靶材焊接方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种靶材焊接方法。

背景技术：

在靶材溅镀技术领域，靶材通常固定设置在背板上形成靶材组件，背板用于固定至溅镀设备，靶材用于溅射镀膜。靶材与背板之间通常采用钎焊的方式加以固定。靶材溅镀工艺中，靶材组件所处的环境通常比较恶劣，具体的，靶材的溅射面处于高真空环境下，带电粒子连续轰击靶材的溅射面，使其具有较高的温度；而靶材的背面(与所述溅射面相背的面)通常流通冷却液，以降低靶材的温度，因而具有较高的压力。也就是说，靶材的两侧具有较大的压力差，若靶材与背板之间焊接强度不足，或靶材与背板之间具有孔洞，则会导致冷却液的渗出，损坏溅镀设备，导致溅镀过程无法正常进行。

技术实现要素：

本发明解决的问题是现有技术中靶材和背板的焊接方式可能导致焊缝位置处焊接强度不足，或产生孔洞，影响溅镀过程的正常进行。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材焊接方法，包括：提供靶材和背板，所述靶材具有第一焊接面，所述背板具有第二焊接面；将所述第一焊接面贴合于所述第二焊接面；利用第一激光周向焊接所述第一焊接面、第二焊接面，所述焊接起始位置为所述焊接结束位置；所述第一激光的功率密度控制在10⁶w/cm²－10⁷w/cm²之间；利用第二激光对所述焊接起始位置进行补焊；所述第二激光的功率密度控制在10³w/cm²－10⁴w/cm²之间。

可选的，所述利用第二激光对焊接起始位置进行补焊的方法包括：利用所述第二激光对准所述起始位置上的孔洞以熔化所述孔洞的内壁；对所述焊接起始位置进行降温，以冷凝所熔化的所述孔洞；在所述孔洞内填充焊料，并利用所述第二激光焊接所述焊料和孔洞。

可选的，利用所述第二激光熔化所述孔洞的内壁的方法为：控制所述第二激光环绕所述孔洞的周向均匀的移动；或，控制靶材和背板运动，使所述孔洞上周向的各个位置依次对准所述第二激光。

可选的，利用所述第二激光熔化所述孔洞的内壁的次数至少为两次。

可选的，对所述焊接起始位置进行降温的方法为：将所述靶材和背板放置于空气中进行自然冷却。

可选的，所述焊料与所述靶材采用相同的材料；或，所述焊料与所述背板采用相同的材料。

可选的，利用所述第二激光对所述焊接起始位置进行补焊的次数至少为两次。

可选的，控制所述第一激光的光斑直径在0.2mm－2.0mm之间，控制所述第二激光的光斑直径在0.2mm－2.0mm之间。

可选的，所述靶材为铝靶材，所述背板为铝合金背板；或，所述靶材为钛靶材，所述背板为钛合金背板。

可选的，在利用所述第一激光周向焊接所述第一焊接面、第二焊接面之前，清洗所述第一焊接面、第二焊接面。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

所述的靶材焊接方法，利用第一激光焊接靶材的第一焊接面和背板的第二焊接面，激光焊接使靶材和背板在焊接位置上的材料相融合，从而使靶材和背板之间具有更高的连接强度；同时，利用第二激光对焊接起始位置上的孔洞进行补焊，能够避免在焊接起始位置、焊接结束位置之间产生间隙或者孔洞，进一步保证靶材和背板之间的连接强度，防止在第一焊接面、第二焊接面之间发生泄露。

附图说明

图1是本发明具体实施例经第一激光周向焊接后的靶材组件沿径向方向上的剖视图；

图2是图1所示a区域的放大图；

图3是图2所示孔洞经第二激光照射后的结构示意图；

图4是本发明具体实施例靶材焊接流程图。

具体实施方式

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。

参照图1，一种靶材焊接方法，提供靶材10和背板20，其中，靶材10具有用于焊接的第一焊接面11、用于溅镀的溅射面12和与所述溅射面12相背的背面13，背板20具有第二焊接面21。当第一焊接面11、第二焊接面21焊接固定时，靶材11与背板12围成空腔oo。

靶材10在溅镀过程中，溅射面12处于高真空环境下，带电粒子连续轰击靶材的溅射面12，使溅射面12具有较高的温度；空腔oo内流通有冷却液，冷却液用于带走靶材10所吸收的热量，降低靶材10的温度，使得空腔oo内具有相对较高的压力。也就是说，靶材10的两侧具有较大的压力差。因此，为防止冷却液泄露至外界，需要保证第一焊接面11、第二焊接面21之间具有足够的焊接强度。

本实施例中，第一焊接面11、第二焊接面12之间的焊接方式如下：

使第一焊接面11贴合于第二焊接面12，并利用第一激光x(图中箭头所示)焊接所述第一焊接面11和第二焊接面12。具体的，所述第一激光x沿靶材10的周向逐渐将所述第一焊接面11和第二焊接面12焊接固定。

激光焊接利用具有高能量密度的激光束照射待焊接的两个工件，能够局部加热工件，并熔化工件，从而达到焊接的目的。本实施例中，当第一激光x照射至第一焊接面11和第二焊接面12的贴合位置时，能够熔化靶材10和背板20在该位置上的材料，当靶材10和背板20冷却至室温时，第一焊接面11、第二焊接面12上的材料相互融合，完成焊接。

相较于传统钎焊的方式，激光焊接使靶材10和背板20在焊接位置上的材料相融合，从而使靶材10和背板20之间具有更高的连接强度。当将靶材10和背板20固定至溅镀设备上时，即使靶材的溅射面12与背面13之间具有较大的压力差，也不会使靶材10和背板20之间的焊接位置发生变形或开裂，不会使冷却液渗出，不会导致溅镀过程无法正常进行。

本实施例中，控制所述第一激光x的光斑直径在0.2mm－2.0mm之间，通过控制第一激光x的光斑直径，不会出现第一激光x的照射区域过大，导致烧蚀焊缝的现象发生。

同时，控制所述第一激光x的功率密度在10⁶w/cm²－10⁷w/cm²之间。此功率密度下的激光能够使靶材10和背板20表面受热下凹成孔穴，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。

若所述第一激光x的功率密度小于10⁶w/cm²，则只能熔化靶材10和背板20的表面，导致相互融合的金属层较薄，降低靶材10和背板20之间的连接强度；同时，也不能快速熔化靶材10和背板20，降低靶材焊接速度。若所述第一激光x的功率密度大于10⁷w/cm²，则容易烧穿所述靶材10和背板20，导致产品不合格。

可选的，在利用所述第一激光x周向焊接所述第一焊接面11、第二焊接面21之前，清洗所述第一焊接面11、第二焊接面21。以去除第一焊接面11、第二焊接面21上的氧化物，为后续激光焊接打好基础。具体的，可以采用酸溶液清洗所述第一焊接面11、第二焊接面21，例如氢氟酸、硝酸、盐酸、硫酸或其混合溶液等。

本实施例中，第一激光x沿靶材10的周向逐渐将所述靶材10和背板20焊接固定。所述第一激光x在焊接过程中具有焊接起始位置aa和焊接结束位置(图中未示出)，若焊接结束时，第一激光x未到达焊接起始位置，则焊接结束位置和焊接起始位置aa之间具有间隙，该间隙会导致溅镀过程中冷却液的渗出，导致溅镀过程无法正常进行。

若焊接结束时，第一激光x照射至焊接起始位置aa，即焊接结束位置与焊接起始位置aa相重合，此时，起始位置aa经历了两回激光焊接，在该位置上容易产生孔洞，降低第一焊接面11、第二焊接面12之间的连接强度，存在冷却液渗出，导致溅镀过程无法正常进行的情况发生。

为了防止在焊接结束位置和焊接起始位置aa之间出现间隙，或者在焊接起始位置aa产生孔洞。在本实施例中，在利用第一激光x周向焊接靶材10和背板20时，使焊接结束位置与焊接起始位置aa相重合，此时的焊接结束位置即为焊接起始位置aa。因而能够避免间隙的产生。

另外，在利用第一激光x周向焊接靶材10和背板20后，再利用第二激光y(图2所示)对所述焊接起始位置aa进行补焊，填补在焊接起始位置aa所产生的孔洞，从而保证第一焊接面11、第二焊接面12之间的连接强度，避免冷却液的渗出。

具体的，控制所述第二激光y的光斑直径在0.2mm－2.0mm之间，通过控制第二激光y的光斑直径，不会出现第二激光y的照射区域过大，导致烧蚀焊缝的现象发生。同时，控制所述第二激光y的功率密度在10³w/cm²－10⁴w/cm²之间。此功率密度下的激光熔深浅，不会大面积熔化靶材10和背板20，适于对焊接起始位置aa进行补焊。

参照图2，利用第一激光x将靶材10和背板20焊接固定后，在所述焊接起始位置产生孔洞bb。孔洞bb的形状是不规则的，若直接将焊料填充至孔洞bb进行补焊，则会导致焊料无法与孔洞bb的内部完好的贴合，使得补焊后的靶材10和背板20内部具有气泡，降低靶材10和背板20之间的连接强度。

本实施例中，利用第二激光y对焊接起始位置aa进行补焊的方法如下：

利用所述第二激光y对准所述焊接起始位置上的孔洞bb，当第二激光y照射至所述孔洞bb时，能够加热所述孔洞bb，并熔化孔洞bb的内壁。然后对所述焊接起始位置进行降温，以冷凝所熔化的所述孔洞bb。

参照图3，为经第二激光照射后的孔洞bb的示意图，此时，孔洞bb的内壁变得更为圆滑。当将焊料填充至孔洞bb内时，焊料能够与孔洞bb的内部均匀的接触，再利用第二激光y对准孔洞bb，熔化焊料，使焊料焊接固定于孔洞bb内，完成对焊接起始位置aa的补焊。在此过程中，由于焊料能够与孔洞bb的内部完好的贴合，使得补焊后的靶材10和背板20内部不会产生气泡，从而提升靶材10和背板20之间的连接强度。

可选的，当第二激光y照射孔洞bb时，使第二激光y在竖直方向上从上至下进行照射。此时，当孔洞bb内壁熔化后，熔化后的金属能够在重力作用下流至孔洞bb的底部，不会流出至孔洞bb外。

具体的，若孔洞bb的直径较小，则使第二激光y的光斑覆盖整个孔洞bb，以使孔洞bb的内壁变得圆滑。若孔洞bb的直径较大，则可以控制所述第二激光y环绕所述孔洞bb的周向均匀的移动，以熔化孔洞bb的内壁；或者，控制靶材10和背板20运动，使所述孔洞bb上周向的各个位置依次对准所述第二激光y，以熔化孔洞bb的内壁。

进一步的，利用第二激光y照射孔洞bb后，需要观察孔洞bb的具体情况。若孔洞bb的内壁不够圆滑，仍然是不规则的状态，则需要继续利用第二激光y照射孔洞bb，直至孔洞bb的内壁变得圆滑。也就是说，利用所述第二激光y熔化所述孔洞bb的内壁的次数可以为多次。

本实施例中，对所述焊接起始位置aa进行降温的方法为：将所述靶材10和背板20放置于空气中进行自然冷却。在其他变形例中，也可以对其吹风，加速对流，以快速冷却所述焊接起始位置aa。

另外，所述焊料可以采用与所述靶材10相同的材料；或者，采用与所述背板20相同的材料。并且，所述靶材10为铝靶材，所述背板20为铝合金背板；或者，所述靶材10为钛靶材，所述背板20为钛合金背板。

也就是说，焊料、靶材10和背板20的主要成分均为相同的材料，具有大致相同的熔点，当第二激光y照射至焊料、靶材10和背板20时，焊料与靶材10、背板20能够同时被融化，有利于将焊料焊接固定至孔洞bb。

进一步的，利用第二激光y将所述焊料焊接固定至孔洞bb时，也需要观察所述焊接起始位置aa的具体情况。若焊料并没有较好的填充孔洞bb，则需要再次添加焊料，进行补焊。也就是说，利用所述第二激光y对孔洞bb进行补焊的次数可以为多次。

需要说明的是，本实施例中，所述焊接起始位置aa可能具有多个所述孔洞bb，因此，需要利用第二激光y对多个孔洞bb分别进行补焊。以提升靶材10和背板20之间的连接强度。

参照图4，为本实施例靶材与背板的焊接流程图，具体焊接流程如下：

提供靶材10和背板20，所述靶材10具有第一焊接面11，所述背板20具有第二焊接面21。

利用酸溶液清洗所述第一焊接面11和第二焊接面12，并将所述第一焊接面11和第二焊接面12静置晾干。

将所述第一焊接面11贴合于所述第二焊接面12，利用第一激光x沿靶材10的周向焊接所述第一焊接面11和第二焊接面12。并且，当第一激光x焊接结束时，第一激光x照射至焊接起始位置aa，即使焊接结束位置与焊接起始位置aa相重合。

利用第一激光x将靶材10和背板20焊接固定后，在所述焊接起始位置会产生孔洞bb。利用所述第二激光y对准所述孔洞bb进行补焊，以完成靶材10和背板20的焊接。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。