JPH04337068A - マグネトロン反応性スパッタ装置 - 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】

【０００１】〔発明の目的〕

【産業上の利用分野】本発明は反応性スパッタ装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空チャンバ内にプロセスガスと
してスパッタガス及び反応ガスを導入し、二つの電極に
高圧を印加してグロー放電を起こさせ、スパッタガスイ
オンにより材料ターゲットの原子をたたきだし、ターゲ
ットの材料原子と反応ガスイオンとを反応させ、その反
応生成物膜を、ターゲットと対向するウェーハ表面に生
成するスパッタ装置が知られている。

【０００３】このようなスパッタ装置には、マグネトロ
ンスパッタ装置と呼ばれるものがあり、このものは、材
料ターゲットを配する電極にマグネットを設け、このマ
グネットの磁界により、ターゲット表面付近に高密度の
プラズマを作り、このプラズマによってターゲットのス
パッタ速度を高め、ハイレートのスパッタリングを行う
ようになっており、近年では、大変、有用な技術として
多用されている。

【０００４】ところで、図４は従来のマグネトロン反応
性スパッタ装置のターゲット電極部の構造を示すもので
、４０はマグネトロン電極、４１はバッキングプレート
、４２は材料ターゲット、４３はターゲット４２をバッ
キングプレート４１に固定する止めねじ、４４は同じく
ターゲット押えである。

【０００５】この図に示すように、マグネトロンスパッ
タ装置は、マグネット電極４０上にターゲットを配する
ための保持板としてバッキングプレート４１を備えてい
る。マグネトロンスパッタ装置においては、大電流密度
放電を利用することから、ターゲット自身の温度の過上
昇を防止する必要があるが、直接冷却水につけるわけに
はいかないため、ターゲット４２をバッキングプレート
４１上に装填し、このバッキングプレート４１を十分に
冷やし、間接的にターゲット４２を冷却しているもので
ある。なお、この冷却水はマグネトロン電極４０の冷却
を主たる目的としているものである。

【０００６】しかしながら、この従来のマグネトロンス
パッタ装置はスパッタリングレートがある程度に押えら
れている現状にある。

【０００７】つまり、まず、反応性スパッタでは、スパ
ッタガス（通常、Ａｒ）と反応ガス（Ｎ２　、Ｏ２　、
ＣＨ４　、ｅｔｃ）とが同時にターゲット表面に入射す
る。通常は、反応ガスとターゲット材との反応速度がタ
ーゲット材をスパッタする速度よりも速いためにスパッ
タされる時点ではターゲット表面は反応物に覆われてお
り、したがって基板上に成膜されるものは反応物となる
。スパッタ速度を徐々に上げてゆくと、あるところから
反応速度より速くなる点があり、これ以降は、基板上に
成膜されるものはターゲット材と同一物になってしまい
、反応物の成膜速度には限界が存在する。

【０００８】反応物の成膜速度を上げるには反応ガスと
ターゲット材との反応を促進させ、反応速度を上げる必
要があり、その手段としてターゲットの温度を上げる方
法がある。

【０００９】このターゲットの温度を上げる手段として
は、その冷却度合いを抑制することが考えられる。

【００１０】そして、冷却抑制手段としては、バッキン
グプレートの材質変更や冷却水系の変更が考えられる。

【００１１】しかし、このバッキングプレートには、そ
の熱伝導性、ターゲットとの反応性、冷却水による腐食
などの観点から主に銅（Ｃｕ）が用いられ、その材質は
、ほとんど限定されるため、このバッキングプレートの
材質を変えてターゲットの冷却度合いを抑制することは
困難である。

【００１２】また、冷却水はターゲットの冷却のみなら
ず、マグネトロンスパッタにおけるマグネトロンコイル
の冷却に大部分が使用されており、安全上、これ以上、
冷却水の温度を上げたり、止めることは困難である。

【００１３】これらの理由により、反応性スパッタでは
目的反応物のスパッタレートがある程度決まってしまっ
ていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のマグ
ネトロン反応性スパッタ装置にあっては、スパッタレー
トが頭打ちの現状にある。

【００１５】本発明は、この問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、バッキングプレートの
熱伝導性、ターゲットとの反応性、冷却水に対する耐腐
食性を低下させることなく、かつマグネトロンコイルの
冷却能を低下させることなくスパッタレートを向上させ
ることができるマグネトロン反応性スパッタ装置を提供
することにある。

【００１６】〔発明の構成〕

【課題を解決するための手段】

本発明のマグネトロン反応性スパッタ装置は、マグネッ
ト電極上に設けられたバッキングプレートと、このバッ
キングプレート上に設けられた材料ターゲットとの間に
、バッキングプレートプレートによる材料ターゲットの
冷却を抑制する層を設けたことを特徴とする。

【００１７】この冷却抑制層は、例えば、バッキングプ
レートとターゲットとの間にバッキングプレートより熱
伝送性の低い物を介在させたり、或いはバッキングプレ
ート及び材料ターゲットのうち少なくとも一方に、中空
溝や、冷却抑制物が埋め込まれた中実溝を形成すること
等により達成することができる。

【００１８】

【作用】本発明によれば、バッキングプレートとターゲ
ットとの間に冷却抑制層を配することでターゲットの温
度調整を達成するため、バッキングプレートの熱伝導性
、ターゲットとの反応性、冷却水に対する耐腐食性を低
下させることなく、かつマグネトロンコイルの冷却能を
低下させることなくスパッタレートを向上させることが
できる。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。図１は本発明の第１実施例に係るスパッ
タ装置の内部構造を示すものである。

【００２０】この図において、１はチャンバであり、こ
のチャンバ１内上部にはプラテン２が配設され、このプ
ラテン２の裏面に被処理基板であるウェーハ３が保持さ
れている。

【００２１】チャンバ１内下部には、プラテン２と対向
するようにマグネット電極４が配置され、このマグネッ
ト電極４内には冷却水通路が形成され、その下部に接続
されている中空軸５を通してその冷却水通路に冷却水が
供給される。このマグネット電極４の表面には例えば銅
（Ｃｕ）製のバッキングプレート６が載設され、このバ
ッキングプレート６の表面には、厚さ０．５〜１．０ｍ
ｍで銅より熱伝導率の低い材質、例えばステンレス製の
環状冷却抑制板７が載置され、この冷却抑制板７の表面
にはチタン（Ｔｉ）系ターゲット８が載置されている。 これら冷却抑制板７及びターゲット８はそれらの中心部
に螺合された止めねじ９及び周側部を押え付けるターゲ
ット押え１０によりバッキングプレート６に固定されて
いる。

【００２２】以上の構成において、まず、スパッタリン
グは、チャンバ１内にプロセスガスとしてスパッタガス
であるアルゴンガス（Ａｒ）ならびに反応ガスである窒
素ガス（Ｎ２　）を導入するとともに、二つの電極（プ
ラテン２及びマグネット電極４）に高圧を印加してグロ
ー放電を起こさせ、アルゴンイオン（Ａｒ＋　）により
ターゲット８の原子をたたきだす。ここで、ターゲット
８としてチタン（Ｔｉ）系のものを用いると、その原子
が窒素イオン（Ｎ−　）と反応し、窒化チタン（ＴｉＮ
）膜がウェーハ３表面に生成されてゆくこととなる。ま
た、マグネット電極４の磁界により、ターゲット８の表
面付近に高密度のプラズマを作り、このプラズマによっ
てターゲット８のスパッタ速度が高められる。

【００２３】そして、バッキングプレート６は、マグネ
ット電極４を介して冷却水により冷却されるが、このバ
ッキングプレート６とターゲット８との間には、バッキ
ングプレート６よりも熱伝導率の低い冷却抑制板７が介
在されるため、ターゲット８は従来より高温に保持され
、よりハイレートの反応性スパッタが可能となる。

【００２４】因みに、上述したように、プロセスガスと
してＡｒ、Ｎ２　を用い、ＴｉＮの成膜を行った結果、
従来は１２〜１４オングストローム／秒であったのに対
し、本発明によれば、２４〜２６オングストローム／秒
にまで向上された。

【００２５】なお、本実施例では、冷却抑制物として薄
いステンレス製の板を例に説明したが、高融点金属、ま
たは、これの窒化物、硅化物、炭化物、ホウ化物でも同
様の効果が期待できる。

【００２６】図２は本発明の第２実施例に係るスパッタ
装置のターゲット電極部の構造を示すものである。

【００２７】この図に示すものは、ターゲット８´の裏
面に冷却抑制溝１２を形成し、この冷却抑制溝１２の空
間により、ターゲット８´とバッキングプレート６との
接触面積を減少させ、もって熱伝導の抑制を図ったこと
を特徴とする。ここでは、この冷却抑制溝１２は、深さ
が１〜２ｍｍ、幅が５〜６ｍｍでターゲット８´と同軸
の環状溝として形成され、互いに径の異なるものが３条
、５〜６ｍｍの間隔を置いて設けられている。

【００２８】なお、ここでは溝１２の空間をそのまま熱
伝導抑制に利用したが、この溝１２の中に高融点金属、
または、これの窒化物、硅化物、炭化物、ホウ化物を埋
込むようにしても同様の効果が得られる。

【００２９】図３は本発明の第２実施例に係るスパッタ
装置のターゲット電極部の構造を示すものである。

【００３０】この図に示すものは、バッキングプレート
６´の表面に、ターゲット８と同軸であって、ターゲッ
ト８と同一面積で、深さが１〜２ｍｍの環状溝１３が形
成され、この環状溝１３内に上記したような冷却抑制物
体１４が埋込まれ、この冷却抑制物体１４の低熱伝導率
を利用するものである。

【００３１】この実施例の場合でも、第２実施例の構造
の如く、冷却抑制物を埋め込まずに空間を利用するよう
にしても良い。

【００３２】また、第２実施例や第３実施例の場合、タ
ーゲット８´の裏面やバッキングプレート６´の表面の
一部に冷却抑制層を設けたが、全面に形成しても良い。

【００３３】さらには、上記全実施例では、冷却抑制層
が０．５〜２．０ｍｍの厚さを持つが、この厚さは表面
処理なみのオーダーであっても同様の効果が期待できる
。

【００３４】よって、本発明は上記実施例には限定され
ず、各種の構造で冷却抑制層を設けることができるもの
である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、バ
ッキングプレートとターゲットとの間に冷却抑制層を配
することでターゲットの温度調整を達成するため、バッ
キングプレートの熱伝導性、ターゲットとの反応性、冷
却水に対する耐腐食性を低下させることなく、かつマグ
ネトロンコイルの冷却能を低下させることなくスパッタ
レートを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るマグネトロン反応性
スパッタ装置の構造を示す断面図。

【図２】本発明の第２実施例に係るマグネトロン反応性
スパッタ装置のターゲット電極部の構造を示す断面図。

【図３】本発明の第３実施例に係るマグネトロン反応性
スパッタ装置のターゲット電極部の構造を示す断面図。

【図４】従来のマグネトロン反応性スパッタ装置のター
ゲット電極部の構造を示す断面図。

【符号の説明】

１　　スパッタチャンバ ２　　プラテン ３　　ウェーハ ４　　マグネトロン電極 ５　　中空軸 ６　　バッキングプレート ７　　冷却抑制板 ８　　材料ターゲット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マグネット電極上に設けられたバッキング
   プレートと該バッキングプレート上に設けられた材料タ
   ーゲットとの間に、前記バッキングプレートによる該材
   料ターゲットの冷却を抑制する層を設けたことを特徴と
   するマグネトロン反応性スパッタ装置。
2. 【請求項２】冷却抑制層が、バッキングプレート及び材
   料ターゲットのうち少なくとも一方に形成された中空溝
   により構成されている請求項１記載のマグネトロン反応
   性スパッタ装置。
3. 【請求項３】冷却抑制層が、バッキングプレート及び材
   料ターゲットのうち少なくとも一方に形成され且つ内部
   に冷却抑制物が埋め込まれた中実溝により構成されてい
   る請求項１記載のマグネトロン反応性スパッタ装置。