(57)【要約】【課題】  スパッタリング時にターゲット９で発生した熱をアクチュエータヘッド１１の当接面から円滑に吸収することが出来、ターゲット９の冷却効率を高くすることが出来るようにする。【解決手段】  スパッタリング装置は、真空チャンバ１２内でアクチュエータ１５のアクチュエータヘッド１１がターゲット９の分子衝突面の背後に当接し、このアクチュエータヘッド１１によりスパッタリング時にターゲット９が冷却されるものにおいて、ターゲット９の背後に当接するアクチュエータヘッド１１の当接面にメッシュ板４を張り、このメッシュ板４を介してターゲット９の背後にアクチュエータヘッド１１を当接する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ（１２）内でアクチュエータ（１５）のアクチュエータヘッド（１１）がターゲット（９）の分子衝突面の背後に当接し、このアクチュエータヘッド（１１）によりスパッタリング時にターゲット（９）が冷却されるスパッタリング装置において、ターゲット（９）の背後に当接するアクチュエータヘッド（１１）の当接面にメッシュ板（４）を張り、このメッシュ板（４）を介してターゲット（９）の背後にアクチュエータヘッド（１１）を当接することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
アクチュエータヘッド（１１）はターゲット（９）にスッパッタリング用の衝突分子を加速、衝突させる加速手段を有することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
アクチュエータヘッド（１１）はターゲット（９）をその背面から冷却する冷却配管系（２２）を有することを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内で高エネルギーの粒子をターゲットに衝突し、これによりターゲットからそれを構成する材料分子を発射させるスパッタリング装置であって、冷却手段を備えた構造体がターゲットの分子衝突面の背後に当接し、この構造体によりスパッタリング時にターゲットが冷却されるスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング法により、半導体ウエハ等の基板の上に多層の薄膜を形成する場合、真空チャンバ内において、異なる材料からなるターゲットをスパッタリングし、基板上に複数の材料を成膜することが必要である。また、単一材料の層を成膜する場合でも、多くの量のターゲットが必要なときは、スパッタリングにより消耗したターゲットからスパッタするターゲットを新たなものへと変える必要がある。
【０００３】
従来において、前述のように複数のターゲットをスパッタリングして成膜する場合、予め真空チャンバの内部に必要な種類と数のターゲットを設置しておく必要がある。これらのターゲットは、陰極またはマグネトロン電極等の電極類やそれを冷却する冷却配管等の冷却機構をも備えたユニットとして真空チャンバ内に設置される。そして、スパッタリングにより成膜する基板を、回転機構等のトランスファ機構により、ロードロックセルを通して各ターゲットと対向する位置に導入、設置してスパッタリングする。
【０００４】
しかしながら、前述のようにして複数のターゲットを、それに付帯する電極類や冷却機構等を備えたユニットとして真空チャンバ内に設置した場合、そのターゲットの数だけ電極類や冷却機構等を必要とすることになる。また、基板側でも、ターゲットと対向する基板の設置位置に加熱、冷却機構等の冷熱機構を備えなければならない。そのため装置が全体として複雑で、その操作も複雑となる。
【０００５】
そこで本件発明者は、真空チャンバ内でターゲットをスパッタリングする位置の下に回転するターンテーブルを設け、このターンテーブルの回転中心から一定の距離の円周上に複数のターゲットを配置し、ターンテーブルの回転と位置決め停止により、順次複数のターゲットをスパッタリングする位置の真下に搬送し、そこでアクチュエータヘッドでターゲットをスパッタリングする位置まで押し上げてスパッタリングするようにした。そしてターゲット用の電極は、アクチュエータヘッドの上端側に設けると共に、ターゲットをアクチュエータヘッドの中を冷却するように循環した冷却配管系により冷却する。
【０００６】
このスパッタリング装置では、基板が定位置にあるため、その冷熱機構は１ユニットだけでよい。またターゲット側では、順次ターゲットを昇降させるアクチュエータヘッド側に電極類や冷却機構を設けることにより、複数のターゲットに対し、単一の電極類や冷却機構で対応出来ることになる。
【０００７】
しかしながら、このようにアクチュエータヘッドを介してターゲットを冷却する従来のスパッタリング装置では、アクチュエータヘッドからターゲットへの熱伝達が悪く、ターゲットの熱をアクチュエータヘッドの冷却配管系に円滑に吸収出来ず、よってターゲットを十分冷却出来ないという課題がある。このため、真空チャンバ内でターゲットに衝突させる荷電粒子に十分な放電エネルギを印加できず、成膜効率の低下が問題となる。
【特許文献１】特開２００２−２５６４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記のアクチュエータヘッドを介してターゲットを冷却する従来のスパッタリング装置における課題に鑑み、スパッタリング時にターゲットで発生した熱をアクチュエータヘッドの当接面から円滑に吸収することが出来、ターゲットの冷却効率を高くすることが出来るようにすることを目的とする。これにより、荷電粒子に十分なエネルギを与えてターゲットに衝突させてもターゲットの温度上昇を招かず、効率的な成膜が出来るようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本件発明者は、前記の目的を達成するため、検討を行った結果、冷却源となるアクチュエータヘッド１１のターゲット９との当接面にメッシュ４を設け、このメッシュ４を介してターゲット９で発生した熱をアクチュエータヘッド１１側に吸収することで、効率的な冷却が可能になることを見いだした。
【００１０】
すなわち、本発明によるスパッタリング装置は、真空チャンバ１２内でアクチュエータ１５のアクチュエータヘッド１１がターゲット９の分子衝突面の背後に当接し、このアクチュエータヘッド１１によりスパッタリング時にターゲット９が冷却されるものにおいて、ターゲット９の背後に当接するアクチュエータヘッド１１の当接面にメッシュ板４を張り、このメッシュ板４を介してターゲット９の背後にアクチュエータヘッド１１を当接するものである。
アクチュエータヘッド１１はターゲット９にスッパッタリング用の衝突分子を加速、衝突させる加速手段を有する。またこのアクチュエータヘッド１１はターゲット９をその背面から冷却する冷却配管系２２を有する。
【００１１】
前述のようなアクチュエータヘッド１１を介してターゲット９を冷却するスパッタリング装置では、アクチュエータヘッド１１とターゲット９との互いに当接する面が平滑な面に仕上げられている。しかし、現実的にはアクチュエータヘッド１１とターゲット９との互いに当接する面には微細な凹凸や湾曲があり、接触する部位が限定される。
【００１２】
これに対し、本発明によるスパッタリング装置では、アクチュエータヘッド１１のターゲット９に当接する面にメッシュ板４を張り、このメッシュ板４を介してアクチュエータヘッド１１がターゲット９に当接するため、ターゲット９の熱がメッシュ板４の網線を介して分散し、アクチュエータヘッド１１に吸収される。これにより、スパッタリング時のターゲット９の冷却効率が向上し、その温度上昇が抑えられる。
【発明の効果】
【００１３】
このようにして、本発明によるスパッタリング装置では、ターゲット９の冷却効率を高めることが出来るので、スパッタリング時のターゲット９の温度上昇が抑えられる。これにより大きな放電エネルギによるスパッタリングを行うことが出来る。従って、荷電粒子に十分なエネルギを与えてターゲットを衝撃出来るので、成膜の安定化と効率の向上を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明では、冷却源となるアクチュエータヘッド１１のターゲット９との当接面にメッシュ４を設け、このメッシュ４を介してアクチュエータヘッド１１からターゲット９を冷却することで、効率的な冷却が可能にした。
以下、このような本発明の実施例について、図面を参照しながら具体例を挙げて詳細に説明する。
【００１５】
図１〜図４は、本発明の一実施形態によるスパッタリング用マルチターゲット装置の概要を示す図であり、図１には真空チャンバ１２は示していない。
これらの図に示すように、真空チャンバ１２の中には、円板状のターゲット支持板２が水平に設置されており、このターゲット支持板２には円形の孔を有するターゲット保持部１０が設けられている。このターゲット保持部１０が設けられたのは、スパッタリングにより薄膜を形成しようとする基板２４を設置する基板ホルダと対向する位置である。ターゲット保持部１０と基板２４との間には、シャッタ２５が設けられている。図示の例では、ターゲット支持板２の２箇所にターゲット保持部１０が設けられているが、一方のターゲット保持部１０は未使用のため、その孔が蓋１９で閉じられている。
【００１６】
ターゲット支持板２の真下には、このターゲット支持板２と平行に円板状のターンテーブル１が配置されている。このターンテーブル１の中心から一定の距離にある一つの円周上に等間隔で円形のアクチュエータヘッド通過孔１４が開設されている。このアクチュエータヘッド通過孔１４には、円板状のターゲット９の周辺部を支持した状態でターゲット９が配置される。図示の例では、アクチュエータヘッド通過孔１４が９０゜間隔で４つ開設されているが、使用するターゲット９の数が多い場合は、それ以上のアクチュエータヘッド通過孔１４を設けてもよい。
【００１７】
ターンテーブル１の中心とアクチュエータヘッド通過孔１４の中心とを結ぶ仮想の直線の延長線上であって、ターンテーブル１の外周縁には、プランジャ受７が設けられている。このプランジャ受７には、ターンテーブル１の径方向にプランジャ差込穴８が設けられ、このプランジャ差込穴８は手前より奥側が小径になるようなテーパが設けられている。
【００１８】
このターンテーブル１の中心は垂直な軸１４に連結され、真空チャンバ１２の外に設けた図示してない回転駆動源から回転導入機３とフランジ１３を介してこの軸１４に回転が導入され、ターンテーブル１が間欠回転する。図示の例の場合、ターンテーブル１は、９０゜間隔で間欠回転し、そのターンテーブル１が停止する位置は、各アクチュエータヘッド通過孔１４が前記ターゲット支持板２のターゲット保持部１０の真下に位置する所である。
【００１９】
ターゲット支持板２のターゲット保持部１０の真下でターンテーブル１のアクチュエータヘッド通過孔１４が停止する位置の真下には、アクチュエータヘッド１１が設けられている。このアクチュエータヘッド１１は、その外径がアクチュエータヘッド通過孔１４より小さな円柱形のもので、その上面には金属製のメッシュ板４が設けられている。このメッシュ板４は、素線径φ０．６５、＃８の無酸素銅等からなる熱伝導良好なものである。
図３に示すように、このアクチュエータヘッド１１は、真空チャンバ１２の下部に設けたポート１７にフランジを介して取り付けた昇降機構としてのアクチュエータ１５により、垂直方向に昇降する。
【００２０】
また図３や図４に示すように、このアクチュエータヘッド１１の内部には、真空チャンバ内で発生したイオン等の荷電粒子にエネルギを与えてターゲット９に衝突させるためのスパッタ電極２１が設けられている。例えば直流２極スパッタリング方式では、スパッタ電極２１として陰極が設けられ、マグネトロンスパッタリング方式では、スパッタ電極２１としてマグネトロン電極が設けられる。
さらに、このアクチュエータヘッド１１の内部には、冷却水を流通させる冷却配管系２２が設けられ、アクチュエータヘッド１１の内部からその上面を冷却出来るようになっている。
【００２１】
真空チャンバ１２の側方には、ターンテーブル１の位置決め機構を構成するアクチュエータ５として、エアシリンダが設けられている。このアクチュエータ５は、真空チャンバ１２の側方に設けたポート１８にフランジを介して取り付けられている。このアクチュエータ５は、前記ターンテーブル１の中心とターゲット支持板２のターゲット保持部１０の真下で停止するターンテーブル１のアクチュエータヘッド通過孔１４の中心とを結ぶ仮想の直線の延長線上に配置され、そのプランジャ６は、その仮想の直線の延長線方向にストロークする。
【００２２】
図４は、アクチュエータ５のプランジャ６の先端がプランジャ受７のプランジャ差込穴８に嵌合した状態を示す拡大図である。この図に示すように、プランジャ６の先端は、プランジャ受７のプランジャ差込穴８に形成されたとのと同じ勾配のテーパが設けられている。
【００２３】
次に、このスパッタリング用マルチターゲット装置の動作について以下に説明する。
まず、真空チャンバ１２内において、ターンテーブル１のアクチュエータヘッド通過孔１４の上に、それぞれターゲット９の周辺部を置いてを配置する。この状態で、真空チャンバ１２内を所要の真空度に減圧する。
【００２４】
真空チャンバ１２内を減圧した後、第一のターゲット９をスパッタリングするときは、まず、ターンテーブル１を回転させて、第一のターゲット９をターゲット支持板２のターゲット保持部１０の真下に移動させ、そこで停止する。ターンテーブル１が回転するときは、アクチュエータ５のプランジャ６は後退しているが、前記の位置にターンテーブル１が停止すると、アクチュエータ５が作動し、そのプランジャ６が延伸し、その先端がテーパに沿ってプランジャ受７のプランジャ差込穴８に嵌合する。これにより、ターンテーブル１は、第一のターゲット９がターゲット支持板２のターゲット保持部１０の真下に位置するよう正確に位置決めされ、保持される。
【００２５】
ターンテーブル１が回転するときは、アクチュエータヘッド１１が最も下の位置にあり、アクチュエータヘッドの上面は、ターンテーブル１より下にある。前述のように、ターンテーブル１上の第一のターゲット９がターゲット支持板２のターゲット保持部１０の真下に位置するよう正確に位置決めされ、停止されると、アクチュエータヘッド１１が上昇され、その上面のメッシュ４の上にターゲット９を載せ、さらにアクチュエータヘッド保持孔１４を通って上昇し、ターゲット支持板２のターゲット保持部１０にターゲット９を配置する。この状態が図３である。
【００２６】
この状態で、真空チャンバ１２内をアルゴン等の希薄ガス雰囲気とし、真空チャンバ１２内でグロー放電等を発生させることにより、アルゴンを電離し、イオンを発生させる。このとき、スパッタ電極２１を動作させ、発生したイオンはこのスパッタ電極２１により発生する電場または磁場によりエネルギーを与えられ、ターゲット９に衝突し、ターゲット９をスパッタリングする。これにより、ターゲット９からそのターゲット９を構成する材料の分子が放出され、これが基板上に凝着して成膜する。この間、冷却配管系２２によりアクチュエータヘッド１１の内部からその上面が冷却され、イオンの衝撃によりターゲット９に発生した熱がメッシュ４を介してアクチュエータヘッド１１の上面から冷却配管系２２に吸収される。
【００２７】
こうして第一のターゲット９のスパッタリングが完了したら、アクチュエータヘッド１１が下降し、スパッタリング済みのターゲット９をターンテーブル１上の元の位置に戻す。その後、ターンテーブル１を回転させて、次の第二のターゲット９をスパッタリング位置の真下に移動させる。そこで前記第一のターゲット９と同様にしてターンテーブル１を位置決めし、保持する。以下同様にしてアクチュエータヘッド１１で第二のターゲット９をスパッタ位置まで上昇し、スパッタした後、ターンテーブル１１を元の位置に戻す。以下、第三、第四のターゲット９も同様にして移動し、スパッタリングを行う。
【００２８】
下の表１は、真空度：７．０-1Ｐａ、放電ガス：アルゴン、放電エネルギ：直流２００Ｗの直流２極スパッタリング方式により、厚さ５ｍｍのアルミニウムをターゲットしてスパッタリングした時のターゲットの温度を示すものである。本発明の実施例としてアクチュエータヘッド１１の上面にメッシュ４を設けたものと設けないものとを比較したものである。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１から明らかなように、メッシュの有無によりターゲットの温度上昇抑制及び冷却時間に顕著な差が見られた。また、マグネトロンスパッタリング方式により、マグネトロン電極に２００Ｗの高周波電圧を印加した同様にスパッタリングを行ったところ、１５分間放電してもターゲットの温度は３００℃未満であった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態によるスパッタリング用マルチターゲット装置を示す真空チャンバ等の要素を省略し、ごく主要の要素のみを示した斜視図である。
【図２】同実施形態によるスパッタリング用マルチターゲット装置を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図３のアクチュエータヘッドの上面付近を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
４    メッシュ板
９    ターゲット
１１  アクチュエータヘッド
１２  真空チャンバ
１５  アクチュエータ
２２  冷却配管系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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