專利名稱：聚焦環(huán)、聚焦環(huán)組合、imp濺射設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體濺射領(lǐng)域，尤其涉及約束濺射粒子的運動軌跡，起到聚焦作用的聚焦環(huán)。
背景技術(shù)：
濺射為現(xiàn)代半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)過程中常用的一種薄膜淀積技術(shù)。濺射過程中，高能粒子撞擊具有高純度的靶材料固體平板，按物理過程撞擊出原子。這些被撞擊出的原子穿過真空，最后淀積在硅片上。而在半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)過程中，無論是8寸生產(chǎn)線，12寸生產(chǎn)線，凡在利用靶材進行濺射時都會用到聚焦環(huán)。聚焦環(huán)在半導(dǎo)體工藝中的主要作用包括約束濺射粒子的運動軌跡，起到聚焦的作用；吸附濺射過程中產(chǎn)生的大的顆粒物，起到凈化的作用。如圖1所示，靶材300濺射出來的朝向四面八方運動的原子被聚焦環(huán)250聚焦到硅片100的上方，均勻的往硅片100上分布。而在IMP(離子化的金屬等離子體)的濺射工藝中，聚焦環(huán)會需要參與到濺射中來。這樣，聚焦環(huán)的壽命就是有限的。而且在實際生產(chǎn)中，聚焦環(huán)的壽命非常的短，而聚焦環(huán)的加工工藝復(fù)雜，價格昂貴，這使得聚焦環(huán)的消耗在芯片生產(chǎn)中產(chǎn)生了極高的費用。所以有必要采取一種方式，使得聚焦環(huán)的使用壽命延長，降低生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提高聚焦環(huán)的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種聚焦環(huán)組合，包括聚焦環(huán)；位于所述聚焦環(huán)外的安裝釘，所述安裝釘包括柱體與膨大的背部，所述安裝釘?shù)谋巢抗潭ㄔ谒鼍劢弓h(huán)的外表面上，所述柱體的內(nèi)部設(shè)有螺紋孔。可選的，所述安裝釘和聚焦環(huán)的材料相同?？蛇x的，所述安裝釘焊接在所述聚焦環(huán)的外表面上?？蛇x的，所述聚焦環(huán)的外表面形成有凹槽，安裝釘?shù)谋巢亢附釉谒霭疾蹆?nèi)?？蛇x的，還包括螺桿，所述螺桿進入所述螺紋孔內(nèi)。本發(fā)明還提供一種聚焦環(huán)，所述聚焦環(huán)的外表面形成有凹槽。本發(fā)明另提供了一種IMP濺射設(shè)備，包括反應(yīng)腔；聚焦環(huán)，所述聚焦環(huán)位于反應(yīng)腔內(nèi)；安裝釘，所述安裝釘包括柱體與膨大的背部，所述安裝釘?shù)谋巢抗潭ㄔ谒鼍劢弓h(huán)的外表面上，所述柱體的內(nèi)部設(shè)有螺紋孔；螺桿，所述螺桿從反應(yīng)腔的腔壁穿出進入所述螺紋孔。可選的，所述安裝釘和聚焦環(huán)的材料相同?？蛇x的，所述安裝釘焊接在所述聚焦環(huán)的外表面上。CN 102418075 A
說明書
2/5頁可選的，所述聚焦環(huán)的外表面形成有凹槽，安裝釘?shù)谋巢亢附釉谒霭疾蹆?nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點可以使聚焦環(huán)的使用壽命增加20%左右，大大降低了生產(chǎn)成本。


圖1是現(xiàn)有聚焦環(huán)在濺射工藝中使用情況的示意圖。圖2至圖6是現(xiàn)有聚焦環(huán)組合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是現(xiàn)有聚焦環(huán)的安裝方式中安裝釘背部完全被消耗掉無法固定聚焦環(huán)的示意圖。圖8至圖10是第一實施例中聚焦環(huán)組合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11至圖15是第二實施例中聚焦環(huán)組合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖16至圖18是第三實施例中聚焦環(huán)組合的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式在IMP (離子化的金屬等離子體)的濺射工藝中，聚焦環(huán)會需要參與到濺射中來， 聚焦環(huán)使用到一定程度就需要被換成新的，比如，聚焦環(huán)上面形成有花紋，當(dāng)聚焦環(huán)使用到花紋消失的時候，聚焦環(huán)就需要被換掉了。現(xiàn)有技術(shù)中的聚焦環(huán)以及與之配合安裝的零部件以及它們組合起來的聚焦環(huán)組合的結(jié)構(gòu)如圖2至圖6所示，聚焦環(huán)250上設(shè)置有通孔1，栓帽(CUP) 21為一平底杯狀結(jié)構(gòu)， 底部也設(shè)置有通孔2，安裝釘(PIN) 37有直徑較大的背部372，以及直徑與通孔1、2匹配的柱體371，其中安裝釘37內(nèi)設(shè)置有螺紋孔3。安裝釘37的柱體371穿過聚焦環(huán)250上的通孔1和栓帽21底部的通孔2。與之適應(yīng)的，反應(yīng)腔會設(shè)置有螺桿(未圖示)旋入螺紋孔3， 使得聚焦環(huán)250安裝固定好。在杯狀的栓帽21的“杯”內(nèi)，會設(shè)置有絕緣物質(zhì)(未圖示)， 使得聚焦環(huán)與腔室(未圖示)絕緣。其中，安裝釘37、栓帽21和聚焦環(huán)250的材質(zhì)相同，且均與靶材的材料相同。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在實際使用中安裝釘37的背部372由于位于聚焦環(huán)250的內(nèi)圈，且露出聚焦環(huán)250，會在濺射中被消耗掉。所以，常常會發(fā)生下面情況聚焦環(huán)250還沒有使用到最大壽命，比如，聚焦環(huán)250上的花紋還沒有完全消失，就因為安裝釘37的背部372被完全消耗掉，使得聚焦環(huán)250脫落。如圖7所示，安裝釘37的背部372已經(jīng)完全被消耗掉，只有柱體371的安裝釘37 無法固定聚焦環(huán)250，使得聚焦環(huán)250從腔壁上脫離下來，不能再參與濺射。聚焦環(huán)脫離以后，由于濺射工藝對濺射環(huán)境和材料的純度的嚴格要求，將不能再投入使用，必須更換新的聚焦環(huán)。而且聚焦環(huán)在使用中突然的脫落，不僅影響生產(chǎn)，而且也會對濺射基臺造成損傷。鑒于這樣的問題，發(fā)明人提出新的聚焦環(huán)組合的方案，包括以下三種1)將安裝釘固定在聚焦環(huán)的外表面，避免安裝釘?shù)谋巢课挥诰劢弓h(huán)的內(nèi)圈，而會因其參與到濺射導(dǎo)致最終不能起到固定聚焦環(huán)的作用，使得聚焦環(huán)不能再繼續(xù)使用的情況。2)在聚焦環(huán)通孔處從內(nèi)表面設(shè)置凹槽，使得安裝釘裝入時，其背部至少部分嵌入凹槽，從而就避免了安裝釘?shù)谋巢坑捎趨⑴c濺射被消耗盡后而導(dǎo)致聚焦環(huán)還沒有達到最大壽命就提前脫落的情況。3)通過增加安裝釘背部的厚度，由之前的1. 53mm增大為1. 53mm以上，最好能夠大于2. 53mm(但也不能過大)，從而就避免了安裝釘?shù)谋巢坑捎趨⑴c濺射被消耗盡后而導(dǎo)致聚焦環(huán)還沒有達到最大壽命就提前脫落的情況。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施方式
的限制。需要說明的是，提供這些附圖的目的是有助于理解本發(fā)明的實施例，而不應(yīng)解釋為對本發(fā)明的不當(dāng)?shù)南拗啤榱烁宄鹨?，圖中所示尺寸并未按比例繪制，可能會作放大、縮小或其他改變。第一實施例本實施例是將安裝釘固定在聚焦環(huán)的外表面，避免安裝釘?shù)谋巢课挥诰劢弓h(huán)的內(nèi)圈，而會因其參與到濺射導(dǎo)致最終不能起到固定聚焦環(huán)的作用，使得聚焦環(huán)不能再繼續(xù)使用的情況。為改善安裝釘與聚焦環(huán)之間安裝的牢靠度，發(fā)明人在聚焦環(huán)外表面的待安裝安裝釘位置處設(shè)置一個凹槽，將安裝釘?shù)谋巢吭O(shè)置到凹槽內(nèi)，然后用EB (電子束)焊接的方式將安裝釘焊接到聚焦環(huán)。如圖8所示，在聚焦環(huán)251'原本設(shè)置通孔(如圖2中通孔1)的地方，設(shè)置一凹槽 4'，凹槽4'的大小、深度與安裝釘背部的尺寸相適應(yīng)。優(yōu)選的，凹槽4'略大于安裝釘?shù)谋巢?。如圖9所示，安裝釘31'包括背部312'、柱體311'和位于柱體311'內(nèi)的螺紋孔1'。由于現(xiàn)有技術(shù)(如圖6所示)中安裝釘37位于聚焦環(huán)250的內(nèi)圈，穿過聚焦環(huán)250 的通孔(如圖2中通孔1)后才能露出聚焦環(huán)250的外表面。而本實施例的設(shè)計是要直接把安裝釘31'固定在聚焦環(huán)251'的外表面，所以，柱體311'的長度應(yīng)該做適應(yīng)性縮短的調(diào)整。本發(fā)明的聚焦環(huán)251'組裝時，將安裝釘31'的背部312'放在凹槽4'中，而后通過EB焊接(電子束焊接)的方式將安裝釘31'焊接固定在聚焦環(huán)251'上。EB焊接為電子束焊接，是一種利用電子束作為熱源的焊接工藝。電子束發(fā)生器中的陰極加熱到一定的溫度時逸出電子，電子在高壓電場中被加速，通過電磁透鏡聚焦后，形成能量密集度極高的電子束，當(dāng)電子束轟擊焊接表面時，電子的動能大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使焊接件的結(jié)合處的金屬熔融，當(dāng)焊件移動時，在焊件結(jié)合處形成一條連續(xù)的焊縫。EB焊接的電子束能量密度高、一般可達106 109W/cm2，是普通電弧焊和氬弧焊的100 10萬倍，因此可實現(xiàn)焊縫深而窄(深寬比大于10 1)的焊接；其焊縫化學(xué)成份純凈，焊接接頭強度高、質(zhì)量好；所需線能量小，而焊接速度快，因此焊件的熱影響區(qū)小、焊件變形小，除一般焊接外，還可以對精加工后的零部件進行焊接；可焊接一些化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬(如鈦、鋯、鈾等)；電子束焊接的工藝參數(shù)，如加速電壓、束流、聚焦電流、偏壓、焊速等可以精確調(diào)整，因此易于實現(xiàn)焊接過程自動化和程序控制，焊接重復(fù)性好。
因而，EB焊接(電子束焊接)適用于加工用在半導(dǎo)體芯片制作中濺射工藝的聚焦環(huán)，以及適合本實施例中通過設(shè)置凹槽來將安裝釘固定在聚焦環(huán)上的方式。將安裝釘31'焊接在聚焦環(huán)251'上固定好后，即形成好了本實施例的聚焦環(huán)組合，如圖10所示。聚焦環(huán)251'上設(shè)置有凹槽4'，安裝釘(PIN)31'有直徑較大的背部312'，以及直徑較小的柱體311'，背部312'嵌入凹槽4'，通過EB焊接的方式固定。另外，安裝釘 31'內(nèi)設(shè)置有螺紋孔1'。與之適應(yīng)的，反應(yīng)腔會設(shè)置有螺桿(未圖示)旋入螺紋孔1'， 使得聚焦環(huán)安裝固定好。其中，安裝釘31'和靶材的材料相同。圖11所示為聚焦環(huán)251' 上安裝有多個安裝釘31'，以適用于將聚焦環(huán)251'平穩(wěn)牢固的安裝在IMP濺射設(shè)備上。本實施例通過將安裝釘31'焊接在聚焦環(huán)251'的外表面上，就不會存在原本安裝方式中的安裝釘(PIN) 31'的背部312'參與濺射而被消耗掉，最終不能起到固定聚焦環(huán)的作用，使得聚焦環(huán)也無法繼續(xù)使用的問題，這樣也就增加了聚焦環(huán)的使用壽命。第二實施例本實施例是在聚焦環(huán)通孔處從內(nèi)表面設(shè)置凹槽，使得安裝釘裝入時，其背部至少部分嵌入凹槽，從而就避免了安裝釘?shù)谋巢坑捎趨⑴c濺射被消耗盡后而導(dǎo)致聚焦環(huán)還沒有達到最大壽命就提前脫落的情況。其實施方式具體為將聚焦環(huán)的通孔處從內(nèi)表面加工一個凹槽，所述凹槽的大小適應(yīng)與安裝釘?shù)捻敳糠诺桨疾蹆?nèi)。如圖12所示，在聚焦環(huán)252'設(shè)置通孔(如圖2中通孔1)的地方，在內(nèi)表面設(shè)置一凹槽8'，凹槽8'的大小與安裝釘?shù)谋巢看笮∠噙m應(yīng)。如圖13所示，安裝釘32'包括背部322，、柱體321，和位于柱體321，內(nèi)的螺紋孔 2'。由于現(xiàn)有技術(shù)(如圖6所示)中安裝釘37位于聚焦環(huán)250的內(nèi)圈，穿過聚焦環(huán)250 的通孔(如圖2中通孔1)后才能露出聚焦環(huán)250的外表面。而本發(fā)明的設(shè)計是要直接把安裝釘32'的背部322'部分嵌入聚焦環(huán)252'的內(nèi)表面，所以，柱體321 ‘的長度應(yīng)該做適應(yīng)性縮短的調(diào)整。本發(fā)明的聚焦環(huán)252'將多個安裝釘32'放在多個凹槽8'中。再按照現(xiàn)有技術(shù)的安裝方式裝上栓帽21'，形成結(jié)構(gòu)示意圖如圖14。其中，多個安裝釘?shù)脑O(shè)置是為了使得將聚焦環(huán)252'平穩(wěn)牢固的安裝在IMP濺射設(shè)備上。與現(xiàn)有技術(shù)的安裝方式相似，反應(yīng)腔會設(shè)置有螺桿(未圖示)旋入螺紋孔2'，使得聚焦環(huán)安裝固定好。在杯狀的栓帽21'的“杯”內(nèi)，會設(shè)置有絕緣物質(zhì)(未圖示)，使得聚焦環(huán)與腔室(未圖示)絕緣。聚焦環(huán)252'上通孔處在內(nèi)表面設(shè)置有凹槽8'，安裝釘(PIN)32'有直徑較大的背部322'，以及直徑較小的柱體321'，背部322'嵌入凹槽8'，柱體321'穿入栓帽 21'。另外，柱體321'內(nèi)設(shè)置有螺紋孔2'。與之適應(yīng)的，反應(yīng)腔會設(shè)置有螺桿(未圖示) 旋入螺紋孔2'，使得聚焦環(huán)安裝固定好。在杯狀的栓帽21'的“杯”內(nèi)，會設(shè)置有絕緣物質(zhì)(未圖示)，使得聚焦環(huán)與腔室(未圖示)絕緣。其中，安裝釘32'和靶材的材料相同。最終本發(fā)明形成的聚焦環(huán)組合設(shè)置有多個安裝釘，以適用于將聚焦環(huán)252'平穩(wěn)牢固的安裝在IMP濺射設(shè)備上，如圖15所示。
本發(fā)明通過將聚焦環(huán)252'的通孔位置的內(nèi)表面上設(shè)置一凹槽，使得安裝釘32' 的背部322'可以嵌入其中，就不會存在原本安裝方式中的安裝釘(PIN) 37的背部372完全露出聚焦環(huán)250的內(nèi)表面而參與濺射而被完全消耗掉，最終不能起到固定聚焦環(huán)的作用， 使得聚焦環(huán)也無法繼續(xù)使用的問題，這樣也就增加了聚焦環(huán)的使用壽命。第三實施例在本實施例中，發(fā)明人提出一種增加聚焦環(huán)使用壽命的方法和聚焦環(huán)固定裝置通過增加安裝釘背部的厚度，由之前的1. 53mm增大為1. 53mm以上，最好能夠大于 2. 53mm(但也不能過大)，從而就避免了安裝釘?shù)谋巢坑捎趨⑴c濺射被消耗盡后而導(dǎo)致聚焦環(huán)還沒有達到最大壽命就提前脫落的情況。如圖16所示，安裝釘33'包括柱體331'和膨大的背部332'，柱體331'內(nèi)設(shè)置有螺紋孔3'。安裝釘33'的背部332'厚度比現(xiàn)有技術(shù)的安裝釘37的背部372(如圖4 至圖6所示)要厚，現(xiàn)有技術(shù)的背部372的厚度為1.53mm，在本實施例中，把安裝釘33'的背部332'加厚到2. 53mm。如圖17所示，安裝釘33'的背部332'位于聚焦環(huán)253'的內(nèi)圈，柱體331'穿過聚焦環(huán)253'的通孔(未標(biāo)示)后才能露出聚焦環(huán)253'的外表面。將聚焦環(huán)253'上的通孔(未標(biāo)示)都裝上安裝釘33'，再按照現(xiàn)有技術(shù)的安裝方式裝上栓帽21'，最終形成本實施例的聚焦環(huán)組合(即聚焦環(huán)及其固定裝置)。如圖17 至圖18所示，聚焦環(huán)253'上設(shè)置有多個通孔(未標(biāo)示)，多個安裝釘33'的柱體331'穿過通孔，穿入栓帽21'。多個安裝釘?shù)脑O(shè)置是為了使得將聚焦環(huán)253'平穩(wěn)牢固的安裝在 IMP濺射設(shè)備的。另外，柱體331'內(nèi)設(shè)置有螺紋孔3'。與之適應(yīng)的，反應(yīng)腔會設(shè)置有多個螺桿(未圖示)旋入各個螺紋孔3'，使得聚焦環(huán)安裝固定好。在杯狀的栓帽21'的“杯” 內(nèi)，會設(shè)置有絕緣物質(zhì)(未圖示)，使得聚焦環(huán)與腔室(未圖示)絕緣。其中，安裝釘33' 和靶材的材料相同。本實施例中，通過加厚安裝釘33'的背部332'，增加了背部332'在濺射中被消耗掉的時間，也聚焦環(huán)的使用壽命。優(yōu)選的，為了達到背部332'能維持到聚焦環(huán)253'使用壽命結(jié)束之前，背部332'的厚度至少大于2. 53mm。作為另一實施方式，本發(fā)明可以結(jié)合第二、第三實施例的方法，將安裝釘背部加厚 (參考第三實施例)的效果和部分嵌入凹槽(參考第二實施例)的效果相結(jié)合，所述安裝釘?shù)谋巢壳度氚疾鄣纳疃瘸^1. 53mm。在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的聚焦環(huán)組合中聚焦環(huán)的壽命比現(xiàn)有技術(shù)中的聚焦環(huán)增加了至少20%，大大降低了半導(dǎo)體芯片制造中的生產(chǎn)成本。同時，本發(fā)明的聚焦環(huán)組合也保證了不會有聚焦環(huán)在使用過程中，因為背部被消耗掉而掉下來，影響生產(chǎn)，可能還會損傷濺射基臺的事情發(fā)生。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種聚焦環(huán)組合，其特征在于，包括 聚焦環(huán)；位于所述聚焦環(huán)外的安裝釘，所述安裝釘包括柱體與膨大的背部，所述安裝釘?shù)谋巢抗潭ㄔ谒鼍劢弓h(huán)的外表面上，所述柱體的內(nèi)部設(shè)有螺紋孔。
2.如權(quán)利要求1所述的聚焦環(huán)組合，其特征在于，所述安裝釘和聚焦環(huán)的材料相同。
3.如權(quán)利要求1所述的聚焦環(huán)組合，其特征在于，所述安裝釘焊接在所述聚焦環(huán)的外表面上。
4.如權(quán)利要求3所述的聚焦環(huán)組合，其特征在于，所述聚焦環(huán)的外表面形成有凹槽，安裝釘?shù)谋巢亢附釉谒霭疾蹆?nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的聚焦環(huán)組合，其特征在于，還包括螺桿，所述螺桿進入所述螺紋孔內(nèi)。
6.一種聚焦環(huán)，其特征在于，所述聚焦環(huán)的外表面形成有凹槽。
7.—種IMP濺射設(shè)備，其特征在于，包括 反應(yīng)腔；聚焦環(huán)，所述聚焦環(huán)位于反應(yīng)腔內(nèi)；安裝釘，所述安裝釘包括柱體與膨大的背部，所述安裝釘?shù)谋巢抗潭ㄔ谒鼍劢弓h(huán)的外表面上，所述柱體的內(nèi)部設(shè)有螺紋孔；螺桿，所述螺桿從反應(yīng)腔的腔壁穿出進入所述螺紋孔。
8.如權(quán)利要求7所述的IMP濺射設(shè)備，其特征在于，所述安裝釘和聚焦環(huán)的材料相同。
9.如權(quán)利要求7所述的IMP濺射設(shè)備，其特征在于，所述安裝釘焊接在所述聚焦環(huán)的外表面上。
10.如權(quán)利要求9所述的IMP濺射設(shè)備，其特征在于，所述聚焦環(huán)的外表面形成有凹槽， 安裝釘?shù)谋巢亢附釉谒霭疾蹆?nèi)。
全文摘要
一種聚焦環(huán)組合，包括聚焦環(huán)；位于所述聚焦環(huán)外的安裝釘，所述安裝釘包括柱體與膨大的背部，所述安裝釘?shù)谋巢抗潭ㄔ谒鼍劢弓h(huán)的外表面上，所述柱體的內(nèi)部設(shè)有螺紋孔。本發(fā)明還提供了與上述聚焦環(huán)組合相對應(yīng)的聚焦環(huán)與IMP濺射設(shè)備。本發(fā)明的聚焦環(huán)組合、聚焦環(huán)和IMP濺射設(shè)備將或適于將安裝釘焊接在聚焦環(huán)的外表面上，不會出現(xiàn)安裝釘?shù)谋巢恳騾⑴c濺射而被消耗掉，最終不能起到固定聚焦環(huán)的作用，使得聚焦環(huán)也無法繼續(xù)使用的問題，這樣也就增加了聚焦環(huán)的使用壽命。
文檔編號C23C14/34GK102418075SQ20111040376
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者大巖一彥, 姚力軍, 汪濤, 潘杰, 王學(xué)澤, 相原俊夫 申請人:寧波江豐電子材料有限公司