CN108180814B - 一种靶材刻蚀量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种靶材刻蚀量测量装置，涉及物理气相沉积领域，解决人为判断固定点并对该点进行测量，导致靶材刻蚀量的测量精度较低的问题。该靶材刻蚀量测量装置包括采集部和测量部；采集部包括测量针框架以及设置于测量针框架内的多排测量针；多排测量针的测量端用于与靶材的至少一部分刻蚀面相接触，并形成与测量针相接触的刻蚀面相匹配的模拟面；测量部与形成模拟面后的采集部相互对合，测量部用于与模拟面凸起尺寸最大处的测量针的测量端相接触，并测得刻蚀面凹陷的最大深度。该靶材刻蚀量测量装置用于对靶材的刻蚀面的刻蚀深度进行测量。

Description

一种靶材刻蚀量测量装置

技术领域

本发明涉及物理气相沉积领域，尤其涉及一种靶材刻蚀量测量装置。

背景技术

PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)技术在机械、电子、半导体等多个领域有着广泛的应用。PVD技术制备薄膜的原理为：在真空溅镀设备中，溅射源在电场的作用下产生加速电子，加速电子与预先通入的惰性气体(通常为Ar气)碰撞得到带正电的粒子，带正电的粒子受到阴极(靶材)的吸引而轰击靶材表面的原子，被轰击出来的靶材原子具有一定的动能，转移至玻璃衬底上沉积而形成薄膜。

然而，随着靶材的不断消耗，其表面会逐渐形成不规则的刻蚀曲面，当曲面最大深度几近靶材自身厚度时，靶材寿命达到最大值，如果此时继续使用该靶材，将导致靶材击穿的现象发生，从而影响产品质量，增加工艺风险。

现有技术中，为了解决上述问题，可以利用深度计对平面靶材固定点的刻蚀深度进行测量。然而，实际生产过程中，靶材的刻蚀曲面是不规则的，因此人为判断上述固定点的位置会产生较大的主观误差，从而降低了靶材刻蚀量的测量精度。

发明内容

本发明的实施例提供一种靶材刻蚀量测量装置，用于解决人为判断固定点并对该点进行测量，导致靶材刻蚀量的测量精度较低的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本申请实施例提供一种靶材刻蚀量测量装置，包括采集部和测量部；所述采集部包括测量针框架以及设置于所述测量针框架内的多排测量针；所述多排测量针的测量端用于与靶材的至少一部分刻蚀面相接触，并形成与所述测量针相接触的刻蚀面相匹配的模拟面；所述测量部与形成所述模拟面后的所述采集部相互对合，所述测量部用于与所述模拟面凸起尺寸最大处的测量针的测量端相接触，并测得所述刻蚀面凹陷的最大深度。

可选的，所述测量部包括支架以及安装于所述支架上的测量尺；所述支架和所述测量针框架的内侧设置有轨道；在采集部与所述测量部对合的情况下，所述测量尺用于沿所述支架上的轨道移动至所述测量针框架上的轨道，并与所述模拟面凸起尺寸最大处的测量针的测量端相接触。

可选的，构成所述测量针框架和所述测量针的材料为软磁材料；所述测量针框架内部设置有电磁线。

可选的，所述采集部还包括安装于所述测量针框架上的振动器；所述振动器用于驱动所述测量针沿平行于该测量针横截面的方向振动。

可选的，所述测量尺的侧面设置有第一刻度线；所述支架靠近所述采集部的一端设置有第二刻度线；其中，所述第一刻度线所在的表面与所述第二刻度线所在的表面平行；所述测量针框架与所述支架对合形成的接触面位于所述第二刻度线的零刻度；所述第一刻度线与所述第二刻度线的最小刻度值相同。

可选的，所述测量尺的厚度大于或等于所述靶材的厚度。

可选的，所述测量针框架与所述支架相对的表面设置有第一卡合结构；所述支架与所述测量针框架相对的表面设置有与所述第一卡合结构相配合的第二卡合结构。

可选的，所述测量尺在靠近所述轨道的一侧设置有滚珠。

可选的，所述测量部还包括推杆和把手；所述推杆的一端安装于所述测量尺的背面，所述测量尺的背面和所述测量尺与所述模拟面相接触的表面相对设置；所述把手安装于所述推杆的另一端。

可选的，所述测量针框架在背离所述测量针测量端的一侧开设有观测口，所述观测口用于观测所述测量针。

本申请实施例提供一种靶材刻蚀量测量装置，由上述可知，可以利用该靶材刻蚀量测量装置中的采集部对平面靶材的至少一部分刻蚀面进行复制，以形成模拟面。在此基础上，模拟面的凹凸状态与上述被该采集部中的测量针相接触的刻蚀面的凹凸状态完全一致。基于此，可以通过上述测量部与该模拟面凸起尺寸最大处的测量针的测量端相接触，并测得被测量针接触的刻蚀面凹陷的最大深度。综上所述，采用本申请提供的靶材刻蚀量测量装置测量的过程中，无需人为对靶材的刻蚀表面的最大刻蚀所在位置进行判断。因此，减少了主观误差的存在，提高了测量精度。这样一来，能够有效减小靶材击穿显现该的发生。此外，通过上述靶材刻蚀量测量装置可以对靶材不同位置的刻蚀深度进行准确的测量，从而有利于合理的调整磁场，达到改善靶材刻蚀曲线，提高靶材利用率的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种靶材刻蚀量测量装置的结构示意图；

图2为图1中的多个测量针与靶材的刻蚀面相接触的示意图；

图3为图2中多个测量针的测量端形成模拟面的示意图；

图4为图1中的测量尺与模拟面相接触的一种示意图；

图5为图1中的测量尺与模拟面相接触的另一种示意图；

图6为图1中的测量尺与模拟面相接触的又一种示意图；

图7为图1中测量针框架的结构示意图；

图8为图1中测量部的具体结构示意图；

图9为图1中采集部的一种横截面示意图；

图10为图1中采集部的具体结构示意图；

图11为图1中采集部的另一种横截面示意图；

图12为图1中测量尺的具体结构示意图；

图13为图10所示的采集部与靶材刻蚀面相接触的示意图；

图14为采集部与测量部相对合的结构示意图。

附图标记：

10-采集部；101-测试针框架；110-支撑臂；102-测量针；103-观测口；104-电磁线；20-测量部；201-支架；202-测量尺；203-轨道；213-滚柱；223-轨道上用于容纳滚柱的凹槽；204-推杆；205-把手；21-第一刻度线；22-第二刻度线；23-第一卡合结构；24-第二卡合结构；30-靶材；31-铜背板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供一种靶材刻蚀量测量装置，该测量装置可以对靶材，特别是平面靶材的刻蚀量进行测量。其中，本申请对平面靶材的外形不做限定，可以为圆形靶材或者还可以为矩形靶材。以下为了方便描述，均是以矩形平面靶材为例进行的说明。

基于此，上述靶材刻蚀量测量装置包括如图1所示的采集部10以及测量部20。

其中，采集部10包括测量针框架101以及设置于该测量针框架101内的多排测量针102。

其中，上述测量针框架101包括多个支撑臂110，上述多个支撑臂110能够围设出用于容纳上述多排测量针102的空间。

该采集部10可以通过上述多排测量针102对一靶材的至少一部分刻蚀面进行采集。具体的，如图2所示，该多排测量针102的测量端用于与靶材30的至少一部分刻蚀面A相接触，并如图3所示形成与上述被测量针102接触的刻蚀面A相匹配的模拟面B。

其中，模拟面B位于上述多个测量针102的测量端，该测量针102的测量端为用于与靶材30的刻蚀面A相接触的一端。与上述测量针102接触的刻蚀面A和模拟面B相匹配是指，该模拟面B为上述测量针102接触到的刻蚀面A的复制面，因此上述模拟面B的凹凸状态和该测量针102接触到的刻蚀面A的凹凸状态一致。在此情况下，该模拟面B向测量部20凸起部分的最大尺寸，即可以代表上述测量针102接触到的刻蚀面A最大刻蚀深度。

基于此，可选的，上述测量针102的直径可以为1mm左右，长度在100mm～200mm之间。当该测量针102的长度小于100mm时，由于测量针102的长度太短，不利于测量操作。而当测量针102的长度大于200mm时，刚性减低，容易在测量过程中发生变形。

需要说明的是，上述多排测量针102中，任意相邻两个测量针102之间的间隙很小，本申请对相邻两个测量针102之间的间隙的数值也不做限定，只要能够使得多个测量针102能够紧密排列的同时，又能够保证彼此之间能够实现相对运动即可。

在此基础上，在通过采集部10形成上述模拟面B后，测量部20与形成采集部102相互对合。该测量部20用于与上述模拟面B凸起尺寸最大处的测量针102的测量端相接触，并测得被测量针102接触的刻蚀面A凹陷的最大深度。

具体的，上述测量部20如图1所示，包括支架201以及安装于该支架201上的测量尺202。

其中，测量尺202用于与上述模拟面B凸起尺寸最大处的测量针102的测量端相接触。为了使得测量尺202能够与上述模拟面B相接触，可选的，上述支架201和测量针框架101的内侧设置有轨道203。在此情况下，当采集部10与测量部20对合后，上述测量尺202可以沿支架201上的轨道203移动至测量针框架101上的轨道203，并如图4所示与模拟面B凸起尺寸最大处的测量针102的测量端相接触。

基于此，为了实现对靶材30上与测量针102相接触的刻蚀面A的最大刻蚀深度进行测量，可选的，如图4所示，该测量尺202的侧面设置有第一刻度线21，支架201靠近采集部10的一端设置有第二刻度线22。

其中，第一刻度线21所在的表面与第二刻度线22所在的表面平行。

此外，如图4所示，测量针框架101与支架201对合形成的接触面位于第二刻度线22的零刻度，且第一刻度线21与第二刻度线22的最小刻度值相同，例如均为0.5mm或1mm，或者其他刻度值，本申请对此不做限定。其中附图中为了方便描述均是以最小刻度为1mm进行的举例说明。

在此情况下，当测量尺202与模拟面B凸起尺寸最大处的测量针102的测量端相接触后，可以通过测量尺202上的第一刻度线21与支架201上的第二刻度线22的刻度差，测得被测量针102接触的刻蚀面A凹陷的最大深度。

例如，如图4所示，测量尺202通过测量针框架101上的轨道203滑入该测量针框架101内并于与模拟面B凸起尺寸最大处的测量针102的测量端相接触。此时，由于测量尺202能够进入到测量针框架101内，说明模拟面B凸起尺寸最大处的测量针102的测量端所接触到的刻蚀面A的深度未被击穿。在此情况下，通过对第一刻度线21和第二刻度线22之间的刻度差进行读取，即可获得上述被测量针102接触到的刻蚀面A最大刻蚀深度，例如为1mm。

或者，又例如，如图5所示，测量尺202未滑入该测量针框架101内，并于与模拟面B凸起尺寸最大处的测量针102的测量端相接触。此时，由于测量尺202未进入到测量针框架101内，说明模拟面B凸起尺寸最大处的测量针102的测量端所接触到的刻蚀面A已被击穿。在此情况下，通过对第一刻度线21于第二刻度线22之间的刻度差进行读取，即可获得上述被测量针102接触到的刻蚀面A最大刻蚀深度所在的位置被击穿的深度，例如为1mm。

基于此，可选的，上述测量尺30的厚度L(如图6所示)可以大于或等于上述靶材30的厚度。这样一来，当靶材30未进行PVD工艺之前，可以通过上述测量针102的测量端与平面靶材30的待轰击表面进行接触，从而对上述表面进行复制以形成模拟面B。由于上述靶材30未进行PVD工艺，因此该模拟面B为一平面。在此情况下，如图6所示，将测量尺30与上述模拟面B进行接触，从而可以通过第一刻度线21与第二刻度线22之间的刻度差，测得该靶材30的厚度，例如为6mm。

基于此，为了使得测量针框架101与支架201对合后，相对位置保持不变，以形成位于第二刻度线22零刻度的接触面，从而提高测量精度。可选的，如图7所示，测量针框架101与支架201相对的表面设置有第一卡合结构23，例如凹槽。在此情况下，如图8所示，支架201与测量针框架101相对的表面设置有与第一卡合结构23相配合的第二卡合结构24，例如定位销。基于此，当测量针框架101与支架201对合后，定位销可以插入上述凹槽内，达到固定测量针框架101与支架201相对位置的目的。

由上述可知，通过本申请提供的靶材刻蚀量测量装置，可以利用上述采集部10对平面靶材30的至少一部分刻蚀面A进行复制，以形成模拟面B。在此基础上，模拟面B的凹凸状态与上述被该采集部10中的测量针102相接触的刻蚀面A的凹凸状态完全一致。基于此，可以通过上述测量部20与该模拟面B凸起尺寸最大处的测量针的测量端相接触，并测得被测量针102接触的刻蚀面A凹陷的最大深度。综上所述，采用本申请提供的靶材刻蚀量测量装置测量的过程中，无需人为对靶材的刻蚀表面的最大刻蚀所在位置进行判断。因此，减少了主观误差的存在，提高了测量精度。这样一来，能够有效减小靶材击穿显现该的发生。此外，通过上述靶材刻蚀量测量装置可以对靶材不同位置的刻蚀深度进行准确的测量，从而有利于合理的调整磁场，达到改善靶材刻蚀曲线，提高靶材利用率的效果。

在此基础上，为了使得上述多个测量针102的位置固定，以使得该多个测量针102测量端的模拟面B的凹凸状态不发生变化，可选的，构成测量针框架101和测量针102的材料为软磁材料。其中，软磁材料为具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料，该磁性材料易于磁化，也易于退磁，从而灵活控制测量针102的目的。上述软磁性材料可以为硅钢片及各种软磁铁氧体等。

在此基础上，该测量针框架101内部设置有电磁线104。构成该电磁线104的材料可以为铜。

在此情况下，当给上述电磁线104通电后，测量针框架101和测量针102发生电磁感应，使得测量针框架101与测量针102之间，以及相邻的测量针102之间相互吸引，从而使得相邻的测量针102之间平行设置，测量针102得相对位置得以保持。

在此基础上，为了方便向上述电磁线104供电和断电，可选的，如图10所示，在该测量针框架101上安装有吸合开关，当该吸合开关开启时，电源(图中未示出)向电磁线104供电，当该吸合开关关闭时，上述电源停止向电磁线104供电。

基于此，为了使得该采集部10中的各个测量针102产生的磁力大小均匀，可选的，如图9所示，所有测量针102堆积后横截面的宽度H为30mm～50mm。

其中，图9是以待测靶材30为矩形靶材为例进行的说明。当上述靶材30为圆形靶材时，上述测量针102堆积后横截面的形状如图11所示为圆形。在此情况下，为了使得该采集部10中的各个测量针102产生的磁力大小均匀，可选的，所有测量针102堆积后横截面的直径为30mm～50mm。

在此基础上，在测量针102与靶材30的刻蚀面A相接触时，为了使得测量针102能够与刻蚀面A凹陷部分的底部充分接触，以提高测量精度。可选的，上述采集部10还包括安装于测量针框架101上的振动器(图中未示出)。该振动器用于驱动测量针102沿平行于该测量针102横截面的方向振动，从而使得测量针102在横向振动的过程中，能够最大限度的朝向刻蚀面A运动，并与该刻蚀面A凹陷部的底面充分接触。

为了便于控制上述振动器的开启和关闭，可选的，如图10所示，在该测量针框架101上安装有振动开关，当该振动开关开启时，振动器开始工作，当该振动开关关闭时，上述振动器停止工作。

此外，为了便于测量尺202在轨道203中滑行，如图12所示，上述测量尺202在靠近轨道203的一侧设置有滚珠213，从而能够将测量尺202与轨道203之间的滑动摩擦转换为滚动摩擦，以达到减小测量尺202与轨道203之间摩擦力的目的。

基于此，如图7所示，轨道203上设置有用于容纳滚柱213的凹槽223。

在此基础上，为了驱动测量尺202在轨道203上移动，可选的，如图8所示，该测量部20还包括推杆204和把手205。

具体的，推杆204的一端安装于测量尺202的背面。其中，该测量尺202的背面和测量尺202与模拟面B相接触的表面相对设置。

此外，把手205安装于推杆204的另一端。

在此情况下，工作人员可以手握把手205并推动推杆204，从而驱动测量尺202在上述导轨203上移动。

以下，结合本申请提供的靶材刻蚀量测量装置的具体结构，对该装置对平面靶材刻蚀量进行测量的过程进行说明。

步骤一，将采集部10上，如图10所示的吸合开关打开。

在此情况下，测量针框架101和测量针102发生电磁感应，使得测量针102之间的位置固定，从而在移动采集部10的过程中，避免测量针102发生掉落。

步骤二，如图13所示，将采集部10放置于平面靶材30正上方，且将该采集部10中测试针框架101的支撑臂110放置与上述靶材30的铜背板31上。

步骤三，关闭吸合开关，从而使得测量针102之间可以相互运动。

步骤四，打开振动开关，在上述振动器的作用下，使得测量针102在横向振动过程中，不断下降，最终与靶材30刻蚀面A上凹陷部分的底部相接触。

步骤五、观察测量针102之间的相对位置是否固定。当上述相对位置固定后，关闭振动开关，打开吸合开关，从而使得多个测量针102的测量端能够对于该测量端相接触的刻蚀面A进行复制，以形成如图3所示的模拟面B。

需要说明的是，为了在上述步骤五中，方便观察测量针102之间的相对位置是否固定，可选的，如图13所示，在测量针框架101在背离测量针102测量端的一侧开设有观测口103。通过该观测口103可以用于观测到上述测量针102。

步骤六，如图14所示，将采集部10和测量部20对合，并推动测量尺202，至该测量尺202与测量针101模拟面B凸起尺寸最大处的测量针102的测量端相接触。

步骤七，读取测量尺202上的第一刻度线21以及支架201上的第二刻度线22，并换算出测量结果。

具体的，由上述可知，当测量尺202与支架201的相对位置如图4所示时，可以测量到靶材30未击穿情况下，该靶材30与上述测量针102相接触的刻蚀面A的最大刻蚀深度。

或者，当测量尺202与支架201的相对位置如图5所示时，可以测量到靶材30在击穿情况下，该靶材30与上述测量针102相接触的刻蚀面A的击穿深度。

需要说明的是，当靶材30的面积较大时，可以在该靶材30的刻蚀面A上选取不同的位置，进行测量。测量过程同上所述。

由上述可知，采用本申请实施例提供的靶材刻蚀量测量装置，在对靶材刻蚀面的最大刻蚀深度进行测量的过程中，可以减小主观误差的存在的可能，因此能够提高靶材刻量的测量精度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种靶材刻蚀量测量装置，其特征在于，包括采集部和测量部；

所述采集部包括测量针框架以及设置于所述测量针框架内的多排测量针；所述多排测量针的测量端用于与靶材的至少一部分刻蚀面相接触，并按照所述至少一部分刻蚀面的形状定型；所述多排测量针的测量端在定型后能够拟合出的端面为与所述至少一部分刻蚀面相匹配的模拟面；

所述测量部与形成所述模拟面后的所述采集部相互对合，所述测量部用于与所述模拟面凸起尺寸最大处的测量针的测量端相接触，并测得所述刻蚀面凹陷的最大深度。

2.根据权利要求1所述的靶材刻蚀量测量装置，其特征在于，

所述测量部包括支架以及安装于所述支架上的测量尺；所述支架和所述测量针框架的内侧设置有轨道；在采集部与所述测量部对合的情况下，所述测量尺用于沿所述支架上的轨道移动至所述测量针框架上的轨道，并与所述模拟面凸起尺寸最大处的测量针的测量端相接触。

3.根据权利要求1所述的靶材刻蚀量测量装置，其特征在于，构成所述测量针框架和所述测量针的材料为软磁材料；

所述测量针框架内部设置有电磁线。

4.根据权利要求1-3任一项所述的靶材刻蚀量测量装置，其特征在于，所述采集部还包括安装于所述测量针框架上的振动器；所述振动器用于驱动所述测量针沿平行于该测量针横截面的方向振动。

5.根据权利要求2所述的靶材刻蚀量测量装置，其特征在于，所述测量尺的侧面设置有第一刻度线；所述支架靠近所述采集部的一端设置有第二刻度线；

其中，所述第一刻度线所在的表面与所述第二刻度线所在的表面平行；

所述测量针框架与所述支架对合形成的接触面位于所述第二刻度线的零刻度；所述第一刻度线与所述第二刻度线的最小刻度值相同。

6.根据权利要求5所述的靶材刻蚀量测量装置，其特征在于，所述测量尺的厚度大于或等于所述靶材的厚度。

7.根据权利要求5所述的靶材刻蚀量测量装置，其特征在于，所述测量针框架与所述支架相对的表面设置有第一卡合结构；

所述支架与所述测量针框架相对的表面设置有与所述第一卡合结构相配合的第二卡合结构。

8.根据权利要求2所述的靶材刻蚀量测量装置，其特征在于，所述测量尺在靠近所述轨道的一侧设置有滚珠。

9.根据权利要求2所述的靶材刻蚀量测量装置，其特征在于，所述测量部还包括推杆和把手；

所述推杆的一端安装于所述测量尺的背面，所述测量尺的背面和所述测量尺与所述模拟面相接触的表面相对设置；

所述把手安装于所述推杆的另一端。

10.根据权利要求1所述的靶材刻蚀量测量装置，其特征在于，所述测量针框架在背离所述测量针测量端的一侧开设有观测口，所述观测口用于观测所述测量针。

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