CN1930652A - 溅射涂覆基片的制造方法、磁控管源和具有这种源的溅射室 - Google Patents
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Abstract
在不对称不平衡长程磁控管磁场图案上产生和使用一种磁控管源、一种磁控管处理室和一种制造具有真空等离子体处理过的表面的基片的方法，该不对称不平衡长程磁控管磁场图案沿着基片表面被扫动，用于提高真空等离子体处理过的基片表面处的离子密度。长程磁场达到基片表面，平行于基片表面的磁场分量为至少0.1高斯、并且优选地在1和20高斯之间。等离子体处理可以例如是溅射涂覆、或蚀刻。
Description
本发明涉及等离子体处理基片表面，因此尤其涉及溅射涂覆这种表面，并且甚至特别是涉及被实现为长抛(long-throw)溅射和/或离子化物理气相沉积(IPVD)的方向溅射。本发明还可被用于蚀刻。
所谓的准直(collimated)溅射和长抛溅射已被用于涂覆中等纵横比的孔。离子化物理气相沉积(IPVD)最近已被用于在孔中沉积膜。在IPVD方法中，使用离子化的金属原子流。充正电的金属离子的这种流在等离子体和基片之间的间隙内加速，例如基片是相对于等离子体具有负偏压的硅晶片。由于电场垂直于基片，如垂直于硅晶片表面，这导致对高纵横比的孔有更好的底部覆盖。对于IPVD，有各种实现金属的高离子化比值的方法。从US 6,352,629中公知一种方法。在讨论该现有技术和进行本发明之前，要限定一些定义：
1、磁控管磁场图案
如图1中所示，朝着靶面3看，如沿着靶1的靶面3所形成的磁控管磁场图案包括形成封闭环的磁场的图案FM。在靶的横截面图中，磁控管磁场图案FM是具有从一个磁极的外部区域A0到相邻的另一个磁极的内部区域Ai成弧形的磁场的隧道状。在形成基本上封闭的环的外部区域A0之外的磁通量基本上等于除了正负号函数(signum)之外的第二内部区域Ai处的磁通量。
因此，将外部区域A0限定为由封闭环轨迹线L′界定的区域，该封闭环轨迹线L′由沿着磁场图案FM的轨迹L的投影(虚线)来限定，沿着该投影，垂直于靶面3的磁场分量为零。
此外，无论何时和蚀刻一起应用本发明，靶面3都是非溅射材料。对于本发明的优选应用，即用于溅射涂覆靶面3，靶面是要被溅射的材料并因此是溅射表面。
2、具有不平衡分量图案的磁控管磁场
偏离如(1)的平衡结构，如果沿着内部区域Ai和外部区域A0之一的磁通量相对于在其它区域的这种通量增加，则磁控管磁场图案变为不平衡。在图1中，示意性地示出磁控管磁场图案FM的产生，以及另外示出不平衡磁场图案FU的产生。沿着靶1并且靠近靶面3对面的靶面，提供具有内部磁次级排列5和第二外部磁次级排列7的磁排列。面对靶1的第一次级排列5的表面是一个磁极S，而面对靶1的外部次级排列7的表面具有第二磁极N。在两个磁次级排列之间，形成磁控管磁场图案FM，因此，两个磁次级排列7和5的表面处的磁通量基本上相等。
然而，在图1中，通过磁次级排列5和7产生磁场图案FM，磁次级排列5和7分别具有取向垂直于靶面3的磁偶极子，这个磁场图案FM还可以由磁偶极子基本上平行于靶面3的相应磁排列产生，为内部区域Ai处的磁通量提供的一个极，为外部区域A0处的磁通量提供另一个磁极。
根据图1，如果外部区域A0处的根据图1的具有次级排列5和7的相应表面之一处的磁通量显著增加，则磁控管磁场图案变为不平衡。与磁控管磁场图案FM相比，长程内有相当大量的磁通量FU。在作为例子的图1中，示出了相对于环中心轴AL的两个次级排列5和7的中心圆形排列。
不平衡磁场图案FU沿着外部磁次级排列7均匀地分布。
这种公知的不平衡磁场图案FU因此是随着沿那个区域A0的环的磁通密度均匀增加而增加例如外部区域A0处的磁通量的结果。考虑到本发明，将图1的这种不平衡磁场图案FU称为对称不平衡磁场图案。
转向US 6,352,629，可以看出，提供有一种产生如借助图1来说明的对称不平衡磁场图案的磁排列，该磁排列围绕偏离对称不平衡圆形磁控管的环中心轴AL的轴移动。提供有一种环绕靶与正被溅射涂覆的基片之间的空间的DC线圈，以便产生将金属离子导向基片的轴向磁场。由对称不平衡磁控管磁场图案所覆盖的靶区域远小于整个溅射表面。由于如图1中所示的对称不平衡磁控管在环中心轴上产生高度聚焦的等离子体，所以基片处的离子密度极度不均匀。
本发明的目的是提供一种用于制造具有真空等离子体处理过的表面的基片的方法，在该基片表面上，等离子体密度分布的平均均匀性提高，并且因此提出相应的磁控管源和处理室。应用于IPVD，由于所述的沿着基片表面的等离子体曝光(exposure)的均匀性，所以本发明导致基片表面的平均金属离子曝光的均匀性提高。
通过制造具有等离子体处理过的表面的基片的方法实现所述的目的，该方法包括以下步骤：
●提供具有靶面的靶；
●提供至少一个基片，即一个单个基片或者一个以上基片，所述基片远离靶面并与靶面相对。
沿着靶面，产生磁场的磁场图案，如图1的FM，该磁场图案在朝着溅射表面的方向上形成封闭环，并且平行于溅射表面来考虑形成从第一磁极的外部区域A0到第二磁极的内部区域Ai的隧道状弧形，而由磁控管磁场图案FM中的垂直于靶面的磁场分量为零的封闭轨迹L′相对于外部区域A0限定内部区域Ai。
磁场图案还包括不平衡长程磁场图案，该不平衡长程磁场图案是不对称的并且通过相对于沿着内部区域的磁通量增加沿着外部区域的磁通量来产生，因此长程磁场以平行于基片表面的磁场分量为至少0.1高斯到达基片表面。在磁场图案中，产生等离子体放电，并且等离子体处理该基片表面，因此沿着基片表面扫过不对称不平衡磁场图案。
因此，不是开发对称不平衡磁控管，而是开发不对称不平衡磁控管。
3、不对称不平衡磁控管磁场图案
为了完全理解如将参考优选实施例进行说明的本发明，借助图2来示例如通过本发明创造性地开发的不对称不平衡磁控管的原理。
根据图2，与图1的实施例类似地产生磁控管磁场图案FM。如在图2中进一步示出的那样，沿着第二外部磁次级排列7a的表面的磁通量增加。如果这沿着外部磁次级排列7均匀分布地进行，则将导致根据图1的对称不平衡磁场图案分量FU，并且如图2中的虚线所示。
然而，并且根据如图2中所示的本发明，创造性地开发的不对称不平衡磁场图案FAU可以通过扰乱对称不平衡磁场图案FU而最一般地来实现，以便相应磁场图案在平行于靶面3的方向上变形(参见图1)。这在优选实施例中通过不均匀地增加沿着外部区域A0的磁通密度来执行。如图2中所示例的那样，在一个优选实施例中，实现在沿着外部区域A0的方位方向上的磁通密度的这种不均匀增加，因为通过除了磁次级排列7的第一部分7a之外还沿着外部区域A0提供第二磁次级排列部分7b来沿着外部区域中的环局部施加另外的磁场，该磁次级排列7的第一部分7a提供对称不平衡图案FU，该第二磁次级排列部分7b仅仅沿着外部区域A0的预定区域设置并且因此局部施加另外的磁场。因此，这个另外的磁场使对称不平衡磁场图案FU变形，从而产生不对称不平衡磁场图案FAU。
回到本发明的优选实施例，在第一优选实施例中，靶面是溅射表面，并且基片表面的等离子体处理是溅射涂覆。然而，根据本发明的方法还可被用于蚀刻，例如用于基片表面的活性等离子体增强蚀刻。在这种情况下，靶面选自不被溅射的材料，并且仅仅为了产生相应的等离子体分布而提供具有创造性开发的、扫过基片表面的不对称不平衡磁场图案的磁控管源。没有材料从靶面被清除。
在根据本发明方法的另外的优选实施例中，平行于基片表面的磁场分量选择在1高斯和20高斯之间。
进一步优选地，隧道状磁控管磁场图案FM覆盖60％以上的靶面，因此甚至更优选地覆盖85％以上的靶面。因此，尤其是考虑到执行基片表面的溅射涂覆，应用所述的覆盖是有益的，因为该覆盖主要在磁控管磁场图案FM所覆盖的区域内，在该区域中，由于电子陷阱作用，所以实现增加的等离子体密度，并且以高速率溅射材料。
如上已解决的那样，在一个优选实施例中，通过沿着所述外部区域局部施加另外的磁场来扰乱沿着外部区域A0的增加的磁通密度的均匀性，从而实现不对称不平衡磁场图案。因此，优选地通过至少一个永磁体和/或至少一个电磁体来产生所述另外的磁场。提供电磁体允许控制这种另外的磁场，以便在加工不平衡磁场图案的不对称期间中还可以可控制地变化。
在另一优选实施例中，不仅不对称不平衡磁场图案扫过基片表面，而且磁控管磁场图案也扫过基片表面。尤其是考虑到溅射涂覆，由于磁控管磁场图案也相对于基片移动，所以达到进一步增加的处理均匀度。
在又一优选实施例中，通过围绕垂直于靶面的轴成圆形地移动不平衡磁场图案来执行不对称不平衡磁场图案沿基片表面的扫动。
考虑到图2可以看出，不对称不平衡磁场图案FAU沿着围绕轴AS的圆形路径移动，因此这种轴AS的位置被选择远离不对称不平衡磁场图案FAU的最大磁通的区域P。
如图2中还进一步所示出的那样，在优选实施例中，通过围绕垂直于靶面并且偏离内部区域Ai的几何中心AL的轴移动磁控管磁场图案FM以及不对称不平衡磁场图案FAU，来产生扫动，以便通过这种移动来相对于基片表面扫动这两个磁场图案。
在进一步优选的模式中，围绕环中心轴圆形地产生磁控管磁场图案的环，如图2中所示，围绕轴AL圆形地产生磁控管磁场图案的环。
在根据本发明方法的进一步优选的实施例中，通过不对称不平衡磁场图案FAU产生如图2的P处所示的最大等离子体密度区域，该区域与基片表面的周边相邻，并且与这个周边相邻并沿着这个周边扫过所述最大区域。
在图2中，以虚线表示来示出基片6。该基片6以轴AS为中心。最大等离子体密度的区域P扫过基片6的周边并且与这种周边相邻。
此外，在优选实施例中，通过调整另外的磁场来执行基片表面处的离子电流密度的均匀性的受控调整，该另外的磁场如所解释的那样被提供用于扰乱不平衡磁场图案的均匀性，以使其不对称不平衡。
如已经解决并且考虑到不对称不平衡磁场图案FAU的可控性，提供用于产生这种另外的磁场的电磁体是最有利的。因此，在进一步优选的实施例中，提供产生基本上平行于靶面的磁场的至少一个线圈。考虑到图2，以Fa示意性地示出这种磁场。因此，可以看出，通过改变由所述至少一个线圈所产生的这种磁场Fa，可以可控制地调整不对称不平衡磁场FAU的图案。这导致进一步优选的模式，沿着基片表面产生不对称不平衡图案的扫动包括给至少一个线圈提供产生交变磁场Fa的交流电，从而扫动图案FAU，并且因此区域P在Fa的方向上为振荡的方式。在进一步优选的实施例中，如果提供一个以上的这种线圈，这些线圈在除了垂直于Fa的方向的Fb的方向之外还在不同的方向上分别产生磁场，如例如并考虑图2所示，并且给相应线圈施加交流电，将在沿着基片6的表面的二维中扫过不对称不平衡磁场图案FAU并因此扫过区域P，并且通过适当地选择被施加给线圈的交流电的振幅、相互(mutual)相位和/或频率，可以选择扫动的图案，并且在实现沿着基片表面的区域P利萨佐斯(Lissa joux)图案的扫动的意义上可控制地调整。
在进一步优选的实施例中，选择基片为圆形，并且围绕基片的中心轴扫动不对称不平衡磁场图案，因此，如果提供一个以上的基片，该基片被排列在圆形区域内，并且相对于这种圆形区域限定中心轴。
在进一步优选的实施例中，通过调整垂直于基片表面的磁场分量，调整基片表面处的离子电流。这种分量一方面可通过调整不对称不平衡磁场图案FAU来调整，但是可以附加地或者可替换地通过例如借助赫姆霍兹(Helmholtz)线圈装置施加垂直于基片表面的、可控制地改变的附加磁场(即如图2中所示的磁场Fc)来执行。在进一步优选的实施例中，基本上垂直于靶面地将等离子体中的电子流导向基片表面，这可以通过在靶面和基片表面之间施加相应电位差和/或通过提供适当的屏蔽来实现。
在进一步优选的模式中，通过脉动电源电压电供给如所产生的等离子体。因此，进一步优选地，脉动的频率f被选择为
5kHz≤f≤500kHz
因此，优选地被选择为
100kHz≤f≤200kHz。
在进一步优选的实施例中，这种脉动的占空因数被选择为具有1％到99％的不工作时间(off-time)(包括1％和99％)，因此，更优选地具有在35％和50％之间(包括35％和50％)的不工作时间。
尤其是对于长抛和/或IPVD应用，真空室中的总压力被设置为最大10-1Pa，因此优选
10-2Pa≤p≤5×10-2Pa。
此外，在优选模式中，用Rf频率的功率偏置基片，因而调整轰击基片表面的离子能量包括调整这种Rf功率。在特别优选的用于溅射涂覆基片表面的实施例中，给靶面提供有Ti、Ta、Cu之一的溅射表面。
考虑到图1和2，必须强调，产生磁控管磁场图案FM的磁排列不必选择为圆形，如这些图中所示，但是可以认为，这种磁控管磁场图案和相应地产生这种图案的磁排列能在溅射涂覆中实现期望的靶腐蚀轮廓，并实现基片表面上的涂覆的所要求的厚度均匀性。公知有很多种方法可以适当地调整磁控管磁场图案FM和尤其是朝着靶面看的其环路形状，以实现所述的期望结果。
跟随上述目的，还提出了一种磁控管源，该磁控管源包括
●具有靶面和相对表面的靶；
●与相对侧相邻的磁排列，该磁排列具有：
●至少一个第一磁次级排列；
●至少一个第二磁次级排列；
●所述第一磁次级排列具有指向所述靶的相对表面并且作为一个磁极的第一区域；
●所述第二磁次级排列具有指向所述靶的相对表面并且是另一个磁极的第二区域；
●第二区域形成围绕第一区域并远离第一区域的环；
●第一区域产生通过靶面的第一磁通量；
●第二区域产生通过靶面的第二磁通量，并且其中
●第二磁通量大于第一磁通量并且沿着第二区域不均匀地分布。
●沿着靶面移动不均匀地分布的磁通量的扫动装置(sweepingarrangement)。
根据本发明，还提供一种磁控管处理室，该磁控管处理室包括根据本发明并且如上面一般讨论的那样的磁控管源以及基片载体，该基片载体远离磁控管源的靶面并且与该靶面相对。
除了在上面所述的附图和给出的公开内容之外，通过借助于附图以及通过随附的权利要求对优选实施例的进一步说明，本发明对于本领域技术人员来说将更加清楚。其它附图：
图3最示意性和简化地示出结合根据本发明的磁控管源并被操作来制造根据本发明的基片的、根据本发明的磁控管处理室；
图4以与图1和2中的表示类似的表示示出实现通过围绕垂直于靶面的轴来移动来实现扫过基片表面的对称不平衡磁场图案；
图5示出随着圆形基片半径变化的离子电流密度，该离子电流密度因操作利用如图4的源和利用变化线圈电流J参数所配置的如图3的室所得到；
图6以与图5的表示类似的表示示出离子电流密度，当利用如图2的不对称不平衡磁场图案来根据本发明操作如图3的室时，再次利用不同的线圈电流J作为参数来得到该离子电流密度；
图7以最示意性的表示示出用于实现扫过基片表面的不对称不平衡磁场图案的另一实施例；
图8以与图7的表示类似的表示示出用于实现不对称不平衡磁场图案并且用这种磁场图案扫过基片的表面的另一实施例；
图9与图1、2和4的表示类似地以简化的和示意的表示示出产生根据本发明的不对称不平衡磁场图案的靶和磁排列的另一实施例；
图10根据脉动频率示出金属离子Ti+与氩离子Ar+的比，当根据本发明进行处理时，在基片表面得到该金属离子Ti+与氩离子Ar+的比，从而给磁控管源提供所述频率的脉动电压；
图11根据相对于脉冲重复周期的、所述脉动电源电压的不工作时间％示出如图9的比；
图12再次根据工作气压(即氩气压)示出所述比，和
图13再次根据被供给磁控管源的电功率示出所述金属离子与工作气体离子的比。
在图3中，示意性和简化地示出根据本发明的处理室、尤其是溅射涂覆室，该处理室结合根据本发明的磁控管源并执行根据本发明的制造方法。根据图3的处理室是现在的优选实施例，针对基片的长抛和/或IPVD溅射涂覆调整该处理室，并且组合优选的特征，对于特定的应用，可以省略一些特征。
该室包括圆形靶10和借助电动机驱动器围绕旋转轴AS驱动的磁排列12。与靶10的溅射表面13相对并且以轴AS为中心，提供有基片载体16，用于在中心定位一个或一个以上要被溅射涂覆的基片的基片装置18。至少一个线圈20被安装在溅射室的壁22的外部并且沿着壁22，线圈轴与轴AS一致。
附加地或者可替换地，可以使用永磁体产生与轴AS同轴的磁场。阳极装置24被设置为与基片载体16相邻，并且借助于第一屏蔽26和第二屏蔽28基本上与处理空间PR隔开，该第一屏蔽26和第二屏蔽28基本上相对于阳极装置24和室壁22的内表面来限定处理空间。基片载体16或者电浮动地工作或者在DC偏压电位上工作或者在AC或AC加DC电位上工作，直到并且优选地直到Rf范围中的频率。
借助于第一和第二屏蔽26和28，基本上防止等离子体处理空间PR内的电子流到室壁22上。屏蔽26和28可以以浮动电位相同或者不同地工作，或者在DC电位上工作，从而优选地在阳极电位上工作。至少屏蔽28优选地在比被施加到阳极装置24的电位负得更多的电位上电气工作。
因此，可以设置仅仅一个、两个或者更多的屏蔽来不同或者相同地进行电驱动。通过这种屏蔽，等离子体中和处理空间PR中的电子被引导来基本上平行于轴AS地流向基片载体16上的基片装置18。针对某些应用，还能不使用任何侧面屏蔽。
借助于至少一个线圈20，在处理空间PR中产生基本上平行于轴AS的附加磁场(在图2中的Fc)。还能不利用任何这种线圈装置20或者提供一个以上的这种线圈装置。这些线圈装置(未示出)以DC功率来工作。线圈20所产生的磁场的取向可以取向为同一个方向，或者至少一个线圈可以产生在相对方向上的磁场，以产生镜像磁场。
作为实验，如下设计如图3中示意性示出的室：
靶材料： Ti
靶直径： 300mm
处理室和屏蔽的形状： 圆柱形
从基片载体到溅射表面的距离： 330mm/370mm
圆形单个基片载体的直径： 200或150mm
等离子体放电的电源： DC或脉冲功率
单个线圈电流： 10A
单个线圈产生的轴向磁场： 10高斯
基片载体的偏压： DC功率
靶到基片的距离： 37cm
作为第一参考实验，根据图1设计磁系统12。因此，对不平衡磁控管应用圆柱形对称设计。通过用加强根据图1的不平衡磁场图案FU的电流极性改变根据图3的线圈装置20的DC电流源，从而改变根据图1的对称不平衡磁场图案FU的长程。以非常低的工作气体如Ar的压力来操作大面积的对称不平衡磁控管装置，该气体压力低到0.025Pa。
考虑到图1，很清楚，围绕与如图3中的轴AS一致的环中心轴AL旋转这个磁排列没有影响。根据线圈装置20中的线圈电流，产生被集中在基片中心的高度聚焦等离子体束。
作为下一个参考实验，磁系统12从根据图1的系统变为根据图4的系统，图4的系统还是现有技术的磁系统，例如是根据US 6,352,629的系统。如图4中所示的磁系统相对于图1中所示的磁系统的不同之处在于以下事实，即环中心轴AL偏离旋转轴AS。在特定的实验中，设计为环中心轴AL偏离轴AS 15mm的相对小的量。这通过大的对称不平衡磁控管几乎覆盖靶的整个溅射表面(图4)来保持大的等离子体约束的优点。测量沿着要溅射涂覆的基片表面的离子密度。结果示于图5。
尽管有以下事实，即对称不平衡磁场图案FU扫过具有根据偏离旋转轴AS的图4的最大密度区域P的基片装置的表面，仍然根据所施加的线圈电流得到直到高度聚焦的等离子体束的中心聚焦的等离子体分布。图5的特性通过其被参数化的线圈电流在0和30A之间变化。此外，施加了以相等的DC电流工作的图3的五个线圈装置20。图3的基片支架16以-80V的DC偏压工作，Ar流被设置为15sccm，并且设置为0.14Pa的总压力p。溅射表面和基片之间所设置的距离是370mm，以经历长抛效应。
作为根据本发明的第三个实验，磁排列被改变为如借助图2所示和说明的磁排列。与图5的结果类似地，在图6中示出相应结果。还可以清楚地看出，再次根据线圈电流，电流密度可被增加到高达根据图5所经历的那些值，但是等离子体密度分布的均匀性有很大提高，并且因此沿着基片装置表面(直到100mm的半径)的离子密度分布也有很大的提高。对于4到10A的中等范围的线圈电流尤其是这种情况。
回到图2的并且在介绍性部分已经描述的磁排列，图7以与图2的表示类似的表示示出可替换的沿着基片装置的表面扫动最大等离子体密度区域P的技术。因此，第一和第二磁次级排列5和7保持静止，围绕与旋转轴AS一致的环中心轴AS形成环，该旋转轴AS还是基片装置的中心轴。因此，首先产生根据图1的对称不平衡磁控管磁场。围绕中心轴AL＝AS驱动地旋转第二磁排列7的部分7b，该第二磁排列7的部分7b负责用于实现如借助于图2所说明的非对称不平衡，因此沿着基片表面和在基片表面附近(未示出)循环地扫动图2的最大等离子体密度区域P。
图8以与图7的表示类似的表示示出进一步优选的实施例，用于产生图2的不对称不平衡磁场图案FAU并且沿着基片表面扫动这个图案。再次在沿着外部区域A0的磁次级排列7的部分7a和内部区域Ai处的磁次级排列5之间产生磁控管磁场图案FM。针对根据图2的对称不平衡磁场图案FU而提供外部磁次级排列7的部分7a。通过提供在磁次级排列7处的靶面附近和下面的第一线圈装置80a来实现不对称，该线圈装置80a产生平行于靶面并在沿着靶面的径向方向上的磁场Fa(也如图2中所示)。对于本领域技术人员来说，显然通过施加这个磁场Fa，前面的对称不平衡磁场图案FU变为非对称不平衡磁场图案FAU。通过给实际上是电磁排列的线圈装置80a施加交流电Ia，根据所施加的电流的振幅、随时间变化的电流过程的形状和频率，沿着基片表面来回扫动图2的最大磁通量的区域P。
在进一步优选的实施例中，无论何时，都应用至少一个第二线圈装置80b，与如相对于线圈装置80a已解释的那样同样成功，但是因为第二线圈装置80b产生例如垂直于磁场Fa的方向的也如图2中所示的磁场Fb，由于两个磁场分量Fa和Fb重叠而使最大磁通量的区域P沿着基片表面移动。如本领域技术人员公知的那样，通过选择供给两个线圈装置的两个电流Ia、Ib的相互相位、其振幅、其频率以及时间过程的形状，可以可控制地调整区域P沿着基片表面的轨道路径。因此，原理上根据已知的利萨佐斯的规则，实现控制区域P的轨道路径。
图9示出导致不对称不平衡磁场图案的靶处的磁体的另一实施例。这个磁体具有一个极性的第一环形磁次级排列870，并具有径向状延伸部分8701。远离外部磁次级排列870并沿着外部磁次级排列870来设置第二磁次级排列87i。这两个磁次级排列一方面产生磁控管磁场图案FM和具有最大磁通量的区域P的不对称不平衡磁场图案，如图9中所示。针对轨迹L′，磁控管磁场图案FM的零磁场分量的轨迹限定为如图1和2已经示出的那样，从而相对于内部区域Ai限定外部区域A0。因此，在图9的装置的右手侧，外部磁次级排列870从以88示出的靶装置的相应的边缘突出。磁次级排列870的突出区域AΔ引起不平衡磁场的不对称。仅仅在那个区域AΔ，才不从线88处所限定的靶面发出磁控管磁场图案FM。这个区域AΔ不超过靶面区域的12％。当执行根据本发明的方法时，也就是当操作磁控管源和磁控管室、尤其是为了溅射涂覆时，优选以下的其它设置：
优选地以在0.1到60kW的范围中的功率来供给等离子体，从而更优选地以在1到40kW的范围内的功率来供给等离子体。
靶面优选被暴露于0.1到900W/cm2的等离子体密度，更优选地被暴露于10和50W/cm2之间的等离子体密度。
如已经所述的那样并且尽管有还可以DC来偏置基片的事实，这种偏置仍然优选地以Rf功率来实现。这种偏置Rf功率优选地具有0.01到10W/cm2的功率密度，甚至更优选地每cm2的基片表面有0.2到2W/cm2的功率密度。
基片的离子轰击优选地被调整到0.1eV和300eV之间的能量值，这优选包括适当地调整偏置基片的Rf功率。
此外，尤其是当执行长抛溅射涂覆时，离子轰击基片表面的能量被调整到0.01eV和50eV之间的值，并且优选地通过将气体压力调整到10-2Pa≤p≤5×10-2Pa的范围内以及将垂直于基片表面的磁通量调整到小于0.5高斯的值，而将这些离子的离子密度被调整为小于0.2mA/cm2。
对于IPVD应用，离子轰击基片的能量优选地被调整到20eV和300eV之间的值，并且通过将真空室中的工作气体压力设置在3×10-2Pa和5×10-1Pa之间以及将垂直于基片表面的磁场选择为在0.5高斯和50高斯之间，而将这些离子的离子密度选择在0.2到10mA/cm2的范围中。
进一步优选地通过调整垂直于基片表面的磁场分量的磁通量来调整基片表面处的离子电流密度的径向均匀性。尤其是当长抛溅射金属Ti、Ta或Cu之一时，基片表面附近的金属离子化度优选地被调整为小于10％的水平，这通过调整压力、磁控管源的电功率、电磁控管电源(electrical magnetron supply)的脉冲特性和垂直于基片表面的磁场分量的磁通量中的至少一个来完成。
另一方面，例如，当溅射Ti、Ta或Cu时，通过调整磁控管室中的压力、被施加给磁控管源的电功率、磁控管源的电源的脉冲特性和垂直于基片表面的磁场的磁通量中的至少一个，可以将金属离子化选择为大于20％的水平、甚至大于50％的水平。
此外，无论何时必须通过根据本发明的方法来涂覆基片中的孔，都优选地以至少两个以下步骤来执行。第一步包括长抛溅射步骤，其中特别是金属Ti、Ta、Cu之一的金属离子化度大于20％、优选地甚至大于50％，该金属离子化度如上面所概述的那样来调整。在第二个随后的步骤中，该步骤是IPVD步骤，通过如上述的参数将所述金属的金属离子化度调整为小于10％的水平。
在本发明的进一步优选的实施例中，借助例如氩气的工作气体仅仅针对点火(ignition)产生等离子体，然后在室的反应空间中只存在金属原子。
此外，并且考虑如图3中所示的磁控管室，在磁控管源和基片表面之间所设置的磁屏蔽下面，可以在预定的时间量期间或者在扫过轨道路径的预定范围期间，通过沿着基片表面扫动的不对称不平衡磁场图案，以便屏蔽至少一部分不对称不平衡磁场图案，防止其达到基片表面和影响基片表面处的处理。
已执行了试验来确定金属离子化比例，以及其对基片表面的依赖性，这导致上述优选实施例。使用能量分析的质谱仪来测量Ti离子48Ti+和氩离子36Ar+的密度之间的比例。这两种离子的强度比反映金属离子化概率。结果被示于图10到13。可以看出，金属离子化比率可以在很宽的范围内变化。根据图12和13的结果，即使当进行DC溅射时，相对于Ar离子化，更高的工作气体压力以及更高的溅射功率均导致Ti离子化的增加。
而且，利用磁控管源的预定的固定电源和磁控管室中的预定的固定压力，磁控管电源的脉冲和因此磁控管放电的脉冲有助于金属离子化度提高。从图11中，其中示出与脉动电磁控管源电源处的不工作时间的百分量相关的金属离子化比例，明显可以看出，随着不工作时间百分比增加，金属离子化增加。在脉动电磁控管源供应的不工作时间为50％的占空因数的情况下，图10显示，为了最佳金属离子化，优选在100和200kHz之间的最佳频率范围。
尤其是在长抛溅射模式中，可利用中性金属原子来实现对基片表面中的高纵横比的孔的底部和侧壁的涂覆，该中性金属原子在非常低的工作气流、并且因而在5×10-3Pa和5×10-2Pa之间的低压下被溅射，以避免金属原子和气体原子之间的撞击。还在磁控管源的脉动电源的工作时间(ON-time)范围期间用等离子体对整个靶面进行上述大覆盖允许在极低压力下工作，通过额外的离子轰击，中性金属原子消除了基片表面中的孔的损害。
该装置还允许进行针对更高的底部和侧壁覆盖率使用更高压力的IPVD步骤，这使用包括氩和金属离子的溅射的高离子化的所有效果。
尤其对于IPVD应用，其中具有高纵横比的孔的底部被金属离子涂覆，并且来自底层的再溅射(resputtering)涂覆侧壁，使用高流量和因而在5×10-2Pa和2Pa之间的高压力来主要产生金属离子沉积。测量结果已显示，当使用所有的等离子体约束和离子化设备时：不对称不平衡磁场图案、图3的线圈20的约束磁场、图3的浮动屏蔽(floating shielding)28和26、靠近基片的阳极24、如上所述地选择适当压力范围和使电气磁控管源电源脉动，在Ti溅射的情况下，根据本发明的处理能够产生大于50％的离子化。应强调的是，在导致基片处的阶梯覆盖的非常均匀情况的、低于5％的范围中，该相同的结构允许在基片上得到均匀的离子电流密度。
Claims (41)
1、制造具有真空等离子体处理过的表面的基片的方法，该方法包括以下步骤：
●提供具有靶面的靶；
●提供至少一个具有基片表面的基片，所述基片远离所述靶面并与所述靶面相对；
●在所述靶面和所述基片表面之间的体积中产生磁场图案，该磁场图案是
a)磁控管磁场图案，该磁控管磁场图案在朝着所述溅射表面的方向上看形成封闭环，并且平行于所述溅射表面看形成从第一磁极的外部区域到第二磁极的内部区域的隧道状弧形，因而，通过垂直于所述靶面的磁场的零分量的封闭轨迹，相对于所述外部区域来限定所述内部区域；
b)不平衡长程磁场图案，通过相对于沿着所述内部区域的磁通量增加沿着所述外部区域的磁通量来非对称地产生该不平衡长程磁场图案，因此，到达基片表面的所述长程磁场具有至少为0.1高斯的、平行于所述基片表面的磁场分量，
●在所述磁场图案中产生等离子体放电；
●等离子体处理所述基片表面，因此
●沿着所述基片表面扫过所述不对称不平衡磁场图案。
2、根据权利要求1所述的方法，所述靶面是溅射表面，所述等离子体处理是溅射涂覆。
3、根据权利要求1所述的方法，其中平行于所述基片表面的所述磁场分量被选择在1G和20G之间。
4、根据权利要求1所述的方法，还包括利用所述隧道状磁控管磁场图案覆盖60％以上的所述靶面。
5、根据权利要求4所述的方法，因此利用所述隧道状磁控管磁场图案覆盖85％以上的所述靶面。
6、根据权利要求1所述的方法，还包括通过相对于沿着所述内部区域的基本上均匀的磁通密度不均匀地增加沿着所述外部区域的磁通密度，产生所述不对称不平衡磁场图案。
7、根据权利要求6所述的方法，还包括通过沿着所述外部区域局部施加另外的磁场来扰乱所增加的磁通密度的均匀性。
8、根据权利要求7所述的方法，还包括通过至少一个永磁体和/或电磁体来产生所述另外的磁场。
9、根据权利要求1到8之一所述的方法，还包括沿着所述基片扫动所述磁控管磁场图案和所述不平衡磁场图案。
10、根据权利要求1到9之一所述的方法，还包括通过围绕垂直于所述靶面的轴成圆形地移动所述不平衡磁场图案来产生所述扫动的步骤。
11、根据权利要求1到10之一所述的方法，还包括以下步骤，即通过围绕垂直于所述靶面并且偏离所述内部区域的几何中心的轴来移动所述磁控管和不平衡磁场图案，从而产生所述扫动。
12、根据权利要求1到11之一所述的方法，还包括圆形地围绕环中心轴产生所述磁控管磁场图案的所述环的步骤。
13、根据权利要求1到12之一所述的方法，还包括以下步骤，即通过所述不对称不平衡磁场图案产生与所述基片表面周边相邻的最大等离子体密度区域，并且与所述周边相邻以及沿着所述周边扫动所述最大等离子体密度区域。
14、根据权利要求7所述的方法，还包括通过调整所述另外的磁场来调整所述基片表面处的离子电流密度的均匀性。
15、根据权利要求7所述的方法，还包括通过产生基本上平行于所述靶面的磁场的至少一个线圈来产生所述另外的磁场。
16、根据权利要求15所述的方法，产生所述扫动包括给所述至少一个线圈提供交流电。
17、根据权利要求15所述的方法，还提供一个以上的所述线圈，所述线圈在不同的方向上分别产生磁场，产生所述扫动包括给所述线圈施加交流电。
18、根据权利要求1到17之一所述的方法，还包括提供一个以上的基片。
19、根据权利要求18所述的方法，还包括以下步骤，即将所述基片选择为圆形，或者将所述一个以上的基片布置在圆形区域内，围绕所述基片或区域的中心轴扫动所述不平衡磁场图案。
20、根据权利要求1到19之一所述的方法，还包括通过调整垂直于所述基片表面的磁场分量来调整所述基片表面处的离子电流。
21、根据权利要求20所述的方法，包括基本上垂直于所述靶面地将所述等离子体中的电子流导向所述基片表面的步骤。
22、根据权利要求1到21之一所述的方法，包括通过脉动电源电压来供给所述等离子体的步骤。
23、根据权利要求22所述的方法，还包括将所述脉动的频率f选择为
5kHz≤f≤500kHz，
优选地选择为
100kHz≤f≤200kHz。
24、根据权利要求22或23之一所述的方法，还包括将所述脉动的占空因数选择为具有1％到99％的不工作时间(包括1％和99％)，优选地选择为具有35％到50％的不工作时间(包括35％和50％)。
25、根据权利要求1到24之一所述的方法，还包括在所述真空室中将总压力p设置为最大10-1Pa，优选地设置为
10-2Pa≤p≤5×10-2Pa。
26、根据权利要求1到25之一所述的方法，还包括利用Rf频率功率来偏置所述基片。
27、根据权利要求26所述的方法，还包括通过调整所述Rf功率来调整轰击所述基片表面的离子的能量。
28、根据权利要求1到27之一所述的方法，还包括给所述靶提供Ti、Ta、Cu之一的溅射表面的步骤。
29、一种磁控管源，其包括：
●具有靶面和相对表面的靶；
●与所述相对表面相邻的磁排列，并且该磁排列具有：
●至少一个第一磁次级排列；
●至少一个第二磁次级排列；
●所述第一磁次级排列具有指向所述相对表面并且是一个磁极的第一区域；
●所述第二磁次级排列具有指向所述相对表面并且是另一个磁极的第二区域；
●所述第二区域形成围绕所述第一区域并远离所述第一区域的环；
●所述第一区域产生通过所述靶面的第一磁通量；
●所述第二区域产生通过所述溅射表面的第二磁通量；
●所述第二磁通量大于所述第一磁通量；
●所述第二磁通量沿着所述第二区域不均匀地分布；
●扫动装置沿着所述溅射表面移动至少一个所述不均匀分布的磁通量。
30、根据权利要求29所述的源，其中，所述第二磁次级排列包括产生所述第二磁通量的均匀分布分量并包括产生所述不均匀的通量分布的第四磁次级排列的第三磁次级排列。
31、根据权利要求30或31所述的源，其中，所述第二区域围绕环中心轴成环，所述扫动装置包括围绕所述环中心轴移动所述第四磁次级排列的驱动器。
32、根据权利要求30或31之一所述的源，所述第二区域围绕环中心轴成环，所述扫动装置包括围绕偏离所述环中心轴的旋转轴移动所述第二磁次级排列的驱动器。
33、根据权利要求32所述的源，其中所述中心环轴、所述旋转轴和所述第四磁次级排列基本上取向为从所述旋转轴开始的径向方向。
34、根据权利要求29到33之一所述的源，还包括可相对于所述第二磁通量移动的磁屏蔽，以产生沿着所述第二区域不均匀地分布的所述第二磁通量。
35、根据权利要求29到34之一所述的源，其中所述环是围绕环中心轴的圆。
36、一种磁控管处理室，其包括根据权利要求29到35之一所述的磁控管源和远离所述磁控管源的靶面并与所述磁控管源的靶面相对的基片载体。
37、根据权利要求36所述的室，还包括与所述基片支架相邻的阳极装置。
38、根据权利要求37所述的室，还包括屏蔽，该屏蔽在所述源和所述基片载体之间限定处理区域，并且该屏蔽电浮动或者为阳极电位、优选地为比所述阳极负得更多的电位。
39、根据权利要求37所述的室，其中，所述阳极被隐藏在屏蔽装置之后并且相对于处理体积被隐藏。
40、根据权利要求37到39之一所述的室，还包括至少一个线圈，该线圈的线圈轴垂直于所述源的溅射表面。
41、根据权利要求36到40之一所述的室，其中，所述基片载体电浮动或者可连接到预定的偏置电位。
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