CN109590560A - 一种大面积铁磁性靶材焊接方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铁磁性溅射靶材焊接方法及装置，该方法通过永磁吸盘平台对铁磁性靶材的磁力作用，使靶材、焊料与背板之间均匀结合，提高大面积铁磁性靶材焊接质量，靶材焊合率高，靶材厚度均匀性好。该焊接技术，操作简单，可重复性强，利用磁性平台焊接装置可实现大面积铁磁性靶材的高质量焊接，靶材的溅射性能明显提高。

Description

一种大面积铁磁性靶材焊接方法及装置

技术领域

本发明属于溅射靶材制造技术领域，涉及一种大面积铁磁性靶材焊接方法及装置。

背景技术

随着新一代电子信息技术得到快速发展，主要包括深纳米半导体集成电路及新型非易失性存储技术，更多铁磁性靶材开始得到应用。90nm集成电路中的调制功函数技术使用铁磁性高纯钴靶，集成电路特征尺寸到65-20nm后使用超高纯镍铂合金靶材。具有高饱和磁化强度、低矫顽力等特性镍铁合金，是垂直磁记录存储和薄膜电感技术的关键材料。这些含Fe、Co及Ni的铁磁性金属溅射靶材，在使用过程中，对溅射磁场有很强的屏蔽作用，导致靶材溅射速率低。为了不影响铁磁性金属溅射靶材的溅射性能，通常铁磁性靶材厚度比较小(≤4mm)，为了保证薄膜质量，厚度均匀性要求高。这些靶材主要应用在12吋晶圆的溅射工艺上，靶材尺寸大(焊接直径≥450mm)，通常使用钎焊方式焊接。

靶材钎焊过程中，通常在靶坯表面施加压力。例如专利CN200610146033采用压力机对靶坯表面施加压力，使靶坯与背板实现高强度结合。但是，常规的钎焊工艺及设备对铁磁性这种薄板靶材的焊接质量控制难度大，很难保证焊合率及焊接平整度。主要原因是靶坯在加压过程中，靶坯容易受到轻微的冲击或压力不均匀。由于铁磁性靶坯偏薄，靶坯易出现移动、靶坯局部或边缘会发生变形等问题。导致出现焊合率低、表面平整度差和加工后厚度不均匀等问题。

发明内容

本发明提供一种大面积铁磁性靶材焊接装置，其特征在于，所述焊接装置包括加热台和可换向控制的永磁吸盘，吸盘在加热台与靶材组件之间放置，铁磁性靶坯放到背板预置凹槽中后，铁磁性靶坯通过永磁吸盘的磁吸作用固定在与背板上，并与背板焊合。

优选地，所述永磁吸盘的直径介于靶坯与背板直径尺寸之间，直径为Φ450～530mm。

优选地，所述永磁吸盘中磁铁可以为钕铁硼、锶钙铁氧体、钐钴或铝镍钴等耐高温的磁铁。

优选地，所述铁磁性金属靶材材质主要为含有Fe、Co与Ni的铁磁性金属或合金。

优选地，所述背板材质主要为Al或Cu合金等非铁磁性金属。

优选地，所述背板加工凹槽，用于固定铁磁性靶坯，凹槽深度0.5～2mm。

一种基于大面积铁磁性靶材焊接装置的焊接方法，利用永磁吸盘对铁磁性靶坯的磁吸作用，使靶坯均匀受力并固定在背板上，实现对靶材与背板的高质量钎焊连接。所述背板与铁磁性靶坯焊接面涂覆焊料。

本发明的有益效果，本发明采用永磁吸盘对铁磁性靶材的吸附作用，使大面积铁磁性靶坯均匀、缓慢受力，实现铁磁性靶坯与背板高质量焊接。使用本发明方法及设备制备得到的铁磁性靶材具有高焊合率、高平整度的特点。靶材加工后的成品厚度均匀性高，靶材溅射薄膜均匀性好，使用过程中具有更好的磁控溅射性能。

附图说明

图1为本发明焊接装置的永磁吸盘充磁状态示意图。

图2为本发明焊接装置的永磁吸盘退磁状态示意图。

图3为本发明焊接装置的结构示意图。

图中：1-加热台，11-加热控制器，2-永磁吸盘，21-永磁吸盘旋钮，3-背板，4-铁磁性靶坯。

具体实施方式

永磁吸盘通过高性能永磁材料的磁系相对运动，实现工作磁极面上磁场强度的相加或相消，从而达到吸持和卸载的目的。永磁吸盘通常均匀分布有多个磁体，具有磁力分布均匀、吸力面积大、吸力强、操作简单的特点。通过旋转底部的磁钢方向，使永磁吸盘表面产生或消除磁力。图1和图2分别是永磁吸盘充磁和退磁状态的示意图。在退磁状态将铁磁性靶坯与背板进行焊接配合，在充磁状态使铁磁性靶坯受到吸盘的均匀吸力，进而与背板焊合在一起。背板加工出凹槽，凹槽尺寸与靶坯直径尺寸保持一致，深度0.5～2mm，使焊料在背板上形成焊池，并对靶坯起到定位的作用。背板厚度通常为5-30mm，过厚的背板会导致铁磁性靶坯受到的磁力减少。在旋转永磁吸盘旋钮使吸盘充磁过程中吸力逐渐增大，铁磁性靶坯缓慢受力，保证了边缘不受冲击，边缘焊接质量提高。永磁吸盘大面积、均匀的磁力使铁磁性靶坯均匀的贴合在背板上，保证了铟层厚度一致，焊接后靶材平整度高。焊接完成后，通过旋转永磁吸盘旋钮使吸盘退磁，将焊接好的靶材从焊接平台上取下，进行后续机加工。永磁吸盘直径尺寸介于靶坯与背板直径尺寸之间，直径为Φ450～530mm，这样便于背板的放置与取下。永磁吸盘中磁铁可以为钕铁硼、锶钙铁氧体、钐钴或铝镍钴等耐高温的磁铁，这样可以满足靶材焊接的钎焊焊接，温度在150～200℃。利用永磁吸盘钎焊装置，实现对铁磁性靶材与背板高质量、高可靠钎焊连接，包括以下步骤：

1)将待焊接背板放置在加热平台上进行加热；同时将焊料放置在背板凹槽与靶材焊接面上加热熔化；

2)在背板凹槽与靶材焊接面上的焊料加热熔化后，使用毛刷或超声振动江焊料均匀涂覆在整个靶坯与背板上，再将靶坯使用真空吸盘吸住后扣焊在背板凹槽内；

3)靶材与背板贴合后，立刻旋转真空吸盘调节钮，使真空吸盘表面产生磁性，将靶材牢牢吸附在背板上，关闭加热电源，使加热台自然降温；

4)冷却到室温后将真空吸盘调节钮旋转，使永磁吸盘表面退磁，将焊接后的靶材从加热台上取下。

下面将具体实施例和传统方法所制备的铁磁性靶材情况进行比较，来体现本发明的特点。

实施例1

1.采用耐热磁钢制备的永磁吸盘用于靶材焊接。

2.将永磁吸盘、背板和靶坯在加热台上放置好，加热控制器开启加热，温度升至180℃。

3.Cu合金背板，背板在吸盘上加热后，在凹槽中形成加入焊料，凹槽深度0.5mm。

4.将纯度为99.999％的铁磁性钴靶坯，尺寸Φ450×3.5。靶坯在焊接台面上加热，焊接面涂焊料。

5.将靶坯与背板缓慢扣合，过程中缓慢排出结合面间的空气。

6.旋转永磁吸盘旋钮，使吸盘表面产生磁性，这样钴靶坯与背板之间在凹槽中固定。

7.关闭加热台加热控制器，加热台自然降温。

8.温度降至室温后，旋转永磁吸盘旋钮，使吸盘表面退磁，靶材取下后进行数控精密加工。

实施例2

1.采用耐热磁钢制备的永磁吸盘用于靶材焊接。

2.将永磁吸盘、背板和靶坯在加热台上放置好，加热控制器开启加热，温度升至200℃。

3.Cu合金背板加热后在凹槽中形成铟池，凹槽深度1mm。

4.将纯度为99.995％的铁磁性镍铂靶坯，尺寸Φ450×3。靶坯在焊接台面上加热，焊接面涂铟材料。

5.将靶坯与背板缓慢扣合，过程中缓慢排出结合面间的空气。

6.旋转永磁吸盘旋钮，使吸盘表面产生磁性，这样镍铂靶坯与背板之间在凹槽中固定。

7.关闭加热台加热控制器，加热台自然降温。

8.温度降至室温后，旋转永磁吸盘旋钮，使吸盘表面退磁，靶材取下后进行数控精密加工。

实施例3

1.采用耐热磁钢制备的永磁吸盘用于靶材焊接。

2.将永磁吸盘、背板和靶坯在加热台上放置好，加热控制器开启加热，温度升至200℃。

3.Cu合金背板加热后在凹槽中形成铟池，凹槽深度2mm。

4.将纯度为99.999％的铁磁性镍铁靶坯，尺寸Φ450×2.5。靶坯在焊接台面上加热，焊接面涂铟材料。

5.将靶坯与背板缓慢扣合，过程中缓慢排出结合面间的空气。

6.旋转永磁吸盘旋钮，使吸盘表面产生磁性，这样镍铁靶坯与背板之间在凹槽中固定。

7.关闭加热台加热控制器，加热台自然降温。

8.温度降至室温后，旋转永磁吸盘旋钮，使吸盘表面退磁，靶材取下后进行数控精密加工。

对比例1

1.将背板和靶坯在加热台上放置好，加热控制器开启加热，温度升至200℃。

2.Cu合金背板加热后在凹槽中形成铟池，凹槽深度1mm。

3.将纯度为99.999％的钴靶坯，尺寸Φ450×3。靶坯在焊接台面上加热，焊接面涂铟材料。

4.将靶坯与背板缓慢扣合，过程中缓慢排出结合面间的空气。

5.钴靶坯上方放置压块，加压，压块直径Φ450mm。

6.关闭加热台加热控制器，加热台自然降温。温度降至室温后，钴靶坯与背板完全焊接在一起。

7.靶材焊接后进行数控精密加工。

对比例2

1.将背板和靶坯在加热台上放置好，加热控制器开启加热，温度升至180℃。

2.Cu合金背板加热后在凹槽中形成铟池，凹槽深度1mm。

3.将纯度为99.999％的钴靶坯，尺寸Φ450×3。靶坯在焊接台面上加热，焊接面涂铟材料。

4.将靶坯与背板缓慢扣合，过程中缓慢排出结合面间的空气。

5.钴靶坯上方放置压块，加压，压块直径Φ400mm。

6.关闭加热台加热控制器，加热台自然降温。温度降至室温后，钴靶坯与背板完全焊接在一起。

7.靶材焊接后进行数控精密加工。

将实施例1-3与对比例1-2对比，结果见下表。从表中看出实施例1-3中采用永磁吸盘焊接的铁磁性靶材，总体焊合率达到99％以上，成品厚度波动小，达到0.2mm以下。而采用传统方法焊接的铁磁性靶材焊合率偏低，靶材厚度波动较大。

可见，采用本发明方法和装置制备的铁磁性靶材焊合率要优于对比例中正面加压工艺焊接的靶材，达到了较好的焊接性能控制要求。通过对比可以发现，采用本发明技术制作的靶材相比传统工艺制作的靶材在厚度均匀性上更优，这样铁磁性靶材会具有更好的溅射性能。

上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种大面积铁磁性靶材焊接装置，其特征在于，包括加热台与可换向控制的永磁吸盘，所述永磁吸盘放置在加热台上，背板与铁磁性靶材的靶坯依次放置在永磁吸盘上，通过永磁吸盘的磁吸作用将所述铁磁性靶材的靶坯固定在背板上，并与背板焊合。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述永磁吸盘的直径介于靶坯与背板直径尺寸之间，为450～530mm。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述永磁吸盘中的磁铁是钕铁硼、锶钙铁氧体、钐钴或铝镍钴耐高温磁铁。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铁磁性金属靶材的靶坯材质为含有Fe、Co与Ni的铁磁性金属或合金。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述背板材质为Al合金或Cu合金；所述背板厚度为5-30mm。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述背板表面加工有凹槽，用于固定铁磁性靶材的靶坯，所述凹槽深度0.5～2mm。

7.使用权利要求1所述大面积铁磁性靶材焊接装置的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将背板放置在加热台上进行加热；同时将背板焊接面上的焊料加热熔化；

2)在焊料加热熔化后，使用真空吸盘将靶材的靶坯扣在背板凹槽内；

3)靶材的靶坯与背板贴合后，旋转永磁吸盘调节钮，使永磁吸盘表面产生磁性，将靶材的靶坯吸附在背板上，关闭加热电源，使加热台自然降温；

4)冷却到室温后旋转永磁吸盘调节钮，使永磁吸盘表面退磁，将焊接好的靶坯和背板从加热台上取下，得到大面积铁磁性靶材。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述加热温度为150～200℃。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述背板的凹槽中涂覆焊料，焊料熔化后，将焊料均匀涂覆在整个靶坯与背板上。