KR20140014780A - Magnetron sputtering apparatus having magnetron cooling unit - Google Patents

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홍태권
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Abstract

The present invention relates to a magnetron sputtering device having a magnetron cooling part which can cool a magnetron using cooling gas. The magnetron sputtering device comprises: a process chamber having a substrate support; a magnetron arranged in one side of the process chamber and having a first magnet part and a second magnet part facing each other; a power supply part for supplying power to targets attached to the first and second magnet parts; and a magnetron cooling part for supplying the cooling gas to the first and second magnet parts.

Description

마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치 {Magnetron Sputtering Apparatus having Magnetron Cooling Unit}Magnetron Sputtering Apparatus Having Magnetron Cooling Unit {Magnetron Sputtering Apparatus having Magnetron Cooling Unit}

본 발명은 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은, 냉각 기체를 이용하여 마그네트론을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치에 대한 것이다. The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus having a magnetron cooling unit. In more detail, this invention relates to the magnetron sputtering apparatus provided with the magnetron cooling part characterized by cooling a magnetron using a cooling gas.

물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)라고도 불리는 스퍼터링(sputtering)은 반도체 집적 회로 제조시 금속층과 관련 물질들의 층을 증착하는 방법으로 사용된다. 또한, 스퍼터링은 박막 코팅을 위해서도 사용된다. Sputtering, also called physical vapor deposition (PVD), is used to deposit metal layers and layers of related materials in semiconductor integrated circuit fabrication. Sputtering is also used for thin film coatings.

도 1은 일반적인 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 개략도이다. 1 is a schematic view showing the configuration of a general sputtering apparatus.

일반적인 형태의 스퍼터링 장치(1)는, 챔버(3)와, 공정가스 공급부(5)와, 공정가스 배출부(7)를 포함하고, 챔버(1)에는 기판(16)이 지지되는 기판 지지대(14)와, 타겟(9)을 장착한 스퍼터 건(10)이 구비되며, 스퍼터 건(10)에는 전원 공급부(12)가 연결된다. 타겟(16)은 기판(16) 상에 증착될 재료가 된다. 챔버(3) 내부에는 공정가스 공급부(5)를 통해 아르곤(Ar)이나 질소(N)와 같은 공정가스가 공급된다. 전원 공급부(12)에 의해 스퍼터 건으로 전원이 공급되면, 타겟(9) 상부에 플라즈마가 형성되어 타겟(9) 표면에 충돌하고, 타겟 원자나 원자 클러스터들이 타겟(9)으로부터 스퍼터링된다. 타겟(9)으로부터 스퍼터링된 입자들이 기판(16) 상에 증착됨으로써 타겟 물질의 막이 기판(16) 상에 형성된다. 도 1에서 쉴드(18)는 장착된 타겟(9)에서 원하는 부분만 스퍼터링되도록 하며 플라즈마 생성시 안정성을 유지하기 위해 구비된다.The sputtering apparatus 1 of a general form includes a chamber 3, a process gas supply part 5, and a process gas discharge part 7, and a substrate support on which the substrate 16 is supported by the chamber 1 ( 14 and a sputter gun 10 on which the target 9 is mounted, and a power supply 12 is connected to the sputter gun 10. The target 16 is a material to be deposited on the substrate 16. A process gas such as argon (Ar) or nitrogen (N) is supplied to the chamber 3 through the process gas supply unit 5. When power is supplied to the sputter gun by the power supply unit 12, plasma is formed on the target 9 to collide with the surface of the target 9, and target atoms or atomic clusters are sputtered from the target 9. Particles sputtered from the target 9 are deposited on the substrate 16 such that a film of target material is formed on the substrate 16. In FIG. 1, the shield 18 is provided so as to sputter only a desired portion of the mounted target 9 and maintain stability during plasma generation.

도 1에 도시된 일반적인 형태의 스퍼터링 장치에 대해, 스퍼터링된 타겟의 후면에 위치한 마그네트론(magnetron)을 사용함으로써 스퍼터링 속도가 향상됨이 알려져 있다. For the sputtering apparatus of the general type shown in FIG. 1, it is known that the sputtering speed is improved by using a magnetron located at the rear of the sputtered target.

도 2는 마그네트론 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 개략도이다. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a magnetron sputtering apparatus.

마그네트론 스퍼터링 장치(20)는 타겟(9) 전면에 전자 및 이온 구성을 위한 자계를 형성하기 위해 마그네트론(22)이 타겟(9) 후면에 구비된다. 공정가스로 아르곤이 공급되는 경우를 예로 들면, 타겟과 실드 사이에 적정 전원이 인가되면 아르곤이 이온화되어 플라즈마가 형성된다. 이 플라즈마는 마그네트론(22)에 의해 형성된 자계에 의해 타겟(9) 부근의 영역에서 제한된다. 아르곤 이온들이 타겟(9)에 충돌하면서 운동량 전달에 의해 타겟으로부터 입자들이 스퍼터링된다. The magnetron sputtering apparatus 20 is provided with a magnetron 22 behind the target 9 so as to form a magnetic field for electron and ion composition on the front of the target 9. For example, when argon is supplied to the process gas, argon is ionized to form a plasma when an appropriate power source is applied between the target and the shield. This plasma is limited in the region near the target 9 by the magnetic field formed by the magnetron 22. As argon ions impinge on the target 9, particles are sputtered from the target by momentum transfer.

즉, 마그네트론 스퍼터링 장치(20)는 챔버 내부에 형성되는 플라즈마가 타겟 근처에서 유지되도록 함으로써 타겟의 스퍼터링을 촉진함으로써 기판으로의 입자 증착 속도를 증가시킨다. That is, the magnetron sputtering apparatus 20 increases the particle deposition rate to the substrate by promoting the sputtering of the target by keeping the plasma formed inside the chamber near the target.

한편, 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서는 마그네트론을 구성함에 있어서 한 쌍의 대향하는 자석을 배치하고, 각각의 자석에는 타겟을 배치하는 대향 타겟 마그네트론 스퍼터링 장치가 제안된 바 있다. 이러한 구성에 있어서 마그네트론에 의해 형성되는 자계는 상기 타겟의 대향하는 면과 수직을 이룬다. On the other hand, in the conventional magnetron sputtering apparatus, an opposing target magnetron sputtering apparatus has been proposed in which a pair of opposing magnets are arranged to form a magnetron, and a target is disposed on each magnet. In this configuration, the magnetic field formed by the magnetron is perpendicular to the opposing face of the target.

그런데 이러한 대향 타겟 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서는 열에 의해 자석의 자력이 약화되는 문제점이 있었다. 이에 따라 효과적인 마그네트론의 냉각 방안이 절실히 요구되는 것이 현실이다. However, in such an opposing target magnetron sputtering device, there is a problem that the magnetic force of the magnet is weakened by heat. Accordingly, there is an urgent need for effective magnetron cooling.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 냉각 기체를 이용하여 마그네트론을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a magnetron sputtering apparatus having a magnetron cooling unit, characterized in that the magnetron is cooled using a cooling gas.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 내부에 기판 지지대가 구비된 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 일측에 구비되며 상호 대향하는 제 1 자석부와 제 2 자석부를 포함하는 마그네트론; 상기 제 1 자석부 및 상기 제 2 자석부에 부착된 타겟에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 제 1 자석부 및 상기 제 2 자석부에 냉각 기체를 공급하는 마그네트론 냉각부를 포함하는 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention, the process chamber is provided with a substrate support therein; A magnetron provided at one side of the process chamber and including a first magnet part and a second magnet part facing each other; A power supply unit supplying power to a target attached to the first magnet unit and the second magnet unit; And a magnetron cooling unit including a magnetron cooling unit supplying cooling gas to the first magnet unit and the second magnet unit.

일 실시예에 있어서, 상기 마그네트론 냉각부는, 상기 냉각 기체를 저장하는 냉각 기체 저장부와, 상기 냉각 기체를 상기 마그네트론으로 공급하는 냉각 기체 공급관을 포함한다. 또한, 상기 마그네트론 냉각부는, 상기 마그네트론으로부터 상기 냉각 기체를 회수하는 냉각 기체 회수관 및 상기 냉각 기체 회수관을 통해 상기 냉각 기체를 회수하는 냉각 기체 회수부를 추가로 포함할 수 있다. In one embodiment, the magnetron cooling unit includes a cooling gas storage unit for storing the cooling gas, and a cooling gas supply pipe for supplying the cooling gas to the magnetron. The magnetron cooling unit may further include a cooling gas recovery tube for recovering the cooling gas from the magnetron and a cooling gas recovery unit for recovering the cooling gas through the cooling gas recovery tube.

한편, 상기 제 1 자석부 및 상기 제 2 자석부 각각은, 자석을 수용하는 하우징을 포함하며, 상기 하우징에는 상기 냉각 기체 공급관을 통해 상기 냉각 기체가 유입되는 냉각기체 유입구와, 상기 냉각 기체 회수관으로 상기 냉각 기체를 배출하는 냉각기체 배출구가 구비되도록 구성될 수 있다. Meanwhile, each of the first magnet part and the second magnet part includes a housing accommodating a magnet, wherein the housing includes a cooling gas inlet through which the cooling gas flows through the cooling gas supply pipe, and the cooling gas recovery pipe. It may be configured to be provided with a cooling gas outlet for discharging the cooling gas.

바람직하게는, 상기 하우징에 구비되는 상기 자석은 복수의 막대형 자석 또는 복수의 판형 자석으로 구성될 수 있다. Preferably, the magnet provided in the housing may be composed of a plurality of bar magnets or a plurality of plate magnets.

한편, 상기 공정 챔버는 제 1 공정 챔버 및 제 2 공정 챔버로 이루어지며, 상기 제 1 공정 챔버와 상기 제 2 공정 챔버의 사이에 상기 마그네트론이 구비됨으로서, 상기 타겟으로부터 분리된 입자가 상기 제 1 공정 챔버와 상기 제 2 공정 챔버 모두에 전달될 수 있다. The process chamber may include a first process chamber and a second process chamber, and the magnetron is provided between the first process chamber and the second process chamber, so that particles separated from the target are separated from the first process chamber. It can be delivered to both the chamber and the second process chamber.

바람직하게는 상기 마그네트론 스퍼터링 장치는, 하나의 공정가스 공급부를 구비하며, 상기 공정가스 공급부로부터 상기 제 1 공정 챔버 및 상기 제 2 공정 챔버로 동시에 공정 가스가 공급된다. Preferably, the magnetron sputtering apparatus includes a process gas supply unit, and process gas is simultaneously supplied from the process gas supply unit to the first process chamber and the second process chamber.

또한, 상기 마그네트론 스퍼터링 장치는, 하나의 공정가스 배출부를 추가로 구비하여, 상기 제 1 공정 챔버 및 상기 제 2 공정 챔버로부터 동시에 공정 가스가 상기 공정가스 배출부에 의해 배출된다. In addition, the magnetron sputtering apparatus further includes one process gas discharge unit, and simultaneously process gas is discharged from the first process chamber and the second process chamber by the process gas discharge unit.

본 발명에 따르면, 마그네트론을 구성하는 자석을 효과적으로 냉각하여 자석의 자력 약화를 방지할 수 있다. According to the present invention, it is possible to effectively cool the magnet constituting the magnetron to prevent the magnetic weakening of the magnet.

또한, 냉각수를 이용하여 자석을 냉각하는 경우를 고려할 수 있으나 이 경우에는 냉각수로 인한 자석의 산화가 발생할 수 있는 단점이 있는데 비하여, 본 발명은 냉각 기체를 이용함에 따라 자석의 산화를 방지하면서 냉각을 수행할 수 있는 장점이 있다. In addition, although the case of cooling the magnet using the cooling water may be considered, in this case, there is a disadvantage in that oxidation of the magnet due to the cooling water may occur. There is an advantage to it.

또한, 냉각 기체를 액화 가스를 기화시켜 사용하는 경우 더 좋은 냉각 효율을 달성할 수 있는 효과가 있다. In addition, when the cooling gas is used by vaporizing the liquefied gas, there is an effect that can achieve a better cooling efficiency.

도 1은 일반적인 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 마그네트론 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스터퍼링 장치에 있어서, 마그네트론의 내부 구성을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스터퍼링 장치에 있어서, 마그네트론의 내부 구성을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스터퍼링 장치에 있어서, 다른 실시예에 따른 마그네트론의 내부 구성을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스터퍼링 장치에 있어서, 다른 실시예에 따른 마그네트론의 내부 구성을 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 도면이다. 1 is a schematic view showing the configuration of a general sputtering apparatus.
2 is a schematic diagram showing the configuration of a magnetron sputtering apparatus.
3 is a diagram illustrating a configuration of a magnetron sputtering apparatus having a magnetron cooling unit according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 4 is a perspective view showing the internal configuration of the magnetron in the magnetron stuffing device having a magnetron cooling unit according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view illustrating an internal configuration of a magnetron in a magnetron stuffing device having a magnetron cooling unit according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a perspective view illustrating an internal configuration of a magnetron according to another embodiment in a magnetron stuffing device having a magnetron cooling unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view illustrating an internal configuration of a magnetron according to another embodiment in a magnetron stuffing device having a magnetron cooling unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a view showing the configuration of a magnetron sputtering apparatus having a magnetron cooling unit according to another exemplary embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a configuration of a magnetron sputtering apparatus having a magnetron cooling unit according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치(30)는, 공정 챔버(32)와, 상기 공정 챔버(32) 내부에 구비되는 기판 지지대(34)와, 상기 공정 챔버(32)의 일측에 구비되는 마그네트론(40), 상기 마그네트론(40)에 구비되는 타겟(42a, 42b)에 전원을 공급하는 전원 공급부(44) 및, 상기 마그네트론(40)으로 냉각 기체를 공급하는 마그네트론 냉각부(50)를 포함한다. 또한 상기 마그네트론 스퍼터링 장치(30)는 공정 챔버(32)로 공정 가스를 공급하는 공정가스 공급부(60) 및 공정 챔버(32)로부터 공정 가스를 배출하는 공정가스 배출부(66)를 추가로 포함할 수 있다. The magnetron sputtering apparatus 30 having a magnetron cooling unit according to a preferred embodiment of the present invention includes a process chamber 32, a substrate support 34 provided in the process chamber 32, and the process chamber 32. Magnetron 40 provided on one side of the), the power supply unit 44 for supplying power to the targets (42a, 42b) provided in the magnetron 40, and the magnetron cooling for supplying the cooling gas to the magnetron (40) A portion 50 is included. In addition, the magnetron sputtering apparatus 30 may further include a process gas supply unit 60 for supplying a process gas to the process chamber 32 and a process gas discharge unit 66 for discharging the process gas from the process chamber 32. Can be.

공정 챔버(32) 내부에는 공정 가스가 충진된다. 공정 가스는 아르곤(Ar)이나 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성 가스로 이루어질 수 있다. 또한 공정 가스에는 필요에 따라 산소(O2)나 수소(H2)가 포함될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시에 있어서 공정 가스는 상기에 예시된 것뿐만 아니라 다양한 기체가 포함될 수 있음은 물론이다. Process gas is filled in the process chamber 32. The process gas may consist of an inert gas such as argon (Ar), helium (He) or nitrogen (N 2 ). In addition, the process gas may include oxygen (O 2 ) or hydrogen (H 2 ) as necessary. However, in the practice of the present invention, the process gas may include various gases as well as those exemplified above.

공정 챔버(32) 내부에는 기판 지지대(34)가 구비된다. 기판 지지대(34)에는 스퍼터링 공정을 통해 소정의 막이 형성될 기판(38)이 지지된다. 기판 지지대(34)는 지지부(36)에 의해 공정 챔버(32) 내부에 고정될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지부(36)는 그 단면이 원형 또는 각형의 봉 형상일 수 있다.The substrate support 34 is provided in the process chamber 32. The substrate support 34 is supported by a substrate 38 on which a predetermined film is to be formed through a sputtering process. The substrate support 34 may be fixed inside the process chamber 32 by the support 36. In one embodiment, the support 36 may be a rod-shaped cross-section of the circular or square.

본 발명의 실시에 있어서, 마그네트론(40)은 상호 대향하는 제 1 자석부(40a)와 제 2 자석부(40b)를 포함하여 구비된다. 제 1 자석부(40a)와 제 2 자석부(40b)는 서로 다른 극성이 대향하도록 형성된다. 제 1 자석부(40a)와 제 2 자석부(40b)는 판형 자석 또는 막대형 자석의 형태로 구비될 수 있다. 상기 판형 자석 또는 막대형 자석은 Nd 자석으로 이루어질 수 있다. In the practice of the present invention, the magnetron 40 includes a first magnet portion 40a and a second magnet portion 40b which face each other. The first magnet part 40a and the second magnet part 40b are formed to face different polarities. The first magnet part 40a and the second magnet part 40b may be provided in the form of a plate magnet or a rod magnet. The plate magnet or rod magnet may be made of an Nd magnet.

제 1 자석부(40a)와 제 2 자석부(40b)가 상호 대향하는 면에는 각각 제 1 타겟(42a)과 제 2 타겟(42b)이 구비된다. 이에 따라 제 1 타겟(42a)과 제 2 타겟(42b)은 그 면이 상호 마주보는 형태로 배치된다.The first target 42a and the second target 42b are provided on the surface where the first magnet part 40a and the second magnet part 40b face each other. Accordingly, the first target 42a and the second target 42b are disposed in such a manner that their surfaces face each other.

한편, 전원 공급부(44)는 제 1 타겟(42a)과 제 2 타겟(42b)에 연결되어 DC 전원 또는 RF 전원을 제 1 타겟(42a) 및 제 2 타겟(42b)에 공급한다. 도 3에 있어서는 RF 전원이 제 1 타겟(42a) 및 제 2 타겟(42b)에 공급되는 형태로 도시되었다. Meanwhile, the power supply 44 is connected to the first target 42a and the second target 42b to supply DC power or RF power to the first target 42a and the second target 42b. In FIG. 3, RF power is shown to be supplied to the first target 42a and the second target 42b.

마그네트론 냉각부(50)는 냉각 기체 저장부(52)와, 냉각 기체를 마그네트론(40)의 제 1 자석부(40a)와 제 2 자석부(40b) 각각에 공급하는 냉각 기체 공급관(54a, 54b)과, 마그네트론(40)의 제 1 자석부(40a)와 제 2 자석부(40b)에 공급된 냉각 기체를 회수하는 냉각 기체 회수관(58a, 58b), 및 냉각 기체 회수관(58a, 58b)을 통해 냉각 기체를 회수하는 냉각 기체 회수부(56)를 포함한다. The magnetron cooling unit 50 includes a cooling gas storage unit 52 and cooling gas supply pipes 54a and 54b that supply cooling gas to each of the first magnet part 40a and the second magnet part 40b of the magnetron 40. ), Cooling gas recovery tubes 58a and 58b for recovering the cooling gas supplied to the first magnet portion 40a and the second magnet portion 40b of the magnetron 40, and the cooling gas recovery tubes 58a and 58b. Cooling gas recovery unit 56 for recovering the cooling gas through the).

냉각 기체 저장부(52)에 저장된 냉각 기체는 헬륨(He)일 수 있다. 또한, 냉각 기체는 액화 상태로 상기 냉각 기체 저장부(52)에 저장될 수 있다. 냉각 기체는 기화되면서 저온 상태로 냉각 기체 공급관(54a, 54b)을 통해 마그네트론(40)에 전달된다. 냉각 기체 공급관(54a, 54b)은 제 1 자석부(40a)로 연결되는 제 1 냉각 기체 공급관(54a)과 제 2 자석부(40b)로 연결되는 제 2 냉각 기체 공급관(54b)을 포함한다. The cooling gas stored in the cooling gas storage unit 52 may be helium (He). In addition, the cooling gas may be stored in the cooling gas storage unit 52 in a liquefied state. The cooling gas is vaporized and transferred to the magnetron 40 through the cooling gas supply pipes 54a and 54b in a low temperature state. The cooling gas supply pipes 54a and 54b include a first cooling gas supply pipe 54a connected to the first magnet part 40a and a second cooling gas supply pipe 54b connected to the second magnet part 40b.

냉각 기체 회수부(56)는 펌프 형태로 구비되어 냉각 기체 회수관(58a, 58b)을 통해 마그네트론(40)으로부터 냉각 기체를 회수하는 역할을 수행한다. 냉각 기체 회수관(58a, 58b)은 제 1 자석부(40a)와 연결되는 제 1 냉각 기체 회수관(58a)과 제 2 자석부(40b)와 연결되는 제 2 냉각 기체 회수관(58b)을 포함한다. 마그네트론 스퍼터링 장치(30)를 이용하여 마그네트론 스퍼터링 공정을 수행함에 있어서 마그네트론 냉각부(50)는 마그네트론(40)의 냉각을 수행한다.Cooling gas recovery unit 56 is provided in the form of a pump serves to recover the cooling gas from the magnetron 40 through the cooling gas recovery pipes (58a, 58b). The cooling gas recovery pipes 58a and 58b include a first cooling gas recovery pipe 58a connected to the first magnet part 40a and a second cooling gas recovery pipe 58b connected to the second magnet part 40b. Include. In performing the magnetron sputtering process using the magnetron sputtering apparatus 30, the magnetron cooling unit 50 performs cooling of the magnetron 40.

도 3에 있어서, 냉각 기체 공급관(54a, 54b)과 냉각 기체 회수관(58a, 58b)이 제 1 자석부(40a) 및 제 2 자석부(40b) 각각에 대해 같은 방향으로 설치된 것처럼 도시되었으나, 이는 설명을 위한 것일 뿐이다. 바람직하게는 냉각 기체 공급관(54a, 54b)과 냉각 기체 회수관(58a, 58b)은 제 1 자석부(40a) 및 제 2 자석부(40b) 각각에 대해 상호 반대 방향에서 연결된다. In FIG. 3, the cooling gas supply pipes 54a and 54b and the cooling gas recovery pipes 58a and 58b are shown as being installed in the same direction with respect to each of the first magnet part 40a and the second magnet part 40b. This is for illustration only. Preferably, the cooling gas supply pipes 54a and 54b and the cooling gas recovery pipes 58a and 58b are connected in opposite directions to each of the first magnet part 40a and the second magnet part 40b.

공정가스 공급부(60)는 공정 가스를 저장하는 공정가스 저장부(62)와 질량 유량계(Mass Flow Controller, MFC)(64)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 공정가스 저장부(62)는 각 공정 가스 별로 개별적으로 구비되어 복수로 구비될 수 있다. 또한, 질량 유량계(64)는 각 공정가스 저장부(62)에 개별적으로 구비될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 공정가스 배출부(66)는 배출 펌프를 포함하여 구성될 수 있다. The process gas supply unit 60 may include a process gas storage unit 62 storing a process gas and a mass flow controller (MFC) 64. Here, the process gas storage part 62 may be provided in plurality for each process gas. In addition, the mass flow meter 64 may be separately provided in each process gas storage 62. In one embodiment, the process gas discharge portion 66 may be configured to include a discharge pump.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 스퍼터링 공정을 수행하는 것을 설명하면 다음과 같다. When performing the sputtering process using a magnetron sputtering apparatus according to the present invention will be described.

공정가스 공급부로부터 공정 챔버(32)에 공정 가스를 공급한 후 제 1 타겟(42a) 및 제 2 타겟(42b)에 전류를 공급한다. 제 1 타겟(42a) 및 제 2 타겟(42b) 사이에는 공정 가스가 이온화되면서 플라즈마를 생성한다. 생성된 플라즈마에 의해 제 1 타겟(42a) 및 제 2 타겟(42b)은 스퍼터링되어 입자가 발생한다. 이 입자는 기판 지지대에 구비된 기판에 각각 전달되어 기판 면에 증착되어 막을 형성한다. After the process gas is supplied from the process gas supply unit to the process chamber 32, current is supplied to the first target 42a and the second target 42b. The process gas is ionized between the first target 42a and the second target 42b to generate plasma. The generated plasma sputters the first target 42a and the second target 42b to generate particles. These particles are each delivered to a substrate provided on the substrate support and deposited on the substrate surface to form a film.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스터퍼링 장치에 있어서, 마그네트론의 내부 구성을 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스터퍼링 장치에 있어서, 마그네트론의 내부 구성을 도시한 평면도이다. 4 is a perspective view illustrating an internal configuration of a magnetron in a magnetron stuffing device having a magnetron cooling unit according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a magnetron having a magnetron cooling unit according to a preferred embodiment of the present invention. In a stuffing apparatus, it is a top view which shows the internal structure of a magnetron.

마그네트론(40)을 구성하는 제 1 자석부(40a)와 제 2 자석부(40b) 각각은, 통 형상의 하우징(70)과, 상기 하우징(70)의 내부에 수납되는 막대형 자석(72)을 포함한다. 통 형상의 하우징(70)의 일측에는 냉각 기체 유입구(74)가 구비되고, 하우징(70)의 타측에는 냉각 기체 유출구(76)가 구비된다. 하우징(70)의 내부에는 복수의 막대형 자석(72)이 일정한 간격으로 배치되는데, 복수의 막대형 자석(72)의 극성은 서로 동일하게 배치된다. 이에 따라 막대형 자석(72)은 같은 극성이 서로 이웃하게 되므로 막대형 자석(72)은 다른 막대형 자석(72)을 밀어낸다. 이에 따라 하우징(70)에 수납된 막대형 자석(72)은 간격을 유지하기 위한 별도의 구조물이 없어도 일정한 간격을 이루며 배치된다. 물론, 경우에 따라서는 하우징(70)의 상하부에 막대형 자석(72)을 배치하기 위한 홈을 형성하는 것도 가능하다. Each of the first magnet portion 40a and the second magnet portion 40b constituting the magnetron 40 has a cylindrical housing 70 and a rod magnet 72 housed inside the housing 70. It includes. One side of the cylindrical housing 70 is provided with a cooling gas inlet 74, and the other side of the housing 70 is provided with a cooling gas outlet 76. A plurality of bar magnets 72 are arranged at regular intervals in the housing 70, and the polarities of the bar magnets 72 are identical to each other. Accordingly, since the bar magnets 72 have the same polarity, the bar magnets 72 push out the other bar magnets 72. Accordingly, the bar magnets 72 accommodated in the housing 70 are arranged at regular intervals even without a separate structure for maintaining the interval. Of course, in some cases, it is also possible to form grooves for arranging the bar magnets 72 above and below the housing 70.

냉각 기체 저장부(52)에 저장된 냉각 기체는 냉각 기체 유입구(74)를 통해 하우징(70) 내부로 전달된다. 냉각 기체는 막대형 자석(72) 사이의 간격을 채우게 되며, 냉각 기체 회수부(56)와 연결된 냉각 기체 유출구(76)를 통해 배출된다. The cooling gas stored in the cooling gas storage unit 52 is delivered into the housing 70 through the cooling gas inlet 74. The cooling gas fills the gap between the bar magnets 72 and is discharged through the cooling gas outlet 76 connected to the cooling gas recovery unit 56.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스터퍼링 장치에 있어서, 다른 실시예에 따른 마그네트론의 내부 구성을 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스터퍼링 장치에 있어서, 다른 실시예에 따른 마그네트론의 내부 구성을 도시한 평면도이다. Figure 6 is a magnetron stuffing device having a magnetron cooling unit according to a preferred embodiment of the present invention, a perspective view showing the internal configuration of the magnetron according to another embodiment, Figure 7 is a magnetron according to a preferred embodiment of the present invention In a magnetron stuffing device having a cooling unit, it is a plan view showing the internal structure of a magnetron according to another embodiment.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제 1 자석부(40a)와 제 2 자석부(40b) 각각의 통 형상의 하우징(70) 내부에는 복수의 판형 자석(78)이 구비된다. 복수의 판형 자석(78)의 극성은 서로 동일하게 배치된다. 따라서, 판형 자석(78)은 자력에 의해 서로 밀어내게 되며, 일정한 간격을 이루며 하우징(70) 내부에 배치된다. 본 발명의 실시에 있어서, 하우징(70)의 내측 상부면과 하부면에는 판형 자석(78)을 설치하기 위한 홈을 구비하도록 구성되는 것도 가능하다. 6 and 7, a plurality of plate magnets 78 are provided in the cylindrical housing 70 of each of the first magnet part 40a and the second magnet part 40b. The polarities of the plurality of plate magnets 78 are arranged equal to each other. Accordingly, the plate magnets 78 are pushed together by the magnetic force, and are arranged in the housing 70 at regular intervals. In the practice of the present invention, the inner upper surface and the lower surface of the housing 70 may be configured to include a groove for installing the plate magnet 78.

냉각 기체 저장부(52)에 저장된 냉각 기체는 냉각 기체 유입구(74)를 통해 하우징(70) 내부로 전달된다. 냉각 기체는 판형 자석(78) 사이의 간격을 채우게 되며, 냉각 기체 회수부(56)와 연결된 냉각 기체 유출구(76)를 통해 배출된다. The cooling gas stored in the cooling gas storage unit 52 is delivered into the housing 70 through the cooling gas inlet 74. The cooling gas fills the gap between the plate magnets 78 and is discharged through the cooling gas outlet 76 connected to the cooling gas recovery unit 56.

도 8은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 도면이다. 8 is a view showing the configuration of a magnetron sputtering apparatus having a magnetron cooling unit according to another exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치(30)는, 마그네트론 냉각부(50)와 더불어 두 개의 공정 챔버(32a, 32b)를 포함하는 것을 일 특징으로 한다. 하나의 마그네트,론(40)을 이용하여 타겟(42a, 42b)으로부터 스퍼터링된 입자는 두 개의 공정 챔버(32a, 32b)에 놓여지는 기판에 대해 증착된다. 이에 따라 장비 사용 효율이 증대된다. The magnetron sputtering apparatus 30 having the magnetron cooling unit according to another exemplary embodiment of the present invention is characterized in that it includes two process chambers 32a and 32b together with the magnetron cooling unit 50. Particles sputtered from the targets 42a and 42b using one magnet, ron 40 are deposited on the substrate placed in the two process chambers 32a and 32b. This increases the efficiency of using the equipment.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치(30)는, 제 1 공정 챔버(32a)와, 제 2 공정 챔버(32b), 상기 제 1 공정 챔버(32a) 및 제 2 공정 챔버(32b) 내부에 각각 구비되는 제 1 기판 지지대(34a)와 제 2 기판 지지대(34b), 및 상기 제 1 공정 챔버(32a)와 제 2 공정 챔버(32b)의 사이에 구비되는 마그네트론(40)을 포함한다. 또한, 상기 마그네트론 스퍼터링 장치(30)는 공정가스 공급부(60)와, 공정가스 배출부(66)를 포함하되, 상기 공정가스 공급부(60)와 공정가스 배출부(66)는 상기 제 1 공정 챔버(32a)와 제 2 공정 챔버(32b)에 공통으로 사용된다. According to another preferred embodiment of the present invention, the magnetron sputtering apparatus 30 including the magnetron cooling unit includes a first process chamber 32a, a second process chamber 32b, the first process chamber 32a, and a second process chamber. The first substrate support 34a and the second substrate support 34b provided in the process chamber 32b, respectively, and the magnetron provided between the first process chamber 32a and the second process chamber 32b. 40). In addition, the magnetron sputtering apparatus 30 includes a process gas supply unit 60 and a process gas discharge unit 66, wherein the process gas supply unit 60 and the process gas discharge unit 66 are the first process chamber. Commonly used for 32a and the 2nd process chamber 32b.

제 1 공정가스 공급관(67a)은 상기 공정가스 공급부(60)와 제 1 공정 챔버(32a)를 연결한다. 또한, 제 2 공정가스 공급관(67b)은 상기 공정가스 공급부(60)와 제 2 공정 챔버(32b)를 연결한다. 일 실시예에 있어서 제 1 공정가스 공급관(67a)과 제 2 공정가스 공급관(67b)은 메인 공급관(65)으로 합류하여 상기 공정가스 공급부(60)와 연결될 수 있다. 이에 따라 공정가스 공급부(60)에서 공급되는 공정 가스는 상기 제 1 공정가스 공급관(67a)과 제 2 공정가스 공급관(67b)을 통해 상기 제 1 공정 챔버(32a)와 제 2 공정 챔버(32b)로 전달된다. The first process gas supply pipe 67a connects the process gas supply unit 60 and the first process chamber 32a. In addition, the second process gas supply pipe 67b connects the process gas supply unit 60 and the second process chamber 32b. In one embodiment, the first process gas supply pipe 67a and the second process gas supply pipe 67b may be joined to the main supply pipe 65 to be connected to the process gas supply unit 60. Accordingly, the process gas supplied from the process gas supply unit 60 is the first process chamber 32a and the second process chamber 32b through the first process gas supply pipe 67a and the second process gas supply pipe 67b. Is passed to.

한편, 제 1 공정 챔버(32a)에는 제 1 공정가스 배출관(69a)이 연결되고, 제 2 공정 챔버(32b)에는 제 2 공정가스 배출관(69b)이 연결된다. 제 1 공정가스 배출관(69a)과 제 2 공정 가스 배출관(69b)은 메인 배출관(67)으로 합류하여 공정가스 배출부(66)로 연결된다. Meanwhile, a first process gas discharge pipe 69a is connected to the first process chamber 32a, and a second process gas discharge pipe 69b is connected to the second process chamber 32b. The first process gas discharge pipe 69a and the second process gas discharge pipe 69b join the main discharge pipe 67 and are connected to the process gas discharge part 66.

하나의 공정가스 공급부(60)와 하나의 공정가스 배출부(66)를 두 개의 공정 챔버(32a, 32b)가 공유함으로써 각 공정 챔버(32a, 32b)에 동일한 비율 또는 양의 공정 가스가 공급되고, 각 공정 챔버(32a, 32b)로부터 동일한 양의 공정 가스가 배출될 수 있는 효과가 있다. 또한, 두 개의 공정 챔버(32a, 32b)를 구비함에도 수반되는 보조 부품을 공유할 수 있어 장비 제조비용 및 크기를 절감할 수 있는 효과가 있다. The two process chambers 32a and 32b share one process gas supply unit 60 and one process gas discharge unit 66 so that the same proportions or amounts of process gases are supplied to each process chamber 32a and 32b. The same amount of process gas can be discharged from each of the process chambers 32a and 32b. In addition, even though the two process chambers 32a and 32b are provided, the accompanying auxiliary components can be shared, thereby reducing the equipment manufacturing cost and size.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

30 : 마그네트론 스퍼터링 장치 32 : 공정 챔버
34 : 기판 지지대 36 : 지지부
38 : 기판 40 : 마그네트론
40a : 제 1 자석부 40b : 제 2 자석부
42a : 제 1 타겟 42b : 제 2 타겟
44 : 전원 공급부 50 : 마그네트론 냉각부
52 : 냉각 기체 저장부 54a, 54b : 냉각 기체 공급관
56 : 냉각 기체 회수부 58a, 58b : 냉각 기체 회수관
60 : 공정가스 공급부 62 : 공정가스 저장부
64 : 질량 유량계 66 : 공정가스 배출부
70 : 하우징 72 : 막대형 자석
74 : 냉각 기체 유입구 76 : 냉각 기체 유출구
78 : 판형 자석30: magnetron sputtering device 32: process chamber
34 substrate support 36 support
38 substrate 40 magnetron
40a: first magnet portion 40b: second magnet portion
42a: first target 42b: second target
44: power supply unit 50: magnetron cooling unit
52: cooling gas storage unit 54a, 54b: cooling gas supply pipe
56: cooling gas recovery unit 58a, 58b: cooling gas recovery tube
60: process gas supply unit 62: process gas storage unit
64: mass flow meter 66: process gas discharge unit
70 housing 72 bar magnet
74: cooling gas inlet 76: cooling gas outlet
78: plate magnet

Claims (8)

내부에 기판 지지대가 구비된 공정 챔버;
상기 공정 챔버의 일측에 구비되며 상호 대향하는 제 1 자석부와 제 2 자석부를 포함하는 마그네트론;
상기 제 1 자석부 및 상기 제 2 자석부에 부착된 타겟에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및
상기 제 1 자석부 및 상기 제 2 자석부에 냉각 기체를 공급하는 마그네트론 냉각부
를 포함하는 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치.A process chamber having a substrate support therein;
A magnetron provided at one side of the process chamber and including a first magnet part and a second magnet part facing each other;
A power supply unit supplying power to a target attached to the first magnet unit and the second magnet unit; And
Magnetron cooling unit for supplying a cooling gas to the first magnet portion and the second magnet portion
Magnetron sputtering device having a magnetron cooling unit comprising a. 제 1 항에 있어서,
상기 마그네트론 냉각부는, 상기 냉각 기체를 저장하는 냉각 기체 저장부와, 상기 냉각 기체를 상기 마그네트론으로 공급하는 냉각 기체 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치.The method of claim 1,
The magnetron cooling unit includes a magnetron cooling unit including a cooling gas storage unit for storing the cooling gas and a cooling gas supply pipe for supplying the cooling gas to the magnetron. 제 2 항에 있어서,
상기 마그네트론 냉각부는, 상기 마그네트론으로부터 상기 냉각 기체를 회수하는 냉각 기체 회수관 및 상기 냉각 기체 회수관을 통해 상기 냉각 기체를 회수하는 냉각 기체 회수부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치.3. The method of claim 2,
The magnetron cooling unit includes a magnetron cooling unit further comprising a cooling gas recovery tube for recovering the cooling gas from the magnetron and a cooling gas recovery unit for recovering the cooling gas through the cooling gas recovery tube. Sputtering device. 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 자석부 및 상기 제 2 자석부 각각은,
자석을 수용하는 하우징을 포함하며, 상기 하우징에는 상기 냉각 기체 공급관을 통해 상기 냉각 기체가 유입되는 냉각기체 유입구와, 상기 냉각 기체 회수관으로 상기 냉각 기체를 배출하는 냉각기체 배출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치.The method of claim 3, wherein
Each of the first magnet part and the second magnet part,
And a housing accommodating a magnet, wherein the housing includes a cooling gas inlet through which the cooling gas is introduced through the cooling gas supply pipe, and a cooling gas outlet through which the cooling gas is discharged into the cooling gas recovery pipe. A magnetron sputtering device having a magnetron cooling unit. 제 4 항에 있어서,
상기 자석은 복수의 막대형 자석 또는 복수의 판형 자석으로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치.5. The method of claim 4,
The magnet is a magnetron sputtering device having a magnetron cooling unit, characterized in that composed of a plurality of bar magnets or a plurality of plate magnets. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 챔버는 제 1 공정 챔버 및 제 2 공정 챔버로 이루어지며, 상기 제 1 공정 챔버와 상기 제 2 공정 챔버의 사이에 상기 마그네트론이 구비됨으로서, 상기 타겟으로부터 분리된 입자가 상기 제 1 공정 챔버와 상기 제 2 공정 챔버 모두에 전달되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 냉각부를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The process chamber includes a first process chamber and a second process chamber, and the magnetron is provided between the first process chamber and the second process chamber, so that particles separated from the target are separated from the target process chamber. The magnetron sputtering apparatus having a magnetron cooling unit, characterized in that the transfer to both the second process chamber. 제 6 항에 있어서,
하나의 공정가스 공급부가 구비되며, 상기 공정가스 공급부로부터 상기 제 1 공정 챔버 및 상기 제 2 공정 챔버로 동시에 공정 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 이중 챔버 마그네트론 스퍼터링 장치.The method according to claim 6,
One process gas supply unit is provided, the dual chamber magnetron sputtering apparatus, characterized in that the process gas is supplied from the process gas supply to the first process chamber and the second process chamber at the same time. 제 7 항에 있어서,
하나의 공정가스 배출부를 추가로 구비되어, 상기 제 1 공정 챔버 및 상기 제 2 공정 챔버로부터 동시에 공정 가스가 상기 공정가스 배출부에 의해 배출되는 것을 특징으로 하는 이중 챔버 마그네트론 스퍼터링 장치. The method of claim 7, wherein
And a process gas discharge unit, wherein the process gas is discharged simultaneously from the first process chamber and the second process chamber by the process gas discharge unit.
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