特許 7531680 カソードユニットおよび成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-01

(45)【発行日】2024-08-09

(54)【発明の名称】カソードユニットおよび成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20240802BHJP

【ＦＩ】

C23C14/34 C

C23C14/34 L

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023193544

(22)【出願日】2023-11-14

(62)【分割の表示】P 2020024918の分割

【原出願日】2020-02-18

(65)【公開番号】P2024003149

(43)【公開日】2024-01-11

【審査請求日】2023-11-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】品田 正人

(72)【発明者】

【氏名】アバラ アインシュタイン ノエル

【審査官】今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－４３７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１６９９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２５７９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１７６８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１９７２５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スパッタ成膜を行うためのカソードユニットであって、
スパッタ粒子を放出するターゲットと、
前記ターゲットが接合された金属製の冷却板を有するターゲット冷却部と、
前記ターゲットに給電する電源と、
を有し、
前記ターゲットには、スパッタ成膜の際に、相対的に高温となる高温領域が形成され、
前記冷却板は、冷却媒体が通流する冷却媒体通流空間と、前記冷却媒体通流空間を厚さ方向に規定する第１の壁部および第２の壁部とを有し、
前記冷却媒体通流空間には、前記第１の壁部および前記第２の壁部に結合された第１の仕切り板、ならびに前記第１の壁部および前記第２の壁部のいずれか一方のみに結合された第２の仕切り板により前記冷却媒体の流路が形成され、
前記冷却媒体通流空間の前記高温領域に対応する部分には、第１の仕切り部材が存在せず、
前記ターゲットおよび前記冷却板は矩形状をなし、前記第１の仕切り板および前記第２の仕切り板は、前記冷却板の短辺方向に延びており、
前記ターゲットに漏洩磁場を与えてマグネトロンスパッタを行うためのマグネットと、前記マグネットを前記ターゲットの長辺方向に揺動させる駆動機構とを有するマグネットアッセンブリをさらに有し、
前記高温領域は、前記マグネットを揺動させる際の前記マグネットの停止位置に対応する部分である、カソードユニット。

【請求項2】

スパッタ成膜を行うためのカソードユニットであって、
スパッタ粒子を放出するターゲットと、
前記ターゲットが接合された金属製の冷却板を有するターゲット冷却部と、
前記ターゲットに給電する電源と、
を有し、
前記ターゲットには、スパッタ成膜の際に、相対的に高温となる高温領域が形成され、
前記冷却板は、冷却媒体が通流する冷却媒体通流空間と、前記冷却媒体通流空間を厚さ方向に規定する第１の壁部および第２の壁部とを有し、
前記冷却媒体通流空間には、前記第１の壁部および前記第２の壁部に結合された第１の仕切り板、ならびに前記第１の壁部および前記第２の壁部のいずれか一方のみに結合された第２の仕切り板により前記冷却媒体の流路が形成され、
前記冷却媒体通流空間の前記高温領域に対応する部分には、第１の仕切り部材が存在せず、
前記ターゲットおよび前記冷却板は矩形状をなし、前記第１の仕切り板および前記第２の仕切り板は、前記冷却板の短辺方向に延びており、
前記ターゲットに漏洩磁場を与えてマグネトロンスパッタを行うための複数のマグネットと、複数の前記マグネットを前記ターゲットの長辺方向に揺動させる駆動機構とを有するマグネットアッセンブリをさらに有し、
複数の前記マグネットを揺動させた際に、前記マグネットのそれぞれの停止位置が近接ないしオーバーラップし、前記停止位置における前記マグネットからの漏洩磁場が前記ターゲットにおいてオーバーラップした部分が、前記高温領域に対応する、カソードユニット。

【請求項3】

前記冷却板は、アルミニウム、銅、モリブデン、およびステンレス鋼のいずれかからなる、請求項１または請求項２に記載のカソードユニット。

【請求項4】

前記ターゲット冷却部は、前記冷却板を支持するベース板を有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のカソードユニット。

【請求項5】

前記冷却板と前記ベース板とは一体に形成されている、請求項４に記載のカソードユニット。

【請求項6】

前記ターゲットは、コバルトよりも低い熱伝導率を有する低熱伝導材料である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のカソードユニット。

【請求項7】

前記ターゲットは、チタンまたはセラミックスで形成されている、請求項６に記載のカソードユニット。

【請求項8】

前記ターゲットと前記冷却板とは、インジウム、ガリウム、スズ、または銀、またはこれらの合金で構成された接合材で接合されている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のカソードユニット。

【請求項9】

前記第１の仕切り板は、前記冷却媒体通流空間の前記流路の屈曲部分を規定し、前記第２の仕切り板は、前記短辺方向の流路を規定する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のカソードユニット。

【請求項10】

前記マグネットは、その長手方向が前記ターゲットの短辺方向と一致するように配置される、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のカソードユニット。

【請求項11】

処理容器と、
前記処理容器内で基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部の上方に配置されたカソードユニットと、
前記処理容器内にプラズマ生成ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
前記カソードユニットは、
スパッタ粒子を放出するターゲットと、
前記ターゲットが接合された金属製の冷却板を有するターゲット冷却部と、
前記ターゲットに給電する電源と、
を有し、
前記ターゲットは、スパッタ成膜の際に、相対的に高温となる高温領域が形成され、
前記冷却板は、冷却媒体が通流する冷却媒体通流空間と、前記冷却媒体通流空間を厚さ方向に規定する第１の壁部および第２の壁部とを有し、
前記冷却媒体通流空間は、前記第１の壁部および前記第２の壁部に結合された第１の仕切り板、ならびに前記第１の壁部および前記第２の壁部のいずれか一方のみに結合された第２の仕切り板により前記冷却媒体の流路が形成され、
前記冷却板の前記高温領域に対応する部分には、前記冷却媒体通流空間に第１の仕切り部材が存在せず、
前記ターゲットおよび前記冷却板は矩形状をなし、前記第１の仕切り板および前記第２の仕切り板は、前記冷却板の短辺方向に延びており、
前記ターゲットに漏洩磁場を与えてマグネトロンスパッタを行うためのマグネットと、前記マグネットを前記ターゲットの長辺方向に揺動させる駆動機構とを有するマグネットアッセンブリをさらに有し、
前記高温領域は、前記マグネットを揺動させる際の前記マグネットの停止位置に対応する部分である、成膜装置。

【請求項12】

処理容器と、
前記処理容器内で基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部の上方に配置されたカソードユニットと、
前記処理容器内にプラズマ生成ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
前記カソードユニットは、
スパッタ粒子を放出するターゲットと、
前記ターゲットが接合された金属製の冷却板を有するターゲット冷却部と、
前記ターゲットに給電する電源と、
を有し、
前記ターゲットは、スパッタ成膜の際に、相対的に高温となる高温領域が形成され、
前記冷却板は、冷却媒体が通流する冷却媒体通流空間と、前記冷却媒体通流空間を厚さ方向に規定する第１の壁部および第２の壁部とを有し、
前記冷却媒体通流空間は、前記第１の壁部および前記第２の壁部に結合された第１の仕切り板、ならびに前記第１の壁部および前記第２の壁部のいずれか一方のみに結合された第２の仕切り板により前記冷却媒体の流路が形成され、
前記冷却板の前記高温領域に対応する部分には、前記冷却媒体通流空間に第１の仕切り部材が存在せず、
前記ターゲットおよび前記冷却板は矩形状をなし、前記第１の仕切り板および前記第２の仕切り板は、前記冷却板の短辺方向に延びており、
前記ターゲットに漏洩磁場を与えてマグネトロンスパッタを行うための複数のマグネットと、複数の前記マグネットを前記ターゲットの長辺方向に揺動させる駆動機構とを有するマグネットアッセンブリをさらに有し、
複数の前記マグネットを揺動させた際に、前記マグネットのそれぞれの停止位置が近接ないしオーバーラップし、前記停止位置における前記マグネットからの漏洩磁場が前記ターゲットにおいてオーバーラップした部分が、前記高温領域に対応する、成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、カソードユニットおよび成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金属膜を成膜する技術の一つとして、ターゲットからのスパッタ粒子を基板上に堆積させるスパッタ成膜が用いられている。特許文献１には、基板に対してスパッタ堆積を行う装置が記載されている。この装置は、真空チャンバと、スパッタリング源とを含み、スパッタリング源は、ターゲット受容面を有するパッキング支持体を有し、パッキング支持体のターゲット受容面と反対側の面は磁石アッセンブリに面している。パッキング支持体は、冷却液を含む冷却チャンネルを有し、冷却されるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１８－５２３７５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、スパッタリングの際に加熱されるターゲットの熱膨張による剥がれを抑制することができるカソードユニットおよび成膜装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係るカソードユニットは、スパッタ成膜を行うためのカソードユニットであって、スパッタ粒子を放出するターゲットと、前記ターゲットが接合された金属製の冷却板を有するターゲット冷却部と、前記ターゲットに給電する電源と、を有し、前記ターゲットには、スパッタ成膜の際に、相対的に高温となる高温領域が形成され、前記冷却板は、冷却媒体が通流する冷却媒体通流空間と、前記冷却媒体通流空間を厚さ方向に規定する第１の壁部および第２の壁部とを有し、前記冷却媒体通流空間には、前記第１の壁部および前記第２の壁部に結合された第１の仕切り板、ならびに前記第１の壁部および前記第２の壁部のいずれか一方のみに結合された第２の仕切り板により前記冷却媒体の流路が形成され、前記冷却媒体通流空間の前記高温領域に対応する部分には、第１の仕切り部材が存在せず、前記ターゲットおよび前記冷却板は矩形状をなし、前記第１の仕切り板および前記第２の仕切り板は、前記冷却板の短辺方向に延びており、前記ターゲットに漏洩磁場を与えてマグネトロンスパッタを行うためのマグネットと、前記マグネットを前記ターゲットの長辺方向に揺動させる駆動機構とを有するマグネットアッセンブリをさらに有し、前記高温領域は、前記マグネットを揺動させる際の前記マグネットの停止位置に対応する部分である。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、スパッタリングの際に加熱されるターゲットの熱膨張による剥がれを抑制することができるカソードユニットおよび成膜装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係るカソードユニットを有する成膜装置の一例を示す断面図である。

【図2】一実施形態に係るカソードユニットを有する成膜装置の一例を示す概略平面図である。

【図3】一実施形態に係るカソードユニットを示す断面図である。

【図4】一実施形態に係るカソードユニットを示す平面図である。

【図5】一実施形態に係るカソードユニットにおけるマグネット停止位置とターゲットの高温領域との関係を示す平面図である。

【図6】第２の仕切り板の数を変更した冷却媒体流路を用いたカソードユニットの例を示す平面図である。

【図7】マグネットを３つ設けた場合のマグネットの揺動態様とターゲットの高温領域を示す図である。

【図8】マグネットを４つ設けた場合のマグネットの揺動態様とターゲットの高温領域を示す図である。

【図9】冷却板の冷却媒体流路の他の例と、その冷却媒体流路の構造とターゲットの高温領域との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して実施形態について具体的に説明する。

【0009】

＜成膜装置の構成＞
図１は一実施形態に係るカソードユニットを有する成膜装置の一例を示す断面図、図２はその概略平面図である。

【0010】

本実施形態の成膜装置１は、基板Ｗ上にスパッタリングによって金属、合金、または化合物の膜を成膜するものである。基板Ｗは特に限定されないが、例えばＳｉ等の半導体基体を有する半導体ウエハを挙げることができる。

【0011】

成膜装置１は、処理容器１０と、基板保持部２０と、カソードユニット３０と、ガス供給部４０と、シャッター５０と、制御部６０とを備える。

【0012】

処理容器１０は、例えばアルミニウム製であり、基板Ｗの処理を行う処理室を画成する。処理容器１０は、接地電位に接続されている。処理容器１０は、上部が開口された容器本体１０ａと、容器本体１０ａの上部開口を塞ぐように設けられた蓋体１０ｂとを有する。蓋体１０ｂは、略円錐台状をなしている。

【0013】

処理容器１０の底部には排気口１１が形成され、排気口１１には排気装置１２が接続されている。排気装置１２は、圧力制御弁、および真空ポンプを含んでおり、排気装置１２により、処理容器１０内が所定の真空度まで真空排気されるようになっている。

【0014】

処理容器１０の側壁には、隣接する搬送室（図示せず）との間で基板Ｗを搬入出するための搬入出口１３が形成されている。搬入出口１３はゲートバルブ１４により開閉される。

【0015】

基板保持部２０は、略円板状をなし、処理容器１０内の底部近傍に設けられ、基板Ｗを水平に保持するようになっている。基板保持部２０は、ベース部２１および静電チャック２２を有する。ベース部２１は例えばアルミニウムからなる。静電チャック２２は、誘電体からなり、内部に電極２３が設けられている。電極２３には直流電源（図示せず）から直流電圧が印加され、これによる静電気力により基板Ｗが静電チャック２２の表面に静電吸着される。

【0016】

また、基板保持部２０の内部には温調機構（図示せず）が設けられていてもよい。温調機構としては、例えば、基板保持部２０に温調媒体を通流する機構やヒーターを用いることができる。

【0017】

基板保持部２０は、支軸２６を介して処理容器１０の下方に設けられた駆動装置２５に接続されている。支軸２６は駆動装置２５から処理容器１０の底壁を貫通して延び、その先端が基板保持部２０の底面中央に接続されている。駆動装置２５は、支軸２６を介して基板保持部２０を回転および昇降するように構成されている。支軸２６と処理容器１０の底壁との間は、封止部材２８により封止されている。封止部材２８を設けることにより、処理容器１０内を真空状態に保ったまま支軸２６が回転および昇降動作することが可能となる。封止部材２８として、例えば磁性流体シールを挙げることができる。

【0018】

カソードユニット３０は、ターゲット３１を有し、処理容器１０の蓋体１０ｂの傾斜面に設けられる。図２に示すように、本例では、４つのカソードユニット３０が同じ高さ位置に等間隔で設けられている。カソードユニットの数はこれに限らず１個以上の任意の個数であってよい。カソードユニット３０の詳細については後で詳細に説明する。

【0019】

ガス供給部４０は、ガス供給源４１と、ガス供給源４１から延びるガス供給配管４２と、ガス供給配管４２に設けられたマスフローコントローラのような流量制御器４３と、ガス導入部材４４とを有している。ガス供給源４１からは、処理容器１０内において励起されるプラズマ生成ガスとして不活性ガス、例えば、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ等の希ガス（図１はＡｒガスの例を示す）が、ガス供給配管４２およびガス導入部材４４を介して処理容器１０内に供給される。処理容器１０内に供給されたガスは、ターゲット３１に電圧が印加されることにより励起される。

【0020】

シャッター５０は、成膜に使用していないターゲット３１を遮蔽する機能を有する。シャッター５０は処理容器１０の蓋部１０ｂに沿った円錐台状をなし４つのターゲット３１の投影領域をカバーする大きさを有し、ターゲット３１よりも若干大きいサイズの開口部５１が形成されている。そして、成膜に使用されるターゲット３１に開口部５１が対応し、他のターゲット３１はシャッター５０により遮蔽される。シャッター５０は、処理容器１０の天井部の中心に設けられた回転軸５２を介して回転自在に取り付けられている。回転軸５２は処理容器１０の上方に設けられた回転機構５３に接続されており、シャッター５０は回転機構５３により回転される。

【0021】

制御部６０は、コンピュータからなり、成膜装置１の各構成部を制御するＣＰＵからなる主制御部を有する。また、その他に、キーボードやマウス等の入力装置、出力装置、表示装置、記憶装置を有する。制御部６０の主制御部は、記憶装置に処理レシピが記憶された記憶媒体をセットすることにより、記憶媒体から呼び出された処理レシピに基づいて成膜装置１に所定の動作を実行させる。

【0022】

＜カソードユニット＞
図３はカソードユニットを示す断面図、図４はその平面図である。図３に示すように、カソードユニット３０は、ターゲット３１と、ターゲット３１を保持しターゲット３１を冷却するターゲット冷却部３２と、ターゲット３１に電力を供給する電源３３と、マグネットアッセンブリ３４とを有する。

【0023】

ターゲット３１は、堆積しようとする膜を構成する金属、合金、または化合物からなり、平面形状が矩形状をなす。ターゲット３１を構成する材料は、成膜しようとする膜に応じて適宜選択される。ターゲット３１を構成する材料として、コバルト（Ｃｏ）よりも熱伝導率が低い低熱伝導性材料、例えばチタン（Ｔｉ）やセラミックス（アルミナ等）を用いてもよい。４つのターゲット３１は異なる材料で構成されていてもよいし、同じ材料で構成されていてもよい。ターゲット３１に電圧が印加されることにより、スパッタ粒子が放出される。成膜の際には、１または２以上のターゲット３１に電圧を印加してスパッタ粒子を放出させることができる。

【0024】

ターゲット冷却部３２は、処理容器１０の蓋体１０ｂの傾斜面に形成された穴部１０ｃの内側に絶縁性部材３５を介して取り付けられ、ターゲット３１の裏面側に設けられている。ターゲット冷却部３２は、ベース板６１と、冷却板６２とを有し、ターゲット３１に対応した矩形状をなす。冷却板３２とターゲット３１とは接合されている。これらの接合には、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、または銀（Ａｇ）、またはこれらの合金（Ｉｎ－Ｓｎ等）で構成された接合材３６を用いることができる。これらは比較的融点が低く、ターゲット３１の取り外しが容易である。これらの接合には拡散接合を用いてもよい。ターゲット３１の外周にはフランジ部が形成され、そのフランジ部と冷却板６２とは、クランプリング３７により固定されている。

【0025】

ベース板６１は金属製であり、冷却板６２を支持するように設けられる。ベース板６１を構成する金属は特に限定されないが、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ステンレス鋼等を用いることができる。

【0026】

冷却板６２は金属製であり、内部に冷却媒体通流空間６３を有する。冷却板３２を構成する金属としては、ベース板６１と同様、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、ステンレス鋼等を用いることができる。冷却板３２の材料としては、熱伝導性の高いＣｕが好適である。冷却板６２はベース板６１と一体であってもよい。

【0027】

冷却板６２は、冷却媒体通流空間６３を厚さ方向に規定するベース板６１側の第１の壁部６２ａおよびターゲット３１側の第２の壁部６２ｂを有している。冷却媒体としては水（冷却水）を用いることができる。冷却板６２の一方の長辺の中央には冷却媒体導入口６３ａが設けられ、冷却板６２の両短辺の他方の長辺側には冷却媒体排出口６３ｂが設けられている。したがって、冷却媒体は、冷却媒体導入口６３ａから冷却媒体通流空間６３に導入され、後述する流路に沿って流れた後、冷却媒体排出口６３ｂから排出される。

【0028】

冷却媒体は、気体を巻き込まずに整流状態で冷却媒体通流空間６３を流路に沿って通流する必要がある。そのために、冷却板６２の長辺方向が水平であり、短辺方向が、冷却媒体導入口６３ａから冷却媒体排出口６３ｂに向けて上昇するように傾斜している。短辺方向が、冷却媒体導入口６３ａが下になるように垂直であってもよい。ターゲット３１も冷却板６２と同様の向きに配置することができる。

【0029】

冷却媒体通流空間６３は、短辺方向に延びる、第１の仕切り板６４および第２の仕切り板６５で複数に仕切られており、これにより流路が形成されている。第１の仕切り板６４は、冷却媒体の通流方向が屈曲する流路を形成するように設けられ、第２の仕切り板６５は、冷却媒体が同じ向きに並列に流れる流路を形成するように設けられている（図４参照）。

【0030】

第１の仕切り板６４は、冷却板６２の第１の壁部６２ａおよび第２の壁部６２ｂの両方に結合されており、第２の仕切り板６５は、第１の壁部６２ａのみに結合されている。冷却板６２は、例えば、第１の壁部６２ａから第１および第２の仕切り板６４および６５が延びる本体部を準備し、第２の壁部６２ｂとなる板材を本体部の周囲および第１の仕切り板６４に接合するように設けることにより製造することができる。なお、第２の仕切り板６５は、第２の壁部６２ｂのみに結合されていてもよい。

【0031】

冷却媒体通流空間６３は、冷却板６２中央に存在する第１領域６３１と、その両側の第２領域６３２ａおよび６３２ｂと、されにその両側の第３領域６３３ａおよび６３３ｂとを有する。各領域の間は、第１の仕切り板６４により仕切られている。

【0032】

第１領域６３１は、冷却媒体導入口６３ａから導入された冷却媒体を他方の長辺側に導く冷却板６２中央の広い領域であり、その中にその領域を６分割して流路を形成するように短辺方向に沿って５つの第２の仕切り板６５が配置されている。第１領域６３１の５つの第２の仕切り板６５は、冷却板６２の長辺側壁部には接しておらず、一方の長辺側の冷却媒体導入口６３ａから冷却媒体通流空間６３に導入された冷却媒体は、６分割されて形成された流路を通って他方の長辺側壁部に至る。他方の長辺側壁部の中央には振り分け板６６が設けられており、これにより冷却媒体が両側に振り分けられ、長辺方向に沿った流路を流れて両側の第２領域６３２ａおよび６３２ｂに至る。

【0033】

第１領域６３１と第２領域６３２ａおよび６３２ｂの間の第１の仕切り板６４は、冷却媒体導入口６３ａ側の一方の長辺側壁部から短辺方向に延びるように設けられている。

【0034】

第２領域６３２ａおよび６３２ｂは、第１領域６３１から第１の仕切り板６４により通流方向が屈曲された冷却媒体を他方の長辺側から一方の長辺側へ向かう方向に通流させる。第２領域６３２ａおよび６３２ｂの中には、これら領域を２分割して流路を形成するように短辺方向に沿って１つの第２の仕切り板６５が配置されている。

【0035】

第２領域６３２ａおよび６３２ｂと第３領域６３３ａおよび６３３ｂの間の第１の仕切り板６４は、冷却媒体導入口６３ａと反対側の他方の長辺側壁部から短辺方向に突出するように設けられている。

【0036】

第３領域６３３ａおよび６３３ｂは、第２領域６３２ａおよび６３２ｂから第１の仕切り板６４により通流方向が屈曲された冷却媒体を一方の長辺側から他方の長辺側へ向かう方向に通流させる。第３領域６３３ａおよび６３３ｂの中には、それぞれの領域を３分割して流路を形成するように短辺方向に沿って２つの第２の仕切り板６５が配置されている。

【0037】

第３領域６３３ａおよび６３３ｂには冷却媒体排出口６３ｂが接続されており、冷却媒体は第３領域６３３ａおよび６３３ｂの流路を通流した後、冷却媒体排出口６３ｂから排出される。

【0038】

電源３３は、冷却板６２を介してターゲット３１に給電するように構成されており、冷却板６２がターゲット電極として機能する。電源３３は直流電源であっても、交流電源であってもよい。ターゲット３１が導電性材料の場合は電源３３として直流電源を用い、冷却板６２に負の直流電圧が印加される。ターゲット３１が絶縁材料の場合は電源３３として交流電源が用いられる。

【0039】

マグネットアッセンブリ３４は、ターゲット冷却部３２のターゲット３１とは反対側、すなわち、ベース板６１側に設けられている。マグネットアッセンブリ３４は、２つのマグネット７１および７２と、マグネット駆動部７３とを有している。マグネット７１および７２は、ターゲット３１に漏洩磁場を与え、マグネトロンスパッタを行うためのものであり、その長手方向がターゲット３１の短辺方向に一致するように構成されている。マグネット７１および７２は、ターゲット３１の長辺方向に揺動可能に設けられており、マグネット駆動部７３により駆動される。２つのマグネット７１および７２は間隔をおいて配置されており、その間隔を保ったまま揺動されるようになっている。具体的には、マグネット７１は実線で示すターゲット３１の一方の端部（図面左側端部）と破線で示す中央付近の位置との間で揺動し、マグネット７２は実線で示すターゲットの中央付近の位置と破線で示す他方の端部（図面右側端部）との間で揺動する。

【0040】

スパッタ成膜の際に、マグネット７１および７２を揺動させることにより漏洩磁場の均一化を図っている。しかし、マグネット７１および７２を揺動させてもマグネット７１および７２の揺動の際の方向転換位置付近ではマグネットの移動速度が低下するため、停止位置付近で局部的に漏洩磁場が強くなる。具体的には、図５に示すように、ターゲット３１の、マグネット７１および７２の中央側のマグネット停止位置８１と端部側のマグネット停止位置８２の付近に対応する部分において漏洩磁場が局部的に強くなる。そのため、スパッタ成膜の際に、その部分を含む領域でプラズマによる加熱がより強くなり相対的に高温の高温領域となる。そして、その高温領域でエロージョンが進行する。特に、マグネット７１および７２の双方の中央側のマグネット停止位置８１が近接し、停止位置８１におけるマグネット７１および７２からの漏洩磁界がターゲット３１でオーバーラップするため、その部分でターゲット３１がより高温となり、よりエロージョンが進行する。以降、ターゲット３１の２つの中央側のマグネット停止位置８１に対応する領域を第１の高温領域９１とし、端部のマグネット停止位置８２の周囲の高温領域を第２の高温領域９２とする。

【0041】

本実施形態では、相対的に高温となる第１の高温領域９１および第２の高温領域９２が存在することを考慮して、上述した冷却板６２の冷却媒体通流空間６３の第１の仕切り板６４および第２の仕切り板６５の位置を設定している。すなわち、図５に示すように、冷却板６２の第１および第２の高温部分９１および９２に対応する部分は、第１の壁部６２ａおよび第２の壁部６２ｂに結合された第１の仕切り板６４が位置せず、第２の仕切り板６５のみが位置するようにしている（図５では第１の仕切り板６４のみ図示）。具体的には、中央側の第１の高温領域９１に冷却媒体通流空間６３の第１領域６３１を対応させ、端部側の第２の高温領域９２に冷却媒体通流空間６３の第３領域６３３ａおよび６３３ｂを対応させている。

【0042】

このように、冷却媒体通流空間６３におけるターゲット３１の高温領域に対応する部分に、第１の壁部６２ａおよび第２の壁部６２ｂに拘束される第１の仕切り板６４が存在せず、一方の壁部のみに結合された第２の仕切り板６５のみ存在している。このため、冷却板６２におけるターゲット３１の高温部分に対応する部分はフレキシブルであり変形が許容されるので、ターゲット３１の熱膨張による剥がれが抑制される。

【0043】

一方、相対的に低温となる冷却板３２の停止位置の間の部分には、第１の仕切り板６４が位置し、冷却媒体の通流方向の屈曲を許容するとともに、冷却板３２の剛性を保持するようになっている。

【0044】

なお、本実施形態において、冷却板６２の冷却媒体通流空間６３における第２の仕切り板６５の数は、冷却媒体が整流状態で通流可能である限り自由である。例えば、図６に示すように、第２の仕切り板６５を、第１領域６３１に３個、第３領域６３３ａおよび６３３ｂにそれぞれ１個設け、第２領域６３２ａおよび６３２ｂには設けないようにしてもよい。

【0045】

また、冷却板６２の一方の長辺の中央には冷却媒体導入口を設け、冷却板６２の両短辺の他方の長辺側に冷却媒体排出口を設けた冷却媒体通流空間の流路構成は、図４の例に限らず、ターゲット３１の高温領域の位置および数に対応して自由に設定することができる。

【0046】

＜成膜装置の動作＞
次に、以上のように構成される成膜装置の動作について説明する。
まず、ゲートバルブ１４を開け、処理容器１０に隣接する搬送室（図示せず）から、搬送装置（図示せず）により基板Ｗを処理容器１０内に搬入し、基板保持部２０に保持させる。

【0047】

そして、処理容器１０内を真空引きするとともに、処理容器１０内を予め定められた圧力に制御する。次いで、あらかじめシャッター５０により、使用するターゲット３１を遮蔽し放電させてターゲットの表面を清浄化させる。その後、シャッター５０により使用しないターゲット３１を遮蔽し、使用するターゲット３１に開口部５１を対応させた状態で成膜処理を開始する。

【0048】

ガス供給部４０から処理容器１０内へ不活性ガス、例えばＡｒガスを導入する。次いで、電源３３からターゲット冷却部３２を介してターゲット３１に電圧を印加してＡｒガスを励起させる。このときマグネット７１および７２の漏洩磁場がターゲットの周囲に及ぼされることにより、プラズマがターゲット３１の周囲に集中してマグネトロンプラズマが形成される。この状態でプラズマ中の正イオンがターゲット３１に衝突し、ターゲット３１からその構成元素がスパッタ粒子として放出され、マグネトロンスパッタによりスパッタ粒子が基板Ｗ上に堆積される。

【0049】

このようなマグネトロンスパッタ成膜においては、プラズマによりターゲット３１の温度が高温となる。このため、ターゲット３１の裏面側に冷却媒体通流空間６３が形成された冷却板６２を設け、ターゲット３１を冷却板６２に接合し、冷却媒体通流空間６３の流路に冷却媒体を通流させてターゲット３１を冷却する。

【0050】

しかし、ターゲット３１を冷却媒体により冷却するのみでは、必ずしも十分な冷却が行われず、ターゲット３１が局部的に加熱されることによる熱変形により冷却板６２が剥がれる場合がある。

【0051】

そのため、本実施形態では、マグネトロンプラズマを生成するためにマグネット７１，７２からターゲット３１に漏洩磁場を印加する際に、極力均一に漏洩磁場を印加する観点から、マグネット７１および７２を揺動している。

【0052】

しかし、上述したように、ターゲット３１では、マグネット７１および７２が停止位置（中央側のマグネット停止位置８１と端部側のマグネット停止位置８２）付近において局部的に漏洩磁場が強くなる。このため、ターゲット３１の、その部分に対応する部分で、プラズマによる加熱がより強くなり相対的に高温の第１および第２の高温領域９１および９２が形成され、エロージョンも進行する。特に、マグネット７１および７２の双方の中央側のマグネット停止位置８１が近接し、停止位置８１におけるマグネット７１および７２からの漏洩磁界がターゲット３１でオーバーラップするため、その部分に対応する第１の高温領域９１でターゲット３１がより高温となり、よりエロージョンが進行する。

【0053】

このようにターゲット３１が局部的に加熱されて高温となることにより、その部分において熱膨張により変形が生じ、ターゲット冷却部３２からの剥がれが生じやすくなる。特に、ターゲット３１がＣｏよりも熱伝導理が低い低熱膨張材料、例えばＴｉやセラミックス（アルミナ等）で形成されている場合は熱移動が生じ難く、そのような傾向がより顕著となる。

【0054】

また、ターゲット３１の局部的に加熱された部分でエロージョンが進行することにより、その部分が薄くなり、ますます変形が生じやすくなる。ターゲット３１がターゲット冷却部３２から剥がれると、ターゲット３１がターゲット冷却部３２によって冷却され難くなり、ターゲット３１が溶融してしまうおそれがある。

【0055】

そこで、本実施形態では、第１の高温領域９１および第２の高温領域９２に対応する冷却媒体通流空間６３の部分を、第１の壁部６２ａおよび第２の壁部６２ｂに結合された第１の仕切り板６４が存在せず、一方の壁部のみに結合された第２の仕切り板６５のみが存在するようにしている。これにより、冷却板６２のターゲット３１の高温部分に対応する部分はフレキシブルであり、ターゲット３１の熱膨張による変形に対応して変形することが許容される。このため、ターゲット３１が熱膨張による変形によりターゲット冷却部３２（冷却板６２）から剥がれることが抑制され、ターゲット３１が溶融することが防止される。一方、第２の仕切り板６５だけでは、流路の屈曲部で冷却媒体が飛び越えて気体を巻き込むおそれがあり、また冷却板６２の剛性も保てない。このため、第１の壁部６２ａおよび第２の壁部６２ｂに結合された第１の仕切り板６４が必要である。この第１の仕切り板６４を、相対的に低温となる停止位置の間の部分に対応する部分に設けたので、第１の仕切り板６４が、ターゲット３１の高温部分の熱変形に追従して冷却板６２が変形することを妨げることがない。

【0056】

２つの中央側のマグネット停止位置８１に対応する第１の高温領域９１は、漏洩磁界がオーバーラップするためより高温となり、特に変形が大きくなるが、冷却板６２の対応部分はその変形に対応して変形できるようになっている。すなわち、冷却媒体通流空間６３のオーバーラップ領域に対応する部分の全体が、第１の仕切り板６４が存在しない広い第１領域６３１となっているため、冷却板６２のその部分はターゲット３１の大きい変形に追従して大きく変形し得る。

【0057】

なお、本実施形態では、冷却板６２の最も高温となる第１の高温領域９１に対応する部分のみならず、第２の高温領域９２に対応する部分においても、第１の仕切り板６４の存在しない変形可能領域としている。しかし、第２の高温領域９２のターゲット３１の変形が小さければ、第１の高温領域９１に対応する部分のみを変形可能領域としてもよい。

【0058】

＜他の実施形態＞
次に、他の実施形態について説明する。
マグネットアッセンブリ３４のマグネットの数は２つに限らず、１つでも３つ以上でもよい。図７はマグネットを３つ設けた例であり、図８はマグネットを４つ設けた例である。図７および図８は、ターゲット３１の高温領域（エロージョン領域）とマグネットの配置との関係を示す。マグネットの配置の上段はマグネットの初期配置を示し、下段はマグネットが初期位置から最大揺動した際の配置を示す。

【0059】

マグネットが３つの場合、例えば、図７に示すように、３つのマグネット１０１，１０２，１０３がターゲット３１の長辺方向に揺動する。このとき、各マグネットの停止位置が２箇所で近接し、近接した停止位置の各マグネットから発生する漏洩磁界がターゲット３１でオーバーラップし、２つのオーバーラップ領域が形成される。このため、ターゲット３１上の２つのオーバーラップ領域が高温領域１１１となる。

【0060】

マグネットが４つの場合、例えば、図８に示すように、４つのマグネット１２１，１２２，１２３，１２４がターゲット３１の長辺方向に揺動する。このとき、各マグネットの停止位置がオーバーラップし、オーバーラップした停止位置の各マグネットから発生する漏洩磁界もターゲット３１でオーバーラップし、３つのオーバーラップ領域が形成される。このため、ターゲット３１上の３つのオーバーラップ領域が高温領域１３１となる。

【0061】

図７および図８の例の場合も、ターゲット３１の高温領域に対応して、冷却板６２の冷却媒体通流空間６３に第１の仕切り板６４が存在しない領域を形成することにより、ターゲット３１の熱変形に応じて冷却板６２を変形させることができる。

【0062】

また、冷却板６２に形成される冷却媒体通流空間の流路構成も図４のような構成に限らない。例えば、図９に示すように、冷却板６２の一方の長辺側端部から冷却媒体を導入して他方の長辺側端部から冷却媒体を排出するような流路構成を有する冷却媒体通流空間６３´であってもよい。図９の冷却媒体通流空間６３´は、一方の長辺側端部に冷却媒体導入口６３ａ´が存在し、他方の長辺側端部に冷却媒体排出口６３ｂ´が存在する。冷却媒体通流空間６３´は、短辺方向に延びる複数の第１の仕切り板６４で仕切られて流路が形成されている。第１の仕切り板６４は、上述したように、冷却板６２の第１の壁部６２ａおよび第２の壁部６２ｂの両方に結合されている。複数の第１の仕切り板６４は、一方の長辺側壁部から短辺方向に延びるものと、他方の長辺側壁部から短辺方向に延びるものとが交互に設けられており、第１の仕切り板６４により通流方向が屈曲する流路が形成されるようになっている。

【0063】

図９において、冷却媒体通流空間６３´は、図８の４つのマグネットを用いてターゲット３１に３箇所の高温領域１３１が形成される場合に対応可能なものを例示している。すなわち、冷却媒体通流空間６３´の３箇所の高温領域１３１に対応する流路領域６３１´に第１の仕切り板６４が存在しないように、第１の仕切り板６４の間隔が調整されている。そして、流路領域６３１´には、短辺方向に延びる第２の仕切り板６５が設けられて２つの流路が形成されている。上述したように、第２の仕切り板６５は、冷却板６２の第１の壁部６２ａのみに結合され、長辺側壁部に接続されずに短辺方向に延び、冷却媒体を整流状態で導く機能を有している。

【0064】

図９に示す冷却媒体通流空間６３´が形成された冷却板６２によっても、ターゲット３１の高温領域に対応して、第１の仕切り板６４が存在しない領域を形成することができ、ターゲット３１の熱変形に応じて冷却板６２を変形させることができる。

【0065】

なお、図９に示す冷却媒体通流空間６３´の場合、冷却板６２の長辺方向が水平のみならず、冷却板６２の長辺方向の冷却媒体排出口６３ｂ´側の端部を高くし、冷却媒体導入口６３ａ´側の端部を低くして長辺方向に傾斜させることも可能である。このような配置でも冷却媒体に気体が巻き込まれ難い。短辺方向の傾斜は任意である。この場合は、ターゲット３１も同様に長辺方向が水平のみならず、同様に傾斜して設けることができる。このように一方の長辺側端部に冷却媒体導入口を設け、他方の長辺側端部に冷却媒体排出口を設けた冷却媒体通流空間の流路は、図９の例に限らず、ターゲット３１の高温領域の位置および数に対応して自由に設定することができる。

【0066】

＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【0067】

例えば、上記実施形態では、マグネットを用いたマグネトロンスパッタについて示したが、ターゲットが局部的に高温になる場合であれば、これに限らない。また、冷却媒体通流空間の流路の設計も、ターゲットの高温領域の位置や数によって種々変形可能である。

【符号の説明】

【0068】

１；成膜装置
１０；処理容器
１０ａ；容器本体
１０ｂ；蓋体
２０；基板保持部
３０；カソードユニット
３１；ターゲット
３２；ターゲット冷却部
３３；電源
３４；マグネットアッセンブリ
３６；接合材
４０；ガス供給部
６０；制御部
６１；ベース板
６２；冷却板
６３，６３´；冷却媒体通流空間
６４；第１の仕切り板
６５；第２の仕切り板
７１，７２，１０１，１０２，１０３，１２１，１２２，１２３，１２４：マグネット
７３；マグネット駆動部
８１，８２；マグネット停止位置
９１，９２，１１１，１３１；高温領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】