CN104668883A - 靶材组件溅射面的处理方法 - Google Patents

Abstract

一种靶材组件溅射面的处理方法，包括：提供靶材组件，所述靶材组件由靶材和背板焊接而成，对所述靶材组件溅射面进行粗加工，将焊接过程中产生的氧化层去除；对所述粗加工后的靶材组件溅射面进行精加工，去除在该溅射面上进行粗加工时留下的刀纹，并且能够减薄粗加工在该溅射面上形成的应力层厚度；对所述精加工后的靶材组件溅射面进行抛光处理。采用本发明的方法处理的靶材组件，应用于溅射工艺时，能够减短预溅射时间，从而提高在基片上的镀膜效率。

Description

靶材组件溅射面的处理方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，尤其涉及靶材组件溅射面的处理方法。

背景技术

在半导体工业中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材、与靶材结合的背板构成，应用于真空溅射工艺。其中，背板起支撑靶材的作用，并具有传导热量的功效。真空溅射工艺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靶材组件中的靶材，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。

靶材组件中的靶材进行真空溅射工艺时，以钽靶材为例，首先需要进行一段时间的预溅射，预溅射使靶材裸露出内部晶体规则排列的靶材组织。预溅射后，继续对内部晶体规则排列的靶材组织进行溅射，各种真空溅射参数才有效，才能正式的进入基片表面镀膜程序。

现有技术中，采用靶材组件中的钽靶材进行真空溅射工艺时，预溅射时间（Burning Time）过长，在基片上镀膜的效率低下。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中，采用靶材组件中的钽靶材进行真空溅射工艺时，预溅射时间过长，在基片上镀膜的效率低下。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件溅射面的处理方法，包括：

提供靶材组件，所述靶材组件由靶材和背板焊接而成，对所述靶材组件溅射面进行粗加工，将焊接过程中产生的氧化层去除；

对所述粗加工后的靶材组件溅射面进行精加工，去除在该溅射面上进行粗加工时留下的刀纹，并且能够减薄粗加工在该溅射面上形成的应力层厚度；

对所述精加工后的靶材组件溅射面进行抛光处理。

可选的，所述精加工后，所述抛光处理的步骤之前，还包括对所述精加工后的靶材组件的溅射面进行磨削处理。

可选的，所述磨削处理为采用磨床加工，将所述精加工后的靶材组件的溅射面去除0.4～0.8毫米。

可选的，所述磨削处理包括第一磨削处理、第一磨削处理之后的第二磨削处理，

所述第一磨削处理的参数为：磨床主轴转速为1500～2500转/分钟，进给量为0.12～0.16毫米/分钟，第一磨削量为0.3～0.5毫米；

所述第二磨削处理的参数为：磨床主轴转速为1500～2500转/分钟，进给量为0.08～0.10毫米/分钟，第二磨削量为0.2～0.3毫米。

可选的，采用粒度为400目～600目的金刚石砂轮进行第一磨削。

可选的，采用粒度为800目～1200目的金刚石砂轮进行第二磨削。

可选的，所述粗加工为在普通车床上进行车削加工，将所述焊接后形成的靶材组件溅射面去除0.3～0.5毫米。

可选的，所述精加工为在数控车床上车削加工，将所述粗加工后的靶材组件的溅射面去除0.1～0.2毫米。

可选的，所述抛光处理去除所述磨削后的溅射面0.05～0.1毫米。

可选的，所述靶材的材料为钽或钽合金。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

提供靶材组件，所述靶材组件由靶材和背板焊接而成，对靶材组件的溅射面进行粗加工，将焊接过程中产生的氧化层去除。接着，对粗加工后的溅射面进行精加工，去除在该溅射面上进行粗加工时留下明显的刀纹，并且能够减薄粗加工在该溅射面上形成的应力层厚度；接着，对精加工后的溅射面进行抛光处理。本实施例中的抛光处理一方面会得到平整光亮的溅射面，另一方面，同样会最大程度的减少粗车和精车过程中产生的应力层厚度，从而使靶材组件溅射面的应力层厚度进一步减薄。采用本发明中的方法形成的靶材组件应用到溅射工艺中，由于该靶材组件溅射面的应力层厚度被大幅度减小，通过预溅射工艺能够很快的露出内部晶体规则排列的靶材组织，从而可以大幅度减小预溅射时间，进而提高在基片上镀膜的效率。

附图说明

图1是本发明具体实施例中的靶材组件溅射面处理方法的流程示意图；

图2是本发明具体实施例中的靶材组件的结构示意图。

具体实施方式

现有技术中，靶材组件溅射面的处理方法如下：提供靶材组件坯料，靶材组件由钽靶材和背板焊接而成。接着，对靶材组件进行粗加工，去除靶材组件表面的氧化层。其中，该氧化层是在焊接工艺中产生的，当然，去除靶材组件表面的氧化层包括去除靶材组件溅射面的氧化层。接着，对靶材组件的溅射面进行抛光处理，去除靶材组件溅射面在粗加工过程中产生的刀纹，使得溅射面平整均匀光滑。

采用现有技术的方法处理后的靶材组件进行真空溅射工艺时，预溅射时间（Burning Time）过长，在基片上镀膜效率低下。经过分析，原因如下：

钽金属极富延展性，粘性比较强，对靶材组件表面进行粗加工时，很容易在形成的靶材组件的溅射面产生加工应力层，该应力层为1mm左右。虽然后续的抛光处理能够使粗加工后的溅射面平整均匀光滑，但是，粗加工留下的加工应力层虽然肉眼观察不到，却依然存在。再者，操作人员即使将抛光处理时间无限延长，也只能将上述应力层最多减薄0.1mm。将该靶材组件进行真空溅射工艺时，首先会将该应力层溅射掉直至裸露出内部晶体规则排列的钽靶材组织。因此，正是因为有该应力层的存在，才使得预射时间（BurningTime）过长，进而使得在基片上镀膜的效率低下。

因此，本发明提供一种靶材组件溅射面的处理方法。采用本发明的处理方法处理后的靶材组件应用至溅射工艺中，能够大幅度减短预溅射时间，从而提高在基片上镀膜的效率。

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。具体如下：

首先，参考图1和图2，执行步骤S11，提供靶材组件10，所述靶材组件由靶材11和背板12焊接而成，对所述靶材组件溅射面111进行粗加工，将焊接过程中产生的氧化层去除。

本实施例中，参考图2，靶材11的形状为圆柱体，材料为钽金属，纯度为大于等于99.99%。为了提高靶材与背板的焊接结合率，背板的材料可以为铜或铝，也为圆柱体。将靶材11与背板12同轴焊接形成靶材组件10，所以靶材组件10也为圆柱体。靶材组件的溅射面为靶材的溅射面。靶材11和背板12的焊接温度较高，在靶材组件10的表面会形成一层氧化层。采用粗加工的方法将该氧化层去除。

本实施例中，粗加工的方法为采用普通车床进行车削加工。具体参数如下：

将靶材组件10安装在普通车床上，调节普通车床的主轴转速为200～400转/分钟，使用普通硬质合金刀具进行车削，进刀量0.1～0.2毫米，每转进给量为0.05～0.08毫米。采用上述粗加工参数将靶材组件溅射面111去除0.3～0.5毫米。采用上述粗加工参数也可以将靶材组件10的其他表面的氧化层去除0.3～0.5毫米。

本实施例中的粗加工过程中的普通车床的主轴转速如果过快，车削时温度会上升，大大缩短硬质合金刀具的使用寿命；普通车床主轴转速过慢，容易使得粗加工后的溅射面凸凹不平，粗糙度大。但是，普通车床主轴转速如果比较高，则可以减小硬质合金刀具对靶材组件溅射面111的冲击力，避免产生大的加工应力；对于由此引起的温升，可以通过冷却介质解决。

进给量是指靶材组件10每旋转一周或往复一次，靶材组件10在进给运动方向（靶材组件溅射面111直径方向）上的相对位移。进给量与靶材组件溅射面111的变形量有直接关系，进给量小，变形量也小。

车削过程是剪切与挤压并存的过程，进刀量为在靶材组件10厚度方向上的相对位移。如果进刀量过小，挤压效果大于剪切效果，使得距所述溅射面表层不同深度的晶粒间大小不同，会加大靶材组件溅射面111的残余应力，产生较厚的加工应力层；如果进刀量过大，则在加工中易出现打滑现象。在进刀量一定情况下，普通车床的主轴转速、进给量对靶材组件溅射面111粗糙度影响很大，具体为：普通车床的主轴转速低、进给量大，靶材组件溅射面111粗糙度比较差但加工效率高；普通车床的主轴转速高、进给量小，靶材组件溅射面111的粗糙度好但加工效率低。

因此，采用本发明的粗加工的方法，不仅能够将靶材组件溅射面111的氧化层去除干净，而且还能够很好的平衡该溅射面的表面粗糙度、加工应力层的厚度和加工效率这三大要素。从而使靶材组件的溅射面粗糙度较小、粗加工时产生的加工应力层厚度较薄，而且，粗加工的效率也较高。为后续能够得到较薄应力层、甚至没有应力层的溅射面的靶材组件做准备。

需要说明的是，本实施例中的粗加工之所以采用硬质合金刀，避免在粗加工的过程中，产生较厚的应力层。

因此，本实施例中的粗加工结束后，在靶材组件的溅射面上产生的加工应力层的厚度小于现有技术中的粗加工在溅射面上产生的加工应力层的厚度。而且，本实施例中，粗加工后的溅射面的粗糙度比现有技术中的粗加工后的溅射面的粗糙度有所减小。但是，本实施例中的粗加工效率高于现有技术中的粗加工效率。

接着，参考图1，执行步骤S12，所述粗加工后的靶材组件溅射面111进行精加工，去除在该溅射面上进行粗加工时留下的刀纹，并且能够减薄粗加工在该溅射面上形成的应力层厚度。

本实施例中，精加工的方法为采用数控车床进行车削加工。具体参数如下：

将靶材组件10安装在数控车床，调节数控车床的主轴转速为200～400转/分钟，使用金刚石刀具进行车削，进刀量0.05～0.1毫米，每转进给量为0.02～0.04毫米。

采用上述精加工参数将靶材组件的溅射面去除0.1～0.2毫米，原因如下：（1）粗加工会在靶材组件的溅射面上留下明显的刀纹，利用上述精加工工艺去除该刀纹。（2）能够减薄粗加工在溅射面上形成的应力层厚度。

本实施例中的精加工过程中的数控车床的主轴转速如果过快，车削时温度同样会上升，大大缩短金刚石刀具的使用寿命；数控车床主轴转速过慢，同样容易使得精加工后的溅射面凸凹不平，粗糙度大。但是，数控车床主轴转速如果比较高，则可以减小金刚石刀具对靶材组件溅射面111的冲击力，避免产生大的加工应力；对于由此引起的温升，可以通过冷却介质解决。

进给量同样与靶材组件溅射面111的变形量有直接关系，进给量小，变形量也小。

如果进刀量过小，挤压效果大于剪切效果，使得距所述溅射面表层不同深度的晶粒间大小不同，会加大靶材组件溅射面111的残余应力；如果进刀量过大，则在加工中易出现打滑现象。数控车床的主轴转速低、进给量大，靶材组件溅射面111的粗糙度比较差但加工效率高；数控车床的主轴转速高、进给量小，靶材组件溅射面111的粗糙度好但加工效率低。

因此，采用本发明的精加工的方法，不仅能够将粗加工工艺留在靶材组件溅射面111上明显的刀纹去除，同样能够很好的平衡该溅射面进行精加工时的表面粗糙度、加工应力层的厚度和加工效率这三大要素。从而使靶材组件的溅射面粗糙度较小、精加工产生的加工应力层厚度较薄，而且，精加工的效率也较高。为后续能够得到较薄应力层、甚至没有应力层的溅射面的靶材组件做进一步准备。

需要说明的是，本实施例中的精加工之所以采用金刚石刀，避免在精加工的过程中，产生较厚的应力层。

本实施例中的精加工结束后，在靶材组件的溅射面上由于精加工产生的应力层厚度本身已经最薄化，再加上去除了粗加工在溅射面上产生的加工应力层的厚度。因此，精加工后的溅射面上的加工应力层厚度与现有技术车削后的在溅射面上产生的应力层厚度相比，已经大幅度减薄。而且，本实施例中，精加工的溅射面的粗糙度进一步有所减小。但是，本实施例中的精加工效率较高。

本实施例中，通过粗加工、精加工具体工艺参数的设置，实现了在溅射面进行车削处理后形成的加工应力层的最薄化。

接着，继续参考图1，执行步骤S13，对所述精加工后的靶材组件溅射面111进行抛光处理。

本实施例中，所述抛光处理为将靶材组件安装在普通车床上，采用不同型号的砂纸依次对第三靶材组件的溅射面进行抛光。具体包括：

首先使用粒度为180目的粗砂纸水性砂纸抛光10min；然后使用粒度为320目的略粗水性砂纸抛光10min；接着使用粒度为600目的略细水性砂纸抛光10min；最后使用粒度为1200目的细水性砂纸抛光10min。在抛光的过程中，普通车床的主轴转速为200～500转/分钟。

本实施例中，将溅射面抛光去除0.05～0.1毫米。之所以将溅射面抛光去除0.05～0.1毫米，原因如下：（1）将精加工产生的细微刀痕去除，得到平整光亮的溅射面，使溅射面的粗糙度为0.4μm。（2）最大程度的减薄粗车和精车过程中产生的加工应力层厚度。

需要说明的是：（1）由上可知，车削加工后形成的应力层厚度根据车削时刀具的选择、车床主轴转速、进给量、进刀量等参数的不同而有所区别。现有技术中的粗车、抛光各参数的设定使得靶材组件溅射面产生厚度为1mm的厚应力层。

采用本实施例中的粗加工、精加工的车削工艺参数对靶材组件溅射面进行加工可以最大化的平衡车削时产生的应力层厚度、溅射面的粗糙度和加工效率三者之间的关系。本实施例中的抛光处理参数也可以最大程度的减薄粗车和精车过程中产生的加工应力层厚度。虽然，抛光处理结束后，在靶材组件溅射面还会残留部分厚度的加工应力层，但是相对于现有技术中的1毫米，本实施例中，已经减薄很多，从而减小后续形成的靶材组件的预溅射时间。

（2）采用本实施例中的抛光方法，可以在溅射面的应力层厚度大幅度减小的前提下，进一步减小溅射面的的表面粗糙度，而且，在最短的时间内，使得溅射面的表面粗糙度小于0.4μm，可以进一步减小后续形成的靶材组件的预溅射时间。

本实施例中，为了最大化的减小靶材组件溅射面111的应力层的厚度，甚至为了将靶材组件溅射面111的应力层去除，所述精加工的步骤之后，所述抛光处理的步骤之前，还包括：对所述精加工后的靶材组件溅射面进行磨削处理。

本实施例中的磨削处理为将精加工后的靶材组件溅射面采用磨床加工，将靶材组件溅射面去除0.4～0.8毫米。包括第一磨削处理、第一磨削处理之后的第二磨削处理。

所述第一磨削处理具体为：采用粒度为400目～600目的金刚石砂轮进行第一磨削。磨床主轴转速为1500～2500转/分钟，进给量为0.12～0.16毫米/分钟，第一磨削量为0.3～0.5毫米。

所述第二磨削处理具体为：采用粒度为800目～1200目的金刚石砂轮进行第二磨削。磨床主轴转速为1500～2500转/分钟，进给量为0.08～0.10毫米/分钟，第二磨削量为0.2～0.3毫米。

上述第一磨削处理、第二磨削处理参数的设置必须严格执行，可以实现最大化的减小车削（粗加工、精加工）过程中在靶材表面留下的应力层，从而最大化的减小预溅射时间。而且，磨削处理所述应力层的同时还可以减小靶材组件溅射面的表面粗糙度。

当然，在其它实施例中，只进行第一磨削处理不进行第二磨削处理或者只进行第二磨削处理不进行第一磨削处理，也属于本发明保护的范围。

综上，本实施例中的对靶材组件溅射面的处理方法可以最大化的减小钽靶材溅射面的加工应力层厚度，使得钽靶材的预溅射时间从200KWH减少到100KWH。也就是说，现有技术中的钽靶材只有预溅射到200KWH时，才能进入有效的真空溅射工艺，开始进入基片上膜层的沉积程序。而本发明的靶材只要预溅射到100KWH时，就可以进入有效的真空溅射工艺，开始进入基片上膜层的沉积程序。另外，靶材组件中的钽靶材假设溅射到1000KWH时寿命结束，现有技术中的靶材组件的有效溅射寿命为800KWH，而经过本发明的处理方法处理过的靶材组件的有效溅射寿命900KWH。因此，从这方面讲，采用本发明处理方法可以延长溅射靶材的使用寿命。

本发明不限于纯钽靶材形成的靶材组件，也适用于钽合金靶材或者其他溅射金属形成的靶材组件。

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 (10)

1.一种靶材组件溅射面的处理方法，其特征在于，包括：

提供靶材组件，所述靶材组件由靶材和背板焊接而成，对所述靶材组件溅射面进行粗加工，将焊接过程中产生的氧化层去除；

对所述粗加工后的靶材组件溅射面进行精加工，去除在该溅射面上进行粗加工时留下的刀纹，并且能够减薄粗加工在该溅射面上形成的应力层厚度；

对所述精加工后的靶材组件溅射面进行抛光处理。

2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，

所述精加工后，所述抛光处理的步骤之前，还包括对所述精加工后的靶材组件的溅射面进行磨削处理。

3.如权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述磨削处理为采用磨床加工，将所述精加工后的靶材组件的溅射面去除0.4～0.8毫米。

4.如权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述磨削处理包括第一磨削处理、第一磨削处理之后的第二磨削处理，

所述第一磨削处理的参数为：磨床主轴转速为1500～2500转/分钟，进给量为0.12～0.16毫米/分钟，第一磨削量为0.3～0.5毫米；

所述第二磨削处理的参数为：磨床主轴转速为1500～2500转/分钟，进给量为0.08～0.10毫米/分钟，第二磨削量为0.2～0.3毫米。

5.如权利要求4所述的处理方法，其特征在于，采用粒度为400目～600目的金刚石砂轮进行第一磨削。

6.如权利要求4所述的处理方法，其特征在于，采用粒度为800目～1200目的金刚石砂轮进行第二磨削。

7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述粗加工为在普通车床上进行车削加工，将所述焊接后形成的靶材组件溅射面去除0.3～0.5毫米。

8.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述精加工为在数控车床上车削加工，将所述粗加工后的靶材组件的溅射面去除0.1～0.2毫米。

9.如权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述抛光处理去除所述磨削后的溅射面0.05～0.1毫米。

10.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述靶材的材料为钽或钽合金。