(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るフレームと、
前記ターゲットと対向するように前記フレームの内側領域に配置され、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、
前記ターゲットを冷却するための冷却液を供給する冷却液供給手段とを備え、
前記冷却液供給手段は、前記フレームに設けられ、前記冷却液を前記フレームの内側領域に導入するための導入口と、前記フレームの中心を挟んで前記導入口に対向するように前記フレームに設けられ、前記冷却液を前記フレームの内側領域から排出するための排出口とを有し、前記フレームには、前記排出口の近傍位置から前記導入口まで延びる冷却液供給路、または前記導入口の近傍位置から前記排出口まで延びる冷却液供給路が設けられている、スパッタリング装置のマグネトロンユニット。
【請求項２】
前記冷却液供給路は溝状をなしている請求項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】
前記導入口は前記フレームの底部に設けられている請求項１または２に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１〜３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５】
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たフレームと、
前記ターゲットと対向するように前記フレームの内側領域に配置され、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、
前記ターゲットを冷却するための冷却液を供給する冷却液供給手段とを備え、
前記冷却液供給手段は、前記フレームに設けられ、前記冷却液を前記フレームの内側領域に導入するための導入口と、前記フレームの中心を挟んで前記導入口に対向するように前記フレームに設けられ、前記冷却液を前記フレームの内側領域から排出するための排出口とを有し、前記フレームには、前記排出口の近傍位置から前記導入口まで延びる冷却液供給路、または前記導入口の近傍位置から前記排出口まで延びる冷却液供給路が設けられている、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るフレームと、ターゲットと対向するようにフレームの内側領域に配置され、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、ターゲットを冷却するための冷却液を供給する冷却液供給手段とを備え、冷却液供給手段は、フレームに設けられ、冷却液をフレームの内側領域に導入するための導入口と、フレームにおける導入口の反対側に設けられ、冷却液をフレームの内側領域から排出するための排出口とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
このように冷却液の排出口をフレームにおける導入口の反対側に設けることにより、導入口からフレームの内側領域に導入された冷却液は、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に入り込んで反対側に位置する排出口に向かい、その排出口からフレームの外側領域に排出される。つまり、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。このため、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、導入口と排出口は、フレームの中心を挟んで対向するようにフレームに設けられている。これにより、フレームの内側領域に導入された冷却液は、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙の中をより十分に循環するようになるため、ターゲットの冷却効率が更に向上する。
【０００９】
また、好ましくは、フレームには、排出口の近傍位置から導入口まで延びる冷却液供給路、または導入口の近傍位置から排出口まで延びる冷却液供給路が設けられている。この場合には、冷却液導入用の配管および冷却液排出用の配管を共に冷却液の導入口側に配置するか、あるいは冷却液の排出口側に配置することができる。従って、冷却液の導入口側または排出口側に配管設置用のスペースが無い場合でも、フレームの内側領域に冷却液を確実に供給できる。
【００１０】
このとき、好ましくは、冷却液導入路は溝状をなしている。この場合には、冷却液導入路を切削加工等により容易に形成できる。
【００１１】
さらに、好ましくは、導入口はフレームの底部に設けられている。これにより、導入口からフレームの内側領域に導入された冷却液を、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に効果的に流入させることができる。
【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均一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たフレームと、ターゲットと対向するようにフレームの内側領域に配置され、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、ターゲットを冷却するための冷却液を供給する冷却液供給手段とを備え、冷却液供給手段は、フレームに設けられ、冷却液をフレームの内側領域に導入するための導入口と、フレームにおける導入口の反対側に設けられ、冷却液をフレームの内側領域から排出するための排出口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、冷却液の排出口をフレームにおける導入口の反対側に設けることにより、導入口からフレームの内側領域に導入された冷却液は、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に入り込んで反対側に位置する排出口に向かい、その排出口からフレームの外側領域に排出される。つまり、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。このため、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を有している。このフレーム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（図３参照）。フレーム１２の上面には、トッププレート１３が取り付けられている。また、フレーム１２の内側領域には、マグネットアセンブリ１４が配置されている。
【００２２】
マグネットアセンブリ１４は、ベースプレート１５と、このベースプレート１５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１６とを有している。これらのマグネット１６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１６ａと、これらの第１マグネット１６ａを取り囲むように配列された複数の第２マグネット１６ｂとからなっている。これらの第１マグネット１６ａ及び第２マグネット１６ｂ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１５の下面には、マグネットアセンブリ１４の重量バランスをとるための重り１７が取り付けられている。
【００２３】
ベースプレート１５の上面には取付ブラケット１８が固定され、この取付ブラケット１８は、トッププレート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１８を介してマグネットアセンブリ１４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、冷却水をフレーム１２の内側領域に導入するための導入口２１と、フレーム１２における導入口２１の反対側に設けられ、冷却水をフレーム１２の内側領域から排出するための排出口２２とを有している。これらの導入口２１と排出口２２は、フレーム１２の中心を挟んで対向するようにフレーム１２に形成されている。
【００２５】
また、導入口２１は、フレーム１２の内側領域に導入された冷却水をマグネットアセンブリ１４とターゲット３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。一方、排出口２２は、フレーム１２の内側領域に存する冷却水を効果的に排出させるべく、フレーム１２の上部に形成されている。
【００２６】
フレーム１２には、図３及び図４に示すように、導入口２１と連通した溝状導入路２３が形成されている。この溝状導入路２３は、排出口２２に隣接した位置からフレーム１２の内壁面に沿って延びている。なお、溝状導入路２３は、例えば切削加工により容易に形成することができる。
【００２７】
溝状導入路２３における導入口２１と反対側の終端部２３ａには、トッププレート１３に形成された貫通孔（図示せず）を介して、冷却水導入用の配管２４が接続されている。また、排出口２２には、トッププレート１３に形成された貫通孔２５を介して、冷却水排出用の配管２６が接続されている。これにより、配管２４により送られてきた冷却水は、フレーム１２の溝状導入路２３を通って、導入口２１からフレーム１２の内側領域に導入される。そして、フレーム１２の内側領域を循環した冷却水は、排出口２２からフレーム１２の外部に流出し、配管２６内を通って排出される。
【００２８】
なお、フレーム１２において冷却水を導入口２１まで供給するための導入路は、特に上記のような溝状のものに限られず、例えばトンネル状のものであってもよい。
【００２９】
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１４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。
【００３０】
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によりフレーム１２の内側領域に冷却水を供給し、ターゲット３を冷却させる。
【００３１】
ここで、比較例として、図５及び図６に示すように、フレーム５０に、導入口５１及び排出口５２を隣接して形成した場合には、以下の不具合が生じる。即ち、一般にマグネットアセンブリ１４の下面とターゲット３の上面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。これに加えて、導入口５１及び排出口５２を隣接して設けると、導入口５１からフレーム５０の内側領域に導入された冷却水は、マグネットアセンブリ１４とターゲット３との間隙に十分に入り込むことなく、直ちに排出口５２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。
【００３２】
これに対し本実施形態では、フレーム１２において冷却水の導入口２１を排出口２２に対向する位置に設けたので、導入口２１からフレーム１２の内側領域に導入された冷却水は、ターゲット３とマグネットアセンブリ１４との間隙に入り込んで反対側の排出口２２に向かい、この排出口２２からフレーム１２の外部に排出される。このとき、冷却水の導入口２１はフレーム１２の底部に設けられているので、ターゲット３とマグネットアセンブリ１４との間隙に冷却水が入り込み易くなる。このため、ターゲット３とマグネットアセンブリ１４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。
【００３３】
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、冷却水の導入口２１及び排出口２２をフレーム１２の中心を挟んで対向する位置に形成する構成としたが、導入口２１をフレーム１２における排出口２２の反対側に形成するのであれば、フレーム１２の中心を挟んで対向する位置からずれた位置に形成してもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、冷却水導入用の配管２４及び冷却水排出用の配管２６を共にフレーム１２の排出口２２側に配置するとともに、導入口２１と連通した溝状導入路２３をフレーム１２に形成する構成としたが、フレーム１２の導入口２１側にスペース上の制約が無い場合には、配管２４をフレーム１２の導入口２１側に配置してもよい。この場合には、フレーム１２に溝状導入路２３を形成しなくて済む。
【００３５】
さらに、上記実施形態では、排出口２２の近傍位置から導入口２１まで延びる溝状導入路２３をフレーム１２に形成する構成としたが、本発明は、例えば冷却水導入用の配管２４及び冷却水排出用の配管２６を共にフレーム１２の導入口２１側に配置し、導入口２１の近傍位置から排出口２２まで延びる冷却水供給路をフレームに形成したものにも適用できる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、フレームにおいて冷却液の排出口を冷却液の導入口の反対側に設けるようにしたので、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に示すフレームの水平方向断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】比較例としてのフレームの水平方向断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【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、１４…マグネットアセンブリ、１６…マグネット、１６ａ…第１マグネット、１６ｂ…第２マグネット、１９…駆動モータ（駆動手段）、２０…冷却水供給系（冷却液供給手段）、２１…導入口、２２…排出口、２３…環状導入路（冷却液導入路）、Ｗ…ウェハ（被処理基板）。
【図１】
0004986350.tif 000002
【図２】
0004986350.tif 000003
【図３】
0004986350.tif 000004
【図４】
0004986350.tif 000005
【図５】
0004986350.tif 000006
【図６】
0004986350.tif 000007