CN106270557A - 溅射靶材的表面处理方法 - Google Patents

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大岩彦
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Abstract

本发明提供一种溅射靶材的表面处理方法，所述方法包括：提供溅射靶材，所述溅射靶材已完成粗加工及半精加工，所述靶材的材料为纯铝或铝合金；采用车削工艺对所述溅射靶材进行精加工，并采用无水酒精作为所述精加工的切削液以起到润滑和冷却的作用。无水酒精易挥发，挥发后不会在溅射靶材表面有残留，从而满足精加工以后的溅射靶材表面高洁净度和平整度，无任何其他物质残留的要求。

Description

溅射靶材的表面处理方法
技术领域
本发明涉及靶材技术领域，尤其涉及溅射靶材的表面处理方法。
背景技术
物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition；PVD)是半导体芯片制造中最为普遍的工艺之一，而PVD用溅射靶材是配线材料、液晶平板显示器、光学镜头、电子成像、太阳能电池等制造工艺中尤为重要的原材料之一，其中，最被广泛使用的是超高纯铝或铝合金溅射靶材。
在实际制造过程中，靶材表面的粗糙度会直接影响靶材溅射速率的稳定性，而溅射速率的不稳定性将导致在基板上形成的薄膜厚度不均匀；因此为了确保薄膜质量的稳定性，必须提高溅射靶材表面的光洁度。
在现有技术中，对于溅射靶材常用的表面处理方法为车削加工的方法。车削加工是将溅射靶材装卡在车床上，利用溅射靶材相对与刀具的旋转，对溅射靶材进行切削的加工方法，从而得到表面光滑的溅射靶材。
在车削加工过程中，需同时添加切削液，起到冷却和润滑刀具和加工件的作用。现有技术中，所采用的切削液是纯油型切削液或水溶性切削液或纯水。纯油型切削液或水溶性切削液容易在溅射靶材表面附着一层油脂，难以清洗和去除；即使采用纯水，水蒸发很慢，蒸发后会在溅射靶材表面留下水痕，这个在外观上也是不允许的。而溅射靶材的使用环境为高真空度，高清洁度的溅射机台膛腔内，表面净化要求非常高且不允许残留任何油脂、尘埃等其他元素。因此，对于溅射靶材的表面处理方法，需找到一种易去除的切削液。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种溅射靶材的表面处理方法，所要解决的技术问题是：在现有溅射靶材的表面处理技术的车削工艺过程中，采用纯油型切削液或水溶性切削液或纯水作为切削液，导致在溅射靶材表面形成切削液残留物或者水痕，即使是采用专用于铝材料的切削液，也难以做到加工后溅射靶材表面无任何一点切削液残留，进而影响到溅射靶材的最终使用。
为解决上述问题，本发明提供一种溅射靶材的表面处理方法。包括如下步骤：
提供溅射靶材，所述溅射靶材已完成粗加工及半精加工；
采用车削工艺对所述溅射靶材进行精加工，所述精加工过程中采用无水酒精进行冷却和润滑。
可选的，所述无水酒精为浓度大于95％的无水酒精。
可选的，在所述精加工过程中，所述无水酒精通过喷射方式对所述溅射靶材进行处理，喷射压强为5个大气压至7个大气压。
可选的，所述精加工具体包括：
对所述溅射靶材进行第一精加工；
对所述溅射靶材进行第二精加工；
对所述溅射靶材进行第三精加工。
可选的，所述第一精加工每刀的切削量为0.1毫米至0.3毫米，机床转速为600转/分钟至800转/分钟，每分钟进给量为0.1毫米/转至0.3毫米/转。
可选的，所述第二精加工每刀的切削量为0.02毫米至0.07毫米，机床转速为700转/分钟至900转/分钟，每分钟进给量为0.05毫米/转至0.15毫米/转。
可选的，所述第三精加工每刀的切削量为0.005毫米至0.015毫米，机床转速为800转/分钟至1200转/分钟，每分钟进给量为0.03毫米/转至0.07毫米/转。
可选的，所述溅射靶材的表面处理方法还包括：在所述粗加工后半精加工之前进行去应力处理，以及在所述半精加工后精加工之前进行去应力处理。
可选的，所述去应力处理的工艺时间为8小时至16小时。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：以无水酒精作为车削工艺中精加工的切削液，通过雾化装置将所述无水酒精喷射至车刀刀尖与溅射靶材表面的交接点上，喷射出来的无水酒精不仅更好地在车削工艺中得到渗透，起到了润滑和冷却的作用，而且所述无水酒精易挥发，挥发后不会在溅射靶材表面有残留，从而满足精加工以后的溅射靶材表面高洁净度，无任何其他物质残留的要求。
进一步，所述车削工艺包括粗加工、半精加工和精加工。由于所述粗加工和半精加工每刀的切削量比较大，单位时间内产生的切削热也比较多，对切削液的需要也更大，纯油型切削液或水溶性切削液是通过机床附带的水泵喷射出来的，出水口的口径大，压力也相对较高，单位时间里的喷射量比较大，不仅能起到比较好的冷却润滑效果，同时所述纯油型切削液或水溶性切削液可以循环利用，成本更低，而无水酒精是通过雾化装置喷射出来的，其喷射量比较小，相比无水酒精，纯油型切削液或水溶性切削液更适合于粗加工和半精加工，可以避免采用无水酒精作为粗加工和半精加工的切削液时因润滑作用不佳引起靶材表面产生刮痕以及因冷却作用不佳引起车削工艺过程中来不及散热。因此，在整个车削工艺过程中，无水酒精仅作为精加工的切削液，所述粗加工和半精加工采用喷射量更大的纯油型切削液或水溶性切削液。
附图说明
图1是本发明实施例的溅射靶材的表面处理方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的溅射靶材的表面处理方法的更细化的流程示意图；
图3是本发明实施例的溅射靶材的表面处理方法中粗加工及半精加工所采用的车刀的结构示意图；
图4是本发明实施例的溅射靶材的表面处理方法中精加工所采用的车刀的结构示意图；
图5是本发明实施例的溅射靶材的表面处理方法中精加工的流程示意图；
图6是本发明实施例的溅射靶材的表面处理方法中各个加工步骤后的溅射靶材结构示意图。
具体实施方式
经过发明人分析，发现在现有溅射靶材的表面处理技术的车削工艺采用纯油型或水溶性或纯水作为切削液，但所述纯油型或水溶性切削液在加工过程中或者会与溅射靶材的铝材料发生反应，或者含有油性物质，难以清洗，从而导致在溅射靶材表面形成切削液残留物或者水痕，即使是采用专用于铝材料的切削液，也难以做到加工后溅射靶材表面无任何一点切削液残留，进而影响到溅射靶材的最终使用。
为了解决采用现有车削技术的切削液时易在溅射靶材表面形成切削液残留物或者水痕这一问题，本发明的发明人对切削液做了进一步研究，发现以无水酒精作为车削工艺中精加工的切削液，通过雾化装置将所述无水酒精喷射至车刀刀尖与溅射靶材表面的交接点上，喷射出来的无水酒精不仅更好地在车削工艺中得到渗透，起到了润滑和冷却的作用，而且所述无水酒精易挥发，挥发后不会在溅射靶材表面有残留，从而满足精加工以后的溅射靶材表面高洁净度，无任何其他物质残留的要求。
同时，考虑到所述车削工艺中的粗加工和半精加工的切削量需求量较大，因此，在整个车削工艺过程中，无水酒精仅作为精加工的切削液，所述粗加工和半精加工采用喷射量更大的纯油型切削液或水溶性切削液。
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。
请参考图1，图1是本发明实施例的溅射靶材的表面处理方法的流程示意图，本发明所提供的溅射靶材的表面处理方法包括以下基本步骤：
步骤S1：提供溅射靶材，所述溅射靶材的材料为纯铝或铝合金；
步骤S2：对所述溅射靶材的表面进行车削加工。
下面将结合附图对本发明的具体实施例做进一步描述。
首先步骤S1，提供溅射靶材。在本实施例中，所述溅射靶材的材料为纯铝或铝合金，其中所述材料中铝的纯度为大于99.9％。此外，所述溅射靶材的形状可以根据具体应用领域而定，例如矩形、圆形、环形或其他形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，在本实施例中，所述溅射靶材为运用于半导体领域的圆形的板靶材。
接着执行步骤S2，对所述溅射靶材的表面进行车削加工，在所述车削加工过程中采用切削液以起到冷却和润滑车刀以及所述溅射靶材的作用。
在实际应用中，所述车削加工可以分成多个工序来完成。具体来讲，结合参考图2至图4，所述车削加工可以包括如下各工序：S21，粗加工所述溅射靶材表面；S22，采用自然时效进行去应力处理；S23，半精加工所述溅射靶材表面；S24，采用自然时效进行去应力处理；S25，精加工所述溅射靶材表面。
现对上述各工艺进行详细说明。
在S21中，对待加工的溅射靶材进行粗加工，去除所述溅射靶材表面的大部分余量以获得表面较为平整的半成品。所述提供的待加工的溅射靶材表面一般凹凸不平，因此在所述粗加工工艺中，需要先去除所述过滤网表面的大部分余量。
本实施例中，所采用的车刀可如图3所示，所述车刀300包括刀体320和位于所述刀体上的刀头310。具体工艺可以为：将所述待加工的溅射靶材安装在车床的主轴上，以所述刀头310对所述待加工的溅射靶材的表面进行粗加工，在所述粗加工过程中，通过机床附带的水泵喷射将纯油型切削液或水溶性切削液喷射至所述刀头310与所述溅射靶材的交接点上，以起到冷却和润滑的作用。
在S22中，将完成粗加工后的溅射靶材放置于自然环境中，以消除所述溅射靶材的内应力。所述放置在自然环境中的时间为8小时至16小时。
当所述放置在自然环境中的时间少于8小时，所述溅射靶材的内应力还没有完全消除，容易使所述溅射靶材发生形变；经过一定时间后，所述溅射靶材的内应力已经全部释放完，当所述放置在自然环境中的时间多于8小时，已经不会对所述溅射靶材的内应力释放产生作用，反而浪费工艺时间。
在S23中，对所述溅射靶材表面进行半精加工，去除所述溅射靶材表面的小部分余量以获得与精加工相似的半成品。具体工艺与上述S21相类似，采用的车刀与上述S21采用的车刀300相同。所述半精加工过程中，通过机床附带的水泵喷射将纯油型切削液或水溶性切削液喷射至所述刀头310与所述溅射靶材的交接点上，以起到冷却和润滑的作用。
在S24中，将完成半精加工后的溅射靶材放置于自然环境中，以消除所述溅射靶材的内应力。所述放置在自然环境中的时间为8小时至16小时。
当所述放置在自然环境中的时间少于8小时，所述溅射靶材的内应力还没有完全消除，容易使所述溅射靶材发生形变；经过一定时间后，所述溅射靶材的内应力已经全部释放完，当所述放置在自然环境中的时间多于8小时，已经不会对所述溅射靶材的内应力释放产生作用，反而浪费工艺时间。
在S25中，对所述溅射靶材进行精加工，去除所述溅射靶材表面的微小余量，使所述溅射靶材的表面光滑且洁净度高。
结合参考图5所示，本实施例中，所采用的车刀可如图4所示，所述车刀400包括刀体420和位于所述刀体上的刀头410。所述精加工可以包括如下各工序：S251，对所述溅射靶材表面进行第一精加工；S252，对所述溅射靶材表面进行第二精加工；S253，对所述溅射靶材表面进行第三精加工。所述S251、S252和S253的工艺以及采用的车刀相类似，具体工艺可以为：以所述刀头410对所述溅射靶材的表面依次进行第一精加工、第二精加工和第三精加工，在所述各步精加工过程中，通过雾化装置喷射无水酒精至所述刀头410与所述溅射靶材的交接点上，以起到冷却和润滑的作用。所述无水酒精喷射压强为5至7个大气强。
所述粗加工和半精加工每刀的切削量比较大，单位时间内产生的切削热也比较多，对切削液的需要也更大；所述精加工每刀的切削量很小，单位时间内产生的切削量也比较少，对切削量的需求较所述粗加工和半精加工少。由于所述无水酒精是通过雾化装置喷射出来的，其喷射量比较小，而纯油型切削液或水溶性切削液是通过机床附带的水泵喷射出来的，出水口的口径大，压力也相对较高，单位时间里的喷射量比较大，同时所述纯油型切削液或水溶性切削液可以循环利用，成本更低，因此，在整个车削工艺过程中，无水酒精仅作为精加工的切削液，所述粗加工和半精加工采用喷射量更大的纯油型切削液或水溶性切削液。
假设待加工的溅射靶材的原始厚度为15毫米，根据工艺需求，车削工艺后所述溅射靶材的目标厚度为11.1毫米，结合参考图2至图6现对上述各工艺进行详细说明。
(1)将所述溅射靶材安装在车床的主轴上，以旋转所述主轴带动所述溅射靶材，采用车刀300对所述溅射靶材表面进行粗加工；同时，在所述粗加工过程中，通过机床附带的水泵喷射将纯油型切削液或水溶性切削液喷射至所述刀头310与所述溅射靶材的交接点上，以起到冷却和润滑的作用。所述粗加工有2刀，即对所述溅射靶材表面重复进行两次车削，设定每刀的切削量为1毫米；经过所述粗加工后，所述溅射靶材的厚度变为15-1＊2＝13毫米。结合参考图6，得到粗加工后的溅射靶材610。
(2)将完成粗加工后的溅射靶材放置于自然环境中，以消除所述溅射靶材的内应力。所述放置在自然环境中的时间为8小时至16小时。
(3)采用车刀300对所述溅射靶材表面进行半精加工，去除所述溅射靶材表面的小部分余量以获得与精加工相似的半成品；同时，在所述半精加工过程中，通过机床附带的水泵喷射将纯油型切削液或水溶性切削液喷射至所述刀头310与所述溅射靶材的交接点上，以起到冷却和润滑的作用。所述粗加工有2刀，即对所述溅射靶材表面重复进行两次车削，设定每刀的切削量为0.7毫米；经过所述半精加工后，所述溅射靶材的厚度变为13-0.7＊2＝11.6毫米。结合参考图6，得到半精加工后的溅射靶材620。
(4)将完成半精加工后的溅射靶材放置于自然环境中，以消除所述溅射靶材的内应力。所述放置在自然环境中的时间为8小时至16小时。
(5)采用车刀400对所述溅射靶材表面进行切削量稍大的第一精加工；同时，在所述第一精加工过程中，通过雾化装置喷射无水酒精至所述刀头410与所述溅射靶材的交接点上，以起到冷却和润滑的作用，且所述无水酒精喷射压强为5至7个大气强。所述第一精加工有2刀，即对所述溅射靶材表面重复进行两次车削，设定每刀的切削量为0.2毫米，机床转速为700转/分钟，每分钟进给量为0.2毫米/转；经过所述第一精加工后，所述溅射靶材的厚度变为11.6-0.2＊2＝11.2毫米。结合参考图6，得到第一精加工后的溅射靶材630。
(6)将机床转速调整为800转/分钟，每分钟进给量调整为0.1毫米/转，采用车刀400对所述溅射靶材表面进行切削量较小的第二精加工；同时，在所述第二精加工过程中，通过雾化装置喷射无水酒精至所述刀头410与所述溅射靶材的交接点上，以起到冷却和润滑的作用。所述第二精加工有2刀，即对所述溅射靶材表面进行两次车削，第一次车削的切削量为0.05毫米，第二次车削的切削量为0.04毫米，经过所述第二精加工后，所述溅射靶材的厚度变为11.2-0.05＊1-0.04*1＝11.11毫米。结合参考图6，得到第二精加工后的溅射靶材640。
(7)将机床转速调整为1000转/分钟，每分钟进给量调整为0.05毫米/转，采用车刀400对所述溅射靶材表面进行切削量极小的第三精加工；同时，在所述第三精加工过程中，通过雾化装置喷射无水酒精至所述刀头410与所述溅射靶材的交接点上，以起到冷却和润滑的作用。所述第三精加工有1刀，即对所述溅射靶材表面进行一次车削，设定每刀的切削量为0.01毫米，经过所述第三精加工后，所述溅射靶材的厚度变为11.11-0.01＊1＝11.1毫米。结合参考图6，得到第三精加工后的溅射靶材650。所述第三精加工后的溅射靶材650的厚度达到工艺需求的目标厚度。
相对于现有技术，本发明提供的溅射靶材的表面处理方法，通过在对所述溅射靶材进行精加工时采用无水酒精作为切削液，利用酒精的易挥发性，挥发后不会在溅射靶材表面有残留，从而满足精加工以后的溅射靶材表面高洁净度，无任何其他物质残留的要求，保证了溅射靶材车削加工后的质量。
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 (9)

1.一种溅射靶材的表面处理方法，其特征在于，包括：
提供溅射靶材，所述溅射靶材已完成粗加工及半精加工；
采用车削工艺对所述溅射靶材进行精加工，所述精加工过程中采用无水酒精进行冷却和润滑。
2.如权利要求1所述的溅射靶材的表面处理方法，其特征在于，所述无水酒精为浓度大于95％的无水酒精。
3.如权利要求2所述的溅射靶材的表面处理方法，其特征在于，在所述精加工过程中，所述无水酒精通过喷射方式对所述溅射靶材进行处理，喷射压强为5个大气压至7个大气压。
4.如权利要求1所述的溅射靶材的表面处理方法，其特征在于，所述精加工具体包括：
对所述溅射靶材进行第一精加工；
对所述溅射靶材进行第二精加工；
对所述溅射靶材进行第三精加工。
5.如权利要求4所述的溅射靶材的表面处理方法，其特征在于，所述第一精加工每刀的切削量为0.1毫米至0.3毫米，机床转速为600转/分钟至800转/分钟，每分钟进给量为0.1毫米/转至0.3毫米/转。
6.如权利要求4所述的溅射靶材的表面处理方法，其特征在于，所述第二精加工每刀的切削量为0.02毫米至0.07毫米，机床转速为700转/分钟至900转/分钟，每分钟进给量为0.05毫米/转至0.15毫米/转。
7.如权利要求4所述的溅射靶材的表面处理方法，其特征在于，所述第三精加工每刀的切削量为0.005毫米至0.015毫米，机床转速为800转/分钟至1200转/分钟，每分钟进给量为0.03毫米/转至0.07毫米/转。
8.如权利要求1所述的溅射靶材的表面处理方法，其特征在于，还包括：在所述粗加工后半精加工之前进行去应力处理，以及在所述半精加工后精加工之前进行去应力处理。
9.如权利要求8所述的溅射靶材的表面处理方法，其特征在于，所述去应力处理的工艺时间为8小时至16小时。
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