CN211689221U - 一种内部含水道槽的背板及靶材 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于半导体靶材溅射技术领域的一种内部含水道槽的背板及靶材。本实用新型提供的背板包括底板和盖板，所述水道槽密封于底板和盖板之间；所述水道槽为设置在底板上、围绕底板中心并折叠延伸形成2圈水路的凹槽结构；本实用新型提供的靶材包括靶坯和与靶坯结合使用的内部含水道槽的背板。本实用新型提供的背板能有效降低溅射过程中产生的高温，且底面为平面，不易发生变形，重复使用次数可达10次以上。

Description

一种内部含水道槽的背板及靶材

技术领域

本实用新型属于半导体靶材溅射技术领域，特别涉及一种内部含水道槽的背板及靶材。

背景技术

在半导体领域中，磁控溅射镀膜是一种高效率的镀膜方式，参与溅射的靶材通常由靶坯与背板两部分通过焊接加工而成。背板通常起到支撑靶材、冷却降温以及降低成本等作用，背板的好坏直接影响工艺和设备的稳定性，在传统操作中，通常采用在铜背板后面放置水路通水冷却，将靶材在镀膜时表面的高热量导入背板后面的冷却水，但是该传统的冷却方法并不能有效的将镀膜时的表面高热量导入背板后面的冷却水，及时把靶材温度降下来。传统的大部分背板内部无通水槽、使用寿命短、降温效果差，并且背板在使用过程中受高温高压影响，易发生变形，影响背板的重复使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种内部含水道槽的背板及靶材，具体技术方案如下：

一种内部含水道槽的背板，包括底板100和盖板200，所述水道槽102密封于底板100和盖板200之间；

所述水道槽102为设置在底板100上、围绕底板中心并折叠延伸形成2圈水路的凹槽结构。

所述水道槽102为轴对称结构。

所述底板100表面设有焊接槽103，所述盖板200的形状和尺寸均与所述焊接槽103相匹配，所述盖板200嵌在所述焊接槽103里，与底板100焊接固定。

所述焊接槽103与水道槽102形状相同。进一步地，本实用新型所述焊接槽103还可以设置在底板200或盖板100的其它位置，能实现盖板200与底板100的焊接和水道槽102的密封即可。

所述焊接槽103与水道槽102在底板100上的横截面呈倒凸字形。进一步地，本实用新型所述焊接槽103与水道槽102在底板100上的横截面形状不仅局限于方形构成的倒凸字形这种阶梯状结构，其它如环形等形状构成的阶梯状结构也属于等同的技术特征，能实现盖板200与底板100的焊接和水道槽102的密封即可。

本实用新型所述水道槽102尺寸根据所应用靶材的残靶溅射轮廓设计，所述焊接槽103槽宽比水道槽102槽宽宽2～4mm，以保证盖板200与底板100的紧密结合以及水道槽102的完全封闭。

所述底板100设有一个进水孔和一个出水孔，冷却水经所述进水孔进入水道槽102，并经所述出水孔离开所述水道槽102。

所述底板和盖板的平面度为0～0.5mm。

所述底板100和盖板200材料为无氧铜。

一种包含所述内部含水道槽的背板的靶材，由靶坯与所述内部含水道槽的背板焊接而成。

所述内部含水道背板的制造方法包括以下步骤：

(1)下料底板坯料、盖板坯料，对底板坯料进行镦粗、冷轧、热处理，对盖板坯料进行冷轧、热处理；

(2)车削步骤(1)所得底板坯料得到底板半成品，在所述底板半成品表面加工出水道槽与焊接槽，得到底板；车削步骤(1)所得盖板坯料得到盖板半成品，切割所述盖板半成品使其轮廓与所述水道槽相同，尺寸与所述焊接槽匹配，得到盖板；

(3)将步骤(2)所得盖板镶嵌在所述焊接槽里，利用电子束焊接固定步骤(2)所得底板和盖板，并进行热处理，制得内部含水道的背板。

所述步骤(1)中底板坯料、盖板坯料为无氧铜，底板下料22～34kg，盖板下料9～13kg。

所述步骤(1)中底板坯料镦粗变形量25％～35％，冷轧单道次变形量8％～12％，总变形量65％～75％，得到＞φ410*20mm的圆形底板坯料；盖板坯料冷轧单道次变形量8％-12％，总变形量控制在75％～85％，得到＞φ380*7mm的圆形盖板坯料。

所述步骤(1)中底板坯料和盖板坯料的热处理温度均为300-350℃，热处理时间均为1.5-2.5h；使底板坯料和盖板坯料硬度达到40-50HV。

所述步骤(1)中底板坯料和盖板坯料热处理后进行压平处理，平面度为0～0.5mm。

所述步骤(2)中焊接槽与水道槽形状相同，焊接槽与水道槽在底板的断面呈倒凸字形，水道槽槽宽20mm，水道槽槽深3-4mm；所述焊接槽槽宽比水道槽槽宽宽2～4mm。

具体地，所述步骤(2)中焊接槽位于底板表面，焊接槽位于水道槽下，并与水道槽的中心轴线平行。

进一步地，所述步骤(2)中水道槽结构为围绕底板中心、折叠延伸形成2圈水路的凹槽。

更进一步地，所述步骤(2)中水道槽结构优选为对称结构。

所述步骤(2)中盖板切割后，经超声与酸洗处理，以去除表面油污。

所述步骤(3)中热处理温度为200℃，热处理时间2h；热处理的目的是消除焊接应力、改善焊缝组织。在热处理后进行压平处理，然后加工水道槽进、出水用的水道孔。

进一步地，步骤(3)压平处理需趁热进行，压平后车削外径、厚度至要求尺寸，然后利用数控机床加工水道孔。

所述加工的水道孔包括一个进水孔和一个出水孔，进水孔和出水孔均位于底板外缘。步骤(3)中背板内的水道槽完全连通。

向步骤(3)所得背板内部水道槽注满水并密封后进行水压检验，以验证焊接密封性；所述水压为0.7～1.3Mpa，检验时间为15～25min。

水压检验合格后，利用机床加工出安装孔；以便于将背板安装在靶坯上。

水压检验合格后，打磨背板底面，粗糙度≤0.5μm，表面不许存在贯穿性划伤，完成背板的加工。

背板加工完成后，进行清洗、打标等操作，进行粗糙度、尺寸、氦气检验等检测，保证产品质量满足要求。

所述制造方法制造的背板内部含水道，上下表面均为平面；所述背板内部水道结构为一笔连通形成的2圈水路结构，优选为对称结构。

本实用新型的有益效果为：

(1)与现有技术相比，本实用新型提供的一种内部含水道槽的背板，背板内部有水道槽，水道槽由两圈水路组成，水道槽覆盖溅射后的残靶主要消耗区域，可有效降低溅射过程中产生的高温，迅速进行冷却；

(2)本实用新型得到的背板整体为平面，无需在背板上加工凹槽，可降低物料成本节省材料；

(3)传统背板受高温高压影响，使用3-5次即发生较大的变形，影响后续安装使用；但本实用新型所得背板底面为平面，不易发生变形，重复使用次数可达10次以上，可有效提升效率，降低成本。

附图说明

附图1为实施例1中底板半成品101示意图；

附图2为实施例1中盖板半成品201示意图；

附图3为实施例1中底板100示意图；

附图4为实施例1中盖板200示意图；

附图5、6为实施例1中背板半成品300示意图；

附图7为实施例1中背板400示意图；

标号说明：101-底板半成品；102-水道槽；103-焊接槽；100-底板；201-盖板半成品；200-盖板；300-背板半成品；301-水道孔；400-背板。

附图8为残靶溅射轮廓图。

附图9为靶材水道示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种内部含水道槽的背板及靶材，下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。

实施例1

一种内部含水道槽的背板包括底板100和盖板200。水道槽102为设置在底板100上、围绕底板中心并折叠延伸形成2圈水路的凹槽结构，轨迹对应于残靶溅射区域。

底板100表面设有焊接槽103，焊接槽103与水道槽102形状相同，将焊接槽13所在底板表面置于上方，正视方向，焊接槽103与水道槽102在底板100上的横截面呈倒凸字形，即焊接槽103与水道槽102在底板100上形成一个截面呈倒凸字形的阶梯状、轨迹呈折叠延伸一体连通的双圆结构，具体如图3所示。

盖板200的形状和尺寸均与焊接槽103相匹配，盖板200嵌在焊接槽103里，与底板100焊接固定，将水道槽102密封于底板100和盖板200之间。

在底板100上设置水道孔301，具体包括一个进水孔和一个出水孔，冷却水自进水孔进入水道槽102，自出水孔离开水道槽102。

按照下述步骤制备上述内部含水道槽的背板：

(1)背板选用牌号为TU1的无氧铜棒料进行制备，无氧铜直径200mm，晶粒300μm以内。底板坯料切割100mm，约28kg；盖板坯料切割40mm，约11kg。

(2)对底板坯料进行镦粗，由100mm镦粗至70mm，镦粗变形量30％左右，分别对底板坯料与盖板坯料进行冷轧，采用“十字”交叉轧制，底板坯料由70mm轧制至20mm，单道次轧制变形量8％-12％，总变形量控制在70％，盖板坯料由40mm轧制至7mm，单道次变形量8％-12％，总变形量控制在80％，分别获取尺寸＞φ410*20mm的底板坯料，与＞φ380*7mm的盖板坯料。

(3)对底板坯料与盖板坯料进行热处理，热处理温度300-350℃，时间1.5-2.5h，得到硬度为40-50HV的底板坯料和盖板坯料，热处理后进行压平，平面度控制在0.5mm内。

(4)将底板坯料与盖板坯料车削至相应的直径与厚度，得到如图1所示φ400*17.5mm的底板半成品101、如图2所示φ380*6.7mm的盖板半成品201；

坯料车削完毕后，在底板半成品101表面采用立铣加工出槽宽20mm、槽深3-4mm的内部水道槽102与焊接槽103，其中焊接槽103槽宽比水道槽102的槽宽宽大约3-4mm，得到底板100，如图3所示，其中图3-a为底板100主视图，图3-b为图3-a的A-A剖面图。

对盖板半成品201采用线切割，切割成与水道槽102轮廓对应的形状，尺寸与焊接槽103尺寸匹配，盖板切割后经超声与酸洗处理，超声波清洗3-5min，酸洗按照硝酸与水体积比(1-3):(2-4)进行配比，浸泡1min±15s后拿出，酒精吹干，得到盖板200，如图4所示；

(5)将步骤(4)所得盖板200镶嵌在所述焊接槽103里，即将所得底板100与盖板200配合，然后进行电子束焊接，先点焊固定水道口，再满焊完成水道轮廓的焊接，焊接完成后进行热处理，热处理温度200℃，时间2h，以消除焊接应力、改善焊缝组织。

(6)热处理后压平，并通过机床将背板直径、厚度车削至要求的尺寸，并在出、入水端加工水道孔301，形成一个进水孔和一个出水孔，得到背板半成品300，如图5、图6所示，其中图5为图6的A-A剖面图。

(7)对背板半成品300进行水压检验，通过水道孔301注入水，待内部水道槽102注满后，密闭出入水孔进行水压检验。压力：1-2Mpa，时间：20±5min，验证焊接密封性。

(8)水检合格后，加工剩余安装孔位，并对背板底面进行打磨，粗糙度≤0.5μm，通过相应的检测判定，得到内部含水道的背板400，如图7所示。

附图8为本实用新型发明人分析的残靶溅射轮廓图，图9为将本实用新型提供的背板与靶坯焊接后形成靶材的水道示意图。综合图7-9可以看出，本实用新型提供的内部含水道槽的背板，水道槽能覆盖溅射后的残靶主要消耗区域，可有效降低溅射过程中产生的高温，迅速进行冷却。

本实用新型所述的内部含水道槽的背板不仅局限于上述所述背板，还包括其它内部含有与水道槽102形状相同的水道结构的背板，如背板包括第一底板和第一盖板，在第一底板和第一盖板相对的表面均设置与水道槽102形状相同的第一凹槽和第二凹槽，第一底板和第一盖板焊接后，第一凹槽与第二凹槽闭合形成封闭于第一底板和第一盖板之间的水道结构，其余焊接、水道孔采用常规设置，能实现与本实用新型前述背板相同的功能即可。

Claims (8)

1.一种内部含水道槽的背板，其特征在于，包括底板(100)和盖板(200)，所述水道槽(102)密封于底板(100)和盖板(200)之间；

所述水道槽(102)为设置在底板(100)上、围绕底板中心并折叠延伸形成2圈水路的凹槽结构。

2.根据权利要求1所述的背板，其特征在于，所述水道槽(102)为轴对称结构。

3.根据权利要求1所述的背板，其特征在于，所述底板(100)表面设有焊接槽(103)，所述盖板(200)的形状和尺寸均与所述焊接槽(103)相匹配，所述盖板(200)嵌在所述焊接槽(103)里，与底板(100)焊接固定。

4.根据权利要求3所述的背板，其特征在于，所述焊接槽(103)与水道槽(102)形状相同。

5.根据权利要求3所述的背板，其特征在于，所述焊接槽(103)与水道槽(102)在底板(100)上的横截面呈倒凸字形。

6.根据权利要求1所述的背板，其特征在于，所述底板(100)设有一个进水孔和一个出水孔，冷却水经所述进水孔进入水道槽(102)，并经所述出水孔离开所述水道槽(102)。

7.根据权利要求1所述的背板，其特征在于，所述底板和盖板的平面度为0～0.5mm。

8.一种包含权利要求1-7任一项所述背板的靶材，其特征在于，所述靶材由靶坯与所述背板焊接而成。

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