CN113340261A - 一种靶材粗糙度的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种靶材粗糙度的监测方法，所述监测方法包括如下步骤：(1)圆形靶材的溅射面均分为至少4个扇形区域；(2)分别对每个扇形区域的熔射区域进行测量，记录每个扇形区域的Ra与Rz值；(3)步骤(2)测量数值与预设值进行对比，当至少1个测量数据偏离预设值时，判定靶材粗糙度不合格；测量值均在预设值范围内时，判定靶材粗糙度合格。所述监测方法能够有效降低人工检测带来的误差，同时提高监测效率，保证后续磁控溅射镀膜的稳定性。

Description

一种靶材粗糙度的监测方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种关于磁控溅射的方法，尤其涉及一种靶材粗糙度的监测方法。

背景技术

磁控溅射技术是半导体制造工艺中普遍应用的一种镀膜技术，其工作原理是通过射频电源或直流电源形成的等离子体内的具有高能量的气体离子撞击靶材表面，将粒子从靶材表面射出并贴附到基板表面，从而在基板表面形成膜层的方法。

在采用磁控溅射技术进行镀膜过程中，对靶材表面的粗糙度存在一定的要求。如果靶材表面的某个部位有较大的异物、或者靶材表面存在某个较小但尖锐的异物，异物在溅射过程中会积累大量的电荷；当异物积累的电荷达到一定数量时，积累的电荷会在瞬间释放出来，使靶材上存有异物的部分与基板之间的电压瞬间发生较大的变化而产生电弧，该现象称之为异常放电现象。

由于异常放电现象所导致的镀膜产品不良的缺陷，因此需要对靶材的粗糙度进行控制与检测。

现有技术为了监控镀膜质量，往往在磁控溅射设备中安装监控设备，用于监测磁控溅射靶材的表面粗糙度。其工作原理是在磁控溅射设备镀膜过程中记录阴极和阳极之间的电压波动情况，并记录在镀膜过程中发生电弧的数量；当镀膜过程中发生电弧的数量超过某一个阈值时，监控设备发出警报，并停止溅射镀膜进程。但该方法在发生异常放电现象之后才能获取检测结果，在采用磁控溅射方法进行镀膜过程中不能避免由于靶材上异物的异常放电所导致的产品不良。因此，在磁控溅射之前对靶材表面粗糙度进行改良监测，同样十分重要。

CN 111889768A公开了一种降低靶材表面粗糙度的加工方法，包括采用不同的铣削工艺参数对靶材表面依次进行粗加工、半精加工和精加工；在粗加工过程中，通过控制铣削工艺参数使靶材表面粗糙度降低至Ra≤1.0μm；在半精加工过程中，通过控制铣削工艺参数使粗加工后的靶材表面粗糙度进一步减低至≤0.6μm；在精加工过程中，通过控制铣削工艺使半精加工后的靶材表面粗糙度进一步降低至≤0.2μm。其通过控制粗加工、半精加工和精加工的工艺，降低了靶材表面的粗糙度。

CN 109295427A公开了一种溅射靶材的清洁方法及装置，该清洁方法包括利用海绵砂块的第一面对靶材的溅射面的第一区域进行第一次打磨，去除第一区域的氧化物；对第一次打磨过程中产生的打磨杂质进行第一静电吸附，去除第一次打磨过程中产生的杂质；利用海绵砂块的第二面对靶材的溅射面进行第二次打磨，海绵砂块第二面的粗糙度小于海绵砂块第一面的粗糙度；对第二次打磨过程中产生的打磨杂质进行第二静电吸附，去除第二次打磨过程中产生的杂质；对靶材进行烘烤，对靶材的溅射面进行第三次打磨。通过上述方法清洁靶材，能够避免出现间断放电现象。

上述方法的重点为对靶材进行处理的方法，但表面处理后还需要对靶材表面的粗糙度进行检测，这是保证粗糙度复合工艺要求的最后一道工序，对于提高成膜质量十分重要。因此，需要提供一种行之有效的靶材粗糙度的监测方法，保证表面处理后的靶材粗糙度复合工艺要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种靶材粗糙度的监测方法，所述监测方法能够有效降低人工检测带来的误差，同时提高监测效率，保证后续磁控溅射镀膜的稳定性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种靶材粗糙度的监测方法，所述监测方法包括如下步骤：

(1)圆形靶材的溅射面均分为至少4个扇形区域；

(2)分别对每个扇形区域的熔射区域进行测量，记录每个扇形区域的Ra与Rz值；

(3)步骤(2)测量数值与预设值进行对比，当至少1个测量数据偏离预设值时，判定靶材粗糙度不合格；测量值均在预设值范围内时，判定靶材粗糙度合格。

检测表面粗糙度的常用方法包括样块比较法、显微镜比较法、光且显微镜测量法以及干涉显微镜测量法。

其中样块比较法以表面粗糙度比较样块工作面上的粗糙度为标准，用视觉法或触觉法与被测表面进行比较，以判断被测表面是否符合规定。显微镜比较法将被测表面与表面粗糙度比较样块靠近在一起，用比较显微镜观察两者被放大的表面，以样块工作面上的粗糙度为标准，观察比较被测表面是否达到相应样块的表面粗糙度。光切显微镜测量法利用光切原理测量表面粗糙度，从目镜观察表面粗糙度轮廓图像，用测微装置测量Rz值和Ry值，通过轮廓图像计算Ra值。干涉显微镜测量法利用光波干涉原理，以光波波长为基准来测量表面粗糙度，被测表面有一定的粗糙度就呈现出凹凸不平的峰谷状干涉条纹，通过目镜观察、利用测微装置测量这些干涉条纹的数目和峰谷的弯曲程度，即可计算出表面粗糙度的Ra值。

但上述方法均为人工测量方法，无法对圆形靶材的表面粗糙度进行快速精准监测，而且监测效率较低，容易由人工误差带来测量错误。本发明提供的方法的测量对象为圆形靶材的熔射区域，通过设定特定范围的Ra与Rz值，使符合要求的圆形靶材具有良好的磁控溅射稳定性，能够有效避免异常放电现象。

本发明首先将圆形靶材的溅射面均分为至少4个扇形区域，例如可以是4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为4-8个，进一步优选为4个。本发明通过设置多个扇形区域，然后分别对不同的扇形区域进行测量，当其中的某一个区域不符合要求时，即可判断整个靶材不符合工艺要求，从而降低了对粗糙度进行监测的时间，提高了监测效率。

优选地，所述Ra的预设值为12-15μm。

本发明所述Ra的预设值为12-15μm是指，Ra的最小值在12μm以上，例如可以是12μm、12.1μm、12.2μm、12.3μm、12.4μm、12.5μm、12.6μm、12.7μm、12.8μm、12.9μm或13μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；Ra的最大值在15μm以下，例如可以是14μm、14.1μm、14.2μm、14.3μm、14.4μm、14.5μm、14.6μm、14.7μm、14.8μm、14.9μm或15μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，所述Rz的预设值为70-100μm。

本发明所述Rz的预设值为70-100μm是指，Ra的最小值在70μm以上，例如可以是71μm、72μm、73μm、74μm、75μm、76μm、77μm、78μm、79μm或80μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；Rz的最大值在100μm以下，例如可以是90μm、91μm、92μm、93μm、94μm、95μm、96μm、97μm、98μm、99μm或100μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述测量为使用粗糙度检测仪进行测量。

本发明不对粗糙度检测仪的具体型号进行限定，只要能够实现粗糙度的连续测量，并能够将测量数据转换为数字信号进行传输即可。

优选地，所述粗糙度检测仪测量数据传输至MES系统，当某一扇形区域的靶材粗糙度不合格时，MES系统输出信号停止对圆形靶材的粗糙度进行检测。

本发明所述输出信号包括但不限于颜色信号或声音信号，所述颜色包括合格输出的颜色与不合格输出的颜色不同，以便于操作人员进行区分；所述声音信号包括不合格时发出声音，以提醒操作人员。

优选地，对每个扇形区域的熔射区域进行测量之前，还包括对圆形靶材进行热处理的步骤。

本发明通过热处理能够去除圆形靶材熔射区域内的杂质，从而提高粗糙度检测的准确性。

优选地，所述热处理为对熔射区域进行加热处理，加热处理的温度为200-300℃，例如可以是200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

作为本发明所述监测方法的优选技术方案，所述监测方法包括如下步骤：

(1)圆形靶材的溅射面均分为至少4个扇形区域；

(2)对圆形靶材的进行熔射区域进行加热处理，加热处理的温度为200-300℃，然后使用粗糙度检测仪分别对每个扇形区域的熔射区域进行测量，记录每个扇形区域的Ra与Rz值；

(3)步骤(2)测量数值传输至MES系统，与预设值进行对比，测量值均在预设值范围内时，判定靶材粗糙度合格；当至少1个测量数据偏离预设值时，判定靶材粗糙度不合格，同时MES系统输出信号停止对圆形靶材的粗糙度进行检测。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的方法的测量对象为圆形靶材的熔射区域，通过设定特定范围的Ra与Rz值，使符合要求的圆形靶材具有良好的磁控溅射稳定性，能够有效避免异常放电现象；

(2)本发明通过MES系统对粗糙度信号进行分析，提高了监测效率，便于操作人员对数据进行分析。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供了一种靶材粗糙度的监测方法，所述监测方法包括如下步骤：

(1)圆形靶材的溅射面均分为8个扇形区域；

(2)使用粗糙度检测仪分别对每个扇形区域的熔射区域进行测量，记录每个扇形区域的Ra与Rz值；

(3)步骤(2)测量数值传输至MES系统，与预设值进行对比，测量值均在预设值范围内时，判定靶材粗糙度合格；当至少1个测量数据偏离预设值时，判定靶材粗糙度不合格，同时MES系统输出信号停止对圆形靶材的粗糙度进行检测。

其中Ra的预设值为12-15μm，Rz的预设值为70-100μm。

所述输出信号为颜色信号，所述颜色为合格输出的绿色，不合格输出红色，以便于操作人员进行区分。

本实施例提供的监测方法能够有效降低人工检测带来的误差，同时提高监测效率，保证后续磁控溅射镀膜的稳定性。

经本实施例判定合格的圆形靶材，用于磁控溅射时，不存在异常放电现象。

实施例2

本实施例提供了一种靶材粗糙度的监测方法，所述监测方法包括如下步骤：

(1)圆形靶材的溅射面均分为6个扇形区域；

(2)使用粗糙度检测仪分别对每个扇形区域的熔射区域进行测量，记录每个扇形区域的Ra与Rz值；

(3)步骤(2)测量数值传输至MES系统，与预设值进行对比，测量值均在预设值范围内时，判定靶材粗糙度合格；当至少1个测量数据偏离预设值时，判定靶材粗糙度不合格，同时MES系统输出信号停止对圆形靶材的粗糙度进行检测。

其中Ra的预设值为12-15μm，Rz的预设值为70-100μm。

所述输出信号为颜色信号，所述颜色为合格输出的绿色，不合格输出红色，以便于操作人员进行区分。

本实施例提供的监测方法能够有效降低人工检测带来的误差，同时提高监测效率，保证后续磁控溅射镀膜的稳定性。

经本实施例判定合格的圆形靶材，用于磁控溅射时，不存在异常放电现象。

本实施例与实施例1相比，扇形区域的数量减少，减少了测量的次数，但不利于降低批量测试时所花时间。

实施例3

本实施例提供了一种靶材粗糙度的监测方法，所述监测方法包括如下步骤：

(1)圆形靶材的溅射面均分为4个扇形区域；

(2)使用粗糙度检测仪分别对每个扇形区域的熔射区域进行测量，记录每个扇形区域的Ra与Rz值；

(3)步骤(2)测量数值传输至MES系统，与预设值进行对比，测量值均在预设值范围内时，判定靶材粗糙度合格；当至少1个测量数据偏离预设值时，判定靶材粗糙度不合格，同时MES系统输出信号停止对圆形靶材的粗糙度进行检测。

其中Ra的预设值为12-15μm，Rz的预设值为70-100μm。

所述输出信号为颜色信号，所述颜色为合格输出的绿色，不合格输出红色，以便于操作人员进行区分。

本实施例提供的监测方法能够有效降低人工检测带来的误差，同时提高监测效率，保证后续磁控溅射镀膜的稳定性。

经本实施例判定合格的圆形靶材，用于磁控溅射时，不存在异常放电现象。

本实施例与实施例1相比，扇形区域的数量减少，减少了测量的次数，同时不会提高批量测试时所花时间。

实施例4

本实施例提供了一种靶材粗糙度的监测方法，所述监测方法包括如下步骤：

(1)圆形靶材的溅射面均分为4个扇形区域；

(2)对圆形靶材的进行熔射区域进行加热处理，加热处理的温度为200℃，然后使用粗糙度检测仪分别对每个扇形区域的熔射区域进行测量，记录每个扇形区域的Ra与Rz值；

(3)步骤(2)测量数值传输至MES系统，与预设值进行对比，测量值均在预设值范围内时，判定靶材粗糙度合格；当至少1个测量数据偏离预设值时，判定靶材粗糙度不合格，同时MES系统输出信号停止对圆形靶材的粗糙度进行检测。

其中Ra的预设值为12-15μm，Rz的预设值为70-100μm。

所述输出信号为声音信号，所述声音信号为不合格时发出声音，以提醒操作人员。

本实施例提供的监测方法能够有效降低人工检测带来的误差，同时提高监测效率，保证后续磁控溅射镀膜的稳定性。

经本实施例判定合格的圆形靶材，用于磁控溅射时，不存在异常放电现象。

与实施例3相比，本实施例通过热处理能够去除圆形靶材熔射区域内的杂质，从而提高粗糙度检测的准确性。

实施例5

本实施例提供了一种靶材粗糙度的监测方法，所述监测方法包括如下步骤：

(1)圆形靶材的溅射面均分为4个扇形区域；

(2)对圆形靶材的进行熔射区域进行加热处理，加热处理的温度为250℃，然后使用粗糙度检测仪分别对每个扇形区域的熔射区域进行测量，记录每个扇形区域的Ra与Rz值；

(3)步骤(2)测量数值传输至MES系统，与预设值进行对比，测量值均在预设值范围内时，判定靶材粗糙度合格；当至少1个测量数据偏离预设值时，判定靶材粗糙度不合格，同时MES系统输出信号停止对圆形靶材的粗糙度进行检测。

其中Ra的预设值为12-15μm，Rz的预设值为70-100μm。

所述输出信号为声音信号，所述声音信号为不合格时发出声音，以提醒操作人员。

本实施例提供的监测方法能够有效降低人工检测带来的误差，同时提高监测效率，保证后续磁控溅射镀膜的稳定性。

经本实施例判定合格的圆形靶材，用于磁控溅射时，不存在异常放电现象。

与实施例3相比，本实施例通过热处理能够去除圆形靶材熔射区域内的杂质，从而提高粗糙度检测的准确性。

实施例6

本实施例提供了一种靶材粗糙度的监测方法，所述监测方法包括如下步骤：

(1)圆形靶材的溅射面均分为4个扇形区域；

(2)对圆形靶材的进行熔射区域进行加热处理，加热处理的温度为300℃，然后使用粗糙度检测仪分别对每个扇形区域的熔射区域进行测量，记录每个扇形区域的Ra与Rz值；

(3)步骤(2)测量数值传输至MES系统，与预设值进行对比，测量值均在预设值范围内时，判定靶材粗糙度合格；当至少1个测量数据偏离预设值时，判定靶材粗糙度不合格，同时MES系统输出信号停止对圆形靶材的粗糙度进行检测。

其中Ra的预设值为12-15μm，Rz的预设值为70-100μm。

所述输出信号为声音信号，所述声音信号为不合格时发出声音，以提醒操作人员。

本实施例提供的监测方法能够有效降低人工检测带来的误差，同时提高监测效率，保证后续磁控溅射镀膜的稳定性。

经本实施例判定合格的圆形靶材，用于磁控溅射时，不存在异常放电现象。

与实施例3相比，本实施例通过热处理能够去除圆形靶材熔射区域内的杂质，从而提高粗糙度检测的准确性。

综上所述，本发明提供的方法的测量对象为圆形靶材的熔射区域，通过设定特定范围的Ra与Rz值，使符合要求的圆形靶材具有良好的磁控溅射稳定性，能够有效避免异常放电现象；本发明通过MES系统对粗糙度信号进行分析，提高了监测效率，便于操作人员对数据进行分析。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种靶材粗糙度的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括如下步骤：

(1)圆形靶材的溅射面均分为至少4个扇形区域；

(2)分别对每个扇形区域的熔射区域进行测量，记录每个扇形区域的Ra与Rz值；

(3)步骤(2)测量数值与预设值进行对比，当至少1个测量数据偏离预设值时，判定靶材粗糙度不合格；测量值均在预设值范围内时，判定靶材粗糙度合格。

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，将圆形靶材的溅射面均分为4-8个扇形区域。

3.根据权利要求1或2所述的监测方法，其特征在于，将圆形靶材的溅射面均分为4个扇形区域。

4.根据权利要求1-3任一项所述的监测方法，其特征在于，所述Ra的预设值为12-15μm。

5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，所述Rz的预设值为70-100μm。

6.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，步骤(2)所述测量为使用粗糙度检测仪进行测量。

7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，所述粗糙度检测仪测量数据传输至MES系统，当某一扇形区域的靶材粗糙度不合格时，MES系统输出信号停止对圆形靶材的粗糙度进行检测。

8.根据权利要求1-7任一项所述的监测方法，其特征在于，对每个扇形区域的熔射区域进行测量之前，还包括对圆形靶材进行热处理的步骤。

9.根据权利要求8任一项所述的监测方法，其特征在于，所述热处理为对熔射区域进行加热处理，加热处理的温度为200-300℃。

10.根据权利要求1-9任一项所述的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括如下步骤：

(1)圆形靶材的溅射面均分为至少4个扇形区域；

(2)对圆形靶材的进行熔射区域进行加热处理，加热处理的温度为200-300℃，然后使用粗糙度检测仪分别对每个扇形区域的熔射区域进行测量，记录每个扇形区域的Ra与Rz值；

(3)步骤(2)测量数值传输至MES系统，与预设值进行对比，测量值均在预设值范围内时，判定靶材粗糙度合格；当至少1个测量数据偏离预设值时，判定靶材粗糙度不合格，同时MES系统输出信号停止对圆形靶材的粗糙度进行检测。