CN104419902A - 靶材的处理方法 - Google Patents

Abstract

一种靶材的处理方法，包括：提供靶材，所述靶材包括边缘区域的非溅射区；对所述靶材的非溅射区表面进行喷砂处理，形成粗糙面；对所述粗糙面进行熔射处理，在所述非溅射区表面形成膜层。经喷砂处理后，靶材的非溅射区表面形成粗糙面；接着，对粗糙面进行熔射处理形成膜层，由于粗糙面凹凸不平，熔化的粉末很容易在粗糙面着陆，而不会滚落。相比于单纯的喷砂处理，经喷砂、熔射处理后的非溅射区表面形成的膜层与非溅射区表面的粘附性强。在将本技术方案的靶材应用到真空溅射较长时间时，即使靶材原子形成堆积，膜层也不会脱落，保持溅射参数稳定。而且，这显著提高了靶材的使用寿命，最终可提升多于50%的靶材寿命。

Description

靶材的处理方法

技术领域

本发明涉及真空溅镀技术，特别涉及一种真空溅射靶材的处理方法。

背景技术

真空溅镀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二次电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（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。

参照图1，图1是现有技术使用的Ti靶材的侧视示意图，靶材1包括靶材中心的溅射区11和除溅射区11之外的非溅射区12，非溅射区12位于靶材边缘，为靶材的边缘区域。溅射区11的表面光滑，在真空溅射过程中，氩离子在电场作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子。其中，绝大多数的靶材原子按照预定轨迹飞向基片并沉积在基片上成膜，而少量靶材原子会飞向靶材1的非溅射区12方向并落在非溅射区12表面。

在现有技术中，为使得非溅射区12的表面具有吸附能力，对非溅射区表面进行喷砂处理，喷砂砂粒对非溅射区表面形成冲击或切削成坑，部分喷砂可能会嵌入非溅射区表面，砂粒喷砂处理后的非溅射区12的表面具有一定粗糙度。这样，落在非溅射区12表面的一些靶材原子吸附在非溅射区12表面。

但是，在一个靶材用于真空溅射一段时间后，非溅射区12表面的靶材原子堆积形成大块颗粒。由于喷砂处理后嵌入非溅射区表面的砂粒与非溅射区表面的粘附力不强，当大块颗粒达到一定重力，喷砂砂粒受重力影响脱落，大块颗粒也随之脱落，它们落在基片上。砂粒、大块靶材原子颗粒落在基片上的成膜区域，会破坏预期的成膜参数如厚度；砂粒、大块靶材原子颗粒落在基片上的非成膜区域，会破坏基片表面电学参数，这些问题都会造成溅射参数不达标，引起真空溅射过程的监控设备的报警。

为避免出现上述问题，可能需要频繁更换靶材，这缩短了靶材的使用寿命，提高了生产成本。

发明内容

本发明解决的问题是，现有技术的真空溅射靶材使用寿命较短。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材的处理方法，靶材处理方法包括：

提供靶材，所述靶材包括边缘区域的非溅射区；

对所述靶材的非溅射区表面进行喷砂处理，形成粗糙面；

对所述粗糙面进行熔射处理，形成膜层。

可选地，对靶材的非溅射区表面进行喷砂处理后，还包括使用纯净水或去离子水清洗粗糙面。

可选地，所述喷砂处理过程中，喷砂枪枪嘴至非溅射区表面的距离范围为150mm～200mm。

可选地，喷砂枪喷嘴所喷砂粒所作的直线运动方向和所述非溅射区表面的夹角范围为40°～55°。

可选地，所述喷砂处理的压缩空气的压强调节在0.441MPa～0.539MPa。

可选地，所述喷砂处理的砂粒型号为46号白刚玉。

可选地，所述熔射处理的温度控制在1200℃～1350℃。

可选地，所述熔射处理的熔射距离为60mm～300mm。

可选地，所述熔射处理的熔射粉末的供给量设定为40～150g/min。

可选地，所述熔射处理的熔射粉末为铝粉末。

可选地，所述靶材为钛靶材或钽靶材。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

经喷砂处理后，靶材的非溅射区表面形成粗糙面，粗糙面凹凸不平，具有“坑”；接着，对粗糙面进行熔射处理形成膜层，由于粗糙面凹凸不平，熔化的粉末很容易在粗糙面着陆，而不会滚落。并且融化的粉末在粗糙面凝固形成膜层，以粗糙面为基，膜层亦是凹凸不平。更重要的是，相比于单纯的喷砂处理，经喷砂、熔射处理后的非溅射区表面形成的膜层与非溅射区表面的粘附性强。在将本技术方案的靶材应用到真空溅射较长时间时，即使靶材原子形成堆积，膜层也不会脱落，不会出现现有技术的颗粒物脱落造成溅射参数不达标的问题，保持溅射参数稳定。而且，这显著提高了靶材的使用寿命，最终可提升多于50%的靶材寿命。

附图说明

图1是现有技术的Ti靶材的侧视示意图；

图2是本发明具体实施例的靶材的侧视示意图。

具体实施方式

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种靶材的处理方法，对非溅射区表面进行喷砂和熔射处理，在非溅射区表面形成熔射膜层，该膜层具有良好的粗糙度，该膜层与非溅射区表面之间具有稳定的粘附力，保证非溅射区表面的靶材原子颗粒不会滚落。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图2，提供靶材20，靶材20包括中心位置的溅射区21和溅射区21之外的非溅射区22，非溅射区22位于靶材20的边缘，为靶材20的边缘区域。

在具体实施例中，该靶材20可以是钛靶材或钽靶材。在本实施例中，靶材20为半导体真空溅射用200mm钛靶材。但不限于此，在其他实施例中，靶材可以是其他尺寸、类型的靶材。

对所述非溅射区22表面进行喷砂处理，形成粗糙面（未示出）。喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料（铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂）高速喷射到需要处理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，由于喷料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度。对非溅射区22表面进行喷砂处理，可以改善非溅射区22表面的机械性能，提高非溅射区22表面的抗疲劳性，在将该靶材应用到真空溅射时，避免溅射的靶材原子对非溅射区表面造成损伤。最重要的是，对非溅射区22表面进行喷砂处理，非溅射区22表面凹凸不平，为后续的熔射处理过程打好“基础”，为熔射粉末提供附着粗糙面，增强非溅射区22表面与熔射膜层之间的吸附力。

在具体实施例中，影响喷砂质量的主要因素有：砂粒材料、砂粒大小、砂粒重量、空气压力、喷射角度、喷射距离。任何一个参数的变化都会不同程度地影响喷砂的效果。下面详细说明本实施例中提供的一种喷砂的方法，采用此喷砂技术对非溅射区表面进行处理，可以使得非溅射区表面的粗糙度均匀、色差小。

在本实施例中，喷砂处理中的喷砂砂粒为46号白刚玉，也就是每平方英尺内含有46粒白刚玉。将1千克左右的46号白刚玉倒入喷砂机，喷砂机空气压强范围控制在0.441MPa～0.539MPa，空气压力如果大于0.539MPa，则喷砂的动力太足，使非溅射区表面冲击或切削形成的坑的平均深度加大，影响后续的熔射的膜层与粗糙面的结合力。如果空气压力小于0.441MPa，则喷砂的动力不够，使防着板的防着面坑的平均深度太小，同样影响后续的熔射的膜层与粗糙面的结合力。

在具体实施例中，喷砂处理过程中，喷砂枪枪嘴至非溅射区表面的距离是可调的，可根据待形成的不同的粗糙度进行调节。在本实施例中，喷砂枪枪嘴至非溅射区表面的距离范围为150mm～200mm。而且，喷砂枪喷嘴所喷砂粒所作的直线运动方向和非溅射区表面呈40°～55°范围的夹角，使得在喷砂枪喷嘴固定不动的前提下，砂粒做匀速运动，确保所述非溅射区表面喷砂后的表面粗糙度和均匀性一致，即可以保证喷砂的均匀性和预定的覆盖范围。在喷砂处理后，在所述非溅射区表面形成平均深度5.08μm～7.62μm的均匀粗糙层。

在对非溅射区表面进行喷砂处理后，可以对所述喷砂后的粗糙面进行清洗。在本实施例中，使用纯净水或去离子水清洗粗糙面，清洗干净粗糙面的喷砂砂粒，清洗时间大概为5min～10min。而且，对喷砂后的粗糙面进行清洗，清理粗糙面未嵌合的流动砂粒、或者未形成强力嵌合的松动砂粒，确保粗糙面清洁，后续熔射处理中的熔射粉末直接粘附在粗糙面，保证熔射粉末的粘附性更好，使得熔射效果更好。在其他实施例中，若喷砂处理后的粗糙面没有喷砂砂粒残留，或残留的喷砂砂粒不影响后续熔射过程，也可以不进行清洗处理。

对喷砂处理后的粗糙面进行熔射处理，形成膜层。

熔射，又称热喷涂或喷焊，其基本原理是将材料（粉末或线材）加热熔化，在气体带送下高速冲击附着于底材（或工件）表面、堆积、凝固形成膜厚或涂层，达到防腐蚀、防锈、耐磨、润滑、表面粗糙化、吸附、绝缘、绝热....等目的。在本实施例的熔射处理过程，熔射材料熔化后呈液态，由于经喷砂处理后的粗糙面凹凸不平，粗糙面更能“兜住”液态熔射材料，液态熔射材料在粗糙面凝固形成膜层。由于粗糙面凹凸不平的缘故，膜层亦凹凸不平，而且膜层在粗糙面的粘附力更强。

在具体实施例中，影响熔射质量的主要因素有：熔射材料、熔射材料的大小、熔射温度、熔射距离和熔射材料的供给量。任何一个参数的变化都会不同程度地影响喷砂的效果。

在本实施例中，熔射处理过程的熔射材料为铝粉末、或铝-硅系合金构成的焊接材料粉末，或者，可以为铝粉末和硅粉的混合粉末（硅的含量保持在5wt～50wt%）。如果硅的含量小于5wt%或者大于50wt%在防着面进行熔射处理变的很困难。

为了使上述熔射粉末在非溅射区表面部分的接触，为了使熔射粉末能光滑地通过熔射枪的细喷嘴，需要保持50%以上的熔射粉末的形状为球状。所述熔射粉末的粒径范围最好在20μm～100μm，如果上述熔射粉末的粒径大于100μm。在相邻的颗粒之间就会出现间隙，使得熔射处理后的非溅射区表面太过粗糙；如果上述熔射粉末的粒径小于20μm，上述熔射粉末在熔射的过程中很容易被熔化，不利于涂层的附着。

在具体实施例中，在粗糙面上进行熔射处理的温度控制在1200℃～1350℃，如果在非溅射区表面进行熔射处理的温度小于1200℃，熔射粉末的熔化就不充分，膜层与非溅射区表面的粘附性较差。如果在防着板上进行熔射处理的温度超过了1350℃，就会使上述粉末内部会完全熔化，会在粗糙面形成坚硬的氧化层，该氧化层会阻碍膜层与靶材非溅射区表面的粘附。

在具体实施例中，在粗糙面进行熔射处理的熔射距离，即熔射枪头至非溅射区表面的距离范围为60mm～300mm，若熔射距离不到60mm，不但熔射粉末过度熔化，使得粗糙面表面氧化，而且非溅射区表面会因加热出现形状和组织变化。另外，如果熔射距离超过300mm，熔射粉末在到达非溅射区表面的过程可能会再凝固，导致膜层的附着量下降。

在具体实施例中，熔射粉末的供给量设定为40～150g/min。如果熔射粉末的供给量小于40g/min，则膜层在粗糙面的粘附性下降，若熔射粉末的供给量大于150g/min，则粗糙面的附着层变厚，由于冷却时的收缩差，使其粘附性下降的同时，增加成本。

对粗糙面进行熔射处理的过程中，为防止粗糙面氧化和粉末粒子的氧化，在粗糙面熔射处理环境中形成一种氮气的非氧化气氛比较好。

熔射后，在所述非溅射区表面形成平均深度为10.16μm～22.86μm的均匀粗糙膜层。相比于单纯的喷砂处理，经喷砂、熔射处理后的非溅射区表面形成的膜层与非溅射区表面的粘附性强。在将本实施例的靶材应用到真空溅射较长时间，即使靶材原子形成堆积，膜层也不会脱落，不会出现现有技术的颗粒物脱落造成溅射参数不达标的问题，保持溅射参数稳定。而且，这显著提高了靶材的使用寿命，最终可提升多于50%的靶材寿命。

虽然本发明披露如上，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 (11)

1.一种靶材的处理方法，其特征在于，包括：

提供靶材，所述靶材包括边缘区域的非溅射区；

对所述靶材的非溅射区表面进行喷砂处理，形成粗糙面；

对所述粗糙面进行熔射处理，在所述非溅射区表面形成膜层。

2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，对靶材的非溅射区表面进行喷砂处理后，还包括使用纯净水或去离子水清洗所述粗糙面。

3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述喷砂处理过程中，喷砂枪枪嘴至非溅射区表面的距离范围为150mm～200mm。

4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，喷砂枪喷嘴所喷砂粒所作的直线运动方向和所述非溅射区表面的夹角范围为40°～55°。

5.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述喷砂处理的压缩空气的压强调节在0.441MPa～0.539MPa。

6.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述喷砂处理的砂粒型号为46号白刚玉。

7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述熔射处理的温度控制在1200℃～1350℃。

8.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述熔射处理的熔射距离为60mm～300mm。

9.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述熔射处理的熔射粉末的供给量设定为40～150g/min。

10.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述熔射处理的熔射粉末为铝粉末。

11.如权利要求1～10任一项所述的处理方法，其特征在于，所述靶材为钛靶材或钽靶材。