CN111331518A - 一种高纯铜旋转靶材表面处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高纯铜旋转靶材表面处理的方法，所述方法包括：将高纯铜旋转靶材进行遮蔽处理，遮蔽处理完成后进行喷砂；其中，所述喷砂完成后靶材表面的粗糙度为Rz35‑65μm；所述遮蔽处理为采用胶带将高纯铜旋转靶材的两端头溅射面和侧边进行遮蔽。通过该方法处理后旋转靶材两端头表面喷砂后色泽一致，表面粗糙度均匀并得到提高，无污渍等杂质，提高对靶材溅射过程中反溅射物的吸附能力，改善靶材镀膜质量及提高良品率。

Description

一种高纯铜旋转靶材表面处理的方法
技术领域
本发明涉及表面处理领域，具体涉及一种高纯铜旋转靶材表面处理的方法。
背景技术
目前，高纯铜(≥3N)旋转靶材多应用于液晶显示器、太阳能面板等镀膜领域，相比传统的平面类靶材，旋转靶利用率可达80％且镀膜质量也明显优于平面靶材；铜旋转靶材目前国内对高纯铜旋转靶材的生产处于初级阶段，而对结构更加复杂、技术难度更高的G8.5代线铜旋转靶材的开发基本没有。
旋转靶材是磁控的靶材。靶材做成圆筒型的，里面装有静止不动的磁体，以慢速转动。主要包括锌锡合金，锌铝合金，锡镉合金，铜铟合金，铜铟镓合金，铜镓合金，以及锡，钼，钛等旋转靶材。
磁控溅射靶材的溅射原理：在被溅射的靶极(阴极)与阳极之间加一个正交磁场和电场，在高真空室中充入所需要的惰性气体(通常为Ar气)，永久磁铁在靶材料表面形成250-350高斯的磁场，同高压电场组成正交电磁场。在电场的作用下，Ar气电离成正离子和电子，靶上加有一定的负高压，从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大，在阴极附近形成高密度的等离子体，Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面，以很高的速度轰击靶面，使靶上被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离靶面飞向基片淀积成膜。磁控溅射一般分为二种：直流溅射和射频溅射，其中直流溅射设备原理简单，在溅射金属时，其速率也快。而射频溅射的使用范围更为广泛，除可溅射导电材料外，也可溅射非导电的材料，同时还可进行反应溅射制备氧化物、氮化物和碳化物等化合物材料。若射频的频率提高后就成为微波等离子体溅射，如今，常用的有电子回旋共振(ECR)型微波等离子体溅射。
在所有应用产业中，半导体产业对靶材溅射薄膜的品质要求是最苛刻的。如今12英寸的硅晶片已制造出来.而互连线的宽度却在减小。硅片制造商对靶材的要求是大尺寸、高纯度、低偏析和细晶粒，这就要求所制造的靶材具有更好的微观结构。靶材的结晶粒子直径和均匀性已被认为是影响薄膜沉积率的关键因素。另外，薄膜的纯度与靶材的纯度关系极大，过去99.995％纯度的铜靶，或许能够满足半导体厂商0.35μm工艺的需求，但是却无法满足如今0.25μm的工艺要求，而未来的0.18μm工艺甚至0.13μm工艺，所需要的靶材纯度将要求达到5N甚至6N以上。铜与铝相比较，铜具有更高的抗电迁移能力及更低的电阻率，能够满足！导体工艺在0.25μm以下的亚微米布线的需要但却带来了其他的问题：铜与有机介质材料的附着强度低.并且容易发生反应，导致在使用过程中芯片的铜互连线被腐蚀而断路。为了解决以上这些问题，需要在铜与介质层之间设置阻挡层。阻挡层材料一般采用高熔点、高电阻率的金属及其化合物，因此要求阻挡层厚度小于50nm，与铜及介质材料的附着性能良好。铜互连和铝互连的阻挡层材料是不同的.需要研制新的靶材材料。铜互连的阻挡层用靶材包括Ta、W、TaSi、WSi等.但是Ta、W都是难熔金属.制作相对困难，如今正在研究钼、铬等的台金作为替代材料。
现有技术主要关注旋转靶材溅射表面处理，如CN101700616A公开了一种溅射靶材的表面处理方法，包括：提供溅射靶材，所述溅射靶材为铝或铝合金；对所述溅射靶材的表面进行车床加工，并在车屑过程中采用酒精冷却；采用抛光件对车屑后的溅射靶材进行抛光。与现有技术相比，本发明可以及时冷却车床加工过程中产生的热量，使得车床加工时较少或不产生积屑，避免了积屑对溅射靶材表面造成损伤，提高了溅射靶材表面的平整度和光洁度，制作出符合工艺要求的溅射靶材产品。
CN106755891A公开了一种高纯金属溅射靶材的表面处理方法。靶材经表面精密机加工、表面研磨、表面清洗后，采用连续波激光热处理法、扫描电子束法或非相干宽带频光源法对靶材表面快速热处理，通过快速热处理的肌肤效应，使靶材表面硬化层发生再结晶，消除硬化层中的应力和位错，得到与基体基本一致的再结晶组织。该方法工艺简单、速度快、通用性高、适用于不同尺寸靶材、制备过程中材料无污染、材料损耗小，且该法绿色环保。然而对影响溅射质量的靶材两端非溅射表面处理并没有重点关注。
本申请着眼于优化旋转靶材两端非溅射区域表面处理方法，提高靶材溅射质量。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高纯铜旋转靶材表面处理的方法以提高靶材的溅射质量，该方法处理后旋转靶材两端头表面喷砂后色泽一致，表面粗糙度均匀并得到提高，无污渍等杂质，提高对靶材溅射过程中反溅射物的吸附能力，改善靶材镀膜质量及溅射稳定性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种高纯铜旋转靶材表面处理的方法，所述方法包括：将高纯铜旋转靶材进行遮蔽处理，遮蔽处理完成后进行喷砂；其中，所述喷砂完成后靶材表面的粗糙度为Rz35-65μm；所述遮蔽处理为采用胶带将高纯铜旋转靶材的两端头溅射面和侧边进行遮蔽。
通过该方法处理后旋转靶材两端头表面喷砂后色泽一致，表面粗糙度均匀并得到提高，无污渍等杂质，提高对靶材溅射过程中反溅射物的吸附能力，改善靶材镀膜质量及提高良品率，溅射过程中产生的反溅射物会被喷砂吸附，不会沉积到镀膜玻璃面板上造成污染。
本发明中，所述喷砂完成后靶材表面的粗糙度为Rz35-65μm，例如可以是35μm、36μm、37μm、38μm、39μm、40μm、41μm、42μm、43μm、44μm、45μm、46μm、47μm、48μm、49μm、50μm、51μm、52μm、53μm、54μm、55μm、56μm、57μm、58μm、59μm、60μm、61μm、62μm、63μm、64μm或65μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述遮蔽处理中的胶带包括绝缘耐热胶带。
作为本发明优选的技术方案，所述喷砂中的作业压强为3-5MPa，例如可以是3MPa、3.1MPa、3.2MPa、3.3MPa、3.4MPa、3.5MPa、3.6MPa、3.7MPa、3.8MPa、3.9MPa、4MPa、4.1MPa、4.2MPa、4.3MPa、4.4MPa、4.5MPa、4.6MPa、4.7MPa、4.8MPa、4.9MPa或5MPa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述喷砂中的作业压强为3.5-4MPa。
作为本发明优选的技术方案，所述喷砂中所用砂粒包括白刚玉。
作为本发明优选的技术方案，所述喷砂中所用砂粒的粒度为0.3-0.5mm，例如可以是0.3mm、0.32mm、0.34mm、0.36mm、0.38mm、0.4mm、0.42mm、0.44mm、0.46mm、0.48mm或0.5mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述喷砂中所用砂粒的粒度为0.35-0.4mm。
作为本发明优选的技术方案，所述喷砂中喷砂枪头距离靶材表面的距离为15-25mm，例如可以是15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm或25mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述喷砂至少进行2次，例如可以是2次、3次、4次、5次、6次、7次、8次、9次、10次、11次、12次13次、14次或15次等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括：将高纯铜旋转靶材进行遮蔽处理，遮蔽处理完成后进行喷砂；
其中，所述遮蔽处理为采用胶带将靶材的两端头溅射面和侧边进行遮蔽；所述遮蔽处理中的胶带包括绝缘耐热胶带；所述喷砂中的作业压强为3-5MPa；所述喷砂中所用砂粒为白刚玉；所述喷砂中所用砂粒的粒度为0.3-0.5mm；所述喷砂中喷砂枪头距离靶材表面的距离为15-25mm；所述喷砂至少进行2次；所述喷砂完成后靶材表面的粗糙度为Rz35-65μm。
与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
通过该方法处理后旋转靶材两端头表面喷砂后色泽一致，表面粗糙度均匀并得到提高，无污渍等杂质，提高对靶材溅射过程中反溅射物的吸附能力，改善靶材镀膜质量及靶材良品率。
附图说明
图1是本发明实施例1的喷砂示意图。
图中，1-喷砂头，2-靶材，3-喷砂表面1，4-喷砂表面2。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种高纯铜旋转靶材表面处理的方法，所述方法中的喷砂位置如图1所示，所述方法包括：将高纯铜旋转靶材进行遮蔽处理，遮蔽处理完成后进行喷砂；
其中，所述遮蔽处理为采用胶带将靶材的两端头溅射面和侧边进行遮蔽；所述遮蔽处理中的胶带包括绝缘耐热胶带；所述喷砂中的作业压强为3MPa；所述喷砂中所用砂粒为白刚玉；所述喷砂中所用砂粒的粒度为0.35mm；所述喷砂中喷砂枪头距离靶材表面的距离为15mm；所述喷砂进行2次。
喷砂完成后对喷砂面进行粗糙度测试，测得粗糙度为Rz40-50μm，反溅射物的吸附能力显著提升，靶材镀膜质量改善明显。
实施例2
本实施例提供一种高纯铜旋转靶材表面处理的方法，所述方法包括：将高纯铜旋转靶材进行遮蔽处理，遮蔽处理完成后进行喷砂；
其中，所述遮蔽处理为采用胶带将靶材的两端头溅射面和侧边进行遮蔽；所述遮蔽处理中的胶带包括绝缘耐热胶带；所述喷砂中的作业压强为4MPa；所述喷砂中所用砂粒为白刚玉；所述喷砂中所用砂粒的粒度为0.4mm；所述喷砂中喷砂枪头距离靶材表面的距离为20mm；所述喷砂进行3次。
喷砂完成后对喷砂面进行粗糙度测试，测得粗糙度Rz为45-55μm，反溅射物的吸附能力显著提升，靶材镀膜质量改善明显。
实施例3
本实施例提供一种高纯铜旋转靶材表面处理的方法，所述方法包括：将高纯铜旋转靶材进行遮蔽处理，遮蔽处理完成后进行喷砂；
其中，所述遮蔽处理为采用胶带将靶材的两端头溅射面和侧边进行遮蔽；所述遮蔽处理中的胶带包括绝缘耐热胶带；所述喷砂中的作业压强为5MPa；所述喷砂中所用砂粒为白刚玉；所述喷砂中所用砂粒的粒度为0.45mm；所述喷砂中喷砂枪头距离靶材表面的距离为25mm；所述喷砂进行2次。
喷砂完成后对喷砂面进行粗糙度测试，测得粗糙度为45-55μm，反溅射物的吸附能力显著提升，靶材镀膜质量改善明显。
对比例1
与实施例1的区别仅在于喷砂中的作业压强为1MPa，喷砂完成完成后对喷砂面进行粗糙度测试，测得粗糙度≤20μm，反溅射物的吸附能力显著降低，靶材镀膜质量未改善。
对比例2
与实施例1的区别仅在于喷砂中的作业压强为10MPa，喷砂完成后对喷砂面进行粗糙度测试，测得粗糙度＞100μm，反溅射物的吸附能力显著降低，靶材镀膜质量未改善。
对比例3
与实施例1的区别仅在于喷砂中喷砂枪头距离靶材表面的距离为5mm，喷砂完成后对喷砂面进行粗糙度测试，测得粗糙度＞65μm，反溅射物的吸附能力显著降低，靶材镀膜质量未改善。
对比例4
与实施例1的区别仅在于喷砂中喷砂枪头距离靶材表面的距离为40mm，喷砂完成后对喷砂面进行粗糙度测试，测得粗糙度＜35μm，反溅射物的吸附能力显著降低，靶材镀膜质量未改善。
通过上述实施例和对比例的结果可知，通过该方法处理后旋转靶材两端头表面喷砂后色泽一致，表面粗糙度均匀并得到提高，无污渍等杂质，提高对靶材溅射过程中反溅射物的吸附能力，改善靶材镀膜质量及溅射稳定性。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种高纯铜旋转靶材表面处理的方法，其特征在于，所述方法包括：将高纯铜旋转靶材进行遮蔽处理，遮蔽处理完成后进行喷砂；其中，所述喷砂完成后靶材表面的粗糙度为Rz35-65μm；所述遮蔽处理为采用胶带将高纯铜旋转靶材的两端头溅射面和侧边进行遮蔽。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述遮蔽处理中的胶带包括绝缘耐热胶带。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述喷砂中的作业压强为3-5MPa。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述喷砂中的作业压强为3.5-4MPa。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述喷砂中所用砂粒包括白刚玉。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述喷砂中所用砂粒的粒度为0.3-0.5mm。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述喷砂中所用砂粒的粒度为0.35-0.4mm。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述喷砂中喷砂枪头距离靶材表面的距离为15-25mm。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述喷砂至少进行2次。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将高纯铜旋转靶材进行遮蔽处理，遮蔽处理完成后进行喷砂；
其中，所述遮蔽处理为采用胶带将靶材的两端头溅射面和侧边进行遮蔽；所述遮蔽处理中的胶带包括绝缘耐热胶带；所述喷砂中的作业压强为3-5MPa；所述喷砂中所用砂粒为白刚玉；所述喷砂中所用砂粒的粒度为0.3-0.5mm；所述喷砂中喷砂枪头距离靶材表面的距离为15-25mm；所述喷砂至少进行2次；所述喷砂完成后靶材表面的粗糙度为Rz35-65μm。
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