JP2797111B2

JP2797111B2 - スパッタ装置

Info

Publication number: JP2797111B2
Application number: JP1074565A
Authority: JP
Inventors: 優一和田; 二郎勝木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1989-03-27
Filing date: 1989-03-27
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH02254162A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、スパッタ装置に関する。

（従来の技術）一般に、スパッタ装置は、基板例えば半導体ウエハ
に、例えば金属薄膜を成膜するのに主に用いられる。

このようなスパッタ装置では、気密容器内に設けられ
たターゲットに対向する如く半導体ウエハが配置され
る。

上記ターゲットは、通常、陰電極となるバッキングプ
レートに接合されたユニットとして使用に供され、この
ターゲットユニットをスパッタガン本体側の絶縁物から
なる保持部材に固定することによってセッティングされ
る。このターゲットユニットの固定は、保持部材の裏面
側から挿入された捩子等によって行われる。

そして、ターゲットに負の電圧を印加することによ
り、気密容器内に導入されたスパッタガスをプラズマ化
し、このプラズマ中の陽イオンを負電圧の電極であるタ
ーゲットに衝突させ、ターゲット材のスパッタリングを
行う。この飛程位置に半導体ウエハを配置することによ
り、上記ウエハ表面上に成膜する。

上記スパッタリングされた粒子は、ターゲット前方に
位置するようスパッタガン本体の項部に捩子等によって
支持されたシールドによって、飛翔方向を規制されつつ
半導体ウエハに処理物を被着し、所望組成の薄膜を形成
する。上記シールドは、ターゲットとの間が電気的に絶
縁されるように、アルミナ等のセラミックス部材を介し
て設置されている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、従来のスパッタ装置においては、上述した
ようにターゲットを保持部材の裏側から捩子等によって
固定しているため、ターゲットの交換作業の効率が非常
に悪いという問題があった。また、ターゲットの交換の
際には、その前方に位置するシールドも取り外さなけれ
ばならず、さらに作業効率を低下させていた。そして、
半導体ウエハ等の多品種少量化が進む現状においては、
例えば品種に応じたウエハのインチサイズが異なる場
合、上記したような処理内容の変更作業の効率を高める
ことがさらに重要になってきている。

また、ターゲットの固定方法については、ターゲット
の前方側から捩子等によって固定するように構成されて
いるものもあるが、この場合着脱時にターゲットを傷つ
ける可能性が高く、得られる薄膜品質の低下を招いてし
まう。

形成される薄膜の品質に関しては、上記ターゲットの
損傷の他に、ターゲットの前方に配置されるシールドの
温度上昇が問題になっている。すなわち、形成されるプ
ラズマの影響等によって温度が上昇するターゲット自体
はスパッタガン本体側に設けられた冷却機構によって冷
却されているものの、シールドもプラズマの影響等によ
って昇温するため、このシールドからの輻射熱によって
ターゲットが局部的に温度上昇し、得られる薄膜の品質
に悪影響を与えている。

本発明はこのような従来技術の課題に対処するために
なされたものである。そして、本発明の第１の目的は、
ターゲットに対する外的な熱の付加および損傷の原因を
極力排除し、得られる薄膜の品質を向上させたスパッタ
装置を提供することである。また、第２の目的は、処理
内容の変更作業の効率を高め、スループットを向上させ
たスパッタ装置を提供することである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）すなわち、本発明は、試料台にウエハを載置し、この
ウエハと対向する如く冷却機構を設けたスパッタガン本
体を配置し、この本体のターゲット面と上記ウエハ面と
の間にプラズマを生起させウエハに成膜させるスパッタ
装置において、円板上に構成されたターゲットと、有底円筒状に構成され開放側端部に外側に延在するつ
ば部を有するバッキングプレートとが、前記ターゲットの裏面側と、前記バッキングプレート
の底部外側とが当接、接合されて、一体に構成され、かつ、前記つば部が、高熱伝導性及び高電気絶縁性のAlN焼結体からなる部
材を介して、前記スパッタガン本体のハウジングと、当
該ハウジングに着脱自在に係止されたリング状部材とに
より挟持されて、前記バッキングプレート及び前記ターゲットが、前記
ハウジング及び前記リング状部材と電気的に絶縁された
状態で、前記スパッタガン本体に着脱自在に支持されて
いることを特徴とする。

また請求項２の発明は、請求項１記載のスパッタ装置
において、前記熱伝導性及び高電気絶縁性のAlN焼結体
からなる部材を介して、前記ターゲットの外周に設けら
れたシールドを冷却する構成とされたことを特徴とす
る。

（作用）本発明においては、バッキングプレートに設けられた
つば部を、高熱伝導性及び高電気絶縁性のAlN焼結体か
らなる部材を介して、スパッタガン本体のハウジングと
リング状部材とにより挟持して、ハウジング及びリング
状部材と電気的に絶縁された状態でスパッタガン本体に
支持することにより、ターゲットの絶縁を行うととも
に、熱的な接続を可能とする。従って、ターゲットの周
囲に配置されたシールド等の部品もスパッタガン本体に
設けられた冷却機構によって、ターゲットとともに効率
よく冷却することができる。

（実施例）以下、本発明をプレートマグネトロン型スパッタ装置
に適用した実施例について図面を参照して説明する。

被処理物例えば半導体ウエハ１は、ウエハ加熱機構２
を有する試料台３に支持されており、シャッタ４を介し
てターゲット５が設けられ、このターゲット５の表面近
傍にプラズマ形成領域の空間が形成されるように所定間
隔をもってターゲット５および試料台３が対向配置され
ている。なお、上記シャッタ４は半導体ウエハ１とター
ゲット５との間を必要に応じてスパッタリングを遮るも
のである。

このターゲット５は、形成すべき薄膜の材質に応じて
選択される、例えばアルミニウム、シリコン、タングス
テン、チタン、モリブデン、クロム、コバルト、ニッケ
ル、あるいはこれらを含む合金等によって例えば円板状
に形成されたターゲット部６と、このターゲット部６の
裏面側に接合され、熱伝導性および導電性に優れた銅等
の金属部材からなるバッキングプレート部７とから構成
されている。バッキングプレート部７は円筒容器形状を
有し、開放側端部にターゲット５の取付け部となるつば
部7aが設けられている。

ターゲット５は、バッキングプレート部７に負の直流
電圧を印加することによって、カソード電極を構成して
いる。

ターゲット５の固定部は、第２図に示すように、まず
バッキングプレート部７のつば部7aが保持部材11の開放
側端部11aに当接される。このバッキングプレート部７
のつぱ部7aは、このつば部7aの一方の面に当接された保
持部材11と、ターゲット５の外周側に配置されつば部7a
の他方の面に当接された絶縁体リング13を介してハウジ
ング12と同軸上に配置された金属リング14とによって挟
持されている。そして、金属リング14に複数個例えば16
個設けられた捩子挿入穴14aに挿入された複数の捩子15
をハウジング12に設けられた捩子溝12aに捩込むことに
よって金属リング14を締付け、この金属リング14は絶縁
体リング13、バッキングプレート７を保持部材11に締付
け、ターゲット５は保持部材７に固定される。また、ハ
ウジング12および金属リング14と、ターゲット５とが電
気的に絶縁体リング13によって絶縁されている。

保持部材11および絶縁体リング13は、電気絶縁性およ
び熱伝導性に優れたセラミックス部材によって形成され
ており、このようなセラミックス部材としてはAlN焼結
体例えばシェイパルＭ（商品名、徳山曹達（株）製）や
SiC焼結体等が例示される。

また、ターゲット５の正面側には、スパッタリングさ
れた粒子の飛翔方向を規制するように、先端が断面Ｌ字
状に曲折された円筒状のシールド16が配置されている。
このシールド16は、第３図にも示されているように、ハ
ウジング12の外周面に装着されるとともに、固定バンド
17をシールド16の外周に装着して捩子17aで固定バンド1
7を締付けることによって、金属リング14およびハウジ
ング12と面接触によって一体的に固定されている。この
シールド16は、ハウジング12および金属リング14ととも
に接地されており、グランド電位に保持されている。

スパッタガン本体10側の保持部材11は、上述したよう
に、ターゲット５の保持機能を有するとともに、バッキ
ングプレート部７の裏面とによって冷却ジャケット18を
構成しており、これらの間に介在されたＯリング19によ
って水密に保持されている。この冷却ジャケット18は、
ハウジング12内と保持部材11内に連結して設けられた冷
却媒体導入孔20内に挿入された冷却媒体導入管21から、
その内部に冷却媒体例えば冷却水を循環させることによ
って、バッキングプレート部７裏面を直接冷却すること
によってターゲット５を所定の温度内に維持していると
ともに、ターゲット５周囲に配置された金属リング14、
シールド16およびハウジング12を冷却している。金属リ
ング14およびシールド16の冷却は、熱伝導性に優れた絶
縁体リング13を介して冷却ジャケット18内に循環される
冷却媒体と熱交換することによって行われる。

また、冷却ジャケット18内には、ターゲット５前方に
形成されるプラズマ形成領域を規制するマグネット22が
回転自在に配置されている。このマグネット22は、ハウ
ジング12中央部に固定された気密シール例えば磁性流体
シール23を介して駆動機構24に連結されており、これに
よってターゲット５全面にほぼ均一にプラズマリングが
形成されるように回転駆動される。

上記構成のスパッタ装置におけるスパッタ操作は、以
下の手順により行われる。

すなわち、まず半導体ウエハ１およびターゲット５を
それぞれ所定の位置にセットする。

ここで、この実施例のスパッタ装置においては、ター
ゲット５のセッティングをバッキングプレート部７を直
接捩子止めするのではなく、絶縁体リング13および金属
リング14によって挟持しているため、セッティング時に
ターゲット部６を傷つけるなどの恐れが大幅に低下し、
成膜不良の発生を防止できる。また、外周側から固定し
ているため、ターゲット５の位置決めが容易になり、作
業性も向上する。また、ターゲット５の交換時に必ず取
外さなければならないシールド16の支持を固定ベルト17
によって行っているため、このことからも作業性の向上
が期待できる。ターゲット５の交換作業は、金属リング
14の捩子挿入穴14aに挿入された複数の捩子15を外し、
この捩子15によって締付けられていた金属リング14およ
び絶縁体リング13を取外す。そして、ターゲット５を交
換し、新たなターゲット５を保持部材７の所定位置にセ
ットし、バッキングプレート部７のつば部7a上に絶縁体
リング13および金属リング14を順に載置し、捩子15を装
着しハウジング12に設けられた捩子溝12aに捩込むこと
によってターゲット５の交換作業が終了する。

次いで、半導体ウエハ１およびターゲット５を支持し
た状態で、これらが配置される真空容器（図示せず）内
を例えば10^-1〜10^-3Torr程度の真空度まで荒引きする。
次に、上記真空容器内の真空度を10^-5〜10^-8Torr台の高
真空まで排気し、その後、この真空容器内にスパッタガ
ス、たとえばArガスを導入し、真空容器内を10^-2〜10^-3
Torr台に設定する。そして、ターゲット５に負電圧を印
加することによって、このターゲット５前方のスパッタ
面側にプラズマを形成し、さらにこのターゲット５の裏
面側にてマグネット22を回転駆動することにより、この
プラズマを磁界によって閉込めたプラズマリングを形成
する。このプラズマリングの形成によりイオン化率が向
上し、ターゲット５のスパッタ面での所定のエロージョ
ンエリアにてスパッタが実行され、半導体ウエハ１上面
に所望組成の薄膜が成膜される。

ここで、ターゲット５は形成されたプラズマや印加電
圧によって温度が上昇するが、冷却ジャケット18によっ
て冷却されているため、所定の温度内に維持される。

また、シールド16や金属リング14もプラズマの影響に
よって温度が上昇し、その状態のままではシールド16な
どからの輻射熱によってターゲット５の局部的な温度上
昇を招いてしまうが、この実施例のスパッタ装置におい
ては、金属リング14は高熱伝導性のセラミックス材から
なる絶縁体リング13によって冷却ジャケット18と熱的に
接続されており、シールド16は絶縁体リング13およびハ
ウジング12を介して冷却ジャケット18と熱的に接続され
ているため、絶縁体リング13を介して熱交換が行われ冷
却される。ここで、この実施例で保持部材11や絶縁体リ
ング13の材質として使用されるAlNセラミックス例えば
シェイパルＭは、従来、この種の装置の絶縁部材として
使用されてきたAl₂O₃セラミックス等に比べて熱伝導率
が約10倍と高く、これによって充分に冷却を行うことが
可能となる。また、シールド16はハウジング12に対して
面接触によって一体的に接続されているため、効率よく
冷却される。

これらによって、ターゲット５の局部的な温度上昇が
防止されるとともに、シールド16や金属リング14、さら
にハウジング12の熱による劣化や溶融が防止され、安定
してスパッタ操作を行うことが可能となる。

このように、この実施例のスパッタ装置は、ターゲッ
ト５の交換作業時の効率が、ターゲット５自体の脱着の
容易さとシールド16の脱着の容易さから向上し、現在の
ように多品種化された薄膜の形成に充分に対応されたも
のである。

また、ターゲット５の交換時における作業性の改良
と、ターゲット５の周囲に配置されるシールド16等の冷
却とによって、スパッタ自体の効率や形成される薄膜の
品質も向上する。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、高熱伝導性およ
び高電気絶縁性を有するセラミックスからなる部材によ
って、ターゲットを支持することにより、ターゲットの
絶縁を行うとともに、熱的な接続を可能とし、これによ
って、ターゲットの周囲に配置されたシールド等の部品
もスパッタガン本体に設けられた冷却機構によって、タ
ーゲットとともに効率よく冷却することができる。

また、ターゲットを、絶縁体リングを介して、金属リ
ングによりターゲットの表面側からスパッタガン本体に
固定するよう構成することにより、ターゲットの変更を
容易に行うことができるとともに、ターゲットを装着す
る際のキズ等も防止でき、これによってスパッタ自体の
効率や形成される薄膜の品質も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のスパッタ装置の構成を説
明するための図、第２図はその要部を示す図、第３図は
そのスパッタ装置のシールドの脱着方法を説明するため
の図である。１……半導体ウエハ、５……ターゲット、６……ターゲ
ット部、７……バッキングプレート部、10……スパッタ
ガン本体、11……保持部材、12……ハウジング、13……
絶縁体リング、14……金属リング、16……シールド、17
……固定バンド、18……冷却ジャケット。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試料台にウエハを載置し、このウエハと対
向する如く冷却機構を設けたスパッタガン本体を配置
し、この本体のターゲット面と上記ウエハ面との間にプ
ラズマを生起させウエハに成膜させるスパッタ装置にお
いて、円板状に構成されたターゲットと、有底円筒状に構成され開放側端部に外側に延在するつば
部を有するバッキングプレートとが、前記ターゲットの裏面側と、前記バッキングプレートの
底部外側とが当接、接合されて、一体に構成され、かつ、前記つば部が、高熱伝導性及び高電気絶縁性のAlN焼結体からなる部材
を介して、前記スパッタガン本体のハウジングと、当該
ハウジングに着脱自在に係止されたリング状部材とによ
り挟持されて、前記バッキングプレート及び前記ターゲットが、前記ハ
ウジング及び前記リング状部材と電気的に絶縁された状
態で、前記スパッタガン本体に着脱自在に支持されてい
ることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】請求項１記載のスパッタ装置において、前記熱伝導性及び高電気絶縁性のAlN焼結体からなる部
材を介して、前記ターゲットの外周に設けられたシール
ドを冷却する構成とされたことを特徴とするスパッタ装
置。