钨靶材组件的焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种钨靶材组件的焊接方法。
【背景技术】
[0002]在半导体工业中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材及能与所述靶材结合并具有一定强度的背板构成。背板可以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。例如，可以选用金属钨(Co)作为靶材，选用具有足够强度，且导热和导电性也较高的铜或铜合金材料作为背板以组成靶材组件。
[0003]在溅射过程中，靶材组件所处的工作环境比较恶劣。例如，靶材组件所处的环境温度较高，例如300°C至600°C ;另外，靶材组件的一侧冲以冷却水强冷，而另一侧则处于KT9Pa的高真空环境下，由此在靶材组件的相对二侧形成有巨大的压力差；再有，靶材组件处在高压电场、磁场中，受到各种粒子的轰击。在如此恶劣的环境下，如果靶材组件中靶材与背板之间的结合强度较差，将导致靶材组件在受热条件下变形、开裂、并与结合的背板相脱落，使得溅射无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会对溅射基台造成损伤。
[0004]因此，选择一种有效的焊接方式使得靶材与背板实现可靠结合并实现长期稳定生产就显得十分必要。
[0005]当钨靶材组件的熔点等物理性能相接近时，可以采用常规的焊接工艺例如熔焊、钎焊将靶材与背板焊接在一起以形成靶材组件；当钨靶材组件的熔点等物理性能相差很大时，可以采用扩散焊接将靶材与背板焊接在一起以形成靶材组件。扩散焊接是指将焊件紧密贴合，在一定温度和压力下保持一段时间，使两焊件接触面之间的原子相互扩散形成连接的焊接方法。相对于常规的焊接方式，扩散焊接具有结合紧密度高、受热抗变形能力强等优点。
[0006]热等静压(hot isostatic pressing, HIP)焊接是一种常被用于鹤祀材组件焊接的方法，其原理是将待焊接材料置于真空密封的真空包套内，然后在高温条件下利用高压液体或高压气体对真空包套施加各向均等的压力，使真空包套在此高温高压环境中保持一段时间以将待焊接材料紧密焊接在一起。
[0007]请参考图1，采用现有热等静压方法对钨靶材与铜背板进行焊接的过程如图1所示，将准备好的钨靶材100和铜背板200层叠，然后采用包套300将层叠后的钨靶材100和铜背板200包覆在一起，在一定温度和真空度下对包套300内的钨靶材100和铜背板200进行脱气处理，处理完毕后将装有钨靶材100和铜背板200的包套300放入热等静压设备中进行热等静压焊接。
[0008]在现有扩散焊接过程对钨靶材造成的形变量较大，由于钨较脆，钨靶材在焊接过程中易出现裂纹，裂纹的产生导致后续使用此钨靶材组件时，极易出现事故，并且由于钨和铜的物理性质差异较大，因此现有的热等静压焊接方法得到的钨靶材组件焊接强度低。
[0009]鉴于此，需研究一种新的钨靶材组件的焊接方法，以克服钨靶材和铜背板焊接强度低的问题，并且克服钨在焊接过程中易出现裂纹的问题。
【发明内容】
[0010]本发明解决的问题是，提供一种钨靶材组件的焊接方法，以提高钨靶材组件的焊接强度，并防止钨在焊接过程中出现裂纹。
[0011]为解决上述问题，本发明提供一种钨靶材组件的焊接方法，包括:
[0012]提供钨靶材和铜背板；
[0013]在所述钨靶材的焊接面车削螺纹；
[0014]在所述铜背板中形成凹槽；
[0015]将所述钨靶材安装至所述凹槽中；
[0016]采用热等静压法将所述钨靶材和铜背板进行焊接。
[0017]可选的，将所述钨靶材安装至所述凹槽内时，所述钨靶材高出所述铜背板0.3mm ?0.5mm0
[0018]可选的，所述钨靶材的焊接面螺纹的宽度范围为0.4mm?0.7mm，深度范围为0.25mm ?0.4mm。
[0019]可选的，采用所述热等静压法将所述钨靶材和铜背板进行焊接包括:
[0020]将所述钨靶材和铜背板包入真空包套内；
[0021]对包有所述钨靶材和铜背板的所述真空包套进行抽真空；
[0022]将抽真空后的所述真空包套放入热等静压设备中；
[0023]对所述热等静压设备中的所述真空包套进行热等静压焊接。
[0024]可选的，对包有所述钨靶材和铜背板的所述真空包套进行抽真空时，升温至250°C?350°C，抽真空至所述真空包套内的压强小于或者等于10_3Pa。
[0025]可选的，对所述静压设备中的所述真空包套进行热等静压焊接时，焊接温度范围为350°C?450°C，焊接保温时间为3h?5h，焊接压强大于或者等于lOOMPa。
[0026]可选的，所述真空包套的材料为1060纯铝板，所述纯铝板的厚度在2.5mm?3mm。
[0027]可选的，将所述钨靶材安装至所述凹槽中之前，所述方法还包括:
[0028]对所述铜背板的凹槽表面和所述钨靶材的焊接面进行抛光；
[0029]对所述钨靶材和铜背板进行清洗。
[0030]可选的，采用异丙醇超声波清洗方法清洗所述钨靶材和铜背板。
[0031]可选的，对所述钨靶材和铜背板进行清洗之后，且在将所述钨靶材安装至所述凹槽中之前，所述方法还包括:在真空条件下对所述钨靶材进行干燥，干燥温度范围为70°C?100°C，干燥时间范围为Ih?3h。
[0032]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0033]本发明的技术方案中，通过在钨靶材焊接面车削螺纹，在铜背板中形成凹槽，再将两者安装在一起，使钨靶材位于凹槽中，然后进行热等静压焊接，由于钨靶材被限定在凹槽中，并且热等静压焊接在各个方向上均匀施力，因此，焊接过程中，钨靶材形变量小，不易发生碎裂现象，而且，由于螺纹的存在，使得钨靶材的焊接面面积增大，增大了钨靶材组件的焊接强度，而且螺纹在焊接后，相当于从钨靶材焊接面嵌入到铜背板中，进一步增大了钨靶材组件的焊接强度，此外，由于整个焊接过程是在真空环境下进行，防止焊接材料的表面被氧化。
[0034]进一步，设置钨靶材高出铜背板0.3mm?0.5mm, 一方面保证在后续焊接过程中，真空包套能够将压力很好地传递至钨靶材，另一方面保证焊接后，钨靶材和铜背板基本齐平。
【附图说明】
[0035]图1为现有钨靶材组件的焊接方法示意图；
[0036]图2为本发明实施例所提供的钨靶材示意图；
[0037]图3为本发明实施例所提供的铜背板示意图；
[0038]图4为本发明实施例将钨靶材和铜背板安装在一起后的示意图；
[0039]图5为本发明实施例用真空包套将钨靶材和铜背板包在一起后的示意图；
[0040]图6为本发明实施例将包有钨靶材和铜背板的真空包套进行抽真空的示意图；
[0041]图7为本发明实施例将包有钨靶材和铜背板的真空包套进行热等静压焊接的示意图。
【具体实施方式】
[0042]由于钨的熔点为3407°C，铜的熔点1084°C，两种材料的熔点差别较大，钨原子与铜原子之间的扩散常导致脆性金属化合物的生成，因此采用铜背板形成的钨铜靶材组件焊接强度低。
[0043]为此，本发明提供一种钨靶材组件的焊接方法，通过在钨靶材焊接面车削螺纹，在铜背板中形成凹槽，再将两者安装在一起，使钨靶材位于凹槽中，然后进行热等静压焊接，由于钨靶材被限定在凹槽中，并且热等静压焊接在各个方向上均匀施力，因此，焊接过程中，钨靶材形变量小，不易发生碎裂现象，而且，由于螺纹的存在，使得钨靶材的焊接面面积增大，增大了钨靶材组件的焊接强度，而且螺纹在焊接后，相当于从钨靶材焊接面嵌入到铜背板中，进一步增大了钨靶材组件的焊接强度，此外，由于整个焊接过程是在真空环境下进行，防止焊接材料的表面被氧化。
[0044]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。
[0045]本发明实施例提供一种钨靶材组件的焊接方法，请参考图2至图7。
[0046]请参考图2，提供钨靶材400。
[0047]本实施例中，以纯度为99.995%的钨靶材400为例。根据应用环境、溅射设备的实际要求，钨靶材400的形状可以为圆形、矩形、环形、圆锥形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，本实施例具体以圆形为例。
[0048]本实施例中，所提供的钨靶材400已预先加工到所需尺寸，并且各尺寸控制在相应的余量允许范围，例如它的直径尺寸可以在设计尺寸上加2_?5_的加工余量,它的厚度尺寸可以在设计尺寸上加Imm?3mm的加工余量。设置加工余量的目的是为钨靶材400在后续的机械加工中提供比较宽裕的加工空间以得到符合要求的钨靶材组件。
[0049]本实施例中，所提供的钨靶材400具有焊接面400A，焊接面400A后续与铜背板进行焊接。
[0050]请继续参考图2，在钨靶材400的焊接面400A车削螺纹(未示出)。
[0051]本实施例中，可通过将钨靶材400固定在相应的机床上，然后对焊接面400A进行车削形成螺纹，所述螺纹可以达到两个方面的效果:一方面，可以增大焊接面400A的面积，而增大焊接面400A的面积有利于增大焊接面400A与铜背板焊接面在焊接过程中进行相互扩散的面积，从而有助于提高钨靶材400和铜背板之间的焊接强度；另一方面，在将钨靶材400和铜背板焊接在一起形成钨靶材组件后，焊接面400A上的螺纹会嵌入到铜背板中，因此，后续对钨靶材组件进行抛光等机械加工时，嵌入到铜背板中的螺纹类似于卡在铜背板内，因此这些螺纹能够有效地抵抗机械加工时的剪切力(即平行于焊接面400A的扭曲力)。由此可知，通过在焊接面400A上车削螺纹，可以防止所形成的钨靶材组件在后续机械加工过程中发生松动等现象。
[0052]本实施例中，所形成的螺纹的宽度范围可以为0.4mm?0.7mm，深度范围可以为0.25mm?0.4mm,在上述尺寸范围内，一方面保证焊接面400A所增大面积达到较佳值,另一方面保证焊接后，钨靶材组件的焊接强度较高。
[0053]本实施例中，在焊接面400A上车削螺纹后，可进一步对焊接面400A进行抛光，具体的，可用砂纸摩擦进行抛光，待抛光干净后，进行清洗和干燥。对焊接面400A进行清洗过程可以为，首先采用钢刷刷洗车削后的焊接面400A，以防止车削产生的颗粒物停留在焊接面400A上。然后，可以在钢刷刷洗之后的焊接面400A上，继续采用异丙醇超声波清洗方法进一步清洗钨靶材400的焊接面400A。
[0054]本实施例中，在清洗钨靶材400之后，可以在真空条件下对钨靶材400进