CN114318261A - 溅射沉积设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于将溅射材料从溅射靶溅射到基底上的溅射沉积设备。该溅射沉积设备包括具有射频(RF)天线的等离子体天线组件，天线布置成由电流驱动，以便在等离子体产生区域中产生等离子体。等离子体天线组件配置为螺旋等离子体源，用于产生沿发射方向远离天线传播的螺旋波。天线在横向于发射方向的纵向方向上是细长的。包括一个或多个磁体的限制装置配置成将远离等离子体天线组件的等离子体限制成沿天线的纵向方向横向延伸的片。
Description
技术领域
本发明涉及溅射沉积设备，更具体地说，涉及溅射沉积设备中的等离子体产生。本发明还涉及溅射沉积的方法。
背景技术
沉积是将目标材料沉积在表面例如基底上的过程。沉积的示例是薄膜沉积，其中薄层(通常从约一纳米或甚至几分之一纳米到几微米或甚至几十微米)沉积在基底上，比如硅晶片或卷材。
薄膜沉积的示例技术是物理气相沉积(PVD)，其中冷凝相的靶材料被蒸发以产生蒸汽。蒸汽然后冷凝到基底表面。PVD的示例是溅射沉积，其中由于高能粒子比如离子的轰击，粒子从靶材料中喷出。在溅射沉积的示例中，溅射气体比如惰性气体例如氩气在低压下被引入真空室，并且溅射气体使用高能电子被电离以产生等离子体。通过等离子体的离子的轰击，粒子从靶材料中喷出。喷出的粒子然后可以沉积在基底表面上。溅射沉积相对于其他薄膜沉积方法比如蒸发具有的优势在于，可以在不需要加热靶材料的情况下沉积靶材料，这又可以减少或防止对基底的热损伤。
已知的溅射沉积技术采用磁控管，其中辉光放电与磁场结合，在靠近靶的圆形区域引起等离子体密度增加。等离子体密度增加可以导致沉积速率的增加。然而，磁控管的使用导致靶的圆形“跑道”形状的侵蚀轮廓，这限制了靶的利用，并且会对所得沉积的均匀性产生负面影响。希望提供均匀和/或有效的溅射沉积，以提高在工业应用中的实用性。
WO2011/131921公开了一种溅射沉积设备，其中密度为1011cm-3的均匀等离子体由与溅射靶分开的细长气体等离子体源产生。如此产生的等离子体被磁性引导并限制在溅射的附近。这种远程产生的等离子体装置可以提供优于磁控管装置的各种优点，例如溅射靶的更均匀(较少局部化)的溅射，这可以导致沉积速率的显著增加，以及在不适合产生等离子体的条件下操作和/或保持溅射靶的能力。
通常，溅射沉积设备中的等离子体密度越高，可以获得的沉积速率越高。(等离子体密度也可称为电子密度，或每单位体积的自由电子数)。众所周知，螺旋等离子体源具有高电离效率，因此可以产生高等离子体密度。通常，螺旋等离子体源可以产生比使用电感耦合等离子体(ICP)源产生的更高的等离子体密度。在ICP中，等离子体可以有效地保护自身免受外部振荡场的影响，因此可能仅经历薄层内等离子体的表面加热。螺旋等离子体源产生螺旋波，该螺旋波可以传播到等离子体中，这可以通过波加热将等离子体激发到更大的深度。已知在溅射沉积设备中使用螺旋等离子体源来产生等离子体。然而，现有技术的螺旋等离子体源通常需要圆柱形源室，这对于溅射沉积到大基底上来说是难以放大的。
本发明寻求减轻一个或多个上述问题。可替代地或另外，本发明寻求提供一种改进的溅射沉积设备和/或溅射沉积方法。
发明内容
根据第一方面，本发明提供了一种用于将溅射材料从溅射靶溅射到基底上的溅射沉积设备，该溅射沉积设备包括：处理室；布置成接收基底的基底组件；布置成接收溅射靶的溅射靶组件，溅射靶组件与基底组件间隔开，沉积区限定在溅射靶组件和基底组件之间；包括射频(RF)天线的等离子体天线组件，天线布置成由电流驱动，以便在等离子体产生区域中产生等离子体；以及包括一个或多个磁体(例如电磁体)的限制装置，磁体布置成提供限制磁场，以将由等离子体天线组件产生的等离子体限制到沉积区，沉积区远离等离子体天线组件；其中等离子体天线组件配置为螺旋等离子体源，用于产生在发射方向上远离天线传播的螺旋波，天线在横向于发射方向的纵向方向上是细长的；并且其中限制装置配置成将远离等离子体天线组件的等离子体限制成沿天线的纵向方向横向延伸的片。
本发明可以对现有技术的溅射沉积设备进行改进，其中等离子体源(例如等离子体天线组件)远离溅射靶设置。螺旋等离子体源的使用可以增加在处理室中获得的等离子体密度，这可以提供沉积速率的相应增加，例如与电感耦合等离子体源相比。提供具有横向于发射方向的细长几何形状的天线，并且提供配置为将等离子体限制成片的限制装置，可以使得所述高密度等离子体的延伸且优选均匀的区域能够在处理室内产生。与例如利用圆柱形螺旋等离子体源的溅射沉积过程相比，这可以允许处理更大的基底，或者至少更容易和/或均匀地处理。
天线可以是螺旋天线：即天线可以包括形成为螺旋的导电材料(例如铜)线圈。利用螺旋天线的螺旋等离子体源有时被称为“炉顶”螺旋等离子体源。通过在纵向方向上具有延伸的(例如拉伸的)几何形状，螺旋可以在该纵向方向上是细长的。螺旋天线可以具有一个臂、两个臂或两个以上臂。
天线可以是蛇形天线：即天线可以包括在纵向轴线的两侧以交替方向突出的一系列开环段。蛇形天线的纵向轴线可以在纵向方向上延伸。开环段的尺寸和形状可以是规则的。开环段可以是弯曲段。弯曲段可以是弧，优选地是圆弧，并且优选地是半圆弧。在替代实施例中，可以使用其他弯曲段形状：例如弯曲段可以是椭圆弧(例如半椭圆弧)，或者弯曲段可以形成正弦形状。在实施例中，开环段可以包括直段。开环段可以是多边形的，例如它们可以由三条直边形成。
天线可以是平面天线：即形成天线的导电材料可以设置在单个平面(例如天线平面)中。螺旋波的发射方向可以垂直于所述平面。例如，螺旋天线可以是平面螺旋天线(例如平坦螺旋天线)，即形成螺旋形状的导电材料可以设置在单个平面中。螺旋波的发射方向可以垂直于导电材料螺旋所在的平面。在另一示例中，蛇形天线可以是平面蛇形天线(例如平坦蛇形天线)，即形成蛇形形状的导电材料可以设置在单个平面中。螺旋波的发射方向可以垂直于其中提供导电材料的蛇形结构的平面。
由螺旋源发射的螺旋波沿着由限制装置建立的磁场线传播。限制磁场可以包括从等离子体天线组件延伸到沉积区的磁场线，优选地使得螺旋波可以从等离子体天线组件朝向沉积区传播。限制磁场可以包括从等离子体天线组件延伸到沉积区的基本平行的磁场线。限制装置可以布置成使得磁场线至少在沉积区内在等离子体片的横向范围上(例如在两个相对的横向边缘之间)基本平行。
天线可以具有纵向范围和横向范围。纵向范围是在天线长度(例如最长轴)上沿纵向方向测量的。横向范围是在天线宽度上沿横向方向测量的。横向方向横向于纵向方向，也横向于发射方向。天线的纵向范围可以是横向范围的至少两倍、至少三倍、至少四倍、至少五倍或至少十倍长。纵向和横向范围在本文中不是指形成天线的导体材料的实际长度，由于其被成形为例如螺旋形所以实际长度可能更长。
等离子体天线组件可以设置在处理室内，即在包含处理气体(例如氩气)的室内。等离子体天线组件可以包括外壳，其布置成将天线与在等离子体产生区域中产生的等离子体电隔离。外壳可以是气密的，例如因此处理气体不能进入外壳。外壳内部可能处于大气压下。外壳可以包括例如由电介质(例如石英)形成的部分(例如窗口)，由天线发射的螺旋波可以通过该部分传播到等离子体产生区域中。限制装置的至少一些磁体可以设置在外壳内。
在替代实施例中，等离子体天线组件本身不包括外壳。天线可以具有涂层，例如烧结陶瓷涂层，其将天线与在等离子体产生区域中产生的等离子体电隔离。
在替代实施例中，等离子体天线组件设置在处理室外部。天线可以靠近处理室的壁设置，使得螺旋波可以从天线传播到处理室内的等离子体产生区域。处理室可以包括例如由电介质(例如石英)形成的部分(例如窗口)，由天线发射的螺旋波可以通过该部分传播到等离子体产生区域中。
溅射沉积设备可以包括多个等离子体天线组件。例如，可以有两个、三个或四个等离子体天线组件。多个等离子体天线组件中的每个可以具有本文提到的特征的任何组合。具体而言，多个等离子体天线组件中的每个可以包括配置为螺旋等离子体源的RF天线，用于产生在发射方向上远离天线传播的螺旋波，天线在横向于该天线的发射方向的纵向方向上是细长的。
多个等离子体天线组件中的每个可以在分离的等离子体产生区域中产生等离子体。可以有多个沉积区。限制装置可以将在每个等离子体产生区域中产生的等离子体限制到单独的沉积区中。在实施例中，限制装置可以将在两个或更多个分离的等离子体产生区域中产生的等离子体限制到同一沉积区中。
可以有多个溅射靶组件。每个溅射靶组件可以与不同的沉积区相关联。在使用中，每个溅射靶组件不需要接收相同的溅射材料。在实施例中，至少两个溅射靶组件接收不同的溅射材料。
限制装置可以布置成使得相同的磁场线穿过多个等离子体天线组件中的每个的天线。也就是说，有可能沿着单个磁场线并穿过每个天线。可以说这种等离子体天线组件是磁链接的。等离子体天线组件可以布置成使得每个天线的纵向方向平行(即彼此平行)。等离子体天线组件可以布置成使得每个天线的中心设置在同一平面中，所述平面横向于纵向方向。
限制装置可以包括一个或多个磁体，其定位在每个等离子体天线组件的天线附近，使得天线的局部磁场平行于发射方向引导，所述磁场具有发射螺旋波所沿着的磁场线。这种磁体可以称为发射磁体。一个发射磁体可以位于天线的任一侧。在发射磁体是包括导电材料线圈的电磁体的情况下，限制磁场可以传播通过每个等离子体天线组件的发射磁体的线圈。发射磁体可以位于等离子体天线组件的外壳内，如果存在的话。
基底组件可以布置成在处理室内移动基底(例如在溅射沉积过程中)。基底组件可以布置成沿着弯曲路径引导基底。基底组件可以包括一个或多个辊。辊可以布置成传送基底通过沉积区。沉积区可以限定在辊和溅射靶组件之间。基底可以是柔性的，例如允许其通过辊。基底可以从一个辊上展开，并卷绕到另一个辊上。包括这种辊装置的溅射沉积设备可以称为辊对辊或卷对卷溅射沉积设备。基底可以通过中间辊(例如在展开辊和卷绕辊之间)。沉积区可以限定在中间辊和溅射靶组件之间。
限制装置可以布置成将等离子体限制成弯曲片。弯曲片可以部分地围绕至少一个辊(例如中间辊)延伸。限制磁场的至少一部分可以与至少一个辊同心。可以有多个等离子体天线组件、溅射靶组件和/或围绕至少一个辊周向设置的沉积区。
该(或每个)等离子体天线组件可以包括多个(例如两个)RF天线，其布置成由电流驱动，以便在相同的等离子体产生区域中产生等离子体。多个天线中的每个可以配置为螺旋等离子体源，用于产生在相应发射方向上远离相应天线传播的螺旋波。多个天线中的每个可以在横向于相应发射方向的纵向方向上是细长的。多个天线中的每个的纵向方向可以平行。多个天线中的每个可以间隔开，等离子体产生区域在多个天线之间。天线可以彼此面对，使得它们朝向彼此发射螺旋波进入中心等离子体产生区域。
溅射沉积设备可以进一步包括由溅射靶组件接收的溅射靶和/或由基底组件接收的基底。
根据第二方面，本发明提供了一种使用根据本发明第一方面的溅射沉积设备进行溅射沉积的方法。该方法包括以下步骤：用RF频率电流驱动天线，以便传播螺旋波并在等离子体产生区域中产生等离子体；用限制装置将等离子体从等离子体天线组件限制到沉积区；使用等离子体从一个或多个溅射靶产生溅射材料，一个或多个溅射靶远离等离子体天线组件定位；以及将溅射材料沉积到基底上。
天线可以1MHz和1GHz、1MHz和100MHz或者10MHz和40MHz之间的射频驱动。例如，天线可以13.56MHz的射频驱动。该方法还可以包括在处理室内移动基底。该方法可以包括旋转辊，以便在溅射期间移动基底通过沉积区。该方法还可以包括从第一辊展开基底，并围绕第二辊卷绕基底。
根据第三方面，本发明提供一种包括部件的电子设备，该部件包括使用第二方面的方法沉积的材料层。
根据第四方面，本发明提供了一种用于溅射沉积设备的等离子体天线组件，该等离子体天线组件是根据本发明的任何前述方面的。具体而言，等离子体天线组件可以包括射频(RF)天线，其布置成由电流驱动，以便在等离子体产生区域中产生等离子体，其中等离子体天线组件配置为螺旋等离子体源，用于产生在发射方向上远离天线传播的螺旋波，天线在横向于发射方向的纵向方向上是细长的。天线可以是螺旋天线或蛇形天线。天线可以是平面螺旋天线或平面蛇形天线。
可以设想，具有本文描述的几何形状的天线可以替代地或另外作为磁增强电感耦合等离子体(ICP)源来操作。在这种情况下，可能没有螺旋波产生，等离子体仅通过电感耦合产生。
因此，根据另一方面，本发明提供了一种用于将溅射材料从溅射靶溅射到基底上的溅射沉积设备，该溅射沉积设备包括：处理室；布置成接收基底的基底组件；布置成接收溅射靶的溅射靶组件，溅射靶组件与基底组件间隔开，沉积区限定在溅射靶组件和基底组件之间；包括射频(RF)天线的等离子体天线组件，天线布置成由电流驱动，以便在等离子体产生区域中产生等离子体；以及包括一个或多个磁体的限制装置，磁体布置成提供限制磁场，以将由等离子体天线组件产生的等离子体限制到沉积区，沉积区远离等离子体天线组件；其中等离子体天线组件配置为磁增强电感耦合等离子体源，天线是在纵向方向上细长的螺旋天线或蛇形天线；并且其中限制装置配置成将远离等离子体天线组件的等离子体限制成在天线的纵向方向上横向延伸的片。
还提供了一种使用根据本发明上述另一方面的溅射沉积设备进行溅射沉积的方法。该方法包括以下步骤：用RF频率电流驱动天线，以便在等离子体产生区域中产生电感耦合等离子体；用限制装置将等离子体从等离子体天线组件限制到沉积区；使用等离子体从一个或多个溅射靶产生溅射材料，一个或多个溅射靶远离等离子体天线组件定位；以及将溅射材料沉积到基底上。
当然可以理解，关于本发明的一个方面描述的特征可以结合到本发明的其他方面。例如，本发明的方法可以结合参考本发明的设备描述的任何特征，反之亦然。
附图说明
现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1示出了根据本发明第一实施例的溅射沉积设备的示意性横截面侧视图；
图2示出了根据本发明第一实施例的溅射沉积设备的等离子体天线组件的示意性前视图；
图3示出了根据本发明第一实施例的溅射沉积设备的示意性横截面平面图，其中示出了磁场线；
图4示出了根据本发明第二实施例的溅射沉积设备的示意性横截面侧视图；
图5示出了根据本发明第二实施例的溅射沉积设备的示意性横截面侧视图，其中示出了磁场线；
图6示出了根据本发明第二实施例的溅射沉积设备的示意性下视图，为了清楚起见省略了某些部件；
图7示出了根据本发明第二实施例的溅射沉积设备的示意性下视图，为了清楚起见省略了某些部件，并且示出了磁场线；
图8示出了根据本发明第三实施例的溅射沉积设备的示意性横截面侧视图，其中示出了磁场线；以及
图9示出了根据本发明的溅射沉积设备的等离子体天线组件的示意性前视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明第一实施例的溅射沉积设备100。溅射沉积设备包括处理室102。在处理室内，提供了基底组件106和溅射靶组件110。基底组件106和溅射靶组件110间隔开，沉积区限定在它们之间。沉积区总体上由箭头112表示。图1示出了由基底组件106接收的基底104和由溅射靶组件110接收的溅射靶108。提供处理气体供给系统136，用于将一种或多种处理气体(例如氩气)或处理气体混合物引入处理室102。
可移动遮挡组件114设置在溅射靶108和基底104之间的路径上。可移动遮挡组件114具有“打开”位置和“关闭”位置。在打开位置，从溅射靶108喷出的溅射材料可以涂覆基底。在关闭位置，溅射靶108可以在不涂覆基底104的情况下溅射。在实施例中，可移动遮挡组件114可被移除或者被一组固定的屏蔽物代替，该屏蔽物限定涂覆孔，基底组件106在该涂覆孔之下平移，以便涂覆基底104。
等离子体天线组件116也设置在处理室102内。等离子体天线组件116包括连接到阻抗匹配网络120和信号发生器122的射频(RF)天线118。信号发生器122配置成以RF频率驱动天线。天线118设置在外壳124内，外壳124与处理室102的其余部分气密隔离。在使用中，外壳124的内部可以保持在大气压力下。外壳124具有石英窗口126，电磁辐射可以穿过该窗口。
在替代实施例中，天线可以设置在处理室中，但没有外壳，天线设置有涂层，例如烧结陶瓷涂层，以将天线的导电材料与等离子体电隔离。
包括多个磁体128、130、132、134的限制装置进一步设置在处理室中。在该实施例中，磁体128-134是由电源(未示出)供电的电磁体，该电源允许独立控制每个磁体128-134产生的磁场强度。两个磁体设置在沉积区112的任一侧，并配置成在沉积区112中建立基本均匀的磁场，磁场被引导越过(即平行于)基底104和溅射靶108的表面。
等离子体天线组件116配置为螺旋等离子体源，并且配置为产生远离天线118传播的螺旋波。该第一实施例中的天线118是平面螺旋天线118。因此，天线118包括形成螺旋形状的导电材料线圈，其中形成螺旋形状的导电材料设置在单个平面中。也就是说，线圈的每个绕组设置在同一平面内。所述平面在下文中被称为天线平面。
限制装置的两个磁体132、134设置在外壳124内，并且位于天线118的附近和任一侧。所述磁体132、134在下文中被称为发射磁体132、134。发射磁体132、134配置成建立天线118的局部磁场，其基本垂直于天线平面引导。当天线118由信号发生器120驱动时，沿着由发射磁体132、134建立并垂直于天线平面的场线在发射方向142上由天线118发射螺旋波。螺旋波通过窗口126传播并电离处理气体，从而在等离子体产生区域140中产生等离子体138。等离子体产生区域140靠近窗口126并且远离沉积区112。
如在图2中最佳看到，天线118在横向于发射方向142的纵向方向上是细长的。因此，天线118的螺旋形状具有拉伸的外观，线圈的绕组因此在纵向方向上比在横向方向上延伸得更远。天线118的螺旋部分(即辐射部分)在纵向方向上具有纵向范围(L)，在横向方向上具有横向范围(W)。虽然附图是示意性的并且没有按比例绘制，但在该实施例中，纵向范围(L)是横向范围(W)的至少六倍。等离子体产生区域140和限制装置的磁体128-134具有相应的细长几何形状。
限制装置的磁体128-134建立限制磁场，其将等离子体限制成从等离子体产生区域140延伸到沉积区112的片。片具有两个相对的“自由”横向边缘(即不邻接等离子体产生区域的边缘)。等离子体138的片在天线118的纵向方向上横向延伸(即在横向边缘之间)。
图3示出了由限制装置建立的限制磁场的一些场线。可以看出，场线从天线118延伸到沉积区112。沉积区112内的场线基本平行，磁场基本均匀，这可以促进靶材料的均匀溅射。
在该实施例中，天线118面向沉积区112，使得发射方向142是从天线118并朝向沉积区112的方向，并且等离子体只需要以直线传播。在替代实施例中，等离子体天线组件可以与沉积区112成一定角度，因此限制装置应配置成将等离子体限制到从等离子体产生区域140到沉积区112的弯曲路径，并使等离子体在其中传播。
图4示出了根据本发明第二实施例的溅射沉积设备200。溅射沉积设备200是辊对辊(也称为卷对卷)溅射沉积设备。
溅射沉积设备200包括类似于第一实施例的处理室，然而为了清楚起见，图4和5中省略了处理室的壁。在处理室内是包括多个辊的基底组件206，多个辊包括第一辊246、第二辊248和中间辊250，基底204的卷材从第一辊246展开，基底204的卷材缠绕在第二辊248上，基底204的卷材围绕中间辊250在第一辊246和第二辊248之间的弯曲路径(C)中传送。
溅射靶组件210邻近中间辊250的表面设置，但与之间隔开。溅射靶组件210设置有适于等离子溅射的溅射靶208。沉积区212限定在溅射靶组件210和中间辊250的表面之间。
等离子体天线组件216设置在中间辊250的一侧。等离子体天线组件216包括外壳224，其包含配置为螺旋等离子体源的细长平面螺旋天线218。等离子体天线组件216具有与第一实施例的等离子体天线组件116相同的结构，并且定向成使得天线218的纵向方向平行于中间辊250的旋转轴线。
溅射沉积设备200还包括限制装置，其包括设置在处理室中的多个磁体228、230、232、234。根据第一实施例，磁体228-234是电磁体，并且具有与天线218相匹配的细长几何形状。两个磁体232、234是设置在外壳224中的发射磁体，并且配置为建立天线218的局部磁场，该磁场基本垂直于天线平面。剩余的两个磁体228、230设置在沉积区212的任一侧。
如图5和7所示，磁体228-234一起建立具有从等离子体天线组件216延伸并穿过沉积区212的磁场线的限制磁场。这样，磁场线围绕过中间辊250的圆周部分周向地通过。
在使用中，等离子体天线组件216的天线218被驱动，以便发射螺旋波并在远离沉积区212的等离子体产生区域240中产生等离子体238。限制磁场将等离子体238限制并传播成延伸穿过沉积区212的片。当片绕过中间辊250时，它具有弯曲形状。同样如图6所示，片在平行于中间辊250的旋转轴线252的方向上横向延伸。基底组件206的辊旋转并以恒定速率使基底204穿过沉积区212，在沉积区，基底204涂覆有从溅射靶208喷出的溅射材料。
图8示出了根据本发明第三实施例的溅射沉积设备300。溅射沉积设备300是卷对卷溅射沉积设备，其具有与第二实施例的溅射沉积设备200相同的基底组件306。
溅射沉积设备300与第二实施例的溅射沉积设备200的不同之处在于，溅射沉积设备300包括多个(在这种情况下为三个)等离子体天线组件316a-c。等离子体天线组件316a-c各自围绕中间辊350周向设置。相应的多个溅射靶组件310a-c也围绕中间辊350设置，每个溅射靶组件310a-c与一个相邻的等离子体天线组件316a-c相关联。沉积区312a-c限定在每个溅射靶组件310a-c和中间辊350的表面之间。
每个等离子体天线组件316a-c包括外壳，其包含配置为螺旋等离子体源的细长平面螺旋天线。每个等离子体天线组件316a-c具有与第一实施例的等离子体天线组件116相同的结构，并且定向成使得天线的纵向方向平行于中间辊350的旋转轴线。在使用中，驱动每个天线，以便发射螺旋波并在邻近相关等离子体天线组件316a-c的等离子体产生区域中产生等离子体。
根据前述实施例，两个发射磁体与每个等离子体天线组件316a-c相关联。发射磁体形成建立限制磁场的限制装置的一部分。两个沉积区312a、b设置在一对等离子体天线组件316a-c之间，并且这些天线组件316a-c的发射磁体在每个沉积区312a、b中建立基本均匀的磁场。需要另一磁体328来建立跨越第三沉积区312c的基本均匀的磁场。
限制磁场将来自每个等离子体产生区域的等离子体片限制并传播到相关联的沉积区312a-c中。限制装置布置成使得至少一些磁场线穿过所有天线。可以说，等离子体天线组件316a-c是磁链接的。等离子体天线组件316a-c的外壳对磁场是可渗透的，以允许这种磁链接。
在实施例中，溅射靶组件310a-c各自接收不同的溅射材料，使得不同的材料层沉积到基底304的卷材上。
图9示出了用于根据本发明的溅射沉积设备中的等离子体天线组件416。等离子体天线组件类似于根据第一实施例的等离子体天线组件116，因为等离子体天线组件416包括天线418和包括窗口426的外壳424。等离子体天线组件416的不同之处在于天线418是平面蛇形天线418，而不是平面螺旋天线。
蛇形天线416包括一段导电材料，其形成呈半圆弧形式的一系列规则尺寸的开环段，这些开环段在笔直纵向轴线454的两侧以交替方向突出。蛇形天线418在平行于天线418的纵向轴线454的纵向方向上是细长的。虽然附图是示意性的并且没有按比例绘制，但在该实施例中，天线418的纵向范围(L)是天线418的横向范围(W)的至少十倍。这一系列半圆弧都设置在同一平面内，以下称为天线平面。
等离子体天线组件416可以用在任何前述实施例中，代替相应的天线组件116、216、316。根据那些前述实施例，天线418配置成由信号发生器420产生的RF电流驱动，并且在由相关发射磁体432、434建立的磁场存在的情况下，沿着所述磁场的场线在发射方向上发射螺旋波。
在前面的描述中，提到了具有已知、明显或可预见的等同物的整数或元件，则这种等同物在本文结合为如同单独阐述一样。应当参考权利要求来确定本发明的真实范围，其应当被解释为包括任何这样的等同物。读者还将理解，被描述为优选、有利、方便等的本发明的整数或特征是可选的，并且不限制独立权利要求的范围。此外，应当理解，这些可选的整数或特征虽然在本发明的一些实施例中可能有益，但在其他实施例中可能是不期望的，因此可能是不存在的。
Claims (17)
1.一种用于将溅射材料从溅射靶溅射到基底上的溅射沉积设备，该溅射沉积设备包括：
处理室；
基底组件，布置成接收基底；
溅射靶组件，布置成接收溅射靶，溅射靶组件与基底组件间隔开，沉积区限定在溅射靶组件和基底组件之间；
等离子体天线组件，包括射频(RF)天线，射频天线布置成由电流驱动，以便在等离子体产生区域中产生等离子体；以及
限制装置，包括一个或多个磁体，一个或多个磁体布置成提供限制磁场，以将由等离子体天线组件产生的等离子体限制到沉积区，沉积区远离等离子体天线组件；
其中，所述等离子体天线组件配置为螺旋等离子体源，用于产生在发射方向上远离天线传播的螺旋波，所述天线在横向于发射方向的纵向方向上是细长的；并且
其中，所述限制装置配置成将远离等离子体天线组件的等离子体限制成沿天线的纵向方向横向延伸的片。
2.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述天线是螺旋天线。
3.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述天线是蛇形天线。
4.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述天线是平面的。
5.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，包括多个等离子体天线组件，每个包括配置为螺旋源的RF天线，用于产生在发射方向上远离天线传播的螺旋波，天线在横向于该天线的传播方向的纵向方向上是细长的。
6.根据权利要求5所述的溅射沉积设备，其中，所述限制装置布置成使得相同的磁场线穿过所述多个等离子体天线组件中的每个的天线。
7.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述等离子体天线组件设置在所述处理室内。
8.根据权利要求7所述的溅射沉积设备，其中，所述等离子体天线组件包括外壳，其布置成将所述天线与在所述等离子体产生区域中产生的等离子体电隔离。
9.根据权利要求8所述的溅射沉积设备，其中，所述限制装置的一个或多个磁体设置在所述外壳内。
10.根据权利要求7所述的溅射沉积设备，其中，所述天线具有涂层，其将所述天线与在所述等离子体产生区域中产生的等离子体电隔离。
11.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述限制装置布置成提供从所述等离子体天线组件延伸到所述沉积区的磁场线，使得螺旋波能够从等离子体天线组件朝向沉积区传播。
12.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述基底组件布置成在所述处理室内移动所述基底。
13.根据权利要求12所述的溅射沉积设备，其中，所述基底组件包括一个或多个辊，其布置成传送柔性基底通过所述沉积区。
14.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述限制装置布置成将等离子体限制成弯曲片。
15.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述天线的纵向范围是其横向范围的至少两倍。
16.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，还包括由所述溅射靶组件接收的溅射靶和由所述基底组件接收的基底。
17.一种使用根据前述权利要求中任一项所述的溅射沉积设备进行溅射沉积的方法，该方法包括以下步骤：
用RF频率电流驱动天线，以便传播螺旋波并在等离子体产生区域中产生等离子体；
用限制装置将等离子体从等离子体天线组件限制到沉积区；
使用等离子体从一个或多个溅射靶产生溅射材料，所述一个或多个溅射靶远离等离子体天线组件定位；以及
将溅射材料沉积到基底上。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6132575A (en) * | 1998-09-28 | 2000-10-17 | Alcatel | Magnetron reactor for providing a high density, inductively coupled plasma source for sputtering metal and dielectric films |
| JP2004043934A (ja) * | 2002-07-15 | 2004-02-12 | Sun Tec Corp Kk | プラズマスパッタリング薄膜形成方法及び成膜装置 |
| CN101390187A (zh) * | 2006-01-24 | 2009-03-18 | 瓦里安半导体设备公司 | 具有低有效天线电压的等离子体浸润离子源 |
| WO2020039188A1 (en) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | Dyson Technology Limited | Apparatus for generating a high density plasma |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19606375A1 (de) * | 1996-02-21 | 1997-08-28 | Balzers Prozes Systeme Gmbh | Plasmaquelle mit eingekoppelten Whistler- oder Helikonwellen |
| GB2353293A (en) * | 1999-08-18 | 2001-02-21 | Rtc Systems Ltd | FeXN deposition process based on helicon sputtering |
-
2020
- 2020-09-30 GB GB2015459.7A patent/GB2599391B/en active Active
-
2021
- 2021-09-28 CN CN202111140928.6A patent/CN114318261A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6132575A (en) * | 1998-09-28 | 2000-10-17 | Alcatel | Magnetron reactor for providing a high density, inductively coupled plasma source for sputtering metal and dielectric films |
| JP2004043934A (ja) * | 2002-07-15 | 2004-02-12 | Sun Tec Corp Kk | プラズマスパッタリング薄膜形成方法及び成膜装置 |
| CN101390187A (zh) * | 2006-01-24 | 2009-03-18 | 瓦里安半导体设备公司 | 具有低有效天线电压的等离子体浸润离子源 |
| WO2020039188A1 (en) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | Dyson Technology Limited | Apparatus for generating a high density plasma |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘爱国: "《低温等离子体表面强化技术》", 30 September 2015, 哈尔滨工业大学出版社, pages: 30 - 31 * |
| 张健;任春生;齐雪莲;王友年;: "射频感应等离子体的Langmiur探针和光谱诊断", 核聚变与等离子体物理, no. 02 * |
Also Published As
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