KR101335187B1 - 미세조절이 가능한 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 스퍼터링 방법 - Google Patents

미세조절이 가능한 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 스퍼터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법에 관한 것으로, 고진공 속에서 고밀도 플라즈마를 발생시키고, 증착을 수행하는 빔 플럭스를 원하는 대로 조절하도록 하여, 종래 스퍼터링 기술로는 구현이 어려운 원자층 단위의 박막을 형성할 수 있는 새로운 스퍼터링 기술을 제공하고자 하였다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 발생에 필요한 에너지 조달원과 발생 된 플라즈마가 타겟을 침식하는 데 필요한 에너지 조달원을 분리 이원화하고, 마그네트론을 적절히 배치하여 상기 목적을 달성할 수 있다.

Description

미세조절이 가능한 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 스퍼터링 방법{Fine-tuneable sputtering deposition system and method}
본 발명은 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 마그네트론 스퍼터링 기술에 관한 것이다.
스퍼터링 기술은 고체 타겟을 플라즈마로 침식하여 기판에 원하는 물질을 박막으로 만들 수 있어, 반도체, 디스플레이, 태양전지 제작을 비롯하여 각종 표면처리 기술로 사용되고 있다. 이러한 스퍼터링 기술은 증착율이 우수하여 고효율을 장점으로 하며, 고효율의 증착은 타겟을 침식하는 플라즈마의 고밀도 생성을 요하게 된다. 고밀도 플라즈마의 생성을 위해, 기존의 DC, DC pulse, RF 스퍼터링 장치는 타겟에 고전압 및 고전력을 인가할 필요가 있다. 또한, 상기 스퍼터링 장치는 타겟과 플라즈마 전위차를 이용하여 이온을 가속시켜 타겟을 스퍼터링 하는 구조로 되어 있어, 스퍼터링을 위한 이온 가속에 필요한 전력을 동시에 공급해야하므로 더더욱 타겟에 고전압을 인가해야 한다.
한편, 스퍼터링에 의해 형성하고자 하는 기판상의 박막은 고순도, 균일도 등의 품질을 요하게 되고, 경우에 따라서는 원자 층 단위의 치밀한 박막형성을 요하기도 한다.
따라서 이와 같은 박막 품위를 고려하면, 타겟의 고전압에 의해 가속되는 이온과 2차적으로 생성되는 중성입자가 지나친 고에너지(예를 들면, 100 eV 이상)를 가져 형성중인 박막을 손상시키는 것을 방지해야 하며, 원자 층 단위의 증착을 위해서는 이온이나 중성입자의 운동에너지를 낮출 필요가 있다.
문제는, 상기와 같은 요구를 만족시키기 위해, 타겟에 인가하는 바이어스 전압을 낮추게 되면, 플라즈마의 발생 자체가 어려워져 안정적인 플라즈마를 얻을 수 없고, 발생하는 플라즈마의 밀도도 낮아 증착 공정을 제대로 소화할 수 없다는 점이다.
또한, 증착 공정에서 이온이나 중성입자의 자유행정은 챔버 내를 고진공(10-3 Torr 이하)으로 할수록 길어져 공정에 유리하나 고진공은 플라즈마 발생을 불안정하고 저밀도 화하므로 트레이드 오프(trade off) 문제가 생긴다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해, 다음과 같은 노력이 시도되고 있다.
즉, 별도의 보조 플라즈마 장치 또는 보조전자공급 장치를 사용하여 타겟 근처에 고밀도 플라즈마를 발생 및 공급하여 공정 압력을 낮추려고 시도하였다. 이 경우, 마그네트론 자기장 구조를 이용하며, 자기장을 유지하면서 보조 플라즈마 공급장치 또는 보조전자공급 장치를 사용한 경우 자기장의 ▽B 때문에 타겟 근처에 전자를 공급하기 어렵다는 문제가 발생하여 고밀도 플라즈마 형성은 이루어지지 않고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 보조 플라즈마 공급장치 또는 보조전자공급 장치를 자기장의 적절한 곳에 위치시켜서 소기의 목적을 달성하고자 시도하고 있으나, 보조 플라즈마 장치 또는 보조전자공급 장치에서 불순물(impurity)이 발생하여 순도 높은 박막 증착 공정에 어려움이 있다.
한편, 또 다른 시도로, 마그네트론 자기장 구조를 유지하지 않고 별도의 보조 플라즈마 공급장치만을 사용하는 경우, 외부에서 공급되는 플라즈마로는 타겟 근처에 고밀도 플라즈마를 얻기 어렵기 때문에 타겟 근처에 고밀도 플라즈마를 얻기 위해서는 타겟에 추가적인 전력을 공급해 주어야 한다. 결국 타겟에 걸리는 고전압 및 고 전력으로 인한 상기 문제점을 그대로 지니게 되는 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 스퍼터링으로 박막을 형성함에 있어서, 고 밀도 플라즈마를 발생시키되, 박막 증착에 기여하는 이온이나 중성입자의 에너지를 필요에 따라 제어하여 고 품위 박막을 형성하고, 원자 층 단위의 박막형성 또한 고효율의 스퍼터링으로 실시할 수 있도록 새로운 스퍼터링 장치와 스퍼터링 방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 고진공 속에서도 고 밀도 플라즈마를 형성할 수 있는 스퍼터링 장치와 스퍼터링 방법을 제공하는 것이기도 하다.
기존의 스퍼터링 박막 증착 장치는 플라즈마 발생과 스퍼터링을 위한 이온 가속에 필요한 전력을 동시에 공급해야 하기 때문에 타겟에 불필요한 고전압이 인가된다. 그러나 본 발명은 플라즈마 발생과 스퍼터링을 위한 이온 가속 전력을 분리하여 인가하여 타겟 근처에 고밀도 플라즈마 상태에서 스퍼터링을 위한 이온 에너지를 독립적으로 미세하게 조절할 수 있다. 또한 본 발명은 낮은 운전 압력에서 고밀도 플라즈마를 발생 및 유지시킬 수 있다. 따라서 고 에너지 이온이나 중성 입자로 의한 박막의 손상을 최소화하고 낮은 운전 압력에서 박막 성장을 미세 조정할 수 있고 저온 증착이 가능하므로 고품질 박막을 성장시킬 수 있다.
따라서 본 발명은, 플라즈마 챔버 안에 장착되는 타겟;
상기 타겟에 바이어스 전압을 인가하는 전원;
상기 플라즈마 챔버 안으로 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사장치;
상기 타겟은 상기 제1 자석 배열체 사이에 배치되어 상기 타겟을 중심으로 타겟을 건너는 브릿지 형태의 자기력선을 형성하는 제1 자석 배열체; 및
상기 브릿지 형태의 자기력선의 수평성분을 강화하도록 상기 제1 자석 배열체의 자극과 동일한 자극이 서로 마주하게 제1 자석 배열체와 상하 대칭으로 배열되는 제2 자석 배열체;를 포함하고,
상기 타겟에 인가된 바이어스 전원의 전압을 조절하여 증착 공정에 기여하는 이온의 에너지를 제어하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 제공할 수 있다.
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또한, 본 발명은, 상기에서, 상기 마이크로파 조사장치는 한 개 이상의 벤드(bend)를 구비한 도파관을 구비하여 마이크로파를 전송하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기에서, 상기 도파관 단부는 동축케이블을 통해 대기압으로 유지되는 마이크로파 발생장치와 직결된 도파관과 접속되고, 상기 동축케이블 단부에 안테나를 설치하여 플라즈마 챔버 안으로 마이크로파를 입사시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기에서, 상기 도파관 단부는 테플론, 세라믹 또는 석영으로 된 윈도우를 통해 대기압으로 유지되는 마이크로파 발생장치와 직결된 도파관과 접속되어 플라즈마 챔버 안으로 마이크로파를 입사시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기에서, 상기 플라즈마 챔버 내부는 10-3 torr 이하의 진공도의 운전압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 플라즈마 챔버 안에 장착되는 타겟;
상기 타겟에 바이어스 전압을 인가하는 전원;및
상기 플라즈마 챔버 안으로 마이크로파를 입사하는 마이크로파 조사장치;를 구비하고,
상기 타겟을 둘러싸는 브릿지 형태의 자기력선을 형성하되, 상기 브릿지 형태의 자기력선은 타겟 위쪽에서 출발하여 타겟을 건너는 브릿지 형태를 이루는 자기력선과 타겟 아래쪽에서 출발하여 브릿지 형태를 이루는 자기력선을 포함하고,
상기 브릿지 형태의 자기력선이 형성된 곳에 마이크로파를 조사하여 플라즈마를 생성하고,
상기 타겟에 인가하는 바이어스 전압을 제어하여 증착 공정에 기여하는 이온의 에너지를 제어하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법을 제공할 수 있다.
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또한, 본 발명은, 상기에서, 상기 타겟에 인가하는 바이어스 전압을 제어하여 증착 공정에 기여하는 이온의 에너지를 제어하여, 원자 층 단위로 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기에서, 상기 플라즈마 챔버 내부는 10-7 torr 이하의 진공도의 기저압력과 10-3 torr 이하의 진공도의 운전압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마를 발생시키는데 필요한 에너지와 이온을 가속시키는데 필요한 에너지를 분리하여 제공함으로써, 이온 가속 에너지의 제어 범위가 넓고 이온 가속 에너지의 미세 제어가 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 마그네트론 자기장 구조를 형성시킴으로써 타겟 근처의 ECR 영역(zone)에 직접 플라즈마를 발생시키고 동시에 미러율(mirror ratio)를 증가시켜 플라즈마를 감금의 효율을 높여 고진공 고밀도 플라즈마를 타겟 근처에서 발생시켜, 이온 가속 에너지에 따라 타겟의 스퍼터율(sputtering yield) 조절이 가능하여 스퍼터 입자의 플럭스를 조절할 수 있다. 이로 인해 기존 스퍼터 장비의 기능을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 나노미터(nm) 수준의 해상도(resolution)로 박막을 올릴 수 있는 미세조절 스퍼터링이 가능하다.
또한, 본 발명의 스퍼터링 장치는 기존 스퍼터 장비보다 타겟에 인가하는 바이어스 전압을 낮출 수 있기 때문에 박막에 입사하는 이온과 중성 입자의 에너지를 감소시킬 수 있고 그 결과 고품질 박막을 성장시킬 수 있다.
동시에 본 발명은 고품질 박막 성장에 기여하는 이온과 중성 입자의 적절한 운동 에너지 때문에 기판의 온도를 낮출 수 있고, 그 결과 기존의 공정 온도를 낮출 수 있어 다양한 기판(유리, 플라스틱 등) 활용이 가능하고 대면적 기판에도 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위한 스퍼터링 장치의 구성단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤드를 구비한 도파관과 동축케이블의 구성을 나타낸 측단면도와 동축케이블 단부의 절단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤드를 구비한 도파관과 윈도우 구성을 나타낸 측단면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 스퍼터링 장치의 구성을 나타낸 단면 구성도이다.
도 1에서는 플라즈마 챔버의 외벽은 도시하지 않았으나, 챔버 내부에서 플라즈마를 발생시켜, 이를 타겟(200)에 충돌하게 하여 생성되는 중성입자 빔과 이온을 플라즈마 챔버 하단에 배치된 공정 챔버로 입사시켜 기판에 박막을 형성한다. 이때 플라즈마를 고밀도로 생성하는 것은 이후 박막 증착을 수행하는 이온과 중성입자 빔 플럭스 밀도와 직접적인 관계가 있다. 따라서 본 발명은 고밀도 플라즈마를 생성하기 위해, 플라즈마 챔버의 상판(100) 위에 제1 자석배열체(150)를 설치하여 자석배열체(150)에 의해 자기력선을 형성하게 한다. 즉, 플라즈마 챔버의 상판(100) 윗 편에는 제1 자석배열체(150)를 탑재하는 반면, 상기 상판(100)의 배면에는 고체 타겟(200)을 고정하며, 이때 제1 자석배열체(150)에 의해 형성되는 자기력선은 상기 타겟(200)을 휘감도록 상기 제1 자석배열체(150)를 배열한다. 타겟(200)을 휘감는 브릿지 형상의 자기력선은 미러율(mirror ratio)
Figure 112011090935394-pat00001
을 높여 전자 가둠 효과를 높이므로 타겟 근처에 고밀도 플라즈마를 형성하게 한다. 이와 같은 브릿지 형상의 자기력선은 전자석에 의해서도 형성하게 할 수 있다.
또한, 수평면을 중심으로 상기 제1 자석배열체(150)와 상하대칭을 이루도록 플라즈마 챔버 내부에 제2 자석배열체(250)를 배열하여, 플라즈마 생성 공간에 자기장을 추가로 형성하게 할 수도 있다. 제2 자석배열체(250)의 배열로 인하여 자기력선의 수평성분은 더욱 강화될 수 있고, 이로 인해, 타겟(200) 근처에 전자를 더욱 강하게 가두어 놓을 수 있게 된다.
상기 자기장과 평행한 방향(수평방향)으로 마이크로파가 입사될 경우, 마이크로파의 에너지로 인해 플라즈마를 고밀도로 생성할 수 있게 한다. 즉, 본 발명은 종래 타겟에 고전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 방식에서 탈피하여, 플라즈마 발생에 필요한 에너지는 마이크로파를 입사시켜 제공하고, 종래에 비해 타겟(200)에는 훨씬 낮은 전압을 인가하여 발생한 플라즈마를 타겟(200) 쪽으로 유인 및 충돌시켜 증착 공정을 수행할 중성입자 빔과 이온빔을 형성하도록 하였으며, 타겟(200)에 낮은 전압을 인가하여도 충분히 소기의 목적을 달성할 수 있는 것은 에너지 조달원을 이원화하였기 때문이다. 이를 위해, 마이크로파 조사장치를 플라즈마 챔버에 연결하였으며, 마이크로파는 플라즈마 챔버 안으로 도파관(300)을 통해 입사된다.
특별히 한정되는 것은 아니지만, 타겟에 인가되는 바이어스 전압은 100 내지 200 V, 마이크로파 발생기에 인가되는 전력은 100 내지 300 watt 정도이고, 자기장의 세기는 875 gauss, 마이크로파 주파수는 2.45GHz이다. 자석배열체를 대칭으로 하여 자기장의 세기를 875 gauss의 두 배로 하고 5 GHz의 마이크로파를 사용할 수도 있다. 타겟에 인가되는 전압은 DC, DC 펄스(pulse), RF 모두 가능하다.
이와 같은 구성으로 인해 본 발명은, 종래, 별도의 플라즈마 발생원에서 마이크로파를 이용하여 플라즈마를 발생시킨 후 발생 된 플라즈마를 타겟이 있는 플라즈마 챔버로 도입하는 방식과도 달리 플라즈마 챔버 안에 마이크로파를 입사시켜 플라즈마 발생은 타겟 근처에서 일으키므로 고밀도 플라즈마 발생이 가능하며, 증착에 기여할 수 있는 중성입자 빔과 이온을 높은 플럭스로 얻을 수 있다.
도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 사용되는 마이크로파 도파관(300,305)의 구성을 나타낸다.
플라즈마 챔버(110) 벽면에 연결된 도파관(300,305)은 플라즈마 챔버(100) 내부와 동일하게 진공으로 유지되는 도파관(300)과 대기압으로 유지되는 도파관(305)으로 구성된다. 즉, 도파관(305) 쪽에는 마이크로파 발생장치가 연결되어 있고, 이로부터 발생된 마이크로파가 도파관(305)를 통과하여 진공화되는 도파관(300) 쪽으로 입사된다. 이때 도파관(305)과 도파관(300)을 동축케이블(360)로 연결하는 것이 바람직하다. 동축케이블 단부에는 안테나(350)를 설치하여 마이크로파를 도파관(300)으로 입사시키고 플라즈마 챔버 안으로 조사하게 하는 것이다. 도파관(300)의 고정은, 플라즈마 챔버 벽면에 도파관(300) 단부를 용접으로 고정하여 진공이 새지 않게 구성한다.
동축 케이블은 코어(core)를 이루는 금속선(340)과 이를 둘러싸는 그라운드(320)를 기본으로 구성하고, 단락을 방지하도록 금속선(340)과 그라운드(320) 사이를 유전체(dielectric)(330)로 채운다. 도 2에 이러한 구성을 절단면도로 나타내었다. 증착 공정에서 금속성분을 증착하게 되면, 상기 유전체(330)에 금속물질이 증착되어 단락현상이 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여, 도파관(300)의 구성은 벤드(bend)(310)를 하나 이상 구비하게 하여 증착 공정에 따른 타겟 침식물이 유전체(330)에 침적되어 단락이 일어나지 않도록 한다.
동축 케이블을 사용하지 않고, 대기압 도파관(305)과 진공 도파관(300)은 그들의 접속부는 테플론, 석영 또는 세라믹 소재 윈도우로 구성할 수 있다. 이 경우도 증착 공정에서의 금속성분이 윈도우에 침적되면 마이크로파 전파 자체가 반사되어 되돌아가므로, 벤드(310) 구조를 취하는 것이 바람직하다. 벤드(310)는 하나 이상, 바람직하게는 두 개를 설치하는 것이 유리하다.
상기와 같이 플라즈마 발생에 필요한 에너지원 조달과 발생 된 플라즈마를 중성입자 빔과 이온 빔으로 만드는 에너지원 조달을 분리 구성하였기 때문에, 본 발명의 스퍼터링 장치는 중성입자 빔과 이온 빔 플럭스의 운동에너지를 필요에 따라 미세조절할 수 있다.
즉, 타겟(200)에 인가하는 전압을 높여줄 경우, 타겟(200)으로부터 생성 된 중성입자는 플라즈마로부터 다시 이온화되어 다시 타겟(200)을 침식하는 이온으로 작용하는 셀프 스퍼터링(Self-Sputtering) 이 가능하다. 셀프 스퍼터링은 증착율이 매우 높고 박막을 치밀하게 형성한다.
뿐만 아니라, 원자층 단위로 박막을 형성할 경우, 일반적으로 효율이 낮은 ALD 기술을 이용하고 있는데, 본 발명의 스퍼터링 장치에서 타겟(200)에 인가하는 바이어스 전압을 낮추면, 중성입자 빔과 이온 빔의 운동에너지를 낮출 수 있어, Å단위의 원자층 수준의 박막을 형성할 수 있다.
또한, 플라스틱 기판 등, 저온 증착이 필요한 경우에도, 타겟(200)에 인가하는 전압을 조절하여 증착 공정을 실행하는 중성입자 및/또는 이온의 에너지를 10 내지 100eV, 바람직하게는 50eV 이하로 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 스퍼터링 장치에 의하면, 증착 빔을 필요 따라 미세조절할 수 있어 다양하게 응용이 가능하다.
한편, 발생 된 플라즈마는 별도의 중성화 반사판을 사용하지 않고, 상기 고체 타겟(200)을 중성화 반사판으로 겸용한다. 이에 따라 장비 간소화를 이룰 수 있다. 타겟(200)에 인가된 바이어스 전압에 의해 플라즈마를 타겟(200)에 충돌시키면 고체 타겟(200)으로부터 이온과 중성입자가 혼합된 상태로 튀어나오게 되며, 고체원소가 곧 중성입자 빔이 된다.
즉, 빔 플럭스는, 플라즈마 밀도, 압력, 진행거리의 함수로, 플라즈마 밀도가 높을수록, 챔버 내 진공화 도가 높을수록, 기판과 타겟 간 거리가 짧을수록 높아진다. 그런데, 플라즈마 밀도는 가스를 필요로 하므로, 공정압력이 어느 정도 높아야 하며, 여기에서 빔 플럭스를 높이기 위해 필요한 고진공과 서로 배치되는 상황을 낳는다.
따라서, 본 발명은, 중성입자 빔의 빔 플럭스를 높이기 위하여, 상기 세 가지 인자를 모두 충족할 수 있도록, 챔버 내의 운전압력을 고진공을 유지하게 하면서도 플라즈마 밀도는 고밀도로 만들 수 있도록 상술한 마이크로파 입사 및 수평방향을 보강한 자기장을 인가한 것이다. 이로 인해, 초기 플라즈마 챔버 내의 기저압력은 10-7 Torr 내지 10-8 Torr의 초고진공으로 하고, 운전압력은 10-3 Torr 이하의 고진공으로 유지하면서도 고밀도 플라즈마를 발생시켜 원하는 박막을 고품위로 형성할 수 있다.
또한, 별도의 중성화 반사판을 설치하지 않고 타겟(200)을 중성화 반사판으로 겸용하게 하여, 기판(400)과 타겟(200)과의 거리를 좁힐 수 있다. 기판(400)과 타겟(200)과의 거리가 짧아지면 중간에서 손실되는 중성입자가 줄어들어 빔 플럭스가 더욱 높아지는 것이다.
또한, 중성입자 빔은 종래 스퍼터 등에 의한 이온 빔에 비해 좋은 방향성을 갖는다. 즉, 하전 된 이온 빔은 그 하전으로 인해 산란 되기 때문에 발생량에 비해 박막 증착 기여율이 낮아진다. 이에 비해, 중성입자 빔은 하전 되어 있지 않아 평행으로 낙하하는 빔 플럭스를 갖는다.
상기와 같은 구성으로, 중성입자 빔에 의한 높은 에너지를 이용하므로, 플라스틱 소재와 같이 내열성이 없어 열에 취약한 유연성 기판에 100 ℃ 부근의 저온에서도 박막을 증착할 수 있다.
본 발명의 스퍼터링 장치는 길이 방향으로 확장성이 용이하고 상기에서 기판(400)은 증착 공정 중 스캔 될 수 있으므로 이는 대면적 증착에 유리하며, 저온에서도 고품질의 박막을 제조할 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
100: 상판
110: 플라즈마 챔버
150: 제1 자석배열체
200: 타겟
250: 제2 자석배열체
300, 305: 도파관
310: 벤드
320: 그라운드
330: 유전체
340: 금속선
350: 안테나
360: 동축케이블
370: 윈도우
400: 기판
450: 기판 탑재대

Claims (9)

  1. 플라즈마 챔버 안에 장착되는 타겟;
    상기 타겟에 바이어스 전압을 인가하는 전원;
    상기 플라즈마 챔버 안으로 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사장치;
    상기 타겟은 제1 자석 배열체 사이에 배치되어 상기 타겟을 중심으로 타겟을 건너는 브릿지 형태의 자기력선을 형성하는 제1 자석 배열체; 및
    상기 브릿지 형태의 자기력선의 수평성분을 강화하도록 제1 자석 배열체의 자극과 동일한 자극이 서로 마주하게 제1 자석 배열체와 상하 대칭으로 배열되는 제2 자석 배열체;를 포함하고,

    상기 타겟에 인가된 바이어스 전원의 전압을 조절하여 증착 공정에 기여하는 이온의 에너지를 제어하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 조사장치는 한 개 이상의 벤드(bend)를 구비한 도파관을 구비하여 마이크로파를 전송하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 도파관 단부는 동축케이블을 통해 대기압으로 유지되는 마이크로파 발생장치와 직결된 도파관과 접속되고, 상기 동축케이블 단부에 안테나를 설치하여 플라즈마 챔버 안으로 마이크로파를 입사시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 도파관 단부는 테플론, 세라믹 또는 석영으로 된 윈도우를 통해 대기압으로 유지되는 마이크로파 발생장치와 직결된 도파관과 접속되어 플라즈마 챔버 안으로 마이크로파를 입사시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버 내부는 10-3 torr 이하의 진공도의 운전압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  7. 플라즈마 챔버 안에 장착되는 타겟;
    상기 타겟에 바이어스 전압을 인가하는 전원;및
    상기 플라즈마 챔버 안으로 마이크로파를 입사하는 마이크로파 조사장치;를 구비하고,
    상기 타겟은 제1 자석 배열체 사이에 배치되어 상기 타겟을 둘러싸는 브릿지 형태의 자기력선을 형성하되, 상기 브릿지 형태의 자기력선은 타겟 위쪽에서 출발하여 타겟을 건너는 브릿지 형태를 이루는 자기력선과 타겟 아래쪽에서 출발하여 브릿지 형태를 이루는 자기력선을 포함하고,
    상기 브릿지 형태의 자기력선이 형성된 곳에 마이크로파를 조사하여 플라즈마를 생성하고,
    상기 타겟에 인가하는 바이어스 전압을 제어하여 증착 공정에 기여하는 이온의 에너지를 제어하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 타겟에 인가하는 바이어스 전압을 제어하여 증착 공정에 기여하는 이온의 에너지를 제어하여, 원자 층 단위로 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버 내부는 10-7 torr 이하의 진공도의 기저압력과 10-3 torr 이하의 진공도의 운전압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.


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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5531877A (en) * 1992-09-10 1996-07-02 Leybold Aktiengesellschaft Microwave-enhanced sputtering configuration
KR20060019513A (ko) * 2003-04-16 2006-03-03 도요 세이칸 가부시키가이샤 마이크로파 플라즈마 처리방법
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5531877A (en) * 1992-09-10 1996-07-02 Leybold Aktiengesellschaft Microwave-enhanced sputtering configuration
KR20060019513A (ko) * 2003-04-16 2006-03-03 도요 세이칸 가부시키가이샤 마이크로파 플라즈마 처리방법
KR20100133056A (ko) * 2009-06-11 2010-12-21 한국기초과학지원연구원 빔 플럭스 및 수송효율이 향상된 중성입자빔 생성장치 및 생성 방법

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