CN112828541A - 一种钽靶材及其溅射面的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钽靶材及其溅射面的处理方法，所述处理方法包括先后进行的车削与抛光；所述车削为采用刀片沿钽靶材的直径方向从边缘向中心进刀；所述车削包括先后进行的粗车削与精车削，且粗车削与精车削的过程中吃刀量保持恒定；所述精车削包括8‑12刀车削，且精车削的留余量为0.3‑0.6mm；所述抛光为先采用砂纸，再采用百洁布对钽靶材的车削面进行抛光处理；所述钽靶材的溅射面粗糙度Ra≤0.4μm。本发明提供的处理方法有效防止了靶材表面在加工过程中出现突起、凹坑等表面缺陷以及车削挤压层，同时避免了后期的砂轮打磨，提升了靶材质量，延长了使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于溅射靶材技术领域，涉及一种钽靶材，尤其涉及一种钽靶材及其溅射面的处理方法。
背景技术
溅射靶材是半导体集成电路制备过程中重要的原材料之一，主要用于集成电路中接触、通孔、互连线、阻挡层、封装等物理气相沉积薄膜的制备。在磁控溅射过程中，利用加速离子轰击靶材表面使得靶材原子沉积在基底表面，从而形成沉积薄膜。
钽元素主要存在于钽铁矿中，同铌共生。金属钽的硬度适中，富有延展性，可以拉成细丝式制薄箔。其热膨胀系数很小，每升高一摄氏度只膨胀百万分之六点六。除此之外，它的韧性很强，比铜还要优异。钽具有非常出色的化学性质，其可以在表面生成稳定的五氧化二钽(Ta2O5)保护膜，从而具备极高的抗腐蚀性，无论是在冷和热的条件下，与盐酸、浓硝酸及“王水”都不发生反应，因此可用来制造蒸发器皿，也可制造电子管的电极、整流器、电解电容等。
基于上述性质，钽是一种性质优良，应用广泛的靶材材料。然而，应用现有加工钽靶材的技术，会在靶材表面产生车削挤压层，影响溅射过程的均匀性。而要去除车削挤压层，达到溅射的使用需求，则需要通过后续40min左右的研磨，从而耗费大量的人工成本和时间成本。
CN 108672720A公开了一种高纯钽靶材的车削加工方法，采用刀片沿高纯钽靶材的直径方向朝高纯钽靶材的中心进给的加工方式，并对车削速度进行了严格的限定。所述车削加工方法操作简单，对设备要求不高。针对钽靶材，当车削速度限定在250-300m/min时，加工后的高纯钽靶材表面质量较好，能够较好避免突起、凹坑等表面缺陷以及车削挤压层的出现。然而，后续需要通过砂带机打磨以去除中央的圆锥体，长时间打磨会出现打磨不均匀，边缘塌陷等情况，甚至导致溅射面发生变形，严重影响靶材质量和使用寿命。
由此可见，如何提供一种钽靶材溅射面的处理方法，有效防止靶材表面在加工过程中出现突起、凹坑等表面缺陷以及车削挤压层，同时避免后期的砂轮打磨，提升靶材质量，延长使用寿命，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种钽靶材及其溅射面的处理方法，所述处理方法有效防止了靶材表面在加工过程中出现突起、凹坑等表面缺陷以及车削挤压层，同时避免了后期的砂轮打磨，提升了靶材质量，延长了使用寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种钽靶材溅射面的处理方法，所述处理方法包括先后进行的车削与抛光。
所述车削包括先后进行的粗车削与精车削。
所述精车削包括8-12刀车削，例如可以是8刀车削、9刀车削、10刀车削、11刀车削或12刀车削。
本发明中，所述车削的过程伴随着切削液对靶材切削面的冲洗冷却，所述切削液包括加德士3380切削液，所述切削液可起到冷却和润滑的作用，减少车削过程中靶材表面缺陷的出现，减少刀片的损耗。
本发明中，所述切削液的质量浓度为5％-10％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％或10％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述精车削采用分刀车削，且对靶材中央进行车平，并未留存圆锥体结构，因此可进行后期抛光处理，而非采用砂轮打磨，避免了靶材出现开裂现象，提升了靶材质量，延长了使用寿命。
本发明中，所述精车削的车削刀数需保持在合理范围内，当车削刀数低于8刀时，靶材表面较易出现突起、凹坑等缺陷，影响靶材质量；当车削刀数高于12刀时，一方面导致加工时间不必要的延长，另一方面造成靶材的过度损耗。
优选地，所述车削为采用刀片沿钽靶材的直径方向从边缘向中心进刀。
本发明中，所述刀片的规格为CCGX120404H10。
优选地，所述刀片的进刀速度为0.1-0.3mm/min，例如可以是0.1mm/min、0.12mm/min、0.14mm/min、0.16mm/min、0.18mm/min、0.2mm/min、0.22mm/min、0.24mm/min、0.26mm/min、0.28mm/min或0.3mm/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述刀片的进刀速度为刀片沿钽靶材的直径方向运行的速度，需要保持在合理的范围内。当进刀速度高于0.3mm/min时，容易导致钽靶材表面质量变差，并且对刀片的磨损更为严重；当进刀速度低于0.1mm/min时，会造成加工时间不必要的延长。
优选地，所述车削的线速度为250-300m/min，例如可以是250m/min、260m/min、270m/min、280m/min、290m/min或300m/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述车削的过程伴随着靶材绕其中心轴线转动。
本发明中，所述车削的线速度为进刀速度与靶材旋转速度的叠加，只要车削的线速度保持在250-300m/min范围内即可，故不对靶材旋转速度作具体限定。
优选地，所述粗车削的吃刀量为0.13-0.17mm，例如可以是0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm或0.17mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述粗车削的过程中吃刀量保持恒定。
优选地，所述精车削的吃刀量为0.03-0.07mm，例如可以是0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm或0.07mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述精车削的过程中吃刀量保持恒定。
本发明中，所述吃刀量为钽靶材在单次车削前的表面至单次车削后的表面之间的距离，例如，厚度为10mm的钽靶材，在吃刀量为0.15mm的情况下，车削后厚度变为9.85mm。
本发明中，合适的吃刀量能够削除钽靶材的表面缺陷，控制粗车削的吃刀量为0.13-0.17mm，精车削的吃刀量为0.03-0.07mm，可防止靶材表面在加工过程中出现突起、凹坑等表面缺陷以及车削挤压层，同时可避免吃刀量过大造成靶材的过度损耗。
本发明中，所述粗车削与精车削的过程中吃刀量保持恒定，避免了在车削结束后靶材表面中央产生圆锥体结构，便于后续进行抛光处理，而无需采用砂轮打磨，提升了靶材质量。
优选地，所述精车削的留余量为0.3-0.6mm，例如可以是0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm或0.6mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述抛光为先采用砂纸，再采用百洁布对钽靶材的车削面进行抛光处理。
优选地，所述砂纸为320#砂纸。
优选地，所述百洁布为800#百洁布。
本发明中，先采用砂纸，再采用百洁布对钽靶材的车削面进行抛光处理，可进一步提升靶材表面平整度，降低溅射面粗糙度，延长靶材使用寿命。
作为本发明第一方面优选的技术方案，所述处理方法包括先后进行的车削与抛光；
所述车削为采用刀片沿钽靶材的直径方向从边缘向中心进刀，且进刀速度为0.1-0.3mm/min，车削的线速度为250-300m/min；
所述车削包括先后进行的吃刀量为0.13-0.17mm的粗车削与吃刀量为0.03-0.07mm的精车削，且粗车削与精车削的过程中吃刀量保持恒定；所述精车削包括8-12刀车削，且精车削的留余量为0.3-0.6mm；
所述抛光为先采用320#砂纸，再采用800#百洁布对钽靶材的车削面进行抛光处理。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的处理方法处理得到的钽靶材，所述钽靶材的溅射面粗糙度Ra≤0.4μm，例如可以是0.1μm、0.15μm、0.2μm、0.25μm、0.3μm、0.35μm或0.4μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的钽靶材溅射面的处理方法有效防止了靶材表面在加工过程中出现突起、凹坑等表面缺陷以及车削挤压层，处理后的靶材溅射面粗糙度最低可降至0.25μm，同时避免了后期的砂轮打磨，提升了靶材质量，延长了使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种钽靶材及其溅射面的处理方法，所述处理方法包括先后进行的车削与抛光。
本实施例中，所述车削为采用规格为CCGX120404H10的刀片沿钽靶材的直径方向从边缘向中心进刀，且进刀速度为0.2mm/min，车削的线速度为275m/min；所述车削的过程伴随着质量浓度为5％的加德士3380切削液对靶材切削面的冲洗冷却。
本实施例中，所述车削包括先后进行的吃刀量为0.15mm的粗车削与吃刀量为0.05mm的精车削，且粗车削与精车削的过程中吃刀量保持恒定；所述精车削包括10刀车削，且精车削的留余量为0.45mm。
本实施例中，所述抛光为先采用320#砂纸，再采用800#百洁布对钽靶材的车削面进行抛光处理。
本实施例所得钽靶材的溅射面粗糙度见表1。
实施例2
本实施例提供一种钽靶材及其溅射面的处理方法，所述处理方法包括先后进行的车削与抛光。
本实施例中，所述车削为采用规格为CCGX120404H10的刀片沿钽靶材的直径方向从边缘向中心进刀，且进刀速度为0.1mm/min，车削的线速度为250m/min；所述车削的过程伴随着质量浓度为8％的加德士3380切削液对靶材切削面的冲洗冷却。
本实施例中，所述车削包括先后进行的吃刀量为0.13mm的粗车削与吃刀量为0.03mm的精车削，且粗车削与精车削的过程中吃刀量保持恒定；所述精车削包括12刀车削，且精车削的留余量为0.3mm。
本实施例中，所述抛光为先采用320#砂纸，再采用800#百洁布对钽靶材的车削面进行抛光处理。
本实施例所得钽靶材的溅射面粗糙度见表1。
实施例3
本实施例提供一种钽靶材及其溅射面的处理方法，所述处理方法包括先后进行的车削与抛光。
本实施例中，所述车削为采用规格为CCGX120404H10的刀片沿钽靶材的直径方向从边缘向中心进刀，且进刀速度为0.3mm/min，车削的线速度为300m/min；所述车削的过程伴随着质量浓度为10％的加德士3380切削液对靶材切削面的冲洗冷却。
本实施例中，所述车削包括先后进行的吃刀量为0.17mm的粗车削与吃刀量为0.07mm的精车削，且粗车削与精车削的过程中吃刀量保持恒定；所述精车削包括8刀车削，且精车削的留余量为0.6mm。
本实施例中，所述抛光为先采用320#砂纸，再采用800#百洁布对钽靶材的车削面进行抛光处理。
本实施例所得钽靶材的溅射面粗糙度见表1。
实施例4
本实施例提供一种钽靶材及其溅射面的处理方法，所述处理方法中除了将进刀速度改为0.4mm/min，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
本实施例所得钽靶材的溅射面粗糙度见表1。
实施例5
本实施例提供一种钽靶材及其溅射面的处理方法，所述处理方法中除了将粗车削的吃刀量改为0.12mm，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
本实施例所得钽靶材的溅射面粗糙度见表1。
实施例6
本实施例提供一种钽靶材及其溅射面的处理方法，所述处理方法中除了将精车削的吃刀量改为0.02mm，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
本实施例所得钽靶材的溅射面粗糙度见表1。
对比例1
本对比例提供一种钽靶材及其溅射面的处理方法，所述处理方法中除了将精车削改为6刀车削，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
本对比例所得钽靶材的溅射面粗糙度见表1。
对比例2
本对比例提供一种钽靶材及其溅射面的处理方法，所述处理方法采用CN108672720A中实施例1公开的车削加工方法，具体如下：
对高纯钽靶材进行粗车削和精车削；车削过程中，高纯钽靶材绕其轴线转动，刀片沿高纯钽靶材的直径方向朝高纯钽靶材的中心进给。车削时，采用5％的切削液进行冲洗冷却，并涂抹0.03-0.08mm厚的猪油进行润滑。
当车削进行到刀片距所述高纯钽靶材中心75mm时开始，逐渐减小吃刀量，使高纯钽靶材的表面形成圆锥体，圆锥体的中心厚度为0.05mm。车削结束后，通过打磨去除圆锥体。
其中，具体的车削参数设置如下：
刀片型号：CCGX120404H10；
车削速度：275m/min；
粗车削的吃刀量：0.15mm；
精车削的吃刀量：0.05mm；
刀片的进给速度：0.1mm/min；
车床最高转速：650r/min。
本对比例所得钽靶材的溅射面粗糙度见表1。
表1
其中，粗糙度的检测方法为：使用表面粗糙度测试仪(设备型号：日本三丰SJ-210)进行粗糙度检测，检测时将传感器置于靶材溅射面上，中央及边缘各均匀取3点并计算读数平均值，即为溅射面粗糙度。
由表1可知，本发明提供的处理方法可将靶材溅射面的粗糙度最低降至0.25μm，且进刀速度、粗车削与精车削的吃刀量及精车削的车削刀数均会对靶材溅射面的粗糙度带来一定影响；对比例2在车削过程中逐渐减小吃刀量，使得靶材的表面形成圆锥体，并在车削结束后，通过打磨去除圆锥体，这种方式一方面增大了靶材表面粗糙度，另一方面容易导致靶材在打磨过程中出现开裂现象，降低了靶材质量。
由此可见，本发明提供的钽靶材溅射面的处理方法有效防止了靶材表面在加工过程中出现突起、凹坑等表面缺陷以及车削挤压层，处理后的靶材溅射面粗糙度最低可降至0.25μm，同时避免了后期的砂轮打磨，提升了靶材质量，延长了使用寿命。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钽靶材溅射面的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括先后进行的车削与抛光；
所述车削包括先后进行的粗车削与精车削；
所述精车削包括8-12刀车削。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述车削为采用刀片沿钽靶材的直径方向从边缘向中心进刀。
3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述刀片的进刀速度为0.1-0.3mm/min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的处理方法，其特征在于，所述车削的线速度为250-300m/min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的处理方法，其特征在于，所述粗车削的吃刀量为0.13-0.17mm；
优选地，所述粗车削的过程中吃刀量保持恒定。
6.根据权利要求1-5任一项所述的处理方法，其特征在于，所述精车削的吃刀量为0.03-0.07mm；
优选地，所述精车削的过程中吃刀量保持恒定。
7.根据权利要求1-6任一项所述的处理方法，其特征在于，所述精车削的留余量为0.3-0.6mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的处理方法，其特征在于，所述抛光为先采用砂纸，再采用百洁布对钽靶材的车削面进行抛光处理；
优选地，所述砂纸为320#砂纸；
优选地，所述百洁布为800#百洁布。
9.根据权利要求1-8任一项所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括先后进行的车削与抛光；
所述车削为采用刀片沿钽靶材的直径方向从边缘向中心进刀，且进刀速度为0.1-0.3mm/min，车削的线速度为250-300m/min；
所述车削包括先后进行的吃刀量为0.13-0.17mm的粗车削与吃刀量为0.03-0.07mm的精车削，且粗车削与精车削的过程中吃刀量保持恒定；所述精车削包括8-12刀车削，且精车削的留余量为0.3-0.6mm；
所述抛光为先采用320#砂纸，再采用800#百洁布对钽靶材的车削面进行抛光处理。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的处理方法处理得到的钽靶材，其特征在于，所述钽靶材的溅射面粗糙度Ra≤0.4μm。
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