CN101811223A - 靶材组件焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种靶材组件焊接方法，该方法使用兼具吸附、加压功能的压力装置，所述压力装置具有一个或多个工作端，该方法包括：对背板进行预热，将焊料分布在背板的结合面；使压力装置在吸附状态下工作，以压力装置的工作端吸附靶材至背板上，使所述靶材的结合面与所述背板的结合面相贴合；使压力装置在加压状态下工作，以压力装置的工作端对所述靶材加压，在加压时进行焊接；冷却所述靶材组件。本发明能够缩短制作时间，提高制作效率；降低靶材的氧化程度，同时避免已贴合的靶材和背板发生错位，得到质量较好的靶材组件。而且，本发明使用的设备较少，所需的空间较小。

Description

靶材组件焊接方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及靶材组件焊接方法。

背景技术

溅射镀膜技术应用于很多领域，其可以提供带有原子级光滑表面的能够精确控制厚度的膜层。在溅射镀膜工艺中，通常使用背板固定用于溅射的靶材，即通过例如焊接等方式将靶材(包括未加工成完成品的靶材坯料)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”，所述背板将所述靶材装配到溅射基台，同时所述背板还具有传导热量的作用。

目前，靶材组件特别是大尺寸靶材(通常，将直径大于180mm的圆形靶材或面积大于或等于该圆形靶材面积的靶材称为“大尺寸靶材”)的靶材组件大多是采用例如钎焊等焊接方式来制作。通常的焊接方法为：在靶材、背板的结合面上分布焊料，通过吸附装置吸附带焊料的靶材并使其与带焊料的背板贴合在一起，并通过传输装置传输到压力室中进行加压处理，使连接在一起的靶材和背板在规定的压力条件下冷却，形成靶材组件。特别地，根据具体情况还可以使用超声波处理、加热等方式使焊料均匀地分布到靶材、背板的结合面上，以得到更好的焊接质量，使靶材与背板更为牢固地连接在一起。

但是，所述传输过程中，靶材与背板仅是贴合在一起，并没有进行牢固地连接，且在所述传输过程中靶材与背板间的焊料呈熔融态或液态，因而靶材与背板容易产生错位，而造成靶材组件的组装精度下降。此外，该传输过程延长了焊接的时间，降低了生产效率。

另外，在公开号为CN101279401A的中国发明专利文献中公开了一种大面积靶材的压力焊接方法，该方法采用扩散焊接将粗糙化处理后的靶材与待焊面被加工成非平面结构的背板焊接在一起。在该方法中，将靶材置于背板上，立即施加压力，使靶材与背板的待焊面完全压合在一起。但是，当靶材与背板的待焊面完全压合在一起时，则需要用夹具将压合在一起的靶材与背板夹紧，置于普通加热炉中进行保温，完成焊接。

由此可见，该焊接方法中的压力保持是通过夹具的夹持来实现的；在靶材置于背板上时立即施加压力只是为了使靶材与背板的待焊面完全压合在一起，而不是为了保持压力进行焊接。然而，该焊接方法中需要进行夹具的拆装，步骤较多，操作较为复杂，不利于实现生产的机械化、自动化，会延长焊接的时间，降低生产效率。另外，该焊接方法必须进行机加工，生产成本较高；而且需要将背板的待焊面加工成与水平面间呈0.5°至5°的夹角，加工要求较高，不利于实施。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种靶材组件焊接方法，该焊接方法步骤较少，因而能够缩短靶材组件的制作时间，提高制作效率。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件焊接方法，该方法使用兼具吸附、加压功能的压力装置，所述压力装置具有一个或多个工作端，该方法包括：对背板进行预热，将焊料分布在背板的结合面；使压力装置在吸附状态下工作，以压力装置的工作端吸附靶材至背板上，使所述靶材的结合面与所述背板的结合面相贴合；使压力装置在加压状态下工作，以压力装置的工作端对所述靶材加压，在加压时进行焊接；冷却所述靶材组件。

可选地，所述靶材组件焊接方法还包括：在所述靶材的结合面与所述背板的结合面贴合前，对所述靶材进行预热，在开始预热的同时将焊料分布到所述靶材的结合面。

可选地，所述靶材组件焊接方法中，所述对靶材进行的预热在对靶材加压且压力达到规定压力时、或开始进行加压焊接时停止。

可选地，所述靶材组件焊接方法还包括：将焊料分布到所述靶材的结合面后，通过超声波装置对结合面上分布有焊料的所述靶材进行超声波处理。

可选地，所述靶材组件焊接方法还包括：将焊料分布到所述靶材的结合面前，对所述靶材的结合面进行打磨处理。

可选地，所述靶材组件焊接方法还包括：在所述打磨处理后使用有机溶剂对所述靶材进行清洗。

可选地，所述靶材组件焊接方法还包括：将焊料分布到所述背板的结合面后，通过超声波装置对结合面上分布有焊料的所述背板进行超声波处理。

可选地，所述靶材组件焊接方法还包括：所述对背板进行的预热在对靶材加压且压力达到规定压力时、或开始进行加压焊接时停止。

可选地，所述靶材组件焊接方法还包括：将焊料分布到所述背板的结合面前，对所述背板的结合面进行打磨处理。

可选地，所述靶材组件焊接方法还包括：在所述打磨处理后使用有机溶剂对所述背板进行清洗。

可选地，所述靶材组件焊接方法中，所述靶材为直径大于180mm的圆形靶材，或面积大于或等于所述圆形靶材面积的靶材。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

通过使用兼具吸压、加压功能的压力装置进行压力作用，在带焊料的靶材与带焊料的背板贴合在一起时，通过压力装置直接对其进行加压。在本发明的溅射靶材焊接方法中，不需要再使用现有技术中专门用于加压的压力室来进行加压，同时还可以省略将贴合在一起的背板和靶材坯料移动到压力室的步骤。这样，可以减少制作靶材组件的制作步骤，缩短制作时间，提高制作效率，而且还可以缩短靶材在空气中暴露的时间，降低制作过程中靶材的氧化程度，从而更好地保证靶材组件的质量。此外，取消专门用于加压的压力室，则制作靶材组件所需要的制作空间也相对变小。

附图说明

图1为本发明一实施方式制作靶材结构的流程图；

图2至图3为根据图1所示流程制作靶材组件的示意图。

具体实施方式

本发明的发明人发现：在现有的靶材组件焊接方法中需要设置一个专门的用于加压的压力室，在靶材与背板贴合在一起后，将其移动到压力室中进行后续工序。移动贴合在一起的靶材与背板这一步骤使得靶材组件的制作时间变长，生产效率变低，而且移动过程中容易出现因靶材与背板发生偏移错位而造成靶材组件的形位关系变差等问题，不利于制作过程中的质量管控。

靶材的制作包括铸造和加工两个阶段，这里，将尚未加工成完成品的靶材称为“靶材坯料”。当采用例如焊接等方法制作靶材组件时，通常是先将尚未加工成完成品的靶材坯料与背板结合构成靶材组件，然后再进行机械加工。其原因在于，在例如焊接等靶材组件的焊接方法中，会出现例如，靶材表面发生氧化，靶材组件的形位关系不符合设计要求等问题。在构成靶材组件之后再进行机械加工，则可以去除靶材(包括未加工成完成品的靶材坯料)表面发生氧化的部分，修正靶材组件的形位关系，从而提高靶材及靶材组件的质量。

当然，因靶材与背板的结合方法的不同，也存在先对靶材坯料进行粗加工，加工成半成品后，使其与背板结合构成靶材组件，然后再进行精加工的情况；以及先对靶材坯料进行加工，加工成完成品后，使其与背板结合构成靶材组件的情况。

本实施方式中，选择较为常用的方法，即先将尚未加工的靶材坯料与背板结合在一起再进行机械加工的方式制作靶材组件，相应地，在下述的本实施方式中，将用来与背板进行焊接的靶材称为“靶材坯料”。

本发明提供一种靶材组件焊接方法，该方法使用兼具吸附、加压功能的压力装置，所述压力装置具有一个或多个工作端，该方法包括：对背板进行预热，将焊料分布在背板的结合面；使压力装置在吸附状态下工作，以压力装置的工作端吸附靶材至背板上，使所述靶材的结合面与所述背板的结合面相贴合；使压力装置在加压状态下工作，以压力装置的工作端对所述靶材加压，在加压时进行焊接；冷却所述靶材组件。

下面结合附图对本发明一具体实施方式进行详细地说明。

参考图1，本发明实施方式提供一种靶材组件的焊接方法，该焊接方法使用兼具吸压、加压功能的压力装置，包括如下步骤：

步骤S1，对靶材坯料进行预热，将焊料分布在靶材坯料的结合面；

步骤S2，对背板进行预热并将焊料分布在背板的结合面；

步骤S3，通过所述压力装置吸附带焊料的靶材坯料，使靶材坯料的结合面与背板的结合面贴合；

步骤S4，通过所述压力装置对靶材坯料加压，加压的同时进行焊接，形成靶材组件；

步骤S5，冷却靶材组件。

在所述靶材坯料与背板焊接为一体，构成靶材组件以后，可以通过机加工来调整靶材组件的尺寸、及表面粗糙度等。

下面，结合附图对于本发明一实施方式的制作步骤过程进行详细地说明。结合图1和图2所示，如步骤S1所述，对靶材坯料100进行预热，将焊料分布到靶材坯料100的结合面上。所述预热处理的目在于使焊料变为熔融态或液态，以进行后续的焊接。为防止靶材坯料100的结合面在预热过程中发生氧化，提高靶材组件的结合强度，优选在开始预热时就将焊料分布到靶材坯料100上。

所述靶材坯料100可以是例如纯度为4N5(纯度99.995％)、5N(99.999％)的高纯度靶材坯料，也可以是合金靶材坯料；靶材坯料100的形状，根据应用环境、溅射设备的具体要求，可以为圆形、矩形、环形、锥形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，其厚度可以为1mm至80mm不等。在本实施方式中，所述靶材坯料100为方形靶材。

所述焊料的种类可以根据靶材坯料、背板的材质来进行选择，例如，可以为银焊料。

预热所述靶材坯料100可以使焊料充分浸润所述靶材坯料100的结合面，提高靶材组件的结合强度。预热温度因焊料的种类、靶材坯料及背板的材质而不同，例如，在使用银焊料焊接铬靶材坯料和铜基合金背板的情况下，可选的预热温度范围为600℃至850℃，在使用银焊料焊接钛靶材坯料和铜基合金背板的情况下，可选的预热温度范围为200℃至250℃。

特别地，还可以采用例如超声波处理、打磨处理等处理方法处理靶材坯料100的结合面，促使焊料充分浸润靶材坯料100，以提高靶材组件的结合强度。具体地说，所述超声波处理为，在焊料分布到结合面时、特别是所分布的焊料变为熔融态/液态时，通过超声波处理带焊料的靶材坯料100，使焊料与结合面均匀、充分地接触以提高焊接效果；所述打磨处理为，在分布焊料以前，对靶材坯料100的结合面进行打磨处理，调整该结合面的表面粗糙度，使结合面更易于与焊料充分接触，以提高焊接效果，由于在打磨过程中会产生磨削屑，因而优选在打磨处理后使用有机溶剂对靶材坯料100进行清洗，以去除打磨过程中产生的碎屑。

如步骤S2所述，对背板200进行预热，将焊料分布到背板200的结合面上。为防止背板200的结合面在预热过程中发生氧化，提高靶材组件的结合强度，优选在开始预热时就将焊料分布到背板200上。

所述背板200材料根据靶材坯料的材质，可以为例如铝基合金、铜基合金等；所述背板200的形状，根据应用环境、溅射设备的具体要求，可以为圆形、矩形、环形、锥形或其他类似形状(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200为方形背板。

预热所述背板200可以使焊料充分浸润所述背板200的结合面，提高靶材组件的结合强度。预热温度因焊料的种类、靶材坯料及背板的材质而不同，例如，在使用银焊料焊接铬靶材坯料和铜基合金背板的情况下，可选的预热温度范围为600℃至850℃，在使用银焊料焊接钛靶材坯料和铜基合金背板的情况下，可选的预热温度范围为200℃至250℃。

特别地，还可以采用例如超声波处理、打磨处理等处理方法处理背板200的结合面，促使焊料充分浸润背板200，以提高靶材组件的结合强度。具体地说，所述超声波处理为，在焊料分布到结合面时、特别是所分布的焊料变为熔融态/液态时，通过超声波处理带焊料的背板200，使焊料与结合面均匀、充分地接触以提高焊接效果；所述打磨处理为，在分布焊料以前，对背板200的结合面进行打磨处理，调整该结合面的表面粗糙度，使结合面更易于与焊料充分接触，以提高焊接效果，由于在打磨过程中会产生磨削屑，因而优选在打磨处理后使用有机溶剂对背板200进行清洗，以去除打磨过程中产生的碎屑。

参考图2，如步骤S3所述，用压力装置的工作端300吸附带焊料的靶材坯料100，使其与背板200相贴合，即，使靶材坯料100带焊料的结合面与背板200带焊料的结合面贴合。

压力装置为兼具吸附和加压功能的装置，可以根据实际的操作要求等变换工作状态，通过工作端300对被处理物进行加压或吸附。所述工作端300可为例如圆柱形、方柱形等，在本实施方式中，所述工作端300为圆柱形，数量为一个。在本实施方式的步骤S3中，所述压力装置的工作状态为吸附，其工作端300如吸盘一样发挥吸附作用，吸附在靶材坯料100的与结合面相对的一面。随后，所述工作端300吸附靶材坯料100移动到背板200的上方，接着工作端300吸附靶材坯料100下降，直到靶材坯料100的结合面与背板200的结合面贴合。

参考图3，如步骤S4所述，通过压力装置对靶材坯料100加压，加压的同时进行焊接，形成靶材组件。

如上所述，压力装置为兼具吸附和加压功能的装置，可以根据实际的操作要求等变换工作状态，通过工作端300对被处理物进行加压或吸附。在本实施方式的步骤S4中，所述压力装置的工作状态为加压，其工作端300作用于靶材坯料100的与结合面相对的一面，对靶材坯料100进行加压，使得靶材坯料100的结合面与背板200的结合面紧密贴合。在压力装置对靶材坯料100施压的同时进行焊接，形成靶材组件。为保持稳定的制作过程，得到质量较好的靶材组件，优选在焊接过程中对靶材坯料100施加恒定不变的压力。

施加的压力因焊料的种类、靶材坯料及背板的材质而不同，至少应确保靶材与背板充分接触，二者结合面间没有空气、间隙且焊料分布均匀。

此外，在前述将焊料分布到背板200的结合面后，可以继续保持对背板200的预热处理，在对靶材坯料100加压且压力达到规定压力时停止预热、或在开始进行施压焊接时停止预热。

如步骤S5所述，冷却靶材组件。冷却方式根据具体情况进行选择，可以采用例如水冷、风冷等冷却方式，优选使用风冷，尤为优选使用能够防氧化的气体、例如氮气来进行风冷，以防止靶材组件继续氧化。冷却温度可根据后续工序来确定，在没有特殊要求的情况下，通常将靶材组件冷却到常温。为了得到较好的焊接效果，优选在对靶材组件100施加一定压力的情况下进行冷却。

如步骤S6所述，对靶材组件进行加工，使靶材坯料100与背板200的形位关系满足要求，同时去除靶材坯料100上形成的氧化物，以确保溅射形成的镀膜质量稳定，效果好。

上述本发明一实施方式为压力装置只具有一个工作端，但是，这并不构成对本发明的限制，根据具体情况，例如焊接大尺寸靶材时，可以设置两个或两个以上的工作端，对靶材进行加压/吸附的压力作用。例如焊接长度为3000mm、宽度为500mm的矩形靶材时，可以相应地设置4至6个工作端对其进行加压或吸附的压力作用，以保持压力作用均匀，防止靶材或背板发生翘曲变形。需要特别说明的是，所述大尺寸靶材主要是指结合面面积较大的靶材，通常，将直径大于180mm的圆形靶材或与其面积相当的靶材称为“大尺寸靶材”。

此外，为保持压力作用均匀，得到较好的焊接效果，在设置多个工作端的情况下，优选将多个工作端均匀地设置在靶材的与结合面相对的一面。

如上所述，靶材组件的焊接方法还适用于如下情况：先对靶材坯料进行粗加工，加工成半成品后，应用了本发明的焊接方法使其与背板结合构成靶材组件，然后再进行精加工的情况；以及先对靶材坯料进行加工，加工成完成品后，应用了本发明的焊接方法使其与背板结合构成靶材组件的情况。本发明的同样适用于上述情况。

综上所述，根据本发明来制作靶材组件，可以在靶材与背板贴合后，直接进行加压，减少了将贴合在一起的靶材和背板移动到压力室这一步骤，可以缩短制作时间，提高生产效率。

另外，现有技术中，传输过程中的靶材与背板处于高温状态，因此在传输过程中靶材与背板会产生一定程度的氧化(例如铝靶材表面形成致密氧化膜、铜靶材表面生锈等)，使靶材组件的质量下降。而根据本发明进行焊接则不需要该传输过程，因而不会产生与该传输过程相对应的氧化情况，从而降低靶材的氧化程度，得到较好的焊接效果。并且，还可以防止贴合在一起的靶材和背板在移动过程中发生偏移错位，确保靶材与背板的形位关系符合要求，以提高产品的合格率。

此外，根据本发明制作靶材组件，不需要设置专门用于加压的压力室，节约了成本及制作所需占用的空间，尤其制作大尺寸靶材时，所用的压力室体积较大，根据本发明可以极大地减少制作空间。

另外，根据本发明来制作靶材组件，还可以根据靶材尺寸的大小设置压力装置工作端的数量、分布形式等，尤其在焊接大尺寸靶材时，只要增加压力装置工作端的数量就可以完成制作，生产中的工序安排及设备的通用性较强，便于进行生产管理。

虽然本发明己以较佳实施方式披露如上，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 (10)

1.一种靶材组件焊接方法，该方法使用兼具吸附、加压功能的压力装置，所述压力装置具有一个或多个工作端，该方法包括：

对背板进行预热，将焊料分布在背板的结合面；

使压力装置在吸附状态下工作，以压力装置的工作端吸附靶材至背板上，使所述靶材的结合面与所述背板的结合面相贴合；

使压力装置在加压状态下工作，以压力装置的工作端对所述靶材加压，在加压时进行焊接，构成靶材组件；

冷却所述靶材组件。

2.根据权利要求1所述的靶材组件焊接方法，其特征在于，还包括：在所述靶材的结合面与所述背板的结合面贴合前，对所述靶材进行预热，在开始预热的同时将焊料分布到所述靶材的结合面。

3.根据权利要求2所述的靶材组件焊接方法，其特征在于，还包括：将焊料分布到所述靶材的结合面后，通过超声波装置对结合面上分布有焊料的所述靶材进行超声波处理。

4.根据权利要求2所述的靶材组件焊接方法，其特征在于，还包括：将焊料分布到所述靶材的结合面前，对所述靶材的结合面进行打磨处理。

5.根据权利要求4所述的靶材组件焊接方法，其特征在于，还包括：在所述打磨处理后使用有机溶剂对所述靶材进行清洗。

6.根据权利要求1所述的靶材组件焊接方法，其特征在于，还包括：将焊料分布到所述背板的结合面后，通过超声波装置对结合面上分布有焊料的所述背板进行超声波处理。

7.根据权利要求1所述的靶材组件焊接方法，其特征在于，还包括：所述对背板进行的预热在对靶材加压且压力达到规定压力时、或开始进行加压焊接时停止。

8.根据权利要求1所述的靶材组件焊接方法，其特征在于，还包括：将焊料分布到所述背板的结合面前，对所述背板的结合面进行打磨处理。

9.根据权利要求8所述的靶材组件焊接方法，其特征在于，还包括：在所述打磨处理后使用有机溶剂对所述背板进行清洗。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的靶材组件焊接方法，其特征在于，所述靶材为直径大于180mm的圆形靶材，或面积大于或等于所述圆形靶材面积的靶材。

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