(57)【要約】スパッタ被覆すべきウエハに対向する面に環状の湾曲体が形成されているターゲットを含み、かつ内側および外側の側壁とその上の屋根を有するプラズマスパッタ反応装置。ウエルはターゲットの背後に、管状内側側壁の間に形成される。ターゲットに連関するマグネトロンには、一つの垂直磁極性を有し外側側壁の外に配置された静止環状磁石アセンブリ、他の磁極性を有し内側側壁の背後のウエルに配置された旋回可能な管状磁石アセンブリ、および屋根の上でターゲットの中心軸の周りを旋回可能な小さな不均衡マグネトロンが存在する。上方フレームがマグネトロンを担持するのに対し、下方フレームは下方フレーム近傍の磁石を含めてターゲットを担持する。内側磁石アセンブリには内側磁石の底に通ずる冷却水通路があり、冷却水をウエルの底に注入する。冷却水は回転する屋根のマグネトロンによって攪拌され、下方フレームに形成されている入口を経由して水浴を離れるが、上方フレームから退出する。
2004526051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタ被覆される基板を担持するペデスタルを有するプラズマスパッタ反応装置に取り付けられるように構成されたスパッタターゲット及びマグネトロンのアセンブリであって、
スパッタされる材料の面を少なくとも備え、前記反応装置の中央軸の回りに配置され且つ前記ペデスタルに面している環状湾曲体がその内に形成されたスパッタターゲットであって、前記湾曲体は、内側側壁、外側側壁及び屋根を有しており、前記内側側壁内の前記ターゲットの背面上にウエルが形成されている、前記スパッタターゲットと、
前記ウエルの中に置かれた前記中央軸の回りに旋回可能で、そこを通る冷却用液体通路を有する、一般的に円筒形の第一の磁石と、
前記外側側壁の外側に置かれた第二の磁石と、
を備えた、前記アセンブリ。
【請求項２】
前記第一の磁石の底部と前記ウエルの底壁との間に、０．５から１．５ミリの間の隙間が形成されている、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記第二の磁石が環状である、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記第二の磁石が固定されている、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記中央軸に沿って延び、前記第一の磁石を担持し、且つ、前記第一の磁石の前記通路と流体連結しており、軸方向に通っている冷却用液体通路を有する、モーターシャフトを更に備えた、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記湾曲体の前記屋根の上方に位置し、且つ、前記第一の磁石と共に前記中央軸の回りを旋回することができる、第三の磁石を更に備えた、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記屋根磁石が、１つの磁性の環状の外側磁石であって他の磁性の内側磁石を囲んでいるものを備えた、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記外側側壁の底部から外側に向かって放射状に延びている前記ターゲットの一部に着脱可能に固定された下方フレームと、
前記下方フレームに着脱可能に固定された上方フレームと、
前記上方フレームに形成された冷却用液体出口と、
前記外側側壁の下方部に形成された、少なくとも１つの冷却用液体入口と、
前記冷却用液体出口と前記少なくとも１つの冷却用液体入口とを連結する、前記上方フレーム及び下方フレームを通って形成された起立管と、
を含む上部チャンバを更に備えた、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記上方フレームの上部に対してシール可能なチャンバ屋根を更に備え、それにより、前記冷却用液体通路を通って投与され前記少なくとも１つの冷却用液体入口から外へ供給される前記冷却用液体の液槽の中で、前記第一の磁石が旋回し、該液槽内に前記第二の磁石が配置される、請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
マグネトロンスパッタ反応装置であって、
スパッタ被覆される基板を担持するために下方チャンバに配置されたペデスタルと、
上方チャンバと、
前記上方チャンバの底部にシールされ、前記下方チャンバ上に担持され、且つ、スパッタされる材料の面を少なくとも備え、前記反応装置の中央軸の回りに配置され且つ前記ペデスタルに面している環状湾曲体がその内に形成されたスパッタターゲットであって、前記湾曲体は、内側側壁、外側側壁及び屋根を有しており、前記内側側壁内の前記ターゲットの背面上にウエルが形成されている、前記スパッタターゲットと、
前記ウエルの中に置かれ、前記ウエル内に冷却用液体を運ぶためにそこを通る冷却用液体通路を有する、第一の磁石アセンブリと、
前記外側側壁の底部のレベルで前記チャンバ内に形成された、少なくとも１つの冷却用液体出口と、
を備えた、前記反応装置。
【請求項１１】
前記冷却用液体通路が、前記冷却用液体を前記ウエルの底壁に供給するために、前記中央軸と平行な前記第一の磁石アセンブリを通っている、請求項１０に記載の反応装置。
【請求項１２】
前記第一の磁石が一般的に円筒形である、請求項１０に記載の反応装置。
【請求項１３】
前記第一の磁石アセンブリが前記中央軸の回りで旋回可能である、請求項１２に記載の反応装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの冷却用液体出口から前記冷却用液体を受け入れ、冷却された冷却用液体を前記冷却用液体通路に供給する冷凍機を更に備えた、請求項１０に記載の反応装置。
【請求項１５】
前記上方チャンバが、
前記少なくとも１つの冷却用液体入口が中に形成された下方フレームと、
前記下方フレームにシールされ、冷却用液体出口を含む、上方フレームと、
前記冷却用液体出口に前記少なくとも１つの冷却用液体入口の対応するものを連結させる、前記上方及び下方フレーム内に形成された起立管と、
を備えた、請求項１０に記載の反応装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの冷却用液体入口が、少なくとも２つの冷却用液体入口を備えた、請求項１５に記載の反応装置。
【請求項１７】
旋回可能なマグネトロンであって、
スパッタターゲットの背面辺りで旋回するように構成され、第一の側面上に配置された少なくとも２つの磁極を備えた磁石アセンブリと、
前記磁石アセンブリを担持し、前記磁石アセンブリの前記第一の側面の反対側にある第二の側面から離れて延びている旋回シャフトと、
前記旋回シャフトに沿って且つ前記磁石アセンブリを通って延びており、前記磁石アセンブリの前記第一の側面上に開口を有する液体通路と、
を備えた、前記マグネトロン。
【請求項１８】
前記開口が、前記２つの磁極の間に配置された、請求項１７に記載のマグネトロン。
【請求項１９】
前記開口が、前記磁極の１つの中央に配置された、請求項１７に記載のマグネトロン。
【請求項２０】
プラズマスパッタ反応装置であって、
スパッタ堆積される基板を担持するためのペデスタルの反対側にある、スパッタされる材料の面を少なくとも備えたスパッタターゲットと、
前記ターゲットの背面で閉じたチャンバを部分的に形成している下方フレームであって、前記ターゲットが着脱可能に固定されている、前記下方フレームと、
前記閉じたチャンバを部分的に形成している上方フレームであって、前記ターゲットの前部から離れて前記下方フレームに着脱可能に固定されている、前記上方フレームと、
前記ターゲットの背面上に位置しており、前記上方フレーム上に担持されているマグネトロンと、
を備えた、前記反応装置。
【請求項２１】
前記ターゲットの中には、前記反応装置の中央軸の回りに配置され前記ペデスタルに面している環状の湾曲体が形成されており、前記湾曲体は、内側側壁、外側側壁及び前記内側及び外側側壁の上部を連結する屋根を有する、請求項２０に記載の反応装置。
【請求項２２】
ターゲットが、前記外側側壁の底部から外に向かって放射状に延びるフランジを更に備えるものであり、前記フランジが前記下方フレームに着脱可能に固定されている、請求項２０に記載の反応装置。
【請求項２３】
前記マグネトロンが、前記上方フレーム上で着脱可能に担持された環状磁石であって、前記下方フレームの主要部に沿って軸方向に延びている環状磁石を備えた、請求項２０に記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、同時に提出した特許出願「湾曲ターゲットおよび二つのスパッタリング態様で操作可能なマグネトロン」P. Gopalraja等（出願整理番号 #4135.P3）の関連出願であり、この全部を参照によりここに取り込む。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、一般的には材料のプラズマスパッタリングに関する。具体的には、本発明は、ターゲットおよび磁界を生起してスパッタリングを促進する関連マグネトロンに関する。
【背景技術】
【０００３】
スパッタリングは、別に物理気相堆積（PVD）と言い、半導体集積回路の製造において、金属および関連材料の層を堆積する最も普通に行われる方法である。金属および金属化合物のスパッタリングにおいては、金属製のターゲットに負のバイアスを架けるのが典型的な方法で、これによりイオンは高いエネルギーでターゲットに惹きつけられ、その結果そのイオンによって原子がターゲットから追い出されまたはスパッタされる。そして、これらのスパッタされた原子は、ターゲットに対向して配置されたウエハを被覆する。スパッタリングの最も魅力的な適用例の一つは、金属を狭くかつ深い孔、すなわちアスペクト比の高い孔の中に堆積することである。このような孔は、間に誘電体層を介して、二つのレベルの金属化物を接続するビア孔であってよい。高度な回路においては、ビア孔はアスペクト比が５：１以上でビアの直径が０．１８μｍ以下がよい。
【０００４】
スパッタリングは、基本的には弾道のプロセスであり、アスペクト比の高い孔の中の深部に到達するには適していない。スパッタされた金属は孔の縁に蓄積し、孔が充填される前に孔をブリッジし、その結果孔の中に金属化物の空隙を形成する傾向がある。
【０００５】
スパッタリングは幾つかの用途に利用可能である。最近開発された技術では、金属化物としてアルミニウムの代わりに銅を使用しいくつかの成果を達成している。銅の方がアルミニウムより電気抵抗は低く、エレクトロマイグレーションの傾向は小さい。更に、電気化学メッキ（ＥＣＰ）により銅は容易にかつ経済的にアスペクト比の高い孔の中に充満する。しかし、銅をメッキする前にビア孔は銅のシード薄層で内張りする必要がある。この目的は電気メッキプロセスにおいてその薄層がメッキ層を先導しかつ電極として機能するためである。シード層が必要とする銅は数ナノメータに過ぎないが、ビアの側壁の上から底までの厚さはかなり均一である必要がある。またスパッタリングは、ビア孔の中に薄いバリヤ層、例えば銅充填物用のＴａ／ＴａＮのバリヤ層を堆積させるのにも利用できる。しかしこの用途はこれ以上詳細に検討はしない。
【０００６】
アスペクト比の高い孔の中にほぼ均一な金属の被膜を達成するためのスパッタリングの手順がいくつか知られている。残念ながら、それらの大部分は経費の嵩む装置を使用するか、またはアスペクト比の高い孔での効果的な堆積速度が緩慢であるために過度の操作時間を要する傾向がある。しかし、Applied Materials, Inc. Santa Clara, Californiaが最近開発したＳＩＰ+と呼ばれるスパッタリング方法により、アスペクト比の高い孔および高度のエレクトロニクスに渇望されている集積回路構造において金属特に銅を被覆する多くの利点が生じている。ＳＩＰ+は自己イオン化プラズマを代表するＳＩＰの改修型であり、このバージョンはFu等が米国特許出願番号09/373,0997、1999年8月12日出願において説明している。ＳＩＰでは、標準ＤＣマグネトロンスパッタ反応装置に対する各種の改変型が造られており、その結果高密度金属プラズマが達成され金属イオンがウエハに誘導されている。いくつかの技法の中には、マグネトロンの領域でのターゲットへの高出力、特にターゲットへの有効高出力密度が挙げられ、小型ながら強力な磁石によってほぼ平面ターゲットの裏面が走査された。マグネトロンの設計も重要である。これらの技法により、スパッタターゲット近傍のプラズマ密度は上昇し、その結果、スパッタされた原子の中でかなりの割合がイオン化している。二つの主要な効果が得られている。第一は、スパッタされた金属イオンの少なくとも一部はターゲットをスパッタするイオンとして機能するので、スパッタ作動用ガスとして代表的に使用されているアルゴンの圧力を減らすことができる。銅がいわゆる持続的な自己スパッタリングをする極端な場合には、一旦プラズマが励起されるとアルゴンは完全に除去可能となる。第二は、金属イオンをアスペクト比の高い孔の中深くに誘導し加速するために各種の技法を利用することができる。
【０００７】
米国特許出願番号09/490,026、2000年1月21日出願にFu等が説明しているＳＩＰ+は、ＳＩＰで使用している従来の平面形態よりも新規で複雑な形態をしたターゲットに基づいている。Fu等は、米国特許出願番号09/518,180、2000年3月2日出願の中でＳＩＰ+の後続の開発例を説明している。ＳＩＰ+でのターゲットには、基板に対面する側に深い環状の溝または湾曲が形成されている。磁石の可能な各種構成には、湾曲の側壁に配置された逆平行磁石および／または湾曲した屋根の上に配置されかつ閉じた湾曲の通路に沿って旋回させられる入れ子式のリング磁石がある。
【０００８】
しかし、更なる改良が望まれる。
【０００９】
自己イオン化プラズマにはターゲットに投ずる大量の出力が必要である。ＳＩＰ+で典型的に使用する不規則な形状をした湾曲のターゲットでは、冷却困難な熱点が出現し、特に多数の磁石を使用している場合には出現する。
【００１０】
自己イオン化プラズマは、特に湾曲のターゲットでは、多少複雑な形状をした強力な磁界を必要とする。ただしその磁界によって極めて不規則な侵食模様がターゲットに造られないように注意が必要である。均一な侵食模様が望まれる。さもないと、ターゲットの他の部分では多量のターゲット材料が残留しているのに、最も強くスパッタされたターゲット部分は完全に侵食されるかもしれない。ターゲット、特に複雑な湾曲のターゲットは加工経費が嵩み、その寿命を延ばすには侵食模様を一層均一にしなければならない。
【００１１】
アスペクト比の高い孔の中にスパッタリングするには高いイオン化率がしばしば必要であるが、デュアルダマシンのような複雑なデバイス間接続構造では更に複雑な堆積配列または部分毎に厚さの異なる堆積フィルムが必要となる可能性がある。
【００１２】
スパッタリングのターゲットは、かなりに侵食された後には時々交換する必要がある。ＳＩＰ+反応装置でのターゲットの交換は更に困難である。その理由は、そのターゲットは比較的重くなりがちで、約４０ｋｇあり、しかも磁石が多数あり、その磁石の一部または全部が連結モーターおよびシャフトによって旋回する構成となっている可能性があるので、ターゲット交換に伴う複雑性、困難性、精密性がそうした要因により増大するからである。磁石の設計もチャンバの構成も共に迅速で経済的なターゲット交換の容易化を必要としている。
【発明の概要】
【００１３】
本発明の一態様によれば、ターゲットに形成した環状湾曲体の内側および外側の側壁の周辺全体に磁石の逆平行セットが配置され、また小さな鳥の巣状の相互に反対磁極の磁石群が湾曲体の屋根の上で旋回する。有利には、外側側壁に設置した磁石セットは固定しており、内側側壁の磁石セットは、実質的には円環状であるが、屋根の磁石と共に旋回する。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、内側湾曲側壁の磁石は極性が同じ二つの軸方向部分に分かれ、それらは非磁性のスペーサによって分離されているので、内側の湾曲側壁の広大な区域上に磁界が得られる。
【００１５】
旋回する中央磁石を含む他の発明態様によれば、内側側壁磁石を担持しかつ旋回せしめているシャフトを経由して冷却用液体がポンプで送られ、冷却用液体はシャフトを退出し内側側壁磁石の底と、湾曲体の外側側壁を囲む固定磁石の環より内側にあるターゲットの平坦部分との間の隙間の中に入る。有利には、冷却水は、湾曲体底面近傍の湾曲体外側側壁に設定されている開口を介してターゲットの後ろの空間を退出する。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、湾曲ターゲットとマグネトロンを囲むチャンバ壁は二つの部分から構成されている。湾曲形態ターゲットはチャンバ壁の底部に固定され、他方磁石はチャンバ壁の頂部に担持されており、またこの頂部はチャンバの蓋および旋回磁石に連関する他の部品も担持している。この頂部の上に外部への冷却水口があることも有利である。これにより、ターゲット交換が必要になった場合には上部チャンバの両壁部品を含む上部アセンブリ全体をチャンバ下部から引き揚げる。次に下部チャンバの壁部品およびターゲットを上部チャンバの壁部品および他の連結要素から分離し、そして下部チャンバの壁部品およびターゲットの交換用セットで置換える。
【好ましい実施例の詳細な説明】
【００１７】
図１は本発明プラズマスパッタ反応装置１０の断面模式図である。この図は完全ではなく、これの更なる詳細は後に説明する他の図面にある。反応装置１０の部品の殆どは上記引用のFu等の特許および特許出願に説明されている。発明部分を強調しながら反応装置１０の全体を概略説明する。
【００１８】
上部チャンバには下方フレーム１２と上方フレーム１４からなる円筒状の壁があり、この壁はチャンバ屋根１６を担持している。ＳＩＰ+湾曲ターゲット１８は下方フレーム１２に固定されている。上方フレーム１４とチャンバ屋根１６は一体にシールされており、それにより冷却水はターゲット１８の背後にある空間１９を回流する槽を形成することができる。湾曲ターゲットには環状湾曲体２０があり、これは内側側壁２２、外側側壁２４および湾曲屋根２６を有しており、これらは全てチャンバの垂直軸２８を軸にしてほぼ円環状に対称になっている。内側と外側の湾曲側壁２４はチャンバ軸２８にほぼ平行に延びているが、湾曲屋根２６は軸にほぼ垂直に延びている。すなわち、湾曲体２０は円環状であり、断面はほぼ長方形である。湾曲体２０の縦横比、すなわち軸高対半径幅は典型的には少なくとも１：２、好ましくは少なくとも１：１である。ほぼ円筒状のウエル３０が円筒状の内側側壁２４の内部に形成されており、これの底部は、反応装置のプロセッシング空間３４に対面しているターゲットの平坦部３２によって規定される。
【００１９】
マグネトロン４０は湾曲ターゲット１８の背後に位置して、湾曲体２０とは密接に関連している。マグネトロン４０には固定した環状の外側側壁磁石アセンブリ４２があり、これは外側湾曲側壁２４の外に位置して、第一の垂直磁極を有する。外側側壁磁石４２の好ましい構造は図示のものより複雑であり、後に説明するが、機能は殆ど同一である。旋回可能な内側側壁磁石アセンブリ４４には、非磁性の管状スペーサ５０によって分離された上方管状磁石４６と下方管状磁石４８があり、このスペーサの軸方向の長さは二つの管状磁石４６、４８の分離軸長さの少なくとも半分である。二つの管状磁石４６、４８は、外側側壁磁石アセンブリ４２とは反対方向の、同一の第二垂直磁極を有する。下方管状磁石４８の底は湾曲ターゲット１８の平坦部３２の背面から、軸方向の長さが０．５から１．５ミリの間である小さな隙間５２だけ離れている。
【００２０】
マグネトロンにも旋回可能な屋根磁石アセンブリ５４があり、外側に環状磁石５６が鳥の巣状に配列し、この磁石はほぼ円環状で第一磁極を有し、第二磁極を有する内側の棒磁石５８を包囲している。ターゲット湾曲体２０の内側上方隅５９ａに隣接して強力な磁界が発生するのを回避し、代わりに、更に速く走査される外側上方隅５９ｂでの磁界を強化するように、外側環状磁石５６の磁極を内側側壁磁石４４の磁極と逆平行にすることが、必要ではないが好ましい。外側環状磁石５６の全磁束の方が内側棒磁石５８の全磁束よりも大きくなり、その結果不均衡なマグネトロン部分が生ずるのが有利である。
【００２１】
内側側壁磁石アセンブリ４４も屋根磁石アセンブリ５４もチャンバ軸２８の周囲を旋回可能である。内側側壁磁石アセンブリ４４は、モーター６２によってチャンバ軸２８の周囲を旋回するシャフト６０に連結し、このシャフトに担持されている。屋根磁石アセンブリ５４には磁性ヨーク６４があり、これは旋回するシャフト６０に固定されている。
【００２２】
モーターシャフト６０と内側側壁磁石４４には内部に通路７０があり、これの構造により冷却用流体、通常は水が冷却機７２から供給され入口７４を経由しモーターシャフト６０に連結している回転ユニオン７６に流れる。冷却水は、シャフト６０を通って流れ、内側側壁磁石アセンブリ４４の底部近くでそれから出て、そこから内側側壁磁石アセンブリ４４の底部の隙間５２を通って流れる。水は、次に内側湾曲側壁２４と内側側壁磁石アセンブリ４４との間を上方向に流れる。旋回する屋根磁石アセンブリ５４は、ターゲット１８の背後周辺の領域で冷却水を攪拌し、その結果冷却水の乱流と冷却効果が増大する。冷却水は次に外側湾曲側壁２２に下降する。後に説明するが、管状の外側側壁磁石アセンブリ４２は多数の棒磁石からなり、それらはターゲット１８の実際の壁から離れている。したがって、冷却水は外側側壁磁石アセンブリ４２の中にも底にも流れ、下方フレーム１２にいくつかある槽出口の一つに流れ、次にフレーム１２、１４にあるいくつかの起立管８０を抜け、上方フレーム１４にある出口８２に至り、そこから温められた冷却水が冷却機７２に戻る。この冷却設計には、ターゲット１８の最も熱い中央部に最も冷たい水を供給するという利点がある。
【００２３】
上部チャンバのこれら部品は、下部チャンバとスパッタリング操作を概説した後で、後程更に詳細に説明する。
【００２４】
ターゲット１８の縁８８は、誘電性の隔離体９０を介して金属製の下部チャンバ壁９２に担持されている。スパッタ被覆すべきウエハ９４はターゲット１８の反対側にある台座電極９６の上に担持されている。接地されたシールド９８は下部チャンバ壁９２の上に担持され、これに接地している。このシールドの機能は下部チャンバ壁９２がスパッタ堆積されないように防護し、またスパッタリングプラズマに対し接地した陽極を提供することである。電気的に浮いているシールド１００は、第二の誘電性隔離体１０２を介して、接地シールド９８の上方でターゲット１８の近傍にある下部チャンバ壁９２の上に担持されている。浮いているシールド１００の上に負電荷が蓄積すると、プラズマ電子が反発を受け、その結果ターゲット１８近傍のプラズマからの電子損失が減少する。
【００２５】
アルゴン等のスパッタ作用ガスは、ガス源１０４から質量流量制御器１０６を介して接地シールド９８の背面領域に供給される。このガスは台座９６、接地シールド９８およびプラズマリング１０８の間に形成されている隙間を抜けて、台座９６とターゲット１８の間のプロセッシング空間３４に流れる。真空チャンバ内の圧力は、接地シールド９８の背後で排気口１１４を介してチャンバに連結している真空ポンプシステム１１２によって維持されている。チャンバの基礎圧力は１０-8トール付近であるが、自己スパッタの完全持続がない典型的なスパッタリング操作では、チャンバ圧力は典型的には０．１と５ミリトールの間に保持される。
【００２６】
アルゴンをチャンバに流入し、ターゲット１８に連結しているＤＣ電源１２０からＤＣ電圧を供給しアルゴンに点火してプラズマとすることにより、プラズマを立ち上げる。点火にはより高い電圧が必要であるが、プラズマ維持はターゲット電圧約−４００から−７００ボルトＤＣで行う。特に銅をスパッタリングする場合には、プラズマが一旦点火したらアルゴンの供給を減少あるいは止めてしまってもよい。台座電極９６は電気的に浮かせたままでよいが、それでもなおこの場合には負のＤＣバイアスが形成される。他方、ＤＣ自己バイアスは、ＲＦバイアス供給源１２２から台座電極９６にＲＦ電力を供給することにより増加および制御することができる。電子制御器１２４によって、二つの電源１２０、１２２、アルゴン質量流量制御器１０６および真空システム１１２は、所望のスパッタリングプロセスのために開発した処方に従って制御される。
【００２７】
上部チャンバの下方と上方のフレーム１２、１４および関連するマグネトロンアセンブリを図２の断面斜視図に示してある。下方と上方のフレーム１２、１４だけを図３の斜視図に示してある。二つのフレーム１２、１４は、図に示していないＯ−リングシールを横断してボルトにより一緒に固定されており、このボルトには上方フレーム１４に形成された外穴１３０を介して上部チャンバの脇からアクセスできる。冷却水多岐管１３２（図３）が上方フレーム１４の頂部に形成されており、下方フレーム１２の底部近くにある四つの槽出口７８に、冷却水多岐管１３２に起立管口１３４を介して入っている、前記四つの起立管８０を介して連結している。冷却機７２への１個の冷却水出口は、図に示していない二つの穴で形成されており、これらの穴はそれぞれ冷却水多岐管１３２の底部からと上方フレーム１４の外面から掘り抜かれており、上方フレーム１４の内部で合一する。真空シール用Ｏ−リングは、冷却水多岐管１３２とチャンバ内部との間にあるＯ−リング用溝１３６中に置かれる。また水シール用Ｏ−リングは、冷却水多岐管１３２の外面上にあるＯ−リング用溝１３６中に置かれる。チャンバ屋根１６を上方フレーム１４の頂部にボルトで留めると、二つのＯ−リングでチャンバ屋根に対しシールする。ターゲット１８の縁８８は、下方フレーム１２の図示していない底部にボルトとシールを介して連結される。
【００２８】
４つの開放底面窪み１４０は、上方フレーム１４の底面であってフレーム間シールの内側に形成されており、図４の斜視図に示す四つのタブのための空間を提供しており、タブは外側側壁磁石アセンブリ４２の頂部から外方向に伸びている。外面のアクセス用穴のボルトを外して二つのフレーム１２、１４を分離すると、タブの穴１４４を通って入るねじまたはボルトを、内面窪み１４０の露出した下方穴から挿入しおよび外すことができる。上方フレーム１４の内面窪み１４０の屋根部分に刻まれたねじ孔にタブ用ねじを上下反対にして嵌める。これにより、外側側壁磁石４２は、たとえ主に下方フレーム１２に沿って延びていても、上方フレーム１４に固定される。更に側面取付けにより外側側壁磁石４２はターゲット１８の底面より上に担持可能となる。
【００２９】
外側側壁磁石アセンブリ４２は、図４に示す２重層構造であり、各層には多数の棒磁石とヨークがある。２重層であるために非常に強力な磁石を容易に組み立てることができる。上層には、外方向に張り出るタブ１４２を含む上段磁性ヨーク環１５０、および下段磁性ヨーク環１５２がある。ヨークは典型的には磁気透過率が高いＳＳ４１０ステンレス鋼から機械加工される。各ヨーク環１５０、１５２には所々に受け孔が掘られていて、これら受け孔は環の周囲に並べられた約５０個の棒磁石を受納し、整列し、図には示していないねじを介して固定する。下層には、磁性ヨーク環１５６、１５８および棒磁石１５４が同様に配置されている。二つの層は図には示していないねじで一体に固定される。強力な磁気結合が架かっているので、各種ねじが完全に必要ということではないが、これらは事故の発生を防止している。前に引用したＳＩＰ特許でFuが説明しているように、磁石は全てＮｄＢＦｅ等の強力な磁気材料からなり、カプセル化されている。これら磁石は図示した外側側壁磁石４２の中に組み込まれ、同一の磁極性を有する。
【００３０】
図２に戻り、外側側壁磁石アセンブリ４２は、ターゲットフランジ８８の上に小さな隙間１５９を間に介して固定的に担持されており、基本的にはターゲットの外側側壁２４の全長に沿って延びている。外側側壁磁石アセンブリ４２は、二階立ての多重磁石からなっているが、磁石は全て同様に整列しておりかつヨークは環帯状であるので、外側側壁磁石アセンブリ４２は、軸に沿って磁気によって分極した単一の管状磁石として作動する。
【００３１】
内側側壁磁石アセンブリ４４は、旋回するが、その形状が円環状に対称なので、これによって得られる磁界は基本的に静止している。またこれは、実質的に全ての内側湾曲側壁２２に平行にかつ沿って延びている。しかし所望であれば、非磁性スペーサ５０によって磁界分布を管状磁石で予想されるものから変形する。
【００３２】
屋根磁石アセンブリ５２は実質的には円環形状なので、湾曲屋根２６の平面領域においてこれが占有しているのは円周部分に過ぎないが、屋根磁石アセンブリ５２は湾曲屋根２６の周囲を旋回する。外側環状磁石５６と内側円筒状磁石５８は磁性ヨーク６４にねじで固定されており、このヨークも担持体として機能する。非磁性の取付けブロック１６０は、例えばアルミニウムからなり、屋根磁石アセンブリ５２の磁性ヨーク６４を、例えばＳＳ３０３ステンレス鋼からなる非磁性の取付けリング１６２に固定的に連結する。取付けリング１６２は、軸内部に通路があり、回転シャフトの一部を形成している。非磁性スピンドル１６４は、例えばアルミニウムからなり、これも軸内部に通路があり、取付けリング１６２と内側側壁磁石アセンブリ４４との間の機械的な連結を提供している。このスピンドルの上端で、取付けリングは、チャンバ屋根１６にシールされたベアリングとプーリーのアセンブリ１６６に固定さる。ベルト１６８は、ベアリングとプーリーのアセンブリ１６６およびモーター６２のシャフトに固定されたプーリー１７０の周囲に巻き付けられている。したがって、モーター６２によって屋根磁石５２および内側側壁磁石４４は旋回する。それでもなお、回転ユニオン７６によって冷却水は水の静止入口７４から供給可能となる。各種の機械的な担持体および保護形態は特に図示していないが、通常の設計者から容易に入手される。
【００３３】
この機械的構造の利点は、湾曲ターゲットが比較的に重く４０kｇのオーダーであり、しかもその位置が複雑で重いマグネトロンアセンブリの下であるという事実に由来する。これに比較して従来の平板状ターゲットの方は非常に軽く、マグネトロンの方も非常に単純である。従来の平板状ターゲットの交換は、ターゲットの上のチャンバ蓋と付属のマグネトロンを手操作で除き、次にターゲットを手操作で持ち上げて行うが、このプロセスは湾曲ターゲットと図示したマグネトロンでは殆ど実施不可能である。しかし、図２が最もよく示している本設計では、天井走行式リフトを使用して二つのフレーム１２、１４を付属のターゲット１８およびマグネトロンアセンブリと共に下部チャンバ体から持ち上げ、これらをベンチまたはカートの上に置くことができる。この場合に、技術者はアクセス孔１３０にあるボルトを外すことにより二つのフレーム１２、１４を分離する。ターゲットは下方フレーム１２に固定されたままであり、マグネトロンの全ての部品は、水の接続金具と同様に、上方フレーム１４に固定されたままである。リフトを再度使用して上方フレーム１４を古い下方フレーム１２とターゲットから、新しい下方フレーム１２とターゲットに移送する。一旦フレーム１２、１４を再度留めてから、それらをリフトにより下部チャンバに戻す。このプロセスには複数の下方フレームを必要とするが、それらは比較的に単純であり、したがって安価である。
【００３４】
本発明の別の形状を図１に示した以外のスパッタリング装置に適用してもよい。他の磁石構成は同時に提出した出願に説明されている。この旋回可能な内側側壁磁石は、湾曲円周の周りの一部分だけに延びているものであっても、旋回可能な外側側壁磁石と共に使用することができる。分離した上部チャンバは他のマグネトロン構成において有用である。
【００３５】
高性能だが複雑なプラズマスパッタ反応装置のための冷却と保守管理は、その設計を過度に複雑化しなくても、上記形状により改善される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のプラズマスパッタ反応装置の実施例の断面模式図である。
【図２】図１の反応装置の上部チャンバの断面斜視図である。
【図３】図２の上部チャンバの側壁を形成する二つのフレームの斜視図である。
【図４】磁石アセンブリの一つの斜視図である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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