具有两个端块的设备、包括该设备的组件和溅射系统以及使用所述设备或组件向靶组件提供RF电力的方法与流程

本发明一般涉及溅射领域。更具体而言，本发明涉及用于rf溅射的设备，该设备包括两个端块。本发明还涉及包括这种设备的组件，并且涉及包括这种组件的溅射系统，并且涉及使用这种组件进行rf溅射的方法。

背景技术：

通过溅射进行材料沉积的技术已知已有几十年，因此不需要在这里详细解释。只要知道通常在其中存在惰性气体(诸如氩气)或活性气体(诸如氧气或氮气)的低压室中生成等离子体并且在所谓的“溅射靶”(包含要被沉积的材料)和要在其上沉积溅射材料的层的“基板”之间施加高电压就足够了。氩原子被电离化，并且溅射靶被氩离子轰击，使得原子从溅射靶中释放出来并移动到基板上，它们在基板上沉积。

基本上使用三种溅射靶：平面圆盘靶、平面矩形靶，以及旋转圆柱形靶。

通常使用三种电源：dc电源、ac电源(例如，处于1khz至100khz的频率)和rf电源(例如，处于0.3mhz至100mhz的频率)。当溅射靶包含导电溅射材料时，通常使用dc电源。当被沉积的层的导电性较差时，通常使用ac电源。过去，当要溅射具有低导电性的材料时，通常添加掺杂原子以增加靶材料的导电性。

然而，当具有高于例如10kohm.cm的电阻率的绝缘材料要被沉积时，在不被允许添加掺杂剂的情况下，上述技术不再起作用，例如，在甚至微小程度的污染对基板上的沉积层的性能或寿命都有害的应用(诸如例如电致变色窗、薄膜电池和太阳能电池应用)中，其中甚至微小量的导电颗粒都会造成内部泄漏或短路。

在choquette等人的us2013/0008777a1中，公开了一种用于在不需要进行金属掺杂的情况下通过使用rf电力来沉积a.o.氧化物的装置，从而解决了污染问题。choquette等人提出了一种由非磁性材料(诸如不锈钢)制成的圆柱形旋转溅射阴极(也称为“磁控管(magnetron)”)，其中插入静止的管状电极以及附着在其上的磁体，如所述公开文本的图1(复制到本文中作为图1)中可以看到的。但是，当与rf频率(例如，1mhz至100mhz，或更多)组合使用具有相对大尺寸(例如，2米至4米，或更多)的溅射靶(盘或矩形或圆柱形)时，驻波效应(swe)开始发挥作用，从而导致不均匀的电场，因此也导致不均匀的沉积层。虽然choquette等人解决了污染问题(通过与未掺杂的溅射材料结合采用rf电力)和发热问题(通过使用冷却液体以及对电极和轴承使用非磁性材料)，但是没有提及“驻波效应”的问题，也没有解决。choquette似乎专注于机械问题，而不是电磁方面。

us2014/0183037描述了具有旋转靶201的rf溅射系统200(复制到本文作为图2)，其中单个电源202和电力分路器(powersplitter)203被用来以40mhz的频率向靶的金属背衬管的两端施加两个(相同)的rf电力部分。据说通过这样做可以去除否则的话将在距离端部约1米距离的位置处出现的电压节点，并且创建更均匀的电场。该公开文本还描述了另一个实施例(本文未示出)，其中rf电力被施加到溅射靶的单个端，而另一端被可变的端接阻抗端接。该阻抗随时间变化，以获得更均匀的电场。虽然描述了在背衬管的两端处提供rf电力的一般想法，但是没有给出关于这可以如何实现的具体细节。因此，对于替代方案和/或对于这种系统的改进，仍然存在空间。

技术实现要素：

本发明的实施例的目的是提供适合于将rf电力施加到圆柱形溅射靶的结构或布置或设备，以及包括这种设备的组件。

本发明的特定实施例的目的是提供这种结构或布置或设备或组件，由此在基板上沉积更均匀的层，和/或创建更均匀的电场，和/或获得更均匀的靶侵蚀，以及优选地实现它们全部。

本发明的还有另一个目的是提供一种使用这种组件向靶管提供rf电力的方法。

这个目的由根据本发明的设备和组件以及方法实现。

在第一方面，本发明提供一种用在溅射系统中的设备。该设备包括至少第一端块和第二端块，其中第一端块和第二端块定位在溅射系统的相对侧。该设备适于使得包括至少一个靶管或溅射磁控管的靶组件在被安装在第一端块和第二端块上时可以在该组件的两侧处都利用rf电力被主动供电。该设备还适于使得靶组件在被安装时不在该靶组件的靶管或溅射磁控管的两个末端处同时利用rf电力分量被持续地主动供电。利用“rf电力分量”意指所输送的电力可以是纯rf电力或者所输送的电力可以是rf与dc、脉冲dc或mfac的组合。

使用rf电力信号进行溅射(与dc电力或者低频和中频ac电力或脉冲dc电力信号相反)是有利的，因为它允许非导电材料，诸如陶瓷材料或氧化物，被溅射。

如上面所指示的，靶组件包括至少一个靶管或溅射磁控管。

在本发明的特定实施例中，靶组件可以包括正好一个靶管或溅射磁控管，在这种情况下，意在第一端块和第二端块之间设置该靶管或溅射磁控管。第一端块和第二端块中的每一个适于(例如，通过提供适合的电连接)连接到rf电源。该设备还适于使得靶管或溅射磁控管在被安装时不会在其两个末端处同时利用rf电力被主动供电。这可以例如通过以下来获得(本发明不限于此)：在rf电源与靶管或溅射磁控管的末端之间提供切换，使得：虽然随着时间变化，rf电力相继被施加到两个末端，但是在任何时刻，rf电力仅施加到靶管或溅射磁控管的末端中的一个，例如交替地施加到第一末端和第二末端。

在本发明的替代实施例中，靶组件可以包括多个靶管或溅射磁控管；每个靶管或溅射磁控管安装到端块中的一个上。至少两个端块被定位在溅射系统的相对侧处。端块中的每一个适于(例如，通过提供适合的电连接)连接到至少rf电源。以这种方式，不同的靶管或溅射磁控管由相对于溅射系统的相对侧被供电。该设备还适于使得靶管或溅射磁控管在被安装时不会在其两个末端处同时利用rf电力分量被主动供电。这可以仅仅是因为没有在靶管或溅射磁控管中的每一个的第二末端处提供与rf电源的电连接，或者因为提供了用于控制系统使得这种情况不会发生的控制器和相关联的硬件(例如，切换件)。但是，在第二末端处，可以提供用于连接端接阻抗的有源电连接(未例示)。

本发明的实施例的优点在于，通过在溅射系统中使用这种设备而获得的溅射涂层的均匀性可以通过利用rf电力分量从相对侧对至少一个圆柱形靶进行供电来增加。

在特定实施例中，本发明提供了用在溅射系统中的设备，该设备包括：第一端块和第二端块，第一端块和第二端块朝着彼此定向(例如，具有面向相对方向的靶固定法兰(flange))，并且被定位成相距彼此预定义的距离以用于在其间保持靶组件(例如，圆柱形溅射靶管或溅射磁控管)；第一端块具有用于将溅射磁控管或靶管的第一端或第一侧耦合到第一端块的电接口的第一耦合装置，该电接口可连接到rf电源和/或至少一个端接阻抗；第二端块具有用于将溅射磁控管或靶管的与第一端或第一侧相对的第二端或第二侧耦合到第二端块的电接口的第二耦合装置，该电接口可连接到rf电源和/或至少一个端接阻抗。该设备适于使得溅射靶管或溅射磁控管在被安装时不会在靶管或溅射磁控管的两端或两侧同时被rf电力分量在操作周期的至少一部分、优选地大部分或者甚至更优选地在整个操作周期主动供电。

在某些实施例中，rf电力分量可以例如经由导电法兰和导电支架直接施加到(一个或多个溅射靶的)金属背衬管。在其它实施例中，rf电力分量可以通过将rf电力分量施加到内部管状结构并且通过冷却液而被间接地施加到(一个或多个)金属背衬管。在第一示例中，所述法兰和支架可以充当耦合装置。在第二示例中，所述管状磁体保持器结构和冷却液可以充当耦合装置。

因此，如在本发明的实施例中使用的第一端块和第二端块理想地适合于向靶管的端部传送rf信号，或用于(直接或间接地)将靶管的端部连接或耦合到端接阻抗。

在其中靶组件仅包括单个靶管或溅射磁控管的设备的实施例中，第一端块的电接口可连接到第一rf电源并且可连接到至少一个端接阻抗，并且该设备适于在第一时刻向溅射磁控管或靶管的所述第一端或第一侧选择性地传送源自所述第一rf电源的第一rf电力信号，并且适于在不同于第一时刻的第二时刻利用至少一个端接阻抗电端接溅射磁控管或靶管的所述第一端或第一侧；第二端块的电接口可连接到第二rf电源并可连接到至少一个端接阻抗，并且其中该设备适于在第三时刻向溅射磁控管或靶管的所述第二端或第二侧选择性地传送源自所述第二rf电源的第二rf电力信号，并且适于在不同于第三时刻的第四时刻用至少一个端接阻抗电端接溅射磁控管或靶管的所述第二端或第二侧。

在靶组件包括至少两个靶管或溅射磁控管的本发明的替代实施例中，第一端块和第二端块的电接口可连接到rf电源，其中rf电源可以是用于两个端块的相同rf电源，或者可以是不同的rf电源。该设备适于向第一端块和第二端块传送rf电力信号。在这些实施例中，rf电力信号可以被同时施加到第一端块和第二端块，因为这并不暗示在单个靶管或溅射磁控管的两个末端处进行主动供电。可替代地，rf电力信号可以交替地施加到第一端块和第二端块。优选地，靶管或溅射磁控管在它的与由rf电力信号供电的末端相对的末端处被电端接。

表述“可连接到”包括“可直接连接”和“可间接连接”，例如经由匹配网络、或经由匹配网络和切换单元，或以任何其它方式。

本发明的实施例的优点在于，它允许将rf电力分量施加到靶管或磁控管的任一端或侧，而同时靶管或磁控管的相对端或侧能够连接到端接阻抗，因为，以这种方式，能够获得更均匀的电场和/或更均匀的溅射材料的侵蚀和/或更均匀的沉积，并且优选地是所有这些。利用更均匀的侵蚀，与其中仅在靶管的单端供应rf电力的现有技术的设备相比，溅射靶管的寿命增加。这也增加了更换之间的时间，因此减少了溅射系统不能使用的停机时间，从而也提高了生产线的效率。

必须选择电接口，并且端块必须被设计成能够传导所述rf电力信号分量，优选地没有显著的电力损耗。

本发明的主要焦点是能够将rf电力分量输送到靶管的手段和方式，以及靶管能够耦合到端接阻抗的手段和方式。根据本发明的实施例，这是由如上所述的设备或布置实现的。

端块可以固定或可释放地安装在安装表面上，例如在溅射设备的盖或门或壁元件上，该安装表面可以是设备的一部分。可释放的安装便于在当一定量的溅射材料被侵蚀时容易地更换靶管。

该设备可以仅连接到单个端接阻抗，或者连接到多个端接阻抗，对于靶组件的每个靶管或溅射磁控管而言，一次连接到一个端接阻抗。连接优选地经由自动切换装置进行，但那并不是绝对必要的，并且本发明的有益效果也可以通过手动连接或切换来获得。

第一rf电源和第二rf电源可以是同一个单个rf电源。第一/第二rf电力信号可以从第一/第二rf电源获得，或者可以从其得出，例如，经由rf分路器或经由阻抗。可连接到靶管的第一端的端接阻抗可以是与可连接到靶管的第二端的端接阻抗相同或不同的端接阻抗。

第一时刻可以与第四时刻相同，并且第二时刻可以与第三时刻相同。

在其中靶组件仅包括用于两个端块的一个靶管或溅射磁控管的实施例中，该设备还包括布置在所述第一端块和第二端块之间的所述溅射靶管或溅射磁控管。在其中靶组件包括多个靶管或溅射磁控管的替代实施例中，该设备还包括安装在第一端块上的第一溅射靶管或溅射磁控管，以及安装在第二端块上的第二溅射靶管或溅射磁控管。

尽管靶组件本身对于在实际使用期间设备的操作是必需的，但是如上所述的设备不一定被生产或销售为包括这种靶组件。实际上，在设备的寿命期间通常需要多次更换靶组件。

靶组件可以具体适用于具有预定义频率的rf电力分量。例如，靶组件可以具体地设计形状(例如，该至少一个靶管具有非恒定的外直径或内直径)，以创建更均匀的电场和/或用于造成溅射材料的更均匀的侵蚀。或者靶组件可包括至少一个导电管状磁体保持器棒，其外直径为背衬管的内直径的至少85％，用于传送rf信号。

在设备的实施例中，靶组件包括作为非导电材料的溅射靶材料。

该设备特别适合用于溅射非导电材料，诸如例如陶瓷材料或氧化物或碳化物或有机材料或复合材料。

在设备的实施例中，第一端块和第二端块中的每一个在该组件的至少一个圆柱形溅射靶管或磁控管围绕其纵向轴线旋转的同时能够向靶组件传送rf电力信号分量或允许向靶组件传递rf电力信号分量。

这种端块可以设置有具有两个元件的耦合装置，其中两个元件可以围绕公共轴线相对于彼此旋转，但保持电连接或耦合(例如，电阻性、电容性、电感性或其任意组合)。其中一个元件可以是静止的，另一个元件可以与背衬管一起旋转。在一些具体的实施例中，这种端块可以设置有具有静止电耦合件的耦合装置。

在靶组件包括单个靶管或溅射磁控管的实施例中，第一端块和第二端块中的至少一个具有用于使圆柱形溅射靶管围绕其纵向轴线旋转的旋转装置。在靶组件至少包括第一和第二靶管或溅射磁控管的实施例中，分别用于安装第一和第二靶管或溅射磁控管的第一端块和第二端块都具有用于使圆柱形溅射靶管围绕其纵向轴线旋转的旋转装置。可以提供有或没有旋转装置的另外的端块，用于分别支撑第一和第二靶管或溅射磁控管的另一末端。

在设备的实施例中，第一端块和第二端块中的至少一个适于向所述溅射靶管或磁控管供应冷却液，并且第一端块和第二端块中的至少一个适于排出所述冷却液。

如果rf电力经由或通过内部管状结构输送，那么有利的是，所述内部管状结构的外直径为溅射靶的背衬管的内直径的至少85％或至少90％，用于限制通过冷却液的电力损耗。

在设备的实施例中，第一端块和第二端块中的至少一个适于支撑溅射靶管或磁控管内的管状磁体保持器结构，其中管状磁体保持器结构能够传送rf电力信号。

优点在于，这种设备不仅理想地适合于保持溅射靶管，以选择性地向其每一端施加rf电力信号分量，而且理想地适合于保持管状磁体保持器结构。后者可以增加若干益处，诸如例如保护磁体免受冷却液的腐蚀、(一个或多个)磁体的在线控制、改进的冷却，以及在本发明的某些实施例中，其壳体甚至可以被用来传送rf电力。

此外，尽管耦合装置可以具有能够相对于彼此旋转的两个元件，但是在一些实施例中，从一侧或从两侧的耦合也可以是静态的。例如，静止的磁体保持器结构可以用在单侧或在两侧处，用于传送rf电力。

在第二方面，本发明提供了一种组件，其包括根据本发明的第一方面的任一实施例的设备，以及控制单元，其中控制单元用于控制通过rf电力分量对靶组件的相对侧的供电，使得靶组件在被安装时在操作时间的至少大部分不在靶管或溅射磁控管的两个末端处同时利用rf电力分量被持续地主动供电。无论靶组件包括一个还是多个靶管或溅射磁控管，通过rf电力分量的供电都可以被控制在靶组件的第一末端和第二末端处交替进行；或者它可以被控制在第一端块和第二端块处同时进行。供电的控制使得在大多数时间里rf电力分量不会同时施加在单个溅射靶的两个末端处。

在本发明的实施例中，控制单元包括可连接到rf电源并可连接到至少一个端接阻抗的切换单元，该切换单元包括切换装置，该切换装置适于选择性地将rf电源连接到第一端块的电接口并适于将rf电源选择性地连接到第二端块的电接口，并且适于选择性地将至少一个端接阻抗连接到第一端块的电接口；并且适于选择性地将至少一个端接阻抗连接到第二端块的电接口。该实现方式可以特别地用于其中靶组件包括单个靶管或溅射磁控管的实施例，但是在其中靶组件包括多个靶管或溅射磁控管的实施例中也是有用的。

表述“可连接到”可以意指“可直接连接”或“可间接连接”，例如经由匹配网络或以任何其它方式。

这种切换单元的优点在于可以在不必从溅射室移除设备的情况下动态地调节(至少一个)rf电源和(至少一个)端接阻抗与一个或多个靶管之间的电互连。这种额外的自由度可以有利地被用来获得溅射材料在基板上的更均匀的沉积。在靶组件包括单个靶管或溅射磁控管的特定实施例中，也可以获得更均匀的电场和/或靶材料的更均匀的侵蚀，以及优选地是获得所有这些。

与多个不同的端接阻抗组合地使用切换装置是有利的，因为以这种方式可以避免对可变阻抗的需要，并且可以通过随着时间耦合到不同阻抗来仿真可变阻抗。

在特定实施例中，至少一个rf电源可以适于在切换的时刻暂时地减小其输出电力，用于避免对切换件的损坏，和/或用于增加切换件的寿命。在这种实施例中，可以在切换单元和rf电源之间存在一条或多条控制线或通信总线，例如适于指示切换的时刻和/或适于增加或减少或设定输出电力。

在特定实施例中，“连接到靶管的所述第一端”可以包括“连接到第一端块的电接口并将这个电接口连接或耦合到靶管的第一端”，以及“连接到靶管的所述第二端”可以包括“连接到第二端块的电接口并将这个电接口连接或耦合到靶管的第二端”。

在实施例中，组件还包括rf电源，该rf电源适于提供0.5kwatt至100kwatt并具有在0.3mhz至100mhz范围内的频率的电力信号。该设定可以与dc电力结合使用，具有叠加的rf的dc电力是常用的技术。以这种方式，可以获得rf丰富或rf不佳的信号。在这种组合情况下，dc可以持续地连接到靶组件，或者可以与rf电力同步或不同步地切换。

在实施例中，组件还包括布置在所述rf电源和所述切换单元之间的第一匹配网络。

在实施例中，组件还包括所述至少一个端接阻抗。

在某些实施例中，该至少一个端接阻抗可以是单个阻抗。在其它实施例中，该至少一个端接阻抗可以是至少两个端接阻抗，例如正好两个端接阻抗。

在实施例中，组件还包括用于生成第一电力部分和第二电力部分的装置，以及用于以这种方式配置切换装置的控制器，使得：在一个时段的第一时间部分期间，rf电力信号分量或第一电力部分被施加到第一端块的电接口，而至少一个端接阻抗被耦合到第二端块的电接口；在一个时段的第二时间部分期间，rf电力信号分量或第二电力部分被施加到第二端块的电接口，而至少一个端接阻抗被耦合到第一端块的电接口。

如果组件还包括用于如所指示的那样自动控制切换装置的控制器，那么是有利的。控制器可以是可编程控制器，或者在可编程逻辑中或者以任何其它适合的方式实现。控制器通常将被实现为切换单元的一部分。

第一时段和第二时段可以是顺序的，并且，如果要避免从两侧同时对靶管的馈送，那么可以具有大约50％或小于50％的占空比。在这种情况下，rf电力信号可以交替地施加到靶管的每一端，但不是持续地同时施加到两端。通过选择适合的切换频率，尽管存在每个单独的第一时段期间和在每个单独的第二时段期间的电场非常不均匀的事实，但是时间平均的侵蚀将是相当均匀的。

用于分别生成第一电力部分和第二电力部分的装置可以分别是第一阻抗和第二阻抗，例如分别是第一电阻器和第二电阻器。

在实施例中，组件还包括用于生成第一电力部分和第二电力部分的rf电力分路器，以及用于以这种方式配置切换装置的控制器，使得：在时段的第一时间部分期间，rf电力信号分量或第一电力部分被施加到第一端块的电接口，而至少一个端接阻抗被耦合到第二端块的电接口；在时段的第二时间部分期间，rf电力信号分量或第二电力部分被施加到第二端块的电接口，而至少一个端接阻抗被耦合到第一端块的电接口；在时段的第三时间部分期间，第一电力部分被施加到第一端块的电接口，并且第二电力部分被施加到第二端块的电接口。因此，在第三部分期间，两个端块都利用rf电力分量被同时供电，尽管有可能利用不同的电力部分。

使用rf电力分路器的优点在于，它允许rf电力分量同时被施加到靶组件的两端，这在靶组件包括多个靶管或磁控管的实施例中特别有用。

使用rf电力分路器来生成两个电力部分而不是使用两个单独的rf电源是有利的，因为它允许提供同相的两个rf电力信号，并且可以省略一个rf电源，这是相当大的成本节省。

要指出的是，对于本发明，将rf电力分量同时施加到靶管的两端不是强制性的，而是完全可选的。这在其中靶组件包括多个靶管或磁控管的实施例中特别有用。在某个时间部分利用rf分量在两端处对相同的靶供电在其中那个具体的均匀性分布可以有助于所有时间部分组合的整体均匀性分布的一些情况下可能是有益的。

在第三方面，本发明提供了向靶组件提供rf电力分量的方法，该靶组件包括安装在定位于溅射系统的相对侧处的至少第一端块和第二端块上的至少一个靶管或溅射磁控管。该方法包括通过rf电力分量对靶组件的相对侧供电，使得靶组件在该组件的两侧处利用rf电力分量被主动供电，并且使得靶组件在靶管或溅射磁控管的两个末端处不同时利用rf电力分量被持续地主动供电。

在特定实施例中，本发明提供了使用根据第二方面的实施例的组件向靶组件提供rf电力分量的方法，该方法包括以下步骤：将切换单元的第一端口连接到rf电源的输出端，用于接收rf电力信号分量；将切换单元的第二端口连接到至少一个端接阻抗；配置切换装置，用于选择性地向可连接到第一端块的电接口的切换装置的第三端口传送rf电力信号分量或其第一部分，和/或配置切换装置，用于选择性地向可连接到第二端块的电接口的切换装置的第四端口传送rf电力信号分量或其第二部分，和/或配置切换装置，用于选择性地将该至少一个端接阻抗耦合到切换装置的所述第三端口，和/或配置切换装置，用于选择性地将该至少一个端接阻抗耦合到切换装置的所述第四端口。

该方法包括同时将rf电力分量施加到靶组件的两端的可能性，但那不是绝对需要的，并且在从没有同时向两端或两侧施加rf电力分量的情况下在不同时刻向靶组件的任一端或一侧施加rf电力分量也是可能的。

在实施例中，该方法包括以下步骤：配置切换装置，用于在时段的第一时间部分期间向第一端块的电接口传送rf电力信号分量或其第一部分，而将至少一个端接阻抗耦合到第二端块的电接口；以及配置切换装置，用于在时段的第二时间部分期间向第二端块的电接口传送rf电力信号分量或其第二部分，而将至少一个端接阻抗耦合到第一端块的电接口。

在实施例中，控制器的调度器可以被设计为仅生成第一时段和第二时段。优选地，第一时段和第二时段的占空比各为50％，但那不是绝对必需的，并且例如对于时段的第一部分的例如30％的占空比和对于时段的第二部分的70％的占空比也将工作。在这个调度中，不存在rf电力分量同时被施加到靶组件的两端或两侧的时隙。

在该方法的实施例中，切换单元还包括用于提供第一电力部分和第二电力部分的rf电力分路器，并且该方法包括以下步骤：配置切换装置，用于在时段的第一时间部分期间向第一端块的电接口施加rf电力信号分量或第一电力部分，而将至少一个端接阻抗耦合到第二端块的电接口；以及配置切换装置，用于在时段的第二时间部分期间向第二端块的电接口施加rf电力信号分量或第二电力部分，而将至少一个端接阻抗耦合到第一端块的电接口；并且配置切换装置，用于在时段的第三时间部分期间同时向第一端块的电接口施加第一电力部分并向第二端块的电接口施加第二电力部分。

附图说明

图1(在分解图中)示出了本领域中已知的溅射设备，其中静止管状电极在圆柱形溅射靶的可旋转背衬管的一端处插入，并且其中rf信号被施加到电极的一侧。

图2是本领域已知的可旋转圆柱形溅射靶的示意表示，其中在背衬管的两端处同时施加rf电力信号。

图3是图1的配置的框图表示。

图4是us2014/0183037中描述的实施例的框图表示，其中圆柱形溅射靶由rf电力信号从一端供电，而另一端连接到可变端接阻抗。

图5是图2中示出的现有技术实施例的框图表示，其中两个相等的rf电力部分被同时施加到溅射靶的两端。

图6(a)是根据本发明的实施例的框图表示，示出了一种系统，该系统能够在第一时间段期间向圆柱形溅射靶的第一端施加单个rf电力信号，而同时将溅射靶的第二(相对)端耦合或连接到端接阻抗，并且能够在第二时间段期间向圆柱形溅射靶的第二端施加单个rf电力信号，而同时将溅射靶的第一(相对)端耦合到端接阻抗。可选地，该系统还可以适于在溅射靶管的第一端和第二端处将从rf电源得出的两个rf电力信号同时施加到溅射靶管。

图6(b)至图6(d)例示了用于将所述rf电源和所述端接阻抗与靶管的第一端和第二端互连的几种可能的切换配置。

图7是当由13.56mhz的相同rf电力信号(例如，来自rf电力分路器)同时从两端供电从而导致在中间具有电压节点的驻波模式时，在具有1.5m长度的适当端接的溅射靶的长度上的模拟的电压特性(电压幅度的时间平均绝对值)的图形表示。

图8是与图7的图类似的图，针对具有3.5m长度的溅射靶。

图9是可通过本发明的实施例获得的在具有1.5m长度的适当端接的溅射靶的长度上的模拟的电压特性(电压幅度的时间平均绝对值)的图形表示，其中13.56mhz的rf电力信号交替地施加到圆柱形溅射靶的一端，而相对端同时经由阻抗被端接，反之亦然，从而导致基本上均匀的电压模式。

图10是与图9的图类似的图，针对具有3.5m长度的溅射靶。

图11(a)是如可以在图6中示出的系统中使用的、具有两个端块的设备的示例(靶管本身是设备的可选部分)。

图11(b)至图11(d)例示了用于将rf电源和一个或两个端接阻抗与靶管的第一端和第二端互连的几种可能的切换配置和对应方法。

图12(a)至图12(c)示出了如可以在根据本发明的设备中使用的、可围绕轴线相对于彼此旋转的两个元件之间的电容性耦合件的三个示例。

图13(a)至图13(b)示出了如可以在根据本发明的设备中使用的、可围绕轴线相对于彼此旋转的两个元件之间的电感性耦合件的两个示例。

图14是如可以在图6的系统中使用的设备的实施例的示意表示。

图15是根据本发明的实施例的第一特定设备的示意表示，其中rf电力被直接施加到背衬管(例如，经由法兰)，并且其中背衬管具有可变的外直径(但是这些特征不需要一定都存在)。

图16是根据本发明的实施例的第二特定设备的示意表示，其中rf电力被施加到静止管状磁体保持器结构，并且从那里经由冷却液间接地施加到背衬管。

图17示出了图16的设备的变体，其中背衬管具有可变的外直径。

图18是本发明的实施例的框图表示，示出了一种设备，该设备能够抵靠一个端块来安装靶，并且抵靠在溅射系统的相对侧处的另一个端块安装另一个靶，使得一个靶利用rf从一侧被供电，并且另一个靶利用rf从相对侧被供电。每个靶可以通过在其末端处的端接阻抗被端接，该端接阻抗没有抵靠端块安装，其中每个靶利用rf从端块被供电。

应当注意的是，附图中的箭头方向不应当被解释为电流流动的实际方向，而仅仅是用于解释的目的。

具体实施方式

将关于特定实施例并且参照某些附图来描述本发明，但是本发明不限于此，而是仅受权利要求的限制。所描述的附图仅仅是示意性的并且是非限制性的。在附图中，为了例示性目的，元件中的一些元件的大小可以被夸大并且不按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明的实践的实际缩小。

本说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等用于区分类似的元件，而不一定用于描述在时间上、在空间上、以排名或以任何其它方式的顺序。应当理解的是，这样使用的术语在恰当的情境下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文中描述或例示的其它顺序进行操作。

而且，本说明书和权利要求书中的术语“顶部”、“下面”等用于描述性目的，而不一定用于描述相对位置。应当理解的是，这样使用的术语在恰当的情境下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文中描述或例示的其它定向进行操作。

应当注意的是，权利要求书中使用的术语“包括”不应当被解释为限于其后列出的装置；它不排除其它元素或步骤。因此，它应当被解释为指定所提及的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但不排斥一个或多个其它特征、整体、步骤或部件或其组的存在或添加。因此，表述“包括装置a和b的设备”的范围不应当限于仅由部件a和b组成的设备。这意指关于本发明，设备的仅有相关部件是a和b。

贯穿本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特点包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都是指相同的实施例，但可以是相同的实施例。此外，特定特征、结构或特点可以按照如根据本公开对于本领域普通技术人员将清楚的任何适合的方式在一个或多个实施例中组合。

类似地，应当认识到的是，在本发明的示例性实施例的描述中，出于简化本公开并帮助理解各个发明性方面中的一个或多个的目的，本发明的各种特征有时会被一起分组到单个实施例、附图或其描述中。但是，本公开的这种方法不应当被解释为反映所要求保护的发明需要比每项权利要求中明确叙述的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求书所反映的那样，发明性方面在于少于单个前述公开的实施例的所有特征。因此，详细的说明书之后的权利要求书特此明确地结合到该详细的说明书中，其中每项权利要求独立地作为本发明的单独实施例。

此外，虽然本文描述的一些实施例包括一些不是其它实施例中所包括的其它特征的特征，但是不同实施例的特征的组合意指在本发明的范围内，并且形成不同的实施例，如本领域技术人员将理解的。例如，在以下的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任一实施例都能够以任何组合使用。

在本文提供的说明书中，阐述了众多具体细节。但是，应当理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其它情况下，没有详细示出众所周知的方法、结构和技术，以便不模糊对该说明书的理解。

在本发明中引用“rf信号”的地方，意指具有在0.3mhz至100mhz范围内的频率的信号。具有“rf电力分量”意指所输送的电力可以是纯rf电力或者，可替代地，所输送的电力可以是rf与dc、脉冲dc或mfac的组合。在以下的详细描述中，如果引用“rf电力”，那么意在包括可以与非rf电信号组合的这种“rf电力分量”。

在本发明中引用“端块”的地方，是引用位于背衬管的端部处并且适于保持该背衬管以及适于围绕其纵向轴线旋转该背衬管的元件或部件，但是端块也可以具有其它功能，诸如例如冷却。

在描述本发明之前，接下来的几段将首先更详细地解释“端块”是什么。

将例如玻璃涂覆有各种功能涂层的堆叠的大型涂布机常常配备有旋转管状溅射靶。靶本身相对于溅射系统旋转，因此需要复杂且占空间的“端块”来承受、旋转、激励、冷却和隔离(冷却剂、空气和电)旋转靶，同时保持磁体阵列固定在内部。例如，本领域存在若干布置：

-“双直角端块”，诸如例如在us5096562(其图2、图6)和us2003/0136672a1中所公开的，其中用于承受、旋转、激励、冷却和隔离(空气，冷却剂和电)的装置被分成位于靶的任一端处的两个块。直角意指端块被安装到平行于靶的旋转轴线的壁上。

-“单个直通端块”，诸如例如在us5200049(其图1)中所公开的，其中用于承受、旋转、激励、冷却和隔离的装置全都结合在一个端块中，并且靶被保持悬吊在大面积涂布机内部。“直通”意指靶的旋转轴线垂直于在其上安装有端块的壁。还描述了“半悬吊的”布置(us5620577)，其中靶的与端块相对的端由机械支撑件保持。

端块将溅射系统中的溅射靶链接到溅射系统的外部。这种端块通常可作为单个单元安装在溅射系统上，尽管也可以设想将壁集成端块。在端块的一部分内，压力可能高于溅射系统中的压力，优选地，内部的压力接近于大气压。可从靶管移除的装置或可移除的磁棒组件通常不被认为属于端块。端块的主要功能是携带并围绕旋转轴线来旋转靶。当在低气压下执行溅射时，端块必须始终是气密的，在旋转期间也是。由于靶的溅射可能在靶表面上生成大量的热量，因此靶必须被冷却，这通常是利用水或另一种适合的冷却剂来完成的。这种冷却剂可以通过端块进行馈送和排空。靶也可以被馈送电流，以便将靶维持在某个电位处。为了结合这些功能中的任何功能或全部，每个端块可以包括以下装置中的一个或多个：(i)驱动装置，以使靶旋转，(ii)可旋转的电接触装置，以向靶提供电流，(iii)一个或多个承受装置，以机械地支撑靶，同时允许围绕其轴线旋转，(iv)一个或多个可旋转的冷却剂密封装置，(v)一个或多个可旋转的真空密封装置，(vi)用于保持磁体或磁性阵列的装置。

如果存在两个端块，那么它们可以但不需要具有相同的功能。例如，它们中的仅一个具有用于旋转靶的驱动装置就足够了。

在本发明的上下文中，提供了具有至少两个端块的设备，其中该至少两个端块定位在溅射系统的相对侧。该至少两个端块可以安装在溅射系统中，使得单个靶管或溅射磁控管可以安装在它们之间，或者该至少两个端块可以安装在溅射系统中，使得至少两个靶管或溅射磁控管可以每个安装在端块中的一个上。至少第一端块和第二端块具体适于允许将rf电力信号施加到靶组件的一端、或单独施加到靶组件的每一端、或同时施加到靶组件的两端(例如施加到溅射靶管的一端、或单独施加到溅射靶管的每一端)，并且用于将靶组件的一端、或单独将靶组件的每一端、或同时将靶组件的两端(例如将溅射靶管的一端、或单独将溅射靶管的每一端)连接到端接阻抗，如下面将更详细地描述的。端块中的一个、两个或更多个可以可选地还提供其它功能，诸如例如围绕其纵向轴线旋转管，和/或提供dc电力，和/或通过冷却液进行冷却，和/或支撑旋转管内的磁性结构，同时维持必要的真空完整性。

在本发明中引用“将rf信号施加到磁控管”的地方，其意指rf信号被施加到以下部件中的至少一个：靶管、背衬管、内部管、磁棒保持器、或靶中的冷却水。

在本发明中引用“输入端”或“输出端”的地方，这不应当被太严格地解释为指示电流流动的方向(对于ac或rf电流，电流流动的方向实际上可以是双向的)，而是应当被解释为“端口”或“端子”。例如，为了易于解释，切换单元的“第一端口”在本文中也被称为“切换单元的第一输入端”，第二端口在本文中也被称为“第二输入端”，第三端口在本文中也被称为“第一输出端”，并且第四端口在本文中也被称为“第二输出端”，但这仅仅是惯例。

图1和图2已经在背景部分中讨论过了。

图3是图1的配置的框图表示，但是也用于其它rf溅射靶配置，诸如例如具有由位于盘的中心的单个rf馈电所供电的平面盘靶的溅射配置。这个抽象表示的目的是清楚地识别与本发明的差异。特别地，在这个框图中，仅在单个位置处将rf电力施加到溅射靶，并且溅射靶没有被端接阻抗端接。

图4是us2014/0183037中描述的实施例的框图表示，其中圆柱形溅射靶由rf电力信号从一端供电，而另一端连接到端接阻抗，端接阻抗的值随时间变化。在所述公开文本中，提出通过使端接阻抗适合地变化，获得靶材料的更均匀的侵蚀。

图5是图2中示出的实施例的框图表示，其中圆柱形溅射靶(或磁控管)由单个rf电源和rf电力分路器所生成的两个rf电力信号从其两端同时地供电。

图6(a)是根据本发明的实施例的框图表示，示出了包括两个端块和单个溅射靶或磁控管的系统600，其中系统600适于在第一操作模式下(例如，在第一时间段期间)将单个rf电力信号施加到圆柱形溅射靶或磁控管的第一端或侧，而同时溅射靶或磁控管的第二(相对)端或侧连接或耦合到端接阻抗695，并且适于在第二操作模式下(例如，在不同于第一时间段的第二时间段期间)将单个rf电力信号施加到圆柱形溅射靶或磁控管的第二端或侧，而同时溅射靶或磁控管的第一(相对)端或侧连接或耦合到端接阻抗695。

这种特性可以例如通过使用切换单元680获得。切换单元680的基本功能在图6(b)和图6(c)中示出。这可以通过现有技术中已知的电路容易地实现，例如通过使用电力切换件，因此在这里不需要进一步解释。切换装置可以包括控制器，例如被编程用于控制电力切换件(未示出)以获得图6(b)和图6(c)中示出的互连的可编程逻辑或可编程微控制器，但是其它模式也是可能的，例如，如图6(d)中所示，例如在切换单元680还包括电力分路器681的情况下。

切换单元680优选地包括适于选择性地将rf电源697连接或耦合到第一端块631的电接口661和/或连接或耦合到第二端块632的电接口662的第一切换装置(未示出)，以及用于选择性地将端接阻抗695耦合到第一端块631的电接口661和/或耦合到第二端块632的电接口662的第二切换装置(未示出)。第一切换装置和第二切换装置可以是本领域中(例如电力电子领域中)已知的用于切换rf电力的任何适合的切换装置。

虽然rf频率是高频，例如大约13.56mhz或大约40mhz，但是切换单元680的切换频率通常低得多，例如在0.01hz至大约100khz的范围内的频率，例如在0.1hz至10khz的范围内，例如在1hz至1000hz的范围内。如果切换频率相对于基板移动通过溅射室的速度太低，那么基板上的沉积层的均匀性可能劣化。如果切换频率太高，那么切换装置的寿命(例如，电力切换件的寿命)可能降低，并且生产停止的风险增加。并且，在切换期间rf电源的电力暂时降低或者甚至关断的情况下，如果切换频率增加，那么平均电力降低(假设给定的最大rf电力)。为了在圆柱形溅射靶的圆周上获得溅射材料的更均匀的侵蚀，可以例如选择切换频率比溅射靶的旋转频率大得多，或者可以选择切换频率与所述旋转频率异步或以其它方式与其无关。技术人员可以通过考虑这些和其它考虑因素来找到适合的权衡。

在一些实施例中，对于在0.3mhz至100mhz范围内的rf频率，切换频率可以高达100khz。在特定实施例中，切换频率甚至可以与rf频率处于相同的数量级，例如，对于13.56mhz的rf频率，大约1.00mhz或大约3.39mhz或甚至13.56mhz的切换频率。此外，rf源和切换单元的频率可以是独立的，是精确的倍数，有可能但不一定是在相位上同步或具有具体的相移。

可替代地，在一些实施例中，切换单元680可以连接到具有低于如先前所建议的典型rf值(即，低于0.3mhz)的频率的主电源。在特定实施例中，连接到切换单元680的主电源可以是例如典型的ac或dc电源并且因此取代rf电源697。

切换单元680可以可选地还包括用于生成第一电力部分和第二电力部分的电力分路器681，以及用于在某个时间段期间同时向第一端块631施加第一电力部分和向第二端块632施加第二电力部分的装置，如图6(d)的框图所示意性指示的。

将关于图11(b)至图11(d)描述切换单元680的时间特性的一些示例，但是本发明不限于此，并且也可以使用其它切换方案，例如异步切换方案或伪随机切换方案。

在图6中示出的系统中，靶管的第一端和第二端分别与rf电源697和/或端接阻抗695之间的电或磁或电磁的耦合或连接是经由第一端块和第二端块631、632实现的，由图6(a)的框图中的矩形示意性地表示。将关于图14至图17描述一些具体的实现方式。与本发明相关的是第一端块631具有电接口661，该电接口661能够例如连接到rf电源697或连接到端接阻抗695(例如，经由切换单元680和/或匹配网络696，或以任何其它方式)。第一端块631还具有耦合装置671，用于将第一端块的所述电接口与靶管或磁控管的第一端或侧进行电或磁或电磁的耦合，例如耦合到磁棒保持器。以这种方式，rf电力信号能够在一个时刻被传送到靶管或磁控管的第一端或侧，并且在另一个时刻，靶管或磁控管的所述第一端或侧能够被连接到端接阻抗。同样，第二端块632具有用于与rf电源(直接或间接地)和/或端接阻抗695耦合或互连的电接口662以及用于与靶管或磁控管的第二端或侧耦合或互连的耦合装置672。

耦合件671、672可以例如是纯电阻性的、或纯电感性的、或纯电容性的、或电阻性和电容性的组合、或电阻性和电感性的组合、或电容性和电感性的组合，或电阻性和电容性和电感性的组合。耦合件将优选地是可旋转的，但是在一些实施例中可以是静止的。通常，圆柱形溅射靶围绕其纵向轴线旋转。在两个元件之间相对于彼此旋转的电阻性耦合件在本领域中是已知的，例如从具有刷子的dc马达的领域已知的例如电刷，但是本发明当然不限于此，并且其它电阻性耦合件也是有可能的，例如经由导电液体。

图12(a)至图12(c)中示出了可相对于彼此旋转的两个元件之间的电容性耦合件的一些示例，但是本发明不限于这些示例，并且其它电容性耦合件也是有可能的。在图13(a)至图13(b)中示出了可相对于彼此旋转的两个元件之间的电感性耦合件的一些示例，但是本发明不限于这些示例，并且其它电感性耦合件也是有可能的。

系统600的剩余部分(即，rf电源697、匹配网络696和端接阻抗695)在本领域中是已知的，因此不需要在这里进一步解释。

在系统600的变体中(未示出)，系统可以包括至少两个rf电源697，例如两个rf电源。这些rf电源可以具有相同或不同的频率，并且可以在相同或不同的电力电平处操作。每个rf电源可以具有其自己的匹配网络696。这种系统的切换单元680可以具有针对每个rf电源的一个端子(或端口)。

在系统的这些或其它变体中(未示出)，系统可以包括至少两个端接阻抗695，例如至少三个不同的端接阻抗，每个端接阻抗具有不同的电阻抗。通过利用rf电力信号对靶管的一端供电，并且通过将多个端接阻抗中的每一个顺序地施加到溅射靶的相对端，可以仿真溅射靶的可变端接，即使阻抗中的每个都实际上是固定的阻抗。本领域技术人员可以选择端接阻抗695的适合数量和适当值，以便获得更均匀的电压分布，和/或溅射材料的更均匀的侵蚀，和/或溅射材料在基板上的更均匀的沉积。

在图6的系统的这些或其它变体中，切换单元680可以具有三个“输入端”(或端子)，一个用于连接rf电源，一个用于连接dc电源，还有一个用于连接端接阻抗，并且切换单元680可以适于将这些输入端中的一个输入端连接或耦合到溅射靶或磁控管的第一端或侧，而将剩余的两个输入端中的一个输入端连接或耦合到溅射靶或磁控管的第二端或侧。

图6(a)可以表示系统600的还有另一个变体，其中rf电力信号分别经由第一端块和第二端块631、632的电接口661、662并且经由连接到静止的内管的671、672而提供给溅射磁控管或溅射靶的一个或任一个端或侧，其中静止的内管可以是磁棒保持器结构614的一部分或其延伸。在这个实施例中，端块631、632可以优选地与所述内管电绝缘，以允许rf信号传递。将关于图16和图17进一步讨论该内管和背衬管之间的电耦合是如何出现的。

在图7中，曲线793是当由来自rf电力分路器的13.56mhz的两个相同rf电力信号同时从两端供电从而导致在中间具有电压节点的驻波模式时，在具有1.5m长度的单个适当端接的溅射靶的长度上的模拟的电压特性(电压幅度的时间平均绝对值)的图形表示。“适当端接”意指靶连接到其值等于靶的特性阻抗的阻抗，因此不出现波的反射。虚线曲线791表示当仅在溅射靶的第一端处施加rf电力信号而第二端以端接阻抗端接时将出现的电压波形(电压信号的包络)。如可以看到的，幅度朝着第二端减小，并且波形非常不均匀。同样，虚线曲线792表示当在靶管的第二端处施加单个rf电力信号而第一端以端接阻抗端接时将出现的电压波形的包络，从而导致波形791的镜像版本。

本发明人已经注意到，如本发明中描述的预期电压包络曲线不完全对应于现有技术(特别是us2014/0183037的图3)的发现。特别地，同时在两端处施加rf电力似乎没有提供非常均匀的电压波形，而是提供在中间具有电压节点的驻波形793。此外，如现有技术中描绘的波长看起来远大于本发明的图7和图8中示出的波长。由于现有技术使用40mhz的rf频率，而本发明的图形是针对13.56mhz进行模拟的，因此这更令人惊奇。这种差异的起源可能在为了模拟靶和等离子体而假设的具体阻抗的值中找到。当使用除了13.56mhz以外的rf频率时，将获得与图7中示出的图形类似的图形。

图8示出了针对具有3.5m长度的溅射靶的类似的图。曲线893示出了当rf电力信号同时施加到靶管的两端时在溅射靶的长度上的电压特性，曲线891示出了当rf电力信号仅施加到第一端而第二端被适合的阻抗端接时的电压特性，并且曲线892示出了当rf电力信号仅施加到第二端而第一端被适合的阻抗端接时的电压特性。如可以看到的，同时在两端施加rf电力似乎没有提供非常均匀的电压波形，而是在靶的中间具有电压节点。

现在参考图9，曲线991和992分别与图7的曲线791和792一致(但以不同的比例显示)。本发明人惊奇地发现，当两个rf电力信号不是同时持续施加到单个溅射靶的两端(如图2中所示)，而是交替地在偶数时隙中仅向第一端施加而第二端被端接，并且在奇数时隙中仅向第二端施加而第一端被端接时，(假设奇数和偶数时隙具有相同的持续时间)，则获得曲线993所示的相当均匀的结果。这种电压波形将有可能导致溅射材料在靶管的整个长度上的基本上均匀的侵蚀(例如，其中溅射材料的厚度变化小于大约15％)，并且导致溅射材料在基板上的基本上均匀的沉积(例如，其中厚度变化小于大约15％)。

图10示出了针对具有3.5m长度的溅射靶的与图9类似的图形。曲线1091和1092分别与曲线891和892一致，并且曲线1093示出了当rf电力交替地施加到单个靶管的任一侧，而靶管的相对侧被适合的阻抗端接，并且使用对于奇数和偶数时隙的50％的占空比时，在靶的长度上的电压特性。如可以看到的，获得由曲线1093示出的非常均匀的结果。这种电压波形将可能导致溅射材料在靶管的整个长度上的基本上均匀的侵蚀(例如，其中溅射材料的厚度变化小于大约30％)，并且导致溅射材料在基底上的基本上均匀的沉积(例如，其中厚度变化小于大约30％)。

要指出的是，图7至图10中示出的曲线是基于模拟并基于操作条件(例如，温度、压力)和等离子体等的特点的假设。这些值可能不是正好对应于现实，并且实际曲线只能通过测量获得。因此，发明人不希望受这些特定曲线或值的约束，而仅受本发明的基本原理的约束。

图11(a)是如可以在图6中所示的系统600中使用的、具有两个端块1131、1132以及包括安装在两个端块1131、1132之间的单个靶管或溅射磁控管的靶组件的设备1102的示例。图11(a)是设备1100的比图6(a)中所示的更不抽象的表示。在本发明的特定实施例中，设备1102包括彼此对齐布置并且彼此相距一定距离并且朝着彼此定向的例如具有面向相对方向的靶固定法兰的两个端块1131、1132，使得靶管1170能够安装在其间。

在设备1102可以在不包括靶管1170的情况下生产和销售的意义上，靶管1170本身是“设备”的可选部分。当然，在实际使用溅射系统中的设备1102期间需要靶管1170，但是本发明的基本思想在于端块1131、1132的配置或布置，以及端块适于经由电接口(例如，电连接器1161、1162)向溅射靶传送rf电力并且适于经由相同的电接口1161、1162将靶管的所述端(在另一个时刻)连接或耦合到端接阻抗的事实。

如上所述，耦合件1171、1172可以是电阻性耦合件或电容性耦合件或电感性耦合件，或者这些耦合件中的两种或全部三种的组合。耦合件1171、1172可以通过物理连接(例如，通过静态连接或弹性可弯曲连接，诸如在有限的角度范围内往复旋转的同轴线缆或绝缘导体)来实现，或者可以包括无接触电磁连接(诸如例如电容性或电感性耦合件，例如如图12或图13中所示)。耦合件1171、1172可以是电的或磁的或电磁的。

端块1131、1132可以安装在安装表面1181上，例如在溅射设备的盖子或门上，其中端块1131、1132在操作期间定位在对应于溅射系统的内部的表面的一侧上，并且其中电接口1161、1162位于该表面的相对侧上，即，在操作期间对应于溅射系统的外部的一侧上。安装表面1181(例如，盖子或门)可以是设备1102的一部分。

端块1131、1132和电接口1161、1162能够传送在例如0.5kwatt至100kwatt的范围内(例如在1kwatt至30kwatt的范围内，例如大约1kwatt或2kwatt或5kwatt或10kwatt或20kwatt或50kwatt)的并且具有在0.3mhz至100mhz的范围内(例如大约13.56mhz)的频率的rf电力。端块1131、1132内部的电力损耗量(例如，由于涡流或磁损耗或者导体中和/或冷却液中的焦耳加热)将被尽可能多地限制。

可以附加地提供端块中的至少一个来用于允许冷却液(例如冷却水)通过。通常，冷却水的输入(供应)和输出(排出)由单个端块组织，其中通道布置在靶管内，例如，由如例如在图14(a)中所示的管状磁棒保持器外壳的壁形成的通道，其中壁中的开口或腔体被用来将冷却液从所述壁的一侧带至另一侧。但是，这对于本发明不是必需的，并且也可以使用其它冷却方式。

端块中的至少一个可以附加地设置有驱动装置，例如，设置有用于使溅射靶管1170围绕其纵向轴线旋转的马达。

本发明的设备理想地适合于利用包括非导电溅射材料(例如，陶瓷材料或氧化物)的靶管1170的溅射。

图11(b)至图11(d)例示了本发明的设备1102的可能的使用情况。它还例示了切换单元680的时间特性的示例。

图11(b)例示了使用图11(a)的设备的第一种方法，其中靶管的每一端被交替地供应rf电力信号，而另一端以阻抗端接。如表中所示，在偶数时隙(由2n指示，其中n是整数)中，第一端块1131被提供有rf电力，而第二端块1132以阻抗z电端接。在奇数时隙(由2n+1指示，其中n是整数)，第二端块1132被提供有rf电力，而第一端块1131以阻抗z端接。优选地，时隙具有相等的长度，使得偶数时隙和奇数时隙的占空比为50％。对于1.5米的靶长度，通过这种方法获得的结果电压波形由图9的曲线993示出，而对于3.5米的靶长度，由图10的曲线1093示出。

但是，当然，本发明不限于正好50％的固定时隙，而是当时隙例如以选择的伪随机方式在预定义的最小值和最大值之间变化使得偶数时隙的平均时间在一定余量内(例如在+/-10％内)大约等于奇数时隙的平均时间时，也将获得靶管的更均匀侵蚀的有利效果。此外，本发明不限于其中每个部分一定需要相同的rf电力电平的时隙。改变时隙部分和每个时隙部分内的电力电平二者都提供了调节靶管的侵蚀均匀性的自由度。

图11(c)例示了图11(b)的方法的变体，其中时间被划分为三个时隙的组。除了其占空比例如选择为45％之外，由“3n”和“3n+1”(n为整数值)指示的第一时隙和第二时隙对应于图11(b)的偶数和奇数时隙，并且存在由“3n+2”指示的第三时隙，其中rf电力被同时施加到溅射靶的两端。这后一个时隙可以例如具有10％的占空比。但是，本发明当然不限于这些值，并且第一时隙、第二时隙和第三时隙可以具有在1％至99％的范围内的占空比，其总和为100％。时隙的不同顺序次序当然也是可能的。甚至有可能使占空比和每个部分内的电力电平随时间变化。

在图6的系统包括多个rf电源697和/或多个端接阻抗695的情况下，显然可能有许多更多的变体。例如，图11(d)示出了用于具有单个rf电源和两个不同端接阻抗z1、z2的系统的可能的时间表。如可以看到的是，在每个时段的第一时隙(由“4n”指示)中，靶管的第二端连接到第一阻抗z1，而在每个时段的第三时隙(由“4n+2”指示)中，靶管的第二端连接到第二阻抗z2。以这种方式，可以仿真可变阻抗。当然，端接阻抗z1、z2的数量可以被选择为大于两个，例如至少五个，并且时间表可以被相应地调节，以将溅射靶的各个端连接到端接阻抗中的每一个。

在本发明的替代实施例中，如图18中示意性例示的，用在溅射系统600中的设备602被配置以安装包括至少两个靶管或溅射磁控管的靶组件。在此，设备602包括定位在溅射系统的相对侧的至少两个端块631、632。该至少两个端块631、632中的每一个被配置和安装成使得它们可以安装不同的靶管或溅射磁控管。在这些实施例中，靶组件可以在组件两侧处都利用rf电力被主动供电，但是使得单个靶管或溅射磁控管不在两个末端处同时利用rf电力被持续地主动供电。靶管或溅射磁控管中的至少一个可以从一侧被主动供电，而靶管或溅射磁控管中的至少另一个可以从溅射系统的另一侧同时或非同时地被主动供电。以这种方式，获得通过rf电力对靶组件的相对侧的供电，特别地在这个实施例中通过向安装在位于溅射系统的相对侧处的端块上的多个靶管或磁控管供电。

在本发明的示例性实施例中，第一靶可以经由一侧上的第一端块631来供电，并且相邻的第二靶经由定位在相对侧上的第二端块632来供电。当在溅射期间基板相对于两个靶相对地移动时，这将导致源自两个靶的溅射涂层。在所解释的实施例中，由于两个靶仅从一侧供电，因此它们都将以不均匀的方式侵蚀。来自两个靶中的每一个的涂层也将分别是非均匀的。但是，由于两个靶是从相对侧供电，因此可以进行系统的控制，使得组合的涂层是均匀的。在这个实施例中，靶可以在预定量的处理时间之后被反转，以便实现靶的更均匀的侵蚀。这可以例如在靶的寿命的一半时完成。在特定实施例中，可以在系统中提供传感器，以确定所出现的侵蚀量，并由此计算寿命。靶可以物理地反转或者，另一方面，端块的操作可以反转：如果每个靶在两侧处都具有能够处理rf信号的端块，如图18中所例示的，那么可以在一定时段之后并且针对至少双靶配置的两个端块集合同时改变驱动rf侧。因此：对于单个靶的所述条件可以在双靶配置上实现，其中对相对端供电的切换频率可以小得多(在相同条件下更长)，因为均匀性不受负面影响。即使对于双靶配置也可以是优选实施例的是每个靶的每一侧都具有rf兼容的端块，其中rf兼容的端块可以或者用于输送电力或者用于阻抗匹配。将电力输送切换到相对侧可以按不规律或规律的时间间隔进行，例如每分钟、每小时、每天，同时通过对至少双靶配置的靶中的每一个进行反向供电来保证均匀性。

在本发明的实施例中，靶可以存在于两个相对的端块631、632之间(参见例如图6)。在这些实施例中，设备602可以适于在时域中交替地对靶组件的相对侧供电。

在本发明的实施例中，在空间域中对靶组件的相对侧交替供电(例如，两个靶从不同的侧被供电)可以与还在时域中交替供电(例如，两个靶可以都从两侧供电并且这在时间上交替)相组合。由此，涂层的均匀性可以被更多地增加，并且可能不需要类似于上文所述的反转靶。

图12(a)至图12(c)以横截面示出了可围绕轴线相对于彼此旋转的两个元件之间的电容性耦合件的三个示例，如可以在根据本发明的设备和/或组件的实施例中使用的。图12(a)示出平行的圆盘(a)，图12(c)示出了多个同心圆柱体，图12(b)示出了介于图12(a)与图12(c)的结构之间的结构。这些结构中的任何一个可以用作根据本发明的设备中的耦合装置，从而通过使两个元件之间的轴向距离变化来允许具有相当大范围的电容值。特定实施例(例如，尺寸和几何形状)可以取决于系统需要来选择。在这些实施例的变体(未示出)中，轴线附近的区域可以是打开的，例如，在图12(a)的情况下，这将导致两个圆形环，以及在图12(c)的情况下，这将导致内圆柱体中的一些的去除。

图13(a)至图13(b)示出了可围绕公共轴线相对于彼此旋转的两个元件131、132和135、136之间的电感性耦合件的两个示例。

图13(a)示出了第一元件131(例如，具有第一线圈133的静态元件)和第二元件132(例如，具有第二线圈134的可旋转元件)。元件和线圈被成形和布置成使得由第一线圈133生成的磁通线尽可能多地通过第二线圈134，以获得高耦合。“电感性耦合”的基本原理在本领域中是众所周知的，这里不再进一步解释。只要知道两个绕组133、134都优选地围绕磁性材料应用就足够了，其中磁性材料优选地成形为使得闭合的磁场线能够尽可能多地行进通过磁性材料(诸如铁)，并且尽可能少地行进通过间隙。间隙允许元件131、132相对于彼此旋转。

图13(b)示出了具有两个元件135、136的另一个实施例，其中第一(内部)元件135可以是静止的，而第二(外部)元件136能够围绕第一元件旋转。第一线圈137可以围绕第一元件135的一部分缠绕，第二线圈139可以围绕衬套138缠绕，其中衬套138可旋转地安装在内部元件135上，使得第二线圈139可以固定地连接到外部元件136并且可以沿着旋转。

图14至图17意在更详细地公开如何能够将rf电力信号施加到溅射靶的端或侧和/或这些端或侧如何能够连接或耦合到端接阻抗的一些示例。在图6或图18中示出的系统600的其它元件(例如，rf电源、匹配网络、切换单元等)从这些附图中省略了，但是本领域技术人员能够容易地应用。图14至图17是其中靶组件包括单个靶管或溅射磁控管的实施例的例示，但是它们同样适用于(尽管未例示出)其中靶组件包括多个靶管或溅射磁控管的实施例，其中每个靶管或溅射磁控管都安装至不共线的端块。

图14(a)是根据本发明的实施例的设备或组件1402的示意表示。图14(a)示出了包含溅射靶(或磁控管)的中心轴线的平面中的横截面。图14(b)示出了垂直于所述轴线的平面中的横截面。

所示的设备1402包含溅射靶1470，以及第一端块1431(仅示出其一部分)和第二端块1432(仅示出其一部分)。端块适于机械地支撑溅射靶。溅射靶1470包括圆柱形金属背衬管1403，该圆柱形金属背衬管1403具有外表面，溅射材料1408被施加到该外表面。优选地，端块中的至少一个设置有用于将背衬管围绕其轴线旋转的马达或致动器。

根据本发明的有利方面，端块还适于分别经由或通过第一端块和第二端块1431、1432从一个或多个外部电源(未示出)向/从背衬管1403的第一端和第二端分别传送rf电力信号(由箭头1441和1442示意性地指示，尽管rf电流实际上是双向的)，并且适于分别经由或通过第一端块和第二端块将背衬管1403的第一端和第二端分别耦合到一个或多个外部端接阻抗(未示出)。

应当指出的是，这个图不应当被解释为rf电力信号1441、1442必须同时施加到两端，但是它们可以这样。在具有在能够向其施加rf电力的两个端块之间的单个靶管的实施例中，至少对于操作周期的主要部分，rf电力信号可以交替地施加至端块中的任一个。在具有至少两个靶管的实施例中，每个靶管被安装在能够向其施加rf电力的不同端块上，端块又进而定位在溅射系统的相对侧处，rf电力信号可以被同时施加到两个端块，因为这种工作方式不会在两个末端处同时利用rf电力持续地主动供电单个靶管。这并不排除在某些情形下并对于某些时间(但不是持续地)所有端块都利用rf电力以相同或不同的电力部分同时供电。这也可以与施加到端块中的每一个的连续或脉冲dc组合。

端块1431、1432中的至少一个还可以适于供应或适于排出用于冷却在溅射室中的实际使用期间的背衬管1403的冷却液1426(例如，冷却水)。

在本文中仅表示了端块的形成耦合件1471、1472的部分，特别是端块的法兰1417和支架1418，但感兴趣的读者可以参阅例如us2013/0008777a1以获得这种端块的其它部分的更详细描述。实际上，如将进一步例示的那样，可以按至少两种主要不同的方式将rf电力信号1441和1442施加到背衬管1403，以创建电场，该电场在溅射设备的使用期间将与位于溅射靶附近的等离子体相互作用：

(i)直接地，通过直接将rf电力(例如，经由电阻性耦合件)施加到背衬管1403，例如经由导电法兰1417和/或经由导电支架1418，其中导电法兰1417和导电支架1418安装成与背衬管1403电接触(如例如在图15中所例示的)。这意指rf信号1441、1442不需要被施加到内部电极，例如，管状磁体保持器结构1416(如在一些现有技术的应用中所做的那样)，在这种情况下，没有大部分的rf电力流经冷却液1426；

(ii)间接地，通过将rf电力1441、1442施加到内部电极，例如管状磁体保持器结构1416(如例如在图16和图17中所例示的)，由此rf电流的主要部分从内部电极(例如，磁体保持器结构1416)的外表面通过冷却液1426流动到背衬管1403，

但是在图14(a)中进行这种差异的抽象化。图15将示出经由第一原理(i)进行耦合的示例，图16和图17将示出经由第二原理(ii)进行耦合的示例。

包括设备1402的系统或组件还可以包括图6(a)中示出的任何其它部件，特别地：切换单元、一个或多个rf电源、一个或多个匹配网络以及一个或多个端接阻抗，尽管图6中仅示出每种部件中的一个。

图14(b)以在垂直于轴向方向的平面中的横截面示出了图14(a)的溅射靶。清楚可见的是，管状磁体保持器结构1416位于背衬管1403内，并被冷却液1426(例如，冷却水)包围。尽管本发明不限于具有图14(b)中示出的管状磁体保持器结构1416的设备或组件或系统，但是这种实施例可以提供具体的优点，诸如允许磁体1407或磁体阵列的准确定位，以及其中允许冷却液1426流动的特定通道的形成，以及其中没有液体能够流动的隔室的形成。磁体保持器结构1416的外壁与背衬管1403的内壁之间的空间也可以被看作通道。

背衬管1403的材料优选地是具有相对良好的导电性和导热性的非磁性材料。考虑到高的rf频率，例如13.56mhz，趋肤效应不可避免地发挥重要作用。以这种频率，金属(诸如铜或铝或非磁性或低磁性不锈钢)中的趋肤深度在大约1微米至1mm的量级，例如大约10微米。为此，背衬管1404和/或管状磁棒保持器1416(如果存在的话)可以有利地包含高导电材料(诸如例如铜或铝或银或金)的外层，而背衬管的芯和管状磁棒保持器1416的芯能够包括或可以包括例如“不锈钢410”或“不锈钢304”或铜或铝、或铝合金、或任何其它(一种或多种)适合的材料。

通过提供具有相对大的外直径(例如是背衬管的内直径的至少80％，例如至少85％，或至少90％，或至少95％)的磁体保持器结构1416，不仅增加了机械稳定性，还以通道细分了背衬管1403内的整个空间，使得冷却可以按更好的受控方式被管理。此外，在上面提到的其中rf电流主要在薄层中流经磁体保持器结构1416的外表面的情况(ii)中，电阻将随着磁体保持器结构1416的外直径增加而减小，并且因此将在管状磁体保持器结构1416的材料中耗散更少的电力。最后，通过增加管状磁体保持器结构的外直径，管状磁体保持器结构1416的外壁与背衬管的内壁之间的距离减小，因此通过冷却液的电阻减小，从而导致更好的电力效率。

通过将磁体1407安装在冷却液不能流动的单独隔室中，可以通过避免冷却液与磁体之间的直接接触来避免磁体1407的腐蚀。

优选地，磁体的位置可以或者手动地(离线地，例如通过使用螺钉)或者动态地(在线地，例如通过使用致动器装置和控制电路)调节。

在背衬管1403的外侧上，存在具有溅射材料的牺牲层1408。溅射材料可以在非导电材料(例如，陶瓷材料或氧化物)上构成。可以通过使用rf电力信号来溅射这种材料。

图15示出了根据本发明的实施例的设备或组件1502。对于单个靶管或溅射磁控管被安装在第一端块和第二端块之间的特定实施例，这个实施例可以被看作是图14中示出的通用设备或组件的特殊情况。这些端块1531、1532(仅示出了其法兰1517和支架1518)适于让每个端块将rf电力1541、1542信号主要直接地传送到背衬管1503，这意指rf电流将不是主要流经磁体保持器结构1516和冷却液1526，而是例如流经所述导电法兰1517和所述导电支架1518。

在图15的图中，背衬管1503还具有可变的外直径，但是该特征独立于将rf电力施加到背衬管的方式，而且不是强制性的。另一方面，当存在时，它还可以帮助改进由rf信号生成的电场的均匀性，因此它们一起提供协同效应。图15中例示的背衬管的形状使得背衬管在中部比在其末端处更薄。对于将多个靶管或溅射磁控管各自安装在可以向其供给rf电力的端块上的实施例，背衬管的厚度可以例如从施加rf电力的一侧朝着另一个末端减小。优选地，在厚度上的这个减少逐渐出现。

在图15的示例中，电介质1525被施加到金属背衬管1503，并且在其上提供溅射材料1508。通过使导电背衬管1503的外表面与等离子体(未示出)之间的距离适合地变化，换句话说，通过选择背衬管的外直径在管的长度上的适合分布(如可以例如通过模拟或者甚至通过反复试验获得的)，背衬管1503和等离子体之间的电容可以在背衬管1503的长度上变化，并且可以被具体选择，以便获得靶材料1508的相比利用具有恒定直径的背衬管可以实现的侵蚀更均匀的侵蚀。换句话说，通过选择恰当的分布，曲线993和1093(对于1.5m或3.5m的靶管)可以进一步变平。这个原理还对具有在例如1.0m至5.0m的范围内的另一长度的靶管起作用，并且还对高于或低于13.56mhz的其它频率(例如在300khz至100mhz的范围内)起作用。

在图15的实施例的变体(未示出)中，电介质1525的外直径不是恒定的，而是在靶的长度上变化。再次，可以设计分布(例如通过模拟)以获得更均匀的电压分布。

在图15的实施例的变体(未示出)中，背衬管1503具有恒定的外直径，但是具有可变的内直径，以获得相同的效果。

在图15的实施例的变体(未示出)中，背衬管1503具有恒定的内直径和外直径，但没有介电层1525。

应当注意的是，图15的表示仅仅是示意性的，以及为了例示性目的，某些元件，诸如法兰1517和支架1518被故意绘制成分开，其间具有开口，以清楚地示出不同的元件。诸如o形环等的其它部件也从附图中省略了。

第一端块和第二端块1531、1532的精确形状和尺寸不太重要，而在图15的实施例中有利的是rf电流(由黑色箭头示意性地表示)可以流动通过端块1531、1532的材料的至少一部分，例如，从导电背衬管1503或向导电背衬管1503流动通过导电法兰1517和/或导电支架1518，其中导电背衬管1503与导电法兰1517和/或导电支架1518直接电接触。但是，本发明当然不限于具有法兰和支架的端块，而是其它安装技术(诸如例如端块具有内螺纹，用于安装具有带有外螺纹的背衬管1503的靶管1570)也是有可能的，只要在端块和背衬管之间存在直接的电接触即可。

为了保证法兰1517和支架1518与背衬管1503之间良好的电接触，可选择地在支架1518和背衬管1503之间添加铜环(未示出)和/或金属弹簧等。

尽管在附图中仅使用标签“rf”来指示经由或通过第一端块和第二端块的rf电流路径，但清楚的是，当一个端块耦合到rf电源并且另一个端块耦合到端接阻抗时或者在如上面关于图11(b)至图11(d)讨论的任何其它场景中，也将使用经由法兰和支架的相同电路径。

用于连接到切换单元的端块1531、1532的电接口没有被明确示出，但是可以例如被实现为连接到电刷(例如，与旋转的法兰1517物理接触的碳刷(未示出))的电导体(例如，同轴线缆)，如例如从dc马达已知的，但是其它电接口也是可以的。

图16示出了根据本发明的第三实施例的设备或组件1602，这也是图14中示出的更一般的实施例的特殊情况。在图16的实施例中，第一端块和第二端块1631、1632(仅示出其法兰1617)适于允许第一rf电力信号和第二rf电力信号1641、1642分别经由内部管状磁体保持器结构1616传递，从内部管状磁体保持器结构1616，rf电力将通过冷却液1626进一步传送到背衬管1603。为了防止rf电流流经法兰1617的材料，法兰相对于管状磁体保持器结构1616电绝缘，如通过绝缘材料1621示意性地例示的。而且，这种实施例可以应用于每个靶管或溅射磁控管包括单个rf传送端块的系统。

图17示出了图16的实施例的变体，其中金属背衬管1703具有可变的外直径，以及在金属背衬管1703和溅射材料1708之间应用的电介质1725，如上面关于图15所讨论的。上面提及的(对于图14至图16的实施例)关于其它系统部件(例如，切换单元、rf电源、(一个或多个)端接阻抗在这里也适用)。rf电力信号可以被施加到安装在静止的内管上的电接口，例如经由物理连接器。要注意的是，在这种情况下不需要碳刷，但是rf电力信号可以例如借助于切换单元和静止的管状磁体保持器结构1716之间的同轴线缆连接，或者以适合于传送1kwatt至100kwatt并具有300khz至100mhz之间的频率的rf电力信号(例如1kwatt至100kwatt且频率为大约13.56mhz的电力信号)的任何其它方式连接。这个实施例也可以应用于每个靶管或溅射磁控管包括单个rf传输端块的系统。

应当指出的是，图16和图17的表示仅仅是示意性表示，并且为了例示性目的，诸如法兰1717和绝缘材料1721的部件被绘制成与背衬管1703相距一定距离，以清楚地示出不同的元件。还从图中省略了诸如o形环等的其它部件。