[发明专利]为改善磁控管内等离子体均匀度的多个阳极的使用

说明书

本发明一般地涉及磁控管和等离子体工艺，并更具体地涉及将这种工艺应用于在衬底上溅射材料薄膜。

现有不同应用场合的许多工艺涉及等离子体的产生。一个例子是用于制作半导体电路和别处所用的干蚀刻工艺。另一实例是也用于半导体电路制作和其他地方的在衬底上淀积薄膜。一种商用重要的涂膜工艺采用一个大磁控管以将薄膜淀积在诸如建筑物成淀积有若干层材料的汽车玻璃之类的大衬底上，以限定该衬底的某些光学特性。

在这种和其他磁控管应用中，人们非常希望能保持对等离子体范围内的离子分布的控制因为无论蚀刻，溅射还是其他等离子体工艺均受这种分布的影响。在对大衬底进行薄膜溅射过程中，覆盖靶的等离子体密度的变化会引起对衬底的材料淀积率的相应变化。由于大多数这类应用都要求所淀积的膜在整个衬底上有相同的厚度，其允差范围极小，尽管人们采取了一些补偿等离子体密度非均匀性的措施，但这类措施并不总是如人们期望的那样有效。此外，在进行薄膜淀积或其他等离子体辅助工艺期间，覆盖靶的等离子体密度的分布型态常常要变化。

因此，本发明的一个具体目的是提供用于控制为在衬底上淀积薄膜所用的磁控管中的等离子体以获得有均匀厚度的淀积膜的技术。

本发明的另一目的是提供在进行将电介质溅射到衬底的成膜工艺期间，控制等离子体的技术。

本发明的一个更广义的目的是提供用于改善对各种等离子体工艺的控制水平的种种技术。

这些和其他目的均是借助本发明实现的，扼要和概括地说，安置一个或多个阳极并以控制复盖至少一个方向的磁控管等离子体的密度分布型态(Profile)的方式供以电能。迄今为止，人们比较不注意磁控管阳极对其等离子分布的作用，特别在溅射电介质的应用方面未注意到当实施该过程时等离子体的分布是变化的。为实施本发明，在等离子体工艺期间，将单一阳极激话表面相对于磁控管阴极作机械移动，或将多个小阳极固定在分隔位置并独立地连接到可控电源。在随便哪种情况下，都将这些阳极至少沿等离子体密度分布型态要加以控制的方向上制作得极小，但它们又必须足够大以胜任对其所带的电流量的处理。本发明使等离子体密度分布型态能以这种方式成形和受控，即，允许在蚀刻，溅射或由磁控管完成的其他工艺实施期间进行调整。当淀积电介质薄膜时，在一个工艺过程期间控制分布型态的能力是尤为有利的，因为当该工艺进行时，阳极表面，正如磁控管腔内的所有其他表面一样变成涂敷有该电介质。

在本发明的一个最佳应用场合中，两个或更多这种小阳极相对于阴极定位安置，以提供一种尽可能接近人们所需的等离子体密度分布型态。对每一阳极或阳极组而言，加到这些阳极的电能是单独控制的。一种形式为控制由每个阳极所带的相对电流量。在另一种形式下，两个或更多阳极以对一衬底允许有时为平均等离子体密度分布型态的已知工艺而言足够高的速率，一次一个地逐一连接到电源。这些技术均允许以在一工艺过程期间可改变所述分布型态的方式调整等离子体分布型态，为的是补偿该工艺期间发生的状态变化。当溅射薄膜介质材料时，这些技术允许或提供对用被溅射的电介质材料渐进涂敷阳极表面的不良影响的补偿。

本发明的各方面的特性优点和其他目的将从以下对其结合附图所作的最佳实施例的说明而变得显而易见。

图1简要示出先有技术的薄膜溅射设备和工艺；

图2是图1中所示溅射设备沿其2-2线所取的截面视图；

图3通过几条不同曲线示出在图1所示设备的淀积区上淀积率的不同分布型态；

图4示出根据本发明的一个方面使用单一小阳极的情况；

图5表示根据本发明的另一方面使用两个或更多个具有可变气体供应量的小阳极；

图6表示具有各有其独立控制的电源的两个或更多小阳极的系统；    

图7是对图6阳极电源控制的第一实施例；

图8是对图6电源控制的第二实施例；

图9示出为实施图3-8所示本发明任一方面的阳极最佳型式和定位；

图10简要表示在淀积工艺期间移动单一小阳极的机械技术；

图11表示对带有小孔径的掩模在淀积过程期间细长阳极上进行扫描的可供选择的一种技术；

图12表示在两个或多个小阳极表面上使用电控制的机械光闸；

图13A是采用按本发明的多个小阳极的平面磁控管的顶视图；和

图13B是图13A的平面磁控管的侧视图。