是电子的优选返回路径；所述容器的绝缘外表面，与所述镀膜室的室壁电绝缘；通向所述容器的内部的与所述镀膜室连通的单个开口；溅射气体源，其被耦合到所述容器中，用于通过所述单个开口将溅射气体提供到所述镀膜室中；以及反应气体源，其被耦合到所述容器中，用于通过所述单个开口将反应气体提供到所述镀膜室中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·J·欧肯法斯，
申请(专利权)人：JDS尤尼弗思公司，
类型：发明
国别省市：