CN112809455A - 一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法 - Google Patents

一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，所述抛光方法包括往返进行的第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光；所述往返的次数为15‑25次；所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光的靶材运行速度分别独立地为0.1‑0.3m/s，且分别独立地采用水磨砂带进行；所述水磨砂带的转速为10‑30r/min，规格包括600#白刚玉砂带或800#白刚玉砂带；所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光的过程中分别独立地伴随着冷却水冲刷靶材溅射面；所述冷却水的冲刷速率为600‑800mL/min，温度为5‑25℃。所述抛光方法大幅度降低了靶材溅射面粗糙度的同时，避免了靶材出现开裂现象，并且降低了生产成本，易于推广应用。

Description

一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法
技术领域
本发明属于溅射靶材技术领域，涉及一种抛光方法，尤其涉及一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法。
背景技术
溅射靶材是通过磁控溅射的镀膜***在适当工艺条件下溅射在基板上形成各种功能薄膜的溅射源。溅射靶材的表面粗糙度会对溅射效果产生明显影响，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，甚至在薄膜上形成斑点并导致半导体薄膜电路的短路。
高纯度的钨硅靶材具有硬脆(硬度1300HV以上)的特点，靶材表面难以通过常规的砂纸、百洁布等方式抛光降低其粗糙度；而与背板焊接后由于受热会发生一定程度的变形，因此使用砂轮容易造成开裂问题，且砂轮更换不便，目数选择较少，限制了靶材溅射面粗糙度的进一步降低。
CN 103695852A公开了一种钨硅靶材的制造方法，所述制造方法包括：(1)提供高纯钨粉和高纯硅粉；(2)采用湿混工艺将钨粉和硅粉进行混合，形成混合粉末；(3)采用冷压工艺将所述混合粉末制成钨硅靶材坯料；(4)采用真空热压工艺将所述钨硅靶材坯料制成钨硅靶材。所述发明的制备工艺步骤少，生产速度快，获得了致密度不低于99％的钨硅靶材，并且所述钨硅靶材的微观结构均匀，具有优异的溅射使用性能。然而所述发明并未提供靶材溅射面的抛光方法，因此，所述靶材无法直接用于磁控溅射。
CN 111300157A公开了一种高硬度靶材的表面处理方法，所述表面处理方法包括如下步骤：(1)对靶材溅射面进行第一次磨削处理，得到粗加工靶材；(2)对步骤(1)所得粗加工靶材的溅射面进行第二次磨削处理。所述第一次磨削处理与第二次磨削处理分别独立地在添加切削液的条件下进行。所述发明通过两次独立的磨削处理对靶材的表面进行处理，并通过选择合适的切削液组成以及切削液用量，使得表面处理后靶材的粗糙度Ra降低至0.4以下，且减缓了磨头的磨损，延长了磨头的使用寿命。然而所述发明的工艺流程较为复杂，且对切削液的组成要求较高，提高了加工成本，不利于大规模推广应用。
由此可见，如何提供一种钨硅靶材溅射面的抛光方法，大幅度降低靶材溅射面粗糙度的同时，避免靶材出现开裂现象，并且降低生产成本，易于推广应用，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，所述抛光方法大幅度降低了靶材溅射面粗糙度的同时，避免了靶材出现开裂现象，并且降低了生产成本，易于推广应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种钨硅靶材溅射面的抛光方法，所述抛光方法包括往返进行的第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光。
本发明中，所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光在单次往返中依次进行，大幅度降低了靶材溅射面的粗糙度，并且避免了靶材在抛光过程中出现开裂现象。
优选地，所述往返进行的次数为15-25次，例如可以是15次、16次、17次、18次、19次、20次、21次、22次、23次、24次或25次，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述往返为依次进行第一水磨抛光、第二水磨抛光、第三水磨抛光、第三水磨抛光、第二水磨抛光以及第一水磨抛光；完成1次第一水磨抛光、第二水磨抛光、第三水磨抛光、第三水磨抛光、第二水磨抛光以及第一水磨抛光的循环后，记为完成1次往返。
本发明中，水磨抛光往返进行15-25次后可获得表面光亮的靶材，次数低于15次存在抛光不充分的问题，次数高于25次则导致加工时间不必要的延长。
优选地，所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光的靶材运行速度分别独立地为0.1-0.3m/s，例如可以是0.1m/s、0.12m/s、0.14m/s、0.16m/s、0.18m/s、0.2m/s、0.22m/s、0.24m/s、0.26m/s、0.28m/s或0.3m/s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述靶材运行速度需保持在适中水平，速度低于0.1m/s导致加工时间不必要的延长，速度高于0.3m/s则存在抛光不充分的问题。
优选地，所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光分别独立地采用水磨砂带进行。
优选地，所述水磨砂带的转速为10-30r/min，例如可以是10r/min、12r/min、14r/min、16r/min、18r/min、20r/min、22r/min、24r/min、26r/min、28r/min或30r/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述水磨砂带的转速需保持在适中水平，转速低于10r/min容易导致抛光不充分和加工时间不必要的延长，转速高于30r/min存在靶材开裂风险。
优选地，所述水磨砂带的规格包括600#白刚玉砂带或800#白刚玉砂带。
本发明中，所述水磨砂带的规格对于靶材溅射面的抛光效果影响显著，600#白刚玉砂带或800#白刚玉砂带的表面砂粒尺寸介于600-800目之间，能够在大幅度降低靶材溅射面粗糙度的同时，避免靶材出现开裂现象，提升抛光效果与安全性。
优选地，所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光分别独立地伴随着冷却水冲刷靶材溅射面。
优选地，所述冷却水的冲刷速率为600-800mL/min，例如可以是600mL/min、620mL/min、640mL/min、660mL/min、680mL/min、700mL/min、720mL/min、740mL/min、760mL/min、780mL/min或800mL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述冷却水的温度为5-25℃，例如可以是5℃、10℃、15℃、20℃或25℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述冷却水冲刷靶材溅射面一方面及时清除靶材表面抛光后残留的杂质，另一方面对靶材溅射面起到降温作用，避免温度过高导致靶材开裂。
作为本发明第一方面优选的技术方案，所述抛光方法包括往返进行的第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光；所述往返的次数为15-25次。
所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光的靶材运行速度分别独立地为0.1-0.3m/s，且分别独立地采用水磨砂带进行；所述水磨砂带的转速为10-30r/min，规格包括600#白刚玉砂带或800#白刚玉砂带。
所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光的过程中分别独立地伴随着冷却水冲刷靶材溅射面；所述冷却水的冲刷速率为600-800mL/min，温度为5-25℃。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的抛光方法将靶材溅射面的粗糙度最低可降至0.311μm，同时避免了靶材出现开裂现象，具有良好的安全性；此外，所述抛光方法降低了生产成本，易于大规模推广应用。
附图说明
图1是本发明提供的钨硅靶材溅射面的抛光方法所采用的装置示意图。
其中：1-靶材溅射面；2-第一水磨抛光；3-第二水磨抛光；4-第三水磨抛光。
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
本实施例提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，如图1所示，所述抛光方法为将CN 103695852A公开的制造方法所制造得到的钨硅靶材往返进行的第一水磨抛光2、第二水磨抛光3与第三水磨抛光4；所述往返的次数为20次。
本实施例中，所述第一水磨抛光2、第二水磨抛光3与第三水磨抛光4的靶材运行速度分别独立地为0.2m/s，且分别独立地采用水磨砂带进行；所述水磨砂带的转速为20r/min，规格为600#白刚玉砂带。
本实施例中，所述第一水磨抛光2、第二水磨抛光3与第三水磨抛光4的过程中分别独立地伴随着冷却水冲刷靶材溅射面1；所述冷却水的冲刷速率为700mL/min，温度为15℃。
本实施例所得钨硅靶材的溅射面粗糙度及抛光效果见表1。
实施例2
本实施例提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，如图1所示，所述抛光方法为将CN 103695852A公开的制造方法所制造得到的钨硅靶材往返进行的第一水磨抛光2、第二水磨抛光3与第三水磨抛光4；所述往返的次数为15次。
本实施例中，所述第一水磨抛光2、第二水磨抛光3与第三水磨抛光4的靶材运行速度分别独立地为0.1m/s，且分别独立地采用水磨砂带进行；所述水磨砂带的转速为10r/min，规格为800#白刚玉砂带。
本实施例中，所述第一水磨抛光2、第二水磨抛光3与第三水磨抛光4的过程中分别独立地伴随着冷却水冲刷靶材溅射面1；所述冷却水的冲刷速率为600mL/min，温度为5℃。
本实施例所得钨硅靶材的溅射面粗糙度及抛光效果见表1。
实施例3
本实施例提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，如图1所示，所述抛光方法为将CN 103695852A公开的制造方法所制造得到的钨硅靶材往返进行的第一水磨抛光2、第二水磨抛光3与第三水磨抛光4；所述往返的次数为25次。
本实施例中，所述第一水磨抛光2、第二水磨抛光3与第三水磨抛光4的靶材运行速度分别独立地为0.3m/s，且分别独立地采用水磨砂带进行；所述水磨砂带的转速为30r/min，规格为600#白刚玉砂带。
本实施例中，所述第一水磨抛光2、第二水磨抛光3与第三水磨抛光4的过程中分别独立地伴随着冷却水冲刷靶材溅射面1；所述冷却水的冲刷速率为800mL/min，温度为25℃。
本实施例所得钨硅靶材的溅射面粗糙度及抛光效果见表1。
实施例4
本实施例提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，所述抛光方法中除了往返进行10次，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
本实施例所得钨硅靶材的溅射面粗糙度及抛光效果见表1。
实施例5
本实施例提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，所述抛光方法中除了靶材运行速度为0.5m/s，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
本实施例所得钨硅靶材的溅射面粗糙度及抛光效果见表1。
实施例6
本实施例提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，所述抛光方法中除了水磨砂带的转速为8r/min，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
本实施例所得钨硅靶材的溅射面粗糙度及抛光效果见表1。
实施例7
本实施例提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，所述抛光方法中除了水磨砂带的转速为35r/min，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
本实施例所得钨硅靶材的溅射面粗糙度及抛光效果见表1。
实施例8
本实施例提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，所述抛光方法中除了水磨砂带的规格为400#白刚玉砂带，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
本实施例所得钨硅靶材的溅射面粗糙度及抛光效果见表1。
对比例1
本对比例提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，所述抛光方法为将CN103695852A公开的制造方法所制造得到的钨硅靶材往返进行的第一砂轮抛光、第二砂轮抛光与第三砂轮抛光；；所述往返的次数为20次。
本对比例中，所述第一砂轮抛光、第二砂轮抛光与第三砂轮抛光的靶材运行速度分别独立地为0.2m/s，且分别独立地采用精磨砂轮进行；所述精磨砂轮的转速为20r/min，砂粒规格为600目。
本对比例所得钨硅靶材的溅射面粗糙度及抛光效果见表1。
对比例2
本对比例提供一种钨硅靶材及其溅射面的抛光方法，所述抛光方法为将CN103695852A公开的制造方法所制造得到的钨硅靶材进行40min的砂纸与百洁布手工抛光。
本对比例所得钨硅靶材的溅射面粗糙度及抛光效果见表1。
表1
钨硅靶材 粗糙度(μm) 抛光效果
实施例1 0.311 良好
实施例2 0.408 良好
实施例3 0.574 良好
实施例4 0.873 合格
实施例5 0.795 合格
实施例6 0.783 合格
实施例7 0.563 轻微开裂
实施例8 0.894 轻微开裂
对比例1 0.901 明显开裂
对比例2 2.479 不合格
其中，粗糙度的检测方法为：使用表面粗糙度测试仪(设备型号：日本三丰SJ-210)进行粗糙度检测，检测时将传感器置于靶材溅射面上，中央及边缘各均匀取3点并计算读数平均值，即为溅射面粗糙度；抛光效果的判别方法为：面向靶材的溅射面进行观察，可分辨出人影的五官轮廓为“良好”；只可分别出人影轮廓为“合格”；无法分别出人影轮廓为“不合格”；1米范围内才可观察出裂纹为“轻微开裂”；1米范围外就可观察出裂纹为“明显开裂”。
由表1可知，实施例1-3所得钨硅靶材的溅射面粗糙度最低可降至0.311μm，且抛光效果良好；实施例4-6表明靶材的往返次数过少、运行速度过快及水磨砂带转速过低均会影响抛光效果；实施例7与8表明水磨砂带转速过高及规格不合格均会导致靶材在抛光过程中出现轻微开裂现象；对比例1采用砂轮抛光，极易造成靶材开裂，且砂轮更换不便，目数选择较少，限制靶材溅射面粗糙度的进一步降低；对比例2采用砂纸与百洁布手工抛光，难以达到抛光效果，且耗费大量人力。
由此可见，本发明提供的抛光方法将靶材溅射面的粗糙度最低可降至0.311μm，同时避免了靶材出现开裂现象，具有良好的安全性；此外，所述抛光方法降低了生产成本，易于大规模推广应用。
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。

Claims (10)

1.一种钨硅靶材溅射面的抛光方法，其特征在于，所述抛光方法包括往返进行的第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光。
2.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述往返进行的次数为15-25次。
3.根据权利要求1或2所述的抛光方法，其特征在于，所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光的靶材运行速度分别独立地为0.1-0.3m/s。
4.根据权利要求1-3任一项所述的抛光方法，其特征在于，所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光分别独立地采用水磨砂带进行。
5.根据权利要求4所述的抛光方法，其特征在于，所述水磨砂带的转速为10-30r/min。
6.根据权利要求4或5所述的抛光方法，其特征在于，所述水磨砂带的规格包括600#白刚玉砂带或800#白刚玉砂带。
7.根据权利要求1-6任一项所述的抛光方法，其特征在于，所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光分别独立地伴随着冷却水冲刷靶材溅射面。
8.根据权利要求7所述的抛光方法，其特征在于，所述冷却水的冲刷速率为600-800mL/min；
优选地，所述冷却水的温度为5-25℃。
9.根据权利要求1-8任一项所述的抛光方法，其特征在于，所述抛光方法包括往返进行的第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光；所述往返的次数为15-25次；
所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光的靶材运行速度分别独立地为0.1-0.3m/s，且分别独立地采用水磨砂带进行；所述水磨砂带的转速为10-30r/min，规格包括600#白刚玉砂带或800#白刚玉砂带；
所述第一水磨抛光、第二水磨抛光与第三水磨抛光的过程中分别独立地伴随着冷却水冲刷靶材溅射面；所述冷却水的冲刷速率为600-800mL/min，温度为5-25℃。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的抛光方法抛光处理的钨硅靶材。
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