專(zhuān)利名稱(chēng)：差別注入式材料處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明廣泛地涉及薄膜沉積和蝕刻系統(tǒng)。特別是涉及用于以非常高的均勻性沉積薄膜的方法和裝置。本發(fā)明還涉及用于以均勻蝕刻速度蝕刻材料的方法和裝置。
背景技術(shù)：
有三種普通技術(shù)用于在基片(substrate)上沉積薄膜。這些技術(shù)是蒸發(fā)(evaporation)、離子束沉積(ion beam deposition)、和磁控管濺射(magnetronsputtering)。圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)的電子束蒸發(fā)沉積系統(tǒng)10的示意方框圖。蒸發(fā)系統(tǒng)10封裝在真空小室12中。電子槍14產(chǎn)生電子束16，用于將包含沉積材料的坩堝(crucible)18加熱到能夠使沉積材料蒸發(fā)的溫度。電子束被磁體20偏轉(zhuǎn)，該磁體使得電子束撞擊坩堝18的預(yù)期位置上。典型的蒸發(fā)系統(tǒng)有多個(gè)坩堝。
一些蒸發(fā)系統(tǒng)包括多個(gè)源和多個(gè)電子槍?zhuān)鼈儚膬蓚€(gè)或更多的源產(chǎn)生沉積材料，并同時(shí)將沉積材料沉積到基片上。另外，加熱元件(未示出)用于加熱坩堝18。承載多個(gè)基片23的基片承載器22(substrate support 22)置于蒸發(fā)的材料經(jīng)過(guò)的路徑上。在一些已知蒸發(fā)系統(tǒng)中，基片承載器22由馬達(dá)24轉(zhuǎn)動(dòng)，以增加沉積薄膜的均勻性。
圖2描述了一種現(xiàn)有技術(shù)的離子束濺射沉積系統(tǒng)50。離子束濺射沉積系統(tǒng)50被封裝在真空小室52中。離子源54產(chǎn)生離子束56，其被引導(dǎo)到一個(gè)或多個(gè)靶58，離子束56撞擊靶58，從靶58以濺射流60濺射中性原子。一般承載多個(gè)基片64的基片承載器62置于濺射流60經(jīng)過(guò)的路徑上，濺射流60轟擊到基片上，從而沉積成濺射薄膜(sputtered thin film)。為了增加濺射薄膜的均勻性，基片承載器62可以由馬達(dá)66轉(zhuǎn)動(dòng)。離子束濺射的優(yōu)點(diǎn)在于它允許單獨(dú)控制轟擊離子的能量和電流密度。
圖3描述了一種現(xiàn)有技術(shù)的磁控管濺射沉積系統(tǒng)80的示意方框圖。磁控管濺射沉積系統(tǒng)80被封裝在真空小室82中。磁控管濺射沉積系統(tǒng)80包括具有陽(yáng)極84和陰極86的二極管器件。磁體88置于陰極86的后面。示出兩個(gè)環(huán)形的陰極和盤(pán)狀的陽(yáng)極，但是還有幾個(gè)其它的已知的構(gòu)造。
陰極86被被偏置負(fù)電壓，該負(fù)電壓足夠高，以在周?chē)臍怏w中感應(yīng)擊穿(breakdown)來(lái)維持等離子體90。磁體88在陰極86后面產(chǎn)生俘獲由陰極86產(chǎn)生的電子的磁場(chǎng)92，電子在等離子體90中的螺旋狀路徑上失去能量。并被陽(yáng)極84收集。電子增強(qiáng)了等離子體90中的離子94的轟擊效果。中性原子96以濺射流98從陰極86濺射出來(lái)。濺射流98轟擊基片64，從而在基片64上沉積濺射薄膜。
在已知系統(tǒng)中的基片64一般被放置在距離陰極86兩到十英寸的范圍之間。為了增加濺射薄膜的均勻性，基片承載器62可以使用馬達(dá)66轉(zhuǎn)動(dòng)。磁控管濺射的優(yōu)點(diǎn)在于它具有相對(duì)高的沉積速度、大沉積面積和低基片加熱。
使用已知技術(shù)得到的沉積厚度均勻性受到在基片平面獲得的流均勻性和基片轉(zhuǎn)動(dòng)的類(lèi)型的限制。流均勻性可以受到靶或產(chǎn)生影響沉積速度的熱點(diǎn)和冷點(diǎn)的沉積材料缺陷的不利影響。一般地，流均勻性隨時(shí)間變化。通過(guò)利用大的靶和/或利用從靶到基片的長(zhǎng)距離可以稍微地改善流的均勻性。然而，靶的大小和從靶到基片的距離實(shí)際受限制。一些應(yīng)用，例如用于高速光通信系統(tǒng)的光學(xué)濾波器，需要不能通過(guò)這些現(xiàn)有技術(shù)獲得的薄膜均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及使用差別注入式(diffrentially-pumped)沉積源和沉積小室(chamber)來(lái)沉積薄膜的方法和裝置，其中，在沉積源的壓力充分高于沉積小室中的壓力。本發(fā)明同時(shí)涉及使用產(chǎn)生用于沉積薄膜離子束的輔助處理的離子束的離子源的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，離子束和沉積流(flux)不重疊，離子束用于異相離子束輔助處理(out-of-phase ion-beam-assistedprocessing)。沉積源和離子束源兩者都可置于與基片相對(duì)較短的距離上，從而，使得基片暴露在相對(duì)較高密度的濺射流和離子束之下。
本發(fā)明的沉積系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例是差別注入式磁控管濺射系統(tǒng)(diffrentially-pumped magnetron sputtering system)。磁控管濺射系統(tǒng)有許多超過(guò)已知沉積系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。例如，磁控管濺射系統(tǒng)以高度均勻性和始終如一的連貫性、以高沉積速度沉積高純度、高密度的薄膜。而且，磁控管濺射系統(tǒng)具有長(zhǎng)靶壽命(long target lifetime)和相對(duì)容易維護(hù)。通過(guò)對(duì)來(lái)自濺射沉積源的沉積流的孔徑作用(aperturing)，然后以雙掃描運(yùn)動(dòng)(dual-scan motion)，例如，二維運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于濺射流移動(dòng)基片，薄膜均勻性可以被提高。薄膜均勻性也可通過(guò)一個(gè)掃描運(yùn)動(dòng)大大快于另一運(yùn)動(dòng)來(lái)提高。同時(shí)，薄膜均勻性可通過(guò)過(guò)掃描(over-scanning)提高。
因此，本發(fā)明的特征在于包括置于第一小室的沉積源的差別注入式沉積系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積源是磁控管濺射源。在另一實(shí)施例中，沉積源是蒸發(fā)源。沉積源產(chǎn)生包括中性原子和分子的沉積流。
屏蔽物限定了置于沉積流路徑上的孔。屏蔽物使得沉積流通過(guò)孔，并在其它各處顯著阻擋沉積流傳播通過(guò)屏蔽物?？卓梢远ㄐ?，以便增加發(fā)射的沉積流?？滓部梢远ㄐ我詼p少過(guò)掃描(over-scan)區(qū)域。基片承載器置于屏蔽物附近的第二小室。第二小室的壓力低于第一小室。
沉積系統(tǒng)同時(shí)包括雙掃描系統(tǒng)，其按照第一和第二運(yùn)動(dòng)掃描與孔相關(guān)的基片承載器。雙掃描系統(tǒng)可以是機(jī)械掃描系統(tǒng)。第一運(yùn)動(dòng)的掃描速度可以顯著大于第二運(yùn)動(dòng)的掃描速度。在沉積過(guò)程中，第一運(yùn)動(dòng)和第二運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)的掃描速度可以隨時(shí)間變化。在一個(gè)實(shí)施例中，雙掃描系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)和平移掃描系統(tǒng)，其中，第一運(yùn)動(dòng)包括具有旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第二運(yùn)動(dòng)包括具有平移速度的平移運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度可以至少比平移運(yùn)動(dòng)的平移速度的大五倍。
沉積系統(tǒng)可以包括產(chǎn)生離子束的離子源。離子源置于第二小室，以便離子束撞擊沉積區(qū)域。離子源可以處于這樣的位置，以便離子束不和沉積流重疊。而且，沉積系統(tǒng)可以包括在沉積期間，監(jiān)視薄膜特性的就地(in-situ)監(jiān)視系統(tǒng)。
本發(fā)明的特征還在于包括在第一壓力產(chǎn)生沉積流的沉積均勻薄膜的方法。在低于第一壓力的第二壓力中的基片，被暴露在沉積流中。沉積流可以由磁控管濺射產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積流經(jīng)過(guò)孔。在一個(gè)實(shí)施例中，基片暴露在離子束中。離子束可以與沉積流重疊，用于同相離子束處理。離子束也可以不與沉積流重疊，用于異相離子束處理。
按照第一和第二運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于沉積流掃描基片。雙掃描運(yùn)動(dòng)提高薄膜的均勻性。第一運(yùn)動(dòng)的掃描速度大于第二運(yùn)動(dòng)的掃描速度。在一個(gè)實(shí)施例中，第一運(yùn)動(dòng)是具有旋轉(zhuǎn)掃描速度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第二運(yùn)動(dòng)是具有平移掃描速度的平移運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度至少大于平移速度的五倍。在一個(gè)實(shí)施例中，在第一運(yùn)動(dòng)和第二運(yùn)動(dòng)的至少一個(gè)中，相對(duì)于沉積流過(guò)掃描基片。
本發(fā)明的特征還在于包括置于第一小室中的沉積源的離子束輔助沉積系統(tǒng)。沉積源產(chǎn)生包括中性原子和分子的沉積流。沉積源可以是磁控管濺射源。離子源處于這樣的位置，以便離子束不與沉積流重疊。
基片承載器置于第二小室。在第二小室的壓力低于第一小室中的壓力。離子源置于第二小室中，以便離子束撞擊基片承載器上的沉積區(qū)域。離子源產(chǎn)生用于離子束輔助處理的離子束。
雙掃描系統(tǒng)按照第一和第二運(yùn)動(dòng)相對(duì)于孔掃描基片承載器。第一運(yùn)動(dòng)的掃描速度顯著大于第二運(yùn)動(dòng)的掃描速度。在掃描期間，第一運(yùn)動(dòng)和第二運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)的掃描速度隨時(shí)間變化。雙掃描系統(tǒng)包括以旋轉(zhuǎn)速度掃描基片承載器的旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)和以平移速度相對(duì)于孔掃描基片承載器的平移掃描系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度可以至少是平移運(yùn)動(dòng)的平移速度的五倍。
在一個(gè)實(shí)施例中，沉積系統(tǒng)包括限定位于沉積流路徑上的孔的屏蔽物。經(jīng)過(guò)孔屏蔽物使沉積流，并在其它各處顯著阻擋沉積流傳播通過(guò)屏蔽物?？卓梢远ㄐ?，以便增加發(fā)射的沉積流?？走€可被定形，以減少過(guò)掃描區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，雙掃描系統(tǒng)包括在沉積期間，監(jiān)視薄膜特性的就地監(jiān)視系統(tǒng)。
本發(fā)明的特征還在于異相離子束輔助沉積方法。該方法包括在第一壓力產(chǎn)生沉積流。沉積流可以由磁控管濺射產(chǎn)生。沉積流在第二壓力被沉積到基片上。第二壓力低于第一壓力。基片被暴露在不與沉積流重疊的離子束。
在一個(gè)實(shí)施例中，按照第一和第二運(yùn)動(dòng)相對(duì)于沉積流掃描基片。雙掃描運(yùn)動(dòng)在基片上沉積均勻薄膜。在一個(gè)實(shí)施例中，第一運(yùn)動(dòng)是具有旋轉(zhuǎn)掃描速度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第二運(yùn)動(dòng)是具有平移掃描速度的平移運(yùn)動(dòng)。第一運(yùn)動(dòng)的掃描速度可以大于第二運(yùn)動(dòng)的掃描速度。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度可以至少是平移掃描速度的五倍。
再一個(gè)實(shí)施例中，沉積流經(jīng)過(guò)孔。在一個(gè)實(shí)施例中，在第一運(yùn)動(dòng)和第二運(yùn)動(dòng)的至少一個(gè)中，基片被相應(yīng)的沉積流過(guò)掃描。


按照所提出的權(quán)利要求描述本發(fā)明。通過(guò)配合附圖，參考下列描述，本發(fā)明的上面和進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)可以被更好地理解，其中，相同的標(biāo)號(hào)在不同圖中表示相同的結(jié)構(gòu)元件和特征。這些圖不需依比例決定，重點(diǎn)放在描述發(fā)明的原理。
圖1是描述現(xiàn)有技術(shù)的電子束蒸發(fā)沉積系統(tǒng)的示意框圖；圖2是描述現(xiàn)有技術(shù)的離子束濺射沉積系統(tǒng)的示意框圖；圖3是描述現(xiàn)有技術(shù)的磁控管濺射沉積系統(tǒng)的示意框圖；圖4是描述根據(jù)本發(fā)明的差別注入式沉積系統(tǒng)的示意框圖；圖5是描述根據(jù)本發(fā)明的差別注入式沉積裝置的一個(gè)實(shí)施例的三維示意框圖；圖6是描述使用本發(fā)明的差別注入式沉積裝置來(lái)過(guò)掃描基片的方法。
具體實(shí)施例方式
許多設(shè)備需要高均勻薄膜覆蓋。例如，用于如光纖通信系統(tǒng)的一些應(yīng)用中的光學(xué)濾波器，可能要求多層高均勻薄膜，其中，每層具有精確的厚度?，F(xiàn)在，光纖通信系統(tǒng)被廣泛采用。最近，新通信服務(wù)，如因特網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)鏈路、視頻服務(wù)、和無(wú)線服務(wù)等等導(dǎo)致對(duì)帶寬的需求極大的增加。目前，數(shù)據(jù)傳輸量以每年80％的速度增長(zhǎng)，語(yǔ)音傳輸量以每年10％的速度增長(zhǎng)。
在光纖通信系統(tǒng)中，增加帶寬的一種方式是增加在光纖中傳輸?shù)墓獾牟ㄩL(zhǎng)的數(shù)目。波分復(fù)用(WDM)是一種光傳輸技術(shù)，它在同一光纖中傳輸許多波長(zhǎng)，因而，有效地增加了每根光纖的對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)的比特率總和的總帶寬。大于1TB/秒的帶寬在基于WDM的通信系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)。
密度波分復(fù)用(DWDM)是使用大量波長(zhǎng)實(shí)施WDM技術(shù)的一種技術(shù)。DWDW一般被用于描述在單根光纖上傳輸40個(gè)波長(zhǎng)的WDM技術(shù)。當(dāng)波長(zhǎng)數(shù)目增加時(shí)，信道寬度和信道間隔減小。為了在DWDM通信系統(tǒng)中獲得所需信道寬度和信道間隔，需要高質(zhì)量的、高性能的光學(xué)濾波器。這些光學(xué)濾波器必須以良好的機(jī)械特性，在1.3μm到1.5μm之間的波譜上顯示出低損耗和窄帶傳輸特性，在一般操作環(huán)境中是穩(wěn)定的。
DWDM通信系統(tǒng)需要許多能夠從系統(tǒng)傳輸?shù)钠渌ㄩL(zhǎng)中分離出單個(gè)波長(zhǎng)的帶通濾波器。在DWDM中用作帶通濾波器的一種光學(xué)濾波器是費(fèi)布瑞波洛干擾濾波器(Fabry Perot interence filter)。費(fèi)布瑞波洛干擾濾波器包括兩個(gè)由λ/2厚度層分開(kāi)的高反射系數(shù)多層(high-reflectance multilayer)。在操作中，在λ/2間隔層的多重干擾導(dǎo)致濾波器的輸出頻譜特征在波長(zhǎng)是λ/2間隔層多倍的窄帶上出現(xiàn)銳利尖峰(peak sharply)。
另一類(lèi)使用在DWDM通信系統(tǒng)中的光學(xué)濾波器是絕緣薄膜干擾濾波器(dielectric thin film interference filter)。這些濾波器包括高折射率和低折射率材料的交替層(alternate layers)。每層的厚度是λ/4。在操作中，從高折射率層反射回來(lái)的光不經(jīng)歷相位移動(dòng)，但從低折射率層反射回來(lái)的光經(jīng)歷相位移動(dòng)180度。連續(xù)的反射在前表面重組，產(chǎn)生具有窄波長(zhǎng)范圍的高反射光束。具有窄波長(zhǎng)范圍之外的波長(zhǎng)的光僅僅在非常低強(qiáng)度層被反射。
絕緣薄膜干擾濾波器可以通過(guò)在玻璃基片上沉積高和低折射率材料的交替層來(lái)制造。例如，可以使用SiO2和Ta2O5的交替層。為了得到預(yù)期的濾波器特性，濾波器上的折射率和均勻性必須控制到非常高的精度。
圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的差別注入式沉積系統(tǒng)100的示意框圖。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積系統(tǒng)100是濺射沉積系統(tǒng)。然而，根據(jù)本發(fā)明可以使用任意類(lèi)型的沉積系統(tǒng)。濺射沉積是一種非常通用的沉積技術(shù)。包括周期表中的幾乎每一種元素的薄膜已經(jīng)通過(guò)濺射沉積來(lái)沉積。合金和化合物一般可以被濺射沉積到保持靶材料組成的薄膜。而且，成分可以被控制在相當(dāng)高的精度。
差別注入式沉積系統(tǒng)100包括沉積小室102，該小室維持著適合沉積材料到基片上的壓力。系統(tǒng)100同時(shí)包括沉積源104。沉積源可以是任何類(lèi)型的沉積源。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積源104是濺射沉積源104。濺射沉積源104可以是多靶沉積源。濺射沉積源104也可以包括濺射兩種和更多種材料的多濺射沉積源。多靶或多源濺射沉積源可以被用于沉積多層薄膜到基片上。
在一個(gè)實(shí)施例中，沉積源104是離子束濺射沉積源。在另一實(shí)施例中，沉積源104是磁控管濺射沉積源。磁控管濺射沉積源包括二極管元件、磁體和靶。濺射靶被偏置負(fù)電壓，該電壓足夠高以在周?chē)鷼怏w中感應(yīng)擊穿和維持等離子體。為了俘獲電子，磁體在靶后產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而，增強(qiáng)離子的轟擊效果。磁控管源的優(yōu)點(diǎn)在于它們產(chǎn)生相當(dāng)高的濺射流。同時(shí)，磁控管濺射源可以被用于大面積沉積，一般造成相當(dāng)小的基片發(fā)熱。
沉積源104置于沉積源外殼106中，沉積源外殼106是包括孔108的單獨(dú)小室，上述孔用于使沉積流110的預(yù)期部分通過(guò)沉積小室102。沉積源外殼106維持與沉積小室102中的壓力基本獨(dú)立的壓力。選擇孔108的面積，以維持在沉積源外殼106和沉積小室102之間的預(yù)期差壓(diffrentialpressure)。
在一個(gè)實(shí)施例中，沉積系統(tǒng)100包括如參照?qǐng)D5描述的，安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的多沉積源外殼。多沉積外殼中的每一個(gè)包括含有濺射靶的沉積源，這些濺射靶具有不同的材料或不同材料構(gòu)成。包含多沉積源外殼對(duì)于沉積多層薄膜非常預(yù)期。
在沉積系統(tǒng)100中使用單獨(dú)的沉積源外殼106的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由沉積產(chǎn)生的不想要的材料沉積被充分地包含在沉積源外殼106中。這一特征是保持沉積小室102的清潔，因而，減少了對(duì)沉積小室102必須進(jìn)行的所需的維護(hù)。同時(shí)，沉積源外殼106可以與沉積小室102分開(kāi)清潔，這減少了對(duì)沉積小室102必須進(jìn)行的所需的維護(hù)。沉積源外殼106的內(nèi)表面112可以由例如噴砂法(bead-blasting)變粗糙，便于消除不需要的沉積材料在沉積系統(tǒng)100中使用單獨(dú)的沉積源外殼106的另一優(yōu)點(diǎn)是沉積源外殼106中的壓力可以充分的高于沉積小室102中的壓力。壓差可以為十的量級(jí)。例如，沉積源外殼106中的壓力可以在2×10-3到5×10-3乇的量級(jí)，而沉積小室102中的壓力可以在2×10-4到5×10-4乇的量級(jí)。
由于沉積源104產(chǎn)生相對(duì)較高沉積流，所以沉積源外殼106與基片相比維持相對(duì)較高的壓力是有利的。同時(shí)，由于相對(duì)較低的背景壓力，導(dǎo)致減少了不需要的雜質(zhì)和污染，所以沉積在基片上的材料將會(huì)有較高的純度。特別是，維持沉積源外殼106處于比沉積小室102高的壓力，將導(dǎo)致在沉積的薄膜中，氬的濃度相對(duì)較低。
沉積系統(tǒng)100包括限定位于沉積流100路徑上的孔116的屏蔽物114。屏蔽物114可以被置于距沉積源104幾英寸或更小的位置上。屏蔽物114使沉積流110通過(guò)孔116，并在其它各處顯著阻擋沉積流110傳播通過(guò)屏蔽物。孔116空間上限定了到達(dá)基片的沉積流110。
基片承載器118置于沉積流110路徑上離由屏蔽物114限定的孔116接近的地方?；休d器118可以被置于離屏蔽物114和沉積源外殼106中的孔108幾英寸或更小的距離上。由于高密度沉積流110將到達(dá)基片，所以放置基片承載器118在與沉積源104接近的位置上是有利的，因而，沉積速度將會(huì)相對(duì)較高。在一個(gè)實(shí)施例中，基片承載器118包括圓盤(pán)?；休d器118支持著多個(gè)基片120，但是，在某些應(yīng)用中，僅僅承載一個(gè)基片。
沉積系統(tǒng)100還包括雙掃描系統(tǒng)122。通過(guò)雙掃描系統(tǒng)，也就是按照第一和第二運(yùn)動(dòng)相對(duì)于孔108掃描基片承載器118的掃描系統(tǒng)。第一和第二運(yùn)動(dòng)可以是任意類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)，例如，平移或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。第一和第二類(lèi)型運(yùn)動(dòng)可以是相同的或不同類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，雙掃描系統(tǒng)122按照平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)掃描。在另一實(shí)施例中，雙掃描系統(tǒng)122按照第一和第二平移運(yùn)動(dòng)掃描。
第一和第二運(yùn)動(dòng)的掃描速度可以是不同的和單獨(dú)控制的。根據(jù)運(yùn)動(dòng)的類(lèi)型，掃描速度可以是旋轉(zhuǎn)速度或平移速度。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)運(yùn)動(dòng)的掃描速度顯著大于另一運(yùn)動(dòng)的掃描速度。例如，一個(gè)運(yùn)動(dòng)的掃描速度可以是另一類(lèi)型運(yùn)動(dòng)的掃描速度的五倍。在一個(gè)實(shí)施例中，在沉積期間，第一和第二類(lèi)型運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)的掃描速度隨時(shí)間改變。
雙掃描系統(tǒng)122可以是按照兩個(gè)運(yùn)動(dòng)相對(duì)于孔108掃描基片承載器118的任何類(lèi)型掃描系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，雙掃描系統(tǒng)122包括旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)124和平移掃描系統(tǒng)126。旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)124包括軸128，它被旋轉(zhuǎn)地附著在基片承載器118上，并被置于通過(guò)穿過(guò)真空室通孔130。
軸128由馬達(dá)132按旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，馬達(dá)132以大于1000RPM的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)軸128。馬達(dá)132可以置于附著在帶有膜盒136的沉積小室102上的馬達(dá)外殼134上。這允許馬達(dá)132沿著沉積小室102的表面平移。這也允許馬達(dá)外殼134處于大氣壓之中，這簡(jiǎn)化了沉積系統(tǒng)100和減少了整個(gè)系統(tǒng)的成本。
平移掃描系統(tǒng)126包括直線驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置138，該裝置以平移速度、在直線方向上，在基片承載器118和由屏蔽物114限定的孔兩個(gè)中的至少一個(gè)上平移。在如圖4所示的實(shí)施例中，直線驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置138和基片承載器118連接，并平移相對(duì)于由位置固定的屏蔽物114限定的孔116的基片承載器118。在另一實(shí)施例中，直線驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置138連接在屏蔽物114上，它相對(duì)于基片承載器118平移孔116。在這個(gè)實(shí)施例中，直線驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置138也可以連接在沉積源外殼106上。
在一個(gè)實(shí)施例中，為了最大化沉積的薄膜的均勻性，雙掃描系統(tǒng)122被設(shè)計(jì)成進(jìn)行非常平滑的運(yùn)動(dòng)。例如，雙掃描系統(tǒng)122可以包括空氣軸承驅(qū)動(dòng)器(air bearing drive)，該驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生可以精確控制的非常平滑的運(yùn)動(dòng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，在一個(gè)方向上的掃描速度大大快于另一方向上的掃描速度。大大快于的意思是一個(gè)掃描速度大于另一掃描速度的五倍。一個(gè)與另一掃描速度相比，使用更快的掃描速度，減少了在厚度均勻性上的波動(dòng)。例如，旋轉(zhuǎn)速度可以大大快于直線平移速度。在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)速度至少大于平移運(yùn)動(dòng)的平移速度的五倍。高度均勻性可以通過(guò)使用相對(duì)快的旋轉(zhuǎn)速度、大約1000到3000RPM和相對(duì)慢的直線掃描速度、約為每秒0.5到4英寸來(lái)得到。
在一個(gè)實(shí)施例中，為了提高均勻性，在沉積期間，至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)的掃描速度是變化的。在沉積期間，掃描速度可以按時(shí)間的函數(shù)變化。掃描速度也可以按基片承載器118和由屏蔽物114限定的孔116的相對(duì)位置的函數(shù)變化。例如，改變?cè)谥辽僖粋€(gè)方向上的掃描速度可以被用來(lái)部分補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)徑向均勻效果(radial uniformity effct)。在某些系統(tǒng)中，沉積流110是距離孔116中心的徑向位置的函數(shù)。恒定1/R掃描速度矯正可以被應(yīng)用到直線平移速度，以補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)徑向均勻效果。
在一個(gè)實(shí)施例中，為了在沉積薄膜中產(chǎn)生厚度變化以改變薄膜光學(xué)濾波器的頻率特性，在沉積期間，至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)的掃描速度變化。例如，掃描速度可以按照基片承載器118和由屏蔽物114限定的孔116的相對(duì)位置的函數(shù)變化，以便同時(shí)產(chǎn)生具有不同中心波長(zhǎng)的薄膜濾波器。這樣的能力對(duì)大量生產(chǎn)用于DWDM通信系統(tǒng)的薄膜濾波器是很重要的。
有許多其它的本發(fā)明的雙掃描系統(tǒng)122的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明，按至少兩個(gè)運(yùn)動(dòng)掃描基片承載器118、孔116、和/或沉積源外殼106的組合將會(huì)提高均勻性。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，基片承載器118是固定的，按兩個(gè)運(yùn)動(dòng)掃描孔116和沉積源外殼106。在另一實(shí)施例中，按照一個(gè)運(yùn)動(dòng)掃描基片承載器118，按照另一運(yùn)動(dòng)掃描孔108、或沉積源外殼106。
本發(fā)明的雙掃描系統(tǒng)122的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以獲得高度的均勻性。其中，均勻性獨(dú)立于沉積源104的參數(shù)。例如濺射靶壽命周期。也就是，無(wú)論靶的物理狀況如何，都可以獲得高度均勻性。
在一個(gè)實(shí)施例中，沉積系統(tǒng)100包括產(chǎn)生用于離子束輔助處理的離子束142的離子源140。氣體，例如，氬和氧、或氣體混合物，被導(dǎo)入離子源140。在離子源140中生成等離子體。使用多孔電極，從等離子體提取離子，然后加速。在一個(gè)實(shí)施例中，離子被加速到能量處于100eV到500eV的范圍。
離子源140可以置于離基片承載器118幾英寸或更短的位置上。將離子源140置于離基片承載器118很近的距離，會(huì)增加離子束142的密度。在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)基片承載器118和沉積源外殼106放置離子源140的位置，以便離子束142和沉積流110不重疊，如圖4所示。這樣的配置可以被用來(lái)進(jìn)行異相離子束輔助處理，其中，離子束142和沉積流110輪流撞擊基片120。也就是，例如，沉積流110在掃描的一部分時(shí)間內(nèi)撞擊基片120，離子束142在掃描的另一部分(不重疊)時(shí)間內(nèi)撞擊基片120。
離子源140可以是產(chǎn)生氧離子束的氧離子源，氧離子源可以用作異相氧化。例如，氧離子源可以被用于氧化在多層沉積間的沉積的薄膜。將離子源置于沉積小室的外面有很多優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這樣離子源將不會(huì)導(dǎo)致靶材料的污染，例如，氧氣污染(如不需要的靶材料的氧化)，甚至，在相當(dāng)高的氧氣流量下。
在一個(gè)實(shí)施例中，沉積系統(tǒng)100包括檢測(cè)器144，用于監(jiān)視沉積流110。檢測(cè)器144可以是測(cè)量薄膜厚度和/或沉積速度的石英晶體振蕩器。在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽物114包括通過(guò)一部分沉積流110的第二孔(未示出)。檢測(cè)器144置于第二孔的后面，檢測(cè)和測(cè)量沉積流110。沉積流110的測(cè)量由于用來(lái)改變用于包括生成更均勻沉積流110的各種應(yīng)用的沉積源104的參數(shù)。而且，沉積流100的測(cè)量可以用來(lái)控制旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)124的旋轉(zhuǎn)速度和/或平移掃描系統(tǒng)126的平移速度。
在一個(gè)實(shí)施例中，沉積系統(tǒng)100包括具有光源的就地薄膜監(jiān)視器，例如，生成單一波長(zhǎng)光束的可調(diào)激光器。選擇可調(diào)激光器的波長(zhǎng)，以便沉積材料吸收一部分激光。激光傳播通過(guò)沉積區(qū)域和基片120。
檢測(cè)器置于基片120后面附近的位置，檢測(cè)器監(jiān)視傳輸通過(guò)沉積區(qū)域和基片120的光的強(qiáng)度。隨著薄膜的厚度增加，大部分的光束被薄膜吸收和傳輸。因而，檢測(cè)到的光束具有低強(qiáng)度。通過(guò)測(cè)量被檢測(cè)的光束強(qiáng)度，厚度和沉積速度可以被確定。這些信息可被用于控制沉積處理。
圖5描述了根據(jù)本發(fā)明的差別注入式沉積系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的三維示意圖。沉積小室102被切開(kāi)，以便可以看到雙掃描系統(tǒng)122、基片承載器118、多濺射源外殼106、和離子源140。圖4描述了排空沉積小室102的真空泵150。
圖5中所示的雙掃描系統(tǒng)100包括具有旋轉(zhuǎn)地附著在基片承載器118的軸的旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)124。軸被馬達(dá)132旋轉(zhuǎn)。平移掃描系統(tǒng)包括按平移速度平移基片承載器118的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置138。
圖6描述了使用本發(fā)明的沉積裝置的過(guò)掃描基片120的方法。本發(fā)明的過(guò)掃描方法通過(guò)擴(kuò)展掃描維數(shù)，減小邊界效應(yīng)，從而提高了沉積的薄膜的均勻性。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)期沉積區(qū)域200(如，其中，均勻薄膜是預(yù)期的)成圓形或環(huán)形。過(guò)掃描區(qū)域202相對(duì)于圓的邊界。過(guò)掃描區(qū)域202是對(duì)應(yīng)與其中直線驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置138(圖4)改變方向的區(qū)域。
過(guò)掃描方法包括在直線方向上，平移直線驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置138，顯著經(jīng)過(guò)預(yù)期沉積區(qū)域200，以便將預(yù)期沉積區(qū)域200暴露在等量濺射流110的范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)基片120置于預(yù)期沉積區(qū)域200。在另一實(shí)施例中，大基片置于基片承載器118上，預(yù)期沉積區(qū)域被切分，或在沉積之后被從基片切開(kāi)。
雖然，參照特定的優(yōu)選實(shí)施例，詳細(xì)地描述和展示了本發(fā)明，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離如所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在細(xì)節(jié)上和形式上，做出各種變化。例如，在這里描述的用于沉積薄膜的裝置和方法可以被采用來(lái)蝕刻薄膜。
權(quán)利要求
1.一種差別注入式沉積系統(tǒng)，包括a.置于第一小室的沉積源，該沉積源產(chǎn)生包括中性原子和分子的沉積流；b.限定位于沉積流路徑中的孔的屏蔽物，該屏蔽物使沉積流通過(guò)孔，并在其它各處顯著阻擋沉積流傳播通過(guò)屏蔽物；c.置于鄰近屏蔽物的第二小室中的基片承載器；第二小室中的壓力低于第一小室中的壓力；d.雙掃描系統(tǒng)，用于按照第一和第二運(yùn)動(dòng)相對(duì)于孔掃描基片承載器。
2.如權(quán)利要求1所述的沉積系統(tǒng)，其中沉積源包括磁控管濺射源。
3.如權(quán)利要求1所述的沉積系統(tǒng)，其中沉積源包括蒸發(fā)源。
4.如權(quán)利要求1所述的沉積系統(tǒng)，還包括產(chǎn)生離子束的離子源，離子源置于第二小室，以便離子束撞擊沉積區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的沉積系統(tǒng)，其中，安置離子源，以便離子束不與沉積流重疊。
6.如權(quán)利要求1所述的沉積系統(tǒng)，其中，雙掃描系統(tǒng)包括機(jī)械掃描系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1所述的沉積系統(tǒng)，其中，第一運(yùn)動(dòng)的掃描速度顯著大于第二運(yùn)動(dòng)的掃描速度。
8.如權(quán)利要求1所述的沉積系統(tǒng)，其中，在沉積期間，第一運(yùn)動(dòng)和第二運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)的掃描速度隨時(shí)間變化。
9.如權(quán)利要求1所述的沉積系統(tǒng)，其中，雙掃描系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)和平移掃描系統(tǒng)，其中，第一運(yùn)動(dòng)包括具有旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第二運(yùn)動(dòng)包括具有平移速度的平移運(yùn)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求9所述的沉積系統(tǒng)，其中，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度至少大于平移運(yùn)動(dòng)的平移速度的五倍。
11.如權(quán)利要求1所述的沉積系統(tǒng)，其中，將孔定形來(lái)增加發(fā)射的沉積流。
12.如權(quán)利要求1所述的沉積系統(tǒng)，其中，將孔定形來(lái)減少過(guò)掃描區(qū)域。
13.如權(quán)利要求1所述的沉積系統(tǒng)，還包括在沉積期間，監(jiān)視薄膜特性的就地監(jiān)視系統(tǒng)。
14.一種沉積均勻薄膜的方法，該方法包括a.在第一壓力生成沉積流；b.向沉積流暴露基片，該基片處于第二壓力，其中，第二壓力低于第一壓力；和c.按照第一運(yùn)動(dòng)和第二運(yùn)動(dòng)相對(duì)于沉積流掃描基片，其中，第一運(yùn)動(dòng)的掃描速度大于第二運(yùn)動(dòng)的掃描速度，從而在基片上沉積均勻薄膜。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，第一運(yùn)動(dòng)是具有旋轉(zhuǎn)掃描速度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第二運(yùn)動(dòng)是具有平移掃描速度的平移運(yùn)動(dòng)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度至少大于平移掃描速度的五倍。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，沉積流由磁控管濺射生成。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括使沉積流通過(guò)孔。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括在第一運(yùn)動(dòng)和第二運(yùn)動(dòng)的至少一個(gè)中，相對(duì)于沉積流過(guò)掃描基片。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括將基片暴露于離子束。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，離子束與沉積流不重疊。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，離子束與沉積流重疊。
23.一種離子束輔助沉積系統(tǒng)，包括a.置于第一小室的沉積源，沉積源產(chǎn)生包括中性原子和分子的沉積流；b.置于第二小室的基片承載器，第二小室中的壓力低于第一小室中的壓力；和c.產(chǎn)生離子束的離子源，離子源置于第二小室，以便離子束撞擊在基片承載器上的沉積區(qū)域。
24.如權(quán)利要求23所述的沉積系統(tǒng)，其中，沉積源包括磁控管濺射源。
25.如權(quán)利要求23所述的沉積系統(tǒng)，其中，放置離子源，以便離子束不與沉積流重疊。
26.如權(quán)利要求23所述的沉積系統(tǒng)，還包括按照第一和第二運(yùn)動(dòng)相對(duì)于孔掃描基片承載器的雙掃描系統(tǒng)。
27.如權(quán)利要求26所述的沉積系統(tǒng)，其中，第一運(yùn)動(dòng)的掃描速度充分地大于第二運(yùn)動(dòng)的掃描速度。
28.如權(quán)利要求26所述的沉積系統(tǒng)，其中，第一運(yùn)動(dòng)和第二運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)的掃描速度隨時(shí)間變化。
29.如權(quán)利要求26所述的沉積系統(tǒng)，其中，雙掃描系統(tǒng)包括以旋轉(zhuǎn)速度掃描基片的旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，和以平移速度相對(duì)于孔掃描基片承載器的平移掃描系統(tǒng)。
30.如權(quán)利要求29所述的沉積系統(tǒng)，其中，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度至少大于平移運(yùn)動(dòng)的平移速度的五倍。
31.如權(quán)利要求23所述的沉積系統(tǒng)，還包括在沉積期間，監(jiān)視薄膜特性的就地監(jiān)視系統(tǒng)。
32.如權(quán)利要求23所述的沉積系統(tǒng)，還包括限定位于沉積流路徑上的孔的屏蔽物，屏蔽物使沉積流通過(guò)孔，并在其它各處顯著阻擋沉積流傳播通過(guò)屏蔽物。
33.如權(quán)利要求32所述的沉積系統(tǒng)，其中，將孔定形以增加發(fā)射的沉積流。
34.如權(quán)利要求32所述的沉積系統(tǒng)，其中，將孔定形以減少過(guò)掃描區(qū)域。
35.一種異相離子束輔助沉積方法，該方法包括a.在第一壓力產(chǎn)生沉積流；b.在第二壓力將沉積流沉積到基片上，其中，第二壓力低于第一壓力；和c.將基片暴露于離子束，其中，離子束不與沉積流重疊。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，沉積流由磁控管濺射產(chǎn)生。
37.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括按照第一運(yùn)動(dòng)和第二運(yùn)動(dòng)相對(duì)于沉積流掃描基片。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，第一運(yùn)動(dòng)的掃描速度大于第二運(yùn)動(dòng)的掃描速度，從而在基片上沉積均勻薄膜。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，第一運(yùn)動(dòng)是具有旋轉(zhuǎn)掃描速度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第二運(yùn)動(dòng)是具有平移掃描速度的平移運(yùn)動(dòng)。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度至少大于平移掃描速度的五倍。
41.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括使沉積流通過(guò)孔。
42.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括在第一運(yùn)動(dòng)和第二運(yùn)動(dòng)的至少一個(gè)中，相對(duì)于沉積流過(guò)掃描基片。
全文摘要
描述了一種包括沉積源的差別注入式沉積系統(tǒng)，該沉積源，如磁控管濺射源，置于第一小室。沉積源生成包括中性原子和分子的沉積流，限定孔的屏蔽物置于沉積流的路徑上。屏蔽物使沉積流通過(guò)孔，并阻止沉積流越過(guò)屏蔽物的范圍?；休d器置于鄰近屏蔽物的第二小室。第二小室中的壓力低于第一小室的壓力。雙掃描系統(tǒng)按照第一和第二運(yùn)動(dòng)相對(duì)于孔掃描基片承載器，因而提高了沉積薄膜的均勻性。
文檔編號(hào)C23C14/22GK1449455SQ01814637
公開(kāi)日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2001年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月10日
發(fā)明者皮埃羅·斯弗拉佐 申請(qǐng)人:尤納克西斯美國(guó)公司