CN106312565B - 靶材组件的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种靶材组件的加工方法，所述方法包括：提供溅射靶材组件，所述溅射靶材组件包括靶材背板，所述靶材的材料含铝；对所述靶材背板的表面进行车削工艺后，对所述车削工艺后的靶材背板的表面进行至少两次抛光工艺。通过该抛光工艺，封闭所述靶材背板表面毛孔，使所述靶材背板在自然条件下具备抗氧化作用，从而避免因靶材背板氧化引起的所述靶材背板导电率下降问题，进而避免在溅射过程中所述溅射靶材发生异常放电或断电现象，保证了溅射靶材的质量。
Description
技术领域
本发明涉及靶材技术领域，尤其涉及靶材组件的加工方法，特别是针对靶材背板的加工方法。
背景技术
物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition；PVD)是半导体芯片液晶显示器制造中最为普遍的溅镀工艺。在溅镀工艺中，靶材组件由符合溅射性能的溅射靶材和具有一定硬度、导电率的靶材背板构成，所述靶材背板不仅在所述靶材组件装卡至溅射基台中起到支撑作用，而且作为溅射工艺中的导体使用。
在现有技术中，溅射靶材和靶材背板焊接后通过车削工艺进行表面加工处理，并通过清洗后真空包装然后直接提供给客户使用，无其他表面处理。而在现有技术下，所述靶材背板容易发生氧化，且一旦发生氧化将会影响靶材背板的导电性，在溅射过程中可能会使溅射靶材出现异常放电或断电现象，进而影响所述溅射靶材的质量，甚至引起溅射靶材的报废。
因此根据上述情况，需对靶材背板的表面处理工艺进行优化，来解决现有技术下的靶材背板易发生氧化的问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种靶材背板的加工方法，所要解决的技术问题是：在现有靶材背板的表面处理工艺中，对所述靶材背板进行车削工艺而无其他表面处理，车削工艺后的靶材背板因直接暴露在空气中易发生氧化，所述氧化的靶材背板导电率下降，进而在溅射过程中使溅射靶材出现异常放电或断电现象，甚至影响到溅射靶材的最终使用。
为解决上述问题，本发明提供一种靶材背板的加工方法。包括如下步骤：提供靶材组件，所述靶材组件包括靶材背板；
对所述靶材背板的表面进行车削工艺；
对车削后的靶材背板的表面进行至少两次抛光工艺。
可选的，所述靶材背板的材料含铝。
可选的，所述至少两次抛光工艺包括两次抛光，第一次抛光为粗抛光，第二次抛光为精抛光。
可选的，所述至少两次抛光工艺包括三次抛光，第一次抛光为粗抛光，第二次抛光为细抛光，第三次抛光为精抛光。
可选的，所述粗抛光工艺采用的粗抛光件为筛孔尺寸为200目至400目的背绒砂纸，靶材背板的转速为300转/分钟至600转/分钟，所述粗抛光件相对于靶材背板的线速度为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟，工艺时间为3分钟至5分钟。
可选的，所述细抛光工艺采用的细抛光件为筛孔尺寸为400目至600目的背绒砂纸，靶材背板的转速为300转/分钟至600转/分钟，所述细抛光件相对于靶材背板的线速度为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟，工艺时间为5分钟至10分钟。
可选的，所述精抛光工艺采用的精抛光件为筛孔尺寸为600目至1000目的背绒砂纸，靶材背板的转速为300转/分钟至600转/分钟，所述精抛光件相对于靶材背板的线速度为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟，工艺时间为3分钟至5分钟。
可选的，所述车削工艺包括粗加工、半精加工和精加工。
可选的，所述靶材组件的加工方法，还包括：所述抛光工艺后，对所述靶材背板进行清洗并烘干。
可选的，所述烘干工艺的工艺温度为60℃至80℃，工艺时间为45分钟至60分钟。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：在靶材背板的车削工艺后，进行抛光工艺。通过该抛光工艺，封闭所述靶材背板表面的氧化膜，使靶材背板在自然条件下具备抗氧化作用，从而避免因靶材背板氧化引起的所述靶材背板导电率下降问题，进而避免在溅射过程中溅射靶材发生异常放电或断电现象，保证了溅射靶材的质量。
附图说明
图1是本发明实施例的靶材背板的表面处理方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的靶材背板的表面处理方法中车削加工的流程示意图；
图3至图6是本发明实施例的靶材背板的表面处理方法中各车削加工步骤后靶材组件的结构示意图；
图7是本发明实施例的靶材背板的表面处理方法中两次抛光工艺的流程示意图；
图8是本发明实施例的靶材背板的表面处理方法中三次抛光工艺的流程示意图；
图9是本发明实施例的靶材背板的表面处理方法中抛光工艺的工艺原理图。
具体实施方式
经过发明人分析，发现在现有靶材背板的表面处理工艺中，对所述靶材背板进行车削工艺后无其他表面处理，车削工艺后的靶材背板因直接暴露在空气中易发生氧化，所述氧化的靶材背板导电率下降，进而在溅射过程中使溅射靶材出现异常放电或断电现象，甚至影响到溅射靶材的最终使用
为了解决现有技术下靶材背板易氧化的问题，本发明的发明人靶材背板的表面处理工艺做了进一步研究，发现在靶材背板的车削工艺后增加抛光工艺，可以解决靶材背板易氧化的问题。通过该抛光工艺，封闭所述靶材背板表面毛孔，使靶材背板在自然条件下具备抗氧化作用，从而避免因靶材背板氧化引起的所述靶材背板导电率下降问题，进而避免在溅射过程中溅射靶材发生异常放电或断电现象，保证了溅射靶材的质量。
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是本发明实施例的靶材背板的表面处理方法的流程示意图，本发明所提供的靶材背板的表面处理方法包括以下基本步骤：
步骤S1：提供靶材组件，所述靶材组件包括靶材背板；
步骤S2：对所述靶材背板的表面进行车削加工；
步骤S3：对车削后的靶材背板的表面进行至少两次抛光工艺；
步骤S4：清洗并烘干所述靶材背板。
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，提供靶材组件，所述靶材组件包括靶材背板。在本实施例中，所述靶材背板的材料为纯铝或铝合金，其中所述铝或铝合金中铝的含量大于99.9％，所述靶材背板的形状为圆形。
接着执行步骤S2，对所述靶材背板的表面进行车削加工，在所述车削加工过程中采用纯油型切削液或水溶性切削液以起到冷却和润滑的作用。
在实际应用中，所述车削工艺可以分成多个工序来完成。具体来讲，结合参考图2所示，所述车削加工可以包括如下各工序：S21，粗加工所述靶材背板表面；S22，半精加工所述靶材背板表面；S23，精加工所述靶材背板表面。
结合参考图2至图6，现对上述各工艺进行详细说明。
参考图3，提供待加工的靶材组件，所述靶材组件包括溅射靶材100”'和靶材背板200”'。
结合参考图4，在S21中，将靶材组件安装在车床的主轴上，所述车床上装有车刀；待加工的靶材背板200”'面向车刀，以所述车刀对靶材背板200”'进行粗加工。根据所述靶材背板200”'(如图3所示)的目标厚度，确定所要车掉的目标量，并根据所述车掉的目标量设定粗加工每进行一刀车削的切削量。启动车床，主轴旋转带动所述待加工的靶材背板200”'(如图3所示)，车刀水平方向左右移动，同时，在车削过程中将纯油型切削液或水溶性切削液喷洒至所述车刀的刀尖与所述靶材背板200”'(如图3所示)表面的交接点上，以起到润滑和冷却的作用，重复该车削操作以获得表面较为平整且厚度达到目标值的半成品的靶材背板200”。
本实施例中，所述粗加工每刀的切削量为0.05毫米至0.3毫米，机床转速为400转/秒至600转/秒，每分钟进给量为200毫米/转至500毫米/转。
结合参考图5，在S22中，对所述靶材背板200”(如图4所示)表面进行半精加工，去除所述靶材背板200”(如图4所示)表面的小部分余量，所述半精加工的具体工艺与上述S21相类似。根据所述靶材背板200”(如图4所示)的目标厚度，确定所要车掉的目标量，并根据所述车掉的目标量设定半精加工每进行一刀车削的切削量。在车削过程中将纯油型切削液或水溶性切削液喷洒至所述车刀的刀尖与所述靶材背板200”(如图4所示)表面的交接点上，以起到润滑和冷却的作用，重复该车削操作以获得与精加工相似的且厚度达到目标值的半成品的靶材背板200'。
本实施例中，所述半精加工每刀的切削量为0.1毫米至0.5毫米，机床转速为300转/秒至800转/秒，每分钟进给量为100毫米/转至300毫米/转。
结合参考图6，在S23中，对所述靶材背板200'(如图5所示)进行精加工，去除所述靶材背板200'(如图5所示)表面的微小余量，所述精加工的具体工艺与上述S21相类似。根据所述靶材背板200'(如图5所示)的目标厚度，确定所要车掉的目标量，并根据所述车掉的目标量设定精加工每进行一刀车削的切削量。在车削过程中将纯油型切削液或水溶性切削液喷洒至所述车刀的刀尖与所述靶材背板200'(如图5所示)表面的交接点上，以起到润滑和冷却的作用，重复该车削操作以获得表面光滑且洁净度高且厚度达到最终目标值的靶材背板200，所述靶材背板200的表面粗糙度Ra为1.0mm至1.4mm。
本实施例中，所述精加工每刀的切削量为0.05毫米至0.2毫米，机床转速为400转/秒至1000转/秒，每分钟进给量为50毫米/转至200毫米/转。
然后执行步骤S3，采用抛光件对所述靶材背板的表面进行至少两次抛光工艺，以封闭所述靶材背板表面的氧化膜，使靶材背板在自然条件下具备抗氧化作用。
本实施例中，所述至少两次抛光工艺可以包括两次抛光。具体来讲，结合参考图7和图9所示，所述两次抛光工艺可以包括如下各工序：S71：对所述靶材背板进行粗抛光工艺；S72：对所述靶材背板进行精抛光工艺。
在S71中，提供粗抛光件，逆时针或顺时针旋转靶材背板200(如图6所示)，将所述粗抛光件靠在靶材背板200(如图6所示)上从圆心向外侧再由外侧向圆心来回移动(如图9所示)，对所述靶材背板200(如图6所示)表面进行粗抛光工艺。
本实施例中，所述粗抛光件为筛孔尺寸为200目至400目的背绒砂纸，所述靶材背板200(如图6所示)的转速为300转/分钟至600转/分钟，所述粗抛光件相对于靶材背板200(如图6所示)的线速度为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟，所述粗抛光工艺时间为3分钟至5分钟，粗抛光工艺后的所述靶材背板200(如图6所示)表面目视纹路均匀。
在S72中，提供精抛光件，逆时针或顺时针旋转靶材背板200(如图6所示)，将所述精抛光件靠在靶材背板200(如图6所示)上从圆心向外侧再由外侧向圆心来回移动(如图9所示)，对所述靶材背板200(如图6所示)表面进行精抛光工艺。
本实施例中，所述精抛光件为筛孔尺寸为600目至1000目的背绒砂纸，所述靶材背板200(如图6所示)的转速为300转/分钟至600转/分钟，所述精抛光件相对于靶材背板200(如图6所示)的线速度为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟，所述精抛光工艺时间为3分钟至5分钟，精抛光工艺后的所述靶材背板200(如图6所示)表面光亮色泽一致。
本实施例中，所述至少两次抛光工艺还可以包括三次抛光。具体来讲，结合参考图8和图9所示，所述三次抛光工艺可以包括如下各工序：S81：对所述靶材背板进行粗抛光工艺；S82：对所述靶材背板进行细抛光工艺；S83：对所述靶材背板进行精抛光工艺。
在S81中，提供粗抛光件，逆时针或顺时针旋转靶材背板200(如图6所示)，将所述粗抛光件靠在靶材背板200(如图6所示)上从圆心向外侧再由外侧向圆心来回移动(如图9所示)，对所述靶材背板200(如图6所示)表面进行粗抛光工艺。
本实施例中，所述粗抛光件为筛孔尺寸为200目至400目的背绒砂纸，所述靶材背板200(如图6所示)的转速为300转/分钟至600转/分钟，所述粗抛光件相对于靶材背板200(如图6所示)的线速度为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟，所述粗抛光工艺时间为3分钟至5分钟，粗抛光工艺后的所述靶材背板200(如图6所示)表面目视纹路均匀。
在S82中，提供细抛光件，逆时针或顺时针旋转靶材背板200(如图6所示)，将所述细抛光件靠在靶材背板200(如图6所示)上从圆心向外侧再由外侧向圆心来回移动(如图9所示)，对所述靶材背板200(如图6所示)表面进行细抛光工艺。
本实施例中，所述细抛光件为筛孔尺寸为400目至600目的背绒砂纸，所述靶材背板200(如图6所示)的转速为300转/分钟至600转/分钟，所述细抛光件相对于靶材背板200(如图6所示)的线速度为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟，所述细抛光工艺时间为5分钟至10分钟。
在S83中，提供精抛光件，逆时针或顺时针旋转靶材背板200(如图6所示)，将所述精抛光件靠在靶材背板200(如图6所示)上从圆心向外侧再由外侧向圆心来回移动(如图9所示)，对所述靶材背板200(如图6所示)表面进行精抛光工艺。
本实施例中，所述精抛光件为筛孔尺寸为600目至1000目的背绒砂纸，所述靶材背板200(如图6所示)的转速为300转/分钟至600转/分钟，所述精抛光件相对于靶材背板200(如图6所示)的线速度为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟，所述精抛光工艺时间为3分钟至5分钟，精抛光工艺后的所述靶材背板200(如图6所示)表面光亮色泽一致。
本实施例中，所述抛光工艺各步骤中靶材背板的转速设定为300转/分钟至600转/分钟，所述抛光工艺各步骤采用的抛光件相对于靶材背板200的线速度设定为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟。
当所述靶材背板转速低于300转/分钟或各抛光件相对于靶材背板的线速度低于3000毫米/分钟时，采用所述筛孔尺寸的抛光件及设定的抛光工艺时间，将导致抛光量不足，无法达到表面粗糙度满足3.4mm至3.8mm的预定标准。当所述靶材背板转速高于600转/分钟或各抛光件相对于靶材背板的线速度高于5000毫米/分钟时，会导致靶材背板发生过抛现象，使所述靶材背板报废。
本实施例中，粗抛光件的筛孔尺寸为200目至400目，粗抛光工艺时间为3分钟至5分钟；细抛光件的筛孔尺寸为400目至600目，细抛光工艺时间为5分钟至10分钟；精抛光件的筛孔尺寸为600目至1000目，精抛光工艺时间为3分钟至5分钟。
如果所述抛光工艺各步骤中抛光工艺时间过短，也会导致最终的抛光量不足，所述靶材背板表面的粗糙度难以达到预定标准；如果抛光工艺时间过长，导致所述靶材背板表面的抛光量过大，引起所述靶材背板的厚度变化。
如果所述抛光工艺各步骤采用的抛光件的筛孔尺寸过小，将导致所述靶材背板抛光后的纹路变差，靶材背板表面的粗糙度超出预定标准；如果抛光件的筛孔尺寸过大虽然可以通过增加抛光时间直至达到粗糙度预定值，但增加抛光时间相应也会引起靶材制造成本的增加，制造效率的降低。
所述抛光工艺可以包括由粗抛光、细抛光和精抛光构成的三次抛光，也可以包括由粗抛光和精抛光构成的两次抛光。当采用两次抛光时，需调整所述粗抛光和精抛光的抛光时间以达到三次抛光工艺相同的抛光效果。
通过对所述抛光工艺各参数的最优化搭配，更有效的获得表面具有抗氧化作用的优质靶材背板。
所述抛光工艺对所述靶材背板200(如图6所示)的厚度几乎没有影响，从而可以保证靶材背板200(如图6所示)的形貌不受影响的同时，使靶材背板200(如图6所示)表面粗糙化以封闭所述靶材背板200(如图6所示)表面毛孔，所述靶材背板200(如图6所示)的表面粗糙度Ra由1.0mm至1.4mm变为3.4mm至3.8mm，进而使靶材背板200(如图6所示)在自然条件下具备抗氧化作用。
结合参考图1，最后执行步骤S4，清洗并烘干所述靶材背板。
本实施例中，先采用无水酒精或IPA液去除所述靶材背板表面的灰尘或颗粒；然后采用航空煤油与IPA液的混合液清洗所述靶材背板，溶解所述靶材背板在车削工艺后表面残留的油渍或切削液，所述航空煤油与IPA液的比例为1:1；再采用纯水进行冲洗；最后采用烘箱烘干的工艺干燥所述靶材背板，所述烘干温度设定为60℃至80℃，在所述烘干温度下的烘干时间为45分钟至60分钟。
假设待加工的靶材背板的原始厚度为25.1毫米，采用的至少两次抛光工艺为三次抛光工艺，根据工艺需求，表面处理后所述靶材背板的目标厚度为18.85毫米，结合参考图2至图6以及图8至图9现对上述各工艺进行详细说明。
(1)将所述靶材背板安装在车床的主轴上，所述车床上装有车刀，所述待加工的靶材背板面向车刀，启动车床。设定每进行一刀车削的切削量为1毫米，所述主轴以500转/秒的转速旋转带动所述靶材背板，所述车刀水平方向左右移动，以每转进给300毫米的移动速度对所述靶材背板进行4次车削，同时，在车削过程中将纯油型切削液或水溶性切削液喷洒至所述车刀的刀尖与所述靶材背板表面的交接点上，以起到润滑和冷却的作用。经过所述粗加工，所述靶材背板的厚度变为25.1-1＊4＝21.1毫米。
(2)对所述靶材背板表面进行半精加工，所述半精加工的具体工艺与工艺步骤(1)相类似。设定每进行一刀车削的切削量为0.3毫米，所述主轴以500转/秒的转速旋转带动所述靶材背板，所述车刀水平方向左右移动，以每转进给200毫米的移动速度对所述靶材背板进行6次车削，经过所述半精加工后，所述靶材背板的厚度变为21.1-0.3＊6＝19.3毫米。
(3)对所述靶材背板表面进行精加工，所述精加工的具体工艺与工艺步骤(1)相类似。设定每进行一刀车削的切削量为0.15毫米，所述主轴以600转/秒的转速旋转带动所述靶材背板，所述车刀水平方向左右移动，以每转进给100毫米的移动速度对所述靶材背板进行3次车削，经过所述精加工后，所述靶材背板的厚度变为19.3-0.15＊3＝18.85毫米。完成所述精加工后的所述靶材背板的厚度达到工艺需求的目标厚度，所述靶材背板表面光滑且洁净度高，表面粗糙度Ra为1.2mm。
(6)以450转/分钟的转速逆时针或顺时针转动所述精加工后的靶材背板，采用筛孔尺寸为320目的背绒砂纸作为抛光件，将所述320目的背绒砂纸靠在所述靶材背板上，以相对于靶材背板4200毫米/分钟的线速度从圆心向外侧再由外侧向圆心来回移动，对所述靶材背板进行3分钟至5分钟的粗抛光工艺，使所述靶材背板表面目视纹路均匀。
(7)以450转/分钟的转速逆时针或顺时针转动所述粗抛光工艺后的靶材背板，采用筛孔尺寸为400目的背绒砂纸作为抛光件，将所述400目的背绒砂纸靠在所述靶材背板上，以相对于靶材背板4200毫米/分钟的线速度从圆心向外侧再由外侧向圆心来回移动，对所述靶材背板进行5分钟至10分钟的细抛光工艺。
(8)以450转/分钟的转速逆时针或顺时针转动所述细抛光工艺后的靶材背板，采用筛孔尺寸为600目的背绒砂纸作为抛光件，将所述600目的背绒砂纸靠在所述靶材背板上，以相对于靶材背板4200毫米/分钟的线速度从圆心向外侧再由外侧向圆心来回移动，对所述靶材背板进行3分钟至5分钟的精抛光工艺，使所述靶材背板表面光亮色泽一致，且所述靶材背板的表面粗糙度Ra由精加工后的1.2mm变为3.6mm。
(9)先采用无水酒精或IPA液去除所述靶材背板表面的灰尘或颗粒；然后采用航空煤油与IPA液的混合液清洗所述靶材背板，溶解所述靶材背板在车削工艺后表面残留的油渍或切削液，所述航空煤油与IPA液的比例为1:1；再采用纯水进行冲洗；最后采用烘箱烘干的工艺干燥所述靶材背板，所述烘干温度设定为70℃，在所述烘干温度下的烘干时间为55分钟。
相对于现有技术，本发明提供的靶材背板的表面处理方法，通过对靶材背板进行车削工艺后再对所述靶材背板进行抛光工艺且所述抛光工艺对所述靶材背板厚度几乎没有影响。通过所述抛光工艺，在保证靶材背板的形貌不受影响的同时，粗糙化所述靶材背板表面以封闭所述靶材背板表面毛孔，使靶材背板在自然条件下具备耐氧化作用，避免了在溅射靶材溅射过程中因靶材背板引起的溅射靶材异常放电或断电现象，进而保证了溅射靶材的质量。
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 (4)
1.一种靶材组件的加工方法，其特征在于，包括：
提供靶材组件，所述靶材组件包括靶材背板，所述靶材背板的材料含铝；
对所述靶材背板的表面进行车削工艺；
对车削后的靶材背板的表面进行至少两次抛光工艺，以封闭所述靶材背板表面毛孔，使靶材背板在自然条件下具备抗氧化作用；
所述至少两次抛光工艺包括三次抛光，第一次抛光为粗抛光，第二次抛光为细抛光，第三次抛光为精抛光；所述粗抛光工艺采用的粗抛光件为筛孔尺寸为200目至400目的背绒砂纸，靶材背板的转速为300转/分钟至600转/分钟，所述粗抛光件相对于靶材背板的线速度为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟，工艺时间为3分钟至5分钟；所述细抛光工艺采用的细抛光件为筛孔尺寸为400目至600目的背绒砂纸，靶材背板的转速为300转/分钟至600转/分钟，所述细抛光件相对于靶材背板的线速度为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟，工艺时间为5分钟至10分钟；所述精抛光工艺采用的精抛光件为筛孔尺寸为600目至1000目的背绒砂纸，靶材背板的转速为300转/分钟至600转/分钟，所述精抛光件相对于靶材背板的线速度为3000毫米/分钟至5000毫米/分钟，工艺时间为3分钟至5分钟。
2.如权利要求1所述的靶材组件的加工方法，其特征在于，所述车削工艺包括粗加工、半精加工和精加工。
3.如权利要求1所述的靶材组件的加工方法，其特征在于，还包括：所述抛光工艺后，对所述靶材背板进行清洗并烘干。
4.如权利要求3所述的靶材组件的加工方法，其特征在于，所述烘干工艺的工艺温度为60℃至80℃，工艺时间为45分钟至60分钟。
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