KR102354877B1

KR102354877B1 - 스퍼터 장치 및 그 사용 방법

Info

Publication number: KR102354877B1
Application number: KR1020180086276A
Authority: KR
Inventors: 야마토 아베; 아라타 와타베; 다이스케 아오누마
Original assignee: 캐논 톡키 가부시키가이샤
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2022-01-21
Also published as: CN109943817B; KR20190074934A; CN109943817A; JP6552590B2; JP2019108602A

Abstract

[과제] 냉각액의 배출성을 높일 수 있는 스퍼터 장치 및 그 사용 방법을 제공한다.
[해결 수단] 타겟(110)과 마그넷 유닛(130)과의 사이에 형성되어, 타겟(110)을 냉각하는 냉각액이 흐르는 환상의 제1 냉각액 유로(R1)와, 마그넷 유닛(130)의 내부에 설치되어, 상기 냉각액이 흐르는 제2 냉각액 유로(R2)와, 제1 냉각액 유로(R1)로부터 제2 냉각액 유로(R2)를 향해서, 상기 냉각액을 배출시키는 기체를 보내주는 배액 장치(P2)를 구비함과 함께, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)는, 환상의 제1 냉각액 유로(R1)에 있어서의 연직 방향 하방에 치우친 위치에 배치 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

스퍼터 장치 및 그 사용 방법{SPUTTERING APPARATUS AND METHOD OF USING THE SAME}

본 발명은, 마그네트론 스퍼터링 방식의 스퍼터 장치 및 그 사용 방법에 관한 것이다.

마그네트론 스퍼터링 방식의 스퍼터 장치에 있어서, 캐소드가 되는 타겟이, 원통 형상의 부재에 의해 구성되고, 또한 스퍼터링을 행할 때에 회전하도록 구성되는 기술이 알려져 있다. 이 기술에 있어서는, 타겟 부근의 플라즈마가 고온으로 되어, 타겟이나 자석이 가열되어 버린다. 타겟이 고온으로 되면 손상될 우려가 있고, 자석이 고온으로 되면 감자(減磁) 또는 소자(消磁)하여 버린다. 또한, 타겟이, 배킹 튜브와, 이 배킹 튜브의 외주면에 접착제에 의해 접착되는 타겟 재료로 구성되는 경우에는, 접착제가 녹아 버릴 우려도 있다. 그 때문에, 상기와 같은 스퍼터 장치에 있어서는, 타겟이나 자석을 냉각하기 위한 냉각액 유로가 설치되어 있다.

또한, 상기와 같은 스퍼터 장치에 있어서는, 자석 등이 유닛화 되어, 원통 형상의 타겟의 내부에 착탈가능하게 구성된다. 이에 의해, 자석 등이 유닛화된 마그넷 유닛의 메인터넌스를 용이하게 행할 수 있다.

그렇지만, 메인터넌스 시에, 마그넷 유닛의 내부에 냉각액이 많이 남아 있으면 메인터넌스 시에 지장을 초래하여 버리기 때문에, 타겟 내부로부터 마그넷 유닛을 꺼내기 전에, 가능한 한 냉각액을 배출시키는 것이 바람직하다. 도 11 및 도 12를 참조하여, 종래예에 관한 스퍼터 장치에 있어서의 냉각액의 배출 메커니즘에 관해 설명한다. 도 11 및 도 12는 종래예에 관한 타겟 내부의 냉각액 유로의 개략 구성을 나타내고 있다.

종래예에 관한 타겟(700)의 내부에는, 타겟(700)과 마그넷 유닛 사이에 형성되는 제1 냉각액 유로(R1)와, 마그넷 유닛의 내부에 설치되는 제2 냉각액 유로(R2)가 설치되어 있다. 냉각액(W)을 배출시키는 경우에는, 제1 냉각액 유로(R1)로부터 제2 냉각액 유로를 향해 기체(통상, 공기)가 보내어진다(도 11 및 도 12 중, 실선 화살표 S 참조). 기체가 보내어지는 공간이 밀폐 공간인 경우에는, 냉각액(W)에 압력이 가해져, 냉각액(W)은 제2 냉각액 유로(R2)로부터 타겟(700)의 외부로 배출되어 간다(도 11 중의 점선 화살표 T 참조).

그리고, 냉각액(W)의 액면이, 제2 냉각액 유로(R2)의 내부까지 내려가면, 제1 냉각액 유로(R1)로부터 제2 냉각액 유로(R2)로 빠져나가는 기체의 유로가 형성된다(도 12 참조). 이에 의해, 냉각액(W)에 대해서, 냉각액(W)을 타겟(700)의 외부로 밀어내는 방향의 압력이 거의 걸리지 않게 되어, 냉각액(W)의 배출이 되지 않게 되어 버린다. 이와 같이, 종래예에 관한 스퍼터 장치에 있어서는, 냉각액이 충분히 배출되지 않기 때문에, 메인터넌스 시에 지장을 초래하고 있었다.

또한, 이와 같은 문제를 해소하기 위해, 냉각액 유로 내에서 풍선 부재를 부풀림으로써, 냉각액의 배출을 촉성시키는 기술도 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 그렇지만, 이와 같은 기술에서는, 풍선 부재를 부풀리기 위해서, 별도, 기구가 필요하게 될 뿐만 아니라, 메인터넌스 전에 풍선 부재를 부풀리기 위한 공정도 증가되어 버린다. 따라서, 코스트도 증가하여 버린다.

일본특허공개 제2013-100568호 공보

본 발명의 목적은, 냉각액의 배출성을 높일 수 있는 스퍼터 장치 및 그 사용 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.

즉, 본 발명의 스퍼터 장치는,

타겟과, 당해 타겟의 구성 원자에 의한 박막을 형성시키는 기판과의 사이에 자장을 형성시킨 상태에서 스퍼터링을 행하는 마그네트론 스퍼터링 방식의 스퍼터 장치에 있어서,

상기 기판에 대향하는 위치에 설치되고, 또한 스퍼터링 시에 회전하는 원통 형상의 상기 타겟과,

상기 자장을 형성시키는 자석과, 당해 자석을 지지하는 지지 부재를 갖고, 상기 타겟의 내부에 착탈 가능하게 설치되는 마그넷 유닛과,

상기 타겟과 상기 마그넷 유닛 사이에 형성되고, 상기 타겟을 냉각하는 냉각액이 흐르는 환상(環狀)의 제1 냉각액 유로와,

상기 마그넷 유닛의 내부에 설치되고, 상기 냉각액이 흐르는 제2 냉각액 유로와,

제1 냉각액 유로로부터 제2 냉각액 유로를 향해, 상기 냉각액을 배출시키는 기체를 보내주는 배액 장치

를 구비함과 함께,

제1 냉각액 유로와 제2 냉각액 유로의 접속 부위는, 환상의 제1 냉각액 유로에 있어서의 연직 방향 하방으로 치우친 위치에 배치 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 배액 장치에 의해 기체를 보내줌으로써, 냉각액 유로 내의 냉각액의 액면을, 제1 냉각액 유로와 제2 냉각액 유로와의 접속 부위까지 내릴 수 있다. 그리고, 제1 냉각액 유로와 제2 냉각액 유로와의 접속 부위는, 환상의 제1 냉각액 유로에 있어서의 연직 방향 하방에 치우친 위치에 배치 가능하기 때문에, 냉각액을 충분히 배출시킬 수 있다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명에 의하면, 냉각액의 배출성을 높일 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시예 1에 관한 스퍼터 장치의 개략 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1에 관한 자석의 배치 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 1에 관한 로터리 캐소드의 개략 구성도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 1에 관한 로터리 캐소드의 개략 구성도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1에 관한 스퍼터 장치에 있어서의 냉각액의 배출 메커니즘의 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 실시예 1에 관한 스퍼터 장치에 있어서의 냉각액의 배출 메커니즘의 설명도이다.
도 7은, 본 발명의 비교예에 관한 스퍼터 장치에 있어서의 냉각액의 배출 메커니즘의 설명도이다.
도 8은, 본 발명의 비교예에 관한 스퍼터 장치에 있어서의 냉각액의 배출 메커니즘의 설명도이다.
도 9는, 본 발명의 실시예 2에 관한 로터리 캐소드의 모식적 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 실시예 2에 관한 마그넷 유닛의 모식적 단면도이다.
도 11은, 종래예에 관한 스퍼터 장치에 있어서의 냉각액의 배출 메커니즘의 설명도이다.
도 12는, 종래예에 관한 스퍼터 장치에 있어서의 냉각액의 배출 메커니즘의 설명도이다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 기초하여 예시적으로 상세하게 설명한다. 다만, 이 실시예에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그러한 바로만 한정하는 취지의 것은 아니다.

(실시예 1)

도 1~도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 관한 마그네트론 스퍼터링 방식의 스퍼터 장치에 대해 설명한다.

＜스퍼터 장치의 전체 구성＞

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시예에 관한 스퍼터 장치(1)의 전체 구성에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 스퍼터 장치의 개략 구성도이며, 스퍼터 장치 전체를 단면적으로 보았을 경우의 개략 구성을 나타내고 있다. 또한, 도 1 중의 상방은, 스퍼터 장치(1)가 사용될 때의 연직 방향의 상방에 상당하며, 도 1 중의 하방은, 스퍼터 장치(1)가 사용될 때의 연직 방향 하방에 상당한다. 도 2는 자석의 배치 구성을 나타내는 개략도이다.

본 실시예에 관한 스퍼터 장치(1)는, 내부(V)를 저압력 상태(통상, 진공에 가까운 상태)로 할 수 있는 챔버(20)와, 챔버(20) 내의 상부에 설치되는 로터리 캐소드(10)를 구비하고 있다. 다만, 로터리 캐소드(10)는 복수의 장치나 부재에 의해 구성되어 있고, 본 실시예에 있어서는, 로터리 캐소드(10)를 구성하는 복수의 장치 및 부재 중의 일부는, 챔버(20)의 외부에 설치되어 있어, 대기(A)에 노출되어 있다. 그리고, 본 실시예에 관한 챔버(20)는 애노드로서도 기능한다. 또한, 챔버(20) 내의 하부에는, 박막을 형성시키기 위한 기판(40)을 재치하는 재치대(30)가 설치되어 있다. 또한, 재치대(30)는, 기판(40)을 소망한 위치에 반송할 수 있도록 구성되어 있다.

로터리 캐소드(10)에 있어서의 로터리 캐소드 장치 본체(100)는, 캐소드가 되는 원통 형상의 타겟(110)과, 타겟(110)의 내부에 설치되는 마그넷 유닛(130)을 구비하고 있다. 타겟(110)으로서는, SUS나 Ti로 이루어지는 배킹 튜브의 외주면에 In 등의 접착제에 의해 타겟 재료가 접착된 타입이나 배킹 튜브와 타겟 재료가 일체로 된 일체형 타입 모두가 적용 가능하다. 그리고, 타겟(110)은, 재치대(30)에 재치되는 기판(40)에 대향하는 위치에 설치되고, 또한 스퍼터링 시에 회전하도록 구성되어 있다. 또한, 마그넷 유닛(130)은, 그 내부에 자석(134)이 설치되어 있다.

도 2는 도 1 중의 자석(134)을 하방으로부터 본 도면이다. 자석(134)은, 사용 시에 있어, 하방에 다른 2종류의 자극(제1 자극(134a)와 제2 자극(134b))이 면하도록 배치된다. 도시의 예에서는, 제1 자극(134a)이 N극, 제2 자극(134b)이 S극인 경우를 나타내고 있지만, 제1 자극(134a)을 S극으로 하고, 제2 자극(134b)을 N극으로 해도 된다. 그리고, 제2 자극(134b)은, 제1 자극(134a)과의 사이에 간격을 두고서, 또한 제1 자극(134a)을 둘러싸도록 설치되어 있다. 이와 같이, 타겟(110)의 내부에 마그넷 유닛(130)이 구비됨으로써, 타겟(110)과 기판(40)과의 사이에는 자장(누설 자장)이 형성된다.

이상과 같이 구성되는 스퍼터 장치(1)에 있어서는, 타겟(110)과 애노드인 챔버(20)와의 사이에 일정 이상의 전압을 인가함으로써, 이들 사이에 플라즈마가 발생한다. 그리고, 플라즈마 중의 양이온이 타겟(110)에 충돌함으로써, 타겟(110)으로부터 타겟 재료의 입자가 방출된다. 타겟(110)으로부터 방출된 입자는, 충돌을 반복하면서, 방출된 입자 중 타겟 물질의 중성의 원자가 기판(40)에 퇴적하여 간다. 이에 의해, 기판(40)에는, 타겟(110)의 구성 원자에 의한 박막이 형성된다. 또한, 본 실시예에 관한 스퍼터 장치(1)에 있어서는, 상기 누설 자장에 의해, 도 1 중 P에 나타내는 부근(타겟(110)에 대해 대략 평행한 자장이 형성되는 부근)에 플라즈마를 집중시킬 수 있다. 이에 의해, 효율적으로 스퍼터링이 행해지기 때문에, 기판(40)에의 타겟 물질의 퇴적 속도를 향상시킬 수 있다. 나아가, 본 실시예에 관한 스퍼터 장치(1)에 있어서는, 스퍼터링 도중에 타겟(110)이 회전하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 타겟(110)의 소모 영역(이로전에 의한 침식 영역)이 일부에 집중하는 일은 없어, 타겟(110)의 이용 효율을 높일 수 있다.

＜로터리 캐소드＞

특히, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 실시예에 관한 로터리 캐소드(10)에 대해, 보다 상세하게 설명한다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예 1에 관한 로터리 캐소드(10)의 개략 구성도이며, 로터리 캐소드(10)를 단면적으로 보았을 경우의 개략 구성을 나타내고 있다. 또한, 도 3은 스퍼터링 시의 모습을 나타내며, 도 4는 냉각액을 배출할 때의 모습을 나타내고 있다. 또한, 도 3 및 도 4에 있어서는, 타겟의 회전 중심 축선에 평행한 면에서, 로터리 캐소드(10)를 절단한 단면도를 개략적으로 나타내고 있지만, 설명의 편의상, 특징적인 구성을 나타내기 위해서, 절단면의 위치는 반드시 동일면은 아니다.

로터리 캐소드(10)는, 타겟(110)을 가지는 로터리 캐소드 장치 본체(100)와, 타겟(110)을 회전시키는 기능을 가지는 엔드 블록(200)과, 타겟(110)을 회전 가능하게 지지하는 기능을 가지는 서포트 블록(300)을 구비하고 있다. 또한, 로터리 캐소드(10)는, 엔드 블록(200)과 서포트 블록(300)을 지지하는 지지 부재(400)와, 타겟(110)을 회전시키기 위한 제1 모터(510)와, 타겟(110)의 내부에 설치되는 마그넷 유닛(130)을 회전시키기 위한 제2 모터(550)를 구비하고 있다. 또한, 로터리 캐소드 장치 본체(100)는, 상술한 챔버(20)(도 3 및 도 4에서는 도시하지 않음)의 내부(V)에 배치되어 있고, 엔드 블록(200)의 내부 및 제1 모터(510), 제2 모터(520) 등은, 대기(A)에 노출되어져 있다.

＜로터리 캐소드 본체＞

로터리 캐소드 장치 본체(100)는, 타겟(110)과, 타겟(110)의 내부에 착탈 가능하게 설치되는 마그넷 유닛(130)을 구비하고 있다. 또한, 로터리 캐소드 장치 본체(100)는, 타겟(110)에 고정되며, 또한 서포트 블록(300)에 회전 가능하게 지지되는 서포트 블록 측 환상 부재(120)도 구비하고 있다.

그리고, 마그넷 유닛(130)은, 원통 형상의 케이스(131)와, 케이스(131)의 일단을 막는 제1 덮개(132)와, 케이스(131)의 타단을 막는 제2 덮개(133)를 구비하고 있다. 그리고, 케이스(131)의 내부에는, 자석(134)과, 자석(134)을 지지하는 지지 부재(135)가 구비되어 있다. 지지 부재(135)는, 그 양단이 제1 덮개(132)와 제2 덮개(133)에 각각 고정되어 있다. 또한, 케이스(131)의 내부에는, 타겟(110)의 회전 중심 축선에 평행하게 연장하는 한 쌍의 제1 배관(136)과, 이들 한 쌍의 제1 배관(136)으로부터 케이스(131)의 외주면측을 향해 연장하여, 케이스(131)의 외주면으로 개구하는 한 쌍의 제2 배관(137)이 구비되어 있다.

서포트 블록 측 환상 부재(120)에는, 서포트 블록(300)에 형성된 관통공(310)에 삽입되는 축부(121)가 설치되어 있다. 이 축부(121)와 관통공(310)과의 사이에 베어링(B)가 설치됨으로써, 서포트 블록(300)에 대해서, 서포트 블록 측 환상 부재(120)는 회전할 수 있다. 또한, 서포트 블록 측 환상 부재(120)에는, 마그넷 유닛(130)에 대해서, 서포트 블록 측 환상 부재(120)를 회전 가능하게 하기 위한 베어링용 구멍(122)이 설치되어 있다. 이 베어링용 구멍(122)에 마그넷 유닛(130)에 있어서의 제1 덮개(133)에 구비된 축부(133a)가 삽입되어 있다. 그리고, 이 축부(133a)와 베어링용 구멍(122)과의 사이의 환상 간극에 베어링(B)이 설치됨으로써, 마그넷 유닛(130)에 대해서, 서포트 블록 측 환상 부재(120)는 회전할 수 있다. 또한, 축부(133a)와 베어링용 구멍(122)과의 사이의 환상 간극에는, 밀봉 장치(S)도 설치되어 있다. 또한, 서포트 블록 측 환상 부재(120)와 타겟(110)은, 클램프 등의 체결 부재(123)에 의해 고정되어 있다. 또한, 서포트 블록 측 환상 부재(120)와 타겟(110)과의 사이의 환상 간극을 봉지하는 가스켓(G)도 설치되어 있다.

이상과 같이 구성되는 로터리 캐소드 장치 본체(100)에 있어서, 타겟(110)과 마그넷 유닛(130)과의 사이에 형성되는 원통 형상의 공간이, 타겟(110)을 냉각하는 냉각액이 흐르는 환상의 제1 냉각액 유로(R1)가 된다. 또한, 마그넷 유닛(130)의 내부에 설치되는 제1 배관(136)의 내부 공간과 제2 배관(137)의 내부 공간이, 냉각액이 흐르는 제2 냉각액 유로(R2)가 된다. 또한, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)는, 자석(134)에 대해서, 타겟(110)의 회전 중심 축선을 사이에 두고 반대 측에 배치된다. 이와 같은 배치 구성에 의해, 자석(134)의 배치를 방해하는 일 없이, 한 쌍의 제2 배관(137)이 마그넷 유닛(130)의 내부에 배치된다.

＜엔드 블록＞

엔드 블록(200)은, 지지 부재(400)에 대해서 고정되는 케이스(210)와, 케이스(210) 내에 설치되는 축 형상 부재(220)와, 축 형상 부재(220)에 대해서 회전 가능하게 설치되는 엔드 블록 측 환상 부재(230)를 구비하고 있다. 또한, 축 형상 부재(220)와 엔드 블록 측 환상 부재(230)와의 사이에는 한 쌍의 베어링(B)이 설치되어 있다. 이에 의해, 축 형상 부재(220)에 대해서, 엔드 블록 측 환상 부재(230)는 회전할 수 있다. 또한, 축 형상 부재(220)와 엔드 블록 측 환상 부재(230)와의 사이의 환상 간극을 봉지하는 밀봉 장치(S)도 설치되어 있다. 또한, 마그넷 유닛(130)과 축 형상 부재(220)는, 핀 등의 연결 부재(270)에 의해 연결되어 있다. 따라서, 마그넷 유닛(130)이 축 형상 부재(220)에 대해서 회전하는 일은 없다.

그리고, 엔드 블록 측 환상 부재(230)와 타겟(110)은, 클램프 등의 체결 부재(231)에 의해 고정되어 있다. 또한, 엔드 블록 측 환상 부재(230)와 타겟(110)과의 사이의 환상 간극을 봉지하는 가스켓(G)도 설치되어 있다. 나아가, 케이스(210)와 엔드 블록 측 환상 부재(230)와의 사이에도 베어링(B) 및 밀봉 장치(S)가 설치되어 있다. 따라서, 케이스(210)에 대해서, 엔드 블록 측 환상 부재(230)는 회전할 수 있고, 또한 케이스(210)와 엔드 블록 측 환상 부재(230)와의 사이의 환상 간극은 봉지된다. 또한, 케이스(210)와 지지 부재(400)와의 사이에도 가스켓(G)이 설치되어 있다. 따라서, 케이스(210) 내는 대기에 노출되어 있지만, 로터리 캐소드 장치 본체(100)가 배치되어 있는 공간은 저압력 상태(통상, 진공에 가까운 상태)로 유지된다.

또한, 엔드 블록 측 환상 부재(230)는 제1 모터(510)에 의해 회전하도록 구성되어 있다. 이 엔드 블록 측 환상 부재(230)를 회전시키는 제1 구동 기구는, 제1 모터(510)의 회전축에 고정되는 제1 풀리(520)와, 엔드 블록 측 환상 부재(230)에 고정되는 제2 풀리(240)와, 이들 제1 풀리(520)와 제2 풀리(240)에 둘러 감겨지는 제1 벨트(530)로 구성된다. 이 제1 구동 기구에 의하면, 제1 모터(510)에 의해 제1 풀리(520)가 회전하면, 회전동력이 제1 벨트(530)에 의해 제2 풀리(240)로 전달되고, 엔드 블록 측 환상 부재(230)가 회전한다. 그리고, 이 엔드 블록 측 환상 부재(230)에 고정된 타겟(110)도 서포트 블록 측 환상 부재(120)와 함께 회전한다.

그리고, 축 형상 부재(220)의 내부에는, 로터리 캐소드 장치 본체(100)에 설치된 제1 냉각액 유로(R1)에 연결되는 제1 유로(221)와, 동 로터리 캐소드 장치 본체(100)에 설치된 제2 냉각액 유로(R2)에 연결되는 제2 유로(222)가 설치되어 있다. 이들 제1 유로(221)와 제2 유로(222)의 대부분은, 타겟(110)의 회전 중심 축선과 평행하게 연장하도록 설치되어 있다. 또한, 케이스(210)의 내부에는, 축 형상 부재(220)를 회전 가능하게 지지하면서, 상기 각 부의 유로 내에 냉각액을 공급하고, 또한 유로 내로부터 냉각액을 배출하기 위해서 로터리 조인트(260)가 설치되어 있다. 이 로터리 조인트(260)는, 축 형상 부재(220)와 동심적으로 구비되어지는 원통 형상의 부재로 구성되어 있으며, 로터리 조인트(260)와 축 형상 부재(220)와의 사이의 환상 간극에는 베어링(B) 및 밀봉 장치(S)가 복수 구비되어져 있다. 또한, 로터리 조인트(260)에는, 공급관(261)과 배출관(262)이 접속되어 있다. 공급관(261)의 내부는 제1 유로(221)의 내부와 연결되고 있고, 배출관(262)의 내부는 제2 유로(222)의 내부와 연결되어 있다.

또한, 축 형상 부재(220)는 제2 모터(550)에 의해 회전하도록 구성되어 있다. 이 축 형상 부재(220)를 회전시키는 제2 구동 기구는, 제2 모터(550)의 회전축에 고정되는 제3 풀리(560)와, 축 형상 부재(220)에 고정되는 제4 풀리(250)와, 이들 제3 풀리(560)와 제4 풀리(250)에 둘러 감겨지는 제2 벨트(570)로 구성된다. 이 제2 구동 기구에 의하면, 제2 모터(550)에 의해 제3 풀리(560)가 회전하면, 회전동력이 제2 벨트(570)에 의해 제4 풀리(250)로 전달되며, 축 형상 부재(220)가 회전한다. 그리고, 이 축 형상 부재(220)에 고정된 마그넷 유닛(130)도 회전한다.

또한, 상술한 각 부에 구비되어진 복수의 밀봉 장치(S)는, 모두 밀봉 장치(S)의 직경 방향의 내측과 외측에 설치되는 2부재의 회전을 가능하게 하면서, 이들 2부재 사이의 환상 간극을 봉지하는 기능을 구비하고 있다. 또한, 스퍼터 장치(10)에는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 냉각액의 누출 방지를 위해서, 복수의 개소에, 서로 고정되는 2 부재 사이에, 각각 가스켓(G)이 설치되어 있다. 가스켓(G)이 배치되는 위치의 설명에 대해서는, 적절히 생략하고 있다.

＜스퍼터링＞

스퍼터 장치(1)에 의해 스퍼터링이 행해질 때에는, 자석(134)이 연직 방향 하방을 향해, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)가 자석(134)보다 연직 방향 상방에 배치되도록 마그넷 유닛(130)의 회전 방향의 위치가 정해진다. 또한, 도 1 및 도 3은 스퍼터링이 행해질 때의 모습을 나타내고 있다. 스퍼터링을 행하고 있는 도중에 있어서는, 마그넷 유닛(130)은 고정되고, 또한 타겟(110)은 계속 회전하고 있다. 또한, 스퍼터링을 행하고 있는 도중에 있어서는, 타겟(110)의 내부에 냉각액이 흐르게 되어 있다. 즉, 냉각액을 공급하는 냉각액 펌프(P1)에 의해, 공급관(261)에 냉각액이 공급된다. 공급관(261)에 공급된 냉각액은, 축 형상 부재(220)의 내부에 설치된 제1 유로(221)로부터 로터리 캐소드 장치 본체(100)에 설치된 제1 냉각액 유로(R1)로 흘러간다. 그 후, 냉각액은, 제2 냉각액 유로(R2)로부터 축 형상 부재(220)의 내부에 설치된 제2 유로(222)를 지나, 배출관(262)으로부터 장치의 외부로 배출되어 간다(냉각액이 흐르는 방식에 대해서는, 도 3 중의 화살표 참조). 또한 냉각액을 흘리는 방향은, 도 3 중의 화살표와는 반대 방향이 되도록 해도 된다. 이 경우에는, 도면 중의 배출관(262)을 공급관으로 하고, 공급관(261)을 배출관으로 하면 된다.

＜냉각액의 배출＞

메인터넌스 시에 있어서는, 마그넷 유닛(130)을 타겟(110)으로부터 꺼내기에 앞서, 타겟(110) 내의 냉각액을 배출시키는 작업을 한다. 이 작업이 행해질 때에 있어서는, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)가 자석(134)보다 연직 방향 하방에 배치되도록 마그넷 유닛(130)의 회전 방향의 위치가 정해진다(도 4 참조). 이에 의해, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)는, 환상의 제1 냉각액 유로(R1)에 있어서의 연직 방향 하방에 치우친 위치에 배치된다. 여기서, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위는, 환상의 제1 냉각액 유로(R1)에 있어서의 연직 방향의 직하의 위치로부터 ±45°의 범위 내에 배치되면 매우 적합하다.

냉각액을 배출시킬 때에는, 펌프 등의 배액 장치(P2)에 의해, 제1 냉각액 유로(R1)로부터 제2 냉각액 유로(R2)를 향해, 냉각액을 배출시키는 기체(통상, 공기)가 보내진다. 보다 구체적으로는, 배액 장치(P2)에 의해, 공급관(261)으로 기체가 이송된다. 또한, 공급관(261)에는, 냉각액 펌프(P1)에 접속된 관과, 배액 장치(P2)에 접속된 관이 연결되어 있고, 냉각액을 공급하는 경우와 기체를 공급하는 경우에서, 공급하는 대상을 절환할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 공급하는 대상을 절환하기 위한 장치에 관해서는, 절환 밸브 등 공지 기술을 채용하면 되기 때문에, 여기서는 그 설명은 생략한다.

그리고, 공급관(261)에 공급된 기체는, 축 형상 부재(220)의 내부에 설치된 제1 유로(221)로부터 로터리 캐소드 장치 본체(100)에 설치된 제1 냉각액 유로(R1)로 흘러 간다. 이에 의해, 냉각액이 제2 냉각액 유로(R2)로부터 제2 유로(222)를 지나, 배출관(262)으로부터 배출된다. 어느 정도의 냉각액이 배출된 후, 공급관(261)으로부터 공급된 기체는, 제2 냉각액 유로(R2)로부터 제2 유로(222)를 지나, 배출관(262)으로부터 장치의 외부로 배출되어 간다(기체가 흐르는 방식에 대해서는, 도 4 중의 화살표 참조).

＜본 실시예에 관한 스퍼터 장치가 우수한 점＞

이상과 같이 구성된 본 실시예에 관한 스퍼터 장치(1)에 의하면, 배액 장치(P2)에 의해 기체를 보내줌으로써, 냉각액 유로 내의 냉각액의 액면을, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)까지 내릴 수 있다. 그리고, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)는, 환상의 제1 냉각액 유로(R1)에 있어서의 연직 방향 하방에 치우친 위치에 배치되기 때문에, 냉각액을 충분히 배출시킬 수 있다. 이 점에 대해, 도 5 및 도 6을 참조하여, 보다 상세하게 설명한다. 도 5 및 도 6은 본 실시예에 관한 스퍼터 장치(1)에 있어서의 냉각액(W)의 배출 메커니즘의 설명도이며, 타겟(110)의 내부의 냉각액 유로의 개략 구성을 나타내고 있다.

상기한 바와 같이, 타겟(110)의 내부에는, 타겟(110)과 마그넷 유닛(130)과의 사이에 형성되는 제1 냉각액 유로(R1)와, 마그넷 유닛(130)의 내부에 설치되는 제2 냉각액 유로(R2)가 설치되어 있다. 냉각액(W)을 배출시키는 경우에는, 제1 냉각액 유로(R1)로부터 제2 냉각액 유로(R2)를 향해 기체가 이송된다(도 5 및 도 6 중, 실선 화살표 S 참조). 기체가 이송되는 공간이 밀폐 공간일 경우에는, 냉각액(W)에 압력이 가해져, 냉각액(W)은 제2 냉각액 유로(R2)로부터 타겟(110)의 외부로 배출되어 간다(도 5 중의 점선 화살표 T 참조).

그리고, 냉각액(W)의 액면이, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)까지 내려가면, 제1 냉각액 유로(R1)로부터 제2 냉각액 유로(R2)로 빠져나가는 기체의 유로가 형성된다(도 6 참조). 이에 의해, 냉각액(W)에 대해서, 냉각액(W)을 타겟(110)의 외부로 밀어내는 방향의 압력이 거의 걸리지 않게 되어, 냉각액(W)의 배출은 되지 않게 된다.

이상과 같이, 본 실시예에 관한 스퍼터 장치(1)에 의하면, 냉각액 유로 내의 냉각액(W)의 액면을, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)까지 내릴 수 있다. 이에 의해, 마그넷 유닛(130)의 내부의 냉각액(W)을 대부분 배출시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 냉각액(W)이 메인터넌스 시에 지장이 되어 버리는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상기 스퍼터 장치(1)에 있어서, 제2 냉각액 유로(R2)로부터 제1 냉각액 유로(R1)를 향해 기체를 보내는 구성을 채용했을 경우에는, 냉각액(W)을 충분히 배출시킬 수 없다. 이 점에 대해, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. 도 7 및 도 8은 비교예에 관한 스퍼터 장치에 있어서의 냉각액(W)의 배출 메커니즘의 설명도이며, 타겟(110)의 내부의 냉각액 유로의 개략 구성을 나타내고 있다.

제2 냉각액 유로(R2)로부터 제1 냉각액 유로(R1)를 향해 기체가 이송되는 경우(도 7 및 도 8 중, 실선 화살표 S 참조)에 있어서도, 기체가 이송되는 공간이 밀폐 공간이면, 냉각액(W)에 압력이 가해져, 냉각액(W)은 제1 냉각액 유로(R1)로부터 타겟(110)의 외부로 배출되어 간다(도 7 중의 점선 화살표 T 참조).

여기서, 제2 냉각액 유로(R2) 내에 있어서는, 밀폐 공간이 형성되기 때문에, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)에 이를 때까지, 냉각액(W)은 배출된다. 한편, 냉각액(W) 전체의 액면이 저하하면, 제1 냉각액 유로(R1)의 상방에 기체가 가두어진 상태에서 밀폐 공간이 형성된다. 그 때문에, 제2 냉각액 유로(R2) 내의 공간으로부터 제1 냉각액 유로(R1)의 상방의 밀폐 공간까지의 사이에 있어서는, 냉각액(W) 내를 기포 상태로 기체가 이송되어 간다.

그리고, 냉각액(W)의 액면이, 제1 냉각액 유로(R1)에 있어서의 타겟(110)의 외측에 연결되는 부위까지 내려가면, 제2 냉각액 유로(R2)로부터 제1 냉각액 유로(R1)로 빠져나가는 기체의 유로가 형성된다(도 8 참조). 이에 의해, 냉각액(W)에 대해서, 냉각액(W)을 타겟(110)의 외부에 밀어내는 방향의 압력이 거의 걸리지 않게 되어, 냉각액(W)의 배출은 되지 않게 된다. 따라서, 그 후, 배액 장치(P2)에 의한 기체의 공급이 정지되면, 냉각액(W)의 일부가 제2 냉각액 유로(R2)의 내부로 역류하기 때문에, 마그넷 유닛(130)의 내부에 냉각액(W)이 남아 버린다.

(실시예 2)

상기한 바와 같이, 실시예 1에 관한 스퍼터 장치(1)에 의하면, 냉각액의 액면이, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)에 이를 때까지 냉각액을 배출시킬 수 있다. 따라서, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)는, 극력, 연직 방향 하방에 설정하는 것이 바람직하다.

상기 실시예 1에서는, 제2 냉각액 유로(R2)를 형성하기 위한 한 쌍의 제1 배관(136) 및 한 쌍의 제2 배관(137)은 동일한 구성이 채용되고 있다. 즉, 상기 실시예 중에서는 상세하게는 설명하고 있지 않았지만, 제1 배관(136)과 제2 배관(137)이 접속되는 위치는, 타겟(110)의 회전 중심 축선이 연장하는 방향에 있어서, 동일한 위치가 되도록 구성되어 있다. 따라서, 제2 배관(137)이 케이스(131)의 외주면으로 개구하는 위치는, 한 쌍의 제2 배관(137)에 대해서, 둘레 방향에 있어서 다른 위치에 배치시킬 필요가 있다(도 1 참조).

따라서, 상기 실시예 1에 관한 스퍼터 장치(1)의 경우에는, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 2개소의 접속 부위(RJ)를, 타겟(110)의 중심 축선으로부터 연직 방향의 직하의 위치에 배치시키는 것은 구조상 채용할 수 없다. 그 때문에, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 2개소의 접속 부위(RJ)는, 케이스(131)에 있어서의 연직 방향의 최하부보다, 약간 상방에 배치하지 않을 수 없다.

이에, 본 실시예에 있어서는, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 2개소의 접속 부위(RJ)를, 모두 케이스(131)에 있어서의 연직 방향의 최하부의 위치에 배치하는 것을 가능하게 하는 마그넷 유닛(130)에 대해 설명한다.

도 9 및 도 10에는, 본 발명의 실시예 2가 나타내어져 있다. 본 실시예에 있어서는, 제1 배관과 제2 배관의 배치 구성이 상기 실시예 1의 경우와는 다르다. 그 외의 구성 및 작용에 대해서는 실시예 1과 동일하므로, 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 적절히 생략한다.

도 9는 본 발명의 실시예 2에 관한 로터리 캐소드의 모식적 단면도(타겟의 회전 중심 축선에 수직인 면에서 절단한 단면도)로서, 로터리 캐소드 장치 본체(100)의 주요부에 대해, 개략 구성을 단면적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 10은 본 발명의 실시예 2에 관한 마그넷 유닛의 모식적 단면도이며, 마그넷 유닛(130)의 주요부에 대해, 개략 구성을 단면적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 10에 있어서는, 타겟의 회전 중심 축선에 평행한 면에서, 마그넷 유닛(130)을 절단한 단면도를 개략적으로 나타내고 있지만, 설명의 편의상, 특징적인 구성을 나타내기 위해, 절단면의 위치는 반드시 동일면은 아니다. 또한, 도 9 및 도 10의 상방은, 냉각액이 배출될 때의 연직 방향 상방에 상당하고, 도 9 및 도 10의 하방은, 냉각액이 배출될 때의 연직 방향 하방에 상당한다. 또한, 스퍼터 장치 중 마그넷 유닛(130) 이외의 구성에 대해서는, 상기 실시예 1에서 설명한 대로이므로, 그 설명은 생략한다.

본 실시예에 관한 마그넷 유닛(130)에 있어서도, 상기 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 원통 형상의 케이스(131)와, 케이스(131)의 일단을 막는 제1 덮개(132)와, 케이스(131)의 타단을 막는 제2 덮개(133)를 구비하고 있다. 그리고, 케이스(131)의 내부에는, 자석(134)과, 자석(134)을 지지하는 지지 부재(135)가 구비되어 있다. 이들 케이스(131), 제1 덮개(132), 제2 덮개(133), 자석(134) 및 지지 부재(135)의 구성에 대해서는, 상기 실시예 1과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.

그리고, 본 실시예에 관한 마그넷 유닛(130)에 있어서도, 케이스(131)의 내부에는, 타겟(110)의 회전 중심 축선에 평행하게 연장하는 한 쌍의 제1 배관(136a, 136b)과, 이들 한 쌍의 제1 배관(136a, 136b)으로부터 케이스(131)의 외주면 측을 향해 연장하고, 케이스(131)의 외주면으로 개구하는 한 쌍의 제2 배관(137a, 137b)이 구비되어 있다.

본 실시예의 경우에는, 한 쌍의 제2 배관(137a, 137b)은 타겟의 회전 중심 축선 방향이 다른 위치에서, 한 쌍의 제1 배관(136a, 136b)에 대해 각각 접속되고 있다. 그리고, 한 쌍의 제2 배관(137a, 137b)이 제1 냉각액 유로(R1)와 접속되는 위치(제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ))는, 상기 회전 중심 축선 방향을 향해 보았을 경우에 겹쳐져 있다(도 9 참조).

이상과 같이 구성되는 마그넷 유닛(130)에 의하면, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 2개소의 접속 부위(RJ)를, 모두 케이스(131)에 있어서의 연직 방향의 최하부의 위치에 배치하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 2개소의 접속 부위(RJ)를, 실시예 1의 경우보다, 더욱, 연직 방향 하방에 배치시키는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 가일층 많은 냉각액을 배출시키는 것이 가능하게 된다.

(그 외)

상기 실시예에 있어서는, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)가, 자석(134)에 대해서, 타겟(110)의 회전 중심 축선을 사이에 두고 반대 측에 배치되는 경우의 구성을 나타냈다. 이와 같은 구성을 채용한 이유는, 통상, 마그넷 유닛(130)의 내부에 배치되는 자석(134)이 큰 영역을 차지하는 것과, 냉각액을 배출시킬 때에는, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)를 극력 연직 방향의 하방에 배치시키고 싶은 것에 기인한다. 그렇지만, 제1 냉각액 유로(R1)와 제2 냉각액 유로(R2)와의 접속 부위(RJ)와, 자석(134)을, 타겟(110)의 회전 중심 축선을 포함하는 면에 의해 나눌 수 있는 2개의 영역 중 같은 영역 측에 배치시키는 것에 지장이 없는 경우에는, 그와 같은 배치 구성을 채용해도 된다. 이 구성을 채용했을 경우에는, 마그넷 유닛의 회전 방향의 위치는, 스퍼터링을 행하는 경우와 냉각액을 배출시키는 경우에서 변경할 필요는 없다.

1: 스퍼터 장치
10: 로터리 캐소드
100: 로터리 캐소드 장치 본체
110: 타겟
130: 마그넷 유닛
134: 자석
136, 136a, 136b: 제1 배관
137, 137a, 137b: 제2 배관
200: 엔드 블록
300: 서포트 블록
P2: 배액 장치
R1: 제1 냉각액 유로
R2: 제2 냉각액 유로
RJ: 접속 부위

Claims

기판에 대향하는 위치에 설치되고 스퍼터링 시에 회전하는 원통 형상의 타겟과, 상기 기판과의 사이에 자장을 형성시킨 상태에서 스퍼터링을 행하는 마그네트론 스퍼터링 방식의 스퍼터 장치에 있어서,
케이스와, 상기 케이스의 내부에 구비되어, 상기 자장을 형성시키는 자석과, 당해 자석을 지지하는 지지 부재를 갖고, 상기 타겟의 내부에 설치되는 마그넷 유닛과,
상기 타겟과 상기 마그넷 유닛과의 사이에 형성되고, 상기 타겟을 냉각하는 냉각액이 흐르는 환상의 제1 냉각액 유로와,
상기 마그넷 유닛의 상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 냉각액이 흐르는 제2 냉각액 유로를 구비하고,
상기 냉각액을 배출시키기 위해 배액 장치에 의해 상기 1 냉각액 유로로부터 제2 냉각액 유로를 향해 기체를 보내고 있는 기간 동안, 상기 제1 냉각액 유로와 상기 제2 냉각액 유로와의 접속 부위는, 상기 제1 냉각액 유로에 있어서의 연직 방향 하방에 치우친 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제1항에 있어서,
상기 기간에 있어서, 상기 접속 부위는, 상기 제1 냉각액 유로에 있어서의 연직 방향의 직하의 위치로부터 ±45°의 범위 내에 유지되고 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기간에 있어서, 상기 접속 부위는, 상기 자석에 대해서, 상기 타겟의 회전 중심 축선을 사이에 두고 반대 측에 유지되고 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 타겟의 회전 중심 축선에 평행하게 연장하는 한 쌍의 제1 배관과,
이들 한 쌍의 배관으로부터 상기 제1 냉각액 유로를 향해 각각 연장하는 한 쌍의 제2 배관
을 구비하고,
상기 제1 배관의 내부 공간과 상기 제2 배관의 내부 공간에 의해, 상기 제2 냉각액 유로가 형성됨과 함께,
한 쌍의 상기 제2 배관은 상기 회전 중심 축선 방향의 다른 위치에서, 한 쌍의 상기 제1 배관에 대해 각각 접속되어 있고, 또한, 한 쌍의 상기 제2 배관이 상기 제1 냉각액 유로와 접속되는 위치는, 상기 회전 중심 축선 방향을 향해 보았을 경우에 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 타겟의 내주면과 상기 마그넷 유닛의 외주면의 사이에 형성되는 원통 형상의 공간에 의해 상기 제1 냉각액 유로가 구성되고,
상기 접속 부위는, 상기 마그넷 유닛의 외주면에 형성되고, 해당 마그넷 유닛의 내부로 연통하는 개구부인 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 1 냉각액 유로로부터 제2 냉각액 유로를 향해 상기 기체를 보내고 있는 동안, 상기 마그넷 유닛의 회전 방향의 위치는 정해져 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기간에 있어서, 상기 접속 부위는 상기 타겟의 회전 중심 축선보다 연직 방향 하방에 유지되고 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 냉각액 유로는, 상기 타겟의 회전 중심 축선과 동심이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 타겟의 회전 중심 축선을 따라 연장 설치되는 제3 냉각액 유로를 구비하고,
상기 제2 냉각액 유로는, 상기 제1 냉각액 유로와 상기 제3 냉각액 유로를 접속하고,
상기 제1 냉각액 유로로부터, 상기 제2 냉각액 유로, 상기 제3 냉각액 유로의 순으로 상기 기체가 보내지는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제1항 또는 제2항에 기재된 스퍼터 장치의 사용 방법에 있어서,
스퍼터링을 행할 때에는, 상기 자석을 연직 방향 하방을 향하게 하고, 상기 접속 부위를 상기 자석보다 연직 방향 상방에 배치시키고,
상기 기체를 보낼 때에는, 상기 접속 부위를 상기 자석보다 연직 방향 하방에 배치시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치의 사용 방법.