(57)【要約】  本発明の課題は、プラズマ励起電力の増大に伴うターゲット部等の加熱による悪影響を軽減した回転マグネットスパッタ装置を提供することにある。本発明の回転マグネットスパッタ装置は、複数の螺旋状板磁石群間に形成された螺旋状の空間に冷却用媒体を流すか、ターゲット部を支持するバッキングプレートに冷却用流路を設けることにより、ターゲット部を除熱する構造を有する。
2010131521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を載置する被処理基板設置台と該被処理基板に対向するようにターゲットを固定設置するバッキングプレートと、ターゲットの置かれる部分に対して前記被処理基板設置台とは反対側に設置された磁石とを有し、この磁石によってターゲット表面に磁場を形成することによりターゲット表面にプラズマを閉じ込めるスパッタ装置であって、
前記磁石は、複数の板磁石が柱状回転軸に設けられた回転磁石群と、回転磁石群の周辺にターゲット面と平行に設置された固定外周板磁石または固定外周強磁性体とを含み、
前記回転磁石群を前記柱状回転軸とともに回転させることにより、前記ターゲット表面の磁場パターンが時間と共に動くように構成されており、
前記回転磁石群とバッキングプレートとの間に、冷却用の媒質を流す流路を有することを特徴とする回転マグネットスパッタ装置。
【請求項２】
前記回転磁石群は、前記柱状回転軸に、板磁石をN極またはS極のいずれかの極を柱状回転軸の径方向外側に向けて螺旋状に貼り付けることで、一つもしくは複数の螺旋板磁石群を形成していることを特徴とする請求項１に記載の回転マグネットスパッタ装置。
【請求項３】
前記柱状回転軸に、前記回転螺旋磁石群が偶数個具備されており、前記柱状回転軸の軸方向に隣り合う螺旋同士が前記柱状回転軸の径方向外側に互いに異なる磁極、すなわちN極とS極を形成している螺旋状板磁石群であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転マグネットスパッタ装置。
【請求項４】
前記固定外周板磁石または前記固定強磁性体は、前記ターゲット側から見て前記回転磁石群を囲んだ構造をなした磁石であり、かつ前記ターゲット側にN極、もしくはS極のどちらか一方の磁極を形成していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転マグネットスパッタ装置。
【請求項５】
前記流路は、前記冷却用の媒質が複数の螺旋板磁石群の間の空間を螺旋状に流れるように構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転マグネットスパッタ装置。
【請求項６】
前記冷却用の媒質のレイノルズ数を１０００から５０００の間に設定して流すことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転マグネットスパッタ装置。
【請求項７】
前記流路は、前記螺旋板磁石群の側壁と、前記柱状回転軸と、前記螺旋板磁石群の外側に設置された遮蔽板とで囲まれた空間を含み、前記冷却用の媒質が前記螺旋板磁石群に沿って螺旋状に流れることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の回転マグネットスパッタ装置。
【請求項８】
前記遮蔽板の少なくとも一部が強磁性体であることを特徴とする請求項７に記載の回転マグネットスパッタ装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の回転マグネットスパッタ装置を用いて、前記柱状回転軸を回転させつつ被処理基板に前記ターゲットの材料を成膜することを特徴とするスパッタ方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のスパッタ方法を用いて被処理基板にスパッタ成膜する工程を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項１１】
ターゲット部を支持するバッキングプレートと、前記バッキングプレートの前記ターゲット部を支持する面とは反対側に設けられた柱状回転軸と、該柱状回転軸上に、互いに螺旋状の空間を残して配置された複数の螺旋状板磁石群と、前記複数の螺旋状板磁石群間の螺旋状の空間に冷却媒体を流す冷却機構を有していることを特徴とする回転マグネットスパッタ装置。
【請求項１２】
請求項１１において、前記冷却機構は、前記バッキングプレートに接触して設けられた第１の遮蔽板と、前記第１の遮蔽板と連結され、前記複数の螺旋状板磁石群を囲うように設けられた第２の遮蔽板とを含むことを特徴とする回転マグネットスパッタ装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記第１の遮蔽板は非磁性体によって形成され、他方、第２の遮蔽板は磁性体によって形成されていることを特徴とする回転マグネットスパッタ装置。
【請求項１４】
請求項１３において、前記第１の遮蔽板の非磁性体は銅であり、第２の遮蔽板の磁性体は鉄であることを特徴とする回転マグネットスパッタ装置。
【請求項１５】
ターゲット部を支持するバッキングプレートと、前記バッキングプレートの前記ターゲット部を支持する面とは反対側に設けられた柱状回転軸と、該柱状回転軸上に、互いに螺旋状の空間を残して配置された複数の螺旋状板磁石群とを備え、前記バッキングプレートの前記ターゲットから見て前記ターゲットに重なる部分には、冷却用流路が設けられていることを特徴とする回転マグネットスパッタ装置。
【請求項１６】
柱状回転軸上に、互いに螺旋状の空間を残して配置された複数の螺旋状板磁石群を備えた回転マグネットスパッタ装置に冷却方法において、前記複数の螺旋状板磁石群間の螺旋状の空間を囲うように、冷却媒体用流路を形成しておき、当該冷却媒体用流路に対して、冷却媒体を流すことにより冷却を行うことを特徴とする回転マグネットスパッタ装置の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属や絶縁物の成膜に広く使用されているスパッタ装置に関し、特に、液晶表示装置基板や半導体基板等の被処理体に所定の表面処理を施すための処理装置である、回転マグネットを用いたマグネトロンスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタ装置は光ディスクの製造、液晶表示素子や半導体素子などの電子装置の製造、その他一般的に金属薄膜や絶縁物薄膜の作成において、広く使われている。スパッタ装置は薄膜形成用の原材料をターゲットとして、直流高電圧あるいは高周波電力によりアルゴンガス等をプラズマ化し、そのプラズマ化ガスによりターゲットを活性化して融解し飛散させ、被処理基板に被着させるものである。【０００３】
スパッタ成膜法においては、成膜速度を高速化するために、ターゲットの裏側に磁石を配置し、ターゲット表面に磁力線を平行に走らせることにより、ターゲット表面にプラズマを閉じ込め、高密度なプラズマを得るマグネトロンスパッタ装置による成膜法が主流となっている。【０００４】
ターゲット利用効率を向上させて生産コストを低減することや、安定した長期運転を可能とするために、本発明者等は先に回転マグネットスパッタ装置を発案した。これは、柱状回転軸に複数の板磁石を連続的に配設してこれを回転させることによりターゲット表面の磁場パターンが時間とともに動くような構成とし、ターゲット材料の使用効率を大幅に向上させるとともに、プラズマによるチャージアップダメージ、イオン照射ダメージを無くした画期的なスパッタ装置である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０４３４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、マグネトロンスパッタ法においては、成膜レートを上昇させてスループットを向上させるために、プラズマ励起電力を増大させることが有効である。このとき、プラズマ励起電力を増大させると、プラズマ熱流が増大するために、ターゲット及び当該ターゲットを支持するバッキングプレートが高温になるのを避けられない状況にある。このため、ターゲットとバッキングプレートとを接着しているインジウム層が溶けてターゲットが外れてしまったり、バッキングプレートの変形等が起こる恐れがある。【０００７】
特許文献１に示されたスパッタ装置においてもターゲット等を冷却する必要性は考慮しており、バッキングプレートの端部（ターゲットを保持している部分の外側）に冷媒の通路を設けている。しかしながら、効率的に冷却を行うという観点からは、冷却機構のさらなる改良が望ましい。【０００８】
本発明の目的は、ターゲット及びバッキングプレートを効率的に冷却し、プラズマ励起電力の増大に対処できるスパッタ装置を提供することにある。【０００９】
さらに、本発明の目的は、冷却媒体を流す位置を選択することにより、効率的に冷却を行うことができるスパッタ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、被処理基板を載置する被処理基板設置台と該被処理基板に対向するようにターゲットを固定設置するバッキングプレートと、ターゲットの置かれる部分に対して前記被処理基板設置台とは反対側に設置された磁石とを有し、この磁石によってターゲット表面に磁場を形成することによりターゲット表面にプラズマを閉じ込めるスパッタ装置であって、前記磁石は、複数の板磁石が柱状回転軸に設けられた回転磁石群と、回転磁石群の周辺にターゲット面と平行に設置された固定外周板磁石または固定外周強磁性体とを含み、前記回転磁石群を前記柱状回転軸とともに回転させることにより、前記ターゲット表面の磁場パターンが時間と共に動くように構成したことを特徴とする回転マグネットスパッタ装置であり、前記回転磁石群とバッキングプレートとの間に、冷却用の媒質を流す流路を有することを特徴とする回転マグネットスパッタ装置が得られる。【００１１】
本発明の他の態様によれば、前記回転磁石群は、前記柱状回転軸に、板磁石をN極またはS極のいずれかの極を柱状回転軸の径方向外側に向けて螺旋状に貼り付けることで、一つもしくは複数の螺旋板磁石群を形成していることを特徴とする上記態様の回転マグネットスパッタ装置が得られる。【００１２】
本発明の他の態様によれば、前記柱状回転軸に、前記回転螺旋磁石群が偶数個具備されており、前記柱状回転軸の軸方向に隣り合う螺旋同士が前記柱状回転軸の径方向外側に互いに異なる磁極、すなわちN極とS極を形成している螺旋状板磁石群であることを特徴とする上記いずれかの態様の回転マグネットスパッタ装置が得られる。【００１３】
本発明の他の態様によれば、前記固定外周板磁石または前記固定強磁性体は、前記ターゲット側から見て前記回転磁石群を囲んだ構造をなした磁石であり、かつ前記ターゲット側にN極、もしくはS極のどちらか一方の磁極を形成していることを特徴とする上記いずれかの態様の回転マグネットスパッタ装置が得られる。【００１４】
本発明の他の態様によれば、前記流路は、前記冷却用の媒質が複数の螺旋板磁石群の間の空間を螺旋状に流れるように構成されていることを特徴とする上記実施の態様のいずれかに記載の回転マグネットスパッタ装置が得られる。【００１５】
本発明の他の態様によれば、前記冷却用の媒質のレイノルズ数を１０００から５０００の間に設定して流すことを特徴とする上記いずれかの態様の回転マグネットスパッタ装置が得られる。【００１６】
本発明の他の態様によれば、前記流路は、前記螺旋板磁石群の側壁と、前記柱状回転軸と、前記螺旋板磁石群の外側に設置された遮蔽板とで囲まれた空間を含み、前記冷却用の媒質が前記螺旋板磁石群に沿って螺旋状に流れることを特徴とする上記いずれかの態様の回転マグネットスパッタ装置が得られる。【００１７】
本発明の他の態様によれば、上記いずれかの態様の回転マグネットスパッタ装置において、前記遮蔽板の少なくとも一部が強磁性体であることを特徴とする回転マグネットスパッタ装置が得られる。【００１８】
本発明の他の態様によれば、上記いずれかの態様の回転マグネットスパッタ装置を用いて、前記柱状回転軸を回転させつつ被処理基板に前記ターゲットの材料を成膜することを特徴とするスパッタ方法が得られる。【００１９】
本発明の他の態様によれば、上記態様のスパッタ方法を用いて被処理基板にスパッタ成膜する工程を含むことを特徴とする電子装置の製造方法が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、回転マグネットスパッタ装置において、冷却効率を向上させ、プラズマ励起のための可能電力印加量を増大させることができ、成膜レートやスループットの向上が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマグネット回転スパッタ装置の冷却装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るマグネット回転スパッタ装置を示す概略構成図である。
【図３】図２に示されたマグネット回転スパッタ装置の磁石部分をより詳細に説明するための斜視図である。
【図４】図２に示されたマグネット回転スパッタ装置におけるプラズマループ形成を説明する図である。
【図５】図１に示されたマグネット回転スパッタ装置の冷却水流路をより詳細に説明するためのバッキングプレートの上面図である。
【図６】図２に示されたマグネット回転スパッタ装置の冷却水流路をより詳細に説明するための側面（一部断面）図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態)
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る回転マグネットスパッタ装置における冷却機構を説明する。ここでは、回転マグネットスパッタ装置のうち、冷却機構に関連する部分のみを概略的に示している。
【００２４】
図１において、４０１はバッキングプレート、４０２は回転マグネット、４０３はターゲット部、４０４は冷却水流路である。この実施形態では、冷却機構を構成する冷却水流路４０４がバッキングプレート４０１内であってターゲット部４０３に重なる部分に設けられている。図示されているように、ターゲット部４０３はバッキングプレート４０１の一表面に設置されており、バッキングプレート４０１のターゲット部４０３の設置面とは反対側に、回転マグネット４０２が設けられている。図５はバッキングプレートを上面から見た図である。ターゲット部４０３に重なるように、冷却水流路４０４が設けられている。５０２は冷却水入口、５０４は冷却水出口である。このようにターゲット直上に冷却水流路を設けることで、冷却効率を高めることができる。回転マグネット４０２は、後述するように、柱状回転軸上に複数の螺旋状板磁石群を取り付けた構成を備えており、当該回転マグネット４０２が回転することにより、回転マグネット４０２の外周に設けられた固定強磁性体部との間に、閉じたプラズマ領域がターゲット部４０３上に連続的に生成され、当該プラズマ領域は回転マグネット４０２の回転と共に、柱状回転軸に沿って移動して行く。このため、この構成の回転マグネットスパッタ装置はターゲット部４０３を有効に利用できると云う利点を備えている。
【００２５】
一方、成膜レートを上昇させ、スループットを向上させるために、プラズマ励起電力を増大させた場合、プラズマ熱流が増大する。
【００２６】
プラズマからの熱流は、プラズマ励起がなされているターゲット部４０３で最も多いため、冷却効率を高めるために、この実施形態では、ターゲット部４０３に隣接したバッキングプレート４０１内に、冷却水流路４０４が冷却機構として設けられている。
【００２７】
このように、冷却水流路４０４が、ターゲット部４０３との接触面に隣接して設けられているため、効率的に冷却を行うことができる。
【００２８】
この場合、冷却水流路４０４はターゲット部４０３と出来るだけ、隣接していることが望ましい。このため、バッキングプレート４０１を比較的厚くすることが必要である。
【００２９】
一方、プラズマ励起効率を向上させるためには、ターゲット部４０３の表面の磁場強度を強くする必要がある。望ましくはプラズマループ内の水平磁場強度（磁場強度のターゲット面と平行方向成分）を５００ガウス以上とすることが好適である。
【００３０】
このためには、図１に示す回転マグネット４０２とターゲット部４０３表面との距離（T/S距離）４０５は３０ｍｍ以内、望ましくは２０ｍｍ以内にすることが好ましい。
【００３１】
実際には、T/S距離を２０ｍｍにして、バッキングプレート４０１内に冷却水路４０４を設けた場合、バッキングプレート４０１の厚みを１２ｍｍとし、また、バッキングプレート４０１と回転マグネット４０２とを接触させないために１ｍｍ離している。この場合、ターゲット部４０３の厚みは、７ｍｍ程度にすることが望ましいことが判明した。
【００３２】
ここで、ターゲット部４０３とバッキングプレート４０１は、インジウム層によって接着されている。バッキングプレート４０１内に冷却水流路４０４を設けた図１の構成では、バッキングプレート４０１の変形等を防止できることが確認された。
【００３３】
このように、第１の実施形態によれば、バッキングプレート４０１内に冷却水流路４０４が設けられているため、プラズマ熱流の増大によるバッキングプレート４０１の変形や、ターゲット層４０３の脱落を防止できる。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明をする。
【００３５】
図２を参照すると、本発明の第２の実施の形態に係るマグネット回転スパッタ装置の構成が示されている。
【００３６】
図２において、１はターゲット、２は柱状回転軸、３は回転軸２の表面に螺旋状に配置した複数の螺旋状板磁石群、４は３の外周に配置した固定外周板磁石又は、固定外周強磁性体（以下では、固定外周板磁石として説明する）、５はターゲット１が接着されているバッキングプレート、６はプラズマからの熱流を除熱するための冷却用の媒体（本実施例においては冷却水）、７は冷却水流路を形成するための第１の遮蔽板、８は冷却水流路を形成するための第２の遮蔽板、１６は冷却水の流路断面積を調整する板、９はプラズマ励起のためのＲＦ電源、１０はプラズマ励起およびターゲット直流電圧制御のための直流電源、１１はバッキングプレート及びターゲットに電力を供給するためのアルミニウム製遮蔽板、１２は絶縁材、１３は被処理基板、１４は被処理基板を設置する設置台、１５は処理室を形成する外壁（例えばアルミニウム、又はアルミニウム合金製）、である。
【００３７】
ＲＦ電源９の電力周波数は１３.５６MHzであり、本実施例においては直流電源も重畳印加可能なＲＦ−ＤＣ結合放電方式を採用しているが、直流電源のみのＤＣ放電スパッタでも良いし、ＲＦ電源のみのＲＦ放電スパッタでも良い。
【００３８】
柱状回転軸２の材質としては通常のステンレス鋼等でも良いが、磁気抵抗の低い強磁性体、例えば、Ni-Fe系高透磁率合金や鉄で一部または全てを構成することが望ましい。本実施の形態においては、鉄で柱状回転軸２が構成されている。柱状回転軸２は、図示しないギアユニットおよびモータにより回転させることが可能となっている。
【００３９】
図３を用いて、図２に示された螺旋状板磁石群３及び外周固定磁石４をより具体的に説明する。柱状回転軸２はその断面が正１６角形となっており、一辺の長さは18mmとした。それぞれの面に菱形の板磁石が多数取り付けられ、複数の螺旋状板磁石群３は柱状回転軸２の回転にしたがって回転する。したがって、螺旋状板磁石群３は即ち、回転磁石を構成している。複数の螺旋状板磁石群３の相互間には、螺旋状の間隔が存在している。
【００４０】
柱状回転軸２は外周に磁石を取り付ける構造であり、太くすることも容易であり磁石にかかる磁力による曲がりには強い構造となっている。螺旋状板磁石群３を構成する各板磁石は強い磁界を安定して発生させるために、残留磁束密度、保磁力、エネルギー積の高い磁石が望ましく、例えば残留磁束密度が１．１Ｔ程度のＳｍ−Ｃｏ系焼結磁石、さらには残留磁束密度が１．３Ｔ程度あるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石等が好適である。本実施の形態においては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を使用した。螺旋状板磁石群３の各板磁石はその板面の垂直方向に磁化されており、柱状回転軸２に螺旋状に貼り付けて複数の螺旋を形成し、柱状回転軸の軸方向に隣り合う螺旋同士が前記柱状回転軸の径方向外側に互いに異なる磁極、すなわちN極とS極を形成している。
【００４１】
固定外周板磁石４は、ターゲット１から見ると、螺旋状板磁石群３からなる回転磁石群を囲んだ構造をなし、ターゲット２の側がＳ極となるように磁化されている。固定外周板磁石４についても、螺旋状板磁石群３の各板磁石と同様の理由でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いている。
【００４２】
次に、図４を用いて本実施の形態におけるプラズマ形成についてその詳細を説明する。上述のように、柱状回転軸２に多数の板磁石を配置することによって螺旋状板磁石群３を構成した場合、ターゲット側から螺旋状板磁石群３を見ると、近似的に板磁石のＮ極の周りを他の板磁石のＳ極が囲んでいる配置となる。図３はその概念図である。このような構成の下、螺旋状板磁石群３のＮ極から発生した磁力線は周辺のＳ極へ終端する。この結果として、各板磁石面からある程度離れたターゲット１面においては閉じたプラズマ領域３０１が多数形成される。さらに、柱状回転軸２を回転させることで、多数のプラズマ領域３０１は回転と共に動く。図４においては、矢印の示す方向へプラズマ領域３０１が動くこととなる。なお、螺旋状板磁石群３の端部においては、端部の一方からプラズマ領域３０１が順次発生し、他方の端部で順次消滅する。
【００４３】
なお、上記の例では、一方の螺旋状板磁石群３の表面をＮ極とし、その螺旋状板磁石群３に隣接する他方の螺旋状板磁石群３の表面および螺旋状板磁石群３の周囲の固定磁石４の表面をＳ極として、第１の螺旋体の表面のＮ極をループ状に取り囲むようにＳ極を配置したが、このＮ極とＳ極を反対にしてもよいし、一方の螺旋状板磁石群３に隣接する他方の螺旋状板磁石群３の板磁石および／または回転磁石の周囲の固定磁石を予め磁化させた磁石でなくて強磁性体としても、第１の螺旋体の表面のＮ極（またはＳ極）をループ状に取り囲むようなループ状の平面磁界が得られ、その結果、ループ状のプラズマが得られる。
【００４４】
被処理基板１３が設置された設置台１４は、ターゲット１の下を通過させる移動機構を有し、ターゲット表面にプラズマを励起している間に被処理基板１３を移動させることで成膜を行う（図２参照）。
【００４５】
図２に戻ると、本発明の第２の実施例に係る回転マグネットスパッタ装置に含まれる螺旋状板磁石群３及び柱状回転軸２は、銅製の第１の遮蔽板７及び強磁性体である鉄製の第２の遮蔽板８で囲まれており、冷却水６は囲まれた空間を流れる構造となっている。即ち、この実施形態に係る冷却機構は、柱状回転軸２上に取り付けられた螺旋状板磁石群３を囲むように設けられており、この例の場合、バッキングプレート５に接触するように設けられた第１の遮蔽板７と、バッキングプレート５から離れた位置に、第１の遮蔽板７と連結して設けられた第２の遮蔽板８とによって構成されている。また、第１の遮蔽板７は非磁性体である銅、第２の遮蔽板８は強磁性体である鉄によって形成されているが、第２の遮蔽体８も非磁性体或いは常磁性体によって形成しても良い。
【００４６】
このように、第１及び第２の遮蔽板７及び８によって形成された冷却機構によって、螺旋状板磁石群３の外側を囲むことによって、螺旋状板磁石群３の側壁（即ち、螺旋状板磁石群３相互間の空間）と、前記柱状回転軸２との間に、螺旋状の流路を形成することができる。
【００４７】
図示された実施形態では、螺旋状の空間によって規定された流路に、冷却水６を流すことによって、バックキングプレート５及びターゲット部１を冷却することができる。この場合、冷却水６は螺旋板磁石群３間の螺旋状空間に沿って螺旋状に流れる。
【００４８】
このように、螺旋状の空間によって規定された流路に、冷却水６を流す構造とすることにより、第１の実施形態のように、バッキングプレート５内部に冷却水路を設ける場合と比較して、冷却水流路を、より広い面積に亘って設けることができ、冷却効率をさらに高めることが可能である。そのため、成膜レートを第１の実施形態より増大させることができる。
【００４９】
また、本発明の冷却機構を使用することにより、第１の実施形態のように、バッキングプレート５内部に冷却水路を設ける必要がなくなるため、第１の実施形態と比べてバッキングプレート５を薄くすることができ、また、冷却水路を設ける場合と比較してバッキングプレート５の強度を強くできる。
【００５０】
さらに、バッキングプレート５を薄くすることができることにより、第１の実施形態と比べてターゲット１を厚くでき、第１の実施形態と比較してターゲットの交換頻度を減少させ、生産効率を向上させることができる。この場合、バッキングプレート５の厚みは５ｍｍ程度まで薄くすることができ、結果としてターゲット１の厚みバッキングプレート５内部に冷却水路は１４ｍｍまで厚くすることが可能となった。
【００５１】
ただし、プラズマ励起電力がさらに大きくなり、さらなる冷却が必要な場合は、上記した冷却機構とバッキングプレート５内部に冷却水路を設ける構成とを併用しても良い。
【００５２】
銅製の第１の遮蔽板７とバッキングプレート５とは、熱伝導を確保するために、しっかり接触させる必要がある。また、第２の遮蔽板８は強磁性体である鉄で形成されており、固定外周磁石４と回転マグネット部との間の磁気回路形成の役割も兼ねており、ターゲット表面に強い磁場強度を形成することが可能となる。第１の遮蔽板７はターゲット１に近い位置にあるので、これを強磁性体で形成すると、ターゲット１表面へ強い磁場が形成されなくなるので、強磁性体でない材質で熱伝導に優れた銅を用いている。
【００５３】
図６に本発明の第２の実施形態に係る冷却構造における、回転マグネットの軸を含む面の縦方向断面図（一部断面側面図）を示す。回転マグネットは、柱状回転軸２に螺旋状板磁石群３が取り付けられた構造を有しており、回転マグネット表面に近接してバッキングプレート５が配置され、その反対側にターゲット１が接着されている。６０４は冷却水入口、６０５は冷却水出口、６０６は柱状回転軸２を回すためのシャフト、６０７はＯリング軸シール、１６は螺旋磁石側壁に取り付けられた流路断面積を調整する板、８は遮蔽板である。冷却水を密閉するために、回転部はＯリング軸シール６０７を用いて冷却水が外側に漏れないようにするとともに、遮蔽板８等も適宜Ｏリングシールを介して取り付けられている（図示省略）。冷却水入口６０４から導入された冷却水は、まず回転マグネット端部の空間６１０へ導入された後に、螺旋磁石側壁同士、遮蔽板等で形成された冷却水流路６１１へ供給され冷却を行う。そしてもう片側の回転マグネット端部の空間６１２へ導入された後に冷却水出口６０５から排出される。冷却水流路６１１の冷却水は、回転軸が回転していない状態でも回転磁石の間を螺旋状に流れることで乱流となり冷却効果が高められるが、回転磁石が回転するとより激しく攪拌され冷却効率が一段と高まる。
【００５４】
冷却水６を密閉するために、遮蔽板７もＯリングシールを介して取り付けられている。柱状回転軸２もＯリング軸シール６０７を用いて冷却水６が外側に漏れないようにしている。
【００５５】
第１及び第２の遮蔽板７、８を、なるべく螺旋状板磁石群３に近づけることで、実質的に螺旋板磁石群３同士の間を冷却水６が流れるようにすることが好ましい。このようにすることで、冷却水６は螺旋板磁石群３に沿って螺旋状に流れるために、バッキングプレート５付近でターゲット１を冷却することで温度の上がった冷却水６は、すみやかにバッキングプレート５とは反対側へ輸送されるので、極めて効率的に熱が除去される。
【００５６】
さらに、本発明に係る冷却機構における冷却効率を最大化させるためには、冷却水のレイノルズ数を考慮することは重要である。レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ=V×d/νで定義される。ここで、Vは流体（ここでは冷却水）の速度、dは管径、νは動粘性係数である。乱流と層流を区別する指標としても用いられ、流速が上昇し、層流が乱流に遷移するときのレイノルズ数を臨界レイノルズ数という。円管内の流れでは2,000〜4,000が臨界レイノルズ数である。一般的に、流速が小さく層流の場合は冷却効率が低く、流速を上げて乱流域に達すると冷却効率は向上する。しかし、それ以上流速を上げても、冷却効率は微増するが冷却水の圧力損失が大きくなってしまい、冷却水を流すためのエネルギーが増大して好ましくない。結果として、臨界レイノルズ数付近の流速で冷却水を流す時に最も効率よく冷却が可能となる。すなわち、レイノルズ数を1000から5000、望ましくは2000から4000の間に設定することが良い。本実施形態においては、レイノルズ数を制御するために、図２、図６の１６に示すような、冷却水の流路断面積を調整する板を螺旋磁石側壁に設置し、流路断面積を７２ｍｍ２（等価直径9.6ｍｍ）とした。冷却水流路は８本あるので、冷却水を毎分１０リットル流したときの流速は0.29ｍ/s、レイノルズ数を約2800とした（水の動粘性係数は約１０−６ｍ２/ｓ）。このようにして冷却効率を向上させた結果、従来方式での冷却では、ターゲット部１へ印加できる最大電力密度が５W/cm2程度だったのに対し、１０W/cm2以上印加することが可能となった。
【００５７】
以上、本発明を実施の形態によって説明したが、冷却水量等の各種設定は実施形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るマグネトロンスパッタ装置は、半導体ウェハ等に絶縁膜或いは導電性膜を形成するために使用できるだけでなく、フラットディスプレイ装置のガラス等の基板に対して種々の被膜を形成するのにも適用でき、記憶装置やその他の電子装置の製造においてスパッタ成膜のために使用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１                ターゲット
２                柱状回転軸
３                螺旋状板磁石群
４                固定外周板磁石
５                バッキングプレート
６                冷却媒体
７、８            冷却媒体通路を構成する遮蔽版
９                ＲＦ電源
１０              ＤＣ電源
１１              処理室内空間
１２              絶縁材
１３              被処理基板
１４              設置台
１５              処理室外壁
【図１】
2010131521.tif 000003
【図２】
2010131521.tif 000004
【図３】
2010131521.tif 000005
【図４】
2010131521.tif 000006
【図５】
2010131521.tif 000007
【図６】
2010131521.tif 000008
【国際調査報告】
2010131521.tif 000009
2010131521.tif 000010