JP2002356765A

JP2002356765A - 真空成膜装置用部品とそれを用いた真空成膜装置

Info

Publication number: JP2002356765A
Application number: JP2001164944A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Yabe; 洋一郎矢部; Takashi Nakamura; 隆中村; Michio Sato; 道雄佐藤; Yasuo Kosaka; 泰郎高阪; Tomio Katada; 富夫堅田; Junichi Wada; 純一和田; Atsuko Sakata; 敦子坂田; Kazuya Kinoshita; 和哉木下; Hideto Matsuyama; 日出人松山; Koichi Watanabe; 光一渡邊
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-12-13
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP4825366B2

Abstract

(57)【要約】【課題】真空成膜装置で内部応力が大きい薄膜を成膜
する際に、成膜工程中に付着する成膜材料の剥離を安定
かつ有効に防止し、装置クリーニングや部品の交換など
に伴う生産性の低下や成膜コストの増加を抑える。【解決手段】Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒ
ｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、ＡｕおよびＩｎから選ば
れる金属元素の単体、もしくは前記金属元素を含む合金
または化合物の薄膜を成膜する真空成膜装置の構成部品
である。装置構成部品１は、部品本体２と、この部品本
体２の表面に形成され、膜厚が300μm以上のＣｕ溶射膜
３とを具備する。Ｃｕ溶射膜３はビッカース硬さでHv10
0以下の硬度を有する。さらに、Ｃｕ溶射膜は算術平均
粗さＲaで15〜35μmの範囲の表面粗さを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング装
置やＣＶＤ装置などの真空成膜装置に用いられる真空成
膜装置用部品とそれを用いた真空成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体部品や液晶部品などにおいては、
スパッタリング法やＣＶＤ法などの成膜方法を利用して
各種の配線や電極などを形成している。具体的には、半
導体基板やガラス基板などの被成膜基板上に、スパッタ
リング法やＣＶＤ法などを適用して、各種の金属薄膜や
金属化合物薄膜を形成している。これら各薄膜は配線
層、電極層、バリア層、下地層（ライナー材）などとし
て利用される。

【０００３】ところで、上述した金属薄膜や金属化合物
薄膜の形成に使用されるスパッタリング装置やＣＶＤ装
置などの真空成膜装置においては、成膜工程中に成膜装
置内に配置されている各種部品にも成膜材料が付着、堆
積することが避けられない。このような部品上に付着、
堆積した成膜材料（付着物）は、成膜工程中に部品から
剥離することによりダストの発生原因となる。このよう
なダストが被成膜基板上の薄膜中に混入すると、配線形
成後にショートやオープンなどの配線不良を引き起こ
し、製品歩留りの低下を招くことになる。

【０００４】このようなことから、従来のスパッタリン
グ装置などにおいては、防着板やターゲット固定部品な
どの装置構成部品の表面に、ターゲット材もしくはそれ
と熱膨張率が近い材料の被膜を形成することが行われて
いる。また、部品表面への被膜の形成方法に関しても種
々の提案がなされており、特に部品本体との密着性や成
膜材料の付着性などに優れる溶射法が適用されている
（例えば特開昭61-56277号公報、特開平9-272965号公報
など参照）。このような部品表面の被膜によって、装置
構成部品上に付着、堆積した成膜材料（付着物）の剥
離、脱落を防止している。

【０００５】上記したような従来の付着物の剥離防止対
策によっても、ある程度の効果が得られている。しか
し、例えばＷやＴａに代表される高融点の金属を成膜材
料として用いて、金属薄膜や化合物薄膜を成膜した場合
には、薄膜の内部応力が大きいことに起因して、装置構
成部品上に付着、堆積した成膜材料（付着物）の剥離が
生じやすいという問題がある。特に、窒化物や酸化物な
どの化合物薄膜は内部応力が顕著であることから、付着
物の装置構成部品に対する密着力が低下して容易に剥離
してしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の真空成膜装置の構成部品における付着物の剥離防止対
策では、Ｗ膜、Ｔａ膜、ＷＮ膜、ＴａＮ膜などに代表さ
れる内部応力が大きい薄膜を成膜する際に、部品表面に
付着した成膜材料（付着物）の剥離を十分に抑制するこ
とができず、比較的短期間で付着物の剥離が生じてしま
うという問題がある。付着物の剥離が発生すると急激に
ダストの発生量が増加するため、装置のクリーニングや
部品の交換が必要となり、結果的に生産性の低下や成膜
コストの上昇などが生じてしまう。

【０００７】すなわち、内部応力が大きい金属薄膜や化
合物薄膜を成膜するための真空成膜装置においては、従
来の付着物の剥離防止対策が十分に機能せず、生産性の
低下や成膜コストの増加などを招いている。さらに、内
部応力が大きい薄膜は、被成膜基板に対する付着力も弱
いため、成膜時に基板温度を高く設定する場合が多く、
このような際には部品温度も例えば500℃前後まで上昇
する。このため、装置構成部品の表面に形成する被膜に
は、高温環境下での使用に耐え得るような特性を有する
ことが求められている。

【０００８】また、最近の半導体素子においては、256
M、1Gというような高集積度を達成するために、配線幅
の狭小化（例えば0.18μm、さらには0.1μm以下）が進
められている。このように狭小化された配線やそれを有
する素子においては、例えば直径0.2μm程度の極微小粒
子（微小パーティクル）が混入しても、配線不良や素子
不良などを引起こすことになるため、装置構成部品に起
因する微細なダスト（パーティクル）の発生をより一層
抑制することが強く望まれている。

【０００９】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、内部応力が大きい薄膜を成膜する際
に、成膜工程中に付着する成膜材料の剥離を安定かつ有
効に防止し、装置クリーニングや部品の交換などに伴う
生産性の低下や成膜コストの増加を抑えると共に、微細
なダストの発生を抑制することを可能にした真空成膜装
置用部品、さらに成膜した膜中へのダストの混入を抑制
し、高集積化された半導体素子などへの対応を図ると共
に、稼働率の改善により成膜コストの低減などを図るこ
とを可能にした真空成膜装置を提供することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の真空成膜装置用
部品は、請求項１に記載したように、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、
ＡｕおよびＩｎから選ばれる金属元素の単体、もしくは
前記金属元素を含む合金または化合物の薄膜を成膜する
真空成膜装置の構成部品であって、部品本体と、前記部
品本体の表面に形成され、膜厚が300μm以上のＣｕ溶射
膜とを具備することを特徴としている。Ｃｕ溶射膜は特
に請求項２に記載したように、ビッカース硬さでHv100
以下の硬度を有することが好ましい。

【００１１】本発明の真空成膜装置用部品において、Ｃ
ｕ溶射膜は請求項３に記載したように、JIS B 0601-199
4で規定する算術平均粗さＲaで15〜35μmの範囲の表面
粗さを有することが好ましい。また、Ｃｕ溶射膜は請求
項５に記載したように表面酸化深さが50nm以下であるこ
とが好ましい。さらに、Ｃｕ溶射膜を有する真空成膜装
置用部品は、請求項６に記載したように、部品を室温か
ら500℃まで加熱したときに、部品から発生するガス発
生量が水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素およ
びメタンの総量で50μL/10g以下であることが好まし
い。

【００１２】本発明の真空成膜装置用部品においては、
部品本体の表面に膜厚が300μm以上のＣｕ溶射膜を形成
している。このような膜厚を有するＣｕ溶射膜は優れた
応力緩和効果を有している。すなわち、Ｃｕ溶射膜上に
付着した成膜材料（付着物）の内部応力を十分に緩和す
る機能を有することから、上述したような内部応力が大
きい金属の単体薄膜、合金薄膜または化合物薄膜を成膜
する場合においても、部品上に堆積した付着物の剥離を
長期間にわたって安定かつ有効に抑制することができ
る。

【００１３】従って、真空成膜装置用部品上に堆積する
付着物の剥離によるダスト（パーティクル）の発生を抑
えることができるだけでなく、装置クリーニングや部品
交換の回数を大幅に減らすことができる。ダスト（パー
ティクル）の発生量の低減は、真空成膜装置で形成する
各種の薄膜、さらにはそれを用いた素子や部品の歩留り
向上に大きく寄与する。また、装置クリーニングや部品
交換回数の低減は、生産性の向上並びに成膜コストの削
減に大きく寄与する。

【００１４】本発明の真空成膜装置用部品において、部
品本体上に形成する溶射膜はＣｕ溶射膜の単層構造に限
られるものではない。すなわち、請求項８に記載したよ
うに、Ｃｕ溶射膜上にそれとは異種の金属材料からなる
第２の金属溶射膜を設けてもよい。このような第２の金
属溶射膜には、例えば薄膜を構成する金属元素の単体な
どが使用される。

【００１５】本発明の真空成膜装置は、請求項９に記載
したように、真空容器と、前記真空容器内に配置される
被成膜試料保持部と、前記真空容器内に前記被成膜試料
保持部と対向して配置され、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕおよび
Ｉｎから選ばれる金属元素の単体、もしくは前記金属元
素を含む合金または化合物の薄膜を成膜するための成膜
源と、前記成膜源を保持する成膜源保持部と、前記被成
膜試料保持部または前記成膜源保持部の周囲に配置され
た防着部品とを具備し、前記被成膜試料保持部、前記成
膜源保持部および前記防着部品から選ばれる少なくとも
1つが、上記した本発明の真空成膜装置用部品からなる
ことを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態
による真空成膜装置用部品の要部構成を示す断面図であ
る。同図に示す真空成膜装置用部品１は、部品本体（基
材）２の表面に設けられたＣｕ溶射膜３を有している。
なお、部品本体２の構成材料は特に限定されるものでは
ないが、例えば装置部品の構成材料として一般的なステ
ンレス材などが用いられる。部品本体２の溶射膜形成面
はアンカー効果が得られるように、予めブラスト処理な
どで荒らしておくことが好ましい。

【００１７】上記したＣｕ溶射膜３はパーティクルの発
生を低減するために、その表面形態が制御可能な溶射法
を適用して形成することが好ましい。具体的には、部品
本体２の構成材料や形状、使用される環境条件、溶射材
料などに応じて、アーク溶射法、プラズマ溶射法、超高
速フレーム溶射法などを適宜選択して使用する。溶射材
料には、例えば線材や粉末などが用いられる。そして、
電流、電圧、ガス流量、圧力、溶射距離、ノズル径、材
料供給量などの溶射条件をコントロールすることによっ
て、Ｃｕ溶射膜３の膜厚や表面粗さなどを制御すること
ができる。溶射した部品１には、膜の軟化、脱ガス、酸
化物の還元などを目的としてアニーリング処理が施され
る。

【００１８】Ｃｕ溶射膜３は300μm以上の膜厚を有して
おり、このようなＣｕ溶射膜３により成膜工程中に付
着、堆積した成膜材料（付着物）の剥離が防止される。
すなわち、Ｃｕ溶射膜３は材料特性として低硬度である
ことに加えて、気孔を多数含む内部構造などにより付着
物の内部応力を吸収して緩和する作用を有している。特
に、膜厚が300μm以上のＣｕ溶射膜３は優れた応力緩和
効果を示すことから、内部応力が大きい金属の単体薄
膜、合金薄膜または化合物薄膜を成膜する場合において
も、部品１上に堆積した付着物の剥離、脱落を長期間に
わたって安定かつ有効に抑制することができる。

【００１９】Ｃｕ溶射膜３の膜厚が300μm未満である
と、付着物の応力緩和効果が小さく、比較的短期間で付
着物の剥離、脱落が生じてしまう。Ｃｕ溶射膜３の膜厚
の上限は必ずしも規定されるものではないが、あまり厚
くしてもそれ以上の効果が得られないだけでなく、Ｃｕ
溶射膜３自体の剥離が発生しやすくなるため、その膜厚
は1mm以下とすることが好ましい。Ｃｕ溶射膜３の膜厚
は、特に付着物の応力緩和効果に優れると共に、それ自
体の内部応力も小さい400〜600μmの範囲とすることが
好ましい。

【００２０】また、Ｃｕ溶射膜３は上記した応力緩和効
果をより良好に発揮させる上で、ビッカース硬さでHv10
0以下の硬度を有することが好ましい。ビッカース硬さ
がHv100以下のＣｕ溶射膜３は、その上部に堆積する付
着物の内部応力を緩和する効果に優れるだけでなく、そ
れ自体（Ｃｕ溶射膜３自体）の内部応力も十分に緩和さ
れていることから、Ｃｕ溶射膜３自体の剥離も有効に防
ぐことができる。すなわち、Ｃｕ溶射膜３の内部応力を
十分に緩和することによって、成膜工程時に外部応力
（例えば熱応力）が負荷された際に、Ｃｕ溶射膜３の内
部からの破壊の進行を有効に抑制することができる。こ
れによって、Ｃｕ溶射膜３自体の剥離を防ぐことが可能
となる。Ｃｕ溶射膜３の硬度はHv80以下とすることがよ
り好ましい。

【００２１】なお、低硬度被膜としてはＡｌ系の溶射膜
やＮｉ系の溶射膜も考えられるが、Ａｌ系溶射膜はＣｕ
溶射膜３に比べて高温特性に劣る。前述したように、内
部応力が大きい薄膜を成膜する際には、基板温度を高く
設定することが多く、このような場合には部品温度も例
えば500℃前後まで上昇する。また、膜質の安定化など
を図るためにも、成膜温度を高温に設定することがあ
る。従って、被膜には高温環境下での使用に耐え得るよ
うな特性を有することが求められる。Ｃｕ溶射膜３はこ
のような特性を満足するものである。また、Ｎｉ系の溶
射膜は部品に対する密着性に劣るのに対して、Ｃｕ溶射
膜３は部品本体２との密着力に優れる。このようなこと
から、本発明ではＣｕ溶射膜３を用いている。

【００２２】ここで、本発明で規定するＣｕ溶射膜３の
ビッカース硬さは、以下のようにして測定した値を示す
ものとする。すなわち、まずＣｕ溶射膜３の表面を研磨
して平坦化する。次いで、平坦化した面に荷重200gでダ
イヤモンド圧子を30秒間押し付ける。これにより生じた
圧痕の長さをＸおよびＹ方向に測定し、その平均長さか
らビッカース硬さ値に変換する。このような測定を5回
行い、その平均値を本発明のビッカース硬さとする。

【００２３】Ｃｕ溶射膜３はその形成過程に基づいて複
雑な表面形態を有することから、付着物に対して良好な
密着性を示す。すなわち、Ｃｕ溶射膜３の表面粗さがあ
まり小さいと、成膜材料（付着物）の堆積量が増加した
際に、その内部応力などにより剥離、脱落が生じやすく
なるおそれがある。このようなことから、Ｃｕ溶射膜３
の表面粗さはJIS B 0601-1994で規定する算術平均粗さ
Ｒaで15μm以上であることが好ましい。

【００２４】一方、Ｃｕ溶射膜３の表面粗さが大きくな
りすぎると、付着物の形態が不安定となって、逆に脱落
が生じやすくなるおそれがある。すなわち、Ｃｕ溶射膜
３表面の凹凸が大きくなりすぎると、付着物がパーティ
クルの発生しやすい付着形態となり、さらに付着物がＣ
ｕ溶射膜３全体に付着せずに空孔が残るため、そこを起
点として付着物の剥離、脱落が起こるおそれがある。従
って、Ｃｕ溶射膜３の表面粗さは算術平均粗さＲaで35
μm以下であることが好ましい。Ｃｕ溶射膜３の表面粗
さは算術平均粗さＲaが18〜30μmの範囲となるように制
御することがより好ましい。

【００２５】上述したように、膜厚が300μm以上のＣｕ
溶射膜３は、付着物の内部応力を吸収する応力緩和効果
に優れることから、内部応力が大きい金属の単体薄膜、
合金薄膜または化合物薄膜を成膜する場合においても、
部品１上に堆積した付着物の剥離を長期間にわたって安
定かつ有効に抑制することができる。従って、真空成膜
装置用部品１上に堆積する付着物の剥離によるダスト
（パーティクル）の発生を抑えることができ、さらには
装置クリーニングや部品交換の回数を大幅に減らすこと
が可能となる。言い換えると、装置構成部品１の寿命を
大幅に延ばすことができる。このように、装置構成部品
１を長寿命化することによって、成膜装置の稼働率の向
上（生産性の向上）、ひいては成膜コストの削減を達成
することができる。さらに、真空成膜装置で形成する各
種の膜、それを用いた素子や部品などの歩留りを高める
ことが可能となる。

【００２６】真空成膜装置用部品１に適用するＣｕ溶射
膜３は、上述したように付着物の剥離抑制効果などの優
れた特性を有する反面、容易に酸化されて表面並びに表
面近傍部に酸化物が形成されやすい。特に、大気中で溶
射すると容易に酸化されてしまう。また、真空中で溶射
した場合においても、その後の大気放置により容易に酸
化されてしまう。Ｃｕ溶射膜３の表面や表面近傍部が酸
化されると、膜の諸特性が変化して付着物との密着性な
どに影響を及ぼすおそれがある。

【００２７】そこで、本発明の真空成膜装置用部品１に
おいては、部品本体２の表面にＣｕ溶射膜３を形成した
後に、水素雰囲気中で還元処理を行うことが好ましい。
この還元処理は、Ｃｕ溶射膜３の軟化や脱ガスなどを目
的としたアニール処理と同時に実施することができる。
すなわち、Ｃｕ溶射膜３には通常300〜800℃の温度でア
ニール処理を施すが、この際にアニール装置内に水素を
導入して還元処理を行うことによって、Ｃｕ溶射膜３の
表面や表面近傍部の酸化物を還元除去することができ
る。

【００２８】具体的には、Ｃｕ溶射膜３は表面酸化深さ
が50nm以下であることが好ましい。このように、表面酸
化深さを50nm以下とすることによって、付着物の密着性
などに優れる安定したＣｕ溶射膜３を提供することがで
きる。還元処理を行っていないＣｕ溶射膜（例えば真空
雰囲気中でアニール）では表面酸化深さが100nm以上と
なるのに対して、還元処理を行うことでＣｕ溶射膜３の
表面酸化深さを50nm以下とすることができる。

【００２９】ここで言うＣｕ溶射膜３の表面酸化深さと
は、電界放射型オージェ電子分光（ＥＦ−ＡＥＳ）装置
にて測定した溶射膜の深さ方向の酸素濃度が、初期値の
半量になったときの深さを意味するものである。具体的
には、以下のようにして測定することができる。すなわ
ち、例えばSAM-680装置（ULVAC-PHI製）を使用して、電
子銃加速電圧5kV-5nA、イオン銃加速電圧3kV、エッチン
グレート7nm/min（ＳｉＯ₂換算）の条件で、30×30μm
の測定範囲の酸素濃度を測定し、初期の濃度が半減する
までのスパッタ時間によって、表面酸化深さを測定、評
価する。

【００３０】ところで、Ｃｕ溶射膜３を単に水素雰囲気
中でアニールしただけでは、Ｃｕ溶射膜３中や部品本体
２中に残存するガス成分を十分に除去することができな
い。また、水素雰囲気中で昇温すると、ガス成分（含有
ガス）の影響によりＣｕ溶射膜３や部品本体２が変色す
るおそれがある。Ｃｕ溶射膜３および部品本体２の含有
ガス成分の除去が不十分であると、部品１を真空成膜装
置に使用した際に、装置内の圧力が必要な真空度（例え
ば1×10^-5Pa前後）に到達するまでに時間を要するほ
か、成膜した膜特性に悪影響を及ぼすおそれがある。

【００３１】このようなことから、本発明においてはＣ
ｕ溶射膜３を有する部品１をまず真空雰囲気中でアニー
リングした後、その温度より低い温度で水素還元するこ
とが好ましい。具体的には、まず1.33×10^-3Pa以下の真
空中にて500〜800℃の温度で2時間以上アニーリングし
た後、真空雰囲気を維持した状態で降温し、300℃程度
の温度になったところで水素、あるいは水素を含む不活
性ガス（例えば水素＋アルゴンガス）を流入して還元処
理を行う。水素還元は1時間程度実施することが好まし
い。水素還元後は再度真空引きし、真空中で室温まで降
温することが好ましい。

【００３２】上述したような真空アニールと水素還元と
を組合せた処理を実施することによって、表面酸化深さ
を十分に低減すると共に、ガス成分（含有ガス）を十分
に除去したＣｕ溶射膜３を得ることができる。Ｃｕ溶射
膜３を有する部品１の含有ガス成分量は、部品１を室温
から500℃まで加熱したときに、部品１から発生するガ
ス発生量が水素（Ｈ₂）、窒素（Ｎ₂）、酸素（Ｏ₂）、
一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）およびメタ
ン（ＣＨ₄）の総量で50μL/10g以下であることが好まし
い。部品１から発生する水素ガス量については30μL/10
g以下とすることが好ましく、より好ましくは25μL/10g
以下である。このようなガス発生量を満足させることに
よって、真空成膜装置に使用した際の作業性、信頼性、
特性などを高めることが可能となる。

【００３３】ここで、本発明における部品１からのガス
発生量は、以下のようにして求めた値を指すものとす
る。すなわち、まず厚さ3mmの板材に膜厚500μmのＣｕ
溶射膜を形成し、これを10×10mmに切断して測定試料と
し、この試料のガス発生量をガス抽出分析器で測定す
る。ガス発生量の測定は、まず試料を室温（常温）から
100℃まで昇温し、100℃で15分間保持する。この100℃
で保持している間のガス発生量を測定する。同様にし
て、100℃から200℃、200℃から300℃、300℃から400
℃、400℃から500℃まで、それぞれの温度（200℃、300
℃、400℃、500℃）で15分間ずつ保持しながら昇温す
る。そして、各温度で保持している間のガス発生量をそ
れぞれ測定し、これらの合計量をガス発生量とする。こ
れを試料10g当りのガス発生量に換算する。

【００３４】本発明の真空成膜装置用部品１において、
部品本体２上に形成する溶射膜はＣｕ溶射膜３の単層構
造に限られるものではない。例えば図２に示すように、
Ｃｕ溶射膜３上にそれとは異種の金属材料からなる第２
の金属溶射膜４を設けてもよい。このような第２の金属
溶射膜４には、例えば付着物との熱膨張率の差が小さい
金属材料（例えば熱膨張率の差が15×10^-6/K以下の金属
材料）、さらには成膜材料と同一材料などが用いられ
る。このような構成を採用することによって、成膜した
薄膜のコンタミなどを防止することができる。第２の金
属溶射膜４の膜厚は50〜150μmの範囲とすることが好ま
しい。

【００３５】上述した本発明の装置構成部品１は、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、
Ｐｔ、Ａｇ、ＡｕおよびＩｎから選ばれる金属元素の単
体、もしくは前記金属元素を含む合金または化合物の薄
膜、すなわち内部応力が大きい薄膜を成膜する真空成膜
装置に用いられる。具体的には、スパッタリング装置や
ＣＶＤ装置などの真空成膜装置の構成部品として用いら
れ、特にスパッタリング装置に好適である。また、装置
構成部品１は成膜工程中に成膜材料が付着する部品であ
れば種々の部品に対して適用可能である。

【００３６】次に、本発明の真空成膜装置の実施形態に
ついて説明する。図３は本発明の真空成膜装置をスパッ
タリング装置に適用した一実施形態の要部構成を示す図
である。同図において、１１はバッキングプレート１２
に固定されたスパッタリングターゲットである。スパッ
タリングターゲット１１には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕお
よびＩｎから選ばれる金属元素の単体、もしくは前記金
属元素を含む合金または化合物の薄膜を成膜するための
材料が用いられる。

【００３７】成膜源としてのスパッタリングターゲット
１１の外周部下方には、アースシールド１３が設けられ
ている。アースシールド１３の下方には、さらに上部防
着板１４および下部防着板１５が配置されている。被成
膜試料である基板１６は、スパッタリングターゲット１
１と対向配置するように、被成膜試料保持部であるプラ
テンリング１７により保持されている。これらは図示を
省略した真空容器内に配置されている。真空容器には、
スパッタガスを導入するためのガス供給系（図示せず）
と真空容器内を所定の真空状態まで排気する排気系（図
示せず）とが接続されている。

【００３８】この実施形態のスパッタリング装置におい
ては、アースシールド１３、上部防着板１４、下部防着
板１５およびプラテンリング１７を、上述した本発明の
真空成膜装置用部品１で構成している。真空成膜装置用
部品１の具体的な構成は前述した通りである。なお、Ｃ
ｕ溶射膜３はいずれもスパッタリングターゲット１１か
らスパッタされた粒子が付着する面に形成されている。

【００３９】上述したスパッタリング装置においては、
成膜工程中にアースシールド１３、上部防着板１４、下
部防着板１５、プラテンリング１７などの表面にスパッ
タされた成膜材料（ターゲット１１の構成材料）が付着
するが、この付着物の剥離は部品表面のＣｕ溶射膜３に
より安定かつ有効に防止される。また、Ｃｕ溶射膜３自
体も安定で長寿命である。これらによって、パーティク
ルの発生量、さらには基板１６に形成される膜中への混
入量を大幅に抑制することができる。従って、256M、1G
というような高集積度の半導体素子や液晶表示素子など
の製造歩留りを大幅に高めることが可能となる。すなわ
ち、配線幅が0.2μm以下というように狭小でかつ高密度
の配線網を形成する配線膜であっても、微小パーティク
ル（例えば直径0.2μm以上）の混入を大幅に抑制できる
ことから、配線不良を大幅に低減することが可能とな
る。これにより、素子歩留りが向上する。

【００４０】さらに、付着物やＣｕ溶射膜３自体の剥離
を安定かつ有効に抑制することが可能であることから、
装置クリーニングや部品交換の回数を大幅に減らすこと
ができる。この装置クリーニングや部品交換回数の低減
に基づいて、スパッタリング装置の稼働率の向上（生産
性の向上）を図ることができる。すなわち、スパッタリ
ング装置のランニングコストを低減することができ、ひ
いては各種薄膜の成膜コストを削減することが可能とな
る。

【００４１】なお、上記実施形態においては、アースシ
ールド１３、上部防着板１４、下部防着板１５、プラテ
ンリング１７を本発明の部品で構成した例について説明
したが、これら以外にバッキングプレート１２、ターゲ
ット外周押え（図示せず）、シャッタ（図示せず）など
を本発明の真空成膜装置用部品で構成することも有効で
ある。さらに、これら以外の部品についても、成膜工程
中に成膜材料の付着が避けられない部品であれば、本発
明の真空成膜装置用部品は有効に機能する。

【００４２】上記した実施形態においては、本発明の真
空成膜装置をスパッタリング装置に適用した例について
主として説明したが、これ以外に真空蒸着装置（イオン
プレーティングやレーザーアブレーションなどを含
む）、ＣＶＤ装置などに対しても本発明の真空成膜装置
は適用可能であり、上述したスパッタリング装置と同様
な効果を得ることができる。

【００４３】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について述べ
る。

【００４４】実施例１、比較例１まず、図３に示したスパッタリング装置のアースシール
ド１３、上部防着板１４、下部防着板１５およびプラテ
ンリング１７（部品基材は全てSUS 304）について、ブ
ラストによる下地処理を施した後、基材表面にアーク溶
射法でＣｕ溶射膜を形成した。この際、溶射条件を変化
させることによって、Ｃｕ溶射膜の膜厚および表面粗さ
Ｒaを変化させた。各Ｃｕ溶射膜の膜厚および表面粗さ
Ｒaはそれぞれ表１に示す通りである。なお、Ｃｕ溶射
は純Ｃｕ線材（線径16mm）を溶射材として用い、電流10
0〜200A、電圧20〜40V、空気圧50〜100PSI、溶射距離10
0〜150mmのアーク溶射条件下で実施した。

【００４５】次に、各部品のＣｕ溶射面をクリーニング
処理した後、アニールおよび脱ガス処理として水素雰囲
気に置換可能なバッチ式真空炉で熱処理した。熱処理は
まず3×10^-2Pa以下の真空下で600℃まで昇温して2時間
保持した後、真空雰囲気を維持した状態で300℃まで降
温し、この温度にて水素で炉内を常圧状態まで戻し、こ
の状態で1時間保持した。次いで、再度炉内を3×10^-2Pa
まで真空引きして1時間保持した後、Ａｒガスで炉内を
完全に置換して常温（30℃）まで冷却した。炉から取出
した部品は即座に防湿袋で真空密閉することが好まし
い。熱処理後のＣｕ溶射膜の硬度（ビッカース硬さ）を
表１に併せて示す。

【００４６】一方、本発明との比較例１として、Ｃｕ溶
射膜の膜厚を200μmとする以外は、実施例１と同様にし
て部品を作製した。この比較例１においても実施例１と
同一条件で熱処理を施した。比較例１によるＣｕ溶射膜
の表面粗さＲaおよび熱処理後の硬度（ビッカース硬
さ）は表１に示す通りである。

【００４７】このようにして作製した実施例１および比
較例１による各部品を用いて、それぞれマグネトロンス
パッタリング装置を組立てた。これら各マグネトロンス
パッタリング装置に高純度Ｔａターゲット１１をセット
し、マグネトロンスパッタリングを行った。具体的に、
まず6インチＳｉウェハー上にＴａ薄膜を形成し、さら
にその上にＮ₂ガスを導入しながらマグネトロンスパッ
タリングを行ってＴａＮ薄膜を形成した。スパッタ条件
は、スパッタ圧3×10^-5Pa、スパッタ電流5A、Ａｒ流量1
5sccm、Ｎ₂流量30sccmとした。

【００４８】得られたＴａ／ＴａＮ薄膜上の直径0.2μm
以上のダスト数をパーティクルカウンタで測定した。こ
のような操作を連続して行い、10ロット毎にダスト数を
測定した。さらに、膜剥離が発生するまでスパッタ操作
を続け、膜剥離までの寿命（ロット数）を調べた。これ
らの結果を表１に示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】表１から明らかなように、膜厚が300μm以
上のＣｕ溶射膜を形成した部品を用いることによって、
膜剥離までの寿命を延ばすことができると共に、ダスト
数も低減できることが分かる。特に、膜厚が400〜600μ
mの範囲であると共に、表面粗さＲaが15〜35μmの範囲
のＣｕ溶射膜を使用することによって、ダスト数をより
一層減らすことができる。このように、実施例１の各Ｃ
ｕ溶射膜は部品寿命の改善並びにダストの低減に有効で
ある。

【００５１】実施例２上記した実施例１と同様にして、Ｃｕ溶射膜（膜厚：50
0μm，表面粗さＲa：20μm）を作製した各部品に対し
て、それぞれ以下の条件で熱処理を施した。試料１は実
施例１と同一条件で熱処理した。試料２は3×10^-2Pa以
下の真空下で600℃まで昇温して3時間保持した後、Ａｒ
ガスで炉内を完全に置換して常温（30℃）まで冷却し
た。試料３は水素雰囲気中で500℃まで昇温して3時間保
持した後、水素雰囲気のままで常温（30℃）まで冷却し
た。試料４には熱処理を施さなかった。

【００５２】これら各試料（試料１〜４）の室温から50
0℃まで加熱したときのガス発生量を前述した方法にし
たがって測定した。これら各試料の測定結果を表２〜５
にそれぞれ示す。さらに、各表には熱処理後の表面酸化
深さと、各試料に相当する部品を用いたスパッタリング
装置の真空到達時間（1×10^-5Paに到達するまでの時
間）を併せて示す。なお、スパッタリング装置の真空到
達時間は300℃で4時間ベーキングした後に測定した。

【００５３】

【表２】

【００５４】

【表３】

【００５５】

【表４】

【００５６】

【表５】

【００５７】表２〜５から明らかなように、Ｃｕ溶射膜
に真空雰囲気中での熱処理と水素還元処理を施した試料
１は表面の酸化物量が少ない（表面酸化深さが50nm以
下）に加えて、ガス発生量が少ないことが分かる。従っ
て、Ｃｕ溶射膜の安定性が高く、かつスパッタリング装
置の真空到達時間を短くすることができる。

【００５８】実施例３、比較例２図３に示したスパッタリング装置のアースシールド１
３、上部防着板１４、下部防着板１５およびプラテンリ
ング１７（部品基材は全てSUS 304）について、ブラス
トによる下地処理を施した後、基材表面にアーク溶射法
でＣｕ溶射膜を形成した。この際、実施例１と同様に溶
射条件を変化させることで、Ｃｕ溶射膜の膜厚および表
面粗さＲaを変化させた。

【００５９】次いで、上記したＣｕ溶射膜上にプラズマ
溶射法でＷ溶射膜を一定の条件の下で形成した。Ｗ溶射
は、溶射材として粒径45μm以下のＷ粉末を用い、電流5
00A、電圧65V、Ａｒ流量39L/min、Ｈ₂流量10L/minの条
件下で実施した。これら各2層溶射膜（Ｃｕ＋Ｗ）の膜
厚および表面粗さＲaはそれぞれ表６に示す通りであ
る。

【００６０】次に、各部品の溶射面をクリーニング処理
した後、アニールおよび脱ガス処理として水素雰囲気に
置換可能なバッチ式真空炉で熱処理した。熱処理は実施
例１と同一条件下で実施した。熱処理後の2層溶射膜の
硬度（Ｃｕ溶射膜およびＷ溶射膜の各ビッカース硬さ）
を表６に併せて示す。

【００６１】一方、本発明との比較例２として、Ｃｕ溶
射膜の膜厚を200μmとする以外は、実施例３と同様にし
て部品を作製した。この比較例２についても実施例３と
同一条件で熱処理を施した。比較例２による溶射膜の表
面粗さＲaおよび熱処理後の硬度（ビッカース硬さ）は
表６に示す通りである。

【００６２】このようにして作製した実施例３および比
較例２による各部品を用いて、それぞれマグネトロンス
パッタリング装置を組立てた。これら各マグネトロンス
パッタリング装置に高純度Ｗターゲット１１をセット
し、マグネトロンスパッタリングを行った。具体的に、
まず6インチＳｉウェハー上にＷ薄膜を形成し、さらに
その上にＮ₂ガスを導入しながらマグネトロンスパッタ
リングを行ってＷＮ薄膜を形成した。スパッタ条件は実
施例１と同一とした。

【００６３】得られたＷ／ＷＮ薄膜上の直径0.2μm以上
のダスト数をパーティクルカウンタで測定した。このよ
うな操作を連続して行い、10ロット毎にダスト数を測定
した。さらに、膜剥離が発生するまでスパッタ操作を続
け、膜剥離までの寿命（ロット数）を調べた。これらの
結果を表６に示す。

【００６４】

【表６】

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の真空成膜
装置用部品によれば、成膜工程中に付着する成膜材料の
剥離を安定かつ有効に防止できると共に、クリーニング
や部品の交換回数を削減することができる。従って、こ
のような真空成膜装置用部品を有する本発明の真空成膜
装置によれば、配線膜や素子の不良発生原因となる膜中
へのダストの混入を抑制することが可能となると共に、
生産性の向上並びに成膜コストの低減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による真空成膜装置用部
品の要部構造を示す断面図である。

【図２】本発明の真空成膜装置用部品の他の構成例を
示す断面図である。

【図３】本発明の真空成膜装置を適用したスパッタリ
ング装置の一実施形態の要部構造を示す図である。

【符号の説明】

１……真空成膜装置用部品，２……部品本体，３……Ｃ
ｕ溶射膜，４……第２の溶射膜，１１……スパッタリン
グターゲット，１２……バッキングプレート，１３……
アースシールド，１４、１５……防着板，１６……被成
膜基板，１７……プラテンリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村隆神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者佐藤道雄神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者高阪泰郎神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者堅田富夫神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者和田純一神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者坂田敦子神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者木下和哉神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者松山日出人神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者渡邊光一神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 4K029 DA01 DA09 DA10 4K030 KA08 KA12 KA47 4K031 AA01 AB02 AB03 AB11 CA02 CB07 CB34 CB35 DA03 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒ
ｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、ＡｕおよびＩｎから選ば
れる金属元素の単体、もしくは前記金属元素を含む合金
または化合物の薄膜を成膜する真空成膜装置の構成部品
であって、部品本体と、前記部品本体の表面に形成され、膜厚が30
0μm以上のＣｕ溶射膜とを具備することを特徴とする真
空成膜装置用部品。
【請求項２】請求項１記載の真空成膜装置用部品にお
いて、前記Ｃｕ溶射膜はビッカース硬さでHv100以下の硬度を
有することを特徴とする真空成膜装置用部品。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の真空成膜
装置用部品において、前記Ｃｕ溶射膜はJIS B 0601-1994で規定する算術平均
粗さＲaで15〜35μmの範囲の表面粗さを有することを特
徴とする真空成膜装置用部品。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項
記載の真空成膜装置用部品において、前記Ｃｕ溶射膜の膜厚は400〜600μmの範囲であること
を特徴とする真空成膜装置用部品。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれか１項
記載の真空成膜装置用部品において、前記Ｃｕ溶射膜は表面酸化深さが50nm以下であることを
特徴とする真空成膜装置用部品。
【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれか１項
記載の真空成膜装置用部品において、前記部品を室温から500℃まで加熱したときに、前記部
品から発生するガス発生量が水素、窒素、酸素、一酸化
炭素、二酸化炭素およびメタンの総量で50μL/10g以下
であることを特徴とする真空成膜装置用部品。
【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれか１項
記載の真空成膜装置用部品において、前記部品を室温から500℃まで加熱したときに、前記部
品から発生する水素ガスの発生量が30μL/10g以下であ
ることを特徴とする真空成膜装置用部品。
【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれか１項
記載の真空成膜装置用部品において、さらに、前記Ｃｕ溶射膜上に設けられ、前記Ｃｕ溶射膜
とは異種の金属材料からなる第２の金属溶射膜を具備す
ることを特徴とする真空成膜装置用部品。
【請求項９】真空容器と、前記真空容器内に配置される被成膜試料保持部と、前記真空容器内に前記被成膜試料保持部と対向して配置
され、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｐ
ｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、ＡｕおよびＩｎから選ばれる金
属元素の単体、もしくは前記金属元素を含む合金または
化合物の薄膜を成膜するための成膜源と、前記成膜源を保持する成膜源保持部と、前記被成膜試料保持部または前記成膜源保持部の周囲に
配置された防着部品とを具備し、前記被成膜試料保持部、前記成膜源保持部および前記防
着部品から選ばれる少なくとも1つが、請求項１ないし
請求項８のいずれか１項記載の真空成膜装置用部品から
なることを特徴とする真空成膜装置。
【請求項１０】請求項９記載の真空成膜装置におい
て、前記成膜装置はスパッタリング装置であることを特徴と
する真空成膜装置。