TW200925310A - Target designs and related methods for coupled target assemblies, methods of production and uses thereof - Google Patents
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Description
200925310 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發月標的物之領域係設計及使用經轉合(包含焊接及/ 或機械連接)且亦包含高強度芯材料之賴乾材。 【先前技術】 子及半導體、,且件使用于數量不斷增加的消耗裝置及商 ' #電子產品、通信產品及資料交換產品中。某些該等消耗 裝置及商業産品之實例係電視機、計算機、行動電話、呼 ® 1器、掌上型或手持管理器、便攜式無線電設備、汽車音 響或遙控器。由於對該等消耗裝置及商業電子器件需求增 加,因此亦需要彼等上述產品變得更小且更便於消費者及 商務攜帶。 由於》亥等産品之大小減小,構成該等産品之組件亦須變 得更】、及/或更薄。彼等大小需減小或按比例縮小之組件 的某些實例係微電子晶片互連線、半導體晶片組件、電阻 器、電容器、印刷電路或佈線板、佈線、鍵盤、接觸塾及 ® 晶片封裝。 田電子及半導體組件大小減小或按比例縮小時,致命缺 . 陷大小會隨器件所要求臨界尺寸顯著減小◊因而,若可 . 能,應在該組件按比例縮小用於更小電子産品之前,識別 並修正存在或可能存在於較大組件中之該等缺陷。 爲識別電子、半導體及通信組件中之臨界缺陷,應分解 並分析該等組件、用來製作彼等組件所使用材料及製造製 程。在某些狀況下,電子、半導體及通信/資料交換組件 133755.doc 200925310 由多個材料層(例如,金屬、金屬合金、陶瓷、無機材 料、聚合物或有機金屬材料)組成。該等材料層通常較薄 (厚度爲小於幾十埃之數量級)。爲改良該等材料層之品 質,應評價且(若可能)改進並改良形成層之製程-例如,金 屬或其他化合物之物理氣相沈積。 爲改良沈積材料層之製程,必須測定、量化表面及/或 材料組成並檢測缺陷或瑕疵。在沈積一個材料層或多個材
料層之情況下,不僅應監測實際材料層或多個材料層而 且應監測用來在基材或其他表面上産生材料層之材料及該 材料之表面。舉例而言,當藉由濺鍍包括金屬之靶材而將 該金屬層沈積在表面或基材上時,必須監測該靶材之不均 勻磨損 '㈣變形、&材變位及其他有關條件1鑛拓材 之不均勻磨損係不可避免的且隨磁體設計而變化並會降低 靶材壽命,且在某些情況下會造成金屬在基材表面上沈積 較少或不沈積。 在常用扁平設計濺鍍靶材(舉例而言,用於3〇〇毫米晶圓 之ALPS®濺鍍室及/或ENDURA⑧pvD系統中所使用之靶 材,其在本文中通常被稱爲3〇〇毫米ALps或3〇〇毫米 ENDURA)中’主要有三種類型,每種皆具有優點及缺 點。對於第一種類型,&材與襯板係用肖來接合之環氧樹 脂、銦及/或錫實施錫焊接合。錫焊成本低、"且可低 溫作業,此保護結構’但其對於高室功率具有接合強度低 之缺點。第二種類型具有經擴散接合靶材/襯板總成,其 中沿整個靶材/襯板介面係擴散接合(藉由熱壓連接 133755.doc 200925310 (hipping)、鍛造、***接合等)。擴散接合提供強接合,但 該擴散接合製程涉及高溫,此破壞或明顯影響靶材之超細 或亞微結構,例如藉由ECAE所獲得者。在靶材及襯板材 料與不相谷CTE(陶瓷材料、硫族化合物、w至CuZn、具 有高均勻性要求之薄板(例如犯及以))擴散接合的冷卻期 間,亦觀察到過多扭曲、剝離或破裂。在第三種類型中, 産生單片靶材,其製造相對容易,但需較強的高純度材 料,其視粒徑、組成或兩者而定。尤其,在諸如高純度鋁 及鋁金等材料中,粒徑需小於1微米以提供足夠強度用於 單片設計。在該情況下,藉由劇烈塑性變形使用諸如等通 道轉角擠壓(Equal Channel Angular Extrusion (ECAE))等技 術獲得晶粒細化。H〇neyweU所擁有之美國專利第5,59〇,389 號、第5,780,755號、第6,723,187號或第6,9〇8,517號閣述 使用ECAE來産生具有亞微或超細粒徑之藏鑛輕材。對於 某些極端濺鍍應用(高功率、高水壓),單片靶材強度可主 要在具體而言凸緣區域(其係最細區域)中進行測試。 當濺鍍靶材過熱時將出現問題,此係由在通常可超過幾 千瓦至數十千瓦之高功率下用氬離子轟擊該靶材所致。未 適當冷卻時此高功率可日㈣料卿㈣之表面溫度及/或 若冷卻不充分較該㈣之機械敎性降格。如上所述, 田使用具有極細結構之靶材(尤其鋁及鋁合金)用於高功率 賤鍍應用_,則出現問題。在其中需要高強度亞微結構之 單片设计中’該亞微結構可能失去其某些機械特性,此係 由較高把材溫度導致不可接受之扭曲所致。對於擴散或經 133755.doc 200925310 錫焊接合之##設計’ &高溫度/功率產生過多扭曲並潛 在地"剝離",此係由把材與襯板材料之間之熱膨脹係數失 配及該等滅材料之機械特性轉所致。㈣及錫焊接合 不能提供具有極細粒徑之靶材(舉例而言,高純度鋁pvD 靶材之粒徑小於20微来)’此乃因獲得強接合所需之熱處 理涉及足夠高的溫度且引發粒徑生長。一般而t,控制濺 鑛無材冷卻之因素被公認的有四個:a)導熱性,b)冷卻水 流速’ c)冷卻表面區域及d)靶材厚度。 濺鍍靶材之冷卻可藉由以下得到改良:使用具有高導熱 性之襯板、增加冷卻表面區域、控制冷卻劑之流動模式、 用旋轉磁體改良冷卻劑循環及/或降低靶材材料之厚度。 過去,人們已經由各種設計修改作出各種嘗試來改良冷卻 效率,但對於降低熱量尚沒有考慮最重要的"厚度因素"。 因此,爲最大程度增加濺鍍靶材之機械穩定性同時最大程 度提高濺鍍性能,研究人員及技術人員應仔細研究濺鍍靶 材之冷卻效率。
Gardell等人(美國專利第5,628,889號)揭示具有獨立冷卻 系統之高功率電容磁控管陰極用於磁體陣列支撐板。在 Gardell中,水平磁體陣列流體控制表面係物理附接至磁體 陣列支撐板。該流體控制表面或器件未整合至支撐板之材 料、磁體陣列或陰極材料中。因此,其具有多個工作部 件、設計複雜的另外層且使用磁控管陰極,且增加處理維 修及更換部件之工作人員之工作量。 爲此目的’人們期望開發並使用靶材總成設計,即a)成 133755.doc 200925310 2有效’咐於控制’ e)使用提供良好接合強度之方法製 :’:如低溫連接、耗合或接合方法,同時産生乾材總 不使Μ之微結構降格且保持_總成之熱/機 性0 【發明内容】
本文闡述濺鍍靶材,其包括:a)靶材表面組件,其包括 靶材材料;b)芯背襯組件,其具有耦合表面、背面及至少 -個開孔或開孔區域中該耦合表面係耦合至靶材表面 組件之至少-部分;且其中該㈣表面組件之至少一部分 安裝至芯背襯組件之至少一個開孔或開孔區域中。 本發明亦Μ述形成濺㈣材之方法,其包括:a)提供把 材表面組件包括表面材料;b)提供芯背襯組件,其具 有麵合表面、背面及至少一個開孔區域;c)使該輕合表面 輕合至乾材表面組件之至少一部分,其中該靶材表面組件 之至少一部分安裝至芯背襯組件之至少一個開孔區域中。 【實施方式】 濺鍍靶材及有關冷卻系統已經開發並闡述於本中,即勾 成本有效,b)易於控制,幻使用提供良好接合強度之方法 製造,例如低溫連接或耦合方法,同時産生靶材總成,幻 不使靶材之微結構降格且保持靶材總成之熱/機械特性。 具體而言,本文所涵蓋之設計及連接/接合技術可用來使 藉由ECAE處理之超細或亞微靶材材料附接至高強度襯板 (例如:A1 2024, A1 6061,CuCr,Cu 18000)以提供高強度靶 材總成用於高功率應用。所涵蓋實施例亦包含實現超細或 133755.doc 200925310 亞微靶材材料之其他方法,例如低溫輥軋、低溫鍛造、扭 轉、循環擠壓、累積疊札(accumulated roll bonding)、3D 鍛造、扭轉擠Μ、旋轉擠壓(flowforming)或摩擦焊接。其 他所涵蓋材料係彼等具有與標準襯板材料(例如:A1 2024, A1 6061, CuCr,Cu 18000)失配之較大CTE及低延展性者。 實例包含耐熱材料,例如W、Ti-W、Ru、Ta以及硫族化合 - 物。大部分彼等材料呈粉末形式。 所涵蓋靶材係藉由在形成及連接或耦合製程中使施加熱 〇 保持在最低程度、局部或兩者以不影響ECAE或標準微結 構(至少在濺鍍區域中)來製造。藉由較佳使用在經耦合表 面之間提供具有或不具有完美接觸之機械附接的連接方法 來使熱保持在最低程度。熱局部化較佳藉由使用焊接技術 來達成。考慮到在高功率濺鍍期間所達到之靶材溫度,所 涵蓋靶材亦可經由高強度靶材總成製程産生。具體而言, 該等靶材提供原位低變位(對於300毫米A10.5Cu ALPS在 2000 kWhr及35 kW下小於3.25毫米,其類似於300毫米 A10.5Cu Endura,但係在更高功率下);及乾材低永久變位 (對於300毫米人10.5(:11人1^8在2000 1^冒111'及3 5]<\¥下爲1.8至 ' 2.3毫米,其亦類似於300毫米A10.5Cu Endura,但係在更 • 高功率下)。同樣,所涵蓋靶材呈現良好的導熱性及導電 性而無熱點,其對於ECAE A10.5Cu ALPS而言,溫度可低 於約165 °C。所關注之其他靶材組態係用於平板顯示器之 200毫米及 300毫米 ECAE Cu 及 Cu 合金 Encore、Encore II 及 SIP靶材及ECAE純或經摻雜A1靶材,其中該靶材溫度應低 133755.doc 12 200925310 於約250°C。較佳冷卻係藉由提供其中㈣背部之至少— 個區域與冷卻流體直接接觸之設計來達成。 爲此目的’本發明閣述麟㈣,其包括:a)乾材表面 組件,其包括靶材材料;b)芯背襯組件,其具有耦合表 面#面及至夕 >(固開孔區域,其中該耦合表面係耦合至 • ㈣表面組件之至少—部分;且其中該才表面㈣^ • 少一部分女裝至芯背襯組件之至少一個開孔區域中。在某 纟實施例中,㈣表面組件、芯背襯組件或其組合具有至 霽 少、-個麵合至或位於芯背襯組件之背面、乾材表面組件或 其組合中之表面區域特徵,其中該表面區域特徵增加乾材 表面組件之冷卻效能。在某些實施例中,芯背襯組件係環 形且具有耦合表面、背面及開孔中心區域,其中該耦合表 面係柄合至乾材表面組件之至少一部分;且其中該乾材表 面組件之至少一部分安裝至芯背襯組件之開孔令心區域 中。 φ 本發明亦闡述形成減鑛乾材之方法’該方法包括:雜 供靶材表面組件,其包括表面材料;b)提供芯背襯組件, 其具有耦合表面、背面及至少一個開孔區域;匀使該耦合 表面耦合至靶材表面組件之至少一部分, 2 ..组件之至少-部分安裝μ'背概組件之至少_個== 中。 本發明亦闡述形成濺鍍靶材之方法’該方法包括··昀提 供乾材表面組件,其包括表面材料;b)提供芯背概組件, 其具有耦合表面、背面及至少一個開孔區域;〇使該耦合 I33755.doc 13 200925310 表面耦合至靶材表面組件之至少一部分,其中該靶材表面 組件之至少一部分安裝至芯背襯組件之至少一個開孔區域 中,且d)k供至少一個耗合至或位於芯背襯組件背面、乾 材表面組件或其組合中之表面區域特徵,其中該至少一個 表面區域特徵增加芯背襯組件之冷卻效率。 本文所涵蓋之濺鍍靶材及濺鍍靶材總成包括任何適宜形 狀及大小,視應用及PVD製程中所使用之儀器而定。本文 所涵蓋之濺鍍靶材亦包括靶材表面組件及芯背襯組件,該 芯背襯組件包括至少一個開孔或開孔區域(其中該背襯組 件可包含襯板),其中該粗材表面組件穿過及/或繞過pVD 室耦合至包括至少一個開孔或開孔區域之芯背襯組件。本 文所用術語"耦合"意指在兩部分物質或組件之間具有或不 具有間隙之機械附接、兩部分物質或組件之物理附接(黏 合劑、附接介接材料)或兩部分物質或組件之間經由焊接 及/或機械連接製程之物理及/或化學吸引。如上所述,術 語"輕合"可意指濺鍍靶材及/或濺鍍靶材總成之組成之間的 接合力或黏合力,以使該濺鍍靶材及/或濺鍍靶材總成與 單片設計相比較。或者,㈣與Μ襯組件之間之麵合表 面可能不會形成完美介面(例如,在其中以原子水平發生 連接之經接合介面中)且可包括間隙。間隙可提供功能優 點。具體而言’吾人發現藉由容許㈣與芯背襯組件之間 之介面處存在間隙,可使縣材㈣鍍期間受敎時具 有橫向膨脹之空間,此可産生較少的垂直變位。最適宜 地,濺鍍期間之加熱填充介面處的初始間隙。 133755.doc 14 200925310 ❹ 靶材表面組件係在任何可量測點適時曝露於能源之靶材 的一部分且亦係意欲産生期望用作表面塗層之原子及/或 分子之整體乾材材料的-部分1材表面材料包括前面表 面及背面表面。該前面表面係曝露於能源之表面且係意欲 產生期望用作表面塗層之原子及/或分子之整體靶材材料 的-部分。該背面表面或背面係經由以下製程之表面:a) 穿過芯背襯組件之至少-個開孔或開孔區$,b)與芯背概 組件輕合’或e)其組合。㈣表面組件包括㈣材^及可 係適合形&減鑛#材之任何材料的材_。在某些實施例 中,乾材表面組件包括三維粗材表面,例如呈凹形、凸形 或具有某些其他不常用形狀之靶材表面。應瞭解,靶材表 面組件(無論該組件之形狀如何)係在任何可量測點及時曝 露於能源之靶材的一部分且亦係意欲產生期望用作表面塗 層之原子及/或分子之整體靶材材料的一部分。 具有至少-個開扎或開孔區域之芯背襯組件包括任何適 宜背襯或芯材料,且經設計以加強絲材最細部分之凸緣 區爲材表面組件及材料提供支撐並限㈣材扭曲。 «亥^材料較佳較乾材材料強,其對於凸緣加強而言係主要 因素。 。 具有至少—個開孔或開孔區域之芯、背襯組件包括轉合表 S 0表面經叹计以搞合至祀材表面組件之背面及/ ::面的至少-部分。所涵蓋芯背襯組件亦包括背面,其 、至"又°十以形成賤錢輕材總成之背面的至少-部分,其中該 濺鍍靶材總成包括靶材表面組件及芯背襯組件。此外,所 133755.doc 15 200925310 涵盖芯概板亦包括至少一個閱^丨 . ^ ^個開孔,其經設計以接收以"凸/ 凹"設計之靶材表面。開孔可具有任何形狀、尺寸或數 量。尸幵1孔之數量、形狀及尺寸取決於設計考慮因素,尤其 所需強度及冷卻效率。在某些實施例中,僅使用一個中心 開孔且結果芯背襯組件形狀爲環形。在某些實施例中,过 ' 背襯組件包括襯板或襯板材料。 • 在所涵蓋實施例中H襯組件麵合絲材表面組件, <列如圖1A中所示之實施例。在該圖中,乾材表面組件11〇 ® 包括ECAE乾材材料,且在該實施例中芯背襯組件12〇包括 環形開孔及高強度A1 2〇24材料。該乾材表面組件與芯背 襯組件在13G處耗合並在適宜點14()處用電子束焊接,例如 彼等所示者。芯背襯組件之内徑表示爲15〇。當針對 AH).5Cu靶材材料模擬該特定實施例時,吾人發現靶材溫 度低於165°C,只要該芯背襯組件内徑不是過小即可。該 實施例亦表明原位變位與單片設計類似,此視洋接介面處Λ ❹ f曰1隙而定。該等所涵蓋靶材總成可藉由加強焊接區域ΐ4〇 而增強。類似地在60 kW高濺鍍功率下針對(:11靶材材料與 CuCr環形芯背襯組件之模擬揭示,對於最佳内徑15〇而言 靶材溫度低於210t,其接近單片組態之溫度(2〇2tp在 該實施例中,在靶材表面組件與芯背襯組件介面處亦可具 有第二材料以得到更好的導熱性/導電性。 圖1B展示具有靶材底視圖及側視圖之所涵蓋靶材。該側 視圖表示在”A”至"A”位置(參見虛線)穿過靶材實施切割之 靶材。該所涵蓋靶材具有複數個圓柱形開孔115•在該情況 133755.doc • 16 · 200925310 下係5個圓柱形開孔。在該圖中,靶材表面組件1 10可包括 任何適且的乾材材料’且芯背襯組件12〇包括任何適宜的 奇概或芯材料。該靶材表面組件與芯背襯組件在130處耦 合並在適宜點14〇處用電子束焊接,例如彼等所示者。耦 合130及用電子束焊接被視爲耦合機構之實例。具有數個 開孔有利於增強靶材材料與芯背襯組件(襯板)之間之連 接。爲使冷卻效率最大,有利的是用最快的濺鍍速率在最 熱區域(即最深的腐蝕凹槽)附近設置開孔。圖1(:展示具有 靶材底視圖及側視圖之所涵蓋靶材。該側視圖表示在"Α" 至"Α"位置(參見虛線)穿過靶材實施切割之靶材。該所涵 蓋靶材具有數個開孔115,其對應於整個腐蝕圖案155上之 最深腐蝕凹槽160»在該圖中,靶材表面組件11〇可包括任 何適宜的靶材材料,且芯背襯組件12〇包括任何適宜的背 襯材料。該靶材表面組件與芯背襯組件在13〇處耦合並在 適且點140處用電子束焊接,例如彼等所示者。焊接點亦 可由摩擦焊接、擴散焊接、LASER焊接或其組合産生。 對於焊接且最終濺鍍靶材總成而言,加強位於靶材與芯 背襯材料之間之介面處的焊接點附近並可藉由多種不同方 法達成,該等方法包含使用填充材料或銅焊材料、機器加 強(machine reinf0rcement)、機械加強、鍛造加強或其組 合。圖2A及2B展示經機器加強。圖2A展示所涵蓋環形芯 责襯組件220之側視圖,其中在楔形件設計特徵緊固之後 ***垂直鎖銷23(^有啓發的是應注意,在該實施例中芯 背襯組件220與靶材表面組件21〇亦實施焊接且焊接區域 133755.doc 17 200925310 250位於楔形件設計特徵240附近。圖2B展示所涵蓋芯背襯 組件2 2 0之底部’其中該組件包括兩種機械加強_換形件設 計240(其經設計以採用轉動緊固芯背襯組件22〇與乾材表 面材料210之間之耦合),及垂直鎖銷230(其經設計以固定 芯背襯組件220之轉動端部並相對於靶材表面組件21〇將其 鎖定到位)。圖2C展示"鍛造加強",其中芯背襯組件22〇與 靶材表面組件210具有位於欲焊接之部件附近的聯鎖或"凸/ 凹"耦合點21 5及21 7。在兩組件耦合之後,該組合”經鍛造 加強"以促使靶材材料及/或芯背襯材料流動並填補麵合 點。所産生之耦合點降低焊接區域250附近之應力並増加 使用壽命。 在另一實施例中,芯背襯組件320與靶材表面組件31〇可 藉由使用耦合機構來耦合,例如在兩者之間作爲機械加強 之螺紋介面3 7 0 ’其示於圖3中。應注意,在兩組件經由機 械加強耦合後,該等組件亦在目標位置350中實施焊接以 增強該兩組件310與320之間之接合。在該實施例中,無材 之底部中心3 12經設計以與冷卻流體或源(未示出)直接接 觸。 圖4A及4B連同圖5展示所涵蓋靶材總成設計之再一實施 例。芯背襯組件420藉助在兩組件410與420之間使用”柳釘 狀”或,,鑰匙狀”配件480耦合機構而耦合至耙材表面組件 410。該等鑰匙狀配件480在每個組件中係匹配的凹槽及/ 或凹陷,其經具體設計以使兩組件耦合在一起。形成彼等 "鉚釘狀”特徵之兩種所涵蓋之方法係⑴藉由平移/轉動來機 133755.doc -18- 200925310 加工並安裝,及⑻在常溫或低溫下藉由習用方法⑽ 軋、鍛造或扭轉(所謂的"鍛造加強"))來I制 ,L. j. * 琢機加 方法,在介面處通常存在間隙。在機加工,,鉚 之凸/凹部分後,在歡材與芯背襯組件之間使用轉動或平 移以使第-組件之凸出部分緊密地安裝在其他組件之凹 :分中。使用鍛造加強方法,耦合表面可含有間隙或幾乎 完美(以原子形式連接),視锻造加強步驟期間所使用之壓 力、時間及溫度而定。在目標點45〇處可使用禪接,其中 組件410與420在430處耦合以進一步固定組件41〇與42〇。 ❹ 圖5至圖7展示所涵蓋組合靶材總成,其具有耙材表面組 件(分別爲510 ' 610及710)及芯背襯組件(分別爲52〇、62〇 及720),其中鑰匙狀機械耦合機構(分別爲58〇、及 在目標點(分別爲550及650)使用焊接來組合,其中靶材表 面組件與芯背襯組件經耦合(分別爲53〇、63〇及73〇)且在某 些實施例中如圖5中所示者可藉由鍛造達成焊接加強,與 圖2C中所示者類似。芯背襯組件52〇藉助在該兩組件51〇與 520之間使用"鉚釘狀"或"鑰匙狀"配件58〇而耦合至靶材表 面組件510。在彼等情況中,靶材與芯襯板形成大鉚釘。 該等實施例表明耦合機構之組合的靈活性。在圖7中,可 納入可選Ο形環790 »在該實施例中靶材之底部中心712經 設計以與冷卻流體或源(未示出)直接接觸。在圖5中,出於 闡釋之目的展示耦合機構點542之放大圖545。 圖8及9展示在藉由鍛造加強步驟製作”鑰匙狀"或”鉚釘 狀”特徵之前所涵蓋芯背襯組件(分別爲820及920)與靶材表 133755.doc 19 200925310 面組件(分別爲81 0及910)最初如何安裝在一起。芯背概組 件820耦合至靶材表面材料810。在該等圖中,焊接線表示 爲825。藉助鍛造步驟將壓力845施加在芯背襯組件82〇上 至少一個點上。材料流動855係在芯背襯組件820與乾材表 面材料810之間之至少一個接觸點857上達成。應注意,鍛 造加強步驟經設計以填充該兩組件之間之任何間隙。每個 圖中虛線875經設計表示其中在鍛造步驟結束時表面之位 置。該鍛造加強步驟可藉由施加壓力之任何習知方法達 成,例如輥軋、鍛造或扭轉。一個單擠壓步驟可藉助數個 開孔形成多個鉚釘狀特徵(例如,彼等示於圖1Β中者卜可 使用低於彼等促使靶材微結構(粒徑)生長及降格之溫度及 時間條件。同樣,具有最低強度之材料應爲可流動者。舉 例而言,高純度八丨合金及Cu靶材材料比大部分常用襯板材 料軟並可根據圖8實施擠壓。 然而’某些材料(例如硫族化合物、Ti_w、Ta、W戋Ru) 在低溫下過硬而不變形或不易於變形(尤其呈粉末形式)且 在該情況下可有利的係僅襯板材料流動,如圖9十所示。 在可熱處理襯板(A1 2024)之情況下,隨後期望首先在未老 化(未固化)條件下實施鍛造加強且僅在形成"鉚釘狀"特徵 之後實施低溫老化處理。隨後該老化處理提供具有其最大 強度之襯板且不改變靶材微結構或靶材粒徑,此乃因老化 係低溫處理1樣重要的係、在嘲位變得過高或者對面之乾 材材料(其欲加以減鑛)開始橫向流動之前增強所需間隙中 材料之局部流動,由此改變微結構。 133755.doc •20- 200925310 圖10A展示當擠壓靶材材料時有助於鉚釘形成之幾個策 略。在一種情況下,欲擠壓之表面經機加工以使擠壓工具 1 〇 15與靶材材料101 〇之間之接觸首先出現在欲填充之間隙 附近的外邊緣上。在另一情況下,具有扁平或傾斜表面之 環1014係放置在擠壓工具1〇15與把材材料1〇1〇之間並主要 推動位於欲填充之間隙附近的靶材材料丨〇丨〇。該圖亦展示 外環1040,其限制芯材料組件1 〇2〇在擠壓作業1 〇 1 7期間可 ❹
能變形。圖10B展示用來在凸緣頂部上(而不是如圖8及9中 之底部)用錄匙狀連接體産生近終形環之製造方法。在步 驟1060中,藉由使用壓力1〇62促使材料流動1〇63並使用近 網形環1065來形成鍛造鉚釘。在步驟1〇7〇中,焊接-形成 焊接點1040-及最終機加工係在靶材材料1〇1〇上實施。在 步驟1080中,巧洗最終産品_其係靶材表面材料1 〇 1 〇與芯 背襯組件1020之組合。 圖11闡釋通吊如何機加工把材’且^需要在擠壓步驟後 實施=接。亦可製作特殊模具系統來限制被機加工掉之材 料的量S帛個步驟i J J5中,锻造卿釘。將壓力1⑽施 加至靶材表面材料1110(其可係強度較低之材料,例如 ECAE材料)底部,並促使材料流動ιΐ22並填充凹陷空間 1125。在第二個步驟1145中’沿虛線或間斷線η”機加工 乾材總成1103並在焊接點1150處實施谭接。在第三個步驟 U65中,清洗最終濺鍍靶材1113〇 圖12展示一個所涵蓋實施例,其中至少-種另外㈣ 義(例如填充材料或銅焊材料)係安置在㈣表面材料 133755.doc 200925310 1210與芯背襯組件1220之間之介面中或其上以改良熱及電 接觸。當壓力1245施加至靶材表面材料1210時,材料沿芯 背襯組件1220方向流動1255 ^該材料可包括可耐受锻造加 強步驟之溫度之任何適宜材料,例如傳導性焊踢或聚合 物、熱介面漿料、導熱或導電材料。某些適宜材料係彼等 由Honeywell International公司製造者,包含彼等見於下列 中者:美國專利第6451422號、第6673434號、第6797382 ❹
號、第6908669號、第7244491號及美國專利申請案第 09/851 103 號、第 10/775989 號、第 10/465968 號、第 10/51 1454 號、第 1〇/545597 號、第 1〇/519337 號、第 10/551305 號、第 ιι/641367 號、第 1 1/334637 號、第 1 1/702351 號、第 1 1/809131號、第 60/844445號及其 PCT及 國外對等件。在鍛造加強步驟126〇期間擠壓該至少—種另 外材料129G。或者,把材材料與芯襯板材料之表面可經特 殊機加工、清洗及表面處理以沈積至少一種另外材料,此 在锻造加強步驟期間於介面處産生更好的接合。表面處理 包含任何塗布方法’例如電鑛、蒸氣沈積、喷塗、機械人 金化、噴丸硬化及其組合。 口 本文所涵錢餘㈣常可包括任何材料,其可 :地形成繼材;b)當受到能量源森擊時, 錄;適於在晶圓或表面上形«終或前體層 適宜⑽材之材料係:金屬、金屬合金、導 :=、導電複合材料、介電材料、硬遮罩材料及任: 的韻材料。在某些實施例中,怒材表面組件與 133755.doc -22- 200925310 心背概組件包括與乾材材料相同之材料。在其他實施例 中靶材表面組件與芯背襯組件經搞合以使其形成單片滅 鍍靶材及/或濺鍍靶材總成。 ❺ ❿ 本文所用術語•,金屬”意#彼等位於元素周期表d區及f區 之元素’以及彼等具有金屬樣特性之元素,例如矽及鍺。 本文所用片語"d區"意指電子填充元素原子核周圍3d、 4d 5d及6d軌道之彼等元素。本文所用片語"f_區"意指電 子填充元素原子核周圍竹及5f軌道之彼等元素,包括鑭系 元素及锕系元素。較佳之金屬包含鈦、矽、鈷、鋼、鎳、 鐵、辞、釩、锆、鋁及以鋁爲主之材料、鈕、鈮、錫、 絡翻、把、金、銀、鶴、翻、鈽、飯、釕或其組合。更 佳之金屬包含鋼、鋁、鎢、鈦、鈷、钽、鎂、鋰、矽、 錳、鐵或其組合。最佳之金屬包含銅、鋁及以鋁爲主之材 料鎢、欽、鉛、始、组、銳、釘或其組合。 本發明所涵蓋且較佳之材料的實例包含:用於超細晶粒 化鋁及鋼濺鍍靶材之鋁及銅;用於200毫 米及300毫米濺鍍 無材以及其他毫米量級乾材之!呂、銅、姑、组、鍅及鈦; 及用於沈積鋁表面層之高保形薄,,種子”層或"述體"層之鋁 ’賤錢乾材的紹。應理解,本文所用片語"及其組合"意指在 某=濺鍍靶材中可存在金屬雜質,例如,含有鉻及鋁雜質 之銅減錢數材’或可存在組成濺鍍靶材之金屬與其他材料 之有意組例如,彼等包括合金、硼化物、碳化物、氟 化物、氮化物、矽化物、氧化物及其他之靶材。 術5吾金屬"亦包含合金、金屬/金屬複合物、金屬陶瓷複 133755.doc •23· 200925310 合物、金屬聚合物複合物以及其他金屬複合物。本文所涵 蓋之合金包括:金、銻、石申、硼、銅、鍺、鎳、銦、鈀、 填矽、鈷、釩、鐵、铪、鈦、銥、锆、鎢、銀、鉑、 釘、组、錫、鋅、銖及/或錢。具體合金包含:金錄、金 砷金硼、金銅、金鍺、金鎳、金鎳銦、金鈀、金磷、金 矽、金銀鉑、金鈕、金錫、金鋅、鈀鋰、鈀錳、鈀鎳、鉑 鈀H銘鍊、銀石中、銀銅、銀嫁、銀金、銀纪、銀 鈦、鈦锆、鋁銅、鋁矽、鋁矽銅、鋁鈦、鉻銅、鉻錳鈀、 鉻錳鉑、鉻鉬、鉻釕、鈷鉑、鈷錯鈮、鈷锆铑、鈷锆鈕、 銅鎳、鐵鋁、鐵铑、鐵鈕、氧化鉻矽、鉻釩、鈷鉻、鈷鉻 鎳、鈷鉻鉑、鈷鉻钽、鈷鉻鈕鉑、鈷鐵、鈷鐵硼、鈷鐵 鉻、鈷鐵鍅、鈷鎳、鈷鎳鉻、鈷鎳鐵、鈷鎳铪、鈷鈮姶、 鈷鈮鐵、鈷鈮鈦、鐵钽鉻、錳銥、錳鈀鉑、錳鉑、錳鍺、 錳釕、鎳鉻、鎳鉻矽、鎳鈷鐵、鎳鐵、鎳鐵鉻、鎳鐵铑、 鎳鐵锆、鎳錳、鎳釩、鎢鈦、钽釕、銅錳、碲化鍺銻、銅 鎵、硒化銦、硒化銅銦及硒化銅銦鎵、硫族化物及/或其 組合。 至於本文所涵蓋用於濺鍍靶材之其他材料,下列組合係 本發明所涵蓋濺鍍靶材之經考量實例(儘管該列表並不詳 細):硼化鉻、硼化鑭、硼化鉬、硼化鈮、硼化鈕、硼化 欽、蝴化鎢、蝴化飢、蝴化锆、碳化蝴、碳化路、碳化 鉬、碳化鈮、碳化矽、碳化钽、碳化鈦、碳化鎢、碳化 釩、碳化锆、氟化鋁、氟化鋇、氟化鈣、氟化鈽、冰晶 石、氟化鋰、氟化鎂、氟化鉀、稀土氟化物、氟化鈉、氮 133755.doc .24· 200925310 化鋁、氮化硼、氮化鈮、氮化矽、氮化钽、氮化鈦、氮化 釩、氮化錯、矽化鉻、矽化鉬、矽化鈮、矽化鈕、矽化 鈦、矽化鎢、矽化釩、矽化錯、氧化鋁、氧化銻、氧化 鋇、鈦酸鋇、氧化鉍、鈦酸鉍、鈦酸锶鋇、氧化鉻、氧化 銅、氧化铪、氧化鎂、氧化鉬、五氧化鈮、稀土氧化物、 二氧化矽、一氧化矽、氧化鰓、鈦酸锶、五氧化鈕、氧化 錫、氧化銦、氧化銦錫、鋁酸鑭、氧化鑭、鈦酸鉛、錯酸 鉛、鍅酸-鈦酸鉛、鋁化鈦、鈮酸鋰、氧化鈦、氧化鎢、 乳化紀氧化鋅、乳化錯、碌化絲、栖化编、碲化鎖、砸 化鉛、硫化鉛、碲化鉛、硒化鉬、硫化鉬、硒化鋅、硫化 辞、碲化鋅及/或其組合。在某些實施例中,所涵蓋材料 包含彼等揭示於由Honeywell International公司共同擁有之 美國專利第6331233號中之材料,且該案全文以引用方式 並入本文中。 所涵蓋芯背襯組件材料及/或靶材表面組件組成或材料 可由任何適宜方法提供,包含a)自供應商購買芯材料及/或 表面材料組成;b)在室中使用由另一源提供之化學品製備 或製造芯材料及/或表面材料組成,及/或勹在室内使用亦 在室内或場所製造或提供之化學品製備或製造芯材料及/ 或表面材料組成。 該芯材料及/或該等表面材料組成可藉由業内習知或習 用之任何適宜方法組合,該方法包含熔融該等組成並摻和 該等熔融組成,將該等材料組成擠壓成削屑或顆粒並藉由 混合及壓力處理製程及諸如此類使該等組成組合。 133755.doc •25- 200925310 在某些實施例中,即單片或整體靶材組態,表面靶材組 件及芯背襯組件可包括相同靶材材料。然而,本文涵蓋單 片或整體乾材組態及設計’其中整個減鑛把材及/或減鍵 ㈣總成具有材料梯度《本文所用"材料梯度"意指減鍵乾 材或濺鍵乾材總成包括至少兩種本文所涵蓋之材料,其中 該等材料以梯度模式位於濺鍍靶材中。舉例而言,濺鍍靶 材或把材總成可包括銅及^該所述Μ之表面乾材材料
❹ 可包括90_及·鈦。若觀察乾材總成或⑽乾材之橫 截面,則銅之量或百分數接近芯背襯組件時降低且欽百分 數在接近芯背襯組件時升高。本發明涵蓋欽百分數可在接 近芯背襯材料時下“銅百分數可在接近芯f襯組件時升 高,得到1〇〇%銅芯背襯組件。材料梯度可有利於檢縣 材之磨損或製備含有或多或少特定組件之後續層。本發明 亦涵蓋材料梯度可包括三種或更多種組成,視所需層、組 件、器件及/或供應商而定。 本文閣述另-濺鍍靶材及/或濺鍍靶材總成,其包 輕材表面組件,其包括_料;b)環形芯背襯組件,其 具有耦合表面、背面及至少一個開孔或開孔區域,其中該 麵合表面輕合至乾材表面組件之至少—部分;且其中該乾 !==少一部分安裝至芯背襯組件之至少二開 或開孔區域中’且其中該芯背襯組件或其組合且有至,卜 一個相合至或位於芯f襯組件之背面1材表面組件或= 。:之表面區域特徵,其中該表面區域特徵增加靶材 面組件之冷卻效能且以該表面區域特徵包括減性特徵、 133755.doc •26· 200925310 加性特徵或其組合。該表面區域特徵包括:a)凸起特徵、 凹陷特徵或其組合;或b)加性特徵、減性特徵或其组合。
Ο 在某些實施例中,至少一個表面區域特徵並入芯背襯组 件及/_表面組件中或添加至其中/自其中減去。在某 些實施例中㈣計以增加環形Μ襯組件、㈣表面組件 或其組合之冷卻效率的至少一個表面區域特徵與習用濺鍍 靶材上習用表面區域特徵不同。纟文所用片語"習用表面 區域特徵"意指未意欲改進以增加特徵之冷卻效率的彼等 表面區域特徵。本文所涵蓋該至少一個表面區域特徵包括 改變的微結構、微凹槽、狹縫或裂縫、腐錄廓修飾及其 組合。應瞭解,所有該等經改進表面區域特徵意欲增加減 錢乾材背面之冷卻效率。 種所涵蓋表面區域特徵係改變的微結構,其可以多種 方式産生,包含使芯背襯組件之背面合金化,將變形或材 料引入表面中或其組合。在其他所涵蓋實施例中,背面之 微結構可藉由以下進行改變:a)藉由使用適宜的塗布製程 (例如電鍍或蒸氣沈積)塗布整個或部分背面,此後可實施 退火製程,其容許塗層擴散進入靶材之芯背襯組件中;b) 藉由離子植入(另一合金化製程);c)噴丸硬化或任何其他 適宜變形製程;d)機械合金化方法,其中合金化元素之小 顆粒高速撞擊背面;或e)其組合。 另一所涵蓋表面區域特徵係藉由將微凹槽、狹縫及裂縫 引入芯背襯組件之背面而得到,此改變靶材之幾何形狀以 增加背面、靶材表面或其組合之冷卻效率。關於其是否較 133755.doc •27- 200925310 佳將無規、圖案化或其組合之微凹槽、狹縫及裂縫引入芯 背襯材料中,該決定通常視磁控管之具體情況且視芯背襯 組件後面的期望流體流動效果而定。普通熟習濺鍍靶材總 成技術人員在閱讀該揭示内容後應瞭解此概念,並瞭解如 何根據磁控管之細節且根據芯背襯組件後流體流動之所期 望效果來改進表面區域特徵。一種以此型式改進芯背襯組 件之表面區域特徵之方法示於專利申請案第Μ舰讀。46 號或公開案 WO 03/000950題爲"Μ〇Γρ1ι〇1〇§ί_ Tan — 〇mni_F〇CaI Target”中,該案在2002年2月20日提出申請、 共同擁有,且該案全文以引用方式並入本文中。 本文所用片語與每個特徵有關之"凸起特徵”、" 徵”或"其組合”意指當形成該等組件中之每一個組件時, 該=徵將形成作爲芯背襯組件、乾材表面組件或其組合的 具該專實施例之實例係其令㈣表面組件係使用模 ❹ 係背面模具設計的一部Γ本文所 之"加性特徵”、"減性特徵,,:,文= 獨組件形成之後而形成。意指該特徵係在單 何適宜方法或裝置來形成:=_之實例係其中藉由任 焊製程或某些其他可用來以隨後藉由鑽孔、錫 組件(從而形成加性特徵)或自方:將材料添加至芯背襯 成減性特徵)以形成該等特徵 2減去材料(從而形 件之背面或麵合表面中或ΑP 或裝置而在芯背襯組 本文所用片語,,加性特徵:、"=^ 注特徵、"凸起特徵"及"凹 133755.doc 28- 200925310
❹ 陷特徵"係用來描述可在濺鍍靶材之芯背襯組件中或其上 産生之通道、凹槽.、凸塊及/或壓痕。如前所述’該等通 道、凹槽、凸塊、凹痕、壓痕或其組合滿足多個有益需 求’同時增加靶材背部之表面區域.如上所述,藉由沿挺 材表面組件之整個背面或中心安置通道、凹槽、凸塊、凹 痕、壓痕或其組合,冷卻方法及冷卻流體之冷卻效率較習 用側面冷卻有所增加。該等通道、凹槽、凸塊、凹痕、壓 痕或其組合亦可安置在芯背襯組件之耦合表面中或其上。 該等通道、凹槽、凸塊、凹痕、壓痕或其組合可以任何 適且形狀佈置于或形成於芯背襯組件、靶材表面組件或其 組合中或其上,該形狀包含同心環或凹槽、螺旋組態、面 向"側面”的人字形或指向”中心,,的人字形。在其他實施例 中’由芯背襯組件材料或另一可比較材料所形成之凸塊或 其他組態可”累積"在芯背襯組件之背面或耦合表面、靶材 表面組件或其組合上以有效增加組件及/或濺鍍靶材總成 之表面區域。本發明進—步涵蓋用來在組件背部上形成圖 案或形式之材料不僅可增加襯板之表面區域,而且亦可斑 冷卻器件/方法結合工作以進—步提高_上的冷卻效果 及/或減少_㈣總成之_表面組件之不希望的原子 及/或分子變位。 如前所述,通道、凹槽 藉由使用任何適宜方法或 如此類)而形成於組件上 一個減性特徵或其組合c 、凸塊、凹痕、壓痕或其組合可 窃件(包含機加工、LASER及諸 ’產生至少—個加性特徵、至少 靶材組件最初亦可模擬爲 包含通 133755.doc -29- 200925310 道、凹槽、凸塊、凹痕、壓痕或其組合,産生至少一個凸 起特徵、至少-個凹陷特徵或其組合,視供應商之機器及 使用該靶材之消費者的需求而定。 在某些實施例中’包括至少__個開孔或開孔區域之芯背 襯、且件材表面組件或其組合之冷卻效率與習用芯背概 短件之冷卻效率相比有所增加。在其他實施例中,包括至 少一個開孔或開孔區域之芯背概組件、乾材表面組件或立 ❹ 組合之冷卻效率與習用站背襯組件之冷卻效率相比增加至 少10 %。在再一些實施例φ 4 一 《丨中包括至少一個開孔或開孔區 域之芯背襯組件、乾材表面組件或其組合之冷卻效率與習 用芯背襯組件之冷卻效率相比增加至少50%。 在某些實施例中,亦可在至少-個(或多個)其中乾材安 裝至芯背襯組件中之開孔區域中改良冷卻效率。冷卻可藉 由使用具有高導熱性之襯板、增加冷卻表面區域、控制^ 卻劑之流動模式、用旋轉磁體改良冷卻劑循環且最後藉: 降絲材材料之厚度來改良。在該等因素之中,厚度係控 制冷卻之最敏感因素。過去,業内已經由各種設計修㈣ 出各種嘗試來改良冷卻效率,但對於減少熱量尚未考慮最 重要的厚度因素。在圖13中,舉例而言,其包括此卿 材材料,在材表面材料131〇之背部表面1312的中心區域 内機加工凹π 1362,其降低㈣料面與與冷㈣接觸之 相反表面之間的厚度。該修改可降低穿過乾材材料之溫度 梯度並有效降絲材溫度。圖中展示焊接點1350,其Ζ 於使靶材表面材料1310與芯背襯組件1320耦合。 I33755.doc -30- 200925310 另一所涵蓋表面區域特徵係修整表面區域特徵以使其反 映靶材表面之腐蝕輪廓-此被稱爲腐蝕輪廓修飾,其示於 圖14A及14B中。具有表面1410之習用靶材14〇〇示於圖i4A 中。在圖14B中,該表面1410目前呈現腐蝕142〇,其反映 圖14A及14B中所示之腐蝕輪廓143〇。類似腐蝕輪廓亦示 於圖1C申,其中芯背襯組件中之開孔經修飾以匹配該腐蝕 輪廓。作爲該具體修飾之背景,在DC磁控管濺鍍中,在 通常超過幾千瓦至數十千瓦之高功率下用高通量Ar+離子 轟擊靶材。不適當冷卻時此高功率可熔融靶材,或若冷卻 不充分則機械穩定性降格。控制冷卻的因素主要有四^, 即導熱性、冷卻水流速、冷卻表面區域及靶材厚度。 用來改進濺鍍靶材之表面區域特徵之上述修飾技術及方 法中的任何一種可單獨使用或彼此組合使用,視操作者之 需要而定。本文所閣述標的物之特別之處在於所有該等方 法皆可用在習用減鍍乾材上,而不改變㈣表面之輪廊。 多個該等實施例亦揭示於美國專利第1 1/6567()5號中,該案 係在·年似日提”請,由H_yw们⑽刪i〇: 司共同擁有且其全文以引用方式並入本文中。 對於電子及半導體應用及組件(例如包括導 料)而言,用於⑽材之冷卻器件或用來:加 1:知電材料層之其他相似類型組件毗鄰於濺鍍靶材及/ 總成之組件來放置。在某些所涵蓋實施例中, 乾材組件具有在該組件之麵合面或背面中或其 形成之通道、凹槽、凸塊、凹痕、廢痕或其組合,且冷 133755.doc 200925310 卻器件或方法不僅接觸芯背襯組件,而且亦接觸該等通 道、凹槽、凸塊、凹痕、壓痕或其組合。若冷卻改良方法 及/或器件與感測/感測器器件/方法結合使用,則通道位於 靶材與襯板之間用於感測/感測器器件,並在襯板中形成 通道、凹槽、凸塊、凹痕、壓痕或其組合,當與冷卻流體 或冷卻方法接觸時,此將增加靶材襯板之有效表面區域。 然而,應瞭解,冷卻改良方法及/或器件可單獨使用而不 使用感測/感測器器件及/或方法。 如上所述,在某些實施例中,亦有利的是包含感測系 統,其a)包括簡單器件/裝置及/或機械設備及簡單方法以 測定表面或材料之磨損、磨耗及/或劣化;b)當需要維修時 通知操作人員,而不是根據特定維修計劃勘測材料品質; 且c)藉由減少及/或消除過早更換或修護材料來減少及/或 消除材料浪費β此類器件及方法闡述於專利申請案第 PCT/US03/28832號中’該案係在2003年9月12曰提出申請 並主張2002年9月12曰提出申請之美國臨時申請案第 60/410540號之優先權,該兩案共同擁有且其全文並入本 文中。 在某些實施例中,並入通道、凹槽、凸塊、凹痕、壓痕 或其組合不僅將改良濺鍍靶材及/或濺鍍靶材總成之冷 卻,而且亦將改良冷卻流體沿芯背襯組件之流動。冷卻流 體流動之此改良可容易地歸因於習用流體機械原理並由其 進行解釋。 冷卻改良器件及/或方法中所使用冷卻流體可包括出於 133755.doc •32- 200925310 冷部f面之目的可保持在特定溫度或接觸時可達成表面冷 :之任何流髏。本文所用術語"流體,,可包括液體或氣體。 本文所用對術語”氣體"之任何提及意指含有下列之環境: ,也氣體(包31乳、氧氣或氨氣)、二氧化碳或混合氣趙, 包含空氣。出於本發明標的物之目的,本文涵蓋適合用於 電子或半導體應用中的任何氣體。 本文所述所涵蓋賤鑛乾材可並入產生、構建或其他方式
改進電子、半導體及通信組件之任何製程或產生設計。通 常認爲電子 '半導體及通信組件包括在基於電子、基於半 導體或基於通信之產品中可使用的任何分層組件。本文所 述組件包括半導體晶片、電路板、晶片封裝、隔離片、電 路板之介電組件、印刷佈線板、接觸塾、顯示器、波導 管、光纖及光子傳輸及聲波傳輸組件、使用或並入雙镶 嵌製程所製成之任何材料及其他電路板組件,例如電容 器、感應器及電阻器。
藉由自本文所討論靶材濺鍍原子或分子所産生之薄層或 薄膜可形成於任意數量層或連續層上,包含其他金屬層、 基材層、介電層、硬遮罩或蚀刻停止層、微影姓刻層、抗反 射層等等。在某些較佳實施例中,介電層可包括由 International公司所涵蓋、生産或揭示之介電材料,其包 含(但不限於)a)FLARE(聚伸芳基醚),例如彼等揭示於下 列中之化合物:所頒佈的美國專利第5959157號、美國專 利第5986045號、美國專利第6124421號、美國專利第 6156812號、美國專利第6172128號、美國專利第6171687 133755.doc -33· 200925310 號、美國專利第62 14746號及待決申請案第09/197478號、 第 09/538276 號、第 09/544504 號、第 09/741634 號、第 09/651396 號、第 09/545058 號、第 09/58785 1 號、第 09/618945號、第 09/619237號、第 09/792606號,b)基於金 鋼烷之材料,例如彼等示於下列中者:待決申請案第 • 09/545058號;2001年10月17日提出申請之美國專利第 . PCT/US01/22204號;2001年12月31日提出申請之美國專利 第PCT/US01/5 0182號;2001年12月31日提出申請之第 © 60/3453 74號;2002年1月8日提出申請之第60/347195號及 2002年1月15曰提出申請之第60/35 01 87號;c)共同讓與之 美國專利第5,1 15,082號、第5,986,045號及第6,143,855 號;及2001年4月26日公開之共同讓與之國際專利申請案 WO 01/29052及 2001 年 4 月 26 日公開之 WO 01/29141 ’ 及(d) 奈米孔氧化石夕材料及基於氧化石夕之化合物’例如彼等揭示 於下列中之化合物:所頒佈的美國專利第6022812號、美 國專利第6037275號、美國專利第6042994號、美國專利第 ® 6048804號、美國專利第609〇448號、美國專利第6126733 號、美國專利第6140254號、美國專利第6204202號、美國 • 專利第6208014及待決申請案第09/046474號、第09/046473 • 號、第 09/1 1 1084號、第 09/360131 號、第 09/378705號、第 09/234609 號、第 09/379866 號、第 09/141287 號、第 09/379484 號、第 09/392413 號、第 09/549659 號、第 09/488075號、第09/566287號及第09/214219號,所有該等 案其全文皆以引用方式並入本文中,及(e) HoneyweU H0SP® 133755.doc • 34- 200925310 有機夕氧烧。
晶圓或基材可包括任何所期望的實質上固體材料。尤其 期望之基材包括玻璃、陶竞、塑料、金屬或經塗布金屬或 複合材料。在較佳實施例中,該基材包括_切或砰化錯 模具或晶圓表面、封裝表面(例如存在於經銅、銀、錦或 金電鑛之引線植中者)、銅表面(例如存在于電路板或封裝 ::機中者)、、連接壁或加強件介面銅,,包含考慮裸銅及 -化物形式)、基於聚合物之封裝或板介面(例如存在於 基於聚醯亞胺之撓性封裝中者)、鉛或其他金屬合金錫焊 球表面、玻璃及聚合物(例如聚醯亞胺)。在更佳之具體實 施例中’基材包括封裝及電路板工業中常用之材料,例 如’石夕、銅、玻璃或聚合物。 文所涵蓋之基材層亦可包括至少兩個材料層。構成該 基材層之-個材料層可包含先前所述之基材材料。構成該 基材層之另一材料層可包含聚合物、單體、有機化合物、 無:化合物、有機金屬化合物等層、連續層及奈米孔層。 若期望該材料爲奈米孔而非連續的,則該基材層亦可包 括複數個工隙。空隙通常爲球形’但或者或另外可具有任 何適且形狀’包含管狀、薄層狀、鐵餅狀或其他形狀。本 發明亦涵蓋空隙可具有任何適當直徑。本發明進一步涵蓋 至少某些該等空隙可與鄰近空隙相連接以産生具有大量連 接或開孔空隙率之結構。該等空隙較佳具有小於!微米 之平均直徑,且更佳具有小於1〇〇奈米之平均直徑,且仍 更佳具有小於1Q奈米之平均直徑。本發明進—步涵蓋該等 133755.doc -35- 200925310 。在較佳實施例中,該 空隙可均自4 n分散纟基材層中 等空隙係均勻分散在基材層中。 習之所涵蓋實施例較具有經擴散接合、錫輝之 δχ相單t材/襯板設計可實現多個優點。優於 : 輝或經擴散接絲材之優點包含·· a)低溫方法, /、不增大Μ粒徑或微結構大小,b)絲材與芯背概材料 之間具有㈣合且具有較小或沒有去輕合之風險(例如去 叙合期間所見),尤其對於機械附接而言,c)延長無材壽 命’此乃因在腐蝕輪廓下沒有連接介面,且因此該腐蝕輪 廓可更深’ d)更好地冷卻,此乃_材與冷卻流體直接接 觸’在經減鑛乾材體積與冷卻流體與襯板之間沒有介面或 介面較小,絲材厚度可局部降低,及e)減少㈣扭曲, 此乃因由於靶材與襯板之間之介面處的間隙可使靶材具有 更大橫向膨脹空間。亦看到優於單片設計之多個優點,包 含:a)更強的設計,尤其在㈣區域,此係由更強的襯板 材料所致,及b)預期翹曲減少,此乃因丨)更強的凸緣及2) 靶材與襯板之間之介面處的間隙,此容許靶材橫向膨脹較 多而垂直膨脹較少。 實例 實例1 在室溫下鍛造加強亞微ECAE A10.5CU靶材材料151〇至 環形A1 2024 T85 1襯板1 520,如圖15中所示。該鍛造加強 係藉由施加壓力經由冷鍛造1530來實施。中心乾材材料的 初始及最終尚度为別爲1.25英寸及1.05英寸。锻造後該亞 133755.doc -36 - 200925310 微A10.5Cu結構係穩定的’如藉由光學顯微鏡所觀察。粒 徑爲約0.5微米。以橫截面顯示經鍛造鉚釘1560。 實例2 在室溫下或在150C下將超細粒徑爲5-15微米之ECAE Cu 靶材材料16 10鍛造加強至環形CuCr襯板1620。用兩種鉚釘 設計1650産生四個樣品。在鍛造之前及之後,中心乾材材 料之初始及最終高度分別爲1·〇英寸及〇.6英寸。圖16展示 锻造加強步驟後此總成之圖像。在鍛造加強步驟後兩個樣 > 品係用電子束焊接164〇。在鍛造步驟後除其中材料須流動 之區域(鑰匙區域)以外,粒徑爲5-丨5微米結構保持不變_示 於分解圖1670中。在彼等小區域中,結構變形,但由於彼 等區域與欲濺鍍之表面相反,因此其不影響濺鍍性能。 實例3 在室溫下將超細粒徑爲5_15微米之兩種ECAE Cu靶材材 料鍛造加強至環形A12024 T851襯板。鍛造加強步驟之後 験 最終㈣高度爲〇.6英寸及1G英寸。使用直徑爲15英寸、 4英寸13.8英寸及18.35英寸之各種靶材。在一個樣品 中,使用上環來擠壓Cu靶材之邊緣以形成鉚釘狀特徵並根 據圖10A及10B中所述之方法提供近終形設計。對於其他 樣品而言,在鍛造加強步驟之前機加工預擠壓之Cu靶材的 表面,並根據圖10A擠壓邊緣部分以形成鉚釘狀特徵。在 所有If况下’锻造步驟皆在室溫下實施且不改變5七微来 之初始材粒徑。 實例4 133755.doc •37- 200925310 有限元模擬用來評價具有環形襯板之不同靶材設計的 熱-機械行爲。舉例而言’模擬Al〇 5Cll ECAE靶材接合至 環形焉強度A1合金襯板。整體組態爲3〇〇毫米A1 ALPS挺材 者。藉由焊接使該等部件連接,且焊接區域被模擬爲由屈 服強度爲40MPa之透鏡形狀‘焊接區域,及半圓形熱影響 區組成,其中ECAE材料之屈服強度降低至粒徑大於5〇微 • 米之面純度Al〇.5Cu的屈服強度(由19〇MPa下降至 25MPa)。除透鏡形狀焊接區域以外,襯板與起材材料之間 〇 之介面模擬爲該等材料之間之熱敏斷開(間隙),如圖I?中 所不。在圖17中,展示靶材總成17〇〇之分解部分176(^熱 影響區1 730、間隙174〇及焊接點j 75〇展示於挺材表面材料 1710與芯背襯組件1720之間之介面點上。 該等模型之一個目的係研究介面位置對靶材溫度之影 響。吾人使正常操作條件下最高靶材溫度與單片設計中最 向溫度相比較。吾人發現,一旦m小於13"則最高溫度開 0 始迅速升间且在12"時高於基底情況約50。(:。類似地,在 正常操作條件下與單片設計相比綱毫米Cu sip E則_ 材需要襯板之ID大於14”以防止溫度升高超過5(rc。該等 . 絲須被視爲最差情況方案’此乃因該介面係被模擬爲熱 斷裂。在現實世界中,把材與襯板係沿介面之至少幾個區 域熱接觸且乾材溫度較低。熱填充材料亦可用來確保沿整 個介面熱接觸。 在沈積薄膜期間乾材受熱升高而在更換晶圓期間冷卻。 因而,該模型之另一目的係研究熱循環如何影響焊接區 133755.doc -38- 200925310 域。吾人發現’張力在焊接區域中累積且該張力之大小對 材料之間之間隙大小敏感。爲降低焊接區域之可變性並增 加其可靠性,吾人發現較佳改變焊接區域前面之介面的形 狀以使由熱膨脹所産生之力由襯板與靶材材料之直接相互 作用所攜帶,且從而減小焊接區域中張力之大小。在一個 實施例中,焊接區域中之張力藉由引入該等焊接加強由 . 8%下降至6%。 因此,本發明揭示用來增加電阻係數及/或電阻、減小 ^ Eddy電流並改良冷卻之靶材設計及相關方法的具體實施例 及應用。然而,彼等熟習此項技術者應瞭解,除彼等已闡 述者外亦可能存在多種修改而不背離本發明之概念。因 此,包含申請專利範圍在内之本發明標的物僅受限於本文 所揭不之說明書精神。此外,在對本發明說明及申請專利 範圍之解釋中,所有術語皆以與上下文一致之最廣泛的可 能方式進行解釋。具體而言,詞語”包括卜⑽^&及 φ C〇mprising)”應解釋爲係以非排他方式提及元素、組件或 步驟’表明所提及之元素、組件或步驟可與其他未明確提 及之元素、組件或步驟一起存在、或使用或相結合。 【圖式簡單說明】 .圖1A展示環形芯背襯組件麵合至挺材表面組件之所涵蓋 實施例。 圖職示具有複數個圓柱形開孔115_在該情況下爲5個 圓柱形開孔之靶材之底視圖及側視圖的所涵蓋靶材。 圖1C展示具有數個對應於最深腐細槽⑽之開孔ιΐ5之 133755.doc .39- 200925310 所涵蓋靶材。 圖2A展示所涵蓋芯背襯組件22〇之側視圖,其中在楔形 件设§十特徵緊固之後***垂直鎖銷23 〇。 圖2B展示所涵蓋芯背襯組件22〇之底部,其中該組件包 括兩種機械加強-楔形件設計24〇,其經設計以用轉動緊固 芯背襯組件220與靶材表面材料210之間之耦合,及垂直鎖 銷230,其經設計以固定環形芯背襯組件220之轉動端部並 相對於起材表面組件21 〇將其鎖定到位。 圖2C展示焊接區域之"鍛造加強",其中芯背襯組件22〇 與靶材表面組件210具有位於欲焊接部件附近之聯鎖或"凸/ 凹"耦合點215及217。 圖3展示所涵蓋芯背襯組件32〇與靶材表面組件3 1〇如何 可藉由在兩者之間使用螺紋介面37〇作爲機械加強進行耦 合0 圖4A展示所涵蓋靶材總成設計之另一實施例。該芯背襯 組件420藉助在兩組件41〇與42〇之間使用”鉚釘狀"或”鑰匙 狀”配件480耦合至靶材表面組件41〇。 圖4B展示所涵蓋靶材總成設計之再一實施例。芯背襯組 件420藉助在兩組件41 〇與420之間使用"鉚釘狀"或"鑰匙狀” 配件480耦合至靶材表面組件41〇。 圖5展示所涵蓋組合靶材總成。 圖6展示所涵蓋組合靶材總成。 圖7展示所涵蓋組合靶材總成。 圖8展示所涵蓋組合靶材總成。 133755.doc • 40· 200925310 圖9展示所涵蓋組合靶材總成。 圖1 0A展示當擠壓靶材材料時有助於鉚釘形成之幾個策 略。 圖1〇Β展示用鑰匙狀連接體在凸緣頂部上(而非如圖8及9 中之底部)産生近終形環之製造方法。 圖11闡釋通常如何機加工把材,且若需要在擠壓步驟後 實施焊接。 圖12展不一個所涵蓋實施例,其中將至少一種另外材料 © 1290安置於靶材表面材料1210與芯背襯組件122〇之間之介 面中或其上以改良熱及電接觸。 圖13展示所涵蓋乾材總成。 圖14A展示具有腐蝕輪廓之習用靶材。 圖14B展示呈現腐蝕且具有腐蝕輪廓之習用靶材。 圖15展示所涵蓋乾材總成。 圖16展示鍛造加強步驟後靶材總成之圖像。 圖17展示所涵蓋靶材總成之模型研究。 【主要元件符號說明】 110 乾材表面組件 115 圓柱形開孔 120 芯背襯組件 130 麵合 140 焊接點/焊接區域 150 芯背襯組件之内棱 155 腐蝕圖案 133755.doc 200925310 160 腐蝕凹槽 210 粗材表面材料 215 凸輛合點 217 凹耦合點 220 芯背襯組件 ' 230 鎖銷 - 240 楔形設計特徵 250 焊接區域 ❹ 310 乾材表面組件 312 靶材 320 芯背襯組件 350 目標位置 370 螺紋介面 410 乾材表面組件 420 芯背襯組件 430 耦合 450 目標點 480 配件 " 510 把材表面組件 • 520 芯背襯組件 530 耦合 542 耦合機構點 550 目標點 580 鑰匙狀機械耦合機構 133755.doc -42- 200925310 610 乾材表面組件 620 芯背襯組件 630 耦合 650 目標點 680 鑰匙狀機械耦合機構 710 乾材表面組件 712 乾材之底部中心 720 芯背襯組件 ❹ 730 柄合 780 鑰匙狀機械耦合機構 790 0形環 810 把材表面組件 820 芯背襯組件 825 焊接線 855 材料流動 857 接觸點 ❹ 910 乾材表面組件 920 芯背襯組件 1010 靶材材料 1014 環 1015 擠壓工具 1020 芯材料組件 1040 外環 1063 材料流動 133755.doc -43- 200925310 1065 近終形環 1040 焊接區域 1110 靶材表面材料 1103 靶材總成 1113 最終濺鍍靶材 1122 材料流動 1125 凹陷空間 1150 焊接點
1210 靶材表面材料 1220 芯背襯組件 1255 材料流動 1290 另外材料 1310 靶材表面材料 1312 背部表面 1320 芯背襯組件 1350 焊接點 1362 凹口 1400 習用靶材 1410 表面 1420 腐蝕 1430 腐蝕輪廓 1510 亞微ECAE A10.5CU靶材材料 1520 環形 A1 2024 T851 襯板 1560 經鍛造鉚釘 133755.doc -44- 200925310 1610 ECAE Cu靶材材料 1620 環形CuCr襯板 1650 娜打設計 1700 靶材總成 1710 輕材表面材料 1720 怒背概組件 1730 熱影響區 1740 間隙 1750 焊接點 1760 靶材總成1 700之分解部分 ❿ 133755.doc 45-
Claims (1)
- 200925310 十、申請專利範園: 1. 一種減錢乾材,其包括: 靶材表面組件’其包括靶材材料;及 芯背襯組件,其具有相合表面、背面及至少一個開孔 或開孔區域,其令該輕合表面麵合至該㈣表面組件之 至少-部分;且其中該靶材表面組件之至少一部分安裝 至該芯背襯組件之至少一個開孔或開孔區域中。2·如請求項!之㈣乾材,其中該芯㈣組件包括芯材 料。 3. 如請求項!之淹鑛乾材,其中該輕材材料包括銘、銅 鈦、鈕、鈷、鎢、硫族化合物、鎳、釕組合及其合金。 4. 如請求項2之滅鑛乾材,其中該芯材料包括銘、銅 鉻、鋼、鈦、其組合及合金。 5. 如-月求項1之減鑛拓材,其中該芯背概組件包括至少. 種耦合機構。 ❹ 6.如請求項5之濺鍍靶材,其中該至少 機械加強、鍛造加強或其組合。 一種耦合機構包括 月求項6之濺鍍靶材,其中該機械加強包括在兩種材 料t門提供機械干涉’例如經機加卫之凸/凹鑰匙、藉由 轉動、、平移或其組合***之模形件或螺紋。 如°用求項6之濺鑛乾材’其中該鍛造加強包括使用低溫 擠壓步驟以迫使第—組件之區域流入第二組件中。 9.如請,項8之賤鍍靶材,其中該鍛造加強進一步包括形 成鑰i狀或鉚釘狀特徵,其端視所施加壓力、時間及溫 133755.doc 200925310 度而定產生具有或不具有間隙之介面。 ίο.如吻求項1之滅鍵輕材,其中該柄合表面含有至少一種 不同於該靶材表面組件或芯背襯組件之另外材料。 11.如請求項10之濺鍍靶材,其中該至少一種另外材料提供 良好接合、沿該耦合表面之導熱性及機械傳導性或其組 ’ 合。 'I2.如請求項10之濺鍍靶材,其中該至少一種另外材料包含 焊錫、導電聚合物、導電漿液、黏合劑、金屬及合金。 © 13·如請求項!之濺鍍靶材,其在焊接區域包括至少一個焊 接點。 14·如請求項13之濺鍍靶材’其中該至少一個焊接點係由電 子束焊接、摩擦焊接、擴散焊接、LASER焊接或其組合 産生。 15. 如請求項13之賤㈣,其中該至少—個焊接點係沿該 焊接區域使用填充材料或銅焊材料作爲加強的一部分而 産生。 ❹ 16. 如叫求項13之_乾材,其中該至少—個焊接點係藉由 • 使用機械加強、鍛造加強或其組合來加強以使鄰近該焊 接區域之該靶材與芯背襯材料之間之介面輛合。 青求項6或16中任一項之濺鍍靶材,其中該機械加強 包括楔形件設計、制、餘起狀設計、鉚釘狀設計或其 組合® 、 18.如請求们之濺鍍乾材,其進一步包括至少一個麵合至 或位於該芯背襯組件之背面、該㈣表面組件或其組合 133755.doc 200925310 中之表面區域特徵 面組件之冷卻效能 其中該表面區域特徵增加該乾材表 19.如請求項18之濺鍍靶材, 包括通道、凹槽、凸塊、 2〇.如請求項1之濺鍍靶材, 其組合。 其中該至少—個表面區域特徵 凹痕、壓痕或其組合。 其中該靶材材料包括鋁、鋼或 21. —種形成濺鍍靶材之方法,其包括:背面 =供靶材表面組件,該靶材組件包括表面材料 提供芯背襯組件,該芯背襯組件具有麵合表面 及至少一個開孔或開孔區域;及 —部分, 背襯組件 吏該麵α表面麵合至該乾材表面組件之至少 其中該靶材表面組件之至少一部分安裝在該芯 之至少一個開孔或開孔區域中。 22.如請求項21之方法’其進一步包括產生至少一個 或位於該芯背襯組件之背面、該靶材表面組件或其組八中之表面區域特徵,其中該表面區域特徵增加該: 面組件之冷卻效能。 材表 23·如請求項22之方法,其中該至少一個表面區域特徵包括 通道、凹槽、凸塊、凹痕、壓痕或其組合。 133755.doc
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