JP4939709B2 - 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)。
Claims (6)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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JP2001270794A Expired - Lifetime JP4939709B2 (ja) | 2001-09-06 | 2001-09-06 | 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 |
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