JP2018523013A - 改良されたスパッタリングコイル製品及び製造方法 - Google Patents

Abstract

第１の表面を含む、物理蒸着装置と共に用いるための高表面積コイル。第１の表面の少なくとも一部は、約１５μｍ〜約１５０μｍの間の表面粗さを有するマクロテクスチャーを有する。第１の表面の少なくとも一部は、約２μｍ〜１５μｍの間の表面粗さを有するミクロテクスチャーを有する。【選択図】 図１４Ａ

Description

[0001]本発明は、物理蒸着装置において用いるコイル及びコイルの組に関する。より詳しくは、本発明は、半導体の製品収量を向上させるコイル、及びこれらのコイルの製造方法に関する。

[0002]堆積法は、基材表面全体に材料の膜を形成するのに用いられている。堆積法は、例えば半導体デバイス製造プロセスにおいて、最終的に集積回路及びデバイスの製造において用いられる層を形成するために用いることができる。公知の堆積法の一例は物理蒸着（ＰＶＤ）である。ＰＶＤ法にはスパッタリングプロセスを含めることができる。スパッタリングは、堆積させる材料のターゲットを形成し、ターゲットを強電場に近接した負電荷カソードとして与えることを含む。電場を用いて低圧の不活性ガスを電離してプラズマを形成する。プラズマ中の正電荷イオンを、電場によって負電荷スパッタリングターゲットに向かって加速させる。イオンをスパッタリングターゲットに衝突させ、これによってターゲット材料を放出させる。放出されるターゲット材料は、主として原子又は複数の原子の群の形態であり、これを用いてスパッタリングプロセス中にターゲットに近接して配置されている基材上に薄い均一な膜を堆積させることができる。

[0003]スパッタリングプロセスは、通常はスパッタリングチャンバー内で行う。スパッタリングチャンバーシステム部品には、ターゲット、ターゲットフランジ、ターゲット側壁、シールド、カバーリング、コイル、カップ、ピン及び／又はクランプ、並びに他の機械部品を含めることができる。これらのシステム及び／又は堆積装置内には、しばしばターゲットからスパッタされる金属原子の少なくとも一部を電離するために十分な密度の二次プラズマを生成させる誘導結合装置としてコイルが存在する。電離金属プラズマシステムにおいては一次プラズマが形成され、これを一般にマグネトロンによってターゲットの付近に閉じ込め、その後ターゲット表面から原子を放出させる。コイルシステムによって形成される二次プラズマは、スパッタされる材料のイオンを生成させる。これらのイオンは、次に基材表面において形成するシース内の電場によって基材に引きつけられる。本明細書において用いる「シース」という用語は、プラズマと任意の固体表面の間に形成する境界層を意味する。この電場は、基材にバイアス電圧を印加することによって制御することができる。これは、コイルをターゲットとウエハ基材の間に配置し、プラズマ密度を増加させ、イオンの方向性を与えてウエハ基材上に堆積させることによって行われる。幾つかのスパッタリング装置は、ステップカバレッジ、ステップボトムカバレッジ、及びベベルカバレッジなどによって向上した堆積プロファイルを与えるために荷電コイルを導入している。

[0004]プラズマに曝露されるスパッタリングチャンバー内の表面は、付随してこれらの表面上に堆積されたスパッタ材料で被覆されるようになる。所期の基材の外側に堆積した材料は、バックスパッタ(back-sputter)又は再堆積と呼ぶことができる。意図していない表面上に形成されたスパッタ材料の膜は、スパッタリング環境内の温度変動及び他のストレス要因に曝露される。これらの膜における蓄積ストレスが膜の表面への接着強度を超えると、剥離及び脱離が起こって、粒状物の生成が起こる可能性がある。同様に、スパッタリングプラズマが電気アークの発生によって混乱すると、プラズマ内及びアーク力を受ける表面からの両方で粒状物が形成される可能性がある。コイル表面、特に非常に平らであるか、又は鋭く角張った表面を有するものは、低い接着強度を示して、望ましくない粒状物の増加をもたらす可能性がある。ＰＶＤ中における粒子の生成はデバイス故障の潜在的原因であり、マイクロ電子デバイス製造において機能性を減少させる最も有害なファクターの一つである。

[0005]スパッタリングコイルの表面上でスパッタ材料の堆積が起こる可能性がある。コイルの組は、コイル表面、特に非常に平らであるか又は鋭く角張った表面を有するものからの脱離によって粒子状物質を生成させる。スパッタリングプロセス中においては、しばしばスパッタリングチャンバー内からの粒状物がコイルから脱離する。これを克服するために、しばしばスパッタリングチャンバー部品を数多くの方法で改造して、粒子トラップとして機能するそれらの能力を向上させ、また粒子形成に関連する問題を減少させることもできる。

[0006]短絡、プラズマアーク、堆積プロセスに対する阻害、又は粒子生成を起こすことなく、堆積装置、スパッタリングチャンバーシステム、及び／又は電離プラズマ堆積システムと共に用いるための好適に機能するコイルを開発することが望まれている。コイル表面をローレット加工することは、性能を向上させることが知られている一つの方法である。しかしながら、更なる改良が望まれている。

[0007]本発明においては、第１の表面を含む、物理蒸着装置と共に用いるための高表面積コイルを開示する。第１の表面の少なくとも一部は、約１５μｍ〜約１５０μｍの間の表面粗さを有するマクロテクスチャーを有する。第１の表面の少なくとも一部は、約２μｍ〜１５μｍの間の表面粗さを有するミクロテクスチャーを有する。

[0008]本発明においてはまた、第１の表面を含む、物理蒸着装置と共に用いるためのスパッタリングコイルも開示する。第１の表面の少なくとも一部は、約１２０％〜約３００％の間の表面積％(percent surface area)を有する。

[0009]本発明においてはまた、コイルの第１の表面の少なくとも一部の上にマクロテクスチャーを形成することを含む、物理蒸着装置と共に用いるための高表面積コイルを形成する方法も開示する。この方法はまた、マクロテクスチャーを含む第１の表面の少なくとも一部の上にミクロテクスチャーを形成することも含む。マクロテクスチャーを形成し且つミクロテクスチャーを形成した後、コイルは少なくとも１２０％の表面積％を有する。

[0010]複数の態様を開示するが、本発明の更に他の態様は、本発明の代表的な態様を示し且つ記載する以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。したがって、図面及び詳細な説明は、本質的に例示であり、限定ではないとみなすべきである。

[0011]図１Ａは、幾つかのスパッタリングシステムと共に用いることができる代表的なコイルの上面図である。 [0012]図１Ｂは、幾つかのスパッタリングシステムと共に用いることができる代表的なコイルの側面図である。 [0013]図２は、材料表面上で用いることができるローレット加工パターンの一例を示す。 [0014]図３は、材料表面上で用いることができるローレット加工パターンの一例を示す。 [0015]図４は、材料表面上で用いることができるローレット加工パターンの一例を示す。 [0016]図５は、比較例のローレット加工した表面の画像である。 [0017]図６は、処理表面の一例の画像である。 [0018]図７は、処理表面を生成させる代表的な方法を示す。 [0019]図８は、処理表面を生成させる代表的な方法を示す。 [0020]図９Ａ及び９Ｂは、本発明の処理表面の一例の画像である。 [0021]図１０Ａ及び１０Ｂは、本発明の処理表面の一例の画像である。 [0022]図１１Ａは、比較例のローレット加工後のスパッタリングコイル材料表面の画像である。 [0023]図１１Ｂは、本発明方法によって処理した本発明のスパッタリングコイル材料の一例の画像である。 [0024]図１１Ｃは、本発明方法によって処理した本発明のスパッタリングコイル材料の一例の画像である。 [0025]図１２Ａは、スパッタリングコイル材料の代表的なローレット加工した表面の倍率１０倍の画像である。 [0026]図１２Ｂは、スパッタリングコイル材料の代表的なローレット加工した表面の倍率２０倍の画像である。 [0027]図１３Ａは、本発明方法によって処理した代表的なスパッタリングコイル材料の倍率１０倍の画像である。 [0028]図１３Ｂは、本発明方法によって処理した代表的なスパッタリングコイル材料の倍率２０倍の画像である。 [0029]図１４Ａは、本発明方法によって処理した代表的なスパッタリングコイル材料の倍率１０倍の画像である。 [0030]図１４Ｂは、本発明方法によって処理した代表的なスパッタリングコイル材料の倍率２０倍の画像である。

[0031]本発明は、物理蒸着装置と共に用いるための増加した表面積を有するコイルを提供する。このコイルは、第１の表面粗さを定めるマクロテクスチャー、及び第２の表面粗さを定めるミクロテクスチャーを有する表面を有する材料を含む。マクロテクスチャーには、広範囲のパターン形成された表面、例えばローレット加工、過剰ローレット加工(over knurled)、機械加工、又はエンボス加工されたパターンのいずれかを含めることができる。ミクロテクスチャーには、コイルの表面に更に加えられるエッチング又は粒子ブラスト加工されたパターンのいずれかを含めることができる。開示する表面テクスチャー加工は、コイル、ターゲット、シールド、及びスパッタリングプラズマからの再堆積にかけられ、したがって粒状物の生成に寄与しうるスパッタリングチャンバー内の任意の領域に施すことができる。

[0032]製品収量を向上させるために、スパッタリングチャンバー部品を改造して、スパッタ材料接着部位及び粒子トラップとして機能させることができる。これが本発明の特徴である。幾つかの態様においては、本発明は、平らな表面及び角張った表面を排除しながら、表面積を増加させて基材に機械的粗面化を行うことによって、粒子のフレーク化を減少させる特定の表面を有するコイル又はコイルの組を含む。

[0033]図１Ａは、軸方向で見たスパッタリングコイルを示す。図１Ｂは、図１Ａの面に対して側面又は垂直方向から見たスパッタリングコイルを示す。図１Ａ及び１Ｂにおいて示されるように、幾つかの態様においては、スパッタリングコイル８は、材料の実質的に円形のリング１０として形成することができる。コイル８は、中心１６の周りに完全な円形でリング１０を形成するように成形することができる。コイル８は、場合によっては円周内に間隙１２を有するリング１０に成形することができる。コイル８は、中心軸１４を有するリング１０に成形することができる。リング１０は内径を画定する。コイル８は、リング１０の中心１６に向かって内側に面する表面として規定される内側表面１８を有していてよい。コイル８は、リング１０の中心１６から半径方向に離れる方向に向いているリング１０の表面として規定される外側表面２０を有していてよい。

[0034]リング１０は、リング１０の中心軸１４に対して垂直の面内にあり、スパッタリング操作中においてスパッタリングターゲット（図示せず）の方向に面するように配向されているコイル材料の表面を含む上表面２２を有していてよい。リング１０は、リング８の中心軸１４に対して垂直の面内にあり、上表面２２と反対側のコイル８の表面を含む底表面２４を有していてよい。通常は、底表面２４は、基材の方向、又はスパッタリングターゲット（図示せず）から離れる方向に面するように配向される。

[0035]リング１０の外側表面２０には、リング１０の外側表面２０から伸びるボス(boss)３０又は複数のボスを含めることができる。ボス３０は、リング１０の中心１６又は中心軸１４から離れる方向で半径方向に外側に伸びている。ボス３０はチューブ形状の構造であり、コイル８をスパッタリング装置内の所定の位置に保持するために用いることができる。使用中においては、スパッタリングターゲットに面するボス３０の領域は、ターゲットからの堆積に曝露される。コイルの表面が比較的平滑である場合には、バックスパッタ材料の膜がボス表面上に堆積する可能性がある。この堆積物は、堆積プロセスの一部である加熱及び冷却工程に伴って堆積中に膨張及び収縮する。しばしば、この堆積物の接着力が失われて粒状物が放出される。本発明における曝露されるボス領域は、接着力を大きく向上させ且つ表面積を大きく増加させるために、リング表面と同じマクロテクスチャー加工及びミクロテクスチャー加工にかけることができる。この処理によって、ボス表面の剥離、堆積物の脱離、及び粒状物の生成が減少する。

[0036]幾つかの態様においては、コイル８の表面の少なくとも一部にテクスチャー加工した表面を与えることができる。図２〜４は、表面上にマクロテクスチャーを形成することができる表面の幾つかの例を示す。図２は、ローレット加工したマクロテクスチャーの一例を示す。図３は、ローレット加工したマクロテクスチャーの別の例を示す。図４は、図３の別のローレット加工したマクロテクスチャーの拡大画像を示す。

[0037]図５は比較例である。幾つかの態様においては、本発明のマクロテクスチャーはローレット加工した表面として形成することができる。図５に示されるように、ローレット加工装置によって形成されるローレット加工した山部及び谷部並びに切子面の相対的平面性が分かる。

[0038]本発明の一例として、図６は更なるミクロテクスチャー７２を有するコイルを示す。まず図５を説明し、次に図６を説明する。比較例として図５に示されるように、コイル表面はローレット加工したマクロテクスチャーパターンを有する。図５の画像は、ローレット加工のみを予め行った際に存在する幾つかの特徴部を示している。例えば、ローレット加工パターンは、谷部とも呼ばれる溝５２又は凹みによって分離されている隆起した平らな部分のような山部５０を含む。谷部５２は山部５０を分離して画定しており、これは幾つかの例として繰り返し交差線、繰り返しＶ字形線、又は十字交差線のような任意の繰り返しパターンであってよい。山部５０は、菱形、インターレース状ローレット加工部、正方形、又はジクザグ形のような谷部５２によって画定されている任意の繰り返しパターンによって画定されていてよく、或いはほぼ平滑な表面である可能性がある。

[0039]図５のコイルは、比較的垂直の平面状の側壁５６によって囲まれている実質的に水平の表面５４又は山部５０の面のような幾つかの特徴部を含むローレット加工したマクロテクスチャーを有する。山部５０及び側壁５６は境界５８で交差して、その間に境界線を画定する。幾つかの態様においては、この境界線によって、境界が明瞭な縁部６０を含んでいてよい稜線を形成することができる。これらの境界が明瞭な縁部６０を含む構造は、高度に角張った構造を含むマクロテクスチャーと呼ぶことができる。ローレット加工したパターンによって形成される顕著な構造は、山部５０の面５４の領域内の比較的平滑な平面状の表面６２、及び谷部５２の比較的なだらかに丸みを帯びた底部６４である。山部５０はまた、尖った角部６６を形成することもでき、ここで山部５０の面と２つの側壁５６が交差する。

[0040]マクロテクスチャーは、測定することができる種々の国際標準規格によって規定される算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有する。１つの測定方法は、Keyenceカラー３Ｄレーザー共焦点顕微鏡モデルVK9710のようなレーザー共焦点顕微鏡を用いて行うことができる。一般に、マクロテクスチャーの表面粗さは、それぞれの谷部５２の深さの絶対値、及びそれぞれの山部５０上の最も高い点の高さの絶対値の（これらの値の間の平均値から測定した際の）の平均によって規定される。例えば、マクロテクスチャーの高さは約３００μｍＲａ（ここで、Ｒａという用語は粗さアスペクトを指す）であってよい。幾つかの態様においては、表面粗さは、本発明を適用する開始表面によって、１５μｍ、２５μｍ、若しくは３５μｍのような低い値、又は７５μｍ、１５０μｍ、若しくは４００μｍのような高い値のＲａ値を有していてよく、或いは１５μｍ〜４００μｍ、２５μｍ〜１５０μｍ、若しくは３５μｍ〜７５μｍのような上記の値の対によって定められる範囲内であってよい。

[0041]マクロテクスチャーはまた、Keyenceカラー３Ｄレーザー共焦点顕微鏡モデルVK9710のようなレーザー共焦点顕微鏡を用いて測定することができる表面積も有する。幾つかの態様においては、表面積は、山部５０、側壁５６、及び谷部５２の合計面積を含む。この合計の表面積は、ローレット加工又は他の表面パターン形成若しくはテクスチャー加工の前の表面積よりも大きい。これに関しては下記において更に議論する。

[0042]これとは対比的に、本発明の例においては、図６に示されるように、表面は図５におけるものと同じマクロテクスチャーを含むが、図６における表面は更なるミクロテクスチャー７２を含む。この画像においては、図５において存在している幾つかの構成要素が失われている。例えば図６においては、図５における山部５０上の平らな平面状の表面６２ではなく、突起及び凹みを有するミクロテクスチャー７２を含む粗い波打っている表面７０が存在する。図６における山部５０は、ローレット加工パターンだけを有して生成した平面状の表面６２を欠いている。更に、図６における水平面５４と垂直の平面状の側壁５６の境界５８は、図５におけるような境界が明瞭な縁部６０ではなく、粗い凸凹した境界線７４を有している。このミクロテクスチャー加工されたパターンによって、鋭角の境界がより少ない表面が形成され、したがってこの表面は角張った部分が減少していると言うことができる。図６において、水平面５４と２つの側壁が交差する位置７６も、尖っているのではなく丸みを帯びている。図６の谷部５２は、なだらかに丸みを帯びた底表面６４を実質的に有しない。その代わりに、山部５０の表面と同様に、図６における谷部５２は突起及び凹みを含むミクロテクスチャー７２を有する。

[0043]幾つかの態様においては、粗さ又はミクロテクスチャー７２は、山部５０及び側壁５６を含むマクロテクスチャー全体にわたって存在する。幾つかの態様においては、粗さ又はミクロテクスチャー７２は、谷部５２全体に拡がっている。

[0044]マクロテクスチャーと同様に、ミクロテクスチャーの算術平均表面粗さ（Ｒａ）を測定することもできる。例えば、ミクロテクスチャー７２のＲａは、Keyeneceカラー３Ｄレーザー共焦点顕微鏡モデルVK9710のようなレーザー共焦点顕微鏡を用いて測定することができる。マクロテクスチャーをそれに加えた際に表面積が増加するのと同じく、既にマクロテクスチャーを有する表面にミクロテクスチャー７２を加えると、表面積が更に増加する。例えば、ミクロテクスチャー７２の高さは５Ｒａ（ここで、Ｒａという用語は粗さアスペクトを指す）であってよい。幾つかの態様においては、表面粗さは、本発明を適用する開始表面によって、２μｍ、３μｍ、若しくは５μｍのような低い値、又は１０μｍ、１５μｍ、若しくは２０μｍのような高い値のＲａ値を有していてよく、或いは２μｍ〜２０μｍ、３μｍ〜１５μｍ、若しくは５μｍ〜１０μｍのような上記の値の対によって定められる範囲内であってよい。

[0045]ミクロテクスチャー７２を加えることによって、コイルの表面は大きく増大した表面積を有する。表面積変化の値は、表面積％として測定して与えることができる。表面積％は、与えられた表面の実際の表面積を、同じ表面の平面表面積(planar surface area)で割った値として規定される。ここで用いる実際の表面積という用語は、対象の露出したコイル材料の全面積であり；平面表面積という用語は、実際の表面領域によって占められる領域の上に重ねた仮想平面状表面の表面積、即ちテクスチャー加工が存在しない場合の表面積である。ミクロテクスチャー７２の表面積の値の例を下記において更に議論する。

[0046]而して、実際の表面積は、表面のミクロ及びマクロテクスチャーの結果としての表面積の変化を考慮している。完全に平滑な表面に関しては、テクスチャーが存在しないと実際の表面は仮想の二次元平面状表面に等しいので、表面積％は１００％である。表面テクスチャー又は平滑さにおいて変化を加えると、実際の表面積は増加する。言い換えれば、対象物の実際の表面は、仮想の二次元面から離れて三次元空間になる。もはや仮想の二次元面と同等ではないそれぞれの表面は、幾何形状のために実際の表面積が増加する。

[0047]実際の表面積は、Keyenceカラー３Ｄレーザー共焦点顕微鏡モデルVK9710のようなレーザー共焦点顕微鏡を用いて測定することができる。次に、この実際の表面積を測定領域の平面表面積と比較することができる。表面積％の増加は、実際の表面積を相当する平面表面積で割ることによって計算することができる。

[0048]幾つかの態様においては、マクロ及びミクロテクスチャーが与えられた円筒形のような非平面状の表面の表面積％の増加も測定することができる。この測定のためには、問題の表面を描画し、次にデータを処理（即ち平坦化）して基底形状を除去する。これによって、マクロ及びミクロテクスチャーを完全な状態で維持しながら、元の表面を平面状の表面によって表すことができる。次に、平面状の表面を比較することができるのとほぼ同じ方法で、基底形状の元の表面積と直接比較することによって、実際の表面積の増加を測定することができる。

[0049]幾つかの態様においては、ミクロテクスチャーの深さを制御することによって、表面積を増大又は制御することができる。本発明は、マクロテクスチャーを有する表面にミクロテクスチャーを施す種々の方法を意図する。幾つかの態様においては、この方法は、まず表面上にマクロテクスチャーを形成し、次に例えばマクロテクスチャー加工した表面をエッチング又はグリットブラストしてミクロテクスチャーを加えることを含む。幾つかの態様においては、１種類より多い数の処理、例えばエッチングと組み合わせたグリットブラストを用いてミクロテクスチャーを生成させることができる。このミクロテクスチャー表面処理によって、当初の角張った切子面がある低面積の表面が、増大した表面積及び高い表面エネルギーを有する丸みを帯びた貝殻状断面の表面に変化する。

[0050]図７に示すように、幾つかの態様においては、増大した表面積を有するスパッタリングコイルを形成する方法１００は、表面処理のためのスパッタリングコイル材料を準備すること（工程１０８）によって開始する。随意的な製造工程には、コイル材料を取って、コイルを形成するためにそれを所望の形状又は寸法に切断することを含めることができる。調製されたコイル材料は、次に場合によって円形又はリングに成形する（工程１１０）。幾つかの態様においては、コイル材料を、リングの円周内に間隙を有するリングに成形する。コイル材料を成形するために用いることができる一つの方法は、コイル材料をロール加工してリングを形成し、次にリングを切断してリングの円周内に間隙を形成することである。幾つかの態様においては、コイルは、コイル表面処理を完了した後にリングに成形することができる。

[0051]コイルを成形した後、工程１１２においてリングの表面上にマクロテクスチャーを形成する。幾つかの態様においては、リングは特定の表面上のみに形成されたマクロテクスチャーを含む。例えば、リングは、内側表面、外側表面、上表面、底表面、又はボスの１以上の上にマクロテクスチャーを形成することができる。幾つかの態様においては、表面上にマクロテクスチャーを形成した後に、コイルにボスを取り付けることができる。工程１１４において、場合によっては、ボスは、ミクロテクスチャーを表面上に形成する前にコイルに取り付けることができる。工程１１６において、コイルの表面上にミクロテクスチャーを形成する。ミクロテクスチャーによって増大したマクロテクスチャーを有する処理したコイルは、次に工程１１８において随意的な更なる表面処理にかけることができる。例えば、コイルの表面を洗浄して、ミクロテクスチャー形成工程１１６の後にコイル上に残留する化学物質又は粒子を除去することができる。

[0052]図８に示すように、代表的な方法２００を用いて本発明の材料を形成することができる。工程２０８において、コイル材料を調製し；例えば材料をマスター材料からパンチ加工又はプレス加工して平らなコイル材料を形成することができ、これをその後に成形する。調製されたコイル材料は、場合によっては工程２１０においてリングに成形することができる。一般に、リングは完全な円形であってよい。幾つかの態様においては、コイルをリングに成形した後にコイル内に間隙を形成することができる。或いは、リングは、最初に円周内に間隙を残して実質的に円形の形状で成形することができる。幾つかの態様においては、コイル材料は、マクロテクスチャー形成工程２１２の前、又はマクロテクスチャー形成の後であるがミクロテクスチャー形成工程２１６の前のいずれかにおいてリングに成形する。或いは、コイルは、マクロテクスチャー形成工程２１２及びミクロテクスチャー形成工程２１６の両方の後にリングに成形することができる。

[0053]コイル材料は、コイル材料の表面をローレット加工することを含むマクロテクスチャー形成工程２１２にかけることができる。マクロテクスチャー形成工程２１２には、ローレット加工、過剰ローレット加工、強ローレット加工（aggressive knurl)、又は超強ローレット加工(super aggressive knurl)パターンのいずれかをコイル材料の表面に加えることを含めることができる。工作機械などの好適な装置又は切削法を用いて、均一な深さのパターンを有する特定のパターンを形成することができる。好適な装置は、意図し且つ特許請求する所望の粗さを達成する任意の機械的パターン形成装置を含む。

[0054]コイルは、場合によっては工程２１４においてボスを外側表面に取り付けることができる。幾つかの態様においては、ボスは、場合によってはコイル表面上にマクロテクスチャーを形成する前に取り付けることができ、或いはマクロテクスチャーを形成した後に取り付けることができる。幾つかの態様においては、ボスは、場合によってはマクロテクスチャー及びミクロテクスチャーの両方を形成した後に取り付けることができる。幾つかの態様においては、ボスは、コイルリングと同様の表面処理にかけることができ、表面上にマクロテクスチャー及びミクロテクスチャーを形成することができる。

[0055]ミクロテクスチャーの形成には、グリットブラスト工程２１６を含めることができる。グリットブラスト工程２１６を、マクロテクスチャー加工された表面を有する材料に施してミクロテクスチャーを形成することができる。例えば、グリットブラスト工程には、炭化ケイ素グリットを用いてグリットブラストすることを含めることができる。幾つかの態様においては、炭化ケイ素グリットブラストによって、コイルの表面上の残留グリットを検出する能力のような幾つかの有利性が与えられる。幾つかの態様においては、グリットブラスト工程２１６は、単独か又は他の表面処理工程と組み合わせて用いることができる。例えば、フッ化水素酸を用いるエッチング工程２１８を用いることができる。エッチングは、粗いミクロテクスチャーを生成させ、鋭利な縁部を除去し、表面積を増加させるために用いることができる。上記の処理工程のいずれかによってコイルの表面を処理することができる。上表面、底表面、内側表面、及び外側表面を全て、これらの処理工程にかけることができる。更に、ボスもこれらの表面テクスチャー加工工程にかけることができる。

[0056]上記の方法の工程を完了した後は、コイル表面の少なくとも一部はマクロテクスチャーを有する。幾つかの態様においては、表面粗さは、本発明を適用する開始表面によって、１５μｍ、２５μｍ、若しくは３５μｍのような低い値、又は７５μｍ、１５０μｍ、若しくは３００μｍのような高い値のＲａ値を有していてよく、或いは１５μｍ〜３００μｍ、２５μｍ〜１５０μｍ、若しくは３５μｍ〜７５μｍのような上記の値の対によって定められる範囲内であってよい。

[0057]上記の方法の工程を完了した後は、コイル表面の少なくとも一部はまたミクロテクスチャーも有する。幾つかの態様においては、表面粗さは、本発明を適用する開始表面によって、２μｍ、３μｍ、若しくは５μｍのような低い値、又は１０μｍ、１５μｍ、若しくは２０μｍのような高い値のＲａ値を有していてよく、或いは２μｍ〜２０μｍ、３μｍ〜１５μｍ、若しくは５μｍ〜１０μｍのような上記の値の対によって定められる範囲内であってよい。

[0058]同様に、実際の表面積％の増加は、コイル表面に施されたマクロ及びミクロテクスチャーの両方に関して測定することもできる。ここで用いるマクロテクスチャー表面積％は、平面表面(planar surface)と比較した、マクロテクスチャーを加えた後の与えられた表面の表面積％である。ここで用いるミクロテクスチャー表面積％は、平面表面と比較した、ミクロテクスチャーを加えた後の与えられた表面の表面積％である。本発明方法を用いると、平面表面に対して１５０〜４００％の間のマクロテクスチャー表面積の増加を達成することができる。平面表面に対して１４０〜３００％の間のミクロテクスチャー表面積の増加を達成することができる。幾つかの態様においては、マクロテクスチャー表面積は、平面表面のものの少なくとも１２０％のパーセント値を有することができる。幾つかの態様においては、マクロテクスチャー表面積％は、１２０、１４０、若しくは１５０％のような低い値、又は３００、４００、若しくは１０００％のような高い値、或いは１２０〜１０００％、１３０〜４００％、若しくは１５０〜３００％のような上記の値の対によって定められる範囲内であってよい。幾つかの態様においては、ミクロテクスチャー表面積％は、１２５、１４０、若しくは１６０％のような低い値、又は３００、４００、若しくは５００％のような高い値のパーセント値を有していてよく、或いは１２５〜５００％、１４０〜４００％、若しくは１６０〜３００％のような上記の値の対によって定められる範囲内であってよい。

[0059]本発明方法は、表面積を増加させ、大きな凹凸を取り除き、そして表面エネルギーを増加させることによって伝統的なローレット加工表面を変形する。これらの変形によって、スパッタ材料の遊離(loose)分子が本発明の表面に強く接着することができる。更に、本発明方法は、当初のマクロテクスチャー加工した表面から角張った領域及び平らな領域を除去して、スパッタリングプロセス中のアーキングを減少させる。本発明方法によって形成されるスパッタリングコイルは、再堆積膜の向上した接着を示し、粒状物の生成を減少させ、使用中の製品収量を向上させる。より良好なバックスパッタ接着と最小化したアーキングの相乗的組合せによって、半導体デバイス製造者がより高い製品収量を得ることが可能になる。

[0060]以下の非限定的な実施例は本発明の種々の特徴及び特質を示すものであり、本発明に対する限定と解釈すべきではない。
[0061]図９Ａ、９Ｂ、１０Ａ、及び１０Ｂは、Keyenceデジタル顕微鏡モデルVHX-2000Eを用いて１００倍の倍率で記録したものである。図９Ｂ及び１０Ｂは、「デプスアップ(depth up)／３Ｄ」の設定を用いて、表面の最も低い点から最も高い点へ顕微鏡の焦点を動かして１００倍の倍率で撮影して３Ｄ画像を作成したものである。

[0062]図９Ａ及び９Ｂは、グリットブラスト工程にかけた後の表面のマクロテクスチャーを示す。図９Ｂは、ローレット加工した表面の上に多少の高いスポットが残留している場合がある３Ｄ画像を示す。

[0063]図１０Ａ及び１０Ｂは、本発明のエッチング工程にかけた後の図９Ａ及び９Ｂのローレット加工した表面の一例である。エッチングによって、高い縁部又は鋭利な縁部を除去及び丸めることによって、ローレット加工した表面の部分を更に丸めることができる。更に、エッチングによって谷部は更なる粗さを有している。

実施例１：コイル及びボス構造体の視覚的定性評価：
[0064]図１１Ａ、１１Ｂ、及び１１Ｃは、Keyenceデジタル顕微鏡モデルVHX-2000Eを用いて１００倍の倍率で記録したものである。これらの実施例は、マクロ及びミクロテクスチャーを生成させるための３種類の主要な表面処理の視覚的比較を示す。

[0065]幾つかの方法を用いて、平滑なコイル表面をテクスチャー加工した表面に変化させた。３種類の主要プロセス工程：ローレット加工、グリットブラスト、及び長時間エッチングを実施して、それぞれ図１１Ａ、１１Ｂ、及び１１Ｃにおいて示す表面テクスチャーを発現させた。これらの画像は、Keyenceデジタル顕微鏡モデルVHX-2000Eを用いて１００倍の倍率で撮影したものである。平滑な表面を有するコイル表面を用いて開始し、第１の工程であるローレット加工によって図１１Ａに示す当初のマクロテクスチャーを加えた。視覚的観察の概要を表１に含める。

[0066]ローレット加工によって、当初の試験片の比較的平らで平滑な表面が、鋭利で角張ったローレット形状に変化した。視覚的には、表面全体に高い粗さが加えられたが、ローレット形状の頂部は平らで平滑なままであり、これは低いミクロテクスチャー粗さを示していた。第２のプロセス工程のグリットブラストを用いた。得られた表面の画像を図１１Ｂに示す。図１１Ｂに示されるように、グリットブラストによって、ローレット形状の頂部、側面、及び谷部に大きなミクロテクスチャー粗さが加えられた。ローレット形状の側部と頂部の間の鋭利であった境界部が断続的になって丸められ、高度に角張った領域が丸められ、ローレット形状の全体的な平らさが視覚的に約半分まで減少した。

[0067]第３のプロセス工程において、長時間エッチングを用いて、粗面化された角張ったローレット加工表面を更に丸めて、表面のミクロテクスチャー面積を増加させ、平らな領域を視覚的に９５％まで減少させた。得られた表面の画像を図１１Ｃに示す。この処理の結果、鋭利で高度に角張った形状が排除され、平らな領域が高いミクロテクスチャー粗さを有する領域に変化し、高い表面積の形状が形成された。得られた表面は清浄であり、高い表面エネルギーを有していた。

実施例２：処理した表面の定量的比較：
[0068]図１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、及び１４Ｂは、Keyenceカラー３Ｄレーザー共焦点顕微鏡モデルVK-9710を用いて１０倍及び２０倍の設定で記録したものである。これらの記録画像によって、マクロテクスチャーの分析を完了することができる。

[0069]図１２Ａは、１０倍の倍率の比較例のスパッタリングコイル材料のローレット加工した表面である。この画像において示されるように、ローレット加工した表面は、山部及び谷部を含む均一なパターンを含んでいる。それぞれの隆起した山部は比較的平らであり、平滑な平面状の表面を有している。表面粗さ及び表面積に関するデータを表２及び３に含める。

[0070]マクロ表面粗さは、スパッタリングコイルの表面全体の粗さである。したがって、これは複数の山部及びそれらの間の谷部全体の表面積を含む。マクロテクスチャー表面積ｖｓ平面表面の増加％によって、表面テクスチャー加工技術によって、同じ領域をカバーする平らな平面表面の面積と比べてどのくらい増加するかが示される。ローレット形状面の（ミクロ）表面粗さは、単一のローレット加工した山部の領域にわたって測定される粗さである。而して、予測されるように、単一の山部のみにわたる領域は実質的に平滑であるので、ローレット加工しかしていない表面に関する粗さの比較値は１００％である。ミクロテクスチャーの表面積ｖｓ平面表面の増加％によって、平面表面又は簡単に平らなローレット加工した山部の表面積と比較した際に、ローレット加工しかしていない山部の実際の表面積がどのくらい増加するかが示される。

[0071]図１２Ｂは、図１２Ａに示す比較例のスパッタリングコイル材料のローレット加工した表面であり、ここでは２０倍の倍率のみである。
[0072]図１３Ａは、本発明のグリットブラスト工程にかけた後の図１２Ａ及び１２Ｂのローレット加工した表面の例であり、１０倍の倍率で示す。図１２Ａと１３Ａにおける画像を比較すると、図１３Ａにおけるそれぞれの山部及び谷部の表面テクスチャーは、図１２Ａにおけるよりも顕著により粗い。それぞれの山部及び谷部の領域はまた、グリットブラスト工程によって加えられた粗さ及びテクスチャーのために増加した表面積も有している。粗さ及び表面積に関する値を表２及び３に含める。表２及び３におけるデータが示すように、表面粗さ及び表面積は、グリットブラスト工程を完了した後に相当に増加する。

[0073]図１３Ｂは、本発明のグリットブラスト工程にかけた後の図１２Ａ及び１２Ｂのローレット加工した表面の例であり、２０倍の倍率で示す。
[0074]図１４Ａは、本発明のエッチング工程にかけた後の図１２及び１３のローレット加工した表面の例であり、１０倍の倍率で示す。１２Ａ、１３Ａ、及び１４Ａにおける画像を比較すると、それぞれの山部及び谷部の表面は、それぞれの工程によって累進的に増加した表面積を有する。図１４Ａにおいて示されるテクスチャーは、グリットブラストの後の更なる工程によって、図１３Ａの表面積を更に増加させることができることを示しており；この例においては、用いた更なる工程はエッチングであった。エッチング工程は表面積を増加させるように働き、機械的接着を与える。単一の山部の頂部のみの上の表面積を比較すると、表面積は、グリットブラスト及びそれに続くエッチングの結果として１８０％まで増加した。複数のローレット加工した山部及びそれらの間の谷部の表面積を考慮した全表面積は２１０％まで増加した。

[0075]図１４Ｂは、本発明のエッチング工程の後の図１２及び１３のローレット加工した表面の例であり、２０倍の倍率で示す。
[0076]試料は、Keyenceカラー３Ｄレーザー共焦点顕微鏡モデルVK9710を用いて、１０倍及び２０倍の倍率で分析した。顕微鏡写真を図１２〜１４に示し、関連するデータを表２及び３に含める。これらのプロセス工程（ローレット加工、グリットブラスト、及び長時間エッチング）を用いることによって、本方法は、鋭利又は高度に角張った形状を有しない大きく向上したミクロ粗さ及びミクロ表面積にもかかわらず同等のマクロ粗さを含む有益な形状を有するマクロ及びミクロテクスチャーを形成する。マクロテクスチャーは大きな連続領域を崩壊させて、そのようにしていない場合にはスパッタリング中の温度変動によって引き起こされるであろう剥離を減少させる。ミクロテクスチャーの表面粗さは、ベースのローレット加工した表面の４８０％である。表面積は、平らな表面と比べて劇的に増加した。

[0077]本発明は、改良された表面テクスチャーを用いて向上した装置収量を達成する。マクロ粗さを増加させることによるのではなく、ミクロ粗さを増加させ、並びに同時に表面積及び表面活性を増加させることによって、製品不良が減少する。この開発によってスパッタリング中のアーキング及び粒状物が減少し、向上した製品収量が得られる。

[0078]本発明の範囲から逸脱することなく、議論した代表的な態様に対して種々の修正及び付加を行うことができる。例えば、上記に記載した態様は特定の構造に関するが、本発明の範囲はまた、上記に記載の特徴の全部は含まない特徴及び態様の異なる組合せを有する態様も包含する。

[0078]本発明の範囲から逸脱することなく、議論した代表的な態様に対して種々の修正及び付加を行うことができる。例えば、上記に記載した態様は特定の構造に関するが、本発明の範囲はまた、上記に記載の特徴の全部は含まない特徴及び態様の異なる組合せを有する態様も包含する。
本発明の具体的態様は以下のとおりである。
[１]
物理蒸着装置と共に用いるための高表面積コイルであって：
第１の表面；
を含み；
前記第１の表面の少なくとも一部は、約１５μｍ〜約１５０μｍの間の表面粗さを有するマクロテクスチャーを有し；
前記マクロテクスチャーを有する前記第１の表面の少なくとも一部は、約３μｍ〜１５μｍの間の表面粗さを有するミクロテクスチャーを有する；
前記高表面積コイル。
[２]
前記ミクロテクスチャー表面粗さは約５μｍ〜約１０μｍの間である、[１]に記載の高表面積コイル。
[３]
前記ミクロテクスチャーを有する前記第１の表面の部分は約１４０％〜約１０００％の間のマクロテクスチャー表面積％を有する、[１]又は[２]のいずれかに記載の高表面積コイル。
[４]
前記マクロテクスチャーを有する前記第１の表面の部分は約１４０％〜約３００％の間のミクロテクスチャー表面積％を有する、[１]〜[３]のいずれかに記載の高表面積コイル。
[５]
前記コイルの表面積％は約１２０％〜約１０００％の間である、[１]〜[４]のいずれかに記載の高表面積コイル。
[６]
物理蒸着装置と共に用いるための高表面積コイルを形成する方法であって：
コイルの第１の表面の少なくとも一部の上にマクロテクスチャーを形成する工程；及び
前記マクロテクスチャーを含む前記第１の表面の少なくとも一部の上にミクロテクスチャーを形成する工程；
を含み；
前記マクロテクスチャーを形成し且つ前記ミクロテクスチャーを形成した後に、前記コイルは少なくとも１２０％の表面積％を有する、
前記方法。
[７]
前記マクロテクスチャーを形成する工程が、ローレット加工、機械加工、又はエンボス加工パターンを形成する工程の少なくとも１つを含む、[６]に記載の方法。
[８]
前記ミクロテクスチャーを形成する工程が、グリットブラスト、エッチング、電子ビーム加工、ショットピーニング、機械加工、レーザー加工、プレス加工、又はローレット加工の少なくとも一つを含む、[６]又は[７]のいずれかに記載の方法。
[９]
前記マクロテクスチャーを形成し且つ前記ミクロテクスチャーを形成した後に、前記コイルは約２μｍ〜約７５μｍＲａの間の表面粗さを有する、[６]〜[８]のいずれかに記載の方法。
[１０]
前記コイルの表面積％が約１２０％〜約１０００％の間である、[６]〜[９]のいずれかに記載の方法。

Claims (10)

1. 物理蒸着装置と共に用いるための高表面積コイルであって：
   第１の表面；
   を含み；
   前記第１の表面の少なくとも一部は、約１５μｍ〜約１５０μｍの間の表面粗さを有するマクロテクスチャーを有し；
   前記マクロテクスチャーを有する前記第１の表面の少なくとも一部は、約３μｍ〜１５μｍの間の表面粗さを有するミクロテクスチャーを有する；
   前記高表面積コイル。
2. 前記ミクロテクスチャー表面粗さは約５μｍ〜約１０μｍの間である、請求項１に記載の高表面積コイル。
3. 前記ミクロテクスチャーを有する前記第１の表面の部分は約１４０％〜約１０００％の間のマクロテクスチャー表面積％を有する、請求項１又は２のいずれかに記載の高表面積コイル。
4. 前記マクロテクスチャーを有する前記第１の表面の部分は約１４０％〜約３００％の間のミクロテクスチャー表面積％を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の高表面積コイル。
5. 前記コイルの表面積％は約１２０％〜約１０００％の間である、請求項１〜４のいずれかに記載の高表面積コイル。
6. 物理蒸着装置と共に用いるための高表面積コイルを形成する方法であって：
   コイルの第１の表面の少なくとも一部の上にマクロテクスチャーを形成する工程；及び
   前記マクロテクスチャーを含む前記第１の表面の少なくとも一部の上にミクロテクスチャーを形成する工程；
   を含み；
   前記マクロテクスチャーを形成し且つ前記ミクロテクスチャーを形成した後に、前記コイルは少なくとも１２０％の表面積％を有する、
   前記方法。
7. 前記マクロテクスチャーを形成する工程が、ローレット加工、機械加工、又はエンボス加工パターンを形成する工程の少なくとも１つを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記ミクロテクスチャーを形成する工程が、グリットブラスト、エッチング、電子ビーム加工、ショットピーニング、機械加工、レーザー加工、プレス加工、又はローレット加工の少なくとも一つを含む、請求項６又は７のいずれかに記載の方法。
9. 前記マクロテクスチャーを形成し且つ前記ミクロテクスチャーを形成した後に、前記コイルは約２μｍ〜約７５μｍＲａの間の表面粗さを有する、請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記コイルの表面積％が約１２０％〜約１０００％の間である、請求項６〜９のいずれかに記載の方法。