CN108544045A - 一种钨靶材焊接方法及钨靶材组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钨靶材焊接方法及钨靶材组件，涉及半导体制造技术领域。所述钨靶材焊接方法首先对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗，在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件，再利用钎焊工艺对所述钨靶材和所述铜背板进行钎焊接后获得钨靶材组件，对所述钨靶材组件进行冷却。所述钨靶材焊接方法在焊接前在所述钨靶材和所述铜背板间放置焊料引流件，保证了焊料的在所述钨靶材和所述铜背板间的均匀分布，提高了焊缝均匀性、焊接成功率以及焊接稳定性。

Description

一种钨靶材焊接方法及钨靶材组件

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种钨靶材焊接方法及钨靶材组件。

背景技术

随着微电子设备大规模进入人们的生活，半导体制造行业也开始迅猛发展，集成电路中使用钨靶材进行PVD镀膜，在钨靶材在溅射过程中使用磁控溅射，需要使用强度较高、导热好、导电性高的铜材料作为背板材料，因此必须将钨材料和背板材料焊接在一起才能加工成半导体所使用的靶材，既可以可靠的安装在溅射机台上，同时又可以在磁场、电场作用下使钨靶材得到有效控制进行溅射。

钨靶材与背板焊接采用钎焊，可以使得背板重复利用，节约成本，钨靶材化学镀镍(用还原剂把溶液中的镍离子还原沉积在具有催化活性的表面上)后，与焊锡浸润，达到靶材焊接的要求，但是目前对于厚度薄的钨靶材与背板焊接，焊接变形量，焊缝均匀性等性能都较难控制，存在焊接成功率低和焊接后钨靶材稳定性不佳的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种钨靶材焊接方法，以解决上述现有钨靶材焊接方法存在的焊缝均匀性差、焊接成功率低和焊接稳定性差的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种钨靶材焊接方法，所述钨靶材焊接方法首先对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗，在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件，再利用钎焊工艺对所述钨靶材和所述铜背板进行钎焊接后获得钨靶材组件，对所述钨靶材组件进行冷却。

综合第一方面，所述对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗，包括：对钨靶材和铜背板进行机械加工，获得厚度为5.8692mm的钨靶材以及4mm的铜背板；对所述钨靶材和所述铜背板进行表面清洗处理。

综合第一方面，在所述在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件之前，所述钨靶材焊接方法还包括：判断所述钨靶材的机械加工平面度是否小于第一阈值；在为是时，执行步骤：在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件。

综合第一方面，所述第一阈值的选取范围为0.1～0.3mm。

综合第一方面，在所述判断所述钨靶材的机械加工平面度是否小于第一阈值之后，在所述在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件之前，所述钨靶材焊接方法还包括：判断所述铜背板的机械加工平面度是否小于第二阈值；在为是时，执行步骤：在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件。

综合第一方面，所述第二阈值的选取范围为0.2～0.4mm。

综合第一方面，所述在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件，包括：在所述铜背板相对所述钨靶材的表面，沿平行于所述铜背板相对所述钨靶材的表面的方向放置焊料引流件；利用压力装置将所述钨靶材均匀压置在所述铜背板相对所述钨靶材的表面上。

综合第一方面，所述焊料引流件为平行于所述铜背板的短边等距设置的至少一根铜丝。

综合第一方面，在所述对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗之前，所述钨靶材焊接方法还包括：判断所述钨靶材和所述铜背板的平面度是否小于机械加工最小需求阈值；在为是时，执行步骤：对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗。

第二方面，本发明实施例提供了一种钨靶材组件，所述钨靶材组件采用上述钨靶材焊接方法制成。

本发明提供的有益效果是：

本发明提供了一种钨靶材焊接方法及钨靶材组件，所述钨靶材焊接方法在对钨靶材和铜背板进行焊接前在所述钨靶材和所述铜背板中间放置至少一根铜丝，以使所述钨靶材和所述铜背板间的焊料分布更加均匀，改善焊缝均匀性，提高焊接成功率和焊接后的钨靶材稳定性。其中，在放置铜丝前，本发明提供的钨靶材焊接方法还会对所述钨靶材和所述铜背板进行机械加工，确保所述钨靶材的厚度为5.8692mm以及所述铜背板的厚度为4mm，并在机械加工完成后对所述钨靶材和所述铜背板的表面进行清洗处理，从而减小了所述钨靶材和所述铜背板的焊接形变，提高了焊接稳定性。进一步地，在进行焊接前，所述钨靶材焊接方法还会判断所述钨靶材和所述铜背板的平面度是否符合焊接要求，在其符合焊接要求时才进行焊接步骤，避免因焊接面不平整造成的焊接失败，提高了焊接成功率以及焊接平整度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了传统钨靶材焊接方法制成的钨靶材的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的一种钨靶材焊接方法的流程图；

图3为本发明第一实施例提供的一种加工和清洗具体步骤的流程图；

图4为本发明第二实施例提供的另一种钨靶材焊接方法的流程图；

图5为本发明第三实施例提供的一种钨靶材组件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

经本申请人研究发现，在现有的钨靶材焊接方法中，必须将钨材料和背板材料焊接在一起才能加工制成半导体所使用的靶材，而常用的背板厚度较薄，容易造成焊接时产生较大的焊接变形，影响钨靶材的使用效果。请参考图1，图1示出了传统钨靶材焊接方法制成的钨靶材的结构示意图。其中，钨靶材为溅射靶材背板，即溅射沉积技术中用做阴极的材料，该阴极材料在溅射机台中被带正电荷的阳离子撞击下以分子、原子或离子的形式脱离阴极而在阳极表面重新沉积。由于金属溅射靶材往往是高纯的铝、铜、钛、镍、钽及贵金属等比较贵重的材料，所以在其制造时常常使用比较普通的材料来作为背板。背板起到支撑靶材、冷却、降低成本等作用，常用的材料有铝合金(ALBP)、铜合金(CUBP)等。同时，由于焊料在高温焊接时呈液态，会在钨靶材和背板之间不受控制地流动，因此焊料在钨靶材和背板之间的分布不一定为均匀分布，存在焊料分布不均匀、焊接均匀性较差的问题。为了解决上述问题，本实施例提供了一种钨靶材焊接方法。请参考图2，图2为本发明第一实施例提供的一种钨靶材焊接方法的流程图。所述钨靶材焊接方法的具体流程如下：

步骤S10：对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗。

步骤S20：在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件。

步骤S30：利用钎焊工艺对所述钨靶材和所述铜背板进行钎焊接后获得钨靶材组件。

步骤S40：对所述钨靶材组件进行冷却。

针对步骤S10，作为一种实施方式，请参考图3，图3为本发明第一实施例提供的一种加工和清洗具体步骤的流程图，其具体步骤如下：

步骤S12：对钨靶材和铜背板进行机械加工，获得厚度为5.8692mm的钨靶材以及4mm的铜背板。

步骤S13：对所述钨靶材和所述铜背板进行表面清洗处理。

其中，所述钨靶材可选用纯度适合的钨靶材胚料进行机械加工，并且根据实际环境、溅射设备的具体需求确定钨靶材的形状，本实施例中可选用长方形，所述长方形钨靶材胚料的直径和厚度可以在其基础尺寸上添加1～5mm的加工余量，以使钨靶材胚料在后续的机械加工中具有较好的调整加工空间。此外，所述铜背板的形状可与钨靶材胚料的形状大致相同，其尺寸可稍大于所述钨靶材胚料。进一步地，所述铜背板的材料可以选用黄铜、铜铬合金或其他满足钨靶材焊接需求的金属。

考虑到现有的钨靶材焊接技术选用的铜背板的厚度较薄，在焊接时存在焊接变形量较大的问题，从而造成焊接制成的钨靶材组件外形不美观、平整度小、焊接成功率低的后果。申请人为了解决这个问题，在本实施例中将所述钨靶材的厚度选定为5.8692mm，所述铜背板的厚度选定为4mm，以保证焊接变形量较小，使所述钨靶材和所述铜背板焊接制成的钨靶材组件满足稳定性高、美观等需求。

进一步地，为了提高焊接成功率和焊接平整度，在进行焊接前还需要对所述钨靶材和所述铜背板的焊接面进行机械加工，所述机械加工的方法有多种，例如采用铣刀对所述钨靶材和所述铜背板的焊接面进行铣加工，使所述钨靶材和所述铜背板的焊接面尽量光滑平整。同时，在机械加工完成后，还应对所述钨靶材和所述铜背板进行表面清洗处理，所述清洗处理的实施方式也有多种选择，例如利用酸混合溶液进行清洗。

应当理解的是，为了保证焊接成功率和焊接平整度，本实施例提供的钨靶材焊接方法在进行机械加工之前和之后，均会对所述钨靶材和所述铜背板的平整度进行判断，在其平整度符合机械加工要求或焊接要求时才进行后续的机械加工或焊接步骤。具体地，在对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗之前，还包括步骤S11：判断所述钨靶材和所述铜背板的平面度是否小于机械加工最小需求阈值，在为是时，执行步骤：对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗。此步骤在对所述钨靶材和所述铜背板进行机械加工前通过平面度检测判断所述钨靶材和所述铜背板是否满足机械加工需求，且在机械加工后是否能达到焊接要求，提高了焊接成功率，避免造成原材料的不必要的浪费。

同时，在完成机械加工后，执行步骤S20之前，所述钨靶材焊接方法中对所述钨靶材和所述铜背板的平面度判断的具体步骤为：

步骤S14：判断所述钨靶材的机械加工平面度是否小于第一阈值且所述铜背板的机械加工平面度是否小于第二阈值，在为是时，执行步骤S20：在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件。本实施例通过上述步骤S14在进行引流件设置和焊接前，先确定了所述钨靶材和所述铜背板的平面度满足焊接需求，可选地，在本实施例中，所述第一阈值的取值范围可以是0.1～0.3mm，所述第二阈值的取值范围可以是0.2～0.4mm。

对所述钨靶材和所述铜背板进行焊接时，可用锡或其他金属作为焊料，而进行焊接时焊料呈液态，液态的焊料在所述铜背板上能够自由流动，并不一定为均匀分布，存在焊料分布不均匀进而导致焊缝均匀性差、焊接成功率低和焊接稳定性差的问题。为了解决这个问题，按照所述钨靶材焊接方法，接下来应该执行步骤S20，即：在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件。其中，所述引流件可以是平行于所述铜背板的短边等距设置的至少一根铜丝，所述至少一根铜丝通常可以设置为5～8根，所述引流件还可以是一体成型的铜丝网或铜丝栅。所述焊料在铜丝的引流作用下，均匀分布在所述铜背板的焊接表面，使焊接后的钨靶材组件有更好的稳定性和更加均匀的焊缝。

可选地，上述引流件还可以是一体成型的铜丝网、铜丝栅等。

按照本实施例提供的钨靶材焊接方法，接下来应执行步骤S30：利用钎焊工艺对所述钨靶材和所述铜背板进行钎焊接后获得钨靶材组件。其中，所述钎焊工艺即是用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散形成焊缝的焊接方法。采用钎焊工艺进行焊接的钨靶材组件变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件。进一步地，为了排除杂质干扰，得到焊接稳定性更好的钨靶材组件，本实施例还可以采用真空钎焊技术，所述真空钎焊是在真空钎焊炉中真空状态下，加热钎料对工件进行焊接的技术，能够提高所述钨靶材组件的抗腐蚀性、减少工业污染、节省生产成本且提高了焊接成功率。

对于步骤S40：对所述钨靶材组件进行冷却。在对焊接制成的钨靶材进行冷却时，避免受到环境干扰，可以采用真空冷却技术。

第二实施例

请参考图4，图4为本发明第二实施例提供的另一种钨靶材焊接方法的流程图。本实施例提供的钨靶材焊接方法具体步骤如下：

步骤S10：对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗，在对所述铜背板进行焊接前加工时在所述铜背板的焊接面刻制螺纹；

步骤S20：在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件。

步骤S30：利用钎焊工艺对所述钨靶材和所述铜背板进行钎焊接后获得钨靶材组件。

步骤S40：对所述钨靶材组件进行冷却。

与本发明第一实施例提供的钨靶材焊接方法不同的是，本实施例提供的钨靶材焊接方法的步骤S10在机械加工步骤在所述铜背板的焊接面刻制螺纹，进一步保证了焊料在焊接面的分布均匀性，进而提升了焊接成功率和焊缝均匀程度，确保了钨靶材组件的稳定性。

第三实施例

请参考图5，图5为本发明第三实施例提供的一种钨靶材组件的结构示意图。

应当理解的是，本发明还提供了一种采用本发明的钨靶材焊接方法制成的钨靶材组件。所述钨靶材组件的钨靶材部分厚度为5.8692mm，平面度为0.1mm；所述钨靶材组件的铜背板部分厚度为4mm，平面度为0.2mm。

综上所述，本发明实施例提供了一种钨靶材焊接方法及钨靶材组件，所述钨靶材焊接方法在对钨靶材和铜背板进行焊接前在所述钨靶材和所述铜背板中间放置至少一根铜丝，以使所述钨靶材和所述铜背板间的焊料分布更加均匀，改善焊缝均匀性，提高焊接成功率和焊接后的钨靶材稳定性。其中，在放置铜丝前，本发明提供的钨靶材焊接方法还会对所述钨靶材和所述铜背板进行机械加工，确保所述钨靶材的厚度为5.8692mm以及所述铜背板的厚度为4mm，并在机械加工完成后对所述钨靶材和所述铜背板的表面进行清洗处理，从而减小了所述钨靶材和所述铜背板的焊接形变，提高了焊接稳定性。进一步地，在进行焊接前，所述钨靶材焊接方法还会判断所述钨靶材和所述铜背板的平面度是否符合焊接要求，在其符合焊接要求时才进行焊接步骤，避免因焊接面不平整造成的焊接失败，提高了焊接成功率以及焊接平整度。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种钨靶材焊接方法，其特征在于，包括：

对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗；

在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件；

利用钎焊工艺对所述钨靶材和所述铜背板进行钎焊接后获得钨靶材组件；

对所述钨靶材组件进行冷却。

2.根据权利要求1所述的钨靶材焊接方法，其特征在于，所述对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗，包括：

对钨靶材和铜背板进行机械加工，获得厚度为5.8692mm的钨靶材以及4mm的铜背板；

对所述钨靶材和所述铜背板进行表面清洗处理。

3.根据权利要求1所述的钨靶材焊接方法，其特征在于，在所述在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件之前，所述钨靶材焊接方法还包括：

判断所述钨靶材的机械加工平面度是否小于第一阈值；

在为是时，执行步骤：在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件。

4.根据权利要求3所述的钨靶材焊接方法，其特征在于，所述第一阈值的选取范围为0.1～0.3mm。

5.根据权利要求3或4所述的钨靶材焊接方法，其特征在于，在所述判断所述钨靶材的机械加工平面度是否小于第一阈值之后，在所述在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件之前，所述钨靶材焊接方法还包括：

判断所述铜背板的机械加工平面度是否小于第二阈值；

在为是时，执行步骤：在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件。

6.根据权利要求5所述的钨靶材焊接方法，其特征在于，所述第二阈值的选取范围为0.2～0.4mm。

7.根据权利要求1所述的钨靶材焊接方法，其特征在于，所述在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件，包括：

在所述铜背板相对所述钨靶材的表面，沿平行于所述铜背板相对所述钨靶材的表面的方向放置焊料引流件；

利用压力装置将所述钨靶材均匀压置在所述铜背板相对所述钨靶材的表面上。

8.根据权利要求7所述的钨靶材焊接方法，其特征在于，所述焊料引流件为平行于所述铜背板的短边等距设置的至少一根铜丝。

9.根据权利要求1所述的钨靶材焊接方法，其特征在于，在所述对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗之前，所述钨靶材焊接方法还包括：

判断所述钨靶材和所述铜背板的平面度是否小于机械加工最小需求阈值；

在为是时，执行步骤：对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗。

10.一种钨靶材组件，其特征在于，所述钨靶材组件采用如权利要求1-9任一权利要求所述的钨靶材焊接方法制成。