TWI764176B

TWI764176B - 用於濺鍍腔的零部件及其製備方法

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Publication number: TWI764176B
Application number: TW109120234A
Authority: TW
Inventors: 林守賢; 汪瑞芳; 廖浩嘉
Original assignee: 光洋應用材料科技股份有限公司
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2022-05-11
Also published as: TW202200813A

Abstract

一種用於濺鍍腔的零部件，特點在於該零部件具有體心立方晶體結構，包含一沉積部及一侵蝕部，其中，該沉積部的(110)晶面不小於20%，該侵蝕部的(110)晶面不大於15%，且該沉積部具有自一表面形成的第一凸狀圖案。透過該零部件的晶體結構、沉積部及侵蝕部的晶面組織結構控制，以及形成於該沉積部的凸狀圖案，而得以讓設置於濺鍍腔內的該零部件於濺鍍過程，可減少鍍膜過程汙染顆粒的產生，並可提升鍍膜均勻性。此外，本發明還提供該零部件的製備方法。

Description

用於濺鍍腔的零部件及其製備方法

本發明是有關於一種用於鍍膜腔體的零部件及製備方法，特別是指一種用於濺鍍腔體的零部件及其製備方法。

隨著科技的進展及應用領域不斷的擴增，對於半導體電子元件的需求大幅度增加，為了滿足元件更高效能的需求，積體電路的節點特徵尺寸不斷微縮，對於汙染物的容忍度更是降低，相對帶來更高潔淨度以及製程品質的要求。濺鍍，是半導體製程中常見的鍍膜技術之一，利用將不同的材料濺射在晶片表面沉積一層或多層的鍍層，以建構出各種元件不同功能的要求。

然而，利用濺鍍成膜時，由於鍍膜過程中產生的高能量濺鍍粒子除了會沉積在待鍍物，也可能會沉積在濺鍍腔體中待鍍物以外的零部件表面，而沉積於其它零部件表面的附著物若發生剝離，則有可能在鍍膜過程中飛濺到待鍍物上導致汙染，而影響鍍膜品質，因此，許多研究著重於零部件表面處理技術之開發，藉由更牢固的捕捉濺鍍製程中的附著物，避免附著物剝落以減少腔體內的微粒汙染。此外，為了提升鍍膜的均勻性，部分業者利用在濺鍍靶材與基板之間配置零部件，例如線圈，透過線圈產生的二級電漿，最佳化濺鍍原子及分子傳播到基板的路徑，並將濺鍍原子及分子離子化，以提高鍍膜的階梯覆蓋特性；或是利用與濺鍍靶材相同材質的線圈，由於該線圈在濺鍍製程中也會被電漿轟擊出濺鍍粒子，因此，可藉此補償濺鍍靶材的邊緣效應所造成之濺鍍粒子濃度不均勻的問題，達成提升鍍膜均勻性及鍍膜品質的目的。為因應前述需求，因此，線圈必須具備較好的被蝕刻特性。

以鉭線圈(Ta coil)這樣的零部件為例，為避免濺鍍製程中被電漿轟擊出濺鍍粒子沉積剝落而汙染鍍膜，鉭線圈首先應具備捕捉附著物的特性，為此，在鉭線圈表面進行噴砂或將之紋理化為常見的表面處理方式，但因同時亦希望鉭線圈具備較佳的被蝕刻特性，然而相同的表面處理方式卻未必能夠同時符合兩者之需求。

因此，本發明的目的，即在提供一種用於濺鍍腔的零部件，可以避免附著物造成之腔體汙染，同時可提高鍍膜厚度之均勻性。

於是，本發明用於濺鍍腔的零部件，具有體心立方晶體結構，包含一沉積部及一侵蝕部，其中，該沉積部的(110)晶面面積不小於20%，且該侵蝕部的(110)晶面面積不大於15%，且該沉積部具有自一表面形成的第一凸狀圖案，其中，該(110)為依據米勒指數(Miller index)所定義之晶面方向。

此外，本發明的另一目的，在於提供一種用於濺鍍腔的零部件製備方法。

於是，該用於濺鍍腔的零部件製備方法包含以下步驟。

準備一具有體心立方晶體結構的金屬板材。

將該金屬板材進行塑性成形，且塑性成形完成後再進行加工及退火，而得到一金屬件，該金屬件具有彼此相鄰的一沉積部及一蝕刻部。

自該金屬件的表面進行壓印形成一圖案化結構，該圖案化結構具有對應形成於該沉積部的第一凸狀圖案，且該第一凸狀圖案的斜邊與該表面的夾角介於65度~50度。

本發明的功效在於：透過該零部件的晶體結構選擇及(110)晶面面積的設計，讓該零部件選自具有體心立方晶體的金屬，並令其同時具有(110)晶面不小於20%的沉積部，以及(110)晶面不大於15%的侵蝕部，以及對應形成於該沉積部的凸狀圖案，增加零部件沉積部與濺鍍粒子的附著性，以減少鍍膜過程汙染顆粒的產生，以提升鍍膜均勻性。

2:零部件

21:沉積部

211:第一凸狀圖案

212:表面

213:凸部

22:侵蝕部

221:第二凸狀圖案

222:表面

223:凸部

31~33:步驟

100:金屬板材

101:金屬件

102:上部

103:下部

104:圖案化金屬件

θ 1、θ 2:夾角

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明用於濺鍍腔的零部件的第一實施例；圖2是一側視示意圖，說明本發明用於濺鍍腔的零部件的第二實施例；圖3是一文字流程圖，說明製備本發明用於濺鍍腔的零部件的步驟流程；及圖4是一流程示意圖，輔助說明圖3。

本發明用於濺鍍腔的零部件是供設置於一濺鍍腔體內。該零部件可以是例如設置於靶材與基板之間的線圈，或是設置於該濺鍍腔體的其它零件，例如夾環、遮罩等。於下述實施例中該零部件是以設置於靶材與基板之間的線圈為例說明，然實際實施時並不以此為限。此外，要再說明的是，本發明圖式僅為表示元件間的結構及/或位置相對關係，與各元件的實際尺寸並不相關。

參閱圖1，本發明用於濺鍍腔的零部件2的一第一實施例，其中，該零部件(線圈)2是由金屬為材料構成，並具有上下排列的一沉積部21及一侵蝕部22。

詳細的說，該零部件(線圈)2是由具有體心立方晶體結構的金屬構成，可選自但不限於例如：鉭(Ta)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鎢(W)、釩(V)，或鈮(Nb)等。該沉積部21的(110)晶面面積不小於20%，且該侵蝕部22的(110)晶面面積不大於15%，且該沉積部21具有自一表面形成的第一凸狀圖案211。前述，該(110)為依據米勒指數(Miller index)所定義之晶面方向。

詳細的說，該第一凸狀圖案211具有多個自該沉積部21的表面212向上形成的凸部213，且該等凸部213的斜邊與該表面212的夾角θ 1介於65度~50度。透過該第一凸狀圖案211增加表面積，並讓該第一凸狀圖案211的凸部213與表面212的夾角θ 1較大，增加該等凸部213的(110)晶面面積，以提升該沉積部21與沉積原子的結合力。前述，該(110)為依據米勒指數(Miller index)所定義之晶面方向。

於一些實施例中，該第一凸狀圖案211及第二凸狀圖案221的該等凸部213、223為角錐狀。

該等凸部213的斜邊與該表面的夾角θ 1介於60度~55度。

於一些實施例中，該侵蝕部22的(110)晶面面積不大於10%。

當將該線圈2安裝於濺鍍腔(圖未示)並設置於靶材與基板之間時，該沉積部21可相對靠近該濺鍍靶材，該侵蝕部22則可相對較遠離該濺鍍靶材。

濺鍍，是透過讓高能量電漿的正離子轟擊靶材表面，以能量轉移方式將靶材粒子擊出，使其濺射沉積於待鍍物上而成膜。濺鍍過程中透過於該靶材與待鍍物間設置線圈雖然可提高電漿密度，然而，於濺鍍過程該線圈會同時受到兩種不同的作用，一是被飛濺出的靶材粒子沉積，另一則是會受到電漿解離的離子轟擊而產生侵蝕(erosion)。而沉積於線圈的附著物剝離掉落，以及線圈未能適當的被侵蝕，都會影響鍍膜品質及均勻性。此外，因為線圈通常設置於濺鍍靶材與待鍍基材之間，所以附著物的沉積有較高比例發生在靠近濺鍍靶材之線圈的上半部，而侵蝕作用則有較高比例發生在電漿轟擊能量較高之線圈的下半部。因此，如何讓線圈表面於不同區域具有不同的特性，以提昇鍍膜品質及均勻性，則是本發明的重點。

由於體心立方晶體結構的金屬，其(110)晶面具有較多懸浮鍵(dangling bond)，因此，本發明透過線圈2的結構設計，於該沉積部21表面形成第一凸狀圖案211，並讓該沉積部21的(110)晶面面積不小於20%，此時，該沉積部21因表面露出的懸浮鍵(dangling bond)較多，與附著於該沉積部21的飛濺粒子在單位面積上可形成較多的鍵結具有較佳的附著力(adhesion)，而得以降低附著於該沉積部21的附著物剝落造成鍍膜汙染的問題；此外，亦由於體心立方晶體結構的金屬，其(110)晶面不利於被電漿蝕刻，因此本發明進一步令該侵蝕部22的(110)面積比例不大於15%，增加其它晶面的面積比例，以提高該侵蝕部22的可侵蝕性，令該侵蝕部22能適當得被高能量的電漿侵蝕，而得以使該濺鍍腔體邊緣區域之濺鍍粒子濃度趨於均勻。透過讓該線圈2表面的不同部位(沉積部21及侵蝕部22)依需求而具有不同的特性，提升該線圈2對飛濺粒子的吸附性以及被電漿的侵蝕性，以達成較佳的沉積及濺鍍特性。

參閱圖2，本發明用於濺鍍腔的零部件的一第二實施例，仍是以該零部件2為線圈，且其晶體及相關晶面面積條件與該第一實施例相同為例說明，不同處在於該第二實施例是於該沉積部21及該侵蝕部22同時具有第一凸狀圖案211及第二凸狀圖案221。

該第一凸狀圖案211與該第一實施例相同，因此不再多加贅述。

該第二凸狀圖案221具有多個自該侵蝕部22的表面222向上形成的凸部223，且該等凸部223的斜邊與該表面222的夾角θ 2介於25度~40度。較佳地，該第二凸狀圖案222的斜邊與該表面222的夾角θ 2介於30度~35度。

由於該等凸部213、223與表面212、222的夾角θ 1、θ 2 介於65度~50度時，線圈表面(110)晶面面積比率越高；而夾角θ 1、θ 2介於25度~40度時，線圈表面(110)晶面面積比率越少。因此，本發明可進一步透過該第一、二凸狀圖案211、221增加表面積，並讓該第一凸狀圖案211的凸部213與表面212的夾角θ 1較大，增加該等凸部213的(110)晶面面積，提升該沉積部21與沉積原子的結合力；以及讓該第二凸狀圖案221的凸部223與表面222的夾角θ 2較小，減少(110)晶面面積，提升侵蝕部22的被侵蝕性，而可進一步提升鍍膜整體的品質。

於一些實施例中，該第一凸狀圖案211及第二凸狀圖案221的該等凸部213、223均為角錐狀。

要說明的是，前述該等實施例的零部件2是以線圈為例，因線圈設置於濺鍍腔時有特定位置，因此，該沉積部21及侵蝕部22有特定相對位置。然而，當該零部件2是位於該濺鍍腔的其它位置的零件時，因與該靶材或待鍍物之間無直接對應關係，因此，該沉積部21及侵蝕部22可無須如同使用於線圈時有上下位置關係，例如，當該零部件2是位於該濺鍍腔的其它位置的零件時，該沉積部21及侵蝕部22可以是上下排列、左右排列、或是交錯排列，同樣可利用該沉積部21及侵蝕部22的不同特性達成對飛濺粒子的吸附及被電漿侵蝕的目的。

茲將前述用於濺鍍腔的零部件的該等實施例的製備方法說明如下。

配合參閱圖3、4，首先，進行步驟31，準備一具有體心立方晶體結構的金屬板材100。

接著，進行步驟32，將該金屬板材100進行壓延、加工及退火，得到一具備預定之厚度與金相結構的金屬件101。

詳細的說，以該步驟31的金屬板材100是選自具有BCC晶體結構的鉭金屬為例說明，該金屬板材100具有位於上/下相對位置的一上部102及一下部103，且該下部103的厚度大於該上部102的厚度。其中，當該上部102及下部103的厚度比大於0.75時，無法令後續加工後上部102及下部103的(110)晶面面積有足夠的差異，當該上部102及下部103的厚度比小於0.5時，則在塑性成形時易造成該金屬板材100過大之不對稱彎曲，導致得料率下降，因此，較佳地，該下部103的厚度與該上部102的厚度比值介於0.75~0.5。

該步驟32是對該金屬板材100進行塑性變形。該塑性變形可以是先對該金屬板材100進行整體壓延，至令該金屬板材100具有壓延比或變形量為25~50%(壓延比或變形量定義為((板材原始厚度-壓延後厚度)/板材原始厚度)x 100%)。然後，再單獨對該金屬板材100的下部103施加壓延或塑性變形，使得該下部103的總壓延比或變形量為60~95%；或者，先單獨進行下部103之壓延或塑性變形，然後再對金屬板材100進行整體壓延或塑性變形。

接著，將完成壓延或塑性變形之金屬板材100加工至目標尺寸，最後，再將該加工至目標尺寸的金屬板材100於950~1250℃退火1~3小時，即可得到該金屬件101。

接著，進行步驟33，自該金屬件101的上部102及下部103的其中至少一者的表面壓印形成凸狀圖案，得到一圖案化金屬件104。

詳細地說，該步驟33可利用模具(圖未示)，以壓印方式自該金屬件101的上部102，或是同時於該上部102及該下部103的表面進行壓印，而於該上部102，或同時該上部102及該下部103形成該第一、二凸狀圖案212、222，令該上部102形成該沉積部21，該下部103形成該侵蝕部22，而得到表面具有花紋圖案的該圖案化金屬件104。其中，該沉積部21的(110)晶面面積不小於20%；且該侵蝕部22的(110)晶面面積不大於15%。

之後，即可利用該步驟33得到的圖案化金屬件104製成如該第一實施例或該第二實施例的線圈2，或是其它供用於濺鍍腔內的零部件。

接著，將利用前述方法製得的6種圖案化金屬件，將該等圖案化金屬件製成6個用於濺鍍製程的線圈，然後於相同濺鍍條件下利用該等線圈輔助對待鍍物進行鍍膜，並量測鍍膜(鍍膜1~6)的均勻度、表面顆粒數。

茲將該等線圈1~6的晶面條件、凸狀圖案角度(θ 1、θ 2)及相關量測結果整理如表1。

由前述表1，鍍膜5、6結果可知，當沉積部21的(110)晶面面積不足，或是表面無凸狀圖案時，其鍍膜均勻性及薄膜表面顆粒均無法同時達成所需要求(鍍膜均勻度≦3.0%，且薄膜表面顆粒≦3顆)，而透過控制該線圈之沉積部21及侵蝕部22的(110)晶面面積及凸部的夾角(θ 1)，當沉積部21的(110)晶面面積大於20%(20.8%，鍍膜1)，侵蝕部22的(110)晶面面積11.3%，且凸部的夾角(θ 1)為55度時，其鍍膜的均勻度(3.0%)及薄膜表面顆粒(2顆)即可同時達到要求；而當進一步減少蝕刻部22的(110)晶面面積時，其鍍膜的均勻度則可進一步降至2.6%以下，且薄膜表面顆粒也均可維持在3顆以下。當沉積部21的(110)晶面面積最大、凸部的夾角(θ 1)最大，且侵蝕部22的(110)晶面面積最小、凸部夾角(θ 2)最小(鍍膜4)時，可具有最佳的鍍膜結果，顯見，本案透過沉積部 21及侵蝕部22的(110)晶面面積，及第一、二凸部213、223的夾角θ 1、θ 2控制，可讓具有不同(110)晶面面積的部位達成不同的目的及功效，而得以有效提升鍍膜整體的品質。

綜上所述，本發明利用選自具有BCC晶體結構的金屬板材100進行壓延與退火製程，並於該上部102及/或下部103形成具有不同角度的凸狀圖案(第一、二凸狀圖案212、222)，令壓花後形成的該沉積部21及該侵蝕部22具有不同的(110)晶面面積比例，而得到適用於製作濺鍍腔之零部件的圖案化金屬件104。由於以該圖案化金屬件104製得的零部件可同時具有與濺鍍時的飛濺粒子附著性佳的沉積部21，以及可對高能量的飛濺粒子具有較佳侵蝕性的侵蝕部22，因此，得以提升鍍膜品質及均勻度，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。