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背板缺陷的改善方法

阅读：154发布：2021-02-27

IPRDB可以提供背板缺陷的改善方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种背板缺陷的改善方法，包括：提供背板，所述背板具有缺陷，所述缺陷为至少一个孔洞；将所述背板放入热等静压炉中，进行热等静压处理。对具有缺陷的背板进行热等静压处理就是在高温条件下利用高压气体对背板施加各向均等的压力。背板的内部孔洞开始收缩，收缩至贴合后再进行背板原子之间的扩散至孔洞的体积进一步缩小，这时背板内部的缺陷被改善。从而提高了背板的致密度。，下面是背板缺陷的改善方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种背板缺陷的改善方法，其特征在于，包括：

提供背板，所述背板具有缺陷，所述缺陷为至少一个孔洞；

将所述背板放入热等静压炉中，进行热等静压处理。

2.如权利要求1所述的背板缺陷的改善方法，其特征在于，所述缺陷还包括裂纹。

3.如权利要求1或2所述的背板缺陷的改善方法，其特征在于，所述背板的材料为铜或铜合金。

4.如权利要求3所述的背板缺陷的改善方法，其特征在于，所述热等静压处理的条件包括：热等静压处理温度为大于等于400℃且小于等于800℃。

5.如权利要求3所述的背板缺陷的改善方法，其特征在于，热等静压处理压力为大于等于120Mpa。

6.如权利要求3所述的背板缺陷的改善方法，其特征在于，热等静压处理的保温和保压时间为大于等于3h且小于等于6h。

7.如权利要求1或2所述的背板缺陷的改善方法，其特征在于，所述缺陷在所述背板表面，将所述背板放入热等静压炉之前，还进行将所述背板放入包套并进行抽真空的步骤，所述热等静压处理步骤之后，去除所述包套。

8.如权利要求7所述的背板缺陷的改善方法，其特征在于，所述包套的材料为不锈钢、铝、铜或铜合金。

9.如权利要求8所述的背板缺陷的改善方法，其特征在于，所述包套的材料为不锈钢时，所述包套的厚度为1.5～2mm，去除所述包套后，还进行机械抛光背板表面的步骤。

10.如权利要求8所述的背板缺陷的改善方法，其特征在于，所述包套的材料为铝时，所述包套的厚度为2～3mm，所述热等静压处理温度为大于等于400℃且小于等于550℃，去除所述包套后，还进行机械抛光背板表面的步骤。

说明书全文

背板缺陷的改善方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体溅射靶材制造领域，尤其涉及一种背板缺陷的改善方法。

背景技术

[0002] 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。靶材组件处于高温、高压电场和磁场强度较大的磁场中，且正面-9在10 Pa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材原子或分子沉积在基片上形成薄膜。

[0003] 然而，现有技术的背板制成的靶材组件应用于磁控溅射时在基片上形成薄膜的质量不好。严重时，无法进行磁控溅射。

发明内容

[0004] 本发明解决的问题是：现有技术的背板制成的靶材组件应用于磁控溅射时在基片上形成薄膜的质量不好。严重时，无法进行磁控溅射。

[0005] 为解决上述问题，本发明提供一种背板缺陷的改善方法。包括：

[0006] 提供背板，所述背板具有缺陷，所述缺陷为至少一个孔洞；

[0007] 将所述背板放入热等静压炉中，进行热等静压处理。

[0008] 可选的，所述缺陷还包括裂纹。

[0009] 可选的，所述背板的材料为铜或铜合金。

[0010] 可选的，所述热等静压处理的条件包括：热等静压处理温度为大于等于400℃且小于等于800℃。

[0011] 可选的，热等静压处理压力为大于等于120Mpa。

[0012] 可选的，热等静压处理的保温和保压时间为大于等于3h且小于等于6h。

[0013] 可选的，所述缺陷在所述背板表面，将所述背板放入热等静压炉之前，还进行将所述背板放入包套并进行抽真空的步骤，所述热等静压处理步骤之后，去除所述包套。

[0014] 可选的，所述包套的材料为不锈钢、铝、铜或铜合金。

[0015] 可选的，所述包套的材料为不锈钢时，所述包套的厚度为1.5～2mm，去除所述包套后，还进行机械抛光背板表面的步骤。

[0016] 可选的，所述包套的材料为铝时，所述包套的厚度为2～3mm，所述热等静压处理温度为大于等于400℃且小于等于550℃，去除所述包套后，还进行机械抛光背板表面的步骤。

[0017] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

[0018] 对背板进行热等静压处理就是在高温条件下利用高压气体对背板施加各向均等的压力。背板的内部缺陷先受到上述压力的挤压，孔洞开始收缩，收缩至贴合后再进行背板原子之间的扩散至孔洞的体积进一步缩小，这时背板内部的缺陷被改善。从而提高了背板的致密度。

[0019] 更进一步的，根据背板的材料，创造性的确定热等静压的相关参数，可以将背板内部的缺陷完全消除，使背板成为一个整体，进一步提高了背板的致密度。

附图说明

[0020] 图1是本发明具体实施例的背板的剖面结构示意图；

[0021] 图2是将图1中的背板采用包套密封的剖面结构示意图；

[0022] 图3是将图2中的包套放入热等静压炉时的剖面结构示意图；

[0023] 图4是本发明具体实施例中的进行热等静压处理后的背板。

具体实施方式

[0024] 经发现和分析，现有技术的背板制成的靶材组件应用于磁控溅射时在基片上形成薄膜的质量不好。严重时，无法进行磁控溅射的原因如下：

[0025] 现有技术中，制作背板的方法为铸造。铸造过程中，需要冷凝操作。背板材料在冷凝过程中会收缩，非常容易产生孔洞或裂纹，该孔洞或裂纹为背板的缺陷，该缺陷有时会分布在背板的表面，有时会分布在背板的内部，有时会同时分布在背板的表面和内部。分布在背板表面的孔洞或裂纹可以通过肉眼进行辨识，分布在背板内部的孔洞或裂纹可以采用C-SCAN(水浸超声C扫描系统)进行检测。

[0026] 现有技术中，分布在背板表面的缺陷如果不是很深，小于等于2mm，将背板与靶材焊接前，需要将背板表面的缺陷采用机械抛光的方法去除。但是背板表面的缺陷如果很深，大于2mm，将背板上的缺陷去除干净后，形成的背板尺寸与背板成品尺寸相差甚远。再者，即使采用机械抛光的方法，背板内部的缺陷也无法去除。

[0027] 背板应用于磁控溅射工艺时会进行通电操作，背板内部和表面的体积较大和较深的孔洞或裂纹会改变通电电流的流向，还会改变背板的电阻值，从而会影响磁控溅射环境。例如，在磁控溅射的过程中，容易产生异常放电现象，进而影响基片上的成膜质量。严重时，无法进行磁控溅射。

[0028] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种背板缺陷的改善方法。具体为将具有缺陷的背板进行热等静压处理。采用本发明的方法能够缩小背板缺陷的体积和深度，从而提高背板的性能，进而提高基片上的成膜性能。

[0029] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

[0030] 参考图1，提供背板20，背板具有缺陷21。

[0031] 根据应用环境、溅射设备的实际要求，背板的形状可以为圆柱体、长方体、正方体，截面为环形、三角形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种的柱体。

[0032] 本实施例中，背板20为圆柱体。背板20包括背板上表面、背板下表面和背板侧壁。其中，背板上表面与背板下表面相对且平行。背板侧壁位于背板上表面与背板下表面之间，并与背板上表面与背板下表面连接。背板的上表面为平面，背板的上表面整体为后续工艺中与靶材进行焊接的待焊接面。

[0033] 其他实施例中，背板的上表面具有凹槽，凹槽底部为背板与靶材的待焊接面，也属于本发明的保护范围。

[0034] 本实施例中，背板20的材料为铜或铜合金。其中铜合金为牌号为C46400的铜合金，牌号为C18200的铜合金或牌号为C18000的铜合金。

[0035] 本实施例中，背板20的表面和内部同时具有缺陷21。具体为：背板的表面具有体积和深度较大的孔洞和裂纹中的至少一种。背板的表面具有体积和深度较小的孔洞或裂纹中的至少一种。背板的内部具有孔洞或裂纹的至少一种。

[0036] 其他实施例中，可以先将背板表面具有体积和深度较小的孔洞或裂纹采用机械抛光去除，也属于本发明保护的范围。

[0037] 接着，参考图2，将背板20放入包套并进行抽真空操作，之后，对所述包套进行密封操作，形成真空包套30。

[0038] 真空包套30的作用如下：真空包套30与背板20之间为真空环境。后续步骤中，需要把真空包套放入热等静压炉中，热等静压炉为高压和高温环境，热等静压炉中的高压气体对真空包套的施压方向相同。真空包套为后续背板缺陷的缩小或去除提供压力差。只有在上述压力差存在的情况下，才可以发生下列一系列情况：背板内部和表面的孔洞等缺陷开始收缩、背板内部原子扩散至背板内部和表面的孔洞等缺陷的体积进一步减小等过程[0039] 真空包套30的制作方法具体如下：

[0040] 包套的材质选择需满足下列条件，第一个条件为：包套的熔点高于后续预热或热等静压处理温度，否则包套在上述两个过程中会熔化；第二个条件为：在后续热等静压过程中，包套的材质能够实现较佳的压力传导，为孔洞等缺陷开始收缩提供合适的动力，进而为背板原子扩散提供合适的动力。本实施例中，包套的材质为不锈钢。

[0041] 本实施例中，材质为不锈钢的包套的厚度为大于等于1.5mm且小于等于2.0mm。若包套太薄，在后续的热等静压处理中，容易破损，造成漏气的现象，从而无法为孔洞等缺陷开始收缩提供合适的动力，无法为背板原子扩散提供合适的动力，进而无法将背板表面的缺陷缩小或去除；若包套太厚，后续热等静压过程中包套不容易实现压力传导，同样影响背板表面缺陷的缩小和去除。

[0042] 包套的形状可以通过机械设计，例如CAD，使其与背板的形状相同。之后将包套材料拼接在一起形成包套。因此，包套会紧密贴合内置的背板，而且包套尺寸不受背板尺寸和形状的限制。

[0043] 本实施例中，包套由两个圆形面和一个侧面拼接成圆柱形状，该圆形面与背板上表面和背板下表面的面积相同，包套的侧面与背板的侧面相贴合。包套上一般留有一个孔，可以用于从所述包套上引出脱气管，该脱气管与抽真空设备连接。

[0044] 拼接包套的工艺也可以通过氩弧焊实现，氩弧焊不仅能够实现包套材料的拼接，而且焊接工艺简单，焊接强度高。另外还适用于后续的热等静压的高温和高压条件。本实施例中，氩弧焊的具体工艺为：氩弧焊的电流为100～200A，氩气流量为10～15L/min。

[0045] 接着，将真空设备与所述脱气管连接，对所述包套进行抽真空。使包套内的真空度-3至少达到10 pa。然后将包套放入热等静压炉中进行预热，预热温度为大于等于100℃且小于等于200℃。接着开始边加热边抽真空，边加热边抽真空的操作需要持续大于等于2h且小于等于3h。上述边加热边抽真空的操作需要持续进行。

[0046] 预热温度如果过低，包套内的杂质气体不容易全部被挥发出来，一方面真空度达不到要求，另一方面，如果不把包套内的杂质气体清除干净，后续的热等静压处理过程中，还会在封闭的真空包套中挥发出来，这样容易使得背板表面发生氧化。加热温度如果太高，在不合适的预热温度下，包套内的杂质气体也不容易全部挥发出来，一方面真空度达不到要求，另一方面，如果不把杂质气体清除干净，在后续的热等静压处理过程中，还会在封闭的真空包套中挥发出来，还是容易使得背板表面发生氧化。

[0047] 边加热边抽真空的时间如果太长，会增加工艺成本。边加热边抽真空的时间如果太短，包套内的杂质气体不能全部被清除干净，从而会使得背板在后续的热等静压过程中发生氧化。如果在加热大于等于2h且小于等于3h的过程中没有持续抽真空，甚至将抽真-3空操作停止，会出现下列情况：包套内的真空度在刚开始抽真空时会达到10 Pa，但是包套一直处于加热状态，包套内仍然会有气体挥发出来，如果这时就停止抽真空操作，包套内的-3
真空度不能持续的保证在10 Pa。从而，在后续的热等静压步骤中，会降低施加在背板上的压力，进而影响缩小或去除背板表面的缺陷的效果。

[0048] 接着，在继续保持包套内部真空的状态下对包套进行闭气工艺，即将脱气管封闭，使包套内部形成一个密闭的真空环境，也就是形成了真空包套30。所述闭气工艺是通过机械加工和焊接实现，本实施例中，可以用铁锤将真空包套脱气管的尾部砸扁然后用氩弧焊-3密封。闭气工艺后，所述真空包套30的真空度至少为10 Pa。需要说明的是，真空包套30内的真空度越小越好。

[0049] 需要说明的是，本实施例中的边加热边持续抽真空还具有下列好处，一方面可以增加持续抽真空的容易度，提高抽真空的效率；另一方面，在加热保温的条件下进行闭气工艺时，脱气管会变软，更容易将脱气管的尾部封死。

[0050] 其他实施例中，包套的材质也可以为铝。尤其为牌号为1060的铝，对于本实施中的背板来说，具有良好的压力传导。铝包套厚度为大于等于3mm且小于等于5mm。使用铝包套进行热等静压处理时的温度要低于使用不锈钢包套时的热等静压处理温度。而且，铝包套的制作工艺相对于不锈钢包套来说简单。

[0051] 其他实施例中，包套的材质也可以为铜或铜合金，与背板的材料相同。采用本领域熟知的焊接技术将铜或铜合金材料焊接拼接在一起形成铜或铜合金包套。接着，对铜或铜合金包套进行抽真空处理和密闭处理形成铜或铜合金真空包套，也属于本发明保护的范围。

[0052] 其他实施例中，对包套进行抽真空处理的过程中，也可以不对包套进行预热的操作步骤。也就是说，可以在常温下对包套进行抽真空处理，形成真空包套。也属于本发明的保护范围。

[0053] 如果在常温下形成真空包套，则，后续热等静压的过程中，密封的真空包套内会出现挥发性气体，从而会使得包套内背板表面发生氧化。后续去除包套后，可以将背板表面进行抛光处理，就可以得到符合要求的背板。

[0054] 接着，参考图3，将所述真空包套30放入热等静压炉40，对真空包套30内的背板20进行热等静压处理。

[0055] 本实施例中，之所以对真空包套30中的背板20进行热等静压(Hot Isostatic Pressing，HIP)处理，原因如下：热等静压可以提供各向均等的高压。例如，如果对真空包套以热压或烧结的方式将背板上的缺陷改善，改善缺陷的效果不理想。是因为热压或烧结工艺过程中，真空包套所承受的压力方向为轴向，也就是说，只是单方向压力，并不是各向压力。背板上的孔洞缺陷在没有被改善的情况下，背板就已经发生严重变形。

[0056] 热等静压处理是在高温条件下利用高压气体对真空包套30施加各向均等的压力，真空包套30在热等静压高温高压的作用下会进一步与背板20进行贴合，也就是说，背板20与真空包套30此时是非常紧密的贴合，以实现最佳的压力传导。

[0057] 背板20内部的缺陷改善过程如下：真空包套30外的高压可以使真空包套30内的背板内的孔洞等缺陷开始收缩，收缩至贴合后再进行背板原子之间的扩散至孔洞等缺陷的体积会进一步缩小，整个过程提高了背板的致密度。

[0058] 背板20表面缺陷的改善过程如下：真空包套30在热等静压高温高压的作用下与背板紧密贴合后，真空包套的材料如果为不锈钢或铝时，在热等静压的高温高压下会发生沿背板20表面缺陷下陷情况，在持续的热等静压的进一步压力作用下，背板表面的缺陷开始收缩，收缩后，背板表面缺陷会与非常少的包套材料进行贴合，然后，再进行背板原子之间的扩散，非包套材料处的缺陷体积会进一步缩小。整个过程也提高了背板的致密度。但是由于上述热等静压过程中包套沿背板表面下陷，热等静压处理后的背板表面会嵌入一点包套材料。相对于现有技术，嵌入的包套材料深度和体积远小于背板表面原有的缺陷的深度和体积，至少深度小于等于2mm。采用机械抛光操作可以将嵌入的包套材料去除。

[0059] 此时，真空包套30处于高温高压环境中。更进一步的，通过选择合适的工艺参数可使背板20表面和内部的缺陷去除干净。所述工艺参数与背板材料紧密相关。具体的，发明人发现采用以下的工艺参数可以实现：热等静压处理温度为大于等于400℃且小于等于800℃，热等静压处理压力为大于等于120Mpa。热等静压处理的保温和保压时间为大于等于
3h且小于等于6h。

[0060] 需要说明的是，其他实施例中，使用铝包套进行热等静压处理时的温度要低于使用不锈钢包套时的热等静压处理温度。具体为大于等于400℃且小于等于550℃，从而可以节省工艺成本且提高工艺效率。

[0061] 热等静压的温度如果太低，并不能使得孔洞等缺陷开始收缩，进而不能激活背板原子的扩散；热等静压的温度如果太高，会改变背板的导电率、硬度、晶粒分布均匀性等性能，还会使得背板的晶粒尺寸增加。这样即使将背板致密化，将背板的缺陷去除，背板的上述性能被改变，性能被改变的背板无法应用于磁控溅镀工艺。因为，性能被改变的背板已经起不到背板的作用，严重时，无法进行在基片镀膜操作。另外，热等静压的温度如果设置的太高，还容易使得背板熔化。

[0062] 热等静压处理的压力若低于120Mpa，同样不能使得孔洞等缺陷开始收缩，进而不能激活背板原子的扩散；在焊接设备允许的范围内，压力越大越有利于背板原子的相互扩散，进而越有利于背板的缺陷的去除。

[0063] 热等静压处理的保温和保压时间为大于等于3h且小于等于6h。上述保温保压时间如果太短，背板之间的原子扩散不充分，这样背板上的孔洞或裂纹被去除的效果不好。例如去除不干净。上述保温保压时间如果太长，浪费工艺成本。

[0064] 需要说明的是，如果真空包套的材料为与背板材料相同的铜或铜合金，在上述特定的工艺参数条件下的热等静压过程中，即使部分真空包套陷入背板表面的缺陷，在热等静压持续的特定的温度和压力下，参与背板原子的扩散，可以消除背板内部和表面缺陷，使得背板成为一个整体。

[0065] 热等静压处理后，对真空包套30进行冷却，去除真空包套30，取出背板50。

[0066] 焊接完成后，可使真空包套30在空气中冷却，冷却到200℃以下，然后通过化学方法或机械方法去除真空包套30，取出背板50。如果真空包套30的材料为铝或不锈钢时，背板50的内部没有缺陷，背板50的表面会有体积很小或深度很浅的缺陷。如果真空包套30的材料为铜或铜合金是，则背板50的表面和内部都没有缺陷。

[0067] 其他实施例中，如果背板的内部具有孔洞或裂纹。将背板放入热等静压炉之前，不需要对背板进行真空包套密封操作，可以直接将背板内部的孔洞或裂纹去除干净。因为，没有被真空包套密封的背板放入热等静压炉中，背板的内部的孔洞等缺陷与背板表面的孔洞等缺陷不同，也会受到热等静压工艺的高压挤压，背板内部的孔洞等缺陷开始收缩，收缩至贴合后再进行背板原子之间的扩散至孔洞等缺陷消失，这时背板也会成为一个整体。需要说明的是，背板的表面如果有缺陷，如果不进行上述真空包套的操作，背板表面的缺陷是不会被改善的，因为，没有真空包套时，在背板的表面是无法形成压力差的。

[0068] 当然，其他实施例中，如果只是背板表面同时具有孔洞或裂纹等也属于本发明的保护范围。

[0069] 当然，其他实施例中，如果只是背板表面具有孔洞或裂纹中的一种也属于本发明的保护范围。

[0070] 当然，其他实施例中，如果只是背板内部具有孔洞或裂纹中的一种也属于本发明的保护范围。

[0071] 虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

标题	发布/更新时间	阅读量
活动背板-专利编号CN107264350B	2020-05-13	673
背板-专利编号CN107819192A	2020-05-12	829
背板-专利编号CN102724845B	2020-05-12	927
背板-专利编号CN105276351A	2020-05-12	191
背板-专利编号CN102799007A	2020-05-11	1013
背板-专利编号CN102082974A	2020-05-11	758
背板-专利编号CN102799007B	2020-05-13	514
背板-专利编号CN102662443A	2020-05-11	404
背板-专利编号CN100501296C	2020-05-11	624
背板-专利编号CN102724845A	2020-05-13	119

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