TWI283711B - Device for reactive sputtering - Google Patents

Description

1283711 九、發明說明： (一） 發明所屬之技術領域 本發明關於根據專利申請範圍第1項之前言的用於反 應性濺鑛之裝置。 (二） 先前技術 在反應性濺鍍中，通常使用如下之兩種氣體：一種通 常爲惰性氣體，其以離子化型式撞擊靶材以釋出粒子；另 一種爲反應性氣體，其與前述所釋出之粒子形成一種複合 物。此種複合物隨後沉積在例如玻璃片等基板上成爲一薄 層。 爲了可令離子化惰性氣體能加速撞擊靶上，靶勢須施 加電壓。介於靶及逆極（antipole)間之電壓，特別是依濺鍍 腔內所得之氣體壓力而定。如果待披覆之非導電性基板， 運行經由濺鍍腔時，則該電壓亦可另依基板之特殊位置而 定。 不同基板位置而所定之該電壓可予解釋爲：在高壓力 時’仍有原子存在於氣體體積中，則亦將產生更多的電荷 載子。在相同電源狀況下，可流通較高的放電電流量而且 電壓將降低。 基板位置上之電壓依賴度可解釋如下： 如果導電性基板行經濺鍍陰極暨靶之下方時，則在靶 下方該基板可增加覆蓋更多的陽極容積。因之，陽極可作 成較小’此即是何以在相同功率下必須增加陽極電壓以抽 引所須電流之緣由。 1283711 經由一種雜質效應（contamination effect)亦額外地影 響電漿，雜質效應發生，反應性產物藉以開始沉積在靶上 如果反應性產物所放射之二次電子較金屬靶爲多時， 電漿之電氣充電粒子部分（fraction)即增加。因此，電漿阻 抗一旦減少，則在恒定的功率下，增加的電流會以低電壓 流過。如果反應性氣體相對於惰性氣體部分增加時，該種 效應益形明顯。 例如，舉例而言，在含氧之大氣中濺射鋁靶時，則其 結果爲，氧化鋁含有之二次電子放射量較諸金屬鋁增加了 7倍之多。易言之，反應性產物之濺鍍率常遠低於純金屬 之濺鍍率。 如上述反應之結果可知，隨著反應性之部分增加，放 電電壓會降低，且在相同功率下，較高的電流會以低電壓 流過。 濺鍍披覆設備爲業界已知，其包括有一調整裝置，可 用以將陰極功率設定爲一特定之操作値（DE 101 35 761 A1 、EP 1 1 97 5 78 A2)。除了陰極功率外，藉助模糊邏輯系統 亦可調整反應性氣體之氣體流量。 又，已知之濺鍍披覆設備含有一調整電路，其係獲取 特定於陰極電壓之測得値及特定於電壓降之測得値，該調 整電路即依該兩個測得之値而基於模糊邏輯系統（DE 1 0 1 3 5 8 02 A 1)可控制反應性氣體之氣體流量。 (三）發明內容 1283711 本發明係處理保持反應性披覆設備之陰極電壓爲恒定 且同時保持均一性高披覆率之問題。 依本發明專利請求項第！項之特徵即可解決該問題。 因之，本發明係關於一種用於反應性濺鍍之裝置，其 中陰極係施加以用於電漿之放電電壓，且濺鍍腔內係導入 工作氣體與反應性氣體。濺鍍腔內之總氣體流量係藉助一 閥作控制，以使得兩種氣體之分壓比例保持恒定。 本發明所達成的一個優點包括：在連續式（inline)操作 期間，如果電壓關係因連續運行之基板而有所改變時，放 電電壓亦仍可保持恆定。 (四）實施方式 第1圖爲濺鍍設備1之原理說明圖，該濺鍍設備包括 一濺鍍腔2、一陰極3、一陽極4、一屏蔽5、一電壓源6 、及一調整電路7。陰極3包括一桶形陰極部8，待濺射之 靶9可裝設於該陰極部之凸緣上。三個互相連接越過一軛 部3之永久磁鐵1 0，1 1，1 2係設置在桶形陰極部內。 陰極部8藉一密封件1 4而位在濺鍍腔2中一開孔的邊 緣上。電壓源6之電壓經由調整裝置7以其一極15傳導至 陰極部8，而以其另一極1 6則傳導至陽極。即使電壓源6 之電壓有所波動，調整電路7使輸出至陽極-陰極路徑之電 壓保持恆定。經由運行中之基板將實質上導致放電電壓之 波動。故保持所達成之電壓穩定，即可藉由可調整閥1 9之 調整而可控制導自氣體流路1 7，1 8之總氣體流量。其中不 同種類氣體之分壓亦將維持相同比例。此種功能係藉由以 1283711 下之組態達成，包括：例如，3個壓力感知器2 Ο，21，2 2 及3個可控制閥23, 24, 25，據此，來自一氣體容器26, 27, 28之氣體的分壓即可以調整。各氣體之分壓的比例藉一調 整電路2 9可經常保持爲恒定。該調整電路2 9可一體形成 於調整電路7中。 濺鍍腔2之陽極4下方設有2個開孔30，31，待披覆 之基板32可例如由左方推向右方。基板32下方設有2個 和泵浦（未示）相連接之排口 3 3, 3 4，藉此，在濺鍍腔2內即 可產生準真空度。電漿雲係以元件符號35, 36指示，電漿 雲係在靶9前方散發成彎弧狀。 氣體容器26可容存例如惰性氣體，而其他的氣體容器 27, 28則可容存其他不同的反應性氣體。 閥1 9可爲蝶形閥。蝶形閥之構造係相當於一汽化器之 節流閥。設在該閥剖面中而可圍繞管子之一碟形物係繞著 其對稱之軸徑作轉動性支持。依碟形物對管子剖面之角度 設定狀況，則管子剖面面積究爲較大或較小即清楚可知。 在90度位置時，可獲得最大之排放開口，而在〇度位置時 ，排放開口爲封閉。 第2圖爲陰極電壓與反應性氣體流量之關係曲線圖。 由圖示顯然可知，此一關係中具有一遲滯。由圖中可見， 反應性氣體部分增加時，放電電壓即減少。因此，在相同 功率下，較高電流以低電壓流過。 由第2圖以三角形標示之曲線中的某一點起始，以反 應性產物披覆在靶之濺射表面上的範圍爲：因反應性產物 1283711 之低濺鍍率，故以減少的表面部分用於純金屬濺射之反應 性氣量即太高，使得靶表面即可被反應性產物完全披覆。 在該點之上方可爲一個以三角形標記的亞穩工作點 (metastable working point)。又，亦可找出有關遲滞效應之 其他細節，例如，US 6 5 1 1 5 84號之第1、2圖者。 第2圖所示之遲滯係依靶材料及反應性氣體之特殊組 合而定。其間亦有遲滯曲線，其係鏡映對稱地依第2圖所 示的曲線而延伸。該種遲滯曲線繪示於第3圖。在恒定的 惰性氣體流量下，可改變反應性氣體流量，或可在恒定的 反應性氣體流量下，調適惰性氣體流量。簡言之，可想而 知的是，主要用作工作氣體之惰性氣體將侵蝕靶材，同時 ，反應性氣體乃主要的須用於化學性反應。 本發明所揭示者，係在一種具有由一陽極與一屏蔽所 圍繞之至少一個濺鍍陰極的濺鍍設備中，可保持該一個或 複數個陰極的放電電壓爲恒定者。 第2片基板（第1圖中未示）可緊跟著待披覆之第1片 基板3 2，兩者之間形成有一空間。連接於排口 3 3，3 4之泵 浦排放能力即可因之而減少，亦即，排放能力係波動的。 由濺鍍腔泵出所經過之排口 3 3，3 4之開口剖面係藉由移向 右方之基板3 2作增加性的覆蓋，直到僅能經由陰極4間及 兩個連續基板間之狹窄空隙的泵出爲止。由於基板3 2之移 動，故排放能力係由最大値減少至最小値。如果氣體之供 應仍保持恒定，則陰極3前方容積內之壓力係增加。但是 ，依反應過程而定，增加的壓力將導致放電電壓的減少或 -9 _ 1283711 增加。此狀況中，所導致之電壓曲線係如第4圖所示，其 係依基板之位置而定。如果已蓋住排口且因而導致排放導 率（evacuation conductance)改變之基板再度通過排放截面 處，放電電壓再度呈現爲原始値。除了以空間性座標X表 示外，亦可用時間性座標t表示，如第4圖所示，因爲位 置透過〃 =x/t之關係式係時間之函數。 因排放截面之覆蓋所致電壓改變，係依本發明藉氣體 流量之調整而予以抵消之。 陰極上之電壓及氣體壓力均爲用於設定層性質之重要 參數，例如在所沉積生成諸層中之各種機械應力，例如可 令撓性基板作捲曲，或令一層由基板撕出並使之作捲曲等 。藉該等參數，可影響所沈積諸層之層生長狀況，例如表 面粗糙度、電氣層之電阻、或層構造更以莖幹形或類似於 量產材料、多孔性、結晶性之程度及類似情況等等。 此處所用之電壓調整並非先前技術一般使用於濺鍍技 術之電壓調整。傳統式電壓調整係一種用於濺鍍電源調節 的變化形式，其輸出電壓係保持恒定，尤其是不同於電流 或功率保持恆定之電流或功率調整。 保持電壓恒定與在恆定分壓比下作壓力之調整，兩者 之關係甚爲繁複。在一第1近似値中，濺鍍功率實際上係 和濺鍍率成比例。濺鍍率係顯示在之後與反應性氣體作反 應侵蝕靶材料之量。侵蝕之材料對反應性氣體的比例，爲 了用於相同待形成之反應性產物須保持恒定，另一種方式 言之，濺鍍功率曁氣體壓力實際上須保持恒定。 -10- 1283711 另一種近似値爲，撇開電功率不論，作爲工作氣體、 處理用氣體混合體之惰性氣體部分係響應於濺鍍率，且反 應性氣體部分決定化學反應。基於此理由，必須保持恒定 的分壓比。 另一方面，已知濺鍍電壓在層之生成上具有效應，且 之後對層之性質亦然，使得保持電壓恆定是合理的。或許 是，數種效應相互重疊而該等效應相互補償且無論電壓或 電流保持恒定並無可測量之差異。如果，例如，在所規劃 之調整中，濺鍍放電之電流在所須調整範圍內僅有些許改 變，因此第1個近似値爲恒定，且在另一方面，電壓保持 恆定，而濺鍍功率、及因之的濺鍍率亦仍爲恒定。 在恒定電壓下，作爲壓力之函數的放電電流變化程度 ，特別的亦係由電流-電壓特性與電壓-壓力特性加以決定 之。該兩種特性則爲依所使用磁控管構造而定的裝置性質 (五）圖式簡單說明 第1圖爲根據本發明之濺鍍設備。 第2圖爲陰極電壓及反應性氣體流量之第1種關係曲 線圖。 第3圖爲陰極電壓及反應性氣體流量之第2種關係曲 線圖。 第4圖爲運行經過一濺鍍陰極之基板位置及陰極電壓 之關係曲線圖。 主要元件符號說明 -11- 1283711 1 濺 鍍 裝 置 2 濺 鍍 腔 3 陰 極 4 陽 極 5 屏 蔽 6 電 壓 源 7，29 三闺 m 整 電 路 8 桶 形 陰 極 部 9 靶 10, 11， 12 永 久 磁 鐵 13 鈪 14 密 封 件 15, 16 極 17, 18 氣 體 線 路 19 可 控 制 閥 20, 21， 22 壓 力 感 知 器 23, 24, 25 可 控 制 閥 26, 27, 28 氣 體 容 器 30, 3 1 開 孔 32 基 板 33, 34 排 □ 35, 36 電 漿 -12

Claims (1)

1. :Π83ΤΠ

   「用於反應性濺鍍的裝置」專利案 (2007年2月修正） 十、申請專利範圍： 1. 一種在連續式設備（inline installation)之反應性濺鍍期間 用於調整放電電壓之裝置，在該連續式設備中數個大面 積的基板（3 2)連續地被移動通過一濺鍍腔（2)，該裝置包 含： 1.1至少一個陰極（3)，其被施加一用於產生電漿之 放電電壓； 1.2複數個氣體容器（26-28)，各該容器具有一可控 制閥（23 -25)，藉由該等可控制閥（23-25)控制之氣體係被 供應至一共同氣體路線； 1.3 —可控制閥（19)，可藉由該可控制閥（19)控制進 入該濺鑛腔（2)內總氣體流量，以控制該放電電壓； 1.4數個壓力感知器（20-22)，其測量經由該等可控制 閥（23 -25)逸出之氣體壓力； 1.5 —調整器（29)，其被連接至該等壓感知器（20-22) ，來自該等氣體容器（2 6-28)之氣體之分壓比例係利用該 調整器（29)而保持恆定。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中在待加工之基板（32) 下方設有數個在濺鍍腔（2)中之氣體排口（3 3, 34)。 3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中在基板（32)及陰極（3) 間設有一屏蔽（5)。 4 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該工作氣體爲氬氣 1283711 5.如申請專利範圍第1項之裝置，其中用於控制該總氣體 流量之該可控制閥（19)係一蝶形閥。 1283711 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 1 濺 鍍 裝 置 2 濺 鍍 腔 3 陰 極 4 陽 極 5 屏 蔽 6 電 壓 源 7, 29 調 整 電 路 8 桶 形 陰 極 部 9 靶 10, 11， 12 永 久 磁 鐵 13 軛 14 密 封 件 15, 16 極 17, 18 氣 體 線 路 19 可 控 制 閥 20, 21， 22 壓 力 感 知 23, 24, 25 可 控 制 閥 26, 27, 28 氣 體 容 器 30, 3 1 開 孔 32 基 板 33, 34 排 □ 35, 36 電 漿 雲

   八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： -4-