制造鍍有金屬的板狀基底的濺射源裝置、濺射系統以及方法

制造鍍有金屬的板狀基底的濺射源裝置、濺射系統以及方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有濺射源裝置的濺射系統，其用于改進基底（S）的涂層，該基底沿著其表面具有將要涂層的大深高比的通孔，所述系統包括第一DC脈沖操作的磁控管子源（1203）和第二框架形磁控管子源（1213），后者在系統中被布置在基底（S）和第一磁控管子源（1203）之間。第二磁控管子源（1213）可以用DC模式、脈沖DC模式由此也可以用HIPIMS模式來操作。第一磁控管子源（1203）有利地以HIPIMS模式來操作。基底（S）由Rf功率源（1253）所偏壓。
【專利說明】
制造鍍有金屬的板狀基底的濺射源裝置、濺射系統以及方法
技術領域
[0001] 本發明涉及關于借由物理氣相沉積(一般已知為PVD)來沉積層的領域。一種類型 的PVD為濺射沉積。因此，一種類型的濺射沉積技術為所謂的"磁控管濺射"。在低于大氣壓 條件下，稱為靶材的材料板受到展示能量出》1 eV的離子的轟擊。材料在其濺射表面自靶 材濺離，以用于隨后在基底上的沉積。磁控管濺射依靠輝光等離子體放電，其借由充當陰極 的靶材以及常借由在其中執行磁控管濺射工序的真空容器的接地零件實現的陽極之間的 電場來產生。通過磁體裝置在濺射表面上產生閉環的隧道形磁場使等離子體局部化并保持 接近靶材的濺射表面。此磁場迫使等離子體的電子處于閉環中。因此，磁控管磁場常被稱為 "電子陷阱"以及磁場"磁控管隧道"。由于等離子體在磁控管隧道自始至終均經局部化并保 持接近表面以及電子在磁控管隧道中被捕獲的事實，靶材的濺射表面主要沿著磁控管隧道 受到濺射的侵蝕。因此，一方面，靶材被純粹的利用，且另一方面，在將要鍍層的基底表面上 發生不均勻的鍍層分布，其"描繪"出磁控管隧道。此外，隨著靶材的侵蝕深度增加，基底表 面上的沉積變得越來越集中，其額外促成沿著將要鍍層的基底表面的不均勻的鍍層分布。
[0002] 如果磁控管隧道沿著靶材的濺射表面移動，則避免具有固定式磁控管隧道的磁控 管濺射的這個缺點，其可借由沿著靶材后側移動產生磁控管隧道的磁體裝置來實現。
[0003] 以下列方式進行沿著二維延伸的板表面的至少一個具有通孔的電氣隔離材料的 平坦、板狀基底的磁控管濺射鍍層是一項困難的任務，且當未鍍層通孔的深寬比（aspect ratio)，也就是說，深度對直徑的比越大則變得越加困難:一方面，鍍層的沿所述及的延伸 板表面的厚度分布至少大致上為均勻；以及另一方面，在借由這種通孔鍍層卻不因通孔在 入口處閉合而在通孔內產生孔洞的情況下使包括側壁及底部表面的通孔表面變成經鍍層 的。
[0004] 鑒于所述及的問題，本發明的目的在于改善制造鍍有金屬的板狀基底的濺射源裝 置、濺射系統以及方法，該板狀基底為電氣隔離材料，且沿著鍍有金屬的板表面具有也鍍有 金屬的通孔。
[0005] 此是借由一種濺射源裝置來實現的，其圍繞幾何軸線包括第一磁控管子源（sub-source)，其具有材料的第一靶材。靶材具有第一濺射表面，其限定垂直所述幾何軸線的平 面。
[0006] 定義 當我們述及借由表面（即濺射表面)所限定的平面時，我們述及借由二維軌跡所限定的 平面，相對于此二維軌跡的從所述及的表面的表面點開始的距離向量的平均值為零。
[0007] 第一磁控管子源包括第一磁體裝置，其位置鄰接第一靶材的背面。第一磁體裝置 可受驅動沿著第一派射表面移動，以便建立可沿著第一派射表面移動的移動閉環第一磁控 管磁場。
[0008] 濺射源裝置進一步包括第二磁控管子源，其具有所述及的材料的閉合、框架形的 第二靶材，其沿著第一靶材的周緣并與第一靶材電氣隔離。因此，事實上，第二靶材沿著第 一靶材的周緣圍繞第一靶材，因此，在沿著幾何軸線的徑向考慮時，第二靶材框架可與第一 濺射表面重疊或可將尺寸定為不與所述及的第一濺射表面重疊。
[0009] 第二靶材具有圍繞幾何軸線的第二濺射表面。
[0010] 第二磁控管子源包括第二磁體裝置，其沿著并鄰接第二靶材的背面，以便建立沿 著第二濺射表面的第二磁控管磁場。
[0011] 在可與隨后述及的源實施例的任一項結合的濺射源的一個實施例中，除非矛盾， 否則第一靶材為平面及/或圓形。因此，同樣鑒于具有必須由源進行濺射鍍層的通孔的基底 的常見形狀，所述及的濺射源可利用最常用的靶材形狀。
[0012] 在可與之前述及的實施例及將要述及的源裝置的實施例的任一項結合的濺射源 裝置的另一實施例中，除非矛盾，否則第二濺射表面在含有幾何軸線的剖面中限定一對大 致筆直的線。
[0013] 在可與之前述及的實施例及將要述及的裝置的實施例的任一項結合的濺射源裝 置的另一實施例中，除非矛盾，否則第二濺射表面圍繞幾何軸線所限定表面，其平行幾何軸 線，且因此例如為圍繞所述及的幾何軸線的圓柱形表面，或者其垂直幾何軸線，且因此特別 是背離第一濺射表面或為在沿著幾何軸線及遠離第一濺射表面的方向中開口的圓錐形。
[0014] 在可與之前述及的實施例及將要述及的裝置的實施例的任一項結合的源裝置的 另一實施例中，除非矛盾，否則濺射源裝置在第一濺射表面及第二濺射表面之間包括金屬 框架，其沿著第一濺射表面的周緣及沿著第二濺射表面延伸。因而配置在第一濺射表面及 第二濺射表面之間的金屬框架可操作作為陽極，且因此與第一以及第二靶材電氣隔離。或 者，金屬框架可在浮動電位上進行電氣操作，且因此與第一以及第二靶材電氣隔離。在第三 替代例中，所述及的金屬框架可電氣連接至第二靶材。
[0015] 在可與之前述及的裝置的實施例及將要述及的裝置的實施例的任一項結合的濺 射源裝置的另一實施例中，除非矛盾，否則裝置包括框架形陽極，其在沿著幾何軸線及指向 遠離第一濺射表面的方向中設置為接續并沿著第二濺射表面。
[0016] 根據可與之前述及的裝置的實施例及將要述及的裝置的實施例的任一項結合的 濺射源裝置的另一實施例，除非矛盾，否則第二磁體裝置包括沿著第二靶材后側的磁體框 架。這些磁體的磁偶極設置在含有幾何軸線的剖面中。
[0017] 在可與之前述及的此裝置的實施例及將要述及的此裝置的實施例的任一項結合 的濺射源裝置的實施例中，除非矛盾，否則第二磁體裝置為相對于第二濺射表面固定以及 相對于此可受驅動移動的其中一種。因此以及在實施例中，磁體裝置可在位于含有幾何軸 線的剖面中的方向以及沿著第二濺射表面在相對于幾何軸線的方位角方向中移動。
[0018] 在良好的實施例中，這種移動借由蛇形形狀的移動、沿著第二濺射表面的擺動、自 第二濺射表面的一個邊緣至另一邊緣的擺動來實現。
[0019] 根據可與之前述及的裝置的實施例及將要述及的裝置的實施例的任一項結合的 濺射源裝置的另一實施例，除非矛盾，否則設有冷卻系統，其包括管路系統，以用于沿著第 一及沿著第二靶材的冷卻介質，該冷卻系統在一個實施例中包括用于第一靶材的第一冷卻 子系統及用于第二靶材的第二冷卻子系統。
[0020] 根據本發明的濺射系統包括濺射源裝置(即如上文述及的濺射源裝置），其可能根 據上文鑒于濺射源裝置所述及的其中一個或一個以上的實施例來加以建構。濺射系統進一 步包括功率源裝置，其在操作上可連接至第一及第二子源，其建構為以第一模式(其為脈沖 DC模式)操作第一子源以及以第二模式操作第二子源。
[0021] 定義 我們了解在"脈沖DC"的狀況下以脈沖方式施加功率。所得的功率脈沖列具有DC偏移。 因此，DC偏移可例如為脈沖振幅的一半，其導致不管脈沖列的占空比(duty cycle)為何，脈 沖"關斷(OFF)"位準實際上為零的脈沖列。
[0022] 在可與將要述及的此系統的任何實施例結合的濺射系統的實施例中，除非矛盾， 否則脈沖DC模式為HIP頂S模式。
[0023] 在剛剛述及的實施例的一個實施例中，功率源裝置以如下方式操作第一靶材:適 用于第一濺射表面的優勢范圍，因此，對2240 cm2的所述第一濺射表面的假定范圍而言變 得有效的是： ?電流脈沖的峰值:600至1000 A ?電流脈沖的長度：1〇〇微秒至200微秒 ?占空比，即脈沖開啟（0N)對脈沖關斷(0FH的時間比為5%至15%。
[0024] 在可與之前述及的系統實施例以及將要述及的這種實施例的任一項結合的所述 及的濺射系統的另一實施例中，除非矛盾，否則操作第二子源的第二模式為DC模式或另一 脈沖DC模式。
[0025] 在可與之前述及的系統實施例以及將要述及的這種實施例的任一項結合的濺射 系統的另一實施例中，除非矛盾，否則操作第二子源的第二模式為HIPIMS模式。
[0026] 在可與之前述及的系統實施例以及將要述及的這種實施例的任一項結合的濺射 系統的另一實施例中，除非矛盾，否則功率源裝置是可控制時間的，以便在第一時間跨度期 間建立所述第一模式以及在第二時間跨度期間建立所述第二模式，在其良好實施例中，所 述及的時間跨度為可調整的。
[0027] 在剛剛述及的實施例的另一實施例中，第二時間跨度在第一時間跨度開始之后開 始。
[0028] 在該實施例的另一實施例中，其中功率源裝置為可控制時間地以在第一時間跨度 及第二時間跨度期間建立相應的第一及第二模式，第一及第二時間跨度并未重疊。
[0029] 在剛剛述及的實施例的另一實施例中，時間控制功率源裝置操作下列的至少一 種：當致能第一模式時，操作第二靶材作為陽極；以及當操作第二模式時，操作第一靶材作 為陽極。
[0030] 在可與任一項之前述及的系統實施例或任一項將要述及的這種實施例結合的系 統的另一實施例中，除非矛盾，否則第一及第二靶材的其中一個在將第一及第二靶材的另 一個操作作為陽極時操作作為陽極，且反之亦然。
[0031] 在可與之前述及的系統實施例以及將要述及的系統實施例的任一項結合的濺射 系統的另一實施例中，除非矛盾，否則功率源裝置包括第一功率源，其在操作上連接至第一 靶材;及第二功率源，其在操作上連接至第二靶材。
[0032] 在可與之前述及的系統實施例以及將要述及的系統實施例的任一項結合的濺射 系統的另一實施例中，除非矛盾，否則系統進一步包括用于板狀基底的基底夾具。基底夾具 建構為在垂直幾何軸線的平面中夾持板狀基底。夾持在基底夾具中且將要進行濺射鍍層的 基底的表面面朝第一及第二靶材。
[0033] 在如剛剛述及的實施例中的濺射系統的另一實施例中，系統包括偏壓功率源，在 良好實施例中，其在操作上可連接至基底夾具的Rf偏壓功率源。
[0034] 在可與任一項已述及以及將要述及的系統實施例結合且其中提供基底夾具的濺 射系統的另一實施例中，除非矛盾，否則基底夾具系建構為沿著幾何軸線以及在第一濺射 表面及基底夾具上的板狀基底的將要進行濺射鍍層的表面之間并相對于沿著幾何軸線方 向考慮時外切第一濺射表面的圓的直徑D建立距離d，以便下列為有效的： 0.125D 彡d 彡0.5D。
[0035]在可與任一項已述及以及將要述及的這種實施例結合且包括基底夾具的另一系 統實施例中，除非矛盾，否則第一濺射表面重疊基底夾具上的板狀基底的周緣。
[0036]在可與任一項已述及的這種實施例結合且包括基底夾具的另一系統實施例中，當 沿著幾何軸線的方向考慮時，第二靶材設置為接續第一靶材，且由該基底夾具夾持的基底 設置為接續第二靶材。
[0037] 本發明進一步關于制造鍍有金屬的板狀基底的方法，基底為電氣隔離材料，且沿 著鍍有金屬的板表面具有通孔，通孔也鍍有金屬。所述及的制造方法包含通過如上文述及 的濺射系統以及可能根據一個或一個以上的所述及的實施例的這種濺射系統鍍層板狀基 底，基底為電氣隔離材料，且沿著至少一個板表面具有通孔。
[0038] 在可與任一項將要述及的方法變體結合的所述及的方法的變體中，除非矛盾，否 則電氣隔離材料板狀基底中的通孔在鍍層之前具有至少10:1的深寬比。
[0039] 在可與之前述及的方法變體以及將要述及的這種變體的任一項結合的方法變體 中，除非矛盾，否則具有通孔的板狀基底設置為垂直幾何軸線，藉此通孔面向第一濺射表 面。之后，通過第一濺射表面以金屬第一磁控管濺射鍍層基底，藉此以HIPMS模式操作第一 靶材，且第一磁體裝置以受驅動的方式沿著第一濺射表面移動。另外，通過第二濺射表面以 所述及的金屬第二磁控管濺射鍍層基底。
[0040] 在剛剛述及的系統變體的變體中，在第一時間跨度^期間建立第一濺射鍍層，并 中第二時間跨度^期間建立第二濺射鍍層。從而在下列模式的其中一個的中選定時間跨度 TlST2: ?當選為等范圍時，下列的其中一個占優勢： ^與!^同時建立 ^在!^開始之后以及結束之前開始 ^在!^結束時或之后開始 ^在!^開始之后以及結束之前開始 ^在!^結束時或之后開始 ?當選定Τι的范圍比T2長時，下列的其中一個占優勢： ^在!^之內 至少一部分的Τ2接續h的結束 至少一部分的T:接續T2的結束 ?當選定Τ2的范圍比Τι長時，下列的其中一個占優勢： ^在!^之內 至少一部分的h接續Τ2的結束 至少一部分的τ2接續Ti的結束 藉此，在當今實行的變體中，^于!^結束之時或之后開始 在其中利用第一及第二時間跨度的另一方法變體中，對第一時間跨度Ti期間的第一靶 材及第二時間跨度^期間的第二靶材的至少一個進行一次以上的操作。
[0041] 在可與已述及的方法變體及將要述及的這種變體的任一項結合的另一方法變體 中，除非矛盾，否則第二靶材借由DC模式、脈沖DC模式及HIPIMS模式的其中一個進行操作。
[0042] 在可與之前述及的方法變體及將要述及的這種變體的任一項結合的方法變體中， 除非矛盾，否則第一及第二靶材借由可控制輸出的共享功率源進行操作。
[0043]在剛剛述及的方法變體的變體中，共享功率源在操作上于第一及第二靶材之間互 連。
[0044]在剛剛述及的方法變體的變體中，共享功率源以HIPMS模式操作第一靶材，并以 DC模式、脈沖DC模式及HIPIMS模式的其中一個操作第二靶材。
[0045]在剛剛述及的變體的變體中，共享功率源以脈沖DC或以HIPIMS模式操作第二靶 材，從而在自濺射操作第一靶材轉變成濺射操作第二靶材時顛倒脈沖極性。
[0046] 在可與之前述及的方法變體及將要述及的這種變體的任一項結合的另一方法變 體中，除非矛盾，否則第二靶材在時間跨度中用作第一陽極，在此期間進行第一靶材的濺射 操作，且第一靶材在時間跨度中用作第二陽極，在此期間進行第二靶材的濺射操作。
[0047] 在可與之前述及的方法變體及將要述及的這種的這種變體的任一項結合的另一 方法變體中，除非矛盾，否則在濺射操作第一及第二靶材期間，將Rf偏壓功率施加至基底。 [0048]在剛剛述及的方法變體的變體中，施加不同的Rf偏壓功率至基底，以用于自第一 靶材濺射，之后則用于自第二靶材濺射。
[0049] 在可與之前述及的方法變體及將要述及的這種變體的任何一個結合的另一方法 變體中，除非矛盾，否則在該電氣隔離材料板狀基底上以及沿著板表面沉積的材料的厚度 分布借由調整第一時間跨度及第二時間跨度的比來進行調整，在第一時間跨度期間濺射該 第一靶材，并在該第二時間跨度期間濺射該第二靶材。
[0050] 在剛剛述及的方法變體的另一變體中，所述及的厚度分布在靶材壽命期間進行調 整。
[0051] 借助于示例及附圖，在本發明的不同方面下的本發明現將進一步予以解釋。這些 附圖顯示： 圖1 :HIP頂S沉積Ti的薄膜厚度分布隨著脈沖峰值功率變化而改變，來自2009美國真空 鍍膜協會(society of vacuum coaters) 505/856-7188,第52屆年度技術會議記錄，圣克 拉拉（Santa Clara)，CA，2009年5月9日至 14日，ISSN 0737-5921; 圖2概略地顯示由于DC濺射種子層而在10:1通孔中的不完整電鍍； 圖3概略地顯示使用HIP頂S-金屬離子一濺射種子層在10:1通孔中的完整電鍍； 圖4概略地顯示平面式磁控管源，其具有均勻的金屬離子通量及穹頂形的金屬原子通 量； 圖5概略地顯示平面式磁控管源，其具有均勻的金屬原子通量及碗狀的金屬離子通量； 圖6是類似圖2及3的圖，由于如圖5的減少的金屬離子通量，10:1通孔的電鍍在基底中 心具有不完整的填充； 圖7以部分切開的透視圖概略且簡化地示意關于實行根據本發明的制造方法的根據本 發明的濺射源裝置以及根據本發明的濺射系統的原理； 圖8在通用的濺射表面的放大圖中經由通過圖7的實施例中所用的一部分靶材的剖面 圖，以便解釋"由濺射表面所限定的平面"的定義； 圖9最概略及簡化地示意位于根據本發明以及如圖7中所例示的濺射源裝置處的第二 磁控管子源的第二靶材的實施例； 圖10是類似圖9的圖，是根據本發明以及如圖7中所例示的濺射源裝置中所用的第二磁 控管子源的第二靶材的另一實施例； 圖11仍是類似圖9或10的圖，是根據本發明以及如圖7中所例示的濺射源裝置中所用的 第二磁控管子源的第二靶材的又一實施例； 圖12以概略剖面圖且基于圖7的通用實施例概略且簡化地示意根據本發明的濺射系統 的實施例，其具有根據本發明的濺射源裝置，以用于操作根據本發明的制造方法； 圖13是類似圖12的圖，是根據本發明且基于圖7的通用實施例的用于操作制造方法的 濺射系統、濺射源裝置的另一實施例； 圖14仍是類似圖12及13的圖，為全部根據本發明且基于圖7的通用實施例的用于操作 制造方法的濺射系統及濺射源的又一實施例； 圖15仍是根據圖12至14的圖，為全部根據本發明且基于圖7的通用實施例的由制造方 法所用的濺射系統及濺射源裝置的另一實施例； 圖16在兩時間跨度具有相等長度的情況下，如在圖7至15的協助下所例示的交錯操作 第一及第二磁控管子源的時間跨度^及^的不同可能性； 圖17是類似圖16的圖，如果操作第一磁控管子源的時間跨度1^比操作第二磁控管子源 的時間跨度1~2長時有交錯的可能性； 圖18是類似圖16及17的圖，如果操作第二磁控管子源的時間跨度T2比操作第一磁控管 子源的時間跨度!^長時有交錯的可能性，如已在第7至15圖的協助下所例示； 圖19最通用且簡化地示意通過共享的雙極功率源操作如已在圖7至15協助下所例示的 第一及第二磁控管子源的另一實施例； 圖20是具有雙極功率供應的兩步驟程序實施例，藉此第一磁控管子源在時間范圍1^的 步驟1期間以脈沖模式進行操作，且第二磁控管子源在時間范圍Τ2的步驟2中以DC模式進行 操作； 圖21如在圖7至15的實施例中所例示的第一磁控管子源的第一靶材的侵蝕曲線，根據 示例1，第一靶材為平面及圓形； 圖22第二磁控管子源的第二靶材的侵蝕曲線，其根據圖11具有α=45°的斜率，并根據示 例1，內部及外部半徑分別為200及250mm; 圖23針對在30mm及130mm之間變化的TSD_R( =TDS)，根據圖21及22的曲線以及示例1，借 由第二磁控管子源的貢獻相對于第一磁控管子源的貢獻的不同比來予以最佳化的均勻性 曲線； 圖24仍是針對示例1且因此在圖21至23的背景下，第二磁控管子源對基底上的總薄膜 厚度的相對貢獻，其為了根據圖23的最佳化沉積曲線而用以針對在30mm及130mm之間變化 的TSD_R調整均勻性； 圖25是如具有變化系數C的敘述的公式(2)所述的屬于極線圖形式(未顯示）的濺射發 射曲線； 圖26是在系數C介于-1及1之間且仍根據示例1的情況下，針對靶材材料發射特性的用 于最接近30mm TSD_I^均勻性曲線； 圖27示出第二磁控管子源對總薄膜厚度的相對貢獻，其用以針對最接近30_的TSD_R 以及針對具有如示例1的介于-1及1之間的系數的靶材發射特性調整均勻性； 圖28是第二磁控管子源的第二靶材的侵蝕曲線，其根據圖11具有55°的角度α以及分別 為216及255mm的內部及外部半徑，如示例2; 圖29是借由將第二磁控管子源的效應迭加至第一磁控管子源的效應而最佳化的均勻 性曲線，其針對如示例2的在60_及100_之間變化的TSD_R; 圖30示出第二磁控管子源對總薄膜厚度的相對貢獻，其用以針對如示例2的介于60mm 及100mm之間的TSD_R調整借由迭加至第一磁控管子源的貢獻而最佳化的均勻性； 圖31是關于示例2的經計算的均勻性及迭加因子與TSD_I^^關系。
【具體實施方式】
[0052] 高功率脈沖磁控管濺射(HiP頂S、HIPMS)是用于薄膜的物理氣相沉積(PVD)的方 法，其基于磁控管濺射沉積。HIP頂S以低占空比（〈10%的開啟/關斷時間配量)在十分之幾微 秒范圍的短脈沖(脈沖）中使用kW. cm-2量級的極高的功率密度。相較于常用的磁控管濺射， HIP頂S的識別特征在于濺離金屬的高度離子化以及高速的分子氣體分解。使用常規的DC磁 控管濺射工序，濺離材料的離子化借由增加陰極功率來增加。其限制借由陰極及將要鍍層 基底的增加的熱負載來限定。HIPHIS在此時施加：由于小占空比，平均陰極功率保持在低功 率(1至10 kW)。此允許靶材在關斷時間冷卻下來，導致增加的工序穩定性。HIP頂S為特殊類 型的脈沖DC磁控管濺射。
[0053] HIP頂S(高功率脈沖磁控管濺射)的原理及其針對材料沉積至通孔，特別是TSV(硅 晶穿孔）中的應用已在例如 wo 08/071734 A2、TO 08/071732 A2、TO 09/053479 A2,以及 在"美國真空鍍膜協會505/856-7188,第52屆年度技術會議記錄，圣克拉拉，CA，2009年5 月9日至14日，ISSN 0737-5921"中敘述。
[0054]在后一篇文件中，其敘述針對給定的靶材、給定的靶材至基底距離及給定的用于 產生磁控管磁場的旋轉磁體，在增加脈沖峰值功率HIPMS放電時，薄膜厚度分布自平坦發 展為穹頂形。圖1顯示用于HIP頂S Ti沉積的薄膜厚度分布隨著脈沖峰值功率變化而改變。 圖1取自所述及的美國真空鍍膜協會505/856-7188，第52屆年度技術會議記錄，圣克拉拉， CA，2009年 5月 9日至 14日，ISSN 0737-5921。
[0055]例如為了致能稍后的電鍍，在如TSV(硅晶穿孔)的具有介于5:1及10:1之間或甚至 更高的高深寬比的通孔的底部中以及沿著其側壁存在提供足夠厚的層，特別是足夠厚的種 子層的需求。在通孔壁/底部上的沉積可因此由可為Ti或Ta的黏著或阻障層以及Cu種子層 構成，Cu種子層負責將用于電鍍的電流載送至通孔中。使用在接近的靶材至基底距離(TSD) 下工作的DC磁控管濺射設置，實際上不可能在如TSV的高深寬比的通孔中提供材料層并且 由此不能提供所述及的種子層，這是因為濺離材料(通常是金屬)的寬角分布所致。結果，稍 后的電鍍將導致如圖2所繪示的通孔的不完整填充。圖2最概略地顯示當跨晶片或基底（亦 即，自晶片邊緣通過晶片中心至相對的晶片邊緣)傳播時的通孔填充的程度。以黑色顯示的 區域沿著晶片且位于具有10:1深寬比的通孔內的區域，其分別借由電鍍以及已施加的DC磁 控管濺射種子層來覆蓋及填充。
[0056] HIP頂S工序可提供基底足夠高的離子通量，在所述及的示例中為足夠高的Cu離子 通量，以便如類似于圖2的圖示的圖3的示意圖中所示那樣可形成完整的電鍍。此可借由至 少300 kW的脈沖峰值功率結合增加的靶材基底距離(TSD)來達成。因此，所需的是在通孔內 側達成足夠均勻的層沉積，以便隨后在自基底周緣至基底中心的基底表面各處達成完整的 電鍍，如圖3概略所示。
[0057]本發明的一部分基于使用HIPMS工序的經驗，由于有限的靶材大小，對給定的具 有均勻金屬離子通量的磁控管濺射源而言，金屬原子通量朝靶材中心漸強，且朝靶材邊緣 或周緣漸弱。此概略地示于圖4。其中，最概略地，由于憑借磁控管磁場的等離子體5的濃度， 以HIP頂S操作的靶材1顯示為具有濺射表面3的侵蝕曲線。箭頭7概略地顯示沿著靶材1的濺 射表面3的金屬離子分布，而箭頭9指示金屬原子分布。可見到金屬原子通量為穹頂形。 [0058]因此，根據憑借HIPMS工序的圖4,由金屬離子的通量以及金屬原子的通量，金屬 離子通量的均勻性是最佳的。
[0059] 結果，基底表面上(亦即，在場中）的厚度輪廓變成穹頂形，同時通孔中的沉積在基 底表面各處皆是均勻的或甚至可顯示在朝基底邊緣或周緣設置的通孔中的增厚的沉積。
[0060] 本發明進一步基于第二認知。不同于針對圖4的解釋，沿著將要鍍層的基底的平坦 表面的厚度可針對均勻性改善，且因此穹頂形厚度分布可借由使用來自靶材的侵蝕曲線予 以補償，其導致接近靶材邊緣或周緣的濺射表面的增加的侵蝕。此可借由分別建構磁體裝 置及修改其沿著靶材后側的移動，亦即，借由適當地修改靶材與磁體裝置的相對移動（例 如，相互旋轉移動)來實現。
[0061] 該認知的不利事實在于磁控管源的靶材中心缺少等離子體密度，在濺射表面的中 心存在較少的金屬離子電流通量。此以類似于圖4的圖顯示于圖5。可見到在此情況下，金屬 離子分布變成如箭頭7所示的碗狀。因此，在此情況下，金屬原子通量的均勻性是最佳的，這 與金屬離子通量的均勻性相反。結果，如基底中心的具有10:1深寬比的通孔的高深寬比通 孔的電鍍變成不完整的。因此，如本發明人所認知的，要達成基底表面以及通孔表面兩者的 均勻覆蓋幾乎是不可能的。
[0062] 如已在上文討論的，使用容許沿著靶材邊緣或周緣侵蝕更多的磁體系統改善沿著 將要鍍層的基底的延伸表面的鍍層厚度分布的均勻性，但所具有的缺點在于離子密度輪廓 朝靶材邊緣更加集中，其可導致設置為鄰接基底中心的通孔表面的不完整覆蓋。使用非常 小的靶材至基底距離(TSD)是不可行的，因為可能會在鄰接靶材濺射表面的高密度等離子 體以及基底偏壓之間出現干擾。同樣地，針對如TSV的具有非常高深寬比（例如，10:1或更 大）的通孔，應使用高于HIP頂S濺射鍍層平坦基底所用的靶材至基底距離。與長距離拋鍍相 比，此可說成是"中距離拋鍍"，其中材料的方向性借由窄角濺射而非借由離子化材料來給 定。
[0063] 面對所述及的認知的另一選項應用針對具有將要鍍層通孔的基底范圍具有較大 直徑的靶材，其也可幫助校正基底上的鍍層沉積的均勻性。此選項的缺點如下： ?需要重且更加昂貴的靶材； ?為了達成相同的離子化程度，需要更多平均功率； ?較大的靶材導致撞擊在將要鍍層的基底表面上的材料的較寬的角分布。
[0064] 考慮到如圖5概略顯示的金屬離子及金屬原子分布，圖6以類似圖2及3的圖顯示在 10:1通孔中所得的電鍍，由于中心區域的減少的金屬離子通量，這在基底中心的通孔中是 不完整的電鍍。
[0065] 在圖7中，以透視、最概略且簡化的視圖顯示根據本發明的濺射源裝置、根據本發 明以及如根據本發明的制造方法中所用的濺射系統的一部分的原理。第一磁控管子源701 圍繞幾何軸線A包括第一靶材703,其為如金屬的材料。第一靶材703具有第一濺射表面705。 此第一濺射表面705限定平面E，其垂直幾何軸線A。如圖8所示，平面E可借由二維軌跡平面 來定義，二維軌跡平面的定義在于相對于該軌跡平面E的始于濺射表面705的所有點P的所 有距尚向量v的平均值為零。
[0066]回到圖7，第一磁控管子源701包括第一磁體裝置，其鄰接第一靶材703的背面709， 并可受驅動沿著第一濺射表面705移動，如借由驅動711概略顯示的那樣。因此，建立了移動 閉環第一磁控管磁場，如以虛線最概略地顯示于圖7中的H1。濺射源裝置進一步包括第二磁 控管子源713，其具有閉合、框架形的第二靶材715，其為與第一靶材703相同的材料，例如， 相同的金屬。閉合、框架形的第二靶材715沿著第一靶材703的周緣設置，并與第一靶材703 電氣隔離，如圖7中以虛線概略顯示的那樣。第二靶材715具有第二濺射表面717,其設置為 圍繞中心軸線A，且因此事實上形成圍繞該軸線A的環。第二磁體裝置719沿著且鄰接第二靶 材715的背面721而設置，并沿著第二濺射表面717建立了第二磁控管磁場，如圖7中由H2所 概略顯示的那樣，其沿著第二濺射表面717形成閉環，其圍繞幾何軸線A成環。
[0067]第一靶材703可為平面式，亦即，在材料濺離靶材之前限定平面式濺射表面705。
[0068] 另外，第一靶材703在視圖中可于沿著幾何軸線A的方向具有任何所需的形狀，但 在實施例中為圓形。而且，第二靶材715為環形。
[0069] 雖然第二濺射表面717的形狀可根據分別的應用做出選擇。在當今實行的實施例 中，所述及的濺射表面717在含有幾何軸線A的剖面中定義一對大致上的直線。在圖7中，該 含有幾何軸線A的剖面由平面E2顯示，從而定義第二濺射表面717的該對大致上的直線717' 的其中一個。
[0070] 此外，第二濺射表面717在實施例中可圍繞幾何軸線A定義表面，其平行幾何軸線 A，如圖9中概略顯示的那樣。
[0071] 另外，第二濺射表面717可垂直幾何軸線A，如圖10中概略顯示的那樣。因此，在良 好實施例中，第二濺射表面717背離第一濺射表面705。
[0072]或者，第二濺射表面717可為如圖11中概略顯示的圓錐形，其在沿著幾何軸線A的 方向中開口，指向遠離第一濺射表面705,如圖11中以箭頭Q指示的那樣。
[0073] 濺射源裝置的進一步的實施例以及關于制造方法的更多細節當借由下列更為詳 細的示例及圖式來解釋，因此所有這些示例及實現形式基于已在圖7的背景下解釋的濺射 源裝置的原理。
[0074] 除非相互矛盾，否則將在更詳細實施例的背景下敘述的特定特征可以任何組合與 圖7的實施例結合或應用至圖7的實施例。
[0075] 在如圖12至15的濺射源裝置的當今實行的形式中，第一磁控管子源借由平坦、脈 沖圓形磁控管源來實現。考慮到圖7,此意指靶材703為圓形及平面式。基底因而放置在距離 第一濺射表面超過1/8但小于1/2的圓形靶材直徑的距離處。
[0076]述及非圓形甚至可能不平坦的如圖7的靶材703,針對放置基底的更通用的規則介 于如圖7中所示的基底S，更精確地，介于將要鍍層的基底S的表面，以及第一濺射表面705之 間且沿著幾何軸線A測量的距離d應為 0.125D彡d彡0.5D， 其中D為沿著幾何軸線方向考慮時外切第一濺射表面705的圓形的直徑。
[0077] 如已示于圖7,在圓形靶材703的情況下，于第一靶材703及基底S之間的空間中設 置與圓形第一磁控管子源同心的環形第二磁控管子源。在當今實現的形式中，同心、環形的 第二磁控管子源的內徑大于圓形第一靶材的直徑。考慮到圖7,這述及實施例，其中一方面， 第一靶材703圍繞軸線A為圓形，且第二磁控管子源713繞軸線A為同心，且因此也為環形，因 此第一靶材703不會跟第二磁控管子源的第二靶材715重疊。如已述及，第二濺射表面717可 垂直或平行第一靶材703的第一濺射表面705,或者如亦已述及的，其可開口朝基底傾斜如 圖11的α，以便致能更佳的轉移因子以及避免第一磁控管子源及第二磁控管子源之間的交 叉污染。我們提及的是已在圖9至11的背景下予以解釋的實施例。
[0078]在如圖7的基底S上，借由在操作上通過如未顯示于圖7中的濺射系統的基底夾具 連接至基底S的Rf偏壓源723施加如典型的13.56 MHz的Rf偏壓功率，以產生用于加速如圖7 述及的所產生的金屬離子的偏壓電位。
[0079] 在圖12中顯示根據本發明的濺射系統的第一設置，利用如本發明以及在當今實行 的模式的其中一個的濺射源裝置。第一磁控管子源1201的第一靶材1203借由來自功率源 1210的脈沖DC功率進行操作，如處于HIP頂S模式中。
[0080] 第一靶材1203經水冷卻1241。第一磁體裝置1207沿著第一靶材1203的背面1209旋 轉，如箭頭w概略顯示的那樣。金屬框架1243設置為全部沿著第一靶材1203的周緣，并與其 電氣隔離。如此實施例所示以接地電位進行操作，金屬框架1243相對于第一濺射子源1201 以及第二濺射子源1213兩者用作陽極。
[0081 ] 第二磁控管子源1213如圖11概略所示般地建構。第二靶材1215與金屬框架1243電 氣隔咼。
[0082]第二靶材1215借由水冷卻系統1245來冷卻。第二磁體裝置1219為固定式。第二靶 材1215以來自DC產生器1247的DC功率進行操作。
[0083]在沿著軸線A且指向遠離第一濺射表面1205的方向中，接續第二磁控管子源1213， 設有另一金屬框架1249,其與第二靶材1215電氣隔離，并以接地電位進行操作，同樣用作陽 極。基底S駐留于基底夾具1251上。通過基底夾具1251，基底S通過Rf偏壓功率單元1253以Rf 偏壓功率進行操作。金屬框架1255事實上滿足共同定義基底S及兩個磁控管子源1201及 1213間的用于濺射鍍層的反應空間R的剩余部分。
[0084]回到圖7,因而提出在第一靶材703及第二靶材715之間設置金屬框架(在圖7中未 顯示），其與兩個靶材電氣隔離并操作作為陽極。在沿著軸線A及指向遠離濺射表面705的方 向考慮時，遵循圖12的實施例，在圖7的實施例中，在基底S及第二靶材715之間設有另一金 屬框架，其同樣與第二靶材715電氣隔離并操作作為陽極。如同樣于圖7中所述及的，基底S 以Rf偏壓功率進行操作。
[0085]第一靶材703可因此以脈沖DC功率進行操作，且第二靶材以DC功率進行操作。考慮 到第一磁體裝置707如已述及地那樣移動，第二磁體裝置719可為固定式。靶材715及703兩 者均借由冷卻系統進行冷卻，從而在實施例中，各自借由分開的冷卻系統進行冷卻，如借由 水冷卻系統。
[0086] 如同圖7的更為通用的第一磁控管子源701，圖12的實施例中的第一磁控管源1201 在當今實行的實施例中以脈沖DC功率，從而是以高峰值電流及低占空比進行操作，目的在 于產生濺離第一磁控管子源120U701的材料的大量金屬離子。如已述及的，此操作模式已 知為HIP頂S模式或HIPMS工序。如已述及的，在基底上更通用地施加偏壓功率，在基底為電 氣隔離材料的情況下，其必須是Rf偏壓功率。因此，金屬離子在具有高深寬比的如TSV的通 孔中加速。在如圖12所實行的實施例中，平坦磁控管、第一磁控管子源1201利用旋轉的磁體 裝置1207,其設計為致能靶材的全表面侵蝕以及產生如在圖4的背景下所指出的均勻金屬 離子通量。在如上文述及的靶材至基底距離的選定條件下，不須將旋轉的磁體裝置1207設 計為在基底S上產生均勻的沉積。
[0087]第二磁控管子源1213以DC磁控管模式運行。這也是操作圖1的第二磁控管子源713 的一種可能性。雖然如此，如圖12的實施例的第二磁控管子源1213以及如圖7實施例的713 可替代地以HIP頂S模式運行。
[0088]圖12的實施例中的第二靶材1215且還有圖7的實施例中的715的有限延伸使得分 別以固定方式操作第二磁體裝置1219及719成為可行，其最小化總濺射源裝置的復雜度及 成本。如果須將圖12的第二磁體裝置1219以及圖7的719構思為移動的磁體裝置，這可例如 借由提供磁體1257及類似磁體裝置719的磁體來實現，該磁體一方面可在根據圖7的平面E2 中上下移動，此外尚可沿著方位角方向移動，亦即，沿著分別的第二靶材的環移動，如在圖 12中借由方向a所概略述及的那樣。此導致分別的磁體1257沿著如圖12的第二濺射表面 1217或如圖7的717自第二濺射表面的成環邊緣至其另一成環邊緣的蛇形形狀、擺動式移 動。這種受驅動移動的第二磁體裝置1219'顯示于圖13的實施例中，除了可移動的第二磁體 裝置1219'之外，其與圖12的實施例相同。
[0089]如已述及的，在實施例中，如圖7的第二靶材715以及如圖12的1215具有自己的水 冷卻系統1245，如圖12所示，其能夠冷卻數kW的濺射功率。第一磁控管子源1201、701以脈沖 DC功率進行操作，從而在實施例中以HIPMS功率進行操作，而第二磁控管子源1213且因此 是713借由標準的DC功率供應進行操作。
[0090] 除了在第一磁控管子源1201及第二磁控管子源1213之間未設置作為陽極框架的 如1243的金屬框架之外，如圖14中概略顯示的實施例與圖12的相同。
[0091] 圖14的實施例可為空間在其中受限的應用中的良好實施例。
[0092]考慮到圖12的實施例，根據此實施例，第二靶材1415借由金屬框架零件1443來延 伸。除了這個與圖12的實施例的差異之外，圖12及圖14的兩個實施例是等同的。每當操作第 一濺射子源1401時，第二靶材1415與電氣連接至第二靶材1415或甚至以一塊金屬片制成的 金屬框架1443-起操作作為陽極。與金屬框架零件1443結合的第二靶材1415幾乎專有地僅 在第二磁體裝置1419所在從而是沿著靶材零件1415的位置濺離。
[0093]此實施例特別適用于滿足第一濺射源1401在此期間進行濺射操作的時間跨度h 以及第二磁控管子源1413在此期間進行濺射操作的時間跨度T2,其中兩時間跨度^及^并 未重疊。雖然如此，在Ti&T2確實重疊時，同樣有可能利用DC操作零件1415及1443作為陽 極。在分別的DC功率位準上，第二靶材1415且特別是金屬框架零件1443之后也可作用作陽 極，以用于第一磁控管子源1401的濺射操作，特別是在以HIP頂S模式操作時。
[0094] 在僅有第二磁控管子源1413進行操作的出自于^的時間跨度期間，一方面，金屬 框架1449用作陽極。此外，第一靶材1403可接著進行操作，以便用作用于第二磁控管子源 1413的陽極。
[0095] 圖15的實施例與圖12的實施例相符，因此，取代如圖12的實施例的用作接地陽極 的金屬框架1243,金屬框架1543以電氣浮動電位進行操作。因此，在第一磁控管子源1501及 第二磁控管子源1513之間實現浮動環間隔物1543。此可具有的優點在于脈沖濺射期間，電 子必須找到往更遠程陽極，即是金屬框架陽極1549以及可能是第二磁控管子源1513的靶材 1515的路。結果，離子更為徹底地萃取至等離子體容積，且可達成甚至更佳的通孔填充。 [0096]所有已敘述的特殊特征，特別是針對圖12至15敘述的那樣，如果沒有互相矛盾，則 可分開或以任何組合在如已通過圖7述及與例示的更通用的實施例中實現。
[0097]現應更詳細地述及根據本發明的濺射源裝置及濺射系統以及操作制造方法的操 作模式。如迄今特別是已經考慮到圖12至15所述及的，第一及第二磁控管子源兩者均具有 單獨的功率供應。第一磁控管子源以脈沖DC模式進行操作，從而特別是以非常高的電流脈 沖在低占空比下(也稱為HIP頂S模式)進行操作。
[0098] 對具有400mm直徑的平坦第一靶材而言，已提出施加介于100微秒及200微秒之間 的脈沖長度。當允許電流脈沖在接近100微秒內到達最大值，該最大值應位于600及1000A之 間的范圍內。占空比典型應位于5至15%的范圍內。如果革巴材大小不同于400mm直徑的圓形形 狀(其與2240cm 2的表面相符），分別的參數應適用于優勢表面范圍，因此，假設靶材表面為 400_圓形靶材的表面，將實現所述及的參數值。
[0099] 以至少兩步驟運行鍍層工序，特別是針對鍍層電氣隔離材料的板狀基底，其沿著 鍍有金屬的板表面具有通孔，且因此特別是在這種通孔具有至少10:1的深寬比時。在第一 步驟中，第一磁控管子源以HIP頂S模式進行操作，在第二步驟中，操作第二濺射子源。
[0100] 第一時間跨度h限定第一步驟一操作第一磁控管子源一的操作時間跨度，第二時 間跨度T2限定第二步驟濺射操作第二磁控管子源一的范圍。時間跨度。、^可具有分別所需 的長度，并可根據特定應用在時間上交錯。因此，根據圖16,兩個時間跨度TlST 2可具有相同 的范圍。之后，如圖16(a)，^及!^可同時建立，或者如圖16(b)，T2可在時間跨度^開始之后 以及結束之前開始，或者根據圖16(c)，T 2可在?\結束之時或之后開始，或者如圖16(d)，IV^ 在!^開始之后以及結束之前開始，或者如圖16(0，!^可在^結束之時或之后開始。
[0101] 圖17顯示如果扯他長時，TlST2的可能的時間關系。
[0102]類似地，圖18顯示當TsKTi長時，^及!^的可能的時間交錯。感覺不需要額外的說 明來讓技術人員了解圖17及18。
[0103] 在時間范圍Ti的步驟1期間，如圖7的701的第一磁控管子源以HIPMS模式操作，并 具有P1的平均功率。在持續時間τ 2的第二步驟中，如圖7的子源713的第二磁控管子源以DC 磁控管模式操作，并具有P2的功率的步驟1用于使最大量的離子化材料進入通孔，而具 有!^范圍的步驟2用于將薄膜調整為均勻厚度。兩步驟均以施加至基底的Rf偏壓功率運行。
[0104] 所述及的兩步驟處理的優點在于： a) 可使用第一磁控管子源的仍小的靶材大小，即使在靶材至基底距離增加的情況下也 是這樣（中距離）。 b) 由于借由HIPMS工序，在朝向基底邊緣的通孔中通常有更多材料，可平衡通孔中以 及沿著延伸的基底表面的均勻性。 c) 可借由互相調整時間跨度^及!^，非常簡潔地使用第二磁控管子源調整靶材壽命期 間的即將來臨的效應。 d) 雖然對步驟1的脈沖模式而言，Rf偏壓使金屬離子加速進入通孔，步驟2中借由第二 磁控管子源運行的連續模式產生工作氣體(如Ar)的大多數離子，其可用于背濺射通孔邊緣 上的懸突材料。
[0105]借由調整步驟時間TlST2的比，可調整基板上的層均勻性。借由控制離子Rf偏壓功 率，特別是在步驟2中，可調整背濺射的量，以移除通孔開口中的懸突邊緣。由于在步驟^期 間以HIPMS操作第一磁控管濺射子源時，必須達成高峰值電流，通常高工序壓力為當下首 選。相反地，步驟2中的背濺射工序優選地是以可輕易為DC磁控管濺射建立的較低壓力運 行。
[0106] 在一個實施例中，第一磁控管子源及第二磁控管子源可結合使用，并借由如圖19 概略顯示的一個雙極功率供應器1940來進行操作，同時操作如圖7的第一靶材703及第二靶 材715兩者。
[0107] 這種雙極功率供應器1940可制造為Η電橋，并可于市面上購得。在步驟1期間，針對 時間跨度!^，雙極源1940以單極脈沖DC模式運行，并具有在第一靶材703上的負極及處于Ρ1 的平均功率一或處于電壓設定點VI;隨后在具有時間跨度T 2的步驟2中，第二靶材715以單 極DC模式運行，并具有在靶材715上的負極及處于不同的電壓或功率設定點Ρ2,如圖20所 示。或者，使用雙極功率供應器1940,步驟2也可以HIP頂S模式使用反極性運行。
[0108] 另外，步驟1及步驟2可例如交替數次運行。如果步驟1在通孔開口中產生防止通孔 的進一步填充的懸突邊緣，以致一些間歇的背濺射為必要的時候，此可為有利的。
[0109] 示例 1 以400_的靶材直徑使用具有平坦圓形的第一磁控管子源的濺射源裝置。靶材至基底 距離TSD為140mm。基底具有300mm的直徑。環形第二磁控管子源具有第二靶材，根據圖11的 實施例，其具有α=45°的斜率、200mm的內部半徑及215mm的外部半徑，且設置在第一磁控管 子源的靶材與基底之間。圖21顯示第一靶材的侵蝕曲線，而圖22顯示第二靶材的侵蝕曲線。 [0110]已針對在30及130mm間變化的靶材至基底距離算沉積均勻性。針對基底上 自0.0至150.0mm的每一單獨半徑，第一磁控管子源的沉積貢獻d ps(r)及第二磁控管子源的 沉積貢獻drs(r)可迭加至所得的厚度dtcltal(r)。沉積曲線d tcltal(r)可因此借由第一及第二磁 控管子源的混合因子F來予以最佳化：
[0111] 表1顯示在不同TSD_I^^計算后的沉積曲線連同用于第二磁控管子源源的迭加因 子F。均勻性曲線繪示于圖23，其顯示針對在30mm及130mm之間變化的如示例1的TSD_R，借由 第二磁控管子源貢獻相對第一磁控管子源貢獻的不同比予以最佳化的均勻性曲線。
[0112] 基底上的半徑，單位:mm
表1。
[0113] 圖24顯示第二磁控管子源的相對貢獻，用以為了最佳化的沉積曲線針對在30mm及 130mm之間變化的TSD_R調整均勻性。取決于第二磁控管子源的位置及基底上的半徑，第二 磁控管子源的相對貢獻在10%及70%之間變化。
[0114] 如所述及的圖24顯示第二磁控管子源對總薄膜厚度的相對貢獻，用以為了如圖23 所示的最佳化的沉積曲線針對在30_及130_之間變化的TSD_R調整均勻性。 上文的計算已經以所謂的余弦發射曲線執行。如技術人員已眾所周知的，濺射發射曲 線可借由下列敘述
[0115] 圖25顯示在極線圖中的典型用于濺射仿真中的模型化發射曲線，其中C自_1(所謂 的蝴蝶曲線)變化至C=l(已是稍具方向性的曲線）。大多數材料顯示C=0的發射曲線，稱為余 弦發射曲線。現可能引發爭議的點在于第二磁控管子源可對濺射發射曲線的性質敏感，特 別是對所述及的第二磁控管子源及第一磁控管子源的靶材間的短距離而言。因此，已針對 30mm的TSD_R以及C介于-1及+1之間的發射曲線重復進行模擬。沉積均勻性曲線繪示于圖 26,其顯示在-1及+1之間變化的C的非常小的效應。圖26顯示針對如示例1的介于-1及1之間 的靶材材料發射特性，用于最接近30_的TSD_I^^均勻性曲線。
[0116] 圖27顯示第二磁控管子源的相對貢獻，用以針對最接近30mm的TSD_R以及針對介 于-1及+1之間的靶材材料發射特性調整均勻性。
[0117] 示例1已顯示用于第二磁控管環形源的迭加因子F看起來相當高。其原因在于第二 磁控管子源的僅接近18mm的窄侵蝕曲線，相對于為平坦源的第一磁控管子源的靶材壽命， 其承受相當有限的靶材壽命的風險。
[0118] 示例2現使用相同的第一磁控管子源一具有400mm的靶材直徑及如圖21所繪示的 侵蝕曲線的平坦源。TSD_R也為140mm。不過，在此示例中，第二磁控管子源的第二靶材相對 基底傾斜α=55°，且侵蝕軌跡具有210mm的內部半徑及248mm的外部半徑，如圖28所示。因此， 使用在濺射表面間具有α=55°以及具有216及255mm的半徑的靶材。突出于第二磁控管子源 的環形靶材的表面上的侵蝕曲線接近46mm。通常可借由移動磁體或借由磁輒設計的任一者 來達成寬侵蝕曲線，其在濺射表面上提供平坦磁場，從而導致寬侵蝕曲線。 表2。
[0119] 在表2中，列出針對在60mm及100mm之間變化的TSD_I^^計算后的均勻性曲線，如借 由用于第二磁控管子源的不同的迭加因子F所最佳化的。圖29顯示針對60mm及100mm之間的 TSD_R的借由第二磁控管子源及第一磁控管子源的效應的迭加予以最佳化的均勻性曲線。 在圖30中，顯示用以調整最佳均勻性的第二磁控管子源對基底上的總薄膜厚度的相對貢 獻。計算后的均勻性及用于示例2的迭加因子對TSD_I^^關系繪示于圖31。
【主權項】
1. 一種濺射源裝置，所述濺射源裝置： 包括第二磁控管子源，所述第二磁控管子源具有所述材料的閉合框架形的第二靶材并 沿著所述第一靶材的周緣并與所述第一靶材電氣隔離，所述第二靶材具有設置為圍繞所述 幾何軸線的第二濺射表面，第二磁體裝置沿著且鄰接所述第二靶材的背面，以便沿著所述 第二濺射表面建立第二磁控管磁場； 圍繞著幾何軸線包括具有材料的第一靶材的第一磁控管子源，其具有限定垂直于所述 幾何軸線的平面的第一濺射表面，并包括第一磁體裝置，所述第一磁體裝置鄰接所述第一 靶材的背面并能夠受驅動沿著所述第一濺射表面移動，以便建立能夠沿著所述第一濺射表 面移動的移動閉環第一磁控管磁場。2. 如權利要求1所述的濺射源裝置，其中，所述第一靶材為平面及圓形中的至少一種。3. 如權利要求1或2中任一項所述的濺射源裝置，其中，所述第二濺射表面在含有所述 幾何軸線的剖面中限定一對大致上筆直的線。4. 如權利要求1至3中任一項所述的濺射源裝置，其中，所述第二濺射表面圍繞所述幾 何軸線限定表面，其是平行所述幾何軸線、垂直所述幾何軸線的其中一種情況，且因此優選 地是背離所述第一濺射表面并為圓錐形、在沿著所述幾何軸線的方向中開口以及指向遠離 所述第一濺射表面。5. 如權利要求1至4中任一項所述的濺射源裝置，其在所述第一濺射表面及所述第二濺 射表面之間包括金屬框架，其沿著所述第一濺射表面的所述周緣以及沿著所述第二濺射表 面延伸，所述金屬框架為下列情況中的一種： 可操作作為陽極并與所述第一及所述第二靶材電氣隔離； 電氣上可以在浮動電位上進行操作并與所述第一及所述第二靶材電氣隔離； 可電氣連接至所述第二靶材。6. 如權利要求1至5中任一項所述的濺射源裝置，其包括框架形陽極，其在沿著所述幾 何軸線并遠離所述第一濺射表面的方向中設置為接續、鄰接及沿著所述第二濺射表面。7. 如權利要求1至6中任一項所述的濺射源裝置，所述第二磁體裝置包括沿著所述第二 靶材的所述背面的磁體框架，所述磁體的磁偶極設置在含有所述幾何軸線的剖面中。8. 如權利要求1至7中任一項所述的濺射源裝置，所述第二磁體裝置是相對于所述第二 濺射表面固定和相對于所述第二濺射表面可受驅動移動中的一種情況，所述移動優選地在 沿著位于含有所述幾何軸線的剖面的方向以及沿著所述第二濺射表面以相對于所述幾何 軸線的方位角方向上。9. 如權利要求1至8中任一項所述的濺射源裝置，所述濺射源裝置包括冷卻系統，所述 冷卻系統沿著所述第一及沿著所述第二靶材包括用于冷卻介質的管路系統，所述濺射源裝 置優選地包括用于所述第一靶材的第一冷卻子系統以及用于所述第二靶材的第二冷卻子 系統。10. -種濺射系統，所述濺射系統包括如權利要求1至9中任一項所述的濺射源裝置并 包括功率源裝置，所述功率源裝置在操作上能夠連接至所述第一及所述第二磁控管子源， 并建構為以第一模式操作所述第一子源并以第二模式操作所述第二子源，所述第一模式為 脈沖DC模式。11. 如權利要求10所述的濺射系統，其中所述脈沖DC模式為HIPIMS模式。12. 如權利要求11所述的濺射系統，其中所述功率源裝置按照以下方式操作所述第一 靶材： 適用于所述第一濺射表面的優勢范圍，因此，對2240 cm2的所述第一濺射表面的假定范 圍而言，以便以下情況是有效的： 電流脈沖的峰值:600至1000 A 電流脈沖的長度：100微秒至200微秒 占空比，即脈沖開啟對脈沖關斷的時間比:5%至15%。13. 如權利要求10至12中任一項所述的濺射系統，所述第二模式為DC模式或另一脈沖 DC模式。14. 如權利要求10至13中任一項所述的濺射系統，所述第二模式為HIP頂S模式。15. 如權利要求10至14中任一項所述的濺射系統，其中所述功率源裝置是可控制時間 的，以便在第一時間跨度期間建立所述第一模式并在第二時間跨度期間建立所述第二模 式，因此優選地，所述時間跨度為可調整的。16. 如權利要求15所述的濺射系統，其中所述第二時間跨度在所述第一時間跨度開始 之后開始。17. 如權利要求15或16中任一項所述的濺射系統，其中所述第一及第二時間跨度并未 重疊。18. 如權利要求17所述的濺射系統，所述時間控制功率源裝置操作下列情況中的至少 一種：當致能所述第一模式時操作所述第二靶材作為陽極、以及當操作所述第二模式時操 作所述第一靶材作為陽極。19. 如權利要求10至17中任一項所述的濺射系統，其中所述第一及第二靶材的一個在 時間跨度期間操作作為陽極，所述第一及第二靶材的另一個則操作作為陰極，且反之亦然。20. 如權利要求10至19中任一項所述的濺射系統，其中所述功率源裝置包括第一功率 源及第二功率源，所述第一功率源在操作上連接至所述第一靶材，所述第二功率源在操作 上連接至所述第二靶材。21. 如權利要求10至20中任一項所述的濺射系統，其進一步包括用于板狀基底的基底 夾具，所述基底夾具建構為在垂直所述幾何軸線的平面中夾持板狀基底，夾持于所述基底 夾具中且將要進行濺射鍍層的所述基底的表面面向所述第一及第二靶材。22. 如權利要求21所述的濺射系統，其包括偏壓功率源，優選地是Rf偏壓功率源，所述 功率源在操作上能夠連接至所述基底夾具，且優選地在進行所述第一磁控管子源的濺射操 作時產生第一 Rf功率位準，并在進行所述第二濺射子源的濺射操作時產生第二、不同的Rf 功率位準。23. 如權利要求21或22中任一項所述的濺射系統，其中所述基底夾具建構為沿著所述 幾何軸線在所述第一濺射表面及所述基底夾具上將要進行濺射鍍層的板狀基底的表面之 間以及相對于沿著所述幾何軸線的方向考慮時外切所述第一濺射表面的圓的直徑D建立距 離d，以便下列是有效的： 0.125D<cK0.5D。24. 如權利要求21至23中任一項所述的濺射系統，其中，所述第一濺射表面與所述基底 夾具上的板狀基底的周緣重疊。25. 如權利要求21至24中任一項所述的濺射系統，其中，沿著所述幾何軸線的方向考慮 時，所述第二靶材設置為接續所述第一靶材，且通過所述基底夾具夾持的基底設置為接續 所述第二靶材。26. -種制造鍍敷有金屬的板狀基底的方法，所述基底為電氣隔離材料，且沿著鍍有金 屬的板表面具有通孔，所述通孔同樣鍍有金屬，所述方法包含沿著至少一個所述板表面并 借由如權利要求10至25中任一項所述的濺射系統來鍍層具有通孔的為電氣隔離材料的板 狀基底。27. 如權利要求26所述的方法，所述通孔在鍍層之前具有至少10:1的深寬比。28. 如權利要求26或27中任一項所述的方法，其包含以下步驟： 提供具有垂直所述幾何軸線的通孔的板狀基底，所述通孔面對所述第一濺射表面； 通過所述第一濺射表面以金屬進行所述基底的第一磁控管濺射鍍層，從而以HIP頂S模 式操作所述第一靶材并沿著所述第一濺射表面受驅動地移動所述第一磁體裝置； 通過所述第二濺射表面以所述金屬進行所述基底的第二磁控管濺射鍍層。29. 如權利要求28所述的方法，其包含在第一時間跨度^期間建立所述第一濺射鍍層、 在第二時間跨度!^期間建立所述第二濺射鍍層、及以下列模式的一種模式中選擇所述時間 跨度： 等范圍，則下列的一種占優勢： ^與!^同時建立 ^在!^開始之后以及結束之前開始 ^在!^結束之時或之后開始 ^在!^開始之后以及結束之前開始 ^在!^結束之時或之后開始 h具有比1~2長的范圍，則下列的一種占優勢： ^在!^之內 至少一部分的T2接續h的結束 至少一部分的T:接續T2的結束 Τ2具有比1^長的范圍，則下列的一種占優勢： ^在!^之內 至少一部分的h接續Τ2的結束 至少一部分的Τ2接續h的結束 因此，優選地是^在^結束之時或之后開始。30. 如權利要求29所述的方法，借此，濺射對下列的至少一種情況進行一次以上的操 作:在所述第一時間跨度Ti期間的所述第一靶材、以及在所述第二時間跨度T 2期間的所述第 二靶材。31. 如權利要求26至30中任一項所述的方法，其中，所述第二靶材借由DC模式、脈沖DC 模式、HIP頂S模式的一種進行操作。32. 如權利要求26至31中任一項所述的方法，其中，所述第一及所述第二靶材借由可控 制輸出的共享功率源進行操作。33. 如權利要求32所述的方法，所述共享功率源在操作上于所述第一及所述第二靶材 之間互連。34. 如權利要求33所述的方法，所述共享功率源裝置以HIP頂S模式操作所述第一靶材， 以DC模式、脈沖DC模式及HIPIMS模式的其中一種來操作所述第二靶材。35. 如權利要求34所述的方法，所述共享功率源以脈沖DC或以HIPMS模式操作所述第 二靶材，從而在從濺射操作所述第一靶材轉變成濺射操作所述第二靶材時顛倒脈沖極性。36. 如權利要求26至35中任一項所述的方法，其中，下列的至少一種情況占優勢： 在濺射所述第一濺射表面的時間跨度期間，所述第二濺射表面用作第一陽極表面； 在濺射所述第二濺射表面的時間跨度期間，所述第一濺射表面用作第二陽極表面。37. 如權利要求26至36中任一項所述的方法，借此，在濺射操作所述第一及所述第二靶 材期間，施加 Rf偏壓功率至所述基底，優選地是當濺射操作所述第一靶材時是第一Rf功率 位準，且當濺射操作所述第二靶材時是第二、不同的Rf功率位準。38. 如權利要求29至37中任一項所述的方法，當引用權利要求29時，借此，借由調整所 述第一及所述第二時間跨度的比來調整在所述板表面上以及沿著所述板表面沉積的材料 的厚度分布。39. 如權利要求38所述的方法，借此，在靶材壽命期間執行所述調整所述厚度分布。
【文檔編號】C23C14/35GK105940137SQ201480066677
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年12月3日
【發明人】J.維查特
【申請人】瑞士艾發科技