CN108687492A - 靶材组件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种靶材组件的制造方法，包括：提供钛靶材的坯料以及背板，所述坯料具有溅射面以及与所述溅射面相对的焊接面；对所述焊接面进行车削加工，在所述焊接面上形成螺纹；将所述钛靶材的坯料与所述背板采用热等静压工艺焊接在一起，形成靶材组件。本发明制造方法形成的靶材组件质量得到提高。

Description

靶材组件的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种靶材组件的制造方法。
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，现有技术形成的靶材组件质量有待提高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种靶材组件的制造方法，提高所述靶材组件的质量。
为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件的制造方法，包括：提供钛靶材的坯料以及背板，所述坯料具有溅射面以及与所述溅射面相对的焊接面；对所述焊接面进行车削加工，在所述焊接面上形成螺纹；将所述钛靶材的坯料与所述背板采用热等静压工艺焊接在一起，形成靶材组件。
可选的，所述螺纹的牙型角为55°至60°，螺距为0.7mm至0.75mm，螺高为0.52mm至0.62mm。
可选的，对所述焊接面进行车削加工的步骤包括：采用刀具对所述焊接面进行粗车削加工；采用刀具对所述焊接面进行精车削加工。
可选的，所述刀具的刀片为60°螺纹刀片。
可选的，所述坯料为圆柱体，对所述焊接面进行车削加工的步骤中，所述刀具从所述焊接面圆心沿径向移动。
可选的，对所述焊接面进行车削加工采用的主轴转速为195r/min至205r/min。
可选的，采用吃刀量为0.12mm至0.18mm进行粗车削加工4次，之后采用吃刀量为0.01mm至0.04mm进行精车削加工1次。
可选的，所述热等静压工艺的参数包括：将所述钛靶材的坯料与所述背板进行焊接采用的预热温度为400℃至500℃。
可选的，所述背板的材料为Al或者Cu。
可选的，对所述焊接面进行车削加工，在所述焊接面上形成螺纹之后，将所述钛靶材的坯料与所述背板进行焊接之前，所述方法还包括：采用背绒砂对所述焊接面进行抛光处理。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
通过对所述焊接面进行车削加工，以在所述焊接面上形成螺纹。所述螺纹能够起到增加所述钛靶材坯料焊接面粗糙度和均匀度的作用，从而使得所述焊接面的附着力得到提高。后续通过采用热等静压工艺将所述钛靶材的坯料与所述背板焊接在一起，形成所述靶材组件，由于所述焊接面的螺纹能够嵌入到所述背板里面，使得所述焊接面的附着力得到提到，从而增强了所述坯料的焊接面与所述背板之间的焊接强度，进而使得焊接以后的靶材组件不容易发生脱落或者焊接不良问题，因此改善了所述靶材组件的质量，即提高了所述靶材组件的导电性能以及使用寿命。
可选方案，通过控制所述螺纹的牙型角、螺距以及螺高的参数，能够使得所述焊接面具有适当的附着力，从而进一步改善所述靶材组件的质量。具体地，所述螺纹的牙型角为55°至60°。若所述螺纹牙型角的角度过小，则会导致所述螺纹的机械强度不高，在热等静压焊接工艺过程中，容易使得所述螺纹的牙型角被破坏，从而达不到提高附着力的作用；若所述螺纹牙型角的角度过大，则会增大所述钛靶材坯料焊接面的螺纹嵌入到所述背板焊接面里面的难度，进而降低了所述靶材组件的质量。所述螺纹的螺距为0.7mm至0.75mm。若所述螺纹的螺距过大，则会降低所述焊接面螺纹的密度，使得所述螺纹与所述背板焊接面的接触面小，从而不利于提高所述焊接面的附着力；若所述螺纹的螺距过小，则容易使得所述螺纹发生变形。所述螺纹的螺高为0.52mm至0.62mm。若所述螺纹的螺高过大，则会导致工艺材料的浪费；若所述螺纹的螺高过小，则会减小所述螺纹嵌入到所述背板焊接面的深度，从而不利于提高所述坯料的焊接面与所述背板之间的焊接强度。
附图说明
图1是本发明实施例靶材组件制造方法的流程示意图；
图2是图1中步骤S1中钛靶材坯料的立体图；
图3是图1中步骤S1背板的立体图；
图4是图1中步骤S2对钛靶材坯料的焊接面进行车削加工的示意图；
图5是图1中步骤S2中形成螺纹后钛靶材坯料的俯视图；
图6是图5沿AA1割线的剖面结构示意图；
图7是图6中区域B的局部放大图；
图8是图1中步骤S3中靶材组件的立体图。
具体实施方式
由背景技术可知，靶材组件的质量有待提高。
在半导体制造技术领域，所述靶材组件通常通过将钛靶材的坯料与背板采用热等静压工艺(简称DB工艺)焊接在一起形成。所述钛靶材的坯料具有光滑的焊接面，具体焊接步骤包括：将所述光滑的焊接面放置在所述背板的焊接面上，先进行预热，预热之后采用4000吨以上的油压机进行上下挤压，使得所述钛靶材的坯料与所述背板焊接起来，形成所述靶材组件。
分析所述靶材组件质量有待提高的原因包括：
所述靶材组件的背板材料通常为Al或者Cu，在进行热等静压焊接工艺过程中，由于所述背板的材料与钛靶材坯料的材料不同，且所述钛靶材坯料的焊接面比较光滑，容易导致所述钛靶材坯料与背板之间产生缝隙，且结合力差，即所述钛靶材坯料与背板之间的焊接强度不足，从而造成形成的靶材组件容易发生脱焊问题，进而影响所述靶材组件的导电性能以及使用寿命。
为了解决上述问题，本发明提供一种靶材组件的制造方法，由于所述钛靶材坯料的焊接面上具有螺纹，有助于增加所述钛靶材坯料焊接面的粗糙度和均匀度，即使得所述钛靶材坯料焊接面的附着力得到提高，从而增强了所述坯料的焊接面与所述背板之间的焊接强度，进而改善了所述靶材组件的质量。
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。
参考图1，图1示出了本发明实施例靶材组件制造方法的流程示意图。具体地，本实施例靶材组件的制造方法包括以下基本步骤：
S1：提供钛靶材的坯料以及背板，所述坯料具有溅射面以及与所述溅射面相对的焊接面。
S2：对所述焊接面进行车削加工，在所述焊接面上形成螺纹。
S3：将所述钛靶材的坯料与所述背板采用热等静压工艺焊接在一起，形成靶材组件。
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和图3，执行步骤S1，提供钛靶材的坯料100以及背板200，所述坯料100具有溅射面100c以及与所述溅射面100c相对的焊接面100a，所述背板200具有背板焊接面200a。其中，图2是图1中步骤S1中钛靶材坯料100的立体图，图3是图1中步骤S1背板的立体图。
本实施例中，所述钛靶材的坯料100的形状为圆柱体，在沿平行于所述钛靶材坯料100焊接面100a表面的方向上，所述坯料100的横截面为圆形。相应地，所述背板200的形状也为圆柱状，在沿平行于所述背板200焊接面200a表面的方向上，所述背板200的横截面为圆形。在本发明其它实施例中，所述钛靶材的坯料以及背板的形状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，所述背板200的材料为Al或者Cu。
参考图1，结合参考图4至图7，执行步骤S2，对所述焊接面100a进行车削加工，在所述焊接面100a上形成螺纹110(如图6所示)。其中，图4是图1中步骤S2对钛靶材坯料100的焊接面100a进行车削加工的示意图，图5是图1中步骤S2中形成螺纹后钛靶材坯料100的俯视图，图6是图5沿AA1割线的剖面结构示意图，图7是图6中区域B的局部放大图。
本实施例中，通过对所述焊接面100a进行车削加工，以在所述焊接面100a上形成螺纹110。所述螺纹110能够起到增加所述钛靶材坯料100焊接面100a粗糙度和均匀度的作用，从而使得所述焊接面100a的附着力得到提高。后续通过采用热等静压工艺将所述钛靶材的坯料100与所述背板200焊接在一起，形成所述靶材组件，由于所述焊接面100a的螺纹110能够嵌入到所述背板焊接面200a里面，使得所述焊接面100a的附着力得到提到，从而增强了所述坯料100的焊接面100a与所述背板200之间的焊接强度，进而使得焊接以后的靶材组件不容易发生脱落或者焊接不良问题，因此改善了所述靶材组件的质量，即提高了所述靶材组件的导电性能以及使用寿命。
具体地，通过控制所述螺纹100的牙型角α(如图7所示)、螺距W(如图7所述)以及螺高H(如图7所示)的参数，能够使得所述焊接面100a具有适当的附着力，从而改善所述靶材组件的质量。
以下将对所述螺纹110的牙型角α、螺距W以及螺高H参数的选取做详细的说明。
本实施例中，所述螺纹110的牙型角α的角度既不能过大，也不能过小。若所述螺纹110牙型角α的角度过小，则会导致所述螺纹110的机械强度不高，在热等静压焊接工艺过程中，容易使得所述螺纹100的牙型角α被破坏，从而达不到提高附着力的作用；若所述螺纹110牙型角α的角度过大，则会增大所述钛靶材坯料100焊接面100a的螺纹110嵌入到所述背板焊接面200a里面的难度，进而降低了所述靶材组件的质量。因此，所述螺纹110的牙型角α为55°至60°。
本实施例中，所述螺纹110的螺距W既不能过大也不能过小。若所述螺纹110的螺距W过大，则会降低所述焊接面100a螺纹110的密度，使得所述螺纹110与所述背板焊接面200a的接触面小，从而不利于提高所述焊接面100a的附着力；若所述螺纹110的螺距W过小，则容易使得所述螺纹110发生变形。因此，所述螺纹110的螺距W为0.7mm至0.75mm。
本实施例中，所述螺纹100的螺高H既不能过大也不能过小。若所述螺纹110的螺高H过大，则会导致工艺材料的浪费；若所述螺纹110的螺高H过小，则会减小所述螺纹110嵌入到所述背板焊接面200a的深度，从而不利于提高所述坯料100的焊接面100a与所述背板200之间的焊接强度。因此，所述螺纹100的螺高H为0.52mm至0.62mm。
以下将结合附图对在所述焊接面100a上形成螺纹110的步骤做详细说明。
本实施例中，对所述焊接面100a进行车削加工的步骤包括：采用刀具300对所述焊接面100a进行粗车削加工；采用刀具300对所述焊接面100a进行精车削加工。
本实施例中，对所述焊接面100a进行车削加工的步骤中，所述刀具300从所述焊接面100a圆心沿径向移动，所述钛靶材的坯料100沿过圆心且垂直于所述坯料100表面的转轴自转。
本实施例中，对所述焊接面100a进行车削加工采用的主轴转速既不能过大也不能过小。若所述主轴转速过大，则容易对所述刀具300产生磨损，且在车削加工中会产生火花，从而导致车削过程中的车削温度上升，进而不利于降低钛靶材坯料100表面的粗糙度和均匀度，即使得形成的螺纹110质量差；若所述主轴转速过小，则会导致所述车削加工的效率得到降低，从而不利于降低车削成本。因此，对所述焊接面100a进行车削加工采用的主轴转速为195r/min至205r/min。
本实施例中，所述粗车削加工的目的是去除所述钛靶材坯料100大部分的余量，以获得具有螺纹110的半成品。所述精车削加工的目的是对经过所述粗车削加工的半成品进一步加工，以获得具有螺纹110的目标钛靶材坯料100。
通过控制所述粗车削加工以及精车削加工的次数以及吃刀量的参数，以在所述焊接面100a上形成适当的螺纹110。具体地，本实施例中，采用吃刀量为0.12mm至0.18mm进行粗车削加工4次，之后采用吃刀量为0.01mm至0.04mm进行精车削加工1次。
以下将对所述粗车削加工以及精车削加工参数的选取进行详细说明。
本实施例中，进行粗车削的次数为4次，进行精车削的次数为1次。这样既能保证在所述焊接面100a上形成的螺纹110质量，又有利于提高车削加工的效率，从而降低生产成本。
本实施例中，通过分别选取特定的粗车削加工和精车削加工的吃刀量，从而提高所述螺纹110的质量。具体地，所述粗车削加工的吃刀量既不能大于0.18mm也不能小于0.12mm。若所述粗车削加工的吃刀量大于0.18mm，则会使得所述刀具300对所述钛靶材坯料100产生较大的背向力，从而容易发生弯曲变形；若所述粗车削加工的吃刀量小于0.12mm，则会影响所述粗车削加工的效率。同理，所述精车削加工的吃刀量既不能大于0.04mm也不能小于0.01mm。若所述精车削加工的吃刀量大于0.04mm，则会使得所述刀具300对所述钛靶材坯料100产生较大的背向力，从而容易发生弯曲变形；若所述精车削加工的吃刀量小于0.01mm，则会影响所述精车削加工的效率。因此，所述粗车削加工的吃刀量在0.12mm至0.18mm范围内，所述精车削加工的吃刀量在0.01mm至0.04mm范围内。
本实施例中，还通过选取适当刀片的刀具300来提高所述螺纹110的质量。具体地，所述刀具300的刀片为60°螺纹刀片，且所述刀片为硬质合金刀片，具有较大的硬度，能够在车削过程中提供锋利的切削刃，从而提高了所述车削加工的强度。
本实施例中，采用3380乳化剂作为所述切削液，所述乳化剂和水的体积比为1:20。所述3380乳化剂可以起到较好的冷却和润滑效果。
本实施例中，对所述焊接面100a进行车削加工，在所述焊接面100a上形成螺纹110之后，所述方法还包括：采用背绒砂对所述焊接面100a进行抛光处理，以去除所述螺纹110表面的毛刺。进行所述抛光处理之后，采用超声波对所述钛靶材的坯料100进行清洗，并进行干燥。通过所述清洗和干燥的过程，能够去除附着在所述螺纹110表面的杂质，提高所述钛靶材坯料100的清洁度，进而在后续焊接过程中，使得所述靶材组件的质量也得到提高。
参考图1，结合参考图8，图8是图1中步骤S3中靶材组件400的立体图，执行步骤S3，将所述钛靶材的坯料100与所述背板200采用热等静压工艺焊接在一起，形成钛靶材组件400。
本实施例中，形成所述钛靶材组件400的步骤包括：将所述钛靶材坯料100的焊接面100a放置在所述背板焊接面200a上进行预热；预热之后采用4000吨以上的油压机进行上下挤压，使得所述螺纹110嵌入至所述背板焊接面200a里面，形成所述钛靶材组件400。
本实施例中，将所述钛靶材的坯料100与所述背板200进行焊接采用的预热温度既不能过大也不能过小。若所述预热温度过大，则会导致所述钛靶材的坯料100或者所述背板200熔化，无法进行焊接；若所述预热温度过小，则会导致所述钛靶材的坯料100或者所述背板200为固体，同样也达不到焊接的要求。因此，将所述钛靶材的坯料100与所述背板200进行焊接采用的预热温度为400℃至500℃。
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)

1.一种靶材组件的制造方法，其特征在于，包括：
提供钛靶材的坯料以及背板，所述坯料具有溅射面以及与所述溅射面相对的焊接面；
对所述焊接面进行车削加工，在所述焊接面上形成螺纹；
将所述钛靶材的坯料与所述背板采用热等静压工艺焊接在一起，形成靶材组件。
2.如权利要求1所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，所述螺纹的牙型角为55°至60°，螺距为0.7mm至0.75mm，螺高为0.52mm至0.62mm。
3.如权利要求1所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，对所述焊接面进行车削加工的步骤包括：
采用刀具对所述焊接面进行粗车削加工；
采用刀具对所述焊接面进行精车削加工。
4.如权利要求3所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，所述刀具的刀片为60°螺纹刀片。
5.如权利要求4所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，所述坯料为圆柱体，对所述焊接面进行车削加工的步骤中，所述刀具从所述焊接面圆心沿径向移动。
6.如权利要求5所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，对所述焊接面进行车削加工采用的主轴转速为195r/min至205r/min。
7.如权利要求6所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，采用吃刀量为0.12mm至0.18mm进行粗车削加工4次，之后采用吃刀量为0.01mm至0.04mm进行精车削加工1次。
8.如权利要求1所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，所述热等静压工艺的参数包括：将所述钛靶材的坯料与所述背板进行焊接采用的预热温度为400℃至500℃。
9.如权利要求1所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，所述背板的材料为Al或者Cu。
10.如权利要求1所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，对所述焊接面进行车削加工，在所述焊接面上形成螺纹之后，将所述钛靶材的坯料与所述背板进行焊接之前，所述方法还包括：采用背绒砂对所述焊接面进行抛光处理。
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