[发明专利]用光学厚度监测系统管理涂层均匀性的方法

说明书

本发明的主题是一种在物理气相沉积系统中管理衬底上的涂覆厚度的方法。所述方法应用于包括多光束激光监测系统和具有多掩模组的均匀性控制系统的所述系统。所述方法包括以下步骤：计算穿过涂层的激光透射率的误差函数，基于误差函数与预定常数之间的比较来停止沉积过程，比较所有激光束之间的沉积速率，识别具有不同沉积速率的涂层区域，调整多掩模组以在下一沉积过程中改变该涂层区域上的沉积速率，并恢复下一涂层的沉积过程，直到实现均匀涂覆厚度。

背景技术

物理气相沉积(PVD)在当今的大规模生产涂覆过程中起着重要作用。PVD的特征在于这样的过程，即其中涂覆材料在高真空度和高温的环境中从凝聚相(也称为靶材)变为气相，然后变回在衬底(需要涂覆的产品或材料)上凝结的薄膜。与传统的涂覆方法(如电镀工艺)相比，PVD涂覆更耐腐蚀、更耐用。此外，它可以应用于更多样化的衬底和表面。

然而，在PVD沉积过程中保持涂覆厚度的均匀性一直是一个挑战。工业上用于管理涂覆厚度的方法是在衬底和涂覆材料的蒸发源之间插入一个或多个屏蔽掩模。在PVD涂覆室中放置屏蔽掩模有助于蒸发的涂覆材料更均匀地分布和沉积在衬底的表面上。屏蔽掩模对涂覆均匀性的影响很大程度上与屏蔽掩模的形状有关。为了确定可获得最佳均匀性的屏蔽掩模的形状，必须在进行批量生产之前进行先导研究。在高端产品的长时间生产过程中，屏蔽掩模的形状需要定期调整和校准。然而，屏蔽掩模通常在试运行之前手工制作。为了找到最适合该工艺的掩模，必须准备大量具有不同形状的屏蔽掩模。传统屏蔽掩模的制备和测试是耗时的。对屏蔽掩模的形状进行微调是非常不方便的，甚至是不可能的。这可能导致错过获得良好均匀性的最佳形状。此外，由于手工制备的屏蔽掩模缺乏一致性和可重复性，测试结果的再现性较低。

因此，非常需要这样一种屏蔽掩模，该屏蔽掩模可在涂覆过程中快速设置，并且其形状可以容易地调整而无需重新制作。与此同时，要实现涂覆均匀，制作专门设计的掩模只完成了一半。还需要开发一种方法，以便可以持续实时监测衬底上涂覆厚度的状态，并提供关于在沉积过程中如何以及何时使用掩模来保持均匀性的反馈。这种方式可以选择适当的掩模以促进或减少涂覆材料在衬底的特定表面区域上的沉积，并且可以相应地调整沉积过程以用于下一层的涂覆。

发明内容

本发明的目的是开发一种在沉积过程中监测和维持衬底上涂覆厚度均匀性的方法。该方法由均匀性管理系统实现和控制，该系统包括多通道光学监测系统和均匀性控制系统。

在本发明的一些实施例中，该方法包括以下步骤：判断第一涂层的沉积何时结束，比较衬底的不同表面区域上的沉积速率，应用多掩模组以维持衬底上的整体涂层均匀性，以及恢复下一涂层的沉积过程。

在本发明的一些特定实施例中，该方法包括使用在沉积过程期间穿过涂层的激光透射率数据来进行涂层结束判断的步骤。在本发明的其他特定实施例中，该方法包括通过在靶材和衬底之间的多掩模组上放置合适的可调整掩模来调整衬底的特定表面区域上的沉积速率的步骤。

附图说明

图1为PVD涂覆系统中的UMS的示意图。

图2示出了具有上部件、下部件和弧形轨道的可调整掩模。

具体实施方式

已经开发了一种称为均匀性管理系统(UMS)的系统来管理PVD涂覆工艺中的屏蔽掩模。UMS包括多通道光学监测系统和均匀性控制系统。它和PVD涂覆系统安装在一起。在涂覆过程中，UMS决定每个涂层的沉积结束并计算出工作范围内的大致的均匀性分布，并为下一个涂层选择正确的可调整掩模。