TW202319565A - 磁控濺鍍裝置用之陰極單元及磁控濺鍍裝置 - Google Patents

Abstract

[課題]提供不會損及從靶材效率佳地散熱的功能，可以確實地防止背板和磁鐵單元之干擾的磁控濺鍍裝置用之陰極單元。 [解決手段]屬於具備被接合於與以面向真空腔室(1)內之姿勢被設置的靶材(3)之濺鍍面(3a)背對之上側的背板(4)，和在與背板之上方存在間隔而被配置的磁鐵單元(5)，在背板內形成能夠流通冷媒的冷媒通路(43)的磁控濺鍍裝置(SM)用之陰極單元(CU)，其中，設置有表面壓力施加手段(7、8)，其係當使冷媒流通之時，將與施加於背板之上內面(42a)的壓力(P1)同等的表面壓力(P2)，從背板之上方朝向該背板之上外面(42b)施加。

Description

磁控濺鍍裝置用之陰極單元及磁控濺鍍裝置

本發明係關於具備被接合於與以面向真空腔室內之姿勢被設置的靶材之濺鍍面背對之上側的背板，和在與背板之上方存在間隔而被配置的磁鐵單元，在背板內形成能夠流通冷媒的冷媒通路的磁控濺鍍裝置用之陰極單元及具備該陰極單元的磁控濺鍍裝置。

在上述種類的磁控濺鍍裝置用之陰極單元中，成為在靶材之濺鍍中產生的來自電漿的輻射熱等從靶材表面傳至內部，經由被接合於此的背板而藉由在其內部流通的冷卻水等的冷媒被散熱的構造。如此的所謂的外罩型之背板，一般而言，係由被接合於與靶材之濺鍍面背向之側的支持板，和被設置在該支持板之上側而在與支持板之間形成冷媒通路的蓋板(外罩)構成(例如，參照專利文獻1)。此時，因在背板之上方配置磁鐵單元，故當一面確保在冷媒通路流通的冷媒之流量，一面使洩漏磁場有效果地作用於濺鍍面之下方空間時，無法將構成背板的支持板和蓋板之板厚增厚到如此的程度。

然而，近年來，為了更提升生產性，該種類的濺鍍裝置要求更快的成膜速度，在成膜時於靶材導入例如超過20kW的高電力，隨此要求可以從靶材更有效率地散熱。在如此之情況，雖然考慮提高對冷媒通路之冷媒的供給壓力，但是當構成背板之蓋板之板厚薄時，當使冷媒流通於冷媒通路之時，由於施加於蓋板之壓力變形成朝向上方膨脹，視情況會有干擾到磁鐵單元之虞。為了抑制如此的背板之變形，雖然也考慮以蓋板(尤其，中央區域)朝向支持板被拉伸之方式，以橫穿冷媒通路的螺栓固定支持板和蓋板，但是此有在冷媒通路內冷媒之流動改變，進而有無法從靶材有效率地散熱的情況。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平7-331428號公報

[發明所欲解決之課題]

本發明係鑑於上述問題點，以提供不會損及從靶材效率佳地散熱之功能，而可以確實地防止背板和磁鐵單元之干擾的磁控濺鍍裝置用之陰極單元及磁控濺鍍裝置作為其課題。 [用以解決課題之手段]

為了解決上述課題，本發明係屬於具備被接合於與以面向真空腔室內之姿勢被設置的靶材之濺鍍面背對之上側的背板，和在與背板之上方存在間隔而被配置的磁鐵單元，在背板內形成能夠流通冷媒的冷媒通路的磁控濺鍍裝置用之陰極單元，設置有表面壓力施加手段，其係當使冷媒流通之時，將與施加於背板之上內面的壓力同等的表面壓力，從背板之上方朝向該背板之上外面施加。另外，在本發明中，「同等」不僅施加於背板之上內面的壓力和施加於上外面之表面壓力嚴格一致之情況，也包含在不變形成背板之上面(或其一部分)朝下方膨脹而使流體通路之剖面積變小的範圍下，施加表面壓力之情況。

在本發明中，上述表面壓力施加手段可以採用在被連續設置在上述背板之上面而收納磁鐵單元的密閉構造的磁鐵盒，和使能夠對磁鐵盒內供給流體的流體供給手段的構成。在此情況，若先設置使被供給至上述磁鐵盒內之流體循環的循環手段時，藉由在磁鐵盒內循環的流體和在背板內之冷媒通路流動的冷媒之熱交換，可以抑制在冷媒通路流動的冷媒之升溫，可以從靶材效率佳地散熱。

若藉由上述時，因為了在濺鍍中冷卻靶材，當對背板內以特定的供給壓使冷媒流通之時，即使對背板之上內面施加壓力，也從背板之上方朝向上外面施加表面壓力，故盡可能地抑制變形成背板朝向上方膨脹之情形，其結果，不產生如背板干擾到磁鐵單元般的不良情形。而且，由於在冷媒通路內也無阻礙冷媒之流通的螺栓等之零件，可以使冷媒在背板內之冷媒通路不會滯留地予以流通，因此也不會損及如從靶材效率佳地散熱般的功能。因此，本發明係在濺鍍所致的成膜時，適用於對靶材輸入高電力者。

再者，本發明之磁鐵濺鍍裝置之特徵在於具備：上述陰極單元；真空腔室，其係以陰極單元之靶材面向其內部之姿勢被設置，並且在濺鍍面之前方空間配置被處理基板；濺鍍電源，其係對靶材輸入電力；及氣體導入手段，其係設為能夠朝真空氛圍中之真空腔室導入濺鍍氣體。

以下，參照圖面，針對將冷媒設為特定溫度的冷卻水，本發明之磁控濺鍍裝置用之陰極單元及具備該陰極單元的磁控濺鍍裝置之實施型態予以說明。在以下中，表示如上、下之方向的用語以圖1為基準。

參照圖1，具備磁控濺鍍裝置SM，和真空腔室1。在真空腔室1，經由排氣管11而連接真空泵Vp，可以將真空腔室1內真空排氣成特定壓力(例如1×10 ^-5Pa)。在真空腔室1之側壁，連接質量流量控制器12被設置於其中的氣體管13，可以將作為被流量控制的濺鍍氣體的稀有氣體(例如氬氣)導入至真空腔室1內。質量流量控制器12構成本實施型態之氣體導入手段。

在真空腔室1之下部，設置平台2，可以以使其成膜面朝上的姿勢保持矽晶圓等的被處理基板(以下，稱為「基板Sw」)。平台2具備隔著絕緣體2a被設置在真空腔室1之下壁的基台21，和被設置在基台21上而內置靜電夾具用的電極(省略圖示)的夾具板22，藉由圖外的夾具用電源，對電極通電，可以吸附基板Sw。

真空腔室1之上部設置本實施型態之陰極單元CU。陰極單元CU具備持有與基板Sw一致的輪廓(例如，圓形)的靶材3，和被接合於與靶材3之濺鍍面3a背對之側的熱傳導率佳的金屬製之背板4，和在背板4之上方存在間隔d1而被設置，使洩漏磁場作用於間鍍面3a之下方空間的磁鐵單元5。靶材3係因應鋁、銅或氮化鈦等的欲在基板Sw成膜的薄膜之組成而被製作。在靶材3，連接來自濺鍍電源Ps之輸出，因應靶材種類，可以輸入持有負電位的直流電力或特定頻率的交流電力。

背板4係接合熱傳導率佳之金屬製之一對支持板41、42而被構成，藉由經由絕緣體4a而將另一方的支持板42之外周緣部安裝在真空腔室1之側壁上端，以濺鍍面3a面向真空腔室1內且與基板Sw相向之姿勢設置被接合於背板4的靶材3。一方的支持板41具有較靶材3大一圈的面積，被接合於背對著靶材3之濺鍍面3a之側。作為蓋板的另一方之支持板42具有較一方之支持板41大一圈的面積及板厚d2。在與一方之支持板41對峙的另一方支持板42之下面，形成例如從徑向之一方朝向其另一方延伸的複數凹溝43a，設為接合一對支持板41、42之時，藉由各凹溝43a流動冷卻水的冷媒通路43被區劃。

在背板4之外側面，彼此對峙設置第1流入口44a和第1流出口44b。而且，在靶材3之濺鍍中，藉由被設置在真空腔室1外的冷卻單元6以特定供給壓力對第1流入口44A供給冷卻水，使在冷媒通路43流動的冷卻水從第1流出口44b返回至冷卻單元6，依此成為特定溫度的冷卻水在背板4內被循環。另一方的支持板42之板厚d2，和在存在凹溝43a之處的支持板42之板厚d3，係以可以使來自磁鐵單元5之洩漏磁場有效地作用於濺鍍面3a之下方空間之方式，因應靶材3和磁鐵單元5之間的上下方向之距離而被設定。在此情況，成為在存在凹溝43a之處的支持板42之下面部分42a(相當於背板4之上內面)，作用使冷卻水流通於冷媒通路43之時的壓力(以下，稱為「第1壓力P1」的情形。

在另一方的支持板42之上面42b，經由密封構件7a連續設置密閉構造之磁鐵盒7，在其內部儲存磁鐵單元5。磁鐵單元5具備軛鐵51和被設置在軛鐵51之下面的複數磁鐵體52，在軛鐵51，經由兼用液密密封之軸承Br而連結貫通磁鐵盒7之上壁部71而延伸的旋轉軸53。而且，當藉由馬達Mt使旋轉軸53旋轉時，磁鐵單元5以特定速度繞其軸被旋轉驅動。在磁鐵盒7之側壁部72，彼此對峙設置第2流入口73a和第2流出口73b。在靶材3之濺鍍中，與上述相同，藉由冷卻單元8以特定供給壓力對第2流入口73a供給作為流體的冷卻水，從第2流出口73b返回至冷卻單元8，依此成為冷卻水在磁鐵盒7內被循環。此時，成為在接觸冷卻水之另一方的支持板42之上面42b(相當於背板4之上外面)，因應被導入至磁鐵盒7內之冷卻水的重量及壓力而作用表面壓力(以下，稱為「第2壓力P2」)。

如此一來，因應冷卻水之重量及壓力而作用表面壓力的各零件構成本實施型態之表面壓力施加手段，例如，藉由控制來自冷卻單元8之冷卻水的循環流量，使第1壓力P1和第2壓力P2成為同等。另外，「同等」不僅施加於背板4之上內面42a的第1壓力P1，和被施加於上外面42b的第2壓力P2嚴格一致之情況，也包含在不變形成背板4之上面42b(或其一部分)朝下方膨脹而使冷媒通路43之剖面積變小的範圍下，施加第2壓力P2之情況。再者，冷卻單元8構成本實施型態之流體供給手段和循環手段，藉由使被供給至磁鐵盒7內之冷卻水循環，藉由在磁鐵盒7內的冷卻水和背板4內之冷媒通路43流動的冷卻水之熱交換，可以抑制在冷媒通路43流動的冷卻水之升溫。

在藉由上述濺鍍裝置SM在基板Sw表面成膜特定薄膜之時，將濺鍍氣體以特定流量導入至真空氛圍之真空腔室1內，從濺鍍電源Ps對靶材3輸入電力。如此一來，在真空腔室1內產生電漿，藉由在電漿中電離的離子，靶材3被濺鍍，在基板Sw表面成膜特定薄膜。在濺鍍中，從冷卻單元6以特定供給壓力通過背板4之冷媒通路43而使冷卻水循環，同時從冷卻單元8以特定供給壓力通過磁鐵盒7內而使冷卻水循環。此時，因應施加於背板4之上內面42a的第1壓力P1，以對背板4之上外面42b施加同等的第2壓力P2之方式，控制被導入至磁鐵盒7內的冷卻水的流量。 依此，來自在靶材3之濺鍍中產生的電漿的輻射熱等從靶材3表面傳至內部，經由被接合於此的背板4而藉由在其內部流通的冷卻水被散熱，靶材3被調整至一定的溫度以下。在此情況，例如若將例如被導入至磁鐵盒7內之冷卻水的溫度先設為與被供給至冷媒通路43之冷卻水之溫度同等以下時，藉由在磁鐵盒7內循環的冷卻水和在背板4內之冷媒通路43流通的冷卻水之熱交換，可以抑制在冷媒通路43流動的冷卻水的升溫，可以從靶材3效率更佳地散熱。

如此一來，若藉由本實施型態時，因藉由在濺鍍中使冷媒流通至冷媒通路43，即使對背板4之上內面42a施加第1壓力P1，亦從背板4之上方朝向上外面42b施加第2壓力P2，故抑制變形成背板4之支持板42朝向上方膨脹，其結果，不產生如支持板42干擾到磁鐵單元5之不良情形。而且，因不以橫穿冷媒通路43的螺栓等固定支持板41和支持板42，故藉由在冷媒通路43內也無阻礙冷卻水之流通的螺栓等的零件，可以使冷卻水在冷媒通路43不會滯留地予以流通，因此不會損及可以從靶材3效率佳地散熱之功能。

以上，雖然針對本發明之實施型態予以說明，但是只要在不脫離本發明之技術思想的範圍，就能進行各種變形。在上述實施型態中，雖然以接合熱傳導率佳的金屬製之一對支持板41、42被構成者，作為背板4之例而予以說明，但是，不限定於如此的背板4之形態，有在濺鍍中變形成背板4朝向上方膨脹而干擾到磁鐵單元5之虞的情況，不管是否為一體，皆可以廣泛適用本發明。再者，在上述實施型態中，雖然以使用冷卻水作為被供給至磁鐵盒7內的流體之情況為例予以說明，但是若為可以對支持板42之上外面42b施加表面壓力者時，不限定於此。作為流體，可以使用例如氬氣等的氣體，在此情況，若對磁鐵盒7內導入氣體，將其內部加壓成較大氣壓更高的壓力而對背板4之上面42b施加表面壓力即可。另一方面，也可以設置以不與在磁鐵盒7內被旋轉驅動的磁鐵單元干擾之方式被配置的抵接於背板4之上面42b的推壓板，使用汽缸等而機械性地對背板4之上面42b施加表面壓力。

SM:濺鍍裝置 Sw:基板(被處理基板) 1:真空腔室 12:質量流量控制器(氣體導入手段之構成要素) 3:靶材 3a:濺鍍面 4:背板 42a:背板之上內面 42b:背板之上外面 43:冷媒通路 5:磁鐵單元 6:冷卻單元 7:磁鐵盒(面壓施加手段之構成要素) 8:冷卻單元(表面壓力施加手段之構成要素、流體供給手段、循環手段) Ps:濺鍍電源

[圖1]為表示具備本發明之陰極單元的磁控濺鍍裝置之構成的示意圖。

1:真空腔室

2:平台

2a:絕緣體

3:靶材

3a:濺鍍面

4:背板

4a:絕緣體

5:磁鐵單元

6:冷卻單元

7:磁鐵盒(面壓施加手段之構成要素)

7a:密封構件

8:冷卻單元(表面壓力施加手段之構成要素、流體供給手段、循環手段)

11:排氣管

12:質量流量控制器(氣體導入手段之構成要素)

13:氣體管

21:基台

22:夾具板

41:支持板

42:支持板

42a:背板之上內面

42b:背板之上外面

43:冷媒通路

43a:凹溝

44a:第1流入口

44b:第1流出口

51:軛鐵

52:磁鐵體

53:旋轉軸

71:上壁部

72:側壁部

73a:第2流入口

73b:第2流出口

Br:軸承

CU:陰極單元

d1:間隔

d2:板厚

d3:板厚

Mt:馬達

P1:第1壓力

P2:第2壓力

Ps:濺鍍電源

SM:濺鍍裝置

Sw:基板(被處理基板)

Vp:真空泵

Claims (4)

1. 一種磁控濺鍍裝置用之陰極單元，具備被接合於與以面向真空腔室內之姿勢被設置的靶材之濺鍍面背對之上側的背板，和在與背板之上方存在間隔而被配置的磁鐵單元，在背板內形成能夠流通冷媒的冷媒通路，其特徵為， 設置有表面壓力施加手段，其係當使冷媒流通之時，將與施加於背板之上內面的壓力同等的表面壓力，從背板之上方朝向該背板之上外面施加。
2. 如請求項1之磁控濺鍍裝置用之陰極單元，其中 上述表面壓力施加手段具備：被連續設置在上述背板之上面而收納磁鐵單元的密閉構造的磁鐵盒，和使能夠對磁鐵盒內供給流體的流體供給手段。
3. 如請求項2之磁控濺鍍裝置用之陰極單元，其中 設置有使被供給至上述磁鐵盒內的流體循環的循環手段。
4. 一種磁控濺鍍裝置，具備： 如請求項1至3中之任一項之磁控濺鍍裝置用之陰極單元；真空腔室，其係以陰極單元之靶材面向其內部之姿勢被設置，並且在濺鍍面之前方空間配置被處理基板；濺鍍電源，其係對靶材輸入電力；及氣體導入手段，其係設為能夠朝真空氛圍中之真空腔室導入濺鍍氣體。

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