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专利名称：铜靶材坯块的检测方法及铜靶材组件的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及铜靶材坯块的检测方法及铜靶材组件的形成方法。
背景技术：
在半导体制造领域，由于铜相对于铝具有较高的导电率，因此铜互连线广泛地应用于半导体器件制作过程中。铜互连线一般通过溅射铜靶材到硅片或介电层上，然后进行刻蚀工艺形成。一般，铜靶材的制作包括提供铜靶材坯料，对该靶材坯料按目标靶材的形状进行下料，之后对下料后的铜靶材坯料进行多次机械加工，得到目标靶材。对铜靶材坯料进行下料前，需要对该坯料进行质量检测，现有技术中一般采用采用射线照相法，射线照相是指用X射线或Y射线穿透试件，以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法，该方法是最基本的，应用最广泛的一种非破坏性检验方法。射线照相检验法的原理为射线能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光，当X射线或Y射线照射胶片时，与普通光线一样，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缺陷。上述检测合格后，进行对铜靶材的制作，制作完毕后，需将符合溅射性能的铜靶材与具有一定强度的背板结合形成靶材组件。该背板可以在铜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。靶材组件在出厂前，需对靶材再进行一次检测。在此次检测过程中，靶材质量不合格的靶材组件需被销毁。然而，本发明的发明人仔细对靶材坯料的检测过程及焊接工艺进行研究发现，在出厂前再次对靶材进行检测中的不合格靶材并非由于焊接工艺引起，而是由于现有技术对铜靶材坯料的检测未检测出不合格的坯料弓丨起的。有鉴于此，实有必要对铜靶材坯料的检测方法进行改进。

发明内容
本发明解决的问题是提供一种新的铜靶材坯料的检测方法，可以避免不合格铜靶材坯料的漏检，进而避免漏捡出的不合格坯料被进一步加工而导致形成靶材组件后才被认定不合格的状况。为解决上述问题，本发明提供一种铜靶材坯块的检测方法，包括提供铜靶材坯块，所述铜靶材坯块材质为超高纯铜；对所述铜靶材坯块进行超声波检测，其中，所述超声波的频率为5 20MHz。可选的，所述超声波的频率为15MHz。可选的，对所述铜靶材坯块进行超声波检测是用超声波探伤仪对所述铜靶材坯块进行检测。可选的，在对所述铜靶材坯块进行超声波检测前还包括用超声波探伤仪对所述铜靶材坯块的标准试样进行检测。可选的，所述用超声波探伤仪对所述铜靶材坯块的标准试样进行检测包括计算所述铜靶材坯块的标准试样的缺陷率；在计算所得的缺陷率超出预设范围时调整超声波探伤仪的感度。可选的，所述标准试样的缺陷率的预设范围设定为2. 57% -2. 77%，所述超声波探伤仪的感度为阳 60dB。可选的，所述超声波检测是以水为介质。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6 10mm。可选的，所述超声波探伤仪还包括对所述超声波进行滤波的过滤器，所述过滤器的频率为5MHz。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铜靶材坯块顶面的距离为^mm。此外，本发明还提供一种铜靶材组件的形成方法，包括利用上述描述的检测方法对铜靶材坯料进行检测；对合格的铜靶材坯料进行加工以形成铜靶材；将铜靶材焊接至背板，形成铜靶材组件。可选的，所述加工包括切割、塑性成型中的至少一种。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点对铜靶材坯块进行超声波检测，该检测无需破坏铜靶材坯块，通过对超声波信号特征进行分析，可以得到铜靶材坯块的缺陷位置、大小和形状评价的定量化直观结果。并且这里的超声波检测比传统的射线照相检验法具有更高准确度，从而可以避免不合格铜靶材坯料的漏检，进而避免漏捡出的不合格坯料被进一步加工而导致形成靶材组件后才被认定不合格的状况。


图1是本发明实施方式铜靶材坯块的检测方法的基本流程图；图2是本发明实施例铜靶材坯块的检测方法的流程图；图3是本发明实施例的铜靶材坯块的标准试样的电子扫描图；图4是本发明实施例铜靶材坯块的检测方法的检测示意图。
具体实施例方式正如背景技术所述，现有技术中一般是对焊接后的铜靶材再次进行检测，出现不合格的靶材会被认为是由焊接工艺引起的，因而总是不断地改进焊接工艺，以提高铜靶材成品的良率。本发明的发明人发现，在出厂前再次对靶材组件进行检测中的不合格靶材并非只是由于焊接工艺引起，现有检测方法对铜靶材坯料的检测不准确而未能充分检测出不合格的坯料也是一个重要原因。进而，本发明人提出采用超声波对铜靶材坯块进行检测，超声波检测是一种无损探伤检测，通过对超声波信号特征的分析可以得到铜靶材坯块的缺陷位置、大小和形状等直观结果，克服了现有技术中采用的射线照相法对体积型缺陷(气孔、 夹渣、夹钨、烧穿、咬边、焊瘤、凹坑等)检出率很高，而对面积型缺陷(未焊透、未熔合、裂纹等)，如果照相角度不适当，容易漏检，以及射线照相法适宜检验厚度较薄的工件而不宜较厚的工件，因为检验厚工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的问题。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。由于本发明重在解释原理，因此，未按比例制图。图1是本发明实施方式铜靶材坯块的检测方法的基本流程图，所述方法包括步骤S11，提供铜靶材坯块，所述铜靶材坯块材质为超高纯铜；高纯铜的纯度至少为 99. 9999% ο步骤S12，对所述铜靶材坯块进行超声波检测，其中，所述超声波的频率为5 20MHz。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，不同材料的靶材坯块，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，针对铜靶材坯块，确定选择超声波的频率范围在5 20MHz，例如，5MHz、 10MHz、15MHz、20MHz，其中，以15MHz超声波检测的效果较佳。在步骤S12中，可以使用超声波探伤仪对所述铜靶材坯块进行检测。超声波探伤仪是运用超声检测的方法来检测的仪器，其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。在实际应用时，为确保超声波探伤仪工作在一个稳定的状态下，在对所述铜靶材坯块进行检测前，需要先对所述铜靶材坯块的标准试样进行超声波检测，包括计算所述铜靶材坯块的标准试样的缺陷率；在计算所得的缺陷率超出预设范围时调整超声波探伤仪的控制参数，例如感度。由于超声波在水中的传播距离远，因此超声波检测可以以水为介质，以减少环境因素(例如空气)对检测结果的影响。图2是本发明实施例铜靶材坯块的检测方法的流程图，本实施例中，先使用超声波探伤仪对铜靶材坯块的标准试样进行检测，若检测到的缺陷率超出预设范围，则调整超声波探伤仪的控制参数；若检测得到的缺陷率没有超出预设范围，则对铜靶材坯块进行超声波检测。参考图2，本实施例铜靶材坯块的检测方法，包括如下步骤步骤S21，提供铜靶材坯块的标准试样；步骤S22，使用超声波探伤仪对所述铜靶材坯块的标准试样进行检测，其中，超声波频率选择为15MHz ；步骤S23，计算超声波探伤仪检测到的所述铜靶材坯块的标准试样的缺陷率；步骤S24，判断所述计算得到的缺陷率是否超过预设范围，若是则执行步骤S25， 若否则执行步骤S26 ；步骤S25，调整超声波探伤仪的控制参数，接着执行步骤S22 ；步骤S^，提供铜靶材坯块；
步骤S27，使用超声波探伤仪对铜靶材坯块进行检测，其中，超声波频率选择为 15MHz ；步骤S28，根据超声波检测结果，评估铜靶材坯块的质量。下面结合图3和4对图2所示的各步骤进行详细说明。步骤S21，提供铜靶材坯块的标准试样。请参考图3，其是一种铜靶材坯块的标准试样30的示意图，其中，标准试样30具有2个缺陷，其中第一缺陷30a (点缺陷)面积较大， 第二缺陷30b面积较小。铜靶材坯块的标准试样30与铜靶材坯块具有相同的性能。步骤S22，使用超声波探伤仪对铜靶材坯块的标准试样进行检测，其中，超声波频率选择为15MHz。请参考图4，其是用超声波探伤仪对目标检测物进行检测的示意图。如图4所示，目标探测物40，即图3所示的铜靶材坯块的标准试样30被放置在水中。超声波探伤仪包括超声波探头41、超声波探头架42和控制系统(图中未示出)。超声波探头41用于发送超声波和接收超声波反射，超声波探头架42用于带动超声波探头41移动。本发明人发现，超声波探头41伸入水中的深度hi为6 10mm，超声波探头架42距目标探测物40顶面的距离h2为55mm时，成像清晰，漏检几率低。考虑到超声波对铜靶材坯块的穿透能力，本实施例中，超声波探伤仪的工作频率选择为15MHz。一般，超声波探伤仪还包括有过滤器，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。本实施例中，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42，以带动超声波探头 41的移动，使得超声波探头41发出的超声波可以在目标探测物40的整个表面上传播，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)可以根据目标探测物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41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、大小和形状等定量化结果。步骤S23，计算超声波探伤仪检测到的铜靶材坯块的标准试样的缺陷率。其中，缺陷率=缺陷面积/目标探测物面积(％ )。具体来说，图4中，标准试样30的缺陷率=(第一缺陷30a的面积+第二缺陷30b)/标准试样30的面积(％ )。步骤S24，判断所述计算得到的缺陷率是否超过预设范围，若是则执行步骤S25，若否则执行步骤S26。本实施例中，标准试样30的缺陷率的预设范围设定为 2. 57% -2.77%。若计算得到的标准试样30的缺陷率在2. 57% -2. 77%内，说明超声波探伤仪处于稳定的工作状态，则执行步骤S26。否则，则执行步骤S25。步骤S25，调整超声波探伤仪的控制参数，接着执行步骤S22。超声波探伤仪包括多个可调的控制参数，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。经发明人研究和分析发现，针对不同材料的靶材坯块式，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。本实施例中，针对铜靶材坯块， 将感度控制在阳 60dB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，继续执行步骤S22，再对铜靶材坯块的标准试样进行检测并计算缺陷率。步骤S^，提供铜靶材坯块。
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步骤S27，使用超声波探伤仪对铜靶材坯块进行检测，其中，超声波频率选择为 15MHz。对铜靶材坯块进行检测与步骤S22基本相同，不同的是，图4中的目标探测物40 为铜靶材坯块，超声波探头41产生的超声波在铜靶材坯块内传播，以检测铜靶材坯块的质量。步骤S28，根据超声波检测结果，评估铜靶材坯块的质量。选用15MHz的超声进行检测，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界面质量；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、大小和形状，从而实现对铜靶材坯块质量好坏的定性和定量的评估，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。上述步骤完成后，接着对合格的铜靶材坯料进行加工以形成铜靶材；然后将铜靶材焊接至背板，形成铜靶材组件。上述两步骤中的工艺可以采用现有的工艺加工。在具体实施过程中，所述加工包括切割、塑性成型中的至少一种。为验证本发明的效果，对形成的铜靶材组件进行检测，出厂前再次对靶材组件进行检测中，不合格率可以降低5个百分点。综上所述，上述实施例采用超声波铜靶材坯块进行质量检测，其无需破坏铜靶材坯块，通过对超声波信号特征和缺陷特征的分析，可以得到铜靶材坯块的缺陷位置、大小和形状评价的定量化直观结果，从而提高了铜靶材坯块质量检测的客观性和可靠性，并且减少了铜靶材坯块缺陷检测的漏检和误检问题。更重要的是，可以避免由于铜靶材坯料漏检引起的对焊接后的靶材进行检测时，需对质量不合格的靶材组件进行销毁造成的背板以及焊接工艺中的能耗的浪费的问题。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。
权利要求
1.一种铜靶材坯块的检测方法，其特征在于，包括提供铜靶材坯块，所述铜靶材坯块材质为超高纯铜；对所述铜靶材坯块进行超声波检测，其中，所述超声波的频率为5 20MHz。
2.如权利要求1所述的铜靶材坯块的检测方法，其特征在于，所述超声波的频率为 15MHz。
3.如权利要求2所述的铜靶材坯块的检测方法，其特征在于，对所述铜靶材坯块进行超声波检测是用超声波探伤仪对所述铜靶材坯块进行检测。
4.如权利要求3所述的铜靶材坯块的检测方法，其特征在于，在对所述铜靶材坯块进行超声波检测前还包括用超声波探伤仪对所述铜靶材坯块的标准试样进行检测。
5.如权利要求4所述的铜靶材坯块的检测方法，其特征在于，所述用超声波探伤仪对所述铜靶材坯块的标准试样进行检测包括计算所述铜靶材坯块的标准试样的缺陷率；在计算所得的缺陷率超出预设范围时调整超声波探伤仪的感度。
6.如权利要求5所述的铜靶材坯块的检测方法，其特征在于，所述标准试样的缺陷率的预设范围设定为2. 57% -2. 77%，所述超声波探伤仪的感度为55 60dB。
7.如权利要求3所述的铜靶材坯块的检测方法，其特征在于，所述超声波检测是以水为介质。
8.如权利要求7所述的铜靶材坯块的检测方法，其特征在于，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6 IOmm0
9.如权利要求7所述的铜靶材坯块的检测方法，其特征在于，所述超声波探伤仪还包括对所述超声波进行滤波的过滤器，所述过滤器的频率为5MHz。
10.如权利要求7所述的铜靶材坯块的检测方法，其特征在于，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铜靶材坯块顶面的距离为 55mm0
11.一种铜靶材组件的形成方法，其特征在于，包括利用权利要求1至10任一项所述的检测方法对铜靶材坯料进行检测；对合格的铜靶材坯料进行加工以形成铜靶材；将铜靶材焊接至背板，形成铜靶材组件。
12.如权利要求11所述的形成方法，其特征在于，所述加工包括切割、塑性成型中的至少一种。
全文摘要
一种铜靶材坯块的检测方法，包括提供铜靶材坯块，所述铜靶材坯块材质为超高纯铜；对所述铜靶材坯块进行超声波检测，其中，所述超声波的频率为5～20MHz。此外，本发明还提供一种铜靶材组件的形成方法，包括采用上述的检测方法对铜靶材坯料进行检测；接着对合格的铜靶材坯料进行加工以形成铜靶材；之后将铜靶材焊接至背板，形成铜靶材组件。本发明采用的超声波检测比传统的射线照相检验法具有更高准确度，从而可以避免不合格铜靶材坯料的漏检，进而避免漏捡出的不合格坯料被进一步加工而导致形成靶材组件后才被认定不合格的状况。
文档编号G01N29/04GK102393420SQ20111032843
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者姚力军, 潘杰, 王学泽, 陈勇军 申请人:宁波江丰电子材料有限公司