一种硅靶材的机械加工方法
技术领域
本发明涉及靶材加工领域，具体涉及原材料硬脆特性的半导体材料的加工方法，尤其涉及一种硅靶材的加工方法。
背景技术
磁控溅射是一种利用带电粒子轰击靶材，使靶材原子从表面逸出并均匀沉积在衬底的基片镀膜工艺。磁控溅射以溅射率高、基片温升低、膜-基结合力好，以及优异的金属镀膜均匀性和可控性强等优势成了最优异的基片镀膜工艺并被广泛地应用于如集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器等电子及信息产业的镀膜工艺中。
随着电子信息产业的高速发展，如集成电路制造过程中，芯片的基片尺寸不断提高，而电子器械尺寸不断减小，集成电路的电子器件集成度不断提高，因而对于磁控溅射的镀膜均匀度等要求不断提高。相应地，对于磁控溅射的镀膜质量的关键因素，磁控溅射所使用的靶材的质量也不断提高。如靶材的表面的平面度，平行度等对于镀膜的均匀度质量指标均具有重要影响。所谓的平面度指靶材表面凹凸高度相对理想平面的偏差，平行度指靶材两个平面或者两直线平行的程度，具体地指一个平面(或边)与该平面(或边)相对平面(或边)平行的误差最大允许值。
在靶材制备的对靶材胚料机械加工过程中，需要按照预定尺寸对靶材胚料的边缘，表面进行精加工以提高靶材的平行度和平整度，并使靶材能匹配磁控溅射设备的尺寸要求。但在刀具切削靶材过程中，靶材受到外部载荷作用后，靶材内部的内应力会从靶材内部逐渐的释放，并由此导致产品的变形，使平面度产生偏差；而且刀具与靶材胚料接触后，刀具在工件的表面加工时产生扭力，这些扭力会导致工件振动，从而使靶材产生形变影响工件的表面加工质量。
硅材料被广泛用于集成电路行业，市场前景广阔。其中，硅靶材是靶材中的一种，也可以用于制作靶材的组件。然而，硅材料具有硬度高，脆性大的特点，在硅靶材的机械加工过程中，靶材内部应力释放不完全，产生的扭力作用大，不仅刀具磨损大，而且加工过程中，经常出现靶材碎裂、崩角等情况。
因此，如何提高硅靶材的机械加工质量，获取特定的硅靶材，并提高硅靶材的加工成品率是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅靶材的加工方法，所述硅靶材的加工方法可以有效缩短工序，节约材料，并保证硅靶材加工的精度，以及质量，从而使得加工后的硅靶材的尺寸以及外观符合目标靶材的要求，且刀具的磨损较小，使用寿命较长。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法包括如下步骤：
(1)按照目标靶材的形状，对硅靶材进行第一次磨削处理，得到粗加工硅靶材；
(2)对步骤(1)所得粗加工硅靶材进行第二次磨削处理，得到表面光滑的硅靶材。
本发明通过对硅靶材分别进行第一次磨削处理以及第二次磨削处理，使得硅靶材在处理过程中不会发生崩角或开裂的现象，达到目标靶材尺寸以及外观的要求。
根据实际应用的需求，通过第一次磨削处理，可以将硅靶材胚料加工成任意形状，得到目标靶材所需外观形状。
优选地，步骤(1)所述第一次磨削处理所用的刀具包括立方氮化硼刀具。
优选地，步骤(1)所用立方氮化硼刀具中氮化硼的含量为40-90％，例如可以是40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所用立方氮化硼刀具中氮化硼的粒径为20-30μm，例如可以是20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm或30μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述第一次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为200-400r/min，例如可以还200r/min、220r/min、240r/min、260r/min、280r/min、300r/min、320r/min、340r/min、360r/min、380r/min或400r/min；进给量为0.05-0.3mm/r，例如可以是0.05mm/r、0.08mm/r、0.1mm/r、0.12mm/r、0.14mm/r、0.16mm/r、0.18mm/r、0.2mm/r、0.22mm/r、0.24mm/r、0.26mm/r、0.28mm/r或0.3mm/r，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；进刀量为0.01-0.3mm，例如可以是0.01mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.14mm、0.18mm、0.22mm、0.26mm或0.3mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述粗加工硅靶材的边沿留有余量为0.05-0.10mm，例如可以是0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm或0.10mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所用立方氮化硼刀具中氮化硼的含量为40-90％，例如可以是40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所用立方氮化硼刀具中氮化硼的粒径为2-10μm，例如可以是2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述第二次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为100-300r/min，例如可以是100r/min、120r/min、140r/min、160r/min、180r/min、200r/min、220r/min、240r/min、260r/min、280r/min或300r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；进给量为0.01-0.03mm/r，例如可以是0.01mm/r、0.015mm/r、0.02mm/r、0.025mm/r或0.03mm/r，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；进刀量为0.01-0.03mm，例如可以是0.01mm、0.012mm、0.014mm、0.016mm、0.018mm、0.02mm、0.022mm、0.024mm、0.026mm、0.028mm或0.03mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述第一次磨削处理与步骤(2)所述第二次磨削处理分别独立地在喷雾冷却的条件下进行。
优选地，所述喷雾包括酒精。
作为本发明的优选技术方案，本发明所述硅靶材的机械加工方法包括如下步骤：
(1)按照目标靶材的形状，使用立方氮化硼刀具对硅靶材进行第一次磨削处理，第一次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为200-400r/min，进给量为0.05-0.3mm/r，进刀量为0.01-0.3mm，得到粗加工硅靶材；
(2)使用立方氮化硼刀具对步骤(1)所得粗加工硅靶材进行第二次磨削处理，第二次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为100-300r/min，进给量为0.01-0.03mm/r，进刀量为0.01-0.03mm，得到表面光滑的硅靶材。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举除的上述数值范围之间的任意点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的硅靶材的加工方法可以有效缩短工序，节约材料，并保证硅靶材机械加工的精度，以及质量，从而达到目标靶材尺寸以及外观的要求。
附图说明
图1是本发明所述硅靶材机械加工方法的流程图。
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
本实施例提供了一种如图1所述的硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法包括如下步骤：
(1)按照目标靶材的形状，使用立方氮化硼刀具对硅靶材进行第一次磨削处理，第一次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为200r/min，进给量为0.05mm/r，进刀量为0.01mm，得到粗加工硅靶材；
(2)使用立方氮化硼刀具对步骤(1)所得粗加工硅靶材进行第二次磨削处理，第二次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为100r/min，进给量为0.01mm/r，进刀量为0.01mm，得到表面光滑的硅靶材。
所述粗加工硅靶材的边沿留有余量为0.05mm。
步骤(1)所用立方氮化硼刀具中氮化硼的平均粒径为20μm；步骤(2)所用立方氮化硼刀具中氮化硼的平均粒径为2μm。
采用本实施例提供的硅靶材的机械加工方法加工得到的硅靶材，可以满足产品尺寸以及外观要求。对加工工件进行尺寸精度、表面粗糙度检测，加工后的工件质量达到了技术指标要求。使用50倍显微镜观察工件，工件边缘轮廓非常清晰，没有微崩边状况的发生，加工质量良好。
实施例2
本实施例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法包括如下步骤：
(1)按照目标靶材的形状，使用立方氮化硼刀具对硅靶材进行第一次磨削处理，第一次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为400r/min，进给量为0.3mm/r，进刀量为0.3mm，得到粗加工硅靶材；
(2)使用立方氮化硼刀具对步骤(1)所得粗加工硅靶材进行第二次磨削处理，第二次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为300r/min，进给量为0.03mm/r，进刀量为0.03mm，得到表面光滑的硅靶材。
所述粗加工硅靶材的边沿留有余量为0.10mm。
步骤(1)所用立方氮化硼刀具中氮化硼的平均粒径为30μm；步骤(2)所用立方氮化硼刀具中氮化硼的平均粒径为10μm。
采用本实施例提供的硅靶材的机械加工方法加工得到的硅靶材，可以满足产品尺寸以及外观要求。对加工工件进行尺寸精度、表面粗糙度检测，加工后的工件质量达到了技术指标要求。使用50倍显微镜观察工件，工件边缘轮廓非常清晰，没有微崩边状况的发生，加工质量良好。
实施例3
本实施例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法包括如下步骤：
(1)按照目标靶材的形状，使用立方氮化硼刀具对硅靶材进行第一次磨削处理，第一次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为300r/min，进给量为0.2mm/r，进刀量为0.2mm，得到粗加工硅靶材；
(2)使用立方氮化硼刀具对步骤(1)所得粗加工硅靶材进行第二次磨削处理，第二次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为200r/min，进给量为0.02mm/r，进刀量为0.02mm，得到表面光滑的硅靶材。
所述粗加工硅靶材的边沿留有余量为0.08mm。
步骤(1)所述用立方氮化硼刀具中氮化硼的平均粒径为25μm；步骤(2)所用立方氮化硼刀具中氮化硼的平均粒径为6μm。
采用本实施例提供的硅靶材的机械加工方法加工得到的硅靶材，可以满足产品尺寸以及外观要求。对加工工件进行尺寸精度、表面粗糙度检测，加工后的工件质量达到了技术指标要求。使用50倍显微镜观察工件，工件边缘轮廓非常清晰，没有微崩边状况的发生，加工质量良好。
实施例4
本实施例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法包括如下步骤：
(1)按照目标靶材的形状，使用立方氮化硼刀具对硅靶材进行第一次磨削处理，第一次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为400r/min，进给量为0.05mm/r，进刀量为0.02mm，得到粗加工硅靶材；
(2)使用立方氮化硼刀具对步骤(1)所得粗加工硅靶材进行第二次磨削处理，第二次磨削处理所使用的立方氮化硼刀具的转速为200r/min，进给量为0.02mm/r，进刀量为0.02mm，得到表面光滑的硅靶材。
所述粗加工硅靶材的边沿留有余量为0.06mm。
步骤(1)所用立方氮化硼刀具中氮化硼的平均粒径为30μm；步骤(2)所用立方氮化硼刀具中氮化硼的平均粒径为3μm。
采用本实施例提供的硅靶材的机械加工方法加工得到的硅靶材，可以满足产品尺寸以及外观要求。对加工工件进行尺寸精度、表面粗糙度检测，加工后的工件质量达到了技术指标要求。使用50倍显微镜观察工件，工件边缘轮廓非常清晰，没有微崩边状况的发生，加工质量良好。
实施例5
本实施例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法除将步骤(1)所述第一次磨削处理的转速更改为180r/min，其余均与实施例3相同。
本实施例第一次磨削处理的转速较低，导致第一次磨削处理的效果不佳，进而影响第二次磨削处理的效果。
实施例6
本实施例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法除将步骤(1)所述第一次磨削处理的转速更改为440r/min，其余均与实施例3相同。
本实施例第一次磨削处理的转速较高，不易控制磨削的尺寸，加工后硅靶材的尺寸不符合要求。
实施例7
本实施例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法除将步骤(1)所述第一次磨削处理的进给量更改为0.02mm/r，其余均与实施例3相同。
本实施例第一次磨削处理的进给量较低，导致第一次磨削处理时间过长，浪费时间。
实施例8
本实施例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法除将步骤(1)所述第一次磨削处理的进给量更改为0.4mm/r，其余均与实施例3相同。
本实施例第一次磨削处理的进给量较高，不易控制磨削的尺寸，加工后硅靶材的尺寸不符合要求。
实施例9
本实施例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法除将步骤(2)所述第二次磨削处理的转速更改为80r/min，其余均与实施例3相同。
本实施例第二次磨削处理的转速较低，导致第二次磨削处理的效果不佳，容易损坏第二次磨削处理所用刀具。
实施例10
本实施例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法除将步骤(1)所述第二次磨削处理的转速更改为400r/min，其余均与实施例3相同。
本实施例第二次磨削处理的转速较高，不易控制磨削的尺寸，加工后硅靶材的尺寸不符合要求。
实施例11
本实施例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法除将步骤(1)所述第二次磨削处理的进给量更改为0.05mm/r，其余均与实施例3相同。
本实施例第二次磨削处理的进给量较高，不易控制磨削的尺寸，加工后硅靶材的尺寸不符合要求。
实施例12
本实施例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法除将步骤(2)所使用的立方氮化硼刀具更换为金刚石磨头，其余均与实施例3相同。
采用本实施例提供的硅靶材的机械加工方法，在第二次磨削处理中，硅靶材发生崩角或崩裂现象，无法满足产品尺寸以及外观要求。
对比例1
本对比例提供了一种硅靶材的机械加工方法，所述硅靶材的机械加工方法包括如下步骤：
(1)按照目标靶材的形状，使用钨钢铣刀对所述硅靶材进行切削，得到粗加工硅靶材；
(2)使用立方氮化硼刀具对步骤(1)所得粗加工硅靶材进行第二次磨削处理，得到表面光滑的硅靶材。
采用本对比例提供的硅靶材机械加工的方法，在切削过程中，所述硅靶材发生崩角或崩裂现象，无法满足产品尺寸以及外观要求。
综上所述，本发明提供的硅靶材的加工方法可以有效缩短工序，节约材料，并保证硅靶材机械加工的精度，以及质量，从而得到硅靶材的尺寸以及外观要求。对加工工件进行尺寸精度、表面粗糙度检测，加工后的工件质量达到了技术指标要求。
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。
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