在脉冲双磁控管溅射(dms)工艺中平衡靶消耗的系统和方法
【专利说明】在脉冲双磁控管溅射(DMS)工艺中平衡靶消耗的系统和方法
[0001 ]优先权
[0002]本申请要求2013年7月17日提交的名称为在脉冲双磁控管溅射(DMS)工艺中平衡革巴消耗的系统和方法(System and Method for Balancing Consumpt1n of Targets inPulsed Dual Magnetron Sputtering(DMS)Processes)的美国临时申请号61/847,498的优先权。
[0003]版权
[0004]本专利文件的公开内容的一部分包含受版权保护的材料。版权拥有者不反对复制任何专利公开内容，因为它出现在专利和商标局的专利档案或记录中，但在其他方面保留任何的全部版权权利。
技术领域
[0005]本发明大体涉及基于等离子体的溅射，并且更具体地涉及反应性溅射。
【背景技术】
[0006]在磁控管溅射系统中进行反应性溅射。从磁控管溅射的材料与反应性气体在衬底(被涂覆的对象)结合，以在其表面上形成化合物。所述反应性气体也与靶表面反应，在靶表面形成化合物。这些系统可以在金属模式或中毒模式中开环运行，在金属模式中，靶的小部分被化合物覆盖，在中毒模式中，靶的大部分被化合物覆盖。在某些情况下，化合物的溅射率比天然靶材低得多。事实上，完全被反应性化合物覆盖(中毒)的靶的溅射率可能是天然靶材的10%或更少。正因为如此，希望以过渡模式运行这些工艺，以实现较高的沉积率。所述过渡模式一般是固有地不稳定的，所以通常需要反馈控制以稳定其工艺。反馈可以是例如工艺电压、反应性气体局部压力，以及来自靶的光发射。
[0007]反应性溅射的常见的实施是图1所示的双磁控管溅射(DMS)。关键的优势是不存在明确的阳极，以及随之而来的挑战。两个磁控管交替作为阴极和阳极。当使用专门构造的双极性脉冲源(bipolar pulsed supply)驱动工艺时，可以单独调节施加到每个磁控管的功率。可以为用户提供每个磁控管的功率、电压和电流的快速读回(fast read backs)，用于监视和控制工艺。2012年3月13日授权的共同拥有的美国专利号8，133,359公开了DMS系统，其中执行脉冲调节，以实现特定的靶利用率(例如，以优化靶材的利用率)。更具体地，可以监测留在磁控管中的靶材的量，并且基于留下的靶材的量调节施加到磁控管的功率，以使被利用的靶材的量最大化，而不需要从磁控管去除不需要的材料。
[0008]虽然在前述文件中公开的系统已经实现显著的好处，但本发明的目的仍然是提供一种相对于美国专利号8，133，359中描述的装置具有明显优势的用于双磁控管溅射的系统和/或方法。更具体地，本发明的一个目的是减少在磁控管对的工作点之间的差异。另一个目的可以是在衬底上提供均匀沉积层。
【发明内容】
[0009]附图中示出的本发明的示例性实施方案总结如下。这些和其他实施方案在发明详述部分被更加全面地描述。然而，应当理解的是，没有意图将本发明限制到在
【发明内容】
中或发明详述中描述的形式。本领域技术人员能够认识到落入权利要求书所表述的本发明的精神和范围内的很多变形、等同物和替代构造。
[0010]本发明可提供用于双磁控管溅射的系统和方法。根据一个方面，本发明可以包括溅射系统，其具有至少一个包括第一磁控管和第二磁控管的双磁控管对，配置所述双磁控管对中的每个磁控管以支持靶材。所述系统还可以包括DMS组件，其具有与多个开关组件和多个电压传感器连接的直流电源，配置所述DMS组件以独立地控制对每个磁控管施加功率，并提供每个磁控管的电压的测量。所述系统还可以包括一个或多个致动器，配置所述致动器以使用由所述DMS组件提供的测量控制每个磁控管的电压。所述DMS组件和一个或多个致动器响应每个磁控管的电压的测量，通过控制施加到每个磁控管的功率和电压来平衡靶材的消耗。
[0011 ]根据另一个方面，公开了一种溅射方法。该方法可包括布置至少两个磁控管以形成至少一个双磁控管对和粘贴靶材到所述至少两个磁控管中的每一个。将靶材溅射到衬底上并且通过平衡施加到至少两个磁控管中的每一个的功率和电压来平衡靶材的消耗。
[0012]根据另一个方面，公开了具有开关组件的DMS源，其被配置成接收直流功率并施加脉冲直流功率到至少两个磁控管中的每一个。控制部控制开关组件，以平衡对所述至少两个磁控管中的每一个的功率的施加，电压测量组件提供每个磁控管的电压的测量，以使致动器能够控制对磁控管的电压的施加。
[0013]如前所述，上述实施方案和实施仅用于说明的目的。从下面的描述和权利要求中，本领域技术人员容易认识到本发明的许多其他实施方案、实施和细节。
【附图说明】
[0014]本发明的各种目的和优点以及更完整的理解是显而易见的，并且当参照以下详细说明并结合附图参照所附的权利要求更容易理解，其中:
[0015]图1示出根据实施方案的溅射系统的总体布置；
[0016]图2图示说明了两个磁控管的电压和反应性气体流量之间的关系；
[0017]图3示出了在一个时间段内电压和电流之间的关系；
[0018]图4示出了DMS系统的实施方案的示意图；
[0019]图5示出DMS组件和系统界面的一个实施方案的示意图；
[0020]图6是描述了示例性计算装置的物理组件的框图；且[0021 ]图7是描述示例性方法的流程图。
[0022]发明详述
[0023]在DMS系统中，由于反应性溅射工作点的差异和输送到磁控管对的每一个磁控管的功率的差异，靶的最终消耗可能不均匀。为了克服这个问题，现在参照图1，这里公开的DMS包括暴露于第一反应性气体103和/或第二反应性气体104的，具有第一金属的靶A 101和具有第二金属的靶B102，以引起反应，导致材料沉积到衬底105上。电源106，其可以是双极性脉冲源，对靶101、102中每一个施加交流功率。为了达到完全平衡的靶消耗，已经发现，两个靶101、102在基本相同的工作点，并对每个靶输送相等的功率是有利的。结果，在许多实施方案中，两个靶的工作点和输送到靶101、102中每一个的功率是平衡的。
[0024]在脉冲双磁控管系统中，可以独立地控制输送到靶101、102中每一个的功率。对于许多实际反应性溅射化合物，电压是被反应性化合物覆盖的靶表面的比率(fract1n)的很好的指标，并且可以被用作反馈信号以控制工艺。
[0025]下面参照图2。它显示了双磁控管系统的电压与反应性气体流量控制空间的关系。关键点是，每个磁控管都有自己的控制曲线，并且由于在硬件上不可避免的不对称，它们是不同的。如图2所示，曲线201涉及例如与靶A 101相关的磁控管的控制曲线，而控制曲线202涉及例如与靶B 102相关的另一磁控管的控制曲线。对于给定的反应性气体流量，并且对每个磁控管输送相同的功率，电压是不同的。这表示由化合物覆盖的靶的不同比率，和对每个靶的不同的靶材去除率。
[0026]对每个磁控管匹配靶材去除率的最高性能的策略是使每个磁控管的燃烧电压以及功率匹配每个磁控管。在这种情况下，需要控制两件事，因此需要两个致动器。可以由脉冲电源明确地实现功率平衡。可以使用例如辅助气体歧管(secondary gas manifold)和/或控制气流