CN109420787A - 铜靶材加工方法 - Google Patents

Abstract

一种铜靶材加工方法，包括：提供铜靶材、铝合金盘刀和金刚石盘刀；利用铝合金盘刀对铜靶材的表面进行粗加工，再利用金刚石盘刀对铜靶材的表面进行精加工。通过利用铝合金盘刀加工铜靶材的表面，能够快速的去除作为毛坯件的铜靶材表面上的加工余量，使铜靶材毛坯获得接近最终用于溅镀的铜靶材的形状，且不会损坏铝合金盘刀，此过程能够提升铜靶材加工效率；通过利用金刚石盘刀加工铜靶材的表面，能够进一步对铜靶材的表面进行加工，使表面更加光洁，且避免铜靶材发生变形，从而满足溅镀要求。相较于现有技术，在提升铜靶材在加工效率的同时，避免铜靶材发生变形，提升铜靶材加工合格率。

Description

铜靶材加工方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种铜靶材的加工方法。

背景技术

真空溅镀过程中，靶材作为溅射源，在电子、氩原子轰击下溅射出大量的靶材原子，靶材原子沉积在基片上，以达到镀膜的目的。现有技术中，铜靶材是真空溅镀过程中常用的靶材。

铜靶材在作为溅射源之前需要对其进行加工，以使其具有合适的平行度和表面粗糙度。在铜靶材加工过程中，通常希望在加工出合格的适于溅镀的铜靶材的前提下，减少加工时间，提高加工效率。但是，由于铜靶材通常具有较大的面积和较薄的厚度，因而在加工过程中易发生形变，导致铜靶材的溅射面不平整，影响溅镀过程中基片上膜层的质量。

因此，现有技术中，铜靶材在加工效率和合格率之间通常难以两全。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中铜靶材在加工过程中，其加工效率和合格率通常难以两全。

为解决上述问题，本发明提供一种铜靶材加工方法，包括：提供铜靶材、铝合金盘刀和金刚石盘刀；利用铝合金盘刀对铜靶材的表面进行粗加工；进行粗加工后，利用金刚石盘刀对铜靶材的表面进行精加工。

可选的，在对所述铜靶材进行精加工之前，还利用钨钢铣刀对所述铜靶材的侧面进行加工。

可选的，利用铝合金盘刀对铜靶材的表面进行粗加工的次数至少为两次。

可选的，在粗加工过程中，所述铝合金盘刀的转速v1满足：800r/min≤v1≤1000r/min；所述铝合金盘刀的进给速度u1满足：800mm/min≤u1≤1200mm/min；所述铝合金盘刀的吃刀量a1满足：0.1mm≤a1≤0.2mm。

可选的，在精加工过程中，所述金刚石盘刀的转速v2满足：1000r/min≤v2≤1200r/min；所述金刚石盘刀的进给速度u2满足：60mm/min≤u2≤80mm/min；所述金刚石盘刀的吃刀量a2满足：在0.03mm≤a2≤0.07mm。

可选的，在侧面加工过程中，所述钨钢铣刀的转速v3满足：3500r/min≤v3≤4500r/min；所述钨钢铣刀的进给速度u3满足：3500mm/min≤u3≤4500mm/min；所述钨钢铣刀的吃刀量a3满足：0.4mm≤a3≤0.5mm。

可选的，在所述粗加工和精加工过程中，提供冷却液，以冷却所述铜靶材。

可选的，所述冷却液为工业酒精或乳化液。

可选的，所述乳化液中，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，在对所述铜靶材进行粗加工之前，对所述铜靶材进行热处理。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

所述的铜靶材加工方法，通过利用铝合金盘刀粗加工铜靶材的表面，铝合金盘刀相对易于变形，不易发生断裂，因而可以具有较深的吃刀量，从而能够快速的去除作为毛坯件的铜靶材表面上的加工余量，使铜靶材毛坯获得接近最终用于溅镀的铜靶材的形状，此过程能够提升铜靶材的加工效率；通过利用金刚石盘刀精加工铜靶材的表面，金刚石盘刀具有极高的硬度、但相对较脆，由于此过程铜靶材加工余量小，金刚石盘刀吃刀量小，不易损坏金刚石盘刀，同时，金刚石盘刀适于精密加工，能够使铜靶材的表面更加光洁，避免铜靶材发生变形，从而满足溅镀要求。也就是说，铝合金盘刀能够提升铜靶材的加工效率，金刚石盘刀能够保证铜靶材的加工精度，从而实现在保证铜靶材合格率的前提下，提升铜靶材加工效率。

进一步的，在对铜靶材进行精加工之前，还利用钨钢铣刀对铜靶材的侧面进行加工，钨钢铣刀能够去除铜靶材侧面上的毛刺，避免在靶材溅射过程中，由于侧面上的毛刺而产生尖端放电，影响铜靶材的正常溅射。

进一步的，在加工铜靶材的过程中，还提供冷却液，冷却液用于喷向铜靶材的切削部位，从而能够降低铜靶材和刀具的温度，进一步防止铜靶材发生变形，提升铜靶材加工质量；同时，延长刀具的使用寿命。

附图说明

图1是本发明具体实施例铝合金盘刀或金刚石盘刀加工铜靶材时的结构示意图；

图2是本发明具体实施例钨钢铣刀加工铜靶材的结构示意图；

图3是本发明具体实施例铜靶材加工过程流程图。

具体实施方式

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、图2，一种铜靶材加工方法，提供铜靶材10、刀具和加工平台20。其中，刀具包括第一刀具30和第二刀具40，第一刀具30为铝合金盘刀或金刚石盘刀，第二刀具40为钨钢铣刀。第一刀具30用于加工铜靶材的表面11，第二刀具40用于加工铜靶材的侧面12。

加工平台20适于承载铜靶材10，具体的，加工平台20上设有多个真空吸附治具21，真空吸附治具21内设有真空通道21a，待加工的铜靶材10放置于真空吸附治具21上，利用真空吸附力将所述铜靶材10固定在所述真空吸附治具21上。

参照图3，示出了铜靶材10的具体加工过程。

执行步骤S1，提供待加工的铜靶材。

铜靶材10在加工之前通常为毛坯件，其表面不平整且非常粗糙，无法作为溅射源溅射镀膜(用于溅射镀膜的铜靶材的表面粗糙度应当控制在Ra0.2以下)。因此，需要利用第一刀具30对铜靶材10的表面进行加工，以使铜靶材的表面11具有较小的粗糙度和平面度，适于溅射镀膜。

如图1所示，将待加工的铜靶材10放置于真空吸附治具21上，启动加工平台20，对真空通道21a抽真空，真空吸附治具21利用真空吸附所述铜靶材10，以固定所述铜靶材10。

执行步骤S2，利用铝合金盘刀对铜靶材的表面进行第一回粗加工。

如图1所示，使第一刀具30(铝合金盘刀)位于铜靶材10的轴向一端，且刀尖面向所述铜靶材的表面11，第一主轴31带动第一刀具30旋转，且沿箭头方向带动第一刀具30运动，以实现对铜靶材10的加工。

铜靶材10的加工效率在一般取决于刀具的加工条件，所述加工条件通常包括：刀具转速v、进给速度u和吃刀量a。

其中，刀具转速v：指刀具围绕主轴旋转的速度；进给速度u：指刀具上的基准点沿刀具的移动轨迹相对于铜靶材的移动速度；吃刀量a：指铜靶材上待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。

一般来说，吃刀量越大，则刀具与铜靶材之间的作用力越大，越容易导致铜靶材发生变形，容易使刀具受损；吃刀量越小，则刀具与铜靶材之间的作用力越小，不易使铜靶材发生变形，不易使刀具受损。

另外，在吃刀量一定的情况下，刀具转速、进给速度对铜靶材的表面的粗糙度也有影响。若刀具转速低、进给速度高，则产品表面粗糙度比较差，但加工效率高；若刀具转速快、进给速度慢，则产品表面粗糙度比较好，但加工效率低。

作为毛坯件的铜靶材10具有较大的加工余量，铝合金盘刀相较于一般盘刀更易于变形，从而不易发生断裂。因此，在加工过程中，铝合金盘刀可以具有更深的吃刀量，从而能够快速将铜靶材10加工至所需要的尺寸。此时，为粗加工阶段，铜靶材10的微小变形不会影响铜靶材10精加工后的形状。

具体在本实施例中，第一刀具30(铝合金盘刀)的转速v1满足800r/min≤v1≤1000r/min；进给速度u1满足：800mm/min≤u1≤1200mm/min；吃刀量a1满足：0.1mm≤a1≤0.2mm。

铝合金盘刀用于切削铜靶材的表面11，为实现快速完成切削铜靶材的表面11，铝合金盘刀通常具有较大的直径(能够覆盖更多的表面)，从而增加了铝合金盘刀的质量。经发明人多次试验发现：当铝合金盘刀的转速v1超出1200r/min时，则铝合金盘刀的旋转离心力会导致其发生晃动，使得加工后的铜靶材的表面11不平整。因此，本实施例中刀具的转速v1控制在800r/min≤v1≤1000r/min之间，能够在保证铜靶材的表面11平整的前提下，使铜靶材的表面11具有较小的表面粗糙度。

进给速度很大程度上决定了铜靶材10的加工效率，进给速度越大，则加工效率越高。但是，若进给速度过大，则铜靶材10和铝合金盘刀之间挤压作用力会导致铜靶材10发生形变，而且现有技术中的铜靶材10相对较薄，使之更容易发生形变，导致产品不合格。研究发现，若进给速度u1超出1500mm/min时，加工得到的铜靶材10的平面度均在0.4mm以上，不合符加工要求。因此，本实施例中刀具的进给速度u1控制在800mm/min≤u1≤1200mm/min之间，使得铜靶材10具有较好的平面度，同时，具有较快的加工速率。

现有技术中，作为毛坯件的铜靶材10的加工余量一般在1mm－1.5mm之间，控制铝合金盘刀的吃刀量a1在0.1mm－0.2mm之间，从而能够快速将铜靶材加工至接近最终用于溅镀的铜靶材的形状，进一步提高加工效率。另外，铝合金盘刀不易发生断裂，虽然吃刀量较深，但不会损坏铝合金盘刀。

经以上参数加工得到的铜靶材的表面粗糙度能够达到Ra1.6，平面度能够达到0.2mm，符合加工要求。

需要说明的是，本实施例中上述刀具转速v1、进给速度u1和吃刀量a1均对应于铝合金盘刀，若采用其他刀具，则相应的加工条件也要发生变化。

另外，铜靶材10具体可以是圆形靶材或长方形靶材，若铜靶材10为长方形靶材，可选的，使铝合金盘刀的直径大于铜靶材10的宽度，此时，铝合金盘刀经过一次切削，即能够完成对铜靶材10的第一回粗加工。

现有技术中，长方形的铜靶材10的最大宽度通常在210mm以下，可选的，铝合金盘刀的直径在230mm－250mm之间。

执行步骤S3，利用钨钢铣刀对铜靶材的侧面进行加工。

如图2所示，使第二刀具40(钨钢铣刀)位于铜靶材10的一端，且刀尖面向所述铜靶材的侧面12，第二主轴41带动第二刀具40旋转，且沿铜靶材10的周向带动第二刀具40运动，以实现对铜靶材10的加工。

本实施例中，第二刀具40(钨钢铣刀)的转速v3满足：3500r/min≤v3≤4500r/min；进给速度u3满足：3500mm/min≤u3≤4500mm/min；吃刀量a3满足：0.4mm≤a1≤0.5mm。

钨钢铣刀用于切削铜靶材的侧面12，铜靶材10厚度相对较小，钨钢铣刀也较小，质量相对较轻。因此，使钨钢铣刀具有较快的转速v1，以使铜靶材的侧面12具有较好的表面粗糙度。

另外，利用钨钢铣刀对铜靶材的侧面12进行加工，其目的在于：去除所述侧面12上的毛刺，避免在靶材溅射过程中，由于侧面12上的毛刺而产生尖端放电，影响铜靶材10的正常溅射。

但是，铜靶材的侧面12并非溅射面，因此，所述铜靶材的侧面12相较于铜靶材的表面11可以相对更为粗糙，本实施例中，使钨钢铣刀具有较快的进给速度u3，以提升铜靶材的加工效率。

研究发现，当进给速度u3超过5000mm/min时，则钨钢铣刀与铜靶材10之间的作用力可能会撕裂铜靶材10，因此，控制所述进给速度u3在3500mm/min≤u3≤4500mm/min之间。在保证不撕裂铜靶材10的同时，提升加工效率。

利用钨钢铣刀加工所述侧面12，所述侧面12的表面粗糙度能够达到Ra1.6，符合铜靶材10溅射要求。

需要说明的是，本实施例中上述刀具转速v3、进给速度u3和吃刀量a3均对应于钨钢铣刀，若采用其他刀具，则相应的加工条件也要发生变化。

在其他变形例中，若铜靶材的侧面12本身较为光滑(表面粗糙度已经达到Ra1.6)，则可以省略该步骤。

执行步骤S4，利用铝合金盘刀对铜靶材的表面进行第二回粗加工。

利用铝合金盘刀对铜靶材的表面进行第二回粗加工的方式与第一回粗加工的方式类似。具体的，第一刀具30(铝合金盘刀)的转速v1满足：800r/min≤v1≤1000r/min；进给速度u1满足：800mm/min≤u1≤1200mm/min；吃刀量a1满足：0.1mm≤a1≤0.2mm。

此过程中，第一刀具30吃刀量相对较深，能够迅速将铜靶材10加工至所需要的尺寸。第一刀具30的转速v1相对较低，而进给速度u1相对较快，从而提升加工效率。另外，相较于第一回粗加工，第二回粗加工后的铜靶材表面11的粗糙度能够达到Ra0.8以下，有利于下一步采用金刚石盘刀对铜靶材的表面11进行精加工。

需要说明的是，在其他变形例中，若铜靶材的表面11的粗糙度已经较好，例如在Ra0.8以下，则可以省略该步骤；若铜靶材的表面11的粗糙度相对较差，则还可以利用铝合金盘刀对铜靶材的表面进行第三回粗加工。

执行步骤S5，利用金刚石盘刀对铜靶材的表面进行精加工。

如图1所示，使第一刀具30(此时为金刚石盘刀)位于铜靶材10的轴向一端，且刀尖面向所述铜靶材的表面11，第一主轴31带动第一刀具30旋转，且沿箭头方向带动第一刀具30运动，以实现对铜靶材10的加工。

经过以上利用铝合金盘刀对铜靶材10进行第一回粗加工、第二回粗加工，铜靶材的表面11具有相对较好的粗糙度，而且，铜靶材10的加工余量已经很少。金刚石盘刀具有极高的硬度，但相对较脆，若吃刀量较大，则容易发生断裂，本实施例中，由于铜靶材10的加工余量较小，使得金刚石盘刀的吃刀量较小，避免损坏金刚石盘刀。

具体的，此过程中，控制第一刀具30(金刚石盘刀)的转速v2满足：1000r/min≤v2≤1200r/min；进给速度u2满足：60mm/min≤u2≤80mm/min；吃刀量a2满足：0.03mm≤a2≤0.07mm。

金刚石盘刀用于切削铜靶材的表面11，为实现快速完成切削铜靶材的表面11，金刚石盘刀通常具有较大的直径(能够覆盖更多的表面)，从而增加了金刚石盘刀的质量。研究发现，若金刚石盘刀的转速v2超出1500r/min时，则金刚石盘刀的旋转离心力会导致其发生晃动，使得加工后的铜靶材的表面11不平整。本实施例中刀具的转速v2控制在1000r/min≤v2≤1200r/min之间，能够在保证铜靶材的表面11平整的前提下，使铜靶材的表面11具有较小的表面粗糙度。

利用金刚石盘刀加工铜靶材的表面11是铜靶材加工的最后一道工序，对表面粗糙度具有很高的要求。因此，需要适当放慢进给速度u2，以保证表面粗糙度的要求。研究表明，当金刚石盘刀的进给速度在100mm/min时，铜靶材的表面粗糙度在Ra0.2左右，不合格率较高；当金刚石盘刀的进给速度超过100mm/min时，则可能发生金刚石盘刀断裂的风险；当金刚石盘刀的进给速度在80mm/min以下时，铜靶材的表面11能够获得较好的表面粗糙度。，因此，在本实施例中，将刀具的进给速度u2控制在60mm/min≤u2≤80mm/min之间。

此过程中，第一刀具30吃刀量相对较浅，能够避免损坏金刚石盘刀，同时，由于金刚石盘刀具有极高的硬度，也使得所述铜靶材10也不易发生变形，具有较好的平面度。

经以上参数加工得到的铜靶材的表面粗糙度能够达到Ra0.2以下，平面度能够达到0.02mm以下，满足溅镀要求。

需要说明的是，本实施例中上述刀具转速v2、进给速度u2和吃刀量a2均对应于金刚石盘刀，若采用其他刀具，则相应的加工条件也要发生变化。

进一步的，金刚石盘刀的直径可选在230mm－250mm之间。此时，金刚石盘刀经过一次切削，即能够完成对铜靶材10的精加工。

综上，利用铝合金盘刀加工表面11，能够快速的去除作为毛坯件的铜靶材表面上的加工余量，使铜靶材毛坯获得接近最终用于溅镀的铜靶材的形状，且不会损坏铝合金盘刀，此过程能够提升铜靶材加工效率。

利用金刚石盘刀加工表面11，能够进一步对铜靶材的表面进行加工，使所述表面11更加光洁，且避免铜靶材10发生变形，从而满足溅镀要求。相较于现有技术，在提升铜靶材10在加工效率的同时，避免铜靶材10发生变形，提升铜靶材10加工合格率。

需要说明的是，在利用铝合金盘刀、钨钢铣刀和金刚石盘刀对铜靶材10进行加工的过程中，刀具与铜靶材10的摩擦会产生热量，导致刀具和铜靶材10的温度升高。铜靶材10温度升高容易发生变形，影响铜靶材10的加工质量；刀具的温度升高，影响刀具的切削能力，降低切削效率，同时还会降低刀具使用寿命。

因此，本实施例中，还提供冷却液，冷却液用于喷向铜靶材10的切削部位，从而能够降低铜靶材10和刀具的温度，防止铜靶材10发生变形，影响铜靶材10加工质量；同时，延长刀具的使用寿命。

具体的，所述冷却液采用工业酒精或乳化液。其中，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，降低刀具和铜靶材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，能够防止刀具生锈，延长使用寿命。

本实施例中，在对所述铜靶材10进行粗加工之前，对所述铜靶材10进行热处理。热处理能够消除铜靶材10的内部应力，以更好的对铜靶材10进行切削、加工。

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)

1.一种铜靶材加工方法，其特征在于，包括：

提供铜靶材、铝合金盘刀和金刚石盘刀；

利用铝合金盘刀对铜靶材的表面进行粗加工；

进行粗加工后，利用金刚石盘刀对铜靶材的表面进行精加工。

2.如权利要求1所述的铜靶材加工方法，其特征在于，在对所述铜靶材进行精加工之前，还利用钨钢铣刀对所述铜靶材的侧面进行加工。

3.如权利要求1所述的铜靶材加工方法，其特征在于，利用铝合金盘刀对铜靶材的表面进行粗加工的次数至少为两次。

4.如权利要求1所述的铜靶材加工方法，其特征在于，在粗加工过程中，

所述铝合金盘刀的转速v1满足：800r/min≤v1≤1000r/min；

所述铝合金盘刀的进给速度u1满足：800mm/min≤u1≤1200mm/min；

所述铝合金盘刀的吃刀量a1满足：0.1mm≤a1≤0.2mm。

5.如权利要求1所述的铜靶材加工方法，其特征在于，在精加工过程中，

所述金刚石盘刀的转速v2满足：1000r/min≤v2≤1200r/min；

所述金刚石盘刀的进给速度u2满足：60mm/min≤u2≤80mm/min；

所述金刚石盘刀的吃刀量a2满足：在0.03mm≤a2≤0.07mm。

6.如权利要求2所述的铜靶材加工方法，其特征在于，在侧面加工过程中，

所述钨钢铣刀的转速v3满足：3500r/min≤v3≤4500r/min；

所述钨钢铣刀的进给速度u3满足：3500mm/min≤u3≤4500mm/min；

所述钨钢铣刀的吃刀量a3满足：0.4mm≤a3≤0.5mm。

7.如权利要求1－6任一项所述的铜靶材加工方法，其特征在于，在所述粗加工和精加工过程中，提供冷却液，以冷却所述铜靶材。

8.如权利要求7所述的铜靶材加工方法，其特征在于，所述冷却液为工业酒精或乳化液。

9.如权利要求8所述的铜靶材加工方法，其特征在于，所述乳化液中，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所述的铜靶材加工方法，其特征在于，在对所述铜靶材进行粗加工之前，对所述铜靶材进行热处理。