(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング装置のターゲットに取り付けられ、冷却液を導入するための導入口および前記冷却液を排出するための排出口を有するユニット本体と、
前記ユニット本体内に前記ターゲットと対向するように配置され、前記ターゲットの近傍に磁場を形成するための複数のマグネットを有するマグネットアセンブリと、
前記マグネットアセンブリを回転駆動させる駆動手段と、
前記ユニット本体内における前記マグネットアセンブリの裏面側に配置され、前記ユニット本体内に導入された前記冷却液の流れの壁を形成するための壁部材とを備え、
前記壁部材には、前記冷却液を抜くための開口部が設けられているスパッタリング装置のマグネトロンユニット。
【請求項２】
前記壁部材は、前記マグネットアセンブリの裏面に固定されている請求項１記載のスパッタリング装置のマグネトロンユニット。
【請求項３】
前記壁部材はリング状の側壁部を有している請求項２記載のスパッタリング装置のマグネトロンユニット。
【請求項４】
前記壁部材と前記ユニット本体の上部プレートとのギャップが、前記ターゲットと前記マグネットアセンブリとのギャップと同等以下である請求項２または３記載のスパッタリング装置のマグネトロンユニット。
【請求項５】
前記複数のマグネットは、前記ターゲットの中心に対して偏心するように略環状に配列された複数の第１マグネットと、前記複数の第１マグネットを取り囲むように配列された複数の第２マグネットとを有する請求項１〜４のいずれか一項記載のスパッタリング装置のマグネトロンユニット。
【請求項６】
ターゲットを有するチャンバと、
前記チャンバ内に配置され、被処理基板を支持する支持部材と、
前記チャンバ内にプロセスガスを供給するガス供給手段と、
前記チャンバ内に供給されたプロセスガスをプラズマ化するプラズマ発生手段と、
前記ターゲットの前記支持部材側とは反対の側に設けられ、前記プラズマ発生手段により発生したプラズマを前記ターゲットの近傍に閉じ込めるマグネトロンユニットとを備えたスパッタリング装置であって、
前記マグネトロンユニットは、
前記ターゲットに取り付けられ、冷却液を導入するための導入口および前記冷却液を排出するための排出口を有するユニット本体と、
前記ユニット本体内に前記ターゲットと対向するように配置され、前記ターゲットの近傍に磁場を形成するための複数のマグネットを有するマグネットアセンブリと、
前記マグネットアセンブリを回転駆動させる駆動手段と、
前記ユニット本体内における前記マグネットアセンブリの裏面側に配置され、前記ユニット本体内に導入された前記冷却液の流れの壁を形成するための壁部材とを有し、
前記壁部材には、前記冷却液を抜くための開口部が設けられているスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板に薄膜を形成するためのスパッタリング装置のマグネトロンユニット及びスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にマグネトロン式のスパッタリング装置は、ターゲットを有するチャンバと、このチャンバ内に配置され、ウェハを支持する支持部材と、ターゲットの上側に設けられたマグネトロンユニットとを備えている。マグネトロンユニットは、例えば、ターゲットと対向配置され、ターゲットの近傍に磁場を形成するための複数のマグネットを有するマグネットアセンブリと、このマグネットアセンブリを回転駆動させる駆動モータとを有している。
【０００３】
このようなスパッタリング装置によりウェハの成膜処理を行う場合は、チャンバ内にプロセスガス（例えばアルゴンガス）を供給すると共に、ターゲットと支持部材との間に所定の電圧を印可して、チャンバ内にプラズマを発生させる。すると、プラズマ中のアルゴンイオンがターゲットに衝突し、そこからスパッタされる粒子（被スパッタ粒子）がウェハ上に堆積し、ウェハ表面に薄膜が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなマグネトロン式スパッタリング装置においては、プラズマ、印可電圧、磁場などの影響によってターゲットが高温になるため、冷却水を流通させてターゲットを冷却するようにしている。しかし、この場合でも、磁場の強度分布の影響等によりターゲットの中心部は十分に冷却されず、このため、ターゲットの中心部裏面においてエロージョンが進行して、ピンホール状の損傷が生じることがあった。
【０００５】
本発明の目的は、ターゲットを効果的に冷却することができるスパッタリング装置のマグネトロンユニット及びスパッタリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のスパッタリング装置のマグネトロンユニットは、スパッタリング装置のターゲットに取り付けられ、冷却液を導入するための導入口および冷却液を排出するための排出口を有するユニット本体と、ユニット本体内にターゲットと対向するように配置され、ターゲットの近傍に磁場を形成するための複数のマグネットを有するマグネットアセンブリと、マグネットアセンブリを回転駆動させる駆動手段と、ユニット本体内におけるマグネットアセンブリの裏面側に配置され、ユニット本体内に導入された冷却液の流れの壁を形成するための壁部材とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このようにユニット本体内におけるマグネットアセンブリの裏面側に壁部材を配置することにより、導入口からユニット本体内に導入された冷却液は、マグネットアセンブリの裏面側のスペースを流れにくくなり、その分ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に冷却液が入り込み易くなる。このため、冷却液は、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙の中を十分に循環するようになる。従って、マグネットアセンブリで形成される磁場の強度分布の影響等により、ターゲットの中央部の温度が高くなり易い傾向にある場合であっても、ターゲットの中央部は十分に冷却される。これにより、ターゲットの冷却効率が向上する。
【０００８】
好ましくは、壁部材は、マグネットアセンブリの裏面に固定されている。これにより、マグネットアセンブリと壁部材との間にはギャップが形成されないため、導入口からユニット本体内に導入された冷却液が、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に更に入り込み易くなる。
【０００９】
この場合、好ましくは、壁部材はリング状の側壁部を有している。これにより、壁部材の重量が小さくなるため、例えば駆動手段としてモータによりマグネットアセンブリを回転駆動させる場合に、モータ負荷を低減できる。
【００１０】
また、好ましくは、壁部材とユニット本体の上部プレートとのギャップが、ターゲットとマグネットアセンブリとのギャップと同等以下である。これにより、導入口からユニット本体内に導入された冷却液は、マグネットアセンブリの裏面側を更に流れにくくなる。
【００１１】
さらに、好ましくは、壁部材には、冷却液を抜くための開口部が設けられている。これにより、例えばマグネットアセンブリを取り替える場合に、壁部材内に溜まった冷却液を抜き易くなる。
【００１２】
また、好ましくは、複数のマグネットは、ターゲットの中心に対して偏心するように略環状に配列された複数の第１マグネットと、複数の第１マグネットを取り囲むように配列された複数の第２マグネットとを有する。これにより、ターゲットの近傍に磁場を最適に形成することができる。
【００１３】
また、本発明は、ターゲットを有するチャンバと、チャンバ内に配置され、被処理基板を支持する支持部材と、チャンバ内にプロセスガスを供給するガス供給手段と、チャンバ内に供給されたプロセスガスをプラズマ化するプラズマ発生手段と、ターゲットの支持部材側とは反対の側に設けられ、プラズマ発生手段により発生したプラズマをターゲットの近傍に閉じ込めるマグネトロンユニットとを備えたスパッタリング装置であって、マグネトロンユニットは、ターゲットに取り付けられ、冷却液を導入するための導入口および冷却液を排出するための排出口を有するユニット本体と、ユニット本体内にターゲットと対向するように配置され、ターゲットの近傍に磁場を形成するための複数のマグネットを有するマグネットアセンブリと、マグネットアセンブリを回転駆動させる駆動手段と、ユニット本体内におけるマグネットアセンブリの裏面側に配置され、ユニット本体内に導入された冷却液の流れの壁を形成するための壁部材とを有することを特徴とするものである。
【００１４】
このようにマグネトロンユニットにおいて、ユニット本体内におけるマグネットアセンブリの裏面側に壁部材を配置することにより、導入口からユニット本体内に導入された冷却液は、マグネットアセンブリの裏面側のスペースを流れにくくなり、その分ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に冷却液が入り込み易くなる。このため、冷却液は、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙の中を十分に循環するようになる。従って、マグネットアセンブリで形成される磁場の強度分布の影響等により、ターゲットの中央部の温度が高くなり易い傾向にある場合であっても、ターゲットの中央部は十分に冷却される。これにより、ターゲットの冷却効率が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスパッタリング装置のマグネトロンユニット及びスパッタリング装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係るスパッタリング装置の一実施形態を概略的に示した図である。同図において、本実施形態のスパッタリング装置１は、ウェハＷの表面に例えばＴｉ膜またはＴｉＮ膜を形成するためのマグネトロン式のスパッタリング装置である。
【００１７】
スパッタリング装置１は、ハウジング２と、このハウジング２の上部開口部を閉じるように配置されたターゲット３とを有し、これらハウジング２とターゲット３によりチャンバ４を構成している。チャンバ４内には、ウェハＷを支持するペディスタル５が配設され、このペディスタル５はターゲット３の下面に対して平行に対向配置されている。
【００１８】
ハウジング２には、排気ポート６およびガス導入ポート７が形成されている。排気ポート６にはクライオポンプ等の真空ポンプ８が接続され、この真空ポンプ８を作動させることでチャンバ４内を真空減圧する。また、ガス導入ポート７にはガス供給源９が接続され、このガス供給源９からプロセスガスとしてのアルゴンガスがガス導入ポート７を通してチャンバ４内に供給される。
【００１９】
ターゲット３およびペディスタル５には、それぞれ、直流電源１０の陰極および陽極が接続されている。ペディスタル５にウェハＷが置かれた状態で、チャンバ４内にアルゴンガスを導入して、ターゲット３とペディスタル５との間に所定の電圧を印可すると、アルゴンガスがプラズマ化する。
【００２０】
ターゲット３のペディスタル５側とは反対の側つまりターゲット３の上側には、チャンバ４内に発生したプラズマをターゲット３の近傍に閉じ込めるためのマグネトロンユニット１１が配置されている。
【００２１】
このマグネトロンユニット１１は、ターゲット３の縁部上面に取り付けられたフレーム１２を有し、このフレーム１２の上面には上部プレート１３が取り付けられている。これらフレーム１２及び上部プレート１３は、ユニット本体１４を構成する。フレーム１２は、耐絶縁性をもったプラスチックで形成され、円形状の内壁面を有している。フレーム１２の内側領域には、マグネットアセンブリ１５がターゲット３と対向するように配置されている。
【００２２】
マグネットアセンブリ１５は、ベースプレート１６と、このベースプレート１６の下面に取り付けられ、ターゲット３の近傍に磁場を形成するための複数のマグネット１７とを有している。これらのマグネット１７は、図２に示すように、略環状に配列された複数の第１マグネット１７ａと、これらの第１マグネット１７ａを取り囲むように配列された複数の第２マグネット１７ｂとからなっている。これらの第１マグネット１７ａ及び第２マグネット１７ｂは、ターゲット３の近傍に均一に磁場が形成されるように、ターゲット３の中心に対して偏心させた状態で配列されている。また、ベースプレート１６の下面には、マグネットアセンブリ１５の重量バランスをとるための重り１８が取り付けられている。
【００２３】
ベースプレート１６の上面（裏面）には取付ブラケット（図示せず）が固定され、この取付ブラケットは、上部プレート１３上に設けられた駆動モータ１９の回転軸に支持されている。これにより、駆動モータ１９を回転させると、取付ブラケットを介してマグネットアセンブリ１５が回転駆動される。
【００２４】
このようなマグネトロンユニット１１には、ターゲット３を冷却するための冷却水を供給する冷却水供給系２０が設けられている。冷却水供給系２０は、フレーム１２に設けられ、冷却水を本体ユニット１４内に導入するための導入口２１及び冷却水を本体ユニット１４内から排出するための排出口（図示せず）を有している。導入口２１は、本体ユニット１４内に導入された冷却水をマグネットアセンブリ１５の下面とターゲット３の上面との間隙に効果的に流入させるべく、好ましくはフレーム１２の底部に形成されている。
【００２５】
導入口２１には、上部プレート１３に形成された貫通孔２２を介して、冷却水導入用の配管２３が接続されている。また、排出口（図示せず）には、上部プレート１３に形成された貫通孔（図示せず）を介して、冷却水排出用の配管２４が接続されている。これにより、配管２３により送られてきた冷却水は、フレーム１２の導入口２１から本体ユニット１４内に導入される。そして、本体ユニット１４内を循環した冷却水は、フレーム１２の排出口から流出し、配管２４内を通って排出される。
【００２６】
また、マグネットアセンブリ１５のベースプレート１６の上面には、ユニット本体１４内に導入された冷却水の流れの壁を形成するための壁部材２５が取り付けられている。
【００２７】
この壁部材２５は、図１及び図３に示すように、ベースプレート１６にボルト等で固定された底面プレート２６と、この底面プレート２６上に設けられたリング状の側壁部２７とからなっている。壁部材２５は、プラスチック、アルミニウム等といった比較的軽い材料からなっている。壁部材２５をそのような構成とすることにより、壁部材２５が軽量化されるため、駆動モータ１９によりマグネットアセンブリ１５を回転駆動させる時のモータ負荷を低減できる。
【００２８】
また、壁部材２５と上部プレート１３とのギャップＧ1は、好ましくはターゲット３とマグネットアセンブリ１５とのギャップＧ2と同等、より好ましくは当該ギャップＧ2よりも小さくなっている。これにより、導入口２１からユニット本体１４内に導入された冷却水は、壁部材２５が抵抗となってマグネットアセンブリ１５の裏面側を流れにくくなり、ターゲット３とマグネットアセンブリ１５との間隙に入り込むようになる。
【００２９】
なお、壁部材２５と上部プレート１３とのギャップＧ1は、ユニット本体１４内の圧力が必要以上に上昇しないように冷却水の逃げを確保できる程度の寸法を有している。
【００３０】
壁部材２５の側壁部２７には、水抜き用の開口部２８が全周にわたって複数設けられている。このような開口部２８を設けることにより、例えばマグネットアセンブリ１５を取り替える場合に、壁部材２５内に溜まった冷却水を容易に抜くことができる。
【００３１】
なお、成膜プロセス時には、マグネットアセンブリ１５と壁部材２５が一体で回転するため、側壁部２７に開口部２８を形成した場合であっても、側壁部２７は確実に壁の役目を果たし、冷却水が開口部２８から壁部材２５内に入り込むことはほとんど無く、壁部材２５としての機能を十分に発揮できる。
【００３２】
以上のように構成したスパッタリング装置１により成膜を行う場合、まず、図示しない搬送手段によりチャンバ４内にウェハＷを搬入してペディスタル５上に置く。そして、真空ポンプ８によりチャンバ４内を所望の真空度まで減圧すると共に、ガス供給源９のアルゴンガスをチャンバ４内に導入する。そして、駆動モータ１９によりマグネットアセンブリ１５を回転させた状態で、直流電源１０をオンにし、ターゲット３とペディスタル５との間に所望の電圧を印加する。すると、チャンバ４内にグロー放電が発生し、プラズマ中のアルゴンイオンがターゲット３の下面に衝突して、ターゲット原子（被スパッタ粒子）をはじき出し、このターゲット原子がウェハＷ上に堆積して薄膜が形成される。
【００３３】
このとき、チャンバ４内でのプラズマの生成、ターゲット３とペディスタル５との間への高電圧の印可、マグネトロンユニット１１による磁場の発生などの影響によってターゲット３の温度が上昇する。このため、冷却水供給系２０によりユニット本体１４内に冷却水を供給し、ターゲット３を冷却させる。
【００３４】
ところで、一般にマグネットアセンブリ１５とターゲット３との間隙は数ミリ程度と狭く、その間隙に冷却水が入り難い構成となっている。このため、図４に示すように、上記の壁部材を設けない場合には、導入口２１からユニット本体１４内に導入された冷却水の大部分は、マグネットアセンブリ１５の上方側のスペースを循環してユニット本体１４内から流出されてしまう可能性がある。この場合には、特にターゲット３の中央部の冷却が不十分になるため、ターゲット３の中心部裏面においてエロージョンが進行して、ピンホール状の損傷が生じることがある。
【００３５】
これに対し本実施形態では、ユニット本体１４内におけるマグネットアセンブリ１５の裏面側のスペースに壁部材２５を設けたので、図５に示すように、導入口２１からユニット本体１４内に導入された冷却水は、マグネットアセンブリ１５の裏面側を回り込み難くなり、ターゲット３とマグネットアセンブリ１５との間隙に冷却水が入り込みやすくなる。このため、ターゲット３とマグネットアセンブリ１５との間隙が狭い場合であっても、冷却水は、その間隙の中を十分に循環するようになる。従って、ターゲット３の中央部も十分に冷却されるため、ターゲット３の中心部裏面に生じるピンホール状の損傷が低減される。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、冷却水の流れの壁を形成するための壁部材として、底面プレートとリング状の側壁部とからなるものを使用したが、特にこれには限定されず、中空構造をもった円形の箱状のものや円盤のような固まり状のもの等を使用してもよい。この場合には、壁部材を上部プレート１３に固定してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ユニット本体内におけるマグネットアセンブリの裏面側に、ユニット本体内に導入された冷却液の流れの壁を形成するための壁部材を配置したので、冷却液によってターゲットを効果的に冷却することができる。これにより、ターゲットの温度上昇が原因で生じるターゲットの損傷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタリング装置の一実施形態の概略を示す構成図である。
【図２】図１に示すマグネットアセンブリの平面図である。
【図３】図１に示す壁部材の平面図である。
【図４】図１に示す壁部材を設けない場合に、ユニット本体内に導入された冷却水の流れを示す図である。
【図５】図１に示す壁部材を設けた場合に、ユニット本体内に導入された冷却水の流れを示す図である。
【符号の説明】
１…スパッタリング装置、３…ターゲット、４…チャンバ、５…ペディスタル（支持部材）、９…ガス供給源（ガス供給手段）、１０…直流電源（プラズマ発生手段）、１１…マグネトロンユニット、１２…フレーム、１３…上部プレート、１４…ユニット本体、１５…マグネットアセンブリ、１７…マグネット、１７ａ…第１マグネット、１７ｂ…第２マグネット、１９…駆動モータ（駆動手段）、２０…冷却水供給系、２１…導入口、２５…壁部材、２７…側壁部、２８…開口部、Ｗ…ウェハ（被処理基板）。
【図１】
0004939709.tif 000002
【図２】
0004939709.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004939709.tif 000005
【図５】
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