KR100369276B1 - Method for controlling thin film compositions of a composite by changing magnetic field's positions formed on a target surface in a magnetron sputtering machine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치(Magnetron Sputter)의 동일 타겟(target)상에 두가지 이상의 박막형성용 물질을 배치하고, 타겟상에 형성되는 자기장의 위치를 가변시킴으로서 최종적으로 얻고자 하는 화합물 박막의 조성을 조절하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides a method of controlling the composition of a compound thin film to be finally obtained by disposing two or more thin film forming materials on the same target of a magnetron sputtering device, and changing the position of a magnetic field formed on the target. It is about.
상기 자기장의 위치를 가변시키기 위한 본 발명에 의한 제1 실시예는 진공챔버내에 형성하고자 하는 박막의 재료가 놓인 타겟을 배치하는 단계와, 철심상에 코일이 감긴 형태로 상기 타겟의 하단부에 형성된 제1 자기장 발생수단에 직류 전류를 가하여 상기 타겟의 상부에 자기장에 의한 자기력선(magnetic field lines)을 형성하는 단계와, 상기 제1 자기장 발생수단의 코일보다 큰 직경을 갖는 철심에 상기 제1 자기장 발생수단의 코일보다 큰 직경을 갖는 코일이 감긴 형태로 상기 타겟의 하단부에 형성된 제2 자기장 발생수단에 직류 전류를 가하여 상기 타겟의 상부에 자기장에 의한 자기력선을 추가로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first embodiment of the present invention for varying the position of the magnetic field, the method includes disposing a target in which a material of a thin film to be formed in a vacuum chamber is placed, and forming a coil wound on an iron core at a lower end of the target. 1 by applying a direct current to the magnetic field generating means to form magnetic field lines by a magnetic field on top of the target, and the first magnetic field generating means on an iron core having a diameter larger than that of the coil of the first magnetic field generating means. And applying a direct current to the second magnetic field generating means formed at the lower end of the target in a form in which a coil having a diameter larger than that of the coil is wound to form a magnetic force line by a magnetic field on the upper portion of the target. .
또한 자기장의 위치를 가변시키기 위한 본 발명에 의한 제2 실시예는 타겟의 하단부에 형성된 제1 자기장 발생수단에 의해 상기 타겟의 상부에 자기장에 의한 자기력선을 형성하는 단계와, 상기 타겟의 하단부에 형성되며, 상기 제1 자기장 발생수단의 일 부분과 결합되거나 이탈 가능한 제2 자기장 발생수단을 상하로 위치 조절하여 상기 타겟의 상부에 자기장에 의한 자기력선을 추가로 형성하는 단계를포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the second embodiment according to the present invention for varying the position of the magnetic field is formed by forming a magnetic force line by the magnetic field on the upper portion of the target by the first magnetic field generating means formed on the lower end of the target, and formed on the lower end of the target And a second magnetic field generating means coupled to or separated from a portion of the first magnetic field generating means up and down to further form a magnetic force line by a magnetic field on an upper portion of the target.
본 발명에 의한 자기장 위치 조절 방법을 통해 다양한 성분 또는 조성을 갖는 물질을 박막 형성할 수 있고, 타겟상의 침식위치를 조절함으로서 타겟의 수명을 획기적으로 연장시킬 수 있다.Through the magnetic field position control method according to the present invention it is possible to form a thin film of a material having a variety of components or compositions, it is possible to significantly extend the life of the target by adjusting the erosion position on the target.
Description
본 발명은 마그네트론 스퍼터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타겟상에 형성되는 자기장의 위치를 가변함으로서 다양한 성분 조성을 갖는 박막을 형성할 수 있는 스퍼터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetron sputtering method, and more particularly, to a sputtering method capable of forming thin films having various component compositions by varying the position of a magnetic field formed on a target.
산업이 발달하면서 다양한 조성을 갖는 박막 형성에 대한 요구가 증가하고 있다. 그러나 이와 같은 다양한 조성을 갖는 박막을 형성하기 위해 종래에는 도 1 과 같이 진공챔버내에 각각의 성분을 갖는 타겟을 두어서 박막을 형성한다거나, 도 2 와 같이 타겟의 구조를 형성하고자 하는 성분의 물질을 교대로 적절히 배치하였다. 그러나 이와 같은 종래의 방법으로는 원하는 박막의 조성을 얻기가 매우 어려웠다.As the industry develops, the demand for forming thin films having various compositions is increasing. However, in order to form a thin film having such various compositions, conventionally, a thin film is formed by placing a target having each component in a vacuum chamber as shown in FIG. 1, or alternatively, a material of a component to form a structure of a target as shown in FIG. 2 is alternated. Arranged suitably. However, it is very difficult to obtain a desired thin film composition by such a conventional method.
또한 도 3 에 나타낸 것과 같이 타겟의 침식되는 영역이 한정되어 타겟의 수명단축 또한 큰 문제가 되어왔다.In addition, as shown in FIG. 3, the area to be eroded from the target is limited, and the shortening of the life of the target has also been a big problem.
도 3 의 (가)는 종래방법에 의한 스퍼터링 장치에 있어 형성되는 자기력선과 그에 따른 타겟의 침식영역을 나타낸 것이며, (나)는 침식된 타겟의 단면도를 나타낸 것이다.Figure 3 (a) shows a line of magnetic force formed in the sputtering apparatus according to the conventional method and the erosion area of the target, and (b) shows a cross-sectional view of the eroded target.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 보완하고자 다양한 성분 또는 조성을 갖는 물질을 박막 형성할 수 있고, 타겟의 수명을 획기적으로 연장시킬 수 있는 마그네트론 스퍼터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a magnetron sputtering method that can form a thin film of a material having a variety of components or compositions, and can significantly extend the life of the target to compensate for the disadvantages of the prior art as described above.
도 1 은 종래 방법에 의한 두 가지 성분의 박막을 형성하는 장치.1 is a device for forming a thin film of two components by a conventional method.
도 2 는 종래의 스퍼터링 방법에 의해 두 가지 성분의 박막을 형성하는 경우의 타겟 구조.2 is a target structure in the case of forming a thin film of two components by a conventional sputtering method.
도 3 은 종래의 스퍼터링 방법에 의해 침식된 타겟의 구조.3 is a structure of a target eroded by a conventional sputtering method.
도 4 는 본 발명에 의한 타겟의 구조.4 is a structure of a target according to the present invention.
도 5 는 본 발명에 의한 자기장 발생수단 구조의 제1 실시예.5 is a first embodiment of the structure of the magnetic field generating means according to the present invention;
도 6 은 본 발명에 의한 자기장 발생수단 구조의 제2 실시예.6 is a second embodiment of the structure of the magnetic field generating means according to the present invention;
도 7 은 상기 제2 실시예에 의한 본 발명과 종래방법에 대한 침식영역 비교도.Figure 7 is a comparison of the erosion area for the present invention and the conventional method according to the second embodiment.
도 8 은 상기 제2 실시예에 의한 타겟의 침식위치를 조절한 실시예.8 is an embodiment in which the erosion position of the target according to the second embodiment is adjusted.
본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치(Magnetron Sputter)의 동일 타겟(target)상에 두가지 이상의 박막형성용 물질을 배치하고, 타겟상에 형성되는 자기장의 위치를 가변시킴으로서 최종적으로 얻고자 하는 화합물 박막의 조성을 조절하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides a method of controlling the composition of a compound thin film to be finally obtained by disposing two or more thin film forming materials on the same target of a magnetron sputtering device, and changing the position of a magnetic field formed on the target. It is about.
상기 자기장의 위치를 가변시키기 위한 본 발명에 의한 제1 실시예는,The first embodiment according to the present invention for varying the position of the magnetic field,
진공챔버내에 형성하고자 하는 박막의 재료가 놓인 타겟을 배치하는 단계와, 철심상에 코일이 감긴 형태로 상기 타겟의 하단부에 형성된 제1 자기장 발생수단에 제1 직류 전류를 가하여 상기 타겟의 상부에 자기장에 의한 자기력선(magnetic field lines)을 형성하는 단계와, 상기 제1 자기장 발생수단의 코일보다 큰 직경을 갖는 철심에 상기 제1 자기장 발생수단의 코일보다 큰 직경을 갖는 코일이 감긴 형태로 상기 타겟의 하단부에 형성된 제2 자기장 발생수단에 제2 직류 전류를 가하여 상기 타겟의 상부에 자기장에 의한 자기력선을 추가로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Arranging a target having a thin film material to be formed in a vacuum chamber, and applying a first direct current to a first magnetic field generating means formed at a lower end of the target in a form of a coil wound on an iron core to form a magnetic field on top of the target. Forming magnetic field lines, and coils having a diameter larger than a coil of the first magnetic field generating means are wound on an iron core having a diameter larger than that of the coil of the first magnetic field generating means. And applying a second direct current to the second magnetic field generating means formed at the lower end to further form a magnetic force line by the magnetic field on the upper portion of the target.
이때 상기 타겟은 중앙부위에 제1 타겟 물질이 형성되어 있으며, 상기 제1 타겟 물질의 외곽부위에 제2 타겟 물질이 형성된 구조를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 제1 타겟 물질은 원형 또는 사각형으로 형성하며, 상기 제2 타겟 물질은 각각 원형 고리 또는 사각형 고리 형태로 형성하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the target has a structure in which a first target material is formed at a central portion, and a second target material is formed at an outer portion of the first target material, and more preferably, the first target material is circular or It is preferably formed in a square, the second target material is preferably formed in the form of a circular ring or a rectangular ring, respectively.
또한 상기 제1 전류 및 제2 전류의 극성 및 세기를 가변하여 타겟 표면에 형성되는 자기장의 세기 및 침식위치를 가변시키는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 제1 전류 및 제2 전류의 극성을 타겟에 형성되는 자기력선의 방향이 같도록 공급한다.In addition, it is preferable to vary the intensity and erosion position of the magnetic field formed on the target surface by varying the polarity and intensity of the first current and the second current, and more preferably the polarity of the first current and the second current. Supply the magnetic force lines formed in the same direction.
또한 자기장의 위치를 가변시키기 위한 본 발명에 의한 제2 실시예는 타겟의 하단부에 형성된 제1 자기장 발생수단에 의해 상기 타겟의 상부에 자기장에 의한 자기력선(magnetic field lines)을 형성하는 단계와, 상기 타겟의 하단부에 형성되며, 상기 제1 자기장 발생수단의 일 부분과 결합되거나 이탈 가능한 제2 자기장 발생수단을 상하로 위치 조절하여 상기 타겟의 상부에 자기장에 의한 자기력선을 추가로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the second embodiment according to the present invention for varying the position of the magnetic field is formed by forming magnetic field lines by the magnetic field on the upper portion of the target by the first magnetic field generating means formed on the lower end of the target, And forming a magnetic force line by a magnetic field on the upper part of the target by vertically adjusting the second magnetic field generating means coupled to or separated from a portion of the first magnetic field generating means. It is characterized by.
상기 타겟은 중앙부위에 제1 타겟 물질이 형성되어 있으며, 상기 제1 타겟 물질의 외곽부위에 제2 타겟 물질이 형성된 구조를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 제1 타겟 물질은 원형 또는 사각형으로 형성하며, 상기 제2 타겟 물질은 각각 원형 고리 또는 사각형 고리 형태로 형성한다.The target has a structure in which a first target material is formed at a central portion, and a second target material is formed at an outer portion of the first target material. More preferably, the first target material is circular or rectangular. The second target material is formed in the shape of a circular ring or a rectangular ring, respectively.
또한 상기 제1 자기장 발생수단은 상기 제1 타겟 물질 중앙 하단부에 위치한 영구자석인 내부 자기장 발생수단과,In addition, the first magnetic field generating means is an internal magnetic field generating means which is a permanent magnet located at the center lower end of the first target material;
상기 내부 자기장 발생수단과 소정 간격을 가지고 이격되어 있으며, 상기 제2 타겟 물질 외곽 하단부에 위치하며, 상기 내부 자기장 발생수단과 반대의 극성을 가진 영구자석인 외부 자기장 발생수단으로 이루어지는 것이 바람직하다.Preferably, the internal magnetic field generating means is spaced apart from the internal magnetic field generating means and is positioned at the lower end of the outer edge of the second target material, and the external magnetic field generating means is a permanent magnet having a polarity opposite to that of the internal magnetic field generating means.
상기 제2 자기장 발생수단은 제1 자기장 발생수단의 상기 내부 자기장 발생수단과 외부 자기장 발생수단 사이에 결합되는 구조를 갖되, 중앙 내부가 관통된 형태로써 상기 관통부내에 상기 제1 자기장 발생수단의 내부 자기장 발생수단을 삽입 및 이탈을 반복함으로써 타겟 상부에 자기력선을 형성하는 것이 바람직하다. 이때 상기 제2 자기장 발생수단은 영구자석인 것이 바람직하다.The second magnetic field generating means has a structure that is coupled between the internal magnetic field generating means and the external magnetic field generating means of the first magnetic field generating means, the inside of the first magnetic field generating means in the through portion in the form of a central through It is preferable to form a line of magnetic force on the target by repeating insertion and removal of the magnetic field generating means. At this time, the second magnetic field generating means is preferably a permanent magnet.
도 4 는 본 발명에 의한 타겟의 구조도 이며, 도 5 는 본 발명에 의한 자기장 발생수단 구조의 제1 실시예이다.도 6 은 본 발명에 의한 자기장 발생수단 구조의 제2 실시예이며, 도 7 은 상기 제2 실시예에 의한 본 발명과 종래방법에 대한 침식영역 비교도이며, 도 8 은 상기 제2 실시예에 의한 타겟의 침식위치를 조절한 실시예이다.Fig. 4 is a structural diagram of a target according to the present invention, and Fig. 5 is a first embodiment of the structure of the magnetic field generating means according to the present invention. Fig. 6 is a second embodiment of the structure of the magnetic field generating means according to the present invention. 7 is a diagram illustrating a comparison of the erosion area of the present invention and the conventional method according to the second embodiment, and FIG. 8 is an embodiment of adjusting the erosion position of the target according to the second embodiment.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 설명하고자 한다. 특히 두 가지 성분 A와 B 물질을 박막 형성하는 것으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. In particular, it will be described as forming a thin film of the two components A and B material.
먼저 제1 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.First, the first embodiment will be described.
본 발명에 의한 타겟은 도 4 에 도시된 바와 같이 중앙부에는 물질 A가 형성되어 있으며, 중앙부를 제외한 가장자리부는 물질 B가 형성된 구조를 가지고 있다. 도 4 에 예시된 것과 같은 원형 및 사각형 구조 이외에도 다양한 형태의 타겟구조가 가능하다.As shown in FIG. 4, the target according to the present invention has a structure in which a material A is formed in a central portion, and a material B is formed in an edge portion except the central portion. In addition to the circular and rectangular structures as illustrated in FIG. 4, various types of target structures are possible.
도 5 는 본 발명에 의한 자기장 발생수단 구조의 제1 실시예로서, 철심에 코일이 감긴 형태를 갖는 제2 자기장 발생수단을 타겟과 제1 자기장 발생수단과 함께 도시하였다. 각 자기장 발생수단이 배치된 위치 및 구조, 자기장 발생수단의 코일에 가해지는 직류 전류의 세기에 따라 타겟상에 형성되는 자기력선의 형태가 달라지며, 이로 인해 침식되는 위치를 조절할 수 있고 결국 물질 A와 B를 원하는 조성에 맞도록 조절할 수 있는 것이다.FIG. 5 shows a second magnetic field generating means having a form in which a coil is wound around an iron core together with a target and a first magnetic field generating means as a first embodiment of the structure of the magnetic field generating means according to the present invention. The shape and shape of the magnetic field lines formed on the target depend on the position and structure of each magnetic field generating means and the strength of the direct current applied to the coil of the magnetic field generating means. B can be adjusted to suit the desired composition.
다음으로 제2 실시예를 설명하면 다음과 같다.Next, the second embodiment will be described.
도 6 은 상하로 위치조절이 가능한 제2 자기장 발생수단을 타겟과 제1 자기장 발생수단과 함께 도시하였다. 제2 자기장 발생수단의 위치 또는 크기, 세기에 따라 타겟상에 형성되는 자기력선의 형태가 달라지며, 이로 인해 침식되는 위치를 조절할 수 있고 결국 물질 A와 B간에 원하는 조성에 맞게 조절할 수 있는 것이다.6 shows a second magnetic field generating means which can be adjusted up and down together with the target and the first magnetic field generating means. The shape of the lines of magnetic force formed on the target varies depending on the position, size, or intensity of the second magnetic field generating means, thereby controlling the position of erosion and thus adjusting the desired composition between the materials A and B.
도 7 은 본 발명에 의한 타겟상의 침식위치와 종래방법에 의한 타겟위치를 비교하여 도시하였다. 도시된 바와 같이 종래방법에서는 침식위치가 자석간의 중앙부위에 넓게 형성되는 반면, 본 발명에 의한 침식위치는 자석간의 중앙에서 외측 자석쪽으로 침식위치가 이동하거나 중앙에서 내측자석 쪽으로 이동하게 되고, 또한 침식영역도 종래방법에 의한 영역보다 더 좁게 형성된다.이와 같은 침식영역은 도 8 에 도시된 바와 같이 임의로 조절 가능하며 도 8a와 같이 두 물질 A와 B의 경계영역에 위치 시키거나, 8b와 같이 물질 B 상에 위치 시키거나, 8c와 같이 물질 A 상에 위치시키는 것이 조절 가능하다.즉, 도 3 에 예시된 종래 구조의 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서는 자기력선의 형태상 도 8a 에 예시된 바와 같이 넓은 면적의 침식영역을 형성할 수 밖에 없었다. 그러나 이에반해 본원 발명에 의한 마그네트론 스퍼터링 장치 구조에 있어서는 도 8b와 같이 제1 자기장 발생수단의 내측자석과 같은 극성의 제2 자기장 발생수단이 삽입될 경우 제2 자기장 발생수단이 내측자석을 확대시킨 결과가 되어 타겟표면에 아치형태의 자기력선 분포가 좁아지고 그 위치가 외곽으로 이동하느 결과를 가져오게 되어 타겟 침식영역이 좁아지고 그 위치도 외곽으로 이동하게 된다. 또한 도 8c와 같이 제1 자기장 발생수단의 외측자석과 같은 극성의 제2 자기장 발생수단을 삽입할 경우에는 중앙으로 타겟 침식영역이 이동하게되고 폭이 좁아지게 된다. 따라서 본 발명에 의한 제2 자기장 발생수단을 삽입 이탈함에 따라 타겟의 침식영역 조절이 가능하여 타겟의 침식위치를 임의로 조절할 수 있다.7 shows the erosion position on the target according to the present invention and the target position according to the conventional method. In the conventional method, as shown, the erosion position is widely formed at the center portion between the magnets, whereas the erosion position according to the present invention moves from the center of the magnets toward the outer magnet or from the center to the inner magnet, and also the erosion position. The area is also formed narrower than that of the conventional method. Such an erosion area is arbitrarily adjustable as shown in FIG. 8 and is located at the boundary area of two materials A and B as shown in FIG. 8A, or as shown in 8B. It can be positioned on B or on material A as in 8c. That is, in the magnetron sputtering apparatus of the conventional structure illustrated in Fig. 3, in the form of magnetic force lines, as shown in Fig. 8a, There was no choice but to form an erosion zone. However, in the structure of the magnetron sputtering apparatus according to the present invention, when the second magnetic field generating means having the same polarity as the inner magnet of the first magnetic field generating means is inserted as shown in FIG. 8B, the second magnetic field generating means enlarges the inner magnet. As a result, the arc-shaped magnetic force line distribution becomes narrower on the target surface, and the position is moved to the outside, thereby narrowing the target erosion area and moving the position to the outside. In addition, when the second magnetic field generating means having the same polarity as the outer magnet of the first magnetic field generating means is inserted as shown in FIG. 8C, the target erosion region moves to the center and the width thereof is narrowed. Therefore, as the second magnetic field generating means according to the present invention is inserted and removed, the erosion area of the target can be adjusted, and the erosion position of the target can be arbitrarily adjusted.
상기 언급한 바와 같이 본 발명에 의한 자기장 위치 조절 방법을 통해 다양한 성분 또는 조성을 갖는 물질을 박막 형성할 수 있고, 타겟상의 침식위치를 조절함으로서 타겟의 수명을 획기적으로 연장시킬 수 있다.As mentioned above, the magnetic field position adjusting method according to the present invention can form a thin film of a material having various components or compositions, and by controlling the erosion position on the target, the life of the target can be significantly extended.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20090112 Year of fee payment: 7 |
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