一种磁控溅射环的尺寸检验工装的制作方法

本实用新型属于磁控溅射靶材制造技术领域，尤其涉及一种磁控溅射环的尺寸检验工装。

背景技术：

在集成电路芯片制造过程，常用磁控溅射靶材沉积镀膜制备互联线、阻挡层、通孔、抗反射层、籽晶层等。利用高能粒子(如Ar+)轰击靶材，溅射出的中性靶材原子或原子团沉积到靶材对面的衬底上，形成薄膜层。当芯片特征尺寸越来越窄，填孔深宽比越来越大，对镀膜的填孔能力要求也越高。靶材溅射出的原子或原子团向多个方向飞出，仅部分垂直沉积到衬底上，这样高深宽比的台阶孔很容易在孔口形成封闭(Overhang)，而在孔内部形成孔洞(Void)。为解决该问题，一种方法是在靶材与衬底间置入材质同靶材的溅射环(Coil)，溅射环上施加射频电源(RF)，形成高密度等离子区将溅射出的中性原子离子化，这样大部分靶材离子在靶材与衬底间施加的电场作用下，以垂直角度填充深孔。相应的技术有金属等离子体(Ionized Metal Plasma，IMP)、自离子化等离子体(Self Ionized Plasma，SIP)、侧壁覆盖增强反溅射(Enhanced Coverage Re-sputtering，EnCoRe)，磁控溅射环材质通常为Ti、Ta、Cu等。

如图2所示的溅射环10；其结构包括环体21，固定销座22、电极23；环体 21上竖向贯通开有开口端24，两个电极23的根部固接于环体21上，且两个电极23分别位于开口端24的两侧，两个电极23引入RF电源，可在环中间区域产生高密度等离子体。

如图1所示(专利文献1：Tanaka Y.Shield for a physical vapor deposition chamber,US patent 5824197，专利文献2：Liubo Hong.Plasma vapor deposition with coil sputtering,US patent 6375810)的常规溅射台，对于可产生等离子体的溅射机台，是在溅射靶材11与衬底12间置入了溅射环10。溅射环10上的固定销座22和电极23通过销钉等固定到遮挡罩14上，且溅射环10与遮挡罩 14间需绝缘(电阻＞200MΩ)。如果溅射环10的直径、固定销座22或电极23 的角度加工有误，则溅射环10产品在客户端使用时则易出现无法安装、溅射环两开口端24接触短路、或溅射环10与遮挡罩14间接触短路等，致使溅射环无法使用。因此，溅射环10产品在出厂前需对其几何尺寸，特别是安装尺寸严格检验，常规检验方法有三坐标、游标卡尺、或影像测量仪等。但由于溅射环10 是大直径、薄壁的弹性环体，无外力束缚情况下，溅射环实际近似椭圆而非正圆，环两端的开口宽度要大于名义尺寸。所以，若采用以上常规检验方法，得到的将是失真尺寸数据，难以实现对溅射环10的出厂尺寸检验管控。

而溅射机台上与溅射环安装遮挡罩是形状复杂的异形体，其上需加工几十个安装孔、遮挡沿等，高度150mm以上，难以加工，造价很高。

技术实现要素：

根据背景技术中所提到的问题，本实用新型公开了一种磁控溅射环的尺寸检验工装，固定销座和电极安装于溅射环上，电极与固定销座的尺寸相等；电极和固定销座都包括外固定环和内固定环，其中外固定环的外径与电极或固定销座的外径相等，外固定环、内固定环和电极或固定销座同轴心，外固定环的长度大于内固定环的长度；其特征在于，检验工装包括：检验圆环体、陶瓷连接件、边缘固定销钉和中心固定销钉，其中陶瓷连接件包括：绝缘陶瓷垫块、绝缘陶瓷筒和绝缘陶瓷垫片；所述溅射环通过边缘固定销钉和中心固定销钉与检验圆环体销接；

所述检验圆环体上开有5个圆孔，圆孔的位置与固定销座和电极的位置相对应，且高度等于检验圆环体高度的一半；检验圆环体外表面上开有5个圆槽，圆槽的轴线与圆孔的孔心共线，且圆槽内对称开有一对圆槽销孔；边缘固定销钉和中心固定销钉为平头圆柱销；

所述绝缘陶瓷垫块由垫块空心圆柱和垫块环形片一体构成，垫块空心圆柱的外径与垫块环形片的外径相等，且大于垫块环形片的内径，绝缘陶瓷垫块在垫块环形片的一侧对称开有一对垫块销孔；

所述的绝缘陶瓷筒由左空心圆柱、中空心圆柱和右空心圆柱一体构成；其中左空心圆柱的外径等于圆孔的内径，且小于中空心圆柱的外径，左空心圆柱的内径等于中空心圆柱的内径；中空心圆柱的外径等于右空心圆柱的外径，中空心圆柱的内径小于右空心圆柱的内径；

所述绝缘套磁垫片为环状垫片，绝缘套磁垫片上对称开有一对垫片销孔，绝缘套磁垫片的厚度和内径等于左空心圆柱的厚度和外径；

所述绝缘陶瓷垫块通过垫块空心圆柱与固定销座或电极相连；绝缘陶瓷筒通过右空心圆柱与固定销座或电极相连，且位于绝缘陶瓷垫块内；检验圆环体通过圆孔与绝缘陶瓷筒的中空心圆柱相连；绝缘套磁垫片安装于圆槽内，且与左空心圆柱相连。

检验圆环体内径为壁厚8～10mm，高度50～100mm。

所述每对圆槽销孔、每对垫块销孔和每对垫片销孔的孔距都相等，其中圆槽销孔、垫块销孔和垫片销孔的孔径都等于边缘固定销钉的公称直径；左空心圆柱的内径、中空心圆柱的内径和溅射环销孔等于中心固定销钉的公称直径；垫块空心圆柱的内径、固定销座的外径和电极的外径都相等；左空心圆柱的厚度小于检验圆环体上圆槽的深度；左空心圆柱的内径、中空心圆柱的内径与绝缘套磁垫片的内径等于中心固定销钉的公称直径；右空心圆柱的长度等于内固定环的长度相等。

本实用新型的有益效果为：

结构简单，易于加工，通过与检验工装的装配检验，解决了大直径、薄壁的弹性环体常规测量尺寸数据易失真的问题，相当于溅射环在客户端安装使用前的预演，确保了溅射环尺寸检验结果可靠，有效避免了经过检验的溅射环产品在客户端安装时因尺寸不对出现的失效等问题。

附图说明

图1.溅射靶材、溅射环、衬底的相对位置示意图；

图2a为本实用新型中溅射环的斜视示意图；

图2b为图2a中A的放大图；

图3为本实用新型中溅射环与检验工装装配图；

图4为图3中B的放大图；

图5为本实用新型中绝缘陶瓷垫块的剖面斜视图；

图6为本实用新型中绝缘陶瓷筒的剖面斜视图；

图7为本实用新型中绝缘陶瓷垫片的剖面斜视图；

图8为本实用新型中检验圆环体的剖面斜视图。

图中：10-溅射环，11-溅射靶材，12-衬底，14-遮挡罩，21-环体，22-固定销座，23-电极，24-开口端，30-检验工装，31-检验圆环体，32-绝缘陶瓷垫块， 33-绝缘陶瓷筒，34-绝缘陶瓷垫片，35-边缘固定销钉，36-中心固定销钉，231- 外固定环，232-内固定环，311-圆槽销孔，312-圆槽，313-圆孔，321-垫块空心圆柱，322-垫块环形片，323-垫块销孔，331-左空心圆柱，332-中空心圆柱，333- 右空心圆柱，341-垫片销孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明：

如图1、图2a和图2b所示的溅射环10，包括环体21，固定销座22和电极 23；环体21上竖向贯通开有矩形的开口端24，两个电极23固接于环体21上，且分别位于开口端24的两侧；环体21周向上固接有三个固定销座22；电极23 与固定销座22的尺寸相等；电极23和固定销座22的外端都为外固定环231和内固定环232，外固定环231的外径与电极23或固定销座22的外径相等，其中外固定环231、内固定环232和电极23或固定销座22同轴心，外固定环231的长度大于内固定环232的长度；工作时两个电极23引入RF电源，可在环中间区域产生高密度等离子体。

如图3和图4所示的检验工装30包括：检验圆环体31、陶瓷连接件、边缘固定销钉35和中心固定销钉36，其中陶瓷连接件包括：绝缘陶瓷垫块32、绝缘陶瓷筒33和绝缘陶瓷垫片34。

如图5所示的绝缘陶瓷垫块32由垫块空心圆柱321和垫块环形片322一体构成，垫块空心圆柱321的外径与垫块环形片322的外径相等，且大于垫块环形片322的内径，在垫块环形片322一侧对称开有一对垫块销孔323。

如图6所示的绝缘陶瓷筒33由左空心圆柱331、中空心圆柱332和右空心圆柱333一体构成；其中左空心圆柱331的外径小于中空心圆柱332的外径，左空心圆柱331的内径等于中空心圆柱332的内径；中空心圆柱332的外径等于右空心圆柱333的外径，中空心圆柱332的内径小于右空心圆柱333的内径。

如图7所示的绝缘套磁垫片34为环状垫片，绝缘套磁垫片34上对称开有一对垫片销孔341，绝缘套磁垫片34的厚度和内径等于左空心圆柱331的厚度和外径。

如图8所示的检验圆环体31上开有5个圆孔313，圆孔313的位置与溅射环10上固定销座22和电极23的位置相对应，且高度等于检验圆环体31高度的一半；检验圆环体31外表面上开有5个圆槽312，圆槽312的轴线与圆孔313 的孔心共线，且圆槽内对称开有一对圆槽销孔311。

如图2b和图3所示；边缘固定销钉35和中心固定销钉36为平头圆柱销，溅射环10上的固定销座22和电极23通过陶瓷连接件、边缘固定销钉35和中心固定销钉36与检验圆环体31销接，所述绝缘陶瓷垫块32通过垫块空心圆柱321 与固定销座22或电极23相连；绝缘陶瓷筒33通过右空心圆柱333与固定销座 22或电极23相连，且位于绝缘陶瓷垫块32内；检验圆环体31通过圆孔313与绝缘陶瓷筒33的中空心圆柱332相连；绝缘套磁垫片34安装于圆槽312内，且与左空心圆柱331相连；每对圆槽销孔311、每对垫块销孔323和每对垫片销孔 341的孔径和孔距都相等，其中圆槽销孔311、垫块销孔323和垫片销孔341的孔径都等于边缘固定销钉35的公称直径；左空心圆柱331的内径、中空心圆柱 332的内径和内固定环232的内径等于中心固定销钉36的公称直径；垫块空心圆柱321的内径与溅射环10上固定销座22和电极23的外径相等；左空心圆柱 331的厚度小于检验圆环体31上圆槽的深度；左空心圆柱331的内径、中空心圆柱332的内径与绝缘套磁垫片34的内径等于中心固定销钉36的公称直径；右空心圆柱333的长度等于内固定环232的长度相等。

溅射环10通常为8英寸、12英寸硅片镀膜，溅射环材质为Ti、Ta、Cu等，所以检验圆环体31的内径为壁厚8～10mm，高度50～100mm。

所述检验圆环体31材质为6061Al合金、5052Al合金或不锈钢；边缘固定销钉35和中心固定销钉36的材质为不锈钢；绝缘陶瓷垫块32、绝缘陶瓷筒33、绝缘陶瓷垫片34的材质为氧化铝。

如图4所示的本实用新型的实施例1～3中各数据对比见表1：

表1、实施例1～3中溅射环各尺寸数据

本实用新型的测量方法分为以下步骤：

(1)将绝缘陶瓷垫块32和绝缘陶瓷筒33顺序套装至溅射环10上固定销座 22或电极23；

(2)将绝缘陶瓷筒33上的中空心圆柱332推入检验圆环体31上所对应的圆孔后，轻推溅射环10内壁的相应部位，并将绝缘陶瓷垫片34放入检验圆环体 31上所开的圆槽内，随后将中心固定销钉36陆续穿过绝缘陶瓷垫片34、检验圆环体31、绝缘陶瓷筒33和溅射环销孔；

(3)在5根中心固定销钉36全部安装到位后，每两根边缘固定销钉35为一组逐个陆续穿过垫片销孔341、圆槽销孔311和垫块销孔323，由此将溅射环 10与检验检验圆环体21连接；

(4)进行松紧装配检验；

(5)采用三坐标或游标卡尺检验溅射环的内径、溅射环的开口宽度、环壁厚度；

(6)采用万用表等检验溅射环与检验工装间绝缘性，电阻值需＞200MΩ。

本实用新型的实施例1～3与常规检测的测量数据对比见表2：

表2中的溅射环10在常规检测时，为无外力束缚的自然放置；随后再使用常规三坐标或游标卡尺对测量溅射环10的外径、溅射环的开口宽度和环壁厚度进行测量。

表2、实施例1～3中检验溅射环尺寸的对比结果

由上表1结果可知，通过本实用新型的实例1～3，得到的尺寸数据与标准图纸完全吻合，确保了溅射环尺寸检验结果可靠性；而由于弹性变形，同一溅射环在无外力束缚下，用常规的尺寸检验方法，得到的外径尺寸为范围值，而开口宽度完全失准，以至于完全无法判断溅射环的质量是否合格。