KR100801311B1

KR100801311B1 - 스퍼터링 공정용 튜브 음극

Info

Publication number: KR100801311B1
Application number: KR1020060073139A
Authority: KR
Inventors: 만쁘리뜨 슈마하; 게르하뜨 요스
Original assignee: 어플라이드 매터리얼스 게엠베하 운트 컴퍼니 카게
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-05
Also published as: KR20070016093A

Abstract

본 발명은 타겟 캐리어와 타겟을 갖는 튜브 음극에 관한 것이다. 타겟은 단일 부품 타겟 또는 다중 부품 타겟일 수 있다. 타겟 캐리어와 타겟 사이에는 타겟 캐리어의 길이방향 축을 따라 열 전도성 재료로 된 복수의 환형 요소가 배치된다. 환형 요소는 좁은 링에 의해 서로 분리되어 있다. 타겟은 하나 이상의 단부면에 홈을 가지며, 이 홈에 의해 타겟은 분리된 환형 요소 위에서 쉽게 미끄러질 수 있다.

타겟, 타겟 캐리어, 튜브 음극, 캐리어 튜브, 링

Description

스퍼터링 공정용 튜브 음극{TUBE CATHODE FOR USE IN SPUTTER PROCESSES}

도1은 단일 부품 타겟을 갖는 튜브 음극.

도2는 다중 부품 타겟을 갖는 튜브 음극.

도3은 타겟 부품을 갖는 캐리어 튜브.

도4는 두 개의 타겟 부품을 갖는 캐리어 튜브.

도5는 미끄러지는 두 개의 링 타겟을 갖는 캐리어 튜브.

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 튜브 음극에 관한 것이다.

소위 평면 음극이라 불리는 것과 달리, 튜브 음극은 기판을 코팅할 때 매우 우수한 성능을 갖고 있어서 더욱 빈번하게 그 사용이 증가되고 있다. 이러한 튜브 음극은 타겟 캐리어와 타겟 및 타겟 캐리어 내에 고정된 자석 시스템을 포함하고 있다.

타겟이 스퍼터링 공정에 의해 소모되면, 타겟은 타켓 캐리어와 함께 처분되고, 새로운 타겟 캐리어를 갖는 새로운 타겟이 스퍼터링 장치에 설치된다.

원통형 스퍼터링 타켓의 생산 방법은 이미 알려져 있으며, 여기에는 냉각 수 단이 통과하는 통로를 포함하는 냉각 튜브가 형성되어 있다(US2001/0047936 A1). 또한, 스퍼터링되는 재료로 구성된 복수의 링이 생성된다. 생성된 링은 이어서 냉각 튜브에 놓여지고, 이러한 링의 돌출부는 스퍼터링될때 기판에 층을 형성한다.

또한 스퍼터링 재료로 구성된 슬리브와 튜브를 포함하는 스퍼터링 타겟이 알려져 있는데, 슬리브의 내경은 튜브의 외경보다 커서, 튜브와 슬리브 사이에 환형 공간이 형성된다(US 6 409 897 B1). 환형 공간은 적어도 부분적으로 열 전도 물질에 의해 점유되고, 이 열 전도 물질은 각각의 입자로 구성된 물질을 포함하며, 이 물질은 대기 온도에서 유동한다.

나아가 캐리어에 위치된 원통형 타겟 물질을 포함하는 원통형 타겟도 알려져 있다(US 2003/0136662 A1). 타겟 물질과 캐리어 사이에는 완충요소가 있다. 이 완충 요소는 탄소 펠트일 수 있다.

유사하게, 타겟 캐리어와 타겟 사이에는 전기 전도성 매트가 삽입된다(US 6 787 011 B2).

또한, 원통형 캐리어 요소와 타겟 물질을 포함하는 하나 이상의 중공 원통형 타겟을 갖는 타겟 장치가 알려져 있으며, 여기서 타겟은 적어도 부분적으로 캐리어 요소를 둘러싼다(DE 10 2004 031 161 A1). 캐리어 요소와 타겟 사이에는 클램핑 링 또는 하나 내지 복수의 클램핑 쐐기가 제공된다.

마지막으로, 타겟 쉘이 배치되는 캐리어를 포함하는 또 다른 타겟 캐리어 장치가 알려져 있다(DE 102 31 203 A1). 여기서, 타겟 쉘은 타겟 슬리브로 형성되며, 이 타겟 슬리브는 캐리어에서 미끄러진다. 타겟과 타겟 슬리브 사이에는 적어도 하 나의 클램핑 요소가 배치된다.

본 발명은 캐리어 튜브에서 단일 부품 또는 다중 부품으로 된 타겟 튜브의 슬라이딩을 용이하게 하는 문제를 해결하기 위한 것이다.

이 문제는 청구항 1의 특징에 의해 해결된다.

즉, 본 발명은 타겟 캐리어와 타겟을 갖는 튜브 음극에 관한 것이다. 타겟은 단일 부품 또는 다중 부품으로 구성될 수 있다. 타겟 캐리어와 타겟 사이에는 열전도성 재료로 된 복수의 환형 요소가 타겟 캐리어의 길이방향 축을 따라 배치된다. 좁은 링은 환형 요소들을 서로 분리시킨다. 타겟은 적어도 한쪽 단부면에 홈을 가지고, 이 홈은 분리된 환형 요소에 대해 타겟이 용이하게 미끄러질 수 있도록 한다.

본 발명에 의해 달성되는 장점은, 특히 접착이 생략되므로 다루기 어려운 타겟, 예컨대 낮은 열팽착 계수를 갖는 ITO 또는 몰리브덴과 같은 타겟 일지라도 종래 보다 더 쉽게 이용될 수 있다는 점이다. 나아가, 스퍼터링된 타겟 조각들은 접착제에 의해 오염되지 않기 때문에 다시 이용될 수 있다. 다중 부품 타겟을 이용할 때, 스퍼터링 공정을 통해 타겟 재료를 가열함으로 인해 발생하는 재료의 스트레스는 보상될 수 있고, 따라서 인접한 타겟 링 사이에는 최소의 팽창 간극이 제공된다.

본 발명의 실시예가 도면에 도시되어 있으며, 이하 더욱 상세히 설명될 것이 다.

도1은 튜브 음극의 측면도이다. 캐리어 튜브(2)가 도시되어 있고, 단일 부품 타겟(3)과 두 개의 고정 링(4, 5)도 나타나 있다.

또 다른 튜브 음극(6)이 도2에 도시되어 있다. 두 개의 고정 링(8, 9) 뿐만 아니라 캐리어 튜브(7)가 도시되어 있다. 그러나, 이 경우 타겟은 복수의 링 타겟(10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17)으로 구성되어 있다.

도3에서는, 링 타겟이 하나를 제외하고 모두 제거되어 있어, 캐리어 튜브(18)의 표면을 볼 수 있다. 캐리어 튜브(18)는 복수의 세그먼트를 구비하고, 각각의 세그먼트에는 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23, 24)가 배치된다. 이 흑연 호일 밴드는 천연 흑연으로 구성되며, 이 천연 흑연은 흑연이 들어간 혼합물로 변환되었다. 이러한 호일의 예로는 SGL Technik GmbH(D-86405 Meitingen)에 의해 SIGRAFLEX 라는 이름으로 유통되는 것을 들 수 있다.

캐리어 튜브(18)의 세그먼트는 캐리어 튜브(18)의 원통형 원주 둘레에 동일한 간격으로 배치되는 링(25, 26, 27, 28, 29, 30)으로 형성되고, 인접한 링 사이에는 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23, 24)가 배치된다. 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23, 24) 내에는 접합 라인(31, 32, 33, 34, 35)이 캐리어 튜브(18)의 원주 방향으로 서로 일직선이 되지 않도록 어긋나게 배치된다.

링 타겟(36)은 흑연 호일 밴드(24) 위에서 화살표(37) 방향으로 미끄러진다. 이에 따라 화살표(38) 방향으로 압력이 가해져, 탄성 흑연 호일 밴드(24)가 압축된다. 따라서, 이 흑연 호일 밴드(24)의 외경은 아직 압축되지 않은 다른 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23)의 외경보다 작다. 또한, 접합 라인은 없어진다. 링 타겟(36)이 더 미끄러지면, 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23)도 또한 압축된다.

캐리어 튜브(18)를 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23, 24)로 완전히 채워서 자유롭게 있는 타겟 길이부 전체에 대해 링 타겟이 미끄러지게 할 필요는 없다. 이보다는, 현재 미끄러지는 링 타겟 아래에 완전히 호일이 배치되도록 충분한 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23, 24)만 세그먼트에 삽입시키는 것이 오히려 재료를 절약하는 것이다. 다음 타겟 링에 미끄러지기 전에만, 필요한 추가 세그먼트가 흑연 호일 밴드로 배열된다. 따라서, 타겟 링은 각 경우에 필요한 특정 흑연 호일 밴드에 대해서 미끄러진다. 타겟 튜브가 포함된 경우에만, 흑연 호일로 배열된 모든 세그먼트에 대해 완전히 미끄러져야 한다.

도4는 도3의 구조를 다시 도시한 것으로, 두 개로 구역이 나누어진 링 타겟(36, 41)과 구역이 나누어진 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23, 24)를 가진 구조를 도시한 것이다. 여기서, 접합 라인(31, 32, 33, 34, 35)은 보이지 않는다. 미끄러진 후의 상태로 도시된 링 타겟(36)에 더하여, 미끄러지는 과정에 있는 추가 링 타겟(41)이 또한 도시되어 있다. 링 타겟(36, 41) 둘 다 그 좌측 단부에 홈(42, 43)을 갖고 있고, 이 홈은 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23, 24)에서 미끄러지는 것을 용이하게 한다. 급속 접착제로 고정되어 설치된 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23, 24)의 외경은 압축되지 않은 상태에서 링 타겟(41)의 내경보다 더 크다.

도5는 도4의 구조를 다시 도시한 것으로, 링 타겟(41)이 더 왼쪽으로 이동된 상태를 도시한 것이다. 화살표(37) 방향으로 왼쪽으로 이동된 링 타겟(41)의 홈(43)을 통해, 흑연 호일 밴드(22)는 상단부에 결합되는 것을 볼 수 있다. 화살표(37)의 방향으로 링 타겟(41)이 더 미끄러지면, 흑연 호일 밴드(22)에 화살표(38, 44) 방향으로 힘이 가해져 압축되고 최종적으로는 링(25, 26, 27, 28, 29, 30, 40)의 상단부와 동일한 높이로 놓이게 된다.

링 타겟(41)을 미리 데우는 것은 링 타겟(41)을 미끄러지게 하거나 가압하는 것을 더 용이하게 한다. 타겟 링(36, 41)의 접합 부분은 링(25, 26, 27, 28, 29, 30) 위에 놓일 수 있다. 이런식으로, 4m 길이의 타겟이 문제없이 사용될 수 있다.

링(25, 26, 27, 28, 29, 30)에 의해 캐리어 튜브(18)를 세그먼트로 분할함으로써, 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23)가 링(25, 26, 27, 28, 29, 30)에 머무를 수 있고 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23)가 미끄러지는 것이 방지되기 때문에, 타겟 튜브에서 미끄러질 때 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23)에 작용하는 마찰력이 감소된다. 흑연 호일 밴드(19, 20, 21, 22, 23)는 링 타겟(36)과 캐리어 튜브(18) 사이에 고압으로 조여질 수 있고, 따라서 전기 전도성 및 열 전도성이 향상된다.

인접하는 링 타겟(36, 41) 사이에 약 0.5mm의 팽창 간극으로 위치된 링(25, 26, 27, 28, 29, 30)의 재료 즉 흑연이 스퍼터링에 의해 부식되어 침적되는 층을 오염시키는 것을 방지하기 위해, 링 타겟의 내경에 돌출부 및 홈(tongue and groove)과 같이 맞물릴 수 있는 방사상 절단부(cut-ins) 또는 노오즈피스(nose pieces)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도4의 링 타겟(36)은 호일 밴드(21) 상부에 오목부를 가질 수 있는 반면, 링 타겟(41)은 대응하는 돌출부를 구비할 수 있고, 이 돌출부는 링 타겟(36, 41)이 함께 미끄러질때 오목부내로 삽입된다.

이러한 방법에 의해, 링(25, 26, 27, 28, 29, 30, 40)이 플라즈마 입자의 충격에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 플라즈마 입자들은 링 타겟에만 충돌할 수 있기 때문이다.

이용되는 흑연 호일은 층에 평행한 방향보다 층에 수직한 방향으로 열팽창 계수가 더 크다. 층에 평행한 방향의 열팽창은 접합 라인(31, 32, 33, 34, 35)에 의해 보상된다. 층에 수직한 방향의 열팽창이 더 크기 때문에, 차선의 냉각에 의해 링 타겟(36)과 캐리어 튜브(18) 사이에서 호일의 조임이 증대되고, 이는 차례로 열 전달을 증가시켜 냉각이 증대시킨다.

본 발명에 의해 달성되는 장점은, 특히 접착이 생략되므로 다루기 어려운 타겟, 예컨대 낮은 열팽창 계수를 갖는 ITO 또는 몰리브덴과 같은 타겟 일지라도 종래 보다 더 쉽게 이용될 수 있다는 점이다. 나아가, 스퍼터링된 타겟 조각들은 접착제에 의해 오염되지 않기 때문에 다시 이용될 수 있다. 다중 부품 타겟을 이용할 때, 스퍼터링 공정을 통해 타겟 재료를 가열함으로 인해 발생하는 재료의 스트레스는 보상될 수 있고, 따라서 인접한 타겟 링 사이에는 최소의 팽창 간극이 제공된다.

Claims

타겟 캐리어와 타겟을 가지고, 상기 타겟 캐리어와 타겟 사이에 전기 전도성 및 열 전도성이 우수한 전도층이 배치되는 스퍼터링 공정용 튜브 음극에 있어서,

상기 전도층은 상기 타겟 캐리어(18)의 길이방향 축을 따라 서로 이격되어 있는 복수의 층(19-24)으로 분할되는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.
제1항에 있어서,

상기 층(19-24)은 흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.
제1항에 있어서,

상기 타겟 캐리어(2, 7, 18)와 상기 타겟(3, 10-17, 36, 41)은 관형 또는 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.
제1항에 있어서,

상기 복수의 링 타겟(10-17, 36, 41)은 하나의 타겟 캐리어(7, 18)에 배치되는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.
제4항에 있어서,

상기 링 타겟(36, 41)은 적어도 하나의 단부에 미끄럼 홈(42, 43)을 갖는 것 을 특징으로 하는 튜브 음극.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 분리된 층(19-24)은 각각 호일로 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.
제1항에 있어서,

상기 분리된 층(19-24)은 흑연 링으로 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.
제7항에 있어서,

각각의 흑연 링에는 횡으로 뻗어있는 접합 라인(31-35)이 제공되는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 흑연 링의 접합 라인(31-35)은 타겟 캐리어(18)의 외주에 서로 어긋나도록 배치되는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.
제1항에 있어서,

상기 분리된 층 사이에는 타겟 캐리어(2, 7, 18)의 외주에 링(25-30)이 배치 되는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.
제4항에 있어서,

인접하는 링 타겟은 돌출부와 홈의 형태로 단부면에서 맞물리도록 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.
제1항에 있어서,

상기 타겟(3, 10-17)은 몰리브덴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.
제1항에 있어서,

상기 타겟(3, 10-17)은 ITO로 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브 음극.