CN108620815B - 靶坯的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种靶坯的加工方法，包括：提供材料为钛的初始靶坯，初始靶坯包括第一焊接面、与第一焊接面相对的溅射面、以及位于第一焊接面与溅射面之间的侧面；对溅射面进行第一车削加工，在溅射面中心处形成中心孔；沿中心孔指向侧面的方向，对溅射面进行第二车削加工，使溅射面为向第一焊接面凹陷的弧面。本发明通过在溅射面中心处形成中心孔，使第二车削加工所采用的刀具从中心孔处开始加工，由于钛的硬度较高，因此相比直接对溅射面进行车削加工的方案，本发明可以避免刀具的刀尖直接与溅射面接触，从而可以避免刀具发生崩刃或破损的问题，且还有利于提高靶坯的外观质量和性能。

Description

靶坯的加工方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种靶坯的加工方法。

背景技术

溅射技术是半导体制造领域的常用工艺之一，随着溅射技术的日益发展，溅射靶材在溅射技术中起到了越来越重要的作用，溅射靶材的质量直接影响到了溅射后的成膜质量。

在溅射靶材制造领域中，靶材组件是由符合溅射性能的靶坯、与靶坯通过焊接相结合的背板构成，且根据客户需求，对所述靶坯的溅射面进行车削加工，将所述溅射面加工成目标形貌。

但是，现有技术靶坯的加工质量较差。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种靶坯的加工方法，提高靶坯的加工质量。

为解决上述问题，本发明提供一种靶坯的加工方法，包括：提供材料为钛的初始靶坯，所述初始靶坯包括第一焊接面、与所述第一焊接面相对的溅射面、以及位于所述第一焊接面与所述溅射面之间的侧面；对所述溅射面进行第一车削加工，在所述溅射面中心处形成中心孔；沿所述中心孔指向所述侧面的方向，对所述溅射面进行第二车削加工，使所述溅射面为向所述第一焊接面凹陷的弧面。

可选的，所述初始靶坯的形状为圆柱体；在所述第二车削加工后，所述溅射面为向所述焊接面凹陷的圆弧面。

可选的，在所述第二车削加工后，所述溅射面的弧半径是2301毫米至2303毫米。

可选的，在所述第二车削加工后，所述溅射面的弧面深度为4.64毫米至4.84毫米。

可选的，采用10毫米钻头对所述溅射面进行第一车削加工；所述第一车削加工的参数包括：切削速度为5毫米/分钟至15毫米/每分钟，吃刀量为0.05毫米至0.15毫米，所述初始靶坯的转速为150转/分钟至200转/分钟。

可选的，所述中心孔的深度为4毫米至4.5毫米。

可选的，对所述溅射面进行第二车削加工的步骤包括：对所述溅射面进行粗车加工；在所述粗车加工后，对所述溅射面进行精车加工。

可选的，采用80度内圆开粗刀，对所述溅射面进行粗车加工；所述粗车加工的参数包括：切削速度为15毫米/分钟至25毫米/每分钟，吃刀量为0.45毫米至0.55毫米，所述初始靶坯的转速为200转/分钟至300转/分钟。

可选的，采用80度内圆开粗刀，对所述溅射面进行精车加工；所述精车加工的参数包括：切削速度为15毫米/分钟至25毫米/每分钟，吃刀量为0.05毫米至0.15毫米，所述初始靶坯的转速为200转/分钟至300转/分钟。

可选的，对所述溅射面进行第一车削加工之前，所述加工方法还包括：提供背板，所述背板具有第二焊接面；将所述第一焊接面和第二焊接面相对设置并贴合，通过焊接工艺将所述初始靶坯焊接于所述背板上；对所述溅射面进行第二车削加工后，所述初始靶坯作为靶坯，所述靶坯与所述背板构成靶材组件。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明在材料为钛的初始靶坯的溅射面中心处形成中心孔后，沿所述中心孔指向所述初始靶坯侧面的方向，对所述溅射面进行第二车削加工，使所述溅射面为向所述第一焊接面凹陷的弧面，由于钛的硬度较高，因此相比直接对所述溅射面进行车削加工的方案，本发明可以避免所述刀具的刀尖直接与所述溅射面接触，从而可以避免所述刀具发生崩刃或破损的问题，且还有利于提高所述靶坯的外观质量和性能。

可选方案中，所述中心孔的深度为4毫米至4.5毫米；所述中心孔的深度设定合理，从而在起到改善刀具崩刃或破损问题的同时，避免对所述靶坯的质量产生不良影响。

可选方案中，采用10毫米钻头对所述溅射面进行第一车削加工，且所述第一车削加工的参数包括：切削速度为5毫米/分钟至15毫米/每分钟，吃刀量为0.05毫米至0.15毫米，所述初始靶坯的转速为150转/分钟至200转/分钟；对所述溅射面进行第二车削加工的步骤包括：对所述溅射面进行粗车加工；在所述粗车加工后，对所述溅射面进行精车加工；其中，采用80度内圆开粗刀，对所述溅射面进行粗车加工，所述粗车加工的参数包括：切削速度为15毫米/分钟至25毫米/每分钟，吃刀量为0.45毫米至0.55毫米，所述初始靶坯的转速为200转/分钟至200转/分钟；采用80度内圆开粗刀，对所述溅射面进行精车加工，所述精车加工的参数包括：切削速度为15毫米/分钟至25毫米/每分钟，吃刀量为0.05毫米至0.15毫米，所述初始靶坯的转速为200转/分钟至300转/分钟。通过选取合适的刀具以及工艺参数，从而在降低所述刀具发生崩刃或破损的概率的同时，提高加工后所述溅射面的表面光泽度和平整度，进而提高所述靶坯的外观质量和性能。

附图说明

图1是本发明靶坯的加工方法一实施例的流程示意图；

图2是图1中步骤S1对应的剖面结构示意图；

图3是图1中步骤S2对应的剖面结构示意图；

图4是图3中区域A中背板和初始靶坯的局部放大图；

图5和图6是图1中步骤S3对应的剖面结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，靶坯的加工质量有待提高。结合一种钛靶坯的加工方法分析其质量有待提高的原因。

所述加工方法包括：提供背板以及焊接于所述背板上的初始靶坯，所述初始靶坯的材料为钛，其中，所述初始靶坯包括朝向所述背板一侧的焊接面、与所述焊接面相对的溅射面、以及位于所述焊接面与所述溅射面之间的侧面；沿所述溅射面中心指向所述侧面的方向对所述溅射面进行车削加工，车削加工后的所述初始靶坯作为靶坯，所述靶坯与所述背板构成靶材组件。

根据客户的实际需求，在车削加工后，所述溅射面为向所述焊接面凹陷的弧面。

但是，钛的硬度较高，因此车削加工性较差，加剧了车削刀具的磨损，导致车削过程中的冲击和震动增大；当所述刀具直接对所述溅射面进行车削加工时，所述刀具的刀尖直接与所述溅射面相接触，所述刀具容易发生崩刃或破损的问题，从而容易导致所形成靶坯的外观质量下降。

为了解决上述问题，本发明先采用第一车削加工在钛初始靶坯的溅射面中心处形成中心孔，再沿所述中心孔指向所述初始靶坯侧面的方向对所述溅射面进行第二车削加工，使所述第二车削加工所采用的刀具从所述中心孔处开始加工，从而避免所述刀具的刀尖直接与所述溅射面接触，进而可以避免所述刀具发生崩刃或破损的问题，且还有利于提高所述靶坯的外观质量和性能。

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。

参考图1，图1示出了本发明靶坯的加工方法一实施例的流程示意图。本实施例靶坯的加工方法包括以下基本步骤：

步骤S1：提供材料为钛的初始靶坯，所述初始靶坯包括第一焊接面、与所述第一焊接面相对的溅射面、以及位于所述第一焊接面与所述溅射面之间的侧面；

步骤S2：对所述溅射面进行第一车削加工，在所述溅射面中心处形成中心孔；

步骤S3：沿所述中心孔指向所述侧面的方向，对所述溅射面进行第二车削加工，使所述溅射面为向所述第一焊接面凹陷的弧面。

下面将结合附图对本发明的具体实施例做进一步描述。

参考图1，结合参考图2，图2是图1中步骤S1对应的剖面结构示意图，执行步骤S1，提供材料为钛的初始靶坯200，所述初始靶坯200包括第一焊接面210、与所述第一焊接面210相对的溅射面220、以及位于所述第一焊接面210与所述溅射面220之间的侧面230。

所述初始靶坯200经后续的车削加工后，形成靶坯；所述靶坯作为后续所形成靶材组件的一部分，且在所述靶材组件的使用过程中，电离形成的氩离子在电场的作用下加速，加速的氩离子轰击所述溅射面220形成大量靶材原子，溅射出的大量靶材原子沉积在基板上形成金属薄膜。

所述初始靶坯200的形状可根据应用环境以及溅射要求呈圆柱体、长方体、环形体、圆锥体或其他任意规则形状或不规则形状。本实施例中，所述初始靶坯200的形状为圆柱体，也就是说，沿平行于所述第一焊接面210的方向上，所述初始靶坯200的横截面形状为圆形；相应的，所述第一焊接面210的形状为圆形，所述溅射面220的形状为圆形。

所述初始靶坯200的材料根据实际工艺需求而定。本实施例中，所述初始靶坯200的材料为钛。

需要说明的是，本实施例中，在进行后续的车削加工之前，所述加工方法还包括：提供背板100，所述背板100具有第二焊接面(未标示)；将所述第一焊接面210和第二焊接面相对设置并贴合，通过焊接工艺将所述初始靶坯200焊接于所述背板100上。

后续对所述初始靶坯200进行车削加工后，所形成的靶坯与所述背板100构成靶材组件。

所述背板100在后续形成的靶材组件中起到支撑作用，所述背板100的形状根据实际工艺需求以及所述初始靶坯200的形状而定。本实施例中，所述第一焊接面210的形状为圆形，相应的，所述第二焊接面的形状为圆形。

继续参考图1，结合参考图3和图4，图3示出了图1中步骤S2对应的剖面结构示意图，图4示出了图3中区域A中背板和初始靶坯的局部放大图，执行步骤S2，对所述溅射面220进行第一车削加工，在所述溅射面220中心处形成中心孔240。

所述第一车削加工为后续对所述溅射面220进行第二车削加工提供工艺基础，使后续第二车削加工所采用的刀具从所述中心孔240处开始加工，从而避免所述刀具的刀尖直接与所述溅射面220接触，进而可以避免所述刀具发生崩刃或破损的问题，且还有利于提高后续所形成靶坯的外观质量和性能。

具体地，采用10毫米钻头310(如图3所示)对所述溅射面220进行第一车削加工，即所述第一车削加工所采用的刀具为10毫米钻头310。

其中，所述10毫米钻头310有利于提高车削效果，在所述第一车削加工过程中，所述10毫米钻头310发生崩刃或破损的概率较低。

需要说明的是，在所述第一车削加工后，所形成中心孔240的深度D(如图4所示)不宜过小，也不宜过大。如果所述深度D过小，在后续对所述溅射面220进行第二车削加工的过程中，难以保证所述第二车削加工所采用的刀具的刀尖始终不与所述溅射面220中心接触，从而难以降低所述刀具发生崩刃或破损问题的概率；如果所述深度D过大，在后续完成第二车削加工后，所述溅射面220中心处容易形成有凹坑，从而导致所形成靶坯的外观质量和性能下降。为此，本实施例中，所述中心孔240的深度D为4毫米至4.5毫米。

本实施例中，采用车削机床对所述溅射面220进行第一车削加工，所述10毫米钻头310设置于所述车削机床上，且所述背板100和初始靶坯200固定于所述车削机床上，在所述第一车削加工过程中，所述车削机床控制所述背板100和初始靶坯200进行旋转。

本实施例中，在保证所述中心孔240的深度D的同时，为了提高加工效率和所述溅射面220的表面光泽度，且避免对所述初始靶坯200的质量产生不良影响，将所述第一车削加工的参数设定在合理范围内。具体地，所述第一车削加工的参数包括：切削速度为5毫米/分钟至15毫米/每分钟，吃刀量为0.05毫米至0.15毫米，所述初始靶坯200的转速为150转/分钟至200转/分钟。

在所述切削速度、吃刀量和初始靶坯200转速的设定下，将所述第一车削加工的进给量调整至合理值，并与所述切削速度、吃刀量和初始靶坯200转速相匹配。本实施例中，所述第一车削加工的进给量0.015毫米/转至0.065毫米/转。

需要说明的是，本实施例中，采用车削机床对所述溅射面220进行第一车削加工的步骤中，所述第一车削加工的步骤可以通过对所述车削机床进行指令编程实现。

还需要说明的是，对所述溅射面220进行第一车削加工的过程中，采用酒精以起到冷却效果，从而避免所述溅射面220因冷却作用不佳而来不及散热的问题；同时配合气管吹气，利用吹气气体的压力达到断屑的目的，从而及时去除所述溅射面220上所述第一车削加工产生的切屑，避免所述溅射面220有切屑残留或堆积。

继续参考图1，结合参考图5和图6，示出了图1中步骤S3对应的剖面结构示意图，执行步骤S3，沿所述中心孔240(如图3所示)指向所述侧面230的方向，对所述溅射面220进行第二车削加工，使所述溅射面220为向所述第一焊接面210凹陷的弧面。

本实施例中，根据实际工艺需求，所述溅射面220为向所述第一焊接面210凹陷的弧面。具体地，所述溅射面220的形状为圆形，相应的，在所述第二车削加工后，所述溅射面220为向所述第一焊接面210凹陷的圆弧面。

所述圆弧面形状的溅射面220的尺寸根据实际工艺需求而定。本实施例中，在所述第二车削加工后，所述溅射面220的弧半径R(如图6所示)是2301毫米至2303毫米，所述溅射面220的弧面深度H(如图6所示)为4.64毫米至4.84毫米。其中，所述弧面深度H指的是：沿所述溅射面220指向所述第一焊接面210的方向上，所述溅射面220的最高处至最低处的距离。

在实际应用中，所述第二车削加工可以分成多个工序来完成。具体地，对所述溅射面220进行第二车削加工的步骤包括：对所述溅射面220进行粗车加工；在所述粗车加工后，对所述溅射面220进行精车加工。

以下结合附图，对所述第二车削加工的步骤做详细说明。

参考图5，采用80度内圆开粗刀320，对所述溅射面220进行粗车加工。

所述粗车加工用于去除大量所述溅射面220的初始靶坯200材料，从而为后续使所述溅射面220的形貌和尺寸满足工艺需求提供工艺基础。

本实施例中，采用车削机床对所述溅射面220进行粗车加工，所述80度内圆开粗刀320设置于所述车削机床上，且所述背板100和初始靶坯200固定于所述车削机床上，在所述粗车加工过程中，所述车削机床控制所述背板100和初始靶坯200进行旋转，并控制所述80度内圆开粗刀320沿所述溅射面220的径向进行移动。

对所述溅射面220进行粗车加工的步骤中，所述80度内圆开粗刀320的切削速度不宜过小，也不宜过大。如果切削速度过小，相应会引起工艺时间浪费的问题；如果切削速度过大，容易增加所述溅射面220的表面粗糙度，且容易增大所述80度内圆开粗刀320在所述粗车加工的过程中发生崩刃或破损的概率，从而降低后续所形成靶坯的质量。为此，本实施例中，所述80度内圆开粗刀320的切削速度为15毫米/分钟至25毫米/每分钟。

所述初始靶坯200的转速不宜过小，也不宜过大。如果所述初始靶坯200的转速过小，相应会引起工艺时间浪费的问题；如果所述初始靶坯200的转速大，容易增大所述80度内圆开粗刀320在所述粗车加工的过程中发生崩刃或破损的概率，且还容易增加所述溅射面220的表面毛刺。为此，本实施例中，所述初始靶坯200的转速为200转/分钟至300转/分钟。

所述粗车加工的吃刀量不宜过小，也不宜过大。吃刀量越大，对所述溅射面220材料的去除量越大，因此如果所述粗车加工的吃刀量过小，容易导致工艺时间过长；如果吃刀量过大，加工后所述溅射面220的表面光泽度较差，所述溅射面220容易出现毛刺，且所述80度内圆开粗刀320容易在所述粗车加工的过程中发生崩刃或破损。因此，为了使后续使所述溅射面220的形貌和尺寸满足工艺需求，所述粗车加工的吃刀量需控制在合理范围内，且所述吃刀量和所述初始靶坯200的转速相互配合。本实施例中，所述粗车加工的吃刀量为0.45毫米至0.55毫米。

在所述切削速度、吃刀量和初始靶坯200转速的设定下，将所述粗车加工的进给量调整至合理值，并与所述切削速度、吃刀量和初始靶坯200转速相匹配。本实施例中，所述粗车加工的进给量0.05毫米/转至0.15毫米/转。

需要说明的是，为了使后续精车加工后所述溅射面220的形貌和尺寸满足工艺需求，完成所述粗车加工后，所述溅射面220预留加工余量，且所述加工余量设置合理，从而避免增加后续精车加工的工艺难度。本实施例中，所述粗车加工后的加工余量为0.09毫米至0.11毫米。

还需要说明的是，本实施例中，采用车削机床对所述溅射面220进行粗车加工的步骤中，所述粗车加工的步骤可以通过对所述车削机床进行指令编程实现。

此外，对所述溅射面220进行粗车加工的过程中，采用酒精以起到冷却效果，从而避免所述溅射面220因冷却作用不佳而来不及散热的问题；同时配合气管吹气，利用吹气气体的压力达到断屑的目的，从而及时去除所述溅射面220上所述粗车加工产生的切屑，避免所述溅射面220有切屑残留或堆积。

参考图6，采用80度内圆开粗刀320，对所述溅射面220进行精车加工。

所述精车加工用于提高所述溅射面220的表面光泽度和平整度，且通过去除少量所述溅射面220的初始靶坯200(如图5所示)材料，使所述溅射面220的形貌和尺寸达到工艺需求。

本实施例中，采用车削机床对所述溅射面220进行精车加工，根据所述粗车加工后的加工余量，合理设定所述精车加工的参数，从而在提高加工效率的同时，降低所述80度内圆开粗刀320在所述精车加工过程中发生崩刃或破损的概率，且提高所述溅射面220的光泽度和表面平整度。

具体地，所述精车加工的参数包括：切削速度为15毫米/分钟至25毫米/每分钟，吃刀量为0.05毫米至0.15毫米，所述初始靶坯的转速为200转/分钟至300转/分钟。

在所述切削速度、吃刀量和初始靶坯200转速的设定下，将所述精车加工的进给量调整至合理值，并与所述切削速度、吃刀量和初始靶坯200转速相匹配。本实施例中，所述精车加工的进给量0.05毫米/转至0.1毫米/转。

需要说明的是，本实施例中，采用车削机床对所述溅射面220进行精车加工的步骤中，所述精车加工的步骤可以通过对所述车削机床进行指令编程实现。

还需要说明的是，对所述溅射面220进行精车加工的过程中，采用酒精以起到冷却效果，从而避免所述溅射面220因冷却作用不佳而来不及散热的问题；同时配合气管吹气，利用吹气气体的压力达到断屑的目的，从而及时去除所述溅射面220上所述精车加工产生的切屑，避免所述溅射面220有切屑残留或堆积。

本实施例中，对所述溅射面220进行第二车削加工后，所述初始靶坯200作为靶坯250，所述靶坯250与所述背板100构成靶材组件(未标示)。

本实施例中，所述初始靶坯200的材料为钛，相应的，所述靶坯250的材料为钛。

本发明技术方案中，在所述溅射面220的中心处形成中心孔240，在对所述溅射面220进行第二车削加工时，所述第二车削加工所采用的刀具从所述中心孔240处开始加工，从而避免所述刀具的刀尖直接与所述溅射面220接触，进而可以避免所述刀具发生崩刃或破损的问题，有利于提高所述靶坯250的加工质量。

虽然本发明己披露如上，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)

1.一种靶坯的加工方法，其特征在于，包括：

提供材料为钛的初始靶坯，所述初始靶坯包括第一焊接面、与所述第一焊接面相对的溅射面、以及位于所述第一焊接面与所述溅射面之间的侧面；

对所述溅射面进行第一车削加工，在所述溅射面中心处形成中心孔；

沿所述中心孔指向所述侧面的方向，对所述溅射面进行第二车削加工，使所述溅射面为向所述第一焊接面凹陷的弧面。

2.如权利要求1所述的靶坯的加工方法，其特征在于，所述初始靶坯的形状为圆柱体；

在所述第二车削加工后，所述溅射面为向所述焊接面凹陷的圆弧面。

3.如权利要求2所述的靶坯的加工方法，其特征在于，在所述第二车削加工后，所述溅射面的弧半径是2301毫米至2303毫米。

4.如权利要求1所述的靶坯的加工方法，其特征在于，在所述第二车削加工后，所述溅射面的弧面深度为4.64毫米至4.84毫米。

5.如权利要求1所述的靶坯的加工方法，其特征在于，采用10毫米钻头对所述溅射面进行第一车削加工；

所述第一车削加工的参数包括：所述初始靶坯的转速为150转/分钟至200转/分钟，所述第一车削加工的进给量为0.015毫米/转至0.065毫米/转。

6.如权利要求1所述的靶坯的加工方法，其特征在于，所述中心孔的深度为4毫米至4.5毫米。

7.如权利要求1所述的靶坯的加工方法，其特征在于，对所述溅射面进行第二车削加工的步骤包括：对所述溅射面进行粗车加工；在所述粗车加工后，对所述溅射面进行精车加工。

8.如权利要求7所述的靶坯的加工方法，其特征在于，采用80度内圆开粗刀，对所述溅射面进行粗车加工；

所述粗车加工的参数包括：切削速度为15毫米/分钟至25毫米/每分钟，吃刀量为0.45毫米至0.55毫米，所述初始靶坯的转速为200转/分钟至300转/分钟。

9.如权利要求7所述的靶坯的加工方法，其特征在于，采用80度内圆开粗刀，对所述溅射面进行精车加工；

所述精车加工的参数包括：切削速度为15毫米/分钟至25毫米/每分钟，吃刀量为0.05毫米至0.15毫米，所述初始靶坯的转速为200转/分钟至300转/分钟。

10.如权利要求1所述的靶坯的加工方法，其特征在于，对所述溅射面进行第一车削加工之前，所述加工方法还包括：提供背板，所述背板具有第二焊接面；将所述第一焊接面和第二焊接面相对设置并贴合，通过焊接工艺将所述初始靶坯焊接于所述背板上；

对所述溅射面进行第二车削加工后，所述初始靶坯作为靶坯，所述靶坯与所述背板构成靶材组件。