[发明专利]一种靶材焊接后的加压整形方法

说明书

本发明提供了一种靶材焊接后的加压整形方法，所述的方法包括：在对焊接后的靶材进行加压整形的过程中，随靶材温度的下降，对靶材施加的整形压力逐级递减。采用了压力逐渐递减且截面积同时逐级递减的加压方式，优先确保靶材平面度要求，再针对应力集中的中心区域加压整形，避免中心区域出现裂纹。

技术领域

本发明属于靶材整形技术领域，涉及一种靶材焊接后的加压整形方法，尤其涉及一种易脆靶材焊接后的加压整形方法。

背景技术

在半导体工业中，靶材组件是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。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。目前，主要使用金属钽(Ta)通过物理气相沉积法(PVD)镀膜并形成阻挡层作为靶材，在溅射过程中使用磁控溅射；需要使用具有足够强度，且导热、导电性也较高的铜或铝材料作为背板材料。

将高纯度钽靶材以及铜或铝合金的背板经过加工、焊接成型，制成半导体工业所使用的把材组件后，然后安装在賊射机台上，在磁场、电场作用下有效进行溅射控制。现有溅射工艺中，靶材组件的工作环境非常恶劣，首先，把材组件工作温度高达300℃～500℃；其次，靶材组件的一侧充以冷却水强冷，而另一侧则处于10^-9Pa的高真空环境下，由此在靶材组件的上下两侧形成有巨大的压力差；同时，靶材组件处在高压电场、磁场中，受到各种粒子的轰击。如果靶材组件中靶材与背板之间的焊接质量较差，将导致靶材在受热条件下变形、开裂、甚至从背板脱落，不但无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会导致溅射基台损坏。

焊接是一种常规的靶材焊接方式，焊接方法简单，背板可重复利用，且焊接前后靶材尺寸几乎无变化。所谓焊接是在两种待焊接材质(母材)之间填充钎料金属，利用填充的金属熔点比母材低的特点，经加热熔化后钎料形成液态，填充接头间隙并与母材相互扩散，而实现连接的焊接方法。但由于靶材和背板在焊接后因为两种材料膨胀系数存在差异，焊接冷却后容易出现变形。靶材和背板的膨胀系数相差越大，变形也会越大。易脆靶材在与背板(一般为铜或者铝背板)焊接后出现较大变形，如果直接加压整形，靶材容易出现开裂。

CN106702333A公开了一种靶材组件的制造方法，采用扩散焊的方式在靶材与背板之间加入热膨胀系统介于两者之间的缓冲层，起到应力缓冲的作用，从而使靶材组件由高温冷却至室温时靶材和缓冲层的扩散界面应力较小，一定程度上避免了靶材的断裂，但该方法需要针对不同的靶材材料与背板材料寻找不同材质的缓冲层材料，不具有普适性。

CN108468025A公开了一种铬平面靶材热等静压处理方法，该方法通过用陶瓷珠的热形变较小和流动性，使得靶材工件的形变降到最低，减少侧弯和形变，但该方法处理方法较为复杂，且靶材仍然会出现一定程度的形变，未考虑到对后期整形方法进行改进。

CN204342868U公开了一种粉末冶金扩散焊接靶材，通过在靶材与背板之间增加过渡层的方式使焊接后的靶材整体变形小，不开裂，但该靶材在焊接后仍然会产生形变，无法直接作为溅射靶材使用。

CN110814096A公开了一种金属靶材焊接后整形方法，所述方法包括：在靶材组件的靶材上方依次设置缓冲垫和垫块，所述缓冲垫的硬度为30～60HA，抗张强度为50～100kg/cm²。

综上，焊接后靶材组件会产生一定的形变，而现有改进工艺仍然难以保障靶材的平整性以及良率，靶材变形情况改善较少，因此需要对变形后的靶材进行整形以保证靶材的平面度以及厚度均匀性。但金属靶材为粉末冶金制作或由脆性金属材料制成，如W、WSi、TiAl、TaSi、CrSi等靶材，在焊接后由于与背板材料如铝合金或者铜合金等材料存在较大的热膨胀系数差异，产生较大的变形后如直接用压机对其进行整平，则由于金属靶材的脆性容易出现开裂或微裂纹的现象，导致金属靶材无法使用。

因此，需要开发一种新的普遍适用且良率高的金属靶材焊接后的整形方法，以保证靶材的平面度以及厚度均匀性。

发明内容