[发明专利]用于溅射靶的PTF测量自动化的方法和装置

说明书

技术领域

【0001】本发明涉及用于测量溅射靶的穿过通量(PFT)性质的方法和装置。更具体地，本发明涉及用于溅射靶中的用于自动化PTF测量的方法和装置。

背景技术

【0002】溅射工艺广泛应用在将薄膜材料沉积到期望的衬底上。典型的溅射系统包括源和靶、和溅射材料沉积到其上的衬底，所述源用于产生电子或离子束，所述靶包括分裂成原子的材料。该工艺包括用电子或离子束以一个能使靶材料溅射或腐蚀的角度轰击靶材料。溅射靶材以薄膜或层沉积到衬底上。用于溅射工艺的靶材的范围为从纯金属到更为复杂的合金。

【0003】磁控溅射包括在靶材(阴极)后面布置永久磁体或电磁体，并将磁场施加到靶上。施加的磁场传输通过靶，并将放电等离子聚焦到靶的前面。靶的正面被分裂成原子，随后靶原子沉积到位置与靶相邻的展开的薄膜器件的上面。

【0004】磁性靶材料的磁控溅射在电子工业很盛行，尤其在半导体和数据存储设备制造上很盛行。由于磁性靶合金的软磁本性，在靶体中中会存在所施加磁场的大量分流。这就会导致由于传输的磁场集中在由分流形成的腐蚀凹槽中而使得靶利用降低。这种集中效应又会随着材料渗透性的增加(其对应于材料PTF的降低)而加剧。

【0005】靶材料磁导率的降低会促进产生不太严重的腐蚀轮廓，而这可提高靶材料的利用，且有助于降低材料成本。严重的靶腐蚀轮廓的出现还会促进点源溅射现象，而这会导致比最优的沉积薄膜厚度均匀性差的薄膜厚度均匀性。因此，降低靶材料的渗透性有助于提高沉积的薄膜厚度均匀性。

【0006】溅射靶的PTF定义为所透射的磁场和所施加的磁场的比。PTF值为100％表示非磁性材料，这时所施加的磁场通过靶体时不会产生分流。磁性靶材料的PTF一般规定在0-100％的范围内，大多数商业生产的材料的值在30-100％之间。

【0007】测量PTF有几种不同的技术。一种技术涉及将4.4(+/-0.4)千高斯条形磁体放置成接触靶材料的一侧，并用与靶材料的另一侧接触的轴向霍尔探头来监控所传输的场。传输通过靶体的磁场的最大值除以磁体和探头(保持在与靶在它们中间时相同的相距距离)之间没有靶时所施加的磁场强度定义为PTF。PTF可以表示成分数或百分数。

【0008】测量PTF的另一种技术涉及使用马蹄型磁体和横向霍尔探头。人们发现使用不同的磁体和探头配置测量的PTF值表现出与工业上常用的磁场强度值成良好的线性相关性。PTF测量技术解释为对出现在实际的磁控溅射机床中的施加的磁通量进行近似。因此，在磁控溅射期间中，PTF测量对靶材料的性能有直接的适用性。

【0009】磁性材料PTF和磁导率不是互相排斥的。而是，在磁性材料的PTF和最大渗透性之间存在非常强的反向相关性。使用符合ASTM标准A 894-89的振动样品磁强计(VSM)技术，可以很精确地确定材料磁性渗透性的值。

【0010】目前，PTF测量是用人工操作的PTF架完成的。ASTM F 1761-00和ASTM F 2086-01标准列出了穿过通量的测试方法。人为地将靶旋转30，60，90和120度方向，磁场值在每次角度设置下被人工测量并记录。这些标准规定的测试固定装置关于马蹄型磁体相对于受测靶的方向根本不同，它们必须由操作员人为调节。由于要人为设定并操作PTF测试固定装置，所以进行大量的测量以准确地表现溅射靶的PTF特征很困难，并且很耗时。因此，由于对靶进行的测量有限，操作员检测不出可能存在于溅射靶的某一特定部分的缺陷。而且，典型的人工溅射靶测试固定装置台直接将溅射靶固定在靶台的表面上。这样，在使用典型人工测试固定装置的测量过程中，在每一个角度位置旋转靶期间，溅射靶的表面会被靶台的表面刮伤。

【0011】因此，需要一种使溅射靶的PTF测量自动化的装置和方法。此外，需要一种能够生成测量的溅射靶图的自动化的PTF测量装置和方法。还需要一种在测量过程中允许溅射靶旋转，但不会刮伤其表面的自动化的PTF测量装置。

发明内容