专利名称：一种防止高压冷却水冲击变形的靶材组件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及在磁控溅射基片镀膜工艺中有效防止高压冷却水冲击致使变形的靶材组件。
背景技术：
在现代大规模的集成电路制造工艺中，磁控溅射以其溅射率高、基片温升低、 膜-基结合力好等优势成为了最优异的基片镀膜工艺。在磁控溅射镀膜工艺中，靶材组件由符合溅射性能的靶材和与所述靶材结合、具有一定强度的背板构成。所述背板不仅在所述靶材组件装配至溅射基台中起到支撑作用， 而且其具有传导热量的功效，用于磁控溅射工艺中靶材的散热。在磁控溅射镀膜过程中，靶材组件工作环境较为苛刻。其温度较高(如300°C至500°C)，靶材组件处于高压电场和磁场强度较大的磁场中，且正面在10-9 的高真空环境下，受到各种高能量离子轰击，致使靶材发生溅射，而溅射出的中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜。器件靶材组件的温度会急剧升高，因而需要通过靶材组件中的背板传递并迅速消散靶材的热量，并避免由此产生的靶材变形，靶材使用寿命减短、影响基片镀膜质量等问题。为此在靶材组件磁控溅射实践操作过程中，会向背板的背面采用高压冷却水冲击措施，从而提高靶材组件的散热功效。高压冷却水冲击靶材组件背板可有效加快靶材的散热，提高镀膜质量，但在实践使用过程中，我们发现，由于高温加快了靶材组件变软，而且靶材处于10_9Pa的高真空下， 而背板的背面受到长时间的冷却水冲击，由此在靶材组件的上下两侧形成有巨大的压力差，这使得在背板的背面形成凹陷，而相应的靶材的正面呈向上凸起。这也直接影响到靶材组件的使用寿命，有时会将用于固定靶材组件的陶瓷圈顶变形，顶碎；更甚者，由于靶材正面的凸起，直接造成靶材各部分与硅片基底间的偏差，造成镀膜的参数异常，并由此影响后续制成的集成电路质量。
实用新型内容本实用新型解决的问题是提供了一种防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，其克服了上述靶材组件在磁控溅射工艺中，高压冷却水冲击背板背面造成靶材组件变形的问题。为解决上述问题，本实用新型一种防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，包括靶材和背板，所述靶材包括溅射面和背面，背板包括固定面和背面，所述背板固定面与靶材背面固定连接，其中，所述背板的背面开设有压力缓冲槽，所述压力缓冲槽由开口处至槽底呈单调向下倾斜状。使用时，所述压力缓冲槽可有效缓解高压水冷却水对于背板背面的冲击力，防止靶材组件变形。上述的防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，其中，可选的，将所述压力缓冲槽设为锥形凹槽结构，而锥形结构的压力缓冲槽进一步优选采用圆锥形凹槽结构。且可选的，将上述结构的压力缓冲槽的内壁坡面设置成直线型倾斜状，即由压力缓冲槽开口任意点沿内壁降至槽底最短路线呈一条直线。上述结构的压力缓冲槽可选地开设于所述背板的中心处。可选的，上述的结构的压力缓冲槽，其槽底至所述背板背面的距离(即压力缓冲槽的深度)与所述背板的厚度比设定为1 4 1 5，而压力缓冲槽内壁坡度(即压力缓冲槽的内壁与背板的背面所呈角度)为0.8° 1.5°。若所述背板为圆形时，所述压力缓冲槽的口径与所述背板的直径比为0. 52 0. 57。本实用新型可选的应用于所述背板采用铝或是铝的合金制成的靶材组件。而所述压力缓冲槽一般可采用机械加工工艺形成。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点本实用新型在靶材组件的背板背面开设压力缓冲槽，在磁控溅射过程中，压力缓冲槽可以有效地分解冷却过程中高压冷却水对于背板的冲击力，减缓高压冷却水对于背板的正面直接冲击力，从而避免了背板由于承受高压冷却水对于背板的冲击而造成靶材组件变形问题，保证靶材组件的平整性，并且由此保证采用磁控溅射工艺制成的镀膜质量；而在可选方案中，将所述压力缓冲槽设为锥形凹槽结构，且进一步优选采用圆锥形凹槽结构；以及将上述结构的压力缓冲槽的内壁坡面设置成直线型倾斜状的结构，更利于迅速分解高压冷却水对于背板的冲击力，达到在磁控溅射工艺中，保持靶材组件的平整性目的。
图1是本实用新型防止高压冷却水冲击变形的靶材组件的结构示意图；图2是本实用新型实施例1的靶材组件的结构示意图；图3是采用本实用新型实施例1的靶材组件在磁控溅射过后的结构示意图；图4是在与实施例1的靶材组件相同的磁控溅射条件下，对比例1的靶材在磁控溅射过后的结构示意图；图5是本实用新型实施例2的靶材组件结构示意图；图6是本实用新型实施例3的靶材组件结构示意图；图7是本实用新型实施例4的靶材组件结构示意图；图8是图2中的压力缓冲槽的A-A向的剖面结构示意图；图9是图6中的压力缓冲槽的B-B向的剖面结构示意图；图10本图7中的压力缓冲槽的C-C向的剖面结构示意图。
具体实施方式
图1为本实用新型一种防止高压冷却水冲击变形的靶材组件的结构示意图，其包括靶材2和与靶材2相连接的背板1，其中，靶材2的背面与背板1的固定面固定连接。而靶材2和背板1可以根据应用环境、溅射设备的实际要求，设计成圆形、矩形、环形、锥形等多种形状(包括规则和不规则的形状)，其厚度也可根据不同的需要具体设置。而靶材2以及背板1的材质同样可以根据具体需要作选择，一般包括铝、铜、钨、钛、以及上述不同材料的合金等材质。[0024]本实用新型可采用在背板1的背面采用机械加工工艺开设压力缓冲槽3，用于分解磁控溅射过程中，高压冷却水对于背板1的冲击力，缓解背板1因高压冷却水受到的冲击力，防止靶材组件的变形，因而特别适用于铝或是铝的合金等硬度较低的金属及其合金制成的背板。所述的压力缓冲槽3内壁由开口处至槽底呈单调向下倾斜状，其开口可以呈如圆形、椭圆，以及正多边形等各种形状，而且其内壁坡面也可以为弧形坡度，或是直线型坡度。 其中，相对于弧形坡面，更优选直线型坡面，当高压冷却水冲击压力缓冲槽3内壁时，直线坡面设计更利于迅速分解高压冷却水对于背板的冲击力，缓解高压冷却水对于靶材组件的冲击力。所述压力缓冲槽3可选为锥形凹槽，尤其是圆锥形凹槽结构，该设计对于高压冷却水的冲击力分解更充分、合理，也使靶材组件受力更均勻。并进一步可优选为内壁呈直线型坡度的圆锥形凹槽。所述压力缓冲槽3优选设置于所述背板1的中心处。这是因为在磁控溅射镀膜工艺中，在电场与磁场的作用下，靶材的各个部位的刻蚀程度造成差异，其基本上为围着靶材 2中心，在靶材2上会形成一个“刻蚀跑道”，其中，在“刻蚀跑道”外侧的刻蚀程度较大，而位于“刻蚀跑道”内侧部分的刻蚀程度较小。在磁控溅射工艺中，靶材组件的靶材侧与背板侧存在着较大的压力差，背板1的厚度直接影响其对于靶材2的支撑以及热量的传递与疏导。所以，在不同的磁控条件下，不同的背板1的厚度也直接影响其对于靶材2的支撑以及热量的传递。本实用新型中，压力缓冲槽的结构设计在不妨碍磁控溅射工艺的同时有效分解高压冷却水对于靶材的冲击力，从而避免靶材组件变形，保证靶材组件的形态结构。而其实际效果可在下方的具体实施例中得到具体证实。关于所述压力缓冲槽3的设计尺寸，可根据靶材组件中靶材2和背板1结构，以及使用条件不同而作相应调整，而其优选参数为，压力缓冲槽3的深度d7与所述背板1的厚度(d5-d4)比间于1 4 1 5，而所述压力缓冲槽3的内壁与背板1的背面所呈角度 α为0.8° 1.5°，若所述背板1为圆形，则所述压力缓冲槽3的口径d3与所述背板1的直径dl比为0. 52 0. 57。本实用新型中，所述压力缓冲槽3的口径为压力缓冲槽3开口边缘相隔最远的两点间的距离，如，若压力缓冲槽3为圆锥形凹槽，其口径为圆锥形凹槽的开口直径长度；而若压力缓冲槽3为正四边形锥形凹槽，则其口径为正四边形凹槽开口的对角线距离。下面我们通过具体实施例从而对于本实用新型以及采用本实用新型所获得的有益效果作进一步阐述，但本实用新型的保护范围并不局限于下述的各个实施例。实施例1 结合参考图2所示，本实用新型中的靶材组件的靶材2和背板1采用圆形，其中， 背板1为铝质背板，靶材2的直径d2为341. 53cm,厚度为d4为8. 89cm ；背板1的直径为dl 为421. 13cm，厚度(d5_d4)为8. 38cm。其中，在背板1的背面中心处开设有压力缓冲槽3，所述压力缓冲槽3为圆锥形状凹槽，且其内壁31呈直线型倾斜(如图8所示)。其中，所述压力缓冲槽3底部的顶点到背板1的背面的距离d7为2. Olcm,其开口直径d3为228. 60cm(压力缓冲槽3的内壁与背板1的背面的角度α为1。左右)，经试验测定，在磁控溅射工艺， 背板1的冷却过程中，当高压冷却水冲击背板1时，高压冷却水击向所述压力缓冲槽3，由于所述压力缓冲槽3内壁呈倾斜状，使得高压冷却水对于背板1的冲击力得以迅速分解，从而有效缓解高压冷却水对于靶材组件的冲击力，可有效避免靶材组件变形等问题。效果证实将实施例1与对比例1在相同的磁控溅射条件下作硅片基底磁控溅射镀膜工艺，并对磁控溅射镀膜工艺后的两者的靶材组件结构作对比分析。其中，对比例1为常用的靶材组件，其包括靶材和背板，且其靶材和背板尺寸、连接结构均与实施例1相同，只是其背板背面为平整形结构。图3和图4分别为本实用新型实施例1与对比例1的靶材组件进行磁控溅射后的靶材组件的结构示意图，其中，背板1’和靶材2’是本实用新型实施例1使用后的结构形态 背板1”和靶材2”是对比例1使用过后的结构形态。图中靶材2”和2’中的曲线4为反应靶材受蚀刻的程度的“腐蚀曲线”。图中，曲线4靠近靶材两侧的弯曲幅度较大(在整个靶材上形成“刻蚀跑道”)，说明在磁控溅射过程中，相较于中间部分的靶材，靠近外侧部分的靶材受到的离子轰击力度更大，因而其受腐蚀程度较大。如图4所示，在磁控溅射后，对比例的背板1”和靶材2”的中间部分呈向上凸起状，其中，靶材2”的上端面(即溅射面)21”呈中间凸起(凸起距离d6)，而相对于对比例， 图3中，本实用新型的实施例1在磁控溅射后，靶材组件结构形态未发生明显变形，靶材2’ 上端面21’(即溅射面)仍然保持使用前的平整状。其原因为，在磁控溅射过程中，靶材各部位收到离子轰击的力度不同，导致在磁控溅射过程中，靶材的各部位受热不均，其中，靶材的靠近外侧部分(即“刻蚀跑道”的外侧)受到离子轰击力度较大，从而产生较大的热量，而靶材的中间部分收到的离子轰击力度较小，产生的热量也相对较小，这样导致靶材各部分受热不均，易变形；加之为了释放靶材组件所受的热量，在靶材冷却过程中，靶材背板不断受到高压冷却水冲击。当靶材部分位于高真空环境下，背板又受到高压冷却水冲击时， 靶材组件靶材侧和背板侧会形成巨大压力差，若是背板受力不均则很可能加速靶材组件变形。在靶材组件磁控溅射过程中，当靶材背面受到来自同一方向的高压冷却水冲击力F时， 实施例1中的压力缓冲槽3因其倾斜坡面结构，可迅速将冲击力F分解成fl (sin α *F)和 f2(cos*F)，并把各个力分向各个方向，使得背板1’的受力更均勻，缓解了背板1’同一个点受到高压冷却水的直接冲击力，从而有效避免背板1，局部变形，在使用中，仍然能保持靶材组件的平整形态。而相比于实施例1，对比例的背板1”背面呈平整形，当受到力F冲击时， 其无法及时有效分散力F，造成局部受力，而长时间的局部受力，以及受靶材组件靶材和背板两侧的压力差影响下，造成了背板1”和靶材2”局部变形，致使原本平整的靶材背板1” 的背面21”明显呈向上凸起。图3和4的靶材中的“腐蚀曲线”结合将图1和图2中本实用新型实施例的靶材组件的背板1上开设的锥形压力缓冲槽3的结构，所述的压力缓冲槽3 位于背板1的中心处，即相较于靠近背板1周边部分，背板1中间部分厚度较小，该结构也正好与靶材受离子轰击力度大小相匹配，这样靶材不同部分的厚度与收到的离子轰击力度成正比，保证了背板对于靶材的足够支持力。当然，背板1上的压力缓冲槽3具体结构应当根据靶材的材料以及具体的磁控溅射条件做调整。实施例2如图5所示，本实施例2中，靶材组件中背板1和靶材2的大小、尺寸以及其连接方式均与实施例1相同，其区别在于，在所述背板1中心处开设呈正八边锥形的压力缓冲槽 3。所述正八边锥形的压力缓冲槽3槽深1.75cm，其开口口径d3(以其正八边形开口上，以中心呈对称的两个顶点间的距离)为235. 5cm。
6[0037]在将实施例2在与实施例1的磁控溅射工艺相同的条件下作硅基片底片作磁控溅射镀膜工艺试验后，我们发现，使用过后的靶材组件与使用前相比，其结构形态并未发生明显的形变特征，靶材2的上端面(即溅射面)仍然保持平整形态。说明，在磁控溅射过程中， 这种呈正多边锥形构造的压力缓冲槽3同样可以有效缓解背板1所受到的高压冷却水的冲击力，防止靶材组件发生形变。实施例3如图6所示，本实施例中，背板1呈椭圆形，在背板1的背面中心处开设圆锥形压力缓冲槽3，其内壁32呈圆弧形(如图9所示)。所述圆锥形压力缓冲槽3槽深度为所述椭圆形背板1的厚度的1/5，且压力缓冲槽3的内壁32与背板1的背面的角度α为0. 8°。与实施例1和2相同，制作与实施例3的靶材2、背板1形状、大小，连接结构相同， 只是背板1背面呈平整性的对比例3靶材组件。将实施例3与对比例3在相同的条件下作磁控溅射镀膜工艺。使用过后，对实施例3和对比例3的靶材组件作对比，其结果与实施例 1和2相似。发现，使用过后，对比例3的靶材组件的中间部分朝向靶材侧，呈向上凸起状。 而实施例3相比使用前，其结构并未发生明显的变化。由此可知，在磁控溅射过程中，本实施例3压力缓冲槽3很好地缓解冷却高压水对于靶材组件的冲击力，避免靶材组件发生变形。实施例4如图7所示，实施例中，本实用新型靶材组件的背板1呈椭圆形，在背板1的中心处开设与所述背板1形状相匹配的椭圆形压力缓冲槽3，其内壁33呈圆弧状(如图10所示)。所述缓冲压力槽3的深度d7为背板1厚度(d5-d4)的1/4。所述压力缓冲槽3 口径 (艮P，所述缓冲压力槽3的椭圆形开口的长轴)与所述背板1的长半径的比为11 20。与实施例1和实施例3相同，制作与实施例4的靶材2、背板1形状、大小，连接结构相同，只是背板1背面呈平整性的靶材组件，对比例4。将实施例4与对比例4在相同的条件下作磁控溅射镀膜工艺。使用过后，对实施例4和对比例4的靶材组件作对比，其结果与实施例1、2和3的实验测定结果相似。发现，使用过后，对比例4的靶材组件的中间部分朝向靶材侧，呈向上凸起状。而实施例4相比使用前，其结构并未发生明显的变化。由此可知，在磁控溅射过程中，本实施例4中，椭圆形的压力缓冲槽3也可很好地缓解冷却高压水对于靶材组件的冲击力，避免靶材组件发生变形。在经过对于各个实施例与对比例的磁控溅射后，将各个实施例与对比例在硅片基底上形成的镀膜对比分析发现相较于本实用新型各个实施例磁控溅射后在硅片基片表面所形成的平整的镀膜，由对比例进行磁控溅射形成的镀膜，其中间部分的厚度略大于周边部分的镀膜，其主要原因是由于对比例的靶材在磁控溅射过程中，其背板背面受到高压冷却水的强力冲击，加之靶材组件的靶材侧和背板侧存在的巨大压力差，从而使得靶材发生变形，靶材中间部分组件向上凸起，而直接导致靶材各部分与镀膜基片之间的距离差异，从而造成基片上镀膜厚度差异，并由此降低了镀膜整体均勻度，影响镀膜的效果。而且，由于靶材组件的形变量大，使得用于固定靶材组件的陶瓷圈顶变形，甚至可能出现碎裂情况，这会导致磁控溅射镀膜仪器损坏，破坏磁控溅射进行。综上所述，采用本实用新型，在磁控溅射过程中，其压力缓冲凹槽可以有效地分解高压冷却水对于背板的冲击力，减缓高压冷却水对于背板的正面直接冲击力，从而避免了背板由于承受高压冷却水对于背板的冲击而造成背板变形问题，保证背板的平整性，并由此保证磁控溅射镀膜的质量。 本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。
权利要求1.一种防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，包括靶材和背板；所述靶材包括溅射面和背面，背板包括固定面和背面，所述背板固定面与靶材背面固定连接，其特征在于，所述背板的背面开设有压力缓冲槽，所述压力缓冲槽由开口处至槽底呈单调向下倾斜状。
2.根据权利要求1所述的防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，其特征在于，所述压力缓冲槽为锥形凹槽。
3.根据权利要求2所述的防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，其特征在于，所述压力缓冲槽为圆锥形凹槽。
4.根据权利要求1至3任一项所述的防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，其特征在于，所述的压力缓冲槽内壁的坡面呈直线型倾斜。
5.根据权利要求4所述的防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，其特征在于，所述压力缓冲槽的槽底至所述背板的背面的距离与所述背板的厚度比为1 4 1 5。
6.根据权利要求5所述的防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，其特征在于，所述背板为圆形，所述压力缓冲槽的口径与所述背板的直径比为0. 52 0. 57。
7.根据权利要求5所述的防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，其特征在于，所述压力缓冲槽内壁坡度为0.8° 1.5°。
8.根据权利要求1所述的防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，其特征在于，所述压力缓冲槽开设于所述背板的中心处。
专利摘要本实用新型提供了一种防止高压冷却水冲击变形的靶材组件，其包括靶材和背板，所述靶材包括溅射面和背面，背板包括固定面和背面，所述背板固定面与靶材背面固定连接，所述背板的背面开设有压力缓冲槽，所述压力缓冲槽由开口处至槽底呈单调向下倾斜状。在磁控溅射工艺中，压力缓冲槽可以有效地分解冷却过程中，高压冷却水对于背板的冲击力，减缓高压冷却水对于背板的正面直接冲击力，从而避免了背板由于承受高压冷却水对于背板的冲击而造成靶材组件变形问题，保持靶材组件的平整性。
文档编号C23C14/34GK202322992SQ20112042422
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者姚力军, 潘杰, 王学泽, 郑文翔 申请人:宁波江丰电子材料有限公司