KR20210010346A - 타겟 구조체 및 성막 장치 - Google Patents

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아인슈타인 노엘 아바라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 타겟의 접합부의 박리를 억제하는 타겟 구조체 및 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 타겟 구조체는 타겟과, 열교환 매체가 통류하는 유로를 갖는 냉각 재킷과, 백킹 플레이트를 구비하고, 상기 타겟은, 상기 냉각 재킷의 한쪽 면과 접합되며, 상기 냉각 재킷의 다른 쪽 면과 상기 백킹 플레이트는, 주위부에서 접합되고, 상기 주위부보다 내측은 접합되어 있지 않은 비접합 영역을 갖는 것이다.

Description

타겟 구조체 및 성막 장치{TARGET STRUCTURE AND FILM FORMING APPARATUS}
본 개시는, 타겟 구조체 및 성막 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 스퍼터링에 의해 기판에 금속막을 성막하는 성막 장치가 이용되고 있다.
특허문헌 1에는, 본딩 등에 의해 타겟이 부착되는 제1 부재와, 제2 부재를 결합하여 형성되는 전극을 포함하고, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이의 결합 부분에 냉각 매체를 유통시키는 통로가 형성되는 캐소드의 구조가 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 실용신안 공개 평성 7-21760호 공보
일 측면에서, 본 개시는, 타겟의 접합부의 박리를 억제하는 타겟 구조체 및 성막 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 양태에 따르면, 타겟과, 열교환 매체가 통류하는 유로를 갖는 냉각 재킷과, 백킹 플레이트를 구비하고, 상기 타겟은, 상기 냉각 재킷의 한쪽 면과 접합되며, 상기 냉각 재킷의 다른 쪽 면과 상기 백킹 플레이트는, 주위부에서 접합되고, 상기 주위부보다 내측은 접합되어 있지 않은 비접합 영역을 갖는, 타겟 구조체가 제공된다.
일 측면에 따르면, 타겟의 접합부의 박리를 억제하는 타겟 구조체 및 성막 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 성막 장치의 일례를 나타낸 단면 모식도.
도 2는 본 실시형태에 따른 타겟 구조체의 일례를 나타낸 단면 모식도.
도 3은 참고예에 따른 타겟 구조체의 일례를 나타낸 단면 모식도.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 실시형태에 따른 성막 장치(10)에 대해서, 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 따른 성막 장치(10)의 개략 종단면도이다. 본 실시형태에 따른 성막 장치(10)는, PVD(Physical Vapor Deposition) 장치로서, 기판인 반도체 웨이퍼[이하, 간단히 웨이퍼(W)라고 함] 상에 물질을 퇴적시켜, 금속막을 성막하는 장치이다.
성막 장치(10)는, 처리 용기(12)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)는, 예컨대 알루미늄으로 구성되어 있고, 접지 전위에 접속되어 있다. 처리 용기(12)는, 그 내부에 공간(S)을 형성한다. 처리 용기(12)의 바닥부에는, 어댑터(14a)를 통해 공간(S)을 감압하기 위한 배기 장치(14)가 접속되어 있다. 처리 용기(12)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반송용 개구(12a)가 형성되어 있다. 또한, 처리 용기(12)의 측벽을 따라, 개구(12a)를 개폐하기 위한 게이트 밸브(GV)가 마련되어 있다.
처리 용기(12) 내에는, 스테이지(16)가 마련되어 있다. 스테이지(16)는, 베이스부(16a)와, 정전 척(16b)을 갖고 있다. 베이스부(16a)는, 예컨대 알루미늄으로 구성되어 있고, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 베이스부(16a)에는, 베이스부(16a)의 온도를 제어함으로써 스테이지(16) 상에 배치된 웨이퍼(W)의 온도를 제어하는 온도 제어 기구(도시하지 않음)가 마련되어 있어도 좋다. 온도 제어 기구로서, 예컨대 베이스부(16a)의 내부에, 냉매를 순환시키는 냉매 유로(도시하지 않음)가 형성되어 있어도 좋다. 베이스부(16a) 상에는, 정전 척(16b)이 마련되어 있다. 정전 척(16b)은 유전체막과, 유전체막의 내층으로서 마련된 전극을 갖고 있다. 정전 척(16b)의 전극에는, 직류 전원(SDC)이 접속되어 있다. 정전 척(16b) 상에 배치된 웨이퍼(W)는, 정전 척(16b)이 발생하는 정전기력에 의해, 정전 척(16b)에 흡착된다. 또한, 정전 척(16b)의 상면에 있어서 웨이퍼(W)가 배치되는 영역은, 웨이퍼(W)용 배치 영역(PR)을 구성한다.
스테이지(16)는, 스테이지 구동 기구(18)에 접속되어 있다. 스테이지 구동 기구(18)는, 지지축(18a)과 구동 장치(18b)를 갖고 있다. 지지축(18a)은, 대략 기둥 형상의 부재이다. 지지축(18a)의 상단은, 스테이지(16)와 결합되어 있다. 지지축(18a)의 중심 축선은, 연직 방향을 따라 연장되는 축선(AX1)에 대략 일치하고 있다. 축선(AX1)은, 배치 영역(PR)의 중심, 즉 스테이지(16)의 중심을 연직 방향으로 지나는 축선이다. 지지축(18a)은, 스테이지(16)의 바로 아래에서부터 처리 용기(12)의 바닥부를 지나 처리 용기(12)의 외부까지 연장되어 있다. 처리 용기(12)의 외부에 있어서, 지지축(18a)의 하단은, 구동 장치(18b)와 접속되어 있다. 구동 장치(18b)는, 지지축(18a)을 회전 및 상하 이동시키기 위한 동력을 발생한다. 이 동력에 의해 지지축(18a)이 회전함에 따라 스테이지(16)는 축선(AX1) 중심으로 회전하고, 지지축(18a)이 상하 이동함에 따라 스테이지(16)는 상하 이동한다. 지지축(18a)과 처리 용기(12)의 바닥부 사이에는, 밀봉 부재(SL1)가 마련되어 있다. 밀봉 부재(SL1)는, 지지축(18a)이 회전 및 상하 이동 가능하도록, 처리 용기(12)의 바닥부와 지지축(18a) 사이의 간극을 밀봉한다. 이러한 밀봉 부재(SL1)는, 예컨대 자성 유체 시일일 수 있다.
성막 장치(10)는, 스테이지(16)의 위쪽에 복수의 타겟(캐소드 타겟)(20)을 구비하고 있다. 복수의 타겟(20) 각각은, 대략 직사각형의 평판 형상을 갖고 있다. 이들 복수의 타겟(20)은, 축선(AX1)을 중심으로 하는 원을 따라 대략 균등하게 배치되어 있다. 또한, 복수의 타겟(20)은, 타겟(20)의 표면[후술하는 도 2의 스퍼터면(111) 참조]이 스테이지(16)를 향하도록, 축선(AX1)에 대하여 경사지게 배치되어 있다. 또한, 타겟(20)의 재료는, 성막해야 할 막의 종별에 따라 임의로 선택되는 것이며, 복수의 타겟(20) 각각에서 서로 다른 금속 재료여도 좋고, 일부 또는 전부가 동일한 금속 재료여도 좋다.
복수의 타겟(20) 각각은, 금속제 홀더(22a)에 의해 유지되어 있다. 홀더(22a)는, 절연 부재(22b)를 통해 처리 용기(12)의 천부(天部)에 지지되어 있다. 복수의 타겟(20)에는, 홀더(22a)를 통해 전원(24)이 각각 접속되어 있다. 전원(24)은, 음의 직류 전압을 복수의 타겟(20)에 각각 인가한다. 또한, 전원(24)은, 복수의 타겟(20)에 선택적으로 전압을 인가하는 단일 전원이어도 좋고, 복수의 타겟(20)에 각각 접속된 복수 전원이어도 좋다.
복수의 타깃(20)과 스테이지(16) 사이에는, 개구(AP)를 갖는 셔터(SH)가 마련되어 있다. 셔터(SH)는, 축선(AX1)을 중심 축선으로 하는 원추면을 따르는 형상을 가지며, 복수의 타겟(20)의 표면에 대치하도록 연장되어 있다. 개구(AP)는, 복수의 타겟(20) 중 하나의 타겟(20)을 스테이지(16)에 대하여 선택적으로 노출시킬 수 있다. 셔터(SH)의 중앙 부분에는, 회전축(RS)이 결합되어 있다. 회전축(RS)은 대략 기둥 형상의 부재이다. 회전축(RS)의 중심 축선은, 축선(AX1)에 대략 일치하고 있다. 회전축(RS)의 일단은, 처리 용기(12)의 내부에 있어서, 셔터(SH)의 중앙 부분과 결합되어 있다. 또한, 회전축(RS)은, 처리 용기(12)의 내부로부터 처리 용기(12)의 상부를 통과하여 처리 용기(12)의 외부까지 연장되어 있다. 처리 용기(12)의 외부에 있어서, 회전축(RS)의 타단은, 구동 장치(RD)에 접속되어 있다. 구동 장치(RD)는, 회전축(RS)을 회전시키는 동력을 발생한다. 이 동력에 의해 회전축(RS)이 축선(AX1) 중심으로 회전함에 따라, 셔터(SH)는 축선(AX1) 중심으로 회전할 수 있다. 셔터(SH)의 회전에 의해, 개구(AP)의 둘레 방향의 위치를 조정하는 것이 가능해지고 있다.
성막 장치(10)는, 복수의 타겟(20) 각각에 대응하여, 복수의 마그넷(캐소드 마그넷)(26)을 구비하고 있다. 마그넷(26)은, 홀더(22a)를 통해 타겟(20)과 대향하도록 처리 용기(12)의 외부에 마련되어 있다.
성막 장치(10)는, 복수의 마그넷(26)을 각각 주사(走査)하기 위한 복수의 주사 기구(28)를 구비하고 있다. 복수의 주사 기구(28) 각각은, 복수의 마그넷(26) 중 대응하는 마그넷(26)을, 중심 축선(AX1)을 중심으로 하는 원의 접선 방향에 있어서 주사할 수 있다. 주사 기구(28)는, 안내부(28a)와 구동 장치(28b)를 갖고 있다. 안내부(28a)는, 상기 접선 방향으로 연장되는 레일과 같은 안내체이다. 구동 장치(28b)는, 안내부(28a)를 따라 마그넷(26)을 이동시키기 위한 동력을 발생한다.
성막 장치(10)는, 처리 용기(12) 내에 가스를 공급하는 가스 공급부(30)를 구비하고 있다. 가스 공급부(30)는, 가스 소스(30a), 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(30b), 및 가스 도입부(30c)를 구비하고 있다. 가스 소스(30a)는, 처리 용기(12) 내에 있어서 여기되는 가스의 소스이며, 예컨대 Ar 가스의 소스이다. 가스 소스(30a)는, 유량 제어기(30b)를 통해 가스 도입부(30c)에 접속되어 있다. 가스 도입부(30c)는, 가스 소스(30a)로부터의 가스를 처리 용기(12) 내에 도입하는 가스 라인이다. 가스 도입부(30c)는, 축선(AX1)을 따라 연장되어 있다.
가스 공급부(30)로부터 처리 용기(12) 내에 가스가 공급되고, 전원(24)에 의해 개구(AP)로부터 노출되는 타겟(20)에 전압이 인가되면, 처리 용기(12) 내에 공급된 가스가 여기된다. 또한, 대응하는 마그넷(26)에 의해 타겟(20) 근방에 자계가 발생하여, 플라즈마가 집중한다. 타겟(20)에 플라즈마 내의 양이온이 충돌함으로써, 타겟(20)으로부터 물질이 방출된다. 또한, 주사 기구(28)에 의해 마그넷(26)을 주사함으로써, 플라즈마 내의 양이온이 충돌하는 타겟(20)의 표면 상의 위치를 주사한다. 이것에 의해, 타겟(20)을 구성하는 물질이 웨이퍼(W) 상에 퇴적된다.
또한, 성막 장치(10)는 헤드(32)를 더 구비하고 있어도 좋다. 헤드(32)는, 웨이퍼(W) 상에 퇴적된 금속을 산화시키기 위한 산화 가스를, 스테이지(16)를 향해 분사하도록 구성되어 있다.
헤드(32)는, 헤드(32)를 축지지하는 헤드 구동 기구(34)에 접속되어 있다. 헤드 구동 기구(34)는, 지지축(34a)과 구동 장치(34b)를 갖고 있다. 지지축(34a)은 대략 기둥 형상을 갖고 있다. 지지축(34a)의 중심 축선은, 축선(AX2)과 대략 일치하고 있다. 축선(AX2)은, 축선(AX1)과 대략 평행하며, 스테이지(16)의 측방에 있어서 연직 방향으로 연장되어 있다. 헤드(32)는, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 헤드(32)의 중심 위치와 축선(AX2) 사이의 거리는, 축선(AX1)과 축선(AX2) 사이의 거리에 대략 일치하고 있다.
지지축(34a)은, 처리 용기(12)의 내부로부터 처리 용기(12)의 외부까지 연장되어 있다. 지지축(34a)과 처리 용기(12)의 바닥부 사이에는, 밀봉 부재(SL2)가 마련되어 있다. 밀봉 부재(SL2)는, 지지축(34a)이 회전 가능하도록 처리 용기(12)의 바닥부와 지지축(34a) 사이의 간극을 밀봉한다. 이러한 밀봉 부재(SL2)는, 예컨대 자성 유체 시일일 수 있다.
지지축(34a)의 상단은, 연결부(34c)의 일단에 접속되어 있다. 연결부(34c)는, 축선(AX2)에 대하여 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 연결부(34c)의 타단은, 헤드(32)의 둘레 가장자리부에 결합되어 있다. 또한, 지지축(34a)의 하단은, 구동 장치(34b)에 접속되어 있다. 구동 장치(34b)는, 지지축(34a)을 회전시키기 위한 동력을 발생한다. 헤드(32)는, 지지축(34a)이 회전함으로써, 축선(AX2) 중심으로 요동(搖動)한다.
구체적으로는, 헤드(32)는 헤드 구동 기구(34)의 동작에 따라 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2) 사이에서 이동한다. 제1 영역(R1)은, 스테이지(16)의 위쪽 영역이며, 복수의 타겟(20)과 스테이지(16) 사이의 공간(S1) 내의 영역이다. 또한, 제2 영역(R2)은, 공간(S1)으로부터 떨어진 영역, 즉 공간(S1)과는 다른 공간(S2) 내의 영역이다.
지지축(34a), 연결부(34c) 및 헤드(32)에는, 산화 가스용 가스 라인(GL)이 형성되어 있다. 가스 라인(GL)의 일단은, 처리 용기(12)의 외부에 마련되어 있다. 가스 라인(GL)의 일단에는, 가스 공급부(36)가 접속되어 있다. 가스 공급부(36)는, 가스 소스(36a)와, 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(36b)를 포함하고 있다. 가스 소스(36a)는, 산화 가스의 소스이며, 예컨대 O2 가스의 소스일 수 있다. 가스 소스(36a)는, 유량 제어기(36b)를 통해 가스 라인(GL)의 일단에 접속되어 있다.
가스 라인(GL)은, 헤드(32) 내에 있어서, 헤드(32)에 마련된 복수의 가스 분사구(32a)에 접속되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 복수의 가스 분사구(32a)는, 원반 형상의 헤드(32)의 대략 전체 영역에 걸쳐 분포되도록 배치되어 있어도 좋다. 또한, 복수의 가스 분사구(32a)는, 축선(AX2)에 직교하는 방향으로 배열되어 있어도 좋다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 헤드(32)는, 스테이지(16)의 배치 영역(PR)보다 큰 평면 사이즈를 갖고 있다. 즉, 헤드(32)는, 스테이지(16)와 복수의 타겟(20) 사이에 개재하여, 웨이퍼(W)를 덮을 수 있는 사이즈를 갖고 있다. 또한, 헤드(32)는, 복수의 가스 분사구(32a)의 배열 방향으로 연장되는 장척(長尺) 형상의 평면 형상을 갖고 있어도 좋다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 헤드(32)에는 히터(HT)가 마련되어 있다. 히터(HT)는, 램프 방사, 주울 저항 가열, 유도 가열, 마이크로파 가열과 같은 여러 가지의 가열 방식 중 어느 한 타입의 가열 방식에 기초한 히터일 수 있다. 히터(HT)에는, 히터 전원(HP)이 접속되어 있고, 히터(HT)는, 히터 전원(HP)으로부터의 전력에 의해 발열한다.
이와 같이 구성된 성막 장치(10)에 따르면, 웨이퍼(W) 상으로의 금속의 퇴적과 금속의 산화 처리를 동일한 처리 용기(12) 내에서 행하는 것이 가능하다. 구체적으로, 헤드(32)를 제2 영역(R2)에 배치한 상태에서, 타겟(20)으로부터 금속을 방출시킴으로써, 웨이퍼(W) 상에 금속을 퇴적시킬 수 있다. 또한, 헤드(32)를 제1 영역(R1)에 배치한 상태에서, 산화 가스를 웨이퍼(W)를 향해 공급함으로써, 퇴적된 금속을 산화시키는 것이 가능하다. 이와 같이, 성막 장치(10)에 따르면, 웨이퍼(W) 상으로의 금속의 퇴적과 금속의 산화 처리를 동일한 처리 용기(12) 내에서 행하는 것이 가능하기 때문에, 금속 산화층의 성막에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 성막 장치(10)는, 금속의 산화 처리시에, 히터(HT)에 의해 산화 가스를 가열할 수 있다. 따라서, 금속의 산화를 촉진할 수 있어, 금속의 산화 처리에 필요한 시간을 보다 짧게 할 수 있다.
또한, 성막 장치(10)에 의하면, 금속의 퇴적에 앞서, 제1 영역(R1)에 배치한 헤드(32)에 의해 웨이퍼(W)를 덮은 상태에서, 타겟(20)의 표면을 깎는 처리, 즉 프리스퍼터링을 행할 수 있다. 따라서, 성막 장치(10)에 의하면, 프리스퍼터링시의 웨이퍼(W)의 오염을 저감 또는 방지할 수 있다.
성막 장치(10)는 제어부(Cnt)를 구비할 수 있다. 제어부(Cnt)는 성막 장치(10)의 각 요소를 제어한다. 제어부(Cnt)는, 예컨대 컴퓨터 장치로서, 키보드 또는 터치 패널과 같은 입력 장치, 레시피를 기억하는 메모리와 같은 기억부, 중앙 처리 장치(CPU), 및 성막 장치(10)의 각 부에 제어 신호를 출력하기 위한 출력 인터페이스를 가질 수 있다.
구체적으로, 제어부(Cnt)는, 구동 장치(RD)에 제어 신호를 송출함으로써, 셔터(SH)의 회전 위치를 제어할 수 있다. 이것에 의해, 복수의 타겟(20) 중 선택한 타겟(20)을, 개구(AP)로부터 스테이지(16)에 대하여 노출시킬 수 있다.
또한, 제어부(Cnt)는, 가스 공급부(30)의 유량 제어기(30b)에 제어 신호를 송출할 수 있다. 이것에 의해, 가스 공급부(30)로부터 소정의 유량의 가스가 처리 용기(12) 내에 공급된다. 또한, 제어부(Cnt)는, 배기 장치(14)에 제어 신호를 송출할 수 있다. 이것에 의해, 처리 용기(12) 내의 압력이 소정의 압력으로 설정된다. 또한, 제어부(Cnt)는, 구동 장치(34b)에 제어 신호를 송출할 수 있다. 이것에 의해, 헤드(32)의 위치가 설정된다. 예컨대, 개구(AP)를 통해 노출되는 타겟(20)으로부터 방출되는 물질을 웨이퍼(W)에 퇴적시키는 경우에는, 헤드(32)를 제2 영역(R2)에 위치시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 퇴적된 금속을 산화시키는 경우에는, 헤드(32)를 제1 영역(R1)에 위치시킬 수 있다. 또한, 제어부(Cnt)는, 히터 전원(HP)에 제어 신호를 송출할 수 있다. 이것에 의해, 헤드(32)를 가열할 수 있어, 헤드(32)를 흐르는 산화 가스를 가열할 수 있다.
또한, 제어부(Cnt)는, 전원(24)에 제어 신호를 송출할 수 있다. 이것에 의해, 타겟(20)에 음의 직류 전압을 인가할 수 있다. 또한, 제어부(Cnt)는, 복수의 주사 기구(28)의 구동 장치(28b)에 제어 신호를 송출할 수 있다. 이것에 의해, 마그넷(26)을 주사하는 것이 가능해진다.
다음에, 본 실시형태에 따른 타겟 구조체(100)에 대해서, 도 2를 이용하여 더 설명한다. 도 2는 본 실시형태에 따른 타겟 구조체(100)의 일례를 나타낸 단면 모식도이다. 또한, 도 2에서는, 플라즈마에 의해 타겟(110)이 스퍼터링되는 스퍼터면(111)이 위가 되는 방향으로 타겟 구조체(100)를 도시하고 있다.
타겟 구조체(100)는 타겟(110)과, 접합층(120)과, 냉각 재킷(130)과, 접합층(140)과, 백킹 플레이트(150)를 구비하고 있다. 또한, 도 1에 도시된 타겟(20)은, 도 2에 도시된 타겟(110)에 대응한다. 또한, 도 1에 도시된 홀더(22a)는, 도 2에 도시된 냉각 재킷(130), 접합층(140), 백킹 플레이트(150)에 대응한다.
타겟(110)은, 웨이퍼(W)에 성막하는 성막용 금속(예컨대, Ti 등)으로 구성되어 있다. 타겟(110)은, 플라즈마 내의 양이온이 충돌하는 스퍼터면(111)과, 외주측에 형성되는 플랜지부(112)를 갖고 있다.
접합층(120)은, 타겟(110)의 이면과 냉각 재킷(130)의 표면을 본딩 등에 의해 접합한다. 구체적으로는, 타겟(110)의 이면의 전체면이, 접합층(120)에 의해, 냉각 재킷(130)의 표면과 접합된다. 여기서, 도 1을 이용하여 전술한 바와 같이, 마그넷(26)의 자계에 의해 플라즈마가 집중되기 때문에, 플라즈마 내의 양이온이 타겟(110)의 스퍼터면(111)에 국소적으로 충돌하여, 타겟(110)의 스퍼터면(111)이 국소적으로 고온이 된다. 타겟(110)의 이면의 전체면에서 접합함으로써, 타겟(110)과 냉각 재킷(130)의 열전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 접합층(120)에는, 예컨대 In이나 Sn 등의 융점이 낮은 금속이 이용된다. 이것에 의해, 타겟 구조체(100)는, 타겟(110)의 교환이 가능해지고, 냉각 재킷(130), 접합층(140), 백킹 플레이트(150)를 포함하는 구조체를 재이용할 수 있도록 구성되어 있다.
냉각 재킷(130)은, 열전도성이 좋은 금속, 구체적으로는 타겟(110)보다 열전도성이 높은 금속(예컨대, Cu)으로 구성되어 있다. 또한, 냉각 재킷(130)은, 타겟(110)보다 유연하게, 외력에 대하여 변형되기 쉽게 구성되어 있고, 타겟(110)의 열팽창에 의한 변형에 추종할 수 있도록 구성되어 있다.
냉각 재킷(130)은 제1 영역(131)과, 제2 영역(132)을 갖는다. 제1 영역(131)은, 냉각 재킷(130)의 표면에 수직인 방향에서 보아 냉각 재킷(130)의 외주측의 영역인 주위부이며, 타겟(110)의 스퍼터면(111)보다 외측의 영역, 바꿔 말하면 플라즈마가 발생하는 영역보다 외측의 영역이다. 제2 영역(132)은, 제1 영역(131)보다 내측의 영역이며, 타겟(110)의 스퍼터면(111)보다 내측의 영역, 바꿔 말하면 플라즈마가 발생하는 영역이다.
냉각 재킷(130)의 제2 영역(132)에는, 유로(133)가 형성되어 있다. 유로(133)는, 상판부(134), 하판부(135), 흐름을 구획하는 구획부(136)로 둘러싸여 형성되어 있다.
냉각 재킷(130)의 유로(133)에는, 브라인 등의 열교환 매체가 통류한다. 이것에 의해, 플라즈마로부터 타겟(110)에 입열(入熱)되면, 타겟(110), 접합층(120), 냉각 재킷(130), 유로(133) 내의 열교환 매체에 전열(傳熱)되어, 타겟(110)이 냉각된다. 이것에 의해, 플라즈마의 열에 의해 타겟(110)이 용융되는 것을 방지한다.
접합층(140)은, 냉각 재킷(130)의 이면과 백킹 플레이트(150)의 표면을 납땜 등에 의해 접합한다. 여기서, 냉각 재킷(130)과 백킹 플레이트(150)는, 제1 영역(131)에 있어서 접합층(140)에 의해 접합된다. 한편, 제2 영역(132)에 있어서는, 냉각 재킷(130)과 백킹 플레이트(150)는 접합되어 있지 않고, 비접합 영역(145)으로 되어 있다. 또한, 비접합 영역(145)에 있어서, 냉각 재킷(130)의 이면과 백킹 플레이트(150)의 표면은 접촉되어 있어도 좋고, 냉각 재킷(130)의 이면과 백킹 플레이트(150)의 표면 및 접합층(140)의 내주면으로 둘러싸이는 간극을 갖고 있어도 좋다.
백킹 플레이트(150)는, 타겟 구조체(100)를 지지하는 부재로서, 냉각 재킷(130)보다 높은 강성을 갖는 금속(예컨대, 스테인리스강)으로 구성된다. 또한, 백킹 플레이트(150)는, 타겟(110)보다 높은 강성을 갖고 있어도 좋다. 또한, 백킹 플레이트(150)에는, 전원(24)(도 1 참조)으로부터 음의 전압이 인가된다.
또한, 타겟 구조체(100)에는, 타겟(110)을 누르는 클램프 부재(160)가 부착되어 있어도 좋다. 클램프 부재(160)는, 타겟(110)의 플랜지부(112)를 압박한다. 또한, 클램프 부재(160)는, 볼트(165)에 의해 백킹 플레이트(150)에 고정된다. 또한, 클램프 부재(160)는, 제1 영역(131)에 배치되어 있고, 클램프 부재(160)의 아래쪽[냉각 재킷(130)의 제1 영역(131)]에는, 유로(133)가 마련되어 있지 않다.
이와 같이, 타겟(110), 냉각 재킷(130), 백킹 플레이트(150)는 다른 금속으로 구성되어 있다. 즉, 타겟 구조체(100)는, 다른 금속을 접합하여 구성되어 있다. 이 때문에, 플라즈마 발생시에 있어서, 플라즈마로부터 입열되었을 때, 열팽창율의 차이에 의해, 타겟(110)과 냉각 재킷(130)을 접합하는 접합층(120)이 박리될 우려가 있다.
이에 비하여, 본 실시형태에 따른 타겟 구조체(100)에 의하면, 냉각 재킷(130)은 타겟(110)보다 외력에 대하여 변형되기 쉬운 구성을 갖고 있기 때문에, 타겟(110)의 변형에 추종하여 냉각 재킷(130)이 변형되므로, 접합층(120)에 있어서의 박리를 방지할 수 있다. 이것에 의해, 타겟(110)을 적절히 냉각시킬 수 있으므로, 플라즈마의 열에 의한 타겟(110)의 용융을 방지할 수 있다.
여기서, 참고예에 따른 타겟 구조체(200)에 대해서, 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은 참고예에 따른 타겟 구조체(200)의 단면 모식도이다. 타겟 구조체(200)는 타겟(210)과, 접합층(220)과, 냉각 재킷(230)과, 접합층(240)과, 백킹 플레이트(250)를 구비하고 있다. 여기서, 타겟 구조체(200)는, 냉각 재킷(230)의 구획부(236)의 하단이 백킹 플레이트(250)와 접합층(240)에 의해 접합되어, 유로(233)가 형성되어 있다. 그 밖의 구성은, 타겟 구조체(100)(도 2 참조)와 동일하여 중복되는 설명을 생략한다.
도 3에 도시된 타겟 구조체(200)에서는, 백킹 플레이트(250)와 접합된 구획부(236)가 강성부로 되어 냉각 재킷(230)의 변형을 억제한다. 이 때문에, 타겟(210)이 플라즈마의 열에 의해 변형되었을 때, 냉각 재킷(230)이 변형에 추종할 수 없어, 타겟(210)이 냉각 재킷(230)으로부터 박리될 우려가 있다.
이에 비하여, 본 실시형태의 타겟 구조체(100)에서는, 타겟(110)의 아래쪽의 제2 영역(132)에 있어서, 냉각 재킷(130)과 백킹 플레이트(150)가 접합되어 있지 않은 비접합 영역(145)으로 되어 있다. 이것에 의해, 타겟(110)의 변형에 추종하여, 냉각 재킷(130)도 변형될 수 있기 때문에, 타겟(210)이 냉각 재킷(230)으로부터 박리되는 것을 억제할 수 있다.
여기서, 타겟(110)이 변형될 때, 마그넷(26)이 왕복되기 때문에, 스퍼터면(111)의 중심 부근이 고온이 되고, 변형도 커진다. 또한, 타겟(110)은, 플랜지부(112)로 클램프되어 있고, 스퍼터면(111)의 중심 부근의 변형이 커진다.
여기서, 두께(t), 폭(w), 길이(L), 영률(Y)의 판 부재[중충(中充) 부재]에 있어서, 판 부재의 표면의 중심에서 두께 방향으로 외력(F)을 받았을 때의 변형량(d)은, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
즉, 동일한 외력(F)을 받았을 때, 타겟(110)의 변형량(d)보다 냉각 재킷(130)의 변형량(d) 쪽이 커지도록, 타겟(110) 및 냉각 재킷(130)의 형상[두께(t), 폭(w), 길이(L)] 및 재료[영률(Y)]가 선정된다. 또한, 타겟(110)의 두께(t), 폭(w), 길이(L)는, 플랜지부(112)를 제외한 제2 영역(132)에 있어서의 타겟(110)의 두께(t), 폭(w), 길이(L)로 하여도 좋다. 또한, 냉각 재킷(130)의 두께(t), 폭(w), 길이(L)는, 제2 영역(132)에 있어서의 냉각 재킷(130)의 두께(t), 폭(w), 길이(L)로 하여도 좋다. 바꿔 말하면, 냉각 재킷(130)의 두께(t), 폭(w), 길이(L)는, 비접합 영역(145)에 있어서의 냉각 재킷(130)의 두께(t), 폭(w), 길이(L)로 하여도 좋다.
또한, 전술한 식에서는, 냉각 재킷(130) 전체와 타겟(110) 전체의 관계에 있어서 변형 용이성을 평가하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 냉각 재킷(130)에 형성되는 유로(133)(중공 구조)를 고려하여, 외력(F)에 대한 변형량(d)을 구하여도 좋다. 또한, 중충(中充) 구조(판 부재)쪽이 중공 구조[유로(133)를 갖는 냉각 재킷(130)]보다 외력(F)에 대한 변형량(d)은 작아진다. 이 때문에, 판 부재(중충 구조)라고 간주한 냉각 재킷(130)이 타겟(110)보다 외력에 대하여 변형되기 쉬우면, 유로(133)를 갖는 냉각 재킷(130)(중공 구조)은 타겟(110)보다 외력에 대하여 변형되기 쉽다.
또한, 냉각 재킷(130)의 유로(133)의 상판부(134)에 있어서, 타겟(110)보다 외력에 대하여 변형되기 쉬운지 아닌지로 하여도 좋다. 이것에 의해, 보다 미소한 영역에서의 박리를 억제함으로써, 타겟(110) 및 냉각 재킷(130) 전체의 박리를 억제할 수 있다.
또한, 타겟(110)이 변형량(d1)에 의해 변형될 때의 외력을 F1로 하고, 냉각 재킷(130)이 동일한 변형량(d1)에 의해 변형될 때의 외력을 F2로 하여, 이 힘의 차(F1-F2)가 접합층(120)에 가해지는 외력이 된다. 힘의 차(F1-F2)가 접합층(120)의 본딩력보다 작아지도록, 타겟(110) 및 냉각 재킷(130)의 형상[두께(t), 폭(w), 길이(L)] 및 재료[영률(Y)]가 선정된다. 또, 타겟(110)의 변형량(d1)은, 플라즈마가 발생할 때의 상태에 기초하여 결정된다.
이상, 본 실시형태에 따른 성막 장치에 대해서 설명하였으나, 본 개시는 상기 실시형태 등에 한정되지 않고, 특허청구범위에 기재된 본 개시의 요지의 범위 내에서, 여러 가지 변형, 개량이 가능하다.
비접합 영역(145)은, 대기 분위기로 되어 있어도 좋다. 또한, 비접합 영역(145)은, 진공 분위기로 되어 있어도 좋다. 또한, 비접합 영역(145)은, 처리 용기(12) 내(공간 S)의 분위기로 되어 있어도 좋다. 또한, 비접합 영역(145)에, 가스(예컨대, 불활성 가스)를 공급하여도 좋다. 냉각 재킷(130)의 이면, 백킹 플레이트(150)의 표면, 및 접합층(140)으로 둘러싸인 공간에 가스를 공급하여, 공간 내의 압력을 조정함으로써, 변형의 정도를 완화하도록 하여도 좋다.
10 : 성막 장치 20 : 타겟
22a : 홀더 100 : 타겟 구조체
110 : 타겟 111 : 스퍼터면
112 : 플랜지부 120 : 접합층
130 : 냉각 재킷 131 : 제1 영역(주위부)
132 : 제2 영역 133 : 유로
134 : 상판부 135 : 하판부
136 : 구획부 140 : 접합층
145 : 비접합 영역 150 : 백킹 플레이트
160 : 클램프 부재 165 : 볼트

Claims (9)

  1. 타겟과,
    열교환 매체가 통류하는 유로를 갖는 냉각 재킷과,
    백킹 플레이트
    를 구비하고,
    상기 타겟은, 상기 냉각 재킷의 한쪽 면과 접합되며,
    상기 냉각 재킷의 다른 쪽 면과 상기 백킹 플레이트는, 주위부에서 접합되고, 상기 주위부보다 내측은 접합되어 있지 않은 비접합 영역을 갖는 것인 타겟 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주위부는, 상기 타겟의 스퍼터면보다 외측 영역인 것인 타겟 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각 재킷의 상기 유로는, 상기 주위부보다 내측에 형성되는 것인 타겟 구조체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 재킷은, 상기 타겟보다 열전도성이 높은 재료로 구성되는 타겟 구조체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 재킷은, 상기 타겟보다 외력에 대하여 변형되기 쉬운 것인 타겟 구조체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 백킹 플레이트는, 상기 냉각 재킷보다 강성이 높은 재료로 구성되는 것인 타겟 구조체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟은, 상기 타겟의 이면의 전체면에서, 상기 냉각 재킷의 한쪽 면과 접합되는 것인 타겟 구조체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟을 클램프하는 클램프 부재를 더 구비하고,
    상기 클램프 부재는, 상기 타겟에 있어서 상기 주위부로 연장되는 플랜지부로 클램프하는 것인 타겟 구조체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 타겟 구조체를 구비하는 성막 장치.
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