JP4928692B2 - 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 - Google Patents
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Description
【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)。
Claims (4)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
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