CN109108715A

CN109108715A - 靶材加工方法

Info

Publication number: CN109108715A
Application number: CN201710486091.8A
Authority: CN
Inventors: 姚力军; 潘杰; 相原俊夫; 王学泽; 鲍伟江
Original assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Current assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2019-01-01

Abstract

一种靶材加工方法，包括：提供靶材和刀具，所述刀具用于切削所述靶材；提供冷却液，当所述刀具切削所述靶材时，使所述冷却液喷向所述靶材的切削部位；所述冷却液的喷射压力控制在100Kg/cm²‑150Kg/cm²之间。因此，在切削靶材的过程中，当靶材表面产生切屑时，具有较高喷射压力的冷却液能够将切屑冲断，使切屑不会堆积在靶材的表面，避免损伤靶材表面或损坏刀具。同时，较高喷射压力的冷却液还能够快速冷却切屑，使切屑因温度降低而硬化，从而使切削更容易发生断裂。

Description

靶材加工方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种靶材加工方法。

背景技术

在半导体溅镀工艺中，靶材作为溅射源(高速荷能粒子轰击的目标材料)需要其具有特定的形状，以使其能够被固定至溅镀设备满足溅镀的要求。另外，用于溅射的靶材也要求其具有较小的表面粗糙度，以满足规定的精度要求。因此，在将靶材加工成最终成品之前，通常需要对靶材进行切削，以使靶材具有特定的形状和较高的精度，满足溅镀的要求。

但是，在对靶材进行切削的过程中，靶材表面上会产生切屑，切屑不容易从靶材表面掉落，当较多的切屑堆积在靶材表面时，一方面，会损伤靶材的表面，导致产品不合格；另一方面，切屑还会缠绕在用于切削的刀具上，有可能损坏刀具。因此，在靶材加工过程中，如何避免在靶材表面堆积较多的切屑，是现有技术亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的问题是使用刀具对靶材进行切削的过程中，靶材表面会堆积切屑，损伤靶材表面、损坏刀具。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材加工方法，包括：提供靶材和刀具，所述刀具用于切削所述靶材；提供冷却液，当所述刀具切削所述靶材时，使所述冷却液喷向所述靶材的切削部位；所述冷却液的喷射压力控制在100Kg/cm²-150Kg/cm²之间。

可选的，所述冷却液为多股，多股冷却液共同喷向所述切削部位。

可选的，多股所述冷却液分别从多个喷嘴中喷出，所述喷嘴的当量直径在1mm-2mm之间。

可选的，所述喷嘴固定设置于所述刀具，且所述喷嘴的开口朝向所述刀具的刀尖。

可选的，所述喷嘴的开口到所述刀尖的距离控制在1cm-3cm之间。

可选的，所述喷嘴为两个，分别设置于所述刀具的两侧，或，均设置于所述刀具的同一侧。

可选的，所述冷却液的总喷射流量控制在70L/min-200L/min之间。

可选的，所述冷却液为乳化液。

可选的，所述冷却液中，包含基础油和水，所述基础油的质量分数控制在5％-10％之间。

可选的，所述冷却液的温度控制在10℃-20℃之间。

可选的，所述刀具切削所述靶材的速度越快，所述冷却液的喷射压力越高。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

所述的靶材加工方法，通过控制冷却液的喷射压力，使冷却液的喷射压力在100Kg/cm²-150Kg/cm²之间。因此，在切削靶材的过程中，当靶材表面产生切屑时，具有较高喷射压力的冷却液能够将切屑冲断，使切屑不会堆积在靶材的表面，避免损伤靶材表面或损坏刀具。同时，较高喷射压力的冷却液还能够快速冷却切屑，使切屑因温度降低而硬化，从而使切削更容易发生断裂。

附图说明

图1是本发明具体实施例的靶材切削示意图。

具体实施方式

发明人经研究发现：在对靶材进行切削时，靶材表面会产生切屑，切屑堆积在靶材表面容易损伤靶材、损坏刀具。现有技术中，为了解决解决上述问题，通常使用钳子或铁钩等工具，当靶材表面产生切屑时，利用钳子或铁钩进行清理，以防止切屑堆积在靶材表面。但是，利用此种方式清理切屑，钳子或铁钩容易接触靶材表面，损伤靶材；而且，此种清理方式通常需要人工操作钳子或铁钩，增加人工成本；一旦切屑因断裂被甩向人体，容易对人体造成伤害，存在安全隐患。因此，亟需提供一种新的靶材加工方法，使其能够避免在靶材表面堆积较多的切屑。

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。

参照图1，一种靶材加工方法，提供靶材10和刀具20，所述刀具20包括刀柄21和刀头22，刀柄21固定设置于刀具固定架30，且与刀具固定架30之间位置可调；所述靶材10固定放置于切削平台40上，所述切削平台40能够旋转以带动所述靶材10旋转，所述切削平台40位于切削槽50中。其中，刀具固定架30、切削平台40和切削槽50均为切削设备的一部分。

当将靶材10固定至切削平台40上时，调整刀具20的位置，使刀具的刀头22对准所述靶材10。通过控制切削平台40旋转，使刀具20切削所述靶材10，从而使靶材10具有特定的形状，满足被固定至溅镀设备的要求；通过对靶材10进行切削，同时还能使靶材10具有较小的表面粗糙度，满足规定的精度要求。

继续参照图1，在靶材加工过程中，还提供冷却液，冷却液用于喷向靶材10的切削部位(如图中虚线所示)，且使冷却液的喷射压力控制在100Kg/cm²-150Kg/cm²之间。

刀头22在对靶材10进行切削的过程中，刀头22与靶材10之间的摩擦会产生热量，导致刀头22和靶材10的温度升高。靶材10温度升高容易发生变形，影响靶材10的加工质量；刀头22的温度升高，影响刀头22的切削能力，降低切削效率，同时还会降低刀头22的使用寿命。

通过提供冷却液，使冷却液喷向靶材10的切削部位，从而能够降低靶材10和刀头22的温度，防止靶材10发生变形，影响靶材加工质量；同时提高刀头22的切削效率，延长刀头22的使用寿命。

另外，在切削过程中，切削部位处靶材10的表面会产生切屑(图中未示出)，当切屑具有较高的温度时，切屑不容易断裂而堆积在靶材10的表面，从而损伤靶材10，损坏刀头22。使冷却液喷向靶材10的切削部位，还能够降低切屑的温度，使切屑更容易断裂，从而在一定程度上减少切屑在靶材10表面的堆积，降低靶材10损伤、刀头22损坏的风险。

进一步的，由于冷却液的喷射压力在100Kg/cm²-150Kg/cm²之间，当冷却液喷射至切削部位(即切屑所在位置)时，冷却液对切屑的作用力较大，容易冲断切屑，使得切屑不易堆积在靶材10的表面。

靶材10的材料一般为钛或铝，钛和铝均具有良好的塑性，塑性指的是在外力的作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。也就是说，即使冷却液喷射在切屑上，若冷却液的喷射压力较小，切屑仅发生变形，而不会发生断裂，使得切屑依旧堆积在靶材10的表面，损伤靶材10，损坏刀头22。

发明人经实验研究表明，当冷却液的喷射压力小于100Kg/cm²时，切屑不易被冲断，大部分切屑仍然会堆积在靶材10的表面；当冷却液的喷射压力在100Kg/cm²以上时，才有相对较好的断屑效果。

另外，发明人还发现，由于制造工艺和加工工艺的限制，冷却液中不可避免的含有固体颗粒物等杂质，当冷却液的喷射压力超过150Kg/cm²时，冷却液中的固体颗粒物随冷却液撞击至靶材10的表面，容易破坏靶材10的表面。而且，若冷却液的喷射压力超过150Kg/cm²，则对冷却液管路具有更高要求，容易导致冷却液管路破裂而发生泄露。因此，本实施例中，所述冷却液的喷射压力控制在100Kg/cm²-150Kg/cm²之间。

通过提供较高喷射压力的冷却液以冲断切屑，因而无需利用钳子或铁钩等对切屑进行清理，能够避免钳子或铁钩接触靶材表面，造成靶材表面的损伤。同时，冷却液的喷射压力可以利用加压设备进行控制，无需人员对靶材切削过程随时待命，不会增加人工成本，更不会因为切屑断裂而甩向人体，对人体造成伤害。

进一步研究发现，当刀具20切削靶材10的速度较快时，靶材10所产生的切屑越不容易断裂，导致大量的切屑堆积在靶材10的表面；当刀具20切削靶材10的速度较慢时，靶材10所产生的切屑相对容易发生断裂，使得相对少部分的切屑堆积在靶材10的表面。

因此，若刀具20切削靶材10的速度较快，则可以选用相对较高的冷却液喷射压力，以保证能够更好的冲断切屑；若刀具20切削靶材10的速度较慢，则可以选用相对较低的冷却液喷射压力，以保证冷却液管路的可靠性。

喷射冷却液的作用一方面在于冷却靶材10和刀头20，另一方面在于冲断切屑。相较于仅设置一股冷却液的情形，若设置多股冷却液，使多股冷却液共同喷向所述切削部位，则能够更好的起到冷却的效果；同时，也能使切屑受到更大的冲击力，更有利于使切屑发生断裂。具体在本实施例中，冷却液为两股，两股冷却液共同喷向所述切削部位。

继续参照图1，两股冷却液分别从两个喷嘴23中喷出，所述喷嘴23固定设置在刀具20上，且喷嘴23的开口朝向刀具的刀尖22a。具体的，喷嘴23固定设置于刀柄21，刀尖22a即刀头22与靶材10接触的部分，刀尖22a所在位置即所述切削部位。

使喷嘴23开口朝向刀具的刀尖22a，即能够使得冷却液喷向靶材10的切削部位。此时，无论对何种靶材进行切削，均无需调整喷嘴23的开口方向，从而方便靶材的切削，提升加工效率。

本实施例中，两个喷嘴23均设置在刀柄21的同一侧。在其他实施例中，两个喷嘴23也可以分别设置在刀柄21两侧，尤其当喷嘴23的数量多于两个时，可以使多个喷嘴均匀的分布在刀柄21两侧。

另外，喷嘴23也可以独立设置，即将喷嘴23与刀具20分开。此时，在对靶材进行切削之前，需要调整喷嘴23的开口方向，以使得喷嘴23能够对准所述切削部位。

本实施例中，喷嘴23的开口的当量直径设置在1mm-2mm之间。若喷嘴23的当量直径小于1mm，此时，从喷嘴23喷出的冷却液的量较少，无法对切屑形成较大的冲击力，导致不易冲断切屑；此外，由于冷却液中含有固体颗粒物等杂质，喷嘴23的当量直径过小，还会堵塞所述喷嘴23。若喷嘴23的当量直径大于2mm，则大量的冷却液同时喷向刀尖22a，影响靶材10的切削效果；而且，需要提供更多的冷却液，提升加工成本，降低生产效益。

需要说明的是，喷嘴23的开口可以是圆形孔，此时，圆形孔的直径在1mm-2mm之间；另外，喷嘴23的开口也可以是椭圆形孔、多边形孔或者其他形式的孔，不影响本技术方案的实施。

继续参照图1，喷嘴23的开口到所述刀尖22a的距离控制在1cm-3cm之间。一方面，防止喷嘴离23刀尖距离过短，使得冷却液在喷射至切屑后飞溅至喷嘴23，影响喷嘴23中冷却液的喷射；同时，也避免因喷嘴23距离靶材10过近，影响靶材10的切削。另一方面，防止喷嘴离23刀尖距离过长，使得冷却液在喷射出喷嘴23后，轨迹发生变化，而导致无法将全部冷却液均喷向靶材的切削部位。

本实施例中，冷却液为乳化液，包含水、基础油及乳化剂等，其中，基础油的质量分数控制在5％-10％之间。水具有较大的比热容，能够快速带走切削所产生的热量，降低刀头22和靶材10的温度；基础油可以是矿物油、植物油、合成酯或以上的混合物，能够防止刀具20或切削设备生锈，延长使用寿命。另外，乳化液还具有较好的流动性，使得冷却液管路不易发生堵塞。

继续参照图1，还提供冷却液池60，冷却液池60用于向喷嘴23提供冷却液。为了使冷却液的喷射压力达到100Kg/cm²-150Kg/cm²之间，在冷却液池60和喷嘴23之间还设置加压设备70，加压设备70通过冷却液管路71连接喷嘴23，为喷嘴23提供高压冷却液。具体的，加压设备70可以选择柱泵塞，柱泵塞包括缸体和柱塞，通过柱塞在缸体内的往复运动，使密封工作容易发生变化，以实现对冷却液的加压。

加压设备70可以通过两条冷却液管路71分别为两个喷嘴23提供冷却液，也可以通过一条冷却液管路71将冷却液输送至刀具的刀柄21，并在刀柄21处设置通道，使冷却液分别流向两个喷嘴23。

处于冷却液管路71中冷却液具有较高的压力，为避免冷却液管路71遭到破坏。可选的，冷却液管路71采用钢管，且使得冷却液管路71的壁厚在4mm以上。

此外，在切削槽50和冷却液池60之间还设有回收管路61，当冷却液从喷嘴23喷出后，被收集至切削槽50中，切削槽50中的冷却液通过回收管路61流入冷却液池60中，以实现回收。

冷却液的流动方式如图中箭头所示，温度较低的冷却液从冷却液池60流入加压设备70中，并通过冷却液管路71流向喷嘴23，最后从喷嘴23喷出，并流入切削槽50中。在此过程中，冷却液与靶材10、刀头22进行热交换，实现靶材10、刀头22的降温，冷却液温度升高。位于切削槽50中的冷却液通过回收管路61重新流入冷却液池60中，冷却液池60通过自然冷却或者其他冷却方式降低冷却液的温度，温度降低后的冷却液重新流入加压设备70以实现循环。

在切削靶材10的过程中，为了更有效的降低靶材10和刀头22的温度，可以使冷却液的温度控制在10℃-20℃之间。该温度下的冷却液能够避免因温度过低，而使冷却液变得黏稠，增加流动阻力；同时，相对较低的温度能够迅速带走切削所产生的大量热量，快速降低刀头22和靶材10的温度。而且，该温度下的冷却液一般可以通过自然冷却达到，不会增加过多的成本。

本实施例中，冷却液的总喷射流量控制在70L/min-200L/min之间。防止由于冷却液流量过少，使得冷却液从喷嘴喷出时，出现间断的情况，影响冷却效果；同时，防止由于冷却液流量过多，使得冷却液无法快速流入冷却液池60中，而在切削槽50中积累，影响切削。

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

1.一种靶材加工方法，其特征在于，包括：

提供靶材和刀具，所述刀具用于切削所述靶材；

提供冷却液，当所述刀具切削所述靶材时，使所述冷却液喷向所述靶材的切削部位；

所述冷却液的喷射压力控制在100Kg/cm²-150Kg/cm²之间。

2.如权利要求1所述的靶材加工方法，其特征在于，所述冷却液为多股，多股冷却液共同喷向所述切削部位。

3.如权利要求2所述的靶材加工方法，其特征在于，多股所述冷却液分别从多个喷嘴中喷出，所述喷嘴的当量直径在1mm-2mm之间。

4.如权利要求3所述的靶材加工方法，其特征在于，所述喷嘴固定设置于所述刀具，且所述喷嘴的开口朝向所述刀具的刀尖。

5.如权利要求3所述的靶材加工方法，其特征在于，所述喷嘴的开口到所述刀尖的距离控制在1cm-3cm之间。

6.如权利要求4或5所述的靶材加工方法，其特征在于，所述喷嘴为两个，分别设置于所述刀具的两侧，或，均设置于所述刀具的同一侧。

7.如权利要求1所述的靶材加工方法，其特征在于，所述冷却液的总喷射流量控制在70L/min-200L/min之间。

8.如权利要求1所述的靶材加工方法，其特征在于，所述冷却液为乳化液。

9.如权利要求8所述的靶材加工方法，其特征在于，所述冷却液中，包含基础油和水，所述基础油的质量分数控制在5％-10％之间。

10.如权利要求1所述的靶材加工方法，其特征在于，所述冷却液的温度控制在10℃-20℃之间。

11.如权利要求1所述的靶材加工方法，其特征在于，所述刀具切削所述靶材的速度越快，所述冷却液的喷射压力越高。