[发明专利]铜靶材的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及铜靶材的加工方法。

背景技术

通过溅射方法在基底上形成的薄膜的质量会受到用于溅射的靶材表面粗糙度的影响。当尺寸超过一定水平的凸起存在于靶材表面时，可在凸起上产生异常放电(微电弧放电)。所述异常放电可导致大粒子从靶材的表面溅出并沉积于基地上。沉积的大粒子可在薄膜上形成斑点并导致半导体器件的短路。

许多材料可被用来制作靶材，包括铜、铝、钛等。在具体应用中，靶材可包括合金或其他金属的混合物，例如铜、铝、钛中的一种或多种。靶材也可包括具体金属材料的所谓“高纯度”形式，例如铜、铝、钛中的一种或多种中的99.9％～99.9999％的纯度。

目前，在对铜进行加工以制作靶材时发现，无氧铜(纯度为99.995％的金属铜)在高速加工时容易与空气中的氧气、水和二氧化碳相互作用而发生氧化(生锈)，使得制成的铜靶材性能降低，甚至不能达到靶材的要求。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中，对铜进行加工以制作靶材时，铜容易发生氧化，从而影响制成的铜靶材性能的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种铜靶材的加工方法，包括：在对铜工件进行机械加工时采用喷雾冷却。

可选的，所述机械加工包括三次精度渐增的机械加工，其中，在第三次机械加工时采用喷雾冷却。

可选的，在机械加工过程中用全周夹具固定铜工件。

可选的，在机械加工过程中用刀头具有凸部的刀具加工铜工件。

可选的，在两次机械加工之间对铜工件进行应力释放。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

在机械加工时采用喷雾冷却，可以隔离铜工件表面和空气中的水分接触，从而防止无氧铜在高速加工过程中氧化。

在机械加工时采用喷雾冷却，也减少了铜工件表面被划伤的情况，并且可以减小加工过程中刀具的磨损程度，进而降低成本。

通过全周夹具固定铜工件，由于全周夹具包裹了铜工件的整个外形，使得铜工件在加工过程中的受力比较均匀，不易产生振动，从而减小了铜工件的变形。

通过改变刀具的刀头结构使刀具加工时的作用力减小，进一步减小了铜工件在加工过程中的变形，同时也减小了加工过程中刀具的磨损程度。

在各次机械加工之间对铜工件进行应力释放，也减小了由于加工过程中的应力释放导致的变形。

附图说明

图1是本发明铜靶材的加工方法的一种实施方式流程图；

图2a和图2b分别是普通夹具和全周夹具固定铜工件的示意图；

图3a和图3b分别是普通刀具和特殊刀具的刀头示意图；

图4是铜靶材加工过程中使用图2b所示全周夹具和图3b所示刀具的示意图；

图5是本发明铜靶材的加工方法的一种实施例流程图。

具体实施方式

铜氧化是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳相互作用的结果，因此，为了防止铜氧化，需要隔离铜与空气中的氧气、水或二氧化碳接触。发明人发现，在对铜工件进行机械加工时，采用喷雾冷却可以隔离铜与空气中的水分接触，因为喷雾冷却使用的切削液喷射到铜工件的切削区，即切削液喷射在铜工件表面，隔离了铜工件表面与空气中的水分接触。

切削液在金属切削中主要起两个作用，一是润滑作用；二是冷却作用。切削液能否充分发挥有效的润滑作用，其渗透能力强弱是一个重要的因素。常规的浇注式切削液在切削加工中的渗透以液体渗透和气体渗透两种方式进行：浇注的液体渗透效率较低，在高速切削时效率更低；气体渗透是由于浇注在切屑表面裂纹中的液体随着切削温度的上升发生汽化而向前刀面进行渗透的。试验证明，常规切削液的渗透能力不强，能够被汽化的液体量很少，使润滑效果受到限制。而喷雾冷却形成的两相流体，能够弥补切削液渗透能力的不足。气液两相流体喷射到切削区时，有较高的速度，动能较大，因此渗透能力较强。此外，在气液两相流体中微量液体的尺寸很小，遇到温度较高的金属极易汽化，可从多个方面向刀具前刀面渗透。虽然射流中的液体量很少，但被汽化的部分则比连续浇注切削液时多，因而润滑效果较好。

另一方面，在金属加工中切削热主要来源于金属的塑性变形，切削区的冷却过程就是固体与流体之间的传热过程。由于流体与固体分子之间的吸引力和流体粘度作用，在固体表面就有一个流体滞流层，从而增加了热阻。滞流层越厚，热阻越大，而滞流层的厚度主要取决于流体的流动性即粘度。粘度小的流体冷却效果比粘度大的流体冷却效果好。例如，可以选用酒精作为切削液，因为酒精相对于其他溶液来说，其粘度更小。

参照图1所示，本发明铜靶材的加工方法的一种实施方式包括：