KR20230062373A - 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛 및 마그네트론 스퍼터링 장치 - Google Patents

마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛 및 마그네트론 스퍼터링 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230062373A
KR20230062373A KR1020220131609A KR20220131609A KR20230062373A KR 20230062373 A KR20230062373 A KR 20230062373A KR 1020220131609 A KR1020220131609 A KR 1020220131609A KR 20220131609 A KR20220131609 A KR 20220131609A KR 20230062373 A KR20230062373 A KR 20230062373A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
backing plate
magnetron sputtering
target
refrigerant
cathode unit
Prior art date
Application number
KR1020220131609A
Other languages
English (en)
Inventor
고지 스즈키
히데토 나가시마
가츠야 하라
히데키 마타가
Original Assignee
가부시키가이샤 알박
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 알박 filed Critical 가부시키가이샤 알박
Publication of KR20230062373A publication Critical patent/KR20230062373A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3435—Target holders (includes backing plates and endblocks)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H01J37/3408—Planar magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/345—Magnet arrangements in particular for cathodic sputtering apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3488—Constructional details of particle beam apparatus not otherwise provided for, e.g. arrangement, mounting, housing, environment; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/3497—Temperature of target
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/002—Cooling arrangements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

[과제]
타겟으로부터 효율적으로 열을 빼앗는 기능을 손상시키지 않으면서, 백킹 플레이트와 자석 유닛 간의 간섭을 확실하게 방지할 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛을 제공한다.
[해결수단]
진공 챔버(1) 내를 향하는 자세로 설치되는 타겟(3)의 스퍼터면(3a)과 배향하는 상측에 접합되는 백킹 플레이트(4)와, 백킹 플레이트의 위쪽에 간격을 두고 배치되는 자석 유닛(5)을 구비하고, 백킹 플레이트 내에 냉매를 유통시킬 수 있는 냉매 통로(43)가 형성되는 마그네트론 스퍼터링 장치(SM)용 캐소드 유닛(CU)에서, 냉매를 유통시켰을 때에 백킹 플레이트의 상측 안쪽면(42a)에 가해지는 압력(P1)과 동등한 면압(P2)을 백킹 플레이트의 위쪽으로부터 이 백킹 플레이트의 상측 바깥면(42b)을 향해 인가하는 면압 인가 수단(7,8)을 설치한다.

Description

마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛 및 마그네트론 스퍼터링 장치{CATHODE UNIT FOR MAGNETRON SPUTTERING APPARATUS AND MAGNETRON SPUTTERING APPARATUS}
본 발명은, 진공 챔버 내를 향하는 자세로 설치되는 타겟의 스퍼터면과 배향하는 상측에 접합되는 백킹 플레이트와, 백킹 플레이트의 위쪽에 간격을 두고 배치되는 자석 유닛을 구비하고, 백킹 플레이트 내에 냉매를 유통시킬 수 있는 냉매 통로가 형성되는 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛 및 이 캐소드 유닛을 구비하는 마그네트론 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
상기 종류의 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛에서는, 타겟의 스퍼터링 중에 발생하는 플라즈마로부터의 복사열 등이 타겟 표면에서 내부로 전해지고, 이에 접합된 백킹 플레이트를 통해 그 내부를 흐르는 냉각수 등의 냉매에 의해 열을 빼앗기는 구조를 가진다. 이러한 소위 재킷형의 백킹 플레이트는, 일반적으로 타겟의 스퍼터면과 배향하는 측에 접합되는 지지판과, 이 지지판의 상측에 설치되어 지지판과의 사이에 냉매 통로를 형성하는 커버판(재킷)으로 구성된다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조). 이 때, 백킹 플레이트의 위쪽으로 자석 유닛이 배치되기 때문에, 냉매 통로를 흐르는 냉매의 유량을 확보하면서 스퍼터면의 아래쪽 공간에 누설 자장을 효과적으로 작용시키고자 하면, 백킹 플레이트를 구성하는 지지판이나 커버판의 판 두께를 그다지 두껍게 만들 수 없다.
그런데 최근에는 생산성을 더욱 향상시키기 위해, 이러한 종류의 스퍼터링 장치에 대해 보다 빠른 성막 속도가 요구되어, 성막 시에는, 타겟에 예을 들면, 20kW를 초과하는 고전력을 투입하게 되었으며, 이에 따라 타겟으로부터 보다 효율적으로 열을 빼앗을 수 있도록 요구되고 있다. 이러한 경우, 냉매 통로로 향하는 냉매의 공급압을 높이는 방법을 생각할 수 있으나, 백킹 플레이트를 구성하는 커버판의 판 두께가 얇으면, 냉매 통로에 냉매를 유통시켰을 때에 커버판에 가해지는 압력으로 인해 위쪽을 향해 부풀듯이 변형되며, 경우에 따라서는 자석 유닛을 간섭할 우려가 있다. 이러한 백킹 플레이트의 변형을 억제하기 위해, 커버판(특히, 중앙 영역)이 지지판을 향해 당겨지도록 냉매 통로를 가로지르는 볼트로 지지판과 커버판을 고정하는 방법도 생각해볼 수 있으나, 이렇게 하면 냉매 통로 내에서 냉매의 흐름이 변하여 이로 인해 타겟으로부터 효율적으로 열을 빼앗지 못할 수 있다.
특허문헌 1: 특개평 7-331428호 공보
본 발명은 이상의 점을 감안하여 타겟으로부터 효율적으로 열을 빼앗는 기능을 손상시키지 않으면서, 백킹 플레이트와 자석 유닛의 간섭을 확실하게 방지할 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛 및 마그네트론 스퍼터링 장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 진공 챔버 내를 향하는 자세로 설치되는 타겟의 스퍼터면과 배향하는 상측에 접합되는 백킹 플레이트와, 백킹 플레이트의 위쪽에 간격을 두고 배치되는 자석 유닛을 구비하고, 백킹 플레이트 내에 냉매를 유통시킬 수 있는 냉매 통로가 형성되는 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛에서, 냉매를 유통시켰을 때에 백킹 플레이트 상측 안쪽면에 가해지는 압력과 동등한 면압을 백킹 플레이트의 위쪽으로부터 이 백킹 플레이트의 상측 바깥면을 향해 인가하는 면압 인가 수단을 설치한 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에서 ‘동등’에는, 백킹 플레이트의 상측 안쪽면에 가해지는 압력과 상측 바깥면에 인가되는 면압이 엄밀하게 일치하는 경우뿐만 아니라, 유체 통로의 단면적이 작아지도록 백킹 플레이트의 윗면(또는 그 일부)이 아래쪽을 향해 부풀듯이 변형되지 않는 범위에서 면압을 가하는 경우가 포함된다.
본 발명에서 상기 면압 인가 수단은, 상기 백킹 플레이트의 윗면에 연결 설치되어 자석 유닛을 격납하는 밀폐 구조의 마그넷 케이스와, 마그넷 케이스 내로 유체의 공급을 가능하게 하는 유체 공급 수단을 구비하는 구성을 채용할 수 있다. 이 경우, 상기 마그넷 케이스 내에 공급되는 유체를 순환시키는 순환 수단을 설치해 두면, 마그넷 케이스 내를 순환하는 유체와 백킹 플레이트 내의 냉매 통로를 흐르는 냉매의 열교환에 의해 냉매 통로를 흐르는 냉매의 승온을 억제할 수 있어, 타겟으로부터 보다 효율적으로 열을 빼앗을 수 있다.
이상에 따르면, 스퍼터링 중에 타겟을 냉각시키기 위해 백킹 플레이트 내에 소정의 공급압으로 냉매를 유통시켰을 때, 백킹 플레이트의 상측 안쪽면에 압력이 가해져도 백킹 플레이트의 위쪽에서 상측 바깥면을 향해 면압이 인가되기 때문에, 백킹 플레이트가 위쪽으로 부풀듯이 변형되는 것이 가능한 한 억제되며, 그 결과 백킹 플레이트가 자석 유닛을 간섭하는 등의 문제가 발생하지 않는다. 게다가, 냉매 통로 내에 냉매의 유통을 저해하는 볼트 등의 부품도 없어, 백킹 플레이트 내의 냉매 통로로 냉매를 정체없이 유통시킬 수 있기 때문에, 타겟으로부터 효율적으로 열을 빼앗는다는 기능도 손상되지 않는다. 따라서, 본 발명은 스퍼터링에 의한 성막 시 타겟에 고전력을 투입하는 경우에 적합하다.
또한 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치는, 상기 캐소드 유닛과, 캐소드 유닛의 타겟이 그 내부를 향하는 자세로 설치되며 또한 스퍼터면의 앞쪽 공간에 피처리 기판이 배치되는 진공 챔버와, 타겟에 전력을 투입하는 스퍼터 전원과, 진공 분위기의 진공 챔버 내로 스퍼터 가스를 도입할 수 있도록 하는 가스 도입 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 캐소드 유닛을 구비하는 마그네트론 스퍼터링 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하면서 냉매를 소정 온도의 냉각수로 하여, 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛 및 이 캐소드 유닛을 구비하는 마그네트론 스퍼터링 장치의 실시형태에 대해 설명한다. 이하에서, 위, 아래와 같이 방향을 나타내는 용어는 도 1을 기준으로 한다.
도 1을 참조하여, 마그네트론 스퍼터링 장치(SM)는 진공 챔버(1)를 포함한다. 진공 챔버(1)에는, 배기관(11)을 통해 진공 펌프(Vp)가 접속되어, 진공 챔버(1) 내를 소정 압력(예을 들면, 1×10-5 Pa)으로 진공 배기할 수 있다. 진공 챔버(1)의 측벽에는 질량 유량 제어기(12)를 사이에 설치한 가스관(13)이 접속되어, 유량이 제어된 스퍼터 가스로서 희가스(예을 들면, 아르곤 가스)를 진공 챔버(1) 내로 도입할 수 있다. 질량 유량 제어기(12)는 본 실시형태의 가스 도입 수단을 구성한다.
진공 챔버(1)의 하부에는 스테이지(2)가 설치되며, 그 성막면을 위로 향한 자세로 실리콘 웨이퍼와 같은 피처리 기판(이하, ‘기판(Sw)’)을 유지시킬 수 있다. 스테이지(2)는, 절연체(2a)를 통해 진공 챔버(1)의 아래 벽에 설치되는 베이스(21)와, 베이스(21) 위에 설치되며 정전 척용의 전극(도시 생략)을 내장한 척 플레이트(22)를 구비하여, 도외의 척용 전원을 통해 전극과 통전함으로써 기판(Sw)을 흡착할 수 있다.
진공 챔버(1)의 상부에는, 본 실시형태의 캐소드 유닛(CU)이 설치된다. 캐소드 유닛(CU)은, 기판(Sw)과 일치하는 윤곽(예을 들면, 원형)을 갖는 타겟(3)과, 타겟(3)의 스퍼터면(3a)과 배향하는 측에 접합되는 열전도율이 좋은 금속제의 백킹 플레이트(4)와, 백킹 플레이트(4)의 위쪽에 간격(d1)을 두고 배치되며, 스퍼터면(3a)의 아래쪽 공간에 누설 자장을 작용시키는 자석 유닛(5)을 구비한다. 타겟(3)은, 알루미늄, 구리나 질화티탄 등, 기판(Sw)에 성막하고자 하는 박막의 조성에 따라 제작된다. 타겟(3)에는 스퍼터 전원(Ps)으로부터의 출력이 접속되어, 타겟 종류에 따라 음의 전위를 갖는 직류 전력이나 소정 주파수의 교류 전력을 투입할 수 있다.
백킹 플레이트(4)는, 열전도율이 좋은 금속제의 한 쌍의 지지판(41,42)을 접합하여 구성되며, 절연체(4a)를 통해 타방의 지지판(42)의 바깥 둘레 부분을 진공 챔버(1)의 측벽 상단에 부착시킴으로써, 스퍼터면(3a)이 진공 챔버(1) 내를 향하면서 기판(Sw)과 대향하는 자세로 백킹 플레이트(4)에 접합된 타겟(3)이 설치된다. 일방의 지지판(41)은, 타겟(3)보다 약간 더 큰 면적을 가지며, 타겟(3)의 스퍼터면(3a)과 배향하는 측에 접합된다. 커버판으로서 타방의 지지판(42)은, 일방의 지지판(41)보다 약간 더 큰 면적 및 판 두께(d2)를 갖는다. 일방의 지지판(41)과 대치하는 타방의 지지판(42)의 아랫면에는, 예을 들면, 방사 방향 한쪽에서 그 다른 쪽을 향해 자라는 복수의 오목홈(43a)이 형성되며, 한 쌍의 지지판(41,42)을 접합했을 때 각 오목홈(43a)에 의해 냉각수가 흐르는 냉매 통로(43)가 구획되도록 되어있다.
백킹 플레이트(4)의 바깥 측면에는, 서로 대치되도록 제1 유입구(44a)와 제1 유출구(44b)가 설치된다. 그리고 타겟(3)의 스퍼터링 중에는, 진공 챔버(1) 밖에 설치되는 냉각기 유닛(6)에 의해 냉각수를 소정의 공급압으로 제1 유입구(44a)에 공급하고, 냉매 통로(43)를 통과한 냉각수를 제 1 유출구(44b)로부터 냉각기 유닛(6)으로 되돌림으로써, 백킹 플레이트(4) 내를 소정 온도의 냉각수가 순환하도록 한다. 타방의 지지판(42)의 판 두께(d2)와, 오목홈(43a)이 존재하는 곳에서의 지지판(42)의 판 두께(d3)는, 자석 유닛(5)으로부터의 누설 자장을 스퍼터면(3a)의 아래쪽 공간에 효과적으로 작용시킬 수 있도록 타겟(3)과 자석 유닛(5) 간의 상하 방향의 거리에 따라 설정된다. 이 경우, 오목홈(43a)이 존재하는 곳에서의 지지판(42)의 아랫면 부분(42a)(백킹 플레이트(4)의 상측 안쪽면(上內面)에 상당함)에는, 냉매 통로(43)에 냉각수를 유통시켰을 때의 압력(이하, ‘제1 압력(P1)’)이 작용하게 된다.
타방의 지지판(42)의 상측 바깥면(42b)에는, 씰 부재(7a)를 통해 밀폐 구조의 마그넷 케이스(7)가 연결 설치되며, 그 내부에 자석 유닛(5)이 격납된다. 자석 유닛(5)은, 요크(51)와 요크(51)의 아랫면에 마련된 복수의 자석체(52)를 구비하고, 요크(51)에는, 액밀(液密) 씰 겸용 베어링(Br)을 통해 마그넷 케이스(7)의 상벽부(71)를 관통하여 뻗은 회전축(53)이 연결된다. 그리고 모터(Mt)에 의해 회전축(53)을 회전시키면, 자석 유닛(5)이 그 축 둘레로 소정 속도로 회전 구동된다. 또한 마그넷 케이스(7)의 측벽부(72)에는, 서로 대치되도록 제2 유입구(73a)와 제2 유출구(73b)가 설치된다. 타겟(3)의 스퍼터링 중에는, 상술한 것과 마찬가지로 냉각기 유닛(8)에 의해 유체로서의 냉각수를 소정의 공급압으로 제2 유입구(73a)에 공급하고, 제2 유출구(73b)로부터 냉각기 유닛(8)으로 되돌림으로써 마그넷 케이스(7)내를 냉각수가 순환하도록 한다. 이 때, 냉각수가 접하는 타방의 지지판(42)의 상측 바깥면(42b)(백킹 플레이트(4)의 상측 바깥면(上外面)에 상당함)에는, 마그넷 케이스(7) 내로 도입된 냉각수의 중량 및 압력에 따라 면압(이하, ‘제2 압력(P2)’)이 작용하게 된다.
이와 같이 냉각수의 중량 및 압력에 따라 면압을 작용시키는 각 부품이 본 실시형태의 면압 인가 수단을 구성하는데, 예를 들어 냉각기 유닛(8)으로부터 나온 냉각수의 순환 유량을 제어함으로써 제1 압력(P1)과 제2 압력(P2)이 동등해지도록 한다. 덧붙여 ‘동등(同等)’에는, 백킹 플레이트(4)의 상측 안쪽면(42a)에 가해지는 제1 압력(P1)과 상측 바깥면(42b)에 인가되는 제2 압력(P2)이 엄밀하게 일치하는 경우뿐만 아니라, 냉매 통로(43)의 단면적이 작아지도록 백킹 플레이트(4)의 상측 바깥면(42b)(또는 그 일부)이 아래쪽을 향해 부풀듯이 변형되지 않는 범위에서 제2 압력(P2)을 가하는 경우가 포함된다. 또한 냉각기 유닛(8)이 본 실시형태의 유체 공급 수단과 순환 수단을 구성하고, 마그넷 케이스(7) 내에 공급되는 냉각수를 순환시킴으로써, 마그넷 케이스(7) 내를 순환하는 냉각수와 백킹 플레이트(4) 내의 냉매 통로(43)를 흐르는 냉각수의 열교환에 의해 냉매 통로(43)를 흐르는 냉각수의 승온을 억제할 수 있다.
상기 스퍼터링 장치(SM)로 기판(Sw) 표면에 소정의 박막을 성막할 때에는, 진공 분위기의 진공 챔버(1) 내에 스퍼터 가스를 소정 유량으로 도입하고, 스퍼터 전원(Ps)으로부터 타겟(3)에 전력을 투입한다. 그러면 진공 챔버(1) 내에 플라즈마가 발생하고, 플라즈마 중에서 전리된 이온에 의해 타겟(3)이 스퍼터링되어, 기판(Sw) 표면에 소정의 박막이 성막된다. 스퍼터링 중에는, 냉각기 유닛(6)으로부터 소정의 공급압으로 백킹 플레이트(4)의 냉매 통로(43)를 통해 냉각수를 순환시키며, 또한 냉각기 유닛(8)으로부터 소정의 공급압으로 마그넷 케이스(7) 내를 통과하여 냉각수를 순환시킨다. 이 때, 백킹 플레이트(4)의 상측 안쪽면(42a)에 가해지는 제1 압력(P1)에 따라, 백킹 플레이트(4)의 상측 바깥면(42b)에 동등한 제2 압력(P2)이 가해지도록, 마그넷 케이스(7)에 도입된 냉각수의 유량을 제어한다. 이를 통해, 타겟(3)의 스퍼터링 중에 발생하는 플라즈마로부터의 복사열 등이 타겟(3) 표면에서 내부로 전달되며, 이에 접합된 백킹 플레이트(4)를 통해 그 내부를 흐르는 냉각수에 의해 열을 빼앗겨 타겟(3)이 일정 온도 이하로 조정된다. 이 경우, 예을 들면, 마그넷 케이스(7)로 도입되는 냉각수의 온도를 냉매 통로(43)에 공급되는 냉각수의 온도와 동등하거나 그 이하로 설정하면, 마그넷 케이스(7) 내를 순환하는 냉각수와 백킹 플레이트(4) 내의 냉매 통로(43)를 흐르는 냉각수의 열교환에 의해 냉매 통로(43)를 흐르는 냉각수의 승온을 억제할 수 있어, 타겟(3)으로부터 보다 효율적으로 열을 빼앗을 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 따르면, 스퍼터링 중에 냉매 통로(43)로 냉매를 유통시킴으로써 백킹 플레이트(4)의 상측 안쪽면(42a)에 제1 압력(P1)이 가해지더라도, 백킹 플레이트(4)의 위쪽으로부터 상측 바깥면(42b)을 향해 제2 압력(P2)이 인가되기 때문에, 백킹 플레이트(4)의 지지판(42)이 위쪽을 향해 부풀듯이 변형되는 것을 억제할 수 있어, 그 결과 지지판(42)이 자석 유닛(5)을 간섭하는 등의 문제가 발생하지 않는다. 게다가 냉매 통로(43)를 가로지르는 볼트 등으로 지지판(41)과 지지판(42)을 고정하지 않기 때문에, 냉매 통로(43) 내에 냉각수의 유통을 저해하는 볼트와 같은 부품도 없으므로, 냉매 통로(43)로 냉각수를 정체없이 유통시킬 수 있어, 타겟(3)으로부터 효율적으로 열을 빼앗을 수 있다는 기능도 손상되지 않는다.
위와 같이 본 발명의 실시형태를 설명했으나, 본 발명의 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한, 여러 가지로 변형이 가능하다. 상기 실시형태에서는, 백킹 플레이트(4)로서 열전도율이 좋은 금속제의 한 쌍의 지지판(41,42)을 접합하여 구성한 것을 예로 들어 설명했으나, 이러한 백킹 플레이트(4)의 형태로 한정되지 않으며, 스퍼터링 중에 백킹 플레이트(4)가 위쪽을 향해 부풀듯이 변형되어 자석 유닛(5)을 간섭할 우려가 있는 경우에, 일체로 된 것인지의 여부에 관계없이 본 발명은 널리 적용될 수 있다. 또한 상기 실시형태에서는, 마그넷 케이스(7) 내에 공급되는 유체로서 냉각수를 사용하는 경우를 예로 들어 설명했으나, 지지판(42)의 상측 바깥면(42b)에 면압을 인가할 수 있는 것이라면, 이에 한정되지 않는다. 유체로서 예을 들면, 아르곤 가스 등의 기체를 사용할 수 있는데, 이 경우에는 마그넷 케이스(7) 내에 기체를 도입하여 그 내부를 대기압보다 높은 압력으로 가압하여 백킹 플레이트(4)의 상측 바깥면(42b)에 면압을 가하면 된다. 한편, 마그넷 케이스(7) 내에서 회전 구동되는 자석 유닛을 간섭하지 않도록 배치한, 백킹 플레이트(4)의 상측 바깥면(42b)에 맞닿는 가압판을 설치하고, 에어 실린더 등을 이용하여 기계적으로 백킹 플레이트(4)의 상측 바깥면(42b)에 면압을 가할 수도 있다.
SM…스퍼터링 장치,
Sw…기판(피처리 기판),
1…진공 챔버,
12…질량 유량 제어기(가스 도입 수단의 구성 요소),
3…타겟,
3a…스퍼터면,
4…백킹 플레이트,
42a…백킹 플레이트의 상측 안쪽면(上內面),
42b… 백킹 플레이트의 상측 바깥면(上外面),
43… 냉매 통로,
5… 자석 유닛,
6… 냉각기 유닛(chiller unit),
7… 마그넷 케이스(면압 인가 수단의 구성 요소),
8… 냉각기 유닛(면압 인가 수단의 구성 요소, 유체 공급 수단, 순환 수단)
Ps… 스퍼터 전원

Claims (4)

  1. 진공 챔버 내를 향하는 자세로 설치되는 타겟의 스퍼터면과 배향하는 상측에 접합되는 백킹 플레이트와, 상기 백킹 플레이트의 위쪽에 간격을 두고 배치되는 자석 유닛을 구비하고, 상기 백킹 플레이트 내에 냉매를 유통시킬 수 있는 냉매 통로가 형성되는 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛에서,
    냉매를 유통시켰을 때에 상기 백킹 플레이트 상측 안쪽면(上內面)에 가해지는 압력과 동등한 면압(面壓)을 상기 백킹 플레이트의 위쪽으로부터 상기 백킹 플레이트의 상측 바깥면(上外面)을 향해 인가하는 면압 인가 수단을 설치한 것을 특징으로 하는, 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 면압 인가 수단은, 상기 백킹 플레이트의 윗면에 연결 설치되어 상기 자석 유닛을 격납하는 밀폐 구조의 마그넷 케이스와, 상기 마그넷 케이스 내로 유체의 공급을 가능하게 하는 유체 공급 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 마그넷 케이스 내에 공급되는 유체를 순환시키는 순환 수단을 설치하는 것을 특징으로 하는, 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛과, 상기 캐소드 유닛의 타겟이 그 내부를 향하는 자세로 설치되며 또한 스퍼터면의 앞쪽 공간에 피처리 기판이 배치되는 진공 챔버와, 상기 타겟에 전력을 투입하는 스퍼터 전원과, 진공 분위기의 진공 챔버 내로 스퍼터 가스를 도입할 수 있도록 하는 가스 도입 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 마그네트론 스퍼터링 장치.
KR1020220131609A 2021-10-29 2022-10-13 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛 및 마그네트론 스퍼터링 장치 KR20230062373A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2021-177108 2021-10-29
JP2021177108A JP2023066486A (ja) 2021-10-29 2021-10-29 マグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット及びマグネトロンスパッタリング装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230062373A true KR20230062373A (ko) 2023-05-09

Family

ID=86147258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220131609A KR20230062373A (ko) 2021-10-29 2022-10-13 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛 및 마그네트론 스퍼터링 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US12112929B2 (ko)
JP (1) JP2023066486A (ko)
KR (1) KR20230062373A (ko)
TW (1) TW202319565A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07331428A (ja) 1994-06-03 1995-12-19 Anelva Corp スパッタリング装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5487822A (en) * 1993-11-24 1996-01-30 Applied Materials, Inc. Integrated sputtering target assembly
US10685821B2 (en) * 2017-08-18 2020-06-16 Applied Materials, Inc. Physical vapor deposition processing systems target cooling

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07331428A (ja) 1994-06-03 1995-12-19 Anelva Corp スパッタリング装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023066486A (ja) 2023-05-16
TW202319565A (zh) 2023-05-16
US20230138552A1 (en) 2023-05-04
US12112929B2 (en) 2024-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6559347B2 (ja) 保持装置
US5953827A (en) Magnetron with cooling system for process chamber of processing system
JP2010219354A (ja) 載置台構造及びプラズマ成膜装置
KR100861261B1 (ko) 전열 구조체 및 기판 처리 장치
JPH11131230A (ja) 基板冷却手段を備えた成膜装置
CN114481058B (zh) 溅射装置
US20210079514A1 (en) Sputtering Method and Sputtering Apparatus
KR102597416B1 (ko) 진공 처리 장치
EP0873430A1 (en) Sputtering device and liquid-cooled target assembly therefor
KR20230062373A (ko) 마그네트론 스퍼터링 장치용 캐소드 유닛 및 마그네트론 스퍼터링 장치
US11239063B2 (en) Vacuum processing apparatus
KR102533330B1 (ko) 진공 처리 장치
JP2014013882A (ja) 基板支持装置及び基板処理装置
CN118048613A (zh) 磁控溅射装置用的阴极单元及磁控溅射装置
JP3157551B2 (ja) 被処理体用載置装置及びそれを用いた処理装置
JPH08167595A (ja) プラズマ処理装置
JP7290413B2 (ja) 真空処理装置
JP6636796B2 (ja) スパッタリング装置及びスパッタリング方法
WO2023286427A1 (ja) 基板保持装置
JP4986350B2 (ja) スパッタリング装置のマグネトロンユニット及びスパッタリング装置
US11581171B2 (en) Cathode unit and film forming apparatus
JPH02301558A (ja) スパッタ装置
KR20010096337A (ko) 타겟부 가장자리의 냉각이 개선된 스퍼터링 장치
KR20000067348A (ko) 박막공정을 위한 반도체 제조장치의 타겟 어셈블리