鎢靶材組件的焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種鎢靶材組件的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體工業(yè)中，靶材組件是由符合濺射性能的靶材及能與所述靶材結(jié)合并具有一定強(qiáng)度的背板構(gòu)成。背板可以在所述靶材組件裝配至濺射基臺(tái)中起到支撐作用，并具有傳導(dǎo)熱量的功效。例如，可以選用金屬鎢(Co)作為靶材，選用具有足夠強(qiáng)度，且導(dǎo)熱和導(dǎo)電性也較高的銅或銅合金材料作為背板以組成靶材組件。
[0003]在濺射過程中，靶材組件所處的工作環(huán)境比較惡劣。例如，靶材組件所處的環(huán)境溫度較高，例如300°C至600°C ;另外，靶材組件的一側(cè)沖以冷卻水強(qiáng)冷，而另一側(cè)則處于KT9Pa的高真空環(huán)境下，由此在靶材組件的相對二側(cè)形成有巨大的壓力差；再有，靶材組件處在高壓電場、磁場中，受到各種粒子的轟擊。在如此惡劣的環(huán)境下，如果靶材組件中靶材與背板之間的結(jié)合強(qiáng)度較差，將導(dǎo)致靶材組件在受熱條件下變形、開裂、并與結(jié)合的背板相脫落，使得濺射無法達(dá)到濺射均勻的效果，同時(shí)還可能會(huì)對濺射基臺(tái)造成損傷。
[0004]因此，選擇一種有效的焊接方式使得靶材與背板實(shí)現(xiàn)可靠結(jié)合并實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定生產(chǎn)就顯得十分必要。
[0005]當(dāng)鎢靶材組件的熔點(diǎn)等物理性能相接近時(shí)，可以采用常規(guī)的焊接工藝?yán)缛酆浮⑩F焊將靶材與背板焊接在一起以形成靶材組件；當(dāng)鎢靶材組件的熔點(diǎn)等物理性能相差很大時(shí)，可以采用擴(kuò)散焊接將靶材與背板焊接在一起以形成靶材組件。擴(kuò)散焊接是指將焊件緊密貼合，在一定溫度和壓力下保持一段時(shí)間，使兩焊件接觸面之間的原子相互擴(kuò)散形成連接的焊接方法。相對于常規(guī)的焊接方式，擴(kuò)散焊接具有結(jié)合緊密度高、受熱抗變形能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]熱等靜壓(hot isostatic pressing, HIP)焊接是一種常被用于鶴祀材組件焊接的方法，其原理是將待焊接材料置于真空密封的真空包套內(nèi)，然后在高溫條件下利用高壓液體或高壓氣體對真空包套施加各向均等的壓力，使真空包套在此高溫高壓環(huán)境中保持一段時(shí)間以將待焊接材料緊密焊接在一起。
[0007]請參考圖1，采用現(xiàn)有熱等靜壓方法對鎢靶材與銅背板進(jìn)行焊接的過程如圖1所示，將準(zhǔn)備好的鎢靶材100和銅背板200層疊，然后采用包套300將層疊后的鎢靶材100和銅背板200包覆在一起，在一定溫度和真空度下對包套300內(nèi)的鎢靶材100和銅背板200進(jìn)行脫氣處理，處理完畢后將裝有鎢靶材100和銅背板200的包套300放入熱等靜壓設(shè)備中進(jìn)行熱等靜壓焊接。
[0008]在現(xiàn)有擴(kuò)散焊接過程對鎢靶材造成的形變量較大，由于鎢較脆，鎢靶材在焊接過程中易出現(xiàn)裂紋，裂紋的產(chǎn)生導(dǎo)致后續(xù)使用此鎢靶材組件時(shí)，極易出現(xiàn)事故，并且由于鎢和銅的物理性質(zhì)差異較大，因此現(xiàn)有的熱等靜壓焊接方法得到的鎢靶材組件焊接強(qiáng)度低。
[0009]鑒于此，需研究一種新的鎢靶材組件的焊接方法，以克服鎢靶材和銅背板焊接強(qiáng)度低的問題，并且克服鎢在焊接過程中易出現(xiàn)裂紋的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明解決的問題是，提供一種鎢靶材組件的焊接方法，以提高鎢靶材組件的焊接強(qiáng)度，并防止鎢在焊接過程中出現(xiàn)裂紋。
[0011]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鎢靶材組件的焊接方法，包括:
[0012]提供鎢靶材和銅背板；
[0013]在所述鎢靶材的焊接面車削螺紋；
[0014]在所述銅背板中形成凹槽；
[0015]將所述鎢靶材安裝至所述凹槽中；
[0016]采用熱等靜壓法將所述鎢靶材和銅背板進(jìn)行焊接。
[0017]可選的，將所述鎢靶材安裝至所述凹槽內(nèi)時(shí)，所述鎢靶材高出所述銅背板0.3mm ?0.5mm0
[0018]可選的，所述鎢靶材的焊接面螺紋的寬度范圍為0.4mm?0.7mm，深度范圍為0.25mm ?0.4mm。
[0019]可選的，采用所述熱等靜壓法將所述鎢靶材和銅背板進(jìn)行焊接包括:
[0020]將所述鎢靶材和銅背板包入真空包套內(nèi)；
[0021]對包有所述鎢靶材和銅背板的所述真空包套進(jìn)行抽真空；
[0022]將抽真空后的所述真空包套放入熱等靜壓設(shè)備中；
[0023]對所述熱等靜壓設(shè)備中的所述真空包套進(jìn)行熱等靜壓焊接。
[0024]可選的，對包有所述鎢靶材和銅背板的所述真空包套進(jìn)行抽真空時(shí)，升溫至250°C?350°C，抽真空至所述真空包套內(nèi)的壓強(qiáng)小于或者等于10_3Pa。
[0025]可選的，對所述靜壓設(shè)備中的所述真空包套進(jìn)行熱等靜壓焊接時(shí)，焊接溫度范圍為350°C?450°C，焊接保溫時(shí)間為3h?5h，焊接壓強(qiáng)大于或者等于lOOMPa。
[0026]可選的，所述真空包套的材料為1060純鋁板，所述純鋁板的厚度在2.5mm?3mm。
[0027]可選的，將所述鎢靶材安裝至所述凹槽中之前，所述方法還包括:
[0028]對所述銅背板的凹槽表面和所述鎢靶材的焊接面進(jìn)行拋光；
[0029]對所述鎢靶材和銅背板進(jìn)行清洗。
[0030]可選的，采用異丙醇超聲波清洗方法清洗所述鎢靶材和銅背板。
[0031]可選的，對所述鎢靶材和銅背板進(jìn)行清洗之后，且在將所述鎢靶材安裝至所述凹槽中之前，所述方法還包括:在真空條件下對所述鎢靶材進(jìn)行干燥，干燥溫度范圍為70°C?100°C，干燥時(shí)間范圍為Ih?3h。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0033]本發(fā)明的技術(shù)方案中，通過在鎢靶材焊接面車削螺紋，在銅背板中形成凹槽，再將兩者安裝在一起，使鎢靶材位于凹槽中，然后進(jìn)行熱等靜壓焊接，由于鎢靶材被限定在凹槽中，并且熱等靜壓焊接在各個(gè)方向上均勻施力，因此，焊接過程中，鎢靶材形變量小，不易發(fā)生碎裂現(xiàn)象，而且，由于螺紋的存在，使得鎢靶材的焊接面面積增大，增大了鎢靶材組件的焊接強(qiáng)度，而且螺紋在焊接后，相當(dāng)于從鎢靶材焊接面嵌入到銅背板中，進(jìn)一步增大了鎢靶材組件的焊接強(qiáng)度，此外，由于整個(gè)焊接過程是在真空環(huán)境下進(jìn)行，防止焊接材料的表面被氧化。
[0034]進(jìn)一步，設(shè)置鎢靶材高出銅背板0.3mm?0.5mm, 一方面保證在后續(xù)焊接過程中，真空包套能夠?qū)毫芎玫貍鬟f至鎢靶材，另一方面保證焊接后，鎢靶材和銅背板基本齊平。
【附圖說明】
[0035]圖1為現(xiàn)有鎢靶材組件的焊接方法示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎢靶材示意圖；
[0037]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的銅背板示意圖；
[0038]圖4為本發(fā)明實(shí)施例將鎢靶材和銅背板安裝在一起后的示意圖；
[0039]圖5為本發(fā)明實(shí)施例用真空包套將鎢靶材和銅背板包在一起后的示意圖；
[0040]圖6為本發(fā)明實(shí)施例將包有鎢靶材和銅背板的真空包套進(jìn)行抽真空的示意圖；
[0041]圖7為本發(fā)明實(shí)施例將包有鎢靶材和銅背板的真空包套進(jìn)行熱等靜壓焊接的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]由于鎢的熔點(diǎn)為3407°C，銅的熔點(diǎn)1084°C，兩種材料的熔點(diǎn)差別較大，鎢原子與銅原子之間的擴(kuò)散常導(dǎo)致脆性金屬化合物的生成，因此采用銅背板形成的鎢銅靶材組件焊接強(qiáng)度低。
[0043]為此，本發(fā)明提供一種鎢靶材組件的焊接方法，通過在鎢靶材焊接面車削螺紋，在銅背板中形成凹槽，再將兩者安裝在一起，使鎢靶材位于凹槽中，然后進(jìn)行熱等靜壓焊接，由于鎢靶材被限定在凹槽中，并且熱等靜壓焊接在各個(gè)方向上均勻施力，因此，焊接過程中，鎢靶材形變量小，不易發(fā)生碎裂現(xiàn)象，而且，由于螺紋的存在，使得鎢靶材的焊接面面積增大，增大了鎢靶材組件的焊接強(qiáng)度，而且螺紋在焊接后，相當(dāng)于從鎢靶材焊接面嵌入到銅背板中，進(jìn)一步增大了鎢靶材組件的焊接強(qiáng)度，此外，由于整個(gè)焊接過程是在真空環(huán)境下進(jìn)行，防止焊接材料的表面被氧化。
[0044]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0045]本發(fā)明實(shí)施例提供一種鎢靶材組件的焊接方法，請參考圖2至圖7。
[0046]請參考圖2，提供鎢靶材400。
[0047]本實(shí)施例中，以純度為99.995%的鎢靶材400為例。根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、濺射設(shè)備的實(shí)際要求，鎢靶材400的形狀可以為圓形、矩形、環(huán)形、圓錐形或其他類似形狀(包括規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀)中的任一種，本實(shí)施例具體以圓形為例。
[0048]本實(shí)施例中，所提供的鎢靶材400已預(yù)先加工到所需尺寸，并且各尺寸控制在相應(yīng)的余量允許范圍，例如它的直徑尺寸可以在設(shè)計(jì)尺寸上加2_?5_的加工余量,它的厚度尺寸可以在設(shè)計(jì)尺寸上加Imm?3mm的加工余量。設(shè)置加工余量的目的是為鎢靶材400在后續(xù)的機(jī)械加工中提供比較寬裕的加工空間以得到符合要求的鎢靶材組件。
[0049]本實(shí)施例中，所提供的鎢靶材400具有焊接面400A，焊接面400A后續(xù)與銅背板進(jìn)行焊接。
[0050]請繼續(xù)參考圖2，在鎢靶材400的焊接面400A車削螺紋(未示出)。
[0051]本實(shí)施例中，可通過將鎢靶材400固定在相應(yīng)的機(jī)床上，然后對焊接面400A進(jìn)行車削形成螺紋，所述螺紋可以達(dá)到兩個(gè)方面的效果:一方面，可以增大焊接面400A的面積，而增大焊接面400A的面積有利于增大焊接面400A與銅背板焊接面在焊接過程中進(jìn)行相互擴(kuò)散的面積，從而有助于提高鎢靶材400和銅背板之間的焊接強(qiáng)度；另一方面，在將鎢靶材400和銅背板焊接在一起形成鎢靶材組件后，焊接面400A上的螺紋會(huì)嵌入到銅背板中，因此，后續(xù)對鎢靶材組件進(jìn)行拋光等機(jī)械加工時(shí)，嵌入到銅背板中的螺紋類似于卡在銅背板內(nèi)，因此這些螺紋能夠有效地抵抗機(jī)械加工時(shí)的剪切力(即平行于焊接面400A的扭曲力)。由此可知，通過在焊接面400A上車削螺紋，可以防止所形成的鎢靶材組件在后續(xù)機(jī)械加工過程中發(fā)生松動(dòng)等現(xiàn)象。
[0052]本實(shí)施例中，所形成的螺紋的寬度范圍可以為0.4mm?0.7mm，深度范圍可以為0.25mm?0.4mm,在上述尺寸范圍內(nèi)，一方面保證焊接面400A所增大面積達(dá)到較佳值,另一方面保證焊接后，鎢靶材組件的焊接強(qiáng)度較高。
[0053]本實(shí)施例中，在焊接面400A上車削螺紋后，可進(jìn)一步對焊接面400A進(jìn)行拋光，具體的，可用砂紙摩擦進(jìn)行拋光，待拋光干凈后，進(jìn)行清洗和干燥。對焊接面400A進(jìn)行清洗過程可以為，首先采用鋼刷刷洗車削后的焊接面400A，以防止車削產(chǎn)生的顆粒物停留在焊接面400A上。然后，可以在鋼刷刷洗之后的焊接面400A上，繼續(xù)采用異丙醇超聲波清洗方法進(jìn)一步清洗鎢靶材400的焊接面400A。
[0054]本實(shí)施例中，在清洗鎢靶材400之后，可以在真空條件下對鎢靶材400進(jìn)