CN118048613A - 磁控溅射装置用的阴极单元及磁控溅射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不损害从靶效率良好地带走热量的功能且能可靠地防止背板和磁铁单元之间的干扰的磁控溅射装置用的阴极单元。本发明的磁控溅射装置(SM)用的阴极单元(CU)，具有：背板(4)，其接合在以面向真空室(1)内的姿态设置的靶(3)的溅射面(3a)所背对的上侧；以及磁铁单元(5)，其留出间隔地配置在背板的上方；在背板内形成可流通冷媒的冷媒通道(43)；设置表面压力施加装置(7，8)，其从背板上方朝该背板的上外表面(42b)施加与在冷媒流通时施加在背板的上内表面(42a)上的压力(P1)同等的表面压力(P2)。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁控溅射装置用的阴极单元以及具备该阴极单元的磁控溅射装置，所述阴极单元具备：背板，其接合在以面向真空室内的姿态设置的靶的溅射面所背对的上侧；以及磁铁单元，其留出间隔地配置在背板的上方；在背板内形成可流通冷媒的冷媒通道。
背景技术
上述类型的磁控溅射装置用的阴极单元的构成为：来自在靶的溅射过程中产生的等离子体的辐射热等从靶表面传导到内部，通过与之接合的背板由其内部流通的冷却水等冷媒带走热量。这种所谓的夹套式背板通常由与靶的背对溅射面一侧接合的支撑板和设置在该支撑板上侧并在其与支撑板之间形成冷媒通道的罩板(夹套)所构成(例如参见专利文件1)。此时由于背板的上方配置有磁铁单元，因此如果要确保冷媒通道中流通的冷媒的流量，并使漏磁场有效地作用到溅射面的下方空间中的话，构成背板的支撑板和罩板的板厚度不能太厚。
然而，近年来为了进一步提高生产率，要求该类溅射装置有更快的成膜速度，在成膜时，在靶上例如施加超过20kW的高电力，随之要求能更有效率地从靶带走热量。这种情况下，会考虑提高给冷媒通道的冷媒的供给压力，但是如果构成背板的罩板的板厚度很薄，则冷媒在冷媒通道中流通时施加给罩板的压力会使其变形而向上方鼓起，有时可能会干扰到磁铁单元。为了抑制这种背板的变形，也会考虑通过横贯冷媒通道的螺栓以朝支撑板拉罩板(特别是中央区域)的方式固定支撑板和罩板，但这样一来，冷媒通道内冷媒的流动会变化，有时反而不能效率良好地从靶带走热量。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利公开平7-331428号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
鉴于上述情况，本发明的技术问题是提供一种不损害从靶效率良好地带走热量的功能且能可靠地防止背板和磁铁单元之间干扰的磁控溅射装置用阴极单元及磁控溅射装置。
解决技术问题的手段
为解决上述技术问题，本发明的磁控溅射装置用的阴极单元，其特征在于，具有：背板，其接合在以面向真空室内的姿态设置的靶的溅射面所背对的上侧；以及磁铁单元，其留出间隔地配置在背板的上方；在背板内形成可流通冷媒的冷媒通道；设置表面压力施加装置，其从背板上方朝该背板的上外表面施加与在冷媒流通时施加在背板上内表面上的压力同等的表面压力。此外，在本发明中，“同等”中，不但包括施加在背板的上内表面的压力和施加在上外表面上的表面压力严格意义上相同的情况，还包括在不使背板上表面(或其一部分)朝下方鼓起地变形使得流体通道的横截面积缩小的范围内施加表面压力的情况。
在本发明中可采用的结构是，所述表面压力施加装置具有：密封结构的.磁盒，其连通设置在所述背板的上表面，收纳磁铁单元；以及流体供给装置，其可向.磁盒内供给流体。这种情况下，如果设置使供给到所述.磁盒内的流体循环的循环装置的话，则通过在.磁盒内循环的流体和在背板内的冷媒通道中流通的冷媒的热交换，可抑制在冷媒通道中流通的冷媒的温度上升，可效率良好地从靶带走热量。
采用上述方式，为了在溅射过程中冷却靶，在背板内以规定的供给压力使冷媒流通时，由于即使有向背板的上内表面施加压力也有从背板的上方朝上外表面施加表面压力，因此会尽量抑制背板变形为朝上方鼓起，从而不会发生背板干扰磁铁单元这类问题。而且，由于冷媒通道内也不存在阻碍冷媒流通的螺栓等部件，因此冷媒可在背板内的冷媒通道中流通无阻，所以也不会损害从靶效率良好地带走热量的功能。从而本发明适用于溅射成膜时对靶施加高电力的装置。
再有，本发明的磁控溅射装置，其特征在于，具备：上述阴极单元；真空室，其中阴极单元的靶以朝其内部的姿态设置，并且在溅射面的前方空间中配置有被处理基板；溅射电源，其对靶施加电力；以及气体导入装置，其可将溅射气体导入真空气氛中的真空室内。
附图说明
图1是示出本发明的具有阴极单元的磁控溅射装置的结构示意图。
具体实施方式
以下参照附图，以规定温度的冷却水作为冷媒，对本发明的磁控溅射装置用的阴极单元及具备该阴极单元的磁控溅射装置的实施方式进行说明。以下表示上、下等方向的用语以图1为基准。
参照图1，磁控溅射装置SM具备真空室1。真空室1上经排气管11连接有真空泵Vp，可将真空室1内真空排气到规定压力(例如1×10-5Pa)。在真空室1的侧壁上，间置质量流量控制器12地连接有气管13，可将流量受控制的作为溅射气体的稀有气体(例如氩气)导入真空室1内。质量流量控制器12构成本实施方式的气体导入装置。
在真空室1下部设置有台架2，能以其成膜面朝上的姿态保持硅晶片等被处理基板(下称“基板Sw”)。台架2具有：基台21，其间隔绝缘体2a设置在真空室1的下壁上；以及卡板22，其设置在基台21上并内置有静电卡盘用的电极(省略图示)；通过以图外的卡盘用电源给电极通电，可吸附基板Sw。
真空室1上部设置有本实施方式的阴极单元CU。阴极单元CU具备：靶3，其具有与基板Sw匹配的轮廓(例如圆形)；热传导率良好的金属材质的背板4，其接合在靶3的溅射面3a所背对的一侧；以及磁铁单元5，其留出间隔d1地配置在背板4的上方，使漏磁场作用在溅射面3a的下方空间内。靶3根据铝、铜或氮化钛等要在基板Sw上形成的薄膜的成分制作。靶3上连接来自溅射电源Ps的输出，根据靶类型，可施加带负电位的直流电力和规定频率的交流电力。
背板4接合热传导率良好的金属材质的一对支撑板41、42地构成，通过间隔绝缘体4a将另一支撑板42的外周边部接合到真空室1的侧壁上端，以溅射面3a面向真空室1内且与基板Sw相对的姿态设置接合到背板4上的靶3。一侧的支撑板41具有比靶3大一圈的面积，结合在靶3的溅射面3a所背对的一侧。作为罩板的另一侧的支撑板42具有比一侧的支撑板41大一圈的面积以及板厚度d2。在面对一侧的支撑板41设置的另一侧的支撑板42的下表面上，例如形成有从径向一侧朝另一侧延伸的多个凹槽43a，在接合了一对支撑板41、42时，通过各凹槽43a划分出冷却水流通的冷媒通道43。
在背板4的外侧面，彼此对置地设置有第1流入口44a和第1流出口44b。并且，在靶3的溅射过程中，通过设置在真空室1外的制冷单元6以规定的供给压力将冷却水供给到第1流入口44a，使在冷媒通道43中流通的冷却水从第1流出口44b返回到制冷单元6，以此使规定温度的冷却水在背板4内循环。另一方面，另一侧的支撑板42的板厚度d2和存在凹槽43a的位置处的支撑板42的板厚度d3根据靶3和磁铁单元5之间的上下方向上的距离设置，使得可将来自磁铁单元5的漏磁场有效地作用在溅射面3a的下方空间中。此时，在存在凹槽43a的位置处的支撑板42的下表面部分42a(相当于背板4的上内表面)上作用使冷却水在冷媒通道43中流通时的压力(下称“第1压力P1”)
另一侧的支撑板42的上表面42b上间隔密封部件7a地相连设置有密封结构的.磁盒7，其内部收纳有磁铁单元5。磁铁单元5具备磁轭51和设置在磁轭51下表面的多个磁体52，在磁轭51上经兼用作液体密封的轴承Br连接贯通.磁盒7的上壁部71并延伸的旋转轴53。并且，当通过电机Mt对旋转轴53进行旋转时，磁铁单元5被围绕其轴以规定速度旋转驱动。.磁盒7的侧壁部72上彼此对置地设置有第2流入口73a和第2流出口73b。在靶3的溅射过程中，与上述同样地，通过制冷单元8以规定的供给压力将作为流体的冷却水供给到第2流入口73a，从第2流出口73b返回到制冷单元8，以此使冷却水在.磁盒7内循环。此时，在冷却水连接的另一侧的支撑板42的上表面42b(相当于背板4的上外表面)上，与导入.磁盒7内的冷却水的重量和压力对应地作用表面压力(下称“第2压力P2”)。
像这样根据冷却水的重量和压力而作用表面压力的各部件构成本实施方式的表面压力施加装置，例如通过控制来自制冷单元8的冷却水的循环流量使第1压力P1和第2压力P2同等。此外，“同等”中不但包括施加在背板4的上内表面42a上的第1压力P1和施加在上外表面42b上的第2压力P2严格意义上匹配的情况，还包括在不使背板4的上表面42b(或其一部分)朝下方鼓起地变形使得冷媒通道43的横截面积缩小的范围内施加第2压力P2的情况。再有，制冷单元8构成本实施方式的流体供给装置和循环装置，通过使供给到.磁盒7内的冷却水循环，借助在.磁盒7内循环的冷却水和在背板4内的冷媒通道43内流通的冷却水的热交换，可抑制在冷媒通道43内流通的冷却水温度上升。
通过上述溅射装置SM在基板Sw表面形成规定的薄膜时，将溅射气体以规定流量导入真空气氛的真空室1内，从溅射电源Ps向靶3施加电力。然后在真空室1内产生等离子体，通过在等离子体中电离的离子溅射靶3，在基板Sw表面形成规定的薄膜。在溅射过程中，从制冷单元6以规定的供给压力经背板4的冷媒通道43循环冷却水，并且从制冷单元8以规定的供给压力经.磁盒7内循环冷却水。此时，控制导入.磁盒7内的冷却水的流量，使得根据施加在背板4的上内表面42a的第1压力P1，在背板4的上外表面42b上施加同等的第2压力P2。由此，来自在靶3的溅射过程中产生的等离子体的辐射热等从靶3表面传导到内部，经与之接合的背板4被在其内部流通的冷却水将热量带走，将靶3调整到固定的温度以下。在这种情况下，例如，如果将导入.磁盒7内的冷却水的温度设置为与供给到冷媒通道43的冷却水的温度为同等以下的话，则通过在.磁盒7内循环的冷却水和在背板4内的冷媒通道43中流通的冷却水的热交换，可抑制在冷媒通道43中流通的冷却水温度上升，可效率良好地从靶3带走热量。
像这样采用本实施方式，即使在溅射过程中通过使冷媒在冷媒通道43流通而在背板4的上内表面42a施加第1压力P1，但由于从背板4的上方朝上外表面42b施加有第2压力P2，因此抑制住背板4的支撑板42朝上方鼓起地变形，从而不会发生支撑板42干扰磁铁单元5等的问题。而且，由于不使用横贯冷媒通道43的螺栓等固定支撑板41和支撑板42，因此冷媒通道43内也不存在阻碍冷却水的流通的螺栓等部件，可使冷却水在冷媒通道43流通无阻，从而也不会损害可效率良好地从靶3带走热量的功能。
以上说明了本发明的实施方式，但只要不脱离本发明的技术思想范围，可以有各种变形。在上述实施方式中，作为背板4以接合热传导率良好的金属材质的一对支撑板41、42而构成的产品为例进行了说明，但并不限于这样的背板4的形态，在溅射过程中存在背板4朝上方鼓起地变形而干扰磁铁单元5的可能时，不论是否是一体，都可广泛适用本发明。再有，在上述实施方式中，以使用冷却水作为供给到.磁盒7内的流体的情况为例进行了说明，但不限于此，只要是能向支撑板42的上外表面42b施加表面压力即可。作为流体，例如可使用氩气等气体，这种情况下，只要将气体导入.磁盒7内使其内部加压到高于大气压的压力向背板4的上表面42b施加表面压力即可。另一方面，也可设置与背板4的上表面42b抵接的按压板，配置为不干扰.磁盒7内被旋转驱动的磁铁单元，使用气缸等机械性地向背板4的上表面42b施加表面压力。
附图标记说明
SM.溅射装置、Sw.基板(被处理基板)、1.真空室、12.质量流量控制器(气体导入装置的构成要素)、3.靶、3a.溅射面、4.背板、42a.背板的上内表面、42b.背板的上外表面、43.冷媒通道、5.磁铁单元、6.制冷单元、7..磁盒(表面压力施加装置的构成要素)、8.制冷单元(表面压力施加装置的构成要素、流体供给装置、循环装置)、Ps.溅射电源。
Claims (4)
1.一种磁控溅射装置用的阴极单元，其特征在于：
具有：背板，其接合在以面向真空室内的姿态设置的靶的溅射面所背对的上侧；以及磁铁单元，其留出间隔地配置在背板的上方；
在背板内形成可流通冷媒的冷媒通道；
设置表面压力施加装置，其从背板上方朝该背板的上外表面施加与在冷媒流通时施加在背板的上内表面上的压力同等的表面压力。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射装置用的阴极单元，其特征在于：
所述表面压力施加装置具有：密封结构的.磁盒，其相连设置在所述背板的上表面，收纳磁铁单元；以及流体供给装置，其可向.磁盒内供给流体。
3.根据权利要求2所述的磁控溅射装置用的阴极单元，其特征在于：
设置使供给到所述.磁盒内的流体循环的循环装置。
4.一种磁控溅射装置，其特征在于，具备：
根据权利要求1-3中任意一项所述的磁控溅射装置用的阴极单元；真空室，其中阴极单元的靶以朝其内部的姿态设置，并且在溅射面的前方空间中配置有被处理基板；溅射电源，其对靶施加电力；以及气体导入装置，其可将溅射气体导入真空气氛中的真空室内。
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