封装的复合背板的制作方法

文档序号:11161454阅读:698来源:国知局
封装的复合背板的制造方法与工艺

本申请根据U.S.C. §119(e)的篇目35而要求在2014年8月20日提交的题为“封装的复合背板(ENCAPSULATED COMPOSITE BACKING PLATE)”的美国临时专利申请序列号62/039,694的权益,该美国临时专利申请的全部公开内容以引用方式明确并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及供在物理气相沉积中使用的背板。本公开内容还涉及用于循环利用带失效溅镀靶材的背板的方法。



背景技术:

物理气相沉积(“PVD”)是可用于将材料薄膜或材料层沉积到晶圆、芯片或其它表面上的过程。PVD过程可在半导体制作过程中使用。在示例性PVD过程中,用能量源(例如等离子体、一个或多个激光或者一个或多个离子束)轰击溅镀靶材,直到来自该溅镀靶材的原子释放到周围大气中。所释放原子朝向衬底的表面行进并涂覆该表面,从而形成材料薄膜或材料层。

供在PVD过程中使用的金属或金属合金靶材可结合到背板。在某些情况下,当前传统背板由金属或金属合金制成并且其满足所需机械和加工性质的能力不同。靶材可通过各种结合方法接合或附接到背板,这些结合方法包括(例如)环氧树脂结合、钎焊和扩散结合。



技术实现要素:

虽然公开多个实施例,但根据以下详细说明,本发明的另外其它实施例对所属领域的技术人员将变得显而易见,以下详细说明显示并描述本发明的解释性实施例。因此,附图和详细说明将视为在本质上是解释性的,而不是限制性的。

本文中呈现一种用于与溅镀靶材一起使用的背板,其可包括:由复合材料形成的芯部件;以及由金属或金属合金的外层,该外层完全环绕并覆盖该芯部件。在一些实施例中,外层选自由以下各物组成的群组:铝、钒、铌、铜、钛、钽、钨、钌、锗、硒、锆、钼、铪、C18200铜-铬合金、C46400铜-锌合金、C18000铜-镍-硅-铬合金、2000-8000系列铝及其任意组合。

在一些另外实施例中,该背板具有圆形形状和一厚度,该外层进一步包括由与外层相同的材料制成的环形法兰,该环形法兰在背板的周边周围从芯部件径向向外延伸。在其它实施例中,该背板具有大致矩形或大致正方形形状。在又另外的实施例中,该环形法兰具有小于背板厚度的厚度。在一些实施例中,该环形法兰包括穿过其延伸的至少一个开口。

在一些另外实施例中,芯部件由金属基质复合物(MMC)形成,该金属基质复合物包括分散于金属基质中的增强材料(例如,分散于MMC中的陶瓷微粒、晶须或纤维)。又在一些其它实施例中,该金属基质选自由以下各物组成的群组:铝、钒、铌、铜、钛、钽、钨、钌、锗、硒、锆、钼、铪、C18200铜-铬合金、C46400铜-锌合金、C18000铜-镍-硅-铬合金、2000-8000系列铝及其任意组合。在另外实施例中,该芯部件由陶瓷基质复合物(CMC)形成,该陶瓷基质复合物包括分散于陶瓷基质中的陶瓷纤维。

本文中还公开一种用于与溅镀靶材一起使用的背板,其可包括:由复合材料形成的芯部件,该芯部件具有带上表面、下表面和侧壁的圆形形状;以及由金属或金属合金形成的环形圈,该外圈附接到侧壁并环绕芯部件。在一些实施例中,该背板包括位于芯部件的上表面上的靶材界面层,该靶材界面层由金属或金属合金形成。

在一些实施例中,环形圈和靶材界面层中的至少一者选自由以下各物组成的群组:铝、钒、铌、铜、钛、钽、钨、钌、锗、硒、锆、钼、铪、C18200铜-铬合金、C46400铜-锌合金、C18000铜-镍-硅-铬合金、2000-8000系列铝及其任意意组合。在另外实施例中,该环形圈包括从其径向向外延伸并安置在背板的周边周围的环形法兰。在一些其它实施例中,该环形法兰包括穿过其延伸的至少一个开口。

仍在其它实施例中,该芯部件由金属基质复合物(MMC)形成,该金属基质复合物包括分散于金属基质中的增强材料。该金属基质可选自由以下各物组成的群组:铝、钒、铌、铜、钛、钽、钨、钌、锗、硒、锆、钼、铪、C18200铜-铬合金、C46400铜-锌合金、C18000铜-镍-硅-铬合金、2000-8000系列铝及其任意意组合。

在其它实施例中,该芯部件由陶瓷基质复合物(CMC)形成,该陶瓷基质复合物包括分散于陶瓷基质中的陶瓷纤维。

另外,本文中公开一种用于循环利用用于与溅镀靶材一起使用的背板的方法,其包括如下步骤:从所述背板去除至少部分失效溅镀靶材;以及将比所去除溅镀靶材失效程度更低的溅镀靶材结合到所述背板以供在物理气相沉积过程中使用。

该方法可进一步包括通过从所述背板的外表面去除材料来修正所述背板中的表面缺陷的步骤。在其它实施例中,该方法进一步包括通过向所述背板的外表面添加材料来修正所述背板中的表面缺陷的步骤。又在其它实施例中,失效程度更低的溅镀靶材由与所去除溅镀靶材相同的材料形成,并且添加到背板的表面的材料大致是背板的原始组分的材料相同的组分。

附图说明

图1是示例性PVD装置的图形表示。

图2是本申请的示例性背板和溅镀靶材的顶部平面图。

图3是图2的示例性背板和溅镀靶材的横截面视图。

图4是图2的示例性背板和溅镀靶材的另一示例性实施例的横截面视图。

图5A-5D是表示本公开内容的背板的示例性循环利用过程的步骤的横截面视图。

具体实施方式

图1是示例性直流(“DC”) PVD装置100的图形表示。PVD装置100包括溅镀靶材组件102(其包括附接到具有溅镀表面108的溅镀靶材106的背板104)、磁铁110、电机112、DC功率源114、等离子体源116、平台118、衬底120、夹持环122、护罩124和托架126。溅镀靶材106安置于衬底120上方并且定位成使得溅镀表面108面向衬底120。在一些实施例中,合适衬底120包括在半导体制作中使用的晶圆。

在操作中,PVD装置100致使来自溅镀表面108的原子释放并沉积在衬底120上。DC功率源114向PVD装置100的部件提供电力。在一个实施例中,磁铁110和电机112配置溅镀靶材106充当阴极用于在PVD过程期间的离子转移。平台118和托架126有助于保持衬底120并且可允许衬底120在PVD装置100内在不同高度的放置。护罩124帮助防止原子在由护罩124、衬底120和溅镀表面108限定的体积外侧的溅镀。夹持环122允许衬底120在PVD过程期间在PVD装置100中稳固保持并且在位保持。

在示例性PVD过程中,用来自等离子体源116的能量轰击溅镀靶材106,直到来自溅镀表面108的原子释放到周围大气中并随后沉积在衬底120上。在一个示例性使用中,使用等离子体溅镀来将薄金属膜沉积到供在电子器件中使用的芯片或晶圆上。

溅镀靶材组件102包括附接或安装到背板104的溅镀靶材106。预见包括背板104和溅镀靶材106的溅镀靶材组件102的任何配置,其允许在PVD装置100内从溅镀表面108到衬底120的沉积包括。例如,溅镀靶材组件102的高效配置可包括背板104和溅镀靶材106,其允许在PVD装置100内从溅镀表面108到衬底120的沉积。

溅镀靶材106可由适于PVD沉积过程的任何金属形成。例如,溅镀靶材106可包括铝、钒、铌、铜、钛、钽、钨、钌、锗、硒、锆、钼、铪以及合金及其组合。当此类示例性金属或合金旨在作为膜沉积到一表面上时,金属靶材由所期望金属或合金形成,金属原子将在PVD期间从其去除并沉积到该表面上。

背板104可在PVD沉积过程期间支撑溅镀靶材106。如本文中所论述,PVD沉积过程可导致溅镀靶材106的不期望物理变化,并且背板104可被设计成减少这些不期望变化。例如,PVD沉积过程可包括高热,此将导致溅镀靶材106卷曲或变形。背板104的性质(例如高热容量和/或导热性)可帮助避免靶材106的不期望变化。

图2是包括背板104和溅镀靶材106的溅镀靶材组件102的顶部平面图。溅镀靶材106的溅镀表面108,连同背板104的前表面130一起被显示。在一些实施例中,溅镀表面108和前表面130大致扁平或平面。在其它实施例中,这些表面可针对PVD装置100中的最佳性能以任何方式弯曲或开槽。

溅镀靶材106包括外周边140,其在示例性实施例中示出为大致圆形。在其它实施例中,外周边140可以是不同形状,例如大致卵形。

图2还显示带开口134的环形法兰132。在所示实施例中,环形法兰132在背板104的整个外周边周围延伸。在其它实施例中,环形法兰132可在背板104的周边的一部分(而非整个)周围延伸。开口134可以是形成穿过环形法兰132的通孔。环形法兰132和开口134可用于在PVD装置100中连接或安装溅镀靶材组件102。预想更多或更少开口134,并且还预想在PVD装置100中实现最佳放置的任何替代配置。

在一些实施例中,背板104的外周边154为大致圆形并大于溅镀靶材106的外周边140。在其它实施例中,背板104的外周边154可以是除大致圆形以外的形状并且不同心于溅镀靶材106的外周边140。例如,外周边154可以是大致卵形。在一些实施例中,背板104和溅镀靶材106可具有相同或大致相同的横截面形状(在关于他们各自的外周边154, 140而被限定时)并相对于彼此同心。在其它实施例中,背板104和溅镀靶材106针对外周边154, 140无需具有相同或大致相同形状。在一些实施例中,背板104和溅镀靶材106可具有大致不同尺寸的外周边154, 140,这取决于PVD应用。

图3是溅镀靶材组件102沿着图2的线3-3截取的横截面侧视平面图。溅镀靶材106进一步包括后表面142。后表面142可安置成与溅镀表面108相反或大致相反。另外地或可选地,后表面142可平行或大致平行于溅镀表面108和/或平行或大致平行于背板102的前表面156(下文进一步描述)。在一些实施例中,溅镀表面108和后表面142可不平行或大致平行。

溅镀表面108可以是大致扁平或平面表面。在其它实施例中,溅镀表面108可具有非平面配置,例如弯曲或波浪形表面,例如如在让与本发明的受让人的美国专利号8,398,833中公开的“场增强”表面,该美国专利的公开内容以引用方式并入本文中。类似地,后表面142可大致扁平或平面或者可以是非平面配置。溅镀表面108和后表面142可具有相同或不同配置。例如,每一表面可以是大致非平面表面。可选地,这些表面可不同。例如,溅镀表面108可以是非平面的,并且后表面142可以是大致平面的。

溅镀靶材106可具有如在溅镀表面108与后表面142之间限定的高度或厚度h2。溅镀靶材106的合适厚度h2可包括从约0.00254厘米(约0.001英寸)至约254厘米(约100英寸)的厚度,并且可包括从约0.254厘米(0.1英寸)至约2.54厘米(约1英寸)的厚度。

溅镀靶材106可由适于在PVD过程中使用的溅镀靶材的任何金属形成,该金属包括(但不限于)铝、钒、铌、铜、钛、钽、钨、钌、锗、硒、锆、钼、铪以及合金及其组合。用于溅镀靶材106的其它合适材料可包括二元和三元钴、钯和铱;M-RAM(磁阻随机存取存储器)/STT-RAM(自旋转移力矩随机存取存储器)合金,其具有各种组分,包括(但不限于)钴-硼-铁、锰-17-铱、钴-硼、铁-硼、钯-硼、钴-铁-硼、钴-铂和铱-锰。用于溅镀靶材106的其它合适材料可包括用于Re-RAM(电阻式随机存取存储器)材料的化学计量和非化学计量过渡金属氧化物,包括氧化钛、氧化镍、氧化钽、氧化铌和氧化钨。

用于溅镀靶材106的其它合适材料可包括用于CB-RAM(导电桥接随机存取存储器)的固体电解质材料,包括(但不限于)硫属化物(由至少一个硫属阴离子和至少一个以上正电性元素组成的化合物),例如Ge-Se(锗-硒)、Ge-S(锗-硫)、基于氧化物的化合物:WO3。另外,用于PC-RAM(相变随机存取存储器)的硫属化物合金包括若干材料,例如锗、锑和碲(GST)、SbTe(锑-碲)、GeTe(锗-碲)、GeSe(锗-硒)、AsSe(砷-硒)以及导体材料,如碳和碳合金。

用于溅镀靶材106的其它合适材料可包括阻挡层,如钌(Ru)和二元钌合金,例如钌-锰(RuMn)、钌-钽(RuTa)和钌-钛(RuTi)。用于溅镀靶材106的其它合适材料可包括自对准硅化物材料,如NiPt合金和金属-硅合金。用于溅镀靶材106的另外其它合适材料可包括金属栅极/高k(高介电常数,材料可保持多少电荷的量度)非晶体绝缘体,如La(镧)、La2O3、单晶Si、HfO2(氧化铪)、Al2O3、硅化铪、硼化物、碳化物、Al2O3和SiO。

在一些实施例中,溅镀靶材106各处具有相同或大致相同材料组分。可选地,靶材106的材料组分可随位置变化。例如,溅镀靶材106在溅镀表面108处或附近的一部分可具有一种组分,而其它部分(例如在后表面142处或附近)具有不同组分。例如,后表面142可包括一个或多个不同金属或者可包括与溅镀表面108相比不同比例的金属。

在一些实施例中,溅镀靶材106可以是固体或大致固体。可选地,溅镀靶材106可包括中空或大致中空部分。溅镀靶材106可以是平面或大致平面。可选地,溅镀靶材106可包括凸面、凹面和/或中空部分并且可包括大致凸面、大致凹面和大致中空部分。

背板104具有第一侧146、第二侧148和第三侧150并包括外层144和内芯160。后表面152沿着第一侧146形成,外周边154沿着第二侧148形成,并且前表面156沿着前侧150形成。在一些实施例中,外层144完全环绕或封装内芯160。在其它实施例中,外层144可覆盖内芯160的一部分。例如,外层144可覆盖第一侧146、第二侧148或第三侧150或其组合的全部或一部分。

包括前表面156、外周边154和后表面152的外层144可包括相同金属、合金或材料,或者其可包括彼此不同材料。用于前表面156、外周边154和后表面152的示例性材料可包括(但不限于)商业级铜、铜/铝合金、钼、钛、钛合金、钒、铌和任何前述材料的合金。任何合适金属、合金、材料和/或组合材料可形成前表面156、外周边154和/或后表面152中的一者或多者以形成外层144。在一些实施例中,外层144可具有与溅镀靶材106相同或大致相同的组分。可选地,外层144和溅镀靶材106可具有不同组分。

当溅镀靶材组件102与PVD装置100一起使用时,背板104的后表面152可紧密接近于磁铁110和/或与水或其他冷却装置(例如散热器和冷却回路)接触或紧密接近。

外层144的厚度可沿着侧146, 148, 150相同或大致相同,或者外层144的厚度可在侧146, 148, 150处或沿着侧146, 148, 150变化。例如,第一侧146和第三侧150可比第二侧148厚。另外地或可选地,厚度在侧面处或沿着侧面可均匀或不均匀。外层144的侧146,148和150的合适厚度可变化。在一些实施例中,外层144的合适厚度可足以计及在PVD过程期间对外层144造成的损坏,例如由外层144的原子的无意溅镀导致的损坏。在一些实施例中,外层144可小至约0.01, 0.05, 0.08或0.10英寸(0.03, 0.13, 0.20或0.25厘米)或大至约0.25, 0.50, 0.80或1.00英寸(0.64, 1.27, 2.03或2.54厘米)或者其任意组合。

背板104的高度或厚度h1定义为前表面156与后表面152之间的距离。背板104的厚度h1包括内芯160的厚度和外层144的厚度(例如外层144沿着后表面152和/或前表面156的厚度)。溅镀靶材106的厚度h2和背板104的厚度h1可相同或不同。例如,溅镀靶材106的厚度h2可大于背板104的厚度h1。可选地,溅镀靶材106的厚度h2可小于背板104的厚度h1。

在一些实施例中,背板104可由金属或金属合金形成,其通过本技术中已知的任何其它方式模制、锻造或形成以形成外层144。在其它实施例中,背板104包括多于一件金属、 金属合金或任何其它材料(例如环氧树脂)以通过本技术中已知的任何其它方式模制、锻造或形成外层144。外层144可包括铝、钒、铌、铜、钛、钽、钨、钌、锗、硒、锆、钼、铪或合金或者其组合。例如,外层144可包括铪合金、C18200铜-铬合金、C46400铜-锌合金、C18000铜-镍-硅-铬合金、2000-8000系列铝、铜C10100-C15999、高铜合金C16000-C19999、黄铜(例如C20000-C49999黄铜)、青铜(例如C50000-C69999青铜)、铜镍合金(例如C70000-C73499铜镍)或镍银合金(例如C73500-C79999镍银)。用于外层144的其它合适材料包括铁(包括球铁和铸铁)、碳和/或合金钢、铸钢、马氏体时效钢、不锈钢、铅和铅合金、巴比特合金和焊料合金、镁和镁合金、镍和镍合金、耐火合金、钴和钴合金、沉淀硬化不锈钢、铁基超合金、工具钢及锌和锌合金以及其任意组合。

背板104的前表面156和后表面152可大致相反安置。在一些实施例中,背板104的前表面156和后表面152为大致平面。在其它实施例中,前表面156和/或后表面152可为非平面。例如,前表面156和/或后表面152可为弯曲或波浪形。

在一些实施例中,背板104的前表面156和后表面152可大致相对于彼此平行。在其它实施例中,前表面156和后表面152可不平行。

内芯160封装在外层144内。增大或减小外层144沿着侧146, 148和150的相应厚度可增大或减小内芯160的体积。另外,可使用调节厚度h1和外周边154来调节内芯160的体积。

内芯160包括复合材料。复合材料是由两种或更多种具有不同物理和/或化学性质的构成材料形成的材料,当组合时,产生具有不同于个体组分的特性的材料。在一些实施例中,复合材料可以是金属基质复合物(“MMC”)材料。MMC是包括金属基质和一种或多种增强材料的复合材料。MMC通过使增强材料分散到金属基质中制成。在美国国会技术评估办公室,经过设计的高级材料(Advanced Materials by Design), OTA-E-351(华盛顿(哥区):美国中央印刷局,1988年6月)的第4章中和Kainer,K.U.的金属基质复合物(Metal Matrix Composites)用于汽车和宇宙空间工程的定制材料Custom-made Materials for Automotive and Aerospace Engineering),2006中描述某些MMC。

基质材料或初生相可以是增强物嵌入其中的一体材料。在一些实施例中,金属基质连续,完全环绕所嵌入增强材料。用于金属基质的合适金属包括(但不限于)铝、钒、铌、铜、钛、钽、钨、钌、锗、硒、锆、钼、铪以及合金及其组合。例如,用于金属基质材料的合适材料可包括C18200铜-铬合金、C46400铜-锌合金、C18000铜-镍-硅-铬合金、2000-8000系列铝、铜C10100-C15999、高铜合金C16000-C19999、黄铜C20000-C49999、青铜C50000-C69999、铜镍C70000-C73499、镍银C73500-C79999或其组合。内芯160的MMC可在金属基质中包括任何合适类型和数量的一种金属或多种金属。

该金属基质提供由复合材料制成的块体形式的部件或产品。例如,该金属基质可使增强材料保持在位。在一些实施例中,该金属基质可封闭和/或隐藏增强材料。在一些实施例中,当负载施加到MMC材料时,该金属基质与增强材料共担负载。例如,该金属基质可变形,并且应力可主要或大致由增强材料承受。

一种或多种增强材料可嵌入到基质中。如本文中所述,该增强材料增强金属基质。这些增强材料可呈纤维、颗粒、薄片或以其它方式成形的材料的形式。例如,合适增强材料可呈单丝(细线)、晶须(短纤维)和/或颗粒或微粒的形式。在一些实施例中,增强材料可提供不连续增强。晶须和微粒增强物是不连续增强的实例。在其它实施例中,增强材料可提供连续增强。单丝和纤维增强物是连续增强的实例。

如果使用颗粒作为增强材料,则这些颗粒可随机取向,或者这些颗粒可具有优选或指定取向。用于金属基质的合适增强材料包括陶瓷(通常称为金属陶瓷)的颗粒和各种材料(包括其它金属、陶瓷、碳和硼)的纤维。增强相的体积分数可在约0.1%至约99%的范围内,并且还可在约10%至约70%的范围内。

另外地或可选地,该增强材料可包括纤维。内芯160的MMC可包括任何合适类型、取向和/或数量的纤维。在一些实施例中,这些纤维可具有随机取向。在其它实施例中,这些纤维可具有有序或指定取向。在一些实施例中,连续MMC利用来自陶瓷、石墨、碳化物和/或氧化物的纤维作为背板104的增强组分。在一些实施例中,短纤维增强复合物包括短纤维作为增强材料,其中短纤维的长度小于纤维直径的100倍。

在一些实施例中,MMC可包括数个层,其中每一层具有不同于相邻层中的一者或多者的不同纤维取向。此类层压物可称为层压复合物、多层复合物或斜交复合物。

在MMC的其它用途中,碳纳米管增强金属基质(“MM-CNT”)复合物可通过多种加工技术制备,并且可提供多种有利性质。在Bakshi, S.R.等人的碳纳米管加强的金属基质复合物(Carbon nanotube reinforced metal matrix composites – a review),国际材料概览2010International Materials Reviews 2010),第55卷,第1期,第41-64页中描述此类加工技术和性质。

通过金属基质复合物的金属增强可增加室温及以上温度下的屈服强度和拉伸强度,同时维持最小延展性或韧性;与常规合金相比,增加较高温度下的抗蠕变性;增加疲劳强度,特别是在较高温度下;提高耐热冲击性;提高耐侵蚀性;增加杨氏模量和/或减少热伸长。

可选择增强材料以为结构任务服务(例如,增强化合物)。另外地或可选地,可选择增强材料以改变一个或多个物理性质,例如耐磨性、摩擦系数和导热性。

MMC系统的某些实例如下。铝基质可结合连续纤维(例如硼、碳化硅、氧化铝和/或石墨纤维)使用。铝基质还可与不连续纤维(例如氧化铝和/或氧化铝-二氧化硅纤维)一起使用。碳化硅“晶须”可与铝基质一起使用。此外,微粒(例如碳化硅和/或碳化硼)可用于该基质中。

镁基质可结合连续纤维(例如石墨和/或氧化铝)使用。此外,可使用碳化硅晶须和/或微粒(例如碳化硅和/或碳化硼)。

钛基质可结合连续纤维(例如碳化硅和/或经涂覆硼)使用。微粒(例如碳化钛)还可结合钛基质使用。

铜基质可结合连续纤维(例如石墨和/或碳化硅)使用。由例如铌-钛和/或铌-锡等材料制成的导线可结合铜基质使用。微粒(例如碳化硅、碳化硼和/或碳化钛)还可与铜基质一起使用。

超耐热合金基质可包括嵌入基质中的导线。在一个实例中,这些导线可由钨制成。

连续增强可使用单丝线或纤维(例如碳纤维或碳化硅)。在一些实施例中,纤维沿某一方向或指定方向嵌入到基质中,并且结果是各向异性结构,其中材料的对准影响其强度。预想增强材料在复合材料内的任何排序,以便向背板104赋予有益性质(例如,参见图3-4)。

在一些情况下,MMC的性质可提供优于单片金属背板的性质的优点,特别是关于模量、耐温性、强度、硬度、导电性、尺寸阻尼和/或重量。例如,MMC可具有比金属背板更期望的弹性模量。弹性模量或弹力模量度量物体或物质当向其施加力时对弹性变形(即,非永久变形)的抗性。在一些实施例中,增加背板104的弹性模量(例如通过并入内芯160)允许背板104在PVD过程期间抵抗弹性变形。

耐温性是指当施加或去除热源时材料抵抗温度升高或降低的能力。复合材料可用于增加背板104的耐温性,以使其温度在PVD过程期间相对稳定。MMC可提供优于金属的经改善高温强度和模量。例如,增强材料可使得可能扩展低密度金属(例如铝)的有用温度范围,其对于PVD应用具有有限高温能力。在一些实施例中,MMC可具有比其它可用背板材料高的强度和刚度。此特性可帮助防止背板104和/或靶材106在高热PVD过程期间的卷曲或弯折。

可选地或另外,复合材料可增加背板104的导热性。在一些实施例中,MMC可以是良好热导体。例如,当使用高导热性石墨纤维、铝-基质或铜-基质时,与其它类型的复合物相比,MMC可具有极高导热性。例如,在PVD装置100中的PVD过程期间,背板104可允许通过增加内芯160的导热性来将积聚在靶材106中的热分散在整个背板104上。在一些实施例中,背板104可用于PVD过程中,在背板中无冷却通道、冷却回路、散热器和/或类似二次冷却装置。

强度是指材料抵抗应力和应变的能力。复合材料可增加背板104的强度,以便在PVD装置100中的PVD过程期间,背板104具有对在该过程期间导致的应力和应变的增加的抗性。与强度有关,与单片金属的耐磨性相比,MMC可具有更好耐磨性。例如,在MMC中包括硬陶瓷增强材料可提供经改善耐磨性。此有利耐磨性可通过使用有利复合材料赋予给背板104。

硬度是当施加力时固体物质对各种类型的永久形变的抗性的量度。可选择复合材料以增加或降低背板104的硬度,从而使得背板104更大或更小程度地抵抗当施加力时的各种类型的永久形变。

导电性是材料传导电流的能力的量度。复合材料可增加或降低背板104的导电性,以使背板104在PVD装置100中的PVD过程期间更大或更小程度地抵抗电传导。

尺寸阻尼是指阻尼比,其是描述系统中的振荡如何在干扰之后衰减的无量纲量度。复合材料可增加或减小背板104的尺寸阻尼,以使背板104在PVD过程期间更大或更小程度地抵抗PVD装置100中的振荡。

在一些实施例中,可选择MMC以减小热膨胀系数。例如,将碳化硅微粒引入到金属基质(例如铝金属基质)中导致MMC具有较低热膨胀系数。通过选择合适组分,在一些MMC中,热膨胀系数可接近零。因此,当复合材料减小热膨胀系数时,可减少或消除背板104在PVD过程期间的热膨胀。

针对包括复合材料的内芯160预想用于封装的类型、尺寸、形状、数量、布置、合金和/或过程的任何变化,以向背板104提供有利性质。例如,具有复合材料的背板104可更坚固并具有比无复合材料的常规背板高的耐热性,并且同时在外层144由常规背板材料(例如金属或金属合金)制成的情况下展现容易机械加工性。然而,预想背板104的性质(包括(但不限于)弹性模量、耐温性、硬度、强度、导电性、热膨胀和/或尺寸阻尼)的一个或多个修改的任意组合。

另外地或可选地,复合材料可包括陶瓷基质复合物(“CMC”)。存在许多不同类型的CMC。本技术中CMC的命名法通常根据纤维和基质材料(例如C/Si)分类,其将表示由碳纤维和碳化硅基质制成的CMC。CMC的纤维可以是非氧化物或氧化物纤维。用于CMC中的合适非氧化物纤维包括(但不限于)碳或碳化硅。合适氧化物纤维包括(但不限于)氧化铝、多铝红柱石或二氧化硅的氧化物纤维。

在一些实施例中,CMC克服与常规技术陶瓷(例如氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅或氧化锆)相关联的问题,其在机械或热机械负载下因由小缺陷或划痕引发的裂纹而可容易断裂。抗裂性(类似于玻璃)极低。为提高抗裂性或断裂韧性,将颗粒(所谓的单晶晶须或片晶)嵌入到基质中。长多股纤维的整合具有增加的抗裂性、伸长率和耐热冲击性,并产生数个新应用。

碳(C)、特殊碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)和多铝红柱石(Al2O3–SiO2)纤维最常用于CMC。基质材料通常相同,其为C、SiC、氧化铝和多铝红柱石。

一般来说,CMC名称包括纤维类型/基质类型的组合。例如,C/C代表碳-纤维-增强碳(碳/碳),或者C/SiC代表碳-纤维-增强碳化硅。有时包括制造过程,并且借助液体聚合物浸渗(LPI)过程(参见下文)制造的C/SiC复合物简写为LPI-C/SiC。

重要市售CMC是C/C、C/SiC、SiC/SiC和Al2O3/Al2O3。其在以下性质上不同于常规陶瓷。

CMC的基质可以是非氧化物或氧化物基质。合适非氧化物基质包括(但不限于)碳化硅、碳或碳化硅和硅的混合物。合适氧化物基质包括(但不限于)氧化铝、氧化锆、多铝红柱石和其它铝硅酸盐。在一些实施例中,氧化物纤维与氧化物基质组合,并且非氧化物纤维与非氧化物基质组合。例如,CMC类型包括C/C(碳-纤维增强碳)、C/SiC(碳-纤维增强碳化硅)、SiC/SiC和Ox/Ox,其中Ox 表示先前提及的氧化物材料中的一者。

图4显示具有安置于背板104的外周边154与环形法兰132之间的焊缝170的背板104。在示例性实施例中,环形法兰132可由与背板104不同的材料制造并通过本技术中已知的任何其它方式焊接或连接到背板104。焊缝170可包括额外材料(例如焊料),或者可简单地是背板104与环形法兰132之间的结合。如上所述,可使用任何配置和类型的复合材料向背板104赋予有利性质。

包括复合材料的内芯160的封装可借助扩散结合操作,通过锻造、通过热等静压或通过本技术中已知的任何其它方式实施。例如,在用以封装内芯160的过程开始时,第一侧146和第二侧148可以是无第三侧150的单个单元。所期望复合材料(例如MMC或CMC)复合插入物)可放置在第一侧146和第二侧148内,并且第三侧150(也称为盖)可添加在第一侧146和第二侧148的顶部上以封装内核160。

盖可包括铜或铝合金,例如C18200 (CuCr)、C46400 (CuZn)、C18000或2000-8000系列铝。一旦该盖搁置在第二侧148的顶部上,其便可通过扩散结合或热等静压结合到第二侧148。在一些实施例中,多堆叠热等静压可用于将第三侧150添加到第一侧146和第二侧148,和/或可用于使靶材106结合到背板104。

界面层166安置于溅镀靶材106的后表面142与背板104的前表面156之间。在一些示例性实施例中,位于后表面142与前表面156之间的界面层166是由位于背板104与溅镀靶材106之间的至少一种附加材料形成的结合。例如,界面层166可以是环氧树脂结合,例如放置在背板104与靶材106之间的银网环氧树脂。可选地,界面层166可以是(例如)当镍靶材(任选地镀覆以促进润湿性)借助冷却时硬化的熔融焊料接合到背板104时形成的焊料结合。

在其它示例性实施例中,后表面142与前表面156之间的界面层166表示在无任何额外材料的情况下形成于后表面142与前表面156之间的结合。例如,在扩散结合中,用于接合类似或不同金属的普通固态加工技术、原子在清洁金属表面之间的相互扩散、在高温下接触导致结合。合适结合过程包括溅镀靶材106与背板104之间的扩散接合、热等静压(“HIP”)、真空热压(“VHP”)、施用一个或多个环氧树脂和/或热锻造。在一些实施例中,结合具有经受PVD过程的合适强度。可通过本技术中已知的任何合适方式(例如x射线扫描或C扫描)检查界面层166的结合强度。

在图3的示例性实施例中,背板104包括任选环形法兰132。在一些实施例中,环形法兰132可轴向包围整个外周边154,并且在其它实施例中,环形法兰132可不包围整个外周边154。在图3的实施例中,法兰132是外层144的一部分并由相同材料和组分形成。环形法兰132任选地可包括定位于环形法兰132内的一个或多个开口134,如前面关于图2所述。背板104和环形法兰132的厚度或高度h1在图3中显示为大致类似;然而,背板104和环形法兰可以是适于在PVD装置100中使用的不同高度或厚度。

在图4的示例性实施例中,背板104包括任选环形法兰132。在一些实施例中,环形法兰132可轴向包围整个外周边154,并且在其它实施例中,环形法兰132可不包围整个外周边154。在图4的实施例中,法兰132是最初与外层144分离并焊接、锻造或以其它方式附接到外层144的独立环。环形法兰132任选地可包括定位于环形法兰132内的一个或多个开口134,如前面关于图2所述。背板104和环形法兰132的厚度或高度h1在图4中显示为大致类似;然而,背板104和环形法兰可以是适于在PVD装置100中使用的不同高度或厚度。

环形法兰132可具有与前表面156、外周边154和/或后表面152相同的组分,包括(但不限于)金属或其合金。在一些实施例中,环形法兰132具有与前表面156、外周边154和/或后表面152的那些材料不同的组分。在一些实施例中,合适环形法兰132可由铝、钒、铌、铜、钛、钽、钨、钌、锗、硒、锆、钼、铪或其组合的合金形成。例如,合适环形法兰132可由C18200铜-铬合金、C46400铜-锌合金、C18000铜-镍-硅-铬合金、2000-8000系列铝、铜C10100-C15999、高铜合金C16000-C19999、黄铜C20000-C49999、青铜C50000-C69999、铜镍C70000-C73499、镍银C73500-C79999或其任意组合形成。

环形法兰132可通过本技术中已知的任何方式形成或模制。在制造背板104之后,环形法兰132可通过本技术中已知的任何方式(例如焊接)添加到背板104的外周边154。

环形法兰132任选地可包括定位于环形法兰132内的一个或多个开口134。带开口134的环形法兰132可帮助背板104在PVD过程期间在PVD装置100内的放置、对准、定位和/或保持。开口134可允许背板104和溅镀靶材106借助螺栓、螺钉、杆或本技术中已知的任何类似附接方式到PVD装置100中的牢固放置。如图2-4中所示,环形凸缘132具有与背板104相同的厚度h1,但在其他实施例中,环形凸缘132可具有比背板104的h1更大或更小的厚度。

图5A-D示出用于溅镀靶材组件102的示例性循环利用过程。图5A是溅镀靶材组件102在溅镀过程之后的横截面视图,其在一些实施例中也是PVD靶材寿命的结束。在一些实施例中,可侵蚀溅镀靶材180以使溅镀靶材180具有非平面溅镀表面。在用于PVD过程中之后,溅镀靶材180可称为“失效靶材”。例如,溅镀靶材180可具有一个或多个磨损凹槽184。当用户决定参与循环利用过程时,溅镀靶材180的任意部分可能失效。

另外地或可选地,当参与循环利用过程时,背板182可能包括损坏或侵蚀。例如,当表面原子可能无意从背板182的表面186喷射(或溅镀)时,背板182在PVD过程期间可能被损坏或侵蚀。此类溅镀过程可能沿着表面186产生经侵蚀部分188和/或不平坦表面。在所示示例性实施例中,背板182的表面186尚未在任意点处被完全侵蚀或溅镀,并且因此在PVD装置100中的PVD过程期间,背板182的内芯160以及其中的任何材料(例如复合材料)受到保护并且不暴露。

在循环利用过程中,从背板182去除或分离溅镀靶材180,如图5B中所示。靶材180和背板182可通过本技术中已知的任何方式分离,此去除或分开溅镀靶材180与背板182之间的结合。此去除方式包括(但不限于)铣削、研磨、机加工、施用热和施用一种或多种化学品。在一些实施例中,100%或约100%的溅镀靶材180可从背板182去除或分离。在其它实施例中,在靶材180与背板182的分离之后,溅镀靶材180的一部分可保持附接到背板182。

在靶材180从背板182去除之后,可检查背板182的表面186。在一些实施例中,如果背板182的表面186确定为对于将来的PVD过程不令人满意,例如在尺寸上和/或美观上不令人满意,则可以任选地修复表面186。例如,可通过去除外层的全部或一部分来修复表面186。在一些实施例中,去除外层的一部分到使表面186平滑或平坦所需的程度。例如,可去除足够量的表面186,以便去除或消除经侵蚀部分188。表面186可通过用于去除表面186的一部分的任何合适方式平滑化,包括(但不限于)研磨、铣削、机加工和/或抛光。

在一些实施例中,除去除外层的全部或一部分以外或者作为去除外层的全部或一部分的替代方案,材料可到达外层。例如,材料(例如金属或合金(与表面186的原始材料相同或不同))可通过锻造、焊接、模制、钎焊、包覆或本技术中已知的任何合适方式添加到表面186。如图5C中所示,表面186的原始特性和性质可通过添加过程恢复。

在背板182的表面186已适当修复到平滑状态之后,新靶材194通过本技术中已知并在本文中先前论述的任何方式(例如扩散结合)结合到背板182。示例性背板循环利用过程(例如图5中显示的实施例)预想为在连续过程或应用中执行。然而,在PVD应用中使用靶材的用户可能不是应用或执行循环利用过程的同一用户。

根据当前制造实践,在PVD过程耗费靶材之后,背板被丢弃并通常不再使用。然而,用于制造具有有利性质的背板的材料(特定来说,复合材料)可能昂贵,并且因此修复和再使用背板的能力可节省制造新背板的成本和时间。

因此,本公开呈现用金属(在一些情况下,在传统背板中使用的那些金属或合金)封装的MMC和/或CMC材料,以便容易机加工此类背板并允许其适合常规制造过程,而不机加工硬复合材料。在一些实施例中,复合材料的封装在靶材与背板的封装材料之间允许传统结合,例如热等静压(“HIP”)、真空热压(“VHP”)或热锻造。在一些实施例中,复合材料的封装还提供可用于在使用所附接靶材之后进行表面抛光、清洁和/或微小修复的可循环利用的背板。

在本文中论述的一个实施例中,溅镀靶材106和/或背板104具有圆形外周边。在这些实施例中,溅镀靶材106的直径可变,但在一个实施例中,溅镀靶材106具有32英寸或更大的直径,以便溅镀靶材106可用于将材料溅镀或沉积到450 mm半导体晶圆上。这些具有32英寸或更大的直径的大直径溅镀靶材因其相对大直径而经常遇到与靶材的卷曲、偏转或挠曲相关联的潜在问题。有利地,如本文中所论述,通过使用根据本公开内容的背板104(其包括由在机械上极刚硬或刚性的复合材料制成的内芯160),本文中公开的背板104可有利地与此类具有32英寸或更大的直径的溅镀靶材106一起使用,以供用于将材料溅镀到450mm半导体晶圆上。

可在不背离本发明的范围的情况下对所论述示例性实施例作出修改和添加。例如,虽然上述实施例涉及特定特征,但本发明的范围还包括具有并不包括所有上述特征的特征和实施例的不同组合的实施例。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于与溅镀靶材一起使用的背板,包括:

由复合材料形成的芯部件;以及

金属或金属合金的外层,所述外层完全环绕并覆盖所述芯部件。

2.根据权利要求1所述的背板,其中所述芯部件由金属基质复合物(MMC)形成,所述金属基质复合物包括分散于金属基质中的增强材料。

3.根据权利要求1所述的背板,其中所述芯部件由陶瓷基质复合物(CMC)形成,所述陶瓷基质复合物包括分散于陶瓷基质中的陶瓷纤维。

4.一种用于与溅镀靶材一起使用的背板,包括:

由复合材料形成的芯部件,所述芯部件具有带上表面、下表面和侧壁的圆形形状;

由金属或金属合金形成的环形圈,所述环形圈附接到所述侧壁并环绕所述芯部件。

5.根据权利要求4所述的背板,还包括在所述芯部件的所述上表面上的靶材界面层,所述靶材界面层由金属或金属合金形成。

6.根据权利要求4所述的背板,其中所述芯部件由金属基质复合物(MMC)形成,所述金属基质复合物包括分散于金属基质中的增强材料。

7.根据权利要求4所述的背板,其中所述芯部件由陶瓷基质复合物(CMC)形成,所述陶瓷基质复合物包括分散于陶瓷基质中的陶瓷纤维。

8.一种用于循环利用用于溅镀靶材一起使用的背板的方法,包括如下步骤:

从所述背板去除至少部分失效溅镀靶材;

将比所去除溅镀靶材失效程度更低的溅镀靶材结合到所述背板以用于在物理气相沉积过程中使用。

9.根据权利要求8所述的方法,还包括通过从所述背板的外表面去除材料来修正所述背板中的表面缺陷的步骤。

10.根据权利要求8所述的方法,还包括通过向所述背板的外表面添加材料来修正所述背板中的表面缺陷的步骤。

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