CN112658804B - 一种半导体聚焦环的加工设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体聚焦环的加工设备及方法，所述加工设备包括旋转组件、支撑组件、探测组件、对刀仪和信号接收器，所述支撑组件安装于旋转组件的一端，所述支撑组件呈环形，其外侧安装聚焦环，所述探测组件设置于支撑组件上方，所述对刀仪设置于旋转组件上方，所述探测组件与信号接收器连接。本发明通过对聚焦环加工设备进行自动化改进，在旋转组件和支撑组件的基础上增加探测组件、信号接收器以及对刀仪，配合自动加工程序，实现聚焦环铣孔加工时自动测量环件直径、圆度等参数，并自动进行分中、对刀和孔加工，简化人工操作步骤，降低操作强度，提高了加工效率及设备利用率，同时降低出错率，提高聚焦环加工成品率，适用范围更广。

Description

一种半导体聚焦环的加工设备及方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种半导体聚焦环的加工设备及方法。

背景技术

随着半导体技术的快速发展，作为半导体产品重要制备方法的溅射镀膜法也得以不断发展，通常情况下，溅射镀膜过程中，金属离子从靶材表面溅射出来，沿多个不同方向离开靶材表面，使得到达基板上的靶材较少，为减少靶材的浪费，通常使用聚焦环对金属离子进行汇聚，即聚焦环通常作为靶材溅射的配套组件来使用。

聚焦环的结构通常为圆环形，其生产加工过程的工序繁多，多个加工工序都会对圆度造成影响，而且聚焦环基本结构成型后，为了后续的安装与使用，还需要进行辅助结构的加工，如在圆环外侧加工凸台或者铣孔，聚焦环的铣孔加工，需要人工把环件安装到加工设备上，再进行分中对刀以测量圆度和直径，操作步骤繁琐，劳动强度大，生产效率低。

CN 106734458A公开了一种聚焦环凸台的加工方法，包括：提供棒材；利用冲压法对所述棒材进行加工，使所述棒材一端受挤压而凸出棒材表面形成初始凸缘，另一端形成初始台体，所述初始凸缘和初始台体构成初始凸台，所述棒材受挤压的端部为第一端；对所述初始凸台进行加工，使所述初始凸缘加工为所述凸缘且使所述初始台体加工为所述台体；其中，通过冲压的方法对所述棒材进行加工。该方法中重点介绍的是聚焦环凸台结构的加工，与聚焦环孔加工属于两种不同的加工方式，且该方法中聚焦环仍为实心结构，未涉及到环状结构的加工及圆度的控制。

CN 211170799U公开了一种靶材配套聚焦环的热处理工装，所述热处理工装包括夹紧装置和反撑装置，反撑装置反撑在靶材配套聚焦环的内部，夹紧装置夹紧靶材配套聚焦环的开口处；反撑装置包括：中心轴，中心筒和反撑杆；螺旋手柄滑动穿插在中心筒顶部的圆孔中，中心轴连接柱和中心轴圆台安装在中心筒内部，中心轴圆台和中心筒通过螺纹连接，中心轴通过旋转可以在中心筒内上下移动；夹紧装置通过螺栓固定内板和外板。该热处理工装的主要作用在于避免聚焦环的变形，保证其圆度，主要涉及聚焦环自身的制备，同样没有涉及聚焦环上的铣孔加工。

综上所述，对于聚焦环的加工，尤其是聚焦环的铣孔加工，还需要选择合适的加工设备，以实现该加工过程的自动化进行，简化操作，降低劳动强度，提高设备生产效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种半导体聚焦环的加工设备及方法，所述设备通过对聚焦环加工设备进行自动化改进，在旋转组件和支撑组件的基础上增加探测组件、信号接收器以及对刀仪，配合自动加工程序，实现聚焦环铣孔加工时自动测量环件参数，并自动进行分中、对刀和孔加工，降低了加工人员的操作强度，降低出错率，提高了设备生产效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种半导体聚焦环的加工设备，其特征在于，所述加工设备包括旋转组件、支撑组件、探测组件、对刀仪和信号接收器，所述支撑组件安装于旋转组件的一端，所述支撑组件呈环形，其外侧安装聚焦环，所述探测组件设置于支撑组件上方，所述对刀仪设置于旋转组件上方，所述探测组件与信号接收器连接。

本发明中，聚焦环基本环形结构完成后，侧面铣孔主要是便于后续安装到溅射设备中使用，铣孔加工设备基本组件包括旋转组件、支撑组件，用于固定聚焦环，并采用探测组件、对刀仪和信号接收器等组件对待加工聚焦环进行加工准备，测量、计算环件的直径和圆度，通过分中、对刀确定孔的加工位置，该过程可通过加工程序的设定自动完成，简化了人工操作，降低出错率，并提高加工效率，提高设备利用率。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述支撑组件设有开口缝隙。

本发明中，所述支撑组件设有开口缝隙，使得其直径可进行微调，以适当相近尺寸的聚焦环件的安装，聚焦环环绕在外侧时，可以撑紧聚焦环，有助于加工稳定性的提高。

优选地，所述支撑组件由呈阶梯状的两部分构成，两部分的内径相同，外径不同。

优选地，所述支撑组件中，外径较大的部分的半径比外径较小部分的半径大10～20mm，例如10mm、12mm、14mm、16mm、18mm或20mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述支撑组件的内腔设有支撑爪，所述支撑爪与支撑组件的内壁接触。

优选地，所述支撑爪固定安装于旋转组件的一端，与旋转组件共同带动支撑组件旋转。

优选地，所述支撑爪的数量至少为三个，例如三个、四个或五个等，沿圆周均匀设置。

本发明中，支撑组件安装于旋转组件时，为了避免支撑组件的变形，其内侧设置支撑爪，支撑在支撑组件的内壁上。

优选地，所述聚焦环安装于外径较小的支撑组件部分的外侧，所述聚焦环的内壁与外径较小的支撑组件部分的外壁接触。

优选地，所述支撑组件中外径较大的部分均匀设有缺口。

优选地，所述缺口的数量至少为三个，例如三个、四个或五个等，沿圆周均匀布置。

优选地，每个所述缺口的宽度为20～30mm，例如20mm、22mm、24mm、25mm、27mm、28mm或30mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述支撑组件的主体部分外部安装聚焦环，两者壁面相接触，而支撑组件之所以分为两部分，且另一部分的外径稍大于安装聚焦环的部分，通过在该部分设置缺口便于后续铣孔加工时的分中操作，以确定孔的加工位置；

本发明中，所述缺口的形状呈圆弧形，与原支撑组件的边缘弧线相匹配，通常选择缺口的底部稍低于支撑组件外径较小的部分的表面，便于测量缺口位置边缘点的坐标，从而能够确定聚焦环外表面的测量中心点。

作为本发明优选的技术方案，所述探测组件为探测头，所述探测组件为可移动组件，测量时与聚焦环接触。

优选地，所述对刀仪为自动对刀仪。

优选地，由所述信号接收器的显示数据计算得到聚焦环的直径、圆度以及待铣孔点的相对高度差。

作为本发明优选的技术方案，所述加工设备还包括控制单元，所述控制单元与通过信号线独立地与信号接收器、对刀仪连接。

优选地，所述控制单元內载加工程序，控制聚焦环侧面孔的加工。

本发明中，所述聚焦环的侧面铣孔加工过程整体在机床上进行，所述加工设备为机床的一部分，所述加工程序控制机床的运行，通过脉冲信号控制机床的伺服电机来保证机床的运动，信号接收器在接收到探测头的信号后，会发送一个脉冲信号给机床的控制单元，控制单元在接受到信号后，会根据之前程序给出特定的计算指令，计算得出相关数据。

另一方面，本发明提供了一种采用上述设备进行聚焦环加工的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将待加工的聚焦环安装到支撑组件外侧，然后将聚焦环和支撑组件整体安装于旋转组件的一端；

(2)启动加工设备，选择铣孔点，通过探测组件测量聚焦环的直径和圆度，对刀后按照加工程序进行孔加工，得到侧面铣孔的聚焦环。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述聚焦环与支撑组件的尺寸相匹配，安装后聚焦环的内壁与支撑组件的外壁接触。

优选地，所述支撑组件设有开口缝隙，调节其尺寸大小，使之能够撑紧聚焦环。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述聚焦环和支撑组件整体安装时，支撑组件的内腔设置支撑爪。

优选地，所述支撑组件由呈阶梯状的两部分构成，尺寸较小的部分安装聚焦环，尺寸较大的部分的圆周上设有缺口。

优选地，所述聚焦环的材质包括钽、钛或铜中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：钽和钛的组合，钛和铜的组合，钽、钛和铜的组合。

优选地，所述支撑组件的材质包括铝或铝合金。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述启动加工设备后，加工程序开始运行。

优选地，选择聚焦环上对应支撑组件缺口位置的边缘点，采用探测组件进行测量，根据其平均值确定中心点。

优选地，以所述中心点为参考点，再次采用探测组件测量待铣孔点，计算聚焦环的直径、圆度以及待铣孔点相对参考点的高度差。

本发明中，加工程序设定并开始运行后，初始位置时聚焦环表面上的最高位置为一条轴线，以该轴线的中点为测试中心点，再依次选择需要不同的对称点作为待铣孔点，根据其位置坐标计算环件的直径、圆度，并根据需要确定各点的铣孔深度。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述对刀为采用自动对刀仪与铣刀对接，然后采用铣刀进行孔加工。

优选地，根据聚焦环的直径以及待铣孔点的位置，随旋转组件带动聚焦环转动过程中依次完成各铣孔点的孔加工。

优选地，所述铣孔点的孔深度相同。

优选地，所述铣孔点的孔深度为聚焦环厚度的30％～40％，例如30％、32％、34％、35％、36％、38％或40％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述设备通过对聚焦环加工设备进行自动化改进，在旋转组件和支撑组件的基础上增加探测组件、信号接收器以及对刀仪，配合自动加工程序，实现聚焦环铣孔加工时自动测量环件直径、圆度等参数，并自动进行分中、对刀和孔加工，简化人工操作步骤，降低加工人员的操作强度，提高了加工效率，设备利用率提高12％～15％，同时降低出错率，聚焦环加工成品率达到99.9％以上。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的半导体聚焦环加工设备的局部结构正面示意图；

图2是本发明实施例1提供的半导体聚焦环加工设备的局部结构侧面示意图；

其中，1-支撑组件，2-聚焦环，3-开口缝隙，4-缺口，5-支撑爪，6-旋转组件。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施方式部分提供了一种半导体聚焦环的加工设备，所述加工设备包括旋转组件6、支撑组件1、探测组件、对刀仪和信号接收器，所述支撑组件1安装于旋转组件6的一端，所述支撑组件1呈环形，其外侧安装聚焦环2，所述探测组件设置于支撑组件1上方，所述对刀仪设置于旋转组件上方，所述探测组件与信号接收器连接。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种半导体聚焦环的加工设备，所述加工设备包括旋转组件6、支撑组件1、探测组件、对刀仪和信号接收器，其局部结构正面示意图如图1所示，该局部结构的侧面示意图如图2所示，所述支撑组件1安装于旋转组件6的一端，所述支撑组件1呈环形，其外侧安装聚焦环2，所述探测组件设置于支撑组件1上方，所述对刀仪设置于旋转组件6上方，所述探测组件与信号接收器连接。

所述支撑组件1设有开口缝隙3。

所述支撑组件1由呈阶梯状的两部分构成，两部分的内径相同，外径不同，其中，外径较大的部分的半径比外径较小部分的半径大15mm。

所述支撑组件1的内腔设有支撑爪5，所述支撑爪5与支撑组件1的内壁接触。所述支撑爪5固定安装于旋转组件6的一端，与旋转组件6共同带动支撑组件1旋转。

所述支撑爪5的数量为三个，沿圆周均匀设置。

所述聚焦环2安装于外径较小的支撑组件1部分的外侧，所述聚焦环2的内壁与外径较小的支撑组件1部分的外壁接触。

所述支撑组件1中外径较大的部分均匀设有缺口4。

所述缺口4的数量为三个，沿圆周均匀布置；每个所述缺口4的宽度为25mm。

所述探测组件为探测头，所述探测组件为可移动组件，测量时与聚焦环2接触。

所述对刀仪为自动对刀仪。

所述加工设备还包括控制单元，所述控制单元通过信号线独立地与信号接收器、对刀仪连接。

所述控制单元內载加工程序，控制聚焦环2侧面孔的加工。

实施例2：

本实施例提供了一种半导体聚焦环的加工设备，所述加工设备包括旋转组件6、支撑组件1、探测组件、对刀仪和信号接收器，所述支撑组件1安装于旋转组件6的一端，所述支撑组件1呈环形，其外侧安装聚焦环2，所述探测组件设置于支撑组件1上方，所述对刀仪设置于旋转组件6上方，所述探测组件与信号接收器连接。

所述支撑组件1设有开口缝隙3。

所述支撑组件1由呈阶梯状的两部分构成，两部分的内径相同，外径不同，其中，外径较大的部分的半径比外径较小部分的半径大20mm。

所述支撑组件1的内腔设有支撑爪5，所述支撑爪5与支撑组件1的内壁接触。所述支撑爪5固定安装于旋转组件6的一端，与旋转组件6共同带动支撑组件1旋转。

所述支撑爪5的数量为四个，沿圆周均匀设置。

所述聚焦环2安装于外径较小的支撑组件1部分的外侧，所述聚焦环2的内壁与外径较小的支撑组件1部分的外壁接触。

所述支撑组件1中外径较大的部分均匀设有缺口4。

所述缺口4的数量为四个，沿圆周均匀布置；每个所述缺口4的宽度为30mm。

所述探测组件为探测头，所述探测组件为可移动组件，测量时与聚焦环2接触。

所述对刀仪为自动对刀仪。

所述加工设备还包括控制单元，所述控制单元通过信号线独立地与信号接收器、对刀仪连接。

所述控制单元內载加工程序，控制聚焦环2侧面孔的加工。

实施例3：

本实施例提供了一种半导体聚焦环的加工设备，所述加工设备包括旋转组件6、支撑组件1、探测组件、对刀仪和信号接收器，所述支撑组件1安装于旋转组件6的一端，所述支撑组件1呈环形，其外侧安装聚焦环2，所述探测组件设置于支撑组件1上方，所述对刀仪设置于旋转组件6上方，所述探测组件与信号接收器连接。

所述支撑组件1设有开口缝隙3。

所述支撑组件1由呈阶梯状的两部分构成，两部分的内径相同，外径不同，其中，外径较大的部分的半径比外径较小部分的半径大10mm。

所述支撑组件1的内腔设有支撑爪5，所述支撑爪5与支撑组件1的内壁接触；所述支撑爪5固定安装于旋转组件6的一端，与旋转组件6共同带动支撑组件1旋转。

所述支撑爪5的数量为四个，沿圆周均匀设置。

所述聚焦环2安装于外径较小的支撑组件1部分的外侧，所述聚焦环2的内壁与外径较小的支撑组件1部分的外壁接触。

所述支撑组件1中外径较大的部分均匀设有缺口4。

所述缺口4的数量为六个，沿圆周均匀布置；每个所述缺口4的宽度为20mm。

所述探测组件为探测头，所述探测组件为可移动组件，测量时与聚焦环2接触。

所述对刀仪为自动对刀仪。

所述加工设备还包括控制单元，所述控制单元通过信号线独立地与信号接收器、对刀仪连接。

所述控制单元內载加工程序，控制聚焦环2侧面孔的加工。

实施例4：

本实施例提供了一种半导体聚焦环加工方法，所述方法采用实施例1中的设备进行，包括以下步骤：

(1)将待加工的聚焦环2安装到支撑组件1外侧，所述聚焦环2的材质为钽，所述支撑组件1的材质为铝，所述聚焦环2与支撑组件1的尺寸相匹配，安装后聚焦环2的内壁与支撑组件1的外壁接触，然后将聚焦环2和支撑组件1整体安装于旋转组件6的一端，其中支撑组件1的内腔设置支撑爪5；

(2)启动加工设备，选择聚焦环2上对应支撑组件1缺口4位置的边缘点，采用探测组件进行测量，根据其平均值确定中心点，选择8个待铣孔点，以所述中心点为参考点，再次采用探测组件测量待铣孔点，计算聚焦环2的直径、圆度以及待铣孔点相对参考点的高度差，采用自动对刀仪与铣刀对接，然后采用铣刀开始铣孔加工，在旋转组件6带动聚焦环2转动过程中采用铣刀依次完成各铣孔点的孔加工，所述铣孔点的孔深度相同，为聚焦环2厚度的30％，得到侧面铣孔的聚焦环。

实施例5：

本实施例提供了一种半导体聚焦环加工方法，所述方法采用实施例2中的设备进行，包括以下步骤：

(1)将待加工的聚焦环2安装到支撑组件1外侧，所述聚焦环2的材质为钛，所述支撑组件1的材质为铝合金，所述聚焦环2与支撑组件1的尺寸相匹配，安装后聚焦环2的内壁与支撑组件1的外壁接触，然后将聚焦环2和支撑组件1整体安装于旋转组件6的一端，其中支撑组件1的内腔设置支撑爪5；

(2)启动加工设备，选择聚焦环2上对应支撑组件1缺口4位置的边缘点，采用探测组件进行测量，根据其平均值确定中心点，选择6个待铣孔点，以所述中心点为参考点，再次采用探测组件测量待铣孔点，计算聚焦环2的直径、圆度以及待铣孔点相对参考点的高度差，采用自动对刀仪与铣刀对接，，然后采用铣刀开始铣孔加工，在旋转组件6带动聚焦环2转动过程中采用铣刀依次完成各铣孔点的孔加工，所述铣孔点的孔深度相同，为聚焦环2厚度的38％，得到侧面铣孔的聚焦环。

综合上述实施例可以看出，本发明所述设备通过对聚焦环加工设备进行自动化改进，在旋转组件和支撑组件的基础上增加探测组件、信号接收器以及对刀仪，配合自动加工程序，实现聚焦环铣孔加工时自动测量环件直径、圆度等参数，并自动进行分中、对刀和孔加工，简化人工操作步骤，降低加工人员的操作强度，提高了加工效率，设备利用率提高12％～15％，同时降低出错率，聚焦环加工成品率均可达到99.9％以上。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细设备与方法，但本发明并不局限于上述详细设备与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细设备与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明设备的等效替换及辅助组件的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (23)

1.一种半导体聚焦环的加工设备，其特征在于，所述加工设备用于实现聚焦环铣孔加工时自动测量环件参数，并自动进行分中、对刀和孔加工；所述加工设备包括旋转组件、支撑组件、探测组件、对刀仪和信号接收器，所述支撑组件安装于旋转组件的一端，所述支撑组件呈环形，其外侧安装聚焦环，所述支撑组件设有开口缝隙；所述支撑组件由呈阶梯状的两部分构成，两部分的内径相同，外径不同；所述支撑组件的内腔设有支撑爪，所述支撑爪与支撑组件的内壁接触，所述支撑爪固定安装于旋转组件的一端，与旋转组件共同带动支撑组件旋转；所述支撑组件中外径较大的部分均匀设有缺口；

所述探测组件设置于支撑组件上方，所述对刀仪设置于旋转组件上方，所述探测组件与信号接收器连接；所述探测组件为探测头，所述探测组件为可移动组件，测量时与聚焦环接触；由所述信号接收器的显示数据计算得到聚焦环的直径、圆度以及待铣孔点的相对高度差。

2.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述支撑组件中，外径较大的部分的半径比外径较小部分的半径大10～20mm。

3.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述支撑爪的数量至少为三个，沿圆周均匀设置。

4.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述聚焦环安装于外径较小的支撑组件部分的外侧，所述聚焦环的内壁与外径较小的支撑组件部分的外壁接触。

5.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述缺口的数量至少为三个，沿圆周均匀布置。

6.根据权利要求5所述的加工设备，其特征在于，每个所述缺口的宽度为20～30mm。

7.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述对刀仪为自动对刀仪。

8.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述加工设备还包括控制单元，所述控制单元通过信号线独立地与信号接收器、对刀仪连接。

9.根据权利要求8所述的加工设备，其特征在于，所述控制单元内载加工程序，控制聚焦环侧面孔的加工。

10.一种采用权利要求1-9任一项所述的设备进行聚焦环加工的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将待加工的聚焦环安装到支撑组件外侧，然后将聚焦环和支撑组件整体安装于旋转组件的一端；

(2)启动加工设备，选择铣孔点，通过探测组件测量聚焦环的直径和圆度，对刀后按照加工程序进行孔加工，得到侧面铣孔的聚焦环。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述聚焦环与支撑组件的尺寸相匹配，安装后聚焦环的内壁与支撑组件的外壁接触。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述支撑组件设有开口缝隙，调节其尺寸大小，使之能够撑紧聚焦环。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述聚焦环和支撑组件整体安装时，支撑组件的内腔设置支撑爪。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述支撑组件由呈阶梯状的两部分构成，尺寸较小的部分安装聚焦环，尺寸较大的部分的圆周上设有缺口。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述聚焦环的材质包括钽、钛或铜中任意一种或至少两种的组合。

16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述支撑组件的材质包括铝或铝合金。

17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述启动加工设备后，加工程序开始运行。

18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，选择聚焦环上对应支撑组件缺口位置的边缘点，采用探测组件进行测量，根据其平均值确定中心点。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，以所述中心点为参考点，再次采用探测组件测量待铣孔点，计算聚焦环的直径、圆度以及待铣孔点相对参考点的高度差。

20.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述对刀为采用自动对刀仪与铣刀对接，然后采用铣刀进行孔加工。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，根据聚焦环的直径以及待铣孔点的位置，随旋转组件带动聚焦环转动过程中依次完成各铣孔点的孔加工。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述铣孔点的孔深度相同。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述铣孔点的孔深度为聚焦环厚度的30％～40％。

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