专利名称：溅射用钽制线圈及该线圈的加工方法
技术领域：
本发明涉及一种溅射用钽制线圈及该线圈的加工方法，其用于防止成为产生微粒及产生电弧的原因的情况，可有效抑制在溅射装置中使用的线圈表面所堆积的溅射粒子的剥落。该溅射用钽制线圈如下述附图所示，具有弯曲的曲面，但线圈的表面无论是内表面还是外表面，哪一个表面均成为对象。因此，下述“线圈的表面”是指线圈的内表面和外表面这两者。以下相同。
背景技术：
近年来，易于控制膜厚、成分的溅射法作为电子/电气零件用材料的成膜法之一被广泛使用。该溅射法使用了以下原理使由正的电极和负的电极构成的靶材相对，在惰性气体气氛下，对该基板和靶材之间施加高压而产生电场，此时，电离了的电子和惰性气体碰撞而形成等离子体，该等离子体中的阳离子与靶材(负的电极)表面碰撞，敲击靶材构成原子，该飞出的原子附着到相对的基板表面而形成膜。作为近来的溅射技术存在以下技术在溅射靶和基板之间配置线圈，提高等离子体的密度，且使飞舞的溅射粒子尽量朝向基板方向。其结果是，溅射速度变快，膜的均一性变得良好，可综合性地提高向基板堆积的膜的质量。该线圈存在被溅射的情况，也存在不被溅射的情况。其根据对线圈的偏压而变化(参照专利文献1、2)。总之，一般情况下，线圈的材料大多使用与靶材相同的材料，或者使用构成形成在基板上堆积的溅射膜的材料的一部分的材料。但是，特别地，线圈材料只要是不污染基板上的薄膜的材料，就无特别限定。并且，线圈的形状也包括圆形到螺旋式的形状(参照专利文献1、2、3)，也存在将其配置成多段的例子。在基于这种溅射法的薄膜形成时，问题在于微粒的产生。一般情况下，微粒存在堆积在基板以外的薄膜形成装置的内壁、位于内部的设备的任意地方的可能性。靶材的侵蚀部以外的面及侧面上，溅射粒子也会堆积。并且，从位于这样的薄膜形成装置内的部件等剥离的薄片直接飞散到基板表面并附着的情况被认为是产生微粒的重要原因之一。近来，LSI半导体设备的集成度提高(16M位，64M位、进而256M位)，另一方面，因布线宽度变为0. 25 y m以下等而正在细微化，因此上述那样的微粒造成的布线断线、短路的问题，变得较频繁发生。这样，随着电子设备电路的高集成化、细微化的进展，微粒的产生成为更大的问题。然而，在靶材和基板之间配置上述线圈、提高等离子体的密度、且使飞舞的溅射粒子尽量朝向基板方向时，向基板以外的薄膜形成装置的内壁、位于内部的设备飞舞的量减少，但存在堆积到线圈本身的问题。
为避免这样的问题，在上述专利文献3中提出了以下方案在线圈的上端，削减线圈的内面一侧的上端，减少内周的厚度。此时，进行说明的话，线圈的上端部朝上，变为尖锐的形状，因此应堆积在线圈顶部的堆积物被拂下，不会滞留，并且新的溅射粒子碰撞，因而
可清洁化。但是，通过溅射而堆积的部位不只是线圈的上端。也可能堆积在线圈的表面，即外表面及内表面上。这种情况下，从溅射粒子堆积的线圈表面剥离的薄片直接飞散到基板表面并附着，成为微粒产生的原因，但并未有对此的措施。如上所述，因电子设备电路的高集成化、细微化的要求，这些地方产生微粒也会造成较大问题。为解决这种问题，提出了对靶材侧面及底板的附近部分进行喷砂处理，通过固着效果提闻附着力的方案。但这种情况下，新产生喷砂材料的残留造成的污染产品的问题、残留喷砂材料上堆积的附着粒子的剥离问题、进而附着膜的选择性且不均一的成长造成的剥离问题，不是 根本性的解决方法。尤其是，当线圈是钽这样的硬质材料时，喷砂处理的程度连设置凹凸都困难，无法获得有效的附着力增强效果。并且，专利文献4公开了 在靶材的凸缘、侧壁、护罩、遮蔽等中使用的线圈上，通过滚花加工形成钻石状或网状(网格状)的图案。此时，深度为0. 350mnTl. 143_，但加工面的凹凸是简单的形状，因此有可能无法获得充分的固着效果。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特表2005 - 538257号公报专利文献2 :日本特开2001 - 214264号公报专利文献3 :日本特表2008 - 534777号公报专利文献4 :W02009/099775 (PCT/US2009/031777)
发明内容
发明要解决的问题本发明的课题是，为了在基板和溅射靶之间配置的钽制线圈中防止在线圈的表面堆积的溅射粒子剥离、其薄片飞散到基板表面并附着、而成为产生微粒及产生电弧的原因，提供一种采取了用于抑制在该线圈的表面堆积的溅射粒子的剥落的对策，由此提高电子零件的质量和生产性并可稳定地提供半导体元件及设备的技术。用于解决问题的手段因此，本发明中I)—种溅射用钽制线圈，该钽制线圈配置在基板和溅射靶之间，其特征在于，具有使该线圈表面的表面粗糙度Rz为150 iim以上，且横向为15 30TPI (该TPI是“Threadsper inch/每英寸螺纹数”的意思，以下记载为“TPI”)、纵向为1(T30TPI的凹凸。2)根据上述I)所述的溅射用钽制线圈，其特征在于，表面粗糙度Rz为200 y m以上。3)根据上述I)所述的溅射用钽制线圈，其特征在于，表面粗糙度Rz为250 y m以上。
4)根据上述I) 3)中的任意一项所述的溅射用钽制线圈，其特征在于，山的前端的R为l(T500iim，或山的前端具有l(T500iim宽度的平坦面。上述TPI (Threads per inch)是指,每I英寸(25. 4mm)的山数(螺纹山数)。并且,本发明中5)—种溅射用钽制线圈的加工方法，其特征在于，通过对配置在基板和溅射靶之间的钽制线圈进行滚花加工，形成使该线圈表面的表面粗糙度Rz为150 以上，且横向为15 3(^ 1、纵向为10 30TPI的凹凸。6)根据上述5)所述的溅射用钽制线圈的加工方法，其特征在于，使表面粗糙度Rz为200 u m以上。7)根据上述5)所述的溅射用钽制线圈的加工方法，其特征在于，使表面粗糙度Rz^ 250 um 以上。 8)根据上述5广7)中的任意一项所述的溅射用钽制线圈的加工方法，其特征在于，使山的前端的R为l(T500iim，或使山的前端形成l(T500iim宽度的平坦面。发明效果因此，本发明为了防止在基板和溅射靶之间配置的钽制线圈的表面上所堆积的溅射粒子剥离、其薄片飞散到基板表面并附着、而成为产生微粒的原因，并抑制电弧的产生，提供一种可有效抑制在该线圈的表面堆积的溅射粒子的剥落，提高电子零件的质量和生产性并可稳定地提供半导体元件及设备的技术。
图I是进行了实施例I的切削式滚花加工的线圈的外观照片(A)和线圈的表面的外观照片(B)。图2是进行了实施例I的切削式滚花加工的线圈的表面的SEM照片(A)和线圈表面的深度方向(截面)的SEM照片(B)。图3是进行了比较例I的滚花加工的线圈的外观照片(A)和线圈的表面的外观照片(B)。图4是进行了比较例I的滚花加工的线圈表面的SEM照片(A)和线圈表面的深度方向(截面)的SEM照片(B)。图5是进行了实施例4的推压式滚花加工的线圈表面的SEM照片(A)和线圈表面的深度方向(截面)的SEM照片(B)。
具体实施例方式在将钽制线圈配置在基板和溅射靶之间的溅射装置中，例如在使用钽靶时，从该钽靶溅射的粒子除了晶圆以外，也沉积并堆积到位于靶材周围的钽制线圈的表面。并且，该线圈在溅射中受热膨胀。当线圈表面的堆积厚度增加时，由于应力增加而使膜剥离，其飞散到基板上并附着，成为产生微粒、产生电弧的原因。为防止这一现象，对线圈进行滚花加工，进行使表面粗糙化的加工，进行提高耐剥离性的作业。该滚花加工通过将压花强力推压到工件上而形成凹凸，但因钽较硬，所以可形成的粗糙度有限度。因此，当沉积膜堆积一定程度时，存在在较短时间内产生膜剥离的问题。为提高薄膜的质量，需要停止溅射操作，更换线圈，成为使生产效率降低的原因。并且还存在以下问题即使进行滚花加工，以怎样的程度在表面形成凹凸可防止溅射粒子从线圈表面剥离，是不明确的。一般情况下，线圈使用薄的材料，也存在使用5mm左右厚度的情况，因此当进行强度的滚花加工时，线圈自身会变形，另外在弱度的滚花加工中，成为粗糙度不充分的结果。本发明为研究这一情况进行了多次试验，并改变滚花加工的方法和滚花加工的强度，寻找出了最适条件。其结果发现对配置在基板和溅射靶之间的钽制线圈进行滚花加工，形成使该线圈表面的表面粗糙度Rz为150 iim以上，且横向为15 30TPI、纵向为1(T30TPI的凹凸，从而 可飞跃性地防止沉积膜的膜剥离。滚花加工包括切削式滚花加工和推压式滚花加工，但通过适当设定条件，哪一种都可使用。本发明提供如上获得的溅射用钽制线圈。脱离上述哪一个条件，均无法防止溅射粒子从线圈表面剥离，不能实现本发明的目的。此外，表面粗糙度Rz更优选为200 iim以上。这是因为，使凹凸更粗，可牢固地附着。并且进而优选使山的前端的R为l(T500iim，或使山的前端形成l(T500iim宽度(该尺寸也可称为“直径”)的平坦面。本发明的溅射用钽制线圈提供将它们包括在内的技术。线圈的厚度、宽度、长度根据溅射装置的设计可任意替换，并且将线圈设置成多段、或使线圈为螺旋状也是溅射装置设计上的问题，能够容易理解可任意设计。实施例接着说明实施例。此外，本实施例用于易于理解发明，并不限制本发明。即，本发明的技术思想范围内的其他实施例及变形包含在本发明中。(实施例I)通过切削式滚花加工，制成线圈表面的表面粗糙度Rz = 250iim，且横向为20TPI(Threads per inch/每英寸螺纹数)、纵向为13TPI、山的前端的R为lOOiim的钽线圈。图I表示进行了实施例I的本发明的切削式滚花加工的线圈的外观照片(A)和线圈的外侧(外表面部)的外观照片(B)。并且，图2表示进行了本发明的切削式滚花加工的线圈的表面的SEM照片(A)和线圈表面的深度方向(截面)的SEM照片(B)。如该图I及图2所示，虽然是钽制线圈，但凹凸的阶梯差较大，凹凸明显，可使附着到钽制线圈表面的沉积膜更牢固附着。并且，使用该钽制线圈实施溅射时，现有技术中，当使用200kWh后必须进行线圈更换，但当使用本实施例I的钽制线圈时，可使用350kWh。因此可获得更大的效果。(实施例2)通过切削式滚花加工，制成线圈表面的表面粗糙度Rz = 150iim，且横向为20TPI、纵向为13TPI、山的前端的R为220iim的钽线圈。虽然是钽制线圈，但凹凸的阶梯差较大，凹凸明显，可使附着到钽制线圈表面的沉积膜更牢固附着。并且，使用该钽制线圈实施溅射时，现有技术中，当使用200kWh后必须进行线圈更换，但当使用本实施例2的钽制线圈时，可使用300kWh。因此可获得更大的效果。但和实施例I相比，线圈表面的表面粗糙度Rz较小，所以使用寿命较短。(实施例3)通过切削式滚花加工，制成线圈表面的表面粗糙度Rz = 300iim，且横向为20TPI、纵向为13TPI、山的前端的R为5iim的钽线圈。虽然是钽制线圈，但凹凸的阶梯差较大，凹凸明显，可使附着到钽制线圈表面的沉积膜更牢固附着。并且，使用该钽制线圈实施溅射时，现有技术中，当使用200kWh后必须进行线圈更换，但当使用本实施例的钽制线圈时，可使用300kWh。因此可获得更大的效果。但是，由于山的前端的R稍小，所以当超过300kWh时，在山的前端部产生沉积膜的剥离。
(实施例4)通过推压式滚花加工，制成线圈表面的表面粗糙度Rz = 250iim，且横向为18TPI、纵向为18TPI、位于山的前端的平坦面的宽度为200iim的钽线圈。图5表示进行了本实施例4的推压式滚花加工的线圈的表面的SEM照片(A)和线圈的表面的深度方向(截面)的SEM照片(B)。此时，是位于山的前端的平坦面，但也可是10 500 y m的R加工面。如该图5所示，虽然是钽制线圈，但凹凸的阶梯差较大，凹凸明显，可使附着到钽制线圈表面的沉积膜更牢固附着。并且，使用该钽制线圈实施溅射时，现有技术中，当使用200kWh后必须进行线圈更换，但当使用本实施例4的钽制线圈时，可使用350kWh。因此可获得更大的效果。(比较例I)通过推压式滚花加工，制成线圈表面的表面粗糙度Rz = 80iim，且横向为80TPI、纵向为32TPI、山的前端的R为200 ii m的钽线圈。图3表示进行了比较例I的滚花加工的线圈的外观照片(A)和线圈的表面的外观照片(B)。另外，图4表示进行了比较例I的推压式滚花加工的线圈的表面的SEM照片(A)和线圈的表面的深度方向(截面)的SEM照片(B)。如该图3及图4所示，钽制线圈的表面的凹凸的阶梯差较小，无法实现附着到钽制线圈表面的沉积膜的更牢固的附着。使用该钽制线圈实施溅射时，当使用200kWh后必须进行线圈更换。(比较例2)通过推压式滚花加工，制成线圈表面的表面粗糙度Rz = 20iim，且横向为80TPI、纵向为32TPI、山的前端的R为550 ii m的钽线圈。钽制线圈的表面的凹凸的阶梯差相当小，无法实现附着到钽制线圈的表面的沉积膜的更牢固的附着。使用该钽制线圈实施溅射时，当使用IOOkWh后必须进行线圈更换。工业实用性本发明可防止在配置于基板和溅射靶之间的钽制线圈的表面堆积的溅射粒子剥离、其薄片飞散到基板表面并附着、而成为产生微粒的原因的情况，并抑制产生电弧，因此提供一种可有效抑制在该线圈表面堆积的溅射粒子的剥落，提高电子零件的质量和生产性并可稳定地提供半导体元件及设备的技术，因此适用于使用了钽制线圈的溅射装置。
权利要求
1.一种溅射用钽制线圈，该钽制线圈配置在基板和溅射靶之间，其特征在于， 具有使该线圈表面的表面粗糙度Rz为150 iim以上且横向为15 30TPI、纵向为10 30TPI的凹凸。
2.根据权利要求I所述的溅射用钽制线圈，其特征在于， 表面粗糙度Rz为200 ii m以上。
3.根据权利要求I所述的溅射用钽制线圈，其特征在于， 表面粗糙度Rz为250 ii m以上。
4.根据权利要求广3中的任意一项所述的溅射用钽制线圈，其特征在于， 山的前端的R为l(T500iim，或山的前端具有l(T500iim宽度的平坦面。
5.一种溅射用钽制线圈的加工方法，其特征在于， 通过对配置在基板和溅射靶之间的钽制线圈进行滚花加工，形成使该线圈表面的表面粗糙度Rz为150 iim以上，且横向为15 30TPI、纵向为10 30TPI的凹凸。
6.根据权利要求5所述的溅射用钽制线圈的加工方法，其特征在于， 使表面粗糙度Rz为200 ii m以上。
7.根据权利要求5所述的溅射用钽制线圈的加工方法，其特征在于， 使表面粗糙度Rz为250 ii m以上。
8.根据权利要求5 7中的任意一项所述的溅射用钽制线圈的加工方法，其特征在于， 使山的前端的R为l(T500iim，或使山的前端形成l(T500iim宽度的平坦面。
全文摘要
一种溅射用钽制线圈，该钽制线圈配置在基板和溅射靶之间，其特征在于，具有使该线圈表面的表面粗糙度Rz为150μm以上且横向为15~30TPI(Threads per inch/每英寸螺纹数)、纵向为10~30TPI的凹凸。其课题是，为了在基板和溅射靶之间配置的钽制线圈中防止在线圈的表面堆积的溅射粒子剥离、其薄片飞散到基板表面并附着、而成为产生微粒及产生电弧的原因，提供一种采取了用于抑制在该线圈的表面堆积的溅射粒子的剥落的对策，由此提高电子零件的质量和生产性并可稳定地提供半导体元件及设备的技术。
文档编号C23C14/00GK102791903SQ20118001380
公开日2012年11月21日 申请日期2011年3月14日 优先权日2010年3月29日
发明者塚本志郎 申请人:吉坤日矿日石金属株式会社