KR20160067188A

KR20160067188A - 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법 및 그 재생 방법에 의해서 얻어진 탄탈제 코일

Info

Publication number: KR20160067188A
Application number: KR1020167013884A
Authority: KR
Inventors: 시로 츠카모토
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2016-06-13
Also published as: KR20140071969A; US20140174917A1; CN103748258A; EP2719793A4; WO2013047232A1; TWI602938B; EP2719793A1; TW201315829A; JP5280589B1; EP2719793B1; US9536715B2; JPWO2013047232A1

Abstract

기판과 스퍼터링 타깃 사이에 배치하는 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법으로서, 사용이 끝난 탄탈제 코일을 코일 전체면 혹은 일부를 절삭 가공에 의해서, 일면 인장 (리데포지션막 및 널링 가공흔이 없어질 때까지 절삭) 하여 스퍼터링 중에 형성된 리데포지션막을 제거하고, 그 후 절삭된 지점에 새롭게 널링을 실시하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법에 관한 것이다. 스퍼터링 중에, 기판과 스퍼터링 타깃 사이에 배치된 탄탈제 코일 표면에 스퍼터 입자가 퇴적 (리데포지션) 되는데, 스퍼터링 종료 후에, 이 사용이 끝난 코일에 퇴적된 스퍼터 입자를 절삭에 의해서 제거하여 탄탈제 코일을 효율적으로 재생하는 것으로서, 이로써 신코일 제작의 비경제성을 배제하고, 생산성을 향상시켜 동 코일을 안정적으로 제공할 수 있는 기술을 제공하는 것을 과제로 한다.

Description

스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법 및 그 재생 방법에 의해서 얻어진 탄탈제 코일{REGENERATION METHOD FOR TANTALUM COIL FOR SPUTTERING AND TANTALUM COIL OBTAINED BY REGENERATION METHOD}

본 발명은 파티클 및 아킹의 발생 원인이 되는 것을 방지하기 위해서, 스퍼터링 장치 내의 기판과 스퍼터링 타깃 사이의 공간부를 둘러싸도록 코일을 배치하는데, 스퍼터링의 종료 후, 이 사용이 끝난 코일 표면에 퇴적된 스퍼터 입자를 제거하여 동 코일을 재생하는, 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법 및 재생된 탄탈제 코일에 관한 것이다.

스퍼터링용 탄탈제 코일은, 후술하는 도면에 나타내는 바와 같이 만곡된 곡면을 갖는데, 코일 표면은 내표면과 외표면의 모든 표면이 대상이 된다. 따라서, 이하에 기술하는「코일 표면」은 코일의 내표면과 외표면의 쌍방을 의미하는 것으로 한다. 이하, 동일하다.

최근, 막두께나 성분을 용이하게 제어할 수 있는 스퍼터링법이 전자·전기 부품용 재료의 성막법의 하나로서 많이 사용되고 있다.

이 스퍼터링법은 정 (正) 의 전극과 부 (負) 의 전극으로 이루어지는 타깃을 대향시키고, 불활성 가스 분위기 하에서 이들 기판과 타깃 사이에 고전압을 인가하여 전기장을 발생시키는 것으로서, 이 때 전리된 전자와 불활성 가스가 충돌하여 플라즈마가 형성되고, 이 플라즈마 중의 양이온이 타깃 (부의 전극) 표면에 충돌하여 타깃 구성 원자를 때리고, 이 튀어나온 원자가 대향하는 기판 표면에 부착되어 막이 형성된다는 원리를 이용한 것이다.

최근의 스퍼터링 기술로서, 스퍼터링 타깃과 기판 사이의 공간부에 코일을 배치하여 플라즈마의 밀도를 높이고, 또한 비상하는 스퍼터 입자를 최대한 기판 방향으로 향하게 하도록 하는 기술이 있다. 이 결과, 스퍼터링 속도가 빨라지고, 막의 균일성이 양호해져, 종합적으로 기판에 퇴적되는 막의 품질을 높일 수 있는 것이다. 이 코일은 스퍼터되어 에로션이 발생되는 경우도 있지만, 스퍼터되지 않고 스퍼터 입자가 날아와서 부착되는 (리데포지션막이 형성되는) 경우도 있다. 이것은 코일에 대한 바이어스에 따라서 변하는 것이다 (특허문헌 1, 2 참조).

이상으로부터, 일반적으로 코일의 재료는 타깃 재료와 동일한 재료이거나 또는 기판 상에 퇴적되는 스퍼터 막을 구성하는 재료의 일부를 구성하는 재료를 사용하는 경우가 많다. 그러나, 특히 코일재가 기판 상의 박막을 오염시키지 않는 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 또, 코일의 형상도 원형인 것부터 나선식인 것이 있고 (특허문헌 1, 2, 3 참조), 이것들을 다단으로 배치하는 예도 있다.

그런데, 타깃과 기판 사이에 상기와 같은 코일을 배치하여 플라즈마의 밀도를 높이고, 또한 비상하는 스퍼터 입자를 최대한 기판 방향을 향하게 하도록 한 경우에는, 기판 이외의 박막 형성 장치의 내벽이나 내부에 있는 기기에 비상하는 양이 감소되지만, 코일 자체에 퇴적된다는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 회피하기 위해서, 상기 특허문헌 3 에서는, 코일의 내면측의 상단을 깎아 내주의 두께를 감소시킨다는 제안이 이루어지고 있다. 이 경우, 코일의 상단부는 위로 향하여 날카롭고 뾰족한 형상이 되기 때문에, 코일의 정상부에 퇴적될 퇴적물이 떨어져 쌓이는 경우가 없고, 또 새로운 스퍼터 입자가 충돌되기 때문에 청정화된다고 설명되어 있다.

그러나, 스퍼터링에 의해서 퇴적되는 부위는 코일의 상단만이 아니다. 코일 표면, 즉 외표면 및 내표면에도 퇴적될 가능성이 있다. 이 경우에는, 스퍼터 입자가 퇴적된 코일 표면으로부터 박리된 박편이 직접 기판 표면에 비산되고 부착되어 파티클 발생의 원인이 되지만, 이 대책이 강구되어 있지 않다. 상기와 같이 전자 디바이스 회로의 고집적도화나 미세화의 요청으로부터, 이와 같은 지점에서의 파티클 발생도 큰 문제가 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 타깃 측면 및 배킹 플레이트의 근방 부분을 블라스트 처리하고, 앵커 효과에 의해서 부착력을 향상시키는 제안이 있다.

그러나, 이 경우, 블라스트재의 잔류로 인한 제품에 대한 오염 문제, 잔류 블라스트재 상에 퇴적된 부착 입자의 박리 문제, 나아가서는 부착막의 선택적이고 또한 불균일한 성장으로 인한 박리 문제가 새로 발생되어 근본적 해결은 되지 않는다. 특히, 코일이 탄탈과 같은 경질의 재료이면, 블라스트 처리하는 정도로는 요철을 형성하는 것조차 곤란하고, 효과적인 부착력의 증강 효과를 얻을 수 없다.

또, 특허문헌 4 에는, 타깃의 플랜지, 측벽, 실드, 커버 링 등에 사용하는 코일에, 다이아몬드상 또는 크로스 해치상 (망목상) 의 패턴을 널링 가공에 의해서 형성하는 것이 개시되어 있다. 이 경우, 깊이가 0.350 ㎜ ∼ 1.143 ㎜ 로 하고 있는데, 가공 면의 요철이 단순한 형상이기 때문에 충분한 앵커 효과가 얻어지지 않을 가능성이 있다.

상기와 같이, 사용이 끝난 코일은 크게 나누어 2 종류 있는데, 에로션이 발생되지 않은 코일의 경우에는 리데포지션막을 제거할 필요가 있다. 이 리데포지션막을 제거하지 않고 재사용하면, 리데포지션막이 박리되어 파티클의 발생 원인이 되기 때문이다.

이와 같은 스퍼터링법에 의한 박막의 형성에 있어서, 스퍼터링이 종료된 후, 사용이 끝난 코일로부터 리데포지션막을 효율적으로 제거하여 코일을 재생할 수 있으면, 크게 비용 다운을 도모할 수 있다.

종래, 이와 같은 관점에서 특허문헌 몇 가지가 존재한다. 특허문헌 5 는, 처리 키트의 재사용 수명을 늘리기 위해서, 퇴적된 재료를 H₃PO₄, HNO₃, HF 로 이루어지는 군에서 선택한 적어도 1 개의 에칭액에 노출시키는 것이 제안되어 있다. 또, 에칭 또는 산세에 의해서 부착된 파티클 (리데포지션막) 을 제거하는 제안이 특허문헌 6 및 특허문헌 7 에 제안되어 있다. 이들 기술에 의해서 리데포지션막을 안정적으로 효율적으로 제거하기 위해서는, 더욱 개량할 점이 남아 있다.

일본 공표특허공보 2005-538257호 일본 공개특허공보 2001-214264호 일본 공표특허공보 2008-534777호 WO2009/099775 (PCT/US2009/031777) 미국특허 US2007/0012658 중국특허 CN101519767 중국특허 CN101591767

스퍼터링 중에, 기판과 스퍼터링 타깃 사이에 배치된 탄탈제 코일 표면에 스퍼터 입자가 퇴적 (리데포지션) 되는데, 본 발명은 스퍼터링 종료 후에 이 사용이 끝난 코일에 퇴적된 스퍼터 입자를 절삭하여, 탄탈제 코일을 효율적으로 재생하는 것으로서, 이로써 신코일 제작의 비경제성을 배제하고, 생산성을 향상시켜 동 코일을 안정적으로 제공할 수 있는 기술을 제공하는 것을 과제로 한다.

코일의 재생이 가능해지면, 전자 부품의 품질과 생산성을 향상시켜 반도체 소자 및 디바이스를 안정적으로 제공할 수 있는 기술을 제공할 수 있게 된다.

상기로부터, 본원 발명은,

1) 기판과 스퍼터링 타깃 사이에 배치하는 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법으로서, 사용이 끝난 탄탈제 코일을 코일 전체면 혹은 일부를 절삭 가공에 의해서, 리데포지션막 또는 에로션부의 요철 및 널링 가공흔이 없어지고, 평활한 면이 얻어질 때까지의 절삭을 실시하여, 스퍼터링 중에 형성된 리데포지션막을 제거하고, 그 후 절삭된 지점에 새롭게 널링을 실시하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법을 제공한다. 이 경우의 평활한 면은 Ra ≤ 1.6 ㎛ 로 정의한다.

또, 본 발명은,

2) 절삭 깊이량 0.4 ∼ 0.8 ㎜, 이송 0.05 ∼ 0.2 ㎜/rev, 회전수 20 ∼ 80 rpm 이라는 조건의 절삭 가공에 의해서, 리데포지션막 또는 에로션부의 요철 및 널링 가공흔이 없어지고, 평활한 면이 얻어질 때까지의 절삭을 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법

3) 탄탈제 코일이 새로 널링 가공된 요철을 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 1 ∼ 2 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법

4) 새로운 널링 가공의 조도가 Ra ≥ 15 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 상기 1 ∼ 3 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법

5) 새로 널링 가공된 널링 가공 후의 코일 두께의 편차 (최대 두께와 최소 두께의 차) 가 0.5 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1 ∼ 4 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법

6) 리데포지션막의 두께에 의해서, 절삭량을 조절하는 것을 특징으로 하는 상기 1 ∼ 5 중 어느 1 항 기재된 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법

7) 상기 1 ∼ 6 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법에 의해서 얻어진 스퍼터링용 탄탈제 코일을 제공한다.

스퍼터링 중에, 기판과 스퍼터링 타깃 사이에 배치된 탄탈제 코일 표면에 스퍼터 입자가 퇴적 (리데포지션) 되는데, 본 발명에 의해서, 스퍼터링 종료 후에, 이 사용이 끝난 코일에 퇴적된 스퍼터 입자를 절삭하여 탄탈제 코일을 효율적으로 재생할 수 있고, 이로써 신코일 제작의 비경제성을 배제하고, 생산성을 향상시켜 동 코일을 안정적으로 제공할 수 있는 우수한 효과를 갖는다.

본 발명에 의해서, 코일의 재생을 간편하게 또한 고정밀도로 실시할 수 있기 때문에, 전자 부품의 품질과 생산성을 향상시켜 반도체 소자 및 디바이스를 안정적으로 제공할 수 있는 기술을 제공할 수 있다. 또, 이 재생 코일에 있어서도, 신품의 코일처럼 코일 표면에 퇴적된 스퍼터 입자가 박리되고, 그 박편이 기판 표면에 비산되고 부착되어 파티클 발생의 원인이 되는 것을 방지하고, 아킹의 발생을 억제할 수 있고, 그 코일 표면에 퇴적되는 스퍼터 입자의 박리를 효과적으로 억제할 수 있다.

도 1 은 코일의 외관 사진이다.

탄탈제 코일을 기판과 스퍼터링 타깃 사이의 공간부를 둘러싸도록 배치한, 스퍼터링 장치에서는, 탄탈 타깃으로부터 스퍼터된 입자는 웨이퍼 이외에, 타깃의 주위에 있는 탄탈제의 코일 표면에도 디포지트되어 퇴적된다 (리데포지션막의 형성). 또, 이 코일은 스퍼터링 중에 열을 받아 팽창한다.

코일 표면의 퇴적 두께가 증가되면 응력 증가에 의해서 막이 박리되고, 이것이 기판에 날아와서 부착되어 파티클이나 아킹의 원인이 된다. 이것을 방지하기 위해서, 일반적으로 코일에 널링 가공을 실시하고, 표면을 조화시키는 가공을 실시하여 내박리성을 향상시키는 작업을 실시하고 있다. 이 널링 가공은 롤렛을 워크에 강하게 가압하거나 롤렛으로 워크를 절삭함으로써 요철을 형성하는 것이다. 본원 발명은 이와 같은 널링 가공된 코일의 재생 처리를 실시할 수 있다. 널링 가공된 코일의 대표예를 도 1 에 나타낸다.

사용이 끝난 탄탈제 코일에는, 상기와 같이 스퍼터링에 의해서 비산되어 온 입자가 부착된다. 일반적으로, 이것을 리데포지션막이라고 칭한다. 탄탈제의 코일을 재생시킴으로써 비용을 저감화할 수 있게 된다.

재생시에는, 사용이 끝난 탄탈제 코일의 전체면 혹은 일부를 절삭 가공에 의해서 일면 인장하여 스퍼터링 중에 형성된 리데포지션막을 제거한다. 이 경우의 일면 인장은, 리데포지션막 또는 에로션부의 요철 및 널링 가공흔이 없어질 때까지, 즉 평활한 면이 얻어질 때까지의 절삭을 의미한다.

상기와 같이, 탄탈제 코일의 널링 가공된 요철 부위에 부착된 리데포지션막을 효과적으로 제거할 수 있다. 이 경우의 절삭 가공 조건은 다음과 같이 한다.

절삭 깊이량 0.4 ∼ 0.8 ㎜, 이송 0.05 ∼ 0.2 ㎜/rev, 회전수 20 ∼ 80 rpm 으로 한다.

그 후, 절삭된 지점에, 새로 널링을 실시하여 스퍼터링용 탄탈제 코일을 재생한다. 이 경우, 새로 널링 가공된 널링 가공 후의 코일 두께의 편차 (최대 두께와 최소 두께의 차) 가 0.5 ㎜ 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 코일 두께의 편차가 크면, 코일이 재사용시에 스퍼터링의 열 영향을 받아 이형으로 변형될 가능성이 있고, 또 리데포지션막의 두께 또는 코일의 에로션 부위도 변동되기 쉬워진다는 문제를 일으키기 때문이다.

리데포지션막의 두께 또는 에로션이 발생된 코일 부분의 두께에 따라서 절삭량을 조절할 수 있다. 본 발명은 상기와 같이 하여 스퍼터링용 탄탈제 코일의 재생 방법에 의해서 얻어진 스퍼터링용 탄탈제 코일을 제공할 수 있다. 본 발명의 조건에 의해서 재생된 탄탈제 코일은 신품과 동일한 품질을 확보할 수 있다.

실시예

다음으로, 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이 실시예는 이해를 용이하게 하기 위한 것으로서, 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서의 그밖의 실시예 및 변형은 본 발명에 포함되는 것이다.

(실시예 1)

코일 전역에 에로션이 발생된 Ta 코일에 대해서, 내면과 상하 에지부, 외면을 절삭 깊이량 0.6 ㎜, 이송 0.1 ㎜/rev, 회전수 25 ∼ 63 rpm 이라는 조건의 절삭 가공에 의해서 일면 인장을 실시하였다. 즉, 에로션부 및 널링 가공흔이 없어지고, 평활해질 때까지의 절삭을 실시하였다. 다음으로, 이 절삭된 부분에 새로 재널링 가공을 실시하였다.

널링의 표면 조도는 Ra = 18.5 ㎛ 가 되고, 코일 두께의 편차 (최대 두께와 최소 두께의 차) 는 0.25 ㎜ 였다. 이 결과, 신품과 동일한 코일이 얻어졌다.

(실시예 2)

코일의 일부에 리데포지션막이 부착되고, 절반에 에로션이 발생된 코일에 대해서, 내면과 상하 에지부, 외면을 절삭 깊이량 0.8 ㎜, 이송 0.2 ㎜/rev, 회전수 20 ∼ 50 rpm 이라는 조건의 절삭 가공에 의해서 일면 인장을 실시하였다. 즉, 리데포지션막 및 널링 가공흔이 없어지고, 평활해질 때까지의 절삭을 실시하였다. 다음으로, 이 절삭된 부분에 새로 재널링 가공을 실시하였다.

널링의 표면 조도는 Ra = 17.6 ㎛ 이고, 코일 두께의 편차 (최대 두께와 최소 두께의 차) 는 0.31 ㎜ 였다. 이 결과, 신품과 동일한 코일이 얻어졌다.

(비교예 1)

코일 전역에 에로션이 발생된 Ta 코일에 대해서, 내면과 상하 에지부, 외면을 절삭 깊이량 1.0 ㎜, 이송 0.2 ㎜/rev, 회전수 65 ∼ 80 rpm 이라는 조건의 절삭 가공에 의해서 일면 인장을 실시하였다. 즉, 리데포지션막 및 널링 가공흔이 없어질 때까지의 절삭을 실시하였다. 표면 조도는 Ra = 2.5 ㎛ 이고, 평활한 면은 얻어지지 않았다. 그리고, 그 지점에 새로 재널링 가공을 실시하였다.

널링의 표면 조도는 Ra = 17.8 ㎛ 이었으나, 절삭 가공의 제어가 충분하지 않았기 때문에, 코일 두께의 편차 (최대 두께와 최소 두께의 차) 는 0.51 ㎜ 가 되어 적절한 코일을 얻을 수 없었다.

(비교예 2)

코일 전역에 에로션이 발생된 Ta 코일에 대해서, 내면과 상하 에지부, 외면을 절삭 깊이량 0.6 ㎜, 이송 0.3 ㎜/rev, 회전수 25 ∼ 60 rpm 이라는 조건의 절삭 가공에 의해서 일면 인장을 실시하였다. 즉, 리데포지션막 및 널링 가공흔이 없어질 때까지의 절삭을 실시하였다. 표면 조도는 Ra = 2.1 ㎛ 이고, 평활한 면은 얻어지지 않았다. 그리고, 그 지점에 새로 재널링 가공을 실시하였다.

널링의 표면 조도는 Ra = 18.3 ㎛ 였지만, 절삭 가공의 제어가 충분하지 않았기 때문에, 코일 두께의 편차 (최대 두께와 최소 두께의 차) 는 6.3 ㎜ 가 되어 적절한 코일을 얻을 수 없었다.

산업상 이용가능성

본 발명은 스퍼터링 중에, 기판과 스퍼터링 타깃 사이에 배치된 탄탈제 코일 표면에 스퍼터 입자가 퇴적 (리데포지션) 되는데, 본 발명에 의해서, 스퍼터링 종료 후에, 이 사용이 끝난 코일에 퇴적된 스퍼터 입자를 절삭하여 탄탈제 코일을 효율적으로 재생할 수 있고, 이로써 신코일 제작의 비경제성을 배제하고, 생산성을 향상시켜 동 코일을 안정적으로 제공할 수 있는 우수한 효과를 갖는다.

본 발명에 의해서, 코일의 재생을 간편하게 또한 고정밀도로 실시할 수 있기 때문에, 전자 부품의 품질과 생산성을 향상시켜 반도체 소자 및 디바이스를 안정적으로 제공할 수 있는 기술을 제공할 수 있다. 또, 이 재생 코일에 있어서도, 신품의 코일처럼, 코일 표면에 퇴적된 스퍼터 입자가 박리되고, 그 박편이 기판 표면에 비산되고 부착되어 파티클 발생의 원인이 되는 것을 방지하고, 아킹의 발생을 억제할 수 있고, 그 코일 표면에 퇴적되는 스퍼터 입자의 박리를 효과적으로 억제할 수 있기 때문에 탄탈제 코일을 사용한 스퍼터링 장치에 유용하다.

Claims

본원 발명의 설명에 기재된 발명.