CN101745714A - 靶材组件的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种靶材组件的焊接方法，包括：提供铬靶材坯料、背板和钎料；对所述铬靶材坯料进行预热，将钎料均匀涂布在铬靶材坯料的结合面，使得钎料在铬靶材坯料的结合面充分浸润，去除铬靶材坯料的结合面上多余的钎料；对所述背板的结合面进行打磨处理，并进行预热，将钎料均匀涂布在背板的结合面，超声波处理添加钎料的背板；对铬靶材坯料和背板进行钎焊，将铬靶材坯料焊接至背板形成靶材组件；冷却靶材组件。本发明能够增强铬靶材坯料与背板在钎焊后的结合强度，符合产品品质要求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及靶材组件的焊接方法。
背景技术
一般，靶材组件是由符合溅射性能的靶材和与所述靶材结合、具有一定强度的背板构成。所述背板可以在所述靶材组件装配至溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。在溅射过程中，所述靶材组件的工作环境比较恶劣，例如，靶材组件工作温度较高，例如300℃至500℃；另外，靶材组件的一侧通过冷却水强冷，而另一侧则处于10-9Pa的高真空环境下，由此在靶材组件的相对二侧形成有巨大的压力差；再有，靶材组件处在高压电场、磁场中，受到各种粒子的轰击。在如此恶劣的环境下，如果靶材组件中靶材与背板之间的结合强度较低，将导致靶材在受热条件下变形、开裂、并与结合的背板相脱落，使得溅射无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会对溅射基台造成损伤。
因此选择一种有效的焊接方式，使得靶材与背板实现可靠结合，满足长期稳定生产、使用靶材的需要，就显得十分必要。
异种金属焊接是靶材生产过程中非常关键的一道工序，不同的靶材需要用不同的焊接方法焊接。以铬靶材为例，铬因为其特殊的物理化学性质，与异种金属的钎焊结合强度不高，目前一般的处理方法就是采用钎焊方式将铬靶材与异种金属(可以是包括铜或铜合金的铜基合金，或者是包括铝或铝合金的铝基合金)背板直接进行焊接。有关靶材的异种金属焊接的相关技术另可参阅专利申请号为200610146033.2、发明名称为“一种钎焊方法”的中国专利文件。
但是，由于铬与低温钎料(300℃左右)难以浸润融合，而使用高温钎料(至少大于1000℃)时，铜或铜合金又容易氧化，焊缝抗拉强度低，焊接后结合强度较低，焊接质量不稳定，达不到半导体靶材组件的品质要求。
发明内容
本发明解决铬靶材坯料与背板组成靶材组件的焊接作业中结合强度较低，焊接质量不稳定的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件的焊接方法，包括：提供铬靶材坯料、背板和钎料；对所述铬靶材坯料进行预热，将钎料均匀涂布在铬靶材坯料的结合面，使得钎料在铬靶材坯料的结合面充分浸润，去除铬靶材坯料的结合面上多余的钎料；对所述背板的结合面进行打磨处理，并进行预热，将钎料均匀涂布在背板的结合面，超声波处理添加钎料的背板；对铬靶材坯料和背板进行钎焊，将铬靶材坯料焊接至背板形成靶材组件；冷却靶材组件。
可选地，所述焊接方法还包括将铬靶材坯料焊接至背板形成的靶材组件进行粗加工和精加工的步骤。
可选地，所述背板材料具体选自铝基合金或铜基合金。
可选地，所述钎料选自无铅钎料，其中钎料中银的质量百分比为0.2％。
可选地，所述对铬靶材坯料进行预热温度为200℃至250℃。
可选地，所述使得钎料与铬靶材坯料的结合面充分浸润包括将钢刷沾上钎料摩擦铬靶材坯料的结合面往复多次。
可选地，所述对背板的结合面进行打磨处理为用180目或者230目的砂纸对背板的结合面进行打磨处理并用酒精清洗背板的结合面。
可选地，所述对背板进行预热温度为200℃至250℃。
可选地，所述超声波处理添加钎料的背板的工艺参数为超声波振荡器的输出功率为25Hz至35Hz。
可选地，所述对铬靶材坯料和背板进行钎焊处理工艺参数为：工作温度260℃至280℃，压强0.48兆帕至0.52兆帕。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：钎料均匀涂布在铬靶材坯料的结合面以及背板的结合面，有效地防止了铬靶材坯料和背板在焊接过程中被空气中的氧气氧化，并且采用了钎料焊接的方法，铬靶材坯料和背板结合强度高，产品加工周期短。
附图说明
图1为本发明一个实施方式制作靶材组件的流程图；
图2至图3为根据图1所示流程制作靶材组件的结构示意图。
具体实施方式
本发明的发明人发现在现有铬靶材组件的焊接作业中是采用钎焊方式将铬或铬合金靶材与异种金属(例如铜、铜合金、铝或铝合金)背板直接焊接，易造成二者焊接质量不稳定(例如焊接结合强度较弱)，达不到半导体靶材要求。
本发明提供一种靶材组件的制作方法，包括：提供铬靶材坯料、背板和钎料；对所述铬靶材坯料进行预热，将钎料均匀涂布在铬靶材坯料的结合面，使得钎料在铬靶材坯料的结合面充分浸润，去除铬靶材坯料的结合面上多余的钎料；对所述背板的结合面进行打磨处理，并进行预热，将钎料均匀涂布在背板的结合面，超声波处理添加钎料的背板；对铬靶材坯料和背板进行钎焊，将铬靶材坯料焊接至背板形成靶材组件；冷却靶材组件。通过将钎料充分浸润于铬靶材坯料的结合面和背板的结合面，增强二者在钎焊作业中结合强度。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参考图1，本发明实施方式提供一种靶材的焊接方法，包括如下步骤：
步骤S1，提供铬靶材坯料、背板和钎料；
步骤S3，对所述铬靶材坯料进行预热，将钎料均匀涂布在铬靶材坯料的结合面，使得钎料在铬靶材坯料的结合面充分浸润，去除铬靶材坯料的结合面上多余的钎料；对所述背板的结合面进行打磨处理，并进行预热，将钎料均匀涂布在背板的结合面，超声波处理添加钎料的背板；
步骤S5，对铬靶材坯料和背板进行钎焊，将铬靶材坯料焊接至背板形成靶材组件；
步骤S7，冷却靶材组件。
下面结合附图对于上述实例过程进行详细说明。结合图1和图2所示，执行步骤S 1，提供铬靶材坯料10、背板20和钎料(未图示)。在本实施例中，所述铬靶材坯料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％)；铬靶材坯料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。现以形状为矩形的方靶为例进行说明。
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。在本实施例中，所述背板20的形状与铬靶材坯料10相对应，为矩形状。另外，背板20材料可以选自铜基合金(铜或铜合金)或铝基合金(铝或铝合金)，为便于说明，现以背板20的材料为金属铜为例进行说明。
所述钎料为无铅钎料，所述无铅钎料可以为锡-银-铜(Sn-Ag-Cu)系无铅钎料，也可以是锡和铋(Sn-Bi)系无铅钎料。例如对于锡-银-铜系无铅钎料，还可以添加镍(Ni)和锗(Ge)使得钎料不易氧化，因而浮渣发生极少，具有较佳的接合性和耐热性的特征，实为较佳的钎料选择。
接着执行步骤S3，将钎料充分浸润于铬靶材坯料的结合面和背板的结合面。
所述将钎料充分浸润于铬靶材坯料的结合面包括：
首先，对铬靶材坯料10进行预热，目的为让后续工艺中的钎料与铬靶材坯料10的结合面100充分浸润。所述铬靶材坯料10预热可以采用加热板加热，加热温度为200℃至250℃。
次之，当铬靶材坯料温度达到200℃至250℃，将钎料(未在图式中显示)均匀涂布在铬靶材坯料10的结合面100，目的为让钎料充分在铬靶材坯料10的结合面100充分浸润，提高焊接的结合强度，并且钎料保护了铬靶材坯料10，防止铬靶材坯料10在焊接过程中氧化。
又之，采用钢刷沾上钎料摩擦铬靶材坯料10的结合面100往复多次(例如3至4回)，增加结合面100的表面粗糙度，使得钎料与铬靶材坯料10的结合面100充分浸润，以利于后续铬靶材坯料10与背板20的焊接能够获得更高的结合强度。另外，还包括采用刮刀去除铬靶材坯料10的结合面100上多余的钎料。
所述将钎料充分浸润于背板的结合面包括：
首先，对背板20的结合面200进行打磨处理，目的为去除背板20的结合面200的氧化层，具体可以为用例如为180目或230目的砂纸对背板20的结合面200进行打磨，打磨完毕可以用酒精清洗结合面200，用于去除打磨时形成的污染物。
次之，对背板20进行预热，目的为让后续工艺中的钎料与背板20的结合面200充分浸润，所述背板20预热可以采用焊接加热装置加热，加热温度为200℃至250℃。
又之，将钎料(未在图式中显示)均匀涂布在背板20的结合面200上，目的让背板20通过钎料与铬靶材坯料焊接。
再之，超声处理添加钎料的背板20，用于去除钎料中氧化废料和残渣。所述工艺可以用手动超声波焊接装置进行，工艺参数优选为焊接装置温度260℃至280℃，背板20温度为200℃至250℃，超声波振荡器输出功率为25Hz至35Hz。
参考图3，执行步骤S5，对铬靶材坯料10和背板20进行钎焊，用真空吸盘吸附铬靶材坯料10的非结合面，让铬靶材坯料10的结合面100与背板20的结合面200接触，并按住铬靶材坯料10的非结合面进行挤压或旋转，使得多余的钎料从铬靶材坯料10的结合面100与背板20的结合面200形成的缝隙排出，然后将结合的铬靶材坯料10与背板20移至压力机工作台，工作台工作温度为工作温度260℃至280℃，压强0.48兆帕至0.52兆帕，将铬靶材坯料焊接至背板形成靶材组件。
由于在步骤3中，将钎料(无铅钎料)均匀涂布并充分浸润于铬靶材坯料的结合面和背板的结合面，使得钎料与铬靶材坯料及背板结合紧密，提高铬靶材坯料与背板焊接后的结合强度。
执行步骤S7所述，冷却靶材组件，所述冷却靶材组件可以采用压力机循环水冷却装置，保持压强0.48兆帕至0.52兆帕，将靶材组件冷却至室温。
需说明的是，后续，在将铬靶材坯料10与背板20焊接形成靶材组件之后，还可以进一步包括对所述形成的靶材组件进行粗加工和精加工的处理步骤，使之符合产品的要求。
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 (10)
1.一种靶材组件的焊接方法，其特征在于，包括：
提供铬靶材坯料、背板和钎料；
对所述铬靶材坯料进行预热，将钎料均匀涂布在铬靶材坯料的结合面，使得钎料在铬靶材坯料的结合面充分浸润，去除铬靶材坯料的结合面上多余的钎料；
对所述背板的结合面进行打磨处理，并进行预热，将钎料均匀涂布在背板的结合面，超声波处理添加钎料的背板；
对铬靶材坯料和背板进行钎焊，将铬靶材坯料焊接至背板形成靶材组件；
冷却靶材组件。
2.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，还包括将铬靶材坯料焊接至背板形成的靶材组件进行粗加工和精加工的步骤。
3.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述背板材料具体选自铝基合金或铜基合金。
4.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述钎料选自无铅钎料，其中钎料中银的质量百分比为0.2％。
5.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述对铬靶材坯料进行预热温度为200℃至250℃。
6.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述使得钎料与铬靶材坯料的结合面充分浸润包括将钢刷沾上钎料摩擦铬靶材坯料的结合面往复多次。
7.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述对背板的结合面进行打磨处理为用180目或者230目的砂纸对背板的结合面进行打磨处理并用酒精清洗背板的结合面。
8.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述对背板进行预热温度为200℃至250℃。
9.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述超声波处理添加钎料的背板的工艺参数为超声波振荡器的输出功率为25Hz至35Hz。
10.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述对铬靶材坯料和背板进行钎焊处理工艺参数为：工作温度260℃至280℃，压强0.48兆帕至0.52兆帕。
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