CN105525264B - 靶材的剩余溅射时间的获得方法 - Google Patents

Abstract

一种靶材的剩余溅射时间的获得方法，包括：提供一个已知初始厚度的靶材；将所述靶材进行部分溅射，并记录溅射时间；测量部分溅射后的靶材的剩余厚度获得最小剩余厚度，并根据所述最小剩余厚度获得最大溅射厚度；根据所述初始厚度与所述溅射时间的乘积、所述乘积与所述最大溅射厚度的比值来获得靶材的剩余溅射时间。采用本发明中的靶材的剩余溅射时间的获得方法，可以降低磁控溅射成本。

Description

靶材的剩余溅射时间的获得方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及靶材的剩余溅射时间的获得方法。

背景技术

磁控溅射是电子在电场的作用下加速飞向基板的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基板，氩离子在电场的作用下加速轰击溅射基台上的靶材组件中的靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子(或分子)沉积在基板上成膜，而最终达到对基板表面镀膜的目的。

靶材组件还包括与靶材焊接连接的背板，背板起到支撑靶材并传递热量的作用。

现有技术中，如果靶材在磁控溅射的过程中被溅射穿露出背板，此时背板在磁控溅射的过程中也受到损伤，会使背板报废。另外，连接靶材与背板的焊料材料成分、背板的材料成分会被溅射至基板上，从而使基板报废。因此，需要停止磁控溅射操作，更换靶材组件和基板并重新开始磁控溅射镀膜操作。因此，现有技术中的磁控溅射镀膜操作的成本非常高。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中，磁控溅射镀膜操作的成本非常高。为解决上述问题，本发明提供了一种靶材的剩余溅射时间的获得方法，包括：

提供一个已知初始厚度的靶材；

将所述靶材进行部分溅射，并记录溅射时间；

测量部分溅射后的靶材的剩余厚度获得最小剩余厚度，并根据所述最小剩余厚度获得最大溅射厚度；

根据所述初始厚度与所述溅射时间的乘积、所述乘积与所述最大溅射厚度的比值来获得靶材的剩余溅射时间。

可选的，获得靶材的剩余溅射时间的步骤包括：

通过所述初始厚度与所述溅射时间的乘积、所述乘积与所述最大溅射厚度的比值得到所述靶材的溅射总时间；

所述靶材的剩余溅射时间等于所述溅射总时间与所述溅射时间的差值。

可选的，根据所述最小剩余厚度获得最大溅射厚度是指：所述初始厚度与所述最小剩余厚度的差值为最大溅射厚度。

可选的，采用三坐标检测机测量所述部分溅射后的靶材的剩余厚度。

可选的，采用千分表测量装置测量所述部分溅射后的靶材的剩余厚度。

可选的，所述千分表测量装置包括分立的底座，固定在每个分立的底座上的支架，将所述支架连接并与所述底座相对的横梁，所述横梁与所述底座具有间隔，

所述千分表测量装置还包括可沿所述横梁移动的千分表。

可选的，所述靶材为长方体，从宽度方向上对所述部分溅射后的靶材的溅射面进行测量点的选取。

可选的，所述部分溅射后的靶材的溅射面具有第一测量线，所述第一测量线与靶材的宽边平行，沿所述第一测量线测量部分溅射后的靶材的剩余厚度。

可选的，所述第一测量线具有若干条，所述第一测量线在所述靶材中心区域分布密集，在所述靶材边缘区域分布稀疏。

可选的，所述靶材为圆柱体，所述部分溅射后的靶材溅射面为圆形，所述溅射面的直径方向具有第二测量线，所述两条第二测量线互相垂直。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

初始厚度的靶材与背板形成靶材组件后，参与磁控溅射一段时间后，停止磁控溅射，此时，靶材没有被溅射穿。卸下进行部分溅射的靶材后，测量部分溅射后的靶材的剩余厚度获得最小剩余厚度，并根据所述最小剩余厚度获得最大溅射厚度，再根据所述初始厚度与所述溅射时间的乘积、所述乘积与所述最大溅射厚度的比值来获得靶材的剩余溅射时间。

获得靶材的剩余溅射时间后，将靶材再次安装在磁控溅射腔室中继续进行磁控溅射，当靶材的再次溅射时间小于剩余溅射时间时，就停止磁控溅射操作。此时，靶材的使用寿命已经终结，但是背板没有被损伤，从而降低了磁控溅射成本。而且，连接靶材与背板的焊料材料成分、背板材料成分也不会溅射至基板上，从而不会使基板报废，进一步降低了磁控溅射成本。

停止磁控溅射操作后，卸磁控溅射腔室的真空，将靶材组件取下，然后将寿命终结的靶材去掉，得到的背板可以被循环使用，更进一步的降低了磁控溅射成本。

附图说明

图1是本发明的部分溅射后的长方体靶材的溅射面的第一测量线的分布示意图；

图2是本发明中采用三坐标检测机测量所述部分溅射后的靶材的剩余厚度示意图；

图3是本发明中采用三坐标检测机测量部分溅射后的靶材沿图1中的第一测量线109进行测量得到的剩余厚度曲线示意图；

图4是靶材溅射时间与靶材剩余厚度的关系示意图；

图5是本发明的部分溅射后的圆柱体靶材的溅射面的第二测量线的分布示意图；

图6是本发明中采用千分表测量装置测量部分溅射后的长方体靶材的剩余厚度示意图。

具体实施方式

为解决上述技术问题，本发明提供一种靶材的剩余溅射时间的获得方法。采用本发明的方法，能够降低磁控溅射成本。下面结合附图对本发明做详细的说明。

实施例一

首先，参考图1，提供一个已知初始厚度的靶材10。

本实施例中，靶材10的形状为长方体。其他实施例中，靶材也可以为圆柱体或本领域技术人员熟知的其他形状。

靶材的初始厚度H0为靶材没有被溅射的原始厚度，为已知厚度。

接着，将所述靶材10进行部分溅射，并记录溅射时间T1。

将靶材10与背板安装，形成靶材组件。本实施例中的安装方法为焊接。然后，再将靶材组件螺连至磁控溅射腔室的侧壁，抽真空后进行磁控溅射。靶材10被部分溅射后，停止磁控溅射操作。之后，立即记录靶材10的溅射时间T1。接着，卸磁控溅射腔室的真空，将靶材组件取下进行后续的测量步骤。部分溅射后，靶材10的表面凹凸不平。

本实施例中，以靶材的宽度为200毫米、厚度为19毫米的长方体靶材为例进行说明。该长方体靶材的长度远大于靶材的宽度与靶材的厚度。溅射时间T1为15000千瓦时(kwh)。

将所述靶材10进行部分溅射后，靶材中心区域10A(图1中的虚线以内的区域)被溅射的多，靶材的边缘区域10B被溅射的少。因此，靶材中心区域的剩余厚度明显小于靶材边缘区域的剩余厚度。

其他实施例中，被溅射多的区域在靶材的非中心区域，被溅射少的区域在靶材中心区域，也属于本发明的保护范围。靶材中被溅射多的位置与被溅射少的位置，根据靶材的材料有关。本实施例中，所述靶材为钽靶材。其他实施例中，靶材也可以为其他材料的靶材也属于本发明的保护范围。

接着，测量所述部分溅射后的靶材10的剩余厚度获得最小剩余厚度H1，并根据所述最小剩余厚度H1获得最大溅射厚度H2。

本实施例中，需要从宽度方向取点测量所述部分溅射后的靶材10的剩余厚度，进而获取最小剩余厚度H1。具体步骤如下：

参考图1，从宽度方向取点是指：在部分溅射后的靶材10的溅射面上取与宽边平行且相等的若干条第一测量线。在溅射面上被溅射消耗多的位置处的第一测量线分布密集，在溅射面上被溅射消耗少的位置处的第一测量线分布稀疏。

本实施例中，继续参考图1，靶材的宽度为200毫米，靶材的第一测量线有17条，分别为第一测量线101至第一测量线117。第一测量线104至第一测量线114分布在靶材10的中心区域且第一测量线104至第一测量线114各线之间的间隔为大于等于0.5毫米且小于等于2毫米，第一测量线101至第一测量线103、第一测量线115至第一测量线117位于靶材10的边缘区域，第一测量线101至第一测量线103各线之间的间隔为大于等于5毫米且小于等于10毫米。第一测量线115至第一测量线117各线之间的间隔为大于等于5毫米且小于等于10毫米。

本实施例中，每一条第一测量线上取若干个测量点，同一条第一测量线上的各相邻的测量点之间的距离与第一测量线的长度之比为大于等于1％且小于等于10％。

本实施例中，参考图2，采用三坐标检测机(Coordinate Measuring Machining，CMM)20测量每条第一测量线上的各测量点的剩余厚度。以第一测量线109为例进行具体说明。

三坐标检测机20包括测量基台21、与所述测量基台21相对的测头22等部件。具体是将部分溅射后的靶材组件放入三坐标检测机的测量基台21，以背板为基准面进行检测。三坐标检测机在三坐标方向(X、Y和Z)可测的空间范围内，能够根据测头22系统返回的点数据，通过三坐标检测机20的软件系统计算靶材各个第一测量线109上测量点的剩余厚度。

采用三坐标检测机20对第一测量线109上测量点的剩余厚度进行检测，获得的各测量点的剩余厚度的精度高，但是三坐标检测机20较昂贵，尤其需要测量大型溅射靶材来说，需要大型三坐标检测机的费用更加昂贵。

本实施例中，之所以以背板为基准面进行检测，是因为：一方面，靶材10与背板的连接为焊接连接，形成的靶材组件。而靶材组件与磁控溅射腔室的连接为螺连。因此，从磁控溅射腔室中拆卸靶材组件的难度远比单拆卸靶材的难度小。另一方面，如果将靶材从靶材组件上拆卸下来，靶材中的靶材与背板的结合面是不平整的，如果以该面作为基准面，测量出的靶材的各个测量点的剩余厚度值是不准的，精度较差。

图3是本发明中采用三坐标检测机测量部分溅射后的靶材沿图1中的第一测量线109进行测量得到的剩余厚度曲线示意图。参考图3，图3中横坐标为第一测量线109上的各测量点在第一测量线109上的位置，单位为毫米。其中，第一测量线109的总长等于靶材10的宽度，为200毫米。图3中的纵坐标为靶材10的不同的厚度值，单位为毫米。曲线31为第一测量线109上的各测量点的剩余厚度值所连的线段。直线32为靶材10的初始厚度值所连的线段。

如图3所示，直线32的纵坐标为19毫米，说明靶材10的初始厚度H0为19毫米。曲线31中的纵坐标的最低点A为第一测量线109上的宽度为125毫米位置处的点。A点的最小剩余厚度HA1为5mm。则A点的最大溅射厚度HA2为初始厚度H0与A点最小剩余厚度的差值，为14mm。

测量好第一测量线109各测量点后，测量剩余的第一测量线中的各测量点的剩余厚度。

本实施例中，测量得到每一条第一测量线上的各个测量点的剩余厚度值后，可以获得每条第一测量线的最小剩余厚度值。再把每条第一测量线的最小剩余厚度值进行比较，选取最小值为部分溅射后的靶材的最小剩余厚度值H1。

例如，将第一测量线109上的A点的最小剩余厚度HA1与其他第一测量线中的最小剩余厚度值进行比较，得出部分溅射后的靶材的最小剩余厚度H1，本实施例中，H1等于A点的最小剩余厚度HA1为5mm，则部分溅射后的剩余靶材的最大溅射厚度为H2等于HA2，为14mm。

需要说明的是，本实施例中，之所以从宽度方向测量所述部分溅射后的靶材10的剩余厚度，是因为，宽度相对于长度来说距离很短，一方面，可以明显减小测量时间，从而明显提高测量效率；另一方面，靶材的溅射剩余厚度在宽度方向变化明显，会使侧头在宽度方向上的测量精度大于在长度方向的测量精度。再者，长度远大于宽度，在靶材的长度方向很难取到靶材的最小剩余厚度。

进一步的，本实施例中，第一测量线104至第一测量线114各线之间的间隔为大于等于0.5毫米且小于等于2毫米。第一测量线101至第一测量线103各线之间的间隔为大于等于5毫米且小于等于10毫米。第一测量线115至第一测量线117各线之间的间隔为大于等于5毫米且小于等于10毫米。各特定第一测量线之所以这样选取，是因为，在相同的测量条件下，上述第一测量线的分布可以提高最终的部分溅射后的靶材的最小剩余厚度值的精度，而且，在相同的测量条件下，还能够提高测量效率。

更进一步的，每一条第一测量线中相邻的测量点之间的距离与该第一测量线的长度之比之所以为大于等于1％且小于等于10％。原因如下：相邻的各测量点之间的距离太大影响测量精度，相邻的测量点之间的距离太小，影响测量效率。

接着，参考图4，根据初始厚度H0与溅射时间T1的乘积、所述乘积与最大溅射厚度H2的比值来获得靶材的剩余溅射时间T2。

上述步骤包括两个步骤，第一个步骤为：通过所述初始厚度H0与所述溅射时间T1的乘积、所述乘积与所述最大溅射厚度H2的比值得到所述靶材的溅射总时间T0。第二步骤为：将溅射总时间T0与所述溅射时间T1相减获得靶材的剩余溅射时间T2。

具体如下：

本实施例中，溅射时间T1为15000千瓦时(kwh)。图4是靶材溅射时间与靶材剩余厚度的关系示意图。参考图4，图4的横坐标为靶材的溅射时间(Lifetime)，单位是千瓦时(kwh)。图4的纵坐标为靶材的最大溅射厚度(Max Eroded Depth)，单位是毫米(mm)。

根据部分溅射后的靶材的最大溅射厚度H2、部分溅射后的靶材的溅射时间T1得到B点，然后将B点与原点进行连接，形成直线41。

接着，将直线41延长至纵坐标为19mm的C点，C点的横坐标就是靶材溅射总时间T0。

也就是说，参考图4，直线41的方程式设定为y＝kx，B点的横纵坐标都已知，将B点横坐标值代入x、纵坐标值代入y值，计算k值等于H2与T1的比值。所以直线41的方程式为y＝H2/H1x。C点的纵坐标已知。将C点的纵坐标值代入y＝H2/H1x，得到C点的横坐标值为20357kwh。其中，C点的横坐标值为靶材溅射总时间T0。

靶材的剩余溅射时间T2等于靶材溅射总时间T0与部分溅射后的靶材的溅射时间T1的差值。本实施例中，靶材的剩余溅射时间T2等于5357kwh。

获得靶材的剩余溅射时间T2值后，将靶材组件再次安装在磁控溅射腔室的侧壁上，接着，对磁控溅射腔室进行抽真空的操作，达到规定值后，继续再溅射，当靶材的再次溅射时间接近并且小于5357时，就停止靶材的溅射操作。此时，靶材的使用寿命已经终结，但是背板没有被损伤。从而降低了磁控溅射成本。而且，连接靶材与背板的焊料材料成分、背板材料成分也不会溅射至基板上，从而不会使基板报废，进一步降低了磁控溅射成本。

停止磁控溅射操作后，卸磁控溅射腔室的真空，将靶材组件取下，然后将寿命终结的靶材去掉，得到的背板可以被循环使用，更进一步的降低了磁控溅射成本。

本实施例中，之所以选用部分溅射后的靶材的最大溅射厚度H2来获得靶材的剩余溅射时间T2，原因如下：根据部分溅射后的靶材的最大溅射厚度H2获得的靶材的剩余溅射时间最可靠。如果不是根据部分溅射后的靶材的最大溅射厚度H2来获得靶材的剩余溅射时间，在该时间内，还没有把靶材消耗完，在磁控溅射的过程中，背板就已经受损。因此，获得靶材的剩余溅射时间不够精准。

实施例二

本实施例与实施例一的区别为，参考图5，本实施例中的靶材50的形状为圆柱体，靶材的溅射面为圆形。该圆形溅射面具有第二测量线51和第二测量线52。第二测量线51和第二测量线52为互相垂直的靶材溅射面上的两条直径。本实施例中，直径大小为200mm，则第二测量线51和第二测量线52的长度为200mm。然后分别在上述第二测量线51和第二测量线52上分别选取测量点。每一条第二测量线上的各相邻的测量点之间的距离也与该第二测量线的长度之比为1％～10％。

本实施例中，第二测量线51和第二测量线52的位置分布的原因如下：在相同的测量条件下，上述第二测量线的分布可以提高最终的部分溅射后的圆柱体靶材的最小剩余厚度值的精度，而且，在相同的测量条件下，还能够提高测量效率。

每一条第二测量线上相邻测量点之间的距离如果太大，相邻的各测量点之间的距离太大影响测量精度，相邻的测量点之间的距离太小，影响测量效率。

然后可以根据每条第二测量线上的各点的剩余厚度值、每条第二测量线上测量点的位置来绘制两条曲线，之后，对两条曲线上的剩余厚度最小值进行比较，得到圆柱体的部分溅射后的靶材的最小剩余厚度值，进而获得圆柱体的部分溅射后的靶材的最大溅射厚度值。

接着，根据圆柱体靶材的根据初始厚度与溅射时间的乘积、所述乘积与最大溅射厚度的比值来获得圆柱体靶材的剩余溅射时间。

具体请参考实施例一。

实施例三

本实施例与实施例一、实施例二的区别为，参考图6，本实施例不是采用三坐标检测机测量所述部分溅射后的靶材的剩余厚度。而是采用千分表测量装置60对部分溅射后的靶材的剩余厚度进行测量。具体如下：

继续参考图6，所述千分表测量装置60包括分立的底座61、固定在每个分立的底座61上的支架63，将所述支架63连接并与所述底座61相对的横梁62。横梁62与底座61具有间隔。

本实施例中，底座61分为两个部分，分别为底座611和底座612。部分溅射后的靶材放置在分立的底座611和底座612之间。底座61固定在大理石上，靶材组件也防止底座之间的大理石上。横梁62与靶材10的溅射面相对。

本实施例中，支架63也有两个，分别于底座螺连。

横梁62为条状结构，两端分别于两个支架63进行螺连。

千分表64安装在横梁62上，并且可以沿横梁62移动。千分表64的侧头641在垂直方向(Z轴)移动，用来测量溅射后的靶材的剩余厚度。

以实施例一的长方体靶材为例，横梁62在靶材10溅射面上的投影与靶材10溅射面上的待测量的第一测量线重合。然后将千分表沿横梁手动移动至待第一测量线上的事先设置好的各测量点的位置上进行测量。千分表的表盘上就会显示每个测量点的剩余厚度的读数。通过上述方式可以得到部分溅射后的长方体靶材10的最小剩余厚度。

具体获得靶材的剩余溅射时间的方法请参考实施例一。

以实施例二的圆柱体靶材为例，横梁62在靶材50溅射面上的投影与靶材50溅射面上的待测量的第二测量线重合。然后将千分表64沿横梁62手动移动至待测量的第二测量线上的事先设置好的各测量点的位置上进行测量。千分表的表盘上就会显示每个测量点的剩余厚度的读数。通过上述方式可以得到部分溅射后的圆柱体靶材50的最小剩余厚度。

具体获得靶材的剩余溅射时间的方法请参考实施例二。

采用本实施例中的千分表测量装置测量所述部分溅射后的靶材的剩余厚度，结构简单，成本低廉。结合实施例一和实施例二的测量方法，也能获得靶材的剩余溅射时间。从而可以避免背板被损伤，避免连接靶材与背板的焊料材料成分、背板材料成分溅射在基板上，进而可以使背板重新利用，大大降低了磁控溅射成本。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种靶材的剩余溅射时间的获得方法，其特征在于，包括：

提供一个已知初始厚度的靶材；

将所述靶材进行部分溅射，并记录溅射时间；

测量部分溅射后的靶材的剩余厚度获得最小剩余厚度，并根据所述最小剩余厚度获得最大溅射厚度；

根据所述初始厚度与所述溅射时间的乘积、所述乘积与所述最大溅射厚度的比值来获得靶材的剩余溅射时间；

获得靶材的剩余溅射时间的步骤包括：

通过所述初始厚度与所述溅射时间的乘积、所述乘积与所述最大溅射厚度的比值得到所述靶材的溅射总时间；

所述靶材的剩余溅射时间等于所述溅射总时间与所述溅射时间的差值；

所述靶材为长方体，从宽度方向上对所述部分溅射后的靶材的溅射面进行测量点的选取；

所述部分溅射后的靶材的溅射面具有第一测量线，所述第一测量线与靶材的宽边平行，沿所述第一测量线测量部分溅射后的靶材的剩余厚度；

所述第一测量线具有若干条，所述第一测量线在所述靶材中心区域分布密集，在所述靶材边缘区域分布稀疏。

2.如权利要求1所述的获得方法，其特征在于，根据所述最小剩余厚度获得最大溅射厚度是指：所述初始厚度与所述最小剩余厚度的差值为最大溅射厚度。

3.如权利要求1所述的获得方法，其特征在于，采用三坐标检测机测量所述部分溅射后的靶材的剩余厚度。

4.如权利要求1所述的获得方法，其特征在于，采用千分表测量装置测量所述部分溅射后的靶材的剩余厚度。

5.如权利要求4所述的获得方法，其特征在于，所述千分表测量装置包括分立的底座，固定在每个分立的底座上的支架，将所述支架连接并与所述底座相对的横梁，所述横梁与所述底座具有间隔，

所述千分表测量装置还包括可沿所述横梁移动的千分表。