KR100604649B1 - 영구자석 시스템을 갖춘 캐소드를 구비한 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

자계를 생성하여 자계의 자력선이 스퍼터링 표면 위를 지나가고 그 표면을 투과하게 하는 영구자석 배열체에 의해 자력이 강화되며, 원형 또는 타원형을 이루고 각자 완결체를 이루고 동축으로 배치되고 요크(15)를 통해 서로 연결되는, 개별 자석들(5, 5', ...; 6, 6', ...)의 두 세트(7, 8)가 영구자석 배열체를 이루는, 스퍼터링 장치에는, 영구자석 세트(7, 8)에서 먼 쪽의 타겟(3) 면이 서로 비스듬하게 연장되는 2개의 부분 표면(3a, 3b)으로 이루어지며, 이 두 부분 표면(3a, 3b)이 함께 만나 이루는 모서리(3c)가 영구자석들(5, 5', ...; 6, 6', ...)의 세트(7, 8)와 평행을 이루며, 자석 요크(15)와 자석 요크(15)를 마주보는 타겟(3) 면 사이에 강자성체로 된 삽입물(14)이 끼워져 있다.

캐소드, 애노드, 타겟, 영구자석, 요크, 강자성체

Description

영구자석 시스템을 갖춘 캐소드를 구비한 스퍼터링 장치{Sputtering device with a cathode with permanent magnet system}

도 1 및 도 2는 서로 다르게 형성된 둥근 링 형태의 캐소드 두 가지를 부분 단면도로 보여 주고 있고, 여기서 회전축 또는 대칭축이 R로 표시되어 있는 도면, 그리고

도 3 및 도 4는 도 1과 도 2에 따른 캐소드를 도식적으로 보여 주고 또한 자력선의 분포를 나타내는 도면.

본 발명은, 타겟(target)의 스퍼터링(sputtering) 표면에서 먼 쪽의 타겟 측에 배치되어 스퍼터링 표면 위를 지나가고 그 표면을 관통하는 자력선을 갖는 자계를 생성하는 영구자석 시스템에 의해 자력이 강화되며, 적어도 부분적으로는 스퍼터링 표면에 의해 형성된 캐소드를 구비하며, 전계를 생성하는 애노드가 캐소드와 간격을 두고 배치되며, 영구자석들이 연철로 된 요크(yoke)를 통해 연결되는, 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

이러한 종류의 스퍼터링 장치(DE 29 20 780 C2)가 공지되어 있는데, 여기서 취하는 조치는 타겟의 스퍼터링 표면 위로 자계의 자력선이 평탄하게 진행되도록 하는 것이다. 이를 위해서 영구자석 시스템은 서로 끼워 맞춰진 개개의 자석 요소들 다수로 이루어지며, 이들 상호간의 방향 및 배열은, 자계의 자력선이 자석 시스템의 내부를 흐를 뿐 아니라 타겟의 스퍼터링 표면의 대부분 위를 그 표면과 대체로 평행하게 지나가도록 선택된다.

이러한 공지된 스퍼터링 장치의 특별한 실시 형태에서는, 제1 그룹의 자석 요소들은 타겟의 스퍼터링 표면에 대하여 비스듬하게 진행하는 극성 방향을 보이고, 제2 그룹의 자석 요소들은 스퍼터링 표면과 평행하게 진행하는 극성 방향을 보인다.

또 공지된 스퍼터링 캐소드(US 4,461,688)는 플레이트 형태의 타겟과, 기판에서 먼 쪽의 타겟 측에 배치되는 다수의 U자형 자석 유니트들을 갖추고 있는데, 여기서 제1 U자형 자석 유니트의 두 레그(leg)는 그 정면이 타겟의 표면의 가장자리 부위와 면하며, 또다른 U자형 자석 유니트 쌍은 그 레그의 정면이 타겟의 표면의 각 절반부와 면하며, 또다른 제2의 비교적 작은 U자형 자석 유니트 쌍들은 그 두 레그의 정면이, 제2 자석 유니트 쌍이 커버하고 있는 타켓의 등진 면의 부위의 각 바깥측 절반부와 면한다.

끝으로, 마그네트론 원리에 따른 스퍼터링 캐소드(DE 198 19 785.3)가 이미 제안되었는데, 이 장치에는 스퍼터링될 재료로 이루어지는, 적어도 한 부분으로 이루어지는 타겟이 있으며, 아치 형태로 굽은 자력선들로부터 자체적으로 완결된 적어도 하나의 터널이 이루어지게 하는 상이한 극성의 소스(source)들을 갖춘 자석 시스템이 타겟 후방에 배치된다. 여기서 타겟에서 먼 소스의 극들은 연질 자성 재료로 된 자석 요크를 통해 서로 연결되며, 자계의 소스를 이루는 물체는 직각 기둥, 바람직하게는 직6면체가 되며, 이들의 바닥 모서리는 타겟 면과 평행을 이루며, 소스의 자력선은 물체의 바닥면에 대하여 비스듬하게 일정한 각도를 이루며 진행한다.

본 발명의 목적은 타겟의 수명이 아주 길고, 사용된 타겟 재료의 이용 효율을 높일 수 있으며, 캐소드를 식히기 위한 냉각제가 자석을 침범하지 않으며, 고도의 피착율을 요구하는 코팅 작업에 적합한, 스퍼터링 장치를 제공하는 데 있다.

이 목적에 도달하기 위해 본 발명이 제시하는 것은, 형상이 요크에 맞게 이루어지고 단면이 바람직하게는 U자형을 이루어져 있으며 강자성체로 되어있는 삽입물을 두 영구자석 세트 사이에 마련하며, 타겟에서 먼 쪽의 삽입물의 표면이, 두 영구자석 세트와 경계를 이루어 타겟을 마주보는 자석 요크 면과 접하도록 하며, 삽입물의 두 레그가 영구자석 세트와 일정한 간격을 유지하며 타겟 쪽으로 연장되도록 하는 것이다.

변경 실시 형태에서는 영구자석 세트에서 먼 쪽의 타겟 면이 서로 비스듬하게 연장되는 2개의 부분 표면으로 이루어지며, 이 두 부분 표면이 함께 만나 이루는 모서리가 두 영구자석 세트와 평행을 이루며, 자석 요크와 자석 요크를 마주보는 타겟 면 사이에 강자성체로 된 삽입물이 끼워진다.

본 발명의 그 밖의 세부사항과 특징은 특허 청구항에 더 자세히 설명되어 있다.

본 발명은 아주 다양한 실시예를 가능하게 해 준다. 그 가운데 두 가지가 첨부된 도면에 아주 개략적으로 도시되어 있다.

도 1의 캐소드는, 아랫변과 직각을 이루며 뻗어있는 같은 길이의 서로 평행한 두 변, 및 서로 둔각을 이루고 있는 두 변을 갖는 5각형으로 이루어지는 둥근링 형태의 타겟(3); 둥근링 형태의 박막 단편(4); 직6면체 형태의 개별 영구자석들(5, 5', ...; 6, 6', ...)이 다수 모여 이루어지는 둥근 링 원통 형태의 두 영구자석 세트(7, 8); 단면이 대체로 U자형인 둥근 링 원통 형태의 자석 요크(9); 자석 요크(9)의 단면에 맞추어진 U자형 단면을 갖는 삽입물(10); 박막 단편(4)에 의해 폐쇄되어 삽입물(10) 속에 나 있는 통로(11); 통로(11) 속으로 들어오는 냉각제가 영구자석들(5, 5', ...; 6, 6', ...)이 배치되어 있는 캐소드 영역으로 침범하지 못하게 해 주는 두 개의 시일 링(12, 13)으로 이루어진다.

기판을 마주보는 타겟(3)의 두 부분 표면은 3a, 3b로 표시되어 있다. 두 부분 표면(3a, 3b)이 함께 만나 이루는 모서리는 3c로 표시되어 있다. 박막 단편(4) 쪽으로 밀폐되어 있는 삽입물(10)의 두 정면은 10b, 10c로 표시되어 있다.

도 2의 캐소드는, 그 형상이 도 1의 것과 일치하는 둥근링 형태의 타겟(3); 타겟(3) 하부에 배치된 둥근링 형태의 박막 단편(4); 두 개의 시일 링(12, 13); 강자성체로 된 삽입물(14); 단면이 대략 사다리꼴인 자석 요크(15); 직6면체 형태의 개별 영구자석들(5, 5', ...; 6, 6', ...) 다수로 이루어지는 두 영구자석 세트(7, 8)로 이루어진다. 도 1에 따른 구성과는 달리 도 2의 캐소드에서는 직6면체 형태의 개별 영구자석들(5, 5', ...; 6, 6', ...)이 타겟 표면 또는 회전축(R)에 대하여 비스듬하게 배치되며, 이들은 대략 디스크 형태의 평평한 요크(15) 둘레의 경사진 측면(15a, 15b)에 고정된다.

또 언급해야 할 것은, 자계의 소스를 이루는 물체가 직각 기둥 또는 직6면체(5, 5', ...; 6, 6', ...)이며, 그 바닥 모서리가 하향으로 경사져 있고 타겟 평면과 α 각도를 이루며, 소스의 자력선이 직6면체들(5, 5', ...; 6, 6', ...)의 측면 모서리와 평행을 이루며 진행한다는 것이다.

도 2에서 알 수 있듯이, 직6면체 형태의 영구자석들(5, 5', ...; 6, 6', ...)의 (타겟 평면에 대한) 경사각은 약 45°가 된다(도 4 참조).

상기와 같이 구성하면 스퍼터링 장치는 타겟의 수명이 아주 길고, 사용된 타겟 재료의 이용 효율을 높일 수 있으며, 캐소드를 식히기 위한 냉각제가 자석을 침범하지 않으며, 고도의 피착율을 요구하는 코팅 작업에 적합하게 된다.

Claims (5)

1. 타겟의 스퍼터링 표면에서 먼 쪽의 타켓 측에 배치되어 자계를 생성하여 자계의 자력선이 스퍼터링 표면 위를 지나가고 그 표면을 투과하게 하는 영구자석 시스템에 의해 자력이 강화되며, 적어도 부분적으로는 스퍼터링 표면에 의해 이루어지는 캐소드를 구비하며, 전계를 생성하는 애노드가 캐소드와 간격을 두고 배치되며, 요크(9)를 통해 서로 연결된 상기 개별 자석들(5,5',...;6,6',...)의 두 세트가 각자 원형 또는 타원형의 완결체를 이루고 동축으로 배치되어 영구자석 시스템을 이루는, 스퍼터링 장치에 있어서,

   삽입물의 형상이 요크(9)의 형상에 맞게 끼워맞춰지고 단면이 바람직하게는 U자형을 이루어지고 강자성체로 되어 있는 삽입물(10)이 두 영구자석 세트(7, 8) 사이에 마련되며, 타겟(3)에서 먼 쪽의 삽입물(10) 배후면이, 두 영구자석 세트(7, 8)와 경계를 이루어 타겟(3)을 마주보는 자석 요크(9) 면에 대하여 놓여지며, U자형의 삽입물(10)의 두 레그가 각자 영구자석 세트(7, 8)와 일정한 간격(a, b)을 유지하며 타겟(3) 쪽으로 연장되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
2. 타겟의 스퍼터링 표면에서 먼 쪽의 타켓 측에 배치되어 자계를 생성하여 자계의 자력선이 스퍼터링 표면 위를 지나가고 그 표면을 투과하게 하는 영구자석 시스템에 의해 자력이 강화되며, 적어도 부분적으로는 스퍼터링 표면에 의해 이루어지는 캐소드를 구비하며, 전계를 생성하는 애노드가 캐소드와 간격을 두고 배치되며, 요크(9)를 통해 서로 연결된 상기 개별 자석들(5,5',...;6,6',...)의 두 세트가 각자 원형 또는 타원형의 완결체를 이루고 동축으로 배치되어 영구자석 시스템을 이루는, 스퍼터링 장치에 있어서,

   영구자석 세트(7, 8)에서 먼 쪽의 타겟(3) 면이 서로 비스듬하게 연장되는 2개의 부분 표면(3a, 3b)으로 이루어지며, 이 두 부분 표면(3a, 3b)이 함께 만나 이루는 모서리(3c)가 영구자석들(5, 5', ...; 6, 6', ...)의 세트(7, 8)와 평행을 이루며, 자석 요크(15)와 자석 요크(15)를 마주보는 타겟(3) 면 사이에 강자성체로 된 삽입물(14)이 끼워지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 안쪽에 있는 영구자석 세트(7)와 마주보는 삽입물(14)의 면은 타겟 표면에 대해 수직을 이루며, 바깥쪽에 있는 영구자석 세트(8)와 마주보는 삽입물(14)의 면은 요크(15)의 평면에 대하여 경사진 면(14a)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 영구자석 세트(7, 8)의 개별 영구자석들(5, 5', ...; 6, 6', ...)은 직각 기둥, 바람직하게는 주사위 또는 직6면체로 형성되며, 이들의 바닥면과 측면이 타겟 표면에 대하여 비스듬하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 강자성체로 된 삽입물(10, 14)은 평평한 둥근링 원통 형태를 보이거나 평평한 타원형 링으로 형성되며, 강자성체로 되어 타겟(3)을 마주보는 삽입물(10, 14)의 면에는 홈 또는 슬롯 형태의 함몰부(11, 16)가 두 영구자석 세트(7, 8)와 평형을 이루며 연장되어 형성되어 있으며, 홈(11, 16)의 경계를 반경 방향으로 이루고 삽입물(10, 14)의 두 부분 표면(10b,10c; 14b, 14c)은 실링을 통해 플레이트 또는 박막 단편(4)에 대하여 놓여지고, 이 플레이트 또는 박막 단편(4)은 타겟(3)과 삽입물(10, 14) 사이에 끼워져서 홈(11, 16)과 함께 냉각제 통로를 이루는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.

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