专利名称：靶材表面喷砂系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体制造设备和工艺，尤其涉及一种靶材表面喷砂系统。
背景技术：
以一定能量的粒子(离子或中性原子、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逸出固体表面，这种溅出的、复杂的粒子散射过程称为溅射，被轰击 的固体材料称为靶材。目前，常应用溅射工艺进行薄膜沉积，需要沉积的薄膜材料决定靶材 的材质。例如，在半导体器件制作中，需要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。进一步地，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Al、Ta、Ti、Cu等金属。合金靶材为钽铝、镍铜、钽铬等。化合物靶 材为氧化硅、氧化铝。其中，靶材的表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，或者是不需要进行轰击 的区域。在薄膜沉积的溅射工艺中，溅射效果的好坏依赖于溅射腔室的清洁度。因为，即使 一个小小的碎片也会破坏沉积在基底表面的薄膜。但是在溅射过程中，高速离子轰击靶材溅射区，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域。 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。为了克服上面的问题，申请号200410083416. 0的中国专利申请提供一种具有改 进表面结构的溅射靶材。该背景专利申请对靶材的非溅射区进行粗糙化处理，利用喷砂对 所述非溅射区进行粗燥处理。提高了非溅射区粘黏性，使粗糙化后的非溅射区域能够更好 的粘附住沉积到非溅射区的靶材材料，防止其溢出的概率。但是，现有的喷砂技术主要用于普通产品的表面处理，所述处理方法较为简单，常 采用手工处理靶材喷砂靶材静止放置于装载台上，所述砂粒通过压缩机从手持喷砂工具 喷嘴中，喷射至靶材的待喷砂表面。其中，对于喷嘴的位置和角度没有固定，靶材的位置也 比较随意放置，这样的操作方法，往往导致靶材表面的粗糙度的均勻性不好，不能保证同一 批产品的结构稳定性。
实用新型内容本实用新型解决的问题是喷砂后靶材表面的粗糙度的均勻性不好，同一批产品的 结构不稳定性的问题。为解决上述问题，本实用新型提供一种靶材表面喷砂系统，包括固定靶材的基座，所述基座可受动力系统控制进行旋转；承载喷嘴的支架，所述支 架的一端连接有喷嘴。可选的，所述喷嘴能够以喷嘴与支架的连接处为中心进行转动。[0011]可选的，所述支架固定于底座上，所述支架相对于底座可以上下平动。可选的，所述底座具有凹槽，所述支架的另一端塞入于所述凹槽内。可选的，所述支架通过螺钉或螺栓固定于所述凹槽的特定位置内。可选的，所述支架一侧具有沟槽，喷嘴的一端插入所述沟槽内的不同位置处。可选的，所述喷嘴连接至喷砂设备，所述喷砂设备用于提供砂粒。本实用新型还提供一种靶材表面喷砂系统，包括环形滑轨，所述滑轨以靶材位置为圆心；承载喷嘴的支架，所述支架的一端连接有喷嘴；其中，所述喷嘴与支架的连接件位于所述滑轨上，并受动力系统控制可沿滑轨运 行。可选的，所述支架与滑轨之间通过滑轮接触。 可选的，所述喷嘴能够以喷嘴与支架的连接处为中心进行转动。可选的，所述支架固定于底座上，所述支架相对于底座可以上下平动。可选的，所述底座具有凹槽，所述支架的另一端塞入于所述凹槽内。可选的，所述支架通过螺钉或螺栓固定于所述凹槽的特定位置内。可选的，所述支架一侧具有沟槽，喷嘴的一端插入所述沟槽内的不同位置处。可选的，所述喷嘴连接至喷砂设备，所述喷砂设备用于提供砂粒。与现有技术相比，本实用新型通过在喷嘴固定不动的前提下，靶材做旋转进行喷 砂，提高喷砂后的靶材表面粗糙度的均勻性，进而提高靶材质量；本实用新型还可以通过在靶材固定不动的前提下，喷嘴做旋转运动进行喷砂，提 高喷砂后的靶材表面粗糙度的均勻性，进而提高靶材质量；喷嘴的位置可以进行上下调节，使得喷嘴可沿靶材的不同高度的侧面进行喷砂， 提高靶材表面粗糙度的均勻性，进而提高靶材质量。
图1至图6是本实用新型一个实施例的靶材表面喷砂系统及使用示意图；图7至图10是本实用新型又一个实施例的靶材表面喷砂系统及使用示意图。
具体实施方式
本实用新型应用于靶材表面喷砂方法中，通过设置靶材和喷嘴的相对位置，即选 择一方(如喷嘴)固定，另一方(如靶材)做旋转的方式进行喷砂表面喷砂，提高喷砂后的 靶材表面粗糙度的均勻性和一致性，进而提高靶材质量。图1为本实用新型靶材表面喷砂系统第一实施例。包括用于固定靶材的基座 010，所述基座010可受动力系统1控制进行旋转；承载喷嘴103的支架102，所述支架102 的一端连接有喷嘴103。所述喷嘴103能够以喷嘴103与支架102的连接处A为中心进行转动。其中，所述支架102固定于底座101上，所述支架102相对于底座101可以上下平 动。所述底座101具有凹槽，所述支架102的另一端塞入于所述凹槽内，并通过螺钉或螺栓 固定于所述凹槽的特定位置内。图1仅示出了用翼形螺钉进行固定的情况。[0035]进一步地，所述支架102和喷嘴103之间的连接还可如下所述支架102 —侧具有 沟槽，喷嘴103的一端插入所述沟槽内的不同位置处，以调整喷嘴相对于支架的高度。具体 为如图2所示，所述支架102的一侧具有沟槽104，并且所述沟槽104上设有数个连接孔 105，喷嘴103的一端上也具有与连接孔105同尺寸的孔，所述两孔通过螺栓或螺钉(图中 未标示)进行连接。同时，所述喷嘴103的一端还连接至喷砂设备，所述喷砂设备用于提供砂粒。下面就所述靶材表面喷砂系统的使用过程进行详细说明。首先提供图3所示的靶材结构，靶材030为具有对称轴的圆柱体，所述圆柱体的侧 面1001为非溅射区，两个圆形底面1002为溅射区，其中所述非溅射区即圆柱体侧面1001 为待喷砂区。所述靶材的材料为钽、铝、钛、铜之一。紧接着，使用如图1所示的靶材表面喷砂系统对所述靶材结构030进行喷砂。如 图4所示，将所述靶材030固定于基座010上；通过动力系统1旋转基座010。所述动力系 统可以为发动机。所述基座010为勻速旋转，旋转频率为0.1转每分 1转每分。位于基 座010上的靶材030也随之旋转，所述旋转频率与基座相同。所述基座010的旋转中心与 靶材030的对称轴重合。所述喷嘴103还连接至提供砂粒的喷砂设备(未图示)，所述砂粒通过喷嘴103喷射。 本实用新型选择每平方英寸内含有24粒白刚玉的24号白刚玉作为喷砂设备使用 的砂粒。举一个较佳实施例，喷砂设备采用气动式喷砂设备。气动式喷砂设备是由空气压 缩机供给压缩空气，压缩空气通过喷枪时造成负压将砂粒吸入并高速喷出喷嘴，形成砂流 喷射到零件表面。接着，将24号白刚玉倒入喷砂设备，使空压机气压为3. 0 X 105 5. 5 X 105Pa,气 压变幅为 0. 5X 105 1. OX 105Pa。继续参考图4，喷嘴103对准靶材030的非溅射面1001，即待喷砂的表面。所述非 溅射面1001和喷嘴103保持固定的距离，所述距离范围为145 155mm，所述喷嘴对准的方 向沿线与非溅射面1001垂直，即两者之间的角度为90°。用于处理靶材表面的砂粒从喷嘴103喷射出，附着于并粗糙化所述旋转的靶材 030的非溅射面1001。上面仅以气动式喷砂设备和夹角90°进行示例性说明，喷砂设备也可以使用离心 式喷砂设备，而喷嘴喷出的24号白刚玉方向与非溅射区表面的夹角也可以是90°。靶材结构也可以如图5所示，靶材031为圆台体，其中，圆台体031的侧面2001为 非溅射区，两个圆形底面2002为溅射区，其中所述非溅射区2002为待喷砂区。继续使用如图1所示的靶材表面喷砂系统进行喷砂处理。如图6所示，包括喷嘴 103对准靶材031的非溅射面2001，即待喷砂的表面。所述非溅射面2001和喷嘴103保持 固定一定的距离，所述距离范围为145 155mm。通过旋转喷嘴103，所述喷嘴103对准的 方向沿线与非溅射面2001垂直，即两者之间的角度为90°。用于处理靶材表面的砂粒从喷嘴103喷射出，附着于并粗糙化所述旋转的靶材 031的非溅射面2001。本实用新型还提供另一种靶材表面喷砂系统，如图7所示环形滑轨L001，所述滑轨L001以靶材位置为圆心；承载喷嘴203的支架202，所述支架202的一端连接有喷嘴203。其中，所述喷嘴203与支架202的连接件位于所述滑轨L001上，并受动力系统2 控制可沿滑轨L001运行。所述支架202与滑轨L001之间通过滑轮(未标示)接触。所述喷嘴203能够以 喷嘴203与支架202的连接处B为中心进行转动。所述支架202固定于底座201上，所述 支架202相对于底座201可以上下平动。所述底座201具有凹槽，所述支架202的另一端 塞入于所述凹槽内。所述支架通过螺钉或螺栓固定于所述凹槽的特定位置内。进一步地，所述支架202和喷嘴203之间的连接还可如下所述支架202 —侧具有 沟槽，喷嘴203的一端插入所述沟槽内的不同位置处。以调整喷嘴相对于支架的高度。具 体为如图8所示，在所述沟槽204上设有数个连接孔205，喷嘴203的一端上也具有与连 接孔205同尺寸的孔，所述两孔通过螺栓或螺钉(图中未标示)进行连接。所述喷嘴203连接至喷砂设备，所述喷砂设备用于提供砂粒。
以下结合附图对所述靶材表面喷砂系统进行详细描述。提供如图2所示的靶材030，所述靶材030为具有对称轴的圆柱体，所述圆柱体的 侧面1001为非溅射区，两个圆形底面1002为溅射区。如图9所示，将所述喷嘴203与支架202的连接件021连接至轨道上，并通过动力 系统2使所述连接件沿轨道L001运行。所述连接件为勻速旋转，旋转频率为0. 03转每分 0. 5转每分。所述喷嘴203还连接至提供砂粒的喷砂设备(未图示)，所述砂粒通过喷嘴203喷 射。砂型及喷砂设备可参考第一实施例所述。继续参考图9，喷嘴203对准靶材030的非溅射面1001，即待喷砂的表面。所述非 溅射面1001和喷嘴203保持固定的距离，所述距离范围为145 155mm，所述喷嘴203对准 的方向沿线与非溅射面1001垂直，即两者之间的角度为90°。用于处理靶材表面的砂粒从旋转喷嘴203喷射出，附着于并粗糙化所述旋转的靶 材030的非溅射面1001。也可使用第二实施例的靶材表面处理系统，对图5所示的靶材031进行喷砂处理。 具体的，喷嘴203对准靶材031的非溅射面2001，即待喷砂的表面。所述非溅射面2001和 喷嘴203保持固定一定的距离，所述距离范围为145 155mm。通过旋转喷嘴203，所述喷 嘴203准的方向沿线与非溅射面2001垂直，即两者之间的角度为90°。用于处理靶材表面的砂粒从旋转的喷嘴203喷射出，附着于并粗糙化所述旋转的 靶材031的非溅射面2001。依据上述本实用新型的各技术方案进行喷砂后，靶材的非溅射区表面粗糙度发生 了变化。该粗糙度是否达到了相应要求的标准，需要用测定的表面粗糙度Ra值来衡量。用表面粗糙度仪直接测定，表面粗糙度仪在每2m2表面至少选定一个评定点，取评 定长度为40mm，在此长度范围内测5点，取其算术平均值为此评定点的表面粗糙度Ra值。 本实用新型对靶材的非溅射区的粗糙度处理过后，Ra值应在5. 0 8. 0 y m范围内。实验结果证明，90%的测试数据符合粗糙度要求。原有技术方法，处理后的靶材的 表面仅有70%的测试数据符合粗糙度要求。同时将多个表面的粗糙度进行方差比较，所述技术方案可以达到较低的方差值。比原有技术的方差值降低了 75%。很大程度上提高了处理后靶材的表面均勻性。 虽然本实用新型已以较佳实施披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领 域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新 型的保护范围应当以权利要求所限定范围。
权利要求一种靶材表面喷砂系统，其特征在于，包括固定靶材的基座，所述基座可受动力系统控制进行旋转；承载喷嘴的支架，所述支架的一端连接有喷嘴。
2.如权利要求1所述靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述喷嘴能够以喷嘴与支架的 连接处为中心进行转动。
3.如权利要求2所述靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述支架固定于底座上，所述支 架相对于底座可以上下平动。
4.如权利要求3所述靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述底座具有凹槽，所述支架的 另一端塞入于所述凹槽内。
5.如权利要求4所述靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述支架通过螺钉或螺栓固定 于所述凹槽的特定位置内。
6.如权利要求3所述靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述支架一侧具有沟槽，喷嘴的 一端插入所述沟槽内的不同位置处。
7.如上述任一项权利要求所述的靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述喷嘴连接至喷 砂设备，所述喷砂设备用于提供砂粒。
8.一种靶材表面喷砂系统，其特征在于，包括环形滑轨，所述滑轨以靶材位置为圆心；承载喷嘴的支架，所述支架的一端连接有喷嘴；其中，所述喷嘴与支架的连接件位于所述滑轨上，并受动力系统控制可沿滑轨运行。
9.如权利要求8所述靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述支架与滑轨之间通过滑轮 接触。
10.如权利要求8所述靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述喷嘴能够以喷嘴与支架的 连接处为中心进行转动。
11.如权利要求10所述靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述支架固定于底座上，所述 支架相对于底座可以上下平动。
12.如权利要求11所述靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述底座具有凹槽，所述支架 的另一端塞入于所述凹槽内。
13.如权利要求11所述靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述支架通过螺钉或螺栓固 定于所述凹槽的特定位置内。
14.如权利要求8所述靶材表面喷砂系统，其特征在于，所述支架一侧具有沟槽，喷嘴 的一端插入所述沟槽内的不同位置处。
15.如权利要求8至权利要求14中任一项权利要求所述的靶材表面喷砂系统，其特征 在于，所述喷嘴连接至喷砂设备，所述喷砂设备用于提供砂粒。
专利摘要本实用新型提供一种靶材表面喷砂系统，包括固定靶材的基座，所述基座可受动力系统控制进行旋转；承载喷嘴的支架，所述支架的一端连接有喷嘴。本实用新型还提供另一种靶材表面喷砂系统，包括环形滑轨，所述滑轨以靶材位置为圆心；承载喷嘴的支架，所述支架的一端连接有喷嘴；其中，所述喷嘴与支架的连接件位于所述滑轨上，并受动力系统控制可沿滑轨运行。
文档编号B24C5/04GK201596974SQ20102000191
公开日2010年10月6日 申请日期2010年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者俞柏森, 刘庆, 姚力军, 潘杰, 王学泽 申请人:宁波江丰电子材料有限公司