到阳极的内表面22。图2所示的一体化阳极和活性反应气体源装置20被设计成以低阳极电压和很少的或没有电弧放电来运行。优选大约+15到+80伏的低阳极电压以减小过程变化。阳极内导电表面22通过绝缘材料33与接地的室壁32电绝缘。
[0071]在优选实施方式中，一体化阳极和活性反应气体源装置包括具有至少d = 10cm的直径和至少h = 20cm的长度的圆柱形容器，如图2所示，该容器的一端具有到镀膜室2的开口 21，并在相对端封闭。对于低散射处理，室压力低于0.267Pa(2mTorr.)。在阳极处的较高压力由阳极的较小开口 21以及经由进气口 29进入容器的处理气体和反应气体的控制流实现。最佳开口具有大约20cm2的面积且优选地是圆的。在操作中，容器可被加压到大于 0.400Pa(3mTorr.)。
[0072]在图4A和4B所示的合并有一体化阳极和活性反应气体源装置的磁控溅射设备的一个配置中，布置有阴极12，其中心在中心轴C处。该一体化阳极和活性反应气体源装置20被定位成邻近阴极12。安装到镀膜区域的至少一个衬底17在基本上等于一体化阳极和活性反应气体源装置20离中心轴C的距离的径向距离处绕着中心轴C的轨道旋转，使得至少一个衬底17在一体化阳极和活性反应气体源装置的开口 21之上通过。在该配置中可预期比图3A、3B中的更低的靶磨损梯度，因为更高的等离子体密度(高Ar离子浓度)和靶的毒化在同一位置处。
[0073]在图5A和5B所示的合并有一体化阳极和活性反应气体源装置的磁控溅射设备的另一配置中，阴极12从中心轴C平移一段径向距离。一个或多个衬底17在轨道中旋转，所述轨道具有等于阴极12被平移的径向距离的半径。该一体化阳极和活性反应气体源装置20也位于离邻近阴极12的中心的相同径向距离处，使得一个或多个衬底17在阴极12以及一体化阳极和活性反应气体源装置20之上快速连续地通过。
[0074]—体化阳极和活性反应气体源装置20可与其开口 21 —起位于磁控溅射设备中的环形阴极的中心处，如果图1和图6所示，因为开口 21相对远离强烈的磁场。这提高了系统的对称性，其被预期导致靶的均匀磨损图案，这提高了靶的利用度。
[0075]在图6A和6B所示的优选实施方式中，通过将氧气源包括在阳极容器中一起作为在阴极12的中心内的一体化阳极和活性反应气体源装置20，产生非常对称的系统，且靶磨损被预期是均匀的。可以额外提供位于离阴极12 —段距离处的辅助活性反应源(例如，如图1所示的20J以实现较高的沉积速率。实验表明，当来自靶的溅射材料的羽流以及活性和离子化氧的羽流交叠并同时到达待镀膜的衬底时，可实现具有低吸收性的金属氧化物的较高沉积速率。因此，使一体化阳极和活性反应气体源装置20在靶的中心是几乎理想的解决方案。源输出可以是离子化的或以其它方式活性的氧物质(例如，原子氧、臭氧)。一体化阳极和活性反应气体源装置20的开口 21恰好位于阴极12的中心内的靶表面平面44处。衬底17被支撑以在同心阴极12以及一体化阳极和活性反应气体源装置20之上旋转。从待镀膜的物体的表面平面46到包含容器的单个开口 21的平面的距离等于或大于从待镀膜的物体的表面平面到靶的表面平面的距离。
[0076]合并有一体化阳极和活性反应气体源装置的磁控溅射设备的另一示例性配置在图7A和7B中示出，其中两个一体化阳极和活性反应气体源装置20位于阴极12的相对侧上，每个容器和阴极位于离中心旋转轴C的相同径向距离处。用于待镀膜的一个或多个衬底的支撑物适合于在旋转(在相同的径向距离处绕着中心旋转轴C旋转)中支撑衬底，以便使衬底在阴极以及一体化阳极和活性反应气体源装置之上通过。两个一体化阳极和活性反应气体源装置20都可以连续地被使用，或以1Hz或更大的频率在它们之间交替循环使用。
[0077]用在例如同轴的或具有矩形或圆柱形阴极的不同磁控平台中的很多其它配置也是可行的。
【主权项】
1.一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。2.如权利要求1所述的磁控溅射设备，其中所述单个开口比所述容器的圆周小，以使所述内导电表面与大部分被派射的材料隔离。3.如权利要求2所述的磁控溅射设备，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。4.如权利要求3所述的磁控溅射设备，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。5.如权利要求4所述的磁控溅射设备，其中所述溅射气体是氩，而所述反应气体是氧或氮。6.如权利要求5所述的磁控溅射设备，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。7.如权利要求6所述的磁控溅射设备，其中所述容器的绝缘外表面被布置在所述镀膜室的外部。8.如权利要求7所述的磁控溅射设备，其中从待镀膜的物体的表面平面到包含所述容器的所述单个开口的平面的距离等于或大于从待镀膜的物体的表面平面到所述靶的表面平面的距离。9.如权利要求8所述的磁控溅射设备，其中包括所述一体化阳极和活性反应气体源装置的两个或多个容器被布置在邻近所述阴极的基本上相对的位置处。10.如权利要求8所述的磁控溅射设备，还包括用以补充所述一体化阳极和活性反应气体源装置的另一反应气体源。11.一种一体化阳极和活性反应气体源装置，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阴极的阳极，使得所述阳极是电子的优选返回路径， 与所述镀膜室的室壁电绝缘的所述容器的绝缘外表面， 与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。12.如权利要求11所述的一体化阳极和活性反应气体源装置，其中所述单个开口比所述容器的圆周小，以使所述内导电表面与大部分被溅射的材料隔离。13.如权利要求12所述的一体化阳极和活性反应气体源装置，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。14.如权利要求13所述的一体化阳极和活性反应气体源装置，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。15.如权利要求14所述的一体化阳极和活性反应气体源装置，其中所述溅射气体和反应气体通过单个进气口被提供到所述容器中。16.如权利要求14所述的一体化阳极和活性反应气体源装置，其中所述溅射气体和反应气体通过分开的进气口被提供到所述容器中。
【专利摘要】本发明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。
【IPC分类】H01J37/32, H01J37/34, C23C14/35
【公开号】CN105349955
【申请号】CN201510790668
【发明人】乔治·J.·欧肯法斯
【申请人】Jds尤尼弗思公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2011年10月8日
【公告号】CN102737950A, CN102737950B, EP2509100A2, EP2509100A3