CN114868223A - 用于生成等离子体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种等离子体反应器，包括：处理室；等离子体天线组件，被配置为在处理室中生成等离子体；以及一个或多个磁体，被配置为将等离子体限制在处理室中远离等离子体天线组件的位置；其中等离子体天线组件包括：射频(RF)天线，被布置为由电流驱动，从而在等离子体生成区域中生成等离子体；壳体，被布置为将天线与在等离子体生成区域中生成的等离子体分离；以及铁磁或亚铁磁聚焦构件，被布置为部分地围绕天线的长度。

Description

用于生成等离子体的方法和装置
技术领域
本发明涉及等离子体的生成。更具体地，但不排他地，本发明涉及生成等离子体的方法和用于生成等离子体的装置，例如等离子体天线、等离子体天线组件和/或等离子体反应器。本发明还涉及一种使用等离子体在衬底上沉积材料的方法，以及一种包括已经使用溅射沉积法沉积的材料层的电子设备。本发明的实施例涉及生成均匀的高密度等离子体片。
背景技术
高密度等离子体用于广泛的工业应用。例如，这种等离子体可用于表面清洁或制备应用、蚀刻应用、改性表面结构或密度以及薄膜的沉积。高密度等离子体可以通过时变磁场生成为电感耦合等离子体(“ICP”)，时变磁场由用时变电流驱动一个或多个等离子体天线产生，从而通过电磁感应生成等离子体。
现有技术的某些装置涉及生成宽的连续高密度等离子体片。这些装置可以使用具有等离子体室的单独等离子体源来生成等离子体(即远程等离子体源)。这种等离子体源的示例是需要许多天线来产生宽的工作等离子体的多环天线布置。然而，控制由这种多环天线***生成的等离子体的均匀性可能是困难的，因为天线需要被调谐到精确的等效功率和频率，以实现等离子体的均匀性。由于生成多个等离子体，因此多环天线布置也消耗大量的功率。
可以形成电感耦合等离子体，从而在天线周围均匀地产生等离子体。天线通常将被容纳在诸如石英管的壳体中。因此，所生成的等离子体可能与壳体的(多个)壁的相对较大的表面积接触，由于在壁处的再结合，这导致高损耗。在许多应用中，等离子体的实际相互作用仅在不同的区域(例如，在衬底处)是期望的，而与壁的过度相互作用会导致不期望的加热或杂质的形成。对等离子体的不良控制会导致不良的功率效率。因此，期望更好地控制等离子体生成区域的几何形状和/或位置，以充分利用等离子体的性质和/或改善效率。
US6181069公开了一种等离子体室，其具有布置在该室上的线性等离子体天线。为了处理工件，例如通过蚀刻工件或在工件上形成薄膜，在室内产生等离子体。US6181069的一个实施例要求将天线偏心地安装在石英管中，以限制在远离工作场所处理的区域中产生所谓的无用等离子体，并控制等离子体的密度分布在需要的地方更高。US6181069还公开了其它形状的天线和/或用于容纳天线或其一部分的不同形状的石英管，用于控制等离子体室内部的等离子体密度。US6181069中用于高效生成等离子体的技术依赖于改变天线的形状和/或石英管壳体的形状和/或天线和石英管之间的空间关系。相信可以获得进一步的效率和/或可以使用不同的技术在感兴趣的区域中实现所需密度的等离子体的有效生成。
本发明寻求减轻一个或多个上述问题。替代地或附加地，本发明寻求提供一种改善的生成等离子体的方法和/或一种改善的等离子体天线。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于生成等离子体(例如一定体积的电感耦合等离子体)的天线。本文将使用术语“等离子体天线”来指代用于生成等离子体的天线。
等离子体天线的形状可以是细长的，并且可以在具有长度的方向上延伸。天线或其一部分可以具有长度。天线的长度可以具有通常在单一方向上延伸的形状。
天线的长度可以在第一位置和第二位置之间沿实质上线性的方向延伸[例如，总体上沿直线延伸]。等离子体天线可以具有一个或多个直线部分。例如，可以包括第一直线部分和第二直线部分(其可选地平行于第一部分，或者在与第一部分总体上相同的方向上延伸)，使得在使用中存在位于第一直线部分和第二直线部分之间的等离子体生成区域。
天线包括电导体，例如铜。在示例中，天线可以被认为是这样的电导体，例如某种形式的导线或管。在其他示例中，电导体包括其他材料。等离子体天线可以是铜天线。
等离子体天线可以部分是管状的，这例如可以促进在使用期间冷却天线。
等离子体天线可以沿其长度盘绕。例如，天线可以具有螺旋线圈，其轴线与天线延伸的方向对准。在某些实施例中，天线是螺旋卷绕的导线。提供卷绕导线允许改善等离子体的生成。线圈天线的轴线可以实质上是直的，例如具有总体上在单一方向延伸的形状。
天线的长度(或轴线)可以采用弯曲的路径，而不是遵循通常的线性路径或具有直轴线的螺旋形状。这种形状可以允许产生等离子体生成热点，这对于某些应用可能是有用的。
应当理解，在使用中，等离子体天线或其一个或多个部分被配置成(即，典型地作为施加射频电力的结果)激发气态介质，从而生成等离子体，例如沿着天线的长度形成等离子体。这种等离子体例如可以在天线所在的处理室内生成。在示例中，等离子体可以在处理室内沿着天线的整个长度生成。
在示例中，可以使用彼此横向间隔开(并且例如彼此平行)的等离子体天线的至少两个长度来生成等离子体。等离子体天线的两个长度可以由共同的RF电流源驱动和/或可以彼此电耦合。
可以存在导电屏蔽构件。这种屏蔽构件可以限制(例如防止)在一个或多个区域处生成等离子体。在第一位置和第二位置可以存在与天线相邻的区域，在该区域处由于至少一个屏蔽构件而减少和/或抑制等离子体的生成。由于减少了不期望的等离子体离子的再结合，和/或将等离子体集中到需要它的那些区域(对于提供等离子体的任何过程或用途)，这可以提高电效率。
天线的电导体的至少部分可以设置有包括电介质材料的盖。提供盖以抑制与电导体相邻的等离子体点火，等离子体点火可能导致电导体的不期望的劣化，从而减少天线的功能寿命。例如，盖可以将电导体与等离子体隔离。这种盖可以具有至少20微米的平均厚度。这种盖可以具有至少5W/m.K的热导率。这种盖可以具有不超过50×10-6/K的热膨胀系数。热导率和热膨胀系数值可以是室温值，例如20℃。盖可以是电介质盖。盖可以基本上由电介质材料组成。在示例中(下面将更详细地描述)，这种盖可以是天线的电导体上的涂层的形式。可以在电导体和涂层之间提供一个或多个中间层。涂层可以与等离子天线使用期间典型的热特性和温度分布相兼容。涂层的热膨胀系数可以不超过电导体的热膨胀系数的50％。这种盖的使用可以消除对石英管壳体的需要和/或可以便于在直接存在不可忽略的压力下的气体的情况下使用天线。盖的厚度可以小于2mm。例如，该盖可以包括一种或多种氮化物并且可选地实质上由一种或多种氮化物(例如氮化硅和氮化铝中的一种或两种)组成。该盖可以具有至少1015Ωcm的电阻率。电阻率值可以是室温值，例如20℃。盖的平均厚度可以至少为50微米，可选地至少为100微米，可选地至少为200微米，并且可选地至少为500微米。盖的平均厚度可以不超过5.0毫米，可选地不超过4.0毫米，可选地不超过3.0毫米，可选地不超过2.0毫米，并且可选地不超过1.0毫米。在某些实施例中，盖的厚度应该足够高，以将天线的电导体与周围的等离子体电隔离或绝缘，但是并未高到导致耦合效率不期望的大幅下降。
天线可以被配置成流体冷却的。例如，天线可以设置有用于接收冷却流体(例如冷却液体，例如水)的腔。
在示例中，盖或其部件可以直接与天线的电导体相邻，但是与其间隔开。该盖可以包括盖构件。在盖构件的至少部分和电导体的至少部分之间可以存在间隙。在示例中，间隙足够小以抑制间隙内的等离子体点火。该间隙可以例如不超过1.0毫米。可以提供诸如一个或多个间隔体的结构，用于相对于电导体定位盖构件，例如保持盖构件与电导体成间隔关系，从而可选地在盖构件的至少部分和电导体的部分之间提供间隙。该结构可以包括一个或多个隔离件。
可以存在延伸超过盖构件的第一端部的天线的电导体的第一部分。因此，电导体的第一部分没有被盖构件覆盖。在等离子体反应器内，这种天线在使用中的配置可以使得设置有盖构件的天线部分暴露于等离子体反应器中的环境条件，并且电导体的第一部分与等离子体反应器中的环境条件隔离。可以存在延伸超过盖构件的第二端部的电导体的第二部分。因此，电导体的第二部分没有被盖构件覆盖。电导体的第二部分也可以与等离子体反应器中的环境条件隔离。在示例中，存在第一分隔件(以及可选的第二分隔件)，其将第一部分和/或第二部分(当存在时)与等离子体反应器中的环境条件隔离。在盖构件和这样的第一分隔件和/或第二分隔件之间可以存在间隙，所述间隙足够小以抑制所述间隙内的等离子体点火。
可以提供一种天线组件，其包括等离子体天线和一种或多种材料、设备或影响等离子体生成的其他措施(例如等离子体的位置、密度和/或形状)。例如，等离子体天线组件可以包括一个或多个屏蔽构件。等离子体天线组件可以包括盖，例如上面讨论的盖。
等离子体天线组件可以包括壳体(例如管)，天线位于其中。壳体对于RF电磁辐射可以是透明的，或者可选地至少部分透明，使得它不会干扰壳体外部等离子体的生成。壳体可以包括一个或多个壁。这种壁可以是石英材料。在示例中，壳体是石英管。
壳体可以形成为使得壳体的部件或部分对于RF辐射的传输是不透明的，使得仅在壳体透明的部分中生成等离子体。在示例中，只有壳体的截面侧表面(例如面向装置的一个或多个磁体的表面)对于RF辐射是透明的，使得RF辐射仅在期望的方向上传输(例如在处理室内)以传播等离子体。
在示例中，壳体是细长的并且具有至少部分，该部分具有遵循直线路径的长度。天线可以包括直导线或管的至少部分。天线可以位于壳体中，使得它沿着壳体的长度延伸，例如通过它的中央或中央轴线。其他配置在某些实施例中可能具有优势(在其他示例中，天线不需要是延伸穿过壳体中央的直导线)。天线可以例如以偏离壳体的中央线的角度延伸穿过壳体，使得天线的一部分或一端部相对于天线的另一部分或一端部更靠近壳体的内壁。如果某些应用需要，这将促进在特定区域(例如处理室的特定部分)中形成等离子体。天线的位置可以不固定。例如，如果需要间歇性等离子体生成，天线可以被配置成在操作期间进一步移动远离壳体的内壁。
天线可以偏心地布置在其壳体中，使得天线的纵向轴线与壳体的纵向轴线间隔开。这种布置有助于确保在期望的位置生成等离子体。
壳体可以包括两个或多个细长部分，例如管，每个细长部分地围绕天线的相应部分(例如直线部分)。
壳体可以在等离子体天线的至少部分周围形成气密区域。
本文描述的(多个)屏蔽构件可以安装在壳体的外部，并且可选地与壳体接触。
优选地，铁磁或亚铁磁材料可以被布置为部分地围绕天线，以便增加等离子体生成区域中的磁通量密度。这种材料的使用可以增强在一个或多个区域处的等离子体的生成和/或将等离子体集中到(多个)这种区域。由于减少了不期望的等离子体离子的再结合，和/或将等离子体集中到需要它的那些区域(对于提供等离子体的任何过程或用途)，这可以提高电效率。布置为部分地围绕天线从而增加等离子体生成区域中的磁通量密度的铁磁或亚铁磁材料在本文可以称为聚焦构件。
聚焦构件可以被从外部磁场屏蔽(即，通过屏蔽件)，外部磁场即不是由天线生成的/在等离子体天线组件外部生成的磁场。由于位于等离子体生成装置中的一个或多个磁体(例如电磁体)将等离子体限制和/或传播到远离等离子体天线的位置，所以外部磁场可以存在于聚焦构件处。因此，聚焦构件可以被从由一个或多个磁体生成的磁场屏蔽。
应当理解，聚焦构件可能不会完全被从外部磁场屏蔽。例如，由一个或多个磁体生成的磁场的影响在聚焦构件处可以是可测量的(即不可忽略的)。然而，屏蔽可以降低该磁场的强度/效果，使得聚焦构件的铁磁或亚铁磁材料不会被外部磁场饱和，从而可以有效地重新引导天线生成的磁场，以增加等离子体生成区域中的磁通量密度。
聚焦构件可以涂覆有屏蔽材料。屏蔽材料可以包括镍。屏蔽材料可以是镍合金，例如美国伊利诺伊州本森维尔的磁屏蔽公司(Magnetic Shield Corporation,Bensenville,IL,USA)的
Figure BDA0003697348040000061
合金。替代地或附加地，包含天线的壳体的部分可以设置(例如涂覆)有屏蔽材料。替代地或附加地，一个或多个独立的屏蔽元件可以设置在聚焦构件与等离子体生成装置中的一个或多个磁体之间的区域中。
聚焦构件的铁磁或亚铁磁材料可以是铁氧体。
壳体可以被配置成使得在使用中它将聚焦构件与天线生成的等离子体分离。聚焦构件可以与天线一起设置在壳体中。
被聚焦构件部分地围绕的天线的长度可以偏离壳体的中央纵向轴线。该偏移可以使得天线的长度定位为比壳体的纵向轴线更靠近等离子体生成区域。该偏移可以使得天线靠近壳体的壁延伸。
天线和聚焦构件可以以总体上对称的布置(即镜像)布置在等离子体生成区域的相对侧(例如在壳体内)。例如，等离子体天线组件可以包括第一部分和第二部分，第一部分包括由第一聚焦构件部分地围绕的天线的第一(例如，直的/线性的)长度，第二部分包括由第二聚焦构件部分地围绕的天线的第二(例如，直的/线性的)长度，第一部分与第二部分间隔开，等离子体生成区域位于第一部分和第二部分之间。每个部分中的聚焦构件和天线的长度可以被布置为总体上对称，例如镜像。
在实施例中，聚焦构件可被布置为聚焦/集中磁场，使得磁场在等离子体天线组件的一个横向侧更强(与另一横向侧相比)。例如，最大磁通量密度的位置可以由等离子体生成装置中的一个或多个磁体在将要传播等离子体的方向上移动。
每个聚焦构件可以部分地围绕天线的一个或多个长度。特别是在天线具有绕等离子体生成区域的环形和/或环状(例如盘绕和/或螺旋)布置的实施例中，每个聚焦构件可以部分地围绕天线的多个长度。
本发明的另一方面涉及一种生成等离子体的方法，例如使用等离子体天线生成的一定体积的电感耦合等离子体。等离子体天线可以是根据本文要求保护或描述的本发明的任何方面的一个，可能地包括本文提到的与这种等离子体天线或等离子体天线组件相关的任何可选特征。
天线可以是RF发射器。在示例中，天线由操作在1MHz和1GHz之间的频率的射频电源***供电；可以是1MHz到100MHz之间的频率；优选地，频率在10MHz和40MHz之间；并且在实施例中，频率大约为13.56MHz或其倍数。
天线可以被布置为以相对磁导率大于10，可选地大于25，优选地大于100的频率驱动。
在示例中，方法包括用RF频率电流驱动天线以生成等离子体，典型地电功率至少为1kW，并且可以为2kW或更高。
在包括铁磁或亚铁磁聚焦构件的实施例中，可以以低于13.56MHz的频率驱动天线，以便减少进入聚焦构件的功率损耗。例如，可以以1MHz到10MHz范围内的频率驱动天线，例如该频率可以是近似2MHz。
可以在第一位置和在沿着天线长度的方向上与第一位置间隔开的第二位置处都生成等离子体。如上所述，可以提供一个或多个屏蔽构件。在第一位置和第二位置之间可以存在与天线相邻的区域，在该区域，由于至少一个屏蔽构件，等离子体的生成被限制(和/或减少，和/或抑制)。该至少一个屏蔽构件可以防止等离子体的生成。
在沿着天线长度的位置(可以是上述第一位置和第二位置中的一个或两个)处生成的等离子体典型地将绕天线圆周向延伸45度或更多。所生成的等离子体可以围绕天线圆周向延伸超过90度，超过180度，并且可能地超过300度。在第一位置和第二位置中的一个或两个位置处生成的等离子体可以绕天线从头到尾圆周向地延伸。
在沿着天线长度的位置(可以是上述第一位置和第二位置中的一个或两个)处生成的等离子体可以围绕天线圆周向延伸小于270度，并且可选地小于210度。生成的等离子体可以绕天线圆周向延伸大约一半或更少。
对绕天线的等离子体的圆周向范围的限制可以是一个或多个屏蔽构件的结果。屏蔽构件可以在沿着天线长度的至少一个位置处绕天线的轴线延伸超过120度(可选地一直围绕)。该至少一个屏蔽构件可以将绕天线圆周向地生成等离子体限制超过300度。屏蔽构件可以在沿着天线长度的至少一个位置处绕天线的轴线延伸小于240度(可选地围绕大约一半)。
在使用中，至少一个屏蔽构件可以限制在沿着天线长度的至少一个位置周围的所有圆周向位置处生成等离子体。在使用中，至少一个屏蔽构件可以在沿天线长度的至少一个位置处将绕天线圆周向地生成等离子体限制小于270度。
屏蔽构件的布置可以使得在天线的相对侧上的第一位置和第二位置中的一个或两个处生成等离子体，并且至少一个屏蔽构件限制在相对侧的两侧上在不同位置(例如，在第一位置和第二位置之间)处生成等离子体。
屏蔽构件的布置可以使得等离子体在第一位置和第二位置中的一个或两个处生成(例如仅在围绕天线圆周向延伸小于300度的扇区上)，并且至少一个屏蔽构件在等离子体生成时限制在沿着天线长度的(多个)相同位置上生成等离子体。
屏蔽构件可以在沿着天线长度的方向上限制在第一位置的与第二位置相对侧上的另一区域处生成等离子体。屏蔽构件可以在沿着天线长度的方向上限制在第二位置的与第一位置相对侧上的另一区域处生成等离子体。
每个屏蔽构件可以具有低的相对磁导率，例如小于250。屏蔽构件的材料可以包括具有低的相对磁导率(例如小于250)的材料。这种材料可以构成的相对磁导率优选小于100，可选地小于25，并且可以小于10。
屏蔽构件包括电磁屏蔽导电材料。
每个屏蔽构件可以是部分或完整的法拉第笼的形式。在示例中，屏蔽构件因此不耦合或增强由天线产生的磁场。
屏蔽构件可以由非铁磁材料制成。在示例中，屏蔽构件由非铁素体不锈钢形成。
在等离子体生成期间，屏蔽构件可以保持在固定电位，例如接地。屏蔽构件可以通过低阻抗路径电连接到地。
该至少一个屏蔽构件可以包括电介质材料。在示例中，屏蔽构件由Al2O3(即氧化铝)制成。
如上所述，天线的电导体的至少部分可以包括或设置有(或包含)电介质材料的盖，例如具有某些优选的热特性。如上所述，盖可以可选充当屏蔽件。
例如，电介质材料可以包括氮化物，例如氮化硅和氮化铝中的一种或两种。
电介质材料(和/或盖)可以具有至少1015Ωcm的电阻率。
屏蔽可以包括涂层或盖构件，例如上面描述的那些。屏蔽可以包括在天线的电导体上形成的涂层。在电导体和涂层之间可以存在一个或多个中间层。一个或多个中间层可以包括粘合层，用于促进涂层附接到电导体。涂层可以具有至少100微米的平均厚度。涂层可具有小于2.0毫米的平均厚度。优选至少95％面积的涂层具有至少100微米、可选地至少200微米的最小厚度。优选至少95％面积的涂层具有小于2.0mm、可以小于1.5mm的厚度。
涂层的热膨胀系数可以不超过天线的电导体的热膨胀系数的50％。
天线可以在使用期间被冷却，例如通过液体冷却剂。等离子体天线可以被配置成液体冷却的。在示例中，存在用于接收用于冷却等离子体天线的冷却液体的腔。
在使用中，天线产生磁场。如上所述，铁磁/亚铁磁材料可以被布置为部分地围绕天线，例如以增加等离子体生成区域中的磁通量密度。等离子体生成区域中的磁场可以由等离子体聚焦构件增强和/或聚焦，等离子体聚焦构件包括铁磁/亚铁磁材料。这种铁磁/铁磁材料可以具有大于25、优选大于100、可选地大于250、并且可能地大于500或更大的相对磁导率(即材料的磁导率与自由空间的磁导率之比)。该材料可以是铁氧体。
等离子体天线组件可以包括被屏蔽的天线部分，在被屏蔽的天线部分中，铁磁或亚铁磁屏蔽构件完全围绕天线的长度。特别地，聚焦构件的铁磁或亚铁磁材料也可以形成为完全围绕天线长度的屏蔽部件。铁磁或亚铁磁屏蔽构件可以设置在壳体中。铁磁或亚铁磁屏蔽构件可以与铁磁或亚铁磁聚焦构件集成在一起。在所述被屏蔽的天线部分中，天线可以与壳体的中央纵向轴线对准。
铁磁或亚铁磁屏蔽可以用在天线的不需要等离子体生成的一个或多个端部区域。因此，壳体的直线部分可以包括天线的总体上曲柄形长度，由此在端部，天线与壳体的中央纵向轴线对准，并且完全被用于屏蔽的铁磁或亚铁磁材料围绕，并且在中间区域，天线偏离壳体的中央纵向轴线，并且被用于聚焦的铁磁或亚铁磁材料部分地围绕。
在示例中，产生高密度等离子体。因此，等离子体的至少一些部分可以具有大于1011cm-3的密度。生成的密度大于1011cm-3的等离子体的体积可以大于10cm3并且可能地大于500cm3。
该方法可以包括将等离子体限制(例如成形)和/或引导到或朝向特定位置或区域，例如处理室中的靶上。电场和/或磁场可用于主动限制/引导等离子体。天线可以具有一个或多个屏蔽材料/构件和/或场聚焦材料/构件和/或场增强材料/构件，它们在使用中用于限制/引导等离子体。
可以提供一个或多个磁体，例如与等离子体天线分离。(多个)这种磁体可以被配置成使得等离子体被限制和/或传播在相对于天线长度的正交方向上，例如穿过处理室。在天线至少部分位于处理室内的情况下，一个或多个磁体中的一个也可以位于处理室内。(多个)磁体可以位于处理室内，以便减小设备的占地面积。此外，可以在处理室的空间内操纵磁体，以调谐、聚焦、限制和/或引导等离子体的形成。因此，可以生成等离子体，并对其进行成形/限制，从而使其处于处理室所需的正确形式。
一个或多个磁体可用于将由天线生成的等离子体限制、成形和/或传播为线性等离子体，例如穿过处理室，可选地以便采取源自天线的薄等离子体的片或板的形式。这与现有技术的低效大面积等离子体处理装置形成对比，在现有技术中，布置许多天线和磁体以产生可与处理表面或靶接触的未聚焦等离子体云或束。等离子体可以在适当的水平上被磁化，并且磁场相对于天线被定向，使得由天线施加的RF功率在比其他等离子体生成***中通常的空间范围大得多的空间范围内传播。已经令人惊讶地发现，本发明的实施例的等离子体可以用低至4.8高斯的磁场强度来操纵，磁场强度比现有技术的操作区域(50-200高斯)小一个数量级。通过使用低得多的磁场强度来操纵等离子体，允许在单个处理室内使用多个等离子体源，而没有有害的或非意图的交叉等离子体源干扰，允许在同一处理室中进行多个同时的等离子体处理。
在示例中，等离子体由一个或多个磁体成形。在示例中，存在生成等离子体片的单个等离子体源。在这种情况下，等离子体可以沿着天线的整个长度具有基本均匀的密度。这与现有技术的多天线电感耦合等离子体形成对比，现有技术的多天线电感耦合等离子体需要多个调谐天线和磁体来执行大面积等离子体处理。
本发明的一个方面涉及一种例如通过溅射涂层在衬底上沉积材料的方法。该方法可以包括使用根据如在本文要求保护或描述的本发明的任何方面的天线生成等离子体(例如，一定体积的电感耦合等离子体)的步骤，可能地包括在本文提到的与这种等离子体天线或等离子体天线组件相关的任何可选特征。可以存在使用这样生成的等离子体从一个或多个溅射靶生成溅射材料的步骤。然后，这种溅射材料可以沉积到衬底上。可以执行生成等离子体的步骤，使得等离子体远离一个或多个溅射靶生成。衬底可以是柔性衬底。该方法可以包括将等离子体传播和/或限制为等离子体片的步骤。将溅射材料沉积到衬底上的步骤可导致在沉积材料时原位形成晶体材料。
沉积到衬底上的溅射材料可以包括半导体材料。可以多次执行该方法以沉积多个层。
使用等离子体从一个或多个靶生成溅射材料的步骤可以包括例如使用电场和/或磁场将等离子体限制和/或引导到靶上。等离子体可以被成形和限制为使得形成等离子体片，例如在沿着衬底宽度的方向和沿着衬底长度的方向延伸的片。例如至少部分地由于使用至少一个屏蔽构件，等离子体可以在靶处具有实质上均匀的密度。
在示例中，等离子体在处理室的工作空间中生成、维持和成形，而不是在单独的、离散的或非集成的等离子体室(通常称为放电管)中生成，等离子体室随后被吸入处理室的工作空间，如现有技术的***中所示。因此，等离子体源的至少部分(例如天线或可选地其壳体或其一部分)可以形成处理室的一体或集成元件，而不需要壳体或天线被等离子体室围绕，或者壳体本身是等离子体室的部分。相比之下，本发明的某些示例在处理室的气态介质中生成并维持高密度等离子体。已经发现，在某些示例中，仅仅将天线本身容纳或封装在处理室内可能就足够了，因此大大简化了等离子体处理装置的设计要求。
可以提供一种用于将溅射材料从溅射靶溅射到衬底上的溅射涂覆装置，溅射涂覆装置包括根据如本文要求保护或描述的本发明的任何方面的天线，可能地包括本文提到的与这种等离子体天线或等离子体天线组件相关的任何可选特征。可以存在布置为接收溅射靶和衬底的处理室。一个或多个磁体可以被配置成将等离子体限制和传播到一个或多个溅射靶上。
本发明的另一方面涉及一种等离子体反应器，等离子体反应器包括根据如本文要求保护或描述的本发明的任何方面的一个或多个等离子体天线，可能地包括本文提到的与这种等离子体天线或等离子体天线组件相关的任何可选特征。
等离子体天线可以被配置成生成电感耦合等离子体。在替代实施例中，等离子体天线可以被配置为以螺旋耦合模式操作。等离子体反应器可以被配置成至少部分地以螺旋耦合模式操作。等离子体天线可以被配置成生成波加热的等离子体。本发明的一些方面可以与生成电容耦合等离子体相关的应用。
等离子体天线可以被配置成生成远离溅射靶的等离子体。
等离子体反应器可以包括处理室。
本发明的又一方面涉及一种处理室，处理室被配置成使用根据如本文所要求保护或描述的本发明的任何方面的等离子体天线来生成等离子体，可能地包括本文提到的与这种等离子体天线或等离子体天线组件相关的任何可选特征。
应当理解，在使用中，等离子体天线或其一个或多个部分被配置成激发气态介质，从而生成等离子体。这种等离子体例如可以沿着天线的长度在处理室内生成。在示例中，等离子体可以在处理室内沿着天线的整个长度生成。如本文所述，天线可以至少部分地容纳在壳体内，例如管。壳体可以被从腔内部密封。
本发明的另一方面涉及一种装置，例如沉积装置，包括根据如本文所要求保护或描述的本发明的任何方面的一个或多个等离子体天线，可能地包括本文提到的与这种等离子体天线或等离子体天线组件相关的任何可选特征。该装置可以包括处理室。处理室可以包括处理表面。等离子体可以通过磁场在总体上平行于处理表面的方向上传播和/或限制，例如作为等离子体片。例如，一个或多个磁体可以被配置为将电感耦合等离子体限制和传播到处理室中远离等离子体源的位置。
该装置可以包括壳体，壳体被布置为将天线与由天线生成的等离子体分离。
本发明的又一方面涉及一种电子设备，电子设备包括一个部件，部件包括使用如本文要求保护或描述的本发明的任何方面的方法沉积的材料层，可能地包括本文提及的任何可选特征。该部件可以包括其上已经沉积有材料层的衬底。
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装置描述的任何特征，反之亦然。
附图说明
现在将通过参考所附示意图的仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1是结合了根据本发明实施例的等离子体生成装置的溅射沉积***的示意纵向截面；
图2是从图1左侧观察的图1的装置沿平面A-A’截取的横向示意剖视图，
图3是从图1底部观察的图1的装置沿平面B-B’截取的示意剖视图，图4至图6各自示出了用于图1的装置中的不同类型的等离子体天线；
图7示出了沿平面C-C’截取的图6所示天线的截面；
图8示出了用于图1的装置中的其他类型的等离子体天线；
图9示出了沿平面D-D’截取的图6所示天线的截面；
图10示出了用于图1的装置中的其他类型的等离子体天线；
图11示出了沿平面D-D’截取的图10所示天线的截面；
图12示出了沿平面E-E’截取的图10所示天线的截面；
图13示出了用于图1的装置中的其他种类型的等离子体天线的截面；
图14示出了根据本发明一个方面的等离子体天线组件的示例的截面端视图，其中天线的电导体涂覆有电介质材料，天线组件适用于图1的装置；
图15示出了根据本发明的一个方面的另一个等离子体天线组件的示例的简化截面侧视图，在天线的电导体周围提供了电介质盖套管，天线组件适用于图1的装置；和
图16示出了使用图1的装置在衬底上沉积材料的方法。
具体实施方式
本发明的实施例的方法、装置、***、结构和设备的细节将从以下参照附图的描述中变得显而易见。
本实施例都涉及或涉及等离子体生成。
某些实施例涉及等离子体反应器，其包括：处理室；等离子体天线组件，其被配置为在处理室中生成一定体积的等离子体；以及一个或多个磁体，其被配置为将等离子体限制和/或传播到处理室中远离等离子体天线组件的位置；其中等离子体天线组件包括：射频(RF)天线，其被布置为由电流驱动，从而在等离子体生成区域中生成等离子体；壳体，其被布置为将天线与在等离子体生成区域中生成的等离子体分离；以及铁磁或亚铁磁聚焦构件，其被布置为部分地围绕天线的长度。
某些实施例涉及用于等离子体反应器中的等离子体天线组件，等离子体天线组件包括：射频(RF)天线，其被布置为由电流驱动以便在等离子体生成区域中生成等离子体；壳体，其被布置为将天线与在等离子体生成区域中生成的等离子体分离；铁磁或亚铁磁聚焦构件，其被布置为部分地围绕天线的长度，以便增加等离子体生成区域中的磁通量密度；以及屏蔽件，其被布置为从等离子体天线组件外部生成的磁场屏蔽聚焦构件。
某些实施例涉及使用具有长度的等离子体天线生成等离子体的方法，方法包括用RF频率电流驱动等离子体天线的电导体，以在第一位置和在沿着天线长度的方向上与第一位置间隔开的第二位置处生成等离子体，在第一位置和第二位置之间存在与天线相邻的区域，在该区域处，由于至少一个屏蔽构件，等离子体的生成被限制和/或减少和/或抑制。
某些实施例涉及等离子体天线组件，组件包括天线和壳体，其中天线具有长度，天线被配置为当由RF频率电流供电时，在第一位置和在沿着天线长度的方向上与第一位置间隔开的第二位置处生成等离子体，并且壳体具有至少一个屏蔽构件，屏蔽构件被布置为使得在第一位置和第二位置之间存在与天线相邻的区域，在该区域处，在使用中，由于所述至少一个屏蔽构件，等离子体的生成被限制和/或减少和/或抑制。
某些实施例涉及包括天线的等离子体天线组件，天线包括用于在由RF电流驱动时生成等离子体的电导体，电导体的至少部分设置有包括电介质材料的盖，盖具有至少20微米的平均厚度、至少5W/m.K的热导率和不超过50x10-6/K的热膨胀系数。
某些实施例涉及包括RF天线的等离子体天线组件，RF天线包括用于在由射频电流驱动时生成等离子体的电导体，电导体的至少被覆盖的部分设置有包括电介质材料的盖构件，盖构件与电导体保持间隔关系，天线的电导体的第一部分延伸超过盖构件的第一端部。
某些实施例涉及等离子体反应器中的等离子体天线布置，等离子体天线布置包括天线，天线包括用于在由射频电流驱动时生成等离子体的电导体，电导体的至少被覆盖的部分设置有盖构件，盖构件包括电介质材料，电导体的第一部分延伸超过盖构件的第一端部，其中设置有盖构件的电导体的被覆盖的部分暴露于等离子体反应器中的环境条件，电导体的第一部分与等离子体反应器中的环境条件隔离。
在图1至3中示出了在本发明的实施例中使用的等离子体生成装置1。
等离子体生成装置1包括处理室2、等离子体生成***3、靶组件4、衬底组件5、具有相关电源7的磁体6以及处理气体供给***8。
处理室2在其最简单的形式中是密封的盒子，其至少包括等离子体生成***3、靶组件4和衬底组件5。如图1所示，等离子体生成***3和衬底组件5在处理室2中彼此靠近定位。由于等离子体生成***3和衬底组件5在同一室空间中(即，没有用于生成等离子体的单独的等离子体室)，所以可以说处理室2被划分成局部等离子体生成区(包括等离子体生成***3)和处理区(包括靶组件4和/或衬底组件5中的至少一个)。在图1至3所示的特定组件中，处理室2还容纳磁体6。
等离子体生成***3位于等离子体生成区内的处理室2中，并在图2和3中更详细地示出。等离子体生成***3包括天线9、壳体10和电磁体11。等离子体生成***3连接到阻抗匹配网络12和信号生成器13。与处理室的现有技术示例(其中等离子体在包含的等离子体生成***中生成，然后被抽出到处理室中)相比，本发明的等离子体生成***3驻留在处理室2的相同空间内并向该空间开放，在该空间中等离子体将被应用在靶组件4和/或衬底组件5的处理中。换句话说，等离子体在处理室2的气氛中局部生成。
天线9被示出为单个环状导线，其以两个直线部分14、15延伸穿过处理室2，这两个直线部分14、15通过处理室2外部的弯曲部分16连接。直线部分14、15在处理室2中偏移，以在天线9的直线部分14、15之间的区域中引起等离子体激发。天线9由成形的金属管(例如铜管)构成，尽管可以使用替代的导电材料(例如黄铜或铝或石墨)，也可以使用不同的截面形状，例如杆、带、线或组合组件。在本发明的实施例中，选择天线9，使得它可以在处理室2中传送RF频率。
壳体10封装天线9并将天线9与处理室2隔离。壳体10包括具有限定的内部空间或内部体积的细长管。壳体10延伸穿过处理室2，使得管与处理室2的壁连接。壳体10在壳体10的端部和处理室2的壁周围设有合适的真空密封，使得内部体积在一端部或两端部向气氛开放，如图2和3所示。为了清楚起见，图中省略了支撑和实现真空密封和空气冷却的机构。
壳体10对于从天线9发射的辐射频率至少部分透明。壳体10的透明度允许在处理室2内生成等离子体。
壳体10是石英管，典型地壁厚为2至3毫米。壳体10具有足够的厚度，使得内部体积向气氛开放，或者流体流可以通过内部体积以帮助冷却天线。然而，在替代实施例中，壳体10的壁可以更薄，因此不能支撑处理室2和壳体10的内部体积之间的显著压差。在该替代实施例中，壳体10可能需要被抽空，以平衡处理室2内和壳体内部体积内的压力差。应当理解，真空泵***将需要装配或附接到壳体10，以将天线9驻留的内部体积抽空到一定压力，压力还抑制壳体10的内部体积内的等离子体生成，而非在处理室2内生成等离子体。
电磁体11靠近天线9和壳体10定位，并且当由与其相关联的电源11a(例如，DC电源)供电时，能够产生从4.8高斯到高达500高斯的轴向磁场强度。电磁体11在处理室2内提供磁场，用于传播或以其他方式限制或成形由等离子体生成***3生成的等离子体，使得其从等离子体生成区延伸或移动到并穿过处理室2的处理区。
等离子体生成***3还包括在处理室2内支撑、对准和定位天线9、壳体10和电磁体11的机构，以能够调谐等离子体的生成和传播。此外，阻抗匹配网络12和信号生成器13可以被供电到特定频率，以便更高效地生成等离子体。
靶组件4驻留在处理室2的处理区内，并包括将冷却水和电力供给至安装组件18的处理室馈通17，靶组件4能够被水冷却并具有从处理室2外部的电源19施加到其上的电压。靶材料20被装配到面向衬底组件5的安装组件18的面上，通过众所周知的机构确保良好的电和热接触，例如与载银环氧树脂结合。此外，为了防止安装组件18的溅射，在该项目周围提供电接地的屏蔽件21，仅允许靶材料19直接暴露于等离子体。
衬底组件5基本上提供了一种在处理室2内定位和容纳待涂覆的一个或多个衬底22的机构。衬底组件5可以是水冷却的或者包括加热器以控制衬底22的温度，能够对其施加电压以帮助控制沉积膜性质，包括旋转和/或倾斜衬底22以提高涂层厚度均匀性的机构，并且本身能够在处理室2内移动和/或旋转。提供可移动的快门组件23，使得在“关闭”位置可以发生靶溅射而不涂覆衬底22。可移动的快门组件23可以用限定涂覆孔的一组固定的屏蔽件来代替，衬底组件5在该涂覆孔下平移，以便涂覆衬底22。对于合适的衬底类型和材料，可能不需要衬底组件8。
在图1至3所示的装置中，靶组件4和衬底组件5被定位和布置在处理室2内的两个平行平面中。这些平面与天线9和壳体10穿过处理室2的延伸方向相同。
在靶组件4的替代实施例中，单个靶材料20可由两种或多种不同的靶材料代替，使得可在衬底22上形成材料涂层，涂层是不同单独材料的复合混合物、合金或化合物。单独的靶材料可以被单独进行电偏置；这在一个或多个靶将受到RF功率偏置并且期望防止RF功率引起的低强度等离子体生成和可能污染工艺的其他靶材料的溅射的情况下可能是有用的。在替代的布置中，靶组件4可以通过脉冲DC和DC偏置被单独电偏置。附加地或替代地，靶材料20和安装组件18可以构造成具有不同的形状，可选地具有一个或多个移动(例如旋转)的靶，以便例如通过实质上提供增加的待溅射表面积来最大化靶材料的寿命。
在靶组件4的另一可选实施例中，靶屏蔽件21延伸以覆盖靶材料20和安装组件18的整个长度，并包括位于不同位置的孔，从而允许等离子体仅在那些位置处与靶材料20相互作用并溅射靶材料20，从而限制和限定待溅射的靶区域。当与包括如前所述的几种靶材料20的靶组合时，该实施例特别有用，因为它能够减少衬底处的材料的交叉污染。
磁体6靠近靶组件4和衬底组件5放置，并位于处理室2的处理区内。磁体6远离等离子体生成***3布置，并且可以说相对于靶组件4和衬底组件5与等离子体生成***3相对地布置。磁体6和电磁体11可以由它们各自的电源7和11a供电，以在它们之间以及穿过处理室2产生强度大约从4.8高斯到高达500高斯的磁场。
处理气体供给***8包括用于一种或多种处理气体(例如氩气)或处理气体混合物的一个或多个气体入口，每个气体流量例如使用商用质量流量控制器是可控的，并且可选地包括真空室内的气体混合歧管和/或气体分配***。向真空室提供单个气体入口，然后通过普通低压扩散工艺或定向管道将一种或多种处理气体分配到工艺室2的所有部分。
在使用中，等离子体生成装置1在处理室2内生成并传播均匀的等离子体片24，而不需要单独的或封装的等离子体室。
本发明的某些实施例涉及等离子体生成***3的特征及其相关的变化，特别是涉及天线和/或其壳体的布置。图4至7涉及这方面的一组实施例。
图4示出了包括等离子体天线109的等离子体生成***103，等离子体天线109由直径为6mm的铜管构成，封装在壁厚为3mm的石英管壳体110中。该壳体由三个圆柱形屏蔽构件130屏蔽，三个圆柱形屏蔽构件130沿着壳体110的轴线长度彼此间隔开。每个屏蔽构件130由不锈钢材料的圆柱形笼形成，其内径略大于壳体110的外径。屏蔽构件130通过在非常低的阻抗路径上连接到地而全部电接地(这防止屏蔽充当盗贼天线(rogue antenna))。在使用中，每个屏蔽构件130充当电磁屏蔽件，以限制/阻挡由天线发射的电磁波。变化的电磁场以及等离子体可以聚焦/集中在特定的位置。通过能够控制等离子体生成的位置(以及不生成等离子体的位置)，通过仅在需要等离子体的那些位置/区域使用能量来生成等离子体，可以提高***的效率。图4所示的等离子体天线具有第一环形区域131和第二环形区域132，在第一环形区域131中生成等离子体124，在第二环形区域132中生成等离子体124(在对磁场/电场没有来自其他源的任何显著影响的情况下)，第二环形区域132的位置在沿着天线长度L的方向上与等离子体的第一区域的位置间隔开。在对磁场/电场没有来自其他源的任何显著影响的情况下，在第一区域和第二区域中的每一个处生成的等离子体以相对均匀的方式围绕天线圆周向延伸(即，围绕全部360度)。在其他实施例中，和/或在存在其他磁场和电场源的情况下，等离子体可能绕圆周不均匀地分布。由于其他磁场和电场源的影响，等离子体可以例如有效地仅分配在圆周的一部分周围。
可以看出，屏蔽构件包括防止(或至少限制)在第一区域131和第二区域132之间的相邻区域处生成等离子体的构件。另外两个屏蔽构件包括图4左侧的一个，其在沿着天线长度L的方向上限制在等离子体的第一区域左侧的区域处(即，在第一区域131的与第二区域132相对侧上的区域处)生成等离子体。在图4的右侧存在屏蔽构件，其限制在等离子体的第二区域132右侧的区域处(即，在第二区域132的与第一区域132相对侧上的区域处)生成等离子体。
不锈钢笼是导电的，充当法拉第笼。所用的不锈钢是非铁素体不锈钢，例如奥氏体不锈钢，其相对磁导率可以小于10。如此由导电非铁素体材料的笼形成的屏蔽构件因此能够减小由天线在某些区域产生的局部磁场。
在该实施例中，在屏蔽构件由不锈钢制成的情况下，由于RF波可以穿透导体的有限距离(趋肤深度)，可以提供屏蔽作用。对于大多数导体来说，这小于50微米，因此可以提供有效的屏蔽，而不需要庞大的材料(图中未按比例显示)。RF可能会导致一些能量以导电材料中涡流的形式耦合到屏蔽件中。在可以实现的情况下，应将其最小化以提高***效率。
在本实施例的上下文中(利用电感耦合等离子体)，电容耦合通常被视为是不期望的，因此应该尽可能地最小化/减小。然而，应该认识到，为了首先撞击等离子体，可能需要一些电容耦合。***中的电容耦合可能导致绝缘表面充电，并随后导致这些表面溅射。电容放电与小得多的离子密度有关。随着放电越来越密集，磁场可以有效地耦合到自由电荷，然后可以产生更密集的等离子体，这使得电场越来越难以渗透到等离子体体积中。
在其他实施例中，屏蔽在石英管内部实现。
图5示出了类似于图4所示的天线等离子体生成***203。存在天线209被封装在石英管壳体210中，石英管壳体210具有防止等离子体生成的钢屏蔽构件230。现在将描述图5的布置与图4的布置相比的主要区别。存在由不锈钢材料的半圆柱体形成的单个屏蔽构件230，其围绕天线圆周向延伸大约180度。因此，在图5所示的布置中，沿着天线的长度存在生成等离子体224的第一位置231和也生成等离子体224的第二间隔开的位置232。在这两个位置，在对磁场/电场没有来自其他源的任何显著影响的情况下，等离子体围绕天线圆周向延伸约180度。沿着第一位置231和第二位置232之间的天线长度L，存在第三位置233，在第三位置233中在天线的大约180度周围也生成等离子体。在沿着天线长度L的第一位置、第二位置和第三位置中的每一个位置处，也存在屏蔽构件230的一部分，其限制绕天线的其它180度周围生成等离子体。屏蔽构件(以及在天线的与屏蔽构件相对侧上生成等离子体的区域)也延伸到等离子体的第一位置231的左侧(如图5所示)和第二位置232的右侧。
图6示出了类似于图5所示的天线等离子体生成***303。存在封装在石英管壳体310中的天线309，石英管壳体310具有总体上圆柱形的钢屏蔽构件330，钢屏蔽构件330防止在某些区域生成等离子体。现在将描述图6的布置与图5的布置相比的主要区别。单个屏蔽构件330具有切口335，使得屏蔽构件具有半圆柱形状的中间部分336，中间部分336设置在两个端部337a、337b之间，每个端部337a、337b均为全圆柱形状。图7以截面(关于平面C-C')示出了被其壳体310和屏蔽构件330的中间部分336围绕的天线309。中间部分336围绕天线圆周向延伸大约180度，而两个端部337a、b围绕天线圆周向延伸整个360度。因此，在图6和7所示的布置中，沿着天线的长度，存在生成等离子体324的第一位置331和也生成等离子体的第二间隔开的位置332。在这两个位置，等离子体在对磁场/电场没有来自其他源的任何显著影响的情况下，绕天线圆周向延伸小于180度。沿着第一位置331和第二位置332之间的天线长度L，存在第三位置333，在第三位置333中也部分地绕天线生成等离子体。从图7中可以看出，等离子体存在于一个区域中，该区域被限制在围绕天线大约90度圆周向延伸的空间扇区(由在天线轴线中央相交的虚线表示)内。等离子体的质心比屏蔽构件的外径更远离天线轴线的中央(在径向方向上)。
在沿着天线长度L的第一位置、第二位置和第三位置中的每一个位置处，存在屏蔽构件330的一部分，其限制在绕天线圆周向延伸大约180度的扇区内生成等离子体。屏蔽构件的左端部分337a定位在第一位置331的左侧(如图6所示)，并防止在左端部分337a的区域中生成等离子体。类似地，屏蔽构件的右端部分337b定位在第二位置332的右侧(如图6所示)，并防止在生成等离子体的右端部分337b的区域和第二位置232的右侧生成等离子体。
应当理解，在使用中，特别是当由天线生成的等离子体被约束、引导或以其他方式***纵以用于需要等离子体存在于远离等离子体天线的特定期望区域的过程中时，将需要其他磁场/电场源来影响等离子体的形状和位置。这样，在使用中，等离子体的形状和位置将是不均匀的和/或与附图中所示的不同。
在其他实施例中，屏蔽在石英管内部实现。
图8示出了类似于图4所示的等离子体生成***403。存在封装在石英管壳体410中的天线409，石英管壳体410具有三个间隔开的屏蔽构件430，屏蔽构件430防止在沿天线长度间隔开的三个环形区域处生成等离子体。图9示意性地示出了沿线D-D截取的复合截面视图，该视图示出了被其壳体410围绕的天线409。图9的下半部分示出了屏蔽构件430在一个纵向位处置的截面，图9的上半部分示出了在不同纵向位置生成的等离子体。图8的布置与图4的布置相比的主要区别在于，屏蔽构件430由诸如氧化铝的电介质材料制成。可以看出，屏蔽构件的整体几何形状与图4的示例的相似，但是图8和9的屏蔽构件430从天线稍微进一步径向延伸。通过使用电介质屏蔽构件，等离子体的点火受到电介质材料中电磁波衰减和场强度随着远离源而降低的组合效应抑制。在图8和9所示的布置中，存在其中生成等离子体424的第一环形区域431和其中生成等离子体424的第二环形区域432(在对磁场/电场没有来自其他源的任何显著影响的情况下)，第二环形区域432位于与第一等离子体区域的位置间隔开(沿着天线的轴)的位置。在对磁场/电场没有来自其他源的任何显著影响的情况下，在第一区域431和第二区域432中的每一个处生成的等离子体以相对均匀的方式绕天线圆周向延伸(即，绕全部360度)。中间屏蔽构件430限制在第一区域431和第二区域432之间的第三区域433处生成等离子体。从图9中可以看出，等离子体424的质心比屏蔽构件430的外径更靠近天线轴线的中央(在径向方向上)。
应当理解，随着距天线的距离的增加，场强会衰减。在此实施例中，在屏蔽构件主要由电介质材料制成的情况下，屏蔽材料的主要功能是占据天线附近的空间，从而在该空间或天线附近没有(或没有足够的)气体可以撞击等离子，并且使得(在天线的径向方向上)超出屏蔽构件的气体处于电场和磁场已充分降低到低于可能发生等离子点火的水平的区域。为了最小化任何损耗，用于屏蔽构件的电介质材料将优选地与来自天线的电磁波具有最小的相互作用。
应当理解，类似于图5和图6所示的几何形状(以及其他几何形状)可以用电介质屏蔽构件代替金属导电屏蔽构件来实现。
图10示出了根据本发明实施例的等离子体生成***503。等离子体生成***503包括天线组件538，天线组件538包括直线上部分538A和直线下部分538B。上部分538A和下部分538B的纵向轴线平行，并且每个部分538A、538B的端部对准。
上部分538A和下部分538B各自包括一段由铜管构成的RF天线509的长度。天线509以所示方式以U形环绕，因此对于上部分538A和下部分538B两者都是共同的。
上部分538A和下部分538B各自包括石英管壳体510，石英管壳体510将天线509的长度封装在该部分中。在每个部分538A、538B的中间区域中，天线509的长度定位为靠近壳体510的壁定位，并且由此从壳体510的纵向轴线偏离。上部分538A和下部分538B各自还包括铁氧体聚焦构件540。聚焦构件540也设置在壳体510中，并且部分地围绕天线509的长度。
如图11所示，聚焦构件540通常具有C形截面，天线509设置在C形的凹陷部分中。上部分538A中的聚焦构件540和天线509与下部分538B中的聚焦构件540和天线509成镜像布置，聚焦构件540的开口侧各自总体上面向内侧。
在使用中，天线509由RF电流驱动，并生成时变磁场。磁场电离壳体外部的气体，并且在上部分538A和下部分538B之间的等离子体生成区域525中生成感应耦合等离子体524。
聚焦构件540各自具有在天线509不被从壳体510的壁屏蔽(即不被聚焦构件510围绕/聚焦构件510打开)的角度区域中增加磁通量密度的效果。两个聚焦构件540的布置由此起到增加等离子体生成区域525中的磁通量密度的作用。
可以看出，在上部分538A中，天线509设置在壳体510中大约7点钟的位置，而在下部分538B中，天线设置在壳体510中大约11点钟的位置。在等离子体生成装置1的使用中，这具有将最大磁通量密度的区域稍微移向电磁体11的效果。
聚焦构件540还具有减小在上部分538A上方和下部分538B下方的区域中引起的磁场的效果，因此较少的功率损耗到这些区域中。聚焦构件540由此整体上提高了等离子体生成***的效率。应当理解，所述增加和改善是与没有聚焦构件540的类似天线组件相比的。
为了充分利用聚焦构件540的存在，聚焦构件540的铁氧体材料应该优选不被外部磁场(即，不是由天线509生成的磁场)饱和。在等离子体生成装置1的使用中，这种外部磁场可以由限制和传播等离子体524的电磁体11生成。
因此，聚焦构件540各自设有屏蔽元件542，以将它们从这种外部磁场屏蔽。在该实施例中，屏蔽元件542呈镍合金涂层的形式，其设置在聚焦构件540的面向外侧的表面上。可以使用的含镍材料的一个示例是美国伊利诺伊州本森维尔的磁屏蔽公司(MagneticShield Corporation,Bensenville,IL,USA)的
Figure BDA0003697348040000231
合金。
在其他实施例中，可以提供替代的或附加的屏蔽。例如，壳体510的部分可以设置(例如涂覆)有屏蔽材料，和/或一个或多个独立的屏蔽元件可以设置在聚焦构件和电磁体11之间的区域中。
上部分538A和下部分538B还具有端部区域，在该区域附近不需要生成等离子体。在端部区域，天线509沿着壳体510的纵向轴线定位(即，与其同轴)。
如图12所示，与构成聚焦构件540的铁氧体材料相同的铁氧体材料形成完全围绕天线509的铁氧体屏蔽546，从而形成等离子体天线组件538的被屏蔽的部分。可以看出，天线509在壳体510中的变化位置使得天线509在上部分538A和下部分538B中的每一个中都具有总体上曲柄形状。
图13示出了类似于前述实施例的替代实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件。在该实施例中，天线609环绕等离子体生成区域两次。在该实施例中，在上部分和下部分中的每一个中的聚焦构件640部分地围绕天线609的两个长度。天线609的长度在壳体610的壁和壳体610的纵向轴线之间一个接一个地定位。因此，每个聚焦构件640中的凹部比前述实施例中的更深，但具有与前述实施例相同的宽度。在替代实施例中，天线的长度在壳体内被不同地定位。在示例替代实施例中，天线的长度都靠近壳体的壁定位。因此，每个聚焦构件中的凹部比前述实施例中的更浅且更宽。
在等离子体生成***中使用的典型RF电流具有13.56MHz的频率。当使用包括一个或多个铁氧体聚焦构件的等离子体天线组件时，使用大约2MHz的较低频率可能是有益的，以便减少铁氧体本身的功率损耗。
图14示出了根据本发明一个方面的等离子体天线组件的示例的截面端视图。等离子体天线组件通常由附图标记1201表示，并且包括天线1202，天线1202包括铜线圈形式的电导体1203。在电导体1203上提供氮化硅涂层形式的盖1204。天线1202设置有用于冷却流体1206(在这种情况下为水)穿过其中的腔1205。涂层约2mm厚。
图14的布置是有利的，因为电介质材料(氮化硅)的涂层将天线的电导体1203与围绕的等离子体隔离。此外，氮化硅涂层的使用抑制了跨越涂层的温度梯度的发展，温度梯度可能导致涂层的不期望的破裂。这种温度梯度的建立往往发生在较高的RF功率下。在这方面，氮化硅具有高热导率(约20W/m.K)和低热膨胀系数(约3×10-6/K)。
本领域技术人员将认识到，可以使用其他涂层材料。例如，可以使用氮化铝，其具有大约140-180W/m.K的热导率和大约4.5×10-6/K的热膨胀系数。
涂层材料应该优选具有承受大约5kV电压降的电介质击穿强度。
本领域技术人员将认识到，图14的等离子体天线组件可以与本发明的其他方面一起使用。例如，如图11所示，图14的等离子体天线组件可以与铁氧体材料一起使用，以聚焦等离子体的生成。附加地或可选地，图14的等离子体天线组件可以与上面参照图4、5、6和8描述的屏蔽件结合使用。
图14展示了如何通过用合适的材料涂覆电导体来为天线提供盖。也可以提供替代的盖，例如，电介质盖构件形式的盖，如套筒。在这方面，图15示出了根据本发明的等离子体天线组件的示例的示意性截面侧视图。等离子体天线组件通常由附图标记1101表示，并且包括天线1102，天线1102包括铜线圈形式的电导体1103。等离子体天线组件位于等离子体1107中。圆柱形套筒形式的盖构件1104设置在电导体1103的中央部分1111上。盖1104通过第一端部间隔体1109和第二端部间隔体1110与电导体1103保持良好限定的空间关系，间隔体1109、1110确保在电导体1103和盖1104之间存在中央间隙1108。中央间隙1108在截面中是环形的，并且在盖1104和电导体1103之间的尺寸约为1毫米。第一端部间隔体1109和第二端部间隔体1113不将电导体1103的中央覆盖部分与等离子体密封。因此，等离子体接触电导体1103。然而，中央间隙1108足够小以确保暗空间屏蔽，从而防止中央间隙1108中的等离子体点火。第一未覆盖部分1116和第二未覆盖部分1117从电导体1103的覆盖中央部分1111延伸。
等离子体天线组件1101被结合到等离子体天线装置中，在等离子体天线装置中，第一未覆盖部分1116和第二未覆盖部分1117穿过相应的第一分隔件1114和第二分隔件1115延伸到相应的非等离子体气氛1120、1121中。由于天线的两端部不暴露在非等离子体气氛1120、1121中的等离子体中，所以这些端部不需要被电介质盖覆盖。可以与天线布置的第一未覆盖部分1116和第二未覆盖部分1117进行电接触。
在电介质盖1104和第一分隔件1114和第二分隔件1115的相应端部之间存在小间隙，第一端部间隙1112和第二端部间隙1113。这些第一端部间隙1112和第二端部间隙1113足够小，以确保暗空间屏蔽，从而防止第一端部间隙1112和第二端部间隙1113中的等离子体点火。
天线1102设有腔(未示出)，用于接收冷却流体(未示出)，例如水。
电介质盖1104由氮化硅形成，尽管本领域技术人员将意识到可以使用任何合适的电介质材料。
形成盖1104的材料应该优选具有足够高的击穿强度，以承受大约5kV的电压降。
本领域的技术人员将认识到，图14和15中所示的各种特征的尺寸不是按比例绘制的，并且被描绘成使得在图中可以看到各个特征。例如，腔的直径通常为10毫米，并且涂层的厚度通常为1-2毫米。
图15的布置是有利的，因为虽然电介质盖1104不阻止等离子体和天线的电导体之间的接触，但是电介质盖1104和天线的电导体1103之间的间隙足够小，使得等离子体的点火不会发生在天线的电导体附近。此外，图15的布置可以说比将等离子体天线包含在石英管内的已知布置更简单。
本领域技术人员将认识到，图15的等离子体天线组件可以与本发明的其他方面一起使用。例如，图15的等离子体天线组件可以与图11所示的铁氧体材料一起使用，以聚焦等离子体的生成。附加地或可选地，图15的等离子体天线组件可以与上面参照图4、5、6和8描述的屏蔽结合使用。
一个未示出的实施例结合了图6、11和14的特征，因此提供了一种水冷铜管电介质涂覆天线，其具有基于铁氧体的等离子体聚焦以及半圆柱形不锈钢屏蔽构件，使得等离子体在天线一侧的期望位置处的体积中高效地产生，这使得等离子体能够被用于处理，同时减少通过不期望的再结合或耦合效应造成的等离子体的损耗。
现在参照图1至3和图16描述根据本发明的实施例的溅射沉积的方法1000。天线可以具有根据本文描述的任何实施例的形式。
作为概述，等离子体天线在处理室中产生的磁场内生成高密度的等离子体片。等离子体与要从靶溅射到衬底上的材料的靶相互作用。图1至图3的等离子体生成***在需要在相对长的长度和宽度上生成均匀的高密度等离子体的应用中可能具有特别的实用性，从而允许在具有大尺寸衬底的情况下高效和有效地使用这种等离子体。
作为初始步骤(1001)，将待涂覆的衬底装载到衬底组件上。
将处理气体(例如氩气)引入(1002)处理室，同时维持处理室2中用于溅射处理的合适的操作压力，例如3×10-3托。磁体6和电磁体11在它们之间以及穿过处理室2产生强度大约为100至500高斯的磁场。磁铁和电磁铁的磁“极性”是相同的(即它们相互吸引)。
等离子体天线由13.56MHz RF电流的2kW电源供电，以在沿天线长度的选定区域处生成，以形成远离的高密度等离子体24(例如电子密度大于1012cm-3)的一个或多个局部区域(步骤1003)。(多个)这种等离子体区域的(多个)形状受到磁场约束，例如形成等离子体片(具有超过400毫米的截面长尺寸)，在两个正交方向上有等离子体激发，并且在第三个正交方向上有等离子体传播，所有这些都不需要等离子体室来包含等离子体。
DC电源19向靶组件4施加负极性电压，使得来自等离子体24的离子引起靶材料20的溅射(步骤1004)。溅射速率可以与施加在启动溅射所需的电压以上的电压近似成正比。可以施加400伏或更高的电压；对于非常高速率的应用，可以使用更高的电压，例如1200伏。
在允许靶材料20的表面清洁和稳定的可选时间延迟之后，从靶溅射的材料沉积到衬底上并因此用靶材料20的薄膜涂覆衬底表面(步骤1005)，可选地使用快门***来控制材料溅射到基板上的时间和位置。
虽然已经参照特定的实施例描述和说明了本发明，但是本领域普通技术人员将会理解，本发明适合于本文没有具体说明的许多不同的变化。仅作为示例，现在将描述某些可能的变化。
可以对磁场的生成方式进行更改。例如，图1至图3的磁体6和电磁体11可以互换、补充或者甚至由其它磁体布置(例如附加的永磁体或电磁体)代替，以便不同地控制和引导等离子体。例如，当要溅射铁磁靶材料时，这可能是需要的，并且需要附加的场成形来防止等离子体被引导到靶组件并由此熄灭。
尽管用于等离子体处理的大多数RF功率***在13.56MHz下操作，这是分配给工业使用的频率，因此不容易引起对其他射频用户的干扰，因此更易于实现，但是可以使用替代的射频(例如40MHz或13.56MHz的谐波)来为实施例的天线供电。
天线可以偏心地安装在其壳体中，使得天线的轴线与壳体的轴线间隔开。这种布置可以促使在天线轴线周围的特定圆周向区域处生成更高密度的等离子体。
在某些实施例中，等离子体天线的壳体可以由材料组件构成。壳体可以例如包括并排放置的多个管，例如2到3毫米厚的石英，以封装多匝天线。壳体可以被构造成在大气压力下包含天线。天线可以例如被使用简单的气流冷却，从而允许等离子体生成***在比原本更高的RF功率下操作。
在一些实施例中，天线具有直的(即线性的)天线长度，可能由一个或多个弯曲部分连接。在其他实施例中，可以存在天线的一个或多个盘绕的长度(例如螺旋线圈)。盘绕长度可以保持在圆柱形壳体(管)的一部分的直线长度内。
屏蔽在本文被描述为限制等离子体的生成；在上面的描述中，词语“限制”、“被限制”等可以用词语“减少”、“被减少”等代替。或者，在上面的描述中，词语“限制”、“被限制”等可以用词语“抑制”、“被抑制”等代替。
图4至图9所示的屏蔽可以根据期望应用的特定要求而不同地成形。
充分良好接地的固体导电材料可以起到屏蔽件的作用。
该装置还可以用于反应溅射工艺，即通过气体供给***引入反应气体或蒸汽以与一种或多种溅射的靶材料反应而在衬底上沉积化合物薄膜的工艺。例如，可以将氧气引入溅射工艺中以沉积氧化物薄膜，例如通过在氧气存在下溅射铝靶来沉积氧化铝，或者通过在氧气存在下溅射硅靶来沉积二氧化硅。
等离子体生成***可以独立于任何溅射靶操作，允许实现进一步的应用，例如用于衬底清洁、表面改性或作为蚀刻工具，在大尺寸基片以高吞吐速率处理的情况下(例如在卷对卷(“卷材”)涂覆中)，具有特殊的用途。
等离子体生成***也可用作其它涂覆工艺的“等离子体辅助”工具，如蒸发涂覆工艺工具中通常使用的。
等离子体生成***也可以应用于基于等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)技术的涂覆工艺。
在前面的描述中，提到了具有已知的、明显的或可预见的等同的整数或元件，那么这些等同被并入本文，如同被单独阐述一样。应当参考权利要求来确定本发明的真实范围，其应当被解释为涵盖任何这样的等同。读者还将理解，被描述为优选的、有利的、方便的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是有益的，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 (18)

1.一种等离子体反应器，包括：
处理室，
等离子体天线组件，被配置为在所述处理室中生成等离子体，以及
一个或多个磁体，被配置为将所述等离子体限制在所述处理室中远离所述等离子体天线组件的位置；
其中所述等离子体天线组件包括：
射频(RF)天线，被布置为由电流驱动，从而在等离子体生成区域中生成所述等离子体，
壳体，被布置为将所述天线与在所述等离子体生成区域中生成的所述等离子体分离，以及
铁磁或亚铁磁聚焦构件，被布置为部分地围绕所述天线的长度。
2.根据权利要求1所述的等离子体反应器，其中所述聚焦构件被从由所述一个或多个磁体生成的磁场屏蔽。
3.根据权利要求2所述的等离子体反应器，其中所述聚焦构件涂覆有包括镍的屏蔽材料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体反应器，其中所述聚焦构件是铁氧体聚焦构件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体反应器，其中所述天线和所述聚焦构件都设置在所述壳体内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体反应器，其中所述壳体是石英管。
7.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体反应器，其中被所述聚焦构件部分地围绕的所述天线的长度偏离所述壳体的中央纵向轴线，使得所述天线的所述长度定位为比所述壳体的纵向轴线更靠近所述等离子体生成区域。
8.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体反应器，其中所述等离子体天线组件包括被屏蔽的天线部分，在所述被屏蔽的天线部分中，铁磁或亚铁磁屏蔽构件完全围绕所述天线的长度。
9.根据权利要求8所述的等离子体反应器，其中，在所述被屏蔽的天线部分中，所述天线与所述壳体的中央纵向轴线对准。
10.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体反应器，其中所述等离子体天线组件包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括由第一聚焦构件部分地围绕的所述天线的第一长度，所述第二部分包括由第二聚焦构件部分地围绕的所述天线的第二长度，所述第一部分与所述第二部分间隔开，所述等离子体生成区域在所述第一部分和所述第二部分之间，并且其中所述第一聚焦构件布置为与所述第二聚焦构件实质上对称。
11.根据权利要求10所述的等离子体反应器，其中所述天线的第一长度和所述天线的第二长度是线性的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体反应器，其中所述天线具有环状布置，使得每个聚焦构件部分地围绕所述天线的多个长度。
13.一种用于将溅射材料从溅射靶溅射到衬底上的溅射涂覆装置，所述溅射涂覆装置包括根据前述权利要求中任一项所述的等离子体反应器，
其中所述处理室被布置为接收所述溅射靶和所述衬底，并且
其中所述一个或多个磁体被配置成将所述等离子体限制到所述溅射靶上。
14.一种用于等离子体反应器中的等离子体天线组件，所述等离子体天线组件包括：
射频(RF)天线，被布置为由电流驱动，从而在等离子体生成区域中生成等离子体，
壳体，被布置为将所述天线与所述等离子体生成区域中生成的所述等离子体分离，
铁磁或亚铁磁聚焦构件，被布置为部分地围绕所述天线的长度，以便增加所述等离子体生成区域中的磁通量密度，以及
屏蔽件，被布置为从由所述等离子体天线组件外部生成的磁场屏蔽所述聚焦构件。
15.一种使用根据权利要求1至12中任一项所述的等离子体反应器生成等离子体的方法，所述方法包括以下步骤：
用RF频率电流驱动所述天线，从而在所述等离子体生成区域中生成等离子体，所述等离子体生成区域中的磁场由所述聚焦构件聚焦。
16.一种使用根据权利要求1至12中任一项所述的等离子体反应器在衬底上沉积材料的方法，所述方法包括：
将适合于等离子体溅射的一个或多个溅射靶提供到所述处理室中，其中所述一个或多个溅射靶定位为远离所述等离子体天线组件；
用RF频率电流驱动所述天线，从而在所述等离子体生成区域中生成等离子体；
用所述一个或多个磁体将所述等离子体限制到所述一个或多个溅射靶；
使用所述等离子体从所述一个或多个溅射靶生成所溅射的材料；和
将所溅射的材料沉积到所述衬底上。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中以近似2MHz的RF频率驱动所述天线。
18.一种包括部件的电子设备，所述部件包括使用权利要求16或17所述的方法沉积的材料层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0468758B1 (en) * 1990-07-24 1997-03-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of forming insulating films, capacitances, and semiconductor devices
US6251792B1 (en) * 1990-07-31 2001-06-26 Applied Materials, Inc. Plasma etch processes
JPH11135297A (ja) * 1997-10-31 1999-05-21 Kumagai Hiromi プラズマ発生器
JPH11317299A (ja) 1998-02-17 1999-11-16 Toshiba Corp 高周波放電方法及びその装置並びに高周波処理装置
TWI435663B (zh) * 2006-05-22 2014-04-21 Gen Co Ltd 電漿反應器
KR101021480B1 (ko) * 2007-12-07 2011-03-16 성균관대학교산학협력단 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를채택하는 플라즈마 발생장치
KR100980287B1 (ko) * 2008-01-07 2010-09-06 주식회사 뉴파워 프라즈마 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마반응기
JP5642181B2 (ja) 2009-08-21 2014-12-17 マットソン テクノロジー インコーポレイテッドＭａｔｔｓｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ． 基体を処理する装置及び基体の処理方法
GB201006567D0 (en) * 2010-04-20 2010-06-02 Plasma Quest Ltd High density plasma source
US8659229B2 (en) * 2011-05-16 2014-02-25 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Plasma attenuation for uniformity control
US20130015053A1 (en) * 2011-07-12 2013-01-17 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Inductively coupled rf plasma source with magnetic confinement and faraday shielding
US20160233047A1 (en) * 2014-03-07 2016-08-11 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Plasma-based material modification with neutral beam
US9613777B2 (en) * 2014-09-11 2017-04-04 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Uniformity control using adjustable internal antennas
JP6916699B2 (ja) 2017-09-14 2021-08-11 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 成膜方法および成膜装置

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