專利名稱：用于在濺射薄膜中產生均勻、各向同性應力的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及基底上薄膜的沉積。更特別地，本發明涉及在濺射薄膜中產生均勻、各向同性的應力的方法和裝置。
背景技術：
薄膜通常通過在輝光放電等離子體中濺射在基底上沉積，其中，超過等離子體的加速離子碰撞原子使其離開靶(源)材料，由此將原子傳輸至基底。磁聚焦等離子體發生器(磁電管)通常用于提高濺射效率以及減小最小操作壓力。濺射是優選的沉積技術，因為該技術可以用于任何材料、沉積原子的能量有助于薄膜粘合，并且基底不會非常熱。
薄膜厚度在整個大基底的均勻性通常很重要，并且按照慣例采用兩種方法中的一種來實現這種均勻性。
一種方法是將基底相對于基底和靶的直徑放置在距離靶的半徑范圍。為了增加產量和有效地利用靶，許多基底放置在大部分半球的半徑內，并且保持行星(雙軸)運動，這樣，在沉積時間過程中它們占據半球位置的廣闊范圍。這能在半球上達到沉積速率變化的平均數。
第二種方法是采用靶的長度維度大于基底的矩形靶。該基底放置在靶附近，并且以線性傳輸向后和向前穿越靶，這樣，基底用逐層薄膜的均勻條帶涂覆，更象用輥子涂覆。通常每次穿越沉積100nm的薄膜。
濺射用于各種微電子結構的形式。在這些結構中，圖案彈簧(patternedspring)結構在作為器件檢測的這種應用中是有益的。例如，D.Smith和S.Alimonda的光刻圖案的彈簧觸點(Photolithographically Patterned SpringContact)、美國專利US5,613,861(1997年3月25日)、美國專利US5,848,685(1998年12月15日)和國際專利申請PCT/US96/08018(1996年5月30日申請)披露了一種光刻圖案的彈簧觸點，該光刻圖案的彈簧觸點“在基底上形成，并且電連接兩個器件上的觸點。該彈簧觸點還補償溫度和機械變化以及其它環境因素。彈簧觸點中的固有應力梯度導致彈簧自由部分向上彎曲并遠離基底。固定部分保持固定在基底上，并且與基底上的第一觸點電連接。彈簧觸點用彈性材料制成，并且自由部分順從地接觸第二觸點，從而接觸兩個觸點。”這種圖案彈簧技術依賴于能夠以非常高的水準控制薄膜機械應力均勻地分布在整個基底上。應力在薄膜中是常見的，并且通常是不希望有的。當然，許多加工控制技術用于行星和線性傳輸濺射，以及其它薄膜沉積加工中，以減小應力。因此，在認識到影響應力的許多因素的同時，目前工藝水平涉及基本上消除這種應力。
已知離子轟擊可以在任何真空沉積加工中增加壓縮應力。在磁控管濺射中，低等離子體壓力增加壓縮應力，更高的壓力產生拉伸應力，并且，持續更高的壓力導致在薄膜平面中不具備機械強度的多孔薄膜。通過在沉積過程中增加等離子體的壓力賦予磁控管濺射沉積薄膜應力梯度的技術是目前用于進行圖案彈簧技術的優選技術。
盡管現有技術已知如何減小應力以及如何產生高壓縮或拉伸應力，但是，用于使應力最大的技術以及控制在整個大基底分布均勻高應力的技術是未知的。在涉及圖案彈簧結構的制造中使應力水平最大以及使其均勻分布都是所需要的。提供一種用于在濺射薄膜中產生均勻、各向同性應力的方法和裝置是有益的。
發明內容
本發明提供一種用于在濺射薄膜中產生均勻的、各向同性的應力的方法和裝置。在目前優選實施例中，提出了一種新的濺射幾何結構和一種新的傳輸速度的范圍，它們共同實現使薄膜材料能夠保持最大應力，而避免X-Y應力各向異性和避免應力在基底不均勻分布，其中，X-Y是指基底平面內兩個正交維數。
本發明的優選實施例包括用于在基底上沉積薄膜的方法和裝置，該方法和裝置包括以下步驟在所述基底上，以所述基底和/或所述沉積源關于所述基底的垂直軸的任何逐次差分的離散沉積旋轉角度逐次沉積薄膜的多個層；就相互的沉積角而言，從每個不同的沉積角度提供基本上相同的沉積量；其中，所述整個沉積的薄膜在平行于所述基底的所有方向以及關于所述垂直軸的不同旋轉角度上表現出基本上各向同性的特性。
在這里公開的方法和裝置還包括以下步驟減少與在沉積材料內部特征發射距離相似的所述薄膜逐層的厚度；其中，所述特征發射距離包括一個距離，在該距離從點到點穿過所述薄膜厚度的相應薄膜特征的變化變得非常小，以致于不能在平均穿過所述薄膜厚度時影響所述薄膜的整體特性；并且，其中所述變化由多層導致。
在一個優選實施例中，所述特征發射距離最小為所述沉積材料的一個原子直徑，對于應力和應變最大為十個原子直徑，以及對于磁性能最大為一個磁域直徑。
在這里公開的方法和裝置還包括以行星的方式移動每個基底，使其經過同一個或者多個沉積材料源；其中，所述基底每次穿越所述沉積材料源中的一個，就象所述基底運行行星軌道一樣，所述基底通過相對于所述沉積材料源關于所述基底的垂直軸旋轉來穿越所述沉積材料源。
在一個優選實施例中，所述基底每次穿越n個所述沉積材料源中的一個時旋轉360/n度，其中，n為大于2的整數，或者當n為2時旋轉90度。
在這里公開的方法和裝置中還包括提供設置為一個圓環的四個沉積材料源；并且設置每個沉積材料源相應的各向異性特征使其定位于相對前面的沉積材料源相應的各項異性特征相差90度；其中，當從一個靜止的點測量時，每個基底沿軌道運行時關于其垂直軸保持固定的旋轉方向；其中，沉積所述薄膜的各層使每個相繼層具有旋轉90度的各向異性。
在一個優選的實施例中，所述沉積材料源在所述沉積材料源的相應各向異性中顯示出雙重對稱性。
在一個優選的實施例中，當所述源顯示出雙重對稱性時，對于所述薄膜層所述相應特性的所述各向異性，所述基底270度旋轉等效于所述基底旋轉90度。
在這里公開的方法和裝置中還包括提供兩個沉積材料源；其中，每個沉積材料源都具有雙重對稱性；其中，所述沉積材料源彼此相對設置，這樣，所述沉積材料源相應的各向異性特性相對于前面的沉積材料源旋轉90度；其中，當從一個靜止的點測量時，每個基底沿軌道運行時關于其垂直軸保持固定的旋轉方向；其中，沉積所述薄膜的各層使每個相繼層具有旋轉90度的各向異性。
在一個優選實施例中，所述沉積材料源包括線性磁控管濺射靶，所述沉積材料從該線性磁控管靶以具有圓角的近似矩形的圖案發射。
在一個優選實施例中，沿基底垂直軸并且在基底表面與發射沉積材料的靶表面之間的距離與在材料從所述矩形發射圖案末端發射到所述基底的最近邊緣之間的距離相比足夠小，以致于所述薄膜的相應特性沿所述基底從所述基底的中心到所述基底的邊緣足夠均勻。
在這里公開的方法和裝置還包括通過使沿基底垂直軸并且在基底表面與發射沉積材料的靶表面之間的距離與在材料從所述矩形發射圖案末端發射到所述基底的最近邊緣之間的距離相比足夠小，使薄膜應力沿平行于所述基底的方向在整個所述基底分布足夠均勻。
在一個優選實施例中，沿基底垂直軸并且在基底表面與發射沉積材料的靶表面之間的距離與在材料從所述矩形發射圖案末端發射到所述基底的最近邊緣之間的距離之比為1/4或更小。
在這里公開的方法和裝置的另一個實施例還包括，以所述基底和所述沉積源關于所述基底的垂直軸的任何逐次差分的沉積旋轉角度對稱設置至少一個沉積源；和在所述基底上逐次沉積薄膜的多個層以實現所述薄膜中應力的高水平，其中，所述應力在薄膜平面各向同性并且在整個基底表面的廣大區域內均勻。
在這里公開的方法和裝置還包括采用長的、基本上矩形的靶密集間隔的磁控管濺射，每次穿越靶提供單原子層大小的沉積厚度；其中，由沉積入射角、離子轟擊量和基底方位角方向中的任何一個的周期性變化引起的對薄膜應力的影響減到最小。
在這里公開的方法和裝置還包括在基底相繼穿越該源的時，相對于源將所述基底旋轉基本上90度，以用薄片疊成所述薄膜；其中，消除了在薄膜平面內的X-Y各向異性。
在這里公開的方法和裝置還包括采用與基底直徑相比較，比為獲得均勻薄膜厚度所需長度更長的磁控靶；其中，實現了沿所述靶的長軸的均勻薄膜應力。
在這里公開的方法和裝置還包括提供一種驅動機構以賦予所述基底高速行星運動，該驅動機構包括一條圍繞基底圓周設置的環形鏈條，和一條從一個基底延伸以固定中心鏈輪的鏈條。
圖1為表示根據本發明的行星系統的平面圖和靶及離子槍的設置的示意圖；圖2為表示圖1中所示行星系統的側視圖，并且說明根據本發明基底相對于靶和離子槍的近似和相對尺寸的示意圖；圖3為表示用于圖1中所示根據本發明的行星系統的鏈條耦合裝置的平面圖的示意圖。
具體實施例方式
在這里提出一種新的濺射幾何結構和一種新的傳輸速度的范圍，它們共同實現使薄膜材料能夠保持最大應力，而避免X-Y應力各向異性，并且避免應力在整個基底分布不均勻和在薄膜厚度內的應力變化。
本發明部分地依據原子沉積在基底上的入射角是薄膜應力的重要決定因素、更加平直(遠離垂直)的角度導致更大的張力或者，如果過度導致多孔性的認識。在基底行星運動中，在行星軸半徑范圍內的基底上的不同點和給定點的不同方位角必定經歷不同的沉積角度時間順序，并且從而獲得不同的薄膜應力。
為了在這里討論的目的，方位角是在薄膜平面XY中從+X到+Y到-X到-Y的旋轉；并且薄膜應力通常是雙軸的，即沿X和Y都存在。薄膜應力可以是各向異性的，即在給定的點X比Y不同，并且在整個基底或者在薄膜厚度內X或Y方向可以不均勻。
在線性傳輸中，平行于基底傳輸的方位方向與垂直方向相比在穿越時經歷了不同順序的沉積角度。此外，在線性傳輸中，單次穿過通常沉積100nm或者約300層單原子層(單層)的薄膜。在該次穿過的過程中，入射角在從在基底的入口之上掠過至靶，到當基底正好在靶的前面時基本垂直以再次在基底的出口之上掠過的范圍內變化。這樣，交互層的應力水平產生防止獲得最大應力的結果。
在這里公開的幾何結構中(參見圖1)，在旋轉盤13上排列成圓環狀的基底14相對于盤關于它們自身的軸旋轉，同時基底圓環和盤同時以基本上相同但相對于固定點具有符號相反的角速率繞盤的軸旋轉，這樣，基底相對于固定點不旋轉。基底接近地通過19(參見圖2)并且一個或多個矩形靶15中的每一個在其上居于中心。每個靶沿盤的半徑定向于其長軸，并且具有與基底14相比足夠長的長度，這樣，由于接近靶末端10的掠入射沉積的減小不會導致沿那個方向的應力不均勻。靶的長度通常比獲得薄膜厚度均勻性所需的長度更長。
一個特定有效的實施例中采用彼此定向為直角的兩個靶，這樣，基底14在盤13旋轉每圈的過程中完成兩次靶15穿越，每次穿越使基底14的X和Y方向相對于穿越方向顛倒。這樣用薄片疊成薄膜以平均常規線性傳輸固有的X-Y各向異性。基底相對于盤以基本相同但符號相反的角速率旋轉，因為在基底14朝向盤的中心的內邊緣上的點與外邊緣的點以相同的線性速度穿越靶15，盤關于固定的點旋轉同樣導致薄膜厚度不均勻性，并且從而累積每次穿越對于相同長度時間的沉積。
圖1示出具有圍繞它們自己的軸16同時旋轉的基底14圓環的旋轉盤13。圖1還示出兩個矩形靶15的可能的位置，該兩個矩形靶15彼此為直角以使盤13每旋轉一周每個晶片14穿越的靶的數量加倍。當晶片14經過矩形靶15下面時晶片14的理想定向18也示于圖1中。對于該實例，晶片相對于固定點旋轉90度以使同樣的定向18位于每個靶的下面。本領域技術人員應當理解，可以提供關于本發明的其它設置。例如，可以在上述盤的一個圓周上提供四個靶，每個靶與鄰接的靶以90度定向。
離子源17可以位于盤13邊緣的一個點以在每次穿越時轟擊一次薄膜，并且從而在需要的地方給予壓縮應力。圖1和圖2示出源17的一個位置。可選擇地，基底14如果是導電的，可以用DC電源電偏置，或者如果是絕緣的，可以用RF電源偏置，以加速轟擊離子脫離由濺射源產生的等離子體，而不使用離子槍。但是，當基底在運動中時RF偏置很難傳遞和控制。
在盤13單獨旋轉的過程中，每個基底14經歷許多影響應力的加工參數周期性的變化，例如，入射沉積角度、靶的長軸的方位角方向和離子轟擊量。因為本發明的目的是使這些變化不造成周期性的薄膜應力層，所以該變化的周期就等效薄膜厚度而言應當為幾個原子間隔量級，這樣，產生的原子結構不會顯示出變化。同時，作為實際問題，需要以盡可能高的速度沉積薄膜，以提高生產量和減小同時沉積來自真空室中背景氣體的雜質的有害影響。因此，需要以比其它方式所需要的速度更高的速度旋轉盤。例如，以通常所需的1nm/sec(3.6um/hr或約3單層/sec)的時間平均沉積速度，盤應當最好以3rps或60-80rpm的速度旋轉。這比在常規行星沉積中所需要的或者所希望的速度快大約10倍，并且比線性傳輸的穿越時間快大約100倍。
在另一個實施例中，常規的線性傳輸結構也可以實現單層大小的層。還可以在每次穿越結束時外加基底旋轉連接實現X-Y疊層。
已經開發出構造行星運動連接的各種方式，并且已經投入使用，通常包括齒輪、鏈條或者摩擦滾輪，由外部馬達驅動，以將基底(行星)旋轉與盤(軌道)旋轉以及進而在真空壁中的旋轉連接線耦合。分離的行星和軌道驅動還可以用同軸的旋轉連接線結合在一起。
一種用于本發明的新穎的并且更簡單的鏈條耦合軌道和行星驅動的方法在這里公開。圖3為示出用于圖1中所示根據本發明的行星系統的鏈條耦合裝置的平面圖的示意圖。在該方法中，首先，單獨的旋轉連接線驅動盤13，這樣，所有在它們的平臺22上的基底一起旋轉。最終，基底軸23中的一個具有第二鏈輪25，該第二鏈輪25通過第二鏈條26連接到在盤13中心的同樣直徑的靜止鏈輪27。這導致在圓環旋轉時，基底和最小的移動部分和部件以相同但符號相反的角速度相對盤13旋轉，并且因而在高速下具有最大穩定度。可以改變第二鏈條上鏈輪比，以提供不同的行星和軌道角速度比。但是，圖3所示的裝置中，當基底穿越源時，基底不能相對于沉積材料源旋轉，因此，避免了在基底上沉積條件徑向不均勻性的可能。也可以使用等效的齒輪連接。
實例實施本發明的設備安裝在常規10-7torr的具有彈性體密封低溫抽氣泵的不銹鋼或鋁的高真空室中，例如由Leybold或其它公司制造的真空室。
該系統包括如上所述設置的至少兩個矩形磁控管濺射源，例如，由Leybold制造的，和一個具有6inch直徑射束的離子槍，例如，由Commonwealth制造的考夫曼(Kaufman)式槍。陰極彼此成90度定向。從磁控管靶表面到晶片的距離為1”。
連接用于晶片運動的行星連接，使得晶片相對于一個固定點關于其自身垂直軸保持與它們關于真空室的中心軸沿軌道運行的旋轉方向相同。
盤關于中心軸旋轉，在自盤中心10inch的軌道半徑上承載了6”的晶片，14inch長的磁控槍和離子槍被置于晶片的中心。這樣設置設備使得晶片可以在其整個表面經歷均勻的分布角度和沉積源量。
校準過程校準步驟1通過以在薄晶片上不同的固定壓力濺射沉積來測量薄膜應力與Ar濺射氣體壓力的比。然后可以采用常規的方式通過改變由沉積引起的晶片彎曲的方法來計算應力。可以用200～1000eV的可變Ar離子量進行通常lmTorr的最低壓力沉積，以提高壓縮應力。
校準步驟2
采用沿應力-壓力曲線的正斜率部分從壓縮到拉伸應力的級數進行多層結構的沉積。形成彈簧圖案并顯現出彈簧，從顯現的高度計算彈簧曲率半徑。
典型參數用于沉積的典型參數如下(范圍示于括號中)MoCr合金靶，典型地0～20％的Cr功率2400W(500～10,000)，氣流Ar80sccm(50～500)，壓力0.6～15mT(0.2～50)，旋轉速率120rpm(10～300)。
離子槍射束電流50～500mA，離子能量200～1000eV。
在某些實施例中，對于第一壓縮層，同時運轉離子槍和磁控管。
盡管這里已經參照優選實施例描述了本發明，但是，本領域技術人員應當理解，不背離本發明的精神和范圍的其它應用可以代替這里提出的方案。因此，本發明應當僅由下面包括的權利要求來限定。
權利要求
1.用于在基底上沉積薄膜的方法，包括以下步驟在所述基底上以所述基底和/或所述沉積源關于所述基底的垂直軸的任何逐次差分的離散沉積旋轉角度逐次沉積薄膜的多個層；就相互的沉積角而言，從每個不同的沉積角度提供基本上相同的沉積量；其中，所述整個沉積的薄膜在平行于所述基底的所有方向以及關于所述垂直軸的不同旋轉角度上表現出基本上各向同性的特性。
2.權利要求1的方法，還包括以下步驟減少與在沉積材料內部特征發射距離相似的所述薄膜逐層的厚度；其中，所述特征發射距離包括一個距離，在該距離從點到點穿過所述薄膜厚度的相應薄膜特征的變化變得非常小，以致于不能在平均穿過所述薄膜厚度時影響所述薄膜的整體特性；并且，其中所述變化由多層導致。
3.權利要求2的方法，其中所述特征發射距離最小為所述沉積材料的一個原子直徑，對于應力和應變最大為十個原子直徑，以及對于磁性能最大為一個磁域直徑。
4.權利要求1的方法，還包括以下步驟以行星的方式移動每個基底，使其經過同一個或者多個沉積材料源；其中，所述基底每次穿越所述沉積材料源中的一個，就象所述基底運行行星軌道一樣，所述基底相對于行星載體關于所述基底的垂直軸旋轉，這樣，基底可以以相對于靜止點和所述沉積源保持不變的旋轉方向來穿越所述沉積材料源。
5.權利要求4的方法，其中，所述基底每次穿越n個所述沉積材料源中的一個時相對于行星載體旋轉360/n度，其中，n為大于2的整數，并且n等于沉積源的數量。
6.權利要求4的方法，還包括以下步驟提供設置為一個圓環的四個沉積材料源；并且設置每個沉積材料源相應的各向異性特征使其定位于相對前面的沉積材料源相應的各項異性特征相差90度；其中，當從一個靜止的點測量時，每個基底沿軌道運行時關于其垂直軸保持固定的旋轉方向；其中，沉積所述薄膜的各層使每個相繼層具有旋轉90度的各向異性。
7.權利要求4的方法，其中，所述沉積材料源在所述沉積材料源的相應各向異性中顯示出雙重對稱性。
8.權利要求7的方法，其中，當所述源顯示出雙重對稱性時，對于所述薄膜層所述相應特性的所述各向異性，所述基底270度旋轉等效于所述基底旋轉90度。
9.權利要求7的方法，還包括以下步驟提供兩個沉積材料源；其中，每個沉積材料源都具有雙重對稱性；其中，所述沉積材料源彼此相對設置，這樣，所述沉積材料源相應的各向異性特性相對于前面的沉積材料源旋轉90度；其中，當從一個靜止的點測量時，每個基底沿軌道運行時關于其垂直軸保持固定的旋轉方向；其中，沉積所述薄膜的各層使每個相繼層具有旋轉90度的各向異性。
10.權利要求7的方法，其中，所述沉積材料源包括線性磁控管濺射靶，所述沉積材料從該線性磁控管靶以具有圓角的近似矩形的圖案發射。
11.權利要求10的方法，其中沿基底垂直軸并且在基底表面與發射沉積材料的靶表面之間的距離與在材料從所述矩形發射圖案末端發射到所述基底的最近邊緣之間的距離相比足夠小，以致于所述薄膜的相應特性沿所述基底從所述基底的中心到所述基底的邊緣足夠均勻。
12.權利要求11的方法，還包括以下步驟使沿基底垂直軸并且在基底表面與發射沉積材料的靶表面之間的距離與在材料從所述矩形發射圖案末端發射到所述基底的最近邊緣之間的距離相比足夠小，使薄膜應力沿平行于所述基底的方向在整個所述基底分布足夠均勻。
13.權利要求11的方法，其中，沿基底垂直軸并且在基底表面與發射沉積材料的靶表面之間的距離與在材料從所述矩形發射圖案末端發射到所述基底的最近邊緣之間的距離之比為1/4或更小。
14.用于在基底上沉積薄膜的方法，包括以下步驟以所述基底和所述沉積源關于所述基底的垂直軸的任何逐次差分的沉積旋轉角度對稱設置至少一個沉積源；和在所述基底上逐次沉積薄膜的多個層以實現所述薄膜中應力的高水平，其中，所述應力在薄膜平面各向同性并且在整個基底表面的廣大區域內均勻。
15.權利要求14的方法，其中，所述沉積步驟包括采用長的、近似矩形的靶或沉積材料源密集間隔的磁控管濺射，每次穿越沉積源提供單原子層大小的沉積厚度；其中，由沉積入射角、離子轟擊量和基底方位角方向中的任何一個的周期性變化引起的對薄膜應力的影響減到最小。
16.權利要求14的方法，其中，還包括以下步驟在基底相繼穿越該源的時，將所述基底旋轉基本上90度，以用薄片疊成所述薄膜；其中，消除了在薄膜平面內的X-Y各向異性。
17.權利要求14的方法，其中，還包括以下步驟采用與基底直徑相比較，比為獲得均勻薄膜厚度所需長度更長的磁控靶；其中，實現了沿所述靶的長軸的均勻薄膜應力。
18.權利要求14的方法，其中，還包括以下步驟提供一種驅動機構以賦予所述基底高速行星運動，該驅動機構包括一條圍繞基底圓周設置的環形鏈條，和一條從一個基底延伸以固定中心鏈輪的鏈條。
19.一種在基底上沉積薄膜的裝置，包括用于在所述基底上以所述基底和/或所述沉積源關于所述基底的垂直軸的任何逐次差分的離散沉積旋轉角度逐次沉積薄膜的多個層的靶；用于對稱地設置用于關于所述垂直軸完全沉積的薄膜的所述逐次差分的離散沉積角度的集合的裝置；就相互的沉積角而言，用于從每個不同的沉積角度提供基本上相同的沉積量；其中，所述全面沉積的薄膜在平行于所述基底的所有方向以及關于所述垂直軸的不同旋轉角度上表現出基本上各向同性的特性。
20.權利要求19的裝置，還包括用于減少與在沉積材料內部特征發射距離相似的所述薄膜逐層的厚度的裝置；其中，所述特征發射距離包括一個距離，在該距離從點到點穿過所述薄膜厚度的相應薄膜特征的變化變得非常小，以致于不能在平均穿過所述薄膜厚度時影響所述薄膜的整體特性；并且，其中所述變化由多層導致。
21.權利要求20的裝置，其中所述特征發射距離最小為所述沉積材料的一個原子直徑，對于應力和應變最大為十個原子直徑，以及對于磁性能最大為一個磁域直徑。
22.權利要求19的裝置，還包括以行星的方式移動每個基底，使其經過同一個或者多個沉積材料源的驅動器；其中，所述基底每次穿越所述沉積材料源中的一個，就象所述基底運行行星軌道一樣，所述基底相對于行星載體關于所述基底的垂直軸旋轉，這樣，基底可以以相對于靜止點和所述沉積源保持不變的旋轉方向來穿越所述沉積材料源。
23.權利要求22的裝置，其中，所述基底每次穿越n個所述沉積材料源中的一個時相對于行星載體旋轉360/n度，其中，n為大于2的整數，并且n等于沉積源的數量。
24.權利要求22的裝置，還包括設置為一個圓環的四個沉積材料源；和用于設置每個沉積材料源相應的各向異性特征使其相對于前面的沉積材料源相應的各項異性特征相差90度的裝置；其中，當從一個靜止的點測量時，每個基底沿軌道運行時關于其垂直軸保持固定的旋轉方向；其中，沉積所述薄膜的各層使每個相繼層具有旋轉90度的各向異性。
25.權利要求22的裝置，其中所述沉積材料源在所述沉積材料源的相應各向異性中顯示出雙重對稱性。
26.權利要求25的裝置，其中，當所述源顯示出雙重對稱性時，對于所述薄膜層所述相應特性的所述各向異性，所述基底270度旋轉等效于所述基底旋轉90度。
27.權利要求25的裝置，還包括兩個沉積材料源；其中，每個沉積材料源都具有雙重對稱性；其中，所述沉積材料源彼此相對設置，這樣，所述沉積材料源相應的各向異性特性相對于前面的沉積材料源旋轉90度；其中，當從一個靜止的點測量時，每個基底沿軌道運行時關于其垂直軸保持固定的旋轉方向；和其中，沉積所述薄膜的各層使每個相繼層具有旋轉90度的各向異性。
28.權利要求25的裝置，其中，所述沉積材料源包括線性磁控管濺射靶，所述沉積材料從該線性磁控管靶以具有圓角的近似矩形的圖案發射。
29.權利要求28的裝置，其中，沿基底垂直軸并且在基底表面與發射沉積材料的靶表面之間的距離與在材料從所述矩形發射圖案末端發射到所述基底的最近邊緣之間的距離相比足夠小，以致于所述薄膜的相應特性沿所述基底從所述基底的中心到所述基底的邊緣足夠均勻。
30.權利要求29的裝置，還包括用于使沿基底垂直軸并且在基底表面與發射沉積材料的靶表面之間的距離與在材料從所述矩形發射圖案末端發射到所述基底的最近邊緣之間的距離相比足夠小，使薄膜應力沿平行于所述基底的方向在整個所述基底分布足夠均勻的裝置。
31.權利要求29的裝置，其中，沿基底垂直軸并且在基底表面與發射沉積材料的靶表面之間的距離與在材料從所述矩形發射圖案末端發射到所述基底的最近邊緣之間的距離之比為1/4或更小。
32.一種用于在基底上沉積薄膜的裝置，包括用于以所述基底和所述沉積源關于所述基底的垂直軸的任何逐次差分的沉積旋轉角度對稱設置至少一個沉積源的裝置；和用于在所述基底上逐次沉積薄膜的多個層以實現所述薄膜中應力的高水平的靶，其中，所述應力在薄膜平面各向同性并且在整個基底表面的廣大區域內均勻。
33.權利要求32的裝置，其中，所述靶包括用于采用長的、近似矩形的靶或沉積材料源密集間隔的磁控管濺射，每次穿越沉積源提供單原子層大小的沉積厚度的裝置；其中，由沉積入射角、離子轟擊量和基底方位角方向中的任何一個的周期性變化引起的對薄膜應力的影響減到最小。
34.權利要求32的裝置，還包括用于在基底相繼穿越該源的時，將所述基底旋轉基本上90度，以用薄片疊成所述薄膜的驅動器；其中，消除了在薄膜平面內的X-Y各向異性。
35.權利要求32的裝置，還包括一個或多個與基底直徑相比較，比為獲得均勻薄膜厚度所需長度更長的磁控靶；其中，實現了沿所述靶的長軸的均勻薄膜應力。
36.權利要求32的裝置，還包括用于賦予所述基底高速行星運動的驅動機構，該驅動機構包括一條圍繞基底圓周設置的環形鏈條，和一條從一個基底延伸以固定中心鏈輪的鏈條。
37.一種驅動機構，包括一個中心固定的驅動鏈輪；一條圍繞基底圓周設置的環形鏈條；和一條從一個基底延伸以固定中心鏈輪，從而賦予所述基底高速行星運動的鏈條。
38.一種用于通過濺射沉積在基底上沉積薄膜的方法，包括以下步驟提供至少一個安裝在基底保持器上的基底，基底保持器固定在基本上為圓形的承載盤上，其中，基底和承載盤都可以關于其各自的軸以不同的速度獨立旋轉；提供至少兩個長度維度平行于承載盤半徑、表面面向基本上共面的基底的長沉積源(靶)，所述長度維度比基底尺寸大很多，并且使基底與沉積源表面之間有一個微小的垂直距離；在承載盤關于其垂直軸沿固定的基底旋轉時，所述固定的基底同時還經歷在相對于承載盤測量時，以與承載盤旋轉速率相等并且方向相反的角速度關于其自身垂直軸的旋轉，通過以沉積室內部的低于大氣壓的氣體壓力撞擊等離子體啟動濺射沉積加工；當基底反復地穿越沉積源時，在基底上逐層沉積薄膜層；其中，獲得的薄膜具有多層以基本上具有均勻厚度和各向同性特性的方式形成的薄膜層。
39.權利要求38的方法，其中，所述沉積源具有90°間隔、45°間隔、120°中的任何一種。
40.權利要求38的方法，其中，所述靶為矩形靶；并且在穿越靶時，其中所述基底位于中心。
41.權利要求38的方法，其中，基底與沉積源表面之間的垂直距離與所述長度維度與最近的基底邊緣之間的距離的比為1∶4或者更小。
42.權利要求38的方法，其中，優選沉積速率為1～60um/hr；通常為4um/hr，并且優選盤旋轉速率為6～600rpm，通常為120rpm。
43.權利要求38的方法，其中，各向同性特性包括應力。
44.權利要求38的方法，其中，所述薄膜層厚度范圍約1～10個原子直徑。
45.一種用于通過相對大的包含薄膜材料的靶的濺射在基底上沉積薄膜的方法，包括以下步驟將至少一個基底放置在濺射沉積系統中的沉積源(靶)附近，這樣，基底與沉積源表面之間有一個微小的垂直距離；在沉積源附近提供一個磁性系統，以在濺射過程中促進鄰近基底的等離子體的密封；通過以沉積室內部的低于大氣壓的氣體壓力撞擊等離子體啟動濺射沉積加工，這樣，濺射脫離靶的材料造成在沉積源面向基底的表面上侵蝕區域的形成；和周期性地移動磁性系統和基底中的至少一個，這樣，侵蝕區域交替地在至少兩個正交方向，或者間隔120度的至少三個方向上穿越基底，在每次穿越過程中在基底上沉積一層薄膜層；其中，獲得的薄膜具有多層以基本上具有均勻厚度和各向同性特性的方式形成的薄膜層。
46.權利要求45的方法，其中，基底與沉積源表面之間的垂直距離與所述長度維度與最近的基底邊緣之間的距離的比為1∶4或者更小。
47.權利要求45的方法，其中，所述薄膜層厚度范圍約1～10個原子直徑。
48.一種用于在基底上沉積薄膜的方法，包括以下步驟當相對于從材料源發射的沉積材料圖案的旋轉角測量時，在所述基底上以所述基底關于所述基底的垂直軸的任何逐次差分和離散(固定)沉積旋轉角度逐次沉積薄膜的多個層；就相互的沉積角而言，從每個不同的所述沉積旋轉角度提供基本上相同的沉積量；其中，所述完全沉積的薄膜在平行于所述基底的所有方向上表現出基本上各向同性的(均勻的)特性。
49.權利要求48的方法，其中，從一個固定基底的rf或dc偏置獲得離子壓縮。
50.權利要求48的方法，其中，沉積多個相鄰層中的應力不同的薄膜層，導致在垂直于薄膜表面的方向上具有應力梯度的薄膜的形成。
51.權利要求50的方法，其中，薄層中的應力變化從在底部壓縮到在表面拉伸。
52.一種用于通過濺射沉積在基底上沉積薄膜的裝置，包括至少一個安裝在基底保持器上的基底，基底保持器固定在基本上為圓形的承載盤上，其中，基底和承載盤都可以關于其各自的軸以不同的速度獨立旋轉；至少兩個長度維度平行于承載盤半徑、表面面向基本上共面的基底的長沉積源(靶)，所述長度維度比基底尺寸大很多，并且使基底與沉積源表面之間有一個微小的垂直距離；用于通過以沉積室內部的低于大氣壓的氣體壓力撞擊等離子體啟動濺射沉積加工的裝置，在承載盤關于其垂直軸沿固定的基底旋轉時，所述固定的基底同時還經歷在相對于承載盤測量時，以與承載盤旋轉速度相等并且方向相反的角速度關于其自身垂直軸的旋轉；和其中，當基底反復地穿越沉積源時，薄膜層在基底上逐層沉積；其中，獲得的薄膜具有多層以基本上具有均勻厚度和各向同性特性的方式形成的薄膜層。
全文摘要
本發明提供一種用于在濺射薄膜中產生均勻的、各向同性的應力的方法和裝置。在目前優選實施例中，提出了一種新的濺射幾何結構和一種新的傳輸速度的范圍，它們共同實現使薄膜材料能夠保持最大應力，而避免X－Y應力各向異性和避免應力在基底不均勻分布。
文檔編號C23C14/35GK1575350SQ02816612
公開日2005年2月2日 申請日期2002年8月23日 優先權日2001年8月24日
發明者多納德·利歐納多·史密斯 申請人:納米納克斯公司