KR100971817B1 - 플랫 패널 스퍼터링을 위한 2차원 마그네트론 스캐닝 - Google Patents

Abstract

일반적으로 패널상에 타겟 재료를 스퍼터링하도록 구성된 스퍼터 반응기에서 직사각형의 마그네트론은 플라즈마를 강화시키기 위해 직사각형의 타겟 후면에 위치된다. 마그네트론은 타겟의 크기보다 다소 작은 크기를 가지며 예를 들어 2m 타겟에 대해 약 100mm의 스캔 길이를 갖는 타겟의 2개의 수직 방향으로 스캔된다. 스캔은 타겟 측면에 평행한 2개의 링크 및 2개의 접속 대각선을 따르는 더블-Z 패턴으로 이루어질 수 있다. 마그네트론은 예를 들어, 단일 경로를 따라 연장되며 상반되는 극성을 갖는 외부극에 의해 완전히 둘러싸인 하나의 자극을 갖는 거의 일정한 폭의 내부극을 갖는 직사각형 형상의 나선형 또는 꾸불꾸불한 형상의 포선형으로 형성된 폐쇄 플라즈마 루프를 포함한다.

Description

플랫 패널 스퍼터링을 위한 2차원 마그네트론 스캐닝{TWO DIMENSIONAL MAGNETRON SCANNING FOR FLAT PANEL SPUTTERING}

도 1은 직사각형 플랫 패널 상에서의 스퍼터링 증착을 위해 구성된 종래의 플라즈마 스퍼터 반응기의 개략적 측면도,

도 2는 도 1의 스퍼터 반응기를 이용가능한 종래의 선형, 레이스트랙 마그네트론의 평면도,

도 3은 본 발명의 일면을 따르는 꾸불꾸불한(serpentine) 마그네트론의 개략적 평면도,

도 4는 본 발명의 직사각형 형상의 나선형 마그네트론의 개략적 평면도,

도 5는 꾸불꾸불한 자석의 보다 구체적인 평면도,

도 6은 개선된 꾸불꾸불한 마그네트론의 평면도,

도 7은 꾸불꾸불한 마그네트론의 선택적 실시예의 평면도,

도 8은 직사각형 형상의 나선형 마그네트론의 보다 구체적인 평면도,

도 9는 타겟 상에서 슬라이드 방식으로 지지되는 마그네트론을 갖는 선형 스캔 메커니즘의 정면도,

도 10은 대각선 스캔 메커니즘의 평면도,

도 11은 스캔 위치에 따른 타겟 전압의 변화를 나타내는 그래프,

도 12는 대각선 스캔의 소정의 결과를 달성하는 경사진 마그네트론과 조합된 선형 스캔 메커니즘의 평면도,

도 13은 2-차원 스캔 메커니즘의 제 1 실시예의 평면도,

도 14는 2-차원 스캔 메커니즘의 제 2 실시예의 평면도,

도 15는 2-차원 스캔 메커니즘 및 마그네트론의 지지 구조의 제 3 실시예의 정사형도,

도 16은 더블-Z 스캔 경로 맵,

도 17은 옵셋 더블-Z 스캔의 스퀀스에 대한 경로 맵,

도 18은 지그-재그 대각선 스캔 경로의 맵,

도 19는 2-차원의 구부러진 스캔 경로의 예로서 도 8의 스캔 맵.

* 주요 도면부호의 간단한 설명 *

40 : 마그네트론 42 : 마그네트론 플레이트

42 : 직선 부분 44 : 단부 부분

P : 피치

본 출원은 2004년 1월 7일자로 출원된 가출원 60/534,952호의 장점을 청구한다.

본 발명은 전반적으로 재료의 스퍼터링에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 직사각형 타겟으로부터의 스퍼터링을 강화시키기 위해 자계를 형성하는 마그네트론의 스캐닝에 관한 것이다.

과거 수십년간, 컴퓨터 디스플레이에 사용되는, 그리고 보다 최근에는 텔레비젼 스크린에 사용되는 플랫 패널 디스플레이를 제조하기 위한 기술이 집중적으로 발전하였다. 스퍼터링은 플랫 패널을 제조하는데 있어 알루미늄과 같은 금속 및 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명 도체를 포함하는 도전층을 증착하는데 바람직한 방법이다. 플랫 패널 스퍼터링은 기판이 대형이고 이들이 직사각형 형상을 갖는다는 점에서 오랫동안 개발되어온 기술인 웨이퍼 스퍼터링 기술과 대체로 구별된다. Demaray 등은 미국 특허 5,565,071호에서 플랫 패널 스퍼터 반응기를 개시하였으며, 상기 문헌은 본 명세서에서 참조된다. 이러한 반응기는 도 1의 개략적 단면도에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(18) 내에서 직사각형 스퍼터링 타겟(16)을 마주하여 직사각형 글라스 패널(14) 또는 다른 기판을 보유하는 직사각형 형상의 스퍼터링 페데스탈 전극(12)을 포함한다. 적어도 표면이 스퍼터링되는 금속으로 이루진 타겟(16)은 절연체(20)를 가로질러 진공 챔버(18)에 대해 진공으로 밀봉된다. 통상적으로, 스퍼터링되는 재료층은 타겟(16)을 냉각시키도록 형성된 냉각수 채널이 있는 후면 플레이트(backing plate)와 결합된다. 전형적으로 아르곤과 같은 스퍼터링 가스가 milli Torr 범위의 압력으로 유지되는 진공 챔버(18)에 공급된다. 바람직하게, 후면 챔버(22)는 타겟(16)의 후면에 대해 진공 밀봉되며 저압으로 진공 펌핑되어, 타겟(16)과 그의 후면 플레이트에 대한 압력차를 거의 소거한다. 따라서, 타겟 어셈블리는 상당히 얇아질 수 있다. 페데스탈 전극(12) 또는 벽 차폐물과 같이 챔버의 다른 접지된 부분에 대해 전도성 타겟(16)에 네거티브 DC 바이어스가 인가되는 경우, 아르곤은 플라즈마로 이온화된다. 포지티브 아르곤 이온은 타겟에 부착되어 타겟으로부터 금속 원자를 스퍼터링한다. 금속 원자는 부분적으로 패널(14)을 향해 패널상에 적어도 부분적으로 타겟 금속으로 이루어진 층을 증착한다. 금속 산화물 또는 질화물은 금속을 스퍼터링하는 동안 챔버(18)속에 산소 또는 질소를 부가적으로 공급함으로써 소위 반응성 스퍼터링이라 불리는 프로세스에서 증착될 수 있다.

스퍼터링 속도를 증가시키기 위해, 도 2의 개략적 하부도에 도시된 선형 마그네트론(24)이 타겟(16) 후면에 위치된다. 하나의 수직 자극(magnetic polarity)의 중심 극(26)은 챔버(18)내에서 타겟(16) 정면과 평행한 자계를 투사하기 위해 반대 극성의 외부극(28)으로 둘러싸인다. 2개의 극(26, 28)은 거의 일정한 갭(30)에 의해 분리되어 그 위에서 고밀도 플라즈마가 정확한 챔버 조건하에서 형성되어 폐루프 또는 트랙을 흐른다. 외부극(28)은 2개의 반-원형 아크 부분(34)에 의해 접속되는 2개의 직선 부분(32)으로 구성된다. 자계는 전자를 포획하여 플라즈마의 밀도를 증가시켜 결과적으로 스퍼터링 속도를 증가시킨다. 선형 마그네트론(24) 및 갭(30)의 비교적 작은 폭은 높은 자속 밀도를 산출한다. 단일의 폐쇄 트랙을 따른 자계 분포의 폐쇄 형상은 일반적으로 갭(30)을 따르는 플라즈마 루프를 형성하여 플라즈마가 단부에서 누설되는 것을 방지한다. 그러나 마그네트론(24)의 크기가 타겟(16)에 비해 작은 경우에는 마그네트론(24)이 타겟(16)의 후면을 가로질러 선형적으로 그리고 왕복식으로 스캔되어야 한다. 통상적으로, 보다 복잡한 마그네트론과 관련하여 Halsey 등이 US 특허 5,855,744에 개시한 것처럼, 어미 나사(lead screw) 메커니즘이 선형 스캔을 구동시킨다. 편자 자석이 사용될 수 있지만, 바람직한 구조는 예를 들어, 2개의 지시된 극성 사이에서 반전된 배향을 갖는 지시된 극 형상으로 배열된 NdBFe와 같은 다수의 강한 실린더형 자석을 포함한다. 자기극 부품은 극 표면을 형성하도록 동작면을 커버할 수 있으며 2개의 극(26, 28)을 교락시키는 자기 요크는 자석의 다른 측면에 결합될 수 있다.

개시된 마그네트론은 처음에는 약 400mm×600mm 크기를 갖는 직사각형 패널에 대해 개발되었다. 그러나 수년간, 패널 크기는 스케일 절약 및 대형 디스플레이 스크린 모두를 제공하기 위해, 계속해서 증가하고 있다. 반응기는 약 2m×2m의 크기를 갖는 패널 상에서의 스퍼터링을 위해 개발되고 있다. 일 세대는 1.87m×2.2m크기를 갖는 패널을 처리하였으며 그의 전체 면적은 40,000㎠ 이상이기 때문에 40K라 칭한다. 50K라 불리는 후속 세대는 각각의 측면 상에서 2m 이상의 크기를 갖는다. 일반적으로 선형 마그네트론의 폭은 이들이 높은 자계를 산출하는 경우 비교적 좁아지게 된다. 결과적으로, 1.8m 이상의 최소 치수를 갖는 큰 패널에 대해, 선형 마그네트론은 큰 타겟을 균일하게 스퍼터링하기 위해서는 보다 오랜 증착 주기를 필요로 하여 점차 비효과적이게 된다.

대형 타겟을 수용하는 하나의 방법에 있어, 도 2의 레이스트랙 마그네트론(24)은 타겟의 상당 부분을 커버하도록 스캐닝 방향에 따라 횡방향으로 9회 반복된다. Hosokawa 등의 US 특허 5, 458,759호 참조. 스캐닝은 자계 분포를 평균화시키는 것이 바람직하다. 그러나 이러한 방법에는 몇 가지 문제점이 있다. 첫째, 자석 성분의 자계를 최적으로 활용하는데 있어 개별 마그네트론은 신뢰성이 없다. 즉, 유효 자계는 가능한 것보다 작다. 둘째, 레이스트랙 마그네트론(24)의 외부극(28)의 아크 부분(34)에 인접한 플라즈마 다크 공간 차폐물 부근의 마그네트론 부분에서 플라즈마 가격이 이루어지는 동안 상당한 수의 미립자가 형성되는 것이 관찰되었다. 이는 차폐물 부근에서 플라즈마로부터의 전자 누설로 인한 것으로 여겨진다. 약 800VDC의 가격 전압이 요구된다. 이러한 높은 전압은 바람직하지 못하게 과잉의 미립자를 발생시킬 것으로 여겨진다. 셋째, 도 2의 하나의 레이스트랙 마그네트론(24)을 사용하는 종래 기술은 전형적으로 1분의 스퍼터링 증착 주기 동안 약 30 내지 40의 스캔을 수행하기 위해 상당히 빠른 속도로 마그네트론 스캔을 반복한다. 이러한 빠른 스캐닝 속도는 대형 타겟의 대부분을 커버하는 상당히 무거운 마그네트론에 대해 난해한 기계적 설계를 요구한다. 넷째, 하나 이상의 레이스트랙 마그네트론을 포함하는 스캐닝 마그네트론은 균일성 문제를 완전히 해결하지 못한다. 레이스트랙 마그네트론(24)의 단부 아래에 놓인 타겟(16)의 측방 에지 부분은 높은 시간-통합 자속을 수신하며 이는 아크 부분(34)이 스캔 방향을 따라 넓은 부분으로 연장되기 때문이다. 또한, 스캔 방향이 반대인 경우, 마그네트론 하부에 놓인 타겟의 축방향 에지 부분은 높은 시간-통합 자속을 수신하며, 이는 방향을 바꾸기 위해 제한된 시간이 요구되기 때문이다. 따라서, 타겟 에지는 불균형하게 부식되어, 타겟 이용도 및 타겟 수면을 감소시키며 불균일한 증착을 야기시킨다.

본 발명의 일면에 따라, 본 발명은 포선형(convolute) 플라즈마 루프, 특히 대체로 직사각형 형상을 갖는 마그네트론을 포함한다. 루프는 구부러진 부분에 의해 결합되는 평행한 직선 부분을 갖는 꾸불꾸불한(serpentine) 형상 또는 직교 방향을 따라 배열된 직선 부분을 갖는 직사각형 형상의 나선형 형상으로 배열된다. 플라즈마 루프는 상반되는 자극의 외부극으로 둘러싸인 포선형 형상으로 형성되는 하나의 자극의 내부극 사이에 형성된다. 바람직하게, 내부 자극은 2개 단부를 갖는 단일 경로를 따라 연장됨으로써 설명될 수 있는 간단한 접힌(foled) 형상을 갖는다. 스퍼터 부식의 균일성은 플라즈마 루프의 하나 또는 2개의 외부 단부가 유용한 직사각형 형상의 바깥방향으로 연장되는 말단부(tail)로 연장되는 경우 증가된다.

포선형 형상은 바람직하게 전체 경로 길이의 적어도 50% 및 바람직하게는 75% 이상을 구성하는 직선 부분을 갖는 경로를 따른다.

플라즈마 루프는 50 내지 125mm 사이의 피치에 의해 분리되는 평행한 부분을 갖는 2개의 극에 의해 묶여진(bracketed) 접힌 트랙을 따르며, 최상의 결과를 제공하기 위해서는 75mm가 설정된다. 스캔은 피치보다 큰 간격, 예를 들어, 적어도 10mm 이상의 간격에 대해 이루어져야 한다.

마그네트론은 스캔되는 타겟보다 다소 작으며, 타겟은 적어도 1.8m의 최소 치수를 갖는 직사각형 플랫 패널 기판과 대응되게 비교적 크다. 마그네트론은 타겟의 대응 치수의 80% 이상, 나가서는 90% 이상인 측면을 갖는 영역 내에서 연장되는 유효 필드를 가질 수 있다.

본 발명의 또다른 면은 2차원의 직사각형 형상의 타겟을 따라 마그네트론을 스캐닝하는 것을 포함한다. 직사각형 타겟의 단일 대각선을 따라 스캔이 가능하다. 그러나 바람직하게 2차원 스캐닝은 서로 고정되지 않는다. 스캔 속도는 비교적 낮으며, 예를 들어 20 내지 200초 사이의 대응하는 스캔 주기에 따라 0.5 내지 5mm/s이다. 단일 스캔 주기는 패널에 대해 충분하다.

바람직한 스캔 패턴은 타겟의 측방 측면으로 정렬된 2개의 마주하는 직사각형 측면을 따라 그리고 직사각형 측면 단부를 접속하는 2개의 대각선을 따르는 연속적인 스캔을 포함하는 더블-Z이다. 타겟 전력은 측면을 따르는 스캔에 따라 턴오프되거나 감소되거나 또는 마그네트론이 타겟의 에지에서 프레임으로부터 충분히 이격되는 경우 온 상태로 남게된다. 더블-Z 스캔은 바람직하게는 2개의 측방 측면에 수직인 방향으로 스캔 사이에 작은 변위를 두고 반복된다. 변위 오프셋은 5 내지 15mm 범위, 바람직하게는 8 내지 12mm 범위이다.

타겟의 직교 좌표에 비스듬한 대각선 및 기타의 스캔은 직교 좌표를 따르는 지그-재그 패턴에서 달성되며, 여기서 지그-재그 패턴의 각각의 직선 부분은 바람지하게 0.4 내지 3mm 사이, 보다 바람직하게는 0.8 내지 1.2mm의 길이를 갖는다.

본 발명의 또다른 면은 바람직하게 1 내지 5mm의 간격에 의해, 플라즈마를 점화시키기 전에 챔버 벽을 형성하는 접지된 프레임 또는 차폐물로부터 멀리 스캔된 마그네트론을 이동시킨다.

본 발명의 일면은 도 2의 선형 레이스트랙 보다 포선형 형상을 갖는 마그네트론을 포함한다. 도 3에 개략적으로 도시된 일 실시예에서, 마그네트론 플레이트(42)에 형성된 꾸불꾸불한 마그네트론(40)은, 직선 부분(42)과 결합되는 구부러진 코너를 갖는 아크 형상 또는 선택적으로 짧은 직선 부분을 갖을 수 있는 단부 부분(44)에 의해 매끄럽게 결합되는 피치(P) 상에 배열된 다수의 길게 평행한 직선 부분(42)을 포함한다. 본 명세서에서 개시되는 마그네트론은 일반적으로 폐쇄 플라즈마 루프를 형성하도록 형상화되기 때문에, 도시된 피치(P)는 이후 개시되는 트랙 피치와 구별하기 위해 루프 피치라 칭한다. 타겟면과 평행한 자계 분포의 대체로 직사각형 외형에 의해 형성되는 꾸불꾸불한 마그네트론(40)의 유효 영역은 타겟 면적의 상당한 부분을 차지한다. 꾸불꾸불한 마그네트론(40)은 타겟 영역을 완전히 스캔하고 타겟 영역으로부터 보다 균일하게 재료를 스퍼터링하기 위해, 피치(P)에 근사하게 관련된 간격에 대해 피치(P) 차수로 긴 직선 부분(42)에 대해 횡방향으로 스캔될 수 있다.

관련 실시예에서, 나선형 마그네트론(50)은 직사각형의 나선형으로 서로 부드럽게 결합되며 수직축을 따라 연장되는 일련의 연속적인 직선 부분(52, 54)을 포함한다. 이웃하는 평행한 직선 부분(52 또는 54)은 트랙 피치(Q)에 의해 분리된다. 나선형 마그네트론(50)은 트랙 피치(Q)를 너머 직사각형 방향 중 하나에서, 예를 들어 직선 부분(54)을 따라, 스캔될 수 있다.

상기 개시된 마그네트론 형상은 다소 개략적인 것이다. 마그네트론(40, 50)중 하나에서 접힌 부분(fold)의 수는 상당히 증가될 수 있다. 필수적이지는 않지만, 마그네트론 각각은 내부극과 주변 외부극 사이에 플라즈마 루프가 형성되는 도 2의 연장된 레이스트랙 마그네트론의 접혀진 또는 꼬인(twisted) 버전으로 고려될 수도 있다. 도 2의 선형 마그네트론(24)이 접히는 경우, 이웃하는 접힘부의 극은 통합될 수 있다. 도 5의 평면도에 도시된 것처럼, 꾸불꾸불한 마그네트론(60)은 내부극(64)과 상기 내부극(64)을 완전히 둘러싸는 외부극(66) 사이에 폐쇄된 꾸불꾸불한 갭(62)을 형성한다. 플라즈마 루프는 트랙 피치(Q)에 의해 분리되고 트랙 피치(Q)를 주기로 도시된 x-방향에서 일반적으로 주기적인 구조를 형성하도록 접힌, 가깝게 이격되어 역평행하게(anti-parallel) 전파하는 2개의 플라즈마 트랙을 포함한다. 하나의 접혀진 트랙과 마그네트론은 중심 라인(M) 부근에서 한방향으로 대칭적으로 연장되는 긴 직선 부분(68) 및 다른 방향으로 연장되는 짧은 직선 부분(70)을 대체로 따르는 형상을 갖는다. 구부러진 부분(72, 74, 76)은 직선 부분(68, 70)과 결합된다. 내부 구부러진 부분(74)과 단부 구부러진 부분(76)은 약 180°로 급격하게 구부러진다. 도면은 외부극(66)의 가장바깥쪽 부분이 내부 부분보다 얇은 것을 도시하여 상대적인 자속 밀도를 나타낸다. 물론 꾸불꾸불한 마그네트론(60)은, 특히 대형 크기의 타겟을 위해, 플라즈마 루프의 추가적인 접힘부를 포함할 수 있다.

그러나 이러한 꾸불꾸불한 마그네트론(60)을 테스트하였을 때, 마그네트론(60)의 단부 구부러진 부분(76) 아래에 놓인 타겟의 영역(78)은 매우 낮은 스퍼터링 속도를 나타내었다. 도 6의 평면도에 도시된 개선된 꾸불꾸불한 마그네트론(80)은, 스캔 길이를 증가시키거나 마그네트론 크기를 증가시키기보다는, 단부의 구부러진 부분(84)이 직사각형 외형의 마그네트론(80) 유효 면적 외측에 있도록 내부극 및 외부극(64, 66)이 갭(62)의 단부의 구부러진 부분(84)을 둘러싸는 영역으로 연장된 말단부(82)를 포함한다. 결과적으로, 도 5의 덜 부식된 영역(78)은 유효 타겟 영역의 외측에 있게 된다. 타겟은 말단부(82)를 수용하도록 다소 확대될 필요도 있으나, 그곳에서는 스퍼터링이 거의 일어나지 않기 때문에, 말단부(82)는 마그네트론(80)의 나머지 부분보다 타겟 주변부에 가깝게 연장될 수 있으며 타겟의 에지 너머로 연장될 수도 있다. 플라즈마 루프가 홀수의 겹침부를 갖는 경우, 2개의 말단부(82)는 마그네트론 플레이트(42)의 맞은편 측방 측면상에서 이루어진다.

도 7의 평면도에 도시된 더블-디지테이티드(double-digitated) 마그네트론(90)은 일반적으로 직선의 톱니형 부분(94)이 마주하는 2개의 로우(row)로 형성된 내부극(92)과 폐쇄된 갭(98)에 의해 내부극으로부터 분리된 주변 외부극(96)을 포함한다. 갭(98)의 직선 부분은 2개의 일반적 대칭 라인(Q₁, Q₂) 부근에 배열된다. 시각적으로는 상이하지만, 꾸불꾸불한 마그네트론(60, 80) 및 더블-디지테이티드 마그네트론(90)은 구조적으로(topologically) 유사하며 유사한 자계 분포를 제공한다. 이들은 바람직하게 전체 트랙 길이의 적어도 50% 및 보다 바람직하게 75%보다 큰 부분을 구성하는 직선 부분을 갖는다. 그러나 티지테이티드 마그네트론은 많은 돌출부를 구비한 복잡한 형상을 가지며 단일 경로로 기술할 수 없는 내부극(92)에 의해 꾸불꾸불한 마그네트론 및 이후 설명될 나선형(helical) 마그네트론과 구별된다. 반대로, 꾸불꾸불하고 나선형인 마그네트론의 내부극은 하나의 단부로부터 또다른 단부로 연장되는 단일 포선형 또는 접힌 경로를 따르며 거의 일정한 폭을 갖는다. 달리 말하면, 꾸불꾸불하고 나선형인 마그네트론의 내부극은 폐쇄된 플라즈마 루프의 단부를 형성하는 단지 2개의 단부만을 가지는데 반해서, 디지테이티드 마그네트론의 내부극은 플라즈마 루프에 상당하는 다수의 등가적인 단부를 갖는 3개 이상의 단부를 갖는다. 이후 개시되는 바와 같이, 상기 단부는 이들의 타이트한 곡률(curvature)과 관련된 몇가지 문제점을 야기시키며 이는 최소화시키는 것이 바람직하다. Hope 등은 미국 특허 4,437,966호에 단일-디지테이티드 마그네트론을 개시한다.

도 8의 평면도에 도시된 직사각형 형상의 나선형 마그네트론(100)은 마그네트론 플레이트(106)에 형성된 연속적인 그루브(102, 104)를 포함한다. 반대되는 극성의 도시되지 않은 실린더형 자석이 각각 2개의 그루브(102, 104)를 채운다. 그루브(102)는 그루브(104)를 완전히 둘러싼다. 2개의 그루브(102, 104)는 트랙 피치(Q)상에 배열되며 거의 일정한 폭의 메사(108)에 의해 서로 분리된다. 이전의 상세한 설명과 관련하여, 메사(108)는 상반되는 극 사이의 갭을 나타낸다. 하나의 그루브(102)는 외부극을 나타낸다. 다른 그루브(104)는 외부극에 의해 둘러싸인 내부극을 나타낸다. 레이스트랙 마그네트론과 유사하게, 꼬인것이든 꼬이지 않은 것이든, 그루브(104)에 의해 나타나는 하나의 자극은 그루브(102)에 의해 나타나는 또다른 자극에 의해 완전히 둘러싸여, 단부 손실을 방지하도록 하나 이상의 플라즈마 루프를 형성하고 자계를 강화시킨다. 그루브(102)의 가장바깥쪽 부분의 폭은 단지 그루브(102)의 내부 부분의 폭 및 다른 그루브(104)의 전체 부분의 폭의 절반 보다 약간 크며 이는 가장바깥쪽 부분은 단일 로우(row)의 자석만을 수용하는 반면 다른 그루브 부분은 엇갈린 배치로 2개의 로우를 수용하기 때문이다. 마그네트론(100)의 그루브(102, 104)는 도 6의 말단부(82)와 유사하게 메사(108)의 180°구부러진 단부(110) 부근에 말단부를 포함하도록 변형될 수 있다. 모든 자석을 자기적으로 결합시키기 위해 단일 자기 요크 플레이트가 마그네트론 플레이트(106)의 후면을 커버할 수 있다.

직사각형 형상의 나선형 마그네트론은 직교하는 방향을 따라 연장되는 직선 부분을 가지며 구부러진 코너에 의해 서로 결합되는 그루브(102, 104) 및 이에 따른 극을 가진다. 바람직하게 직선 부분은 패턴 전체 길이의 적어도 50% 및 보다 바람직하게 75%를 형성한다.

일반적으로 그루브(102, 104)는 두 개의 극을 나타낸다. 그러나 구조는 보다 복잡하다. 그루브(102, 104)는 마그네트론 플레이트(42)로 가공되며 개별적으로 실린더형 영구 자석들을 수용하도록 실린더형 홀 어레이를 포함한다. 그루브(102, 104)의 두꺼운 부분내의 실린더형 홀은 자석 패킹 밀도를 증가시키기 위해 서로에 대해 엇갈려 선형으로 연장되는 2개의 평행한 로우를 형성한다. 한편 그루브(102, 104)의 외측 부분은 상기 선형 어레이중 단지 하나만을 가질 수 있다. 보통 연자성(magnetically soft) 스테인레스 스틸로 형성된 2개의 극 부품은 그루브(102, 104)의 형상 및 이에 근사한 폭을 갖는다. 나사가 그루브(102, 104) 위에서 마그네트론 플레이트의 하부에 극 부품을 고정하여 하향 면하는 그루브(102, 104)내에 자석을 고정시키고 자기극 부품으로서 작용한다.

마그네트론에 대한 다른 포선형 형상도 가능하다. 예를 들어, 꾸불꾸불하고 나선형인 마그네트론이 상이한 방식으로 조합될 수 있다. 둘 다 단일 플라즈마 루프로 형성된 나선형 마그네트론과 꾸불꾸불한 마그네트론이 결합될 수 있다. 2개의 나선형 마그네트론이, 예를 들어, 마주하게 꼬여 서로 결합될 수 있다. 2개의 나선형 마그네트론이 꾸불꾸불한 마그네트론을 묶을 수 있다(bracket). 다시, 단일 플라즈마 루프가 바람직하다. 그러나 다수의 포선형 플라즈마 루프는 본 발명의 소정 장점을 갖는다.

꾸불꾸불한 마그네트론(60, 80)은 직선 섹션(68)의 1개 기본 세트를 갖는 반면 직사각형 형상의 마그네트론(90)은 평행한 직선 섹션의 2개 세트를 갖고, 이들 모두가 기본 세트로 간주될 수도 있다. 모든 마그네트론(60, 80, 90, 100)은 직선 섹션의 기본 세트중 하나를 횡단하는 방향으로 피치(P) 위에서의 일차원 스캐닝으로 장점을 갖는다. 그러나 이러한 일차원 스캐닝은 여전히 몇가지 문제점을 갖는다. 첫째, 마그네트론의 상당 부분은 스캔 방향에 평행한 성분을 갖는 방향으로 연장되기 때문에, 스퍼터링 규일성은 크게 나빠진다. 이러한 결과는 짧은 직선 섹션(70)이 타겟의 측방 에지가 타겟 중앙 중심부분 보다 빨리 부식되게하는 꾸불꾸불한 마그네트론(60, 80)에서 보다 뚜렷해진다. 불균일성은 나선형 마그네트론(100)에 대해 감소된다. 그럼에도 불구하고, 이들 마그네트론은 측방 부분들 보다 타겟 중앙 중심부분을 덜 부식시킨다. 둘째, 다른 조치가 취해지지 않는다면, 모든 마그네트론은 플라즈마 차폐물에 가까운 타겟의 측방 에지 부근에서 플라즈마를 계속해서 형성한다. 선형 레이스트랙 마그네트론에 대해 앞서 개시된 바와 같이, 이러한 근접성(proximity)은 플라즈마 점화 동안 미립자 발생을 크게 증가시킨다. 셋째, 마그네트론이 신속하게 그리고 왕복식으로 스캔되는 경우 부식에 대한 단부 정지는 연속된다.

스퍼터링 균일성은 직사각형 타겟 상에서 2차원의 직교하는 방향으로 포선형 마그네트론을 스캐닝함으로써 증가될 수 있다. 상이한 형태의 스캐닝 메커니즘을 가정할 수 있다. 도 9에 도시된 스캐닝 메커니즘(110)에서, 타겟(16)은 그의 후면 상부 측에서, 마그네트론 플레이트(112)의 하부에 고정되는 다수의 절연 패드(114) 또는 베어링을 통해, 자석을 포함하는 마그네트론 플레이트(112)를 지지한다. 패드(114)는 Teflon으로 구성될 수 있으며 5cm의 직경을 갖고 마그네트론 플레이트(112)로부터 2mm만큼 돌출된다. 외부 구동 소스(118)에 의해 구동되는 마주하는 푸셔(pusher) 로드(116)는 진공으로 시일처리된 후면 벽(22)을 관통하여 반대 방향으로 마그네트론 플레이트(112)를 가압한다(push). 전형적으로 모티브 소스(118)는 후면 벽(22)에 회전 시일을 갖는 구동 샤프트를 구동시키는 양지향성 회전 모터이다. 후면 벽(22) 내측의 어미 나사 메커니즘은 회전 동작을 선형 동작으로 변환시킨다. 수직으로 배열된 2개 쌍의 푸셔 로드(116) 및 모티브 소스(118)는 독립적인 이차원 스캐닝을 제공한다. 타겟 대각선을 따라 배열된 단일 쌍의 푸셔 로드(116)와 모티브 소스는 타겟의 측면에 대해 결합된 이차원 스캐닝을 제공한다. 저압 후면 챔버의 내측 및 외측 모두에, 공기압 실린더, 스텝퍼 모터, 및 랙-앤-피니언을 포함하는 다른 형태의 액추에이터가 가능하다.

도 10의 평면도에 도시된 것처럼, 도시된 구조의 스프링(122), 특히 압축 스프링이 마주하는 푸셔 로드중 하나를 대체할 수 있다. 또한, 로드(116)와 마그네트론 플레이트(112) 사이의 커플링(124)이 고정되어 하나의 로드(116)가 마그네트론 플레이트(112)를 밀고(push) 당길 수 있거나, 또는 도 9의 양지향성 작용(actuation)과 관련하여, 커플링(124)은 마그네트론 플레이트(112)를 선택적으로 부드럽게 미는 회전가능한 휠로 구성될 수도 있다.

또 다른 형태의 스캐닝 메커니즘도 가능하다. 슬라이딩 패드(114)는 휠 또는 볼 또는 롤러 베어링으로 교체 가능하나, 바람직하게는 접지된 마그네트론 플레이트(112)가 바이어스된 타겟(16) 상에서 지지되면서도 접지되게 유지되도록 휠 또는 베어링이 전기적으로 절연된다. 간단한 모션을 위해, 가이드 플레이트가 마그네트론 플레이트(112)와 타겟(16) 사이를 중개하여 스캐닝을 유도한다. 앞서 인용된 Halsey 특허에 개시된 바와 같이, 마그네트론 플레이트(112)는 휠 및 지지 로드를 통과하는 하나 이상의 가이드 플레이트에 의해 상부로부터 지지될 수 있다.

스캔량은 비교적 제한될 수 있다. 예를 들어, 이웃하는 평행하지 않은 트랙들 사이에 75mm의 피치를 갖고 2m 타겟에 대해 설계된 마그네트론에 대해, 스캔 거리는 적어도 75mm이어야 한다. 자석 세기 및 위치를 가변시키기 위해, 스캔 거리는 적어도 100mm 이상이 바람직하다. 피치보다 50% 이상 큰 스캔 거리는 본 발명의 장점을 약화시킨다. 실험은 85 내지 100mm 범위에서의 스캔 거리가 뛰어난 부식을 제공하는 것을 나타낸다. 자석 그루브 사이 및 플라즈마 트랙 사이의 75mm 피치는 상당히 효과적인 것이 입증되었으며, 피치에 대해 바람직한 범위는 50 내지 125mm를 나타낸다.

도 10의 평면도에 도시된 것처럼, 제 1 스캐닝 패턴을 달성하기 위해, 마그네트론 플레이트(112)에 형성된 포선형 마그네트론은 후면 벽(22) 부분을 형성하는 직사각형 프레임(126)내에서 지지된다. 꾸불꾸불한 마그네트론이 도시되었지만, 다른 마그네트론 형상이 사용될 수도 있다. 마그네트론 플레이트(112)에 결합된 액추에이터(118)는 프레임(126)의 대각선을 따라, 즉, 마그네트론 기본 세트의 직선 부분의 방향에 평행하게 횡방향으로 서북 방향에서 남동 방향으로 마그네트론 플레이트를 구동한다. 도시된 실시예에서, 스프링(122)은 액추에이터(118)와 반대로 작용한다. 대각선 스캐닝의 결과로, 타겟의 북쪽 및 남쪽 측면상에서 부식이 감소된다.

스캐닝은 두 가지 동작 특성에서 장점을 갖는다. 첫째, 스캐닝은 바람직하게 약 1mm/s의 비교적 낮은 속도에서 수행되어 프레임 대각선의 단일 스캔 또는, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 것처럼, 몇몇의 이러한 대각선 스캔으로 완벽한 증착이 수행될 수 있다. 매우 바람직한 결과는 2mm/s에서 얻어졌으며 바람직한 범위는 0.5 내지 5mm/s이다. 100mm 스캔에 대해, 완벽한 스캔은 20 내지 200s에서 달성될 수 있다. 느린 속도는 대형 기계장치를 단순화시킨다. 둘째, 플라즈마 진화시키고 느린 스캔을 시작하며 마그네트론이 접지된 프레임(126) 바로 근처로부터 벗어난 후에, 예를 들어, 1 내지 5mm의 바람직한 범위에 있는 2mm의 초기 스캔 후에 플라즈마를 발화시키는 것이 바람직하다. 지연되는 발화(striking)는 스캔 속도의 균형을 유지하게 한다. 그러나 가장 중요한 것은 프레임(126)으로부터 떨어져 발화를 시키면 가격은 플라즈마 발화 동안 제어되지 않는 아킹으로부터 발생되는 것으로 여겨지는 입자 발생을 상당히 감소시키게 된다.

레이스트랙 마그네트론이 일정한 전압공급으로 프레임에 걸쳐 스캔되는 실험이 수행된다. 도 11의 그래프에서 플롯(128)으로 도시된 바와 같이, 타겟 전압은 프레임 또는 차폐물 중심에서 약 500V로부터 그 근방에서 약 600V로 상승되는 것이 관찰되며, 이는 마그네트론 위치에 따른 플라즈마 임피던스의 종속성을 나타낸다. 프레임 부근에서 이러한 높은 전압은 프레임에서의 전자 누설로 인한 것이며 발화 동안 과잉 아킹과 관련되는 것으로 여겨진다. 대신에 플라즈마가 곡선의 평탄부에서 발화되는 경우, 아킹은 상당히 감소된다. 또한 바람직하게, 플라즈마는 마그네트론이 다른 대각선 코너에 도달하기 이전에 진화된다. 또다른 증착이 동일한 기판상에서 수행되는 경우, 선택적으로 플라즈마를 완전하게 진화시키기보다는 다소 낮은 밀도의 플라즈마가 달성되도록 타겟 전력을 감소시킬 수 있어, 타겟 에지에서의 미립자 발생이 크게 감소될 수 있다. 또한, 도 8의 직사각형 형상의 나선형 마그네트론과 관련된 타겟 전압은 단지 약 350V이며, 이는 매우 효율적인 마그네트론을 나타낸다.

플라즈마로 프레임 대각선을 따라 앞뒤로 스캔하도록 스캔을 연장하는 것이 가능하여 마그네트론은 다음 패널 상에서의 스퍼터링을 위해 그의 원래 준비 위치로 복귀될 수 있다. 선택적으로 새로운 패널이 스퍼터 반응기에 위치되고 스퍼터 챔버가 펌프다운되어 균형을 유지하는 동안 플라즈마를 턴오프시키고 후방 스캔이 수행될 수 있다. 또다른 실시예에서는, 하나의 패널은 전방 스캔 동안 스퍼터 증착되며 제 2 패널은 후속적인 후방 스캔 동안 증착된다.

도 12에 도시된 것처럼, 프레임(126)의 직사각형 좌표를 기준으로 경사진 각도, 예를 들어 프레임 대각선과 평행하게 또는 45°에서 형성된 하나 또는 2개의 기본 세트의 직선 섹션으로 마그네트론 플레이트(112)에 형성된 마그네트론(128)을 사용하여 다소 유사한 효과가 달성될 수 있다. 2개의 직사각형 좌표중 하나를 따라 정렬된 2개의 마주하는 액추에이터(118)는 상기 좌표를 따라 마그네트론 플레이트(112)를 스캔한다. 본 실시예에서, 스캔은 일차원이나 마그네트론 형상은 이차원이다. 발화시에 에지 효과를 방지하기 위해, 측방면을 따라 여분의 타겟 공간이 제공된다.

2개의 대각선을 따른 스캐닝은 도 13에 도시된 스캔 메커니즘(130)으로 달성될 수 있다. 프레임(126)의 코너에 위치된 4개의 액추에이터(118)는 2개의 프레임 대각선을 따라 마주하는 쌍으로 정렬된다. 각각의 엑추에이터(118)는 2개의 수직 아암(134)을 갖는 코너 푸셔(132)에 고정되며, 아암 각각은 다수의 휠(136) 또는 프레임 대각선중 하나를 따라 정확하게 밀도록 마그네트론 플레이트(112)의 각각의 코너와 매끄럽게 맞물리고 정렬될 수 있는 다른 슬라이딩 수단을 갖는다. 꾸불꾸불한 마그네트론이 도시되었지만, 상기 및 다른 이차원 스캐닝 메커니즘으로 다른 포선형 마그네트론 형상이 사용될 수 있다. 하나의 대각선을 따르는 스캐닝은 액추에이터중 하나의 변형만을 요구한다. 스캐닝은 제 1 대각선과 정렬된 액추에이터중 하나(118)에 의해 제 1 대각선을 따라 마그네트론 플레이트(112)를 제 2 대각선을 통과하는 중심점으로 밀어냄으로써 하나의 대각선으로부터 다른 대각선으로 전달될 수 있다. 이후, 제 2 대각선과 정렬된 액추에이터중 하나(118)는 마그네트론 플레이트(112)과 맞물려 제 2 대각선을 따라 푸시된다.

도 14에 도시된 것처럼 직사각형으로 배열된 스캐닝 메커니즘(140)은 직사각형 프레임(126)의 4개 측면을 따라 쌍으로 배열된 8개의 엑추에이터(118)를 포함한다. 쌍을 이룬 액추에이터(118)는 관련 푸셔 로드(116)의 동일한 연장이 이루어지도록 동일하게 제어된다. 액추에이터(118)와 마그네트론 플레이트(112) 사이에 고정된 커플링이 없이 미는 힘만 가해지는 경우에 쌍형성(pairing)이 바람직하다. 액추에이터(118)의 푸셔 로드(116)으로부터의 바람직한 커플링은 각각의 휠(142) 또는 각각의 액추에이터 로드(116) 단부상의 다른 회전가능한 부재를 포함한다. 그러나 예를 들어, Teflon과 같은 소프트 푸셔 패드가 휠(142)을 대체할 수 있다. 마그네트론 플레이트(112)를 직교 좌표 방향을 따라 이동시키기 위해서는 단지 한 쌍의 휠 액추에이터 로드(116)만이 마그네트론 플레이트(112)와 맞물릴 필요가 있다.

도 15에 사시도로 도시된 또 다른 스캔 메커니즘(150)은 프레임(126) 상에서 지지되어 결국 타겟 후면 플레이트의 주변부상에서 지지된다. 냉각 매니폴드(154)는 공급 라인(156)으로부터 타겟 후면 플레이트로 냉각 유체를 분포시킨다. 슬라이더 플레이트(160)는 프레임(126) 상에 장착된 각각의 일련의 휠 베어링의 상부 상에서 이를 따르는 제 1 방향으로 슬라이드되는 2개의 반전 측면 레일(162, 164)을 포함한다. 수직의 제 2 방향으로 연장되도록 슬라이더 플레이트(160)에 2개의 슬릿(166, 168)이 형성된다. 마그네트론 플레이트(112)를 지지하는 2개의 반전 레일(170, 172)은 제 2 방향으로의 이동을 허용하도록 슬라이더 플레이트(160) 상에 장착된 각각의 일련의 휠 베어링상에 슬라이드방식으로 지지되는 2개의 슬릿(166, 168)을 통해 연장된다. 즉, 마그네트론 플레이트(112) 및 관련 마그네트론은 수직한 제 1 및 제 2 방향으로 슬라이드될 수 있다. 또한, 무거운 마그네트론이 프레임(126) 및 타겟 후면 플레이트의 주변부 상에서 지지되며, 챔버 벽상에서 자체적으로 직접 지지되고, 타겟 및 타겟 후면 플레이트의 비교적 얇은 외팔보지지식 내부 부분상에서는 지지되지 않는다.

슬라이더 레일(162, 164) 방향을 따라 마주하는 제 1 세트의 액추에이터(174, 176)는 프레임 상에서 지지되며 각각 독립적으로 제어되는 양지향성 모터(173), 기어 박스 및 웜 기어 구동 푸셔 로드(175)를 포함하여, 슬라이더 플레이트(160)로부터 상향 연장되는 각각의 보스(178, 180)와 선택적으로 접하고 맞물려 힘을 가한다. 마그네트론 플레이트 레일(170, 172)의 방향을 따라 마주하는 유사하게 구성된 제 2 세트의 액추에이터(182, 184)는 슬라이더 플레이트(160)내의 홀(187, 189)을 통해 상향 연장되고 마그네트론 플레이트(112)에 고정된 각각의 보스(186, 188)와 선택적으로 맞물리도록 프레임(126) 상에서 지지된다.

2개 세트의 액추에이터(174, 176, 182, 184)는 직교 방향으로 마그네트론 플레이트(160)를 이동시키는데 사용될 수 있다. 마그네트론 플레이트(112)에 고정된 보스(186, 188)는 상대적으로 폭이 넓은 면을 가져 관련된 액추에이터(182, 184) 및 푸셔 로드(175)는 다른 세트의 액추에이터(174, 176)가 횡방향으로 마그네트론 플레이트(112)를 이동시킬 때 이와 맞물릴 수 있다.

도시된 구조는 지붕(roof)으로 커버되는데, 이는 프레임(126) 상에서 지지되고 프레임(126)에 대해 진공 밀봉되며 예를 들어, 지붕 아래 영역이 진공 펌프되도록 보스 홀(166, 168, 187, 189) 내에 위치하며 액추에이터(174, 176, 182, 184)에 인접하는 이동식 진공 수단을 포함한다. 지붕은 내부가 비교적 낮은 압력으로 펌프되는 경우 큰 지붕 영역 위에서의 대기압을 견디는 트러스(truss)를 포함하여, 얇은 타겟과 후면 플레이트가 고진공 스퍼터 챔버에 대해 크게 감소된 압력차로 처리될 수 있다.

도 1의 반응기는 통상적으로 패널(14)을 순차적으로 처리하기 위한 레시피 세트에 따라 동작하는 도시되지 않은 컴퓨터 제어 시스템에 의해 제어된다. 제어 시스템은 타겟(16)에 전력을 공급하는 DC 전원장치, 원하는 낮은 압력으로 스퍼터링 챔버(18)의 내부를 펌핑하는 진공 펌핑 시스템, 전달 챔버와 챔버 내부를 결합 시키는 슬릿 밸브, 및 스퍼터링 챔버(18) 안팎으로 기판(14)을 전달하기 위해 대체로 전달 챔버 내에 위치된 로봇을 제어한다. 부가적으로 제어 시스템은 타겟(16)의 후면에 원하는 2차원 패턴으로 큰 마그네트론을 스캔하도록 액추에이터(118 또는 182, 184, 174, 176)에 결합된다.

액추에이터(118 또는 182, 184, 174, 176) 쌍은 원하는 스캐닝 패턴이 이루어지도록 조합되어 제어된다. 남서에서 동북 스캔도 가능하지만, 제 1 동작 모드는 하나의 프레임 대각선을 따라, 예를 들어 서북에서 남동으로 도 10의 대각선 스캔을 반복한다. 제 2 동작 모드는 도 16의 맵에 도시된 것처럼, 하나의 대각선 방향을 따라 제 1 증착 스캔(200)을 수행하고 대각선 스캔(200)의 단부 부근에서 플라즈마를 진화(또는 타겟 전력을 감소)시킴으로써 더블-Z 패턴 스캐닝에 의해 부식 균일성을 개선한다. 이후, 마그네트론은 플라즈마를 진화 또는 감소시키고 하나의 직교 좌표에 평행한 직사각형 경로(208)를 따라 타겟 에지 부근에서 스캔된다. 다음, 플라즈마가 활성화된 상태에서 제 2 증착 스캔(204)이 다른 대각선을 따라 수행되나 플라즈마는 대각선의 단부 부근에서 진화된다. 마지막으로, 마그네트론은 다른 타겟 에지 부근에서 플라즈마가 진화된 채 직사각형 경로(206)를 따라 하나의 직교(직사각형) 좌표에 역평행하게(anti-parallel) 다시 스캔된다. 이러한 패턴은 더블-Z로 지칭된다. 주목할 것은 지시된 경로는 예를 들어 75 또는 100mm의 스캔 치수에 대해서만 연장되며 약 10 배 이상의 측면을 갖는 전체 타겟 위에서는 연장되지 않는다는 것이다. 즉, 마그네트론은 프레임 내의 타겟의 해당 치수의 90% 이상인 측면을 갖는 영역내에서 연장되는 유효 자기장을 갖는다. 도 5 및 도 6의 꾸불꾸불한 마그네트론(60, 80)을 참조하면, 에지 스캔(206, 208)이 직선 섹션(68)의 기본 세트에 평행하게 또는 그와 수직으로 수행되도록 더블-Z 스캔이 실행될 수 있다.

더블-Z 스캔은 단일 기판에 대해 수행될 수 있다. 선택적으로, 프레쉬(fresh) 기판은 각각의 직사각형 스캔(206, 208) 동안 대체될 수 있으며, 이때 플라즈마는 여기되지 않고 챔버 압력 및 가스 분위기가 비교적 중요하지 않다. 더블-Z 패턴의 크기가 충분히 작아 플라즈마 존재시 에지 경로(206, 208)에서 에지 효과는 방지될 수 있다면, 바람직한 스캔 패턴은 플라즈마가 점화되는 중심부에서 시작된다. 플라즈마는 점화된채 유지되지만 마그네트론은 완벽한 더블-Z 패턴을 통해 스캔되며 마지막으로 중심부에서 다시 종결된다. 따라서, 플라즈마 점화는 접지된 프레임의 임의의 부분으로부터 최대 거리에서 이루어진다.

더블-Z 스캔 및 다른 형태의 스캔은 하나의 단계에서 다른 단계로 정확하게 반복될 필요는 없다. 타겟 수명을 결정하는 타겟 부식 균일성은 순차적인 더블-Z 스캔을 오프셋시킴으로써 개선될 수 있다. 도 17의 맵에 도시된 것처럼, 제 1 베이스 라인 더블 스캔(210) 후에, 패턴은 제 2 더블-Z 스캔(212)의 수행을 위해 작은 간격 예를 들어 10mm 만큼 직교 좌표를 따라 그리고 바람직하게는 더블-Z 스캔의 측면 부분(206, 208)에 수직하게 변위된다. 오프셋 범위는 5 내지 15mm, 바람직하게 8 내지 12mm이다. 또한, 제 3 더블-Z 스캔(214)의 수행을 위해 베이스라인 스캔(210)으로부터 반대 방향으로의 동일한 변위에 의해 추가적인 균일성이 달성된다. 이후, 스캔 패턴은 베이스라인 스캔(210)으로 복귀될 수 있다. 또 다른 오프셋 값이 이용될 수도 있다. 전체 스캔의 여러 부분이 하나의 기판 또는 다수가 순차적으로 삽입되는 기판들 상의 증착을 위해 수행될 수 있다. 하나의 완벽한 더블-Z 스캔은 하나의 기판상에 스퍼터링 증착시에 바람직하게 수행되며 순차적으로 변위되는 더블-Z 스캔은 후속 기판상에서 수행된다.

마그네트론이 도 18에 도시된 대각선 경로(220)를 따라 이동하도록 2개가 수직으로 배열된 액추에이터가 동시적으로 동작할 수 있다. 그러나 소정의 상태에 있어서는, 이에 대신하여 직교 좌표 중 하나를 따르는 작은 이동(222)과 또 다른 수직으로 배열된 직교 좌표를 따르는 작은 이동(224)을 교번하는 것으로 구성되는 지그-재그 경로를 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 각각의 이동(222, 224)은 약 1mm이다. 이동(222, 224) 길이 범위는 0.4 내지 3mm, 바람직하게는 0.8 내지 1.2mm이다. 대각선 경로(220)가 직교 좌표를 기준으로 45°에 배열되지 않는 경우, 이동(222, 224)은 이들 사이에 상이한 길이를 갖을 수 있다. 예를 들어 스텝퍼 모터를 이용하여 수직 이동의 정확한 비가 제공되는 것이 어렵다면, 동일한 방향에서의 상이한 이동은 평균하여 원하는 방향에서의 경로를 산출하는 상이한 길이를 갖을 수 있다. 이러한 교번식 이동은 스퍼터링 균일성을 증가시키기 위해 넓은 유효 스캔 영역을 달성한다. 또한 마그네트론 플레이트에 대해 롤링 메커니즘을 포함하지 않는 도 15의 수직으로 배열된 액추에이터를 이용하여 추가의 장점이 제공된다. 이러한 상황에서 수직 방향으로의 동시적 이동은 적어도 하나의 로드 콘택이 마그네트론 플레이트 또는 보스에 대해 슬라이드되게 한다. 반대로, 교번식 이동으로 인해, 사용되지 않는 액추에이터는 마그네트론 플레이트로부터 후퇴하여 측방으로 이동됨에 따라 마그네트론 플레이트와 접촉하지 않게 된다.

직사각형 타겟이 프레임의 150mm 내에서 연장되는 중심 영역 위에서 거의 균일할 수 있다는 것이 실험을 통해 입증되었다. 한 방향으로의 균일성은 꾸불꾸불한 마그네트론의 직선 부분의 길이를 증가시킴으로써 연장될 수 있지만 다른 방향으로의 균일성은 마그네트론 스캐닝에 의해 증가된다.

전체 세트의 액추에이터는 가능한 구부러진 부분을 포함하여 보다 복잡하고 대략 임의적인 스캔 패턴을 가능하게 한다. 예를 들어, 도 19에 도시된 8자형 스캔(230)은 4개 세트의 액추에이터의 제어를 연속적으로 변화시킴으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 다양한 장점은 2차원 스캐닝 또는 지연된 플라즈마 점화가 내부극(26)에 대해 다수의 평행한 개구부를 갖는 단일 외부극(32)에 의해 모두 둘러싸인 다수의 평행한 내부극(26) 및 각각의 플라즈마 루프로 형성된 도 2의 평행하면서도 독립적인 다수의 선형 마그네트론(24)으로 구성된 종래의 마그네트론에 인가되는 경우 달성될 수 있다. 그러나 본 발명의 꾸불꾸불하고 나선형인 마그네트론의 포선형 단일 플라즈마 루프가 보다 효율적이며 제어가능한 스퍼터링을 제공할 것으로 여겨진다.

본 발명의 여러 태양은 매우 큰 직사각형 스퍼터링 타겟을 사용하여 보다 균일한 타겟 부식 및 스퍼터 증착을 제공한다. 포선형 마그네트론은 비용을 증가시키지 않는다. 2차원 스캐닝은 스캔 메커니즘에서 부가적인 복잡성을 요구하지만, 느린 스캐닝은 그의 벌크를 감소시킨다.

Claims (53)

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48. 플랫 패널 스퍼터 반응기로서,

    스퍼터링 타겟과 밀봉되는 진공 챔버;

    상기 스퍼터링 타겟으로부터 재료가 스퍼터링되도록 상기 진공 챔버 내의 가스를 플라즈마를 여기시키기 위해 상기 진공 챔버와 접속되는 전기 공급원;

    상기 타겟을 마주하여 직사각형 플랫 패널을 지지하도록 구성된 페데스탈;

    상기 페데스탈을 면하는 상기 타겟의 스퍼터링 측면 상에 자계를 형성하기 위해 상기 페데스탈 반대편의 상기 스퍼터링 타겟의 측면상에 위치되는 직사각형 형상의 나선형 마그네트론을 포함하며

    상기 직사각형 형상의 나선형 마그네트론은,

    제1 극성의 자석이 채워지는 제1 폭을 가지는 제1 그루브;

    일정한 폭의 메사에 의해 상기 제1 그루브로부터 이격되며 상기 제1 그루브를 둘러싸는, 제2 극성의 자석이 채워지는 제2 그루브로서, 상기 제2 그루브의 최외각 부분은 상기 제2 그루브의 내부 부분의 폭의 절반보다 큰 제2 폭을 가지는 제2 그루브; 및

    제 1 방향 및 제 2 방향으로 상기 마그네트론을 스캐닝할 수 있는 스캔 메커니즘을 포함하는,

    플랫 패널 스퍼터 반응기.
49. 제 48 항에 있어서,

    상기 마그네트론의 측면은 상기 타겟의 상응하는 측면 길이의 80%이상의 길이를 가지는,

    플랫 패널 스퍼터 반응기.
50. 제 48 항에 있어서,

    상기 스캔 메커니즘은 상기 타겟의 2개의 수직 측면들과 평행한 수직 방향으로 상기 마그네트론을 스캔할 수 있는,

    플랫 패널 스퍼터 반응기.
51. 제 48 항에 있어서,

    상기 마그네트론이 직사각형 외형을 채우는,

    플랫 패널 스퍼터 반응기.
52. 제 48 항에 있어서,

    상기 마그네트론은 상기 제1 방향 및 이에 수직한 제2 방향에서 각각 상기 타겟의 측면에 상응하는 거리 또는 상기 타겟 측면의 20% 이하의 거리에 걸쳐 스캔 가능한,

    플랫 패널 스퍼터 반응기.
53. 제 48 항에 있어서,

    상기 스캔 메커니즘은 서로 평행하지 않은 2개의 개별적 방향을 따라 상기 마그네트론에 힘을 가하는, 2개의 독립된 액추에이터를 포함하는,

    플랫 패널 스퍼터 반응기.

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