[发明专利]一种预测靶材使用寿命的方法

说明书

本发明涉及一种预测靶材使用寿命的方法，所述方法包括以下步骤：(1)使用三维扫描的方法，获取靶材溅射前和溅射后的形貌图，采用靶材溅射前和溅射后的形貌图结合制得表面侵蚀曲线，从所述表面侵蚀曲线中得到靶材的原始厚度和靶材的最小剩余厚度；(2)构建所述靶材的最小剩余厚度、溅射功耗和所述靶材的原始厚度的函数关系，通过所述函数关系来预测所述靶材的使用寿命。所述方法能够反映靶材的真实形貌，快速找到靶材表面的实际溅射最深处，准确地得到靶材的最小剩余厚度，使靶材的利用率达到最大；所述方法适应用于各种靶材，应用范围较广。

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术领域，具体涉及一种预测靶材使用寿命的方法。

背景技术

磁控溅射技术广泛应用在机械、电子和半导体等技术领域。其原理是利用荷能粒子(离子或中性原子、分子)轰击靶材表面，使靶材近表面的各种粒子获得足够大的能量，最终逸出靶材表面，沉积在衬底上形成薄膜。

靶材在使用的过程中，随着溅射的进行而不断的消耗，由于磁场强度的不均匀导致靶材表面溅射深度不均匀，呈现不规则的侵蚀曲面，若不能及时探测靶材溅射深度的分布情况，一方面靶材得不到充分利用，造成靶材的浪费；另一方面，当曲面的最大深度接近靶材的原始厚度时，靶材的使用寿命达到极限，靶材有被击穿的风险，造成溅射设备的损坏。

为了提高靶材的利用率，研究者通过改进磁控源，提高靶材侵蚀的均匀性。CN102465268A公开了一种磁控源和磁控溅射设备、以及磁控溅射方法，所述磁控源包括：靶材；磁控管，所述磁控管位于所述靶材上方；和扫描机构，所述扫描机构与磁控管相连，以控制所述磁控管围绕所述靶材的中心转动，且所述扫描机构以预设步长阶段性地调整所述磁控管的转动半径，其中，在每个阶段所述扫描机构控制所述磁控管的转动圈数和/或转速以在所述每个阶段对所述靶材刻蚀至预设深度。用户可以通过对磁控管运动方式的控制，实现对磁控管运行轨迹的灵活控制，进而提高靶材利用率和金属离化率，但是仅适用于与所述磁控溅射设备配套的靶材，不具有普适性。

目前，靶材使用寿命常用的估算方法是：利用成膜功率与成膜时间的乘积，即成膜过程中所做的功，所述方法无法直观的反馈靶材使用寿命与实际溅射深度的关系，若靶材的实际溅射深度接近于原始厚度时，继续使用就会将背板材料溅射至样品上，造成样品的污染，因此，如何得到靶材的实际溅射深度成为研究的热点。

靶材的实际溅射深度的测量方法较多，其中，CN108180814A公开了一种靶材刻蚀量测量装置，该装置包括采集部和测量部，采集部包括测量针框架以及设置于测量针框架内的多排测量针，多排测量针的测量端用于与靶材的至少一部分刻蚀面相接触，并形成与测量针相接触的刻蚀面相匹配的模拟面，测量部与形成模拟面后的采集部相互对合，测量部用于与模拟面凸起尺寸最大处的测量针的测量端相接触，并测得刻蚀面凹陷的最大深度。但是所述装置受限于测量针的数量和排布，不能真实的反映刻蚀面的溅射深度，可能遗漏溅射最深处。

CN103572222A公开了一种靶材溅射寿命的确定方法，所述方法包括：确定溅射功耗与靶材最小剩余厚度的线性关系；设定靶材的标准剩余厚度；将所述标准剩余厚度代入所述线性关系中，确定靶材的溅射寿命，并进一步公开了使用三坐标测量仪确定靶材最小剩余厚度，但是三坐标测试仪测试时，需要将测试靶材移动至测试区域；一般测试2条垂直的线，每多测1条线都需要再花费时间，靶材溅射最深处可能会有所遗漏；且只能测试圆形靶材，无法测试非圆形靶材和溅射异常的靶材，此外，设备较笨重，无法随身携带。

基于现有技术的研究，如何开发一种适用于各种靶材，能够获取靶材表面的真实情况，测定靶材表面上所有点的侵蚀情况，快速、精确找到靶材实际溅射最深处，同时能够预测靶材使用寿命的方法，成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容