WO2011122317A1 - スパッタリング用タンタル製コイル及び同コイルの加工方法 - Google Patents
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Definitions
- a sputtering method capable of easily controlling the film thickness and components has been frequently used as one of film forming methods for materials for electronic and electrical parts.
- a target composed of a positive electrode and a negative electrode is opposed to each other, and an electric field is generated by applying a high voltage between the substrate and the target in an inert gas atmosphere.
- Ionized electrons collide with inert gas to form a plasma, and cations in the plasma collide with the target (negative electrode) surface to strike out target constituent atoms, and the surface of the substrate where the ejected atoms face each other
- This is based on the principle that a film is formed by adhering to the film.
- the tantalum coil As shown in FIG. 1 and FIG. 2, although the tantalum coil is used, the unevenness is large and the unevenness is clear, and the deposition film attached to the surface of the tantalum coil is stronger. Adhesion is possible. In addition, when sputtering was performed using this tantalum coil, the coil had to be replaced after using 200 kWh, but when the tantalum coil of Example 1 was used, 350 kWh could be used. This has made it possible to obtain a great effect.
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Abstract
Description
この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。
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。
このコイルは、スパッタされる場合もあるがスパッタされない場合もある。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)
このように、電子デバイス回路の高集積度化や微細化が進むにつれてパーティクルの発生は一層大きな問題となってきた。
このような問題を避けるために、前記特許文献3では、コイルの上端を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、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。
1)基板とスパッタリングターゲットとの間に配置するタンタル製コイルであって、該コイルの表面の表面粗さRzが150μm以上であり、かつ横方向が15~30TPI(このTPIは、「Threads per inch」を意味する。以下、「TPI」と記載する。)、縦方向が10~30TPIである凹凸を備えてい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
2)表面粗さRzが200μm以上であることを特徴とする上記1)記載のスパッタリング用タンタル製コイル
3)表面粗さRzが250μm以上であることを特徴とする上記1)記載のスパッタリング用タンタル製コイル
4)山の先端のRが10~500μmであるか又は10~500μm幅の平坦面を有す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。
なお、前記TPI(Threads per inch)は、1インチ(25.4mm)当たりの山の数(ねじ山の数)を意味する。
5)基板とスパッタリングターゲットとの間に配置するタンタル製コイルをナーリング加工によって、該コイルの表面の表面粗さRzが150μm以上であり、かつ横方向が15~30TPI、縦方向が10~30TPIの凹凸を形成す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加工方法
6)表面粗さRzが200μm以上とすることを特徴とする上記5)記載のスパッタリング用タンタル製コイルの加工方法
7)表面粗さRzが250μm以上とすることを特徴とする上記5)記載のスパッタリング用タンタル製コイルの加工方法。
8)山の先端のRを10~500μmとするか又は10~500μm幅の平坦面とすることを特徴とする上記5)~7)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加工方法、を提供する。
これを防止するため、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た。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で凹凸を形成するものであるが、タンタルは硬いため形成できる粗さに限度がある。
また、ナーリング加工を行うにしても、どの程度の表面に凹凸を形成すれば、コイルの表面からスパッタ粒子の剥離を防止できるか、定かでないという問題もあった。
一般に、コイルは薄い材料を使用し、5mm程度の厚さのものを使用する場合もあるので、強度のナーリング加工を行うと、コイル自体が変形することがあり、また弱度のナーリング加工では、粗化が十分でない結果となる。
本発明は、この点を調べるために多数の試験を行い、かつナーリング加工の方法とナーリング加工の強度を変えて最適な条件を見出したものである。
本発明は、このようにして得たスパッタリング用タンタル製コイルを提供するものである。上記のいずれの条件を外れても、コイルの表面からスパッタ粒子の剥離を防止することができず、本発明の目的を達成することができない。
コイルの厚さ、幅、長さは、スパッタリング装置の設計によって任意に替えることが可能であり、またコイルを多段に設置したり、螺旋状にしたりすることも、スパッタリング装置設計上の問題であり、任意に設計できることは容易に理解できるであろう。
切削式ナーリング加工により、コイルの表面の表面粗さRz=250μm、かつ横方向20TPI(Threads per inch)、縦方向13TPI、山の先端のRが100μmのタンタルコイルを作成した。
図1に、実施例1の本発明の切削式ナーリング加工を行ったコイルの外観写真(A)とコイルの外側(外表面部)の外観写真(B)を示す。また、図2に、本発明の切削式ナーリング加工を行ったコイルの表面のSEM写真(A)とコイルの表面の深さ方向(断面)のSEM写真(B)を示す。
また、このタンタル製コイルを使用してスパッタリングを実施した場合には、従来は200kWhの使用後に、コイルの交換を行わなければならなかったが、本実施例1のタンタル製コイルを使用した場合は、350kWhの使用が可能であった。これにより大きな効果を得ることが可能となった。
切削式ナーリング加工により、コイルの表面の表面粗さRz=150μm、かつ横方向20TPI、縦方向13TPI、山の先端のRが220μmのタンタルコイルを作成した。タンタル製コイルであるにもかかわらず、凹凸の段差が大きく、凹凸が明瞭であり、タンタル製のコイルの表面に付着したデポ膜の、より強固な付着を可能とするものである。
切削式ナーリング加工により、コイルの表面の表面粗さRz=300μm、かつ横方向20TPI、縦方向13TPI、山の先端のRが5μmのタンタルコイルを作成した。タンタル製コイルであるにもかかわらず、凹凸の段差が大きく、凹凸が明瞭であり、タンタル製のコイルの表面に付着したデポ膜の、より強固な付着を可能とするものである。
但し、山の先端のRがやや小さいため、300kWhを過ぎると山の先端部でデポ膜の剥離が生じるようになった。
押し当て式ナーリング加工により、コイルの表面の表面粗さRz=250μm、かつ横方向18TPI、縦方向18TPI、山の先端に位置する平坦面の幅が200μmのタンタルコイルを作成した。
図5に、本実施例4の押し当て式ナーリング加工を行ったコイルの表面のSEM写真(A)とコイルの表面の深さ方向(断面)のSEM写真(B)を示す。この場合、山の先端に位置する平坦面としたが、10~500μmのR加工面とすることもできる。
この図5に示すように、タンタル製コイルであるにもかかわらず、凹凸の段差が大きく、凹凸が明瞭であり、タンタル製のコイルの表面に付着したデポ膜の、より強固な付着を可能とするものである。
押し当て式ナーリング加工により、コイルの表面の表面粗さRz=80μm、かつ横方向80TPI、縦方向32TPI、山の先端のRが200μmのタンタルコイルを作成した。図3に、比較例1のナーリング加工を行ったコイルの外観写真(A)とコイルの表面の外観写真(B)を示す。また、図4に、比較例1の押し当て式ナーリング加工を行ったコイルの表面のSEM写真(A)とコイルの表面の深さ方向(断面)のSEM写真(B)を示す。
このタンタル製コイルを使用してスパッタリングを実施した場合には、200kWh使用後に、コイルの交換を行わなければならなかった。
押し当て式ナーリング加工により、コイルの表面の表面粗さRz=20μm、かつ横方向80TPI、縦方向32TPI、山の先端のRが550μmのタンタルコイルを作成した。タンタル製コイルの表面の凹凸の段差がかなり小さく、タンタル製のコイルの表面に付着したデポ膜の、より強固な付着は不能であった。このタンタル製コイルを使用してスパッタリングを実施した場合には、100kWh使用後に、コイルの交換を行わなければならなかった。
Claims (8)
- 基板とスパッタリングターゲットとの間に配置するタンタル製コイルであって、該コイルの表面の表面粗さRzが150μm以上であり、かつ横方向が15~30TPI、縦方向が10~30TPIである凹凸を備えてい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。
- 表面粗さRzが200μm以上であることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング用タンタル製コイル。
- 表面粗さRzが250μm以上であることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング用タンタル製コイル。
- 山の先端のRが10~500μmであるか又は10~500μm幅の平坦面を有す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。
- 基板とスパッタリングターゲットとの間に配置するタンタル製コイルをナーリング加工によって、該コイルの表面の表面粗さRzが150μm以上であり、かつ横方向が15~30TPI、縦方向が10~30TPIの凹凸を形成す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加工方法。
- 表面粗さRzが200μm以上とすることを特徴とする請求項5記載のスパッタリング用タンタル製コイルの加工方法。
- 表面粗さRzが250μm以上とすることを特徴とする請求項5記載のスパッタリング用タンタル製コイルの加工方法。
- 山の先端のRを10~500μmとするか又は10~500μm幅の平坦面とすることを特徴とする請求項5~7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加工方法。
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