TWI479539B - 沈積層之方法以及控制系統 - Google Patents

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Description

沈積層之方法以及控制系統
本發明係關於薄膜沈積，且特定言之係關於將一層濺鍍沈積至一參考沈積厚度。
濺鍍沈積係廣泛用於沈積薄膜並致能一寬廣範圍的裝置與組件的製造。濺鍍沈積尤其適用於針對光學應用的薄膜裝置的製造。此類薄膜裝置可包括一單一層或數目範圍從二至數千的複數個層。此類薄膜裝置的光譜效能取決於其包括的層的厚度。因而，將層沈積至一參考沈積厚度的能力十分重要。
一典型濺鍍沈積系統包括一目標陰極、一陽極、一基板、一電漿及一電源。在其中引入一氣體之一真空室內沈積該等目標陰極、陽極及基板。位於該真空室外部的電源係用以在該目標陰極與該陽極之間施加一電壓，下稱陰極電壓。該陰極電壓部分離子化該真空室中的氣體，從而產生一電漿。該電漿包含帶正電離子，其係吸引至帶負電的目標陰極並朝向其加速。當該等離子與該目標陰極碰撞時，目標材料係從該目標陰極濺鍍。該濺鍍的目標材料在該基板上以及該濺鍍沈積系統之其他表面上沈積為一層。其中，典型目標材料包括：金屬材料，例如鉭、鈮及鋁；半導體元素，例如矽與鍺；以及導電氧化物，例如(In2 O3 )1-x (SnO2 )x (氧化銦錫(ITO))、Ta2 O5-x 及TiO2-x 。
已開發許多濺鍍沈積的變化。在磁電濺鍍沈積中，一磁 電管係包括於該濺鍍沈積系統中以在該目標陰極附近產生磁場。該等磁場限制電子並產生一更密集的電漿以增加該濺鍍速率。在反應濺鍍沈積中，一惰性氣體與一反應氣體之一氣體混合物係引入該濺鍍沈積系統之真空室中，並且藉由該目標材料與該反應氣體之間的化學反應來形成該層。在脈衝直流(DC)濺鍍沈積中，該目標陰極與該陽極之間的電壓係週期性反轉至一較小相反電壓以最小化電荷積聚與電弧。在交流(AC)濺鍍沈積中，一AC電壓係施加於兩個目標電極之間，其交替作為陰極與陽極以最小化電弧。在射頻(RF)濺鍍沈積中，一RF電壓係施加於一目標電極與一第二電極之間以最小化電荷積聚，從而允許濺鍍非導電材料。在高功率脈衝磁電濺鍍沈積中，短高功率脈衝係供應至一磁電濺鍍沈積系統中的目標陰極以產生一電漿，其如此密集以致於較大比例的濺鍍目標材料係離子化，從而造成密集並且黏著較佳之層的沈積。
在任何濺鍍沈積技術中，目標材料從該目標陰極的濺鍍速率與該層在該基板上的相關沈積速率受大量操作參數影響，其中包括供應以產生與保持該電漿的功率(下稱陰極功率)、藉由該目標陰極汲取的電流(下稱陰極電流)、該目標陰極與該陽極之間的電漿之阻抗(下稱陰極阻抗)及陰極電壓。
當已知一層之沈積速率時，可決定該層具有一參考沈積厚度之一沈積時間。該層之沈積厚度與時間的相依關係d(T)等於該沈積速率與時間之相依關係r(t)的隨時間積分， 其係依據以下等式： 通常，該濺鍍沈積系統之電源經組態用以提供恆定的陰極功率，並且假定該沈積速率係一恆定參考沈積速率rr ,，以使得：d (T )=r r T 。(2)在一些實例中，可在等式(2)中包括一恆定偏移項b以校正由開始或停止該層之沈積或由電腦指令與裝置響應之間的延遲引起的沈積速率隨時間的任何瞬變變更，例如給出：d (T )=r r T +b 。(3)為簡單起見，下面將不明確考量一恆定偏移項。
傳統上，於其該層具有一參考沈積厚度dr 之一參考沈積時間tr 係基於該參考沈積速率rr 來決定，其係依據： 然而，此方法依賴於當陰極功率係恆定保持於一參考值時該沈積速率係恆定的假定，其通常係不正確的。
例如，在以恆定陰極功率沈積一層期間，濺鍍目標材料在該濺鍍沈積系統之表面上的累積可能造成陰極阻抗的變化。為保持恆定的陰極功率，該電源自動調整陰極電壓與陰極電流以補償陰極阻抗的變化。陰極電壓與陰極電流隨時間的變更可能導致該沈積速率隨時間背離該參考沈積速 率，並因而導致該層的沈積厚度的誤差。
為保持一層之一恆定參考沈積速率，可在沈積該層期間調整該濺鍍沈積系統的一或多個操作參數。例如，可藉由調整陰極功率(如Turner的美國專利第4,166,783號、Hurwitt等人的美國專利第5,174,875號及Suzuki等人的美國專利第5,911,856號所述)，藉由在磁電濺鍍沈積期間調整一磁場(如Boys等人的美國專利第4,500,408號所述)，藉由在反應濺鍍沈積期間調整一反應氣體之一流動速率(如Suzuki等人的美國專利第5,911,856號、Toyama的美國專利第6,475,354號及Gibson等人的世界專利申請案第WO 2006/032925號所述)，或藉由調整電漿密度(如Kearney等人的美國專利第6,554,968號所述)來調節該沈積速率。
特定言之，在Barber等人的美國專利第6,746,577號中說明藉由在反應濺鍍沈積期間調整一氣體混合物之組成物來調節一層之沈積速率的方法。在沈積該層期間，陰極電流或陰極電壓係恆定保持於一參考值，並且該氣體混合物之組成物係調節以使陰極阻抗保持於一參考值。因此，保持一幾乎恆定的參考沈積速率。為補償該沈積速率隨時間的任何瞬時變更，在沈積該層期間遞送至該目標陰極的能量(下稱陰極能量)係隨時間加總。一旦已供應一參考陰極能量，該層之沈積便自動停止。
作為保持一層之一恆定參考沈積速率的策略之一延伸，可在沈積該層期間直接監視該層的生長或該目標陰極的腐蝕以確定該層的沈積速率。若偵測到該沈積速率背離該參 考沈積速率，則可相應調整操作參數，(例如)如Nulman的美國專利第5,754,297號、Iturralde的美國專利第5,955,139號及Sonderman等人的美國專利第7,324,865號所述。同樣，可將藉由直接監視該層之生長或該目標陰極之腐蝕確定的一層之一沈積速率用以決定該層具有一參考沈積厚度之一沈積時間，(例如)如Lee等人的美國專利申請案第2006/0144335號所述。
亦已開發此類策略的變化以用於改良特定基板(例如步進式晶圓，如Hurwitt等人的美國專利第4,957,605號所述，或透鏡元件，如Burton等人的美國專利第6,440,280號所述)上一層之沈積厚度的均勻度。
本發明之一目的係藉由提供用於在具有一目標陰極之一濺鍍沈積系統中沈積一層的簡單方法及控制系統來克服先前技術的缺點。在沈積該層之前，提供該層之一沈積速率與選自陰極電壓、陰極電流及陰極功率之一操作參數的一第一相依關係。在沈積該層期間，代替藉由調整該操作參數穩定該沈積速率，允許該操作參數隨時間漂移。測量該操作參數與時間的一第二相依關係，同時使亦選自陰極電壓、陰極電流及陰極功率之一不同的操作參數保持實質上恆定。基於該等第一與第二相依關係，在沈積該層期間針對該層之一沈積時間係動態決定，而不直接監視該層之生長或該目標陰極之腐蝕。
因此，本發明係關於一用於在具有一目標陰極之一濺鍍 沈積系統中沈積一層的方法，其包含以下有序步驟：a)從由陰極電壓、陰極電流及陰極功率組成之一操作參數群組選擇第一與第二參數，以使得該等第一與第二參數係不同的操作參數；b)提供該層之一沈積速率與該第一參數之一第一相依關係；c)開始該層的沈積；d)在沈積該層期間使該第二參數實質上恆定地保持於一參考值；e)在沈積該層期間測量該第一參數與時間之一第二相依關係；f)在沈積該層期間基於該等第一與第二相依關係來決定針對該層之一沈積時間；以及g)於該沈積時間停止該層之沈積。
本發明之另一態樣係關於一用於在具有一目標陰極之一濺鍍沈積系統中沈積一層的控制系統，其包含：一介面，其用於從由陰極電壓、陰極電流及陰極功率組成之一操作參數群組選擇第一與第二參數，以使得該等第一與第二參數係不同的操作參數，並用於提供該層之一沈積速率與該第一參數之一第一相依關係；以及一控制器，其經組態用以控制一電源開始該層的沈積，用以控制該電源在沈積該層期間使該第二參數實質上恆定地保持於一參考值，用以監視該電源在沈積該層期間測量該第一參數與時間之一第二相依關係用以在沈積該層期間基於該等第一與第二相依關係來決定針對該層之一沈積時間，並用以控制該電源於該沈積時間停止該層之沈積。
本發明之另一態樣係關於一用於在具有一目標陰極之一濺鍍沈積系統中沈積一層的控制系統，其包含：a)用於從由陰極電壓、陰極電流及陰極功率組成之一操作參數群組 選擇第一與第二參數以使得該等第一與第二參數係不同操作參數的構件；b)用於提供該層之一沈積速率與該第一參數之一第一相依關係的構件；c)用於開始該層之沈積的構件；d)用於在沈積該層期間使該第二參數實質上恆定地保持於一參考值的構件；e)用於在沈積該層期間測量該第一參數與時間之一第二相依關係的構件；f)用於在沈積該層期間基於該等第一與第二相依關係來決定針對該層之一沈積時間的構件；以及g)用於在該沈積時間停止該層之沈積的構件。
參考圖1，本發明提供用於在一具有一目標陰極151之濺鍍沈積系統150中沈積一層的方法及一控制系統100。該控制系統100包括一介面101與一控制器102。除該目標陰極151以外，該濺鍍沈積系統150還包括一真空室155內部之一陽極152、一基板153及一電漿154，以及該真空室155外部之一電源156。在其他具體實施例中，該濺鍍沈積系統150可具有指定組件之一替代性配置或其中可包括適合於前述濺鍍沈積之變化之任一者的額外組件。
該電源156係連接至該目標陰極151與該陽極152，並可以經控制以使選自由陰極功率、陰極電壓及陰極電流組成之一操作參數群組之一操作參數係實質上恆定地保持於一參考值。可控制該電源156宜使該操作參數群組之任何操作參數保持實質上恆定。在一些實例中，該電源156可傾斜至該操作參數之參考值。
該電源156亦連接至該控制系統100之控制器102，其宜為一可程式化邏輯控制器(PLC)。該控制器102經組態以控制與監視該電源156。該控制器102將欲保持實質上恆定之操作參數的參考值傳達至該電源156並開啟與關閉該電源156。該控制器102宜亦將欲使何操作參數保持實質上恆定及將任何斜坡參數傳達至該電源156。此外，該控制器102藉由監視該電源來測量亦選自該操作參數群組之至少另一操作參數與時間之至少一相依關係。該控制器102亦具有一用於決定針對該層之一沈積時間的程式。
該控制器102係連接至該介面101，其經組態以將資訊傳達至該控制器102。該介面101宜係一人機介面(HMI)，例如一個人電腦，其具有一用於控制與監視該控制器102及因此該電源156的程式。例如，該介面101的程式允許使用者藉由選擇參數與藉由提供資料來修改該控制器102的程式。該介面101的程式可在輸入資料或經由該控制器102從該電源156接收的資料上執行計算。該介面101的程式宜亦允許一使用者引導該控制器102開啟與關閉該電源156。
在其他具體實施例中，該控制系統100可具有一替代性架構。在一些實例中，例如，可將該控制器102與該介面101整合，作為載入至一個人電腦上之一控制器程式。可組合任何數目的介面101、控制器102及測量裝置以執行選擇參數，提供資料，控制與監視該電源156及決定針對該層之一沈積時間的功能。
參考圖2，以下詳細說明藉由本發明提供的用於在具有 一目標陰極151之一濺鍍沈積系統150中沈積一層的一方法之一第一具體實施例。雖然該第一具體實施例係在沈積一單一層的背景下加以說明，但還可將其應用於沈積多個層。在一第一步驟201中，從由陰極電壓、陰極電流及陰極功率組成之一操作參數群組選擇第一與第二參數，以使得該等第一與第二參數係不同的操作參數。依據此選擇，在沈積該層期間將允許該第一參數隨時間漂移，並且將使該第二參數實質上恆定地保持於一參考值。較佳的係，使用該介面101藉由將該等第一與第二參數輸入至該介面101之程式或藉由從該程式之一選單選擇該等第一與第二參數來實施該等第一與第二參數的選擇。
在一第二步驟202中，提供該層之一沈積速率與該第一參數之一第一相依關係。例如，當選擇陰極電壓V作為該第一參數時，該沈積速率與陰極電壓的第一相依關係r(V)較佳地係表達為包括一參考常數k與一非零相依指數x(即x≠0)之一冪函數，其係依據：r (V )=kV x 。(5)較佳的係，相依指數大於或等於3並小於或等於3，即-3x3。
因為在沈積該層期間該沈積速率與該第一參數的第一相依關係取決於該目標材料與操作條件，故該參考常數與該相依指數較佳的係由使用相同目標材料在類似操作條件下的一或多個先前的層之沈積來決定。在一些實例中，藉由 將該參考常數與該相依指數的預定值輸入至該介面101的程式來提供該第一相依關係。在其他實例中，該參考常數與該相依指數係藉由該介面101之程式來計算。
較佳的係，包括於該第一相依關係中的參考常數包括一參考沈積速率與該第一參數之一對應參考值。例如，當該第一參數係陰極電壓時，該參考常數k係表達為： 其中rr 係該參考沈積速率而Vr 係陰極電壓之一參考值。藉由將等式(6)帶入等式(5)，該沈積速率與陰極電壓的第一相依關係r(V)變為： 其若需要可以係線性化，其係依據：
因而，在一些實例中，藉由將該參考沈積速率、該第一參數之參考值及該相依指數的預定值輸入至該介面101之程式來提供該第一相依關係。在其他實例中，基於輸入資料或經由該控制器102從該電源156接收的資料來藉由該介面101之程式計算該參考沈積速率、該第一參數之參考值及該相依指數。
較佳的係，由一或多個先前的層之沈積來決定該參考沈積速率與該第一參數之參考值。例如，可在測量該第一參 數與時間之一第二相依關係並使該第二參數實質上恆定地保持於一參考值時實施一材料的一或多個層之沈積。當實施一層之一此沈積時，使用等式(4)之一重新配置由測量沈積厚度dm 與測量沈積時間tm 計算的該層之平均沈積速率ra ，其係依據： 係用作於該第二參數之該參考值的該材料之一層之一進一步沈積的參考沈積速率rr 。較佳的係，該層之平均沈積速率係用作一層之下一沈積的參考沈積速率。
當使用相同目標材料在類似操作條件下實施多個此類層之沈積時，該平均沈積速率係依據等式(9)針對各層加以計算。可以計算該等層之平均沈積速率之一平均並用作該參考沈積速率。在此一計算中，該等層之平均沈積速率可藉由重要性進行加權。替代地，可使用該等層之平均沈積速率的一時間回歸分析來決定一層之下一沈積的參考沈積速率。
當在針對一光學應用之一薄膜裝置中包括一或多個沈積層時，可藉由測量該薄膜裝置之光譜效能來決定該一或多個層之測量沈積厚度。接著，針對不同沈積厚度計算的理論光譜效能係與該薄膜裝置之測量光譜效能相匹配。在一些實例中，可限制多個層之測量沈積厚度的決定，以使得該等層具有一共同平均沈積速率。
同樣，該第一參數之參考值係由一或多個先前的層之沈 積來決定。例如，可在測量該第一參數與時間之一第二相依關係並使該第二參數實質上恆定地保持於一參考值時實施一材料的一或多個層之沈積。當實施一層之一此沈積時，該第一參數之平均值係用作該第一參數的參考值。例如，當該第一參數係陰極電壓時，陰極電壓之平均值Va 係用作於該第二參數之該參考值的該材料之一層之一進一步沈積的陰極電壓之參考值Vr ，即：V r =V a 。(10)陰極電壓之平均值宜係用作針對一層之下一沈積的陰極電壓之參考值。
當使用相同目標材料在類似操作條件下實施多個此類層之沈積時，陰極電壓之平均值係針對一層之各沈積來測量。可以計算陰極電壓之平均值之一平均並用作陰極電壓之參考值。在此一計算中，陰極電壓之平均值可藉由重要性進行加權。替代地，可使用陰極電壓之平均值的一時間回歸分析來決定針對一層之下一沈積的陰極電壓之參考值。對於一SiO2 層之反應濺鍍沈積而言，陰極電壓、陰極電流及陰極功率的典型參考值分別係450 V、11A及5 kW。
該相依指數宜亦由一或多個先前之層的沈積來決定。例如，可在測量該第一參數與時間之一第二相依關係並使該第二參數實質上恆定地保持於一參考值時，實施一材料之一或多個層的沈積。比較各層之測量沈積厚度與針對不同 相依指數計算的預測沈積厚度。例如，當該第一參數係陰極電壓時，針對不同的相依指數x由陰極電壓之平均值Va 、該測量沈積時間tm 、該參考沈積速率rr 及陰極電壓之參考值Vr 來計算針對各層的預測沈積厚度dp ，其係依據： 選擇給出該等層之預測沈積厚度與測量沈積厚度之間之最佳一致性的相依指數。對於一SiO2 層之反應濺鍍沈積而言，當該第一參數係陰極電壓而該第二參數係陰極功率時，該相依指數實質上等於1，即該沈積速率與陰極電壓的第一相依關係係線性的。
如前所述，在針對一光學應用之一薄膜裝置中包括一或多個沈積層時，可藉由測量該薄膜裝置之光譜效能及藉由將針對不同沈積厚度所計算之理論光譜效能與測量光譜效能匹配，決定該一或多個層之測量沈積厚度。
在一些實例中，由於該濺鍍沈積系統之操作條件的漂移，可能在一時間週期之後必須調整該等第一與第二參數之參考值，以使該層之沈積速率保持接近該參考沈積速率。宜基於該參考沈積速率與該等層在一或多個先前沈積中之一沈積速率之間的差，更新一或多個先前之層之沈積第之一與第二參數的參考值。
例如，當該第一參數係陰極電壓而該第二參數係陰極功率時，如前所述計算之該層的參考沈積速率rr 與平均沈積速率ra 之間的速率差Δr係： Δr =r r -r a 。(12)
為實現等於該參考沈積速率之一平均沈積速率，陰極功率之參考值必須藉由一功率校正項ΔP來調整，該功率校正項係由該速率差Δr來計算，其係依據： 其中kP 係一憑經驗決定的功率參考常數。較佳的係，藉由於陰極功率之不同參考值執行多個層之沈積並測量該等平均沈積速率來決定功率參考常數。該功率參考常數係對此等資料之一線性擬合的斜率。將該功率校正項應用於陰極功率之參考值Pr1 給出陰極功率之一更新的參考值Pr2 ，其係依據：P r2 =P r1 +ΔP 。(14)
一對應電壓校正項ΔV係由該功率校正項ΔP計算，其係依據：ΔV =k v ΔP ，(15)其中kv 係一憑經驗決定的電壓參考常數。較佳的係，藉由於陰極功率之不同參考值執行多個沈積並測量陰極電壓之平均值來決定該電壓參考常數。該電壓參考常數係對此等資料之一線性擬合的斜率。將該電壓校正項應用於在沈積該層期間測量的陰極電壓之平均值Va 給出陰極電壓之更新的參考值Vr ，其係依據：V r =V a +ΔV 。(16)
基於輸入資料或經由該控制器102從該電源156接收的資料來藉由該介面101之程式較佳地執行該參考沈積速率及該等第一與第二參數之參考值的更新。較佳的係，定期更新該參考沈積速率及該等第一與第二參數之參考值。每當由該層之測量沈積厚度與測量沈積時間決定一層之平均沈積速率時，可更新該參考沈積速率及該等第一與第二參數之參考值，如前所述。最佳的係，在一層之每一沈積之後，決定每一層之平均沈積速率，並更新該參考沈積速率及該等第一與第二參數之參考值。
一旦已選擇該等第一與第二參數並已提供該沈積速率與該第一參數之第一相依關係，該介面101之程式便將此資訊傳達至該控制器102。在一第三步驟203中，開始該層之沈積。較佳的係，使用者經由該介面101開始該層之沈積，其將指令遞送至該控制器102。接著，該控制器102控制該電源156開始該層之沈積。該電源可僅於該第二參數之參考值係開啟或可以係程式化以傾斜該第二參數之參考值。在一些實例中，可於該第二參數之參考值開啟該電源，而該基板係藉由一快門遮蔽，其接著係開啟以開始該層之沈積。如前所述，可藉由在相關等式中包括一恆定偏移項來考量達到該第二參數之參考值的短延遲。
在沈積該層期間，該控制器102在一第四步驟204中控制該電源156以使該第二參數實質上恆定地保持於一參考值，並在一第五步驟205中監視該電源156以測量該第一參 數與時間的第二相依關係。在一第六步驟206中，基於該沈積速率與該第一參數的第一相依關係及該第一參數與時間的第二相依關係，藉由該控制器102之程式決定針對該層之一沈積時間。
因為在沈積該層期間允許該第一參數隨時間漂移，故該層之沈積速率亦隨時間漂移。該沈積速率與時間的相依關係包括該第一參數與時間的第二相依關係。例如，當該第一參數係陰極電壓時，該沈積速率與時間的相依關係r(t)係藉由在等式(7)中包括陰極電壓與時間的第二相依關係V(t)來導出，其係依據： 考量等式(1)，該沈積厚度與時間的相依關係d(T)係： 為將一層沈積至一參考沈積厚度dr ，必須於一沈積時間td 停止該層之沈積，其係依據：
較佳的係，包括一參考沈積時間tr 的用於停止該層之沈積之一條件係藉由將等式(4)代入等式(19)並重新配置來導出以給出： 在一些實例中，該參考沈積時間係依據等式(4)由該參考沈積速率與該參考沈積厚度來計算。在此類實例中，該參考沈積厚度較佳的係藉由將一預定值輸入至該介面101之程式來提供，其接著計算參考沈積時間。在其他實例中，較佳的係藉由將一預定值輸入至該介面101之程式來提供對應該第一參數之參考值的一參考沈積時間。
因而，當該第一參數係陰極電壓時，當等式(20)的條件係滿足時達到該沈積時間，於該沈積時間該層具有該參考沈積厚度。此條件係依據該第一具體實施例針對一層之一假設沈積藉由V(t)x 對時間之一曲線圖在圖3中進行繪示。該控制器102之程式藉由執行一對應加總來計算等式(20)之積分，其係依據： 其中沈積時間間隔Δt受該控制器102之掃描速度限制並在10至40 ms的等級上。若考量此限制，則用於停止該層之沈積的較佳條件變為：
當該控制器102具有一更慢的掃描速度時，可藉由從該參考沈積時間tr 減去針對每一掃描之時間ts 的一半來調整等式(22)，其係依據： 用於改良的統計效能。替代地，可藉由在相關等式中包括一恆定偏移來考量更慢的掃描速度，如前所述。
如藉由此範例所證實，該層具有大於或等於參考沈積厚度之一沈積厚度的一沈積時間係藉由計算包括該第一參數與時間之第二相依關係的一隨時間積分來決定。在一些實例中，該沈積時間係藉由計算包括該第一參數與時間之第二相依關係的一隨時間加總來決定。
較佳的係，該沈積時間的決定包括比較該第一參數與時間之第二相依關係與該第一參數之參考值，以及相應地由該參考沈積時間調整該沈積時間。最佳的係，藉由計算該第二相依關係的相依指數之一冪之一隨時間積分，並比較該積分與該參考沈積時間及該第一參數之參考值的相依指數之一冪的乘積來決定針對該層之沈積時間。當然，可透過重新配置與至此出現的等式之組合來導出用於停止該層之沈積的許多其他等效條件。
該積分之計算及該積分與該乘積之比較較佳的係藉由該控制器102之程式來執行。當該積分之值大於或等於該乘積時，在一第七步驟207中該控制器102控制該電源156來停止該層之沈積。
參考圖4，以下詳細說明藉由本發明提供的用於在具有一目標陰極151之一濺鍍沈積系統150中沈積一層至一參考沈積厚度的一方法之一第二具體實施例。雖然該第二具體實施例係在沈積一單一層的背景下加以說明，但還可將其應用於沈積多個層。在一第一步驟401中，從由陰極電 壓、陰極電流及陰極功率組成之一操作參數群組選擇第一、第二及第三參數，以使得該等第一、第二與第三參數係不同的操作參數。依據此選擇，在沈積該層期間將允許該等第一與第三參數隨時間漂移，並且將使該第二參數實質上恆定地保持於一參考值。如前所述，較佳的係使用該介面101來實施該等第一、第二及第三參數的選擇。
在(例如)當該電漿之陰極阻抗迅速變化時，當一電弧發生時或當該陰極阻抗不能藉由該電源156加以匹配時該控制器102不能理想控制該電源156以使該第二參數完美恆定地保持於該參考值的實例中，該第二具體實施例較有利。在此類實例中，考量沈積速率與該等第一與第三參數之一第一相依關係比假定該電源156係理想地控制更佳。
在一第二步驟402中，提供該層之一沈積速率與該等第一與第三參數之第一相依關係。例如，當分別選擇陰極電壓V與陰極電流I作為該等第一與第三參數時，該沈積速率與陰極電壓及陰極電流的第一相依關係r(V,I)較佳的係表達為一冪函數，其包括一參考常數k、一第一非零相依指數x(即x≠0)及一第二非零相依指數y(即y≠0)，其係依據：r (V,I )=kV x I y 。 (24)該等第一與第二相依指數各較佳的係大於或等於-3並小於或等於3，即-3x3且-3y3。
如前所述，該參考常數及該等第一與第二相依指數較佳的係由一或多個先前的層之沈積來決定。在一些實例中， 藉由將該參考常數及該等第一與第二相依指數的預定值輸入至該介面101的程式來提供該第一相依關係。在其他實例中，該參考沈積速率、該第一及第三參數之該等參考值及該等第一與第二相依指數係藉由該介面101之程式來計算。
較佳的係，包括於該第一相依關係中的參考常數包括一參考沈積速率及該等第一與第三參數之對應參考值。例如，當該第一參數係陰極電壓而該第三參數係陰極電流時，該參考常數k係表達為： 其中rr 係該參考沈積速率，Vr 係陰極電壓之一參考值，而Ir 係陰極電流之一參考值。藉由將等式(25)帶入等式(24)，該沈積速率與陰極電壓及陰極電流的第一相依關係r(V,I)變為：
如前所述，較佳的係由一或多個先前的層之沈積來決定該參考沈積速率及該等第一與第三參數之參考值。在一些實例中，藉由將該參考沈積速率、該等第一與第三參數之參考值及該等第一與第二相依指數的預定值輸入至該介面101之程式來提供該第一相依關係。在其他實例中，該參考沈積速率、該第一參數之參考值及該等第一與第二相依指數係藉由該介面101之程式來計算。較佳的係，藉由該介面101之程式來更新該等第一、第二及第三參數之參考 值，如前所述。
一旦已選擇該等第一、第二及第三參數並已提供該沈積速率與該等第一與第三參數之第一相依關係，該介面101之程式便將此資訊傳達至該控制器102。在一第三步驟403中，開始該層之沈積。較佳的係，使用者經由該介面101開始該層之沈積，其將指令遞送至該控制器102。接著，該控制器102控制該電源156開始該層之沈積，如前所述。
在沈積該層期間，該控制器102在一第四步驟404中控制該電源156以使該第二參數實質上恆定地保持於一參考值，並在一第五步驟405中監視該電源156以測量該第一參數與時間之一第二相依關係及該第三參數與時間之一第三相依關係。在一第六步驟406中，基於該沈積速率與該等第一及第三參數的第一相依關係、該第一參數與時間的第二相依關係及該第三參數與時間的第三相依關係，藉由該控制器102之程式決定針對該層之一沈積時間。
因為在沈積該層期間允許該等第一與第三參數隨時間漂移，故該層之沈積速率亦隨時間漂移。該沈積速率與時間的相依關係包括該第一參數與時間的第二相依關係及該第三參數與時間的第三相依關係。例如，當該等第一與第三參數分別係陰極電壓與陰極電流時，該沈積速率與時間的相依關係r(t)係藉由在等式(26)中包括陰極電壓與時間的第二相依關係V(t)及陰極電流與時間的第三相依關係I(t)來導出，其係依據： 考量等式(1)，該沈積厚度與時間的相依關係d(T)係： 為將一層沈積至一參考沈積厚度dr ，必須於一沈積時間td 停止該層之沈積，其係依據：
較佳的係，包括一參考沈積時間tr 的用於停止該層之沈積之一條件係藉由將等式(4)代入等式(29)並重新配置來導出以給出： 如前所述，較佳的係可經由該介面101之程式提供一參考沈積厚度，並且較佳的係可藉由該介面101之程式依據等式(4)來由該參考沈積速率與該參考沈積厚度計算該參考沈積時間。替代地，較佳的係可經由該介面101之程式來提供對應該等第一與第三參數之參考值的一參考沈積時間。
因而，當該第一參數係陰極電壓而該第三參數係陰極電流時，當等式(29)的條件係滿足時達到該沈積時間，於該沈積時間該層具有該參考沈積厚度。該控制器102之程式藉由執行一對應加總來計算等式(29)之積分，其係依據： 如前所述，若考量該控制器102之掃描速度的限制，用於停止該層之沈積的較佳條件變為：
如藉由此範例所證實，該層具有大於或等於參考沈積厚度之一沈積厚度的一沈積時間係藉由計算包括該第一參數與時間之第二相依關係及該第三參數與時間之第三相依關係的一隨時間積分來決定。在一些實例中，該沈積時間係藉由計算包括該第一參數與時間之第二相依關係及該第三參數與時間之第三相依關係的一隨時間加總來決定。
較佳的係，該沈積時間的決定包括比較該第一參數與時間之第二相依關係與該第一參數之參考值及該第三參數與時間之第三相依關係與該第三參數之參考值，及相應地由該參考沈積時間調整該沈積時間。最佳的係，藉由計算該第二相依關係的第一相依指數之一冪與該第三相依關係的第二相依指數之一冪的一隨時間積分，並比較該積分與該參考沈積時間、該第一參數之參考值的第一相依指數之一冪及該第三參數之參考值的第二相依指數之一冪的乘積來決定針對該層之沈積時間。當然，可透過重新配置與至此出現的等式之組合來導出用於停止該層之沈積的許多其他等效條件。
該積分之計算及該積分與該乘積之比較較佳的係藉由該控制器102之程式來執行。當該積分之值大於或等於該乘積時，在一第七步驟407中該控制器102控制該電源156來 停止該層之沈積。
當然可構思許多其他的具體實施例而不脫離本發明之精神及範疇。
100‧‧‧控制系統
101‧‧‧介面
102‧‧‧控制器
150‧‧‧濺鍍沈積系統
151‧‧‧目標陰極
152‧‧‧陽極
153‧‧‧基板
154‧‧‧電漿
155‧‧‧真空室
156‧‧‧電源
已參考附圖更詳細地說明本發明，該等附圖表示其較佳範例性具體實施例，其中：圖1係用於在具有一目標陰極之一濺鍍沈積系統中沈積一層之一控制系統的示意性繪示；圖2係用於在具有一目標陰極之一濺鍍沈積系統中沈積一層的一方法之一第一具體實施例的流程圖；圖3係依據圖2之第一具體實施例針對一層之一假設沈積的V(t)x對時間之曲線圖；以及圖4係用於在具有一目標陰極之一濺鍍沈積系統中沈積一層的一方法之一第二具體實施例的流程圖。
(無元件符號說明)

Claims (14)

  1. 一種用於在具有一目標陰極之一濺鍍沈積系統中沈積一層至一參考沈積厚度dr 的方法，其包含以下有序步驟：a)從由陰極電壓、陰極電流及陰極功率組成之一操作參數群組選擇一第一參數A與一第二參數B，使得該等第一參數A與第二參數B係不同的操作參數；b)提供該層之一沈積速率r與該第一參數A之一第一相依關係r(A)，其形式為r(A)=kAx ，其中k係一參考常數而x係一非零相依指數；c)開始該層之沈積；d)在沈積該層期間使該第二參數B實質上恆定地保持於該第二參數之一參考值Br ，同時允許該第一參數A隨時間t漂移；e)在沈積該層期間測量該第一參數A與時間t之一第二相依關係A(t)；f)在沈積該層期間基於該第一相依關係r(A)與該第二相依關係A(t)藉由計算該第二相依關係A(t)之該非零相依指數x之一冪之對時間t之一積分來動態地決定針對該層之一沈積時間td ，使該層具有該參考沈積厚度dr ；以及g)於該沈積時間td 停止該層之沈積。
  2. 如請求項1之方法，其在步驟(b)之前進一步包含由一或多個先前之層的沈積來決定該參考常數k與該非零相依指數x之一步驟。
  3. 如請求項1之方法，其中該參考常數k之形式為，其 中rr 係一參考沈積速率，Ar 係該第一參數之一對應參考值，而x係該非零相依指數。
  4. 如請求項3之方法，其在步驟(b)之前進一步包含藉由基於該參考沈積速率rr 與該等層在該一或多個先前之沈積中之一平均沈積速率ra 之間的一差△r，更新一或多個先前之層之沈積之該等第一與第二參數的參考值來決定該第一參數之該參考值Ar 與該第二參數之該參考值Br 之一步驟，該差之形式為△r=rr -ra 。
  5. 如請求項1之方法，其中步驟(f)中該積分係藉由該第二相依關係A(t)之該非零相依指數x之一冪之一對時間t的一加總而被計算，該加總之形式為。
  6. 如請求項2之方法，其中步驟(f)進一步包含基於該參考沈積速率rr 與該參考沈積厚度dr 來計算針對該層之一參考沈積時間tr ，以及比較該積分與該參考沈積時間tr 與該第一參數之該參考值Ar 之該非零相依指數x之一冪的一乘積，該乘積之形式為Ar x tr 。
  7. 一種用於在具有一目標陰極之一濺鍍沈積系統中沈積一層至一參考沈積厚度dr 的方法，其包含以下有序步驟：a)從由陰極電壓、陰極電流及陰極功率組成之一操作參數群組選擇一第一參數A、一第二參數B及一第三參數C，使得該第一參數A、第二參數B及第三參數C係不同的操作參數； b)提供該層之一沈積速率r與該第一參數A及該第三參數C的之一第一相依關係r(A,C)，其形式為r(A,C)=kAx Cy ，其中k係一參考常數、x係一第一非零相依指數而y係一第二非零相依指數；c)開始該層之沈積；d)在沈積該層期間使該第二參數B恆定地保持於該第二參數之一參考值Br ，同時允許該第一參數A及該第三參數C隨時間t漂移；e)在沈積該層期間測量該第一參數A與時間t之一第二相依關係A(t)及該第三參數C與時間t之一第三相依關係C(t)；f)在沈積該層期間基於該第一相依關係r(A,C)、該第二相依關係A(t)及該第三相依關係C(t)藉由計算該第二相依關係A(t)之該第一非零相依指數x之一冪之對時間及該第三相依關係C(t)之該第二非零相依指數y之一冪之對時間t之一積分來動態地決定針對該層之一沈積時間td ，使該層具有該參考沈積厚度dr ；以及g)於該沈積時間td 停止該層之沈積。
  8. 如請求項7之方法，其中該參考常數k之形式為 ，其中rr 係一參考沈積速率、Ar 係該第一參數之 一對應參考值、Cr 係該第三參數之一對應參考值，x係該第一非零相依指數，而y係該第二非零相依指數。
  9. 如請求項8之方法，其中步驟(f)進一步包含基於該參考 沈積速率rr 與該參考沈積厚度dr 來計算針對該層之一參考沈積時間tr ，以及比較該積分與該參考沈積時間tr 、該第一參數之該參考值Ar 之該第一非零相依指數x之一冪及該第三參數之該參考值Cr 之該第二非零相依指數之一冪的一乘積，該乘積之形式為Ar x Cr y tr 。
  10. 如請求項7之方法，其中步驟(f)中該積分係藉由該第二相依關係A(t)之該第一非零相依指數x之一冪及該第三相依關係C(t)之該第二非零相依指數y之一冪之對時間t的一加總而被計算，該加總之形式為。
  11. 一種用於在具有一目標陰極之一濺鍍沈積系統中沈積一層至一參考沈積厚度dr 的控制系統，其包含：一介面，其用於從由陰極電壓、陰極電流及陰極功率組成之一操作參數群組選擇一第一參數A與一第二參數B，使得該第一參數A與該第二參數B係不同的操作參數，並用於提供該層之一沈積速率r與該第一參數A之一第一相依關係r(A)，該第一相依關係之形式為r(A)=kAx ，其中k係一參考常數而x係一非零相依指數；以及一控制器，其經組態以控制一電源以開始該層之沈積，以在沈積該層期間控制該電源，使該第二參數B實質上恆定地保持於該第二參數之一參考值Br ，同時允許該第一參數A隨時間t漂移，以在沈積該層期間監視該電 源，以測量該第一參數A與時間t之一第二相依關係A(t)，以在沈積該層期間基於該第一相依關係r(A)與該第二相依關係A(t)藉由計算該第二相依關係A(t)之該非零相依指數x之一冪之對時間t之一積分來動態地決定針對該層之一沈積時間td ，使該層具有該參考沈積厚度dr ，及用以控制該電源於該沈積時間td 停止該層之沈積。
  12. 如請求項11之控制系統，其中該參考常數k之形式為 ，其中rr 係一參考沈積速率，Ar 係該第一參數之一 對應參考值，而x係該非零相依指數。
  13. 一種用於在具有一目標陰極之一濺鍍沈積系統中沈積一層至一參考沈積厚度dr 的控制系統，其包含：一介面，其用於從由陰極電壓、陰極電流及陰極功率組成之一操作參數群組選擇一第一參數A、一第二參數B與一第三參數C，使得該第一參數A、該第二參數B及該第三參數C係不同的操作參數，用於提供一沈積速率r與該第一參數A及該第三參數C之一第一相依關係r(A,C)，該第一相依關係之形式為r(A,C)=kAx Cy ，其中k係一參考常數、x係一第一非零相依指數而y係一第二非零相依指數；以及一控制器，經組態以控制一電源以開始該層之沈積，以在沈積該層期間控制該電源，使該第二參數B恆定地保持於該第二參數之一參考值Br ，同時允許該第一參數 A及該第三參數C隨時間t漂移，以在沈積該層期間監視該電源來測量該第一參數A與時間t之一第二相依關係A(t)及該第三參數C與時間t之一第三相依關係C(t)，並用以在沈積該層期間基於該第一相依關係r(A,C)、該第二相依關係A(t)及該第三相依關係C(t)藉由計算該第二相依關係A(t)之該第一非零相依指數x之一冪及該第三相依關係C(t)之該第二非零相依指數y之一冪之對時間t之一積分來動態地決定該層之一沈積時間td ，及用以控制該電源於該沈積時間td 停止該層之沈積。
  14. 一種用於在一具有一目標陰極之濺鍍沈積系統中沈積一層至一參考沈積厚度dr 的控制系統，其包含：a)選擇構件，其用於從由陰極電壓、陰極電流及陰極功率組成之一操作參數群組選擇一第一參數A與一第二參數B，使得該第一參數A與該第二參數B係不同的操作參數；b)提供構件，其用於提供該層之一沈積速率r與該第一參數A之一第一相依關係r(A)，該第一相依關係之形式為r(A)=kAx ，其中k係一參考常數而x係一非零相依指數；c)開始構件，其用於開始該層之沈積；d)保持構件，其用於在沈積該層期間使該第二參數B實質上恆定地保持於該第二參數之一參考值Br ，同時允許該第一參數A隨時間t漂移；e)測量構件，其用於在沈積該層期間測量該第一參數 A與時間t之一第二相依關係A(t)；f)決定構件，其用於在沈積該層期間基於該第一相依關係r(A)與該第二相依關係A(t)藉由計算該第二相依關係A(t)之該非零相依指數x之一冪之對時間t之一積分來動態地決定針對該層之一沈積時間td ，使該層具有該參考沈積厚度dr ；以及g)停止構件，其用於在該沈積時間td 停止該層之沈積。
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