靶材組件的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種靶材組件的制造方法。
【背景技術】
[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成。
[0003]在磁控濺射鍍膜過程中，在10 9Pa的高真空環境下，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間的冷卻水沖擊，導致靶材組件的上下兩側形成巨大的壓力差，為此背板需要具有足夠的硬度和強度以抵抗靶材組件兩側巨大的壓力差而導致背板產生形變的缺陷，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到400HL?440HL。
[0005]通過提高背板的強度和硬度，可有效減小背板形變而引起的靶材組件形變缺陷，以及由此導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，技術人員會對銅合金背板進行固溶時效處理，以提高銅合金的硬度。具體操作過程包括:
[0007]先將銅合金原料進行固溶處理，將銅合金原料加熱到高溫單相區恒溫，并保持一段時間，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行時效處理。所謂的時效處理包括:在較高的溫度下進行恒溫熱處理，降低銅合金的內應力，以提高銅合金的硬度、強度和穩定性，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，技術人員發現具有較大硬度的銅合金背板會不利于后續背板和靶材的焊接處理。比如在對靶材和銅合金背板進行焊接時，為了提高靶材和銅合金背板的焊接強度，需要在靶材上形成螺牙，并將螺牙嵌入銅合金背板內，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，將螺牙強行嵌入銅合金背板后，會造成銅合金背板損傷，進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度。
[0011]為此，如何提高銅合金背板硬度同時，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度是本領域技術人員亟需解決的問題。
【發明內容】
[0012]為解決上述問題，本發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，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度。
[0013]本發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行固溶處理，獲得銅合金固溶體；
[0016]對所述銅合金固溶體進行定型處理，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完成時效處理。
[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。
[0022]可選地，在提供銅合金坯料后，進行所述固溶處理前，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。
[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，并置入熱等靜壓爐內；
[0028]將熱等靜壓爐升溫至430?480°C，并持續保溫3?10小時，使所述靶材坯料和所述背板坯料擴散焊接，并在所述熱等靜壓爐內進行熱等靜壓焊接過程中同時完成所述背板坯料的時效處理。
[0029]可選地，在將所述靶材坯料和所述背板坯料裝入包套內之后，對所述熱等靜壓爐進行升溫前，所述制造方法還包括:對所述包套進行抽真空處理，至所述包套內的氣壓為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行升溫前，所述制造方法還包括:對所述熱等靜壓爐進行冷加壓處理，至所述熱等靜壓爐內的氣壓為50MPa?60Mpa。
[0031]可選地，對所述熱等靜壓爐進行升溫的步驟包括: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量百分含量為0.5%?1.5%。
[0034]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0035]在對銅合金坯料進行固溶處理后，使銅合金中各種相充分溶解，有效降低銅合金內的應力，并得到內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行熱等靜壓焊接處理，在熱等靜壓焊接處理過程中，同時完成銅合金固溶體(即背板坯料)的時效處理，以減小背板坯料內的應力，重新析出新的晶粒使合金發生再結晶，從而有效提高同背板的硬度和強度。
[0036]本發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效處理步驟同時完成，在獲得高硬度的銅合金背板的同時，簡化了靶材組件的制造方法的工藝步驟。
[0037]進一步可選地，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，使得靶材坯料的螺牙順利嵌入所述背板坯料內，有效降低螺牙插入背板坯料內難度，降低背板坯料損傷；且靶材坯料螺牙嵌入所述背板坯料后，再對背板坯料進行時效處理的工藝，可有效提高形成的銅合金背板硬度和強度的同時，提高螺牙與背板坯料的連結強度，進而提高背板坯料和靶材坯料的焊接強度。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發明銅靶材制造方法的流程圖；
[0039]圖2?圖4是本發明靶材組件的制造方法一實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0040]正如【背景技術】所述，在磁控濺射工藝中，對于靶材組件的背板硬度以及強度具有較高要求，以克服背板產生形變而導致靶材組件產生形變，進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域，當提高背板的硬度后，不利于后續靶材和背板的焊接進行，進而影響后續靶材和背板的焊接強度，降低靶材組件的質量。
[0042]為此，本發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，所述背板坯料同時完成時效處理。
[0048]在步驟S2中，對銅合金坯料進行固溶處理后，使銅合金中各種相充分溶解，有效降低銅合金內的應力，并得到內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行熱等靜壓焊接處理過程中，同時完成銅合金固溶體(即背板坯料)的時效處理，使得背板坯料內重新析出新的晶粒使合金發生再結晶，從而有效提高同背板的硬度和強度。
[0049]本發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效處理步驟同時完成，在獲得高硬度的銅合金背板的同時，簡化了靶材組件的制造方法的工藝步驟。
[0050]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
[0051]圖2?圖4為本發明靶材組件的制造方法一實施例的結構示意圖。
[0052]本實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]結合參考圖1和圖2，執行步驟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]本實施例中，所述銅合金坯料10為銅鉻合金。可選地，所述銅鉻合金中，鉻的質量百分含量為0.5%?1.5%。
[0055]參考圖2，本實施例中，在提供銅合金坯料10后，對所述銅合金坯料10進行鍛打處理。
[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進行鍛打。
[0057]銅鉻合金為鑄態組織結構，晶粒結構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對銅鉻合金進行鍛打的過程中，