JPH05287521A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］スパッタガンから真空チャンバへの水漏れ等を
防止して、真空チャンバ内に良好な真空空間を得る。 ［構成］スパッタガン３０は、ヒンジ機構６０によって
回動可能であり、、ターゲット３８およびターゲット背
板３６で真空チャンバ１０の開口１２を塞ぐようにして
真空チャンバ１０に装着される。スパッタガン３０にお
けるターゲット裏側室４０は真空チャンバ１０の室内と
は完全に遮断され、ターゲット裏側室４０内の冷却水が
壁部の接合部分つまりフランジ部３２ａとターゲット背
板３６との接合部分から外へ漏れたとしても、大気中へ
抜け、真空チャンバ１０の室内には入ってこない。ま
た、絶縁材２４とチャンバ側壁１０ｂ、補強材２６との
各接合部にメタルシール２７，２９を設けたので、密閉
性がよく、大気から真空チャンバ１０内への空気の侵入
を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタ装置に係り、
より詳細にはスパッタ装置を構成するスパッタガンおよ
び真空チャンバの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタ装置は、真空チャンバ内で陰極
側のターゲット（蒸着材料）の表面にプラズマのイオン
を衝突させ、そこからはじき飛ばされた粒子を対向する
陽極側の被処理体上に堆積させて膜を形成する装置であ
る。このようなスパッタリングにおいて、ターゲット
は、成膜処理量と比例して徐々に侵食されるため、所定
の侵食度に達した時点で新しいターゲットと交換される
必要がある。

【０００３】そこで、一般のスパッタ装置では、ターゲ
ットを随時交換できるように、スパッタガンと称される
組立体にターゲットを取付し、このスパッタガンを真空
チャンバに着脱可能に装着するようにしている。スパッ
タガンには、ターゲットを裏側から冷却するための冷却
機構が設けられるほか、マグネトロン方式のスパッタ装
置の場合はターゲット表面付近のプラズマ密度を高める
ための磁界をターゲット裏側から与えるマグネット機構
等が設けられる。

【０００４】図２に、従来のマグネトロンスパッタ装置
の典型的な構成を示す。このスパッタ装置では、有底円
筒形の真空チャンバ１００の上面開口１０２にスパッタ
ガン１２０が下向きに着脱可能に装着される。真空チャ
ンバ１００は、たとえばアルミニウムからなり、その底
部には加熱機構１０４が配設され、この加熱機構１０４
の載置台１０６上に被処理体として、たとえば半導体ウ
エハ１０８が載置される。真空チャンバ１００の側壁に
は、チャンバ内にプラズマ生成用のガスたとえばＡｒガ
スを導入するためのガス導入管１１０およびチャンバ内
を真空排気するためのガス排出管１１２が接続されてい
る。

【０００５】スパッタガン１２０は、たとえばアルミニ
ウムからなる有底筒状のケーシング１２２を有し、この
ケーシング１２２の内側にリング状の絶縁材１２４、た
とえばアルミニウムからなる円筒状の冷却ジャケット１
２６を介してターゲット背板１２８およびターゲット１
３０を取付してなる。図示のように、真空チャンバ１０
０にスパッタガン１２０が装着された状態において、タ
ーゲット１３０は半導体ウエハ１０８と向き合う。

【０００６】ターゲット１３０の裏側には、ケーシング
１２２、絶縁材１２４、冷却ジャケット１２６およびタ
ーゲット背板１２８によって、密閉された室１３２が形
成されている。このターゲット裏側室１３２内には配管
１３４，１３６を介して冷却水供給装置（図示せず）よ
り冷却水が供給され、冷却ジャケット１２６，ターゲッ
ト背板１２８を介してターゲット１３０が冷却される。
また、このターゲット裏側室１３２内には、ターゲット
１３０の表面付近のプラズマ密度を高めるための磁界を
与えるマグネット・アッセンブリ１３８が配置されてい
る。このマグネット・アッセンブリ１３８は、スパッタ
ガン１２０の外側に配設されたモータ１４０により回転
軸１４２を介して回転駆動される。１４４は軸受であ
る。

【０００７】ケーシング１２２の側壁端部にはフランジ
部１２２ａが一体に設けられ、、このフランジ部１２２
ａを真空チャンバ１００の開口縁部１００ａに載せ、ボ
ルト１４６を締めることで、スパッタガン１２０を真空
チャンバ１００に装着する。ターゲット１３０を交換す
るときは、ボルト１４６を外してスパッタガン１２０を
上方に持ち上げることによって、スパッタガン１２０を
真空チャンバ１００より取り外す。もっとも、スパッタ
ガン１２０の自重に加えて、真空チャンバ１００の室内
（真空室）と室外（大気圧）間の大きな差圧が重力方向
にスパッタガン１２０に作用するため、ボルト１４６の
代えて簡易な抑え部材を用いてもよく、あるいは単にス
パッタガン１２０を真空チャンバ１００の開口縁部１０
０ａに載置するだけでもよい。また、ケーシング１２２
の側壁端部より薄い筒状の板１４８が垂直下方に延在し
ている。この板１４８は、ターゲット１３０より側方へ
飛んだスパッタ粒子がチャンバ内壁に付着するのを防止
するための防着板である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ターゲット
１３０と半導体ウエハ１０８との間にはターゲット１３
０側を陰極側、半導体ウエハ１０８側を陽極側として所
定の電圧源（図示せず）より両電極間に高い電圧が印加
され、真空チャンバ１００は載置台１０６を介して陽極
側電位になる。したがって、ターゲット１３０と真空チ
ャンバ１００とを電気的に絶縁する必要があり、そのた
めにケーシング１２２と冷却ジャケット１２６との間に
絶縁材１２４が挿入されるとともに、冷却ジャケット１
２６、ターゲット背板１２８およびターゲット１３０の
それぞれの外周面とケーシング１２２の側壁の内周面と
の間にギャップ１５０が設けられている。また、ターゲ
ット裏側室１３２から冷却水が漏れないように、ケーシ
ング１２２と絶縁部材１２４との接合部、絶縁材１２４
と冷却ジャケット１２６との接合部、冷却ジャケット１
２６とターゲット背板１２８との接合部に、それぞれフ
ッ素系ゴムからなるＯリング１５２，１５４，１５６が
設けられている。

【０００９】しかし、ターゲット裏側室１３２の外側の
真空チャンバ１００の室内およびこれに連通したギャッ
プ部１５０は真空空間であるうえ、ターゲット裏側室１
３２内は冷却水で満たされるので、ターゲット裏側室１
３２を側面および底面を構成する絶縁材１２４、冷却ジ
ャケット１２６およびターゲット背板１２８に極めて大
きな圧力または重力がかかる。このため、ターゲット裏
側室１３２より冷却水がＯリング１５２，１５４，１５
６の隙間を通って真空チャンバ１００内に入り込み、こ
れによって真空チャンバ１００内の真空排気能率が低下
したり、半導体ウエハ１０８の加工品質が劣化するとい
う不具合があった。

【００１０】特に、ターゲット裏側室１３２の底面を構
成するターゲット背板１２８にかかる圧力が大きく、タ
ーゲット背板１２８がその中心部を沈めるようにして反
る結果、端部つまり冷却ジャケット１２６との接合面に
隙間ができて、Ｏリング１５６のシール機能が効かなく
なるおそれがあった。

【００１１】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、スパッタガンから真空チャンバへの水漏れ等を
防止して、真空チャンバ内に良好な真空空間を得るよう
にしたスパッタ装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のスパッタ装置は、真空チャンバに設けられ
た所定の開口に、ターゲットを取付したスパッタガンを
着脱可能に装着してなるスパッタ装置において、前記タ
ーゲットおよび前記ターゲットを支持する部材で前記真
空チャンバの開口を塞ぐようにして前記スパッタガンを
前記開口に装着してなる構成とした。

【００１３】また、絶縁材回りの密閉性を高めるため
に、前記ターゲットと前記真空チャンバとを絶縁するた
めの絶縁部材と他の部材との接合部にメタルシールを設
ける構成とした。

【００１４】

【作用】本発明のスパッタ装置では、ターゲットおよび
ターゲット背板で真空チャンバの開口を塞ぐようにし
て、スパッタガンが真空チャンバに装着される。これに
より、真空チャンバからみてターゲットの裏側の部分、
特にターゲット冷却室は真空チャンバの室内とは完全に
遮断される。したがって、ターゲット裏側から冷却水等
が外へ漏れたとしても、大気中へ抜け、真空チャンバの
室内には入ってこない。

【００１５】また、絶縁材と他の部材との接合部にメタ
ルシールを設けることで、ガス抜けを効果的に遮断する
とともに、シール自体から発生するガスの量を少なくす
ることができ、真空チャンバ内の真空度を高めることが
できる。

【００１６】

【実施例】以下、図１を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の一実施例によるマグネトロンス
パッタ装置の構成を示す断面図である。

【００１７】このスパッタ装置では、有底円筒形の真空
チャンバ１０の上面開口１２にスパッタガン３０が下向
きに着脱可能に装着される。真空チャンバ１０は、たと
えばアルミニウムからなり、その底部には加熱機構１４
が配設され、この加熱機構１４の載置台１６上に被処理
体として、たとえば半導体ウエハ１８が載置される。１
９は遮蔽板である。真空チャンバ１０の側壁には、チャ
ンバ内にプラズマ生成用のガス、たとえばＡｒガスを導
入するためのガス導入管２０よびチャンバ内を真空排気
するためのガス排出管２２が接続されている。

【００１８】スパッタガン３０は、有底筒状のケーシン
グ３２を有し、このケーシング３２のフランジ部３２ａ
にボルト等でターゲット背板３６およびターゲット３８
を着脱可能に取付してなる。フランジ部３２ａとターゲ
ット背板３６との接合部にはフッ素系ゴムからなるＯリ
ング３７が設けられる。ケーシング３２はたとえばアル
ミニウムからなり、ターゲット背板３６はたとえば無酸
化銅からなり、ターゲット３８はたとえばアルミニウム
銅（ＡｌＣｕ）からなる。図示のように、真空チャンバ
１０にスパッタガン３０が装着された状態において、タ
ーゲット３８は半導体ウエハ１８と所定の間隔を置いて
向き合う。

【００１９】ターゲット３８の裏側には、ケーシング３
２とターゲット背板３６とによって密閉された室４０が
形成されている。このターゲット裏側室４０には配管４
２，４４を介して冷却水供給装置（図示せず）からの冷
却水が供給され、ケーシング３２およびターゲット背板
３６を介してターゲット３８が冷却される。

【００２０】また、このターゲット裏側室４０には、タ
ーゲット３８の表面付近のプラズマ密度を高めるための
磁界を与えるマグネット・アッセンブリ４６が配置され
ている。このマグネット・アッセンブリ４６は、スパッ
タガン３０の外側に配設されたモータ４８により回転軸
５０を介して回転駆動される。５２は軸受である。

【００２１】真空チャンバ１０の側壁１０ｂの上端には
リング状の絶縁材２４とリング状の補強材２６とが固着
されている。真空チャンバ１０の側壁１０ｂと絶縁材２
４との接合部および絶縁材２４と補強材２６との接合部
にはそれぞれメタルシールからなるＯリング２７，２９
が設けられている。ターゲット３８の外周部には、スパ
ッタ粒子がチャンバ側壁に付着するのを防止するための
防護板６０が設けられている。

【００２２】スパッタガン３０が真空チャンバ１０に装
着された状態において、スパッタガン３０側のターゲッ
ト背板３６の周縁部が真空チャンバ１０の開口縁部の補
強材２６の上に重なる。補強材２６の上面には、ターゲ
ット背板３６との接合面をシールするためのフッ素系ゴ
ムからなるＯリング２３が設けられている。

【００２３】なお、ターゲット３８と半導体ウエハ１８
との間にはターゲット３８側を陰極側、半導体ウエハ１
８側を陽極側として所定の電圧源（図示せず）より両電
極間に高い電圧が印加される。真空チャンバ１０は載置
台１４を介して陽極側の電位になる。真空チャンバ１０
とターゲット３８とは、真空チャンバ１０の側壁１０ｂ
の上端に設けられた絶縁材２４によって電気的に分離さ
れる。

【００２４】本実施例のスパッタ装置では、スパッタガ
ン３０が、ターゲット３８およびターゲット背板３６で
真空チャンバ１０の開口１２を塞ぐようにして真空チャ
ンバ１０に装着される。これにより、スパッタガン３０
におけるターゲット裏側室４０は真空チャンバ１０の室
内とは完全に遮断され、ターゲット裏側室４０内の冷却
水が壁部の接合部分つまりフランジ部３２ａとターゲッ
ト背板３６との接合部分から外へ漏れたとしても、大気
中へ抜け、真空チャンバ１０の室内には入ってこない。

【００２５】また、絶縁材２４とチャンバ側壁１０ｂ、
補強材２６との各接合部にメタルシール２７，２９を設
けたので、密閉性がよく、大気から真空チャンバ１０内
への空気の侵入を防止することができる。なお、フッ素
系ゴムシールの場合はシール自体からガスが発生される
が、メタルシールの場合はガスの発生量が極めて少な
い。

【００２６】また、スパッタガン３０側で真空チャンバ
１０の真空空間に触れるものはターゲット３８とターゲ
ット背板３６だけであり、スパッタガン３０側から真空
チャンバ１０内へガスを放出する表面部分は極めて少な
い。この点、図２に示すような従来のスパッタ装置で
は、スパッタガン３０のケーシング１２２の内壁面、冷
却ジャケット１２６の外壁面等が真空チャンバ１０の真
空空間に露出するため、それらの壁面から発生したガス
が真空チャンバ１０内へ入り込み、真空チャンバ１０内
の真空度を低下させていた。

【００２７】また、ターゲット裏側室４０の底面を構成
するターゲット背板３６には大きな圧力または重力がか
かるが、ターゲット背板３６は真空チャンバ１０の開口
縁部で支持されているため、その大きな圧力が真空チャ
ンバ１０によって受け止められ、ターゲット背板３６の
反りは少ない。このため、ターゲット背板３６とケーシ
ング３２のフランジ部３２ａとの接合部からの水漏れが
少なくなっている。

【００２８】また、ターゲット３８を取り囲む防護板６
０が真空チャンバ１０側に設けられているため、防護板
６０の冷却効率がよく、防護板６０に付着したスパッタ
粒子が剥がれにくくなっている。

【００２９】このように、本実施例のスパッタ装置によ
れば、スパッタガン３０側から真空チャンバ１０への水
漏れ、ガス放出等がないので、真空チャンバ１０内の清
浄度・真空度を容易に高めることができる。

【００３０】さらに、本実施例のスパッタ装置では、ヒ
ンジ機構６２によりスパッタガン３０の装着・取外し作
業が簡単に行えるようになっている。このヒンジ機構６
２は真空チャンバ１０の外壁に取付されており、その可
動アーム６４の先端部は真空チャンバ１０のケーシング
３２のフランジ部３２ａに固着されている。これによ
り、スパッタガン３０は、ヒンジ機構６２の回転軸６６
を中心として矢印Ａの方向に回動可能になっている。そ
して、ケーシング３２の上面には把手６８が取付されて
おり、この把手６８を掴んで真空チャンバ１０に対する
スパッタガン３０の装着・取外しを容易に行うことがで
きるようになっている。なお、本実施例において、スパ
ッタガン３０は、真空チャンバ１０の開口縁部に載置さ
れる状態で真空チャンバ１０に装着される。通常は、ス
パッタガン３０の自重に加えて、真空チャンバ１０の室
内（真空室）と室外（大気圧）間の大きな差圧が重力方
向にスパッタガン３０に作用するため、このように単に
載置するだけでスパッタガン３０を真空チャンバ１０に
密着固定させることができる。しかし、必要に応じて抑
え部材やボルト等の締付部材を用いることも可能であ
る。

【００３１】上記した実施例では、真空チャンバ１０の
開口縁部に重なる部材はターゲット背板３６であった
が、これに限るものではなく、ターゲット３８を支持す
る任意の部材が可能である。また、上記実施例では、タ
ーゲット背板３６の接合部にフッ素系ゴムシール製のＯ
リング２３，３７を用いたが、これらのＯリングをメタ
ルシールで構成することも可能である。また、上述した
実施例のスパッタ装置はマグネトロンスパッタ装置であ
ったが、他の型のスパッタ装置にも本発明は適用可能で
ある。

【００３２】

【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、ターゲットおよびターゲットを支持する
部材で真空チャンバの開口を塞ぐようにしてスパッタガ
ンを該開口に装着してなる構成により、ターゲットの裏
側の部分と真空チャンバの室内とを完全に遮断し、ター
ゲット裏側から真空チャンバへの冷却水等の漏れを防止
することができ、真空チャンバ内の清浄度および真空度
を高めることができる。また、ターゲットと真空チャン
バとを絶縁するための絶縁部材と他の部材との接合部に
メタルシールを設けることで、絶縁材回りの密閉性を高
め、真空チャンバ内の真空度を一層高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるマグネトロンスパッタ
装置の構成を示す図である。

【図２】従来の典型的なマグネトロンスパッタ装置の構
成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 真空チャンバ １２ 開口 ２４ 絶縁材 ２６ 補強材 ２７ メタルシール ２９ メタルシール ３０ スパッタガン ３２ ケーシング ３６ ターゲット背板 ３８ ターゲット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村岡 直 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ テル・バリアン株式会社内 (72)発明者 原 正道 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ テル・バリアン株式会社内 (72)発明者 山口 博史 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ テル・バリアン株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバに設けられた所定の開口
   に、ターゲットを取付したスパッタガンを着脱可能に装
   着してなるスパッタ装置において、 前記ターゲットおよび前記ターゲットを支持する部材で
   前記真空チャンバの開口を塞ぐようにして前記スパッタ
   ガンを前記開口に装着する構成としたことを特徴とする
   スパッタ装置。
2. 【請求項２】 前記ターゲットと前記真空チャンバとを
   絶縁するための絶縁材と他の部材との接合部にメタルシ
   ールを設けてなることを特徴とする請求項１記載のスパ
   ッタ装置。