JPH02301558A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、被処理物例えば半導体ウェハ
に、例えば金属薄膜を成膜するために用いられる。

このスパッタ装置のターゲットの冷却方法としては、タ
ーゲットに接合されたバッキングプレートの裏面側に直
接冷却液を循環させる直接冷却法と、スパッタガン本体
側の保持部材内に冷却ジャケットを設け、保持部材と面
接触しているターゲット間での熱伝導を利用してターゲ
ットの冷却を行う間接冷却法とが知られている。

最近のスパッタ装置においては、メンテナンス性や装置
の維持性等の点から間接冷却法を採用したスパッタ装置
が増加しつつある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記間接冷却法を採用したスパッタ装置
においては、以下に示すような問題があった。

すなわち、ターゲットはスパッタの進行によってプラズ
マ等の影響により加熱されるが、その際の熱膨張によっ
てターゲットに僅かでも反りが発生すると、保持部材と
の密着性が低下してしまう。

ターゲットと保持部材間に僅かでも空隙が生じると、真
空中での処理であるために、保持部材と夕−ゲット間で
の熱の伝達が著しく悪化し、有効にターゲットを冷却す
ることができなくなる。そして、これがターゲットの反
りを増長させ、さらに冷却効率を低下させてしまい、タ
ーゲット温度の異常上昇を招き、各種弊害を引起こして
しまう。

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、ターゲットとこれを保持する保持部材
との間の熱の伝達を良好に維持し、ターゲットを常に所
定温度内に保つことを可能にしたスパッタ装置を提供す
ることを目的としている。

［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、気密容器内に配置され保持部材によ
って冷却可能に保持されたターゲットにイオンを衝突さ
せ、該ターゲットから叩き出された粒子を被処理物に被
着させて成膜を行うスパッタ装置において、前記ターゲ
ットと保持部材間に加圧流体を封入し、この加圧流体に
よって前記ターゲットの温調を行うよう構成したことを
特徴としている。

（作　用） 本発明においては、ターゲットと保持部材間に加圧流体
を封入することにより、この加圧流体を伝熱媒体として
利用し、加圧流体の対流によりターゲット側から保持部
材側に良好な熱の伝達を行うことを可能としている。ま
た、温度上昇によってターゲットに多少反り等が発生し
ても、加圧流体によって吸収され、たえずターゲットと
保持部材間の伝熱を良好に維持することができる。従っ
て、ターゲットの温度を常に所定の温度内に保つことが
可能となる。

（実施例） 以下、本発明のスパッタ装置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ェハ１は、ウェハ加熱機構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とプラズマ形成領域となる空間が形成され
るように所定間隔をもって対向配置されている。なお、
このシャッタ４は半導体ウェハ１とターゲット５との間
を必要に応じて遮るものである。

このターゲット５は、形成すべき薄膜の材質に応じて選
択された、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の周縁部には、ター
ゲット５の取付は部となる円筒状凸部８が設けられてい
る。そして、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、ターゲット５はカソード電極を
構成している。

このターゲット５は、スパッタガン本体１０側の保持部
材１１によって保持されている。この保持部材１１は、
ターゲット５を冷却可能に保持するものであり、保持部
材１１内部の中央部および周辺部に冷却ジャケット１２
．１３が設けられている。冷却ジャケット１２および１
３には、それぞれ冷却媒体の導入管１４．１５と排出管
１６．１７が接続されており、冷却ジャケット１２およ
び１３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、ターゲット５の冷却が行われる。

保持部材１１のターゲット５と接触する面には、第２図
にも示すように、バッキングフレート部７の裏面とによ
って気密空間１８を形成するように、凹部１１ａ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
を保持部材１１の上面側に冠着することによって保持部
材１１と接触している。また、バッキングプレート部７
の円筒状凸部８には、半径方向に捩子挿入穴８ａが設け
られており、捩子挿入穴８ａから捩子１９を保持部材１
１の側面に設けられた凹部１１ｂに捩子込むことによっ
て、ターゲット５は保持部材１１に固定されているとと
もに、保持部材１１の側面に装着された０リング２０に
よって、保持部材１１とバッキングフレート部７とによ
って形成される気密空間１８の気密性が保持されている
。

そしてこの気密空間１８には、ターゲット５と保持部材
１１間の伝熱媒体となる加圧流体として加圧気体、例え
ば熱伝導性に優れた常圧以上のヘリウムガス等を導入す
るためのガス導入配管２１が保持部材１１の中央部を貫
通して接続されている。なお、加圧流体としては、必要
に応じて液体でもよい。

保持部材１１は、その裏面側でハウジング２２によって
支持されており、これらの間に後述するマグネット配置
用の空間２３が設けられている。

ハウジング２２の中央部に設けられた円筒状凸部２２ａ
と保持部材１１との接続部および周縁側の接続部には、
それぞれ絶縁部材２４が介在されており、これらの間の
電気的な絶縁が行われている。

ハウジング２２に設けられた円筒状凸部２２ａの周囲に
はベアリング２５によって回転自在に支持されたマグネ
ット取付は軸２６が配置されており、このマグネット取
付は軸２６の外周側にマグネット２７が取付けられてい
る。マグネット２７の回転駆動力は、マグネット取付は
軸２６の上部に固着された第１のギヤ２８とマグネット
駆動用モータ２９に回転軸３０を介して連結された第２
のギヤ３１とを噛合わせることによって伝達され、マグ
ネット２７により形成されるプラズマリングがターゲッ
ト５前方に対してほぼ均一に位置するよう、マグネット
２７は回転駆動される。

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、先端が断面り字状
に曲折された円筒状のシールド３２が配置されており、
このシールド３２はハウジング２２の外周に絶縁部材３
３を介して設置されている。なお、このシールド３２は
ハウジング２２等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。

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、まず半導体ウェハ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。次いで、半導体ウェハ
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ｌｏ−１〜１０
’　Ｔｏｒｒ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ｌｏ−６〜１０’Ｔｏｒｒ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、例えば＾「ガスを導入し、真空容器内をｌｏ−２〜
１Ｏ−ＩＴｏｒｒ台に設定する。

また、ターゲット５と保持部材１１とによって形成され
た気密空間１８内に伝熱媒体となる加圧気体例えば熱伝
導性に優れた常圧以上のヘリウムガス等を封入する。

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
２７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ターゲット５の前方に
対して均一に形成する。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
導体ウェハ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、気密空間１８内に封入され
た加圧気体を介してターゲット５と保持部材１１との間
で熱の伝達が行われ、冷却ジャケット１２．１３内に循
環された冷却水によって冷却され、所定の温度内に維持
される。

このように、上記構成のこの実施例のスパッタ装置にお
いては、ターゲット５の裏面側に加圧ガスを封入した気
密空間を設け、この気密空間を介して保持部材１１と熱
的な接続を行っているため、伝熱媒体となる加圧気体に
より加熱流束を充分に大きく設定することが可能となる
。そして、これによりターゲット５と保持部材１１間の
熱伝達率を充分に維持することができ、また加圧ガスを
伝熱媒体としているため、半導体ウェハ１に対スル付着
速度を上げる等によりターゲット５の温度が著しく上昇
し、ターゲット５に熱膨張による反り等が発生しても１
．ターゲット５と保持部材１１間の熱伝達効率は変化せ
ず、常に良好な状態でタ−ゲット５の冷却を行うことが
できる。

また、伝熱媒体を気密空間に封入した加圧気体としてい
るため、これらが配置される真空容器内の雰囲気ガス、
すなわちスパッタガスの種類に拘らず、各種熱伝導性に
優れた気体を用いることが可能となり、より熱伝達率を
高めることができる。

そして、このように常にターゲット５を所定の温度内に
維持することができることから、スパッタ自体の効率や
形成される薄膜の品質も向上し、安定したスパッタ操作
を行うことが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のスパッタ装置によれば、タ
ーゲット温度を常に所定の温度内に維持した状態でスパ
ッタ処理を行うことが可能となるため、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である。 １・・・・・・半導体ウェハ、５・・・・・・ターゲッ
ト、１１・・・・・・保持部材、ｌｌａ・・・・・・凹
部、１２．１３・・・・・・冷却ジャケット、１８・・
・・・・気密空間。 出願人　　　東京エレクトロン株式会社代理人　弁理士
　　須　山　佐　− （ほか１名） 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気密容器内に配置され保持部材によって冷却可能に保持
   されたターゲットにイオンを衝突させ、該ターゲットか
   ら叩き出された粒子を被処理物に被着させて成膜を行う
   スパッタ装置において、前記ターゲットと保持部材間に
   加圧流体を封入し、この加圧流体によって前記ターゲッ
   トの温調を行うよう構成したことを特徴とするスパッタ
   装置。