靶材的處理方法
【專(zhuān)利摘要】一種靶材的處理方法，包括：提供靶材，所述靶材包括邊緣區(qū)域的非濺射區(qū)；對(duì)所述靶材的非濺射區(qū)表面進(jìn)行噴砂處理，形成粗糙面；對(duì)所述粗糙面進(jìn)行熔射處理，在所述非濺射區(qū)表面形成膜層。經(jīng)噴砂處理后，靶材的非濺射區(qū)表面形成粗糙面；接著，對(duì)粗糙面進(jìn)行熔射處理形成膜層，由于粗糙面凹凸不平，熔化的粉末很容易在粗糙面著陸，而不會(huì)滾落。相比于單純的噴砂處理，經(jīng)噴砂、熔射處理后的非濺射區(qū)表面形成的膜層與非濺射區(qū)表面的粘附性強(qiáng)。在將本技術(shù)方案的靶材應(yīng)用到真空濺射較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，即使靶材原子形成堆積，膜層也不會(huì)脫落，保持濺射參數(shù)穩(wěn)定。而且，這顯著提高了靶材的使用壽命，最終可提升多于50%的靶材壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】靶材的處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及真空濺鍍技術(shù)，特別涉及一種真空濺射靶材的處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]真空濺鍍是由電子在電場(chǎng)的作用下加速飛向基片的過(guò)程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和二次電子，電子飛向基片。氬離子在電場(chǎng)的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上成膜，而最終達(dá)到對(duì)基片表面鍍膜的目的。
[0003]參照?qǐng)D1，圖1是現(xiàn)有技術(shù)使用的Ti靶材的側(cè)視示意圖，靶材I包括靶材中心的濺射區(qū)11和除濺射區(qū)11之外的非濺射區(qū)12，非濺射區(qū)12位于靶材邊緣，為靶材的邊緣區(qū)域。濺射區(qū)11的表面光滑，在真空濺射過(guò)程中，氬離子在電場(chǎng)作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子。其中，絕大多數(shù)的靶材原子按照預(yù)定軌跡飛向基片并沉積在基片上成膜，而少量靶材原子會(huì)飛向靶材I的非濺射區(qū)12方向并落在非濺射區(qū)12表面。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，為使得非濺射區(qū)12的表面具有吸附能力，對(duì)非濺射區(qū)表面進(jìn)行噴砂處理，噴砂砂粒對(duì)非濺射區(qū)表面形成沖擊或切削成坑，部分噴砂可能會(huì)嵌入非濺射區(qū)表面，砂粒噴砂處理后的非濺射區(qū)12的表面具有一定粗糙度。這樣，落在非濺射區(qū)12表面的一些靶材原子吸附在非濺射區(qū)12表面。
[0005]但是，在一個(gè)靶材用于真空濺射一段時(shí)間后，非濺射區(qū)12表面的靶材原子堆積形成大塊顆粒。由于噴砂處理后嵌入非濺射區(qū)表面的砂粒與非濺射區(qū)表面的粘附力不強(qiáng)，當(dāng)大塊顆粒達(dá)到一定重力，噴砂砂粒受重力影響脫落，大塊顆粒也隨之脫落，它們落在基片上。砂粒、大塊靶材原子顆粒落在基片上的成膜區(qū)域，會(huì)破壞預(yù)期的成膜參數(shù)如厚度；砂粒、大塊靶材原子顆粒落在基片上的非成膜區(qū)域，會(huì)破壞基片表面電學(xué)參數(shù)，這些問(wèn)題都會(huì)造成濺射參數(shù)不達(dá)標(biāo)，引起真空濺射過(guò)程的監(jiān)控設(shè)備的報(bào)警。
[0006]為避免出現(xiàn)上述問(wèn)題，可能需要頻繁更換靶材，這縮短了靶材的使用壽命，提高了生產(chǎn)成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的問(wèn)題是，現(xiàn)有技術(shù)的真空濺射靶材使用壽命較短。
[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種靶材的處理方法，靶材處理方法包括:
[0009]提供靶材，所述靶材包括邊緣區(qū)域的非濺射區(qū)；
[0010]對(duì)所述靶材的非濺射區(qū)表面進(jìn)行噴砂處理，形成粗糙面；
[0011 ] 對(duì)所述粗糙面進(jìn)行熔射處理，形成膜層。
[0012]可選地，對(duì)靶材的非濺射區(qū)表面進(jìn)行噴砂處理后，還包括使用純凈水或去離子水清洗粗糙面。
[0013]可選地，所述噴砂處理過(guò)程中，噴砂槍槍嘴至非濺射區(qū)表面的距離范圍為150mm ?200mmo
[0014]可選地，噴砂槍噴嘴所噴砂粒所作的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向和所述非濺射區(qū)表面的夾角范圍為40。?55。。
[0015]可選地，所述噴砂處理的壓縮空氣的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)在0.44IMPa?0.539MPa。
[0016]可選地，所述噴砂處理的砂粒型號(hào)為46號(hào)白剛玉。
[0017]可選地，所述熔射處理的溫度控制在1200°C?1350°C。
[0018]可選地，所述熔射處理的熔射距離為60mm?300mm。
[0019]可選地，所述熔射處理的熔射粉末的供給量設(shè)定為40?150g/min。
[0020]可選地，所述熔射處理的熔射粉末為鋁粉末。
[0021 ] 可選地，所述靶材為鈦靶材或鉭靶材。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]經(jīng)噴砂處理后，靶材的非濺射區(qū)表面形成粗糙面，粗糙面凹凸不平，具有“坑”；接著，對(duì)粗糙面進(jìn)行熔射處理形成膜層，由于粗糙面凹凸不平，熔化的粉末很容易在粗糙面著陸，而不會(huì)滾落。并且融化的粉末在粗糙面凝固形成膜層，以粗糙面為基，膜層亦是凹凸不平。更重要的是，相比于單純的噴砂處理，經(jīng)噴砂、熔射處理后的非濺射區(qū)表面形成的膜層與非濺射區(qū)表面的粘附性強(qiáng)。在將本技術(shù)方案的靶材應(yīng)用到真空濺射較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，即使靶材原子形成堆積，膜層也不會(huì)脫落，不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的顆粒物脫落造成濺射參數(shù)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，保持濺射參數(shù)穩(wěn)定。而且，這顯著提高了靶材的使用壽命，最終可提升多于50%的革巴材壽命。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的Ti靶材的側(cè)視示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例的靶材的側(cè)視示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種靶材的處理方法，對(duì)非濺射區(qū)表面進(jìn)行噴砂和熔射處理，在非濺射區(qū)表面形成熔射膜層，該膜層具有良好的粗糙度，該膜層與非濺射區(qū)表面之間具有穩(wěn)定的粘附力，保證非濺射區(qū)表面的靶材原子顆粒不會(huì)滾落。
[0027]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0028]參照?qǐng)D2，提供靶材20，靶材20包括中心位置的濺射區(qū)21和濺射區(qū)21之外的非濺射區(qū)22，非濺射區(qū)22位于靶材20的邊緣，為靶材20的邊緣區(qū)域。
[0029]在具體實(shí)施例中，該靶材20可以是鈦靶材或鉭靶材。在本實(shí)施例中，靶材20為半導(dǎo)體真空濺射用200mm鈦靶材。但不限于此，在其他實(shí)施例中，靶材可以是其他尺寸、類(lèi)型的靶材。
[0030]對(duì)所述非濺射區(qū)22表面進(jìn)行噴砂處理，形成粗糙面(未示出)。噴砂是采用壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速?lài)娚涫鴮娏?銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海南砂)高速?lài)娚涞叫枰幚淼墓ぜ砻妫构ぜ砻娴耐獗砻娴耐獗砘蛐螤畎l(fā)生變化，由于噴料對(duì)工件表面的沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度。對(duì)非濺射區(qū)22表面進(jìn)行噴砂處理，可以改善非濺射區(qū)22表面的機(jī)械性能，提高非濺射區(qū)22表面的抗疲勞性，在將該靶材應(yīng)用到真空濺射時(shí)，避免濺射的靶材原子對(duì)非濺射區(qū)表面造成損傷。最重要的是，對(duì)非濺射區(qū)22表面進(jìn)行噴砂處理，非濺射區(qū)22表面凹凸不平，為后續(xù)的熔射處理過(guò)程打好“基礎(chǔ)”，為熔射粉末提供附著粗糙面，增強(qiáng)非濺射區(qū)22表面與熔射膜層之間的吸附力。
[0031]在具體實(shí)施例中，影響噴砂質(zhì)量的主要因素有:砂粒材料、砂粒大小、砂粒重量、空氣壓力、噴射角度、噴射距離。任何一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)不同程度地影響噴砂的效果。下面詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例中提供的一種噴砂的方法，采用此噴砂技術(shù)對(duì)非濺射區(qū)表面進(jìn)行處理，可以使得非濺射區(qū)表面的粗糙度均勻、色差小。
[0032]在本實(shí)施例中，噴砂處理中的噴砂砂粒為46號(hào)白剛玉，也就是每平方英尺內(nèi)含有46粒白剛玉。將I千克左右的46號(hào)白剛玉倒入噴砂機(jī)，噴砂機(jī)空氣壓強(qiáng)范圍控制在0.44IMPa?0.539MPa，空氣壓力如果大于0.539MPa，則噴砂的動(dòng)力太足，使非濺射區(qū)表面沖擊或切削形成的坑的平均深度加大，影響后續(xù)的熔射的膜層與粗糙面的結(jié)合力。如果空氣壓力小于0.441MPa，則噴砂的動(dòng)力不夠，使防著板的防著面坑的平均深度太小，同樣影響后續(xù)的熔射的膜層與粗糙面的結(jié)合力。
[0033]在具體實(shí)施例中，噴砂處理過(guò)程中，噴砂槍槍嘴至非濺射區(qū)表面的距離是可調(diào)的，可根據(jù)待形成的不同的粗糙度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在本實(shí)施例中，噴砂槍槍嘴至非濺射區(qū)表面的距離范圍為150mm?200mm。而且，噴砂槍噴嘴所噴砂粒所作的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向和非濺射區(qū)表面呈40°?55°范圍的夾角，使得在噴砂槍噴嘴固定不動(dòng)的前提下，砂粒做勻速運(yùn)動(dòng)，確保所述非濺射區(qū)表面噴砂后的表面粗糙度和均勻性一致，即可以保證噴砂的均勻性和預(yù)定的覆蓋范圍。在噴砂處理后，在所述非濺射區(qū)表面形成平均深度5.08 μ m?7.62 μ m的均勻粗糙層。
[0034]在對(duì)非濺射區(qū)表面進(jìn)行噴砂處理后，可以對(duì)所述噴砂后的粗糙面進(jìn)行清洗。在本實(shí)施例中，使用純凈水或去離子水清洗粗糙面，清洗干凈粗糙面的噴砂砂粒，清洗時(shí)間大概為5min?lOmin。而且，對(duì)噴砂后的粗糙面進(jìn)行清洗，清理粗糙面未嵌合的流動(dòng)砂粒、或者未形成強(qiáng)力嵌合的松動(dòng)砂粒，確保粗糙面清潔，后續(xù)熔射處理中的熔射粉末直接粘附在粗糙面，保證熔射粉末的粘附性更好，使得熔射效果更好。在其他實(shí)施例中，若噴砂處理后的粗糙面沒(méi)有噴砂砂粒殘留，或殘留的噴砂砂粒不影響后續(xù)熔射過(guò)程，也可以不進(jìn)行清洗處理。
[0035]對(duì)噴砂處理后的粗糙面進(jìn)行熔射處理，形成膜層。
[0036]熔射，又稱(chēng)熱噴涂或噴焊，其基本原理是將材料(粉末或線(xiàn)材)加熱熔化，在氣體帶送下高速?zèng)_擊附著于底材(或工件)表面、堆積、凝固形成膜厚或涂層，達(dá)到防腐蝕、防銹、耐磨、潤(rùn)滑、表面粗糙化、吸附、絕緣、絕熱....等目的。在本實(shí)施例的熔射處理過(guò)程，熔射材料熔化后呈液態(tài)，由于經(jīng)噴砂處理后的粗糙面凹凸不平，粗糙面更能“兜住”液態(tài)熔射材料，液態(tài)熔射材料在粗糙面凝固形成膜層。由于粗糙面凹凸不平的緣故，膜層亦凹凸不平，而且膜層在粗糙面的粘附力更強(qiáng)。
[0037]在具體實(shí)施例中，影響熔射質(zhì)量的主要因素有:熔射材料、熔射材料的大小、熔射溫度、熔射距離和熔射材料的供給量。任何一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)不同程度地影響噴砂的效果O
[0038]在本實(shí)施例中，熔射處理過(guò)程的熔射材料為鋁粉末、或鋁-硅系合金構(gòu)成的焊接材料粉末，或者，可以為鋁粉末和硅粉的混合粉末(硅的含量保持在5wt?50wt%)。如果硅的含量小于5wt%或者大于50wt%在防著面進(jìn)行熔射處理變的很困難。
[0039]為了使上述熔射粉末在非濺射區(qū)表面部分的接觸，為了使熔射粉末能光滑地通過(guò)熔射槍的細(xì)噴嘴，需要保持50%以上的熔射粉末的形狀為球狀。所述熔射粉末的粒徑范圍最好在20 μ m?100 μ m,如果上述熔射粉末的粒徑大于100 μ m。在相鄰的顆粒之間就會(huì)出現(xiàn)間隙，使得熔射處理后的非濺射區(qū)表面太過(guò)粗糙；如果上述熔射粉末的粒徑小于20 μ m,上述熔射粉末在熔射的過(guò)程中很容易被熔化，不利于涂層的附著。
[0040]在具體實(shí)施例中，在粗糙面上進(jìn)行熔射處理的溫度控制在1200°C?1350°C，如果在非濺射區(qū)表面進(jìn)行熔射處理的溫度小于1200°C，熔射粉末的熔化就不充分，膜層與非濺射區(qū)表面的粘附性較差。如果在防著板上進(jìn)行熔射處理的溫度超過(guò)了 1350°C，就會(huì)使上述粉末內(nèi)部會(huì)完全熔化，會(huì)在粗糙面形成堅(jiān)硬的氧化層，該氧化層會(huì)阻礙膜層與靶材非濺射區(qū)表面的粘附。
[0041]在具體實(shí)施例中，在粗糙面進(jìn)行熔射處理的熔射距離，即熔射槍頭至非濺射區(qū)表面的距離范圍為60mm?300mm，若熔射距離不到60mm，不但熔射粉末過(guò)度熔化，使得粗糙面表面氧化，而且非濺射區(qū)表面會(huì)因加熱出現(xiàn)形狀和組織變化。另外，如果熔射距離超過(guò)300mm，熔射粉末在到達(dá)非濺射區(qū)表面的過(guò)程可能會(huì)再凝固，導(dǎo)致膜層的附著量下降。
[0042]在具體實(shí)施例中，熔射粉末的供給量設(shè)定為40?150g/min。如果熔射粉末的供給量小于40g/min，則膜層在粗糙面的粘附性下降，若熔射粉末的供給量大于150g/min，則粗糙面的附著層變厚，由于冷卻時(shí)的收縮差，使其粘附性下降的同時(shí)，增加成本。
[0043]對(duì)粗糙面進(jìn)行熔射處理的過(guò)程中，為防止粗糙面氧化和粉末粒子的氧化，在粗糙面熔射處理環(huán)境中形成一種氮?dú)獾姆茄趸瘹夥毡容^好。
[0044]熔射后，在所述非濺射區(qū)表面形成平均深度為10.16 μ m?22.86 μ m的均勻粗糙膜層。相比于單純的噴砂處理，經(jīng)噴砂、熔射處理后的非濺射區(qū)表面形成的膜層與非濺射區(qū)表面的粘附性強(qiáng)。在將本實(shí)施例的靶材應(yīng)用到真空濺射較長(zhǎng)時(shí)間，即使靶材原子形成堆積，膜層也不會(huì)脫落，不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的顆粒物脫落造成濺射參數(shù)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，保持濺射參數(shù)穩(wěn)定。而且，這顯著提高了靶材的使用壽命，最終可提升多于50%的靶材壽命。
[0045]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種靶材的處理方法，其特征在于，包括: 提供靶材，所述靶材包括邊緣區(qū)域的非濺射區(qū)； 對(duì)所述靶材的非濺射區(qū)表面進(jìn)行噴砂處理，形成粗糙面； 對(duì)所述粗糙面進(jìn)行熔射處理，在所述非濺射區(qū)表面形成膜層。
2.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，對(duì)靶材的非濺射區(qū)表面進(jìn)行噴砂處理后，還包括使用純凈水或去離子水清洗所述粗糙面。
3.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述噴砂處理過(guò)程中，噴砂槍槍嘴至非濺射區(qū)表面的距離范圍為150mm?200mm。
4.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，噴砂槍噴嘴所噴砂粒所作的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向和所述非濺射區(qū)表面的夾角范圍為40°?55°。
5.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述噴砂處理的壓縮空氣的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)在 0.44IMPa ?0.539MPa。
6.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述噴砂處理的砂粒型號(hào)為46號(hào)白剛玉。
7.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述熔射處理的溫度控制在1200°C?1350 O。
8.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述熔射處理的熔射距離為60mm?300mmo
9.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述熔射處理的熔射粉末的供給量設(shè)定為 40 ?150g/min。
10.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述熔射處理的熔射粉末為鋁粉末。
11.如權(quán)利要求1?10任一項(xiàng)所述的處理方法，其特征在于，所述靶材為鈦靶材或鉭靶材。
【文檔編號(hào)】C23C14/34GK104419902SQ201310396542
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】姚力軍, 相原俊夫, 大巖一彥, 潘杰, 王學(xué)澤, 徐清鋒 申請(qǐng)人:寧波江豐電子材料股份有限公司