專利名稱：銅背板與靶材的焊接方法
技術領域：
本發明涉及半導體濺射靶材制造領域，尤其涉及一種銅背板與靶材的焊接方法。
背景技術：
在半導體工業中，靶材組件是由符合濺射性能的靶材及能與所述靶材結合并具有一定強度的背板構成。背板可以在所述靶材組件裝配至濺射基臺中起到支撐作用，并具有傳導熱量的功效。在濺射過程中，靶材組件所處的工作環境比較惡劣。例如，靶材組件所處的環境溫度較高，例如300°C至600°C ；另外，靶材組件的一側沖以冷卻水強冷，而另一側則處于10-9 的高真空環境下，由此在靶材組件的相對二側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。在如此惡劣的環境下，如果靶材組件中靶材與背板之間的結合強度較差，將導致靶材組件在受熱條件下變形、開裂、并與結合的背板相脫落，使得濺射無法達到濺射均勻的效果，同時還可能會對濺射基臺造成損傷。高純靶材廣泛應用于半導體芯片制造領域，且隨著半導體行業的發展，高純靶材的用量與日俱增。由于具有足夠強度，且導熱、導電性也較高，銅(CuSi合金或CuCr合金) 背板是靶材制造業中使用量最大的背板。它可以與鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋁(Al)等多種高純靶材實現焊接以形成靶材組件。銅背板與靶材的焊接方式有多種，如熔焊、釬焊、擴散焊接(Diffusion Bonding)、 熱等靜壓(Hot Isostatic Pressing)焊接等等。由于銅在空氣中極易被氧化以致銅背板與靶材在空氣中焊接時容易造成靶材組件的焊接強度不高，因此，銅背板與靶材需在真空環境下進行焊接。熱等靜壓焊接可以滿足這種焊接條件，而且這種焊接工藝還具有靶材組件變形小、焊接強度高等優點，因此，熱等靜壓焊接成為銅背板與靶材的一種優選焊接方式。熱等靜壓焊接的一般制作流程如下將銅背板與靶材放入包套中；對內部設置有銅背板與靶材的包套進行抽真空；對包套進行密封以使外部氣體無法進入包套中；對內部設置有銅背板與靶材的包套進行熱等靜壓焊接以實現銅背板與靶材的焊接。但在實際生產過程中發現，由上述制作流程形成的靶材組件的成品率較低，一般只能達到70%左右，而且靶材組件的焊接強度較低，一般只能達到70Mpa左右。因此，研究一種有效的焊接方式使得由銅背板與靶材構成的靶材組件具有較高焊接強度及成品率就顯得十分必要。

發明內容
本發明要解決的問題是利用傳統的熱等靜壓焊接方法將銅背板與靶材焊接在一起后，形成的靶材組件具有較低焊接強度及成品率。為解決上述問題，本發明提供了一種銅背板與靶材的焊接方法，其包括以下步驟將銅背板、靶材放入包套中，所述包套設有通氣管；將內部設置有所述銅背板、靶材的包套放入爐中，通過所述通氣管對所述包套進行抽真空；待所述包套內部達到一定真空度后，使所述爐的溫度升高到一定溫度，并使所述爐持續保溫一段時間，在爐的保溫期間，依然對所述包套進行抽真空；密封所述通氣管以使外部氣體無法進入所述包套內；對內部設置有所述銅背板、靶材的包套進行熱等靜壓焊接以使所述銅背板與靶材
焊接在一起。可選的，利用復合分子泵對所述包套進行抽真空，在抽真空過程中，所述復合分子泵連接所述通氣管。可選的，所述一定真空度小于2X10_3Pa。可選的，所述一定溫度為400°C。可選的，所述一段時間為池。可選的，將銅背板、靶材放入包套中之前，對所述銅背板與靶材進行表面處理，以使銅背板與靶材的預結合表面之間具有更好的結合能力。與現有技術相比，本發明具有以下優點在對內部設置有銅背板、靶材的包套進行抽真空的過程中，使包套持續置于高溫環境中以使包套內部的液態水或其它液體形成蒸汽并可被抽走，從而使包套內部形成真正的真空環境。對置于真空環境中的銅背板與靶材進行熱等靜壓焊接后，靶材組件的焊接強度及成品率較高。


圖1是本發明銅背板與靶材的焊接方法的實施例中銅背板與靶材的焊接流程圖。
具體實施例方式如背景技術中所述，現有技術中利用熱等靜壓焊接工藝將銅背板與靶材焊接在一起的一般制作流程如下將銅背板與靶材放入包套中；對內部設置有銅背板與靶材的包套進行抽真空；對包套進行密封以使外部氣體無法進入包套中；對內部設置有銅背板與靶材的包套進行熱等靜壓焊接以實現銅背板與靶材的焊接。本案發明人經過不斷分析與實驗發現，上述制作方法形成的靶材組件具有較低焊接強度及成品率的原因如下為了能使銅背板與靶材的預結合表面之間具有更好的結合能力，在將銅背板與靶材放入包套前，需對銅背板、靶材的預結合表面進行表面處理，包括對銅背板、靶材的預結合表面進行機械加工以使表面的光潔度更高，然后利用有機溶劑或酸液或兩者的混合溶液對銅背板、靶材進行清洗以去除表面異物。然后通過將銅背板與靶材置于包套內并對包套進行抽真空然后再密封包套的方式以實現銅背板與靶材置于真空環境中。但上述抽真空的過程是在常溫下進行的，銅背板與靶材在表面處理過程中殘留的液態水或其它液體不能被處理出來，即銅背板與靶材不是置于真正的真空環境中。在對銅背板與靶材進行熱等靜壓焊接的過程中，由于銅背板與靶材處于高溫環境中，當溫度達到液態水及其它液體的沸點時，液態水及其它液體就會形成蒸汽，并污染銅背板與靶材的焊接面，從而降低靶材組件的焊接強度及成品率。 發明人經過多次實驗比較得知，當包套內部的液態水及其它液體成分越少時，由上述制作方法形成的靶材組件的焊接強度及成品率越高。
為此，本發明在對包套進行抽真空的過程中對包套進行加熱以去除包套內部的液態水及其它液體，從而保證銅背板與靶材置于真正的真空環境中，進而獲得焊接強度及成品率高的靶材組件。圖1是本發明的實施例中銅背板與靶材的焊接方法的流程圖，如圖1所示，該焊接方法包括以下步驟Si.對銅背板與靶材進行表面處理，以使銅背板與靶材的預結合表面之間具有更好的結合能力。S2.將銅背板、靶材放入包套中，包套設有通氣管以使包套內的氣體被抽走以形成
真空環境。S3.將內部設置有銅背板、靶材的包套放入爐中，對包套進行抽真空；待包套內部達到一定真空度后，使爐的溫度升高到一定溫度，并使爐持續保溫一段時間，在爐的保溫期間，依然對包套進行抽真空，直至包套內的氣體全部被抽走。S4.密封包套的通氣管，以使外部氣體無法進入包套內。S5.對內部設置有銅背板、靶材的包套進行熱等靜壓焊接以使銅背板與靶材焊接
在一起。下面結合附圖，通過具體實施例，對本發明的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的可實施方式的一部分，而不是其全部。根據這些實施例，本領域的普通技術人員在無需創造性勞動的前提下可獲得的所有其它實施方式，都屬于本發明的保護范圍。首先執行步驟Sl 對銅背板與靶材進行表面處理，以使銅背板與靶材的預結合表面之間具有更好的結合能力。提供銅背板、靶材，這里的銅背板可以是純銅背板，也可以是摻雜有其它金屬的銅合金背板。在將銅背板與靶材放入包套之前，可對銅背板與靶材進行表面處理。首先可對銅背板、靶材的預結合表面進行機械加工，以使預結合表面的光潔度更高；然后，利用有機溶劑或酸液或兩者混合液對銅背板、靶材進行表面清洗，以去除預結合表面的雜物。有機溶劑可以是酒精、異丁醇(IBA)、異丙醇(IPA)或混丙醇(IPB)中的任一種。酸液可以選擇氫氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、鹽酸(HCL)、硫酸(H2SO4)或包含它們任意配比的混合溶劑。對銅背板與靶材進行表面處理后，后續焊接過程中銅背板與靶材的預結合表面之間具有更好的結合能力。接著執行步驟S2:將銅背板、靶材放入包套中，包套設有通氣管以使包套內的氣體被抽走以形成真空環境。將銅背板、靶材放入包套中，包套設有通氣管以使包套內的氣體可以被抽走，以使包套內部形成真空環境。包套的形狀需根據預形成靶材組件的形狀來設置，將銅背板、靶材置于包套中之后，包套會緊密貼合內置的靶材組件。包套可以由低碳鋼或不銹鋼焊接形成。接著執行步驟S3 將內部設置有銅背板、靶材的包套放入爐中，對包套進行抽真空；待包套內部達到一定真空度后，使爐的溫度升高到一定溫度，并使爐持續保溫一段時間，在爐的保溫期間，依然對包套進行抽真空，直至包套內的氣體全部被抽走。將內部設置有銅背板、靶材的包套放入爐中，對包套進行抽真空。待包套內部達到一定真空度后，使爐的溫度升高到一定溫度，并使爐持續保溫一段時間。由于銅背板與靶材持續置于高溫環境中，因此銅背板、靶材中的液態水或其它液體會形成蒸汽。在爐的保溫期間，依然對包套進行抽真空，在抽真空的過程中，包套內部形成的蒸汽會被抽走。由于爐的保溫時間很長，在這期間可保證包套內的氣體全部被抽走，以形成真正的真空環境。
為了同時保證抽真空過程的效率及制作成本，在本實施例中，上述一定真空度小于 2X10’a。
發明人經過不斷的實驗得知，當上述爐的溫度升高至400°C時，能保證包套內部的液態水或其它液體形成蒸汽并被抽走，同時能控制制作成本；當上述爐的保溫時間為池時，能保證包套內的蒸汽全部被抽走，以形成真正的真空環境，為后續銅背板與靶材的焊接作準備。
可利用多種方式對包套進行抽真空，在本實施例中，可利用復合分子泵對包套進行抽真空。即，在抽真空的過程中，復合分子泵連接包套的通氣管，氣體可由通氣管進入復合分子泵中。復合分子泵具有很多優點，如具有較高抽氣速度、較好的抽氣效果等等。利用復合分子泵持續對包套抽真空，能保證包套內部能形成真正的真空環境。
接著執行步驟S4 密封包套的通氣管，以使外部氣體無法進入包套內。
密封包套的通氣管后，停止對包套進行抽真空。
最后執行步驟S5 對內部設置有銅背板、靶材的包套進行熱等靜壓焊接以使銅背板與靶材焊接在一起。
在對內部設置有銅背板、靶材的包套進行熱等靜壓焊接的過程中，包套置于高溫高壓環境中。由于包套是由厚度很薄的低碳鋼或不銹鋼焊接形成，在外部環境壓強的作用下，銅背板與靶材的結合面處會形成壓力，同時由于包套長時間位于高溫環境中，銅背板與靶材的結合面處會發生塑性變形、原子擴散，最終實現銅背板與靶材的可靠焊接。
焊接完成后，可使包套在空氣中冷卻，冷卻后，去除包套以獲得靶材組件。
得到靶材組件后，發明人對其進行測試，發現靶材組件的焊接強度能高達150Mpa， 成品率高達98%。
與現有技術相比，本發明的優點在于
在對內部設置有銅背板、靶材的包套進行抽真空的過程中，使包套持續置于高溫環境中以使包套內部的液態水或其它液體形成蒸汽并可被抽走，從而使包套內部形成真正的真空環境。對置于真空環境中的銅背板與靶材進行熱等靜壓焊接后，靶材組件的焊接強度及成品率較高。
上述通過實施例的說明，應能使本領域專業技術人員更好地理解本發明，并能夠再現和使用本發明。本領域的專業技術人員根據本文中所述的原理可以在不脫離本發明的實質和范圍的情況下對上述實施例作各種變更和修改是顯而易見的。因此，本發明不應被理解為限制于本文所示的上述實施例，其保護范圍應由所附的權利要求書來界定。
權利要求
1.一種銅背板與靶材的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟 將銅背板、靶材放入包套中，所述包套設有通氣管；將內部設置有所述銅背板、靶材的包套放入爐中，通過所述通氣管對所述包套進行抽真空；待所述包套內部達到一定真空度后，使所述爐的溫度升高到一定溫度，并使所述爐持續保溫一段時間，在爐的保溫期間，依然對所述包套進行抽真空； 密封所述通氣管以使外部氣體無法進入所述包套內；對內部設置有所述銅背板、靶材的包套進行熱等靜壓焊接以使所述銅背板與靶材焊接在一起。
2.根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于，利用復合分子泵對所述包套進行抽真空，在抽真空過程中，所述復合分子泵連接所述通氣管。
3.根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述一定真空度小于2X10’a。
4.根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述一定溫度為400°C。
5.根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述一段時間為池。
6.根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于，將銅背板、靶材放入包套中之前，對所述銅背板與靶材進行表面處理，以使銅背板與靶材的預結合表面之間具有更好的結合能力。
全文摘要
本發明提供一種銅背板與靶材的焊接方法，包括以下步驟將銅背板、靶材放入包套中，包套設有通氣管；將包套放入爐中，通過通氣管對包套進行抽真空；待包套內部達到一定真空度后，使爐的溫度升高到一定溫度，并使爐持續保溫一段時間，在爐的保溫期間，依然對包套進行抽真空；密封包套的通氣管；對內部設置有銅背板、靶材的包套進行熱等靜壓焊接以使銅背板與靶材焊接在一起。在對包套進行抽真空的過程中，使包套持續置于高溫環境中以使包套內部的液態水或其它液體形成蒸汽并可被抽走，從而使包套內部形成真正的真空環境，從而獲得焊接強度及成品率較高的靶材組件。
文檔編號B23K20/14GK102489865SQ20111035841
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者姚力軍, 潘杰, 王學澤, 袁海軍 申請人:寧波江豐電子材料有限公司