JP7084932B2 - 磁石構造体、磁石ユニット及びこれを含むマグネトロンスパッタリング装置 - 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構造体などに関し、特に、スパッタリング工程時も均一度を向上させることができる磁石構造体、磁石ユニット、及びこれを備えるマグネトロンスパッタリング装置に関する。

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。スパッタリング装置のうちの１つである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離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、磁石ユニットは縁部、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集中するため、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使用効率が減少する問題が発生する。

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発生する問題がある。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。

本発明の目的は、ターゲットの局所的な過度の侵食を防止し、内面分布を改善することができる磁石構造体、及びそれを備えるマグネトロンスパッタリング装置を提供することにある。

本発明の目的は、全体的に均一な磁場を発生させ、追加的な工程や手作業の煩わしさがなくても、局所的な磁場調整が可能な磁石構造体、及びそれを備えるマグネトロンスパッタリング装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、マグネトロン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強度を調整することにある。本発明は、大幅に磁場を変化させることができ、その変化を容易に制御できる磁石構造体、及びこれを備える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構造体は、永久磁石と、前記永久磁石を巻くように設けられたワイヤーとを含む。

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構造体は、前記ワイヤーに加えられる電圧及び電流のうちの１つ以上を調整して磁石構造体の磁場の強度制御できる。

本発明の一実施形態によると、前記永久磁石は、垂直方向に延長形成されて前記ワイヤーが取り巻かれる第１部分と、前記第１部分の上端部及び下端部のうち１つ以上から水平方向に延長形成され、前記ワイヤーが取り巻かれない第２部分と、を含み得る。

本発明の一実施形態によると、前記第２部分の水平方向の長さは、前記第１部分の断面の水平方向の長さ及び前記ワイヤー断面の総厚さの合計よりも大きいものである。

本発明の一実施形態によると、前記第２部分は垂直方向に延長形成される１つ以上のブランチ部を含み得る。

本発明の一実施形態によると、前記永久磁石は、Ｔ型構造体、Ｉ型構造体、Ｅ型構造体、及びＦ型構造体からなる群より選択されるいずれか１つであり得る。

本発明のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットは、ヨークと、前記ヨーク上に設けられた複数の請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の磁石構造体とを含み、前記複数の磁石構造体は、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得る。

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磁石ユニットは、前記磁石構造体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に制御できる。

本発明の一実施形態によると、前記複数の磁石構造体は、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、基板が載置される基板載置部と、前記基板載置部と対向して所定間隔離隔して設けられる１つ以上の磁石部と、前記基板載置部と磁石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、前記磁石部は、請求項７ないし請求項１０のいずれか一項に記載の磁石ユニットを１つ以上含む。

本発明の一実施形態によると、前記磁石ユニットの永久磁石の上面と前記ターゲット部の上面との間の距離は３０ｍｍ～９０ｍｍであり得る。

本発明の一実施形態によると、前記磁石部は、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み得る。

本発明の一実施形態によると、前記磁石部は、前記ヨーク、前記磁石構造体、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み得る。

本発明の実施形態で提供する磁石構造体及び磁石ユニットを用いる場合、マグネトロンスパッタリング装置でターゲットの局所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。

また、本発明の実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置は、均一な磁場を発生させ、追加的な工程や手作業の手間がなくても局所的な磁場調整が可能な効果がある。

また、本発明の一実施形態によれば、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、外部制御装置を介して磁石の一部領域の磁場強度を局所的に調整したり、磁石の全体領域の磁場強度を調整できる。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、装置外部で簡単な方法で形成される磁場強度を調整することのできる効果がある。

本発明の一実施形態に係る各磁石構造体の構造を略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る各磁石構造体の構造を略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る各磁石構造体の構造を略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る磁石ユニットの構造を略的に示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る磁石ユニットの構造を略的に示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る各磁石ユニットをｘ軸方向から見た構造の一部を略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る各磁石ユニットをｘ軸方向から見た構造の一部を略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る各磁石ユニットをｘ軸方向から見た構造の一部を略的に示す断面図である。 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構造を略的に示す断面図である。 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に含まれる磁石ユニットをｙ軸方向から見た構造を略的に示す断面図である。

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。

［磁石構造体］
本発明のマグネトロンスパッタリング装置の磁石構造体は、永久磁石と、前記永久磁石を取り巻くように設けられたワイヤーを含む。

前記磁石構造体は、永久磁石及び永久磁石に巻かれたワイヤーを含んでもよい。ここで、前記永久磁石に取り巻かれたワイヤーの取巻数及びワイヤーの材質（すなわち、抵抗）など、ワイヤーに印加される電圧、電流などによって磁場が決定される。

永久磁石は、例えば、ネオジム、鉄、及びホウ素を主成分とする異方性又は等方性の焼結磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト系の素材から形成されてもよい。一方、このような永久磁石の表面の一部には、腐食防止用材質又は絶縁性材質がコーティングされ、全体が絶縁性材質にコーティングされてもよい。

本発明で提供する磁石構造体の一実施形態によれば、永久磁石に直接的にワイヤーを巻く方法を使用する。本発明の特徴を容易に把握するために、１つの比較例を提案する。本発明と対比できる類似の磁石構造体に関する比較例として、ボビンにワイヤーを巻く電磁石を永久磁石の上に配置形成する方法が挙げられる。本発明の磁石構造体を形成する方法は、前記比較例の方法と比較すると、永久磁石とターゲットとの間の距離が近くなる長所がある。これにより、前記比較例の方法に比べて形成される磁場強度を強化できる利点がある。また、ワイヤーを巻くことができる取り巻き部の高さが長くなる効果があり、磁場の変化率を向上させ得る効果もある。

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磁石構造体は、前記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、磁石構造体の磁場強度を制御することが可能になる。

ワイヤーの取巻数及びワイヤーの材質は、最初のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットを設計するとき固定的に決定される変数であり、印加される電圧、電流などは、マグネトロンスパッタリング装置を駆動する過程で流動的に調整することのできるパラメータである。したがって、本発明で提供する磁石構造体は、ワイヤーに加えられる電圧及び電流を外部電源供給装置で調整することにより、真空チャンバー内で磁場の強度制御が意図した通りにすることができる。

また、本発明の磁石構造体は、永久磁石に電磁石のようにワイヤーを直接巻くことによって、従来の永久磁石のみを用いる場合に磁場の強度調整が可能になり、強い磁場を生成し得る。永久磁石に取り巻きワイヤー構造を形成することによって、全体的に均一な磁場を生成できる。すなわち、従来における永久磁石のみを用いる場合、磁場強度が均一ではなく、ターゲットの縁部付近の侵食が大きかったが、永久磁石に取り巻きワイヤー構造を結合することで、局所的な磁場強度を調整することができ、それによりターゲットの局所的な侵食を防止することができる。

図１（ａ）～図１（ｃ）、図２及び図３は、本発明の一実施形態に係る各磁石構造体の構造を略的に示す断面図である。以下、図１（ａ）～図１（ｃ）、図２及び図３を参照して各図面に示した各磁石構造体の構造及び機能について詳細に説明する。

本発明の一実施形態によれば、前記永久磁石１００は、垂直方向に延長形成されて前記ワイヤー２００が取り巻かれる第１部分１１０と、前記第１部分の上端部及び下端部のうちの１つ以上から水平方向に延長形成され、前記ワイヤーが取り巻かれない第２部分１２０とを含む。

本発明の永久磁石は、ワイヤーが取り巻かれる部分とワイヤーが取り巻かれない部分とに分類される。本発明を説明するために、永久磁石のうち、ワイヤーが取り巻かれる部分を含む領域を第１部分、第１部分を除いたワイヤーが取り巻かれない残りの部分を含む領域を第２部分と称する。

第１部分は、垂直方向に延長形成される柱のような構造で形成されてもよい。第１部分にはワイヤーが接触して取り巻かれる。ワイヤーは、少なくとも１回以上柱を巻く。すなわち、ワイヤーは、垂直柱構造に接触して柱を包んで取り巻かれることができる。したがって、第１部分の垂直方向の長さに応じて、取り巻かれるワイヤーの高さが決定される。

ここで、前記柱の平断面は、円、四角形、五角形、又は六角形の構造であってもよく、ワイヤーが巻かれることのできる柱の形状であれば、本発明でその形状を特に限定することはない。このような垂直方向に延長形成された第１部分の少なくとも一部にワイヤーが取り巻かれる。

第２部分は、前記第１部分の上端部、下端部、又は両方から水平方向に延長形成されてもよい。第２部分は、水平方向に延長形成され、複数の磁石構造体が連結されて形成される磁石ユニットを製造する過程で、隣接する磁石構造体との関係でショートを防止するための絶縁体の機能を果たす。隣接する磁石構造体も電流の流れるワイヤーが設けられるため、第２部分が水平方向に延長形成され、ワイヤーとワイヤーとの間に直接的に接して発生する問題を防止することができる。

第２部分は、第１部分の水平方向の両側に延長形成される。第１部分の上端部、下端部、又は両方から両側に延長形成される第２部分の長さが同一であり得る。一例として、第１部分は第２部分の中心に位置してもよい。また、設計に応じて、両側に延長形成される第２部分の長さは互いに異なってもよい。ここで、第１部分は第２部分の中心に位置しないこともある。

本発明の一実施形態によれば、前記第２部分の水平方向の長さ（図１（ａ）のI）は、前記第１部分断面の水平方向の長さ（図１（ａ）のII）、及び前記ワイヤー断面の総厚さ（図１（ａ）のIII＋III'）の合計よりも大きい。

前記第２部分の水平方向の長さが前記第１部分断面の水平方向の長さ及びワイヤー断面の総厚さの合計よりも大きいことにより、複数の磁石構造体が配列されるとき、前記磁石構造体のワイヤー２００が隣接する磁石構造体のワイヤーと接しないようにする。これにより、電流の流れるワイヤーとワイヤーが互いに接してショートが発生する危険などを防止できる効果がある。このように第２部分の水平方向の長さを第１部分断面の水平方向の長さ及びワイヤー断面の総厚さの合計よりも大きく形成することで、本発明の磁石構造体を複数連結して利用する場合にも複数の磁石構造体間の絶縁が行われる。

一方、第１部分の垂直方向の長さが長く、第２部分の水平方向の長さが長いほどワイヤーの取巻き回数が増加する。これは第１部分の垂直方向が長いほど、ワイヤーが巻かれる第１部分の面積が広くなるためである。また、これは第２部分の水平方向の長さが長いほど、ワイヤーが巻かれて形成されるワイヤー断面の総厚さが厚く形成されるためである。

本発明の一実施形態によれば、前記第２部分１２０は、垂直方向に延長形成される１つ以上のブランチ部１２２を含む。

一方、第２部分は、図２及び図３に示すように垂直方向に延長形成される１つ以上のブランチ部が形成されてもよい。ブランチ部は、水平方向に延長形成された第２部分の両末端で図２に示すように連結されて形成されてもよい。第２部分の両末端でブランチ部が延長形成される場合、９０度横にしたＥ状のような構造体が形成される。

また、ブランチ部は、水平方向に延長形成された第２部分の一末端だけで図３に示すように連結されて形成される。第２部分の一末端でブランチ部が延長形成される場合、９０度横にしたＦ状のような構造体が形成される。

一方、前記ブランチ部は、第２部分の一部で延長形成されればよく、必ず第２部分の末端で形成される必要はない。また、ブランチ部は、必ず１つ又は２つだけ形成される必要もない。ここで、前記ブランチ部の垂直方向の長さは図２及び図３に示すように、第１部分１１０の垂直方向の長さと同一に形成されてもよい。前記ブランチ部の垂直方向の長さは、設計上の便宜に応じて様々に変形され、第１部分の垂直方向の長さよりも長いか短く形成されてもよい。

本発明の一実施形態によれば、前記永久磁石は、Ｔ型構造体、Ｉ型構造体、Ｅ型構造体、及びＦ型構造体からなる群より選択されるいずれか１つであり得る。

第２部分は、図１（ａ）に示すように、第１部分の上端部から延長形成される構造である。この場合、前記永久磁石はＴ型構造体をなす。

また、第２部分は、設計上の必要に応じて、図１（ｂ）に示すように、第１部分の上端部及び下端部から全て延長形成される構造であってもよく、この場合、前記永久磁石はＩ型構造体をなす。ここで、第２部分１２０の上部及び下部構造体は、互いに同じ長さ及び幅を有する。また、前記上部及び下部構造体（図１（ｂ）の１２０）は、１つが他方の１つよりも長い長さ又は短い長さ、広い幅又は狭い幅に設けられてもよい。

また、第２部分は、設計上の必要に応じて、図１（ｃ）に示すように、第１部分の下端部からのみ延長形成される構造であってもよい。この場合、永久磁石は、逆転したＴ型構造体、すなわち「┴」のような形状の構造体を形成してもよい。

本発明のワイヤーは、導電性の材質から形成される。ワイヤー２００は、所定の太さを有するアルミニウム、銅などの導電性の材質からなる。また、ワイヤーは、表面に絶縁性物質がコーティングされる。例えば、エナメル、ポリマーなどが導電性ワイヤーの表面にコーティングされてもよい。ワイヤーは、永久磁石の第１部分を巻くように所定の回数で巻かれてもよい。このようなワイヤーの取巻数、太さ、及び材質（すなわち、抵抗）、永久磁石の材質、及び形状などは本発明の磁石構造体が形成している磁場強度を決定する１次的な要因となる。そして、取巻いた後ワイヤーに印加される電圧及び電流などを調整することにより、磁石構造体の磁場強度を制御し、これは本発明の磁石構造体が形成している磁場強度を決定する２次的な要因となる。したがって、前記１次的要因と２次的要因を総合的に制御することで、所望する強度の磁場を実現することができる。

一方、ワイヤーは単一層からなり、永久磁石を取巻いてもよく、少なくとも２つ以上の層を形成して永久磁石を取り巻いてもよい。

図１（ａ）～図１（ｃ）に示された磁石構造体は、永久磁石の第１部分１１０をワイヤー２００が３回巻いた構造が図示されている。すなわち、前記第１部分にワイヤーが三重の層で巻かれている。

［磁石ユニット］
以下では上述した磁石構造体をヨーク上に複数含むように形成される磁石ユニットについて説明する。以下の磁石ユニットは一種の磁石単位体であって、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石部で用いることができるが、複数設けられ、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石部を形成してもよい。

図４及び図５は、本発明の一実施形態に係る磁石ユニットの構造を略的に示す平面図である。以下では図４及び図５を参照して磁石ユニット及び磁石ユニットのヨーク上に形成される第１磁石群及び第２磁石群について説明する。次の第１磁石群及び第２磁石群は、複数の磁石構造体が連結して形成される。

ヨーク３１０は、平板又は円筒状の形状である。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てもよい。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が設けられて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、円筒状のヨークの表面に第１磁石群及び第２磁石群が設けられてもよい。ここで、形成された磁石ユニットは、第１磁石群及び第２磁石群を含んでもよく、図４及び図５に示された磁石ユニットの形態のうちの１つのように配置される。また、図４及び図５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てもよい。一方、図４及び図５に示された磁石ユニットの形態とは異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磁石群の配置に対して詳細に説明すると、第１磁石群２０はヨーク３１０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（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）状に設けられる。すなわち、第１磁石群は、図４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５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５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長辺部の縁部に第１長辺部及び第２長辺部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はなく、円形又は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。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。本発明の一例として、第２磁石群３０は、直線又は閉ループ形状を形成する第１磁石群２０の外側に設けられてもよい。このような第２磁石群は、第１磁石群と異なる形状又は類似の形状に設けられてもよい。第２磁石群は、閉ループ形状に設けられる。閉ループ形状の第２磁石群は、図５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はなく、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の部分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磁石群を形成する磁石構造体は、互いに異なる極性を有するよう形成される。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磁石群を形成する永久磁石は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４及び図５に示すよう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６に示すように、閉ループ形態を有すれば、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、極性が異なる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はなく、複数の磁石が極性の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に磁石が配列される。

本発明のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットは、ヨークと、前記ヨーク上に設けられた複数の本発明の一実施形態に係る磁石構造体とを含み、前記複数の磁石構造体は、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。

本発明の一実施形態で提供する前記磁石構造体は、前述したように複数設けられ、磁石ユニットを形成している。ここで、磁石構造体はヨーク上に設けられ、複数の磁石構造体は、互いに直列又は並列接続される構造を形成し得る。前記ヨーク上には、図１（ａ）～図１（ｃ）、図２及び図３に示すいずれか１つのような磁石構造体の配置を有する磁石ユニットが形成されてもよい。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る。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な場合もある。

図６～図８は、本発明の一実施形態に係る各磁石ユニットをｘ軸方向から見た構造を略的に示す断面図である。

図６の場合、図１（ａ）に示されたＴ状の永久磁石を含む磁石構造体が隣接するように繰り返し配置された構造が図示されている。前記図６を参照すれば、ヨーク３１０上に磁石構造体が接着層３２０で固定されている構造を確認することができる。このように磁石構造体とヨークとの間には、固定された構造体を確保するために接着剤を用いて接着層を形成し得る。また、図示していないが、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できる。本発明で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利用したり、ボルトを用いる他にも、追加的な様々な手段を用いてもよい。図７の場合、図１（ａ）に示されたＴ状の永久磁石を含む磁石構造体と、図２に示されたＥ状の永久磁石を含む磁石構造体が交差に隣接するように繰り返し配置された構造が図示されている。

図８の場合、図２に示されたＥ状の永久磁石を含む磁石構造体が隣接するように繰り返し配置された構造が図示されている。

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てもよい。

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ユニットは、前記磁石構造体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の領域と異なる磁場強度を有するように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領域が互いに異なる磁場強度を有するように制御できる。更なる一例として、一領域に位置する磁石構造体と他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て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領域が互いに異なる磁場強度を有するように制御できる。

本発明の一実施形態によれば、前記複数の磁石構造体は、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、及び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たものである。

［マグネトロンスパッタリング装置］
本発明で説明するマグネトロンスパッタリング装置は磁石部を１つ以上含み、磁石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、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９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構造を略的に示す断面図である。

本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置を示す図９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、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、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、永久磁石１００及び永久磁石を巻くワイヤー２００から構成される。

ここで、基板載置部６２０と磁石ユニット６３０は互いに向かい合うように設けられてもよい。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る。

図９に示された磁石ユニット６３０は、基板と向かい合うように設けられ、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９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、同じ間隔で離隔され得る。

［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略四角形又は円状に設けられることができる。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の場合、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の基板を使用する。

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、前記基板載置部と対向して所定間隔離隔して設けられる１つ以上の磁石部と、前記基板載置部と磁石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、前記磁石部は、本発明の一実施形態に係る磁石ユニットを１つ以上含んでもよい。

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％以内に設けられてもよい。

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％以内の領域に磁石部を配置してもよい。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的な過度の侵食現象を防止することができる。

本発明の一実施形態によれば、前記磁石ユニットの永久磁石の上面と前記ターゲット部の上面間の距離は３０ｍｍ～９０ｍｍであり得る。永久磁石の上面とターゲット部の上面との間の前記距離は、ターゲット部の厚さ、バッキングプレートの厚さ、バッキングプレートと磁石ユニットとの間の距離などを考慮した値であって、前記距離が３０ｍｍ未満で極めて近ければ、プラズマが安定的に形成されることができず、磁場効率が劣る問題が生じ、９０ｍｍを超過して極めて遠くなると、ターゲット部の周辺に磁場が弱く形成される問題が生じる。一方、バッキングプレートが含まれていないマグネトロンスパッタリング装置の場合、バッキングプレートの厚さだけ前記永久磁石の上面と前記ターゲット部の上面との間の距離をさらに狭く形成することもできるが、この場合、永久磁石の上面とターゲット部の上面との間の前記距離は、略１０ｍｍ程度まで短縮される。

図１０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に含まれる磁石ユニットをｙ軸方向から見た構造を略的に示す断面図である。
図１０は、図１（ａ）に示すようなＴ状の永久磁石を含む磁石構造体が複数形成された磁石ユニットの断面をｙ軸方向から見た構造に該当する。

本発明の一実施形態によれば、前記磁石部は、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４１０をさらに含む。

一方、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する。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、磁石構造体が複数連結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４１０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（図示せず）と、これらが循環され得る冷媒循環路を含んでもよい。図１０に示す実施形態に示された冷却手段４１０は冷媒循環路である。

本発明の一実施形態によれば、前記磁石部は、前記ヨーク、前記磁石構造体、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５１０をさらに含む。

図１０に示すように、冷却手段を含む磁石構造体は、ヨーク、磁石構造体、及び冷却手段を覆うようにモールディング部が設けられる。モールディング部を用いて磁石構造体が１つのモジュール単位で製造され得る。

本発明の一例によれば、前記磁石部は、前記磁石ユニットのそれぞれに加えられる電圧及び電流のうちの１つ以上を調整し、前記磁石部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。

前述した磁石ユニットにおいて、磁石構造体それぞれのワイヤーに加えられる電圧及び電流を調整できるよう、マグネトロンスパッタリング装置に含まれる磁石部では磁石ユニット単位で電圧及び電流のうちの１つ以上を調整し得る。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。異なる一例として、前記電圧及び電流の調整は、スイッチ又はリレー（ｒｅｌａｙ）を含んだり、直列又は並列回路を構成するなどの様々な手段を用いて行われることができる。これにより、磁石部内で前記一領域と前記他領域との間の他の磁場強度を形成できる。

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 (12)

1. 永久磁石と、
   前記永久磁石を巻くように設けられたワイヤーと、
   を含み、
   前記永久磁石は、垂直方向に延長形成されて前記ワイヤーが取り巻かれる第１部分と、前記第１部分の上端部及び下端部のうち１つ以上から水平方向に延長形成され、前記ワイヤーが取り巻かれない第２部分と、を含み、
   前記第２部分の水平方向の長さは、前記第１部分の断面の水平方向の長さ及び前記ワイヤー断面の総厚さの合計よりも大きい、マグネトロンスパッタリング装置の磁石構造体。
2. 前記ワイヤーに加えられる電圧及び電流のうちの１つ以上を調整して磁石構造体の磁場の強度制御できる、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石構造体。
3. 前記第２部分は垂直方向に延長形成される１つ以上のブランチ部を含む、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構造体。
4. 前記永久磁石は、Ｔ型構造体、Ｉ型構造体、Ｅ型構造体、及びＦ型構造体からなる群より選択されるいずれか１つである、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構造体。
5. ヨークと、
   前記ヨーク上に設けられた複数の請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の磁石構造体と、
   を含み、
   前記複数の磁石構造体は、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、マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
6. 前記磁石構造体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に制御できる、請求項５に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
7. 前記複数の磁石構造体は、
   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５に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
8. 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７に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
9. 基板が載置される基板載置部と、
   前記基板載置部と対向して所定間隔離隔して設けられる１つ以上の磁石部と、
   前記基板載置部と磁石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、
   前記磁石部は、請求項５ないし請求項８のいずれか一項に記載の磁石ユニットを１つ以上含む、マグネトロンスパッタリング装置。
10. 前記磁石ユニットの永久磁石の上面と前記ターゲット部の上面との間の距離は３０ｍｍ～９０ｍｍである、請求項９に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
11. 前記磁石部は、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、請求項９に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
12. 前記磁石部は、前記ヨーク、前記磁石構造体、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む、請求項１１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。

Images