CN101972875A - 钨钛合金靶材焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种钨钛合金靶材焊接方法，包括：提供钨钛合金靶材、背板和焊料；对钨钛合金靶材的结合面进行镀镍处理；对所述钨钛合金靶材进行预热，使焊料分布在所述钨钛合金靶材的结合面；对所述背板进行预热，使焊料分布在所述背板的结合面；使所述钨钛合金靶材的结合面与所述背板的结合面贴合并进行焊接，形成靶材组件；冷却靶材组件。根据本发明的钨钛合金靶材焊接方法，可以使钨钛合金靶材与背板、尤其是铜背板以较高的强度结合在一起，满足溅射工艺的高强度要求；而且。即使在靶材面积较大的情况下，也能够有效地抑制靶材组件、特别是钨钛合金靶材发生较大的变形、翘曲等。

Description

钨钛合金靶材焊接方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种钨钛合金靶材的焊接方法。

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、螺栓连接等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。

因靶材材质的不同，焊接时所使用的焊料种类、焊接条件等也是不同的。另外，在生产中广泛应用的背板主要是铜材质的靶材。目前，钨钛/铜两种金属间的焊接主要是使用铟系、锡系焊料。然而，溅射工艺的环境比较恶劣，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的过程中靶材组件的温度较高，因此，对靶材组件的焊接强度要求较高。而采用铟系、锡系焊料焊接钨钛合金靶材和铜背板，由于钨钛合金与焊料难以浸润、融合，因而所得到的靶材组件的强度不能满足溅射工艺的要求，容易出现靶材变形、靶材与背板结合部开裂等不良情况，严重时甚至会出现靶材与背板脱落的情况，上述情况容易导致溅射质量下降，妨碍正常生产。

另一方面，金属钨钛与金属铜的膨胀系数相差较大，因而焊接冷却过程中钨钛合金靶材与铜背板的相对变形也非常大，这种变形在靶材面积较大的情况下尤为明显。然而，金属钨钛与金属铜的熔点相差也较大，因此常见的适于进行大面积焊接的设备也不能应用在金属钨钛与金属铜的焊接上。

综上所述，选择一种既能够使钨钛合金靶材与铜背板以较高的强度结合在一起，又能够使靶材组件特别是大面积的靶材组件出现变形较小的焊接方法，就显得十分必要。

发明内容

本发明是为了解决在钨钛合金靶材与铜背板的焊接强度较低，无法满足溅射工艺的要求，且在靶材面积较大时会产生较大的变形等问题而做出的。

为解决上述问题，本发明提供一种钨钛合金靶材焊接方法，其包括：提供钨钛合金靶材、背板和焊料；对钨钛合金靶材的结合面进行镀镍处理；对所述钨钛合金靶材进行预热后，将焊料分布在所述钨钛合金靶材的结合面；对所述背板进行预热后，将焊料分布在所述背板的结合面；使所述钨钛合金靶材的结合面与所述背板的结合面贴合并进行焊接，形成靶材组件；冷却靶材组件。

可选地，所述焊料为铟系焊料。

可选地，所述背板材料为铜基合金。

可选地，所述钨钛合金靶材的预热温度为160℃至170℃。

可选地，将焊料分布在所述钨钛合金靶材的结合面后，通过超声波处理带有焊料的钨钛合金靶材。

可选地，所述背板的预热温度为160℃至170℃。

可选地，将焊料分布在所述背板的结合面后，通过超声波处理带有焊料的背板。

可选地，在将焊料分布在所述钨钛合金靶材的结合面时，保持所述钨钛合金靶材预热后的温度；在将焊料分布在所述背板的结合面时，保持所述背板预热后的温度。

可选地，焊接过程中，使用保护气体进行保护。

可选地，设置围板，使所述钨钛合金靶材与所述背板在围板中进行焊接。

可选地，所述保护气体为氩气。

可选地，冷却过程中，对所述靶材组件进行加压。

可选地，所述加压包括：在冷却过程中使用垫板，使所述垫板贴合在所述靶材结合面的相对面上，通过对所述垫板直接加压而对所述靶材结合面的相对面施加压力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

对钨钛合金靶材的表面进行镀镍处理，优化焊料与钨钛合金靶材的浸润、融合程度，使钨钛合金靶材通过该镀镍面与背板进行焊接，可以有效地提高焊接强度，满足溅射工艺的要求。另一方面，在保护气体的保护下进行焊接，可以防止钨钛合金靶材、背板以及焊料发生氧化，由此提高进一步保证了钨钛合金靶材与背板的焊接强度。

此外，在冷却过程中对靶材组件进行加压，可以抑制其中的钨钛合金靶材和/或背板发生变形，进行减小二者的相对变形。

附图说明

图1是本发明钨钛合金靶材焊接方法一实施方式的钨钛合金靶材焊接的流程图；

图2是本发明钨钛合金靶材焊接方法一实施方式的钨钛合金靶材与背板的结合面相贴合示意图；

图3是本发明钨钛合金靶材焊接方法一实施方式的焊接过程中对架设围板的示意图；

图4是本发明钨钛合金靶材焊接方法一实施方式的冷却过程中对靶材组件加压的主视图。

具体实施方式

本发明的发明人发现：现有钨钛合金靶材组件与背板尤其是铜背板的焊接后，焊接质量无法满足溅射工艺的高强度要求。

本发明提供一种靶材组件的焊接方法，其包括：提供钨钛合金靶材、背板和焊料；对钨钛合金靶材的结合面进行镀镍处理；对所述钨钛合金靶材进行预热，使焊料分布在所述钨钛合金靶材的结合面；对所述背板进行预热，使焊料分布在所述背板的结合面；使所述钨钛合金靶材的结合面与所述背板的结合面贴合并进行焊接，形成靶材组件；冷却靶材组件。

由于钨钛合金靶材与钨钛合金靶材的焊接性能相似，因此，在本发明一实施方式中，以钨钛合金靶材为例对本发明的钨钛合金靶材焊接方法进行说明。另外，由于铜材质的背板(即铜基靶材)在实际生产中应用较为广泛，所以本实施方式中以铜背板为例进行说明。

下面，结合附图，对本发明一实施方式钨钛合金靶材焊接方法进行详细地说明。

图1是本发明一实施方式的钨钛合金靶材焊接的流程图；图2是本发明钨钛合金靶材焊接方法一实施方式的钨钛合金靶材与背板的结合面相贴合示意图。

参照图1及图2，对本发明一实施方式提供的一种钨钛合金靶材焊接方法，所述钨钛合金靶材焊接方法包括如下步骤：

执行步骤S1，提供钨钛合金靶材10、背板20和焊料(未图示)。

所述钨钛合金靶材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％)；钨钛合金靶材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％)、形状为正方形的钨钛合金靶材作为钨钛合金靶材10来进行说明。

所述背板20材料可以选自铜或铜基合金；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％)、形状为与钨钛合金靶材10相对应的正方形的铜背板。

然而，这并不构成对本发明的限制，根据具体条件的不同，所述背板的材质也可以为例如铝基合金(铝或铝合金)。

所述焊料铟可以为例如铟系焊料、锡系焊料等，在本实施方式中使用的焊料为铟焊料。其熔点适中、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。此外，优选使用无铅的铟焊料。

执行步骤S2，对钨钛合金靶材10的结合面100实施镀镍处理。

利用镀镍层可以增强焊料与钨钛合金靶材的浸润、融合，由此，使钨钛合金靶材10通过经镀镍处理的结合面100与背板20焊接在一起后具有较高的结合强度，这样所得到的靶材组件的焊接强度可以满足溅射工艺的高强度要求。钨钛合金靶材10的结合面100上的镀镍层的厚度，可以根据例如钨钛合金靶材的面积、钨钛合金靶材与背板的焊接面积等具体条件来确定，例如在焊接面积较大的情况下，在所述钨钛合金靶材10上设置厚度较大的镀镍层。

执行步骤S3，对钨钛合金靶材10进行预热，将焊料分布到钨钛合金靶材的结合面100。

所述将焊料分布到钨钛合金靶材10的结合面100包括：

首先，预热处理钨钛合金靶材10，接着，将焊料(图式未示出)分布到钨钛合金靶材10的覆有所述镀镍层的结合面100，使焊料充分融合、浸润钨钛合金靶材10的结合面100，可以使焊料与钨钛合金靶材结合地更为紧密，有利于进一步提高靶材组件的结合强度。这里，通过覆盖焊料还能够抑制钨钛合金靶材10的结合面100发生氧化。

所述预热处理预热可以采用例如加热炉辐射加热、加热板直接接触加热等加热方式，优选使用加热炉辐射加热的加热方式。预热温度范围可以根据环境温度、焊料的使用量、以及焊料的具体熔点等具体条件进行选择，在本实施方式中，优选为160℃至170℃。对钨钛合金靶材10进行预热是为了使覆盖的焊料充分融合、浸润钨钛合金靶材10的结合面100。特别地，在预热之后覆盖焊料的过程中，可以对所述钨钛合金靶材100实施保温，这样可以得到更好的浸润效果，所述实施保温的方式可以为例如继续保持对钨钛合金靶材10的加热，但使钨钛合金靶材10的温度保持在160℃至170℃。

特别地，在将焊料分布在所述钨钛合金靶材10的结合面100后，还可以利用例如超声波处理使焊料与所述钨钛合金靶材10充分地浸润、融合。

特别地，还可以使用附有焊料的钢刷往复多次地摩擦钨钛合金靶材10的结合面100，通常3至6回，使焊料更加均匀地分布在钨钛合金靶材10的结合面100，这样有利于使焊料与钨钛合金靶材10结合紧密，从而提高钨钛合金靶材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S4，对背板20进行预热，将焊料分布到背板20的结合面200。

所述将焊料分布在背板20的结合面200包括：

首先，预热处理背板20，接着，将焊料(图式未示出)分布到背板20的结合面200，使焊料充分浸润背板20的结合面200，由此可以使焊料与背板结合地更为紧密，有利于进一步提高靶材组件的结合强度。这里，通过覆盖焊料还能够抑制背板20的结合面200发生氧化。

所述预热处理可以采用例如加热炉辐射加热、加热板直接接触加热等加热方式，优选使用加热炉辐射加热的加热方式。预热温度范围可以根据环境温度、焊料的使用量、以及焊料的具体熔点等具体条件进行选择，在本实施方式中，优选为160℃至170℃。对背板20进行预热是为了使覆盖的焊料充分融合、浸润背板20的结合面200。特别地，在覆盖焊料的过程中可以对所述背板20实施保温，这样可以得到更好的浸润效果。对所述背板20的保温方式可以参考前述对钨钛合金靶材10的保温方式。

特别地，在将焊料分布在所述背板20的结合面200后，还可以利用例如超声波处理使焊料与所述背板20充分地浸润、融合。

特别地，还可以使用附有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)，使焊料更加均匀地分布在背板20的结合面200，这样有利于使焊料与背板20结合紧密，从而提高钨钛合金靶材10与背板20焊接后的结合强度，使靶材组件更为牢固。

如果焊接时背板20的结合面200上存在氧化层，则会影响焊接效果，使焊接强度下降。因此，优选在背板20上分布焊料前，对背板20实施去除氧化层处理。例如通过打磨等方式去除背板20的结合面200的氧化层，由此确保能够得到较高的焊接强度。此外，实施打磨等处理后，应当使用例如有机溶剂等清洗所述背板20的结合面200，去除打磨时产生的污物、杂质，保持所述背板20的结合面200的清洁，由此可以提高靶材组件的焊接质量。所述有机溶剂例如为酒精、航空煤油等。

另一方面，实施打磨等处理还可以增加背板20的结合面200的表面粗糙度，使焊料更易于融合所述背板20的结合面200。在本实施方式中，所述打磨处理可以使用例如180目、230目的砂纸来进行。

步骤S5，使钨钛合金靶材10结合面100与背板20结合面200贴合，进行焊接，形成靶材组件。

在对钨钛合金靶材10和背板20进行焊接时，由于焊接时温度很高，优选使用保护气体进行保护，防止焊料、钨钛合金靶材10、以及背板20在焊接过程中发生氧化。所述保护气体优选为氩气。此外，在钨钛合金靶材10与背板20贴合前，若焊料表面出现氧化层，优选使用刮刀、刮板等工具去除焊料表面的氧化层，由此确保能够得到较高的焊接强度。

特别地，优选焊接时架设围板30。如图3所示，所述围板30首尾相接，包围在钨钛合金靶材10及背板20的四周。在本实施方式中，通过架设围板30，可以使例如氩气等保护气体更加集中在钨钛合金靶材10及背板20的周围，由此既能够增强保护气体的保护效果，又能够防止保护气体向钨钛合金靶材10及背板20的周围环境扩散造成浪费。所述围板30的高度可参照钨钛合金靶材10及背板20的高度来确定。所述围板30所围成的形状、面积应根据焊接操作时所需要的空间来设置；在本实施方式中，所述围板30设置为方形，但是，这并不构成对本发明的限制，在实际应用中，也可以为例如圆形、椭圆形等。

执行步骤S6，冷却靶材组件。

焊接后将步骤S5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。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，表面发生氧化或脆度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。

另外，由于冷却过程中钨钛合金靶材10容易发生变形，所以，优选在冷却过程中，对放置于某一平面上进行冷却的钨钛合金靶材10进行加压，由此抑制钨钛合金靶材10发生变形，使钨钛合金靶材10保持溅射面平整。

特别地，尤为优选设置垫板，通过垫板对钨钛合金靶材10进行加压，可以使压力均匀地分布在钨钛合金靶材10上，这样可以更好地抑制钨钛合金靶材10的变形、翘曲以及钨钛合金靶材10与背板2的相对变形等。

参照图4，具体地说，在冷却过程中，在所述钨钛合金靶材10的结合面100的相对面上设置垫板40，使用于施加压力的加压端50将压力直接施加到所述垫板40上，加压端50施加的压力可以通过该垫板40更为均匀地分布在钨钛合金靶材10的上，由此得到更好的抑制变形的效果；特别是在钨钛合金靶材10的面积较大的情况下，设置垫板40在抑制钨钛合金靶材10等发生变形上效果尤为显著。

在本实施方式中，对所述靶材组件的加压方式为对钨钛合金靶材10的结合面100的相对面进行加压，然而，这并不构成对本发明的限制，在实际应用中，也可以设置为对靶材组件中的背板侧进行加压。

综上所述，根据本发明的钨钛合金靶材焊接方法，在涂布焊料之前，对钨钛合金靶材的表面进行镀镍处理，利用镀镍层增强焊料与钨钛合金靶材的浸润、融合，使钨钛合金靶材通过该镀镍面与背板进行焊接，可以有效地提高焊接质量，得到较高的焊接强度，满足溅射工艺的要求。另外，使焊接过程处于例如氩气等保护气体的保护下，可以防止钨钛合金靶材、背板以及焊料发生氧化，避免形成氧化层，这样可以进一步提高钨钛合金靶材与背板的焊接质量，使由此得到的靶材组件的结合强度更高。

另一方面，在冷却过程中对靶材组件进行加压，可以抑制其中的钨钛合金靶材和/或背板发生变形，进行减小二者的相对变形。特别地，通过设置垫板等，可以使所施加的压力更为均匀地分布在靶材组件的表面，更为充分、全面地抑制靶材组件特别是钨钛合金靶材发生变形、翘曲等。

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 (12)

1.一种钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，包括：

提供钨钛合金靶材、背板和焊料；

对钨钛合金靶材的结合面进行镀镍处理；

对所述钨钛合金靶材进行预热后，将焊料分布在所述钨钛合金靶材的结合面；

对所述背板进行预热后，将焊料分布在所述背板的结合面；

使所述钨钛合金靶材的结合面与所述背板的结合面贴合并进行焊接，形成靶材组件；

冷却靶材组件。

2.根据权利要求1所述的钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，所述焊料为铟系焊料。

3.根据权利要求1所述的钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，所述背板材料为铜基合金。

4.根据权利要求1所述的钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，所述钨钛合金靶材的预热温度为160℃至170℃。

5.根据权利要求4所述的钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，将焊料分布在所述钨钛合金靶材的结合面后，通过超声波处理带有焊料的钨钛合金靶材。

6.根据权利要求1所述的钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，所述背板的预热温度为160℃至170℃。

7.根据权利要求6所述的钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，将焊料分布在所述背板的结合面后，通过超声波处理带有焊料的背板。

8.根据权利要求1所述的钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，在将焊料分布在所述钨钛合金靶材的结合面时，保持所述钨钛合金靶材预热后的温度；在将焊料分布在所述背板的结合面时，保持所述背板预热后的温度。

9.根据权利要求1所述的钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，在所述焊接过程中，使用保护气体进行保护。

10.根据权利要求9权利要求所述的钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，设置围板，使所述钨钛合金靶材与所述背板在所述围板所围成的空间中进行焊接。

11.根据权利要求1所述的钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，冷却过程中，对所述靶材组件进行加压。

12.根据权利要求11所述的钨钛合金靶材焊接方法，其特征在于，所述加压包括：在冷却过程中使用垫板，使所述垫板贴合在所述靶材结合面的相对面上，通过对所述垫板直接加压而对所述靶材结合面的相对面施加压力。

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