CN101001974A - 单件线圈支撑组件，线圈结构和装配线圈结构的方法 - Google Patents

单件线圈支撑组件，线圈结构和装配线圈结构的方法 Download PDF

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Abstract

本发明包括线圈支撑组件(130)，具有与布置在处理室之内的护罩(22)的表面相接合的绝缘体(132)。该绝缘体(132)具有延伸穿过护罩(22)的伸出部。第二绝缘体(131)布置在护罩(22)和线圈(26)之间并且与从线圈伸出的突起(40)相接触。紧固件(134)布置穿过第一绝缘体(132)并且延伸穿过第二绝缘体(131)并进入突起(40)。紧固件(134)通过第一绝缘体(132)而与护罩(22)电绝缘。本发明包括容纳所述线圈支撑构造的线圈组件。本发明还包括在其中布置有护罩的处理室之内支撑感应线圈的方法。插入绝缘体从护罩外侧伸出穿过护罩的厚度。通过插入紧固件在室内安装线圈，本发明包括线圈支撑组件，其具有与布置在室之内的护罩的表面相接合的绝缘体。该绝缘体具有延伸穿过护罩的伸出部。第二绝缘体布置在护罩和线圈之间，并且接触从线圈伸出的突起。紧固件布置穿过第一绝缘体并延伸穿过第二绝缘体并进入突起。紧固件通过第一绝缘体与护罩电绝缘。本发明包括容纳所述线圈支撑构造的线圈组件。本发明还包括在其中布置有护罩的处理室之内支撑感应线圈的方法。插入绝缘体从护罩外侧伸出穿过护罩的厚度。通过插入紧固件穿过各个绝缘体进入从线圈主体向外伸出的凸起部，将线圈安装在室内。

Description

单件线圈支撑组件，线圈结构和装配线圈结构的方法
技术领域
本发明关于配置用于物理汽相沉积系统中的线圈结构，线圈支撑组件以及在处理室内支撑线圈的方法。
背景技术
物理汽相沉积(PVD)通常用于形成薄的膜或者层。例如，PVD通常用于半导体构造中薄层的沉积，PVD特别可用于金属材料的沉积。PVD处理通常称为溅射处理并且可以包括从靶部溅射所需要的材料。溅射的材料在基板上沉积从而形成所需要的薄膜。
参考图1所示的设备10叙述示例性的PVD操作。设备10为离子化金属等离子体(IMP)设备的示例并且包含具有侧壁14的室12。室12通常为高度真空室。在室的上部区域中提供靶部16并且在室的下部区域中提供基板18。基板18保持在通常包括静电夹具的夹持器20上。靶部16可以保持在带有适当的支撑元件(未示出)的室内，支撑元件可以包含电源。可以提供护罩22保护室壁不受到溅射材料的作用。护罩22通常由导电材料制成。
靶部16例如可以包括铝、镉、钴、铜、金、铟、钼、镍、铌、钯、铂、铼、钌、银、锡、钽、钛、钨、钒、不锈钢和锌的一种或多种。这些靶部材料可以是元素的、复合物或者合金的形式。靶部可以是整体的靶部或者可以是部分的靶部/支承板组件。
基板18例如可以包括半导体晶片，例如单一的晶体硅晶片。
在物理汽相沉积过程中，材料从靶部16的表面溅射并且引导向基板18。溅射材料由箭头24表示。通常，溅射材料会以许多不同的方向脱离靶部表面。这会存在问题并且最好是溅射材料被引导为相对垂直于基板18的上表面。因此，在室12之内提供了聚焦线圈26。聚焦线圈可以改善溅射材料的定向，如图1中箭头24a所绘。如图所示，初始溅射的材料可以靠通过线圈26重定向从而相对垂直于基板18的上表面。
线圈26靠支撑元件30保持在室12之内。支撑元件30通常可以使得线圈26附在护罩22上。由于护罩22和线圈26都导电，支撑结构30通常可以提供护罩和线圈之间的电绝缘。
线圈26典型地可以由通常与靶部相同的导电材料形成，因为材料在沉积处理的过程中可以靠等离子体离子从线圈溅射。
相对于图2和3讨论示例性的现有技术安装组件和线圈安装构造。首先参考图2，线圈26可以通过提供穿过护罩22的支撑组件30而安装在处理室之内。在图2所示的现有技术的线圈安装组件中，线圈主体27具有穿过线圈主体厚度的开口25。出于安装的目的，销36可以插过线圈主体。垫片或者杯形部分38可以从外部安装在线圈主体27上并且可以围绕着内销部分36。支撑组件30可以包括多件的构造，具有部分或者完全通过护罩22的第一绝缘件31。第一绝缘体31可以接触杯形部分38。第二绝缘件32可以相对于第一绝缘体部分31而在外部提供给护罩22。
当所述的线圈安装在处理室之内时，线圈可以通过布置在线圈主体27和护罩22的内部或第一位置21之间的杯形部分38以及第一绝缘体30而与护罩22相间隔开。第二绝缘体32典型地可以布置在护罩22的外侧23上，并且可以与第一绝缘体31相对地接合护罩。
组件30还可包括紧固件34，例如图2中所示的螺栓或者螺钉。紧固件可以延伸通过绝缘支撑部32、31并且可以插入在中心布置的销部分36，用于将线圈26安装在护罩22之内。
图2所示的线圈26通常提供在室内，作为成套元件包含销钉36、固定螺钉34、杯形部分38和绝缘件31和32以及其它的各种的图中未示出的部件(例如内部导体部件)。这种成套元件中使用的线圈将包括具有开口延伸穿过其中的环形部分(本文中称为环形主体或者环形线圈主体)。线圈26随时间而磨损，于是提供了替换成套元件进行线圈的更换。这种成套元件典型地包括线圈以及许多独立的用于将线圈附加到护罩上的部件。装配该成套元件是为了在室内提供线圈并且组件通常包含组装各种部件并且插入紧固件34，紧固件34通常靠螺纹啮合在销36的内周之中。
图2所示的线圈结构是示例性的销和杯型的现有技术线圈结构。已经发展出了其它的销和杯型结构和安装构造。例如，已构成整体的线圈结构，其中杯形部分和内部导体和/或销钉部分为带有线圈的单一件。整体线圈结构形式的优点是这样可以消除使用销钉，从而通过消除原本沿着线圈内周存在的凹口销钉头而消除了沿着线圈内周表面的不连续性。从线圈内周消除不连续性的优点在于这样可以改善线圈的寿命和线圈的性能。
在图3中绘出了示例性的现有技术的用于整体线圈的安装组件。如图所示，线圈26具有与线圈主体27成一体的突起或者‘凸起部’40。凸起部结构40可以构造为模仿销钉和杯形特征的结合，如图2中所示。图3中所示的凸起部构造40只是示例性的构造并且已经发展出了替代的凸起部形状和结构。安装整体线圈通常可以利用现有技术的具有延伸穿过护罩22的第一绝缘部件31的支撑组件，如图3所示。绝缘体31可以使紧固件34绝缘，从而使得紧固件和护罩22电绝缘。组件还可以包括相对于在内部布置的线圈26和第一绝缘体31在外部布置到护罩22上的第二绝缘体。整体线圈26的安装可以包括紧固件34插入穿过绝缘体部分32和31并且靠螺纹将紧固件34拧在凸起部40的螺纹部分中。
已经制造出的整体线圈结构已经用于改进的物理汽相沉积设备中。换句话说，整体线圈组件不是用于替换常规物理汽相沉积设备中使用的成套元件结构的组件，而是具有差别从而使得它们适合于除上述常规设备以外的设备。不管线圈成套元件是包括如图3所示的整体线圈和组件或者是图2所示的现有技术的带有支撑组件的销钉和杯形线圈，这种现有技术线圈成套元件都会难以安装在处理室之内。由于在安装过程中需要对准和正确地组装多个组件，销钉和杯形线圈构造以及如图2所示的相应组件会难以安装。尽管图3所示的整体对象降低了在安装过程中必须同时对准的部件的数量，在护罩22限制的有限空间之内会使得线圈在护罩之内的定位和对准极为困难。典型的现有技术中绝缘体部31和32的构造，如图2和3所示的，会增加线圈安装的难度。
希望开发出新的用于线圈支撑组件的构造。
发明内容
一方面，本发明包含用于在物理汽相沉积室中使用的线圈结构。该结构包括具有内周和相对的外周的环形线圈主体。多个导电的凸起部从线圈主体的外周伸出。护罩围绕着环形线圈并且具有面对着线圈的第一侧以及靠护罩厚度分隔开的相反的第二侧。多个支撑组件布置在护罩和环形线圈附近。各个支撑物与一个导电凸起部相关，并且都包括跨过护罩厚度的第一绝缘体以及布置在第一绝缘体和相关的导电凸起部之间的第二绝缘体。
一方面，本发明包含线圈支撑组件。该组件包括绝缘主体，其具有构造为与布置在处理室之内的护罩的第一表面相接合的表面。绝缘主体具有构造为延伸穿过护罩的伸出部。第二绝缘主体构造为布置在护罩和感应线圈之间。第二绝缘主体的一部分构造为与从感应线圈向护罩伸出的线圈突起相接触。紧固件布置在第一绝缘主体之内并且延伸穿过第二绝缘主体并进入突起。紧固件通过第一绝缘主体与护罩电绝缘。
一方面，本发明包含在处理室之内支撑感应线圈的方法。该方法包括提供其中布置有护罩的处理室。第一绝缘体、第二绝缘体和第三绝缘体被插入护罩中，其中第一、第二和第三绝缘体沿着护罩彼此相对间隔开，并从护罩的外侧伸出穿过护罩的厚度。线圈被引入室中，从而使得护罩围绕着线圈。线圈包含环形主体、第一凸起部、第二凸起部和第三凸起部，各个凸起部都从环形主体向着护罩向外凸出。在引入线圈之后，通过插入第一紧固件穿过第一绝缘体进入第一凸起部，插入第二紧固件穿过第二绝缘体进入第二凸起部以及插入第三紧固件穿过第三绝缘体进入第三凸起部，从而安装线圈。绝缘体使得凸起部和紧固件与护罩之间绝缘。
附图说明
下面参考以下附图叙述本发明的优选实施例。
图1是在物理汽相沉积处理过程中现有技术的物理汽相沉积(例如，溅射)设备的概略剖视图。
图2是包含保留在溅射室护罩中的聚焦线圈的现有技术组件的局部概略剖视图。
图3是包含保留在溅射室护罩中的整体聚焦线圈的现有技术组件的局部示意剖视图。
图4是示例性的现有技术聚焦线圈的视图。
图5是图4所示整体线圈的一部分的放大视图。
图6是根据本发明一方面形成的示例性整体线圈结构和安装组件的局部概略剖视图。
图7是根据本发明的可选的支撑组件和整体线圈结构的局部概略剖视图。
具体实施方式
本发明关于用于物理汽相沉积室中的线圈结构的支撑组件。如本发明公开背景部分所述的，用于物理汽相沉积室的聚焦线圈的寿命受限。聚焦线圈通常使用置换成套元件替换，这种成套元件包括许多部件，例如环形线圈，许多杯形部分，以及许多销钉。用于置换整体线圈的成套元件通常可以包括具有一体化凸出支撑毂(也称为凸起部)的整体的环形线圈以及用于通过附在护罩上而在沉积室之内安装线圈的许多支撑组件部件。使用整体线圈置换成套元件的示例性的反应室结构为ENDURATM IMP 5500溅射系统。
在图4和5中绘出了一个根据本发明的可以使用这类溅射室的示例性的整体线圈26。整体线圈26典型地可以包括与特别应用中要使用的溅射靶部相似或者相同的材料。线圈26具有环形的线圈主体27，带有外周28和相对的内周29。图4所绘的线圈具有许多从外周28伸出的整体的凸起部40。凸起部40是单一件结构，代替了替换线圈类型的杯形和内部导体部件(例如图2所示)。如图4所示，环形线圈可以具有三个圆周的凸起部。但是，本发明包含使用具有其它可选数量、形状和/或尺寸凸起部的线圈。
环形线圈26还包含一对开45，配置用于接收一对向线圈提供电力的电极组件(未示出)。开45通过狭缝43彼此分开。图5中所示的狭缝的形状采用直缝隙构造。其它可选的狭缝构造也可使用，并且本发明包含使用具有其它可选狭缝构造的线圈。本发明还包含使用其中电极与环形主体形成整体而取代开口45(未示出)的环形线圈。
尽管本文中本发明是结合整体环形线圈结构而进行叙述的，但是应当理解本发明可以适用于其它可选的线圈构造，例如常规的销钉和杯形构造(例如，图3)。
图5是图4所示线圈构造的一部分的放大视图。图5所示的放大部分示出了示例性凸起部40，它为具有″杯形″部分38和″销钉″部分36的单一部件，“杯形”部分和“销钉”部分通过围绕着销钉部分36的缝隙或者开  39分隔开。在中心布置的销钉部分36可以具有螺纹从而接受带螺纹的紧固件。可以理解，图5所示的三个凸起部的构造是示例性的，本发明包含使用其它可选的凸起部数量、形状、尺寸和构造。
可以通过例如焊接的方法将凸起部附在环形圈上从而将凸起部40制造为与环形圈27成整体。或者，环形圈27和凸起部40可以由单一件材料使用例如模制方法而形成。
使用常规安装/支撑组件，线圈在处理室之内的替换或者安装(例如图4的示例性线圈)将会很困难。例如，如图2和3所示构造的绝缘支撑特征会防碍线圈成套元件的组装，因为在防护区域内引入线圈26之前绝缘垫片部件31的伸出部或者″阳性″部分要插入护罩22。如下所述，本发明的组装构造可以在绝缘体件通过护罩之前将线圈引入并且定位。
图6和7示意性示出了根据本发明的示例性的线圈支撑组件。本发明的整体线圈构造包括可以固定到环形线圈上的改性陶瓷(或者其它可选的绝缘体)，使得线圈和陶瓷的结合体可以作为单一的单元在室内引入和定位。相反的，常规线圈成套元件构造不允许陶瓷和线圈的结合体作为单一部件装配到室内用于定位。
首先参考图6，它示出了根据本发明的线圈结构和支撑组件130的横截面。具有环形线圈主体27的线圈26利用安装组件130附着在护罩22上，该安装组件具有在线圈主体27和护罩22之间布置的第一绝缘支撑物或者垫片131，以及穿过护罩22布置的第二绝缘部件132。
如图6所示，第一绝缘部件131(也称为支撑物)可以接触从环形主体27伸出的凸起部40。与现有技术的构造相反，绝缘体131不包括插入护罩22的伸出部。绝缘体131可以接合护罩22的内表面23并且可以提供线圈26与护罩22的物理以及电隔绝。绝缘体131的护罩接合部分的构造使得线圈26可以与将插入护罩22所围绕区域中的绝缘体131结合而没有从绝缘体131主体向外伸出的突起或者伸出部的阻碍。
如图6所示，绝缘部件131可以包括可插入的伸出件133，它可以插入凸起部40内的凹口、井口或者开口。这里凸起部40构造为制造成单一部分的杯形部分41和销钉部分42，如图所示，绝缘体131可以插入到杯形部分内的凸起部中并且可以围绕着销钉部分42。
支撑组件130还可以包括可接合护罩22外表面21的第二绝缘的部件132。绝缘体132可以包括可插入护罩22内的伸出部分135并且优选地可以跨过护罩的厚度。特别情况下，绝缘体132可以构造为穿过护罩22的厚度而没有如图6所示那样延伸超出护罩的内表面23。
支撑组件130还可以包括紧固件134。可以使用的示例性的紧固件类型包括，但不局限于螺钉和螺栓。安装组件130可以配置为使得紧固件134插入绝缘部件132中的开口150并且穿过绝缘部件131中的开口152。这里凸起部40的构造为使得销钉部分42存在，销钉部分可以具有可形成螺纹的螺纹开口44，用于通过使得紧固件的一部分具有螺纹进入到螺纹开口之内从而接收紧固件134的一部分。
在图6所示的线圈组件的组装结构中，绝缘部件132使得紧固件134与护罩22电绝缘。因此，绝缘体132和绝缘体131的结合使得在最终的组装结构中护罩22与线圈27电绝缘并且隔绝开。
绝缘部件131和132可以由相同材料形成或者可以由不同材料形成。可以用于绝缘部件131和132的绝缘材料例如包括陶瓷材料。
相对于现有技术的构造，图6中所示的本发明的支撑组件更易于线圈安装和线圈成套元件装配。根据本发明的线圈组件可以包括仅仅位于护罩区域内的线圈组件的那些部分的结合或者组装，以及将该结合体作为单一的单元引入到处理室内。例如，线圈26和绝缘体131可以连接或者结合并且该结合体可以定位在护罩之内。随后可以插入绝缘体132穿过护罩22并且可以引入紧固件132穿过绝缘体132和穿过绝缘体131并且可以靠螺纹拧到凸起部40中。或者，在图6所示的构造中，绝缘体132可以定位在护罩22中并且线圈26和绝缘体131的装配结合体可以作为一个单元引入，例如通过滑动该单元进入位置，而没有沿着护罩表面23平面伸出的绝缘体伸出部阻碍。
图7示出了根据本发明的可选的组装构造。如图7所示，绝缘部件130可以包括又一伸出部154，该伸出部可以插入到绝缘体131的凹口156中。利用图7所示的支撑组件安装线圈可以包括组装线圈26和绝缘体131并且将线圈和绝缘体作为一个单元定位在护罩22限定范围之内，随后插入绝缘体132穿过护罩22并进入绝缘体131中的凹口之内。这种装配方法可以使得线圈在护罩区域内稳固地定位，从而更易于在组件部件之内对准和插入紧固件134。
如图7所示，内部绝缘体件131可以构造为具有装配在凸起部40之上并且围绕它的伸出部分137。在凸起部40为其中具有一个螺纹开口44的实心突起时，这种构造会特别有效。
可以改进图6和7的装配构造从而适合于其它可选的线圈和/或凸起部构造。也可以改进本发明从而可以与如图2所示的杯形和销钉型的线圈一起使用。另外，图6和7中所示组件的各种特征可以结合。例如，绝缘体131可以包括使得可以内部插入凸起部的特征，例如图6所示，以及围绕凸起部的伸出部，例如图7所示的伸出部137。本发明还包含绝缘体131没有伸出部(图6的133和图7的137)的构造，从而使得绝缘体仅仅接触凸起部40相对于线圈主体27的最外层表面。
应当理解，图6中所示的各种绝缘体部分相对于其它部分、相对于护罩以及相对于线圈和凸起部的厚度都仅仅是示例性的。本发明包含各个垫片和各个垫片的各个部分的厚度改变，从而可以容纳任何的护罩厚度、凸起部构造以及任何的辅助的装配部件(未示出)。
本发明的支撑组件特别适用于整体钽线圈。组件也可以用于其它可选的线圈，例如包括铝、镉、钴、铜、金、铟、钼、镍、铌、钯、铂、铼、钌、银、锡、钽、钛、钨、钒、不锈钢和锌的一种或多种。

Claims (31)

1.一种用于在物理汽相沉积系统中使用的线圈结构，包括：
具有内周和相反外周的环形线圈主体；
多个从环形线圈主体外周伸出的导电的凸起部；
围绕着环形线圈的护罩，该护罩具有面对环形线圈的第一侧和相反的第二侧，该第一和第二侧被护罩厚度分隔开；以及
多个支撑组件，各个支撑组件布置在护罩和环形线圈附近，并且与一个导电凸起部相关，各个支撑组件包括：
跨过护罩厚度的第一绝缘体；以及
接触第一绝缘体并且接触相关导电凸起部的第二绝缘体。
2.如权利要求1的线圈结构，其特征在于其中多个导电凸起部为三个导电凸起部。
3.如权利要求1的线圈结构，其特征在于其中多个导电凸起部的每一个都是环形线圈的整体部分。
4.如权利要求1的线圈结构，其特征在于其中各个导电凸起部包含销钉部分和杯形部分，并且其中销钉部分包含构造为接收螺纹紧固件的开口。
5.如权利要求4所述的线圈结构，其特征在于其中各个凸起部是焊接到环形线圈主体上。
6.如权利要求4所述的线圈结构，其特征在于其中各个凸起部和环形线圈主体包括在单一件材料中。
7.如权利要求4所述的线圈结构，其特征在于其中第二绝缘体的一部分插入相关凸起部的杯形部分中。
8.如权利要求4所述的线圈结构，其特征在于其中第二绝缘体的一部分围绕着相关凸起部的杯形部分。
9.如权利要求1所述的线圈结构，其特征在于其中各个支撑组件还包含延伸穿过第一绝缘体、穿过第二绝缘体以及至少部分地穿过相关的导电凸起部的紧固件。
10.如权利要求1所述的线圈结构，其特征在于其中第二绝缘体的一部分插入相关导电凸起部的凹口中。
11.如权利要求1所述的线圈结构，其特征在于其中线圈包含钽。
12.如权利要求1所述的线圈结构，其特征在于其中第一和第二绝缘体都包括陶瓷材料。
13.一种线圈支撑组件，包括：
具有构造为与布置在处理室之内的护罩的第一表面相接合表面的绝缘主体，绝缘主体具有构造为延伸穿过护罩的伸出部；
构造为布置在护罩和感应线圈之间的第二绝缘主体，第二绝缘主体的一部分构造为与从感应线圈向护罩伸出的突起相接触；
布置为穿过第一绝缘主体的紧固件，该紧固件延伸穿过第二绝缘主体并进入突起，第一绝缘主体使得紧固件相对于护罩电绝缘。
14.如权利要求13所述的线圈支撑组件，其特征在于其中护罩具有厚度并且具有与第一表面相反的第二表面，第二表面通过厚度与第一表面分隔开，并且其中第一绝缘主体的延伸部跨过护罩的厚度并且没有延伸超出第二表面。
15.如权利要求13所述的线圈支撑组件，其特征在于其中护罩具有厚度并且具有与第一表面相反的第二表面，第二表面通过厚度与第一表面分隔开，并且其中第二绝缘主体与护罩的第二表面接合。
16.如权利要求13所述的线圈支撑组件，其特征在于其中突起包括开口，并且其中第二绝缘主体的一部分构造为插入该开口中。
17.如权利要求13所述的线圈支撑组件，其特征在于其中第二绝缘主体包括开口，开口构造为用于至少一部分突起的插入。
18.如权利要求13所述的线圈支撑组件，其特征在于其中各个第一和第二绝缘主体包括陶瓷材料。
19.一种在处理室之内支撑感应线圈的方法，包括：
提供其中布置有护罩的处理室；
将第一绝缘体、第二绝缘体和第三绝缘体插入护罩中，第一、第二和第三绝缘体沿着护罩彼此相对间隔开，并从护罩的外侧延伸穿过护罩的厚度；
将线圈引入室中，从而使得护罩围绕着线圈，该线圈包含环形主体、第一凸起部、第二凸起部和第三凸起部，各个凸起部都从环形主体向着护罩向外凸出；以及
在引入线圈之后，将线圈安装在室中，该安装包括插入第一紧固件穿过第一绝缘体进入第一凸起部，插入第二紧固件穿过第二绝缘体进入第二凸起部以及插入第三紧固件穿过第三绝缘体进入第三凸起部。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于其中绝缘体包括陶瓷材料。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于其中在引入线圈之后将第一第二和第三绝缘体插入护罩。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于还包括提供与第一凸起部相关的第一支撑物，与第二凸起部相关的第二支撑物，以及与第三凸起部相关的第三支撑物。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于其中第一紧固件穿过第一支撑物，第二紧固件穿过第二支撑物并且第三紧固件穿过第三支撑物。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于其中支撑物包括陶瓷材料。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于其中各个凸起部包括围绕着销钉部分的杯形部分，并且其中支撑物构造为使得支撑物的一部分可以插入杯形部分中。
26.如权利要求2 2所述的方法，其特征在于其中各个凸起部包括围绕着销钉部分的杯形部分，并且其中支撑物构造为使得支撑物的一部分围绕着杯形部分。
27.如权利要求19所述的方法，其特征在于其中各个紧固件的至少一部分具有螺纹，其中各个凸起部可形成螺纹，并且其中的安装包括靠螺纹将紧固件拧在凸起部中。
28.如权利要求19所述的方法，其特征在于其中各个凸起部与环形主体形成整体。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于其中凸起部焊接在环形主体上。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于其中凸起部和环形主体由单件材料构成。
31.如权利要求19所述的方法，其特征在于其中处理室为离子化金属等离子体处理室。
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