CN108655416A - 金靶材的车削方法 - Google Patents

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王学泽
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Abstract

本发明提供一种金靶材的车削方法，包括：提供金靶材的坯料；采用第一刀具对所述金靶材的坯料进行粗车削加工；采用第二刀具对所述金靶材的坯料进行精车削加工。本发明车削方法形成的金靶材质量得到提高。

Description

金靶材的车削方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种金靶材的车削方法。
背景技术
溅射技术是半导体制造领域的常用工艺之一，随着溅射技术的日益发展，溅射靶材在溅射技术中起到了越来越重要的作用，溅射靶材的质量直接影响到了溅射后的成膜质量。
在溅射靶材制造领域中，靶材组件是由符合溅射性能的坯料、与坯料通过焊接相结合的背板构成，且通常是将半成品坯料焊接至所述背板上后，对所述半成品坯料进行车削加工，将所述半成品坯料加工至成品尺寸和形貌。
然而，现有技术形成的金靶材质量有待提高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种金靶材的车削方法，提高金靶材的质量。
为解决上述问题，本发明提供一种金靶材的车削方法，包括：提供金靶材的坯料；采用第一刀具对所述金靶材的坯料进行粗车削加工；采用第二刀具对所述金靶材的坯料进行精车削加工。
可选的，所述粗车削加工采用的切削速度为100m/min至130m/min，进给量为0.03mm/r至0.07mm/r，吃刀量为0.03mm至0.07mm。
可选的，所述精车削加工采用的切削速度为100m/min至130m/min，进给量为0.03mm/r至0.07mm/r，吃刀量为0.03mm至0.07mm。
可选的，所述第一刀具的切削刃夹角为55°或者35°，所述第二刀具的切削刃夹角为55°或者35°。
可选的，所述第一刀具的主后角为4°至12°，所述第二刀具的主后角为4°至12°。
可选的，所述第一刀具的刀片为硬质合金刀片或者金刚石刀片。
可选的，所述第二刀具的刀片为金刚石刀片。
可选的，所述第一刀具具有涂层和断屑槽。
可选的，所述第二刀具具有涂层和断屑槽。
可选的，所述涂层的材料为TiC、TiN、TiCN、TiAlN或者Al2O3中的一种或者多种。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
针对金靶材的坯料具有耐高温高压性能，但容易变形的特点，质地比较柔软，通过对所述金靶材的坯料进行两次不同的车削加工，即先进行粗车削加工，后进行精车削加工，并对两次车削加工的第一刀具和第二刀具进行特别选取，使得对所述金靶材坯料表面的切削强度得到合理控制，能够改善所述金靶材的坯料在高速加工过程中发生变形问题，从而使得所述金靶材车削加工过程的稳定性得到提高，并使得所述金靶材的表面纹路均匀，进而提高了形成的金靶材质量。
可选方案中，采用切削刃夹角为55°或者35°的第一刀具和第二刀具，有利于降低所述金靶材坯料表面的粗糙度，从而提高所述金靶材的质量，即使得所述金靶材容易满足半导体靶材溅射的表面要求。若所述第一刀具和第二刀具的切削刃夹角大于55°，则会导致对所述金靶材的坯料进行切削加工的切削强度过大，从而破坏所述坯料的表面结构，使得形成的金靶材表面容易具有多道明显刀纹；若所述第一刀具和第二刀具的切削刃夹角小于35°，则不能满足金靶材坯料切削加工的切削强度要求。
附图说明
图1是本发明实施例金靶材车削方法的流程示意图；
图2是图1中步骤S1中金靶材坯料的立体图；
图3是图1中步骤S2对金靶材坯料进行粗车削加工的示意图；
图4是图3中第一刀具的俯视图；
图5是图1中步骤S3对金靶材坯料进行精车削加工的示意图；
图6是图5中第二刀具的俯视图。
具体实施方式
由背景技术可知，金靶材的质量有待提高。
金靶材坯料的成分主要为金(Au)，金的熔点为1064℃，沸点为2807℃，金是延展性最高的金属，质地比较柔软。在半导体制造领域，目前通常采用车削加工工艺对金靶材的坯料进行机械加工，以制造出满足半导体靶材溅射表面要求的金靶材。
分析所述金靶材质量有待提高的原因包括：金靶材坯料的质地柔软，在进行车削加工过程中，车削速度通常较快，所述金靶材的坯料在高速加工过程中容易变形，在金靶材坯料表面上产生多道刀纹，使得金靶材坯料加工表面纹路的均匀性差，从而不能满足半导体靶材溅射的表面要求。
为了解决上述问题，本发明提供一种金靶材的车削方法，先进行粗车削加工，再进行精车削加工，通过选用特定的第一刀具对所述金靶材的坯料进行粗车削加工，选用特定的第二刀具进行精车削加工，提高了所述金靶材车削加工的稳定性，并改善了所述金靶材的表面纹路均匀性，从而使得所述金靶材的质量得到提高。
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。
参考图1，图1示出了本发明实施例金靶材车削方法的流程示意图。具体地，本实施例金靶材的车削方法包括以下基本步骤：
S1：提供金靶材的坯料；
S2：采用第一刀具对所述金靶材的坯料进行粗车削加工；
S3：采用第二刀具对所述金靶材的坯料进行精车削加工。
下面将结合附图对本发明的具体实施例做进一步说明。
参考图1，结合参考图2，图2是图1中步骤S1中金靶材坯料100的立体图，执行步骤S1，提供金靶材的坯料100，所述金靶材的坯料100具有第一表面100a、第二表面100b以及第三表面100c，其中所述第三表面100c为焊接面，所述第一表面100a为与所述焊接面相对的溅射面。
在溅射靶材制造技术领域，所述金靶材的坯料100用于与背板进行焊接结合，形成金靶材组件，其中所述金靶材的坯料100通过第三表面100c实现与背板的结合。在所述金靶材组件的使用过程中，电离形成的氩离子在电场的作用下加速，加速之后的氩离子用于轰击所述金靶材坯料100的第一表面100a形成大量金靶材原子，溅射出的大量金靶材原子沉积在基板上形成金属薄膜。
在本实施例中，所述金靶材的坯料100的形状为圆柱体，在沿平行于所述金靶材坯料100表面的方向上，所述坯料100的横截面为圆形。在本发明其它实施例中，所述金靶材的坯料还可以根据应用环境以及溅射要求来进行选取，具体可以为：长方体、环形体、圆锥体或者其他任意规则形状或者不规则形状。
本实施例中，所述金靶材坯料100的形成方法可以为：将金粉末放入真空热压烧结模具内，根据金靶材成品的尺寸要求来选择真空热压烧结模具的尺寸；对装填在真空热压烧结模具内的金粉末进行压实，例如可用不锈钢板来压实装填在真空热压烧结模具内的金粉末；将装填有金粉末的真空热压烧结模具放入真空热压烧结炉中，进行真空热压烧结，得到单个金靶材的坯料100，所述金靶材坯料100的尺寸接近金靶材成品尺寸。
参考图1，结合参考图3和图4，图3是图1中步骤S2将金靶材坯料100进行粗车削加工的示意图，图4是图3中第一刀具200的俯视图(图4中只示出了所述第一刀具200的刀片)，执行步骤S2，采用第一刀具200对所述金靶材的坯料100进行粗车削加工。
本实施例中，对所述金靶材的坯料100先进行粗车削加工，后续再进行精车削加工。通过选用具有特定切削刃夹角、主后角以及材质的所述第一刀具200和第二刀具，并控制所述粗车削加工和精车削加工的切削速度、进给量以及吃刀量等参数，改善了所述金靶材加工过程中内部组织结构容易发生变化的问题，使得所述金靶材的坯料100在较软的情况下还能够表面纹路均匀，粗糙度低(具体粗糙度达到0.4微米以下)，从而提高了所述金靶材的质量。
本实施例中，对所述金靶材的坯料100进行粗车削加工的目的是去除所述坯料100大部分的余量，以获得较为规则的半成品。
具体地，本实施例中，通过第一刀具200对所述金靶材坯料100进行粗车削加工的过程中，所述金靶材坯料100沿过圆心且垂直于金靶材坯料100表面的转轴自转，所述第一刀具200沿所述金靶材坯料100径向方向移动。
为了使所述金靶材坯料表面的粗糙度(Ra)降低至0.4微米以下，同时保证加工表面纹路的一致性，需要选择适当的粗切削加工的切削速度、进给量以及吃刀量参数。具体地，本实施例中，所述粗车削加工采用的切削速度为100m/min至130m/min，进给量为0.03mm/r至0.07mm/r，吃刀量为0.03mm至0.07mm。
以下将对所述粗车削加工参数的选取进行详细说明。
本实施例中，所述粗车削加工采用的切削速度既不能过大也不能过小。若所述切削速度过大，则会容易对所述第一刀具200产生磨损，且在粗车削加工时会产生火花，从而导致粗车削过程中的车削温度上升，进而不利于降低所述金靶材坯料100表面的粗糙度；若所述切削速度过小，则会降低所述粗车削加工的效率，从而不利于降低粗车削成本。因此，所述粗车削加工采用的切削速度为100m/min至130m/min。
本实施例中，所述粗车削加工采用的进给量既不能过大也不能过小。由于所述进给量容易影响所述金靶材坯料100的变形，通过将所述进给量控制在合理的范围内，有利于提高金靶材坯料100的表面质量。若所述进给量过大，则会加剧造成金靶材坯料100的磨损，甚至会导致崩角问题；若所述进给量过小，则容易导致金靶材坯料100表面变形的不均匀，从而对金靶材坯料100的质量产生不良影响。因此，所述粗车削加工采用的进给量为0.03mm/r至0.07mm/r。
本实施例中，所述粗车削加工采用的吃刀量既不能过大也不能过小。若所述吃刀量过大，所述第一刀具200对所述金靶材坯料100的背向力较大，由于所述金靶材坯料100的硬度较小，从而容易导致所述金靶材坯料100发生弯曲变形；若所述吃刀量过小，则会影响所述粗车削加工的效率。因此，所述粗车削加工采用的吃刀量为0.03mm至0.07mm。
为了使所述金靶材坯料100表面的粗糙度(Ra)降低至0.4微米以下，同时保证加工表面纹路的一致性，在粗车削加工过程中，还需要选择特定的第一刀具200对所述金靶材坯料100进行加工。具体地，本实施例中，所述第一刀具200的切削刃夹角为55°或者35°，主后角为4°至12°。所述第一刀具200的刀片为硬质合金刀片或者金刚石刀片，且所述第一刀具200还具有涂层和断屑槽。
以下将对所述第一刀具200的选取进行详细说明。
本实施例中，所述第一刀具200具有装配孔200a，所述第一刀具200的两头均为切削刃，所述切削刃的夹角表示为θ(如图4所示)。
在半导体制造技术领域，通常对金靶材表面的质量要求较高，通过控制所述第一刀具200的切削刃夹角θ有利于改善所述金靶材表面的质量，从而使的所述金靶材能够满足半导体靶材溅射的表面要求。若所述切削刃夹角θ大于55°，由于粗切削加工的切削强度较大，则会对所述金靶材的坯料100表面产生破坏，即容易在所述金靶材坯料100表面形成明显刀纹；若所述切削刃夹角θ小于35°，则无法满足金靶材工艺的制造要求。因此，本实施例中，所述第一刀具200的切削刃夹角为55°或者35°。
本实施例中，通过控制所述第一刀具200的主后角的大小，能够减小主后刀面与所述金靶材坯料100加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。若所述主后角的度数过大，则会使得所述第一刀具200的强度下降，导热体积减小，从而导致主后刀面容易发生磨损；若所述主后角的度数过小，则无法减小主后刀面与所述金靶材坯料100加工表面之间的摩擦。因此，所述第一刀具200的主后角为4°至12°。
本实施例中，所述第一刀具200的刀片为硬质合金刀片或者金刚石刀片。由于所述第一刀具200的硬度较大，使得所述第一刀具200具有较为锋利的切削刃，从而提高了所述粗车削加工的效率。
本实施例中，所述第一刀具200还具有涂层和断屑槽。所述涂层的作用是增强所述第一刀具200的耐磨性，并延长所述第一刀具200的使用寿命，从而有利于节约成本。所述断屑槽的作用是使得在粗切削加工过程中的断屑能够更容易地排除，从而避免所述断屑对后续加工过程造成不良影响。
具体地，本实施例中，所述涂层的材料为TiC、TiN、TiCN、TiAlN或者Al2O3中的一种或者多种。
参考图2，结合参考图5和图6，图5是图1中步骤S3将金靶材坯料100进行精车削加工的示意图，图6是图5中第二刀具300的俯视图(图6中只示出了所述第二刀具300的刀片)，执行步骤S3，采用第二刀具300对所述金靶材的坯料100进行精车削加工。
本实施例中，对所述金靶材的坯料100进行精车削加工的目的是对经过粗车削加工后的半成品进一步加工，以获得满足半导体靶材溅射要求的目标成品。
具体地，本实施例中，通过第二刀具300对所述金靶材坯料100进行精车削加工的过程中，所述金靶材坯料100沿过圆心且垂直于金靶材坯料100表面的转轴自转，所述第二刀具300沿所述金靶材坯料100径向方向移动。
为了使所述金靶材坯料100表面的粗糙度(Ra)降低至0.4微米以下，同时保证加工表面纹路的一致性，需要选择适当的精切削加工的切削速度、进给量以及吃刀量参数。具体地，本实施例中，所述精车削加工采用的切削速度为100m/min至130m/min，进给量为0.03mm/r至0.07mm/r，吃刀量为0.03mm至0.07mm。
以下将对所述精车削加工参数的选取进行详细说明。
本实施例中，所述精车削加工采用的切削速度既不能过大也不能过小。若所述切削速度过大，则会容易对所述第二刀具300产生磨损，且在精车削加工时会产生火花，从而导致精车削过程中的车削温度上升，进而不利于降低所述金靶材坯料100表面的粗糙度；若所述切削速度过小，则会降低所述粗车削加工的效率，从而不利于降低粗车削成本。因此，所述精车削加工采用的切削速度为100m/min至130m/min。
本实施例中，所述精车削加工采用的进给量既不能过大也不能过小。由于所述进给量容易影响所述金靶材坯料100的变形，通过将所述进给量控制在合理的范围内，有利于提高金靶材坯料100的表面质量。若所述进给量过大，则会加剧造成金靶材坯料100的磨损，甚至会导致崩角问题；若所述进给量过小，则容易导致金靶材坯料100表面变形的不均匀，从而对金靶材坯料100的质量产生不良影响。因此，所述精车削加工采用的进给量为0.03mm/r至0.07mm/r。
本实施例中，所述精车削加工采用的吃刀量既不能过大也不能过小。若所述吃刀量过大，所述第二刀具300对所述金靶材坯料100的背向力较大，由于所述金靶材坯料100的硬度较小，从而容易导致所述金靶材坯料100发生弯曲变形；若所述吃刀量过小，则会影响所述精车削加工的效率。因此，所述精车削加工采用的吃刀量为0.03mm至0.07mm。
为了使所述金靶材坯料100表面的粗糙度(Ra)降低至0.4微米以下，同时保证加工表面纹路的一致性，在精车削加工过程中，还需要选择特定的第二刀具300对所述金靶材坯料100进行加工。具体地，本实施例中，所述第二刀具300的切削刃夹角为55°或者35°，主后角为4°至12°。所述第二刀具300的刀片为金刚石刀片，且所述第二刀具300还具有涂层和断屑槽。
以下将对所述第二刀具300的选取进行详细说明。
本实施例中，所述第二刀具300具有装配孔300a，所述第二刀具300的两头均为切削刃，所述切削刃的夹角表示为β(如图6所示)。
在半导体制造技术领域，通常对金靶材表面的质量要求较高，通过控制所述第二刀具300的切削刃夹角β有利于改善所述金靶材表面的质量，从而使的所述金靶材能够满足半导体靶材溅射的表面要求。若所述切削刃夹角β大于55°，由于粗切削加工的切削强度较大，则会对所述金靶材的坯料100表面产生破坏，即容易在所述金靶材坯料100表面形成明显刀纹；若所述切削刃夹角β小于35°，则无法满足金靶材工艺的制造要求。因此，本实施例中，所述第二刀具300的切削刃夹角为55°或者35°。
本实施例中，通过控制所述第二刀具300的主后角的大小，能够减小主后刀面与所述金靶材坯料100加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。若所述主后角的度数过大，则会使得所述第二刀具300的强度下降，导热体积减小，从而导致主后刀面容易发生磨损；若所述主后角的度数过小，则无法减小主后刀面与所述金靶材坯料100加工表面之间的摩擦。因此，所述第二刀具300的主后角为4°至12°。
本实施例中，所述第二刀具300的刀片为金刚石刀片。由于所述第二刀具300的硬度较大，使得所述第二刀具300具有较为锋利的切削刃，从而提高了所述精车削加工的效率。
本实施例中，所述第二刀具300还具有涂层和断屑槽。所述涂层的作用是增强所述第二刀具300的耐磨性，并延长所述第二刀具300的使用寿命，从而有利于节约成本。所述断屑槽的作用是使得在精切削加工过程中的断屑能够更容易地排除，从而避免所述断屑对后续加工过程造成不良影响。
具体地，本实施例中，所述涂层的材料为TiC、TiN、TiCN、TiAlN或者Al2O3中的一种或者多种。
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)

1.一种金靶材的车削方法，其特征在于，包括：
提供金靶材的坯料；
采用第一刀具对所述金靶材的坯料进行粗车削加工；
采用第二刀具对所述金靶材的坯料进行精车削加工。
2.如权利要求1所述的金靶材的车削方法，其特征在于，所述粗车削加工采用的切削速度为100m/min至130m/min，进给量为0.03mm/r至0.07mm/r，吃刀量为0.03mm至0.07mm。
3.如权利要求1所述的金靶材的车削方法，其特征在于，所述精车削加工采用的切削速度为100m/min至130m/min，进给量为0.03mm/r至0.07mm/r，吃刀量为0.03mm至0.07mm。
4.如权利要求1所述的金靶材的车削方法，其特征在于，所述第一刀具的切削刃夹角为55°或者35°，所述第二刀具的切削刃夹角为55°或者35°。
5.如权利要求4所述的金靶材的车削方法，其特征在于，所述第一刀具的主后角为4°至12°，所述第二刀具的主后角为4°至12°。
6.如权利要求5所述的金靶材的车削方法，其特征在于，所述第一刀具的刀片为硬质合金刀片或者金刚石刀片。
7.如权利要求5所述的金靶材的车削方法，其特征在于，所述第二刀具的刀片为金刚石刀片。
8.如权利要求6所述的金靶材的车削方法，其特征在于，所述第一刀具具有涂层和断屑槽。
9.如权利要求7所述的金靶材的车削方法，其特征在于，所述第二刀具具有涂层和断屑槽。
10.如权利要求8或者9所述的金靶材的车削方法，其特征在于，所述涂层的材料为TiC、TiN、TiCN、TiAlN或者Al2O3中的一种或者多种。
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