(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、
前記マグネットアセンブリを貫通した第１冷却液導入部材を有し、前記ターゲットと前記マグネットアセンブリとの間隙に前記冷却液を供給する冷却液供給手段とを備え、
前記第１冷却液導入部材はＬ字型を有し、
前記冷却液供給手段は、前記ユニット本体の上部プレートの中心部を貫通し前記第１冷却液導入部材と接続された第２冷却液導入部材を更に有す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】
前記第１冷却液導入部材は、前記マグネットアセンブリの中心部の近傍を貫通するように設けられている請求項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又は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】
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、
前記マグネットアセンブリを貫通した冷却液導入部材を有し、前記ターゲットと前記マグネットアセンブリとの間隙に前記冷却液を供給する冷却液供給手段とを有し、
前記第１冷却液導入部材はＬ字型を有し、
前記冷却液供給手段は、前記ユニット本体の上部プレートの中心部を貫通し前記第１冷却液導入部材と接続された第２冷却液導入部材を更に有す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、マグネットアセンブリを貫通した第１冷却液導入部材を有し、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に冷却液を供給する冷却液供給手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このようにマグネットアセンブリを貫通した第１冷却液導入部材を設けることにより、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に直接冷却液が供給されるため、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙の中を冷却液が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、第１冷却液導入部材は、マグネットアセンブリの中心部の近傍を貫通するように設けられている。これにより、マグネットアセンブリの中心部の近傍におけるターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に直接冷却液が導入されるため、ターゲットの中央部がより十分に冷却される。
【０００９】
また、好ましくは、第１冷却液導入部材はＬ字型を有し、冷却液供給手段は、ユニット本体の上部プレートの中心部を貫通し第１冷却液導入部材と接続された第２冷却液導入部材を更に有する。これにより、冷却液供給手段を簡単な構成で実現できる。
【００１０】
さらに、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。
【００１１】
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、マグネットアセンブリを貫通した冷却液導入部材を有し、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に冷却液を供給する冷却液供給手段とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
このようにマグネトロンユニットにおいて、マグネットアセンブリを貫通した冷却液導入部材を設けることにより、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に直接冷却液が供給されるため、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙の中を冷却液が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。
【００１３】
【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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、上部プレート１３の中心部を貫通するように回転可能に設けられた冷却水導入部材２５を有し、この冷却水導入部材２５には冷却水導入用の配管２３が接続されている。冷却水導入部材２５には取付ブラケット２８が固定され、この取付ブラケット２８は、ベースプレート１６の上面（裏面）にボルト等により取り付けられている。
【００２２】
また、冷却水導入部材２５の下端部には、マグネットアセンブリ１５を貫通したＬ字型の冷却水導入部材２６が接続されている。この冷却水導入部材２６は、好ましくはマグネットアセンブリ１５の中心部の近傍を貫通するように設けられている。なお、冷却水導入部材２６がマグネットアセンブリ１５の中心部からずれた位置を貫通しているのは、マグネットアセンブリ１５の中心部には第１マグネット１７ａが配置されている為である（図２参照）。また、冷却水導入部材２６は、図３に示すように１対の取付用突出部２６ａを有し、この取付用突出部２６ａがベースプレート１６の裏面（上面）にボルト等により固定されている。
【００２３】
また、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内から排出するための排出口２１を有している。この排出口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、冷却水導入部材２５，２６を通って、マグネットアセンブリ１５の中心部の近傍におけるターゲット３とマグネットアセンブリ１５との間隙に直接供給される。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２１から流出し、配管２４内を通って排出される。
【００２４】
冷却水導入部材２５にはプーリ２７が設けられている。また、上部プレート１３の上部には駆動モータ２９が設けられ、この駆動モータ２９の回転軸にはプーリ３０が設けられている。そして、プーリ２７，３０間にはベルト３１が掛け渡されている。駆動モータ２９を回転させると、この回転がベルト３１を介して冷却水導入部材２５に伝わり、この冷却水導入部材２５の回転によって、取付ブラケット２８を介してマグネットアセンブリ１５が回転駆動される。
【００２５】
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２９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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。しかし、本実施形態では、冷却水導入部材２５，２６を設け、マグネットアセンブリ１５の中心部の近傍におけるマグネットアセンブリ１５とターゲット３との間隙に冷却水を直接供給するようにしたので、その間隙の中を冷却水が十分に循環するようになる。従って、特に高温になりやすいターゲット３の中央部が十分に冷却される。これにより、ターゲット３の中心部裏面にエロージョンが進行して生じるピンホール状の損傷を低減することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、マグネットアセンブリを貫通した第１冷却液導入部材を有し、ターゲットとマグネットアセンブリとの間隙に冷却液を供給する冷却液供給手段を設けたので、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に示すマグネットアセンブリの裏面図である。
【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、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、２０…冷却水供給系、２１…排出口、２２…貫通孔、２３…配管（冷却液供給手段）、２５…冷却水導入部材（第２冷却液導入部材、冷却液供給手段）、２６…冷却水導入部材（第１冷却液導入部材、冷却液供給手段）、２９…駆動モータ（駆動手段）、Ｗ…ウェハ（被処理基板）。
【図１】
0004928692.tif 000002
【図２】
0004928692.tif 000003
【図３】
0004928692.tif 000004