专利名称：一种靶材表面的加工方法
技术领域：
本发明属于祀材表面加工方法技术领域 ，涉及一种祀材表面的加工方法，该方法使用机械磨抛设备进行表面加工，并且该方法可用于例如制备溅射靶材材料(即物理气相沉积靶材材料，在本文中“物理气相沉积”和“溅射”可交换使用)。在具体应用中，溅射靶材材料可包括镍、铜、银、钛、铝、钒的一种或多种。所述溅射靶材材料在下文中可被称为“靶材材料”。
背景技术：
溅射薄膜材料在电子信息、存储记录以及显示器等相关产业中，有着极其广泛的应用。同时，溅射靶材伴随着这些行业的发展需求量也逐年增多。靶材的质量对溅射薄膜的性能有着重要影响，尤其是半导体集成电路芯片的制备向着大尺寸化方向发展(8、12甚至18英寸)，溅射靶材的尺寸和溅射功率也将随之增大,对溅射靶材的加工要求也越来越高。大面积靶材的加工技术已成为靶材组件制备的关键技术。通过溅射方法在硅片上形成的薄膜的质量会受到用于溅射的靶材表面的影响。靶材表面的影响包括应力层及粗糙度。靶材表面存在一层应力层，应力层与靶材内部组织有所不同。在溅射时，需要对靶材进行预溅射(burn in)，目的是为了去掉靶材表面的氧化物、应力层等杂质及缺陷，保证靶材能够正常起弧并进行溅射。应力层越厚，则预溅射的时间越长，效率越低，对溅射过程产生影响的可能性越大。靶材表面的粗糙度也会对溅射产生影响。当尺寸超过一定水平的不平整或突起存在于靶材的表面时，可在突起上产生异常放电。所述异常放电可导致大颗粒从靶材表面溅射出并沉积在硅片上。沉积的大颗粒可在薄膜上形成斑点并导致半导体薄膜电路的短路。靶材表面的粗糙度直接影响溅射效果，靶材表面粗糙度越大，发生异常放电的可能性越大，靶材表面粗糙度越小，发生异常放电的可能性越小。因此，通过降低靶材表面粗糙度可以降低异常放电的可能性，由此可形成比较高粗糙度的靶材的薄膜质量更高的薄膜。许多材料可以被用作溅射靶材的材料，包括例如镍、铜、银、钛、铝等纯金属材料。在具体应用中，靶材材料可包括合金或其他金属合金。靶材表面的常用加工方法包括车床、刨床、铣床、磨床、布轮抛光等加工设备加工。车床、刨床、铣床加工金属材料的粗糙度可以达到Ra I. O μ m，磨床加工出的粗糙度更高，可以达到Ra 0.3μπι。但是对于长度与厚度比例很大的薄板来说，特别是硬度和强度都很低的纯金属薄板，常规方法无法对被加工工件进行装卡。车床、刨床、铣床的装卡都是使用三至四个卡爪固定被加工工件的，对于装卡薄板来说，这些设备的卡爪都会造成使工件变形的问题。如果使用磨床装卡铁磁性材料，可以使用电磁吸住的方法，但对于薄板来说，金刚石或白刚玉的砂轮与被加工工件接触的摩擦力过大，会造成工件的损伤，如果加工非铁磁性材料，只能压住被加工工件的四周进行磨加工，又达不到整个工件表面粗糙度均匀一致的效果，并且，如果使用磨床不适合加工像铝、镍、钛等性质偏粘的材料，否则的话，会将砂轮表面糊住，造成砂轮报废。布轮抛光可以使表面达到很高的精度，但布轮抛光只适用于精加工，对靶材表面平整度和靶材初始光洁度有很高要求，如果表面稍有不平整、表面有小颗粒存在或初始粗糙度不能达到要求，则不仅费时费力，浪费抛光材料，且无法达到所需的表面平整均一的要求。同时，使用常规机加工方法加工靶材表面时，需要切削液、润滑液进行冷却、润滑，不能保证所有润滑液对靶材表面没有化学反应。为了进行大面积、大长度与厚度比例的溅射靶材的表面加工，关键的问题是解决粗加工后靶材的装卡、保证靶材表面加工后的均匀、防止靶材变形、提高加工效率、防止表面受到污染等问题。
因此根据上述情况，需要开发一种适合于制备一种磨抛力不应过大，且适合于加工长度与厚度比例较大、厚度较薄的靶材的设备及方法，来解决传统加工方法不能加工这类长度与厚度比例较大、厚度较薄、性质偏粘性的靶材的问题，且表面不应产生化学反应。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种靶材表面的加工方法，该方法使用机械磨抛设备，对金属板材的表面进行磨抛加工，特别是包括长度与厚度比较高、厚度较薄的金属溅射靶材的表面磨抛的应用。它能够实现使用常规磨抛材料，达到对大面积、大长度与厚度比例、薄金属溅射靶材表面进行成品加工，同时能够防止金属溅射靶材变形、防止溅射靶材表面受到杂质及颗粒镶嵌、避免表面产生化学变化等污染，提高生产效率,降低生产成本。本发明的技术方案如下一种靶材表面的加工方法，该方法使用机械磨抛设备进行表面加工大长度厚度比例的靶材，包括如下步骤I)被加工的靶材表面经过机械粗加工，机械粗加工包括车加工、铣加工、磨加工、刨加工，粗加工后的表面粗糙度Ra在I. O 20 μ m。2)采用机械磨抛设备对靶材表面进行磨抛，其中所述机械磨抛设备具有两根平行辊轴，两根平行辊轴可上下平行移动，所述的平行辊轴可调整开口宽度，开口宽度在1_ 50mm之间；3)在机械磨抛设备的平行辊轴上包裹砂带或布，并通过辊轴的转动带动砂带或布转动，磨抛靶材表面，利用砂带或布和靶材表面的相对运动来对靶材进行磨抛，磨抛过程中使用去离子水进行冲洗、润滑，平行辊轴上包裹的砂带或布的转动线速度应不小于4m/s，机械磨抛设备的辊轴匀角速转动，以使得速度均匀；4)机械磨抛设备上的砂带根据表面要求，按照由粗到细的顺序更换砂带，依次进行磨抛，磨抛靶材表面可重复多次，平行辊轴上包裹的砂带，颗粒度从20目到2000目，所述的布为帆布、丝绒或布尼；5)经过磨抛后的靶材表面进行高压去离子水冲洗表面，冲洗后的表面要求无颗粒及杂质附着。
本发明的方法适用于金属靶材，所述的金属靶材材质包括纯金属镍、铜、银、钛、铝、钒，及上述两种或两种以上金属的合金。所述的机械磨抛设备加工得到的靶材表面具有Ra O. 3 I. O μ m的粗糙度。本方法的特点如下I 、靶材表面采用砂带与靶材相对运动及摩擦，将表面的应力层降到最低，应力降到最小。2、靶材无需装卡，与常规加工相比，基本不存在变形，特别适用于大面积形状，及长度与厚度比例较大的薄板靶材。3、靶材采用整体磨抛，与布轮磨抛相比，整体均匀性、加工效率均有大幅度提高，且对初始粗糙度要求低很多。4、靶材磨抛过程使用水砂纸，与常规机械加工相比，无需使用切削液、润滑液，避免了靶材表面产生化学反应，无需后续处理。5、靶材磨抛后使用高压去离子水冲洗，进一步保证表面无污染、无颗粒残留。与已有的表面加工方法相比，本发明对靶材表面要求低，磨抛速率快，无需使用机加工使用的切削液、润滑液，表面无化学反应，应力层薄，整体均匀性高，整体无变形，是一种简单、可靠、经济、高效的适用于大面积、大长度与厚度比例靶材的加工方法。
具体实施例方式以下，对本发明的溅射靶材的加工进行举例说明。目前为止，工业生产上，对靶材进行表面加工的手段，主要有车床、刨床、铣床、磨床等加工设备。粗糙度一般可以达到Ra I. O μ m左右,磨床可达到RaO. 3 μ m左右。但对于长度厚度比值较高的金属材料，除了使用磨床，目前还没有有效的加工手段。而尤其对于本身性质比较粘的材料，如镍、铝、钛等，磨床则不适用了。且上述方法均需要使用切削液进行冷却和润滑，不能保证靶材表面没有化学反应。而布轮磨抛对较粗表面质量的靶材需要长时间磨抛，容易产生应力层、耗费磨抛材料，效率低下。本发明的发明人员，为了改善溅射靶材表面的粗糙度，提高加工效率，防止靶材变形，防止靶材表面污染，尤其是长度厚度比值较大的薄板靶材，进行了对比试验。通过对比试验对本发明进行更详细说明。实施例I两块经普通车床加工成直径为400mm，厚度为3. 3mm的纯镍靶材坯料，分别继续使用普通车床进行表面加工和本发明所述设备进行表面加工。使用普通车床加工时，普通车床使用金刚石刀，转速250r/min，进刀量O. 1mm。由外圆向心部进行车加工。加工完毕后将镍靶从车床卡爪上取下。发现由于加工应力，靶材心部与外径呈突出状，出现了变形。使用本发明的方法对镍靶坯进行磨抛，包括如下步骤I)被加工的靶材坯料表面经过车床粗加工，粗加工后的表面粗糙度Ra为I. 7 μ m。2)使用机械磨抛设备具有两根平行辊轴可上下平行移动，可调整开口宽度，开口宽度为3mm ；
3)机械 磨抛设备的平行辊轴上包裹水砂纸砂带，并通过辊轴的转动带动砂带转动，磨抛靶材表面，磨抛过程使用去离子水进行冲洗、润滑，砂带转动线速度为4m/s，速度均匀；4)机械磨抛设备上的砂带依次采用金刚石水砂纸200目磨抛4次，再更换为800目砂带磨抛4次，再更换为1200目砂带磨抛4次；5)经过砂带磨抛后的靶材，再使用尼布进行表面磨抛，辊轴上包裹尼布，辊轴开口度3_，辊轴上包裹的尼布转动线速度7m/s，同时使用去离子水冲洗及润滑，共磨抛8次；6)经过磨抛后的靶材表面进行高压去离子水冲洗表面，冲洗后的表面经目测，要求无颗粒及杂质附着。加工完毕后经检验未发现变形，尺寸厚度为3. 1mm。粗糙度Ra为O. 7 μ m。实施例2两块经刨床粗加工长度为800mm，宽度为100mm，厚度为8. 4mm的纯钛靶材坯料，分别使用刨床及本发明所采用的磨抛设备加工。使用刨床加工的纯钛靶材坯料，粗糙度Ra为5. 5 μ m。使用机械磨抛设备进行表面加工的大长度厚度比例的靶材，包括如下步骤I)被加工的靶材表面经过刨床粗加工，粗加工后的表面粗糙度Ra为5. 5 μ m。2)使用机械磨抛设备调整平行辊轴开口宽度到8mm ；3)机械磨抛设备的平行辊轴上包裹水砂纸砂带，并通过辊轴的转动带动砂带及布转动，磨抛靶材表面，同时使用去离子水进行冲洗、润滑，砂带与靶材表面是相对运动，砂带的转动线速度为lOm/s，速度均匀；4)机械磨抛设备上的砂带依次采用400目磨抛4次、800目磨抛8次、1200目磨抛8次；5)经过砂带磨抛后的靶材，再使用尼布进行表面磨抛，辊轴上包裹尼布，辊轴开口度5mm，辊轴上包裹的尼布转动线速度lOm/s，同时使用去离子水冲洗及润滑，共磨抛8次；6)经过磨抛后的靶材进行高压去离子水冲洗表面，冲洗后的表面要求无颗粒及杂质附着。根据本发明的方法，按照上述过程，靶材表面的粗糙度Ra为O. 4 μ m，未发现变形。实施例3两块长度为IOOmm,宽度为IOOmm,厚度为5. 5mm的纯铜祀材 料。分别使用刨床及本发明所采用的磨抛设备加工。使用刨床加工的纯铜靶材坯料，粗糙度Ra为6. 3 μ m。使用机械磨抛设备进行表面加工的靶材，包括如下步骤I)经刨床粗加工的铜靶坯料表面粗糙度Ra为6. 3 μ m ;2)调整机械磨抛设备的两根平行辊轴，开口宽度为5mm ；3)平行辊轴上包裹水砂纸砂带，并通过辊轴的转动带动砂带及布转动，磨抛靶材表面，同时使用去离子水进行冲洗、润滑，砂带的转动线速度为7m/s，速度均匀；4)机械磨抛设备上的砂带依次采用80目磨抛4次、180目4次、800目磨抛6次、1200目磨抛8次；5)经过砂带磨抛后的靶材，再使用丝绒进行表面磨抛，辊轴上包裹丝绒，辊轴开口度5mm，辊轴上包裹的丝绒转动线速度7m/s，同时使用去离子水冲洗及润滑，共磨抛8次；6)经过磨抛后的靶材表面进行高压去离子水冲洗表面，冲洗后的表面要求无颗粒及杂质附着。加工完毕后，经检验，使用本发明的方法加工出的靶材表面粗糙度Ra为0.4 μ m，未发现变形。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种靶材表面的加工方法，其特征在于该方法包括如下步骤 (1)对被加工的靶材表面进行机械粗加工； (2)采用机械磨抛设备对靶材表面进行磨抛，其中所述机械磨抛设备具有可上下平行移动的两根平行辊轴，所述平行辊轴的开口宽度可以进行调整； (3)用高压去离子水冲洗经过磨抛后的靶材表面； 其中步骤(2)具体包括如下步骤 (a)将所述平行辊轴的开口宽度调整至所需宽度； (b)在平行辊轴上包裹砂带或布，并通过辊轴的转动带动砂带或布转动磨抛靶材表面，利用砂带或布和靶材表面的相对运动来对靶材进行磨抛，磨抛过程中使用去离子水进行冲洗、润滑； (C)机械磨抛设备上的砂带根据靶材表面要求，按照砂带的粒度由粗到细的顺序更换砂带，依次进行磨抛。
2.根据权利要求I的方法，其特征在于步骤(I)中的机械粗加工包括车加工、铣加工、磨加工、刨加工中的一种或多种。
3.根据权利要求I的方法，其特征在于平行辊轴上包裹的砂带或布的转动线速度大于或等于4m/s，机械磨抛设备的辊轴匀角速转动。
4.根据权利要求I的方法，其特征在于所述的砂带为水砂纸。
5.根据权利要求I的方法，其特征在于所述布为帆布、丝绒或布尼。
6.根据权利要求I的方法，其特征在于其中步骤(C)，根据靶材表面情况， 使用由粗到细的砂带依次进行磨抛，每次更换砂带后对靶材表面的磨抛重复多次。
7.根据权利要求I的方法，其特征在于在使用砂纸磨抛之后，使用布对靶材表面进行磨抛。
8.根据权利要求I的方法，其特征在于所述的祀材的厚度范围为Imm 40mm,所述的靶材的长度与厚度比大于20 I。
9.根据权利要求I的方法，其特征在于步骤(I)粗加工后的靶材表面粗糙度Ra在I. 0 20 u m0
10.根据权利要求I的方法，其特征在于所述机械磨抛设备加工得到的靶材表面具有Ra 0.3 I. Oiim的粗糙度。
全文摘要
本发明公开了属于靶材表面加工方法技术领域的一种靶材表面的加工方法，该方法使用机械磨抛设备进行表面加工。本发明提供了加工该种靶材的设备条件，其中使用可调整开口宽度的平行辊轴，辊轴上包裹粒度从20至2000目的水砂纸或布，先使用从粗到细的水砂纸，再使用布，同时使用去离子水进行润滑，对金属材料进行磨抛。磨抛后使用高压去离子水进行表面冲洗。在具体应用中，所述金属材料包括镍、铜、银、钛、铝、钒的一种或多种。本发明对靶材表面要求低，磨抛速率快，无需使用机加工使用的切削液、润滑液，表面无化学反应，应力层薄，整体均匀性高，整体无变形，是一种简单、可靠、经济、高效的适用于大面积、大长度与厚度比例靶材的加工方法。
文档编号B24B21/04GK102632447SQ20111003714
公开日2012年8月15日 申请日期2011年2月12日 优先权日2011年2月12日
发明者丁照崇, 何金江, 吕保国, 朱晓光, 杨永刚, 江轩, 王欣平, 郭力山 申请人:北京有色金属研究总院, 有研亿金新材料股份有限公司