KR20150139555A - 향상된 전력 호환가능성을 갖는 스퍼터링 표적 - Google Patents

Abstract

본 발명은 홀더를 구비하는 플레이트를 포함하는 플레이트-센터링 시스템으로서, 플레이트 및 홀더의 열 팽창에 독립적으로 실온 및 더 높은 온도 모두에서 플레이트가 홀더 내에 센터링되며, 플레이트가 더 높은 온도에서 홀더 내에서 자유롭게 팽창할 수 있는 플레이트-센터링 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 표적의 고전압 펄스 마그네트론 스퍼터링을 위한 코팅 소스에서 사용하기에 매우 적합한 프레임-형태 표적 마운트를 구비하는 표적에 관한 것이다.

Description

향상된 전력 호환가능성을 갖는 스퍼터링 표적{SPUTTERING TARGET HAVING INCREASED POWER COMPATIBILITY}

본 발명은 홀더를 구비하는 플레이트를 포함하는 플레이트-센터링 시스템으로서, 플레이트 및 홀더의 열 팽창에 독립적으로 실온 및 더 높은 온도 모두에서 플레이트가 홀더 내에 센터링되며(centered), 플레이트가 더 높은 온도에서 홀더 내에서 자유롭게 팽창할 수 있는 플레이트-센터링 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 표적의 고전압 펄스 마그네트론 스퍼터링을 위한 코팅 소스에서 사용하기에 매우 적합한 프레임-형태 표적 마운트를 구비하는 표적에 관한 것이다.

높은 전력 밀도가 경제적인 방식으로 스퍼터링 프로세스를 동작시키도록 요구된다. 그러나 스퍼터링 표적의 냉각이 이와 관련하여 매우 중요하다.

최근에, 스퍼터링 표적들은 일반적으로 직접 또는 간접 냉각된다.

직접 냉각되는 표적은 도 2의 예시로서 개략적으로 도시된다: 스퍼터링을 위해 표적 표면(1a)에 전달되는 전력이 표적 재료(1b)의 열 전도성의 함수로서 표적의 후면(1c)에 전달된다. (일반적으로 물인) 냉각 액체는 스퍼터링 소스 베이스 바디(10) 내에 (일반적으로 물 도관인) 냉각 액체 도관(5)을 통해 흐르고 흐름 조건에 따라 열 흐름을 소멸시킨다. 표적(1)을 물 도관(5)에 단단히 고정시키기 위해서, 일반적으로 표적(1)과 스퍼터링 소스 베이스 바디(10)를 통해 연장하는 스크류(4)가 사용된다. 또한 물이 진공 챔버로 흐르는 것을 방지하기 위해 실(seal)(3)을 제공하는 것이 필요하다. 당업자에게 알려진 이러한 타입의 스퍼터링 표적 냉각 디바이스의 다른 구성요소들은 도 2에 도시되지 않았다.

간접 냉각되는 표적이 도 3에 예시의 방식으로 도시되었다. 이러한 경우에, 냉각 액체 도관(5)이 닫히고, 소위 닫힌 냉각 플레이트를 생성한다. 표적(1)은 표적(1)의 후면(1c)이 냉각 표면과 접촉하도록 닫힌 냉각 플레이트에 고정되고(예를 들어, 나사로 고정되거나 클램핑되고) 냉각 표면에 대해 표적의 후면(1c)을 누르는 것이 표적으로부터 냉각 액체로 열 전달을 가능하게 하고 촉진한다. 당업자에게 알려진 이러한 유형의 스퍼터링 표적 냉각 플레이트 디바이스의 다른 구성요소들이 도 2에 도시되지 않았다.

냉각 방법 또는 극도의 전력 밀도에 따라, 표적의 높은 온도가 발생할 수 있으며 표적 재료의 기계적 강도에 결함을 발생시킬 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 냉각 플레이트의 에지에서 나사를 이용하여 냉각 플레이트에 고정되고 고체 냉각 표면을 누르는 알루미늄으로 제조된 표적의 경우가 일 예이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 표적 냉각 플레이트 디바이스에서의 스퍼터링 동작으로 인해 열이 발생할 때, 표적은 나사에 의한 클램핑으로 인해 인장(tension) 및 기계적 왜곡이 발생할 때까지 팽창할 수 있으며, 이것은 냉각 플레이트로의 열 전도성에 부정적인 영향을 가지고, 표적의 파손을 발생시킬 수 있다. 이러한 경계 조건을 고려하여, 예를 들어 알루미늄으로 제조된 스퍼터링 표적에서의 전력 밀도가 10W/cm² 아래의 값으로 제한되어야만 하고, 가능하다면 5W/cm² 아래이다.

표적 클램핑 및 냉각의 다른 중요한 방법은 도 4에 도시된 바와 같이 이동가능한 다이어프램(diaphragm)에 의한 간접적인 냉각이다. 표적은 적절한 수단(9)에 의해(예를 들어, 클램프, 나사, 또는 베이어닛 피팅(bayonet fitting) 스퍼터링 소스 베이스 바디(10)에 고정된다. (대체로 물인) 냉각 액체가 흐르는 냉각 도관(5)에서, 정수압(hydrostatic pressure)이 표적의 후면(1c)에 대해 이동가능한 다이어프램을 균일하게 누르는 것에 우세하다. 이러한 유형의 이동가능한 다이어프램은 예를 들어 일종의 금속 호일로서 구현될 수 있다. 이러한 이유로, 이동가능한 다이어프램이 장착된 이러한 종류의 냉각 플레이트 디바이스는 호일 냉각 플레이트 디바이스 또는 단순히 호일 냉각 플레이트로도 지칭된다.

다이어프램과 표적의 후면 사이에서, 감소된 열 전도 영역이 예상된다. 이러한 전도 영역은 예를 들어 인듐, 주석 또는 흑연으로 제조된 연성 삽입 호일을 삽입함으로써 뚜렷하게 향상될 수 있다. 예를 들어, 극도로 얇은 자가-점착성 탄소 필름이 열 전도를 적절하게 향상시키도록 WO201314962A1에 기술된 바와 같이 표적의 후면에 접착되어야만 하는 다이어프램의 측면 또는 표적의 후면에 접착될 수 있다.

그러나, 이러한 방법의 단점은 정수압이 표적에 휨 응력(bending stress)을 가한다는 사실이다. 극도로 높은 전력 밀도 및 상승된 온도에서, 표적의 기계적 강도는 종종 휨을 방지하기에 충분하지 않고 따라서 표적의 파손을 방지하기에 충분하지 않다. 특히, 만약 베이어닛 피팅이 표적을 스퍼터링 소스 바디에 클램핑 및 고정하기 위한 교대(abutment)로서 사용된 경우 충분하지 않다. 예를 들어, 대체로 분말 야금을 이용하여 생산되는 알루미늄 및 티타늄 또는 알루미늄 및 크로뮴으로 제조되는 표적이 200℃보다 높은 온도에서 매우 부드러워지고 연성이 된다. 그 결과, 200℃보다 높은 온도에서, 이러한 표적들이 종종 휘어지고 파손된다.

본 발명의 목적은 높은 온도에서 냉각 플레이트 디바이스의 냉각 도관 내의 정수압의 동작에 의해서 파괴되지 않는, 이동가능한 다이어프램을 구비하는 냉각 플레이트 디바이스를 사용하는 것을 가능하게 하는 스퍼터링 소스 디바이스를 제작하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 제 1 항에 기술된 유형의 플레이트-센터링 시스템을 구비한 코팅 소스를 제작함으로써 획득된다.

본 발명에 따른 플레이트-센터링 시스템은 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 홀더를 구비하는 플레이트를 포함하고, 여기에서 플레이트(1)가 전면(1a), 후면(1c) 및 전면에서 후면까지 연장하는 외부 에지 표면(1d)을 구비하고 제1 열 팽창 계수 α1을 갖는 제1 재료(1b)로 구성되며, 홀더는 플레이트를 수용하기 위한 내측(2e)을 갖는 프레임-형태 플레이트 마운트(2)를 구비하고 제2 열 팽창 계수 α2를 갖는 제2 재료로 구성되며,

- 실온에서, 플레이트 마운트의 내측(2e)의 원주가 플레이트(1)의 에지 표면(1d)의 원주보다 크고, 그 결과 플레이트(1)가 플레이트 마운트(2) 내의 센터링된 위치에 있을 때, 플레이트의 에지 표면과 플레이트 마운트의 내측 사이에 정의된 간격 폭 S를 갖는 간격이 존재하고,

- 에지 표면, 바람직하게는 바닥(1c)에 더 가까운 에지 표면(1d)이 바람직하게는 플레이트(1)의 후면 표면(1c)에 본질적으로 평행한 평면 내에서 에지 표면(1d)을 넘어 바깥 방향으로 연장하는 하나 이상의 가이드 돌출부(guide protrusion)(1f)를 구비하고 플레이트 마운트(2)의 내측(2e)의 상응하는 홈(groove)(2n)과 맞물리고/맞물리거나, 에지 표면(1d)이 바람직하게는 플레이트의 후면 표면에 본질적으로 평행한 평면 내에서 에지 표면(1d)을 넘어 안쪽 방향으로 연장하는 하나 이상의 홈(1n)을 구비하고 플레이트 마운트(2)의 내측(2e) 상의 상응하는 가이드 돌출부(2f)가 이러한 홈에 맞물리고,

- 플레이트-센터링 시스템은 서로 맞물리는 적어도 세 개의 이러한 "가이드 돌출부/홈" 쌍들을 구비하며, 각 "가이드 돌출부/홈" 쌍에 있어서, 플레이트의 에지 표면에 대해 접선 방향인 폭 프로파일들 및 플레이트의 에지 표면에 수직 방향인 길이 프로파일들이, 실온에서 접선 방향의 백래쉬(play) S_B가 수직 방향의 백래쉬 S_L보다 작고 동시에 S_L≥S이도록 서로 부합되고,

- "가이드 돌출부/홈" 쌍은 홈의 폭의 중간인 위치 M_N가 각 "가이드 돌출부/홈" 쌍의 상응하는 가이드 돌출부의 폭의 중간인 위치 M_F와 동일한 위치에 있도록 분포되고, 이러한 위치는 실온에서 플레이트 중심 P_Z로부터 축방향으로 위치되어 더 높은 온도에서의 플레이트(1)의 열 팽창 또는 플레이트(1) 및 플레이트 마운트(2)의 열 팽창 후에 플레이트 중심 P_Z으로부터 동일한 축방향에서 변하지 않고 남아있도록 선택되며, 실온과 플레이트(1) 또는 플레이트(1) 및 플레이트 마운트(2)가 팽창하는 더 높은 온도 모두에서, 플레이트 마운트(2) 내의 플레이트(1)가 최대로 백래쉬 S_B를 제외하면 플레이트 마운트 내에 항상 센터링된 채로 남아있도록 고정된 채로 유지되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플레이트-센터링 시스템에서, 플레이트 재료의 선형 열 팽창 계수가 바람직하게는 홀더 재료의 선형 열 팽창 계수보다 더 크거나 적어도 동일하며, 즉 α1≥α2이고, 바람직하게는 α1＞α2이다.

특히 바람직한 본 발명의 실시예는 홀더를 구비하는 디스크-형태 플레이트를 포함하는 "플레이트-홀딩" 시스템에 관한 것으로, 여기에서 플레이트는 자신의 원주의 넓은 영역에 걸쳐 연장하는 원형 표면 및 외부 플레이트 에지를 구비하고 플레이트의 재료는 제1 열 팽창 계수 α1을 가지며, 홀더는 내부 홀더 에지에 의해 범위가 정해지는 자신의 원주의 넓은 영역에 걸쳐 연장하는 원형 개방부(opening)를 구비하고 홀더의 재료는 제2 열 팽창 계수 α2를 가지며,

- 실온에서 홀더의 개방부의 원주가 플레이트의 표면의 원주보다 더 크고, 그 결과 홀더의 개방부 내에 플레이트의 센터링된 위치를 가지고 플레이트 에지와 내부 홀더 에지 사이에 정의된 간격 폭 S을 갖는 간격이 존재하고,

- α2＜α1이고,

- 플레이트 에지가 원형 표면의 중심점으로부터 보이고 방사 방향에서 플레이트 에지 표면으로부터 돌출부 길이만큼 연장하는 하나 이상의 돌출부를 구비하고 홀더 에지의 리세스 길이를 갖는 상응하는 리세스 내에서 맞물리고/맞물리거나, 플레이트 에지가 플레이트 에지로부터 보이고 원형 표면의 중심점을 향해 리세스 길이만큼 연장하는 하나 이상의 리세스를 구비하고 홀더 에지 상의 돌출부 길이를 갖는 상응하는 돌출부에 의해 맞물리며,

- 여기에서 "플레이트-홀딩" 시스템은 적어도 세 개의 이러한 리세스/돌출부 쌍들을 구비하고, 리세스/돌출부 쌍들에 있어서, 실온에서 최대 d인 방사상 공간을 제외하고 자신의 크기가 간격 폭 S에 대응하는 돌출부에 의해 리세스들이 각각 방사 방향으로 맞물리도록 길이가 선택되고, 리세스/돌출부 쌍들에 있어서, 접선 방향에서 리세스가 자신의 접선 방향 백래쉬 sp(sp=S_B)가 S보다 작은 상응하는 돌출부에 대한 가이드 레일로서 기능할 수 있도록 폭 프로파일들이 서로 부합되며, 그 결과 실온과 플레이트가 홀더보다 더 많이 팽창하는 더 높은 온도 모두에서, 팽창하는 플레이트가 최대로 백래쉬 sp를 제외하면 홀더 내에 항상 센터링되도록 고정되는 것을 특징으로 한다.

팽창 계수 또는 가열 팽창 계수는 온도 변화가 발생할 때의 치수 변화에 대한 재료의 양상을 기술하는 값이며, 따라서 종종 열 팽창 계수로도 지칭된다. 열 팽창은 이러한 열 팽창 계수를 야기하는 효과이다. 열 팽창은 사용되는 재료에 의존하며; 따라서 이것은 재료-특정적인 재료 상수이다. 다수의 재료에서의 열 팽창이 모든 온도 범위에 걸쳐 균일하게 발생하지 않기 때문에, 열 팽창 계수 자체는 온도 의존적이며 따라서 특정한 기준 온도 또는 특정한 온도 범위에 대해 표시된다.

길이 열 팽창 계수 α(선형 열 팽창 계수로도 알려짐) 및 공간 열 팽창 계수 γ(공간 팽창 계수, 부피 팽창 계수, 또는 체적 팽창 계수로도 알려짐) 사이가 구분된다.

길이 열 팽창 계수(longitudinal thermal expansion coefficient) α는 온도 변화 dT와 고체의 상대적인 길이 변화 dL/L 사이의 비례상수이다. 따라서 이것은 온도 변화로 발생하는 상대적인 길이 변화를 기술하도록 사용된다. 이것은 측정 단위가 K^-1(켈빈 당)인 재료-특정적인 값이고 다음의 식에 의해 정의되며: α=1/L·dl/dT; 간략화된 형태로 이 식은 L_최종

L_초기·(1+α·ΔT)일 것이다.

그 다음 최대 동작 온도에서 플레이트 표면의 특정 방향에서 플레이트가 어떤 길이를 가질 것인지를 계산하는 것이 가능할 것이다. 유사한 방식으로, 홀더의 열 팽창에 따라 치수가 계산될 수 있다. 따라서 최대 동작 온도에 이르기까지 홀더 내의 플레이트의 자유로운 열 팽창을 보장하는 데에 필요한 플레이트와 홀더 사이의 간격 폭을 계산하는 것이 가능하다.

예를 들어, L_{1 최종}

α₁·L_{1 초기}·ΔT라고 가정될 수 있으며, 이때 L_{1 최종}은 온도 T_최종에서(예를 들어 플레이트의 최대 동작 온도에서) 특정 방향으로의 플레이트의 길이이고(즉, 디스크-형태 플레이트의 경우에서의 지름), α₁은 동작 온도 범위 내의 플레이트의 선형 열 팽창 계수이고, L_{1 초기}는 온도 T_초기에서(예를 들어 실온에서) 동일한 방향으로의 플레이트의 길이이며, 홀더의 형태 및 치수와 홀더 재료의 선형 열 팽창 계수를 고려한다는 것을 제외하면 T_최종에서 홀더의 치수 계산을 위해 유사한 접근법이 적용될 수 있다.

바람직하게는, 플레이트와 홀더 사이의 간격 폭이 적어도 450℃, 바람직하게는 적어도 500℃, 더욱 바람직하게는 적어도 650℃에 이르는 온도까지 홀더 내측이 자유롭게 팽창할 수 있도록 선택된다.

바람직하게는, 플레이트 내의 리세스 및/또는 돌출부가 서로로부터 등거리에 있도록 분포된다.

바람직하게는, 홀더가 환형이거나 또는 플레이트를 수용하기 위한 환형 부분을 구비한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 플레이트는 별 패턴으로 배치되고, 가이드들의 각각의 쌍이 표적 중심에 위치된 공유 축을 가지며, 별 패턴으로 배치된 홀더의 상응하는 홈으로 돌출부를 가이드하는 가이드를 구비하는 디스크-형태 표적일 수 있으며, 예를 들어 홀더는 냉각 플레이트 디바이스의 일부이다. 따라서 표적은 본 발명에 따른 표적 냉각 플레이트 설계에 의해 온도-독립적인 방식으로 냉각 플레이트 상에 센터링된다. 결과적으로 표적 둘레에 어노드 링(anode ring)을 사용하는 경우에서, 표적과 어노드 링 사이의 간격이 동일한 중심을 가지고 남아있으며 본 발명에 따라 동일한 중심을 갖도록 유지되는 것이 가능하다.

따라서 캐소드(cathode)로서 동작하는 표적과 어노드 링 사이의 의도하지 않은 접촉으로 인해 발생할 수 있는 단락(short circuit)을 방지하는 것이 가능하다.

또한 이것의 결과로서, 호일 냉각 플레이트들이 사용될 때 냉각 플레이트 디바이스 내의 표적과 표적 홀더 사이(예를 들어, 표적과 표적 홀더 링 사이)의 접촉 표면이 동일한 중심을 가지고 남아있으며, 표적 내에 균일한 스트레스가 생성된다. 따라서 접촉 영역을 최소화하는 것이 가능하다.

표적 돌출부가 튀어나오는 리세스를 냉각 플레이트 내에 제공하는 대신, 도 5에 도시된 바와 같이 표적 내에 리세스를 제공하고 표적의 리세스 내에서 맞물리도록 안쪽 방향으로 돌출하는 돌출부를 구비하는 냉각 플레이트 디바이스의 수신 바디, 예를 들어 표적 홀딩 링을 구현하는 것이 가능하다.

현존하는 냉각 플레이트에서 본 발명을 이용하여 구체적인 장점이 획득되며, 이때 표적과 냉각 플레이트 사이의 매우 작은 간격이 스페이서 링의 사용을 통해 확장될 수 있다. 만약 표적이 스페이서 링 내에 장착되고 이 스페이서 링이 냉각 플레이트에 장착되면, 표적과 냉각 플레이트 사이의 전체적인 백래쉬(백래쉬 1 및 백래쉬 2)를 증가시키는 것이 가능하며, 따라서 도 6에 도시된 바와 같이 사용되는 전력량을 증가시키는 것 또한 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 플레이트-센터링 시스템은 표적-센터링 시스템이고, 이때 플레이트(1)가 표적(1)이고, 홀더(2)는 표적 홀더이며, 프레임-형태 플레이트 마운트(2)는 표적(1)을 수용하기 위한 프레임-형태 표적 마운트(2)이다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 표적은 상단(1a), 바닥(1c) 및 외측(1d)을 구비하고; 표적의 상단 또는 전면이 제1 표면을 정의하고, 표적의 바닥 또는 후면이 제2 표면을 정의하며, 표적의 외측 또는 외부 에지 표면이 상단으로부터 바닥까지 연장하는 제3 표면을 정의한다.

프레임-형태 표적 마운트(2)는 가이드 돌출부(2f) 및/또는 홈(2n)이 제공된 내측(2e)을 구비하고; 가이드 돌출부(2f)가 내측(2e)을 넘어 안쪽 방향으로 연장하고/하거나 홈(2n)이 내측(2e)을 넘어 바깥 방향으로 연장한다.

표적의 에지 표면(1d)에는 이에 상응하여 가이드 돌출부(1f) 및/또는 홈(1n)이 제공되며, 바람직하게는 바닥(1c)에 더 가까운 표면 영역(1d) 내에, 에지 표면(1d)을 넘어 바깥 방향으로 연장하고 바람직하게는 제2 표면(1c)에 본질적으로 평행한 가이드 돌출부(1f) 및/또는 에지 표면(1d)을 넘어 안쪽 방향으로 연장하고 바람직하게는 제2 표면(1c)에 본질적으로 평행한 홈(1n)을 구비한다.

표적을 고정하기 위해서, 표적이 표적 마운트에 부착되었을 때 표적 및/또는 표적 마운트의 가이드 돌출부가 표적 마운트 및/또는 표적의 상응하는 홈 내에 고정되도록 서로로부터 이격된 적어도 세 개의 가이드 돌출부들 및/또는 홈들이 표적 및 표적 마운트 내에 제공된다.

가이드 돌출부 및/또는 홈은, 각각의 "가이드 돌출부/홈" 쌍에서 홈의 폭과 길이가 상응하는 가이드 돌출부의 폭과 길이보다 더 크도록 제조된다.

바람직하게는, 모든 홈들이 동일한 형태 및 동일한 치수를 가지며 모든 가이드 돌출부들이 동일한 형태 및 동일한 치수를 가진다.

"가이드 돌출부/홈" 쌍들은, 각각의 "가이드 돌출부/홈" 쌍에서 그루브의 폭의 중심 위치가 상응하는 가이드 돌출부의 폭의 중심 위치와 동일한 위치에 있도록 분포되고, 이러한 위치는 실온에서 더 높은 온도에서의 표적 및/또는 표적 마운트의 열 팽창 후에 표적 중심으로부터 동일한 축방향에서 변하지 않고 남아있는 표적 중심으로부터 축방향으로 위치되도록 선택된다.

표적은 임의의 형태로 구현될 수 있으며, 예를 들어 둥근 형태, 직사각형, 정사각형, 삼각형, 또는 타원형 스퍼터링 표적일 수 있다.

바람직하게는, 표적이 부동(floating) 방식으로 지지되도록 프레임-형태 표적 마운트가 표적, 예를 들어 스퍼터링 표적을 수용하는 특별한 강한 온도-안정적인 스틸로 제조된다.

프레임-형태 표적 마운트와 스퍼터링 표적 사이의 질량 오차(mass tolerance)는 온도가 증가할 때 기계적 스트레스를 생산하지 않고 팽창을 허용한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 표적은 디스크-형태이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 프레임-형태 표적 마운트는 지지 링이다.

본 발명에 따른 지지 링은 상단(2a), 바닥(2c), 내측(2e) 및 외측(2d)을 구비하고; 지지 링(2)은 표적을 스퍼터링 소스 바디(10)에 기계적으로 부착하는 역할을 하며, 이 경우에서 홀더 링의 내측(2e)이 적어도 부분적으로 표적의 외측(1d)을 포함한다.

홀더 링의 내측은 센터링 기능을 수행하는 적어도 세 개인 복수의 가이드 홈들 또는 가이드 핀들을 구비한다.

그에 따라, 표적의 가이드가 항상 지지 링 내측에서 센터링되도록 표적의 외측이 방사상의 "가이드 탭" 또는 "가이드 홈"를 구비한다.

표적의 외측 상의/내의 가이드 핀들 및/또는 가이드 홈들에 맞는 홀더 링 내측의 복수의 역 리세스들 및/또는 연장부(extension)들이 홀더 링 내측에 표적을 센터링하며, 표적의 외측과 홀더 링의 내측 사이의 백래쉬가 모든 방향에서 길이 및 폭의 변화가 발생할 수 있도록 선택된다.

바람직하게는, 상응하는 "가이드 핀/리세스" 및/또는 "가이드 홈/연장부" 쌍들이 고정되도록 표적이 홀더 내에 먼저 장착되고, 만약 필요하다면, 표적을 홀더 링에 기계적으로 부착시키기 위해 조임 클램프(fastening clamp)가 사용된다. 로크 와셔(lock washer)는 예를 들어 이러한 맥락에서 조임 클램프로서 사용하기에 특히 적합할 수 있다.

본 발명의 맥락에서 홀더 링은 또한 "스페이서 링"으로도 간주되며, 따라서 이것이 표적과 스퍼터링 소스 바디 사이에 위치되기 때문에 스페이서 링으로도 지칭된다.

바람직하게는, 스퍼터링 소스 바디가 표적의 후면을 누르는 이동가능한 다이어프램에 의해 매우 우수한 냉각 동작 및 우수한 열 전도가 획득되도록 이동가능한 다이어프램을 구비하는 닫힌 냉각 플레이트의 형태로 구현된, 표적을 냉각시키기 위한 냉각 디바이스를 포함한다.

만약 스퍼터링 소스 바디가 이동가능한 다이어프램을 갖는 냉각 플레이트 디바이스를 포함한다면, 스페이서 링이 매우 강하고 온도-안정적인 비자성 스틸로 제조되는 것이 특히 바람직하다. 이것은 표적의 후면에 대해 이동가능한 다이어프램을 균일하게 누르는 정수압으로 인해 발생할 수 있는 스페이서 링의 구부러짐을 방지하고 따라서 표적의 구부러짐을 방지한다.

예를 들어, 홀더 링은 1.3974 스틸과 같은 온도-안정적인 스틸로부터 구축되고 1020℃에서 1시간 동안 용체화 풀림(solution annealing)된다.

홀더 링은 바람직하게는 자신의 외측 상에 베이어닛(bayonet) 소자를 구비하며, 따라서 본 발명에 따른 표적이 스퍼터링 소스 바디 내에 설치되거나 스퍼터링 소스 바디로부터 제거되도록 홀더 링 내에 이미 수용되는 것을 더욱 용이하게 한다.

열 전도를 향상시키고 따라서 열 부하를 감소시키며 스퍼터링 표적 내의 전력 밀도를 증가시키기 위해서, WO2013149692A1에서 언급된 탄소 필름이 바람직하게는 표적의 후면에 접착된다.

본 발명에 따른 표적-고정 마운트/스퍼터링 소스 바디 시스템을 이용하여, 예를 들어 ＞0W/cm² 내지 ＜50W/cm²의 범위 내에 있는 낮은 스퍼터링 전력 밀도 및 예를 들어 50W/cm² 내지 100W/cm²의 매우 높은 스퍼터링 전력 밀도 모두를 가지고 표적을 동작시키는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 표적의 외측과 홀더 링의 내측 사이의 공간 오차는 반드시 서로 다른 재료 1과 재료 2의 백분율 팽창이 서로 다른 팽창 계수 α1 및 α2를 이용하여 계산되도록 선택되어야만 한다. 예를 들어, Al 또는 Ti과 같은 전형적인 코팅 재료로 제조된 표적과 1.3974 스틸로 제조된 홀더 링의 조합에 있어서, 전술된 바와 같이, 관련 치수의 0.5 내지 1.5%의 공간 오차, 더욱 바람직하게는 0.75와 1.25% 사이의 공간 오차를 선택할 수 있다.

다시 말하면, 본 발명에 따라, 이러한 시스템 및 150mm인 표적의 지름에 있어서, 0.5mm의 방사상 공간 오차 S/2를 선택할 수 있으며, 즉 지름에서의 총 공간 오차 S는 대략 0.7%에 대응하는 1mm이다. 바람직하게는, 이러한 접속에서 방사상 공간 오차 S/2가 0.1mm와 5mm 사이이고, 더욱 바람직하게 S/2는 0.3mm와 1mm 사이이며, 특히 바람직하게 S/2는 대략 0.5mm이다.

만약 표적에 본 발명에 따른 가이드 돌출부가 제공되면, 가이드 돌출부는 바람직하게는 표적과 동일한 재료로 제조된다.

만약 홀더 링에 본 발명에 따른 가이드 돌출부가 제공되면, 가이드 돌출부는 바람직하게는 홀더 링과 동일한 재료로 제조된다.

본 발명의 바람직한 변형예에 따르면, 표적의 전면 표면은 편평하지 않다.

본 발명의 다른 바람직한 변형예에 따르면, 표적의 전면 표면이 표적의 후면 표면보다 더 크다.

PVD 코팅을 위한 재료 공급으로서의 코팅 소스로서,

a) 플레이트 전면, 플레이트 후면 및 센터링 수단을 구비하고 홀더 내에서 지지되는 플레이트 -플레이트 전면은 PVD 프로세스 동안 표면으로부터의 코팅 재료를 기상(gas phase)으로 변환하기 위해 제공되고 센터링 수단은 센터링이 서로 다른 플레이트 온도들에서 보장되도록 구현됨- 와,

b) 플레이트 후면 상에 제공되고 이동가능한 다이어프램의 형태로 구현된 닫힌 냉각 플레이트가 장착된 냉각 디바이스 -플레이트 후면과 다이어프램 사이의 우수한 열 접촉을 보장하도록 자가-점착성 흑연 필름이 플레이트 후면에 접착됨- 를 포함하되,

베이어닛 피팅의 소자들이 홀더 및 냉각 디바이스 상에 제공되어 센터링된 플레이트를 구비하는 홀더가 베이어닛 피팅에 의해 냉각 디바이스에 고정될 수 있는 코팅 소스가 개시되었다.

이 코팅 소스에서, 플레이트의 재료가 제1 열 팽창 계수 α1을 가질 수 있고 상기 홀더의 재료가 제2 열 팽창 계수 α2를 가질 수 있으며, α1＞α2이다.

이 코팅 소스에서, 플레이트 후면의 에지 영역 내에서, 홀더가 플레이트 전면 위에 있는 플레이트의 편평한 지지부에 대해 인접하는 피스를 포함할 수 있고, 플레이트가 홀더 내에 삽입된 뒤에 플루트(flute)로 스냅하는 스냅 링(snap ring)에 의해 홀더가 플레이트에 부착될 수 있도록 홀더가 플루트를 포함할 수 있다.

이 코팅 소스에서, 홀더는 1시간 동안 1020℃에서 구축되고 용체화 풀림된 거칠고 온도-안정적인 비자성 스틸, 바람직하게는 1.3974 스틸로 제조될 수 있다.

이 코팅 소스에는 표적이 캐소드로서 사용될 수 있고 전극이 어노드로서 사용될 수 있도록 표적에 전극에 대해 음의 퍼텐셜을 인가하는 것을 가능하게 하는 전압 소스를 접속시키기 위한 수단이 제공될 수 있다.

어노드는 표적 둘레에 배치될 수 있고 어노드 링의 형태로 구현될 수 있다.

전술된 적어도 하나의 코팅 소스를 구비하는 PVD 시스템 또한 개시되었다.

Claims (7)

1. PVD 코팅을 위한 재료 공급으로서의 코팅 소스로서,
   a) 플레이트 전면, 플레이트 후면 및 센터링 수단을 구비하고 홀더 내에서 지지되는 플레이트 -상기 플레이트 전면은 상기 PVD 프로세스 동안 표면으로부터의 코팅 재료를 기상(gas phase)으로 변환하기 위해 제공되고 상기 센터링 수단은 상기 센터링이 서로 다른 플레이트 온도들에서 보장되도록 구현됨- 와,
   b) 상기 플레이트 후면 상에 제공되고 이동가능한 다이어프램(diaphragm)의 형태로 구현된 닫힌 냉각 플레이트가 장착된 냉각 디바이스 -상기 플레이트 후면과 상기 다이어프램 사이의 우수한 열 접촉을 보장하도록 자가-점착성 흑연 필름이 상기 플레이트 후면에 접착됨- 를 포함하되,
   베이어닛 피팅(bayonet fitting)의 소자들이 상기 홀더 및 상기 냉각 디바이스 상에 제공되어 상기 센터링된 플레이트를 구비하는 상기 홀더가 상기 베이어닛 피팅에 의해 상기 냉각 디바이스에 고정될 수 있는, 코팅 소스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 플레이트의 재료가 제1 열 팽창 계수 α1을 가지고 상기 홀더의 재료가 제2 열 팽창 계수 α2를 가지며, α1＞α2인 것을 특징으로 하는, 코팅 소스.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 플레이트 후면의 에지 영역 내에서, 상기 홀더가 상기 플레이트 전면 위에 있는 상기 플레이트의 편평한 지지부에 대한 지지 표면을 구비하고, 상기 플레이트가 상기 홀더 내에 삽입된 뒤에 플루트(flute)로 스냅하는 스냅 링(snap ring)에 의해 상기 홀더가 상기 플레이트에 부착될 수 있도록 상기 홀더가 상기 플루트를 구비하는 것을 특징으로 하는, 코팅 소스.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 홀더는 1시간 동안 1020℃에서 구축되고 용체화 풀림(solution annealing)된 거칠고 온도-안정적인 비자성 스틸, 바람직하게는 1.3974 스틸로 제조되는, 코팅 소스.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 코팅 소스에는 상기 표적이 캐소드(cathode)로서 사용될 수 있고 상기 전극이 어노드(anode)로서 사용될 수 있도록 상기 표적에 전극에 대해 음의 퍼텐셜을 인가하는 것을 가능하게 하는 전압 소스를 접속시키기 위한 수단이 제공될 수 있는, 코팅 소스.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 어노드는 상기 표적 둘레에 배치되고 어노드 링의 형태로 구현되는, 코팅 소스.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 코팅 소스를 구비하는 PVD 시스템.

Images