KR100282038B1

KR100282038B1 - 스퍼터 캐소드

Info

Publication number: KR100282038B1
Application number: KR1019980038821A
Authority: KR
Inventors: 롤프 아담; 외르크 크렘펠-헤쎄; 마르틴 베르
Original assignee: 투테 에.; 레이볼트 시스템즈 게엠베하
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1998-09-19
Publication date: 2001-03-02
Also published as: US6183612B1; DE19747923C2; DE59809710D1; KR19990036656A; EP0924744A1; JP4367987B2; DE19747923A1; EP0924744B1; JPH11213939A

Abstract

본 발명은 판형 타깃(8)과, 타깃(8)의 배후에 배치되고 중간 브리지(5)가 마련된 욕조형 요크(3)와, 타깃면의 전방에 만곡된 아치형 자계선(15, 15', …)으로 이루어진 폐쇄 터널을 생성하기 위한 자석(7, 7', …)과, 타깃(8)과 타깃(8)쪽을 향한 요크(3)의 욕조 에지부의 단부면(12)과의 사이의 평면에 개재되는 3개의 박판 재단물(9, 10, 11)을 구비하고, 모든 박판 재단물(9, 10, 11)이 함께 단부면(12, 13)을 따라 평행하게 연장되는 2개의 틈새(a, b)를 형성하며, 자석(7, 7', …)이 각각 요크(3)의 바닥 속에 포함되거나 삽입되고, 타깃(8)쪽을 향한 자석(7, 7', …)의 측면 및 타깃(8)의 반대쪽을 향한 자석(7, 7', …)의 측면이 요크 바닥에 꼭 들어맞게 체결되는 스퍼터 캐소드에 관한 것이다.

Description

스퍼터 캐소드

본 발명은 하나 이상의 부분으로 형성된 평탄한 판형 타깃(target)과, 타깃의 배후에 배치되고 중간 브리지가 마련된 욕조형 요크와, 타깃면의 전방에 만곡된 아치형 자계선으로 이루어진 폐쇄 터널을 생성하기 위한 자석과, 타깃과 타깃쪽을 향한 요크의 욕조 에지부의 단부면과의 사이의 평면에 개재되고 자기 전도성 재료로 이루어진 3개의 박판 재단물 또는 부분 재단물 군을 구비하고, 2개의 박판 재단물 또는 부분 재단물 군이 욕조 에지부의 단부면 및 중간 브리지의 단부면의 상부 구역을, 그리고 제 3 박판 재단물 또는 제 3 부분 재단물 군이 중간 브리지의 단부면과 욕조 에지부의 단부면과의 사이의 구역의 일부를 차폐하며, 모든 박판 재단물이 함께 단부면을 따라 평행하게 연장되는 2개의 틈새를 형성하는 스퍼터 캐소드(sputter cathode)에 관한 것이다.

전제된 형식의 스퍼터 캐소드로서, 일측의 타깃과 타측의 자석 요크와의 사이에서 자석 열의 평면, 특히 타깃쪽을 향한 전방 자석면의 평면의 하부에 투자성 재료로 이루어진 조각이 배치되고, 그에 따라 타깃의 전방에 형성되는 만곡된 자계선으로 이루어진 터널이 오목하게 전향되어 타깃에서의 침식 캐버티(cavity)가 넓어지는 동시에 그에 수반하여 타깃의 내구 수명이 길어질 수 있는 스퍼터 캐소드가 공지되어 있다(US 4,865,708).

또한, 캐소드 기저체가 판형 타깃 및 타깃의 배후에 배치된 자석 요크를 구비하고, 자석 요크가 타깃 평면에 평행한 평면에 타원형 또는 사각형 대형으로 서로 동축적으로 배치된 상이한 극성의 2열의 폐쇄된 자석을 구비하며, 타깃과 타깃쪽을 향한 자석의 단부면과의 사이의 평면에 자기 전도성 재료로 이루어진 박판 재단물 또는 그에 상응하는 형상의 부분 재단물이 개재되고, 2개의 박판 재단물 또는 부분 재단물이 프레임의 형상으로 형성되며, 각각의 박판 재단물의 길이 방향의 직선 부분을 서로 연결하는 아치형 부분이 원호로부터 벗어난 모서리 경로, 예컨대 타원형, 포물선형 또는 불규칙적인 아치형 모서리 경로로 연장되어 2개의 인접된 아치형 부분에 의해 형성되는 각각의 틈새가 불규칙적인 폭의 경로로 형성되는 스퍼터 캐소드도 제안되어 있다(DE 196 22 606.6).

또한, 타깃의 배후에 배치된 자석 요크가 타깃 평면에 평행한 평면에 타원형 또는 사각형 대형으로 서로 동축적으로 배치된 2열의 자석을 구비하고, 타깃과 타깃쪽을 향한 자석의 단부면과의 사이의 평면에 3개의 박판 재단물 또는 부분 재단물 군이 개재되며, 2개의 박판 재단물 또는 부분 재단물 군이 자석의 상부 구역을, 그리고 제 3 박판 재단물 또는 제 3 부분 재단물 군이 자석 열의 사이의 구역을 차폐하며, 모든 박판 재단물이 함께 자석 열을 따라 평행하게 연장되는 2개의 틈새를 형성하는 스퍼터 캐소드도 제안되어 있다(DE 196 22 607.4).

본 발명의 목적은 한편으로는 스퍼터 작업 중에 평탄하고도 넓은 침식 캐버티가 형성되어 타깃의 소진이 최적화되고, 다른 한편으로는 평행하게 연장되는 2개의 자기 터널 사이의 구역이 최대한으로 좁게 형성되도록 자석 및 구성 부분을 배치시키는 것이다.

도 1은 타깃 및 박판 재단물을 단지 단편적으로만 나타내고 있는 캐소드의 절반부의 사시도,

도 2는 욕조형 요크의 바닥부에 일렬의 자석이 들어 있는 도 1에 따른 캐소드의 횡단면도,

도 3은 도 1 및 도 2에 따른 실시예와는 대조적으로 욕조의 에지부에 추가의 자석이 배치되어 있는 캐소드의 횡단면도,

도 4는 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 유사하지만 자석의 부식을 방지하는 덮개판을 추가로 구비하고 있는 캐소드의 횡단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

2 : 캐소드 기저체 3 : 욕조형 요크

4 : 욕조 5 : 중간 브리지

6 : 냉각 채널 7, 7', 18, 18' : 자석

8 : 타깃 9, 9', 10, 10', 11 : 박판 재단물

12, 13 : 단부면 14 : 욕조 에지부

15, 15' : 자계선 16, 17 : 지붕형 자계

19 : 요크 20, 20', 21 : 판 또는 포일(보호판)

a, b : 틈새

그러한 목적은 본 발명에 따라 자석이 각각 요크의 바닥 속에 삽입되고, 타깃쪽을 향한 자석의 측면 및 타깃의 반대쪽을 향한 자석의 측면이 요크의 바닥에 꼭 들어맞게 체결되도록 함에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징 및 세부 구성은 청구 범위에 상세히 개시되고 특징지워져 있다.

본 발명은 각종의 실시예로 실시될 수 있는데, 그 중의 하나가 첨부 도면에 순전히 개략적으로 도시되어 있다. 이하, 본 발명을 첨부 도면에 도시된 실시예에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에 따른 스퍼터 캐소드는 욕조형 캐소드 기저체(2)로 이루어지고, 그 캐소드 기저체(2) 속에는 마찬가지의 형태의 욕조형 요크(3)가 끼워 넣어진다. 요크(3)는 요크의 내부의 오목부(4)를 길이 방향으로 분할하고 사각형 횡단면의 타원형 냉각 채널(6)을 형성하도록 그 길이가 정해지는 브리지(5)와, 요크(3)의 상부에 배치된 타깃(8)쪽을 향한 각각의 측면 및 타깃(8)의 반대쪽을 향한 각각의 측면이 요크(3)의 오목부(4)의 바닥면 또는 요크의 배면에 꼭 들어맞게 체결되도록 요크(3)의 바닥부에 삽입되는 일렬의 폐쇄된 입방형 영구 자석(7, 7', …), 및 타깃(8)과 요크(3)와의 사이에 개재되는 3개의 박판 재단물(9, 10, 11)을 구비하는데, 3개의 박판 재단물(9, 10, 11) 중의 서로 동심적으로 마련되는 2개의 박판 재단물(9, 10)은 타원형 링으로서 형성되고, 중앙의 박판 재단물(11)은 링형 박판 재단물(9, 10)에 의해 둘러싸이는 스트립형 박판 재단물로서 형성된다.

일렬의 폐쇄된 자석(7)을 구비하는 자석 요크(3)의 상부에는 타깃(8)이 배치되는데, 통상적으로 그 타깃(8)은 일렬의 자석(7)쪽을 향한 하측면에 고정되는 타깃 기저판을 구비한다(도시를 생략). 한편으로 타깃 하측면 또는 타깃 기저판과 다른 한편으로 자석(7, 7', …)의 상측면과의 사이에 개재되는 박판 재단물(9, 10, 11)도 역시 자석과 유사하게 다수의 개별적인 부분 재단물로 각각 이루어질 수 있다.

3개의 박판 재단물(9, 10, 11)은 그들 사이에 2개의 틈새(a 또는 b)를 포함하는데, 그 틈새(a 또는 b)는 전길이에 걸쳐 균일한 크기로 또는 좁아지거나 넓어지도록 형성될 수 있다. 틈새의 폭(a 또는 b)에 따라, 자계선(15, 15', …)이 다소 크게 전향되어 평탄화된 자계선(15, 15', …)으로 이루어지는 폐쇄 터널이 형성되고, 그에 따라 전체적으로 스퍼터 속도가 평형화되어 타깃의 활용도가 개선된다.

간단한 자석 배열(그 극성이 서로 반대인 2열의 자석)로 이루어지는 표준 마그네트론(magnetron) 캐소드는 통상적으로 그 타깃에 뾰족하게 들어간 스퍼터 캐버티를 생성한다. 일반적으로, 그러한 스퍼터 캐버티는 깊어질수록 더욱 좁아진다. 본 발명의 장점은 타깃의 표면의 상부에서와 타깃 속에서 상이한 자계가 형성된다는 것에 있다. 타깃의 표면의 상부에서의 자계는 표준 마그네트론 캐소드의 자계와 동일하다. 그러한 자계는 타깃의 표면에 거의 평행하게 연장되고, 타깃의 양 측면을 통해 출입된다. 즉, 그러한 자계는 소위 지붕형 자계를 생성한다.

본 발명에 따른 실시예의 경우, 타깃과 요크와의 사이에 박판이 개재되지 않는 종래의 캐소드와는 대조적으로 타깃(8) 속에서는 2개 이상의 지붕형 자계(16, 17)로 이루어지는 자계가 생성된다. 그에 의해, 타깃의 표면 상의 플라즈마가 나란히 놓인 다수의 부분 플라즈마로 분포되어 각각의 타깃 절반부의 중앙 구역 뿐만 아니라 그 에지부 구역도 역시 소진되고, 그로 인해 스퍼터 캐버티가 비교적 넓어지기 때문에 타깃의 활용도가 현저히 향상된다.

논제의 형식의 스퍼터 캐소드를 구성함에 있어서는 종래의 구성의 스퍼터 캐소드보다 더 큰 정도의 자기적 여기가 필요한데, 그 이유는 자속의 대부분이 요크 및 박판 속에 유도되어 타깃의 표면 위에는 유도되지 않기 때문이다. 즉, 전체적인 자속 밀도를 높여야 한다.

필요로 하는 자석을 안팎(즉, 브리지 및 욕조 에지부)에 위치시킬 경우, 자석을 위한 가용 공간은 일반적으로 외경(내부 구조의 크기)에 의해 한정된다. 주어진 기하학적 여건에 따라서는, 요구되는 질량의 자석을 내장하는데 한정된 체적 공간만이 사용될 수 있다. 그러나, 논제의 원리를 이용할 경우의 자계 분포는 본질적으로 틈새(a 또는 b)에서의 자계 유출에 의해 결정되기 때문에, 그 경우에는 자석의 실제 위치가 상대적으로 덜 중요하다. 그에 의해, 자계 경로를 상대적으로 크게 변경할 필요가 없이 자석을 자기 요크(3)의 바닥 속에 통합시키는 것이 가능하다. 요크(3)의 바닥 속에서는 비교적 많은 공간이 자석의 내장을 위한 장소로 가용될 수 있다. 그 때문에, 자석(7, 7', …)은 요크의 바닥 속에 수평으로 내장된다.

수평으로는 물론 수직으로도 요크 속에 통합되거나 요크 상에 끼워 넣어지는 자석(도 3을 참조)을 조합시키면, 자석의 질량을 더욱 증가시킬 수 있다. 바닥 속에 내장되는 수평 자석에 추가하여, 요크 욕조(19)의 둘레 에지부 상에 자석(18, 18', …)이 끼워 넣어진다.

본 발명에 따른 캐소드의 경우에는 특히 욕조형 요크(3)의 에지부(14) 및 중간 브리지(5) 상에 자석이 불필요하기 때문에, 그러한 구역이 매우 좁게 형성될 수 있고, 그에 의해 타깃의 활용도가 더욱 양호해진다.

또한, 전술된 형식의 캐소드의 경우에는 자석 자체를 물에 접촉시킬 필요가 없이(도 4를 참조) 간단하게 자석의 수냉을 실현시킬 수 있다. 채널(6) 속을 흐르는 냉각제로부터 자석(7, 7', …)을 보호하기 위해, 자석(7, 7'. …)은 폐쇄된 타원을 형성하고 내식성 재료로 이루어지는 판 스트립(20, 20')에 의해 차폐되는데, 그 판 스트립(20, 20')은 욕조 바닥(3)에 접착되거나 납땜되거나 용접된다. 도 4에 따른 도시된 실시예의 경우에는 자석(7, 7', …)의 외면도 역시 판 재단물(21)에 의해 차폐되어 외부의 영향으로부터 보호된다.

본 발명에 따른 스퍼터 캐소드에서는, 자석이 각각 요크의 바닥 속에 삽입되고, 타깃쪽을 향한 자석의 측면 및 타깃의 반대쪽을 향한 자석의 측면이 요크의 바닥에 꼭 들어맞게 체결됨에 의해 타깃의 표면의 상부에서와 타깃 속에서 상이한 자계가 형성되고, 특히 타깃 속에서는 2개 이상의 지붕형 자계로 이루어지는 자계가 생성되며, 그에 의해 타깃의 표면 상의 플라즈마가 나란히 놓인 다수의 부분 플라즈마로 분포되어 각각의 타깃 절반부의 중앙 구역 뿐만 아니라 그 에지부 구역도 역시 소진되고, 그로 인해 스퍼터 캐버티가 비교적 넓어지기 때문에 타깃의 활용도가 현저히 향상된다.

Claims

하나 이상의 부분으로 형성된 평탄한 판형 타깃(8)과, 타깃(8)의 배후에 배치되고 중간 브리지(5)가 마련된 욕조형 요크(3)와, 타깃면의 전방에 만곡된 아치형 자계선(15, 15', …)으로 이루어진 폐쇄 터널을 생성하기 위한 자석(7, 7', …)과, 타깃(8)과 타깃(8)쪽을 향한 요크(3)의 욕조 에지부의 단부면(12)과의 사이의 평면에서 자기 전도성 재료로 이루어진 3개의 박판 재단물(9, 10, 11) 또는 부분 재단물 군을 구비하고, 2개의 박판 재단물(9, 11) 또는 부분 재단물 군은 욕조 에지부의 단부면(12) 및 중간 브리지(5)의 단부면(13)의 상부 구역을, 그리고 제 3 박판 재단물(10) 또는 제 3 부분 재단물 군은 중간 브리지(5)의 단부면(13)과 욕조 에지부의 단부면(12)과의 사이의 구역의 일부를 차폐하며, 모든 박판 재단물(9, 10, 11)은 함께 단부면(12, 13)을 따라 평행하게 연장되는 2개의 틈새(a, b)를 형성하고, 자석(7, 7', …)은 각각 요크의 바닥 속에 삽입되며, 타깃(8)쪽을 향한 자석(7, 7', …)의 측면 및 타깃(8)의 반대쪽을 향한 자석(7, 7', …)의 측면은 요크 바닥에 꼭 들어맞게 체결되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 캐소드.
제1항에 있어서, 욕조형 요크(3)의 바닥부 속에 삽입된 자석(7, 7', …)은 판 또는 포일(20, 20', 21)에 의해 차폐되고, 판 또는 포일의 에지부는 요크(3)의 바닥면에 접착되거나 납땜되거나 용접되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 캐소드.
제1항에 있어서, 요크(3)의 바닥부 속에 포함되거나 삽입된 자석(7, 7', …)에 추가하여 타깃(8)쪽을 향한 욕조형 요크(3)의 둘레 에지부의 단부면 상에 하나이상의 영구자석(18, 18', …)이 배치되고, 이 자석(18, 18', …)이 배치되는 둘레 에지부의 높이는 중간 브리지(5)의 높이와 일치하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 캐소드.