钨靶材的制作方法
【专利摘要】一种钨靶材的制作方法，包括：提供钨靶材坯料，所述钨靶材坯料包括溅射面和背面；采用金刚石砂轮对所述溅射面和所述背面进行粗磨；采用金刚石砂轮对所述溅射面和所述背面进行半精磨；采用金刚石砂轮对所述溅射面进行精磨。本发明钨靶材的制作方法能够减少或避免钨靶材坯料在加工过程中出现掉角，得到尺寸精度高、表面粗糙度低、符合溅射性能的钨靶材；同时，还降低了钨靶材坯料加工过程中的刀具损耗，进而降低钨靶材的制作成本。
【专利说明】钨靶材的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种钨靶材的制作方法
【背景技术】
[0002]真空溅镀是由电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，其中，电子飞向基片，氩离子在电场的作用下加速轰击靶，所述靶是由靶材和支撑靶材的背板组成，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子(或分子)沉积在基片上成膜，而最终达到对基片表面镀膜的目的。
[0003]大规模集成电路经常使用钨靶材进行真空溅镀，钨具有如下机械物理性能:钨是一种难熔金属，它具有熔点高(达3400°C )、密度大(19.32g/cm3)、耐化学腐蚀性好及高温强度高等特点。
[0004]对钨靶材进行切削加工具备以下特点:
[0005]鹤的铸淀切削加工时，由于鹤的晶粒粗大，易广生掉块而使加工面粗糖；
[0006]钨在室温下呈脆性，在切削其烧结制品时，易切削成粉末状，且硬度很高，加剧了刀具的磨损。
[0007]目前，在对钨靶材坯料进行加工，以形成钨靶材的过程中，通常采用普通的刀具(如钨钢刀片或者陶瓷刀片)进行加工。然而，在加工过程中，由于应力的缘故，钨靶材坯料在加工过程中容易出现掉角，所形成钨靶材的表面粗糙，影响后续溅射工艺的溅射效果，甚至会出现放电，对进行镀膜的基片造成损伤。而且，由于钨的硬度很高，刀具损耗严重，刀具断裂比较频繁，导致钨靶材的制作成本过高。
[0008]有鉴于此，实有必要提出一种新的钨靶材的制作方法，以克服现有技术中的上述缺陷。
【发明内容】
[0009]本发明解决的问题是提供一种钨靶材的制作方法，减少或避免钨靶材坯料在加工过程中出现掉角，提高所形成钨靶材的溅射性能，减少钨靶材制作过程中的刀具损耗，降低钨靶材的制作成本。
[0010]为解决上述问题，本发明提供一种钨靶材的制作方法，包括:
[0011 ] 提供钨靶材坯料，所述钨靶材坯料包括溅射面和背面；
[0012]采用金刚石砂轮对所述溅射面和所述背面进行粗磨；
[0013]在进行所述粗磨之后，采用金刚石砂轮对所述溅射面和所述背面进行半精磨；
[0014]在进行所述半精磨之后，采用金刚石砂轮对所述溅射面进行精磨。
[0015]可选的，所述金刚石砂轮的目数为120目?150目，所述金刚石砂轮转速为100r/min至4000r/min,所述金刚石砂轮进给量为每次0.05mm以下,所述金刚石砂轮进给速度为300mm/min 至 800mm/miη。
[0016]可选的，进行所述粗磨时，所述金刚石砂轮的转速为1000r/min至2000r/min,进给量为每次0.02mm至0.05mm,进给速度为500mm/miη至800mm/miη。
[0017]可选的,进行所述半精磨时,所述金刚石砂轮的转速为1000r/min至2000r/min,进给量为每次0.01mm至0.02mm,进给速度为450mm/miη至500mm/min。
[0018]可选的,进行所述精磨时,所述金刚石砂轮的转速为3500r/min至4000r/min,进给量为每次0.01mm以下，进给速度为300mm/miη至450mm/min。
[0019]可选的，在进行所述粗磨、所述半精磨和所述精磨时，采用乳化液冷却所述金刚石砂轮和所述钨靶材坯料。
[0020]可选的，在进行所述粗磨之后且在进行所述半精磨之前，所述制作方法还包括:对所述钨靶材坯料进行线切割。
[0021]可选的，在进行所述半精磨之后且在进行所述精磨之前，所述制作方法还包括:对所述背面进行镀镍处理。
[0022]可选的，在进行所述精磨之后，所述制作方法还包括:将背板与所述背面焊接在一起。
[0023]可选的，在将背板与所述背面焊接在一起之后，所述制作方法还包括:采用金刚石刀片对所述溅射面的边缘进行精加工，以在所述溅射面的边缘形成凹槽、斜面和圆弧中的一种或几种。
[0024]可选的，所述金刚石刀片的转速为250r/min至350r/min,进给量为每次0.05mm至
0.08mm,进给速度为 0.08mm/mi η 至 0.12mm/min。
[0025]可选的，在将背板与所述背面焊接在一起之后，所述制作方法还包括:采用金刚石刀片对所述背板进行半精加工，以在所述背板中形成凹槽和连接孔中的一种或者两种。
[0026]可选的，所述金刚石刀片的转速为180r/min至220r/min,进给量为每次0.03mm至
0.05mm,进给速度为 0.04mm/mi η 至 0.06mm/min。
[0027]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0028]先采用金刚石砂轮对钨靶材坯料的溅射面和背面进行粗磨，降低钨靶材坯料的溅射面和背面的粗糙度，以及使粗磨之后钨靶材坯料背面和溅射面之间的平行度符合要求，在后续进行线切割时，便于对钨靶材坯料夹持，利于线切割的进行；粗磨还能够快速修正钨靶材坯料的厚度，使钨靶材坯料的厚度尺寸等于设计尺寸加上后续进行精磨和半精磨的加工余量，提高钨靶材的制作效率。
[0029]接着，采用金刚石砂轮对钨靶材坯料的溅射面和背面进行半精磨，使进行半精磨时金刚石砂轮的进给量和进给速度均小于进行粗磨时金刚石砂轮的进给量和进给速度，进而使进行半精磨之后钨靶材坯料的背面和溅射面的粗糙度分别小于粗磨之后钨靶材坯料的背面和溅射面的粗糙度，以及使钨靶材坯料的厚度等于设计尺寸加上后续进行精磨的加工余量。
[0030]最后，采用金刚石砂轮对钨靶材坯料的溅射面进行精磨，使进行精磨时金刚石砂轮的进给量和进给速度均小于进行半精磨时金刚石砂轮的进给量和进给速度，使精磨之后钨靶材坯料的溅射面的质量符合钨靶材溅射性能的要求。
[0031]在通过金刚石砂轮对钨靶材依次进行粗磨、半精磨和精磨时，调节金刚石砂轮的进给量和进给速度，使进行粗磨时金刚石砂轮的进给量和进给速度分别大于进行半精磨时金刚石砂轮的进给量和进给速度，以及使进行半精磨时金刚石砂轮的进给量和进给速度分别大于进行精磨时金刚石砂轮的进给量和进给速度，使钨靶材坯料的背面和溅射面的粗糙度逐渐降低，直至形成符合溅射性能的钨靶材。由于对钨靶材依次进行粗磨、半精磨和精磨的顺序安排合理，能够减少或避免钨靶材坯料在加工过程中出现掉角，得到尺寸精度高、表面粗糙度低、符合溅射性能的钨靶材。
[0032]由于金刚石的硬度高、耐磨性好，在采用金刚石砂轮对钨靶材坯料进行加工时，钨靶材坯料不易出现掉角，所形成钨靶材的溅射性能好；而且，金刚石砂轮在对钨靶材坯料进行加工过程中的损耗小，不易发生断裂，降低了钨靶材的制作成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本发明钨靶材的制作方法一个实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0034]现有技术中，采用普通的刀具对钨靶材坯料进行加工，钨靶材坯料易在加工过程中出现掉角，所形成钨靶材的表面粗糙，影响后续溅射工艺的溅射效果，甚至会出现放电，对进行镀膜的基片造成损伤；而且，加工过程中刀具损耗严重，断裂比较频繁，导致钨靶材的制作成本过高
[0035]本发明采用金刚石砂轮作为对钨靶材坯料进行粗磨、半精磨和精磨的刀具，由于金刚石的硬度高、耐磨性好，钨靶材坯料在加工过程中不易出现掉角，所形成钨靶材的溅射性能好，同时，金刚石砂轮在对钨靶材坯料进行加工过程中的损耗小，金刚石砂轮不易发生断裂，降低了钨靶材的制作成本。
[0036]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。
[0037]图1为本发明钨靶材的制作方法一个实施例的流程示意图，下面结合图1对本发明钨靶材的制作方法进行说明。
[0038]首先，执行步骤S101，提供钨靶材坯料，所述钨靶材坯料包括溅射面和背面。
[0039]所述溅射面和所述背面位于所述钨靶材坯料的相对两侧，所述背面后续与背板固定。
[0040]接着，执行步骤S102，采用金刚石砂轮对所述溅射面和所述背面进行粗磨。
[0041]进行粗磨的目的在于:使钨靶材坯料的背面和溅射面之间的平行度符合要求，粗磨之后鹤祀材还料的厚度尺寸等于设计尺寸上加1.3mm?1.5mm的加工余量。
[0042]本实施例中，所述金刚石砂轮的目数为120目?150目，如所述金刚石砂轮的目数为120目、130目、140目或150目。此时，能够在保证加工效率的同时，使进行粗磨、半精磨和精磨之后钨靶材坯料的背面和溅射面的粗糙度符合要求。
[0043]若金刚石砂轮的目数小于120目，尽管能够提高对钨靶材坯料的加工效率，但很难保证粗磨、半精磨和精磨之后钨靶材坯料的背面和溅射面的粗糙度符合要求；若金刚石砂轮的目数大于150目，金刚石砂轮对钨靶材坯料的加工效率低，钨靶材的制作时间较长，钨靶材的制作成本高。
[0044]金刚石砂轮的转速与其使用寿命关系密切。当提高金刚石砂轮的转速时，金刚石砂轮的温度因摩擦而迅速上升，导致其使用寿命缩短。当金刚石砂轮的转速过慢时，会使加工装置振动，缩短其使用寿命，同时还会降低加工效率。本实施例在对钨靶材坯料进行粗磨时，所述金刚石砂轮的转速为1000r/min至2000r/min,如所述金刚石砂轮的转速为100r/min、1200r/min> 1440r/min、1600r/min> 1800r/min 或 2000r/min。此时，在金刚石砂轮的使用寿命和加工效率之间达到一个较好的平衡。
[0045]金刚石砂轮的进给量决定了钨靶材坯料的背面和溅射面的质量。当进给量过大时，易导致钨靶材坯料出现掉角，进而导致所形成钨靶材的表面粗糙，影响后续溅射工艺的溅射效果；当进给量过小时，则对金刚石砂轮的磨削面的磨损较大，导致金刚石砂轮的使用寿命大大缩短。由于在粗磨之后还要对钨靶材坯料进行精磨、半精磨等，对进行粗磨之后靶材坯料的背面和溅射面的粗糙度要求较低。因此，本实施例中，所述金刚石砂轮的进给量为每次0.02mm至0.05mm,如所述金刚石砂轮的进给量为每次0.02mm、0.03mm、0.035mm、
0.04mm 或 0.05mm。
[0046]当钨靶材坯料的表面质量能够得到保证时，为提高加工效率，可选择较高的进给速度。本实施例中，进行粗磨时所述金刚石砂轮的进给速度为500mm/min至800mm/min,如所述金刚石砂轮的进给速度为 500mm/mi η - 600mm/mi η - 650mm/mi η.700mm/mi η - 750mm/mi η或 800mm/miη η
[0047]由于金刚石的硬度高、耐磨性好，采用金刚石砂轮进行粗磨时，钨靶材坯料不易出现掉角；同时，金刚石砂轮在粗磨过程中的损耗小，金刚石砂轮不易发生断裂，降低了钨靶材的制作成本。
[0048]再接着，执行步骤S103，对所述钨靶材坯料进行线切割。
[0049]本实施例中，对所述钨靶材坯料进行线切割的方法可为电火花线切割(Wire cutElectrical Discharge Machining,简称 WEDM)。
[0050]通过对钨靶材坯料的边缘进行线切割，修正钨靶材坯料的形状，使溅射面的形状与设计形状对应，以及使派射面的尺寸等于设计尺寸上加3_?6_的加工余量。
[0051]与现有通过车床对钨靶材坯料边缘进行加工相比，线切割能够避免在车床加工时装夹过程将钨靶材夹碎，进而避免加工后的钨靶材坯料边缘出现掉角。
[0052]本实施例中，所述溅射面的设计形状为圆形，溅射面的尺寸指溅射面的直径。在对所述钨靶材坯料进行线切割之后，溅射面的直径等于设计尺寸上加3mm?6mm的加工余量。
[0053]由于粗磨之后钨靶材坯料的背面和溅射面的平行度较好，有利于线切割过程中钨靶材坯料的夹持，进而有利于线切割的进行。
[0054]再接着，执行步骤S104，采用金刚石砂轮对所述溅射面和所述背面进行半精磨。
[0055]本实施例中，进行所述半精磨的金刚石砂轮的目数为120目?150目，所述金刚石砂轮的转速为1000r/min至2000r/min,进给量为每次0.0lmm至0.02mm,进给速度为450mm/min 至 500mm/mino
[0056]进行半精磨时金刚石砂轮的进给量小于进行粗磨时金刚石砂轮的进给量，进行半精磨时金刚石砂轮的进给速度小于进行粗磨时金刚石砂轮的进给速度，以使进行半精磨之后钨靶材坯料的背面和溅射面的粗糙度分别小于粗磨之后钨靶材坯料的背面和溅射面的粗糙度。通过进行半精磨，使背面和溅射面的粗糙度达到0.08 μ m?0.16 μ m，使钨靶材坯料的厚度尺寸等于设计尺寸上加0.15mm?0.25mm的加工余量。
[0057]再接着，执行步骤S105，对所述背面进行镀镍处理。
[0058]本实施例中，对钨靶材坯料中背面进行镀镍处理的方法可参考现有工艺，本发明对此不做限制。对背面进行镀镍处理的目的在于为后续钨靶材坯料的背面与背板的焊接做准备。
[0059]再接着，执行步骤S106，采用金刚石砂轮对所述溅射面进行精磨。
[0060]本实施例中，进行所述精磨的金刚石砂轮的目数为120目?150目，所述金刚石砂轮的转速为3500r/min至4000r/min,进给量为每次0.0lmm以下,进给速度为300mm/min至450mm/mino
[0061]进行精磨时金刚石砂轮的转速大于进行半精磨时金刚石砂轮的转速，进行精磨时金刚石砂轮的进给量小于进行半精磨时金刚石砂轮的进给量，进行精磨时金刚石砂轮的进给速度小于进行半精磨时金刚石砂轮的进给速度，以进一步减小钨靶材坯料的溅射面的粗糙度。通过进行精磨，使钨靶材坯料的厚度尺寸等于设计尺寸，并使钨靶材坯料溅射面的粗糙度达到0.04 μ m?0.08 μ m,进而使溅射面的质量符合钨靶材溅射性能的要求。
[0062]采用金刚石砂轮对钨靶材坯料进行半精磨和精磨时，钨靶材坯料不易出现掉角，金刚石砂轮的损耗小且不易发生断裂。其具体原因与采用金刚石砂轮进行粗磨类似，在此不做详述。
[0063]需要说明的是，本实施例在采用金刚石进行对钨靶材坯料进行粗磨、半精磨和精磨时，还采用乳化液冷却所述金刚石砂轮和所述钨靶材坯料，以减小它们的变形从而提高加工精度，并延长了金刚石砂轮的使用寿命。
[0064]在其他实施例中，还可省略所述采用乳化液冷却所述金刚石砂轮和所述钨靶材坯料的步骤。
[0065]还需要说明的是，由于镀镍处理容易对溅射面造成损伤，为了使所形成钨靶材的溅射面的溅射性能符合要求，步骤S105中对所述背面进行镀镍处理与步骤S105中采用金刚石砂轮对所述溅射面进行精磨不能互换。
[0066]再接着，执行步骤S107，将背板与所述背面焊接在一起。
[0067]本实施例中，所述背板的材料可为铜，但本发明不限于此。
[0068]本实施例中，将背板与所述背面焊接在一起的方法可为钎焊或者铟焊，本发明对此不做限制。
[0069]再接着，执行步骤S108，采用金刚石刀片对所述背板进行半精加工，以在所述背板中形成凹槽和连接孔中的一种或者两种。
[0070]本实施例中，在进行半精加工时，所述金刚石刀片的转速为250r/min至350r/min,进给量为每次0.05mm至0.08mm,进给速度为0.08mm/mi η至0.12mm/min。
[0071]具体的，所述金刚石刀片的转速可为250r/min、270r/min、295r/min、320r/min或者350r/min等；所述进给量可为每次0.05mm、0.055mm、0.06mm、0.07mm或者0.08mm等；所述进给速度可为 0.08mm/min、0.085mm/min、0.09mm/min、0.10mm/mi n 或者 0.12mm/min。
[0072]本实施例中，背板中凹槽、连接孔用于在进行溅射工艺时对钨靶材进行固定。
[0073]最后，执行步骤S109，采用金刚石刀片对所述溅射面的边缘进行精加工，以在所述溅射面的边缘形成凹槽、斜面和圆弧中的一种或几种。
[0074]本实施例中，在进行精加工时，若金刚石刀片的转速、进给量和进给速度过大，会增大溅射面出现掉角的几率；而若金刚石刀片的转速、进给量和进给速度过小，又会增加金刚石刀片的磨损，增加钨靶材的制作成本。因此，本实施例在进行精加工时，所述金刚石刀片的转速为180r/min至220r/min,进给量为每次0.03mm至0.05mm,进给速度为0.04mm/min 至 0.06mm/mino
[0075]具体的，所述金刚石刀片的转速可为180r/min、200r/min、205r/min、210r/min或者220r/min等；所述进给量可为每次0.03mm、0.035mm、0.04mm、0.045mm或者0.05mm等；所述进给速度可为 0.04mm/min、0.045mm/min、0.05mm/min、0.055mm/min 或者 0.06mm/min。
[0076]由于金刚石的硬度高、耐磨性好，采用金刚石刀具进行精加工能够有效避免溅射面的边缘出现掉角，提高了所形成钨靶材的溅射性能，同时降低了加工钨靶材坯料过程中的刀具损耗，降低了钨靶材的制作成本。
[0077]本实施例中，通过金刚石砂轮依次对钨靶材坯料进行粗磨、半精磨和精磨，以及采用金刚石刀片对溅射面的边缘进行精加工，能够较少或者避免钨靶材坯料在加工过程中出现掉角，提高了所形成钨靶材的溅射性能，以及降低了钨靶材坯料在加工过程中的刀具损耗，降低了制作钨靶材的成本。
[0078]另外，由于制作钨靶材过程中，粗磨、半精磨、精磨、半精加工、精加工的次序安排合理，进行每一步上述工艺的参数(余量、转速、进给量和进给速度)合理选择，保证了所形成的钨靶材符合溅射要求，提高了钨靶材的制作效率，降低了钨靶材的制作成本。
[0079]虽然本发明披露如上，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。
【权利要求】
1.一种钨靶材的制作方法，其特征在于，包括: 提供钨靶材坯料，所述钨靶材坯料包括溅射面和背面； 采用金刚石砂轮对所述溅射面和所述背面进行粗磨； 在进行所述粗磨之后，采用金刚石砂轮对所述溅射面和所述背面进行半精磨； 在进行所述半精磨之后，采用金刚石砂轮对所述溅射面进行精磨。
2.如权利要求1所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，所述金刚石砂轮的目数为120目?150目，所述金刚石砂轮转速为1000r/min至4000r/min,所述金刚石砂轮进给量为每次0.05mm以下,所述金刚石砂轮进给速度为300mm/min至800mm/min。
3.如权利要求2所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，进行所述粗磨时，所述金刚石砂轮的转速为1000r/min至2000r/min,进给量为每次0.02mm至0.05mm,进给速度为500mm/min 至 800mm/miη。
4.如权利要求2所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，进行所述半精磨时，所述金刚石砂轮的转速为1000r/min至2000r/min,进给量为每次0.0lmm至0.02mm,进给速度为450mm/min 至 500mm/mino
5.如权利要求2所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，进行所述精磨时，所述金刚石砂轮的转速为3500r/min至4000r/min,进给量为每次0.0lmm以下,进给速度为300mm/min至 450mm/mino
6.如权利要求1所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，在进行所述粗磨、所述半精磨和所述精磨时，采用乳化液冷却所述金刚石砂轮和所述钨靶材坯料。
7.如权利要求1所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，在进行所述粗磨之后且在进行所述半精磨之前，所述制作方法还包括:对所述钨靶材坯料进行线切割。
8.如权利要求1所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，在进行所述半精磨之后且在进行所述精磨之前，所述制作方法还包括:对所述背面进行镀镍处理。
9.如权利要求8所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，在进行所述精磨之后，所述制作方法还包括:将背板与所述背面焊接在一起。
10.如权利要求9所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，在将背板与所述背面焊接在一起之后，所述制作方法还包括:采用金刚石刀片对所述溅射面的边缘进行精加工，以在所述溅射面的边缘形成凹槽、斜面和圆弧中的一种或几种。
11.如权利要求10所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，所述金刚石刀片的转速为250r/min 至 350r/min,进给量为每次0.05mm至 0.08mm,进给速度为 0.08mm/miη 至 0.12mm/mir1
12.如权利要求9所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，在将背板与所述背面焊接在一起之后，所述制作方法还包括:采用金刚石刀片对所述背板进行半精加工，以在所述背板中形成凹槽和连接孔中的一种或者两种。
13.如权利要求12所述的钨靶材的制作方法，其特征在于，所述金刚石刀片的转速为180r/min 至 220r/min,进给量为每次 0.03mm 至 0.05mm,进给速度为 0.04mm/mi η 至 0.06mm/mir1
【文档编号】B23P15/00GK104416325SQ201310366627
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】姚力军, 相原俊夫, 大岩一彦, 潘杰, 王学泽, 龚祖光 申请人:宁波江丰电子材料股份有限公司