物理气相薄膜沉积工艺中控制薄膜沉积速率的模型补偿方法

摘要

本发明公开了一种物理气相薄膜沉积工艺中控制薄膜沉积速率的模型补偿方法，其特征是基于离线测量建立沉积速率与靶材消耗量的关系模型，利用所述关系模型对薄膜沉积工艺中的包括电功率在内的工艺控制参数进行补偿，实现不同批次产品间相对稳定的薄膜沉积速率和薄膜性能。利用本发明方法对主要控制参数进行补偿，从而获得稳定的薄膜沉积速率，并且有望通过对沉积速率的控制实现对薄膜微观形貌和材料性能的调节。本发明不需要使用复杂的实时监测系统。

主权项

一种物理气相薄膜沉积工艺中控制薄膜沉积速率的模型补偿方法，其特征是按以下步骤进行：步骤一：按以下测机方法获得薄膜沉积速率R；选定工艺程式，设置所述工艺程式中包括镀膜时间t和靶材距离d在内的可调工艺参数为基准值，其中镀膜时间t的基准值取值为t0，补偿对象工艺参数X取值为Xi，记录Xi和与靶材消耗相关的历史记录参数T的数值Ti；把测量基片导入镀膜机，执行所述工艺程式，在测量基片上沉积薄膜材料；使用离线薄膜厚度测试装置测量薄膜厚度Di，计算与Xi和Ti相对应薄膜沉积速率Ri的数值为Di/t0；步骤二：按照步骤一所述的测机方法，每测机一次得到一个包含测机条件和测机结果的测机数据点，其中测机条件记录为(Xi，Ti)，测机结果记录为Ri，测机数据点以三维行向量形式记录为(Xi，Ti，Ri)；改变测机条件，在不同的靶材消耗情况下测机，记录对应的历史记录参数Tj，并改变补偿对象工艺参数X的取值为Xj，得到一组测机条件，重复执行步骤一所述的测机方法n次，相应得到n个测机数据点，其中数值n不少于25；步骤三：由所述步骤二得到的测机结果是一个由n个行向量组成的向量组，记录为：(Xi，Ti，Ri)|i＝1，2，...n，以所述向量组按式(1)建立数学模型；R＝aX+p3T3+p2T2+p1T+R0                                            (1)式(1)中a，p3，p2，p1和R0为待定的模型常数，其数值的计算方法为两步最小二乘法回归拟合：第一步是线性回归获得自变量X的模型常数a；第二步是3阶多项式回归，获得模型常数p3，p2，p1和R0；步骤四：根据步骤三得到的数学模型，按式(2)计算补偿系数k3、k2和k1， k 3 = - p 3 a , k 2 = - p 2 a , k 1 = - p 1 a ; - - - ( 2 ) 目标沉积速率为R的工艺程式中的补偿对象工艺参数X的设定值X0按式(3)取值： X 0 = R - R 0 a - - - ( 3 ) 步骤五：根据步骤四得到的补偿系数k3、k2、k1对补偿对象工艺参数设置补偿，补偿后的工艺参数X如式(4)由补偿值和设定值X0两部分组成。X＝k3T3+k2T2+k1T+X0                                                (4)。