CN103707002A - 聚焦环及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种聚焦环及其形成方法，其中所述方法包括：在金属板条长度方向上的其中一端形成一个或者多个沿宽度方向排列的第一卡齿，在所述金属板条长度方向上的另一端形成一个或者多个沿宽度方向排列的第二卡槽；将所述金属板条卷曲，使得所述第一卡齿与所述第二卡槽相互嵌合，从而使得所述金属板条长度方向上的两端相互嵌合，嵌合后所述金属板条形成环形的金属板条；进行氩弧焊焊接，将所述环形的金属板条中相互嵌合的所述两端焊接在一起，形成聚焦环。本发明所公开的聚焦环的形成方法通过在金属板条的首端和尾端形成卡齿和卡槽，再通过氩弧焊点焊焊接，所形成的聚集环焊接质量优良，并且由于焊接时不需要焊料，节约成本。

Description

聚焦环及其形成方法

技术领域

本发明属于半导体溅射领域，特别是涉及溅射过程中使用的聚焦环及其形成方法。

背景技术

在溅射过程中靶材和硅片之间通常设有一个金属环作为聚焦环，此金属环既可以改变磁场使靶材集中溅射于硅片上，又可以利用其粗糙表面吸收杂质粒子，从而提高溅射的质量。现有的聚焦环结构可参照公开号为CN102418075A等的中国专利申请。

金属环由金属板条加工而成，一般是将金属板条先卷成首尾对接的环形的金属板条，再对此环形的金属板条进行焊接。由于需要对焊接后的金属环进行车削和滚花等加工操作（以使其表面达到所需的粗糙度），因而要求所述金属环有较好的焊接质量。

发明内容

本发明提供一种聚焦环的形成方法以解决利用现有技术焊接得到的聚焦环焊接质量不佳的问题，降低焊接得到的聚焦环在后续加工过程中焊缝开裂的可能性。

为解决上述问题，本发明提供了一种聚焦环的形成方法，包括：

在金属板条长度方向上的其中一端形成一个或者多个沿宽度方向排列的第一卡齿，在所述金属板条长度方向上的另一端形成一个或者多个沿宽度方向排列的第二卡槽，所述第二卡槽与所述第一卡齿相匹配；

将所述金属板条卷曲，使得所述第一卡齿与所述第二卡槽相互嵌合，从而使得所述金属板条长度方向上的两端相互嵌合，嵌合后所述金属板条形成环形的金属板条；

进行氩弧焊焊接，将所述环形的金属板条中相互嵌合的所述两端焊接在一起，形成聚焦环。

可选的，在所述金属板条长度方向上的同一端中，两个相邻所述第一卡齿之间形成一个第一卡槽，两个相邻所述第二卡槽之间形成一个第二卡齿，当所述第一卡齿与所述第二卡槽相互嵌合时，所述第二卡齿对应地与所述第一卡槽相互嵌合。

可选的，所述第一卡齿和所述第二卡齿为燕尾齿，所述第一卡槽和所述第二卡槽为燕尾槽。

可选的，采用线切割方式形成所述燕尾齿和所述燕尾槽。

可选的，所述氩弧焊焊接前，利用丙酮或者异丙醇清洗所述燕尾齿和所述燕尾槽。

可选的，所述氩弧焊焊接包括：

在直流电流条件下，在所述环形的金属板条内侧面和外侧面的嵌合缝上选取多个焊接点进行氩弧焊点焊焊接，形成所述聚焦环。

可选的，在所述环形的金属板条的内侧面和外侧面的嵌合缝上分别均匀选取五个所述焊接点进行所述氩弧焊点焊焊接。

可选的，所述金属板条为钽板条，所述聚焦环为钽的聚焦环。

可选的，所述氩弧焊点焊焊接过程中，每个所述焊接点的焊接熔深在1~1.5mm之间。

可选的，在每个所述点焊焊接后，焊枪停止加热但停留在原位置继续通气至少1min，以对所述焊接点进行保护。

可选的，所述直流电流条件为300~310A的直流电流。

可选的，所述氩弧焊焊接为采用钨极的钨极氩弧焊焊接。

可选的，所述钨极直径为2.0~3.0mm。

可选的，所述氩弧焊处理选用流量为8~12L/min的氩气流。

可选的，在氩弧焊处理之后，对形成的所述聚焦环进行车削和/或滚花，以增加所述聚焦环表面的粗糙程度。

本发明还提供了一种聚焦环，所述聚焦环经由金属板条通过如上所述的聚焦环的形成方法形成，所述聚焦环在内侧面和外侧面上包括有嵌合缝，所述嵌合缝上分布有焊接点。

可选的，所述焊接点均匀分布在所述聚焦环内侧面和外侧面的所述嵌合缝上。

与现有技术相比，本发明所公开的聚焦环的形成方法通过在金属板条的首端和尾端形成卡齿和卡槽，再卷曲成所述卡齿和卡槽相互嵌合，最后通过氩弧焊点焊焊接，形成所述聚焦环，所形成的聚集环的焊接质量优良，并且由于焊接时不需要焊料，节约成本，同时利用本发明所提供的焊接方法焊接得到的聚焦环满足后续车削和滚花等加工操作的要求。

附图说明

图1为本发明实施例一的钽板条示意图；

图2为本发明实施例形成有燕尾齿和燕尾槽的钽板条首端的示意图；

图3为本发明实施例的环形的钽板条的示意图；

图4为环形的钽板条外侧面的俯视图；

图5为本发明实施例二的钽板条示意图；

图6为本发明实施例三的钽板条示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，聚焦环是在溅射过程中使用的一种产品。通常一种金属的聚焦环是跟该金属的溅射靶材配套使用的，即用什么金属靶材进行溅射，就对应用该金属的金属环作为该溅射工艺的聚焦环。

由于溅射工艺需要用到各种不同的金属靶材，因而需要制作各种不同金属的聚焦环。本发明以钽金属的聚焦环的制作工艺为具体实施例对本发明的技术方案作具体说明。但是，本发明所公开的技术方案可以运用于其它金属(例如钛、铝或者铜等)的聚焦环的制作。

钽的质地十分坚硬，莫氏硬度可以达到6~6.5，如果采用通常的钽焊接工艺，焊接强度不高，并且容易导致后续加工过程中产生裂纹，焊接接口处掉料，出现凹坑的问题。为此本发明提供了如下技术方案：首先在钽板条长度方向上的其中一端形成一个或者多个沿宽度方向排列的第一卡齿，在所述钽板条长度方向上的另一端形成一个或者多个沿宽度方向排列的第二卡槽，所述第二卡槽与所述第一卡齿相匹配，然后将所述钽板条卷曲，使得所述第一卡齿与所述第二卡槽相互嵌合，从而使得所述钽板条长度方向上的两端相互嵌合，嵌合后所述钽板条形成环形的钽板条，最后进行氩弧焊焊接，将所述环形的钽板条中相互嵌合的所述两端焊接在一起，形成聚焦环。本发明所提供的聚焦环的形成方法通过在钽板条的首端和尾端形成卡齿和卡槽，再通过氩弧焊点焊焊接，形成所述聚焦环，所形成的聚集环焊接质量优良，并且由于焊接时不需要焊料，节约成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1，图1为本发明实施例的钽板条示意图。图1中所显示的钽板条1的面为钽板条1长和宽所成的面。钽板条1具有首端11和尾端12。本实施例中，钽板条1的尺寸与待形成的聚焦环的尺寸相适应，例如钽板条1的长度可大体等于聚焦环的周长，钽板条1的宽度及厚度可大体等于聚焦环的宽度及厚度。当然，考虑到后续加工可能产生的损耗，钽板条1的各尺寸可具有适当的加工余量。在实际中，所提供的钽板条1可由大尺寸的钽板切割而成，但更多的是由钽粉末压制而成。在本实施例中，钽板条1初始为长扁平状的长方体，长约为900mm，宽约为50mm，厚度约为8mm，首端11和尾端12为平整截面，在图1中显示为左右两边缘的竖直线段。

请结合参考图1和图2，图2为本发明实施例形成有第一卡齿和第一卡槽的钽板条首端的示意图。需要说明的是，在钽板条1长度方向上，可将钽板条1长度方向上的任意一端定义成首端11，另一端对应定义成尾端12。

如图1中所示，对钽板条1的首端11和尾端12进行切割处理，得到如图2所示的首端11的结构，所形成的尾端12结构可参照图3所示。本实施例中，首端11沿钽板条1的宽度方向上切割形成有相互间隔排布的多个燕尾形的第一卡齿，即燕尾齿111。从图2中可以看出，切割处理后，多个燕尾齿111沿宽度方向等间隔排布，并且在两个相邻燕尾齿111之间自然形成燕尾形的第一卡槽，即燕尾槽112。在首端11上，燕尾齿111和燕尾槽112的形状相似，并且相互间隔。

本实施例中，如图2所示，在首端11上所形成的燕尾齿111有完整的四个，而处于上下边缘各有一个成一半形状的燕尾齿111，也就是说，一共可以看成是形成有五个燕尾齿111。对于宽度约为50mm的钽板条1，设置五个燕尾齿111可以使得燕尾齿111的大小适中，即保证不需要太多加工操作，又保证了相互嵌合形成一定嵌合强度所需要的齿数，同时还保证了成型后的燕尾齿111的不容易掉落或者损坏。但是在其它实施例中，根据金属板材尺寸的大小，所形成的燕尾齿111的数量可以相应的变化，只要第一卡齿和数量与第二卡槽保持相等，第二卡齿的数量与第一卡槽的数量保持相等，例如可以是仅有一个第一卡齿和一个第二卡槽，也可以是有三个第一卡齿、三个第二卡槽、三个第二卡齿和三个第一卡槽。

可采用线切割的方式使得首端11形成燕尾齿111，即用线切割机切割首端11，形成如图2所示的燕尾齿111。但是，在本发明的其它实施例中，也可以利用其它加工方式形成燕尾齿111。

请参考图3，图3为本发明实施例的环形的钽板条的示意图。图3中所示的环形的钽板条1是使得首尾两端均形成有燕尾齿111和燕尾槽112的钽板条卷曲，并使得卷曲后钽板条首尾两端相互嵌合形成的。在卷曲原来为平直的钽板条时，可以通过卷圆机卷曲，当然也可以通过其它方式卷曲。卷曲使得钽板条的首端和尾端相接近，并且，在本实施例中，令钽板条1的首端11和尾端12处于一上一下的相对位置，通过上下压合，使得首端11上的燕尾齿111和尾端12上的燕尾槽112嵌合，这样，尾端上的燕尾齿111也会自然地与首端上的燕尾槽112嵌合，形成环形的钽板条1。

请继续参考图3，环形的钽板条1中，首端11的燕尾齿111紧密整齐地与尾端12的燕尾槽112嵌合，同时尾端12的燕尾齿111紧密整齐地与首端11的燕尾槽112嵌合。由于位于两端的燕尾齿111和燕尾槽112彼此间紧密整齐嵌合，而燕尾齿111呈梯形，并且该梯形的里端为较短的底边，外端(也即外边缘)为较长的底边，这样，处于首尾两端上的燕尾齿111在嵌合后就会相互卡置，可以有效防止彼此间脱离开来，也就是说，嵌合后的环形的钽板条1本身就具有一定的接合力学强度，因而具有一定的稳定性能够保持环形。而由于环形的钽板条1本身就能够保持环形，一方面能够使得后续焊接工艺时不需要再通过其它方式使得首尾两端保持环形，使焊接过程变得较为简单方便，另一方面也可以使得焊接后的接合强度较高。

需要说明的是，在后续焊接开始前，最好是卷曲、嵌合前，可用丙酮或者异丙醇清洗两相接触的尖端101，以去除表面油污，避免油污对后续焊接产生不利影响。

本实施例中，如前面，在将金属板条的首端和尾端嵌合在形成环形的钽板条1后，进行氩弧焊焊接，使环形的钽板条1形成聚焦环。通常，氩弧焊焊接是在直流电流条件下，在环形的钽板条1内侧面和外侧面的嵌合缝上选取多个焊接点进行氩弧焊点焊焊接，形成聚焦环。

请参考图4，图4为环形的钽板条1外侧面的俯视图。如上，环形的钽板条1具有首端11和尾端12，它们都包括有燕尾齿111和燕尾槽112（参照图2），并且首尾两端的燕尾齿111和燕尾槽112相互紧密嵌合。从图4中还可以看出，燕尾齿111和燕尾槽112嵌合后在如图4所示的环形的钽板条1的外侧面上形成有折线形的嵌合缝，该嵌合缝从首尾两端的上边缘出发一直延伸到首尾两端的下边缘，如图4所示。

本实施例中，在如图4所示的环形的钽板条1外侧面的嵌合缝上均匀地选取五个焊接点进行氩弧焊焊接。所谓均匀的选取是指，各个点在环形的钽板条1外侧面的嵌合缝上的分布均匀。从图4中可以看出，从嵌合缝上选取的A、B、C、D和E五个点中，每个燕尾齿111所形成的嵌合缝都刚好有一个焊接点，也可以从本说明书的前面部分了解到，本实施例中，选取的五个焊接点与首尾端部具有五个燕尾齿111恰好相匹配。而对于图4中无法显示的环形的钽板条1内侧面，本实施例中，也同时在环形的钽板条1内侧面的嵌合缝上均匀地选取五个点，所选的五个点可以是刚好位于内侧面的嵌合缝上对应于如图4所示的A、B、C、D和E正下方的五个点，也可以是位于内侧面的嵌合缝上并且对应与A、B、C、D和E相互错开一个燕尾齿111的五个点。之后，对环形的钽板条1的外侧面和内侧面上的各个焊接点进行氩弧焊点焊焊接，即可形成钽的聚焦环。当然，选取更多适合位置的焊接点进行氩弧焊点焊焊接，焊接效果会相应地提高，但焊接效率则相应下降。本领域技术人员根据实际需要可选择相应点数，焊接点点数的选取并不脱离本发明精神范围。

在选取好相应的焊接点之后，即可对环形的钽板条1上相应的焊接点进行氩弧焊焊接。氩弧焊可为钨极氩弧焊或熔化极氩气保护焊，本实施例中，以钨极氩弧焊为例。

本实施例优选的，在300~310A的直流电流条件下进行氩弧焊焊接。这是因为，首先电流的大小要保证焊接时要能引弧，其次电流的大小要能尽快熔化钽进行焊接，再次电流又不能大得使钨极烧坏。由此可知过高与过低的电流都不利于焊接。钽的熔点比较高，因而要求电流较大，但是电流太大，能量太高，也不利于控制好焊接的程度，容易导致焊接处的钽塌陷，而300~310A的直流电流满足以上焊接要求。同时，每个所述焊接点的焊接熔深在1~1.5mm之间，这样的焊接熔深既不会使环形的钽板条1熔穿，又能够保证焊接点处能够有足够的接合强度。

在每个焊接点焊接完成后，要关闭电流停止焊接，但焊枪停留保持继续通氩气1min左右进行保护，以防止焊接处因仍处较高温度而被氧化，如果保护时间太短，焊接点的表面会发黑，并且焊接点处的钽会被氧化发硬，后续在沿着焊接处将聚焦环切开时，会引起车刀振刀。因而要求气体保护时间较长，为1min左右。

本实施例所提供的钽的聚焦环的形成方法中，所用钨极的直径可为2.0~3.0mm之间，选择钨极直径的主要考虑因素是保证钨极能够满足在相应电流条件下能够引弧并正常工作。钨极到被焊接位置的距离，很重要，一般来说，钨极越近，相对焊接出来的质量越好，但是前提是钨极不能碰到被焊接的部位，选取直径为2.0~3.0mm的钨极刚好合适。优选地，选择直径为2.5mm的钨极。此直径的钨极既能够在工作电流下正常使用。

本实施例所提供的钽的聚焦环的形成方法中，氩气流量的大小可为8~12L/min。氩气流量大小直接影响保护效果，流量太大会引起紊流，导致电弧的不稳定，造成焊缝表面起皱和焊缝内部的一些缺陷，并容易吹出环形的钽板条1焊熔的部分，造成气体穿孔，而流量太小可能导致保护效果差、烧出来的焊接处颜色会比较黑等。因而优选地，将气流选择在10L/min的流量条件。

在焊接形成钽的聚焦环之后，通常还对所形成的钽的聚焦环进行车削和滚花两种加工处理方式的至少一种加工处理，以增大钽的聚焦环表面的粗糙程度，有利于后续溅射过程中吸收杂质原子。

请参考图5和图6，除上述实施例所提供的燕尾形的卡齿和卡槽外，本发明实施例还提供了其它形状的卡齿和卡槽，在图5中的钽板条2包括有类似燕尾形的第一卡齿211、第一卡槽212、第二卡齿221和第二卡槽222。它们的位置相互对应，在钽板条2卷曲后，第一卡齿211能够恰好与第二卡槽222嵌合，第二卡齿221能够恰好与第一卡槽212嵌合。在嵌合后，可以通过上述实施例所描述的焊接方式将钽板条2焊接成为聚焦环。而在图6中的钽板条3同样包括有第一卡齿311、第一卡槽312、第二卡齿321和第二卡槽322，但是和以上实施例所不同的是，图6所显示的钽板条3中，第一卡齿311与第一卡槽312的形状不相似，但是此钽板条3中，第一卡齿311的形状仍然与第二卡槽322的形状相匹配，第二卡齿321的形状仍然与第一卡槽312的形状相匹配，在此该钽板条3卷曲之后，第一卡齿311仍然能够恰好与第二卡槽322嵌合，第二卡齿321仍然能够恰好与第一卡槽312嵌合。

本发明还提供了一种聚焦环，所述聚焦环经由金属板条通过如上所述的聚焦环的形成方法形成，可以参考图3所示的聚焦环。所述聚焦环在内侧面和外侧面上包括有嵌合缝，嵌合缝由第一卡齿和第二卡槽以及第二卡齿和第一卡槽嵌合而形成。所述嵌合缝上分布有焊接点，可参考图4。可选的，所述焊接点均匀分布在所述聚焦环内侧面和外侧面的所述嵌合缝上。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (17)

1.一种聚焦环的形成方法，其特征在于，包括：

在金属板条长度方向上的其中一端形成一个或者多个沿宽度方向排列的第一卡齿，在所述金属板条长度方向上的另一端形成一个或者多个沿宽度方向排列的第二卡槽，所述第二卡槽与所述第一卡齿相匹配；

将所述金属板条卷曲，使得所述第一卡齿与所述第二卡槽相互嵌合，从而使得所述金属板条长度方向上的两端相互嵌合，嵌合后所述金属板条形成环形的金属板条；

进行氩弧焊焊接，将所述环形的金属板条中相互嵌合的所述两端焊接在一起，形成聚焦环。

2.如权利要求1所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，在所述金属板条长度方向上的同一端中，两个相邻所述第一卡齿之间形成一个第一卡槽，两个相邻所述第二卡槽之间形成一个第二卡齿，当所述第一卡齿与所述第二卡槽相互嵌合时，所述第二卡齿对应地与所述第一卡槽相互嵌合。

3.如权利要求2所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，所述第一卡齿和所述第二卡齿为燕尾齿，所述第一卡槽和所述第二卡槽为燕尾槽。

4.如权利要求3所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，采用线切割方式形成所述燕尾齿和所述燕尾槽。

5.如权利要求3所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，在所述氩弧焊焊接前，利用丙酮或者异丙醇清洗所述燕尾齿和所述燕尾槽。

6.如权利要求1所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，所述氩弧焊焊接包括：

在直流电流条件下，在所述环形的金属板条内侧面和外侧面的嵌合缝上选取多个焊接点进行氩弧焊点焊焊接，形成所述聚焦环。

7.如权利要求6所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，在所述环形的金属板条的内侧面和外侧面的嵌合缝上分别均匀选取五个所述焊接点进行所述氩弧焊点焊焊接。

8.如权利要求7所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，所述金属板条为钽板条，所述聚焦环为钽的聚焦环。

9.如权利要求8所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，所述氩弧焊点焊焊接过程中，每个所述焊接点的焊接熔深在1~1.5mm之间。

10.如权利要求8所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，在各所述点焊焊接后，焊枪停止加热但停留在原位置继续通气至少1min，以对所述焊接点进行保护。

11.如权利要求8所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，所述直流电流条件为300~310A的直流电流。

12.如权利要求1所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，所述氩弧焊焊接为采用钨极的钨极氩弧焊焊接。

13.如权利要求12所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，所述钨极直径为2.0~3.0mm。

14.如权利要求13所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，所述氩弧焊选用流量为8~12L/min的氩气流。

15.如权利要求1所述的聚焦环的形成方法，其特征在于，在所述氩弧焊焊接之后，对形成的所述聚焦环进行车削和/或滚花，以增加所述聚焦环表面的粗糙程度。

16.一种聚焦环，其特征在于，所述聚焦环经由金属板条通过如权利要求1至15任意一项所述的聚焦环的形成方法形成，所述聚焦环在内侧面和外侧面上包括有嵌合缝，所述嵌合缝上分布有焊接点。

17.如权利要求16所述的聚焦环，其特征在于，所述焊接点均匀分布在所述聚焦环的内侧面和外侧面的所述嵌合缝上。

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