KR100326192B1 - 회전자석배열및고정전자석을갖는스퍼터링장치 - Google Patents

Abstract

마그네트론 스퍼터 장치는 타겟 뒤와 개별적으로 구동되는 한 쌍의 고정 전자석의 전방에서 대략적인 하트형 폐쇄 루프 회전 자석 배열을 포함한다. 장치는 두개의 균일성, 양호한 단계 보증도, 양호한 바이어 필링 및 타겟의 효율적인 이용과 같은 요구 박막 특성을 갖는 스퍼터 박막을 평면형 기판에 만드는데 최적의 구성을 갖는다. 대략적인 하트형 배열의 형상은 회전측에 중심이 있는 원호를 형성하는 평평한 첨단과, 하트형의 곡선 돌출부에서 오목한 첨점을 포함한다. 전자석은 중심에서 타겟 이용도를 증가시키고 또한 타겟의 형상과 타겟에서 기판까지의 거리가 소모에 따라 변화되는 것을 보상하는데 사용된다.

Description

회전 자석 배열 및 고정 전자석을 갖는 스퍼터링 장치

발명의 범위

본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치의 자장에서 정밀한 조정을 만드는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 회전 자석 배열이 만든 자장의 정밀한 조정을 만드는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 장치 내부에 지지되어 있는 플라즈마의 지역적 스퍼터링 강도를 정밀하게 조정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

발명의 배경

스퍼터링에 의한 물리적 증기 증착은 집적 회로 반도체 디바이스의 제조에서 널리 적용되는 공지된 방법이다. 반도체 디바이스의 제조에서, 다수의 집적 회로 디바이스는 웨이퍼로써 알려져 있는 대체로 원형의 얇은 반도체 기판에 형성되는 것이 보통이다. 집적 회로 디바이스 제조는 다수의 처리 단계로 이루어지는데, 통상 스퍼터링 단계가 디바이스와 디바이스층간의 상호 접속부(interconnect)로써의 역할을 하는 금속층을 제공하기 위해 사용된다. 가장 흔하게는, 이러한 목적을 위해 사용되는 재료는 스퍼터링용 알루미늄이다. 현대의 반도체 가공에서는 스퍼터용텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 티타늄, 질화티타늄 및 다른 막을 사용하는 일이 증가하고 있다.

스퍼터 코팅은 불활성 기체로 채워진 진공실에서 수행되며, 이 진공실에서 스퍼터 재료의 타겟(target)이 챔버 양극에 관하여 전기 포텐셜을 받는다. 타겟의 부근에서 여자되는 전자는 기체 이온에 부딪쳐 이온화시키고, 양이온이 타겟에 충돌함으로써 타겟 원자를 방출시킨다.

마그네트론 스퍼터링 소스는 고속도 스퍼터링이 가능하고, 다이오드 스퍼터링 또는 증발 기술을 기초로 하여 박막을 형성하는 장치에 비해 현저히 개선되어 있다. 마그네트론 스퍼터링에서 플라즈마는 저압 불활성 기체에 적절한 DC 또는 RF 전기장을 가함으로써 형성된다. 이 플라즈마는 타겟 부근의 영역까지 자장에 의해 한정되어 있고, 상기 타겟은 스퍼터 되어야 할 재료로 만들어져서 보통 시스템의 음극으로써 사용된다. 스퍼터 타겟면을 통과하는 루프선을 만드는 자력선을 갖는 자장은 플라즈마의 전자의 궤도를 제한하여 양극으로 가는 전자의 운반 속도를 늦추고 또한, 영역을 한정함으로써 플라즈마내의 이온을 스퍼터 타겟에 충돌시켜 타겟 재료의 원자를 방출시킨 다음 기판 즉, 반도체 웨이퍼에 증착되게 한다.

원가가 저렴한 회로에 대한 요구는 웨이퍼 크기를 더 크게 할 것을 의미하고, 이러한 웨이퍼 크기는 스퍼터링 시스템에 크게 의존한다. 예를 들면, 반도체 가공에 사용되는 스퍼터링 시스템의 한가지 조건은 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 균일한 두께의 층을 증착시키는 것이다(이하에서 "균일성"(uniformity) 이란 용어는 다르게 설명되지 않는 한 증착된 막의 두께와 관련지어 사용될 것이다). 균일성의 결핍은 디바이스 수율(즉 작동 사양을 만족시키는 디바이스의 백분율)을 저하시키거나 또는 디바이스 성능의 변화를 초래할 수도 있다. 웨이퍼 크기가 클수록 스퍼터 시스템에서 균일성 및 단계 보증도(step coverage)의 요구 수준을 달성하기가 더욱 어렵게 만든다. 그와 같이 집적회로 디바이스의 지오메트리(geometry)를 더욱 작게 하려는 경향은 스퍼터 박막의 균일성의 수준을 더욱 크게 달성할 것을 요구하고 있다.

스퍼터 박막(film)의 다른 특성들도 집적회로 디바이스 제조자들에게는 대단히 중요하다. 예를 들어 전술한 바와 같이, 스퍼터 도전체는 디바이스간 및 금속층간의 상호 접속부를 형성하는데 빈번하게 사용된다. 상호 접속부를 형성하는 것은 웨이퍼의 표면에서 바이어(via)라고 불리는 소직경의 홀(hole)을 균일하게 채우는 것을 포함한다. 집적회로 디바이스의 지오메트리가 축소됨에 따라, 바이어를 스퍼터 재료로 채우는 어려움이 현저하게 증가하고 있다. 유사하게, 단계 보증도 또는 웨이퍼의 각형(augular) 모양에 평등하게 맞추기 위한 스퍼터 박막의 능력도 또 하나의 중요한 박막 특성이다.

스퍼터 시스템의 균일성 및 단계 보증도 특성을 개선하기 위한 초기의 접근방법은 2 개의 동심 타겟으로부터 스퍼터하는 것이다. 이러한 접근 방법의 실예로서 미국 특허 4,606,806 호는 본 발명의 출원인이 판매하는 스퍼터링 소스를 기술하고 있다. 이 시스템에서, 각각의 스퍼터 타겟은 특이한 형상을 가지고, 이것의 독립된 전원이 각 타겟으로부터 스퍼터링 속도를 개별적으로 제어할 수 있다. 웨이퍼 크기가 증가함에 따라 이러한 시스템은 스퍼터 재료의 총 성장 영역에 의해 만들어진다고 생각되는 기판에서의 불필요한 입자의 형성 때문에 물러나게 되었다.

상업상 유용한 다수의 스퍼터링 소스는 평면형 스퍼터링 타겟을 사용한다. 평면형 마그네트론 스퍼터링 장치의 초기 디자인은 실제적인 단점을 갖는 고정 자석을 사용하였는데, 가장 심각한 단점은 플라즈마 방출이 지역화되어서 가장 강한 자장 강도의 부근에서 타겟에 좁은 홈(groove)을 부식시킨다는 것이다. 이러한 지역적 부식은 타겟으로부터 스퍼터된 원자의 불균일한 분포를 만들고 반도체 웨이퍼에서 박막을 불균일한 두께로 만든다. 스퍼터 타겟의 불균일한 부식은 비효율적인 타겟 이용을 초래한다. 반도체 제조에서 사용되는 스퍼터 타겟의 원가가 높기 때문에, 스퍼터 박막의 균일성 및 다른 필요한 스퍼터 박막 특성을 위한 필요성에 따라 가능한 최대로 타겟을 이용하는 것이 중요하다.

여러 번 시도하여 부분적으로 성공한 것은 평면형 마그네트론 소스를 변경하여 타겟 부식을 연장하고 또 스퍼터 원자의 분포를 더욱 균일하게 만드는 것이었다. 연장된 자장을 이용함으로써 더 넓은 표면에 걸쳐 부식을 넓히려는 시도들도 있었다. 이러한 접근 방법에 필요한 자석은 크고 복잡하였으며, 마그네트론 플라즈마의 성질이 타겟 부식에 따라 변하지 않는다는 것을 보증하기가 어렵다. 따라서 만들어지는 부식 패턴을 예상하기가 어렵다.

미국 특허 제 4,444,643 호는 본 발명에서 참조한 것으로서, 이것은 기계적으로 회전되는 환형 영구 자석 조립체를 포함하는 스퍼터링 장치를 설명하고 있다. 영구 자석 조립체의 회전은 타겟의 넓은 영역에 걸쳐 부식을 일으킨다. 상기 '643 특허에 의한 스퍼터링 소스의 개량제품이 본 발명의 출원인에 의해 상업적으로 판매되고 있다. 이 소스는 타겟 뒤에 장착되어서 타겟 표면 전체에 걸쳐 플라즈마를 이동시키는 회전 영구자석에 의존한다. 플라즈마를 회전시킴으로써 균일성 및 단계 보증도를 개선하였고, 또한 타겟 부식의 균일성을 개선하였기 때문에 타겟이 더욱 효율적으로 이용된다.

회전 스퍼터링 장치가 고정 자석을 이용하는 평면형 마그네트론 소스에 비해 현저히 개선되었으나, 그럼에도 불구하고 진실로 균일한 스퍼터 박막 또는 타겟의 균일한 이용을 만들지는 못하였다. 따라서 평면형 타겟과 함께 사용하기 위한 회전 자석 디자인을 개발하려는 노력이 있어 왔다 ("평면형 타겟(planar target)"이란 용어는 이 명세서에서 부식되기 전의 스퍼터 타겟 표면을 말하는 것으로 한다. 기술에 숙련된 자는 타겟이 부식된 후에는 더 이상 평면을 가지지 않는다는 것을 알 것이다).

평면형 마그네트론 스퍼터링 소스와 함께 사용되는 회전 자석의 디자인을 개선하기 위한 한가지 방향은 폐쇄 루프의 대략적인 하트형(generally heart-shaped)자석 모양을 사용하는 것이었다. 그러한 자석 모양은 통상적으로 하트형 폐쇄 루프를 규정하는 선을 따라서 중심이 맞추어지는 자석의 배열을 이용한다. 하트형 회전 자석 배열은 더욱 균일한 타겟 부식을 만들 수 있다. 균일한 부식이 중요한 반면, 균일성과 같은 스퍼터 박막의 특성은 집적회로 디바이스의 제조업자들에게는 매우 중요하다. 여러 가지 경우에 불균일한 타겟 부식 패턴이 스퍼터 박막의 균일성을 개선하는데, 이는 후술하기로 한다.

하트형 자석 배치를 갖는 다른 스퍼터링 소스가 일본 특허 공개공보 62-211375 호에 설명되어 있다. 이 공보는 아래 방정식으로 정의한 곡선을 갖는 하트형 폐쇄 루프 자석을 사용할 것을 규정하고 있다.

R = L-A+2A ｜θ ｜/π (단, -π ≤ θ ≤ π)

여기서 스퍼터 타겟의 중심은 극좌표계의 원점에 위치하고, R 은 원점과 자석 중심선을 만드는 곡선상의 한 점과의 사이의 거리이고, L 은 하트 중심과 하트 첨점(cusp) 사이의 거리이고, A 는 하트 중심과 타겟 중심 사이의 거리이다. 이 공보의 발명자들이 상기 방정식에 어떻게 도달했는지에 대해서는 설명되어 있지 않다. 상기 '375호의 일본 특허 공개 공보에 기술한 바와 같이, 규정 곡선을 갖는 자석은 균일한 부식뿐만 아니라 다른 균일한 증착을 만들지 않을 것이다. 게다가, 이 '375호 공보는 임의로 선택한 부식 프로필(profile)을 얻는 방법에 대해서는 기재하는 바가 없다.

본 발명의 출원인에게 허여된 미국 특허 제 4,995,958 호는 평면형 마그네트론 스퍼터링 소스에서 사용하기 위한 다른 대략적인 하트형 폐쇄 루프 자석 배열을 기술하고 있다. 이 '958 특허는 본 발명에서 참고한 것으로써, 예정된 부식 프로필을 실현함으로써 예를 들어 고효율의 타겟 재료 이용도 및 고증착율을 달성하기 위하여 폐쇄 루프 회전 자석을 제작하는 방법을 나타내는 엄격한 수리 해석법을 포함한다.

다른 것 중에서, 상기 미국 특허 4,995,958 호는 종래 기술의 단점을 설명하고, 종래 기술이 평면형 스퍼터 타겟의 균일한 부식을 달성할 수 있는 방법을 제공하는데 실패한 원인을 보이고 있다. 이 특허에서 중요한 것은 제 12A 내지 12E 도및 관련된 내용으로서, 하트형 자석의 형상이 조금만 변하면 스퍼터 타겟의 만들어진 부식 패턴에 현저한 차이가 있음을 명백히 보이고 있다. 하트형 자석의 형상이 조금만 동요되면 만들어진 타겟 부식 프로필에 커다란 변화를 일으킬 수 있다는 증명된 사실에도 불구하고, 그 형상을 실험적으로 최적화 하기가 매우 어렴다. 따라서, 미국 특허 제 4,995,958 호의 수리 해석법은 하트형 폐쇄 루프 자석을 실제로 유용하게 제작하는데 아주 훌륭한 가르침이다.

미국 특허 제 4,995,958 호에서 설명하는 형식의 폐쇄 루프 자석 모양은 자석 배열의 형상을 조정할 수 있으며 따라서 스퍼터링 소스의 특성이 큰 어려움이나 비용이 들지 않고 변화될 수 있다는 추가의 장점을 가진다. 이 특허에서 규정한 바와 같이, 다수의 자석이 2 개의 철 고정구 또는 극편(pole piece)에 의해 제 위치에 보유되며, 폐쇄 루프의 형상을 만든다. 다른 폐쇄 루프 모양을 제공하기 위해 철 고정구를 교체 및/ 또는 조정하는 것도 비교적 간단한 일이다. 이러한 방법에서, 소스를 다른 목적으로 사용할 수도 있고 또는 필요한 대로 소스를 조정할 수도 있다.

미국 특허 제 4,995,958 호의 폐쇄 루프 회전 자석의 주목적은 보통 스퍼터 타겟의 높은 비용이 중요 목적으로 주어져 있으면서 더욱 양호한 타겟 이용 효율을 달성하고 또한 스퍼터 박막의 보다 큰 "처리율(throughput)"에 대한 요구 때문에 또 하나의 요소 즉 고증착율을 달성하는 것이다. 전술한 바와 같이, 더 큰 스퍼터 박막의 균일성에 대한 필요는 일반적으로 효율적인 타겟 이용 및 증착율에 대한 필요를 능가한다. 이에 따라, 미국 특허 제 4,995,958 호는 어떤 임의의 타겟 부식프로필을 얻기 위한 기초를 제공한다. 그러나, 주목해야 할 것은, 미국 특허 제 4,995,958 호가 스퍼터 박막의 균일성 또는 다른 스퍼터 박막의 특성을 최대로 하기 위해서는 주어진 조건하에서 어떠한 부식 프로필을 사용할 것인지를 결정하는 방법에 대해서는 아무런 설명이 없다는 것이다.

이 특허에 규정된 바와 같이, 미국 특허 제 4,995,958호에 제공된 수리 해석법은 하트의 두 영역 즉, 하트의 "첨단(tip)" 부근의 영역과 하트의 "첨점" 부근의 영역에 있는 불연속부에는 적용할 수 없다. 하트의 첨점의 영역에서 상기 미국 특허의 가르침을 적용할 수 없기 때문에, 이 특허가 보이는 디자인은 타겟의 중심 또는 모서리를 최적 상태로 이용하지 못한다. 게다가, 이 특허의 해석법은 자석이 루프를 따라 모든 지점에서 균일한 강도를 가진다는 가정하에 근거를 두고 있다. 사실이라면 자석의 단위 길이당 스퍼터된 재료의 전체 양은 일정하게 될 것이다. 이러한 가정은 정확하지 않은 것으로 관찰되었다.

주목해야 할 것은, 미국 특허 제 4,995,958호에 도시된 모든 하트형 디자인 및 다른 종래 기술이 하트의 첨단, 첨점 및 회전축을 통과하는 선에 대하여 대칭이라는 것이다. 미국 특허 제 4,995,958 호의 디자인의 대칭은, 하트형 자석을 만드는 방법이 형상을 180° 에 걸쳐 형성한 다음(즉, 극좌표계의 한쪽 절반에 걸쳐), 이 형상을 나머지 180° 에 걸쳐 반영시켜 루프를 폐쇄함에 의한 것이라는 사실 때문에 생긴다. 그러나, 여기서 사용된 바와 같이, 하트형이란 용어는 2 개가 엄격하게 대칭인 절반이어야 함을 요구하는 것은 아니다. 아래에 설명하는 바와 같이, 비대칭의 하트형 자석이 필요한 상황이 있을 수 있다. 이와 같이 여기서 하트형이란말은 하트가 인식가능한 "첨단"을 가질 것을 요구하지는 않는다. 대체로 첨점에 대향하여 회전축에서 가장 멀리 떨어진 영역이 원호를 형성하는 디자인을 사용하는 것에는 몇 가지 장점이 있음을 알게 되었다. 본 명세서에서 "하트"란 용어는 2 개의 둥근 돌출부 사이에 첨점형 전이부가 있음을 뜻한다. 첨점형 전이부는 디자인의 편리성을 위해 원활하게 진행될 수도 있다.

끝으로, 미국 특허 제 4,995,958 호에서 예상한 스퍼터 타겟면에 인접한 플라즈마의 위치와 상기 특허에 따라 자석의 위치에 대해 실험으로 측정한 위치와의 사이에는 불일치가 있음을 알았다. 전술한 바와 같이, 하트형 자석이 만든 자장의 형상에 작은 변화가 있으면 구해진 부식 프로필에는 커다란 편차를 초래할 수 있다.

미국 특허 제 4,995,958 호에 기술한 바와 같이, 하트형 폐쇄 루프 자석 배열의 중심선은 아래 방정식이 정의한 곡선에 놓여 있다.

여기서 ξ(u)는 미리 선택된 부식 프로필을 규정하는 함수이고 C 는 선택한 상수이다. 미국 특허 제 4,995,958호에 기술한 바와 같이, 각각의 자석은 중심선에 균일하게 배치되어 서로 떨어진 내부 고정구와 외부 고정구 사이에 놓여 있다. 내부 고정구와 외부 고정구 사이의 간격은 하트의 첨단 및 첨점의 부근을 제외하고는 모든 지점에서 균일하다. 철 고정구의 두께는 약 1.59㎜(1/16")이다. 자석 배열은 회전축을 중심으로 판을 회전시키는 수단에 연결되는 판 위에 장착된다.

부식 프로필은 미국 특허 제 4,995,958 호의 설명에 따라 자석 배열에 대해 계산될 수 있다. 환언하면, 자석 배열의 중심선은 상기 방정식에 따라 이론적인 부식 프로필을 만들도록 배열된다. 설명한 바와 같이, 함수 ξ(u)는 적분의 한계값 사이에서 균일한 부식을 만들도록 일정하다. 그러나, r≤1 이면 방정식은 상수와 동일하다.

함수 ξ(u)가 일정하지 않은 다른 스퍼터 타겟 부식 프로필을 이론적으로 만들도록 설계된 여러 가지 다른 하트형 폐쇄 루프 자석 형상이 상기 미국 특허 제 4,995,958 호의 제 12A 도 내지 12E 도에 도시되어 있다. 이러한 도면들과 관련설명에서 주목해야 할 것은, 하트형 자석의 형상의 작은 편차가 만들어진 부식 프로필의 형상에 큰 차이를 만들 것이라는 점이다. 다음에, 평면형 스퍼터링 장치와 연관시켜 적절한 형상의 하트형 폐쇄 루프 자석을 사용하여 개선된 타겟 부식 균일성을 초래할 수 있는 반면, 어떤 임의의 부식 프로필을 만드는데 필요한 적절한 형상에 실험적으로 도달하는 방법이 명확하지 않다.

미국 특허 제 4,995,958호 또는 어떤 다른 종래 기술에 도시된 하트형 자석배열 각각은 자석의 첨단, 첨점 및 회전축을 지나가는 선에 대하여 대칭이다. 게다가, 종래 자석의 각각은 그 첨단에서 "바늘같이" 되어 있다. 환언하면, 중심선이 곡선이 반영되는 지점에서 원활하게 진행하지 않는다. 즉, 중심선의 미분이 이지점에서 불연속한다.

EPC 특허출원 제 91-300568.8 호(이하 'EPC 출원' 이라 함)는 미국 특허 제 4,995,958 호의 가르침을 기초로 하였으나 이 미국 특허의 제한을 수정하여 타겟의중심 부위에서 균일한 부식이 획득될 수 있도록 연장한 자석 모양을 설명하고 있다. 평면형 마그네트론 스퍼터링 시스템에서 사용하기 위한 개선된 하트형 폐쇄 루프 자석 배열은 본 발명의 출원인이 상업적으로 판매하고 있다. 이 자석 배열은 상기 EPC 출원에서 연장한 바와 같이 미국 특히 제 4,995,958 호의 가르침을 기초로 한다. 미국 특허 제 4,995,958 호의 하트형 디자인과는 대조적으로, 이것은 자석 배열의 회전축의 부근에 위치한 자석을 포함한다. 이러한 상업적 실시에서, 회전축 부근에 둔 자석의 배치는 EPC 출원의 가르침을 엄격하게 제한하는 것이 아니라, 오히려 설계자의 직관 및 실험 결과의 조합을 합하는 것이다. 주목해야 할 것은, 하트의 곡선 돌출부 및 첨점의 부근에서 철 고정구는 균일하게 떨어져 있지 않고, 첨점의 부근에서 고정구의 균일한 간격에서의 경거(departure)가 종래 디자인에서 나타나는 적은 경거 보다 훨씬 더 길다. 그러나, 균일한 간격의 결핍은 자석의 배치를 그러한 부근에서 더욱 어렵게 만든다. 게다가, EPC '565 출원에 기술한 바와 같이, 중심 영역에 있는 자석은 강도가 다를 수 있다.

이러한 자석 디자인이 스퍼터 타겟의 중심 부근에서 더욱 양호한 타겟 이용을 만든다는 점에서 종래 기술의 디자인에 비해 개선되었으나, 필요로 하는 수리 해석법이 어렵다. 덧붙여, 초기 또는 개선된 디자인은 어느 것도 미국 특허 제 4,995,958 호 또는 EPC '565 출원의 가르침이 예상하는 부식 프로필을 정확하게 만들지는 못한다는 것을 알았다.

평면형 마그네트론 스퍼터링 시스템에서 사용하기 위한 하트형 폐쇄 루프 자석 배열을 위한 개선된 디자인이 디. 하라(D. Harra)씨가 발명의 명칭, '타겟 부식프로필이 특정된 지오메트리를 갖는 자석 배열을 가진 스퍼터링 장치" 로서 1992 년 3 월 20 일 출원한 미국 특허원 제 07/855,988 호에 설명되어 있는데, 이는 본 발명에서 참고로 하고 있다.

영구 자석 배열의 형상에 도달하기 위해 사용되는 방법을 설명하기 전에 종래 기술과 비교하여 그러한 형상을 설명하기로 한다. 하트의 첨점에서 시작할 때 주목해야 할 것은, 내부 고정구가 자석 배열의 회전축을 교차하는 동안에 첨점의 부근에서 내부 고정구와 외부 고정구간의 간격을 더욱 균일하게 유지한다는 것이다. 따라서, 자석의 이러한 부분은 EPC '565 출원에서 나타난 기타 실시예의 복잡함을 갖지 않고 더욱 양호한 성능을 달성한다.

또한 주목해야 할 것은, 하트의 곡선 돌출부를 바로 지나서 자석 배열의 형상이 2 개의 내향 굴곡부(inflection)를 가진다는 것이다. 환언하면, 종래 기술의 하트형 자석의 형상은 곡선이 항상 루프의 내부에 관하여 볼록하게 되도록 되어 있지만, 이러한 개선점에서는 곡선의 2 부분이 루프의 내부에 관하여 오목하게 되어 있다.

끝으로, 이러한 개선점은 첨단이 바늘같이 뽀족하지 않다는 것에 주목해야 한다. 이러한 개선점이 하트의 첨점 및 회전축을 지나는 선에 대하여 대칭인 반면, 회전측에서 가장 멀리 떨어져 있으며 대칭축의 어느 한쪽에 놓여 있는 곡선 부분은 바람직하게 원호상에 놓여 있다. 이에 따라, 이 지점에서의 곡선은 원활하게 진행하며 즉, 곡선의 미분이 이 지점에서 연속한다. 게다가, 곡선의 1/4 이상을 차지하는 하트의 주요부는 이 원호에 놓여 있다.

이제, 선택한 부식 프로필을 만들기 위해 개선된 자석 배열의 형상 및 다른 형상을 구성할 수 있는 방법을 설명하기로 한다. 처음에, 초기의 하트형 폐쇄 루프 자석 배열을 구성한다. 본 발명의 양호한 실시예에 포함되는 회전 자석 배열에서, 초기의 폐쇄 루프 자석은 미국 특허 제 4,995,958 호에 기술된 원리나 또는 개선된 자석을 만드는데 사용되는 방법에 따라 제조될 수 있으므로, 필요한 부식 프로필은 초기 자석 형상과 유사하게 될 것이다. 또한 종래 기술에 공지된 것을 포함하여 다른 하트형 디자인으로 시작할 수 있다.

이러한 초기의 자석 배열은 스퍼터링 시스템내에 배치되고, 이 시스템은 자석 배열을 고정한 채로 보유하면서 스퍼터 타겟의 표면에 정적인 부식 홈(static erosion groove)을 만드는 작용을 한다. 이러한 단계를 수행할 때는, 스퍼터 타겟은 설계된 자석 배열과 함께 사용될 재료로 구성되는 것이 바람직하고 또한 시스템의 작동 변수를 제조시 시스템이 사용하게 될 실제 작동 변수와 일치시키는 것이 바람직하다. 완전히 이해되지는 않기 때문에, 주어진 자석 배열이 만든 정적 부식프로필은 스퍼터링되는 재료에 따라 약간 차이가 난다는 것을 알았다.

예상되는 바와 같이, 만들어진 정적인 부식 홈은 하트형이고 폐쇄 루프를 형성한다. 게다가, 고정 자석 배열을 이용하는 평면형 마그네트론 스퍼터링의 종래 기술에서 예상되듯이, 루프 주위에서 부식 홈의 어떤 주어진 단면은 가장 많이 부식되는 바닥 영역을 갖는 계곡 모양의(valley-like) 외형을 가진다. 그러나, 완전히 이해되지는 않기 때문에 부식 홈의 바닥은 자석 배열의 중심의 위에 놓이지 않는다. 부식 홈의 바닥과 자석 배열의 중심선간의 이러한 불일치는, 수정 또는 교정되지 않으면, 미국 특허 제 4,995,958 호의 가르침과는 달라지는 결과를 만들 것이다.

미국 특허 제 4,995,958호의 중요한 전제는, 타겟 부식이 가장 많은 영역이 자석 배열의 중심의 위에 직접 놓인다는 것이다. 이러한 전제는 타겟 표면에 인접한 자장 강도가 자기 중심선 바로 위에서 가장 크다는 가정을 근거로 한다. 이제 이러한 전제가 완전히 정확한 것은 아니라는 것이 실험에서 관찰되었다. 전술한 바와 같이, 하트형 폐쇄 루프 자석 배열의 형상에 작은 변화가 있으면 자석 배열이 만든 부식 프로필에 심각한 변화를 초래할 수 있다. 정적 스퍼터링 중에 발생하는 자석 배열의 형상과 부식 프로필간의 불일치는 사용되는 자석 배열이 계획한 것과는 다른 효과적인 형상을 가진다는 의미로써 생각될 수 있다. 이러한 문제는 미국 특허 제 4,995,958 호에서 인식되지 못한 것이고, 또한 이 특허가 자석을 효과적인 형상으로 만들기 위해 불일치를 교정하는 방법을 설명하지도 못한다.

정적 부식 홈이 만들어진 후에, 홈의 형상이 홈 주위의 유한수의 지점에서 주의 깊게 측정되고, 타겟 부식의 위치와 깊이간의 수리 관계를 나타내는 그래프가 작성된다. 이러한 측정은 극좌표에서 만들어진다. 예를 들어, 유한수의 R 값에서(R 은 자석 배열의 회전축에서의 반경 방향 거리) 타겟 부식의 깊이가 각 θ 의 함수로써 측정된다.

회전 중심에서 거리의 주어진 값을 Ki 라고 하면 R=Ki 에서, 전형적인 부식프로필이 0° 에서 360° 까지 회전 할 때 2 개의 부식 영역을 포함한다. 다음에 유사한 그래프의 한 세트가 유한 수의 Ki 의 값에 대해 만들어지고, 예를 들어 그러한 그래프 20 개가 만들어질 수 있는데, 즉 타겟 반경이 12.7㎝(5 인치)이면 그때 그래프는 타겟의 원점과 모서리 사이의 0.635㎝(1/4 인치) 간격마다 발생될 수 있다. 값 Ki 는 회전축의 둘레에서 중심이 잡힌 동심원의 세트를 만드는 것으로써 생각될 수 있다. 본 기술은 Ki 의 값이 균등한 간격이어야 할 것을 요구하지 않는다. 예를 들어, 배열에서 개별 자석의 위치에 해당하는 Ki 의 값을 선택할 수도 있다.

이러한 기술을 이용하여 실험적으로 만들어진 정적 부식 그래프 각각은 특정한 Ki 의 값에 대해 부식 깊이 E(R)의 값을 만들기 위해 자석의 회전에 따라 적분된다. 다음에 각각의 Ki 에 대한 부식 깊이 값은 회전될 때 자석을 위한 전체 부식 프로필을 만들도록 그래프화 된다. 이러한 단계에 필요한 적분은 기술에 숙련된 자에게는 공지되어 있는 표준 수치 적분 기술을 이용하여 수행될 수 있다.

계산된 부식 프로필은 자석이 회전될 때 발생되는 관찰된 부식 프로필과 일치함을 알았다.

그래프를 형성하기 위해 작성된 정적 부식 데이타는 다른 방법으로 작성될 수 있다. 일정한 반경 거리에서 부식 깊이를 각의 함수로써 작성하기보다는, 부식깊이 데이타는 거리 r 의 함수로써 각 θ=αi 의 유한수에서 작성될 수 있다. 타겟이 휘일이라고 생각하면 데이타 점은 다시 각 αi 가 되는 타겟의 "스포크(spoke)"를 따라 취한 부식 프로필로써 생각 될 수 있다.

기술이 숙련된 자에게는 이해되듯이, 정적 부식 프로필 데이타는 3 차원계또는 수치 배열에서 등가적으로 표현 될 수 있는데, 여기서 스퍼터 타겟의 표면에서유한수의 데이타 점이 원점 즉, 회전축으로부터 스퍼터 타겟의 표면상의 그 점의 각 위치 θ , 부식 깊이 E(R, θ) 및 반경 거리 R 과 관련되어 있는 한 세트의 값을 가진다.

따라서 계산된 곡선은 미국 특허 제 4,995,958 호의 예상한 부식 프로필과 관찰된 정적 부식 프로필 사이의 불일치를 수정하기 위해 자석 배열의 형상을 조정하는데 편리하게 사용되었다. 이러한 방법은 이제 설명하게 될 것이다. 자석의 유효 형상과 실제 형상간의 불일치는 중심선과 가장 큰 부식 지점 사이의 오프셋에서 쉽게 알 수 있다. 편리성을 위하여, X 선을 따르는 지역의 중심선의 위치는 X=0 인 지점에 있도록 임의로 정한다. 다음에 데이타점을 맞추기 위해 공지된 수학적 기법을 이용하여 5 차 다항식을 끌어낸다.

주어진 αi 에서 자석의 중심선의 작은 혼란은 어떤 다른 α 값에서 곡선의 형상 또는 오프셋에 영향을 주지는 않는다고 가정한다. 이러한 가정은 각각의 α에서 자석의 변위가 작으면 대단히 타당한 것이다. 이러한 가정을 유효한 것으로 유지하기 위하여 최종 형상이 어떻게 될 것이라고 예상되는 형상과 유사한 초기의 자석 형상으로 시작하는 것이 최선이고, 따라서 개별 자석의 위치의 혼란이 적게 일어난다. 그러나, 이 혼란이 너무 크게 자라면, 여기서 기술한 기법이 반복적으로 행해질 수 있다.

αi 의 선택한 값에서 자석 중심선의 위치를 작게 조정한 결과는 만들어져 있는 조정을 나타내는 수정되고 계산된 부식 프로필로 용이하게 전환될 수 있다. 따라서, 타겟의 표면에서 미리 선택한 부식 프로필을 만드는데 필요로 하는 선택한지점에서의 자석의 위치에서 혼란을 계산할 수가 있다.

자석 위치의 혼란이 전술한 가정이 타당한 것으로 유지하기에 충분할 만큼 작으면, 설명한 기법은 선택한 부식 프로필을 만들게 된 자석 형상을 선택하기 위해 매우 강력한 도구가 된다. 미국 특허 제 4,995,958 호의 기술에 나타난 원리를 기초로 하면서도, 이러한 기법이 상기 '958 특허에 나타난 것에 비해 다수의 장점을 가진다는 것을 알 것이다. 이러한 장점 중에서, 본 기술이 자석 배열의 실제 형상과 유효 형상간의 불일치를 고려하면서 미리 선택한 부식 프로필을 만들게 될 자석 형상을 획득할 수 있는 능력을 가진다. 또한 자석의 첨점의 부근과, 스퍼터 타겟의 모서리에 가장 근접한 자석의 부근에서 부식 프로필의 형상을 예상하고 조정할 수 있는 능력을 가진다는 것도 장점이다. 또, 폐쇄 루프의 길이에 걸쳐 부식강도의 편차를 수정하는 능력을 가진다는 것도 중요하다. 끝으로, 비대칭 하트형 디자인을 만들기 위해 자석의 형상에서 혼란을 만드는 능력을 가진다는 것도 장점이다.

비대칭 디자인을 사용함으로써 자석 형상의 "미세한 조절"을 더욱 잘 GKF 수 있다. 대칭 디자인에서, 자석의 한쪽 절반에 놓여 있는 영역에서 어떤 자석 중심선은 이중으로 조정되는데 왜냐하면 동일한 조정이 대칭 절반에 자동으로 만들어지기 때문이다. 본 기술을 사용하면, 다른 절반을 변화시키지 않고 보유한 채로 자석의 한쪽 절반을 예상한 방법에 따라 조정할 수 있다. 왜냐하면 이 기술이 좌표계의 360° 전체에 대해 취해진 데이타를 사용하기 때문이다.

주지한 바와 같이, 자석의 중심선을 적절히 조정함으로써 미국 특허 제4,995,958 호의 가르침에 따르는 유효 형상을 갖는 자석을 만들 수가 있다. 환언하면, 아래 방정식에 적합한 부분으로 타겟 표면에서 정적 부식 패턴을 만드는 자석을 구성할 수 있다.

여기서 ξ(u)는 미리 선택한 부식 프로필이고, 자석 중심선은 불일치를 교정하기 위하여 정적 부식 홈의 중심선에서 옮기어져 있다.

스퍼터 타겟의 표면에서 예정된 부식 프로필을 만드는 형상을 갖는 자석을 획득하는 방법을 보인 바와 같이, 이제 우리는 최적 부식 프로필이 무엇인지 결정하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 스퍼터 타겟의 표면을 균일하게 부식하는 필요성 및 중요성을 많은 특허에서 강조하고 있지만, 실제로 부식의 균일성은 대부분의 스퍼터링 시스템의 사용자에게는 이차적인 고려 사항이다. 일차적인 고려 사항은, 요구 특성, 예를 들어 도포되는 웨이퍼의 균일성을 갖는 스퍼터 박막을 일관성이 있게 획득할 필요성이 있다는 것이다. 이것은 웨이퍼의 표면의 요구 특성을 갖는 박막을 만들게 될 타겟 부식 프로필을 계산하는데 사용될 수 있는 기술이다.

박막 증착의 균일성을 예상하기 위한 상기 기술은 기판 표면상의 어떤 주어진 지점에서 스퍼터 재료가 축적되는 비율에 영향을 주는 여러 가지 변수를 고려한다. 여기에 들어가는 중요한 변수를 설명하기로 한다.

첫째로, 스퍼터 타겟의 표면에서 방출되는 원자의 각도 분포를 알아야 할 필요가 있다. 간단하게 하기 위해 자주 가정되는 것은, 스퍼터 원자가코사인(cosine) 분포로서 방출된다는 것이다. 이러한 가정은 알루미늄의 경우에는 타당한 것인데, 이 알루미늄은 반도체 집적 회로의 제조에서 가장 흔하게 사용되는 스퍼터 각막으로서, 재료의 원자량(Z=27)이 스퍼터링 가스로써 통상 사용되는 아르곤의 원자량(Z=40) 보다 작다. 그러나, 티타늄(Z=48) 또는 텅스텐(Z=184)과 같이 원자량이 더 무거운 재료를 스퍼터링할 때, 스퍼터 원자의 각도 분포는 코사인 분포와 일치하지 않는다는 것을 알았다. 게다가, 어떤 경우에는 스퍼터 타겟 재료의 결정 구조가 스퍼터 원자의 각도 분포에 영향을 줄 수 있다.

요구 부식 프로필을 결정하는 초기 단계는 시스템이 사용하게 될 작동 조건하에서 스퍼터링되는 원자의 각도 분포를 확립하는 것이다. 적절한 정보를 논문에서 얻을 수 없으면, 각도 분포는 유사한 조건하에서 작동되는 시스템에서 스퍼터링되어야 할 재료를 사용하여 실험에서 측정함으로써 얻을 수 있다. 이 분포가 실험으로 결정되면, 그 데이타는 최소한 1 차원에서 측정 분포에 근사하는 수학적 함수에 맞추게 된다. 양호한 방법으로서, 아래 방정식과 같이, 코사인 함수의 거듭제곱(power)에 조정 가능한 매개변수를 갖는 제 2 함수를 곱하게 되는 분포 함수를 이용함으로써 실험 데이타에 접근하는 것이 유익하다는 것을 알게 되었다.

여기서 K1 은 데이타에 맞추기 위해 선택한 조정 가능한 매개변수이고, K2는 측량 인수이다.

요구 부식 프로필을 계산하기 전에 이해해야 할 필요가 있는 다음 매개변수는 기판과 스퍼터 타겟간의 거리이다. 정상 상태에서는, 스퍼터 타겟면과 웨이퍼 사이의 거리는 주어진 시스템 모양에서 (타겟 부식의 효과를 무시하면) 일정하다. 대부분의 적용에서, 증착율을 최대로 하고 타겟 재료의 손실을 최소로 하기 위하여 기판을 가능한 스퍼터 타겟에 근접시키는 것이 바람직하다. 스퍼터 원자의 각도 분포에 관한 상기 설명으로부터, 기판이 타겟에 가까이 접근해 있으면 타겟 표면에서 낮게 예각으로 방출되는 원자는 기판에 도달할 기회가 더욱 많다는 것은 지오메트리로부터 이해될 것이다. (만일에 다량의 원자가 기판에 도달하지 않으면 박막증착율도 낮아질 것이며 또한 폐기물도 증가하게 될 것이다.

다른 한편, 타겟과 기판의 밀접한 결합은 스퍼터 박막의 적절한 균일성을 획득하기가 더욱 어렵게 만든다. 가끔씩, 스퍼터 박막의 특성을 강화하거나 또는 스퍼터링 공정을 제어하기 위하여 실드(shield), 셔터, 콜리메이터(collimator) 등을 끼우는 것이 바람직하고, 이러한 구조물들을 수용하도록 소스 대 기판의 간격이 큰것에 본원의 자석 디자인 및 방법이 적용될 수 있다. 실제적으로 웨이퍼 대 타겟의 거리가 2 내지 10㎝ 인 스퍼터 소스가 현재 사용되고 있다.

요구 부식 프로필의 계산에서 고려해야 하는 또 하나의 기하학적 매개변수는 스퍼터 타겟과 웨이퍼의 상대 치수이다. 균일하게 부식되면, 기판보다 더 큰 타겟이 스퍼터 재료를 상당량 폐기시킬 것이다. 다른 한편, 타겟이 웨이퍼와 치수가 유사하거나 그 보다 작으면, 증착된 박막의 적절한 균일성을 달성하기가 어렵다. 또한 그러한 모양은 증착된 박막에서 적절한 "단계 보증도"를 달성하기가 더욱 어렵게 만들 것이며, 여기서 단계 보증도는 각도 모양(angular features)이 대면해 있었던 방법에 의존하여 장치에 각도 모양을 도포할 수 있는 박막의 능력에 대한 공지된 치수이다. 매개변수를 향하여 어떤 각도로 웨이퍼에 도달하는 스퍼터 재료의 낮은 흐름(low flux)이 있을 것이며, 따라서 웨이퍼의 모서리 부근에서 외부로 향한 모양이 스퍼터 박막의 적절한 코팅을 수용하지 않을 수도 있다. 다른 한편, 동일한 장소에서 내부로 향한 모양은, 재료의 흐름이 타겟 중심과 일치하는 각도상에 있기 때문에 스퍼터 박막의 적절한 코팅을 수용할 수 있다.

대부분 현대의 집적 회로 디바이스는 8 인치(20.32㎝) 직경의 웨이퍼상에 만들어지고, 종래 스퍼터 타겟은 11.64 인치 (29.57㎝) 크기의 직경을 가지는데 즉, 타겟의 모서리가 웨이퍼의 모서리를 거의 2 인치(5.08㎝)를 지나 연장한다.

스퍼터 타겟의 최적의 부식 프로필을 계산할 때 고려해야 하는 다른 매개변수는 스퍼터 시스템의 작동 압력이다. 스퍼터 원자가 일정한 판도 분포로서 표면을 떠나는 동안, 기체 분자(또는 플라즈마 이온)와 스퍼터 원자간의 충돌이 웨이퍼 표면에 도달하기 전에 스퍼터 원자의 궤도를 변경시킬 수 있다. 웨이퍼의 표면에 도달하는 스퍼터 원자의 각도 분포에 관한 기체 충돌의 산란(scattering) 효과는 계산될 수 있다. 여기서 사용되는 작동 매개변수와 관련하여 기체 충돌은 스퍼터링 중에 사용되는 총 압력에 따라 중요한 인수가 될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있음을 알게 되었다. 기체 산란 효과는 타겟과 기판간의 밀접한 결합과, 스퍼터링 시스템의 낮은 작동 압력 즉, 1 밀리토르(millitor)에 의해 감소될 수 있다.

따라서, 요구 타겟 부식 프로필을 결정하기 위해 상기 방법을 사용하는 것에는 먼저 시스템의 지오메트리를 결정하는 일을 포함한다. 특히, 타겟 대 기판의 간격과 타겟 및 기판의 직경을 아는 일이 필요하다. 다음에, 스퍼터 소스의 작동조건에서 스퍼터 타겟의 표면을 떠나는 스퍼터 원자의 분포에 최소한 1 차원으로서 근접하는 수학적 함수를 정한다. 끝으로, 필요하면 기체 산란 효과를 고려하기 위해 분포 함수가 조정된다.

상기 정보가 입수되면, 다음에 웨이퍼의 표면에 균일한 두께의 스퍼터 박막을 도포하게 될 타겟 부식 프로필을 계산할 수 있다. 이 계산은, 타겟 표면의 한 지점에서의 부식율이 그 지점에서의 스퍼터링율의 크기라는 사실에 기초를 두고 있다. 그러한 계산은 기술에 공지되어 있는 방식의 컴퓨터 모델링 기술을 이용하여 실행될 수 있다. 주목해야 할 것은, 스퍼터 박막의 균일한 증착을 만들게 될 부식 프로필이 1 개 이상 있을 수 있다는 것이다. 균일한 박막을 만들고, 또한 최고로 가능하면 타겟 재료를 가장 잘 이용하고, 그리고 타겟 영역의 총 성장(net build up)을 회피함에 의한 저입자화(low particulation)를 만드는 부식 프로필을 선택하는 것이 바람직하다.

상기 방법에 따라 요구 부식 프로필에 도달하면, 다음에 전술한 방법에 따라 요구 부식 프로필을 얻는 자석을 구성할 수 있다.

지금까지 이러한 기술은 2 가지 독립된 과정 즉, 요구 부식 프로필을 계산하는 과정과 요구 부식 프로필을 얻기 위해 하트형 폐쇄 루프 자석을 구성하는 과정으로써 설명되어 있다. 이러한 두 과정은 모든 필요한 정보를 하나의 컴퓨터 모델내에 입력하는 단일 방법으로 조합될 수 있다. 다음에 하나 이상의 장소에서 자석중심선의 위치의 미세한 혼란으로 인하여 생기는 스퍼터 박막의 균일성의 효과가직접 계산될 수 있다, 매개 변수의 주어진 세트에 대해 적절한 자석 모양을 규정하기 위해 조합된 모델을 사용할 수 있다.

자석 위치의 변화에 따라 스퍼터 박막 균일성을 직접 계산할 수 있는 과정의 흐름은 다음과 같다. 전술한 바와 같이, 제 1 단계는 스퍼터 타겟의 표면에 정적부식 홈을 형성하는 것이다. 이때 타겟 부식의 깊이는 타겟 표면에서 반경 r 과 각도 θ 의 함수로써 유한수의 지점에서 측정된다. 선택한 θ 값에 대하여 5 차 다항식이 관찰된 데이타에 맞추기 위해 만들어지고, 이 다항식이 배열내에 입력된다. 간단하게 하기 위해 특정한 θ 에 대한 5 차 다항식이 정적 부식 홈을 발생시키는데 사용되는 자석의 중심선에 관하여 만들어진다.

다음에 시험해야 할 새로운 자석 형상의 중심선의 좌표가 배열내에 입력되고, 이 배열에서 사용되는 반경 r 및 각도 θ 의 각각의 값에서 새로운 자석 중심선까지의 거리가 계산되어 배열내에 입력된다. 양호하게도, 새로운 자석의 중심선의 위치는 정적 부식 홈을 형성하는데 사용되는 자석의 중심선의 위치로부터 어떤 주어진 장소에서 크게 변하지 않는다. 다음에 정적 부식 깊이의 계산이 새로운 자석 위치를 기초로 하여 반경 r 및 각도 θ 의 각각의 값에 대해 만들어진다. 계산된 정적 부식 깊이의 정보가 새로운 자석 위치와 관련되어 계산된 부식 프로필을 얻기 위해 자석의 회전수에 따라 적분된다.

그후, 상기에 계산한 타겟 부식 프로필을 이용하여 스퍼터 박막의 균일성이 계산된다. 전술한 바와 같이, 박막 균일성의 계산은 스퍼터핑 시스팀의 지오메트리뿐만 아니라 스퍼터링되는 재료의 특성 및 어떤 커다란 기체 산란 효과를 고려해야만 한다. 이 계산은 타겟상의 각각의 지점에서 주어진 비율 및 주어진 분포에서 재료의 방출 효과를 웨이퍼상의 각 지점에 대해 평가하게 되는 이중 적분을 포함한다, 이중 적분은 웨이퍼의 표면상의 각각의 지점에 대해 증착되어야 할 재료의 양을 계산하는 것을 포함한다. 그 다음에, 이것은 각도 위치의 함수와 반경 위치의 함수로써 타겟상의 각 지점으로부터 흐름(flux)을 적분하는 것을 포함한다. 이에따라 균일성 정보가 계산된 후, 허용 가능한 균일성이 달성되었는지 판단이 이루어지는데 즉, 웨이퍼의 각 지점에 대해 계산된 균일성이 비교되어서 웨이퍼 표면을 가로지르는 박막 두께의 편차를 결정한다. 허용 가능한 박막 균일성이 달성되면 즉, 편차가 최소로 되면, 이 방법이 완료되고, 자석 형상이 제작된다. 박막 균일성이 허용되지 않거나, 또는 더욱 개선되어야 한다고 생각되면, 자석 형상이 더욱 혼란스럽게 되고, 그 과정이 그 지점에서부터 다시 반복된다.

자석을 혼란시킴에 대한 계통적인 접근 방법은 다음과 같다. 정적 부식 홈을 형성하는데 사용되는 자석 형상에서 시작하여, 어떤 선택한 θ 값이 될 수도 있는 자석의 위치가 유일한 하나의 지점에서 변하는 새로운 자석을 정한다. 이 새로운 자석에 대해 스퍼터 박막 균일성을 계산한 후, 구한 균일성은 이전의 자석 모양에서 얻은 균일성과 비교된다. 만일 균일성이 개선되면, 동일한 자석 위치가 동일한 방향에서 더욱 조정되고, 균일성을 한번 더 계산한다. 균일성이 저하되면, 자석이 반대 방향으로 이동되고 새로운 균일성을 계산한다. 제 1 자석 위치는 균일성이 더 이상 개선되지 않을 때까지 반복적으로 조정된다. 그후 다음 자석 위치가 조정되고, 제 2 자석의 조정이 더 이상 개선된 균일성을 만들지 않을 때까지 동일한 과정이 진행된다. 이러한 과정은 모든 자석 위치에 대해 차례로 반복되고, 그후 전체 과정이 제 1 자석 위치에서 다시 시작하여 여러 번 반복될 수 있다. 이러한 계통적인 접근 방식은 자동화하기가 대단히 적합하고, 컴퓨터 프로그램에 의해 용이하게 실시될 수 있다. 기타, 이와 동등한 계통적인 접근 방식은 기술에 숙련된 자에게는 이해될 것이다. 예를 들어, 자석 주위에서 각 "루프"중에 어떤 주어진 자석 위치의 조정을 세트수로 제한할 수 있다.

지금까지, 상기 방법은 "유효한" 자석 형상을 결정하기 위해 정적 부식 홈을 측정하는 것에 관하여서만 설명되었다. 이것이 본 방법을 실시하는 양호하는 방법이지만 다른 방법도 가능하다. 예를 들면, 시작 자석이 만든 플라즈마의 위치 및 강도를 관찰함으로써 "유효한" 자석 위치를 측정할 수 있다. 현대의 기술은 타겟에 걸쳐 미리 선택한 유한수의 지점에서 플라즈마 강도를 정확하게 측정할 수 있게 하며, 이러한 정보는 정적 부식 홈의 측정에서 얻어진 정보의 대체물로써 사용될 수 있다. 그러나, 플라즈마 강도 정보는 그렇게 정확하지는 않아서 권장하고 싶지 않다.

과정의 흐름이 스퍼터 박막 균일성에 관하여서만 설명되었으나 또한 다른 스퍼터 박막 특성도 고려할 수 있다. 예를 들면, 새로운 자석 모양이 만든 단계 보증도 또는 바이어 필링(via-filling) 성질의 계산이 사용될 수 있다. 바이어 필링을 위한 본 기술은 단순한 스퍼터링을 능가하는 단계를 포함하는 반면, 바이어의 바닥에서 적절한 두께의 박막층을 증착하는 능력은 이 과정에서 중요한 관점에 있다. 지오메트리를 고려하면, 좁은 바이어의 바닥을 채우는 능력은 웨이퍼 표면에 충돌하는 스퍼터 재료의 원자의 각도 분포와 관련되어 있다는 것은 명백하다. 따라서, 실제로 수직 방향에서 웨이퍼 표면에 입사하는 스퍼터 원자는 바이어의 바닥에 도달하는 것 같은데, 반면에 예리한 각도로서 입사하는 원자들은 바닥에 도달하기 전에 바이어의 벽에서 차단된다.

유사한 방법으로, 그 특성간의 균형을 최적화하는 것을 목표로 하여 다수의 박막 특성이 계산될 수 있다. 예를 들면, 특정한 자석 혼란이 초래한 개선된 균일성이 저하된 단계 보증도에 의하여 상쇄될 수도 있다.

상기 미국 특허 제 4,995,958 호의 연속 출원인 미국 특허출원 제 471,898 호는 또한 본 발명에서 참고한 것으로서, 상기 미국 특허의 가르침을 연장하여, 자석 배열이 비평면형 스퍼터 타겟 표면과 함께 사용하도록 제조되어서 임의로 선택한 부식 프로필을 만들 수 있게 되어 있다. 미국 출원 제 471,898 호에서 필요로 하는 조건은, 스퍼터 타겟 표면이 회전면이어야 한다는 것이다. 상기 미국 출원 제 471,898 호는 폐쇄 루프 자석 배열의 중심선이 아래 방정식으로 규정된 곡선상에 놓여 있어야 한다는 것을 설명한다.

여기서 ξ(r)은 자석이 회전되며 스퍼터링이 실행될 때 굴곡 타겟에서 발생하게 될 미리 선택된 부식 프로필이고, z(r)은 스퍼터 타겟의 표면을 정하는 회전면이고, C 는 선택 상수이다.

미국 특허 제 4,995,958 호와 유사하게, 미국 출원 제 471,898 호의 전제는,타겟 표면에 인접한 자장 강도가 자석 배열의 중심선 바로 위에서 가장 크기 때문에 정적 부식 홈의 형상이 자석의 형상과 일치할 것이라는 것이다. 다시, 기술에 숙련된 자에게는 이해되듯이, 본 발명의 방법론은 자석 배열의 실제 형상과 유효형상간의 불일치를 보상하기 위하여 미국 출원 제 471,898 호에 따라 구성된 자석에 적용될 수 있다.

본 발명에 관한 종래 기술의 이러한 설명은 분명히 기술의 복잡성 및 수리해석법의 엄격한 지시를 따르는 어려움을 가리킨다. 자장 및 전기장과 플라즈마의 상호 작용은 이상적인 환경에서도 사소한 문제가 아니다. 복잡한 지오메트리 및 불균일한 재료의 실제 환경에서, 수리해석법과 당업자들의 직관은 문제의 해결책을 발견하기에는 적절하지 않았다. 사실, 본 발명의 출원인에게 본 발명의 자장을 모델화 하라는 요청을 받은 미국 특허 제 4,995,958 호의 발명자중 한 사람은 여기서 주장하기를, 예상된 자장에서의 작은 변화가 유용하지 못할 수도 있다는 것을 지적하였다. 사실상, 실험에서 본 발명이 효과적인 것이 입증되었다. 자장 모델은 관련된 플라즈마 응답을 예상하기에는 부적절하고 또 실험 방법의 사용은 이러한 복잡한 기술에서는 여전히 필요하다는 것은 명백하다.

본 발명의 목적

따라서 본 발명의 주목적은 마그네트론 스퍼터 소스에서 특히 평면형 마그네트론 스퍼터링 장치에서 대략적인 파트형 폐쇄 루프 회전 자석 배열을 사용할 때 더욱 양호한 스퍼터 박막 특성 특히 균일성과 타겟의 더욱 양호한 이용을 획득하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기판에서 요구 균일성 프로필을 만들기 위하여 평면형 마그네트론 스퍼터링 시스템에서 사용되는 자장의 형상을 사용자가 조정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 타겟의 중심 및 모서리에서 재료 이용의 효율성을 증가시키는데 있다.

본 발명의 더욱 다른 목적은 타겟과 기판간의 거리의 변화를 시간의 함수로써 교정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

발명의 개요

본 발명의 목적 및 다른 목적과, 특징 및 장점은 아래 설명에서 명백하게 드러나고 또, 적어도 하나의 고정 전자석을 회전 자석 배열의 뒤에 장착함으로써 회전 자석 배열을 갖는 마그네트론 스퍼터 장치에 의해 달성된다.

발명의 장점

가장 중요한 장점은, 증착의 균일성이 하트형 회전 영구자석 배열과 함께 고정 전자석을 이용함으로써 현저하게 개선될 수 있다는 것이다.

또한 시간에 따라 자장을 변화시키는 능력은 시간이 진행함에 따라 기판 거리에 대하여 타겟의 변화를 보상할 수 있고, 이로써 지오메트리의 현저한 변화에도 불구하고 증착의 균일성을 유지할 수 있다.

본 발명의 중요한 장점은 최적의 하트형 배열과 조합하여 사용되는 전자석이 타겟 중심에서 타겟 이용을 증가 또는 감소시키는데 사용될 수 있다는 것이다.

다른 장점은 전자석에 의해 만들어진 자장을 시간에 따라 변화시킬 수 있고,이로써 타겟이 소모됨에 따라 타겟 형상의 변화를 상당히 보상할 수 있다는 것이다.

이러한 목적 및 기타 목적, 구성 및 작동 특성 그리고 본 발명의 장점은 제한되지 않는 양호한 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참고로 하여 상세히 기재된 설명으로부터 기술에 숙련된 자에게는 명백히 이해될 것이다.

용어 정의

여기서 "대략적인 하트형"이란 말은 축에 대하여 반드시 대칭은 아니며 도면의 중심에 관하여 일반적인 볼록한 형상을 가지며, 또 2 개의 곡선 돌출부를 분리하면서 대체로 루프의 곡률 반경 보다 작은 곡률 반경을 갖는 하나의 오목부를 가지는 폐쇄 루프를 의미한다.

"하트의 첨단"은 회전축에서 가장 멀리 떨어져 있는 루프의 볼록부를 말한다.

"하트의 첨점"은 회전축에 가장 근접해 있으면서 하트의 2 개의 곡선 돌출부사이에 있는 오목부를 말한다.

양호한 실시예

제 1 도에는 회전 자석을 갖는 종래 평면형 마그네트론 소스의 일부를 간단히 도시한 사시도가 도시되어 있다. 소스 및 웨이퍼는 도시되지 않은 진공실내에 장착된다. 자석 배열(10)은 중심선(12)에 대하여 회전 가능하게 축에서 편심적으로 장착되어 있다. 자석 배열(10)은 알루미늄과 같이 스퍼터되어야 할 재료의 타겟(20) 뒤에 장착된다. 반도체 웨이퍼(30)는 타겟(20)과 마주보도록 장착된다.플라즈마 기체, 예를 들어 아르곤 기체의 플라즈마가 타겟(20)과 반도체 웨이퍼(30) 사이의 공간에서 저압으로 채워져 있다. 타겟(20) 및 웨이퍼(30)는 서로 절연되어 있고 다른 전기 포텐셜에서 유지되어 있다.

제 2A 도는 본 발명에 의한 스퍼터 장치의 한 실시예의 개략도이다. 자석배열(10)이 또한 타겟(20) 뒤에서 회전 가능하게 축에서 편심적으로 장착되어 있다. 철 채널(36)에서 평면 전자석 코일(35)은 회전 자석 배열(10) 뒤의 고정 위치에 장착되어 있다. 코일(35)은 타겟에 필적하는 직경을 가진다. 코일(35)은, 어느 방향으로 전류를 공급함과 동시에 제 2B 도에 도시한 바와 같이 회전 자석 배열(10)의 방향에서 전체적으로 채널로부터 빠져 나오도록 철 요크(36)에 의해 한정된 평행한 자장을 발생시킬 수 있는 전류 공급원(도시되지 않음)으로부터 동력을 받는다. 상기 특히 양호한 실시예는 중심에서 타겟의 이용을 개선하고, 증착율 및 균일성을 증가시키고 그리고 시간에 따라 타겟의 부식을 보상하는데 사용될 수 있다.

다른 양호한 실시예는 제 3 도에 도시한 바와 같이 2 개의 평면 코일, 외부 코일(40)과 내부 코일(45)을 사용한다. 이들 코일은 어느 방향으로도 전류를 공급할 수 있는 외부 전류 공급원(도시되지 않음)으로부터 개별적으로 동력을 받는다. 특히 내부 및 외부 코일로부터 자장을 대향 방향으로 향하게 하기 위하여 스퍼터 박막의 균일성을 개선하는데 유익하며, 이는 후술하기로 한다. 각각의 코일은 개방면(open face)이 회전 자석을 향하면서 철 채널내에 배치된다.

제 2B 도를 참고하면, 철 채널(36)의 내측에서 전자석 코일(35)의 구조는 개략적으로 도시되어 있다. 철 채널은 채널 개방면을 제외하고 철 채널에 의해 한정되어 전체적으로 유지되는 자속의 낮은 자기저항 경로로써 작용한다. 채널은 개방면의 부근의 영역으로 전자석의 효과를 제한하는 차폐 효과를 제공한다. 덧붙여, 철은 동일한 수의 암페어 회전에 대해 채널이 없이 발생하는 것보다 코일의 개방면쪽에서 더욱 강하고 큰 자기 강도를 초래한다. 도시된 바와 같이, 전자석(35)은 타겟 스퍼터 면(21)과 공유하며 루프(23)를 만드는 자장을 변경시킬 것이다. 루프(23)는 타겟 스퍼터 면(21)과 접촉하도록 루프 자장에 의해 유지되는 플라즈마에 악영향을 줄 정도로 뒤틀려져 있다. 영구자석은 두 채널(55, 60) 내측에 배열된다. 통상적으로, 회전 자석 배열(10)은 타겟 후방면에 접근하기 쉬울 정도로 가까이 배치되는데, 보통 0.762㎜ (0.030 인치)이다.

코일의 치수, 배치 및 권선은 전류의 변화에 의해 자장이 변할 수 있기 때문에 절대적인 것은 아니다. 11.64 인치(29.57㎝)의 타겟(20)에 대해서 내부 코일(45)과 외부 코일(40)은 각각 약 4 인치(10.16㎝)와 9 인치(22.86㎝)의 평균 직경을 가질 수 있다. 내부 코일(45) 및 외부 코일(40)은 공통의 고정 지지판(도시되지 않음)에 장착될 수 있다. 내부 및 외부 코일은 예를 들어 14 번 와이어를 약 170 턴(turn)을 감은 것으로 형성될 수 있다.

양호한 실시예에서, 회전 자석은 제 4 도에 도시된 하라씨에 의해 발표된 개선된 하트형 폐쇄 루프 회전 배열에서 고정구 사이에 있는 개별 자석의 배열(50)이다. 단순한 도시를 위해 배열을 구성하는 개별 자석은 도시되어 있지 아니하다. 게다가, 내부 철 고정구(55)와 외부 철 고정구(60)만이 자석 배열이 장착된 판(65)과 회전축(12)에 관련하여 도시되어 있다. 하트의 첨점(70)에서 시작하여, 내부 고정구(55)는 자석 배열의 회전축(12)을 교차하면서 동시에 첨점(70)의 부근에서 내부 고정구(55)와 외부 고정구(69) 사이에서 거의 일정한 간격을 유지한다, 또한, 하트의 곡선 돌출부를 지나자마자 자석 배열의 형상이 2 개의 내향 굴곡부(76, 77)를 가진다. 환언하면, 종래 하트형 자석의 형상이 루프 내부에 관하여 항상 곡선으로 볼록하게 되어 있는 반면에, 제 4 도의 실시예에서는 루프 내부에 관하여 오목한 2 개의 내향 굴곡부(76, 77)를 가진다.

끝으로, 제 4 도의 실시예는 첨단이 뽀족하지 않다. 제 4 도의 실시예가 하트의 첨점(70) 및 회전축(12)을 지나는 선(80)에 대하여 대칭이고, 반면에 회전축(12)에서 가장 멀리 떨어져 있으며 대칭축(80)의 양쪽에 놓여 있는 곡선부는 원호상에 있다. 이에 따라, 이 지점에서의 곡선은 원활하게 진행하는데 즉, 곡선의 미분이 이 지점에서 연속성이다. 게다가, 제 4 도의 실시예에서, 곡선의 1/4 이상이 되는 하트(85)의 주요부가 이 원호상에 있다. 이러한 회전 배열이 대칭이지만 본 발명의 필요조건은 아니다.

양호한 실시예가 극편의 역할을 하는 칠 고정구를 갖는 종래 방식의 자석 배열과 관련하여 설명되어 있는데, 기술에 숙련된 자는 다른 자석 배치도 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 상기 특허에 기술된 방식의 세그먼트 자석이 등가물(equivalent)로써 이해될 것이다. 세그먼트 자석 배열은 하나의 모양에서 다른 모양으로, 필요하면 미세한 정도까지 용이하게 조정되는 장점을 제공한다.

제 5 도는 개선된 대략적인 파트형 폐쇄 루프 회전 자석(50)을 내부 평면 전자석 코일(45) 및 외부 평면 전자석 코일(40)과 조합하는 특히 양호한 실시예의 개략 평면도를 도시한다. 외부 코일은 타겟과 근사한 크기이고, 반면 내부 코일은 그 크기의 1/2 내지 1/4 이다. 제 6 도는 제 5 도의 특히 양호한 실시예에 따라 내부 및 외부 코일 전류의 함수로써 티타늄 박막에 대한 시트 저항 균일성의 등고선지도이다. 이 그래프는 양 코일에서의 양극 및 음극의 전류를 독립적으로 만든 결과를 도시한다. 최선의 균일성 영역은 이 도면의 좌측 상부에서 발견되는데, 여기서 외부 코일의 전류는 양(+)의 3 암페어이고, 내부 코일의 전류는 음(-)의 16 암페어이며, 즉 내부 및 외부 코일에서의 자장이 서로 대향하고 있다.

제 7 도는 제 5 도의 특히 양호한 실시예에 따라 내부 및 외부 코일의 전류의 함수로써 알루미늄 박막에 대한 시트 저항 균일성의 등고선지도이다. 최선의 균일성 영역은 이 도면의 우측 하부에서 발견되는데, 여기서 외부 코일의 전류는 음의 12 암페어이고, 내부 코일의 전류는 양의 12 암페어이다. 다시 최선의 균일성이 달성될 때 내부 및 외부 코일에서의 자장이 서로 대향하고 있다. 본 발명의 이익은 내부 및 외부 코일이 서로 돕고 있는 자장과 관련하여 이용될 것이다.

지금까지 본 발명이 하트형 평면 마그네트론 스퍼터 소스에 관하여서만 설명되었는데, 기술에 숙련된 자는 이 방법론이 스퍼터 타겟의 표면에서 예정된 부식프로필을 만들도록 계획된 다른 자석 디자인에도 동일하게 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,995,958 호의 가르침은 하트형 자석 배열을 제한하지 않으며, 여러 가지 비하트형 자석 배열 구성도 설명되어 있다. 어느 정도는, 하나의 실시예에 따라 형성된 자석 배열의 실제 형상과 유효 형상간에는 유사한 불일치가 있는데, 즉 정적 부식 홈이 자석 중심선 위를 덮지 않는다. 이 방법론은 요구한 유효 자석 형상 및 요구 부식 프로필을 달성하기 위해서 배열에서 개별 자석의 위치를 조정하는데 사용될 수 있다. 유사한 방법으로, 본 발명에 의하여 적절한 컴퓨터 모델링에 의해, 개별 자석 위치를 조정함으로써 만들어진 스퍼터 박막 균일성의 효과는 전자석으로써 직접 결정 및 조정될 수 있다.

회전 하트형 자석 배열 뒤에서 적어도 하나의 전자석을 포함하는 본 발명에 의한 양호한 실시예에서, 자석 배열 및 조건은 전자석의 전류를 영(zero)으로 세트한 상태에서 상술한 과정에 따라 최적화 된다. 다음에 전류의 증분량이 첨가되고, 최적화된 전자석의 전류에 따라 새로운 최적 조건이 발견될 때까지 시스템의 최적화가 반복된다. 타겟이 소모되면서 타겟 형상의 변화를 보상하기 위하여 타겟이 부분적으로 소모될 때까지 사용된다. 그때 전류는 전자석 전류의 2 차 최적 조건이 발견될 때까지 점차적으로 증가된다. 이 과정은 여러 번 반복된다. 그때 전자석 전류는 새로운 타겟에서 1 차 최적 전류로부터 타겟이 대부분 소모되었을 때의 2 차 최적 전류까지 시간에 따라 한 지점에서 다음 지점으로 원활하게 변화한다고 가정한다.

본 발명은 전술한 실시예 및 변경예를 제한하지 않으며, 본 발명의 보호 범위를 벗어남이 없이 여러 가지 변경 및 개선이 가능하다.

제 1 도는 회전 자석을 갖는 종래의 마그네트론 소스의 일부의 개략적인 사시도.

제 2A 도는 본 발명에 의한 스퍼터 소스의 한 실시예의 개략도.

제 2B 도는 제 2A 도의 섹션 B-B 의 확대 개략도.

제 3 도는 본 발명에 의한 제 2 실시예의 개략도.

제 4 도는 본 발명에 의해 형성된 평면형 마그네트론 스퍼터링 시스템에서 사용하기 위한 하트형 폐쇄 루프 자석 배열의 개략적인 평면도.

제 5 도는 하트형 폐쇄 루프 회전 자석과 내부 플랫 전자석 코일 및 외부 플랫 전자석 코일을 조합한 특히 양호한 실시예의 개략적인 평면도.

제 6 도는 제 5 도의 특히 양호한 실시예에서 내부 및 외부 코일 전류의 함수로써 티타늄 박막에 대한 시트 저항 균일성의 등고선 지도.

제 7 도는 제 5 도의 특히 양호한 실시예에서 내부 및 외부 코일 전류의 함수로써 알루미늄 박막에 대한 시트 저항 균일성의 등고선 지도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 회전 자석 배열 12 : 회전축

20 : 타겟 30 : 기판

36 : 철 채널 40 : 외부 코일

45 : 내부 코일 55 : 내부 고정구

60 : 외부 고정구 70 : 첨점(cusp)

80 : 대칭축 85 : 원호

Claims (21)

1. 타겟으로부터 원자를 스퍼터링하여 기판에 박막층을 증착하기 위해 플라즈마와 협동하는 마그네트론 소스에 있어서,

   제 1 표면과 제 2 표면을 가지며, 제 1 표면이 재료를 스피터링하는 표면이며 작동시 기판 및 플라즈마에 인접하게 되는 타겟과,

   이 타겟에 대하여 공간에서 고정되어 있으며 타겟의 제 2 표면에 인접한 공간에서 조정가능한 강도의 자장을 발생시키는 전자석 수단과,

   상기 전자석 수단과 타겟 사이에서 타겟의 제 2 표면에 인접하게 배치되어서 이동 가능한 자장을 발생시키는 회전 자석 수단을 구비하는 마그네트론 소스.
2. 제 1 항에 있어서, 작동시 상기 회전 자석 수단은 자석 배열의 중심선에서 벗어나 있는 타겟에 순간적으로 부식 패턴을 일으키면서 실제로 대부분의 홈이 미리 선택된 곡선상에 놓이게 되는 홈을 만드는 마그네트론 소스.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 타겟은 평면이고, 상기 미리 선택된 곡선은 ξ(u)가미리 선택된 부식 프로필일 때, 방정식

   에 의해 정해지는 마그네트론 소스.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 자석 수단은 대략적인 하트형 곡선을 형성하는 마그네트론 소스.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 회전 자석 수단은 대략적인 파트형 곡선을 형성하는 마그네트론 소스.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 회전 자석 수단은 대략적인 하트형 곡선을 형성하는 마그네트론 소스.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 자석 수단은 곡선상에 배치된 개별 영구 자석의 배열로 구성되는 마그네트론 소스.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 하트형 곡선은 비대칭인 마그네트론 소스.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 자석 수단의 회전축에서 가장 멀리 떨어져 있는 하트형 곡선의 일 부분이 원호를 형성하는 마그네트론 소스.
10. 제 1 항에 있어서, 조정가능한 강도의 자장을 발생하기 위한 상기 전자석 수단은 회전 자석 수단을 통과하는 루프를 만드는 자장 라인을 제공하고, 상기 회전 자석 수단에서부터 방출하여 타겟을 통과하는 루프를 만드는 자장 강도 라인을 변경하고, 또한 타겟의 직경 보다 적은 직경을 갖는 제 1 평면 코일을 포함하는 마그네트론 소스.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 전자석 수단은 제 1 평면 코일의 직경 보다 적은 직경을 갖는 제 2 평면 코일을 포함하는 마그네트론 소스.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 평면 코일은 제 1 평면 코일과 동일 평면상에 있는 마그네트론 소스.
13. 제 10 항에 있어서, 조정가능한 강도의 자장을 발생하기 위한 상기 전자석 수단은 낮은 자기저항 채널을 포함하여 자장을 상기 채널의 개방측에 가까운 영역으로 한정하는 마그네트론 소스.
14. 제 13 항에 있어서, 조정가능한 강도의 자장을 발생하기 위한 상기 전자석 수단은 타겟의 표면을 통과하는 루프를 만드는 자장을 발생시키고, 상기 채널은 제1 철 재료로 만들어지는 마그네트론 소스.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 스퍼터 타겟은 비평면의 회전면을 형성하며, 상기 곡선은 ξ(r)이 미리 선택된 부식 프로필이고 z(r)이 회전면을 정의하고 C 가 선택 상수라고 하면 다음 방정식,

    에 의해 정해지는 마그네트론 소스.
16. 기판에 박막층을 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스에 있어서,

    재료가 스퍼터링되는 전방면을 가지며, 이 전방면이 중심축을 형성하는 타겟의 표면에 대해 수직으로 통과하는 축선을 갖는 대체로 원형의 타겟과,

    상기 타겟의 표면에 대체로 평행하게 가변 강도의 자장을 발생하기 위한 적어도 하나의 고정 전자석 수단과,

    상기 타겟면 뒤에서 중심축에 대하여 회전가능하게 배치되고, 작동시 스퍼터 타겟에 예정된 부식 패턴을 생성하도록 형성되어 있으며, 중심선의 일 부분이 원호상에 놓인 중심축에서 가장 멀리 떨어져 있는 대략적인 하트형 폐쇄 루프 중심선을 형성하는 영구 자석 수단을 구비하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 원호상에 놓인 중심선의 일 부분은 중심선의 길이전체의 최소한 25% 를 차지하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
18. 제 16 항에 있어서, 상기 자석 수단의 중심선은 폐쇄 루프의 내부에 관하여 볼록한 형상을 갖는 적어도 하나의 부분과, 폐쇄 루프의 내부에 관하여 오목한 형상을 갖는 적어도 2 개의 부분을 구비하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
19. 제 10 항에 있어서, 가변 강도의 자장을 발생하기 위한 전자석 수단의 평면 코일은 이동 자장을 발생하기 위한 회전 수단의 회전축과 실제로 정렬되는 하나의 중심을 갖는 마그네트론 스퍼터링 소스.
20. 기판에 박막층을 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 소스에 있어서,

    타겟은 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지며, 상기 제 1 표면이 그로부터 재료가 스퍼터링되는 표면이고,

    가변 강도의 자장 발생용 고정 전자석 수단은 2 개의 평면 코일을 포함하고, 외부 코일이 타겟의 직경과 근사하고, 내부 코일이 외부 코일의 직경 보다 더 작은 직경을 가지고, 상기 코일들은 이 코일에 의해 발생된 자장이 가변적이며 서로 대향하도록 제조될 수 있도록 독립된 전류 공급원에 연결될 수 있고, 상기 가변 강도의 자장 라인은 타겟의 표면을 통과하는 루프를 만들고,

    타겟 표면의 뒤에 배치된 이동 자장 발생용 회전 자석 수단은 대략적인 하트형 폐쇄 루프 중심선을 형성하고, 자석 수단은 이 자석 수단의 회전축 주위에서 원호를 형성하는 넓은 첨단부를 포함하고, 상기 회전 수단은 일련의 개별 자석들을 포함하는 마그네트론 스퍼터링 소스.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 스퍼터 타겟은 비평면의 회전면을 형성하고, 상기 곡선은 ξ(r)이 미리 선택된 부식 프로필이고, z(r)이 회전면을 정의하고, C 가 선택 상수라고 하면 방정식,

    에 의해 정해지는 마그네트론 스퍼터링 소스.