制造镀有金属的板状基底的溅射源装置、溅射系统以及方法

制造镀有金属的板状基底的溅射源装置、溅射系统以及方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有溅射源装置的溅射系统，其用于改进基底（S）的涂层，该基底沿着其表面具有将要涂层的大深高比的通孔，所述系统包括第一DC脉冲操作的磁控管子源（1203）和第二框架形磁控管子源（1213），后者在系统中被布置在基底（S）和第一磁控管子源（1203）之间。第二磁控管子源（1213）可以用DC模式、脉冲DC模式由此也可以用HIPIMS模式来操作。第一磁控管子源（1203）有利地以HIPIMS模式来操作。基底（S）由Rf功率源（1253）所偏压。
【专利说明】
制造镀有金属的板状基底的溅射源装置、溅射系统以及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及关于借由物理气相沉积(一般已知为PVD)来沉积层的领域。一种类型 的PVD为溅射沉积。因此，一种类型的溅射沉积技术为所谓的"磁控管溅射"。在低于大气压 条件下，称为靶材的材料板受到展示能量出》1 eV的离子的轰击。材料在其溅射表面自靶 材溅离，以用于随后在基底上的沉积。磁控管溅射依靠辉光等离子体放电，其借由充当阴极 的靶材以及常借由在其中执行磁控管溅射工序的真空容器的接地零件实现的阳极之间的 电场来产生。通过磁体装置在溅射表面上产生闭环的隧道形磁场使等离子体局部化并保持 接近靶材的溅射表面。此磁场迫使等离子体的电子处于闭环中。因此，磁控管磁场常被称为 "电子陷阱"以及磁场"磁控管隧道"。由于等离子体在磁控管隧道自始至终均经局部化并保 持接近表面以及电子在磁控管隧道中被捕获的事实，靶材的溅射表面主要沿着磁控管隧道 受到溅射的侵蚀。因此，一方面，靶材被纯粹的利用，且另一方面，在将要镀层的基底表面上 发生不均匀的镀层分布，其"描绘"出磁控管隧道。此外，随着靶材的侵蚀深度增加，基底表 面上的沉积变得越来越集中，其额外促成沿着将要镀层的基底表面的不均匀的镀层分布。
[0002] 如果磁控管隧道沿着靶材的溅射表面移动，则避免具有固定式磁控管隧道的磁控 管溅射的这个缺点，其可借由沿着靶材后侧移动产生磁控管隧道的磁体装置来实现。
[0003] 以下列方式进行沿着二维延伸的板表面的至少一个具有通孔的电气隔离材料的 平坦、板状基底的磁控管溅射镀层是一项困难的任务，且当未镀层通孔的深宽比（aspect ratio)，也就是说，深度对直径的比越大则变得越加困难:一方面，镀层的沿所述及的延伸 板表面的厚度分布至少大致上为均匀；以及另一方面，在借由这种通孔镀层却不因通孔在 入口处闭合而在通孔内产生孔洞的情况下使包括侧壁及底部表面的通孔表面变成经镀层 的。
[0004] 鉴于所述及的问题，本发明的目的在于改善制造镀有金属的板状基底的溅射源装 置、溅射系统以及方法，该板状基底为电气隔离材料，且沿着镀有金属的板表面具有也镀有 金属的通孔。
[0005] 此是借由一种溅射源装置来实现的，其围绕几何轴线包括第一磁控管子源（sub-source)，其具有材料的第一靶材。靶材具有第一溅射表面，其限定垂直所述几何轴线的平 面。
[0006] 定义 当我们述及借由表面（即溅射表面)所限定的平面时，我们述及借由二维轨迹所限定的 平面，相对于此二维轨迹的从所述及的表面的表面点开始的距离向量的平均值为零。
[0007] 第一磁控管子源包括第一磁体装置，其位置邻接第一靶材的背面。第一磁体装置 可受驱动沿着第一派射表面移动，以便建立可沿着第一派射表面移动的移动闭环第一磁控 管磁场。
[0008] 溅射源装置进一步包括第二磁控管子源，其具有所述及的材料的闭合、框架形的 第二靶材，其沿着第一靶材的周缘并与第一靶材电气隔离。因此，事实上，第二靶材沿着第 一靶材的周缘围绕第一靶材，因此，在沿着几何轴线的径向考虑时，第二靶材框架可与第一 溅射表面重叠或可将尺寸定为不与所述及的第一溅射表面重叠。
[0009] 第二靶材具有围绕几何轴线的第二溅射表面。
[0010] 第二磁控管子源包括第二磁体装置，其沿着并邻接第二靶材的背面，以便建立沿 着第二溅射表面的第二磁控管磁场。
[0011] 在可与随后述及的源实施例的任一项结合的溅射源的一个实施例中，除非矛盾， 否则第一靶材为平面及/或圆形。因此，同样鉴于具有必须由源进行溅射镀层的通孔的基底 的常见形状，所述及的溅射源可利用最常用的靶材形状。
[0012] 在可与之前述及的实施例及将要述及的源装置的实施例的任一项结合的溅射源 装置的另一实施例中，除非矛盾，否则第二溅射表面在含有几何轴线的剖面中限定一对大 致笔直的线。
[0013] 在可与之前述及的实施例及将要述及的装置的实施例的任一项结合的溅射源装 置的另一实施例中，除非矛盾，否则第二溅射表面围绕几何轴线所限定表面，其平行几何轴 线，且因此例如为围绕所述及的几何轴线的圆柱形表面，或者其垂直几何轴线，且因此特别 是背离第一溅射表面或为在沿着几何轴线及远离第一溅射表面的方向中开口的圆锥形。
[0014] 在可与之前述及的实施例及将要述及的装置的实施例的任一项结合的源装置的 另一实施例中，除非矛盾，否则溅射源装置在第一溅射表面及第二溅射表面之间包括金属 框架，其沿着第一溅射表面的周缘及沿着第二溅射表面延伸。因而配置在第一溅射表面及 第二溅射表面之间的金属框架可操作作为阳极，且因此与第一以及第二靶材电气隔离。或 者，金属框架可在浮动电位上进行电气操作，且因此与第一以及第二靶材电气隔离。在第三 替代例中，所述及的金属框架可电气连接至第二靶材。
[0015] 在可与之前述及的装置的实施例及将要述及的装置的实施例的任一项结合的溅 射源装置的另一实施例中，除非矛盾，否则装置包括框架形阳极，其在沿着几何轴线及指向 远离第一溅射表面的方向中设置为接续并沿着第二溅射表面。
[0016] 根据可与之前述及的装置的实施例及将要述及的装置的实施例的任一项结合的 溅射源装置的另一实施例，除非矛盾，否则第二磁体装置包括沿着第二靶材后侧的磁体框 架。这些磁体的磁偶极设置在含有几何轴线的剖面中。
[0017] 在可与之前述及的此装置的实施例及将要述及的此装置的实施例的任一项结合 的溅射源装置的实施例中，除非矛盾，否则第二磁体装置为相对于第二溅射表面固定以及 相对于此可受驱动移动的其中一种。因此以及在实施例中，磁体装置可在位于含有几何轴 线的剖面中的方向以及沿着第二溅射表面在相对于几何轴线的方位角方向中移动。
[0018] 在良好的实施例中，这种移动借由蛇形形状的移动、沿着第二溅射表面的摆动、自 第二溅射表面的一个边缘至另一边缘的摆动来实现。
[0019] 根据可与之前述及的装置的实施例及将要述及的装置的实施例的任一项结合的 溅射源装置的另一实施例，除非矛盾，否则设有冷却系统，其包括管路系统，以用于沿着第 一及沿着第二靶材的冷却介质，该冷却系统在一个实施例中包括用于第一靶材的第一冷却 子系统及用于第二靶材的第二冷却子系统。
[0020] 根据本发明的溅射系统包括溅射源装置(即如上文述及的溅射源装置），其可能根 据上文鉴于溅射源装置所述及的其中一个或一个以上的实施例来加以建构。溅射系统进一 步包括功率源装置，其在操作上可连接至第一及第二子源，其建构为以第一模式(其为脉冲 DC模式)操作第一子源以及以第二模式操作第二子源。
[0021] 定义 我们了解在"脉冲DC"的状况下以脉冲方式施加功率。所得的功率脉冲列具有DC偏移。 因此，DC偏移可例如为脉冲振幅的一半，其导致不管脉冲列的占空比(duty cycle)为何，脉 冲"关断(OFF)"位准实际上为零的脉冲列。
[0022] 在可与将要述及的此系统的任何实施例结合的溅射系统的实施例中，除非矛盾， 否则脉冲DC模式为HIP頂S模式。
[0023] 在刚刚述及的实施例的一个实施例中，功率源装置以如下方式操作第一靶材:适 用于第一溅射表面的优势范围，因此，对2240 cm2的所述第一溅射表面的假定范围而言变 得有效的是： ?电流脉冲的峰值:600至1000 A ?电流脉冲的长度：1〇〇微秒至200微秒 ?占空比，即脉冲开启（0N)对脉冲关断(0FH的时间比为5%至15%。
[0024] 在可与之前述及的系统实施例以及将要述及的这种实施例的任一项结合的所述 及的溅射系统的另一实施例中，除非矛盾，否则操作第二子源的第二模式为DC模式或另一 脉冲DC模式。
[0025] 在可与之前述及的系统实施例以及将要述及的这种实施例的任一项结合的溅射 系统的另一实施例中，除非矛盾，否则操作第二子源的第二模式为HIPIMS模式。
[0026] 在可与之前述及的系统实施例以及将要述及的这种实施例的任一项结合的溅射 系统的另一实施例中，除非矛盾，否则功率源装置是可控制时间的，以便在第一时间跨度期 间建立所述第一模式以及在第二时间跨度期间建立所述第二模式，在其良好实施例中，所 述及的时间跨度为可调整的。
[0027] 在刚刚述及的实施例的另一实施例中，第二时间跨度在第一时间跨度开始之后开 始。
[0028] 在该实施例的另一实施例中，其中功率源装置为可控制时间地以在第一时间跨度 及第二时间跨度期间建立相应的第一及第二模式，第一及第二时间跨度并未重叠。
[0029] 在刚刚述及的实施例的另一实施例中，时间控制功率源装置操作下列的至少一 种：当致能第一模式时，操作第二靶材作为阳极；以及当操作第二模式时，操作第一靶材作 为阳极。
[0030] 在可与任一项之前述及的系统实施例或任一项将要述及的这种实施例结合的系 统的另一实施例中，除非矛盾，否则第一及第二靶材的其中一个在将第一及第二靶材的另 一个操作作为阳极时操作作为阳极，且反之亦然。
[0031] 在可与之前述及的系统实施例以及将要述及的系统实施例的任一项结合的溅射 系统的另一实施例中，除非矛盾，否则功率源装置包括第一功率源，其在操作上连接至第一 靶材;及第二功率源，其在操作上连接至第二靶材。
[0032] 在可与之前述及的系统实施例以及将要述及的系统实施例的任一项结合的溅射 系统的另一实施例中，除非矛盾，否则系统进一步包括用于板状基底的基底夹具。基底夹具 建构为在垂直几何轴线的平面中夹持板状基底。夹持在基底夹具中且将要进行溅射镀层的 基底的表面面朝第一及第二靶材。
[0033] 在如刚刚述及的实施例中的溅射系统的另一实施例中，系统包括偏压功率源，在 良好实施例中，其在操作上可连接至基底夹具的Rf偏压功率源。
[0034] 在可与任一项已述及以及将要述及的系统实施例结合且其中提供基底夹具的溅 射系统的另一实施例中，除非矛盾，否则基底夹具系建构为沿着几何轴线以及在第一溅射 表面及基底夹具上的板状基底的将要进行溅射镀层的表面之间并相对于沿着几何轴线方 向考虑时外切第一溅射表面的圆的直径D建立距离d，以便下列为有效的： 0.125D 彡d 彡0.5D。
[0035]在可与任一项已述及以及将要述及的这种实施例结合且包括基底夹具的另一系 统实施例中，除非矛盾，否则第一溅射表面重叠基底夹具上的板状基底的周缘。
[0036]在可与任一项已述及的这种实施例结合且包括基底夹具的另一系统实施例中，当 沿着几何轴线的方向考虑时，第二靶材设置为接续第一靶材，且由该基底夹具夹持的基底 设置为接续第二靶材。
[0037] 本发明进一步关于制造镀有金属的板状基底的方法，基底为电气隔离材料，且沿 着镀有金属的板表面具有通孔，通孔也镀有金属。所述及的制造方法包含通过如上文述及 的溅射系统以及可能根据一个或一个以上的所述及的实施例的这种溅射系统镀层板状基 底，基底为电气隔离材料，且沿着至少一个板表面具有通孔。
[0038] 在可与任一项将要述及的方法变体结合的所述及的方法的变体中，除非矛盾，否 则电气隔离材料板状基底中的通孔在镀层之前具有至少10:1的深宽比。
[0039] 在可与之前述及的方法变体以及将要述及的这种变体的任一项结合的方法变体 中，除非矛盾，否则具有通孔的板状基底设置为垂直几何轴线，藉此通孔面向第一溅射表 面。之后，通过第一溅射表面以金属第一磁控管溅射镀层基底，藉此以HIPMS模式操作第一 靶材，且第一磁体装置以受驱动的方式沿着第一溅射表面移动。另外，通过第二溅射表面以 所述及的金属第二磁控管溅射镀层基底。
[0040] 在刚刚述及的系统变体的变体中，在第一时间跨度^期间建立第一溅射镀层，并 中第二时间跨度^期间建立第二溅射镀层。从而在下列模式的其中一个的中选定时间跨度 TlST2: ?当选为等范围时，下列的其中一个占优势： ^与!^同时建立 ^在!^开始之后以及结束之前开始 ^在!^结束时或之后开始 ^在!^开始之后以及结束之前开始 ^在!^结束时或之后开始 ?当选定Τι的范围比T2长时，下列的其中一个占优势： ^在!^之内 至少一部分的Τ2接续h的结束 至少一部分的T:接续T2的结束 ?当选定Τ2的范围比Τι长时，下列的其中一个占优势： ^在!^之内 至少一部分的h接续Τ2的结束 至少一部分的τ2接续Ti的结束 藉此，在当今实行的变体中，^于!^结束之时或之后开始 在其中利用第一及第二时间跨度的另一方法变体中，对第一时间跨度Ti期间的第一靶 材及第二时间跨度^期间的第二靶材的至少一个进行一次以上的操作。
[0041] 在可与已述及的方法变体及将要述及的这种变体的任一项结合的另一方法变体 中，除非矛盾，否则第二靶材借由DC模式、脉冲DC模式及HIPIMS模式的其中一个进行操作。
[0042] 在可与之前述及的方法变体及将要述及的这种变体的任一项结合的方法变体中， 除非矛盾，否则第一及第二靶材借由可控制输出的共享功率源进行操作。
[0043]在刚刚述及的方法变体的变体中，共享功率源在操作上于第一及第二靶材之间互 连。
[0044]在刚刚述及的方法变体的变体中，共享功率源以HIPMS模式操作第一靶材，并以 DC模式、脉冲DC模式及HIPIMS模式的其中一个操作第二靶材。
[0045]在刚刚述及的变体的变体中，共享功率源以脉冲DC或以HIPIMS模式操作第二靶 材，从而在自溅射操作第一靶材转变成溅射操作第二靶材时颠倒脉冲极性。
[0046] 在可与之前述及的方法变体及将要述及的这种变体的任一项结合的另一方法变 体中，除非矛盾，否则第二靶材在时间跨度中用作第一阳极，在此期间进行第一靶材的溅射 操作，且第一靶材在时间跨度中用作第二阳极，在此期间进行第二靶材的溅射操作。
[0047] 在可与之前述及的方法变体及将要述及的这种的这种变体的任一项结合的另一 方法变体中，除非矛盾，否则在溅射操作第一及第二靶材期间，将Rf偏压功率施加至基底。 [0048]在刚刚述及的方法变体的变体中，施加不同的Rf偏压功率至基底，以用于自第一 靶材溅射，之后则用于自第二靶材溅射。
[0049] 在可与之前述及的方法变体及将要述及的这种变体的任何一个结合的另一方法 变体中，除非矛盾，否则在该电气隔离材料板状基底上以及沿着板表面沉积的材料的厚度 分布借由调整第一时间跨度及第二时间跨度的比来进行调整，在第一时间跨度期间溅射该 第一靶材，并在该第二时间跨度期间溅射该第二靶材。
[0050] 在刚刚述及的方法变体的另一变体中，所述及的厚度分布在靶材寿命期间进行调 整。
[0051] 借助于示例及附图，在本发明的不同方面下的本发明现将进一步予以解释。这些 附图显示： 图1 :HIP頂S沉积Ti的薄膜厚度分布随着脉冲峰值功率变化而改变，来自2009美国真空 镀膜协会(society of vacuum coaters) 505/856-7188,第52届年度技术会议记录，圣克 拉拉（Santa Clara)，CA，2009年5月9日至 14日，ISSN 0737-5921; 图2概略地显示由于DC溅射种子层而在10:1通孔中的不完整电镀； 图3概略地显示使用HIP頂S-金属离子一溅射种子层在10:1通孔中的完整电镀； 图4概略地显示平面式磁控管源，其具有均匀的金属离子通量及穹顶形的金属原子通 量； 图5概略地显示平面式磁控管源，其具有均匀的金属原子通量及碗状的金属离子通量； 图6是类似图2及3的图，由于如图5的减少的金属离子通量，10:1通孔的电镀在基底中 心具有不完整的填充； 图7以部分切开的透视图概略且简化地示意关于实行根据本发明的制造方法的根据本 发明的溅射源装置以及根据本发明的溅射系统的原理； 图8在通用的溅射表面的放大图中经由通过图7的实施例中所用的一部分靶材的剖面 图，以便解释"由溅射表面所限定的平面"的定义； 图9最概略及简化地示意位于根据本发明以及如图7中所例示的溅射源装置处的第二 磁控管子源的第二靶材的实施例； 图10是类似图9的图，是根据本发明以及如图7中所例示的溅射源装置中所用的第二磁 控管子源的第二靶材的另一实施例； 图11仍是类似图9或10的图，是根据本发明以及如图7中所例示的溅射源装置中所用的 第二磁控管子源的第二靶材的又一实施例； 图12以概略剖面图且基于图7的通用实施例概略且简化地示意根据本发明的溅射系统 的实施例，其具有根据本发明的溅射源装置，以用于操作根据本发明的制造方法； 图13是类似图12的图，是根据本发明且基于图7的通用实施例的用于操作制造方法的 溅射系统、溅射源装置的另一实施例； 图14仍是类似图12及13的图，为全部根据本发明且基于图7的通用实施例的用于操作 制造方法的溅射系统及溅射源的又一实施例； 图15仍是根据图12至14的图，为全部根据本发明且基于图7的通用实施例的由制造方 法所用的溅射系统及溅射源装置的另一实施例； 图16在两时间跨度具有相等长度的情况下，如在图7至15的协助下所例示的交错操作 第一及第二磁控管子源的时间跨度^及^的不同可能性； 图17是类似图16的图，如果操作第一磁控管子源的时间跨度1^比操作第二磁控管子源 的时间跨度1~2长时有交错的可能性； 图18是类似图16及17的图，如果操作第二磁控管子源的时间跨度T2比操作第一磁控管 子源的时间跨度!^长时有交错的可能性，如已在第7至15图的协助下所例示； 图19最通用且简化地示意通过共享的双极功率源操作如已在图7至15协助下所例示的 第一及第二磁控管子源的另一实施例； 图20是具有双极功率供应的两步骤程序实施例，藉此第一磁控管子源在时间范围1^的 步骤1期间以脉冲模式进行操作，且第二磁控管子源在时间范围Τ2的步骤2中以DC模式进行 操作； 图21如在图7至15的实施例中所例示的第一磁控管子源的第一靶材的侵蚀曲线，根据 示例1，第一靶材为平面及圆形； 图22第二磁控管子源的第二靶材的侵蚀曲线，其根据图11具有α=45°的斜率，并根据示 例1，内部及外部半径分别为200及250mm; 图23针对在30mm及130mm之间变化的TSD_R( =TDS)，根据图21及22的曲线以及示例1，借 由第二磁控管子源的贡献相对于第一磁控管子源的贡献的不同比来予以最佳化的均匀性 曲线； 图24仍是针对示例1且因此在图21至23的背景下，第二磁控管子源对基底上的总薄膜 厚度的相对贡献，其为了根据图23的最佳化沉积曲线而用以针对在30mm及130mm之间变化 的TSD_R调整均匀性； 图25是如具有变化系数C的叙述的公式(2)所述的属于极线图形式(未显示）的溅射发 射曲线； 图26是在系数C介于-1及1之间且仍根据示例1的情况下，针对靶材材料发射特性的用 于最接近30mm TSD_I^均匀性曲线； 图27示出第二磁控管子源对总薄膜厚度的相对贡献，其用以针对最接近30_的TSD_R 以及针对具有如示例1的介于-1及1之间的系数的靶材发射特性调整均匀性； 图28是第二磁控管子源的第二靶材的侵蚀曲线，其根据图11具有55°的角度α以及分别 为216及255mm的内部及外部半径，如示例2; 图29是借由将第二磁控管子源的效应迭加至第一磁控管子源的效应而最佳化的均匀 性曲线，其针对如示例2的在60_及100_之间变化的TSD_R; 图30示出第二磁控管子源对总薄膜厚度的相对贡献，其用以针对如示例2的介于60mm 及100mm之间的TSD_R调整借由迭加至第一磁控管子源的贡献而最佳化的均匀性； 图31是关于示例2的经计算的均匀性及迭加因子与TSD_I^^关系。
【具体实施方式】
[0052] 高功率脉冲磁控管溅射(HiP頂S、HIPMS)是用于薄膜的物理气相沉积(PVD)的方 法，其基于磁控管溅射沉积。HIP頂S以低占空比（〈10%的开启/关断时间配量)在十分之几微 秒范围的短脉冲(脉冲）中使用kW. cm-2量级的极高的功率密度。相较于常用的磁控管溅射， HIP頂S的识别特征在于溅离金属的高度离子化以及高速的分子气体分解。使用常规的DC磁 控管溅射工序，溅离材料的离子化借由增加阴极功率来增加。其限制借由阴极及将要镀层 基底的增加的热负载来限定。HIPHIS在此时施加：由于小占空比，平均阴极功率保持在低功 率(1至10 kW)。此允许靶材在关断时间冷却下来，导致增加的工序稳定性。HIP頂S为特殊类 型的脉冲DC磁控管溅射。
[0053] HIP頂S(高功率脉冲磁控管溅射)的原理及其针对材料沉积至通孔，特别是TSV(硅 晶穿孔）中的应用已在例如 wo 08/071734 A2、TO 08/071732 A2、TO 09/053479 A2,以及 在"美国真空镀膜协会505/856-7188,第52届年度技术会议记录，圣克拉拉，CA，2009年5 月9日至14日，ISSN 0737-5921"中叙述。
[0054]在后一篇文件中，其叙述针对给定的靶材、给定的靶材至基底距离及给定的用于 产生磁控管磁场的旋转磁体，在增加脉冲峰值功率HIPMS放电时，薄膜厚度分布自平坦发 展为穹顶形。图1显示用于HIP頂S Ti沉积的薄膜厚度分布随着脉冲峰值功率变化而改变。 图1取自所述及的美国真空镀膜协会505/856-7188，第52届年度技术会议记录，圣克拉拉， CA，2009年 5月 9日至 14日，ISSN 0737-5921。
[0055]例如为了致能稍后的电镀，在如TSV(硅晶穿孔)的具有介于5:1及10:1之间或甚至 更高的高深宽比的通孔的底部中以及沿着其侧壁存在提供足够厚的层，特别是足够厚的种 子层的需求。在通孔壁/底部上的沉积可因此由可为Ti或Ta的黏着或阻障层以及Cu种子层 构成，Cu种子层负责将用于电镀的电流载送至通孔中。使用在接近的靶材至基底距离(TSD) 下工作的DC磁控管溅射设置，实际上不可能在如TSV的高深宽比的通孔中提供材料层并且 由此不能提供所述及的种子层，这是因为溅离材料(通常是金属)的宽角分布所致。结果，稍 后的电镀将导致如图2所绘示的通孔的不完整填充。图2最概略地显示当跨晶片或基底（亦 即，自晶片边缘通过晶片中心至相对的晶片边缘)传播时的通孔填充的程度。以黑色显示的 区域沿着晶片且位于具有10:1深宽比的通孔内的区域，其分别借由电镀以及已施加的DC磁 控管溅射种子层来覆盖及填充。
[0056] HIP頂S工序可提供基底足够高的离子通量，在所述及的示例中为足够高的Cu离子 通量，以便如类似于图2的图示的图3的示意图中所示那样可形成完整的电镀。此可借由至 少300 kW的脉冲峰值功率结合增加的靶材基底距离(TSD)来达成。因此，所需的是在通孔内 侧达成足够均匀的层沉积，以便随后在自基底周缘至基底中心的基底表面各处达成完整的 电镀，如图3概略所示。
[0057]本发明的一部分基于使用HIPMS工序的经验，由于有限的靶材大小，对给定的具 有均匀金属离子通量的磁控管溅射源而言，金属原子通量朝靶材中心渐强，且朝靶材边缘 或周缘渐弱。此概略地示于图4。其中，最概略地，由于凭借磁控管磁场的等离子体5的浓度， 以HIP頂S操作的靶材1显示为具有溅射表面3的侵蚀曲线。箭头7概略地显示沿着靶材1的溅 射表面3的金属离子分布，而箭头9指示金属原子分布。可见到金属原子通量为穹顶形。 [0058]因此，根据凭借HIPMS工序的图4,由金属离子的通量以及金属原子的通量，金属 离子通量的均匀性是最佳的。
[0059] 结果，基底表面上(亦即，在场中）的厚度轮廓变成穹顶形，同时通孔中的沉积在基 底表面各处皆是均匀的或甚至可显示在朝基底边缘或周缘设置的通孔中的增厚的沉积。
[0060] 本发明进一步基于第二认知。不同于针对图4的解释，沿着将要镀层的基底的平坦 表面的厚度可针对均匀性改善，且因此穹顶形厚度分布可借由使用来自靶材的侵蚀曲线予 以补偿，其导致接近靶材边缘或周缘的溅射表面的增加的侵蚀。此可借由分别建构磁体装 置及修改其沿着靶材后侧的移动，亦即，借由适当地修改靶材与磁体装置的相对移动（例 如，相互旋转移动)来实现。
[0061] 该认知的不利事实在于磁控管源的靶材中心缺少等离子体密度，在溅射表面的中 心存在较少的金属离子电流通量。此以类似于图4的图显示于图5。可见到在此情况下，金属 离子分布变成如箭头7所示的碗状。因此，在此情况下，金属原子通量的均匀性是最佳的，这 与金属离子通量的均匀性相反。结果，如基底中心的具有10:1深宽比的通孔的高深宽比通 孔的电镀变成不完整的。因此，如本发明人所认知的，要达成基底表面以及通孔表面两者的 均匀覆盖几乎是不可能的。
[0062] 如已在上文讨论的，使用容许沿着靶材边缘或周缘侵蚀更多的磁体系统改善沿着 将要镀层的基底的延伸表面的镀层厚度分布的均匀性，但所具有的缺点在于离子密度轮廓 朝靶材边缘更加集中，其可导致设置为邻接基底中心的通孔表面的不完整覆盖。使用非常 小的靶材至基底距离(TSD)是不可行的，因为可能会在邻接靶材溅射表面的高密度等离子 体以及基底偏压之间出现干扰。同样地，针对如TSV的具有非常高深宽比（例如，10:1或更 大）的通孔，应使用高于HIP頂S溅射镀层平坦基底所用的靶材至基底距离。与长距离抛镀相 比，此可说成是"中距离抛镀"，其中材料的方向性借由窄角溅射而非借由离子化材料来给 定。
[0063] 面对所述及的认知的另一选项应用针对具有将要镀层通孔的基底范围具有较大 直径的靶材，其也可帮助校正基底上的镀层沉积的均匀性。此选项的缺点如下： ?需要重且更加昂贵的靶材； ?为了达成相同的离子化程度，需要更多平均功率； ?较大的靶材导致撞击在将要镀层的基底表面上的材料的较宽的角分布。
[0064] 考虑到如图5概略显示的金属离子及金属原子分布，图6以类似图2及3的图显示在 10:1通孔中所得的电镀，由于中心区域的减少的金属离子通量，这在基底中心的通孔中是 不完整的电镀。
[0065] 在图7中，以透视、最概略且简化的视图显示根据本发明的溅射源装置、根据本发 明以及如根据本发明的制造方法中所用的溅射系统的一部分的原理。第一磁控管子源701 围绕几何轴线A包括第一靶材703,其为如金属的材料。第一靶材703具有第一溅射表面705。 此第一溅射表面705限定平面E，其垂直几何轴线A。如图8所示，平面E可借由二维轨迹平面 来定义，二维轨迹平面的定义在于相对于该轨迹平面E的始于溅射表面705的所有点P的所 有距尚向量v的平均值为零。
[0066]回到图7，第一磁控管子源701包括第一磁体装置，其邻接第一靶材703的背面709， 并可受驱动沿着第一溅射表面705移动，如借由驱动711概略显示的那样。因此，建立了移动 闭环第一磁控管磁场，如以虚线最概略地显示于图7中的H1。溅射源装置进一步包括第二磁 控管子源713，其具有闭合、框架形的第二靶材715，其为与第一靶材703相同的材料，例如， 相同的金属。闭合、框架形的第二靶材715沿着第一靶材703的周缘设置，并与第一靶材703 电气隔离，如图7中以虚线概略显示的那样。第二靶材715具有第二溅射表面717,其设置为 围绕中心轴线A，且因此事实上形成围绕该轴线A的环。第二磁体装置719沿着且邻接第二靶 材715的背面721而设置，并沿着第二溅射表面717建立了第二磁控管磁场，如图7中由H2所 概略显示的那样，其沿着第二溅射表面717形成闭环，其围绕几何轴线A成环。
[0067]第一靶材703可为平面式，亦即，在材料溅离靶材之前限定平面式溅射表面705。
[0068] 另外，第一靶材703在视图中可于沿着几何轴线A的方向具有任何所需的形状，但 在实施例中为圆形。而且，第二靶材715为环形。
[0069] 虽然第二溅射表面717的形状可根据分别的应用做出选择。在当今实行的实施例 中，所述及的溅射表面717在含有几何轴线A的剖面中定义一对大致上的直线。在图7中，该 含有几何轴线A的剖面由平面E2显示，从而定义第二溅射表面717的该对大致上的直线717' 的其中一个。
[0070] 此外，第二溅射表面717在实施例中可围绕几何轴线A定义表面，其平行几何轴线 A，如图9中概略显示的那样。
[0071] 另外，第二溅射表面717可垂直几何轴线A，如图10中概略显示的那样。因此，在良 好实施例中，第二溅射表面717背离第一溅射表面705。
[0072]或者，第二溅射表面717可为如图11中概略显示的圆锥形，其在沿着几何轴线A的 方向中开口，指向远离第一溅射表面705,如图11中以箭头Q指示的那样。
[0073] 溅射源装置的进一步的实施例以及关于制造方法的更多细节当借由下列更为详 细的示例及图式来解释，因此所有这些示例及实现形式基于已在图7的背景下解释的溅射 源装置的原理。
[0074] 除非相互矛盾，否则将在更详细实施例的背景下叙述的特定特征可以任何组合与 图7的实施例结合或应用至图7的实施例。
[0075] 在如图12至15的溅射源装置的当今实行的形式中，第一磁控管子源借由平坦、脉 冲圆形磁控管源来实现。考虑到图7,此意指靶材703为圆形及平面式。基底因而放置在距离 第一溅射表面超过1/8但小于1/2的圆形靶材直径的距离处。
[0076]述及非圆形甚至可能不平坦的如图7的靶材703,针对放置基底的更通用的规则介 于如图7中所示的基底S，更精确地，介于将要镀层的基底S的表面，以及第一溅射表面705之 间且沿着几何轴线A测量的距离d应为 0.125D彡d彡0.5D， 其中D为沿着几何轴线方向考虑时外切第一溅射表面705的圆形的直径。
[0077] 如已示于图7,在圆形靶材703的情况下，于第一靶材703及基底S之间的空间中设 置与圆形第一磁控管子源同心的环形第二磁控管子源。在当今实现的形式中，同心、环形的 第二磁控管子源的内径大于圆形第一靶材的直径。考虑到图7,这述及实施例，其中一方面， 第一靶材703围绕轴线A为圆形，且第二磁控管子源713绕轴线A为同心，且因此也为环形，因 此第一靶材703不会跟第二磁控管子源的第二靶材715重叠。如已述及，第二溅射表面717可 垂直或平行第一靶材703的第一溅射表面705,或者如亦已述及的，其可开口朝基底倾斜如 图11的α，以便致能更佳的转移因子以及避免第一磁控管子源及第二磁控管子源之间的交 叉污染。我们提及的是已在图9至11的背景下予以解释的实施例。
[0078]在如图7的基底S上，借由在操作上通过如未显示于图7中的溅射系统的基底夹具 连接至基底S的Rf偏压源723施加如典型的13.56 MHz的Rf偏压功率，以产生用于加速如图7 述及的所产生的金属离子的偏压电位。
[0079] 在图12中显示根据本发明的溅射系统的第一设置，利用如本发明以及在当今实行 的模式的其中一个的溅射源装置。第一磁控管子源1201的第一靶材1203借由来自功率源 1210的脉冲DC功率进行操作，如处于HIP頂S模式中。
[0080] 第一靶材1203经水冷却1241。第一磁体装置1207沿着第一靶材1203的背面1209旋 转，如箭头w概略显示的那样。金属框架1243设置为全部沿着第一靶材1203的周缘，并与其 电气隔离。如此实施例所示以接地电位进行操作，金属框架1243相对于第一溅射子源1201 以及第二溅射子源1213两者用作阳极。
[0081 ] 第二磁控管子源1213如图11概略所示般地建构。第二靶材1215与金属框架1243电 气隔呙。
[0082]第二靶材1215借由水冷却系统1245来冷却。第二磁体装置1219为固定式。第二靶 材1215以来自DC产生器1247的DC功率进行操作。
[0083]在沿着轴线A且指向远离第一溅射表面1205的方向中，接续第二磁控管子源1213， 设有另一金属框架1249,其与第二靶材1215电气隔离，并以接地电位进行操作，同样用作阳 极。基底S驻留于基底夹具1251上。通过基底夹具1251，基底S通过Rf偏压功率单元1253以Rf 偏压功率进行操作。金属框架1255事实上满足共同定义基底S及两个磁控管子源1201及 1213间的用于溅射镀层的反应空间R的剩余部分。
[0084]回到图7,因而提出在第一靶材703及第二靶材715之间设置金属框架(在图7中未 显示），其与两个靶材电气隔离并操作作为阳极。在沿着轴线A及指向远离溅射表面705的方 向考虑时，遵循图12的实施例，在图7的实施例中，在基底S及第二靶材715之间设有另一金 属框架，其同样与第二靶材715电气隔离并操作作为阳极。如同样于图7中所述及的，基底S 以Rf偏压功率进行操作。
[0085]第一靶材703可因此以脉冲DC功率进行操作，且第二靶材以DC功率进行操作。考虑 到第一磁体装置707如已述及地那样移动，第二磁体装置719可为固定式。靶材715及703两 者均借由冷却系统进行冷却，从而在实施例中，各自借由分开的冷却系统进行冷却，如借由 水冷却系统。
[0086] 如同图7的更为通用的第一磁控管子源701，图12的实施例中的第一磁控管源1201 在当今实行的实施例中以脉冲DC功率，从而是以高峰值电流及低占空比进行操作，目的在 于产生溅离第一磁控管子源120U701的材料的大量金属离子。如已述及的，此操作模式已 知为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压功率，在基底为电 气隔离材料的情况下，其必须是Rf偏压功率。因此，金属离子在具有高深宽比的如TSV的通 孔中加速。在如图12所实行的实施例中，平坦磁控管、第一磁控管子源1201利用旋转的磁体 装置1207,其设计为致能靶材的全表面侵蚀以及产生如在图4的背景下所指出的均匀金属 离子通量。在如上文述及的靶材至基底距离的选定条件下，不须将旋转的磁体装置1207设 计为在基底S上产生均匀的沉积。
[0087]第二磁控管子源1213以DC磁控管模式运行。这也是操作图1的第二磁控管子源713 的一种可能性。虽然如此，如图12的实施例的第二磁控管子源1213以及如图7实施例的713 可替代地以HIP頂S模式运行。
[0088]图12的实施例中的第二靶材1215且还有图7的实施例中的715的有限延伸使得分 别以固定方式操作第二磁体装置1219及719成为可行，其最小化总溅射源装置的复杂度及 成本。如果须将图12的第二磁体装置1219以及图7的719构思为移动的磁体装置，这可例如 借由提供磁体1257及类似磁体装置719的磁体来实现，该磁体一方面可在根据图7的平面E2 中上下移动，此外尚可沿着方位角方向移动，亦即，沿着分别的第二靶材的环移动，如在图 12中借由方向a所概略述及的那样。此导致分别的磁体1257沿着如图12的第二溅射表面 1217或如图7的717自第二溅射表面的成环边缘至其另一成环边缘的蛇形形状、摆动式移 动。这种受驱动移动的第二磁体装置1219'显示于图13的实施例中，除了可移动的第二磁体 装置1219'之外，其与图12的实施例相同。
[0089]如已述及的，在实施例中，如图7的第二靶材715以及如图12的1215具有自己的水 冷却系统1245，如图12所示，其能够冷却数kW的溅射功率。第一磁控管子源1201、701以脉冲 DC功率进行操作，从而在实施例中以HIPMS功率进行操作，而第二磁控管子源1213且因此 是713借由标准的DC功率供应进行操作。
[0090] 除了在第一磁控管子源1201及第二磁控管子源1213之间未设置作为阳极框架的 如1243的金属框架之外，如图14中概略显示的实施例与图12的相同。
[0091] 图14的实施例可为空间在其中受限的应用中的良好实施例。
[0092]考虑到图12的实施例，根据此实施例，第二靶材1415借由金属框架零件1443来延 伸。除了这个与图12的实施例的差异之外，图12及图14的两个实施例是等同的。每当操作第 一溅射子源1401时，第二靶材1415与电气连接至第二靶材1415或甚至以一块金属片制成的 金属框架1443-起操作作为阳极。与金属框架零件1443结合的第二靶材1415几乎专有地仅 在第二磁体装置1419所在从而是沿着靶材零件1415的位置溅离。
[0093]此实施例特别适用于满足第一溅射源1401在此期间进行溅射操作的时间跨度h 以及第二磁控管子源1413在此期间进行溅射操作的时间跨度T2,其中两时间跨度^及^并 未重叠。虽然如此，在Ti&T2确实重叠时，同样有可能利用DC操作零件1415及1443作为阳 极。在分别的DC功率位准上，第二靶材1415且特别是金属框架零件1443之后也可作用作阳 极，以用于第一磁控管子源1401的溅射操作，特别是在以HIP頂S模式操作时。
[0094] 在仅有第二磁控管子源1413进行操作的出自于^的时间跨度期间，一方面，金属 框架1449用作阳极。此外，第一靶材1403可接着进行操作，以便用作用于第二磁控管子源 1413的阳极。
[0095] 图15的实施例与图12的实施例相符，因此，取代如图12的实施例的用作接地阳极 的金属框架1243,金属框架1543以电气浮动电位进行操作。因此，在第一磁控管子源1501及 第二磁控管子源1513之间实现浮动环间隔物1543。此可具有的优点在于脉冲溅射期间，电 子必须找到往更远程阳极，即是金属框架阳极1549以及可能是第二磁控管子源1513的靶材 1515的路。结果，离子更为彻底地萃取至等离子体容积，且可达成甚至更佳的通孔填充。 [0096]所有已叙述的特殊特征，特别是针对图12至15叙述的那样，如果没有互相矛盾，则 可分开或以任何组合在如已通过图7述及与例示的更通用的实施例中实现。
[0097]现应更详细地述及根据本发明的溅射源装置及溅射系统以及操作制造方法的操 作模式。如迄今特别是已经考虑到图12至15所述及的，第一及第二磁控管子源两者均具有 单独的功率供应。第一磁控管子源以脉冲DC模式进行操作，从而特别是以非常高的电流脉 冲在低占空比下(也称为HIP頂S模式)进行操作。
[0098] 对具有400mm直径的平坦第一靶材而言，已提出施加介于100微秒及200微秒之间 的脉冲长度。当允许电流脉冲在接近100微秒内到达最大值，该最大值应位于600及1000A之 间的范围内。占空比典型应位于5至15%的范围内。如果革巴材大小不同于400mm直径的圆形形 状(其与2240cm 2的表面相符），分别的参数应适用于优势表面范围，因此，假设靶材表面为 400_圆形靶材的表面，将实现所述及的参数值。
[0099] 以至少两步骤运行镀层工序，特别是针对镀层电气隔离材料的板状基底，其沿着 镀有金属的板表面具有通孔，且因此特别是在这种通孔具有至少10:1的深宽比时。在第一 步骤中，第一磁控管子源以HIP頂S模式进行操作，在第二步骤中，操作第二溅射子源。
[0100] 第一时间跨度h限定第一步骤一操作第一磁控管子源一的操作时间跨度，第二时 间跨度T2限定第二步骤溅射操作第二磁控管子源一的范围。时间跨度。、^可具有分别所需 的长度，并可根据特定应用在时间上交错。因此，根据图16,两个时间跨度TlST 2可具有相同 的范围。之后，如图16(a)，^及!^可同时建立，或者如图16(b)，T2可在时间跨度^开始之后 以及结束之前开始，或者根据图16(c)，T 2可在?\结束之时或之后开始，或者如图16(d)，IV^ 在!^开始之后以及结束之前开始，或者如图16(0，!^可在^结束之时或之后开始。
[0101] 图17显示如果扯他长时，TlST2的可能的时间关系。
[0102]类似地，图18显示当TsKTi长时，^及!^的可能的时间交错。感觉不需要额外的说 明来让技术人员了解图17及18。
[0103] 在时间范围Ti的步骤1期间，如图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。在持续时间τ 2的第二步骤中，如图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的功率的步骤1用于使最大量的离子化材料进入通孔，而具 有!^范围的步骤2用于将薄膜调整为均匀厚度。两步骤均以施加至基底的Rf偏压功率运行。
[0104] 所述及的两步骤处理的优点在于： 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离增加的情况下也 是这样（中距离）。 b) 由于借由HIPMS工序，在朝向基底边缘的通孔中通常有更多材料，可平衡通孔中以 及沿着延伸的基底表面的均匀性。 c) 可借由互相调整时间跨度^及!^，非常简洁地使用第二磁控管子源调整靶材寿命期 间的即将来临的效应。 d) 虽然对步骤1的脉冲模式而言，Rf偏压使金属离子加速进入通孔，步骤2中借由第二 磁控管子源运行的连续模式产生工作气体(如Ar)的大多数离子，其可用于背溅射通孔边缘 上的悬突材料。
[0105]借由调整步骤时间TlST2的比，可调整基板上的层均匀性。借由控制离子Rf偏压功 率，特别是在步骤2中，可调整背溅射的量，以移除通孔开口中的悬突边缘。由于在步骤^期 间以HIPMS操作第一磁控管溅射子源时，必须达成高峰值电流，通常高工序压力为当下首 选。相反地，步骤2中的背溅射工序优选地是以可轻易为DC磁控管溅射建立的较低压力运 行。
[0106] 在一个实施例中，第一磁控管子源及第二磁控管子源可结合使用，并借由如图19 概略显示的一个双极功率供应器1940来进行操作，同时操作如图7的第一靶材703及第二靶 材715两者。
[0107] 这种双极功率供应器1940可制造为Η电桥，并可于市面上购得。在步骤1期间，针对 时间跨度!^，双极源1940以单极脉冲DC模式运行，并具有在第一靶材703上的负极及处于Ρ1 的平均功率一或处于电压设定点VI;随后在具有时间跨度T 2的步骤2中，第二靶材715以单 极DC模式运行，并具有在靶材715上的负极及处于不同的电压或功率设定点Ρ2,如图20所 示。或者，使用双极功率供应器1940,步骤2也可以HIP頂S模式使用反极性运行。
[0108] 另外，步骤1及步骤2可例如交替数次运行。如果步骤1在通孔开口中产生防止通孔 的进一步填充的悬突边缘，以致一些间歇的背溅射为必要的时候，此可为有利的。
[0109] 示例 1 以400_的靶材直径使用具有平坦圆形的第一磁控管子源的溅射源装置。靶材至基底 距离TSD为140mm。基底具有300mm的直径。环形第二磁控管子源具有第二靶材，根据图11的 实施例，其具有α=45°的斜率、200mm的内部半径及215mm的外部半径，且设置在第一磁控管 子源的靶材与基底之间。图21显示第一靶材的侵蚀曲线，而图22显示第二靶材的侵蚀曲线。 [0110]已针对在30及130mm间变化的靶材至基底距离算沉积均匀性。针对基底上 自0.0至150.0mm的每一单独半径，第一磁控管子源的沉积贡献d ps(r)及第二磁控管子源的 沉积贡献drs(r)可迭加至所得的厚度dtcltal(r)。沉积曲线d tcltal(r)可因此借由第一及第二磁 控管子源的混合因子F来予以最佳化：
[0111] 表1显示在不同TSD_I^^计算后的沉积曲线连同用于第二磁控管子源源的迭加因 子F。均匀性曲线绘示于图23，其显示针对在30mm及130mm之间变化的如示例1的TSD_R，借由 第二磁控管子源贡献相对第一磁控管子源贡献的不同比予以最佳化的均匀性曲线。
[0112] 基底上的半径，单位:mm
表1。
[0113] 图24显示第二磁控管子源的相对贡献，用以为了最佳化的沉积曲线针对在30mm及 130mm之间变化的TSD_R调整均匀性。取决于第二磁控管子源的位置及基底上的半径，第二 磁控管子源的相对贡献在10%及70%之间变化。
[0114] 如所述及的图24显示第二磁控管子源对总薄膜厚度的相对贡献，用以为了如图23 所示的最佳化的沉积曲线针对在30_及130_之间变化的TSD_R调整均匀性。 上文的计算已经以所谓的余弦发射曲线执行。如技术人员已众所周知的，溅射发射曲 线可借由下列叙述
[0115] 图25显示在极线图中的典型用于溅射仿真中的模型化发射曲线，其中C自_1(所谓 的蝴蝶曲线)变化至C=l(已是稍具方向性的曲线）。大多数材料显示C=0的发射曲线，称为余 弦发射曲线。现可能引发争议的点在于第二磁控管子源可对溅射发射曲线的性质敏感，特 别是对所述及的第二磁控管子源及第一磁控管子源的靶材间的短距离而言。因此，已针对 30mm的TSD_R以及C介于-1及+1之间的发射曲线重复进行模拟。沉积均匀性曲线绘示于图 26,其显示在-1及+1之间变化的C的非常小的效应。图26显示针对如示例1的介于-1及1之间 的靶材材料发射特性，用于最接近30_的TSD_I^^均匀性曲线。
[0116] 图27显示第二磁控管子源的相对贡献，用以针对最接近30mm的TSD_R以及针对介 于-1及+1之间的靶材材料发射特性调整均匀性。
[0117] 示例1已显示用于第二磁控管环形源的迭加因子F看起来相当高。其原因在于第二 磁控管子源的仅接近18mm的窄侵蚀曲线，相对于为平坦源的第一磁控管子源的靶材寿命， 其承受相当有限的靶材寿命的风险。
[0118] 示例2现使用相同的第一磁控管子源一具有400mm的靶材直径及如图21所绘示的 侵蚀曲线的平坦源。TSD_R也为140mm。不过，在此示例中，第二磁控管子源的第二靶材相对 基底倾斜α=55°，且侵蚀轨迹具有210mm的内部半径及248mm的外部半径，如图28所示。因此， 使用在溅射表面间具有α=55°以及具有216及255mm的半径的靶材。突出于第二磁控管子源 的环形靶材的表面上的侵蚀曲线接近46mm。通常可借由移动磁体或借由磁辄设计的任一者 来达成宽侵蚀曲线，其在溅射表面上提供平坦磁场，从而导致宽侵蚀曲线。 表2。
[0119] 在表2中，列出针对在60mm及100mm之间变化的TSD_I^^计算后的均匀性曲线，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。图29显示针对60mm及100mm之间的 TSD_R的借由第二磁控管子源及第一磁控管子源的效应的迭加予以最佳化的均匀性曲线。 在图30中，显示用以调整最佳均匀性的第二磁控管子源对基底上的总薄膜厚度的相对贡 献。计算后的均匀性及用于示例2的迭加因子对TSD_I^^关系绘示于图31。
【主权项】
1. 一种溅射源装置，所述溅射源装置： 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闭合框架形的第二靶材并 沿着所述第一靶材的周缘并与所述第一靶材电气隔离，所述第二靶材具有设置为围绕所述 几何轴线的第二溅射表面，第二磁体装置沿着且邻接所述第二靶材的背面，以便沿着所述 第二溅射表面建立第二磁控管磁场； 围绕着几何轴线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 几何轴线的平面的第一溅射表面，并包括第一磁体装置，所述第一磁体装置邻接所述第一 靶材的背面并能够受驱动沿着所述第一溅射表面移动，以便建立能够沿着所述第一溅射表 面移动的移动闭环第一磁控管磁场。2. 如权利要求1所述的溅射源装置，其中，所述第一靶材为平面及圆形中的至少一种。3. 如权利要求1或2中任一项所述的溅射源装置，其中，所述第二溅射表面在含有所述 几何轴线的剖面中限定一对大致上笔直的线。4. 如权利要求1至3中任一项所述的溅射源装置，其中，所述第二溅射表面围绕所述几 何轴线限定表面，其是平行所述几何轴线、垂直所述几何轴线的其中一种情况，且因此优选 地是背离所述第一溅射表面并为圆锥形、在沿着所述几何轴线的方向中开口以及指向远离 所述第一溅射表面。5. 如权利要求1至4中任一项所述的溅射源装置，其在所述第一溅射表面及所述第二溅 射表面之间包括金属框架，其沿着所述第一溅射表面的所述周缘以及沿着所述第二溅射表 面延伸，所述金属框架为下列情况中的一种： 可操作作为阳极并与所述第一及所述第二靶材电气隔离； 电气上可以在浮动电位上进行操作并与所述第一及所述第二靶材电气隔离； 可电气连接至所述第二靶材。6. 如权利要求1至5中任一项所述的溅射源装置，其包括框架形阳极，其在沿着所述几 何轴线并远离所述第一溅射表面的方向中设置为接续、邻接及沿着所述第二溅射表面。7. 如权利要求1至6中任一项所述的溅射源装置，所述第二磁体装置包括沿着所述第二 靶材的所述背面的磁体框架，所述磁体的磁偶极设置在含有所述几何轴线的剖面中。8. 如权利要求1至7中任一项所述的溅射源装置，所述第二磁体装置是相对于所述第二 溅射表面固定和相对于所述第二溅射表面可受驱动移动中的一种情况，所述移动优选地在 沿着位于含有所述几何轴线的剖面的方向以及沿着所述第二溅射表面以相对于所述几何 轴线的方位角方向上。9. 如权利要求1至8中任一项所述的溅射源装置，所述溅射源装置包括冷却系统，所述 冷却系统沿着所述第一及沿着所述第二靶材包括用于冷却介质的管路系统，所述溅射源装 置优选地包括用于所述第一靶材的第一冷却子系统以及用于所述第二靶材的第二冷却子 系统。10. -种溅射系统，所述溅射系统包括如权利要求1至9中任一项所述的溅射源装置并 包括功率源装置，所述功率源装置在操作上能够连接至所述第一及所述第二磁控管子源， 并建构为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，所述第一模式为 脉冲DC模式。11. 如权利要求10所述的溅射系统，其中所述脉冲DC模式为HIPIMS模式。12. 如权利要求11所述的溅射系统，其中所述功率源装置按照以下方式操作所述第一 靶材： 适用于所述第一溅射表面的优势范围，因此，对2240 cm2的所述第一溅射表面的假定范 围而言，以便以下情况是有效的： 电流脉冲的峰值:600至1000 A 电流脉冲的长度：100微秒至200微秒 占空比，即脉冲开启对脉冲关断的时间比:5%至15%。13. 如权利要求10至12中任一项所述的溅射系统，所述第二模式为DC模式或另一脉冲 DC模式。14. 如权利要求10至13中任一项所述的溅射系统，所述第二模式为HIP頂S模式。15. 如权利要求10至14中任一项所述的溅射系统，其中所述功率源装置是可控制时间 的，以便在第一时间跨度期间建立所述第一模式并在第二时间跨度期间建立所述第二模 式，因此优选地，所述时间跨度为可调整的。16. 如权利要求15所述的溅射系统，其中所述第二时间跨度在所述第一时间跨度开始 之后开始。17. 如权利要求15或16中任一项所述的溅射系统，其中所述第一及第二时间跨度并未 重叠。18. 如权利要求17所述的溅射系统，所述时间控制功率源装置操作下列情况中的至少 一种：当致能所述第一模式时操作所述第二靶材作为阳极、以及当操作所述第二模式时操 作所述第一靶材作为阳极。19. 如权利要求10至17中任一项所述的溅射系统，其中所述第一及第二靶材的一个在 时间跨度期间操作作为阳极，所述第一及第二靶材的另一个则操作作为阴极，且反之亦然。20. 如权利要求10至19中任一项所述的溅射系统，其中所述功率源装置包括第一功率 源及第二功率源，所述第一功率源在操作上连接至所述第一靶材，所述第二功率源在操作 上连接至所述第二靶材。21. 如权利要求10至20中任一项所述的溅射系统，其进一步包括用于板状基底的基底 夹具，所述基底夹具建构为在垂直所述几何轴线的平面中夹持板状基底，夹持于所述基底 夹具中且将要进行溅射镀层的所述基底的表面面向所述第一及第二靶材。22. 如权利要求21所述的溅射系统，其包括偏压功率源，优选地是Rf偏压功率源，所述 功率源在操作上能够连接至所述基底夹具，且优选地在进行所述第一磁控管子源的溅射操 作时产生第一 Rf功率位准，并在进行所述第二溅射子源的溅射操作时产生第二、不同的Rf 功率位准。23. 如权利要求21或22中任一项所述的溅射系统，其中所述基底夹具建构为沿着所述 几何轴线在所述第一溅射表面及所述基底夹具上将要进行溅射镀层的板状基底的表面之 间以及相对于沿着所述几何轴线的方向考虑时外切所述第一溅射表面的圆的直径D建立距 离d，以便下列是有效的： 0.125D<cK0.5D。24. 如权利要求21至23中任一项所述的溅射系统，其中，所述第一溅射表面与所述基底 夹具上的板状基底的周缘重叠。25. 如权利要求21至24中任一项所述的溅射系统，其中，沿着所述几何轴线的方向考虑 时，所述第二靶材设置为接续所述第一靶材，且通过所述基底夹具夹持的基底设置为接续 所述第二靶材。26. -种制造镀敷有金属的板状基底的方法，所述基底为电气隔离材料，且沿着镀有金 属的板表面具有通孔，所述通孔同样镀有金属，所述方法包含沿着至少一个所述板表面并 借由如权利要求10至25中任一项所述的溅射系统来镀层具有通孔的为电气隔离材料的板 状基底。27. 如权利要求26所述的方法，所述通孔在镀层之前具有至少10:1的深宽比。28. 如权利要求26或27中任一项所述的方法，其包含以下步骤： 提供具有垂直所述几何轴线的通孔的板状基底，所述通孔面对所述第一溅射表面； 通过所述第一溅射表面以金属进行所述基底的第一磁控管溅射镀层，从而以HIP頂S模 式操作所述第一靶材并沿着所述第一溅射表面受驱动地移动所述第一磁体装置； 通过所述第二溅射表面以所述金属进行所述基底的第二磁控管溅射镀层。29. 如权利要求28所述的方法，其包含在第一时间跨度^期间建立所述第一溅射镀层、 在第二时间跨度!^期间建立所述第二溅射镀层、及以下列模式的一种模式中选择所述时间 跨度： 等范围，则下列的一种占优势： ^与!^同时建立 ^在!^开始之后以及结束之前开始 ^在!^结束之时或之后开始 ^在!^开始之后以及结束之前开始 ^在!^结束之时或之后开始 h具有比1~2长的范围，则下列的一种占优势： ^在!^之内 至少一部分的T2接续h的结束 至少一部分的T:接续T2的结束 Τ2具有比1^长的范围，则下列的一种占优势： ^在!^之内 至少一部分的h接续Τ2的结束 至少一部分的Τ2接续h的结束 因此，优选地是^在^结束之时或之后开始。30. 如权利要求29所述的方法，借此，溅射对下列的至少一种情况进行一次以上的操 作:在所述第一时间跨度Ti期间的所述第一靶材、以及在所述第二时间跨度T 2期间的所述第 二靶材。31. 如权利要求26至30中任一项所述的方法，其中，所述第二靶材借由DC模式、脉冲DC 模式、HIP頂S模式的一种进行操作。32. 如权利要求26至31中任一项所述的方法，其中，所述第一及所述第二靶材借由可控 制输出的共享功率源进行操作。33. 如权利要求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 之间互连。34. 如权利要求33所述的方法，所述共享功率源装置以HIP頂S模式操作所述第一靶材， 以DC模式、脉冲DC模式及HIPIMS模式的其中一种来操作所述第二靶材。35. 如权利要求34所述的方法，所述共享功率源以脉冲DC或以HIPMS模式操作所述第 二靶材，从而在从溅射操作所述第一靶材转变成溅射操作所述第二靶材时颠倒脉冲极性。36. 如权利要求26至35中任一项所述的方法，其中，下列的至少一种情况占优势： 在溅射所述第一溅射表面的时间跨度期间，所述第二溅射表面用作第一阳极表面； 在溅射所述第二溅射表面的时间跨度期间，所述第一溅射表面用作第二阳极表面。37. 如权利要求26至36中任一项所述的方法，借此，在溅射操作所述第一及所述第二靶 材期间，施加 Rf偏压功率至所述基底，优选地是当溅射操作所述第一靶材时是第一Rf功率 位准，且当溅射操作所述第二靶材时是第二、不同的Rf功率位准。38. 如权利要求29至37中任一项所述的方法，当引用权利要求29时，借此，借由调整所 述第一及所述第二时间跨度的比来调整在所述板表面上以及沿着所述板表面沉积的材料 的厚度分布。39. 如权利要求38所述的方法，借此，在靶材寿命期间执行所述调整所述厚度分布。
【文档编号】C23C14/35GK105940137SQ201480066677
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2014年12月3日
【发明人】J.维查特
【申请人】瑞士艾发科技