TW202045756A - 濺射系統，控制濺射系統的方法以及操作塗布系統的方法 - Google Patents

Abstract

一種濺射系統包括：真空腔室；電源，具有耦合到背板的極，背板用於在真空腔室內保持靶；基座，用於在真空腔室內保持基底；以及飛行時間照相機，被定位成掃描保持到背板的靶的表面。飛行時間照相機可用於獲得與在靶處於低於大氣壓的壓力下的同時所述靶的形貌有關的信息。靶信息可用於管理濺射系統的操作。管理濺射系統的操作可包括設定沉積製程的可調節參數或決定何時替換濺射靶。可使用機器學習以將飛行時間照相機數據應用於管理濺射系統操作。

Description

濺射系統，控制濺射系統的方法以及操作塗布系統的方法

本發明是有關於一種濺射系統，控制濺射系統的方法以及操作塗布系統的方法。

半導體工業中廣泛使用物理氣相沉積（Physical vapor deposition，PVD）（也稱為濺射（sputtering））來形成薄膜。典型的濺射系統包括真空腔室、高電壓直流（direct current，DC）電源、用以保持靶的背板（backing plate）及用以保持基底的基座（pedestal）。背板耦合到高電壓直流電源，由此背板上的靶提供陰極。在一些情形中，背板也耦合到射頻（radio frequency，RF）電源。基座上的基底提供陽極。腔室被抽真空且接著在減小的壓力下被以製程氣體回填。陰極與陽極之間的輝光放電（glow discharge）生成由來自製程氣體的正離子構成的等離子體。正離子朝向靶加速並轟擊靶而導致源材料的原子被噴出。被噴出的原子中的一些原子沉積在基底上而形成由源材料構成的薄膜。

增大真空腔室中的製程氣體壓力會提高濺射速率，但也會減少濺射原子的平均自由路程（mean free path），此可為所不期望的。磁控濺射（Magnetron sputtering）提供一種在不增大製程氣體壓力的條件下提高濺射速率的方式。在磁控濺射中，磁場被定位成增大腔室中自由電子的路程長度，此增大了這些電子與製程氣體相互作用的程度，而這又提高了等離子體生成速率。這使得對於給定的腔室壓力而言實現較高的等離子體濃度及較高的濺射速率。

本發明實施例提供一種濺射系統，所述濺射系統包括：真空腔室；電源，具有耦合到背板的極，背板用於在真空腔室內保持靶；基座，用於在真空腔室內保持基底；以及飛行時間照相機，被定位成掃描保持到背板的靶的表面。

本發明實施例提供一種控制濺射系統的方法。所述方法包括利用飛行時間照相機獲得與在濺射靶處於真空下的同時濺射靶的表面的形貌有關的靶數據以及利用靶數據控制濺射系統的操作。

本發明實施例提供一種操作塗布系統的方法，所述方法包括：將濺射靶及基底放置在腔室中；以帶正電荷的離子轟擊靶，以使靶材噴出；由噴出的靶材在基底上形成塗層；收集包括由指向靶的飛行時間照相機提供的信息的數據；以及基於所述數據操作塗布系統。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本公開提供用於實施本公開的不同特徵的許多不同的實施例或實例。以下闡述組件及排列的具體實例以簡化本公開。當然，這些僅為實例且不旨在進行限制。本文中可能使用例如“之下（beneath）”、“下面（below）”、“下部的（lower）”、“上方（above）”、“上部的（upper）”等空間相對性用語來闡述圖中所示的一個元件或特徵與另一（其他）元件或特徵的關係。這些空間相對性用語旨在除圖中所繪示的取向外還囊括元件或裝置在使用或操作中的不同取向。元件或裝置可具有其他取向（旋轉90度或其他取向），且本文中所使用的空間相對性描述語可相應地進行解釋。

PVD製程目標包括在使生產量最大化和使成本最小化的同時生產質量一致的塗層。一致性（consistency）可涉及晶圓上的均勻性、批次中多個晶圓之間的均勻性或批次到批次一致性（batch-to-batch consistency）。一致性可利用與質量度量（quality metric）有關的統計來表徵。質量度量可涉及顆粒密度或針孔缺陷、和下伏形貌的共形度、厚度、表面粗糙度、擊穿電壓、電阻率、應力或類似度量中的一者或多者相對於和給定應用相關的這些性質中的任一者的規範的關係。可通過調節以下沉積製程參數中的一者或多者來調整PVD製程以實現質量度量：製程氣體壓力、靶到基底距離（target-to-substrate distance）、製程時間、直流功率以及（在適用時）磁體位置、交流（alternating current，AC）功率、交流頻率、製程氣體成分及類似參數。

在實現質量度量與生產量及成本之間的平衡中的一個重要考慮因素是決定何時替換靶。考慮到靶材（target material）的成本及與靶替換相關聯的停機時間（downtime），在成本及生產量方面上非常期望降低靶替換頻率。由於靶非均勻地腐蝕（特別是在磁控濺射中）此一事實，實現此目標變得更加複雜。在磁控濺射中，磁場引起靶轟擊速率的空間變化而導致波狀靶表面（wavy target surface）演變。如果靶在任何一個點處完全磨損，則背板被暴露且可能濺射而對基底及濺射系統造成污染。靶磨損也可能在靶與基底之間造成起弧（arcing）。起弧指代與使製程氣體離子化的輝光放電相比為高電流和低電壓的放電。結節（nodule）、剝落（peeling）、開裂（cracking）或靶中的其它缺陷的形成也可使維護或靶替換成為必需。根據製程目標，可使用機器學習及其它先進的製程控制技術來優化濺射系統操作。

本公開的一些方面涉及一種配備有飛行時間（time of flight，TOF）照相機的濺射系統，所述飛行時間照相機被定位成掃描容納在所述濺射系統的真空腔室中的靶的表面。飛行時間照相機提供與靶的形貌有關的數據。所述數據可用於改善對濺射系統的操作的管理。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述數據用於確定何時替換靶。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述數據用於修改與靶的演變有關的沉積製程參數。在這些教示內容中的一些教示內容中，沉積製程參數涉及基底和靶之間的距離。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述數據用於在真空腔室保持在低於大氣壓的壓力下的同時修改沉積製程參數。在這些教示內容中的一些教示內容中，沉積製程參數被修改以維持由濺射系統產生的塗層的質量的一致性。在這些教示內容中的一些教示內容中，沉積製程參數被修改以防止起弧。修改沉積製程參數可涉及增加加工時間。

在這些教示內容中的一些教示內容中，所述濺射系統是磁控濺射系統。在磁控濺射系統中，飛行時間照相機在優化靶利用率（target utilization）方面特別有用。在這些教示內容中的一些教示內容中，濺射系統包括負載鎖定系統（load lock system），所述負載鎖定系統使得能夠在腔室保持在低於大氣壓的壓力下的同時改變基底。當預留真空限制了對靶狀況進行評定的選擇餘地時，具有飛行時間照相機數據是特別有用的。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機安裝在真空腔室內部。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機安裝到用於保持基底的基座。在這些教示內容中的一些教示內容中，在濺射發生的同時，飛行時間照相機與靶之間的視線（line of sight）被遮擋。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機以使得在濺射發生的同時保持到基座的基底將覆蓋飛行時間照相機的方式安裝到所述基座。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機凹陷到基座的基底保持表面後面。基底可接著保護照相機免受濺射，且在基底改變的同時，靶表面可被飛行時間照相機掃描。作為另外一種選擇，飛行時間照相機可定位在真空腔室外部，且可經由設置在真空腔室壁中的窗口（view port）掃描靶。

本教示內容的一些方面涉及形成將飛行時間照相機生成的數據與塗層數據相關聯的模型並利用此模型來幫助管理濺射系統的操作。所述方法可包括生成訓練數據、利用此數據來形成模型以及在操作濺射系統的過程中應用所述模型。訓練數據包括飛行時間照相機生成的靶數據以及塗層數據。塗層數據可包括一個或多個塗層質量度量。在這些教示內容中的一些教示內容中，訓練數據包括一個或多個可調節沉積製程參數。

形成所述模型可包括創建模型或調整模型。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述模型是概率依賴模型（probabilistic dependency model）。概率依賴模型可為貝葉斯網絡模型（Bayesian network model）、人工神經網絡（artificial neural network）或類似模型。概率依賴模型可提供在給定條件下實現成功塗布結果的概率。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述模型是非概率模型（non-probabilistic model）。非概率模型可為專家系統（expert system）、支持向量網絡（support vector network）或類似模型。非概率模型可提供關於在給定條件下塗布將成功還是失敗的二元預測。

在這些教示內容中的一些教示內容中，利用飛行時間照相機數據來表徵靶狀況。在這些教示內容中的一些教示內容中，表徵靶狀況的參數被確定為模型形成過程的部分。例如，形成貝葉斯網絡模型可包括優化用於表徵靶狀況的參數的數目及名稱（identity）。

圖1及圖2示出根據本教示內容一些方面的濺射系統100。濺射系統100包括真空腔室131、高電壓直流電源109、用以保持靶105的背板107及用以保持基底201（參見圖2）的基座115。背板107耦合到高電壓直流電源109，由此靶105可充當陰極以在靶105與基底201之間實現輝光放電。背板107還耦合到射頻（RF）電源101。濺射系統100是磁控濺射系統且包括背板107後面的磁體103。基底201通過基座115及可變電容器119耦合到接地117。真空泵送系統129能夠操作以對真空腔室131進行抽真空。製程氣體供應器111可用於將製程氣體205引入到真空腔室131中。負載鎖定系統113可用於在真空腔室131保持在低於大氣壓的壓力下的同時引入基底201或將基底201從真空腔室131移除。

飛行時間（TOF）照相機123安裝到基座115。飛行時間照相機123凹陷到基座115的基底保持表面120後面。如圖2中所示，當飛行時間照相機123以此方式安裝時，它們與靶105之間的視線在塗層203施加到基底201的同時被基底201遮擋。如圖1中所示，基底201可被從真空腔室131移除，以使得能夠通過飛行時間照相機123掃描靶105的表面127。應理解，“基座”是技術用語，且應理解，用於支撐基底201的結構被闡述為基座115而無論其形狀、其基底保持表面120的空間取向或使基底201在基底保持表面120上保持置位的機構如何。

每一個飛行時間照相機123可包括發射器125、感測器121及用於確定在光束126中在發射器125與感測器121之間行進的光子的飛行時間的電路。可使用任何適合的飛行時間照相機。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機123是固態元件。發射器125可包括雷射二極體。在這些教示內容中的一些教示內容中，發射器125包括垂直空腔表面發射雷射器（vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL）。飛行時間照相機123可能夠操作以在靶105的表面127之上掃描光束126。用於改變光束126的方向的結構可包括能夠操作以改變波導中的折射率的加熱器。在給定光束126的方向、光束126中光子的飛行時間以及光速的情況下，所述電路能夠確定飛行時間照相機123距表面127上使光束126的部分在撞擊感測器121之前反射的點的距離。在這些教示內容中的一些教示內容中，感測器121包括由各別的像素構成的陣列，所述像素各自接收光束126的不同部分。光束126可在表面127之上掃描以產生形貌地圖（topographical map）。所述地圖可通過將來自幾個飛行時間照相機123的數據加以組合來擴展。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機123所具有的距離分辨率小到足以檢測可能對塗層203造成影響的靶105的表面127上的結節。小到足以檢測結節的距離分辨率為約1毫米（mm）或小於1 mm。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述距離分辨率為100微米（μm）或小於100 μm。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述距離分辨率為10 μm或小於10 μm。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述距離分辨率為3 μm或小於3 μm。

飛行時間照相機123可使用任何適合的操作模式來獲得所期望的分辨率。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機123是關聯飛行時間成像器（correlation TOF imager）。關聯飛行時間成像器可產生經調幅掃描光束126以提高分辨率。分辨率可隨著調製頻率的提高而改善。在這些教示內容中的一些教示內容中，光束126以1千兆赫（GHz）或大於1 GHz進行調幅。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述調幅是以10 GHz或大於10 GHz進行。飛行時間照相機123可利用具有以較低頻率進行調幅的雷射的發射器125產生以這些高頻率進行調製的光束126。所述較低頻率可為小於500兆赫茲（MHz）的頻率，例如約120 Mhz或小於120 MHz的頻率。在這些教示內容中的一些教示內容中，較高頻率的光束126是通過以下方式由所輸出的較低頻率的雷射產生：使來自雷射的光束分離，在分離的光束的兩個部分之間形成相位差，接著重新組合所述兩個部分。此可例如利用在一個臂中具有晶體的馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder interferometer）或類似物來實現。在這些教示內容中的一些教示內容中，此類型的多個元件以級聯的方式排列，以提供具有所期望頻率的光束126。

在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機123的感測器121包括帶寬限值低於光束126的頻率的光電檢測器或類似元件。在接收端處可使用外差（Heterodyning）來將反射光束126中的高頻信息編碼為較低頻率。外差可為光電檢測器或類似元件產生處於所述元件的帶寬內的輸入。此可通過以下方式實現：使所接收光束126分離，在分離的光束的兩個部分之間形成相位差，接著重新組合所述兩個部分。至於發射器125，感測器121可利用在一個臂中具有晶體的馬赫-曾德爾干涉儀或類似物來實現這一點。所得信號可具有小於100赫茲（Hz）的拍音（beat note）。在一些實施例中，外差信號的拍音為10 Hz或小於10 Hz。這些低頻率拍音擴大了可用於在感測器121內檢測反射光束126的元件的範圍。具體來說，低頻率拍音可使得能夠使用具有多個像素的感測器121。

圖3示出根據本教示內容一些其他方面的濺射系統300。除了在濺射系統300中飛行時間照相機123位於真空腔室131外部且經由窗口301觀察靶表面127之外，濺射系統300在結構及操作上與濺射系統100大致相似。窗口301對於光束126的波長而言是透明的。

圖4示出根據本教示內容一些方面的用於操作濺射系統的方法400。儘管方法400也可適用於濺射系統300及其它配備有飛行時間照相機123的濺射系統，然而方法400將被闡述為應用於濺射系統100。方法400開始於為濺射系統100提供新的濺射靶105的動作401。可將靶105安裝到真空腔室131內部的背板107。此操作可能需要拆卸濺射系統100且需要顯著的停機時間。

靶105可為任何適合的濺射靶。在一些實施例中，濺射靶105是導電金屬或金屬合金。濺射靶105也可為介電質。靶105可具有任何適合的形狀。在一些實施例中，靶105是盤形的（disc-shaped）。在這些教示內容中的一些教示內容中，靶105具有朝向基座115取向的平的表面127。靶105可具有任何適合的大小。在一些實施例中，靶105為2 mm至50 mm厚。在一些實施例中，靶105的直徑為25 mm至1000 mm。

方法400繼續進行到利用真空泵送系統129對腔室131進行抽真空的動作403。出於此目的，可使用任何適合的真空泵送系統或真空泵送系統的組合。適合的真空泵送系統可包括機械泵（mechanical pump）且也可包括渦輪分子泵（turbomolecular pump）、低溫泵（cryogenic pump）或類似物。動作403可將腔室131中的壓力降低到小於10^-5 托或小於10^-6 托。

方法400繼續進行到利用一個或多個飛行時間照相機123獲得與靶105的表面127的形貌有關的數據的動作405。獲得所述數據可涉及使得飛行時間照相機123能夠掃描表面127。如果使用多於一個飛行時間照相機123，則掃描區域可交疊以改善形貌評定的精度（precision）及準確度（accuracy）。精度也可通過重複進行掃描並以適合的方法（例如求平均或類似方法）處理重複的測量結果來改善。

方法400繼續進行到將未被塗布的基底201裝設在真空腔室131內部的基座115上的動作407。在本教示內容的一些方面中，此是在真空腔室131保持在低於大氣壓的壓力下的同時利用負載鎖定系統113實現的。基底201可以圓形陣列或任何其它適合的排列方式放置在一個或多個基座115上。在這些教示內容中的一些教示內容中，基底201放置在安裝到一個或多個基座115的飛行時間照相機123之上。

方法400繼續進行到在基底201上生長塗層203的動作409。生長塗層203包括：在利用真空泵送系統129將真空腔室131維持在設定壓力下的同時使製程氣體205流經真空腔室131，操作高電壓直流電源109和/或射頻電源101以開始形成等離子體的輝光放電，並維持這些條件直到塗層203已達到所期望厚度為止。製程氣體205通常包括氬氣。也可包括另外的氣體（例如氧氣和/或氮氣）以提供反應沉積製程。

方法400繼續進行到從真空腔室131移除基底201的動作411。在本教示內容的一些方面中，此是在真空腔室131保持在低於大氣壓的壓力下的同時利用負載鎖定系統113實現的。可接著根據任何質量或一致性規範或度量來對塗層203進行評估。

方法400繼續進行到利用一個或多個飛行時間照相機123重新獲得與靶105的表面127的形貌有關的數據的動作413。動作413可與動作405相同。在這些教示內容中的一些教示內容中，在由動作409表示的沉積運行中的每一者之前及之後，通過飛行時間照相機123掃描靶105。作為另外一種選擇，掃描可較不頻繁。例如，可每兩次沉積運行進行一次掃描，或者每十次沉積運行進行一次掃描。

方法400繼續進行到其中根據本教示內容的一些方面基於利用飛行時間照相機123所獲得的數據來決定是否替換靶105的動作415。一般期望使靶105的壽命最大化，然而，在某些情況下，靶105將被腐蝕到一定程度而使得在不替換靶105的條件下可能不再能可靠地產生處於規範內的塗層203。在一些情形中，仍可能產生處於規範內的塗層203，但這僅在動作409的沉積製程參數被設定為使沉積製程過慢或以其它方式不可接受時才成立。無論是哪一種情形，其均可被認為是到了替換靶105的時間。

基於利用飛行時間照相機123所獲得的數據來決定是否替換靶105的動作可由人類操作者作出。例如，可注意到塗層203中的缺陷或者可檢測到真空腔室131中的起弧，且使用利用飛行時間照相機123所獲得的數據來檢驗靶105的形貌的表示形式可將靶105的腐蝕確認為原因，此可提示作出替換靶105的決定。然而，在這些教示內容中的一些教示內容中，處理利用飛行時間照相機123所獲得的數據以決定是否替換靶105的過程是自動的且可由計算機系統作出。在這些教示內容中的一些內容中，所述決定是通過將靶105的形貌的一個或多個特徵與所預先確定的標準進行比較而作出。例如，可使用靶105的形貌確定靶105在其最薄點處的厚度。如果此厚度低於臨界值，則可作出替換靶105的決定。

在這些教示內容中的一些教示內容中，基於利用飛行時間照相機123所獲得的數據來決定是否替換靶105涉及應用根據數據評估的靶105的狀況與可在給定靶105的所述狀況的情況下產生的塗層之間所預先確定的關係。在這些教示內容中的一些教示內容中，此所預先確定的關係包括一個或多個可調節沉積製程條件。當所預先確定的關係包括一個或多個可調節沉積製程條件時，判斷是否替換靶105可包括判斷是否可在可接受的限值內調節一個或多個沉積製程條件以在給定靶105的當前狀況的情況下產生所期望的塗層。

方法400可繼續進行到基於利用飛行時間照相機123所獲得的數據來選擇性地修改沉積製程的一個或多個可調節參數的動作417。動作417是可選的，因為根據本教示內容的方法可僅包括判斷靶105是否需要被替換的動作415或僅包括選擇性地修改沉積製程的一個或多個可調節參數的動作417。另一方面，根據本教示內容的方法可包括動作415與動作417二者。

動作417可包括選擇性地修改沉積製程的任何適合的一個或多個參數。在這些教示內容中的一些教示內容中，沉積製程的經調節參數包括靶到基底距離。在這些教示內容中的一些教示內容中，沉積製程的經調節參數包括沉積製程持續時間。在這些教示內容中的一些教示內容中，沉積製程的經調節參數包括真空腔室131中的壓力及高電壓直流電源109的功率電平中的一者或多者。在一些情況下可調節的其它參數包括（但不限於）磁體103的位置、高電壓直流電源109的電壓、射頻電源101的功率電平、射頻電源101的頻率、一種或多種製程氣體205的流速、可變電容器119的設定及基底201通過基座115而維持的溫度以及類似參數。

沉積製程參數可根據任何適合的目標來修改。在這些教示內容中的一些教示內容中，修改沉積製程條件的目標包括將沉積時間減少到與其它目標一致的程度。在這些教示內容中的一些教示內容中，修改沉積製程條件的目標包括使靶105的利用率最大化到與其它目標一致的程度。在這些教示內容中的一些教示內容中，使靶105的利用率最大化是使濺射良率（sputter yield）最大化。濺射良率是從靶105濺射且最終到達基底201上的塗層203中的材料的分率（fraction）。另一方面，使靶105的利用率最大化可包括對靶利用率的更複雜測量，例如靶消耗速率（rate of target waste）。靶消耗速率是對靶105接近壽命終止的速率的測量，且可包括沉積製程參數對靶105的腐蝕分佈曲線、靶105中缺陷的形成或類似狀況的影響。在這些教示內容中的一些教示內容中，修改沉積製程條件的目標包括使生產處於規範內的塗層的概率最大化到與其它目標一致的程度。使靶105的狀況、所修改的沉積製程參數及這些變量對相關目標的影響之間具有所預先確定的關係便於以這些方式中的任意一種方式修改沉積製程條件。

圖5示出根據本教示內容中一些方面的用於在模型輸入與和一個或多個目標有關的模型輸出之間形成所預先確定的關係的方法500，模型輸入包括由利用一個或多個飛行時間照相機123所獲得的數據反映的靶105的狀況。所預先確定的關係可被闡述為模型，且可用於控制濺射系統100、300或一些其它濺射系統的操作。例如，所預先確定的關係可用於方法400中。在這些教示內容中的一些教示內容中，模型輸入包括一個或多個可調節沉積製程參數。模型輸出可包括在輸入條件下獲得的塗層的質量、濺射良率、靶劣化速率、前述的組合或類似參數。方法500可為使用訓練實例來形成預測模型的機器學習過程。

方法500開始於採集訓練實例的動作501。動作501包括通過利用一個或多個飛行時間照相機123掃描靶105的表面127來採集數據的動作503、操作濺射系統100、300以產生塗層203的動作505、對所得塗層203進行評估的動作507以及（可選地）對靶105磨損進行評估的動作509。在這些教示內容中的一些教示內容中，所有沉積是利用一個濺射系統施行。此方式的優點在於，所得模型可捕獲此濺射系統的特異性（idiosyncrasies）且可格外好地適合用於控制此濺射系統。在這些教示內容中的一些教示內容中，沉積是利用多個相似的濺射系統施行。此方式具有便於收集大的數據集（data set）的優點。增大數據集的大小可提高所得模型的預測能力。

在這些教示內容中的一些教示內容中，利用一個或多個飛行時間照相機123掃描靶105的動作501是利用裝設在濺射系統100、300中固定位置處的所述一個或多個飛行時間照相機123施行。如果飛行時間照相機123在收集訓練數據時與它們用於控制濺射系統100、300的操作時位於相同的位置，則所得的所預先確定的關係的保真度（fidelity）及效用（utility）可提高。可在每一次沉積運行之前或之後掃描靶105。使用在沉積運行之前完成的掃描可為所期望的，因為所預先確定的關係可用於基於在沉積運行之前對靶105施行的掃描來預測沉積結果。另一方面，靶105可緩慢地演變，且在運行之後掃描靶105或每幾次運行掃描一次靶105便可為足夠的。

對基底進行塗布的動作505包括記錄將作為所預先確定的關係的輸入而包括進來的任何可調節沉積製程參數的值。還可注意到起弧的存在或不存在。其它可調節沉積製程參數可在運行到運行之間保持恒定。在這些教示內容中的一些教示內容中，在一系列塗布製程運行中以根據實驗矩陣變化的可調節沉積製程參數來重複進行動作503。實驗矩陣中的特定點可被重複許多次，以提高數據揭示這些參數對靶105的磨損及利用率的影響的能力。可包括在實驗矩陣中的一些可調節參數為（但不限於）製程氣體壓力、靶到基底距離、製程時間、直流功率、直流電壓以及（在適用時）磁體位置、交流功率、交流頻率、交流電壓、製程氣體流速及類似參數。

對塗層203進行評估的動作507可包括對任何適合的一組度量進行評估。這些度量可包括邏輯變量（例如是否滿足特定規範）、連續變量（例如塗層的電阻率）或兩種類型的參數的組合。度量可涉及顆粒密度或針孔缺陷、和下伏形貌的共形度、厚度、表面粗糙度、擊穿電壓、電阻率、應力或類似度量中的一者或多者，且可作為連續變量來確定或可根據值是否落於規範內來確定。

對靶105的磨損進行評估的動作509是可選的，因為靶壽命終止可通過不能產生滿足規範的塗層203來識別。因此，不明確包括靶失效（target failure）的訓練數據仍可用於確定靶壽命終止。然而，在這些教示內容中的一些教示內容中，所述模型用於預測靶磨損速率且訓練數據包括對靶磨損的測量。獲得靶磨損速率可包括在由可調節製程條件構成的實驗矩陣中的特定點處重複進行沉積製程，直到靶失效為止。靶失效可表示達到失效模式（failure mode）。可考慮到一種或多種失效模式。一種失效模式可為靶105在表面127上的某一點處薄化到特定程度。另一種失效模式可為靶105形成引起不可避免的起弧的尖峰（peak）。另一種失效模式可為靶105形成在塗層203中引起過量缺陷的表面缺陷。

一旦靶失效，則可對導致此失效的所有沉積製程運行指派磨損速率。此方式的缺點在於其可能需要進行許多實驗來獲得足夠的數據集。然而，所得模型可具有高的效用程度。例如，常見的情形是可通過增大直流功率來提高沉積製程速率，但是如果直流功率過量地增大，則靶將由於開裂、剝落或其他現象而經歷過早失效（premature failure）。在訓練數據中包括靶磨損速率能夠使模型用於優化可能被以另一種方式保守地設定的參數（例如直流功率），以避免過早靶失效。

動作511是根據飛行時間照相機123數據來表徵靶狀況。動作511表示將例如形貌表示形式等大量數據減少為數目相對少的參數以實現建模目的的過程。用於表徵靶105的狀況的參數可被先驗地識別。先驗參數（priori parameter）可包括例如靶105在其最薄點處的厚度、靶105的表面的高度的標准偏差及對靶105的表面127的粗糙度的測量或類似參數中的一者或多者。然而，在一些實施例中，模型形成過程包括優化用於表徵靶105的一組參數。例如，貝葉斯網絡模型可提供用於優化對靶表徵參數的選擇的機制。

動作513是利用訓練數據來形成所預先確定的關係或預測模型。此動作可包括應用數學方法。所應用的數學方法將取決於機器學習技術。可使用眾所周知的機器學習模型及相關聯的數學方法。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述模型是概率依賴模型。概率依賴模型可為貝葉斯網絡模型、人工神經網絡或類似模型。概率依賴模型可提供實現成功塗布的概率。在給定靶狀況的情況下，可在模型中運行各種沉積製程參數以確定使加工時間最小化且同時保持以可接受高水平獲得成功塗布的概率的一組參數，所述可接受高水平受例如最大可允許靶磨損速率等約束條件所約束。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述模型是非概率模型。非概率模型可為專家系統、支持向量網絡或類似模型。非概率模型可提供對在給定條件下塗布將成功還是失敗的二元預測。就概率模型來說，可使用計算機系統預測改變沉積製程參數的影響，且由此優化受約束條件所約束的目標（例如使沉積時間最小化）。

本教示內容的一些方面涉及一種濺射系統，所述濺射系統包括：真空腔室；電源，具有耦合到背板的極，背板用於在真空腔室內保持靶；基座，用於在真空腔室內保持基底；以及飛行時間照相機，被定位成掃描保持到背板的靶的表面。飛行時間照相機可用於獲得與在靶處於低於大氣壓的壓力下的同時所述靶的形貌有關的信息。靶信息可用於管理濺射系統的操作。管理濺射系統的操作可包括設定沉積製程的可調節參數或決定何時替換濺射靶。可使用機器學習以便於將飛行時間照相機用於管理濺射系統操作。

在這些教示內容中的一些教示內容中，所述濺射系統是磁控濺射系統。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機安裝到基座。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機凹陷到基座的基底保持表面後面。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機安裝在真空腔室外部，且真空腔室在飛行時間照相機與背板之間具有窗口。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機具有足以檢測靶表面上的結節的分辨率。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機包括垂直空腔表面發射雷射器（VCSEL）。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機是被定位成掃描保持到背板的靶的所述表面的多個飛行時間照相機中的一者。

本教示內容的一些方面涉及一種控制濺射系統的方法。所述方法包括利用飛行時間照相機獲得與濺射靶的表面的形貌有關的靶數據以及利用靶數據控制濺射系統的操作。在這些教示內容中的一些教示內容中，飛行時間照相機用於獲得與在濺射靶於濺射系統內處於低於大氣壓的壓力下的同時所述濺射靶的表面的形貌有關的靶數據。在這些教示內容中的一些教示內容中，所述方法包括對沿飛行時間照相機與靶之間的視線定位的基底進行塗布以及在利用飛行時間照相機獲得靶數據之前移除基底。在這些教示內容中的一些教示內容中，利用靶數據控制濺射系統的操作包括利用靶數據確定何時替換靶。在這些教示內容中的一些教示內容中，利用靶數據控制濺射系統的操作包括基於靶數據來表徵靶狀況以及基於靶狀況來修改濺射系統的沉積製程參數。

本教示內容的一些方面涉及一種預先確定靶數據與沉積製程結果之間的關係並利用此關係控制濺射系統的操作的方法。所述方法包括執行一系列濺射塗布操作以獲得訓練數據，其中訓練數據包括與在所述一系列濺射塗布操作期間產生的塗層的性質有關的塗層數據以及通過在所述一系列濺射塗布操作的過程期間利用飛行時間照相機或另一飛行時間照相機檢查濺射靶的表面而獲得的靶訓練數據。訓練數據用於確定至少包括可根據靶數據確定的靶狀況的模型輸入與可由塗層數據表征的至少一個模型輸出之間的關係，其中所述靶數據與所確定的所述關係結合使用以控制所述濺射系統的所述操作。在這些教示內容中的一些教示內容中，靶數據與所預先確定的關係結合使用以確定何時替換靶。

在這些教示內容中的一些教示內容中，訓練數據進一步包括濺射系統的一個或多個可調節沉積製程參數。在這些教示內容中的一些教示內容中，訓練數據包括靶的磨損速率。在這些教示內容中的一些教示內容中，將靶數據與所預先確定的關係結合使用以控制濺射系統的操作涉及修改可調節沉積製程參數中的至少一者。在這些教示內容中的一些教示內容中，靶數據與所預先確定的關係結合使用以減少起弧。在這些教示內容中的一些教示內容中，靶數據與所預先確定的關係結合使用以基於所述數據設定靶到基底距離。

本教示內容的一些方面涉及一種操作塗布系統的方法，所述方法包括：將濺射靶及基底放置在腔室中；以帶正電荷的離子轟擊靶，以使靶材噴出；由噴出的靶材在基底上形成塗層；收集包括由指向靶的飛行時間照相機提供的信息的數據；以及基於所述數據操作塗布系統。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、300:濺射系統 101:射頻（RF）電源 103:磁體 105:靶/濺射靶 107:背板 109:高電壓直流（DC）電源 111:製程氣體供應器 113:負載鎖定系統 115:基座 117:接地 119:可變電容器 120:基底保持表面 121:感測器 123:飛行時間（TOF）照相機 125:發射器 126:光束 127:靶表面 129:真空泵送系統 131:腔室 201:基底 203:塗層 205:製程氣體 301:窗口 400、500:方法 401、403、405、407、409、411、413、415、417、501、503、505、507、509、511、513:動作

結合附圖閱讀以下詳細說明，會最好地理解本公開的方面。根據標準行業慣例，特徵並非按比例繪製。此外，各別圖式內的各種特徵的尺寸可相對於彼此任意地增大或減小，以便於例示或提供強調。 圖1示出根據本公開一些方面的濺射系統的剖視圖。 圖2示出在沉積運行（deposition run）期間的圖1所示濺射系統。 圖3示出根據本公開一些其他方面的濺射系統的剖視圖。 圖4提供根據本教示內容一些方面的方法的流程圖。 圖5提供根據本教示內容一些其他方面的方法的流程圖。

400:方法

401、403、405、407、409、411、413、415、417:動作

Claims (1)

1. 一種濺射系統，包括： 真空腔室； 電源，具有極； 背板，用於在所述真空腔室內保持靶，其中所述背板耦合到所述極； 基座，用於在所述真空腔室內保持基底；以及 飛行時間照相機，被定位成掃描保持到所述背板的所述靶的表面。

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