大尺寸濺射靶材的表面處理方法

2023-07-06 12:36:41 5

專利名稱：大尺寸濺射靶材的表面處理方法
技術領域：
本發明涉及靶材製造領域，尤其涉及大尺寸濺射靶材的表面處理方法。
背景技術：
物理氣相沉積(Physical V即or D印osition ;PVD)是半導體晶片和TFT-LCD生產 過程中最關鍵的工藝之一，PVD用濺射金屬濺射靶材是半導體晶片生產、薄膜電晶體液晶顯 示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display ;TFT-LCD)設備和薄膜太陽能電池 等製造加工過程中最重要的原材料之一，其中用量最大的是超高純鋁和超高純鋁合金濺射 靶材。 為了滿足濺射的要求，濺射靶材表面的平整度和光潔度必須很高，例如無劃傷、無
凹坑等，濺射靶材表面的平整度和光潔度對所鍍薄膜質量穩定的重要保證。 以常用的大尺寸的鋁或鋁合金濺射靶材(以下簡稱為鋁濺射靶材)為例，在現有
技術中，對於大尺寸的鋁濺射靶材的表面機械加工可以利用銑床來切削。 易知，產品在機械加工之前，一般在其內部有一定的內應力，機械加工時內應力會
從產品內部逐漸的釋放，從而導致產品的變形，使平面度產生偏差。特別地，對於大尺寸的
鋁濺射靶材(長度在1米以上，厚度小於20毫米以下)，在機械加工過程中由於面積比較
大，厚度薄，刀具在工件的表面加工時產生扭力，導致工件振動，影響工件的表面加工質量。 因此，在機械加工過程中，會同時添加切削液。所述切削液在金屬切削中主要起兩
個作用，一是潤滑作用，二是冷卻作用。常規的澆注式切削液在切削加工中的滲透以液體滲
透和氣體滲透兩種方式進行澆注的液體滲透效率較低，在高速切削時效率更低；氣體滲
透是由於澆注在切屑表面裂紋中的液體隨著切削溫度的上升發生汽化而向前刀面進行滲
透的。試驗證明，常規切削液的滲透能力不強，能夠被汽化的液體量很少，使潤滑效果受到限制。 因此，對於大尺寸的濺射靶材，如何選擇一種有效的表面處理方法，使得濺射靶材 表面的平整度和光潔度符合工藝要求，就顯得十分必要。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是在現有大尺寸的濺射靶材的表面處理技術中在切 削時採用普通的切削液以液體滲透方式進行滲透，液體滲透效率較低，滲透能力不強，造成 散熱和潤滑效果欠佳，所述濺射靶材的表面平整度和光潔度較差。 為解決上述問題，本發明提供一種大尺寸濺射靶材的表面處理方法，所述方法包
括提供大尺寸濺射靶材，所述濺射靶材為鋁或鋁合金；對所述濺射靶材的表面進行銑削
加工，在銑削加工過程中採用汽化的酒精進行冷卻。 可選地，所述濺射靶材為矩形的板靶材。 可選地，所述濺射耙材中鋁的純度大於99. 9% 。 可選地，所述在銑削加工過程中採用汽化的酒精進行冷卻包括利用噴霧冷卻裝置通過高壓空氣將酒精以霧狀型態噴灑至所述銑床的銑刀刀尖與所述濺射靶材表面的交接 點上。
可選地，所述銑削加工包括粗加工平面；採用自然時效進行去應力處理；精加工 外形；半精加工；採用自然時效進行去應力處理；精加工平面。
可選地，所述銑刀具有大致呈楔形狀截面的刀頭。
可選地，所述酒精為濃度大於95%的工業酒精。
可選地，所述高壓空氣的壓強為5至7個大氣壓。 與現有技術相比，本發明所提供的大尺寸濺射靶材的表面處理方法，具有以下優 點能在銑削加工過程中對車床的車刀刀尖和濺射靶材表面進行及時冷卻併兼作潤滑，提 高散熱及潤滑效果，製作出表面平整度和光潔度符合工藝要求的產品。


圖1為本發明大尺寸濺射靶材的表面處理方法的流程示意圖； 圖2為本發明大尺寸濺射靶材的表面處理方法所採用的銑刀的結構示意圖； 圖3為本發明大尺寸濺射靶材的表面處理方法的更細化的流程示意圖。
具體實施例方式
本發明的發明人發現在現有大尺寸濺射靶材的表面處理技術中在切削加工時若 採用普通的切削液以液體滲透方式進行滲透，其滲透能力不強，造成散熱和潤滑效果欠佳， 所述濺射靶材的表面平整度和光潔度較差。 有鑑於此，本發明提供一種大尺寸濺射靶材的表面處理方法，所述方法包括提供
大尺寸濺射靶材，所述濺射靶材為鋁或鋁合金；對所述濺射靶材的表面進行銑削加工，在銑
削加工過程中採用汽化的酒精進行冷卻。利用酒精的揮發性，且以呈汽化的汽液兩相流體
進行滲透，具有較佳的散熱效果，提高所述濺射靶材的表面平整度和光潔度。 參考圖1 ，本發明實施方式提供一種大尺寸濺射靶材的表面處理方法，包括如下步
驟 Sl，提供大尺寸濺射靶材，所述濺射靶材為鋁或鋁合金的矩形板靶材； S3，對所述大尺寸濺射靶材的表面進行銑削加工，在銑削加工過程中採用汽化的
酒精進行冷卻。 下面結合附圖對於上述實例過程進行詳細說明。如圖1所示，如步驟S1所述，提 供大尺寸濺射靶材。在本實施例中，所述大尺寸濺射靶材的材料可以是高純度或超高純度 的鋁或者鋁合金，其中所含鋁的純度要大於99. 9%，例如為3N5 (99. 95% ) 、4N5 (99. 995% ) 或5N(99. 999% )。另外，所述大尺寸濺射靶材的形狀可以根據應用環境、濺射設備的實際 要求，例如為矩形、圓形、環形、圓錐形或其他類似形狀(包括規則形狀和不規則形狀)中 的任一種，在本實施例中，為便於說明，選取的是矩形狀的板靶，其尺寸較大，長度在1米以 上，厚度則在20毫米以下，總體而言，所述大尺寸濺射靶材尺寸大但厚度薄。
接著執行步驟S3，對所述大尺寸濺射靶材的表面進行銑削加工，在銑削加工過程 中採用汽化的酒精進行冷卻。 在實際應用中，所述對所述大尺寸濺射靶材的表面進行銑削加工可以分成多個工序來完成。具體來講，如圖3所示，所述銑削加工可以包括如下各工序S31，粗加工平面；
S32，採用自然時效進行去應力處理；S33，精加工外形；S34，半精加工；S35，採用自然時效
進行去應力處理；S36，精加工平面。
現對上述各工藝進行詳細說明。 在S31中，對待加工的原始濺射靶材(以下稱為靶材坯料)進行粗加工，去除平面 的大部分餘量以獲得比較規則的半成品。所述提供的靶材坯料的型態一般呈不規則，各平 面凹凸不平，甚至可能存在有凹溝和/或稜角。因此在所述粗加工工藝中，根據工藝要求 (最終產品的尺寸)，去除所述靶材坯料的平面的大部分餘量。 在實際機械加工中，對於製作大尺寸濺射靶材，通常是採用銑床進行銑削加工，即 利用銑刀的旋轉運動和待加工的原始濺射靶材的直線進給來切削工件。需要注意的是在 銑削時設定的吃刀量一定要適中，過薄，會增加銑削的次數，降低工作效率；過厚，則會增加 銑刀與待加工的濺射靶材的摩擦力，造成啃刀現象，損傷銑刀和待加工的濺射靶材，使得所 述濺射靶材的表面不平整，例如有凹坑。另外，在銑削過程中，為確保待加工的濺射靶材的 表面光潔度，所述銑刀的轉速要快，而濺射靶材的進給要慢一些。 特別地，在所述切削過程中，利用噴霧冷卻裝置通過高壓空氣將酒精以霧狀型態 噴灑至所述銑床的銑刀刀尖與所述靶材坯料的交接點上，以起到冷卻和潤滑的作用。在本 實施例中，採用的銑床的銑刀可如圖2所示，銑刀2包括刀體20和設於刀體20上的刀頭 22，所述刀體20供裝配至銑床上，所述刀頭22的截面大致呈由其臨近刀體20的底端向頂 端漸縮的楔形狀。所述用作冷卻劑和潤滑劑的酒精採用的是濃度大於95%的工業酒精，使 得所述酒精汽化的高壓空氣的壓強為5至7個大氣壓。 由於酒精汽化後形成的汽液兩相流體噴射到所述銑刀刀尖與所述靶材坯料的表 面形成的銑削區時，具有較高的速度，動能較大，因此滲透能力較強。在金屬加工中切削熱 主要來源於金屬的塑性變形，所述銑削區的冷卻過程就是固體與流體之間的傳熱過程，由 於流體與固體分子之間的吸引力和流體粘度作用，在固體表面就有一個流體滯流層，從而 增加了熱阻。滯流層越厚，熱阻越大，而滯流層的厚度主要取決於流體的流動性即粘度。粘 度小的流體冷卻效果比粘度大的流體冷卻效果好。而酒精汽化後形成的汽液兩相流體的粘 度就較小，所以具有良好的冷卻效果。 另外，在汽液兩相射流中微量液體的尺寸很小，遇到溫度較高的金屬極易汽化，可 從多個方面向銑刀的前刀面滲透，因而潤滑效果較好，可降低濺射靶材的振動和變形，提高 其表面銑削加工的質量。 在S32中，採用自然時效處理，將進行粗加工平面後的靶材坯料放置在自然環境 (例如室溫下室內環境)中，以消除所述靶材坯料的內應力。所述放置的時間一般要大於8 小時。 在S33中，對所述靶材坯料進行精加工外形，去除側面的部分餘量，獲得與精加工 相似的半成品。所述S33與上述S31相類似，在銑削加工過程中，施加有汽化的酒精進行冷卻。 在S34中，對所述靶材坯料進行半精加工，去除平面的小部分餘量，獲得與精加工 相似的半成品。相比於S31，在S34中去除的餘量要相對較小。類似地，在銑削加工過程中， 施加有汽化的酒精進行冷卻。
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在S35中，採用自然時效處理，將進行半精加工平面後的靶材坯料放置在自然環
境中，以消除所述半成品的內應力。所述放置的時間 一般要大於8小時。 在S36中，對所述靶材坯料進行精加工，去除平面和/或側面的微小餘量，製作完
成大尺寸濺射靶材的產品。在銑削加工過程中，施加有汽化的酒精進行冷卻。 以下以4N5或5N的矩形鋁濺射板耙為例來說明進行表面處理的工藝步驟及結
果 所述鋁濺射板靶指的是其長度和寬度要遠遠大於厚度的靶材，假設初始的用以制 作鋁濺射板靶的坯料的原始尺寸為2020 X 1020 X 18 (單位為毫米)，按照工藝要求，表面處 理的目標尺寸為2000 X 1000 X 14 (單位為毫米)。 (1)將所述靶材坯料固定在銑床上，對所述靶材坯料的尺寸較大的兩平面進行粗 加工，在銑削過程中利用噴霧冷卻裝置通過高壓空氣將酒精以霧狀型態噴灑至所述銑床的 銑刀刀尖與所述濺射靶材表面的交接點上，以起到冷卻和潤滑作用。假設在粗加工中設定 銑刀的吃刀量為1毫米，則經過一輪銑削，所述靶材坯料的厚度變為18-1X2 = 16毫米。
(2)採用自然時效處理，將進行粗加工後的坯料放置在自然環境中至少8小時，以 消除所述半成品的內應力。 (3)對所述靶材坯料進行精加工外形，去除側面的部分餘量，在銑削過程中利用噴 霧冷卻裝置通過高壓空氣將酒精以霧狀型態噴灑至所述銑床的銑刀刀尖與所述濺射靶材 表面的交接點上。假設在精加工外形中設定銑刀的吃刀量為io毫米，則經過一輪銑削，所 述靶材坯料的長度變為2020-10X2 = 2000毫米，寬度變為1020-10X2 = 1000毫米。
(4)對所述半成品進行半精加工，去除平面的小部分餘量，在銑削過程中利用噴霧 冷卻裝置通過高壓空氣將酒精以霧狀型態噴灑至所述銑床的銑刀刀尖與所述濺射靶材表 面的交接點上。假設在半精加工中設定銑刀的吃刀量為0.7毫米，則經過一輪銑削，所述靶 材坯料的厚度變為16-0. 7X2 = 14. 6毫米。 (5)採用自然時效處理，將進行半精加工後的坯料放置在自然環境中至少8小時， 以消除所述半成品的內應力。 (6)對所述靶材坯料進行精加工，去除平面的微小餘量，在銑削過程中利用噴霧冷 卻裝置通過高壓空氣將酒精以霧狀型態噴灑至所述銑床的銑刀刀尖與所述濺射靶材表面 的交接點上。假設在半精加工中設定銑刀的吃刀量為0.3毫米，則經過一輪銑削，所述靶材 坯料的厚度變為14. 6-0. 3X2 = 14毫米。 通過上述各步驟製作完成大尺寸濺射靶材的產品，且由於採用了汽化的酒精，能
對銑刀刀尖和濺射靶材表面的銑削區及時冷卻，且在銑刀與濺射靶材表面之間起到了很好
的潤滑效果，可降低濺射靶材的振動和變形，提高其表面銑削加工的質量。 雖然本發明己以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術
人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應
當以權利要求所限定的範圍為準。
權利要求
一種大尺寸濺射靶材的表面處理方法，其特徵在於，所述方法包括提供大尺寸濺射靶材，所述濺射靶材為鋁或鋁合金；對所述濺射靶材的表面進行銑削加工，在銑削加工過程中採用汽化的酒精進行冷卻。
2. 根據權利要求1所述的大尺寸濺射靶材的表面處理方法，其特徵在於，所述濺射靶 材為矩形的板靶材。
3. 根據權利要求1所述的大尺寸濺射靶材的表面處理方法，其特徵在於，所述濺射靶 材中鋁的純度大於99.9%。
4. 根據權利要求1所述的大尺寸濺射靶材的表面處理方法，其特徵在於，所述在銑削 加工過程中採用汽化的酒精進行冷卻包括利用噴霧冷卻裝置通過高壓空氣將酒精以霧狀 型態噴灑至所述銑床的銑刀刀尖與所述濺射靶材表面的交接點上。
5. 根據權利要求4所述的大尺寸濺射靶材的表面處理方法，其特徵在於，所述銑削加 工包括粗加工平面；採用自然時效進行去應力處理；精加工外形；半精加工；採用自然時 效進行去應力處理；精加工平面。
6. 根據權利要求4所述的大尺寸濺射靶材的表面處理方法，其特徵在於，所述銑刀具 有大致呈楔形狀截面的刀頭。
7. 根據權利要求4所述的大尺寸濺射靶材的表面處理方法，其特徵在於，所述酒精為 濃度大於95%的工業酒精。
8. 根據權利要求4所述的大尺寸濺射靶材的表面處理方法，其特徵在於，所述高壓空 氣的壓強為5至7個大氣壓。
全文摘要
本發明提供一種大尺寸濺射靶材的表面處理方法，包括提供大尺寸濺射靶材，所述濺射靶材為鋁或鋁合金；對所述濺射靶材的表面進行銑削加工，在銑削加工過程中採用汽化的酒精進行冷卻。與現有技術相比，本發明通過採用汽化的酒精進行冷卻，使得酒精汽化後形成的汽液兩相流體能起到良好的冷卻和潤滑的效果，提高濺射靶材在銑削加工中的表面平整度和光潔度。
文檔編號B23C3/13GK101704124SQ200910224769
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月17日 優先權日2009年11月17日
發明者劉慶, 姚力軍, 潘傑, 王學澤, 鮑偉江 申請人:寧波江豐電子材料有限公司