KR101001658B1

KR101001658B1 - 마그네트론 스퍼터 코팅 기판 제작 방법 및 이를 위한 장치

Info

Publication number: KR101001658B1
Application number: KR1020057006218A
Authority: KR
Inventors: 오트마 취거
Original assignee: 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2010-12-15
Also published as: JP2006503181A; AU2003266908A1; EP1552544B1; ATE538489T1; US20080210549A1; JP4728644B2; CN1714422B; US7381661B2; US20060124446A1; WO2004036616A1; KR20050070047A; EP1552544A1; CN1714422A

Abstract

본 발명에 따라서, 스퍼터 표면(7)을 따라 마그네트론 자기장 패턴(9)이 주기적(My)으로 이동되며, 기판(11)이 스퍼터 표면(7)을 따라 이동되는 마그네트론 스퍼터 코팅에 대하여, 기판에 적층되는 재료량 분포가 최적화되며, 이로써, 스퍼터 속도가 자기장 패턴(9)의 주기적 이동(My)과 위상 결합된, 변조 장치 (3)에 의해 변조된다.

스퍼터, 코팅, 표면, 마그네트론, 자기장 패턴, 위상 동기식, 재료량 분포

Description

마그네트론 스퍼터 코팅 기판 제작 방법 및 이를 위한 장치 {METHOD FOR THE PRODUCTION OF A SUBSTRATE WITH A MAGNETRON SPUTTER COATING AND UNIT FOR THE SAME}

본 발명은 마그네트론 스퍼터 코팅 기판 제작 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

본 출원과 동일한 출원인의 국제 공개 공보 WO 00/71774호에는, 조절 장치를 통해 작동점이 안정화되는 반응성 코팅 프로세스용 스퍼터소스로서, 스퍼터 표면에 평행하게 볼 때 편평 기판이 원 궤도로 상기 소스를 따라 이동되는, 상기 스퍼터 소스에서, 소위 코드 효과(chord effect)를 보상하는 것이 공지되어 있다. 코드 효과는 상기 기판상에서 기판 이동 방향으로 적층된 재료량의 불균일한 분포로 이해된다. 이는 본질적으로, 한편으로는 기판의 원 궤도로 인해, 다른 한편으로는 기판의 편평한 구성으로 인해, 상이한 기판 영역이 스퍼터 표면에 평행하게 볼 때 스퍼터 표면에 대해 상이한 간격- 및 각도 관계로 통과하는 것에 기인하다. 이에 따라 기판 상에 발생되는 기판 이동 방향으로의 상이한 코팅 속도는, 스퍼터 표면 위로의 기판 이동과 동기식으로 처리 환경이 주어진 프로파일(profile)에 따라 조절됨으로써 보상된다.

또한, 마그네트론 스퍼터링이 공지되어 있다. 스퍼터표면 위에는 바람직하게는 스퍼터 표면으로부터 이 표면의 밖으로 그리고 안으로 다시 유입되는 터널형 자기장으로 된 하나 이상의 폐쇄된 루프가 생성된다. 인가된 전기장과 상호 작용하는 상기 마그네트론 자기장의 공지된 전자 트랩(trap) 효과로 인해, 터널형 마그네트론 자기장 패턴의 영역에는 플라즈마 밀도가 증가되며, 이로 인해 상기 영역에는 스퍼터 속도가 증가된다. 마그네트론 스퍼터링에서 구현된 스퍼터 속도는 자기장에 의해 보조되지 않는 스퍼터링에서의 경우보다 본질적으로 더 크다. 그러나, 마그네트론 자기장 패턴을 따라 스퍼터 속도가 증가되므로, 이 영역의 스퍼터 표면에는 소위 “레이스 트랙(race track)"으로 알려진 스퍼터 식각 트렌치(trench)가 형성되며, 이로 인해 스퍼터 타겟 재료가 나쁘게만 사용되게 된다.

주로 이러한 이유로, 주지된 바와 같이, 마그네트론 자기장 패턴은 소스의 작동 중 스퍼터 표면 위에서 이동되고 이를 통해 상기 패턴 영역에서의 높은 스퍼터 손상은 가능한 한 전체 스퍼터표면에 걸쳐 시간적으로 분산시키게 된다. 이러한 경우, 추가적으로, 이동되는 마그네트론 자기장 패턴을 갖는 반응성 마그네트론 스퍼터링에서는, 타겟 포이즌잉(poisoning), 즉, 전기적으로 나쁘게 도전된 반응 프로세스 화합물로 타겟 표면 영역을 방해성 코팅하는 것이 본질적으로 감소될 수도 있다. 반응성 코팅 프로세스, 즉, 금속 산화물 층의 적층을 위해 반응 프로세스 가스, 예를 들면, 산소를 첨가하여 예를 들면, 금속 타겟으로부터 화합물 층을 제작할 때, 이동하는 마그네트론 자기장 패턴으로 인해 스퍼터 표면의 균일하고 주기적인 침식이 이루어지며, 이를 통해 표준 주연으로 예를 들면 산화물층에 의해 상기 방해성 코팅을 행하는 것이 감소된다. 이로 인해, 프로세스 안정성이 향상된다. 따라서, 이동하는 마그네트론 자기장 패턴을 갖는 반응성 마그네트론 스퍼터링에서는 조절 장치를 통한 프로세스 작동점 안정화를 제공하는 것이 대부분 요구되지 않는다.

일반적으로 스퍼터 표면을 따른 마그네트론 자기장 패턴의 이동은 1차원 또는 2차원적으로 주기적으로 구현된다. 따라서, 예를 들면, 긴 장방형 타겟의 경우 폐쇄된 루프를 형성하는 패턴은 주기적으로 타겟의 길이 방향으로 왕복 운동할 수 있다. 이러한 경우, 상기 이동은 1차원적으로 주기적이다. 타겟 구조가 양 차원 방향으로 보다 더 연장된 경우, 예를 들면, 자기장 패턴은 하나의 주기로 또한 다른 주기로도 왕복 이동되며, 이로 인해 리사쥬 곡선(Lissajous Figure)에 상응하게 스퍼터 표면을 따른 자기장 패턴의 이동 궤도가 형성되게 된다. 주기적 자기장 패턴 이동은 특히 원형 타겟의 경우 대부분 스퍼터 표면 상의 수직인 축에 대해 순환형 회전 이동이든 또는 진자형 회전 이동이든 회전 이동을 통해 구현된다. 상기 축에 대해 자기장 패턴이 원형이어서는 안 된다는 것은 용이하게 알 수 있다.

스퍼터표면에 평행한 평면내의 축에 대해 단일의 거울 대칭형인 회전 이동형 자기장 패턴이 공지되어 있다. 이러한 자기장 패턴은 예를 들면, 미국특허번호 제 4,995,958호, 미국특허번호 제 5,252,194호, 미국특허번호 제 6,024,843호 및 미국특허번호 제 6,402,903호에 개시되어 있는 바와 같이 예를 들면, 하트형, 사과형, 신장형 등 이거나, 또는 예를 들면, 이중 거울 대칭형, 예를 들면, 미국특허번호 제 6,258,217호에 따른 예를 들면, “8”자 형태, 즉, 상기 평면내의 2개의 서로 수직인 축에 대한 거울 대칭형이다.

또한, 코팅될 기판을, 코팅 공정 중, 이동되는 마그네트론 자기장 패턴을 갖는 스퍼터표면을 따라 이동시키는 것이 공지되어 있다. 이는 특히, 복수의 기판이 장치 코팅 사이클 중 코팅되는 소위 배치(batch) 장치의 경우에 그러하다.

많은 경우, 코팅 두께의 국부적 분포, 또는 반응성 프로세스의 경우, 스퍼터 표면을 따라 스퍼터링된 재료의 분포에 대한 요구 사항은 매우 높다. 예를 들면, 프로젝션 디스플레이용 부품에서 사용되는 바와 같은 광학적 코팅의 경우, 일반적으로 50 층까지의 적은 층들로만 이루어진 코팅을 경제적으로 형성하는 것을 보장하도록, 일반적으로 코팅된 기판은 평균 층두께에 대해 1% 이하로 편차가 있는 층두께 분포를 가지며, 이는 적어도 1000 ㎠의 표면에 걸쳐 수행된다. 광학적 데이터 전달을 위해 이와 같이 코팅된 기판을 사용하는 경우, 평균 층두께에 대해 0.01% 이하의 층두께 편차가 요구되며, 이는 적어도 10 ㎠의 표면에 걸쳐 수행된다. 후자의 경우, 상기 기판에는 종종 100 이상까지의 많은 각 층이 12 내지 50 시간 사이의 프로세스시간에서 적층된다.

기본적으로, 마그네트론 자기장 패턴이 스퍼터 표면을 따라 주기적으로 이동되고 기판이 스퍼터 표면으로부터 이격되어 그 위에서 이동되는, 스퍼터 표면을 갖는 마그네트론 소스를 사용하는 경우, 기판 표면을 따른 층두께 - 반응성 코팅 프로세스에서는 스퍼터링되는 재료의 적층량 - 의 변동이 가능한 한 적은 기판표면을 가능한 한 넓게 구현하는 것이 관심사이다. 이와 관련하여 “코팅된 기판 표면”이 언급되면, 복수의 배치 처리된 작은 기판의 이와 같은 표면의 전체 또는 큰 기판의 표면을 의미한다.

이하에서 층두께의 분포에 대해 언급되면, 이는 반응성 프로세스와 관련하여 기판 표면에 스퍼터링된 재료의 양의 분포로 이해되며, 반응성 프로세스에서 반드시 층두께와 직접 관련될 필요는 없다.

상기 유형의 기판 이동을 갖는 원형 마그네트론 소스를 사용하는 경우 허용 가능한 층두께 분포를 달성하도록, 현재 기판과 스퍼터 표면의 이동 궤도 사이에는 정적으로, 스퍼터 표면과 기판 사이의 재료 유동 분포에 영향을 주는 부품, 소위 구멍판 또는 “셰이퍼 스크린(shaper screen)”이 사용된다. 일반적으로, 원 디스크형 스퍼터 표면과 조합되어, 언급된 바와 같이, 자기장 패턴은 스퍼터 표면에 수직한 축에 대해 이 축을 중심으로 회전됨으로써 주기적으로 스퍼터표면을 따라 이동된다.

셰이퍼 스크린과 같은 상기 부품을 구비함으로써, 층두께 평균값에 대한 편차가 1%보다 더 작은 상태로 이동 기판 상의 층두께 분포가 달성될 수 있으나, 상기 부품에 의해, 스퍼터링되는 재료의 본질적인 양이 기판에 도달되기 전에 차단되어 스퍼터속도가 동일하게 유지되는 경우 코팅 속도가 상당히 감소된다는 본질적인 단점을 감수한 상태에서만 가능하다. 종종 각 스퍼터소스 및 기판 이동에 대해 조정이 이루어져야 하고, 특히 마그네트론 자기장 패턴이 각각 변형되어 이동될 때, 새롭게 제작되어 반복 단계에 의해 최적화되어야 하는 상기 부품에는 코팅 공정 중 그 자체로 방해성 코팅이 이루어진다. 상기 부품이 프로세스 공간에서 강하게 가열됨으로써 층 응력이 발생되며, 이로 인해 예를 들면, 상기 부품의 만곡과 같은 열로 인한 형태 변형과 함께, 상기 언급된 방해성 코팅이 제거되어 기판상에 침착됨으로써 코팅 결함이 발생될 수 있다.

본 발명의 목적은 재료 유동 차단이 본질적으로 적게 이루어지는 상태에서 스퍼터 코팅된 표면을 따라 적층된 스퍼터링된 재료의 분포가 본질적으로 보다 향상된 기판이 형성되고, 상기와 같이 차단이 적게 이루어지는 상태에서 지금까지 구현될 수 있었던 분포와 비교될 수 있는, 서두에 언급된 유형의 마그네트론 스퍼터 코팅 기판 제작 방법 또는 이를 위해 설계된 장치를 제안하는 것이다.

상기 목적은 서두에 언급된 유형의 제작 방법에서, 청구범위 제1항의 특징부에 따라, 자기장 패턴의 주기적 이동과 위상 동기식으로, 단위 시간당 기판 상으로 적층되는 재료량이 주기적으로 변화됨으로써 달성된다.

본 발명이 대략적으로 여기서 이해될 수 있도록, 이하에서 그 원리가 도1에 의해 상세히 설명된다.

도1에서, 해칭선으로 도시된 표면(S)은 최대 스퍼터 속도가 존재하는 마그네트론 스퍼터 소스의 스퍼터표면의 지점을 도시한다. 또한, 상기 지점(S)은 마그네트론 자기장 패턴 영역의 일부에 상응한다. 본 발명에 따라 인식 및 고찰되는 현상이 도1에 의해 이해되도록 설명되어야 하므로, 마그네트론 자기장 패턴 영역에서 스퍼터속도가 큰 곳에 대한 대표적인 곳으로 상기 지점(S)만이 고찰된다. 예를 들면 도시되는 바와 같이, 여기서의 2차원적 주기적 이동, 즉, 주기적 이동(Yz), 및 이에 대해 직각인 주기적 이동(Xz)을 통해, 타원형 이동 궤도가 구현되며, 이 이동 궤도를 따라 지점(S)이 스퍼터 표면 위로 이동된다.

2차원 주기적 이동되는 지점(S)을 포함하는 스퍼터 표면 위에서 이를 따라, 균일 속도(v)로 기판(SU)이 이동된다. 지점(S)은 각각 도1에 도시된 바와 같이 위치(pos.m)로부터 다음 위치(pos.m+1)까지 동일하게 시간이 걸리므로, 기판(SU) 상에 X로 표시된 지점(S)의 장소가 형성된다. 기판(SU) 상에 파선이 진행한다는 것을 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 지점(S)은 영교차 영역(XN)에서 보다 변곡점 영역(XW)에서 더 오래 머무르게 된다는 것을 또한 알 수 있다. 그 결과, 기판(SU)의 주연 또는 가장자리 영역은 중앙 영역보다 스퍼터 표면으로부터 방출되는 재료 의 보다 더 많은 재료량으로 적층되게 된다.

본 발명이 도1에 이해를 위해 도시된 관계로만 사용되고, 주기적으로 그리고 S의 주기적 이동과 위상 동기식으로, 단위 시간당 기판 상에 적층되는 재료량이, 지점(S)이 영역(XW)에 존재할 때는 항상 감소되고 지점(S)이 영역(XN)을 지날 때는 항상 증가되도록 변화된다면, 기판(SU)상에 적층되는 재료의 y 방향으로의 불균일한 분포가 균일화되거나 또는 원하는 분포 관계가 설정될 수 있다.

본 발명에 따른 제작 방법의 바람직한 실시예에서, 마그네트론 자기장 패턴의 주기적 이동은 바람직하게는 스퍼터 표면에 수직인 축 주위로의 진자 회전 이동 또는 순환형 회전 이동을 통해 2차원적으로 구현된다. 그러나, 물론, 리사쥬 곡선을 구현하는 방식으로, 스퍼터 표면 평면내의 축을 따른 각 주기적 이동을 통한 2차원 주기적 이동을 구현하는 것도 가능하다.

또한, 자기장 패턴의 주기적 이동은 반드시 2차원일 필요는 없다. 예를 들면, 긴 타겟에서 자기장 패턴이 스퍼터 표면의 길이 방향으로만 상기 긴 타겟 상에서 주기적으로 이동되고 기판이 이 방향에 수직하게 이동된다면, 기판 상에는 상술된 타겟 길이 방향으로의 층두께 분포의 불균일성이 발생되며, 이는 본 발명에 따르면 자기장 패턴의 주기적 이동과 위상 동기식으로 스퍼터 속도의 주기적 변화를 통해 보상될 수 있다.

물론, 기판상에 적층되는 재료량을 스퍼터 표면을 따라 국부적으로 주기적 변화시키는 것이 가능하지만, 더 바람직한 실시예에서는, 적층된 재료량이 자기장 패턴의 주기적 이동과 위상 동기식으로 동시에 전체 스퍼터 표면 상에서 변화되는 것도 제안된다.

정의:

2개의 서로 위상 동기식인 주기적인 신호는 각각 상기 신호의 고정된 수의 주기 후 다시 사전 설정된 위상 관계로 서로 존재하는 2개의 주기적인 신호로 이해된다. 주어진 시간 프레임에서 고찰될 때, 그 주파수(f₁, f₂)는 유리수에 상응하는 인자에 의해 다르게 된다.

가장 바람직한 방식으로, 전체 스퍼터 표면에 걸쳐, 적층된 재료량은 동시에 스퍼터 성능이 변화됨으로써 변화된다.

스퍼터 성능의 변화에 의해 적층된 재료량을 변화시키는 것에 대신하여 또는 이에 보충하여, 상기 재료량은 국부적으로 또는 전체 스퍼터 표면에 걸쳐 프로세스 공간에서 예를 들면, 아르곤 유동과 같은 작동 가스 유동의 변화 및/또는 반응 가스 유동의 변화를 통해 변화될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 스퍼터 표면은 금속, 금속 합금 또는 금속 화합물과 같은 단일의 스퍼터링되는 재료로 통일되게 이루어질 수 있으나, 다요소형 타겟을 사용하여, 스퍼터링되는 재료와 상이한 표면 부분을 가질 수 있다.

도1을 고찰할 때, 지점(S)이 기판(SU) 상에서 위치(XW)를 점유하면, 적층된 재료량은 최소값을 가짐을 알 수 있다. 이로부터, 다른 바람직한 실시예에서 위상 동기식(phase locked)인, 재료량의 주기적인 변화가 시간에 따른 그래프로 구현된다는 것이 이해될 수 있는데, 그 주파수 스펙트럼은 주기적인 자기장 패턴 이동 주파수를 기준으로 2배의 주파수에서 두드러진 스펙트럼 직선(dominant spectral line)을 갖는다.

다른 바람직한 실시예에서, 상술된 그래프는 추가적으로 주기적인 자기장 패턴 이동의 주파수에서 다른 두드러진 스펙트럼 직선을 갖는 것이 제안된다. 이는 특히, 도1에 도시된 바와 같이 기판(SU)이 스퍼터 표면 상의 평면도로 고찰될 때 스퍼터 표면 위로 직선으로 이동될 때가 아니라, 상기 평면도에서 도1에서 점선으로 도시된 바와 같이 만곡된 궤도로 바람직하게는 스퍼터 표면 외부에 만곡형 중심을 갖는 원 궤도일 때 나타난다.

여기서 기본적으로 마그네트론 자기장 패턴의 2차원 주기적 이동에서, 기판의 이동 방향에 수직한 그러한 이동 성분은 표준적으로 스퍼터 표면에 대항하는 평면도에서도 고찰된다. 자기장의 주기적 이동이 도1을 고려하여 y 축 및 x 축으로 고찰될 때 상이하고, 기판의 이동이 x 방향 성분으로 이루어지면, y 방향으로의 주기적 자기장 패턴 이동이 스퍼터 속도의 주기적 변화와의 위상 동기를 위해 중요하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 마그네트론 자기장 패턴은 스퍼터 표면에 평행한 평면내의 축에 대해 거울 대칭형으로 또는 서로 수직인 상기와 같은 2개의 축들에 대해 거울 대칭형으로 형성된다.

반응성 마그네트론 스퍼터 코팅을 위한 다른 바람직한 실시예에서는, 스퍼터 표면과 기판 사이의 프로세스 공간에 반응 가스가 제공된다.

반드시 강제적인 것은 아니지만, 더 바람직하게는, 원형 스퍼터표면이 사용되며, 이로 인해 마그네트론 소스의 전체 구조가 단순화된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는, 스퍼터 표면과 기판 사이에, 상술된 구멍판과 같은 재료 유동 분포에 영향을 주는 부품이 구비되지 않는다.

바람직하게는, 기판상에 적층되는 재료량의 위상 동기식 주기적 변화의 그래프가 기판과 스퍼터표면 사이의 상대적 이동 및/또는 자기장 패턴의 형태 및/또는 주기적 자기장 패턴 이동에 따라 선택된다.

스퍼터 표면을 한정하는 소스 타겟의 수명 동안, 스퍼터 손상으로 인해, 스퍼터표면의 기하학은 변화된다. 이는 다시 자기장 패턴 이동의 주기 중 스퍼터 표면으로부터 스퍼터링되는 재료의 분포가 타겟의 수명 동안 변화되게 하고, 이에 따라, 기판 표면 상으로 도포되는 재료량의 분포의 변화가 발생된다. 이와 같은 소스에서의 스퍼터 특성의 변화는 상술된 구멍판과 같은 정적인 부품을 구비함으로써 보정될 수 없다. 이에 반해, 본 발명은, 물론, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 위상 동기식 주기적 변화의 그래프가 시간에 따라 변화됨으로써, 기판상의 요구되는 층두께분포와 관련된 상기 현상을 수용하는 방법을 개시한다. 예를 들면, 그 진폭 및/또는 커브 형태와 같은 상기의 위상 동기식 주기적 변화 그래프의 시간적 변화는 제어될 수 있으며, 경험값에 따라 주어진 프로세스에서 이루어진다. 그러나, 다른 바람직한 실시예에서, 이는 현재 기판에 적층된 재료량 분포가 측정 조절 변수로서 측정되고, 목표 분포와 비교되고, 조절 차이값으로서의 비교 결과에 따라 조절 변수로서의 위상 동기식 주기적 변화의 그래프가 재료량 분포용 조절 회로에 제공됨으로써 행해진다. 이는 작동 중 발생되는 재료 분포 변화를 자동으로 수용함으로써 가능하다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는, 기판이 복수 회 스퍼터 표면 위로 이동된다. 이는 바람직하게는, 기판이 이동 방향으로 또는 왕복 이동하여 스퍼터 표면 위에서 주기적으로 안내됨으로써 행해진다.

바람직하게는, 기판이 대항하여 위치된 스퍼터 표면에 평행하게 직선으로 이동된다. 다른 바람직한 유형에서, 기판은 스퍼터 표면에 평행한 평면내에서 이동되거나, 또는, 다른 바람직한 유형에서, 기판은 다시 스퍼터 표면에 대항하여 이동되는데, 이전과 같이 직선 이동이 아니라, 바람직하게는 원 궤도를 따라 이동된다.

기판이 스퍼터 표면에 대항하여 볼 때 직선으로 이동되면, 바람직하게는 상술된 바와 같이 어떠한 경우든 재료량의 위상 동기식 주기적 변화가, 그 주파수 스펙트럼이 주기적 자기장 패턴 이동의 주파수와 관련하여 주파수가 2배일 때 두드러진 스펙트럼 직선을 갖는 시간에 따른 그래프에 의해 실행된다. 이는 기판이 스퍼터 표면에 평행한 평면에서 이동될 때 뿐만 아니라 기판이 스퍼터 표면에 평행하게 볼 때 비직선으로 특히 원 궤도를 따라 이동될 때이다.

기판이 스퍼터 표면에 평행하게 볼 때 비직선으로 바람직하게는 원 궤도를 따라 이동되면, 상기 언급된 바에 추가하여, 자기장 패턴의 주기적 이동과 위상 동기식으로 된, 기판상에 적층된 재료량의 변화가 나타나며, 상기 재료량도 기판 이동과 동기식으로 변화되며, 이는 국제 공개 공보 제WO 00/71774호에 설명되어 있다.

기판 이동이 스퍼터표면에 대항하여 볼 때 비직선으로, 특히 바람직하게는 스퍼터 표면 외부에 원중심을 갖는 원 궤도를 따라 이루어지면, 주기적 패턴 이동의 주파수의 2배에서 뿐만 아니라 이와 동일한 주파수에서도 두드러진 주파수 성분을 갖는 시간에 따른 재료량의 주기적 변화의 그래프가 형성된다. 또한, 본 발명에 따르면, 기판상에 원하는 층두께 분포 프로파일을 목표하여 제작하는 것이 가능하지만, 바람직한 방식 및 방법으로 기판 상에 최적화되게 균일한 층두께 분포가 구현된다. 더 바람직하게는, 편평한 마그네트론 스퍼터 코팅 기판이 제작된다.

마그네트론 소스, 및 스퍼터 타겟 아래에서 스퍼터 타겟의 스퍼터 표면에 평행한 평면에서 주기적으로 구동되는 자석 장치와, 기판을 스퍼터 표면 위에서 이동하게 하는 기판 운반 장치를 포함하는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터 코팅 장치는 단위 시간당 소스로부터 스퍼터링되는 재료량을 위한 조절 장치를 구비하며, 상기 조절 장치는 자석 장치의 주기적인 이동과 위상 동기식으로 그리고 주기적으로 상기 양을 조절한다.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터 코팅 장치의 바람직한 실시예는 청구범위 제29항 내지 제36항에 설명되어 있다.

본 발명은 예로서 도면에 의해 상세히 설명된다.

도1은 이동되는 마그네트론 자기장 패턴 및 이동되는 기판을 갖는 마그네트론 스퍼터소스에서 본 발명에 대한 기초로서 인식되는 관계를 개략적으로 물리적인 정확성을 요구하지 않은 상태로 도시한 도면이다.

도2는 본 발명에 따른 방법 또는 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예를 개략적으로 단순화하여 도시한 도면이다.

도3은 본 발명에 따른 방법 또는 본 발명에 따른 장치의 현재의 바람직한 실시예를 도2와 유사하게 도시한 도면이다.

도4는 본 발명의 영역에서 바람직하게 사용되는 원형 마그네트론 소스로서, 본 발명의 궤도에 따른 최적화 설계의 논의를 위한 기초로서 이와 관련된 다양한 기판 이동 궤도를 갖는 원형 마그네트론 소스의 평면도이다.

도5는 도4에 따른 소스의 개략적 횡단면도이다.

도6은 도4에 도시된 바와 같은 소스에 대한 기판의 일 이동 유형이 구현된 인라인 마그네트론 스퍼터코팅 장치의 개략적 단순화 도면이다.

도7은 도4에 도시된 제2 이동 유형에 따라 기판이 원 궤도 상에서 소스를 따라 이동되는 장치의 개략적 단순화 도면이다.

도8 및 도9는 각 보상 수단 없는 경우((a)), 구멍판이 공지된 방법 및 방식으로 구비된 경우((b), (c)), 본 발명에 의해 구현된, 기판 상에서 이동 방향에 대해 형성되는 층두께 분포를 도시한 도면이다.

도10은 기판과 소스 사이의 상대 이동의 다른 유형을 도시한 도면이다.

도2에는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터 코팅 장치의 제1 실시예 또는 본 발명에 따른 제작 방법의 제1 변형예가 단순화되어 개략적으로 도시되어 있다.

상세히 도시되지 않은 마그네트론 스퍼터 소스의 - 바람직하게는 재료(M)로 된 일부품형 또는 경우에 따라 각각 재료들(M₁, M₂...)로 된 2부품형 또는 다부품형(점선으로 도시됨)으로 이루어진 - 타겟(1)에는 전기 발전기 장치(3)를 통해 소스의 도시되지 않은 양극에 대해 일반적으로 여기서는 고주파수-영역(Rf)까지의 DC, 경우에 따라 DC 및 AC, 또는 AC만이 전기적으로 공급된다. 이를 통해, 도1에 개략적으로 도시된 전기장(E)이 공지된 방법 및 방식으로 생성된다. 타겟(1) 아래에는 자석 장치(5)가 구비되며, 이 자석 장치(5)의 자기장은 타겟(1)을 관통하며 전속선은 스퍼터 표면(7)으로부터 이 표면의 밖으로 그리고 안으로 다시 유입된다. 전속선(H)은 폐쇄된 터널형 루프 형상의 자기장 패턴(9)을 형성한다. 마그네트론 자기 장 패턴(9)은 공지된 기술 및 방식으로 전기장과 함께 전기장 패턴(9) 영역에서 명확하게 플라즈마 밀도를 증가시키며, 이에 따라 스퍼터 속도가 증가된다. 자석 장치(5)는 언급된 바와 같이 일반적으로 폐쇄된 루프로서 스퍼터 표면(7)에 자기장 패턴(9)을 생성한다.

도1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 여기에 도시되지 않은 구동 수단에 의해 자석 장치(5)는 적어도 하나의 방향으로, 도1에 따르면, y 방향으로 주기적으로 타겟(1)을 따라 왕복 이동하며, 이는 이중 화살표(My)로 도시된다. 타겟(1) 아래의 자석 장치(5)에 의해 자기장 패턴(9)은 동일하게 스퍼터 표면(7)을 따라 이동된다.

기판(11)은 자석 장치(5) 및 이에 따른 자기장 패턴(9)의 이동 방향(My)에 수직한 적어도 이동 성분(m_X)에 의해 스퍼터 표면(7)으로부터 이격되어 그 위를 따라 이동한다. 본 발명의 기본 원리에 따르면, 스퍼터 표면(7)으로부터 스퍼터링되는 재료의 속도는 자석 장치(5) 또는 자기장 패턴(9)의 주기적 이동(My)과 위상 동기식으로 변화 즉 조절된다. 이는 도1에 따른 실시예에서와 같이, 자석 장치(5)와 스퍼터 표면(7) 사이에서 자석 장치(5)의 이동 방향(My)으로, 자석 장치(5)와 스퍼터 표면(7) 사이의 결합에 대한 자기 저항이 국부적으로 변화 또는 조절됨으로써 구현될 수 있다. 도1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이는 예를 들면, 타겟(1)의 자기 저항을 국부적으로 증가시키는 재료 삽입체(13)를 구비함으로써 구현될 수 있으며, 이를 통해 스퍼터 표면(7)을 따라 국부적으로 자기장 패턴(9)의 자기장 강도 (H)가 조절되어 국부적으로 플라즈마 밀도 및 스퍼터 속도가 조절된다. 국부적으로 그리고 자석 장치(5) 또는 자기장 패턴(9)의 주기적 이동과 위상 동기식으로 스퍼터 속도를 조절하는, 당업자에게 알려진 다른 방법은 예를 들면, 자석 장치(5)에 솔레노이드를 구비시킴으로써, 자석 장치(5)의 각 자석의 기계적 움직임을 통해서, 자석 장치(5)와 타겟(1) 사이의 간격을 조절함으로써 이루어진다. 기본적으로, 도1에 따른 방법에서, 스퍼터 속도는 스퍼터 표면(7)을 따라 국부적으로 조절된다.

도3에는 적어도 현재 바람직하게 사용되는 본 발명의 다른 기본적인 실시예가 도2와 유사한 도면으로 도시되어 있다. 이미 도2에 의해 설명된 방법 및 부품은 도3에서 동일한 참조 부호로 지시되며, 다시 설명되지 않는다. 도3에 도시된 바와 같이, 자석 장치(5)의 이동(My)은 구동 장치(15)에 의해 구현된다. 타겟(1)용 전기 발전기 장치(3)는 제어, 즉, 조절 입력부(S3)를 구비한다. 그 출력부(A₁₇)가 제어 입력부(S₃)와 협동하는 그래프 사전 설정 유닛(17)은 사전 설정되거나 또는 사전 설정 가능한 그래프에 의해 발전기 장치(3)용 주기적인, 즉, 주기에 따른 조절 신호를 생성한다. 자석 장치(5) 및 이에 따른 자기장 패턴(9)의 이동(My)의 주기 주파수가 f₁으로 표시되면, 유닛(17)에서 생성되는 주기적인 제어 신호의 주파수(f₂)는 n·f₁으로 선택되며, n은 유리수이다. 제어 신호(S₃)로 공급되고 주파수(f₂)로 이루어진 주기적인 제어 신호는 주파수(f₁)를 갖는 자석 장치(5)의 주기적인 이동(My)과 위상 동기식이며, 즉, 주기적인 이동(m_y)과 관련된 제어 신호의 위상 위치 는 각각 n으로 주어지는 수에 따라 주기적인 제어 신호의 주기와 동일하다. 이를 위해, 유닛(17)의 입력부는 구동 장치(15)의 기계적 출력부(Am)와 협동하거나, 또는 바람직하게는 구동 장치(15)의 전기적 입력부(E₁₅)와 협동하며, 이는 바람직하게는 필요한 경우 조절 가능한 위상 사전 설정 유닛(18)을 통해 이루어지며, 개략적으로 도시되어 있다. 유닛(17)에는 바람직하게는 다른 입력부(S₁₇)가 구비되며, 여기에서 주기적인 제어 신호 그래프의 크기, 특히 주파수(f₂), 진폭을 갖는 커브 형태 등이 조절될 수 있다.

도3에서 점선으로 개략적으로 도시된 바와 같이, 발전기 장치(3)를 통한 스퍼터 성능의 바람직한 변화 대신 또는 이에 추가하여, 유닛(18)을 통해 위상 동기식으로, 스퍼터 표면(7)과 기판(11) 사이의 반응 공간에서 아르곤과 같은 반응 가스(G_r) 및/또는 작동 가스(G_A)의 공급이 변화될 수 있다. 상기 변화는 전체 스퍼터 표면(7)에 걸쳐 광면적으로 이루어질 수 있거나, 또는 스퍼터 표면(7)의 사전 설정된 영역을 따라 국부적으로 이루어질 수 있다. 그러나, 도2에 따른 실시예와 다르게, 현재 바람직한 도3에 따른 실시예에서는, 스퍼터 표면(7)에서의 국부적인 스퍼터 속도가 자석 장치(5)의 주기적인 이동과 위상 동기식으로 변화되는 것이 아니라, 스퍼터 표면(7)에서의 전체 현재 스퍼터 속도가 자석 장치 이동(My)과 위상 동기식으로 변화 또는 조절된다.

도4에는 본 발명의 범주에서 바람직하게 사용되는 원형 마그네트론 스퍼터 소스(21)가 개략적 평면도로 도시되며, 상기 소스(21)의 타겟(23) 또는 스퍼터 표 면 위에는 자기장 패턴(9')이 형성되어 있다. 자석 장치(25)는 도시된 평면도에서 타겟(23)의 스퍼터 표면에 평행하게 놓인 축에 대해 거울 대칭으로 형성되며, 예를 들면, 하트 형상으로 도시된다. 본 발명에 따른 x-방향으로 이동되는 기판은 27로 개략 도시된다. 도2 또는 도3에 의해 논의된 자석 장치의 주기적인 이동은 여기서 바람직하게는 2차원적 주기적인 이동으로서 구현되며, 이는 바람직하게는 각각 동일한 주파수로 진행되는 이동 성분(My, Mx)이다. 이 주기적인 2차원적 이동이 바람직하며, 도4에 도시된 바와 같이 축(24) 주위로 자석 장치(25)가 회전됨으로써 구현된다. 물론, 경우에 따라 순환식 회전 대신에, 회전 진자 운동이 이용될 수도 있다. 도시된 1축 거울 대칭 자석 장치(25) 대신에, 다른 형태의 자석 장치도 사용될 수 있다. 특히, 이미 서두에서 언급된 바와 같이, 예를 들면, 형태의 중심에 회전축(24)을 갖는 “8”자 형태, 신장 형태 등의 2축 거울 대칭 자석 장치가 사용될 수도 있다.

도5에는 도4에 따른 원형 마그네트론 스퍼터 소스가 개략적 횡단면도로 도시되며, 공지된 구멍판이 설치된 곳이 29에서 점선으로 도시된다. 그러나, 강조되어야 하는 것은, 본 발명에 따르면, 경우에 따라, 스퍼터 표면으로부터 스퍼터링되는 재료를 종래에 사용되는 판보다 본질적으로 더 적게 차단하는 하나 이하의 구멍판이 사용되거나, 또는 본 발명에 따르면 이러한 부품을 구비하지 않고 요구되는 층두께 분포를 구현하게 된다.

기판(27)은 바람직하게는 여러 번 소스(21)를 따라 이동하며, 이는 동일하게 유지되는 방향으로 왕복 이동을 통해 이루어진다.

언급된 바와 같이, 자석 장치 주기적 이동과 위상 동기식으로 스퍼터 속도 또는 각각 기판 상에 적층되는 재료량을 조절하는 본 발명에 따라 사용된 조절 커브 형태는 자석 장치의 형태 및 그 이동 다이내믹, 또한 이동 궤도 및 기판 이동의 다이내믹에 따른다. 예시적으로 이하에서 3개의 경우가 제시된다. 도4 및 도5에는, 기판(27)이 타겟(23)의 스퍼터 표면에 평행한 평면에서 이동되며, 도시된 궤도(A-B)를 따라 직선으로 또는 궤도(A-B')를 따라 비직선으로, 여기서 바람직하게는 타겟(23)의 스퍼터 표면 외부에 존재하는 (도시되지 않은) 중심(Z) 주위의 원 궤도 상에서 이동되는 2개의 경우가 도시된다. A-B를 따른 직선 궤도 상에서의 기판(27)의 이동은 일반적으로 소위 인라인-코팅 장치에서 이루어진다. 이러한 인라인-코팅 장치는 개략적으로 단순화되어 부분도로 도6에 도시된다. 기판(27)은 기판 캐리어(30) 상에 위치되어 예를 들면 컨베이어 상에서 한 번 또는 여러 번, 바람직하게는 여러 번, 스퍼터소스(21)를 따라 직선으로 이동된다. 공지된 방법에서, 즉, 본 발명에 따른 조치를 사용하지 않고, 일반적으로 구비되는 구멍판은 지점(29')에 설치된다.

도7은 예를 들면, 기판(27)이 디스크 형상 또는 돔형상 기판 캐리어(30) 상에 배치되고, 소스(21)의 스퍼터 표면 외부에 회전 중심(Z)을 구비함으로써 구현되는, 도4에 따른 비직선 이동 궤도(A-B')을 개략적으로 도시한다. 도7에서, 공지된 방법에 따라 구멍판이 설치되어야 하는 지점은 29''로 표시된다.

도4에 따르면, 기판(27)은 구체적인 층두께 분포, 대부분의 경우 가능한 한 균일한 분포로 코팅되어야 하는 y1 내지 y2의 y 방향으로의 크기를 갖는 영역을 포함한다. 본 발명에 따르면, 스퍼터 성능의 조절에 의해 회전 자석 장치(25)의 각 위치에 대해 스퍼터 속도가 직접 영향을 받으므로, 구멍판을 사용하지 않고 또는 기껏해야 본질적으로 감소된 차단 표면을 갖는 구멍판을 사용한 상태에서 조절 그래프를 적당하게 선택함으로써 기판(27) 상의 최종 층두께의 균일화가 얻어진다.

이미 도1로부터 알 수 있는 바와 같이, 직선 이동(A-B)의 경우, 그러나 거의 직선 이동 성분일 때, 추가적 비대칭이 보정될 필요가 없다면, 자석 장치(25)의 회전 주파수(f₁)가 2배인 경우 도3의 f2의 조절 기본 주파수를 선택하는 것이 유리하다는 것이 확인되었다. 따라서, 바람직하게는, 이러한 경우 도3에 따른 유닛(17)에서는, 2f₁의 경우 그 주파수 스펙트럼에서 돌출된 스펙트럼 진폭을 갖는 조절 커브 형태가 선택된다. 자석 장치(25, 5)의 f₂₅ 또는 f₁의 회전 주파수 또는 주기 주파수는, 소스 상에서 기판(27, 11)의 이동 중 자석 장치(5, 25)가 복수의 주기를 진행하도록, 크게 선택되어야 하며, 이는 자석 장치 주기 주파수의 상응하는 증가 또는 기판 이동 속도의 감소를 통해 보장된다. 도3에 따른 이동(My) 또는 도4에 따른 회전의 일반적인 주기 주파수는 Hz-범위, 즉 일반적으로 0.1 내지 10Hz 사이에 존재하며, 특히 기판이 마그네트론 스퍼터 소스를 따라 한 번만 이동될 때, 스퍼터 소스 상에서의 기판(27, 5)의 이동은 수 초가 걸린다. 스퍼터 표면 상에서 기판이 수 회 이동하는 경우, 기판 이동은 보다 신속하게 이루어질 수 있다. 물론, 이러한 경우, 기판이 스퍼터 표면을 따라 이동되는 주기가 자석 장치 이동의 주기에 대해 비동기식으로 이루어진다는 것에 주의해야 한다. 기판 이동의 주기가 자석 장치의 이동 주기와 동기화된 경우, 필요에 따라, 기판 이동과 동기화된 추가적인 스퍼터 속도 조절이 이용되어야 한다.

도8에는, 도4에 따라 이동 궤도(A-B)가 복수 회 스퍼터 표면 상에서 이동되는 편평 기판 상의 층두께 분포의 시뮬레이션 그래프가 도시된다. 여기서, D는 원형 스퍼터표면의 직경을 도시하고, 위치(y₁, y₂)는 도4의 기판(27)상의 상응하는 위치를 도시한다. y 방향은 도4에 따른 기판상의 y 방향 또는 도2 또는 도3에 따른 y 방향에 상응한다. 그래프(a)는 본 발명에 따른 스퍼터 속도 조절 및 구멍판이 없는 상태에서 스퍼터 코팅 장치가 사용될 때의 층두께 그래프를 도시한다. 그래프(b)는 본 발명에 따라 사용되는 스퍼터 속도 조절을 이용하지 않았지만 도8에 도시된 바와 같이 구멍판(29')을 구비한 상태에서 얻어졌다. 그래프(c)는 본 발명에 따라 자석 장치의 주기적 이동과 위상 동기식 주기적 변화, 즉, 스퍼터 속도의 조절을 이용한 경우의 결과를 도시하며, 이는 도3 및 도4에 따라 구현된다. 주기적 자석 장치 이동의 주파수가 2배인 경우 그 스펙트럼이 돌출된 스펙트럼 직선을 갖는, 구체적으로 상기 기본 하모니(harmony)를 갖는 조절 그래프가 사용되었다. 도8에 따라 시뮬레이션된 그래프들은 그 동안에 실제로 대략 증명되었다. 구멍판(29')을 생략하고 본 발명에 따른 조치를 사용함에 의해 스퍼터 표면으로부터 방출된 재료의 대략 모두가 기판 상으로 도달하며, 이로 인해 코팅 속도가 현저하게 상승하며 코팅 시간이 짧아지고 생산성이 증가한다. 코팅 속도는 도8에 따르면 대략 18% 증가되었다. 이는 마그네트론 소스에서 평균 전력이 동일하게 유지되고 다른 한편으로 특히 도4에 따른 실시예에서, 타겟 재료를 효율적으로 사용하는 경우에서 이루어졌으며, 이로 인해 코팅 장치의 수명이 증가된다. 구멍판의 사용 시 코팅 속도와 관련된 손실은 인가 전력의 증가를 통해 간단하게 보상될 수 없는데, 왜냐하면 타겟에서 최대 사용 가능한 전기 스퍼터 성능은 일반적으로 사전 설정된 타겟 냉각 효율을 통해 제한되기 때문이다. (도시되지 않은) 본 발명의 모든 구현 형태에서 마그네트론 스퍼터 소스와 기판 사이에 반응 가스가 제공되는 반응성 마그네트론 스퍼터 코팅 프로세스의 경우, 또한, 소스 성능이 증가되면 층 품질에서의 손실이 발생된다. 이러한 성능의 증가로 인해 스퍼터 표면으로부터 방출된 재료와 반응 가스와의 반응 프로세스는 변화되며, 이로 인해 층 재료의 화학양론적 변화가 발생된다. 이러한 경우, 예를 들면, 광학적 흡수가, 변화된 화학양론으로 인해 층 또는 층들에서 방해를 위해 증가될 수 있다.

상기 언급된 3개의 기판 이동 유형 중 제2 유형은 도4에 도시된 바와 같이 특히 원 궤도(A-B')를 따른 비직선이다. 기판의 이동 궤도는 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 방향(A-B)으로의 이동 성분(Mx) 뿐만 아니라 여기에 횡방향인 My에 상응하는 이동 성분도 갖는다. 기판의 y 방향 크기와 관련하여 비대칭인 층두께 분포가 기판의 y 방향 크기로 인해 발생된다. 이는 용이하게 도7을 고찰한 것을 나타낸다. y 방향으로 오프셋된 기판 영역에서 상이한 속도로 스퍼터 표면의 길이가 상이한 영역에 걸쳐 축(Z)에 대해 편심 배치된 마그네트론 스퍼터 소스가 이동된다. 이러한 경우에 대한 도8의 상응하는 결과가 도9에 도시되어 있다. 도4 또는 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터 속도 조절 및 구멍판을 사용하지 않는 구조에 의해 코팅을 하는 경우의 층두께 그래프가 (a)에 도시된다. 크게 불균일한 분포를 구멍판(29'')에 의해 보상하기 위해, 구멍판(29'')은 상응하게 비대칭으로 형성되어야 한다. 구멍판(29'')이 구비되지만 본 발명에 따른 스퍼터 속도 조절을 사용하지 않는 코팅에 대한 그래프는 그래프(b)에 의해 도시된다. 그래프(c)는 본 발명에 따른 스퍼터 속도 조절을 사용한 경우의 층두께 분포를 도시한다. 이러한 경우, 도8에 대한 고찰과 유사하게, 조절 주기 그래프가 선택되는데, 상기 조절 주기 그래프는 한편으로 도4의 Mx에 상응하는 x 방향으로의 기판 이동으로 인해 그 주파수 스펙트럼에서 주기적 자석 장치 이동의 주파수가 2배인 경우 두드러진 스펙트럼 진폭을 갖지만, 또한, 도7에 따른 y 방향으로의 다른 기판 부분의 상이한 이동 반경으로 인한 속도 차이를 고려하도록, 주파수가 주기적 자석 장치 이동의 주파수와 동일한 경우 다른 두드러진 스펙트럼 진폭을 갖는다.

도4에 따른 오프셋된 회전축을 갖는 단일의 거울 대칭형 자석 장치가 사용되는데, 왜냐하면 예를 들면, “8” 형상의 2축 대칭 자석 장치에서, 자석 장치 이동의 주파수와 상응하는 두드러진 조절 주파수에 의한 스퍼터 속도 조절의 경우, 스퍼터 속도 및 이에 따른 코팅 속도의 비대칭이 구현될 수 없기 때문이다. 도4에 따른 단일의 거울 대칭형 자석 시스템이 사용되면, 필요한 비대칭이 이러한 자석 시스템의 구조에 의해 달성될 수 있으며, 상기 구조는 도8의 경우와 유사하게, 즉 도4에 따른 방향(A-B)으로의 직선 이동 성분에서와 유사하게, 주기적 자석 장치 이동의 주파수와 관련하여 주파수가 2배인 경우 스퍼터속도 조절에 의해 층두께 분포의 그 외 나머지의 균일화를 달성한다.

스퍼터 표면에 평행한 직선 기판 궤도 뿐만 아니라 기판 표면에 평행한 만곡형 기판 궤도에서도, 상술된 바와 같이, 스퍼터 속도 조절에 의해, 특히 바람직하게는 도3에 따른 스퍼터 성능 조절을 통해, 구멍판이 사용될 필요 없이, 매우 바람직한 층두께 분포가 구현될 수 있다. 따라서, 층두께 분포 최적화가 외부의 가변 프로세스 변수, 즉, 전기 스퍼터 성능을 통해 가능하게 된다. 본 발명에 따른 다이내믹한 층두께 분포 수정의 최적 기능화를 위해, 속도, 또는 소스로 공급되는 전력을 변화시킬 수 있는 변화 속도가 중요하다. 현재 상업적으로 구입 가능한 전력 공급 장치에 의해, 저 레벨 신호 특성, 즉, 일반적으로 정적인 작동점 성능에 대해 ±하나 또는 복수의 10% 에서, 현저한 신호 변곡점 없는 100Hz 이상의 영역까지의 주파수에 의해 출력 성능을 조절하는 것은 용이하게 가능하다. 따라서, 10Hz 이상의 영역의 기본 주파수를 갖는 복잡한 조절 커브 형태 및 현저하게 높은 스펙트럼 부분이 정확도가 크고 본질적인 위상 변위가 없는 상태에서 구현될 수 있다. 이는 정확한 조절 가이드 및 주기적인 자석 장치 이동과의 위상 동기화를 위해 중요하다.

보다 높은 코팅 속도 또는 스퍼터 속도는 본 발명에 따르면 반응성 마그네트론 스퍼터 프로세스의 경우에도 달성될 수 있다. (예를 들면, 반응 가스 압력, 스퍼터 속도, 챔버 기하학, 진공 펌프 등에 의해 프로세스를 통해 내재되는) 반응성 프로세스의 안정화를 위해 관련된 시간 상수는 일반적으로 100 msec 이상 또는 보다 장시간의 범위에 존재한다. 도4 또는 도3에 따른 자석 장치(25, 5)의 주기 또는 회전 주파수가 수 Hz인 경우, 코팅 속도 또는 스퍼터 속도의 변화에 대한 관련 시간 상수(τ=1/(2τf))는 상기 100 msec 이하로 존재하며, 이에 의해 반응성 프로세스에 대한 영향은 최소로 된다. 즉, 반응성 프로세스는 일반적으로 너무 관성이 크므로, 이는 본 발명에 따라 효과적으로 사용된 스퍼터 조절을 통해 명확히 방해된다.

도10에는 기판 이동의 제3 경우가 개략적으로 도시되며, 이에 따르면, 도4의 평면도에 도시된 바와 같은 이동 궤도의 구성에 추가하여, 소스(21)의 스퍼터표면에 평행한 방향으로 고찰할 때, 이동 궤도가 만곡되며, 바람직하게는 원 궤도에 상응하게 만곡된다. 이러한 경우, 이는, 궤도(A-B) 또는 궤도(A-B')와 관련하여 이미 설명된 스퍼터 속도 조절 그래프와 함께, 국제 공개 공보 제WO 00/71774호에 설명된 바와 같이 자석 장치의 주기적 이동과 위상 동기식으로, 다른 조절에 의해 스퍼터 속도를 변화시키지만, 서두에 언급된 코드 효과를 보상하기 위해, 기판 이동과는 동기화된다.

본 발명에 따른, 특히 외부에서 취해질 수 있는 프로세스 변수 “스퍼터 성능”을 통한 층두께 분포 최적화는 조절 커브 형태가 각각 존재하는 관계를 따르는 방식으로 타겟의 실제 침식 상태에 대해 적응되는 것도 가능케 한다. 따라서, 타겟의 수명에 걸친 층두께 분포의 나머지 의존성도 실질적으로 제거될 수 있다. 스퍼터 속도의 변화 또는 조절을 통해 상기 분포에 영향을 주는 것은 특히 스퍼터 성능의 조절의 경우 실제로 지연 없이 이루어지므로, 현장(in-situ) 조절을 통한 분포 최적화가 가능하다. 여기서, 적합한 현장 측정 시스템에 의해 현재 존재하는 층두께 분포가 예를 들면, 소위 광대역 스펙트럼 모니터링을 통해 측정되며, 측정 결과가 조절 변수로서 조절 회로에 층두께 분포의 조절을 위해 사용된다.

이는 도3에서 개략적으로 점선으로 도시된다. 층두께 분포 현장 측정 시스템(40)에 의해 기판(11)의 현재 층두께 분포가 측정된다. 비교 유닛(42)에서는 측정된 분포가 예를 들면, 목표 분포 사전 설정 유닛(44)의 표 형태로 저장된 목표 분포와 비교된다. 비교 유닛(42)의 출력부는 조절 차이값(Δ)에 의해 조절 사전 설정 유닛(17)의 제어 입력(S17)과 협동하며, 여기에서 스퍼터 속도 조절의 그래프는 비교 유닛(42)의 출력부에서 형성되는 조절 차이값(Δ)의 함수로, 측정된 층두께 분포와 유닛(44)에서 사전 설정되는 목표 분포(W)와의 편차가 허용 가능하게 유지되는 조절 편차에 의해 주어지는 편차보다 더 크지 않을 될 때까지 조절된다.

본 발명의 설명 중, 제작된 기판상에 최적으로 균일한 층두께 분포를 구현하는 것을 중요한 목표로 한다면, 스퍼터 표면상의 평면상에서 기판의 이동 방향에 대한 횡방향으로 고찰할 때, 기본 주파수, 커브 형태 및 자석 장치의 이동 주기에 대한 위상 위치와 관련하여, 스퍼터 속도 조절의 상응하는 설계를 통해, 기판 상의 다른 원하는 층두께 분포가 구현될 수 있다는 것을 용이하게 알 수 있다.

Claims

스퍼터 표면을 포함하는 마그네트론 소스 상에서 마그네트론 자기장 패턴이 스퍼터 표면을 따라 주기적으로 이동되며, 기판은 스퍼터 표면으로부터 이격되어 그 위에서 이동되는, 마그네트론 스퍼터 코팅 기판 제작 방법에 있어서,

기판상으로 적층되는 재료량이 자기장 패턴의 주기적 이동과 위상 동기식(phase-locked)으로 변화되고, 단위 시간당 주기적으로 변화되는 방법에 있어서, 상기 자기장 패턴의 주기적 이동이 스퍼터 표면에 수직한 축에 대하여 2차원적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 자기장 패턴의 주기적 이동이 스퍼터 표면에 수직한 축에 대하여 회전 진자 이동 또는 회전 순환 이동을 통해 2차원적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 적층된 재료량은 동시에 전체 스퍼터 표면에 걸쳐 주기적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항 또는 제2항에 있어서, 적층된 재료량은 스퍼터 표면과 기판 사이의 공간에서 반응 가스 유동이 변화하는 것에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항 또는 제2항에 있어서, 적층된 재료량은 스퍼터 표면과 기판 사이의 공간에서 작동 가스 유동이 변화하는 것에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제3항에 있어서, 적층된 재료량은 스퍼터성능이 변화하는 것에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 재료량의 위상 동기식 주기적 변화는 시간에 따른 그래프로 구현되며, 상기 그래프의 주파수 스펙트럼은 자기장의 주기적 이동의 주파수를 기준으로, 주파수가 2배인 경우 두드러진 스펙트럼 직선을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 상기 그래프는 자기장 패턴을 주기적으로 이동하는 주파수에서 부가적인 두드러진 주파수선(further significant spectral line)을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 마그네트론 자기장 패턴은 스퍼터 표면에 평행한 평면내의 일 축에 대해 거울 대칭형으로 또는 상기 평면내에 위치된 2개의 서로 수직인 축에 대해 거울 대칭형으로 형성된 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 스퍼터 표면과 기판 사이의 프로세스 공간에 반응 가스가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항 또는 제2항에 있어서, 원형 스퍼터표면이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항 또는 제2항에 있어서, 스퍼터 표면은 타겟 몸체의 재료를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항 또는 제2항에 있어서, 스퍼터 표면과 기판 사이에는 재료 유동 분포에 영향을 미치지 않는 부품이 구비된 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항 또는 제2항에 있어서, 위상 동기식 주기적 변화의 그래프는 기판과 스퍼터표면 사이의 상대적 이동, 자기장 패턴의 형태 및 주기적 자기장 패턴 이동 중 적어도 하나에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 위상 동기식 주기적 변화의 그래프는 경시적으로 변하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 현재 기판에 적층된 재료량 분포가 측정된 조절 변수로서 측정되고, 목표 분포와 비교되며, 비교 결과에 따라, 조절 차이값으로서, 위상 동기식 주기적 변화의 그래프가 조절 변수로서 상기 분포에 대한 조절 회로에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
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제1항 또는 제2항에 있어서, 기판이 복수 회 스퍼터 표면 위로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
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제1항 또는 제2항에 있어서, 기판이 주기적으로 스퍼터 표면 위에서 일 방향으로 또는 왕복으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 기판이 스퍼터 표면에 대항하여 볼 때 직선으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서, 기판이 스퍼터 표면에 평행한 평면에서 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제20항에 있어서, 기판이 스퍼터 표면에 평행하게 볼 때 비직선으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
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제1항 또는 제2항에 있어서, 기판이 스퍼터 표면에 대항하여 볼 때 비직선으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제21항에 있어서, 단위 시간당 적층되는 재료량의 추가적 변화가 기판 이동과 동기되는 상기 변화와 중첩되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 마그네트론 스퍼터 코팅 기판은 최적화되어 균일한 층두께 분포, 화학양론 분포 또는 균일한 층두께 분포 및 화학양론 분포로 제작되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 마그네트론 스퍼터 코팅 편평 기판이 제작되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제작된 기판은 적어도 1000 ㎠의 기판 표면에서 1% 이하인, 평균 층두께 값에 대한 층두께 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제작된 기판은 적어도 10 ㎠의 기판 표면에서 0.01% 이하인, 평균값에 대한 국소적 적층된 스퍼터 재료량 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
마그네트론 소스, 및 스퍼터 타겟 아래에서 스퍼터 타겟의 스퍼터 표면에 평행한 평면에서 주기적으로 구동되는 자석 장치와, 기판이 스퍼터 표면 위에서 이동하게 하는 기판 운반 장치를 포함하는 마그네트론 스퍼터 코팅 장치에 있어서,

단위 시간당 소스로부터 스퍼터링되는 재료량을 위한 조절 장치가 존재하며, 상기 조절 장치는 주기적인 자석 장치 이동과 위상 동기식으로 실행되어 주기적으로 조절되는 장치로서, 상기 주기적인 자석 장치 이동은 스퍼터 표면에 수직한 축에 대하여 2차원적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 장치.
제28항에 있어서, 자석 장치는 타겟의 스퍼터 표면에 수직한 축에 대한 회전 진자 이동 또는 회전 순환 이동을 위한 회전 진자 구동 장치 또는 회전 순환 구동 장치와 결합하는 것을 특징으로 하는 장치.
제28항 또는 제29항에 있어서, 조절 장치는 단위 시간당 소스로부터 스퍼터링되는 재료량을, 전체 스퍼터 표면에 걸쳐 동시에 조절하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제28항 또는 제29항에 있어서, 조절 장치는 반응 가스 유동 조절 장치, 작동 가스 유동 조절 장치 또는 반응 가스 유동 조절 장치 및 작동 가스 유동 조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제28항 또는 제29항에 있어서, 조절 장치는 스퍼터 타겟의 전기 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제28항 또는 제29항에 있어서, 자석 장치는 스퍼터 표면에 평행한 축 또는 스퍼터 표면에 평행한 2개의 서로 수직인 축에 대해 거울 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제28항 또는 제29항에 있어서, 마그네트론 소스 영역에는 반응 가스 저장 장치와 연결된 가스 유입부가 존재하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제28항 또는 제29항에 있어서, 마그네트론 소스는 원형 타겟을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제28항 또는 제29항에 있어서, 타겟은 단일의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
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제28항 또는 제29항에 있어서, 스퍼터 표면과 기판 운반 장치 사이에는 스퍼터 표면과 운반 장치의 육안접속(intervisibility)을 방해하지 않는 부품이 구비되는 것을 특징으로 하는 장치.
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제28항 또는 제29항에 있어서, 운반 장치 상의 기판에 적층되는 스퍼터링 재료의 양의 국소적 분포에 대한 측정 장치가 존재하며, 상기 측정 장치의 출력부는 비교 유닛의 하나의 입력부와 협동하며, 상기 비교 유닛의 제2 입력부는 목표 분포 사전 설정 유닛과 협동하며, 상기 비교 유닛의 출력부는 조절 장치에 구비된 조절 유닛의 제어 입력부와 협동하는 것을 특징으로 하는 장치.
제28항 또는 제29항에 있어서, 운반 장치는 적어도 하나의 기판 수용부를 주기적으로 스퍼터 표면을 따라 이동시키는 구동 장치와 결합하는 것을 특징으로 하는 장치.
제20항에 있어서, 기판이 스퍼터 표면에 평행하게 볼 때 원 궤도를 따라 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
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제1항 또는 제2항에 있어서, 기판이 스퍼터 표면에 대항하여 볼 때 스퍼터 표면 외부에 원중심을 갖는 원 궤도를 따라 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.