封裝的復合背板的制作方法

文檔序號：11161454閱讀：845來源：國知局

本申請根據U.S.C. §119(e)的篇目35而要求在2014年8月20日提交的題為“封裝的復合背板（ENCAPSULATED COMPOSITE BACKING PLATE）”的美國臨時專利申請序列號62/039,694的權益，該美國臨時專利申請的全部公開內容以引用方式明確并入本文中。

技術領域

本公開內容涉及供在物理氣相沉積中使用的背板。本公開內容還涉及用于循環利用帶失效濺鍍靶材的背板的方法。

背景技術：

物理氣相沉積(“PVD”)是可用于將材料薄膜或材料層沉積到晶圓、芯片或其它表面上的過程。PVD過程可在半導體制作過程中使用。在示例性PVD過程中，用能量源（例如等離子體、一個或多個激光或者一個或多個離子束）轟擊濺鍍靶材，直到來自該濺鍍靶材的原子釋放到周圍大氣中。所釋放原子朝向襯底的表面行進并涂覆該表面，從而形成材料薄膜或材料層。

供在PVD過程中使用的金屬或金屬合金靶材可結合到背板。在某些情況下，當前傳統背板由金屬或金屬合金制成并且其滿足所需機械和加工性質的能力不同。靶材可通過各種結合方法接合或附接到背板，這些結合方法包括（例如）環氧樹脂結合、釬焊和擴散結合。

技術實現要素：

雖然公開多個實施例，但根據以下詳細說明，本發明的另外其它實施例對所屬領域的技術人員將變得顯而易見，以下詳細說明顯示并描述本發明的解釋性實施例。因此，附圖和詳細說明將視為在本質上是解釋性的，而不是限制性的。

本文中呈現一種用于與濺鍍靶材一起使用的背板，其可包括：由復合材料形成的芯部件；以及由金屬或金屬合金的外層，該外層完全環繞并覆蓋該芯部件。在一些實施例中，外層選自由以下各物組成的群組：鋁、釩、鈮、銅、鈦、鉭、鎢、釕、鍺、硒、鋯、鉬、鉿、C18200銅-鉻合金、C46400銅-鋅合金、C18000銅-鎳-硅-鉻合金、2000-8000系列鋁及其任意組合。

在一些另外實施例中，該背板具有圓形形狀和一厚度，該外層進一步包括由與外層相同的材料制成的環形法蘭，該環形法蘭在背板的周邊周圍從芯部件徑向向外延伸。在其它實施例中，該背板具有大致矩形或大致正方形形狀。在又另外的實施例中，該環形法蘭具有小于背板厚度的厚度。在一些實施例中，該環形法蘭包括穿過其延伸的至少一個開口。

在一些另外實施例中，芯部件由金屬基質復合物(MMC)形成，該金屬基質復合物包括分散于金屬基質中的增強材料（例如，分散于MMC中的陶瓷微粒、晶須或纖維）。又在一些其它實施例中，該金屬基質選自由以下各物組成的群組：鋁、釩、鈮、銅、鈦、鉭、鎢、釕、鍺、硒、鋯、鉬、鉿、C18200銅-鉻合金、C46400銅-鋅合金、C18000銅-鎳-硅-鉻合金、2000-8000系列鋁及其任意組合。在另外實施例中，該芯部件由陶瓷基質復合物(CMC)形成，該陶瓷基質復合物包括分散于陶瓷基質中的陶瓷纖維。

本文中還公開一種用于與濺鍍靶材一起使用的背板，其可包括：由復合材料形成的芯部件，該芯部件具有帶上表面、下表面和側壁的圓形形狀；以及由金屬或金屬合金形成的環形圈，該外圈附接到側壁并環繞芯部件。在一些實施例中，該背板包括位于芯部件的上表面上的靶材界面層，該靶材界面層由金屬或金屬合金形成。

在一些實施例中，環形圈和靶材界面層中的至少一者選自由以下各物組成的群組：鋁、釩、鈮、銅、鈦、鉭、鎢、釕、鍺、硒、鋯、鉬、鉿、C18200銅-鉻合金、C46400銅-鋅合金、C18000銅-鎳-硅-鉻合金、2000-8000系列鋁及其任意意組合。在另外實施例中，該環形圈包括從其徑向向外延伸并安置在背板的周邊周圍的環形法蘭。在一些其它實施例中，該環形法蘭包括穿過其延伸的至少一個開口。

仍在其它實施例中，該芯部件由金屬基質復合物(MMC)形成，該金屬基質復合物包括分散于金屬基質中的增強材料。該金屬基質可選自由以下各物組成的群組：鋁、釩、鈮、銅、鈦、鉭、鎢、釕、鍺、硒、鋯、鉬、鉿、C18200銅-鉻合金、C46400銅-鋅合金、C18000銅-鎳-硅-鉻合金、2000-8000系列鋁及其任意意組合。

在其它實施例中，該芯部件由陶瓷基質復合物(CMC)形成，該陶瓷基質復合物包括分散于陶瓷基質中的陶瓷纖維。

另外，本文中公開一種用于循環利用用于與濺鍍靶材一起使用的背板的方法，其包括如下步驟：從所述背板去除至少部分失效濺鍍靶材；以及將比所去除濺鍍靶材失效程度更低的濺鍍靶材結合到所述背板以供在物理氣相沉積過程中使用。

該方法可進一步包括通過從所述背板的外表面去除材料來修正所述背板中的表面缺陷的步驟。在其它實施例中，該方法進一步包括通過向所述背板的外表面添加材料來修正所述背板中的表面缺陷的步驟。又在其它實施例中，失效程度更低的濺鍍靶材由與所去除濺鍍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組分的材料相同的組分。

附圖說明

圖1是示例性PVD裝置的圖形表示。

圖2是本申請的示例性背板和濺鍍靶材的頂部平面圖。

圖3是圖2的示例性背板和濺鍍靶材的橫截面視圖。

圖4是圖2的示例性背板和濺鍍靶材的另一示例性實施例的橫截面視圖。

圖5A-5D是表示本公開內容的背板的示例性循環利用過程的步驟的橫截面視圖。

具體實施方式

圖1是示例性直流(“DC”) PVD裝置100的圖形表示。PVD裝置100包括濺鍍靶材組件102（其包括附接到具有濺鍍表面108的濺鍍靶材106的背板104）、磁鐵110、電機112、DC功率源114、等離子體源116、平臺118、襯底120、夾持環122、護罩124和托架126。濺鍍靶材106安置于襯底120上方并且定位成使得濺鍍表面108面向襯底120。在一些實施例中，合適襯底120包括在半導體制作中使用的晶圓。

在操作中，PVD裝置100致使來自濺鍍表面108的原子釋放并沉積在襯底120上。DC功率源114向PVD裝置100的部件提供電力。在一個實施例中，磁鐵110和電機112配置濺鍍靶材106充當陰極用于在PVD過程期間的離子轉移。平臺118和托架126有助于保持襯底120并且可允許襯底120在PVD裝置100內在不同高度的放置。護罩124幫助防止原子在由護罩124、襯底120和濺鍍表面108限定的體積外側的濺鍍。夾持環122允許襯底120在PVD過程期間在PVD裝置100中穩固保持并且在位保持。

在示例性PVD過程中，用來自等離子體源116的能量轟擊濺鍍靶材106，直到來自濺鍍表面108的原子釋放到周圍大氣中并隨后沉積在襯底120上。在一個示例性使用中，使用等離子體濺鍍來將薄金屬膜沉積到供在電子器件中使用的芯片或晶圓上。

濺鍍靶材組件102包括附接或安裝到背板104的濺鍍靶材106。預見包括背板104和濺鍍靶材106的濺鍍靶材組件102的任何配置，其允許在PVD裝置100內從濺鍍表面108到襯底120的沉積包括。例如，濺鍍靶材組件102的高效配置可包括背板104和濺鍍靶材106，其允許在PVD裝置100內從濺鍍表面108到襯底120的沉積。

濺鍍靶材106可由適于PVD沉積過程的任何金屬形成。例如，濺鍍靶材106可包括鋁、釩、鈮、銅、鈦、鉭、鎢、釕、鍺、硒、鋯、鉬、鉿以及合金及其組合。當此類示例性金屬或合金旨在作為膜沉積到一表面上時，金屬靶材由所期望金屬或合金形成，金屬原子將在PVD期間從其去除并沉積到該表面上。

背板104可在PVD沉積過程期間支撐濺鍍靶材106。如本文中所論述，PVD沉積過程可導致濺鍍靶材106的不期望物理變化，并且背板104可被設計成減少這些不期望變化。例如，PVD沉積過程可包括高熱，此將導致濺鍍靶材106卷曲或變形。背板104的性質（例如高熱容量和/或導熱性）可幫助避免靶材106的不期望變化。

圖2是包括背板104和濺鍍靶材106的濺鍍靶材組件102的頂部平面圖。濺鍍靶材106的濺鍍表面108，連同背板104的前表面130一起被顯示。在一些實施例中，濺鍍表面108和前表面130大致扁平或平面。在其它實施例中，這些表面可針對PVD裝置100中的最佳性能以任何方式彎曲或開槽。

濺鍍靶材106包括外周邊140，其在示例性實施例中示出為大致圓形。在其它實施例中，外周邊140可以是不同形狀，例如大致卵形。

圖2還顯示帶開口134的環形法蘭132。在所示實施例中，環形法蘭132在背板104的整個外周邊周圍延伸。在其它實施例中，環形法蘭132可在背板104的周邊的一部分（而非整個）周圍延伸。開口134可以是形成穿過環形法蘭132的通孔。環形法蘭132和開口134可用于在PVD裝置100中連接或安裝濺鍍靶材組件102。預想更多或更少開口134，并且還預想在PVD裝置100中實現最佳放置的任何替代配置。

在一些實施例中，背板104的外周邊154為大致圓形并大于濺鍍靶材106的外周邊140。在其它實施例中，背板104的外周邊154可以是除大致圓形以外的形狀并且不同心于濺鍍靶材106的外周邊140。例如，外周邊154可以是大致卵形。在一些實施例中，背板104和濺鍍靶材106可具有相同或大致相同的橫截面形狀（在關于他們各自的外周邊154, 140而被限定時）并相對于彼此同心。在其它實施例中，背板104和濺鍍靶材106針對外周邊154, 140無需具有相同或大致相同形狀。在一些實施例中，背板104和濺鍍靶材106可具有大致不同尺寸的外周邊154, 140，這取決于PVD應用。

圖3是濺鍍靶材組件102沿著圖2的線3-3截取的橫截面側視平面圖。濺鍍靶材106進一步包括后表面142。后表面142可安置成與濺鍍表面108相反或大致相反。另外地或可選地，后表面142可平行或大致平行于濺鍍表面108和/或平行或大致平行于背板102的前表面156（下文進一步描述）。在一些實施例中，濺鍍表面108和后表面142可不平行或大致平行。

濺鍍表面108可以是大致扁平或平面表面。在其它實施例中，濺鍍表面108可具有非平面配置，例如彎曲或波浪形表面，例如如在讓與本發明的受讓人的美國專利號8,398,833中公開的“場增強”表面，該美國專利的公開內容以引用方式并入本文中。類似地，后表面142可大致扁平或平面或者可以是非平面配置。濺鍍表面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。可選地，這些表面可不同。例如，濺鍍表面108可以是非平面的，并且后表面142可以是大致平面的。

濺鍍靶材106可具有如在濺鍍表面108與后表面142之間限定的高度或厚度h2。濺鍍靶材106的合適厚度h2可包括從約0.00254厘米（約0.001英寸）至約254厘米（約100英寸）的厚度，并且可包括從約0.254厘米（0.1英寸）至約2.54厘米（約1英寸）的厚度。

濺鍍靶材106可由適于在PVD過程中使用的濺鍍靶材的任何金屬形成，該金屬包括（但不限于）鋁、釩、鈮、銅、鈦、鉭、鎢、釕、鍺、硒、鋯、鉬、鉿以及合金及其組合。用于濺鍍靶材106的其它合適材料可包括二元和三元鈷、鈀和銥；M-RAM（磁阻隨機存取存儲器）/STT-RAM（自旋轉移力矩隨機存取存儲器）合金，其具有各種組分，包括（但不限于）鈷-硼-鐵、錳-17-銥、鈷-硼、鐵-硼、鈀-硼、鈷-鐵-硼、鈷-鉑和銥-錳。用于濺鍍靶材106的其它合適材料可包括用于Re-RAM（電阻式隨機存取存儲器）材料的化學計量和非化學計量過渡金屬氧化物，包括氧化鈦、氧化鎳、氧化鉭、氧化鈮和氧化鎢。

用于濺鍍靶材106的其它合適材料可包括用于CB-RAM（導電橋接隨機存取存儲器）的固體電解質材料，包括（但不限于）硫屬化物（由至少一個硫屬陰離子和至少一個以上正電性元素組成的化合物），例如Ge-Se（鍺-硒）、Ge-S（鍺-硫）、基于氧化物的化合物：WO₃。另外，用于PC-RAM（相變隨機存取存儲器）的硫屬化物合金包括若干材料，例如鍺、銻和碲(GST)、SbTe（銻-碲）、GeTe（鍺-碲）、GeSe（鍺-硒）、AsSe（砷-硒）以及導體材料，如碳和碳合金。

用于濺鍍靶材106的其它合適材料可包括阻擋層，如釕(Ru)和二元釕合金，例如釕-錳(RuMn)、釕-鉭(RuTa)和釕-鈦(RuTi)。用于濺鍍靶材106的其它合適材料可包括自對準硅化物材料，如NiPt合金和金屬-硅合金。用于濺鍍靶材106的另外其它合適材料可包括金屬柵極/高k（高介電常數，材料可保持多少電荷的量度）非晶體絕緣體，如La（鑭）、La₂O₃、單晶Si、HfO₂（氧化鉿）、Al₂O₃、硅化鉿、硼化物、碳化物、Al₂O₃和SiO。

在一些實施例中，濺鍍靶材106各處具有相同或大致相同材料組分。可選地，靶材106的材料組分可隨位置變化。例如，濺鍍靶材106在濺鍍表面108處或附近的一部分可具有一種組分，而其它部分（例如在后表面142處或附近）具有不同組分。例如，后表面142可包括一個或多個不同金屬或者可包括與濺鍍表面108相比不同比例的金屬。

在一些實施例中，濺鍍靶材106可以是固體或大致固體。可選地，濺鍍靶材106可包括中空或大致中空部分。濺鍍靶材106可以是平面或大致平面。可選地，濺鍍靶材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具有第一側146、第二側148和第三側150并包括外層144和內芯160。后表面152沿著第一側146形成，外周邊154沿著第二側148形成，并且前表面156沿著前側150形成。在一些實施例中，外層144完全環繞或封裝內芯160。在其它實施例中，外層144可覆蓋內芯160的一部分。例如，外層144可覆蓋第一側146、第二側148或第三側150或其組合的全部或一部分。

包括前表面156、外周邊154和后表面152的外層144可包括相同金屬、合金或材料，或者其可包括彼此不同材料。用于前表面156、外周邊154和后表面152的示例性材料可包括（但不限于）商業級銅、銅/鋁合金、鉬、鈦、鈦合金、釩、鈮和任何前述材料的合金。任何合適金屬、合金、材料和/或組合材料可形成前表面156、外周邊154和/或后表面152中的一者或多者以形成外層144。在一些實施例中，外層144可具有與濺鍍靶材106相同或大致相同的組分。可選地，外層144和濺鍍靶材106可具有不同組分。

當濺鍍靶材組件102與PVD裝置100一起使用時，背板104的后表面152可緊密接近于磁鐵110和/或與水或其他冷卻裝置（例如散熱器和冷卻回路）接觸或緊密接近。

外層144的厚度可沿著側146, 148, 150相同或大致相同，或者外層144的厚度可在側146, 148, 150處或沿著側146, 148, 150變化。例如，第一側146和第三側150可比第二側148厚。另外地或可選地，厚度在側面處或沿著側面可均勻或不均勻。外層144的側146,148和150的合適厚度可變化。在一些實施例中，外層144的合適厚度可足以計及在PVD過程期間對外層144造成的損壞，例如由外層144的原子的無意濺鍍導致的損壞?在一些實施例中，外層144可小至約0.01, 0.05, 0.08或0.10英寸（0.03, 0.13, 0.20或0.25厘米）或大至約0.25, 0.50, 0.80或1.00英寸（0.64, 1.27, 2.03或2.54厘米）或者其任意組合。

背板104的高度或厚度h1定義為前表面156與后表面152之間的距離。背板104的厚度h1包括內芯160的厚度和外層144的厚度（例如外層144沿著后表面152和/或前表面156的厚度）。濺鍍靶材106的厚度h2和背板104的厚度h1可相同或不同。例如，濺鍍靶材106的厚度h2可大于背板104的厚度h1。可選地，濺鍍靶材106的厚度h2可小于背板104的厚度h1。

在一些實施例中，背板104可由金屬或金屬合金形成，其通過本技術中已知的任何其它方式模制、鍛造或形成以形成外層144。在其它實施例中，背板104包括多于一件金屬、金屬合金或任何其它材料（例如環氧樹脂）以通過本技術中已知的任何其它方式模制、鍛造或形成外層144。外層144可包括鋁、釩、鈮、銅、鈦、鉭、鎢、釕、鍺、硒、鋯、鉬、鉿或合金或者其組合。例如，外層144可包括鉿合金、C18200銅-鉻合金、C46400銅-鋅合金、C18000銅-鎳-硅-鉻合金、2000-8000系列鋁、銅C10100-C15999、高銅合金C16000-C19999、黃銅（例如C20000-C49999黃銅）、青銅（例如C50000-C69999青銅）、銅鎳合金（例如C70000-C73499銅鎳）或鎳銀合金（例如C73500-C79999鎳銀）。用于外層144的其它合適材料包括鐵（包括球鐵和鑄鐵）、碳和/或合金鋼、鑄鋼、馬氏體時效鋼、不銹鋼、鉛和鉛合金、巴比特合金和焊料合金、鎂和鎂合金、鎳和鎳合金、耐火合金、鈷和鈷合金、沉淀硬化不銹鋼、鐵基超合金、工具鋼及鋅和鋅合金以及其任意組合。

背板104的前表面156和后表面152可大致相反安置。在一些實施例中，背板104的前表面156和后表面152為大致平面。在其它實施例中，前表面156和/或后表面152可為非平面。例如，前表面156和/或后表面152可為彎曲或波浪形。

在一些實施例中，背板104的前表面156和后表面152可大致相對于彼此平行。在其它實施例中，前表面156和后表面152可不平行。

內芯160封裝在外層144內。增大或減小外層144沿著側146， 148和150的相應厚度可增大或減小內芯160的體積。另外，可使用調節厚度h1和外周邊154來調節內芯160的體積。

內芯160包括復合材料。復合材料是由兩種或更多種具有不同物理和/或化學性質的構成材料形成的材料，當組合時，產生具有不同于個體組分的特性的材料。在一些實施例中，復合材料可以是金屬基質復合物(“MMC”)材料。MMC是包括金屬基質和一種或多種增強材料的復合材料。MMC通過使增強材料分散到金屬基質中制成。在美國國會技術評估辦公室，經過設計的高級材料（Advanced Materials by Design）， OTA-E-351（華盛頓（哥區）：美國中央印刷局，1988年6月）的第4章中和Kainer，K.U.的金屬基質復合物（Metal Matrix Composites），用于汽車和宇宙空間工程的定制材料（Custom-made Materials for Automotive and Aerospace Engineering），2006中描述某些MMC。

基質材料或初生相可以是增強物嵌入其中的一體材料。在一些實施例中，金屬基質連續，完全環繞所嵌入增強材料。用于金屬基質的合適金屬包括（但不限于）鋁、釩、鈮、銅、鈦、鉭、鎢、釕、鍺、硒、鋯、鉬、鉿以及合金及其組合。例如，用于金屬基質材料的合適材料可包括C18200銅-鉻合金、C46400銅-鋅合金、C18000銅-鎳-硅-鉻合金、2000-8000系列鋁、銅C10100-C15999、高銅合金C16000-C19999、黃銅C20000-C49999、青銅C50000-C69999、銅鎳C70000-C73499、鎳銀C73500-C79999或其組合。內芯160的MMC可在金屬基質中包括任何合適類型和數量的一種金屬或多種金屬。

該金屬基質提供由復合材料制成的塊體形式的部件或產品。例如，該金屬基質可使增強材料保持在位。在一些實施例中，該金屬基質可封閉和/或隱藏增強材料。在一些實施例中，當負載施加到MMC材料時，該金屬基質與增強材料共擔負載。例如，該金屬基質可變形，并且應力可主要或大致由增強材料承受。

一種或多種增強材料可嵌入到基質中。如本文中所述，該增強材料增強金屬基質。這些增強材料可呈纖維、顆粒、薄片或以其它方式成形的材料的形式。例如，合適增強材料可呈單絲（細線）、晶須（短纖維）和/或顆粒或微粒的形式。在一些實施例中，增強材料可提供不連續增強。晶須和微粒增強物是不連續增強的實例。在其它實施例中，增強材料可提供連續增強。單絲和纖維增強物是連續增強的實例。

如果使用顆粒作為增強材料，則這些顆粒可隨機取向，或者這些顆粒可具有優選或指定取向。用于金屬基質的合適增強材料包括陶瓷（通常稱為金屬陶瓷）的顆粒和各種材料（包括其它金屬、陶瓷、碳和硼）的纖維。增強相的體積分數可在約0.1%至約99%的范圍內，并且還可在約10%至約70%的范圍內。

另外地或可選地，該增強材料可包括纖維。內芯160的MMC可包括任何合適類型、取向和/或數量的纖維。在一些實施例中，這些纖維可具有隨機取向。在其它實施例中，這些纖維可具有有序或指定取向。在一些實施例中，連續MMC利用來自陶瓷、石墨、碳化物和/或氧化物的纖維作為背板104的增強組分。在一些實施例中，短纖維增強復合物包括短纖維作為增強材料，其中短纖維的長度小于纖維直徑的100倍。

在一些實施例中，MMC可包括數個層，其中每一層具有不同于相鄰層中的一者或多者的不同纖維取向。此類層壓物可稱為層壓復合物、多層復合物或斜交復合物。

在MMC的其它用途中，碳納米管增強金屬基質(“MM-CNT”)復合物可通過多種加工技術制備，并且可提供多種有利性質。在Bakshi, S.R.等人的碳納米管加強的金屬基質復合物（Carbon nanotube reinforced metal matrix composites – a review），國際材料概覽2010（International Materials Reviews 2010），第55卷，第1期，第41-64頁中描述此類加工技術和性質。

通過金屬基質復合物的金屬增強可增加室溫及以上溫度下的屈服強度和拉伸強度，同時維持最小延展性或韌性；與常規合金相比，增加較高溫度下的抗蠕變性；增加疲勞強度，特別是在較高溫度下；提高耐熱沖擊性；提高耐侵蝕性；增加楊氏模量和/或減少熱伸長。

可選擇增強材料以為結構任務服務（例如，增強化合物）。另外地或可選地，可選擇增強材料以改變一個或多個物理性質，例如耐磨性、摩擦系數和導熱性。

MMC系統的某些實例如下。鋁基質可結合連續纖維（例如硼、碳化硅、氧化鋁和/或石墨纖維）使用。鋁基質還可與不連續纖維（例如氧化鋁和/或氧化鋁-二氧化硅纖維）一起使用。碳化硅“晶須”可與鋁基質一起使用。此外，微粒（例如碳化硅和/或碳化硼）可用于該基質中。

鎂基質可結合連續纖維（例如石墨和/或氧化鋁）使用。此外，可使用碳化硅晶須和/或微粒（例如碳化硅和/或碳化硼）。

鈦基質可結合連續纖維（例如碳化硅和/或經涂覆硼）使用。微粒（例如碳化鈦）還可結合鈦基質使用。

銅基質可結合連續纖維（例如石墨和/或碳化硅）使用。由例如鈮-鈦和/或鈮-錫等材料制成的導線可結合銅基質使用。微粒（例如碳化硅、碳化硼和/或碳化鈦）還可與銅基質一起使用。

超耐熱合金基質可包括嵌入基質中的導線。在一個實例中，這些導線可由鎢制成。

連續增強可使用單絲線或纖維（例如碳纖維或碳化硅）。在一些實施例中，纖維沿某一方向或指定方向嵌入到基質中，并且結果是各向異性結構，其中材料的對準影響其強度。預想增強材料在復合材料內的任何排序，以便向背板104賦予有益性質（例如，參見圖3-4）。

在一些情況下，MMC的性質可提供優于單片金屬背板的性質的優點，特別是關于模量、耐溫性、強度、硬度、導電性、尺寸阻尼和/或重量。例如，MMC可具有比金屬背板更期望的彈性模量。彈性模量或彈力模量度量物體或物質當向其施加力時對彈性變形（即，非永久變形）的抗性。在一些實施例中，增加背板104的彈性模量（例如通過并入內芯160）允許背板104在PVD過程期間抵抗彈性變形。

耐溫性是指當施加或去除熱源時材料抵抗溫度升高或降低的能力。復合材料可用于增加背板104的耐溫性，以使其溫度在PVD過程期間相對穩定。MMC可提供優于金屬的經改善高溫強度和模量。例如，增強材料可使得可能擴展低密度金屬（例如鋁）的有用溫度范圍，其對于PVD應用具有有限高溫能力。在一些實施例中，MMC可具有比其它可用背板材料高的強度和剛度。此特性可幫助防止背板104和/或靶材106在高熱PVD過程期間的卷曲或彎折。

可選地或另外，復合材料可增加背板104的導熱性。在一些實施例中，MMC可以是良好熱導體。例如，當使用高導熱性石墨纖維、鋁-基質或銅-基質時，與其它類型的復合物相比，MMC可具有極高導熱性。例如，在PVD裝置100中的PVD過程期間，背板104可允許通過增加內芯160的導熱性來將積聚在靶材106中的熱分散在整個背板104上。在一些實施例中，背板104可用于PVD過程中，在背板中無冷卻通道、冷卻回路、散熱器和/或類似二次冷卻裝置。

強度是指材料抵抗應力和應變的能力。復合材料可增加背板104的強度，以便在PVD裝置100中的PVD過程期間，背板104具有對在該過程期間導致的應力和應變的增加的抗性。與強度有關，與單片金屬的耐磨性相比，MMC可具有更好耐磨性。例如，在MMC中包括硬陶瓷增強材料可提供經改善耐磨性。此有利耐磨性可通過使用有利復合材料賦予給背板104。

硬度是當施加力時固體物質對各種類型的永久形變的抗性的量度。可選擇復合材料以增加或降低背板104的硬度，從而使得背板104更大或更小程度地抵抗當施加力時的各種類型的永久形變。

導電性是材料傳導電流的能力的量度。復合材料可增加或降低背板104的導電性，以使背板104在PVD裝置100中的PVD過程期間更大或更小程度地抵抗電傳導。

尺寸阻尼是指阻尼比，其是描述系統中的振蕩如何在干擾之后衰減的無量綱量度。復合材料可增加或減小背板104的尺寸阻尼，以使背板104在PVD過程期間更大或更小程度地抵抗PVD裝置100中的振蕩。

在一些實施例中，可選擇MMC以減小熱膨脹系數。例如，將碳化硅微粒引入到金屬基質（例如鋁金屬基質）中導致MMC具有較低熱膨脹系數。通過選擇合適組分，在一些MMC中，熱膨脹系數可接近零。因此，當復合材料減小熱膨脹系數時，可減少或消除背板104在PVD過程期間的熱膨脹。

針對包括復合材料的內芯160預想用于封裝的類型、尺寸、形狀、數量、布置、合金和/或過程的任何變化，以向背板104提供有利性質。例如，具有復合材料的背板104可更堅固并具有比無復合材料的常規背板高的耐熱性，并且同時在外層144由常規背板材料（例如金屬或金屬合金）制成的情況下展現容易機械加工性。然而，預想背板104的性質（包括（但不限于）彈性模量、耐溫性、硬度、強度、導電性、熱膨脹和/或尺寸阻尼）的一個或多個修改的任意組合。

另外地或可選地，復合材料可包括陶瓷基質復合物(“CMC”)。存在許多不同類型的CMC。本技術中CMC的命名法通常根據纖維和基質材料（例如C/Si）分類，其將表示由碳纖維和碳化硅基質制成的CMC。CMC的纖維可以是非氧化物或氧化物纖維。用于CMC中的合適非氧化物纖維包括（但不限于）碳或碳化硅。合適氧化物纖維包括（但不限于）氧化鋁、多鋁紅柱石或二氧化硅的氧化物纖維。

在一些實施例中，CMC克服與常規技術陶瓷（例如氧化鋁、碳化硅、氮化鋁、氮化硅或氧化鋯）相關聯的問題，其在機械或熱機械負載下因由小缺陷或劃痕引發的裂紋而可容易斷裂。抗裂性（類似于玻璃）極低。為提高抗裂性或斷裂韌性，將顆粒（所謂的單晶晶須或片晶）嵌入到基質中。長多股纖維的整合具有增加的抗裂性、伸長率和耐熱沖擊性，并產生數個新應用。

碳(C)、特殊碳化硅(SiC)、氧化鋁(Al₂O₃)和多鋁紅柱石(Al₂O₃–SiO₂)纖維最常用于CMC。基質材料通常相同，其為C、SiC、氧化鋁和多鋁紅柱石。

一般來說，CMC名稱包括纖維類型/基質類型的組合。例如，C/C代表碳-纖維-增強碳（碳/碳），或者C/SiC代表碳-纖維-增強碳化硅。有時包括制造過程，并且借助液體聚合物浸滲（LPI）過程（參見下文）制造的C/SiC復合物簡寫為LPI-C/SiC。

重要市售CMC是C/C、C/SiC、SiC/SiC和Al₂O₃/Al₂O₃。其在以下性質上不同于常規陶瓷。

CMC的基質可以是非氧化物或氧化物基質。合適非氧化物基質包括（但不限于）碳化硅、碳或碳化硅和硅的混合物。合適氧化物基質包括（但不限于）氧化鋁、氧化鋯、多鋁紅柱石和其它鋁硅酸鹽。在一些實施例中，氧化物纖維與氧化物基質組合，并且非氧化物纖維與非氧化物基質組合。例如，CMC類型包括C/C（碳-纖維增強碳）、C/SiC（碳-纖維增強碳化硅）、SiC/SiC和Ox/Ox，其中Ox 表示先前提及的氧化物材料中的一者。

圖4顯示具有安置于背板104的外周邊154與環形法蘭132之間的焊縫170的背板104。在示例性實施例中，環形法蘭132可由與背板104不同的材料制造并通過本技術中已知的任何其它方式焊接或連接到背板104。焊縫170可包括額外材料（例如焊料），或者可簡單地是背板104與環形法蘭132之間的結合。如上所述，可使用任何配置和類型的復合材料向背板104賦予有利性質。

包括復合材料的內芯160的封裝可借助擴散結合操作，通過鍛造、通過熱等靜壓或通過本技術中已知的任何其它方式實施。例如，在用以封裝內芯160的過程開始時，第一側146和第二側148可以是無第三側150的單個單元。所期望復合材料（例如MMC或CMC）復合插入物）可放置在第一側146和第二側148內，并且第三側150（也稱為蓋）可添加在第一側146和第二側148的頂部上以封裝內核160。

蓋可包括銅或鋁合金，例如C18200 (CuCr)、C46400 (CuZn)、C18000或2000-8000系列鋁。一旦該蓋擱置在第二側148的頂部上，其便可通過擴散結合或熱等靜壓結合到第二側148。在一些實施例中，多堆疊熱等靜壓可用于將第三側150添加到第一側146和第二側148，和/或可用于使靶材106結合到背板104。

界面層166安置于濺鍍靶材106的后表面142與背板104的前表面156之間。在一些示例性實施例中，位于后表面142與前表面156之間的界面層166是由位于背板104與濺鍍靶材106之間的至少一種附加材料形成的結合。例如，界面層166可以是環氧樹脂結合，例如放置在背板104與靶材106之間的銀網環氧樹脂。可選地，界面層166可以是（例如）當鎳靶材（任選地鍍覆以促進潤濕性）借助冷卻時硬化的熔融焊料接合到背板104時形成的焊料結合。

在其它示例性實施例中，后表面142與前表面156之間的界面層166表示在無任何額外材料的情況下形成于后表面142與前表面156之間的結合。例如，在擴散結合中，用于接合類似或不同金屬的普通固態加工技術、原子在清潔金屬表面之間的相互擴散、在高溫下接觸導致結合。合適結合過程包括濺鍍靶材106與背板104之間的擴散接合、熱等靜壓(“HIP”)、真空熱壓(“VHP”)、施用一個或多個環氧樹脂和/或熱鍛造。在一些實施例中，結合具有經受PVD過程的合適強度。可通過本技術中已知的任何合適方式（例如x射線掃描或C掃描）檢查界面層166的結合強度。

在圖3的示例性實施例中，背板104包括任選環形法蘭132。在一些實施例中，環形法蘭132可軸向包圍整個外周邊154，并且在其它實施例中，環形法蘭132可不包圍整個外周邊154。在圖3的實施例中，法蘭132是外層144的一部分并由相同材料和組分形成。環形法蘭132任選地可包括定位于環形法蘭132內的一個或多個開口134，如前面關于圖2所述。背板104和環形法蘭132的厚度或高度h1在圖3中顯示為大致類似；然而，背板104和環形法蘭可以是適于在PVD裝置100中使用的不同高度或厚度。

在圖4的示例性實施例中，背板104包括任選環形法蘭132。在一些實施例中，環形法蘭132可軸向包圍整個外周邊154，并且在其它實施例中，環形法蘭132可不包圍整個外周邊154。在圖4的實施例中，法蘭132是最初與外層144分離并焊接、鍛造或以其它方式附接到外層144的獨立環。環形法蘭132任選地可包括定位于環形法蘭132內的一個或多個開口134，如前面關于圖2所述。背板104和環形法蘭132的厚度或高度h1在圖4中顯示為大致類似；然而，背板104和環形法蘭可以是適于在PVD裝置100中使用的不同高度或厚度。

環形法蘭132可具有與前表面156、外周邊154和/或后表面152相同的組分，包括（但不限于）金屬或其合金。在一些實施例中，環形法蘭132具有與前表面156、外周邊154和/或后表面152的那些材料不同的組分。在一些實施例中，合適環形法蘭132可由鋁、釩、鈮、銅、鈦、鉭、鎢、釕、鍺、硒、鋯、鉬、鉿或其組合的合金形成。例如，合適環形法蘭132可由C18200銅-鉻合金、C46400銅-鋅合金、C18000銅-鎳-硅-鉻合金、2000-8000系列鋁、銅C10100-C15999、高銅合金C16000-C19999、黃銅C20000-C49999、青銅C50000-C69999、銅鎳C70000-C73499、鎳銀C73500-C79999或其任意組合形成。

環形法蘭132可通過本技術中已知的任何方式形成或模制。在制造背板104之后，環形法蘭132可通過本技術中已知的任何方式（例如焊接）添加到背板104的外周邊154。

環形法蘭132任選地可包括定位于環形法蘭132內的一個或多個開口134。帶開口134的環形法蘭132可幫助背板104在PVD過程期間在PVD裝置100內的放置、對準、定位和/或保持。開口134可允許背板104和濺鍍靶材106借助螺栓、螺釘、桿或本技術中已知的任何類似附接方式到PVD裝置100中的牢固放置。如圖2-4中所示，環形凸緣132具有與背板104相同的厚度h1，但在其他實施例中，環形凸緣132可具有比背板104的h1更大或更小的厚度。

圖5A-D示出用于濺鍍靶材組件102的示例性循環利用過程。圖5A是濺鍍靶材組件102在濺鍍過程之后的橫截面視圖，其在一些實施例中也是PVD靶材壽命的結束。在一些實施例中，可侵蝕濺鍍靶材180以使濺鍍靶材180具有非平面濺鍍表面。在用于PVD過程中之后，濺鍍靶材180可稱為“失效靶材”。例如，濺鍍靶材180可具有一個或多個磨損凹槽184。當用戶決定參與循環利用過程時，濺鍍靶材180的任意部分可能失效。

另外地或可選地，當參與循環利用過程時，背板182可能包括損壞或侵蝕。例如，當表面原子可能無意從背板182的表面186噴射（或濺鍍）時，背板182在PVD過程期間可能被損壞或侵蝕。此類濺鍍過程可能沿著表面186產生經侵蝕部分188和/或不平坦表面。在所示示例性實施例中，背板182的表面186尚未在任意點處被完全侵蝕或濺鍍，并且因此在PVD裝置100中的PVD過程期間，背板182的內芯160以及其中的任何材料（例如復合材料）受到保護并且不暴露。

在循環利用過程中，從背板182去除或分離濺鍍靶材180，如圖5B中所示。靶材180和背板182可通過本技術中已知的任何方式分離，此去除或分開濺鍍靶材180與背板182之間的結合。此去除方式包括（但不限于）銑削、研磨、機加工、施用熱和施用一種或多種化學品。在一些實施例中，100%或約100%的濺鍍靶材180可從背板182去除或分離。在其它實施例中，在靶材180與背板182的分離之后，濺鍍靶材180的一部分可保持附接到背板182。

在靶材180從背板182去除之后，可檢查背板182的表面186。在一些實施例中，如果背板182的表面186確定為對于將來的PVD過程不令人滿意，例如在尺寸上和/或美觀上不令人滿意，則可以任選地修復表面186。例如，可通過去除外層的全部或一部分來修復表面186。在一些實施例中，去除外層的一部分到使表面186平滑或平坦所需的程度。例如，可去除足夠量的表面186，以便去除或消除經侵蝕部分188。表面186可通過用于去除表面186的一部分的任何合適方式平滑化，包括（但不限于）研磨、銑削、機加工和/或拋光。

在一些實施例中，除去除外層的全部或一部分以外或者作為去除外層的全部或一部分的替代方案，材料可到達外層。例如，材料（例如金屬或合金（與表面186的原始材料相同或不同））可通過鍛造、焊接、模制、釬焊、包覆或本技術中已知的任何合適方式添加到表面186。如圖5C中所示，表面186的原始特性和性質可通過添加過程恢復。

在背板182的表面186已適當修復到平滑狀態之后，新靶材194通過本技術中已知并在本文中先前論述的任何方式（例如擴散結合）結合到背板182。示例性背板循環利用過程（例如圖5中顯示的實施例）預想為在連續過程或應用中執行。然而，在PVD應用中使用靶材的用戶可能不是應用或執行循環利用過程的同一用戶。

根據當前制造實踐，在PVD過程耗費靶材之后，背板被丟棄并通常不再使用。然而，用于制造具有有利性質的背板的材料（特定來說，復合材料）可能昂貴，并且因此修復和再使用背板的能力可節省制造新背板的成本和時間。

因此，本公開呈現用金屬（在一些情況下，在傳統背板中使用的那些金屬或合金）封裝的MMC和/或CMC材料，以便容易機加工此類背板并允許其適合常規制造過程，而不機加工硬復合材料。在一些實施例中，復合材料的封裝在靶材與背板的封裝材料之間允許傳統結合，例如熱等靜壓(“HIP”)、真空熱壓(“VHP”)或熱鍛造。在一些實施例中，復合材料的封裝還提供可用于在使用所附接靶材之后進行表面拋光、清潔和/或微小修復的可循環利用的背板。

在本文中論述的一個實施例中，濺鍍靶材106和/或背板104具有圓形外周邊。在這些實施例中，濺鍍靶材106的直徑可變，但在一個實施例中，濺鍍靶材106具有32英寸或更大的直徑，以便濺鍍靶材106可用于將材料濺鍍或沉積到450 mm半導體晶圓上。這些具有32英寸或更大的直徑的大直徑濺鍍靶材因其相對大直徑而經常遇到與靶材的卷曲、偏轉或撓曲相關聯的潛在問題。有利地，如本文中所論述，通過使用根據本公開內容的背板104（其包括由在機械上極剛硬或剛性的復合材料制成的內芯160），本文中公開的背板104可有利地與此類具有32英寸或更大的直徑的濺鍍靶材106一起使用，以供用于將材料濺鍍到450mm半導體晶圓上。

可在不背離本發明的范圍的情況下對所論述示例性實施例作出修改和添加。例如，雖然上述實施例涉及特定特征，但本發明的范圍還包括具有并不包括所有上述特征的特征和實施例的不同組合的實施例。

權利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種用于與濺鍍靶材一起使用的背板，包括：

由復合材料形成的芯部件；以及

金屬或金屬合金的外層，所述外層完全環繞并覆蓋所述芯部件。

2.根據權利要求1所述的背板，其中所述芯部件由金屬基質復合物(MMC)形成，所述金屬基質復合物包括分散于金屬基質中的增強材料。

3.根據權利要求1所述的背板，其中所述芯部件由陶瓷基質復合物(CMC)形成，所述陶瓷基質復合物包括分散于陶瓷基質中的陶瓷纖維。

4.一種用于與濺鍍靶材一起使用的背板，包括：

由復合材料形成的芯部件，所述芯部件具有帶上表面、下表面和側壁的圓形形狀；

由金屬或金屬合金形成的環形圈，所述環形圈附接到所述側壁并環繞所述芯部件。

5.根據權利要求4所述的背板，還包括在所述芯部件的所述上表面上的靶材界面層，所述靶材界面層由金屬或金屬合金形成。

6.根據權利要求4所述的背板，其中所述芯部件由金屬基質復合物(MMC)形成，所述金屬基質復合物包括分散于金屬基質中的增強材料。