JPH03134170A - スパッタ装置及びスパッタ方法 - Google Patents

スパッタ装置及びスパッタ方法

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JPH03134170A
JPH03134170A JP27299489A JP27299489A JPH03134170A JP H03134170 A JPH03134170 A JP H03134170A JP 27299489 A JP27299489 A JP 27299489A JP 27299489 A JP27299489 A JP 27299489A JP H03134170 A JPH03134170 A JP H03134170A
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Kenichi Kubo
久保 謙一
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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) プラズマ装置例えばスパッタ装置では、スパッタガスを
気密容器内に導入し、このガスをプラズマ化し、例えば
、イオンが負電圧のターゲットに衝突してターゲツト材
をスパッタし、陽極側に設けられた半導体ウェハ等の試
料の表面に付着して薄膜を形成するものである。
特開昭59−67189では、第5図(A)、(B)に
示すように、冷却水が循環供給される磁石ハウジング1
00の外表面にターゲット102を固定し、前記磁石ハ
ウジング100に回転自在に設けた駆動軸104に多重
羽根撹拌車106と磁石組立体108とを固定し、供給
される冷却水により撹拌車104を回転駆動させ、上記
ターゲット102の裏面側に゛C磁石組立体108を回
転することにより、ターゲット102の広範囲の表面領
域に磁場を形成し、エロージョンエリアを拡大している
(発明が解決しようとする課題) 上記磁石組立体108を回転させることは二ローション
エリアの拡大に大きな効果を奏するが、本発明者は上記
のような磁力源を回転させることにより、ターゲット1
02に渦電流が生じ、ターゲット2が回転されてしまう
ことを発見した。
このようにターゲットが回転駆動されてしまうと、この
ターゲットを冷却し、ターゲットへの電圧印加を兼ねる
こともある冷却ブロックとの間の接触が阻害されてしま
い、冷却あるいは電圧印加が阻害されてスパッタリング
に支障が生じてしまう。
そこで、本発明の目的とするところは、磁力源を回転さ
せてエロージョンエリアの拡大を図りながらも、被スパ
ッタ材料体が回転駆動されることを確実に防止できるス
パッタ装置を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、披スパッタ材料体を冷却ブロックに装着し、
被スパッタ材料体の裏面側にてプラズマ封じ込め用の磁
力源を回転駆動しながらスパッタリングを行なうスパッ
タ装置において、上記被スパッタ材料体の中心よりずれ
た偏心位置に、上記被スパッタ材料体および上記冷却ブ
ロックを係合させる回転防止部材を設けたことを特徴と
する。
(作用) 本発明によれば、プラズマを封じ込めるための磁力源を
披スパッタ材料体の裏面側にて回転駆動することにより
、エロージョンエリアの拡大を図っているが、この磁力
源の回転に伴い被スパッタ材料体に渦電流が生じ、磁力
源の磁界の強さ及びその回転速度により、被スパッタ材
料体に生ずる上記渦電流に起因して被スパッタ材料体が
回転するような力が発生しても、回転防止部材の作用に
より被スパッタ材料体の回転を防止することができる。
特に、被スパッタ材料体をねじにより装着した場合には
、このねじ結合が弱まることを防止できる。
(実施例) 以下、本発明スパッタ装置の一実施例について図面を参
照して具体的に説明する。
第1図は、スパッタ装置の一例としてマグネトロン形ス
パッタ装置を示すもので、図示しない真空容器内には、
半導体ウェハ1と被スパッタ材料体としてのターゲット
2とが対向して配置されている。前記半導体ウェハ1は
、ウェハ加熱機構3を含む試料台4に支持されている。
前記ウェハ1の上方に配置される前記ターゲット2は、
保持部材5によって保持されている。このターゲット2
は、ウェハ1に形成すべき材料に応じてその母材が選択
され、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、ニッケル等、あるいはこれらを素材
とする合金で形成され、場合によっては焼結金属等の熱
伝導性の悪い材料も用いられる。その形状も、断面段付
形状1円板状1円錐状、角板状、角錐状等向れでもよい
。このターゲット2には、給電部材23および冷却ブロ
ックとしての前記保持部材5を介して負の直流電圧が印
加され、カソード電極を構成するものである。
前記保持部材5のさらに上方には、この保持部材5を支
持し、かつ、後述するマグネット10を回転自在に支持
するための基台6が設けられている。この基台6の中央
部には、中空筒状の円筒部6aが形成されている。そし
て、前記円筒部6aの周囲にはベアリング7が配置され
、このベアリング7によって回転円盤8が回転自在に支
持されている。そして、この回転円盤8の偏心した位置
に前記マグネット10が固着されている。一方、前記基
台6の上面にはマグネット回転用モータ11が固定され
、このモータ11の出力軸には第1のギア12が固着さ
れている。また、前記回転円盤8と同心にて第2のギア
13が固着され、この第1.第2のギア12.13が噛
合するようになっている。この結果、前記マグネット回
転用モータ11を駆動することで、この回転出力は第1
のギア12.第2のギア13を介して前記回転円盤8に
伝達され、前記マグネット10を回転駆動することにな
る。
前記保持部材5は、ターゲット2を冷却可能に保持し、
かつ、ターゲット2に負の直流電圧を印加する電極とし
て作用するものである。このために、保持部材5には複
数の冷却ジャケット15が配置されている。そして、こ
の冷却ジャケット15内に冷却媒体例えば冷却水を循環
させることで、保持部材5を冷却し、この保持部材5と
ターゲット2との間の熱交換によってプラズマ発生時の
ターゲット2の昇温を抑制するようになっている。また
、上記保持部材5は前記基台6の円筒部6aに挿通され
、この基台6に絶縁して支持された給電部材23の一端
にネジ止め固定されることで、ターゲット2への電圧印
加を可能としている。
尚、前記ターゲット2の周囲には、絶縁体16を介して
アノード電極17が設けられ、さらに、ウェハ1とター
ゲット2との間を必要に応じて遮ぎることか可能なよう
にシャッタ18が設けられ、このシャッタ18をシャッ
タ駆動機構19によって駆動可能としている。
前記ターゲット2は、−段又は複数段例えば−段の段付
きの円板状に形成され、第2図に示すようにスパッタリ
ング面を有する大径部21と、この大径部21の裏面側
中央にて突出形成された小径部22とから構成されてい
る。尚、上記大径部21の周縁部21aの直径を!、と
し、小径部22の周縁部22aの直径を!2とする。一
方、前記ターゲット2を保持するための保持部材5は段
付き穴形状となっていて、前記ターゲット2の大径部2
1に対応する大径穴24と、前記小径部22に対応する
小径穴25とを有している。尚、大径穴24の内周面2
4aの直径を!、とし、小径穴25の内周面25aの直
径を14とす□る。そして、上記ターゲット2及び保持
部材5の大きさについては、常温下にあっては!1〜1
4の関係が以下のようになっている。
!、<1..12<14 ここで、前記大径部21と大径穴24との直径方向のギ
ャップ及び小径部22と小径穴22との直径方向のギャ
ップは、それぞれ以下のように設定されている。
すなわち、ターゲット2はプラズマ発生時の昇温により
熱膨張するため、前記大径部21の直径方向の熱膨張長
さが、前記大径部21.大径穴24の直径方向の間隙と
ほぼ同一となっている。
同様に、ターゲット2の熱膨張による前記小径部22の
熱膨張長さは、この小径部22.小径穴25の直径方向
の間隙とほぼ同一となっている。
したがって、ターゲット2の熱膨張により、大径部21
の周縁部21a及び小径部22の周縁部22aがそれぞ
れ膨張し、前記大径穴24.小径穴25のそれぞれの内
周面24 a、  25 aにほぼ同様の密閉度で密着
することになる。尚、同一温度の下にあっては、前記大
径部21と小径部22の膨張長さが相違するため、これ
らの周縁部21a、22gとこれに対向する穴部の内周
面24 a、  25 a間のギャップ距離はそれぞれ
相違している。
上記ターゲット2のスパッタ面側は、スパッタ粒子の飛
翔方向を考慮してその中心側のテーパ面31と周縁側の
テーパ面32とを有し、かつ、昇温の激しいターゲット
2の中央部を保持部材5にクランプするようにしている
。このクランプは例えば第3図に示すように、ターゲッ
ト2の中心に段付き孔34を形成し、この段付き孔34
に締結具40を挿通して保持部材5のねじ孔27と連結
することで実現している。この段付き孔34は凹部36
と、その底面36aよりターゲット2の裏面に貫通する
貫通孔38から成る。また、前記締結具40は、中空筒
状スペーサ42と、これに挿通されて前記保持部材らの
ねじ孔27に螺合されるボルト44から成る。そして、
前記スペーサ42は、前記底面36aに当接しない位置
にフランジ42aを有している。
さらに、前記ターゲット2の小径部22には、その中心
より偏心した位置に2つのストッパ用孔39.39を有
している。そして、このストッパ用孔39.39と対向
する位置であって、前記保持部材5の小径穴25の底面
には、回転防止用ピン26.26が突出形成されている
。これらの両者で、本発明の回転防止部祠の一例を構成
している。
次に、作用について説明する。
このスパッタ装置にてスパッタリングを行うために、ウ
ェハ1及びターゲット2をそれぞれ支持した状態で、こ
れらが配置される真空容器(図示せず)内の真空度を例
えば10−1〜10−’Torrに荒引きする。次に、
上記真空容器内の真空度を10−5〜10−’Torr
台に高真空引きし、その後この真空容器内にスパッタガ
ス例えばArガスを導入し、真空容器内を10−2〜1
0−’Torr台に設定する。ここで、ターゲット2に
給電部材23及び保持部材5を介して負電圧を印加する
と、このターゲット2のスパッタリング面側にプラズマ
が形成され、さらにこのターゲット2の裏面側にてマグ
ネット10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30を形成するこ
とができる。特に、マグネット10の永久磁石の配列を
、特願昭63−297747に開示したものとすること
で、回転半径方向の内、外に拡がる磁力線を形成でき、
マグネット10の外形より大きなプラズマリング30を
形成できる。
このプラズマリング30の形成によりイオン化率が向上
し、ターゲット2のスパッタリング面での所定エロージ
ョンエリアにてスパッタが実行されることになる。
ここで、ウェハ1に対する付着速度(デポジションレー
ト)を上げると、ターゲット2の表面温度が著しく上昇
し、所定温度を越えると適正な薄膜形成に支障が生じて
しまう。そこで、このターゲット2を有効に冷却する必
要があるが、本実施例では下記のようにしてその冷却を
実行している。
ターゲット2を構成する大径部21及び小径部22のそ
れぞれの周縁部21a、22aの直径!+、12は、こ
れに対向する保持部材5の大径穴24.小径穴25の内
周面24a、25aの直径!、、14よりも常温下で小
さくなっているが、ターゲット2に負電圧を印加し、プ
ラズマの生成を行うことによりターゲット2が昇温する
と、上記大径部21.小径部22が熱膨張し、それぞれ
の周縁部21a、22aが保持部材5の対向する内周面
24a、25aに密着することになる。この領域の密着
性は、スパッタリング実行中にあってはターゲット2の
温度が所定温度以上を維持するため損われることがなく
、従ってターゲット2の周縁部21a、22aと保持部
材5の内周面24a、25aとの接触面にて効率の良い
熱交換を実施することが可能となる。
このように、ターゲット2及び保持部材5との確実な接
触を確保できる結果、前記保持部材5を負電圧の印加用
電極として兼用しても、その電気的接触を確実に確保で
きることになる。
また、本実施例ではターゲット2の中央側を締結具40
を介して保持部材5に対してクランプすることによ7て
、特に昇温の著しいターゲット2の中央部の反りを規制
している。
ここで、本実施例では、ターゲット2の中央凹部36の
底面36aが、スペーサ42のフランジ42aに当接す
るまで、ターゲット2の反りを許容することで、ターゲ
ット2がさらに熱によって膨張しようとする場合の逃げ
場を確保しているが、第4図に示すように、締結具40
によってターゲット2の反りを完全に防止するものであ
ってもよい。
ここで、上記マグネット10の回転速度としては、その
磁界の均一性を高めるためには1・Orpm以上で回転
することが好ましいが、20「pIIlを越えるとター
ゲット10に生ずる渦電流により、ターゲット2が回転
することが確認された。
本実施例では、上記の回転速度以上でマグネット10を
たとえ回転させても、回転防止用ビン26とストッパ用
孔39との係合によりターゲット2の回転を防止できる
。このため、上記のように締結具40の螺合によってタ
ーゲット2の装着を実行しても、このターゲット2が回
転すること起因してねじ結合が弱まることを防止できる
この結果、ターゲット2と保持部材5との熱的接触、電
気的接触を維持でき、スパッタリングに支障が生ずるこ
とを防止できる。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
たとえば、ターゲット2の回転防止部材としては、上記
実施例のようにストッパ用孔39及び回転防止用ビン2
6の係合によるものに限定されず、ターゲット2の偏心
位置にてその回転方向への移動を規制するように係合で
きる他の種々の手段を採用できる。
また、この回転防止部材の配置も、ターゲット2の裏面
側に限らず、ターゲット側面などであってもよい。
[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プ
ラズマ封じ込め用の磁力源を回転駆動して二ローション
エリアの拡大を図りながらも、被スパッタ材料体に生ず
る^電流に起因して波スパッタ材料体が回転駆動される
ことを防止することができ、被スパッタ材料体と冷却ブ
ロックとの間の接触を常時維持することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を適用したスパッタ装置の一例を示す
概略断面図、 第2図は、ターゲット、保持部材の取付は構造を説明す
るための概略斜視図、 第3図はターゲットと保持部材との連結構造を示す概略
断面図、 第4図は、締結部材の変形例を示す概略断面図、第5図
(A)、(B)は、回転駆動される従来の磁力源の一例
を示す概略説明図である。 2・・・被スパッタ材料体、 5・・・冷却ブロック、 10・・・磁力源、 26.39・・・回転防止部材。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被スパッタ材料体を冷却ブロックに装着し、被ス
    パッタ材料体の裏面側にてプラズマ封じ込め用の磁力源
    を回転駆動しながらスパッタリングを行なうスパッタ装
    置において、 上記被スパッタ材料体の中心よりずれた偏心位置に、上
    記被スパッタ材料体および上記冷却ブロックを係合させ
    る回転防止部材を設けたことを特徴とするスパッタ装置
JP27299489A 1989-10-20 1989-10-20 スパッタ装置及びスパッタ方法 Expired - Fee Related JP2766527B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1318209A1 (en) * 2001-10-30 2003-06-11 Anelva Corporation Sputtering apparatus and film forming method
EP2626444A2 (en) 2003-12-25 2013-08-14 JX Nippon Mining & Metals Corporation Copper or copper alloy target/copper alloy backing plate assembly

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US7156961B2 (en) 2001-10-30 2007-01-02 Anelva Corporation Sputtering apparatus and film forming method
EP2626444A2 (en) 2003-12-25 2013-08-14 JX Nippon Mining & Metals Corporation Copper or copper alloy target/copper alloy backing plate assembly
US9472383B2 (en) 2003-12-25 2016-10-18 Jx Nippon Mining & Metals Corporation Copper or copper alloy target/copper alloy backing plate assembly

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