專利名稱：控制準直濺射源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜的物理汽相沉積，尤其涉及對準直濺射源進行自動控制，使得當被濺射材料積聚在準直器上時并不發(fā)生由該源所沉積的膜厚的變化。本發(fā)明對半導(dǎo)體器件制造期間，所用準直器上被濺射材料的積聚提供連續(xù)、自動的補償特別有用。
在襯底或大圓片上沉積各種材料的薄膜乃是制造并加工諸如集成電路芯片一類微電子器件的基本工藝之一。成功的薄膜沉積一般要求對所沉積薄膜的各種特性進行控制。例如，通常要求這些薄膜具有預(yù)先設(shè)定的均勻厚度。大圓片表面上和大圓片之間薄膜厚度的均勻性都同等重要。在許多應(yīng)用中，要求薄膜充分地填滿襯底中的通道或孔也很重要。最后，所沉積的薄膜必須滿足例如電阻率、晶粒尺寸等一類參數(shù)的規(guī)范要求。許多年來，半導(dǎo)體器件的制造趨勢已向日益增大器件密集度以及使用更大的大圓片襯底方面發(fā)展。這一趨勢導(dǎo)致對所沉積薄膜提出越來越高的要求?，F(xiàn)在工業(yè)上用8吋大圓片大量制造具有亞微米線條特征的電子器件已相當普遍。
最常用的薄膜沉積技術(shù)之一是用一磁控管濺射源在真空室中進行濺射。在常規(guī)的磁控管濺射源中，一種由來自諸如氬一類支承氣體的正離子組成的低壓等離子體轟擊一由待濺射的靶材料制成的陽極表面。離子的轟擊使粒子從靶陽極上撞出。被濺射的粒子以多個方向離開靶極，并且由于同氣體離子或分子或者相互之間的碰撞而遭受到進一步的濺射。一些濺射出的粒子直接射向襯底并粘附在襯底表面，形成涂層或薄膜。在常規(guī)的濺射中，所沉積的薄膜是和濺射靶材料或該材料的合金相同的。在反應(yīng)濺射中，將一反應(yīng)氣體引入真空室以形成薄膜，后者由靶材料和反應(yīng)材料的化合物構(gòu)成。例如，在目前正變得越來越重要的一種半導(dǎo)體器件制造工藝中，由鈦靶濺射出的材料與低壓下引入濺射室的氮氣發(fā)生反應(yīng)以形成氮化鈦薄膜。
用來進行半導(dǎo)體器件制造的濺射源中，在濺射靶和襯底之間可設(shè)置一由許多透射單元組成的空間過濾器或“準直器”，從而避免被濺射出的粒子以低入射角(即粒子軌跡與襯底表面之間的小角度)到達襯底表面。小角度濺射的材料無助于孔或通道底部薄膜的生長而非所期望。這些粒子常被沉積在靠近通道頂部的側(cè)面上，從而節(jié)制了沉積進行期間能夠進入孔或通道中被濺射材料的數(shù)量。這造成通道中形成空隙而導(dǎo)致襯底上各層之間不可接受的差的電學(xué)接觸。
在已獲準的與此共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請第07/780，882號中可以看到，采用準直過濾器的濺射裝置以及準直使用方面的探討，其揭示通過參考結(jié)合于本文。使用準直器可對到達襯底表面的濺射粒子流定出方向，從而使濺射粒子到達孔或通道的底部而不會由于在通道側(cè)壁上生長而被節(jié)制。沉積在孔和通道開口處的薄膜以更接近于大圓片表面上薄膜的生長速率生長。由于通道直徑和器件特征線條均已縮小，因而在進行濺射時更需要準直。在實際應(yīng)用中已表明，使用準直器能夠填滿直徑小于半個微米的通道，從而使通道充填用濺射的應(yīng)用擴展到至少下一代的高密集度集成電路。
然而，使用準直器時，在準直器單元的表面沉積有許多被濺射材料。有些時候多至80%的被濺射材料沉積在準直器單元的表面上。由于單元壁上沉積有材料，單元開口的橫截面積相應(yīng)減小。即使粒子由靶陽極上以恒定的速率濺射，單元壁上被濺射材料的積聚減小了濺射材料能夠穿過準直器的速率，從而使有效的沉積速率減小。由于單元開口的尺寸減小，準直器上粒子的積聚速率增大。這種由于準直器“阻塞”而造成的沉積速率的變化可導(dǎo)致諸襯底之間不希望有的膜厚變化，而這些襯底是在其它相同的條件下是由同一濺射源進行濺射的。
在大多數(shù)的濺射系統(tǒng)中，沉積速率隨濺射靶的壽命而減小，這更增加了系統(tǒng)在某一輪特定運行期間大圓片上能獲得所希膜厚均勻的難度。許多以前的技術(shù)專利顯示使用各種型式的沉積速率傳感器，這些傳感器用來對濺射源的沉積速率進行監(jiān)測和調(diào)節(jié)，從而可得到具有所希厚度的薄膜。然而，沉積速率傳感器價格昂貴且不可靠，因而未被市場廣泛接受。在與此共同轉(zhuǎn)讓的美國專利第4166783中描述并要求保護以下一種簡單的方法，即對由于環(huán)形靶的侵蝕而造成的濺射速率減小進行補償。該專利的方法是通過監(jiān)測濺射靶的壽命，測量加在等離子體上的電壓和電流來測定等離子體中的功耗，并根據(jù)儲存在計算機查閱表中由實驗得到的信息來調(diào)節(jié)等離子體的功率，從而維護一恒定的沉積速率。
現(xiàn)有技術(shù)中唯一已知的對濺射系統(tǒng)中所用準直器上被濺射材料的積聚進行補償?shù)募夹g(shù)包括在大圓片上進行濺射后周期性地測量薄膜的厚度以確定有效的薄膜沉積速率，并適當?shù)卦黾訛R射沉積時間以維持薄膜合理的接近所希的厚度。這種維持均勻膜厚的方法帶有許多局限性。例如，它要求不斷進行人工干預(yù)來有效控制被濺射薄膜的厚度，而這種人工干預(yù)費時又費力。同樣薄膜厚度還受制于測量與校正的人為誤差。此外，在周期性測量和調(diào)節(jié)濺射源期間薄膜厚度可能發(fā)生變化。值得注意的是，在半導(dǎo)體工藝加工中，從實踐的角度出發(fā)，必須在不破壞真空的條件下用一個步驟完成薄膜的沉積。對已卸離濺射系統(tǒng)的襯底被確定為過薄的薄膜在其后進行加厚乃是不現(xiàn)實的。
因此需要一使用準直的濺射源在襯底上沉積出具有均勻的、預(yù)定厚度的薄膜的方法，該法連續(xù)而且自動地調(diào)節(jié)準直器上被濺射材料的積聚。
所以，本發(fā)明的目的之一在于提供一種方法，它對準直的濺射源自動地進行控制，從而不會由于被濺射材料在準直器上的積聚而使該源所沉積的薄膜厚度發(fā)生變化。
本發(fā)明的另一個目的在于減少薄膜沉積期間為維持并調(diào)節(jié)準直的濺射源所要求的人工干預(yù)量。
本發(fā)明的又一目的在于通過對準直上積聚的被濺射材料及靶的侵蝕進行自動補償來減少一系列濺射涂覆襯底間所濺射膜厚的可變性。
本發(fā)明的再一個目的在于減低半導(dǎo)體器件制造期間同濺射有關(guān)的制造及操作成本。
通過下文的詳細描述、附圖及所附權(quán)項，熟悉本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將對本發(fā)明的上述以及其它目的更為明了。
從廣義而言，本發(fā)明是使用計算機裝置來控制濺射源的方法，所述濺射源具有準直器及一個或更多個可控濺射參數(shù)，從而使一系列襯底上由該源所沉積薄膜的性能不會由于被濺射材料積聚在準直器上而在諸襯底之間發(fā)生變化。所述方法包括下列步驟為計算機提供軟件，它包括用來計算作為準直器壽命之函數(shù)的乘數(shù)公式，通過所述準直器在一系列襯底上依次沉積薄膜，監(jiān)測準直器的壽命，并使用所述軟件周期性地自動調(diào)節(jié)計算機的可控濺射參數(shù)值，該值為所述乘數(shù)的函數(shù)。在一較佳實施例中，用來定義該參數(shù)的公式為一幾級多項式方程，其中n等于或大于3。在另一較佳實施例中，所使用的公式為AF＝y(tǒng)o/(yo-mtx)形式的解析方程，其中AF為乘數(shù)，yo為準直器嶄新時的沉積速率，mT為時間T時沉積速率對靶極壽命之關(guān)系曲線的斜率，而x則為準直器的壽命。根據(jù)本發(fā)明的方法可能發(fā)生變化的濺射參數(shù)包括沉積功率和沉積時間，或者兩者。此外，可將軟件設(shè)計為進一步包括用以補償和濺射靶老化相關(guān)的沉積速率變化公式，或者每次根據(jù)濺射靶壽命而更換準直器時可使用的諸不同公式。


圖1為本發(fā)明實際上所用濺射系統(tǒng)的示意圖。
圖2顯示一按本發(fā)明控制濺射源方法中諸步驟的流程圖。
本發(fā)明是這樣一種方法，它對準直的濺射源進行自動控制，以便使由該源所沉積薄膜的性能即便在準直器上積聚有被濺射材料而仍保持在預(yù)定值上，隨著時間而被維持為常數(shù)的性能通常為所沉積層的厚度。本發(fā)明可使用一例如為平面磁控管濺射源的常規(guī)濺射源來實現(xiàn)，它帶有一對該源所使用的一個或多個濺射參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)的計算機裝置，以補償因被濺射材料在準直器上的積聚而造成的沉積速率的降低。在本發(fā)明方法的改進中，也可控制濺射參數(shù)以補償由于濺射靶侵蝕所引起的沉積速率的改變。這種方式中，在準直器的整個壽命期間可在一系列大圓片或襯底上沉積具有恒定膜厚的濺射薄膜。
在目前所示的圖1中簡略地描繪了本發(fā)明實際應(yīng)用中所可能使用的一典型濺射系統(tǒng)。整個濺射系統(tǒng)10包括真空外殼20;其上放置大圓片40的大圓片平臺30;以及氣密封門50，穿過該門借助諸如機械手(未示出)一類傳輸裝置將諸大圓片裝進和卸自大圓片平臺30，濺射系統(tǒng)10還包括一帶有許多單個透射單元65的準直過濾器60;一也用作系統(tǒng)陽極的濺射靶70以及一通過軸85旋轉(zhuǎn)的放置磁鐵組件80，真空外殼20中還包括各種為本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所周知的附加元件，諸如節(jié)氣門、暗區(qū)屏蔽、大圓片保持裝置、大圓片溫度控制裝置、安裝結(jié)構(gòu)、傳感器等等。但因它們對于本發(fā)明的理解并不重要，因而為簡便起見圖中均未示出。圖1示出處于水平位置的大圓片40，其活化表面也即材料將被濺射上去的表面向上，而同樣水平放置的、處于大圓片上方的濺射靶70則面向下。對本領(lǐng)域熟知的那些技術(shù)人員將明白，這些元件的其它取向也是可能的。例如，大圓片40可保持為垂直方向，或水平地放置于濺射靶的上方，面向下。
與真空室20相通的是一真空輔助系統(tǒng)90、供氣輔助系統(tǒng)100、供電輔助系統(tǒng)110和計算機裝置120。計算機裝置包括如下文所述能實現(xiàn)本發(fā)明之方法的軟件以及控制各種硬件輔助系統(tǒng)的軟件。濺射源10可以是例如由本發(fā)明之受讓人以M-2000TM商標所出售系統(tǒng)的多模件大圓片加工系統(tǒng)中的單個模件。這種情況下，可結(jié)合多于一個的模件來使用所示各種輔助系統(tǒng)之一。例如，可使用單個計算機裝置來控制所有的各種工藝處理室。
實際應(yīng)用中，通過門50將大圓片40引入室20并放置在大圓片平臺30上。隨后將門50密閉并用真空系統(tǒng)90將室20抽真空至所希望的高真空度，例如10-8乇。眾所周知，真空系統(tǒng)90包括粗泵和高真空泵(例如低溫泵)，以及壓力監(jiān)測裝置，所有這些裝置均有效地與計算機裝置120相耦合連接。當?shù)竭_一適宜的真空度時，在計算機控制下將等離子體承載氣體，例如氬氣由供氣系統(tǒng)100引入真空室。在進行反應(yīng)濺射場合下也可使用供氣系統(tǒng)100提供反應(yīng)氣體進入室20。一般講將室20內(nèi)的壓力上升至約1-5毫乇來進行濺射。使用準直器時，使室20保持低壓尤其重要，這樣穿過準直器的粒子在射出準直器后將不被散射。
濺射靶70包括面對大圓片的表面，該表面與等離子相接觸，由諸如鋁或鈦一類待濺射材料制成。如上文所述，來自等離子體的高能正離子轟擊撞射出原子的負向充電靶表面。這些射出的原子以各種方向沖至真空外殼，其中一些終于到達大圓片40的表面，并在其上形成薄膜。通過磁場使等離子體限定在接近于濺射靶表面的區(qū)域內(nèi)，所述磁場由旋轉(zhuǎn)的磁鐵組件80產(chǎn)生，它圍繞靶極表面以產(chǎn)生一閉環(huán)磁道。在進行準直濺射時，橫跨濺射靶表面的侵蝕率(也即發(fā)射率)要保持均勻極為重要。盡管圖中濺射靶70具有平面表面，它也可采用其它的形狀。在已獲準的與此共同轉(zhuǎn)讓的、美國專利申請第07/919074中詳細描述了一種適宜于實施本發(fā)明的濺射，能提供橫跨靶面高度均勻的侵蝕，其提示通過參考結(jié)合于本文。在圖1所示較佳實施例中，濺射靶70具有比大圓片40更大的直徑。例如，把由本發(fā)明受讓人提供的一種適合的商用濺射源設(shè)計成用來加工處理8吋大圓片，并具有超過11吋的平面濺射靶直徑。
在濺射靶70和大圓片40之間設(shè)置一準直器60。準直器60起空間過濾器作用，以阻截其軌跡相對于大圓片40之表面具有低角度的粒子。在這種方式中，只允許那些走向主要垂直于大圓片之表面的被濺射原子通過。準直器60包括許多個透射過濾器單元65。在由本發(fā)明受讓人經(jīng)市場上售出的一種準直濺射源中，過濾器單元65的形狀為六角形，從而形成一蜂窩狀圖案，而其橫截面的尺寸大約為1厘米。過濾器單元65的縱橫比，也即單元長與平均直徑之比重在大約0.75∶1至4∶1的范圍內(nèi)。如圖所示，準直器60的直徑大于大圓片50的，這樣由靶70射出的粒子不會不穿過準直器60而到達大圓片40。
用計算機裝置120來控制濺射系統(tǒng)的所有方面的操作，而且能按照計算機存儲器中保留的或由系統(tǒng)操作員輸入的過程處方自動地按需調(diào)節(jié)各種濺射參數(shù)。計算機裝置120通過調(diào)節(jié)各種濺射參數(shù)值來執(zhí)行該處方，或相反控制濺射源。影響沉積在大圓片上膜厚的基本參數(shù)為沉積功率和沉積時間。沉積功率被定義為濺射期間由濺射系統(tǒng)電源供給的用來激勵等離子體的輸入功率。濺射系統(tǒng)10P，可用電源110來改變耦合至等離子體的功率范圍，并可通過計算機裝置120加以控制。沉積時間被定義為在大圓片或襯底上進行濺射沉積期間的時間段。
根據(jù)本發(fā)明，利用計算機裝置120’通過在一系列大圓片上沉積薄膜期間周期性地調(diào)節(jié)所選濺射參數(shù)值來控制濺射源10。該調(diào)節(jié)按照計算機裝置120之軟件中所含預(yù)定的補償公式加以進行。在本發(fā)明的一較佳實施例中，沉積時間在加工完每一大圓片之后均要增加。在另一較佳實施例中則在加工完每一大圓片之后增加沉積功率?？赏ㄟ^實驗確定所選濺射參數(shù)值來對每一種準直器的縱橫比、濺射材料、室壓及其它條件的組合推導(dǎo)出補償方程，所述的參數(shù)值為使濺射源沉積出具有預(yù)定厚度的薄膜所必需的，它是準直器壽命的函數(shù)。該方法也可補償由于濺射靶侵蝕所造成沉積速率的改變。補償方程也可利用適宜的計算機模型技術(shù)，而非實驗測量來加以推導(dǎo)。
可用不同的數(shù)學(xué)模式例如多項表達式或精確擬合解析表達式來表達所使用的公式。所述表達式將調(diào)節(jié)因子定義作為準直器之壽命的函數(shù)。在一實施例中，補償算法包括一n級多項式，其中n等于或大于3。在較佳實施例中，計算出調(diào)節(jié)因子并將它用作為一乘數(shù)，它被乘以襯底濺射期間所用的沉積參數(shù)值，以便確定系列中下一襯底進行濺射期間所要使用的參數(shù)值。由通過準直器濺射出的材料量來確定準直器的壽命。在常規(guī)的濺射源中，對于給定的一組工藝參數(shù)而言，被濺射材料的速率與耦合至等離子體的功率有關(guān)。因此可以方便地由設(shè)置時起算的千瓦小時數(shù)來表示準直器的壽命。
圖2是按本發(fā)明控制濺射用方法中諸步驟的流程圖，本發(fā)明利用計算機裝置來調(diào)節(jié)濺射參數(shù)并控制濺射源。如圖所示，步驟1，在濺射系統(tǒng)中設(shè)置一新的準直器，也即上面本質(zhì)上未積聚有材料的準直器，而用來儲存準直器之壽命的不易失計算機系統(tǒng)的存儲器則被復(fù)位零。為達到本發(fā)明的目的，“新”準直器是一個其上本質(zhì)上未沉積有薄膜的準直器。所謂新不必意味著它從未被使用過。特別要考慮到采用和本發(fā)明相關(guān)的那種準直器，可在到達其正常工作壽命終點后洗去其所沉積的材料并隨后再次加以使用。
在步驟2中，啟動系統(tǒng)，并開始一輪等加工大圓片系列的運行。由可得自計算機存儲器的那些處方中選出一供在大圓片系列上進行沉積用的處方，或由系統(tǒng)操作員將一種處方輸入至計算機。該處方規(guī)定待沉積的膜厚只是其中之一。在較佳實施例中，濺射系統(tǒng)這樣來進行自動化，即通過由計算機裝置計算出用以執(zhí)行所選處方的濺射參數(shù)。對本領(lǐng)域熟悉的那些技術(shù)人員將會明白，本發(fā)明的方法常在步驟2開始，因為準直器的更換將相對地不常發(fā)生。
在步驟3，由于它處在任何一輪濺射運行之前，故系統(tǒng)計算機檢查儲存在存儲器中的準直器壽命以確定該準直器是否已到達其使用壽命的終點。假設(shè)在步驟1中設(shè)置了新的準直器，且準直器壽命值復(fù)位至零，則將過程繼續(xù)至步驟5，這里根據(jù)輸入的處方來調(diào)節(jié)濺射參數(shù)。如上文所述，根據(jù)本發(fā)明，計算機裝置帶有軟件，該軟件規(guī)定濺射參數(shù)以滿足所選擇的處方，并進一步包括一確定調(diào)節(jié)因子的公式，從而調(diào)節(jié)作為準直器壽命之函數(shù)的這些參數(shù)中的一個或更多個，以補償準直單元上材料的積聚。
在一個較佳實施例中，用來確定調(diào)節(jié)因子的公式是n級多項式，其中n等于或大于3。在這種型式的另一實施例中，n等于5。在另一較佳實施例中，所使用的公式是AF＝y(tǒng)o/(yo-mtx)形式的精確擬合解析式，其中AF是函數(shù)，yo是準直器嶄新時的沉積速率，mT是時間T時沉積速率對應(yīng)于靶壽命之關(guān)系曲線的斜率，x是準直器的壽命。這兩者中的任一種情況下，所使用公式可對特定的一組準直條件，例如靶材料，室壓等由實驗方法加以確定，或可通過計算機模擬推導(dǎo)得出。
在步驟6濺射開始，并在進入至步驟7之前根據(jù)所選擇的處方在N個襯底或大圓片上進行薄膜沉積。在本發(fā)明的較佳實施例中，N等于1，并在每一大圓片加工完后于步驟7計算出準直器的壽命。
在本發(fā)明的一個實施例中，準直器的壽命通過測量濺射花去的時間并乘以等離子體的功率得出準直器使用的千瓦小時數(shù)的總和加以監(jiān)測。因此，在步驟7，通過襯底濺射期間所用沉積功率和沉積時間的乘積，并將它加到在步驟3的最后迭代之前存儲器中所存準直器的壽命上。如上文所述，這種計算可在每一大圓片、每一套大圓片加工完成之后，或在某些其他周期間隔時間進行。
在步驟7之后，計算機要確定系統(tǒng)是否已到達一輪大圓片運行的結(jié)束(步驟8)。如已到達一輪運行的結(jié)束，則計算機發(fā)出信號表示系統(tǒng)已完成正在加工的大圓片(步驟9)，并等待操作員進一步的輸入，例如下一輪運行的開始。如果該輪運行尚未完工，則過程返回至步驟3，在這里，將新計算出的準直器壽命與計算機存儲器中所存預(yù)先編入的準直器最大有效壽命進行比較。如果準直器的有效壽命已超過，則將有一出錯信號4送至操作者，且濺射將不再繼續(xù)。如果準直器的有效壽命未超過，則系統(tǒng)繼續(xù)進行以重復(fù)該過程，也即，計算機計算出新的調(diào)節(jié)因子(步驟5)。并利用調(diào)節(jié)得到的濺射參數(shù)開始對待涂覆的下一輪N個襯底進行濺射(步驟6)。正如所指出的那樣，過程可在每一圓片(N＝1)，或在每一盒大圓片加工好之后進行，或者也可在某些其它的周期間隔時間進行。材料在準直器上的積聚是個相對慢的過程，也即，準直器的壽命可延伸至幾千個大圓片，這樣就無需在每一大圓片后進行步驟3的比較。另一方面，這一步驟的過程足夠簡單，以致在每一大圓片完工后進行比較是易于實現(xiàn)而且毫不費力的。
濺射參數(shù)的調(diào)節(jié)(步驟5)可在計算準直器壽命(步驟7)的同一周期間隔進行。(也即，在N個大圓片已加工好之后)，或者可在不同的周期間隔進行。例如，步驟7的壽命計算可在每一大圓片完工后進行，而新調(diào)節(jié)因子的計算僅在每一盒大圓片加工完成之后進行。本發(fā)明的這種相對較不提倡的改變在圖2的流程圖中并未示出，但步驟5的調(diào)節(jié)僅在每KN個大圓片加工完成之后進行，(其中N為進入步驟7之前在步驟6所加工的大圓片的數(shù)量，且K是個整數(shù))。因此，步驟6，7和3每完成K次步驟5只進行一次。
重復(fù)步驟3-6的程序直至該系列大圓片中的所有大圓片均已涂覆(步驟9)，或直至超過準直器的有效壽命(步驟4)，或直至濺射源除非因操作員中斷而導(dǎo)致過程停止進行。正常情況下，濺射在準直器有效壽命結(jié)束之前終止，且準直器的壽命被保持在永久(不易失)性的計算機存儲器中，故在下一輪大圓片系列運行時，可用它來實施本發(fā)明。
在本發(fā)明的進一步改進中，以調(diào)節(jié)因子形式周期性地使用乘數(shù)不僅考慮到準直器的壽命，而且考慮到伴隨著靶侵蝕面發(fā)生的沉積速率的變化。再一次利用實驗數(shù)據(jù)或計數(shù)機模擬方法推導(dǎo)出多項式或精確擬合公式，以得到一計及準直器壽命和靶極壽命這兩者的調(diào)節(jié)因子。
濺射靶和準直器的更換要求濺射系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)以進行維修，在這期間真空遭受破壞。由于大多數(shù)濺射系統(tǒng)的普通用戶均希望系統(tǒng)能盡可能多地“在線”，故對更換這些項目的正常維修處理最好如此來進行，即更換一個項目的時間間隔是更換另一項目的時間間隔的倍數(shù)。例如，可這樣來建立一維修計劃，每更換兩個準直器對靶極進行一次更換。在采用這種維修計劃的本發(fā)明另一實施例中，濺射系統(tǒng)計算機儲存有用來計算調(diào)節(jié)因子的乘數(shù)公式，每一時間間隔用一個公式。這樣，例如，假設(shè)靶極更換以準直器每隔一次更換時間進行一次(也即，每個靶極供兩個準直器使用)，則在第一時間間隔期間可采用一個公式，并當使用一新靶和一新準直器時開始，而在第二時間間隔期間則采用第二個公式，并當使用一新的準直器和用了一半的靶極時開始。雖然該法使適當公式的推導(dǎo)得以簡化，故在任一時間間隔期間所用公式僅需計及一種變化，即，準直器的壽命，但是，它同樣也能補償靶極侵蝕。
盡管本文相對于較佳實施例對本發(fā)明作了特別的描述，但要理解，基于現(xiàn)有的揭示可作出各種變換、修改及調(diào)整，而且這些都屬于本發(fā)明的范圍。盡管結(jié)合目前認為是最實用且優(yōu)先采用的實施例對本發(fā)明進行了描述，但要理解，本發(fā)明并不局限于已揭示的實施例，相反地，本發(fā)明旨在涵蓋所附權(quán)項范圍之內(nèi)的各種修改及等效替換。
權(quán)利要求
1.一種自動控制濺射源的方法，所述濺射源帶有準直器，并可借助計算機進行控制，其特征在于，所述方法包括以下步驟(a)為所述計算機提供軟件，它包括用來計算乘數(shù)的公式，所述乘數(shù)為準直器壽命的函數(shù)；(b)使用濺射源通過所述準直器在一系列襯底上順次沉積由來自濺射靶材料組成的薄膜；(c)監(jiān)測準直器的壽命；(d)在步驟(6)期間利用所述軟件這樣來自動地、周期性調(diào)節(jié)作為所述乘數(shù)的函數(shù)的可控濺射參數(shù)值，使得當被濺射材料積聚在準直器上時，由該源在所述系列上沉積的薄膜性能基本上不會在襯底與襯底之間發(fā)生變化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述公式的形式為n級多項式。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，n至少為3。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述多項形式為AF＝1+ax+bx2+cx3+dx4+ex5其中AF為所述乘數(shù)，a、b、c、d和e為系數(shù)，而x則為準直器的壽命。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，準直器的壽命用準直器壽命期間施加至濺射源的能量的千瓦小時數(shù)來表示。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述公式的形式為AF＝y(tǒng)o(yo-mtx)，其中AF為所述乘數(shù)，yo為準直器嶄新時的沉積速率，MT時間T時沉積速率對靶極壽命之關(guān)系曲線的斜率，而x則為準直器的壽命。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在準直器整個壽命中MT為常數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括這樣的步驟監(jiān)測濺射靶的壽命，并利用所述軟件自動地周期性地調(diào)節(jié)一作為濺射靶壽命之函數(shù)的可控濺射參數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所調(diào)節(jié)的作為濺射靶壽命之函數(shù)的可控濺射參數(shù)與步驟(d)所調(diào)節(jié)的可控濺射參數(shù)不同。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濺射參數(shù)是沉積功率。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濺射參數(shù)是沉積時間。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述公式通過定義一調(diào)節(jié)因子確定特定襯底沉積期間要用的所述濺射參數(shù)值，該調(diào)節(jié)因子被乘以對所述襯底系列中的襯底進行濺射期間所用的參數(shù)值以取得對所述襯底系列中的下一襯底進行濺射期間要用的參數(shù)值。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濺射參數(shù)在所述襯底系列中的每一襯底加工完成之后進行。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，由含有多個襯底的盒中將所述襯底系列輸送入所述的濺射源中，而且其中所述濺射參數(shù)的調(diào)節(jié)在每一盒加工完成之后進行。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述公式由實驗方法確定。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，以預(yù)定工段時間的子間隔時間更換所述的準直器，而以Ix段時的間隔時間更換所述的濺射靶，其中，x是大于1的整數(shù)，且其中在Ix時間間隔中的每一子間隔時間使用不同的公式，這樣系統(tǒng)對準直器的老化及濺射靶的老化兩者同時進行補償。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濺射源是一平面磁控管濺射源。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜的性能為膜厚。
19.一種磁控管濺射源，其特征在于，包括真空外殼;裝在所述真空外殼內(nèi)的濺射靶;裝在所述真空外殼內(nèi)的大圓片平臺;產(chǎn)生接近于所述濺射靶表面的等離子體用裝置;在所述真空外殼內(nèi)位于所述濺射靶所述大圓片平臺之間的準直過濾器;用來控制濺射源以沉積薄膜的計算機裝置，該膜由來自所述準直靶經(jīng)所述準直過濾器到達襯底上的材料組成;監(jiān)測所述準直過濾器之壽命的裝置;所述計算機用的軟件手段，它包括一公式，該公式這樣來自動地周期性地調(diào)節(jié)作為所述準直過濾器壽命之函數(shù)的可控濺射參數(shù)值，使得所沉積薄膜的性質(zhì)當有被濺射材料積聚在準直過濾器上時，基本上不會發(fā)生襯底與襯底之間的變化。
全文摘要
一種自動控制準直濺射源的方法，它包括為計算機提供帶有公式的軟件，以便計算作為準直器壽命之函數(shù)的乘數(shù)，用濺射源依次在一系列襯底上沉積薄膜，監(jiān)測準直器的壽命，并利用軟件周期性地調(diào)節(jié)作為乘數(shù)之函數(shù)的可控濺射參數(shù)值，從而對準直器上被濺射材料的積聚進行補償。
文檔編號C23C14/54GK1104262SQ9411612
公開日1995年6月28日 申請日期1994年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月17日
發(fā)明者熱里M·阿克特, 斯蒂芬M·赫加, 小萬斯E·霍夫曼, 帕特里克O·米勒, 帕梅拉R·帕特森 申請人:凡利安同仁股份有限公司