CN107552939A - 靶材组件的焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种靶材组件的焊接方法，包括：提供靶材和背板，所述靶材具有第一焊面，所述背板具有第二焊面；采用车削工艺在第一焊面或者第二焊面形成纹路后，采用热等静压工艺将第一焊面和第二焊面焊接在一起。所述靶材组件的焊接方法通过在第一焊面形成纹路以增加第一焊面的粗糙度，或者在第二焊面形成纹路以增加第二焊面的粗糙度。且在热等静压工艺中，所述第一焊面的纹路能够嵌入背板中，或者第二焊面的纹路能够嵌入靶材中。利于在热等静压工艺中靶材和背板之间的原子扩散，因此使得靶材组件的焊接强度得到提高。

Description

靶材组件的焊接方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种靶材组件的焊接方法。

背景技术

在半导体工业中，靶材组件需要符合溅射性能，所述靶材组件包括靶材、以及与靶材结合并具有一定结合强度的背板。背板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。在磁控溅射镀膜工艺中，靶材组件处于高压电场和磁场强度较大的磁场中，靶材在高能量的离子轰击作用下发生溅射，从靶材溅射出的中性的原子或者分子沉积在基片上形成薄膜。在整个溅射过程中，所述靶材组件处于高温环境中，且靶材的溅射面放置于高真空环境中，而背板的背面需要受到持续的高压冷却水冲击以提高靶材组件的散热功效。可见，在磁控溅射工艺中，靶材和背板两侧存在巨大的压力差。因而，靶材和背板之间的结合强度需要满足一定的要求，以保证磁控溅射工艺的顺利进行。

目前，靶材和背板之间的结合通过焊接来实现。

然而，采用现有技术中靶材组件的焊接方法，靶材组件的焊接强度有待提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种靶材组件的焊接方法，以提高靶材组件的焊接强度。

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：提供靶材和背板，所述靶材具有第一焊面，所述背板具有第二焊面；采用车削工艺在第一焊面或者第二焊面形成纹路后，采用热等静压工艺将第一焊面和第二焊面焊接在一起。

可选的，所述纹路为螺纹，所述螺纹为第一焊面或第二焊面的凸起的部分。

可选的，所述螺纹沿着螺纹半径方向上的截面形状为多个牙型，所述牙型为三角形、矩形或方形。

可选的，当所述牙型为等腰三角形时，相邻牙型之间的凹槽的侧壁底部相交。

可选的，所述牙型的高度为0.13mm～0.17mm；相邻牙型的中心之间的距离为0.19mm～0.25mm。

可选的，所述牙型的顶角为55度～65度。

可选的，所述牙型的顶角为60度。

可选的，车削过程的参数包括：切削速度为0.02m/min～0.03m/min，进给量为0.02mm/r～0.04mm/r，吃刀量为0.02mm～0.04mm。

可选的，车削纹路采用的刀具为螺纹刀具。

可选的，所述螺纹刀具包括若干个切削刃部，各个切削刃部具有相对设置的前刀面和后刀面、以及位于前刀面和后刀面之间的两个刀刃侧面；所述两个刀刃侧面相交构成刃棱；刀刃侧面与前刀面相交构成侧切削刃；侧切削刃之间的夹角为切削刃角。

可选的，所述切削刃角为55度～65度。

可选的，所述切削刃角为60度。

可选的，在进行车削之前，还包括：对部分刃棱进行消磨处理，形成刀刃底面，所述刀刃底面分别与刀刃侧面、剩余的刃棱相交。

可选的，所述刀刃底面与剩余的刃棱之间的锐角夹角为30度～45度。

可选的，当对第一焊面车削纹路时，车削工艺从第一焊面的中心到第一焊面的边缘进行；当对第二焊面车削纹路时，车削工艺从第二焊面的中心到第二焊面的边缘进行。

可选的，车削纹路采用的刀具的硬度在HB350以上。

可选的，所述刀具的材料为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金或者金刚石。

可选的，在车削纹路的过程中采用切削液；所述切削液为乳化剂。

可选的，在第一焊面或者第二焊面车削纹路后，且采用热等静压工艺将第一焊面和第二焊面焊接在一起之前，还包括：采用超声波清洗工艺对所述靶材和背板进行清洗。

可选的，所述靶材为铜靶材、铝靶材、钛靶材或钽靶材。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明提供的靶材组件的焊接方法，通过在第一焊面形成纹路以增加第一焊面的粗糙度，或者在第二焊面形成纹路以增加第二焊面的粗糙度。且在热等静压工艺中，所述第一焊面的纹路能够嵌入背板中，或者第二焊面的纹路能够嵌入靶材中。从而增加了第一焊面和第二焊面的附着力，利于在热等静压工艺中靶材和背板之间的原子扩散，因此使得靶材组件的焊接强度得到提高。

附图说明

图1是本发明一实施例中靶材组件焊接方法的流程图；

图2至图7是本发明一实施例中靶材组件焊接过程的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有技术中靶材组件的焊接方法的焊接强度有待提高。

一种靶材组件的焊接方法，包括：提供靶材和背板；采用热等静压工艺将靶材和背板焊接在一起。

然而，上述方法中，由于靶材和背板的焊接面均为较光滑的表面，因此导致靶材和背板的附着力较小，导致在热等静压工艺的过程中，靶材和背板之间的原子扩散程度较小。降低了靶材组件的焊接强度。

在此基础上，本发明提供一种靶材组件的焊接方法，包括：提供靶材和背板，所述靶材具有第一焊面，所述背板具有第二焊面；采用车削工艺在第一焊面或者第二焊面形成纹路后，采用热等静压工艺将第一焊面和第二焊面焊接在一起。

通过在第一焊面形成纹路，能够增加第一焊面的粗糙度，或者在第二焊面形成纹路，能够增加第二焊面的粗糙度。且在热等静压工艺中，所述第一焊面的纹路能够嵌入背板中，或者第二焊面的纹路能够嵌入靶材中。从而增加了第一焊面和第二焊面的附着力，利于在热等静压工艺中靶材和背板之间的原子扩散，因此使得靶材组件的焊接质量得到提高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1是本发明一实施例中靶材组件焊接方法的流程图，包括以下步骤：

S01：提供靶材和背板，所述靶材具有第一焊面，所述背板具有第二焊面；

S02：采用车削工艺在第一焊面或者第二焊面形成纹路后，采用热等静压工艺将第一焊面和第二焊面焊接在一起。

下面结合附图对上述方法进行详细说明。

参考图2，提供靶材100和背板110。

所述靶材100的纯度大于4N5，具体的，所述靶材100的纯度为5N或6N，其中，5N表示纯度为99.999％，而6N表示纯度为99.9999％。

本实施例中，所述靶材100为铜靶材。

在其它实施例中，所述靶材还可以为钽靶材、铝靶材或者钛靶材。所述靶材还可以选择其它材料的靶材。

本实施例中，所述靶材100的形状以为圆柱体作为示例。在其它实施例中，所述靶材的形状可以选择其它形状。

所述靶材100具有相对的第一焊面101和溅射面102。

本实施例中，所述背板110为铜背板。所述铜背板可以是包括铬合金或锌的铜合金背板，所述铜背板也可以是无氧铜背板。

在其它实施例中，所述背板还可以为铝合金背板。所述背板还可以选择其它材料的背板。

所述背板110的尺寸根据靶材100的尺寸以及实际磁控溅射设备需要具体设计。

所述背板110具有相对的第二焊面111和背面112。

接着，采用车削工艺在第一焊面101或者第二焊面111形成纹路。

所述纹路为车削第一焊面101或第二焊面111后形成的凸起的部分。

当在第一焊面101形成纹路时，能够增加第一焊面101的粗糙度。且在后续热等静压工艺中，第一焊面101的纹路能够嵌入背板110中。

当在第二焊面111形成纹路时，能够增加第二焊面111的粗糙度。且在后续热等静压工艺中，第二焊面111的纹路能够嵌入靶材100中。

本实施例中，所述纹路为螺纹。在其它实施例中，所述纹路可以选择为其它形状。

下面以在第二焊面111形成螺纹为例进行说明。

参考图3，在车削过程中，将所述背板110安装在车床的主轴上，所述车床上装有车削纹路的刀具120，待加工的背板110的第二焊面111面向刀具120；启动车床，车床的主轴带动所述背板110围绕背板110的轴线旋转，刀具120在第二焊面111从中心往***移动，或者刀具120在第二焊面111从***向中心左右移动，对第二焊面111进行车削，从而在第二焊面111形成螺纹。

结合参考图4和图5，图4为图3基础上朝向第二焊面111获得的背板110的俯视图，图5为沿着图4中A-A1切割线获得的结构示意图，图4详细示出在第二焊面111形成的螺纹。

所述螺纹沿着螺纹半径方向上的截面形状为多个牙型。所述牙型可以为三角形、矩形或方形。所述牙型还可以选择为其它形状。

本实施例中，所述牙型为等腰三角形。

本实施例中，相邻牙型之间的凹槽的侧壁底部相交。由于相邻牙型之间的凹槽的侧壁底部相交，因此使得牙型的密度最大化。在其它实施例中，相邻牙型之间的凹槽的侧壁底部可以不相交。

本实施例中，所述牙型的高度需要选择合适的范围。若所述牙型的高度过小，后续在热等静压工艺中，所述牙型能够嵌入靶材100的深度较小，第一焊面101和第二焊面111的附着力降低。若所述牙型的高度过大，需要车削掉的背板110的材料较多，造成浪费，增加了工艺成本。故本实施例中，所述牙型的高度选择为0.13mm～0.17mm。

本实施例中，所述牙型为等角三角形，相邻牙型之间的凹槽的侧壁底部相交，在牙型的高度为0.13mm～0.17mm的情况下，相邻牙型的中心之间的距离需要选择合适的范围。若相邻牙型的中心之间的距离过大，导致牙型的顶角过大，在后续热等静压工艺中，所述牙型过钝，不利于嵌入靶材100，第一焊面101和第二焊面111的附着力降低。若相邻牙型的中心之间的距离过小，导致牙型的顶角过小，导致牙型承受外力的能力降低，牙型在嵌入靶材100的过程中容易变形。故本实施例中，相邻牙型的中心之间的距离选择为0.19mm～0.25mm。

本实施例中，牙型为等腰三角形，对应的牙型的顶角为55度～65度。具体的，所述牙型的顶角可以选择为60度，优点在于：在车削加工过程中，对于相关尺寸的计算较为方便。

本实施例中，车削螺纹采用的刀具120为螺纹刀具。

参考图6，图6具体示出了螺纹刀具的结构，所述螺纹刀具包括：

刀具本体20和若干个切削刃部40，切削刃部40和刀具本体20固定连接；

所述刀具本体20具有相对的上表面201和下表面202、以及侧面203，所述侧面203位于上表面201和下表面202之间；

刀具本体20中设置有刀具中心孔30；

各个切削刃部40具有相对设置的前刀面401和后刀面404、以及位于前刀面和后刀面之间的两个刀刃侧面402；

所述两个刀刃侧面402相交构成刃棱；刀刃侧面402与前刀面401相交构成侧切削刃403；在一个切削刃部40中，两条侧切削刃403之间的夹角为切削刃角θ。

本实施例中，以刀具本体20固定连接三个切削刃部40为例。在其它实施例中，所述刀具本体可以固定连接一个切削刃部、两个切削刃部。在其它实施例中，所述刀具本体可以固定连接其它数量的切削刃部。

本实施例中，所述牙型为等腰三角形，相邻牙型之间的凹槽的侧壁底部相交。在第二焊面111形成螺纹的过程中，切削刃部40嵌入背板110中，切削刃部40的刃棱平行于第二焊面111，且前刀面401和后刀面404垂直于第二焊面111，切削刃角θ的角平分线垂直于第二焊面111，刀刃侧面402用于切削形成牙型的侧壁。

本实施例中，所述牙型的顶角为55度～65度，相应的，所述螺纹刀具的切削刃角θ为55度～65度。

所述牙型的顶角选择为60度时，相应的，所述螺纹刀具的切削刃角θ为60度。

本实施例中，当对第二焊面111车削纹路时，从第二焊面111的中心到第二焊面111的边缘进行，使得车削产生的副产物不会往第二焊面111的中心聚集，车削产生的副产物容易***。在其它实施例中，当对第二焊面车削纹路时，从第二焊面的边缘到第二焊面的中心进行。

具体的，从第二焊面111的中心到第二焊面111的边缘车削螺纹。

在对第二焊面111车削螺纹的过程中，螺纹刀具的切削刃部40的整个刃棱会进入背板110中。由于第二焊面111的中心区域的螺纹曲率较大，因此当从第二焊面111的中心到第二焊面111的边缘进行时，在车削的起始点难以对应较大的曲率。故需要对螺纹刀具的部分刃棱进行消磨处理。

具体的，参考图7，图7示出了对图6中刃棱进行消磨处理后的螺纹刀具的结构，在进行车削螺纹之前，对部分刃棱进行消磨处理，形成刀刃底面405，所述刀刃底面405分别与刀刃侧面402、剩余的刃棱相交。关于图7和图6中相同的部分不再详述。

由于对部分刃棱进行了消磨处理，因此使得在车削螺纹的过程中，切削刃部40进入背板110的区域的刃宽减小，所述刃宽指的是切削刃部40进入背板110的区域沿着刃棱延伸方向的平均尺寸。当从第二焊面111的中心到第二焊面111的边缘进行时车削时，在车削的起始点形成的曲率增加。

所述刀刃底面405与剩余的刃棱之间的锐角夹角θ1需要选择合适的范围。若所述刀刃底面405与剩余的刃棱之间的锐角夹角θ1过小，导致消磨处理的难度增加。若所述刀刃底面405与剩余的刃棱之间的锐角夹角θ1过大，导致当从第二焊面111的中心到第二焊面111的边缘进行时车削时，在车削的起始点难以形成较大的曲率。故本实施例中，所述刀刃底面405与剩余的刃棱之间的锐角夹角θ1为30度～45度。

本实施例中，车削螺纹的吃刀量主要和需要形成的牙型的高度有关，需要形成的牙型的高度越小，车削螺纹的吃刀量越小。

若车削螺纹的进给量过大，切削掉的部分容易发生曲卷，切削掉的部分容易和背板110之间发生较大的摩擦，将损坏螺纹的形貌，若车削螺纹的进给量过小，会降低车削效率。

若车削螺纹的切削速度过大，导致排削不顺，车削后的副产物容易挤伤牙型，影响螺纹的粗糙度；若车削螺纹的切削速度过小，降低工艺效率。

综上，车削螺纹需要选择合适的切削速度、进给量和吃刀量。

本实施例中，牙型为等腰三角形，相邻牙型的底边相连，在牙型的高度为0.13mm～0.17mm，相邻牙型之间的距离为0.19mm～0.25mm的情况下，车削过程的参数为：切削速度为0.02m/min～0.03m/min，进给量为0.02mm/r～0.04mm/r，吃刀量为0.02mm～0.04mm。

车削纹路采用的刀具120的硬度在HB350以上，使得所述刀具120的硬度相对于靶材100和背板110的硬度均较大，使得在车削过程中背板110的粘刀程度较低，车削过程产生副产物容易排出，因而形成的纹路的形貌较好。

具体的，所述刀具120的材料为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金或者金刚石。

在车削纹路的过程中采用切削液，具体的，可以是：将切削液喷射在切削区。

所述切削液能够起到润滑作用和冷却作用。具体的，所述切削液为乳化剂，优点在于：防止背板110生锈。

所述乳化剂的质量百分比需要选择合适的范围。若所述乳化剂的质量百分比过小，会导致润滑作用降低。若所述乳化剂的质量百分比过大，在车削的过程中背板110和刀具120之间会形成较厚的流体滞留层，一方面，导致润滑效果降低，另一方面，降低了乳化剂和刀具120、以及背板110之间的传热速度，冷却效果降低。本实施例中，所述乳化剂的质量百分比为20％～30％。

在第一焊面101车削纹路后，还包括：采用超声波清洗工艺对所述靶材100和背板110进行清洗。一方面，使得车削纹路后附着在背板110表面的车削屑脱离背板110。另一方面，将靶材100和背板110的其它杂质去除。需要说明的是，在其它实施例中，可以不采用清洗工艺对靶材和背板进行清洗。

所述超声波清洗工艺为：利用超声波装置在装有清洗液的清洗槽内对靶材100和背板110进行清洗。

本实施例中，采用超声波清洗工艺对所述靶材100和背板110进行清洗后，采用热等静压工艺将第一焊面101和第二焊面111焊接在一起。

在另一个实施例中，采用车削工艺在第一焊面形成纹路。在第一焊面形成的纹路参照前述内容中在第二焊面形成的纹路，不再详述。

具体的，以在第一焊面形成螺纹为例进行说明。

当在第一焊面形成螺纹时，将所述靶材安装在车床的主轴上，所述车床上装有车削纹路的刀具，待加工的靶材的第一焊面面向刀具；启动车床，车床的主轴带动所述靶材围绕靶材的轴线旋转，刀具在第一焊面从中心往***移动，或者刀具在第一焊面从***向中心左右移动，对第一焊面进行车削，从而在第一焊面形成螺纹。

在第一焊面形成螺纹采用的刀具参照前述内容中在第二焊面形成螺纹采用材料的刀具，不再详述。

在第一焊面形成螺纹的过程中，切削刃部嵌入靶材中，切削刃部的刃棱平行于第一焊面，且前刀面和后刀面垂直于第一焊面，切削刃角的角平分线垂直于第一焊面，刀刃侧面对应的位置对应牙型的侧壁。

所述牙型的顶角和螺纹刀具的切削刃角参照前述内容，不再详述。

对第一焊面车削纹路时，车削工艺从第一焊面的中心到第一焊面的边缘进行，使得车削产生的副产物不会往第一焊面的中心聚集，车削产生的副产物容易***。所述车削工艺也可以从第一焊面的边缘到第一焊面的中心进行。

当从第一焊面的中心到第一焊面的边缘车削螺纹时，也可以对部分刃棱进行消磨处理，形成刀刃底面，所述刀刃底面分别与刀刃侧面、剩余的刃棱相交(参考图7)，使得在车削的起始点形成的曲率增加。

在第一焊面形成螺纹采用的车削工艺的参数参照前述内容中在第二焊面形成螺纹采用的车削工艺的参数，不再详述。

在第一焊面形成螺纹的过程中采用切削液，切削液参照前述内容中在第二焊面形成螺纹采用的切削液。

在第一焊面形成纹路后，还包括：采用超声波对所述靶材和背板进行清洗。一方面，使得车削后附着在靶材表面的车削屑脱离靶材。另一方面，将将靶材和背板的其它杂质去除。然后采用热等静压工艺将第一焊面和第二焊面焊接在一起。

需要说明的是，在第一焊面车削纹路后，也可以不对靶材和背板车削纹路。

虽然本发明披露如上，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 (20)

1.一种靶材组件的焊接方法，其特征在于，包括：

提供靶材和背板，所述靶材具有第一焊面，所述背板具有第二焊面；

采用车削工艺在第一焊面或者第二焊面形成纹路后，采用热等静压工艺将第一焊面和第二焊面焊接在一起。

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，所述纹路为螺纹，所述螺纹为第一焊面或第二焊面的凸起的部分。

3.根据权利要求2所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述螺纹沿着螺纹半径方向上的截面形状为多个牙型；所述牙型为三角形、矩形或方形。

4.根据权利要求3所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，当所述牙型为等腰三角形时，相邻牙型之间的凹槽的侧壁底部相交。

5.根据权利要求4所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述牙型的高度为0.13mm～0.17mm；相邻牙型的中心之间的距离为0.19mm～0.25mm。

6.根据权利要求4所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述牙型的顶角为55度～65度。

7.根据权利要求6所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述牙型的顶角为60度。

8.根据权利要求5所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，车削过程的参数包括：切削速度为0.02m/min～0.03m/min，进给量为0.02mm/r～0.04mm/r，吃刀量为0.02mm～0.04mm。

9.根据权利要求2所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，车削纹路采用的刀具为螺纹刀具。

10.根据权利要求9所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述螺纹刀具包括若干个切削刃部，各个切削刃部具有相对设置的前刀面和后刀面、以及位于前刀面和后刀面之间的两个刀刃侧面；所述两个刀刃侧面相交构成刃棱；刀刃侧面与前刀面相交构成侧切削刃；侧切削刃之间的夹角为切削刃角。

11.根据权利要求10所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述切削刃角为55度～65度。

12.根据权利要求11所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述切削刃角为60度。

13.根据权利要求10所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，在进行车削之前，还包括：对部分刃棱进行消磨处理，形成刀刃底面，所述刀刃底面分别与刀刃侧面、剩余的刃棱相交。

14.根据权利要求13所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述刀刃底面与剩余的刃棱之间的锐角夹角为30度～45度。

15.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，当对第一焊面车削纹路时，车削工艺从第一焊面的中心到第一焊面的边缘进行；当对第二焊面车削纹路时，车削工艺从第二焊面的中心到第二焊面的边缘进行。

16.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，车削纹路采用的刀具的硬度在HB350以上。

17.根据权利要求16所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述刀具的材料为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金或者金刚石。

18.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，在车削纹路的过程中采用切削液；所述切削液为乳化剂。

19.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，在第一焊面或者第二焊面车削纹路后，且采用热等静压工艺将第一焊面和第二焊面焊接在一起之前，还包括：采用超声波清洗工艺对所述靶材和背板进行清洗。

20.根据权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述靶材为铜靶材、铝靶材、钛靶材或钽靶材。