在脉冲双磁控管溅射(dms)工艺中平衡靶消耗的系统和方法_2

文档序号:9793544阅读:来源:国知局
的构件(例如,用于控制质量流速的构件)相对于另一个磁控管改变流入一个磁控管的反应性气体的流量来实现电压平衡。当使用可转动的磁控管时,可以通过增加转速将过渡曲线向左移动,如图2所示(参见例如,Reactive Sputter Deposit 1n, rotatingmagnetrons第5.5.3节,由Depla和Mahiru编,Springer,2008)。
[0027]在第二致动器不可用的情况下,存在两个明显的可能性。第一是简单地平衡输送到每个磁控管的功率。第二是匹配两个磁控管的电压,并接受功率失衡。这实际上可能导致靶材去除率的最小差异,因为它可能是这样的电压的强函数。随着输送到每个磁控管的功率的快速读回,可以监测功率失衡,并预测在靶消耗中的不匹配。
[0028]用于驱动脉冲DMS布置的波形示于图3中。这里,将波形间隔平均,定义快速电压反馈。更具体地,在圈起来的平线间隔301a内的电压301反映了磁控管的准直流燃烧电压,因此是例如由反应性化合物覆盖的靶101、102的靶表面的比率的良好指标,因此也是靶表面的派射率的良好指标。
[0029]还应当指出的是,如图3所示,也跟踪和控制电流的变化。首先,在周期的开始,快速的电流转换速率和较高的启动阈值是理想的。这提供了电流源的近似值,其对在准直流模式下驱动磁控管溅射工艺是有利的。
[0030]下面参照图4,图4是根据实施方案的示意性框图,示出了具有等离子体溅射室410的溅射系统400,配置等离子体溅射室410以接收由DMS组件430施加的直流脉冲,用于使衬底420接收在衬底420的表面上形成的化合物422。在许多实施中,配置所述DMS组件430以独立地改变输送到磁控管452、454的直流功率脉冲(例如,与图3—致),以平衡对磁控管452、454的功率的施加。此外,所述DMS组件430测量磁控管452、454中每一个的电压,从而能够用一个或多个致动器(例如,质量流量控制器456a、456b和旋转控制器458a、458b)控制施加到磁控管452、454中每一个的电压。通过独立地控制在每个磁控管452、454上功率(使用DMS组件430的开关电源)和电压的施加(使用一个或多个致动器456&、45613、458&、45813),可以平衡每个磁控管上革E材的消耗。虽然在本实施方案中描述了旋转控制器458a、458b,但这肯定不是必需的。如上所述,并非所有的磁控管都能够旋转,并且可以通过控制反应性气体流量而改变磁控管452、454中每一个的运行电压。
[0031]DMS组件430可以通过与开关组件连接的直流电源来实现,以施加功率到如上所述的磁控管452、454中的每一个,并且可以利用本领域技术人员所知的电压传感器在致动器控制中提供反馈。名称为Pulsed Direct Current Power Supply Configurat1ns forGenerating Plasmas的美国专利号5,917,286和名称为Methods and Apparatus forApplying Per1dic Voltage Using Direct Current的美国专利申请号20110248633都通过引用并入本发明,部分地公开了可以使用以实现DMS组件430的示例性组件。此外,可通过硬件或与硬件连接的软件实现的控制逻辑可用于控制开关组件和基于来自电压传感器的反馈生成控制信号。
[0032]在图4中所描述的实施方案的一些变形中。所述DMS组件430可以提供控制信号460a-d,以控制致动器456a、456b、458a、458b。但在其他实施方案中,DMS组件430提供一个或多个输出462,其包括可以被外部控制器使用以产生控制信号460a-d的电压测量信息。
[0033]如上所述,可以通过使用辅助气体歧管和控制气体流量的气体流量控制构件(本领域普通技术人员已知的),通过改变相对于另一个磁控管的一个磁控管的反应性气体456a、456b的流量实现电压平衡。并且当使用可转动的磁控管时,可以通过增加转速将过渡曲线向左移动,如图2所示。
[0034]现在参照图5,示出了可以用于实现DMS组件430的组件。如图所示,控制器501可操作地耦合到带有控制信号506的电源502和多个带有开关控制信号504的开关组件503。在本实施方案中,控制器501产生开关控制信号504以运行开关组件503(其可以以H-桥配置实现)。该控制器还提供了质量流量控制信号460a、460b(以控制质量流量控制器456a、456b)和旋转控制信号460c、460d(以控制旋转控制器458a、458b)。如图所示,控制器501接收来自至少一个电流传感器507和电压拾波器(voltage pickups)508的反馈以接收在电极或磁控管452、454上的电流和电压的指示。响应于来自感测到的电流和感测到的电压的反馈,产生信号504、460a、460b、460c、460d、506。在一些实施方案中,可以配置和控制开关组件503,如美国专利申请号13/104,942或美国专利号8,391,025所公开的,它们的公开的内容通过引用并入本发明。
[0035]现在参照图3,与图5—起,控制器501产生信号504、506,它们一起控制施加的电压301和电流302,并且在结束升压(end boost)和关断(turn-off)之间的间隔30Ia读回的平均电压表示准直流燃烧电压。如上所述,可以控制间隔301a,以及电压301和电流302以平衡靶材的消耗。
[0036]控制器501可以被部分的实施或执行,使用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件,或设计用于执行本发明描述的功能的任意组合。通用处理器可以是微处理器,然而在替代方案中,该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器也可以实施作为计算装置的组合,例如,DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器连同DSP核,或任何其他这样的配置。
[0037]结合本发明所公开的实施方案描述的方法或算法的步骤可直接以硬件,以用非暂时性的处理器可读介质编码的处理器可执行指令,或以这两者的组合体现。软件模块(包括非暂时性处理器可执行指令)可以驻留于RAM存储器、闪存存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动盘、⑶-ROM,或本领域已知的其他任意形式的存储介质中。示例性存储介质被耦合到处理器,使得该处理器能够从存储介质读取信息和将信息写入到存储介质。在替代方案中,存储介质可以集成到处理器中。处理器和存储介质可以驻留于ASIC中。ASIC可以驻留于用户终端中。在替代方案中,处理器和存储介质可以作为分立元件(discrete components)驻留于用户终端中。
[0038]下面参照图6,示出了根据示例性实施方案的框图,描绘了可以用于实现控制器501的物理组件。如图所示,在本实施方案中,显示部分612和非易失性存储器620被耦合到总线622,总线622还耦合到随机存取存储器(“RAM”)624、处理部分(其包括N个处理组件)626,和包括N个收发器的收发器组件628。虽然在图6中所描绘的组件表示物理组件,但图6不用于表示详细的硬件图;因此图6描绘的许多组件可以由常见的结构实现或分配在另外的物理组件之间。此外,可以设想,可以使用其他现有
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