[发明专利]用于使用直流来施加周期性电压的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及基于等离子体的溅射沉积。特别是，但非通过限制的方式，本发明涉及用于使用直流电源来进行基于等离子体的处理的方法和装置。

背景技术

等离子体处理技术已被广泛使用在诸如等离子体气相沉积、溅射等用于工业处理的工业生产中。这些处理在薄膜应用中特别有用。为了产生等离子体，电源在位于等离子体室内的阴极与一个或多个阳极之间产生电势，该等离子体室含有形成等离子体的工艺气体。当使用这些处理进行沉积时，等离子体作用在位于等离子体室内的靶材（也称作溅射源）的物质上，该等离子体室通常包含阴极表面。等离子体离子被朝着靶材加速，并在撞击时使靶材物质被从阴极表面驱逐出去。然后，被驱逐的靶材物质沉积在基底上以形成膜（例如，薄膜）。如上面已公开的那样，该膜可以构成由等离子体从靶材表面溅射的物质，或者该膜可以是靶材物质与包括在等离子体或工艺气体中的另一些元素之间反应的结果。

高频电压源（例如，交流（AC）功率源）已被用来产生在等离子体室内制造等离子体的高电势。这些高频电压源构造和维护起来价格昂贵，并且操作复杂。此外，如果通过与等离子体或工艺气体中的元素进行反应来形成沉积物质，并沉积物质进一步进行电绝缘，则室内的阳极可以被涂覆有绝缘体；因而这一沉积可能阻碍阳极在沉积过程期间执行其收集来自等离子体的电子的功能。

为了克服与高频电压源有关的缺点，交变脉冲的直流功率源已被使用在例如美国专利No.5917286中公开的无阳极双磁控管型系统中，将该美国专利的全部内容以引用的方式并入到本文中。反转极性处理允许电极交替作为阳极和阴极，在阴极阶段期间发生的溅射处理清除掉任何沉积的绝缘物质，而在阳极阶段期间允许电极作为阳极进行非禁止的操作。此外，反转极性处理允许两个电极交替作为阴极，使得两个电极表面都能够提供靶材物质。

尽管现有的脉冲直流电源是可使用的，但它们并不足够准确，或是在薄膜处理应用中为了例如实现均匀性和/或粒子产生阈值方面，不是足够令人满意。用标准技术也不能实现任意化学计量的共溅射。因此，需要方法和装置来解决现有技术中的不足并且提供其他新的和创造性的特征。

发明内容

下面概述附图中所示的本发明的示例性实施例。在“具体实施方式”部分更充分地描述了这些和其他实施例。但是，应理解的是，并非旨在将本发明限制在该“发明内容”或“具体实施方式”中所描述的形式。本领域的技术人员能够认识到，存在落入如权利要求所表达的本发明的精神和范围中的多种修改、等同形式和替代构造。

本发明的一些实施例的特征在于一种用于将脉冲式DC电力施加到等离子体处理室的方法，以及用于执行该方法的装置。在这些实施例中，该方法包括：在脉冲式DC电力的特定周期中的溅射部分期间，在第一持续时间内持续将负电势施加给阴极；在该特定周期中的反转电势部分期间，将正电势施加给阴极，其中正电势的幅值至少为负电势幅值的20%；以及，在该特定周期中的恢复部分期间，在第三持续时间内持续施加恢复电势，恢复电势的幅值小于负电势和正电势的幅值。

本发明的其他实施例的特征在于一种电源，该电源包括：直流功率源，其被配置为将功率输送到等离子体溅射室；功率控制部件，其与直流功率源通信并且被配置为根据处理器可读指令将该功率引导到具有交变极性的至少一个电极；以及非暂时、有形的计算机可读存储介质，其被编码有用于处理器可读指令，用以执行用于施加功率的方法，该方法包括：将期望功率水平下的DC功率脉冲施加给等离子体处理室的电极，用以维持在基底上沉积膜的等离子体处理；监测等离子体的阻抗，该阻抗提供了对至少一种处理效果的状态的指示；和响应于所监测的阻抗，调整DC功率脉冲的频率，以改变处理效果的状态。

附图说明

通过参考结合附图做出的以下具体实施方式及所附权利要求，本发明的各个目的和优点以及对本发明的更全面理解是清楚的并且更容易理解，在附图中：

图1是根据本发明实施例的直流（DC）功率源、功率控制部件和等离子体溅射室的示意图；

图2是说明了根据本发明的实施例的被配置为产生用于等离子体溅射室的超低频DC功率脉冲的DC功率源和功率控制部件的示意图；

图3是说明了根据本发明的实施例的分隔开一体积的一组同心电极的示意图；

图4是说明了根据本发明的实施例的由DC电源为等离子体溅射室的电极产生的DC功率脉冲的示例的曲线图；

图5是说明了根据本发明的实施例的包括大于零的转变时间段的占空比的曲线图；