[发明专利]溅射沉积设备和方法

说明书

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。

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。