JP4825366B2

JP4825366B2 - Components for vacuum film forming apparatus and vacuum film forming apparatus using the same

Info

Publication number: JP4825366B2
Application number: JP2001164944A
Authority: JP
Inventors: 洋一郎矢部; 隆中村; 道雄佐藤; 泰郎高阪; 富夫堅田; 純一和田; 敦子坂田; 和哉木下; 日出人松山; 光一渡邊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP2002356765A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング装置やＣＶＤ装置などの真空成膜装置に用いられる真空成膜装置用部品とそれを用いた真空成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体部品や液晶部品などにおいては、スパッタリング法やＣＶＤ法などの成膜方法を利用して各種の配線や電極などを形成している。具体的には、半導体基板やガラス基板などの被成膜基板上に、スパッタリング法やＣＶＤ法などを適用して、各種の金属薄膜や金属化合物薄膜を形成している。これら各薄膜は配線層、電極層、バリア層、下地層（ライナー材）などとして利用される。
【０００３】
ところで、上述した金属薄膜や金属化合物薄膜の形成に使用されるスパッタリング装置やＣＶＤ装置などの真空成膜装置においては、成膜工程中に成膜装置内に配置されている各種部品にも成膜材料が付着、堆積することが避けられない。このような部品上に付着、堆積した成膜材料（付着物）は、成膜工程中に部品から剥離することによりダストの発生原因となる。このようなダストが被成膜基板上の薄膜中に混入すると、配線形成後にショートやオープンなどの配線不良を引き起こし、製品歩留りの低下を招くことになる。
【０００４】
このようなことから、従来のスパッタリング装置などにおいては、防着板やターゲット固定部品などの装置構成部品の表面に、ターゲット材もしくはそれと熱膨張率が近い材料の被膜を形成することが行われている。また、部品表面への被膜の形成方法に関しても種々の提案がなされており、特に部品本体との密着性や成膜材料の付着性などに優れる溶射法が適用されている（例えば特開昭61-56277号公報、特開平9-272965号公報など参照）。このような部品表面の被膜によって、装置構成部品上に付着、堆積した成膜材料（付着物）の剥離、脱落を防止している。
【０００５】
上記したような従来の付着物の剥離防止対策によっても、ある程度の効果が得られている。しかし、例えばＷやＴａに代表される高融点の金属を成膜材料として用いて、金属薄膜や化合物薄膜を成膜した場合には、薄膜の内部応力が大きいことに起因して、装置構成部品上に付着、堆積した成膜材料（付着物）の剥離が生じやすいという問題がある。特に、窒化物や酸化物などの化合物薄膜は内部応力が顕著であることから、付着物の装置構成部品に対する密着力が低下して容易に剥離してしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の真空成膜装置の構成部品における付着物の剥離防止対策では、Ｗ膜、Ｔａ膜、ＷＮ膜、ＴａＮ膜などに代表される内部応力が大きい薄膜を成膜する際に、部品表面に付着した成膜材料（付着物）の剥離を十分に抑制することができず、比較的短期間で付着物の剥離が生じてしまうという問題がある。付着物の剥離が発生すると急激にダストの発生量が増加するため、装置のクリーニングや部品の交換が必要となり、結果的に生産性の低下や成膜コストの上昇などが生じてしまう。
【０００７】
すなわち、内部応力が大きい金属薄膜や化合物薄膜を成膜するための真空成膜装置においては、従来の付着物の剥離防止対策が十分に機能せず、生産性の低下や成膜コストの増加などを招いている。さらに、内部応力が大きい薄膜は、被成膜基板に対する付着力も弱いため、成膜時に基板温度を高く設定する場合が多く、このような際には部品温度も例えば500℃前後まで上昇する。このため、装置構成部品の表面に形成する被膜には、高温環境下での使用に耐え得るような特性を有することが求められている。
【０００８】
また、最近の半導体素子においては、256M、1Gというような高集積度を達成するために、配線幅の狭小化（例えば0.18μm、さらには0.1μm以下）が進められている。このように狭小化された配線やそれを有する素子においては、例えば直径0.2μm程度の極微小粒子（微小パーティクル）が混入しても、配線不良や素子不良などを引起こすことになるため、装置構成部品に起因する微細なダスト（パーティクル）の発生をより一層抑制することが強く望まれている。
【０００９】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、内部応力が大きい薄膜を成膜する際に、成膜工程中に付着する成膜材料の剥離を安定かつ有効に防止し、装置クリーニングや部品の交換などに伴う生産性の低下や成膜コストの増加を抑えると共に、微細なダストの発生を抑制することを可能にした真空成膜装置用部品、さらに成膜した膜中へのダストの混入を抑制し、高集積化された半導体素子などへの対応を図ると共に、稼働率の改善により成膜コストの低減などを図ることを可能にした真空成膜装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の真空成膜装置用部品は、請求項１に記載したように、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、ＡｕおよびＩｎから選ばれる金属元素の単体、もしくは前記金属元素を含む合金または化合物の薄膜を成膜する真空成膜装置の構成部品であって、部品本体と、前記部品本体の表面に形成され、膜厚が300μm以上で表面酸化深さが50nm以下であるＣｕ溶射膜とを具備し、前記部品を室温から500℃まで加熱したときに、前記部品から発生するガス発生量が水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素およびメタンの総量で50μL/10g以下であるすることを特徴としている。Ｃｕ溶射膜は特に請求項２に記載したように、ビッカース硬さでHv100以下の硬度を有することが好ましい。
【００１１】
本発明の真空成膜装置用部品において、Ｃｕ溶射膜は請求項３に記載したように、JIS B 0601-1994で規定する算術平均粗さＲaで15〜35μmの範囲の表面粗さを有することが好ましい。
【００１２】
本発明の真空成膜装置用部品においては、部品本体の表面に膜厚が300μm以上のＣｕ溶射膜を形成している。このような膜厚を有するＣｕ溶射膜は優れた応力緩和効果を有している。すなわち、Ｃｕ溶射膜上に付着した成膜材料（付着物）の内部応力を十分に緩和する機能を有することから、上述したような内部応力が大きい金属の単体薄膜、合金薄膜または化合物薄膜を成膜する場合においても、部品上に堆積した付着物の剥離を長期間にわたって安定かつ有効に抑制することができる。
【００１３】
従って、真空成膜装置用部品上に堆積する付着物の剥離によるダスト（パーティクル）の発生を抑えることができるだけでなく、装置クリーニングや部品交換の回数を大幅に減らすことができる。ダスト（パーティクル）の発生量の低減は、真空成膜装置で形成する各種の薄膜、さらにはそれを用いた素子や部品の歩留り向上に大きく寄与する。また、装置クリーニングや部品交換回数の低減は、生産性の向上並びに成膜コストの削減に大きく寄与する。
【００１４】
本発明の真空成膜装置用部品において、部品本体上に形成する溶射膜はＣｕ溶射膜の単層構造に限られるものではない。すなわち、請求項６に記載したように、Ｃｕ溶射膜上にそれとは異種の金属材料からなる第２の金属溶射膜を設けてもよい。このような第２の金属溶射膜には、例えば薄膜を構成する金属元素の単体などが使用される。
【００１５】
本発明の真空成膜装置は、請求項７に記載したように、真空容器と、前記真空容器内に配置される被成膜試料保持部と、前記真空容器内に前記被成膜試料保持部と対向して配置され、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、ＡｕおよびＩｎから選ばれる金属元素の単体、もしくは前記金属元素を含む合金または化合物の薄膜を成膜するための成膜源と、前記成膜源を保持する成膜源保持部と、前記被成膜試料保持部または前記成膜源保持部の周囲に配置された防着部品とを具備し、前記被成膜試料保持部、前記成膜源保持部および前記防着部品から選ばれる少なくとも１つが、上記した本発明の真空成膜装置用部品からなることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による真空成膜装置用部品の要部構成を示す断面図である。同図に示す真空成膜装置用部品１は、部品本体（基材）２の表面に設けられたＣｕ溶射膜３を有している。なお、部品本体２の構成材料は特に限定されるものではないが、例えば装置部品の構成材料として一般的なステンレス材などが用いられる。部品本体２の溶射膜形成面はアンカー効果が得られるように、予めブラスト処理などで荒らしておくことが好ましい。
【００１７】
上記したＣｕ溶射膜３はパーティクルの発生を低減するために、その表面形態が制御可能な溶射法を適用して形成することが好ましい。具体的には、部品本体２の構成材料や形状、使用される環境条件、溶射材料などに応じて、アーク溶射法、プラズマ溶射法、超高速フレーム溶射法などを適宜選択して使用する。溶射材料には、例えば線材や粉末などが用いられる。そして、電流、電圧、ガス流量、圧力、溶射距離、ノズル径、材料供給量などの溶射条件をコントロールすることによって、Ｃｕ溶射膜３の膜厚や表面粗さなどを制御することができる。溶射した部品１には、膜の軟化、脱ガス、酸化物の還元などを目的としてアニーリング処理が施される。
【００１８】
Ｃｕ溶射膜３は300μm以上の膜厚を有しており、このようなＣｕ溶射膜３により成膜工程中に付着、堆積した成膜材料（付着物）の剥離が防止される。すなわち、Ｃｕ溶射膜３は材料特性として低硬度であることに加えて、気孔を多数含む内部構造などにより付着物の内部応力を吸収して緩和する作用を有している。特に、膜厚が300μm以上のＣｕ溶射膜３は優れた応力緩和効果を示すことから、内部応力が大きい金属の単体薄膜、合金薄膜または化合物薄膜を成膜する場合においても、部品１上に堆積した付着物の剥離、脱落を長期間にわたって安定かつ有効に抑制することができる。
【００１９】
Ｃｕ溶射膜３の膜厚が300μm未満であると、付着物の応力緩和効果が小さく、比較的短期間で付着物の剥離、脱落が生じてしまう。Ｃｕ溶射膜３の膜厚の上限は必ずしも規定されるものではないが、あまり厚くしてもそれ以上の効果が得られないだけでなく、Ｃｕ溶射膜３自体の剥離が発生しやすくなるため、その膜厚は1mm以下とすることが好ましい。Ｃｕ溶射膜３の膜厚は、特に付着物の応力緩和効果に優れると共に、それ自体の内部応力も小さい400〜600μmの範囲とすることが好ましい。
【００２０】
また、Ｃｕ溶射膜３は上記した応力緩和効果をより良好に発揮させる上で、ビッカース硬さでHv100以下の硬度を有することが好ましい。ビッカース硬さがHv100以下のＣｕ溶射膜３は、その上部に堆積する付着物の内部応力を緩和する効果に優れるだけでなく、それ自体（Ｃｕ溶射膜３自体）の内部応力も十分に緩和されていることから、Ｃｕ溶射膜３自体の剥離も有効に防ぐことができる。すなわち、Ｃｕ溶射膜３の内部応力を十分に緩和することによって、成膜工程時に外部応力（例えば熱応力）が負荷された際に、Ｃｕ溶射膜３の内部からの破壊の進行を有効に抑制することができる。これによって、Ｃｕ溶射膜３自体の剥離を防ぐことが可能となる。Ｃｕ溶射膜３の硬度はHv80以下とすることがより好ましい。
【００２１】
なお、低硬度被膜としてはＡｌ系の溶射膜やＮｉ系の溶射膜も考えられるが、Ａｌ系溶射膜はＣｕ溶射膜３に比べて高温特性に劣る。前述したように、内部応力が大きい薄膜を成膜する際には、基板温度を高く設定することが多く、このような場合には部品温度も例えば500℃前後まで上昇する。また、膜質の安定化などを図るためにも、成膜温度を高温に設定することがある。従って、被膜には高温環境下での使用に耐え得るような特性を有することが求められる。Ｃｕ溶射膜３はこのような特性を満足するものである。また、Ｎｉ系の溶射膜は部品に対する密着性に劣るのに対して、Ｃｕ溶射膜３は部品本体２との密着力に優れる。このようなことから、本発明ではＣｕ溶射膜３を用いている。
【００２２】
ここで、本発明で規定するＣｕ溶射膜３のビッカース硬さは、以下のようにして測定した値を示すものとする。すなわち、まずＣｕ溶射膜３の表面を研磨して平坦化する。次いで、平坦化した面に荷重200gでダイヤモンド圧子を30秒間押し付ける。これにより生じた圧痕の長さをＸおよびＹ方向に測定し、その平均長さからビッカース硬さ値に変換する。このような測定を5回行い、その平均値を本発明のビッカース硬さとする。
【００２３】
Ｃｕ溶射膜３はその形成過程に基づいて複雑な表面形態を有することから、付着物に対して良好な密着性を示す。すなわち、Ｃｕ溶射膜３の表面粗さがあまり小さいと、成膜材料（付着物）の堆積量が増加した際に、その内部応力などにより剥離、脱落が生じやすくなるおそれがある。このようなことから、Ｃｕ溶射膜３の表面粗さはJIS B 0601-1994で規定する算術平均粗さＲaで15μm以上であることが好ましい。
【００２４】
一方、Ｃｕ溶射膜３の表面粗さが大きくなりすぎると、付着物の形態が不安定となって、逆に脱落が生じやすくなるおそれがある。すなわち、Ｃｕ溶射膜３表面の凹凸が大きくなりすぎると、付着物がパーティクルの発生しやすい付着形態となり、さらに付着物がＣｕ溶射膜３全体に付着せずに空孔が残るため、そこを起点として付着物の剥離、脱落が起こるおそれがある。従って、Ｃｕ溶射膜３の表面粗さは算術平均粗さＲaで35μm以下であることが好ましい。Ｃｕ溶射膜３の表面粗さは算術平均粗さＲaが18〜30μmの範囲となるように制御することがより好ましい。
【００２５】
上述したように、膜厚が300μm以上のＣｕ溶射膜３は、付着物の内部応力を吸収する応力緩和効果に優れることから、内部応力が大きい金属の単体薄膜、合金薄膜または化合物薄膜を成膜する場合においても、部品１上に堆積した付着物の剥離を長期間にわたって安定かつ有効に抑制することができる。従って、真空成膜装置用部品１上に堆積する付着物の剥離によるダスト（パーティクル）の発生を抑えることができ、さらには装置クリーニングや部品交換の回数を大幅に減らすことが可能となる。言い換えると、装置構成部品１の寿命を大幅に延ばすことができる。このように、装置構成部品１を長寿命化することによって、成膜装置の稼働率の向上（生産性の向上）、ひいては成膜コストの削減を達成することができる。さらに、真空成膜装置で形成する各種の膜、それを用いた素子や部品などの歩留りを高めることが可能となる。
【００２６】
真空成膜装置用部品１に適用するＣｕ溶射膜３は、上述したように付着物の剥離抑制効果などの優れた特性を有する反面、容易に酸化されて表面並びに表面近傍部に酸化物が形成されやすい。特に、大気中で溶射すると容易に酸化されてしまう。また、真空中で溶射した場合においても、その後の大気放置により容易に酸化されてしまう。Ｃｕ溶射膜３の表面や表面近傍部が酸化されると、膜の諸特性が変化して付着物との密着性などに影響を及ぼすおそれがある。
【００２７】
そこで、本発明の真空成膜装置用部品１においては、部品本体２の表面にＣｕ溶射膜３を形成した後に、水素雰囲気中で還元処理を行うことが好ましい。この還元処理は、Ｃｕ溶射膜３の軟化や脱ガスなどを目的としたアニール処理と同時に実施することができる。すなわち、Ｃｕ溶射膜３には通常300〜800℃の温度でアニール処理を施すが、この際にアニール装置内に水素を導入して還元処理を行うことによって、Ｃｕ溶射膜３の表面や表面近傍部の酸化物を還元除去することができる。
【００２８】
具体的には、Ｃｕ溶射膜３は表面酸化深さが50nm以下であることが好ましい。このように、表面酸化深さを50nm以下とすることによって、付着物の密着性などに優れる安定したＣｕ溶射膜３を提供することができる。還元処理を行っていないＣｕ溶射膜（例えば真空雰囲気中でアニール）では表面酸化深さが100nm以上となるのに対して、還元処理を行うことでＣｕ溶射膜３の表面酸化深さを50nm以下とすることができる。
【００２９】
ここで言うＣｕ溶射膜３の表面酸化深さとは、電界放射型オージェ電子分光（ＥＦ−ＡＥＳ）装置にて測定した溶射膜の深さ方向の酸素濃度が、初期値の半量になったときの深さを意味するものである。具体的には、以下のようにして測定することができる。すなわち、例えばSAM-680装置（ULVAC-PHI製）を使用して、電子銃加速電圧5kV-5nA、イオン銃加速電圧3kV、エッチングレート7nm/min（ＳｉＯ₂換算）の条件で、30×30μmの測定範囲の酸素濃度を測定し、初期の濃度が半減するまでのスパッタ時間によって、表面酸化深さを測定、評価する。
【００３０】
ところで、Ｃｕ溶射膜３を単に水素雰囲気中でアニールしただけでは、Ｃｕ溶射膜３中や部品本体２中に残存するガス成分を十分に除去することができない。また、水素雰囲気中で昇温すると、ガス成分（含有ガス）の影響によりＣｕ溶射膜３や部品本体２が変色するおそれがある。Ｃｕ溶射膜３および部品本体２の含有ガス成分の除去が不十分であると、部品１を真空成膜装置に使用した際に、装置内の圧力が必要な真空度（例えば1×10^-5Pa前後）に到達するまでに時間を要するほか、成膜した膜特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００３１】
このようなことから、本発明においてはＣｕ溶射膜３を有する部品１をまず真空雰囲気中でアニーリングした後、その温度より低い温度で水素還元することが好ましい。具体的には、まず1.33×10^-3Pa以下の真空中にて500〜800℃の温度で2時間以上アニーリングした後、真空雰囲気を維持した状態で降温し、300℃程度の温度になったところで水素、あるいは水素を含む不活性ガス（例えば水素＋アルゴンガス）を流入して還元処理を行う。水素還元は1時間程度実施することが好ましい。水素還元後は再度真空引きし、真空中で室温まで降温することが好ましい。
【００３２】
上述したような真空アニールと水素還元とを組合せた処理を実施することによって、表面酸化深さを十分に低減すると共に、ガス成分（含有ガス）を十分に除去したＣｕ溶射膜３を得ることができる。Ｃｕ溶射膜３を有する部品１の含有ガス成分量は、部品１を室温から500℃まで加熱したときに、部品１から発生するガス発生量が水素（Ｈ₂）、窒素（Ｎ₂）、酸素（Ｏ₂）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）およびメタン（ＣＨ₄）の総量で50μL/10g以下であることが好ましい。部品１から発生する水素ガス量については30μL/10g以下とすることが好ましく、より好ましくは25μL/10g以下である。このようなガス発生量を満足させることによって、真空成膜装置に使用した際の作業性、信頼性、特性などを高めることが可能となる。
【００３３】
ここで、本発明における部品１からのガス発生量は、以下のようにして求めた値を指すものとする。すなわち、まず厚さ3mmの板材に膜厚500μmのＣｕ溶射膜を形成し、これを10×10mmに切断して測定試料とし、この試料のガス発生量をガス抽出分析器で測定する。ガス発生量の測定は、まず試料を室温（常温）から100℃まで昇温し、100℃で15分間保持する。この100℃で保持している間のガス発生量を測定する。同様にして、100℃から200℃、200℃から300℃、300℃から400℃、400℃から500℃まで、それぞれの温度（200℃、300℃、400℃、500℃）で15分間ずつ保持しながら昇温する。そして、各温度で保持している間のガス発生量をそれぞれ測定し、これらの合計量をガス発生量とする。これを試料10g当りのガス発生量に換算する。
【００３４】
本発明の真空成膜装置用部品１において、部品本体２上に形成する溶射膜はＣｕ溶射膜３の単層構造に限られるものではない。例えば図２に示すように、Ｃｕ溶射膜３上にそれとは異種の金属材料からなる第２の金属溶射膜４を設けてもよい。このような第２の金属溶射膜４には、例えば付着物との熱膨張率の差が小さい金属材料（例えば熱膨張率の差が15×10^-6/K以下の金属材料）、さらには成膜材料と同一材料などが用いられる。このような構成を採用することによって、成膜した薄膜のコンタミなどを防止することができる。第２の金属溶射膜４の膜厚は50〜150μmの範囲とすることが好ましい。
【００３５】
上述した本発明の装置構成部品１は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、ＡｕおよびＩｎから選ばれる金属元素の単体、もしくは前記金属元素を含む合金または化合物の薄膜、すなわち内部応力が大きい薄膜を成膜する真空成膜装置に用いられる。具体的には、スパッタリング装置やＣＶＤ装置などの真空成膜装置の構成部品として用いられ、特にスパッタリング装置に好適である。また、装置構成部品１は成膜工程中に成膜材料が付着する部品であれば種々の部品に対して適用可能である。
【００３６】
次に、本発明の真空成膜装置の実施形態について説明する。図３は本発明の真空成膜装置をスパッタリング装置に適用した一実施形態の要部構成を示す図である。同図において、１１はバッキングプレート１２に固定されたスパッタリングターゲットである。スパッタリングターゲット１１には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、ＡｕおよびＩｎから選ばれる金属元素の単体、もしくは前記金属元素を含む合金または化合物の薄膜を成膜するための材料が用いられる。
【００３７】
成膜源としてのスパッタリングターゲット１１の外周部下方には、アースシールド１３が設けられている。アースシールド１３の下方には、さらに上部防着板１４および下部防着板１５が配置されている。被成膜試料である基板１６は、スパッタリングターゲット１１と対向配置するように、被成膜試料保持部であるプラテンリング１７により保持されている。これらは図示を省略した真空容器内に配置されている。真空容器には、スパッタガスを導入するためのガス供給系（図示せず）と真空容器内を所定の真空状態まで排気する排気系（図示せず）とが接続されている。
【００３８】
この実施形態のスパッタリング装置においては、アースシールド１３、上部防着板１４、下部防着板１５およびプラテンリング１７を、上述した本発明の真空成膜装置用部品１で構成している。真空成膜装置用部品１の具体的な構成は前述した通りである。なお、Ｃｕ溶射膜３はいずれもスパッタリングターゲット１１からスパッタされた粒子が付着する面に形成されている。
【００３９】
上述したスパッタリング装置においては、成膜工程中にアースシールド１３、上部防着板１４、下部防着板１５、プラテンリング１７などの表面にスパッタされた成膜材料（ターゲット１１の構成材料）が付着するが、この付着物の剥離は部品表面のＣｕ溶射膜３により安定かつ有効に防止される。また、Ｃｕ溶射膜３自体も安定で長寿命である。これらによって、パーティクルの発生量、さらには基板１６に形成される膜中への混入量を大幅に抑制することができる。従って、256M、1Gというような高集積度の半導体素子や液晶表示素子などの製造歩留りを大幅に高めることが可能となる。すなわち、配線幅が0.2μm以下というように狭小でかつ高密度の配線網を形成する配線膜であっても、微小パーティクル（例えば直径0.2μm以上）の混入を大幅に抑制できることから、配線不良を大幅に低減することが可能となる。これにより、素子歩留りが向上する。
【００４０】
さらに、付着物やＣｕ溶射膜３自体の剥離を安定かつ有効に抑制することが可能であることから、装置クリーニングや部品交換の回数を大幅に減らすことができる。この装置クリーニングや部品交換回数の低減に基づいて、スパッタリング装置の稼働率の向上（生産性の向上）を図ることができる。すなわち、スパッタリング装置のランニングコストを低減することができ、ひいては各種薄膜の成膜コストを削減することが可能となる。
【００４１】
なお、上記実施形態においては、アースシールド１３、上部防着板１４、下部防着板１５、プラテンリング１７を本発明の部品で構成した例について説明したが、これら以外にバッキングプレート１２、ターゲット外周押え（図示せず）、シャッタ（図示せず）などを本発明の真空成膜装置用部品で構成することも有効である。さらに、これら以外の部品についても、成膜工程中に成膜材料の付着が避けられない部品であれば、本発明の真空成膜装置用部品は有効に機能する。
【００４２】
上記した実施形態においては、本発明の真空成膜装置をスパッタリング装置に適用した例について主として説明したが、これ以外に真空蒸着装置（イオンプレーティングやレーザーアブレーションなどを含む）、ＣＶＤ装置などに対しても本発明の真空成膜装置は適用可能であり、上述したスパッタリング装置と同様な効果を得ることができる。
【００４３】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について述べる。
【００４４】
実施例１、比較例１
まず、図３に示したスパッタリング装置のアースシールド１３、上部防着板１４、下部防着板１５およびプラテンリング１７（部品基材は全てSUS 304）について、ブラストによる下地処理を施した後、基材表面にアーク溶射法でＣｕ溶射膜を形成した。この際、溶射条件を変化させることによって、Ｃｕ溶射膜の膜厚および表面粗さＲaを変化させた。各Ｃｕ溶射膜の膜厚および表面粗さＲaはそれぞれ表１に示す通りである。なお、Ｃｕ溶射は純Ｃｕ線材（線径16mm）を溶射材として用い、電流100〜200A、電圧20〜40V、空気圧50〜100PSI、溶射距離100〜150mmのアーク溶射条件下で実施した。
【００４５】
次に、各部品のＣｕ溶射面をクリーニング処理した後、アニールおよび脱ガス処理として水素雰囲気に置換可能なバッチ式真空炉で熱処理した。熱処理はまず3×10^-2Pa以下の真空下で600℃まで昇温して2時間保持した後、真空雰囲気を維持した状態で300℃まで降温し、この温度にて水素で炉内を常圧状態まで戻し、この状態で1時間保持した。次いで、再度炉内を3×10^-2Paまで真空引きして1時間保持した後、Ａｒガスで炉内を完全に置換して常温（30℃）まで冷却した。炉から取出した部品は即座に防湿袋で真空密閉することが好ましい。熱処理後のＣｕ溶射膜の硬度（ビッカース硬さ）を表１に併せて示す。
【００４６】
一方、本発明との比較例１として、Ｃｕ溶射膜の膜厚を200μmとする以外は、実施例１と同様にして部品を作製した。この比較例１においても実施例１と同一条件で熱処理を施した。比較例１によるＣｕ溶射膜の表面粗さＲaおよび熱処理後の硬度（ビッカース硬さ）は表１に示す通りである。
【００４７】
このようにして作製した実施例１および比較例１による各部品を用いて、それぞれマグネトロンスパッタリング装置を組立てた。これら各マグネトロンスパッタリング装置に高純度Ｔａターゲット１１をセットし、マグネトロンスパッタリングを行った。具体的に、まず6インチＳｉウェハー上にＴａ薄膜を形成し、さらにその上にＮ₂ガスを導入しながらマグネトロンスパッタリングを行ってＴａＮ薄膜を形成した。スパッタ条件は、スパッタ圧3×10^-5Pa、スパッタ電流5A、Ａｒ流量15sccm、Ｎ₂流量30sccmとした。
【００４８】
得られたＴａ／ＴａＮ薄膜上の直径0.2μm以上のダスト数をパーティクルカウンタで測定した。このような操作を連続して行い、10ロット毎にダスト数を測定した。さらに、膜剥離が発生するまでスパッタ操作を続け、膜剥離までの寿命（ロット数）を調べた。これらの結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
表１から明らかなように、膜厚が300μm以上のＣｕ溶射膜を形成した部品を用いることによって、膜剥離までの寿命を延ばすことができると共に、ダスト数も低減できることが分かる。特に、膜厚が400〜600μmの範囲であると共に、表面粗さＲaが15〜35μmの範囲のＣｕ溶射膜を使用することによって、ダスト数をより一層減らすことができる。このように、実施例１の各Ｃｕ溶射膜は部品寿命の改善並びにダストの低減に有効である。
【００５１】
実施例２
上記した実施例１と同様にして、Ｃｕ溶射膜（膜厚：500μm，表面粗さＲa：20μm）を作製した各部品に対して、それぞれ以下の条件で熱処理を施した。試料１は実施例１と同一条件で熱処理した。試料２は3×10^-2Pa以下の真空下で600℃まで昇温して3時間保持した後、Ａｒガスで炉内を完全に置換して常温（30℃）まで冷却した。試料３は水素雰囲気中で500℃まで昇温して3時間保持した後、水素雰囲気のままで常温（30℃）まで冷却した。試料４には熱処理を施さなかった。
【００５２】
これら各試料（試料１〜４）の室温から500℃まで加熱したときのガス発生量を前述した方法にしたがって測定した。これら各試料の測定結果を表２〜５にそれぞれ示す。さらに、各表には熱処理後の表面酸化深さと、各試料に相当する部品を用いたスパッタリング装置の真空到達時間（1×10^-5Paに到達するまでの時間）を併せて示す。なお、スパッタリング装置の真空到達時間は300℃で4時間ベーキングした後に測定した。
【００５３】
【表２】

【００５４】
【表３】

【００５５】
【表４】

【００５６】
【表５】

【００５７】
表２〜５から明らかなように、Ｃｕ溶射膜に真空雰囲気中での熱処理と水素還元処理を施した試料１は表面の酸化物量が少ない（表面酸化深さが50nm以下）に加えて、ガス発生量が少ないことが分かる。従って、Ｃｕ溶射膜の安定性が高く、かつスパッタリング装置の真空到達時間を短くすることができる。
【００５８】
実施例３、比較例２
図３に示したスパッタリング装置のアースシールド１３、上部防着板１４、下部防着板１５およびプラテンリング１７（部品基材は全てSUS 304）について、ブラストによる下地処理を施した後、基材表面にアーク溶射法でＣｕ溶射膜を形成した。この際、実施例１と同様に溶射条件を変化させることで、Ｃｕ溶射膜の膜厚および表面粗さＲaを変化させた。
【００５９】
次いで、上記したＣｕ溶射膜上にプラズマ溶射法でＷ溶射膜を一定の条件の下で形成した。Ｗ溶射は、溶射材として粒径45μm以下のＷ粉末を用い、電流500A、電圧65V、Ａｒ流量39L/min、Ｈ₂流量10L/minの条件下で実施した。これら各2層溶射膜（Ｃｕ＋Ｗ）の膜厚および表面粗さＲaはそれぞれ表６に示す通りである。
【００６０】
次に、各部品の溶射面をクリーニング処理した後、アニールおよび脱ガス処理として水素雰囲気に置換可能なバッチ式真空炉で熱処理した。熱処理は実施例１と同一条件下で実施した。熱処理後の2層溶射膜の硬度（Ｃｕ溶射膜およびＷ溶射膜の各ビッカース硬さ）を表６に併せて示す。
【００６１】
一方、本発明との比較例２として、Ｃｕ溶射膜の膜厚を200μmとする以外は、実施例３と同様にして部品を作製した。この比較例２についても実施例３と同一条件で熱処理を施した。比較例２による溶射膜の表面粗さＲaおよび熱処理後の硬度（ビッカース硬さ）は表６に示す通りである。
【００６２】
このようにして作製した実施例３および比較例２による各部品を用いて、それぞれマグネトロンスパッタリング装置を組立てた。これら各マグネトロンスパッタリング装置に高純度Ｗターゲット１１をセットし、マグネトロンスパッタリングを行った。具体的に、まず6インチＳｉウェハー上にＷ薄膜を形成し、さらにその上にＮ₂ガスを導入しながらマグネトロンスパッタリングを行ってＷＮ薄膜を形成した。スパッタ条件は実施例１と同一とした。
【００６３】
得られたＷ／ＷＮ薄膜上の直径0.2μm以上のダスト数をパーティクルカウンタで測定した。このような操作を連続して行い、10ロット毎にダスト数を測定した。さらに、膜剥離が発生するまでスパッタ操作を続け、膜剥離までの寿命（ロット数）を調べた。これらの結果を表６に示す。
【００６４】
【表６】

【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の真空成膜装置用部品によれば、成膜工程中に付着する成膜材料の剥離を安定かつ有効に防止できると共に、クリーニングや部品の交換回数を削減することができる。従って、このような真空成膜装置用部品を有する本発明の真空成膜装置によれば、配線膜や素子の不良発生原因となる膜中へのダストの混入を抑制することが可能となると共に、生産性の向上並びに成膜コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による真空成膜装置用部品の要部構造を示す断面図である。
【図２】本発明の真空成膜装置用部品の他の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の真空成膜装置を適用したスパッタリング装置の一実施形態の要部構造を示す図である。
【符号の説明】
１……真空成膜装置用部品，２……部品本体，３……Ｃｕ溶射膜，４……第２の溶射膜，１１……スパッタリングターゲット，１２……バッキングプレート，１３……アースシールド，１４、１５……防着板，１６……被成膜基板，１７……プラテンリング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum film forming apparatus component used in a vacuum film forming apparatus such as a sputtering apparatus or a CVD apparatus, and a vacuum film forming apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
In semiconductor components, liquid crystal components, and the like, various wirings, electrodes, and the like are formed using a film forming method such as a sputtering method or a CVD method. Specifically, various metal thin films and metal compound thin films are formed on a deposition target substrate such as a semiconductor substrate or a glass substrate by a sputtering method, a CVD method, or the like. Each of these thin films is used as a wiring layer, an electrode layer, a barrier layer, an underlayer (liner material), and the like.
[0003]
By the way, in the vacuum film forming apparatus such as the sputtering apparatus and the CVD apparatus used for forming the metal thin film and the metal compound thin film described above, the film is also formed on various components arranged in the film forming apparatus during the film forming process. It is inevitable that the material adheres and accumulates. The film forming material (adhered matter) adhering to and depositing on such parts causes dust generation by peeling from the parts during the film forming process. When such dust is mixed into the thin film on the deposition target substrate, wiring defects such as short-circuiting and opening are caused after the wiring is formed, resulting in a decrease in product yield.
[0004]
For this reason, in a conventional sputtering apparatus or the like, a film of a target material or a material having a coefficient of thermal expansion close to that is formed on the surface of an apparatus component such as a deposition plate or a target fixing part. Yes. Various proposals have also been made regarding a method for forming a coating on the surface of a component, and in particular, a thermal spraying method having excellent adhesion to a component body and adhesion of a film forming material is applied (for example, JP-A-61-61). -56277, JP-A-9-272965, etc.). Such a coating on the surface of the component prevents the film forming material (adhered material) adhered and deposited on the device component from being peeled off or dropped off.
[0005]
A certain degree of effect is also obtained by the conventional anti-fouling measures for deposits as described above. However, for example, when a metal thin film or a compound thin film is formed using a metal having a high melting point represented by W or Ta as a film forming material, the internal stress of the thin film is large. There is a problem that the film-forming material (adhered matter) adhered and deposited on the surface is likely to be peeled off. In particular, since a compound thin film such as a nitride or an oxide has a significant internal stress, the adhesion of the deposits to the device component parts is reduced and easily peels off.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the countermeasures for preventing the separation of deposits in the components of the conventional vacuum film forming apparatus, when forming a thin film having a large internal stress, such as a W film, a Ta film, a WN film, or a TaN film. Further, there is a problem that peeling of the film forming material (attachment) adhering to the component surface cannot be sufficiently suppressed, and the attachment is peeled off in a relatively short period of time. When the deposits are peeled off, the amount of dust generated increases rapidly, which necessitates cleaning of the apparatus and replacement of parts, resulting in a decrease in productivity and an increase in film formation cost.
[0007]
In other words, in vacuum film forming equipment for forming metal thin films and compound thin films with large internal stress, conventional measures for preventing the peeling of deposits do not function sufficiently, resulting in decreased productivity and increased film formation costs. Is invited. Furthermore, since the thin film having a large internal stress has a weak adhesion to the deposition target substrate, the substrate temperature is often set high during the deposition, and in this case, the component temperature also rises to around 500 ° C., for example. For this reason, the coating film formed on the surface of the device component is required to have characteristics that can withstand use in a high temperature environment.
[0008]
Further, in recent semiconductor devices, in order to achieve a high degree of integration such as 256M and 1G, the wiring width is being reduced (for example, 0.18 μm, further 0.1 μm or less). In such a narrowed wiring or an element having the same, even if ultrafine particles (microparticles) having a diameter of, for example, about 0.2 μm are mixed, it causes wiring defects and element defects. It is strongly desired to further suppress the generation of fine dust (particles) due to the component parts.
[0009]
The present invention has been made to cope with such a problem, and stably and effectively prevents peeling of a film forming material adhering during a film forming process when forming a thin film having a large internal stress. Reduced productivity and film deposition costs associated with cleaning and replacement of parts, etc., as well as vacuum film deposition equipment parts that made it possible to suppress the generation of fine dust, An object of the present invention is to provide a vacuum film forming apparatus capable of suppressing dust contamination, dealing with highly integrated semiconductor elements, etc., and reducing film forming costs by improving the operation rate. It is said.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The vacuum film forming apparatus component according to the present invention includes a metal element selected from Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Ru, Pd, Ir, Pt, Ag, Au, and In, as described in claim 1 Or a component of a vacuum film forming apparatus for forming a thin film of an alloy or compound containing the metal element, formed on the surface of the component body and the surface of the component body, and having a film thickness of 300 μm or more and surface oxidation. With a Cu sprayed film having a depth of 50 nm or lessWhen the part is heated from room temperature to 500 ° C., the amount of gas generated from the part is 50 μL / 10 g or less in the total amount of hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide and methane.It is characterized by doing. As described in claim 2, the Cu sprayed film preferably has a Vickers hardness of Hv100 or less.
[0011]
  In the vacuum deposition apparatus component of the present invention, the Cu sprayed film has a surface roughness in the range of 15 to 35 μm in arithmetic mean roughness Ra specified in JIS B 0601-1994, as described in claim 3. Is preferredYes.
[0012]
In the vacuum film forming apparatus component of the present invention, a Cu sprayed film having a thickness of 300 μm or more is formed on the surface of the component body. The Cu sprayed film having such a film thickness has an excellent stress relaxation effect. That is, since it has a function of sufficiently relieving the internal stress of the film forming material (adhered material) adhering to the Cu sprayed film, it forms a single metal thin film, alloy thin film or compound thin film having a large internal stress as described above. Even when a film is formed, it is possible to stably and effectively suppress the peeling of the deposits deposited on the parts over a long period of time.
[0013]
Therefore, it is possible not only to suppress the generation of dust (particles) due to the separation of the deposits deposited on the vacuum film forming apparatus parts, but also to greatly reduce the number of times of apparatus cleaning and part replacement. Reduction of the generation amount of dust (particles) greatly contributes to improvement in yield of various thin films formed by a vacuum film forming apparatus, and further, elements and parts using the thin films. In addition, the reduction in the number of device cleanings and part replacements greatly contributes to an improvement in productivity and a reduction in film formation costs.
[0014]
  In the vacuum film forming apparatus component of the present invention, the sprayed film formed on the component main body is not limited to the single layer structure of the Cu sprayed film. That is, the claim6As described above, a second metal sprayed film made of a metal material different from that may be provided on the Cu sprayed film. For the second metal sprayed film, for example, a single metal element constituting the thin film is used.
[0015]
  The vacuum film forming apparatus of the present invention is claimed7As described above, a vacuum container, a film formation sample holder disposed in the vacuum container, and a film deposition sample holder disposed in the vacuum container so as to face the Ti film, Zr, Hf Nb, Ta, W, Ru, Pd, Ir, Pt, Ag, Au, and a single film of a metal element selected from the group consisting of an alloy or a compound containing the metal element, A film forming source holding unit for holding the film forming source; and a film forming sample holding unit or an adhesion preventing part disposed around the film forming source holding unit; At least one selected from the film-forming source holding part and the adhesion-preventing part is characterized by comprising the above-described vacuum film-forming apparatus part of the present invention.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main configuration of a vacuum film forming apparatus component according to a first embodiment of the present invention. A vacuum film forming apparatus component 1 shown in FIG. 1 has a Cu sprayed film 3 provided on the surface of a component main body (base material) 2. In addition, although the constituent material of the component main body 2 is not specifically limited, For example, a general stainless material etc. are used as a constituent material of an apparatus component. It is preferable to roughen the sprayed film forming surface of the component body 2 in advance by blasting or the like so that an anchor effect can be obtained.
[0017]
In order to reduce the generation of particles, the above-described Cu sprayed film 3 is preferably formed by applying a spraying method whose surface form can be controlled. Specifically, an arc spraying method, a plasma spraying method, an ultra high-speed flame spraying method, or the like is appropriately selected and used according to the constituent material and shape of the component main body 2, the environmental conditions used, the spraying material, and the like. For example, wire or powder is used as the thermal spray material. The film thickness and surface roughness of the Cu sprayed film 3 can be controlled by controlling the spraying conditions such as current, voltage, gas flow rate, pressure, spraying distance, nozzle diameter, and material supply amount. The thermally sprayed component 1 is subjected to an annealing treatment for the purpose of film softening, degassing, oxide reduction, and the like.
[0018]
The Cu sprayed film 3 has a film thickness of 300 μm or more, and the Cu sprayed film 3 prevents the deposition material (adhered material) that has adhered and deposited during the film forming process from being peeled off. That is, the Cu sprayed film 3 has a low hardness as a material characteristic and also has an action of absorbing and relaxing the internal stress of the deposit by an internal structure including many pores. In particular, since the Cu sprayed film 3 having a film thickness of 300 μm or more shows an excellent stress relaxation effect, it is deposited on the component 1 even when a single metal thin film, alloy thin film or compound thin film having a large internal stress is formed. It is possible to stably and effectively suppress peeling and dropping off of the attached deposits over a long period of time.
[0019]
When the film thickness of the Cu sprayed film 3 is less than 300 μm, the stress relaxation effect of the deposit is small, and the deposit is peeled off and dropped off in a relatively short period of time. Although the upper limit of the film thickness of the Cu sprayed film 3 is not necessarily specified, not only the effect is not obtained even if it is too thick, but peeling of the Cu sprayed film 3 itself is likely to occur. The film thickness is preferably 1 mm or less. The film thickness of the Cu sprayed film 3 is preferably in the range of 400 to 600 μm, which is particularly excellent in the stress relaxation effect of deposits and has a small internal stress.
[0020]
Further, the Cu sprayed film 3 preferably has a Vickers hardness of Hv 100 or less in order to better exhibit the stress relaxation effect described above. The Cu sprayed film 3 having a Vickers hardness of Hv100 or less is not only excellent in the effect of relaxing the internal stress of the deposit deposited on the upper part, but also the internal stress of itself (Cu sprayed film 3 itself) is sufficiently relaxed. Therefore, peeling of the Cu sprayed film 3 itself can be effectively prevented. That is, by sufficiently relaxing the internal stress of the Cu sprayed film 3, it is possible to effectively suppress the progress of destruction from the inside of the Cu sprayed film 3 when an external stress (for example, thermal stress) is applied during the film forming process. can do. This makes it possible to prevent the Cu sprayed film 3 itself from peeling off. The hardness of the Cu sprayed film 3 is more preferably Hv80 or less.
[0021]
As the low hardness coating, an Al-based sprayed film or a Ni-based sprayed film may be considered, but the Al-based sprayed film is inferior to the Cu sprayed film 3 in high temperature characteristics. As described above, when a thin film having a large internal stress is formed, the substrate temperature is often set high. In such a case, the component temperature also rises to around 500 ° C., for example. In order to stabilize the film quality, the film forming temperature may be set to a high temperature. Accordingly, the coating is required to have characteristics that can withstand use in a high temperature environment. The Cu sprayed film 3 satisfies such characteristics. Further, the Ni-based sprayed film is inferior in adhesion to the component, whereas the Cu sprayed film 3 is excellent in adhesion with the component body 2. For this reason, the Cu sprayed film 3 is used in the present invention.
[0022]
Here, the Vickers hardness of the Cu sprayed film 3 defined in the present invention is a value measured as follows. That is, the surface of the Cu sprayed film 3 is first polished and flattened. Next, a diamond indenter is pressed against the flattened surface with a load of 200 g for 30 seconds. The length of the resulting indentation is measured in the X and Y directions, and the average length is converted into a Vickers hardness value. Such measurement is performed 5 times, and the average value is taken as the Vickers hardness of the present invention.
[0023]
Since the Cu sprayed film 3 has a complicated surface form based on the formation process, the Cu sprayed film 3 exhibits good adhesion to the deposit. That is, if the surface roughness of the Cu sprayed film 3 is too small, there is a possibility that peeling and dropping may easily occur due to the internal stress or the like when the deposition amount of the film forming material (adhered matter) increases. For this reason, the surface roughness of the Cu sprayed film 3 is preferably 15 μm or more in terms of arithmetic average roughness Ra specified by JIS B 0601-1994.
[0024]
On the other hand, if the surface roughness of the Cu sprayed film 3 becomes too large, the form of the deposit becomes unstable, and on the contrary, there is a possibility that it will easily fall off. That is, if the unevenness on the surface of the Cu sprayed film 3 becomes too large, the deposits are likely to generate particles, and further, the deposits do not adhere to the entire Cu sprayed film 3, leaving pores. As a result, there is a risk that the deposits will peel off or fall off. Therefore, the surface roughness of the Cu sprayed film 3 is preferably 35 μm or less in terms of arithmetic average roughness Ra. The surface roughness of the Cu sprayed film 3 is more preferably controlled so that the arithmetic average roughness Ra is in the range of 18 to 30 μm.
[0025]
As described above, since the Cu sprayed film 3 having a film thickness of 300 μm or more is excellent in the stress relaxation effect of absorbing the internal stress of the deposit, a single metal thin film, alloy thin film or compound thin film having a large internal stress is formed. Even in this case, it is possible to stably and effectively suppress peeling of the deposits deposited on the component 1 over a long period of time. Therefore, it is possible to suppress the generation of dust (particles) due to the separation of the deposits deposited on the vacuum film forming device component 1, and it is possible to greatly reduce the number of times of device cleaning and component replacement. In other words, the life of the device component 1 can be greatly extended. Thus, by extending the life of the apparatus component 1, it is possible to improve the operating rate (improvement of productivity) of the film forming apparatus, and thus reduce the film forming cost. Furthermore, it is possible to increase the yield of various films formed by a vacuum film forming apparatus, elements and parts using the films.
[0026]
The Cu sprayed film 3 applied to the vacuum film forming device component 1 has excellent characteristics such as the effect of suppressing the peeling of deposits as described above, but is easily oxidized to form an oxide on the surface and in the vicinity of the surface. Easy to be. In particular, it is easily oxidized when sprayed in the atmosphere. Even when sprayed in a vacuum, it is easily oxidized by being left in the atmosphere. If the surface of the Cu sprayed film 3 or the vicinity of the surface is oxidized, various characteristics of the film may change, affecting the adhesion to the deposits and the like.
[0027]
Therefore, in the vacuum deposition apparatus component 1 of the present invention, it is preferable to perform the reduction treatment in a hydrogen atmosphere after the Cu sprayed film 3 is formed on the surface of the component body 2. This reduction treatment can be performed simultaneously with the annealing treatment for the purpose of softening or degassing the Cu sprayed film 3. That is, the Cu sprayed film 3 is usually annealed at a temperature of 300 to 800 ° C. At this time, by introducing hydrogen into the annealing apparatus and performing a reduction process, the surface of the Cu sprayed film 3 and the vicinity of the surface thereof. Part of the oxide can be reduced and removed.
[0028]
Specifically, the Cu sprayed film 3 preferably has a surface oxidation depth of 50 nm or less. In this way, by setting the surface oxidation depth to 50 nm or less, it is possible to provide a stable Cu sprayed film 3 that is excellent in adhesion of adhered substances. In the case of a Cu sprayed film not subjected to reduction treatment (for example, annealing in a vacuum atmosphere), the surface oxidation depth becomes 100 nm or more, whereas by performing reduction treatment, the surface oxidation depth of the Cu sprayed film 3 is reduced to 50 nm or less. It can be.
[0029]
The surface oxidation depth of the Cu sprayed film 3 referred to here is a value obtained when the oxygen concentration in the depth direction of the sprayed film measured by a field emission Auger electron spectroscopy (EF-AES) apparatus becomes half of the initial value. It means depth. Specifically, it can be measured as follows. That is, for example, using SAM-680 equipment (manufactured by ULVAC-PHI), electron gun acceleration voltage 5kV-5nA, ion gun acceleration voltage 3kV, etching rate 7nm / min (SiO₂Under the conditions of conversion, the oxygen concentration in the measurement range of 30 × 30 μm is measured, and the surface oxidation depth is measured and evaluated by the sputtering time until the initial concentration is halved.
[0030]
By the way, simply annealing the Cu sprayed film 3 in a hydrogen atmosphere cannot sufficiently remove the gas components remaining in the Cu sprayed film 3 or the component main body 2. Further, when the temperature is increased in a hydrogen atmosphere, the Cu sprayed film 3 and the component main body 2 may be discolored due to the influence of the gas component (containing gas). If the removal of the gas components contained in the Cu sprayed film 3 and the component body 2 is insufficient, when the component 1 is used in a vacuum film forming apparatus, the degree of vacuum that requires the pressure in the apparatus (for example, 1 × 10^-FiveIt takes time to reach (Pa), and may adversely affect the film properties.
[0031]
For this reason, in the present invention, it is preferable that the component 1 having the Cu sprayed film 3 is first annealed in a vacuum atmosphere and then reduced with hydrogen at a temperature lower than that temperature. Specifically, first 1.33 × 10^-3After annealing at a temperature of 500 to 800 ° C. for 2 hours or more in a vacuum of Pa or lower, the temperature is lowered while maintaining a vacuum atmosphere, and when the temperature reaches about 300 ° C., hydrogen or an inert gas containing hydrogen ( For example, hydrogen + argon gas) is introduced to perform the reduction process. Hydrogen reduction is preferably performed for about 1 hour. It is preferable to evacuate again after hydrogen reduction and to cool to room temperature in vacuum.
[0032]
By performing a process combining vacuum annealing and hydrogen reduction as described above, it is possible to obtain a Cu sprayed film 3 in which the surface oxidation depth is sufficiently reduced and the gas component (containing gas) is sufficiently removed. it can. The component gas content of the component 1 having the Cu sprayed film 3 is such that when the component 1 is heated from room temperature to 500 ° C., the amount of gas generated from the component 1 is hydrogen (H₂), Nitrogen (N₂), Oxygen (O₂), Carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO₂) And methane (CH_Four) Is preferably 50 μL / 10 g or less. The amount of hydrogen gas generated from the component 1 is preferably 30 μL / 10 g or less, more preferably 25 μL / 10 g or less. By satisfying such a gas generation amount, workability, reliability, characteristics, etc. when used in a vacuum film forming apparatus can be improved.
[0033]
Here, the gas generation amount from the component 1 in the present invention refers to a value obtained as follows. That is, first, a 500 μm-thick Cu sprayed film is formed on a 3 mm-thick plate material, cut into 10 × 10 mm, and used as a measurement sample, and the gas generation amount of this sample is measured with a gas extraction analyzer. To measure the amount of gas generated, the sample is first heated from room temperature (room temperature) to 100 ° C and held at 100 ° C for 15 minutes. The amount of gas generated during the holding at 100 ° C. is measured. Similarly, hold for 15 minutes at each temperature (200 ° C, 300 ° C, 400 ° C, 500 ° C) from 100 ° C to 200 ° C, 200 ° C to 300 ° C, 300 ° C to 400 ° C, 400 ° C to 500 ° C. While raising the temperature. Then, the amount of gas generated while being held at each temperature is measured, and the total amount of these is taken as the amount of gas generated. This is converted into the amount of gas generated per 10 g of sample.
[0034]
In the vacuum deposition apparatus component 1 of the present invention, the sprayed film formed on the component body 2 is not limited to the single layer structure of the Cu sprayed film 3. For example, as shown in FIG. 2, a second metal spray film 4 made of a different metal material may be provided on the Cu spray film 3. Such a second metal sprayed film 4 has, for example, a metal material having a small difference in coefficient of thermal expansion from the deposit (for example, a difference in coefficient of thermal expansion of 15 × 10^-6/ K or less metal material), and the same material as the film forming material is used. By adopting such a configuration, it is possible to prevent contamination of the formed thin film. The film thickness of the second metal sprayed film 4 is preferably in the range of 50 to 150 μm.
[0035]
The above-described device component 1 of the present invention includes a single metal element selected from Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Ru, Pd, Ir, Pt, Ag, Au, and In, or the metal element. It is used in a vacuum film forming apparatus for forming a thin film of an alloy or compound, that is, a thin film having a large internal stress. Specifically, it is used as a component of a vacuum film forming apparatus such as a sputtering apparatus or a CVD apparatus, and is particularly suitable for a sputtering apparatus. Further, the apparatus component 1 can be applied to various parts as long as the film deposition material adheres during the film deposition process.
[0036]
Next, an embodiment of the vacuum film forming apparatus of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a main part of one embodiment in which the vacuum film forming apparatus of the present invention is applied to a sputtering apparatus. In the figure, reference numeral 11 denotes a sputtering target fixed to a backing plate 12. The sputtering target 11 includes a single element of a metal element selected from Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Ru, Pd, Ir, Pt, Ag, Au, and In, or an alloy or compound thin film containing the metal element. A material for forming a film is used.
[0037]
An earth shield 13 is provided below the outer periphery of the sputtering target 11 as a film forming source. Below the earth shield 13, an upper protection plate 14 and a lower protection plate 15 are further arranged. A substrate 16 that is a film formation sample is held by a platen ring 17 that is a film formation sample holder so as to face the sputtering target 11. These are arranged in a vacuum vessel (not shown). A gas supply system (not shown) for introducing sputtering gas and an exhaust system (not shown) for exhausting the inside of the vacuum container to a predetermined vacuum state are connected to the vacuum container.
[0038]
In the sputtering apparatus of this embodiment, the earth shield 13, the upper deposition plate 14, the lower deposition plate 15, and the platen ring 17 are constituted by the above-described vacuum film deposition apparatus component 1 of the present invention. The specific configuration of the vacuum film forming apparatus component 1 is as described above. Note that the Cu sprayed film 3 is formed on the surface to which particles sputtered from the sputtering target 11 adhere.
[0039]
In the sputtering apparatus described above, sputtered film deposition materials (the constituent material of the target 11) adhere to the surfaces of the earth shield 13, the upper deposition plate 14, the lower deposition plate 15, the platen ring 17, and the like during the deposition process. However, the exfoliation of the deposit is stably and effectively prevented by the Cu sprayed film 3 on the component surface. Also, the Cu sprayed film 3 itself is stable and has a long life. By these, the generation amount of particles, and further the mixing amount into the film formed on the substrate 16 can be greatly suppressed. Therefore, it is possible to significantly increase the manufacturing yield of highly integrated semiconductor elements such as 256M and 1G, liquid crystal display elements, and the like. In other words, even with a wiring film that forms a narrow and high-density wiring network such as a wiring width of 0.2 μm or less, the inclusion of minute particles (for example, a diameter of 0.2 μm or more) can be greatly suppressed. It can be greatly reduced. Thereby, element yield improves.
[0040]
Furthermore, since it is possible to stably and effectively suppress the peeling of the deposits and the Cu sprayed film 3 itself, the number of times of device cleaning and component replacement can be greatly reduced. Based on the reduction in the number of times of device cleaning and component replacement, the operating rate of the sputtering device can be improved (productivity can be improved). That is, the running cost of the sputtering apparatus can be reduced, and as a result, the deposition cost of various thin films can be reduced.
[0041]
In the above embodiment, the example in which the earth shield 13, the upper deposition plate 14, the lower deposition plate 15, and the platen ring 17 are configured by the components of the present invention has been described. It is also effective to construct the presser (not shown), shutter (not shown), etc. with the vacuum film forming apparatus parts of the present invention. Furthermore, with regard to other parts as well, the vacuum film forming apparatus component of the present invention functions effectively as long as the deposition material cannot be avoided during the film forming process.
[0042]
In the above-described embodiment, an example in which the vacuum film forming apparatus of the present invention is applied to a sputtering apparatus has been mainly described. However, in addition to this, for vacuum deposition apparatuses (including ion plating and laser ablation), CVD apparatuses, and the like. However, the vacuum film-forming apparatus of the present invention is applicable, and the same effect as the above-described sputtering apparatus can be obtained.
[0043]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described.
[0044]
Example 1 and Comparative Example 1
First, the ground shield 13, the upper deposition plate 14, the lower deposition plate 15 and the platen ring 17 (all component base materials are SUS 304) of the sputtering apparatus shown in FIG. A Cu sprayed film was formed on the material surface by arc spraying. At this time, the film thickness and the surface roughness Ra of the Cu sprayed film were changed by changing the spraying conditions. The film thickness and surface roughness Ra of each Cu sprayed film are as shown in Table 1, respectively. In addition, Cu spraying was carried out under arc spraying conditions using a pure Cu wire (wire diameter: 16 mm) as a spraying material, current of 100 to 200 A, voltage of 20 to 40 V, air pressure of 50 to 100 PSI, and spraying distance of 100 to 150 mm.
[0045]
Next, after the Cu sprayed surface of each part was cleaned, heat treatment was performed in a batch type vacuum furnace that can be replaced with a hydrogen atmosphere as annealing and degassing treatment. First heat treatment is 3 × 10^-2After raising the temperature to 600 ° C under a vacuum of Pa or less and holding it for 2 hours, the temperature was lowered to 300 ° C while maintaining the vacuum atmosphere, and at this temperature, the inside of the furnace was returned to normal pressure with hydrogen. Hold for 1 hour. Then again inside the furnace 3 × 10^-2After evacuating to Pa and holding for 1 hour, the inside of the furnace was completely replaced with Ar gas and cooled to room temperature (30 ° C.). It is preferable that the parts taken out from the furnace are immediately vacuum-sealed with a moisture-proof bag. Table 1 also shows the hardness (Vickers hardness) of the Cu sprayed film after the heat treatment.
[0046]
On the other hand, as Comparative Example 1 with the present invention, a component was produced in the same manner as in Example 1 except that the film thickness of the Cu sprayed film was 200 μm. Also in Comparative Example 1, heat treatment was performed under the same conditions as in Example 1. Table 1 shows the surface roughness Ra of the Cu sprayed film according to Comparative Example 1 and the hardness after heat treatment (Vickers hardness).
[0047]
Using the parts according to Example 1 and Comparative Example 1 thus produced, magnetron sputtering apparatuses were assembled. High purity Ta target 11 was set in each of these magnetron sputtering apparatuses, and magnetron sputtering was performed. Specifically, a Ta thin film is first formed on a 6-inch Si wafer, and N is further formed thereon.₂Magnetron sputtering was performed while introducing a gas to form a TaN thin film. Sputtering conditions are sputter pressure 3 × 10^-FivePa, sputtering current 5A, Ar flow rate 15sccm, N₂The flow rate was 30 sccm.
[0048]
The number of dusts with a diameter of 0.2 μm or more on the obtained Ta / TaN thin film was measured with a particle counter. Such an operation was continuously performed, and the number of dusts was measured every 10 lots. Furthermore, the sputtering operation was continued until film peeling occurred, and the life (number of lots) until film peeling was examined. These results are shown in Table 1.
[0049]
[Table 1]

[0050]
As can be seen from Table 1, it can be seen that by using a part having a Cu sprayed film having a film thickness of 300 μm or more, it is possible to extend the life until film peeling and to reduce the number of dusts. In particular, the number of dusts can be further reduced by using a Cu sprayed film having a film thickness in the range of 400 to 600 μm and a surface roughness Ra in the range of 15 to 35 μm. Thus, each Cu sprayed film of Example 1 is effective in improving the life of parts and reducing dust.
[0051]
Example 2
In the same manner as in Example 1 described above, each component on which a Cu sprayed film (film thickness: 500 μm, surface roughness Ra: 20 μm) was subjected to heat treatment under the following conditions. Sample 1 was heat-treated under the same conditions as in Example 1. Sample 2 is 3 × 10^-2The temperature was raised to 600 ° C. under a vacuum of Pa or lower and held for 3 hours, and then the inside of the furnace was completely replaced with Ar gas and cooled to room temperature (30 ° C.). Sample 3 was heated to 500 ° C. in a hydrogen atmosphere and held for 3 hours, and then cooled to room temperature (30 ° C.) in a hydrogen atmosphere. Sample 4 was not heat treated.
[0052]
The amount of gas generated when each sample (samples 1 to 4) was heated from room temperature to 500 ° C. was measured according to the method described above. The measurement results of these samples are shown in Tables 2 to 5, respectively. Furthermore, each table shows the surface oxidation depth after the heat treatment and the vacuum arrival time of the sputtering apparatus using the parts corresponding to each sample (1 × 10^-FiveTime to reach Pa) is also shown. The vacuum arrival time of the sputtering apparatus was measured after baking at 300 ° C. for 4 hours.
[0053]
[Table 2]

[0054]
[Table 3]

[0055]
[Table 4]

[0056]
[Table 5]

[0057]
As is apparent from Tables 2 to 5, the sample 1 in which the Cu sprayed film was heat-treated in a vacuum atmosphere and hydrogen reduction treatment had a small amount of oxide on the surface (surface oxidation depth of 50 nm or less), and gas. It can be seen that the amount generated is small. Therefore, the stability of the Cu sprayed film is high, and the time to reach the vacuum of the sputtering apparatus can be shortened.
[0058]
Example 3 and Comparative Example 2
The ground surface 13 of the sputtering apparatus shown in FIG. 3, the upper deposition plate 14, the lower deposition plate 15, and the platen ring 17 (all of the component base materials are SUS 304) are subjected to ground treatment by blasting, and then the substrate surface A Cu sprayed film was formed by arc spraying. At this time, by changing the thermal spraying conditions in the same manner as in Example 1, the film thickness and the surface roughness Ra of the Cu sprayed film were changed.
[0059]
Next, a W sprayed film was formed on the above Cu sprayed film by a plasma spraying method under certain conditions. W spraying uses W powder with a particle size of 45μm or less as the spray material, current 500A, voltage 65V, Ar flow rate 39L / min, H₂The test was performed under the condition of a flow rate of 10 L / min. The film thickness and surface roughness Ra of each of these two-layer sprayed films (Cu + W) are as shown in Table 6, respectively.
[0060]
Next, after spraying the sprayed surface of each component, heat treatment was performed in a batch type vacuum furnace that can be replaced with a hydrogen atmosphere as annealing and degassing treatment. The heat treatment was performed under the same conditions as in Example 1. Table 6 shows the hardness of each two-layer sprayed film after heat treatment (Vickers hardness of Cu sprayed film and W sprayed film).
[0061]
On the other hand, as Comparative Example 2 with the present invention, a part was produced in the same manner as in Example 3 except that the film thickness of the Cu sprayed film was 200 μm. This Comparative Example 2 was also heat-treated under the same conditions as in Example 3. Table 6 shows the surface roughness Ra and the hardness after heat treatment (Vickers hardness) of the sprayed film according to Comparative Example 2.
[0062]
Using the parts according to Example 3 and Comparative Example 2 thus manufactured, magnetron sputtering apparatuses were assembled. High purity W target 11 was set in each of these magnetron sputtering apparatuses, and magnetron sputtering was performed. Specifically, a W thin film is first formed on a 6-inch Si wafer, and N is further formed thereon.₂While introducing gas, magnetron sputtering was performed to form a WN thin film. The sputtering conditions were the same as in Example 1.
[0063]
The number of dust particles having a diameter of 0.2 μm or more on the obtained W / WN thin film was measured with a particle counter. Such an operation was continuously performed, and the number of dusts was measured every 10 lots. Furthermore, the sputtering operation was continued until film peeling occurred, and the life (number of lots) until film peeling was examined. These results are shown in Table 6.
[0064]
[Table 6]

[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the vacuum film-forming apparatus component of the present invention, it is possible to stably and effectively prevent the film-forming material adhering during the film-forming process from being peeled off, and to reduce the number of times of cleaning and parts replacement. Can do. Therefore, according to the vacuum film forming apparatus of the present invention having such components for the vacuum film forming apparatus, it is possible to suppress the dust from being mixed into the film that causes the defect of the wiring film or the element. Further, productivity can be improved and film formation cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main structure of a vacuum film forming apparatus component according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another configuration example of the vacuum film forming apparatus component of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a main structure of an embodiment of a sputtering apparatus to which the vacuum film-forming apparatus of the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Components for vacuum film-forming apparatus, 2 ... Parts main body, 3 ... Cu sprayed film, 4 ... 2nd sprayed film, 11 ... Sputtering target, 12 ... Backing plate, 13 ... Earth shield, 14, 15 .. deposition prevention plate, 16 .. deposition substrate, 17 .. platen ring

Claims

Vacuum formation for forming a thin film of a single metal element selected from Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Ru, Pd, Ir, Pt, Ag, Au and In or an alloy or compound containing the metal element A component of a membrane device,
A component main body and a Cu sprayed film formed on the surface of the component main body and having a film thickness of 300 μm or more and a surface oxidation depth of 50 nm or less, and when the component is heated from room temperature to 500 ° C., A component for a vacuum film-forming apparatus , wherein the amount of gas generated from the component is 50 μL / 10 g or less in total of hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide and methane .

2. The vacuum film forming apparatus component according to claim 1, wherein the Cu sprayed film has a Vickers hardness of Hv100 or less.

3. The vacuum film forming apparatus component according to claim 1, wherein the Cu sprayed film has a surface roughness in the range of 15 to 35 [mu] m in arithmetic average roughness Ra specified by JIS B 0601-1994. Vacuum deposition equipment parts.

4. The vacuum film forming apparatus component according to claim 1, wherein the Cu sprayed film has a thickness in a range of 400 to 600 [mu] m.

In claim 1 to a vacuum deposition apparatus parts according to any one of claims 4, upon heating the parts up to 500 ° C. from room temperature, the amount of hydrogen gas generated from the component 30 [mu] L / 10 g or less A component for a vacuum film-forming apparatus, characterized in that

In claim 1 to a vacuum deposition apparatus parts according to any one of claims 5, further wherein provided on the Cu sprayed film, a second metal spraying made of a metallic material different from that of the Cu sprayed film A component for a vacuum film-forming apparatus comprising a film.

A vacuum container, a film formation sample holder disposed in the vacuum container, and a film deposition sample holder disposed in the vacuum container so as to face the film formation sample holder, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, W , Ru, Pd, Ir, Pt, Ag, Au, and a single metal element selected from the group, a film forming source for forming a thin film of an alloy or compound containing the metal element, and holding the film forming source A film forming source holding unit, and the film forming sample holding unit or an adhesion preventing part disposed around the film forming source holding unit, and the film forming sample holding unit and the film forming source holding unit A vacuum film-forming apparatus, wherein at least one selected from the adhesion-preventing parts comprises the vacuum film-forming apparatus part according to any one of claims 1 to 6 .

8. The vacuum film forming apparatus according to claim 7 , wherein the film forming apparatus is a sputtering apparatus.