TW201527568A - 濺鍍源裝置、濺鍍系統以及製造鍍有金屬的板狀基板的方法 - Google Patents

濺鍍源裝置、濺鍍系統以及製造鍍有金屬的板狀基板的方法 Download PDF

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Abstract

因此，關於改善沿著欲鍍層表面具有高深寬比通孔之基板(S)的鍍層，提出一具有一濺鍍源裝置的濺鍍系統，其包括一第一DC脈衝操作磁控管子源(1203)及一第二框架形磁控管子源(1213)，第二框架形磁控管子源(1213)在系統中係設置在基板(S)及第一磁控管子源(1203)之間。第二磁控管子源(1213)可以DC、脈衝DC，從而還有HIPIMS模式進行操作。第一磁控管子源(1203)亦有利地以HIPIMS模式進行操作。基板(S)係藉由Rf功率源(1253)予以偏壓。

Description

濺鍍源裝置、濺鍍系統以及製造鍍有金屬的板狀基板的方法
本發明係關於藉由物理氣相沈積(一般已知為PVD)來沈積層的技藝。
一類型的PVD為濺鍍沈積。因此，一類型的濺鍍沈積技術為所謂的「磁控管濺鍍」。在次大氣壓條件下，一稱為靶材的材料板受到展示出>>1eV能量之離子的轟擊。材料在其濺射表面自靶材濺離，以用於隨後在一基板上的沈積。磁控管濺鍍依靠輝光電漿放電，其係藉由充當陰極的靶材以及常藉由在其中執行磁控管濺鍍製程之真空容器之接地零件實現的陽極之間的電場來產生。經由磁鐵裝置在濺射表面上產生一閉環的隧道形磁場使電漿局部化並保持接近靶材的濺射表面。此磁場迫使電漿的電子處於閉環之中。因此，磁控管磁場常被稱為「電子陷阱」以及磁場「磁控管隧道」。由於電漿在磁控管隧道自始至終均經局部化並保持接近表面以及電子在磁控管隧道中被捕獲的事實，靶材的濺射表面主 要係沿著磁控管隧道受到濺鍍的侵蝕。因此，一方面，靶材受到純粹的利用，且另一方面，在欲鍍層的基板表面上發生不均勻的鍍層分布，其「描繪」出磁控管隧道。此外，隨著靶材的侵蝕深度增加，基板表面上的沈積變得越來越集中，其額外促成沿著欲鍍層之基板表面之不均勻的鍍層分布。
若磁控管隧道沿著靶材的濺射表面移動，則避免具有固定式磁控管隧道之磁控管濺鍍的此缺點，其可藉由沿著靶材後側移動產生磁控管隧道的磁鐵裝置來達成。
以下列方式進行沿著二維延伸之板表面的至少一個具有通孔之電氣隔離材料之平坦、板狀基板的磁控管濺鍍鍍層是一項困難的任務，且當未鍍層通孔的深寬比，亦即，深度對直徑的比越大則變得越加困難：一方面，鍍層之沿著述及的延伸板表面的厚度分布係至少大致上為均質；以及另一方面，在藉由此類通孔鍍層卻不因通孔在入口處閉合而在通孔內產生孔洞的情況下使包括側壁及底部表面的通孔表面變成經鍍層的。
鑒於所述及的問題，本發明之一目的在於改善一濺鍍源裝置、一濺鍍系統以及一製造鍍有金屬的板狀基板的方法，該板狀基板為電氣隔離材料，且沿著鍍有金屬的板表面具有亦鍍有金屬的通孔。
此係藉由一濺鍍源裝置來達成，其環繞一幾何軸包括一第一磁控管子源(sub-source)，其具有一材料 之一第一靶材。靶材具有一第一濺射表面，其界定一垂直所述及之幾何軸的平面。
定義
當吾人述及藉由一表面(即濺射表面)所界定之一平面時，吾人述及藉由二維軌跡所界定之一平面，相對於此二維軌跡之始於所述及之表面的表面點之距離向量的平均值為零。
第一磁控管子源包括一第一磁鐵裝置，其位置鄰接第一靶材之背面。第一磁鐵裝置可受驅動沿著第一濺射表面移動，以便建立可沿著第一濺射表面移動之一移動閉環第一磁控管磁場。
濺鍍源裝置進一步包括一第二磁控管子源，其具有所述及之材料之一閉合、框架形的第二靶材，其係沿著第一靶材的周緣並與第一靶材電氣隔離。因此，事實上，第二靶材沿著第一靶材的周緣環繞第一靶材，因此，在沿著幾何軸的徑向考量時，第二靶材框架可與第一濺射表面重疊或可將尺寸定為不與所述及之第一濺射表面重疊。
第二靶材具有一環繞幾何軸的第二濺射表面。
第二磁控管子源包括一第二磁鐵裝置，其係沿著並鄰接第二靶材的背面，以便建立沿著第二濺射表面之一第二磁控管磁場。
在可與隨後述及之源實施例的任何一個結合之濺鍍源之一實施例中，除非矛盾，否則第一靶材為平 面及/或圓形。因此，同樣鑒於具有必須由源進行濺鍍鍍層之通孔之常見形狀的基板，所述及之濺鍍源可利用最常用的靶材形狀。
在可與預先述及之源裝置的實施例及尚待述及之源裝置的實施例的任何一個結合之濺鍍源裝置的另一實施例中，除非矛盾，否則第二濺射表面在含有幾何軸的橫剖面平面中所界定一對大致上的直線。
在可與預先述及之裝置的實施例及尚待述及之裝置的實施例的任何一個結合之濺鍍源裝置的另一實施例中，除非矛盾，否則第二濺射表面環繞幾何軸所界定一表面，其係平行幾何軸，且因此例如為環繞所述及之幾何軸的圓柱形表面，或者其垂直幾何軸，且因此特別是背離第一濺射表面或為在沿著幾何軸及遠離第一濺射表面之一方向中開口的圓錐形。
在可與預先述及之裝置的實施例及尚待述及之裝置的實施例的任何一個結合之源裝置的另一實施例中，除非矛盾，否則濺鍍源裝置在第一濺射表面及第二濺射表面之間包括一金屬框架，其沿著第一濺射表面的周緣及沿著第二濺射表面延伸。因而配置在第一濺射表面及第二濺射表面之間的金屬框架可操作作為一陽極，且因此與第一以及第二靶材電氣隔離。或者，金屬框架可在一浮動電位上進行電氣操作，且因此與第一以及第二靶材電氣隔離。在一第三替代例中，所述及之金屬框架可電氣連接至第二靶材。
在可與預先述及之裝置的實施例及尚待述及之裝置的實施例的任何一個結合之濺鍍源裝置的另一實施例中，除非矛盾，否則裝置包括一框架形陽極，其係在沿著幾何軸及指向遠離第一濺射表面之一方向中設置為接續並沿著第二濺射表面。
根據可與預先述及之裝置的實施例及尚待述及之裝置的實施例的任何一個結合之濺鍍源裝置的另一實施例，除非矛盾，否則第二磁鐵裝置包括一沿著第二靶材後側的磁鐵框架。這些磁鐵的磁偶極係設置在含有幾何軸的剖面平面中。
在可與預先述及之此裝置的實施例及尚待述及之此裝置的實施例的任何一個結合之濺鍍源裝置之一實施例中，除非矛盾，否則第二磁鐵裝置為相對於第二濺射表面固定以及相對於此可受驅動移動的其中一個。因此以及在一實施例中，磁鐵裝置可在位於含有幾何軸的剖面平面中的方向以及沿著第二濺射表面在相對於幾何軸的方位角方向之中移動。
在一良好的實施例中，此類移動係藉由蛇形形狀的移動、沿著第二濺射表面的擺動、自第二濺射表面之一邊緣至另一邊緣的擺動來實現。
根據可與預先述及之裝置的實施例及尚待述及之裝置的實施例的任何一個結合之濺鍍源裝置的另一實施例，除非矛盾，否則設有一冷卻系統，其包括一管路系統，以用於沿著第一及沿著第二靶材之一冷卻介質，該冷卻系統在一實施例中包括一用於第一靶材的第一冷卻子系統及一用於第二靶材的第二冷卻子系統。
根據本發明的濺鍍系統包括一濺鍍源裝置(即如上文述及之一濺鍍源裝置)，其可能根據上文鑒於濺鍍源裝置所述及之其中一個或一個以上的實施例來加以建構。濺鍍系統進一步包括一功率源裝置，其在操作上可連接至第一及第二子源，並建構為以一第一模式(其為脈衝DC模式)操作第一子源以及以一第二模式操作第二子源。
定義
吾人了解在「脈衝DC」的狀況下係以脈衝方式施加功率。所得的功率脈衝列具有DC偏移。因此，DC偏移可例如為脈衝振幅的一半，其導致不管脈衝列之工作循環為何，脈衝「關斷(OFF)」位準實際上為零的脈衝列。
在可與尚待述及之此系統的任何實施例結合之濺鍍系統之一實施例中，除非矛盾，否則脈衝DC模式為HIPIMS模式。
在剛剛述及的實施例之一實施例中，功率源裝置操作第一靶材如下：適用於第一濺射表面的優勢範圍，因此，對2240cm2之該第一濺射表面的假定範圍而言，變得有效的是：
●電流脈衝的峰值：600至1000A
●電流脈衝的長度：100微秒至200微秒
●工作循環，亦即，脈衝開啟(ON)對脈衝關斷(OFF)的時間比為5%至15%
在可與預先述及之系統實施例以及尚待述及之此類實施例的任何一個結合之所述及的濺鍍系統之另一實施例中，除非矛盾，否則操作第二子源的第二模式為DC模式或另一脈衝DC模式。
在可與預先述及之系統實施例以及尚待述及之此類實施例的任何一個結合的濺鍍系統之另一實施例中，除非矛盾，否則操作第二子源的第二模式為HIPIMS模式。
在可與預先述及之系統實施例以及尚待述及之此類實施例的任何一個結合的濺鍍系統之另一實施例中，除非矛盾，否則功率源裝置係可控制時間的，以便在一第一時距期間建立該第一模式以及在一第二時距期間建立該第二模式，在其一良好實施例中，所述及的時距為可調整的。
在剛剛述及的實施例之另一實施例中，第二時距係在第一時距開始之後開始。
在該實施例之另一實施例中，其中功率源裝置為可控制時間地以在第一時距及第二時距期間建立個別的第一及第二模式，第一及第二時距並未重疊。
在剛剛述及之實施例的另一實施例中，時間控制功率源裝置操作下列的至少一個：當致能第一模式時，操作第二靶材作為陽極以及當操作第二模式時，操作第一靶材作為陽極。
在可與任何一個預先述及之系統實施例或任何一個尚待述及之此類實施例結合的系統之另一實施例 中，除非矛盾，否則第一及第二靶材的其中一個在將第一及第二靶材的另一個操作作為陽極時係操作作為陽極，且反之亦然。
在可與預先述及之系統實施例以及尚待述及之系統實施例的任何一個結合之濺鍍系統之另一實施例中，除非矛盾，否則功率源裝置包括一第一功率源，其在操作上連接至第一靶材；及一第二功率源，其在操作上連接至第二靶材。
在可與預先述及之系統實施例以及尚待述及之系統實施例的任何一個結合之濺鍍系統之另一實施例中，除非矛盾，否則系統進一步包括一用於板狀基板的基板夾具。基板夾具係建構為在垂直幾何軸之一平面中夾持一板狀基板。夾持在基板夾具之中且欲進行濺鍍鍍層之一基板的表面面朝第一及第二靶材。
在如剛剛述及之一實施例中的濺鍍系統之另一實施例中，系統包括一偏壓功率源，在一良好實施例中，其係在操作上可連接至基板夾具之一Rf偏壓功率源。
在可與任何一個已述及以及尚待述及之系統實施例結合且其中提供一基板夾具之濺鍍系統之另一實施例中，除非矛盾，否則基板夾具係建構為沿著幾何軸以及在第一濺射表面及基板夾具上之板狀基板之欲進行濺鍍鍍層的表面之間並相對於沿著幾何軸方向考量時外切第一濺射表面之一圓的直徑D建立距離d，以便下列為有效的：0.125Dd0.5D。
在可與任何一個已述及以及尚待述及之此類實施例結合且包括一基板夾具之另一系統實施例中，除非矛盾，否則第一濺射表面重疊基板夾具上之板狀基板的周緣。
在可與任何一個已述及之此類實施例結合且包括一基板夾具之另一系統實施例中，當沿著幾何軸的方向考量時，第二靶材係設置為接續第一靶材，且一由該基板夾具夾持的基板係設置為接續第二靶材。
本發明進一步係關於一製造鍍有金屬之板狀基板的方法，基板為電氣隔離材料，且沿著鍍有金屬的板表面具有通孔，通孔亦鍍有金屬。所述及之製造方法包含經由如上文述及之一濺鍍系統以及可能根據一個或一個以上之所述及的實施例的此類濺鍍系統鍍層一板狀基板，基板為電氣隔離材料，且沿著至少一個板表面具有通孔。
在可與任何一個尚待述及之方法變體結合之所述及的方法之一變體中，除非矛盾，否則電氣隔離材料板狀基板中的通孔在鍍層之前具有至少10：1的深寬比。
在可與預先述及之方法變體以及尚待述及之此類變體的任何一個結合之一方法變體中，除非矛盾，否則具有通孔的板狀基板係設置為垂直幾何軸，藉此通孔面向第一濺射表面。之後，經由第一濺射表面以一金屬第一磁控管濺鍍鍍層基板，藉此以HIPIMS模式操作第一靶材，且第一磁鐵裝置以受驅動的方式沿著第一濺 射表面移動。另外，經由第二濺射表面以所述及的金屬第二磁控管濺鍍鍍層基板。
在剛剛述及的系統變體之一變體中，於第一時距T1期間建立第一濺鍍鍍層，並於第二時距T2期間建立第二濺鍍鍍層。從而在下列模式的其中一個之中選定時距T1及T2：
●當選定T1與T2為等範圍時，下列的其中一個占優勢：
T1與T2同時建立
T2在T1開始之後以及結束之前開始
T2在T1結束之時或之後開始
T1在T2開始之後以及結束之前開始
T1在T2結束之時或之後開始
●當選定T1的範圍比T2長時，下列的其中一個占優勢：
T2在T1之內
至少一部分的T2接續T1的結束
至少一部分的T1接續T2的結束
●當選定T2的範圍比T1長時，下列的其中一個占優勢：
T1在T2之內
至少一部分的T1接續T2的結束
至少一部分的T2接續T1的結束
藉此，在一當今實行的變體中，T2於T1結束之時或之後開始
在其中利用第一及第二時距之另一方法變體中，對第一時距T1期間之第一靶材及第二時距T2期間之第二靶材的至少一個進行一次以上的操作。
在可與已述及之方法變體及尚待述及之此類變體的任何一個結合之另一方法變體中，除非矛盾，否則第二靶材係藉由DC模式、脈衝DC模式及HIPIMS模式的其中一個進行操作。
在可與預先述及之方法變體及尚待述及之此類變體的任何一個結合之一方法變體中，除非矛盾，否則第一及第二靶材係藉由一可控制輸出的共用功率源進行操作。
在剛剛述及之方法變體之一變體中，共用功率源在操作上於第一及第二靶材之間互連。
在剛剛述及之方法變體之一變體中，共用功率源以HIPIMS模式操作第一靶材，並以DC模式、脈衝DC模式及HIPIMS模式的其中一個操作第二靶材。
在剛剛述及的變體之一變體中，共用功率源以脈衝DC或以HIPIMS模式操作第二靶材，從而在自濺鍍操作第一靶材轉變成濺鍍操作第二靶材時顛倒脈衝極性。
在可與預先述及之方法變體及尚待述及之此類變體的任何一個結合之另一方法變體中，除非矛盾，否則第二靶材係在一時距中用作一第一陽極，在此期間進行第一靶材的濺鍍操作，且第一靶材係在一時距中用作一第二陽極，在此期間進行第二靶材的濺鍍操作。
在可與預先述及之方法變體及尚待述及之此類變體的任何一個結合之另一方法變體中，除非矛盾，否則在濺鍍操作第一及第二靶材期間，將Rf偏壓功率施加至基板。
在剛剛述及的方法變體之一變體中，施加不同的Rf偏壓功率至基板，以用於自第一靶材濺鍍，之後則用於自第二靶材濺鍍。
在可與預先述及之方法變體及尚待述及之此類變體的任何一個結合之另一方法變體中，除非矛盾，否則在該電氣隔離材料板狀基板上以及沿著板表面沈積之材料的厚度分布係藉由調整第一時距及第二時距的比來進行調整，在第一時距期間濺鍍該第一靶材，並在該第二時距期間濺鍍該第二靶材。
在剛剛述及的方法變體之另一變體中，所述及的厚度分布係在靶材壽命期間進行調整。
1‧‧‧靶材
3‧‧‧濺射表面
5‧‧‧電漿
7‧‧‧箭頭
9‧‧‧箭頭
701‧‧‧第一磁控管子源
703‧‧‧第一靶材
705‧‧‧第一濺射表面
707‧‧‧第一磁鐵裝置
709‧‧‧背面
711‧‧‧驅動
713‧‧‧第二磁控管子源
715‧‧‧第二靶材
717‧‧‧第二濺射表面
717'‧‧‧直線
719‧‧‧第二磁鐵裝置
721‧‧‧背面
723‧‧‧Rf偏壓源
1201‧‧‧第一磁控管子源
1203‧‧‧第一靶材
1205‧‧‧第一濺射表面
1207‧‧‧第一磁鐵裝置
1209‧‧‧背面
1210‧‧‧功率源
1213‧‧‧第二磁控管子源
1215‧‧‧第二靶材
1217‧‧‧第二濺射表面
1219‧‧‧第二磁鐵裝置
1219'‧‧‧第二磁鐵裝置
1241‧‧‧水冷卻
1243‧‧‧金屬框架
1245‧‧‧水冷卻系統
1247‧‧‧DC產生器
1249‧‧‧金屬框架
1251‧‧‧基板夾具
1253‧‧‧Rf偏壓功率單元
1255‧‧‧金屬框架
1257‧‧‧磁鐵
1401‧‧‧第一濺鍍子源
1403‧‧‧第一靶材
1413‧‧‧第二磁控管子源
1415‧‧‧第二靶材
1419‧‧‧第二磁鐵裝置
1443‧‧‧金屬框架
1449‧‧‧金屬框架
1501‧‧‧第一磁控管子源
1513‧‧‧第二磁控管子源
1515‧‧‧靶材
1543‧‧‧金屬框架
1549‧‧‧金屬框架陽極
1940‧‧‧雙極功率供應器
A‧‧‧幾何軸
α‧‧‧角度
d‧‧‧距離
E‧‧‧平面
E2‧‧‧平面
H1‧‧‧第一磁控管磁場
H2‧‧‧第二磁控管磁場
Q‧‧‧箭頭
S‧‧‧基板
T1‧‧‧時距
T2‧‧‧時距
本發明依據其所有不同態樣現應進一步在範例及圖式的協助下予以解釋。這些圖式顯示：第1圖HIPIMS沈積Ti的薄膜厚度分布隨著脈衝峰值功率變化而改變，來自2009美國真空鍍膜協會(society of vacuum coaters)505/856-7188，第52屆年度技術會議記錄，聖克拉拉(Santa Clara)，CA，2009年5月9日至14日，ISSN 0737-5921；第2圖概略地顯示由於DC濺鍍種子層而在10：1通孔中的不完整電鍍；第3圖概略地顯示使用HIPIMS-金屬離子-濺鍍種子層在10：1通孔中的完整電鍍；第4圖概略地顯示一平面式磁控管源，其具有一均勻的金屬離子通量及一圓頂形的金屬原子通量； 第5圖概略地顯示一平面式磁控管源，其具有一均勻的金屬原子通量及一碗狀的金屬離子通量；第6圖係類似第2及3圖的圖，由於如第5圖之減少的金屬離子通量，10：1通孔的電鍍在基板中心具有不完整的填充；第7圖以部分切開的透視圖概略且簡化地示意關於實行根據本發明的製造方法之根據本發明之一濺鍍源裝置以及根據本發明之一濺鍍系統的原理；第8圖在通用的濺射表面的放大圖中經由通過第7圖之實施例中所用的一部分靶材的橫剖面圖，以便解釋「由濺射表面所界定之平面」的定義；第9圖最概略及簡化地示意位於根據本發明以及如第7圖中所例示之濺鍍源裝置處之一第二磁控管子源之一第二靶材之一實施例；第10圖係類似第9圖的圖，為根據本發明以及如第7圖中所例示之一濺鍍源裝置中所用的第二磁控管子源之一第二靶材的另一實施例；第11圖仍是類似第9或10圖的圖，為根據本發明以及如第7圖中所例示之一濺鍍源裝置中所用的第二磁控管子源之一第二靶材的又一實施例；第12圖以概略橫剖面圖且基於第7圖的通用實施例概略且簡化地示意根據本發明的濺鍍系統之一實施例，其具有根據本發明之濺鍍源裝置，以用於操作根據本發明的製造方法； 第13圖係類似第12圖的圖，為根據本發明且亦基於第7圖之通用實施例之用於操作製造方法之濺鍍系統、濺鍍源裝置的另一實施例；第14圖仍是類似第12及13圖的圖，為全部根據本發明且基於第7圖之通用實施例之用於操作製造方法之濺鍍系統及濺鍍源的又一實施例；第15圖仍是根據第12至14圖的圖，為全部根據本發明且基於第7圖之通用實施例之由製造方法所用之濺鍍系統及濺鍍源裝置的另一實施例；第16圖在兩時距具有相等長度的情況下，如在第7至15圖之協助下所例示之交錯操作一第一及一第二磁控管子源之時距T1及T2的不同可能性；第17圖係類似第16圖的圖，若操作第一磁控管子源的時距T1比操作第二磁控管子源的時距T2長時有交錯的可能性；第18圖係類似第16及17圖的圖，若操作第二磁控管子源的時距T2比操作第一磁控管子源的時距T1長時有交錯的可能性，如已在第7至15圖之協助下所例示者；第19圖最通用且簡化地示意經由一共用的雙極功率源操作如已在第7至15圖之協助下所例示之第一及第二磁控管子源的另一實施例；第20圖一具有雙極功率供應之兩步驟程序實施例，藉此第一磁控管子源係在時間範圍T1之步驟1期間以脈衝模式進行操作，且第二磁控管子源係在時間範圍T2之步驟2中以DC模式進行操作； 第21圖如在第7至15圖之實施例中所例示之第一磁控管子源之第一靶材的侵蝕輪廓，根據範例1，第一靶材為平面及圓形；第22圖第二磁控管子源之第二靶材的侵蝕輪廓，其根據第11圖具有α=45°的斜率，分別為200及250mm的內部及外部半徑，並根據範例1；第23圖針對在30mm及130mm之間變化的TSD_R(=TDS)，根據第21及22圖的輪廓以及範例1，藉由第二磁控管子源的貢獻相對於第一磁控管子源的貢獻之不同比來予以最佳化的均勻性輪廓；第24圖仍是針對範例1且因此在第21至23圖的背景下，第二磁控管子源對基板上之總薄膜厚度的相對貢獻，其係為了根據第23圖的最佳化沈積輪廓而用以針對在30mm及130mm之間變化的TSD_R調整均勻性；第25圖如具有變化係數C之敘述的公式(2)所述之屬於極線圖形式(未顯示)的濺鍍發射輪廓；第26圖在係數C介於-1及1之間且仍根據範例1的情況下，針對靶材材料發射特性之用於最接近30mmTSD_R的均勻性輪廓；第27圖第二磁控管子源對總薄膜厚度的相對貢獻，其係用以針對最接近30mm之TSD_R以及針對具有如範例1之介於-1及1之間的係數之靶材發射特性調整均勻性；第28圖第二磁控管子源之第二靶材的侵蝕輪廓，其根據第11圖具有55°的角度α以及分別為216及255mm的內部及外部半徑，如範例2； 第29圖藉由將第二磁控管子源的效應疊加至第一磁控管子源的效應而最佳化的均勻性輪廓，其係針對在60mm及100mm之間變化的TSD_R，如範例2；第30圖第二磁控管子源對總薄膜厚度的相對貢獻，其係用以針對如範例2之介於60mm及100mm之間的TSD_R調整藉由疊加至第一磁控管子源的貢獻而最佳化的均勻性；第31圖關於範例2之經計算的均勻性及疊加因子對TSD_R。
高功率脈衝磁控管濺鍍(HiPIMS、HIPIMS)為一用於薄膜之物理氣相沈積(PVD)的方法，其係基於磁控管濺鍍沈積。HIPIMS以低工作循環(<10%的開啟/關斷時間配量)在十分之幾微秒範圍的短脈衝(脈衝)之中使用kW.cm-2等級之極高的功率密度。相較於常用的磁控管濺鍍，HIPIMS之一識別特徵在於濺離金屬的高度離子化以及高速的分子氣體分解。使用習知的DC磁控管濺鍍製程，濺離材料的離子化係藉由增加陰極功率來增加。其限制係藉由陰極及欲鍍層基板之增加的熱負載來界定。HIPIMS係在此時施加：由於小工作循環，平均陰極功率保持在低功率(1至10kW)。此允許靶材在關斷時間冷卻下來，導致增加的製程穩定性。HIPIMS為特殊類型的脈衝DC磁控管濺鍍。
HIPIMS(高功率脈衝磁控管濺鍍)的原理及其針對材料沈積至通孔，特別是TSV(矽晶穿孔)中的應用 已在例如WO 08/071734 A2、WO 08/071732 A2、WO 09/053479 A2，以及在「美國真空鍍膜協會505/856-7188，第52屆年度技術會議記錄，聖克拉拉，CA，2009年5月9日至14日，ISSN 0737-5921」中敘述。
在「美國真空鍍膜協會505/856-7188，第52屆年度技術會議記錄」文件中，其敘述針對一給定的靶材、一給定的靶材至基板距離及一給定的用於產生磁控管磁場之旋轉磁鐵，在增加脈衝峰值功率HIPIMS放電時，薄膜厚度分布自平坦發展為圓頂形。第1圖顯示用於HIPIMS Ti沈積的薄膜厚度分布隨著脈衝峰值功率變化而改變。第1圖係取自所述及之美國真空鍍膜協會505/856-7188，第52屆年度技術會議記錄，聖克拉拉，CA，2009年5月9日至14日，ISSN 0737-5921。
例如為了致能稍後的電鍍，在如TSV(矽晶穿孔)之具有介於5：1及10：1之間或甚至更高的高深寬比之通孔的底部之中以及沿著其側壁存在提供一足夠厚的層，特別是一足夠厚的種子層的需求。在通孔壁/底部上的沈積可因此由一可為Ti或Ta之黏著或阻障層以及一Cu種子層構成，Cu種子層係負責將用於電鍍的電流載送至通孔中。使用在接近的靶材至基板距離(TSD)下工作的DC磁控管濺鍍設置，實際上不可能在如TSV之高深寬比的通孔中提供材料層從而是所述及的種子層，因為濺離材料(通常是金屬)的寬角分布所致。結果，稍後的電鍍將導致如第2圖所繪示之通孔的不完整填充。第 2圖最概略地顯示當跨晶圓或基板(亦即，自一晶圓邊緣經由晶圓中心至相對的晶圓邊緣)傳播時之通孔填充的程度。以黑色顯示的區域係沿著晶圓且位於具有10：1深寬比之通孔內的區域，其分別藉由電鍍以及已施加的DC磁控管濺鍍種子層來覆蓋及填充。
HIPIMS製程可提供基板足夠高的離子通量，在所述及的範例中為足夠高的Cu離子通量，以便如類似於第2圖的圖之第3圖的示意圖中所示般地可形成完整的電鍍。此可藉由至少300kW的脈衝峰值功率結合增加的靶材基板距離(TSD)來達成。因此，所需的是在通孔內側達成足夠均勻的層沈積，以便隨後在自基板周緣至基板中心的基板表面各處達成完整的電鍍，如第3圖概略所示。
本發明的一部分係基於使用HIPIMS製程的經驗，由於有限的靶材大小，對一給定之具有均勻金屬離子通量的磁控管濺鍍源而言，金屬原子通量朝靶材中心漸強，且朝靶材邊緣或周緣漸弱。此係概略地示於第4圖。其中，最概略地，由於憑藉磁控管磁場之電漿5的濃度，以HIPIMS操作的靶材1係顯示為具有濺射表面3的侵蝕輪廓。箭頭7概略地顯示沿著靶材1之濺射表面3的金屬離子分布，而箭頭9指示金屬原子分布。可見到金屬原子通量為圓頂形。
因此，根據憑藉HIPIMS製程的第4圖，由金屬離子的通量以及金屬原子的通量，金屬離子通量的均勻性係經最佳化。
結果，基板表面上(亦即，在場中)的厚度輪廓變成圓頂形，同時通孔中的沈積在基板表面各處皆是均勻的或甚至可顯示在朝基板邊緣或周緣設置之通孔中之增厚的沈積。
本發明進一步係基於一第二認知。偏離針對第4圖的解釋，沿著欲鍍層的基板之平坦表面的厚度可針對均勻性改善，且因此圓頂形厚度分布可藉由使用來自靶材的侵蝕輪廓予以補償，其導致接近靶材邊緣或周緣的濺射表面之增加的侵蝕。此可藉由分別建構磁鐵裝置及修改其沿著靶材後側的移動，亦即，藉由適當地修改靶材與磁鐵裝置的相對移動(例如，相互旋轉移動)來實現。
此認知的不利事實在於磁控管源的靶材中心缺少電漿密度，在濺射表面的中心存在較少的金屬離子電流通量。此係以類似於第4圖的圖顯示於第5圖。可見到在此情況下，金屬離子分布變成如箭頭7所示的碗狀。因此，在此情況下，金屬原子通量的均勻性係經最佳化，與金屬離子通量的均勻性相反。結果，如基板中心之具有10：1深寬比之通孔的高深寬比通孔的電鍍變成不完整的。因此，如本發明者所認知的，要達成基板表面以及通孔表面兩者的均質覆蓋幾乎是不可能的。
如已在上文討論的，使用容許沿著靶材邊緣或周緣侵蝕更多的磁鐵系統改善沿著欲鍍層之基板的延伸表面之鍍層厚度分布的均勻性，但所具有的缺點在於離子密度輪廓朝靶材邊緣更加集中，其可導致設置為鄰 接基板中心之通孔表面的不完整覆蓋。使用非常小的靶材至基板距離(TSD)是不可行的，因為可能會在鄰接靶材濺射表面的高密度電漿以及基板偏壓之間出現干擾。同樣地，針對如TSV之具有非常高深寬比(例如，10：1或更大)的通孔，應使用高於HIPIMS濺鍍鍍層平坦基板所用之靶材至基板距離。與長距離拋鍍相比，此可說成是「中距離拋鍍」，其中材料的方向性係藉由窄角濺鍍而非藉由離子化材料來給定。
面對所述及之認知的另一選項係應用針對具有欲鍍層通孔之基板範圍具有較大直徑的靶材，其亦可幫助校正基板上之鍍層沈積的均勻性。此選項的缺點如下：●需要重且更加昂貴的靶材；●欲達成相同的離子化程度，需要更多平均功率；●較大的靶材導致撞擊在欲鍍層之基板表面上的材料之較寬的角分布。
考慮到如第5圖概略顯示的金屬離子及金屬原子分布，第6圖以類似第2及3圖的圖顯示在10：1通孔中所得的電鍍，由於中心區域之減少的金屬離子通量，在基板中心的通孔中為不完整的電鍍。
在第7圖中，以透視、最概略且簡化的視圖顯示根據本發明之濺鍍源裝置、根據本發明以及如根據本發明之製造方法中所用之濺鍍系統的一部分的原理。環繞幾何軸A，第一磁控管子源701包括第一靶材703，其為如金屬之材料。第一靶材703具有第一濺射表面 705。此第一濺射表面705界定平面E，其係垂直幾何軸A。如第8圖所示，平面E可藉由二維軌跡平面來定義，二維軌跡平面的定義在於相對於該軌跡平面E之始於濺射表面705之所有點P的所有距離向量的平均值為零。
回到第7圖，第一磁控管子源701包括第一磁鐵裝置，其鄰接第一靶材703的背面709，並可受驅動沿著第一濺射表面705移動，如藉由驅動711概略顯示者。因此，建立了移動閉環第一磁控管磁場，如以虛線最概略地顯示於第7圖中的H1。濺鍍源裝置進一步包括第二磁控管子源713，其具有閉合、框架形的第二靶材715，其為與第一靶材703相同的材料，例如，相同的金屬。閉合、框架形的第二靶材715係沿著第一靶材703的周緣設置，並與第一靶材703電氣隔離，如第7圖中以虛線概略顯示者。第二靶材715具有第二濺射表面717，其係設置為環繞中心軸A，且因此事實上形成環繞該軸A之一環。第二磁鐵裝置719係沿著且鄰接第二靶材715的背面721設置，並沿著第二濺射表面717建立了第二磁控管磁場，如第7圖中由H2所概略顯示者，其沿著第二濺射表面717形成一閉環，環繞幾何軸A成環。
第一靶材703可為平面式，亦即，在材料濺離靶材靶材之前界定平面式濺射表面705。
另外，第一靶材703在一視圖中可於沿著幾何軸A的方向具有任何所需的形狀，但在一實施例中為圓形。而且，第二靶材715為環形。
雖然第二濺射表面717的形狀可根據個別應用作出選擇。在一當今實行的實施例中，所述及的濺射表面717在含有幾何軸A的剖面平面中定義一對大致上的直線。在第7圖中，此類含有幾何軸A的剖面平面係由平面E2顯示，從而定義第二濺射表面717之該對大致上的直線717’的其中一個。
此外，第二濺射表面717在一實施例中可環繞幾何軸A定義一表面，其係平行幾何軸A，如第9圖中概略顯示者。
另外，第二濺射表面717可垂直幾何軸A，如第10圖中概略顯示者。因此，在一良好實施例中，第二濺射表面717背離第一濺射表面705。
或者，第二濺射表面717可為如第11圖中概略顯示的圓錐形，其在沿著幾何軸A之一方向中開口，指向遠離第一濺射表面705，如第11圖中以箭頭Q指示者。
濺鍍源裝置之進一步的實施例以及關於製造方法的更多細節當藉由下列更為詳細的範例及圖式來解釋，因此所有這些範例及實現形式係基於已在第7圖之背景下解釋的濺鍍源裝置的原理。
除非相互矛盾，否則將在更詳細實施例的背景下敘述的特定特徵可以任何組合與第7圖的實施例結合或應用至第7圖的實施例。
在如第12至15圖之濺鍍源裝置之當今實行的形式中，第一磁控管子源係藉由平坦、脈衝圓形磁控 管源來實現。考慮到第7圖，此意指靶材703為圓形及平面式。基板因而放置在距離第一濺射表面超過1/8但小於1/2之圓形靶材直徑的距離處。
述及非圓形甚至可能不平坦之如第7圖的靶材703，針對放置基板之更通用的規則係介於如第7圖中所示之基板S，更精確地，介於欲鍍層之基板S的表面，以及第一濺射表面705之間且沿著幾何軸A測量的距離d應為0.125Dd0.5D，其中D為沿著幾何軸方向考量時，外切第一濺射表面705之圓形的直徑。
如已示於第7圖，在圓形靶材703的情況下，於第一靶材703及基板S之間的空間中設置與圓形第一磁控管子源同心的環形第二磁控管子源。在當今實現的形式中，同心、環形之第二磁控管子源的內徑大於圓形第一靶材的直徑。考慮到第7圖，此述及一實施例，其中一方面，第一靶材703環繞軸A為圓形，且第二磁控管子源713繞軸A為同心，且因此亦為環形，因此第一靶材703不會跟第二磁控管子源之第二靶材715重疊。如已述及，第二濺射表面717可垂直或平行第一靶材703的第一濺射表面705，或者如亦已述及的，其可開口朝基板傾斜如第11圖的α，以便致能更佳的轉移因子以及避免第一磁控管子源及第二磁控管子源之間的交叉污染。吾人提及的是已在第9至11圖之背景下予以解釋的實施例。
在如第7圖的基板S上，藉由在操作上經由如未顯示於第7圖中之濺鍍系統的基板夾具連接至基板S之Rf偏壓源723施加如典型的13.56MHz的Rf偏壓功率，以產生用於加速如第7圖述及之所產生的金屬離子的偏壓電位。
在第12圖中顯示根據本發明的濺鍍系統之一第一設置，利用如本發明以及在當今實行之模式的其中一個中的濺鍍源裝置。第一磁控管子源1201的第一靶材1203係藉由來自功率源1210之脈衝DC功率進行操作，如處於HIPIMS模式中。
第一靶材1203係經水冷卻1241。第一磁鐵裝置1207係沿著第一靶材1203的背面1209旋轉，如箭頭w概略顯示者。金屬框架1243係設置為全部沿著第一靶材1203的周緣，並與之電氣隔離。如此實施例所示以接地電位進行操作，金屬框架1243相對於第一濺鍍子源1201以及第二濺鍍子源1213兩者作用如一陽極。
第二磁控管子源1213係如第11圖概略所示般地建構。第二靶材1215與金屬框架1243電氣隔離。
第二靶材1215係藉由水冷卻系統1245來冷卻。第二磁鐵裝置1219為固定式。第二靶材1215係以來自DC產生器1247的DC功率進行操作。
在沿著軸A且指向遠離第一濺射表面1205的方向中，接續第二磁控管子源1213，設有另一金屬框架1249，其係與第二靶材1215電氣隔離，並以接地電位進行操作，同樣作用如一陽極。基板S駐留於基板夾 具1251上。經由基板夾具1251，基板S係經由Rf偏壓功率單元1253以Rf偏壓功率進行操作。金屬框架1255事實上滿足共同定義基板S及兩個磁控管子源1201及1213間之用於濺鍍鍍層之反應空間R的剩餘部分。
回到第7圖，因而提出在第一靶材703及第二靶材715之間設置一金屬框架(在第7圖中未顯示)，其與兩個靶材電氣隔離並操作作為一陽極。在沿著軸A及指向遠離濺射表面705的方向考量時，遵循第12圖的實施例，在第7圖的實施例中，於基板S及第二靶材715之間設有另一金屬框架，其同樣與第二靶材715電氣隔離並操作作為一陽極。如同樣於第7圖中所述及的，基板S係以Rf偏壓功率進行操作。
第一靶材703可因此以脈衝DC功率進行操作，且第二靶材係以DC功率進行操作。考慮到第一磁鐵裝置707係如已述及般地移動，第二磁鐵裝置719可為固定式。靶材715及703兩者均藉由一冷卻系統進行冷卻，從而在一實施例中，各自藉由分開的冷卻系統進行冷卻，如藉由水冷卻系統。
如同第7圖之更為通用的第一磁控管子源701，第12圖之實施例中的第一磁控管源1201在一當今實行的實施例中係以脈衝DC功率，從而是以高峰值電流及低工作循環進行操作，目的在於產生濺離第一磁控管子源1201、701之材料的大量金屬離子。如已述及的，此操作模式已知為HIPIMS模式或HIPIMS製程。如已述及的，在基板上更通用地施加一偏壓功率，在基板為電 氣隔離材料的情況下，其必須是Rf偏壓功率。因此，金屬離子在具有高深寬比之如TSV的通孔中加速。在如第12圖所實行的實施例中，平坦磁控管、第一磁控管子源1201利用旋轉的磁鐵裝置1207，其係設計為致能靶材的全表面侵蝕以及產生如在第4圖之背景下所指出的均勻金屬離子通量。在如上文述及之靶材至基板距離的選定條件下，不須將旋轉的磁鐵裝置1207設計為在基板S上產生均勻的沈積。
第二磁控管子源1213係以DC磁控管模式運行。此亦為操作第1圖之第二磁控管子源713的一種可能性。雖然如此，如第12圖之實施例的第二磁控管子源1213以及如第7圖實施例的713可替代地以HIPIMS模式運行。
第12圖之實施例中之第二靶材1215且還有第7圖之實施例中的715之有限延伸使得分別以固定方式操作第二磁鐵裝置1219及719成為可行，其最小化總濺鍍源裝置之複雜度及成本。若須將第12圖的第二磁鐵裝置1219以及第7圖的719構思為移動的磁鐵裝置，此可例如藉由提供磁鐵1257及類似磁鐵裝置719的磁鐵來實現，該等磁鐵一方面可在根據第7圖的平面E2中上下移動，此外尚可沿著方位角方向移動，亦即，沿著個別第二靶材的環移動，如在第12圖中藉由方向a所概略述及的。此導致個別磁鐵1257沿著如第12圖之第二濺射表面1217或如第7圖之717自第二濺射表面之一成環邊緣至其另一成環邊緣的蛇形形狀、擺動式移動。此類受 驅動移動的第二磁鐵裝置1219’係顯示於第13圖的實施例中，除了可移動的第二磁鐵裝置1219’之外，其與第12圖的實施例相同。
如已述及的，在一實施例中，如第7圖的第二靶材715以及如第12圖的1215具有自己的水冷卻系統1245，如第12圖所示，其能夠冷卻數kW的濺鍍功率。第一磁控管子源1201、701係以脈衝DC功率進行操作，從而在一實施例中以HIPIMS功率進行操作，而第二磁控管子源1213且因此是713係藉由標準的DC功率供應進行操作。
除了在第一磁控管子源1201及第二磁控管子源1213之間未設置作為陽極框架之如1243的金屬框架之外，如第14圖中概略顯示的實施例與第12圖的相同。
第14圖的實施例可為空間在其中受限的應用中之一良好實施例。
考慮到第12圖的實施例，根據此實施例，第二靶材1415係藉由金屬框架零件1443來延伸。除了這個與第12圖之實施例的差異之外，第12圖及第14圖的兩個實施例係等同的。每當操作第一濺鍍子源1401時，第二靶材1415與電氣連接至第二靶材1415或甚至以一塊金屬片製成之金屬框架1443一起操作作為一陽極。與金屬框架零件1443結合的第二靶材1415幾乎專有地僅在第二磁鐵裝置1419所在從而是沿著靶材零件1415的位置濺離。
此實施例特別適用於滿足第一濺鍍源1401在此期間進行濺鍍操作之時距T1以及第二磁控管子源1413在此期間進行濺鍍操作之時距T2，其中兩時距T1及T2並未重疊。雖然如此，在T1及T2確實重疊時，同樣有可能利用DC操作零件1415及1443作為陽極。在一個別的DC功率位準上，第二靶材1415且特別是金屬框架零件1443之後亦可作用如一陽極，以用於第一磁控管子源1401的濺鍍操作，特別是在以HIPIMS模式操作時。
在僅有第二磁控管子源1413進行操作之出 自於T2的時距期間，一方面，金屬框架1449作用如一陽極。此外，第一靶材1403可接著進行操作，以便作用如一用於第二磁控管子源1413的陽極。
第15圖的實施例與第12圖的實施例相符，因此，取代如第12圖之實施例之用作接地陽極的金屬框架1243，金屬框架1543係以電氣浮動電位進行操作。因此，在第一磁控管子源1501及第二磁控管子源1513之間實現浮動環間隔物1543。此可具有的優點在於脈衝濺鍍期間，電子必須找到往更遠端陽極，即是金屬框架陽極1549以及可能是第二磁控管子源1513之靶材1515的路。結果，離子更為徹底地萃取至電漿容積，且可達成甚至更佳的通孔填充。
所有已敘述的特殊特徵，特別是針對第12至15圖敘述者，若未互相矛盾，則可分開或以任何組合在如已經由第7圖述及與例示之更通用的實施例中實現。
現應更詳細地述及根據本發明之濺鍍源裝置及濺鍍系統以及操作製造方法的操作模式。如迄今，特別是考慮到第12至15圖，已述及的，第一及第二磁控管子源兩者均具有單獨的功率供應。第一磁控管子源係以脈衝DC模式進行操作，從而特別是以非常高的電流脈衝在低工作循環下，亦稱為HIPIMS模式，進行操作。
對具有400mm直徑的平坦第一靶材而言，已提出施加介於100微秒及200微秒之間的脈衝長度。當允許電流脈衝在接近100微秒內到達最大值，該最大值應位於600及1000A之間的範圍內。工作循環典型應位於5至15%的範圍內。若靶材大小不同於400mm直徑的圓形形狀(其係與2240cm2的表面相符)，個別的參數應適用於優勢表面範圍，因此，假設靶材表面為400mm圓形靶材的表面，將實現所述及的參數值。
以至少兩步驟運行鍍層製程，特別是針對鍍層電氣隔離材料之板狀基板，其沿著鍍有金屬的板表面具有通孔，且因此特別是在此類通孔具有至少10：1之深寬比時。在一第一步驟中，第一磁控管子源係以HIPIMS模式進行操作，在一第二步驟中，操作第二濺鍍子源。
一第一時距T1界定第一步驟-操作第一磁控管子源-的操作時距，一第二時距T2界定第二步驟-濺鍍操作第二磁控管子源-的範圍。時距T1、T2可具有個別所需的長度，並可根據特定應用在時間上交錯。因此，根據第16圖，兩個時距T1及T2可具有相同的範圍。 之後，如第16(a)圖，T1及T2可同時建立，或者如第16(b)圖，T2可在時距T1開始之後以及結束之前開始，或者根據第16(c)圖，T2可在T1結束之時或之後開始，或者如第16(d)圖，T1可在T2開始之後以及結束之前開始，或者如第16(e)圖，T1可在T2結束之時或之後開始。
第17圖顯示若T1比T2長時，T1及T2之可能的時間關係。
類似地，第18圖顯示當T2比T1長時，T2及T1之可能的時間交錯。感覺不需要額外的說明來讓熟練的技工了解第17及18圖。
在時間範圍T1的步驟1期間，如第7圖之701的第一磁控管子源係以HIPIMS模式操作，並具有P1的平均功率。在持續時間T2的第二步驟中，如第7圖之子源713的第二磁控管子源係以DC磁控管模式操作，並具有P2的功率。T1的步驟1係用於使最大量的離子化材料進入通孔，而具有T2範圍的步驟2係用於將薄膜調整為均勻厚度。兩步驟均以施加至基板的Rf偏壓功率運行。
所述及之兩步驟處理的優點在於：
a)可使用第一磁控管子源之仍小的靶材大小，即使在靶材至基板距離增加的情況下亦然(中距離)。
b)由於藉由HIPIMS製程，在朝向基板邊緣的通孔中通常有更多材料，可平衡通孔中以及沿著延伸之基板表面的均勻性。
c)可藉由互相調整時距T1及T2，非常簡潔地使用第二磁控管子源調整靶材壽命期間之即將來臨的效應。
d)雖然對步驟1的脈衝模式而言，Rf偏壓使金屬離子加速進入通孔，步驟2中藉由第二磁控管子源運行的連續模式產生工作氣體(如Ar)的大多數離子，其可用於背濺鍍通孔邊緣上的懸突材料。
藉由調整步驟時間T1及T2的比，可調整基板上的層均勻性。藉由控制離子Rf偏壓功率，特別是在步驟2中，可調整背濺鍍的量，以移除通孔開口中之懸突邊緣。由於在步驟T1期間以HIPIMS操作第一磁控管濺鍍子源時，必須達成高峰值電流，通常高製程壓力為當下首選。反之，步驟2中的背濺鍍製程較佳的是以可輕易為DC磁控管濺鍍建立之較低壓力運行。
在一實施例中，第一磁控管子源及第二磁控管子源可結合使用，並藉由如第19圖概略顯示之一雙極功率供應器1940來進行操作，同時操作如第7圖之第一靶材703及第二靶材715兩者。
此種雙極功率供應器1940可製造為H電橋，並可於市面上購得。在步驟1期間，針對時距T1，雙極源1940係以單極脈衝DC模式運行，並具有在第一靶材703上的負極及處於P1的平均功率-或處於電壓設定點V1；隨後在具有時距T2的步驟2之中，第二靶材715係以單極DC模式運行，並具有在靶材715上的負極及處於不同的電壓或功率設定點P2，如第20圖所示。或 者，使用雙極功率供應器1940，步驟2亦可以HIPIMS模式使用反極性運行。
另外，步驟1及步驟2可例如交替數次運行。若步驟1在通孔開口中產生防止通孔之進一步填充的懸突邊緣，以致一些間歇的背濺鍍為必要的時候，此可為有利的。
範例1
以400mm的靶材直徑使用一具有平坦圓形之第一磁控管子源的濺鍍源裝置。靶材至基板距離TSD為140mm。基板具有300mm的直徑。環形第二磁控管子源具有第二靶材，根據第11圖的實施例，其具有α=45°的斜率、200mm的內部半徑及215mm的外部半徑，且係設置在第一磁控管子源的靶材與基板之間。第21圖顯示第一靶材的侵蝕輪廓，而第22圖顯示第二靶材的侵蝕輪廓。
已針對在30及130mm間變化的靶材至基板距離TSD_R計算沈積均勻性。針對基板上自0.0至150.0mm的每一個別半徑，第一磁控管子源的沈積貢獻dps(r)及第二磁控管子源的沈積貢獻drs(r)可疊加至所得的厚度dtotal(r)。沈積輪廓dtotal(r)可因此藉由第一及第二磁控管子源的混合因子F來予以最佳化：dtotal(r)=d ps (r)+F*d rs (r) (1)
表1顯示在不同TSD_R之計算後的沈積輪廓連同用於第二磁控管子源源的疊加因子F。均勻性輪廓係繪示於第23圖，其顯示針對在30mm及130mm之間 變化之如範例1的TSD_R，藉由第二磁控管子源貢獻相對第一磁控管子源貢獻之不同比予以最佳化的均勻性輪廓。
第24圖顯示第二磁控管子源的相對貢獻，用以為了最佳化的沈積輪廓針對在30mm及130mm之間變化的TSD_R調整均勻性。依據第二磁控管子源的位置及基板上的半徑，第二磁控管子源的相對貢獻在10%及70%之間變化。
如所述及之第24圖顯示第二磁控管子源對總薄膜厚度的相對貢獻，用以為了如第23圖所示之最佳化的沈積輪廓針對在30mm及130mm之間變化的TSD_R調整均勻性。
上文的計算已經以所謂的餘弦發射輪廓執行。如熟練的技工已眾所周知的，濺鍍發射輪廓可藉由下列敘述
第25圖顯示在極線圖中已是稍具方向性的輪廓之典型用於濺鍍模擬中的模型化發射輪廓，其中C自-1，所謂的蝴蝶輪廓，至C=1變化。大多數材料顯示C=0的發射輪廓，稱為餘弦發射輪廓。現可能引發爭議的點在於第二磁控管子源可對濺鍍發射輪廓的性質敏感，特別是對所述及之第二磁控管子源及第一磁控管子源之靶材間的短距離而言。因此，已針對30mm的TSD_R以及C介於-1及+1之間的發射輪廓重複進行模擬。沈積均勻性輪廓係繪示於第26圖，其顯示在-1及+1之間變化的C之非常小的效應。第26圖顯示針對如範例1之介於-1及1之間的靶材材料發射特性，用於最接近30mm之TSD_R的均勻性輪廓。
第27圖顯示第二磁控管子源的相對貢獻，用以針對最接近30mm的TSD_R以及針對介於-1及+1之間的靶材材料發射特性調整均勻性。
範例1已顯示用於第二磁控管環形源的疊加因子F看起來相當高。此原因在於第二磁控管子源之僅接近18mm的窄侵蝕輪廓，相對於為平坦源之第一磁控管子源的靶材壽命，其承受相當有限的靶材壽命之風險。
範例2現使用相同的第一磁控管子源一具有400mm之靶材直徑及如第21圖所繪示之侵蝕輪廓的平坦源。TSD_R亦為140mm。不過，在此範例中，第二磁控管子源的第二靶材係相對基板傾斜α=55°，且侵蝕軌跡具有210mm的內部半徑及248mm的外部半徑，如第28圖所示。因此，使用在濺射表面間具有α=55°以及具 有216及255mm之半徑的靶材。突出於第二磁控管子源之環形靶材之表面上的侵蝕輪廓接近46mm。通常可藉由移動磁鐵或藉由磁軛設計的任一者來達成寬侵蝕輪廓，其在濺射表面上提供平坦磁場，從而導致寬侵蝕輪廓。
在表2中，列出針對在60mm及100mm之間變化的TSD_R之計算後的均勻性輪廓，如藉由用於第二磁控管子源之不同的疊加因子F所最佳化者。第29圖顯示針對60mm及100mm之間的TSD_R之藉由第二磁控管子源及第一磁控管子源之效應的疊加予以最佳化的均勻性輪廓。在第30圖中，顯示用以調整最佳均勻性之第二磁控管子源對基板上之總薄膜厚度的相對貢獻。計算後的均勻性及用於範例2的疊加因子對TSD_R的關係繪示於第31圖。
1201‧‧‧第一磁控管子源
1203‧‧‧第一靶材
1205‧‧‧第一濺射表面
1207‧‧‧第一磁鐵裝置
1209‧‧‧背面
1213‧‧‧第二磁控管子源
1215‧‧‧第二靶材
1219‧‧‧第二磁鐵裝置
1210‧‧‧功率源
1241‧‧‧水冷卻
1243、1249、1255‧‧‧金屬框架
1245‧‧‧水冷卻系統
1247‧‧‧DC產生器
1251‧‧‧基板夾具
1253‧‧‧Rf偏壓功率單元
1257‧‧‧磁鐵
A‧‧‧軸
R‧‧‧反應空間

Claims (39)

  1. 一種濺鍍源裝置，包括：●一第二磁控管子源，其具有該材料之一閉合框架形的第二靶材，其係沿著該第一靶材的周緣並與該第一靶材電氣隔離，該第二靶材具有一第二濺射表面，其係設置為環繞該幾何軸，一第二磁鐵裝置係沿著且鄰接該第二靶材之一背面，以便沿著該第二濺射表面建立一第二磁控管磁場。 ●環繞一幾何軸，一具有一材料之一第一靶材的第一磁控管子源，該第一靶材具有一第一濺射表面，其界定一垂直該幾何軸的平面，並包括一第一磁鐵裝置，其鄰接該第一靶材之一背面，可受驅動沿著該第一濺射表面移動，以便沿著該第一濺射表面建立一可沿著該第一濺射表面移動的移動閉環第一磁控管磁場。
  2. 如請求項1之濺鍍源裝置，其中該第一靶材為平面及圓形的至少一個。
  3. 如請求項1或2中任一項之濺鍍源裝置，其中該第二濺射表面在含有該幾何軸之一橫剖面平面中定義一對大致上的直線。
  4. 如請求項1至3中任一項之濺鍍源裝置，其中該第二濺射表面環繞該幾何軸界定一表面，其係平行該幾何軸、垂直該幾何軸的其中一個，且因此較佳的是背離該第一濺射表面並為圓錐形、在沿著該幾何軸之一方向中開口以及指向遠離該第一濺射表面。
  5. 如請求項1至4中任一項之濺鍍源裝置，其在該第一濺射表面及該第二濺射表面之間包括一金屬框架，其係沿著該第一濺射表面的該周緣以及沿著該第二濺射表面延伸，該金屬框架為下列的其中一個：●可操作作為一陽極，並與該第一及該第二靶材電氣隔離；●電氣上可以一浮動電位進行操作，並與該第一及該第二靶材電氣隔離；●可電氣連接至該第二靶材。
  6. 如請求項1至5中任一項之濺鍍源裝置，其包括一框架形陽極，其係設置在沿著該幾何軸之一方向中並遠離該第一濺射表面，接續、鄰接及沿著該第二濺射表面。
  7. 如請求項1至6中任一項之濺鍍源裝置，該第二磁鐵裝置包括一沿著該第二靶材之該背面的磁鐵框架，該磁鐵的磁偶極係設置在含有該幾何軸的剖面平面中。
  8. 如請求項1至7中任一項之濺鍍源裝置，該第二磁鐵裝置係相對於該第二濺射表面為固定式以及相對於該第二濺射表面可受驅動移動的其中一個，其移動較佳的是沿著位於含有該幾何軸之剖面平面中的方向以及沿著該第二濺射表面以相對於該幾何軸的方位角方向移動。
  9. 如請求項1至8中任一項之濺鍍源裝置，其包括一冷卻系統，該冷卻系統包括沿著該第一及沿著該第二靶材之一用於一冷卻介質的管路系統，較佳的是包括一 用於該第一靶材的第一冷卻子系統以及一用於該第二靶材的第二冷卻子系統。
  10. 一種濺鍍系統，其包括如請求項1至9中任一項之濺鍍源裝置及一功率源裝置，該功率源裝置在操作上可連接至該第一及該第二磁控管子源，並建構為以一第一模式操作該第一子源並以一第二模式操作該第二子源，該第一模式為一脈衝DC模式。
  11. 如請求項10之濺鍍系統，其中該脈衝DC模式為一HIPIMS模式。
  12. 如請求項11之濺鍍系統，其中該功率源裝置操作該第一靶材如下：適用於該第一濺射表面之一優勢範圍，因此，對2240cm2的該第一濺射表面之一假定範圍而言，當下變得有效的有：●電流脈衝的峰值：600至1000A●電流脈衝的長度：100微秒至200微秒●工作循環，亦即，脈衝開啟對脈衝關斷的時間比：5%至15%。
  13. 如請求項10至12中任一項之濺鍍系統，該第二模式為一DC模式或另一脈衝DC模式。
  14. 如請求項10至13中任一項之濺鍍系統，該第二模式為一HIPIMS模式。
  15. 如請求項10至14中任一項之濺鍍系統，其中該功率源裝置係可控制時間的，以便在一第一時距期間建立該第一模式並在一第二時距期間建立該第二模式，因此，較佳地，該等時距為可調整的。
  16. 如請求項15之濺鍍系統，其中該第二時距係在該第一時距開始之後開始。
  17. 如請求項15或16中任一項之濺鍍系統，其中該第一及第二時距並未重疊。
  18. 如請求項17之濺鍍系統，該時間控制功率源裝置操作下列的至少一個：當致能該第一模式時，操作該第二靶材作為一陽極以及當操作該第二模式時，操作該第一靶材作為一陽極。
  19. 如請求項10至17中任一項之濺鍍系統，其中該第一及第二靶材的其中一個係在一時距期間操作作為一陽極，該第一及第二靶材的另一個則操作作為一陰極，且反之亦然。
  20. 如請求項10至19中任一項之濺鍍系統，其中該功率源裝置包括一第一功率源，其在操作上連接至該第一靶材；及一第二功率源，其在操作上連接至該第二靶材。
  21. 如請求項10至20中任一項之濺鍍系統，其進一步包括一用於一板狀基板的基板夾具，該基板夾具係建構為在一垂直該幾何軸的平面中夾持一板狀基板，夾持於該基板夾具中且欲進行濺鍍鍍層的該基板之一表面面向該第一及第二靶材。
  22. 如請求項21之濺鍍系統，其包括一偏壓功率源，較佳的是一Rf偏壓功率源，該功率源在操作上可連接至該基板夾具，且較佳的是在進行該第一磁控管子源之濺鍍操作時產生一第一Rf功率位準，並在進行該第二 濺鍍子源之濺鍍操作時產生一第二、不同的Rf功率位準。
  23. 如請求項21或22中任一項之濺鍍系統，其中該基板夾具係建構為沿著該幾何軸在該第一濺射表面及該基板夾具上欲進行濺鍍鍍層之一板狀基板之一表面間以及相對於沿著該幾何軸之一方向考量時外切第一濺射表面之一圓的直徑D建立一距離d，以便下列為有效的：0.125Dd0.5D。
  24. 如請求項21至23中任一項之濺鍍系統，其中該第一濺射表面與該基板夾具上之一板狀基板的周緣重疊。
  25. 如請求項21至24中任一項之濺鍍系統，其中，沿著該幾何軸的方向考量時，該第二靶材係設置為接續該第一靶材，且一藉由該基板夾具夾持的基板係設置為接續該第二靶材。
  26. 一種製造鍍敷有金屬的板狀基板的方法，該基板為電氣隔離材料，且沿著該鍍有金屬的板表面具有通孔，該通孔同樣鍍有金屬，該方法包含經由如請求項10至25中任一項之濺鍍系統鍍層沿著至少一個該板表面具有通孔之為電氣隔離材料的板狀基板。
  27. 如請求項26之方法，該通孔在鍍層之前具有至少10：1的深寬比。
  28. 如請求項26或27中任一項之方法，其包含以下步驟：提供一板狀基板，其具有垂直該幾何軸的通孔，該通孔面對該第一濺射表面； ●經由該第一濺射表面以一金屬進行該基板之第一磁控管濺鍍鍍層，從而以HIPIMS模式操作該第一靶材，並沿著該第一濺射表面受驅動地移動該第一磁鐵裝置；●經由該第二濺射表面以該金屬進行該基板之第二磁控管濺鍍鍍層。
  29. 如請求項28之方法，其包含在一第一時距T1期間建立該第一濺鍍鍍層；在一第二時距T2期間建立該第二濺鍍鍍層；及以下列模式的其中一個選擇該時距：●T1與T2為等範圍，則下列的其中一個占優勢：T1與T2同時建立T2在T1開始之後以及結束之前開始T2在T1結束之時或之後開始T1在T2開始之後以及結束之前開始T1在T2結束之時或之後開始●T1具有比T2長的範圍，則下列的其中一個占優勢：T2在T1之內至少一部分的T2接續T1的結束至少一部分的T1接續T2的結束●T2具有比T1長的範圍，則下列的其中一個占優勢：T1在T2之內至少一部分的T1接續T2的結束至少一部分的T2接續T1的結束●因此，較佳的是T2在T1結束之時或之後開始。
  30. 如請求項29之方法，因此濺鍍對下列的至少一個進行一次以上的操作：在該第一時距T1期間之該第一靶材以及在該第二時距T2期間之該第二靶材。
  31. 如請求項26至30中任一項之方法，其中該第二靶材係藉由DC模式、脈衝DC模式、HIPIMS模式的其中一個進行操作。
  32. 如請求項26至31中任一項之方法，其中該第一及該第二靶材係藉由一可控制輸出的共用功率源進行操作。
  33. 如請求項32之方法，該共用功率源在操作上於該第一及該第二靶材之間互連。
  34. 如請求項33之方法，該共用功率源裝置以HIPIMS模式操作該第一靶材，以DC模式、脈衝DC模式及HIPIMS模式的其中一個操作該第二靶材。
  35. 如請求項34之方法，該共用功率源以脈衝DC或以HIPIMS模式操作該第二靶材，從而在自濺鍍操作該第一靶材轉變成濺鍍操作該第二靶材時顛倒脈衝極性。
  36. 如請求項26至35中任一項之方法，其中下列的至少一個佔優勢：●在濺鍍該第一濺射表面之一時距期間，該第二濺射表面係用作一第一陽極表面；●在濺鍍該第二濺射表面之一時距期間，該第一濺射表面係用作一第二陽極表面。
  37. 如請求項26至36中任一項之方法，因此，在濺鍍操作該第一及該第二靶材期間，施加Rf偏壓功率至該基 板，較佳的是當濺鍍操作該第一靶材時為一第一Rf功率位準，且當濺鍍操作該第二靶材時為一第二不同的Rf功率位準。
  38. 如請求項29至37中任一項之方法，當依據請求項29時，因而藉由調整該第一及該第二時距的比來調整在該板表面之上以及沿著該板表面沈積之材料的厚度分布。
  39. 如請求項38之方法，因此在靶材壽命期間執行該調整該厚度分布。
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