KR100915497B1

KR100915497B1 - 마그네트론 스퍼터링 소스

Info

Publication number: KR100915497B1
Application number: KR1020087030780A
Authority: KR
Inventors: 발테르 하아게; 페이우스 게루우엔엔프엘데르; 우르스 슈하벤덴에르; 마르쿠스 슈레겔; 지그프리이드 크라스니트제르
Original assignee: 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2009-09-04
Also published as: US6454920B1; CN100529168C; KR100487059B1; JP2004091927A; EP2119810A3; WO1999031290A1; TW420822B; JP3794919B2; KR20090009987A; DE19881914D2; JP2002508447A; CN1776006A; KR100512523B1; US6284106B1; CN1896301A; US20020036133A1; KR20010024668A; US6093293A; KR20040053356A; EP1042526A1

Abstract

전기적으로 서로 절연되어 있으며 길이 방향으로 서로 나란히 배열된 2개 이상의 긴 타겟 장치들(3a, 3b, 3c)이 설치된 마그네트론 스퍼터링 소스가 개시된다. 상기 타겟 장치들(3a, 3b, 3c) 간의 측면 간격은 해당 타겟의 폭보다 실질상 더 작다. 각각의 타겟은 자체의 전기 연결부(5a, 5b, 5c)를 구비하고 있다. 바람직하게, 음극(7a, 7b)은 타겟들(3a, 3b, 3c) 사이에 놓인다.

Description

마그네트론 스퍼터링 소스{magnetron sputtering source}

본 발명은 마그네트론 스퍼터링 소스(magnetron sputtering source), 상기 소스를 구비한 진공 챔버(vacuum chamber), 상기 챔버를 구비한 진공 코팅 시스템(vacuum coating system), 및 상기 시스템의 조작 방법 및 그의 활용에 관한 것이다.

본 발명은 스퍼터 코팅(sputter coating), 특히 반응성 스퍼터 코팅(reactive sputter coating)에 의해 최소한 900cm²의 면적을 지닌 대면적(large-surface), 특히 장방형 기판에 균일한 막 두께 분포를 가지고 있는 막을 코팅하기 위한 필요에 기초하고 있다. 그러한 기판은 특히, 보통 두께가 1mm 이하인 얇은 유리 기판 상에 TFT 패널 또는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 용의 평판(flat panel)을 제조하는데 사용된다.

마그네트론 스퍼터로 대면적을 코팅하는 경우, 만일 스퍼터링 소스와 기판이 서로에 대하여 움직이지 않는다면, 훨씬 큰 면적의 스퍼터 면(sputter surface) 그리고 결과적으로 보다 큰 면적의 타겟이 필요한 것이 일반적이다. 그러나, 이는 다음과 관련된 문제점들을 초래한다:

(a) 대면적 타겟 상에서의 공정 조건(process conditions), 특히 반응성 스퍼터 코팅시의 가혹도(severity)의 균일성,

(b) 침식 프로필(erosion profile)

(c) 냉각

(d) 기압과 냉매 압력에 의한 대면적 타겟 상의 부하(strain)

기계적 부하 문제 (d)를 해소하기 위해서는, 두께가 비교적 두꺼운 타겟 플레이트를 사용해야 하는데, 그렇게 되면 저장 통과(magnetic penetration) 및 결과적으로 주어진 입력 전력에 대한 전자 트랩(electron trap) 효과가 감소된다. 만일 전력을 증가시키면, 냉각 문제 (c)가 발생하게 되는데, 이는 특히 타겟과 냉매간의 접촉이 잘 이루어지도록 하기 위해서는 정교한 방법이 요구될 뿐만 아니라, 자석을 설치하기 위한 배면상의 설비들이 방해가 되는데 기인한다. 또한, 마그네트론 스퍼터링에 있어서, 그것이 반응성이건 비반응성이건 간에, 타겟 장치는 일반적으로 스퍼터링될 재료로 이루어진, 스퍼터링 면적을 한정짓는 타겟 플레이트 및 결합된 마운팅 플레이트(mounting plate)로 구성되고, 타겟은 소위 "레이스 트랙(race track)"을 따라서 스퍼터 침식된다. 증가된 플라즈마 밀도를 가진 원형대(circular zone)를 생성하는, 특정 경로(specific course)를 따라 타겟에 적용된 터널 형태의 자장에 기인하여, 스퍼터 면에는 하나 또는 다수의 원형 침식골(circular erosion furrow)이 형성된다. 이러한 현상은 터널 형태의 원형 자장 범위 내의 높은 전자 밀도(전자 트랩)에 의하여 발생한다. 이러한 "레이스 트랙" 때문에, 마그네트론 스퍼터링 소스의 전방에 설치된 비교적 작은 면적의 코팅 기판에는 이미 불균일한 막 두께 분포가 발생하게 된다. 게다가, "레이스 트랙"을 따라 일어나는 스퍼터 침식은 이러한 트랙 바깥쪽의 타겟 영역으로부터는 재료를 거의 스퍼터링 하지 않아 파형(wave-shaped) 또는 골형(furrow-shaped)의 침식 프로필이 초래되기 때문에, 타겟 재료가 비효율적으로 이용된다. 이러한 "레이스 트랙" 때문에, 대면적 타겟의 실질적으로 스퍼터링된 면적은 기판 면적에 비하여 작다. 이와 같은 코팅에 대한 "레이스 트랙" 효과를 제거하기 위하여, 상술한 바와 같이 스퍼터링 소스와 코팅될 기판을 서로에 대하여 움직이게 하는 것이 가능하지만, 이렇게 하면 시간당 코팅 속도가 감속하게 된다. 또한, 상대적인 운동을 이용한 시스템에서 국지적으로 더 높은 스퍼터링 전력이 사용될 경우에는 냉각 문제가 발생하게 된다.

*원하는 목적을 달성하고자 시도하는 경우, 기본적으로 복합적인 4가지 문제 (a), (b) 및 (c), (d)에 부딪히게 되는데, 그들 개개의 문제해결은 나머지 다른 문제들과 연관된 상항을 악화시킨다. 즉, 상기 문제해결은 서로 상치된다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결할 수 있는, 실질적으로 임의의 크기로 제조될 수 있고, 스퍼터링 소스에 대하여 정지된 적어도 하나의 대면적 기판 상에 균일한 코팅 두께 분포를 경제적으로 달성할 수 있는 마그네트론 스퍼터링 소스를 제공하는 것이다. 상기 소스는 매우 균일한 공정 조건을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 코팅 속도를 지닌 민감한 반응성 공정(sensitive reactive process)에도 적합할 것이다. 반응성 공정에 있어서, 불균일한 "레이스 트랙" 효과는 높은 플라즈마 밀도 구배에 기인한 공지의 심각한 문제점들을 초래하게 된다.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스에서는, 최소한 2개, 바람직하게는 2개 이상의 전기적으로 서로 절연된 긴 타겟 장치(long target arrangement)들이 상기 타겟 장치의 폭 보다 훨씬 더 작은 간격을 두고 서로에 대하여 평행이 되도록 배치되어 있고, 상기 타겟 장치 각각은 자체의 전기 연결부(electrical connections)를 구비하고 있으며, 음극 장치 또한 제공되는 것을 특징으로 한다. 상기 타겟 장치의 타겟은 바람직하게는, "레이스 트랙" 경로를 따르는 둥글린 모서리(rounded corner)를 지니고 있다.

독립적으로 조절가능한 개개의 타겟 장치로의 전력 입력부(power input)를 구비한 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 소스에서는, 위에 놓인 기판 상에 코팅되는 막 두께 분포가 크게 향상될 수 있다. 본 발명의 소스는 코팅될 임의의 기판 크기에 모듈식으로 맞출 수 있다.

전체적인 배치와 관련하여, 음극 장치는, 그것이 타겟 장치 자체에 의해 일시적으로 형성되지 않는다면, 전체 장치의 외부에 위치할 수 있으나, 바람직하게는 타겟 장치들 사이에 및/또는 타겟 장치의 전면에 세로로, 특히 바람직하게는 타겟 장치들 사이에 세로로 설치된 음극들을 포함한다.

또한, 소스에는 정지형 자석 장치(stationary magnet arrangement)를 설치하는 것이 바람직하다; 상기 정지형 자석 장치는 모든 타겟 장치를 에워싸는 하나의 자석 프레임(magnet frame)에 의해 형성되거나, 또는 각자 개개의 타겟 장치를 에워싸는 자석 프레임들에 의해 형성된다. 상기 프레임(들), 즉 정지형 자석 장치의 적어도 일부분에나마 제어가능한 전자석(controllable electric magnet)을 설치하는 것이 가능하고 합리적이긴 하나, 상기 정지형 자석 장치 즉 프레임의 자석으로는 영구자석(permanent magnet)을 설치하는 것이 바람직하다.

정지형 자석 장치, 바람직하게는 영구자석 프레임을 그들이 바로 인접한 타겟 장치 상에 발생시키는 자장을 고려하여 설계함으로써, "레이스 트랙"의 특수한 형삭(specific shaping)을 통해 상술한 기판상의 막 두께 분포 및 긴 타겟의 활용 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

자석 장치들은 바람직하게는 최소한 2개의 타겟 장치 각각의 아래에 제공된다. 이들은 위치적으로 정지형(locally stationary)이어서, 각각의 타겟 장치 상에 터널 형태의 자장을 형성하기 위해 한동안 고정될 수 있다. 바람직하게는, 상기 자석 장치들은 타겟 장치 상에 자장 패턴의 경시 변화를 유발할 수 있도록 설계된다. 본 발명에 따른 각각의 타겟 장치 상의 자장 패턴의 설계 및 생성은 동 출원의 유럽특허 EP-A-0 603 587 또는 미국특허 제 5,399,253호에 개시되어 있으며, 동 특허의 개시 내용은 본원에 포함됨을 밝혀두는 바이다.

유럽특허 EP-A-0 603 587의 도 2에 따르면, 자장 패턴의 위치 및 높은 플라즈마 밀도를 가진 영역은 전체로서 변할 수 있으나, 바람직하게는 변하지 않거나 아주 조금만 변할 수 있는데 반하여, 동 특허의 도 2 및 도 3에 따르면 플라즈마 밀도가 가장 높은 지점인 정점(apex)의 위치가 변한다.

자석 장치 상의 높은 플라즈마 밀도를 가진 영역 또는 상기 정점의 위치를 변화시키기 위해서, 선택적으로 제어되는 전자석(정지형 또는 이동형)이 각각의 타겟 장치 아래에 제공될 수 있으며, 바람직하게는 이러한 자석 장치로는 동력으로 구동되는 영구자석이 설치된다.

바람직한 움직이는 자석 장치로는, 동력으로 구동되고 회전 베어링을 구비한 세로로 배열된 최소한 2개의 자석 드럼이 타겟 장치 아래에 설치되고, 보다 바람직하게는 유럽특허 EP-A-0 603 587의 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 개개의 타겟마다 영구자석이 설치된다.

상기 자석 드럼은, 바람직하게는 진폭이 ≤τ/4인 진자 모션으로 구동된다. 이러한 기술 및 그의 효과는 상기 유럽특허 EP-0 603 587과 미국특허 5 399 253에 상세히 기술되어 있으며, 이와 관련된 동 특허의 개시 내용 역시 본원에 포함됨을 밝혀두는 바이다.

요약하자면, 타겟 장치의 세로축(longitudinal axis)을 따라 뻗어 있는, 동력으로 구동되며 회전 베어링이 설치된 최소한 2개의 영구자석 드럼이 제공되는 것이 바람직하다.

바람직한 실시양태에 있어서, 타겟 장치의 전원; 상기 정지형 자석 장치, 특히 상기 프레임의 자장; 및 타겟 장치 아래에 있는, 자장이 시간에 따라서 변하는 자석 장치, 바람직하게는 자석 드럼 뿐만 아니라, 공동으로 코팅된 막 두께 분포의 최적화(특히 균일성과 관련된)를 가능케하는 일단의 영향력 있는 변수들이 이용가능하다. 또한, 타겟 재료의 높은 이용률이 달성된다. 최상의 장점은, 타겟 장치상의 자장의 정점이 전위(shift)됨에 따라, 플라즈마 지대(plasma zone)가 스캐닝(scanning) 방식으로 전위되는 것이 아니라, 그 지대 내에서 플라즈마 밀도가 동요(wobbling)를 통해 변한다는 것이다.

최대 스퍼터링 전력 입력을 허용하기 위해, 타겟 장치는 그들을 베이스(base) 상에 설치함으로써 최적으로 냉각되는데, 여기서 상기 베이스에 면한 타겟 장치 표면의 대부분은, 호일(foil)에 의해 상기 베이스에 대해 밀폐된 냉매 채널에 의해 덮인다. 상기 냉매는 전체 호일 표면을 냉각될 타겟 장치를 향하여 누르기 때문에, 대면적의 열방출이 달성된다.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스에는, 바람직하게는 최소한 부분적으로나마 절연성 재료인 플라스틱으로 이루어진 베이스가 제공되는데, 상기 베이스상에는 상기 타겟 장치 이외에도, 음극, 또한 만일 있다면, 바람직하게는 영구자석 프레임으로 구성된 정지형 자석 장치, 바람직하게는 이동형 영구자석 장치, 특히 자석 드럼으로 구성된 타겟 장치 아래의 자석 장치, 및 냉매 채널이 설치된다. 상기 베이스는 진공 분위기와 외부 분위기를 분리시키도록 설계 및 설치된다. 이러한 방식으로, 타겟 장치는 압력에 의해 유발된 기계적 부하에 대하여 보다 적합하게 설계될 수 있다.

상기의 대면적 막 두께 분포에 대한 또다른 최적화는 타겟 장치의 세로 측면(longitudinal side)을 따라서 분포된, 가스 분배 시스템(gas distribution system)과 연결된 가스 유입관에 의해 이뤄진다. 상기 가스 유입관은 특수하게 조정된 분포를 가진 반응성 가스(reactive gas) 및/또는 작용 가스(working gas)를 본 발명의 진공 처리 챔버 또는 시스템 내의 본 발명에 따른 소스 상부에 있는 처리 챔버(process chamber) 내로 유입시키는 것을 가능케 한다.

장방형 타겟 장치는 자신의 폭의 최대 15%, 바람직하게는 최대 10%, 또는 보다 바람직하게는 최대 7%의 간격으로 떨어져 있다.

바람직한 실시양태에 있어서,

개개의 타겟 장치 사이의 측면 간격(lateral distance, d)은

1mm ≤d ≤ 230mm이고,

바람직하게는 7mm ≤d ≤ 20mm이다.

개개의 타겟 장치의 폭(B)은

바람직하게는 60mm ≤B ≤ 350mm이고,

보다 바람직하게는 80mm ≤B ≤ 200mm이며,

길이(L)는

바람직하게는 400mm ≤L ≤ 2000mm이다.

각각의 타겟 장치의 길이는 그들의 폭에 비하여 최소한 같거나 또는 훨씬 더 길다. 각각의 타겟 장치의 스퍼터링 면은 평평하거나 또는 미리 형삭되어 있고(pre-shaped), 바람직하게는 동일면 상에 배열되어 있음에도 불구하고, 필요하다면 막 두께 분포에 대한 임의의 가장자리 효과(edge effect)를 보상하기 위해, 중간에 있는 스퍼터링 면보다 측면의 스퍼터링 면을 코팅될 기판에 보다 가깝게 그리고 가능하다면 경사지게 배치하는 것이 가능하다.

마그네트론 플라즈마의 전자는 타겟 표면 영역 내의 자장과 전기장에 의해 정해지는 방향으로 "레이스 트랙"을 따라서 선회한다. 전자 궤도의 우회(routing) 또는 그에 대한 영향 및 그것이 타겟 표면 상의 침식 골에 미치는 영향은, 타겟 장치의 세로축을 따라 자장을 형성시키고, 상기 자장의 형태를 시간 및 위치에 따라 변화시킴으로써 특이적으로 최적화될 수 있다. 자석 프레임, 바람직하게는 각각 하나의 영구자석 프레임에 있어서, 이는 프레임에 설치된 자석의 위치 설정과 세기의 선택을 통하여, 및/또는 타겟 장치 각각의 아래에 자석 장치, 바람직하게는 영구자석 드럼을 설치하고, 상기 자석 장치 상의 자석의 세기와 상대적인 위치를 변화시킴으로써 달성된다. 전자는 자장의 극성에 따라서 원형 궤도로 움직이기 때문에, 특히 타겟 장치의 좁은 측면 부위에 있는 전자들의 편향력으로 인하여 그들의 운동 방향에 따라, 대각선상 서로 마주보는 모서리 부분의 전자들은 외향으로 밀려나는 것이 관찰된 바 있다. 그러므로, 설치된 자석 프레임에서, 장방형 타겟의 대각선에 대하여 거울 대칭적인(specular symmetrical) 프레임 자석들에 의해 형성된 자장 강도는 국지적으로 상이한 형상을 가지도록 설계되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 소스의 바람직한 실시양태에 있어서, 타겟 장치는 선형의 총검식 유닛(linear bayonet unit)에 의해, 그리고 특히 상술한 바와 같은 타입의 가압 호일을 통한 냉각에 의해 고정된다. 이런 식으로, 타겟 장치는 냉매 채널 내의 압력을 경감시킨 후에 매우 쉽게 교체될 수 있다; 타겟 장치 배면의 보다 넓은 부위가 냉각될 수 있으며, 타겟 장치를 고정하기 위한 어떠한 고정 장치도 처리 챔버쪽으로 노출되지 않는다.

본 발명에 따른 바람직한 소스에는 2개 이상, 바람직하게는 5개 이상의 타겟 장치가 설치된다.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스를 최소한 하나의 바람직하게는 평판형인 스퍼터 코팅 기판을 위한 기판 지지대를 구비한 스퍼터 코팅 챔버에 사용함으로써, 스퍼터링될 기판 표면(F_S)에 대한 소스의 스퍼터링 면(F_Q)의 비율(V_QS)을 최적으로 작게하는 것이 가능해지며, 여기에서

V_QS ≤ 3이고,

바람직하게는 V_QS ≤ 2이며,

보다 바람직하게는 1.5 ≤ V_QS ≤ 2이다.

상기에 의하여 소스의 이용률이 상당히 증가된다. 상기 소스를 구비한 본 발명에 따른 스퍼터 코팅 챔버에 있어서, 이는 마그네트론 스퍼터링 소스의 새로운 면과 기판 사이의 간격(D)을 세로로 긴 타겟 장치의 폭과 실질적으로 동일하게, 바람직하게는 하기의 범위가 되도록 선택함으로써 훨씬 더 높은 정도로 달성된다:

60mm ≤D ≤ 250mm,

바람직하게는 80mm ≤D ≤ 160mm.

본 발명의 스퍼터 코팅 챔버 그리고 결과적으로는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스가 설치된 본 발명에 따른 진공 코팅 시스템에서, 각각의 타겟 장치는 서로 독립적으로 제어될 수 있는 전기 발전기 또는 전원(current source)에 연결된다.

최소한 3개의 긴 타겟 장치를 구비한 본 발명에 따른 스퍼터 코팅 시스템은, 바람직하게는 2개의 외곽 타겟 장치가 내부 타겟 장치보다 5-35%, 바람직하게는 10-20% 더 많은 스퍼터링 전력으로 작동되도록 조작된다.

또 다른 실시양태에서, 또는 필요한 경우에, 설치된 다수의 타겟 장치가 상기 발전기 장치와 연결될 때, 최소한 2개의 타겟 장치는 공동의 교류 발전기(AC generator)의 출력부와 연결된다.

타겟 장치의 전기 공급을 각각 독립적으로 실시하기 위한 발전기로는 직류 발전기, 교류 발전기, 직류 겸용 교류 발전기, 펄스 직류 신호 출력용 발전기 등이 사용될 수 있는데, 이때 특히 각 타겟 장치와 직류 발전기 사이에는 발전기 출력을 조정하고 저항이 적게 하며 발전기의 기준 전위에 놓이도록 하는 단속기(chopper) 장치가 설치될 수 있다. 이러한 기술에 관해서는 동 발명자의 EP-A-0 564 789 및 미국특허출원 제 08/887 091호를 참고할 수 있다.

또한 타겟 장치의 세로 측면에 설치된 가스 유입관은 반응성 가스 및 아르곤 등의 작용 가스가 들어있는 가스 탱크(53)와 연결되며, 상기와 같은 다수의 타겟 장치들의 세로 측면을 따라 설치된 가스 유입관들의 가스 유량은 서로 독립적으로 제어된다.

플라즈마 지대의 위치, 그리고 특히 터널형 자장의 정점 및 플라즈마 밀도 분포의 "동요(wobbling)"와 관련된 타겟 장치의 "스캐닝"은 바람직하게는 진자 모션의 자석 드럼에 의해 실현되며, 1Hz 내지 4Hz, 바람직하게는 약 2Hz의 진동수로 수행된다. 상기 드럼의 진폭은 바람직하게는 φ≤π/4이다. 상기 위치 전위의 경로/시간 프로필을 적절히 설계함으로써 기판 상의 코팅 두께 분포가 보다 최적화된다.

이를 위해서는, 타겟 장치에 연결된 발전기 또한 상호 의존적인, 시간에 따라 변조된 신호를 출력하기 위해 제어될 수 있음이 강조되어야 한다.

또한, 타겟 장치의 전원, 및/또는 분산된 가스 유입관, 및/또는 자장 분포는, 기판 상에 원하는 막 두께 분포, 바람직하게는 균일한 막 두께 분포가 달성되도록 제어되거나 시간에 따라서 변조된다.

마그네트론 스퍼터링 소스는 바람직하게는

1 W/cm² ≤p ≤30 W/cm²의 전력 밀도(p)로 작동되고,

특히 금속제 타겟으로부터 반응성 막, 특히 ITO 막을 스퍼터 코팅하는 경우에는

1 W/cm² ≤p ≤5 W/cm²의 전력 밀도(p)로 작동되며,

금속막을 스퍼터 코팅하는 경우에는

15 W/cm² ≤p ≤30 W/cm²의 전력 밀도(p)로 작동된다.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스에서 알 수 있는 것과 같이, 특히 폭보다 길이가 훨씬 긴 타겟 플레이트 장치에서는, 타겟 장치를 길이 방향으로 바라보았을 때 특히 타겟 장치 측면 부위의 자장 강도가 국지적으로 상이한 형태를 가지도록 설계하는 것이 기본적으로 유리하다.

하지만, 이러한 사실은 일반적으로 긴 마그네트론 소스(long magnetron source)에만 적용될 수 있다.

이러한 이유로 인하여, 시간에 따라서 변하고 바람직하게는 움직이는 자석 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 긴 마그네트론 소스에 있어서, 타겟 장치에 자석 프레임, 바람직하게는 영구자석 프레임을 설치하는 것이 제안되는데, 상기 영구자석 프레임에서 주어진 챔버 방향으로 측정된 프레임 자석의 자장 강도는 타겟 장치의 세로 측면을 따라 국지적으로 상이하게 설계된다. 선회하는 전자에 작용하는 편향력을 보상하기 위하여, 이러한 자장 강도는 타겟 대각선을 기준으로 기본적으로는 거울 대칭을 이루면서 국지적으로 상이하도록 설계되는 것이 좋다.

본 발명은 모든 측면에서, 특히 면적이 넓고 바람직하게는 평판형인 기판을 반응성 공정에 의해 바람직하게는 ITO 막으로 스퍼터 코팅하는데 특히 적합하다. 본 발명은 또한 특히 TFT 또는 PDP 패널과 같은 평판형 디스플레이 패널의 제조에 사용되는 기판, 특히 유리 기판을 코팅하는데 적합한데, 여기에서는 대형 기판, 예를 들면 반도체 기판을 반응성 또는 비반응성 공정에 의해, 바람직하게는 반응성 공정에 의해 최소 거부율(minimal reject rates)로 고효율로 스퍼터 코팅할 수 있는 가능성이 기본적으로 열려 있다.

스퍼터 코팅 공정, 특히 ITO 코팅 공정에 있어서, 높은 막 품질, 특히 낮은 막 저항을 템퍼링 단계(tempering step)없이 달성하기 위해서는 낮은 방전 전위가 필수적이다. 이는 본 발명에 따른 소스에 의해 달성된다.

그것은 또한 아크 방전(arc discharge)의 효율적인 억제에 의해서도 달성된다.

본 발명의 내용을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스(1)의 기본 구성을 도시하였다. 그것은 최소한 2개, 또는 도시된 바와 같이, 예를 들면 3개의 긴 타겟 장치 3a, 3b, 3c를 포함한다. 자장 소스, 냉각 장치 등과 같은, 마그네트론 스퍼터링 소스 상에 제공되는 부수적인 장치들은 도 1에 도시하지 않았다. 소스(1)는 각각의 타겟 장치(3)에 개별적인 전기 연결부(5)를 구비하고 있다. 예를 들면, 스트립(strip) 형태의 음극 7a, 7b는 바람직하게는, 길이 방향으로 서로 간격을 두고 있는 타겟 장치들(3) 사이에 제공된다.

타겟 장치(3)는 서로로부터 전기적으로 절연되어 있고, 개별적인 전기 연결부(5)를 구비하고 있기 때문에, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 독립적인 전기 배선이 가능하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 타겟 장치(3)는 발전기(9)에 연결되는데, 각각의 발전기는 서로 독립적으로 제어될 수 있으며, 반드시 동일한 종류일 필요는 없다. 개략적으로 도시된 바와 같이, 발전기는 모두 동일한 종류이거나, 또는 직류 발전기, 교류 발전기, 교류 및 직류 발전기, 펄스 직류 신호 출력용 발전기, 또는 중간 발전기 출력부(intermediate generator output) 및 해당 타겟 장치용 단속기(chopper) 유닛을 갖춘 발전기의 임의의 조합일 수 있다. 상기 발전기의 구조와 작동 원리는 유럽특허 EP-A-0 564 789 또는 미국특허출원 제 08/887 091호에 상세히 기술되어 있다.

또한 음극(7)의 전기적인 작동에 대해서도, 상기 음극이 직류 전압, 교류 전압, 교류 중첩 직류 전압, 또는 펄스 직류 전압에 의해, 또는 상기 단속기 유닛들 중의 하나를 통해 작동되거나, 또는 12a로 도시된 바와 같이 기준 전위(reference potential)에 연결될 수 있다는 점에서 완전히 자유롭다. 타겟 장치들에 의해 형성된 소스 표면에 분포된, 양전극 또는 타겟 장치 모드 그리고 가능하게는 음전극 모드를 변화시킴으로써, 상기 소스 상에 배열된 기판(도시하지 않음) 상의 스퍼터링된 재료의 분포를 조절할 수 있다.

상기 타겟 장치 상부의 전기 작동 상태(electrical operating condition)를 주행파(travelling wave)의 형태로 특이적으로 변조하기 위해, 발전기(9)가 변조 입력(modulation inputs) MOD에 의해 도시된 바와 같이 상호 의존적으로 시간에 따라서 변조될 수 있다.

도 2와 도 3에는, 동일한 위치 기호(position symbol)를 유지하면서, 본 발명에 따른 음극 장치가 필요없는 소스(1)의 추가적인 전기 배선을 도시하였다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 타겟 장치들(3)은 쌍을 이루어 각각 교류 발전기 15a, 15b 또는 17a, 17b의 입력부에 연결되는데, 여기서 발전기 15 또는 17은 교류 중첩 직류 신호 또는 펄스 직류 신호를 출력할 수 있다. 필요한 경우에 발전기 15 또는 17은 진폭 변조(amplitude modulation)에 의해 변조된다.

도 2에 따른 타겟 장치 3b는 발전기 15a 및 15b 중 하나의 입력부에 연결되어 있는 반면에, 도 3에 따른 타겟 장치 3은 발전기 17을 통해 쌍으로 연결되어 있다. 19로 표시된 점선으로 도시된 바와 같이, "공통 모드(common mode)" 신호 측면에서 뿐만 아니라 도 2 및 도 3에 따른 설계에 있어서, 각각의 타겟 장치 그룹을 상이한 전위(potential)에 공동으로 연결하는 것이 가능하다. 도 2 또는 도 3에 따른 배선 기술을 채택하는 경우, 바람직한 실시양태의 발전기는 12-45 kHz로 작동된다. "공통 모드" 전위, 예를 들면 도 2에 도시된 집단 전위(mass potential)와 관련하여, 쌍으로 발전기에 연결된 타겟 장치들은 양전위와 음전위에 교호하여 연결된다.

도 1 내지 도 3으로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 마그네트론 소스는 각각의 타겟 장치(3)를 전기적으로 조작할 수 있는 매우 높은 유연성(flexibility)을 허용하고, 그 결과 처리 챔버(10) 내의 스퍼터링 재료의 분포와 기판 상에의 증착을 특이적으로 디자인할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스의 바람직한 실시양태의 횡단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 타겟 장치는 하나의 타겟 플레이트 3_a1 또는 3_b1을 포함하는데, 이들 타겟 플레이트는 각각 스퍼터링될 재료로 이루어져 있으며 하나의 백 플레이트 3_a2 또는 3_b2에 각각 결합되어 있다. 선형의 총검식 유닛(linear bayonet unit, 20)에 의해, 타겟 장치(3)는 그들의 측면 가장자리 및/또는 중심부에서 금속제 냉각 플레이트(23)에 고정된다.

선형의 총검식 유닛의 형태가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 따르면 타겟 장치(3) 또는 냉각 플레이트(23) 상에 중공(中空) 레일(25)이 제공되는데, 상기 레일은 U자형 횡단면 형태를 띠고 있으며, 내향으로 굽은 U-다리(27) 상에는 요부(recess, 29)가 일정 간격으로 형성된다. 상기 두 부품(즉, 타겟 장치(3)와 냉각 플레이트(23)) 중에서 나머지 다른 하나에는, 바람직하게는 타겟 장치(3)에는, T형 횡단면을 가진 선형 레일(31)이 제공되는데, 여기에서 가로보(cross-member, 33)의 가장자리는 돌기(34)를 특징으로 한다. 돌기(34)를 요부(29)에 삽입하고 S 방향으로 선형 전위(linear shifting)시킴으로써, 상기 두 부품은 서로 맞물리게 된다. 물론, 반대로 중공 레일(29)에 선형 레일(31) 상의 상응하는 요부에 맞물리게 되는 돌기를 형성하는 것도 가능하다.

타겟 장치(3)는, 오로지 냉각 플레이트(23)의 냉각 채널(35) 내의 냉매에 의해 압력이 가해질 때만 냉각 플레이트(23)에 고정된다. 이러한 채널(35)은 냉각 플레이트(23)에 면한 타겟 장치 표면의 눈에 띠게 편평한 영역을 따라 뻗어있다. 상술한 바와 같이 압력하의 액상 냉매에 의해 가압되는 냉각 채널(35)은, 예를 들면 동 출원의 CH-A-687 427에 상세히 기술된 바와 같이, 호일 형태의 멤브레인(37)에 의해 타겟 장치(3)에 대해 밀폐된다. 호일(37)은 냉매 압력 하에서 백 플레이트 3_a2, 3_b2의 저면에 대해 꽉 눌린다. 타겟 장치는 오로지 냉매가 가압될 때에만 총검식 유닛에 단단하게 고정된다. 타겟 장치(3)를 제거하기 위해서는, 냉각 시스템 전체 또는 해당 냉각 시스템의 압력을 감소시킴으로써, 타겟 장치를 용이하게 밀어내고 제거 또는 교체할 수 있게 된다.

타겟 장치(3)의 세로 측면에는 음극 스트립(anode strip, 39)이 설치된다. 음극 스트립과 냉각 플레이트(23)는 최소한 부분적으로나마 절연성 재료, 바람직하게는 플라스틱으로 이루어진 지지 베이스(41) 상에 설치된다. 베이스(41)는 처리 챔버(10) 내의 진공 분위기와 외부 공간(11) 내의 대기를 분리하는 역할을 한다.

*베이스(41)의 대기 측에는, 예를 들면, 타겟 장치의 세로축을 따라 뻗어 있는 2개의 영구자석 드럼(43)이 회전 방식으로 설치되어 있으며, 이들은 모터(도시하지 않음)에 의해 진자 모션으로 구동된다. 진자 모션에서, 그들은 바람직하게는 180도 각도의 진자 운동(43)을 하게 된다. 영구자석 드럼들(43)에는, 드럼의 세로축을 따라, 바람직하게는 정반대의 영구자석들(45)이 설치된다.

또한, 베이스(41)의 대기 측에는 각각의 타겟 장치(3)마다 각각 하나의 영구 자석 프레임(47)이 설치되는데, 상기 영구자석 프레임(47)은 도 6에서와 같이 해당 타겟 장치(3) 아래에 그 타겟 장치의 가장자리를 따라 뻗어 있다.

특히, 타겟 장치의 세로 측면을 따라서는 도 6에 도시된 바와 같이 가스 유입관(49)이 뻗어있는데, 도 4에 점선으로 도시된 바와 같이, 각각의 가스 유량은 바람직하게는 순서대로 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 이를 도 4에서 서보 밸브(servo valve) 51을 사용하여 개략적으로 도시하였는데, 상기 서보 밸브 51을 아르곤과 같은 작용 가스(working gas) 및/또는 반응성 가스가 들어있는 가스 탱크 장치(53)와 유입관(49) 사이의 연결부에 제공된다.

영구자석 드럼(43)의 작동 및 설계에 대해서는 유럽특허 EP-0 603 587 또는 미국특허 US-A-5 399 253에 상세히 설명되어 있다.

도 6은 도 4에 도시된 본 발명에 따른 마그네트론 소스의 평면 개략도이다. 도 4에서 이미 도시한 것과 같이, 각각의 타겟 장치(3) 아래에는 영구자석 프레임(47)이 설치되어 있다. 바람직하게는, 자석 프레임(47)은 챔버 방향으로, 예를 들면 도 4의 H_Z를 따라 바라볼 때, 영구자석 프레임에 의하여 발생한 자장이 도 6에서 x로 도시된 타겟 장치(3)의 세로 측면을 따라서 국지적으로 변하도록 설계된다. 바람직한 실시양태에 있어서, 프레임(47)의 세로변(longitudinal legs) 47_I1, 47_I2에 설치된 자석은, 다수의 영역, 예를 들면 도 6에 도시된 바와 같이 4개의 영역으로 분할된다. 도 6에서는, 각각의 영역 Z₁ 내지 Z₄에 설치된 영구자석의 자장 강도를 좌표 x로 정성적으로 도시하였으며, 그에 따라 자장 강도 분포를 x 방향으로 도시하였다. 또한 영구자석 쌍극 방향을 해당 Z 영역 내에 도시하였다.

변 47_I1, 47_I2에는 바람직하게는 동일한 영구자석 영역이 제공되나, 긴 타겟 장치(3)의 대각선(D₁)을 기준으로 거울 대칭을 이루게 된다.

영구자석 프레임(47)으로부터 발생하는 타겟 장치(3) 상의 국지적인 자장 분포를 특수하게 설계함으로써, 선회하는 전자의 궤도를 최적화하고 그 결과 각각의 타겟 장치 상의 침식 골의 위치와 형상을 최적화할 수 있게 된다. 상기에서는 특히 편향력(drift force)에 의하여 유발되는 궤도 변형을 고려하여야 한다. 타겟 프레임(47)의 가로 측면(broad side)에는, 바람직하게는 영역 Z₂에 해당하는 영구자석 영역 Z_B가 제공된다. 상기에서 언급한 바와 같이, 도 4, 도 6 및 도 7에 따른 단일-타겟 소스(single-target source)도 본 발명에 포함된다.

해당 타겟 장치(3) 상부에서 x 방향으로 국지적으로 변하며, 자석 드럼-진자 모션의 함수로서 그리고 시간에 따라서도 변하는 자장 H는, 영역 Z₁, Z₂, Z₄에 설치된 영구자석의 자장 강도를 비롯하여 영역 Z₃에서의 공간적 쌍극자 배향(spatial dipole orientation)과 위치(타겟 장치로부터의 거리)의 선택을 통해 특수하게 설계된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링 소스에 제공되는 타겟 장치(3) 각각에는 최소한 2개의 영구자석 드럼(43)이 설치된다. 그러한 드럼이 도 7에 도시되어 있다.

바람직하게는, 드럼(43)에도 다양한 영구자석 영역들(예를 들면, Z'₁내지 Z'₄)이 제공된다. 도 7에는 국지적으로 변하는 영구 자장 H_R(x)이 설치된 드럼을 따라 진행하는 모습이 정성적으로 도시되어 있다.

본 발명에 따른 소스에 있어서, 스퍼터링 속도의 위치 및 시간에 따른 분포는 각 타겟 장치의 전원의 특이적인 위치 및/또는 시간에 따른 분포에 의하여 최적화되고/되거나, 각 타겟 장치 상의 마그네트론 자장의 특이적인 위치 및/또는 시간에 따른 변화에 의하여 최적화되고/되거나, 유입관(49)으로의 가스 유입 조건의 특이적인 위치 및/또는 시간에 따른 변화 또는 설계를 통하여 최적화된다. 도 4 내지 도 7에서 설명된 바람직한 실시양태에 있어서, 이러한 변수들을 조합하여 사용함으로써 스퍼터 코팅될 기판, 특히, 편평한 기판 상의 코팅 두께 분포를 바람직하게는 균일하게 설계할 수 있다.

도 8에는 본 발명에 따른 스퍼터 코팅 챔버(60)가 설치된 본 발명의 스퍼터 코팅 시스템(50)이 개략적으로 도시되어 있으며, 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스(10)도 개략적으로 도시되어 있다. 바람직한 실시양태에 있어서, 소스(10)에는 6개의 타겟 장치들이 설치되어 있으며, 또한 바람직하게는 도 4 내지 도 7에 근거하여 설명된 바와 같이 설계된다. 타겟 장치를 구비한 본 발명에 따른 소스는 블록 62에 도시된 바와 같은 독립적인 전원(아마도 변조 가능한)에 의하여 작동된다. 또한 서보 밸브 64로 도시된 바와 같이 타겟 장치의 세로축을 따라 조절될 수 있는 가스 유입 조건은, 작용 가스 및/또는 반응성 가스를 가스 탱크(53)로부터 처리 챔버에 공급하도록 선택적으로 설정된다.

경로/시간이 변조될 수 있는, 본 발명에 따른 소스에 설치된 영구자석 드럼용 구동 장치(drive)를 구동 블록 65로 도시하였으며, 상기 구동 장치로 원하는 드럼 진자 운동을 선택적으로 설정할 수 있다.

본 발명에 따른 스퍼터 코팅 챔버(60)에는 특히 코팅될 평판 기판을 고정하기 위한 기판 지지대(66)가 설치된다. 본 발명에 따른 소스는 소스(10)에 의해 스퍼터링될 재료의 시간 및 위치에 따른 분포, 특히 소소의 가장자리 영역에서 일정 시간에 걸쳐 평균된 균일한 분포를 최적으로 조정할 수 있으며, 그 결과 코팅될 기판 표면(F_S)에 대한 소스의 스퍼터링 면(F_Q)의 비율(V_QS)을 놀랍도록 작게 하는 것이 가능하여,

V_QS ≤3이고,

바람직하게는 V_QS ≤2이며,

보다 바람직하게는 1.5 ≤V_QS ≤2이다.

이러한 비율은, 스퍼터링된 재료가 거의 대부분 기판 표면에 증착되기 때문에 스퍼터링 소스로부터 스퍼터링된 재료가 매우 높은 효율로 사용됨을 보여준다. 스퍼터링될 기판 표면과 마그네트론 소스(10)의 새로운 면(vigin surface) 사이의 간격(D)은 매우 작게, 즉 타겟 장치(3)의 스터퍼링 면의 폭(B, 참조: 도 4)과 실질적으로 동일하게, 그리고 바람직하게는 다음과 같은 범위내에서 선택될 수 있다:

60mm ≤D ≤250mm,

바람직하게는 80mm ≤D ≤160mm.

상기와 같은 좁은 간격(D)을 실현함으로써, 높은 스퍼터링 효율과 함께 높은 코팅 속도가 달성되며, 이는 매우 경제적인 코팅 공정을 가능케 한다.

도 8에 도시된 시스템에서, 외곽 타겟 장치는 내부 타겟 장치보다 더 높은, 바람직하게는 5-35% 더 높은, 보다 바람직하게는 10-20% 더 높은 스퍼터링 전력으로 발전기(62)에 의해 작동된다. 도 4에 따른 소스(10)에 설치된 영구자석 드럼은 1-4 Hz, 바람직하게는 약 2 Hz의 진동수를 갖는 진자 모드로 작동된다.

특히 바람직한 조작에 있어서, 상기 마그네트론 스퍼터링 소스, 스퍼터링 챔버 또는 시스템은 특히 대면적의 평판 기판을 원하는 막 두께 분포, 특히 균일한 두께 분포를 갖는 고품질의 막으로 경제적으로 마그네트론 스퍼터 코팅하는데 적합하다. 이는 본 발명에 따른 소스에서의 대면적에 걸쳐 균일하게 분포된 공정 조건(process conditions)에 의해 달성된다. 그 결과, 본 발명은 대면적의 반도체 기판의 코팅, 특히 TFT 또는 PDP 패널과 같은 평면 디스플레이 패널(flat display panel)용 기판의 코팅에 사용될 수 있다. 본 발명은 특히 ITO 막으로 상기 기판을 반응성 코팅하거나 또는 비반응성 스퍼터 코팅을 통해 상기 기판을 금속 코팅하는 데 사용된다. 하기의 실시예에 본 발명에 따른 소스, 챔버 또는 시스템의 바람직한 치수를 요약하여 나타내었다.

1. 기하학적 형태

1.1 소스(source)

도 4에 따른 측면 간격(lateral distance, d): 타겟 장치 폭(B)의 최대 15%, 바람직하게는 최대 10%, 보다 바람직하게는 최대 7%이거나,

1mm ≤d ≤230mm이고,

바람직하게는 7mm ≤d ≤20mm임.

동일 평면 상의 타겟 장치의 새로운 면(virgin surface);

타겟 장치의 폭(B):

60mm ≤B ≤350mm이고,

바람직하게는 80mm ≤B ≤200mm임.

타겟 장치의 길이(L): 최소 B, 바람직하게는 B 보다 훨씬 더 길고,

바람직하게는 400mm ≤L ≤2000mm임.

타겟의 모서리: 예를 들면, 반원 형태.

1.2 소스/기판:

코팅될 기판 표면(F_S)의 치수에 대한 스퍼터링 면(F_Q)의 치수의 비율(V_QS):

V_QS ≤3이고,

바람직하게는 V_QS ≤2이며,

보다 바람직하게는 1.5 ≤V_QS ≤2임.

새로운 소스 면과 코팅 면 사이의 최소 간격(D):

60mm ≤D ≤250mm이고,

바람직하게는 80mm ≤ D ≤160mm임.

기판 크기: 920 x 900 mm²의 스퍼터링 면을 가진 소스로 코팅하는 경우에는 750 x 630 mm², 또는 1300 x 1200 mm²의 스퍼터링 면을 가진 소스로 코팅하는 경우에는 1100 x 900 mm²임.

1.3 냉각:

냉각 면에 대한 스퍼터링 면의 비율(V_SK):

1.2 ≤V_SK ≤1.5임.

2. 조작 변수(Operating Variables)

타겟 온도(T):

40℃ ≤T ≤ 150℃이고,

바람직하게는 60 ℃ ≤ T ≤ 130℃임.

단위 스퍼터링 면적당 스퍼터링 전력:

10-30 W/cm²이고,

바람직하게는 15-20 W/cm²임.

각 측면의 최외곽 타겟 장치는 각각 5-35%, 바람직하게는 10-20% 더 높은 단위 면적당 스퍼터링 전력으로 작동됨.

자석 드럼의 진자 진동수: 1-4Hz, 바람직하게는 약 2Hz임.

결과

다음과 같은 코팅 속도가 달성됨:

ITO: 20Å/초

Al: 130 - 160Å/초

Cr: 140 Å/초

Ti: 100 Å/초

Ta: 106 Å/초.

도 9에는 본 발명에 따른 소스의 타겟 장치에서의 15cm 폭의 스퍼터링 면 상의 침식 프로필을 도시하였다. 매우 균일한 침식 때문에, "레이스 트랙" 또는 침식 프로필은 거의 관찰되지 않는다.

도 10에는 각각 폭(B)이 150mm인 스퍼터링 면을 구비한 5개의 타겟 장치들이 설치된 본 발명에 따른 소스에서의 ITO 스퍼터링 코팅 속도 분포를 도시하였다. 상기 분포에서, 소스 면으로부터 120mm 간격(D)으로 설치된 기판 상의 막 두께 편차는 고작 ±3.8%이었다.

도 11에는 다음과 같이 코팅된 대면적 유리 기판 상의 막 두께 분포를 도시하였다:

- 총 스퍼터링 전력(P_tot): 2kW

- 스퍼터링 시간 :100초

- 코팅 속도(R) : 26 Å/초, 상대적 코팅 속도: 13 Å/초, kW

- 6개의 타겟 장치들로 구성된 소스에서 최외곽 타겟 장치는 각각 10 또는 15% 더 높은 스퍼터링 전력(P₁, P₆)으로 작동되었음

- 기판 크기 :650 x 550 mm².

도 11에서는 증가된 스퍼터링 전력으로 작동된 타겟 장치 상부에 있는 기판의 가장자리 영역을 표시하였다. ITO 코팅 공정에 있어서, 평균 막 두께 267nm에 대한 막 두께 편차는 ±6.3%이었다.

본 발명은 공지의 스퍼터링 소스에서 특히 대면적 워크피스(workpiece)의 코팅과 관련하여 나타나는 단점들을 피할 수 있는 다음과 같은 특징들을 제공한다:

본 발명에 따르면 높은 코팅 속도 및 높은 스퍼터링 속도의 활용과 더불어, 대면적 마그네트론 스퍼터링 면에 걸쳐 공정 조건의 균일한 분포가 가능하므로, 대면적 기판을 코팅하거나 다수의 기판을 동시에 코팅하는 경우에 매우 경제적이다.

본 발명에 따른 소스에서는 대면적을 동시에 스퍼트링하기 때문에, 기판상의 막 두께 분포가 우수하고 아크 현상을 방지할 수 있다.

반응성 가스 분포 및/또는 타겟 침식 분포의 균일성과 관련된 문제가 해결되기 때문에, 코팅될 기판을 소스에 보다 근접하게 배치할 수 있고 소스 면에 비하여 훨씬 더 큰 큰 면적을 코팅할 수 있으며, 그 결과 본 발명에 따른 소스가 장착된 스퍼터 코팅 시스템의 경제성을 높일 수 있다.

대면적 타겟에서 타겟 중심부의 음극 부재 때문에 발생하는 타겟 중심부와 타겟 주변부(periphery) 사이의 플라즈마 밀도 차이 문제가 해결될 수 있다.

소스를 모듈식 타겟 장치로 요구되는 치수에 유연하게 맞출 수 있다.

가스 유입관(49)을 소스 표면에 분산시킬 수 있기 때문에, 대면적 타겟에서 타겟 중심부에 반응 가스의 희박 현상이 생기는 문제를 해결할 수 있다.

처리 진공(process vacuum)과 대기압 사이에 베이스(41)가 위치하기 때문에(참조: 도 4), 더이상 이러한 하중을 완화할 수 있는 두꺼운 냉각판(23)을 설치할 필요가 없다. 이로 인하여 소스가 덜 복잡해지고, 타겟 장치(3) 아래에 설치된 자석 장치 47, 43의 자장 통과가 잘 이루어지게 된다.

하기 분포의 선택적 제어를 통하여, 대면적 기판의 막 두께 분포를 최적으로, 특히 균일하게 조정할 수 있게 된다:

타겟 장치의 시간 및/또는 위치에 따른 전기적 작동;

타겟 장치의 시간 및/또는 위치에 따른 자기적 작동; 및

시간 및/또는 위치에 따른 가스 유입.

냉매 압력을 통한 타겟 장치의 고정과 더불어 총검식 유닛(bayonet unit)을 제공함으로써, 타겟 장치를 간단하고 신속하게 교체하는 것이 가능하고 대면적을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

스퍼터링 면 아래에 설치된 총검식 유닛(bayonet unit)으로 인하여, 고정 요소(fixing element), 특히 스퍼터링 재료가 아닌 물질로 된 고정 요소가 처리 챔버 쪽으로 노출되지 않는다.

도 1은 전기로 작동되는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스의 첫번째 실시양태의 개략도,

도 2는 도 1에 따른 스퍼터링 소스의 다른 전기 회로도,

도 3은 도 1과 유사하게 도시한 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 또 다른 전기 회로도,

도 4는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스의 횡단면 상세도,

도 5는 도 4에 따른 소스에 사용되는 선형의 총검식 유닛(bayonet unit)의 평면도,

도 6은 본 발명에 따른 마그네트론 소스의 평면 개략도,

도 7은 도 6에 따른 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 소스에 제공되는 영구자석 드럼의 바람직한 실시양태의 평면도,

도 8은 본 발명에 따른 스퍼터 코팅 시스템의 개략도,

도 9는 본 발명에 따른 소스의 타겟 장치 상의 침식 프로필을 도시한 도면,

도 10은 5개의 타겟 장치들이 설치된 본 발명에 따른 소스 상에 형성된, 스퍼터링된 재료의 분포를 도시한 도면, 및

도 11은 본 발명에 따른 소스를 사용하여 코팅한 530 x 630 mm² 크기의 유리 기판 상에 형성된 막 두께의 릴리프 패턴(relief pattern)을 도시한 도면이다.

Claims

각각 간격(slit)을 두고 서로 나란히 배치되는, 서로 전기적으로 절연된 2개 이상의 정지된 막대형 타겟 장치 (stationary target arrangement)를 갖는 스퍼터 소스로서, 상기 각각의 타겟 장치가 각각의 전기 패드(electric pad)를 포함하여, 상기 각각의 타겟 장치들이 다른 타겟 장치와 독립적으로 전기적으로 조작될 수 있고, 각각의 타겟 장치들이 각각의 타겟 장치에 대하여 시간에 따라 변화하는 자계 (time-varying magnetron field)를 생성하여 마그네트론 스퍼터링 소스를 형성하는 제어된 자석 장치(controlled magnet arrangement)를 포함하는 스퍼터 소스; 및 상기 마그네트론 스퍼터링 소스에 대항하여 거리를 두고 설치되는, 스퍼터링될 하나 이상의 기판을 위한 기판 지지대를 포함하고, 상기 기판 지지대에 의해서 홀딩되는 스퍼터링될 기판 표면(F_S)에 대한 상기 스퍼터 소스의 스퍼터링 면(F_Q)의 비율(V_QS)이 3이하인 스퍼터 코팅 챔버.
제 1 항에 있어서, 상기 챔버가 상기 타겟 장치들 사이에 나란하게 배열되거나, 상기 타겟 장치들의 좁은 측면을 따라서 배열되거나, 상기 타겟 장치들 사이에 나란하게 상기 타겟 장치들의 좁은 측면을 따라서 배열되는 음극들을 포함하는 음극 장치를 추가로 포함하는 스퍼터 코팅 챔버.
제 1항에 있어서, 상기 자석 장치들이 상기 타겟 장치들을 따라서 전자석들, 영구자석들 또는 전자석들과 영구자석들을 구비하는 프레임을 포함하는 스퍼터 코팅 챔버.
제 1항에 있어서, 상기 자석 장치들이 각각 터널형의 자장의 정점이 시간에 따라 변하도록 각각의 타겟 장치 상에 터널 형태의 자장(tunnel-shaped magnetic field)을 생성하는 스퍼터 코팅 챔버.
제 4항에 있어서, 상기 자석 장치가 각각 상기 터널 형태의 자장의 정점의 위치가 시간에 따라 변하도록 각각의 타겟 장치 상에 터널 형태의 자장을 생성하는 스퍼터 코팅 챔버.
제 1항에 있어서, 상기 자석 장치가 각각 2개 이상의 영구 자석들, 전자석들 또는 영구자석들과 전자석들을 구비한 동력에 의해 회전가능하거나 회전가능하게 선회가능한 드럼들을 포함하는 스퍼터 코팅 챔버.
제 1항에 있어서, 상기 타겟 장치들이 베이스 위에 탑재되고, 상기 베이스는 상기 타겟 장치들 각각에 대해 인접하고 호일에 의해 밀폐되는 냉매 채널 장치(cooling medium channel arrangement)를 포함하는 스퍼터 코팅 챔버.
제 1 항에 있어서, 상기 소스가 상기 타겟 장치들과 나란히 배치된 가스 유입 개구부를 갖는 가스 유입 장치(gas inlet arrangement)를 추가로 포함하는 스퍼터 코팅 챔버.
제 1항에 있어서, 상기 소스가 상기 타겟 장치들과 나란히 배치된 가스 유입 개구부를 갖는 가스 유입 장치(gas inlet arrangement) 및 상기 가스 유입 개구부에서의 가스 유입 분포 (gas inlet distribution)를 조절하는 조정 유니트(adjustment unit)를 추가로 포함하는 스퍼터 코팅 챔버.
제 1항에 있어서, 상기 막대형 타겟 장치들은 폭 보다 큰 길이를 갖는 스퍼터 코팅 챔버.
제 10항에 있어서, 상기 길이, L이 400 ㎜ ≤ L ≤ 2000인 스퍼터 코팅 챔버.
제 1항에 있어서, 상기 타겟 장치들이 간격 d 만큼 서로 떨어져 있고, 여기서 상기 d는 1 ㎜ ≤ d ≤ 230 ㎜인 스퍼터 코팅 챔버.
제 12항에 있어서, 상기 d가 7 ㎜ ≤ d ≤ 20 ㎜인 스퍼터 코팅 챔버.
제 13항에 있어서, 상기 타겟 장치의 각각의 폭이 B이고, B가 60 mm ≤ B ≤ 350 mm인 스퍼터 코팅 챔버.
제 14항에 있어서, 상기 B가 80 mm ≤ B ≤ 200 mm인 스퍼터 코팅 챔버.
제 1항에 있어서, 스퍼터링되지 않은 상태(unsputtered condition)의 상기 타겟 장치들의 스퍼터링면들이 실질상 동일 평면상에 배열된 스퍼터 코팅 챔버.
제 1항에 있어서, 상기 자석 장치들이 상기 막대형 타겟 장치들의 길이를 따라서 국지적으로 변하는 자장을 생성하는 스퍼터 코팅 챔버.
제 1항에 있어서, 상기 소스가 상기 타겟 장치들 중 적어도 일부를 에워싸는 정지형 프레임 (stationary frame)을 더 포함하고, 상기 자석들이 서로 상이한 자계 강도를 가지는 스퍼터 코팅 챔버.
제 1항에 있어서, 2개를 초과하는 상기 타겟 장치들을 포함하는 스퍼터 코팅 챔버.
제 19항에 있어서, 5개 이상의 상기 타겟 장치들을 포함하는 스퍼터 코팅 챔버.