CN101745710A - 靶材组件的焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种靶材组件的焊接方法，包括：提供铬或铬合金靶材坯料、背板和焊料；用焊料覆盖铬或铬合金靶材坯料的结合面，在真空环境下对所述铬或铬合金靶材坯料预热并实施保温，使得焊料与铬或铬合金靶材坯料的结合面充分融合，去除多余的焊料；对所述背板的结合面进行打磨处理，用焊料覆盖背板的结合面，在真空环境下预热并实施保温；对铬或铬合金靶材坯料和背板进行钎焊，将铬或铬合金靶材坯料焊接至背板形成靶材组件；冷却靶材组件。本发明能够增强铬或铬合金靶材坯料与背板在钎焊后的结合强度，并避免焊接过程中背板等发生氧化，确保靶材组件的性能稳定，符合产品品质要求。

Description

靶材组件的焊接方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及靶材组件的焊接方法。

背景技术

溅射镀膜是半导体生产中一种常见的工艺，在溅射镀膜工艺中，通常使用背板固定用于溅射的靶材，即通过例如焊接等连接方式将靶材连接到背板上进行固定。这里，将连接在一起的用于溅射的靶材和用于固定所述靶材的背板称为靶材组件，所述背板用于将所述靶材装配到溅射基台，而且还具有传导热量的功效。在溅射过程中，所述靶材组件的工作环境比较恶劣，例如，靶材组件处于强电场、磁场中并被各种高速粒子的轰击，溅射过程中靶材组件的温度较高等。溅射镀膜时，靶材组件处于如上所述的恶劣环境下，如果所述靶材与背板之间的结合强度过低，则会出现靶材组件的结合部发生开裂，甚至靶材从背板上脱落无法继续进行溅射的情况，从而影响溅射过程及整个生产的稳定性、连续性，造成生产率下降等；如果所述靶材与背板之间的结合强度过高，则会导致靶材组件发生变形，甚至靶材偏离规定位置无法继续进行溅射，从而导致溅射效率降低，溅射质量下降。此外，靶材组件结合部的结合强度过高、过低，严重时都可能造成溅射基台等受损，影响批量生产的生产性。

综上所述，选择一种既能够使靶材与背板可靠地结合在一起以确保生产的稳定，又能够防止因溅射组件结合强度高而造成溅射效率降低的焊接方式，就显得十分必要。

不同种金属间的焊接是靶材生产过程中非常关键的一道工序，材质不同的靶材需要用不同的焊料、焊接方法进行焊接。以铬靶材为例，铬因为其特殊的物理化学性质，在同其他金属相钎焊时，结合强度不高。目前，通常的做法为采用钎焊方式将铬靶材与其他金属(可以是包括铜或铜合金的铜基合金，或者是包括铝或铝合金的铝基合金)材质的背板焊接在一起。有关靶材的不同种金属焊接的相关技术另可参阅专利申请号为200610146033.2、发明名称为“一种钎焊方法”的中国专利文件。

但是，由于铬与低温焊料(300℃左右)难以润湿融合，难以充分进行焊接，容易出现焊接不良；而使用高温焊料(至少大于1000℃)时，铜或铜合金又容易氧化，焊接处抗拉强度低，焊接后结合强度较低，焊接质量低，达不到半导体靶材组件的要求。

发明内容

本发明是为了解决在焊接铬或铬合金靶材坯料和背板形成靶材组件的焊接作业中，焊接结合部的焊接质量较差、结合强度较低，造成质量不稳定等问题而进行的。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件的焊接方法，其包括：提供铬或铬合金靶材坯料、背板和焊料；用焊料覆盖所述铬或铬合金靶材坯料的结合面，并在真空环境下预热所述铬或铬合金靶材坯料；用焊料覆盖所述背板的结合面，并在真空环境下预热所述背板；通过钎焊，将所述铬或铬合金靶材坯料焊接至所述背板上形成靶材组件；冷却靶材组件。

可选地，所述焊料为银焊料。

可选地，所述背板材料选自铝基合金或铜基合金。

可选地，所述铬或铬合金靶材坯料的预热温度为600℃至850℃。

可选地，预热处理后对所述铬或铬合金靶材坯料实施保温。

可选地，所述背板的预热温度为600℃至850℃。

可选地，所述焊接方法还包括：用焊料覆盖所述背板前，对所述背板的结合面进行打磨并使用有机溶剂进行清洗。

可选地，所述有机溶剂为酒精或航空煤油。

可选地，预热处理后对所述背板实施保温。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过在真空环境下，对铬或铬合金靶材坯料和背板进行预热并实施保温，并通过真空焊接将铬或铬合金靶材坯料焊接到背板组成靶材组件，可以有效地防止了铬或铬合金靶材坯料和背板在焊接过程中，尤其是高温焊接过程中发生氧化，由此提高铬或铬合金靶材坯料和背板的焊接质量，增强二者的结合强度，保持产品质量稳定。

附图说明

图1为本发明一实施方式制作靶材组件的流程图；

图2至图3为根据图1所示流程制作靶材组件的结构示意图。

具体实施方式

本发明的发明人发现：现有铬或铬合金靶材组件的焊接作业大多为非真空环境下的低温/高温钎焊的方式，将铬或铬合金靶材坯料(包括铬靶材)与其他金属(例如铜或铜合金的铜基合金、铝或铝合金的铝基合金)背板焊接在一起的，这样容易造成靶材坯料与背板间的焊接质量不稳定(例如焊接结合强度较弱)，达不到溅射工艺中的结合强度的要求。

本发明一实施方式提供一种靶材组件的焊接方法，其包括：提供铬或铬合金靶材坯料、背板和焊料；用焊料覆盖所述铬或铬合金靶材坯料的结合面，并在真空环境下预热所述铬或铬合金靶材坯料；用焊料覆盖所述背板的结合面，并在真空环境下预热所述背板；通过钎焊，将所述铬或铬合金靶材坯料焊接至所述背板上形成靶材组件；冷却靶材组件。此外，所述焊接方法还包括对所述铬或铬合金靶材坯料预热处理后，还对其实施保温；对所述背板预热处理后，还对其实施保温。另外，所述焊接方法还包括用焊料覆盖所述背板前，对所述背板的结合面进行打磨并使用有机溶剂进行清洗，所述有机溶剂为酒精或航空煤油。

由于铬靶材与铬合金靶材的焊接性能相似，因此，在本发明一实施方式中，以铬靶材为例对本发明的技术方案进行说明。

下面，结合附图，对本发明一实施方式进行详细地说明。

参照图1、图2及图3，本发明一实施方式提供一种靶材组件的焊接方法，包括如下步骤：

执行步骤S1，提供铬靶材坯料10、背板20和焊料(未图示)。

所述铬靶材坯料10的纯度大于99.9％，例如为3N5(纯度99.95％)、4N5(纯度99.995％)或者5N(99.999％)；铬靶材坯料10的形状，根据应用环境、溅射设备的实际要求，可以为圆形、矩形、环形、圆锥形或其他形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，且其厚度可以为1mm至80mm不等。在本实施方式中，以纯度为3N5(纯度99.95％)、形状为正方形的铬靶材坯料作为铬靶材坯料10来进行说明。本实施方式中使用焊接的是铬靶材坯料，其与铬靶材的区别仅在于尚未进行加工，因而不对本发明的焊接方法构成限制，即本发明的焊接方法同样适用于加工完毕或半加工的铬靶材(包括铬合金靶材)。

所述背板20材料可以选自铜基合金(铜或铜合金)或铝基合金(铝或铝合金)；所述背板20的形状，根据应用环境、溅射设备的实际要求，可以为圆形、矩形、环形、圆锥形或其他形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，且其厚度可以为1mm至80mm不等。在本实施方式中，所述背板20是纯度为3N5(纯度99.95％)、形状为与铬靶材坯料10相对应的正方形的铜背板。

所述焊料为银焊料，所述银焊料可以为银的质量百分比为25％以上的银焊料。优选使用无铅的银焊料。本实施方式中，使用银的质量百分比为30％的银焊料，其熔点为766℃，熔化温度中等、润湿性好，具有优良的焊接性能(抗拉性和延展性都比较好)，且焊接后的韧性较好，对恶劣工作环境的耐受力较强。

执行步骤S2，使焊料均匀覆盖到铬靶材坯料的结合面，然后在真空环境下对所述铬靶材坯料进行预热并实施保温。

所述将焊料均匀覆盖到铬靶材坯料的结合面包括：

首先，将焊料(图式未示出)均匀覆盖到铬靶材坯料10的结合面100，使焊料充分融合铬靶材坯料10的结合面100，可以使焊料与铬靶材坯料结合紧密，提高靶材组件的结合强度。这里，所覆盖的焊料还能够降低铬靶材坯料10的结合面100的氧化程度。

接着，在真空环境下对铬靶材坯料10进行预热并实施保温，预热可以采用例如加热炉辐射加热、加热板直接接触加热，优选使用加热炉辐射加热。预热温度范围根据被焊接的靶材坯料和背板的材质，以及焊料的熔点等来确定，在本实施方式中，预热温度范围为500℃至1000℃，优选为600℃至850℃。对铬靶材坯料10进行预热是为了使覆盖的焊料充分融合铬靶材坯料10的结合面100。

特别地，还可以使用附有焊料的钢刷往复多次地摩擦铬靶材坯料10的结合面100(通常3至6回)，使焊料与铬靶材坯料10的结合面100融合地更为充分，这样有利于使焊料与背板结合紧密，从而提高铬靶材坯料10与背板20焊接后的结合强度，使靶材组件更为牢固。

执行步骤S3，对所述背板的结合面进行打磨并使用有机溶剂进行清洗，使焊料均匀覆盖到背板的结合面，然后在真空环境下，对所述铬靶材坯料进行预热并实施保温。

所述将焊料充分融合于背板的结合面包括：

首先，对背板20的结合面200进行打磨处理，既可以去除背板20的结合面200的氧化层，又可以增加背板20的结合面200的表面粗糙度，使焊料更易于融合所述结合面200。在本实施方式中，对背板20的结合面200的打磨处理可以使用例如180目、230目的砂纸来进行。此外，打磨完毕应该用有机溶剂对清洗结合面200进行清洗，去除打磨时产生的污染物，保持所述结合面200的清洁，由此可以确保靶材组件的焊接强度。所述有机溶剂例如为酒精、航空煤油等。

接着，将焊料(图式未示出)均匀覆盖到背板20的结合面200，使焊料充分融合背板20的结合面200以提高焊接的结合强度。这里，所覆盖的焊料还能够降低背板20的结合面200的氧化程度。

然后，在真空环境下对背板20进行预热并实施保温，预热可以采用例如加热炉辐射加热、加热板直接接触加热，优选使用加热炉辐射加热。预热温度范围根据被焊接的靶材坯料和背板的材质，以及焊料的熔点等来确定，在本实施方式中，预热温度范围为500℃至1000℃，优选为600℃至850℃。对背板20进行预热是为了使覆盖的焊料充分融合背板20的结合面200。

特别地，还可以使用沾上焊料的钢刷往复多次地摩擦背板20的结合面200(通常3至6回)，使焊料与背板20的结合面200融合地更为充分，这样有利于使焊料与背板结合紧密，从而提高铬靶材坯料10与背板20焊接后的结合强度，使靶材组件更为牢固。

步骤S4，通过钎焊，将铬靶材坯料焊接到背板形成靶材组件。

使用钎焊设备，将铬靶材坯料10和背板20焊接在一起构成靶材组件。所述钎焊设备可为常用的钎焊机，优选使用真空钎焊机。焊接温度为760℃以上，优选760℃至840℃。

在对铬靶材坯料10和背板20进行钎焊时，优选使涂有焊料的铬靶材坯料10的结合面100与涂有焊料的背板20的结合面200相接触，并按住所述结合面100的背面和/或所述结合面200的背面进行挤压和/或旋转，使焊料均匀、充分地填充在所述结合面100与所述结合面200形成的缝隙中，然后再进行焊接。

执行步骤S5，冷却靶材组件。

通常，焊接后将步骤S4中形成的靶材组件冷却到常温。所采用的冷却方式为例如自然风冷、冷板冷却等，优选使用如自然风冷的缓慢温和的冷却方式。具体地说，焊接结束后使真空钎焊机处于封闭状态，待其自然冷却到常温后再开启真空钎焊机。其原因在于，快速激烈的冷却方式虽然效率高，但是，高温的靶材组件与氧气接触后，极易发生氧化，而且容易使靶材组件特别是焊缝的脆度变大，导致靶材组件性能下降。在溅射过程中，表面发生氧化、脆性变大的靶材组件更容易出现焊缝开裂、靶材脱落等情况，从而影响生产的安全性、连续性。

在本实施方式中，构成靶材组件的是铬靶材坯料，在焊接完成后，可以通过粗加工、精加工使其达到溅射工艺的要求。而且，这并不构成对本发明的限制，在实际应用中，根据具体情况，也可以先对靶材坯料进行加工，使其达到尺寸等要求后再进行焊接，即本发明也适用于将加工完毕的靶材或半加工靶材焊接到背板，构成靶材组件。

特别地，本实施方式中，仅对背板的结合面进行了打磨，但是，在实际应用中，根据具体情况，也可以对靶材坯料(包括加工完毕的靶材和半加工靶材)进行打磨，其做法和效果与打磨背板类似，在此不作赘述。

综上所述，根据本发明的焊接方法，通过在真空环境下对铬或铬合金靶材坯料和背板进行预热并实施保温，并通过真空焊接将铬或铬合金靶材坯料焊接到背板组成靶材组件，在整个焊接过程中使铬或铬合金靶材坯料和背板避免与氧气接触，可以有效地防止了铬或铬合金靶材坯料和背板在焊接过程中发生氧化，因而无论是高温焊接还是低温焊接，都能够使铬或铬合金靶材坯料和背板的结合强度变高，得到较好的焊接质量，从而确保产品的质量稳定。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，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。

Claims (9)

1.一种靶材组件的焊接方法，其特征在于，包括：

提供铬或铬合金靶材坯料、背板和焊料；

用焊料覆盖所述铬或铬合金靶材坯料的结合面，并在真空环境下预热所述铬或铬合金靶材坯料；

用焊料覆盖所述背板的结合面，并在真空环境下预热所述背板；

通过钎焊，将所述铬或铬合金靶材坯料焊接至所述背板上形成靶材组件；

冷却靶材组件。

2.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述焊料为银焊料。

3.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述背板材料选自铝基合金或铜基合金。

4.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述铬或铬合金靶材坯料的预热温度为600℃至850℃。

5.根据权利要求4所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，预热处理后对所述铬或铬合金靶材坯料实施保温。

6.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述背板的预热温度为600℃至850℃。

7.根据权利要求6所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，还包括：用焊料覆盖所述背板前，对所述背板的结合面进行打磨并使用有机溶剂进行清洗。

8.根据权利要求7所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述有机溶剂为酒精或航空煤油。

9.根据权利要求6至8中任一权利要求所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，预热处理后对所述背板实施保温。

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