KR20200111174A - 레이트 강화된 펄스형 dc 스퍼터링 시스템 - Google Patents

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Abstract

스퍼터링 시스템 및 방법이 개시된다. 시스템은 다중 사이클들 각각 동안 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 제 1 전극에서 제 1 전압을 인가하도록 구성되는 제 1 전력 소스를 포함한다. 제 2 전력 소스는 제 3 전극 및 상기 제 2 전극에 커플링되고, 제 2 전력 소스는 다중 사이클들 각각 동안 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 제 3 전극으로의 제 2 전압을 인가하도록 구성된다. 제어기는 제 1 전압을 제 2 전압과 위상-동기화시켜, 제 1 전압 및 제 2 전압 양자 모두가 각각의 사이클의 일 부분 동안 동시에 네거티브이고 각각의 사이클의 다른 부분 동안 제 2 전극에 대해 동시에 포지티브이도록 제 1 전력 소스 및 제 2 전력 소스를 제어하도록 구성된다.

Description

레이트 강화된 펄스형 DC 스퍼터링 시스템
본 발명은 일반적으로 스퍼터링 시스템들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 펄스형 DC 스퍼터링에 관한 것이다.
스퍼터링은 보편적으로 진공 챔버에서 자기장을 생성하고, 챔버에서 플라즈마 빔이 희생 타겟을 타격하게 함으로써, 이후 때때로 공정 가스와 반응한 후에, 기판 상에 박막 층으로서 성막 (deposit) 되는 재료를 타겟이 스퍼터 (이젝트) 하게 한다. 스퍼터링 소스는 타겟의 표면에 가까운 하전된 플라즈마 입자를 한정하기 위해 강한 전기장 및 자기장을 활용하는 마그네트론을 채용할 수도 있다. 애노드는 일반적으로 이온이 타겟을 포격 (bombard) 하기 위해 떠날 때 플라즈마 중립을 유지하도록 플라즈마로부터 전자를 수집하기 위해 제공된다.
산업은 스퍼터링 효율을 최대화하고, 전력 소비 요건들을 감소시키고, 시스템의 열 부하를 최소화하고, 아크를 최소화하며, 및/또는 시스템에 사용될 수도 있는 기판의 타입을 증가시키기 위해 수년에 걸쳐 다양한 시도들을 진전시켰다.
또한, 예를 들어 티타늄 이산화물 (TiO2) 또는 실리콘 이산화물 (SiO2) 의 박막을 폴리에틸렌 기판 상으로 스퍼터링하는 것이 산업에 있어서의 고유 과제들을 제시하는데, 이는 폴리에틸렌이 녹는점이 낮거나 내열성이 낮은 플라스틱이기 때문이다. DC 타입 시스템이든 AC 타입 시스템이든, 현재 이용가능한 스퍼터링 시스템은 TiO2 또는 SiO2 의 스퍼터링 및/또는 성막을 실시하는데 높은 열 부하를 필요로 하며, 높은 전류 밀도에 의해 야기되는 이러한 높은 열부하는 아직, 많은 의도된 고전력 애플리케이션들에 적합한 기판으로서 폴리에틸렌을 효과적으로 제거한다. 이러한 문제와 함께, 현재 이용가능한 스퍼터링 시스템에서의 열 부하가, 예를 들어 인가된 전력을 감소시킴으로써, 녹지 않거나 또는 그렇지 않으면 폴리에틸렌을 적합하지 않게 만드는 레벨로 감소되는 경우, 성막 레이트가 저품질 성막층을 야기하는 포인트로 감소되고 및/또는 상업적 관점으로부터 기판으로서의 폴리에틸렌의 사용을 실행불가능하게 만드는 포인트로 스퍼터링을 위해 필요한 시간을 증가시킨다.
따라서, 더 낮은 열 부하로 개선된 스퍼터링 성막 레이트를 제공하는 디바이스에 대한 필요성이 여전히 있다.
본 명세서에 개시된 실시형태들은 펄스형 직류 스퍼터링을 위한 시스템, 방법 또는 명령들을 갖는 비일시적 메모리를 제공함으로써 위에 언급된 필요성을 해결한다.
일 양태에 따라, 펄스형 스퍼터링 시스템은 적어도 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극을 인클로징하는 플라즈마 챔버를 포함한다. 제 1 전력 소스가 제 1 전극 및 제 2 전극에 커플링되고, 제 1 전력 소스는 다중 사이클들 각각 동안 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 제 1 전극에서 제 1 전압을 인가하도록 구성된다. 제 2 전력 소스는 제 3 전극 및 제 2 전극에 커플링되고, 제 2 전력 소스는 다중 사이클들 각각 동안 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 제 3 전극으로의 제 2 전압을 인가하도록 구성된다. 제어기는 제 1 전압을 제 2 전압과 위상-동기화시켜, 제 1 전압 및 제 2 전압 양자 모두가 각각의 사이클의 일 부분 동안 동시에 네거티브이고 각각의 사이클의 다른 부분 동안 제 2 전극에 대해 동시에 포지티브이도록 제 1 전력 소스 및 제 2 전력 소스를 제어하도록 구성된다.
다른 양태들은 비일시적 명령들을 포함하는 비일시적 메모리를 포함한다. 비일시적 명령들은 방법을 실행하도록 프로세서에 의해 실행가능한 및 그 방법을 실행하도록 필드 프로그램가능 게이트 어레이를 구성하기 위해 필드 프로그램가능 게이트 어레이에 의해 액세스가능한 것 중 적어도 하나이다. 방법은 제 1 전력 소스로 하여금 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 전압을 인가하게 하는 단계를 포함하고, 제 1 전극에서의 제 1 전압은 다중 사이클들에 걸쳐 플라즈마 챔버에서 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번한다. 방법은 또한, 제 2 전력 소스로 하여금 제 3 전극과 제 2 전극 사이에 제 2 전압을 인가하게 하는 단계를 포함하고, 제 3 전극에서의 제 2 전압은 다중 사이클들에 걸쳐 플라즈마 챔버에서 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번한다. 또한, 제 1 전력 소스 및 제 2 전력 소스는 제 1 전압 및 제 2 전압 양자 모두가 다중 사이클들에 걸쳐 제 2 전극에 대해 동시에 네거티브이고 그리고 동시에 포지티브이게 하도록 위상-동기화된다.
다른 양태는 적어도 마그네트론, 애노드 및 기판을 인클로징하는 플라즈마 챔버를 포함하는 펄스형 스퍼터링 시스템을 포함한다. 시스템에서 전력 소스는 제 1 전극에 커플링되어 다중 사이클들 각각 동안 애노드에 대해 포지티브 전압과 네거티브 전압 사이에서 교번하는 마그네트론으로의 전압을 인가한다. 또한, 제어기는 전력 소스가 네거티브 전압과 동일한 크기로 포지티브 전압을 인가하도록 전력 소스를 제어하도록 구성되고, 포지티브 전압의 크기는 기판에 열 손상을 주지 않으면서 애노드를 클린한다.
도 1 은 본 명세서에 개시된 많은 구현들에 공통인 양태들을 도시하는 스퍼터링 시스템의 실시형태를 도시한다.
도 2 는 시간에 걸쳐 도 1 의 전극들에 인가된 예시적인 전압을 도시하는 타이밍 다이어그램이다.
도 3 은 3 개의 마그네트론들을 포함하는 스퍼터링 시스템을 도시하는 다이어그램이다.
도 4 는 시간에 걸쳐 도 3 의 마그네트론들에 인가된 예시적인 전압을 도시하는 타이밍 다이어그램이다.
도 5 는 도 3 에 도시된 구현의 확장성을 도시하는 다이어그램이다.
도 6 은 시간에 걸쳐 도 5 의 마그네트론들에 인가된 예시적인 전압을 도시하는 타이밍 다이어그램이다.
도 7 은 2 개의 마그네트론들 및 애노드를 포함하는 스퍼터링 시스템을 도시하는 다이어그램이다.
도 8 은 시간에 걸쳐 도 7 의 애노드에 대해 도 7 의 2 개의 마그네트론들에 인가된 예시적인 전압을 도시하는 타이밍 다이어그램이다.
도 9 는 도 7 에 도시된 구현의 확장성을 도시하는 다이어그램이다.
도 10 은 시간에 걸쳐 도 9 의 마그네트론들에 인가된 예시적인 전압을 도시하는 타이밍 다이어그램이다.
도 11 은 도 1 내지 도 10 을 참조하여 설명된 구현들과 관련하여 활용될 수도 있는 스퍼터링 시스템의 부가적인 양태들을 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 12 는 도 1 내지 도 11 을 참조하여 설명된 구현들과 관련하여 순회될 수도 있는 다른 방법을 도시하는 플로우챠트이다.
도 13 은 도 11 의 스퍼터링 시스템에서 전력 애플리케이션의 일부 양태들의 그래프이다.
도 14 는 본 명세서에 개시된 다른 방법을 도시하는 플로우챠트이다.
도 15 는 도 11 에 도시된 시스템에 의해 공급된 전력의 그래프도이다.
도 16 은 전형적인 AC 시스템과 비교하여, 본 명세서에 기재된 시스템들에 부합하는 열 부하 테스트 결과들의 그래프도이다.
도 17 은 4 kW 에서의 전형적인 AC 시스템과 비교하여 4 kW 에서의 본 명세서에 기재된 시스템들의 사용으로부터 야기되는 열 부하의 그래프도이다.
도 18 은 8 kW 에서의 전형적인 AC 시스템과 비교하여 4 kW 에서의 본 명세서에 기재된 시스템들의 사용으로부터 야기되는 열 부하의 그래프도이다.
도 19 는 다양한 전형적인 AC 시스템들과 비교하여, 본 명세서에 개시된 예시적인 시스템의 다양한 설정들을 사용하여 달성된 막 두께 또는 성막 레이트의 그래프도이다.
도 20 은 전용 애노드를 갖는 단일 마그네트론을 활용하는 다른 실시형태를 도시한다.
도 21 은 다중 사이클들에 걸쳐 도 20 의 시스템의 전압을 도시하는 타이밍 다이어그램이다.
도 22 는 본 명세서에 기재된 시스템들에서 구현될 수도 있는 하드웨어 컴포넌트들의 양태들을 도시하는 블록 다이어그램이다.
단어 "예시적인" 은 "예, 실례, 또는 예시로서 작용하는 것" 을 의미하도록 본 명세서에서 사용된다. "예시적인" 으로서 본 명세서에 기재된 임의의 실시형태가 반드시 다른 실시형태들보다 바람직하거나 또는 유리한 것으로 해석될 필요는 없다. "전력 사이클" 은 제 1 극성인 전압을 갖는 전력의 시간 다음 제 2 극성인 전압을 갖는 전력의 시간을 포함하는 시간 기간을 지칭하도록 의도된다. 또한, 본 개시의 목적을 위해, 모든 용어들, 특히 "동시에" 및 "동등한" 과 같은 용어는 "공정 또는 제조 제어의 허용오차 내" 를 의미하도록 의도된다. 예를 들어, 유닛 (120) 과 같은 동기화 유닛이 본 명세서에 기재된 전력 소스들 (140, 142) 사이의 완벽한 동기화를 달성할 수 없을 수도 있음이 이해될 것이고, 따라서 용어 "동시(에)" 는 "실질적으로 동시(에)" 를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 을 참조하면, 예시적인 펄스형, 직류 스퍼터링 시스템 (100) 이 나타나 있다. 일반적으로 말하면, 시스템 (100) 은 특정 전류에서 더 높은 전력을 전달함으로써, 종래 AC 듀얼 마그네트론 및 펄스형 DC 단일 마그네트론 스퍼터링 접근법들과 비교하여, 더 높은 성막 레이트를 달성하는 능력을 오퍼레이터에게 제공한다. 보다 구체적으로, 특정 전력 레벨에서, 본 명세서에 개시된 시스템 (100) 의 일부 실시형태들은 종래의 AC 스퍼터링 시스템들과 비교하여, 엔드블록들 또는 마그네트론들에서 RMS 전류를 약 절반만큼 차단할 수도 있다. 결과로서, 엔드블록 전류 정격이 제한되는 경우, 시스템 (100) 은 엔드블록 전류 정격 제한 내에 머무르면서 거의 두 배의 전력 전달을 가능하게 할 수도 있다. 도 1 에 도시된 시스템의 다른 양태는 활용되는 전극들의 타입 및 구현되는 제어 스킴에 의존하여, 스퍼터링이 시간의 적어도 70 % 로 발생한다는 것이다. 그리고 일부 구현들에서, 시스템 (100) 은 시간의 80 %, 90 %, 또는 거의 100 % 까지 스퍼터링하는 것이 가능하다.
시스템 (100) 의 부가적인 양태들은 기판에 대한 열 부하의 결과적인 감소, 또는 동일한 기판 열 부하에서 더 높은 성막 레이트를 포함한다. 또한, 많은 구현들의 다른 양태는 중간 주파수 (MF)(AC 또는 펄스형) 듀얼 마그네트론 스퍼터링과 비교하여, 실질적으로 동일한 성막 레이트 (공정에 전달된 총 전력 (kW) 당) 가 예상될 수 있다는 것이다. 본 명세서에 논의된 바와 같이, 각각의 사이클에서의 전압은 100 % 반전될 수도 있다. 또한 유리하게도, 일부 구현들은 기판 상의 필름에서 검출불가능한 애노드 재료 레벨들을 생성하면서 동작한다.
시스템 (100) 은 성막 레이트 및 품질을 개선하기 위해, 과거에 스퍼터링 공정을 (예를 들어, 7 일 이상) 생산 런 (run) 전체에 걸쳐 관리가능한 온도로 유지하는데 박차를 가했던, 웹 코터에 의해 사용될 수도 있다. 현재 이용가능한 시스템에서, 웹 코터는 플라즈마 챔버에 환기를 적용하여 열을 감소시키며, 이는 환기 없는 시스템과 비교하여, 생산 레이트를 35 % 만큼 증가시킨다. 대조적으로, 현재 개시된 시스템 (100) 은 심지어 냉각이 적용되기 전에도 생산 레이트의 배가를 제공한다. 즉, 본 명세서에 개시된 시스템 (100) 및/또는 방법들은 동일한 전력의 인가 하에서도 기판 (122) 에 의해 경험되는 열 부하 또는 가열을 낮출 수도 있고, 현재 이용가능한 시스템들에서 실현되는 것과 비교하여, 단축된 시간 기간에, 폴리에틸렌 기판을 파괴하지 않으면서, 폴리에틸렌 기판 상으로, 실리콘 이산화물 (SiO2) 또는 티타늄 이산화물 (TiO2) 과 같은 재료의 고품질 층을 적용하는데 실시될 수도 있다. SiO2 또는 TiO2 층은 현재 이용가능한 설계들에서 실현될 수도 있는 것보다 더 두꺼울 수도 있다.
시스템 (100) 은 현재 이용가능한 스퍼터링 시스템에서 경험되는 열 부하의 절반으로, AC 듀얼 마그네트론 또는 바이폴라 펄스형 DC 스퍼터링의 성막 레이트의 약 2 배를 제공할 수도 있다.
도 1 에 나타낸 바와 같이, 시스템 (100) 은 적어도 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극을 인클로징하는 플라즈마 챔버 (101) 를 포함한다. 시스템 (100) 은 스퍼터링 공정에서 시스템 (100) 이 박막 재료를 성막하는 기판 (122) 을 포함한다. 도 1 에 나타낸 바와 같이, 시스템 (100) 은 적어도 3 개의 전극들을 포함하지만, N 개의 전극들을 포함할 수도 있고, 본 실시형태에서, 전극들은 설명의 용이성을 위해 3 개의 그룹들로 도시된다.
보다 구체적으로, 도시된 실시형태에서는, 전극 1, 전극 2 및 전극 3 을 포함하는 3 개의 전극들의 제 1 그룹 ( "전극 그룹 1" 로 나타냄) 및 전극 N-2, 전극 N-1, 및 전극 N 을 포함하는 3 개의 전극들의 다른 그룹 (전극 그룹 N 으로 나타냄) 이 있다. 일부 변형들에서는, 3 개의 전극들의 하나의 그룹만이 구현될 수도 있다. 다른 변형들에서는 (3 개의 전극들의) 2 그룹들이 구현되고, 또 다른 실시형태들에서는, (3 개의 전극들의) 2 이상의 그룹들이 구현된다.
나타낸 바와 같이, 전극들의 각 그룹에 대해, 제 1 전력 소스 (140) 가 제 1 전극 (전극 그룹 1 에서의 전극 1 및 전극 그룹 N 에서의 전극 N-2) 및 제 2 전극 (전극 그룹 1 에서의 전극 2 및 전극 그룹 N 에서의 전극 N-1) 에 커플링된다. 제 1 전력 소스 (140) 는 다중 사이클들 각각 동안 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 제 1 전극에서 제 1 전압 (VAB) 을 인가하도록 구성된다. 제 2 전력 소스 (142) 는 제 3 전극 (전극 그룹 1 에서의 전극 3 및 전극 그룹 N 에서의 전극 N ) 및 제 2 전극에 커플링된다.
제 1 전력 소스 (142) 는 다중 사이클들 각각 동안 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 제 3 전극으로의 제 2 전압 (VCB) 을 인가하도록 구성된다. 나타낸 바와 같이, 제어기 (144) 는 제 1 전압을 제 2 전압과 위상-동기화시켜, 제 1 전압 (VAB) 및 상기 제 2 전압 (VCB) 양자 모두가 각각의 사이클의 일 부분 동안 동시에 네거티브이고 각각의 사이클의 다른 부분 동안 제 2 전극에 대해 동시에 포지티브이도록 제 1 전력 소스 (140) 및 제 2 전력 소스 (142) 를 제어하도록 구성된다.
본 명세서에서 더 논의되는 바와 같이, 제 1 및 제 2 전력 소스들 (140, 142) 각각은 제 1 전압 (VAB) 및 제 2 전압 (VCB) 을 인가하기 위해 바이폴라 제어가능 펄스형 DC 전력 공급기를 포함할 수도 있다. 또한 본 명세서에서 추가로 더 상세히 논의되는 바와 같이, 제어기 (144) 는 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어 및 하드웨어 및/또는 하드웨어 및 펌웨어의 조합에 의해 실현될 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 더 논의되는 바와 같이, 각각의 제어기 (144) 는 전극 그룹 간 전압이 위상-동기화되도록 하나 이상의 다른 제어기들 (144) 에 커플링될 수도 있다는 것이 고려된다. 더욱이, 아크 관리 동기화는 플라즈마에서 검출된 아크가 전극들에 전력을 인가하는 것을 중지하도록 모든 전력 소스들 (140, 142) 을 프롬프트하도록 구현될 수도 있다.
도 2 를 참조하면, 제 1 전력 소스 (140) 및 제 2 전력 소스 (142) 에 의해 시간에 걸쳐 도 1 의 (제 2 전극에 대해) 제 1 및 제 3 전극들에 각각 인가될 수도 있는 예시적인 제 1 전압 (VAB) 및 예시적인 제 2 전압 (VCB) 을 도시하는 타이밍 다이어그램이 나타나 있다. 또한 제 2 전극이 애노드로서 동작하는 동안 (마그네트론들로서 구현되는 경우) 제 1 및 제 3 전극들이 스퍼터링할 수도 있는 시간 (t1, t3) 이 나타나 있다. 그리고 시간 (t2, t4) 에서는, 제 1 및 제 3 전극들이 애노드로서 기능하는 동안 (마그네트론으로서 구현되는 경우) 제 2 전극이 스퍼터링할 수도 있다.
도 3 을 참조하면, 제 1 마그네트론 (M1), 제 2 마그네트론 (M2) 및 제 3 마그네트론 (M3) 을 형성하기 위해 도 1 에 도시된 N 개의 전극들을 구현하는데 3 개의 마그네트론들이 활용될 수도 있는 도 1 에 도시된 실시형태의 구현이 나타나 있으며, 여기서 3 개의 마그네트론들 각각은 3 개의 타겟들 (미도시) 중 대응하는 하나에 커플링된다. 마그네트론들 (M1, M2, M3) 은 플라즈마 챔버 (101) 에서 이온들에 의해 포격될 때 기판 (122) 에 타겟 재료가 스퍼터링되는 것을 가능하게 하기 위해 타겟에 커플링되고 캐소드들로서 동작하는, 당업자들에게 잘 알려진 마그네트론들에 의해 실현될 수도 있다.
시간에 걸쳐 도 3 의 마그네트론들에 인가된 예시적인 전압을 도시하는 타이밍 다이어그램인 도 4 에 나타낸 바와 같이, 제어기 (144) 는 제 1 마그네트론에서의 제 1 전압 (VAB) 및 제 3 마그네트론에서의 제 2 전압 (VCB) 양자 모두가 다중 사이클들에 걸쳐 시간의 적어도 66 퍼센트로 제 2 마그네트론에 대해 동시에 네거티브이도록, 제 1 전력 소스 (140) 및 제 2 전력 소스 (142) 를 제어하도록 구성된다. 나타낸 바와 같이, 시간 t1 및 t3 에서, 제 1 및 제 3 마그네트론들 (M1 및 M3) 은 마그네트론 (M2) 이 애노드로서 기능하는 동안 스퍼터링하고, 시간 t2 및 t4 에서, M2 는 마그네트론들 (M1 및 M3) 이 애노드로서 기능하는 동안 스퍼터링한다. 따라서, 각각의 사이클의 하나의 절반 동안, 마그네트론들의 2/3 가 스퍼터링하고 각각의 사이클의 다른 절반 동안, 마그네트론들 (M1, M2 및 M3) 의 1/3 이 스퍼터링한다.
도 4 에 도시된 구현에 있어서, 마그네트론들 (M1 및 M3) 보다 마그네트론 (M2) 에 인가된 사이클의 절반 동안 (예를 들어, 시간 t2 동안) 의 고레벨 (예를 들어, 레벨의 2 배) 의 전력이 있을 수도 있다. 즉, 매우 짧은 시간 기간에 마그네트론 (M2) 에서 2 배의 전력이 있을 것이다. 다시 말해서, 전력의 크기는 마그네트론들 사이를 스위칭할 때 (예를 들어, 시간 t1 에서 t2 로 스위칭할 때) 시간에 걸쳐 효과적으로 펄싱된다.
다음으로 도 5 를 참조하면, 도 1 에 도시된 실시형태의 구현이 나타나 있으며, 여기에서는 도 2 에 도시된 3 개의 마그네트론들의 배열이 반복되어 마그네트론들의 N/3 그룹들 (각각의 마그네트론 그룹은 2 개의 전력 소스들 (140, 142) 에 의해 전력이 공급되는 3 개의 마그네트론들을 포함한다) 은 N 개의 총 마그네트론들을 형성하기 위해 복제되며, N 은 3 으로 균등하게 나눠질 수 있다. 나타낸 바와 같이, 제 1 전력 소스 (140) 및 제 2 전력 소스 (142) 각각은 도 11 을 참조하여 본 명세서에서 더 논의되는 바와 같이 전력 소스들 (140, 142) 사이의 상호통신에 의해 동기화될 수도 있다. 동기화될 때, 제 1 전압 (VAB, VDE, VHI) 이 그룹에서의 제 1 마그네트론 (M1, M4, MN-2) 사이에서 동일한 그룹에서의 제 2 마그네트론 (M2, M5, MN-1) 에 대해 인가된다. 그리고 그룹에서의 제 2 전압 (VCB, VFE, VJI) 은 그 그룹에서의 제 3 마그네트론 (M3, M6, MN) 사이에서 그 그룹에서의 대응하는 제 2 마그네트론 (M2, M5, MN-1) 에 대해 인가된다.
도 6 을 참조하면, 시간에 걸쳐 도 5 의 마그네트론들에 인가된 예시적인 전압을 도시하는 타이밍 다이어그램이 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 시간 t1및 t3 에서, N 개의 마그네트론들의 2/3 가 스퍼터링하고 있다. 구체적으로, 마그네트론들 (M2, M5, 및 M N-1 ) 이 애노드로서 기능하는 동안, 시간 t1 및 t3 에서, M1, M3, M4, M6, M N-2 , M N 이 스퍼터링한다. 그리고 시간 t2 및 t3 에서, N 개의 마그네트론들의 1/3 이 스퍼터링하고 있다. 구체적으로, 마그네트론들 (M1, M3, M4, M6, M N- 2 ,및 M N ) 이 애노드로서 기능하는 동안, 시간 t2 및 t4 동안, M2, M5, 및 M N-1 이 스퍼터링한다. 도 6 에 도시된 시스템은 각각의 사이클의 제 1 부분 동안 마그네트론들의 2/3 가 스퍼터링하고 각각의 사이클의 다른 부분 동안 마그네트론들의 1/3 이 스퍼터링하는 전체 사이클 동안 스퍼터링이 발생하는 것을 가능하게 한다.
다음으로 도 7 을 참조하면, 펄스형 스퍼터링 시스템이 나타나 있으며, 여기서 도 1 에 도시된 스퍼터링 시스템의 3 개의 전극들은 제 1 마그네트론 (M1), 공유 애노드 및 제 2 마그네트론 (M2) 에 의해 구현된다. 제 1 전력 소스 (140) 는 제 1 마그네트론 (M1) 및 애노드에 커플링되고, 제 1 전력 소스 (140) 는 다중 사이클들 각각 동안 애노드에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 제 1 마그네트론 (M1) 으로의 제 1 전압 (VAB) 을 인가하도록 구성된다. 제 2 전력 소스 (142) 는 제 2 마그네트론 (M2) 및 애노드에 커플링되고, 제 2 전력 소스 (142) 는 다중 사이클들 각각 동안 애노드에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 제 2 마그네트론 (M2) 으로의 제 2 전압 (VCB) 을 인가하도록 구성된다. 제어기 (144) 는 제 1 전압 (VAB) 을 제 2 전압 (VCB) 과 위상-동기화시켜, 제 1 전압 (VAB) 및 제 2 전압 (VCB) 양자 모두가 각각의 사이클의 일 부분 동안 동시에 네거티브이고 각각의 사이클의 다른 부분 동안 애노드에 대해 동시에 포지티브이도록 제 1 전력 소스 (140) 및 제 2 전력 소스 (142) 를 제어하도록 구성된다. 도 7 의 구현의 많은 변형들에서, 공유 애노드는 (예를 들어, 수냉 (water cooling) 에 의해) 냉각된다.
도 8 을 참조하면, 시간에 걸쳐 도 7 의 애노드에 대해 도 7 의 2 개의 마그네트론들에 인가된 예시적인 전압을 도시하는 타이밍 다이어그램이 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 시간 t1 및 t3 에서, 마그네트론들 (M2 및 M3) 은 스퍼터링하고 있다. 그리고 시간 t2 및 t4 에서, 제 1 및 제 2 마그네트론들은 애노드의 네거티브 전위에 대해 포지티브 전위를 갖는다. 나타낸 바와 같이, 각각의 사이클 동안 (그리고, 이에 따라 도 8 에 도시된 다중 사이클들 동안) 발생하는 스퍼터링의 시간 퍼센티지는 (t1)/(t2) 이고, 일부 구현들에서 이 퍼센티지는 사이클의 적어도 70 % 이거나, 또는 다른 구현들에서 이 퍼센티지는 사이클의 70 % 내지 90 % 사이이다. 또 다른 구현들에서, 퍼센티지는 사이클의 80 % 내지 90 % 사이이거나, 또는 퍼센티지가 사이클의 85 % 내지 90 % 사이일 수도 있다. 또 다른 구현들에서, 퍼센티지는 90 % 이상일 수도 있다.
다음으로 도 9 를 참조하면, 도 7 에 도시된 전극 배열이 3 개의 전극들의 그룹 (2 개의 마그네트론들 및 애노드를 포함) 이 복제되어 총 N 개의 마그네트론들 및 N/2 개의 애노드들에 대해 N/3 개의 그룹들을 형성하도록 반복되는 구현이 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 3 개의 전극들의 각 그룹에서, 제 1 전압 (VAB, VDE, VHI) 은 그룹에서의 제 1 마그네트론 (M1, M3, MN-1) 사이에서 각각의 그룹에서의 애노드에 대해 인가된다. 그리고 3 개의 전극들의 각 그룹에서의 제 2 전압 (VCB, VFE, VJI) 은 각 그룹에서의 대응하는 애노드에 대해 그 그룹에서의 제 2 마그네트론 (M2, M4, MN) 에 인가된다.
도 10 은 도 8 을 참조하여 설명된 전극들의 각 그룹에서의 제 1 전압 (VAB, VDE, VHI) 및 전극들의 그룹들의 각각에서의 제 2 전압 (VCB, VFE, VJI) 의 예시적인 타이밍을 도시한다. 나타낸 바와 같이, 시간 t1 및 t3 에서는 모든 마그네트론들 (M1 내지 MN) 이 스퍼터링하고 있고 시간 t2 및 t4 에서는 스퍼터링이 발생하지 않는다. 도 10 에서의 타이밍과 같이, 제 1 및 제 2 전압은, 제 1 및 제 2 전압 양자 모두가 각각의 사이클의 일 부분 동안 동시에 네거티브이고 각각의 사이클의 다른 부분 동안 애노드에 대해 동시에 포지티브이도록 위상 동기화된다.
도 11 을 참조하면, 도 1 에 도시된 일반적인 실시형태의 (도 2 내지 도 10 을 참조하여 설명된) 다양한 구현들에서 활용될 수도 있는 양태들을 도시하는 스퍼터링 시스템 (1100) 이 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 스퍼터링 시스템 (1100) 은 제 1 타겟 (1103) 과 인게이징되는 제 1 마그네트론 (1102), 제 2 타겟 (1105) 과 인게이징되는 제 2 마그네트론 (1104), 및 애노드 (1108) 를 인클로징하는 플라즈마 챔버 (1101) 를 포함할 수도 있다. 시스템 (1100) 은 스퍼터링 공정에서 시스템 (1100) 이 박막 재료를 성막할 기판 (1122) 을 포함할 수도 있다.
제 1 바이폴라 제어가능 펄스형 DC 전력 공급기 (1112)(또는 제 1 바이폴라 DC 공급기 (1112)) 및 제 2 바이폴라 제어가능 펄스형 DC 전력 공급기 (1114)(또는 제 2 바이폴라 DC 공급기 (1114)) 가 제공될 수도 있다. 제 1 및 제 2 바이폴라 DC 공급기들 (1112, 1114) 은 제 1 직류 (DC) 공급기 (1116) 및 제 2 DC 공급기 (1118) 로부터 각각 직류 전력을 수신할 수도 있다. 제 1 바이폴라 DC 공급기 (1112) 는 전력 리드(들)(1124) 에 의해 제 1 마그네트론 (1102) 에 커플링될 수도 있고, 스퍼터링 전력을 제 1 타겟 (1103) 에 인가하도록 구성될 수도 있다. 유사하게, 제 2 바이폴라 DC 공급기 (1114) 는 제 2 마그네트론 (1104) 에 커플링될 수도 있고, 스퍼터링 전력을 제 2 타겟 (1105) 에 인가하도록 구성될 수도 있다. 제 1 및 제 2 바이폴라 DC 공급기들 (1112, 1114) 은 리드(들)(1128) 에 의해 애노드 (1108) 에 커플링될 수도 있으며, 보다 구체적으로는, 전기 조인트 (1129) 가 제 1 바이폴라 DC 공급기 (112) 로부터의 제 1 애노드 리드 (1113) 를 제 2 바이폴라 DC 공급기 (1114) 로부터의 제 2 애노드 리드 (1115) 에 커플링할 수도 있다. 즉, 제 1 전력 소스 (1140) 는 리드들 (1124, 1113 및 1128) 을 통해 제 1 마그네트론 (1102) 에 의해 애노드 (1108) 및 제 1 타겟 (1103) 에 동작가능하게 커플링될 수도 있는 한편, 제 2 전력 소스 (1142) 은 리드들 (1126, 1115, 및 1128) 을 통해 제 2 마그네트론 (1104) 에 의해 애노드 (1108) 및 제 2 타겟 (1105) 에 동작가능하게 커플링될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 애노드는 플라즈마 챔버 (1101) 의 벽일 수도 있다; 그러나, 다른 실시형태들에서 및 예시된 바와 같이, 애노드 (1108) 는 플로팅 애노드 (1108) 일 수도 있고, 추가로 중공 캐소드 효과가 보다 안정적인 동작을 위해 배출구를 클린하게 유지하도록 돕는 것을 가능하게 하는 복수의 가스 배출구들 (1109) 및 가스 유입구 (1107) 를 가질 수도 있다. 당업자는 애노드 (1108) 가 전력 공급 전달 회로의 일부이기 때문에, 유입구 (1107) 에서의 가스 진입이 그의 결합을 파괴하는 증가된 기회를 갖는다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 산소 가스 (O2) 는 복수의 배출구들 (1109) 로부터 그 가스가 나갈 때 2 개의 산소 원자들로 침입하기 쉬운 한편, 질소 가스 (N2) 는 복수의 배출구들 (1109) 로부터 나갈 때 2 개의 질소 원자들로 침입하기 쉬우므로, 중공 캐소드 효과를 제공하는 애노드 (1108) 의 사용없이도 예상되는 것보다 더 높은 품질인 기판 (1122) 상의 필름들을 야기한다.
일부 실시형태들은 종래 기술에서 발생하는 것으로 알려진 "소실(disappear)" 하지 않는 애노드를 유지하는 시스템 (1100) 을 제공하고, 본 명세서에 개시된 시스템에서는, 애노드 (1108) 가 더 높은 온도에서의 동작을 통해, 복수의 배출구들 (1109) 에서의 중공 캐소드 방전에 의해, 및/또는 애노드 전력의 인가 동안 직접 스퍼터링에 의해, 클린 상태로 유지되거나 클린될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 시스템 (1100) 은 클린 애노드를 유지하기에 적합한 상대적으로 높은 온도에서, 플로팅 가스 애노드일 수도 있는 애노드 (1108) 를 유지하면서, 챔버 (101) 내에서 및/또는 기판 (1122) 에 의해 경험되는 열 부하가 폴리에틸렌 기판과 같은, 기판 (1122) 을 손상시킬 정도로 높게 되도록 하지 않는다. 일부 실시형태들에서, 시스템 (100) 은 애노드 (1108) 를 100 ℃ 이상으로 유지할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 시스템 (100) 은 애노드 (1108) 를 약 150 ℃ 의 온도로 유지할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 시스템 (1100) 은 폴리에틸렌 기판 상으로 티타늄 이산화물 (TiO2) 또는 실리콘 이산화물 (SiO2) 을 성막하는 웹 코터에 의해 사용될 때와 같은, 150 ℃ 이하로 애노드 (1108) 를 유지할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 시스템 (1100) 은 유리 코터에 의해 사용될 때와 같은, 200 ℃ 이상으로 애노드 (1108) 를 유지할 수도 있다.
도 11 로 계속하면, 동기화 유닛 (1120) 을 포함하는 제어기 (1144) 는 이 문서의 후반부에서 설명될 방식으로 제 1 및 제 2 바이폴라 DC 공급기들 (1112, 1114) 로부터의 전력 신호들을 동기화시킬 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 전력 소스 (1140) 는 제 1 바이폴라 제어가능 펄스형 DC 전력 공급기 (1112) 및 제 1 DC 공급기 (1116) 를 포함할 수도 있다. 유사하게, 제 2 전력 소스는 제 2 바이폴라 제어가능 펄스형 DC 전력 공급기 (1114) 및 제 2 DC 공급기 (1118) 를 포함할 수도 있다.
특히, 제 1 및 제 2 전력 공급기들 (1140, 1142) 각각은 제 1 및 제 2 전력 공급기들 (1140, 1142) 의 다른 하나의 동작을 제어하려고 시도하지 않으면서, 제 1 및 제 2 전력 공급기들 (1140, 1142) 의 다른 하나를 인식하도록 배열 및 구성될 수도 있다. 출원인은 먼저 제 1 및 제 2 바이폴라 DC 공급기들 (1112, 1114) 각각의 듀티 및 주파수 (예를 들어, 40kHz) 를 구성하고, 이어서 동기화 유닛 (1120) 을 커플링하고 제 1 및 제 2 바이폴라 DC 공급기들 (1112, 1114) 중 하나를 주파수 동기화를 목적으로 송신기로서 인지되도록 구성하고 제 1 및 제 2 바이폴라 DC 공급기들 (1112, 1114) 중 다른 하나를 주파수 동기화를 목적으로 수신기로서 인지되도록 구성함으로써, 이러한 “제어없는 인식" 을 달성하였다. 대조적으로, 제 1 및 제 2 DC 공급기들 (1116, 1118) 의 각각의 공급기는 독립적이며, 적절히 기능하도록 제 1 및 제 2 DC 공급기들 (1116, 1118) 의 다른 공급기의 인식에 의존하지 않는다.
요구되지 않더라도, 일 구현에서, 제 1 및 제 2 DC 공급기들 (1116, 1118) 은 Fort Collins, Colorado, U.S.A. 의 Advanced Energy Industries, Inc. 에 의해 판매된 하나 이상의 ASCENT 직류 전력 공급기들에 의해 각각 실현될 수도 있다. 그리고 제 1 및 제 2 바이폴라 DC 공급기들 (1112, 1114) 은, Fort Collins, Colorado, U.S.A. 의 Advanced Energy Industries, Inc. 에 의해 또한 판매된, ASCENT DMS 듀얼-마그네트론 스퍼터링 액세서리에 의해 각각 실현될 수도 있다. 이러한 구현에서, 제 1 및 제 2 전력 소스들 (1140, 1142) 은 AMS/DMS 스택으로서 각각 실현되며, 여기서 ASCENT 직류 전력 공급기는 스트레이트 DC 전력을 제공하고 아크 관리 기능들을 수행할 수도 있고, DMS 듀얼 마그네트론 스퍼터링 액세서리는 스트레이트 DC 전력으로부터 펄스형 DC 파형을 생성한다. 유리하게, DMS 듀얼-마그네트론 스퍼터링 액세서리는 챔버 (1101) 에 근접하여 위치될 수도 있고, ASCENT 직류 전력 공급기들은 챔버 (1101) 로부터 원격으로 (예를 들어, 원격 랙에) 위치될 수도 있다. 이러한 구현에서 1120 동기화 유닛은 DMS 액세서리의 공통 엑시터 (CEX) 기능에 의해 실현될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 제 1 및 제 2 전력 소스들 (1140, 1142) 각각은 통합된 펄스형 DC 전력 공급기에 의해 실현될 수도 있다.
도 12 를 참조하면, 본 명세서에 개시된 구현들과 관련하여 순회될 수도 있는 방법이 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 적어도 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극을 인클로징하는 플라즈마 챔버에 플라즈마가 제공된다 (블록 1202). 예를 들어, 3 개의 전극들은 도 3 내지 도 6 을 참조하여 설명된 바와 같이 마그네트론으로서 모두 구현될 수도 있거나, 또는 3 개의 전극들이 도 7 내지 도 11 을 참조하여 설명된 바와 같이 애노드와 조합하여 2 개의 마그네트론들로서 구현될 수도 있다.
나타낸 바와 같이, 제 1 전력 소스는 제 1 전극 및 제 2 전극에 커플링되고, 제 2 전력 소스는 제 3 전극 및 제 2 전극에 커플링된다 (블록 1204 및 1206). 3 개의 전극들이 애노드와 조합하여 2 개의 마그네트론들로서 구현되는 구현들에서, 제 2 전극은 애노드로서 (예를 들어, 타겟 없이 그리고 마그네트론 없이) 구현된다. 제어기는 제 1 및 제 2 전력 소스들 양자 모두에 커플링되고 (블록 1208), 다중 사이클들 각각 동안 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 제 1 전극으로의 (예를 들어, 제 1 전력 소스로) 제 1 전압이 인가된다. 또한, 다중 사이클들 각각 동안 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 제 3 전극으로의 (예를 들어, 제 2 전력 소스로) 제 2 전압이 인가된다 (블록 1210).
나타낸 바와 같이, 제 1 전압은 제 2 전압과 위상-동기화되어, 제 1 전압 및 제 2 전압 양자 모두가 제 2 전극에 대해 각각의 사이클의 일 부분 동안 동시에 네거티브이고 각각의 사이클의 다른 부분 동안 동시에 포지티브이다 (블록 1214).
다음으로 도 13 을 참조하면, 도 11 에 도시된 시스템에서 인가된 전압들을 도시하는 타이밍 다이어그램이 나타나 있다. 도 11 및 도 13 에서 기준 지점은 각각, 도 2, 4, 6, 8 및 10 에 도시된 기준 지점과는 반대인, (도 11 에 도시된) 마그네트론들 (1102 및 1104) 에서의 전압들 (V1 및 V2) 에 대한 애노드 전압 (VB) 인 것임을 알아야 한다. 나타낸 바와 같이, 일부 실시형태들에서, 제어기 (1144) 및/또는 동기화 유닛 (1120) 은 제 1 및 제 2 바이폴라 DC 공급기들 (1112, 1114) 또는 제 1 및 제 2 전력 소스들 (1140, 1142) 로 하여금 스퍼터링 전력을 각각 제 1 및 제 2 마그네트론들 (1104, 1106) 에 동시에 인가한 다음, 동시 애노드 전력을 애노드 (1108) 에 인가하게 하도록 구성될 수도 있다.
도 11 을 다시 참조하면, 동기화 유닛 (1120) 은 제 1 및 제 2 바이폴라 DC 공급기들 (1112, 1114) 로 하여금 제 1 시간 기간 (t1) 동안 마그네트론들 (1104, 1106) 에 전력을 인가한 다음, 제 2 시간 기간 (t2) 동안 애노드 (1108) 에 전력을 인가하게 하도록 구성될 수도 있으며, 제 1 시간 기간 (t1) 은 제 1 및 제 2 시간 기간들 (t1, t2) 을 포함하는 스퍼터링 사이클의 80% 이다. 제 2 시간 기간 (t2)은 사이클의 약 20 % 일 수도 있다. 일부 변형들에서, 제 1 시간 기간 (t1) 은 사이클의 적어도 70%, 또는 다른 변형들에서는, 사이클의 70 % 내지 90 % 사이일 수도 있다. 제 2 시간 기간 (t2) 은 사이클의 30% 미만, 또는 사이클의 30% 와 10% 사이일 수도 있다. 일부 구현들에서, 제 1 시간 기간 (t1) 은 사이클의 80 % 내지 90 % 사이일 수도 있고, 제 2 시간 기간 (t2) 은 사이클의 20 % 와 10 % 사이일 수도 있다. 다른 구현들에서, 제 1 시간 기간 (t1) 은 사이클의 85% 내지 90 % 사이일 수도 있고, 제 2 시간 기간 (t2) 은 사이클의 15% 와 10 % 사이일 수도 있다.
본 명세서에서 더 논의되는 바와 같이, 제어기 (1144) 는 제 1 전력 소스 (1140) 및 제 2 전력 소스 (1142) 를 제어하도록 구성될 수도 있고, 본 명세서에 설명된 방법론을 실행하기 위해 비일시적 명령들을 포함하는 비일시적 메모리를 가질 수도 있다. 예를 들어, 비일시적 명령들은 필드 프로그램가능 게이트 어레이에 의해 액세스가능하여 하나 이상의 방법들을 실행하도록 필드 프로그램가능 게이트 어레이를 구성할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 비일시적 명령들은 프로세서에 의해 실행가능하고 및/또는 필드 프로그램가능 게이트 어레이에 의해 액세스가능하여 하나 이상의 방법들을 실행하도록 필드 프로그램가능 게이트 어레이를 구성할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제어기 (1144) 의 하나 이상의 양태들은 본 명세서에 설명된 방법들 중 하나 이상을 실행하도록 제 1 및 제 2 전력 소스들 (1140, 1142) 을 제어하도록 지속적으로 구성되는 하드웨어 (예를 들어, 주문형 집적 회로 (application specific integrated circuits)) 에 의해 실현될 수도 있다.
도 13 에 나타낸 바와 같이, 시스템 (1100) 에 의해 실행될 수도 있는 스퍼터링 프로세스의 소정의 신규하고 혁신적인 양태들이 상세히 설명된다. 도 13 에 도시된 바와 같이, 시스템 (1100) 은 제 1 시간 기간 (t1) 동안 애노드와 제 1 마그네트론 (1102) 사이에 제 1 전압 (VB1) 을 갖는 제 1 전력을 인가하도록 구성될 수도 있다. 동시에 또는 제 1 시간 기간 (t1) 동안, 시스템 (1100) 은 제 1 애노드 (1108) 와 제 2 마그네트론 (1104) 사이에 제 2 전압 (VB2) 을 갖는 제 2 전력을 인가할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 전압 (VB1) 의 크기는 실질적으로 제 2 전압 (VB2) 의 크기와 동일할 수도 있고 (VB1 = VB2), VB1 = VB2 일 때, 노드에서의 전압 VB 은 Vcombined 로서 본 명세서에서 지칭되지만, 그 값들은 매우 이상적이고, VB1 은 VB2 와 실제로 완전히 매칭하지 않을 수도 있음을 이해할 것이다.
도 13 으로 계속하면, 제 1 시간 기간 (t1) 다음 제 2 시간 기간 (t2) 이 후속할 수도 있다. 제 2 시간 기간 (t2) 동안, 시스템 (1100) 은 제 1 전력 소스 (1140) 및 제 2 전력 소스 (1142) 로 하여금 마그네트론들 (1102 및 1104) 에 대해 네거티브인 전압을 갖는 전력을 애노드 (1108) 에서 인가하게 하도록 구성될 수도 있다. 특히, 2 개의 전력 소스들 (1140, 1142) 이 동시에 애노드 (1108) 에 전력을 인가할 때, 애노드 전류는 부가적이다.
도 13 에서의 그래프도들은 매우 이상적이지만, 전력 및 전압의 근사가 제공될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 전압 (VB1) 은 약 300 볼트 내지 약 800 볼트 사이일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 전압 (VB1) 은 적어도 400 볼트일 수도 있다. 제 2 전압 (VB2)의 크기는 제 1 전압 (VB1) 의 크기와 실질적으로 동등할 수도 있다. 평균 제곱근 또는 RMS 가 전압을 평가하는데 취해질 수도 있다.
또한 VB1 및 VB 2는 제 1 마그네트론 (1102) 및 제 2 마그네트론 (1104) 에 대해 애노드 (1108) 에 인가된 전압을 각각 나타낸다는 것을 유의해야 한다. 그러나 노드에서의 전압 (VB) 은 접지에 대해 측정될 수도 있다. 도 15 를 간단히 참조하면, 예를 들어 상단 트레이스가 접지에 대한 VB 또는 애노드의 전압을 나타내는 한편, 하단 트레이스가 애노드 (1108) 에 대해 제 1 마그네트론 (1102) 에 인가된 전압 (VB1) 을 나타내는 것을 도시하는 오실로스코프가 나타나 있다. 일부 실시형태들에서, 접지에 대한 VB 는 제 1 시간 기간 (t1) 동안 인가된 스퍼터링 전력에서 임의적인 합산 전압 Vsum 에 있는, 값 Vsum 의 적어도 70% 이다. 즉, 용어 "합산 전압 Vsum" 은 시스템이 전체적으로 합산 전압을 경험한다는 것을 의미하도록 의도되는 것이 아니라, 오히려 제 1 마그네트론 (102) 이 전압을 경험할 수도 있고 제 2 마그네트론 (104) 이 전압을 경험할 수도 있음을 의미하도록 의도되며, 전압은 분석의 목적을 위해 합산된다. 일부 실시형태들에서, 접지에 대한 VB 는 Vsum 의 적어도 80 % 이다.
이제 도 14 를 참조하면, 시스템 (1100) 에 의해 실행될 수도 있는 스퍼터링의 다른 방법 (1400) 을 도시하는 플로우챠트가 나타나 있다. 방법 (1400) 은 플라즈마 챔버, 제 1 전력 소스, 제 2 전력 소스 및 다른 스퍼터링 컴포넌트들을 제공하는 것 (1402) 을 포함할 수도 있다. 제공하는 것 (1402) 은 도 1 내지 도 13 의 특정 구현들을 참조하여 설명된 시스템 (100) 과 같은 시스템을 제공함으로써 달성될 수도 있다. 방법 (1400) 은 제 1 전력 소스로 하여금 제 1 시간 기간 동안 제 1 스퍼터링 전력을 제 1 마그네트론에 인가하게 하는 것 (1404) 을 포함할 수도 있다. 방법 (1400) 은 또한 제 2 전력 소스로 하여금 제 1 시간 기간 동안 제 2 스퍼터링 전력을 제 2 마그네트론에 인가하게 하는 것 (1406) 을 포함할 수도 있고, 제 1 스퍼터링 전력 및 제 2 스퍼터링 전력은 합산 스퍼터링 전압을 제공한다. 일부 실시형태들에서, 방법 (1400) 은 제 1 마그네트론 및 제 2 마그네트론에 인가된 합산 스퍼터링 전력, 합산 스퍼터링 전압, 및 합산 스퍼터링 전류 중 하나 이상을 계산하는 것 (1414) 을 포함할 수도 있다.
방법 (1400) 은 또한 제 1 전력 소스로 하여금 제 1 시간 기간에 후속하는 제 2 시간 기간 동안 제 1 애노드 전력을 애노드에 인가하게 하는 것 (1408) 을 포함할 수도 있다. 방법 (1400) 은 또한 제 2 전력 소스로 하여금 제 2 시간 기간 동안 제 2 애노드 전력을 애노드에 인가하게 하는 것 (1410) 을 포함할 수도 있고, 제 1 애노드 전력 및 제 2 애노드 전력은 조합된 애노드 전력을 제공한다.
방법 (1400) 은 전류 및 전압을 갖는 조합된 애노드 전력이 합산 스퍼터링 전압의 크기의 적어도 80% 의 크기를 갖는 접지에 대한 전압 VB 를 갖도록 애노드에 애노드 전력을 조합하는 것 (1412) 을 포함할 수도 있다.
방법 (1400) 에서, 제 1 시간 기간 (예를 들어, t1) 은 스퍼터링 사이클의 적어도 80 % 일 수도 있고, 스퍼터링 사이클은 제 1 시간 기간 및 제 2 시간 기간으로 구성된다. 일부 실시형태들에서, 제 1 시간 기간은 스퍼터링 사이클의 적어도 70 % 이다. 일부 실시형태들에서, 조합된 애노드 전압은 적어도 800 볼트의 크기를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 제 1 시간 기간 (t1) 은 사이클의 70% 내지 90 % 사이일 수도 있고, 제 2 시간 기간 (t2) 은 사이클의 30% 와 10 % 사이일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 시간 기간 (t1) 은 사이클의 80% 내지 90 % 사이일 수도 있고, 제 2 시간 기간 (t2) 은 사이클의 20% 와 10 % 사이일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 시간 기간 (t1) 은 사이클의 85% 내지 90 % 사이일 수도 있고, 제 2 시간 기간 (t2) 은 사이클의 15% 와 10 % 사이일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 제 1 스퍼터링 전력은 적어도 300 볼트의 크기를 갖는 전압을 가지며, 제 2 스퍼터링 전력은 적어도 300 볼트의 크기를 갖는 전압을 갖는다.
일부 실시형태들에서, 조합된 애노드 전력은 전류 및 전압을 가지며, 전압은 적어도 1000 볼트의 크기를 갖는다.
일부 실시 형태에서, 애노드는 중공 캐소드 효과를 제공하기 위해 형상화된 복수의 가수 배출구들 및 가스 유입구를 갖는 가스 바를 포함하는 플로팅 애노드이다.
일부 실시형태들에서, 방법 (1400) 은 제 1 전력 소스 및 제 2 전력 소스로 하여금 제 1 시간 기간 동안 제 1 마그네트론 및 제 2 마그네트론에 동시에 전력을 인가하게 하고, 그리고 제 1 전력 소스 및 제 2 전력 소스로 하여금 제 2 시간 기간 동안 제 2 마그네트론에 동시에 전력을 인가하게 하도록 동기화기를 야기시키는 것을 포함한다.
기본 기능성을 결정하기 위해, 본 명세서에서 설명된 시스템 (1100) 및 방법 (1400) 은 타겟 재료로서 TiOX, 반응성 가스로서 126 SCCM 아르곤 및 100 SCCM 산소를 사용한 6.4 mTorr, 사이에 놓인 플로팅 애노드로 마그네트론 당 4 kW 의 인가 전력, 및 분당 10 인치의 라인 속도를 사용하여 테스팅되었다. 표 1 은 시스템 (100) 이 동작하게 되는 것을 확립하는 기능성 테스트의 결과들을 예시한다.
표 1 : 제 1 플라즈마에서의 기능성 테스트 관찰들.
Figure pct00001
상기 기능성 테스트는 시스템 (1100) 이 실질적으로 예상된 대로 기능적이었고, 애노드 (1108) 에 전체 전력을 전달하려고 시도하고 있었음을 검증하였다. 특히, 기능성 테스트의 예측하지 못한 결과는 애노드 전력이 단지 2.2 암페어, 또는 예상되었던 것의 약 절반의 전류를 나타냈다는 것이 드러났다.
출원인은 애노드 (1108) 상에서 자기 강화가 없었기 때문에, 애노드 (1108) 를 가열하는 것 이상으로 더 이상의 작업을 행하는데 매우 높은 전압이 필요하며, 이는 또한 바람직한 응답인 것임을 알아냈다고 결정하였다. 즉, Vcombined 은 기능성 테스트에서 애노드 (1108) 에 매우 낮은 전류를 초래하기에 충분히 높다. 더욱이, 전류는 부가적이기 때문에, 단지 2.2 암페어의 애노드 (1108) 에서의 전류는 제 1 및 제 2 마그네트론들 (1102, 1104) 각각에서 0 에 접근하는 전류가 경험되는 것 - 애노드 전력 펄스 동안 제 1 및 제 2 마그네트론들 (1102, 1104) 의 바람직하지 않은 코팅을 방지하기 위한 다른 바람직한 결과를 표시한다.
기능성 테스트를 넘어, 시스템은 런들 1, 2 및 3 하에서 하기에 설명된, 3 개의 다른 설정들 하에서 테스트되었다. 벤치마크 런들 4 및 5 은 또한 하기에 설명된 바와 같이 전형적인 AC 스퍼터링 시스템을 사용하여 수행되었다. 동시에 주어진 라인 속도에서 필름 성막 두께를 측정함으로써, 성막 레이트가 계산될 수 있다. 마그네트론 (1102, 1140) 및 애노드 (1108) 에서 전압 및 전류였던 것처럼, 기판 (1122) 의 열 부하 또는 온도가 측정되었다. 특히, 셋업은 상대적으로 작은 마그네트론을 갖는 스퍼터 다운 머신에서 실행되었으므로, 프로세스 전력이 제한되었다.
열 부하 응답의 요약을 도시하는 도 16 으로 다시 돌아가면, 일련의 테스트는 다양한 주파수에서 수행되었고, 특히 가능한 많은 사이드 A (Side A) 온 (ON) 시간으로, 즉 마그네트론으로의 충분한 시간의 전력 인가로, 런 1 은 20kHz 에서, 런 2 는 30kHz 에서, 런 3 은 40kHz 에서 였다.
막 레이트와 열 부하를 비교하기 위해, 시스템 (1100) 은 벤치마크 테스트 런들 4 및 6 에 예시된, 현재 이용가능한 Advanced Energy PEII AC 전력 공급기와 비교되었다.
각각의 런으로, 베어 유리 상에 Sharpie® 마크가 있는, Dektak® 프로파일로미터를 사용하여 막 두께 측정이 취해졌다. Sharpie 마크 상부에 코팅된 유리의 스크러빙은 코팅을 제거하여, 양호한 두께 스텝이 획득될 수 있다.
또한 각각의 런으로, 기판 상의 열부하는 SuperMole 에 의해 측정되었으며, 이는 유리 기판에 초강력 접착된 타입 K 열전대를 갖는 많은 열 차폐물들로 둘러싸인 회로 보드이다. SuperMole 은 플라즈마를 통해 실시간 온도 측정을 취하였고 그 후 그 결과가 다운로딩되고 저장되었다.
이제 도 16 내지 도 19 를 동시에 참조하면, 5 개의 런들이 완료되었고, 모든 머신 설정들은 상술한 바와 같이 유지되었다. 5 개의 런들의 결과는 하기에 기재되어 있다.
표 2 : 런 1. 시스템 (100) @ 4kW, 20 kHz.
Figure pct00002
표 3 : 런 2. 시스템 (100) @ 4kW, 30 kHz.
Figure pct00003
표 4 : 런 3. 시스템 (100) @ 4kW, 40 kHz.
Figure pct00004
표 5 : 런 4. 전형적인 AC 시스템 @ 4kW.
Figure pct00005
표 6 : 런 5. 전형적인 AC 시스템 @ 8 kW.
Figure pct00006
도 17 은 4kW 에서의 AC 시스템과 비교하여, 40kHz 및 4kW 에서 작동하는 시스템 (1100) 의 열 부하 결과들을 도시한다. 도 18 은 8kW 에서의 AC 시스템과 비교하여, 40kHz 및 4 kW 에서 작동하는 시스템 (1100) 의 열 부하 결과들을 도시한다. 도 19 는 5 개의 런들 (런들 1-3 은 테스트 런들이고, 런들 4-5 는 AC 시스템의 벤치마크 테스트들이다) 각각에 대한 결과의 막 두께를 도시한다.
이제 도 17 및 도 19 를 참조하면, 도 17 은 시스템 (1100) 이 더 적은 가열 (300 ℃ 미만 대 300 ℃ 이상) 을 초래한다는 것을 표시한다. 게다가, 그리고 표 3 및 5 를 참조하면, 시스템 (1100) 은 4 kW 의 전력에서 4.4 암페어의 조합된 전류 (Icombined) 를 제공하는 한편, 4 kW 의 AC 시스템은 7.6 암페어의 전류를 제공한다. 즉, 동일한 전력 와트 설정들에서, 시스템 (1100) 은 애노드 (1108) 가 상당히 더 적은 전류 (4.4 암페어 대 7.6 암페어) 를 경험하게 하여, 상대적으로 핫한 애노드를 초래하여, 애노드 (1108) 의 클리닝 특성들을 개선하면서도, 상대적으로 쿨한 기판을 유지한다. 도 9 를 고려하여, 전형적인 AC 시스템의 동일한 전력 설정들에서의 시스템 (1100) 은 훨씬 개선된 성막 레이트 (350 옴스트롱 이상 대 약 225 옴스트롱) 를 초래하며, 이는 공정 시설이 폴리에틸렌과 같은 민감한 기판에 대한 손상없이 상당한 수율을 실현할 수 있음을 의미한다.
이제 도 18 및 도 19 를 참조하면, 8 kW 에서 작동하는 전형적인 PEII AC 시스템과 비교하여, 제 1 및 제 2 바이폴라 DC 공급기들 (1112, 1114) 은 40kHz 에서 동작하고, 제 1 및 제 2 DC 공급기들 (1116) 은 사이드 당 4kW 에서 동작하는 시스템 (1100) 을 도시하고 있으며, 전형적인 시스템이 더 두꺼운 필름을 초래했지만, 시스템 (1100) 은 훨씬 더 낮은 열부하를 초래했다는 것을 유의해야 한다. 즉, 성막 레이트는 전형적인 시스템으로 약간 더 크기만, 시스템 (1100) 상의 열부하는 본 명세서에 기재된 바와 같이 절반이었다. 이것은 흥미롭지만, AC 전력 또는 전류 제한에 부딪히고 더 큰 성막 레이트가 필요할 때 일반적인 공정 엔지니어가 있게 되는 곳이 아니다. 예를 들어, 전형적인 시스템에서 스퍼터링 구역이 90kW 에서 작동하고 300 amp AC 전류 제한에 부딪히는 경우, 본 명세서에 설명된 바와 같은 시스템 (1100) 이 대신 사용될 수 있다. 120kW AC 전달 시스템 대신에 120kW 인 2 개의 전력 공급기들 (1140, 1142) 을 배치하면, 도 17 및 도 19 에 도시된 극적인 차이가 발생한다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 시스템 (1100) 으로, 유도성 가열 전류 제한을 위반하지 않으면서 더 많은 전력을 전력 공급 시스템으로 푸시하는 것이 가능하다. 시스템 (1100) 은 생산 속도를 개선하고, 캐소드 리드를 부가하지 않고 성막 레이트를 부가하고, 기존 캐소드를 최대한 사용하며, 기판을 훨씬 더 쿨하게 유지할 수도 있다.
표 3 및 6 을 참조하면, 시스템 (1100) 은 4 kW 의 전력에서 4.4 암페어의 조합된 전류 (Icombined) 를 제공하는 한편, 8 kW 의 AC 시스템은 14 암페어의 전류를 제공한다는 것을 알 수 있다. 도 19 를 고려하여, 4kW 및 40kHz 의 시스템 (1100) 은 2 배의 전력에서 전형적인 AC 시스템의 성막 레이트에 근접하는 성막 레이트를 초래하지만, 상당히 더 적은 전류 (4.4 암페어 대 14 암페어) 및 훨씬 더 낮은 열 부하 (약 300 대 500도 이상) 를 초래하는 것을 알 수 있다.
도 19 의 근접 분석은 본 명세서에서 이전에 설명된 바와 같이 제 1 전력 공급기 (1140) 및 제 2 전력 공급기 (1142) 를 사용하면 동일한 전력에서 전형적인 AC 타입 스퍼터링 시스템과 비교하여 성막 레이트를 증가시킨다는 것을 보여준다. 예를 들어, 사이드 당 4kW 및 20kHz 에서 작동하는 시스템 (1100) 은 470 옴스트롱의 막 두께를 초래하는 한편, 4kW 의 전형적인 PEII AC 시스템은 단지 230 옴스트롱의 막 두께를 초래한다. 시스템 (1100) 의 성막 레이트에 접근하기 위해, 전형적인 AC 시스템은 8kW 초과의 전력을 인가해야 할 것이다.
간결하게 말해서, 출원인은 이전에 설명된 바와 같이, 예상치못한 결과였던, 전형적인 AC 시스템과 동일하거나 더 낮은 전력에서 기판 (1122) 에 의해 경험되는 열 부하, 및 애노드 (1108) 및 마그네트론들 (1102, 1104) 에 의해 경험되는 전류를 크게 감소시키면서 성막 레이트를 증가시키기 위한 시스템, 방법 및 수단을 제공하였다.
이제 도 16 을 참조하면, 시스템 (1100) 이 20, 30 및 40 kHz 등을 포함하는 임의의 수의 주파수에서 작동할 수도 있고 전형적인 AC 전력 전달에 비해 지속적으로 훨씬 더 우수한 옹스트롬/기판 온도 프로파일을 제공할 수도 있다고 추론할 수도 있다.
다음으로 도 20 을 참조하면, 단일 마그네트론 (M1) 이 전용 애노드와 함께 활용되는 다른 실시형태가 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 플라즈마 챔버 (2001) 는 적어도 마그네트론 (M1) 및 애노드를 인클로징하고, 전력 소스 (2040) 은 마그네트론 (M1) 에 커플링되어 다중 사이클들의 각각 동안 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 (애노드에 대해) 마그네트론으로의 전압 (VAB) 을 인가한다. 제어기 (2044) 는 전압 (VAB) 의 포지티브 부분을 전압 (VAB) 의 네거티브 부분과 동일한 크기로 인가하도록 제 1 전력 소스 (2040) 을 제어하도록 구성된다. 이러한 실시형태에서의 애노드는 플라즈마 챔버 (2001) 일 수도 있거나, 또는 애노드가 플로팅 (챔버 (2001) 로부터 디커플링됨) 일 수도 있다.
동작에 있어서, 도시된 마그네트론 (M1) 은 마그네트론 (M1) 과 연관된 (도 20 에는 나타내지 않은) 타겟의 표면에 가까운 하전된 플라즈마 입자들을 한정하기 위해 강한 전기장 및 자기장을 채용할 수도 있다. 애노드는 일반적으로 이온이 타겟을 포격하기 위해 떠날 때 플라즈마 중립을 유지하도록 플라즈마로부터 전자를 수집하도록 기능한다. 그러나, 종래의 구현들과는 달리, 본 실시형태에서의 애노드는 유해한 절연성 (예를 들어, 유전체) 막으로 코팅되지 않으므로, 스퍼터링 공정이 악영향을 받지 않는다.
보다 구체적으로, 도 21 을 참조하여 나타낸 바와 같이, 시간 (t2 및 t4) 에서 전압 (VAB) 의 포지티브 부분은 애노드를 클린하게 유지하도록 애노드 자체의 가열을 초래하는 지속기간 및 크기로 인가된다. 그러나, 애노드는 자기장 (및 이에 따른 임피던스 및 열) 을 생성하는 자기 컴포넌트들 (예를 들어, 마그네트론의 자기 컴포넌트들) 을 활용하지 않기 때문에, 시간 (t2 및 t4)에서 전압 (VAB) 의 포지티브 부분이 기판 (2022) 에 적은 양의 열이 부여되는 것을 초래한다.
시스템 (2000) 의 다른 양태는, (시간들 t1 및 t3 에서) 도 21 에 도시된 사이클의 네거티브 (스퍼터링) 부분의 듀티가 제어기 (2044) 에 의해 50 % 초과, 60 % 초과, 70 % 초과, 80 % 초과, 및 심지어 90 % 초과 레벨과 같은 높은 레벨로 설정될 수도 있다는 것이다. 전압 (VAB) 의 포지티브 부분 동안, 전력은 마그네트론 (M1) 으로 반전된다.
본 명세서에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법들 (제어 방법론들을 포함) 은 직접 하드웨어에서, 비일시적인 프로세서 판독가능 매체에 인코딩된 프로세서 실행가능 명령들에서, 또는 이들의 조합으로 구현될 수도 있다. 도 22 를 참조하면, 예를 들어 예시적인 실시형태에 따라 제어기 (144, 1144) 를 실현하기 위해 활용될 수도 있는 물리적 컴포넌트들을 도시하는 블록 다이어그램이 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 이 실시형태에서, 디스플레이 부분 (2212) 및 비휘발성 메모리 (2220) 는 랜덤 액세스 메모리 ("RAM")(2224), 프로세싱 부분 (N 프로세싱 컴포넌트들을 포함)(2226), 필드 프로그램 게이트 어레이 (FPGA)(2227), 및 N 트랜시버들을 포함하는 트랜시버 컴포넌트 (2228) 에 또한 커플링되는 버스 (2222) 에 커플링된다. 도 22 에 도시된 컴포넌트들은 물리적 컴포넌트들을 나타내지만, 도 22 는 상세한 하드웨어 다이어그램인 것으로 의도되지 않으며; 따라서 도 22 에 도시된 많은 컴포넌트들은 공통 구성들에 의해 실현되거나 부가적인 물리적 컴포넌트들 사이에 분포될 수도 있다. 더욱이, 다른 기존 및 아직 개발되지 않은 물리적 컴포넌트들 및 아키텍처들은 도 22 를 참조하여 설명된 기능적 컴포넌트들을 구현하기 위해 활용될 수도 있음이 고려된다.
이러한 디스플레이 (2212) 는 일반적으로 사용자에 대해 사용자 인터페이스를 제공하도록 동작하고, 여러 구현들에서, 디스플레이 (2212) 는 터치스크린 디스플레이에 의해 실현된다. 일반적으로, 비휘발성 메모리 (2220) 는 데이터 및 프로세서 실행가능 코드 (본 명세서에 설명된 방법들을 실시하는 것과 연관되는 실행가능 코드를 포함) 를 저장 (예를 들어, 지속적으로 저장) 하도록 기능하는 비일시적 메모리이다. 일부 실시형태들에서, 예를 들어 비휘발성 메모리 (2220) 는 도 12 및 도 14 를 참조하여 설명된 방법들의 실행을 용이하게 하기 위해 부트로더 (bootloader) 코드, 오퍼레이팅 시스템 코드, 파일 시스템 코드 및 비일시적 프로세서 실행가능 코드를 포함한다.
많은 구현들에서, 비휘발성 메모리 (2220) 는 플래시 메모리 (예를 들어, NAND 또는 ONENAND 메모리) 에 의해 실현되지만, 다른 메모리 타입들이 또한 활용될 수도 있음이 고려된다. 비휘발성 메모리 (2220) 로부터 코드를 실행하는 것이 가능할 수도 있지만, 비휘발성 메모리에서 실행가능 코드는 통상적으로 RAM (2224) 에 로딩되고 프로세싱 부분 (2226) 에서 N 프로세싱 컴포넌트들 중 하나 이상에 의해 실행된다.
RAM (2224) 과 관련하여 N 프로세싱 컴포넌트들은 일반적으로 전력 소스들 (140, 142) 이 하나 이상의 목적들을 달성하는 것을 가능하게 하기 위해 비휘발성 메모리 (2220) 에 저장된 명령들을 실행하도록 동작한다. 예를 들어, 도 12 및 도 14 를 참조하여 설명된 방법들을 실행하기 위한 비일시적 프로세서 실행가능 명령들은 비휘발성 메모리 (2220) 에 지속적으로 저장되고 RAM (2224) 와 관련하여 N 프로세싱 컴포넌트들에 의해 실행될 수도 있다. 당업자는 프로세싱 부분 (2226) 이 비디오 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 그래픽 프로세싱 유닛 (GPU), 및 다른 프로세싱 컴포넌트들을 포함할 수도 있음을 알 것이다.
부가적으로 또는 대안으로, FPGA (2227) 는 본 명세서에 설명된 방법론들 (예를 들어, 도 12 및 도 14 를 참조하여 설명된 방법들) 의 하나 이상의 양태들을 실행하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 비일시적 FPGA-구성-명령들은 비휘발성 메모리 (2220) 에 지속적으로 저장되고 제어기들 (144, 1144) 의 기능들을 실행하도록 FPGA (2227) 을 구성하도록 (예를 들어, 부트 업 동안) FGPA (2227) 에 의해 액세스될 수도 있다.
입력 컴포넌트는 전극들 (예를 들어, 마그네트론들 및/또는 애노드) 에 인가된 전력의 하나 이상의 양태들을 표시하는 신호들을 수신하도록 동작한다. 입력 컴포넌트에서 수신된 신호들은 예를 들어, 전압, 전류, 및/또는 전력을 포함할 수도 있다. 출력 컴포넌트는 일반적으로 제 1 및/또는 제 2 전력 소스들 (140, 142, 1140, 1142) 의 동작 양태들을 실행하기 위해 하나 이상의 아날로그 또는 디지털 신호들을 제공하도록 동작한다. 예를 들어, 출력 부분은 제 1 전력 소스 (112, 1112) 및/또는 제 2 전력 소스 (114, 1114) 로 하여금 도 12 및 도 14 를 참조하여 설명된 방법론들의 일부를 실행하게 하는 신호일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 출력 컴포넌트는 제 1 및/또는 제 2 전력 소스 (140, 142, 1140, 1142) 의 주파수 및 듀티를 조정하도록 동작한다.
도시된 트랜시버 컴포넌트 (2228) 는 N 트랜시버 체인들을 포함하며, 이는 무선 또는 유선 네트워크들을 통해 외부 디바이스들과 통신을 위해 사용될 수도 있다. N 트랜시버 체인들 각각은 특정 통신 스킴 (예를 들어, WiFi, 이더넷 (Ethernet), 프로피버스 (Profibus) 등) 과 연관된 트랜시버를 나타낼 수도 있다.
이전의 개시된 실시형태들의 설명은 당업자가 본 발명을 만들거나 사용하는 것을 가능하게 하기 위해 제공된다. 이러한 실시형태들에 대한 다양한 수정들이 당업자에게는 용이하게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리는 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시형태들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 나타낸 실시형태들에 제한되도록 의도되는 것이 아니라 본 명세서에 개시된 신규한 피처들 및 원리들과 일치하는 최광의 범위에 부합되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 펄스형 스퍼터링 시스템으로서,
    적어도 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극을 인클로징하는 플라즈마 챔버;
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 커플링된 제 1 전력 소스로서, 상기 제 1 전력 소스는 다중 사이클들 각각 동안 상기 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 상기 제 1 전극에서 제 1 전압을 인가하도록 구성되는, 상기 제 1 전력 소스;
    상기 제 3 전극 및 상기 제 2 전극에 커플링된 제 2 전력 소스로서, 상기 제 2 전력 소스는 상기 다중 사이클들 각각 동안 상기 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 상기 제 3 전극으로의 제 2 전압을 인가하도록 구성되는, 상기 제 2 전력 소스; 및
    상기 제 1 전압을 상기 제 2 전압과 위상-동기화시켜, 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 양자 모두가 각각의 사이클의 일 부분 동안 동시에 네거티브이고 각각의 사이클의 다른 부분 동안 상기 제 2 전극에 대해 동시에 포지티브이도록 상기 제 1 전력 소스 및 상기 제 2 전력 소스를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 펄스형 스퍼터링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    3 개의 상기 전극들 각각은 제 1 마그네트론, 제 2 마그네트론 및 제 3 마그네트론을 형성하기 위한 마그네트론이고, 3 개의 상기 마그네트론들 각각은 3 개의 타겟들 중 대응하는 하나에 커플링되는, 펄스형 스퍼터링 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 마그네트론에서의 상기 제 1 전압 및 상기 제 3 마그네트론에서의 상기 제 2 전압이 상기 다중 사이클들에 걸쳐 시간의 적어도 66 퍼센트로 상기 제 2 마그네트론에 대해 동시에 네거티브이도록, 상기 제 1 전력 소스 및 상기 제 2 전력 소스를 제어하도록 구성되는, 펄스형 스퍼터링 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 3 전극은 각각 제 1 마그네트론 및 제 3 마그네트론을 형성하기 위한 마그네트론을 포함하고, 상기 제 1 마그네트론 및 상기 제 3 마그네트론 각각은 2 개의 타겟들 중 대응하는 하나에 커플링되고, 상기 제 2 전극은 애노드로서 동작하도록 타겟도 마그네트론도 포함하지 않는, 펄스형 스퍼터링 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 양자 모두가 상기 다중 사이클들에 걸쳐 시간의 적어도 80 퍼센트로 상기 제 2 전극에 대해 동시에 네거티브이도록, 상기 제 1 전력 소스 및 상기 제 2 전력 소스를 제어하도록 구성되는, 펄스형 스퍼터링 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 프로세서를 포함하고, 상기 제어기는 상기 프로세서에 의해 실행가능한 비일시적 명령들을 포함하는 비일시적 메모리로 구성되는, 펄스형 스퍼터링 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 필드 프로그램가능 게이트 어레이를 포함하고, 상기 제어기는 상기 필드 프로그램가능 게이트 어레이를 구성하도록 상기 필드 프로그램가능 게이트 어레이에 의해 액세스가능한 비일시적 명령들을 포함하는 비일시적 메모리로 구성되는, 펄스형 스퍼터링 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전력 소스는 제 1 바이폴라 제어가능 펄스형 직류 전력 공급기에 커플링된 제 1 직류 전력 공급기를 포함하고, 상기 제 1 바이폴라 제어가능 펄스형 직류 전력 공급기는 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 교번 직류 전력을 제공하도록 구성되고; 그리고
    상기 제 2 전력 소스는 제 2 바이폴라 제어가능 펄스형 직류 전력 공급기에 커플링된 제 2 직류 전력 공급기를 포함하고, 상기 제 2 바이폴라 제어가능 펄스형 직류 전력 공급기는 상기 제 3 전극 및 상기 제 2 전극에 교번 직류 전력을 제공하도록 구성되는, 펄스형 스퍼터링 시스템.
  9. 적어도 하나가 방법을 실행하도록 프로세서에 의해 실행가능하고 상기 방법을 실행하도록 필드 프로그램가능 게이트 어레이를 구성하기 위해 상기 필드 프로그램가능 게이트 어레이에 의해 액세스가능한 비일시적 명령들을 포함하는 비일시적 메모리로서,
    상기 방법은,
    제 1 전력 소스로 하여금 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 전압을 인가하게 하는 단계로서, 상기 제 1 전극에서의 상기 제 1 전압은 다중 사이클들에 걸쳐 플라즈마 챔버에서 상기 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는, 상기 제 1 전압을 인가하게 하는 단계;
    제 2 전력 소스로 하여금 제 3 전극과 상기 제 2 전극 사이에 제 2 전압을 인가하게 하는 단계로서, 상기 제 3 전극에서의 상기 제 2 전압은 상기 다중 사이클들에 걸쳐 상기 플라즈마 챔버에서 상기 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는, 상기 제 2 전압을 인가하게 하는 단계; 및
    상기 제 1 전력 소스 및 상기 제 2 전력 소스로 하여금, 상기 제 1 전압을 상기 제 2 전압과 위상-동기화시켜, 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 양자 모두가 상기 다중 사이클들에 걸쳐 상기 제 2 전극에 대해 동시에 네거티브이고 동시에 포지티브이게 하는 단계를 포함하는, 비일시적 메모리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 전극에 대한 상기 제 3 전극 및 상기 제 1 전극에서의 전압들은 상기 다중 사이클들에 걸쳐 시간의 적어도 70 퍼센트로 네거티브인, 비일시적 메모리.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 전극에 대한 상기 제 3 전극 및 상기 제 1 전극에서의 전압들은 상기 다중 사이클들에 걸쳐 시간의 적어도 80 퍼센트로 네거티브인, 비일시적 메모리.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 전극에 대한 상기 제 3 전극 및 상기 제 1 전극에서의 전압들은 상기 다중 사이클들에 걸쳐 시간의 70 내지 90 퍼센트 사이로 네거티브인, 비일시적 메모리.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전압은 상기 제 1 전압의 네거티브 크기와 동일한 포지티브 크기를 갖고; 그리고
    상기 제 2 전압은 상기 제 2 전압의 네거티브 크기와 동일한 포지티브 크기를 갖는, 비일시적 메모리.
  14. 펄스형 직류 스퍼터링의 방법으로서,
    적어도 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극을 인클로징하는 플라즈마 챔버를 제공하는 단계;
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 제 1 전력 소스를 커플링하는 단계;
    상기 제 3 전극 및 상기 제 2 전극에 제 2 전력 소스를 커플링하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 전력 소스들 양자 모두에 제어기를 커플링하는 단계;
    상기 제 1 전력 소스로, 다중 사이클들 각각 동안 상기 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 상기 제 1 전극에서 제 1 전압을 인가하는 단계;
    상기 제 2 전력 소스로, 상기 다중 사이클들 각각 동안 상기 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 상기 제 3 전극으로의 제 2 전압을 인가하는 단계; 및
    상기 제어기로, 상기 제 1 전압을 상기 제 2 전압과 위상-동기화시켜, 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 양자 모두가 각각의 사이클의 일 부분 동안 동시에 네거티브이고 각각의 사이클의 다른 부분 동안 상기 제 2 전극에 대해 동시에 포지티브이도록 하는 단계를 포함하는, 펄스형 직류 스퍼터링의 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 전압 및 상기 제 3 전극의 전압은 상기 다중 사이클들에 걸쳐 시간의 적어도 70 퍼센트로 상기 제 2 전극에 대해 동시에 네거티브인, 펄스형 직류 스퍼터링의 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 전압 및 상기 제 3 전극의 전압은 상기 다중 사이클들에 걸쳐 시간의 적어도 80 퍼센트로 상기 제 2 전극에 대해 동시에 네거티브인, 펄스형 직류 스퍼터링의 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 전압 및 상기 제 3 전극의 전압은 상기 다중 사이클들에 걸쳐 시간의 70 내지 90 퍼센트 사이로 상기 제 2 전극에 대해 동시에 네거티브인, 펄스형 직류 스퍼터링의 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전력 소스로, 상기 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 상기 제 1 전극에서 제 1 전압을 인가하는 단계에서, 상기 제 1 전압의 다중 사이클들의 각각의 포지티브 및 네거티브 부분들의 크기는 동일하고; 그리고
    상기 제 2 전력 소스로, 상기 제 2 전극에 대해 포지티브와 네거티브 사이에서 교번하는 상기 제 3 전극으로의 제 2 전압을 인가하는 단계에서, 상기 제 2 전압의 다중 사이클들의 각각의 포지티브 및 네거티브 부분들의 크기는 동일한, 펄스형 직류 스퍼터링의 방법.
  19. 펄스형 스퍼터링 시스템으로서,
    적어도 마그네트론, 애노드, 및 기판을 인클로징하는 플라즈마 챔버;
    다중 사이클들 각각 동안 상기 애노드에 대해 포지티브 전압과 네거티브 전압 사이에서 교번하는 상기 마그네트론으로의 전압을 인가하도록 제 1 전극에 커플링된 전력 소스; 및
    상기 네거티브 전압과 동일한 크기로 상기 포지티브 전압을 인가하도록 상기 전력 소스를 제어하도록 구성된 제어기로서, 상기 포지티브 전압의 크기는 상기 기판에 열 손상을 주지 않으면서 상기 애노드를 클린하는, 상기 제어기를 포함하는, 펄스형 스퍼터링 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 애노드는 플로팅인, 펄스형 스퍼터링 시스템.
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