用于使用直流来施加周期性电压的方法和装置 |
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| 申请号 | CN201180034153.2 | 申请日 | 2011-05-11 | 公开(公告)号 | CN102985996B | 公开(公告)日 | 2015-12-16 |
| 申请人 | 先进能源工业公司; | 发明人 | K·E·瑙曼; K·芬利; S·B·拉森; D·派莱利芒特; | ||||
| 摘要 | 公开了用于将脉冲式DC功率施加给 等离子体 处理室 的方法和装置。在一些实施方式中，改变所施加功率的 频率 ，用以实现诸如沉积速率、 电弧 率和膜特性之类的期望处理效果。此外，公开了一种方法和装置，该方法和装置在特定周期的反向电势部分期间利用相对较高的电势，用以减少靶材上可能的结节。该周期中反向电势部分、溅射部分和恢复部分的相对持续时间是可调整的，用以实现期望的处理效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于将脉冲式DC功率施加给等离子体处理室的方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 用于使用直流来施加周期性电压的方法和装置技术领域背景技术[0002] 等离子体处理技术已被广泛使用在诸如等离子体气相沉积、溅射等用于工业处理的工业生产中。这些处理在薄膜应用中特别有用。为了产生等离子体，电源在位于等离子体室内的阴极与一个或多个阳极之间产生电势，该等离子体室含有形成等离子体的工艺气体。当使用这些处理进行沉积时，等离子体作用在位于等离子体室内的靶材（也称作溅射源）的物质上，该等离子体室通常包含阴极表面。等离子体离子被朝着靶材加速，并在撞击时使靶材物质被从阴极表面驱逐出去。然后，被驱逐的靶材物质沉积在基底上以形成膜（例如，薄膜）。如上面已公开的那样，该膜可以构成由等离子体从靶材表面溅射的物质，或者该膜可以是靶材物质与包括在等离子体或工艺气体中的另一些元素之间反应的结果。 [0003] 高频电压源（例如，交流（AC）功率源）已被用来产生在等离子体室内制造等离子体的高电势。这些高频电压源构造和维护起来价格昂贵，并且操作复杂。此外，如果通过与等离子体或工艺气体中的元素进行反应来形成沉积物质，并沉积物质进一步进行电绝缘，则室内的阳极可以被涂覆有绝缘体；因而这一沉积可能阻碍阳极在沉积过程期间执行其收集来自等离子体的电子的功能。 [0004] 为了克服与高频电压源有关的缺点，交变脉冲的直流功率源已被使用在例如美国专利No.5917286中公开的无阳极双磁控管型系统中，将该美国专利的全部内容以引用的方式并入到本文中。反转极性处理允许电极交替作为阳极和阴极，在阴极阶段期间发生的溅射处理清除掉任何沉积的绝缘物质，而在阳极阶段期间允许电极作为阳极进行非禁止的操作。此外，反转极性处理允许两个电极交替作为阴极，使得两个电极表面都能够提供靶材物质。 [0005] 尽管现有的脉冲直流电源是可使用的，但它们并不足够准确，或是在薄膜处理应用中为了例如实现均匀性和/或粒子产生阈值方面，不是足够令人满意。用标准技术也不能实现任意化学计量的共溅射。因此，需要方法和装置来解决现有技术中的不足并且提供其他新的和创造性的特征。 发明内容[0006] 下面概述附图中所示的本发明的示例性实施例。在“具体实施方式”部分更充分地描述了这些和其他实施例。但是，应理解的是，并非旨在将本发明限制在该“发明内容”或“具体实施方式”中所描述的形式。本领域的技术人员能够认识到，存在落入如权利要求所表达的本发明的精神和范围中的多种修改、等同形式和替代构造。 [0007] 本发明的一些实施例的特征在于一种用于将脉冲式DC电力施加到等离子体处理室的方法，以及用于执行该方法的装置。在这些实施例中，该方法包括：在脉冲式DC电力的特定周期中的溅射部分期间，在第一持续时间内持续将负电势施加给阴极；在该特定周期中的反转电势部分期间，将正电势施加给阴极，其中正电势的幅值至少为负电势幅值的20%；以及，在该特定周期中的恢复部分期间，在第三持续时间内持续施加恢复电势，恢复电势的幅值小于负电势和正电势的幅值。 [0008] 本发明的其他实施例的特征在于一种电源，该电源包括：直流功率源，其被配置为将功率输送到等离子体溅射室；功率控制部件，其与直流功率源通信并且被配置为根据处理器可读指令将该功率引导到具有交变极性的至少一个电极；以及非暂时、有形的计算机可读存储介质，其被编码有用于处理器可读指令，用以执行用于施加功率的方法，该方法包括：将期望功率水平下的DC功率脉冲施加给等离子体处理室的电极，用以维持在基底上沉积膜的等离子体处理；监测等离子体的阻抗，该阻抗提供了对至少一种处理效果的状态的指示；和响应于所监测的阻抗，调整DC功率脉冲的频率，以改变处理效果的状态。 附图说明[0009] 通过参考结合附图做出的以下具体实施方式及所附权利要求，本发明的各个目的和优点以及对本发明的更全面理解是清楚的并且更容易理解，在附图中： [0010] 图1是根据本发明实施例的直流（DC）功率源、功率控制部件和等离子体溅射室的示意图； [0011] 图2是说明了根据本发明的实施例的被配置为产生用于等离子体溅射室的超低频DC功率脉冲的DC功率源和功率控制部件的示意图； [0012] 图3是说明了根据本发明的实施例的分隔开一体积的一组同心电极的示意图； [0013] 图4是说明了根据本发明的实施例的由DC电源为等离子体溅射室的电极产生的DC功率脉冲的示例的曲线图； [0014] 图5是说明了根据本发明的实施例的包括大于零的转变时间段的占空比的曲线图； [0015] 图6是说明了根据本发明的实施例的脉冲参数和脉冲参数值的示例的表格； [0016] 图7是说明了根据本发明的实施例的耦合到DC电源的等离子体溅射室的示意图； [0017] 图8A是说明了根据本发明的实施例的被输送到图7所示的电极的DC功率脉冲的曲线图； [0018] 图8B是说明了根据本发明的实施例的被输送到图7所示的电极的DC功率脉冲的曲线图； [0019] 图9是是说明了根据本发明的实施例的被配置为接收由DC电源输送的DC功率脉冲的等离子体溅射室的方框图； [0021] 图11是说明了根据本发明的实施例的用于响应于与沉积层相关联的属性来调节DC功率脉冲的方法的流程图； [0022] 图12是描绘了电源的示例性实施例的方框图； [0023] 图13是图12中所描绘的等离子体电流注入器的示例性实施例； [0024] 图14是描绘了在不具有图12和图13中的等离子体电流注入器的情况下的电流波形特性的曲线图； [0025] 图15是描绘了在具有图12和图13中的等离子体电流注入器的情况下的电流波形特性的曲线图； [0026] 图16是描绘了电源的另一个实施例的方框图，该电源包括耦合到DC源的示例性功率控制器； [0027] 图17是描绘了电源的又一个实施例的图； [0028] 图18是图17中描绘的缓冲网络（snubber network）的示例性实施例； [0029] 图19是描绘了用于控制处理效果的示例性方法的流程图； [0030] 图20是被布置和配置为实行单极操作模式的等离子室的表征； [0032] 图22是与双极操作模式相关联的示例性切换序列； [0033] 图23是用于具有电压反转的单极操作模式的切换序列； [0034] 图24是描绘了用于施加具有相对较高的电压反转的功率的方法的流程图；以及[0035] 图25是描绘了与具有部分电压反转的双极脉冲包操作模式相关联的切换序列的图。 具体实施方式[0036] 现在参考附图，其中在多个图中利用相同的附图标记来标注相同或类似的元件，特别参考图1，其是描绘了根据本发明实施例的直流（DC）功率源100、功率控制部件110和等离子体处理室130的方框图。图1的示例性实施例中的等离子体处理室130包括两个或更多个电极140，电极140每个都被配置成作为阳极和作为阴极（阴极可被称作溅射靶材）。DC功率源100和功率控制部件110可以统称为DC电源170。但是应该认识到，图1的方框图仅仅是逻辑上的，而在一些实施例中，功率源100和功率控制部件110被实现为分离的部件。例如在一个实施例中，功率控制部件110被实施为用于现有DC功率源的附加部件。 [0037] 还应该认识到，在本文中进一步讨论的替代操作模式中，室130内可以只有单个电极140并且室本身可以用作电极。此外，尽管许多实施例被描述成是在溅射型处理的背景下操作，但应该认识到，功率控制部件110也可以与PECVD处理（例如，用于气体电离）、基底偏置（例如，沉积和蚀刻应用）和离子源（例如，作为用于离子源的功率输送）联合使用。 [0038] 通常，DC功率源100被配置为将DC功率供应到功率控制部件110。在数个实施例中，DC功率源100提供的功率范围在20到200千瓦，但是其他的功率水平也肯定是预期到的。并且，在许多实施例中，DC功率源100是通过耦合在一起的多个DC发电机来实现的。例如在一个实施例中，通过三个50千瓦的DC发电机来实现DC功率源以提供150kW的电源。 [0039] 等离子体150由一种或多种气体形成，该气体包括惰性气体（例如，氩气）或者其他气体种类，并且等离子体150可以由具有指定成分的化合物形成。在一些实施例中，在等离子体溅射室130的内部和/或外部（例如，在电极140附近的位置）施加磁场（图中未示出），用以促进气体的电离，并可能促使等离子体150的等离子体离子的方向朝向电极140和/或基底160中的任意。 [0040] 当等离子体150响应于电极140之间的电势被点燃并维持时，等离子体离子被朝向作为阴极的电极140加速，并与电极140撞击，以引起原子从电极140中被逐出。在一些实施例中，电极140被称作靶材，而被朝向基底逐出的原子（例如，物质）被称作靶原子（例如，靶材物质）。在许多实施方式中，靶材物质包括诸如铝之类的金属基底或诸如陶瓷之类的不同物质。而在一些实施方式中（例如，共溅射），用于每个单独电极140的靶材物质可以包括不同的物质或成分。 [0041] 尽管不要求，但在许多实施例中，DC功率源100被配置为检测在等离子体溅射室130内形成的一个或多个电弧（例如，微电弧和/或强电弧（hardarc））。被配置为具有电弧处理能力的一种示例性电源是ASCENT型DC发电机，可以在柯林斯堡先进能源股份有限公司（Advanced Energy Incorporated in Fort Collins,CO.）获得ASCENT型DC发电机。在其他实施例中，通过功率控制部件110来执行电弧检测。如本领域中的普通技术人员所认识到的，电弧可以对例如等离子体溅射室130和/或等离子体溅射室130内的目标（例如，半导体基底）具有不利影响。 [0042] 功率控制部件110通常被配置为管理由DC功率源100产生的功率，并且将经过管理的功率提供给溅射室130。具体地，功率控制部件110被配置为管理从DC功率源100到电极140的功率，使得等离子体150被点燃和/或维持。例如在数个实施例中，功率控制部件110被配置为将具有交变极性的DC功率脉冲（“双极脉冲”）发送给电极140，使得每个电极140作为阴极工作一段时间，并作为阳极工作一段时间。并且，在其他的操作模式中，功率控制部件110提供不具有交变极性的功率脉冲（“单极脉冲”），使得电极140中一个或多个作为阴极来工作，而电极140中的一个或多个和/或溅射室130起到阳极的作用。 [0043] 通过功率控制部件110将具有交变极性的DC脉冲施加给电极的这种操作模式的优点是，由于实际上并不存在专用的阳极，所以在电极的间距方面更灵活。因而，这些“无阳极”的DC溅射模式使得能够根据需要设置电极的位置（例如，提高膜均匀性和/或在溅射室130内希望产生等离子体的地方产生等离子体），这在许多实施方式中减少了污染源并得到较不复杂的机械系统。 [0044] 有利的是，在数个实施例中，功率控制部件110被配置为对施加给至少一部分电极140中的每一个电极的功率量进行调制。因而，在许多实施例中，功率控制部件110使得能够改变从一个或多个电极溅射出的靶材物质的量，用以使得能够以期望方式将靶材物质沉积在基底160上。例如，在数个实施例中，能够独立控制施加给一个或多个电极140的功率，使得能够以期望的拓扑、电阻、强度等来沉积物质。此外，在许多实施方式中，响应于来自等离子体室130的反馈（例如，表示出沉积层的厚度、层的电阻、层的光学属性等的反馈）来对被输送到一个或多个电极的功率进行调制。 [0045] 作为另外的示例，在许多实施方式中，功率控制部件110被配置为在靶材物质被沉积在基底上时，通过对施加给一个或多个电极140的功率进行调制，使得靶材物质能够在基底160上均匀沉积。此外，在一些实施例中，可以监测电极上剩余的靶材物质的量，并可以基于剩余的靶材物质的量来对施加给该电极的功率进行调制，从而使得能够使被利用的靶材物质的量最大化而不从电极上去除不需要的物质。这是主要的好处，因为靶材物质经常非常贵，并且增加被使用的靶材物质的量（同时避免从电极上去除不需要的物质）会节省很多钱，此外，由于来自不需要的对电极物质的去除的污染较少，因此也可以延长所需维护之间的时间段，从而再次节省了时间和金钱。 [0046] 在许多实施例中，在将物质沉积在基底160上的同时，基底160被保持在静态位置。因而，在这些静态沉积的实施例中，由于活动部分而变成夹杂在等离子体150中的不希望有的粒子数量显著减少；因此，由于沉积在基底上的层中的杂质而造成的缺陷的数量也就减少了。此外，粒子引起的电弧放电也减少了，这提高了处理质量。在可替代的实施例中，相对于电极来移动基底160的位置，以实现期望的沉积特征。 [0047] 本文中公开的许多实施例的另一个优点是能够利用DC功率（例如，具有交变极性的DC功率）来执行金属溅射。例如，本文中描述的许多实施例利用对施加给一个或多个电极的功率进行调制的技术，使得能够在静态的或动态的基底上进行金属溅射。 [0048] 在数个实施例中，功率控制部件110被配置为触发频率约为0Hz到500kHz的DC功率脉冲。在一些实施例中，功率控制部件110进行工作以提供约2kHz到50kHz的DC脉冲，而在其他实施例中提供10Hz到2kHz的DC脉冲，而在其他实施方式中，功率控制部件110进行工作以提供约为10Hz到500Hz的DC脉冲。在一个示例性实施例中，功率控制部件输送频率为60Hz的DC功率脉冲，而在又一个实施例中，功率控制部件110进行工作，以提供约为10Hz到50Hz的DC脉冲。如本文中进一步所讨论的，功率控制部件110被配置为提供高得多的频率（例如，500kHz）下的双极脉冲或单极脉冲。在许多低频的变型中，每个交变功率脉冲的脉冲宽度至少比DC功率源100的电弧检测时间要长。在其他的变型中，功率控制器110包括电弧管理功能以处理更高频率的实施方式。 [0049] 在一些实施例中，双极功率脉冲和/或单极功率脉冲中每一个的脉冲宽度比与一个或多个电极140相关联的热时间常数要短，用以基本上防止可能会影响沉积（例如，均匀性、膜质量、沉积速率）的一个或多个电极140温度的变化。而在一些变型中，脉冲具有基于热阈值条件的特征（例如，宽度、频率等）。热阈值条件可以和与等离子体溅射室130相关联的部件（例如，布线、连接器等）或者与等离子体溅射室130相关联的电极140相关联。例如，在一些实施例中，热阈值条件被定义为防止与等离子体溅射室130有关的特定部件或电极140超过指定温度或下降到指定温度之下。 [0050] 在许多实施例中，功率控制部件110包括一个或多个开关（未示出）和/或控制模块（未示出），其中开关例如是绝缘栅双极晶体管（IGBT）。在一些实施例中，控制模块包括控制算法（例如，开环控制算法或闭环控制算法），该控制算法与一个或多个开关结合使用，用以根据脉冲参数值来产生DC功率脉冲。在一些实施例中，从与功率控制部件110和/或DC功率源100相关联的存储器（未示出）访问脉冲参数值。 [0051] 在一些实施例中，功率控制部件110的一种或多种功能被合并到DC功率源100中，而在其他实施例中，DC功率源100的一种或多种功能被合并到功率控制部件110中。在一些变型中，本文中公开的模块由动态调整和/或静态构成的软件、固件和/或硬件来实施。 [0052] 接下来参考图2，图2是示意图，说明了根据本发明的实施例，被配置为产生用于等离子体溅射室240的超低频DC功率脉冲的DC功率源250（例如，电流源）和功率控制部件230。具体地，通过功率控制部件230来控制流向等离子体溅射室240的电流252的路径，用以生成DC功率脉冲。功率控制部件230包括开关232和开关234，开关232和开关234以并联构造连接到正极节点264。功率控制部件230还包括开关236和开关238，开关 236和开关238以并联构造连接到负极节点266。 [0053] 开关232、234、236和238交替闭合，来以交变方式将功率施加给等离子体溅射室240的电极244和电极242，以使得等离子体在等离子体形成区域270被点燃和/或维持。 基底260被布置在等离子体溅射室240内，使得当等离子体在等离子体形成区域270被点燃和/或维持时，由等离子体从电极242和电极244上驱逐出的至少一些物质被沉积在基底260上在沉积层262中。在一些实施例中，开关232、234、236和238中的至少两个基本上在同一时间（例如，基本同时地）闭合。在一些实施例中，沉积层262是薄膜晶体管（TFT）沉积层，但这当然不是必须的，而可以预期许多其他的应用。 [0054] 通过对流向电极242和244的电流进行交变，电极中的一个作为阴极持续一段时间，同时其它电极在该段时间期间作为阳极。例如，在第一操作状态中，开关232和开关236闭合，而开关234和开关238打开，使得电流从DC功率源250开始流过电极242，然后流过电极244。在该第一操作状态中，电极242将作为阳极，同时电极244将作为阴极。等离子体将在等离子体形成区域270中被点燃和/或维持，并且基底260将被从电极242上驱逐出的物质涂覆。 [0055] 在第二操作状态中，开关234和开关238闭合，而开关232和开关236打开，使得电流从DC功率源250开始流过电极244，然后流过电极242。在该第二操作状态中，电极242将作为阴极，而电极244将作为阳极。等离子体将在等离子体形成区域270中被点燃和/或维持，并且基底260将被从电极244驱逐出的物质涂覆。在许多实施例中，与DC功率源250相关联的控制模块254（例如，执行所存储的指令的处理器）被配置为根据脉冲参数值来触发对开关232、234、236和238的切换。如本文中进一步所讨论的，功率控制部件 230不需要以双极方式工作，而在许多操作模式中，功率控制部件提供单极脉冲。 [0056] 在一些实施方式中，电极242和电极244被分隔开一定空间220，空间220限定出一体积222（图2中所示），该体积222被限定成使得在体积222中的电流放电密度明显小于等离子体溅射室240工作期间在等离子体形成区域270中的电流放电密度。在一些实施例中，体积222的大小和/或形状被限定为具有指定的电流放电密度。 [0057] 诸如体积222之类的体积中的电流放电密度与该体积内的等离子体的点燃相对应。例如，体积222中的低电流放电密度与体积222内等离子体点燃的低概率相对应。换句话说，可以限定体积222，使得体积222中高密度等离子体点燃的概率实质上低于等离子体形成区域270中高密度等离子体点燃的概率。在一些变型中，体积222被限定为满足与等离子体形成区域270和/或体积222相关联的等离子体形成标准（例如，阈值、条件）。如已讨论过的，无阳极操作的优点是能够灵活地改变电极之间的空间220，以实现期望的溅射特性。 [0058] 例如，使用等离子体室240内的磁体（未示出）来改变电极242和244之间的电流以及由此改变等离子体点燃。例如，在一些实施例中，使用一个或多个磁体或以电气方式得到的磁场来改变电极242和电极244之间的电流，以使得等离子体形成区域270中的电流放电和由此的等离子体点燃概率远高于体积222中的电流放电和由此的等离子体点燃概率。 [0059] 在一些实施例中，体积222的大小、工艺气体压力、施加给电极的电压和/或磁场的方向被限定为用以在等离子体形成区域270和体积222之间产生指定的电流放电密度比率。在一些情况下，间距220明显小于阴极暗区。 [0060] 在一些变型中，基于与来自电极242和244的物质在基底260上的沉积层262中的沉积相关联的靶材沉积剖面（也称作沉积剖面靶材）来限定间距220的大小。换句话说，对电极242和电极244进行定位，以实现靶材沉积剖面，并且因此至少部分限定出间距220及由此限定出的体积222。在一些实施例中，根据一个或多个沉积剖面标准（例如，阈值、条件）来限定靶材沉积剖面，该沉积剖面标准与与沉积层262相关联的不同位置（例如，不同的空间位置、不同的区域）相关联。 [0061] 例如，在一些变型中，对间距220和/或体积222进行限定，使得从电极242和电极244沉积到基底260上、在沉积层262中的物质满足与薄膜晶体管处理相关联的一组沉积剖面标准（例如，沉积均匀性标准）。在一些实施方式中，靶材沉积剖面包括靶材化学成分和/或靶材厚度（例如，整个基底260上基本上均匀的厚度）。 [0062] 在许多实施例中，对间距220和/或体积222进行限定，以考虑来自电极242和电极244的各向异性溅射。例如，可以限定间距220和体积222，以减少各向异性溅射的影响，从而在基底260上实现沉积层262的靶材沉积剖面。 [0063] 在数个实施例中，对间距220（例如，体积222）以及电极242和/或电极244与基底260之间的距离210进行限定，以在基底260上实现特定的靶材沉积剖面。在许多实施例中，对电极242和/或电极244与基底260之间的距离210的减小提高了沉积层262的质量，和/或提高了来自电极242和/或电极244的物质的沉积速率。例如，在一些实施例中，在减小距离210时减小间距220（和体积222）以提高基底260上沉积的均匀性。在一些实施例中，在减小距离210时增大间距220（和体积222）以提高基底260上的沉积层262的厚度的均匀性。此外，还可以调整工艺气体压力，以实现期望的均匀性和膜属性。 [0064] 此外，在一些实施方式中，基于压力阈值条件来限定电极242和电极244之间的间距220。例如，在一些实施例中，基于期望的工艺气体种类和压力的范围来定位电极242和电极244，使得在体积220中形成等离子体的概率最小化。等离子体的激发取决于气体压力和电极的间距，并且像这样就可以对此进行优化以减小等离子体形成的概率。 [0065] 除了与现有技术的DC处理技术相比具有更灵活的电极间距这个益处以外，因为在许多实施例中，以超低频率输送DC功率脉冲，因此对基底260加热的概率低于在可比拟的AC供电的系统中的该概率，在可比拟的AC供电的系统中，例如，对基底260的随机加热可能是个普遍问题。由此，在一些实施例中，电极242和/或电极244与基底260之间的距离210小于在可比拟的AC供电的系统中的该距离。与可比拟的AC供电系统相比，通过减小距离210，可以更容易地控制沉积层262的沉积剖面，并可以改善膜属性。 [0066] 而在施加交变的DC功率脉冲的一些实施例中，脉冲以超低频率被输送，并且电极242和电极244本身即是阳极也是阴极；因此，在一些实施例中，实质上减少了或者消除了对阳极进行冷却及对等离子体溅射室240进行冷却的需要。 [0067] 除了对电极242、244进行分隔来影响沉积剖面之外，在一些实施例中，例如根据电弧放电水平标准（例如，阈值、条件），对间距220进行限定以使得电极242和电极244之间电弧放电或短路的概率基本上接近于零或保持在可接受的低水平上（例如，低于最大水平）。如果电极242和电极244之间发生电弧放电或发生短路，就可能会对等离子体形成区域270中等离子体的形成造成不利影响，但在一些应用中，可以容忍电极242和电极244之间低水平的电弧放电。 [0068] 在一些实施例中，对电极242和电极244之间的间距220和/或体积222进行限定，以使得在基本上不影响基底260上沉积层262的靶材沉积剖面的情况下，可以将电弧放电（例如，电弧的数量、电弧电流）维持在指定的水平上。例如，在一些实施例中，对体积222进行限定，以使得电弧放电会低于指定的水平，并且一个或多个靶材沉积标准会被满足。 [0069] 在许多实施例中，尽管减小电极242和电极244之间的间距220（例如，体积222）促进提高了整个沉积层262上的均匀性（例如，整个沉积层262上均匀的厚度）并减小了在电极242和电极244之间形成不想要的等离子体的可能性，但增加了在电极242和电极244之间出现不希望有的电弧放电的可能性。因此，限定电极242和电极244之间的间距220，以满足（例如，平衡）一个或多个沉积剖面标准、一个或多个电弧放电水平标准和/或一个或多个等离子体形成标准。 [0070] 尽管体积222在图2中被示为是矩形体积，但这当然不是必须的，在各种变型中，体积222是许多可能的不同形状中的另一种（例如，具有指定厚度的多边形）。例如，图3是说明了根据本发明的实施例由体积322间隔开的一组同心电极344和342的示意图。在该实施例中，电极342是环形电极。与图2所示的电极242和244一样，通过交替变换流向电极342和电极344的电流，其中一个电极在一段时间内作为阴极，而在该段时间期间其他电极作为阳极。 [0071] 图4是说明了根据本发明的实施例，由DC电源（例如，DC源170）施加到等离子体溅射室的电极的DC电压的示例的曲线图。例如，可以将图4中所示的DC电压施加到图2中所示的电极242或电极244中的任意一个，或施加到图3中所示的电极342或电极344中的任意一个。该曲线图说明了在y轴上电压的范围从+z到-z，而x轴说明了向右增加的时间。 [0072] 如所示出的，正DC脉冲410具有脉冲宽度482（例如，脉冲持续时间），负DC脉冲420具有脉冲宽度484。正脉冲410的脉冲高度486为+z，负脉冲420的脉冲高度488为-z。 在一些实施例中，正脉冲410和负脉冲420具有相同或不同的电压水平。正脉冲410的占空比被定义为正脉冲482的持续时间除以周期478的持续时间（例如，正脉冲的脉冲宽度加上负脉冲的脉冲宽度）。负DC脉冲420的占空比被定义为负脉冲484的持续时间除以周期 478的持续时间。 [0073] 在许多实施例中，正脉冲410的脉冲宽度482和负脉冲420的脉冲宽度484中的每一个的持续时间都被限定为要比与DC电源（例如，DC电源170）相关联的控制环（例如，比例-积分-微分（PID）控制环、开环控制环）的响应时间要长，用以允许有足够的时间来准确地产生DC功率脉冲410和DC功率脉冲420。 [0074] 在一些实施例中，尽管不是必须的，但正DC脉冲410的脉冲宽度482和负DC功率脉冲420的脉冲宽度484中每一个的持续时间都被限定为比DC电源的电弧检测时间要长，和/或被限定为比与电极（例如，接近基底边缘的边缘电极）相关联的热时间常数要短，用以实质上防止可能会影响沉积（例如，沉积的均匀性、沉积速率）的电极温度变化。 [0075] 如图4中所示，极性变化基本上是从正DC脉冲410瞬间变化到负DC脉冲420。在一些实施例中，从正DC脉冲410到负DC脉冲420的变化或转变，被称作转变时间段430，反之亦然。当转变时间段430基本上等于零时，功率基本上是从正DC脉冲410瞬间变化到负DC脉冲420的，反之亦然（如图4中所示）。 [0076] 例如，为了实现负DC脉冲420和正DC脉冲410之间基本上瞬间的变化，在变化之前就触发例如图1中所示的DC电源内的一个或多个开关，用以考虑切换时间延迟。例如，在一些实施例中，DC电源内的切换部件（例如FET或IGBT晶体管）可能具有可以为10到几百纳秒（ns）的切换时间延迟（例如，需要10到几百纳秒以从接通状态变化到关断状态）。相应地，可以触发FET或IGBT晶体管在指定的从负DC脉冲420到正DC脉冲410的切换时间之前进行切换，反之亦然，用以考虑切换时间延迟。 [0077] 如图4中所示，基于切换时间延迟在时间T1处触发开关，使得可以在时间T2处瞬间发生从负DC脉冲420到正DC脉冲410的转变。在一些实施例中，在交变的极性之间进行切换时的电压降小于DC电源的电弧电压检测能力，以基本上防止错误地触发与DC电源相关联的灭弧机构。 [0078] 应该认识到，可以取决于特定的应用来改变脉冲的幅值。例如，在应用功率作为部分离子源的背景下，电压可以是3000伏。作为另一个示例，在双极脉冲的背景下，电压可以在+/-3000伏之间。在本文中进一步所讨论的单极应用中，电压范围可以在0和正3000负之间，或者在0和负3000伏之间。还应该认识到，本文中对负电压或正电压的描绘仅仅是示例性的，被描绘为负的电压也可以作为正电压产生，被描绘为正电压的电压可以作为负电压产生。 [0079] 在本发明的一些实施例中，转变时间段基本上大于零。例如，图5的曲线图说明了根据本发明的实施例，包括大于零的转变时间段的占空比。在该实施例中，转变时间段包括时间段590，在时间段590内没有功率被输送到等离子体溅射室。时间段590可以被称作关断时间段，而在一些实施例中，该关断时间段590比电弧检测时间段要短，以使得关断时间段590不会被DC电源错误地登记为不希望有的电弧。此外，功率控制部件110和/或DC功率源100之间的通信可以消除错误的电弧检测。 [0080] 再次参考图4，在许多实施例中，可以限定转变时间段430以使得防止等离子体溅射室内等离子体的再次点燃，并使电压瞬变最小化。具体地，可以对由DC功率源（例如，DC功率源100）和功率控制部件（例如，功率控制部件110）产生的交变脉冲之间的转变时间段进行限定，以使得转变时间段比等离子体衰变时间段要短，并且因此，等离子体不需要在交变DC功率脉冲之间被再次点燃。这与由AC功率源供电的等离子体溅射室相反，在AC功率源供电的等离子体溅射室中，溅射室中的等离子体被再次点燃或显著衰变，或在AC周期中每次极性反转时（特别是在频率相对较低时）都会存在明显的电压瞬变。此外，因为等离子体可以被完全熄灭，所以一些AC功率系统在每个AC半周期都需要相对较高的点燃电压，或电压瞬变，而在许多如上面所讨论的进行操作以减小转变时间段的实施例中，这些高点燃电压或电压瞬变是可以避免的。 [0081] 即使占空比的转变时间段大于零，例如图5中所示的那样，也可以限定转变时间段以使得在转变时间段期间等离子体实质上不衰变和/或熄灭。例如，在一些实施例中，转变时间段被限定为比与等离子体相关联的衰变时间要长，所以在交变极性的功率脉冲之间等离子体被熄灭了。 [0082] 在一些实施例中，通过脉冲参数值来限定脉冲宽度482和脉冲宽度484、转变时间段430、脉冲高度486和脉冲高度488和/或占空比等，这些脉冲参数值存储在存储器中和/或由与DC电源或DC电源的部件（例如，功率控制部件110和/或DC功率源100）相关联的处理器来读取。而这些脉冲参数值可以限定出正DC功率脉冲410和/或负DC功率脉冲420。 [0083] 在一些变型中，DC电源170被配置为反转脉冲的极性，以响应于对电弧的检测来熄灭电弧。在一些实施例中，DC电源170被配置为在输送交变功率脉冲时，继另一个正DC脉冲之后输送多于一个的正DC脉冲，或继另一个负DC脉冲之后输送多于一个的负DC脉冲。 [0084] 图6是说明了根据本发明实施例的脉冲参数620和脉冲参数值630的示例的表格610。表格610包括，但并不局限于，脉冲功率、关断时间、脉冲持续时间（宽度）、脉冲电压、周期时间和极性的脉冲参数620。脉冲参数值630仅是示例性的值，在一些实施例中，脉冲参数值630与表格610中所示的脉冲参数值630差别很大。 [0085] 接下来参考图7，图7是说明了根据本发明的实施例，耦合到DC电源740和DC电源742的等离子体溅射室710示意图。DC电源740和DC电源742被配置为将DC功率脉冲输送到等离子体溅射室710，以点燃和/或维持用来使沉积层722（例如，薄膜晶体管层）在基底720上沉积的等离子体。特别地，DC电源740被配置为向电极752和电极754输送双极DC脉冲和/或单极DC脉冲，而DC电源742被配置为向电极756、758和760输送双极DC功率脉冲和/或单极DC功率脉冲。尽管DC电源740、DC电源742被描绘成单独的设备，但应认识到，电源740、电源742也可以由分布部件的集合来实现。例如，每个电源740、742可以包括多于一个的DC功率源，并且功率控制部件（例如，切换功率控制部件）可以与DC功率源分离地收纳。 [0086] 尽管肯定不是必须的，在数个实施例中，溅射室710被配置为使基底720在层722的沉积期间能够保持静态，并将脉冲施加给电极730，以根据靶材沉积剖面768（例如，期望的形态（例如，拓扑）、厚度、电阻、光学属性、膜应力、密度、结晶度和/或粘附力等）实现沉积层722在静止基底720上的沉积。 [0087] 例如，在许多实施例中，对施加给一个或多个电极730的功率进行调制，以使能在电极之间进行有差别的溅射。以该方式，在不移动基底720来完成期望沉积剖面的情况下，可以实现靶材沉积剖面768。因此，与现有技术中依靠基底720的移动来以期望剖面768对层722进行沉积的技术不同，本发明的数个实施例使能静态基底沉积，这减小了由传送器机构产生并被不希望地传送到移动基底表面的不希望有的粒子的可能性；由此就减小了在层722中电弧放电和掺杂的可能性。 [0088] 为了清楚起见，图7没有描绘可选的反馈线和传感器，但在许多实施例中，对层722的一个或多个特性（例如，形态、厚度、电阻、光学属性、膜应力、密度和/或粘附力等）进行监测，并且表示该特性的信息被反馈给DC电源740、DC电源742中的一个或全部并被用于调制施加给一个或多个电极730的功率，使得根据靶材沉积剖面768将物质沉积在基底 720上。 [0089] 在图7所描绘的示例性实施例中，DC电源740和DC电源742都被配置成施加所限定的双极DC电压和/或单极DC电压，以使来自电极740和电极742的物质以指定的靶材沉积剖面768沉积到沉积层722中。尽管图7所描绘的靶材沉积剖面768是具有均匀厚度的沉积剖面，但在一些实施例中，靶材沉积剖面768是具有非均匀厚度和/或非均匀成分的剖面。换句话说，在一些变型中，在靶材沉积剖面中的不同点处的厚度和/或成分是不同的。 [0090] 如图7中所示，虚线764说明了典型的锥形沉积剖面（也成为厚度衰减（thickness roll-off）），该典型的锥形沉积剖面在没有本文中描述的技术的情况下在基底720的边缘附近偏离均匀厚度的沉积剖面768。基底的边缘容易产生厚度衰减，这是因为在基底720的边缘附近的电极（比如图7中所示的电极752）不具有可以有助于在边缘进行沉积的邻近电极。 [0091] 在许多变型中，根据被限定为实现产生沉积剖面768的溅射的脉冲参数值（例如，限定占空比、脉冲宽度、脉冲幅值等的参数值）来产生施加给每个电极730的DC脉冲。例如，在许多情况下，对施加给电极752和电极754的DC脉冲（例如，负DC脉冲和/或正DC脉冲）进行协调，以在基底720的边缘实现基本上均匀的沉积（例如，不具有锥形的沉积剖面）。 [0092] 例如，电极752作为阴极的时间可以比电极754作为阴极的时间长。而且，在电极752作为阴极时输送给电极752的DC功率脉冲的功率水平可以比电极754作为阴极时输送给电极754的DC功率脉冲的功率水平高。图8A和图8B是说明了根据本发明的示例性实施例，从图7所示的DC电源740分别输送给电极752和电极754的DC脉冲的示意性曲线图。 [0093] 如图中所示，图8A和图8B说明了在其各自纵轴上的DC电压，以及在其各自横轴上向右增加的时间。这些曲线图说明了当在指定时间段持续将具有指定极性的DC脉冲输送给一个电极时，在相同的时间段期间将具有相反极性的DC脉冲输送给另一个电极，这是因为将探针的正端子设在纵轴上标注的电极上而将负端设在该对电极的另一个电极上来进行测量。 [0094] 例如，从时间P1开始，将电压为+x的正DC脉冲从DC电源740输送给电极752并且持续一时间段882，并在该时间段882期间将电压为-x的负DC脉冲输送给电极754。类似地，从时间P2开始，将电压为-y的负DC脉冲从DC电源740输送给电极752并且持续一时间段884，并在该时间段884期间将电压为+y的负DC脉冲输送给电极754。 [0095] 在该实施例中，由DC电源740在时间段884期间输送的总功率小于时间段882期间输送的总功率。通过当电极752作为阴极时以更高的功率水平和持续更长的时间段输送正DC脉冲，在基底720边缘附近的沉积速率（例如，与电极752相对应的沉积速率）将高于与电极754相对应的沉积速率。 [0096] 再次参考图7，与DC电源740类似，在一些实施例中，DC电源742被配置为在电极760作为阴极时，向电极760输送比输送给电极756和电极758的DC脉冲具有更长的持续时间和更高的功率的DC脉冲。在一些实施例中，输送给电极760的DC功率脉冲的持续时间比输送给电极756和电极758的组合DC功率脉冲的持续时间更长。 [0097] 在一些变型中，一个电极与基底720和/或沉积层722的相对距离与另一个电极的不同。例如，电极752和电极754可以与基底720相距不同的距离，以便于对特定的沉积剖面（例如均匀靶材沉积剖面）的沉积。而在一些实施例中，基于电极与基底720和/或沉积层722的距离来限定施加给电极的脉冲（例如，占空比）。 [0098] 在一些实施例中，限定一个或多个电极730的大小（例如，宽度、高度）、形状（例如，环形、矩形）、和/或成分（例如，金属的特殊化学成分、金属化合物或陶瓷），以便于对特定沉积剖面的沉积。在一些实施例中，一个或多个电极730可以与电极730中的另一个相比具有不同的大小、形状和/或成分。在一些实施例中，基于电极的大小、形状和/或成分来限定施加给该电极的一个或多个脉冲（例如，占空比）。 [0099] 在一些实施例中，电极730中的两个包括不同的物质（例如，不同的靶材物质），可以对DC脉冲进行限定（例如，使用脉冲参数值来限定）并将该DC脉冲施加给由不同物质构成的电极730，以实现特定化学成分（例如，指定的化学计量）的沉积层722。一个示例是将靶材物质铟和锡与氧气和氩气进行组合以金属性溅射氧化铟锡。在一些变型中，这种形式的溅射被称作共溅射（co-sputtering），而该技术是吸引人的，因为它可以被用来沉积具有受控的物质混合物的膜。可以用它来控制化学计量，或因为化合物靶材物质难以进行溅射，或是价格昂贵，和/或难以形成。作为另一个示例，可以以约为1.66的折射率沉积Al2O3，并可以以约为2.4的折射率沉积TiO2。使用Al靶材和Ti靶材并且利用氧气作为反应气体的反应性共溅射处理在原则上能够沉积折射率在1.66到2.4之间的膜。 [0100] 在许多实施例中，在图7所描绘的实施例中的电极730由施加超低频DC脉冲的两种不同的DC电源740、742来供电，并且因此，在一些实施方式中，DC电源740、742是负载匹配的。换句话说，可以协调由DC电源740、742产生的DC脉冲，以例如减少等离子体电弧放电，根据靶材沉积剖面增加沉积控制，并减少等离子体溅射室710内的热不一致性。 [0101] 通过另外的示例的方式，在一些变型中，DC电源740、742被配置为输送DC脉冲，以使得电极754和电极756不同时作为阴极，从而避免在位置774处同时沉积来自于电极754和电极756的物质。在一些变型中，DC电源740和DC电源742被配置为输送DC功率脉冲，以使得电极754和电极756同时作为阴极或作为阳极。 [0102] 尽管在该实施例中电极730接收来自于两个不同的DC电源740、742的脉冲，但在一些实施例中，该电极接收来自于单个DC电源的功率脉冲，该单个DC电源例如在功率控制部件中包括多相桥，该功率控制部件控制和/或限定DC脉冲中功率的分配。该类型的配置形式可以被称作多磁控管配置，并且在一些实施方式中，电极730接收来自于大于两个的DC电源（例如，每个电极一个DC电源）的DC功率脉冲。而在其他实施例中，在非相邻电极之间限定/协调DC脉冲。 [0103] 图9是说明了根据本发明实施例的等离子体溅射室910的示意性方框图，等离子体溅射室910被配置为接收由DC电源930施加的DC脉冲。DC电源930被配置为基于由传感器940产生的至少一个处理反馈信号（例如，与传感器测量值相关联的信号，比如电压信号或电流信号），来调节输送到等离子体溅射室910的DC功率脉冲。 [0104] 处理器936被配置为接收来自传感器940的反馈信号，并基于该反馈信号触发对DC电源930施加给等离子体溅射室910的一个或多个DC脉冲的调节。等离子体溅射室910被用来溅射在等离子体溅射室910内沉积的在基底920上的沉积层922。在一些实施例中，沉积层922与薄膜晶体管处理相关联。尽管传感器940被描绘成在溅射室910内，但这当然不是必须的，而任何普通技术人员应当认识到，在一些实例中，传感器940可以位于室的外面。 [0105] 在一些实施例中，处理器936被配置为向传感器940询问反馈信号。在一些实施例中，传感器940被配置为，当检测到例如与传感器940有关的传感器测量值（例如，电压信号）的变化时，就将反馈信号发送给处理器936。在一些实施例中，处理器936被配置为周期性地或随机地接收来自传感器940的反馈信号，并当监测的参数中出现变化时（例如，超过阈值条件的变化），触发由DC电源930输送的DC功率脉冲的一个或多个变化。 [0106] 在一些实施例中，传感器940是厚度监测设备（例如，电气和/或光学测量设备），该厚度监测设备被配置为监测沉积层922的厚度，并将表示该厚度的信息发送给处理器936。在一些实施例中，传感器940被配置为监测沉积层922的部分（例如，指定区域、特殊位置）的厚度，并基于来自传感器的该信息，处理器936被配置为对DC电源930施加给一个或多个电极952、954、956的功率进行调制。在一些实施方式中，处理器936被配置为对用来限定一个或多个DC脉冲的一个或多个脉冲参数值进行修改。在一些实施方式中，传感器 940是压力传感器、沉积速率传感器、电导率传感器或温度传感器。 [0107] 在一些实施例中，多个传感器（未示出）被配置为将反馈信号发送给处理器936，而处理器936被配置为基于反馈信号的组合来改变DC脉冲。在一些实施方式中，一个或多个反馈信号与沉积层922中的不同空间位置相关联，而处理器936被配置为在必要时对与每个空间位置相对应的DC脉冲进行调节。 [0108] 在一些实施方式中，处理器936被配置为基于一个或多个反馈信号（例如，沉积速率反馈信号、温度反馈信号、压力反馈信号），来改变（例如，调节）或触发与DC脉冲相关联的脉冲参数值（例如，存储器（未示出）中所存储的）的变化，以引起DC脉冲的变化。例如，处理器936可以被配置为基于来自一个或多个传感器的一个或多个反馈信号，从脉冲参数值数据库中选出存储器中存储的一组或多组脉冲参数值。在一些可替代的实施例中，处理器936被配置为使用存储器中存储的等式（例如，算法）来计算应该施加给一个或多个电极的DC脉冲的特性（例如，基于来自传感器940的反馈）。在一些实施方式中，通过改变和/或管理（例如，控制）电流、占空比和/或电压来调节施加给一个或多个电极952、954、956的DC功率脉冲。 [0109] 作为示例，在一些实施例中，采集与DC脉冲有关的数据，并用这些数据来计算用于一个或多个电极952、954、956的平均溅射功率，并调节DC脉冲以在指定的时间段内保持指定的平均溅射功率。在许多实施例中，指定的平均溅射功率与一个或多个电极相关联，而在一些实施例中，基于期望的靶材沉积剖面来限定平均溅射功率阈值或平均溅射功率条件。 [0110] 尽管处理器936在图9中被示出为独立部件，但在一些实施方式中，作为DC电源930或传感器940的部分来包括处理器936（或处理器936的功能）。在一些实施例中，处理器936包括可以是在处理器936中执行的硬件模块和/或软件模块的一个或多个模块。 [0111] 图10是描绘了根据本发明的实施例，由来自一个或多个传感器的一个或多个反馈信号触发的DC脉冲的示例性变化的曲线图。应该认识到，图10描绘的脉冲调制仅仅是示例性的可以被执行以实现期望的沉积剖面的脉冲调制类型（例如，脉冲宽度和幅值），并且特殊的调制可能取决于许多因素（例如，靶材物质、电极间距、沉积剖面等）。此外，在一些实施例中，执行脉冲调制以实现特定的靶材利用（例如，优化靶材物质利用）。如图所示，该曲线图在y轴上示出DC电压，而在x轴上示出向右增加的时间。 [0112] 如图10中所示，响应于第一时间段1002和第二时间段1004之间的反馈信号，在时间Q1处调节DC脉冲。在第一时间段1002期间，正DC脉冲1020的脉冲高度为A并且脉冲宽度为1022，而负DC脉冲1030的脉冲高度为D并且脉冲宽度为1032。在时间段1004期间，正DC脉冲1040的脉冲高度为B且脉冲宽度为1042，而负DC脉冲1050的脉冲高度为C且脉冲宽度为1052。 [0113] 如所描绘的，在第二时间段1004期间，正DC脉冲1040的脉冲宽度1042大于第一时间段1002期间正脉冲1020的脉冲宽度1022，并且，第二时间段1004期间脉冲的脉冲高度B小于第一时间段1002期间正脉冲1020的脉冲高度A。 [0114] 接下来参考图11，图11所示的流程图说明了根据本发明的实施例，用于响应于与沉积层相关联的属性（也可以称作特性）来调节DC脉冲的方法。如所示出的，首先，依据一个或多个特性（例如，厚度、电阻、光学属性、膜应力、密度和粘附力）来限定基底上的沉积层的靶材沉积剖面（方框1100）。如已讨论的，靶材沉积剖面可以是具有指定化学成分的均匀或非均匀厚度的剖面，并且靶材沉积剖面可以在沉积层中不同位置处指定变化的化学成分。 [0115] 如所描绘的，在一些实施例中，基于靶材沉积剖面，针对等离子体溅射室内的至少一个电极来限定脉冲参数值（方框1110）。限定脉冲参数值以使得根据靶材沉积剖面来进行沉积。如已讨论的，在一些实施例中，可以在沉积期间计算脉冲参数值，而在其他实施例中，可以预先限定脉冲参数值并从表格来读取该脉冲参数值。 [0116] 一旦限定了脉冲参数值，就基于脉冲参数值将DC脉冲施加给电极，并响应于DC脉冲来在等离子体溅射室内点燃等离子体（方框1120和方框1130）。 [0117] 如所示出的，一旦点燃了等离子体，就在等离子体溅射室内的基底上形成沉积层（方框1140）。如之前在上文已经讨论过的，在许多实施例中，在形成沉积层时，基底被静止地保持在基本上一个位置上，而在其他实施例中，在沉积期间基底是移动的。 [0118] 如图11中所描绘的，在许多实施例中，在正形成沉积层的时候期间接收表示与沉积层相关联的属性（例如，厚度、电阻、化学成分、光学特性、膜应力、密度、粘附力、温度和/或室内压力）的信息（方框1150）。 [0119] 响应于来自室的反馈，在许多实施方式中，基于接收到的信息和期望的靶材沉积剖面来调节脉冲参数值（方框1160）。例如，如果该属性为化学成分并且该信息表示沉积层的化学成分不同于与靶材沉积剖面相关联的指定靶材属性，则可以调节脉冲参数值，以使得溅射满足与靶材沉积剖面相关联的靶材属性。如所示出的，在对脉冲参数值进行了调节（方框1160）之后，基于调节后的脉冲参数值将DC脉冲施加给电极（方框1170）。 [0120] 接下来参考图12，图12所示的方框图描绘了功率控制器的另一个实施例。如所描绘的，等离子体电流注入器耦合到切换部件（例如，设置成一个或多个H桥结构的IGBT）。此外，功率控制器包括耦合到电弧管理部件的控制器、传感器（或多个）和栅极驱动部件。应该认识到，图12旨在合理地描绘示例性功率控制器的功能部件，而功率控制器实际上可以由几个集成的或分立的部件的组合来实现。 [0121] 还示出的是耦合到功率控制器的功率源和等离子体室。在该实施例中的功率源可以是电压源或是电流源，并且所预期的是，功率源可以包括多个电源，该多个电源工作在可以由各种因素确定的功率水平，这些因素例如是处理应用、电源有效性、控制考虑等。 [0122] 如所描绘的，可以根据溅射室内期望的效果而以各种不同的方式来实现溅射室内的电极。在一些实施方式中，具有既可以作为阳极也可以作为阴极的多个电极（例如，双极操作模式）。而在其他实施方式中，一个电极可以作为阴极，同时另一个电极可以作为阳极（例如，在单极操作模式中）。此外，当然预期了，溅射室本身可以作为电极（例如，阳极）。 [0123] 接下来参考图13，图13示出了图12中所描绘的等离子体电流注入器的示例性实施例的细节。如所描绘的，等离子体电流注入器耦合到切换部件（例如，IGBT）和功率源（例如，电流源或电压源）。为了简单起见，省略了功率源和切换部件的细节。 [0124] 如所描绘的，D1、D2、R3、L1和C1是等离子体电流注入器的部分，I1和R2表示功率源（例如，由先进能源工业公司（Advanced Energy Industries,Inc）提供的ASCENT电源的功率源）的部件。部件S1和部件V1表示切换部件（例如，以H桥式形式的IGBT），R1和C2表示等离子体负载。参考图13的同时参考图14和图15，图14描绘了在不具有等离子体电流注入器的情况下的电流波形特征，图15描绘了在具有等离子体电流注入器的情况下的电流波形特征。 [0125] 如所描绘的，通过注意到，紧跟在电压转变之后的电流并不是为零值，可以看出电流注入器的影响。在图15所描绘的波形中，估算出施加了大约为25A的峰值电流注入器值。 [0126] 在电压转变之后立即将额外的电流注入到等离子体中可以带来显著的沉积处理优点，有利的是，通过调整L1和C1的值来规划电流注入的幅值和持续时间。 [0127] 接下来参考图16，图16示出了耦合到DC源的功率控制器的又一个实施例。如图16中所描绘的，可以利用N个切换单元（例如，H桥单元）来提供期望的电流水平和/或期望的频率。 [0128] 在许多实施方式中，H桥是功率控制器的基本切换单元。由切换元件的技术限制限定了该单元的操作，并且，为了提高功率控制器的整体能力，集成N个单元以交互操作。例如，以交错模式操作这些单元允许切换频率近似提高的倍数为切换单元的个数（例如，N个单元允许最大频率增加到fmax=fmaxsingle×N）。 [0129] 并联模式中的切换也将盒的总输出功率提高了“M”倍（具有“M”个并联切换单元时），Po-total=M×Po-single。 [0130] 可以具有两种模式的组合，并调节该系统的操作以满足特殊的频率和功率需求。例如，具有“M×N”个单元将允许系统使“M”个并联单元交替运行“N”次，工作在频率fmax=fmaxsingle×N下，并且提供了输出功率Po-total=M×Po-single。 [0131] 接下来参考图17，图17示出了DC电源的示例性实施例。如图所示，在该实施例中，电源中的功率控制部分包括四个H桥切换单元、缓冲网络1780和功率控制部件1754。通常，功率控制部件1754被配置为控制H桥切换单元，以施加具有期望占空比和/或频率的DC功率脉冲，从而实现期望的处理效果。如本文中进一步讨论的，可以调整DC功率脉冲的频率，以实现期望的处理效果，该期望的处理效果包括期望的膜属性（例如，光学特性、电阻和应力）或处理特性（例如，溅射速率）。 [0132] 此外，可以调整所施加脉冲的占空比，以控制膜生长属性。例如，可以通过阴极上的平均功率密度和峰值功率密度来调节膜的生长。并且，等离子体的关断时间也可以影响生长。因此，为了期望的膜生长和诸如应力、光透射和电阻之类的属性，可以优化由这一架构来决定的占空比可变性。此外，如本文中进一步讨论的，还可以调整所施加脉冲的频率来实现诸如膜生长属性和电弧率（arc rate）之类的期望处理效果。 [0133] 如图所示，在DC电源输出端处感测电压和电流，以使表示各种处理效果（例如，膜属性和溅射速率）的等离子体阻抗的变化能够被监测并能够利用这些变化作为输入来控制频率和/或占空比，从而得到一个或多个期望的处理效果。 [0134] 接下来参考图18，图18示出了图17中所描绘的缓冲网络1780的示例性实施例。设计该示例性缓冲网络以相对于现有的缓冲器设计显著提高电弧率限制。如图所示，该示例性缓冲器包括缓冲器电容器的分压器设置，该分压器设置使电感器电流斜坡式下降（ramp down）斜率被显著增大。 [0135] 在操作中，在电弧状况期间，流过电感器L1的电流随着该时间间隔期间电感器L1两端的电压随时间的变化而斜坡式增大（ramp up）。例如，在C1的电容值等于C2的电容值并且等离子体处理电压为600伏时，每个电容器被充电到300伏（处理电压的一半）减去约为50伏的电弧电压，在该情况下，该时间间隔期间电感器两端的电压可以为大约250伏。 [0136] 在电弧状况后，流过电感器的电流随着该时间间隔期间电感器两端的电压随时间的变化而斜坡式下降。在该时间间隔期间电感器两端的电压大约为300伏（处理电压和D1、D2上电压降的一半）。已经发现，对于利用示例性缓冲器来避免电流斜坡式增大，可承受的最大电弧率大约为22kHz。 [0137] 该示例性缓冲器的有利特征在于，在重复电弧放电状况的情况下，缓冲器在每次随后电弧放电期间越来越少地向等离子体负载贡献能量。造成这种影响的主要原理是，随着来自C2的电荷经由电感器被转移到等离子体电弧中，C2两端的电压不断减小。 [0138] 参考图19，图19所示的流程图描绘了用于通过改变输出频率来控制处理效果（例如，膜属性、电弧率和溅射速率）的示例性方法，其中，可以与本文之前已公开的实施例结合来执行该方法。如图19所示，将DC功率脉冲施加给等离子体处理室的至少一个电极，以维持在基底上沉积膜的等离子体处理（方框1900）。并且在该方法中，监测等离子体的阻抗，这提供了对至少一种处理效果的状态的指示（方框1910）。处理效果可以包括一个或多个膜属性（例如，电阻、应力）；沉积速率；以及电弧的出现。 [0139] 对于膜属性，阻抗可能与诸如结晶度或化学计量之类的膜生长特性有关。这些与测量得到的膜性能有关并且包括诸如膜电阻率、光学属性（反射、吸收、透射）和膜应力等项目。有证据表明，如果溅射电压（阻抗）较低，则一些物质，例如ITO，在低温沉积期间呈现低电阻。并且联系到沉积速率，阻抗可以与沉积速率有关，存在两个主要原因。第一个是，如果电压足够用于溅射，则沉积速率与电流成比例。对于给定的输出功率，随着阻抗降低，电流增大。 [0140] 此外，电弧率影响等离子体阻抗。在反应处理期间，当处理处于氧化模式或减弱模式（poisoned mode）时，会有显著更高的电弧率。当操作在金属模式（氧气或反应气体不足）中时，电弧率减小。当在金属模式和减弱操作模式之间存在阻抗变化时，可以通过监测并保持期望阻抗来实现对电弧率的控制（减少）。 [0141] 如本领域的普通技术人员应当认识到的，可以通过具有电源输出端处的功率、电流和电压的任意两个值来计算等离子体的阻抗。 [0142] 如图所示，响应于所监测的阻抗，若有需要，调整DC功率脉冲的频率，以改变处理效果的状态（方框1920）。由于去除和/或反转施加给等离子体的功率（电压），造成脉冲式等离子体（和其频率）影响膜属性。在关断时间期间，可能改变膜性能属性的膜生长和结构可能存在变化。并且，电压的反转（例如，在每个周期期间）可以清除掉靶材表面上形成的电荷，还可以驱使离子进入基底，该离子也将影响膜生长。轰击基底的高能离子可以移除弱结合的物质，增加组装密度（packing density）、损害膜等。受所施加功率的频率影响的膜密度和晶体结构可能影响应力、电阻等的性能。 [0143] 在一些操作模式中，监测电弧率（方框1930），并增加所施加的功率的频率，直到电弧率减小到可接受的水平为止（方框1940）。例如，可以监测希望的处理效果（例如，膜应力或电阻）（例如，通过监测等离子体阻抗），并且可以增加所施加功率的频率，以在未不利地影响希望的处理效果的情况下减小电弧率。 [0144] 除了监测阻抗以外（或代替监测阻抗），在一些操作模式中，可以实施闭环控制，该闭环控制利用传感器来检测处理效果。例如，可以使用已知的技术来测量沉积膜的光学特性，该已知技术例如是等离子体发射监测器（其检测等离子体的颜色方面或化学计量）、氧气传感器（其借助于催化反应以电气方式检测室内的氧气含量）、或分光光度计（其通过以光学方式测量膜的反射或透射来测量膜性能）。 [0145] 在一些示例性操作模式中，闭环控制可以被用来保持反应溅射的工作点。例如，可以施加DC脉冲来操作等离子体室内的阴极，其中等离子体室最初只包括诸如氩气之类的惰性气体。然后，处理室中气态的双原子氧的百分比以小增量增大（例如，每次增大百分之一）。在这些增大步骤中的每次，可以记录下处理电压，并可测量一种或多种处理效果（例如，沉积速率、光学特性、应力、电阻等）。 [0146] 根据该数据，可以基于一种或多种期望的处理效果来限定“工作点”。例如，工作点可以是沉积速率和特定的膜属性的状态令人满意时的那个点，在该工作点处，可以获取并存储室内双原子氧的百分比以及处理电压。然后，可以增大或减小所施加的功率的频率，以便增大或减小工作电压以保持稳定的处理。 [0147] 接下来参考图20和图21，所示出的图20和图21是设置并配置为实现单极操作模式的等离子体室的示意性表示，并且是分别描绘了相关联的开关时序的图。如所描绘的，存在专用的阴极（例如，其不作为阳极）和专用的阳极（例如，室或内部电极，其不作为阴极）。并且如图21所描绘的，在该操作模式中施加给负载的电压的极性不交替变化。相反，在电压被拉到更大的负值之前，其接近和/或达到零。 [0148] 接下来参考图22，所示的图22是与双极操作模式相关联的切换时序，在双极操作模式中，两个或更多个电极既作为阴极也作为阳极（所以不需要专用的阳极）。在该操作模式中，每执行半个周期，则施加整数个脉冲。 [0149] 在该操作模式中，可以仅交错周期t2和t4，以减少每个开关的切换损耗，也可以利用整个电压的反转（t2变为t3，t4变为t1）来实施。 [0150] 接下来参考图23，所示的图23是具有电压反转的单极操作模式的切换时序，其可以与图17中所描绘的室/电极结构结合来利用。在该操作模式中，反向电势2109的加入有助于清除电荷，并且当被施加有具有足够幅值的电压水平2102时，反向电势2109减小，并且可以防止在靶材（或多个）上形成有害的结节（nodule）。 [0151] 例如，在陶瓷靶材的背景下，结节的形成几乎总是所关注的问题。这些结节为典型的氧化区域，该氧化区域被认为是由于对源于夹杂物和绝缘靶材区域的靶材物质进行优先溅射而导致的。向处理中添加氧气增加了形成结节的可能性。在太阳膜沉积中，铝掺杂氧化锌（AZO）对结节形成是特别敏感的。 [0152] 此外，为了在反向电势2109处于高水平时避免对室壁进行溅射，可以在相对较短的持续时间2108内施加反向电势2109。如所描绘的，示例性波形的周期2112还包括溅射部分2106（在其期间进行溅射）和恢复部分2110，在恢复部分期间通常没有足够的能量来支持溅射。 [0153] 参考图23的同时参考图24，图24是描绘了用于施加具有相对较高电压反转的功率的方法（例如，为了减少结节形成）的流程图。如图所示，在脉冲式DC功率的特定周期2112的溅射部分2106期间，将具有幅值2104的负电势施加给阴极并且持续第一持续时间。 在该第一持续时间期间，应用脉冲式功率的溅射部分2106实现了溅射（方框2400）。尽管在周期2112的溅射部分2106期间所施加的负电势的幅值2104必定可以变化，但在许多实施方式中，有效的幅值是500伏或600伏或在500伏到600伏之间的电压。 [0154] 如图所示，在周期2112的反向电势部分2109期间，将正电势施加给阴极并且持续第二持续时间2108，该第二持续时间2108小于周期2112的溅射部分2106的第一持续时间。在周期2112的反向电势部分2109期间所施加的正电势的幅值2102至少为负电势的幅值2104的百分之二十（方框2410）。例如，如果在周期2112的溅射部分2106期间所施加的负电势的幅值2104为500伏，则在周期2112的反向电势部分2109期间的正电势的幅值2102就至少为100伏。相反，用于施加反向电势（例如，用于电荷清除）的现有技术所施加的正电势的幅值基本上小于负溅射电压幅值的百分之二十。 [0155] 在其他的操作模式中，正电势的幅值2102至少为该周期的溅射部分2106期间所施加的负电势的幅值2104的百分之三十。而在其他的实施方式中，当正电势的幅值2102为该周期的溅射部分2106期间所施加的负电势的幅值2104的百分之一百时可以取得很好的结果。例如，当周期2112的反向电势部分2109期间的正电势为至少500伏，而周期2112的溅射部分2106期间所施加的负电势为500伏时，即使没有完全排除，也可以实现结节形成的大量减少。 [0156] 如图所示，在周期2112的恢复部分2110期间，施加恢复电势并且持续第三持续时间，恢复电势的幅值小于溅射部分2106期间所施加的负电势的幅值2104，也小于周期2112的反向电势部分2109期间所施加的正电势的幅值2102（方框2420）。因此，示例性波形的周期2112包括三个部分：溅射部分2106、反向电势部分2109和恢复部分2110。尽管预期到在周期2112期间也可以施加其他电势（以在一个周期期间建立多于三个的部分），但已经发现，控制这三个部分2106、2109、2110中的每个部分的持续时间使能了之前无法实现的过程控制水平。 [0157] 例如，可以改变溅射部分2106的持续时间以影响溅射速率，可以根据需要调整反向电势部分2109的持续时间以减少结节形成，并可以调整恢复部分2110以实现一个或多个期望的膜属性。如本文中之前已经讨论过的，可以改变周期2112的整个持续时间（以及由此的频率），以实现期望的处理效果，例如电弧管理、膜属性和溅射速率。通常，周期的频率典型地是在0和350kHz之间，但已发现大约150kHz的频率将提供期望的处理效果的合理平衡。 [0158] 尽管这三个部分2106、2109、2110中每一个的相对持续时间必定都是可调整的，但通常反向电势部分2109和恢复部分2110的合并持续时间要短于周期2112的持续时间的百分之五十，并且在一些实施方式中，反向电势部分2109和恢复部分2110的合并持续时间大约为周期2112的持续时间的百分之十。例如，在时间上，反向电势部分2109典型地在1微秒和10微秒之间，而恢复时间典型地在0和20微秒之间。 [0159] 如所描绘的，示例性开关时序在每个周期每个开关只需要一次开/关转变。应该注意到，如图所示通过在1-2开关对和0-3开关对之间循环t3钳位时间段（clamp period）可以减少切换损耗。 [0160] 接下来参考图25，所示的图25是与具有部分电压反转的双极脉冲包操作模式有关的切换时序。在该操作模式中，不需要任何专用阳极，这是因为将施加给电极的电压极性进行了反转（所以电极作为阴极和阳极）。如所描绘的，该波形是双极脉冲DC包操作与钳位期间的部分电压反转的组合。 [0161] 一些实施例涉及带有计算机可读介质（也称作处理器可读介质）的计算机存储产品，该计算机可读介质上具有指令或计算机代码，用于执行各种计算机实施的操作。该介质和计算机代码（也称作代码）可以是为了一个或多个特殊目的而专门设计和构造的。 [0162] 本领域的任何普通技术人员应当意识到，本文中所描述的实施例可以通过硬件、固件、软件和它们的组合进行任意组合来实现。在一些实施例中，利用非暂时的处理器可读介质来存储编码指令，以实现本文中所述的处理。处理器可读介质的示例包括，但并不限于：磁存储介质（例如硬盘、软盘和磁带）；光存储介质，例如光盘/数字视频光盘（“CD/DVD”）、只读光盘存储器（“CD-ROM”）和全息设备；光磁存储介质，例如软式光盘；载波信号；和被专门配置为存储和执行程序代码的硬件设备，例如专用集成电路（“ASIC”）、可编程逻辑器件（“PLD”）、以及ROM器件和RAM器件。 [0163] 计算机代码的示例包括，但并不限于：比如由编译器产生的，微代码或微指令、机器指令，和使用解释器由计算机执行的含有上一层指令的文件。例如，可以使用Java、C++或其他面向对象的编程语言和开发工具来实施本发明的实施例。计算机代码的其他示例包括，但并不限于：控制信号、加密代码和压缩代码。 [0164] 总之，本公开除了别的之外描述了用于使用DC功率来进行基于等离子体的溅射沉积的方法和装置。本领域的技术人员可以容易地认识到，可以对本发明、其使用和其构造做出很多变型和替代，以实现与本文中所述的各实施例所实现的基本相同的结果。因此，本发明不限于已公开的示例性形式。许多变型、修改和替代结构都落入已公开的本发明的范围和精神内。 |
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