CN104369113A - 靶材喷砂夹具和靶材喷砂方法 - Google Patents

Abstract

一种靶材喷砂夹具和靶材喷砂方法，所述靶材喷砂夹具包括：靶材卡盘，所述靶材卡盘设置有第一凹槽，所述第一凹槽用于容纳靶材；盖板，所述盖板位于所述靶材的溅射区上，用于保护所述溅射区；连接件，所述连接件的个数大于或者等于两个，每个所述连接件包括第一端和第二端，所述第一端能够固定在所述第一凹槽外的靶材卡盘上，所述第二端能够固定在所述盖板上，每个所述连接件与所述靶材的喷砂区具有距离。在利于本发明中靶材喷砂夹具对靶材的喷砂区进行喷砂处理时，靶材喷砂夹具能够对靶材的溅射区进行保护，实现对靶材的喷砂区进行精确喷砂，使所形成的喷砂区位置准确，保证喷砂区的尺寸、精度符合要求。

Description

靶材喷砂夹具和靶材喷砂方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种靶材喷砂夹具和靶材喷砂方法。

背景技术

以一定能量的粒子（粒子或中性原子、分子）轰击固体表面，使固体表面的粒子获得足够大的能量而最终溢出固体表面，这种溅出的、复杂的粒子散射过程称为溅射，被轰击的固体称为靶材。目前，常应用溅射工艺进行薄膜沉积，需要沉积的薄膜的材料决定靶材的材质。例如，在半导体器件制作中，需在硅衬底上沉积一层金属钽薄膜，则使用钽金属靶材对硅衬底进行溅射。其中，靶材的溅射面又分为溅射区和非溅射区。一定能量的粒子轰击的是所述靶材的溅射区，非溅射区为能量粒子不能够轰击到的区域，或者不需要进行轰击的区域。

在薄膜沉积的溅射工艺中，溅射效果的好坏高度依赖于溅射腔室的清洁度，溅射腔室中的碎片会污染沉积在基底表面的薄膜。

但是在溅射过程中，高速粒子轰击靶材溅射区，溅射出的靶材材料除了会沉积在基底表面，如硅衬底表面，也会沉积在沉积腔室内的其他表面上，包括靶材的非溅射区。由于等离子气氛的高能特性，重新沉积在靶材非溅射区的材料会再次溢出，而溢出的碎片会污染沉积在基底表面的薄膜。

为了克服上述问题，申请号为CN1648280A（公开日为2005年8月3日）的中国专利申请提供一种具有改进表面结构的溅射靶材。该专利申请利于喷砂处理对靶材溅射区边缘的非溅射区进行粗糙化处理，在溅射区边缘的非溅射区上形成喷砂区，以提高非溅射区粘附性，使粗糙化后的非溅射区能够更好的粘附住沉积到非溅射区的靶材材料，减小其溢出的概率。

在靶材参与溅射时，会形成一种反溅射物质粘附在靠近溅射区边缘的喷砂区上，即在喷砂区和溅射区形成一个环形的反溅射薄膜。现有工艺在通过轰击溅射区以在基底表面沉积薄膜之后，对反溅射薄膜进行轰击，使反溅射薄膜中的粒子再次沉积在基底表面，以提高形成于基底表面上薄膜的质量。

喷砂区的形成位置对反溅射薄膜的形成位置起了决定性的作用，而喷砂区的形成位置由喷砂处理的精确程度决定。现有工艺中，在对靶材进行喷砂处理时，采用胶带对溅射区进行保护。为了保证所形成喷砂区和溅射区的尺寸精度，一般先进行过贴，使胶带超出溅射区，再用刀片割掉位于溅射区外的胶带，然后对靶材进行喷砂处理。

现有的喷砂处理前胶带防护和刀片切割技术，只能形成具有明确界限或形状简单的喷砂区。而常用的溅射靶材，溅射面边缘一般是由斜面与多个圆弧组成，形状较为复杂，没有明确喷砂界限，一般测量工具无法准确测量斜面上的需要喷砂位置的尺寸，导致喷砂区的尺寸难以保证，影响反溅射薄膜的形成位置。另外，由于用刀片切割时力度不均匀，容易在溅射面留下划痕，影响反溅射薄膜粘附，甚至导致反溅射薄膜薄膜剥落。

有鉴于此，实有必要提出一种靶材喷砂夹具和靶材喷砂方法，以使形成于靶材上的喷砂区位置准确，克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种靶材喷砂夹具和靶材喷砂方法，以在对靶材进行喷砂处理过程中对靶材的溅射区进行保护，实现对靶材喷砂区进行精确喷砂，保证喷砂区的尺寸、精度符合要求。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材喷砂夹具，包括：

靶材卡盘，所述靶材卡盘设置有第一凹槽，所述第一凹槽用于容纳靶材；

盖板，所述盖板位于所述靶材的溅射区上，用于保护所述溅射区；

连接件，所述连接件的个数大于或者等于两个，每个所述连接件包括第一端和第二端，所述第一端能够固定在所述第一凹槽外的靶材卡盘上，所述第二端能够固定在所述盖板上，每个所述连接件与所述靶材的喷砂区具有距离。

可选的，所述第一凹槽的深度比所述靶材的厚度大0.2mm～0.3mm，所述第一凹槽侧壁与所述靶材的边缘之间的距离为0.2mm～0.3mm。

可选的，所述盖板的材料为金属，所述连接件的材料为金属。

可选的，所述连接件的第一端通过螺纹连接方式固定在所述靶材卡盘上，所述连接件的第二端通过焊接方式固定在所述盖板上。

可选的，所述盖板的材料为有机玻璃或者PVC。

可选的，所述连接件的第一端通过螺纹连接方式固定在所述靶材卡盘上，所述连接件的第二端通过螺纹连接方式固定在所述盖板上。

可选的，所述第一凹槽外的靶材卡盘上设置有两个以上开口，所述开口的深度大于或者等于所述第一凹槽的深度。

可选的，所述连接件与所述靶材的喷砂区的距离与所述连接件的宽度的比值范围为1:1～2:1。

可选的，所述靶材卡盘的材料为铝。

可选的，所述盖板设置有第二凹槽，所述第二凹槽的尺寸和形状分别与所述靶材的溅射区的尺寸和形状对应。

为解决上述问题，本发明还提供了一种靶材喷砂方法，包括：

提供上述任一项所述靶材喷砂夹具，所述连接件的第二端固定在所述盖板上；

将待进行喷砂的靶材置于所述靶材卡盘的第一凹槽中，所述靶材的溅射区与所述第一凹槽的底面相背；

将所述盖板覆盖于所述溅射区上，并将所述连接件的第一端固定在所述第一凹槽外的靶材卡盘上；

对靶材的喷砂区进行喷砂处理。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

提供了一种包括靶材卡盘、盖板和两个以上连接件的靶材喷砂夹具；其中，靶材卡盘设置有用于容纳靶材的第一凹槽，盖板位于靶材的溅射区上，用于保护溅射区，每个连接件包括第一端和第二端，第一端能够固定在第一凹槽外的靶材卡盘上，第二端能够固定在盖板上，每个连接件与靶材的喷砂区具有距离。在对靶材的喷砂区进行喷砂之前，通过靶材喷砂夹具固定靶材，使靶材溅射面中的溅射区被盖板覆盖，使喷砂区暴露于盖板和靶材卡盘的第一凹槽之外；在对靶材的喷砂区进行喷砂处理时，靶材喷砂夹具能够对靶材的溅射区进行保护，实现对靶材的喷砂区进行精确喷砂，使所形成的喷砂区位置准确，保证喷砂区的尺寸、精度符合要求。

而且，由于省略了贴胶带和切割胶带的步骤，且由于靶材喷砂夹具的组装简单，靶材喷砂夹具可反复利用，利用靶材喷砂夹具对靶材进行喷砂处理能够在保证喷砂质量的同时提高喷砂效率，降低进行喷砂处理的成本。

另外，由于不需要在溅射面上贴胶带和对胶带进行切割，可避免在溅射面上留下划痕，避免对反溅射膜的粘附造成影响，同时也可有效节约胶带成本，喷砂处理过程中没有废弃物产生，环保无污染。

附图说明

图1至图7是本发明靶材喷砂夹具的一个实施例的示意图。

具体实施方式

正如背景部分所述，现有通过胶带防护对靶材中喷砂区进行喷砂处理的精确度差，喷砂区的尺寸难以保证，影响了反溅射薄膜的形成位置。且通过刀片切割技术去除超出溅射区外的胶带时，易在溅射面留下划痕，影响反溅射薄膜粘附。

本发明提供了一个包括靶材卡盘、盖板和两个以上连接件的靶材喷砂夹具，在进行喷砂处理之前，将靶材置于靶材卡盘的第一凹槽中，并使靶材的溅射区与第一凹槽的底面相背，并将盖板置于靶材的溅射区上，将连接件的第一端固定在第一凹槽外的靶材卡盘上，将连接件的第二端固定在盖板上，从而使靶材固定于靶材卡盘和盖板之间，使溅射区被盖板覆盖，并保证每个连接件与靶材的喷砂区具有距离。在进行喷砂处理时，通过靶材喷砂夹具对靶材的溅射区进行保护，从而对靶材的喷砂区进行精确喷砂，使所形成的喷砂区位置准确。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本实施例以包括靶材卡盘、盖板和四个连接件的靶材喷砂夹具为例，对本发明靶材喷砂进行说明。

参考图1，为本实施例所提供的靶材喷砂夹具中靶材卡盘300的俯视图，图2为图1中靶材卡盘300沿AA方向的剖视图。所述靶材卡盘300设置有第一凹槽302，所述第一凹槽302用于容纳靶材。

具体的，所述第一凹槽302的开口的形状可圆形、正方形、长方形、三角形或者其他多边形，分别用于容纳边缘形状为圆形、正方形、长方形、三角形或者其他多边形的靶材。

本实施例中，所述第一凹槽302开口的形状为圆形，用以容纳边缘形状为圆形的靶材。所述靶材卡盘300的材料可为铝。

本发明并不限定第一凹槽302所容纳靶材的材料。如靶材可以为单质靶材、合金靶材或者化合物靶材。单质靶材一般为高纯度的铝、钽、钛、铜等金属。合金靶材为钽铝、镍铜、钽铬等。化合物靶材材料为氧化硅、氧化铝等。

结合参考图1和图2，第一凹槽302外的靶材卡盘300上设置有开口304，所述开口304的个数为两个，所述开口304的深度h2大于或者等于所述第一凹槽302的深度h₁。所述开口304的宽度W₁略大于成人手掌的宽度即可，如开口304的宽度W₁的范围为80mm～100mm。通过在靶材卡盘300上设置开口304，以在将靶材放入第一凹槽302内和将靶材从第一凹槽302中取出时，方便操作者用手抓握。

本实施例中，所述开口304的深度h₂大于所述第一凹槽302的深度h₁，以便于将靶材放入第一凹槽302内和将靶材从第一凹槽302中取出。

在另一个实施例中，设置于靶材卡盘300的开口304的个数还可大于两个，如三个、四个等。

在再一个实施例中，所述靶材卡盘300还可以不包括所述开口304，通过现有工艺中的真空吸附装置（如真空吸附盘）将靶材放入第一凹槽302内或将靶材从第一凹槽302取出。

本实施例中，所述第一凹槽302的深度h1比所述靶材（图未示）的厚度大0.2mm～0.3mm，以使靶材能够完全放入第一凹槽302内，进而在喷砂处理过程中通过第一凹槽302侧壁保护靶材外缘免受损伤。具体的，所述第一凹槽302的深度比所述靶材的厚度大0.2mm、0.25mm、0.28mm或0.3mm。如果第一凹槽302的深度太大，为保证靶材卡盘300的强度，必须同时增大靶材卡盘300的总厚度，造成材料浪费，且重量增大，不易操作。如果第一凹槽302的深度太小，靶材外缘没有完全放入第一凹槽302内，靶材外缘无法得到有效保护，且在盖板安装好之后，靶材外缘与盖板之间的缝隙不易密封，喷砂处理易对靶材外缘造成损伤。

所述第一凹槽302侧壁与所述靶材的边缘之间的距离范围为0.2mm～0.3mm，以方便靶材的放入与取出。具体的，所述第一凹槽302的侧壁与所述靶材的边缘之间的距离范围可为0.2mm、0.23mm、0.27mm或0.3mm。如果距离太大，靶材沿其溅射面方向的移动范围增大，后续形成的喷砂区域位置的误差相应增大；如果距离太小，靶材不易放入第一凹槽302内，或放入后不易取出，操作难度增大。

参考图3和图4，为本实施例所提供的靶材喷砂夹具中盖板200的示意图，其中，图3为盖板200的俯视图，图4为图3中盖板200沿BB方向的剖视图。

所述盖板200设置有第二凹槽202，所述第二凹槽202的尺寸和形状分别与所述靶材的溅射区的尺寸和形状对应，以使靶材的溅射区能够完全容纳于所述第二凹槽202内，使靶材的溅射区被盖板200完全覆盖，保证溅射区与盖板200的第二凹槽202之间的缝隙较小，避免进行喷砂处理对溅射区造成影响。

本实施例中，所述靶材中溅射区包括圆形水平面和位于圆形水平面的环形斜面。相应的，盖板200中第二凹槽202为底部为水平面，侧壁为环形斜面。但本发明第二凹槽202的形状和尺寸不限于此，可参考进行喷砂处理的靶材的溅射区的形状和尺寸，提供包括第二凹槽202的盖板200。

在其他实施例中，所述盖板200还可以不包括第二凹槽202，以用于对溅射区为平面的靶材进行喷砂处理。

所述盖板200的材料为有机玻璃、PVC或者金属。本实施例中，所述盖板200的材料为有机玻璃。采用有机玻璃作为盖板200的材料主要有如下优点：第一，有机玻璃硬度较低，将盖板200置于靶材的溅射区上时，盖板不会对溅射区造成损伤；第二，有机玻璃不易变形，利于靶材的固定；第三，有机玻璃是透明的，利于盖板200相对于靶材卡盘300和靶材的位置的调整，进而使喷砂区能够精确暴露，提高喷砂的精确度；第四，有机玻璃的成本低，包括盖板200的靶材喷砂夹具的成本低，从而降低了喷砂处理的成本。

当所述盖板200的材料为金属时，该金属的硬度较小。如盖板200的材料可为铝。由于盖板200的硬度较低，盖板200对溅射区的影响较小，不易对溅射区造成损伤。

参考图5和图6，为本实施例所提供的靶材喷砂夹具中连接件400的示意图，其中，图5为连接件400的俯视图，图6为图5中连接件400沿CC方向的剖视图。

具体的，每个连接件400包括第一端402和第二端404。所述第一端402能够固定在所述第一凹槽302外的靶材卡盘300上，所述第二端404能够固定在所述盖板200上，每个所述连接件400与所述靶材的喷砂区（图未示）具有距离h₃。所述连接件400与所述靶材的喷砂区（图未示）的距离h₃与所述连接件400的宽度W₂的比值h₃:W₂范围为1:1～2:1。例如，比值h₃:W₂为1:1、3:2或2:1等，以在喷砂处理过程中利于位于连接件下方喷砂区的喷砂处理。例如，连接件400与所述靶材的喷砂区（图未示）的距离h₃可为60mm～90mm，所述连接件400的宽度W₂可为40mm～60mm。

本实施例中，所述连接件400的材料为金属，如45#的钢，此时，连接件400的强度高，可通过对剖面如图6的钢带进行切割形成，具有易制造、成本低的优点。但本发明不限于此。

参考图7，为使用图1至图6中靶材喷砂夹具对待进行喷砂的靶材100进行喷砂处理时，组装完成后的靶材喷砂夹具的俯视图。图7中，所述连接件400的第一端402通过螺纹连接方式固定在所述靶材卡盘300上，所述连接件400的第二端404通过螺纹连接方式固定在所述盖板200上。

具体的，参考图1、图5和图7，所述第一凹槽302外的靶材卡盘300上还设置有第一螺孔306，所述连接件400的第一端402上还设置有第二螺孔406，所述连接件400的第一端402通过穿过第一螺孔306和第二螺孔406的第一螺母500固定在所述靶材卡盘300上。参考图3、图5和图7，所述盖板200上还设置有第三螺孔206，所述连接件400的第二端404上设置有第四螺孔408，所述连接件400的第二端404通过穿过第三螺孔206和第四螺孔408的第二螺母600固定在所述盖板200上。

本实施例中，所述第一螺孔306、第二螺孔406、第三螺孔206和第四螺孔408的直径为8mm，其能够保证施加于靶材卡盘300、盖板200和连接件400上的力适当，保证靶材100能够固定于靶材卡盘300和盖板200之间不发生偏移。但本发明不限于此。

在其他实施例中，当连接件400和盖板200的材料均为金属时，连接件400的第二端404还能够通过焊接方式固定在所述盖板200上，使连接件400的第一端402通过螺纹连接方式固定在所述靶材焊盘300上。此时，在将靶材100固定于靶材喷砂夹具时，能够省略将连接件400的第二端404固定于盖板200的步骤，步骤简单、效率高。

本实施例中，所述靶材喷砂夹具包括四个连接件。在其他实施例中，所述靶材喷砂夹具还可包括两个、三个或者五个以上个连接件，本发明对此不做限制。

本实施例中，由于靶材100的溅射区能够被盖板精确覆盖，在对靶材100的喷砂区进行喷砂处理时，靶材喷砂夹具能够对靶材100的溅射区进行保护，实现对靶材的喷砂区进行精确喷砂，使所形成的喷砂区位置准确，保证喷砂区的尺寸、精度符合要求。

而且，对于形状相同的靶材，当靶材中喷砂区的位置也相同时，能够通过同一个靶材喷砂夹具进行喷砂处理，喷砂夹具能够反复利用，利于批量生产，降低了单个靶材进行喷砂处理的成本。

相对于现有在靶材100的溅射面上贴胶带和对胶带进行切割的步骤，靶材喷砂夹具组装简单，靶材喷砂夹具能够在保证喷砂质量的同时提高喷砂效率。另外，由于不需要在溅射面上贴胶带和对胶带进行切割，可避免在溅射面上留下划痕，避免对反溅射膜的粘附造成影响，也可以有效节约胶带成本，进行喷砂处理过程中不会产生的废弃物，环保无污染。

本发明还提供了一种利用图1至图7中靶材喷砂夹具对靶材100进行喷砂的靶材喷砂方法，具体可包括如下步骤：

提供包括图1至图7中靶材卡盘300、盖板200和连接件400的靶材喷砂夹具，所述连接件400的第二端404固定在所述盖板200上；

将待进行喷砂的靶材100置于所述靶材卡盘300的第一凹槽302中，所述靶材100的溅射区与所述第一凹槽302的底面相背；

将所述盖板200覆盖于所述溅射区上，所述盖板200的第二凹槽202的底面和侧壁覆盖在所述溅射区上，并将所述连接件400的第一端402固定在所述第一凹槽302外的靶材卡盘300上；

对靶材100的喷砂区进行喷砂处理。

具体的，在将待进行喷砂的靶材100置于所述靶材卡盘300的第一凹槽302中之前，还可包括：在靶材100的背面（与溅射面相对的表面）上贴胶带，防止靶材喷砂夹具将靶材100划伤；或者，还可包括：在靶材100最外周不需要进行喷砂处理的表面上贴胶带，保护喷砂区外边缘的靶材100；或者，还可包括：清理靶材卡盘300中第一凹槽302的底部和侧壁，避免残留于第一凹槽302内的杂质将靶材100划伤，在清理之后，在第一凹槽302的底面贴胶带，防止夹具磕伤靶材100表面。

在将待进行喷砂的靶材100置于所述靶材卡盘300的第一凹槽302之后，还可包括：确认靶材100是否放平；或者，还可包括：在靶材100边缘和第一凹槽302外靶材卡盘300之间贴胶带，防止喷砂处理时砂粒落入第一凹槽302中划伤靶材100。

在将所述连接件400的第一端402固定在所述第一凹槽302外的靶材卡盘300上之后，还可包括：采用厚度为0.08mm的塑料片在盖板200和溅射面之间的缝隙进行试塞，确保任意位置均不可塞入，盖板200与靶材的溅射区贴合良好，利于后续喷砂处理的精确进行，确保所形成喷砂区的尺寸、精度符合要求。

虽然本发明披露如上，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 (11)

1.一种靶材喷砂夹具，其特征在于，包括：

靶材卡盘，所述靶材卡盘设置有第一凹槽，所述第一凹槽用于容纳靶材；

盖板，所述盖板位于所述靶材的溅射区上，用于保护所述溅射区；

连接件，所述连接件的个数大于或者等于两个，每个所述连接件包括第一端和第二端，所述第一端能够固定在所述第一凹槽外的靶材卡盘上，所述第二端能够固定在所述盖板上，每个所述连接件与所述靶材的喷砂区具有距离。

2.如权利要求1所述的靶材喷砂夹具，其特征在于，所述第一凹槽的深度比所述靶材的厚度大0.2mm～0.3mm，所述第一凹槽侧壁与所述靶材的边缘之间的距离为0.2mm～0.3mm。

3.如权利要求1所述的靶材喷砂夹具，其特征在于，所述盖板的材料为金属，所述连接件的材料为金属。

4.如权利要求3所述的靶材喷砂夹具，其特征在于，所述连接件的第一端通过螺纹连接方式固定在所述靶材卡盘上，所述连接件的第二端通过焊接方式固定在所述盖板上。

5.如权利要求1所述的靶材喷砂夹具，其特征在于，所述盖板的材料为有机玻璃或者PVC。

6.如权利要求3或5所述的靶材喷砂夹具，其特征在于，所述连接件的第一端通过螺纹连接方式固定在所述靶材卡盘上，所述连接件的第二端通过螺纹连接方式固定在所述盖板上。

7.如权利要求1所述的靶材喷砂夹具，其特征在于，所述第一凹槽外的靶材卡盘上设置有两个以上开口，所述开口的深度大于或者等于所述第一凹槽的深度。

8.如权利要求1所述的靶材喷砂夹具，其特征在于，所述连接件与所述靶材的喷砂区的距离与所述连接件的宽度的比值范围为1:1～2:1。

9.如权利要求1所述的靶材喷砂夹具，其特征在于，所述靶材卡盘的材料为铝。

10.如权利要求1所述的靶材喷砂夹具，其特征在于，所述盖板设置有第二凹槽，所述第二凹槽的尺寸和形状分别与所述靶材的溅射区的尺寸和形状对应。

11.一种靶材喷砂方法，其特征在于，包括：

提供权利要求1～10任一项所述靶材喷砂夹具，所述连接件的第二端固定在所述盖板上；

将待进行喷砂的靶材置于所述靶材卡盘的第一凹槽中，所述靶材的溅射区与所述第一凹槽的底面相背；

将所述盖板覆盖于所述溅射区上，并将所述连接件的第一端固定在所述第一凹槽外的靶材卡盘上；

对靶材的喷砂区进行喷砂处理。