专利名称：铜靶材的加工方法
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耙材表面粗 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，耙材 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)在高速加工时容易发生变形，使得加工后的表面紋路不一致，且表面 粗糙度较大。
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 发生变形，从而影响加工后的表面紋路以及表面粗糙度的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种铜靶材的加工方法，包括通过三次 精度渐增的机械加工对铜工件进行处理，其中，在三次机械加工过程中用全 周夹具固定铜工件，并且至少在第一次机械加工和第二次积4成加工之间对铜 工件进行应力释放。可选的，在三次才几械加工过程中用刀头具有凸部的刀具加工铜工件。 可选的，在第二次机械加工和第三次机械加工之间也对铜工件进行应力 释放。
可选的，在第一次机械加工后对铜工件进行整平后再进行应力释放。
可选的，所述应力释放包括将铜工件闲置至少8小时。 可选地，在第三次机械加工时采用喷雾冷却。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点
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。
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。
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。
在第三次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， 并且可以防止无氧铜表面在高速加工过程中的氧化和减小加工过程中刀具的 磨损程度，进而降低成本。
因此，经过上述铜靶材的加工方法获得的铜靶材，其表面紋路的一致性 较高，且表面粗糙度较低。
图1是本发明铜靶材的加工方法的一种实施方式流程图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。
具体实施例方式
在机械加工之前， 一般在铜工件内部有一定的内应力。在机械加工时所 述内应力会从铜工件内部逐渐的释放，从而导致铜工件的变形，Y吏平面度产 生偏差。
此外，通过对现有铜耙材的加工技术分析发现，铜工件在高速加工过程 中会由于固定不稳而产生振动，导致铜工件因受力不均而变形，使平面度降 低。
因此，为了减小加工时铜工件的变形程度，就需要从减小铜工件本身变 形以及固定铜工件入手。
参照图l所示，本发明铜耙材的加工方法的一种实施方式包括 步骤sl，以全周夹具固定铜工件，进行第一次机械加工； 步骤s2,对铜工件进行应力释》丈；
步骤s3，以全周夹具固定铜工件，进行第二次机械加工，其精度高于第 一次枳j械加工；
步骤s4,以全周夹具固定铜工件，进行第三次机械加工，其精度高于或 等于第二次机械加工。
上述实施方式中，第一次机械加工为粗加工，其目的在于去除铜工件大 部分的余量，以获得较规则的半成品，也就是说，切削出靶材的大致形状。 而第二次机械加工为半精加工，其精度要高于笫一次机械加工，其目的在于 去除铜工件小部分的余量，以获得更接近于实际靶材形状尺寸要求的半成品。 而第三次机械为精加工，其精度要高于或等于第二次机械加工，其目的在于 对铜工件进行最后的精细加工以获得最终的铜靶材。上述实施方式中，在第一次机械加工和第二次机才戒加工之间进4亍应力释 放是因为，在机械加工之前， 一般在铜工件内部有一定的内应力。在机械加 工时所述内应力会从铜工件内部逐渐的释放，从而导致铜工件的变形，使平 面度产生偏差。 一般在粗加工和半精加工后容易出现变形，特别是粗加工。 因而，通过在第 一次机械加工(粗加工)后进行应力释放，来消除铜工件的 内应力，以减小铜工件的变形。
而上述实施方式中，各次机械加工时，铜工件都是通过全周夹具固定。
图2a和图2b分别为普通夹具和全周夹具固定铜工件的示意图。对比图2a和 图2b，普通夹具20是通过三角固定的方式来固定铜工件10,而全周夹具21 则包裹整个铜工件IO。相对普通夹具20，全周夹具21^吏得铜工件IO在高速 加工过程中的受力更加均匀。
可选的，在各次机械加工时，都是用特殊刀具加工铜工件。图3a和图3b 分别为普通刀具和特殊刀具的刀头示意图。对比图3a和图3b,刀具31的刀 头具有凸部31a，相对普通刀具30，特殊刀具31的刀头与铜工件的接触面小， 4吏-彈刀具加工时的作用力小。
参照图4所示，在刀具31对铜工件10进行高速加工的过程中，全周夹 具21使得铜工件10更加稳定，不易产生振动，从而可以减小铜工件在加工 过程中的变形。另一方面，刀具31加工时的作用力减小，进而也可以减小铜 工件在加工过程中的变形。
可选的，在第二次机械加工和第三次机械加工之间也对铜工件进行应力 释放。如前所述，在第二次机械加工(半精加工)后，铜工件也容易出现变 形，因而在第二次机械加工后，再次通过应力释放来减小铜工件的变形。
可选的，在第一次机械加工后对铜工件进行整平后再进行应力释放。考 虑到第一次机械加工(粗加工)的过程中，铜工件的形状已经产生了变化， 其内部会产生应力，因而为了进一步减小铜工件的变形，可以在应力释放之前，先对铜工件进行校正。具体地说，可以采用压力机对铜工件进行校正。 使用压力机时，对铜工件施加的压力小于60吨。因为压力过大可能会造成铜 工件的断裂。
可选的，所述应力释放包括将铜工件闲置至少8小时。所述闲置可以 为将铜工件置于室温条件下。通过所述应力释;^文来消除产品内应力。
可选地，在第三次机械加工时采用喷雾冷却。所述喷雾冷却包括将切 削液喷射到切削区。
通过对现有铜靶材的加工技术分析发现，在对铜工件进行精加工车削时， 由于无氧铜材料是一种粘性材料，加工过程中不容易断屑，铜屑呈现丝状， 缠绕在加工刀具上，导致工件表面划伤，出现凹凸不平，表面粗糙度提高， 并且还会磨损刀具。
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 注在切屑表面裂紋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。
由于切削液润滑效果较好，切削时产生的铜屑缠绕在刀具上的几率就减 小，从而可以改善由于铜屑缠绕在刀具上而导致的铜工件表面划伤，出现凹 凸不平等情况。因此，铜工件表面的粗糙度就得以减小，表面更加光滑，并且刀具的磨损程度也得以减小。
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。
此外，无氧铜在高速加工过程中容易氧化(生锈)，而采用切削液和喷雾 冷却方法对铜工件表面进行加工，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。
图5是本发明铜靶材的加工方法的一种实施例流程图。参照图5所示， 所述铜靶材的加工方法包括
步骤s10，以全周夹具固定铜工件，用刀头具有凸部的刀具对铜工件进行 第一次机械加工，切削去除铜工件的至少一半余量；
步骤s20，釆用压力机对铜工件进行整平，并在整平后对铜工件进行应力 释放；
步骤s30,以全周夹具固定铜工件，用刀头具有凸部的刀具对铜工件进行 第二次机械加工，切削去除铜工件剩余余量的至少 一半； 步骤s40,对铜工件再次进行应力释放；
步骤s50,以全周夹具固定铜工件，用刀头具有凸部的刀具对铜工件进行 第三次机械加工，切削去除铜工件的剩余余量，并且采用喷雾冷却。 以下结合图4和图5对上述各步骤进一步说明。
步骤s10,以全周夹具21固定铜工件10,用刀头具有凸部31a的刀具31 对铜工件IO进行第一次机械加工，切削去除铜工件10的至少一半余量。由 于有全周夹具21将铜工件10固定，当使用刀具31对铜工件IO进行切削时，铜工件10不易产生振动。因此在第一次机械力口工时就可以避免因为铜工件10
的反弹，造成刀具31崩刀。同时，由于在加工时铜工件10的稳定，刀具31 在铜工件10表面形成的紋路也能保持一致。用刀头具有凸部31a的刀具31 切削铜工件，刀具的作用力小。而通过第一次机械加工的快速大量切削，也 使得铜工件IO形成铜靶材的初步形状。
步骤s20,采用压力机对铜工件IO进行整平，并在整平后对铜工件10进 行应力释放。在第一次机械加工后，将铜工件10从全周夹具21中取出，并 放入压力机中对铜工件IO进行整平，以校正铜工件IO在第一次才几械加工时 产生的变形。在整平后，将铜工件10闲置8小时或8小时以上，进行应力释 》文，以消除铜工件10内的应力。
步骤s30,以全周夹具21固定铜工件10,用刀头具有凸部31a的刀具31 对铜工件IO进行第二次机械加工，切削去除铜工件IO剩余余量的至少一半。 在应力释;^文后，再次以全周夹具21固定铜工件IO,用刀具31对铜工件10进 行第二次机械加工，本次机械加工相对于第一次机械加工所去除的余量有较 大的减少。通过本次机械加工，获得基本接近于最终铜靶材的半成品。
步骤s40，对铜工件IO再次进行应力释放。经过了第二次机械加工，铜 工件10内部又会产生新的应力，因而可以通过再一次的应力释力文，来减小铜 工件10的变形。通过将铜工件10闲置8小时或8小时以上，进行应力释放， 以消除铜工件10内的应力。
步骤s50,以全周夹具21固定铜工件10,用刀头具有凸部31a的刀具31 对铜工件10进行第三次机械加工，切削去除铜工件10的剩余余量，并且釆 用喷雾冷却。在第二次应力释》文后，再次以全周夹具21固定铜工件IO，用刀 具31对铜工件10进行第三次机械加工，本次机械加工相对于第二次机械加 工所去除的余量有所减少。并且，在进行第三次机械加工的时候，采用喷雾 冷却的方法。具体地说，所述喷雾冷却包括通过适用于车床的喷雾冷却装置将切削液喷射到切削区。所述切削液可以选用粘度较小的液体，例如酒精。 通过本次机械加工，获得最终的铜靶材。
综上所述，通过在加工过程中以全周夹具固定铜工件，并在各次机械加 工之间进行应力释^L,或者更进一步采用刀头具有凸部的刀具加工铜工件和 加入整平，减小了铜工件在加工过程中的变形。并且，还可进一步在第三次 机械加工时采用喷雾冷却的方式，减小切削出的铜屑缠绕在刀具上的几率。 从而，使得最终形成铜靶材表面的紋路一致性较高，且具有较低的表面粗糙 度。
此外，釆用喷雾冷却方式可以防止无氧铜在高速加工过程中的氧化和减 小加工过程中刀具的磨损程度，进而降低成本。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改， 因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种铜靶材的加工方法，其特征在于，包括通过三次精度渐增的机械加工对铜工件进行处理，其中，在三次机械加工过程中用全周夹具固定铜工件，并且至少在第一次机械加工和第二次机械加工之间对铜工件进行应力释放。
2. 如权利要求1所述的铜靶材的加工方法，其特征在于，在三次机械加工过 程中用刀头具有凸部的刀具加工铜工件。
3. 如权利要求1所述的铜靶材的加工方法，其特征在于，在第二次才几械加工 和第三次机械加工之间也对铜工件进行应力释放。
4. 如权利要求1或3所述的铜靶材的加工方法，其特征在于，所述应力释放 包括将铜工件闲置至少8小时。
5. 如权利要求1所述的铜靶材的加工方法，其特征在于，在第一次机械加工 后对铜工件进行整平后再进行应力释放。
6. 如权利要求5所述的铜靶材的加工方法，其特征在于，所述整平包括采 用压力机对铜工件进行整平。
7. 如权利要求5所述的铜靶材的加工方法，其特征在于，所述应力释放包括 将铜工件闲置至少8小时。
8. 如权利要求7所述的铜耙材的加工方法，其特征在于，所述将铜工件闲置 为将铜工件置于室温条件下。
9. 如权利要求1所述的铜耙材的加工方法，其特征在于，在第三次机械加工 时采用喷雾冷却。
10. 如权利要求9所述的铜靶材的加工方法，其特征在于，所述喷雾冷却包括 将切削液喷射到切削区。
11. 如权利要求10所述的铜耙材的加工方法，其特征在于，所述切削液为酒精。
全文摘要
一种铜靶材的加工方法，包括通过三次精度渐增的机械加工对铜工件进行处理，其中，在三次机械加工过程中用全周夹具固定铜工件，并且至少在第一次机械加工和第二次机械加工之间对铜工件进行应力释放。通过所述铜靶材的加工方法获得的铜靶材具有较好的表面纹路一致性，以及较低的表面粗糙度。
文档编号C22F1/08GK101619429SQ20091016536
公开日2010年1月6日 申请日期2009年8月7日 优先权日2009年8月7日
发明者庆 刘, 姚力军, 杰 潘, 王学泽, 鲍伟江 申请人:宁波江丰电子材料有限公司