一种Quantum系列靶材的机械加工方法

技术领域

本发明涉及靶材加工领域，具体涉及Quantum系列靶材的机械加工方法。

背景技术

磁控溅射是一种利用带点粒子轰击靶材，使靶材原子从表面逸出并均匀沉积在衬底上的基片镀膜工艺。磁控溅射以溅射率高、基片温度低、膜-基结合力好，以及优异的金属镀膜均匀性和可控性强等优势成为了最优异的基片镀膜工艺，并被广泛地应用于如集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器等电子及信息产业的镀膜工艺中。

随着电子信息产业的高速发展，如集成电路制造过程中，芯片的基片尺寸不断提高，而电子器件尺寸不断减小，集成电路的电子器件集成度不断提高，因而对磁控溅射的均匀度等要求不断提高。

相应地，对于作为磁控溅射的镀膜质量的关键因素，磁控溅射所使用的靶材的质量也不断提高。如靶材的表面平面度，平行度等对于镀膜的均匀度指标均具有重要影响。所谓的平面度指靶材表面凹凸高度相对理想平面的偏差，平行度指靶材两个平面或者两直线平行的程度，具体地指一个平面(或边)与该平面(或边)相对平面(或边)平行的误差最大允许值。

在靶材制备的对靶材坯料机械加工过程中，需要按照预定尺寸对靶材坯料的边缘，表面进行精加工以提高靶材的平行度和平整度，并使靶材能匹配磁控溅射设备的尺寸要求。但是在刀具切削靶材过程中，靶材受到外部载荷作用后，靶材内部的内应力会从靶材内部逐渐的释放，并由此导致产品的变形，使平面度产生偏差；而且刀具与靶材坯料接触后，刀具在工件的表面加工时产生扭力，这些扭力会导致工件振动，从而使靶材坯料接触后，刀具在工件的表面加工时产生扭力，这些扭力会导致工件振动，从而使靶材产生形变影响工件的表面加工质量。

尤其随着集成电路的发展，为了迎合大尺寸基板的镀膜要求，靶材的尺寸不断增大。在对尺寸大的靶材坯料进行机械加工过程中，内应力释放以及扭力的副作用尤其明显，靶材的形变量尤其严重，从而直接影响了靶材的质量，严重时甚至会造成靶材报废，无法使用。

CN 104561890A公开了一种靶材的机械加工方法，所述机械加工方法包括：提供靶材坯料，并对靶材坯料进行侧面加工工艺和平面整平加工工艺；所述靶材坯料包括溅射面，沿第一方向与所述溅射面位置相对的背面，以及环绕于所述溅射面和背面周边的各个侧面；所述侧面加工工艺包括：对所述靶材坯料的各个侧面进行切削整平，至所述靶材坯料溅射面和背面的平面尺寸为预定平面尺寸；所述平面整平加工工艺包括：虽所述靶材坯料的溅射面和背面进行第一次平面整平工艺，至所述靶材坯料沿第一方向的厚度为第一厚度，获得第一靶材坯料；对所述第一靶材坯料的溅射面和背面进行第二次平面整平工艺，至所述第一靶材胚料沿第一方向的厚度为第二厚度，获得第二靶材坯料，对所述第二靶材坯料的溅射面进行精加工平面整平工艺，直至所述第二靶材坯料沿第一方向的厚度至预定厚度，获得目标靶材。所述靶材处理过程中，切削工艺完成后仍需要对靶材表面进行平面整平工艺，使得靶材加工步骤繁琐。

针对高型靶材，其具有较高的高度，达到200mm左右，使用常规的加工方式加工得到的工件侧面震刀严重。因此，提供一种机械加工方法，避免高型靶材在加工过程中出现震刀纹已经是本领域技术人员亟需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材的机械加工方法可以保证加工后的Quantum系列靶材工件的表面光滑，没有震刀纹，且外观及尺寸符合目标产品的要求。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材的机械加工方法包括如下步骤：

(1)采用立铣刀对Quantum系列靶材的侧面进行切削处理，得到第一靶材；

(2)采用数控机床对步骤(1)得到的第一靶材的斜面进行切削处理，得到目标靶材；

所述数控机床包括四轴联动机床。

本发明首先采用立铣刀对Quantum系列靶材的侧面进行切削处理，然后结合四轴连动机床对斜面进行切削处理，得到表面光滑，没有震刀纹，且外观及尺寸符合要求的目标靶材。

本发明所述Quantum系列靶材的高度可达到200mm左右。本发明通过采用四轴联动数控机床对所述靶材进行切削处理，可以同规格程序控制使得目标靶材的外观符合要求。

优选地，所述Quantum系列靶材包括XL靶材、XXL靶材或MADE靶材中的任意一种。

优选地，步骤(1)所述切削处理所用立铣刀的主轴的转速为1500-2500r/min，例如可以是1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min、2000r/min、2100r/min、2200r/min、2300r/min、2400r/min或2500r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；进给速度为30-60mm/min，例如可以是30mm/min、35mm/min、40mm/min、45mm/min、50mm/min、55mm/min或60mm/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；背吃刀量为0.01-0.05mm，例如可以是0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm或0.05mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述立铣刀包括硬质合金立铣刀。

优选地，所述硬质合金立铣刀包括钨钴立铣刀、钨钛钴立铣刀、钨钛钽立铣刀或钨钛铌立铣刀中的任意一种。

优选地，步骤(2)所述切削处理所用的刀具为侧铣刀盘。

优选地，所述侧铣刀盘上安装有4-10个刀片，例如可以是4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个。

优选地，所述刀片的材质包括钨钴合金、钨钛钴合金、钨钛钽合金或钨钛铌合金中的任意一种。

优选地，步骤(2)所述切削处理所用侧铣刀盘的主轴转速为1500-3000r/min，例如可以是1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min、2000r/min、2100r/min、2200r/min、2300r/min、2400r/min或2500r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；进给速度为30-60mm/min，例如可以是30mm/min、35mm/min、40mm/min、45mm/min、50mm/min、55mm/min或60mm/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；背吃刀量为0.1-1.5mm，例如可以是0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、0.9mm、1.1mm、1.3mm或1.5mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述目标靶材的表面粗糙度为0.3-0.9μm，例如可以是0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm或0.9μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述切削处理与步骤(2)所述切削处理分别独立地采用切削液进行冷却。

优选地，所述切削液包括金属磨削液、切削油、线切割工作液或高温油中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括金属磨削液与切削油的组合，金属磨削液与线切割工作液的组合，金属磨削液与高温油的组合，切削油与高温油的组合，切削油、线切割工作液与高温油的组合或金属磨削液、切削油、线切割工作液与高温油的组合。

作为本发明的优选技术方案，本发明所述Quantum系列靶材的机械加工方法包括如下步骤：

(1)采用立铣刀对Quantum系列靶材的侧面进行切削处理，所述切削处理所用立铣刀的主轴的转速为1500-2500r/min，进给速度为30-60mm/min，背吃刀量为0.01-0.05mm，得到第一靶材；

(2)采用四轴联动机床对步骤(1)得到的第一靶材的斜面进行切削处理，所述切削处理所用侧铣刀盘的主轴转速为1500-3000r/min，进给速度为30-60mm/min，背吃刀量为0.1-1.5mm，得到目标靶材。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举除的上述数值范围之间的任意点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的Quantum系列靶材的机械加工方法可以保证Quantum系列靶材的表面光滑且没有震刀纹；并且保证Quantum系列靶材机械加工的精度以及质量，无需抛光即可达到目标靶材尺寸以及外观要求。

附图说明

图1是本发明所述Quantum系列靶材的机械加工方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。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如图1所述的Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材为XL靶材，所述XL靶材的机械加工方法包括如下步骤：

(1)采用立铣刀对Quantum系列靶材的侧面进行切削处理，所述切削处理所用立铣刀的主轴的转速为1500r/min，进给速度为30mm/min，背吃刀量为0.01mm，得到第一靶材；

(2)采用四轴联动机床对步骤(1)得到的第一靶材的斜面进行切削处理，所述切削处理所用侧铣刀盘的主轴转速为1500r/min，进给速度为30mm/min，背吃刀量为0.1mm，得到目标靶材；所述侧铣刀盘上安装有4个刀片。

步骤(1)所述切削处理与步骤(2)所述切削处理分别独立地采用金属磨削液进行冷却。

采用本实施例提供的Quantum系列靶材的机械加工方法加工得到的XL靶材，可以满足产品尺寸以及外观要求。对加工工件进行尺寸精度、表面粗糙度检测，加工后的工件质量达到了技术指标要求。使用50倍显微镜观察工件，工件侧面以及斜面光滑且没有震刀纹，加工质量良好。

实施例2

本实施例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材为XXL靶材，所述XXL靶材的机械加工方法包括如下步骤：

(1)采用立铣刀对Quantum系列靶材的侧面进行切削处理，所述切削处理所用立铣刀的主轴的转速为2500r/min，进给速度为60mm/min，背吃刀量为0.05mm，得到第一靶材；

(2)采用四轴联动机床对步骤(1)得到的第一靶材的斜面进行切削处理，所述切削处理所用侧铣刀盘的主轴转速为3000r/min，进给速度为60mm/min，背吃刀量为1.5mm，得到目标靶材；所述侧铣刀盘上安装有10个刀片。

步骤(1)所述切削处理与步骤(2)所述切削处理分别独立地采用金属磨削液进行冷却。

采用本实施例提供的Quantum系列靶材的机械加工方法加工得到的XXL靶材，可以满足产品尺寸以及外观要求。对加工工件进行尺寸精度、表面粗糙度检测，加工后的工件质量达到了技术指标要求。使用50倍显微镜观察工件，工件侧面以及斜面光滑且没有震刀纹，加工质量良好。

实施例3

本实施例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材为XXL靶材，所述XXL靶材的机械加工方法包括如下步骤：

(1)采用立铣刀对Quantum系列靶材的侧面进行切削处理，所述切削处理所用立铣刀的主轴的转速为2500r/min，进给速度为60mm/min，背吃刀量为0.03mm，得到第一靶材；

(2)采用四轴联动机床对步骤(1)得到的第一靶材的斜面进行切削处理，所述切削处理所用侧铣刀盘的主轴转速为2000r/min，进给速度为40mm/min，背吃刀量为1.0mm，得到目标靶材；所述侧铣刀盘上安装有6个刀片。

步骤(1)所述切削处理与步骤(2)所述切削处理分别独立地采用金属磨削液进行冷却。

采用本实施例提供的Quantum系列靶材的机械加工方法加工得到的XXL靶材，可以满足产品尺寸以及外观要求。对加工工件进行尺寸精度、表面粗糙度检测，加工后的工件质量达到了技术指标要求。使用50倍显微镜观察工件，工件侧面以及斜面光滑且没有震刀纹，加工质量良好。

实施例4

本实施例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材为XXL靶材，所述XXL靶材的机械加工方法包括如下步骤：

(1)采用立铣刀对Quantum系列靶材的侧面进行切削处理，所述切削处理所用立铣刀的主轴的转速为2000/min，进给速度为50mm/min，背吃刀量为0.04mm，得到第一靶材；

(2)采用四轴联动机床对步骤(1)得到的第一靶材的斜面进行切削处理，所述切削处理所用侧铣刀盘的主轴转速为2500r/min，进给速度为50mm/min，背吃刀量为1.2mm，得到目标靶材；所述侧铣刀盘上安装有8个刀片。

步骤(1)所述切削处理与步骤(2)所述切削处理分别独立地采用线切割工作液进行冷却。

采用本实施例提供的Quantum系列靶材的机械加工方法加工得到的XXL靶材，可以满足产品尺寸以及外观要求。对加工工件进行尺寸精度、表面粗糙度检测，加工后的工件质量达到了技术指标要求。使用50倍显微镜观察工件，工件侧面以及斜面光滑且没有震刀纹，加工质量良好。

实施例5

本实施例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材的机械加工方法除将步骤(1)所述切削处理的转速更改为800r/min，其余均与实施例3相同。

本实施例步骤(1)所述切削处理的转速较低，导致所述XXL靶材的侧面切削处理的效果不佳，进而影响所述XXL靶材的加工质量。

实施例6

本实施例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材的机械加工方法除将步骤(1)所述切削处理的转速更改为3000r/min，其余均与实施例3相同。

本实施例骤(1)所述切削处理的转速较高，不易控制侧面的切削尺寸，加工后所述XXL靶材的尺寸不符合要求。

实施例7

本实施例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材的机械加工方法除将步骤(1)所述切削处理的进给速度更改为20mm/min，其余均与实施例3相同。

本实施例步骤(1)所述切削处理的进给速度较低，导致切削处理的时间，浪费时间。

实施例8

本实施例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材的机械加工方法除将步骤(1)所述切削处理的进给速度更改为80mm/min，其余均与实施例3相同。

本实施例步骤(1)所述切削处理的进给速度过快，不易控制切削的尺寸，致使加工后所述XXL靶材的尺寸不符合要求。

实施例9

本实施例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材的机械加工方法除将步骤(3)所述切削处理的转速更改为800r/min，其余均与实施例3相同。

本实施例步骤(1)所述切削处理的转速较低，导致所述XXL靶材的斜面切削处理的效果不佳，进而影响所述XXL靶材的加工质量。

实施例10

本实施例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材的机械加工方法除将步骤(2)所述切削处理的转速更改为3500r/min，其余均与实施例3相同。

本实施例骤(2)所述切削处理的转速较高，不易控制斜面的切削尺寸，加工后所述XXL靶材的尺寸不符合要求。

实施例11

本实施例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材的机械加工方法除将步骤(2)所述切削处理的进给速度更改为20mm/min，其余均与实施例3相同。

本实施例步骤(2)所述切削处理的进给速度较低，导致切削处理的时间，浪费时间。

实施例12

本实施例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材的机械加工方法除将步骤(2)所述切削处理的进给速度更改为80mm/min，其余均与实施例3相同。

本实施例步骤(2)所述切削处理的进给速度过快，不易控制切削的尺寸，致使加工后所述XXL靶材的尺寸不符合要求。

对比例1

本对比例提供了一种Quantum系列靶材的机械加工方法，所述Quantum系列靶材的机械加工方法包括如下步骤：

(1)利用加长杆加持刀具，对Quantum系列靶材的侧面进行切削处理，得到第一靶材；

(2)利用加长杆加持刀具，对步骤(1)所得第一靶材的斜面进行切削处理，得到目标靶材。

采用本对比例提供的Quantum系列靶材的机械加工方法，在切削过程中，所述Quantum系列靶材的侧面以及斜面震刀严重，需要进行抛光处理。

使用SV2100表面粗糙测试仪对实施例1-12以及对比例1经机械加工后的Quantum系列靶材的表面粗糙度进行测试，所得结果如表1所示。

表1

综上所述，本发明提供的Quantum系列靶材的机械加工方法可以保证Quantum系列靶材的表面光滑且没有震刀纹；并且保证Quantum系列靶材机械加工的精度以及质量，无需抛光即可达到目标靶材尺寸以及外观要求。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于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，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。