[发明专利]一种高纯金属溅射靶材的表面处理方法

说明书

本发明属于靶材制备加工技术领域，具体涉及一种高纯金属溅射靶材的表面处理方法。靶材经表面精密机加工、表面研磨、表面清洗后，采用连续波激光热处理法、扫描电子束法或非相干宽带频光源法对靶材表面快速热处理，通过快速热处理的肌肤效应，使靶材表面硬化层发生再结晶，消除硬化层中的应力和位错，得到与基体基本一致的再结晶组织。该方法工艺简单、速度快、通用性高、适用于不同尺寸靶材、制备过程中材料无污染、材料损耗小，且该法绿色环保。

技术领域

本发明属于靶材制备加工技术领域，具体涉及一种高纯金属溅射靶材的表面处理方法。

背景技术

半导体集成电路(IC)使用的金属溅射靶材在机加工(如车削、研磨、机械抛光)时，总会引入硬化层，特别是集成电路中常用的钴靶、钛靶、钽靶、镍靶及其合金靶材，因材料硬度大、产品尺寸大，在进行表面车削加工的过程中，刀具会发生磨损，刀具磨损钝化后切削能力减弱，在金属表层引入大量位错与应力，使表层粗糙度和硬度增加。材料表面的硬化层使得靶材溅射时表面金属原子逸出功增大，导致靶材溅射速度小、初期溅射的薄膜均匀性差。

为了消除靶材表面硬化层的影响，靶材在正式使用前要进行预溅射，也称烧靶。烧靶过程一般采用大功率进行溅射去除表层，不同厚度的材料硬化层需要不同的烧靶时间，该过程产生了大量的时间成本与材料成本。为消除靶材表面硬化层研究人员开展了大量的工作，专利CN101700616中将靶材表面进行加工，加工过程中使用酒精喷淋，通过抛光提高靶材光洁度，由于酒精易燃，该方法危险性高；专利US6749103中靶材经机加工后进行抛光处理，再进行酸洗腐蚀，该方法需要酸洗溶液，靶材在酸溶液浸泡过程中，容易腐蚀到靶材背板材料，操作难度大且会污染环境；专利WO2008067150中使用磁控溅射设备对靶材表面进行溅射处理，消除靶材表层硬化层，该方法采用特定的溅射机台对靶材溅射，不具有通用性。

发明内容

本发明的目的是提出一种高纯金属溅射靶材的表面处理方法，靶材在真空条件下进行表面快速热处理，使表面发生浅层再结晶，消除表层硬化。具体技术方案如下：

一种高纯金属溅射靶材的表面处理方法，包括如下步骤：

1)靶材进行表面精密机加工；

2)步骤1)所得靶材进行表面研磨，然后对表面进行清洗；

3)步骤2)所得靶材在真空条件下进行表面快速热处理；

所述表面快速热处理采用连续波激光热处理法、扫描电子束法或非相干宽带频光源法。

步骤1)中精密机加工后的靶材表面粗糙度≤0.8μm。

所述连续波激光热处理法和扫描电子束法的扫描方式为搭接往复扫描方式或螺旋扫描方式。

所述连续波激光热处理法的激光功率为1～3kW，激光散焦距离为20～50mm，光斑直径为10～50mm，扫描速度为10～50mm/s，加热的温度为350～450℃。

所述连续波激光热处理法扫描过程中靶材倾斜角度为10°～30°。

所述扫描电子束法的电子束斑功率密度为1～3kW/cm²，扫描速度为10～50mm/s，加热速度为100～200℃/s，加热的温度为350～450℃。

所述非相干宽带频光源法的扫描方式为整体辐照方式，非相干宽带频光源为卤光灯、电弧灯、石墨加热器或红外设备。

所述非相干宽带频光源法的加热速度为50～100℃/s，加热的温度为350～450℃，保温时间为1～10min。