KR100291375B1 - 특정 타겟 침식 형태에 적합한 형상의 자석 배열을 구비한 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소망 스퍼터 타겟 침식 형태를 획득하고, 두께의 균일성과 같은 소망 박막 특성을 갖는 스퍼터링된 박막을 기판상에 형성할 목적으로 마그네트론 스퍼터링 시스템에 이용하기 위한 회전 가능한 자석 구성 및 그러한 자석 구성을 설계하는 방법에 관한 것이다. 여기에 설명된 구조 및 방법은 자석을 정지 상태로 유지하는 경우 획득되는 정적 침식 형태로서 측정했을 때의 자석의 “유효” 위치와 자석의 실제 위치간의 불일치를 보상한다. 도시된 방법은, 스퍼터 타겟에 예정된 침식 형태를 형성하게 될 소망 유효 형상을 획득하기 위해 자석의 실제 형상을 어떻게 조정해야 할지를 보여준다. 아울러, 그 설명은, 소망 특성의 스퍼터링된 박막을 형성하기 위해서는 최적의 침식 형태를 어떻게 결정해야 할지를 설명한다.

Description

[발명의 명칭]

특정 타겟 침식 형태에 적합한 형상의 자석 배열을 구비한 스퍼터링 장치

[발명의 분야]

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 일반적으로 하트 형상의 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 배열(closed-loop rotatable magnet array)을 사용하는 마그네트론 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

[발명의 배경]

스퍼터링에 의한 물리적 증착은 집적 회로 반도체 디바이스의 제조에서 널리 응용되는 것으로 알려진 공지된 방법이다. 반도체 디바이스 제조에 있어서는, 통상 웨이퍼로 지칭되는 일반적으로 얇고 원형인 반도체 기판상에 다수의 집적 회로 디바이스가 형성된다. 집적 회로 디바이스 제조는 여러 가공 처리 단계를 포함하며, 스퍼터링은 디바이스의 층 사이에 금속화층 및 상호연결부를 제공하는데 사용된다. 이들 목적에 사용되는 가장 일반적인 재료는 스퍼터링된 알루미늄이다. 오늘날의 반도체 가공 처리에서는 스퍼터링된 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 티타늄, 질화 티타늄 및 기타의 박막의 사용이 증대되고 있다.

마그네트론 스퍼터링 소스는 고속 스퍼터링이 가능하며 다이오드 스퍼터링 또는 증발 기술에 기초한 박막 형성 장치에 있어서의 향상을 나타낸다. 반도체 가공 처리 산업에서는 통상 집적 회로 제조중에 마그네트론 스퍼터링 소스를 반도체 웨이퍼 코팅에 사용한다.

마그네트론 스퍼터링에서는 적정 전압을 인가함으로써 저압의 불활성 가스 내에 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마는, 스퍼터링될 재료로 제조되고 통상 시스템의 음극으로 작용하는 스퍼터 타겟 부근의 영역에 한정된다. 통상 스퍼터 타겟 표면을 통해 루프 형성되는 자력선을 갖는 자기장이 플라즈마 내에서의 전자의 궤적을 제한하며, 이로 인해 플라즈마를 강화 및 제한한다. 플라즈마 내의 이온은 스퍼터 타겟을 타격하여 타겟 재료의 원자들을 유리시킨 후 기판에 증착된다.

최근 몇년간, 웨이퍼의 사이즈는 계속 증가해 왔으며, 오늘날 산업에 있어서 20.32cm(8in) 직경의 웨이퍼가 일반적으로 사용되고 있다. 보다 큰 웨이퍼 사이즈는 보다 많은 수의 집적 회로 디바이스를 단일 기판상에서 증가시킨다. 그러나, 큰 웨이퍼 사이즈는 스퍼터링 시스템에 대한 보다 많은 요구 사항을 필요로 한다. 예를 들어, 반도체 가공 처리에 사용되는 스퍼터링 시스템의 필요조건중 하나는 전체 웨이퍼 표면에 균일한 두께의 층을 증착하는 것이다(이후 “균일성”이란 용어는 증착된 막의 두께와 관련하여 사용될 것이다). 균일성이 떨어지면 디바이스 생산률(즉, 디바이스의 작동 요건을 만족하는 비율) 및 디바이스 성능의 변동을 초래한다. 보다 큰 웨이퍼 사이즈는 상당한 레벨의 균일성 요건 달성을 보다 어렵게 한다. 마찬가지로, 집적 회로 디바이스의 외형이 점점 더 작아지는 경향은 스퍼터링된 막의 균일성 수준이 보다 높게 달성될 것을 요구한다.

스퍼터링된 막의 다른 특성 또한 집적 회로 디바이스 제작자들에게 상당히 중요하다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 스퍼터링된 전도성 재료가 디바이스 층사이에 상호 연결부를 연결하는데 빈번히 사용된다. 상호 연결부 형성은, 웨이퍼 표면 내의 비아(via)로 지칭되는 소직경의 구멍을 균일하게 충전하는 것을 포함한다. 집적 회로 디바이스의 외형이 작아짐에 따라, 스퍼터링된 재료로 비아를 충전하는데 있어서의 어려움이 현저히 증가한다. 스퍼터링된 막을 웨이퍼 표면상의 각진 외형에 대해 균일하게 일치시키는 능력 또는 스텝 커버리지(step coverage) 또한 마찬가지로 막의 중요한 다른 특성이다.

스퍼터링 시스템의 스텝 커버리지 특성 및 균일성을 향상시키기 위한 보다 빠른 접근은 두개의 동심 타겟으로부터 스퍼터링하는 것이다. 이러한 접근의 예로서 콘마그()II(ConMagII) 상표로 본 발명의 양수인에 의해 시판되는 스퍼터링 소스를 개시하고 있는 미국 특허 제 4,606,806호를 들 수 있다. 콘마그II 스퍼터링 소스에 있어서, 각각의 스퍼터 타겟은 특이한 형상을 가지며, 그 고유의 분리된 전력원은 각 타겟으로부터의 스퍼터링 속도를 분리 제어할 수 있다.

시판중인 다수의 스퍼터링 소스가 평면 스퍼터링 타겟을 이용한다. 고정 자석을 이용한 평면 마그네트론 스퍼터링 장치와 같은 종래 설계는 실제적인 단점을 가지며, 가장 심각한 단점으로 플라즈마 방전이 국부적이며, 가장 강도 높은 자기장 부근의 타겟 내에 좁은 홈을 침식시킨다는 것이다. 이러한 국부적 침식은 타겟에서 스퍼터링된 원자의 불균일한 분포를 만들고, 또 반도체 웨이퍼에서 두께간 불균일한 박막을 만든다. 스퍼터 타겟의 불균일한 침식은 비효율적인 타겟 이용을 초래한다. 반도체 제조시에 고가의 스퍼터 타겟이 사용되면, 스퍼터링된 박막의 균일성과 다른 요구되는 스퍼터링된 박막 특성에 대한 필요성과 같은 최대의 가능한 타겟 이용을 얻는 것이 중요하다.

타겟 침식을 연장하도록 평면 마그네트론 소스의 변경과 스퍼터링한 원자의 분포를 보다 균일하게 하려는 수많은 시도가 있었고 그중 몇몇은 부분적으로 성공하였다. 연장된 자기장을 이용하여 보다 넓은 표면적에 걸쳐 침식을 분산시키려는 시도가 있었다. 그러한 접근 방식에 필요한 자석은 크고 복잡하며, 또한 마그네트론의 성질이 타겟이 침식됨에 따라 변하지 않는다는 것을 보장하기가 어렵다. 따라서 침식 패턴의 결과는 예측하기 어렵다.

참고로 본 발명에 합체되어 있는 미국 특허 제 4,444,643호는 기계적으로 회전되는 환형 영구자석 조립체를 포함하는 스퍼터링 장치를 기술한다. 영구자석 조립체의 회전은 타겟의 넓은 영역에 걸쳐 침식을 일으킨다. 상기 특허에 기재된 스퍼터링 소스의 변경물이 상표명 베사마그(VersaMag TM)로서 본 발명의 양수인에 의해 시판되고 있다. 이러한 스퍼터링 소스는 타겟의 표면에 걸쳐 플라즈마를 이동시키기 위해 타겟 후방에 장착된 회전 자석에 의존한다. 플라즈마의 회전은 균일성 및 스텝 커버리지를 개선할 목적과, 또한 타겟이 보다 효율적으로 이용되도록 타겟 침식의 균일성을 개선할 목적으로 도입되었다.

베사마그 스퍼터링 소스는, 고정 자석을 이용하는 평면 마그네트론 소스에 비해 크게 개선되었지만, 진실로 균일한 스퍼터링된 박막을 만들지 못하고 또한 균일한 타겟 이용을 하지 못한다. 따라서, 평면 타겟과 함께 사용하기 위해 개선된 회전 자석 디자인을 개발하려는 노력이 있어 왔다(용어 “평면 타겟”은 본 명세서에서 침식되기 전의 스퍼터 타겟 표면을 설명하는 것이다. 당업자는 타겟이 침식된 후에는 더이상 평면 표면을 가지지 않는다는 것을 이해할 것이다).

평면 마그네트론 스퍼터링 소스와 함께 사용된 회전 자석의 디자인을 개선하고자 함에 따라 취해진 한가지 방향은 폐쇄 루프의 하트형 자석 배치를 사용하는 것이다. 그러한 자석 배치는 통상적으로 하트형 폐쇄 루프를 한정하는 선을 따라 중심을 맞추는 자석 배열을 이용한다.

그러한 하나의 구조가 스즈끼 등에게 허여되어 1989년 10월 10일에 공고된 발명의 명칭이 “평평한 마그테트론 스퍼터링 장치 및 그 마그네틱 소스”인 미국특허 제 4,872,964호에 기재되어 있다. 스즈끼 등은 상기 특허 제 4,444,643호에 기재된 방식의 스퍼터링 소스의 단점을 검토하고, 보다 균일한 타겟 침식을 만들기 위해 하트형 회전 자석 배열을 설명한다. 그러나 스즈끼 등은 그 상황의 수학을 지나치게 단순화시키며, 따라서 실제로 균일한 침식을 얻기 위한 방법을 완전히 설명하지 못한다. 이러한 단점을 명백히 인지하고, 스즈끼 등은 “스퍼터링 장치의 시험 동작후 보다 균일한 침식을 얻기 위하여”, 수학적 분석에 따라 전개한 후에 자석 배열을 조정할 필요가 있음을 설명한다(5쪽 27행 내지 28행). 불행하게도 스즈끼 등은 필요한 조정을 하는 어떠한 방법론도 설명하지 못한다. 스즈끼 등의 설명은 타겟의 균일한 침식을 얻는 방법에 관한 것이다. 균일한 타겟 침식도 중요하지만, 스퍼터링한 박막의 균일성과 같은 특성은 집적 회로 디바이스의 제조에 보다 더 중요하다. 여러 경우에서도, 불균일한 타겟 침식 패턴은 스퍼터링한 박막의 균일성을 개선하는데, 이는 후술하기로 한다.

하트형 자석 배열을 가진 또다른 스퍼터링 소스는 1987년 9월 17일자로 공개된 발명의 명칭이 “스퍼터링 장치”인 일본 특허출원 공보 제 62-211,375호에 기재되어 있다. 상기 공보에는 r = 1-a+2a｜θ｜/π,(단, -π≤θ≤π)인 방정식으로 한정되는 곡선을 가진 하트형 폐쇄 루프 자석의 사용을 규정하며, 여기에서 스퍼터 타겟의 중심은 극좌표계의 원점에 위치되고, r은 마그넷 중심선을 한정하는 곡선상의 한점과 상기 원점사이의 거리이고, 1은 하트의 중심과 하트의 첨점 사이의 거리이며, a는 하트의 중심과 타겟의 중심 사이의 거리이다. 발명자가 어떻게 상기 방정식에 이르렀는가에 관한 유도가 전혀 없고, 그것은 상기 특허 제 4,444,643호의 환형 자석과 상기 특허 제 4,872,964호의 하트형 자석 사이의 절충안인 듯하다. 상기 일본 특허출원 공보 제 62-211,375호에서 논의된 바와 같이, 규정된 곡선을 가진 자석은 균일한 침식을 야기하지 않는다. 더욱이 일본 특허출원 공보 제 62-211,375호는 임의로 선택된 침식 형태를 어떻게 얻었는지를 교시하지 않는다.

앤더슨 등에게 1991년 2월 26일자로 특허되고 본 발명의 양수인에게 양도된 발명의 명칭이 “특정 타겟 침식 형태의 기하학적 배열을 구비한 회전 자석 배열 스퍼터링 장치”인 미국특허 제 4,995,958호는 평면 마그네트론 스퍼터링 소스에 사용하기 위한 또다른 하트형 폐쇄 루프 자석 배열을 기술한다. 참고로 본 명세서에 소개한 앤더슨 등의 특허는 예정된 침식 형태를 달성하고 이것에 의해 예를 들어, 고효율의 타겟 물질 이용과 높은 증착율을 달성하기 위해 폐쇄 루프 회전 자석을 어떻게 구성하는지를 보여주기 위한 면밀한 수학적 분석을 포함한다. 상기 특허 제 4,995,958호는 베사마그 스퍼터링 소스를 쉽게 사용하도록 되어 있다.

다른 사항중에서, 특허 제 4,995,958호는 상기 언급한 스즈끼 등의 특허에 관한 결점과 일본 특허출원 제 62-211375호의 교시를 설명한다. 중요하게도 상기 특허 제 4,995,958호의 제12(a)도 내지 제12(e)도 및 그 관련 문장은 하트형 자석의 형태에 대한 사소한 변경이 스퍼터링 타겟의 침식 패턴의 결과에 있어 매우 현저한 차이를 초래할 수 있다는 것을 분명하게 보여준다. 하트형 자석 형상의 사소한 변경이 타겟 침식 형태의 결과에 있어 상당한 변화를 야기할 수 있다는 것은 입증된 사실이기 때문에 형상을 경험적으로 최적화하기는 매우 어렵다. 결국, 앤더슨 등의 수학적 분석은 하트형 폐쇄 루프 자석이 실제로 유용하다는 매우 중요한 교시이다.

특허 제 4,995,958호에 기재된 형식의 폐쇄 루프형 자석 배치는 자석 배열의 형태 및 이에 따른 스퍼터링 소스의 특징이 큰 어려움이나 비용을 들이지 않고서 변경될 수 있도록 용이하게 조정가능한 추가적 이점이 있다. 상기 특허에 기재된 바와 같이, 복수의 자석은 폐쇄 루프의 형상을 한정하는 2개의 철 고정구(iron keeper) 또는 폴 부재(pole piece)에 의해 적소에 유지된다. 상이한 폐쇄 루프 배치를 제공하기 위한 철 고정구의 교체 및 조정은 비교적 단순한 문제이다. 이 방식에 있어서 상이한 목적을 위해 하나의 소스를 사용하거나, 변경을 필요로 할 때 그 소스를 조정하는 것이 가능하다.

특허 제 4,995,958호의 폐쇄 루프 회전 자석의 주목적은 중요하고 객관적으로 정해지는 스퍼터 타겟의 높은 비용에 대한 보다 양호한 타겟 이용의 효율을 얻는 것이었고, 보다 큰 시스템 “처리량(throughput)”의 요구에 기인한 또다른 중요한 인자인 높은 증착률을 달성하는 것이었다. 이상 언급된 바와 같이, 일반적으로 스퍼터링된 박막의 보다 우수한 균일성에 대한 필요성은 효율적인 타겟 이용과 증착률에 대한 필요성보다 중요하다. 그러나, 앤더슨 등의 특허는 주어진 일련의 조건하에서 스퍼터링된 박막의 균일성 또는 기타 스퍼터링된 박막의 특징을 극대화하기 위하여 어떤 침식 형태를 사용하는가를 결정하는 방법에 대하여 어떠한 지침도 제공하지 않는다.

상기 언급된 바와 같이 앤더슨 등에 의해 제공된 수학적 분석은 하트의 두 영역, 즉 일반적으로 회전축에서 가장 멀리 이격된 루프의 볼록부로서 한정되는 하트의 “팁” 근방의 영역과 일반적으로 상기 회전축에서 가장 가까운 오목부로서 한정되며 상기 하트의 2개의 둥근 돌출부형 사이에 위치하는 상기 하트의 “첨점” 근처의 영역에서는 적용 가능하지 않다. 하트의 첨점 지역에서는 적용 불가능하다는 앤더슨 등의 결과로, 그들이 보여주는 설계에서 상기 타겟의 정중심부는 사용되지 않고, 상기 스퍼터 타겟 모서리부의 최상의 이용을 위하여 최적화되지 않는다. 더구나 상기 특허 제 4,995,958호의 분석은, 상기 자석이 모든 루프를 따르는 모든 점에서 균일한 강도를 갖는다는, 즉 스퍼터 강도가 모든 점에서 같다는 가정에 근거한다. 다시 말해서 상기 자석의 단위 길이당 스퍼터링된 전체 물질량은 일정하다. 이와 같은 가정은 옳지 않다고 알려져 왔었다.

앤더슨, 스즈끼 등과 일본 특허출원 공보 제 62-211375호에 의해 도시된 모든 하트형의 설계가 팁, 첨점 및 하트의 회전축을 통과하는 라인에 대해 대칭인 것은 주목할만하다. 상기 앤더슨 등에 의한 설계의 대칭은 하트형 자석의 발생 방법이 나선형 형상을 180°만큼 형성하고,(즉 극좌표 시스템의 반만큼) 그후 상기 루프를 폐쇄시키도록 나머지 180°상으로 상기 형상을 좌우 대칭으로 반사시킨다는 사실에 기인한다. 그러나, 본원에서의 하트 형상은 2개의 엄밀한 대칭인 절반부를 구성할 것을 요구하지 않는다. 아래에서 언급되는 바와 같이, 비대칭 하트 형상의 자석이 요구되는 경우도 있을 수 있다. 또한 마찬가지로 상기 하트 형상은 상기 하트가 현저한 “팁”을 가질 것을 요구하지 않는다. 상기 영역이 회전축으로부터 가장 멀리 이격되어 있고 일반적으로 원호를 형성하는 첨점에 대향하는 디자인을 사용할 때 이점을 갖는다는 사실이 알려졌다. 또한 “하트”는 2개의 둥근 돌출부 사이에 첨점형 전이부가 존재한다는 사실을 포함한다. 상기 첨점형 전이부는 설계의 편이상 평활하게 된다.

마지막으로 앤더슨 등에 의해 예측되고 경험적으로 측정된 스퍼터 타겟면에 인접한 자기장 위치 사이에 불일치가 있다는 사실이 발견되었다. 상기 언급된 바와 같이, 하트형 자석에 의해 발생된 자기장 형상의 매우 미세 변화도 획득되는 침식형태에 중요한 변동을 초래할 수 있다.

[발명의 요약]

따라서, 일반적으로 평면 마그네트론 스퍼터 장치에서 하트 형상의 폐쇄 루프 회전 자석 배열을 사용할 때, 스퍼터 소스에 있는 타겟에 대한 양호한 사용과 양호한 박막 특성을 얻기 위해 앤더슨 등의 특허를 개선하고 확장하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 또다른 목적은 자석 배열의 회전축으로부터 가장 가깝거나 가장 먼 위치에서 예정된 스퍼터 타겟 침식 형태를 형성하도록 평면 마그네트론 스퍼터링 시스템에 사용된 하트 형상의 폐쇄 루프 회전 자석 배열의 형상을 한정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 스퍼터링에 의해 코팅된 웨이퍼상에 소정 수준의 균일성과 같은 소정의 스퍼터 박막 특성에 도달하는 스퍼터 타겟상에 침식 형태를 결정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 자기장의 예측 위치와 그에 대응하는 정적 침식 트랙의 측정 위치 사이의 변동을 계산하는 스퍼터 타겟에서의 예정된 침식 형태를 형성하기 위한 일반적으로 하트 형상인 폐쇄 루프 회전 자석의 형상을 결정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 대칭이 아닌 스퍼터 타겟에 있어서의 예정된 침식 형태를 형성하기 위해 일반적으로 하트 형상인 폐쇄 루프 회전 자석을 설계하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적은 평면 타겟을 갖는 스퍼터링 소스에 사용하기 위한 폐쇄 루프 회전 자석 배열을 제공하는 방법 및 장치에 의해 실현된 본 명세서를 참조할 때 본 기술분야의 당업자에게는 분명해질 것이다. 본 발명의 일양태에 있어서, 자석의 형상을 결정하는 상기 방법은 되도록이면 소정 형태에 접근해서 믿을 수 있는 방법인 하트 모양의 자석 배열로 초기에 결정된다. 이 초기 형태를 갖는 자석 배열은 스퍼터링 시스템에 위치하며, 스퍼터링은 자석이 고정되어 유지되는 동안 수행된다. 정적 침식 형태는 이런 방식으로 발생된다. 이러한 정적 침식 형태의 위치와 자석 중심선 사이의 관계가 도시되고, 이 정보는 자석의 형상을 조정하는데 사용되어 예정된 침식 형태가 획득된다.

종래의 방법을 사용함으로써, 평면 마그네트론 스퍼터링 타겟의 표면에 예정된 침식 형태를 만드는 자석을 구성하는 것이 가능하며, 침식 형태의 정적 형상은 하부에 있는 자석의 형상과 다르며 상기 두 형상 사이의 불일치를 고려한다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 상기 침식 형태의 소망 형상은 스퍼터링 소스의 작동 조건하에서 스퍼터 타겟으로부터 방출되는 원자의 각도(angular) 분포를 적어도 가장 먼저 한정하는 분포 함수를 결정하고, 스퍼터 타겟의 표면과 코팅될 기판 사이의 공간을 결정하고, 상기 기판과 스퍼터 타겟의 사이즈를 결정하고, 상기 기판상에 균일한 스퍼터링된 박막 증착을 초래하는 침식 형태를 계산함으로써 달성된다.

[도면의 간단한 설명]

제1(a)도는 미국 특허 제 4,995,958호의 기술에 따라 구성된 평면 마그네트론 스퍼터링 시스템에 사용하기 위한 종래의 하트형 폐쇄 루프 자석 배열의 개략 평면도.

제1(b)도는 제1(a)도에 자석 배열을 위해 계산된 침식 형태를 도시한 도면.

제2도는 본 발명의 양수인에 의해 시판되고 있는 평면 마그네트론 스퍼터링 시스템에 사용하기 위한 종래의 하트형 폐쇄 루프 자석 배열의 개략 평면도.

제3(a)도는 본 발명에 따라 구성된 평면 마그네트론 스퍼터링 시스템에 사용하기 위한 하트형 폐쇄 루프 자석 배열의 개략 평면도.

제3(b)도 및 제3(c)도는 각각 제3(a)도에 도시한 자석을 위해 계산된 타겟 침식 형태와 측정된 타겟 침식 형태를 나타낸 도면.

제4도는 제3도의 자석 배열에 제2도의 종래의 자석 배열을 중첩시킨 것을 도시한 개략 평면도.

제5(a)도는 본 발명의 방법에 관련되어 주어진 반경에서 측정된 정적 타겟 침식 형태를 도시한 샘플의 점 그래프.

제5(b)도는 제5(a)도에 도시한 형태의 일련의 점으로부터 발생되는 계산된 침식 형태를 도시한 샘플 그래프.

제5(c)도는 본 발명의 방법에 관련되어 주어진 각도에서 측정된 정적 참식 형태를 도시한 샘플 그래프.

제6(a)도와 제6(b)도는 이온 충돌에 의해 표면으로부터 방출되는 각각의 니켈 및 백금 원자의 각도 분포를 극좌표로 도시한 그래프.

제7도는 본 발명의 방법을 실행하기 위한 양호한 기술의 순서도.

[발명의 상세한 설명]

제1(a)도는 미국특허 제 4,995,958호의 기술에 따라 구성된 평면 마그네트론 스퍼터링 시스템에 사용하기 위한 복수의 개별 영구자석(7a, 7b, 7c, …, 7n)을 포함하는 종래의 하트형 폐쇄 루프 자석 배열(5)의 개략 평면도이다. 미국특허 제 4,995,958호에 기술된 바와 같이, 자석 배열(5)의 중심선(10)은 다음 방정식에 의해 한정되는 곡선상에 놓이고,

여기서 ξ(u)는 미리 선택된 침식 형태를 한정하는 함수이며, C는 선택된 상수이다.

미국특허 제 4,995,958호에 기술된 바와 같이, 각각의 자석(7i)은 이격되어 있는 내부 및 외부 철 고정구(12, 14) 사이에 위치되는 중심선(10)상에 균일하게 배치된다. 내부 및 외부 고정구(12, 14) 사이의 공간은 하트의 팁(11)과 첨점(12) 부근을 제외하고는 모든 지점에서 균일하다. 철 고정구(12, 14)는 본 발명의 양호한 실시예에 따라서 약 0.159cm두께를 갖는다. 자석 배열(5)은 회전축(60)을 중심으로 회전시키기 위한 수단(도시되지 않음)에 연결된 판(17)에 장착된다.

양호한 실시예가 폴 부재으로서 작용하는 철 고정구를 갖는 제1(a)도에 도시된 형태의 자석 배열과 연관되어 설명되었지만, 다른 자석 배치가 가능하다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 예를 들어, 상기 스즈끼 등의 특허에 도시되고 기술된 형태의 단편화된 자석들이 등가물로서 인식될 수 있을 것이다. 단편화된 자석 배열은 필요하다면 미세 조정에 의해 한 구성으로부터 다른 구성으로 보다 용이하게 조정되는 이점을 제공한다.

제1(b)도는 제1(a)도의 자석 배열(5)에 대해 이론적으로 계산된 침식 형태(19)를 도시한다. 즉, 자석 배열(5)의 중심선(10)이 제1(b)도에 도시된 침식 형태(19)를 만들도록 상기 방정식마다 구획된다. 제1(b)도에서 동등하게 진술된 함수 ξ(u)는 적분의 리미트들 사이에서 균일한 침식을 형성하기 위해 상수이다. 그러나, r≤1인 것에 대해서는 방정식이 풀리지 않는 것을 유의해야 한다. 따라서, 자석 배열(5)의 중심선(10)이 미국특허 제 4,995,958호의 기술에 따라서 구획될 때, 제1(b)도에 도시된 바와 같이 타겟 중심의 침식은 약간만 있거나 전혀 없다.

함수 ξ(u)가 상수가 아닌, 상이한 스퍼터 타겟 침식 형태를 이론적으로 형성하도록 디자인된 다양한 다른 하트형 폐쇄 루프 자석 형상은 상기 미국특허 제 4,995,958호의 제12(a)도 내지 제12(e)도에 도시되어 있다. 이러한 도면 및 첨부된 명세서의 검토로부터, 하트형 자석의 형상에 있어서의 사소한 변화는 타겟 침식 형태의 형상의 결과에 있어서 상당한 차이를 만든다는 것을 유의해야 한다. 평면 마그네트론 스퍼터링 장치와 관련하여 적절하게 구성된 회전식 하트형 폐쇄 루프 자석의 사용은 개선된 타겟 침식 균일성이 따르게 되는 한편, 임의의 침식 형태를 형성하는데 필요한 적절한 형상에 어떻게 경험적으로 도달하는가는 분명하지 않다.

특히 미국특허 제 4,995,958호에 도시되거나 본 발명자가 알고 있는 다른 종래 기술들 중 임의의 것에 도시된 각각의 하트 형상의 자석 배열은 팁(11), 첨점(12) 및 자석의 회전축(60)을 통과하는 선(18)을 중심으로 대칭이다. 또한, 각각의 종래기술의 자석들은 팁(11)에서 뾰족하게 되고, 즉, 중심선은 그 지점에서 매끄럽지 않게 되고, 곡선은 굴절되며 즉, 중심선의 도함수가 그 지점에서 불연속적이다.

또한, 본 발명의 양수인에게 양도되고 1992년 1월 15일자로 공개된 EP 제 91-300565.8호(하기에는 '565호 출원이라 칭함)는 미국특허 제 4,995,958호의 기술을 근거로 하였으나 미국특허 제 4,995,958호의 제한을 보상하도록 확장되어서 균일한 침식이 타겟의 중심 영역에서 획득될 수 있는 자석 구성을 기술한다.

제2도는 “켄텀 에스”(″Quantum S TM)라는 등록상표로 본 발명의 양수인에 의해 시판되고 있는 평면 마그네트론 스퍼터링 시스템에서 사용하기 위한 종래 기술의 하트형 폐쇄 루프 자석 배열(5′)의 개략적인 평면도이다. 명료화를 위하여, 배열 내의 자석들은 생략되고, 단지 내부 및 외부 고정구(20, 30)만 도시되어 있다. 복수인 개개의 영구 자석들은 제1도에 도시된 것과 유사한 방법으로 철 고정구들 사이에 분포된다.

제2도의 자석 배열(5′)은 출원 제′565호에 의해 확장된 바와 같은 미국특허 제 4,995,958호의 기술에 기초한다. 미국특허 제 4,995,958호의 하트 형상 디자인에 비해, 제2도의 디자인은 자석 배열(5′)의 회전축(60) 부근에 위치된 자석들을 포함한다. 제2도의 실시예에서, 회전축 부근의 자석의 배치는 엄격하게 출원 제 ′565호의 기술에 근거할 뿐만 아니라 설계자의 직관과 경험적 결과의 조합을 포함한다. 하트의 첨점(12) 및 둥근 돌출부 근처에서 상기 철 고정구는 균일하게 이격되지 않으며, 첨점(12) 근처의 상기 고정구의 균일한 간격으로부터의 벗어남은 제1(a)도의 실시예에서 도시된 약간의 벗어남보다 훨씬 크다는 것에 주목해야 한다. 간격이 균일하지 않으면, 이 근처에서의 자석의 배치를 더욱 어렵게 한다. 또한, 제′565호 명세서에 설명된 바와 같이, 중심 영역에서의 자석은 강도가 다를 수도 있다.

상기 스퍼터 타겟의 중심 근처에서 더 나은 타겟 이용을 일으키는 한 제2도의 자석 디지인은 제1(a)도의 설계의 개량형을 나타내고, 요구되는 수학적 분석은 상기 디자인의 변화를 갖는 중심으로부터의 스퍼터링에 대한 예견가능한 제어를 어렵게 만든다. 또한, 제1(a)도 및 제2도의 디자인은 미국특허 제 4,995,958호 또는 제′565호 출원서에서 각각 예견된 침식 형태를 나타내지 않는다는 것으로 결론지어졌다.

제3(a)도는 본 발명에 따라 구성된 평면 마그네트론 스퍼터링 시스템에 사용되는 하트형 폐쇄 루프 자석 배열(5″)의 일실시예의 개략 평면도이다. 보다 명료하게 하기 위해, 상기 배열에 포함된 각각의 자석은 도시되지 않으며, 내부 및 외부철 고정구(40, 50)만이 상기 자석 배열(5″)이 장착되는 판(17)과 회전축(60)에 대해 도시된다.

제3(a)도의 자석 배열(5″)의 형상을 이루기 위해 사용된 방법을 설명하기 전에, 종래 기술에 대한 그 외형을 설명한다. 상기 하트의 첨점(12)에서부터 설명하면, 내부 고정구(40)는 상기 첨점 근처에서 내부 및 외부 고정구(40, 50) 사이에 거의 균일한 간격을 유지하면서, 제2도의 실시예에서와 같이 상기 자석 배열의 회전축(60)을 가로지르는 것에 주목해야 한다. 따라서, 상기 자석의 이 부분은 균일하게 이격되어서 고정구를 유지하고 제′565호 출원서에 도시된 다른 실시예와 같은 설계의 복잡성 없이 제2도의 실시예의 장점을 이룰 수 있다.

또한, 상기 하트의 둥근 돌출부를 막 지나서 상기 자석 배열의 외형은 두개의 내부로 향한 굴곡부(76, 77)를 갖는다는 것에 주의해야 한다. 즉, 종래 기술의 하트형 자석 모두의 형상은 상기 곡선의 모든 점에서 상기 루프의 내부에 대해 볼록해지도록 되는 반면, 제3(a)도의 실시예에서는 상기 루프의 내부에 대해 오목하게 되는 두개의 굴곡부(76, 77)가 있다.

마지막으로, 제3(a)도의 실시예는 “팁”을 갖지 않는다는 것에 주목해야 한다. 제3(a)도의 실시예는 하트의 회전축(60) 및 첨점(12)을 지나는 라인(18)에 대해 대칭이고, 회전축(60)으로부터 가장 멀리 있으며 대칭축(18)의 어느 한쪽 측부상에 놓이는 상기 곡선은 원호상에 놓인다. 따라서, 상기 지점에서의 곡선은 완만하다. 즉, 상기 곡선의 도함수는 상기 지점에서 연속된다. 또한, 제3(a)도의 실시예에서, 대략 상기 곡선의 1/4 또는 그 이상인 상기 하트의 주요부는 상기 호상에 놓인다.

제4도는 제2도 및 제3(a)도의 자석 배열을 나란히 놓은 것을 나타내어 그 형상의 차이를 보다 명확히 하도록 한 것이다. 상기 전체 형상은 매우 다른 반면, 그 벗어남은 상기 루프 주변에 주어진 어떤 점에서도 크지 않다.

제3(b)도 및 제3(c)도는 티타늄 타겟이 사용될 때 제3(a)도의 자석에 대해 계산된 타겟 침식 형태와 관찰된 타겟 침식 형태를 각각 나타낸다. 상기 두개의 곡선은 중심 영역을 제외하고는 거의 동일하며, 실제 침식은 계산치보다 크다는 것에 주목해야 한다. 중심에서의 불일치는 상기 자석의 실제 위치가 계산된 침식 형태를 이루기 위해 사용되는 위치와는 약간 다르다는 사실에 관련될 수도 있다. 그것은 또한 상기 타겟의 바로 중심 근처에서 측정된 비교적 소수의 정적 침식 데이터 점을 나타낼 수도 있다. 제3(a)도의 자석 형태에 도달시, 불균일한 타겟 침식 형태가 스퍼터링된 박막의 최상의 균일성을 형성한다는 것으로 결론지어졌다.

제3(a)도에 도시된 자석 배열의 형상에 의한 방법 및 선택된 침식 형태를 형성하도록 구성될 수 있는 다른 형상에 의한 방법은 이제 설명될 것이다. 초기의 하트형 폐쇄 루프 자석 배열이 먼저 구성된다. 본 발명의 방법을 수행하는 양호한 실시예에서는 초기의 폐쇄 루프 자석은 미국특허 제 4,995,958호에 기재된 원리에 따라 구성되거나 또는 켄텀 에스 자석을 제조하는 방법에 따라 구성되어 소망 침식 형태가 초기 자석 형상에 의해 대략적으로 이루어지게 한다. 종래 기술에서 공지된 것을 포함하는 또 다른 하트형 디자인으로부터 출발할 수도 있다.

그후, 초기 자석 배열은 스퍼터링 시스템에 배치되고, 그 시스템은 초기 자석 배열의 고정을 유지한 상태에서 스퍼터 타겟의 표면에 정적 침식 홈을 형성하기 위해 작동된다. 이러한 단계가 수행될 때, 스퍼터 타겟이 디자인된 자석 배열에 사용되는 재료로 구성되는 것과 상기 시스템의 작동 인자가 형성시 상기 시스템에 의해 사용되는 실제 작동 인자와 일치하는 것이 중요하다. 완전히 이해되지 않는 이유로, 주어진 자석 배열에 의해 형성된 정적 침식 형태가 스퍼터되는 재료에 따라 약간 다르다는 것이 판명되었다.

예견되는 바와 같이, 최종의 정적 침식 홈도 하트형이고 폐쇄 루프를 형성한다. 또한, 고정된 자석 배열을 이용한 종래의 평면형 마그네트론 스퍼터링으로부터 예견되는 바와 같이, 루프 둘레의 침식 홈의 임의의 주어진 단면은 침식이 가장 큰 바닥부를 갖는 골짜기형 외관을 갖는다. 그러나, 완전히 이해되지 않는 이유로, 침식 홈의 바닥부는 자석 배열의 중심선과 겹쳐지지 않는다. 침식홈의 바닥부와 자석배열의 중심선의 사이의 이러한 불일치는 교정되거나 보상되지 않으면 미국특허 제 4,995,958호의 기술과 매우 다른 결과를 초래할 것이다.

미국특허 제 4,995,958호의 주요 전제는 최대 타겟 침식 구역이 자석 배열의 중심선 바로 위에 놓여야 한다는 것이다. 이러한 전제는 타겟면에 인접한 자기장 강도가 자석 중심선을 따라 가장 크다는 가정에 기초한다. 이러한 전제가 부정확하다는 것은 현재 본 발명의 발명자에 의해 경험적으로 관찰되었다. 상술된 바와 같이, 하트형 폐쇄 루프 자석 배열의 형태가 조금만 변해도 그러한 자석 배열에 의해 생긴 침식 형태는 크게 달라질 수 있다. 자석 배열의 형상과 정적 스퍼터링중에 형성되는 침식 형태 사이의 상기 불일치는 사용되는 자석 배열이 의도된 다른 효율적인 형상을 갖는다는 것을 의미하는 것으로 여겨질 수 있다. 이러한 문제는 미국특허 제 4,995,958호에서는 인식되어 있지 않으며 또한, 미국특허 제 4,995,958호에는 이러한 불일치를 보상하고 적절한 유효한 형상을 갖는 자석 배열을 이루는 방법도 기재되어 있지 않다.

정적 침식 흠이 만들어진 후에, 홈의 형상은 홈 둘레의 유한 개수의 지점에서 주의 깊게 측정되고, 타겟 침식 위치와 깊이 사이의 수학적 관계가 구획된다. 본 발명의 방법을 수행하는 양호한 실시예에서, 이러한 측정치는 극좌표계로 이루어진다. 예를 들어, 유한 개수의 R값(R은 자석 배열(5)의 회전축(60)으로부터의 반경방향 길이임)에서 타겟 침식 깊이가 θ의 함수로서 측정된다.

이러한 방식으로 형성된 좌표점의 예가 제5(a)도에 도시되어 있다. 제5(a)도에서 수평축은 각도(θ)이고 수직축은 침식깊이(E(θ))이다. 좌표계의 중심 즉, 회전축으로부터의 주어진 길이의 값이 Ki일 때의 R=Ki에 대해서, 통상의 침식 형태는 하나가 0°에서 360°까지 회전하는 두개의 침식 구역(110, 120)을 포함하는 것이 도시된다. 그후, 일련의 유사한 좌표점은 예를 들어, 타겟의 반경이 12.7cm(5in)일때 형성될 유한 개수의 예를 들어, 20개의 Ki 값에 대해 형성되고, 그러한 좌표점은 타겟의 원점과 에지 사이에서 각각 0.635cm(1/4in)의 간격으로 형성될 수 있다. Ki의 값은 회전축에 중심을 둔 일련의 동심원을 형성하는 것으로 여겨진다. 본 기술은 Ki 값이 균일하게 이격되는 것을 필요로 하지 않는다. 예를 들어, 배열 내의 개개의 자석의 위치에 대응하는 Ki 값을 선택할 수 있다. 제5(a)도에 도시된 예에서 선택된 Ki 값은 7.62cm(3in)이다.

이러한 방법을 이용하여 경험적으로 형성되는 각각의 정적 침식의 좌표점은 특정한 값의 Ki에 대한 침식깊이의 값 E(R)을 얻기 위해 자석의 한 주기에 절쳐 합쳐진다. 각각의 Ki에 대한 침식깊이의 값은 회전시 자석에 대한 전체 침식 형태를 형성하도록 구획된다. 이러한 방법에 의해 발생된 곡선(130)의 예는 제5(b)도에 도시되어 있다. 상기 단계에서 요구되는 적분(integration)은 당업자에게는 공지되어 있는 표준 수치 적분법(numerical integration technique)에 의해 실시될 수 있다. 제5(b)도의 그래프에서, 수직축은 침식 깊이(E(R))이고, 수평축은 원점 즉, 회전축에 대한 타겟 표면상에서의 방사 위치이다. 지점(140)은 제5(a)도에 도시된 바와 같은 좌표점 Ki로부터 획득되는 R = 7.62cm(3in)에서의 데이터 지점이다. (침식 형태(130)를 포함하는 각각의 계산된 데이터 지점은 검정색 사각형으로 표시되며, 이들 지점은 하나의 최대값으로 표준화된다.)

제5(b)도의 계산된 침식 형태(130)는 자석이 회전될 때 발생되는 관찰된 침식 형태와 합치하는 것을 알 수 있다.

제5(a)도의 그래프를 형성하도록 구획되는 정적 침식 데이터는 제5(c)도에 도시된 바와 같이 다른 방식으로 구획될 수 있다. 제5(a)도에 도시된 바와 같이, 침식 깊이를 각도의 함수로서 임의의 반경에서 구획하기보다는, 침식깊이 데이터는 거리(r)의 함수로서 유한 개수의 각도(θ = α_i)에서 구획될 수 있다. 타겟이 휠로서 고려된다면, 제5(c)도에서 구획된 데이터 지점은 타겟의 “스포크(spoke)”를 따라 취해지는 침식 형태로서 고려될 수 있고, 여기서 각각의 스포크는 각도(α_i)에서의 것이다. 제5(c)도의 실시예에서는 α_i= 160°이다. 또한, 제5(b)도에 도시된 침식 형태는 제5(c)도의 일련의 곡선에서의 데이터로부터 발생될 수 있다.

제5(a)도 및 제5(c)도의 정적 침식 형태 데이터가 3차원 시스템이나 수치배열로 균등하게 도시될 수 있다는 것은 당업자에게는 자명한 것이며, 스퍼터 타겟 표면상의 유한 개수의 데이터 지점은 각각 각도 위치(θ), 침식깊이(E(R, θ)) 및 원점 즉, 회전축으로부터 스퍼터 타겟의 표면상의 지점의 반경(R)에 관련된 일련의 값을 갖는다.

제5(c)도의 곡선은 미국특허 제 4,995,958호에서 예견되는 침식 형태와 관찰되는 정적 침식 형태 사이의 불일치를 정정하도록 자석 배열의 형상을 조정하기 위해 본 발명을 사용하는 발명자에게 편리하게 사용되었다. 이러한 것이 사용되는 방법이 하기에 기술될 것이다. 제5(c)도에서, θ = α_i에 대한 자석 배열의 중심선의 반경방향 위치는 점선(160)으로 도시되어 있다. 내부 및 외부 폴 부재(170, 180)의 위치가 각각 도시되어 있다. 자석의 실제 형상과 효율적인 형상 사이의 불일치는 라인(160)과 최대 침식 위치 사이의 오프셋(offset)으로부터 용이하게 분명해질 것이다. x-축을 따르는 자석 중심선의 위치는 편의상 x = 0인 점에서 한정된다. (도시 목적상, 타겟상의 반경방향 위치에 대한 침식 형태에 관련하여 등가의 수평축(190)이 도시된다.) 제5(c)도에서 구획되는 데이터 지점을 맞추기 위해서는 공지의 수학적 방법을 사용하여 제 5 차 다항식이 유도된다. 상기 제 5 차 다항식은 곡선(150)으로서 도시된다.

주어진 α_i에서 자석 중심선의 약간의 변동은 곡선(150)의 형상에 영향을 미치지 않으며 곡선(150)에 대한 자석 중심선(160) 사이의 오프셋에도 영향을 미치지않는 것으로 가정된다. 또한 주어진 α_i에서 자석 중심선의 약간의 변동은 임의의 다른 α_i값에서도 곡선(150)의 형상이나 오프셋에 영향을 미치지 않는 것으로 가정된다. 이러한 가정은 각각의 α에서의 자석의 변위량이 작은 경우에 매우 합리적이다. 이러한 가정이 타당한 것으로 되기 위해, 최종 형태에 가까울 것이라고 여겨지는 초기의 자석형태로 시작하는 것이 최선의 방법이므로, 각각의 자석 위치의 변동은 작게 유지된다. 그러나, 변동이 점점 커지는 경우에는, 상술된 방법은 반복 원리를 바탕으로 행해질 수 있다.

선택된 α_i값에서 자석 중심선의 위치에 대한 약간의 조정은 이미 이루어진 조정을 반영하는 재편성된 계산된 침식 형태로 용이하게 전이될 수 있게 한다. 예를 들어, 제5(b)도의 침식 형태(130′)는 다수의 위치에서의 여러 자석 중심선의 조정을 반영하기 위해 도시된다. (침식 형태(130′)를 포함하는 각각의 계산된 데이터 지점은 중공 사각형으로서 도시된다.) 따라서, 타겟 표면상에 미리 선택된 침식 형태를 발생시키는데 필요한 선택된 지점에서 자석 수단의 위치의 변동을 계산할 수 있다.

상기 가정이 합리적인 상태를 유지할 만큼 자석위치의 변동이 충분히 작은 한, 상기 기술은 선택된 침식 형태를 발생시킬 자석 형상을 선택하는데 매우 유용한 도구가 된다. 미국특허 제 4,995,958호의 내용에 기초하여, 본 발명의 기술은 미국 특허 제 4,995,958호에 기술된 것보다 여러가지 장점을 갖는다.

이러한 장점은 다음의 사항을 포함한다:

(1) 자석 배열의 실제 형상과 유효 형상 사이의 차이를 감안하여 예정된 침식 형태를 형성할 자석 형상을 얻을 수 있는 능력;

(2) 자석의 첨점과 스퍼터 타겟의 에지에 가장 인접한 자석 부근의 침식 형태의 형상을 예측하고 조정하는 능력;

(3) 폐쇄 루프의 길이에 걸쳐 침식 강도의 변화를 수정하는 능력;

(4) 비대칭 하트형 디자인을 형성하도록 자석 형상을 변동시키는 능력.

비대칭 디자인을 사용하면 자석 형상의 “미세 조정(fine-tuning)”을 더욱 양호하게 할 것이다. 대칭 디자인에서, 자석의 한 절반부상의 영역 내의 자석 중심선 조정은 2배로 되는데, 왜냐하면, 동일한 조정이 대칭 절반부에서 자동적으로 이루어지기 때문이다. 본 발명의 기술을 사용하면, 한쪽 절반부를 변동 없이 유지하면서 예견 가능한 방법으로 자석을 다른 절반부를 조정할 수 있다. 이것은 본 기술이 좌표계의 360° 전체에 걸쳐 취해지는 데이터를 사용하기 때문이다.

상기와 같이, 자석의 중심선에 대해 적절한 조정을 행함으로써, 미국특허 제 4,995,958호의 내용과 일치하는 유효 형상을 갖는 자석을 형성할 수 있다. 즉, 일부분이 다음의 방정식을 만족시키는 타겟의 표면상에 정적 침식 패턴을 형성하는 자석을 구성할 수 있다:

여기에서, ξ(u)는 미리 선택된 침식 형태를 한정하고, 자석의 중심선은 정적 침식 홈의 중심선과의 어긋남을 보상하도록 정적 침식 홈의 중심선으로부터 변위된다.

스퍼터 타겟의 표면상에 예정된 침식 형태를 형성하는 형상을 갖는 자석을 획득하는 방법을 도시하였는데, 이제는 최적의 침식 형태를 결정하는 방법에 관한 설명으로 돌아간다. 대부분의 종래 기술의 특허는 스퍼터 타겟의 표면을 균일하게 침식하는 것에 대한 타당성 및 중요성을 강조한 반면, 침식의 균일성은 실제적으로 대부분의 스퍼터링 시스템 사용자들에 있어서 부차적인 고려대상이다. 최우선의 고려대상은 코팅될 웨이퍼상에 예를 들면 균일성과 같은 소정의 특성을 가지는 스퍼터링된 박막을 지속적으로 얻는 것에 대한 필요성이다. 본 발명의 특징은, 웨이퍼 표면에 소정의 특성을 갖는 박막을 형성할 타겟 침식 형태를 계산하기 위하여 사용될 수 있는 기술이다.

박막 증착의 균일성을 예측하기 위한 본 발명의 기술은 기판의 표면상의 일정한 점에 스퍼터링된 재료가 축적되는 비율에 영향을 주는 몇몇 변수들을 고려한다. 본 발명의 기술에 대입될 중요한 변수들이 하기에 설명될 것이다.

먼저, 스퍼터 타겟의 표면으로부터 방출되는 원자들의 각도 배분을 인지하는 것이 필요하다. 명료성을 위해서, 이것을 종종 스퍼터링된 원자들은 코사인 배분으로 방출된다고 가정된다. 이러한 가정은 반도체 집적회로 가공에 가장 일반적으로 사용된 스퍼터링된 박막은 알루미늄의 경우에 합리적이며, 여기에서 재료의 원자중량(Z = 27)은 통상적으로 스퍼터링 가스로서 사용되는 아르곤의 원자중량(Z = 40)보다 현저히 작다. 그래서, 티타늄(Z = 48) 또는 텅스텐(Z = 184)과 같은 원자중량이 더욱 큰 재료를 스퍼터링할 때에 스퍼터링된 원자의 각도 분포는 코사인 분포와 일치하지 않는다는 것이 알려졌다. 또한, 어떤 경우에는, 스퍼터 타겟 재료의 결정구조는 스퍼터링된 원자의 각도 분포에도 영향을 줄 수 있다.

제6(a)도 및 제6(b)도는 과학서적으로부터 얻은 그래프로서, 수은(Z = 210) 이온으로 충돌시킴으로써 방출되는 니켈(Z = 59) 및 백금(Z = 195) 원자의 각도 분포를 각각 도시한다. 제6(a)도는 비-코사인(non-cosine) 분포를 발생시키는데 있어서 이러한 인자의 영향을 분명히 도시한다. 이 도면은 니켈이 수은보다 훨씬 작은 원자중량을 가짐에도 불구하고 코사인 분포로부터의 주요 이탈을 도시한다. 제6(b)도는 충돌 이온의 운동 에너지의 영향을 도시하는데, 즉, 이온이 더욱 여기화될 때 각도 분포는 점점 더 코사인 분포에 접근한다. 역으로, 보다 낮은 에너지에서 분포작용은 “편평한” 외관 즉, 표면에 거의 수직인 각도에서 나가는 방출 원자가 더 적게 된다는 것이 관찰될 것이다. 이러한 현상은 날카로운 예각에서 충돌시켜 원자를 유리시키는 것보다 원자를 수직 방향으로 충돌시켜 유리시키는 것이 보다 많은 투사 에너지를 갖는다는 사실로서 설명될 수도 있다.

따라서, 소망 침식 형태를 결정하는 초기 단계는 시스템 내에서 사용될 작동 조건하에서 스퍼터링되는 원자의 각도 분포를 달성하는 것이다. 상기 적절한 정보가 문헌으로부터 이용할 수 없다면, 이것은 유사한 조건하에서 작동되는 시스템 내에서 스퍼터링되는 재료를 사용하는 경험적인 측정에 의해 성취될 수도 있다. 상기 분포가 경험적으로 결정된 후에, 상기 데이터는 적어도 우선적으로 측정된 분포를 접근시키는 수학적인 함수에 대입된다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 조정 가능한 변수를 가지는 제 2 함수에 의하여 증가되는 코사인 함수인 분포 함수를 사용함으로써 경험적인 데이터를 접근시키는 것이 유용하다. 즉 제 2 함수는 다음과 같다:

여기에서, K₁은 상기 데이터에 대입하기 위해 선택되는 조정 가능한 변수이고, K₂는 비례 계수이다.

소망 침식 형태의 계산이 이루어지기 전에 이해될 필요가 있는 다음 인자는 기판과 스퍼터 타겟 사이의 거리이다. 일반적으로, 스퍼터 타겟 표면과 웨이퍼 사이의 거리는 주어진 시스템 구성에서 일정하게 된다(타겟 침식의 효과를 무시한다). 대부분의 적용에서, 침식율을 최대화하고 타겟 재료의 손실을 최소화하기 위하여 상기 기판을 상기 스퍼터 타겟에 가능한 근접 이격시키는 것이 바람직하다. (스퍼터링된 원자의 각도 분포의 상술한 설명으로부터, 예각에서 타겟의 표면을 떠나는 원자는 기판이 타겟에 근접 이격된 경우에는 기판상에 안착되는 보다 큰 기회를 가진다는 것이 기하학으로부터 명백하다. 만약 많은 수의 스퍼터링된 원자가 기판상에 안착되지 않는다면, 박막 침식율은 낮아지고 스퍼터링된 재료의 낭비는 증가될 것이다.)

한편, 타겟과 기판의 근접 결합은 적절하게 스퍼터링된 박막의 균일성을 얻기가 더욱 어렵게 만든다. 스퍼터링된 박막 특성을 강화하거나 스퍼터링 방법을 제어하기 위하여 보호막, 셔터, 시준기 등을 개재하는 것이 때때로 양호하고, 본 자석 디자인과 방법은 기판 이격에 대한 소스가 상기 기판을 수용하기 위하여 증가되는 곳에 적용 가능하다. 실제로, 웨이퍼와 타겟 거리가 2 내지 10cm인 스퍼터 소스는 현재 사용되고 있다.

소망 침식 형태 계산에 고려되어야만 하는 다른 기하학적인 인자는 스퍼터 타겟과 웨이퍼의 상대 크기이다. 만약 균일하게 침식된다면, 기판보다 더 큰 타겟은 스퍼터링된 재료의 상당한 낭비를 초래한다. 한편, 상기 타겟이 웨이퍼와 크기가 같거나 더 작게 된다면, 적절히 증착된 박막의 균일성을 성취하는 것은 매우 어렵게 된다. 상기 구성은 증착된 박막에 적절한 “스텝 커버리지”를 성취하는 것을 어렵게 만들고, 여기에서 스텝 커버리지는 웨이퍼 표면상에서 각진 장치 부분을 코팅하는 박막 능력의 잘 알려진 측정법이다. 예를 들면, 상기 타겟과 웨이퍼 사이의 크기의 근접된 일치는 상기 각진 부분이 타겟과 마주보는 방법에 의존하는 장치상에서 각진 부분을 덮기 위한 스퍼터링된 박막의 능력에서 근본적인 차이를 초래한다. 주변을 향하는 각도에서 웨이퍼에 도달하는 낮은 유량(flux)의 스퍼터링된 재료가 될 수 있고, 그래서 스퍼터링된 박막의 적절한 코팅을 수용하지 않는 웨이퍼의 에지 근처에서 외향으로 면한 형태가 될 것이다. 한편, 상기 동일한 위치에서 내향으로 면한 형태는 재료의 유량이 타겟의 중심에 대응하는 각도로부터 이루어지기 때문에 적절한 코팅을 수용할 것이다.

가장 최근의 집적 회로 장치는 20.3cm(8in) 직경의 웨이퍼상에서 제조되며, 본 발명에 사용된 형태의 스퍼터 타겟은 29.57cm(11.64in)의 직경, 즉 타겟의 에지가 웨이퍼의 에지 너머로 거의 5.1cm(2in) 연장하는 직경을 갖는다.

적절한 스퍼터 타겟 침식 형태를 계산함에 있어서 고려해야만 하는 또다른 인자는 스퍼터링 시스템의 작동 압력이다. 스퍼터링된 원자가 임의의 각도 분포로 타겟 표면을 떠난 상태에서, 가스 분자(또는 플라즈마 이온)와 스퍼터링된 원자 사이의 붕괴는 이들이 웨이퍼 표면에 도착하기 전에 스퍼터링된 원자의 궤도를 수정할 수 있다. 웨이퍼의 표면에 도달하는 스퍼터링된 원자의 각도 분포상에서 가스붕괴의 산란 효과가 계산될 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예에서 사용되는 작동인자와 관련하여, 가스 붕괴는 스퍼터링중에 사용되는 전체 압력에 의존하는 중요한 요소가 되거나 또는 되지 않을 것이다. 가스 산란 효과는 타겟과 기판 사이의 근접 결합과 스퍼터링 시스템의 1 밀리토르(millitorr)의 낮은 작동 압력에 따라 감소될 수 있다.

따라서, 소망 타겟 침식 형태를 결정하기 위해 본 발명의 방법을 사용하는 것은 먼저 시스템의 기하학을 결정하는 것을 포함한다. 특히, 타겟과 기판의 이격과, 타겟과 기판의 직경에 관한 지식이 요구된다. 다음으로, 스퍼터 소스의 작동조건에서 스퍼터 타겟의 표면을 떠나는 스퍼터링된 원자의 분포를 적어도 우선적으로 근접시키는 수학적인 함수를 정의한다. 마지막으로 필요하다면 가스 산란 효과를 고려하기 위한 분포 함수의 조정이 이루어진다.

상술한 정보로써, 웨이퍼 표면상에 균일하고 두꺼운 스퍼터링된 박막을 적용시키는 타겟 침식 형태를 계산하는 것이 가능하다. 상기 계산은 타겟 표면상의 지점에서의 침식율이 상기 지점으로부터의 스퍼터링율의 기준값이라는 사실에 기초한다. 상기 계산은 종래 기술에서 알려진 형태의 다양한 컴퓨터 모델링 기술을 사용하여 실행될 수 있다. 균일하게 스퍼터링된 박막 증착을 형성하는 하나 이상의 침식 형태가 존재한다는 점에 주의해야 한다. 타겟 재료의 최상의 사용을 위해 가능한 최대 범위까지 균일한 박막을 형성하고, 네트 빌드-업(net build up)의 타겟 영역을 피함으로써 낮은 입자를 형성하는 침식 형태를 선택하는 것이 바람직하다.

상술한 방법으로 소망 침식 형태에 도달한 후, 상술한 방법으로 소망 침식 형태를 획득하기 위해 자석을 구성하는 것이 가능하다.

본 발명의 기술은 2개의 분리된 절차 즉, 소망 침식 형태를 계산하기 위한 절차와, 소망 침식 형태를 얻기 위해 하트형 폐쇄 루프 자석을 구성하는 절차로 설명된다. 이러한 두 과정은 모든 필요한 정보가 컴퓨터 모델 내로 입력되는 단일 방법으로 조합될 수 있다. 그후, 자석 중심선의 위치 내의 미세한 변동에 기인한 하나 이상의 위치에서의 스퍼터링된 박막 균일성에 대한 효과는 직접 계산될 수 있다. 주어진 변수들에 대한 적당한 자석 구성을 설명하기 위해 이러한 조합된 모델을 사용할 수 있다.

제7도는 자석 위치의 변화에 따라 스퍼터링된 박막 균일성이 직접 계산되는 본 발명의 양호한 방법을 실행하는 순서도를 도시한다. 상술된 바와 같이, 제 1 단계(710)는 스퍼터 타겟의 표면상에 정적 침식 홈을 형성하는 것이다. 그후 타겟의 표면상의 유한 개수의 지점(r, θ)에서 타겟 침식의 깊이가 측정된다(720). 선택된 θ의 값에 대한 5차 다항식이 관찰된 데이터를 대입하도록 구성되며(730), 상기 다항식은 배열에 대입된다. 간략화를 위해 특정 θ에 대한 5차 다항식은 정적 침식 홈을 발생시키는데 사용된 자석의 중심선에 관련되어 만들어진다.

테스트될 새로운 자석 형상의 중심선 좌표는 배열에 대입되고(740) 새로운 자석 중심선에 대해 상기 배열에 사용되는 각각의 (r, θ) 값으로부터의 거리는 계산되어 배열에 대입된다. 양호하게는, 새로운 자석의 중심선 위치는 정적 침식 홈을 형성하기 위해 사용된 자석의 중심선 위치로부터의 어떤 주어진 위치에서도 명백하게 변하지 않는다. 그후, 새로운 자석 위치에 근거한 각각의 (r, θ)에 대하여 정적인 침식 깊이 계산(750)이 이루어진다. 그후, 계산된 정적 침식 깊이 정보는 새로운 자석 위치와 관련하여 계산된 침식 형태를 얻기 위하여 자석의 회전에 대하여 적분된다(760).

스퍼터링된 박막의 균일성이 단계(760)에서 계산된 타겟 침식 형태를 사용하여 계산된다(770). 상술된 바와 같이, 박막 균일성의 계산은 스퍼터링 시스템의 기하학 뿐만 아니라 스퍼터링되는 재료의 특성 및 중요한 가스 스퍼터링 효과를 고려해야 한다. 계산(770)은 이중 적분을 포함하여 웨이퍼상의 각 점에 대하여 타겟상의 각 점에서 일정 속도 및 일정 분포로 방출되는 재료의 방출 효과가 평가된다. 이중 적분은 웨이퍼 표면상의 각 점에 대하여 증착된 재료양의 계산을 포함한다. 다시 말해, 이것은 각 위치의 함수 및 방사 위치의 함수로 타겟상의 각각의 점에서의 유량을 적분하는 것이다. 이렇게 균일성 정보가 계산된 뒤에 적용 가능한 균일성이 이루어졌는지에 관하여 판단이 이루어진다. 즉, 웨이퍼상의 각각의 점에 대하여 계산된 균일성은 웨이퍼 표면을 가로지르는 박막 두께의 변화를 결정하는 것과 비교된다. 만약 적용 가능한 박막 균일성이 이루어졌다면, 즉 변화가 최소화되었다면, 방법은 완성되고 자석 형상이 구성된다. 만약 박막 균일성이 적용 가능하지 않다면, 즉 추가 개선이 이루어져야 된다고 생각되면, 자석 형상은 추가로 혼란스럽게 되고 단계(740)로 돌아가서 공정이 그 점에서부터 다시 반복된다.

본 발명자에 의해 사용된 단계(740)에서 자석을 변동시키는 시스템적 접근은 다음과 같다. 단계(710)의 정적 침식 홈을 형성하기 위해 사용된 자석 형상으로 시작하여, 자석의 위치가 임의로 선택된 θ 값일 수 있는 하나의 지점에서만 변화되는 새로운 자석이 규정된다. 이 새로운 자석에 대한 스퍼터링된 박막 균일성이 계산된 후에, 획득된 균일성이 이전의 자석 구조에 의해 획득된 균일성과 비교된다. 만약 균일성이 개선된다면, 동일한 자석 위치가 같은 방향으로 추가 수정되고 다른 균일성 계산이 이루어진다. 만약 균일성이 떨어졌다면, 자석은 반대 방향으로 이동되고 균일성 계산이 단계(740 내지 780)에 의하여 이루어진다. 균일성에서 더 이상의 추가 개선이 얻어지지 않을 때까지 제 1 자석 위치가 반복적으로 조정된다. 그런 후에, 다음 자석 위치가 조정되어 제 2 자석의 조정이 더이상 향상된 균일성을 발생하지 않을 때까지 동일한 절차가 수행된다. 이 공정은 모든 자석 위치에서 연속적으로 반복되고, 그후 전체 공정은 제 1 자석 위치에서 다시 시작하여 필요한 만큼 여러번 반복될 수 있다. 이 시스템 방법은 자동화에 아주 적합하고 컴퓨터 프로그램에 의해 쉽게 실행될 수 있다. 유사한 시스템 방법은 본 기술분야의 당업자에게는 분명해질 것이다. 예를 들면, 누구나 자석 둘레의 각각의 “루프”중에 임의로 주어진 자석 위치의 조정을 설정된 수로 제한할 수 있다.

지금까지, 본 발명의 방법은 “효율적인” 자석 형태를 결정하는 정적 침식 홈을 측정하는 것과 관련되어 기술되었다. 이것이 본 발명을 실행하는 양호한 방법이지만, 다른 방법도 가능하다. 예를 들면, 스타팅 자석에 의해 발생된 플라즈마의 위치와 강도를 관찰함으로써 “효율적인” 자석 위치를 측정하는 것이 가능하다. 현대 기술로 누구나 타겟 위의 유한 개수의 미리 선택한 점에서 플라즈마 강도를 정확하게 측정할 수 있고, 이 정보는 정적 침식 홈의 측정으로부터 얻어진 정보의 대치물로서 사용할 수 있다. 그러나, 확실하게 플라즈마 강도 정보는 정확하게 할 수 없었으므로 보다 양호하지 못하다.

제7도의 순서도에는 스퍼터링된 박막 균일성의 배경이 기술되어 있지만, 다른 스퍼터링된 박막 특성도 고려될 수 있다. 예를 들면, 스텝(770)은 새로운 자석 형상에 의해 형성된 스텝 커버리지 또는 비아 충전 성질(via-filling property)의 계산을 포함한다. 비아 충전에 대한 본 기술은 간단한 스퍼터링을 통과하는 단계를 포함하는 반면, 비아의 바닥에 적절한 두께의 박막을 증착할 수 있는 능력은 공정의 중요한 특성이다. 협소한 비아의 바닥부를 충전하는 능력이 웨이퍼의 표면에 충돌하는 스퍼터링된 재료의 원자의 각도 분포에 관한 것이라는 것은 기하학적으로 생각해낼 수 있다. 그러므로, 거의 수직 방향으로 웨이퍼 표면에 입사한 스퍼터링된 원자는 비아의 바닥부에 도달하기 쉽고, 반면 예각으로 입사한 원자는 바닥부에 도달하기 전에 통로의 벽에 의해 차단될 것이다.

유사하게, 하나 이상의 박막 특성은 이들 사이의 균형을 최적화하려는 목적으로 계산될 수 있다. 예를 들면, 특정 자석 변동에 의해 야기되는 개선된 균일성은 경감된 스텝 커버리지에 의해 오프셋될 수 있다.

본 발명은 하트형 평면 마그네트론 스퍼터 소스의 배경만 기술하지만, 여기에 기술된 일정한 방식은 스퍼터 타겟의 표면 내의 예정된 침식 형태를 생산하려고 하는 다른 자석 디자인에 동등하게 적용할 수 있음이 당업자에게는 명백하다. 예를 들어, 미국특허 제 4,995,958호의 기술은 하트형 자석 배열에 국한되지 않고, 몇몇 비-하트형 자석 배열 구성이 공개되어 있다. 폭넓게, 다른 실시예에 따라서 만들어진 자석 배열의 실제 형상 및 효과적인 형상 사이에 유사한 불일치가 있다. 즉, 정적 침식 홈은 자석 중심선 위에 놓이지 않는다. 여기서 언급한 방식은 소망의 효과적인 자석 형상과 소망의 침식 형태를 성취하기 위해 배열 내의 개별 자석의 위치를 조정하는데 사용될 수 있다. 유사하게, 본 발명에 따라서, 적절한 컴퓨터 모델링에 의해서, 개별 자석 위치의 위치 조정에 의해 야기되는 스퍼터링된 박막 균일성의 효과는 직접 결정될 수 있다.

미국특허출원 제 471,898호는 본원에서 참조로 사용되는 미국특허 제 4,995,958호의 부분 계속출원이며, 자석 배열이 임의로 선택된 침식 형태를 형성하도록 비평면 스퍼터 타겟 표면을 사용하도록 구성될 수 있도록 미국특허 제 4,995,958호의 범위를 넓힌 것이다. 상기 471,898호에 필요한 조건은 스퍼터 타겟 표면이 회전 표면이어야 한다는 것이다. 상기 471,898호 출원은 폐쇄 루프 자석 배열의 중심선이 아래에 정의된 곡선상에 놓여야 한다는 것을 기술하고 있다.

여기서, ξ(u)는 자석이 회전되어 스퍼터링이 수행될 때 만곡된 타겟 내에서 발생될 예정된 침식 형태이고, z(r)은 스퍼터 타겟의 표면을 한정하는 회전 표면이고, C는 선택된 상수이다.

상기 미국특허 제 4,995,958호 특허에서와 같이, 제 471,898호 출원의 기술 사항은 정적 침식 홈의 형상이 자석의 형상과 일치하도록 타겟 표면에 인접한 자기장의 강도가 자석 배열의 중심선 바로 위에서 가장 크다는 것이다. 또한, 본 발명의 방법이 실제 자석 배열 형상과 유효 자석 배열 형상 사이의 불일치를 보상하는 제 471,898호 출원에 따라 구성되는 자석에 적용될 수 있다는 것을 본 기술분야의 당업자라면 이해할 것이다.

상기 설명이 본 명세서에 설명된 양호한 실시예에 대해 기술했지만, 그것은 단지 예시적인 것이지 한정적인 것이 아니다. 다양한 변경 및 대체는 전술한 설명을 고려하여 본 기술분야의 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 하기의 청구범위에만 한정되는 것이다.

Claims (30)

1. 박막 층을 기판상에 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스에 있어서, 재료가 스퍼터링되는 면을 갖는 타겟과, 상기 타겟의 후방에 위치되며 상기 타겟의 형상과 일치하는 회전 가능한 자석 수단을 포함하고, 상기 회전 가능한 자석 수단은 그것이 고정되어 유지될 때 상기 자석 배열의 중심선으로부터 오프셋되는 정적 침식 패턴을 형성하도록 하는 형상을 가지며, 상기 정적 침식 패턴은 상기 자석 수단이 회전될 때 상기 스퍼터 타겟의 표면에 침식 패턴을 형성하도록 선택되는 곡선상에 위치되는 부분에 홈을 갖는 마그네트론 스퍼터링 소스.
2. 제1항에 있어서, 상기 스퍼터 타겟은 평면이고 상기 곡선은로 정의되며, 여기서, ξ(u)는 상기 미리 선택된 침식 패턴을 의미하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
3. 제2항에 있어서, 상기 자석 수단은 하트형 곡선을 형성하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
4. 제1항에 있어서, 상기 자석 수단은 상기 곡선상에 배치되는 개별적인 자석 배열을 포함하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
5. 제3항에 있어서, 상기 하트형 곡선은 비대칭형인 마그네트론 스퍼터링 소스.
6. 제3항에 있어서, 상기 하트형 곡선은 팁을 갖지 않는 마그네트론 스퍼터링 소스.
7. 제6항에 있어서, 상기 자석 수단의 회전축으로부터 가장 먼 곳에 위치되는 상기 하트형 곡선의 일부분은 원호를 형성하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
8. 제1항에 있어서, 상기 자석 수단은 하트형이 아닌 마그네트론 스퍼터링 소스.
9. 제1항에 있어서, 상기 스퍼터 타겟은 평면이 아닌 회전표면을 한정하고 상기 곡선은로 정의되며, 여기서, ξ(u)는 상기 미리 선택된 침식 패턴이고, z(r)은 상기 회전표면을 한정하고, C는 선택된 상수인 마그네트론 스퍼터링 소스.
10. 박막 층을 기판상에 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스에 있어서, 재료가 스퍼터링되는 면을 가지며 중심축을 한정하는 원형인 평면 타겟과, 상기 타겟 면의 후방에 위치되며 상기 중심축 둘레로 회전 가능한 자석 수단을 포함하고, 상기 자석 수단은 상기 스퍼터 타겟 내에 예정된 침식 패턴을 형성하도록 구성되며 하트형 폐쇄 루프 중심선을 한정하고, 상기 중심축으로부터 가장 먼 곳에 위치되는 상기 중심선 부분은 원호상에 위치되는 마그네트론 스퍼터링 소스.
11. 제10항에 있어서, 상기 원호상에 위치되는 상기 중심선 부분은 그 중심선 전체 길이의 25% 이상인 마그네트론 스퍼터링 소스.
12. 제10항에 있어서, 상기 자석 수단의 중심선은 상기 폐쇄 루프 중심선의 내부에 대해 볼록한 형상을 갖는 적어도 한 부분과, 상기 폐쇄 루프 중심선의 내부에 대해 오목한 형상을 갖는 적어도 두 부분을 포함하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
13. 박막 층을 기판상에 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스에 있어서, 재료가 스퍼터링되는 면을 갖는 평면 타겟과, 상기 타겟면의 후방에 위치되는 회전 가능한 자석 수단을 포함하고, 상기 자석 수단은 하트형 폐쇄 루프 중심선을 한정하고, 상기 자석 수단 중심선은 상기 폐쇄 루프 중심선의 절반부가 다른 절반부에 반사된 이미지가 되지 않도록 비대칭으로 이루어지는 마그네트론 스퍼터링 소스.
14. 상기 자석 수단에 인접하는 스퍼터 타겟 내에 침식 패턴을 획득하기 위해 마그네트론 스퍼터링 장치에 이용되는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단형성 방법에 있어서, 형상에 일치하는 중심선을 갖는 폐쇄 루프 자석 수단을 상기 스퍼터 타겟 후방에 위치시키는 단계와, 상기 자석 수단을 정지 위치에 유지시킨 상태에서 상기 타겟 표면에 침식 홈을 형성하는 단계와, 상기 침식 홈의 형상을 측정하는 단계와, 상기 자석 수단이 회전될 때 상기 스퍼터 타겟 내에 예정된 침식 형태가 획득되도록 하기 위해, 상기 중심선의 위치와 상기 침식 홈의 위치 사이의 불일치 및 상기 침식 홈의 형상을 고려하여 적어도 한 지점에서 새로운 중심선을 갖도록 상기 폐쇄 루프 자석 수단의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 침식 홈의 형상을 측정하는 단계는 상기 자석 수단의 회전축으로부터 복수의 반경방향 라인을 따르는 지점에서 스퍼터 타겟의 침식 깊이를 측정하는 단계를 포함하는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 침식 홈의 형상을 측정하는 단계는 상기 자석 수단의 회전축을 중심으로 복수의 동심원을 따르는 지점에서 스퍼터 타겟의 침식 깊이를 측정하는 단계를 포함하는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 침식 홈의 형상을 측정하는 단계는 배열을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 배열 형성 단계의 도입시마다 위치 측정 및 침식 깊이 측정이 이루어지는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 위치 측정은 극좌표로 표시되는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
19. 제14항에 있어서, 상기 침식 형상 측정은 자석이 회전되는 동안 스퍼터링이 실행될 때 발생되는 계산된 침식 형태를 형성하는데 사용되는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
20. 제14항에 있어서, 상기 측정된 침식 형상에 따라 일련의 함수를 발생시키는 단계는 한정된 수의 각도에서 횡단면 침식 형태를 나타내는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 발생된 함수는 다항식인 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 다항식은 5차 다항식인 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
23. 제14항에 있어서, 상기 자석 수단의 위치를 조정하는 단계는 상기 자석 수단의 중심선의 위치가 적어도 한 지점에서 변화될 때 획득되는 침식 형태를 계산하는 단계를 포함하는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 자석 수단의 중심선의 위치가 적어도 한 지점에서 변화될 때 획득되는 침식 형태를 계산하는 단계는 반복 수행되는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
25. 제14항에 있어서, 상기 자석 수단의 위치를 조정하는 단계는 상기 자석 수단의 중심선의 위치가 적어도 한 지점에서 변화될 때 획득되는 웨이퍼상에 증착되는 박막의 특성을 계산하는 단계를 포함하는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
26. 제25항에 있어서, 상기 박막의 특성은 두께의 균일성인 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
27. 기판상에 특성을 가진 스퍼터링된 박막을 획득하도록 마그네트론 스퍼터링 장치에 사용하기 위해 스퍼터 타깃 내에 예정된 침식 형태를 산출하도록 구성된 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법에 있어서, 상기 예정된 침식 형태의 형상은 스퍼터 소스의 작동 조건하에서 스퍼터링된 재료로 이루어진 스퍼터 타겟의 표면으로부터 분출된 원자의 각도 분포를 적어도 일차적으로 한정하는 분포 함수를 결정하는 단계와, 스퍼터 소스의 표면과 기판 사이의 간격을 결정하는 단계와, 기판의 사이즈에 대해 스퍼터 소스의 사이즈를 결정하는 단계와, 스퍼터 소스의 작동 조건, 소스와 기판의 간격, 분포 함수 및 기판과 타겟의 관련 사이즈를 고려하여 상기 기판상에 상기 박막 특성을 초래하는 침식 형태를 계산하는 단계를 포함하는 방식으로 결정되는 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
28. 제27항에 있어서, 상기 박막 특성은 박막 두께의 균일성인 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
29. 제27항에 있어서, 상기 박막 특성은 스텝 커버리지인 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.
30. 제27항에 있어서, 상기 박막 특성은 비아를 충전할 수 있는 능력인 회전 가능한 폐쇄 루프 자석 수단 구성 방법.