CN112475788A - 铜聚焦环的制造方法 - Google Patents

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张晓娜
张延宾
李勇军
冯昭伟
李嘉
肖长朋
宋泽鹏
蒋媛媛
郭凤歧
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    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass

Abstract

本发明公开了属于磁控溅射靶材制造领域的一种铜聚焦环的制造方法；其中先对准备好的铜锭进行热锻处理，加工成预制铜条；再对预制铜条进行调平，切割成预定尺寸的铜板条；对铜板条进行卷圆处理，制成环状的开口铜环，焊接开口铜环的铜环接口，并将制成的闭口铜环车加工到成品尺寸；在闭口铜环外表面的相应位置车削加工出焊接槽，将预制好的圆柱状连接部件放入焊接槽中并对圆柱状连接部件焊接；最后铣加工出开口，制成开口的铜聚焦溅射环。本发明先通过对热锻处理后的铜锭进行水冷急速冷却，提高了铜环的强度和硬度；最后采用电子束点焊与电子束封焊结合的方式将圆柱状连接部件焊接到铜环上，保证焊接位置外观和聚焦环安装效果。

Description

铜聚焦环的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体磁控溅射领域，尤其涉及一种能约束溅射粒子运动轨迹的铜聚焦环。
背景技术
磁控溅射技术是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)中的一种，是芯片生产制造中的一种薄膜沉积技术，利用高能粒子轰击靶材表面，溅射出的中性靶材原子或原子团沉积到衬底上，形成均匀薄膜层。
实际在溅射过程中，高能粒子从各个方向轰击靶材表面，从靶材表面逸出的靶材原子会从各个方向沿直线沉积到衬底上，因此无法保证衬底沉积薄膜的均匀性。为解决此问题，靶材和衬底之间通常放置一个聚焦环，用于改变磁场，使靶材集中溅射到衬底上，并且利用聚焦环的粗糙表面，吸收杂质粒子，实现垂直角度填充深孔的目的，提高溅射质量。
如图1所示，将成品铜聚焦溅射环11放置于铜靶材10和晶圆12之间，成品铜聚焦溅射环11可有效约束靶材原子的运动轨迹，此外，成品铜聚焦溅射环11还可以吸附溅射过程中产生的颗粒物，防止颗粒物沉积到晶圆上，起到净化作用。
聚焦环由金属板条卷圆后加工而成，对金属环进行车加工、焊接等加工操作。因此要求金属环圆度高，厚度均匀性好，并且焊接质量要求高。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种铜聚焦环的制造方法，其特征在于，包括：
提供高纯铜锭；
铜锭进行热锻处理，水冷冷却，冷轧加工至预定厚度，加工成预制铜条；
对预制铜条进行调平，切割成预定尺寸的铜板条，并对铜板条的两端铣斜坡；
对铜板条进行卷圆处理，制成环状的开口铜环，焊接开口铜环的铜环接口，并将制成的闭口铜环车加工到成品尺寸；
在闭口铜环外表面的相应位置车削加工出焊接槽，将预制好的圆柱状连接部件放入焊接槽中并对圆柱状连接部件焊接；
铣加工出开口，制成开口的铜聚焦溅射环。
所述热锻处理包括多步预热、锻造步骤。
所述锻造步骤完成后，采用急速冷却步骤。
所述对预制铜板条进行调平，具体又包括：
先对所述铜板条进行热处理，加热升温至400℃～500℃，保温60min～90min，随后使用矫平机进行趁热调平，直至铜板条的每米弯曲度小于或者等于0.5mm。
所述铜板条长度为1210±2mm，宽度为54±1mm，厚度为7±1mm。所述铜板条的每米弯曲度小于或者等于0.5mm。
所述斜坡的坡度为2～5°。
所述开口铜环两端开口距离小于或者等于10mm。
所述对铜环接口进行焊接的方式为电子束焊接。
所述对连接位置焊接的方式为采用电子束点焊，电子束封焊结合的方式。
所述制成开口的铜聚焦溅射环之后，对所述铜聚焦环进行尺寸检测和填充惰性气体包装。
本发明的有益效果在于：
1.通过对热锻处理后的铜锭进行水冷急速冷却，提高了铜环的强度和硬度，避免铜聚焦环在使用过程中发生形变。
2.对铜条进行调平处理，使得铜条表面平坦，保证后续铜聚焦环厚度均一。
3.卷圆前铣铜条两端对称斜坡，目的是为了保证端口焊接后的焊缝宽度，从而保证铜环成品尺寸。
4.采用电子束点焊与电子束封焊结合的方式将圆柱状连接部件焊接到铜环上，不仅可保证焊接位置外观，还可保证聚焦环安装效果。
附图说明
图1为应用时铜聚焦溅射环、溅射环、衬底的相对位置示意图；
图2本发明一种铜聚焦环的制造方法实施例的流程示意图；
图3a为本发明的实施例中铜板条两端铣斜坡后的正视图；
图3b为本发明的实施例中铜板条卷圆过程的示意图；
图4为本发明的实施例中带焊接槽的闭口铜环的示意图；
图5为本发明的实施例中圆柱状连接部件焊接之前的局部示意图；
图6a为本发明的实施例中圆柱状连接部件电子束点焊后带连接件铜环的局部示意图；
图6b为本发明的实施例中圆柱状连接部件电子束封焊后带连接件铜环的局部示意图；
图7为本发明的实施例中焊接圆柱状连接部件后带连接件铜环的结构示意图；
图8为本发明的实施例中成品铜聚焦溅射环的正视图。
其中：
10-铜靶材，11-铜聚焦溅射环，12-晶圆，16-铜聚焦环，31-铜板条，32-开口铜环，40-闭口铜环，41-带连接件铜环，42-圆柱状连接部件，43-焊点。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图2所示的本发明实施例，包括以下步骤：
步骤1、提供高纯铜锭，高纯铜锭的纯度以铜聚焦环中铜含量要求为准；
步骤2、铜锭进行热锻处理，水冷冷却，冷轧加工至预定厚度，加工成预制铜条；
步骤3、对预制铜条进行调平，切割成预定尺寸的铜板条31，并对铜板条的两端(短边)铣斜坡；
步骤4、对铜板条31进行卷圆处理，制成环状的开口铜环32，焊接开口铜环32的铜环接口，并将制成的闭口铜环40车加工到成品尺寸；
步骤5、如图4～图7所示，对闭口铜环40的外表面进行车削加工，加工出焊接圆柱状连接部件42的焊接槽，制得带圆形焊接槽的闭口铜环40；随后将预制好的圆柱状连接部件42(Pin)放入焊接槽中，将圆柱状连接部件42与闭口铜环40焊接；
步骤6、对焊接圆柱状连接部件后的带连接件铜环41进行铣开口加工处理，制成如图8所示的开口的铜聚焦溅射环11。
本实施例中，高纯铜锭为圆柱状固体。
本实施例中，高纯铜锭的体积根据制取铜聚焦环的尺寸进行确定；具体的，本实施例以一个高纯铜锭制作4件铜聚焦环，高纯铜锭的体积不小于每件铜聚焦环的10倍。
本实施例中，所提供的高纯铜锭中的铜含量不低于99.99％。
本实施例中，焊接圆柱状连接部件42数量为7个。
步骤2具体又包括：
步骤21、对高纯铜锭进行包括多步预热和锻造步骤的热锻处理；具体的，先将高纯铜锭放入热处理炉中，对所述铜锭加热升温至400℃～500℃，保温120min～150min，再进行锻造。
步骤22、对高纯铜锭进行冷轧，形成铜条，单向轧制，单道次变形量为10～12％，直到高纯铜锭被轧制到预定厚度的铜条。
在步骤21的热锻处理锻造完成后，采用急速冷却步骤，具体的，急速冷却步骤为水冷。
步骤3具体又包括：
步骤31、先对所述铜条进行热处理，加热升温至400℃～500℃，保温60min～90min，随后使用矫平机进行趁热调平，直至铜条的每米弯曲度小于或者等于0.5mm；轧制成铜条后，为保证后续铜聚焦环16厚度均一，需要对铜条进行调平处理。
步骤32、对铜条进行水刀切割，形成铜板条；铜板条长度为1210±2mm，宽度为54±1mm，厚度为7±1mm。铜板条的每米弯曲度小于或者等于0.5mm，从而保证后续铜聚焦环的厚度尺寸均匀一致性。
步骤33、如图3a所示，将铜板条31的两端铣3～5°斜坡，两端斜坡对称，标记长面为外环面，短面为内环面；
步骤4具体又包括：
步骤41、如图3b所示，对铜板条31进行卷圆处理使铜板条31首尾相连形成开口铜环32；
步骤42、对开口铜环32进行焊接形成闭口铜环40；
步骤43、对焊接后的闭口铜环进行矫圆处理。
在步骤41中，对铜板条31进行卷圆的方式为，使用卷圆机将条状的铜条31卷成环状，直至首尾相连形成铜环32；
在步骤41中，铜环32两端开口距离小于或者等于10mm，具体的，铜环32两端开口距离为小于等于2mm。
在步骤42中，对铜环接口进行焊接的方式为电子束焊接。
在步骤5中，所使用的焊接为电子束焊接，先将预制好的圆柱状连接部件42的底座放入闭口铜环40的焊接槽内，再进行焊接；具体的，先采用电子束点焊，再采用电子束封焊的方式将圆柱状连接部件42的底座与闭口铜环40的焊接槽边缘焊接，其中，电子束点焊采用4点焊接，焊点43均匀分布于焊接位置，电子束封焊后外观覆盖焊点43，使焊接位置焊接平滑完整。既保证焊接位置外观，又保证聚焦环安装效果。
在步骤6后，还可以继续进行步骤6A：对铜聚焦溅射环11进行尺寸检测。具体的，可使用三坐标测量仪检测铜聚焦溅射环11的内外径、厚度和圆柱状连接部件42的角度。
在步骤6或步骤6A之后，还可以继续进行步骤6B：对铜聚焦溅射环11进行充气包装；具体的，在充气包装之前，可用金属表面处理剂等清洗液对铜聚焦环进行清洗，然后用酒精、清水进行清洗，清洗完毕后，烘干；并对铜聚焦溅射环11进行填充惰性气体包装；具体的，所使用的惰性气体为氩气。
本发明所提供的技术方案中，通过对热锻处理后的铜锭进行水冷急速冷却，提高了铜环的强度和硬度，避免铜聚焦环在使用过程中发生形变。继续对铜条进行调平处理，使得铜条表面平坦，保证后续铜聚焦环厚度均一性。卷圆前铣铜条两端对称斜坡，目的是为了保证端口焊接后的焊缝宽度，从而保证铜环成品尺寸。
进一步，采用电子束点焊与电子束封焊结合的方式将圆柱状连接部件焊接到铜环上，可保证焊接位置外观，保证聚焦环安装效果。

Claims (10)

1.铜聚焦环的制造方法，其特征在于，包括：
提供高纯铜锭；
铜锭进行热锻处理，水冷冷却，冷轧加工至预定厚度，加工成预制铜条；
对预制铜条进行调平，切割成预定尺寸的铜板条，并对铜板条的两端铣斜坡；
对铜板条进行卷圆处理，制成环状的开口铜环，焊接开口铜环的铜环接口，并将制成的闭口铜环车加工到成品尺寸；
在闭口铜环外表面的相应位置铣出焊接槽，将预制好的圆柱状连接部件置入焊接槽中并对连接位置焊接；
铣加工出开口，制成开口的铜聚焦溅射环。
2.根据权利要求1所述的铜聚焦环的制造方法，其特征在于，所述热锻处理包括多步预热、锻造步骤。
3.根据权利要求1所述的铜聚焦环的制造方法，其特征在于，所述锻造步骤完成后，采用急速冷却步骤。
4.根据权利要求1所述的铜聚焦环的制造方法，其特征在于，所述对预制铜板条进行调平，具体又包括：
先对所述铜板条进行热处理，加热升温至400℃～500℃，保温60min～90min，随后使用矫平机进行趁热调平，直至铜板条的每米弯曲度小于或者等于0.5mm。
5.根据权利要求1所述的铜聚焦环的制造方法，其特征在于，所述铜板条长度为1210±2mm，宽度为54±1mm，厚度为7±1mm。所述铜板条的每米弯曲度小于或者等于0.5mm。
6.根据权利要求1所述的铜聚焦环的制造方法，其特征在于，所述斜坡的坡度为3～5°。
7.根据权利要求1所述的铜聚焦环的制造方法，其特征在于，所述开口铜环两端开口距离小于或者等于10mm。
8.根据权利要求1所述的铜聚焦环的制造方法，其特征在于，所述对铜环接口进行焊接的方式为电子束焊接。
9.根据权利要求1所述的铜聚焦环的制造方法，其特征在于，所述对连接位置焊接的方式为采用电子束点焊，电子束封焊结合的方式。
10.根据权利要求1所述的铜聚焦环的制造方法，其特征在于，所述制成开口的铜聚焦溅射环之后，对所述铜聚焦环进行尺寸检测和填充惰性气体包装。
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