專利名稱：可消耗材料的厚板及物理氣相沉積靶材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種物理氣相沉積技術(shù)。特別是有關(guān)于一種物理氣相沉積的靶材(target)，具體涉及一種可消耗材料的厚板(slab)及物理氣相沉積靶材料。
背景技術(shù)：
物理氣相沉積(以下也簡(jiǎn)稱“PVD”)制程是一種已知用來(lái)沉積材料薄膜于基底的方法，通常用來(lái)制造半導(dǎo)體裝置。PVD制程是在高真空反應(yīng)室中完成，上述反應(yīng)室(chamber)之中含有基底(例如晶圓)以及欲沉積于基底上的材料固體來(lái)源或厚板，亦即PVD靶材。在PVD制程中，PVD靶材由固體物理性地轉(zhuǎn)換成為氣體。靶材材料的氣體由PVD靶材傳輸至基底的表面，然后在基底上冷凝而成為薄膜。
有許多用以完成PVD的方法，例如蒸鍍、電子束蒸鍍、等離子噴涂沉積以及濺鍍(sputtering)。目前，濺鍍是一種用來(lái)執(zhí)行PVD最常用的方法。濺鍍的過(guò)程中，反應(yīng)室會(huì)產(chǎn)生等離子并且針對(duì)PVD靶材，而由于高能量的等離子粒子(離子)的碰撞作用，等離子會(huì)物理性地移動(dòng)或侵蝕(濺鍍)PVD靶材反應(yīng)表面的原子或分子而成為靶材材料的氣體。靶材材料的被濺鍍的原子或分子的氣體會(huì)經(jīng)由一減壓的區(qū)域傳輸至基底的表面，然后冷凝于基底上，而形成靶材材料的薄膜。
PVD靶材的使用壽命有限，如果過(guò)度使用PVD靶材，亦即超過(guò)PVD靶材的使用壽命，會(huì)引起可靠度及安全的考量，例如過(guò)度使用PVD靶材會(huì)導(dǎo)致PVD靶材穿孔(perforation)以及系統(tǒng)放電(arcing)，而可能導(dǎo)致產(chǎn)量減少、PVD系統(tǒng)或工具損傷以及安全的問(wèn)題。
目前，決定PVD靶材的使用壽命的方式為，追蹤被PVD系統(tǒng)或制程設(shè)備消耗所累積的能量，亦即千瓦-小時(shí)(kw-hr)的量。然而由追蹤累積的能量的方法，需要花時(shí)間精通并且此方法的準(zhǔn)確度只單純仰賴技術(shù)員的親自操作的經(jīng)驗(yàn)。即使精通此方法，判斷的PVD靶材的使用壽命仍然小于實(shí)際的使用壽命，而大約有20％～40％的PVD靶材會(huì)(依PVD靶材的型態(tài)而定)浪費(fèi)掉。如圖1所示的問(wèn)題，圖1為傳統(tǒng)包含原料厚板的PVD靶材結(jié)構(gòu)的腐蝕輪廓圖形。如圖所示，在PVD制程系統(tǒng)操作后的1769kw-hrs，會(huì)有大約60％的原始PVD靶材的量留下來(lái)(靶材殘留)。
靶材利用率低是由于縮短PVD靶材使用壽命，此會(huì)造成PVD靶材消耗成本高，事實(shí)上，在半導(dǎo)體制造中，PVD靶材消耗成本是最主要的成本之一。因此，如果大部分被浪費(fèi)掉的靶材材料能夠被利用，PVD靶材消耗成本就會(huì)實(shí)質(zhì)地降低。換言之，會(huì)顯著地降低制造成本以及增加獲利。
靶材利用率低也會(huì)造成更頻繁地置換PVD靶材，所以PVD系統(tǒng)或設(shè)備的維修也更為頻繁。再者，置換PVD靶材時(shí)，為了使用新靶材，需要花費(fèi)時(shí)間去重新調(diào)整PVD制程。
因此，有需要提供一種可用于PVD制程的可消耗材料的厚板。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可消耗材料的厚板，包括至少一或多個(gè)偵測(cè)器，用以對(duì)于該可消耗材料的厚板接近或已經(jīng)減少至該可消耗材料的一既定量發(fā)出信號(hào)。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，該至少一偵測(cè)器包括一圍封物，該圍封物的至少一部分嵌入該可消耗材料的厚板之中；以及一細(xì)絲元件或電極元件，設(shè)置于該圍封物之中。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，該細(xì)絲元件或電極元件由該圍封物之中延伸，而能夠連接至一信號(hào)監(jiān)視裝置。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，該圍封物是由該可消耗材料構(gòu)成。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，該至少一偵測(cè)器包括一圍封物，該圍封物的至少一部分嵌入該可消耗材料的厚板之中；以及一氣體、液體或固體，設(shè)置于該圍封物之中。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，該氣體或液體是由惰性材料構(gòu)成。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，當(dāng)該氣體、液體或固體由該圍封物逸散出時(shí)，可被偵測(cè)得到。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，當(dāng)偵測(cè)出該氣體、液體或固體時(shí)，顯示該可消耗材料的厚板的殘留量接近或已經(jīng)達(dá)到該既定量。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，該至少一偵測(cè)器包括一第二材料層，其成分不同于該可消耗材料，并且鄰接地設(shè)置于可消耗材料的厚板上，該第二材料層氣體化時(shí)可被偵測(cè)得到。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，當(dāng)偵測(cè)出氣體化的該第二材料層時(shí)，顯示該可消耗材料的厚板的殘留量接近或已經(jīng)達(dá)到該既定量。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，偵測(cè)器發(fā)出信號(hào)表示該可消耗材料的厚板的壽命已達(dá)終點(diǎn)。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，該可消耗材料的厚板包括一靶材，使用于物理氣相沉積制程，并且該氣體、液體或固體的成份不會(huì)影響該物理氣相沉積制程。
本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板，該可消耗材料的厚板包括一靶材，使用于物理氣相沉積制程，并且該第二材料層的成份不會(huì)影響該物理氣相沉積制程。
本發(fā)明另提供一種物理氣相沉積靶材料，包括一可消耗材料的厚板；以及至少一偵測(cè)器，用以對(duì)于該可消耗材料的厚板接近或已經(jīng)減少至該可消耗材料的一既定量發(fā)出信號(hào)。
本發(fā)明所述的物理氣相沉積靶材料，該至少一偵測(cè)器包括一細(xì)絲、相對(duì)的電極、一偵測(cè)層、一氣體、一液體或一固體，其能夠發(fā)出信號(hào)。
本發(fā)明所述可消耗材料的厚板及物理氣相沉積靶材料，可降低物理氣相沉積靶材的消耗成本，制造成本以及增加獲利。


圖1為傳統(tǒng)包含原料厚板的PVD靶材結(jié)構(gòu)的腐蝕輪廓圖形；圖2A為具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖2B為圖2A的2B-2B線的剖面圖；圖3為另一具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖4為又一具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5顯示一具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)的使用壽命終點(diǎn)的偵測(cè)系統(tǒng)；圖6顯示另一具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)的使用壽命終點(diǎn)的偵測(cè)系統(tǒng)；圖7A與圖7B為具有多個(gè)管狀偵測(cè)器的PVD靶材的俯視圖；圖8A與圖8B為靶材剖面圖，上述靶材具有可供管子嵌入于其中的兩個(gè)具體的位置；圖8C為用以嵌入管子于圖8A所示的位置的具體方法；圖8D為圖8C所示的金屬箔片的主視圖；圖9A至圖9F為各種具體實(shí)施例的管狀偵測(cè)器的管子立體圖；圖10為顯示在制造管子時(shí)，從管子移除芯棒類似物的模具構(gòu)件的立體圖；圖11A及圖11B顯示用以在塊狀物中制造管狀偵測(cè)器的管子的具體方法的立體圖；圖12A、圖12B、圖13A及圖13B顯示利用一種具體薄板形成方法以制造管狀偵測(cè)器的管子的立體圖；圖14為另一具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)的立體圖；圖15為又一具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)的立體圖；圖16顯示一表格，其列舉一些適用于靶材材料的具體偵測(cè)器層的材料；圖17A為顯示第一具體實(shí)施例的管子制造方法的步驟流程圖；圖17B為顯示第二具體實(shí)施例的管子制造方法的步驟流程圖；圖18A為顯示可用于管子制造的一具體實(shí)施例的模具/擠壓模設(shè)備的立體圖；圖18B為顯示可用于管子制造的另一具體實(shí)施例的模具/擠壓模設(shè)備的立體圖；圖19為顯示第三具體實(shí)施例的管子制造方法的步驟流程圖；圖20為顯示第四具體實(shí)施例的管子制造方法的步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一實(shí)施例的物理氣相沉積(以下可簡(jiǎn)稱“PVD”)靶材結(jié)構(gòu)含有使用壽命終點(diǎn)的偵測(cè)器。圖2A的俯視圖之中的符號(hào)“100”表示PVD靶材結(jié)構(gòu)，并且圖2B為圖2A的2B-2B線的剖面圖。PVD靶材結(jié)構(gòu)100包括較佳材料的可消耗厚板(PVD靶材)110以及細(xì)絲偵測(cè)器120，其嵌入PVD靶材110的底部表面114。
PVD靶材110包括反應(yīng)表面112、相對(duì)于反應(yīng)表面112的底部表面114以及延伸于反應(yīng)表面112與底部表面114之間的側(cè)壁表面116。PVD靶材110可以是各種形狀，適合的形成例如為圓形、正方形、長(zhǎng)方形、橢圓形、三角形、不規(guī)則的形狀等。PVD靶材110可使用已知的PVD靶材的形成方式形成。例如可參考美國(guó)專利號(hào)6,858,102，發(fā)明名稱為“含銅的濺鍍靶材以及形成含銅濺鍍靶材的方法”。
在一實(shí)施例中，圓形的PVD靶材110的直徑為18英寸、厚度為0.250英寸。在其他實(shí)施例中，PVD靶材110可以是其他適合的尺寸。PVD靶材110可以由適合的原料構(gòu)成，例如鎳(Ni)、鎳-鉑(Ni-Pt)合金、鎳-鈦(Ni-Ti)合金、鈷(Co)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、銦錫氧化物(ITO)、硫化鋅-二氧化硅(ZnS-SiO2)、金(Au)、銀(Ag)或其他貴金屬。
細(xì)絲偵測(cè)器120包括由管子122形成的圍封物(enclosure)，上述管子122含有相對(duì)地設(shè)置的開口端122a、122b，且開口端122a、122b以絕緣物126a、126b密封住。絕緣物126a、126b密封管子122的內(nèi)部122c，并且懸吊細(xì)絲124于管子122的內(nèi)部122c。在一實(shí)施例中，可抽空內(nèi)部122c的空氣，以形成真空環(huán)境。在另一實(shí)施例中，管子122的內(nèi)部122c可填入惰性氣體。
細(xì)絲124包括彎曲的邊界末端部124a、124b，其延伸穿越絕緣物126a、126b，絕緣物126a、126b將彎曲的邊界末端部124a、124b與管子122以及PVD靶材110加以電性絕緣。細(xì)絲124的彎曲邊界末端部124a、124b終止于外部，以形成細(xì)絲端子或細(xì)絲導(dǎo)線125a、125b。細(xì)絲導(dǎo)線125a、125b能夠連接細(xì)絲124至后述的監(jiān)視儀器。
在一具體實(shí)施例之中，管子122可利用與PVD靶材110相同的材料構(gòu)成。管子122的直徑必須足夠小，以致于其位置足以接近底部表面114，使得PVD靶材110已接近完全使用時(shí)，管子122仍不會(huì)穿過(guò)PVD靶材110。例如，在一具體實(shí)施例中，管子122的直徑可以是0.5mm。
典型地，細(xì)絲124是使用與PVD靶材110相同的材料構(gòu)成，在另一實(shí)施例中，細(xì)絲124可使用不同于PVD靶材110的材料構(gòu)成，并且PVD靶材110不會(huì)影響物理氣相沉積的結(jié)果。在一實(shí)施例中，細(xì)絲124的直徑為大約0.2mm。
絕緣物126a、126b是由電性絕緣材料或是這些材料的組合構(gòu)成。在一具體實(shí)施例中，絕緣物126a、126b是由陶瓷或氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成。
細(xì)絲偵測(cè)器120作為感測(cè)器或發(fā)出信號(hào)的元件，在PVD靶材110的材料被使用而減少至特定量時(shí)，發(fā)出指示信息，以代表PVD靶材結(jié)構(gòu)100的使用壽命的終點(diǎn)。當(dāng)PVD靶材結(jié)構(gòu)100的量低于此特定量仍繼續(xù)使用時(shí)(PVD靶材過(guò)度使用)，可能會(huì)引起PVD靶材110的穿孔(perforation)以及系統(tǒng)放電(arcing)進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量減少、PVD系統(tǒng)或工具損傷以及安全的問(wèn)題。在PVD靶材結(jié)構(gòu)100之中使用細(xì)絲偵測(cè)器120可使PVD靶材110的使用壽命最大化，并且可精確地且自動(dòng)地偵測(cè)何時(shí)應(yīng)置換PVD靶材結(jié)構(gòu)100，進(jìn)而防止上述的靶材的相關(guān)問(wèn)題。
細(xì)絲偵測(cè)器120的特征或用途在于，可以利用連接于細(xì)絲偵測(cè)器120的細(xì)絲124的監(jiān)視裝置330(圖5)現(xiàn)場(chǎng)(in-situ)監(jiān)視。在一實(shí)施例中，用來(lái)監(jiān)視的細(xì)絲124的部分可以是細(xì)絲124的電阻或阻抗，而且監(jiān)視裝置330可以是歐姆表(ohmmeter)。舉例而言，當(dāng)PVD靶材結(jié)構(gòu)在PVD制程反應(yīng)室之中開始使用時(shí)，由監(jiān)視裝置330監(jiān)視到細(xì)絲124的電阻或阻抗為一起始值。當(dāng)PVD靶材110在PVD制程中腐蝕，直到管子122破裂使懸吊于管子122細(xì)絲124露出于PVD制程環(huán)境中，因而使等離子(假使進(jìn)行濺鍍時(shí))接觸且侵蝕細(xì)絲124。此時(shí)，細(xì)絲124的電阻或阻抗會(huì)由起始值產(chǎn)生變化，而表示PVD靶材結(jié)構(gòu)100已經(jīng)達(dá)到使用終點(diǎn)。在此終點(diǎn)，PVD靶材110殘留的量可以是PVD靶材110原始重量的預(yù)定的百分比，例如，在一實(shí)施例中，當(dāng)細(xì)絲124開始露出時(shí)，PVD靶材110殘留的量為0.5％的原始量。當(dāng)靶材進(jìn)一步在PVD制程反應(yīng)室使用時(shí)，PVD靶材110以及細(xì)絲124會(huì)繼續(xù)侵蝕直到細(xì)絲124斷裂。此時(shí)，由于細(xì)絲124成為開路，所以電阻值或阻抗會(huì)再改變，此表示PVD靶材結(jié)構(gòu)100已達(dá)到其使用終點(diǎn)。使用先前的例子，當(dāng)細(xì)絲124斷裂時(shí)，PVD靶材110殘留的量大約為0.2％至0.1％的原始量。當(dāng)接收到第二次電阻或阻抗改變的信息時(shí)，可以利用技術(shù)員以人工停止PVD制程系統(tǒng)或工具的操作，或者是由監(jiān)視裝置330傳送信號(hào)至PVD制程系統(tǒng)或工具(或是操作此工具的控制器)，使其自動(dòng)停止操作。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，其顯示另一具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)100’的剖面圖。PVD靶材結(jié)構(gòu)100’包括上述可消耗靶材110(由想要的原料構(gòu)成)以及電極偵測(cè)器120’，其嵌入靶材110的底部表面114。除了以兩個(gè)分隔且相對(duì)的電極124a’、124b’取代細(xì)絲124以外，電極偵測(cè)器120’與上述實(shí)施例的細(xì)絲偵測(cè)器120相同，電極124a’、124b’包括邊界末端部124aa、124bb，其延伸穿越絕緣物126a、126b，邊界末端部124aa、124bb終止于外部而形成細(xì)絲導(dǎo)線125a’、125b’，細(xì)絲導(dǎo)線125a’、125b’能夠使電極124a’、124b’與前述的監(jiān)視裝置330接合(如圖5所示)。
在操作方面，當(dāng)電極偵測(cè)器120’的管子122破裂時(shí)，電極偵測(cè)器120’的電極124a’、124b’會(huì)偵測(cè)到由進(jìn)入管子的等離子中的離子產(chǎn)生的電流。在此實(shí)施例中，連接于電極124a’、124b’的監(jiān)視裝置或儀器可以是電流測(cè)量裝置或儀器。
圖4為又一具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)200的剖面圖。PVD靶材結(jié)構(gòu)200包括由上述實(shí)施例中適當(dāng)?shù)脑蠘?gòu)成的靶材210以及惰性氣體偵測(cè)器220，其嵌入靶材210的底部表面214。
惰性氣體偵測(cè)器220包括具有開口端222a、222b的管子222，管子222可與圖2A、圖2B所示的實(shí)施例相同的管子。管子222的開口端222a、222b可由密封材料226密閉或密封，上述密封材料226例如利用與管子222相同或其他適合的材料形成的插塞，管子222可填入惰性氣體224，例如氦氣(He)，其不會(huì)影響物理氣相沉積制程的結(jié)果。
進(jìn)行PVD制程時(shí)，氣體偵測(cè)裝置430(圖6)會(huì)偵測(cè)惰性氣體224的逸散出，以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視PVD靶材結(jié)構(gòu)200。當(dāng)PVD靶材210在PVD的制程中，惰性氣體224會(huì)留在管子222之中不受干擾，直到PVD制程中例如濺鍍等離子的外力使管子222破裂。此時(shí)，填入管子222中的惰性氣體224會(huì)逸散出，使氣體偵測(cè)裝置430可偵測(cè)到惰性氣體224。氣體偵測(cè)裝置430的偵測(cè)方法可以是光學(xué)放射光譜(OES)、殘余氣體分析(RGA)或其他適合的方法。在一具體實(shí)施例中，惰性氣體偵測(cè)器220可使PVD靶材結(jié)構(gòu)200的PVD靶材210減少至其可使用量的0.5％。
因此，以惰性氣體偵測(cè)器220作為感測(cè)器操作，在PVD靶材210的材料被使用而減少至特定量時(shí)，用來(lái)表示PVD靶材結(jié)構(gòu)200的使用壽命的終點(diǎn)。
在另一具體實(shí)施例中，可利用其他的物質(zhì)來(lái)取代填入惰性氣體偵測(cè)器220的管子222中的惰性氣體，上述物質(zhì)不會(huì)影響到PVD的結(jié)果。此物質(zhì)可以是在暴露于PVD制程中能夠蒸發(fā)，并且能夠在后續(xù)制程中被偵測(cè)到的固體或液體物質(zhì)。上述固體物質(zhì)可以是列舉于圖16的表格“涂覆材料”欄位列舉的粉末狀材料，圖16的表格之中針對(duì)各種“靶材材料”欄位中分別列舉不會(huì)影響到PVD制程的一些具體的材料。液體物質(zhì)可以是液體狀態(tài)的惰性氣體(例如氦氣)，其可以注射于管子之中。當(dāng)填入液體時(shí)，管子的直徑例如為0.03mm左右。
上述PVD靶材結(jié)構(gòu)100、100’、200分別包括單一管狀細(xì)絲偵測(cè)器120、電極偵測(cè)器120’、惰性氣體偵測(cè)器220。在另一具體實(shí)施例中，PVD靶材結(jié)構(gòu)可以包括多個(gè)管狀偵測(cè)器，其分布于PVD靶材材料，較佳為分布于靶材較易侵蝕的位置(圖7A)。分布多個(gè)管狀偵測(cè)器于PVD靶材，會(huì)增加偵測(cè)的均一性并且能夠偵測(cè)靶材局部的腐蝕。圖7A以及圖7B顯示兩個(gè)具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)500、500’，包括二個(gè)或更多個(gè)管狀偵測(cè)器520、520’(長(zhǎng)度分別小于或等于4cm)，其分布并嵌入于PVD靶材510、510’的底部表面514、514’。如圖7A所示，多個(gè)管狀偵測(cè)器520可放射狀地分布于整個(gè)PVD靶材510，而且彼此分隔著。如圖7B所示，多個(gè)管狀偵測(cè)器520’可放射狀地分布于整個(gè)PVD靶材510’，以致于多個(gè)管狀偵測(cè)器520’于PVD靶材510’的中心彼此接合。
如圖8A以及圖8B所示，在一些具體實(shí)施例中，管狀偵測(cè)器620可嵌入于PVD靶材610的底部表面614，使得管子622與PVD靶材610的底部表面614齊平或者管子622略凹陷于PVD靶材610的底部表面614(并且靶材底板650可由銅(Cu)、例如Cu-Zn合金或任何適用的材料構(gòu)成)。如圖8C所示，在一實(shí)施例中，此可利用形成PVD靶材610以作為由適用的材料(例如鉭)構(gòu)成的原料構(gòu)件610.1以及由界面材料(例如鈦)構(gòu)成的界面構(gòu)件610.2。原料構(gòu)件及界面構(gòu)件610.1及610.2的鄰近的表面可提供對(duì)應(yīng)的管子接收凹槽611.1及611.2，其尺寸及形狀為能夠接收管子622的一部分。管子622置于管子接收凹槽611.1及611.2內(nèi)，并且利用熱壓接合步驟使原料構(gòu)件與界面構(gòu)件610.1及610.2，以及管子622與靶材底板650接合在一起，上述熱壓接合步驟是在足以使原料構(gòu)件與界面構(gòu)件610.1及610.2，以及管子622與靶材底板650彼此物理性地接合在一起的壓力及溫度下進(jìn)行。特別是，壓力以及溫度是視底板的材料、靶材的原料以及接合時(shí)間而決定。舉例而言(例如以銅底板以及鉭原料為例)，使用的溫度及壓力分別為大約400℃(些微地大于1/3銅的熔點(diǎn)1083℃)以及大約13000psi。在一些實(shí)施例中，可以在界面構(gòu)件610.2的管子接收凹槽611.2之中設(shè)置薄金屬箔片610.3。如圖8D所示，金屬箔片610.3可作為阻障層，用以防止界面構(gòu)件610.2的原子遷移進(jìn)入管子622的管子接收凹槽611.2的區(qū)域以及原料構(gòu)件610.1。在另一實(shí)施例中，管狀偵測(cè)器620’可部分地嵌入PVD靶材610’的底部表面614’，使得管子622’的頂部些微地高于PVD靶材610’的底部表面614’，如圖8B所示。本實(shí)施例之中的靶材底板650’包括凹陷660，用以接收突出于PVD靶材610’的底部表面614’的管子622’的部分，以致于PVD靶材610’的底部表面614’可設(shè)置于靶材底板650’上。
管狀偵測(cè)器的管子可制成任何適合及適用的形狀，管子可具有外表面及內(nèi)表面，且具有相同或不同的剖面形狀。圖9A至圖9F為各種具體實(shí)施例的管狀偵測(cè)器的管子立體圖。圖9A顯示具有圓形剖面的外表面及內(nèi)表面710a、720a的管子700a。圖9B顯示具有方形剖面的外表面及內(nèi)表面710b、720b的管子700b。圖9C顯示具有方形剖面的外表面710c及圓形剖面的內(nèi)表面720c的管子700c。圖9D顯示具有圓形剖面的外表面710d及三角形剖面的內(nèi)表面720d的管子700d。圖9E顯示具有圓形剖面的外表面710e及方形剖面的內(nèi)表面720e的管子700e。圖9F顯示具有方形剖面的外表面710f及三角形剖面的內(nèi)表面720f的管子700f。管子的外表面及內(nèi)表面可以是例如長(zhǎng)方形、橢圓形等其他剖面形狀。
請(qǐng)參照?qǐng)D14，其顯示另一具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)的立體圖，以符號(hào)“800”來(lái)表示PVD靶材結(jié)構(gòu)。PVD靶材結(jié)構(gòu)800包括上述可消耗的PVD靶材810(由想要的原料構(gòu)成)以及偵測(cè)層820，其設(shè)于鄰接PVD靶材810的底面表面814。圖14的實(shí)施例中，偵測(cè)層820可將PVD靶材結(jié)構(gòu)800耦接于底板850。
圖15為又一具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)的立體圖，以符號(hào)“800’”來(lái)表示PVD靶材結(jié)構(gòu)。除了在偵測(cè)層820下額外加一層靶材材料層830以外，PVD靶材結(jié)構(gòu)800’與圖14所示的PVD靶材結(jié)構(gòu)800相同。圖15的實(shí)施例之中，靶材材料層830將PVD靶材結(jié)構(gòu)800’耦接于底板850上。
在圖14以及圖15之中，偵測(cè)層820是由與PVD靶材不同且不會(huì)影響到PVD制程結(jié)果的材料構(gòu)成。圖16顯示一表格，其針對(duì)列舉具體靶材材料的具體偵測(cè)層的材料。
在PVD制程中，當(dāng)?shù)入x子轟擊PVD靶材結(jié)構(gòu)800或800’的偵測(cè)層820時(shí)，偵測(cè)層820偵測(cè)到氣體，此氣體也可以通過(guò)OES、RGA或其他類似方法現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視及偵測(cè)得到。
PVD靶材結(jié)構(gòu)800或800’的終點(diǎn)偵測(cè)決定，也可以通過(guò)增加兩個(gè)或多個(gè)由不同材料構(gòu)成的偵測(cè)層偵測(cè)而得。因此，當(dāng)?shù)入x子轟擊第一層偵測(cè)層時(shí)，會(huì)顯示留下的靶材材料的第一殘留量，接著當(dāng)?shù)入x子轟擊下一層偵測(cè)層時(shí)，會(huì)顯示留下的靶材材料的后續(xù)的殘留量，其小于先前的第一殘留量?？梢曅枰黾悠渌牧系念~外層以提供額外層的材料殘留量。
PVD靶材結(jié)構(gòu)可含有或不含靶材底板。PVD制程系統(tǒng)及設(shè)備可在沒(méi)有明顯地修改及/或改變硬件的情況下使用PVD靶材結(jié)構(gòu)。再者，PVD靶材結(jié)構(gòu)可以使用于不同的磁性PVD系統(tǒng)，其例如包括電容式耦合等離子(CCP)及感應(yīng)式耦合等離子(ICP)系統(tǒng)等。本發(fā)明的PVD靶材也可以用于各種PVD電源供應(yīng)系統(tǒng)，其包括但不限于直流電力系統(tǒng)、交流電力系統(tǒng)以及射頻電力系統(tǒng)。
另一實(shí)施例為制造管狀靶材結(jié)構(gòu)的管子的方法。圖17A為顯示第一具體實(shí)施例的管子制造方法的步驟流程圖。步驟901中，提供模具/擠壓設(shè)備950(圖18A)，其包括同心圓設(shè)置的外模具構(gòu)件及內(nèi)模具構(gòu)件951、952。外模具構(gòu)件及內(nèi)模具構(gòu)件951、952是由適用于擠壓及/或澆鑄的金屬、金屬合金及/或金屬材料的硬質(zhì)材料制成。適用于模具構(gòu)件的材料可包括但不限于陶瓷材料、聚合物材料、金屬材料及其組合。模具/擠壓設(shè)備950的外模具構(gòu)件951的內(nèi)表面951a用以形成管子的外表面，而模具/擠壓設(shè)備950的內(nèi)模具構(gòu)件952的外表面952a用以形成管子的內(nèi)表面。圖18A的實(shí)施例之中，模具/擠壓設(shè)備950的外模具構(gòu)件951具有圓形剖面形狀，而模具/擠壓設(shè)備950的內(nèi)模具構(gòu)件952也具有圓形剖面形狀。這樣的模具/擠壓設(shè)備可用來(lái)制作如圖9A顯示的管子。模具/擠壓設(shè)備950的外模具構(gòu)件951及內(nèi)模具構(gòu)件952經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)后，可用來(lái)制作想要的形狀，例如包括圖9B至圖9F所示的管子。
請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D17A，此方法的步驟902包括經(jīng)由模具/擠壓設(shè)備950的外模具構(gòu)件951及內(nèi)模具構(gòu)件952之間定義的空間953擠壓(extrude)想要的材料。擠壓可使用冷或熱擠壓方法完成。在另一實(shí)施例中，方法的步驟902包括經(jīng)由模具/擠壓設(shè)備950的外模具構(gòu)件951及內(nèi)模具構(gòu)件952之間定義的空間953澆鑄(cast)想要的材料。澆鑄可通過(guò)熔化想要的管子材料，然后將此熔化的材料倒入或注入模具/擠壓950的外模具構(gòu)件951及內(nèi)模具構(gòu)件952之間定義的空間953之中。如果在步驟902中管子材料是利用澆鑄方式完成，接下來(lái)步驟903是在熔化的管子材料冷卻后，將管子從模具/擠壓設(shè)備950移除。
圖17B為顯示第二具體實(shí)施例的管子制造方法的步驟流程圖。步驟911中，提供一模具設(shè)備960(圖18B)，其包括芯棒(mandrel)類似物的模具構(gòu)件961。此模具構(gòu)件961是由適合以PVD或電化學(xué)鍍層形成于模具構(gòu)件961上方的金屬、金屬合金及/或金屬材料的硬質(zhì)材料制成。適用于模具構(gòu)件的材料可包括但不限于陶瓷材料、聚合物材料、金屬材料及其組合。模具設(shè)備960的模具構(gòu)件961的外表面961a具有圓形剖面形狀，這樣的模具設(shè)備可用來(lái)制作如圖9A顯示的管子。模具設(shè)備960的模具構(gòu)件961經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)后，可用來(lái)制作想要的形狀，例如包括圖9B至圖9F所示的管子。
請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D17B，方法的步驟912包括沉積想要的管子材料于模具構(gòu)件961的外表面962上，直到得到想要的薄膜厚度(管子的壁厚度)為止。沉積的步驟可使用例如電化學(xué)鍍層(ECP)或PVD的方式形成。在步驟913中，芯棒類似物的模具構(gòu)件961與管子彼此分離。在一具體實(shí)施例中，分離的方式可以如圖10所示，以物理性的方法將芯棒類似物的模具構(gòu)件由管子移開，在另一具體實(shí)施例中，可采用化學(xué)性的方法以蝕刻劑將模具構(gòu)件與管子分離。
圖19為顯示第三具體實(shí)施例的管子制造方法的步驟流程圖。在第三具體實(shí)施例的管子制造方法中，管子是以塊狀制程步驟制作而成。在步驟921中，形成多個(gè)貫穿孔941于想要的管子材料940的塊狀物之中，如圖11A所示，多個(gè)貫穿孔941定義多個(gè)管子的內(nèi)表面，在步驟922中，將管子材料的塊狀物切斷或分割成為多個(gè)分離的管子942，如圖11B所示，每一個(gè)管子942包括一個(gè)貫穿孔941。貫穿孔941可利用傳統(tǒng)的激光、高壓水、濕蝕刻或干蝕刻等方法形成?？墒褂脗鹘y(tǒng)的激光、高壓水或機(jī)械切割方法將塊狀的管子材料940切斷或分割成為分離的管子。
圖20為顯示第四具體實(shí)施例的管子制造方法的步驟流程圖。步驟931中，提供想要的管子材料的延展性薄板980、980’，步驟932中，由薄板980、980’形成想要的形狀的管子981、981’，如圖12A及圖13A所示。薄板980、980’可通過(guò)環(huán)繞著如圖18B所示相對(duì)應(yīng)的芯棒，而形成想要的管子的形狀。接著，在步驟933中，將管子981、981’的相匹配(matching)且相對(duì)的(opposing)邊緣982、982’彼此接合在一起，以完成管子981、981’，如圖12B以及圖13B所示。接合的方法可以使用例如焊接方式(welding)來(lái)完成。
本發(fā)明另一實(shí)施例中，用來(lái)偵測(cè)PVD靶材結(jié)構(gòu)的使用壽命終點(diǎn)的系統(tǒng)。圖5顯示的系統(tǒng)是以符號(hào)“300”來(lái)表示，系統(tǒng)300包括PVD制程反應(yīng)室310；如圖2A、圖2B及圖3所示的PVD靶材結(jié)構(gòu)320，其設(shè)置于PVD制程反應(yīng)室310之中；以及監(jiān)視裝置330，其連接于PVD靶材結(jié)構(gòu)320，用以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視PVD靶材結(jié)構(gòu)320的細(xì)絲或電極偵測(cè)器組合340的狀態(tài)。
圖6顯示另一具體實(shí)施例的PVD靶材結(jié)構(gòu)的使用壽命終點(diǎn)的偵測(cè)系統(tǒng)，其是以符號(hào)“400”來(lái)表示，系統(tǒng)400包括PVD制程反應(yīng)室410；如圖4、圖14及圖15所示的PVD靶材結(jié)構(gòu)420，其設(shè)置于PVD制程反應(yīng)室410之中；以及氣體偵測(cè)裝置430，用以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視及偵測(cè)惰性氣體偵測(cè)器或PVD靶材結(jié)構(gòu)420的偵測(cè)層440。
附圖中符號(hào)的簡(jiǎn)單說(shuō)明如下100、100’、200PVD靶材結(jié)構(gòu)110、210、510、510’、610、610’PVD靶材112反應(yīng)表面114底部表面116側(cè)壁表面124細(xì)絲124a’、124b’電極120細(xì)絲偵測(cè)器122、222、622、622’管子122c管子的內(nèi)部224惰性氣體124a、124b、124aa、124bb邊界末端部125a、125b、125a’、125b’細(xì)絲導(dǎo)線126a、126b絕緣物122a、122b、222a、222b開口端226密封材料300、400偵測(cè)系統(tǒng)310、410反應(yīng)室
320、420、500、500’PVD靶材結(jié)構(gòu)330監(jiān)視裝置430氣體偵測(cè)裝置340偵測(cè)器組合440偵測(cè)層514、514’、614、614’底部表面520、520’、620、620’管狀偵測(cè)器650、650’靶材底板660凹陷610.1原料構(gòu)件610.2界面構(gòu)件610.3金屬箔片611.1、611.2凹槽700a、700b、700c、700d、700e、700f管子710a、710b、710c、710d、710e、710f外表面720a、720b、720c、720d、720e、720f內(nèi)表面940管子材料941貫穿孔942管子980、980’薄板981、981’管子982、982’邊緣800、800’PVD靶材結(jié)構(gòu)810PVD靶材820偵測(cè)層814底面表面850底板
830靶材材料層950模具/擠壓設(shè)備951外模具構(gòu)件952內(nèi)模具構(gòu)件953空間960模具設(shè)備961模具構(gòu)件962外表面
權(quán)利要求
1.一種可消耗材料的厚板，其特征在于，該可消耗材料的厚板包括至少一偵測(cè)器，用以對(duì)于該可消耗材料的厚板接近或已經(jīng)減少至該可消耗材料的一既定量發(fā)出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，該至少一偵測(cè)器包括一圍封物，該圍封物的至少一部分嵌入該可消耗材料的厚板之中；以及一細(xì)絲元件或電極元件，設(shè)置于該圍封物之中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，該細(xì)絲元件或電極元件由該圍封物之中延伸，而能夠連接至一信號(hào)監(jiān)視裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，該圍封物是由該可消耗材料構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，該至少一偵測(cè)器包括一圍封物，該圍封物的至少一部分嵌入該可消耗材料的厚板之中；以及一氣體、液體或固體，設(shè)置于該圍封物之中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，該氣體或液體是由惰性材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，當(dāng)該氣體、液體或固體由該圍封物逸散出時(shí)，可被偵測(cè)得到。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，當(dāng)偵測(cè)出該氣體、液體或固體時(shí)，顯示該可消耗材料的厚板的殘留量接近或已經(jīng)達(dá)到該既定量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，該至少一偵測(cè)器包括一第二材料層，其成分不同于該可消耗材料，并且鄰接地設(shè)置于可消耗材料的厚板上，該第二材料層氣體化時(shí)可被偵測(cè)得到。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，當(dāng)偵測(cè)出氣體化的該第二材料層時(shí)，顯示該可消耗材料的厚板的殘留量接近或已經(jīng)達(dá)到該既定量。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，發(fā)出信號(hào)表示該可消耗材料的厚板的壽命已達(dá)終點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，該可消耗材料的厚板包括一靶材，使用于物理氣相沉積制程，并且該氣體、液體或固體的成份不會(huì)影響該物理氣相沉積制程。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可消耗材料的厚板，其特征在于，該可消耗材料的厚板包括一靶材，使用于物理氣相沉積制程，并且該第二材料層的成份不會(huì)影響該物理氣相沉積制程。
14.一種物理氣相沉積靶材料，其特征在于，該物理氣相沉積靶材料包括一可消耗材料的厚板；以及至少一偵測(cè)器，用以對(duì)于該可消耗材料的厚板接近或已經(jīng)減少至該可消耗材料的一既定量發(fā)出信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的物理氣相沉積靶材料，其特征在于，該至少一偵測(cè)器包括一細(xì)絲、相對(duì)的電極、一偵測(cè)層、一氣體、一液體或一固體，其能夠發(fā)出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可消耗材料的厚板及物理氣相沉積靶材料，包括至少一偵測(cè)器，用以對(duì)于該可消耗材料的厚板接近或已經(jīng)減少至該可消耗材料的一既定量發(fā)出信號(hào)。本發(fā)明所述的可消耗材料的厚板及物理氣相沉積靶材料，可降低物理氣相沉積靶材的消耗成本，制造成本以及增加獲利。
文檔編號(hào)C23C14/34GK1982498SQ20061015233
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者蕭義理, 黃見翎, 許志成, 許呈鏘, 汪青蓉, 余振華 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司