专利名称：用于评估溅射靶/背衬板组件的结合界面的热成像测试方法和装置的制作方法
本申请按照35U.S.C.§119要求2003年7月16日提交的在前美国临时专利申请No.60/488,243的权利优先权，其全部内容在此引用作为参考。
背景技术：
本发明涉及由结合到背衬板上的溅射靶组成的溅射靶组件。尤其是，本发明涉及用于定量评估溅射靶/背衬板结合质量的方法，并涉及对溅射靶组件进行无损结合评估的系统。
在溅射应用领域中，溅射靶组件一般包括溅射靶和背衬板。例如，将金属靶或金属靶坯(如钽、钛、铝、铜、钴、钨等)结合到背衬板上。背衬板可以是，例如背衬板法兰组件，如铜、铝或其合金。在溅射过程中，保持在溅射靶和背衬板之间的热和电接触的程度是可影响给定溅射靶组件的溅射性能的因素之一。为了在溅射靶和背衬板之间获得所需要的热和电接触，溅射靶组件的部件通过常规方法，如软钎焊、硬钎焊、扩散结合、夹紧、爆炸结合、摩擦焊接、压配合、环氧粘合等，彼此结合或附着。在结合过程中获得的热和电接触的程度可以取决于位于溅射靶组件部件的结合表面之间的整个结合界面上的结合质量。
溅射靶和背衬板一般由热膨胀系数不同的材料制造。当在高温下，如通过软钎焊、硬钎焊、或扩散结合实现结合时出现的靶材料和背衬板材料之间不均匀膨胀，可在溅射靶组件部件的金属中产生很高水平的机械应力。该机械应力可导致溅射靶组件的挠曲，导致由于结合失效引起的溅射靶从背衬板上分离。由于不良的结合导致的结合失效在处理过程中的任何时候均能出现，但是最可能的是在使用过程中当由于暴露于溅射过程所获得的相对高温下引起结合强度或抗剪强度处于最小值时出现结合失效。由于工业不断进步，使用越来越大的溅射靶，更可能存在剥离(debonding)的风险。
对于至少所探讨的理由，即溅射性能和剪切破坏，一般在使用之前对通过常规方法结合的溅射靶组件检查结合质量以保证结合完整性符合要求。超声扫描或超声检测(UT)一般用于评估溅射靶组件中靶和背衬板之间的结合完整性。在UT中，将靶/背衬板组件浸入水中，并使用在约1到30MHz之间运行的超声换能器，在溅射靶组件表面上以x-y光栅模式进行扫描。整个结合界面的结合完整性可以通过测量靶/背衬板界面的超声波反射来确定。对于没有检测到强反射的区域，认为结合是坚固的。或者，如果检测到强反射，则认为相关的区域的结合不好。
溅射靶组件的UT的扫描时间与扫描的面积成比例。溅射靶组件典型的扫描速率为约15到30cm2/分钟。典型的溅射靶组件(例如对于用于半导体制造的涂覆200mm的硅片)可以是约1,000cm2。这样，典型的扫描时间是30到60分钟。这种持久的评估由于许多原因是不利的。另外，通过超声检测获得的结果的准确度可与进行扫描的方式有关。此外，将对于剥离位置所获得的数据变为容易观测的介质如图形图像是有利的。
因此，需要一种评估溅射靶组件的结合完整性的方法，进行该方法的时间需要比目前使用的评估方法少。还需要一种对溅射靶组件进行无损检测的系统，其提供定量分析，其中结果的准确度不受机械扫描的固有限制的影响。还需要一种在代表性的图中体现组件剥离位置信息的方法。
发明内容
因此，本发明的一个特征是提供一种检测结合的溅射靶/背衬板组件的非结合区域的无损检测方法。
本发明进一步的特征是提供一种评估溅射靶组件的结合界面的方法，其中评估时间与评估区域的大小无关。
本发明的另一个特征是提供一种评估溅射靶组件的结合界面的热成像系统，该系统产生连贯的结合质量分析。
本发明的附加特征和优点将在下面的说明书中部分阐述，并且部分从说明书变得清晰，或者通过本发明的实践而理解。本发明的目的和其它优点可通过说明书和所附的权利要求特别指出的要素及其组合的方式实现并获得。
为了实现这些及其它优点，并且根据本发明的目的，如这里具体描述和概述的，本发明涉及一种使用溅射靶组件的热成像评估溅射靶组件的结合界面的方法，其中该溅射靶组件包括在结合界面处结合到或者不然附着到溅射靶的背衬板。该方法优选包括分别用热源或冷源加热或冷却背衬板；通过红外热成像法使溅射靶表面的至少一部分成像，以获得对于预定成像时间的像素矩阵的单独像素的系列热图像，产生对于单独像素的观察到的时间-温度曲线；并且将观察到的时间-温度曲线与相应参考时间-温度曲线比较，以确定结合界面的完整性。
本发明还涉及一种热成像分析方法，优选包括确定对于从通过红外热成像法获得对于预定成像时间的系列热图像中得到的单独像素数据的时间-温度曲线；并且将多个时间-温度曲线对成像时间积分，以获得单独像素的观察积分温度。该方法任选地包括使单独像素数据归一化。观察积分温度也可以用积分像素图表示。
本发明进一步涉及一种加热溅射靶组件部件的方法，使热量垂直流动到结合界面，以至于对于不坚固的结合，降低热传递，由此在该溅射靶/背衬板组件的表面上产生可检测的温度梯度，该方法可以用于使组件中剥离区域隔离。
应该理解上述概述和以下详细说明仅仅是示例性的和解释性的，并且旨在对要求保护的本发明提供更进一步的解释。
引入本申请并构成本申请一部分的附图，解释本发明的各个方面，并且与说明书一起用以解释本发明的原理。
图1是体现本发明用于评估溅射靶组件的结合界面的特征的系统的示意图。
图2是体现本发明用于评估溅射靶组件的结合界面的特征的另一系统的示意图。
图3是表示根据本发明的实施方案在溅射靶组件加热过程中的热传递模式的示意图。
图4是从溅射靶组件两个实例获得的时间-温度数据和从FEA模型预测的时间-温度曲线的图。
图5是在实例溅射靶组件的中心和边缘区域获得的时间-温度数据图，该图显示在靶边缘处的剥离区域。
图6是通过本发明的方法产生的积分归一化温度图的图形图像，其中溅射靶组件基本上没有剥离区域。
图7是通过本发明的方法产生的积分归一化温度图的图形图像，其中溅射靶组件有剥离区域。
图8是对于在靶外径处剥离的溅射靶组件的实施例的信号(Ip-Iu)的理论径向变化的图。
图9是在溅射靶组件实例中对于10cm宽的边缘剥离，Ip-Iu的有限元模型结果的图。
图10是对于热源或冷源和溅射靶组件之间各种对流传热系数的预期信号(Ip-Iu)，FEA模型计算的图。
具体实施例方式
本发明用于评估溅射靶组件的结合界面的方法包括对溅射靶组件进行热成像分析，该溅射靶组件包括在界面处结合或不然附着在一起的背衬板和溅射靶。该热成像分析优选包括分别用热源或冷源加热或冷却背衬板；通过红外热成像法使溅射靶表面的至少一部分成像，以获得预定成像时间的像素矩阵的单独像素的系列热图像，产生单独像素的观察的时间-温度曲线；并且将观察的时间-温度曲线与相应的参考时间-温度曲线比较，以确定结合界面的完整性。该方法任选地还包括将多个单独像素的观察的时间-温度曲线对至少一部分成像时间进行积分，以获得多个像素的观察的积分温度；并且将观察积分温度与相应的参考积分温度比较，以确定结合界面的完整性。
更具体而言，如上所述，溅射靶组件包括两部件或组件部件，即，背衬板和溅射靶。用于本发明实践的溅射靶包括两侧溅射侧和相反的结合侧。本发明的背衬板包括两侧结合侧和相反的背侧。本发明的溅射靶组件是通过将结合侧相对于彼此固定装配的溅射靶组件。溅射靶组件可以是具有通过任何适宜的技术直接附着或间接附着于彼此的靶和背衬板的溅射靶组件，该金属优选为结合。该结合可以是冶金结合，如通过扩散结合、爆炸结合、金属压配合(例如，具有插入凸起和凹槽的那种)、热膨胀耦合、电子束(e-beam)焊接、惯性焊接、摩擦硬钎焊等或通过焊接技术实现的结合。结合界面由所结合的组件部件的结合侧之间的区域限定。溅射靶组件也可以具有夹层，如工业中常规的那样。夹层可以由任何合适的金属或其合金制成，包括上述用于靶和背衬板的金属。而且，溅射靶可以是空心阴极磁控管(HCM)溅射靶，并且可以是其它形式的溅射靶，如适宜于引入固定的或旋转的永磁体或电磁体的平面磁控管组件。背衬板可以包括特征如法兰和/或适合于包括或连接到冷却装置。
溅射靶和背衬板可以分别是任何合适的靶等级和背衬板等级材料。靶材料的实例包括，但是不局限于铝、钛、铜、钴、铌、金、铂、钯、镍、铪、钼、锆、钽和其合金。背衬板的实例包括，但是不局限于铜或铜合金、钽、铌、钛、铝和其合金、如TaW、NbW、TaZr、NbZr、TaNb、NbTa、TaTi、NbTi、TaMo、NbMo等、和钢。优选地，溅射靶是钽或钽合金，而背衬板是铜或铜合金。溅射靶和背衬板中使用材料的种类没有限制。纯度、结构(texture)、和/或粒径及其它参数，包括尺寸等，对于本发明不是关键的。优选地，溅射靶组件部件的材料对环境气氛具有传热系数为约0.1到约300W/m2。溅射靶和背衬板的厚度可以是用于溅射靶组件的任何合适的厚度。合适厚度的背衬板和溅射靶的实例包括，但是不局限于，厚度为约0.25英寸或更小到约2英寸或更大的背衬板，和厚度为约0.06英寸或更小到约1英寸或更大的靶。
加热可以通过加热溅射靶组件部件中的一个或两个实现，并且优选加热背衬板。加热可以是通过任何对组件部件基本上所有的或任何部分的任意非结合侧进行加热的直接或间接方法，并且该非结合侧优选包括溅射靶的溅射侧或背衬板的背侧。在加热之前，溅射靶部件可以在约15到约35℃的温度下，并且优选可以在约20℃的环境温度下。还是在加热之前，组件部件优选处于平衡温度。可以将组件部件加热到约20到约100℃的温度。优选地，该加热方法迅速加热热施加到其上的组件部件。优选地，加热以约0.01到约100℃/秒，如约0.1到约10℃/秒的速度加热组件部件。
热源可以是任何适用于加热溅射靶组件部件的热源。例如，热源可以是流体，包括水、乙二醇、甲酸铯、或其任何组合。热源可以是液浴或液体喷射，如蒸汽或热液喷射等。热源可以是气体，如热的空气、氦、氩、氮或其它气体系统。热源可以是辐射热或传导热。加热可以是感应加热。热源可以是通过在靶组件如背衬板表面中诱发涡流而加热靶组件的感应圈。可以使用任何能诱发涡流的设备。优选地，当用热源(例如液体)加热组件时，所使用的方法具有高热容量和良好热导率的性质。该热源的热容量和热导率优选足以迅速加热整个溅射靶组件。热源优选具有比热容为约至少4,000J/Kg·K。优选地，在热源和受热的组件部件之间具有的对流传热系数为约500到约20,000W/m2。
根据本发明的实施方案，除了加热组件以外，另外还可以冷却该组件。冷却可以通过任何从组件部件基本上所有的或任何部分的任意非结合侧除去热量的直接或间接方法，并且该非结合侧优选包括溅射靶的溅射侧或背衬板的背侧。在冷却之前，溅射靶部件可以在约15到约100℃的温度下，并且优选在约20℃的环境温度下。同样在冷却之前，组件部件优选处于平衡温度。可以将组件部件冷却到约0到约-273℃的温度。优选地，该冷却的方法迅速冷却热从中除去的组件部件。优选地，冷却以约0.1到约10℃/秒的速度冷却组件部件。
冷却可以是通过使用冷源实现。冷源可以是任何适用于冷却溅射靶组件部件的冷源。例如，冷源可以是流体，包括水、乙二醇或甲酸铯。冷源可以是液浴或液体喷射。冷源可以是气体，如空气、氦、氩、氮或其它气体系统。优选地，用于冷却组件部件的冷源具有高热容量和良好热导率的性质。该冷源的热容量和热导率优选足以迅速冷却整个溅射靶组件。冷源优选具有的比热容为至少约4,000J/Kg·K。优选地，在冷源和受冷却的组件部件之间具有的对流传热系数为约500到约20,000W/m2。
根据本发明的实施方案，评估由结合到溅射靶的背衬板组成的溅射靶组件的热成像系统包括通过浸入水浴中加热或冷却组件部件。例如使用机械系统，可以降低组件部件与水浴接触，将水浴升高到与组件部件接触，或两者。同样，可以通过使用泵和排液管的组合迅速升高液面，来升高固定的浴-靶系统中的液面至组件部件，这样进行与组件部件的接触。图1和2提供两个用于加热或冷却溅射靶组件的示范性系统的说明。该说明显示平面溅射靶组件构置，但是可以使用其它溅射靶组件形状，如圆柱形或圆锥的溅射靶组件。图1显示示范性水浴的布置。图2提供用于加热组件部件的喷射法的说明。在这种情况下，将加热液体喷射到背衬板的背侧。
根据本发明的实施方案，未加热(或未冷却)的组件部件的暴露表面的温度测量可以通过使至少一部分组件部件(优选溅射靶)的表面成像而实现。通常，成像优选产生对成像的表面的热变化的图解记录，该图解记录然后可以在时域中分析。表面温度变化与通过结合界面的热流的本征动力学有关，由通过如上所述加热或冷却组件部件在溅射靶组件中产生热梯度引起。当存在良好结合时热流容易通过结合界面。然而，当结合不连续时，结合不好的区域妨碍热传递。在这种情况下，在结合不好的直接区域中，未加热(或未冷却)组件部件的暴露表面上的温度变化的速率会显著降低。可测量组件部件的暴露表面的瞬间测量以确定结合界面的任何区域中的结合质量。
更具体而言，可以用红外线(IR)摄像机记录并储存组件部件所有或任何部分的暴露表面的连续热图像(帧)。每一视频图像由固定数目的单独像素组成。在本文中，像素是图像阵列中或像素矩阵中的小的图像要素，它相当于成像组件部件的表面上的矩形区域或分辨单元。因为，每一个像素的强度直接与相应的分辨单元的温度有关系，在组件部件表面上每一分辨单元的温度的变化可以根据像素对比度的变化进行分析。储存的视频图像可用通过从相同时间点的单独的像素强度减去表示已知时间点的特定的图像帧的平均像素强度以确定图像帧中每一个像素的对比度。
优选地，当热能流过溅射靶/背衬板结合界面时，IR摄像机获得对于预定成像时间的组件部件(例如与结合侧相反的溅射侧)的暴露表面的系列图像。预定成像时间可以是约1到约500秒。可以在约0.01到约100帧/秒的频率下获得系列热图像。IR摄像机可以具有约0.01到约1℃的热敏度。成像可以通过任何方法。例如，使用红外热成像法测量飞机结构、平板显示器等的结合完整性的方法描述在美国专利Nos.5,709,469；5,582,485；5,562,345；5,246,291；和5,032,727中，其内容在此引用作为参考。
优选地，考虑由不均匀的组件几何形状和不均匀加热或冷却所引起的任何横过所成像的组件部件的表面的不均匀的温度分布。优选地，考虑溅射靶组件的环境温度和热源或冷源温度中的变化。提供一种方法，该方法考虑这些或其它因素，以使产生用于几何、热流和温度变化校正的单个结合完整性图，该方法是通过将归一化温度对热成像分析的视频记录中的获得的帧进行积分。这个过程在数学上可以使用关系式通过首先定义在每一帧中每一像素的归一化温度进行描述TN(x，y，t)＝(T(x，y，t)-To)/(Tf(x，y)-To)(等式1)其中TN(x，y，t)和T(x，y，t)分别是位于该帧中x，y处的像素的归一化温度和测量温度，并且t是获得特定的图像帧的时间；To是在开始测量之前组件部件的环境温度；并且Tf(x，y)是在用于热成像分析的最后帧中由红外摄像机记录的组件部件表面的温度。
在像素矩阵中单独像素的观察时间-温度曲线可以由如上所述的方式获得的归一化温度产生。可将观察时间-温度曲线依次与相应的已知或预期时间-温度曲线对比，以确定结合界面的完整性。预期的时间-温度曲线可以是使用有限元法模拟，以提供在成像过程中热流和温度横跨所成像组件部件的表面区域而变化的这种方式的理解。图3提供可能的热传递模型的示意图。H在这种情况下是在热源和溅射靶组件之间的对流传热系数。在所生成的热图像中H变化的效果和测量的灵敏度可以使用有限元分析(FEA)模拟确定。TB表示热源的温度。可以使用与等式1相似的计算，其中TB取代Tf(x，y)。在这种情况下，组件部件的平衡温度和热源(或冷源)温度之间差值提供一种用于摄像机发射率校正的措施和一种用于测定在溅射靶组件/空气界面处的对流传热系数P的方法。
图4提供两Ta/Cu-Cr溅射靶组件的试验数据和该试验数据与使用FEA模拟的模型预测之间的比较。通过拟合参数P和H在模型和试验数据之间获得很好的一致。对于水浴而言，P值为125W/m2而H为1100W/m2是合理的，并且与期望值(见Carslaw和Jaeger“Conduction of Heat inSolids，”Oxford Science Publications)一致。图5说明对于Ta/Cu-Cr溅射靶组件的中心区域和该组件边缘点的时间-温度曲线之间差值，该Ta/Cu-Cr溅射靶组件的中心区域结合好，而该组件的边缘点中在溅射靶和背衬板之间存在剥离。
根据本发明的实施方案，将多个观察时间-温度曲线对至少一部分成像时间进行积分，对单独的像素，也就是对每一像素的单数据点，提供一种将时间有关的温度数据简化为观察的积分温度的方法。归一化的积分温度，I(x，y)是从等式1中通过对热成像分析时间简单积分获得的，或I(x，y)＝∫TN(x，y，t)dt (等式2)其中积分的上限和下限分别是零和数据集内所使用的最大时间，或其它的时间周期。结合界面的完整性可以通过将单独像素的观察的归一化积分温度与相应的参考积分温度比较确定。
根据本发明的实施方案，对于多个单独的像素，计算参考积分温度和观察积分温度之间的差值，形成积分像素图，其中结合界面的完整性通过该积分像素图表示。例如，通过象素接象素地从得自于具有已知的良好结合的溅射靶组件的图中的参考Ip(x，y)值中减去对于溅射靶组件的测量的Iu(x，y)值，可以获得结合完整性的图Ip-Iu。Iu定义为成像组件的积分归一化温度图。Ip定义为无剥离区域的参考组件积分归一化温度图。优选地，Ip和Iu用于几何形状相似的的溅射靶组件，用类似设备连续测量。当Ip-Iu值超过测量的噪音水平时，则可以确定该组件的区域(x，y)中有缺陷的结合。如果所有位置(x，y)的Ip-Iu值均落在该测量的噪音极限内，则可以认为溅射靶组件没有剥离区域。
组件部件的成像表面优选具有一致的发射率，其至少为0.1，并且更优选为约0.5到约1，并且最优选为尽可能接近1。在本发明的一个实施方案中，在至少一部分成像表面上提供涂层以增强成像表面的发射率。涂层优选包括漆(例如黑色)或胶体石墨。涂层优选提供一致发射率至少为约0.93的表面。在成像表面上的薄的漆层优选对所涂覆表面的温度具有最小的影响。可以使用热导石墨涂层(例如胶体石墨(Aquadag))涂覆成像表面，以增强表面发射率并且在表面上维持良好的热导率。
根据本发明的一个实施方案，如上所述，评估溅射靶组件的结合界面的热成像系统通常包括加热(或冷却)组件部件的装置，和用于记录并储存被评估的组件部件的表面的小剖面或分辨单元的时间-温度数据的成像装置。更具体而言，热成像系统优选包括用于加热(或冷却)背衬板的热源(或冷源)；用于通过红外热成像法使溅射靶的至少一部分表面成像以获得对于预定成像时间的像素矩阵中单独像素的系列热图像，以产生单独像素的观察时间-温度曲线的成像装置；和将观察的时间-温度曲线与参考时间-温度曲线进行对比以确定结合界面的完整性的计算装置。
根据一个实施方案，热成像分析包括通过红外热成像法，使未加热(或未冷却)组件部件(例如溅射靶)的至少一部分表面成像，以获得在加热(或冷却)或成像时间的预定点的像素矩阵中单独像素的至少一个热图像。可以将热图像与相应的预定成像时间的参考图像比较，以确定结合界面的完整性。可以使用任何设备获得热图像，包括能够采集单独的静止图像的IR摄像机，以及任何本领域已知的IR摄影机。
使用热成像摄像机的成像的表面的发射率是重要的。各种增加具有低发射率的金属的发射率方法是可用的，并且可以使用。一个方法是使用扁平黑漆以改善金属的发射率而不降低测量的灵敏度。已用于增加表面发射率的其它方法包括用粉末如盐、糖和玉米淀粉涂覆成像表面以优选形成粉末状层。用于改善发射率的优选方法是使用与靶表面紧密接触的薄的黑绝缘带或聚合物的薄层。
通过下列实施例进一步阐明本发明，这些实施例旨在示范性说明本发明。
实施例对于包括扩散结合到Cu-Cr背衬板的Ta溅射靶的溅射靶组件，使用本发明的加热方法获得的结果如图6和7中积分象素图所示。在图6所示的实施例中，溅射靶与背衬板结合良好。在该图中可观测的变化是由于组件几何形状和在加热过程中在组件中产生的热梯度引起的。在图7所示的实施例中，该图显示溅射靶组件具有大量的剥离区域。本发明的热成像分析容易检测到边缘的剥离以及在溅射靶组件中心的不太严重的剥离。边缘和中心的剥离均通过超声检测(UT)证实。图6和7中的图是通过如上所述对每一帧中的每一像素的时间-温度曲线积分获得的。
图8表示通过从结合良好的组件的径向积分归一化温度中减去具有大量剥离区域的径向积分归一化温度获得的信号(Ip-Iu)。在两个组件结合都良好的区域中，Ip-Iu的值落在噪音水平内，近似等于零。在组件剥离的区域中，Ip-Iu值大于零。噪音水平可以从组件结合良好的信号变化进行估算。例如，可以发现0.005的噪音水平。该数值与摄像机灵敏度引入的误差一致，该误差优选为约+/-0.1℃，和热源温度和环境温度之间的差为约35℃。图8所示的信号随半径的变化，在信号开始增加到零以上的区域中，具有明显的斜率变化。该区域在图8中位于80和95mm之间半径中。如下所述，这种径向信号曲线中的偏移提供在溅射靶组件的x-y平面内剥离的精确定位的措施。对于图8所示的溅射靶组件，所估算的径向剥离长度从溅射靶边缘外向内延伸65mm。
对于具有从靶的外缘延伸100mm剥离的Ta/Cu-Cr溅射靶组件，提供Ip、Iu和Ip-Iu的值作为图9中径向位置的函数。这个数据是从Ta/Cu-Cr溅射靶组件中的瞬变热流动的有限元分析获得的。Ip和Iu在远离剥离的区域中几乎相等。因此，在这些区域中，Ip-Iu为零。在剥离区域中Ip-Iu曲线的形状与试验获得且如图8所示的曲线的形状非常相似。模型同样预示在曲线中的偏移将在接近剥离边缘的区域内发生。在这种情况下，剥离长度为100mm。这样从模拟中发现曲线中的偏移是由于随着热传递从垂直流动到横向流动转变时在接近剥离边缘的靶材料的区域内发生时间-温度曲线位移引起的。需要横向热流加热剥离区域中的靶材料，而垂直热流出现在靶组件良好结合处。因此，从作为靶半径函数的Ip-Iu值中偏移的形状和位置，可以精确确定剥离边缘位置。
该测量的灵敏度随着缺陷长度D和加热或冷却流体和溅射靶组件之间的传热系数H而变化。在图10中提供具有钽靶厚度为6.3mm和背衬板厚度为7.5mm的Ta/Cu-Cr溅射靶组件的有限元分析的结果。随着D增加，信号Ip-Iu增加。在噪音水平为0.0025和0.005的情况下，刚刚能检测到具有长度为5mm的边缘剥离。一旦H大于约1000W/m2，该测量对H的变化不是很灵敏。发现H的最佳值是2500W/m2左右。降低H到约1000W/m2以下降低测量的灵敏度，同时大大地增加H到2500W/m2以上仅仅增加对于大的D的少量信号，而实际上降低对于小的D的信号。因此，本发明的优选方法是提供靶组件和加热或冷却流体之间的传热系数在约1000和约2500W/m2之间。这相当于感应或对流加热的加热速率为2℃/秒。
本发明前述的方案具有许多优点，包括溅射靶组件分析的时间可以小于五分钟，与溅射靶组件的尺寸无关。
对本领域普通技术人员而言，考虑本说明书和本文中公开的本发明的实践，本发明的其它实施方案是显而易见的。本说明书和实施例被认为仅仅是旨在示范性举例，本发明的真实范围和精神通过权利要求和其等价方案表示。
权利要求
1.一种评估溅射靶组件的结合界面的方法，包括对所述的溅射靶组件进行热成像分析，其中所述溅射靶组件包括在所述结合界面处结合到溅射靶上的背衬板。
2.权利要求1的方法，其中所述溅射靶组件包括平面阴极或空心阴极磁控管。
3.权利要求1的方法，其中所述溅射靶是钽或钽合金，而所述背衬板是铜或铜合金。
4.权利要求1的方法，其中所述溅射靶包括铝、钛、铜、钴、铌、金、铂、钯、镍、铪、钼、锆、钽或其合金。
5.权利要求1的方法，其中所述背衬板包括铜、铝、钛、其合金或钢。
6.权利要求1的方法，其中在所述溅射靶和所述背衬板之间的所述结合界面是扩散结合、爆炸结合、软钎焊结合、硬钎焊结合、焊接结合、摩擦焊接结合、压制金属配合结合、热膨胀耦合结合、或在插入凸起物和沟槽之间压配合结合。
7.权利要求1的方法，其中所述溅射靶组件和热源或冷源之间的对流传热系数为约500到约20,000W/m2。
8.权利要求1的方法，其中该靶组件的加热速率在0.1到10℃/秒的范围内。
9.权利要求1的方法，其中所述热成像分析包括用热源加热所述背衬板；通过红外热成像法使所述溅射靶的至少一部分表面成像，以在预定成像时间，获得像素矩阵中单独像素的至少一个热图像；及将所述至少一个热图像与相应于所述预定成像时间的参考图像对比，以确定所述结合界面的完整性。
10.权利要求1的方法，其中所述热成像分析包括用冷源冷却所述背衬板；通过红外热成像法使所述溅射靶的至少一部分表面成像，以获得对于预定成像时间的像素矩阵中单独像素的系列热图像，以产生单独像素的观察的时间-温度曲线；及将所述的观察的时间-温度曲线与相应的参考时间-温度曲线对比，以确定所述结合界面的完整性。
11.权利要求1的方法，其中所述热成像分析包括用热源加热所述背衬板；通过红外热成像法使所述溅射靶的至少一部分表面成像，以获得对于预定成像时间的像素矩阵中单独像素的系列热图像，以产生单独像素的观察的时间-温度曲线；及将所述观察的时间-温度曲线与相应的参考时间-温度曲线对比，以确定所述结合界面的完整性。
12.权利要求11的方法，还包括将多个单独像素的观察的时间-温度曲线对至少一部分所述成像时间进行积分，以获得所述多个所述像素的观察的积分温度；及将所述的观察积分温度与相应的参考积分温度比较，以确定所述结合界面的完整性。
13.根据权利要求12的方法，还包括对多个所述单独的像素，计算所述参考积分温度和所述的观察积分温度之间的差，以形成积分像素图，其中所述结合界面的完整性通过所述积分像素图表示。
14.权利要求11的方法，其中所述系列热图像是在约0.01到约10帧/秒的频率下获得的。
15.权利要求11的方法，其中所述热源包括流体。
16.权利要求15的方法，其中所述流体包括水、乙二醇、甲酸铯或其任意组合。
17.权利要求11的方法，其中所述热源包括液浴或液体喷射。
18.权利要求11的方法，其中所述热源包括气体。
19.权利要求18的方法，其中所述气体包括热的空气、氦、氩、氮或其任意组合。
20.权利要求11的方法，其中所述热源包括辐射热或传导热。
21.权利要求11的方法，其中所述热源具有的比热容为至少约4,000J/Kg·K。
22.权利要求11的方法，其中所述溅射靶的所述表面的所述部分包括发射率为至少约0.5。
23.权利要求11的方法，还包括在所述溅射靶的所述表面的所述部分上提供涂层，其中所述涂层增加所述溅射靶的所述表面的所述部分的发射率。
24.权利要求23的方法，其中所述涂层包括漆或胶体石墨。
25.权利要求11的方法，其中所述热源和所述背衬板之间的对流传热系数为约500到约20,000W/m2。
26.权利要求11的方法，其中所述红外热成像法包括热敏度为约0.01到约1℃的红外摄像机。
27.权利要求11的方法、其中所述成像时间是约1到约500秒。
28.权利要求1的方法，其中所述热成像分析包括用冷源冷却所述背衬板；通过红外热成像法使所述溅射靶的至少一部分表面成像，以获得对于预定成像时间的像素矩阵中单独像素的系列热图像，以产生单独像素的观察的时间-温度曲线；及将所述的观察时间-温度曲线与相应的参考时间-温度曲线对比，以确定所述结合界面的完整性。
29.权利要求28的方法，还包括将多个所述单独像素的所述观察时间-温度曲线对至少一部分所述成像时间进行积分，以获得所述多个的观察积分温度；及将所述的观察积分温度与相应的参考积分温度比较，以确定所述结合界面的完整性。
30.根据权利要求29的方法，还包括对于多个所述单独的像素，计算所述参考积分温度和所述的观察积分温度之间的差，以形成积分像素图，其中所述结合界面的完整性通过所述积分像素图表示。
31.权利要求28的方法，其中所述系列热图像是在约0.01到约10帧/秒的频率下获得的。
32.权利要求28的方法，其中所述冷源包括流体。
33.权利要求32的方法，其中所述流体包括水、乙二醇、甲酸铯或其任意组合。
34.权利要求28的方法，其中所述冷源包括液浴或液体喷射。
35.权利要求28的方法，其中所述冷源包括气体。
36.权利要求35的方法，其中所述气体包括空气、氦、氩、氮或其任意组合。
37.权利要求28的方法，其中所述冷源具有的比热容为至少约4,000J/Kg·K。
38.权利要求28的方法，其中所述溅射靶的所述表面的所述部分包括发射率为至少约0.5。
39.权利要求28的方法，还包括在所述溅射靶的所述表面的所述部分上提供涂层或层，其中所述涂层或层增加所述溅射靶的所述表面的所述部分的发射率。
40.权利要求39的方法，其中所述涂层包括漆或胶体石墨。
41.权利要求28的方法，其中所述冷源和所述背衬板之间的对流传热系数为约500到约20,000W/m2。
42.权利要求28的方法，其中所述红外热成像法包括具有热敏度为约0.01到约1℃的红外摄像机。
43.权利要求28的方法，其中所述成像时间是约1到约500秒。
44.一种评估溅射靶组件的结合界面的热成像系统，该溅射靶组件由结合到溅射靶上的背衬板组成，所述系统包括热源，用于加热所述背衬板；成像装置，用于通过红外热成像法使所述溅射靶的至少一部分表面成像，以获得对于预定成像时间的像素矩阵的单独像素的系列热成像，以产生单独像素的观察的时间-温度曲线；和计算装置，用于将所述的观察的时间-温度曲线与参考时间-温度曲线对比，以确定所述结合界面的完整性。
45.权利要求44的系统，其中所述热源包括流体或气体。
46.权利要求44的系统，其中所述热源包括辐射、红外或传导热。
47.一种评估溅射靶组件的结合界面的热成像系统，该溅射靶组件由结合到溅射靶上的背衬板组成，所述系统包括冷源，用于冷却所述背衬板；成像装置，用于通过红外热成像法使所述溅射靶的至少一部分表面成像，以获得对于预定成像时间的像素矩阵的单独像素的系列热图像，以产生单独像素的观察的时间-温度曲线；和计算装置，用于将所述的观察时间-温度曲线与参考时间-温度曲线对比，以确定所述结合界面的完整性。
48.一种热成像分析方法，包括对于从通过红外热成像法获得的对于预定成像时间的系列热图像中得到的单独像素数据，确定时间-温度曲线；及将多个所述时间-温度曲线对至少一部分所述成像时间进行积分，以获得单独像素的观察的积分温度。
49.权利要求48的方法，还包括归一化所述单独像素的数据。
50.权利要求48的方法，其中多个所述观察积分温度用积分像素图表示。
51.权利要求1的方法，其中对溅射靶组件的表面施加一层，以增强发射率。
52.权利要求51的方法，其中所述层是粉末状层。
53.权利要求51的方法，其中所述层是塑料层。
54.权利要求1的方法，其中所述热成像分析包括加热所述溅射靶组件。
55.权利要求54的方法，其中所述加热是感应加热。
56.权利要求55的方法，其中所述感应加热是用至少一个感应线圈。
57.权利要求54的方法，其中所述加热是用在靶组件中或其部分中诱发涡流的设备。
全文摘要
公开一种用于热成像评估溅射靶组件的结合完整性的方法和装置。该方法包括对组件的一个表面施加加热或冷却介质或能量，并且使用成像装置获得在组件的相反表面上的相应温度变化的图形记录。还公开一种数学分析记录每一帧中的像素数据的方法，以生成表示组件的结合完整性的积分的归一化温度图。
文档编号G01K1/16GK1836256SQ200480023364
公开日2006年9月20日 申请日期2004年7月14日 优先权日2003年7月16日
发明者张智国, 拉里·E·埃利森, 米克海尔·Y·卡查洛夫, 约翰·怀特 申请人:卡伯特公司