聚焦环及其工作方法与流程

本发明涉及半导体溅射靶材制造领域，尤其涉及一种聚焦环及其工作方法。

背景技术：

溅射工艺是物理气相沉积(physicalvapordeposition,pvd)中的一种，是指以一定能量的粒子(离子或中性原子、分子)轰击固体表面，使固体近表面的原子或分子获得足够大的能量逸出固体表面而到达基板的工艺。

通常情况下，溅射镀膜过程中，金属离子从溅射靶材表面溅射出来，沿多个不同方向离开靶材表面，这样，到达基板上的靶材料很少，大部分靶材料被浪费了。为了避免这种问题，溅射设备中设置有聚焦环，所述聚焦环用于将离子汇聚到基板上。聚焦环对所形成的薄膜的质量具有很大影响。

然而，现有的聚焦环容易使形成的薄膜的厚度不均匀。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种聚焦环及其工作方法，能够提高所形成薄膜厚度的均匀性。

为解决上述问题，本发明提供一种聚焦环，包括：环体，所述环体包括相对的第一面和第二面、以及位于第一面和第二面之间的第一柱面和第二柱面，且所述第一柱面和第二柱面的两侧分别与第一面和第二面连接，所述第一柱面和第二柱面的母线平行；位于所述环体中的开口，所述开口自第一面延伸至第二面，且所述开口自第一柱面贯穿至第二柱面；所述环体在垂直于所述第一柱面或第二柱面母线的平面内具有环体投影图形，且所述环体投影为封闭环形。

可选的，所述环体还包括：位于所述开口侧壁的第一端面和第二端面。

可选的，所述第一端面和第二端面为平面，所述第一端面与所述第一柱面母线具有第一锐角夹角，所述第二端面与所述第一柱面母线具有第二锐角夹角。

可选的，所述第一端面与所述第二端面平行。

可选的，所述第一锐角夹角为60°～70°，所述第二锐角夹角为60°～70°。

可选的，所述第一端面和第二端面之间的距离为5.7mm～7mm。

可选的，所述第一端面和第二端面为圆柱面，所述第一端面与所述第一柱面的交线平行于所述第一端面的母线，所述第二端面与所述第一柱面的交线平行于第二端面的母线。

可选的，所述第一端面具有凹槽；所述第二端面具有凸出部。

可选的，所述凹槽侧壁表面为圆柱面，所述凹槽侧壁的母线垂直于所述第一柱面母线；所述凸出部表面为圆柱面，所述凸出部侧壁表面的母线垂直于所述第一柱面母线。

可选的，所述凸出部包括：相互连接的第一侧面和第二侧面；所述凹槽侧壁包括：相互连接的第三侧面和第四侧面。

可选的，所述第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面为平面；所述第一侧面与所述第三侧面平行；所述第二侧面与所述第四侧面平行。

可选的，所述环体沿所述第一柱面母线方向上的尺寸为45mm～55mm。

可选的，所述环体为圆环体，所述环体的外径为260mm～300mm；所述环体的内径为200mm～240mm。

可选的，所述环体的材料为钽或钛。

可选的，所述第一柱面和第二柱面的中心轴重合，且所述第一柱面到所述中心的轴距离大于所述第二柱面到所述中心轴的距离。

可选的，其特征在于，所述第二柱面表面具有花纹。

可选的，所述聚焦环还包括：位于所述环体第一柱面表面的凸台。

本发明还提供一种聚焦环的工作方法，包括：提供靶材、基板以及聚焦环，所述靶材包括溅射面，所述基板包括镀膜面；使所述镀膜面与所述溅射面相对；使所述镀膜面与所述溅射面相对之后，将所述聚焦环置于所述靶材和基板之间，所述聚焦环的第一柱面的母线与所述溅射面垂直；将所述聚焦环置于所述靶材和基板之间之后，分别对所述开口侧壁施加不同的电位；将所述聚焦环置于所述靶材和基板之间之后，使所述靶材溅射出溅射粒子，并使所述溅射粒子穿过所述聚焦环到达所述基板。

可选的，对所述开口侧壁施加不同的电位之后，使所述靶材溅射出溅射粒子。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明技术方案提供的聚焦环中，所述聚焦环在使用过程中，所述环体附近区域的电磁场方向平行于所述第一柱面的母线。所述环体在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形为封闭环形，则当分别在所述开口侧壁施加不同电位时，所述聚焦环中具有电流的区域在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形也为封闭的环形，则所述开口附近的电磁场强度与所述环体其他区域附近电磁场的强度差较小，从而使所述聚焦环中的电流产生的电磁场分布较均匀，进而使所述聚焦环对溅射粒子的汇聚作用较均匀。因此，通过所述聚焦环形成的薄膜厚度较均匀。

本发明技术方案提供的聚集环的工作方法中，分别对所述开口侧壁施加不同的电位，使所述环体中产生电流，所述聚焦环在使用过程中，所述环体附近区域的电磁场方向平行于所述第一柱面的母线。所述环体在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形为封闭环形，则当分别在所述开口侧壁施加不同电位时，所述环体中具有电流的区域在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形也为封闭的环形，则所述开口附近的电磁场强度与所述环体其他区域附近电磁场的强度差较小，从而使所述聚焦环中的电流产生的电磁场分布较均匀，进而使所述聚焦环对溅射粒子的汇聚作用较均匀。因此，通过所述聚焦环形成的薄膜厚度较均匀。

附图说明

图1是一种聚焦环的结构示意图；

图2至图4是本发明的聚焦环的结构示意图；

图5是本发明的聚焦环另一实施例的结构示意图；

图6是本发明的聚焦环又一实施例的结构示意图；

图7是本发明的聚焦环第四实施例的结构示意图；

图8是本发明的聚焦环工作方法一实施例的结构示意图。

具体实施方式

聚焦环存在诸多问题，例如，采用聚焦环形成的薄膜厚度不均匀。

现结合一种聚焦环的结构，分析采用聚焦环形成的薄膜厚度不均匀的原因：

图1是一种聚焦环的结构示意图。

请参考图1，所述聚焦环包括：环体100，所述环体100包括相对的第一圆柱面和第二圆柱面，所述环体100中具有开口101，所述开口101侧壁与所述第一圆柱面母线平行。

其中，所述聚焦环的使用方法包括：提供基板和靶材，所述基板包括镀膜面，所述靶材包括：溅射面，所述溅射面与所述镀膜面相对且平行。所述聚焦环在使用过程中，将所述聚焦环置于在靶材和基板之间，聚焦环的第一柱面的母线与所述溅射面垂直。所述开口101的侧壁用于分别施加不同的交流电位，从而在所述环体中形成交流电流，进而在所述环体周围形成电磁场。从靶材溅射出的粒子在所述电磁场的作用下汇聚到基板镀膜面。到达所述基板320表面的部分溅射离子附着在所述基板镀膜面；到达所述基板表面的部分溅射离子被所述基板320反溅射回聚焦环，形成反溅射离子。所述反溅射离子在聚焦环产生的磁场的作用下被汇聚至所述基板镀膜面。

然而，由于所述开口101中没有电流，导致所述开口101周围区域的电磁场较弱，对粒子的汇聚作用差，从而使从所述开口101周围区域到达基板的粒子较少，进而导致与所述开口101对应位置处的基板上形成的薄膜厚度较小。因此，所述聚焦环形成的薄膜厚度不均匀。

为解决所述技术问题，本发明提供了一种聚焦环，包括：环体，所述环体包括相对的第一面和第二面、以及位于第一面和第二面之间的第一柱面和第二柱面，且所述第一柱面和第二柱面的两侧分别与第一面和第二面连接，所述第一柱面和第二柱面的母线平行；位于所述环体中的开口，所述开口自第一面延伸至第二面，且所述开口自第一柱面贯穿至第二柱面；所述环体在垂直于所述第一柱面或第二柱面母线的平面内具有环体投影图形，且所述环体投影为封闭环形。

其中，所述聚焦环在使用过程中，所述环体附近区域的电磁场方向平行于所述第一柱面的母线。所述环体在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形为封闭环形，则当分别在所述开口侧壁施加不同电位时，所述聚焦环中具有电流的区域在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形也为封闭的环形，则所述开口附近的电磁场强度与所述环体其他区域附近电磁场的强度差较小，从而使所述聚焦环中的电流产生的电磁场分布较均匀，进而使所述聚焦环对溅射粒子的汇聚作用较均匀。因此，通过所述聚焦环形成的薄膜厚度较均匀。

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。

图2至图4是本发明的聚焦环一实施例的结构示意图。

请参考图2至图4，图3是图2区域1沿第二端口处且垂直于第一柱面母线方向(x方向)的视图，图4为环体200沿平行于第一母线方向的俯视图(y方向)，所述聚焦环包括：

环体200，所述环体200包括相对的第一面和第二面、以及位于第一面和第二面之间的第一柱面201和第二柱面202，且所述第一柱面201和第二柱面202的两侧分别与第一面和第二面连接，所述第一柱面201和第二柱面202的母线平行；

位于所述环体200中的开口210，所述开口210自第一面延伸至第二面，且所述开口210自第一柱面201贯穿至第二柱面202；

所述环体200在垂直于所述第一柱面201或第二柱面202母线的平面内具有环体投影图形，且所述环体投影为封闭环形。

所述聚焦环在使用过程中，所述环体200附近区域的电磁场方向平行于所述第一柱面201的母线。所述环体200在垂直于所述第一柱面201的平面内的投影图形为封闭环形，则所述开口210附近的电磁场强度与所述环体200其他区域附近电磁场的强度差较小，则当分别在所述开口210侧壁施加不同电位时，所述环体200中具有电流的区域在垂直于所述第一柱面201的平面内的投影图形也为封闭的环形，则所述开口210附近的电磁场强度与所述环体200其他区域附近电磁场的强度差较小，从而使所述聚焦环中的电流产生的电磁场分布较均匀，进而使所述聚焦环对溅射粒子的汇聚作用较均匀。因此，通过所述聚焦环形成的薄膜厚度较均匀。

所述开口210包括：第一端口213和第二端口214，所述第一端口213位于所述第一面内，所述第二端口214位于所述第二面内。

本实施例中，所述第一端口213在垂直于所述第一柱面201母线的平面内具有第一投影图形，所述第二端口214在垂直于所述第一柱面201母线的平面内具有第二投影图形，所述第一投影图形和第二投影图形领接或不重叠，则所述环体200在垂直于所述第一柱面201的平面内的环形投影图形为封闭环形。

本实施例中，所述环体200的材料为钛。在其他实施例中，所述环体的材料还可以为钽。

本实施例中，所述环体200还包括位于所述开口210侧壁的第一端面211和第二端面212。

本实施例中，所述第一端面211和第二端面212为平面，所述第一端面211与所述第一柱面201的母线具有第一锐角夹角；所述第二端面212与所述第一柱面201的母线具有第二锐角夹角。

本实施例中，所述第一端面211与所述第二端面212平行。在其他实施例中，所述第一端面与第二端面也可以不平行。

本实施例中，如果所述第一端面211与所述第一柱面201母线的锐角夹角过小，不容易使第一端面211与第二端面212在垂直于所述第一柱面201母线的平面上的投影接触；如果所述第一端面211与所述第一柱面201母线的锐角夹角过大，所述开口210沿所述第一柱面201与第一端面211交线方向上的尺寸较大，从而容易增加开口210对聚焦环产生的电磁场的影响。具体的，本实施例中，所述第一锐角夹角为60°～70°；所述得第二锐角夹角为60°～70°。

本实施例中，所述环体200在所述第一柱面201母线方向上的尺寸为45mm～55mm，例如，50.8mm。

如果所述第一端面211与第二端面212之间的距离过大，容易增加开口210对所形成电磁场的影响，增加所形成电磁场的不均匀性；如果所述第一端面211与第二端面212之间的距离过小，容易使所述第一端面211与第二端面212接触，从而容易使所述第一端面211与第二端面212之间发生漏电。具体的，本实施例中，所述第一端面211与第二端面212之间的距离为5.7mm～7mm，例如6.35mm。

本实施例中，所述环体200为圆环，所述环体200的外径为260mm～300mm，例如287mm；所述环体的内径为200mm～240mm。

本实施例中，所述第一柱面201和第二柱面202的中心轴重合，且所述第一柱面201到所述中心的轴距离大于所述第二柱面202到所述中心轴的距离。

所述聚焦环还包括：位于所述环体200第一柱面211表面的凸台(图中未示出)。

所述凸台用于对所述环体环200进行固定。

本实施例中，所述聚焦环还包括：位于所述环体第二柱面表面的花纹。所述花纹用于增加所述第二柱面212的摩擦系数，从而增加环体200对溅射粒子的吸附作用，从而减少未到达基板的粒子对溅射腔的污染。

需要说明的是，本实施例中，所述开口两侧壁为平面，在其他实施例中，所述开口侧壁还可以为曲面。

请参考图5，是本发明的聚焦环另一实施例的结构示意图。

图5与图4的视图方向相同。图5所示的聚焦环与图1至图4所示聚焦环的相同之处在此不做赘述，不同之处包括：所述第一端面301和第二端面302还可以为曲面，例如，所述第一端面301和第二端面302为圆柱面，所述第一端面301与所述第一柱面的交线平行于所述第一端面301的母线，所述第二端面302与所述第一柱面的交线平行于所述第二端面301的母线。

图6是本发明的聚焦环又一实施例的结构示意图。

请参考图6，图6的视图方向与图3的视图方向相同。

所述聚焦环与图2至图4所示的聚焦环的相同之处在此不做赘述，不同之处在于：

请参考图6，所述第一端面221具有凹槽，所述第二端面222具有凸出部。

本实施例中，所述凸出部表面与所述凹槽侧壁表面围成所述开口220。

本实施例中，所述凹槽侧壁表面为圆柱面，且所述凹槽侧壁表面的母线垂直于所述第一柱面母线。所述凸出部表面为圆柱面，所述凸出部侧壁的母线垂直于所述第一柱面母线。

图7是本发明的聚焦环第四实施例的结构示意图。

请参考图7，图7的视图方向与图3的视图方向相同。

本实施例中，所述聚焦环与图6所示的聚焦环的相同之处在此不多做赘述，不同之处，在于：

请参考图7，所述凸出部包括：相互连接的第一侧面241和第二侧面242；所述凹槽侧壁包括：相互连接的第三侧面251和第四侧面252。

本实施例中，所述第一侧面241、第二侧面242、第三侧面251和第四侧面252为平面。在其他实施例中，所述第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面还可以为圆柱面，所述第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面的母线分别平行于第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面与所述第一柱面的交线。

本实施例中，所述第一侧面241和第二侧面242的交线与所述第一柱面的母线垂直；所述第三侧面251和第四侧面252的交线与所述第一柱面的母线垂直。

本实施例中，所述第一侧面241与所述第三侧面251平行，所述第二侧面242与所述第四侧面252平行。在其他实施例中，第一侧面与所述第三侧面可以不平行，所述第二侧面与所述第四侧面也可以不平行。

综上，本发明实施例提供的聚焦环中，所述聚焦环在使用过程中，所述环体附近区域的电磁场方向平行于所述第一柱面的母线。所述环体在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形为封闭环形，则当分别在所述开口侧壁施加不同电位时，所述聚焦环中具有电流的区域在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形也为封闭的环形，则所述开口附近的电磁场强度与所述环体其他区域附近电磁场的强度差较小，从而使所述聚焦环中的电流产生的电磁场分布较均匀，进而使所述聚焦环对溅射粒子的汇聚作用较均匀。因此，通过所述聚焦环形成的薄膜厚度较均匀。

图8是本发明的聚焦环的工作方法一实施例的结构示意图。

请参考图8，提供靶材310、基板320以及聚焦环400，所述靶材310包括溅射面，所述基板320包括镀膜面。

本实施例中，所述聚焦环400的结构与图2至4所示的聚焦环的结构相同，在此不做赘述。

继续参考图8，使所述镀膜面与所述溅射面相对；使所述镀膜面与所述溅射面相对之后，将所述聚焦环400置于所述靶材310和基板320之间，所述聚焦环400的第一柱面的母线与所述溅射面垂直。

继续参考图8，将所述聚焦环400置于所述靶材310和基板320之间之后，分别对所述开口侧壁施加不同的电位。

对所述开口侧壁施加不同的电位，从而使所述聚焦环400环体中产生电流，所述聚焦环400在使用过程中，所述环体附近区域的电磁场方向平行于所述第一柱面的母线。所述环体在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形为封闭环形，则当在所述开口侧壁施加不同的电位时，所述环体中具有电流的区域在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形也为封闭的环形，则所述开口附近的电磁场强度与所述环体其他区域附近电磁场的强度差较小，从而使所述环体中的电流产生的电磁场分布较均匀，进而使所述聚焦环400对溅射粒子的汇聚作用较均匀。因此，通过所述聚焦环400形成的薄膜厚度较均匀。

对所述开口侧壁施加的电位为交流电位，从而使所述环体中的电流为交流电流，从而在所述环体周围形成电磁场。

继续参考图8，将所述聚焦环400置于所述靶材310和基板320之间之后，使所述靶材310溅射出溅射粒子，并使所述溅射粒子穿过所述聚焦环400到达所述基板320。

本实施例中，通过利用高能粒子束轰击所述靶材310，使所述靶材310中的原子或分子溅射出来，形成溅射粒子。所述溅射粒子在所述聚焦环400产生的电磁场的作用下汇聚，到达所述基板320表面。到达所述基板320表面的部分溅射离子附着在所述基板镀膜面；到达所述基板320表面的部分溅射离子被所述基板320反溅射回聚焦环400，形成反溅射离子。所述反溅射离子在聚焦环400产生的磁场的作用下被汇聚至所述基板镀膜面。

本实施例中，对所述开口侧壁施加不同的电位之后，使所述靶材310溅射出溅射粒子。

本实施例中，由于所述聚焦环400的电磁场分布比较均匀，从而对所述溅射粒子的汇聚作用较均匀，进而使形成的薄膜的厚度比较均匀。

本实施例中，分别对所述开口侧壁施加不同的电位，使所述环体中产生电流。所述环体在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形为封闭环形，则当分别在所述开口侧壁施加不同电位时，所述环体中具有电流的区域在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形也为封闭的环形，则所述开口附近的电磁场强度与所述环体其他区域附近电磁场的强度差较小，从而使所述聚焦环中的电流产生的电磁场分布较均匀，进而使所述聚焦环对溅射粒子的汇聚作用较均匀。因此，通过所述聚焦环形成的薄膜厚度较均匀。

综上，本发明实施例提供的聚集环的工作方法中，分别对所述开口侧壁施加不同的电位，使所述环体中产生电流，所述聚焦环在使用过程中，所述环体附近区域的电磁场方向平行于所述第一柱面的母线。所述环体在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形为封闭环形，则当分别在所述开口侧壁施加不同电位时，所述环体中具有电流的区域在垂直于所述第一柱面的平面内的投影图形也为封闭的环形，则所述开口附近的电磁场强度与所述环体其他区域附近电磁场的强度差较小，从而使所述聚焦环中的电流产生的电磁场分布较均匀，进而使所述聚焦环对溅射粒子的汇聚作用较均匀。因此，通过所述聚焦环形成的薄膜厚度较均匀。

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。