[发明专利]在衬底上RF溅射薄膜期间电弧检测和抑制的方法

说明书

技术领域

本文中公开的主题一般涉及在衬底上溅射薄膜的方法。更具体地说，本文中公开的主题涉及在衬底上溅射薄膜层期间的电弧抑制的方法。

背景技术

溅射沉积涉及从靶(即材料源)喷出材料以及将喷出的材料沉积在衬底上以形成薄膜。通过将RF或DC功率从电源耦合到等离子体，在沉积期间在溅射室中的靶与衬底之间保持等离子体放电，其中，靶充当在溅射期间具有负电位的阴极。

由于阴极上的电荷累积，有时在靶(即，阴极)与具有阳极电位的室中(例如，室壁、等离子体场、衬底、衬底垫层(substrate carrier)等)其它材料之间形成电弧。一旦形成后，电弧便能够持续被供应功率(经电源)并能够对靶造成严重损害。此类损害能够导致不均匀的层及制造过程中的延迟。

用于DC等离子体的电弧检测可用，并且通常在将在室内形成的任何电弧的影响降到最低方面表现良好。另外，在某些低频率AC溅射条件下，形成的任何电弧能够通过交替阴极的电压电位而自熄。例如，如果在阴极具有负电位时电弧确实形成，则在阴极交替到正电位时电弧能熄灭，且反之亦然。然而，在AC溅射条件的频率增大到高功率、高频率条件(例如，RF溅射)和/或用于氧化物或其它绝缘靶的溅射时，电弧能够且确实形成。这些电弧能够扰乱溅射过程，导致单个衬底上和连续制造过程的多个衬底之间薄膜的不均匀性，并损坏靶材料，增大溅射过程的成本。在不希望受限于任何特定理论的情况下，认为高频条件的性质由于变化的速度而阻止电弧在阴极的电位交替时自熄(即，高频波的短波长只给电弧留下极短的时期熄灭)。另外，在高频率操作的大面积沉积室中，阻抗匹配网络能够对电弧进行调谐，在仍保持等离子体的同时直接提供功率到电弧。用于大批量制造的这些连续沉积过程不能只依赖功率监视来检测和消除室中形成的电弧。同样地，由于等离子体即使在电弧形成后也得以保持，因此，监视DC偏置不可指示电弧。

因此，对于在RF溅射期间检测电弧的形成和将其对沉积过程的影响降到最低的方法的需要存在，尤其是在大规模、大批量制造过程中。

发明内容

本发明的方面和优点将部分在下面的描述中陈述，或者可从描述而显而易见，或者可通过本发明的实践而认识到。

在一个实施例中，概括公开了一种薄膜从半导体靶到衬底上的溅射期间电弧抑制的方法。根据该方法，交流(例如，在大约500kHz到15MHz的频率)从电源施加到半导体靶以在衬底与半导体靶之间形成等离子体。在从靶延伸的电弧形成时，能够检测到电弧特性(arc signature)，其中电弧特性由从初始溅射等离子体电压到电弧等离子体电压的减小的等离子体电压和从初始溅射反射功率到电弧反射功率的增大的反射功率来同时定义。在识别到电弧特性时，能够暂时中断从电源到半导体靶的交流以抑制从靶延伸的电弧。之后，能够从电源重新施加交流到半导体靶。在一个特定实施例中，能够利用该方法在玻璃上衬底(superstrate)上形成硫化镉薄膜层，例如在用于制造基于碲化镉的薄膜光伏器件的方法期间。

还概括公开了一种用于在薄膜从半导体靶到衬底上的溅射期间的电弧检测和抑制的溅射系统。该系统能够包括配置成接纳衬底和半导体靶的溅射室。连线到溅射室的电源能够将交流供应到半导体靶，在衬底与半导体靶之间形成等离子体。电力与溅射室之间的开关能够配置成在闭合时将交流供应到溅射室，并在打开时中断到溅射室的交流。一对传感器能够安置在溅射室内以在溅射期间测量等离子体电压和反射功率。

参照下面的描述和随附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入并构成此说明书一部分的附图示出本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在参照附图的说明书中陈述了针对本领域技术人员的本发明的全面和使能性的公开，包括其最佳模式，其中：

图1示出示范溅射室的截面图的一般示意图；

图2示出图1的示范溅射室一角的特写视图，其中，在靶与护罩(shield)之间形成电弧；

图3从图1的溅射室内示出靶的视图；

图4示出另一示范溅射室的截面图；

图5示出用于检测和抑制在图1的示范溅射室中形成的电弧的系统的一般示意图；

图6示出根据一个示例在电弧形成和随后电弧的抑制时电压电位的变化；

图7示出在一个示例中根据电弧的形成由减小的等离子体电压和增大的反射功率同时定义的示范电弧特性；

图8示出抑制从靶溅射期间形成的电弧的示范方法的流程图；