JP7084931B2 - マグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システム - Google Patents

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリング装置に利用できる磁石を制御するシステムなどに関し、複数の磁石構造体間の接続を制御するマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システムに関する。

スパッタリング装置は、半導体、ＦＰＤ（ＬＣＤ、ＯＬＥＤなど）又は太陽電池を製造するとき基板上に薄膜を蒸着する装置である。また、スパッタリング装置は、ロールツーロール（ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ）装置にも使用することができる。その１つのマグネトロンスパッタリング（Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）装置は、真空状態のチャンバー内にガスを注入してプラズマを生成させ、イオン化されたガス粒子を蒸着しようとするターゲット物質と衝突させてから、衝突によってスパッタされた粒子を基板に蒸着させる技術を用いる。ここで、ターゲットに磁気力線を形成するために、磁石ユニットが基板に対向してターゲットの後面に配置される。すなわち、ターゲットの前面に基板が設けられ、ターゲットの後面に磁石ユニットが設けられる配置を形成する。

このようなマグネトロンスパッタリング装置は、相対的に低温で薄膜を製造し、電場によって加速されたイオンが基板に緻密に蒸着され、蒸着速度が速いという長所のために幅広く用いられている。

一方、大面積の基板上に薄膜を蒸着するためにインライン又はクラスタシステムを用いる。インライン及びクラスタシステムは、ロードチャンバーとアンロードチャンバーとの間に複数の処理チャンバーが設けられ、ロードチャンバーにロードされた基板が複数の処理チャンバーを通過しながら連続的な工程を行う。このようなインライン及びクラスタシステムでスパッタリング装置は、少なくとも１つの処理チャンバー内に設けられ、磁石ユニットが一定の間隔を置いて設けられる。

ところが、磁石ユニットによる固定的な磁場が存在するため、ターゲットの表面の侵食は、電場及び磁場によるプラズマ密度によって決定される。特に、磁石ユニットの縁部、すなわち、長手方向の少なくとも一端部にグラウンド電位が印加されるため、基板の縁部のプラズマ密度が他の領域に比べて大きく、これによりターゲットの縁部が他の領域に比べてスパッタリング速度が速くなる。したがって、基板上に蒸着される薄膜の厚さ分布が均一ではなく、膜質分布が低下するという問題があり、プラズマの密度差によるターゲットの特定部分の過度な侵食によるターゲットの効率減少といった問題が発生する。

このような問題を解決するために、縁部の厚さが中央部の厚さよりも厚いターゲットを用いる方法がある。このようなターゲットを製造するためには、平面ターゲットの中央部を研磨して厚さを薄くするなど、追加的な工程を用いて平面ターゲットを必ず加工する必要がある。しかし、平面ターゲットを加工することによって材料の損失が発生し、追加的な工程によりコストが追加されるといった問題がある。また、ターゲットを加工する過程でターゲットが損傷するなどの問題も生じる恐れがある。

問題を解決するための異なる方法として、シャント（ｓｈｕｎｔ）などを用いてターゲットの表面の磁場強度を調整する方法、磁石の縁部にライナを用いて距離を調整する方法、又は、磁石の縁部位置にＺ軸モータを追加する方法などが挙げられる。しかし、このような方法は全て製造コストが増加し、手作業で磁場強度を調整しなければならず、磁場強度の調整が局所的に行われないために、数回の繰り返し作業が求められ、作業時間が多くかかるなどの問題がある。

本発明は、ターゲットの局部的な過度の侵食を防止し、面内分布を改善することができるマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システムを提供することを目的とする。

本発明は、追加的な工程や手作業の煩わしさがなくても、局部的な磁場強度を調整することができ、スパッタリング装置の真空度を保持しながら、チャンバーが開放されることなく磁場を調整できる磁石制御システムを提供することを目的とする。

また、本発明は、マグネトロンスパッタリング装置の磁場を大幅変化させることができ、その変化を容易に制御することができるマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システム及びこれを用いたマグネトロンスパッタリング装置を提供することを目的とする。

本発明のマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システムは、駆動電源部と、
磁石集合体を複数含む磁気発生部と、前記駆動電源部と前記複数の磁石集合体のうちの１つ以上を選択的に制御可能なスイッチを含む磁気制御部とを含む。

本発明の一実施形態によると、前記駆動電源部は、外部電源と接続されて交流を直流に切り替える電源部と、前記電源部と接続されて印加される電源の極性を切り替える極性切替部とを含み得る。

本発明の一実施形態によると、前記磁気制御部は、前記駆動電源部に含まれ得る。本発明の一実施形態によると、前記磁気制御部は、前記スイッチの接続を選択的に制御し、前記磁気発生部の少なくとも一領域が他の領域と異なる磁場強度を有するように調整できるものである。

本発明の一実施形態によると、前記磁気制御部は、前記駆動電源部で供給される電圧及び電流のうちの１つ以上を調整し、前記磁気発生部の少なくとも一領域が他の領域と異なる磁場強度を有するように制御できるものである。

本発明の一実施形態によると、前記磁気制御部は、前記複数の磁石集合体間の直列接続、並列接続、又は両方の接続を制御し得る。

本発明の一実施形態によると、前記磁石集合体のそれぞれは、１つ以上の磁石構造体を含み、前記磁石構造体は複数の場合、互いに直列、並列、又は両方に接続され得る。

本発明の一実施形態によると、前記磁石構造体のそれぞれは、電磁石、永久磁石と電磁石の結合体、又は両方を含み得る。

本発明の一実施形態によると、前記複数の磁石集合体のうち少なくとも一部は、Ｎ極又はＳ極のうち選択された１つの磁極を有する第１磁石群と、Ｎ極又はＳ極のうち前記第１磁石群と異なる磁極を有する第２磁石群とを含み得る。

本発明の一実施形態によると、前記第２磁石群は、前記第１磁石群の外側に配置され得る。

本発明のマグネトロンスパッタリング装置は、基板が載置される基板載置部と、前記基板載置部と所定間隔離隔して設けられ、複数の磁石集合体を含む磁気発生部と、前記磁気発生部と接続され、前記磁気発生部に電源を供給するための駆動電源部と、前記駆動電源部と前記複数の磁石集合体のうちの１つ以上を選択的に接続するためのスイッチを含む磁気制御部と、前記基板載置部と磁気発生部との間に設けられる１つ以上のターゲット部とを含む。

本発明のマグネトロンスパッタリング方法は、ターゲットの位置による表面の侵食程度を確認するステップと、ターゲットの表面の侵食程度の分布に応じて、磁石構造体の磁場強度を調整してスパッタリングを行うステップとを含む。

本発明の一実施形態によると、前記スパッタリングを行うステップは、本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システムによるものであり得る。

本発明の一実施形態によると、前記磁場強度調整は、前記磁石構造体に加えられる電流及び前記磁石構造体に加えられる電圧のうちの１つ以上を制御したり、前記磁石構造体が複数の場合、前記磁石構造体間の接続を制御したり、又は、両方の全てを制御して行われ得る。

本発明の実施形態で提供するマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システムを利用すると、複数の磁石を直列、並列、又は両方の組合せを用いて配置することにより、マグネトロンスパッタリング装置でターゲットの局部的な過度の侵食を防止することができ、面内分布を改善することができる効果がある。

また、本発明の実施形態で提供するマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システムを利用すると、追加的な工程や手作業の手間がなくても効率よく局部的な位置に所望する強度の磁場を形成することができる効果がある。

また、本発明の実施形態で提供するマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システムを利用すると、磁石構造体の取り巻かれたワイヤーに印加される電圧及び電流などを用いて磁場強度を調整することができる。特に、磁石の磁場強度を局所的に調整したり、磁石構造体の全体領域の磁場強度を調整したりすることもできる。すなわち、スパッタリング装置内部の真空を保持しながらも、装置外部における簡単な方法により磁場強度を調整できる効果がある。

本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の電磁石制御システムの全体的な構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る電磁石制御システムにおいて、磁気制御部により駆動電源部と磁気発生部の全ての磁石集合体間で全スイッチが閉じた状態の一例を示す概略図である。 図２に示された電磁石制御システムにおいて、選択的に一部のスイッチのみを選択的に閉じた状態を形成し、磁石集合体間に並列接続が形成された一例を示す概略図（閉じられた状態のスイッチのみを図示）である。 図２に示された電磁石制御システムにおいて、選択的に一部のスイッチのみを選択的に閉じた状態を形成し、磁石集合体間に直列接続が形成された一例を示す概略図（閉じられた状態のスイッチのみを図示）である。 本発明の一実施形態の磁石ユニットにおいて、磁石集合体の各磁石を連結するワイヤーの取り巻き方向及び各磁石集合体に形成される電流方向を示す図である。 本発明の一実施形態に係る磁石ユニットの構造を概略的に示した平面図である。 本発明の一実施形態に係る磁石ユニットの構造を概略的に示した平面図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の構造を概略的に示した断面図である。 図７Ａ乃至図７Ｄは、本発明の実施形態として、磁石構造体を複数含む磁石ユニットを図５Ａに示すように構成し、スイッチを用いて一部又は全ての磁石集合体を駆動電源部と接続した後、接続された磁石構造体の構造を示す概略図である。 前記磁場強度を測定するために構成した磁石ユニットの配置及び磁場強度を測定した位置を示す図である。 比較例として、全ての磁石集合体に電流が流れないように遮断した状態を示す図である。 一実施形態として、中央に配置された磁石集合体にのみ電流が流れるように接続した状態を示す図である。 他の一実施形態として、３つの磁石集合体の全てに電流が流れるように並列接続された状態を示す図である。

以下、添付する図面を参照しながら実施形態を詳細に説明する。しかし、実施形態には様々な変更が加えられ、特許出願の権利範囲がこのような実施形態によって制限されたり限定されることはない。実施形態に対する全ての変更、均等物ないし代替物が権利範囲に含まれるものとして理解されなければならない。

本明細書で用いた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられるものであって、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを示すものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。

異なる定義がされない限り、技術的であるか又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。

また、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号に関係なく同じ構成要素は同じ参照符号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。実施形態の説明において関連する公知技術に対する具体的な説明が実施形態の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の電磁石制御システムの全体的な構成を示す概略図である。以下、図１を参照して本発明のマグネトロンスパッタリング装置の電磁石制御システムの各構成について詳細に説明する。

本発明のマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システムは、駆動電源部１００、磁石集合体を複数含む磁気発生部３００、及び前記駆動電源部に前記複数の磁石集合体のうちの１つ以上が選択的に接続されるように制御可能なスイッチを含む磁気制御部２００を含む。

［駆動電源部］
本発明の駆動電源部は、外部電源から電流を取得して磁気制御部を介して磁気発生部に電流を流れるようにする。ここで、駆動電源部は、外部の電源から交流電流が流入されてもよい。駆動電源部を通過して流入された電流を、後述する磁気制御部で制御して磁気発生部の一部又は全ての磁石集合体に電流を送る役割を果たす。磁石集合体の組合せを含む後述する磁気発生部は、磁気制御部によって選択された磁石集合体から電流を受けて磁場を発生させる。

本発明の一実施形態によれば、前記駆動電源部は、外部電源と接続されて交流を直流に切り替える電源部と、前記電源部と接続して印加される電源の極性を切り替える極性切替部を含む。

ここで、本発明の電源部１１０は、外部から流入した交流電流を直流電流に切り替える役割を果たす。電源部は、交流を直流に変換して一定の電圧と電流を供給するためのものである。

本発明の極性切替部１２０は、電源部を通過して供給される直流電流の極性がいずれの方向にも関係なく、一定の方向にその極性を変換させ、決定された極性の電流が供給されるようにする役割を果たす。

本発明の一実施形態によれば、後述する磁気制御部は、前記駆動電源部に含まれる。

本発明の一例として、後述する磁気制御部は、駆動電源部内に含まれる構成で設けられてもよい。この場合、本発明の磁石制御システムは、磁石制御装置で構成されるとき、外形的には駆動電源部及び磁気発生部のみが設けられるように見えるが、これも本発明の範囲に該当する。

［磁気制御部］
本発明の磁気制御部は、少なくとも１つ以上のスイッチを含むように形成され、形成されたスイッチの開閉を制御し、磁気発生部に含まれている磁石集合体の一部又は全てに選択的に電流が流れるようにする役割を果たす。

本発明の一実施形態によれば、前記磁気制御部は、前記スイッチの開閉を制御して前記磁気発生部の少なくとも一領域が他の領域と異なる磁場強度を有するように調整できる。

ユーザの意図に応じて、前記磁気制御部は、磁気発生部の選択的な磁石集合体のワイヤーにのみ電流が流れるよう調整してもよく、選択的な磁石集合体に印加される電圧又は電流の強度も調整し得る。これによって、本発明の電磁石制御システムは、マグネトロンスパッタリング装置で局所的に磁場強度を調整でき、ターゲットの局所な過度な侵食を防止でき、面内スパッタリングの分布が改善される効果が生じる。

本発明の一実施形態によれば、前記磁気制御部は、前記駆動電源部で供給される電圧及び電流のうちの１つ以上を調整し、前記磁気発生部の少なくとも一領域が他の領域と異なる磁場強度を有するように制御可能であり得る。

本発明の一実施形態によれば、前記磁気制御部は、前記複数の磁石集合体間の直列接続、並列接続、又は両方の接続を制御し得る。

本発明で複数の磁石集合体は、様々に形成された回路によって接続され得る。それぞれの磁石集合体に流れる電流をユーザの意図に応じてスイッチを開閉し制御できれば、前記回路の構造を特に限定することはない。本発明の制御部は、スイッチ、それぞれの磁石集合体を接続する回路、駆動電源部と磁気発生部との間を接続する回路、各回路に流れる電流を制御できる装置などを全て含む概念である。

［磁気発生部］
本発明において磁気発生部は、複数の磁石集合体を含んで形成される。本発明を詳細に説明するために、磁石集合体の他に磁石ユニット及び磁石構造体の概念が加えられて使用される。

それぞれの磁石集合体は、複数の磁石構造体を含む。各磁石構造体は、ワイヤーによって接続された構造であり得る。

本発明において磁気発生部は、複数の磁石集合体を含んで形成される。本発明を詳細に説明するために、磁石集合体の他に磁石ユニット及び磁石構造体の概念が加えられて使用される。本発明で説明する磁石ユニットは、１つ以上の磁石集合体を含む概念である。本発明において磁石集合体は、１つ以上の磁石構造体がワイヤーによって直列、並列、又は両方に接続して形成された構造を指す概念として用いられる。ここで、各磁石構造体は、電磁石、電磁石を含む永久磁石、又は両方を含んでもよい。以下は、小さい概念である磁石構造体からその組合せで形成される磁気発生部について順次説明する。

［磁石構造体］
本発明の一実施形態によれば、前記磁石集合体それぞれは、１つ以上の磁石複数構造体がワイヤーによって直列、並列、又は両方に接続されてもよい。

本発明の一実施形態によれば、前記磁石構造体のそれぞれは、電磁石、永久磁石と電磁石の結合体、又は両方を含み得る。

一例として、磁石構造体のそれぞれは、永久磁石に電磁石を付けて形成された構造体である。更なる一例として、磁石構造体のそれぞれは、永久磁石に電磁石のようにワイヤーを巻いた構造体であってもよい。

本発明の磁石構造体は、ワイヤーを巻いた回数に応じて磁場が変化する。また、本発明の磁石構造体は、ワイヤーに流れる電圧及び電流を調整し、各磁石構造体の磁場を調整できる。本発明の磁石構造体は、磁石構造体の形状、磁石構造体の材質、コイルの巻かれた回数、コイルの材質などにより実現される磁場強度変化するものである。

本発明では、前記磁石構造体の構造を特に限定せず、本発明の磁石構造体は、様々な方式で磁場を発生させ得る全ての構造体を含む概念として用いられる。本発明の磁石構造体は、複数接続形成して磁石集合体を形成することができる構造であり得る。

図２は、本発明の一実施形態に係る電磁石制御システムにおいて、磁気制御部２００によって駆動電源部と磁気発生部の全ての磁石集合体３１０，３２０，３３０の間で全スイッチが閉じた状態の一例を示す概略図である。前記磁気制御部は、複数のスイッチＳＷ１ないしＳＷ８を含む。

図３Ａは、図２に示された電磁石制御システムにおいて、選択的に一部のスイッチのみが選択的に閉じた状態を形成し、磁石集合体間に並列接続が形成された一例を示す概略図（全体スイッチのうち、閉じられた状態のスイッチのみを図示）であり、図３Ｂは、図２に示された電磁石制御システムにおいて、選択的に一部のスイッチのみが選択的に閉じた状態を形成し、磁石集合体間に直列接続が形成された一例を示す概略図（全体スイッチのうち、閉じられた状態のスイッチのみを図示）である。

［磁石ユニット及び磁石集合体］
本発明の磁石ユニットと磁石集合体は、全て１つ以上の磁石構造体を含む概念である。磁石構造体は１つ以上が磁石集合体に含まれ、磁石構造体が複数の場合、互いに接続形成されて磁石集合体を形成する。磁石集合体は、再び一つ以上が磁石ユニットに含まれることができ、磁石集合体が複数の場合に互いに接続形成されて磁石ユニットを形成する。磁石集合体は磁石構造体を複数含んでいる場合、各磁石構造体がワイヤーによって直列、並列、又は両方に接続されて形成された構造であり得る。

前記磁石ユニット及び磁石集合体は、ヨーク上に複数の磁石構造体が配置されて形成される。ここでヨーク上に形成される磁石構造体のそれぞれは、互いに直列構造、並列構造、又は両方を含む構造に接続配置される。前記複数の磁石構造体は、ユーザの磁場設計に応じて様々に配置されてヨーク上に設けられてもよい。一例として、前記磁石構造体は、接着剤によってヨーク上に強固に設けられてもよい。また、他の一例として、前記磁石構造体とヨークとの間をボルトを用いて固定することで、前記固定された構造体を確保し得る。本発明において、前記ヨーク上に磁石構造体を固定するための方法として、接着剤を使用したり、ボルトを使用する他にも追加的な様々な手段が利用され得る。

磁石ユニットに含まれる磁石構造体の数は、スパッタリング装置のサイズに応じて決定されてもよい。大面積の基板にスパッタリングが必要な場合、より多くの磁石構造体を含む磁石ユニットが必要になることもある。

本発明において前記磁石ユニットは、１つの磁石単位体として、磁石ユニットに含まれる磁石集合体の数は、ユーザの制御設計に応じて様々に決定される。また、形成された磁石ユニットがバラとしてマグネトロンスパッタリング装置の磁気発生部を構成してもよく、複数設けられた様々に配置された形態にマグネトロンスパッタリング装置の磁気発生部を構成してもよい。

本発明の一例に係る磁石ユニットは、前記磁石構造体のそれぞれのワイヤーに加えられる電圧及び電流のうちの１つ以上を調整し、前記磁石ユニットの少なくとも一領域が他領域と異なる磁場強度を有するよう制御することができる。

具体的な一例として、個別的な電源を設けて前記一領域に位置する磁石構造体には高い電流を加え、他の領域に位置する磁石構造体には低い電流を加え、前記磁石ユニットの一領域と他の領域が互いに異なる磁場強度を有するように制御してもよい。更なる一例として、一領域に位置する磁石構造体と他の領域に位置する磁石構造体に設けられたワイヤーに流れる電流を遮断できるスイッチ又はリレーを設け、回路の接続を制御することにより、前記磁石ユニットの一領域と他の領域が互いに異なる磁場強度を有するように制御し得る。

図４は、本発明の一実施形態の磁石ユニットにおいて、磁石集合体の各磁石を連結するワイヤーの取り巻き方向及び各磁石集合体に形成される電流方向を示す図である。

図４に図示する細い実線の領域は一例として、設けられた磁石集合体３１０，３２０，３３０のそれぞれを示す。図４に図示する縁部がラウンドされて四角形の構造体それぞれは磁石構造体の上面に該当する。前記磁石構造体は、ワイヤーが取り巻き可能な構造であれば、本発明ではその形状を特に限定しないが、その例として、Ｔ型構造体、Ｉ型構造体、Ｆ型構造体、Ｅ型構造体の１つの磁石、又は、各形状の構造体を所定の角度回転させた構造体のうち１つの磁石を含んでもよい。図４に形成される各磁石には、ワイヤーが取り巻かれるように形成されてもよい。各磁石構造体は、上面が接するよう連結形成され得る。ここで、各磁石構造体は、上面が接するよう隣接の磁石構造体と連結形成されても、各磁石構造体を取り巻くワイヤー間に互いに接しないように形成されることが好ましい。前記ワイヤーには電流が流れているため、隣接している磁石構造体のワイヤーと接する場合ショートが発生する恐れがある。

図４では、磁石ユニットに含まれる各磁石集合体を構成している磁石構造体を確認し得る。図４には３つの磁石集合体３１０，３２０，３３０の構成が示されている。図４に示された各磁石集合体は、各磁石構造体がワイヤーに連結して直列接続された構造である。また、図４には、各磁石構造体を接続するワイヤーの取り巻き方向（曲線の矢印）及び各磁石集合体に形成される電流方向（直線の矢印）がそれぞれ矢印のように図示されている。

図４は、本発明の磁石ユニット、磁石集合体、及び磁石構造体間の構造を説明するために本発明の一例であって、マグネトロンスパッタリング装置の設計に応じて磁石ユニットは、様々に配置された磁石構造体又は磁石集合体を含むように形成されてもよい。

本発明の他の一例として、図５Ａ及び図５Ｂに示すような形態の磁石ユニットを形成してもよい。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の一実施形態に係る磁石ユニットの構造を概略的に示した平面図である。以下は、図５Ａ及び図５Ｂを参照して磁石ユニットに形成される第１磁石群及び第２磁石群について説明する。以下の第１磁石群及び第２磁石群は、複数の磁石構造体が接続して形成される。本発明において、第１磁石群と第２磁石群は磁石集合体とは更なる概念として用いられる。具体的に、第１磁石群及び第２磁石群は、磁石ユニットに含まれる互い磁極を有する磁石構造体群を説明するためのもので、磁石群を形成している磁石構造体は、隣接又は一定の距離をもって配置される。

本発明の一実施形態によれば、前記複数の磁石集合体のうち少なくとも一部は、Ｎ極又はＳ極のうち選択された１つの磁極を有する第１磁石群と、Ｎ極又はＳ極のうち前記第１磁石群と異なる磁極を有する第２磁石群とを含む。

本発明の一実施形態によれば、前記第２磁石群は、前記第１磁石群の外側に配置され得る。

本発明において、前記磁石構造体は、ヨーク上に複数配置されて磁石ユニットを形成する。ヨーク３１０は、平板又は円筒状であってもよい。ヨーク３１０は、例えば、フェライト系のステンレスなどを用いる。ヨーク３１０の一面又は表面上には第１磁石群２０及び第２磁石群３０が設けられ、磁石ユニットを形成する。すなわち、平板型ヨーク３１０の一面上に第１磁石群及び第２磁石群が設けられたり、円筒状のヨーク表面に第１磁石群及び第２磁石群が設けられる。ここで、形成された磁石ユニットは、第１磁石群及び第２磁石群を含み、図５Ａ～図５Ｃに示された磁石ユニットの形態の１つのように配置され得る。また、図５Ａ～図５Ｃに示された磁石ユニットの形態のうち、２つ以上が複数連結して配置されたものであってもよい。一方、図５Ａ～図５Ｃに示された磁石ユニットの形態とは更なる形態に磁石ユニットが配置されてもよい。

第１磁石群と第２磁石群の配置について詳説すると、第１磁石群２０はヨークの中央部に固定され、第２磁石群３０は第１磁石群と離隔して第１磁石群の外側周辺に固定される。ここで、第１磁石群及び第２磁石群の高さ及び幅は同一であってもよい。しかし、第１磁石群の幅が第２磁石群よりも広いか狭くてもよく、第１磁石群の高さが第２磁石群の高さよりも高いか低くてもよく、設計上の必要に応じて、前記幅と高さは様々に変形が可能である。

第１磁石群は、ヨークの一面から所定の高さに形成され、直線形態又は閉ループ状に設けられてもよい。すなわち、第１磁石群は、図５Ａに示すように所定の長さ及び幅を有する直線形態に設けられてもよく、図５Ｂに示すように閉ループ形態に設けられてもよい。直線形態の場合、すなわち、ｘ軸方向に所定の幅を有し、これと直交するｙ軸方向に所定の長さを有する略バー状に設けられてもよい。ここで、ｘ軸方向は、マグネトロンスパッタリング装置で基板の移動方向と同一であり得る。閉ループ形態の第１磁石群２０は、図５Ｂに示すように、互いに所定間隔離隔して同じ長さの第１長辺部及び第２長辺部２２ａ，２２ｂと、第１長辺部及び第２長辺部の端に第１長辺部及び第２長辺部の間を連結するように形成された第１短辺部及び第２短辺部２４ａ，２４ｂを含む。ここで、第１短辺部及び第２短辺部は、直線形態に設けられ第１長辺部及び第２長辺部の縁部を連結する。したがって、第１磁石群２０は、長辺部及び短辺部が長方形の形状をなすように設けられる。しかし、第１磁石群は長方形の形状だけでなく、円形又は閉ループの形状を有する様々な形状に設けられてもよい。例えば、長辺部と短辺部が接する縁部がラウンドに形成されてもよい。また、第１磁石群の長辺部は、ヨークの中央部から所定間隔離隔して設けられてもよい。

第２磁石群３０は第１磁石群２０と所定間隔離隔され、第１磁石群２０の外側に設けられる。すなわち、第２磁石群３０は、直線又は閉ループ形状の第１磁石２０群の外側に設けられる。このような第２磁石群は、第１磁石群と同じ形状に設けられるが、第２磁石群も閉ループ形状に設けられてもよい。すなわち、図５Ｂに示すように、閉ループ形状に設けられ得る。閉ループ形状の第２磁石群は、図５Ｂに示すように、第１磁石群の第１長辺部及び第２長辺部２２ａ，２２ｂと所定間隔離隔し、これよりも長く第３長辺部及び第４長辺部３２ａ，３２ｂが設けられ、第３長辺部及び第４長辺部の縁部で第３長辺部及び第４長辺部を互いに連結するよう第３短辺部及び第４短辺部３４ａ，３４ｂが設けられる。したがって、第２磁石群３０は、長辺部３２ａ，３２ｂ及び短辺部３４ａ，３４ｂが長方形の形状をなしながら、第１磁石群２０を取り囲むように設けられる。しかし、第２磁石群３０は、長方形の形状だけでなく、閉ループ形状を有する様々な形状に設けられてもよい。例えば、長辺部と短辺部が接する縁部がラウンドに形成されてもよい。

一方、前記第１磁石群と第２磁石群を形成している磁石構造体は、互いに異なる極性を有するよう形成されてもよい。すなわち、第１磁石群を形成している永久磁石がＮ極であれば、第２磁石群を形成している永久磁石はＳ極であり、第１磁石群の永久磁石がＳ極であれば、第２磁石群の永久磁石はＮ極である。

したがって、第１磁石群２０が図５Ａに示すように一の字の形態であれば、磁石ユニットの永久磁石はＳ－Ｎ－Ｓの配列を有するか、Ｎ－Ｓ－Ｎの配列を有する。また、第１磁石群が図５Ｃに示すように、閉ループ形態であれば、磁石ユニットの永久磁石はＳ－Ｎ－Ｎ－Ｓの配列を有するか、Ｎ－Ｓ－Ｓ－Ｎの配列を有する。しかし、本発明は、極性の異なる２つの磁石からなる磁石ユニットが複数設けられる場合だけでなく、複数の磁石の極性が異なるように配列される場合も含まれているため、Ｎ－Ｓ－...－Ｓ－Ｎに磁石が配列されてもよい。

［マグネトロンスパッタリング装置］
他の一実施形態として、本発明のマグネトロンスパッタリング装置は、基板が載置される基板載置部と、前記基板載置部と所定間隔離隔して設けられ、複数の磁石集合体を含む磁気発生部と、前記磁気発生部と接続して前記磁気発生部に電源を供給するための駆動電源部と、前記駆動電源部と前記複数の磁石集合体のうち１つ以上が選択的に接続されるように制御可能なスイッチを含む磁気制御部と、前記基板載置部と磁気発生部との間に設けられる１つ以上のターゲット部とを含む。

本発明において説明するマグネトロンスパッタリング装置は、磁気発生部を含み、磁気発生部には上述した磁石ユニットが１つ以上設けられる。以下では、マグネトロンスパッタリング装置及びマグネトロンスパッタリング装置を構成する各部分について説明する。

図６は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の構造を概略的に示した断面図である。

本発明の一実施形態で提供するマグネトロンスパッタリング装置を示す図６を参照すると、本発明で提供するスパッタリング装置は、磁石ユニット６３０と、バッキングプレート６５０、ターゲット６４０、及び基板載置部６２０を含む。前記基板載置部上には、その表面にスパッタリングされた層が形成される基板６１０が設けられる。また、磁石ユニット６３０は、ヨーク３１０と、中央の第１磁石群及び第１磁石群の外側の第２磁石群を含む。前記各磁石群は、磁石１００及び磁石を取り巻くワイヤー２００から構成された磁石構造体を含む。

ここで、基板載置部６２０と磁石ユニット６３０は互いに対向するように、すなわち、互いに向かい合ったり一定の角度が傾いた状態に所定の距離を離隔して設けられる。ここで、基板載置部は、装置内に上側、下側、又は側部に設けられ、これと向かい合うように磁石ユニットが設けられる。例えば、基板載置部が下側に設けられれば、磁石ユニットは上側に設けられ、基板載置部が上側に設けられれば、磁石ユニットは下側に設けられる。また、基板載置部が側面に垂直に設けられる場合、磁石ユニットはこれと対面する他側面に設けられてもよい。

［磁石ユニット］
図６に示された磁石ユニット６３０は、本発明の一例として基板と向かい合うように設けられているが、必ず基板と向かい合って設けられることはない。本発明の他の一例（図示せず）において、磁石ユニットが基板と一定の角度傾斜した状態に所定距離離隔して設けられてもよい。本発明の磁石ユニットの一例として、ヨーク３１０、ヨーク上に形成された中央の第１磁石群及び第１磁石群左側及び右側に設けられた第２磁石群を含む。第１磁石群及び第２磁石群は、複数の磁石構造体が連結された構造を含む。また、図６では例示的に一個の磁石ユニットを示したが、前記磁石ユニットは２つ以上設けられてもよく、前記磁石ユニットは、ｘ軸方向、ｘ軸方向と直交するｙ軸方向、及びｘ軸方向とｙ軸方向に全て直交するｚ軸方向のうち１つ以上の方向に往復移動してもよい。

磁石ユニットよりも大きい大面積の基板に薄膜を蒸着する場合、磁石ユニット６３０は２つ以上設けられる。ここで、少なくとも２つ以上の磁石ユニットは、同じ大きさ及び同じ構造で設けられ、同じ間隔に離隔され得る。

［バッキングプレート］
バッキングプレート６５０は、磁石ユニット６３０と基板載置部６２０との間に設けられる。また、バッキングプレートの一面にはターゲット６４０が固定される。すなわち、ターゲットは基板６１０と対面するバッキングプレートの一面に固定される。一方、バッキングプレートを設けることなく、磁石ユニットの上側にターゲットを設けることも可能である。

［ターゲット］
ターゲット６４０は、バッキングプレート６５０に固定され、基板６１０に蒸着される物質から構成される。このようなターゲット６４０は、金属物質又は金属物質を含む合金であり得る。また、ターゲット６４０は、金属酸化物、金属窒化物、又は誘電体であり得る。

例えば、ターゲットは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＳｎなどで選択される元素を主成分とする材料を用いてもよい。一方、バッキングプレート６５０とターゲット６４０は、総厚さが５mm～５０mm程度に形成されてもよい。

［基板載置部］
基板載置部６２０は、蒸着物質が基板６１０に均一に蒸着されるように基板を固定する。基板載置部は基板が載置されれば、固定手段などを用いて基板の縁部を固定したり、基板の裏面で基板を固定してもよい。基板載置部は、基板の裏面を全て支持して固定するために、基板の形状を有するほぼ四角形又は円状に設けることができる。また、基板載置部は、基板の縁部を固定するために、所定の長さを有する４つのバーが上下左右に所定間隔離隔して設けられ、バーの縁部が互いに接触することによって中央部が空いている四角の枠組み形状に設けられる。一方、基板載置部は、基板が載置した状態で一方向に移動してもよい。例えば、一方向に進みながら基板上に薄膜を蒸着し得る。したがって、基板載置部の基板が載置されていない面には、基板載置部を移動させる移動手段（図示せず）が設けられ得る。移動手段は、基板載置部と接触して移動させるローラ、基板載置部と離隔して磁気力に移動させる磁気移送手段などを含んでもよい。もちろん、基板載置部の一部が移動手段として機能してもよい。

また、停止型スパッタリング装置である場合、固定手段が求められない場合もある。ここで、基板載置部６２０は、基板６１０をリフトさせるリフトピンが設けられてもよい。

しかし、停止型スパッタリング装置で垂直にスパッタリングする場合、基板を起立させて固定する固定手段が設けられる。一方、基板は、半導体、ＦＰＤ（ＬＣＤ、ＯＬＥＤなど）、太陽電池などを製造するための基板であり、シリコンウェハー、グラスなどであってもよい。また、基板は、ロールツーロールに適用されるフィルム型基板であってもよい。本実施形態において、基板は、グラスなどの大面積基板を使用する。

前述したように、磁石ユニットで磁石構造体の各ワイヤーに加えられる電圧及び電流を調整するよう、マグネトロンスパッタリング装置に含まれる磁石ユニットの単位でも流れる電圧及び電流のうちの１つ以上を調整することができる。具体的な一例として、一領域に位置する磁石ユニットと他の領域に位置する磁石ユニットに設けられたワイヤーに流れる電流を個別電源から供給する方式を用いることができる。又は、駆動電源部に追加的な装置を設けて電流又は電圧を制御する方式を用いることもできる。

異なる具体的な一例として、前記電圧及び電流の調整は、磁気制御部のスイッチ又はリレーを含んだり、直列又は並列回路を構成するなど、様々な手段を用いて行われることができる。これによって、磁気発生部内で局所の一領域と他の領域間の異なる磁場強度を形成することができる。

本発明の一例として、前記磁石部は、前記ターゲット部の縁部から長手方向の３０％内に設けられたものであってもよい。例えば、ターゲットの侵食が最も多い部分（すなわち、ターゲットの縁部から長手方向）で３０％内の領域に磁石部を配置する。すなわち、ターゲットの侵食は、縁部で多く発生するが、その部分と対向している位置に磁石構造体を設け、ワイヤーに印加される電圧、電流などを調整して磁場強度を制御できる。結果的に、ターゲットの侵食が発生し過ぎた部分の磁場強度を調整し、全体的に均一な程度の侵食度を形成して局所な過度な侵食現象を防止することができる。

本発明の一例として、前記磁気発生部は、前記磁石構造体の少なくとも一側に設けられた冷却手段をさらに含む。本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の磁石部に含まれる磁石構造体は、ワイヤーに所定の電流又は電圧が印加されれば、磁石構造体が次第に加熱される。したがって、磁石構造体を冷却させるための冷却手段が前記磁石構造体の少なくとも一側に設けられる。

ここで、磁石構造体が複数結合して水平方向に少なくとも２つ以上設けられ、水平方向に配置された永久磁石間に前記冷却手段が設けられる。冷却手段は、水、空気又はその他の冷媒を供給する冷媒供給部と、これらが循環され得る冷媒循環路を含んでもよい。

本発明の一例として、前記磁気発生部は、ヨーク、磁石構造体、及び前記冷却手段を単位モジュール化するモールディング部をさらに含んでもよい。

更なる一実施形態として、本発明のマグネトロンスパッタリング法は、ターゲットの位置による表面の侵食程度を確認するステップと、ターゲットの表面の侵食程度の分布に応じて、磁石構造体の磁場強度を調整してスパッタリングを行うステップとを含む。

ここで、本発明の一例によれば、マグネトロンスパッタリング装置のチャンバーを開くなどの過程なしに、ターゲット周辺の真空度を保持しながら、前記磁石構造体の磁場強度を調整し得る。これにより、追加的な工程や手作業の手間なしに、ターゲットの局部的な過度の侵食を防止することができ、面内分布を改善することができる効果がある。

本発明の一実施形態によれば、前記スパッタリングを行うステップは、本発明の一例に係るマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システムによるものである。

本発明の一実施形態によれば、前記磁場強度調整は、前記磁石構造体に加えられる電流及び前記磁石構造体に加えられる電圧のうちの１つ以上を制御したり、前記磁石構造体が複数の場合、前記磁石構造体間の接続を制御したり、又は、この２つの全てを制御して行う。

一例として、前記磁石構造体に加えられる電流及び電圧は、本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の駆動電源部を用いて行われてもよい。一例として、前記磁石構造体間の接続は、本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の各磁石構造体間に形成された回路に含まれるスイッチを用いて行われてもよい。

ここで、本発明の一例として、前記ターゲットの位置による表面の侵食程度を確認するステップは、作業者が直接確認する方法により行われることもあり、コンピュータの自動化システムを運用して確認する方法により行われてもよい。

また、前記磁場強度の調整に先立って、ターゲットの表面分布に応じて各磁石構造体に必要な電圧、電流、及び磁石構造体間の接続を決定するが、この作業も作業者が直接決定する方法により行われ、コンピュータの自動化システムを運用して決定する方法により行われてもよい。

（実施形態）
図７Ａ～図７Ｄは、本発明の実施形態として、磁石構造体を複数含む磁石ユニットを図５Ｂのように構成し、スイッチを用いて一部又は全ての磁石集合体を駆動電源部に接続した後、接続された磁石構造体の構造を示す概略図である。

本発明の実施形態として、Ｔ状の永久磁石及び永久磁石を取り巻くワイヤーを設けた磁石構造体を複数製造した。前記磁石構造体を連結配置して図５Ｂに示すような磁石ユニットを形成した。スイッチを用いて選択的な一部又は全ての磁石集合体に電流を加え、第１磁石群と第２磁石群の中央地点における磁場強度を測定した。

図７Ａは、前記磁場強度を測定するために構成した磁石ユニットの配置及び磁場強度を測定した位置を示す図であり、図７Ｂは比較例として、全ての磁石集合体に電流が流れないように遮断された状態を示す図であり、図７Ｃは、一実施形態（サンプル１）として、中央に配置された磁石集合体にのみ電流が流れるよう接続された状態を示す図であり、図７Ｄは、他の一実施形態（サンプル２）として、３つの磁石集合体の全てに電流が流れるよう並列接続された状態を示す図である。

以下は、各場合に対して測定された磁場強度を示す表である。

前記の表１によって比較例と実施形態の各場合に発生した磁場強度の差値を確認し、局部的な磁場強度を効率よく調整できることを確認した。前記試験を介して各場合に流れる電圧及び電流を調整したり、各磁石集合体に接続されるスイッチの開閉を調整することにより、局所的に他の磁場強度が実現されることを確認した。

上述したように、実施形態がたとえ限定された実施形態と図面によって説明されていても、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、前記の記載から様々な修正及び変形が可能である。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順序で実行されたり、及び／又は説明された構成要素が説明された方法と異なる形態に結合又は組合わされたり、他の構成要素又は均等物によって置き換えられても適切な結果を達成することができる。

したがって、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定して定められるものではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。

Claims (13)

1. 駆動電源部と、
   磁石集合体を複数含む磁気発生部と、
   前記駆動電源部と前記複数の磁石集合体のうちの１つ以上を選択的に制御可能なスイッチを含む磁気制御部と、
   を含み、
   前記磁石集合体のそれぞれは、複数の磁石構造体を含み、
   前記磁石構造体は互いに直列及び並列に接続される、マグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システム。
2. 前記駆動電源部は、外部電源と接続されて交流を直流に切り替える電源部と、前記電源部と接続されて印加される電源の極性を切り替える極性切替部とを含む、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システム。
3. 前記磁気制御部は、前記駆動電源部に含まれる、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システム。
4. 前記磁気制御部は、前記スイッチの接続を選択的に制御し、前記磁気発生部の少なくとも一領域が他の領域と異なる磁場強度を有するように調整できる、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システム。
5. 前記磁気制御部は、前記駆動電源部で供給される電圧及び電流のうちの１つ以上を調整し、前記磁気発生部の少なくとも一領域が他の領域と異なる磁場強度を有するように制御できる、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
6. 前記磁気制御部は、前記複数の磁石集合体間の直列接続、並列接続、又は両方の接続を制御する、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システム。
7. 前記磁石集合体のそれぞれに含まれた複数の磁石構造体は互いに直列接続され、前記それぞれの磁石構造体は互いに並列接続される、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システム。
8. 前記磁石構造体のそれぞれは、電磁石、永久磁石と電磁石の決合体、又は両方を含む、請求項７に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システム。
9. 前記複数の磁石集合体のうち少なくとも一部は、Ｎ極又はＳ極のうち選択された１つの磁極を有する第１磁石群と、Ｎ極又はＳ極のうち前記第１磁石群と異なる磁極を有する第２磁石群と、を含む、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システム。
10. 前記第２磁石群は、前記第１磁石群の外側に配置される、請求項９に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システム。
11. 基板が載置される基板載置部と、
    前記基板載置部と所定間隔離隔して設けられ、複数の磁石集合体を含む磁気発生部と、
    前記磁気発生部と接続され、前記磁気発生部に電源を供給するための駆動電源部と、
    前記駆動電源部と前記複数の磁石集合体のうちの１つ以上を選択的に接続するためのスイッチを含む磁気制御部と、
    前記基板載置部と磁気発生部との間に設けられる１つ以上のターゲット部と、
    を含み、
    前記磁石集合体のそれぞれは、複数の磁石構造体を含み、前記磁石構造体は互いに直列及び並列に接続される、マグネトロンスパッタリング装置。
12. ターゲットの位置による表面の侵食程度を確認するステップと、
    ターゲットの表面の侵食程度の分布に応じて、磁石構造体の磁場強度を調整してスパッタリングを行うステップと、
    を含み、
    前記スパッタリングを行うステップは、請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石制御システムによるものである、マグネトロンスパッタリング法。
13. 前記磁場強度調整は、
    前記磁石構造体に加えられる電流及び前記磁石構造体に加えられる電圧のうちの１つ以上を制御したり、
    前記複数の磁石構造体間の接続を制御したり、又は、両方の全てを制御して行われる、請求項１２に記載のマグネトロンスパッタリング法。

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