CN101724818B - 铜或铜合金溅射靶材的清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铜或铜合金溅射靶材的清洗方法，其具有至少两个清洗阶段，包括：第一清洗阶段，使用第一清洗剂溶液对铜或铜合金溅射靶材进行至少一次清洗；第二清洗阶段，使用第二清洗剂溶液对铜或铜合金溅射靶材进行至少一次清洗。所述第一清洗剂和所述第二清洗剂是不同的，所述第一、第二清洗剂分别独立地为水、有机溶剂、以及多种溶剂的混合物中的任何一种。此外，所述清洗方法还可包括在所述第一清洗阶段前的预热工序、在所述第二清洗阶段后的蒸汽清洗阶段。根据本发明，可以充分全面地去除油污、灰尘及杂质等，降低清洗成本，得到更好的清洗效果。

Description

铜或铜合金溅射靶材的清洗方法

技术领域

本发明提供一种溅射靶材的清洗方法，尤其涉及一种铜或铜合金溅射靶材的清洗方法。

背景技术

近年来，半导体技术飞速发展，随着半导体装置的微细化、小型化，对形成于半导体芯片上的镀膜的尺寸、质量等要求也越来越高。众所周知，在目前所采用的各种镀膜方法中，由于成膜原理不同，溅射镀膜比其他镀膜的效果更好，例如，溅射镀膜所形成的镀膜更为均匀，强度大且性能优良。但是，与其他镀膜方法相比，溅射镀膜对原材料、即靶材的清洁度要求也非常高。溅射镀膜的原理为以加速的离子轰击靶材，使靶材表面的组分以原子团或离子形式溅射出来，沉积到基板表面形成镀膜。在溅射镀膜过程中，靶材的表面附着有油污、灰尘以及其他杂质等，会影响成膜效率及所形成的镀膜的质量。特别是，当靶材表面附着有粉末、颗粒状杂质等异物时，会产生电弧放电，其会导致靶材的一部分变为溶融态并产生向各个方向飞溅的溅沫(splash)，所述溅沫附着在基板上、已经成膜的镀膜上，会使所形成的镀膜质量下降，从而造成产品的合格率下降并导致生产成本的上升。

综上所述，溅射镀膜过程中的靶材的清洁度对于溅射所形成的镀膜的质量、产品的合格率以及生产成本而言，非常重要。因此，在生产过程中。为了保证靶材具有足够的清洁度，需要充分完全地对靶材进行清洗。

目前，实际生产中普遍采用的清洁方式为单槽清洗、即利用超声波清洗装置在一个装有液态清洗剂的清洗槽内对靶材进行清洗，或者为多槽清洗、即利用超声波清洗装置依次在多个装有同一液态清洗剂的清洗槽内进行清洗。

在采用单槽清洗的情况下，清洗剂的清洗负担较重、使用周期较短，为了保持良好的清洗效果，需要频繁地更换清洗剂。但是，提高清洗剂的更换频率会增加清洗剂的使用量，导致所使用的清洗剂的成本上升，而且，更换清洗剂期间清洗操作被迫停止，会导致清洗效率的下降。

在采用多槽清洗的情况下，与采用单槽清洗的情况相比，虽然可以降低清洗剂的更换频率，提高清洗效率，但是，仅使用一种清洗剂进行清洗不能充分全面地去除附着在靶材上的油污、灰尘以及其他杂质等，清洗效果不佳。

此外，由于铜或铜合金溅射靶材表面较易发生生锈，而表面发生生锈的铜或铜合金溅射靶材也会对溅射镀膜的成膜质量等造成不利的影响。因而，当被清洗靶材为铜或铜合金溅射靶材时，除了需要充分全面地去除附着于铜或铜合金溅射靶材上的油污、灰尘以及其他杂质等，还需要有效地防止铜或铜合金溅射靶材生锈，充分确保铜或铜合金溅射靶材表面的金属特性稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜或铜合金溅射靶材的清洗方法，该方法能够满足铜或铜合金溅射靶材的较高的清洗要求，充分全面地去除附着于铜或铜合金溅射靶材上的油污、灰尘以及其他杂质等，且还能够防止铜或铜合金溅射靶材生锈，由此有效地保证溅射镀膜效果，同时能够降低清洗剂的成本，保证清洗效率。

本发明的技术方案如下：

一种铜或铜合金溅射靶材的清洗方法，其特征在于，具有至少两个清洗阶段，包括：第一清洗阶段，使用第一清洗剂溶液对铜或铜合金溅射靶材进行至少一次清洗；第二清洗阶段，使用第二清洗剂溶液对铜或铜合金溅射靶材进行至少一次清洗。

可选地，所述清洗方法中，所述第一清洗剂和所述第二清洗剂是不同的。

可选地，所述清洗方法中，所述第一清洗阶段和/或第二清洗阶段中的至少一次清洗为在多个清洗槽中进行的清洗。

可选地，所述清洗方法中，所述多个清洗槽中，将在后的清洗槽中已使用过的清洗剂再利用于在前的清洗槽中。

可选地，所述清洗方法中，所述第一、第二清洗剂分别独立地为水、有机溶剂、以及多种溶剂的混合物中的任何一种。

可选地，所述清洗方法中，所述第一清洗剂为航空煤油，所述第二清洗剂为异丙醇。

可选地，所述清洗方法中，所述第一清洗阶段及所述第二清洗阶段的清洗剂溶液温度为25℃至35℃。

可选地，所述清洗方法还包括在所述第二清洗阶段后使用蒸汽态清洗剂对铜或铜合金溅射靶材进行清洗的蒸汽清洗阶段。

可选地，所述清洗方法中，所述蒸汽态清洗剂与所述第一清洗剂或所述第二清洗剂为同一种清洗剂。

可选地，所述清洗方法使用超声波清洗装置进行清洗。

根据本发明铜或铜合金溅射靶材的清洗方法，通过采用两种以上的清洗剂进行清洗，可以全面地去除附着于铜或铜合金溅射靶材上的油污、灰尘以及其他杂质等，有效地保证溅射镀膜效果，同时还能够降低清洗剂的成本，保证清洗效率。此外，通过蒸汽清洗，可以得到更好的清洗效果。

附图说明

图1为作为本发明的铜或铜合金溅射靶材的清洗方法一实施方式的清洗工序流程图；

图2为本发明的铜或铜合金溅射靶材的清洗方法的一实施方式中使用的清洗槽的示意图。

具体实施方式

在本发明的清洗方法的一实施方式中，用于清洗的溅射靶材可以是铜靶材，也可以是铜合金靶材。该清洗方法具有两个清洗阶段：第一清洗阶段，使用航空煤油溶液之类的相对廉价的清洗剂溶液作为第一清洗剂在一个清洗槽中对铜或铜合金溅射靶材进行清洗，即进行一次清洗；第二清洗阶段，使用高纯度异丙醇溶液(IPA溶液)之类的清洗能力高的清洗剂溶液作为第二清洗剂依次在四个清洗槽中对铜或铜合金溅射靶材进行清洗，即进行四次清洗。此外，在第一清洗阶段之前，还具有对铜或铜合金溅射靶材进行预热的预热工序。本实施方式中使用的清洗装置为超声波清洗装置。

参见图1的本实施方式的清洗工序流程图。

图2为本实施例中所使用的清洗槽的示意图。图2中，为了便于清楚地对本发明的该实施方式进行说明，将第一清洗阶段中的一个清洗槽设为第一槽C1，将第二清洗阶段中的四个清洗槽依次设为第二槽C2、第三槽C3、第四槽C4、第五槽C5。

下面，参照图1及图2，对本发明的一实施方式详细地进行说明。

预热工序S0：

清洗开始前，对靶材进行预热。预热方式可以采用例如电阻加热方式、加热炉加热方式等，优选采用暖风加热方式。通过预热使铜或铜合金溅射靶材温度达到25℃以上，优选30℃左右，上述温度根据清洗时环境温度等条件而确定，但并不以此为限，只要能够适于提高附着于铜或铜合金溅射靶材表面的油污、灰尘以及其他杂质等在清洗剂溶液中的溶解度、提高清洗效果且不会对靶材表面产生不利影响即可。

第一清洗阶段S1：

在第一槽C1中，优选使用相对廉价的、能够基本除去靶材表面上的油污、灰尘或其它杂质的清洗液作为第一清洗剂Q1对铜或铜合金溅射靶材进行清洗。作为第一清洗剂Q1，优选使用航空煤油或主要由航空煤油组成的混合溶液。清洗温度可以为25℃至35℃左右，清洗时间为2至10分钟。优选清洗温度为30℃，清洗时间为5分钟。通过该清洗阶段，可以去除相当一部分附着于铜或铜合金溅射靶材表面的油污、灰尘以及其他杂质等。

在第一清洗阶段S1中使用的第一清洗剂Q1为航空煤油溶液的情况下，航空煤油溶液的清洗能力虽然要比第二清洗阶段S2中使用的异丙醇溶液之类的清洗剂的清洗能力低，但是，由于本实施方式中采用二个阶段的多槽清洗，在后续的清洗阶段中会进行进一步的清洗，所以不会影响最终清洗目标的实现。而且，使用不同的清洗剂进行清洗，可以使清洗能力更为全面，从而得到更好的清洗效果。此外，第一清洗阶段S1中采用航空煤油溶液之类相对廉价的清洗溶液，可以降低清洗成本。

在本实施方式的第一清洗阶段S1中，使用的第一清洗剂Q1优选为航空煤油溶液，但并不以此为限，只要能够有效洗去靶材表面的油污、灰尘或其它杂质、不侵蚀靶材，同时能够有效地控制清洗成本，也可以是其它清洗液，例如可以为高纯度酒精溶液等。尤其是铜或铜合金溅射靶材表面较易被生锈，因而在选择清洗剂时，不宜选择会使铜或铜合金溅射靶材表面发生生锈的清洗剂。此外，在本实施方式的第一清洗阶段S1的清洗过程中，第一清洗剂Q1的温度、即第一槽C1中的清洗溶液的温度优选为30℃左右，然而对该温度无特殊限制，可以根据具体的清洗条件选择适当的温度，只要有利于提高油污、灰尘以及其他杂质等在第一清洗剂Q1中的溶解度且对靶材表面无不利影响即可。在本实施方式中，优选第一槽C1中的清洗溶液的温度范围为25℃至35℃。另外，在本实施方式中，在第一清洗阶段S1、即在第一槽C1中的清洗时间为2至10分钟，但是对该清洗时间无特殊限制。清洗时间长有利于清洗干净，然而清洗时间过长会使生产效率下降，因此，应当根据清洗效果和清洗效率等选择适当的清洗时间，一般以5分钟左右为佳。

第二清洗阶段S2：

在第二槽C2、第三槽C3、第四槽C4、以及第五槽C5中使用清洗能力强的第二清洗剂Q2依次对铜或铜合金溅射靶材进行清洗。作为第二清洗剂Q2，可以为异丙醇、丙酮、甲基异丙基酮等有机溶剂或多种有机溶剂的混合液，优选使用高纯度异丙醇，第二槽C2、第三槽C3、第四槽C4、以及第五槽C5中清洗温度可以为25℃至35℃左右，清洗时间为2至10分钟。优选清洗温度为30℃，清洗时间为5分钟。通过该清洗阶段，可以非常有效地去除油污、灰尘以及其他杂质等。

在本实施方式中，第二清洗阶段S2为多槽清洗，所使用的第二清洗剂Q2为高纯度异丙醇溶液，异丙醇溶液的清洗能力强且对清洗条件要求不高，因此能够有效地去除油污、灰尘以及其他杂质等，充分保证清洗的效果。在本实施方式中，可以将在后的清洗槽中已使用过的清洗剂溶液再利用到在前清洗槽中，例如将更换下来的第三槽C3中的异丙醇溶液再利用到第二槽C2中、将更换下来的第四槽C4中的异丙醇溶液再利用到第二槽C2和/或第三槽C3中、将更换下来的第五槽C5中的异丙醇溶液再利用到第二槽C2和/或第三槽C3和/或第四槽C4中，节约清洗剂，降低清洗成本。

在本实施方式的第二清洗阶段S2中，使用的第二清洗剂Q2优选为高纯度异丙醇，但是，也可以根据清洗效果和清洗成本等选择其他清洗剂溶液，例如可以是丙酮、甲基异丙基酮等，只要清洗能力强、不对靶材表面产生不利影响即可。尤其是铜或铜合金溅射靶材较易被生锈，因而选择清洗剂时，不宜选择会使铜或铜合金溅射靶材表面发生生锈的清洗剂。此外，在本实施例的第二清洗阶段S2的清洗过程中，第二清洗剂Q2温度、即第二槽C2、第三槽C3、第四槽C4、以及第五槽C5中使用的异丙醇溶液的温度优选为25℃至30℃左右，但是对该温度无特殊限制，可以根据清洗条件选择适当的清洗温度，只要有利于提高油污、灰尘以及其他杂质等在第二清洗剂Q2中的溶解度且不对靶材表面产生不利影响即可。在本实施方式中，优选地，将第二槽C2、第三槽C3、第四槽C4、以及第五槽C5中的异丙醇溶液的温度范围设定为30℃。另外，在本实施方式中，在第二清洗阶段S2中，靶材在第二槽C2、第三槽C3、第四槽C4、以及第五槽C5中的清洗时间一般分别为2至10分钟，但是对该清洗时间无特殊限制，清洗时间长有利于清洗干净，然而清洗时间过长会使生产效率下降，因此，应当根据清洗效果和清洗效率等选择适当的清洗时间，在各清洗槽中的清洗时间优选为5分钟。

在本实施方式中，包括两个清洗阶段，且第一清洗阶段S1为单槽清洗、第二清洗阶段S2为多槽清洗。但是实际生产应用时可不限于此，可以根据具体情况设置更多的清洗阶段，而且各个清洗阶段中依次进行清洗的清洗槽的数量也可以根据具体情况进行设定。

特别地，由于与液态清洗剂相比，蒸汽清洗剂对油污、灰尘以及其他杂质等的清洗能力更强，因而根据所需要的清洗效果，还可以增加一个使用蒸汽态清洗剂进行清洗的蒸汽清洗阶段。所述蒸汽清洗阶段的清洗温度一般在所使用的清洗用溶剂的沸点高5℃至15℃左右(例如，使用异丙醇进行蒸汽清洗时，一般蒸汽清洗温度为90℃至95℃左右)。清洗时间为2至10分钟，优选清洗时间为5分钟。通过该清洗阶段，可以增强清洗效果，更为有效地去除附着于铜或铜合金溅射靶材表面的油污、灰尘及杂质等，得到表面更为清洁的铜或铜合金溅射靶材。所述蒸汽清洗阶段所使用的蒸汽态清洗剂也可以为水、有机溶剂、以及多种清洗机的混合物中的任何一种，例如蒸汽态异丙醇、蒸汽态丙酮、蒸汽态甲基异丙基酮或它们的混合液等。而且，所述蒸汽态清洗剂还可以与所述第一清洗剂或所述第二清洗剂为同一种清洗剂。

综上所述，根据本发明的铜或铜合金溅射靶材的清洗方法，通过至少二个阶段对铜或铜合金溅射靶材进行清洗，不仅可以非常有效去除附着在铜或铜合金溅射靶材表面的油污、灰尘以及其他杂质等，而且可以防止铜或铜合金溅射靶材生锈，同时还能够减少降低清洗成本。

另外，在清洗工序开始前，对铜或铜合金溅射靶材进行预热处理，使其温度更适于提高附着于铜或铜合金溅射靶材表面的油污、灰尘以及其他杂质等在清洗剂中的溶解度，由此可以提高清洗效果。

此外，在采用多槽清洗且多槽清洗使用同一清洗剂的情况下，可以将在后清洗槽中使用过的清洗剂再利用于在先清洗槽中，通过重复利用清洗剂，可以减少所使用的清洗剂的量，降低清洗成本。

实施例1：

准备直径为Φ300mm、厚度为30mm的纯铜的盘状溅射靶材试样5个，分别编号为1至5，将上述五个试样作为第一组清洗试样。通过暖风方式对靶材进行预热，使靶材温度为30℃。

第一清洗阶段：

用航空煤油纯溶液作为第一清洗剂，其体积为50L，使用超声波清洗装置在一个清洗槽中对第一组清洗试样进行清洗，清洗溶液温度为30℃，清洗时间5分钟。该清洗槽的内槽长度为50cm、宽度为40cm、高度为40cm，振子数为12个，该装置的超声波功率为1200W，频率28KHz。

第二清洗阶段：

用液态的纯度在99.98％以上、水含量在0.01％以下的异丙醇作为第二清洗剂，其体积为50L，使用超声波清洗装置依次在三个相同的清洗槽中对第一组清洗试样进行清洗，清洗剂温度为30℃，在各清洗槽中的清洗时间各为5分钟。该清洗槽的内槽长度为50cm、宽度为40cm、高度为40cm，振子数为12个，该装置的超声波功率为1200W，频率28KHz。

第三清洗阶段：

将经过上述第二阶段清洗的第1组试样放入清洗槽中，持续供给纯度在99.98％以上、水含量在0.01％以下的异丙醇饱和蒸汽，持续5分钟进行蒸汽清洗。该清洗槽的内槽长度为50cm、宽度为40cm、高度为40cm，振子数为12个，该装置的超声波功率为1200W，频率28KHz。

清洗结束后，通过Candela Instruments公司的C1光学表面分析仪作为测定装置，检测编号1至5五个试样的清洗表面上直径在0.3μm以上的颗粒物和油污等的残留情况。结果见表1。

比较例1：

准备直径为Φ300mm、厚度为30mm的纯铜的盘状溅射靶材试样5个，分别编号为6至10，将上述五个试样作为第二组清洗试样。

用液态的纯度在99.98％以上、水含量在0.01％以下的异丙醇作为清洗剂，其体积为50L，使用超声波清洗装置依次在清洗槽中对第二组清洗试样进行清洗，清洗剂温度为30℃，清洗时间25分钟。该清洗槽的内槽长度为50cm、宽度为40cm、高度为40cm，振子数为12个，该装置的超声波功率为1200W，频率28KHz。

清洗结束后，通过Candela Instruments公司的C1光学表面分析仪作为测定装置，检测编号6至10五个试样的清洗表面上直径在0.3μm以上的颗粒物和油污等的残留情况。结果见表1。

比较例2：

准备直径为Φ300mm、厚度为30mm的纯铜的盘状溅射靶材试样5个，分别编号为11至15，将上述五个试样作为第三组清洗试样。

首先，用液态的纯度在99.98％以上、水含量在0.01％以下的异丙醇作为清洗剂，其体积为50L，通过超声波清洗装置依次在五个清洗槽中对第三组清洗试样进行清洗，清洗剂温度为30℃，在各清洗槽中的清洗时间各为5分钟。该清洗槽的内槽长度为50cm、宽度为40cm、高度为40cm，振子数为12个，该装置的超声波功率为1200W，频率28KHz。

清洗结束后，通过Candela Instruments公司的C1光学表面分析仪作为测定装置，检测编号11至15五个试样的清洗表面上直径在0.3μm以上的颗粒物和油污等的残留情况。结果见表1。

表1

由表1可知：实施例1中试样的残留物数量显著少于比较例1、比较例2中试样的残留物数量，取得了意料不到的清洗效果。

综上所述，根据本发明的铜或铜合金溅射靶材的清洗方法进行清洗，可以减少靶材表面残留物的数量，得到更好的清洗效果。

以上所述仅是本发明的一种实施例，并不构成对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，任何在所附权利要求书所定义的本发明的实质和范围之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明中。

Claims (5)

1.一种铜或铜合金溅射靶材的清洗方法，其特征在于，具有至少两个清洗阶段，包括：

第一清洗阶段，使用第一清洗剂溶液对铜或铜合金溅射靶材进行至少一次清洗，所述第一清洗剂为航空煤油，清洗温度为25℃至35℃，清洗时间为2至10分钟；

第二清洗阶段，使用第二清洗剂溶液对铜或铜合金溅射靶材进行至少一次清洗，所述第二清洗剂为异丙醇，清洗温度为25℃至35℃，清洗时间为2至10分钟；

所述清洗方法还包括在所述第二清洗阶段后使用蒸汽态清洗剂对铜或铜合金溅射靶材进行清洗的蒸汽清洗阶段，所述蒸汽清洗阶段的清洗温度比所使用的清洗用溶剂的沸点高5℃至15℃。

2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述第一清洗阶段和/或第二清洗阶段中的至少一次清洗为在多个清洗槽中进行的清洗。

3.根据权利要求2所述的清洗方法，其特征在于，所述多个清洗槽中，将在后的清洗槽中已使用过的清洗剂再利用于在前的清洗槽中。

4.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述蒸汽态清洗剂为水、有机溶剂、以及多种溶剂的混合物中的任何一种。

5.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，使用超声波清洗装置进行清洗。

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