本发明的一个特征是提供形成溅射靶组件的方法，其通过在靶和背衬 板之间提供可靠的结合避免剥离的问题。
本发明的另一个特征是提供形成用于控制在靶和背衬板的界面上的热 阻的溅射靶组件的方法。
本发明的再一个特征是提供形成溅射靶组件的方法，其防止背衬板的 非故意溅射。
本发明的另外的特征和优点将在下列说明书中部分列出，且从说明书 中将部分明晰，或可通过本发明的实践获得教导。本发明的目的和其他优 点将通过在说明书和附加权利要求中特别指出的要素和组合来实现和获 得。
为了获得这些和其他优点，和根据本发明的目的，在这里具体化和概 括描述的，本发明涉及形成溅射靶组件的方法。该方法提供一般由金属制 成的靶和背衬板的结合。
本发明进一步涉及制造溅射靶组件的摩擦焊接或使用摩擦(轨道铆接) 结合法的机械连接，该溅射靶组件包含一般由具有不同热膨胀系数的金属 制成的背衬板和溅射靶底。
本发明还涉及通过将在组装元件上的凸出部对准在另一个组装元件上 的适合接受该凸出部的凹槽而形成溅射靶组件的方法。在凸出部和凹槽的 表面之间通过摩擦产生的热导致凸出部软化或变形并填充凹槽。当凸出部 变硬时，在靶和背衬板之间形成机械和有时的冶金联锁。
而且，本发明涉及形成溅射靶组件的方法，其在组装的靶和背衬底之 间形成间隙，在溅射过程中，该间隙减小了靶和背衬底之间的热传递并提 高了靶的平衡温度。可以通过改变凸出部体积和凹槽体积之间的关系，对 组装的靶和背衬底之间的间隙大小进行控制。
而且，本发明涉及形成溅射靶组件的方法，其包括用于防止靶使用物 溅射进入背衬板的机构。该机构包括优选位于最大溅射腐蚀区域的气室， 当邻近该室的靶的层被腐蚀到预定的厚度时，该气室破裂。当该室破裂时， 出现瞬时压力且在溅射外壳中的压力监控器向使用者发信号，以停止溅射 过程。
应该理解前面的概述和下列的详细描述仅是示例性和说明性的，且是 用来提供对要求保护的本发明的进一步说明。
引入本申请并构成本申请一部分的附图，说明了本发明的各个方面， 且同说明书一起用来说明本发明的原理。

图1为本发明的溅射靶组件的剖面图。
图2为本发明的凸出部和凹槽的各种形状和尺寸的剖面图。其他形状 和尺寸是可能的。
图3为展示在组装的靶和背衬板之间形成的间隙的本发明的溅射靶组 件。
图4为本发明的溅射靶组件的剖面图，其包括在靶和背衬板的结合表 面的界面上形成的气室。

本发明目的在于提供一种通过结合法组装溅射靶组件的方法，该结合 法包括优选在低温下，将靶元件固定在背衬板上。该方法包括放置具有带 有多个凸出部的结合面的组装元件和具有带有多个适合接受该凸出部的凹 槽的结合面的组装元件，以使该凸出部和所述凹槽基本对正；使至少一个 凸出部的一部分与至少一个凹槽的一部分滑动接触；和使所述至少一个凸 出部部分变形以至少部分填充凹槽，由此当凸出部变硬时，使靶元件和背 衬元件相结合。
优选的，如上所述的溅射靶组件，包含两个组装元件，即背衬板元件 和溅射靶元件。该溅射靶元件和背衬板可为任何适合的靶等级和背衬板等 级材料。对于通过本发明的方法结合的靶材料，其实例包括，但不限定于， 钽、铌、钴、钛、铜、铝、和其合金，例如，如上所述的合金。背衬板的 实例包括，但不限定于，铜、或铜合金、钽、铌、钴、钛、铝、和其合金， 例如TaW、NbW、TaZr、NbZr、TaNb、NbTa、TaTi、NbTi、TaMo、NbMo 等。对于用于溅射靶和背衬板的材料类型没有限制。背衬和靶材料的厚度 可为用于形成溅射靶的任何适合的厚度。可选择的，背衬板和靶材料或其 他结合到背衬板上的金属板可为用于所需应用的任何适合的厚度。背衬板 和靶材料的适合厚度的实例包括，但不限定于，背衬板厚度为约0.25或更 小-约2英寸或更大，和靶厚度在约0.060英寸-约1英寸或更大的范围内。 在本发明中，结合到背衬板上的靶材料可为常规的靶等级材料，例如在U.S. 专利No.6,348,113中描述的，其全部内容在此引入作为参考。溅射靶还可 具有在工业中为常规的夹层。而且，溅射靶可为空心阴极磁控管溅射靶且 可为其他形式的溅射靶，如引入固定的或旋转的永磁体(permanent)或电磁体 的平面磁控管组件。纯度、构造、和/或粒径和包括尺寸等的其他参数对于 本发明不是关键性的。本发明提供用任何类型的溅射靶和背衬板制造溅射 靶组件的方法。
用于实践本发明的靶元件包括两面，溅射面和与溅射面相对的结合面。 本发明的背衬元件包括两面，结合面和与结合面相对的背面。通过将靶元 件的结合面固定到背衬元件的结合面上而形成或组装本发明的溅射靶组 件。界面由靶元件的结合面和背衬元件的结合面之间的区域来进行限定。 可将结合面彼此固定，以使背衬元件的结合面的表面和靶元件的结合面的 表面基本接触；结合面的表面未基本接触；或，可在结合面的部分表面之 间插入夹层。该夹层可为结合介质。该夹层还可为箔、板、或块的形式。 夹层材料的实例包括，但不限定于锆等和在工业中为常规的，在U.S.专利 5,863,398和6,071,389中发现的钛；在U.S.专利5,693,203中发现的铜、铝、 银、镍、和其合金，和在U.S.专利6,183,613B1中发现的石墨，其每个的全 部内容在此引入作为参考。
靶元件和背衬元件可由具有不同熔点的材料制成。可在元件(靶或背衬 元件)的结合面中形成凹槽，其具有比制成另一元件的材料的熔点高的熔点。 优选的，靶元件由具有比制成背衬元件的材料的熔点高的熔点的材料制成。 可通过包括机械加工的任何适合的方法形成凹槽。可形成凹槽以具有纵长 尺寸，从而形成扩展的凹槽轨道、通道、或空腔。优选的，凹槽空腔为环 形的，以形成连续的凹入轨道。可在结合面形成一个或多个空腔。多个凹 槽空腔可同心排列。
凹槽空腔的开口适合接受在具有凸出部的元件上的凸出部。即，凹槽 开口具有充分的尺寸和形状，容许凸出部进入开口。在凹槽开口的内部， 凹槽的直径可增加、减少、或保持不变。凹槽内部可为任意形状和体积。 图2展示了凹槽设计变化的实例；其他的是可能的。凹槽形状可为规则的 或不规则的。凹槽的横截面通常形成正方形、矩形、“T”、“L”、半圆形、 截顶三角形、尖端、弓形交叉等。联锁设计由凹槽形状产生，其中凸出部 和凹槽通过重叠啮合，且通常包括其中凹槽的内部直径大于凹槽开口直径 的凹槽，以及各种其他设计，如“L”形设计。而且，对于具有多于一个凹 槽空腔的元件，凹槽空腔的形状可不同。此外，沿着凹槽空腔的长，任意 一个凹槽空腔在形状上可变化。凹槽可为任何深度，如约0.01英寸或更小 -0.5英寸或更大且，优选约0.025英寸-0.075英寸。
可在元件的结合面形成凸出部，其具有低于制成另一元件的材料的熔 点的熔点。优选的，背衬元件由具有比制成靶元件的材料的熔点低的熔点 的材料制成。可通过包括机械加工的任何适合的方法形成凸出部。凸出部 具有一个远端和附着在元件的结合面上的一个反向的近端。该远端具有的 形状和尺寸容许凸出部进入在含凹槽的元件中的相应的凹槽的开口，且与 凹槽内部的表面接触。凸出部可具有任何尺寸或形状。图2展示凸出部设 计的变化；其他的是可能的。凸出部的横截面通常形成矩形、三角形、或 其他适合的形状。凸出部可具有规则或不规则的形状。凸出部可为圆柱、 圆锥、截顶圆锥、立方体、长方体、角锥、方尖塔、楔等形状。
将凸出部安排在元件的结合面上，以使凸出部可与在另一元件结合面 上的相应的凹槽配对。特别的，含凹槽的元件包括的凹槽空腔的数量可比 在含凸出部的元件上的凸出部的数量多。即，每个凹槽不必具有相应的凸 出部。如果需要的话，可相隔放置凸出部。例如，可将凸出部在一行上彼 此邻近地放置以近似成连续的脊。可成行排列多个凸出部。优选的，凸出 部成圆形的排列。可使用多行凹槽与在含凹槽元件中的凹槽配对。优选的， 多行凸出部同心排列。在一行中任意一个凸出部的形状和尺寸可不同于在 同一行中的其他凸出部。同样的，同心行的凸出部可包含不同形状和尺寸 的凸出部。测量的从其近端到其远端的凸出部的高度可为0.01英寸或更小 -0.5英寸或更大，且优选为约0.05英寸-约0.2英寸。凸出部可为任何横 截面，例如约0.0001平方英寸-0.25平方英寸。优选的，凸出部由铜-铬或 铜-锌合金制成。
放置背衬元件和靶元件，包括将一个对准靠近另一个，以使每个凸出 部具有可将该凸出部引导进入的相应的凹槽。凸出部和其相应的凹槽的滑 动接触包括指引凸出部进入凹槽以使两者的表面接触。凸出部的表面和凹 槽表面的初始接触包括通过将背衬元件向靶元件移动，将靶元件向背衬元 件移动，或将背衬元件和靶元件一起向彼此移动，和继续向在至少一些凸 出部的表面和至少一些凹槽的表面之间进行接触的点移动，以指引凸出部 的远端穿过凹槽的开口。这样的实施例如图1所示。
当使凸出部和凹槽表面在保持在它们之间的接触的同时，相对于彼此 横向移动时，进行滑动接触。在凸出部和凹槽表面之间的相对运动可通过 移动靶元件、背衬元件、或两者来实现。在凸出部和凹槽表面之间的相对 运动可包括背衬元件和靶元件的各种运动。例如，可使用往复运动，其中 运动方向定期反转，或优选的，运动可在围绕靶和背衬元件的轴的圆形方 向上进行。优选的，背衬元件围绕其轴旋转，同时靶元件保持固定。
旋转速度可变化和反转。旋转速度可为任何速度，例如约1-约10,000 转/分或更高。例如，旋转速度可为约500转/分或更小-约2000转/分或更 高且优选为约1000-约1500转/分。旋转速度可为，例如，约500英尺/分 钟或更小-约2000英尺/分钟或更大，且优选为约900-约1000英尺/分钟。 其他旋转速度是可能的。可预先确定足够使元件结合的惯性旋转速度。可 预先确定旋转数。可预先确定旋转的持续时间。从惯性旋转速度至0转/分 的减速时间可为约1-约100秒，例如，从约1250转/分的旋转速度至0转 /分减速时间为约5-约10秒。其他减速时间是可能的。在上述方式中的组 装元件的结合可，例如，通过约60英尺·磅/平方英寸或更小-约190英尺 ·磅/平方英寸或更大，例如，100-约130英尺·磅/平方英寸的旋转能量来实 现。其他旋转能量是可能的。
应该理解可设置凸出部以说明在相对于旋转轴的任何特殊凸出部的区 域内的角速度的变化。在凸出部表面和凹槽表面之间的初始接触进行之前， 和甚至在凸出部进入凹槽开口之前，可开始旋转。
虽然凸出部和凹槽的表面滑动接触，在靶元件的结合面和背衬元件的 结合面之间的界面的总方向上轴向施加连接或锻造力或压力。可通过靶元 件、背衬元件、或这两者施加力。优选的，朝靶元件的方向向背衬元件施 加力。这样施加的连接力可恒定或变化。连接力可为任何力，例如约10磅 -约100,000磅，或提供足够的力以允许进入凹槽的凸出部变形的任何量。 例如，连接力可为约10,000磅/平方英寸或更小-约18,000磅/平方英寸或 更大，且优选为约15,000-约17,000磅/平方英寸。其他连接力是可能的。
当通过从凸出部和凹槽表面的接触产生的摩擦而产生的热导致凸出部 在接触点变形或软化并基本呈现凹槽的形状时，出现凸出部的部分变形， 且由此当凸出部变硬时，将靶元件和背衬元件联锁、连接、或其他结合。 在上述方式中由凸出部和凹槽接触产生的摩擦，将在摩擦发生的区域内凸 出部表面和凹槽表面加热到高温。局部加热使得低熔点材料软化并部分变 形。在与凹槽接触的区域发生凸出部的变形。优选的，凸出部的变形发生 在凸出部的远端。凸出部的软化的材料流入凹槽的凹处。由于凸出部变形， 凸出部的总长度优选地变短，且只要朝界面方向施加压力，背衬元件和靶 元件就靠的更近。当达到所需量的凸出部变形时，可停止在靶元件和背衬 元件之间的相对横向运动。当容许冷却时，凸出部的变形部分在凹槽内变 硬，由此产生牢固的物理连接且在一些情况下在靶元件和背衬元件之间产 生任选的冶金连接。
如上所述的凸出部和凹槽的滑动接触的优选方法，为使用摩擦焊接机 以提供靶元件或背衬元件的旋转并提供连接力。可使用任何类型的摩擦焊 接机，包括，例如，在U.S.专利No.5,342,496(Stellrecht)中描述的，其全部 内容在此引入作为参考。在溅射靶应用中可使用保护气体(cover gas)以在连 接过程中防止金属氧化并用氩气填充任何空隙以保护靶使用物不受污染。 优选的，保护气体为惰性气体，且，更优选的，氩气。另外，可向保护气 体中加入掺杂气以用填隙硬化剂或其他试剂掺杂加热区域。
凸出部的形状和尺寸可由于各种原因变化。例如，可能需要具有一些 凸出部与凹槽进行初始接触，而其他凸出部在结合面之间的距离减小时， 接触凹槽表面。本发明的任选实施方式的另一个实施例为，在用在间隙内 间歇排列的凸出部形成锁定结合后，在靶元件的部分结合表面和背衬元件 的部分结合表面之间可形成间隙。用于形成这种间隙的一种方法为，例如， 使凸出部的体积大于凹槽的体积，以便凹槽被凸出部的变形的远端基本填 充且部分近端保持在凹槽开口的外面。图3展示了本发明的这种任选实施 方式的实例。间隙可为任何宽度，例如约0.001英寸或更小至0.25英寸或 更大。间隙宽度可在结合元件之间的任何点上变化。在某些实施方式中， 需要在溅射过程中控制在靶和背衬板之间的热传递或交换。在靶和背衬板 之间形成间隙降低了在两者之间的热传递，以便在溅射过程中靶的温度增 加。增加靶的温度可具有稳定用于反应溅射的条件、通过辐射加热增加基 底的温度、和使溅射原子的发射轨道变宽的期望的效果，且由此促进沉积 膜的厚度的均匀性。
在本发明的任选实施方式中，硬焊合金(braze alloy)或硬焊金属可位于 包括在凸出部上的表面和/或在凹槽上的表面的任意接触表面上。同样的， 软焊合金(solder alloy)或软焊金属可位于凸出部或凹槽的任何表面上。焊料 可为固体或液体。优选的，硬焊或软焊合金(或金属)具有至少400℃的熔点。 硬焊或软焊合金或金属通过以上述方式由凸出部表面和凹槽表面之间的接 触产生的摩擦热进行熔化。硬焊或软焊金属或合金的存在加强或允许在接 触表面之间的结合。硬焊材料的实例包括，但不限定于银、铌、锡、铟、 锌、铅、锑、铋、铝、金、镉、镓、铜、镍、钒、钛、或锆、或其合金(例 如，Sn-Pb或Sn-Ag焊料)。硬焊材料可通过方法应用且优选为液体。硬焊 材料可与或不与助熔剂一起使用。摩擦硬焊优选需要比摩擦焊接少的能量 以形成所需结合。例如，摩擦硬焊优选需要比摩擦焊接少约1-约90％的 能量以形成类似的结合。
在本发明的任选实施方式中，在靶元件和背衬元件的结合表面之间的 界面附近形成具有多个面或壁的至少一个室元件。优选的，该室元件位于 最大溅射腐蚀的区域。可形成多于一个室元件。室元件可充满气体。在室 元件中的气体可为惰性气体，优选氩气。室元件可为任何形状，例如，矩 形或球形。室元件的形状可为规则的或不规则的。多个室元件可具有不同 的形状。在室元件中的气体的压力可为约0.1-10个大气压或更高，且优选 为约1个大气压。室元件可具有任何体积，如约0.1立方英寸-10立方英 寸。室的横截面尺寸可为约0.01英寸×0.1英寸-约0.25英寸×2英寸，且 更优选为约0.05英寸×0.5英寸-约0.1英寸×1英寸。优选的，室元件的 至少一面为靶元件结合表面的一部分。图4展示了该实施方式的实施例。 室元件的一个或多个壁可由靶元件的一部分来进行限定。室元件的一个或 多个壁可由背衬元件的一部分来进行限定。室元件可完全在背衬元件中形 成。室元件可完全在靶元件中形成。室元件一般在位于两个凸出部之间的 区域内的含凸出部元件中形成。室元件一般在位于两个凹槽之间的区域内 的含凹槽元件中形成。室元件可通过在含凸出部元件、含凹槽元件、或两 者中形成袋而形成。室元件可通过连接靶元件和背衬元件而形成。在形成 室元件的时候，可在室元件中引入气体。可通过在气体下连接靶元件和背 衬元件，从而在室元件中引入气体。在本发明的一个实施方式中，其中在 靶元件和背衬元件的结合面之间形成间隙，优选室元件完全在最接近凹槽 最深部分的区域内的靶元件中形成。
室元件为用于防止靶使用物溅射进入背衬板的机构。当邻近室元件的 靶层被腐蚀到预定厚度时，室元件破裂。当室元件破裂时，在发生溅射过 程的溅射室中产生瞬时压力，且压力监控器向使用者发信号以停止溅射过 程。用于这个目的的压力监控器的实例为电容压力计或皮拉尼真空计。
本发明前述方案具有很多优点，包括在低温下和用较少能量实现坚固 的连接。凸出部和凹槽的结合或连接可形成基本密封，其特征在于漏泄率 低至约1×10-8cm3/sec或更低(例如，1×10-5-1×10-8cm3/sec)。
对于本领域的技术人员来说，从本说明书和在此公开的本发明的实践 考虑，本发明的其他实施方式将明晰。对于下列权利要求和其等价物指出 的本发明的真正范围和精神，本说明书和实施例仅被看作是示例性的。