CN113996819B - 一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法，通过对焊接完成的圆形钼靶材组件的溅射面依次进行粗车削和精车削，减小了圆形钼靶材与背板发生相对转动的推动力，有效降低了圆形钼靶材的脱焊面积，避免了焊缝增大以及靶材开裂等问题的发生；而且，本发明所述加工方法通过依次进行的粗车削和精车削，可以保证圆形钼靶材组件的溅射弧面满足尺寸的质量要求。

Description

一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及圆形钼靶材组件的机械加工，尤其涉及一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法。

背景技术

溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是制备溅射法沉积薄膜的原材料，一般被称为溅射靶材。

由于溅射靶材的强度不一，在实际应用过程中，需要将符合性能要求的溅射靶材和具有一定强度的背板结合制成靶材组件，然后安装在溅射机台上，在磁场、电场作用下有效地进行溅射控制。背板可以为溅射靶材提供支撑作用，并具有传导热量的功效，因此需要将溅射靶材和背板进行加工并焊接成型。由于靶材组件在溅射过程中的工作环境比较恶劣，往往存在高温、高压力差、高压电场、高压磁场等，如果靶材组件中靶材与背板之间的焊接结合率较低，将导致靶材在受热条件下变形、开裂、甚至从背板脱落，不但无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会导致溅射基台损坏。

近些年，随着太阳能电池、平板显示器、半导体集成电路等领域技术的不断发展，通过溅射沉积制得的薄膜由于具有致密度高，与基体材料间附着性好，因此在这些领域得到了广泛的应用。钼金属溅射薄膜由于具有低电阻率、较强的热稳定性、较好的耐腐蚀性以及良好的环保性能，使得这种薄膜在太阳能电池、平板显示器、半导体集成电路等领域市场前景广阔。

目前国内所能提供的钼靶材主要运用于LCD平板显示行业，对材料纯度以及晶粒要求相对较低，然而，由于应用于半导体行业的半导体钼靶材需要满足特殊使用条件及工艺要求，现有工艺难以得到晶粒细小、纯度高、质量稳定可靠的半导体钼靶材。

例如CN101956159A公开了一种高纯钼溅射靶材的制备方法，所述制备方法以十二钼酸铵为原料，通过两段氢气还原的方法制备出高纯钼粉，然后将高纯钼粉经冷等静压压制成钼板生坯，再经真空预烧结、在氢气气氛下高温烧结制成高纯钼板坯；最后将烧结好的高纯钼板坯采用先锻造后轧制的压力加工方式加工成钼靶坯，经真空退火后，再按照规定规格机加工成成品钼溅射靶材。

CN109778126A公开了一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，所述制备方法包括冷等静压压型、烧结、热等静压压型、热轧、退火、机加工，其中，先通过热等静压处理对钼靶材坯料进行了第一次致密化处理，再通过热轧处理对钼靶材坯料进行了第二次致密化处理，最后经过950-1100℃下保温60-90min的退火处理及机械加工等工序获得所需性能的钼靶材。

CN110331368A公开了一种斜面圆钼靶材的生产方法，所述制备方法包括对高纯钼粉进行粒度分析、松装密度和纯度检测，筛分钼粉，混合钼粉，装填、紧固模具，冷等静压压制、脱模，烧结，热轧，机加工，清洗包装，所述制备方法将高纯钼粉筛分成I、II、III三个目数等级的颗粒，然后经过混料机使得粗颗粒粉末形成骨架结构，较细粉末能够填充到粗颗粒的缝隙中，得到在压制时有较好流动性的混合钼粉，进而得到不同尺寸和形状的斜面圆钼靶材。

目前，制备得到的圆形钼靶材需要先和圆形背板通过钎焊焊接得到圆形钼靶材组件，确定焊接结合率达标后，再对圆形钼靶材组件中的背板部分进行外圆、端面、凹槽、螺纹孔等加工，并且对圆形钼靶材组件中的靶材部分进行外圆、端面、溅射弧面等加工，溅射弧面的结构示意图如图1所示。其中，溅射弧面指的是溅射面向背板方向凹陷的弧面，对于后续的磁控溅射具有关键作用，一丝丝偏差均会影响溅射得到的薄膜质量。现有技术一般是直接采用铣削方式来加工得到溅射弧面，即，先将圆形钼靶材组件固定，再采用旋转的铣刀同时进行主运动和进给运动，但是极易导致圆形钼靶材脱焊，脱焊面积高达40％，甚至导致焊缝增大以及靶材开裂等问题。

综上所述，目前亟需开发一种针对圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法，通过对焊接完成的圆形钼靶材组件的溅射面依次进行粗车削和精车削，减小了圆形钼靶材与背板发生相对转动的推动力，有效降低了圆形钼靶材的脱焊面积，避免了焊缝增大以及靶材开裂等问题的发生；而且，本发明所述加工方法通过依次进行的粗车削和精车削，可以保证圆形钼靶材组件的溅射弧面满足尺寸的质量要求。

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圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法，其特征在于，所述溅射弧面加工方法包括如下内容：

对焊接完成的圆形钼靶材组件的溅射面依次进行粗车削和精车削，加工得到圆形钼靶材组件的溅射弧面。

本发明所述圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法，通过对焊接完成的圆形钼靶材组件的溅射面依次进行粗车削和精车削，减小了圆形钼靶材与背板发生相对转动的推动力，有效降低了圆形钼靶材的脱焊面积，避免了焊缝增大以及靶材开裂等问题的发生；而且，本发明所述加工方法通过依次进行的粗车削和精车削，可以保证圆形钼靶材组件的溅射弧面满足尺寸的质量要求。

作为本发明优选的技术方案，所述圆形钼靶材组件的钼靶材纯度为99.995-99.999％，其余为不可避免的杂质。

优选地，所述圆形钼靶材组件的背板为铜背板。

作为本发明优选的技术方案，所述焊接完成对应的焊接方式为钎焊。

优选地，所述钎焊的焊料为铟焊料。

作为本发明优选的技术方案，所述粗车削与所述精车削均采用车削液。

本发明所述车削液属于粗车削和精车削的辅助物，因为在粗车削和精车削的过程中，刀片转动的速度较快，刀片与圆形钼靶材的溅射面之间接触面温度会升高，使用车削液可以有效地降低接触面的温度，避免由于温度过高而产生火花，避免圆形钼靶材组件和刀片的损坏，杜绝危险事故的发生。

作为本发明优选的技术方案，所述车削液为乳化液的水溶液。

优选地，所述乳化液的水溶液的体积浓度为5-10％，例如5％、6％、7％、8％、9％或10％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，所述乳化液的含油量为50-80vol％，例如50vol％、55vol％、60vol％、65vol％、70vol％、75vol％或80vol％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。

本发明所述含油量指的是乳化液中基础油的体积含量。

优选地，所述乳化液为加德士安快达3380水溶性车削液。

本发明所述乳化液在粗车削和精车削的过程中，具有润滑能力强、冷却性好且散热快等优点，使得刀片与圆形钼靶材的溅射面之间的摩擦减少，从而降低接触面的表面温度，进而达到圆形钼靶材组件的溅射弧面的粗糙度要求，同时，有利于提高加工效率。

作为本发明优选的技术方案，所述粗车削的每一刀的进刀量为0.3-0.5mm，例如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，所述粗车削的转动速度为200-300r/min，例如200r/min、220r/min、240r/min、250r/min、270r/min、290r/min或300r/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。

本发明所述粗车削的目的是将圆形钼靶材的溅射面的表面杂质去除，因为圆形钼靶材一般采用粉末烧结工艺制备得到，需要经历多次加热处理，表面会存在较多的杂质，为此，所述粗车削的待加工余量较大，每一刀的进刀量也较大。

作为本发明优选的技术方案，所述精车削的每一刀的进刀量为0.03-0.05mm，例如0.03mm、0.035mm、0.04mm、0.045mm或0.05mm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，所述精车削的转动速度为100-200r/min，例如100r/min、120r/min、140r/min、150r/min、170r/min、190r/min或200r/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。

作为本发明优选的技术方案，所述粗车削与所述精车削均采用的是卧式数控机床。

优选地，所述卧式数控机床为台中精机VT22型号机床。

作为本发明优选的技术方案，所述粗车削与所述精车削的刀片型号为CCGX120404。

作为本发明优选的技术方案，所述溅射弧面加工方法包括如下内容：

对钎焊完成的圆形钼靶材组件的溅射面先进行粗车削，控制粗车削的每一刀的进刀量为0.3-0.5mm，转动速度为200-300r/min，再进行精车削，控制精车削的每一刀的进刀量为0.03-0.05mm，转动速度为100-200r/min，加工得到圆形钼靶材组件的溅射弧面；

其中，所述圆形钼靶材组件的钼靶材纯度为99.995-99.999％；所述圆形钼靶材组件的背板为铜背板；所述钎焊的焊料为铟焊料；所述粗车削与所述精车削均采用车削液，所述车削液为体积浓度为5-10％的乳化液的水溶液，所述乳化液的含油量为50-80vol％；所述乳化液为加德士安快达3380水溶性车削液；所述粗车削与所述精车削均采用的是卧式数控机床；所述卧式数控机床为台中精机VT22型号机床；所述粗车削与所述精车削的刀片型号为CCGX120404。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供了一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法，通过对焊接完成的圆形钼靶材组件的溅射面依次进行粗车削和精车削，减小了圆形钼靶材与背板发生相对转动的推动力，有效降低了圆形钼靶材的脱焊面积，避免了焊缝增大以及靶材开裂等问题的发生；而且，本发明所述加工方法通过依次进行的粗车削和精车削，可以保证圆形钼靶材组件的溅射弧面满足尺寸的质量要求。

附图说明

图1是现有技术中圆形钼靶材组件中溅射弧面的结构示意图。

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

本实施例提供了一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法，所述溅射弧面的弧半径要求2302±0.1mm，所述溅射弧面的弧面深度要求4.74±0.1mm，所述溅射弧面加工方法包括如下内容：

对钎焊完成的圆形钼靶材组件的溅射面先进行粗车削，控制粗车削的每一刀的进刀量为0.4mm，转动速度为250r/min，再进行精车削，控制精车削的每一刀的进刀量为0.04mm，转动速度为150r/min，加工得到圆形钼靶材组件的溅射弧面；

其中，所述圆形钼靶材组件的钼靶材纯度为99.999％；所述圆形钼靶材组件的背板为铜背板；所述钎焊的焊料为铟焊料；所述粗车削与所述精车削均采用车削液，所述车削液为体积浓度为8％的乳化液的水溶液，所述乳化液的含油量为60vol％；所述乳化液为加德士安快达3380水溶性车削液；所述粗车削与所述精车削均采用的是卧式数控机床；所述卧式数控机床为台中精机VT22型号机床；所述粗车削与所述精车削的刀片型号为CCGX120404。

实施例2

本实施例提供了一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法，所述溅射弧面的弧半径要求2302±0.1mm，所述溅射弧面的弧面深度要求4.74±0.1mm，所述溅射弧面加工方法包括如下内容：

对钎焊完成的圆形钼靶材组件的溅射面先进行粗车削，控制粗车削的每一刀的进刀量为0.3mm，转动速度为300r/min，再进行精车削，控制精车削的每一刀的进刀量为0.03mm，转动速度为200r/min，加工得到圆形钼靶材组件的溅射弧面；

其中，所述圆形钼靶材组件的钼靶材纯度为99.999％；所述圆形钼靶材组件的背板为铜背板；所述钎焊的焊料为铟焊料；所述粗车削与所述精车削均采用车削液，所述车削液为体积浓度为10％的乳化液的水溶液，所述乳化液的含油量为80vol％；所述乳化液为加德士安快达3380水溶性车削液；所述粗车削与所述精车削均采用的是卧式数控机床；所述卧式数控机床为台中精机VT22型号机床；所述粗车削与所述精车削的刀片型号为CCGX120404。

实施例3

本实施例提供了一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法，所述溅射弧面的弧半径要求2302±0.1mm，所述溅射弧面的弧面深度要求4.74±0.1mm，所述溅射弧面加工方法包括如下内容：

对钎焊完成的圆形钼靶材组件的溅射面先进行粗车削，控制粗车削的每一刀的进刀量为0.5mm，转动速度为200r/min，再进行精车削，控制精车削的每一刀的进刀量为0.05mm，转动速度为100r/min，加工得到圆形钼靶材组件的溅射弧面；

其中，所述圆形钼靶材组件的钼靶材纯度为99.999％；所述圆形钼靶材组件的背板为铜背板；所述钎焊的焊料为铟焊料；所述粗车削与所述精车削均采用车削液，所述车削液为体积浓度为5％的乳化液的水溶液，所述乳化液的含油量为50vol％；所述乳化液为加德士安快达3380水溶性车削液；所述粗车削与所述精车削均采用的是卧式数控机床；所述卧式数控机床为台中精机VT22型号机床；所述粗车削与所述精车削的刀片型号为CCGX120404。

对比例1

本对比例提供了一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法，所述溅射弧面加工方法包括如下内容：

对钎焊完成的圆形钼靶材组件的溅射面直接进行铣削，控制铣削的主轴转速为4500r/min，进给量为3500mm/min，加工得到圆形钼靶材组件的溅射弧面；

其中，所述圆形钼靶材组件的钼靶材纯度为99.999％；所述圆形钼靶材组件的背板为铜背板；所述钎焊的焊料为铟焊料；所述铣削采用的是卧式数控机床；所述卧式数控机床为台中精机VT22型号机床；所述铣削采用的刀具是8R0.5型铣刀。

对于上述实施例与对比例在加工前后的圆形钼靶材组件，进行焊接结合率、焊缝大小、靶材开裂与否的相关测试，并对上述实施例与对比例在加工之后得到的溅射弧面进行尺寸的相关测试，具体测试方法如下：

(1)焊接结合率：利用超声波C扫描成像探伤仪进行检测，用于对比参考的标样的具体检测条件如表1所示，而检测得到的加工前后的圆形钼靶材组件的焊接结合率如表2所示；

(2)焊缝大小：利用平整的A4纸插入焊缝中，判断最多可以插入A4纸的张数，若不能插入A4纸，则为0张，相应结果见表2；

(3)靶材开裂与否：利用肉眼判断是否有明显的裂痕，相应结果见表2；

(4)溅射弧面的尺寸：利用三坐标测量仪进行检测。

表1

表2

综上所述，本发明提供了一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法，通过对焊接完成的圆形钼靶材组件的溅射面依次进行粗车削和精车削，减小了圆形钼靶材与背板发生相对转动的推动力，有效降低了圆形钼靶材的脱焊面积，避免了焊缝增大以及靶材开裂等问题的发生；而且，本发明所述加工方法通过依次进行的粗车削和精车削，可以保证圆形钼靶材组件的溅射弧面满足尺寸的质量要求。

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 (6)

1.一种圆形钼靶材组件的溅射弧面加工方法，其特征在于，所述溅射弧面加工方法包括如下内容：

对焊接完成的圆形钼靶材组件的溅射面先进行粗车削，控制粗车削的每一刀的进刀量为0.3-0.5mm，转动速度为200-300r/min，再进行精车削，控制精车削的每一刀的进刀量为0.03-0.04mm，转动速度为100-170r/min，加工得到圆形钼靶材组件的溅射弧面；

其中，所述粗车削与所述精车削均采用的是卧式数控机床；所述卧式数控机床为台中精机VT22型号机床；所述粗车削与所述精车削的刀片型号为CCGX120404。

2.根据权利要求1所述的溅射弧面加工方法，其特征在于，所述圆形钼靶材组件的钼靶材纯度为99.995-99.999％；所述圆形钼靶材组件的背板为铜背板。

3.根据权利要求1所述的溅射弧面加工方法，其特征在于，所述焊接完成对应的焊接方式为钎焊；所述钎焊的焊料为铟焊料。

4.根据权利要求1所述的溅射弧面加工方法，其特征在于，所述粗车削与所述精车削均采用车削液。

5.根据权利要求4所述的溅射弧面加工方法，其特征在于，所述车削液为乳化液的水溶液；所述乳化液的水溶液的体积浓度为5-10％；所述乳化液的含油量为50-80vol％；所述乳化液为加德士安快达3380水溶性车削液。

6.根据权利要求1所述的溅射弧面加工方法，其特征在于，所述溅射弧面加工方法包括如下内容：

对钎焊完成的圆形钼靶材组件的溅射面先进行粗车削，控制粗车削的每一刀的进刀量为0.3-0.5mm，转动速度为200-300r/min，再进行精车削，控制精车削的每一刀的进刀量为0.03-0.04mm，转动速度为100-170r/min，加工得到圆形钼靶材组件的溅射弧面；

其中，所述圆形钼靶材组件的钼靶材纯度为99.995-99.999％；所述圆形钼靶材组件的背板为铜背板；所述钎焊的焊料为铟焊料；所述粗车削与所述精车削均采用车削液，所述车削液为体积浓度为5-10％的乳化液的水溶液，所述乳化液的含油量为50-80vol％；所述乳化液为加德士安快达3380水溶性车削液；

所述粗车削与所述精车削均采用的是卧式数控机床；所述卧式数控机床为台中精机VT22型号机床；所述粗车削与所述精车削的刀片型号为CCGX120404。