KR20210052301A

KR20210052301A - 성막 장치, 타겟 유닛의 분리 방법, 및 타겟 유닛의 부착 방법

Info

Publication number: KR20210052301A
Application number: KR1020200140477A
Authority: KR
Inventors: 유키오 마츠모토
Original assignee: 캐논 톡키 가부시키가이샤
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-05-10
Also published as: JP2021070852A; CN112746252B; JP7362431B2; CN112746252A

Abstract

[과제] 유지보수성의 향상을 도모할 수 있는 성막 장치를 제공한다.
[해결 수단] 챔버 내에 설치되며 타겟(110)을 갖는 타겟 유닛(100)과, 타겟 유닛(100)에 있어서의 회전 중심 축선 방향의 일단측의 베어링 기능을 갖는 엔드 블록(200)과, 타겟 유닛(100)에 있어서의 회전 중심 축선 방향의 타단측의 베어링 기능을 갖는 서포트 블록(300)을 구비하고, 타겟 유닛(100)을 회전시키기 위한 구동력은, 엔드 블록(200) 내로부터 타겟 유닛(100)으로 접속되고, 타겟 유닛(100)에 공급되는 냉각액과 타겟(110)에 인가되는 전압은, 서포트 블록(300) 내로부터 타겟 유닛(100)으로 접속되는 것을 특징으로 한다.

Description

성막 장치, 타겟 유닛의 분리 방법, 및 타겟 유닛의 부착 방법{FILM FORMING APPARATUS, METHOD FOR DETACHING TARGET UNIT, AND METHOD FOR ATTACHING TARGET UNIT}

본 발명은, 스퍼터링에 의해 기판에 박막을 형성하는 성막 장치, 타겟 유닛의 분리 방법, 및 타겟 유닛의 부착 방법에 관한 것이다.

스퍼터링에 의해 기판에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서는, 캐소드의 일부가 되는 원통 형상의 타겟이 회전하면서 스퍼터링하도록 구성된 기술이 알려져 있다. 이러한 기술에서는, 타겟의 양측에 각각 베어링 기능이 마련되어 있다.

종래, 타겟의 한쪽에, 타겟을 회전시키기 위한 구동 계통과, 타겟의 내부에 냉각액을 공급하는 공급 계통과, 타겟에 전압을 인가하는 전기 계통을 집중시켜 설치하는 구성이 채용되고 있었다. 그 때문에, 타겟의 한쪽이 대형화되는 경향이 있었다. 이에 의해, 타겟 등을 교환할 때의 유지보수 작업이 대대적인 작업이 되는 경향이 있었다.

특허문헌 1: 일본특허공개 제2016-108633호 공보

본 발명의 목적은, 유지보수성의 향상을 도모할 수 있는 성막 장치, 타겟 유닛의 분리 방법, 및 타겟 유닛의 부착 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.

본 발명의 성막 장치는,

스퍼터링에 의해, 타겟의 구성 원자에 의한 박막을 기판 상에 형성하는 성막 장치에 있어서,

챔버와,

상기 챔버 내에 설치되며 상기 타겟을 갖는 타겟 유닛과,

상기 타겟 유닛에 있어서의 회전 중심 축선 방향의 일단측의 베어링 기능을 갖는 제1 케이스 유닛과,

상기 타겟 유닛에 있어서의 회전 중심 축선 방향의 타단측의 베어링 기능을 갖는 제2 케이스 유닛을 구비하고,

상기 타겟 유닛을 회전시키기 위한 구동력은, 상기 제1 케이스 유닛 내로부터 상기 타겟 유닛으로 접속되고,

상기 타겟 유닛에 공급되는 냉각액과 상기 타겟에 인가되는 전압은, 상기 제2 케이스 유닛 내로부터 상기 타겟 유닛으로 접속되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 타겟 유닛에 있어서의 회전 중심 축선 방향의 일방 측에, 구동 계통과 공급 계통과 전기 계통이 집중 배치되어 있지 않기 때문에, 해당 일방 측이 대형화되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 유지보수성을 높일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 유지보수성의 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 성막 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 관한 자석의 배치 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 관한 회전식 캐소드(rotary cathode)의 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 관한 회전식 캐소드의 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 관한 회전식 캐소드의 개략 구성도이다.

이하에 도면을 참조하여, 이 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 기초하여 예시적으로 자세하게 설명한다. 다만, 이 실시예에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이들로만 한정하는 취지의 것이 아니다.

(실시예)

도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 관한 성막 장치에 대해 설명한다. 본 실시예에 관한 성막 장치는, 스퍼터링에 의해, 타겟의 구성 원자에 의한 박막을 기판 상에 형성하는 장치이다. 이하의 설명에서, 타겟의 회전 중심 축선을 단순히 「회전 중심 축선」이라고 칭하고, 회전 중심 축선에 평행한 방향을 「회전 중심 축선 방향」이라고 칭한다.

<성막 장치의 전체 구성>

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

본 실시예에 관한 성막 장치(1)는, 내부를 진공 분위기로 할 수 있는 챔버(20)와, 챔버(20) 내의 상부에 설치되는 회전식 캐소드(10)를 구비하고 있다. 다만, 회전식 캐소드(10)는 복수의 장치나 부재에 의해 구성되어 있고, 본 실시예에서는, 회전식 캐소드(10)를 구성하는 복수의 장치 및 부재 중 일부는, 챔버(20)의 외부에 설치되어 있다. 그리고, 본 실시예에 관한 챔버(20)는 애노드로서도 기능한다. 또한, 챔버(20) 내의 하부에는, 박막을 형성시키는 기판(40)을 재치하는 재치대(30)가 설치되어 있다. 이 재치대(30)는, 기판(40)을 원하는 위치로 반송할 수 있도록 구성되어 있다.

회전식 캐소드(10)는, 캐소드의 일부가 되는 원통 형상의 타겟(110)을 갖는 타겟 유닛(100)을 구비하고 있다. 타겟(110)으로서는, SUS나 Ti로 이루어지는 배킹 튜브(backing tube)의 외주면에 In 등의 접착제에 의해 타겟 재료가 접착된 타입이나 배킹 튜브와 타겟 재료가 일체로 된 일체형 타입 등의 어느 것이나 적용 가능하다. 그리고, 타겟(110)은, 기판(40)에 대향하는 위치에 설치되고, 또한 스퍼터링 시에 회전하도록 구성되어 있다.

또한, 타겟 유닛(100)은, 타겟(110)의 내부에 설치되는 자력 유닛(120)을 구비하고 있다. 이 자력 유닛(120)은 2중 관 구조로 되어 있다(도 3 참조). 즉, 자력 유닛(120)은 외통부(121)와 내통부(122)를 구비하고 있다. 그리고, 내통부(122)의 내부 공간(직경 방향 내측의 공간)이 냉각액의 통로로서 이용되고, 외통부(121)와 내통부(122)의 사이의 환형 공간(직경 방향 외측의 환형 공간)에 자력 발생 부재로서의 자석(124)이 수용된다. 외통부(121)와 내통부(122)의 사이의 환형 공간은 밀폐 공간으로 되어 있어, 냉각액이 침입할 일은 없다.

도 2는 도 1 중의 자석(124)을 하방에서 본 도면이다. 자석(124)은, 사용시에 있어서, 하방으로 상이한 2종류의 자극(N극과 S극)이 향하도록 배치된다. S극은, N극과의 사이에 간격을 두고, 또한 N극을 둘러싸도록 설치되어 있다. 또한, S극과 N극의 배치 관계는 반대로라도 상관없다. 이와 같이, 타겟(110)의 내부에 자력 유닛(120)이 구비됨으로써, 타겟(110)과 기판(40)의 사이에는 자계(누설 자계)가 형성된다.

이상과 같이 구성되는 성막 장치(1)에서는, 타겟(110)과 애노드가 되는 챔버(20)의 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 중성 원자가 기판(40)에 퇴적해 간다. 이에 의해, 기판(40)에는, 타겟(110)의 구성 원자에 의한 박막이 형성된다. 또한, 본 실시예에 관한 성막 장치(1)에서는, 상기 누설 자계에 의해, 도 1 중 P에 나타내는 부근(타겟(110)에 대해 대략 평행한 자계가 형성되는 부근)에 플라즈마를 집중시킬 수 있다. 이에 의해, 효율적으로 스퍼터링이 행해지기 때문에, 기판(40)으로의 타겟 물질의 퇴적 속도를 향상시킬 수 있다. 나아가, 본 실시예에 관한 성막 장치(1)에서는, 스퍼터링 도중에는 타겟(110)이 회전하고 있도록 구성되어 있다. 이에 의해, 타겟(110)의 소모 영역(이로젼(erosion)에 의한 침식 영역)이 일부에 집중하지 않고, 타겟(110)의 이용 효율을 높일 수 있다.

<회전식 캐소드>

특히, 도 3을 참조하여, 본 실시예에 관한 회전식 캐소드(10)에 대해 보다 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예 1에 관한 회전식 캐소드(10)의 개략 구성도로, 회전식 캐소드(10)를 단면적으로 본 경우의 개략 구성을 나타내고 있다. 한편, 도면 중, 부호 B는 볼 베어링(ball bearing) 등의 베어링이며, 부호 G는 상대적으로 정지한 표면간을 봉지하는 개스킷이며, 부호 S는 상대적으로 운동하는 표면간을 봉지하는 밀봉 장치이다. 이들 베어링(B), 개스킷(G) 및 밀봉 장치(S)에 대해서는, 설명에 필요한 위치에 설치된 것에 대해서만 적절히 설명하고, 그 밖의 위치에 설치된 것에 대해서는 특별히 설명은 하지 않는다.

회전식 캐소드(10)는, 제1 케이스 유닛으로서의 엔드 블록(200)과, 제2 케이스 유닛으로서의 서포트 블록(300)에 의해 지지되고 있다. 또한, 엔드 블록(200)과 서포트 블록(300)은 지지 부재(400)에 의해 지지되고 있다. 이들 엔드 블록(200)과 서포트 블록(300)과 지지 부재(400)는, 모두 챔버(20)의 일부를 구성하는 부재이다.

상기와 같이, 회전식 캐소드(10)는 타겟 유닛(100)을 구비하고 있다. 이 타겟 유닛(100)은 챔버(20)의 내부(V)에 설치된다. 그리고, 타겟 유닛(100)에 있어서의 회전 중심 축선 방향의 일단측의 베어링 기능이 엔드 블록(200)에 마련되고, 타겟 유닛(100)에 있어서의 회전 중심 축선 방향의 타단측의 베어링 기능이 서포트 블록(300)에 마련되어 있다.

또한, 회전식 캐소드(10)는, 타겟 유닛(100)을 회전시키는 구동 계통과, 타겟 유닛(100)에 공급되는 냉각액의 공급 계통과, 타겟(110)에 전압을 인가하는 전기 계통을 구비하고 있다. 이들 구동 계통, 공급 계통, 및 전기 계통은 모두 복수의 부재에 의해 구성된다. 또한, 회전식 캐소드(10)는 각종 장치의 구동 제어를 행하는 제어 장치(600)도 구비하고 있다.

구동 계통은, 엔드 블록(200) 내로부터 타겟 유닛(100)으로 접속되도록 구성되어 있다. 즉, 엔드 블록(200)은, 케이스 형상의 엔드 블록 본체(210)를 구비하고 있다. 이 엔드 블록 본체(210)의 내부에 구동 계통을 구성하는 각종 부재가 배치됨으로써, 구동 계통은, 엔드 블록(200) 내로부터 타겟 유닛(100)으로 접속되어 있다. 또한, 엔드 블록 본체(210)의 내부는 대기(A)에 노출되어 있다.

또한, 냉각액의 공급 계통과, 타겟(110)에 전압을 인가하는 전기 계통은, 서포트 블록(300) 내로부터 타겟 유닛(100)으로 접속되도록 구성되어 있다. 즉, 서포트 블록(300)은, 케이스 형상의 서포트 블록 본체(310)를 구비하고 있다. 이 서포트 블록 본체(310)의 내부에, 공급 계통을 구성하는 각종 부재와, 전기 계통을 구성하는 각종 부재가 배치됨으로써, 이들 공급 계통과 전기 계통은, 모두 서포트 블록(300) 내로부터 타겟 유닛(100)으로 접속되어 있다. 또한, 서포트 블록 본체(310)의 내부는 대기(A)에 노출되어 있다.

또한, 회전식 캐소드(10)는, 엔드 블록(200)에 회전 가능하게 축 지지되는 제1 지지 축부와, 서포트 블록(300)에 회전 가능하게 축 지지되는 제2 지지 축부를 구비하고 있다. 그리고, 타겟 유닛(100)은, 이들 제1 지지 축부와 제2 지지 축부의 양쪽에 대해 착탈 가능하게 구성되어 있다.

보다 구체적으로는, 제1 지지 축부는, 타겟(110)에 착탈 가능하게 구성되는 환형의 제1 타겟용 지지 축(220)과, 자력 유닛(120)에 착탈 가능하게 구성되는 제1 자력 유닛용 지지 축(230)을 구비하고 있다. 제1 타겟용 지지 축(220)은, 엔드 블록 본체(210)에 형성된 삽통 구멍(211)에 삽입 통과되도록 배치되며, 베어링(B)에 의해, 엔드 블록 본체(210)에 회전 가능하게 축 지지되고 있다. 또한, 삽통 구멍(211)과 제1 타겟용 지지 축(220)의 사이의 환형 간극은, 밀봉 장치(S)에 의해 봉지되어 있다. 또한, 제1 자력 유닛용 지지 축(230)은, 제1 타겟용 지지 축(220)의 내측을 삽입 통과하도록 배치되며, 베어링(B)에 의해, 제1 타겟용 지지 축(220)에 대해 회전 가능하게 축 지지되고 있다. 또한, 제1 타겟용 지지 축(220)과 제1 자력 유닛용 지지 축(230)의 사이의 환형 간극도 밀봉 장치(S)에 의해 봉지되어 있다.

타겟(110)은 고정구(240)에 의해 제1 타겟용 지지 축(220)에 고정된다. 또한, 고정구(240)를 푸는 것에 의해, 타겟(110)을 제1 타겟용 지지 축(220)으로부터 떼어낼 수 있다. 고정구(240)에 대해서는, 클램프 등의 체결구나 볼트와 너트의 조합 등의 각종 공지 기술을 적용할 수 있다. 또한, 자력 유닛(120)은, 제1 자력 유닛용 지지 축(230)에 대해, 회전 중심 축선 방향으로 꽂거나 뺌(揷拔)으로써 착탈할 수 있다. 또한, 예를 들면, 도시한 바와 같이, 자력 유닛(120)의 단부에 설치되는 볼록부와, 제1 자력 유닛용 지지 축(230)의 단부에 설치되는 오목부에 의한 요철 감합(嵌合) 구조에 의해, 자력 유닛(120)을 제1 자력 유닛용 지지 축(230)에 대해 착탈 가능하게 구성할 수 있다. 또한, 이들 자력 유닛(120)과 제1 자력 유닛용 지지 축(230)은, 회전 중심 축선을 중심으로 하는 회전 방향의 상대적인 이동은 규제되도록 구성되어 있다. 따라서, 제1 자력 유닛용 지지 축(230)이 회전하면, 자력 유닛(120)도 제1 자력 유닛용 지지 축(230)과 일체적으로 회전한다. 또한, 자력 유닛(120)을 제1 자력 유닛용 지지 축(230)에 대해 착탈 가능하게 구성하기 위한 구조에 대해, 도시한 예에 한정되지 않고, 적절히 공지 기술을 채용할 수 있다.

또한, 제2 지지 축부는, 타겟(110)에 착탈 가능하게 구성되는 환형의 제2 타겟용 지지 축(320)과, 자력 유닛(120)에 착탈 가능하게 구성되는 제2 자력 유닛용 지지 축(330)을 구비하고 있다. 제2 타겟용 지지 축(320)은, 서포트 블록 본체(310)에 형성된 삽통 구멍(311)에 삽입 통과되도록 배치되며, 베어링(B)에 의해, 서포트 블록 본체(310)에 회전 가능하게 축 지지되고 있다. 또한, 삽통 구멍(311)과 제2 타겟용 지지 축(320)의 사이의 환형 간극은 밀봉 장치(S)에 의해 봉지되어 있다. 또한, 제2 자력 유닛용 지지 축(330)은, 제2 타겟용 지지 축(320)의 내측을 삽입 통과하도록 배치되며, 베어링(B)에 의해, 제2 타겟용 지지 축(320)에 대해 회전 가능하게 축 지지되고 있다. 또한, 제2 타겟용 지지 축(320)과 제2 자력 유닛용 지지 축(330)의 사이의 환형 간극도 밀봉 장치(S)에 의해 봉지되어 있다.

제2 타겟용 지지 축(320)은, 내통부(321)와, 내통부(321)와 동축적으로 설치되며 내통부(321)의 외주면측에 설치되는 외통부(322)를 구비하고 있다. 이들 내통부(321)와 외통부(322)는, 중심 축선 방향에 대해서는, 상대적인 슬라이딩 이동이 가능하게 구성되면서, 회전 방향에 대한 상대적인 이동을 할 수 없도록, 회전 방지 부재(323)에 의해 회전 방지가 이루어지고 있다. 따라서, 구동 계통에 의해 회전 구동력이 전달될 때에 있어서는, 내통부(321)와 외통부(322)는 일체적으로 회전한다. 또한, 외통부(322)의 단부이자 내주면 측에는, 슬라이딩 이동에 의한 회전 방지 부재(323)의 진입과 퇴출을 가능하게 하는 절결부(322a)가 설치되어 있다.

여기서, 제2 자력 유닛용 지지 축(330)은, 그 내부에 냉각액의 통로가 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 제2 자력 유닛용 지지 축(330)의 내부에 배관부(331)가 설치되어 있고, 이 배관부(331)의 내부와 외부에 냉각액의 통로가 설치되어 있다.

그리고, 타겟(110)은 고정구(340)에 의해 제2 타겟용 지지 축(320)(보다 구체적으로는, 내통부(321))에 고정된다. 또한, 고정구(340)를 푸는 것에 의해, 타겟(110)을 제2 타겟용 지지 축(320)으로부터 떼어낼 수 있다. 고정구(340)에 대해서는, 클램프 등의 체결구나 볼트와 너트의 조합 등의 각종 공지 기술을 적용할 수 있다. 또한, 자력 유닛(120)은, 제2 자력 유닛용 지지 축(330)에 대해, 회전 중심 축선 방향으로 꽂거나 뺌(삽발)으로써 착탈할 수 있다. 본 실시예에서는, 내통부(122)의 내측에 배관부(331)가 삽입되도록 함으로써, 자력 유닛(120)을 제2 자력 유닛용 지지 축(330)에 대해 착탈 가능하게 구성할 수 있다. 또한, 이들 자력 유닛(120)과 제2 자력 유닛용 지지 축(330)은, 회전 중심 축선을 중심으로 하는 회전 방향의 상대적인 이동은 규제되도록 구성되어 있다. 따라서, 자력 유닛(120)이 회전하면, 제2 자력 유닛용 지지 축(330)도 자력 유닛(120)과 일체적으로 회전한다. 또한, 자력 유닛(120)을 제2 자력 유닛용 지지 축(330)에 대해 착탈 가능하게 구성하기 위한 구조에 대해, 도시한 예에 한정되지 않고, 적절히 공지 기술을 채용할 수 있다.

또한, 제2 타겟용 지지 축(320)을 거쳐 타겟 유닛(100)과는 반대측에, 제2 자력 유닛용 지지 축(330)을 회전 가능하게 축 지지하는 베어링 유닛(350)이 설치되어 있다. 이 베어링 유닛(350)은, 구동 계통에 의한 회전 구동력은 전달되지 않고, 또한 제2 지지 축부(제2 타겟용 지지 축(320) 및 제2 자력 유닛용 지지 축(330))가 서포트 블록(300)에 대해 회전 중심 축선 방향으로 슬라이딩할 때에는, 제2 지지 축부와 함께 이동 가능하게 구성되어 있다. 이 베어링 유닛(350)의 단부에 설치된 삽통 구멍(351) 내에, 제2 자력 유닛용 지지 축(330)의 단부에 설치된 축부(332)가 삽입 통과되며, 베어링(B)에 의해, 제2 자력 유닛용 지지 축(330)은 베어링 유닛(350)에 대해 회전 가능하게 축 지지되고 있다.

<구동 계통>

구동 계통에 대해 보다 상세하게 설명한다. 구동 계통은, 타겟(110)을 회전시키는 제1 구동 기구와, 자력 유닛(120)을 회전시키는 제2 구동 기구를 구비하고 있다. 본 실시예에 있어서는, 구동원인 모터(500)에 의해, 제1 구동 기구와 제2 구동 기구의 양쪽을 구동시킬 수 있도록 구성되어 있다.

모터(500)에 의해 회전하는 회전축(510)은, 베어링(B)이 구비된 베어링 부재(520)에 의해 회전 가능하게 지지되고 있다. 타겟(110)을 회전시키기 위한 제1 구동 기구는, 회전축(510)에 장착되는 제1 풀리(pulley)(530)와, 제1 타겟용 지지 축(220)에 장착되는 제2 풀리(221)와, 이들 제1 풀리(530)와 제2 풀리(221)에 감기는 제1 벨트(222)로 구성된다. 이상과 같이 구성되는 제1 구동 기구에 의하면, 모터(500)에 의해 회전축(510)이 회전하면, 회전 동력이 제1 벨트(222)에 의해 제2 풀리(221)에 전달되어, 타겟(110)이 제1 타겟용 지지 축(220) 및 제2 타겟용 지지 축(320)과 함께 회전한다.

자력 유닛(120)을 회전시키기 위한 제2 구동 기구는, 회전축(510)에 장착되는 제3 풀리(540)와, 제1 자력 유닛용 지지 축(230)에 장착되는 제4 풀리(231)와, 이들 제3 풀리(540)와 제4 풀리(231)에 감기는 제2 벨트(232)로 구성된다. 제3 풀리(540)와 회전축(510)의 사이에는 베어링(B)이 설치되어 있다. 또한, 회전축(510)에는, 회전 동력의 제2 구동 기구로의 전달과 차단을 스위칭하는 클러치(550)가 구비되어 있다. 보다 구체적으로는, 이 클러치(550)는, 회전축(510)에 대해 회전축(510)의 회전 중심 축선과 평행하게 왕복 이동 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 클러치(550)가, 제3 풀리(540)에 접촉한 상태에서는 회전축(510)의 회전 동력이 제3 풀리(540)에 전달되고, 제3 풀리(540)로부터 떨어지면 회전축(510)의 회전 동력이 제3 풀리(540)로 전달되지 않도록 구성되어 있다. 또한, 도 3에서는, 제3 풀리(540)에 접촉한 상태의 클러치(550)를 실선으로 나타내고, 제3 풀리(540)로부터 떨어진 상태의 클러치(550a)를 점선으로 나타내고 있다. 한편, 클러치(550)의 동력으로서, 전자력을 이용한 전자식 클러치를 바람직하게 이용할 수 있다. 다만, 이것에 한정되지 않고, 기계식, 유압식, 공압(空壓)식 등의 각종의 클러치를 이용할 수도 있다.

또한, 제1 자력 유닛용 지지 축(230)에는, 자력 유닛(120)의 회전을 제지시키는 브레이크(233)가 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 이 브레이크(233)는, 제1 자력 유닛용 지지 축(230)에 대해 회전 중심 축선과 평행하게 왕복 이동 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 브레이크(233)가 제4 풀리(231)에 접촉한 상태에서는 제4 풀리(231)의 회전이 제지되고, 브레이크(233)가 제4 풀리(231)로부터 떨어지면, 제4 풀리(231)의 회전이 가능한 상태로 된다. 또한, 도 3에서는, 제4 풀리(231)에 접촉한 상태의 브레이크(233a)를 점선으로 나타내고, 제4 풀리(231)로부터 떨어진 상태의 브레이크(233)를 실선으로 나타내고 있다. 또한, 브레이크(233)의 동력으로서, 전자력을 이용한 전자식 브레이크를 바람직하게 이용할 수 있다. 다만, 이것에 한정되지 않고, 기계식, 유압식, 공압식 등의 각종의 브레이크를 이용할 수도 있다.

이상과 같이 구성되는 제2 구동 기구에 의하면, 클러치(550)에 의해 구동 전달이 이루어지는 상태, 또한 브레이크(233)가 해제된 상태에서는, 모터(500)에 의해 회전축(510)이 회전하면, 회전 동력이 제2 벨트(232)에 의해 제4 풀리(231)에 전달되어, 제1 자력 유닛용 지지 축(230)과 함께 자력 유닛(120)이 회전한다. 그리고, 클러치(550)에 의해 동력의 전달이 차단된 상태에서는, 회전축(510)의 회전 동력은 자력 유닛(120)에는 전달되지 않는다. 그러나, 복수의 베어링(B)과 밀봉 장치(S)에 의한 슬라이딩 저항이 발생하기 때문에, 제2 구동 기구에 의해, 자력 유닛(120)에 동력이 전달되고 있지 않더라도, 타겟(110)이 회전하면 자력 유닛(120)이 슬라이딩 저항에 의해 다소 동반회전할 가능성이 있다. 이에, 본 실시예에 관한 제2 구동 기구에는, 상기와 같이 브레이크(233)가 설치되어 있다. 이에 의해, 클러치(550)에 의해 동력의 전달이 차단되는 경우에는, 브레이크(233)에 의해 제4 풀리(231)의 회전을 제지시킴으로써, 자력 유닛(120)의 동반회전이 저지된다.

<공급 계통과 전기 계통>

공급 계통을 구성하는 제1 배관(710)과 제2 배관(720)은 베어링 유닛(350)에 접속되어 있다. 베어링 유닛(350)에는, 제2 자력 유닛용 지지 축(330)의 내부에 설치된 냉각액의 통로와, 제1 배관(710)의 관내 및 제2 배관(720)의 관내를 연결하기 위한 관통 구멍(352, 353)이 각각 설치되어 있다. 또한, 제2 자력 유닛용 지지 축(330)의 내부에 설치된 냉각액의 통로 중 직경 방향을 향하는 통로는, 방사상으로 연장하도록 복수개 설치되어 있다. 그리고, 관통 구멍(352)의 양측과 관통 구멍(353)의 양측에 각각 밀봉 장치(S)가 설치되어 있다. 이러한 구성에 의해, 소위 로터리 조인트(rotary joint)가 구성되고, 정지 상태에 있는 베어링 유닛(350), 제1 배관(710) 및 제2 배관(720)과, 회전하는 제2 자력 유닛용 지지 축(330)과의 사이에서, 냉각액이 외부로 누설되지 않고, 냉각액을 순환시키는 것이 가능하게 되어 있다. 한편, 로터리 조인트에 대해서는, 공지 기술이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3에서는 냉각액의 흐름 방식의 일례를 화살표로 나타내고 있다. 즉, 제1 배관(710)으로부터 관통 구멍(352)을 통해 제2 자력 유닛용 지지 축(330)의 내부에 공급된 냉각액은, 배관부(331) 내를 통해, 자력 유닛(120)에 있어서의 내통부(122) 내로 보내진다. 타겟 유닛(100)에서는, 자력 유닛(120)에 있어서의 내통부(122)의 내부 공간과, 자력 유닛(120)과 타겟(110)의 사이의 환형 간극이 관통 구멍(123)에 의해 연통되어, 냉각액이 흐르는 통로로 되고 있다. 이에 의해, 내통부(122) 내로 보내진 냉각액은, 관통 구멍(123)을 통해 자력 유닛(120)과 타겟(110)의 사이의 환형 간극으로 보내진다. 그 후, 냉각액은, 제2 자력 유닛용 지지 축(330)에 있어서의 배관부(331)의 외측에 설치된 통로를 통해, 관통 구멍(353)으로부터 제2 배관(720)을 통하여 배출된다. 또한, 배관부(331)의 외측에 설치되는 통로는, 예를 들면, 관통 구멍(353)으로 통하도록 복수개 설치된 방사상의 통로로부터, 각각 제2 자력 유닛용 지지 축(330)에 있어서의 도면 중 좌측의 단면에 이르도록 복수개 설치되는 연통 구멍에 의해 구성할 수 있다. 또한, 도시한 예에서는, 제1 배관(710)으로부터 제2 배관(720)으로 냉각액이 흐르도록 구성하는 경우를 나타냈지만, 제2 배관(720)으로부터 제1 배관(710)으로 냉각액이 흐르도록 구성하도록 해도 상관없다.

전기 계통은 전기 배선(810)과, 전기 배선(810)에 접속되는 슬립 링(slip ring)(820)을 구비하고 있다. 슬립 링(820)은, 베어링 유닛(350)에 고정되고, 또한 제2 타겟용 지지 축(320)에 슬라이딩하도록 설치되어 있다. 이에 의해, 정지 상태에 있는 베어링 유닛(350), 전기 배선(810) 및 슬립 링(820)에 대해, 제2 타겟용 지지 축(320)이 회전하더라도, 슬립 링(820)을 통하여 제2 타겟용 지지 축(320)에 전압이 인가된다. 또한, 제2 타겟용 지지 축(320)과 타겟(110)도 접하고 있기 때문에, 타겟(110)에도 전압이 인가되게 된다.

<회전식 캐소드의 동작 제어>

제어 장치(600)에 의한 회전식 캐소드(10)의 동작 제어에 대해 설명한다. 스퍼터링을 행하는 경우에는, 기판(40)의 형상 등에 따라, 박막을 형성시키는 부위가 다른 것이 있다. 그리고, 박막을 형성시키는 부위는, 플라즈마를 집중시키는 위치를 바꿈으로써 설정할 수 있다. 본 실시예에 관한 회전식 캐소드(10)에 의하면, 자력 유닛(120)을 회전시켜서, 타겟(110)에 대한 자석(124)의 방향을 바꿈으로써, 플라즈마를 집중시키는 위치를 바꾸는 것이 가능하게 된다.

또한, 장기간에 걸쳐 회전식 캐소드(10)가 사용되지 않는 경우 등, 타겟(110)의 표면이 산화되거나, 표면에 더러움이 부착되거나 하는 경우가 있다. 그 때문에, 기판(40)에 박막을 형성시키기 위한 스퍼터링을 행하기 전에, 기판(40)에의 박막의 형성을 수반하지 않는 스퍼터링 동작(프리스퍼터링(pre-sputtering)이라고 불림)을 행하여, 더러움 등을 제거하는 제어를 행하는 경우가 있다. 이 경우에는, 예를 들면, 기판(40)이 배치되는 측과는 반대측으로 자석(124)을 향하게 한 상태로 프리스퍼터링이 행해진다.

이상과 같은 제어가 행해짐으로써, 기판(40)에 대한 원하는 위치에 박막을 형성시키는 것이 가능하게 된다.

<유지보수>

타겟(110) 등이 장기 사용에 의해 경시적으로 열화했을 때에, 타겟(110) 등을 교환할 때의 유지보수에 대해, 특히, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 본 실시예에 있어서는, 타겟 유닛(100)의 착탈을, 이하와 같이 용이하게 행할 수 있다. 즉, 먼저, 고정구(340)가 떼어내진다(타겟 유닛(100)과 제2 지지 축부의 고정을 해제하는 공정). 그리고, 제2 지지 축부(제2 타겟용 지지 축(320) 및 제2 자력 유닛용 지지 축(330))와 베어링 유닛(350)이 중심 축선 방향으로 슬라이딩됨으로써, 이들은 타겟 유닛(100)으로부터 이격한 상태로 된다(제2 지지 축부를 제2 케이스 유닛(서포트 블록(300))에 대해 회전 중심 축선 방향으로 슬라이딩시켜, 제2 지지 축부를 타겟 유닛(100)으로부터 이격시키는 공정(도 4 참조)). 또한, 제2 타겟용 지지 축(320)에 대해서는, 내통부(321)만이 슬라이딩 이동하고, 외통부(322)는 이동하지 않는다.

여기서, 냉각액을 공급하는 펌프 등의 냉각액 공급원(도시하지 않음)이나, 전압을 인가하는 전원(도시하지 않음)이 이동 가능하게 구성되는 경우에는, 도면 중 실선으로 나타내는 바와 같이, 제1 배관(710) 및 제2 배관(720)과, 전기 배선(810)도, 베어링 유닛(350)과 함께 슬라이딩하는 구성을 채용할 수 있다. 다만, 냉각액 공급원이나 전원이 고정되는 경우에는, 이들을, 가요성을 갖는 부재에 의해 구성하면 된다. 이에 의해, 베어링 유닛(350)의 이동에 따라, 각각 점선으로 나타내어지는 제1 배관(710a), 제2 배관(720a), 및 전기 배선(810a)은 휘도록 변형된다. 따라서, 냉각액 공급원이나 전원은 고정된 채라 하더라도 지장이 없다.

그리고, 상기 슬라이딩 동작이 종료된 후에, 고정구(240)가 떼어내진다(타겟 유닛(100)과 제1 지지 축부의 고정을 해제하는 공정). 이에 의해, 타겟 유닛(100)은, 제1 지지 축부(제1 타겟용 지지 축(220) 및 제1 자력 유닛용 지지 축(230))로부터 떼어내진다(도 5 참조).

이와 같이, 타겟 유닛(100)을 제1 지지 축부 및 제2 지지 축부로부터 간단히 떼어낼 수 있다. 그리고, 타겟(110)을 신품의 것으로 교환한 후에 타겟 유닛(100)(또는, 신품 타겟 유닛(100))을, 상기 분리 순서와는 반대의 순서로, 간단히 부착할 수 있다. 즉, 타겟 유닛의 부착 방법에 대해서는, 이하와 같다. 먼저, 고정구(240)에 의해, 타겟 유닛(100)과 제1 지지 축부가 고정된다(타겟 유닛(100)과 제1 지지 축부를 고정하는 공정(도 4 참조)). 그리고, 제2 지지 축부와 베어링 유닛(350)이, 중심 축선 방향으로 슬라이딩됨으로써, 이들은 타겟 유닛(100)에 가까워진다(제2 지지 축부를 제2 케이스 유닛(서포트 블록(300))에 대해 회전 중심 축선 방향으로 슬라이딩시켜, 제2 지지 축부를 타겟 유닛(100)에 근접시키는 공정). 그 후, 고정구(340)에 의해, 타겟 유닛(100)과 제2 지지 축부가 고정된다(타겟 유닛(100)과 제2 지지 축부를 고정하는 공정). 이상의 공정에 의해, 타겟 유닛(100)이 부착된다(도 3 참조).

<본 실시예에 관한 성막 장치의 우수한 점>

본 실시예에 관한 성막 장치에 의하면, 타겟 유닛에 있어서의 회전 중심 축선 방향의 일방 측(예를 들면, 엔드 블록(200) 측)에, 구동 계통과 공급 계통과 전기 계통이 집중 배치되어 있지 않기 때문에, 해당 일방 측이 대형화되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 유지보수성을 높일 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 제2 지지 축부(제2 타겟용 지지 축(320) 및 제2 자력 유닛용 지지 축(330))와 베어링 유닛(350)이, 서포트 블록 본체(310)에 대해 슬라이딩 가능하게 구성되어 있다. 이에 의해, 유지보수성을 한층 더 높게 할 수 있다.

(기타)

상기 실시예에서는, 구동원인 모터(500)에 의해, 제1 구동 기구와 제2 구동 기구의 양쪽 모두를 구동시킬 수 있도록 구성되는 경우를 나타내었다. 그러나, 제1 구동 기구와 제2 구동 기구를 별개의 구동원(모터)에 의해 구동시키는 구성도 적용 가능하다.

1: 성막 장치
10: 회전식 캐소드
20: 챔버
30: 재치대
40: 기판
100: 타겟 유닛
110: 타겟
120: 자력 유닛
121: 외통부
122: 내통부
123: 관통 구멍
124: 자석
200: 엔드 블록
210: 엔드 블록 본체
211: 삽통 구멍
233: 브레이크
240: 고정구
300: 서포트 블록
310: 서포트 블록 본체
311: 삽통 구멍
321: 내통부
322: 외통부
323: 회전 방지 부재
331: 배관부
332: 축부
340: 고정구
350: 베어링 유닛
351: 삽통 구멍
352, 353: 관통 구멍
400: 지지 부재
500: 모터
510: 회전축
520: 베어링 부재
550: 클러치
600: 제어 장치
710: 제1 배관
720: 제2 배관
810: 전기 배선
820: 슬립 링
B: 베어링
G: 개스킷
S: 밀봉 장치

Claims

스퍼터링에 의해, 타겟의 구성 원자에 의한 박막을 기판 상에 형성하는 성막 장치에 있어서,
챔버와,
상기 챔버 내에 설치되며 상기 타겟을 갖는 타겟 유닛과,
상기 타겟 유닛에 있어서의 회전 중심 축선 방향의 일단측의 베어링 기능을 갖는 제1 케이스 유닛과,
상기 타겟 유닛에 있어서의 회전 중심 축선 방향의 타단측의 베어링 기능을 갖는 제2 케이스 유닛을 구비하고,
상기 타겟 유닛을 회전시키기 위한 구동력은, 상기 제1 케이스 유닛 내로부터 상기 타겟 유닛으로 접속되고,
상기 타겟 유닛에 공급되는 냉각액과 상기 타겟에 인가되는 전압은, 상기 제2 케이스 유닛 내로부터 상기 타겟 유닛으로 접속되는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제1항에 있어서,
상기 타겟 유닛은,
통형상의 상기 타겟과,
상기 타겟의 내부에 설치되고, 또한 자력을 발생하는 자력 발생 부재를 갖는 자력 유닛과,
상기 타겟을 회전시키는 제1 구동 기구와,
상기 자력 유닛을 회전시키는 제2 구동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제2항에 있어서,
상기 자력 유닛은,
직경 방향 내측의 공간이 냉각액의 통로로서 이용되고, 직경 방향 외측의 환형 공간에 상기 자력 발생 부재가 수용되는 밀폐 공간으로 되는 2중 관 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제3항에 있어서,
상기 자력 유닛에 있어서의 상기 직경 방향 내측의 공간과, 상기 자력 유닛과 상기 타겟 사이의 환형 간극이 연통되어, 냉각액이 흐르는 통로로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 케이스 유닛에 회전 가능하게 축 지지되는 제1 지지 축부와,
상기 제2 케이스 유닛에 회전 가능하게 축 지지되는 제2 지지 축부를 구비하고,
상기 타겟 유닛은, 상기 제1 지지 축부 및 상기 제2 지지 축부에 대해 착탈 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제5항에 있어서,
상기 타겟 유닛은,
통형상의 상기 타겟과,
상기 타겟의 내부에 설치되고, 또한 자력을 발생하는 자력 발생 부재를 갖는 자력 유닛을 구비하고,
상기 제1 지지 축부는,
상기 타겟에 착탈 가능하게 구성되는 환형의 제1 타겟용 지지 축과,
상기 자력 유닛에 착탈 가능하게 구성되는 제1 자력 유닛용 지지 축을 구비하고,
상기 제1 자력 유닛용 지지 축은, 상기 제1 타겟용 지지 축에 대해 회전 가능하게 축 지지되고 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 타겟 유닛은,
통형상의 상기 타겟과,
상기 타겟의 내부에 설치되고, 또한 자력을 발생하는 자력 발생 부재를 갖는 자력 유닛을 구비하고,
상기 제2 지지 축부는,
상기 타겟에 착탈 가능하게 구성되는 환형의 제2 타겟용 지지 축과,
상기 자력 유닛에 착탈 가능하게 구성되는 제2 자력 유닛용 지지 축을 구비하고,
상기 제2 자력 유닛용 지지 축은, 상기 제2 타겟용 지지 축에 대해 회전 가능하게 축 지지되고 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 자력 유닛용 지지 축의 내부에 냉각액의 통로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제2 타겟용 지지 축을 거쳐 상기 타겟 유닛과는 반대측에, 상기 제2 자력 유닛용 지지 축을 회전 가능하게 축 지지하는 베어링 유닛이 설치되어 있고,
상기 베어링 유닛은, 구동력은 전달되지 않고, 또한 상기 제2 지지 축부가 상기 제2 케이스 유닛에 대해 회전 중심 축선 방향으로 슬라이딩할 때에는, 상기 제2 지지 축부와 함께 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제9항에 있어서,
상기 베어링 유닛의 내부에 냉각액의 통로가 설치되어 있고, 상기 베어링 유닛에 상기 공급 계통을 구성하는 배관이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제10항에 있어서,
상기 배관은 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제9항, 제10항, 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
전기 배선과,
상기 전기 배선에 접속되고, 또한 상기 베어링 유닛에 고정됨과 함께, 상기 제2 타겟용 지지 축으로 슬라이딩하도록 설치되는 슬립 링(slip ring)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제12항에 있어서,
상기 전기 배선은 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟 유닛과 상기 제2 지지 축부가 고정되지 않은 상태에서는, 상기 제2 지지 축부는, 상기 제2 케이스 유닛에 대해 회전 중심 축선 방향으로 슬라이딩 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.