KR20160094427A - 스퍼터링 소스 배열, 스퍼터링 시스템 및 금속-코팅된 플레이트-형 기판의 제조방법 - Google Patents

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위르겐 바이카르트
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에바텍 어드벤스드 테크놀로지스 아크티엔게젤샤프트
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Abstract

표면을 따라 고 종횡비 비아들로 코팅되는 코팅 기판(S)를 개선하기 위하여, 스퍼터링 시스템은 제1 DC 펄스 작동되는 마그네트론 서브-소스(1203) 및 시스템 내에서 기판(S)과 제1 마그네트론 서브-소스(1203) 사이에 배열되는 제2 프레임-형 마그네트론 서브-소스(1213)를 포함하는 스퍼터링 소스 배열을 구비하는 것으로 제안된다. 제2 마그네트론 서브-소스(1213)는 DC, 펄스 DC, 또한 HIPIMS 모드로 작동될 수 있다. 제1 마그네트론 서브-소스(1203) 또한 유리하게 HIPIMS 모드로 작동된다. 기판(S)은 Rf 전력원(1253)에 의해 바이어스된다.

Description

스퍼터링 소스 배열, 스퍼터링 시스템 및 금속-코팅된 플레이트-형 기판의 제조방법{Sputtering Source Arrangement, Sputtering System and Method of Manufacturing Metal-Coated Plate-Shaped Substrates}
본 발명은 통상 PVD로 알려진 물리 기상 증착에 의한 증착층 기술에 관한 것이다.
PVD의 일 형태는 스퍼터 증착이다. 스퍼터 증착 기술의 일 형태는 소위 "마그네트론 스퍼터링"이다. 부압(sub-atmospheric) 조건 하에서, 타겟이라 칭해지는 재료 플레이트는 >> 1 eV 의 에너지로 이온 충격된다. 재료는 스퍼터링 표면에서 타겟에 스퍼터 오프(sputtered off) 되어 이후에 기판상에 증착된다. 마그네트론 스퍼터링은 캐소드로 작용하는 타겟과 주로 마그네트론 스퍼터링 공정이 수행되는, 진공 수신기(vacuum recipient)의 바닥부로 구현되는 애노드 사이의 전기장에 의해 생성되는 글로우 플라즈마 방전에 의한다. 플라즈마는 스퍼터링 표면에 터널-형 자기장의 폐루프(close loop)를 생성하는 자석 배열에 의해 타겟의 스퍼터링 표면 가까이에 집중되고(localized) 잔류된다. 자기장은 폐루프 내에서 플라즈마 전자들을 강화시킨다. 따라서, 마그네트론 자기장은 종종 "전자 트랩(electron trap)"이라 칭해지고 자기장은 "마그네트론 터널(magnetron tunnel)"로 칭해진다. 플라즈마가 모두 마그네트론 터널을 따라 표면 가까기에 집중되고 잔류되며, 전자들이 마그네트론 터널 내에 갇혀있기 때문에, 타겟의 스퍼터링 표면은 스퍼터링에 의해 마그네트론 터널을 따라 대부분 침식된다. 이에 의해, 타겟이 전적으로 활용되는 반면, 코팅되는 기판 표면상에, 마그네트론 터널이 "그려진(pictures)" 분균일한 코팅 분포가 발생한다.
부가적으로, 타겟의 침식 깊이가 증가할수록, 기판 표면상의 증착은 더욱 집중되어 코팅되는 기판 표면을 따라 추가적으로 불균일한 코팅이 발생한다.
이러한 정지 마그네트론 터널을 갖는 마그네트론 스퍼터링의 단점은 마그네트론 터널이 타겟의 스퍼터링 표면을 따라 이동하면 해결될 수 있는데, 이는 타겟의 후면(backside)을 따라 자석 배열을 생성하는 마그네트론 터널을 이동시키는 것에 의해 달성될 수 있다.
한편으로는 언급한 연장된 플레이트 표면을 따르는 코팅의 두께 분포가 적어도 실질적으로 균일하고, 다른 한편으로는, 측벽 및 바닥 표면을 포함하는 비아들의 표면이, 보이드들이 비아들 내에 생성되어, 비아들이 이들의 입구에서 폐쇄되는 비아들의 코팅에 의하지 않고도 코팅되어, 하나 이상의 이-차원으로 연장된 플레이트 표면을 따라 비아들을 갖는 전기적으로 분리된 재료의 평탄, 플레이트-형(plate-shaped) 기판을 마그네트론 스퍼터 코팅하는 것은 어려운 과제이고, 더 어려워질수록 코팅되지 않은 비아들의 종횡비, 즉 직경에 대한 깊이 비율은 더 커진다.
본 발명의 목적은 언급된 문제들의 관점에서, 스퍼터링 소스 배열, 스퍼터링 시스템 및 금속-코팅된 플레이트 표면을 따라, 또한, 금속-코팅된 비아들을 갖는 전기적으로 분리된 재료로 금속 코팅된 플레이트-형 기판을 제조하는 방법을 개선하는 것이다.
이는 기하축 둘레로, 제1 타겟 재료를 구비한 제 1 마그네트론 서브-소스(first magnetron sub-source)를 포함하는 스퍼터링 소스 배열에 의해 달성된다. 타겟은 언급된 기하축에 수직인 평면인 제1 스퍼터링 표면을 갖는다.
정의
표면, 즉 스퍼터링 표면에 의해 규정된 평면은, 언급된 표면의 표면 지점으로부터의 거리 벡터들의 평균이 제로인, 이-차원 위치(locus)에 의해 규정되는 평면이다.
제1 마그네트론 서브-소스는 제1 타겟의 후면에 인접하여 위치된 제1 자석 배열을 포함한다. 제1 자석 배열은 제1 스퍼터링 표면을 따라 구동적으로 이동가능하여 제1 스퍼터링 표면을 따라 이동가능한 이동 폐루프 제1 마그네트론 자기장을 설정한다.
스퍼터링 소스 배열은 언급된 재료의 닫힌, 프레임-형 제2 타겟을 구비하고 제1 타겟의 주변을 따라 이로부터 전기적으로 분리된, 제2 마그네트론 서브-소스를 추가로 포함한다. 따라서, 실제로 제2 타겟은 제1 타겟 주변을 따라 제1 타겟을 둘러싸는데, 이는 기하축에 대하여 방사 방향이고, 제2 타겟 프레임은 제1 스퍼터링 표면에 오버랩(overlap)되거나, 언급된 제 1 스퍼터링 표면에 오버랩되지 않도록 수치화될 수 있다.
제2 타겟은 기하축을 둘러싸는 제2 스퍼터링 표면을 갖는다.
제2 마그네트론 서브-소스는 제2 타겟의 후면을 따라 인접한 제2 자석 배열을 포함하여 제2 스퍼터링 표면을 따라 제2 마그네트론 자기장을 설정한다.
이후의 언급된 소스의 실시예들중 임의의 소스와 조합될 수 있는 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 제1 타겟은 평면이고/평면이거나 원형이다. 언급된 스퍼터링 소스는 가장 흔하게 사용되는 타겟 형태를 이용할 수 있고, 또한 소스에 의해 스퍼터-코팅되어야 하는 비아들을 갖는 보통의 기판들을 이용할 수 있다.
바로 언급된 실시예들 및 언급되는 소스 배열의 실시예들 중 임의의 소스 배열과 조합될 수 있는 스퍼터링 소스 배열의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 제2 스퍼터링 표면은 기하축을 포함하는 횡단면의 평면들에서, 한 쌍의 실질적으로 직선인 선들을 규정한다.
바로 언급된 실시예들 및 언급되는 배열의 실시예들 중 임의의 배열과 조합될 수 있는 스퍼터링 소스 배열의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 제2 스퍼터링 표면은 기하축 둘레로 기하축에 평행한, 따라서, 예를 들어, 언급된 기하축을 둘러싸는 실린더형 표면이거나, 기하축에 수직하여 특히 제1 스퍼터링 표면의 반대쪽을 향하거나, 콘-형인(cone-shaped), 기하축을 따른 방향으로 개방되고 제1 스퍼터링 표면으로부터 벗어난, 표면을 규정한다.
바로 언급된 실시예들 및 언급되는 배열의 실시예들 중 임의의 배열과 조합될 수 있는 스퍼터링 소스 배열의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 스퍼터링 소스 배열은 제1 스퍼터링 표면과 제2 스퍼터링 표면 사이에 금속 프레임을 포함하는데, 이는 제1 스퍼터링 표면의 주변 및 제2 스퍼터링 표면을 따라 연장된다. 따라서, 제1 스퍼터링 표면과 제2 스퍼터링 표면 사이에 위치된 금속 프레임은 애노드로 작동가능하고, 따라서, 제1 및 제2 타겟들로부터 전기적으로 분리된다. 대안으로, 금속 프레임은 플로팅 전위(floating potential)로 전기적으로 작동가능하여 제1 및 제2 타겟들로부터 전기적으로 분리된다. 제3 대안으로, 언급된 금속 프레임은 제2 타겟에 전기적으로 연결가능하다.
바로 언급된 실시예들 및 언급되는 배열의 실시예들 중 임의의 배열과 조합될 수 있는 스퍼터링 소스 배열의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 배열은 기하축을 따르는 방향으로 제1 스퍼터링 표면으로부터 떨어져, 제2 스퍼터링 표면에 다음에 이를 따라 배열된 프레임-형 애노드를 포함한다.
바로 언급된 실시예들 및 언급되는 배열의 실시예들 중 임의의 배열과 조합될 수 있는 스퍼터링 소스 배열의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 제2 자석 배열은 제2 타겟의 후면을 따라 자석들의 프레임(frame of magnets)을 포함한다. 이 자석들의 자기 다이폴들(magnetic dipoles)은 기하축을 포함하는 단면 평면들(sectional planes) 내에 배열된다.
바로 언급된 실시예들 및 언급되는 배열의 실시예들 중 임의의 배열과 조합될 수 있는 스퍼터링 소스 배열의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 제2 자석 배열은 제2 스퍼터링 표면에 대하여 정지되거나 이에 대하여 구동적으로 이동가능하다.
이에 의하여, 및 일 실시예에서, 자석 배열은 기하축을 포함하는 부분 평면들 내의 방향 및 기하축에 대하여 방위(azimuthal) 방향으로 제2 스퍼터링 표면을 따라 이동가능하다.
우수한 실시예에서, 이러한 이동은 제2 스퍼터링 표면을 따라 뱀형(snakelike) 이동, 제2 스퍼터링 표면의 하나의 모서리(edge)로부터 다른 모서리로의 와블링(wobbling)에 의해 실현된다.
바로 언급된 실시예들 및 언급되는 배열의 실시예들 중 임의의 배열과 조합될 수 있는 스퍼터링 소스 배열의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 제1 및 제2 타겟을 따라 냉매용 관 시스템을 포함하는 냉각 시스템이 제공되는데, 일 실시예에서 냉각 시스템은 제1 타겟에 대한 제1 냉각 서브-시스템 및 제2 타겟에 대한 제2 냉각 서브-시스템을 포함한다.
본 발명에 의한 스퍼터링 시스템은 스퍼터링 소스 배열을 포함하는데, 즉 상술된 바와 같은 스퍼터링 소스 배열인, 스퍼터링 소스 배열에 대하여 상술된 실시예들 중 하나 또는 하나 이상에 의해 가능하게 구성되는 스퍼터링 소스 배열을 포함한다. 스퍼터링 시스템은 제1 및 제2 서브-소스들에 작동가능하게 연결되는 전원 배열을 포함하는데, 이는 펄스 DC 모드인 제1 모드에서 제1 서브-소스와 작동하도록 구성되고, 제2 모드에서 제2 서브-소스와 작동하도록 구성된다.
정의
"펄스 DC" 하에서 인가된 전원은 펄스 방식이다. 결과의 전력 펄스 열(pulse train)은 DC-오프셋(DC-offset)을 갖는다. DC 오프셋은 예를 들어, 펄스 진폭의 절반일 수 있는데, 이는 펄스열의 듀티 사이클(duty cycle)과 상관없이 펄스 "오프" 레벨이 실질적으로 제로인 지점에 펄스열 결과를 가져온다.
언급되는 시스템의 실시예들 중 임의의 시스템과 조합될 수 있는 스퍼터링 시스템의 일 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 펄스 DC 모드는 HIPIMS 모드이다.
바로 언급된 실시예의 일 실시예에서, 전력원 배열은 제1 타겟을 다음과 같이 작동시킨다: 상기 제1 스퍼터링 표면의 우세한(prevailing) 범위에 적용되어, 상기 제1 스퍼터링 표면의 2240 cm2 의 추정 범위에 대하여 효력이 발생한다:
● 전류 펄스 피크: 600 - 1000 A
● 전류 펄스 길이: 100μsec 내지 200μsec
● 듀티 사이클, 즉, 펄스 ON - 에서 펄스 OFF - 시간 비율 5% 내지 15%
바로 언급된 시스템 실시예들 및 언급되는 실시예들 중 임의의 시스템과 조합될 수 있는 언급된 스퍼터링 시스템의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 제2 서브-소스에서의 제2 모드는 DC 모드로 작동되거나 펄스 DC 모드로 작동된다.
바로 언급된 시스템 실시예들 및 언급되는 실시예들 중 임의의 시스템과 조합될 수 있는 스퍼터링 시스템의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 제2 서브-소스에 의해 작동되는 제2 모드는 HIPIMS 모드이다.
바로 언급된 시스템 실시예들 및 언급되는 실시예들 중 임의의 시스템과 조합될 수 있는 스퍼터링 시스템의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 전력원 배열은 시간-제어가능하여 제1 시간 범위(timespan) 동안 상기 제1 모드를 설정하고 제2 시간 범위 동안 제2 모드를 설정하며, 우수한 일 실시예에서, 언급된 시간 범위는 조절가능하다.
바로 언급된 실시예의 다른 일 실시예에서, 제2 시간 범위는 제1 시간 범위가 시작된 이후에 시작된다.
상기 실시예들의 다른 실시예에서, 전력원 배열은 시간-제어가능하여, 제1 시간 범위 및 제2 시간 범위 동안 각각 제1 및 제2 모드를 설정하고, 제1 및 제2 시간 범위는 오버랩되지 않는다.
바로 언급된 실시예의 다른 실시예에서, 시간-제어된 전력원 배열은 제1 모드가 가능하면 하나 이상의 제2 타겟에서 애노드로 작동하고, 제2 모드가 작동되면 하나 이상의 제1 타겟에서 애노드로 작동한다.
바로 언급된 시스템 실시예들 또는 언급되는 실시예들 중 임의의 시스템과 조합될 수 있는 시스템의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 하나 이상의 제1 및 제2 타겟들은, 제1 및 제2 타겟들 중 다른 하나가 애노드로 작동되면, 캐소드로 작동하고, 반대의 경우도 그러하다.
바로 언급된 시스템 실시예들 또는 언급되는 시스템 실시예들 중 임의의 시스템과 조합될 수 있는 스퍼터링 시스템의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 전력원 배열은 제1 타겟에 작동가능하게 연결되는 제1 전력원 및 제2 타겟에 작동가능하게 연결되는 제2 전력원을 포함한다.
바로 언급된 시스템 실시예들 또는 언급되는 시스템 실시예들 중 임의의 시스템과 조합될 수 있는 스퍼터링 시스템의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 시스템은 플레이트-형 기판에 대한 기판 홀더를 추가로 포함한다. 기판 홀더는 기하축에 수직하는 평면 내에 플레이트-형 기판을 유지하도록 구성된다. 기판 표면은 기판 홀더 내에 유지되고 제1 및 제 타겟들을 향하여 스퍼터 코팅된다.
바로 언급된 시스템과 같은 실시예에서 스퍼터링 시스템의 다른 실시예는 바이어싱(biasing) 전력원을 포함하고, 우수한 실시예에서, 기판 홀더에 작동가능하게 연결가능한 RF 바이어싱 전력원을 포함한다.
바로 언급된 시스템 실시예들 및 언급되는 시스템 실시예들 중 임의의 시스템과 조합될 수 있는 스퍼터링 시스템의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 기판 홀더가 제공되고, 기판 홀더는 기하축을 따르는 방향으로 제1 스퍼터링 표면을 외접(circumscribing)하는 원의 직경 D에 대하여, 제1 스퍼터링 표면과 기판 홀더 상의 플레이트-형 기판의 스퍼터 코팅되는 표면 사이의 기하축을 따라 거리 d를 설정하도록 구성되어, 0.125 D < d < 0.5 D 이 유효하다:
바로 언급된 실시예들 및 언급되는 시스템 실시예들 중 임의의 시스템과 조합될 수 있는 시스템의 다른 실시예에서, 반대로 언급되지 않으면, 기판 홀더를 포함하고, 제1 스퍼터링 표면은 기판 홀더에서 플레이트-형 기판의 주변(periphery)과 오버랩된다.
바로 언급된 실시예들 중 임의의 시스템과 조합될 수 있는 시스템의 다른 실시예에서, 기판 홀더를 포함하고, 기하축을 따르는 방향으로, 제2 타겟은 제1 타겟 및 기판 다음에 배열되고, 상기 기판은 제2 타겟 다음에 배열되는 기판 홀더에 의해 유지된다.
본 발명은 또한, 금속-코팅된 플레이트 표면을 따라 비아들을 구비한 전기적으로 분리된 재료의 금속-코팅된, 플레이트-형 기판들의 제조방법에 관한 것으로, 비아들도 금속-코팅된다. 언급된 제조방법은 상술된 스퍼터링 시스템 및 상술된 실시예들 중 하나 또는 하나 이상에 의한 스퍼터링 시스템에 의하여 하나 이상의 플레이트 표면들을 따라 비아들을 구비한 전기적으로 분리된 재료의 플레이트-형 기판을 코팅하는 것을 포함한다.
언급된 임의의 방법의 변형들과 조합될 수 있는 하나의 변형에서, 반대로 언급되지 않으면, 전기적으로 분리된 재료 플레이트-형 기판에서 비아들은 코팅되기 이전에 적어도 10:1의 종횡비(aspect ratio)를 갖는다.
바로 언급된 방법의 변형들 및 언급되는 임의의 방법의 변형들과 조합될 수 있는 방법의 하나의 변형에서, 반대로 언급되지 않으면, 비아들을 구비한 플레이트-형 기판은 기하축에 수직하게 제공되는데, 이에 의해 비아들은 제1 스퍼터링 표면을 향한다. 이어서, 기판은 제1 스퍼터링 표면에 의해 금속으로 제1 마그네트론 스퍼터-코팅되는데, 제1 타겟은 HIPIMS 모드로 작동되고 제1 자석 배열은 제1 스퍼터링 표면을 따라 구동 방식으로 이동된다. 기판은 추가로 제2 스퍼터링 표면에 의해 언급된 금속으로 제2 마그네트론 스퍼터-코팅된다.
바로 언급된 시스템 변형의 하나의 변형에서, 제1 시간 범위 T1 동안 제 스퍼터-코팅이 설정되고, 제2 시간 범위 T2 동안 제2 스퍼터-코팅이 설정된다. 시간 범위 T1 및 T2는 후술하는 모드들의 하나로 선택된다:
● T1 이 T2와 동일한 범위로 선택되면 후술하는 하나가 우세하다:
▷ T1 은 T2와 동시에 설정된다.
▷ T2 는 T1이 시작한 이후 종료되기 전에 시작된다;
▷ T2 는 T1의 종료시 또는 종료된 이후에 시작된다.
▷ T1 은 T2가 시작된 이후 및 종료되기 이전에 시작된다.
▷ T1은 T2의 종료시 또는 종료된 이후에 시작된다.
● T1 이 T2보다 더 긴 범위로 선택되면 후술하는 하나가 우세하다:
▷ T2 는 T1 내에 있다.
▷ T2 의 적어도 일부는 T1의 종료 이후이다.
▷ T1 의 적어도 일부는 T2의 종료 이후이다.
● T2 가 T1 보다 더 긴 범위로 선택되면 후술하는 하나가 우세하다:
▷ T1 은 T2 내에 있다.
▷ T1 의 적어도 일부는 T2의 종료 이후이다.
▷ T2 의 적어도 일부는 T1의 종료 이후이다.
▷ 현재 사용되는 변형에서, T2는 T1의 종료시 또는 종료 이후에 시작된다.
방법의 다른 변형에서, 제1 및 제2 시간 범위가 이용되는데, 한 번 이상은 제1 시간 범위 T1 동안 하나 이상의 제1 타겟에서 작동되고, 제2 시간 범위 T2 동안 제2 타겟에서 작동된다.
바로 언급된 방법의 변형들 및 언급되는 임의의 방법의 변형들과 조합될 수 있는 방법의 다른 변형에서, 반대로 언급되지 않으면, 제2 타겟은 DC 모드, 펄스 DC 모드 및 HIPMS 모드의 하나에 의해 작동된다.
바로 언급된 방법의 변형들 및 언급되는 변형들과 조합될 수 있는 방법의 하나의 변형에서, 반대로 언급되지 않으면, 제1 및 제2 타겟은 출력-제어가능한 공통 전력원에 의해 작동된다.
바로 언급된 방법의 변형의 하나의 변형에서, 공통 전력원은 제1 및 제2 타겟 사이에 작동가능하게 상호연결된다.
바로 언급된 방법의 변형의 하나의 변형에서, 공통 전력원은 HIPIMS 모드에서 제1 타겟을 작동시키고, DC 모드, 펄스 DC 모드 및 HIPIMS 모드 중 하나에서 제2 타겟을 작동시킨다.
바로 언급된 변형의 하나의 변형에서, 공통 전력원은 펄스 DC 또는 HIPIMS 모드에서 제2 타겟을 작동시키고, 이에 의해 제1 타겟을 스퍼터-작동하는 것으로부터 제2 타겟을 스퍼터-작동하는 것으로 변화할 때 펄스 극성을 전환(inverting)시킨다.
바로 언급된 방법의 변형 및 언급되는 변형들과 조합될 수 있는 방법의 하나의 변형에서, 반대로 언급되지 않으면, 제1 타겟이 스퍼터-작동되는 시간 범위 동안 제2 타겟은 제1 애노드로 이용되고, 제2 타겟이 스퍼터-작동되는 시간 범위 동안 제1 타겟은 제2 애노드로 이용된다.
바로 언급된 방법의 변형 및 언급되는 변형과 조합될 수 있는 방법의 다른 변형에서, 반대로 언급되지 않으면, 제1 및 제2 타겟을 스퍼터-작동시키는 동안, Rf 바이어스 전력이 기판에 인가된다.
바로 언급된 방법의 변형의 하나의 변형에서, 제1 타겟으로부터의 스퍼터링, 이어서 제2 타겟으로부터의 스퍼터링에 대하여 서로 다른 Rf 바이어스 전력이 기판에 인가된다.
바로 언급된 방법의 변형 및 언급되는 변형과 조합될 수 있는 방법의 다른 변형에서, 반대로 언급되지 않으면, 플레이트 표면을 따라 상기 전기적으로 분리된 재료의 플레이트-형 기판에 증착된 재료의 두께 분포는 상기 제1 타겟이 스퍼터되는 동안 제1 시간 범위 비율을 조절하는 것에 의해 조절되고, 제2 타겟이 스퍼터되는 동안 제2 시간 범위 비율을 조절하는 것에 의해 조절된다.
바로 언급된 방법의 변형의 다른 변형에서, 언급된 두께 분포는 타겟 수명(target life)동안 조절된다.
본 발명은 이의 다른 양상들에 대하여 실시예들 및 도면들에 의해 보다 상세하게 설명된다. 도면들은 다음을 나타낸다:
도 1은 "2009 society of vacuum coaters 505/856-7188, 52nd annual technical conference proceedings, Santa Clara, CA, May 9 - 14, 2009 ISSN 0737-5921" 에 의하여, 펄스 피크 전력 기능으로 HIPIMS 증착된 Ti의 필름 두께 분포를 나타낸 도면이다;
도 2는 10:1 비아들로 불완전 전기 도금된 DC 스퍼터된 씨드 층의 개략도이다;
도 3은 10:1 비아들로 완전 전기 도금된 HIPIMS-금속 이온-스퍼터된 씨드 층의 개략도이다;
도 4는 균일한 금속 이온 플럭스 및 돔-형(dome-shaped) 금속 이온 플럭스를 갖는 평면 마그네트론 소스(planar magnetron source)의 개략도이다;
도 5는 균일한 금속 원자 플럭스 및 볼-형(bowl-shaped) 금속 이온 플럭스를 갖는 평면 마그네트론 소스의 개략도이다;
도 6은 도 2 및 도 3과 유사하며, 도 5의 감소된 금속 이온 플럭스로 인하여 기판 중심에서 불완전 필링(filling)된 10:1 비아들의 전기-도금을 나타낸 도면이다;
도 7은 본 발명에 의한 스퍼터링 소스 배열, 본 발명에 의한 방법의 실행을 위한 본 발명에 의한 스퍼터링 시스템의 기본을 개략적으로 간단하게 도시한 부분 단면 사시도이다;
도 8은 "스퍼터링 표면에 의해 규정된 평면"의 정의를 설명하기 위하여 도 7의 실시예에 이용된 타겟 일부의 단면도로서, 스퍼터링 표면을 일반적으로 도시한 확대도이다;
도 9는 도 7에 도시된 본 발명에 의한 스퍼터링 소스 배열에서 제2 마그네트론 서브-소스의 제2 타겟의 일 실시예를 가장 개략적으로 간단하게 도시한 도면이다;
도 10은 도 9와 유사한 도면으로, 도 7에 예시된 본 발명에 의한 스퍼터링 소스 배열에 이용된 제2 마그네트론 서브-소스의 제2 타겟의 다른 실시예이다;
도 11은 또한 도 9 또는 도 10과 유사한 도면으로, 도 7에 예시된 본 발명에 의한 스퍼터링 소스 배열에 이용된 제2 마그네트론 서브-소스의 제2 타겟의 다른 실시예이다;
도 12는 도 7의 일반적인 실시예에 기초한 본 발명에 의한 제조방법의 작동을 위한 본 발명에 의한 스퍼터링 소스 배열을 구비한 본 발명에 의한 스퍼터링 시스템의 개략적이고 간단한 단면 개략도이다;
도 13은 또한 도 12와 유사하며, 도 7의 일반적인 실시예에 기초한 본 발명에 의한 제조방법을 작동하기 위하여 이용되는 스퍼터링 시스템, 스퍼터링 소스 배열의 다른 실시예이다;
도 14는 또한 도 12 및 도 13과 유사하며, 도 7의 일반적인 실시예에 기초한 본 발명에 의한 제조방법에 대하여 이용되는 스퍼터링 시스템 및 스퍼터링 소스의 다른 실시예이다;
도 15는 또한 도 12 내지 도 14와 유사하며, 도 7의 일반적인 실시예에 기초한 본 발명에 의한 제조방법에 의해 이용되는 스퍼터링 시스템 및 스퍼터링 소스 배열의 다른 실시예이다;
도 16은 시간 범위가 동일한 길이인 경우에 도 7 내지 15에 도시된 실시예들에 의한 제1 및 제2 마그네트론 서브-소스를 작동하는 시간 범위 T1 및 T2의 시차(time staggering)에 대한 서로 다른 가능성들을 도시한 도면이다;
도 17은 도 16과 유사하며, 제1 마그네트론 서브-소스를 작동하는 시간 범위 T1이 제2 마그네트론 소스를 작동하는 시간 범위 T2보다 더 긴 경우의 시차 가능성들을 도시한 도면이다;
도 18은 도 16 및 17과 유사하며, 도 7 내지 15에 의해 예시된 바와 같이, 제2 마그네트론 서브-소스를 작동하는 시간 범위 T2가 제1 마그네트론 소스를 작동하는 시간 범위 T1보다 더 긴 경우의 시차 가능성들을 도시한 도면이다;
도 19는 도 7 내지 15에 공통 바이폴라 전력원에 의해 예시된 바와 같이, 제1 및 제2 마그네트론 서브-소스들을 작동시키는 가장 일반적이고 간단한 다른 실시예이다;
도 20은 바이폴라 전력 공급기를 갖는 2-단계 공정 실시예로서, 시간 범위 T1의 단계 1 동안 펄스 모드로 제1 마그네트론 서브-소스가 작동되고, 시간 범위 T2의 단계 2 동안 DC 모드로 제2 마그네트론 서브-소스가 작동된다;
도 21은 도 7 내지 15의 실시예에서 예시된 제1 마그네트론 서브-소스의 제1 타겟의 침식 프로파일(erosion profile)로서, 제1 타겟은 실시예 1에 의한 평면 및 원형 타겟이다;
도 22는 도 11에 의한 α=45°의 경사를 갖고, 내부 및 외부 반경이 각각 200 및 250 mm이며, 실시예 1에 의한 제2 마그네트론 서브-소스의 제2 타겟의 침식 프로파일이다;
도 23은 30 mm 과 130 mm 사이의 TSD_R (=TDS) 변화에 대한, 도 21 및 22의 프로파일 및 실시예 1에 의한 제1 마그네트론 서브-소스의 기여(contribution)에 대한 제2 마그네트론 서브-소스 기여의 서로 다른 비율에 의해 최적화된 균일 프로파일(uniformity profile)이다;
도 24는 또한 실시예 1에 대한, 따라서 도 21 및 도 22에 의한, 기판상의 총 필름 두께에 대한 제2 마그네트론 서브-소스의 상대적 기여로서, 도 23에 의한 증착 프로파일을 최적화하기 위하여 30 mm 과 130 mm 사이의 TSD_R (=TDS) 변화에 대한 균일도를 조절한다;
도 25는 상수 C를 변화시키면서 식(2)에 의해 기록된 극성-다이아그램-형(polar-diagram-form)(미도시) 스퍼터 방출 프로파일이다;
도 26은 또한 실시예 1에 의한, -1과 1 사이의 상수 C를 갖는 타겟 재료 방출 특성들에 대한 30mm의 가장 가까운 TSD_R 에 대한 균일도 프로파일이다;
도 27은 실시예 1에 의한, -1과 1 사이의 상수를 갖는 타겟 방출 특성들에 대한 30 mm의 가장 가까운 TSD_R 에 대한 균일도를 조절하는 총 필름 두께에 대한 제2 마그네트론 서브-소스의 상대 기여이다;
도 28은 실시예 2의 내부 및 외부 반경이 각각 216 및 255 mm이고, 도 11에 의한 각 55°의 제2 마그네트론 서브-소스의 제2 타겟의 침식 프로파일이다;
도 29는 실시예 2의 60 mm 와 100 mm 사이에서 변하는 TSD_R 에 대하여, 제1 마그네트론 서브-소스의 효과에 대한 제2 마그네트론 서브-소스의 효과의 중첩(superposition)에 의해 최적화된 균일 프로파일이다;
도 30은 실시예 2의 60mm 와 100 mm 사이의 TSD_R 에 대하여, 제1 마그네트론 서브-소스의 기여에 대한 중첩에 의해 최적화된 균일도를 조절하기 위한 총 필름 두께에 대한 제2 마그네트론 서브-소스의 상대 기여이다;
도 31은 실시예 2에 대한 계산된 균일도 및 중첩 인자 vs. TSD_R 이다.
도입부 설명
고-전력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HiPIMS, HIPIMS)은 마그네트론 스퍼터-증착에 기초한 박막의 물리 기상 증착-PVD-방법이다.
HIPIMS는 낮은 듀티 사이클(ON/OFF 시간 비율 < 10%)에서 초당 10회 범위의 짧은 펄스(임펄스)로 차수 kW.cm-2 인 극도의 고전력 밀도를 이용한다. 보통의 마그네트론 스퍼터링에 비하여 HIPIMS의 구별되는 특징은 이의 스퍼터 오프된 금속의 고도의 이온화 및 분자 가스 해리(molecular gas dissociation)의 고비율이다. 종래의 DC 마그네트론 스퍼터링 공정에 의하면, 스퍼터-오프된 재료의 이온화는 캐소드 전력을 증가시키는 것에 의해 증가된다. 이의 제한은 캐소드 및 코팅되는 기판의 증가된 열 부하(thermal load)에 의해 결정된다. HIPIMS는 이에 적용된다: 작은 듀티 사이클로 인하여 평균 캐소드 전력이 낮다(1 내지 10 kW). 이는 OFF-시간 동안 타겟이 냉각되도록 하여, 증가된 공정 안정도를 나타낸다. HIPIMS는 특별한 형태의 펄스 DC 마그네트론 스퍼터링이다.
HIPIMS (고-전력 임펄스 마그네트론 스퍼터링)의 원리 및 비아들, 특히 TSV(스루 실리콘 비아들, Through Silicon Vias) 내에 재료를 증착하기 위한 이의 응용은 예를 들어, WO 08/071734 A2, WO 08/071732 A2, WO 09/053479 A2 및 "Society of vacuum coaters 505/856-7188, 52nd annual technical conference proceedings, Santa Clara, CA, May 9 - 14, 2009 ISSN 0737-5921"에 기술된다.
후자의 문헌에서, 주어진 타겟, 주어진 타겟 기판 거리 및 자기장 마그네트론 자기장을 생성하기 위한 주어진 회전 자석에 대하여, 펄스 피크 전력 HIPIMS 방전이 증가하면, 필름 두께 분포는 평탄한(flat) 형태에서 돔 형태로 바뀐다는 것이 기재된다. 도 1은 펄스 피크 전력 기능으로 HIPIMS 증착된 Ti의 필름 두께 분포를 나타낸 도면이다. 도 1은 언급된 "Society of vacuum coaters 505/856-7188, 52nd annual technical conference proceedings, Santa Clara, CA, May 9 - 14, 2009 ISSN 0737-5921"에 의하여 얻어졌다.
예를 들어, 이후의 전기-도금이 가능하도록 5:1 내지 10:1 의 또는 이보다 더 높은 종횡비로 TSV(스루 실리콘 바이어)와 같은 비아들의 바닥 내 및 측벽을 따라 충분히 두꺼운 층, 특히 충분히 두꺼운 시드층을 제공하는 것에 대한 필요성이 존재한다. 비아들의 벽/바닥에의 증착은 Ti 또는 Ta, 및 Cu 시드층 일 수 있는 접착층 또는 배리어층으로 구성될 수 있고, 이는 비아 내 전기-도금을 위하여 전류를 이동시킨다. 가까운 타겟 기판 거리(TSD)로 DC 마그네트론 스퍼터링을 셋업하는 것에 의해, 재료 층들을 제공하는 것, 이에 의해, 또한 높은 종횡비의 TSVs와 같은 비아들로 언급된 시드층을 제공하는 것이 실질적으로 불가능한데, 이는 종래 사용되는 금속의 스퍼터 오프된 재료의 넓은 각 분포 때문이다. 이후의 전기-도금 결과, 도 2에 도시된 바와 같은 비아들의 불완전한 필링이 일어난다. 도 2는 웨이퍼 또는 기판을 가로질러 즉, 하나의 웨이퍼 모서리로부터 웨이퍼 중심을 통하여 반대의 웨이퍼 모서리로 전파될 때, 비아 필링 정도를 가장 개략적으로 나타낸다. 검정색으로 표시된 영역은 웨이퍼를 따라 10:1 종횡비 내로, 각각 전기-도금에 의해 커버링되고 필링된 영역으로, DC 마그네트론-스퍼터된 시드층이 적용된다.
HIPIMS 공정에 의하면 언급된 예의 충분이 높은 Cu 이온 플럭스로, 충분히 높은 이온 플럭스를 기판에 제공하여, 도 2의 도시와 유사하게 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 완전한 전기-도금이 가능하다. 이는 증가된 타겟 기판 거리-TSD 와 조합된, 적어도 300 kW의 펄스 피크 전력에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 비아들 내부에 충분히 균일한 층 증착을 달성하여 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이후에 기판 주변으로부터 기판 중심까지 기판을 통해 완전한 전기-도금이 달성되어야 한다.
본 발명은 제한된 타겟 크기로 인하여, 균일한 금속 이온 플럭스를 갖는 주어진 마그네트론 스퍼터 소스에 대하여, 타겟의 중심을 향하여 더 강하고 타겟의 모서리 또는 주변을 향하여 더 약한, HIPIMS 공정에 의한 실험에 일부 기초한다. 이는 도 4에 개략적으로 도시된다. 여기에 HIPIMS 작동된 타겟(1)이 마그네트론 자기장에 의한 플라즈마(5)의 집중(concentration)으로 인한 스퍼터링 표면(3)의 침식 프로파일이 가장 개략적으로 도시된다. 화살표(7)는 타겟(1)의 스퍼터링 표면(3)을 따르는 금속 이온 분포를 개략적으로 나타내고, 화살표(9)는 금속 원자 분포를 나타낸다. 금속 원자 플럭스는 돔-형으로 나타난다.
따라서, 도 4에 의하면, HIPIMS 공정에 의해, 금속 이온 플럭스 및 금속 원자 플럭스로부터, 금속 이온의 플럭스 균일도가 최적화된다.
기판 표면-즉, 장(field) 내- 두께 프로파일의 결과는 돔-형이 되고, 비아 내 증착은 기판 표면을 통하여 균일하거나 기판의 모서리 또는 주변을 향하는 비아들 내에 증점된(thickened) 증착도 나타날 수 있다.
본 발명은 또한 제2 인식에 기초한다. 도 4에 대한 설명과 달리, 코팅되는 기판의 평탄 표면을 따르는 두께는 균일도가 증가할 수 있고, 따라서 돔-형 분포가 타겟으로부터의 침식 프로파일을 사용하여 보정되는데, 이는 타겟 모서리 또는 주변에 가까운 기판 표면의 증가된 침식(eroding) 결과를 가져온다. 이는 각각 자석 배열을 구성하고 이의 이동을 타겟의 후면을 따라 테일러링(tailoring)하는 것에 의해, 즉, 예를 들어 상호 회전 운동과 같은 자석 배열에 대한 타겟의 상대 운동을 적절하게 테일러링 하는 것에 의해 실현될 수 있다.
인식은 마그네트론 소스의 타겟 중심에서 플라즈마 밀도가 부족하여, 스퍼터링 표면 중심에 적은 금속 이온 전류 플럭스가 존재하다는, 불리한 사실이다. 이는 도 4와 유사하게 도 5에 도시된다. 이 경우에 금속 이온 분포는 화살표 7에 의해 도시된 바와 같이 볼-형으로 도시된다. 따라서, 이 경우에, 금속 이온 플럭스의 균일도와 대조적으로 금속 원자 플럭스의 균일도가 최적화된다. 결과적으로, 기판 중심에서 10:1 종횡비를 갖는 고-종횡비 비아들의 전기도금은 불완전해진다. 따라서, 발명자들에 의해 인식된 바와 같이, 기판 표면 및 비아 표면들 모두의 균일한 커버링을 성취하는 것이 거의 불가능하다.
이미 언급된 바와 같이, 타겟 모서리 또는 주변을 따라 더 많은 침식을 허용하는 자석 시스템을 사용하는 것은 코팅되는 기판의 확장된 표면을 따라 코팅 두께 분포의 균일도를 향상시키지만, 이온 밀도 프로파일이 타겟 모서리를 더 많이 향하여 농축되어 기판의 중심에 인접하여 제공되는 비아들의 표면의 불완전한 커버리지(coverage)를 야기한다. 타겟의 스퍼터링 표면에 인접한 고-밀도 플라즈마 와 기판의 바이어스 사이에 간섭이 발생하기 때문에 매우 작은 타겟 기판 거리(TSD)는 바람직하지 않다. 또한, TSVs 로서, 예를 들어, 10:1 또는 이상의 비아들의 매우 높은 종횡비에 대하여, HIPIMS 스퍼터 코팅 평탄 기판들에 대하여 더 높은 타겟 기판 거리를 사용한다. 이는 롱-스로(long-throw) 스퍼터링과 비교하여 "미듐 스로 스퍼터링(medium throw sputtering)"으로 칭해지고 재료의 방향성이 이온화된 재료에 의해서가 아니라 좁은 각 스퍼터링에 의해 주어진다.
언급된 인식에 대한 다른 선택은 코팅되는 비아들을 갖는 기판 범위에 대하여 더 큰 직경을 갖는 타겟을 적용하는 것으로, 또한, 기판상에 코팅 증착의 균일도를 보정할 수 있다. 이 선택의 단점들은 다음과 같다:
● 무겁고 더 비싼 타겟이 필요하다;
● 동일한 이온화도를 얻기 위해 더 많은 평균 전력이 필요하다;
● 더 큰 타겟은 코팅되는 기판 표면 위에 충돌(impinging)되는 재료의 보다 넓은 각 분포를 야기한다.
도 5에 개략적으로 도시된 금속 이온 및 금속 원자의 관점에서, 도 6은 도 2 및 3과 유사하게 도시되며, 중심 영역에 감소된 금속 이온 플럭스로 인하여 기판 중심에서 비아 내에 불완전한, 10:1 비아들로 전기-도금한 결과를 나타낸다.
도 7에 본 발명에 의한 스퍼터링 소스 배열, 본 발명에 의한 스퍼터링 시스템의 일부, 및 본 발명에 의한 제조방법에 이용된 스퍼터링 시스템의 기본에 대한 사시도가 가장 개략적이고 간단한 도면으로 도시된다. 기하축 A 둘레로, 제1 마그네트론 서브-소스(701)는 금속의 제1 재료 타겟(703)을 포함한다. 제1 타겟(703)은 스퍼터링 표면(705)을 갖는다. 이 제1 스퍼터링 표면(705)은 기하축 A에 수직하는 평면 E를 규정한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 평면 E는 2-차원 좌평면(locus plane)으로 규정되고, 좌평면 E에 대하여 스퍼터링 표면(705)의 모든 지점들 P로부터의 거리 벡터들 v의 평균은 제로이다. 도 7로 되돌아가서, 제1 마그네트론 서브-소스(701)는 제1 타겟(703)의 후면(709)에 인접한 제1 자석 배열을 포함하는데, 이는 드라이브(711)로 개략적으로 도시된 바와 같이 제1 스퍼터링 표면(705)을 따라 구동적으로 이동가능하다. 이에 의해, 도 7에 H1으로 점선으로 가장 개략적으로 도시된 바와 같이, 이동 폐루프 제1 마그네트론 자기장이 설정된다. 스퍼터링 소스 배열은 닫힌 제2 마그네트론 서브-소스(713), 제1 타겟(703)과 동일한 금속인 동일재료의 프레임-형 제2 타겟(715)을 더 포함한다. 닫힌, 프레임-형 제2 타겟(715)은 도 7에 점선으로 개략적으로 도시된 바와 같이, 제1 타겟(703)으로부터 전기적으로 분리된 주변을 따라 제공된다.
제2 타겟(715)은 제2 스퍼터링 표면(717)을 갖는데, 이는 중심축 A 둘레로 배열되고, 따라서, 상기 축 A 둘레에 루프를 형성한다. 제2 자석 배열(719)은 제2 타겟(715)의 후면(721)을 따라 이에 인접하게 제공되고, 도 7에 H2로 개략적으로 도시된 바와 같이, 제2 스퍼터링 표면(717)을 따라 제2 마그네트론 자기장을 설정하는데, 이는 제2 스퍼터링 표면(717)을 따라, 기하축 A 둘레를 루핑(looping)하는 폐루프를 형성한다.
제1 타겟(703)은 평면, 즉, 재료가 타겟에 스퍼터 오프되기 이전에 평면 스퍼터링 표면(705)을 규정하는, 평면일 수 있다.
또한, 제1 타겟(703)은 기하축 A를 따르는 방향에서 바라볼 때, 임의의 바람직한 형상일 수 있으나, 일 실시예에서 원형이다. 제 2 타겟(715)은 고리-형이다.
제2 스퍼터링 표면(717)의 형태는 각각의 적용에 대하여 선택될 수 있다. 현재 사용되는 실시예에서, 언급된 스퍼터링 표면(717)은 기하축 A를 포함하는 부분 평면 내에 한 쌍의 실질적인 직선을 규정한다. 도 7에서, 이러한 기하축 A를 포함하는 부분 평면은 평면 E2로 도시되고, 제2 스퍼터링 표면(717)의 한 쌍의 실질적인 직선(717') 중 하나를 규정한다.
또한, 제2 스퍼터링 표면(717)은 도 9에 개략적으로 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 기하축 A 둘레로, 기하축 A에 평행한 평면을 규정한다.
또한, 도 10에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제2 스퍼터링 표면(717)은 기하축 A에 수직일 수 있다. 이에 의해, 우수한 실시예에서, 제2 스퍼터링 표면(717)은 제1 스퍼터링 표면(705)의 반대쪽을 향한다.
대안으로, 제2 스퍼터링 표면(717)은 도 11에 개략적으로 도시된 바와 같이 기하축 A를 따르는 방향으로 개방된, 도 11에서 화살표 Q에 의해 도시된 바와 같이 제1 스퍼터링 표면(705)으로부터 벗어난 콘-형일 수 있다.
스퍼터 소스 배열의 다른 실시예들 및 제조방법에 대한 더 많은 세부 사항들이 후술하는 실시예들 및 도면에 의해 더 상세하게 설명되며, 이 모든 실시예들 및 실현 형태들은 도 7에서 설명된 기본 스퍼터링 소스 배열에 기초한다.
보다 상세한 실시예들에 의해 기술되는 구체적인 특징들은, 달리 상반되지 않으면, 도 7의 실시예와 임의로 조합되고 이에 적용되도록 조합될 수 있다.
도 12 내지 15와 같은 스퍼터링 소스 배열의 현재 사용되는 형태에서, 제1 마그네트론 서브-소스는 평면의, 펄스 원형 마그네트론 소스에 의해 실현된다. 도 7에서 보면, 이는 타겟(703)이 원형이고 평면이라는 것을 의미한다. 기판은 이에 의해 제1 스퍼터링 표면으로부터 원형 타겟의 직경의 1/8 이상 및 1/2 미만의 거리에 위치된다.
원형이 아니고, 가능하면 평면도 아닌, 도 7의 언급된 타겟(703)에, 기판을 위치시키기 위한 보다 일반적인 규칙은, 도 7에 도시된 바와 같이 기판 S, 보다 상세하게 코팅되는 기판 S의 표면과 제1 스퍼터링 표면(705)사이의, 기하축 A를 따라 측정된 거리 d에 대하여,
0.125 D < d < 0.5 D 이며,
여기서, D 는 기하축 방향으로 고려된 제1 스퍼터링 표면(705)을 둘러싸는 원의 직경이다.
도 7에 이미 도시된 바와 같이, 원형 타겟(703)의 경우, 제1 타겟(703)과 기판 S 사이의 공간에, 원형 제1 마그네트론 서브-소스와 동심원상의 고리-형 제2 마그네트론 서브-소스가 제공된다. 현재 실현되는 형태에서, 동심원상의 고리-형 제2 마그네트론 서브-소스의 내부 직경은 원형 제1 타겟의 직경보다 더 크다. 도 7에서, 한편으로는 제1 타겟(703)이 축 A 둘레로 원형이고, 제2 마그네트론 서브-소스(713)가 축 A 둘레로 동심원인, 따라서, 고리-형인 실시예가 언급되는데, 이에 의해 제1 타겟(703)은 제2 마그네트론 서브-소스의 제2 타겟(715)과 오버랩되지 않는다. 이미 언급된 바와 같이, 제2 스퍼터링 표면(717)은 제1 타겟(703)의 제1 스퍼터링 표면(705)에 수직하거나 평행일 수 있고, 또는 이미 언급된 바와 같이, 도 11에 도시된 바와 같이 기울어지고, 기판을 향하여 개방되어 더 우수한 이송 인자(transfer factor)를 가능하게 하고 제1 마그네트론 서브-소스와 제2 마그네트론 서브-소스 사이의 교차-오염(cross-contamination)을 피할 수 있다. 도 9 내지 11에 의해 설명된 실시예들을 참조한다.
도 7의 기판 S에, 통상 13.56 MHz의 Rf 바이어스 전력이 인가되어, 도 7에 미도시된 스퍼터링 시스템의 기판 홀더를 통해 기판 S에 작동가능하게 연결된 Rf 바이어스 소스(723)에 의해 도 7에 언급된, 생성된 금속 이온들의 가속을 위한 바이어스 전위를 생성한다.
본 발명의 스퍼터링 소스 배열을 사용하는, 현재 사용되는 모드의 하나인, 본 발명에 의한 스퍼터링 시스템의 제1 셋업(set up)이 도 12에 도시된다. 제1 마그네트론 서브-소스(1201)의 제1 타겟(1203)이 HIPIMS 모드에서 전력 소스(1210)로부터 펄스 DC 전력에 의해 작동된다.
제1 타겟(1203)은 수냉식(water-cooled)(1241)이다. 제1 자석 배열(1207)은 화살표 w로 개략적으로 도시된 바와 같이, 제1 타겟(1203)의 후면(1209)를 따라 회전된다. 금속 프레임(1243)이 제1 타겟(1203)의 주변을 따라 제공되고, 이로부터 전기적으로 분리된다. 이 실시예에 도시된 바와 같이 바닥 전위에서 작동되어, 금속 프레임(1243)은 제1 스퍼터링 서브-소스(1201) 및 제2 스퍼터링 서브-소스(1213) 모두에 대하여 애노드로 작용한다.
제2 마그네트론 서브-소스(1213)가 도 11에 개략적으로 구성된다. 제2 타겟(1215)이 금속 프레임(1243)으로부터 전기적으로 분리된다.
제2 타겟(1215)은 수냉 시스템(1245)에 의해 냉각된다. 제2 자석 배열(1219)는 정지된다. 제2 타겟(1215)은 DC 생성기(1247)로부터 DC 전력으로 작동된다.
제1 스퍼터링 표면(1205), 이후의 제2 마그네트론 서브-소스(1213)로부터 벗어나 축 A를 따르는 방향으로, 제2 타겟(1215)으로부터 전기적으로 분리되고, 바닥 전위에서 작동되고, 애노드로 작용하는 추가 금속 프레임(1249)이 제공된다. 기판 S는 기판 홀더(1251) 상에 위치한다. 기판 홀더(1251)를 통해, 기판 S는 Rf 바이어스 전력 유닛(1253)에 의해 Rf 바이어스 전력으로 작동된다. 금속 프레임(1255)은 실제로, 기판 S와 두 개의 마그네트론 서브-소스(1201 및 1213) 사이에 스퍼터-코팅을 위한 반응 공간 R을 상호-규정하는 잔여 부분(remaining part)를 나타낸다.
도 7로 되돌아가면, 따라서 제1 타겟(703)과 제2 타겟(715) 사이에 양 타겟으로부터 분리되고 애노드로 작용하는 금속 프레임(도 7에 미도시)가 제공되도록 제안한다. 축 A를 따르는 방향으로 고려되고, 스퍼터링 표면(705)으로부터 벗어나, 도 12의 실시예 다음으로, 도 7의 실시예에서, 기판 S와 제2 타겟(715) 사이에 추가 금속 프레임이 제공되는데, 이 또한 제2 타겟(715)으로부터 전기적으로 분리되고 애노드로 작용한다. 도 7에 또한 언급된 바와 같이, 기판 S는 Rf 바이어싱 전력으로 작동된다.
제1 타겟(703)은 따라서, 펄스 DC 전력으로 작동되고 제2 타겟(715)은 DC 전력으로 작동될 수 있다. 이미 언급된 바와 같이 제1 자석 배열(707)은 이동되지만, 제2 자석 배열(719)은 정지될 수 있다. 양 타겟들(715 및 703)은 냉각 시스템, 이에 의해, 일 실시예에서, 수냉 시스템과 같은 각각 분리된 냉각 시스템에 의해 냉각된다.
도 12의 실시예에서의 제1 마그네트론 소스(1201) 및 도 7의 보다 일반적인 제1 마그네트론 서브-소스(701)는 펄스 DC 전력으로, 이에 의해 제1 마그네트론 서브-소스(1201)로 스퍼터 오프되는 재료의 많은 양의 금속 이온을 생성하기 위하여 고 피크 전류 및 낮은 듀티 사이클로 작동되는 현재 사용되는 실시예이다. 이러한 작동 모드는, 언급된 바와 같이, HIPIMS-모드 또는, HIPIMS-공정으로 알려진다. 이미 언급된 바와 같이, 기판이 전기적으로 절연 재료인 경우에, 기판 상에 Rf 바이어스 전력이, 보다 일반적으로 바이어스 전력이 적용된다. 이에 의해, TSVs 비아들 내에서 금속 이온들은 고 종횡비로 가속된다. 도 12로 사용된 실시예에서, 평면-마그네트론, 제1 마그네트론 서브-소스(1201)는 타겟의 전체-표면 침식이 가능하도록 설계되고 도 4에 의해 나타난 바와 같이 균일한 금속 이온 플럭스를 생성하는 회전 자석 배역(1207)을 사용한다. 회전 자석 배열(1207)은 언급된 바와 같이 기판 거리에 대한 타겟의 선택된 조건들 하에서 필수적으로 기판 S에 균일한 증착을 생성하도록 설계되지 않는다.
제2 마그네트론 서브-소스(1213)는 DC 마그네트론 모드에서 작동된다. 이는 또한 도 1의 제2 마그네트론 서브-소스를 작동시키는 하나의 가능성이다. 그럼에도 불구하고, 도 12의 실시예 및 도 7의 실시예인 제2 마그네트론 서브-소스(1213)는 대안으로 HIPIMS 모드에서 작동될 수 있다.
도 12의 실시예 및 도 7의 실시예에서 제2 타겟(1215, 715)의 제한된 확장은 제2 자석 배열(1219 및 719)이 각각 정지상태로 작동하는 것을 가능하게 하는데, 이는 전체 스퍼터링 소스 배열의 복잡성 및 비용을 최소화한다. 만일 도 12의 실시예 및 도 7의 실시예의 제2 자석 배열(1219, 719)이 이동 자석 배열로 고려되면, 이는 예를 들어, 도 7의 E2 평면에 의한 평면들 내에 한편으로는 상하로 이동가능하고 부가적으로, 방위 방향으로, 즉, 도 12에 개략적으로 언급된 바와 같이, 방향 a로 각각의 제2 타겟의 루프를 따라 이동가능한 자석(1257) 및 자석 배열(719)의 유사 자석들에 의해 실현된다. 이는 도 12의 제2 스퍼터링 표면(1217) 또는 도 7의 제2 스퍼터링 표면(717)을 따라 제2 스퍼터링 표면의 하나의 루핑 모서리로부터 이의 다른 루핑 모서리까지 각각의 자석들(1257)의 뱀-형, 와블링 이동의 결과를 가져온다. 이러한 구동적으로 이동되는, 이동가능한 제2 자석 배열(1219')를 제외한, 제2 자석 배열(1219')이 도 13의 실시예로 도시되는데, 이는 12의 실시예와 동일하다.
이미 언급된 바와 같이, 일 실시예에서 도 7의 제2 타겟(715) 및 도 12의 제2 타겟(1215)은 스퍼터링 전력의 몇 kW를 냉각시킬 수 있는, 도 12에 도시된 자체 수-냉각 회로(1245)를 갖는다. 제1 마그네트론 서브-소스(1201,701)는 펄스 DC 전력으로, 일 실시예에서 HIPIMS 전력으로 작동되고, 제2 마그네트론 서브-소스(1213 및 703)는 표준 DC 전력 공급에 의해 작동된다.
도 14에 개략적으로 도시된 실시예는 제1 마그네트론 서브-소스(1201)와 제2 마그네트론 서브-소스(1213) 사이에 애노드 프레임으로 제공되는 1243과 같은 금속 프레임이 없다는 것을 제외하고 도 12에 의한 것과 동일하다.
도 14의 실시예는 제한된 공간에 적용함에 있어 우수한 실시예이다.
이 실시예에서, 제2 타겟(1415)은, 도 12의 실시예의 관점에서, 금속 프레임부(1443)에 의해 확장된다. 도 12의 실시예에 대하여 이러한 차이점을 제외하고, 도 12 및 도 14의 두 실시예들은 동일하다. 제2 타겟(1415)과 금속 프레임(1443)은 모두 제2 타겟(1415)에 전기적으로 연결되거나 하나의 금속 피스로 제조되어 제1 스퍼터링 서브-소스(1401)가 작동할 때마다 애노드로 작동한다. 금속 프레임부(1443)와 조합된 제2 타겟(1415)은 거의 배타적으로 제2 자석 배열(1419)이 위치된 지점에만, 따라서 타겟부(1415)를 따라서만 스퍼터 오프된다.
제1 스퍼터링 소스(1401)가 스퍼터-작동되는 동안의 시간 범위를 T1으로하고, 제2 마그네트론 서브-소스(1413)가 스퍼터-작동되는 동안의 시간 범위를 T2로하면, 이 실시예는 두 개의 시간 범위 T1 및 T2가 서로 오버랩되지 않을 때 특히 적합하다. 그럼에도 불구하고, T1 및 T2가 서로 오버랩될 때 또한 DC 작동부(1415 및 1443)를 애노드로 이용하는 것이 가능하다. 각각의 DC 전력 레벨에서 제2 타겟(1415) 및 특히 금속 프레임부(1443)는 또한 특히, HIPIMS 모드에서 작동될 때, 제1 마그네트론 서브-소스(1401)의 스퍼터-작동에 대하여 애노드로 작용할 수 있다.
제2 마그네트론 서브-소스(1413)만 작동되는 T2 시간 범위 동안, 한편, 금속 프레임(1449)은 애노드로 작용한다. 부가적으로, 제1 타겟(1403)이 작동되어 제2 마그네트론 서브-소스(1413)에 대한 애노드로 작용한다.
도 12의 실시예에 대응되는 도 15의 실시예는, 도 12의 실시예에 의한 금속 프레임(1243) 대신, 이용되는 바닥 애노드(grounded anode)로서, 금속 프레임(1543)이 전기적으로 플로팅 전위에서 작동된다. 따라서, 플로팅 고리 스페이서(floating ring spacer)(1543)는 제1 마그네트론 서브-소스(1501)와 제2 마그네트롬 서브-소스(1513) 사이에서 실행된다. 이것은 펄스 스퍼터링 동안 전자들은 애노드, 즉 금속 프레임 애노드(1549)에 대하여 및 가능하게 제2 마그네트론 서브-소스(1513)의 타겟(1515)에 대하여 더 원거리 경로를 찾아야 한다는 이점을 갖는다. 그 결과 이온들은 플라즈마 부피로 더 완전하게 얻어지고(extracted), 훨씬 우수한 비아 필링이 얻어질 수 있다.
특히 도 12 내지 15에 의한 기술된 모든 구체적인 특징들은, 상반되지 않으면, 분리되어 또는 임의의 조합으로, 보다 일반적으로 도 7에 언급되고 예시화된 실시예와 조합될 수 있다.
이제 본 발명에 의한 스퍼터링 소스 배열 및 스퍼터링 시스템 및 제조방법의 작동 모드는 더욱 상세하게 언급된다. 지금까지 특히 도 12 내지 15의 관점에서 언급된 바와 같이, 제1 및 제 마그네트론 서브-소스들은 개별적인 전력 공급을 갖는다. 제1 마그네트론 서브-소스는 펄스 DC 모드, 특히 낮은 듀티 사이클에서 매우 높은 전류 펄스로, 또한 HIPIS 모드로 칭해지는, 모드에서 작동된다.
직경 400m인 평면의 제1 타겟에 대하여, 100μsec과 2000μsec 사이의 펄스 길이를 적용하는 것이 제안된다. 전류 펄스는 최대 약 100μsec에 도달하도록 허용되고, 최대는 600A 과 1000 A 사이의 범위이다. 듀티 사이클은 통상 5 내지 15% 범위이다. 만일 타겟 크기가 2240 cm2 의 표면에 일치하는 직경 400 mm의 원형과 다르다면, 각각의 파라미터들은 우세한 표면 넓이로 적용되어, 타겟 표면은 400 mm 원형 타겟으로 추정되고 언급된 파라미터 값들이 이행된다.
코팅 공정, 특히 금속-코팅된 플레이트 표면을 따라 비아들, 특히 이러한 비아들이 적어도 10:1의 종횡비를 갖는, 비아들을 갖는 전기적으로 분리된 재료의 플레이트-형 기판을 코팅하는 공정은 적어도 두 개의 단계로 작동된다. 제1 단계에서, 제1 마그네트론 서브-소스가 HIPIMS 모드로 작동되고, 제2 단계에서, 제2 마그네트론 서브-소스가 작동된다.
제1 시간 범위 T1은 제1 단계의 작동 시간 범위를 규정하고, 제1 마그네트론 서브-소스를 스퍼터-작동시키고, 제2 시간 범위 T2는 제2 단계의 범위를 규정하고, 제2 마그네트론 서브-소스를 스퍼터-작동시킨다. 시간 범위 T1, T2는 각각 바람직한 길이이고 구체적인 적용에 따라 시차를 둘 수 있다. 따라서, 도 16에 따라 두 개의 시간 범위는 동일한 범위일 수 있다. 그리고 T1 및 T2는 도 16(a) 또는 도 16(b)에서 동시에 설정될 수 있고, T2 는 시간 범위 T1 의 시작 이후 및 T1 의 종료 이전에 시작될 수 있거나, 도 16(c)에 의하면, T2 는 T1 의 종료시 또는 이후에 시작될 수 있거나, 도 16(d)에 의하면, T1 은 T2가 시작된 이후 및 종료되기 이전에 시작될 수 있거나, 도 16(e)에 의하면, T1은 T2의 종료시 또는 종료된 이후에 시작될 수 있다.
도 17은 시간 범위 T1이 시간 범위 T2보다 더 긴 경우 T1 과 T2의 가능한 시간 관계를 나타낸다.
유사하게 도 18은 T2가 T1보다 더 긴 경우 T1 과 T2의 시차 가능성들을 도시한다. 당업자에게 도 17 및 18을 이해하기 위한 추가 설명이 필요하지 않을 것으로 생각된다.
시간 범위 T1의 단계 1 동안, 도 7의 제1 마그네트론 서브-소스(701)는 평균 전력 P1으로 HIPIMS 모드에서 작동된다. T2 기간의 제2 단계에서, 도7에서 서브-소스(713)인, 제2 마그네트론 서브-소스는 전력 P2 로 DC 마그네트론 모드에서 작동된다. T1의 단계 1은 비아들 내로 이온화된 재료의 최대량을 얻도록 사용되지만, T2 범위의 제2 단계는 균일한 두께로 필름을 조절하도록 사용된다. 양 단계들은 모두 기판에 Rf 바이어스 전력을 적용하여 수행된다.
언급된 두-단계 공정들의 이점들은 다음과 같다:
a) 기판 거리가 증가된 타겟을 갖는 상황에서도, 여전히 작은 타겟 크기의 제1 마그네트론 서브-소스가 사용될 수 있다(미듐 스로).
b) HIPIMS 공정에 의해, 보통 기판 모서리를 향하는 비아들 내에 더 많은 재료들이 있고, 비아 내 및 확장된 기판 표면을 따라 균일도가 안정될 수 있다.
c) 제2 마그네트로 서브-소스는 매우 정교하게 사용되어 시간 범위 T1 및 T2 를 궁극적으로 조절하는 것에 의해 타겟에 대한 효과를 조절할 수 있다.
d) 단계 1의 펄스 모드 동안, Rf 바이어스는 금속 이온을 비아들 내로 가속시키고, 단계 2의 연속 모드에서, 제2 마그네트론 서브-소스에 의해 작동되고, 비아들의 모서리에 재료를 오버행하는(overhanging) 후-스퍼터(back-sputter)에 사용될 수 있는 Ar 작업 기체 이온들을 대부분 생성한다.
단계 시간 T1 및 T2 의 비율을 조절하는 것에 의해 기판상 층 균일도가 조절될 수 있다. 특히 단계 2에서 Rf 바이어스 전력을 조절하는 것에 의해, 후 스퍼터링의 양이 조절되어 비아 개구 내의 오버행 모서리들을 제거할 수 있다. HIPIMS로 단계 T1 동안 제1 마그네트론 스퍼터링 서브-소스를 작동시킬 때, 고 피크 전류가 달성될 수 있는데, 보통 높은 공정 압력이 바람직하다. 반대로, 단계 2에서 후 스퍼터링 공정은 바람직하게 DC 마그네트론 스퍼터링이 용이하게 설정되는 낮은 압력에서 작동된다.
일 실시예에서, 제1 마그네트론 서브-소스 및 제2 마그네트론 서브-소스는 조합되어 사용될 수 있고, 도 19에 개략적으로 도시된 바와 같이 하나의 양극성 전력 공급(1940)에 의해 작동되고, 도 7의 제1 타겟(703) 및 제2 타겟(715) 모두를 작동시킨다.
이러한 유형의 양극성 전력 공급(1940)은 H-브리지(H-bridge)로 제조될 수 있고, 시장에서 구입가능하다. 단계 1 동안, 양극성 소스(1940)는 제1 타겟(703)에 음극으로, 및 P1-의 평균 전력에서 또는 V1-의 전압 설정값에서 시간 범위 T1 동안 단극성 펄스 DC모드에서 작동되고, 시간 범위 T2 동안 제2 타겟(715)은 타겟(715)에 음극으로, 서로 다른 전압 또는 절력 설정값 P2에서 단극성 DC모드에서 작동된다. 대안으로, 양극성 전력 공급(1940)로 단계 2는 역극성(reversed polarity) HIPIMS 모드에서 작동될 수 있다.
또한, 단계 1 및 단계 2는 예를 들어, 교호되는 임의의 시간들로 운영될 수 있다. 이는 만일 단계 1에서, 비아의 추가 필링을 방지하는 비아 개구부 내에 오버행되는 모서리를 생성하여, 일부 간헐적인 후 스퍼터링이 필요하다면 이점이 될 수 있다.
실시예 1
평면의 원형 제1 마그네트론 서브-소스를 갖는 스퍼터링 소스 배열이 직경 400mm의 타겟과 사용된다. 타겟-기판 거리 TSD는 140 mm 이다. 기판은 300 mm의 직경을 갖는다. 고리-형 제2 마그네트론 서브-소스는 도 11의 실시예에 의한 α=45°기울기, 200 mm 내부 반경, 및 215 mm 외부 반경을 갖고 제1 마그네트론 서브-소스의 타겟과 기판 사이에 배열되는 제2 타겟을 갖는다. 도 21은 제1 타겟의 침식 프로파일을 나타내고, 도 22은 제2 타겟의 침식 프로파일을 나타낸다.
증착 균일도가 30mm와 130 mm 사이에서 변하는 타겟 기판 거리 TSD_R 에 대하여 계산되었다. 기판상 0.0 mm 내지 150.0 mm의 각각의 개별적인 반경에 대하여, 제1 마그네트론-서브 소스의 증착 분포 dps(r) 및 제2 마그네트론 서브-소스의 증착 분포 drs(r) 는 중첩되어 결과 두께는 dtotal(r) 이다. 증착 프로파일 dtotal(r)은 따라서 제1 및 제2 마그네트론 서브-소스의 혼합 인자 F에 의해 최적화될 수 있다:
Figure pct00001
(1)
표 1은 서로 다른 TSD_R에서 제2 마그네트론 서브-소스에 대한 중첩 인자 F와 계산된 증착 프로파일을 나타낸다. 균일도 프로파일이 도 23에 도시되는데, 균일도 프로파일은 실시예 1의 30mm와 130 mm 사이에서 변하는 타겟 기판 거리 TSD_R 에 대하여 제1 마그네트론 서브-소스 분포에 대한 제2 마그네트론 서브-소스 분포의 서로 다른 비율에 의해 최적화된다.
[표 1]
Figure pct00002
도 24는 최적화된 증착 프로파일로 30mm와 130 mm 사이에서 변하는 타겟 기판 거리 TSD_R에 대하여 균일도를 조절하기 위한 제2 마그네트론 서브-소스의 상대 분포를 나타낸다. 제2 마그네트론 서브-소스의 위치 및 기판상 반경에 의존하여, 제2 마그네트론 서브-소스의 상대 분포가 10% 와 70% 사이에서 변화된다.
도 24는 도 23에 도시된 최적화된 증착 프로파일에서 30 mm 과 130 mm 사이에서 변하는 TSD_R (=TDS)에 대한 균일도를 조절하기 위한 총 필름 두께에 대한 제2 마그네트론 서브-소스의 상대적 기여를 나타낸다.
상기 계산은 소위 코사인 방출 프로파일(cosine emission profile)에 의해 수행되었다. 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 스퍼터 방출 프로파일은 하기와 같이 기술될 수 있다.
Figure pct00003
(2)
도 25는 극성 다이아그램에서 이미 약간 방향성 프로파일인, C가 -1 부터, 소위 나비 프로파일(butterfly profile)인, C=1까지 변화되는, 스퍼터링 시뮬레이션에 통상 사용되는 모델 방출 프로파일을 나타낸다. 대부분의 재료들은 코사인 방출 프로파일로 칭해지는 C=0의 방출 프로파일을 나타낸다. 이제 제2 마그네트론 서브-소스는, 특히 언급된 제2 마그네트론 서브-소스와 제1 마그네트론 서브-소스의 타겟 사이의 짧은 거리에 대하여, 스터퍼 방출 프로파일의 본질에 민감할 수 있다고 주장될 수 있을 것이다.
따라서, 30 mm의 TSD_R 및 -1과 +1 사이의 C를 갖는 방출 프로파일에 대한 시뮬레이션이 반복되었다. 증착 균일도 프로파일이 도 26에 도시되고 -1과 +1 사이에서 변하는 C의 매우 작은 효과가 나타난다. 도 26은 실시예 1에 의한, -1과 1 사이의 타겟 재료 방출 특성들에 대한 30mm의 가장 가까운 TSD_R 에 대한 균일도 프로파일을 나타낸다.
도 27은 -1과 1 사이의 타겟 방출 특성들에 대한 30 mm의 가장 가까운 TSD_R 에 대한 균일도를 조절하는 제2 마그네트론 서브-소스의 상대 기여를 나타낸다.
실시예 1은 제2 마그네트론 고리 소스에 대한 중첩 인자 F가 상당히 높은 것으로 나타난다. 그 이유는 평면 소스인 제1 마그네트론 서브-소스의 타겟 수명과 비교하여 상당히 제한적인 타겟 수명의 위험성을 감수하는, 단지 약 18mm의 제2 마그네트론 서브-소스의 좁은 침식 프로파일 때문이다.
이제 실시예 2는 400mm의 타겟 직경 및 도 21에 도시된 침식 프로파일을 갖는 동일한 제1 마그네트론 서브-소스, 평면 소스를 사용한다. TSD_R은 또한 140mm이다. 그러나, 이 예에서 제2 마그네트론 서브-소스의 제2 타겟은 기판에 대하여 55°기울어지고, 침식 경로는 도 28에 도시된 바와 같이, 210 mm의 내부 반경 및 248 mm 의 외부 반경을 갖는다. 스퍼터링 표면과 216 및 255 mm 의 반경 사이에 55°각도의 타겟이 사용된다. 제2 마그네트론 서브-소스의 고리 타겟의 표면에 돌출된, 침식 프로파일은 대략 46mm이다. 넓은 침식 프로파일은 보통 자석들을 이동시키거나 스퍼터링 표면에 평면 자기장을 제공하여 넓은 침식 프로파일 결과를 가져오는, 자석 요크(magnet yoke design) 설계에 의해 달성될 수 있다.
[표 2]
Figure pct00004
표 2에서, 계산된 균일도 프로파일이 제2 마그네트론 서브-소스에 대하여 서로 다른 중첩 인자들 F에 의해 최적화된, 60mm 와 100mm 사이에서 변하는 TSD_R로 나열된다. 도 29는 60 mm 와 100 mm 사이의 TSD_R 에 대하여 제2 마그네트론 서브-소스 및 제1 마그네트론 서브-소스 효과의 중첩에 의해 최적화된 균일도 프로파일을 나타낸다. 도 30에 가장 좋은 균일도로 조절하기 위하여 기판상의 총 필름 두께에 대한 제2 마그네트론 서브-소스의 상대적 기여가 도시된다. 실시예 2에 대하여 계산된 균일도 및 중첩 인자 대 TSD_R 이 도 31에 도시된다.
양극성 고리 소스에 대한 청구항이 다음과 같이 제안된다.

Claims (39)

  1. - 재료의 닫힌-프레임 형(close-frame shaped) 제2 타겟을 구비하고, 제1 타겟의 주변을 따라, 이로부터 전기적으로 분리된 제2 마그네트론 서브-소스로서, 상기 제2 타겟은 기하축 둘레로 배열된 제2 스퍼터링 표면, 제2 타겟의 후면을 따라 이에 인접한 제2 자석 배열을 구비하여, 상기 제2 스퍼터링 표면을 따라 제2 마그네트론 자기장을 설정하는, 제2 마그네트론 서브-소스;
    - 기하축 둘레로, 상기 기하축에 수직하는 평면을 규정하는 제1 스퍼터링 표면을 갖는 재료의 제1 타겟을 구비하고, 상기 제1 타겟의 후면에 인접한, 상기 제1 스퍼터링 표면을 따라 구동적으로 이동가능한 제1 자석 배열을 포함하여 상기 제1 스퍼터링 표면을 따라 이동가능한 이동 폐루프 제1 마그네트론 자기장을 설정하는, 제1 마그네트론 서브 소스; 를 포함하는 스퍼터링 소스 배열.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 타겟은 평면 및 원형 중 하나 이상인, 스퍼터링 소스 배열.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 제2 스퍼터링 표면은, 상기 기하축을 포함하는 단면 평면들 내에, 한 쌍의 실질적인 직선들을 포함하는, 스퍼터링 소스 배열.
  4. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 스퍼터링 표면은 상기 기하축 둘레로, 상기 기하축에 평행하거나 상기 기하축에 수직이고, 바람직하게 상기 제1 스퍼터링 표면으로부터 반대 방향을 향하고, 콘 형이며, 상기 기하축을 따르는 방향으로 개방되고, 상기 제1 스퍼터링 표면으로부터 벗어난 하나의 표면을 규정하는, 스퍼터링 소스 배열.
  5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스퍼터링 소스 배열은 제1 스퍼터링 표면과 상기 제2 스퍼터링 표면 사이에 제1 스퍼터링 표면의 주변 및 제2 스퍼터링 표면의 주변을 따라 연장되는 금속 프레임을 포함하고, 상기 금속 프레임은 하기 중 하나인, 스퍼터링 소스 배열.
    - 상기 제1 및 제2 타겟으로부터 전기적으로 분리된 애노드로서 작동가능함;
    - 플로팅 전위로 전기적으로 작동가능하고 상기 제1 및 제 타겟으로부터 전기적으로 분리됨;
    - 상기 제2 타겟에 전기적으로 연결가능함.
  6. 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스퍼터링 소스 배열은 상기 기하축을 따르는 방향으로, 상기 제1 스퍼터링 표면으로부터 벗어나, 다음으로, 상기 제2 스퍼터링 표면에 인접하여 이를 따라 배열된 프레임 형 애노드를 포함하는, 스퍼터링 소스 배열.
  7. 제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 자석 배열은 상기 제2 타겟의 상기 후-면을 따라 자석들의 프레임을 포함하고, 상기 자석들의 자기 다이폴들은 상기 기하축을 포함하는 단면 평면들 내에 배열되는, 스퍼터링 소스 배열.
  8. 제1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 자석 배열은 상기 제2 스퍼터링 표면에 대하여 정지하거나, 바람직하게, 상기 기하축을 포함하는 단면 평면 내의 방향으로 및 상기 기하축에 대하여 방위 방향으로 상기 제2 스퍼터링 표면을 따라, 상기 제2 스퍼터링 표면에 대하여 구동적으로 이동가능한, 스퍼터링 소스 배열.
  9. 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스퍼터링 소스 배열은 상기 제1 및 제2 타겟들을 따라 냉매용 관 시스템을 포함하고, 바람직하게, 상기 제1 타겟에 대한 제1 냉매 서브 시스템 및 상기 제2 타겟에 대한 제2 냉매 서브 시스템을 포함하는, 스퍼터링 소스 배열.
  10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항의 스퍼터링 소스 배열 및 상기 제1 및 제2 마그네트론 서브-소스에 작동가능하게 연결가능하고, 펄스 DC 모드인 제1 모드에서 상기 제1 서브-소스를 작동시키고, 제2 모드에서 상기 제2 서브-소스를 작동시키도록 구성된 전력원 배열을 포함하는 스퍼터링 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 펄스 DC 모드는 HIPIMS 모드인, 스퍼터링 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전력원 배열은 사이 제1 타겟을 다음과 같이 작동시키는, 스퍼터링 시스템:
    상기 제1 스퍼터링 표면의 우세한(prevailing) 범위에 적용되어, 상기 제1 스퍼터링 표면의 2240 cm2 의 추정 범위에 대하여 효력이 발생한다:
    - 전류 펄스 피크: 600 - 1000 A
    - 전류 펄스 길이: 100μsec 내지 200μsec
    - 듀티 사이클, 즉, 펄스 ON - 에서 펄스 OFF - 시간 비율 5% 내지 15%
  13. 제10항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 모드는 DC 모드 또는 펄스 DC 모드인, 스퍼터링 시스템.
  14. 제10항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 모드는 HIPIMS 모드인, 스퍼터링 시스템.
  15. 제10항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력원 배열은 시간 조절 가능하여, 제1 시간 범위 동안 상기 제1 모드를 설정하고, 제2 시간 범위 동안 상기 제2 모드를 설정하며, 바람직하게 상기 시간 범위들은 조절가능한, 스퍼터링 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 시간 범위는 상기 제1 시간 범위의 시작 이후에 시작되는, 스퍼터링 시스템.
  17. 제15항 또는 16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 시간 범위는 서로 오버랩(overlap)되지 않는, 스퍼터링 시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 제1 모드가 가능하면 상기 시간 제어된 전력원 배열은 애노드로서 하나 이상의 상기 제2 타겟을 작동시키고, 상기 제2 모드가 작동되면 애노드로서 하나 이상의 상기 제1 타겟을 작동시키는, 스퍼터링 시스템.
  19. 제10항 내지 17항 중 어느 한 항에 있어서, 시간 범위 동안 상기 제1 및 제2 타겟 중 하나가 애노드로 작동되면, 상기 제1 및 제2 타겟의 다른 하나는 캐소드로 작동되고, 이와 반대의 경우도 동일한, 스퍼터링 시스템.
  20. 제10항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력원 배열은 상기 제1 타겟에 작동가능하게 연결된 제1 전력원 및 상기 제2 타겟에 작동가능하게 연결된 제2 전력원을 포함하는, 스퍼터링 시스템.
  21. 제10항 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스퍼터링 시스템은 플레이트 형 기판에 대한 기판 홀더를 더 포함하고, 상기 기판 홀더는 상기 기하축에 수직한 평면에서 플레이트 형 기판을 유지하고, 상기 기판 홀더 내에 상기 기판의 표면이 유지되며, 상기 제1 및 제2 타겟에 면하여 스퍼터 코팅되도록 구성된, 스퍼터링 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 스퍼터링 시스템은 바이어싱 전력원을 포함하고, 바람직하게, 상기 기판 홀더에 작동가능하게 연결가능한 Rf 바이어싱 전력원을 포함하며, 바람직하게 상기 제1 마그네트론 서브-소스가 스퍼터-작동되면 제1 Rf 전력 레벨을 생성하고, 상기 제2 스퍼터 서브-소스가 스퍼터 작동되면, 서로 다른 제2 Rf 전력 레벨을 생성하는, 스퍼터링 시스템.
  23. 제21항 또는 22항에 있어서, 상기 기판 홀더는 상기 기하축을 따르는 방향으로 상기 제1 스퍼터링 표면을 외접(circumscribing)하는 원의 직경 D에 대하여, 제1 스퍼터링 표면과 스퍼터 코팅되는 기판 홀더 상의 플레이트-형 기판의 표면 사이에 기하축을 따라 거리 d를 설정하도록 구성되어, 0.125 D < d < 0.5 D 이 유효한, 스퍼터링 시스템.
  24. 제21항 내지 23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 스퍼터링 표면은 상기 기판 홀더 상의 플레이트 형 기판의 주변에 오버랩되는, 스퍼터링 시스템.
  25. 제21항 내지 24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기하축을 따르는 방향으로, 상기 제2 타겟은 상기 제1 타겟 다음에 배열되고, 상기 기판 홀더에 의해 유지되는 기판은 상기 제2 타겟 다음에 배열되는, 스퍼터링 시스템.
  26. 금속-코팅된 플레이트 표면을 따라 비아들을 구비한 전기적으로 분리된 재료의 금속-코팅된, 플레이트-형 기판들의 제조방법에 있어서, 상기 비아들도 금속-코팅되고, 상기 10항 내지 25항 중 어느 한 항에 의한 스퍼터링 시스템에 의하여 하나 이상의 플레이트 표면들을 따라 비아들을 구비한 전기적으로 분리된 재료의 플레이트-형 기판을 코팅하는 단계를 포함하는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 비아들은 코팅되기 이전에, 적어도 10:1의 종횡비를 갖는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
  28. 제26항 또는 27항에 있어서, 제1 스퍼터링 표면을 향하는 비아들을 구비한 플레이트-형 기판을 기하축에 수직하게 제공하고,
    - 상기 제1 스퍼터링 표면에 의해 금속으로 상기 기판을 제1 마그네트론 스퍼터-코팅하되, 제1 타겟은 HIPIMS 모드로 작동되고 상기 제1 자석 배열은 제1 스퍼터링 표면을 따라 구동 방식으로 이동되며;
    상기 제2 스퍼터링 표면에 의해 상기 금속으로 상기 기판을 제2 마그네트론 스퍼터 코팅하는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
  29. 제28항에 있어서, 제1 시간 범위 T1 동안 상기 제1 스퍼터-코팅이 설정되고, 제2 시간 범위 T2 동안 상기 제2 스퍼터-코팅이 설정되며, 시간 범위 T1 및 T2는 후술하는 모드들의 하나로 선택되는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.

    - T1 이 T2와 동일한 범위이면 후술하는 하나가 우세하다:
    ▷ T1 은 T2와 동시에 설정된다.
    ▷ T2 는 T1이 시작한 이후 종료되기 전에 시작된다;
    ▷ T2 는 T1의 종료시 또는 종료된 이후에 시작된다.
    ▷ T1 은 T2가 시작된 이후 및 종료되기 이전에 시작된다.
    ▷ T1은 T2의 종료시 또는 종료된 이후에 시작된다.

    - T1 이 T2보다 더 긴 범위이면 후술하는 하나가 우세하다:
    ▷ T2 는 T1 내에 있다.
    ▷ T2 의 적어도 일부는 T1의 종료 이후이다.
    ▷ T1 의 적어도 일부는 T2의 종료 이후이다.

    - T2 가 T1 보다 더 긴 범위이면 후술하는 하나가 우세하다:
    ▷ T1 은 T2 내에 있다.
    ▷ T1 의 적어도 일부는 T2의 종료 이후이다.
    ▷ T2 의 적어도 일부는 T1의 종료 이후이다.
    ▷ 이에 의해, 바람직하게 T2는 T1의 종료시 또는 종료 이후에 시작된다.
  30. 제29항에 있어서, 한 번 이상, 제1 시간 범위 T1 동안 하나 이상의 제1 타겟에서 스퍼터 작동되고, 제2 시간 범위 T2 동안 하나 이상의 제2 타겟에서 스퍼터 작동되는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
  31. 제26항 내지 30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 타겟은 DC 모드, 펄스 DC 모드 및 HIPMS 모드 중 하나에 의해 작동되는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
  32. 제26항 내지 31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 타겟은 출력-제어가능한 공통 전력원에 의해 작동되는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 공통 전력원은 제1 및 제2 타겟 사이에 작동가능하게 상호연결되는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 공통 전력원은 HIPIMS 모드에서 상기 제1 타겟을 작동시키고, DC 모드, 펄스 DC 모드 및 HIPIMS 모드 중 하나에서 상기 제2 타겟을 작동시키는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 공통 전력원은 펄스 DC 또는 HIPIMS 모드에서 상기 제2 타겟을 작동시키고, 상기 제1 타겟을 스퍼터-작동하는 것으로부터 상기 제2 타겟을 스퍼터-작동하는 것으로 변화할 때 펄스 극성을 전환(inverting)시키는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
  36. 제26항 내지 35항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 중 하나 이상이 우세한, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
    - 상기 제1 스퍼터링 표면이 스퍼터되는 시간 범위 동안 상기 제2 스퍼터링 표면이 제1 애노드 표면으로 이용되고;
    - 상기 제2 스퍼터링 표면이 스퍼터되는 시간 범위 동안 상기 제1 스퍼터링 표면이 제2 애노드 표면으로 이용된다.
  37. 제26항 내지 36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 타겟을 스퍼터-작동시키는 동안, Rf 바이어스 전력이 기판에 인가되고, 바람직하게, 상기 제1 타겟을 스퍼터 작동할 때 제1 Rf 전력 레벨을 인가하고, 상기 제2 타겟을 스퍼터-작동할 때 서로 다른 제2 Rf 전력 레벨을 인가하는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
  38. 제29항 내지 37항 중 어느 한 항에 있어서, 제29항에 의할 때, 상기 제1 및 제2 시간 범위들의 비율을 조절하는 것에 의해 상기 플레이트 표면을 따라 상기 플레이트 표면에 증착된 재료의 두께-분포를 조절하는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
  39. 제38항에 있어서, 타겟 수명(target life) 동안 상기 두께 분포를 조절하도록 수행되는, 금속-코팅된 플레이트-형 기판들의 제조방법.
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