靶材組件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種靶材組件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁控濺射鍍膜工藝中所使用的靶材組件由靶材和背板構(gòu)成。
[0003]在磁控濺射鍍膜過程中，在10 9Pa的高真空環(huán)境下，靶材處于高壓電場和磁場中，其正面由各種高能量離子轟擊，濺射出中性靶原子或分子，所述中性靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜。由于磁控濺射過程靶材始終處于300°C至500°C高溫條件下，靶材的溫度會急劇升高，為此靶材組件需要通過背板及時(shí)傳遞并迅速消散靶材的熱量，以避免靶材變形、使用壽命減短以及影響基片鍍膜質(zhì)量等問題。
[0004]為了提高背板的傳熱效率，磁控濺射過程中往往通過向背板的背面施以高壓冷卻水沖擊，以提高靶材組件的散熱功效。然而在實(shí)踐使用過程中，在高溫和高真空度條件下，背板的背面受到長時(shí)間的冷卻水沖擊，導(dǎo)致靶材組件的上下兩側(cè)形成巨大的壓力差，為此背板需要具有足夠的硬度和強(qiáng)度以抵抗靶材組件兩側(cè)巨大的壓力差而導(dǎo)致背板產(chǎn)生形變的缺陷，如對于采用銅合金背板的鈦靶材組件，銅合金背板的硬度需達(dá)到400HL?440HL。
[0005]通過提高背板的強(qiáng)度和硬度，可有效減小背板形變而引起的靶材組件形變?nèi)毕?，以及由此?dǎo)致的對于磁控濺射鍍膜造成的不良影響。
[0006]為此，為了克服銅合金原材料硬度較低的問題，在制備銅合金背板時(shí)，技術(shù)人員會對銅合金背板進(jìn)行固溶時(shí)效處理，以提高銅合金的硬度。具體操作過程包括:
[0007]先將銅合金原料進(jìn)行固溶處理，將銅合金原料加熱到高溫單相區(qū)恒溫，并保持一段時(shí)間，使過銅合金過剩相充分溶解到固溶體中，得到銅合金的過飽和固溶體；
[0008]在對將銅合金的過飽和固溶體進(jìn)行高溫淬火以及冷加工變形成特定形狀后，對銅合金的過飽和固溶體進(jìn)行時(shí)效處理。所謂的時(shí)效處理包括:在較高的溫度下進(jìn)行恒溫?zé)崽幚恚档豌~合金的內(nèi)應(yīng)力，以提高銅合金的硬度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，得到合格的銅合金背板。
[0009]在完成銅合金背板制備后，再對靶材和銅合金背板進(jìn)行焊接，獲得合格的采用銅合金背板的靶材組件。
[0010]然而，在提高銅合金背板硬度后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)具有較大硬度的銅合金背板會不利于后續(xù)背板和靶材的焊接處理。比如在對靶材和銅合金背板進(jìn)行焊接時(shí)，為了提高靶材和銅合金背板的焊接強(qiáng)度，需要在靶材上形成螺牙，并將螺牙嵌入銅合金背板內(nèi)，但基于銅合金背板的硬度較大，靶材上形成的螺牙難以嵌入銅合金背板內(nèi)，將螺牙強(qiáng)行嵌入銅合金背板后，會造成銅合金背板損傷，進(jìn)而提升了采用銅合金背板的靶材組件的制造難度，而且還會影響靶材和銅合金背板的焊接強(qiáng)度。
[0011]為此，如何提高銅合金背板硬度同時(shí)，降低靶材和銅合金背板的焊接難度，提高靶材和銅合金背板的焊接強(qiáng)度是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種靶材組件的制造方法，有效提高銅合金背板硬度同時(shí)，降低靶材與銅合金背板的焊接難度，并提高與銅合金背板的焊接強(qiáng)度。
[0013]本發(fā)明提供的一種靶材組件的制造方法，包括:
[0014]提供銅合金坯料；
[0015]對所述銅合金坯料進(jìn)行固溶處理，獲得銅合金固溶體；
[0016]對所述銅合金固溶體進(jìn)行定型處理，獲得背板坯料，所述背板坯料包括焊接面；
[0017]提供靶材坯料，所述靶材坯料包括焊接面；
[0018]將所述靶材坯料的焊接面和所述背板坯料的焊接面貼合；對所述背板坯料和靶材坯料進(jìn)行熱等靜壓焊接處理，形成靶材組件，其中，所述焊接處理過程中所述背板坯料同時(shí)完成時(shí)效處理。
[0019]可選地，所述靶材坯料的材料為鈦。
[0020]可選地，所述靶材坯料的焊接面上形成有螺牙；
[0021]將所述靶材坯料的焊接面和所述背板坯料的焊接面貼合的步驟包括，將所述靶材坯料的螺牙嵌入所述背板坯料的焊接面內(nèi)。
[0022]可選地，在提供銅合金坯料后，進(jìn)行所述固溶處理前，所述制造方法還包括:對所述銅合金坯料進(jìn)行鍛打處理。
[0023]可選地，所述鍛打處理包括:將所述銅合金加熱至800?1000°C進(jìn)行鍛打。
[0024]可選地，所述定型處理為壓延處理。
[0025]可選地，所述固溶處理包括:控制溫度為800?IlOOcC條件下，保溫處理I?2小時(shí)。
[0026]可選地，所述熱等靜壓焊接的步驟包括:
[0027]將所述靶材坯料和所述背板坯料裝入包套內(nèi)，并置入熱等靜壓爐內(nèi)；
[0028]將熱等靜壓爐升溫至430?480°C，并持續(xù)保溫3?10小時(shí)，使所述靶材坯料和所述背板坯料擴(kuò)散焊接，并在所述熱等靜壓爐內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓焊接過程中同時(shí)完成所述背板坯料的時(shí)效處理。
[0029]可選地，在將所述靶材坯料和所述背板坯料裝入包套內(nèi)之后，對所述熱等靜壓爐進(jìn)行升溫前，所述制造方法還包括:對所述包套進(jìn)行抽真空處理，至所述包套內(nèi)的氣壓為1Pa ?102Pa0
[0030]可選地，在將所述包套抽真空后，對所述熱等靜壓爐進(jìn)行升溫前，所述制造方法還包括:對所述熱等靜壓爐進(jìn)行冷加壓處理，至所述熱等靜壓爐內(nèi)的氣壓為50MPa?60Mpa。
[0031]可選地，對所述熱等靜壓爐進(jìn)行升溫的步驟包括:以30C /min?8°C /min的加熱速率升溫。
[0032]可選地，所述銅合金為銅鉻合金。
[0033]可選地，所述銅鉻合金中鉻的質(zhì)量百分含量為0.5%?1.5%。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0035]在對銅合金坯料進(jìn)行固溶處理后，使銅合金中各種相充分溶解，有效降低銅合金內(nèi)的應(yīng)力，并得到內(nèi)部各組分均勻的銅合金固溶體；在所述銅合金固溶體冷卻，并進(jìn)行定型處理以得到背板坯料后，使靶材坯料的焊接面和背板坯料的焊接面貼合，對所述背板坯料和靶材坯料進(jìn)行熱等靜壓焊接處理，在熱等靜壓焊接處理過程中，同時(shí)完成銅合金固溶體(即背板坯料)的時(shí)效處理，以減小背板坯料內(nèi)的應(yīng)力，重新析出新的晶粒使合金發(fā)生再結(jié)晶，從而有效提高同背板的硬度和強(qiáng)度。
[0036]本發(fā)明靶材組件的制造方法中，背板坯料與靶材坯料的熱等靜壓焊接工藝，與銅合金固溶體的時(shí)效處理步驟同時(shí)完成，在獲得高硬度的銅合金背板的同時(shí)，簡化了靶材組件的制造方法的工藝步驟。
[0037]進(jìn)一步可選地，在所述靶材坯料的焊接面上形成有螺牙，在上述銅合金的固熔處理過程中，銅合金內(nèi)部組織被軟化，因而，在背板坯料的焊接面和靶材坯料的焊接面貼合時(shí)，使得靶材坯料的螺牙順利嵌入所述背板坯料內(nèi)，有效降低螺牙插入背板坯料內(nèi)難度，降低背板坯料損傷；且靶材坯料螺牙嵌入所述背板坯料后，再對背板坯料進(jìn)行時(shí)效處理的工藝，可有效提高形成的銅合金背板硬度和強(qiáng)度的同時(shí)，提高螺牙與背板坯料的連結(jié)強(qiáng)度，進(jìn)而提高背板坯料和靶材坯料的焊接強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明銅靶材制造方法的流程圖；
[0039]圖2?圖4是本發(fā)明靶材組件的制造方法一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]正如【背景技術(shù)】所述，在磁控濺射工藝中，對于靶材組件的背板硬度以及強(qiáng)度具有較高要求，以克服背板產(chǎn)生形變而導(dǎo)致靶材組件產(chǎn)生形變，進(jìn)而對磁控濺射鍍膜造成不良影響的缺陷。
[0041]然而在靶材組件制造領(lǐng)域，當(dāng)提高背板的硬度后，不利于后續(xù)靶材和背板的焊接進(jìn)行，進(jìn)而影響后續(xù)靶材和背板的焊接強(qiáng)度，降低靶材組件的質(zhì)量。
[0042]為此，本發(fā)明提供了一種靶材組件的制造方法，參考圖1，所述靶材組件的制造方法的具體過程包括:
[0043]步驟S1:提供銅合金坯料；
[0044]步驟S2:對所述銅合金坯料進(jìn)行固溶處理，獲得銅合金固溶體；
[0045]步驟S3:對所述銅合金固溶體進(jìn)行定型處理，獲得背板坯料，所述背板坯料包括焊接面；
[0046]步驟S4:提供靶材坯料，所述靶材坯料包括焊接面；
[0047]步驟S5:將所述靶材坯料的焊接面和所述背板坯料的焊接面貼合；對所述背板坯料和靶材坯料進(jìn)行熱等靜壓焊接處理，形成靶材組件，其中，在焊接處理過程中，所述背板坯料同時(shí)完成時(shí)效處理。
[0048]在步驟S2中，對銅合金坯料進(jìn)行固溶處理后，使銅合金中各種相充分溶解，有效降低銅合金內(nèi)的應(yīng)力，并得到內(nèi)部各組分均勻的銅合金固溶體；在之后的步驟S5中，在對所述背板坯料和靶材坯料進(jìn)行熱等靜壓焊接處理過程中，同時(shí)完成銅合金固溶體(即背板坯料)的時(shí)效處理，使得背板坯料內(nèi)重新析出新的晶粒使合金發(fā)生再結(jié)晶，從而有效提高同背板的硬度和強(qiáng)度。
[0049]本發(fā)明靶材組件的制造方法中，背板坯料與靶材坯料的熱等靜壓焊接工藝，與銅合金固溶體的時(shí)效處理步驟同時(shí)完成，在獲得高硬度的銅合金背板的同時(shí)，簡化了靶材組件的制造方法的工藝步驟。
[0050]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0051]圖2?圖4為本發(fā)明靶材組件的制造方法一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052]本實(shí)施例銅合金背板的靶材組件的制造方法的具體步驟包括:
[0053]結(jié)合參考圖1和圖2，執(zhí)行步驟SI，提供銅合金坯料10。所述銅合金坯料10用于形成靶材組件的背板。
[0054]本實(shí)施例中，所述銅合金坯料10為銅鉻合金?？蛇x地，所述銅鉻合金中，鉻的質(zhì)量百分含量為0.5%?1.5%。
[0055]參考圖2，本實(shí)施例中，在提供銅合金坯料10后，對所述銅合金坯料10進(jìn)行鍛打處理。
[0056]可選地，所述鍛打處理的步驟包括:將銅鉻合金加熱至800?1000°C，之后以鍛錘12對銅鉻合金坯料10進(jìn)行鍛打。
[0057]銅鉻合金為鑄態(tài)組織結(jié)構(gòu)，晶粒結(jié)構(gòu)為較粗大的柱狀晶體，在加熱過程中，提升柱狀晶體中的銅原子和鉻原子的能量，并基于熱脹冷縮，擴(kuò)大各柱狀晶體間的空隙，弱化各柱狀晶體間連接；在以鍛錘12對銅鉻合金進(jìn)行鍛打的過程中，