动态控制溅射靶材利用率的控制装置和控制方法与流程

本发明涉及磁控溅射领域，更具体而言涉及一种动态控制溅射靶材利用率的控制装置和控制方法。

背景技术：

当前在磁控溅射领域，平面靶材的利用率只有20％-45％，旋转靶材的利用率只有30％-50％，从而造成很大的资源浪费。而且，目前检测靶材利用率的装置和方法均是在靶材使用完毕后通过采用称重、用直尺和卡尺测量最深点或者用3d扫描靶材形貌来进行的。这些方法都无法实现在线实时测量，这样既浪费了时间，也无法动态控制靶材利用率。

因而，需要一种下述的动态控制溅射靶材利用率的控制装置和控制方法：其可以解决或至少减轻上述现有技术中所存在的部分或全部缺点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种旨在解决或至少减轻上述现有技术中所存在的部分或全部缺点的动态控制溅射靶材利用率的控制装置和控制方法。

本发明所采用的技术方案如下所述。

根据本发明的一方面，提供一种动态控制溅射靶材利用率的控制装置，其中，所述控制装置包括：

溅射靶材形貌检测单元，所述溅射靶材形貌检测单元实时检测溅射靶材的刻蚀表面形貌；

控制单元，所述控制单元连接至所述溅射靶材形貌检测单元并且接收来自所述溅射靶材形貌检测单元的检测结果；

无线通讯单元，所述无线通讯单元连接至所述控制单元并且实时接收所述检测结果，所述无线通讯单元连接至外部系统并将所述检测结果实时传递到所述外部系统进行分析处理；

磁性传感器，所述磁性传感器检测溅射设备的第一磁场与调整所述溅射靶材的表面磁场强度的磁性材料的第二磁场形成的合成磁场，所述磁性传感器连接至所述控制单元并将检测到的合成磁场经所述控制单元和所述无线通讯单元实时传递到所述外部系统以进行分析处理，所述外部系统的分析处理结果经所述无线通讯单元返回所述控制单元；

磁性材料控制器，所述磁性材料控制器连接至所述控制单元，所述控制单元根据来自所述外部系统的分析处理结果将控制指令发送给所述磁性材料控制器，从而所述磁性材料控制器控制所述磁性材料的第二磁场强度并最终控制合成磁场的磁场强度。

优选地，所述磁性材料设置于所述溅射靶材的外表面、所述溅射靶材的内部、所述溅射靶材的焊合层或者所述溅射靶材的背板/背管的非焊合面，所述磁性材料选自焊料、间隔件或添加剂，所述磁性材料的分布区域分包括一个或多个分区，所述控制装置包括一个或多个所述磁性传感器以及一个或多个所述磁性材料控制器，每个分区的合成磁场相应地由一个所述磁性传感器进行检测并且每个分区的所述磁性材料的第二磁场相应地由一个所述磁性材料控制器控制。

优选地，所述外系统是溅射设备的控制主机、云端、手持式检测单元或者穿戴式检测单元，所述外部系统利用大数据进行分析处理，所述外部系统的分析处理结果形成对应模型，所述对应模型经所述无线通讯单元返回所述控制单元，所述控制单元根据所述对应模型将相应控制指令发送给所述磁性材料控制器，并且所述无线通讯单元利用lot通讯协议进行通讯。

优选地，所述靶材形貌检测单元设置于所述溅射靶材的外表面、所述溅射靶材的内部、所述溅射靶材的焊合层或者所述溅射靶材的背板/背管的非焊合面、所述溅射设备的反应室的内部、或者所述反应室的外部，所述磁性传感器和所述磁性材料控制器设置于所述溅射靶材的外表面、所述溅射靶材的内部、所述溅射靶材的焊合层或者所述溅射靶材的背板/背管的非焊合面。

更优选地，所述磁性传感器分区域分布并且分区域检测合成磁场。

优选地，所述控制装置还包括重量传感器，所述重量传感器实时检测所述溅射靶材的当前重量，所述控制单元连接至所述重量传感器并且接收来自所述重量传感器的信号，来自所述重量传感器的信号经所述控制单元和所述无线通讯单元实时传递到所述外部系统进行分析处理，所述外部系统利用下述公式求得溅射靶材利用率：溅射靶材利用率＝溅射靶材当前重量/溅射靶材初始重量x100％，所求得的溅射靶材利用率经所述无线通讯单元返回所述控制单元。

优选地，所述重量传感器设置于所述溅射靶材的外表面、所述溅射靶材的内部、所述溅射靶材的焊合层或所述溅射靶材的背板/背管的非焊合面上。

更优选地，所述重量传感器按照区域分布并分区域检测所述溅射靶材的当前重量。

优选地，所述控制装置还包括电池和发电单元，所述电池连接并供电给所述重量传感器、所述溅射靶材形貌检测单元、所述无线通讯单元以及所述磁性材料，所述发电单元连接并供电给所述重量传感器、所述溅射靶材形貌检测单元、所述无线通讯单元、所述磁性材料以及电池。

更优选地，所述发电单元为热电发电单元或等离子体电荷收集转换单元，所述热电发电单元收集靶材溅射工艺当中产生的热量从而产生电能，所述等离子体电荷收集转换单元收集溅射工艺中产生的等离子体能量并将等离子体能量转换成电能。

根据本发明的另一方面，提供一种动态控制溅射靶材利用率的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

通过溅射靶材形貌检测单元实时检测溅射靶材的刻蚀表面形貌；

控制单元接收来自所述溅射靶材形貌检测单元的检测结果；

无线通讯单元实时接收来自所述控制单元的检测结果并将该检测结果传递到所述外部系统进行分析处理；

磁性传感器检测溅射设备的第一磁场与调整所述溅射靶材的表面磁场强度的磁性材料的第二磁场的合成磁场，并将检测到的合成磁场经所述控制单元和所述无线通讯单元实时传递到所述外部系统以进行分析处理；

所述外部系统将对来自所述溅射靶材形貌检测单元和所述磁性传感器的检测结果的分析处理结果经所述无线通讯单元返回所述控制单元；以及

所述控制单元根据来自所述外部系统的分析处理结果将控制指令发送给磁性材料控制器，从而所述磁性材料控制器控制磁性材料的第二磁场强度并最终控制合成磁场。

优选地，所述控制方法还包括以下步骤：

重量传感器实时检测所述溅射靶材的当前重量；

所述控制单元接收来自所述重量传感器的检测结果；

无线通讯单元实时接收来自所述控制单元的检测结果并将该检测结果传递到所述外部系统，所述外部系统利用下述公式求得溅射靶材利用率：溅射靶材利用率＝溅射靶材当前重量/溅射靶材初始重量x100％；以及

所述外部系统将所求得的溅射靶材利用率经所述无线通讯单元返回所述控制单元。

根据本发明的一个或多个实施方式，能够实现如下所述的有益效果。

根据本发明，控制装置可以动态控制溅射靶材利用率，因而能够最大限度地提高溅射靶材利用率，具体地，利用本控制装置和控制方法可使得平面靶材利用率达到50％以上，并使得旋转靶材利用率达到80％以上。

在一些实施方式中，由于外部系统可以根据重量传感器测得的当前重量实时计算出溅射靶材利用率，这样用户不再需要像现有技术中那样在溅射工艺完成之后将溅射靶材拆下来再请供应商通过称重等方式来计算溅射靶材利用率，方便了用户使用溅射设备。而且，可以让用户实时了解成本信息，例如降低了多少成本，进一步方便了用户对溅射设备的使用。

在另一些实施方式中，根据本发明的控制装置还包括热电发电单元和/或等离子体电荷收集转换单元，这样可以利用溅射工艺当中产生的能量从而产生电能供给电池、重量传感器以及控制单元，以避免能量浪费。

附图说明

下面参照附图将对发明的特征、优点以及示例性实施方式的技术上和工业上的意义进行描述，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：

图1示出了根据本发明示例性实施方式的动态控制溅射靶材利用率的控制装置的原理示意图；

图2(a)、2(b)示例性地示出了根据本发明示例性实施方式的磁性材料、磁性传感器以及磁性材料控制器的一种设置方式；

图3(a)、3(b)示例性地示出了根据本发明示例性实施方式的磁性材料、磁性传感器以及磁性材料控制器的另一种设置方式；

图4示出了根据本发明又一示例性实施方式的动态控制溅射靶材利用率的控制装置的原理示意图；

图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)、5(e)示例性地示出了根据本发明示例性实施方式的重量传感器在平面溅射靶材中的几种设置方式。

具体实施方式

下面参照附图对本发明示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。而且，图中各部件的尺寸和比例也仅仅是示意性的，并不严格对应于实际产品。

下面对包括根据本发明示例性实施方式的动态控制溅射靶材利用率的控制装置和控制方法进行说明。图1示出了根据本发明示例性实施方式的动态控制溅射靶材利用率的控制装置的原理示意图。图2(a)、3(2)示例性地示出了根据本发明示例性实施方式的磁性材料、磁性传感器以及磁性材料控制器的一种设置方式。图3(a)、3(b)示例性地示出了根据本发明示例性实施方式的磁性材料、磁性传感器以及磁性材料控制器的另一种设置方式。图4示出了根据本发明又一示例性实施方式的动态控制溅射靶材利用率的控制装置的原理示意图。图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)、5(e)示例性地示出了根据本发明示例性实施方式的重量传感器在平面溅射靶材中的几种设置方式。

如图1所示，根据本发明示例性实施方式的动态控制溅射靶材利用率的控制装置包括溅射靶材形貌检测单元、控制单元、无线通讯单元、磁性传感器、磁性材料控制器以及磁性材料。

首先需要说明的是，在根据本发明的溅射设备中，溅射靶材所处的磁场是合成磁场。具体而言，第一磁场是溅射设备本身具有自带磁场，也就是设置在阴极的磁铁所形成的磁场；第二磁场是本发明中的磁性材料所形成的磁场。溅射靶材所处的磁场就是第一磁场和第二磁场所形成的合成磁场。

由于通常来说溅射设备在调试之后本身自带的第一磁场就不会再变化，而溅射靶材的利用率又和溅射靶材所处的磁场具有一定关系，因而本发明人的构思是通过增加磁性材料从而形成第二磁场，并且由第二磁场影响第一磁场从而与第一磁场形成合成磁场，最终利用溅射靶材所处的合成磁场的强度分布来影响溅射靶材的腐蚀速率，也即溅射靶材的利用率。

根据本发明的溅射靶材形貌检测单元可以实时检测溅射靶材的刻蚀表面形貌，例如可以实时检测溅射靶材的刻蚀最深点的剩余量，从而得到溅射靶材的实时腐蚀信息。溅射靶材形貌检测单元可以例如设置于溅射靶材的外表面、溅射靶材的内部、溅射靶材的焊合层或者所述溅射靶材的背板/背管的非焊合面、溅射设备的反应室的内部、或者反应室的外部。磁性材料可以设置于溅射靶材的外表面、溅射靶材的内部、溅射靶材的焊合层或者溅射靶材的背板/背管的非焊合面，磁性材料可以选自焊料、间隔件或者添加剂，只要可以实现上述功能即可。本发明适用于一体式溅射靶材和焊合式溅射靶材，一体式溅射靶材包括一体式平面靶材和一体式旋转靶材，焊合式溅射靶材包括焊合式平面靶材和焊合式旋转靶材。举例来说，焊合式平面靶材包括靶材平板、背板以及将靶材平板和背板焊合在一起的焊合层，焊合式旋转靶材包括靶材管体、同轴套设在靶材管体中的背管以及将靶材管体和背管焊合在一起的焊合层。

溅射靶材形貌检测单元连接至控制单元，控制单元接收由溅射靶材形貌检测单元检测到的溅射靶材的实时腐蚀信息。控制单元又连接至无线通讯单元，可以向无线通讯单元传送信息，也可以从无线通讯单元接收信息。无线通讯单元还连接至外部系统并且可以向外部系统发送信息，也可以接收来自外部系统的信息。外部系统例如可以是溅射设备的控制主机、云端、手持式检测单元或者穿戴式检测单元，外部系统具有分析处理功能，并且可以将分析处理结果再返回给无线通讯单元。也就是说，在本示例性实施方式中，来自溅射靶材形貌检测单元的检测结果经控制单元和无线通讯单元实时传递到外部系统进行分析处理。

磁性传感器检测溅射靶材所处的合成磁场的分布情况，磁性传感器连接至控制单元并将检测到的合成磁场经控制单元和无线通讯单元实时传递到外部系统以进行分析处理，外部系统的分析处理结果经无线通讯单元返回控制单元。磁性传感器可以例如设置于溅射靶材的外表面、溅射靶材的内部、溅射靶材的焊合层或者所述溅射靶材的背板/背管的非焊合面。

控制单元根据来自外部系统的分析处理结果，将控制指令发送给控制单元所连接的磁性材料控制器。磁性材料控制器在接收到控制指令后控制磁性材料的第二磁场强度并最终控制并调整合成磁场，以使溅射靶材可以被均匀刻蚀，从而提高溅射靶材的利用率。理想的合成磁场应该在整个靶材表面范围内均匀分布，因而本发明的目的在于尽量提高靶材表面范围内各处的磁场均匀性。举例来说，如果溅射靶材的某个部位的腐蚀速度较慢，则外部系统根据磁性传感器检测到的该部位的当前合成磁场以及溅射靶材的该部位的当前形貌信息给控制单元发送需要提高此部位处的合成磁场强度的信息，控制单元根据此信息再发送控制指令给磁性材料控制器，以便使磁性材料控制器控制此部位的合成磁场强度并使该合成磁场强度增大。当然，磁性传感器可以例如分区域分布并且分区域检测合成磁场分布情况；磁性材料也可以分区域分布并且由磁性材料控制器分区域控制。具体地，磁性材料例如分n个分区，则控制装置可以包括n个磁性传感器和n个磁性材料控制器，每个分区相应地由一个磁性传感器进行检测并相应地由一个磁性材料控制器控制。例如，第一分区的合成磁场由第一磁性传感器检测，第一分区的磁性材料的第二磁场由第一磁性材料控制器控制。与磁性传感器类似，磁性材料控制器也可以例如设置于溅射靶材的外表面、溅射靶材的内部、溅射靶材的焊合层或者所述溅射靶材的背板/背管的非焊合面，只要可以实现其上述功能即可。

图2(a)、2(b)示例性地示出了根据本发明示例性实施方式的磁性材料、磁性传感器以及磁性材料控制器的设置方式。例如，图2(a)中示出了焊合式平面靶材的俯视图，图2(b)中分层示出了焊合式平面靶材的侧视示意图，其中为了显示清楚，将焊合层3以及磁性传感器4、磁性材料和磁性材料控制器5所在的层均做了放大。焊合式平面靶材包括靶材平板1、背板2以及将靶材平板1和背板2焊合在一起的焊合层3。磁性传感器4、磁性材料以及磁性材料控制器5设置在焊合层3与靶材平板1之间。图3(a)、3(b)示例性地示出了根据本发明示例性实施方式的磁性材料、磁性传感器以及磁性材料控制器的另一种设置方式。其中，图3(a)中示出了焊合式旋转靶材的纵向剖视图，图3(b)中分层示出了焊合式旋转靶材的侧视示意图，其中为了显示清楚，将磁性传感器4、磁性材料和磁性材料控制器5以及防水保护层6所在的层均做了放大。焊合式旋转靶材包括靶材平板1、背管2’以及将靶材平板1和背管2’焊合在一起的焊合层。磁性传感器4、磁性材料以及磁性材料控制器5、防水保护层6依次设置在背管2’的内侧。

由于该示例性实施方式的控制装置可以动态控制溅射靶材利用率，因而能够最大限度地提高溅射靶材利用率。利用本控制装置和控制方法可使得平面靶材利用率达到50％以上，并使得旋转靶材利用率达到80％以上。

图4是根据本发明又一示例性实施方式的动态控制溅射靶材利用率的控制装置的原理示意图。在该示例性实施方式中仅着重描述与上述图1所示示例性实施方式之间的不同之处，对于与上述图1所示示例性实施方式相同之处在此不再赘述。

图4的控制装置还包括实时检测溅射靶材的当前重量的重量传感器。重量传感器连接至控制单元。控制单元接收来自重量传感器的有关溅射靶材当前重量的信号。该信号再经无线通讯单元实时传递到外部系统进行分析处理，外部系统利用下述公式求得溅射靶材利用率：溅射靶材利用率＝溅射靶材当前重量/溅射靶材初始重量x100％，所求得的溅射靶材利用率经无线通讯单元再返回控制单元。

重量传感器例如可以设置于溅射靶材的外表面、溅射靶材的内部、溅射靶材的焊合层或者所述溅射靶材的背板/背管的非焊合面。与磁性传感器类似，重量传感器按照区域分布并分区域检测溅射靶材的当前重量。

如图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)、5(e)所示，以举例的方式给出了在平面溅射靶材中重量传感器的几种设置方式。例如，在图5(a)中示出了重量传感器在焊合式平面靶材中的一种设置方式，其中，靶材平板1和背板2通过焊合层3焊合在一起，而重量传感器7设置在靶材平板1和焊合层3之间。在图5(b)中示出了重量传感器在焊合式平面靶材中的另一种设置方式，其中，靶材平板1和背板2通过焊合层3焊合在一起，而重量传感器7设置在背板2的与焊合层3相反的一侧。在图5(c)中示出了重量传感器在焊合式平面靶材中的又一种设置方式，其中，靶材平板1和背板2通过焊合层3焊合在一起，而重量传感器7设置在背板2的一个侧面上。在图5(d)、5(e)中均示出了重量传感器在一体式平面靶材中的一种设置方式，其中，重量传感器7均设置在靶材12的其中一个侧面上。

除了可以获得图1的控制装置所获得的有益技术效果，图2的控制装置还可以获得如下有益技术效果：由于外部系统可以根据重量传感器测得的当前重量实时计算出溅射靶材利用率，这样用户不再需要像现有技术中那样在溅射工艺完成之后将溅射靶材拆下来再请供应商通过称重等方式来计算溅射靶材利用率，方便了用户使用溅射设备。而且，对于用户来说，溅射靶材利用率意味着成本，溅射靶材利用率越高，成本越低，溅射靶材利用率越低，成本越高。因而，实时掌握溅射靶材利用率，可以让用户实时了解成本信息，例如降低了多少成本，进一步方便了用户对溅射设备的使用。

在一些优选实施方式中，根据本发明的控制装置还可以包括电池。电池可以连接至重量传感器、溅射靶材形貌检测单元、无线通讯单元以及磁性材料，并给重量传感器、溅射靶材形貌检测单元、无线通讯单元以及磁性材料供电。

在一些更优选实施方式中，根据本发明的控制装置还包括发电单元，发电单元可以连接至重量传感器、溅射靶材形貌检测单元、无线通讯单元、磁性材料以及电池，并给重量传感器、溅射靶材形貌检测单元、无线通讯单元和磁性材料供电，给电池充电。

在一些进一步优选的实施方式中，发电单元可以例如为热电发电单元，收集靶材溅射工艺当中产生的热量从而产生电能供给电池、重量传感器以及控制单元，以避免能量浪费。

在一些更进一步优选的实施方式中，根据本发明的控制装置还包括等离子体电荷收集转换单元，以便收集溅射工艺中产生的等离子体能量并将转换后的电力供给电池、重量传感器和控制单元。

在一些再进一步优选的实施方式中，根据本发明的控制装置的无线通讯单元所使用的协议是lot通讯协议，例如nblot通讯协议，外部系统进行分析处理时利用的是大数据，分析处理结果形成对应模型，控制单元根据该对应模型将相应控制指令发送给磁性材料控制器。

在本说明书中，每当提及“示例性实施方式”、“优选实施方式”、“一个实施方式”等时意味着针对该实施方式描述的具体的特征、结构或特点包括在本发明的至少一个实施方式中。这些用词在本说明书中不同地方的出现不一定都指代同一实施方式。此外，当针对任一实施方式/实施方式描述具体的特征、结构或特点时，应当认为本领域技术人员也能够在所有所述实施方式中的其它实施方式中实现这种特征、结构或特点。

以上详细描述了本发明的实施方式。然而，本发明的方面不限于上述实施方式。在不脱离本发明的范围的情况下，各种改型和替换均可以应用到上述实施方式中。