用于控制溅射沉积过程的系统和装置的制作方法

专利名称：用于控制溅射沉积过程的系统和装置的制作方法
优先权要求本申请要求美国临时专利申请No.60/381,482，MichaelW.stowell，Jr.于2002年5月17日提出的题目为“脉冲电溅射沉积系统及装置”以及美国专利申请No.(未分配)，2003年5月15日提出的题目为“用于控制溅射沉积过程的系统及装置”的优先权。
背景技术：
基片上的薄膜导电和非导电涂层在工业中具有广泛的应用，包括平板显示器、半导体、触摸屏显示器、玻璃上的能量控制涂层、以及光学干涉滤光片，等应用。
这些薄膜以各种不同的方法被镀在表面上。一种常用的方法就是溅射沉积。典型地，在溅射沉积过程中，要被镀膜的物品，基片被放在小室中。一件在镀膜中使用的物质，称为对象，也被放在小室中。该对象与电压电源相连，并且作为电阴极/对象。典型地，溅射室是被抽空的，并且压力气体被注入溅射室中。在溅射室中选择使用的气体依赖于溅射过程是活性还是非活性过程。如果是活性过程，所述气体选择为与目标的物质发生反应来形成溅射在基片上所需的物质。对于非活性溅射，就选择惰性、非活性气体。
所述目标是通电的。电源的阳极与阴极/目标之间的电场将室中的气体电离。然后气体离子被电场打入目标中。当此过程在足够的能量作用下完成时，某些物质从目标中被去除。被去除的物质典型地在离目标一小段距离处变为电中性，并且从目标穿过溅射室向基片表面移动。如果此过程是活性的溅射过程，去除的物质在穿过溅射室的过程中与气体发生反应并且还可能在基片的表面发生反应。在基片上，目标物质或反应的目标物质形成了覆盖在基片的表面的薄膜。这种方法产生了高品质的薄膜，但是溅射的速度有时必须很慢来克服与溅射沉积过程相关的某些问题并且仍然保持均匀的薄膜涂层。
有几个问题是与溅射沉积过程，特别是活性溅射沉积过程相关的。例如，当物质被溅射时，反应可在溅射室中的气体和目标表面之间发生，在目标上形成电介质层，该电介质层可能成为电容并导致电弧放电。电弧放电可能导致基片的物质的不均匀的敷贴和涂层的缺陷。改变作用电压或执行溅射的速度有助于减少这些问题并且提高薄膜镀层的品质，但是不能完全成功的实现所有的目标。
非活性溅射沉积过程相对迅速。因为目标物质和溅射室内气体之间的反应更加频繁地发生，所以在活性溅射沉积过程中电弧放电典型地更加频繁地发生。由于这个和其它原因，活性溅射沉积通常比非活性溅射进行得慢。
各种类型的电源被尝试用于减少或补偿所发生的电弧放电。所使用的电压电源包含直流电源(DC)、交流电源(AC)、以及射频电源(RF)。虽然不同的电源被发现在某种配置下能够减少电弧放电的影响，所述系统仍然具有问题。另外，对于活性溅射，沉积能够执行的速度仍然非常慢，这就增加了生产合格产品所需的时间，并且因此维持了相当高的成本。
因此，需要一种执行溅射沉积的系统和方法，该方法和系统能够减少或消除来自于目标的电弧放电，且不影响沉积的薄膜的品质并尽量减少镀膜速度的降低，特别是当使用活性溅射时。
发明概述非导电和导电溅射薄膜的特性要求随着技术的进步变得更加严格。现有的磁控管溅射过程在其能力的某些方面是有限的，所述能力是用来有效的控制满足这些新需要的薄膜特性。现有的装置和过程能够且确实显示出功率极限以及无法精密控制溅射过程能量。
脉冲电源的使用，交流电源(AC)和直流电源(DC)，通过更好地控制溅射能量，对多种薄膜沉积过程以及薄膜特性，特别是透明薄膜有所帮助。这种控制是通过这些脉冲电源以用户定义的频率和强度自动熄灭并重新点燃等离子体来实现的。在来自于这些系统之一的每次电源脉冲或等离子体点燃的开端，有一个产生离子的更加广泛的电子能量的分配，并且因此产生了更大百分比的溅射物质。
对于脉冲直流电源，有多个开端和等离子体点燃来将电子能量提高至更高值，从而对所述过程有所帮助。通过控制所述脉冲持续时间、占空比、电子/离子能量，以及产生的脉冲数量，特定的溅射物质能够被控制。使用脉冲直流电源可使操作者有效地控制更多的溅射薄膜特性。
脉冲直流电源，在每个“关闭”周期中，典型地为目标提供反转的极性来去除附着在目标/阴极表面的电荷，并且因此减少电弧的机会。这种方法在减少目标/阴极最终引起的电弧的数目方面是非常有效的。此外，依靠脉冲直流电源的频率，从目标表面去除电流可作为电弧抑制器来限制每次可能发生的电弧放电所包含的能量的数量。
虽然使用脉冲直流电源比其它电流源更加有效并且能够提供更加均匀的溅射薄膜，但是我们感觉对所述系统还能进行其它改进来进一步减少附着在目标表面的电解质带来的问题并提高效率。在实验中，我们发现在阴极/目标上使用脉冲直流电源的同时使用射频(RF)电源，目标表面的电离效率提高了。这种电离效率的提高使得更多的氧化物质比不使用射频电源从表面被去除。对于较少的氧化物质，电弧放电的频率降低了，并且因此提高了薄膜的品质。这种电离效率提高的另一个好处就是它使得整个目标表面的刻蚀更加均匀，而不是通常发生的仅在目标的中心区域有一道轨迹。
脉冲直流电源结合射频电源的使用是通过精确控制产生溅射物质的电子/离子的最大能量来提高薄膜品质的有效的方法，这种方法增加了平均电子/离子能量，并且通过去除氧化粒子，从而减少了进入基片的物质的电弧放电。
总之，此发现使得用户能够获得比以前本领域的技术更高的产量以及更高品质的薄膜。产量的增加是电弧放电减少的结果，这意味着更少的微粒污染，基片没有“条纹”，并且减小了更高的沉积功率和/或速度损坏目标表面的可能性。通过调整脉冲频率和停留时间，可以从主动控制电子/离子的能量的能力中获得更高品质的薄膜。
上述已经相当广泛地概述了本发明的特点和技术优势，其目的是更好地理解下面对于本发明的详细描述。本发明的其它特点和优点将在下文中描述，下面的描述形成了本发明权利要求的主题。本领域的技术人员应能够意识到所公开的概念和特定实施例可以容易地作为修改或设计用来实现与本发明相同意图的其它设备。本领域的技术人员还应该认识到这些相同的设计不违反附加权利要求中提出的本发明的本质和范围。
附图简述为了更加完整地理解本发明及其优点，下面参考附图进行说明，其中

图1示出了本发明的溅射装置的一种运行环境的一部分的概念框图；图2示出了本发明的溅射装置的另一种运行环境的一部分的概念框图；图2A示出了如图2所示本发明的溅射装置的一种可选择的运行环境的一部分的概念框图；图3示出了表示阴极直流偏压关闭电路的典型电路图；图4示出了当在本发明的系统中探测到电弧时，电活动随时间变化的示波器描迹；和图5示出了当本发明的系统中探测到电弧时，电活动随时间变化的示波器描迹，该图示出了阴极的脉冲直流电压以及滤除射频干扰的脉冲直流电源。
发明详述在附图描述中，相同的参考数字被用于表示相同或相似的元件。考虑到简洁性，本领域中众所周知的各种其它元件，例如真空溅射沉积室，以及用于执行溅射沉积涂敷所需的元件等，没有示出或讨论。
在下面的讨论中，提出了多种特定细节来提供对于本发明的全面的理解。但是，对于本领域的技术人员来说显而易见的是本发明可在没有这些特定细节的情况下实现。在其它实施例中，众所周知的元件以原理图或方框图的形式描述，目的是不使本发明在不必要的细节中变得晦涩。
现在参考附图，清楚起见，所描述的元件没有必要按比例示出，并且其中在多个附图中相似或类似的元件由相同的参考数字表示。
图1示出了本发明的电弧放电抑制机制10的运行环境。目标安装板20可被用于固定目标，或阴极30；或者在某些运行环境中，没有必要使用安装板20。所述目标/阴极30，或目标安装板20，如果使用了目标安装板，与两个电源，脉冲直流电源系统100以及射频电源系统200电相连。所述脉冲直流电源系统100的脉冲直流电源120与位于阴极/目标30或目标安装板20的底部附近的馈电40通过高电流射频滤波器110相连。所述射频电源系统200的射频电源220与典型地位于阴极/目标30或目标安装板20的中部附近的馈电50通过调谐器210相连。在本发明的特定配置中，射频电源220和调谐器210已经被修改，使其结合能够检测发生在目标上的电弧放电并迅速关闭射频电源220的装置。
本发明的电弧抑制机构10是打算在真空沉积室(未示出)中使用。虽然所述机构10的特定部分能够被放在真空室(未示出)的外部，例如射频电源220、脉冲直流电源120、调谐器210、滤波器箱110以及目标安装板20，如果使用了，但是阴极/目标30典型地位于真空沉积室(未示出)的内部。但是，特定运行环境和装置的位置对于不同的装置是不同的。永久非移动的磁体、可移动磁体或旋转磁体(未示出)可被用于建立真空室中阴极的封闭磁场。真空室中使用的气体(未示出)是依赖于溅射涂层所期望的特性，如以前本领域中的一样。
射频电源220通过射频调谐器210与阴极/目标30相连，所述调谐器210被直接安装在阴极/目标30或安装板20的背面。一种可商业应用的射频电源220和调谐器210，例如高级能源提出的RFG3001 3KW型射频电源和AZX90调谐器，可被用在本发明中。所述射频电源220典型地为阴极/目标提供频率约为1MHz和94MHz之间的电源。
有时需要修改可商业应用的射频调谐器210使其包含直流偏压电弧探测电路和射频电弧探测电路，上述两种电路与关闭电路整合在一起来在探测到电弧时从阴极/目标30上断开射频电源220。通过为射频调谐器以及标准射频探测电路增加如图3所示的直流偏压探测电路，在感应电弧放电和关闭电源220的响应的时间延迟被减少，其结果是对于电弧的更加灵敏的系统反应。射频电源220还可根据需要被修改来允许迅速的打开和关闭电源。
标准的射频电弧探测电路已经与调谐器210一起使用来计算阴极/目标30的电压的dv/dt。所计算的dv/dt与阈值电压相比较。当dv/dt的值大于阈值电压时，射频电源220的输出就会被调谐器210抑制。从dv/dt的测量值被确定超过阈值到射频电源220的输出被减少使得dv/dt回到正常水平的响应时间约为150-200毫秒，此响应时间部分依赖于射频电源220运行的固有延迟。
对于射频电源220的中部的阴极/目标连接50的电压的连续采样是通过电阻网络进行的，并且与阈值电压值比较，阈值电压的数值范围被设定在大约20至350伏特之间，并且最好在70至120伏特之间，但是对于特定系统和溅射薄膜的期望特性，数值范围可能为20至350伏特。当阴极/目标30的脉冲直流电压由于电弧被切断时，在阴极/目标30处测量的电压会下降，这就作为射频电源系统200的信号，表明电弧已在目标30处产生，且脉冲直流电源120已根据电弧被切断。当阴极/目标30处测量的电压低于阈值电压值时，所述射频电源220的输出将通过固定给定值/调整电路或执行射频电源220的外部关闭来切断，这依赖于本发明使用的特定的运行环境。测量电压被确定下降低于阈值到射频电源220被关闭的响应时间会根据系统配置有所不同，其平均值约为40毫秒。
脉冲直流电源120与阴极/目标30通过高电流射频滤波器110相连，所述滤波器110被直接安装在阴极/目标30或安装板20的背面。所述高电流射频滤波器110，根据电弧抑制机构10的配置可能是标准Pi、Tee或LC滤波器，将脉冲直流电源120提供的电源与射频电源220提供的电源隔离并分开。可商用的电源，例如高级能源提出的尖顶加脉冲直流电源，可被用在本发明中。最好是脉冲直流电源120与内部电弧抑制机构结合使用。
脉冲直流功率系统100典型地监控阴极/目标30，并且当探测到电弧时，所述脉冲直流电源120被关闭一段时间。脉冲直流电源120的内部电弧抑制机构典型为可调整的，使得探测时间以及关闭时间能够调整，并且调整方法依赖于脉冲直流电源120的制造者。从阴极/目标30处的测量电压被确定下降低于阈值到脉冲直流电源120被关闭的响应时间典型只有数毫秒。当阴极/目标30处的电压由于脉冲直流电源120被关闭而下降时，与阴极/目标30相连的射频调谐器210的探测电路会探测到电压下降，并如上所述关闭射频电源220。
一旦所述脉冲直流电源120规定的关闭时间到达，脉冲直流电源120将会再次打开。
在本发明的一种运行环境中，所述系统能够被配置为如果脉冲直流电源120被再次打开，并且另一电弧事件同时发生，所述脉冲直流电源120将再次关闭，并且脉冲直流电源120的规定关闭时间将增加至脉冲直流电源120设定关闭时间的数倍。在脉冲直流电源120已经关闭了数倍于关闭时间的时间之后，它将会再次恢复。如果脉冲直流电源120第二次打开且还有另一电弧事件同时发生，脉冲直流电源120将会再一次关闭，并且脉冲直流电源120规定的关闭时间会增加至设定在脉冲直流电源120中的关闭时间的更多倍，且设定在脉冲直流电源上。在所述脉冲直流电源120关闭的时间等于关闭时间的更多倍数之后，它将会再次恢复。只要脉冲直流电源120的恢复同时遇到电弧事件，逐渐增加的关闭时间的循环将会继续。脉冲直流电源在没有同时的电弧事件时成功恢复之后，关闭时间会被重置为设定在脉冲直流电源120中的时间。这种方法有时被称为“渐进电弧关闭”。
当阴极/目标30的直流电压上升超过射频调谐器210感应电路中规定的阈值时，射频电源220也会重新打开。因为在射频电源220重新激活中存在固有的延迟，所以射频电源220重新打开的全部时间约为100-150毫秒，尽管此时间可通过修改电路而改善。从阴极/目标30上的电弧的开始到脉冲直流和射频电源120、220被关闭和重新恢复的全部平均时间小于2500毫秒，且最好约为400毫秒。
除了电弧放电的严重性被减轻之外，由于增加了探测到电弧时功率系统100、200的响应性，因为较少的电弧产生了较少的氧化物质，所以目标30表面的沉积产生得更慢，并且电弧放电事件的数目也减少了。典型地，在运行中，一旦所述系统已经预热，约有1-2次电弧/分钟发生，比起典型系统中经常能够看到的数百或数千次电弧/分钟，电弧的严重性也被降低了。
脉冲直流电源120根据0.1％-99.9％之间的可调占空比为目标/阴极提供电源，频率为大约0.1MHz至大约20MHz。典型地，频率约高，占空比越大。例如，在0.4MHz，占空比典型为12-15％；在1MHz，占空比为25-40％以及在3MHz占空比为50-70％。占空比指的是脉冲直流电源120打开的时间的百分比。因此，占空比为15％指的是脉冲直流电源120在每个周期的15％的时间为目标供电的情况。因此，频率为100MHz且占空比为25％指的是当以频率为100MH运行的脉冲直流电源120打开的时间为2.5×10-6秒并且其关闭的时间为7.5×10-6秒，然后重复此过程。脉冲直流电源120在打开阶段期间的优选输出为恒定电压的恒定电源输出。
在如图1所示的本发明的系统10的运行环境中，由于射频和直流电弧探测电路被整合到射频调节器210中，所以在脉冲直流电源系统100和射频电源系统200之间不需要有物理连接来获得期望的电弧探测和保护。
图2示出了本发明的电弧抑制机构12的另一种运行环境。在此运行环境中，脉冲直流电源系统150与射频电源系统250通过反馈控制机构180相连，该反馈控制机构在脉冲直流电源120关闭的时候关掉射频电源220。在此运行环境中，目标安装板20可被用于固定目标，或阴极30，但不是所有的配置都需要此目标安装板。目标/阴极30，或如果使用了目标安装板，目标安装板20，与脉冲直流电源系统150以及射频电源系统250电相连。所述脉冲直流电源系统150的脉冲直流电源120与位于阴极/目标30或目标安装板20底部附近的馈电40通过射频滤波器160相连。如果不安装射频滤波器160，我们发现反馈到脉冲直流电源120中的射频电源可能损坏脉冲直流电源120中的电压感应电路。射频电源220与匹配网络260的输入相连，并且射频电源输出与位于阴极/目标30或目标安装板20中部附近的馈电50相连。
此系统配置的一种可选择的运行环境如图2A所示。在此运行环境中，来自于匹配网络260的射频电源输出与射频滤波器160相连，并且射频功率被位于阴极/目标30或目标安装板20底部附近的馈电40处理。
所述匹配网络260阻塞来自于射频电源220的直流反馈，以便防止射频电源220被直流反馈损坏。在图2和图2A所示的本发明的运行环境中，脉冲直流电源120和用于电弧抑制的射频控制机构270之间的反馈是通过反馈控制机构180提供的。当电弧产生时，所述脉冲直流电源系统150感应到阴极/目标30的电压的迅速下降，并关闭脉冲直流电源120的输出。此关闭反过来导致一个信号从脉冲直流电源120通过反馈控制机构180发送给射频电源220，该反馈控制机构关闭射频电源220直到电弧停止。所述反馈控制机构180向射频控制机构270馈给高电平或关闭信号，射频控制机构270通过匹配网络260中的射频逆变器向射频电源220发送信号来关闭射频输出。当电弧事件被清除且脉冲直流电源120被量新打开时，所述反馈控制机构180向射频控制机构270发送低电平/打开信号，所述射频控制机构270向匹配网络260发送信号使得射频电源220重新打开。关闭射频电源220的响应时间在本发明的此电路中是非常迅速的，典型的小于250毫秒。
在本发明的机构的不同运行环境的测试期间，我们发现相互独立运行的多个电弧抑制机构10、12可邻近放置，且对于单元抑制电弧放电的能力没有明显影响，也不影响由其它机构的邻近而引起的机构的速度。
射频电源以及脉冲直流电源的应用还允许操作者在所产生的溅射薄膜不符合期望的性能规格时调整目标的表面上的近似最大电子/离子能量水平。
通常，在以前本领域的发明中，当执行溅射时真空室内的气体压力维持在大约2×10-3Torr(0.3帕斯卡)。以前本领域的过程还要求目标表面的磁场最少为600奥斯特(Oe)。在本系统中使用射频电源和直流电源的一种意外收益是磁场、运行压力以及运行温度可与以前本领域中要求的条件不同。当本发明中的溅射执行时所述真空室中的运行压力可典型地维持在大约1×10-3至10×10-3Torr，依赖于特定的应用，其优选的范围为1.5×10-3至5.5×10-3Torr。已经证明本发明的系统的运行在场强度小于(以及大于)600奥斯特，且阴极/目标上几乎完全没有电弧时是有效的。
图3示出了射频调谐器210的阴极直流偏压关闭电路的变体。所述阴极直流偏压关闭电路300连续采样阴极馈电50处的电压。电压信号302通过电阻R1 310进入电路。所述电压信号302通过电阻R2 312馈给，电阻R2 312以因数100除以电压，来产生每1000伏特电平为10伏特的信号，该1000伏特的电压是在阴极50处读取的。通过处理通过滤波器320的信号，射频电压信号302从脉冲直流波形中过滤出来，滤波器320包含电感322以及两个电容324、326。所过滤的电压信号303被馈给比较器330的正极，比较器330将电压信号303与馈入比较器330负极的阈值电压相比较。馈入比较器330的负极的阈值电压是通过阈值电路330获得的，阈值电路330提供来自于电阻R3，334；R5，336；以及R6，338的反向输入，即阴极电压的百分之一伏特。当过滤的电压信号下降低于阈值电压时，比较器330的输出为高电平信号304，在此实施例中约为15伏特。此高电平信号304被电阻R4，340以及15VDC稳压二极管，342固定并限制。有限的高电平304被馈入MOSFET 30(金属-氧化物半导体场效应晶体管)，打开MOSFET30(金属-氧化物半导体场效应晶体管)，MOSFET 30固定射频关闭信号360，射频关闭信号360使射频输出电压降为零。依靠所使用的电弧抑制机构10的运行环境和配置，所述关闭电路300可在射频电源220的内部或外部。
虽然多种其它配置已经被使用，但在测试期间研制出的本发明的一种运行环境在此作为特定系统配置的一个实施例描述。该系统在真空室(未示出)内整合了两个电弧抑制机构10。每个电弧抑制机构10的阴极/目标30长度为78英寸(1980毫米)。相邻的阴极/目标30被放在14英寸中线上，使得阴极体之间有4英寸的空隙。所述系统与独立的射频电源220和脉冲直流电源120，所述射频电源和脉冲直流电源与各阴极/目标30相连，以及分立的调谐器210和高电流射频滤波器110一起运行，所述调谐器和高电流射频滤波器与各阴极/目标30相连。射频电源20的频率约为13.56MHz。虽然阴极/目标30能够具有分立的阳极，但是此系统的配置中没有分立的阳极，靠的是非常接近的接地的表面作为阳极。每个阴极/目标30合并仅延伸到目标极板处的侧面暗区罩(未示出)；所述侧面暗区罩没有延伸超过目标极板来形成保护外壳箱或阳极。
永久非移动磁体(未示出)被用于在本发明的运行环境中建立封闭磁场。磁体的水平场强范围是400-1200Gauss。目标物质为比例为90/10的In2O3∶SnO。氧、氢以及氮的混合物为本发明的此运行环境的真空室中使用的气体。目标到基片的距离约为3.5″至4″(89-102毫米)。当溅射正在进行时真空室中的运行压力被维持在大约3.5×10-3Torr至4.5×10-3Torr。
测试使用上述系统进行。基于对所产生的涂层的计算和测量，系统10中的电弧探测阈值被设定为约75VDC。在不同功率电平时的测试结果如下所述脉冲直流电源为1KW时
脉冲直流电源为2KW时
脉冲直流电源为3KW时
脉冲直流电源为4KW时
图4示出了当本发明的系统中探测到电弧时电活动对于时间的示波器描迹。信道1示出了所监控的被过滤的直流阴极电压的活动，信道3示出了射频开/关信号。当脉冲直流电源的电弧抑制机构探测到电弧事件，410时，脉冲直流电源被关闭一段时间。当阴极/目标处的电压由于脉冲直流电源被关闭而下降时，与阴极/目标相连的射频电源系统的探测电路会探测到电压下降，并且也关闭射频电源，420。如描迹图中所示，从测量电压被确定下降低于阈值到射频电源被关闭之间的时间只有数毫秒。
一旦脉冲直流电源的预定关闭时间到达，脉冲直流电源将会再次打开，430。当阴极/目标处的直流电压上升超过射频电源系统中指定的阈值时，射频电源也将重新打开，440。
图5示出了当本发明的系统中探测到电弧时电活动对于时间的示波器描迹。信道1示出了所监控的过滤的直流阴极电压的活动，信道3示出了射频开/关信号。当脉冲直流电源的电弧抑制机构探测到电弧，510时，脉冲直流电源被关闭特定的一段时间。当阴极/目标处的电压由于脉冲直流电源被关闭而下降时，与阴极/目标相连的射频电源系统中的探测电路将探测到电压下降，且同样关闭射频电源，520。如描迹图所示，从测量电压被确定下降低于阈值到射频电源被关闭的之间的时间只有数毫秒。
一旦脉冲直流电源的预定关闭时间到达，脉冲直流电源将再次打开，530。当阴极/目标处的直流电压上升超过在射频电源系统中指定的阈值时，射频电源也会收到信号并重新打开，540。注意到，在射频电源重新激活550，以及射频电源重新在线的时间中存在固有延迟。
已经通过参考特定优选实施例描述了本发明，应注意到所公开的实施例是说明性的而不是实际上有限制，而且大范围的变动、修改、变化以及替换在上述公开的内容中是可预期的，在某些实施例中，本发明的某些特性可在不相应使用其它特性时采用。在回顾上述优选实施例的基础上，本领域的技术人员可进行多个这种变化和变体。因此，广泛地且以与本发明的范围一致的方式分析附加权利要求是恰当的。
权利要求
1.一种执行磁控管溅射沉积的方法，该方法包含a)为了执行溅射沉积，从至少一个射频电源系统向至少一个目标施加电源，该射频电源系统至少包含i)一个频率至少为1MHZ且不大于100MHz的射频电源；ii)一个调谐器；和iii)一个直流偏压探测电路；和b)为了执行溅射沉积从至少一个脉冲直流电源系统向至少一个目标施加电源，该脉冲直流电源系统至少包含i)一个频率至少为0.1MHZ且不大于20MHz的脉冲直流电源，该电源的占空比至少为0.1％且不大于99.9％；ii)一个滤波器单元；和iii)一个感应器。
2.如权利要求1所述的方法，其中脉冲直流电源在电源作用的至少部分时间内反转作用于目标的电压的极性。
3.一种在磁控管溅射沉积过程中抑制目标上的电弧的方法，该方法包含a)从脉冲直流电源系统向目标施加电源，该脉冲直流电源系统至少包含i)一个脉冲直流电源；和ii)一个滤波器单元；b)从射频电源系统向目标施加电源，该射频电源系统至少包含i)一个射频电源；ii)一个调谐器；和iii)一个监控目标的直流电压的直流偏压探测电路；c)监控目标上的电源，以便探测目标表面的电弧；d)当目标表面探测到电弧时关闭脉冲直流电源；e)通过直流偏压探测电路监控目标上的直流电压来探测何时目标上的脉冲直流电源下降低于预定的阈值电压；和f)当直流偏压探测电路探测到目标上的电源减少时，向射频电源发送信号以便关闭。
4.如权利要求3所述的方法，其中脉冲直流电源在电源作用的指少部分时间内反转作用于目标的电压极性。
5.如权利要求3所述的方法，其中脉冲直流电源的频率为至少0.1MHZ且不大于20MHz。
6.如权利要求3所述的方法，其中脉冲直流电源的占空比为至少为0.1％且不大于99.9％。
7.如权利要求3所述的方法，进一步包含当预定时间到达时向脉冲直流电源发送信号使其重新打开。
8.如权利要求3所述的方法，进一步包含当脉冲直流电源输出电压超过预定的阈值电压时，向射频电源发送信号使其重新打开。
9.如权利要求3所述的方法，其中阈值电压为至少20伏特且不大于350伏特。
10.如权利要求3所述的方法，其中从目标表面探测到电弧到射频电源重新打开的时间少于2500毫秒。
11.如权利要求7所述的方法，进一步包含当重新打开脉冲直流电源时在目标上感应电弧，并且响应目标上探测的电弧将脉冲直流电源关闭预定时间的数倍。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包含当脉冲直流电源在关闭预定时间的数倍后重新打开时在目标上感应电弧，并且响应目标上探测的电弧关闭脉冲直流电源预定时间的更多倍。
13.如权利要求11或12所述的方法，进一步包含当经过预定时间的更多倍后重新打开脉冲直流电源时在目标上没有感应电弧，并且将预定的时间重置为其初始值。
14.一种在磁控管溅射沉积过程中抑制目标上电弧的方法，该方法包含a)由脉冲直流电源系统向目标施加电源，该脉冲直流电源系统至少包含i)一个脉冲直流电源；ii)一个滤波器单元；和iii)一个感应器；b)从射频电源系统向目标施加电源，该射频电源系统至少包含i)一个射频电源；ii)一个射频控制器；iii)一个匹配网络；和iv)一个由脉冲直流电源系统向射频电源系统提供输入的反馈控制机构；c)监控目标上的电源来探测目标表面的电弧；d)当在目标的表面上探测到电弧时关闭脉冲直流电源；和e)当脉冲直流电源被关闭而使得射频电源关闭时，由脉冲直流电源系统向射频电源系统发送信号以便关闭。
15.如权利要求14所述的方法，其中在电源作用的至少部分时间内，脉冲直流电源反转施加于目标上的电压的极性。
16.如权利要求14所述的方法，其中脉冲直流电源的频率至少为0.1MHz且不大于20MHz。
17.如权利要求14所述的方法，其中脉冲直流电源的占空比至少为0.1％且不大于99.9％。
18.如权利要求14所述的方法，其中射频电源的功率至少为1MHz且不大于100MHz。
19.如权利要求14所述的方法，进一步包含当预定的时间到达时，向脉冲直流电源发送信号使其重新打开。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包含当脉冲直流电源被重新打开时，通过反馈控制机构向射频电源发送信号使其重新打开。
21.如权利要求14所述的方法，其中从目标上的脉冲直流电源下降到低于预定阈值到射频电源关闭的时间小于250毫秒。
22.如权利要求14所述的方法，进一步包含当重新打开脉冲直流电源时在目标上感应电弧，并且响应目标上的电脉冲关闭脉冲直流电源预定时间的数倍。
23.如权利要求22所述的方法，进一步包含当脉冲直流电源在预定时间的数倍后重新打开时在目标上感应电弧，并且响应感应到的电脉冲以预定时间的更多倍关闭脉冲直流电源。
24.如权利要求22或23所述的方法，进一步包含当经过预定时间的更多倍之后脉冲直流电源重新打开时，在目标上不感应电弧，并且将预定时间重置为其初始值。
25.如权利要求14所述的方法，其中滤波器单元阻塞来自于脉冲直流电源的射频反馈。
26.如权利要求14所述的方法，其中匹配网络阻塞来自于射频电源的直流反馈。
27.一种用于抑制真空溅射沉积系统中的目标上的电弧的装置，该装置包含a)一个脉冲直流电源系统，该脉冲直流电源系统至少包含i)一个脉冲直流电源；ii)一个滤波器单元；和iii)一个感应器；b)一个射频电源系统，该射频电源系统至少包含i)一个射频电源；ii)一个调谐器；和iii)一个直流偏压探测电路；c)一个与脉冲直流电源系统和射频电源系统电气相连的目标；d)脉冲直流功率系统中的感应器，该感应器监控目标机构的表面来探测电弧，并且当目标表面探测到电弧时向脉冲直流电源发送信号使其关闭；和e)用于探测目标上的脉冲直流电源何时下降低于预定的阈值，以及向射频电源发送信号使其关闭的直流偏压探测电路。
28.如权利要求27所述的装置，其中在电源作用的至少部分时间内，脉冲直流电源反转作用在目标上的电压的极性。
29.如权利要求27所述的装置，其中脉冲直流电源的频率至少为0.1MHz且不大于20MHz。
30.如权利要求27所述的装置，其中脉冲直流电源的占空比至少为0.1％且不大于99.9％。
31.如权利要求27所述的装置，其中射频电源的频率至少为1MHz且不大于100MHz。
32.如权利要求27所述的装置，其中脉冲直流电源的占空比至少为10％且不大于20％，并且其频率至少为0.25MHz且不大于0.6MHz。
33.如权利要求27所述的装置，其中脉冲直流电源的占空比至少为20％且不大于45％，并且其频率至少为0.75MHz且不大于1.25MHz。
34.如权利要求27所述的装置，其中脉冲直流电源的占空比至少为45％且不大于70％，并且其频率至少为2.5MHz且不大于4MHz。
35.如权利要求27所述的装置，其中射频电源系统与目标通过位于目标的中部的馈线电气相连，并且脉冲直流电源系统通过位于目标末端附近的馈线与目标电气相连。
36.如权利要求27所述的装置，进一步包含一个安装板，所述目标是附着在安装板上的，通过位于目标安装板中部的馈线与目标电气相连的射频电源系统以及通过位于目标安装板的末端附近的馈线与目标电气相连的脉冲直流电源系统。
37.如权利要求27所述的装置，其中当预定时间结束时，感应器向脉冲直流电源发送信号使其重新打开。
38.如权利要求37所述的装置，其中脉冲直流电源重新打开之后，信号被发送到射频电源使其重新打开。
39.如权利要求37所述的装置，其中感应器进一步包含当脉冲直流电源重新打开时用于探测目标上的电弧，以及响应目标上探测到的电弧关闭脉冲直流电源预定时间的数倍的装置。
40.如权利要求39所述的装置，其中感应器进一步包含当脉冲直流电源在预定时间的数倍之后重新打开时用于感应目标上的电弧，以及响应目标上探测到的电弧关闭脉冲直流电源预定时间的更多倍的装置。
41.如权利要求39或40所述的方法，其中感应器进一步包含当脉冲直流电源在预定时间的更多倍之后重新打开时用于感应在目标上没有发生电弧，以及将预定时间重置为其初始值的装置。
42.如权利要求27所述的装置，其中真空溅射沉积系统室中的运行压力维持在1.0×10-3Torr与10×10-3Torr之间。
43.如权利要求27所述的装置，其中真空溅射沉积室中目标表面上的磁场维持在小于600奥斯特。
44.一种在真空溅射沉积系统中用于抑制电弧的装置，该装置包含a)一个脉冲直流电源系统，该脉冲直流电源系统至少包含i)一个脉冲直流电源；ii)一个滤波器单元；和iii)一个感应器；b)一个射频电源系统，该射频电源系统至少包含i)一个射频电源；ii)一个射频控制器；和iii)一个匹配网络；c)一个与脉冲直流电源系统和射频电源系统电气相连的目标；d)脉冲直流功率系统中的感应器，该感应器监控目标机构的表面来探测目标机构表面的电弧，并且当目标表面上探测到电弧时向脉冲直流电源发送信号使其关闭；和e)一个反馈控制机构，该反馈控制机构能够探测脉冲直流电源的关闭并且能够向射频电源发送信号使其关闭。
45.如权利要求44所述的装置，其中脉冲直流电源在电源作用的至少部分时间内反转施加于目标的电压的极性。
46.如权利要求44所述的装置，其中脉冲直流电源的频率为至少0.1MHz且不大于20MHz。
47.如权利要求44所述的装置，其中脉冲直流电源的占空比为至少0.1％且不大于99.9％。
48.如权利要求44所述的装置，其中射频电源的频率为至少1MHz且不大于100MHz。
49.如权利要求44所述的装置，其中脉冲直流电源的占空比为至少10％且不大于20％，并且其频率为至少0.25MHz且不大于0.6MHz。
50.如权利要求44所述的装置，其中脉冲直流电源的占空比为至少20％且不大于45％，并且其频率为至少0.75MHz且不大于1.25MHz。
51.如权利要求44所述的装置，其中脉冲直流电源的占空比为至少45％且不大于70％，并且其频率为至少2.5MHz且不大于4MHz。
52.如权利要求44所述的装置，其中射频电源系统通过位于目标中部的馈线与目标电气相连，并且脉冲直流电源系统通过位于目标末端附近的馈线与目标电气相连。
53.如权利要求44所述的装置，其中射频地电源系统通过脉冲直流电源系统的滤波器单元与馈线电气相连，并且脉冲直流电源与位于目标末端的馈线电气相连。
54.如权利要求44所述的装置，进一步包含一个与目标相连的安装板、通过位于目标安装板中部的馈电与目标电相连的射频电源系统以及通过位于目标安装板底部附近的馈线与目标电气相连的脉冲直流电源系统。
55.如权利要求44所述的装置，进一步包含与目标相连的安装板，射频电源系统，该系统通过位于安装板底部附近的馈线以及脉冲直流电源系统的滤波器单元与目标电气相连，和通过位于目标安装板末端附近的馈线与目标电气相连的脉冲直流电源系统。
56.如权利要求44所述的装置，其中当预定时间结束时，感应器向脉冲直流电源发送信号使其重新打开。
57.如权利要求44所述的装置，其中脉冲直流电源重新打开之后，控制机构向射频电源发送信号使其重新打开。
58.如权利要求56所述的装置，其中感应器进一步包含当脉冲直流电源重新打开时用于探测目标上的电弧，以及响应目标上探测到的电弧关闭脉冲直流电源预定时间的数倍的装置。
59.如权利要求58所述的装置，其中感应器进一步包含用于当脉冲直流电源在数倍于预定时间之后重新打开时感应目标上的电弧，以及响应目标上探测到的电弧关闭脉冲直流电源预定时间的更多倍的装置。
60.如权利要求58或59所述的装置，其中感应器进一步包含当脉冲直流电源在预定时间的更多倍之后重新打开时在目标上感应不到电弧，并且将预定时间重置为其初始值的装置。
61.如权利要求44所述的装置，其中滤波器单元阻塞来自于脉冲直流电源的射频反馈。
62.如权利要求44所数的装置，其中匹配网络阻塞来自于射频电源的直流反馈。
63.如权利要求44所数的装置，其中真空溅射沉积系统室中的运行压力维持在1.0×10-3Torr与10×10-3Torr之间。
64.如权利要求44所述的装置，其中真空溅射沉积室中的目标表面上维持的磁场小于600奥斯特。
全文摘要
用于溅射沉积的方法和装置，其中脉冲直流电源和射频电源向溅射沉积装置供电。所述脉冲直流电源提供一个打开周期，其中电源被作用于目标上，以及一个关闭周期，其中反转极性被作用于目标上。反转极性作用的影响为去除已聚集在目标表面的任何电荷。这就减少了在目标表面产生电弧放电的可能性，电弧放电可能降低沉积在基片上的薄膜的品质。通过同时在目标上作用射频电源和脉冲直流电源，目标表面的电离效率提高了。这就使得更多的物质从目标表面以更快的速度被去除。
文档编号C23C14/34GK1653206SQ03811101
公开日2005年8月10日 申请日期2003年5月16日 优先权日2002年5月17日
发明者M·W·小斯托维尔 申请人:应用菲林公司