钛靶材的加工方法.pdf

一种钛靶材的加工方法，包括：通过三次精度渐增的机械加工对钛工件进行处理，其中，在三次机械加工过程中用全周夹具固定钛工件，并且至少在第一次机械加工和第二次机械加工之间对钛工件进行应力释放。通过所述钛靶材的加工方法获得的钛靶材具有较好的表面纹路一致性，以及较低的表面粗糙度。

1.  一种钛靶材的加工方法，其特征在于，包括：通过三次精度渐增的机械加工对钛工件进行处理，其中，在三次机械加工过程中用全周夹具固定钛工件，并且至少在第一次机械加工和第二次机械加工之间对钛工件进行应力释放。

2.  如权利要求1所述的钛靶材的加工方法，其特征在于，在第二次机械加工和第三次机械加工之间也对钛工件进行应力释放。

3.  如权利要求1或2所述的钛靶材的加工方法，其特征在于，所述应力释放包括：将钛工件闲置至少8小时。

4.  如权利要求1所述的钛靶材的加工方法，其特征在于，在第一次机械加工后对钛工件进行整平后再进行应力释放。

5.  如权利要求4所述的钛靶材的加工方法，其特征在于，所述整平包括：采用压力机对钛工件进行整平。

6.  如权利要求4所述的钛靶材的加工方法，其特征在于，所述应力释放包括：将钛工件闲置至少8小时。

7.  如权利要求6所述的钛靶材的加工方法，其特征在于，所述将钛工件闲置为将钛工件置于室温条件下。

钛靶材的加工方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及钛靶材的加工方法。
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，在对于钛进行加工以制作靶材时发现，钛在高速加工时容易发生变形，使得加工后的表面纹路不一致，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，对钛进行加工以制作靶材时，钛容易发生变形，从而影响加工后的表面纹路以及表面粗糙度的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种钛靶材的加工方法，包括：通过三次精度渐增的机械加工对钛工件进行处理，其中，在三次机械加工过程中用全周夹具固定钛工件，并且至少在第一次机械加工和第二次机械加工之间对钛工件进行应力释放。
可选的，在第二次机械加工和第三次机械加工之间也对钛工件进行应力释放。
可选的，在第一次机械加工后对钛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：将钛工件闲置至少8小时。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：通过全周夹具固定钛工件，由于全周夹具包裹了钛工件的整个外形，使得钛工件在加工过程中的受力比较均匀，不易产生振动，从而减小了钛工件的变形。
并且，在各次机械加工之间对钛工件进行应力释放，也减小了由于加工过程中的应力释放导致的变形。
因此，经过上述钛靶材加工方法获得的钛靶材，其表面纹路的一致性较高，且表面粗糙度较低。
附图说明
图1是本发明钛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铝工件的示意图；
图3是钛靶材加工过程中使用图2b所示全周夹具的示意图；
图4是本发明钛靶材的加工方法的一种实施例流程图。
具体实施方式
通过对现有钛靶材的加工技术分析发现，钛的导热系数小，在高速加工时局部升温高，刀具容易磨损。并且，钛在高温下容易形成氧化物，不利于加工。而钛的弹性模量也较低，由于现有进行加工时普遍采用普通夹具，其并不能完全包裹钛工件，因而在加工时钛工件容易出现反弹，不仅会导致加工表面纹路不一致，还使得刀具容易崩刀。
因此，为了减小高速加工时钛工件的变形程度，就需要从固定钛工件以及减小钛工件本身变形入手。
参照图1所示，本发明钛靶材的加工方法的一种实施方式包括：
步骤s1，以全周夹具固定钛工件，进行第一次机械加工；
步骤s2，对钛工件进行应力释放；
步骤s3，以全周夹具固定钛工件，进行第二次机械加工，其精度高于第一次机械加工；
步骤s4，以全周夹具固定钛工件，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，其目的在于去除钛工件大部分的余量，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，其精度要高于第一次机械加工，其目的在于去除钛工件小部分的余量，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，其目的在于对钛工件进行最后的精细加工以获得最终的钛靶材。
上述实施方式中，在第一次机械加工和第二次机械加工之间进行应力释放是因为，在机械加工之前，一般在钛工件内部有一定的内应力。在机械加工时所述内应力会从钛工件内部逐渐的释放，从而导致钛工件的变形，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，来消除钛工件的内应力，以减小钛工件的变形。
而上述实施方式中，各次机械加工时，钛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钛工件的示意图。对比图2a和图2b可以发现，普通夹具20是通过三角固定的方式来固定钛工件10，而全周夹具21则包裹整个钛工件10。相对普通夹具20，全周夹具21使得钛工件10在高速加工过程中的受力更加均匀。参照图3所示，在刀具30对钛工件10进行高速加工的过程中，全周夹具21使得钛工件10更加稳定，不易产生振动。从而，也从另一方面减小钛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钛工件进行应力释放。如前所述，在第二次机械加工(半精加工)后，钛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钛工件的变形。
可选的，在第一次机械加工后对钛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，钛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钛工件的变形，可以在应力释放之前，先对钛工件进行校正。具体地说，可以采用压力机对钛工件进行校正。使用压力机时，对钛工件施加的压力小于60吨。因为压力过大可能会造成钛工件的断裂。
可选的，所述应力释放包括：将钛工件闲置至少8小时。所述将钛工件闲置为将钛工件置于室温条件下。
图4是本发明钛靶材的加工方法的一种实施例流程图。参照图4所示，所述钛靶材的加工方法包括：
步骤s10，以全周夹具固定钛工件，在车床上对钛工件进行第一次机械加工，切削去除钛工件的至少一半余量；
步骤s20，采用压力机对钛工件进行整平，并在整平后对钛工件进行应力释放；
步骤s30，以全周夹具固定钛工件，在车床上对钛工件进行第二次机械加工，切削去除钛工件剩余余量的至少一半；
步骤s40，对钛工件再次进行应力释放；
步骤s50，以全周夹具固定钛工件，在车床上对钛工件进行第三次机械加工，切削去除钛工件的剩余余量。
以下结合图3和图4对上述各步骤进一步说明。
步骤s10，以全周夹具固定钛工件，在车床上对钛工件进行第一次机械加工，切削去除钛工件的至少一半余量。由于有全周夹具21将钛工件10固定，当使用刀具30对钛工件10进行切削时，钛工件10不易产生振动。因此在第一次机械加工时就可以避免因为钛工件10的反弹，造成刀具30崩刀。同时，由于在加工时钛工件10的稳定，刀具30在钛工件10表面形成的纹路也能保持一致。而通过第一次机械加工的快速大量切削，也使得钛工件10形成钛靶材的初步形状。
步骤s20，采用压力机对钛工件进行整平，并在整平后对钛工件进行应力释放。在第一次机械加工后，将钛工件10从全周夹具21中取出，并放入压力机中对钛工件10进行整平，以校正钛工件10在第一次机械加工时产生的变形。在整平后，将钛工件10闲置8小时或8小时以上，进行应力释放，以消除钛工件10内的应力。
步骤s30，以全周夹具固定钛工件，在车床上对钛工件进行第二次机械加工，切削去除钛工件剩余余量的至少一半。在应力释放后，再次以全周夹具21固定钛工件10，对钛工件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钛靶材的半成品。
步骤s40，对钛工件再次进行应力释放。经过了第二次机械加工，钛工件10内部又会产生新的应力，因而可以通过再一次的应力释放，来减小钛工件10的变形。通过将钛工件10闲置8小时或8小时以上，进行应力释放，以消除钛工件10内的应力。
步骤s50，以全周夹具固定钛工件，在车床上对钛工件进行第三次机械加工，切削去除钛工件的剩余余量。在第二次应力释放后，再次以全周夹具21固定钛工件10，对钛工件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。通过本次机械加工，获得最终的钛靶材。
综上所述，通过在加工过程中以全周夹具固定钛工件，并在各次机械加工之间进行应力释放，或者更进一步加入整平，减小了钛工件在加工过程中的变形。从而，使得最终形成钛靶材表面的纹路一致性较高，且具有较低的表面粗糙度。经实验证实，钛靶材表面的粗糙度(Ra)可以达到0.4以下。
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。