靶材组件的焊接缺陷率和结合率的检测方法

摘要

本发明提供一种靶材组件的焊接缺陷率和结合率的检测方法。其中靶材组件焊接缺陷率的检测方法，包括：提供标准试样，所述标准试样的缺陷面积已知；用超声波探伤仪对标准试样的缺陷进行检测，确定检测条件；提供靶材组件；用检测条件对靶材组件检测，获取靶材组件缺陷的面积；通过靶材组件的缺陷面积，获取靶材组件的焊接缺陷率，其中，提供标准试样包括：提供靶材、背板；将靶材与背板进行焊接；对焊接后的背板进行打孔处理，孔的底面积为标准试样的缺陷面积。本发明还提供一种靶材组件焊接结合率的检测方法。采用本发明制作的标准试样使后续对靶材组件的检测准确率高，标准试样的制作简单方便。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及靶材组件的焊接缺陷率和结合率 的检测方法。

背景技术

真空溅射是由电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生 碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片，氩离子在电场的作用下 加速轰击溅射基台上的靶材组件上的靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性 的靶材原子(或分子)沉积在基片上成膜，而最终达到对基片表面镀膜的目 的。

在公开号为CN1109512A(公开日：1995年10月4日)的中国专利文献中 还能发现更多的关于真空溅射的信息。

一般，靶材组件的制作包括将符合溅射性能的靶材与具有一定强度的背 板焊接而成。所述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。在溅射过程中，由于靶材组件的工作环境比较恶劣， 如果靶材与背板之间的焊接结合度较差，将导致靶材在受热条件下变形、开 裂、影响溅射效果，严重时，靶材会与结合的背板相脱落，会对溅射基台造 成损伤。

因此，对靶材组件的焊接缺陷率和结合率的检测是十分必要的。现有的 靶材组件焊接缺陷率和结合率的检测方法具有局限性，尤其焊接缺陷率和结 合率的检测精度不高，不能很好地反映整个靶材组件的焊接情况。

发明内容

本发明解决的问题是现有的靶材组件焊接缺陷率和结合率的检测方法具 有局限性，尤其焊接缺陷率和结合率的检测精度不高，不能很好地反映整个 靶材组件的焊接情况。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件的焊接缺陷率的检测方法， 包括：

提供靶材组件的标准试样，所述标准试样的缺陷面积已知；

用超声波探伤仪对所述标准试样的缺陷进行检测，确定超声波探伤仪对 靶材组件进行检测的检测条件；

提供靶材组件；

用超声波探伤仪的所述检测条件对靶材组件检测，获取靶材组件的缺陷 面积；

通过所述靶材组件的缺陷面积，获取靶材组件的焊接缺陷率；

其中，所述提供靶材组件的标准试样包括：

提供靶材、背板；

将所述靶材与背板进行焊接；

对焊接后的背板进行打孔处理，所述孔的底面积为所述标准试样的缺陷 面积。

可选的，所述孔的深度超过背板的厚度且为靶材与背板厚度和的 1.25％～5％。

可选的，所述焊接为扩散焊接或钎焊。

可选的，所述孔的数量至少为一个。

可选的，当孔的数量为一个时，所述孔的底面积等于标准试样待焊接面 积的2％～10％；当孔的数量为多个时，所述孔的底面积之和等于标准试样待 焊接面积的2％～10％。

可选的，所述确定超声波探伤仪对靶材组件进行检测的检测条件包括：

确定所述标准试样的理论缺陷值，所述理论缺陷值等于孔的底面积之和 与标准试样待焊接面面积之比；

使用超声波探伤仪对所述标准试样进行多次检测，得出标准试样的多个 测试缺陷值；

从所述多个测试缺陷值中，选取在理论缺陷值*(1-10％)至理论缺陷值* (1+10％)范围内的其中一个测试缺陷值的检测条件作为靶材组件产品的检测 条件。

可选的，所述确定超声波探伤仪对靶材组件进行检测的检测条件包括：

确定所述标准试样的理论缺陷值，所述理论缺陷值等于孔的面积之和与 标准试样待焊接面面积之比；

使用超声波探伤仪对所述标准试样进行多次检测，得出标准试样的多个 测试缺陷值；

从多个测试缺陷值中选取最接近理论缺陷值的测试缺陷值的检测条件作 为靶材组件产品的检测条件。

可选的，所述标准试样与靶材组件材料相同、制作工艺相同。

可选的，所述超声波探伤仪包括发送超声波和接收超声波反射的超声波 探头，所述超声波探头伸入水中的深度为6mm～10mm。

可选的，所述超声波探伤仪还包括带动超声波探头进行移动的超声波探 头架，所述超声波探头架与靶材顶面的距离为50mm～100mm。

本发明还提供一种靶材组件的焊接结合率的检测方法，由上述方法获得 的靶材组件的焊接缺陷率得到的靶材组件的焊接结合率，靶材组件的焊接缺 陷率与靶材组件的焊接结合率相加等于1。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明先对标准试样进行检测，以标准试样作为超声波探伤仪的检测基 准，得到超声波探伤仪的检测条件，再通过所述检测条件对靶材组件产品进 行检测，相对于射线照相检验法，能够很好地反映整个靶材组件的缺陷位置、 缺陷面积大小和形状等定量化结果，尤其能够得到准确度较高的焊接缺陷率。 另外，本发明在标准试样的背板处进行打孔处理，能够很好的模拟靶材组件 的缺陷条件，使得后续对靶材组件的检测过程中，能够得到更准确的检测精 度。而且在标准试样的背板进行打孔处理就能很好的模拟靶材组件的焊接缺 陷，因此，靶材试样的制作方法简单，操作方便。再者，采用本发明的制作 的标准试样的方法比直接从靶材组件上获取标准试样的方法，节省原材料。

附图说明

图1是本发明的靶材组件的焊接缺陷率检测方法的流程示意图；

图2是靶材组件的标准试样的结构示意图；

图3是本发明实施方式的采用超声波探伤仪检测标准试样的检测示意图；

图4是图1中的步骤S22详细展开的确定超声波探伤仪对靶材组件进行 检测的检测条件的方法流程示意图。

具体实施方式

发明人经过认真的研究和分析发现，现有的靶材组件焊接缺陷率和结合 率的检测方法具有局限性，尤其是焊接缺陷率和结合率的检测精度不高，不 能很好地反映整个靶材组件的焊接情况的原因为：

现有技术中对靶材组件焊接缺陷率的检测，一般采用射线照相检验法， 射线照相检验法是指用x射线或γ射线穿透靶材组件，以胶片作为记录信息 的无损检测方法。具体原理为：当x射线或γ射线照射胶片时，能使胶片乳 剂层中的卤化银产生潜影。由于不同密度的物质对射线的吸收系数不同，照 射到胶片各处的射线能量也就会产生差异，便可根据暗室处理后的底片各处 黑度差来判别靶材组件上的缺陷。射线照相检验法对体积型缺陷的检出率较 高，例如气孔、夹渣、夹钨、烧穿、咬边、焊瘤、凹坑等；而对面积型缺陷 的检出率较低，例如未焊透、未熔合、裂纹等。并且，如果照相角度不适当， 容易将靶材组件上的缺陷漏检。另外，射线照相检验法适宜检验厚度较薄的 靶材组件而不宜较厚的靶材组件，因为检验厚靶材组件需要高能量的射线设 备，而且随着厚度的增加，其检验灵敏度也会下降。

发明人经过创造性劳动，获得了一种靶材组件的焊接缺陷率的检测方法， 图1是本发明的靶材组件的焊接缺陷率检测方法的流程示意图，参考图1，靶 材组件的焊接缺陷率的检测方法包括：

执行步骤S11，提供靶材组件的标准试样，所述标准试样的缺陷面积已知， 包括：

提供靶材、背板；

将所述靶材与背板进行焊接；

对焊接后的背板进行打孔处理，所述孔的底面积为所述标准试样的缺陷 面积；

执行步骤S12，用超声波探伤仪对所述标准试样的缺陷进行检测，确定超 声波探伤仪对靶材组件进行检测的检测条件；

执行步骤S13，提供靶材组件；

执行步骤S14，用超声波探伤仪的所述检测条件对靶材组件检测，获取靶 材组件的缺陷面积；

执行步骤S15，通过所述靶材组件的缺陷面积，获取靶材组件的焊接缺陷 率。

下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整 的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的可实施方式的一部分，而不 是其全部。根据这些实施例，本领域的普通技术人员在无需创造性劳动的前 提下可获得的所有其它实施方式，都属于本发明的保护范围。

首先，执行步骤S11，提供靶材组件的标准试样，所述标准试样的缺陷面 积已知，包括：提供靶材、背板；将所述靶材与背板进行焊接；对焊接后的 背板进行打孔处理，所述孔的底面积为所述标准试样的缺陷面积。

参考图2，本实施例中，提供组成靶材组件标准试样40的靶材41与背板 42。其材料与靶材组件产品相同。本实施例中靶材41与背板42的圆柱体， 后续形成的标准试样40的直径为80mm～100mm，厚度为10mm～20mm，之所 以是这样的尺寸，是为了在后续对标准试样40的检测过程中，用手拿取和操 作方便。标准试样40的尺寸太大，一方面会浪费原材料，另一方面，后续用 手拿取和操作不方便；标准试样40的尺寸太小，不能真实反应靶材组件的焊 接缺陷，使得检测结果不准确。其他实施例中，标准试样40为方柱体，其边 长也为80mm～100mm，厚度为10mm～20mm。

接着，将靶材41与背板42进行焊接，所述焊接的工艺与所述靶材组件 的工艺相同，即为扩散焊接或钎焊。

将靶材41与背板42进行焊接后，在焊接后的背板上进行打孔处理，所 述孔43的数量可以为一个或者是多个。当孔43的数量为一个时，所述孔43 的底面积为标准试样焊接面面积的2％～10％；当孔43的数量为多个时，多个 孔43的底面积之和为标准试样焊接面面积的2％～10％。孔43的深度超过背 板的厚度且为靶材与背板厚度和的1.25％～5％。对焊接后的背板进行打孔处 理，是为了模拟靶材组件产品上的焊接缺陷，所述孔的底面积为所述标准试 样的缺陷面积。需要说明的是，之所以在背板上而不在靶材的溅射面上进行 打孔处理是为了使得后续用超声波探伤仪对所述标准试样的检测顺利进行， 因为所述检测是通过超声波探头发出的超声波在靶材组件的整个靶材的溅射 面上传播来实现的。一个孔的底面积或者多个孔的底面积之和如果太小，不 能准确的反应靶材组件产品的焊接缺陷；一个孔的底面积或者多个孔的底面 积之和如果太大，靶材41与背板42焊接不上，从而无法形成标准试样。另 外，如果孔的深度太大，影响后续超声波探伤仪对所述标准试样的超声波传 播，从而影响检测精度；如果孔的深度太小，不能很好的模拟靶材组件产品 上的焊接缺陷。

需要说明的是，本实施例采用扩散焊接形成标准试样，需要在扩散焊接 之后对背板进行打孔处理，而不能在扩散焊接之前进行，否则，有孔的背板 与有孔的靶材进行扩散焊接时，扩散焊接的高温高压会使得靶材或背板形成 的标准试样变形，从而无法成为后续靶材组件产品的测量基准。

在其它实施例中，标准试样的制作方法也适用于钎焊。

采用在焊接后的背板上进行打孔处理的方法制作标准试样，制作工艺简 单，并且操作方便，而且能够准确的模拟靶材组件的焊接缺陷，使得后续靶 材组件缺陷率的检测准确度高。

其他实施例中，焊接形成靶材组件产品后，可以在所述靶材组件产品上 切一部分靶材组件产品作为有缺陷的靶材组件的标准试样，也能实施本发明， 但是这种制作标准试样的方法比较浪费原材料。

接着，执行步骤S12，用超声波探伤仪对所述标准试样的缺陷进行检测， 确定超声波探伤仪对靶材组件进行检测的检测条件。

参考图3，本实施例中，确定超声波探伤仪对靶材组件进行检测的检测条 件包括下列步骤：

执行步骤S121，确定所述标准试样的理论缺陷值，理论缺陷值等于孔的 底面积之和与标准试样待焊接面面积之比。

如果在焊接后的背板标准试样上打一个孔，则理论缺陷值等于孔的底面 积与标准试样待焊接面面积之比；如果在焊接后的背板上打多个孔，则理论 缺陷值等于多个孔的底面积之和与标准试样待焊接面面积之比。本实施例中， 在焊接后的背板上打一个孔，孔的底面积与标准试样待焊接面面积之比为 2％～10％，例如，为5％。

执行步骤S122，使用超声波探伤仪对所述标准试样进行多次检测，得出 标准试样多个的测试缺陷值。

频率高于20000Hz的声波称为“超声波”，超声波具有方向性好，穿透能 力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。超声波检测是无 损检测方法之一，无损检测是在不破坏工件前提下，检查工件宏观缺陷或测 量工件特征的各种技术方法的统称。经发明人研究和分析发现，不同材料的 靶材组件标准试样，超声波的穿透能力不同，因此对应选择的超声波频率也 不同，例如，如果标准试样为铜或铜材料，确定选择超声波的频率范围在5MHz ～20MHz，例如，5MHz、10MHz、15MHz、20MHz，其中，以15MHz超声波 检测的效果较佳；如果标准试样为钛或钛合金材料，确定选择超声波的频率 范围在2～8MHz，例如，3MHz、5MHz、7MHz，其中，以5MHz超声波检测 的效果较佳；如果标准试样为铝或铝靶材，确定选择超声波的频率范围在 5MHz～15MHz，例如，5MHz、10MHz、15MHz，其中，以10MHz超声波检 测的效果较佳。

超声波探伤仪的检测原理是：超声波在被检测材料中传播时，材料的声 学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受 影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化。

请参考图4，标准试样40被放置在水中。超声波探伤仪包括超声波探头 21、超声波探头架22和控制系统(图中未示出)。超声波探头21用于发送超 声波和接收超声波反射，超声波探头架22用于带动超声波探头21移动。本 发明人发现，超声波探头21伸入水中的深度h1为6mm～10mm，超声波探头 架22距标准试样40中的靶材溅射面的距离h2为50mm～100mm时，成像清 晰，检测精度高。

本实施例中，超声波探伤仪还包括有过滤器(图未示)，用于对超声波进 行滤波，以消除外界噪声干扰，达到更准确的检测结果。例如，针对选择的 超声波频率为15MHz，过滤器的频率选择为5MHz。

测试时，超声波探伤仪的控制系统控制移动超声波探头架22，以带动超 声波探头21的移动，使得超声波探头21发出的超声波可以在标准试样40的 整个靶材的溅射面上传播，超声波探头移动的步长(包括水平方向和竖直方 向移动的距离)可以根据标准试样40的大小来调节。当超声波遇到异质界面 (如缺陷)时，部分声波会被反射并被超声波探头21接收，超声波探伤仪的 控制系统会将反射的超声波信号转换为电信号，通过分析所述转换的电信号， 可以得到缺陷位置、缺陷的面积大小和形状等定量化结果。

需要说明的是，使用超声波探伤仪每次对所述标准试样进行检测之前， 都需要调整检测条件。

超声波探伤仪包括多个可调的检测条件，例如，工作频率、增益控制、 衰减控制、步长调节和感度调节等等。其中最主要的是感度调节，经发明人 研究和分析发现，针对不同材料的标准试样，可以对应设置不同的超声波探 伤仪的感度范围，以确保其检测稳定性，感度又称为探伤灵敏度。例如，对 于铜或铜合金标准试样来说，将感度控制在55dB～60dB的范围内，可以提高 超声波检测的稳定性；对于铝或铝合金标准试样来说，将感度控制在 17dB～21dB的范围内，可以提高超声波检测的稳定性；对于钛或钛合金标准 试样来说，将感度控制在38dB～39dB的范围内，可以提高超声波检测的稳定 性。感度可以进行微调。在对感度进行微调后，并且，对超声波探伤仪上的 其它相关条件进行调整后，利用新的检测条件，对所述标准试样进行检测。

执行步骤S123，从所述多个测试缺陷值中，选取在理论缺陷值*(1-10％) 至理论缺陷值*(1+10％)范围内的其中一个测试缺陷值的检测条件作为靶材 组件产品的检测条件。

例如，理论缺陷值为5％，选取在4.5％～5.5％范围内的其中一个测试缺陷 值的检测条件作为靶材组件产品的检测条件。

需要说明的是，所述理论缺陷值之所以有理论缺陷值*10％的偏差，是因 为，发明人发现，除了理论缺陷值能较准确的检测出后续靶材组件产品焊接 缺陷率。适当的扩大理论缺陷值的范围也能够检测出后续靶材组件产品焊接 缺陷率，且不影响精度。可以在后续检测中被应用，因此，得到具有偏差的 理论缺陷值。

在其它实施例中，确定超声波探伤仪对靶材组件进行检测的检测条件包 括下列步骤，也能实施本发明。具体为：

确定所述标准试样的理论缺陷值，所述理论缺陷值等于孔的面积之和与 标准试样待焊接面面积之比；

接着，使用超声波探伤仪对所述标准试样进行多次检测，得出标准试样 的多个测试缺陷值；

最后，从多个测试缺陷值中选取最接近理论缺陷值的检测条件作为靶材 组件产品的检测条件。

需要说明的是，使用超声波探伤仪每次对所述标准试样进行检测之前， 都需要调整检测条件。

确定好超声波探伤仪对靶材组件进行检测的检测条件后，执行步骤S13， 提供靶材组件。

靶材组件的材料、焊接工艺与标准试样的材料、焊接工艺相同，所述焊 接可以为钎焊或扩散焊接。本实施例为扩散焊接。

接着，执行步骤S14，用超声波探伤仪的所述检测条件对靶材组件检测、 获取靶材组件的缺陷面积。

具体检测步骤请参考步骤S122，不同之处在于放置在水中的为靶材组件， 超声波探头21产生的超声波在靶材组件内传播，以检测靶材组件20内的焊 接结合率。超声波的频率和过滤器的频率根据标准试样材料的不同而不同。

最后，执行步骤S15，通过对所述靶材组件的缺陷面积，获得所述靶材组 件的焊接缺陷率。

通过超声波的检测结果可以获取靶材组件的缺陷位置、缺陷面积和形状 等定量化结果。缺陷面积与靶材组件待焊接面面积之比为靶材组件的焊接缺 陷率。

本发明通过选用超声波进行检测，在缺陷尺寸较大时检测效果很好，可 以直接从超声波探头接收的反射波的高度来判断靶材组件的焊接缺陷；对于 细小的缺陷，通过将反射的超声波信号转换为电信号并对其进行分析，可以 获取缺陷的位置、面积大小和形状，从而实现对靶材组件的焊接缺陷进行定 性和定量的评估，并且，通过检测能计算出的缺陷率可以精确到小数点后两 位。相对于射线照相检验法，本发明不仅可以检测出体积型缺陷，还可以检 测出面积型缺陷。而且不存在检测角度不适当带来的缺陷漏检问题，另外， 超声波探伤仪在对靶材组件进行检测时，其检测灵敏度不受靶材组件的薄厚 影响。因此，采用超声波探伤仪对靶材组件进行检测能够得到精度较高的焊 接缺陷率，并且能够很好地反映整个靶材组件的焊接情况。

本发明的检测方法以制作的标准试样作为检测基准，可以得到更准确的 靶材组件的焊接缺陷率，比直接用超声波探伤仪对靶材组件检测的准确率高。 本发明的标准试样的制作方法不仅简单，操作方便而且能够更准确的模拟靶 材组件的焊接缺陷，使得后续靶材组件缺陷率的检测准确度高。而且，制作 的标准试样的方法比直接从靶材组件上获取标准试样的方法，节省原材料。

需要说明的是，当进行完上述靶材组件的检测后，将检测条件存储至超 声波探伤仪的检测条件数据库中。日后再对同类靶材组件产品进行焊接缺陷 率的检测时，需要从超声波探伤仪的检测条件数据库中调出所述检测条件， 然后再对标样进行检测，即，需要调整超声波探伤仪的检测参数确定新的检 测条件。需要说明的是，新的检测条件是以被存储的检测条件为基础得出的。 因此，这时对所述超声波探伤仪的参数进行调整也是属于微调，防止由于仪 器设备等原因造成检测出的标准试样的测试缺陷值与理论缺陷值偏差较大。 然后用微调后的检测条件对正式靶材组件产品进行检测。

本发明还提供一种靶材焊接结合率的检测方法，靶材组件内的焊接面积 与靶材组件待焊接面面积之比为靶材组件的焊接结合率。其中靶材组件的焊 接缺陷率与靶材组件的焊接结合率相加等于1。因此对靶材焊接结合率的检测 方法可以参考对靶材焊接缺陷率的检测方法。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任 何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的 方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱 离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何 简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。