CN102418076A

CN102418076A - 聚焦环、聚焦环组合、imp溅射设备

Info

Publication number: CN102418076A
Application number: CN2011104037868A
Authority: CN
Inventors: 姚力军; 相原俊夫; 大岩一彦; 潘杰; 王学泽; 汪涛
Original assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Current assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-04-18

Abstract

一种聚焦环组合，包括：聚焦环，所述聚焦环上有通孔，且其内表面在通孔处形成有凹槽；安装钉，所述安装钉包括柱体与膨大的背部，所述背部贴附在所述聚焦环的内表面，所述柱体通过所述通孔延伸出所述聚焦环的外表面，所述背部嵌入所述凹槽，所述柱体的内部设有螺纹孔。本发明还提供了与上述聚焦环组合相对应的聚焦环与IMP溅射设备。本发明的聚焦环组合、聚焦环和IMP溅射设备将或适于将安装钉的背部嵌入聚焦环在通孔位置的内表面上设置的一凹槽，不会出现安装钉的背部因参与溅射而被消耗掉，最终不能起到固定聚焦环的作用，使得聚焦环也无法继续使用的问题，这样也就增加了聚焦环的使用寿命。

Description

聚焦环、聚焦环组合、IMP溅射设备

技术领域

本发明涉及半导体溅射领域，尤其涉及约束溅射粒子的运动轨迹，起到聚焦作用的聚焦环。

背景技术

溅射为现代半导体芯片生产过程中常用的一种薄膜淀积技术。溅射过程中，高能粒子撞击具有高纯度的靶材料固体平板，按物理过程撞击出原子。这些被撞击出的原子穿过真空，最后淀积在硅片上。而在半导体芯片的生产过程中，无论是8寸生产线，12寸生产线，凡在利用靶材进行溅射时都会用到聚焦环。聚焦环在半导体工艺中的主要作用包括：约束溅射粒子的运动轨迹，起到聚焦的作用；吸附溅射过程中产生的大的颗粒物，起到净化的作用。如图1所示，靶材300溅射出来的四面八方的原子被聚焦环250聚焦到硅片100的上方，均匀的往硅片100上分布。

而在IMP(离子化的金属等离子体)的溅射工艺中，聚焦环会需要参与到溅射中来。这样，聚焦环的寿命就是极度有限的。而且在实际生产中，聚焦环的寿命非常的短，而聚焦环的加工工艺复杂，价格昂贵，这使得聚焦环的消耗在芯片生产中产生了极高的费用。所以有必要采取一种方式，使得聚焦环的使用寿命延长，降低生产成本。

发明内容

本发明目的是提高聚焦环的使用寿命，降低生产成本。

为实现上述目的，本发明提出了一种聚焦环组合，包括：

聚焦环，所述聚焦环上有通孔，且其内表面在通孔处形成有凹槽；

安装钉，所述安装钉包括柱体与膨大的背部，所述背部贴附在所述聚焦环的内表面，所述柱体通过所述通孔延伸出所述聚焦环的外表面，所述背部嵌入所述凹槽，所述柱体的内部设有螺纹孔。

可选的，所述安装钉和聚焦环的材料相同。

可选的，所述内表面安装钉的背部厚度大于1.53mm。

可选的，所述安装钉的背部嵌入凹槽的深度超过1.53mm。

可选的，还包括螺杆，所述螺杆进入所述螺纹孔内。

为实现上述目的，本发明还提供一种聚焦环，所述聚焦环上有通孔，且其内表面在通孔处形成有凹槽内表面。

为实现上述目的，本发明还提供一种IMP溅射设备，包括：

反应腔；

安装钉，所述安装钉包括柱体与膨大的背部，所述背部贴附在所述聚焦环的内表面，所述柱体通过所述通孔延伸出所述聚焦环的外表面，所述背部嵌入所述凹槽，所述柱体的内部设有螺纹孔；

螺杆，所述螺杆从反应腔的腔壁穿出进入所述螺纹孔。

可选的，所述安装钉和聚焦环的材料相同。

可选的，所述安装钉的背部大于1.53mm。

可选的，所述安装钉的背部大于2.53mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

可以使聚焦环的使用寿命增加20％左右，大大降低了生产成本。

附图说明

图1是现有聚焦环在溅射工艺中使用情况的示意图。

图2至图6是现有聚焦环组合的结构示意图。

图7是现有聚焦环的安装方式中安装钉背部完全被消耗掉无法固定聚焦环的示意图。

图8至图10是第一实施例中聚焦环组合的结构示意图。

图11至图15是第二实施例中聚焦环组合的结构示意图。

图16至图18是第三实施例中聚焦环组合的结构示意图。

具体实施方式

在IMP(离子化的金属等离子体)的溅射工艺中，聚焦环会需要参与到溅射中来，聚焦环使用到一定程度就需要被换新的，比如，聚焦环上面形成有花纹，当聚焦环使用到花纹消失的时候，聚焦环就需要被换掉了。

现有技术中的聚焦环以及与之配合安装的零部件以及它们组合起来的聚焦环组合的结构如图2至图6所示，聚焦环250上设置有通孔1，栓帽(CUP)21为一平底杯状结构，底部也设置有通孔2，安装钉(PIN)37有直径较大的背部372，以及直径与通孔1、2匹配的柱体371，其中安装钉37内设置有螺纹孔3。安装钉37的柱体371穿过聚焦环250上的通孔1和栓帽21底部的通孔2。与之适应的，反应腔会设置有螺杆(未图示)旋入螺纹孔3，使得聚焦环250安装固定好。在杯状的栓帽21的“杯”内，会设置有绝缘物质(未图示)，使得聚焦环与腔室(未图示)绝缘。其中，安装钉37、栓帽21和聚焦环250的材质相同，且均与靶材的材料相同。

发明人发现，在实际使用中安装钉37的背部372由于位于聚焦环250的内圈，且露出聚焦环250，会在溅射中被消耗掉。所以，常常会发生下面情况：聚焦环250还没有使用到最大寿命，比如，聚焦环250上的花纹还没有完全消失，就因为安装钉37的背部372被完全消耗掉，使得聚焦环250脱落。

如图7所示，安装钉37的背部372已经完全被消耗掉，只有柱体371的安装钉37无法固定聚焦环250，使得聚焦环250从腔壁上脱离下来，不能再参与溅射。

聚焦环脱离以后，由于溅射工艺对溅射环境和材料的纯度的严格要求，将不能再投入使用，必须更换新的聚焦环。

而且聚焦环在使用中突然的脱落，不仅影响生产，而且也会对溅射基台造成损伤。

鉴于这样的问题，发明人提出新的聚焦环组合的方案，包括以下三种：

1)将安装钉固定在聚焦环的外表面，避免安装钉的背部位于聚焦环的内圈，而会因其参与到溅射导致最终不能起到固定聚焦环的作用，使得聚焦环不能再继续使用的情况。

2)在聚焦环通孔处从内表面设置凹槽，使得安装钉装入时，其背部至少部分嵌入凹槽，从而就避免了安装钉的背部由于参与溅射被消耗尽后而导致聚焦环还没有达到最大寿命就提前脱落的情况。

3)通过增加安装钉背部的厚度，由之前的1.53mm增大为1.53mm以上，最好能够大于2.53mm(但也不能过大)，从而就避免了安装钉的背部由于参与溅射被消耗尽后而导致聚焦环还没有达到最大寿命就提前脱落的情况。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

需要说明的是，提供这些附图的目的是有助于理解本发明的实施例，而不应解释为对本发明的不当的限制。为了更清楚起见，图中所示尺寸并未按比例绘制，可能会作放大、缩小或其他改变。

第一实施例：

本实施例是将安装钉固定在聚焦环的外表面，避免安装钉的背部位于聚焦环的内圈，而会因其参与到溅射导致最终不能起到固定聚焦环的作用，使得聚焦环不能再继续使用的情况。

为改善安装钉与聚焦环之间安装的牢靠度，发明人在聚焦环外表面的待安装安装钉位置处设置一个凹槽，将安装钉的背部设置到凹槽内，然后用EB(电子束)焊接的方式将安装钉焊接到聚焦环。

如图8所示，在聚焦环251′原本设置通孔(如图2中通孔1)的地方，设置一凹槽4′，凹槽4′的大小、深度与安装钉背部的尺寸相适应。优选的，凹槽4′略大于安装钉的背部。

如图9所示，安装钉31′包括背部312′、柱体311′和位于柱体311′内的螺纹孔1′。由于现有技术(如图6所示)中安装钉37位于聚焦环250的内圈，穿过聚焦环250的通孔(如图2中通孔1)后才能露出聚焦环250的外表面。而本实施例的设计是要直接把安装钉31′固定在聚焦环251′的外表面，所以，柱体311′的长度应该做适应性缩短的调整。

本发明的聚焦环251′组装时，将安装钉31′的背部312′放在凹槽4′中，而后通过EB焊接(电子束焊接)的方式将安装钉31′焊接固定在聚焦环251′上。

EB焊接为电子束焊接，是一种利用电子束作为热源的焊接工艺。电子束发生器中的阴极加热到一定的温度时逸出电子，电子在高压电场中被加速，通过电磁透镜聚焦后，形成能量密集度极高的电子束，当电子束轰击焊接表面时，电子的动能大部分转变为热能，使焊接件的结合处的金属熔融，当焊件移动时，在焊件结合处形成一条连续的焊缝。

EB焊接的电子束能量密度高、一般可达106～109W/cm²，是普通电弧焊和氩弧焊的100～10万倍，因此可实现焊缝深而窄(深宽比大于10∶1)的焊接；其焊缝化学成份纯净，焊接接头强度高、质量好；所需线能量小，而焊接速度快，因此焊件的热影响区小、焊件变形小，除一般焊接外，还可以对精加工后的零部件进行焊接；可焊接一些化学性质活泼的金属(如钛、锆、铀等)；电子束焊接的工艺参数，如加速电压、束流、聚焦电流、偏压、焊速等可以精确调整，因此易于实现焊接过程自动化和程序控制，焊接重复性好。

因而，EB焊接(电子束焊接)适用于加工用在半导体芯片制作中溅射工艺的聚焦环，以及适合本实施例中通过设置凹槽来将安装钉固定在聚焦环上的方式。

将安装钉31′焊接在聚焦环251′上固定好后，即形成好了本实施例的聚焦环组合，如图10所示。

聚焦环251′上设置有凹槽4′，安装钉(PIN)31′有直径较大的背部312′，以及直径较小的柱体311′，背部312′嵌入凹槽4′，通过EB焊接的方式固定。另外，安装钉31′内设置有螺纹孔1′。与之适应的，反应腔会设置有螺杆(未图示)旋入螺纹孔1′，使得聚焦环安装固定好。其中，安装钉31′和靶材的材料相同。图11所示，聚焦环251′上安装有多个安装钉31′，以适用于将聚焦环251′平稳牢固的安装在IMP溅射设备上。

本实施例通过将安装钉31′焊接在聚焦环251′的外表面上，就不会存在原本安装方式中的安装钉(PIN)31′的背部312′参与溅射而被消耗掉，最终不能起到固定聚焦环的作用，使得聚焦环也无法继续使用的问题，这样也就增加了聚焦环的使用寿命。

第二实施例：

本实施例是在聚焦环通孔处从内表面设置凹槽，使得安装钉装入时，其背部至少部分嵌入凹槽，从而就避免了安装钉的背部由于参与溅射被消耗尽后而导致聚焦环还没有达到最大寿命就提前脱落的情况。

其实施方式具体为：

将聚焦环的通孔处从内表面加工一个凹槽，所述凹槽的大小适应与安装钉的顶部放到凹槽内。

如图12所示，在聚焦环252′原本设置通孔(如图2中通孔1)的地方，在内表面设置一凹槽8′，凹槽8′的大小与安装钉的背部大小相适应。

如图13所示，安装钉32′包括背部322’、柱体321’和位于柱体321’内的螺纹孔2′。由于现有技术(如图6所示)中安装钉37位于聚焦环250的内圈，穿过聚焦环250的通孔(如图2中通孔1)后才能露出聚焦环250的外表面。而本发明的设计是要直接把安装钉32′的背部322′部分嵌入聚焦环252′的内表面，所以，柱体321′的长度应该做适应性缩短的调整。

本发明的聚焦环252′将多个安装钉32′放在多个凹槽8′中。再按照现有技术的安装方式装上栓帽21′，形成结构示意图如图14。其中，多个安装钉的设置是为了使得将聚焦环252′平稳牢固的安装在IMP溅射设备上。

与现有技术的安装方式相似，反应腔会设置有螺杆(未图示)旋入螺纹孔2′，使得聚焦环安装固定好。在杯状的栓帽21′的“杯”内，会设置有绝缘物质(未图示)，使得聚焦环与腔室(未图示)绝缘。

聚焦环252′上通孔处在内表面设置有凹槽8′，安装钉(PIN)32′有直径较大的背部322′，以及直径较小的柱体321′，背部322′嵌入凹槽8′，柱体321′穿入栓帽21′。另外，柱体321′内设置有螺纹孔2′。与之适应的，反应腔会设置有螺杆(未图示)旋入螺纹孔2′，使得聚焦环安装固定好。在杯状的栓帽21′的“杯”内，会设置有绝缘物质(未图示)，使得聚焦环与腔室(未图示)绝缘。其中，安装钉32′和靶材的材料相同。

最终本发明形成的聚焦环组合设置有多个安装钉，以适用于将聚焦环252′平稳牢固的安装在IMP溅射设备上，如图15所示。

本发明通过将聚焦环252′的通孔位置的内表面上设置一凹槽，使得安装钉32′的背部322′可以嵌入其中，就不会存在原本安装方式中的安装钉(PIN)37的背部372完全露出聚焦环250的内表面而参与溅射而被完全消耗掉，最终不能起到固定聚焦环的作用，使得聚焦环也无法继续使用的问题，这样也就增加了聚焦环的使用寿命。

第三实施例：

在本实施例中，发明人提出一种增加聚焦环使用寿命的方法和聚焦环固定装置：通过增加安装钉背部的厚度，由之前的1.53mm增大为1.53mm以上，最好能够大于2.53mm(但也不能过大)，从而就避免了安装钉的背部由于参与溅射被消耗尽后而导致聚焦环还没有达到最大寿命就提前脱落的情况。

如图16所示，安装钉33′包括柱体331′和膨大的背部332′，柱体331′内设置有螺纹孔3′。安装钉33′的背部332′厚度比现有技术的安装钉37的背部372(如图4至图6所示)要厚，现有技术的背部372的厚度为1.53mm，在本实施例中，把安装钉33′的背部332′加厚到2.53mm。

如图17所示，安装钉33′的背部332′位于聚焦环253′的内圈，柱体331′穿过聚焦环253′的通孔(未标示)后才能露出聚焦环253′的外表面。

将聚焦环253′上的通孔(未标示)都装上安装钉33′，再按照现有技术的安装方式装上栓帽21′，最终形成本实施例的聚焦环组合(即聚焦环及其固定装置)。如图17至图18所示，聚焦环253′上设置有多个通孔(未标示)，多个安装钉33′的柱体373′穿过通孔，穿入栓帽21′。多个安装钉的设置是为了使得将聚焦环253′平稳牢固的安装在IMP溅射设备的。另外，柱体331′内设置有螺纹孔3′。与之适应的，反应腔会设置有多个螺杆(未图示)旋入各个螺纹孔3′，使得聚焦环安装固定好。在杯状的栓帽21′的“杯”内，会设置有绝缘物质(未图示)，使得聚焦环与腔室(未图示)绝缘。其中，安装钉33′和靶材的材料相同。

本实施例中，通过加厚安装钉33′的背部332′，增加了背部332′在溅射中被消耗掉的时间，也聚焦环的使用寿命。优选的，为了达到背部332′能维持到聚焦环253′使用寿命结束之前，背部332′的厚度至少大于2.53mm。

作为另一实施方式，本发明可以结合第二、第三实施例的方法，将安装钉背部加厚(参考第三实施例)的效果和部分嵌入凹槽(参考第二实施例)的效果相结合，所述安装钉的背部嵌入凹槽的深度超过1.53mm。

在生产实践中发现，本发明的聚焦环组合中聚焦环的寿命比现有技术中的聚焦环增加了至少20％，大大降低了半导体芯片制造中的生产成本。

同时，本发明的聚焦环组合也保证了不会有聚焦环在使用过程中，因为背部被消耗掉而掉下来，影响生产，可能还会损伤溅射基台的事情发生。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明的技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种聚焦环组合，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的聚焦环组合，其特征在于，所述安装钉和聚焦环的材料相同。

3.如权利要求1所述的聚焦环组合，其特征在于，所述安装钉的背部厚度大于1.53mm。

4.如权利要求3所述的聚焦环组合，其特征在于，所述安装钉的背部嵌入凹槽的深度超过1.53mm。

5.如权利要求1所述的聚焦环组合，其特征在于还包括螺杆，所述螺杆进入所述螺纹孔内。

6.一种聚焦环，其特征在于，

所述聚焦环上有通孔，且其内表面在通孔处形成有凹槽。

7.一种IMP溅射设备，其特征在于，包括：

反应腔；

螺杆，所述螺杆从反应腔的腔壁穿出进入所述螺纹孔。

8.如权利要求7所述的IMP溅射设备，其特征在于，所述安装钉和聚焦环的材料相同。

9.如权利要求7所述的IMP溅射设备，其特征在于，所述安装钉的背部大于1.53mm。

10.如权利要求9所述的IMP溅射设备，其特征在于，所述安装钉的背部大于2.53mm。