專利名稱：聚焦環、聚焦環組合、imp濺射設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體濺射領域，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。
背景技術：
濺射為現代半導體芯片生產過程中常用的一種薄膜淀積技術。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。而在半導體芯片的生產過程中，無論是8寸生產線，12寸生產線，凡在利用靶材進行濺射時都會用到聚焦環。聚焦環在半導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濺射出來的四面八方的原子被聚焦環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，聚焦環會需要參與到濺射中來。這樣，聚焦環的壽命就是極度有限的。而且在實際生產中，聚焦環的壽命非常的短，而聚焦環的加工工藝復雜，價格昂貴，這使得聚焦環的消耗在芯片生產中產生了極高的費用。 所以有必要采取一種方式，使得聚焦環的使用壽命延長，降低生產成本。
發明內容
本發明目的是提高聚焦環的使用壽命，降低生產成本。為實現上述目的，本發明提出了一種聚焦環組合，包括聚焦環，所述聚焦環上有通孔，且其內表面在通孔處形成有凹槽；安裝釘，所述安裝釘包括柱體與膨大的背部，所述背部貼附在所述聚焦環的內表面，所述柱體通過所述通孔延伸出所述聚焦環的外表面，所述背部嵌入所述凹槽，所述柱體的內部設有螺紋孔。可選的，所述安裝釘和聚焦環的材料相同。可選的，所述內表面安裝釘的背部厚度大于1. 53mm。可選的，所述安裝釘的背部嵌入凹槽的深度超過1. 53mm。可選的，還包括螺桿，所述螺桿進入所述螺紋孔內。為實現上述目的，本發明還提供一種聚焦環，所述聚焦環上有通孔，且其內表面在通孔處形成有凹槽內表面。為實現上述目的，本發明還提供一種IMP濺射設備，包括反應腔；聚焦環，所述聚焦環上有通孔，且其內表面在通孔處形成有凹槽；安裝釘，所述安裝釘包括柱體與膨大的背部，所述背部貼附在所述聚焦環的內表面，所述柱體通過所述通孔延伸出所述聚焦環的外表面，所述背部嵌入所述凹槽，所述柱體的內部設有螺紋孔；
螺桿，所述螺桿從反應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的材料相同。可選的，所述安裝釘的背部大于1. 53mm。可選的，所述安裝釘的背部大于2. 53mm。與現有技術相比，本發明具有以下優點可以使聚焦環的使用壽命增加20%左右，大大降低了生產成本。
圖1是現有聚焦環在濺射工藝中使用情況的示意圖。圖2至圖6是現有聚焦環組合的結構示意圖。圖7是現有聚焦環的安裝方式中安裝釘背部完全被消耗掉無法固定聚焦環的示意圖。圖8至圖10是第一實施例中聚焦環組合的結構示意圖。圖11至圖15是第二實施例中聚焦環組合的結構示意圖。圖16至圖18是第三實施例中聚焦環組合的結構示意圖。
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，聚焦環會需要參與到濺射中來， 聚焦環使用到一定程度就需要被換新的，比如，聚焦環上面形成有花紋，當聚焦環使用到花紋消失的時候，聚焦環就需要被換掉了。現有技術中的聚焦環以及與之配合安裝的零部件以及它們組合起來的聚焦環組合的結構如圖2至圖6所示，聚焦環250上設置有通孔1，栓帽(CUP) 21為一平底杯狀結構， 底部也設置有通孔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內設置有螺紋孔3。安裝釘37的柱體371穿過聚焦環250上的通孔1和栓帽21底部的通孔2。與之適應的，反應腔會設置有螺桿(未圖示)旋入螺紋孔3， 使得聚焦環250安裝固定好。在杯狀的栓帽21的“杯”內，會設置有絕緣物質(未圖示)， 使得聚焦環與腔室(未圖示)絕緣。其中，安裝釘37、栓帽21和聚焦環250的材質相同，且均與靶材的材料相同。發明人發現，在實際使用中安裝釘37的背部372由于位于聚焦環250的內圈，且露出聚焦環250，會在濺射中被消耗掉。所以，常常會發生下面情況聚焦環250還沒有使用到最大壽命，比如，聚焦環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250脫落。如圖7所示，安裝釘37的背部372已經完全被消耗掉，只有柱體371的安裝釘37 無法固定聚焦環250，使得聚焦環250從腔壁上脫離下來，不能再參與濺射。聚焦環脫離以后，由于濺射工藝對濺射環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。而且聚焦環在使用中突然的脫落，不僅影響生產，而且也會對濺射基臺造成損傷。鑒于這樣的問題，發明人提出新的聚焦環組合的方案，包括以下三種1)將安裝釘固定在聚焦環的外表面，避免安裝釘的背部位于聚焦環的內圈，而會
4因其參與到濺射導致最終不能起到固定聚焦環的作用，使得聚焦環不能再繼續使用的情況。2)在聚焦環通孔處從內表面設置凹槽，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的背部由于參與濺射被消耗盡后而導致聚焦環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的背部由于參與濺射被消耗盡后而導致聚焦環還沒有達到最大壽命就提前脫落的情況。下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施， 本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發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明的實施例，而不應解釋為對本發明的不當的限制。為了更清楚起見，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的外表面，避免安裝釘的背部位于聚焦環的內圈，而會因其參與到濺射導致最終不能起到固定聚焦環的作用，使得聚焦環不能再繼續使用的情況。為改善安裝釘與聚焦環之間安裝的牢靠度，發明人在聚焦環外表面的待安裝安裝釘位置處設置一個凹槽，將安裝釘的背部設置到凹槽內，然后用EB (電子束)焊接的方式將安裝釘焊接到聚焦環。如圖8所示，在聚焦環251'原本設置通孔(如圖2中通孔1)的地方，設置一凹槽 4'，凹槽4'的大小、深度與安裝釘背部的尺寸相適應。優選的，凹槽4'略大于安裝釘的背部。如圖9所示，安裝釘31'包括背部312'、柱體311'和位于柱體311'內的螺紋孔1'。由于現有技術(如圖6所示)中安裝釘37位于聚焦環250的內圈，穿過聚焦環250 的通孔(如圖2中通孔1)后才能露出聚焦環250的外表面。而本實施例的設計是要直接把安裝釘31'固定在聚焦環251'的外表面，所以，柱體311'的長度應該做適應性縮短的調整。本發明的聚焦環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，當電子束轟擊焊接表面時，電子的動能大部分轉變為熱能，使焊接件的結合處的金屬熔融，當焊件移動時，在焊件結合處形成一條連續的焊縫。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，因此可實現焊縫深而窄(深寬比大于10 1)的焊接；其焊縫化學成份純凈，焊接接頭強度高、質量好；所需線能量小，而焊接速度快，因此焊件的熱影響區小、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；可焊接一些化學性質活潑的金屬(如鈦、鋯、鈾等)；電子束焊接的工藝參數，如加速電壓、束流、聚焦電流、偏壓、焊速等可以精確調整，因此易于實現焊接過程自動化和程序控制，焊接重復性好。因而，EB焊接(電子束焊接)適用于加工用在半導體芯片制作中濺射工藝的聚焦環，以及適合本實施例中通過設置凹槽來將安裝釘固定在聚焦環上的方式。將安裝釘31'焊接在聚焦環251'上固定好后，即形成好了本實施例的聚焦環組合，如圖10所示。聚焦環251'上設置有凹槽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'內設置有螺紋孔1'。與之適應的，反應腔會設置有螺桿(未圖示)旋入螺紋孔1'， 使得聚焦環安裝固定好。其中，安裝釘31'和靶材的材料相同。圖11所示，聚焦環251' 上安裝有多個安裝釘31'，以適用于將聚焦環251'平穩牢固的安裝在IMP濺射設備上。本實施例通過將安裝釘31'焊接在聚焦環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的作用，使得聚焦環也無法繼續使用的問題，這樣也就增加了聚焦環的使用壽命。第二實施例本實施例是在聚焦環通孔處從內表面設置凹槽，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的背部由于參與濺射被消耗盡后而導致聚焦環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的通孔處從內表面加工一個凹槽，所述凹槽的大小適應與安裝釘的頂部放到凹槽內。如圖12所示，在聚焦環252'原本設置通孔(如圖2中通孔1)的地方，在內表面設置一凹槽8'，凹槽8'的大小與安裝釘的背部大小相適應。如圖13所示，安裝釘32'包括背部322，、柱體321，和位于柱體321，內的螺紋孔 2'。由于現有技術(如圖6所示)中安裝釘37位于聚焦環250的內圈，穿過聚焦環250 的通孔(如圖2中通孔1)后才能露出聚焦環250的外表面。而本發明的設計是要直接把安裝釘32'的背部322'部分嵌入聚焦環252'的內表面，所以，柱體321 ‘的長度應該做適應性縮短的調整。本發明的聚焦環252'將多個安裝釘32'放在多個凹槽8'中。再按照現有技術的安裝方式裝上栓帽21'，形成結構示意圖如圖14。其中，多個安裝釘的設置是為了使得將聚焦環252'平穩牢固的安裝在IMP濺射設備上。與現有技術的安裝方式相似，反應腔會設置有螺桿(未圖示)旋入螺紋孔2'，使得聚焦環安裝固定好。在杯狀的栓帽21'的“杯”內，會設置有絕緣物質(未圖示)，使得聚焦環與腔室(未圖示)絕緣。聚焦環252'上通孔處在內表面設置有凹槽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'內設置有螺紋孔2'。與之適應的，反應腔會設置有螺桿(未圖示) 旋入螺紋孔2'，使得聚焦環安裝固定好。在杯狀的栓帽21'的“杯”內，會設置有絕緣物質(未圖示)，使得聚焦環與腔室(未圖示)絕緣。其中，安裝釘32'和靶材的材料相同。最終本發明形成的聚焦環組合設置有多個安裝釘，以適用于將聚焦環252'平穩牢固的安裝在IMP濺射設備上，如圖15所示。本發明通過將聚焦環252'的通孔位置的內表面上設置一凹槽，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250的內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的作用， 使得聚焦環也無法繼續使用的問題，這樣也就增加了聚焦環的使用壽命。第三實施例在本實施例中，發明人提出一種增加聚焦環使用壽命的方法和聚焦環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的背部由于參與濺射被消耗盡后而導致聚焦環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'內設置有螺紋孔3'。安裝釘33'的背部332'厚度比現有技術的安裝釘37的背部372(如圖4 至圖6所示)要厚，現有技術的背部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253'的內圈，柱體331'穿過聚焦環253'的通孔(未標示)后才能露出聚焦環253'的外表面。將聚焦環253'上的通孔(未標示)都裝上安裝釘33'，再按照現有技術的安裝方式裝上栓帽21'，最終形成本實施例的聚焦環組合(即聚焦環及其固定裝置)。如圖17 至圖18所示，聚焦環253'上設置有多個通孔(未標示)，多個安裝釘33'的柱體373'穿過通孔，穿入栓帽21'。多個安裝釘的設置是為了使得將聚焦環253'平穩牢固的安裝在 IMP濺射設備的。另外，柱體331'內設置有螺紋孔3'。與之適應的，反應腔會設置有多個螺桿(未圖示)旋入各個螺紋孔3'，使得聚焦環安裝固定好。在杯狀的栓帽21'的“杯” 內，會設置有絕緣物質(未圖示)，使得聚焦環與腔室(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，也聚焦環的使用壽命。優選的，為了達到背部332'能維持到聚焦環253'使用壽命結束之前，背部332'的厚度至少大于2. 53mm。作為另一實施方式，本發明可以結合第二、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)的效果相結合，所述安裝釘的背部嵌入凹槽的深度超過1. 53mm。在生產實踐中發現，本發明的聚焦環組合中聚焦環的壽命比現有技術中的聚焦環增加了至少20%，大大降低了半導體芯片制造中的生產成本。同時，本發明的聚焦環組合也保證了不會有聚焦環在使用過程中，因為背部被消耗掉而掉下來，影響生產，可能還會損傷濺射基臺的事情發生。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術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，凡是未脫離本發明的技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1.一種聚焦環組合，其特征在于，包括聚焦環，所述聚焦環上有通孔，且其內表面在通孔處形成有凹槽；安裝釘，所述安裝釘包括柱體與膨大的背部，所述背部貼附在所述聚焦環的內表面，所述柱體通過所述通孔延伸出所述聚焦環的外表面，所述背部嵌入所述凹槽，所述柱體的內部設有螺紋孔。
2.如權利要求1所述的聚焦環組合，其特征在于，所述安裝釘和聚焦環的材料相同。
3.如權利要求1所述的聚焦環組合，其特征在于，所述安裝釘的背部厚度大于1.53mm。
4.如權利要求3所述的聚焦環組合，其特征在于，所述安裝釘的背部嵌入凹槽的深度超過 1. 53mm。
5.如權利要求1所述的聚焦環組合，其特征在于還包括螺桿，所述螺桿進入所述螺紋孔內。
6.一種聚焦環，其特征在于，所述聚焦環上有通孔，且其內表面在通孔處形成有凹槽。
7.—種IMP濺射設備，其特征在于，包括反應腔；聚焦環，所述聚焦環上有通孔，且其內表面在通孔處形成有凹槽；安裝釘，所述安裝釘包括柱體與膨大的背部，所述背部貼附在所述聚焦環的內表面，所述柱體通過所述通孔延伸出所述聚焦環的外表面，所述背部嵌入所述凹槽，所述柱體的內部設有螺紋孔；螺桿，所述螺桿從反應腔的腔壁穿出進入所述螺紋孔。
8.如權利要求7所述的IMP濺射設備，其特征在于，所述安裝釘和聚焦環的材料相同。
9.如權利要求7所述的IMP濺射設備，其特征在于，所述安裝釘的背部大于1.53mm。
10.如權利要求9所述的IMP濺射設備，其特征在于，所述安裝釘的背部大于2.53mm。
全文摘要
一種聚焦環組合，包括聚焦環，所述聚焦環上有通孔，且其內表面在通孔處形成有凹槽；安裝釘，所述安裝釘包括柱體與膨大的背部，所述背部貼附在所述聚焦環的內表面，所述柱體通過所述通孔延伸出所述聚焦環的外表面，所述背部嵌入所述凹槽，所述柱體的內部設有螺紋孔。本發明還提供了與上述聚焦環組合相對應的聚焦環與IMP濺射設備。本發明的聚焦環組合、聚焦環和IMP濺射設備將或適于將安裝釘的背部嵌入聚焦環在通孔位置的內表面上設置的一凹槽，不會出現安裝釘的背部因參與濺射而被消耗掉，最終不能起到固定聚焦環的作用，使得聚焦環也無法繼續使用的問題，這樣也就增加了聚焦環的使用壽命。
文檔編號C23C14/34GK102418076SQ20111040378
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者大巖一彥, 姚力軍, 汪濤, 潘杰, 王學澤, 相原俊夫 申請人:寧波江豐電子材料有限公司