CN112935839B - 一种g5一体铝靶材的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，所述加工方法包括依次进行的精铣焊接面、粗铣外形、半精铣溅射面、精铣溅射面、精铣外形以及精铣R角，通过合理安排加工顺序、选择自制刀具、设置合理加工参数、冷却方式，可以使得加工得到的G5一体铝靶材在平面度、平行度以及产品表面粗糙度均可以达到半导体产品的要求。
Description
技术领域
本发明涉及靶材加工领域，具体涉及一种G5一体铝靶材的加工方法。
背景技术
目前，溅射靶材集中用于信息存储、集成电路、显示器、汽车后视镜等产业，主要用于磁控溅射各种薄膜材料。磁控溅射是一种制备薄膜材料的方法，利用离子源产生的离子，在真空中加速聚集成高速离子流，被加速的粒子流轰击到待沉积薄膜的物体表面，离子和待沉积薄膜的物体表面的原子发生动能交换，在待沉积薄膜的物体表面沉积上了纳米或微米薄膜。而被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材。
在大规模集成电路的制作中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材和与所述靶材结合、具有一定强度的背板构成。所述背板可以在所述靶材组件装配至溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效，可以有效保证靶材在磁场、电场作用下进行溅射控制。现有技术中，需要先将G5一体铝靶材进行机械加工并达到尺寸与平面度的质量要求，才能与背板进行焊接。
G5一体铝靶材的面积比较大，长度在1.7m左右，宽度在1.5m左右，厚度比较薄，厚度在20mm以下，材料比较软，加工时容易出现变形、振动及刀具磨损过快导致表面铣的很粗糙，使得产品的平面度、平行度以及产品表面粗超度不能达到半导体产品的要求。
G5一体铝靶材加工时，受到刀具切削的力作用时，为使其不变形，在材料内部产生与之相对抗的内力，这两种力大小相等方向相反所以在加工过程中达到一种平衡。当加工完成后，G5一体铝靶材受到刀具切削力消失，内部的平衡被打破，产品内部产生与之抗衡的内应力发生不规则的变化，同时内应力会从产品内部逐渐的释放，导致产品发生不规则的变形，使平面度产生偏差，变形一般在粗加工和半精加工后出现，在粗加工后尤其明显。G5一体铝靶材属于大型方板，在加工过程中由于面积比较大，厚度比较薄，刀具在工件的表面加工时产生扭力，导致工件振动，影响工件的表面加工质量。
CN101613850A公开了一种铝靶材的加工方法，通过三次精度渐增的机械加工对铝工件进行处理，其中，在三次机械加工过程中用全周夹具固定铝工件，并且至少在第一次机械加工和第二次机械加工之间对铝工件进行应力释放。通过所述铝靶材的加工方法获得的铝靶材具有较好的表面纹路一致性，以及较低的表面粗糙度。但是，所述加工方法操作繁琐。
CN107584245A公开了一种靶材的机械加工方法，尤其适用于铝靶材，包括粗加工平面、精铣外形、半精加工平面、精加工平面，结合特定加工工艺及参数，能够有效避免靶材在加工过程中出现变形和振动的情况，有效提高所得靶材产品的平面度、平行度以及表面质量。但是，G5一体铝靶材对于焊接面与溅射面的目标要求不同，所述机械加工方法并未区分对于焊接面与溅射面的加工方法。
CN104561890A公开了一种靶材的机械加工方法，尤其适用于铝靶材，包括：对靶材坯料溅射面和背面的平面整平加工工艺，以及对于靶材坯料各个侧面的侧面加工工艺，从而使得靶材坯料的厚度达预定厚度，靶材坯料溅射面和背面的平面尺寸达到预定平面尺寸。但是，所述机械加工方法对靶材坯料溅射面和背面的平整化处理工艺不仅操作繁琐，而且并未区分对于溅射面和背面的加工方法。
综上所述，目前亟需开发一种针对G5一体铝靶材的加工方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，所述加工方法包括依次进行的精铣焊接面、粗铣外形、半精铣溅射面、精铣溅射面、精铣外形以及精铣R角，通过合理安排加工顺序、选择自制刀具、设置合理加工参数、冷却方式，可以使得加工得到的G5一体铝靶材在平面度、平行度以及产品表面粗糙度均可以达到半导体产品的要求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的在于提供一种G5一体铝靶材的加工方法，所述加工方法包括依次进行的精铣焊接面、粗铣外形、半精铣溅射面、精铣溅射面、精铣外形以及精铣R角。
针对G5一体铝靶材的尺寸特点，面积比较大，长度在1.7m左右，宽度在1.5m左右，厚度比较薄，厚度在20mm以下，本发明所述加工方法通过合理安排加工顺序、选择自制刀具、设置合理加工参数、冷却方式，可以使得加工得到的G5一体铝靶材在平面度、平行度以及产品表面粗糙度均可以达到半导体产品的要求。
作为本发明优选的技术方案，所述精铣焊接面中的刀具包括80mm盘刀。
优选地，所述精铣焊接面中的主轴转速为3000-5000m/s，例如3000m/s、3200m/s、3500m/s、3800m/s、4000m/s、4300m/s、4500m/s、4700m/s或5000m/s等，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，所述精铣焊接面中的进给量为1000-5000mm/min，例如1000mm/min、1200mm/min、1500mm/min、2000mm/min、2500mm/min、3000mm/min、3500mm/min、4000mm/min、4500mm/min或5000mm/min等，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，所述精铣焊接面中的吃刀量为0.1-0.5mm，例如0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm或0.5mm等，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。
作为本发明优选的技术方案，所述粗铣外形中的刀具包括80mm盘刀。
优选地，所述粗铣外形中的主轴转速为3000-5000m/s，例如3000m/s、3200m/s、3500m/s、3800m/s、4000m/s、4300m/s、4500m/s、4700m/s或5000m/s等，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，所述粗铣外形中的进给量为1000-5000mm/min，例如1000mm/min、1200mm/min、1500mm/min、2000mm/min、2500mm/min、3000mm/min、3500mm/min、4000mm/min、4500mm/min或5000mm/min等，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，所述粗铣外形中的吃刀量为0.3-0.7mm，例如0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm或0.7mm等，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。
作为本发明优选的技术方案，所述半精铣溅射面的刀具包括80mm盘刀。
优选地，所述半精铣焊接面中的主轴转速为3000-5000m/s，例如3000m/s、3200m/s、3500m/s、3800m/s、4000m/s、4300m/s、4500m/s、4700m/s或5000m/s等，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，所述半精铣焊接面中的进给量为1000-5000mm/min，例如1000mm/min、1200mm/min、1500mm/min、2000mm/min、2500mm/min、3000mm/min、3500mm/min、4000mm/min、4500mm/min或5000mm/min等，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，所述半精铣焊接面中的吃刀量为0.1-0.5mm，例如0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm或0.5mm等，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。
作为本发明优选的技术方案，所述精铣溅射面中的刀具包括80mm盘刀。
优选地，所述精铣溅射面中的主轴转速为4000-6000m/s，例如4000m/s、4200m/s、4500m/s、4800m/s、5000m/s、5300m/s、5500m/s、5700m/s或6000m/s等，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，所述精铣溅射面中的进给量为800-1200mm/min，例如800mm/min、850mm/min、900mm/min、950mm/min、1000mm/min、1050mm/min、1100mm/min、1150mm/min或1200mm/min等，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，所述精铣溅射面中的吃刀量为0.01-0.1mm，例如0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm或0.1mm等，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。
作为本发明优选的技术方案，所述精铣外形中的刀具包括D20钨钢铣刀。
优选地，所述精铣外形中的主轴转速为4000-6000m/s，例如4000m/s、4200m/s、4500m/s、4800m/s、5000m/s、5300m/s、5500m/s、5700m/s或6000m/s等，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，所述精铣外形中的进给量为800-1200mm/min，例如800mm/min、850mm/min、900mm/min、950mm/min、1000mm/min、1050mm/min、1100mm/min、1150mm/min或1200mm/min等，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，所述精铣外形中的吃刀量为0.1-0.5mm，例如0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm或0.5mm等，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，所述精铣外形中最后一刀的吃刀量为0.05-0.15mm，例如0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm或0.15mm等，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。
作为本发明优选的技术方案，所述精铣R角中的刀具包括R3.5外圆刀。
优选地，所述精铣R角的主轴转速为3000-5000m/s，例如3000m/s、3200m/s、3500m/s、3800m/s、4000m/s、4300m/s、4500m/s、4700m/s或5000m/s等，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，所述精铣R角的进给量为800-1500mm/min，例如800mm/min、900mm/min、1000mm/min、1100mm/min、1200mm/min、1300mm/min、1400mm/min或1500mm/min等，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，所述精铣R角的吃刀量为0.1-0.5mm，例如0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm或0.5mm等，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，所述精铣R角中最后一刀的吃刀量为0.01-0.1mm，例如0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm或0.1mm等，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。
作为本发明优选的技术方案，在所述加工方法进行过程中，所述G5一体铝靶材被真空吸盘固定，不仅可以有效地将G5一体铝靶材固定，还可以避免固定夹具导致G5一体铝靶材发生变形，进而影响平面度、平行度的加工效果。
作为本发明优选的技术方案，在所述加工方法进行过程中，采用酒精进行冷却。
作为本发明优选的技术方案，所述加工方法包括如下步骤：
(1)精铣焊接面：所述精铣焊接面中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为3000-5000m/s，进给量为1000-5000mm/min，吃刀量为0.1-0.5mm；
(2)粗铣外形：所述粗铣外形中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为3000-5000m/s，进给量为1000-5000mm/min，吃刀量为0.3-0.7mm；
(3)半精铣溅射面：所述半精铣溅射面的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为3000-5000m/s，进给量为1000-5000mm/min，吃刀量为0.1-0.5mm；
(4)精铣溅射面：所述精铣溅射面中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为4000-6000m/s，进给量为800-1200mm/min，吃刀量为0.01-0.1mm；
(5)精铣外形：所述精铣外形中的刀具包括D20钨钢铣刀，主轴转速为4000-6000m/s，进给量为800-1200mm/min，吃刀量为0.1-0.5mm，其中，最后一刀的吃刀量为0.05-0.15mm；
(6)精铣R角：所述精铣R角中的刀具包括R3.5外圆刀，主轴转速为3000-5000m/s，进给量为800-1500mm/min，吃刀量为0.1-0.5mm，其中，最后一刀的吃刀量为0.01-0.1mm；
其中，在所述加工方法进行过程中，所述G5一体铝靶材被真空吸盘固定，并采用酒精进行冷却。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
针对G5一体铝靶材的尺寸特点，面积比较大，长度在1.7m左右，宽度在1.5m左右，厚度比较薄，厚度在20mm以下，本发明所述加工方法通过合理安排加工顺序、选择自制刀具、设置合理加工参数、冷却方式，可以使得加工得到的G5一体铝靶材平面度＜0.2mm，平行度＜0.2mm，产品表面粗糙度控制在Ra＜1.6μm，均可以达到半导体产品的要求；其中，合格的平面度和平行度会大大提高后续焊接的合格率，减小返焊次数，而如果产品表面粗糙度不合格会对后续的抛光工艺造成很大影响，一方面降低抛光工序的效率，另一方面会在客户端溅射时出现异常现象，影响溅射薄膜的质量。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，待加工的G5一体铝靶材的长度为1.7m，宽度为1.43m，厚度为14mm，所述加工方法包括如下步骤：
(1)精铣焊接面：所述精铣焊接面中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为4000m/s，进给量为4000mm/min，吃刀量为0.2mm；
(2)粗铣外形：所述粗铣外形中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为4000m/s，进给量为4000mm/min，吃刀量为0.5mm；
(3)半精铣溅射面：所述半精铣溅射面的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为4000m/s，进给量为4000mm/min，吃刀量为0.3mm；
(4)精铣溅射面：所述精铣溅射面中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为5000m/s，进给量为1000mm/min，吃刀量为0.05mm；
(5)精铣外形：所述精铣外形中的刀具包括D20钨钢铣刀，主轴转速为5000m/s，进给量为1000mm/min，吃刀量为0.2mm，其中，最后一刀的吃刀量为0.1mm；
(6)精铣R角：所述精铣R角中的刀具包括R3.5外圆刀，主轴转速为4000m/s，进给量为1000mm/min，吃刀量为0.3mm，其中，最后一刀的吃刀量为0.05mm；
其中，在所述加工方法进行过程中，所述G5一体铝靶材被真空吸盘固定，并采用酒精进行冷却，所述酒精为浓度为95wt％的乙醇溶液。
实施例2
本实施例提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，待加工的G5一体铝靶材的长度为1.7m，宽度为1.43m，厚度为14mm，所述加工方法包括如下步骤：
(1)精铣焊接面：所述精铣焊接面中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为3000m/s，进给量为1000mm/min，吃刀量为0.1mm；
(2)粗铣外形：所述粗铣外形中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为3000m/s，进给量为1000mm/min，吃刀量为0.3mm；
(3)半精铣溅射面：所述半精铣溅射面的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为3000m/s，进给量为1000mm/min，吃刀量为0.1mm；
(4)精铣溅射面：所述精铣溅射面中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为4000m/s，进给量为800mm/min，吃刀量为0.01mm；
(5)精铣外形：所述精铣外形中的刀具包括D20钨钢铣刀，主轴转速为4000m/s，进给量为800mm/min，吃刀量为0.1mm，其中，最后一刀的吃刀量为0.05mm；
(6)精铣R角：所述精铣R角中的刀具包括R3.5外圆刀，主轴转速为3000m/s，进给量为800mm/min，吃刀量为0.1mm，其中，最后一刀的吃刀量为0.01mm；
其中，在所述加工方法进行过程中，所述G5一体铝靶材被真空吸盘固定，并采用酒精进行冷却，所述酒精为浓度为95wt％的乙醇溶液。
实施例3
本实施例提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，待加工的G5一体铝靶材的长度为1.7m，宽度为1.43m，厚度为14mm，所述加工方法包括如下步骤：
(1)精铣焊接面：所述精铣焊接面中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为5000m/s，进给量为5000mm/min，吃刀量为0.5mm；
(2)粗铣外形：所述粗铣外形中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为5000m/s，进给量为5000mm/min，吃刀量为0.7mm；
(3)半精铣溅射面：所述半精铣溅射面的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为5000m/s，进给量为5000mm/min，吃刀量为0.5mm；
(4)精铣溅射面：所述精铣溅射面中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为6000m/s，进给量为1200mm/min，吃刀量为0.1mm；
(5)精铣外形：所述精铣外形中的刀具包括D20钨钢铣刀，主轴转速为6000m/s，进给量为1200mm/min，吃刀量为0.5mm，其中，最后一刀的吃刀量为0.15mm；
(6)精铣R角：所述精铣R角中的刀具包括R3.5外圆刀，主轴转速为5000m/s，进给量为1500mm/min，吃刀量为0.5mm，其中，最后一刀的吃刀量为0.1mm；
其中，在所述加工方法进行过程中，所述G5一体铝靶材被真空吸盘固定，并采用酒精进行冷却，所述酒精为浓度为95wt％的乙醇溶液。
对比例1
本对比例提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，待加工的G5一体铝靶材的长度为1.7m，宽度为1.43m，厚度为14mm，除了将步骤(2)所述粗铣外形放入步骤(4)精铣溅射面以及步骤(5)精铣外形之间，即，所述加工方法包括依次进行的精铣焊接面、半精铣溅射面、精铣溅射面、粗铣外形、精铣外形以及精铣R角，其他条件和实施例1完全相同。
对比例2
本对比例提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，待加工的G5一体铝靶材的长度为1.7m，宽度为1.43m，厚度为14mm，除了将步骤(4)精铣溅射面中主轴转速由5000m/s变为3000m/s，其他条件和实施例1完全相同。
对比例3
本对比例提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，待加工的G5一体铝靶材的长度为1.7m，宽度为1.43m，厚度为14mm，除了将步骤(4)精铣溅射面中主轴转速由5000m/s变为7000m/s，其他条件和实施例1完全相同。
对比例4
本对比例提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，待加工的G5一体铝靶材的长度为1.7m，宽度为1.43m，厚度为14mm，除了将步骤(4)精铣溅射面中进给量由1000mm/min变为500mm/min，其他条件和实施例1完全相同。
对比例5
本对比例提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，待加工的G5一体铝靶材的长度为1.7m，宽度为1.4m，厚度为14mm，除了将步骤(4)精铣溅射面中进给量由1000mm/min变为1500mm/min，其他条件和实施例1完全相同。
对比例6
本对比例提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，待加工的G5一体铝靶材的长度为1.7m，宽度为1.43m，厚度为14mm，除了将步骤(4)精铣溅射面中吃刀量由0.05mm变为0.01mm，其他条件和实施例1完全相同。
对比例7
本对比例提供了一种G5一体铝靶材的加工方法，待加工的G5一体铝靶材的长度为1.7m，宽度为1.43m，厚度为14mm，除了将步骤(4)精铣溅射面中吃刀量由0.05mm变为0.12mm，其他条件和实施例1完全相同。
将上述实施例和对比例加工得到的G5一体铝靶材进行平面度、平行度以及产品表面粗糙度测试，平面度是在大理石平台上用山测W5004塞尺测量，平行度用深度三丰571-211-20卡尺测量，表面粗糙度用SJ-210粗糙度仪器测量，具体测试结果见表1。
表1
综上所述，本发明所述加工方法通过合理安排加工顺序、选择自制刀具、设置合理加工参数、冷却方式，可以使得加工得到的G5一体铝靶材平面度＜0.2mm，平行度＜0.2mm，产品表面粗糙度控制在Ra＜1.6μm，均可以达到半导体产品的要求。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、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。
Claims (1)
1.一种G5一体铝靶材的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：
(1)精铣焊接面：所述精铣焊接面中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为3000-5000m/s，进给量为1000-5000mm/min，吃刀量为0.1-0.5mm；
(2)粗铣外形：所述粗铣外形中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为3000-5000m/s，进给量为1000-5000mm/min，吃刀量为0.3-0.7mm；
(3)半精铣溅射面：所述半精铣溅射面的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为3000-5000m/s，进给量为1000-5000mm/min，吃刀量为0.1-0.5mm；
(4)精铣溅射面：所述精铣溅射面中的刀具包括80mm盘刀，主轴转速为4000-6000m/s，进给量为800-1200mm/min，吃刀量为0.01-0.1mm；
(5)精铣外形：所述精铣外形中的刀具包括D20钨钢铣刀，主轴转速为4000-6000m/s，进给量为800-1200mm/min，吃刀量为0.1-0.5mm，其中，最后一刀的吃刀量为0.05-0.15mm；
(6)精铣R角：所述精铣R角中的刀具包括R3.5外圆刀，主轴转速为3000-5000m/s，进给量为800-1500mm/min，吃刀量为0.1-0.5mm，其中，最后一刀的吃刀量为0.01-0.1mm；
其中，在所述加工方法进行过程中，所述G5一体铝靶材被真空吸盘固定，并采用酒精进行冷却。
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