CN101684543B - 靶材的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种靶材的制作方法，包括：提供金属料件，所述金属料件为铝；对所述金属料件进行挤压成型，制作成靶材，其中，所述挤压成型的挤压比为4～4.5；对所述靶材进行热处理，其中，所述热处理的加热温度为150℃～300℃。所述靶材的制作方法通过控制挤压成型工艺的挤压比和热处理工艺的加热温度，很好地控制了靶材的晶粒度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及靶材的制作方法。
背景技术
在半导体工业中，靶材结构是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。背板可以在所述靶材结构装配至溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。
一般制备溅射靶材产品的工艺是将符合溅射靶材性能的金属例如高纯度铝(一般为99.999％)通过预热、挤压成型、热处理、粗加工和精加工等工艺，最后加工成尺寸合格的溅射靶材产品。在严格控制靶材纯度的基础上，通过选择不同的挤压成型工艺、热处理条件，调整靶材的成形尺寸精度和晶粒度等，最终满足溅射过程的要求。
挤压成型和热处理是靶材设计和加工过程中不可或缺的工艺，两者紧密结合，直接影响了制作成的溅射靶材的性能。挤压成型工艺主要为了实现金属材料的组织结构控制，从而制作出符合成形尺寸精度的溅射靶材。热处理工艺主要为了实现金属材料的再结晶，使得材料的组织结构均匀。
以金属铝为例，高纯度铝变形抗力低，很难控制靶材的晶粒度，这对于靶材溅射来说，具有很大的负面作用，甚至不能符合靶材溅射的要求。
发明内容
本发明实施方式解决的问题是提供一种靶材的制作方法，以控制靶材的晶粒度。
为解决上述问题，本发明提供一种靶材的制作方法，包括：
提供金属料件，所述金属料件为铝；
对所述金属料件进行挤压成型，制作成靶材，其中，所述挤压成型的挤压比为4～4.5；
对所述靶材进行热处理，其中，所述热处理的加热温度为150℃～300℃。
可选的，所述的靶材的制作方法还包括：对所述金属料件进行挤压成型前，对所述金属料件进行预热处理。
可选的，所述预热处理的加热温度为400℃～500℃。
可选的，所述预热处理的加热时间为60min～180min。
可选的，所述挤压为正向热挤压。
可选的，所述挤压成型的挤压温度为150℃～300℃。
可选的，所述热处理的加热时间为30min～60min。
与现有技术相比，上述靶材的制作方法通过控制挤压成型工艺的参数和热处理的参数，即对挤压比和热处理的加热温度进行控制，很好地控制了靶材的晶粒度。
另外，上述靶材的制作方法通过控制挤压成型工艺的参数，即对挤压温度和挤压比进行控制，很好地解决了靶材的成形尺寸精度的控制。
附图说明
图1是本发明实施方式的靶材的制作方法的流程图；
图2是本发明实施例的靶材的制作方法的流程图。
具体实施方式
晶粒度是用于描述晶粒尺寸大小的参数，发明人通过艰苦的研究工作认识到，通过控制挤压成型工艺的参数，如挤压比，以及热处理工艺的参数，如加热温度，可以实现对靶材的晶粒度的控制。
本发明实施方式的靶材的制作方法如图1所示，包括下述步骤：
步骤S10，提供金属料件，所述金属料件为铝。
步骤S12，对所述金属料件进行挤压成型，制作成靶材，其中，所述挤压成型的挤压比为4～4.5。
步骤S13，对所述靶材进行热处理，其中，所述热处理的加热温度为150℃～300℃。
对所述金属料件进行挤压成型是将金属料件置于挤压装置(例如锻压机、空气锤或压延机)的挤压模中进行挤压成型，挤压模的形状和尺寸决定了产品的横断面。所述挤压可以采用正向热挤压，即挤压装置的挤压方向与金属料件的流动方向一致，同时挤压是在一定温度下进行。所述挤压比是指挤压前的制品的总横断面积与挤压后的制品的总横断面积之比。
通过挤压成型工艺，可以精确地控制靶材的塑性变形，制作出符合成形尺寸精度要求的靶材，并且实现降低靶材晶粒尺寸大小、细化晶粒和降低靶材表面粗糙度的目的。
在实际应用中，对所述金属料件进行挤压成型前，可以对所述金属料件进行预热处理。
对所述靶材进行热处理是将经挤压成型后的靶材置于热处理装置(例如加热炉)的腔室中进行加热。加热温度直接影响靶材中晶粒的尺寸大小：加热温度过低，靶材中晶粒再结晶不充分；加热温度过高，靶材中晶粒容易长大，尺寸会超范围。
结合挤压成型工艺对挤压比的控制和热处理工艺对加热温度的控制，可以实现对靶材的晶粒度的控制，并且可以保证靶材在组织结构上的均匀性。
下面结合实施例和图2对本发明实施方式的靶材的制作方法进行详细说明，本实施例的靶材制作方法包括下述步骤：
步骤S20，提供金属料件，所述金属料件为铝。
步骤S21，对所述金属料件进行预热处理，其中，所述预热处理的加热温度为400℃～500℃，加热时间为60min～180min。
步骤S22，对所述预热处理后的金属料件进行挤压成型，制作成靶材，其中，所述挤压成型的挤压比为4～4.5，挤压温度为150℃～300℃。
步骤S23，对所述靶材进行热处理，其中，所述热处理的加热温度为150℃～300℃，加热时间为30min～60min。
首先执行步骤S20，提供金属料件，所述金属料件为铝。在实际应用中，金属料件可以是从金属锭中经切断后的一部分。金属料件的形状，根据应用环境、溅射设备的实际要求，可以为圆形、矩形、环形、圆锥形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，且其厚度可以为1mm至100mm不等。
接着执行步骤S21，对所述金属料件进行预热处理，其中，预热处理的加热温度为400℃～500℃，加热时间为60min～180min。所述预热处理可以包括：将金属料件置于热处理装置(例如恒温炉)的腔室中，在所述热处理装置的腔室中具有可控气氛或保护气氛，例如惰性气体，金属料件可以放置在能均匀受热的区域，例如腔室的几何中心区域；将温度提高至400℃～500℃，并在所述温度下保持60min～180min；对金属料件进行冷却处理，使其回复至常温，其中，所述的冷却处理可以采用空冷方式或水冷方式。
在实际应用中，可以在进行预热处理之前预先设定上述各参数的具体数值，其中，所述预热温度和时间可以按照一定的对应关系进行设定，例如400℃*180min，450℃*120min，或500℃*60min等。
通过步骤S21的预热处理，可以改变金属料件内部的组织结构，使得金属料件消除应力并得到软化，提高其塑性，为后续的挤压成型工艺打下良好的基础。
接着执行步骤S22，对所述预热后的金属料件进行挤压成型，制作成靶材，其中，挤压比为4～4.5，挤压温度为150℃～300℃。所述挤压比是指挤压前的制品的总横断面积与挤压后的制品的总横断面积之比。挤压比直接影响了制成的靶材的晶粒度和成形尺寸精度。将预热后的金属料件置于挤压装置(例如锻压机、空气锤或压延机)的挤压模中进行挤压成型，挤压模的形状和尺寸决定了产品的横断面。所述挤压可以采用正向热挤压，即挤压装置的挤压方向与金属料件的流动方向一致，同时挤压是在一定温度下进行。
通过合理控制挤压温度和设定合适的挤压比，可以精确控制靶材的成形尺寸精度。靶材的成形尺寸精度控制主要分为两方面：一方面是产品尺寸精度控制，另一方面是弯曲度精度控制。
通过步骤S22的挤压成型工艺，可以精确地控制靶材的塑性变形，制作出符合成形尺寸精度要求的靶材，并且实现降低靶材晶粒尺寸大小、细化晶粒和降低靶材表面粗糙度的目的。所述制作成的靶材的产品尺寸精度可以控制在0.1mm，弯曲度精度可以控制在≤1mm。
接着执行步骤S23，对所述靶材进行热处理，其中，所述热处理的加热温度为150℃～300℃，加热时间为30min～60min。所述热处理可以包括：将经挤压成型后的靶材置于热处理装置(例如加热炉)的腔室中，在所述热处理装置的腔室中具有可控气氛或保护气氛，例如惰性气体，靶材可以放置在能均匀受热的区域，例如腔室的几何中心区域；将温度提高至150℃～300℃，并在所述温度下保持30min～60min；对靶材进行冷却处理，使其回复至常温。其中，所述的冷却处理可以采用空冷方式或水冷方式。
对靶材进行热处理的加热温度控制直接影响了靶材的晶粒度。在本实施例中，所述热处理工艺具体参数为：加热温度为150℃～300℃，并在此温度下保温30min～60min。加热温度过低，靶材中晶粒再结晶不充分；加热温度过高，靶材中晶粒容易长大，尺寸会超范围；保温时间过短，靶材中晶粒受热不够，再结晶不充分；保温时间过长，靶材中晶粒容易长大，尺寸会超范围。在实际应用中，可以在进行热处理之前预先设定上述各参数的具体数值，其中，所述加热温度和时间可以按照一定的对应关系进行设定，例如150℃*60min，200℃*50min，250℃*40min或300℃*30min等。
本实施例通过步骤S22的挤压成型工艺对挤压比的控制和步骤S23的热处理工艺对加热温度的控制，可以将靶材的晶粒度控制在≤500μm，并且可以保证靶材在组织结构上的均匀性。
对所述靶材进行热处理后，再经过粗加工、精加工等工艺，最后可以将所述热处理后的靶材加工成尺寸合格的溅射靶材产品。其中，粗加工是进行产品轮廓车削，精加工是进行产品尺寸车削。
下面再结合一个实例对上述靶材的制作方法作进一步的说明。
(1)提供高纯度铝管，其纯度一般为99.999％。
(2)设定预热温度为500℃，保温时间为60min，将高纯度铝管放入恒温炉的腔室中进行预热，改变铝管内部的组织结构，使得铝管消除应力并得到软化，提高其塑性。
(3)设定挤压比为4.5，挤压温度为200℃，将预热后的铝管装入锻压机的挤压模中，采用正向热挤压进行挤压成型，制作成铝靶材。
(4)设定加热温度为300℃，保温时间为30min，将铝靶材放入加热炉的腔室中进行均匀加热，以保证铝靶材在组织结构上的均匀性。
(5)对铝靶材进行产品轮廓车削。
(6)对铝靶材进行产品尺寸车削。
透过上述各步骤，最终获得符合溅射要求的铝靶材，所述铝靶材的产品尺寸精度为0.1mm，弯曲度精度≤1mm，晶粒度≤500μm，特别适用于作为太阳能靶材。
综上所述，上述靶材的制作方法通过控制挤压成型工艺的参数和热处理的参数，即对挤压成型的挤压比和热处理的加热温度进行控制，很好地控制了靶材的晶粒度。
另外，上述靶材的制作方法通过控制挤压成型工艺的参数，即对挤压温度和挤压比进行控制，很好地解决了靶材的成形尺寸精度的控制。
虽然本发明己以较佳实施例披露如上，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。
Claims (5)
1.一种靶材的制作方法，其特征在于，所述靶材的尺寸精度为0.1mm，弯曲度精度≤1mm，晶粒度≤500μm，适用于作为太阳能靶材，所述靶材的制作方法包括以下步骤：
提供金属料件，所述金属料件为铝；
对所述金属料件进行挤压成型，制作成靶材，其中，所述挤压成型的挤压比为4～4.5，所述挤压成型的挤压温度为150℃～300℃；
对所述靶材进行热处理，其中，所述热处理的加热温度为150℃～300℃，所述热处理的加热时间为30min～60min。
2.如权利要求1所述的靶材的制作方法，还包括：对所述金属料件进行挤压成型前，对所述金属料件进行预热处理。
3.如权利要求2所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述预热处理的加热温度为400℃～500℃。
4.如权利要求3所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述预热处理的加热时间为60min～180min。
5.如权利要求1所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述挤压为正向热挤压。
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