CN110923643A - 一种平面靶材的绑定方法 - Google Patents

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张科
王自海
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    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target

Abstract

本发明涉及靶材绑定技术领域，具体涉及一种平面靶材的绑定方法。本发明提供的平面靶材的绑定方法，包括以下步骤：将背板、绑定材料和靶坯依次叠层放置，进行真空绑定，得到绑定后的平面靶材。本发明利用绑定材料与背板之间，绑定材料与靶坯之间的毛细和扩散作用，进行真空绑定，使得靶坯与背板粘接牢固；本发明采用真空绑定，无需定制高功率的加热平台，无需专业的钎焊炉，相比于普通绑定技术效率高，成本低。实施例结果表明，采用本发明提供的绑定方法，有效绑定面积高达97％以上，无明显的孔洞；能够在500～700℃的高温环境中使用。

Description

一种平面靶材的绑定方法
技术领域
本发明涉及靶材绑定技术领域，具体涉及一种平面靶材的绑定方法。
背景技术
目前主流的靶材绑定工艺是采用熔点低，且具有良好导电性、导热性、流动性和浸润性的材料作为绑定材料，常用的材质是铟(In)，它的熔点较低(156.61℃)，且具有非常好的流动性和浸润性。采用铟绑定的靶材为了避免溅射时靶材的脱落，需要控制一定的溅射功率，但是在靶材溅射过程中溅射功率是影响成膜速率的主要原因之一，在现如今的镀膜制备厂商，使用溅射速率高的靶材成为了降低成本的主要手段，溅射速率提高则需要溅射功率提高，进而靶材的表面温度和镀膜腔体温度也会随着提高。现有的靶材背板多数设计简单，无良好的冷却***，靶材溅射面的热量无法通过冷却***带走，靶材容易出现绑定层熔化造成靶材脱落的现象，所以在高温环境中使用的靶材就对绑定层的熔点有着较高的要求。
银和铜是具有互相固溶界限的共晶型合金，铜在银中以固溶体形式存在，具有良好的润湿性，并具有良好的强度、延性、导热性、导电性和抗腐蚀性，且熔点较高(600～950℃)，价格低廉，是一种非常好的绑定材料，但绑定材料的熔点越高就意味着绑定作业的温度越高，而常规的绑定方法通常需要手工作业，在如此高温的环境下无法进行手工作业，且在高温环境下焊材易氧化，难以保证绑定质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平面靶材的绑定方法，采用本发明提供的绑定方法能够避免绑定工序高温作业，减轻劳动强度，提高绑定质量，相比于传统绑定方法，本发明提供的绑定方法效率高，成本低。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种平面靶材的绑定方法，包括以下步骤：
将背板、绑定材料和靶坯依次叠层放置，进行真空绑定，得到绑定后的平面靶材。
优选地，所述背板的材质为铜。
优选地，所述背板为具有一定深度的槽体，所述槽体包括凹槽部分和边缘部分，所述凹槽部分的深度为0.5～1mm。
优选地，所述绑定材料为银铜合金。
优选地，所述绑定材料的厚度为0.1～0.5mm。
优选地，所述靶坯的绑定面的粗糙度Ra为3.2～12.5。
优选地，将背板、绑定材料和靶坯依次叠层放置后，在靶坯远离绑定材料的一面施加压力；所述压力为250～360Pa。
优选地，所述真空绑定的真空度为(1.0～7.0)×10-2pa。
优选地，所述真空绑定的温度为所述绑定材料的熔点以上10～20℃，时间为0.3～0.5h。
优选地，由室温升至所述真空绑定温度的升温速率为150～200℃/h。
本发明提供了一种平面靶材的绑定方法，包括以下步骤：将背板、绑定材料和靶坯依次叠层放置，进行真空绑定，得到绑定后的平面靶材。本发明利用绑定材料与背板之间，绑定材料与靶坯之间的毛细和扩散作用，进行真空绑定，使得靶坯与背板粘接牢固；本发明采用真空绑定，无需定制高功率的加热平台，无需专业的钎焊炉，相比于普通绑定技术效率高，成本低；采用本发明提供的绑定方法能够避免绑定工序中手工高温作业，减轻劳动强度，同时减少人为因素对绑定质量的影响；本发明在真空条件下进行绑定，能够避免背板和靶坯氧化，进而提高绑定质量和绑定效果的稳定性；另外采用本发明提供的绑定方法，能够根据实际需求选择不同的绑定材料满足不同的熔点要求。实施例结果表明，采用本发明提供的绑定方法，有效绑定面积高达97％以上，无明显的孔洞；绑定后的平面靶材能够在500～700℃的高温环境中使用。
附图说明
图1为本发明背板的结构示意图；
图2为本发明实施例背板、绑定材料和靶坯的位置关系示意图；
图3为靶坯和绑定材料相对关系的示意图；
图4为在靶坯远离绑定材料的一面放置压块的示意图；
图5为实施例1得到的绑定后的平面靶材的示意图；
图6为实施例1所得绑定后的平面靶材的粘结效果图；
图7为实施例1所得绑定后的平面靶材的微观图；
其中，1-背板，2-绑定材料，3-靶坯。
具体实施方式
本发明提供了一种平面靶材的绑定方法，包括以下步骤：
将背板、绑定材料和靶坯依次叠层放置，进行真空绑定，得到绑定后的平面靶材。
在本发明中，所述背板的材质优选为铜，更优选为无氧铜。在本发明中，所述背板优选为具有一定深度的槽体，如图1所示。在本发明中，所述槽体包括凹槽部分和边缘部分，所述凹槽部分的深度优选为0.5～1mm，更优选为1mm；所述凹槽部分的长度优选为靶坯的长度加上0.5～1mm；所述凹槽部分的宽度优选为靶坯的宽度加上0.5～1mm；所述边缘部分的厚度优选为3～20mm，更优选为6～15mm。本发明将背板设计为具有一定深度的槽体，一方面能够防止绑定材料熔化后流出，另一方面能够定位靶坯，满足靶材位置度要求。
在本发明中，所述背板在进行绑定之前，优选经清洁去氧化处理。在本发明中，所述清洁去氧化处理的具体过程优选为：将所述背板的绑定面抛光，然后进行超声清洗。在本发明中，所述背板的绑定面是指背板与绑定材料接触的一面。在本发明中，所述超声清洗用清洗剂优选为丙酮和无水乙醇，在本发明的具体实施例中，优选先采用丙酮进行超声清洗，然后再用无水乙醇进行超声清洗。本发明对所述超声的功率和时间没有特殊的限定，采用本领域技术人员所熟知的超声功率和时间即可，以完全去除背板表面的氧化物、油脂和灰尘为宜。本发明通过抛光和超声清洗去除背板表面的氧化物、油脂和灰尘，避免妨碍绑定材料和背板之间的毛细和扩散作用，提高粘合效果。
在本发明中，所述绑定材料优选为银铜合金，更优选为Ag72Cu28；所述银铜合金的熔点优选为600～985℃，更优选为790～800℃。在本发明中，所述绑定材料的厚度优选为0.1～0.5mm，更优选为0.1～0.3mm。在本发明中，所述绑定材料的长度优选与靶坯的长度一致，所述绑定材料的宽度优选与靶坯的宽度一致。
在本发明中，所述绑定材料在进行绑定之前，优选经清洁处理。在本发明中，所述清洁处理的过程具体优选为：将所述绑定材料进行超声清洗和无水乙醇擦拭。在本发明中，所述超声清洗用清洗剂优选为丙酮。本发明对所述超声的功率和时间没有特殊的限定，采用本领域技术人员所熟知的超声功率和时间即可，以完全去除绑定材料表面的氧化层、油脂和灰尘为宜。
在本发明中，所述靶坯可以为金属，也可以为非金属，所述金属优选为纯金属或合金；所述非金属优选为碳化物。在本发明中，所述靶坯的熔点优选为＞800℃，更优选为＞950℃。在本发明中，所述靶坯在进行绑定之前，优选将所述靶坯的绑定面进行粗糙化处理和清洁去氧化处理。在本发明中，所述靶坯的绑定面是指靶坯与绑定材料接触的一面。在本发明中，所述粗糙化处理优选为喷砂处理。本发明通过喷砂处理去除靶材绑定面的氧化皮，提高靶材表面的粗糙度；所述靶坯的绑定面的粗糙度Ra优选为3.2～12.5，更优选为6.4～12.5。在本发明中，所述清洁去氧化处理的具体过程优选为：将所述靶坯的绑定面进行超声清洗。在本发明中，所述超声清洗用清洗剂优选为丙酮和无水乙醇，在本发明的具体实施例中，优选先采用丙酮对靶坯进行超声清洗，然后再用无水乙醇进行超声清洗。本发明对所述超声的功率和时间没有特殊的限定，采用本领域技术人员所熟知的超声功率和时间即可，以完全去除靶坯表面的氧化皮、油脂和灰尘为宜。本发明通过粗糙化处理和清洁去氧化处理，提高了靶坯表面粗糙度，去除了靶坯表面的氧化物、油脂和灰尘，进而能够提高绑定材料和靶坯之间的毛细和扩散作用，提高绑定质量。
在本发明中，所述背板、绑定材料和靶坯依次叠层放置，如图2所示，其中，靶坯和绑定材料相对于背板居中，满足靶材位置度要求，如图3所示，所述靶坯的边缘与所述背板凹槽部分的边缘之间的距离优选为0.25～0.5mm。
本发明在放置好背板、绑定材料和靶坯后，优选在靶坯远离绑定材料的一面施加压力。在本发明中，所述压力优选为250～360Pa，更优选为320～360Pa。在本发明中，所述施加压力的方式优选为在靶坯远离绑定材料的一面放置压块，如图4所示。在本发明中，所述压块的材质优选为不锈钢，所述压块的底面积优选根据靶坯尺寸设计，以完全覆盖靶材表面为宜。本发明在后续真空绑定的过程中，所述压力始终施加在靶坯表面，本发明通过在靶坯表面施加压力，能够固定靶坯和绑定材料的位置，提高绑定效果。
在本发明中，所述真空绑定的真空度优选为(1.0～7.0)×10-2pa，更优选为5×10-2～7×10-2pa。本发明在真空条件下进行绑定，能够避免高温条件下背板和靶坯的氧化。
在本发明中，所述真空绑定的温度优选为所述绑定材料的熔点以上10～20℃；时间优选为0.3～0.5h。本发明限定真空绑定的温度在上述范围，能够在绑定材料熔化的基础上，维持背板和靶坯的原有形状。
在本发明中，由室温升至所述真空绑定温度的升温速率优选为150～200℃/h，更优选为150℃/h。本发明限定上述升温速率的作用是防止升温过快，靶材受热不均匀，造成靶材变形。
本发明在所述真空绑定结束后，优选将所得靶材随炉冷却，然后进行机械加工，得到绑定后的平面靶材。在本发明中，所述机械加工具体优选为：将背板的围边去除，使绑定层的侧边暴露出来，然后修整绑定层溢出的材料，防止溢出的绑定材料对靶材溅射过程产生不良影响。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施例1
靶坯：材质为铬，长度为100mm，宽度为100mm；
绑定材料：Ag72Cu28，熔点为780℃，厚度为0.1mm，长度和宽度与靶坯一致；
背板：材质为TU1无氧铜，为具有一定深度的工艺槽，所述工艺槽包括凹槽部分和边缘部分，所述凹槽部分的深度为1mm；所述凹槽部分的长度为101mm，宽度为101mm；所述边缘部分的厚度为10mm；
将TU1无氧铜背板的绑定面抛光去除氧化皮，置于超声清洗机中，先采用丙酮进行超声清洗，然后再用无水乙醇进行超声清洗，得到预处理后的TU1无氧铜背板；
将Ag72Cu28置于超声清洗机中，先用丙酮进行超声清洗，再用无水乙醇擦拭表面，得到预处理后的Ag72Cu28；
将铬靶坯的绑定面进行喷砂处理去除氧化皮，提高铬表面的粗糙度，粗糙度Ra为8；然后置于超声清洗机中，先采用丙酮进行超声清洗，然后再用无水乙醇进行超声清洗，得到预处理后的铬靶坯；
将预处理后的Ag72Cu28和预处理后的铬靶坯依次置于预处理后的TU1无氧铜背板的槽体内，所述预处理后的铬靶坯的单边距离所述预处理后的TU1无氧铜背板的凹槽部分边缘0.5mm；
在所述预处理后的铬靶坯的表面放置不锈钢压块，压力为350Pa，得到组合后的预绑定靶材；
将所述组合后的预绑定靶材装入真空炉腔体中，并保持靶材水平，防止绑定过程中Ag72Cu28熔化后溢出；真空炉抽真空，真空度为7×10-2pa，然后以150℃/h的升温速率升温到800℃，保温0.2h，然后随炉冷却，将背板的围边去除，使绑定层的侧边暴露出来，然后修整绑定层溢出的材料，得到如图5所示的绑定后的平面靶材。
利用超声探伤仪对绑定后的平面靶材进行探伤，结果如图6所示，粘结率≥99％，符合靶材绑定层的粘结率要求；
采用金相显微镜对所述绑定后的平面靶材进行微观检测，如图7所示，由图7可以看出，采用本发明提供的绑定方法形成的焊层均匀，无明显缺陷，粘结效果好；
采用所述绑定后的平面靶材能够在500℃条件下进行靶材溅射。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种平面靶材的绑定方法，其特征在于，包括以下步骤：
将背板、绑定材料和靶坯依次叠层放置，进行真空绑定，得到绑定后的平面靶材。
2.根据权利要求1所述的绑定方法，其特征在于，所述背板的材质为铜。
3.根据权利要求1或2所述的绑定方法，其特征在于，所述背板为具有一定深度的槽体，所述槽体包括凹槽部分和边缘部分，所述凹槽部分的深度为0.5～1mm。
4.根据权利要求1所述的绑定方法，其特征在于，所述绑定材料为银铜合金。
5.根据权利要求1或4所述的绑定方法，其特征在于，所述绑定材料的厚度为0.1～0.5mm。
6.根据权利要求1所述的绑定方法，其特征在于，所述靶坯的绑定面的粗糙度Ra为3.2～12.5。
7.根据权利要求1所述的绑定方法，其特征在于，将背板、绑定材料和靶坯依次叠层放置后，在靶坯远离绑定材料的一面施加压力；所述压力为250～360Pa。
8.根据权利要求1所述的绑定方法，其特征在于，所述真空绑定的真空度为(1.0～7.0)×10-2Pa。
9.根据权利要求1所述的绑定方法，其特征在于，所述真空绑定的温度为所述绑定材料的熔点以上10～20℃，时间为0.3～0.5h。
10.根据权利要求9所述的绑定方法，其特征在于，由室温升至所述真空绑定温度的升温速率为150～200℃/h。
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