JP6552590B2 - スパッタ装置及びその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置及びその使用方法に関する。

マグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置において、カソードとなるターゲットが、円筒状の部材により構成され、かつスパッタリングが行われる際に回転するように構成される技術が知られている。この技術においては、ターゲット付近のプラズマが高温になり、ターゲットや磁石が加熱されてしまう。ターゲットが高温になると損傷するおそれがあり、磁石が高温になると減磁または消磁してしまう。また、ターゲットが、バッキングチューブと、このバッキングチューブの外周面に接着剤によって接着されるターゲット材料とから構成される場合には、接着剤が融けてしまうおそれもある。そのため、上記のようなスパッタ装置においては、ターゲットや磁石を冷却するための冷却液流路が設けられている。

また、上記のようなスパッタ装置においては、磁石等がユニット化されて、円筒状のターゲットの内部に着脱自在に構成される。これにより、磁石等がユニット化されたマグネットユニットのメンテナンスを容易に行うことができる。

しかしながら、メンテナンスの際に、マグネットユニットの内部に冷却液が多く残っているとメンテナンス時に支障を来してしまうため、ターゲット内部からマグネットユニットを取り出す前に、できる限り冷却液を排出させるのが望ましい。図１１及び図１２を参照して、従来例に係るスパッタ装置における冷却液の排出メカニズムについて説明する。図１１及び図１２は従来例に係るターゲット内部の冷却液流路の概略構成を示している。

従来例に係るターゲット７００の内部には、ターゲット７００とマグネットユニットとの間に形成される第１冷却液流路Ｒ１と、マグネットユニットの内部に設けられる第２冷却液流路Ｒ２とが設けられている。冷却液Ｗを排出させる場合には、第１冷却液流路Ｒ１から第２冷却液流路に向けて気体（通常、空気）が送り込まれる（図１１及び図１２中、実線矢印Ｓ参照）。気体が送り込まれる空間が密閉空間の場合には、冷却液Ｗに圧力がかかり、冷却液Ｗは第２冷却液流路Ｒ２からターゲット７００の外部に排出されていく（図１１中の点線矢印Ｔ参照）。

そして、冷却液Ｗの液面が、第２冷却液流路Ｒ２の内部まで下がると、第１冷却液流路Ｒ１から第２冷却液流路Ｒ２へと抜けていく気体の流路が形成される（図１２参照）。これにより、冷却液Ｗに対して、冷却液Ｗをターゲット７００の外部に押し出す方向の圧力が殆どかからなくなり、冷却液Ｗの排出がされなくなってしまう。このように、従来例に係るスパッタ装置においては、冷却液が十分排出されないため、メンテナンス時に支障を来していた。

なお、このような不具合を解消するために、冷却液流路内で風船部材を膨らませることで、冷却液の排出を促成させる技術も知られている（特許文献１参照）。しかしながら、このような技術では、風船部材を膨らませるために、別途、機構が必要になるだけでなく、メンテナンス前に風船部材を膨らませるための工程も増えてしまう。従って、コストも増加してしまう。

特開２０１３−１００５６８号公報

本発明の目的は、冷却液の排出性を高めることのできるスパッタ装置及びその使用方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のスパッタ装置は、
基板に対向する位置に設けられ、かつスパッタリングの際に回転する円筒状のターゲットと前記基板との間に磁場を形成させた状態でスパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置において、
前記磁場を形成させる磁石と、該磁石を支持する支持部材とを有し、前記ターゲットの内部に着脱自在に設けられるマグネットユニットと、
前記ターゲットと前記マグネットユニットとの間に形成され、前記ターゲットを冷却する冷却液が流れる環状の第１冷却液流路と、
前記マグネットユニットの内部に設けられ、前記冷却液が流れる第２冷却液流路と、
前記第１冷却液流路から前記第２冷却液流路に向けて、前記冷却液を排出させる気体を送り込む排液装置と、
を備えると共に、
前記排液装置が前記第１冷却液流路から前記第２冷却液流路に向けて前記気体を送り込んでいる間、前記第１冷却液流路と前記第２冷却液流路との接続部位は、環状の前記第１冷却液流路における鉛直方向下方に偏った位置に維持されることを特徴とする。

本発明によれば、排液装置によって気体を送り込むことで、冷却液流路内の冷却液の液面を、第１冷却液流路と第２冷却液流路との接続部位まで下げることができる。そして、第１冷却液流路と第２冷却液流路との接続部位は、環状の第１冷却液流路における鉛直方向下方に偏った位置に配置可能なため、冷却液を十分に排出させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、冷却液の排出性を高めることができる。

図１は本発明の実施例１に係るスパッタ装置の概略構成図である。 図２は本発明の実施例１に係る磁石の配置構成を示す概略図である。 図３は本発明の実施例１に係るロータリーカソードの概略構成図である。 図４は本発明の実施例１に係るロータリーカソードの概略構成図である。 図５は本発明の実施例１に係るスパッタ装置における冷却液の排出メカニズムの説明図である。 図６は本発明の実施例１に係るスパッタ装置における冷却液の排出メカニズムの説明図である。 図７は本発明の比較例に係るスパッタ装置における冷却液の排出メカニズムの説明図である。 図８は本発明の比較例に係るスパッタ装置における冷却液の排出メカニズムの説明図である。 図９は本発明の実施例２に係るロータリーカソードの模式的断面図である。 図１０は本発明の実施例２に係るマグネットユニットの模式的断面図である。 図１１は従来例に係るスパッタ装置における冷却液の排出メカニズムの説明図である。 図１２は従来例に係るスパッタ装置における冷却液の排出メカニズムの説明図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１〜図６を参照して、本発明の実施例１に係るマグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置について説明する。

＜スパッタ装置の全体構成＞
図１及び図２を参照して、本実施例に係るスパッタ装置１の全体構成について説明する。図１は本発明の実施例１に係るスパッタ装置の概略構成図であり、スパッタ装置全体を断面的に見た場合の概略構成を示している。なお、図１中の上方は、スパッタ装置１が使用される際の鉛直方向の上方に相当し、図１中の下方は、スパッタ装置１が使用される際の鉛直方向下方に相当する。図２は磁石の配置構成を示す概略図である。

本実施例に係るスパッタ装置１は、内部（Ｖ）を低圧力状態（通常、真空に近い状態）にすることのできるチャンバ２０と、チャンバ２０内の上部に設けられるロータリーカソード１０とを備えている。ただし、ロータリーカソード１０は複数の装置や部材により構成されており、本実施例においては、ロータリーカソード１０を構成する複数の装置及び部材のうちの一部は、チャンバ２０の外部に設けられており、大気（Ａ）に曝されている。そして、本実施例に係るチャンバ２０はアノードとしても機能する。また、チャンバ２０内の下部には、薄膜を形成させるための基板４０を載置する載置台３０が設けられている。なお、載置台３０は、基板４０を所望の位置に搬送することができるように構成されている。

ロータリーカソード１０におけるロータリーカソード装置本体１００は、カソードとなる円筒状のターゲット１１０と、ターゲット１１０の内部に設けられるマグネットユニット１３０とを備えている。ターゲット１１０としては、ＳＵＳやＴｉからなるバッキングチューブの外周面にＩｎ等の接着剤によりターゲット材料が接着されたタイプやバッキングチューブとターゲット材料が一体となった一体型タイプのいずれも適用可能である。そして、ターゲット１１０は、載置台３０に載置される基板４０に対向する位置に設けられ、かつスパッタリングの際に回転するように構成されている。また、マグネットユニット１３０は、その内部に磁石１３４が設けられている。

図２は図１中の磁石１３４を下方からみた図である。磁石１３４は、使用時において、下方に異なる２種類の磁極（第１磁極１３４ａと第２磁極１３４ｂ）が向くように配置される。図示の例では、第１磁極１３４ａがＮ極、第２磁極１３４ｂがＳ極の場合を示しているが、第１磁極１３４ａをＳ極とし、第２磁極１３４ｂをＮ極としてもよい。そして、第２磁極１３４ｂは、第１磁極１３４ａとの間に間隔を空けて、かつ第１磁極１３４ａを取り囲むように設けられている。このように、ターゲット１１０の内部にマグネットユニット１３０が備えられることにより、ターゲット１１０と基板４０との間には磁場（漏え
い磁場）が形成される。

以上のように構成されるスパッタ装置１においては、ターゲット１１０とアノードであるチャンバ２０との間に一定以上の電圧を印加することにより、これらの間にプラズマが発生する。そして、プラズマ中の陽イオンがターゲット１１０に衝突することで、ターゲット１１０からターゲット材料の粒子が放出される。ターゲット１１０から放出された粒子は、衝突を繰り返しながら、放出された粒子のうちターゲット物質の中性の原子が基板４０に堆積していく。これにより、基板４０には、ターゲット１１０の構成原子による薄膜が形成される。また、本実施例に係るスパッタ装置１においては、上記の漏えい磁場によって、図１中Ｐに示す付近（ターゲット１１０に対して略平行な磁場が形成される付近）にプラズマを集中させることができる。これにより、効率的にスパッタリングが行われるため、基板４０へのターゲット物質の堆積速度を向上させることができる。更に、本実施例に係るスパッタ装置１においては、スパッタリングの最中にターゲット１１０が回転するように構成されている。これにより、ターゲット１１０の消耗領域（エロ―ジョンによる浸食領域）が一部に集中することはなく、ターゲット１１０の利用効率を高めることができる。

＜ロータリーカソード＞
特に、図３及び図４を参照して、本実施例に係るロータリーカソード１０について、より詳細に説明する。図３及び図４は本発明の実施例１に係るロータリーカソード１０の概略構成図であり、ロータリーカソード１０を断面的に見た場合の概略構成を示している。また、図３はスパッタリングの際の様子を示し、図４は冷却液を排出する際の様子を示している。なお、図３及び図４においては、ターゲットの回転中心軸線に平行な面で、ロータリーカソード１０を切断した断面図を概略的に示しているが、説明の便宜上、特徴的な構成を示すために、切断面の位置は必ずしも同一面ではない。

ロータリーカソード１０は、ターゲット１１０を有するロータリーカソード装置本体１００と、ターゲット１１０を回転させる機能を有するエンドブロック２００と、ターゲット１１０を回転自在に支持する機能を有するサポートブロック３００とを備えている。また、ロータリーカソード１０は、エンドブロック２００とサポートブロック３００を支持する支持部材４００と、ターゲット１１０を回転させるための第１モータ５１０と、ターゲット１１０の内部に設けられるマグネットユニット１３０を回転させるための第２モータ５５０とを備えている。なお、ロータリーカソード装置本体１００は、上述したチャンバ２０（図３及び図４では不図示）の内部（Ｖ）に配置されており、エンドブロック２００の内部及び第１モータ５１０，第２モータ５２０等は、大気（Ａ）に曝されている。

＜ロータリーカソード本体＞
ロータリーカソード装置本体１００は、ターゲット１１０と、ターゲット１１０の内部に着脱自在に設けられるマグネットユニット１３０とを備えている。また、ロータリーカソード装置本体１００は、ターゲット１１０に固定され、かつサポートブロック３００に回転自在に支持されるサポートブロック側環状部材１２０も備えている。

そして、マグネットユニット１３０は、円筒状のケース１３１と、ケース１３１の一端を塞ぐ第１蓋体１３２と、ケース１３１の他端を塞ぐ第２蓋体１３３とを備えている。そして、ケース１３１の内部には、磁石１３４と、磁石１３４を支持する支持部材１３５とが備えられている。支持部材１３５は、その両端が第１蓋体１３２と第２蓋体１３３にそれぞれ固定されている。また、ケース１３１の内部には、ターゲット１１０の回転中心軸線に平行に伸びる一対の第１配管１３６と、これら一対の第１配管１３６からケース１３１の外周面側に向かって伸び、ケース１３１の外周面に開口する一対の第２配管１３７とが備えられている。

サポートブロック側環状部材１２０には、サポートブロック３００に形成された貫通孔３１０に挿入される軸部１２１が設けられている。この軸部１２１と貫通孔３１０との間に軸受Ｂが設けられることにより、サポートブロック３００に対して、サポートブロック側環状部材１２０は回転することができる。また、サポートブロック側環状部材１２０には、マグネットユニット１３０に対して、サポートブロック側環状部材１２０を回転自在にするための軸受用穴１２２が設けられている。この軸受用穴１２２にマグネットユニット１３０における第１蓋体１３３に備えられた軸部１３３ａが挿入されている。そして、この軸部１３３ａと軸受用穴１２２との間の環状隙間に軸受Ｂが設けられることによって、マグネットユニット１３０に対して、サポートブロック側環状部材１２０は回転することができる。また、軸部１３３ａと軸受用穴１２２との間の環状隙間には、密封装置Ｓも設けられている。また、サポートブロック側環状部材１２０とターゲット１１０は、クランプなどの締結部材１２３によって固定されている。なお、サポートブロック側環状部材１２０とターゲット１１０との間の環状隙間を封止するガスケットＧも設けられている。

以上のように構成されるロータリーカソード装置本体１００において、ターゲット１１０とマグネットユニット１３０との間に形成される円筒状の空間が、ターゲット１１０を冷却する冷却液が流れる環状の第１冷却液流路Ｒ１となる。また、マグネットユニット１３０の内部に設けられる第１配管１３６の内部空間と第２配管１３７の内部空間が、冷却液が流れる第２冷却液流路Ｒ２となる。なお、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪは、磁石１３４に対して、ターゲット１１０の回転中心軸線を挟んで反対側に配置される。このような配置構成により、磁石１３４の配置を妨げることなく、一対の第２配管１３７がマグネットユニット１３０の内部に配される。

＜エンドブロック＞
エンドブロック２００は、支持部材４００に対して固定されるケース２１０と、ケース２１０内に設けられる軸状部材２２０と、軸状部材２２０に対して回転自在に設けられるエンドブロック側環状部材２３０とを備えている。また、軸状部材２２０とエンドブロック側環状部材２３０との間には一対の軸受Ｂが設けられている。これにより、軸状部材２２０に対して、エンドブロック側環状部材２３０は回転することができる。また、軸状部材２２０とエンドブロック側環状部材２３０との間の環状隙間を封止する密封装置Ｓも設けられている。また、マグネットユニット１３０と軸状部材２２０は、ピンなどの連結部材２７０によって連結されている。従って、マグネットユニット１３０が軸状部材２２０に対して回転することはない。

そして、エンドブロック側環状部材２３０とターゲット１１０は、クランプなどの締結部材２３１によって固定されている。なお、エンドブロック側環状部材２３０とターゲット１１０との間の環状隙間を封止するガスケットＧも設けられている。更に、ケース２１０とエンドブロック側環状部材２３０との間にも軸受Ｂ及び密封装置Ｓが設けられている。従って、ケース２１０に対して、エンドブロック側環状部材２３０は回転することができ、かつケース２１０とエンドブロック側環状部材２３０との間の環状隙間は封止される。また、ケース２１０と支持部材４００との間にもガスケットＧが設けられている。従って、ケース２１０内は大気に曝されているものの、ロータリーカソード装置本体１００が配されている空間は低圧力状態（通常、真空に近い状態）に維持される。

また、エンドブロック側環状部材２３０は第１モータ５１０によって回転するように構成されている。このエンドブロック側環状部材２３０を回転させる第１駆動機構は、第１モータ５１０の回転軸に固定される第１プーリ５２０と、エンドブロック側環状部材２３０に固定される第２プーリ２４０と、これら第１プーリ５２０と第２プーリ２４０に巻き付けられる第１ベルト５３０とから構成される。この第１駆動機構によれば、第１モータ
５１０により第１プーリ５２０が回転すると、回転動力が第１ベルト５３０によって第２プーリ２４０に伝達されて、エンドブロック側環状部材２３０が回転する。そして、このエンドブロック側環状部材２３０に固定されたターゲット１１０もサポートブロック側環状部材１２０と共に回転する。

そして、軸状部材２２０の内部には、ロータリーカソード装置本体１００に設けられた第１冷却液流路Ｒ１に繋がる第１流路２２１と、同じくロータリーカソード装置本体１００に設けられた第２冷却液流路Ｒ２に繋がる第２流路２２２が設けられている。これら第１流路２２１と第２流路２２２の大部分は、ターゲット１１０の回転中心軸線と平行に伸びるように設けられている。また、ケース２１０の内部には、軸状部材２２０を回転自在に支持しつつ、上記の各部の流路内に冷却液を供給し、かつ流路内から冷却液を排出するためにロータリージョイント２６０が設けられている。このロータリージョイント２６０は、軸状部材２２０と同心的に備えられる円筒状の部材から構成されており、ロータリージョイント２６０と軸状部材２２０との間の環状隙間には軸受Ｂ及び密封装置Ｓが複数備えられている。また、ロータリージョイント２６０には、供給管２６１と排出管２６２が接続されている。供給管２６１の内部は第１流路２２１の内部と繋がっており、排出管２６２の内部は第２流路２２２の内部と繋がっている。

また、軸状部材２２０は第２モータ５５０によって回転するように構成されている。この軸状部材２２０を回転させる第２駆動機構は、第２モータ５５０の回転軸に固定される第３プーリ５６０と、軸状部材２２０に固定される第４プーリ２５０と、これら第３プーリ５６０と第４プーリ２５０に巻き付けられる第２ベルト５７０とから構成される。この第２駆動機構によれば、第２モータ５５０により第３プーリ５６０が回転すると、回転動力が第２ベルト５７０によって第４プーリ２５０に伝達されて、軸状部材２２０が回転する。そして、この軸状部材２２０に固定されたマグネットユニット１３０も回転する。

なお、上述した各部に備えられた複数の密封装置Ｓは、いずれも密封装置Ｓの径方向の内側と外側に設けられる２部材の回転を可能としつつ、これら２部材間の環状隙間を封止する機能を備えている。また、スパッタ装置１０には、図３及び図４に示すように、冷却液の漏れ防止のために、複数の箇所に、互いに固定される２部材間に、それぞれガスケットＧが設けられている。ガスケットＧが配置される位置の説明については、適宜、省略している。

＜スパッタリング＞
スパッタ装置１によりスパッタリングが行われる際には、磁石１３４が鉛直方向下方に向き、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪが磁石１３４よりも鉛直方向上方に配されるようにマグネットユニット１３０の回転方向の位置が定められる。なお、図１及び図３はスパッタリングが行われる際の様子を示している。スパッタリングが行われている最中においては、マグネットユニット１３０は固定され、かつターゲット１１０は回転し続けている。また、スパッタリングが行われている最中においては、ターゲット１１０の内部に冷却液が流されている。すなわち、冷却液を供給する冷却液ポンプＰ１によって、供給管２６１に冷却液が供給される。供給管２６１に供給された冷却液は、軸状部材２２０の内部に設けられた第１流路２２１からロータリーカソード装置本体１００に設けられた第１冷却液流路Ｒ１へと流れていく。その後、冷却液は、第２冷却液流路Ｒ２から軸状部材２２０の内部に設けられた第２流路２２２を通って、排出管２６２から装置の外部に排出されていく（冷却液の流れ方については、図３中の矢印参照）。なお、冷却液を流す方向は、図３中の矢印とは反対方向となるようにしてもよい。この場合には、図中の排出管２６２を供給管として、供給管２６１を排出管とすればよい。

＜冷却液の排出＞
メンテナンス時においては、マグネットユニット１３０をターゲット１１０から取り出すに先立って、ターゲット１１０内の冷却液を排出させる作業が行われる。この作業が行われる際においては、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪが磁石１３４よりも鉛直方向下方に配されるようにマグネットユニット１３０の回転方向の位置が定められる（図４参照）。これにより、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪは、環状の第１冷却液流路Ｒ１における鉛直方向下方に偏った位置に配置される。ここで、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位は、環状の第１冷却液流路Ｒ１における鉛直方向の真下の位置から±４５°の範囲内に配置されると好適である。

冷却液を排出させる際には、ポンプなどの排液装置Ｐ２によって、第１冷却液流路Ｒ１から第２冷却液流路Ｒ２に向けて、冷却液を排出させる気体（通常、空気）が送り込まれる。より具体的には、排液装置Ｐ２によって、供給管２６１に気体が送り込まれる。なお、供給管２６１には、冷却液ポンプＰ１に接続された管と、排液装置Ｐ２に接続された管が繋がっており、冷却液を供給する場合と気体を供給する場合とで、供給する対象を切り換えることができるように構成されている。なお、供給する対象を切り換えるための装置については、切換え弁など公知技術を採用すればよいので、ここではその説明は省略する。

そして、供給管２６１に供給された気体は、軸状部材２２０の内部に設けられた第１流路２２１からロータリーカソード装置本体１００に設けられた第１冷却液流路Ｒ１へと流れていく。これにより、冷却液が第２冷却液流路Ｒ２から第２流路２２２を通って、排出管２６２から排出される。ある程度の冷却液が排出された後、供給管２６１から供給された気体は、第２冷却液流路Ｒ２から第２流路２２２を通って、排出管２６２から装置の外部に排出されていく（気体の流れ方については、図４中の矢印参照）。

＜本実施例に係るスパッタ装置の優れた点＞
以上のように構成された本実施例に係るスパッタ装置１によれば、排液装置Ｐ２によって気体を送り込むことで、冷却液流路内の冷却液の液面を、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪまで下げることができる。そして、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪは、環状の第１冷却液流路Ｒ１における鉛直方向下方に偏った位置に配置されるため、冷却液を十分に排出させることができる。この点について、図５及び図６を参照して、より詳細に説明する。図５及び図６は本実施例に係るスパッタ装置１における冷却液Ｗの排出メカニズムの説明図であり、ターゲット１１０の内部の冷却液流路の概略構成を示している。

上記の通り、ターゲット１１０の内部には、ターゲット１１０とマグネットユニット１３０との間に形成される第１冷却液流路Ｒ１と、マグネットユニット１３０の内部に設けられる第２冷却液流路Ｒ２とが設けられている。冷却液Ｗを排出させる場合には、第１冷却液流路Ｒ１から第２冷却液流路Ｒ２に向けて気体が送り込まれる（図５及び図６中、実線矢印Ｓ参照）。気体が送り込まれる空間が密閉空間の場合には、冷却液Ｗに圧力がかかり、冷却液Ｗは第２冷却液流路Ｒ２からターゲット１１０の外部に排出されていく（図５中の点線矢印Ｔ参照）。

そして、冷却液Ｗの液面が、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪまで下がると、第１冷却液流路Ｒ１から第２冷却液流路Ｒ２へと抜けていく気体の流路が形成される（図６参照）。これにより、冷却液Ｗに対して、冷却液Ｗをターゲット１１０の外部に押し出す方向の圧力が殆どかからなくなり、冷却液Ｗの排出はされなくなる。

以上のように、本実施例に係るスパッタ装置１によれば、冷却液流路内の冷却液Ｗの液
面を、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪまで下げることができる。これにより、マグネットユニット１３０の内部の冷却液Ｗを殆ど排出させることが可能となる。従って、冷却液Ｗがメンテナンス時に支障となってしまうことを抑制することができる。

なお、上記のスパッタ装置１において、第２冷却液流路Ｒ２から第１冷却液流路Ｒ１に向けて気体を送り込む構成を採用した場合には、冷却液Ｗを十分に排出させることはできない。この点について、図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は比較例に係るスパッタ装置における冷却液Ｗの排出メカニズムの説明図であり、ターゲット１１０の内部の冷却液流路の概略構成を示している。

第２冷却液流路Ｒ２から第１冷却液流路Ｒ１に向けて気体が送り込まれる場合（図７及び図８中、実線矢印Ｓ参照）においても、気体が送り込まれる空間が密閉空間であれば、冷却液Ｗに圧力がかかり、冷却液Ｗは第１冷却液流路Ｒ１からターゲット１１０の外部に排出されていく（図７中の点線矢印Ｔ参照）。

ここで、第２冷却液流路Ｒ２内においては、密閉空間が形成されるため、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪに至るまで、冷却液Ｗは排出される。一方、冷却液Ｗ全体の液面が低下すると、第１冷却液流路Ｒ１の上方に気体が封じ込められた状態で密閉空間が形成される。そのため、第２冷却液流路Ｒ２内の空間から第１冷却液流路Ｒ１の上方の密閉空間までの間においては、冷却液Ｗの中を気泡の状態で気体が送り込まれていく。

そして、冷却液Ｗの液面が、第１冷却液流路Ｒ１におけるターゲット１１０の外側に繋がる部位まで下がると、第２冷却液流路Ｒ２から第１冷却液流路Ｒ１へと抜けていく気体の流路が形成される（図８参照）。これにより、冷却液Ｗに対して、冷却液Ｗをターゲット１１０の外部に押し出す方向の圧力が殆どかからなくなり、冷却液Ｗの排出はされなくなる。従って、その後、排液装置Ｐ２による気体の供給が停止されると、冷却液Ｗの一部が第２冷却液流路Ｒ２の内部に逆流するため、マグネットユニット１３０の内部に冷却液Ｗが残ってしまう。

（実施例２）
上記の通り、実施例１に係るスパッタ装置１によれば、冷却液の液面が、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪに至るまで冷却液を排出させることができる。従って、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪは、極力、鉛直方向下方に設定するのが望ましい。

上記実施例１では、第２冷却液流路Ｒ２を形成するための一対の第１配管１３６及び一対の第２配管１３７は同一の構成が採用されている。すなわち、上記実施例の中では詳細には説明していなかったが、第１配管１３６と第２配管１３７が接続される位置は、ターゲット１１０の回転中心軸線が伸びる方向において、同一の位置となるように構成されている。従って、第２配管１３７がケース１３１の外周面に開口する位置は、一対の第２配管１３７について、周方向において異なった位置に配置させる必要がある（図１参照）。従って、上記実施例１に係るスパッタ装置１の場合には、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との２か所の接続部位ＲＪを、ターゲット１１０の中心軸線から鉛直方向の真下の位置に配置させることは構造上採用し得ない。そのため、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との２か所の接続部位ＲＪは、ケース１３１における鉛直方向の最下部よりも、少し上方に配置せざるを得ない。

そこで、本実施例においては、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との２か所の
接続部位ＲＪを、いずれもケース１３１における鉛直方向の最下部の位置に配することを可能とするマグネットユニット１３０について説明する。

図９及び図１０には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、第１配管と第２配管の配置構成が上記実施例１の場合とは異なっている。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。

図９は本発明の実施例２に係るロータリーカソードの模式的断面図（ターゲットの回転中心軸線に垂直な面で切断した断面図）であり、ロータリーカソード装置本体１００の主要部について、概略構成を断面的に示した図である。また、図１０は本発明の実施例２に係るマグネットユニットの模式的断面図であり、マグネットユニット１３０の主要部について、概略構成を断面的に示した図である。なお、図１０においては、ターゲットの回転中心軸線に平行な面で、マグネットユニット１３０を切断した断面図を概略的に示しているが、説明の便宜上、特徴的な構成を示すために、切断面の位置は必ずしも同一面ではない。なお、図９及び図１０の上方は、冷却液が排出される際の鉛直方向上方に相当し、図９及び図１０の下方は、冷却液が排出される際の鉛直方向下方に相当する。なお、スパッタ装置のうちマグネットユニット１３０以外の構成については、上記実施例１で説明した通りであるので、その説明は省略する。

本実施例に係るマグネットユニット１３０においても、上記実施例１の場合と同様に、円筒状のケース１３１と、ケース１３１の一端を塞ぐ第１蓋体１３２と、ケース１３１の他端を塞ぐ第２蓋体１３３とを備えている。そして、ケース１３１の内部には、磁石１３４と、磁石１３４を支持する支持部材１３５とが備えられている。これらケース１３１，第１蓋体１３２，第２蓋体１３３，磁石１３４及び支持部材１３５の構成については、上記実施例１と同一であるので、その説明は省略する。

そして、本実施例に係るマグネットユニット１３０においても、ケース１３１の内部には、ターゲット１１０の回転中心軸線に平行に伸びる一対の第１配管１３６ａ，１３６ｂと、これら一対の第１配管１３６ａ，１３６ｂからケース１３１の外周面側に向かって伸び、ケース１３１の外周面に開口する一対の第２配管１３７ａ，１３７ｂとが備えられている。

本実施例の場合には、一対の第２配管１３７ａ，１３７ｂはターゲットの回転中心軸線方向の異なる位置で、一対の第１配管１３６ａ，１３６ｂに対してそれぞれ接続されている。そして、一対の第２配管１３７ａ，１３７ｂが第１冷却液流路Ｒ１と接続される位置（第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪ）は、上記の回転中心軸線方向に向かって見た場合に重なっている（図９参照）。

以上のように構成されるマグネットユニット１３０によれば、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との２か所の接続部位ＲＪを、いずれもケース１３１における鉛直方向の最下部の位置に配することが可能となる。従って、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との２か所の接続部位ＲＪを、実施例１の場合よりも、更に、鉛直方向下方に配置させることが可能となる。これにより、より一層多くの冷却液を排出させることが可能となる。

（その他）
上記実施例においては、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪが、磁石１３４に対して、ターゲット１１０の回転中心軸線を挟んで反対側に配置される場合の構成を示した。このような構成を採用した理由は、通常、マグネットユニット１３０
の内部に配置される磁石１３４が大きな領域を占めることと、冷却液を排出させる際には、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪを極力鉛直方向の下方に配置させたいことに起因する。しかしながら、第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２との接続部位ＲＪと、磁石１３４とを、ターゲット１１０の回転中心軸線を含む面によって分けられる２つの領域のうち同じ領域側に配置させることに支障がない場合には、そのような配置構成を採用してもよい。この構成を採用した場合には、マグネットユニットの回転方向の位置は、スパッタリングを行う場合と冷却液を排出させる場合とで変更する必要はない。

１…スパッタ装置，１０…ロータリーカソード，１００…ロータリーカソード装置本体，１１０…ターゲット，１３０…マグネットユニット，１３４…磁石，１３６，１３６ａ，１３６ｂ…第１配管，１３７，１３７ａ，１３７ｂ…第２配管，２００…エンドブロック，３００…サポートブロック，Ｐ２…排液装置，Ｒ１…第１冷却液流路，Ｒ２…第２冷却液流路，ＲＪ…接続部位

Claims (9)

1. 基板に対向する位置に設けられ、かつスパッタリングの際に回転する円筒状のターゲットと前記基板との間に磁場を形成させた状態でスパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置において、
   前記磁場を形成させる磁石と、該磁石を支持する支持部材とを有し、前記ターゲットの内部に着脱自在に設けられるマグネットユニットと、
   前記ターゲットと前記マグネットユニットとの間に形成され、前記ターゲットを冷却する冷却液が流れる環状の第１冷却液流路と、
   前記マグネットユニットの内部に設けられ、前記冷却液が流れる第２冷却液流路と、
   前記第１冷却液流路から前記第２冷却液流路に向けて、前記冷却液を排出させる気体を送り込む排液装置と、
   を備えると共に、
   前記排液装置が前記第１冷却液流路から前記第２冷却液流路に向けて前記気体を送り込んでいる間、前記第１冷却液流路と前記第２冷却液流路との接続部位は、環状の前記第１冷却液流路における鉛直方向下方に偏った位置に維持されることを特徴とするスパッタ装置。
2. 前記接続部位は、前記磁石に対して、前記ターゲットの回転中心軸線を挟んで反対側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
3. ターゲットと、該ターゲットの構成原子による薄膜を形成させる基板との間に磁場を形成させた状態でスパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置において、
   前記基板に対向する位置に設けられ、かつスパッタリングの際に回転する円筒状の前記ターゲットと、
   前記磁場を形成させる磁石と、該磁石を支持する支持部材とを有し、前記ターゲットの内部に着脱自在に設けられるマグネットユニットと、
   前記ターゲットと前記マグネットユニットとの間に形成され、前記ターゲットを冷却する冷却液が流れる環状の第１冷却液流路と、
   前記マグネットユニットの内部に設けられ、前記冷却液が流れる第２冷却液流路と、
   前記第１冷却液流路から前記第２冷却液流路に向けて、前記冷却液を排出させる気体を送り込む排液装置と、
   を備えると共に、
   前記第１冷却液流路と前記第２冷却液流路との接続部位は、環状の前記第１冷却液流路における鉛直方向下方に偏った位置に配置可能に構成されており、
   前記接続部位は、前記磁石に対して、前記ターゲットの回転中心軸線を挟んで反対側に配置されていることを特徴とするスパッタ装置。
4. 前記接続部位は、環状の前記第１冷却液流路における鉛直方向の真下の位置から±４５°の範囲内に配置可能に構成されていることを特徴とする請求項１，２または３に記載のスパッタ装置。
5. 前記ターゲットの回転中心軸線に平行に伸びる一対の第１配管と、
   これら一対の配管から前記第１冷却液流路に向かってそれぞれ伸びる一対の第２配管と、
   を備え、
   前記第１配管の内部空間と前記第２配管の内部空間によって、前記第２冷却液流路が形成されると共に、
   一対の前記第２配管は前記回転中心軸線方向の異なる位置で、一対の前記第１配管に対してそれぞれ接続されており、かつ、一対の前記第２配管が前記第１冷却液流路と接続される位置は、前記回転中心軸線方向に向かって見た場合に重なっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のスパッタ装置。
6. 前記排液装置によって気体が送り込まれる際に、前記接続部位は、環状の前記第１冷却液流路における鉛直方向下方に偏った位置に配置されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載のスパッタ装置。
7. 前記ターゲットの内周面と前記マグネットユニットの外周面との間に形成される円筒状の空間により前記第１冷却液流路が構成されると共に、
   前記接続部位は、前記マグネットユニットの外周面に形成され、該マグネットユニットの内部に連通する開口部であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のスパッタ装置。
8. 前記排液装置が前記第１冷却液流路から前記第２冷却液流路に向けて前記気体を送り込んでいる間、前記マグネットユニットの回転方向の位置は定められていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のスパッタ装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一つに記載のスパッタ装置の使用方法において、
   スパッタリングを行う際には、前記磁石を鉛直方向下方に向けて、前記接続部位を前記磁石よりも鉛直方向上方に配置させ、
   前記排液装置によって気体を送り込む際には、前記接続部位を前記磁石よりも鉛直方向下方に配置させることを特徴とするスパッタ装置の使用方法。

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