CN101213319A - 靶组件、靶、背板和冷却靶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明包括具有冷却剂导流板的背板，其中各导流板的至少一部分是非线性的。从背板中凸出来的凸起部构造成能够插入到溅射靶的开口中。本发明包括具有至少一个开口的靶，所述开口接受穿过背面而延伸到靶中的紧固件。本发明包括一种靶组件，其具有从背板中凸出来并可插入到靶的开口中的凸起部。本发明包括一种具有设置在靶和背板之间的多个冷却剂导流板的靶组件。各导流板的一部分是非线性的。本发明包括冷却靶的方法。冷却剂导流板设置在靶和背板之间的间隔中，其中冷却剂导流板沿着其长度的至少一部分是非线性的。

Description

靶组件、靶、背板和冷却靶的方法
技术领域
本发明涉及靶背板(backing plate)、溅射靶(sputtering target)、靶组件和冷却溅射靶的方法。
背景技术
物理气相沉积方法广泛地用于在各种衬底上形成材料薄膜。对于这种沉积技术一个极其重要的领域是半导体制造。图1中显示了一种典型的物理气相沉积设备10的一部分的简图。设备10包括靶组件12，其包括具有上面连接有溅射靶16的背板14，和连接在背板反侧的冷却板15。或者，一些现有技术的组件构造缺乏冷却板(未显示)。
通常，设备10将包括用于在沉积作用期间支撑衬底的衬底固定器18。提供的衬底20例如半导体材料晶片与靶16间隔开。靶16的表面17可称为溅射表面。在操作过程中，溅射材料24从靶的表面17上沉降下来，并作为薄膜沉积在包括衬底的溅射室的表面上，导致薄膜22的成形。
系统10中的溅射最普遍地在真空室中通过例如，直流磁控管溅射或射频(RF)溅射来实现。在溅射作用期间，颗粒冲击表面17不仅仅融化来自这种表面的材料，而且还导致靶的加热。因此，为了保持靶和靶组件的完整性，并为了保持均匀且高品质的薄膜生产，靶的冷却变得很重要。
利用物理气相沉积可沉积各种材料，包括金属、合金和陶瓷。常用的靶材料包括例如铝、钛、铜、钽、镍、钼、金、银、铂和其合金。溅射靶通常由高纯度材料制成。因为许多高纯度材料是低强度的，所以可将背板连接在靶上，以提供支撑，特别是对于靶处于冷却系统所施加的压力下的应用。
传统的背板通常由铜、铜合金(例如CuCr、CuZn)，或铝合金(例如Al6061、Al2024)形成。这些材料通常由于其热、电、磁特性而被选择。铝合金可具有比铜合金低高达三倍的密度，而且还可具有较弱的杨氏模量。
为了提供靶的冷却，传统系统通常利用水冷，其中在定位于背板后面，定位于背板14和冷却板15之间，或定位于背板和靶之间的储槽中提供了水。然而，传统的冷却系统时常受到效率限制，并且可能是有问题的。
在背板的背面暴露于水中的组件构造中，冷却效率可能由于水和靶之间的距离而受到限制。在备选的传统靶构造中，冷却利用沿着靶背面的水通道(在靶和背板之间)，或者通过在设置于靶和背板之间的插入物(未显示)中提供通道而实现冷却。图2中显示了一个用于通道冷却的靶组件的典型的传统背板14。
传统的背板14构造成可具有多个横过背板的正面32的狭窄通道或开口36，其中正面指将与靶组件中的靶对接的背衬面。背板14具有周边区域30，并且显示为包括多个螺栓孔31，其可用于将背板连接到靶上。应该懂得图2中所示的背板是一种典型构造，并且可利用备选方法例如焊接或扩散压合将靶连接到背板上。然而，压合和/或焊接技术可能由于靶和背板之间的热膨胀差异而存在问题，其可能导致结合失效和/或从冷却板和靶之间漏水。
图2中所显示的传统背板的多个狭窄的平行通道还可能由于高压而存在问题，这种高压用于产生穿过通道的水流。参见图3，其显示了背板14的截面图，并且显示了于周边穿过背板14的背面34的进水口38。其中一个狭窄通道36被描绘成横过正面32，水穿过该通道，经由穿过背面34的出口40而离开背板。由于在溅射作用期间有限的水流和高压，图2和3中所显示的背板构造可能导致漏水，靶损伤和/或靶变形。
作为通道化的背板构造的备选方案，一些传统的靶组件利用三个或更多个包括靶的构件，将其连接在插入物或隔膜上，插入物或隔膜连接在背板上。除了具有低容量的水流，这些多构件设计可能较为复杂，并且可能导致在溅射期间的不对准，引起漏水。另外，将靶和背板连接起来的常规方法可能促使靶翘曲和泄漏问题。
因此，需要发展备选靶组件构造和用于溅射沉积的备选冷却方法。
发明内容
在一个方面，本发明包括靶背板。该背板具有构造成与溅射靶对接的第一面和相反的第二面。多个导流板(deflector)设置在第一面上，其中各导流板的至少一部分是非线性的。本发明还包括靶背板，其具有设置在第一面的外部的周边区域和相对于周边区域沿径向向内设置的下凹部分。在下凹部分中提供了冷却剂导流板，并且凸起部从导流板中凸出，并构造成能够插入到溅射靶中的开口中。
在一个方面，本发明包括溅射靶，其具有构造成可与背板对接的背面。该背面具有与靶溅射表面相反的表面。至少一个开口通过该表面延伸到靶中，其中开口构造成可接受紧固件。
在一个方面，本发明包括一种靶组件，其包括溅射靶，溅射靶具有背面表面，并且具有从背面表面延伸而不完全穿过靶的开口。该组件还包括靶背板，其具有构造成与溅射靶的背面对接的正面。凸起部从背板的正面凸出来，并可插入到靶的开口中。
在一个方面，本发明包括一种靶组件，其包括具有背面的溅射靶。该组件还包括一种靶背板，其具有构造成与溅射靶的背面对接的正面，并且具有从正面延伸而不完全穿过背板的开口。凸起部从靶的背面凸出来，并可插入到背板的开口中。
在一个方面，本发明包括一种溅射靶组件，其包括溅射靶和背板，并且具有设置在靶和背板之间的多个冷却剂导流板，其中各导流板的至少一些部分是非线性的。
在一个方面，本发明包括冷却靶的方法。本发明提供了一种靶以及与靶相关联的背板。冷却剂导流板设置在靶和背板之间的间隔中，其中冷却剂导流板沿着其长度的至少一部分是非线性的。冷却剂在靶和背板之间的间隔中流动。
附图说明
下面参见附图描述本发明的优选实施例。
图1是现有技术的物理气相沉积设备的一部分的简图。
图2是现有技术的背板的一部分的示意性底视图。
图3是现有技术的背板沿着图2的线3-3剖切的示意性截面图。
图4是说明本发明一个方面的背板的示意性底视图。
图5是说明本发明另一方面的靶的示意性顶视图。
图6A是根据本发明一个方面的背板的示意性底视图。
图6B是图6A中所示的背板沿着线6B-6B剖切的示意性截面图。
图7是根据本发明一个方面的背板的示意性底视图。
图8是图7中所示的背板沿着线8-8剖切的示意性截面图。
图9是根据本发明一个方面的溅射靶的示意性顶视图。
图10是图9中所示的靶沿着线10-10剖切的示意性截面图。
图11是图7中所示的背板的一部分的放大的局部视图。
图12是图8中所示的背板的一部分沿着图11的线12-12剖切的放大的局部截面图。
图13是图9中所示的靶的一部分的放大的局部顶视图。
图14是沿着图13的线14-14剖切的示意性截面图；
图15是沿着图13的线15-15剖切的示意性截面图；
图16是相对于图7中所示的备选背板构造的示意性顶视图。
图17是相对于图9中所示的溅射靶构造的示意性顶视图。
图18显示了所测量的背板的偏转，其取决于根据本发明一个方面的组件的压力。
图19是在采用高压冷却的传统组件(上)与根据本发明设计的组件(下)之间的靶冷却剖面的比较。
具体实施方式
本发明的一个方面包括用于靶冷却和生产靶组件及其构件的方法论，其改善了靶冷却特征。总地说来，本发明的靶构造相对于备选构造提高了冷却效率，并降低了冷却剂泄漏。以下将参见图4-14来大致描述根据本发明的方法论和组件构造。
首先参见图4，其显示了具有正面32的背板14，其中正面指将与靶组件中的靶对接的背板面。如图所示，背板14具有环绕背板的周边区域30，其具有穿过它的多个安装孔31。所示的安装孔的数量仅仅用于举例说明的目的，并且背板可包括相对于所显示的数量更少或更多的孔数量。或者，在一些利用备选技术将背板14连接到靶上的实施例中，周边区域30可不具有安装孔31。
根据本发明的一个方面，背板14可具有多个冷却剂导流板42。这种导流板结构彼此相对间隔开，从而形成多个导流板之间的冷却剂通道44。与现有技术的构造相比，背板14构造成使得导流板42沿着其长度的至少一部分是非线性的和/或彼此相对非平行的。导流板42沿着其长度的至少一部分可优选为弯曲的或弧形的。在一些情况下，导流板42沿着其整个长度可以是弯曲的，如图4中所示。
设置在给定背板上的导流板的数量并不局限于特定的值，并且可依赖于例如背板尺寸和导流板的厚度等因素。导流板结构的数量优选被限制为足以引导水或备选冷却剂流过对接的靶的背面而至需要冷却的地方的最小数量。通过利用最小数量的导流板，可最大限度地增加与冷却流体直接接触的靶的区域。这则允许冷却剂在比传统构造低得多的压力下流动。
通过将背板14结合到靶组件中，可经由设置在背板入口侧46的入口而引入水(或备选冷却剂)。通常，提供的入口将穿过与正面32相反的靶背面的凸缘(周边)区域。水流通过导流板引导穿过靶，并穿过背板14的通道44。导流板可构造成使得冷却剂被引导至最可能发热的靶区域，和/或最需要靶冷却的地方。在相反的背板的出口侧48上设有出口(未显示)。在特别的情况下，入口和出口将在背板上直接横向相对，但可设想出备选构造。
虽然并不局限于这种构造，但是在特定的实施例中，优选提供两组导流板镜像如图4中所示，其中在这两组之间存在对称线，例如图4中虚线49所示。对称线优选由入口和相对的出口来限定。对称线两侧的导流板可称为第一和第二相对组，其中每组为相对组的镜像。
虽然图4显示了各导流板42为均质弧形且同心的，但是应该懂得，一个或多个导流板或其部分相对于其它部分可以是非均质的。
由于在本发明的靶组件中可利用下降的冷却剂压力的能力，所以可制造利用螺栓和O形环的组件，同时避免了高压泄漏问题。这可导致较低的故障率，并允许使用较廉价的靶。另外，根据本发明的组件可由两部分(连接器件除外)制成；背板和靶，而不利用插入物或其它中间结构。另外，本发明的背板是可再次使用的。
虽然图4显示了导流板42与背板是整体式的，但是应该懂得，本发明还设想出具有与靶的背面构成整体的导流板，或在靶和背板上都具有导流板的组件。图5中显示了一种典型的靶16，其沿着靶的背面58具有根据本发明的冷却剂导流板42′。与靶相关联的导流板42可按照与上面参照图4中所示背板所论述相类似的方式引导冷却剂穿过通道44′。如图所示，靶可包括关于对称线69的镜像导流板组。应该懂得，根据本发明的靶可具有相对于图5的备选导流板构造，包括但并不局限于以下相对于背板所论述的各种构造。
在一种备选构造中，可相对靶和背板(未显示)独立地提供导流板，并可通过靶和背板的夹紧或备选连接作用而将其保持在靶和背板之间的间隔中。例如，可在背板、靶或这两者的表面中提供凹槽或沟槽，用于插入导流板。独立的导流板可构造成具有略微超过靶和背板之间的间隔高度的高度，使得在插入到凹槽中时，导流板可跨过这两个构件之间的间隔。凹槽可用于导流板在组件中的定位和稳定。通过例如这里所论述的任何连接技术或备选连接方法将靶连接至背板上，其还可用于将导流板保持在合适位置上。然而，在特殊的应用中可优选作为背板的一整体部分而提供导流板，其可重复使用，从而最大限度地减小了靶的制造成本和整个靶组件的成本。
被流动改变装置/导流板所占用的区域可优选小于靶的暴露区域(即溅射表面)的50％。导流板所占用的区域更优选小于这种溅射区域的10％。对于特殊的应用，导流板所占用的区域小于溅射区域的3％，并且在特殊的情况下可小于这种区域的1％。
接下来参见图6A，其显示了一种根据本发明的典型的备选导流板构造。虽然显示和论述为设置在背板上，但是导流板构造可备选或额外地存在于靶的背面上。如图所示，背板14具有入口例46和出口侧48，其限定了在导流板组42a之间的对称线。在所显示的构造中，各组导流板包含三个由通道44分隔开的有轮廓的导流板。各组中两个径向最外面的导流板包括弧形部分50a，并可具有至少一个伸长的端部50b。第二弧形部分50c可在相对于部分50a的弧方向相反方向上弯成弧形。在所示的实施例中，相反的弧形部分50c被伸长部分50b所包括，然而可设想出备选的弧形部分的相对位置和弧形曲率。
伸长部分50(当存在时)优选存在于导流板的末端，靠近入口侧46。伸长部分还可存在于导流板的末端，靠近输出端48处，然而，当存在时，这种伸长区域可优选比存在于入口附近的伸长区域更短。
导流板42a的横向宽度并不局限于特定的值。另外，给定组中的不同的导流板可具有彼此相对不同的宽度。如图6A中所示，各组中的其中一个导流板可具有一个或多个延伸穿过它，并进一步延伸穿过背板14的螺栓孔51。这可用于提供径向中间螺栓，以便将背板14固定在根据本发明的靶组件构造中的靶上。出于当前描述的目的，词语″径向中间″或″中间″可指径向设置在背板或靶中心和周边区域之间的特征。虽然没有在图6A中特别显示出来，组中的补充或备选导流板还可具有足够的宽度，以允许包容穿过它的螺栓孔。
本发明还设想出提供一个或多个在背板中心点或其附近穿过背板14的螺栓孔53，以进一步将靶和背板固定在组件中。参照图6B，其显示了居中地穿过背板14的中心螺栓80。图中还显示了延伸穿过背板和最外面的导流板42a的径向中间螺栓82。应该懂得，在使用中心螺栓的情况下，其可称为中心连接，并可单独地或结合通过开口51的中间径向连接和/或穿过周边开口31的周边螺栓一起使用。
在将背板14结合到靶组件中时，螺栓80和/或82可不完全穿过相关联的靶，例如通过在靶中提供构造成可接受相应螺栓的螺纹孔。所示的螺栓连接是示例性的，并且可以是备选紧固件，例如销或其它穿过背板并进入到靶中的结构。在备选实施例中，紧固件可穿过靶。
导流板42a并不局限于特定的高度，并且可优选在背板14至对接靶的背面表面之间延伸达整个距离。然而，本发明还设想其中一个或多个导流板42a或其部分不完全延伸至对接靶表面的整个距离的实施例。
对于根据本发明的靶组件，可优选提供强度较好的靶材料，因为同当前连接技术(例如压合)比较而言，可将靶以相对较少的连接点而机械地连接在背板上。高强度的靶材料的使用可允许最小限度地减少装配到靶和背板上的构件。相反，利用相对较低强度的材料的传统组件时常利用连接在靶上的第一背板和连接在第一背板上的第二背板，其中冷却通道设置在第一和第二背板之间。本发明组件中的中间背板的缺失可允许靶较厚，从而为溅射提供更大量的材料和较长的靶寿命。
为了实现用于根据本发明一个方面的组件中使用的高强度靶，可利用例如相等通道角度挤压技术ECAE(equal channel angularextrusion)或其它大塑性变形技术等方法增强或最大限度地提高材料强度，尤其对于相对较软的材料，例如铝和铝合金。在利用高强度材料的情况下，可优选将组件构造成可用于最小连接，例如只在中心和边缘处，从而最大限度地减小由于例如穿过导流板结构的中间径向连接而破坏水流的任何潜在的缺点。
接下来转到图7，显示了具有多个有轮廓的导流板42b的背板14其轮廓与图6中所示的轮廓相似。所示的导流板42b比之前所示的那些导流板更薄，并可在将提供不穿过导流板的螺栓的备选实施例中使用。在特别情况下，可在特殊位置提供于导流板42b上面延伸的凸起部52a-52e，其中图8的截面图中更清晰地显示了这种凸起部。凸起部部分52a至52e可称为″键″，并可以特定的样式提供，该样式是存在于对接的靶表面上的开口样式的镜像(见图9)。中间键52的数量可变化，并且还可改变这种径向内键沿着各种导流板的位置。
如图7和图8中所示，背板14可选地包括具有头部57的中心键54，其在导流板42b的高度上延伸。应该懂得，本发明还设想彼此独立地利用中心键54和径向键52a-52e。
参见图8，其显示了背板14沿着图7的线8-8剖切的截面图。如图所示，周边区域30包括位于背板正面32中的下凹部分或空腔33。图中显示导流板42b跨过了空腔33的底部和正面32的最上面的高度之间的距离。图中显示了中间键52b在最上面的表面上延伸。中心键54可包括杆部分55，其从空腔底部延伸至背板的最上面的表面上。中心键54还可包括一个或多个延展部分，其横向延伸而超过杆的宽度，从而形成头部57。再次参见图7，这些延展部分可如图所示横向相对。然而，本发明可设想利用相对于图中所显示的键形状的备选键形状。虽然图中显示中间键52为沿径向向内从相关联的导流板中延伸出来，但是键52可从导流板中向外延伸出来，并可具有备选形状，和/或可沿径向向内和沿径向向外从导流板中延伸出来。
参见图9，其显示了根据本发明的靶16，其可与图7中所示的背板14结合起来使用。如图所示，靶16可包括周边区域60，其可具有多个穿过它的螺栓孔61。这种螺栓孔可与背板14上的相应的开口31对准(图7)。
靶16具有表面58，其与溅射表面59相对(图10中更清晰地可见)。如图9-10中所示，表面58可构造成具有中间开口62a-62e的样式，其是图7所示背板14上的键52a的样式的镜像。靶16还可包括环绕着靶16的内径，并将开口62a-62e互连起来的通道64。参见图10，其进一步显示了通道64，而且显示了表面58下面的延展部分63，其中延展部分63相对于通道64的表面开口部分而沿径向向内延伸。
靶16具有中心开口66，其具有与背板14上的中心键54的形状成镜像的形状(图7)。参见图9应该注意到，靶16相对于图7中所示的背板14旋转了90°。参见图10，其显示了开口66的延展部分67，其双向且横向地从表面58下面的开口66的中心部分延伸出来。
如图9中所示，通道64和开口66的延展部分67可完全包围靶的一部分。或者，通道64或其部分可仅仅部分地从开口62朝向下一相邻的开口延伸。类似地，中心开口66的延展部分67可形成围绕如图所示的靶上的中心点的圆形路径，或者可备选地不完全地延伸到表面58以下的整个中心圆形区域。
在一种备选构造中，靶而非背板可包括导流板，其具有根据本发明的凸起部。例如与如图7-8中所示的背板相关联的导流板和键可替换如图5中所示的靶的导流板。构造成可与这种靶对接的背板可具有与图9的靶相关联所示的开口的相应样式。本发明还设想具有这里所论述的任何备选键样式的靶，以及具有相应的构造成可接受键的开口样式的背板。
图11-15显示了用于根据本发明的靶组件的键连接构造的各个方面。如图11中所示，中心键54可具有两个相对的横向延展部分57。应该懂得，可改变这些延展部分的形状，而且这种延展部分不需要是直接横向相对的。提供的键54优选具有与这种背板相关联的靶中的开口成镜像的形状。图13中显示了靶中的典型的镜像开口。参见图12，其显示了横向向外凸出，并且高度高于杆部分55的延展部分57。当背板14倒转，使得正面32将与靶对接时(图13)，键部分54可与靶中的开口66对准，并装配到开口66中。这种背板与靶的配合可随后进行靶和背板彼此相对旋转，使得凸起部部分57在通道延展区域55中旋转而滑动到表面58的下面，从而机械地将靶和背板接合起来。
如图14中所示，开口66构造成可在一个方向上接受匹配的键，并且如图15中所示，键在开口中的回转可保持键，以便将背板锁定在靶上。
再次参见图7-10，中间键52a-52e的样式与靶中的开口62a-62e的样式成镜像，使得在插入中心键54时，各中间键52插入在靶的相应的开口62中。靶相对于背板的旋转使凸起部52a在靶的表面58下滑动，用于额外增强靶和背板之间的锁定强度。
中间键的数量、尺寸和定位并不局限于图7-10中所示的背板和靶上所描绘的样式。图16-17中显示了一种典型的备选键样式。参见图16，其显示了具有中间键52f-52k的背板14。注意，所展现的键不全是相等尺寸。图17中显示了互补的靶，其具有适用于接受背板的键的开口62f-62k的样式。优选提供一种键样式使得背板的键只有在特别对准时，可插入到靶的开口中。这种样式提供了在靶和背板之间恰当对准的简易性。
应该懂得，本发明可设想利用相对于所示五个键和六个键样式更少量或更大量的中间键的键样式。还可改变键沿着给定的导流板的位置，并且可在更少或更多导流板上提供键，而非图中所示的具有两个带键的导流板的样式。
虽然图7-17中所显示的靶和背板结构如图所示并描述为具有中心键和中间径向键，但是应该懂得可彼此独立地使用这些特征。另外，一个或多个这些特征可被螺栓连接构造所替代，例如如上所述。另外，可如图所示使用周边螺栓，或者可省略它，或者可被周边区域的靶和背板之间的插入物或其它连接或压合技术所替代。根据本发明的键构造的利用可最大限度地减小或防止漏水，漏水可能是由于利用具有螺栓孔或其它开口的组件的真空应用而引起的，这些螺栓孔或其它开口穿过靶、穿过背板或穿过这两者。根据本发明的组件可允许水或其它冷却剂在靶和背板之间，在相对较低的冷却剂压力下流动，而不使用补充元件(如通道化的插入物)。
采用了键凸起部时的本发明的构造还允许靶和背板彼此相对旋转，用于对准调整。因此，可比传统的组件更容易地对准和组装包括这些构造的组件。
传统靶组件中可获得的和使用的靶材料和背板材料，例如背景部分中所论述的那些材料，以及仍然有待研制的材料都可用于本发明的组件。在特别的应用中，可优选铝合金背板来提供材料强度。
由于根据本发明的组件中的靶和背板之间的有限或最小的机械连接，因此可优选使用强度较好的靶材料，例如ECAE处理材料。ECAE材料还可用于根据本发明的背板。在特殊的情况下，优选最大限度地减小径向键的数量，用于最大限度地减小破坏水流的潜在缺点。然而，中心键的使用可有效地限制中心翘曲，并且额外的中间键可提供进一步的稳定性，并降低靶翘曲。
根据本发明的冷却靶的方法可使用上述任何靶和/或背板。可提供靶和背板，并可将其结合到靶组件中。在特别的方面，在靶和背板的其中一个或这两者具有冷却剂导流板的情况下，导流板存在于组件相关联的靶和背板之间形成的间隔中。冷却剂在该间隔中流动，以冷却靶。如上所述，根据本发明的导流板可使至少一部分冷却剂在冷却剂入口至出口之间的非线性的路径中偏转穿过间隔。
根据本发明的靶组件进行压力测试和冷却研究。压力测试利用两类压力试验来执行。利用自由地流过整个系统的水可获得的最大流率来执行开放系统测试。对于开放系统测试，监测系统出口处的偏转、压力(压力计处)、泄漏和流率。
表1中呈现了使用一种具有中心键和半径中间键(mid-radius key)的靶组件的开放系统测试的结果。该结果表明，开放系统中没有发生泄漏。也没有检测到靶的偏转和背板的偏转。
表1开放系统的压力试验
初始流率(源处) 出口流率 压力(压力计处)   背板的偏转 靶的偏转 泄漏
5.62加仑/分钟(21.35升/分钟) N/A 5磅/平方英寸 0毫米 0毫米 无
12.48加仑/分钟(48升/分钟 7.995加仑/分钟(30.75升/分钟) 11磅/平方英寸 0毫米 0毫米 无
对于相同的靶组件(带有中心键和半径中间键)还执行了封闭系统测试。封闭系统测试利用受控制的压力，这种压力控制通过使水开始流动，并逐渐地打开调节器至特定的预定压力而实现。在达到规定的压力时，调整流量，以保持恒定的压力。在封闭系统测试期间，监测系统出口处的偏转、压力计处的压力、泄漏和流率。表2中呈现了对中心键和半径中间键执行封闭系统研究的结果。结果表明，缺乏沿着线A和线B的可检测到的靶偏转和零至最小的靶背板偏转(线A指在背板上的入口和出口之间延伸的直线，并且线B居中地在垂直于线A的背板表面上延伸)。对于任何测试压力，都没有发生漏泄。
表2封闭系统试验
压力(读自压力计) 恒定压力下的时间 靶偏转   背板偏转(线A)   背板偏转(线B) 泄漏
5磅/平方英寸 5分钟 0毫米   0毫米   0毫米     无
10磅/平方英寸 5分钟 0毫米   0毫米   0毫米     无
15磅/平方英寸 5分钟 0毫米   0毫米   0毫米     无
20磅/平方英寸 24小时 0毫米   0.25毫米   0毫米     无
25磅/平方英寸 24小时 0毫米   0.5毫米   0毫米     无
30磅/平方英寸 24小时 0毫米   0.75毫米   0.25毫米     无
35磅/平方英寸 72小时 0毫米   0.9毫米   0.25毫米     无
类似的封闭系统和开放系统测试是针对具有中心螺栓(利用铝合金A12024T351)，或中心键(利用铝合金6061 T4的背板)的靶组件而进行的。图18中呈现了这种研究的结果以及对组件的开放系统和封闭系统测试，这种组件具有带有中心螺栓和半径中间螺栓的背板。在图18的图表中圈出了经估算的优选的操作压力和水流量的范围区域(基于模型和实验)。
图18中呈现的结果揭示了利用具有中心螺栓和半径中间螺栓的背板的组件，其显示完全没有背板偏转和超出圈出来的优选的操作压力和水流量的范围。图18中所呈现的针对开放系统测试的条件包含在10-15磅/平方英寸的压力下，每分钟8-9加仑的流率。封闭系统的条件是在高达35磅/平方英寸的压力下执行的。在封闭系统下，即使沿着线A的偏转也保持小于1毫米，其具有最少量的螺栓支撑。对于具有中心螺栓和半径中间螺栓的组件，即使在几个达35磅/平方英寸压力的大压力试验72小时之后，也没观察到泄漏。
对于本发明的组件，执行了其相对于传统的高压力冷却的靶冷却效率的比较。图19显示了针对利用高压(80-100磅/平方英寸)冷却的传统靶的冷却剖面(上)和用于利用低压(大约10磅/平方英寸)冷却的本发明的靶组件的靶冷却剖面(下)。研究指示本发明的组件可提供充分的冷却效率，以允许利用低压力。总地说来，本发明的组件在10-20磅/平方英寸的压力下可通常给予充分的冷却，但可设想更高的压力。这种低压操作范围相对于传统上利用的较高压力降低了靶翘曲。
本发明的靶组件构造具有利用低压冷却进行操作的能力，其允许靶组件可比传统的组件更具成本效率，因为其降低了制造成本。本发明的组件利用较少的部件(缺乏冷却板)，以获得所需的冷却效应，并因而更容易制造出来。相对于传统的组件，由于使用机械的紧固件，所以还简化了本发明的靶和背板的连接和对准，其可消除通常用于传统组件的两个压接步骤，并允许通过旋转而对准(如上所述)。这种机械连接还可提供比传统的压接方法更为强度较好的连接。另外，高强度材料例如ECAE材料的使用可进一步减少翘曲，并可允许靶更深地溅射到靶材料中。

Claims (36)

1.一种靶背板，包括：
构造成与溅射靶对接的第一面；
与所述第一面相反的第二面；和
设置在所述第一面上的多个导流板，其中各导流板的至少一部分是非线性的。
2.根据权利要求1所述的靶背板，其特征在于，所述多个导流板包括第一组导流板和第二组导流板，所述第一组和第二组关于对称线而彼此成镜像。
3.根据权利要求1所述的靶背板，其特征在于，所述多个导流板中包含的一些导流板包括弧形部分，其中来自其中至少一些导流板的所述弧形部分是同心的。
4.根据权利要求1所述的靶背板，其特征在于，还包括冷却剂入口和冷却剂出口，其中，所述多个导流板形成了多个冷却剂通道，其中，在所述冷却剂入口和所述冷却剂出口之间的距离的至少一部分上，冷却剂偏离线性流动路径而发生了偏转。
5.根据权利要求1所述的靶背板，其特征在于，所述多个导流板中包含的至少一些导流板包括在第一方向上弯成弧形的第一弧形部分，以及在与所述第一方向相反的第二方向上弯成弧形的第二弧形部分。
6.一种靶背板，包括：
构造成与溅射靶对接的正面；
设置在所述正面的外部的周边区域；
在所述正面的周边区域上沿径向向内设置的下凹部分；
所述下凹部分中的冷却剂导流板；和
从所述冷却剂导流板凸出来的凸起部，其构造成用于插入到溅射靶的开口中。
7.根据权利要求6所述的背板，其特征在于，所述冷却剂导流板是由所述背板包括的多个冷却剂导流板的其中一个冷却剂导流板，各个单独的导流板设置在所述下凹部分中。
8.根据权利要求7所述的背板，其特征在于，其中至少两个导流板包括构造成能够插入到溅射靶的开口中的凸起部。
9.一种溅射靶，包括：
构造成可与背板对接的背面，所述背面包括表面；
与所述背面相反的溅射表面；
至少一个穿过所述表面而延伸到所述靶中的开口，其中，所述开口构造成可接受紧固件。
10.根据权利要求9所述的靶，其特征在于，所述紧固件是居中地穿过背板的螺栓。
11.根据权利要求9所述的靶，其特征在于，所述紧固件与所述背板构成整体。
12.根据权利要求11所述的靶，其特征在于，所述靶包括与所述开口相关联，并从所述开口沿径向延伸出来的表面下的通道，所述紧固件可在所述通道中滑动。
13.一种溅射靶，包括：
构造成可与背板对接的背面；
设置在所述背面上的冷却剂导流板；和
从所述冷却剂导流板凸出来的凸起部，其构造成能够插入到背板的开口中。
14.根据权利要求13所述的靶，其特征在于，所述冷却剂导流板是所述靶所包括的多个冷却剂导流板的其中一个冷却剂导流板。
15.根据权利要求14所述的靶，其特征在于，其中至少两个冷却剂导流板包括构造成能够插入到背板的开口中的凸起部。
16.一种靶组件，包括：
溅射靶，其具有背面表面，并具有从所述背面表面延伸而不完全穿过所述靶的开口；
靶背板，其包括构造成可与所述溅射靶的背面对接的正面；和
从所述背板的正面凸出来的凸起部，所述凸起部可插入到所述靶的开口中。
17.根据权利要求16所述的组件，其特征在于，所述开口由从所述背面表面延伸而不完全穿过所述靶的多个开口所包括，其中，所述背板包括多个凸起部，所述多个凸起部可插入到所述多个开口中。
18.根据权利要求17所述的组件，其特征在于，所述靶包括与所述多个开口相关联的表面下的通道，并且所述凸起部可在所述表面下的通道中通过所述靶相对于所述背板的旋转而滑动。
19.根据权利要求18所述的组件，其特征在于，通过将所述凸起部插入到所述开口中，并且通过所述靶相对于所述背板的后续旋转而使所述靶连接到所述背板上。
20.根据权利要求19所述的组件，其特征在于，所述组件还包括位于所述靶的周边区域附近的紧固件，其中，所述紧固件在所述靶相对于所述背板的旋转之后而进行紧固。
21.根据权利要求16所述的组件，其特征在于，所述凸起部沿径向居中于所述背板上。
22.根据权利要求16所述的组件，其特征在于，还包括穿过所述背板的径向中心，且至少部分地穿过所述靶的径向中心的中心螺栓。
23.一种溅射靶组件，包括：
溅射靶；
背板；和
设置在所述靶和所述背板之间的多个冷却剂导流板，各导流板的至少一部分是非线性的。
24.根据权利要求23所述的溅射靶组件，其特征在于，所述多个导流板包括第一组导流板和第二组导流板，其中，所述第一组和第二组关于对称线进行设置。
25.根据权利要求23所述的溅射靶组件，其特征在于，其中至少一些导流板包括弧形部分。
26.根据权利要求23所述的溅射靶组件，其特征在于，所述导流板与所述靶构成整体。
27.根据权利要求23所述的溅射靶组件，其特征在于，所述导流板与所述背板构成整体。
28.根据权利要求23所述的溅射靶组件，其特征在于，中心螺栓延伸穿过所述靶的中心和所述背板的中心。
29.根据权利要求23所述的溅射靶组件，其特征在于，所述靶和所述背板的其中至少一个包括利用等通道角度挤压技术进行加工的材料。
30.一种冷却靶的方法，包括：
提供靶；
提供与所述靶相关联的背板；
在所述靶与所述背板之间的间隔内提供冷却剂导流板，所述冷却剂导流板沿着其长度的至少一部分是非线性的；和
使冷却剂在所述靶与所述背板之间的间隔内流动。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述导流板包括同心的弧形部分。
32.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述组件包括位于所述组件的第一径向侧的冷却剂入口，以及设置成与所述入口沿径向相对的冷却剂出口，其中，所述导流板使至少一部分冷却剂在穿过间隔的非线性的流动路径上从所述入口偏转至所述出口。
33.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，其中至少一些导流板跨过所述间隔的深度。
34.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，其中至少一些导流板与所述背板构成整体。
35.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，其中至少一些导流板与所述溅射靶构成整体。
36.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，利用至少一个从所述背板凸出来，并插入到所述靶的开口中的凸起部将所述靶连接到所述背板上，其中，所述开口只是部分地穿过所述靶而延伸。
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