JPWO2013047232A1 - スパッタリング用タンタル製コイルの再生方法及び該再生方法によって得られたタンタル製コイル - Google Patents

Abstract

【要約書】基板とスパッタリングターゲットとの間に配置するスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法であって、使用済みのタンタル製コイルをコイル全面あるいは一部を切削加工により、一面引き（リデポ膜及びナーリング加工跡がなくなるまで切削）して、スパッタリング中に形成されたリデポ膜を除去し、その後、切削した箇所に、新たにナーリングをかけることを特徴とするスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法に関する。スパッタリング中に、基板とスパッタリングターゲットとの間に配置したタンタル製コイルの表面にスパッタ粒子が堆積（リデポ）するが、スパッタリング終了後に、この使用済みのコイルに堆積したスパッタ粒子を切削により除去して、タンタル製コイルを効率良く再生するものであり、これによって新コイル作製の無駄を排除し、生産性を向上させ、同コイルを安定して提供できる技術を提供することを課題とする。【選択図】図１

Description

本発明は、パーティクル及びアーキングの発生の原因となることを防止するために、スパッタリング装置内の基板とスパッタリングターゲットとの間の空間部を囲むようにコイルを配置するが、スパッタリングの終了後、この使用済みのコイルの表面に堆積したスパッタ粒子を除去して同コイルを再生する、スパッタリング用タンタル製コイルの再生方法及び再生したタンタル製コイルに関する。

スパッタリング用タンタル製コイルは、後述する図面に示すように湾曲した曲面を持つが、コイルの表面は内表面と外表面のいずれの表面も対象となる。したがって、以下に記述する「コイルの表面」は、コイルの内表面と外表面の双方を意味することとする。以下、同様である。

近年、膜厚や成分を容易に制御できるスパッタリング法が、電子・電気部品用材料の成膜法の一つとして多く使用されている。
このスパッタリング法は正の電極と負の電極とからなるターゲットとを対向させ、不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電場を発生させるものであり、この時電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成され、このプラズマ中の陽イオンがターゲット（負の電極）表面に衝突してターゲット構成原子を叩きだし、この飛び出した原子が対向する基板表面に付着して膜が形成されるという原理を用いたものである。

最近のスパッタリング技術として、スパッタリングターゲットと基板との間の空間部にコイルを配置して、プラズマの密度を高め、かつ飛翔するスパッタ粒子を極力基板方向に向かわせるようにする技術がある。この結果、スパッタリング速度が速くなり、膜の均一性が良好となり、総合的に基板へ堆積される膜の品質を高めることができるものである。このコイルは、スパッタされてエロージョンを受ける場合もあるが、スパッタされずに、スパッタ粒子が飛来して付着する（リデポ膜が形成される）場合もある。これは、コイルへのバイアスに応じて変わるものである（特許文献１、２参照）

以上から、一般にコイルの材料はターゲット材料と同一の材料か又は基板上に堆積するスパッタ膜を構成する材料の一部を構成する材料を使用することが多い。しかし、特にコイル材が基板上の薄膜を汚染しない材料であれば、特に制限されない。また、コイルの形状も円形のものから螺旋式のものがあり（特許文献１、２、３参照）、これらを多段に配置する例もある。

ところが、ターゲットと基板との間に上記のようなコイルを配置し、プラズマの密度を高め、かつ飛翔するスパッタ粒子を極力基板方向に向かわせるようにした場合には、基板以外の薄膜形成装置の内壁や内部にある機器に飛翔する量が減少するが、コイル自体に堆積するという問題がある。

このような問題を避けるために、前記特許文献３では、コイルの内面側の上端を削り、内周の厚さを減少させるという提案がなされている。この場合、コイルの上端部は上に向かって鋭く尖った形状になるので、コイルの頂部に堆積するはずの堆積物が、払い落とされ溜まることがなく、また新たなスパッタ粒子が衝突するので清浄化されているという説明がなされている。

しかし、スパッタリングにより堆積する部位は、コイルの上端だけではない。コイルの表面、すなわち外表面及び内表面にも堆積する可能性がある。この場合には、スパッタ粒子が堆積したコイルの表面から剥離した薄片が直接基板表面に飛散して付着し、パーティクル発生の原因となるが、この対策が講じられていない。上記のように電子デバイス回路の高集積度化や微細化の要請から、このような箇所からのパーティクルの発生も大きな問題となる。

このような問題を解決しようとして、ターゲット側面及びバッキングプレートの近傍部分をブラスト処理し、アンカー効果により付着力を向上させる提案がある。
しかし、この場合、ブラスト材の残留による製品への汚染の問題、残留ブラスト材上に堆積した付着粒子の剥離の問題、さらには付着膜の選択的かつ不均一な成長による剥離の問題が新たに生じ、根本的解決にはならない。特に、コイルがタンタルのような硬質の材料では、ブラスト処理する程度では、凹凸を設けることすら困難であり、効果的な付着力の増強効果を得ることはできない。

また、特許文献４には、ターゲットのフランジ、側壁、シールド、カバーリング等に使用するコイルに、ダイヤモンド状又はクロスハッチ状（網目状）のパターンをナーリング加工により形成することが開示されている。この場合、深さが０．３５０ｍｍ〜１．１４３ｍｍとしているが、加工面の凹凸が単純な形状なので、充分なアンカー効果が得られない可能性がある。

上記の通り、使用済みのコイルは、大きく分けて２種類あるが、エロージョンを受けないコイルの場合には、リデポ膜を除去する必要がある。このリデポ膜を除去せずに、再使用すると、リデポ膜が剥離し、パーティクルの発生原因となるからである。
このようなスパッタリング法による薄膜の形成において、スパッタリングが終了した後、使用済みのコイルからリデポ膜を効率よく除去し、コイルを再生できれば、大きくコストダウンを図ることができる。

従来、このような観点から特許文献がいくつか存在する。特許文献５は、処理キットの再使用寿命を延ばすために、堆積した材料をＨ_３ＰＯ_４、ＨＮＯ_３、ＨＦからなる群から選択した少なくとも１つのエッチング液に晒すことが提案されている。また、エッチング又は酸洗により付着したパーティクル（リデポ膜）の除去を行う提案が特許文献６及び特許文献７に提案されている。これらの技術でリデポ膜を、安定して効率良く除去するためには、さらに改良する点が残されている。

特表２００５−５３８２５７号公報 特開２００１−２１４２６４号公報 特表２００８−５３４７７７号公報 ＷＯ２００９／０９９７７５（ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３１７７７） ＵＳ２００７／００１２６５８ ＣＮ１０１５１９７６７ ＣＮ１０１５９１７６７

スパッタリング中に、基板とスパッタリングターゲットとの間に配置したタンタル製コイルの表面にスパッタ粒子が堆積（リデポ）するが、本発明は、スパッタリング終了後に、この使用済みのコイルに堆積したスパッタ粒子を切削して、タンタル製コイルを効率良く再生するものであり、これによって新コイル作製の無駄を排除し、生産性を向上させ、同コイルを安定して提供できる技術を提供することを課題とする。
コイルの再生が可能となれば、電子部品の品質と生産性を向上させ、半導体素子及びデバイスを、安定して提供できる技術を提供することが可能となる。

上記から、本願発明は、
１）基板とスパッタリングターゲットとの間に配置するスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法であって、使用済みのタンタル製コイルをコイル全面あるいは一部を切削加工により、リデポ膜又はエロージョン部の凹凸及びナーリング加工跡がなくなり、平滑な面が得られるまでの切削を行って、スパッタリング中に形成されたリデポ膜を除去し、その後、切削した箇所に、新たにナーリングをかけることを特徴とするスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法、を提供する。この場合の平滑な面とは、Ｒａ≦１．６μｍと定義する。

また、本発明は、
２）切込み量０.４〜０．８ｍｍ、送り０．０５〜０．２ｍｍ／ｒｅｖ、回転数２０〜８０ｒｐｍという条件の切削加工により、リデポ膜又はエロージョン部の凹凸及びナーリング加工跡がなくなり、平滑な面が得られるまでの切削を行うことを特徴とする上記１）に記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法
３）タンタル製コイルが新たにナーリング加工した凹凸を備えることを特徴とする上記１〜２のいずれか一項に記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法
４）新たなナーリング加工の粗さがＲａ≧１５μｍであることを特徴とする上記１〜３のいずれか一項に記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法
５）新たにナーリング加工したナーリング加工後のコイル厚みのばらつき（最大厚みと最小厚みの差）が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする上記１〜４のいずれか一項に記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法
６）リデポ膜の厚さにより、切削量を調節することを特徴とする上記１〜５のいずれか一項記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法
７）上記１〜６のいずれか一項に記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法により得られたスパッタリング用タンタル製コイル、を提供する。

スパッタリング中に、基板とスパッタリングターゲットとの間に配置したタンタル製コイルの表面にスパッタ粒子が堆積（リデポ）するが、本発明により、スパッタリング終了後に、この使用済みのコイルに堆積したスパッタ粒子を切削して、タンタル製コイルを効率良く再生することが可能であり、これによって新コイル作製の無駄を排除し、生産性を向上させ、同コイルを安定して提供できる優れた効果を有する。

本発明により、コイルの再生を簡便に、かつ高精度に行うことができるので、電子部品の品質と生産性を向上させ、半導体素子及びデバイスを、安定して提供できる技術を提供することができる。また、この再生コイルにおいても、新品のコイル同様に、コイルの表面に堆積したスパッタ粒子が剥離し、その薄片が基板表面に飛散して付着して、パーティクル発生の原因となることを防止し、アーキングの発生を抑制することができ、該コイルの表面に堆積するスパッタ粒子の剥落を効果的に抑制することができる。

コイルの外観写真である。

タンタル製コイルを基板とスパッタリングターゲットとの間の空間部を囲むように配置した、スパッタリング装置では、タンタルターゲットからスパッタされた粒子はウエハ以外に、ターゲットの周りにあるタンタル製のコイルの表面にもデポジットし堆積する（リデポ膜の形成）。また、このコイルはスパッタリング中に熱を受けて膨張する。

コイルの表面の堆積厚みが増すと、応力増加により膜が剥離し、これが基板に飛来して付着し、パーティクルやアーキングの原因となる。これを防止するため、一般にコイルにナーリング加工を行い、表面を粗化する加工を行い、耐剥離性を向上させる作業を行っている。このナーリング加工はローレットをワークに強く押し当てること又はローレットでワークを切削することで凹凸を形成するものである。本願発明は、このようなナーリング加工したコイルの再生処理を行うことができる。ナーリング加工したコイルの代表例を図１に示す。

使用済みのタンタル製コイルには、上記の通り、スパッタリングにより飛散してきた粒子が付着する。一般に、これをリデポ膜と称している。タンタル製のコイルを再生することにより、コストを低減化することが可能となる。
再生に際しては、使用済みのタンタル製コイルの全面あるいは一部を切削加工により、一面引きして、スパッタリング中に形成されたリデポ膜を除去する。この場合の一面引きは、リデポ膜又はエロージョン部の凹凸及びナーリング加工跡がなくなるまで、すなわち平滑な面が得られるまでの切削を意味する。

上記の通り、タンタル製コイルのナーリング加工した凹凸の部位に付着したリデポ膜を効果的に除去することができる。この場合の切削加工条件は、次の通りとする。
切込み量０.４〜０．８ｍｍ、送り０．０５〜０．２ｍｍ／ｒｅｖ、回転数２０〜８０ｒｐｍとする。

その後、切削した箇所に、新たにナーリングをかけてスパッタリング用タンタル製コイルを再生する。この場合、新たにナーリング加工したナーリング加工後のコイル厚みのばらつき（最大厚みと最小厚みの差）が０．５ｍｍ以下となるようにすることが望ましい。コイル厚みのばらつきが大きいと、コイルが再使用時にスパッタリングの熱影響を受けて異形に変形する可能性があり、またリデポ膜の厚さ又はコイルのエロージョン部位も変動し易くなるという問題を生ずるからである。

リデポ膜の厚さ又はエロージョンを受けたコイル部分の厚さにより、切削量を調節することが可能である。本発明は、上記のようにして、スパッタリング用タンタル製コイルの再生方法により得られたスパッタリング用タンタル製コイルを提供することができる。本発明の条件により再生したタンタル製コイルは、新品と同様の品質を確保することができる。

次に、実施例について説明する。なお、この実施例は理解を容易にするためのものであり、本発明を制限するものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲内における、他の実施例及び変形は、本発明に含まれるものである。

（実施例１）
コイル全域がエロージョンされているＴａコイルについて、内面と上下エッジ部、外面を切込み量０．６ｍｍ、送り０．１ｍｍ／ｒｅｖ、回転数２５〜６３ｒｐｍという条件の切削加工により一面引きを行った。すなわち、エロージョン部及びナーリング加工跡がなくなり、平滑になるまでの切削を行った。次に、この切削した部分に、新たに再ナーリング加工を行った。
ナーリングの表面粗さはＲａ＝１８．５μｍとなり、コイル厚みのばらつき（最大厚みと最小厚みの差）は０．２５ｍｍであった。この結果、新品同様のコイルが得られた。

（実施例２）
コイルの一部にリデポ膜が付着し、半分がエロージョンを受けているコイルについて、内面と上下エッジ部、外面を切込み量０．８ｍｍ、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、回転数２０〜５０ｒｐｍという条件の切削加工により一面引きを行った。すなわち、リデポ膜及びナーリング加工跡がなくなり、平滑になるまでの切削を行った。次に、この切削した部分に、新たに再ナーリング加工を行った。
ナーリングの表面粗さはＲａ＝１７．６μｍであり、コイル厚みのばらつき（最大厚みと最小厚みの差）は０．３１ｍｍであった。この結果、新品同様のコイルが得られた。

（比較例１）
コイル全域がエロージョンされているＴａコイルについて、内面と上下エッジ部、外面を切込み量１．０ｍｍ、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、回転数６５〜８０ｒｐｍという条件の切削加工により一面引きを行った。すなわち、リデポ膜及びナーリング加工跡がなくなるまでの切削を行った。表面粗さはＲａ＝２．５μｍであり、平滑な面は得られなかった。そして、その箇所に、新たに再ナーリング加工を行った。
ナーリングの表面粗さはＲａ＝１７．８μｍであったが、切削加工の制御が十分でなかったために、コイル厚みのばらつき（最大厚みと最小厚みの差）は、０．５１ｍｍとなり、適切なコイルを得ることができなかった。

（比較例２）
コイル全域がエロージョンされているＴａコイルについて、内面と上下エッジ部、外面を切込み量０．６ｍｍ、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、回転数２５〜６０ｒｐｍという条件の切削加工により一面引きを行った。すなわち、リデポ膜及びナーリング加工跡がなくなるまでの切削を行った。表面粗さはＲａ＝２．１μｍであり平滑な面は得られなかった。そして、その箇所に、新たに再ナーリング加工を行った。
ナーリングの表面粗さはＲａ＝１８．３μｍであったが、切削加工の制御が十分でなかったために、コイル厚みのばらつき（最大厚みと最小厚みの差）は、６．３ｍｍとなり、適切なコイルを得ることができなかった。

本発明は、スパッタリング中に、基板とスパッタリングターゲットとの間に配置したタンタル製コイルの表面にスパッタ粒子が堆積（リデポ）するが、本発明により、スパッタリング終了後に、この使用済みのコイルに堆積したスパッタ粒子を切削して、タンタル製コイルを効率良く再生することが可能であり、これによって新コイル作製の無駄を排除し、生産性を向上させ、同コイルを安定して提供できる優れた効果を有する。

本発明により、コイルの再生を簡便に、かつ高精度に行うことができるので、電子部品の品質と生産性を向上させ、半導体素子及びデバイスを、安定して提供できる技術を提供することができる。また、この再生コイルにおいても、新品のコイル同様に、コイルの表面に堆積したスパッタ粒子が剥離し、その薄片が基板表面に飛散して付着して、パーティクル発生の原因となることを防止し、アーキングの発生を抑制するこができ、該コイルの表面に堆積するスパッタ粒子の剥落を効果的に抑制することができるので、タンタル製コイルを用いたスパッタリング装置に有用である。

Claims (7)

1. 基板とスパッタリングターゲットとの間に配置するスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法であって、使用済みのタンタル製コイルを、コイル全面あるいは一部を切削加工により、リデポ膜又はエロージョン部の凹凸及びナーリング加工跡がなくなり、平滑な面が得られるまでの切削を行って、スパッタリング中に形成されたリデポ膜を除去し、その後、切削した箇所に、新たにナーリングをかけることを特徴とするスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法。
2. 切込み量０.４〜０．８ｍｍ、送り０．０５〜０．２ｍｍ／ｒｅｖ、回転数２０〜８０ｒｐｍという条件の切削加工により、リデポ膜又はエロージョン部の凹凸及びナーリング加工跡がなくなり、平滑な面が得られるまでの切削を行うことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法
3. タンタル製コイルが新たにナーリング加工した凹凸を備えることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法。
4. 新たにナーリング加工したナーリング加工後の粗さがＲａ≧１５μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法。
5. 新たにナーリング加工したナーリング加工後のコイル厚みのばらつき（最大厚みと最小厚みの差）が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法。
6. リデポ膜の厚さにより、切削量を調節することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパッタリング用タンタル製コイルの再生方法により得られたスパッタリング用タンタル製コイル。