專利名稱：：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制濺射靶的腐蝕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及應(yīng)用于物理氣相沉積工藝的一種方法和設(shè)備，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制濺射靶組件表面區(qū)域的腐蝕。特別是，本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)和測(cè)量賊射耙的表面上的厚度變化的方法，其目的在于控制物理氣相沉積過程。
背景技術(shù)：
：在制備集成電路、平板顯示器、噴墨打印頭和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置時(shí)，采用賊射耙作為用物理氣相沉積(PVD)工藝的材料源。濺射靶一般都用高純度材料(例如，Ta、Ti、Cu、Al、Au等)經(jīng)高技術(shù)加工而成。由于最終應(yīng)用目的不同，這些濺射耙的制備經(jīng)過了各種不同的能量密集工藝。在PVD工藝過程中，用這種濺射靶將薄的金屬薄膜沉積到特定的基底上。因此在典型的PVD工藝中，采用輝光放電等離子體產(chǎn)生的離子來轟擊濺射靶，被濺射出來的粒子凝集到基底上形成薄膜。,茲控管系統(tǒng)以高沉積速率并均勻地沉積薄膜。材料從靶上濺射移出后沉積到基底上，由于轟擊靶的等離子體的不均勻分布，在靶上形成各種腐蝕圖形。這些圖形是不均勻的，會(huì)引起形成的薄膜不合要求，非但達(dá)不到對(duì)靶的優(yōu)化使用，而且會(huì)使得靶最終災(zāi)難性地失效，就是本領(lǐng)域所謂靶的"擊穿"。如圖l(a)和l(b)所示，一個(gè)典型的200mm賊射耙在接近其壽命的終了階段可以看到不均勻的腐蝕圖形。在過去已經(jīng)提出了多種方法來監(jiān)測(cè)靶的腐蝕并控制PVD過程。其中一種辦法是打開真空室直接檢查靶的狀態(tài)。顯然，這種手動(dòng)檢查辦法不能在沉積過程中采用，因?yàn)樗沟媚芰繐p失較大，并且設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間無法工作。近來開發(fā)出幾種原位(in-situ)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。Mohnke等人(德意志民主共和國(guó)專利文件No.216258Al)披露的系統(tǒng)采用靶上傳播的表面聲學(xué)波SAW來測(cè)量控制陰極濺射過程。特別是，用安裝在陰極濺射靼表面的兩個(gè)換能器來傳遞和接收表面聲學(xué)波SAW。這個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是，換能器都裝在靶的表面，盡管在腐蝕區(qū)之外，該處部分靶材料仍然未能用到。它還有個(gè)缺點(diǎn)，延遲線的共振頻率是隨溫度變化的。結(jié)果，靶的表面溫度敏感地受到腐蝕的影響，后者又依賴于大的溫度系數(shù)和共振頻率。這些相關(guān)的技術(shù)斌統(tǒng)還有一個(gè)缺點(diǎn)是，所用的波的振幅有較大衰減，導(dǎo)致它們測(cè)量腐蝕的困難。此外，靶表面的溫度和壓力場(chǎng)對(duì)表面聲學(xué)波的速度有不利的影響，這又降低了預(yù)測(cè)傳播距離和腐蝕狀態(tài)的準(zhǔn)確度。Hori(日本專利文件No.63[1998]-290270A)4皮露了測(cè)量濺射系統(tǒng)中的靶厚的一種方法，其將一個(gè)超聲振蕩器貼在濺射系統(tǒng)的靶的背面，該振蕩器輻射的超聲波進(jìn)入靶內(nèi)，從而探測(cè)出靶的共振。在另一個(gè)濺射系統(tǒng)中，Kishimoto等人(日本專利文件No.6[1994-41744])披露了一種超聲發(fā)射器和接收器，以及一種對(duì)接收器的輸出作算術(shù)處理的控制器。所作的一個(gè)設(shè)置是測(cè)量在靶上被腐蝕的和未被腐蝕的區(qū)域，超聲波來回經(jīng)過的傳播時(shí)間，通過采用控制器^^僉測(cè)最小和最大傳播時(shí)間之比可以測(cè)量靶上發(fā)生腐蝕的程度。然而，在后兩個(gè)系統(tǒng)中，超聲發(fā)射器在靶的厚度方向傳播波。于是，必須用多個(gè)發(fā)射器來測(cè)量革巴上分立的點(diǎn)。另一個(gè)缺點(diǎn)在于操作人員必須通過反復(fù)試驗(yàn)來預(yù)先確定腐蝕區(qū)域和未腐蝕區(qū)域的位置。為了滿足對(duì)PVD耙原位監(jiān)測(cè)的需求，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種新的方法和設(shè)備來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)靶的表面。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種嵌入式聲學(xué)裝置，用于在薄膜沉積的整個(gè)過程中監(jiān)測(cè)靶的腐蝕。本發(fā)明也有另一個(gè)目的是利用一種超聲裝置，該裝置在整個(gè)靶上并通過靶傳播聲波。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供兩種或吏多種聲學(xué)裝置，這些裝置以非侵入方式在濺射靶組件中產(chǎn)生超聲信號(hào)并進(jìn)行探測(cè)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀了本說明書、附圖和后面的權(quán)利要求書后將會(huì)明了本發(fā)明的別的目的和優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的方法和設(shè)備實(shí)現(xiàn)了上述各目的。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)濺射靶表面區(qū)域的腐蝕并控制物理氣相沉積過程的方法。該方法包括提供一個(gè)包含支撐板和濺射靶的濺射靶組件，該濺射靶有一個(gè)被濺射而沉積薄膜到基底上的表面區(qū)域；發(fā)射和傳播多才莫超聲波到該濺射靶的幾乎整個(gè)表面；接收超聲波并實(shí)時(shí)處理所接收到的信號(hào)來監(jiān)測(cè)和確定濺射靶上不同位置處的腐蝕深度；以及當(dāng)賊射耙達(dá)到預(yù)定的腐蝕量時(shí)替換'戚射耙以控制物理氣相沉積過程。按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用于物理氣相沉積過程的濺射靶表面區(qū)域的腐蝕的設(shè)備。該設(shè)備包括包含支撐板和濺射耙的賊射耙組件，該賊射靶有一個(gè)被濺射而沉積薄膜到一個(gè)基底上的表面區(qū)域；設(shè)置在支撐板背部的至少一個(gè)換能器，用來在所述濺射耙的幾乎整個(gè)表面上發(fā)射、傳播和接收超聲波；脈沖發(fā)生器/接收器，用來提供和接收來自該至少一個(gè)換能器的電壓；振蕩器或數(shù)字電路/裝置，用來記錄發(fā)射和接收到的超聲波信號(hào)；以及程序邏輯裝置，用來在物理氣相沉積過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和確定濺射靶表面上不同位置處的腐蝕的深度。通過后面結(jié)合附圖對(duì)各較佳實(shí)施方案的詳細(xì)描述就會(huì)明了本發(fā)明的各個(gè)目的和優(yōu)點(diǎn)，以下各圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的特征或部件圖l(a)顯示一個(gè)經(jīng)PVD過程(即，已接近其壽命末期)的200mm常規(guī)濺射靼，在其表面已可見腐蝕圖形；圖l(b)是圖l(a)所示靶的圖像顯示；圖2為一個(gè)原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的剖面示意圖；圖3為支撐板內(nèi)插入換能器的濺射靶組件的示意圖；圖4示出了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包含脈沖發(fā)生器/接收器、示波器(或數(shù)字電路/裝置)和控制器；圖5示出了濺射耙組件，其具有以5°-45°的角度(相對(duì)于靶板平面的垂直線而言)插入支撐板的聲學(xué)裝置；圖6顯示濺射靶的腐蝕剖面；圖7表示接收到的信號(hào)波形(a)為僅有支撐板時(shí)，(b)為未經(jīng)腐蝕時(shí)的新鮮革巴板，(c)為輕度腐蝕的靶板(標(biāo)稱壽命的33.33%時(shí))，(d)為深度腐蝕的靶板(標(biāo)稱壽命的130.48%時(shí))；圖8示出了所述波形的重指定譜圖(a)為僅有支撐板時(shí)，(b)為新鮮靶板未經(jīng)腐蝕時(shí)的，(c)為輕度腐蝕的靶板(標(biāo)稱壽命的33.33%時(shí))，(d)為深度腐蝕的靶板(標(biāo)稱壽命的130.48%時(shí))，其中已經(jīng)迭加了各自相應(yīng)的解析曲線；"圖9為歸一化的互關(guān)聯(lián)值與整個(gè)PVD過程消^J:的關(guān)系的曲線圖；以及圖IO示出了所接收到的波形的交叉譜密度估計(jì)。具體實(shí)施方式本發(fā)明部分基于對(duì)PVD過程所用的濺射靶的表面腐蝕的實(shí)時(shí)監(jiān)觀'J。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都認(rèn)識(shí)到這里所用的"實(shí)時(shí)"指的是在該特定過程實(shí)施時(shí)對(duì)于表面腐蝕進(jìn)行的主動(dòng)或同時(shí)的監(jiān)測(cè)。一種實(shí)時(shí)方法和設(shè)備的建立要在濺射裝置正常運(yùn)行的時(shí)候原位獲取數(shù)據(jù)，而且它不得干擾該裝置的正常運(yùn)行。如圖2所示，提供了濺射靶組件20。該組件包含一個(gè)支撐板22和一個(gè)濺射耙24，該賊射扭有一個(gè)表面，它被賊射而沉積一層薄膜到一個(gè)基底上。如圖示，在PVD過程中產(chǎn)生的等離子體作用于濺射靶24的表面，在上面產(chǎn)生腐蝕圖形。為了監(jiān)測(cè)濺射靶24的腐蝕，將一個(gè)聲學(xué)裝置26嵌入到支撐板22的背部。該聲學(xué)裝置被用來在不干擾PVD過程的前提下，通過該濺射耙傳播超聲波并加以接收以便監(jiān)測(cè)濺射耙24的腐蝕狀態(tài)。這是一種"脈沖-回聲"裝置，由聲學(xué)裝置26發(fā)出超聲波，由另一個(gè)類似裝置在另一點(diǎn)(未圖示)加以接收。這裝置接著電學(xué)連接到一個(gè)脈沖發(fā)生器-接收器、一個(gè)示波器(或者一個(gè)數(shù)字電路)和諸如可編程邏輯控制器之類的計(jì)算機(jī)(未顯示)，該計(jì)算機(jī)分析和解釋收到的數(shù)據(jù)，并確定在濺射靶24表面各處腐蝕的深度。于是，操作人員就能夠監(jiān)測(cè)濺射靶26剩余的壽命。按照?qǐng)D3所示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，將兩個(gè)聲學(xué)裝置32被嵌入濺射靶組件30的支撐斧反34的背部?？捎弥T如KBAerotech制造的2.25MHz換能器這類壓電元件來作此聲學(xué)裝置。換能器按照"發(fā)射-接收，，方式設(shè)置在'減射靶的外圍，由二換能器之一產(chǎn)生超聲波，而由另一個(gè)來接收。較好的是將二換能器以0」180。的角度安裝在支撐板34的周邊上，較好的是相互呈約67.5°角。如圖4所示，用脈沖發(fā)生器/接收器40對(duì)聲學(xué)裝置/換能器32施加瞬時(shí)電壓。該脈沖發(fā)生器/接收器可用Panametrics提供的5077PR儀器，，它能產(chǎn)生并施加至少100伏的電壓。一個(gè)應(yīng)力場(chǎng)通過濺射靶組件30傳播，并且所傳播的波被聲學(xué)裝置32之一接收到后就轉(zhuǎn)換成一個(gè)瞬時(shí)電壓波形。該電壓波形被送到脈沖發(fā)生器/接收器40,后者又把該電壓送到示波器(或數(shù)字電路)42以將電信號(hào)的波形顯示出來。該示波器(或數(shù)字電路)可用Tektronix生產(chǎn)的TDS3052500kMHz儀錄。聲波自然頻率分布被送到程序邏輯裝置或計(jì)算機(jī)，用來實(shí)時(shí)地確定靶上不同部位腐蝕的深度。在圖5所示的另一個(gè)實(shí)施方案中，沿著相對(duì)于靶板平面的垂線呈5-45的角度在支撐板34上鉆孔。將聲學(xué)裝置放入多個(gè)位置中。由于跟傳播聲波相關(guān)的噪聲水平被減弱了約3-50%,因此信號(hào)傳輸?shù)玫搅思訌?qiáng)。自然，在工藝過程中可采用多個(gè)聲學(xué)裝置32。這種聲學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)跟信號(hào)處理技術(shù)的結(jié)合可用在PVD過程中的濺射靶的非均勻形狀的腐蝕圖形的監(jiān)測(cè)。因此，可以不受千擾的方式，對(duì)濺射靶的壽命預(yù)期值作出預(yù)測(cè)。實(shí)施本方法來獲取被嵌裝的壓電傳感器所激發(fā)的濺射靶的瞬態(tài)響應(yīng)。各種信號(hào)處理技術(shù)被用于波形以確定特定靶的腐蝕狀態(tài)。在此分析中采用的信號(hào)處理方法學(xué)包括(i)基于多模導(dǎo)波的色散曲線演化的時(shí)間-頻率分析(也稱為重指定譜圖方法)；(ii)基于指數(shù)抽取的互關(guān)聯(lián)法(也稱為時(shí)域分析法)；以及(iii)交叉譜密度估計(jì)法(也稱為頻域信號(hào)處理法)。將這種聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合到PVD工藝過程中，可以在不干擾PVD過程的前提下，實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)賊射靶組件壽命的終結(jié)。i脈沖發(fā)生器/接收器40產(chǎn)生并探測(cè)粘接的濺射靶中的導(dǎo)板波。獲取其波形并處理以識(shí)別腐蝕水平。采用時(shí)間-頻率分析來建立支撐板和賊射靶組件的色散曲線。對(duì)于粘接的濺射靶在不同腐蝕水平的色散曲線作了比較，采用了時(shí)域的互關(guān)聯(lián)技術(shù)來識(shí)別腐蝕圖形的嚴(yán)重程度。還計(jì)算了互關(guān)聯(lián)的譜密度估計(jì)。.后面將要參照一些例子來進(jìn)一步詳細(xì)描述用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)濺射靶和和控制PVD過程的聲學(xué)監(jiān)測(cè)和信號(hào)處理技術(shù)，然而，不應(yīng)該把本發(fā)明解釋為局限于這些例子。例子儀器的設(shè)置如圖4所示。脈沖發(fā)生器/接收器34產(chǎn)生并發(fā)送100伏方波到聲波發(fā)射裝置32,其中心頻率在500kHz,并且提供同步脈沖去觸發(fā)數(shù)字示波器42。聲波發(fā)射裝置32激發(fā)的傳播聲場(chǎng)跟粘接的的濺射靶傳播的導(dǎo)波被聲波接收i置32'獲取。示波器將所獲取的信號(hào)存為數(shù)字波形，并且傳送到計(jì)算機(jī)44作信號(hào)處理。參照?qǐng)D2，粘接的賊射靶組件包括用銅材料制備的支撐板22、用鵠/鈥制造的濺射靶24和它們之間的薄的粘接層(例如焊料)。支撐板厚6.80mm,賊射耙板厚6.60mm，它們之間的焊接層厚0.51mm。在沉積過程中，由于施加在支撐板下方的磁場(chǎng)的作用，賊射靶在等離子體與靶相互作用的區(qū)域內(nèi)腐蝕最快，從而在濺射靶表面上形成槽溝。這些槽溝;f皮區(qū)分三類不同的腐蝕槽溝，即，中心的、內(nèi)圈的和外圈的腐蝕區(qū)域。圖6示出了腐蝕的剖面圖。內(nèi)腐蝕圈和外腐蝕圈到賊射靶的中心的距離分別為63.50mm和114.30mm。在整個(gè)濺射過程中，與內(nèi)圈腐蝕區(qū)和外圈腐蝕區(qū)相比，中'二、腐蝕區(qū)是腐蝕最淺的區(qū)域。由于磁控管效應(yīng)最強(qiáng)，濺射靶的外圈腐蝕區(qū)腐蝕得最快。當(dāng)外圈腐蝕區(qū)的腐蝕深度接近濺射靶的厚度時(shí)，為安全起見得留有一定余量，就須替換到一塊新鮮的濺射靶。所以，外圈腐蝕區(qū)槽溝深度的增量，對(duì)于預(yù)測(cè)濺射靶壽命的終結(jié)是很重要的。由制造所定義的濺射靶的標(biāo)稱壽命并非靶的實(shí)際壽命而僅僅是可靠'減射下的常規(guī)經(jīng)驗(yàn)值。可靠濺射下檢驗(yàn)過的鎢/鈥靶的標(biāo)稱壽命為214kW-hrs。在聲學(xué)監(jiān)測(cè)原位觀察下這種靶的實(shí)際壽命為277kW-hrs。因此乾的實(shí)際壽命比標(biāo)稱壽命值要長(zhǎng)63kW-hrs,就是說，靶材料還有33%的額外厚度可被利用。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)期間，隨著濺射過程的進(jìn)行，聲學(xué)發(fā)射裝置發(fā)出的在粘接的濺射靶中的聲學(xué)導(dǎo)波被聲學(xué)接收裴置獲取。三個(gè)腐蝕溝槽在不同腐蝕程度下的臨界厚度變化被記錄下來。通過原位檢測(cè)獲取了對(duì)應(yīng)于不同腐蝕程度下濺射靶的總計(jì)29組波形。下表列出三種典型情況下粘結(jié)的'減射把的波形未經(jīng)腐蝕時(shí)的新鮮耙板，經(jīng)輕度腐蝕的靶板(標(biāo)稱壽命的33.33%時(shí))和經(jīng)深度腐蝕的靶板(標(biāo)稱壽命的130.48%時(shí))。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>在圖7中示出了傳播距離相同時(shí)(d=109mm)，4種情況下獲取的瞬態(tài)波形(a)為僅有支撐板時(shí)，(b)為新鮮靶板未經(jīng)腐蝕時(shí)的，(c)為輕度腐蝕的靶板(標(biāo)稱壽命的33.33%時(shí))，和(d)為深度腐蝕的靶板(標(biāo)稱壽命的130.48%時(shí))。這些波形在250MHz處采樣并經(jīng)512次平均，以得到高的信噪比(SNR)。根據(jù)觀察，4種瞬態(tài)波形到達(dá)的時(shí)間相似，從發(fā)射端口到接收端口約為24微秒。然而，在相同的波形部分，僅有支撐板的情況的幅值比起新鮮的和腐蝕后的粘接的濺射靶的情況要高得多。雖然不想歸因于任何特定的理論，但是通過與僅有支撐板時(shí)的傳播情況對(duì)比后相信，該現(xiàn)象系應(yīng)變能量泄漏到濺射靶組件的粘接層內(nèi)所致。還需要做進(jìn)一步的信號(hào)處理以從瞬態(tài)波形中抽取能夠識(shí)別不同腐蝕程度的狀態(tài)的特征。三種信號(hào)處理方法包括前述的(i)基于多模導(dǎo)波的色散曲線演化的時(shí)間-頻率分析；(ii)基于指數(shù)抽取的互關(guān)聯(lián)法；以及(iii)交叉譜密度估計(jì)法。方法1時(shí)間-頻率分析在一個(gè)波導(dǎo)中有多種it式的彈性波傳播，而每一種波;溪式有唯一的速度-頻率關(guān)系，常稱為色散關(guān)系。一個(gè)波導(dǎo)的彈性才莫量、材料密度和幾何尺寸決定了其中導(dǎo)波的色散關(guān)系。-'由板狀波導(dǎo)構(gòu)成的多層系統(tǒng)也具有色散特征，其相應(yīng)的色散曲線依賴于材料特性和各層厚度。當(dāng)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的表面或內(nèi)部表現(xiàn)出存在缺陷時(shí)(例如，腐蝕或裂紋)，它的色散曲線顯示出相應(yīng)的變化，其形式可為模的移位或轉(zhuǎn)變。采用了各種信號(hào)處理方法來確定一個(gè)結(jié)構(gòu)的色散關(guān)系(例如，時(shí)間-頻率分析法等)。超聲波是非穩(wěn)態(tài)的頻率信號(hào)，其幅度隨時(shí)間而變化。這些信號(hào)可用時(shí)間-頻率域中的作為時(shí)間和頻率的函數(shù)的能量分布的三維曲面來表示。該曲面在時(shí)間-頻率咸的投影稱為該信號(hào)的時(shí)間-頻率表象(TFRs)。一組特定的TFR,即重指定譜圖，被用于所獲得的波形?；谛拚囊苿?dòng)窗口法(MMWM)的這種重指定譜圖技術(shù)可以看成是短時(shí)j專立葉變4灸(STFT)的改進(jìn)，其定義為W,/)二(1)其中h(t)為一個(gè)窗口函數(shù)。STFT譜圖(即，信號(hào)的能量分布)為加上窗口的傅立葉變換的模量的平方，并且在時(shí)間-頻率域內(nèi)作圖。然而，STFT并不能將信號(hào)的能量分布很精確地定域在時(shí)間-頻率域上。采用了重指定技術(shù)將關(guān)于時(shí)間的和頻率的兩種分辨率之間的折衷的關(guān)系式作了改進(jìn)。依照重指定理論，將譜圖或能量分布從它原來的坐標(biāo)(t,f)改換到新的坐標(biāo)下的重新指定的位.置，此處能量分散大為減小。這提供了尖銳的時(shí)間和譜的分辨率，結(jié)果得到對(duì)波形數(shù)據(jù)觀測(cè)的改進(jìn)。譜圖的重指定的新坐標(biāo)^和？的定義為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>其中&0^'/)為采用窗口函數(shù)h(t)時(shí)信號(hào)x的STFT的定義；而&(x'/'/)和&0，z'/)則是分別采用/'和i作為它們的窗口函數(shù)時(shí)的STFTs。在商業(yè)軟件MATLAB上實(shí)施了這一重指定譜圖。對(duì)于支撐板和粘接的濺射靶在各種腐蝕程度下獲得的瞬態(tài)波形采用了重指定譜圖技術(shù)來確定它們相應(yīng)^l色散關(guān)系。圖8(a)顯示的是在支撐板的重指定譜圖上迭加了6.80mm厚的銅板的解析色散曲線。這些解析色散曲線用實(shí)線(對(duì)稱模式)和虛線(反對(duì)稱模式)來表示。采用了AGU-VallenDispersionCurves軟件包來計(jì)算6.80mm厚的銅板的解析色散曲線。已經(jīng)觀察到對(duì)于支撐板在一定區(qū)域內(nèi)，重指定譜圖提供了一致的結(jié)果，并且使得在其解析的和實(shí)驗(yàn)的色散曲線之間的模式插值易于觀察。在40ps之前，如圖示，在1MHz-1.4MHz的高頻區(qū)的對(duì)稱才莫式S3和S4，以及0.4MHz-0.8MHz的中頻區(qū)的對(duì)稱才莫式SI和S2,對(duì)于它們的首先到達(dá)段(25ns-40ps時(shí)間區(qū)間)實(shí)驗(yàn)步驟給出了滿意的匹配。在同一時(shí)間范圍，相比別的對(duì)稱才莫式，在OMHz-0.2MHz的低頻區(qū)的對(duì)稱模式SO，其曲線匹配卻不滿意，因?yàn)檫@一模式的低的能量密度。超過45ns就難于識(shí)別各單獨(dú)的模式，因?yàn)閷?duì)稱模式和反對(duì)稱才莫式靠得很緊乃至重迭。此外，從支撐板邊界的反射開始跟無反射的波前相互作用并且混雜。圖8(b)示出了當(dāng)新鮮靶板跟6.80mm厚的銅板的解析色散曲線迭加情況下的重指定譜圖。因?yàn)檫吔鐥l件和波導(dǎo)材料改變了，當(dāng)前的色散曲線跟解析演化了的銅板的色散曲線只有略微相似。在40ps之前，首先到達(dá)的波包跟解析色散曲線的彎曲部分不再匹配。例如，在1.6MHz-1.8MHz的高頻區(qū)和在0.2MHz-0.4MHz的低頻區(qū)都有模式丟失。此外，在0.6MHz處和0.8MHz-1.2MHz頻率區(qū)的模式被向前推移。據(jù)認(rèn)為，在鴒/鈥中的傳輸速度比在銅中要快得多，這些沖莫式由于對(duì)在導(dǎo)波傳播中的材料特性的變化更敏感，相比在銅層中，它們就會(huì)更加傾向于在鎢/鈥層中傳播。于是，這些敏感的^^式在特定的頻段會(huì)推前或者到達(dá)得早。圖8(C)顯示消耗了33%標(biāo)稱壽命的輕度腐蝕的靶板的重指定譜圖。跟那些未經(jīng)腐蝕的耙板比較，可見這些敏感模式的前沿后移了。例如，在40jis之前，在0.8MHz-1.4MHz頻率區(qū)的前向模式被向后推移了幾個(gè)微秒。當(dāng)腐蝕加深到130%標(biāo)稱壽命時(shí)，大多數(shù)前向模式都消失了，如圖8(d)所示，因?yàn)檫@些敏感模式在鎢/鈦層中較佳的傳播途徑變得更薄更窄了，而且消耗了更多^鎢/鈥材料。結(jié)果，隨著腐蝕擴(kuò)散得寬而深，色散曲線中的一些敏感模式連續(xù)地移后直至消失。通過這一系列顯示(見圖8(b)-(d)),可得到依照重指定譜圖說明的在時(shí)間-頻率域上模式移動(dòng)的一致的變化趨勢(shì)，從而，可以有效地監(jiān)測(cè)腐蝕水平狀態(tài)和賊射扭的實(shí)際壽命。方法2基于互關(guān)聯(lián)的指數(shù)抽取法在賊射耙上的腐蝕圖形的進(jìn)展不斷地影響導(dǎo)波的色散特性，于是后者引起波形的變化。隨著更多鎢/鈦材料被消耗，波形變化程度加大。所獲得的波形的相似性可以用作一個(gè)指標(biāo)來識(shí)別腐蝕水平。互關(guān)聯(lián)技術(shù)被選來完成對(duì)于腐蝕水平的狀態(tài)識(shí)別的相似性特征抽取工作，因?yàn)檫@一技術(shù)可用作兩個(gè)關(guān)聯(lián)信號(hào)之間的相似性的測(cè)度。用作實(shí)驗(yàn)波形的互關(guān)聯(lián)技術(shù)的定義式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>(4)其中x(n)表示對(duì)新鮮靶板獲得的瞬態(tài)波形(即參考波形)，而y(n)表示對(duì)具有各種腐蝕水平的粘接的濺射靶所得到的瞬態(tài)波形。&(w)為，當(dāng)x(n)固定而y(n)向左移m步時(shí)，即m時(shí)刻的x(n)跟y(n)之間的互關(guān)聯(lián)序列。在第0次時(shí)間移動(dòng)的^^—)的歸一化數(shù)值指示x(n)跟y(n)之間的相似程度。預(yù)期隨著腐蝕深度接近濺射靶的厚度，可以看到相似程度減小。換句話說，深度腐蝕條件下的波形不如輕度腐蝕條件下的波形那么相似于參考波形。將獲得的總共29組波形按照實(shí)際壽命增大的順序分為5類來做互關(guān)聯(lián)分析。用這種方法對(duì)5類波形分析的結(jié)果總結(jié)在圖9。沒有腐蝕，0次時(shí)移的歸一化的互關(guān)聯(lián)就是參考波形本身自關(guān)聯(lián)的結(jié)果。腐蝕圖形出現(xiàn)之后，0次時(shí)移的互關(guān)聯(lián)的歸一化值，隨著腐蝕的進(jìn)一步進(jìn)行，就減小。已經(jīng)確定，相比深度腐蝕類，輕度腐蝕類具有較高的歸一化的互關(guān)聯(lián)值。第2類(具有30%-45%標(biāo)稱壽命的輕度腐蝕)的歸一化的互關(guān)聯(lián)值平均約為無腐蝕情形的75%;然而，在第5類(具有120%-130%標(biāo)稱壽命的深度腐蝕)的歸一化的互關(guān)聯(lián)值平均約降至無腐蝕情形的7%。當(dāng)賊射靶壽命消耗得越多，0次時(shí)移的互關(guān)聯(lián)的平均的歸一化值呈現(xiàn)清楚的單調(diào)下降趨勢(shì)。于是，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)波形的互關(guān)聯(lián)技術(shù)的分析就得到一個(gè)定量的指數(shù)來識(shí)別濺射靶的腐蝕水平和實(shí)際壽命。注意到在各個(gè)類里(見圖9的第1類和第3類)歸一化的互關(guān)聯(lián)值有可能不按照遞降趨勢(shì)，但是在濺射工藝過程中，它們的變化確實(shí)遵照大體的單調(diào)趨勢(shì)。方法3交叉譜密度估計(jì)法譜密度估計(jì)法通常用于計(jì)算信號(hào)的功率譜密度。釆用MATLAB程序軟件來實(shí)施的交叉譜密度(CSD)估計(jì)法的基本算法包括第1步，對(duì)各個(gè)相繼的非趨勢(shì)數(shù)據(jù)段x和y，施加一個(gè)由窗口矢量規(guī)定的窗口函數(shù)；第2步，以n點(diǎn)的數(shù)目在各個(gè)數(shù)據(jù)段作FFT變換；第3步，通過對(duì)變換的y段跟取共軛的變換的x段的乘積作標(biāo)定，來構(gòu)成各段的周期圖；第4步，對(duì)相繼重迭的各l殳的周期圖取平均以構(gòu)成Pxy，即x和y段的交叉譜密度?；リP(guān)聯(lián)技術(shù)提供了對(duì)濺射靶的腐蝕水平和實(shí)際壽命作監(jiān)測(cè)的在時(shí)間域上的定量識(shí)別的好方法；因此在頻率域的互關(guān)聯(lián)的對(duì)應(yīng)的譜密度估計(jì)也^f皮期待當(dāng)腐蝕水平增大時(shí)顯示類似的下降順序。類似于互關(guān)聯(lián)，x段代表對(duì)新鮮靶板獲得的瞬態(tài)波形(參考波形)；而y段代表對(duì)經(jīng)受了各種腐蝕水平的粘接的濺射靶獲得的瞬態(tài)波形。對(duì)于上述5類獲得的波形進(jìn)行了交叉譜密度(CSD)估計(jì)。所得CSD結(jié)果示于圖10。其中A、B和C三個(gè)矩形區(qū)域?qū)?yīng)于換能器在粘接的濺射靶上所激發(fā)的頻帶。在A區(qū)(0.4MHz-0.6MHz),對(duì)5類波形的CSD估計(jì)結(jié)果觀察不到任何明顯的順序；在B區(qū)(0.8MHz-0.9MHz),CSD估計(jì)顯示了好的順序，除了在第2類跟第3類之間發(fā)生小的混雜；在C區(qū)(1.2MHz-1.4MHz)，隨著更多的靶材泮牛消耗于沉積過程，期待的下降順序就顯現(xiàn)出來。注意，CSD估計(jì)是在高頻區(qū)展示出對(duì)應(yīng)于腐蝕水平的清楚的順序，而不是在低頻區(qū)；換句話說，高頻區(qū)(lMHz-1.4MHz)對(duì)于賊射靶的厚度變化更敏感。對(duì)于這個(gè)現(xiàn)象的一個(gè)可能的解釋是，淺的腐蝕槽溝，很可能是輕微的凹部或刻痕，傾向于跟相對(duì)較短的波長(zhǎng)相互作用，i^t應(yīng)于高頻凌式。進(jìn)一步，當(dāng)腐蝕增加，相對(duì)較長(zhǎng)的波長(zhǎng)或者說低頻模式就跟較深的腐蝕產(chǎn)生主要的相互作用。結(jié)果在金屬濺射過程中，高頻模式就不再起支配作用，并且記錄下來完整的腐蝕過程。結(jié)果表明可以采用聲學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)合信號(hào)處理方法來監(jiān)測(cè)PVD工藝過程中的濺射靶的非均勻形狀的腐蝕圖形。因此，跟傳統(tǒng)的手動(dòng)監(jiān)測(cè)辦法相比，可以用沒有外來干擾的方式對(duì)濺射靶的壽命預(yù)期值作出自動(dòng)化的預(yù)告，這就讓停工時(shí)間和能量浪費(fèi)都得到盡量減少。采用了三種信號(hào)處理方法來處理獲得的波形，以抽取能鑒別濺射耙的腐蝕水平狀態(tài)和實(shí)際壽命的特征。重指定譜圖的時(shí)間-頻率分析(方法1)解釋了支撐板內(nèi)的緊密排布的多模導(dǎo)波，說明了粘接的濺射耙在各種腐蝕水平的色散關(guān)系的確定。當(dāng)腐蝕圖形加深時(shí)，說明了時(shí)間_頻率分析可以有效地用來可觀察地定域某個(gè)區(qū)域內(nèi)不同的敏感模式的變化。這些敏感模式的首先到達(dá)的波形部分所牽涉到的這些變化，顯示出在腐蝕水平的增大順序上具有一致的趨勢(shì)。互關(guān)聯(lián)技術(shù)(方法2)通過抽取新鮮的和經(jīng)受腐蝕的濺射耙之間的0次時(shí)移的歸一化的互關(guān)聯(lián)值，來提供一個(gè)探測(cè)腐蝕進(jìn)展演化的定量指數(shù)。另外，交叉譜密度估計(jì)(方法3)的顯示表明在1MHz-1.4MHz頻率區(qū)隨著腐蝕圖形的擴(kuò)大交叉譜密度的降低的清楚的順序。時(shí)間-頻率分析和CSD估計(jì)的這些結(jié)果都表明在1MHz-1.4MHz頻率范圍濺射靶的腐蝕圖形的演化和實(shí)際壽命的清楚的趨勢(shì)，這一頻率范圍高于嵌置的換能器的激發(fā)頻率(500kHz);所以，采用一對(duì)中'心頻率位于1MHz-1.4MHz頻率范圍之內(nèi)的寬帶換能器就可能檢測(cè)粘接的濺射靶以便得到清楚的趨勢(shì)的結(jié)果。雖然參照這些特定的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明了可以作出的各種變化和修改，以及可用的等價(jià)的方案，都不會(huì)脫離后面的權(quán)利要求書的范圍。權(quán)利要求1.一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)濺射靶表面區(qū)域的腐蝕并控制物理氣相沉積過程的方法，包括提供包含支撐板和濺射靶的濺射靶組件，該濺射靶有一個(gè)被濺射而沉積薄膜到基底上的表面區(qū)域；發(fā)射和傳播多模超聲波到所述濺射靶的幾乎整個(gè)表面；接收所述超聲波并實(shí)時(shí)處理所接收到的信號(hào)以監(jiān)測(cè)和確定所述濺射靶上不同位置處的腐蝕深度；以及當(dāng)所述濺射靶達(dá)到預(yù)定的腐蝕量時(shí)就替換該濺射靶以控制物理氣相沉積過程。2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于采用信號(hào)處理方法學(xué)來確定所述濺射靶的腐蝕深度，該信號(hào)處理方法學(xué)選自由時(shí)域分析、頻域分析和時(shí)間-頻率信號(hào)處理組成的一組技術(shù)。3.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于控制器確定腐蝕深度，并且當(dāng)操作期間達(dá)到了預(yù)定腐蝕量時(shí)發(fā)出警報(bào)聲。4.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于采用了脈沖發(fā)生器/接收器來產(chǎn)生和接收超聲波。5.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于采用雙模式下的單個(gè)換能器來發(fā)射和接收信號(hào)。6.如權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述換能器為壓電元件。7.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于采用至少兩個(gè)換能器，其中一個(gè)換能器發(fā)射和傳播超聲波，另一個(gè)換能器接收該超聲波。8.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述換能器為壓電元件。9.一種用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物理氣相沉積過程中的濺射靶表面區(qū)域的腐蝕的設(shè)備，包括包含支撐板和濺射靶的濺射靶組件，該濺射耙有一個(gè)^^濺射而沉積薄膜到一個(gè)基底上的表面區(qū)域；設(shè)置在支撐板背部的至少一個(gè)換能器，用來發(fā)射、傳播和接收所述賊射靶的幾乎整個(gè)表面上的超聲波；，脈沖發(fā)生器/接收器，用來提供和接收來自該至少一個(gè)換能器的電壓；振蕩器，用來記錄所發(fā)射和所接收到的超聲波信號(hào)；以及程序邏輯裝置，用來在物理氣相沉積過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和確定賊射靶表面上不同位置處的腐蝕深度。10.如權(quán)利要求9所述的監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征在于所述至少一個(gè)換能器為雙模式壓電元件。11.如權(quán)利要求9所述的監(jiān)測(cè)i殳備，還包括設(shè)置在支撐板外圍的不同位置處的兩個(gè)換能器，其中第一個(gè)換能器發(fā)射一個(gè)超聲波信號(hào)而第二個(gè)換能器接收該信號(hào)。12.如權(quán)利要求11所述的監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征在于所述壓電元件設(shè)置在支撐板外圍相互分開約67.5°。13.如權(quán)利要求9所述的監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征在于采用信號(hào)處理方法學(xué)來確定所述濺射靶的腐蝕深度，該信號(hào)處理方法學(xué)選自由時(shí)域分析、頻域分析和時(shí)間頻率信號(hào)處理組成的一組技術(shù)。14.如權(quán)利要求11所述的監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征在于所述兩個(gè)換能器的每一個(gè)以一定的角度設(shè)置在所述支撐板內(nèi)以促進(jìn)信號(hào)發(fā)射并且降低噪聲水平。15.如權(quán)利要求14所述的監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征在于所述噪聲水平降低到大約信號(hào)強(qiáng)度的3%到50%。16.如權(quán)利要求9所述的監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征在于所述程序邏輯裝置確定腐蝕深度，并且當(dāng)操作中達(dá)到了預(yù)定的腐蝕量時(shí)發(fā)出警報(bào)聲。全文摘要在物理氣相沉積過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控濺射靶(24)表面區(qū)域的腐蝕的方法和設(shè)備，包括包含支撐板(34)和濺射靶(24)的濺射靶組件(30)，濺射靶有一個(gè)被濺射而沉積薄膜到一個(gè)基底上的表面區(qū)域；設(shè)置在支撐板背部的至少一個(gè)換能器(32)，用來發(fā)射、傳播和接收所述濺射靶的整個(gè)表面的多模超聲波；脈沖發(fā)生器/接收器(40)，用來提供和接收來自該至少一個(gè)換能器的電壓；示波器(42)，用來記錄超聲波信號(hào)；以及程序邏輯裝置(44)，用來確定靶上不同位置處的腐蝕的深度，并且當(dāng)達(dá)到預(yù)定的腐蝕量時(shí)替換濺射靶。文檔編號(hào)G01N29/04GK101268332SQ200680034761公開日2008年9月17日申請(qǐng)日期2006年7月19日優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日發(fā)明者B·皮古爾,C·切廷卡亞,R·馬修申請(qǐng)人:普萊克斯技術(shù)有限公司