KR100526590B1

KR100526590B1 - 선형스캐닝마그네트론스퍼터링방법및장치

Info

Publication number: KR100526590B1
Application number: KR1019980003374A
Authority: KR
Inventors: 존 엘. 후게스; 개리 에이. 데이비드; 로버트 제이. 코렌코우; 칼 티. 페터슨; 노르만 에이치. 폰드; 로버트 이. 웨이스
Original assignee: 인테벡, 인코포레이티드
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 2006-01-27
Also published as: US5873989A; EP0858095A3; JPH10219443A; EP0858095A2; KR19980071127A

Abstract

기판상에 재료를 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 장치는 재료가 스퍼터링되는 타깃; 상기 타깃의 표면에 플라즈마를 한정하기 위해 타깃 근처에 배치된 자석 어셈블리; 상기 타깃에 대하여 자석 어셈블리를 스캐닝하기 위한 드라이브 어셈블리;를 포함한다. 상기 스퍼터링 장치는 자석 어셈블리가 타깃에 대해 스캐닝될 때 실질적으로 일정한 플라즈마 특성을 유지하기 위한 애노드를 더 포함한다. 상기 애노드는 자석 어셈블리가 뒤따르는 스캐닝 경로의 대향 단부 또는 그 근처에 배치된 가변 전압 고정 전극, 상기 타깃과 기판사이에 배치되어 이격된 애노드 와이어 또는 자석 어셈블리와 함께 스캐닝되는 가동 애노드로써 구성될 수 있다. 자석 어셈블리의 자석 엘리먼트는 증착 두께의 균일성을 향상시키기 위하여 타깃의 표면으로부터 상이한 간격으로 이격될 수 있다. 상기 타깃은 열 변화에 대한 민감성을 감소시킨 배킹 엘리먼트(backing element)에 결합된 타깃 엘리먼트를 각각 가진 섹션으로 제조될 수 있다. 상기 타깃은 이용성이 증가되도록 자석 어셈블리에 대하여 제 1 고정 위치로부터 제 2 고정 위치로 작동 수명동안 1회 이상 회전한다.

Description

선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 방법 및 장치 {METHODS AND APPARATUS FOR LINEAR SCAN MAGNETRON SPUTTERING}

본 발명은 기판상에 박막을 스퍼터링 증착하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 넓은 면적의 기판에 대하여 긴 타깃 수명과 증착 두께 균일성를 제공하는 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 방법 및 장치에 관한 것이다.

스퍼터링 코팅으로 알려진 스퍼터링 증착은 예를 들어 평면 패널 디스플레이용 유리 패널, 하드 디스크 드라이브용 자기 디스크 또는 반도체 웨이퍼와 같은 기판 위에 소정 재료의 박막을 증착하는 기술이다. 일반적으로, 플라즈마의 불활성 가스 이온은 재료가 증착되는 타깃을 향하여 가속된다. 타깃 재료의 자유 원자는 이온이 타깃과 충돌할 때 방출된다. 자유 원자의 일부는 기판 표면상에 수집되어 박막을 형성한다.

공지된 스퍼터링 기술중 하나는 마그네트론 스퍼터링이다. 마그네트론 스퍼터링은 스퍼터링 작용을 집중시키기 위하여 자기장을 이용한다. 자석은 타깃 뒤에 배치되며, 자기장 라인은 타깃을 관통하여 타깃 표면에 아크를 형성한다. 자기장은 타깃 표면 근처 영역에 전자를 한정한다. 그 결과 증가된 전자 밀도는 높은 밀도의 이온을 형성하고 스퍼터링 처리 효율을 향상시킨다.

고정 자석 구조 및 가동 자석 구조 모두가 마그네트론 스퍼터링에 이용되어 왔다. 가동 자석을 이용하는 종래의 제 1 스퍼터링 시스템에서, 타깃은 원형이며 자석 구조는 타깃 센터를 중심으로 회전한다. 가동 자석을 이용하는 종래의 제 2 스퍼터링 시스템에서, 타깃은 직사각형 또는 정사각형이며 자석 구조는 타깃에 대하여 선형 경로를 따라 스캐닝된다. 종래의 제 3 스퍼터링 시스템에서, 타깃은 직사각형이며 기판은 스퍼터링 중에 타깃 표면에 평행한 평면에서 이동한다. 상기 제 2 스퍼터링 시스템은 예를 들어 1995년 1월 17일에 호소카와 등에게 허여된 미국특허 제5,382,344호 및 1996년 10월 15일에 데머레이 등에게 허여된 미국특허 제5,565,071호에 개시되어 있다.

직사각형 또는 정사각형 타깃 및 선형 스캐닝 자석 구조를 이용하는 종래 스퍼터링 시스템은 많은 문제점과 단점을 갖는다. 대형 기판은 대형 타깃 어셈블리를 필요로 한다. 이러한 타깃 어셈블리는 일반적으로 단일의 수냉식 배킹 플레이트에 결합된 타깃 타일 땜납을 포함한다. 결합된 타깃 타일과 배킹 플레이트는 바이메탈 구조를 형성하며, 바이메탈 구조는 상이한 열팽창률 때문에 온도 변화에 따라 결합 과정중에 영구적으로 휘어진다. 휘어짐을 최소화하기 위한 종래 기술의 시도는 타깃 타일 세그먼트, 타깃 타일 세그먼트사이의 팽창 간극, 저융점 땜납 및 타깃 재료의 팽창/수축 계수와 밀접하게 일치하는 배킹 플레이트 재료를 이용하는 것이다. 타깃의 휘어짐은 인듐 주석 산화물 타일 및 구리 배킹 플레이트를 이용하는 17인치 타깃의 경우 최고 0.060인치까지 발생할 수 있다. 타깃 어셈블리의 휘어짐은 타깃과 기판 간격의 변화를 초래하고 마그네트론 장치 작동에 중요한 다른 설계 파라미터를 손상시킬 수 있다.

위치결정 스터드(stud)에 의하여 타깃 세그먼트가 마운팅 플레이트 위에 장착되는 스퍼터 캐소드가 오커 등에게 1996년 7월 16에 허여된 미국 특허 제5,536,380호에 개시되어 있다. 각각의 타깃 세그먼트는 타깃 배킹 플레이트 및 상기 배킹 플레이트에 결합된 타깃을 포함한다.

선형 스캐닝 스퍼터링 시스템은 일반적으로 트랙형 플라즈마라고 불리는 기다란 타원 형상의 폐루프 플라즈마를 형성하는 자석 어셈블리를 이용한다. 자석 어셈블리는 트랙형 플라즈마의 장변에 수직한 방향으로 타깃에 대하여 스캐닝된다. 그 결과 타깃의 침식은 플라즈마의 단부에서 가장 크게 발생되며, 따라서 스캐닝 방향에 평행하게 타깃의 각 에지를 따라 침식 홈이 형성된다. 기판의 오염을 방지하기 위하여, 스퍼터링은 침식 패턴이 임의의 위치에서 타깃 재료의 전체 두께를 제거하기 전에 중단되어야 한다. 임의의 위치에서 침식으로 초기 타깃 두께가 거의 제거되었다면 타깃은 교체되어야 한다. 따라서, 주어진 제조 공정에서, 단지 일부 소수의 기판만이 하나의 타깃으로부터 코팅될 수 있다. 타깃의 침식을 보다 균일하게 함으로써, 타깃 재료의 대부분이 교체되기 전에 충분히 이용될 수 있다.

선형 스캐닝 스퍼터링 장치는 일반적으로 수냉식 배킹 플레이트에 부착된 대형의 직사각형 또는 정사각형 타깃을 가진다. 이러한 구조는 일반적으로 접지에 대하여 통상적으로 수백 볼트의 음전압인 캐소드 전위에서 동작한다. 타깃의 배킹 플레이트측 위에서, 트랙형 자석 어셈블리는 적절한 전기장이 제공될 때 플라즈마를 유지하기에 충분한 자기장을 타깃 표면에 형성한다. 접지 전위로 유지되는 챔버 내에서 캐소드 전위로 타깃 구조를 작동시킴으로써 전기장이 생성된다. 타깃 표면에서의 전기장은 챔버 사이즈와 형상 및 형성된 플라즈마 특성에 의하여 영향을 받는다. 거의 진공 상태에서 자기장과 전기장의 결합은 스퍼터링 작용이 발생하게 한다.

증착 두께 균일성은 스퍼터링 시스템에서 중요한 필요조건이다. 넓은 면적의 기판에 있어서, 대형 타깃을 사용하고, 타깃에 대하여 자석 어셈블리를 선형으로 스캐닝하여, 타깃 표면의 균일한 침식과 기판의 균일한 코팅을 형성함으로써 균일한 증착이 이루어진다. 그러나, 넓은 면적의 스퍼터링 시스템이 가진 본래의 형태가 두께 균일성을 제한한다.

자석 어셈블리는 타깃 표면에 평행하고 자석 어셈블리의 장변에 수직하게 선형으로 스캐닝된다. 이러한 운동은 타깃 표면으로부터 수 밀리미터 이격되어 형성된 플라즈마가 타깃 표면을 스위핑(sweep)하도록 한다. 스퍼터링 챔버의 형상은 증착 두께 균일성에 영향을 준다. 특히, 챔버벽이 트랙형 플라즈마의 단부에 상대적으로 인접할 때, 증착된 막은 기판 센터에서 상대적으로 얇고 에지에서 상대적으로 두껍다.

따라서, 본 발명의 목적은 증착 두께 균일성을 얻을 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 특징에 따르면, 재료를 기판상에 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 장치가 제공된다. 마그네트론 스퍼터링 장치는, 기판으로부터 이격되어 있으며 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃, 상기 타깃 표면에 플라즈마를 한정하기 위하여 타깃에 인접하게 배치된 자석 어셈블리 및 상기 타깃에 대하여 자석 어셈블리를 스캐닝하기 위한 드라이브 어셈블리를 포함한다. 스퍼터링 장치는 자석 어셈블리가 타깃에 대하여 스캐닝될 때 실질적으로 일정한 플라즈마 특성을 유지하기 위하여 전압원에 결합되는 애노드를 더 포함한다.

바람직하게, 자석 어셈블리는 타깃에 대한 스캐닝 방향을 따라 드라이브 어셈블리에 의하여 선형으로 스캐닝되며, 플라즈마는 장변이 자석 어셈블리의 스캐닝 방향에 수직한 기다란 플라즈마 트랙을 형성한다.

제 1 실시예에서, 애노드는 스캐닝중에 자석 어셈블리가 뒤따르는 경로의 대향 단부 또는 그 근처에 배치된 제 1 및 제 2 고정 전극을 포함한다. 전압원으로부터 전극으로 공급되는 전압은 플라즈마 위치가 변할 때 실질적으로 일정한 플라즈마 특성을 유지하기 위해 자석 어셈블리가 경로를 따라 스캐닝될 때 변화된다.

제 2 실시예에서, 애노드는 타깃과 기판 사이에 배치된 고정 전극을 포함한다. 상기 고정 전극은 기판상에 증착되는 타깃 재료를 투과시킨다. 고정 전극은 타깃과 기판사이에 배치되는 이격된 다수의 애노드 와이어 또는 메시(mesh)를 포함할 수 있다.

제 3 실시예에서, 가동 애노드는 자석 어셈블리와 함께 스캐닝되며 스캐닝 중에 자석 어셈블리에 대하여 고정 위치를 유지한다. 애노드는 타깃과 기판사이에 배치될 수 있으며, 드라이브 어셈블리에 기계적으로 결합될 수 있다. 바람직하게, 애노드는 타깃의 대향 에지 주위에서 자석 어셈블리에 기계적으로 결합된다. 애노드는, 타깃과 기판사이에 배치되고 플라즈마의 대향 측면과 간격을 유지하는 기다란 컨덕터를 포함할 수 있다. 애노드는 냉각 유체를 순환시키거나 플라즈마 영역에 처리 가스를 전달하기 위한 튜브를 포함할 수 있다. 마그네트론 스퍼터링 장치는 플라즈마 영역에 처리 가스를 전달하기 위하여 애노드와 함께 이동될 수 있는 하나 이상의 처리 가스 튜브를 포함할 수 있다. 처리 가스를 전달하기 위하여 이용될 때, 배플 구조가 처리 가스 튜브 또는 애노드 주위에 배치될 수 있다. 배플 구조는 기판 방향과 같은 선택된 방향으로 실질적으로 균일한 처리 가스 시트를 전달한다. 가동 애노드는 플라즈마가 타깃과 기판에 대하여 스캐닝될 때 실질적으로 일정한 플라즈마 특성을 유지시킨다.

본 발명의 제 2 특징에 따르면, 재료를 기판상에 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 장치가 제공된다. 마그네트론 스퍼터링 장치는, 기판으로부터 이격되어 있으며 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃, 상기 타깃 표면에 플라즈마를 한정하기 위하여 타깃에 인접하게 배치된 자석 어셈블리 및 스캐닝 방향을 따라 상기 타깃에 대하여 자석 어셈블리를 스캐닝하기 위한 드라이브 어셈블리를 포함한다. 자석 어셈블리는 다수의 자석 엘리먼트를 포함한다. 자석 어셈블리의 자석 엘리먼트중 적어도 일부는 타깃 표면으로부터 상이한 간격으로 이격된다.

바람직하게, 자석 어셈블리는 기다란 형태를 갖는다. 자석 어셈블리 단부 근처의 자석 엘리먼트는 자석 어셈블리 센터 근처의 자석 엘리먼트보다 타깃 표면으로부터 더 크거나 더 작은 간격으로 이격될 수 있다. 자석 어셈블리는 힌지에 의해 결합된 두개 이상의 섹션을 포함할 수 있다. 바람직하게, 자석 엘리먼트와 타깃 표면사이의 간격은 기판상에 타깃 재료가 실질적으로 균일하게 증착되도록 선택된다.

본 발명의 제 3 특징에 따르면, 마그네트론 스퍼터링 장치를 위한 스퍼터링 타깃 어셈블리가 제공된다. 스퍼터링 타깃 어셈블리는 냉각 유체용 통로를 각각 갖춘 다수의 개별 배킹 엘리먼트(backing elements), 상기 배킹 엘리먼트 표면에 결합된 타깃 엘리먼트 및 상기 타깃 어셈블리의 미리 설정된 위치에 배킹 엘리먼트와 타깃 엘리먼트를 장착하는 지지 구조를 포함한다. 상기 지지 구조는 타깃 어셈블리의 대향 에지를 지지하는 지지 엘리먼트 및 인접한 배킹 엘리먼트의 슬롯에 유지된 키이(key)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 스퍼터링 타깃 어셈블리는 4개의 타깃 엘리먼트와 4개의 배킹 엘리먼트를 포함하며, 각각의 타깃 엘리먼트는 정사각형 형태를 가진다.

본 발명의 제 4 특징에 따르면, 마그네트론 스퍼터링 장치를 작동시키는 방법이 제공된다. 스퍼터링 장치는 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃, 상기 타깃 표면에 플라즈마를 한정하기 위한 자석 어셈블리 및 상기 타깃에 대하여 자석 어셈블리를 선형으로 스캐닝하기 위한 드라이브 어셈블리를 포함한다. 상기 방법에 따르면, 타깃은 자석 어셈블리에 대한 제 1 고정 위치로부터 자석 어셈블리에 대한 제 2 고정 위치로 작동 수명동안 1회 이상 이동한다. 제 1 및 제 2 고정 위치는 타깃 수명을 연장시키기 위해 선택된다. 통상적으로, 타깃은 그 센타를 중심으로 회전한다. 타깃 어셈블리의 제 1 및 제 2 고정 위치는 타깃 중심에 대하여 ± 90°상이할 수 있다.

본 발명의 제 5 특징에 따르면, 마그네트론 스퍼터링 장치 작동 방법이 제공된다. 스퍼터링 장치는 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃, 상기 타깃 표면에 플라즈마를 한정하기 위한 자석 어셈블리 및 상기 타깃에 대하여 자석 어셈블리를 선형으로 스캐닝하기 위한 드라이브 어셈블리를 포함한다. 상기 방법에 따르면, 자석 어셈블리의 스캐닝 속도는 타깃상에서 원하는 스퍼터링 막 두께 특성을 얻기 위해 스캐닝중에 타깃에 대하여 가변될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 스캐닝 속도는 실질적으로 균일한 스퍼터링 막 두께를 얻기 위해 타깃의 대향 에지 근처에서 감소된다.

본 발명의 제 6 특징에 따르면, 기판상에 재료를 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 장치가 제공된다. 마그네트론 스퍼터링 장치는 가동 어셈블리 및 기판에 대해 미리설정된 선형 경로를 따라 상기 가동 어셈블리를 스캐닝하는 드라이브 어셈블리를 포함한다. 가동 어셈블리는 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃, 상기 타깃 표면에 플라즈마를 한정하기 위해 상기 타깃에 인접하게 배치된 자석 어셈블리 및 상기 플라즈마 영역에 전기장을 발생시키기 위한 애노드를 포함한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해, 첨부도면을 참조하여 설명한다.

선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 코팅 시스템에 대한 단순화된 개략도가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다. 유리판과 같은 기판(10)이 진공챔버(12)내에 위치되어 있다. 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 장치(20)는, 기판(10)상에 증착되는 재료로 이루어진 타깃(22), 자석 어셈블리(24) 및 상기 자석 어셈블리(24)가 타깃(22)에 대한 선형 경로를 따라 스캐닝되도록 하는 드라이브 어셈블리(30)를 구비한 스퍼터링 타깃 어셈블리를 포함한다. 이하, 상기 타깃 어셈블리의 구조에 대해 설명한다. 드라이브 어셈블리(30)는, 예컨대, 볼 샤프트(34)에 결합된 드라이브 모터(32)를 포함할 수 있다. 자석 어셈블리(24)는 볼 너트(36)에 의해 볼 샤프트(34)에 결합된다. 드라이브 모터(32)가 가동되면, 자석 어셈블리는 타깃(22) 밑에서 스캐닝 방향(38)으로 선형 경로를 따라 스캐닝되며, 실질적으로 타깃(22)의 전 영역에 대하여 스캐닝한다. 자석 어셈블리(24)는 선형 왕복운동으로 스캐닝되며 타깃의 대향 에지(26,28)에서 또는 그 근처에서 방향 전환한다.

자석 어셈블리(24)의 자석 엘리먼트(40) 어레이는 자기장을 발생시키고, 이 자기장은 타깃(22)을 투과하여 기판(10)과 대면하고 있는 타깃(22)의 표면(42)상에 아크를 형성한다(도 19 참조). 상기 자기장은 타깃 표면(42) 부근의 영역에 전자를 구속하는데 도움이 된다. 전자밀도가 증가하면, 아르곤과 같은 불활성 가스의 이온 밀도가 증가하게 되고, 스퍼터링 공정의 효율을 증대시킨다. 특히, 가장 강력한 이온화 영역은 타깃(22)의 표면(42) 근처에 플라즈마(50)를 형성한다. 플라즈마(50)는 기다란 타원 형상을 가진 폐루프 플라즈마 트랙을 형성한다. 이 플라즈마를 "트랙형"이라 표현할 수 있다. 트랙형 플라즈마(50)는 장변이 자석 어셈블리(24)의 스캐닝 방향(38)에 수직하게 배치된다. 트랙형 플라즈마(50)의 단부는 직선이거나 만곡될 수 있고, 타깃(22)의 에지(46,48)에 또는 그 근처에 위치된다. 자석 어셈블리(24)가 타깃(22)에 대하여 스캐닝될 때, 플라즈마(50)는 자석 어셈블리(24)의 순간 위치를 뒤따르고, 타깃(22)의 영역을 스퍼터링한다. 스캐닝 동안, 플라즈마(50) 트랙의 크기 및 형상 그리고 자석 어셈블리(24)가 따르는 경로는, 플라즈마가 실질적으로 타깃(22)의 전체 영역을 스캐닝하여 타깃으로부터 재료를 스퍼터링하도록, 선택된다. 스퍼터링된 재료의 일부가 기판(10)상에 증착된다.

어떤 응용분야에서는, 넓은 영역의 기판을 스퍼터링 코팅할 필요가 있다. 특히, 약 650 X 650mm 크기의 유리판에 대한 스퍼터링 코팅이 필요할 수 있다. 통상적으로, 스퍼터링 타깃(22)은 증착된 코딩의 균일한 증착 두께를 보장하기 위하여 기판보다 약간 넓다. 따라서, 한 면이 약 34인치의 크기를 가진 타깃이 요구될 수 있다. 타깃 재료는 수냉 배킹 플레이트에 접합되며, 그 작동 수명중에 치수 안정성과 평탄도를 유지하여야 한다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 타깃은 도 4 및 도 5에 도시된 섹션으로 구성된다. 타깃 어셈블리(70)는 제 1 섹션(72), 제 2 섹션(74), 제 3 섹션(76), 및 제 4 셕션(78)을 포함한다. 각 셕션은 배킹 플레이트(82)에 접합된 타깃 엘리먼트(80)를 포함한다. 타깃 엘리먼트(80)는 기판상에 스퍼터링되는 재료이다. 배킹 플레이트(82)는 타깃 엘리먼트(80)를 위한 지지물을 형성하며, 통상적으로 냉각액의 순환을 위한 통로(84)를 포함한다. 타깃 엘리먼트(80)는 땜납에 의하여, 통상적으로는 인듐 합금 땜납에 의하여, 배킹 플레이트(82)에 접합될 수 있다. 배킹 플레이트(82)는 예를 들어 구리일 수 있다. 타깃 엘리먼트 및 배킹 플레이트는 통상적으로 직사각형 또는 정사각형이다. 배킹 플레이트(82)는 타깃 어셈블리(70)의 두 외부 에지를 따라 타깃 엘리먼트(80)를 넘어 연장되며, 장착 홀(86)이 구비되어 있다. 타깃 어셈블리(70)는 지지 엘리먼트(90,91)에 의해 대향 에지(87,88)에서 각각 지지된다. 바람직하게, 타깃 어셈블리(70)는 스캐닝 경로의 단부에서 단지 에지(87,88)를 따라서만 지지되며, 전면 및 후면의 나머지 부분들은 노출된 상태로 남겨진다. 배킹 플레이트(82)는 도 4에 도시된 바와 같이 두개의 외부 에지를 따라 장착 홀(86)이 구비되어 있어서, 타깃 어셈블리가 하기된 바와 같이 회전할 수 있도록 한다. 타깃 섹션은 타깃 섹션의 무제한적 열팽창 및 수축을 허용할 만큼 충분한 거리, 통상적으로 약 0.5㎜ 이격될 수 있다. 타깃 섹션들 사이의 상대적으로 작은 간격은 기판상에 증착된 박막의 균일성에 전혀 영향을 미치지 않는다. 타깃 어셈블리의 센터에 인접한 타깃 섹션의 인접 단부들은 키(94)를 위한 슬롯(92)을 구비할 수 있다. 상기 키(49)는 타깃 어셈블리에서 타깃 섹션의 소정의 상대 위치를 설정하고, 타깃 표면(95)에 수직한 타깃 섹션의 상대 운동을 억제한다. 예를 들어, 키(49)는 2.0 X 2.0 X 0.25 인치 크기일 수 있다. 타깃 어셈블리(70)는 통상적으로 스퍼터링 코팅 시스템에서 수직하게 설치된다. 지지 엘리먼트(90,91) 및 키(94)를 포함하는 장착 구조는 타깃 섹션을 타깃 어셈블리(70)에서 고정된 상대 위치에 유지한다. 기판과 대면하고 있는 타깃 표면(95)을 제외하고, 바람직하게, 타깃 어셈블리는 접지 실드(미도시)에 의해 둘러싸여 있다.

도 4 및 도 5에 도시되어 있으며, 전술한 타깃 어셈블리의 구성은 소형의 타깃 섹션을 제공함으로써 타깃의 휘어짐을 제한한다. 단일의 대형 타깃을 사용하는 것보다 휘어짐이 감소되기 때문에, 제조 및 접합 공정을 단순화할 수 있으며, 타깃 재료가 인듐 주석 산화물과 같은 세라믹인 경우 파괴 가능성을 감소시킬 수 있다. 타깃 어셈블리가 두개 또는 그 이상의 타깃 섹션으로 제조될 수 있으며, 타깃 섹션이 임의의 소정 크기 및 형상을 가질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 양태가 도 6 내지 도 8에 도시되어 있다. 단순화를 위하여, 각 타깃 섹션의 타깃 엘리먼트만이 도시되어 있다. 또한, 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도 7에서는 타깃 엘리먼트의 횡방향 크기에 대한 두께가 과장되게 도시되어 있다. 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 장치의 통상적인 침식 패턴(96)이 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 타깃은 실질적으로 전체 표면에 걸쳐 침식된다(도 7 참조). 그러나, 침식 홈(100,102)은 자석 어셈블리의 스캐닝 방향(38)에 평행하게 타깃 어셈블리(70)의 대향 에지를 따라 형성된다. 도 1을 참조하면, 침식 홈(100,102)의 형성을 이해할 수 있을 것이다. 플라즈마(50)의 단부가 타깃(22)의 대향 에지(46,48) 근처에 위치하기 때문에, 이들 영역 위에서의 플라즈마의 길이는 플라즈마(50)의 센터보다 더 크고, 따라서 침식이 심화된다. 침식 홈(100,102)이 타깃 두께에 상당히 근접하게 되면, 기판 오염의 위험을 피하기 위하여 일반적으로 타깃은 교체된다.

본 발명의 제 2 양태에서, 타깃 어셈블리는 자석 어셈블리에 대한 제 1 고정 위치로부터 자석 어셈블리에 대한 제 2 고정 위치로 작동 수명동안 1회 이상 이동한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 타깃 어셈블리(70)는 도 6에 도시된 위치에 대하여 센터(104)를 중심으로 90°회전한다. 이는 도 8에 도시된 바와 같이 침식 홈(100,102)이 자석 어셈블리(24)의 스캐닝 방향(38)에 수직하게 배향되도록 한다. 타깃 어셈블리(70)의 회전 후, 스퍼터링 시스템의 작동중에, 새로운 침식 홈(110,112)이 스캐닝 방향(38)에 평행하게 타깃 어셈블리의 다른 두개의 에지에 형성된다. 타깃 어셈블리(70)를 그 작동 수명동안 1회 이상 회전시킴으로써, 타깃의 수명은 연장되고, 타깃의 활용도가 증대된다. 침식홈은 타깃의 모든 4면을 따라 형성되며, 타깃 센터의 활용도는 효과적으로 배가된다. 바람직하게, 타깃 어셈블리는 그 수명 동안 침식 홈(100,102)으로 인해 타깃의 교체가 필요하게 될 때 회전된다. 그러나, 타깃 어셈블리는 필요하다면 더 자주 회전될 수 있다. 도 8로부터 알 수 있듯이, 타깃 어셈블리(70)는 도 6에 도시된 초기 위치에 대하여 센터(104)를 중심으로 ±90°회전할 수 있다.

전술한 바와 같이, 기판의 에지에 근접한 챔버 벽과 넓은 타깃 영역을 가진 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 시스템은 기판의 외측 에지 근처에서 상대적으로 두껍고 기판의 센터 영역에서 상대적으로 얇은 증착 막을 형성한다. 이는 타깃 센터 부근의 플라즈마에 있는 전자들이 타깃 에지 부근의 플라즈마에 있는 전자만큼 쉽게 탈출할 수 없기 때문인 것으로 여겨진다. 전자 손실이 적다는 것은 플라즈마가 지속되기 쉽다는 것을 의미한다. 따라서, 플라즈마 전압이 강하하고, 그에 상응하여 스퍼터율도 강하한다.

자기장 강도와 플라즈마 강도의 관계에 대한 인식에 기초하면, 자석 어셈블리의 센터 영역의 자기장에 비해 자석 어셈블리의 단부 근처의 자기장을 감소시킴으로써, 플라즈마 강도가 감소될 수 있다. 이는 자석 어셈블리와 타깃 표면 사이의 간격을 타깃의 센터 영역에서 상대적으로 좁게 하고 단부 근처에서 더 크게 함으로써 이루어진다. 타깃 표면으로부터 상이하게 이격된 자석 어셈블리들이 도 9 및 도 10에 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3, 도 9 및 도 10에서 유사한 엘리먼트는 동일한 참조번호로 표시되어 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 자석 어셈블리(130)는 센터 섹션(132) 및 센터 섹션(132)의 대향 단부에 연결된 단부 섹션(134,136)을 포함한다. 자석 어셈블리(130)의 각 섹션(132,134,136)은 플라즈마(50)를 생성하기 위해 타깃(22)의 표면에 자기장을 발생시키는 다수의 자석 엘리먼트(140)를 포함한다. 자석 어셈블리(130)의 단부 부근의 섹션(134,136)의 자석 엘리먼트(140)는 센터 섹션(132)의 자석 엘리먼트(140)보다 타깃(22)으로부터 더 멀리 이격되어 있다. 단부 섹션(134,136)은 선형이거나 비선형일 수 있고, 고정된 방향으로 센터 섹션(132)에 결합되거나, 또는 단부 섹션(134,136)의 자석 엘리먼트(140)와 타깃(22) 사이의 간격을 조정할 수 있도록 힌지에 의해 결합될 수 있다. 또한, 센터 섹션(132) 및 단부 섹션(134,136)의 상대적인 길이는 본 발명의 범주내에서 변형될 수 있다. 자석 어셈블리(130)의 다른 구성에 있어서, 단부 섹션(134,136)의 자석 엘리먼트(140)는, 도 9의 가상선으로 도시된 단부 섹션(134R,136R)과 같이, 센터 섹션(132)의 자석 엘리먼트(140)보다 타깃(22)에 더 가깝게 위치한다. 이러한 구성은 일부 응용분야에서 두께 균일성을 개선하기 위해 사용될 수 있다.

선택적 실시예가 도 10에 도시되어 있다. 자석 어셈블리(146)는 제 1 섹션(148) 및 제 2 섹션(150)을 포함한다. 각 섹션은 자석 엘리먼트(140)를 포함한다. 자석 어셈블리(146)의 섹션(148,150)은, 자석 엘리먼트(140)와 타깃(22) 사이의 간격이 자석 어셈블리의 단부 근처의 자석 엘리먼트들의 간격보다 자석 어셈블리의 센터 근처에서 더 작도록, 배향된다. 섹션(148,150)은 선형이거나 비선형일 수 있고, 고정된 방향으로 결합되거나, 또는 힌지 결합될 수 있다. 다른 구성에서, 자석 어셈블리(146)의 섹션(148,150)은, 자석 엘리먼트(140)와 타깃(22) 사이의 간격이 자석 어셈블리의 단부 근처의 자석 엘리먼트(140)들의 간격보다 자석 어셈블리의 센터 근처에서 더 크도록, 배향된다. 이 구성이 자석 어셈블리(146)의 섹션(148R,150R)으로 도 10에 가상선으로 도시되어 있다. 이러한 구성은 특정 응용분야에서 개선된 두께 균일성을 제공할 수 있다.

도 9 및 도 10에 도시된 자석 구조는, 자석 어셈블리의 단부 근처의 자석 엘리먼트가 자석 어셈블리의 센터 근처의 자석 엘리먼트보다 더 크거나 더 작은 간격으로 타깃(22)으로부터 이격되어 있으며, 타깃으로부터 균일하게 이격된 자석 어셈블리와 비교할 때, 자석 어셈블리의 장변에 평행한 방향을 따라 개선된 균일성을 제공한다. 이 구성은 균일성을 얻기 위하여 다른 크기, 강도 및/또는 간격을 가진 자석 엘리먼트를 필요로 하지 않는다.

도 9 및 도 10에 도시된 자석 어셈블리의 구성은 자석 어셈블리의 장변을 따른 증착 두께 균일성 문제를 해소한다. 그러나, (자석 어셈블리의 장변에 수직한) 자석 어셈블리의 스캐닝 방향을 따라 두께 균일성의 변화가 관찰되었다. 이러한 변화는, 플라즈마와 접지된 진공 챔버 벽 사이의 간격이 자석 어셈블리가 스캐닝됨에 따라 변하고, 이에 따라 플라즈마 영역에서 전기장의 변화가 유발되기 때문인 것으로 여겨진다. 또한, 전기장의 변화는 스퍼터율의 변화를 야기한다.

도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 또 다른 양태를 설명한다. 도 1 내지 도 3, 도 11 및 도 12에서 유사한 엘리먼트는 동일한 참조번호로 표시되어 있다. 설명의 단순화를 위하여, 도 11 및 도 12에서는 드라이브 어셈블리가 생략되어 있다. 도 11 및 도 12의 실시예에서, 진공 챔버(12)내에서 타깃(22)과 기판(10) 사이에 고정 전극(200)이 배치된다. 고정 전극(200)은 타깃(22)으로부터 기판(10)상으로 스퍼터링되는 재료에 대해 실질적으로 투과성이어야 한다. 예를 들어, 이는 일련의 이격된 애노드 와이어(204)를 이용하거나 상대적으로 큰 개방 영역을 가진 도전성 메시(mesh)에 의해 구현될 수 있다. 도 11 및 도 12의 실시예에서, 고정 전극(200)은, 타깃(22)과 기판(10) 사이에 위치하며 접지와 같은 적절한 전위에 접속되어 있는 이격된 평행 애노드 와이어(204,206 등)를 포함한다. 애노드 와어어는 진공 챔버 벽에 접속될 수 있으며, 또는 별도의 전압원에 접속될 수 있다. 타깃(22)과 기판(10) 사이의 고정 전극은, 자석 어셈블리(24)가 타깃(22) 위에서 스캐닝될 때, 플라즈마(50)로부터의 거리 변화가 거의 없는 접지 전위와 같은 고정된 전위를 제공한다. 따라서, 스캐닝 과정중엔 언제나 플라즈마(50)의 영역에 실질적으로 일정한 전기장이 존재한다. 또한, 실질적으로 일정한 전기장은, 자석 어셈블리(24)가 타깃(22) 위에서 스캐닝될 때, 실질적으로 일정한 플라즈마 특성을 생성한다. 애노드 와이어(204,206 등)의 직경과 애노드 와이어들 사이의 간격은, 자석 어셈블리(24)가 타깃(22) 위에서 스캐닝될 때, 플라즈마(50)의 영역에 실질적으로 일정한(즉, 약 5% 이내로 일정한) 전기장을 제공하고 타깃(22)으로부터 스퍼터링된 재료의 대부분이 기판(10)에 도달할 수 있도록 선택된다. 일 예에서, 직경이 0.030인치이고 애노드 와이어들 사이의 간격이 1인치인 텅스텐 와이어가 우수한 균일성을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

도 13 및 도 14를 참조하여, 본 발명의 또 다른 양태를 설명한다. 도 1 내지 도 3, 도 13 및 도 14에서 유사한 엘리먼트는 동일한 참조번호로 표시되어 있다. 설명의 단순화를 위하여, 도 13 및 도 14에서는 드라이브 어셈블리가 생략되어 있다. 도 13 및 도 14의 구성은 제 1 고정 전극(220) 및 제 2 고정 전극(222)을 이용하며, 이들은 스캐닝동안 자석 어셈블리(24)가 뒤따르는 경로의 대향 단부에 또는 그 근처에 타깃(22)의 대향 에지를 따라 위치된다. 바람직하게, 고정 전극(220,222)은 타깃(22)의 대향 에지(26,28)에 인접하고 타깃(22)과 기판(10) 사이의 영역에 인접하게 위치된다. 자석 어셈블리(24)와 플라즈마(50)의 스캐닝은 도 13 및 도 14에서 타깃(22) 좌측의 플라즈마(50')와 타깃(22) 우측의 플라즈마(50")로 도시되어 있다. 따라서, 전극(220,222)에 대한 플라즈마(50)의 위치는 자석 어셈블리의 스캐닝동안 변하게 된다. 바람직하게, 전극(220,222)은 가변 전압원(230)에 접속된다.

전압원(230)에 의해 전극(220,222)에 인가되는 전압은 자석 어셈블리(24)와 플라즈마(50)의 스캐닝과 동조하여 가변됨으로써, 스캐닝동안 실질적으로 일정한 플라즈마 특성을 생성할 수 있다. 전극(220,222)에 인가되는 적절한 전압 파형의 예가 도 15에 도시되어 있다. 파형(240)은 전극(220)에 인가되고, 파형(242)은 전극(222)에 인가된다. 각각의 파형은 플라즈마(50)가 스캐닝 사이클에서 전극으로부터 가장 멀 때인 O볼트 내지 플라즈마(50)가 스캐닝 사이클동안 전극에 가장 가까울 때인 -100볼트 사이에서 선형적으로 변할 수 있다. 도 15에서, 시간(T₁ 및 T₆)은 플라즈마(50)가 전극(220) 근처에 있을 때의 시간에 상응하고, 시간(T₂ 및 T₅)은 플라즈마(50)가 스캐닝 사이클의 중간에 있을 때의 시간에 상응하며, 시간(T₃)은 플라즈마(50)가 전극(222) 근처에 있을 때의 시간에 상응한다. 다른 파형 및 전압 레벨이 다른 응용예에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 전극(220,222)은 스퍼터링된 막의 두께 균일성을 향상시키는 형상일 수 있다. 또한, 전극(220,222)은 스퍼터링된 막의 두께 균일성을 향상시키기 위해 다른 세그먼트에는 다른 전압이 인가되도록 세그먼트화될 수 있다.

본 발명의 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 시스템의 또 다른 실시예가 도 16 내지 도 18에 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3과 도 16 내지 도 18에서 유사한 엘리먼트는 동일한 참조번호로 표시되어 있다. 도 16 내지 도 18의 실시예에서, 스캐닝 애노드(250)는 드라이브 어셈블리(30)에 기계적으로 결합되며, 자석 어셈블리(24)와 함께 스캐닝된다. 애노드(250)는 자석 어셈블리(24)와 정렬되어 타깃(22)과 기판(10)사이에 배치된다. 그 결과, 애노드(150)는 스캐닝동안 플라즈마(50)에 대해 고정된 관계를 유지한다. 바람직하게, 애노드(250)는 상대적으로 작은 직경을 가진 하나 이상의 기다란 컨덕터를 포함하여, 스퍼터링된 타깃 재료가 기판(10)에 도달하는 차단하지 않도록 한다. 도 16 내지 도 18의 실시예에 있어서, 애노드(250)는 가동 어셈블리(260)를 형성하기 위하여 지지 부재(254,256)에 의해 자석 어셈블리(24)에 기계적으로 결합된다. 지지 부재(254)는 타깃(22)의 에지(26) 둘레에서 애노드(250)의 일단과 자석 어셈블리(24)의 일단 사이에 접속되며, 지지 부재(256)는 타깃(22)의 에지(28) 둘레에서 애노드(250)의 타단과 자석 어셈블리(24)의 타단 사이에 접속된다. 바람직하게, 지지 부재(254,256)는 비도전성이며, 따라서 애노드(250)와 자석 어셈블리(24)는 상이한 전기 전위로 유지될 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 타깃 어셈블리의 구성은, 전술한 바와 같이, 애노드(250)와 자석 어셈블리(24) 사이에 지지 부재(254, 256)의 접속을 용이하게 하며, 타깃(22)에 대한 가동 어셈블리(260)의 스캐닝을 허용하는데, 그 이유는 타깃이 선형 스캐닝의 단부에서 대향 에지를 따라서만 기계적으로 지지되기 때문이다. 상기 애노드(250)는 접지와 같은 고정 전압에 접속될 수 있으며, 플라즈마(50)의 영역에서 실질적으로 일정한 전기장을 유지하고, 따라서 자석 어셈블리(24)에 의한 스캐닝동안 실질적으로 일정한 플라즈마 특성을 유지한다. 도 16 내지 도 18의 실시예는, 애노드(250)가 스캐닝동안 플라즈마(50)와 고정된 물리적인 관계를 갖기 때문에, 도 11 내지 도 14의 실시예보다 플라즈마(50)의 영역에서 더 일정한 전기장을 제공하며, 따라서 더 일정한 플라즈마 특성을 제공한다.

다른 기계적인 구성이 애노드(250)를 지지 및 스캐닝하기 위하여 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 애노드(250)는 자석 어셈블리(24)보다는 드라이브 어셈블리(30)에 직접 접속될 수 있으며, 또는 드라이브 어셈블리(30)와 동기되는 제 2 드라이브 어셈블리에 접속될 수 있다. 애노드(250)가 스캐닝동안 자석 어셈블리(24)와 동기되어 이동함으로써, 애노드(250)와 플라즈마(50)사이에서 고정된 물리적인 관계가 유지되는 것이 중요한 조건이다. 애노드(250)는 도 16에 도시된 두개의 평행 컨덕터, 단일 컨덕터 또는 두개 이상의 컨덕터를 이용할 수 있다. 스퍼터링된 타깃 재료가 기판(10)에 도달하는 것을 실질적으로 차단하지 않고, 애노드가 스캐닝동안 실질적으로 일정한 플라즈마 특성을 유지하는 것이 중요한 조건이다.

도 16 내지 도 18의 가동 애노드 실시예의 다른 특징에 대해 도 19를 참조하여 설명한다. 스퍼터링 장치의 개략적인 부분 정면도가 도시되어 있다. 도 16 내지 도 19에서 유사한 엘리먼트는 동일한 참조번호로 표시되어 있다. 설명의 단순화를 위하여, 도 19에서는 드라이브 어셈블리가 생략되어 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 애노드(250)는 도전성 튜브로서 구성되며, 냉각 가스 또는 유체가 도전성 튜브를 통해 순환된다. 도전성 튜브는 접지와 같은 소정 전위로 유지되며, 순환 유체는 애노드의 온도 상승을 제한한다.

도 16 내지 도 18의 스캐닝 애노드 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 자석 어셈블리(24) 및 애노드(250)를 포함하는 가동 어셈블리(260)는 하나 이상의 처리 가스 튜브(270)를 더 포함할 수 있다. 처리 가스 튜브는 타깃(22)과 기판(10) 사이에서 애노드(250)에 인접하여 배치될 수 있다. 처리 가스 튜브(270)는 처리 가스를 플라즈마의 영역(50)에, 통상적으로 기판(10)쪽으로 전달하는 통공을 포함할 수 있다. 처리 가스는 스퍼터링 공정에서 이용될 수 있다. 스퍼터링 공정에 이용된 처리 가스의 예는 질소 및 산소를 포함한다. 도 19의 구성은 자석 어셈블리(24)의 스캐닝동안 처리 가스가 플라즈마(50)의 영역에 직접 전달된다는 장점이 있다. 임의의 갯수의 처리 가스 튜브가 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 더욱이, 다른 처리 가스 튜브는 다른 처리 가스를 전달할 수 있다. 애노드(250)의 활성 냉각이 필요하지 않은 경우, 애노드는 처리 가스를 플라즈마(50)의 영역에 전달하는 통공을 가진 도전성 튜브로서 구성될 수 있다.

애노드(250)에 대한 전기 접속, 애노드(250)에 대한 냉각 유체의 전달 및 배출, 그리고 처리 가스 튜브(270)에 대한 처리 가스의 전달은 모두 가동 어셈블리(260)와 스퍼터링 시스템간의 가요성 접속을 필요로 한다. 통상의 가요성 접속이 이용될 수 있다.

도 16 내지 도 19의 스캐닝 애노드 실시예의 다른 특징에 대해 도 20A 및 도 20B를 참조하여 설명한다. 처리 가스를 전달하는 튜브(300)는 그 길이를 따라 이격되어 있는 통공(302)을 갖는다. 전술한 바와 같이, 튜브(300)는 애노드(250) 또는 처리 가스 튜브(270)에 대응할 수 있다. 배플 구조(310)가 그 길이를 따라 튜브(300) 둘레에 배치된다. 배플 구조(310)는 튜브(302), 튜브(300)와 배출구(312)의 통공(302)사이에 S자형 경로를 제공할 수 있다. 배플 구조(310)는 통공(302)을 통해 튜브(300)에 의해 전달된 가스 흐름을 확산시키며, 선택된 방향, 즉 기판측으로 우선적으로 전달되는 실질적으로 균일한 선형의 처리 가스 커튼을 제공한다. 통상적으로, 처리 가스는 기판 표면에서 타깃의 재료와 반응하여야 한다. 예를 들어, 마그네슘 산화물이 마그네슘 타깃으로부터 기판상에 형성될 수 있으며, 산소 가스가 튜브(300)를 통해 전달된다. 처리 가스가 기판측으로 전달되지 않는 경우, 마그네슘 산화물이 타깃 표면상에 형성될 수 있다. 타깃의 마그네슘 산화물 오염은 스퍼터링 공정을 방해할 수 있다. 도 20A 및 도 20B에 도시된 구성은 타깃 표면에 도달하는 처리 가스의 양을 실질적으로 감소시킨다. 가스 흐름을 기판측으로 향하게 하기 위해, 다양한 다른 배플 구조, 형상 및 형태가 사용될 수 있다.

지금까지, 자석 어셈블리(24)의 스캐닝 속도가 스캐닝 경로의 단부 사이에서 실질적으로 일정한 것으로 가정하였다. 본 발명의 다른 특징에 따르면, 스캐닝속도는 증착된 막의 균일성을 제어하기 위하여 자석 어셈블리 위치의 함수로서 변화될 수 있다. 특정 영역에서 스캐닝 속도를 감소시킴으로써, 막의 두께는 증가한다. 역으로, 특정 영역에서 스캐닝 속도를 증가시킴으로써, 막의 두께는 감소한다. 스캐닝 속도 프로파일의 예가 도 21에 도시되어 있다. 스캐닝 속도가 스캐닝 경로를 따른 위치의 함수로서 표시되어 있다. 도 16을 참조하면, 스캐닝 위치(320)는 타깃(22)의 에지(26)에 대응하며, 스캐닝 위치(322)는 타깃(22)의 에지(28)에 대응한다. 스캐닝 속도 프로파일(324)은 타깃(22)의 에지(26,28) 근처에서 감소된 속도를 특징으로 하며, 따라서 기판의 에지 근처에서 증착된 막의 두께를 증가시킨다. 스캐닝 속도가 스캐닝 경로의 임의의 소정 영역에서 증가되거나 감소될 수 있음을 이해할 것이다.

본 발명의 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 시스템의 또 다른 실시예가 도 22 및 도 23에 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3, 도 16 내지 도 18, 도 22 및 도 23에서 유사한 엘리먼트는 동일한 참조번호로 표시되어 있다. 전술한 실시예에서, 타깃은 제 위치에 고정되며, 자석 어셈블리는 타깃에 대해 스캐닝된다. 도 22 및 도 23의 실시예에서, 가동 타깃(340)이 이용된다. 가동 타깃(340)은 자석 어셈블리(24) 및 애노드(250)에 기계적으로 결합될 수 있다. 자석 어셈블리(24), 애노드(250) 및 타깃(340)은 기판(10)에 대해 선형적으로 스캐닝되는 가동 어셈블리를 구성한다. 가동 타깃(340)은 고정 타깃보다 실질적으로 더 작을 수 있다. 특히, 기판(10)과 대면하고 있는 타깃(340)의 표면은 플라즈마(50)에 의해 덮히는 영역보다 실질적으로 더 크지 않은 크기를 가질 수 있다. 도 22 및 도 23의 구성은, 플라즈마(50)가 작동중에 실질적으로 전체 타깃 표면을 덮어서 오염물질의 성장을 억제하기 때문에, 타깃 표면의 오염이 감소되는 장점을 갖는다.

당업자는 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않고 본 발명을 변형할 수 있다. 따라서, 본 발명은 청구범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한된다.

따라서, 본 발명에 따른 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 방법 및 장치는 균일한 증착 두께를 얻을 수 있다.

도 1은 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 시스템에 대한 개략적 평면도;

도 2는 도 1의 스퍼터링 시스템을 라인 2-2를 따라 절취한 개략적 단면도;

도3은 도 1의 스퍼터링 시스템을 라인 3-3을 따라 절취한 개략적 단면도로서, 자석 어셈블리가 도 1의 위치로부터 좌향 편위된 상태를 도시한 도면;

도 4는 본 발명에 따른 스퍼터링 타깃 어셈블리에 대한 개략적 평면도;

도 5는 도 4의 스퍼터링 타깃 어셈블리에 대한 개략적 단면도;

도 6은 트랙형 자석 어셈블리에 의하여 생성된 침식홈을 도시한 스퍼터링 타깃 어셈블리에 대한 개략적 평면도;

도 7은 타깃의 침식을 도시한, 도 6의 스퍼터링 타깃 어셈블리에 대한 개략적 부분 단면도;

도 8은 90°회전시킨 도 6의 스퍼터링 타깃 어셈블리에 대한 개략적 평면도;

도 9 및 도 10은 자석 어셈블리가 타깃의 표면으로부터 상이한 간격으로 이격된 자석 엘리먼트를 포함하는 스퍼터링 시스템에 대한 개략적 단면도;

도 11은 타깃과 기판사이에 애노드 와이어를 사용하는 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 시스템에 대한 개략적 평면도;

도 12는 도 11의 스퍼터링 시스템을 라인 12-12를 따라 절취한 단면도;

도 13은 스퍼터링 타깃의 대향 에지 근처에 고정 애노드를 포함하는 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 시스템에 대한 개략적 평면도;

도 14는 도 13의 스퍼터링 시스템을 라인 14-14를 따라 절취한 개략적 단면도;

도 15는 도 13 및 도 14의 고정 애노드에 인가될 수 있는 전압 파형의 예를 도시한 그래프로서, 시간함수로서 전극전압을 나타낸 그래프;

도 16은 자석 어셈블리와 함께 스캐닝되는 애노드를 포함하는 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 시스템에 대한 개략적 평면도;

도 17은 도 16의 스퍼터링 시스템을 라인 17-17을 따라 절취한 단면도;

도 18은 도 16의 스퍼터링 시스템을 라인 18-18을 따라 절취한 단면도;

도 19는 본 발명의 특징부를 도시한 도면으로서, 자석 어셈블리, 타깃 및 애노드를 확대한 부분 단면도;

도 20A는 본 발명의 특징부를 도시한 도면으로서, 애노드 및 배플 구조에 대한 개략적 단면도;

도 20B는 도 20A의 애노드 및 배플 구조를 라인 20B-20B를 따라 절취한 개략적 단면도;

도 21은 본 발명의 특징부를 도시한 도면으로서, 스캐닝 경로에 따른 위치의 함수로서 스캐닝 속도를 나타낸 그래프;

도 22는 자석 어셈블리와 함께 스캐닝되는 애노드 및 타깃을 포함하는 선형 스캐닝 마그네트론 스퍼터링 시스템에 대한 개략적 평면도; 및

도 23은 도 22의 스퍼터링 시스템을 라인 23-23을 따라 절취한 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 기판 22 : 타깃

24 : 자석 어셈블리 30 : 드라이브 어셈블리

40 : 자석 어셈블리 50 : 플라즈마

70 : 타깃 어셈블리 80 : 타깃 엘리먼트

94 : 키이 200 : 고정 전극

204, 206 : 애노드 와이어 250 : 애노드

254 : 지지 부재 270 : 처리가스 튜브

Claims

기판상에 재료를 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 장치로서,

상기 기판으로부터 이격되어 있으며 상기 재료가 스퍼터링되는 표면을 가진 타깃;

상기 타깃의 표면에 플라즈마를 한정하기 위해 상기 타깃에 근접하게 배치된 자석 어셈블리;

상기 타깃에 대해 미리 결정된 선형 경로를 따라 상기 자석 어셈블리를 스캐닝하는 드라이브 어셈블리; 및

전압원에 연결된 애노드 어셈블리;를 포함하고,

상기 자석 어셈블리가 상기 타깃의 대향 에지에 인접한 단부를 가진 경로를 따라 스캐닝되며, 상기 애노드 어셈블리가 상기 경로의 대향 단부에 또는 그 근처에 배치된 제 1 고정 전극 및 제 2 고정 전극을 포함하며, 상기 자석 어셈블리가 상기 경로를 따라 스캐닝될 때 스캐닝동안 플라즈마 특성을 일정하게 유지하기 위하여 상기 전압원으로부터 상기 전극으로 인가되는 전압이 변화되는,

마그네트론 스퍼터링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 애노드 어셈블리가 상기 타깃과 상기 기판사이에 배치된 고정 전극을 더 포함하며, 상기 고정 전극이 상기 기판상에 증착되는 상기 타깃의 재료에 대해 투과성을 갖는,

마그네트론 스퍼터링 장치.
상기 제 1 항에 있어서,

상기 애노드 어셈블리가 상기 자석 어셈블리와 함께 스캐닝되며, 스캐닝동안 상기 자석 어셈블리에 대해 고정된 위치를 유지하는,

마그네트론 스퍼터링 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 애노드 어셈블리가 냉각 유체를 순환시키기 위한 튜브를 포함하는,

마그네트론 스퍼터링 장치.