CN103088304A - 具有警示功能的溅镀靶材 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有警示功能的溅镀靶材，其溅镀靶材包括：具有接合面的靶材体；与靶材体接合的背衬体；以及至少一警示体埋设于靶材体内；其中，各个警示体投影于该接合面的面积小于或等于该接合面的总面积的1％，且所有警示体投影于该接合面的面积的总合小于或等于该接合面的总面积的20％，且各警示体的长边长度大于1公分(cm)，其警示体包含一种能于溅镀环境中散逸出不同气体分子的异质材料，以作为一警示信号。本发明控制警示体投影于接合面的面积，以确保溅镀靶材的结合品质与散热功能。

Description

具有警示功能的溅镀靶材

技术领域

本发明关于一种具有警示功能的溅镀靶材，尤指一种利用警示体发出警示信号的溅镀靶材。

背景技术

物理气相沉积技术(Physical Vapor Deposition，PVD)通过物理方式将原子或分子沉积于基板表面上，借此在金属材料、合金材料、陶瓷材料或晶圆基板表面上形成一薄膜。

于物理气相沉积技术中，可区分为蒸镀(evaporation)或溅镀(sputtering)两种沉积方式。其中，溅镀沉积法利用辉光放电(glowdischarge)效应，将惰性气体电离并且轰击至靶材(target)表面，使靶材的原子或分子弹出而堆积在基板表面，以形成具有良好均匀度的薄膜。因此，物理气相沉积技术已被广泛地应用在半导体、光电材料、储存媒体等产业中，成为最常见的薄膜沉积技术。

于溅镀制程中，溅镀靶材成为不可或缺的材料来源。其中，溅镀靶材由靶胚及承载靶胚的背板所组成。由于背板多半是由导热特性良好的材料所制成，且内部具有精密的水路设计，因而能够作为承载靶胚与散热的元件。然而，由于背板的造价昂贵，当溅镀靶材使用到适当的程度后，若能将剩余的靶胚与背板分离，再经过适当的清洗步骤后，将背板回收再利用，即可大幅降低溅镀制程所耗费的成本。

因此，为了确保背板的完整性，通常会在靶胚尚未完全使用前就停止溅镀制程，随即进行靶材的更换。然而，由于靶材更换时必需破坏腔体的真空环境，若太早更换会降低设备的生产效能与靶材的使用率；太晚更换又会提高背板被破坏的风险。因此，如何控制适当的时机更换靶材，便成为溅镀制程中十分重要的关键。

目前已发展许多侦测溅镀靶材使用率的方法，例如，美国专利文献US 5,487,823提供一种溅镀靶材，其于靶胚与背板间设置一异质材料，当靶胚被蚀刻至一定深度后，可利用特定的感测方式侦测异质材料所释放的气体，藉以了解靶胚的使用情况。然而，其并未提供异质材料占靶胚整体的较佳比例范围，以致于无法有效增加靶胚材料的经济利益，且又无法避免设置于靶胚与背板间的异质材料会劣化两者原有的结合品质，进而产生溅镀靶材的使用效能不佳的问题。

据此，本发明为了克服上述面临的问题，试图发展一种具有警示功能溅镀靶材，当溅镀靶材蚀刻到最深的深度，又尚未穿蚀到背板前即发出警示信号，借此确保溅镀靶材中背板的完整性，其能在不劣化溅镀靶材的前提下，使其具备停止溅镀制程的警示功能，又能有效改善溅镀靶材的使用效能不佳的问题，以期望能大幅降低溅镀制程的制作成本。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种具有警示功能的溅镀靶材，能在不影响靶材体与背衬体的结合品质与散热特性的情况下，利用警示体在溅镀制程所散逸的气体分子作为警示信号，借此保护背衬体的完整性，进而降低溅镀制程所需耗费的成本。

为达成上述目的，本发明提供一种具有警示功能的溅镀靶材，此溅镀靶材包括：形成有一接合面的靶材体，且该靶材体包含一靶材材料；一背衬体，其与该靶材体的接合面相互接合；以及至少一警示体埋设于靶材体内，各个警示体投影于该接合面的面积小于或等于该接合面的总面积的1％，且所有警示体投影于接合面的面积的总合小于或等于接合面的总面积的20％，且各警示体的长边长度大于1公分(cm)；其中该警示体包含一异质材料，其异质材料于溅镀环境中能散逸出与该溅镀环境中的气体以及该靶材材料鉴别的气体分子。

于溅镀制程中，当靶材体被蚀刻到警示体所在的深度后，由于警示体内的异质材料能够散逸出与溅镀环境中的气体及靶材材料鉴别的气体分子，因此，当气体分析仪侦测到异质材料所散逸的气体分子后会发出一警示信号，以终止溅镀制程，借此免除背衬体受到电浆破坏的可能性。

于本发明具有警示功能的溅镀靶材中，由于警示体通常设置于靶材体最先被蚀穿的区域，且经由实验结果得知不同的溅镀靶材在相同机台上的蚀刻轮廓可控制在1公分的误差范围内。因此，为了避免进行溅镀制程时，蚀穿点与警示体所在位置的误差，较佳是将各个警示体的分布长边长度控制在至少大于1公分以上，以避免上述的问题发生。然而，当各个警示体投影于接合面的面积的总合过大时，靶材体与背衬体将无法具备足够的接合力，进而影响溅镀靶材的品质。因此，于本发明具有警示功能的溅镀靶材中，所有警示体投影于接合面的面积的总合应小于或等于该接合面的总面积的20％。且当单一警示体投影于接合面的面积大于1％时，会破坏溅镀靶材的局部散热效能，进而影响溅镀膜层的品质。因此，为了确保溅镀靶材的局部散热效果，较佳为，各个警示体投影于接合面的面积应小于或等于该接合面的总投影面积的1％。由于至少一警示体投影于接合面的面积的总合已控制在适当的范围内，本发明的溅镀靶材可确保靶材体与背衬体的接合品质及散热特性，避免靶材体在溅镀制程中由背衬体脱落的可能性。

于本发明具有警示功能的溅镀靶材中，各个警示体可以填满的形式涂布，或以不连续的形式多点分布。

于本发明具有警示功能的溅镀靶材中，警示体中的异质材料可由各种半导体化合物或金属化合物所制成，如：陶瓷材料、氮化物、氧化物、金属、金属合金、或金属氧化物等；较佳为AlN、BN、SiC、Al₂O₃、Si₃N₄、ZrO₂、MgO、或Li₂O。

此外，于本发明具有警示功能的溅镀靶材中，较佳的，背衬体可设计成背衬板或背衬管的型式。当背衬体为背衬板结构时，其靶材体可设计成一平板结构，与背衬板以一平面相互接合。当背衬体为背衬管结构时，其靶材体可设计为一中空圆柱状结构，其背衬体设置于靶材体的内部中空位置，使靶材体与背衬管以一圆弧面相互接合。

本发明的另一目的在提供一种具有警示功能的溅镀靶材，其中该警示体设置于该靶材体的接合面上，由于同一溅镀机台在进行溅镀制程时，可于靶材体上蚀刻出相似的蚀刻轮廓(erosion profile)，并且具有良好的重复性，因此，为了避免电浆攻击到背板并减少警示体的用量，较佳为将该警示体安置于靶材体最先被蚀穿的区域投影于靶材体接合面上的位置，以确保警示体于溅镀制程中提供警示功能。

据此，当包含警示体的溅镀靶材进行溅镀制程时，由于警示体埋设于靶材体内产生蚀刻轮廓的最深处，当靶材体进行蚀刻制程时，将使靶材体产生的蚀刻深度到达最深处后，才让警示体散逸出停止溅镀制程的气体分子，使靶材体可以被利用的蚀刻深度为最大且使用率为最高，借此降低溅镀制程中更换溅镀靶材的频率，提高溅镀制程的生产效率。

因此，本发明具有警示功能的溅镀靶材可将各警示体的长边长度控制于1公分以上，单一警示体投影于接合面的面积控制于小于或等于接合面的总面积的1％，并将所有警示体投影于接合面的面积的总合控制在小于或等于接合面的总面积的20％，以确保背衬体与靶材体的接合品质与散热特性，发展出一种具有警示功能且品质良好的溅镀靶材。此外，本发明使用具有警示功能的溅镀靶材可确保靶材体能被利用的蚀刻深度为最大深度，藉以提高溅镀制程的生产效率。

附图说明

图1是为本发明实施例1中溅镀靶材的侧剖面示意图。

图2是为本发明实施例1中溅镀靶材的立体示意图。

图3是为本发明实施例1中气体分压对溅镀时间的曲线图。

图4是为本发明实施例2中为复数警示体的溅镀靶材侧剖面示意图。

图5是为本发明实施例2中复数溅镀靶材的立体示意图。

图6是为本发明单一警示体的平面示意图。

图7是为本发明另一种警示体型式的平面示意图。

主要元件符号说明

1溅镀靶材  11靶材体

12背衬体   13警示体

2溅镀靶材  21靶材体

22背衬体   23警示体

24蚀刻轮廓 24’警示体设置区

A’接合面A”顶面

A₁’警示体投影于接合面的面积

L警示体的长边长度

具体实施方式

本发明为了保护溅镀靶材的背衬体免于受到电浆的破坏，将传统靶材与警示体结合，制成一种具备警示功能的溅镀靶材。此外，为了确保靶材体与背衬体的接合品质及散热特性，本发明更发现一种设置警示体的关键条件，以制成出具有良好特性的溅镀靶材。

于本发明的溅镀靶材中，靶材体包含一靶材材料，该材料可如包含铝、钨、钼、钛、钽的金属、合金或硅化物等，但并非仅限于此；而警示体亦包含一异质材料，该异质材料可为AlN、BN、SiC、Al₂O₃、Si₃N₄、ZrO₂、MgO、或Li₂O，但并非仅限于此。由于异质材料在溅镀环境中能散逸出与溅镀环境中的气体以及靶材材料鉴别的气体分子。通过气体分析仪可分析异质材料所散逸的气体的特定分子量；或者，通过光放射光谱(OpticalEmission Spectroscopy；OES)分析电浆放光光谱的谱线与强度，藉以比对其化学成份。因此，当异质材料所散逸的气体分子通过上述方法被侦测时，可作为一警示信号，以终止整个溅镀制程，避免背衬体受到电浆的破坏。

实施例1

如图1所示，本发明的一具有警示功能的溅镀靶材1，包括：具有一接合面A’的靶材体11；背衬体12，其与靶材体11的接合面A’相互接合；以及警示体13涂布于接合面A’上而埋设于靶材体11内。此外，如图2所示，该警示体13以填满的方式涂布于背衬体12上，并且埋设于靶材体11内。

于实施例1中，警示体13投影于接合面的面积A1’小于或等于接合面A’的总面积的20％。于此实施例中，警示体13投影于接合面的面积等于警示体13与背衬体12的顶面A”的接触面积，当此投影面积A1’被控制在适当的范围时，即可确保靶材体11与背衬体12的接合品质及散热特性，降低靶材体11在溅镀制程中由背衬体12脱落的可能性。

于本实施例的溅镀靶材中，靶材体包含一靶材材料，该材料包含铝金属；而警示体亦包含一异质材料，该异质材料为氮化硼。异质材料在溅镀环境中能散逸出与溅镀环境中的气体以及靶材材料具有鉴别性的气体分子，所述的气体分子为氮化硼分子，通过气体分析仪可分析出分子量为24Da及25Da的氮化硼分子的分压值。

据此，当本发明的溅镀靶材被蚀刻至警示体所在的位置时，警示体的异质材料将散逸出与溅镀环境及靶材材料具有鉴别性的气体分子，并使侦测器开始侦测到异质材料所释放的警示信号，如图3的下箭头所示。

于图3的右箭头表示靶材体材料持续进行溅镀的过程，而靶材体溅镀时间的长短会依据靶材体的厚度而有所不同。如图3所示，氮化硼气体的分压曲线(分子量24Da及25Da)将于靶材体被下向蚀刻到接近警示体所在的深度后有明显上升的趋势，其分压介于10^-5至10^-6帕，显示本发明的溅镀靶材已被蚀刻至最大的蚀刻深度。

因此，当异质材料所散逸的气体分子通过上述方法被侦测时，分压值的剧升可作为一警示信号，以终止整个溅镀制程，避免背衬体受到电浆的破坏。

实施例2

请参阅图4及图5，本发明的另一具有警示功能的溅镀靶材2，其包括多个警示体23。

如同实施例1所述，本实施例中的具有警示功能的溅镀靶材2包含：背衬体22及设置于背衬体22上的靶材体21，其中，靶材体21上形成有一接合面A’，且背衬体22与靶材体21的接合面A’相互接合。

与实施例1不同的处在于，本实施例中的具有警示功能的溅镀靶材2包括复数个警示体23，且上述的警示体23并设置于靶材体21的蚀刻轮廓投影于接合面A’处，如图5所示，于靶材体21上会预设溅镀机拟进行蚀刻的蚀刻轮廓24，该蚀刻轮廓24投影于接合面A’处为警示体设置区24’，各警示体23即布设于该警示体设置区24’处。

于本实施例中，各个警示体23投影于接合面的的面积A1’皆小于或等于该接合面A’的总面积的1％，以维持溅镀靶材的局部散热效能；且各个警示体投影于接合面A’的面积A1’的总合亦小于或等于该接合面A’的总面积的20％。此外，各个警示体23的长边长度L亦控制在至少大于1公分以上，如图6所示，当警示体23的长边长度维持于1公分以上，可避免溅镀时蚀穿点与警示点位置不同而伤害背衬体的情况发生。

再者，图6所示的警示体23同样以填满的形式涂布，其也可为图7所示的型态，该警示体23为多点涂布，且可进一步为连续多点涂布，或不连续多点涂布。

综上所述，本发明提供一种具有警示功能的溅镀靶材，通过控制溅镀靶材中靶材体的接合面与警示体的接触面积相对于接合面的总面积的比例，可使溅镀靶材具备良好的品质与散热效果，借此发展出一种具备警示功能的溅镀靶材。

Claims (7)

1.一种具有警示功能的溅镀靶材，其特征在于，包括：

一靶材体，该靶材体形成一接合面，并且包含一靶材材料；

一背衬体，其与该靶材体的接合面相互接合；以及

至少一警示体，该警示体埋设于靶材体内，各个警示体投影于该接合面的面积小于或等于该接合面的总面积的1％，且所有警示体投影于该接合面的面积的总合小于或等于该接合面的总面积的20％，且各警示体的长边长度大于1公分(cm)；

其中该警示体包含一异质材料，该异质材料于一溅镀环境中能散逸出与该溅镀环境中的气体以及该靶材材料鉴别的气体分子。

2.如权利要求1所述的具有警示功能的溅镀靶材，其特征在于，所述背衬体为一背衬板或一背衬管。

3.如权利要求1所述的具有警示功能的溅镀靶材，其特征在于，所述至少一警示体以填满的方式涂布，并且埋设于靶材体内。

4.如权利要求1所述的具有警示功能的溅镀靶材，其特征在于，所述至少一警示体以多点分布，并且埋设于靶材体内。

5.如权利要求1所述的具有警示功能的溅镀靶材，其特征在于，所述异质材料为AlN、BN、SiC、Al₂O₃、Si₃N₄、ZrO₂、MgO、或Li₂O。

6.如权利要求1所述的具有警示功能的溅镀靶材，其特征在于，所述警示体设置于该靶材体的接合面上。

7.如权利要求6所述的具有警示功能的溅镀靶材，其特征在于，所述警示体安置于靶材体的蚀刻轮廓投影于该接合面的位置。

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