專利名稱：用于微波直線放電源功率函數斜坡的系統和方法
技術領域：
本發明涉及用于化學汽相沉積的功率源，系統，和方法。
背景技術：
化學汽相沉積(CVD)是這樣一個過程，通過氣相或汽相化學品發生反應后形成薄膜，使薄膜沉積在基片上。CVD利用的氣體或蒸汽是包含被沉積元素的氣體或化合物，并可以被誘發與基片或其他氣體發生反應后沉積薄膜。CVD反應可以是熱激勵，等離子體誘發，等離子體增強或在光子感生系統中的光激勵。
CVD廣泛地應用于半導體工業以制成晶片。CVD還可用于涂敷較大的基片，例如，玻璃片和聚碳酸酯薄片。等離子體增強CVD(PECVD)是一種十分有前景的技術，用于生成大的光生伏打片和汽車用的聚碳酸酯窗。
圖1表示用于大規模沉積過程的典型PECVD系統100分解圖，當前的寬度可以達到2.5米。這個系統包含真空室105，其中僅畫出它的兩個側壁。真空室內放置直線放電管110。直線放電管110是由配置成傳送微波信號或其他信號進入真空室105的內導體115構成。這個微波功率從內導體115向外輻射并激勵通過載氣管120引入的周圍載氣。這種激勵氣體是等離子體，且通常靠近直線放電管110。等離子體和電磁輻射產生的原子團分解通過進料氣體管125引入的進料氣體130，從而把進料氣體分解成新的分子。在分解過程中形成的某些分子沉積在基片135上。在分解過程中形成的其他分子是廢料并通過排氣口(未畫出)排出，雖然這些分子還偶爾地沉積在基片上。
為了快速地涂敷大的基片表面，基片托架以穩定的速率移動基片135通過真空室105。然而，其他的實施例可以包括靜態涂敷。當基片135移動通過真空室105時，分解應當繼續以穩定的速率進行，而來自分解載氣的靶分子在理論上均勻地沉積到基片上，從而在基片上形成均勻的薄膜。但是，由于各種實際的因素，這種過程制成的薄膜不總是均勻的。因此，往往通過引入太多的熱量或其他應力，試圖補償這些實際因素對基片的損傷。所以，我們需要一種改進的系統和方法。
發明內容
以下總結在附圖中展示的本發明典型實施例。在具體實施方式
中更詳細地描述這些和其他的實施例。然而，應當明白，本發明不局限于在發明內容和具體實施方式
中所描述的形式。專業人員可以知道，各種改動，相當內容和其他的結構都是在權利要求書中限定的本發明精神和范圍內。
本發明的一個實施例是在基片上沉積薄膜的系統。這個系統包括真空室；放置在真空室內的直線放電管；配置成產生VHF，微波，或其他高能量功率信號的磁控管，該信號可以加到直線放電管上；可以包含電子放大器的功率源，它配置成提供功率信號到磁控管；和與功率源連接的脈沖控制器。脈沖控制器配置成控制多個脈沖的占空比，多個脈沖的頻率，和/或多個脈沖的輪廓形狀。
結合附圖參照以下的具體實施方式
和所附的權利要求書，可以更容易地理解本發明的各個目的和優點以及更完整地理解本發明，其中圖1是現有直線PECVD系統的分解圖；圖2是周圍有不規則等離子體的直線放電管剖面圖；圖3是用于直線放電管的屏蔽式隙縫天線裝置圖；圖4是可用于本發明的典型功率源信號圖；圖5是按照本發明一個實施例的功率源方框圖；和圖6是按照本發明一個實施例的另一種功率源方框圖。
具體實施例方式如以上所描述的，實際因素限制沉積系統制作的薄膜質量，其中包括直線微波沉積系統。這些限制因素中的一個因素是不能在直線放電管周圍產生和保持均勻的等離子體。非均勻的等離子體源于在沿直線放電管的某些點上非均勻的分解，從而造成在某些部分的基片上非均勻的沉積。
圖2表示在微波沉積系統中沿典型直線放電管110形成的非均勻等離子體。可以看出，這個直線放電管110放置在真空室內(未畫出)，并包含內導體115，例如，在非導電管140內的天線。微波功率或其他能量波在直線放電管110的兩端被引入到內導體115。微波功率激勵直線放電管110附近的氣體，并形成等離子體142。但是，當微波功率向直線放電管110的中心傳播時，可用于激勵和保持等離子體的功率數量就下降。在某些情況下，直線放電管110中心附近的等離子體142可能不能激勵或可能有極低的功率密度，這是與直線放電管110兩端的等離子體142比較的結果。低的功率密度導致在直線放電管110中心附近有低的氣體分解和在基片中心附近有低的沉積速率。
一種用于解決在直線放電管110中心附近有低等離子體密度問題的系統利用隙縫內導體。例如，在非導電管內使用兩個導體。如圖3所示，另一種系統使用兩個導體145，例如，兩個天線，和在非導電管140內放置的金屬屏蔽150。金屬屏蔽150和隙縫天線145的作用是控制能量放電和產生均勻的等離子體密度142。
直線放電系統通常是由功率系統驅動，該功率系統可以包含與磁控管連接的直流源和/或放大器。通過控制這種功率系統，可以進一步提高沿直線放電管的功率密度均勻性和等離子體均勻性。例如，可以改變沿直線放電管的等離子體均勻性，這是通過控制一種類型直流功率系統產生的直流信號中以下性質直流脈沖占空比，脈沖頻率，和/或信號調制。信號調制包括幅度調制或脈沖幅度調制，頻率調制，脈沖位置調制，脈沖寬度調制，占空比調制，或幅度和任何頻率類型的同時調制。信號調制是在共同所有和轉讓的代理人卷號(APPL007/00US)中討論，其標題為“SYSTEM AND METHOD FORMODULATION OF POWER AND POWER RELATED FUNCTIONSOF PECVD DISCHARGE SOURCES TO ACHIEVE NEW FILMPROPERTIES”，該文合并在此供參考。
這些變化中的每個變化直接改變被引入到直線放電管中內導體的微波功率信號。微波功率信號的變化可以改變直線放電管周圍的等離子體均勻性。在許多情況下，直流功率系統的變化可用于控制等離子體的性質，從而增大構成薄膜的化學品均勻性。這些功率源的增強可應用于單天線系統，多天線系統，有屏蔽的多天線系統，等等。
通過控制直線放電管中功率密度的分布，可以進一步增強沉積系統。通過控制被引入到內導體的功率信號，可以控制功率密度。一種用于控制引入到內導體的功率信號的方法涉及控制直流功率系統的輸出。例如，可以控制直流功率系統的各個脈沖。圖4表示5個典型形狀的脈沖，它們可用于控制直線放電管中的功率密度。還可以調整這種信號的占空比，頻率，幅度等。還可以調制這種信號。
在利用圖4a，4b，4c和4d所示的退化脈沖輪廓時，可以預期特別良好的結果。當等離子體激勵是從外邊緣向直線放電管的中心傳播時，這種退化脈沖有助于沿直線放電管的整個長度保持均勻的功率密度。這些增強可應用于單天線系統，雙天線系統，有屏蔽的雙多天線系統，等等。由于可以控制局部的密度，這些增強也可應用于均勻地涂敷彎曲的基片和平坦的基片。
圖5表示按照本發明一個實施例構造的系統。這個系統包括直流源160，它可以受脈沖控制器165的控制。直流源給磁控管170提供功率，磁控管170產生用于驅動直線放電管中內導體的微波(或其他波)。脈沖控制器165可以控制直流脈沖的形狀，和調整脈沖的性質，例如，脈沖的占空比，脈沖頻率，和脈沖幅度。
現在參照圖6，它表示按照本發明原理構造的另一個實施例系統170。這個系統包括有脈沖控制器165的直流源160，和磁控管170，如圖5所示。這個系統還包括復用器180和定時控制系統185。復用器180的作用是把磁控管的輸出分成幾個信號。然后，每個信號可用于給獨立的直線放電管供電或給單個直線放電管內的獨立天線供電。
回想到大多數直線放電沉積系統包含幾個直線放電管。在某些情況下，我們可能要求偏置驅動相鄰直線放電管的脈沖定時。一個直線放電管產生的微波可以傳播到相鄰的直線放電管并影響功率密度和等離子體的均勻性。利用合適的定時控制，這種影響可以是正面的并有助于保持均勻的功率密度和等離子體。定時控制系統185可以提供這種定時控制。專業人員知道如何調諧定時控制。
定時控制系統185也可與包含多個磁控管170和/或直流源160的直線放電系統結合使用。在這些系統中，每個直線放電管是由獨立的磁控管和可能獨立的直流源驅動。可以加定時控制到每個磁控管和/或每個直流源。術語“直流源”和“直流功率源”是指任何類型的功率系統，它包括利用線性放大器，非線性放大器，或沒有放大器的功率系統。該術語也可以是指放大器本身。
總之，本發明提供一種用于在基片上控制沉積的系統和方法。專業人員容易理解，在本發明，其用途和配置中可以有多種變化和替換，它仍然可以基本實現與上述實施例相同的結果。因此，我們沒有把本發明局限于公開的典型形式。許多變化，改動和其他的結構都是在權利要求書中所公開的本發明精神和范圍內。
權利要求
1.一種在基片上沉積薄膜的系統，該系統包括真空室；放置在真空室內的直線放電管；配置成產生微波功率信號的磁控管，該信號可以加到直線放電管上；配置成提供功率信號到磁控管的功率源，直流功率信號包含多個脈沖；和與功率源連接的脈沖控制器，脈沖控制器配置成控制多個脈沖的占空比，多個脈沖的頻率，和多個脈沖的輪廓形狀。
2.按照權利要求1的系統，其中脈沖控制器配置成減小或增大多個脈沖中一個脈沖的功率。
3.按照權利要求1的系統，其中直線放電管是第一直線放電管，該系統還包括第二直線放電管；和與第一直線放電管，第二直線放電管和磁控管連接的復用器。
4.按照權利要求1的系統，其中直線放電管包括非導電外層；位于非導電外層內的兩個內導體；和與兩個內導體和非導電外層相鄰的金屬屏蔽。
5.一種用于薄膜沉積的功率系統，該系統包括配置成產生微波功率信號的磁控管，用于在薄膜沉積系統中驅動直線放電管；與磁控管連接的功率源，功率源配置成產生多個脈沖；和與功率源連接的控制系統，控制系統配置成控制多個脈沖的輪廓形狀，從而控制薄膜沉積系統中磁控管的輸出和直線放電管的運行。
6.按照權利要求5的系統，其中該系統還配置成控制多個脈沖的占空比，從而控制薄膜沉積系統中磁控管的輸出和直線放電管的運行。
7.按照權利要求5的系統，其中該系統還配置成控制多個脈沖的頻率，從而控制薄膜沉積系統中磁控管的輸出和直線放電管的運行。
8.一種在基片上沉積薄膜的方法，該方法包括產生有輪廓形狀的直流脈沖；利用有輪廓的直流脈沖產生微波功率信號；提供產生的微波功率信號到位于薄膜沉積系統中的直線放電管；利用產生的微波功率信號在直線放電管中產生等離子體；利用產生的等離子體分解氣體；和在基片上沉積部分的分解氣體。
9.一種用于薄膜沉積的功率系統，該系統包括配置成產生微波功率信號的磁控管，該信號可以加到直線放電管上；配置成提供直流信號到磁控管的放大器，該直流信號包含多個脈沖；和與放大器連接的脈沖控制器，脈沖控制器配置成控制多個脈沖的占空比，多個脈沖的頻率，和多個脈沖的輪廓形狀。
10.按照權利要求9的系統，其中放大器是線性放大器。
11.按照權利要求9的系統，其中放大器是非線性放大器。
12.按照權利要求9的系統，還包括與磁控管輸出端連接的復用器。
13.按照權利要求9的系統，其中脈沖控制器配置成控制多個脈沖中一個脈沖的輪廓形狀，因此，多個脈沖中一個脈沖的功率是從該多個脈沖中一個脈沖的初始功率點減小。
14.按照權利要求9的系統，其中脈沖控制器配置成控制多個脈沖中一個脈沖的輪廓形狀，因此，多個脈沖中一個脈沖的功率是從該多個脈沖中一個脈沖的初始功率點增大。
全文摘要
用于微波直線放電源功率函數斜坡的系統和方法，本發明的一個實施例是在基片上沉積薄膜的系統。這個系統包括真空室；放置在真空室內的直線放電管；配置成產生微波功率信號的磁控管，該信號可以加到直線放電管上；配置成提供信號到磁控管的功率源，和與功率源連接的脈沖控制器。該脈沖控制器配置成控制多個脈沖的占空比，多個脈沖的頻率，和/或多個脈沖的輪廓。
文檔編號C23C16/513GK1958843SQ20061009414
公開日2007年5月9日 申請日期2006年6月27日 優先權日2005年11月1日
發明者邁克爾·W.·斯托厄爾, 邁克爾·萊爾, 史蒂文·維德爾, 喬斯·曼紐爾·迪格茲－坎波 申請人:應用膜公司, 應用材料有限及兩合公司