KR101019826B1 - 부분적 롤링 지지부 및 센터링 핀을 포함하는 유연한마그네트론 - Google Patents

Abstract

마그네트론(326)이 타깃 상의 다수의 지점에서 슬라이더나 롤러(282) 상의 하부로부터 부분적으로 지지되고 마그네트론 상의 서로 다른 수평 위치에 결합되는 다수의 스프링(330)을 통해 상부 스캐닝 메커니즘의 지지 플레이트(268)로부터 부분적으로 지지되는 마그네트론 스캐닝 및 지지 메커니즘이 개시된다. 일 실시예에서, 요크 플레이트는 연속적이고 균일하며, 다른 실시예에서, 마그네트론의 자기 요크는 예를 들어 각 극성을 갖는 각각의 지지 마그넷과 보충적인 구불구불한 형태의 두 개의 유연한 요크(220, 224)로 분리된다. 다른 실시예에서, 타깃 및 마그네트론은 다른 구조체에 의하여 분리되는 각각의 스트립(262, 264)으로 분리된다. 각각의 마그네트론 스트립은 공통 스캐닝 플레이트로부터 위로부터 그리고 각 타깃 스트립 상에서 부분적으로 지지된다. 센터링 메커니즘(350, 358, 362, 368)은 서로 다른 마그네트론 스트립을 정렬할 수 있다.

마그네트론, 자석, 스캐닝

Description

부분적 롤링 지지부 및 센터링 핀을 포함하는 유연한 마그네트론 {FLEXIBLE MAGNETRON INCLUDING PARTIAL ROLLING SUPPORT AND CENTERING PINS}

관련 출원

본원발명은 2006년 8월 4일에 출원된 가출원 60/835,680호와 관련된다. 본원발명은 2006년 2월 3일에 출원된 일련번호 11/347,667호 및 2005년 12월 12에 출원된 일련번호 11/301,849호의 부분계속 출원이며, 후자는 2005년 11월 17일에 출원된 일련번호 11/282,798호의 부분계속출원이다.

본원발명의 분야

본원발명은 대체적으로 반도체 집적 회로의 제조에서의 스퍼터 증착과 관련된다. 특히, 본원발명은 스퍼터링 타깃의 후면 위로 스캔된 마그네트론과 관련된다.

플라스마 마그네트론 스퍼터링은 실리콘 집적회로의 제조에 있어 오랫동안 실시되어 왔다. 최근에 스퍼터링은, 예를 들어 컴퓨터 스크린이나 텔레비전 등에 사용되는 대형 플랫 패널 디스플레이를 형성하기 위하여, 유리 또는 다른 재료로 된 대체적으로 직사각형의 대형 패널 위로 재료의 층을 증착하기 위해 사용되어 왔 다.

Demaray 등의 미국 특허 US 5,565,071호에는 이러한 플랫 패널 스퍼터 반응기가 기술되어 있으며, 상기 특허는 전체적으로 본 명세서에 참조로서 병합된다. 이들의 반응기는 도 1의 개략적 단면도에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(18) 내에서 직사각형의 스퍼터링 타깃 조립체(16)에 반대하여 직사각형의 유리 패널(14)이나 다른 기판을 유지하기 위한, 직사각형으로 형성된 스퍼터링 갠트리 전극(12)을 포함하며, 이는 통상적으로 전기적으로 접지된다. 타깃 조립체(16)는 절연체(20)를 가로질러 진공 챔버(18)에 대해 진공 밀봉되며, 적어도 타깃 조립체의 표면은 스퍼터링될 금속으로 구성된다. 통상적으로, 스퍼터링될 재료의 타깃 층은 타깃 조립체(16)를 냉각시키도록 냉각수 채널이 내부에 형성되어 있는 후면판(backing plate)에 접합된다. 통상적으로는 아르곤인 스퍼터링 가스는 밀리토르(milliTorr) 범위의 압력으로 유지되는 진공 챔버의 내부로 공급된다.

바람직하게, 후위 챔버(back chamber; 22)는 타깃 조립체(16)의 후면에 대해 진공 밀봉되며 낮은 압력으로 진공 펌핑되어, 타깃 조립체(16)를 가로지르는 압력차를 실질적으로 제거한다. 이로써 타깃 조립체(16)는 매우 얇게 제조될 수 있다. 음의 DC 바이어스가, 갠트리 전극(12) 또는 벽 차폐부(wall shields)와 같은 챔버의 다른 접지된 부분에 대하여, 전도성의 타깃 어셈블리(16)에 가해지면, 아르곤이 플라스마로 이온화한다. 플러스 아르곤 이온은 타깃 조립체(16)로 끌어당겨져서 타깃 층으로부터 금속 원자를 스퍼터링한다. 금속 원자는 부분적으로 패널(14)을 향하여 그 위에 적어도 부분적으로는 타깃 금속으로 구성된 층을 증착하게 된다. 금속의 스퍼터링 과정 동안 챔버(18)로 산소나 질소를 추가적으로 공급함으로써 반응성 스퍼터링이라고 불리는 공정 내에서 산화 금속 또는 질화 금속이 증착될 수 있다.

스퍼터링 속도를 증가시키기 위해서, 마그네트론(24)은 통상적으로 타깃 조립체(16)의 후방에 배치된다. 마그네트론이 챔버(18) 내에서 타깃 조립체(16)의 정면에 대해 평행하게 자기장을 투사하도록, 반대 극성의 외부 자극(28)에 의해 둘러싸인 하나의 수직 자기 극성의 중심 자극(26)을 갖는다면, 적당한 챔버 조건하에서는 타깃 층에 인접한 처리 공간 내에 고밀도 플라스마 루프가 형성된다. 두 개의 반대 자기 자극(26, 28)은 플라스마 루프의 트랙(track)을 형성하는 실질적으로 일정한 갭(gap)에 의해 분리된다. 마그네트론(24)으로부터 형성된 자기장은 전자를 끌어들여 플라스마의 밀도를 증가시키며, 결국 타깃(16)의 스퍼터링 속도를 증가시킨다. 비교적 작은 폭의 선형 마그네트론(24) 및 갭은 높은 자기 플럭스 밀도를 생성한다. 하나의 폐쇄된 트랙을 따르는 폐쇄된 형태의 자기장 분포는 플라스마가 단부에서 누출되는 것을 방지한다.

스퍼터 증착되는 직사각형 패널의 크기는 계속적으로 증가하고 있다. 1세대에서는 1.87m × 2.2m 크기를 갖는 패널을 처리하며 40K라고 불리는데, 이는 그 전체 면적이 40,000 cm² 보다 크기 때문이다. 50K라 불리는 다음 세대는 각 측면 상에서 2m 보다 큰 크기를 갖는다.

이러한 매우 큰 크기들은 마그네트론에 설계 문제를 부과하는데, 이는 타깃 이 넓은 영역에 걸치고 마그네트론이 매우 무거운데도 불구하고 마그네트론이 타깃의 전체 면적에 걸쳐서 그리고 타깃에 근접하여 스캐닝 되어야 하기 때문이다.

플라스마 스퍼터 챔버에 사용하기 위한 마그네트론이, 마그네트론이 롤링하거나 슬라이딩할 수 있는 타깃 조립체 또는 타깃의 후방에서 하부로부터 부분적으로 지지되고, 스캐닝 메커니즘으로부터의 스프링 하중식 지지부에 의하여 위로부터 부분적으로 지지된다. 이로써 마그네트론은, 마그네트론이 타깃의 후방을 가로질러 스캔됨에 따라 평평하지 않은 타깃의 형상을 좇을 수 있게 된다.

일 실시예에서, 스퍼터 챔버는 갠트리(gantry) 또는 캐리지(carriage)를 포함하는데, 이는 예를 들어 제1 세트의 롤러를 통해 챔버 몸체에 대해 제1 방향 이동할 수 있으며, 예를 들어 제2 세트의 롤러를 통해 마그네트론이 제2 방향으로 이동하는 것을 지지한다. 갠트리는 롤러나 다른 수단이 타깃 상에서 아래로부터 마그네트론을 부분적으로 지지하는 동안 다수의 스프링 하중식 지지부를 통해 위로부터 마그네트론을 지지한다. 스프링은 제2 세트의 롤러에 포함될 수 있거나 또는 제2 세트의 롤러와 연동하는 활차(trolleys)를 마그네트론에 결합시키는 부재 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 제2 세트의 롤러는 고정된 수단이나 스프링 하중식 수단을 통해 마그네트론을 지지하는 지지 플레이트를 현가시킬 수 있다.

일 실시예에서, 마그네트론 자체는 유연하여 타깃의 형상에 정합될 수 있다. 마그네트론은 요크 플레이트가 구조적으로는 분리되어 있어도 기계적으로는 연결될 수 있기에 충분히 작은 간격에 의해 분리되는 두 개의 삽입식 요크 플레이트로 구성될 수 있다. 각각의 요크 플레이트는 각 극성의 자석을 지지한다. 각각의 요크 플레이트는 위로부터 별도로 스프링 지지되며 롤러나 슬라이더(sliders)에 의하여 타깃 상에 부분적으로 지지된다. 요크 플레이트는 그 축을 따라 유연하도록 충분히 얇을 수 있다.

대안적인 실시예에서, 얇은 슬롯이 단일한 요크 플레이트에 형성되어 요크 플레이트가 자기적으로 결합된 상태로 유지되는 동안 요크 플레이트의 서로 다른 부분을 구조적으로 분리한다.

또 다른 실시예에서는, 타깃이 다수의 타깃 스트립을 포함하는데 이들 각각은 스트립 타깃 층 및 스트립 요크를 포함한다. 애노드나 다른 피쳐(feature)가 스트립을 분리할 수 있다. 다수의 스트립 마그네트론은 공통의 스캔되는 지지 플레이트 상에 별도로 탄성적으로 지지되고 각각의 타깃 스트립 상에서 개별적으로 롤링하여 각각의 타깃 스트립이 변형된 타깃을 개별적으로 좇게 된다.

요크 플레이트를 부분적으로 통하여, 그리고 요크 플레이트의 종방향 축을 가로질러 홈이 새겨지거나 기계가공되어 요크 플레이트의 서로 다른 섹션이 고정되게 연결된다.

본원발명의 다른 태양에서는, 바람직하게는 지지 플레이트로부터 탄성적으로 현가되는 요크 플레이트 또는 다른 지지 부재가 요크 플레이트 및 관련 마그네트론의 분리 축을 따라 이동된 두 개의 센터링 메커니즘에 의하여 그 종방향 축을 따라 센터링된다. 일 실시예에서, 제1 센터링 메커니즘은 제1 센터링 핀을 회전가능하게 수용하면서도 밀접하게 수용하는 원형 안내 구멍을 구비하는 위치선정 브래킷(positioning bracket)을 포함하고, 제2 센터링 메커니즘은 분리 축을 가로지르는 방향에서 제2 센터링 핀을 밀접하게 수용하지만 분리 축을 따라서는 제2 센터링 핀을 헐겁게 수용하여 각 배향(angular orientation)을 고정하는 긴 안내 구멍을 구비하는 클로킹 브래킷(clocking bracket)을 포함한다.

도 1은 직사각형 패널 위로 스퍼터링하도록 구성된 종래의 플라스마 스퍼터링 챔버의 개략적인 횡단면도이다.

도 2는 도 1의 스퍼터링 챔버에 사용할 수 있는 2차원 스캐닝 메커니즘의 사시도이다.

도 3은 스프링 하중식 지지부의 제1 실시예에 대한 횡단면도이다.

도 4는 도 3의 두 개의 스프링 하중식 지지부의 부분적으로 전개된 사시도이다.

도 5는 타깃의 후방에 마그네트론을 부분적으로 지지하는데 사용될 수 있는 볼 이송장치의 횡단면도이다.

도 6은 스프링 하중식 지지부를 통해 위로부터 마그네트론을 부분적으로 지지하는 지지 플레이트 및 갠트리의 하부의 사시도이다.

도 7은 요크 플레이트 상에 자석을 정렬시키는데 사용되는 리테이너의 평면도이다.

도 8은 본원발명의 제2 실시예에서 마그네트론을 부분적으로 지지하는 갠트리의 사시도이다.

도 9는 도 8의 갠트리 상에 지지되는 스프링 하중식 롤러 조립체의 전개도이다.

도 10은 도 9의 롤러 조립체의 횡단면도이다.

도 11은 유연한 마그네트론을 포함하는 본원발명의 제3실시예의 개략적인 횡단면도이다.

도 12는 제3 실시예의 지지 플레이트 및 삽입된 요크 플레이트의 사시도이다.

도 13은 도 12의 부분의 전개 사시도이다.

도 14는 플레이트가 구부러지도록 하는 좁은 평행 슬롯을 갖는 요크 플레이트의 평면도이다.

도 15는 다수의 타겟을 갖는 스프터 챔버의 개략적인 횡단면도이다.

도 15는 다수의 마그네트론을 지지하는 스캔가능한 지지 플레이트의 대체적으로 위로부터 바라본 사시도이다.

도 16은 유연하게 연결된 섹션으로 각 마그네트론의 분할을 포함하는 도 15의 다수 마그네트론 및 스캔 가능한 지지 플레이트를 대체적으로 밑에서 바라본 사시도이다.

도 17은 새김 눈이 형성된 요크 플레이트를 구비하는 도 16의 마그네트론 중 하나의 평면도이다.

도 18은 새김 눈이 형성된 요크 플레이트 및 별도의 리테이너 섹션을 구비하는 도 17의 마그네트론의 횡단면도이다.

도 19는 지지 플레이트로부터 탄성적으로 지지되는 요크 플레이트의 횡단면도이다.

도 20은 롤러 볼 조립체 및 스프링 지지부의 횡단면도이다.

도 21은 스트립 마그네트론의 자석 장치의 일 실시예에 대한 저면도이다.

도 22는 위치선정 및 센터링 브래킷을 포함하는 센터링 메커니즘을 통합하는 스트립 마그네트론의 저면도이다.

도 23은 원형 안내 구멍을 구비하는 위치선정 브래킷의 사시도이다.

도 24는 센터링 핀을 밀접하게 수용하는 도 23의 위치선정 브래킷의 횡단면도이다.

도 25는 긴 원형 구멍을 구비하는 클로킹 브래킷의 사시도이다.

도 26은 센터링 핀을 헐겁게 수용하는 도 25의 클로킹 브래킷의 횡단면도이다.

본 명세서에 참조로 병합된, 2005년 8월 24일자 미국 특허 출원 11/211,141호 및 미국 특허 공개 2006/0049040호에서 Tepman 은 대형 패널이나 유연한 시트 상에 스퍼터링하기 위해 사용되는 대형 마그네트론의 몇 가지 문제점을 다뤘다. 완성된 패널은 박막 트랜지스터, 플라스마 디스플레이, 필드 에미터(field emitter), 액정 디스플레이(LCD) 부재, 또는 유기 발광 다이오우드(OLEDs)에 통합되며, 통상적으로는 플랫 패널 디스플레이에 사용된다. 광기전성 태양 전지도 유사하게 제조될 수 있다. 광학 층으로 유리 윈도우를 코팅하기 위해 관련 기술이 사용될 수 있다. 스퍼터 증착 층의 재료는 알루미늄이나 몰리브덴과 같은 금속, 산화 주석 인듐(indium tin oxide; ITO)과 같은 투명 전도체(transparent conductors), 및 실리콘, 산화 및 질화 금속을 포함하는 다른 재료일 수 있다.

Tepman은 타깃의 크기보다 단지 조금 더 적은 크기의 거의 정사각형 마그네트론을 개시하며, 여기서 자석은 나선 또는 주름진 구조의 형태로 회선 형태(convolute shape)의 폐쇄된 플라스마 루프를 형성하도록 배치된다. 스캐닝 메커니즘은 보다 균일한 스퍼터링 프로파일을 형성하기 위하여 타깃의 나머지 영역에 걸쳐 일차원 스캔 패턴으로 마그네트론을 스캔한다. Le 등은 본 명세서에 참고로 병합된, 2006년 7월 11일 미국 특허 출원 11/484,333 호에서 스퍼터 챔버와 그 작동에서의 추가적인 개선점을 설명한다.

Tepman은 마그네트론에 대한 두 가지 유형의 지지구조를 기술한다. 첫 번째 유형에서는, 타깃이 테플론(Teflon) 패드를 통해 상부의 마그네트론을 지지하며, 상기 테플론 패드는 마그네트론의 하부에 부착되어 타깃 상에 지지되는 마그네트론에 가해지는 수평의 척력 및 인력을 사용하여 타깃의 후방위로 용이하게 슬라이드될 수 있다. 두 번째 유형에서는, 마그네트론은 갠트리(gantry)의 형태로 챔버 프레임 상에 장착되는 상부 캐리지(carriage)로부터 현가되며, 여기서 상기 갠트리는 현가된 마그네트론을 타깃의 후면 위로 스캔할 수 있다.

타깃 지지식(target-supported) 마그네트론은 타깃의 형태를 밀접하게 따르며, 따라서 플라스마 영역에서 자기장의 비균일성을 감소시킨다. 마그네트론과 타깃 사이의 간격은 패드의 두께에 의하여 정밀하게 제어되고 이로써 상기 간격은 바 람직하게 최소화될 수 있다. 그러나 타깃 지지식 마그네트론은 그 자석을 구비하는 마그네트론이 예를 들어 1톤 이상으로 매우 무거울 수 있다는 단점을 갖는다. 큰 무게는, 그 상부에 있는 마그네트론으로부터 그 하부에 있는 처리 영역으로 자기장이 뚫고 나가도록 하기 위해 비교적 얇아야 하는 타깃 상에 큰 힘을 부과하게 된다. 결과적으로, 타깃은 지지하는 마그네트론의 무게 하에서 상당히 휘어지게 된다. 과도한 휨(bow)은 스퍼터 코팅되는 패널과 타깃 사이의 공간에 상당한 변화를 초래하며, 이는 그 자체의 비균일성을 초래한다.

캐리지 지지식(carriage-supported) 마그네트론은 마그네트론의 무게를 타깃으로부터 그 위에 장착된 스캐닝 메커니즘으로 제거하나, 타깃으로부터 마그네트론을 기계적으로 분리(decouple)하게 되는 단점을 갖는다. 얇은 타깃은 추가적인 하중이 없더라도 휘는 경향이 있다. 타깃의 형태에서의 휨은 종종 타깃 자체의 무게의 힘에 의해서 아래를 향하게 된다. 그러나 일부 환경에서는 이러한 휨이 위로 향한다. 상방 휨(upward bow)의 이유는 완전히 밝혀지지는 않았지만, 일 설명에 따르면, 상방 휨은 진공 펌핑된 챔버에 의하여 클램핑된(clamped) 타깃 상에 가해지는 안쪽방향의 힘으로부터 발생한다고 한다. 더욱이, 스퍼터링이 타깃의 사용 수명에 걸쳐 지속적으로 이루어져서 점차 타깃을 부식시켜 그 두께를 감소시킴에 따라, 휨은 변화될 수 있다. 마그네트론과 타깃 사이의 간격에서의 공간적 변화는 타깃의 정면에서 자기장의 비균일성을 초래하며, 따라서 플라스마 밀도에서의 비균일성 및 패널에 스퍼터 증착되는 막의 두께에서의 비균일성을 초래한다. 상업적인 제조를 위해서는 막의 두께가 가능한 균일해야 한다. 종래의 캐리지 지지식 마그 네트론은 타깃의 크기에 걸쳐 간격, 특히 가변하는 간격에 대한 조정을 용이하게 제공하지 못하였다.

본원발명은 도 2의 전개도에 도시된 마그네트론 스캔 메커니즘 조립체(30)에 적용될 수 있다. 더욱 상세한 사항은 본원발명의 구성이 도출된 Tepman 특허에서 얻을 수 있다. 2열의 롤러가 도 1의 후방 챔버(22)의 측벽을 구성하는 프레임(34)의 대향 측면 상에 지지된다. 롤러(32)는 그 사이에 갠트리(40)를 지지하는 역전된 프레임 레일(36, 38)을 롤러 회전식으로 지지한다. 갠트리(40)는 역전된 갠트리 내부 레일(50, 52) 및 외부 레일(54, 56)을 롤러 회전식으로 지지하기 위한, 도시되지 않은 4 개의 롤러 열을 내부 지주(strut)(42, 44) 및 외부 지주(46, 48) 상에 포함한다. 레일은 그 하부 측면 상에 자석을 포함하는 마그네트론 플레이트(58)를 부분적으로 지지한다. 외부 지주(46, 48) 및 외부 레일(54, 56)은 가장자리 부근에서의 처짐의 양을 감소시키기 위하여 무거운 마그네트론 플레이트(58)의 측면 상에 추가적인 지지부를 제공한다. Tepman 특허의 구성에서는, 마그네트론 플레이트(58)가 내부 레일(50, 52)에 견고하게 고정되고, 이로써 갠트리(40)가 마그네트론 플레이트(58)를 완전하게 지지하게 된다. 베이스 플레이트(60)는 갠트리(40)를 형성하는 프레임 구조체에 고정된다.

레일은 지지된 마그네트론의 하중하에서 비틀리는 경향이 있다는 것이 관찰되었다. 비틀림의 영향은, 레일 쌍의 각 레일상에 지지되는 횡단 바(bar)의 각 단부에서, 밀접하게 간격을 두고 있는 쌍의 지주를 원통형의 롤러 조립체를 갖는 T 형상의 지지부에 의해 교체되는 레일로 복제(replicate)함으로써 실질적으로 제거 될 수 있다.

본원발명의 일 태양에서, 갠트리(40)와 마그네트론 플레이트(58) 사이의 연결은 견고한 기계적 연결보다는 가변성이 있어서, 갠트리(40)는 마그네트론 플레이트(58)를 단지 부분적으로만 지지하며 마그네트론과 갠트리 사이의 간격은 변화할 수 있다. 레일(36, 38, 50, 52, 54, 56)과 갠트리(40)의 롤링 운동에 의하여 마그네트론 플레이트(58)는 프레임(34) 내에서 수직방향으로 이동할 수 있다.

도 1의 후방 챔버(22)의 상부 벽을 형성하는 자석 챔버 지붕(70)은 프레임(34) 상에 지지되고 이에 대해 밀봉되며 그 사이에는 갠트리 구조체가 배치되며, 자석을 수용하는 챔버의 상부 위로 진공 벽을 제공한다. 자석 챔버 지붕(70)은 직사각형의 개구(72) 및 브래킷(bracket) 요부(74)의 하부를 포함한다. 브래킷 챔버(76)는 브래킷 요부(74) 내에 장착되며, 직사각형 개구(72) 주변에서 챔버 지붕(70)에 밀봉된다. 상부 플레이트(78)는 브래킷 챔버(76)의 상부에 밀봉되어 진공 밀봉을 완성한다.

브래킷 챔버(76) 내에 이동가능하게 배치된 갠트리 브래킷(80)은 갠트리(40)의 베이스 플레이트(60)에 고정된다. 자석 챔버 지붕(70)의 외부에 고정되는 지지 브래킷(82) 및 중간 앵글 철(intermediate angle iron)(84)은 액츄에이터 조립체(86)를 진공 밀봉 외부의 지붕(70)의 액츄에이터 요부(88) 내에 고정한다. 지지 브래킷(82)은 추가적으로 자석 챔버 지붕(70)의 트러스 시스템의 일부로서 작용한다. 액츄에이터 조립체(86)는 두 개의 밀봉된 진공 포트를 통해 브래킷 챔버(76)의 내부에 연결된다. Tepman의 특허에서 기술하는 바와 같이, 액츄에이터 조립 체(86)는 갠트리의 베이스 플레이트(60)에 고정되는 갠트리 브래킷(80)을 통해 가해지는 힘에 의해서 일 방향으로 갠트리(40)를 독립적으로 이동시키고, 그 단부가 마그네트론 플레이트(58)에 고정되는 벨트를 구비하는 벨트 드라이브에 의해 수직방향으로 마그네트론 플레이트(58)를 이동시킨다.

본원발명의 일 태양에 따르면, 마그네트론과 그 마그네트론 플레이트(58)는 타깃 조립체(16) 상에 부분적으로 지지되고, 타깃(16)의 후면 위로 마그네트론을 스캐닝하는 갠트리(40)(캐리지라고도 언급함) 상에 부분적으로 지지된다. 타깃 상에 부분적으로 지지함으로써 마그네트론이 타깃 조립체의 휨(bow)이나 다른 형태를 따르게 되며, 이로써 마그네트론과 타깃 사이의 간격의 변화를 감소시키고 간격의 크기도 또한 최소화시키게 된다. 다른 한편으로, 캐리지 상의 부분적인, 통상적으로는 대부분의 지지는 타깃으로부터 마그네트론의 무게의 일부, 및 통상적으로는 대부분을 제거하며, 따라서 타깃의 하향 변형을 감소시킨다. 2005년 12월 12일에 출원된 미국 특허 출원 11/301,849 호의 Le 등의 특허에서는 타깃과 마그네트론 사이의 수직 분리를 적극적으로 제어하는 스캐닝 메커니즘을 개시하고 있으며, 여기서는 갠트리가 타깃 위로 현가된다. 반대로, 타깃과 갠트리 사이의 지지의 분할은 타깃 형태를 수동적인 방법으로 추적(tracking)하게 한다.

다른 유형의 메커니즘은 마그네트론 플레이트가 타깃의 후방을 따라 활주하도록 할 수 있다. 선회 롤러 휠이 롤러 볼을 대체할 수 있다. 타깃을 마모시키기 않는 연성 패드가 롤러 볼을 대체하여 마그네트론이 타깃의 후방에서 활주하도록 할 수 있다. 연성 패드의 예는 테플론 시트로부터 절단되어 리테이너(retainer; 154)의 하부에 부착된다.

도 3의 횡단면도 및 도 4의 부분 사시도에 도시되어 있는, 탄성적으로 지지되는 마그네트론의 제1 실시예에서, 마그네트론 플레이트(58)는 원통형의 롤러 조립체(98) 상에서 구르는 수직으로 고정된 레일(52, 56)(다른 측면 상의 레일(50, 54)에도 유사한 구조가 적용됨)에 의하여 위로부터 부분적으로 지지된다. 부분적인 지지는 다중 스프링 하중식 스터드(stud) 조립체(100)를 통해 실행된다. 각 스터드 조립체(100)는 마그네트론 플레이트(58)의 암나사 골이 파진 구멍으로 나사결합되는 나사형 스터드(102)를 포함한다. 스터드(102)는 상응하는 레일, 예를 들어 레일(56)의 상부 암(arm; 104)의 상응하는 구멍(103)으로 연장한다. 레일 구멍(103)은 부싱(106)을 지지하는 네크(neck)를 포함하며, 스터드(102)는 부싱(106)을 통과하여 구멍(103)의 하부를 빠져나가 마그네트론 플레이트(58)의 나사형 구멍에 나사결합된다. 부싱(106)의 상부는 암(104) 위로 연장하여, 스프링(114)의 하부 단부를 지지하는 와셔 형태의 스프링 시트(112)를 지지한다. 관형(tubular) 리테이너(116)는 상부 플랜지(117)가 스프링(114)의 상부에 대하여 그 위로 압착하면서 스프링(114) 내에 장착된다. 스터드(102)는 리테이너(116)를 통과하여, 리테이너(116)에 의해 스프링(114)으로부터 측면적으로 격리된다. 상부 와셔(118)는 스프링(116)의 상단부와 접촉하며, 잠금 와셔(120)는 상부 와셔(118) 위로 배치된다. 너트(122)는 마그네트론 플레이트(58) 상으로 나사결합된 스터드(102) 상에 나사결합되어 플랜지(117)를 스프링(114)에 대해 밀어붙여서 이를 압착한다. 스프링 압착의 양은 스터드 조립체(100)에 의해 지지되는 마그네트론 플레이트(58)의 부분적인 무게 및 스프링 하중식 스터드 조립체(100)를 지지하는 레일(56)의 상부 플랜지(104)에 의해 제공되는 힘(무게)을 결정한다. 너트(122)는 갠트리(40) 및 상부 암(104)에 대하여 마그네트론 플레이트(58)를 밀어붙이기에 충분하게 조여지지는 않는다. 대신 이들 사이에 가변적인 간격이 유지되어 마그네트론(58)이 타깃의 형상을 따를 수 있게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 마그네트론 플레이트(58)는, 마그네트론 플레이트(58)의 하부 상에 장착되는 다수의 롤러 볼 조립체(130)를 통해 타깃(12) 상에 추가적으로, 부분적으로 지지된다. 롤러 볼 조립체(130)의 예는 볼 이송 모델 NSMS 1/4인데, 이는 펜실베니아, 페리오폴리스의 볼 이송 시스템(Ball Transfer System)사에서 판매하고 있으며, 도 5의 횡단면도에 도시되어 있다. 나일론과 같은 플라스틱으로 바람직하게 구성되고 비교적 큰 직경을 갖는 롤러 볼(132)은, 예를 들어 하우징(134)으로부터 1인치(2.54 cm) 돌출하지만 실(136)에 의하여 이데 대해 밀봉된다. 다수의 작은 베어링 볼(138)이 롤러 볼(132)을 하우징(134)의 반구형 표면에 대하여 회전가능하게 지지한다. 하우징(134)에 고정되는 스터드(140)는 하우징(134)을 수용하기에 충분한 직경 및 깊이의 마그네트론 플레이트(58)의 자석 리테이너(154) 또는 마그네트론 플레이트(58)의 하부에 형성되는 요부의 하부(작동적인 방향에서 상부)에 있는 암나사형 구멍으로 나사결합된다. 요부의 깊이는 롤러 볼(132)이 마그네트론 밑으로 돌출하는 양을 결정하는데, 이는 예를 들어 0.167 인치(4.2 mm)이다.

롤러 볼(130)의 하부는 타깃의 후방, 구체적으로는 도 3의 후방 플레이 트(144)와 접촉하며, 상기 후방 플레이트의 내부에는 액체 냉각 채널이 형성되어 있고 스퍼터링 될 물질의 타깃 층(146)이 접합되어 있다. 후방 플레이트(144)는 챔버 벽(18)의 상부 상에 있는 절연체(20)에 지지되고 밀봉된다. 마그네트론 플레이트(58)로부터의 지지 볼(130)의 돌출은 타깃(144, 146)의 후면과 마그네트론(58) 사이의 간격을 결정한다.

도 6에 사시도로 도시된 바와 같이, 자기 요크(magnetic yoke)로서 작용하는 자기 물질로 구성되는 후방 플레이트(58)의 대체로 평평한 하부, 또는 그 리테이너(154)는 그 하부에 요부(150)를 갖도록 기계가공된다. 도 7의 평면도에 도시된 바와 같이, 각각의 요부(150)는 리테이너(154) 내에 관통 구멍으로서 또는 마그네트론 플레이트(58) 내의 블라인드 구멍(blind hole)으로서 형성되며, 중앙의 암나사형 구멍(152)이 마그네트론 플레이트(58) 내에 기계가공된다. 볼 이송 스터드(140)가 암나사식 구멍(152) 내에 결합된다. 예를 들어 알루미늄으로 형성된, 다수의 복잡한 형태의 비-자기 리테이너(154)가 후방 플레이트(144)에 나사결합되며 리테이너(154)의 톱니형 에지 사이에 유지되는 원통형 자석의 길이에 대체적으로 상응하는 높이를 갖는다. 롤러 볼 조립체(130)에 대한 요부(150)는 자석으로부터 떨어진 리테이너(154)의 측면 상에 위치한다. 마그네트론과 자석 사이의 간격은 롤러 볼(132)이 리테이너(154)에 유지되는 자석 단부를 넘어 돌출하는 양에 의해 결정된다.

스프링 하중식 지지에 대한 제2 실시예에서는 도 10의 횡단면도 및 도 8과 9의 사시도에 도시된 바와 같이 레일과 원통형 롤러 사이에 스프링 하중을 위치시킨다. 이러한 실시예에서, 레일(50, 52, 54, 56)은 마그네트론 플레이트(58)의 상부로 암나사의 골이 형성된 탭 구멍(tap hole)(164)으로 나사결합되고 레일(50, 52, 54, 56)의 컷오프(cutoff)(162)의 하부에 형성되는 관통 구멍을 통과하는 스크류에 의하여 마그네트론 플레이트(58)에 고정된다. 그러나 스프링 하중식 롤러 조립체(166)는 지주(42, 44, 46, 48)의 상부 상에서 스프링 하중이 가해진다. 외부 지주(46, 48) 상의 롤러 조립체(166)가 내부 지주(42, 44) 상의 롤러 조립체(168)와 동일한 기능을 하면서도 다른 구성을 갖기는 하지만, 이러한 차이점은 기존의 갠트리(40) 상에 본원발명을 실행시키고자 하는 것에서 나오는 것이다. 대안적으로, 롤러 조립체(166, 168)는 동일한 형태와 구조를 가질 수 있다. 롤러 조립체(166, 168)는 레일(50, 52, 54, 56) 및 이에 현가된 마그네트론 플레이트(58)를 구름회전식으로(rollably) 지지하여 마그네트론 플레이트(58)가 레일의 방향을 따라 구르도록 한다.

도 9 및 10에 잘 도시된 바와 같이, 각각의 롤러 조립체(168)는 각각의 축(172)이 대향하는 베어링 하우징(174, 176)에 장착되는 베어링(173) 내에서 자유롭게 회전하는 두 개의 원통형 롤러(170)를 포함한다. Tepman 의 구성뿐만 아니라 이전의 실시예에서, 베어링 하우징(174, 176)은 스크류로 지주에 고정되었다. 그러나, 본 실시예에서는, 베어링 하우징(174, 176) 및 원통형 롤러(170)가 기부(186)의 두 하부 부분 사이에 중앙 스프링 챔버(180)를 갖는 T 형상의 스프링 하우징(178) 내에서 쌍으로 장착된다. 스프링 챔버(180)는 두 개의 스프링(188)을 수용한다. 롤러 조립체(168) 내의 상응하는 스프링 챔버는 여섯 개의 스프링(188) 을 수용한다. 견부(shoulder) 스크류(182)는 베어링 하우징(174, 176)의 탭(184) 위로 맞물리는 헤드를 가지며, 기부(186)의 관통 구멍(190)의 부싱(189) 내부에서 스프링 하우징의 기부(186)의 관통 구멍 및 탭(184)의 구멍을 통과하는 축을 갖는다. 견부 스크류(182)는 나사형 단부를 갖는데, 이는 지주로 나사결합되어 고정되는 내부 및 외부 나사형 삽입체(192)로 나사결합된다.

견부 스크류(182)를 조이면, 스프링 챔버(180)의 상부와 지주 사이에서 스프링(188)을 압착하게 된다. 그러나 이러한 조임(tightening)은 기부(186)를 지주에 대해 밀어붙일 정도로 이루어지지는 않는다. 대신, 기부(186) 및 전체 스프링 조립체(168)는 부분적으로 지지된 마그네트론의 무게와 견부 스크류(182)에 가해진 토크에 의하여 결정되는 간격을 두고 지주 위에 부유된다. 따라서 스프링 토크는 갠트리에 의해 지지되는 마그네트론 무게의 부분을 부분적으로 결정한다. 간격은 마그네트론이 타깃의 형태를 따름에 따라 변화될 수 있다. 결과적으로 타깃과 갠트리 사이에서의 마그네트론 무게의 분할은 타깃의 국부적인 높이에 의존한다.

도 8, 9, 및 10의 실시예에서, 마그네트론 플레이트는 도 5, 6, 및 7을 참조하여 설명된 롤러 볼 메커니즘에 의하여, 또는 다른 롤링, 슬라이딩, 또는 활주 메커니즘에 의하여 타깃 상에서 부분적으로 지지되며, 따라서 갠트리와 타깃 사이에서 마그네트론의 무게를 분할한다.

수평적으로 이동가능한 캐리지로부터 마그네트론을 부분적으로 지지하기 위하여 다른 스프링 하중식 현가 메커니즘이 사용될 수 있다. 예를 들어, 지주 상의 부분적으로 압착된 스프링과 롤러에 의하여 레일의 하부에 원통형 롤러가 결합될 수 있다.

갠트리와 타깃 사이에서 마그네트론을 분할식으로 지지함으로써 마그네트론이 후방을 가로질러 스캔될 때 무거운 마그네트론이 얇은 타깃을 과도하게 구부러뜨리지 않고 타깃을 형상을 따를 수 있게 된다. 갠트리는 마그네트론 무게의 50% 이상을 지지하여야 한다. 바람직하게는, 타깃이 무게의 25% 미만을 지지하며, 더욱 바람직하게는 15% 미만을 지지한다. 다수의 독립된 스프링 하중식 지지로 인해서 마그네트론이 수직적으로만 이동하는 것이 아니라 마그네트론이 좇는 타깃의 일부가 기울어지는 경우에는 경사지게 할 수 있다. 타깃 상에서의 마그네트론의 부분적 지지는 마그네트론이 휘거나 변형된 타깃의 형상을 따를 수 있게 한다. 이로써, 마그네트론과 비-평면형 타깃 사이의 간격의 변화가 상당히 감소될 수 있다. 더욱이, 간격의 설계 크기도 감소되어 타깃의 스퍼터링 표면에 인접한 유효 자기장을 증가시키게 된다.

도 11의 횡단면도에 매우 개략적으로 도시된 다른 실시예에서는 타깃(16)의 기울어진 형성을 따르고 이에 정합될 수 있는 유연한 마그네트론(190)을 제공한다. 지지 플레이트(192)는 스프링(194)을 통하여 패턴화된 제1 자기 요크 플레이트(196) 및 제1 자기 요크 플레이트(196)가 삽입된(interleaved) 제2 자기 요크 플레이트(198)를 부분적으로 지지한다. 각각이, 자기적으로 연성인 강철이나 스테인리스 스틸과 같이 자기화될 수 있는 물질로 구성된 두 개의 요크 플레이트(196, 198)는 두 개의 요크 플레이트(196, 198)이 하나의 자기 요크를 형성하는 충분히 작은 간격(200)에 의하여 분리된다. 예를 들어, 간격(200)은 1/8"(3.2 mm)일 수 있으며, 바람직하게는 6.4 mm 이하이다. 두 개의 요크 플레이트(196, 198)는 비-평행(anti-parallel) 자석(206, 208)을 정렬시키기 위한 리테이너(202, 204)를 지지하며, 이들은 그 자기장으로 인하여 각각의 요크 플레이트(196, 198)에 고정된다. 제1 요크 플레이트(196) 및 그 리테이너(202)와 자석(206)은 마그네트론의 제1 자극을 형성하며, 제2요크 플레이트(198) 및 그 리테이너(204)와 자석(208)은 반대의 제2 자극을 형성한다. 롤러 볼(210)은 리테이너(202, 204)의 하부 상에서 회전하며, 타깃(16)의 국부적인 기울기에 따라서 롤러 볼(210)의 일부 또는 전부가 타깃(16)에 맞물려 구르게 된다. 결과적으로, 마그네트론의 각각의 국부적인 부분은 위로부터는 스프링(194) 중 하나에 의하여 아래로부터는 하나 또는 두 개의 롤러 볼(210)에 의하여 개별적으로, 부분적으로 지지된다. 도면에 수직한 방향에서는 요크 플레이트(196, 198)가 대체적으로 연속되어 있으나, 여전히 적절하게 유연성이 있어서 요크 플레이트(196, 198)를 따라 위치하는 다수의 스프링(194) 및 롤러 볼(210)이 타깃의 국부적 형태에 맞게 정합되고 구부러질 수 있게 한다.

마그네트론 시스템은 도 12의 사시도 및 도 13의 전개된 사시도에 보다 구체적으로 도시되어 있다. 패턴화된 외부 요크 플레이트(220)는 연속적인 외부 둘레와 구불구불한 슬롯(serpentine slot; 222)을 갖는다. 패턴화된 내부 요크 플레이트(224)는 그 사이에 소정의 간격(200)을 두고 슬롯(222) 내에 설치되는 길고 구불구불한 형상을 갖는다. 도시된 구불구불한 형태는 접혀져 있다. 이 외의 구불구불한 형태로는 직사각형화된 나선형이나 평행한 선형 경주트랙(racetracks) 등이 있다. 리테이너(226, 228)는 두 개의 요크 플레이트(220, 224) 상에 나사결합되어 도시되지 않은 자석을 정렬시킨다. 이송 볼 조립체(230)(즉, 롤러 볼 조립체)는 요크 플레이트(220, 224)의 암나사형 구멍(231)으로 나사결합됨으로써 두 개의 요크 플레이트(220, 224)의 하부에 고정되며, 타깃의 후면측 상에서 구르기 위하여 리테이너(226, 228) 너머로 돌출하는 롤러 볼을 갖는다. 요크 플레이트(220, 224)는 지지 플레이트(232)로부터 부분적으로 현가된다. 스프링 조립체(234)는 지지 플레이트(232)와 요크 플레이트(220, 224)를 스프링 결합시킨다. 각각의 스프링 조립체(234)는 각각의 요크 플레이트(220, 224) 아래에 위치하는 스프링(236), 스프링(236)의 하부에 있는 스프링 리테이너 캡(238), 및 스프링 리테이너 캡(238)의 하부에 맞물리는 스크류 헤드, 요크 플레이트(220, 224)의 관통 구멍(239) 및 스프링(238)을 통과하는 스크류 몸체, 및 스프링(236)을 통하여 지지 플레이트(232)로부터 마그네트론을 부분적으로 현가하도록 지지 플레이트(232)로 나사결합되는 나사형 스크류 단부를 갖는 스크류(240)를 포함한다. 예시적인 스프링 강도는 7.4 lb/in (1.7 Nt/cm)이다. 지지 플레이트(232)는 계속해서, 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 2차원적으로 스캔하도록 구성된 갠트리 상에 지지 및 고정될 수 있다. 일체형의 지지 플레이트(232)가 도시되었기는 하나, 각각이 갠트리 상에서 지지되는 슬랫(slat)으로 분할될 수도 있다.

패턴화된 요크 플레이트(220, 224)는 중앙부를 갖는데, 이는 비교적 유연하여 이것이 부분적으로 지지되는 타깃의 형태를 따르도록 변형될 수 있다. 즉, 마그네트론은 전체적으로 2차원적으로 변형가능하여 타깃의 국부적인 형태에 정합될 수 있다. 더욱이, 요구되는 유연성으로 인해서 마그네트론 구조체는 전체적으로 비교적 경량일 수 있는데, 이는 단단함(rigidity)이 더 이상 원하는 설계 목표가 아니기 때문이다. 지지 플레이트(232)가 다소 유연할 수 있으므로, 이는 1/2 인치(12.7 mm)의 두께를 갖는 알루미늄으로 구성될 수 있다. 요크 플레이트(220, 224)는 구조적 강도에 많이 기여할 필요는 없으며, 갭(200)이 구조적으로는 분리되었지만 자기적으로는 이를 통해 결합되는 요크 플레이트(220, 224)의 두께의 70% 보다 적도록 3/8 인치(9.5mm)의 두께를 갖는 자기적으로 연성인 강철 플레이트로 형성될 수 있다. 리테이너(226, 228)는 경량이고 비교적 유연하도록 구성되어야 한다. 전체적으로, 갠트리로부터 현가되는 도 12 및 13의 마그네트론 조립체의 무게는 지지 플레이트로도 작용하는 단단하고 일체형(rigid and solid)의 요크 플레이트에 기초하는 마그네트론 조립체의 무게로부터 상당히, 예를 들어 10% 감소된다.

플레이트(250)를 완전히는 아니지만 거의 가로질러 연장하는 평행 슬롯(252)을 갖는, 도 14의 평면도에 도시된 단일 패턴화된 요크 플레이트(250)에서도 유사한 유연성이 얻어질 수 있다. 슬롯(252) 사이의 통로(254) 및 연속된 주변 영역(256)은 두 개의 반대되는 자극으로 구성되는 자석 및 리테이너를 지지한다. 더 넓은 주변 영역(258)은 이들 자극 모두를 지지하며, 그 사이에는 플라스마 트랙이 형성된다. 슬롯(252)은 인접한 통로를 자기적으로 결합시키기에 충분히 좁지만, 통로(254)가 더욱 용이하게 구부러지도록 주변 영역(256)의 두 부분 사이에서 외팔보지지되게(cantilevered) 한다. 도 13의 스프링 조립체(234) 및 이송 볼 조립체(230)가 단일 요크 플레이트(250)에 유사하게 부착될 수 있다.

변형된 타깃 위를 따를 수 있는 유연한 마그네트론을 달성하는 다른 실시예는 타깃이 상승된 애노드(anode)나 다른 피쳐에 의하여 분리될 수 있는 평행한 타깃 스트립으로 분리될 때 특히 유용하다. 분리된 마그네트론이 각각의 타깃 스트립에 할당된다. 2006년 8월 4일 출원된 Inagawa 등의 미국 가출원 60/835,671호에서는 다수의 마그네트론의 집단적 스캐닝(ganged scanning)이 개시되어 있다. 역시 2006년 8월 4일에 출원된 Le 의 미국 가출원 60/835,681에는 마그네트론 각각에서의 자석 분포에 대한 개선점을 기술하고 있다. 이들 두 특허는 본 명세서에 참조로 병합된다.

도 15의 횡단면도에 도시된 스퍼터링 챔버(260)는 다수의 스트립 타깃(262) 및 관련된 스트립 자석(264)을 포함한다. 별도의 스프링 메커니즘(266)이 공통 지지 플레이트(268)로부터 각각의 마그네트론(264)을 부분적으로 지지하며, 공통 지지 플레이트는 공통의 2차원 스캐닝 운동을 제공한다. 각각의 스트립 타깃(262)은 축방향으로 연장하는 측면 톱니형 경계부(indented border; 272)를 갖는 타깃 층(270)을 포함한다. 각각의 스트립의 타깃 층(270)은 스트립 타깃 층(270)과 거의 동일한 수평 길이의 접합 층(276)을 통해 각각의 스트립 후방 플레이트(274)에 접합된다. 스트립 후방 플레이트(274)는 냉각 채널(278)이 뚫어져 있는 융기부(ridge)를 구비하여 형성된다. 절연체(dielectric)일 수 있는 경량 충진 물질 층(280)이 융기부 사이의 골을 채우며 융기부 위로 평탄화되어 스트립 마그네트론(264)의 롤러 볼(282)이 구르는 평평한 표면을 형성한다. 스트립 타깃(262)은 스트립 후방 플레이트(274)의 주변부를 지지하는 천공된 랙(rack)(284)을 포함하는 도시되지 않은 기계적 구조체에 의하여 챔버(18) 상에 고정적으로 지지된다. 스트립 타깃(262)은 스퍼터 작업 가스의 플라스마를 여기시키기 위하여 전부 전기적으로 전력이 인가된다.

스트립 타깃(262)은, 바람직하게, 축방향으로 연장하는 접지 애노드(290)가 두 개의 인접하는 스트립 타깃(262) 사이에서 톱니형 경계부(272)에 의해 형성되는 간격 내에 유지되면서 타깃의 스퍼터링 표면으로 돌출하도록 한다. 접지된 애노드(290)는 절연체(302)에 의하여 스트립 후방 플레이트(274)로부터 전기적으로 절연되며, 여기서 절연체는 충진 물질 층(280)의 연장부로부터 형성될 수 있으며 고 진공 스퍼터링 챔버(18)와 저 진공 후방 챔버(22) 사이의 진공 밀봉도 제공할 수 있다. 스트립 타깃(262)은, 다른 한편으로, 스퍼터링 플라스마 생성에 있어 캐소드(cathodes)로서 작용하기 위해 플라스마 다크 스페이스(plasma dark space)보다 더 작은 다른 간격 및 절연체(292)에 의하여 애노드(290)로부터 절연되어 전기적으로 전력이 인가된다. 챔버(260)는 추가적으로 전기적으로 접지된 차폐부(294)를 포함하여 애노드로 작용하면서도 증착으로부터 챔버 측벽을 보호한다. 절연체(20)는 랙(284) 및 랙이 지지하는 스트립 후방 플레이트(274)로부터 챔버(18)를 전기적으로 절연시킨다. 그러나 랙(284)과 랙이 지지하는 각각의 다른 스트립 타깃(262) 사이에 전기적이 절연이 교번적으로 제공될 수 있다.

지지 플레이트(268)는 모든 마그네트론(264)이 동일한 패턴에서 실질적인 동기(synchronism) 스캔되도록 패턴화되어 스캔된다. 마그네트론의 경로 사이의 주요 변화는 지지 플레이트 상에서 그 지지의 탄성으로부터 발생한다. 스캔 패턴은 직각의 x 및 y 축 중 하나를 따라 연장하거나, 예를 들어 x 및 y축을 따라 연장하는 부분을 갖는 O 형태 패턴, 두 개의 대각을 따라 연장하는 부분을 갖는 X 형 패턴, 대향되는 평행 측면 및 이들 사이의 대각을 따라 연장하는 Z 형 패턴, 도는 다른 복잡한 패턴과 같이 2차원 x/y 스캔 패턴일 수 있다. 물론 다수 마그네트론의 다중 세트 및 관련된 스캔 메커니즘도 가능하지만, 다수 마그네트론에는 단지 하나의 스캔 메커니즘이 요구된다.

도 16의 대체적으로 위에서 바라본 사시도에 도시된 바와 같이, 앞서 언급한 갠트리 레일(50, 52, 54, 56)이, 도 2 및 도 3의 이전 실시예의 자기 요크 플레이트(58) 대신에 지지 플레이트(268)를 그 상부 측면상에서 고정적으로 지지한다. 바람직하게는 지지 플레이트(268)가 비 자기적이며 알루미늄으로 구성될 수 있다. 도 17의 사시도에서도 도시되는 바와 같이, 지지 플레이트(268)는 계속해서 스프링 메커니즘(266)을 통해서 그 하부 측면 상에서 자기 물질로 구성된 평행 요크 스트립(300)을 통해서 다수의 마그네트론 스트립(264)을 탄성적으로 지지한다. 각각의 요크 스트립(300)은 스트립(300)의 축을 따라서 다수의 리테이너 섹션(302)을 지지하며, 이들 리테이너 섹션은 요크 스트립(300)에 나사결합된다. 도 18의 평면도 및 도 19의 횡단면도에 도시된 바와 같이, 각 요크 스트립(300)의 하부 측면 및 전방 측면에는, 단부 요크 섹션(306a, 306b)을 포함하는 요크 섹션(306)을 형성하도록 그 전방 측면에 부분적으로 요크 스트립(300)을 통해 연장하는 평행 홈(304)을 형성하도록 공작기계 또는 다른 수단에 의하여 가로로 새김눈이 형성되어 있으며, 여기서 요크 섹션(306)은 각각의 요크 섹션(306)이 비교적 단단하지만 고정적으로 연결되도록 단지 얇은 토션 리프(torsion leaf)(308)에 의하여 연결되어 있다. 홈(304)을 요크 스트립(300)의 후측 또는 상부측에 위치시키는 것도 가능하다. 자석을 정렬시키기 위한 상기의 리테이너는 리테이너 섹션(302)에서 요크 스트립(300)의 하부에 나사결합되어 그 위에 지지되나, 어떠한 리테이너도 이웃하는 두 개의 요크 섹션(306)에 고정되지 않도록 리테이너 간격(310)을 가로질러 분할된다. 이로써, 리테이너는 요크 스트립(300)의 유연성을 심각하게 감소시키지 않게 된다.

요크 스트립(300)은 코너 리테이너의 외부 형상을 대체적으로 따르는 만곡된 코너(312)를 구비하여 형성되며, 플라스마 트랙의 가장 바깥쪽 부분은 다소 내부로 나아가 전개된다. 코너 형상은 타깃 위로 재 증착되는, 스퍼터링된 타깃 물질의 양을 감소시킨다.

마그네트론이 수직방향으로 비교적 유연하면, 지지 플레이트(268)로부터의 그 탄성적인 지지는 다소 예리하게 유연하여야 한다. 따라서, 도 20의 횡단면도에 도시된 바와 같이, 스프링 하중식 지지부는 지지 플레이트(268)의 하부에 나사결합되는 기계 스크류(320)를 포함할 수 있다. 스크류(320)의 몸체는 요크 스트립(300)의 넓혀진 관통 구멍(322)을 통해 리테이너(326)의 출입 구멍(324)으로 들어간다. 출입 구멍(324)은 스크류(320)를 회전시키기 위한 공구의 출입을 가능하게 한다. 스크류(320)의 헤드(327)는 플랜지형 와셔 컵(flanged washer cup)(328)을 지지한다. 압착 스프링(330)은 관통 구멍(322) 주변에서 요크 플레이트(264)의 하부 상에 형성된 요부(332)와 와셔 컵(328)의 플랜지 사이에 수용된다. 압착 스프링(330)은 지지 플레이트(268) 및 관련된 리테이너와 자석으로부터 요크 스트 립(300)을 탄성적으로 그리고 부분적으로 지지한다. 그러나 다수의 스트립 마그네트론에 대한 스프링 지지는 도 20의 것에만 한정되는 것은 아니며, 전술한 것과 같은 다른 유형이 사용될 수도 있다.

다른 한편으로, 롤러 볼(282)은 스트립 타깃(262)의 후면 상에서 요크 스트립(300)을 부분적으로 지지한다. 롤러 볼(282)은 도 5에 도시된 것과 같은 롤러 볼 조립체(336)로 통합된다. 롤러 볼 조립체(336)는 리테이너(326)의 개구(338) 내에 위치하며 나사형 스터드(340)는 롤러 볼(282)의 일부가 리테이너(326)의 하부 너머로 연장하도록 하는 깊이로 요크 스트립(300)에 나사결합된다. 대안적으로, 롤러 볼 조립체(336)는 리테이너(326)의 요부 내에 설치될 수 있으며 리테이너(326)의 상부 측에 가까운 암나사형 구멍에 나사결합될 수 있다. 스프링(330)과 연관된 스크류(320)가 지지 플레이트(268) 내부로 더 들어가게 되면, 스프링(330)이 압착되어 지지 플레이트(268)가 마그네트론 무게의 증가된 부분을 지지하게 되고 롤러 볼(282) 및 이를 지지하는 스트립 타깃(262)으로부터 무게를 제거하게 된다. 이로써 요크 스트립(300) 및 부착된 리테이너(326)와 리테이너(326)에 의해 정렬되는 자석은 스프링(330)을 통해 지지 플레이트(268)에 의하여 탄성적으로 지지되고, 이로써 마그네트론 무게의 제어된 부분만이 롤러 볼을 통해 타깃 조립체 상이 롤러 회전식으로 지지된다. 스트립 타깃(262)이 마그네트론 무게의 작은 부분만을 지지한다 하더라도, 마그네트론은, 어떤 이유로라도 변형될 수 있는, 타깃 조립체 위로의 분리나 고정된 높이를 여전히 유지한다.

요크 스트립(300)의 각각의 요크 섹션(306)은 2개 이상의 이러한 스프링 하 중식 지지부에 의하여 바람직하게 지지된다. 이로써, 요크 스트립(300)은 이들 사이에 어떠한 단단한 연결도 없으므로 이들 사이에서 유연하나, 유연한 토션 리프(308)로 인하여 요크 스트립(264)이 각각의 섹션에 대해 적은 개수의 스프링 하중식 지지부가 사용될 수 있기에 충분한 정렬을 제공한다. 또한, 요크 섹션(306)은 그 사이에서는 비교적 유연한데, 이는 토션 리프(308)를 걸치는 감소된 강성 및 이들은 독립적인 탄성적 지지와 지지 플레이트(268)에 단지 그 팁(tip)만 고정하는 지지 스크류(320)의 감소된 각 강성(angular rigidity) 때문이다. 결과적으로 마그네트론 섹션은, 갠트리로부터 주로 지지되면서, 구부러진 또는 변형된 타깃 스트립의 형상을 독립적으로 따른다.

도 17에 구체적으로 도시되어 있기는 하지만, 스트립 마그네트론(264)의 자석 분포는 도 7에 도시된 것보다 매우 좁으며, 예를 들어 횡단 폭의 4배 이상의 축방향 길이를 갖는다. 자석은 두 개의 180°의 만곡 단부로 연결되는 두 개의 긴 평행 부분을 갖는 상응하는 플라스마 트랙을 생성하는 자극 사이에서 폐쇄 간격을 갖는 하나의 선형 경주트랙을 형성한다. 그러나 보다 바람직하게는, 각각의 스트립 마그네트론(264)이, 도 21에 저면도로 도시된 바와 같이, 2 레벨의 구불부불한 마그네트론으로 형성될 수 있으며, 여기서 경주트랙 형상의 두 단부는 동일한 방향으로 접혀지며 중간부분에서 만난다. 구체적으로, 스트립 마그네트론(264)은 요크 스트립(300)으로 나사결합되는, 도시되지 않은 일련의 리테이너를 포함한다. 각각의 리테이너는 스트립 마그네트론(264) 길이의 단지 일부이며, 바람직하게는 스트립 마그네트론(264)의 유연성을 떨어뜨리지 않기 위해서 요크 섹션(306) 사이의 연결부 근방에 단부를 갖는다. 리테이너는 그들 사이에, 반대 극성의 원통형 자석이 각각 삽입되는, 내부 자석 위치(342) 및 외부 자석 위치(344)를 형성하는 원통형 구멍 또는 외장 톱니형 에지를 갖는다. 각각의 세트는, 내부 자석위치(342)가 한 극성의 내부 자극을 형성하고 외부 자석 위치(344)가 내부 자극을 둘러싸는 반대 극성의 외부 자극을 형성하도록 연속되는 분포로 배치된다. 이러한 실시예에서는, 대부분에 있어서, 자석이, 마그네트론의 주변부에 있는 단일 열(row)이 아닌, 마그네트론의 내부의 밀폐 패킹된(close-packed) 이중 열(row) 내에 배치된다. 내부 및 외부 자극 사이의 간격(346)은 거의 일정한 폭을 가지며, 마그네트론이 타깃의 스퍼터링 표면 상에 형성하는 플라스마 트랙에 대체로 상응하는 폐쇄 형태 또는 루프로 형성된다. 그러나 리테이너는, 자기장 분포 및 강도를 조절하기 위하여, 열의 내부 또는 외부에, 특히 갭(346)의 코너 부근에 추가의 자석 위치를 가질 수 있다. 롤러 볼 조립체 및 스프링 지지부는 도 21에는 도시되지 않았지만, 자석 위치(342, 364)로부터 떨어져서 리테이너 사이에 또는 리테이너 내에 설치될 수 있으며 갭(346)의 영역 내에 있을 수도 있다. Le는 전술한 가출원에서 보다 완벽히 기술하였다.

독립적으로 지지되는 스트립 마그네트론은 다수의 스트립 타깃을 포함하는 분리된 타깃에 특히 유용하다. 그러나 독립적으로 지지되는 스트립 마그네트론이 스트립 마그네트론 사이에 구조체를 삽입하지 않는 실질적으로 균일하고 단일한 타깃과 함께 사용될 수도 있다. 이로써, 스트립 마그네트론은 타깃의 더 큰 부분 위로 스캔될 수 있다.

그러나 스트립 마그네트론(264)의 유연성은, 수직방향 운동이 요크 스트립(264) 사이에서 그리고 그 종방향 축을 따라 허용되면서도, 서로 다른 요크 스트립(300) 및 서로 정렬되는 관련 개별 마그네트론을 수평방향으로 유지해야 하는 문제점을 발생시킨다. 센터링 핀(centering pin)이 이 문제를 완화시킬 수 있다. 도 22의 평면도에 도시된 바와 같이, 한 요크 스트립(300)의 하부 측면이 지지 플레이트(260)의 단부에서 탄성적으로 지지된다. 본 도면은 리테이너를 도시하지는 않는다. 3개의 롤러 볼 조립체(336)가 각각의 단부 요크 섹션(306a, 306b)에 장착되어 스트립 타깃(262)의 후면 상에 이들 요크 섹션(306a, 306b)에 대한 3개 지점의 롤링 지지부를 제공한다. 요크 섹션(306) 중 내부의 요크 섹션은 적은 수의 롤러 볼 조립체(336)를 포함하거나 또는 전혀 포함하지 않을 수 있는데, 이는 이들이 양 측면 상에서 이웃하는 요크 섹션(270)에 의하여 측방향으로 지지되기 때문이다. 일 실시예에서, 내부 요크 섹션(270)은 0 내지 4개의 롤러 볼 조립체(336) 사이에서 교번한다.

도 23의 사시도에도 도시되어 있는 위치선정 브래킷(positioning bracket; 350)은, 위치선정 브래킷(350)의 통과 구멍(352)을 관통하여 제1 단부 요크 섹션(306a)의 암나사형 구멍에 나사결합되는 스크류에 의하여, 요크 스트립(300)의 제1 단부 요크 섹션(306a)의 하부 상의 홈으로 장착된다. 위치선정 브래킷(350)은, 도 24의 단면도에도 도시된 바와 같이, 스크류(360)에 의하여 지지 플레이트(268)에 고정되는 원형의 센터링 핀(358)을 꽉 맞게 수용하기 위하여, 원형 측벽(356)을 구비하여 수직으로 연장하는 원형의 안내 구멍(354)을 포함한다. 센터 링 핀(358)은 마그네트론의 유연한 움직임을 수용하기 위하여 안내 구멍(354) 내부로 수직적으로 이동할 수 있다. 위치선정 브래킷(354) 및 센터링 핀(358)의 조합은 요크 스트립(300)의 일 지점을 지지 플레이트(268)의 일 지점으로 2차원적으로 고정시키지만, 요크 스트립(300)이 이 지점 주위로 회전하도록 한다.

다른 한편으로, 도 22의 저면도 및 도 24의 사시도 모두에 도시되어 있는 클로킹 브래킷(clocking bracket; 362)은, 관통 구멍(364)을 통과하여 제2 단부 요크 섹션(306b) 내의 암나사형 구멍에 나사결합되는 스크류에 의해서, 요크 스트립(300)의 제2 단부 요크 섹션(306b)의 하부 단부 상의 요부로 유사하게 장착된다. 바람직하게는, 두 개의 브래킷(350, 362)의 관통 구멍(352, 364) 사이의 분리는, 이들이 실수로 교체되거나 2개의 동일한 유형이 하나의 요크 스트립(300)에 사용될 수 없도록 서로 다르다. 클로킹 브래킷(362)은, 도 26의 횡단면도에 추가적으로 도시된 바와 같이, 수직으로 연장하는 긴 안내 구멍(366)을 포함하여 스크류(370)에 의해 지지 플레이트(368)에 고정되는 원통형의 제2 센터링 핀(368)을 수용한다. 마찬가지로, 센터링 핀(368)은 마그네트론의 유연한 움직임을 수용하기 위하여 안내 구멍(366) 내부로 수직적으로 이동할 수 있다. 긴 안내 구멍(366)은 제2 센터링 핀(368)의 반경보다 약간 더 큰 반경을 갖는 두 개의 반원형 측벽(372) 및 상기 반원형 측벽을 연결하며 제2 센터링 핀(368)의 반경보다 역시 약간 더 큰 거리로 분리되어 있는 두 개의 대향하는 평평한 측벽(374)을 포함한다. 요크 스트립(300) 상에 장착되면, 긴 안내 구멍(366)의 종방향 축 및 평평한 측벽(374)이 위치선정 및 클로킹 브래킷(350, 362)의 안내 구멍(354, 366)의 중심을 연결하는 도 22의 스 트립 중심 축(376)에 평행하게 연장하여 안내 구멍(366)이 이 방향에서 제2 센터링 핀(368)을 단지 헐겁게 수용한다. 결과적으로 제2 센터링 핀(368)은 스트립 중심 축(376)을 따라 이동할 수 있다. 다른 한편으로, 긴 안내 구멍(366)은 제2 센터링 핀(368)을 스트립 중심 축(376)에 수직인 방향에서 밀접하게 수용하고, 이로써 스트립 중심 축(376)에 수직한 방향으로의 운동을 억제시킨다. 결과적으로, 각각의 요크 스트립(300)은 지지 플레이트(268)에 대한 그 부착지점에서 두 개의 센터링 핀(358, 368)의 중심 사이에서 각각의 축에 정렬되지만, 요크 스트립(300)은 그 요크 섹션(270)이 서로에 대해 구부러짐에 따라 각각의 축을 따라 약간씩 각각으로 움직일 수 있다. 즉, 클로킹 브래킷(350)은 위치선정 브래킷(350) 주위로 요크 스크립(300)의 각 배향(angular orientation)을 제어한다. 두 개의 센터링 핀을 연결하는 축은 스트립의 중심 종방향 축일 필요가 없다는 것을 알 수 있다. 브래킷 및 센터링 핀 세트 중 하나 또는 모두가 지지 플레이트와 요크 플레이트 사이에서 역전될 수 있다는 것도 알 수 있다. 또한, 센터링 구조체가 요크에 고정되는 비-자기 플레이트에 통합될 수도 있다.

위의 실시예에서 기술된 스프링이 모두 나선형의 압착 스프링이었지만, 인장 스프링 및 리프(leaf) 스프링을 포함하는 다른 형태의 스프링이 사용될 수도 있다.

따라서 본원발명은 마그네트론이 얇은 비-평면형 타깃을 밀접하게 좇을 수 있게 하며, 또한 스캐닝되는 마그네트론 조립체의 무게를 감소시킬 수 있게 하며, 이러한 특징들은 대형 플랫 패널에 대해 구성되는 스퍼터 챔버가 계획될 때 점차적으로 중요하게 된다.

Claims (78)

1. 마그네트론 조립체로서,

   자화가능한 물질을 포함하고, 스퍼터링 타깃에 인접하여 제1 방향을 따라 이동가능한 마그네트론을 형성하는 다수의 자석을 자기적으로 결합하고 지지하도록 구성되는 하나 이상의 요크 플레이트;

   상기 하나 이상의 요크 플레이트의 제1 주 측면에 부착되고, 상기 스퍼터링 타깃의 후면측과 이동가능하게 접촉가능하여 상기 하나 이상의 요크 플레이트가 상기 스퍼터링 타깃 상에 부분적으로 지지되면서 상기 제1 방향을 따라 이동할 수 있게 하는, 다수의 접촉부; 및

   상기 하나 이상의 요크 플레이트의 제2 주 측면으로부터 연장하는 다수의 스프링 지지부; 를 포함하며,

   상기 제1 주 측면은 상기 스퍼터링 타깃의 상기 후면측을 향하고, 상기 제2 주 측면은 상기 제1 주 측면의 반대편에 위치하는,

   마그네트론 조립체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 접촉부가 롤링 볼을 포함하는,

   마그네트론 조립체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 접촉부가 상기 스퍼터링 타깃의 후면측을 따라 슬라이딩 가능한 패드를 포함하는,

   마그네트론 조립체.
4. 제1항에 있어서,

   제1 방향으로 이동가능하고 상기 스프링 지지부를 통해 상기 하나 이상의 요크 플레이트를 부분적으로 지지하는 갠트리를 더 포함하는,

   마그네트론 조립체.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 요크 플레이트가 패턴화된 제1 요크 플레이트 및 상기 제1 요크 플레이트를 둘러싸며 소정의 간격을 두고 상기 제1 플레이트로부터 분리되는 제2 요크 플레이트를 포함하고, 각각의 요크 플레이트가 다수의 스프링 지지부를 포함하는,

   마그네트론 조립체.
6. 삭제
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 요크 플레이트가 슬롯이 형성된 요크 플레이트를 포함하고, 상기 슬롯이 형성된 요크 플레이트가 상기 슬롯이 형성된 요크 플레이트를 실질적으로 가로질러 연장하는 슬롯을 포함하며,

   상기 슬롯 사이에 형성된 통로가 자석을 지지하며, 각각의 통로가 하나 이상의 스프링 지지부 및 하나 이상의 접촉부를 포함하는,

   마그네트론 조립체.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 플라스마 스퍼터 챔버로서,

    기판을 위한 지지부를 포함하고, 상기 기판 상에 스퍼터 코팅될 물질을 일 측면 상에 포함하는 타깃을 밀봉하도록 구성된 진공 챔버;

    2 차원 패턴으로 이동시키기 위하여 상기 기판 반대편에 있는 상기 타깃의 타 측면 상에 배치되어 진공 챔버 상에 지지되는 이동 메커니즘;

    다수의 자석을 포함하는 마그네트론;

    상기 마그네트론을 부분적으로 지지하기 위하여 상기 마그네트론을 상기 이동 메커니즘에 결합하는 다수의 스프링; 및

    상기 타깃의 타측면 상에서 상기 마그네트론을 부분적으로 지지할 수 있는, 상기 마그네트론 하부 상의 다수의 이동가능한 접촉부; 를 포함하는,

    플라스마 스퍼터 챔버.
12. 제11항에 있어서,

    상기 이동가능한 접촉부가 상기 타깃의 타측면 상에서 롤링할 수 있고 상기 마그네트론 내에 회전가능하게 지지되는 회전가능한 볼을 포함하는,

    플라스마 스퍼터 챔버.
13. 제11항에 있어서,

    상기 이동 메커니즘이 상기 스프링에 의해 지지되는 롤러를 포함하는,

    플라스마 스퍼터 챔버.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 유연한 마그네트론 조립체로서,

    하나 이상의 방향으로 이동가능한 지지부재;

    상기 지지부재 상에 탄성적으로 지지되는 유연한 마그네트론으로서, 제1 자기 극성을 갖는 다수의 제1 자석 및 상기 유연한 마그네트론에 고정되고 제2의 반대 자기 극성을 갖는 다수의 제2 자석을 포함하며, 상기 다수의 제1 자석 및 다수의 제2 자석이 이들 사이에 폐쇄되는 간격을 형성하는, 유연한 마그네트론; 및

    상기 지지 부재 반대편의 상기 마그네트론의 일 측면 상에 배치되어 스퍼터링 타깃 조립체의 후면측과 슬라이딩식으로 연동하는 하나 이상의 롤러; 를 포함하는,

    유연한 마그네트론 조립체.
22. 제21항에 있어서,

    상기 유연한 마그네트론이 상기 다수의 제1 자석 및 다수의 제2 자석을 자기적으로 결합하는 유연한 요크를 포함하며,

    상기 유연한 요크가 제1 축을 따라 연장하고 상기 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 하나 이상의 그 측면 상에 새김눈이 형성되는 자기 플레이트를 포함하는,

    유연한 마그네트론 조립체.
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 제21항 또는 제22항에 있어서,

    상기 마그네트론의 제1 지점을 상기 지지 플레이트에 고정시키고, 상기 제1 지점으로부터 축을 따라 이동된 마그네트론의 제2 지점이 상기 축에 수직하게 이동하지 않게 하면서 상기 축을 따라 이동하게 하는 수단을 더 포함하는,

    유연한 마그네트론 조립체.
27. 유연한 마그네트론 조립체로서,

    하나 이상의 방향으로 이동가능한 지지부재;

    각각이 상기 지지부재 상에 별도로 탄성적으로 지지되는 다수의 유연한 마그네트론으로서, 제1 자기 극성을 갖는 다수의 제1 자석 및 상기 유연한 마그네트론에 고정되고 제2의 반대 자기 극성을 갖는 다수의 제2 자석을 포함하며, 상기 다수의 제1 자석 및 다수의 제2 자석이 이들 사이에 폐쇄되는 간격을 형성하는, 다수의 유연한 마그네트론; 및

    상기 지지 부재 반대편의 각 마그네트론의 일 측면 상에 배치되어 스퍼터링 타깃 조립체의 후면측과 슬라이딩식으로 연동하는 하나 이상의 롤러; 를 포함하는,

    유연한 마그네트론 조립체.
28. 제27항에 있어서,

    상기 마그네트론 각각이 제1 축을 따라 연장하는 요크 스트립을 포함하고, 상기 요크 스트립이 상기 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 상기 요크 스트립을 통해 부분적으로 연장하는 새김 눈을 포함하는,

    유연한 마그네트론 조립체.
29. 제27항 또는 제28항에 있어서,

    상기 스퍼터링 타깃 조립체의 스퍼터 표면에 평행하게 2차원적으로 상기 지지 부재를 이동시킬 수 있는 이동 메커니즘을 더 포함하는,

    유연한 마그네트론 조립체.
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