KR101641398B1 - Ｒｆ 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

스퍼터링 장치는 진공 챔버, 진공 챔버 내에 배열된 제1 표면을 갖는 적어도 하나의 제1 전극, 진공 챔버 내에 배열된 표면을 갖는 상대 전극, 및 RF 발생기를 포함한다. RF 발생기는 제1 전극과 상대 전극 사이에 플라즈마를 발생시키기 위하여 적어도 하나의 제1 전극과 상대 전극을 가로질러 RF 전기장을 인가하도록 구성된다. 상대 전극은 진공 챔버와 연통하는 적어도 2개의 공동을 포함하는데, 공동의 각각은 플라즈마가 공동 내에 형성될 수 있도록 하는 치수를 갖는다.

Description

ＲＦ 스퍼터링 장치{RF SPUTTERING ARRANGEMENT}

본 발명은 스퍼터링을 위한 장치에 관한 것으로, 특히 RF(무선 주파수)와 같은 고주파수(HF)에 의해 스퍼터링하기 위한 장치에 관한 것이다.

스퍼터링 장치는 사이에 플라즈마가 형성될 수 있는 적어도 2개의 전극을 포함하는 진공 챔버 또는 플라즈마 반응기라고 통상 일컫는 배기식 챔버를 포함할 수 있다. 전극들 중 적어도 하나는 스퍼터링될 재료를 제공하고, 적어도 하나의 다른 전극은 상대 전극(counter electrode)을 제공한다. RF 스퍼터링에서, 고주파 전압이 2개의 전극 사이에 인가되는데, 극성이 연속적으로 교호된다.

작은 전극 표면을 갖는 전극이 우선하는 스퍼터링 효과를 보여준다는 것이 관찰된다. 따라서, 작은 전극이 통상적으로 스퍼터링될 재료를 포함하는 전극으로서 사용되고 큰 전극은 통상적으로 접지에 접속되는 상대 전극으로서 사용된다.

그러나 스퍼터링-오프 효과(sputtering-off effect)는 작은 전극 영역에 완전히 제한되는 것은 아니고, 큰 전극이 스퍼터링에 의해 영향을 받는 범위는 플라즈마 전위와 큰 전극의 전위 사이의 차이에 좌우된다. 만일 이러한 차이가 스퍼터링 문턱값을 초과하면, 큰 전극도 또한 스퍼터링될 것이다. 이는 큰 전극으로부터 스퍼터링-오프되어 기판에 증착되기를 원하지 않는 하나 이상의 요소를 큰 전극이 포함하는 경우 바람직하지 않다.

큰 전극으로부터의 스퍼터링의 이러한 효과를 피하기 위하여, RF 스퍼터 장치의 인클로저(enclosure)(예컨대, 진공 챔버)가 큰 상대 전극으로서 사용될 수 있다. 작은 전극 면적과 큰 상대 전극 면적 사이의 비는 큰 전극으로부터의 스퍼터링을 감소시키는 것이 관찰되는 1:10 이상일 수 있다.

그러나, 1:10의 이러한 설계 규칙은 한계를 갖는다. 즉, 일정 용례, 예컨대 직경이 30cm인 웨이퍼의 처리는 통상 40cm 스퍼터 타겟을 요구한다. 따라서, 1:10 규칙은 진공 스퍼터 챔버 내에 배열하기 어려운 1m²을 초과하는 상대 전극 면적을 가져올 것이다.

GB 2 191 787호는 상대 전극의 효과를 향상시키고 상대 전극의 스퍼터링을 감소시키기 위하여 자기장이 상대 전극에 인가되는 장치를 개시한다. 상대 전극 면적 대 타겟 전극 면적의 비는 자기장을 상대 전극에 인가함으로써 감소될 수 있다. 이는 상대 전극으로부터의 원하지 않는 스퍼터링을 여전히 피하면서 작은 면적의 상대 전극이 사용될 수 있도록 한다.

그러나, 이런 접근법은 추가의 자석을 요구함으로서 스퍼터링 장치의 설계 및 제조를 복잡하게 한다. 따라서, 상대 전극의 스퍼터링의 가능성을 또한 감소시키는 RF 스퍼터링을 위한 추가의 장치가 바람직하다.

본 출원은 스퍼터링 장치, 특히 적어도 하나의 측벽, 베이스 및 커버에 의해 형성되는 진공 챔버, 진공 챔버 내에 배열된 제1 표면을 갖는 적어도 하나의 제1 전극, 진공 챔버 내에 배열된 표면을 갖는 상대 전극, 및 RF 발생기를 포함하는 RF(무선 주파수) 스퍼터 장치를 제공한다. RF 발생기는 적어도 하나의 제1 전극 및 상대 전극을 가로질러 RF 전기장을 인가하도록 구성되어, 제1 전극과 상대 전극 사이에 플라즈마를 발생시킨다. 상대 전극은 진공 챔버와 연통하는 적어도 2개의 공동을 포함한다. 공동의 각각은 플라즈마가 공동 내에 형성될 수 있도록 치수를 갖는다.

상대 전극의 공동은 이들 공동이 없는 상대 전극에 비하여 상대 전극의 표면적을 증가시킨다. 이러한 증가된 표면적은 제1 전극과 비교하여 상대 전극의 표면적을 효과적으로 증가시키는데, 이는 플라즈마가 공동의 각각에 형성될 수 있도록 공동의 치수가 정해짐에 따라서 공동을 한정하는 표면 영역이 플라즈마와 접촉하게 되기 때문이다. 이는 타겟으로부터 스퍼터링된 재료로 코팅되는 기판이 상대 전극으로부터의 재료로 스퍼터링되어 증착될 가능성을 감소시킨다.

일 실시예에서, 상대 전극은 진공 챔버의 베이스 및/또는 측벽 및/또는 진공 챔버의 커버의 적어도 일부 및 하나 이상의 추가 전기 전도성 부재를 포함한다.

즉, 상대 전극은 하나 이상의 추가 전기 전도성 부재, 및 진공 챔버를 형성하는 베이스, 커버 및 측벽 중 적어도 하나의 적어도 일부를 포함한다. 추가 전기 전도성 부재 및 진공 챔버를 형성하는 베이스, 커버 및 측벽의 적어도 하나의 적어도 일부는 플라즈마가 공동 내에 형성될 수 있도록 하는 치수를 각각이 갖는, 진공 챔버와 연통하는 하나 이상의 공동을 형성하도록 형성될 수 있다

다른 실시예에서, 상대 전극은 진공 챔버 내에 배열된 별도의 부품으로서 제공된다. 상대 전극은 둘 이상의 공동을 형성하는 적어도 3개의 추가 전기 전도성 부재 및 측벽 프레임을 포함할 수 있다. 둘 이상의 공동을 형성하는 추가 전기 전도성 부재 및 측벽 프레임은 상대 전극의 측방향 크기에 비해 표면적이 큰 주름진 형태를 상대 전극에 제공한다.

일 실시예에서, 상대 전극은 진공 챔버의 주변부 영역에 배치된다. 이는 추가 전기 전도성 부재가 타겟 및 기판의 주변부에 배열되는 경우 타겟으로부터 기판 상으로 재료의 증착 경로를 차단하는 것을 피한다. 다른 실시예에서, 상대 전극은 제1 전극 및 타겟에서 기판으로의 시선의 외부에 배열된다.

일 실시예에서, 추가 전기 전도성 부재는 측벽 프레임에서 돌출되고 측벽 프레임에 대체로 수직으로 돌출될 수 있다. 추가 전기 전도성 부재는 측벽 프레임과 일체일 수 있거나, 또는 측벽 프레임에 탈착식으로 부착될 수 있거나 또는 측벽 프레임에 고정식으로 부착될 수 있다.

일 실시예에서, 공동의 개수는 추가 전기 전도성 부재의 개수 - 1의 수식에 의해 정의된다. 예컨대, 만일 3개의 추가 전기 전도성 부재가 제공되면, 만일 추가 전기 전도성 부재가 바로 인접하는 것 또는 인접하는 것들로부터 일정 거리 이격되도록 차례로 쌓아서 적층되는 경우 2개의 공동이 형성될 수 있다. 이러한 예에서, 제1 공동이 하부 전기 전도성 부재와 중심 전기 전도성 부재 사이에 형성되고, 제2 공동이 중심 전기 전도성 부재와 상부 추가 전기 전도성 부재 사이에 형성된다.

다른 실시예에서, 추가 전기 전도성 부재 또는 부재들은 측벽 프레임에 대체로 수직이기보다는 오히려 측벽 프레임에 대체로 평행하게 배열된다.

스퍼터링 장치의 몇몇 실시예는 측벽 프레임에 대체로 평행하게 배열된 하나 이상의 전기 전도성 부재 및 측벽 프레임에 대체로 수직으로 배열된 하나 이상의 전기 전도성 부재를 포함하는 상대 전극을 포함한다.

하나 이상의 추가 전기 전도성 부재가 측벽 프레임에 대체로 평행하게 배열된 실시예에서, 추가 전기 전도성 부재는 베이스 프레임으로부터 돌출될 수 있다. 추가 전기 전도성 부재는 베이스 프레임과 일체일 수 있거나, 베이스 프레임에 탈착식으로 부착될 수 있거나, 또는 베이스 프레임에 고정식으로 부착될 수 있다.

추가 전기 전도성 부재의 각각은 링을 포함할 수 있다. 각각의 링이 그의 이웃으로부터 일정 거리 이격되도록 이들 링이 차례로 쌓여 적층체로 배열되면, 링 형상 공동이 적층체의 인접한 링들 사이에 형성된다.

상대 전극의 전기 전도성 부재는 각각, 측벽 프레임이 전기 전도성 부재 쌍들 사이에 형성된 링 형상의 공동의 각각의 일 측면을 폐쇄하도록 측벽 프레임으로부터 돌출된다. 각각의 공동은 플라즈마 챔버 내의 플라즈마가 또한 각각의 공동 내로 연장될 수 있고 각각의 공동 내에 형성될 수 있도록 플라즈마 챔버와 연통하는 하나의 개방 측을 갖는다.

상기 실시예에서, 상대 전극은 적층된 공동 또는 접선 방향 공동을 갖는다. 다른 실시예에서, 상대 전극은 단일 층 내에 배열된 복수의 공동을 갖는다.

일 실시예에서, 상대 전극의 측벽 프레임으로부터 반경방향으로 연장된 복수의 추가 전기 전도성 부재가 제공된다. 공동은 반경방향으로 연장된 전기 전도성 부재의 각각의 사이에 형성된다.

만일 측벽 프레임이 평면도에서 보았을 때 원형인 경우, 공동은 그의 정점을 향하여 좁아진다. 반경방향으로 연장된 전기 전도성 부재는 또한 리브(rib)라고 불릴 수 있고, 이들이 타겟의 에지와 기판 또는 기판 홀더의 에지 사이의 시선과 교차하지 않도록 진공 챔버의 중심을 향하여 또한 연장될 수 있다.

상대 전극의 추가 전기 전도성 부재는 커버 프레임으로부터 상대 전극의 베이스 프레임까지 연장될 수 있다. 본 실시예에서, 베이스 프레임 및 커버 프레임은 전기 전도성 부재의 대향 측면들 상에 위치되고 측방향 범위가 인접한 전기 전도성 부재들에 의해 한정되는 공동의 대향 측면들을 폐쇄한다. 상대 전극의 공동은 대체로 사다리꼴 형상을 가질 수 있다.

상대 전극은 진공 챔버 내에 표면적(Ac)을 갖도록 형상이 정해질 수 있다. 만일 제1 전극이 진공 챔버 내에 표면적(At)을 갖는다면, Ac ≥ At이다. 다른 실시예에서, Ac 대 At의 비는 적어도 10:1이어서 상대 전극으로부터의 스퍼터링 오프를 피한다.

제1 전극은 스퍼터링될 재료의 타겟을 포함할 수 있다. RF 스퍼터링 장치는, 각각이 상이한 조성을 포함할 수 있고 개별적으로 스퍼터링될 수 있는 둘 이상의 타겟을 포함할 수 있다. RF 스퍼터링 장치는 원하는 타겟과 상대 전극 사이에 플라즈마를 생성하여 원하는 타겟으로부터의 재료를 기판 상에 스퍼터링하도록 원하는 타겟과 상대 전극을 가로질러 RF 전기장을 인가함으로써 상이한 조성의 필름들을 스퍼터링하는 데 사용될 수 있다.

RF 스퍼터링 장치는 또한 진공 챔버 외부로 펌핑하기 위한 그리고/또는 진공 챔버로 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 채널을 포함할 수 있다. 채널 또는 채널들은 다양한 위치에 제공될 수 있다. 실시예에서, 하나 이상의 채널은 제1 전극과 커버 사이에 그리고/또는 기판과 베이스 사이에 그리고/또는 측벽 내에 배열된다.

스퍼터링 장치는 또한 RF 스퍼터링에 더하여 마그네트론 스퍼터링을 위해 사용될 수 있으며, RF 마그네트론 스퍼터링을 위해 사용될 수도 있다.

마그네트론 스퍼터링의 경우, 장치에는 진공 챔버의 일부를 형성하는 제1 전극의 제1 표면에 대향하는 제1 전극의 제2 표면에 인접하게 위치된 적어도 하나의 자석이 구비된다. 자석은 통상적으로 스퍼터링되는 타겟 표면으로 비켜져 있는 타겟의 일 측에 인접하게 타겟 뒤에 배열된다.

자석 또는 자석들은 제 위치에 고정될 수 있거나 또는 회전 가능할 수 있다.

자석의 세기 및 위치는 상대 전극으로부터의 또는 상대 전극의 일부로부터의 스퍼터링이 촉진되지 않을 만큼 상대 전극이 받는 자기장이 충분히 낮도록 선택될 수 있다.

전술된 실시예들 중 하나에 따른 상대 전극은 또한 공동 또는 만입부가 개재된 복수의 돌출부 또는 리브를 포함하는 주름진 형태를 갖는 것으로 설명될 수 있다. 공동 또는 만입부는 또한 측벽 프레임 및 리브의 배열에 의해 그리고 다른 실시예에서는 베이스 프레임, 측벽 프레임 및 리브와, 커버 프레임, 측벽 프레임 및 리브에 의해 형성될 수 있다.

상대 전극의 주름진 형태는 공동의 만입부에 형성될 수 있고 그에 존재하기 때문에 상대 전극을 형성하는 재료의 스퍼터링을 억제하기 위하여 상대 전극의 표면적을 증가시킨다. 이는 플라즈마와 상대 전극 사이의 전하 교환을 증가시킨다.

이제 실시예들이 도면을 참고하여 설명될 것이다.

도 1은 상대 전극이 접선방향 공동을 포함하는 RF 스퍼터 장치를 도시한다.
도 2는 도 1의 상대 전극의 상세도를 도시한다.
도 3은 제2 실시예에 따른 RF 스퍼터 장치 내의 자석의 배열을 도시한다.
도 4는 제3 실시예에 따른 상대 전극의 단면을 도시한다.
도 5는 도 4의 상대 전극의 단면을 도시한다.
도 6은 기판 평면 아래 연장된 구획부를 포함하는 제4 실시예에 따른 RF 스퍼터 장치를 도시한다.
도 7은 제5 실시예에 따른 RF 스퍼터 장치를 도시한다.

도 1은 제1 실시예에 따른 RF 스퍼터 장치(1)를 도시한다. RF 스퍼터 장치는 기판 홀더(5) 및 스퍼터링될 재료의 타겟(7)을 갖는 진공 챔버(2)를 포함한다. 본 실시예에서, 진공 챔버(2)는 평면도에서 볼 때 대체로 원형이다. 그러나, RF 스퍼터링 장치는 상기 원형 형태에 한정되지 않는다.

타겟(7) 및 기판 홀더(5)는 대체로 서로 평행하게 배열되고 서로 일정 거리만큼 이격된다. 플라즈마는 타겟(7)과 기판 홀더(5) 사이의 영역에 형성된다.

타겟(7)은 캐소드일 수 있는 제1 전극(8)을 포함한다. 상대 전극(9)은 측벽 프레임(3), 베이스 프레임(4), 커버 프레임(6) 및 베이스 프레임(4)과 커버 프레임(6) 사이에 위치된 추가 전기 전도성 부재(10)를 포함한다. 측벽 프레임(3), 베이스 프레임(4), 커버 프레임(6) 및 추가 전기 전도성 부재(10)는 기계적으로 서로 연결되고, 접지에 전기적으로 접속되어 함께 상대 전극(9)으로 작동한다. 만일 타겟(7)이 캐소드이면 상대 전극(9)은 애노드이고, 반대도 성립한다. RF 전기장이 제1 전극(8) 및 상대 전극(9)을 가로질러 인가되어 제1 전극(8)과 상대 전극(9) 사이에 플라즈마를 발생시킨다.

RF 스퍼터 장치(1)는 제1 전극(8)과 상대 전극(9) 사이에 RF 플라즈마를 생성하기 위한 RF 발생기(11)와, 선택적으로 기판 홀더(5)로부터 멀리 대면하는 타겟(7)의 표면에 인접하게 자기장을 생성하기 위한 자기장 생성 수단을 더 포함한다. 타겟(7)에 대한 자기장 생성 수단을 갖는 실시예는 도 3에 도시되어 있다.

도시되지 않은 실드부(shield)가 RF 스퍼터 장치(1)의 작동 중에 타겟(7)으로부터의 재료의 층을 증착시키려고 하는 기판(12), 예컨대 반도체 웨이퍼를 기판 홀더(5)에 고정시키기 위하여 사용될 수 있다. 실드부는 기판(12)과 동일한 전위를 가질 수 있거나 또는 부유 전위(floating potential)를 가질 수 있다.

추가 전기 전도성 부재(10)는 상대 전극(9)의 활성 면적을 증가시키기 위하여 도입된다. 본 실시예에서, 추가 전기 전도성 부재(10)는 측벽 프레임(3)과 일체이고 그에 전기 전도성으로 접속된 금속으로 형성된 개구 형상의 부품, 예컨대 환형 금속 링을 포함한다.

상대 전극(9)은 주름진 형상의, 리브라고 할 수 있는 돌출 부분에 의해 형성되는 둘 이상의 공동(13)을 갖는 주름진 형상을 갖는 것으로 설명될 수 있다.

상대 전극(9)의 상세한 도면이 도 2에 도시되어 있다. 상대 전극(9)은 측벽 프레임(3)에 의해 제공되는 외부의 둘레 프레임부(14)와, 대체로 평행하고 이격된 평면으로 그리고 측벽 프레임(3)에 수직으로 배열된 3개의 리브(15, 16, 17)를 포함한다. 리브(15, 16, 17)의 각각은 공통 중심축을 갖는 원형 링 형상을 포함한다. 상기 원형 링의 폭은 변할 수 있다. 상부 리브(15)는 커버 프레임(6)을 제공할 수 있고 하부 리브(17)는 상대 전극(9)의 베이스 프레임(4)을 제공할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 상부 리브(15) 및 중심 리브(16)를 각각 제공하는 상부 링(15) 및 중심 링(16)은 대략 동일한 폭을 갖는다. 하부 링(17)은 더 큰 폭을 갖고 상부 리브(15) 및 중심 리브(16)보다 진공 챔버(2)의 중심을 향하여 더 연장되어 있다. 하부 리브(17)는 기판의 최외측 표면까지 연장될 수 있다.

리브(15, 16, 17) 및 프레임(14)의 각각의 부분은 2개의 링 형상의 원형 공동(18, 19)을 형성하는 공간적 경계를 제공한다. 상부 리브(15)의 하부 표면, 중심 리브(16)의 상부 표면, 및 상부 리브(15)의 하부 표면과 중심 리브(16)의 상부 표면 사이에 연장된 측벽 프레임(14)은 상대 전극(9)의 제1 링 형상 공동(18)을 형성한다. 중심 리브(16)의 하부 표면, 하부 리브(17)의 상부 표면, 및 중심 리브(16)의 하부 표면과 하부 리브(17)의 상부 표면 사이에 연장된 측벽 프레임(14)은 상대 전극(9)의 제2 링 형상 공동(19)을 형성한다.

공동(19)의 "폭"은 중심 리브(16)의 하부 표면과 하부 리브(17)의 상부 표면 사이의 거리에 의해 결정된다. 공동(19)의 "깊이"는 각각의 작은 원형 링의 폭, 이 경우에는 중심 리브(16)의 폭에 의해 정의된다. 공동(19)의 "바닥"은 측벽 프레임(3)에 의해 제공되는 프레임(14)의 일부에 의해 형성된다. 공동(19)은 측벽 프레임(3)에 대향하는 측면인 일 측면 상에서 개방되어 있고, 진공 챔버(2)와 연통한다.

공동(18, 19)은 플라즈마가 공동(18, 19) 내에 형성될 수 있도록 치수가 정해진다. 이를 이루기 위하여 요구되는 치수는 타겟(7)으로부터의 재료를 기판 상에 증착시키는 데 사용되는 스퍼터링 조건의 범위에 따라 좌우된다.

일 실시예에서, 타겟(7)은 300mm 직경을 가질 수 있고 기판은 200mm 직경을 가질 수 있다. 우수한 균일성 및 적합한 타겟 이용성을 달성하기 위하여 대략 50mm의 타겟-기판 거리가 사용될 수 있다. 이러한 거리는 전체 상대 전극(9) 장치의 높이에 추가될 수 있는 리브의 수를 제한한다. 만일 상대 전극(9)이 0.1Pa의 저압에서 작동하도록 설계된다면, 공동의 폭은 플라즈마가 들어가는 것을 허용하도록 대략 15mm이어야 한다.

도 1에 도시된 실시예에서, 기판의 직경은 200mm이고 각 타겟(7)의 직경은 300mm이다. 타겟(7)과 기판(12) 사이의 거리는 상대 전극(9) 장치를 위한 3개의 리브(15, 16, 17)를 고려하여 대략 50mm이도록 선택된다. 상대 전극(9) 장치의 외부 전체 직경은 370mm이다. 공동의 폭은 20 내지 35mm 및 50 내지 85mm이다. 서로 대면하는 인접한 리브들의 표면들 사이의 거리로 정의되는 공동(18, 19)의 높이는 15 내지 20mm이다. 공동(18, 19)의 깊이를 한정하는 리브의 폭은 또한 상대 전극(9)이 타겟(7)의 에지와 기판의 에지 사이의 시선(20)을 방해하지 않도록 선택될 수 있다.

RF 스퍼터링 장치(1)에 의해 제공되는 증착 환경은 진공 챔버를 스퍼터링된 재료의 코팅으로부터 보호하는 기능을 또한 갖는 단일 부품의 주름진 상대 전극(9)을 포함한다. 단일 부품의 전극은, 통상 접지인 잘 정의된 전위의 이점을 갖는다. 이는 단일 부품으로 분해, 제거 및 세척될 수 있기 때문에 유지 보수가 또한 용이하다.

적절한 가스 매니폴드에 의해 가스 공급이 제공될 수 있다. 가스 교환은 타겟 근처의 슬릿(36)을 통하여, 그리고/또는 기판 근처의 슬릿(37)을 통하여, 그리고/또는 전극 몸체 내로 제조되는 추가 구멍(38)에 의해 수행될 수 있다.

몇몇 실시예에서, RF 스퍼터 장치는 RF 마그네트론 스퍼터링 장치이고, 추가 자기장 생성 수단을 포함한다. 자기장 생성 수단은 플라즈마가 형성되는 진공 챔버(2)의 영역 외부에 타겟(7)에 인접하게 배열된다. 자기장 생성 수단은 진공 챔버를 형성하고 기판 홀더(5)를 대면하는 제1 표면에 대향하는 타겟(7)의 제2 표면에 인접하게 위치된다.

도 3은 진공 챔버(2)로부터 비켜져 있는 타겟(7)의 일 측에 인접한, 타겟(7) 뒤에 배열된 회전 자석(21)을 포함하는 제2 실시예에 따른 RF 마그네트론 스퍼터링 장치(1')를 도시한다. RF 스퍼터링 장치(1')는 도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시예와 대체로 동일하지만, 상대 전극에 의해 제공되는 공동 및 리브의 개수는 상이하다. 본 실시예에서, 상대 전극은 3개의 공동을 형성하는 4개의 리브를 포함한다.

이러한 자석 배열을 갖는 RF 스퍼터링 장치(1')의 증착율은 통상적으로 자석이 없는 스퍼터링에 비하여 10배 더 높고, 요구되는 상대 전극 면적 또한 전체가 참고로 본 명세서에 포함된 GB2191787호에 기술된 바와 같이 감소될 수 있다.

회전 자석(21)이 상대 전극(9)으로부터의 스퍼터링을 피하도록 선택될 수 있다. 넓은 쌍극자 및 높은 세기를 갖는 자석은 상대 전극(9)으로부터의 그리고 특히 자석(21)에 가까운 상대 전극(9)의 일부로부터의 스퍼터링을 유발하려는 경향이 있을 수 있다.

도 3은 또한 이러한 효과를 개략적으로 도시한다. 도 3의 우측편은 강한 자석을 갖는 비교를 위한 넓은 거리의 자석 세트(22)를 도시한다. 라인(23)으로 도시된 자기장은 상대 전극(9)의 리브(24)의 선단과 교차하여, 결과적으로 스퍼터링되기에 적합하다.

도 3의 좌측편은 라인(23')으로 도시된 자기장이 상대 전극(9)의 리브(24)와 교차하지 못하도록 비교용 자석(22)보다 세기가 약한 작은 다이폴을 갖는 회전 자석(21)을 도시한다. 이는 리브(24)로부터의 재료의 스퍼터링을 피한다. 자석의 세기는, 도 3에 도시된 바와 같이, 덜 영구적인 블록 자석을 조립체로 만듦으로써 조절될 수 있다.

적합한 자석 구성이 커버 프레임(6)와 베이스 프레임(4) 사이에 위치된 하나 이상의 리브를 갖는 주름진 상대 전극(9)으로 성공적인 스퍼터링을 달성하도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 타겟(7) 위의 약 150 Oe의 자기장 세기(타겟 표면 위 약 5mm에서 측정됨)를 갖는 좁은 다이폴 자석(21)은 상대 전극(9), 특히 리브(24)의 에지가 증착된 층에 의해 측정되는 바와 같이 전혀 스퍼터링되지 않거나 또는 두드러지게 스퍼터링되지 않는 우수한 결과를 제공하는 데 사용될 수 있다. 반대로, 300 Oe를 갖는 비교용 자석(22)은 리브(24) 에지의 스퍼터링으로 이어진다.

도 3에 도시된 본 실시예에서, 상대 전극(9)은, 각각이 측벽 프레임(3)으로부터 대체로 수직으로 돌출되고 대체로 환형인 형상을 갖고 대체로 서로 평행하고 서로로부터 일정 거리 이격된 4개의 리브(15, 16, 17, 24)를 갖는다. 리브(15, 16, 17, 24)는 타겟(7) 및 기판 홀더(5)에 대체로 평행하게 배열된다.

상대 전극(9)은 제1 실시예에서와 같은 환형 공동과 상이한 다른 공동의 형상을 가질 수 있다. 상대 전극(9)은 또한 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 상대 전극의 접선방향 공동에 더하여, 또는 그 대신에 반경방향 공동을 갖는다.

도 4는 제3 실시예에 따른 도시되지 않은 RF 스퍼터링 장치의 대체로 링 형상인 상대 전극(9')의 중심 평면의 단면을 도시한다. 상대 전극(9')은 원형 측벽 프레임(3)의 내부 표면으로부터 수직으로 진공 챔버(2)의 중심을 향하여 반경방향으로 연장된 복수의 리브(26)에 의해 형성되는 반경방향 공동(25)을 포함한다. 도 5는 도 4의 상대 전극(9')의 상세한 측면도를 도시한다.

도 4에서, 기판 홀더(5) 및 타겟(7)은 도 3에 도시된 바와 같이 투사 평면에 평행하게, 즉 도 4에 도시된 상대 전극(9')의 평면의 위와 아래에 배열된다. 리브(26)는 타겟(7) 및 기판 홀더(5)의 주 표면에 평행한 방향으로 연장된다.

리브(26)는 외부의 둘레 원형 프레임부(27)로부터 반경방향 내측으로 연장된다. 리브(26)의 이웃하는 정점 사이의 거리는 전술된 바와 동일한 치수 조건을 따르는데, 이는 플라즈마가 공동(25)에 의해 제공되는 상대 전극(9')의 연장된 표면적으로의 전하 교환을 허용하도록 공동(25) 내에 들어갈 수 있어야 하기 때문이다. 이러한 능력은, 무엇보다도, 플라즈마 전력, 만일 제공된다면 자기장 또는 자기장들, 및 플라즈마 챔버 내의 압력에 좌우된다.

게다가, 둘레 프레임부(27)는 프레임을 구성하고 공동(25)의 베이스(28)를 형성한다. 베이스 프레임(4) 및 커버 프레임(6)은 공동(25)의 베이스 및 커버를 형성한다. 리브(26)의 높이부는 공동(25)의 측벽을 제공한다.

이웃하는 리브(26)는 상이한 길이를 갖는다. 모든 제2 리브는 동일한 길이를 갖는다. 따라서, 장치는 하나가 다른 하나보다 긴 두 종류의 복수의 리브들을 갖는 것으로 고려될 수 있다. 두 종류의 복수의 리브들의 개별 리브들은 긴 리브, 짧은 리브, 긴 리브, 짧은 리브의 배열을 제공하도록 교호로 배열된다.

기판 홀더(5) 및 타겟(7)의 평면에서, 반경방향 공동(25)은 도 5에 단면도로 도시된 바와 같이 베이스 프레임(4) 및 커버 프레임(6)의 일부에 의해 폐쇄된다. 도 5는 도 4에 도시된 실시예의 리브(26)를 통한 단면을 따른 측면도를 도시한다. 도 4 및 도 5에 도시된 RF 스퍼터링 장치의 다른 특징은 도 1, 도 2, 및 도 3에 도시된 실시예에 대해 설명된 바와 동일하다. 실시예들은 상대 전극의 형상이 상이하다.

도 5는 둘레 프레임부(27), 커버 프레임(6) 및 베이스 프레임(4)을 포함하는 상대 전극(9')을 도시한다. 반경방향 리브(26)의 하나는 음영 영역(I)으로 표시된다. 커버 프레임(6) 및 베이스 프레임(4)은 일 측면, 특히 프레임(27)에 대향하는 측면 상에 개방되고 진공 챔버(2)와 연통하는 공동(25)을 형성하도록 도 4에 도시된 장치의 모든 리브(26)를 폐쇄한다. 커버 프레임(6) 및 베이스 프레임(4)은 리브(26)에 수직으로 배열된다. 다른 실시예에서, 반경방향 리브(26)는 도 5에 도시된 바와 같이 영역(I) 및 영역(II)을 포함하도록 형상화될 수 있다. 즉, 사다리꼴 형태를 갖는 이러한 리브의 경계선은 타겟(7)의 에지와 기판 홀더(5) 또는 기판(12)의 에지 사이에 연장된 시선(20) 내에 남아 있고 그와 교차하지 않는다.

도 6은 제4 실시예에 따른 RF 스퍼터링 장치(1")를 도시한다. 제4 실시예에 따른 RF 스퍼터링 장치(1")는 각각이 대체로 환형인 형태를 갖고 대체로 서로 평행하고 서로로부터 일정 거리 이격된 복수의 제1 리브(28)를 포함하는 상대 전극(9")을 포함한다. 리브(28)는 타겟(7) 및 기판 홀더(5)에 대체로 평행하게 배열되고 측벽 프레임(3)에 수직으로 돌출된다. 리브(28)는 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예의 배열을 갖는다.

RF 스퍼터링 장치(1")는 기판 홀더(5)에 인접하고 기판 홀더(5)의 평면 아래에 위치된 구획부(30, 31)를 형성하도록 측벽 프레임(3)에 평행하게 연장된 복수의 제2 리브(29)를 또한 포함한다. 본 실시예에서, 측벽 프레임(3) 및 복수의 제2 리브(29)는 원형이다. 각각의 리브(29)는 환형 링의 형상을 갖고 리브(28)에 대체로 수직으로 위치된다. 구획부(30, 31)는 플라즈마 팽창을 위해 사용된다. 복수의 제2 리브(29)의 이러한 배열은 복수의 제2 리브(29)가 기판(12) 및 기판 홀더(5)의 평면에 인접하고 그 아래에 수용되기 때문에 기판에 평행하게 연장된 리브(28)를 더 수용하도록 타겟(7)에서 기판(12)까지의 거리를 증가시키지 않고 상대 전극(9")의 표면적을 더 증가시키는 데 사용될 수 있다.

측벽 프레임(3)의 일부는 복수의 제2 리브(29)의 하나를 형성할 수 있다. 구획부(30, 31)는 평면도에서 볼 때 대체로 원형이고 복수의 제1 리브(28)에 의해 형성되는 원형 공동(25)에 수직으로 배열된다. 구획부(30, 31)는 내부 구획부(31)가 기판 홀더(5)의 범위를 한정하도록 측벽 프레임(3)과 기판 홀더(5) 사이에 위치된 2개의 환형 링 형상의 공동을 제공한다. 기판 홀더(5)는 원형이고 만입부 없이 단일 평면으로 형성된다. 복수의 제1 리브(28) 및 복수의 제2 리브(29)는 단일의 상대 전극(9")을 제공하도록 측벽 프레임(3)과 함께 서로 일체이면서 서로 전기적으로 접속된다.

구획부(30, 31) 및 공동(25)은 플라즈마가 각각의 구획부(30, 31) 및 각각의 공동(25) 내에 형성되도록 치수가 정해진다.

도 4 및 도 6에 도시된 실시예는 또한 도 3에 도시된 바와 같은 상이한 세기를 갖는 자석의 배열을 가질 수 있다. 이들 자석은 회전 가능할 수 있고 타겟(7)의 제2 표면에 인접하게 배열된다.

요약하면, RF 스퍼터 장치는 일 단부에서 폐쇄되고 타 측부에서 플라즈마 챔버로 개방된 구멍인 블라인드 구멍(blind hole) 및/또는 리브로 실현되는 주름진 상대 전극을 포함한다. 주름부의 치수는 공동 및 리브의 주름부에 의해 제공된 상대 전극의 연장된 표면적으로의 전하 교환을 허용하도록 플라즈마가 공동 내에 들어갈 수 있도록 선택된다. 공동으로 들어가는 플라즈마의 능력은 그의 기하학적 치수, 그의 입구 슬릿 및 원하는 플라즈마 공정의 압력에 좌우된다.

단일 부품의 주름진 전극은 유지 보수 및 세척을 용이하게 할 수 있다. RF 마그네트론 스퍼터링을 위한 자기장은 상대 전극의 스퍼터링을 피하기 위하여 통상적으로 150 Oe 이하의 낮은 자기장 세기 및 실드부에 대한 적절한 설계를 가질 필요가 있다.

도 1 및 도 5에 도시된 실시예의 상대 전극(9) 및 상대 전극(9")의 조합이 사용될 수 있어서 접선 방향 및 반경방향 공동의 조합을 갖는 상대 전극(9''')을 제공한다. 이런 상대 전극(9''')을 포함하는 RF 스퍼터링 장치(1''')가 도 7에 도시되어 있다.

상대 전극(9''')은 반경방향으로 연장된 리브(34)의 2개의 층(32, 33)에 차례로 쌓아 배열된 공동(35)의 2개의 층을 생성하도록 환형 링 형상 리브(34)가 개재되어 있는 샌드위치 유형의 구조체를 갖는다.

이는 플라즈마 환경으로부터 외부로 향하는 직사각형 블라인드 구멍 공동(35)을 가져온다. 이들 블라인드 구멍 공동(35)은 플라즈마와 전하 교환을 위한 영역을 가장 효과적으로 생성할 것이다. 그러나, 이들은 높은 제조 비용을 증가시킬 수 있다. 이러한 경우, 상대 전극(9''')은 복잡한 공동의 제조를 가능하게 하도록 둘 이상의 부품으로부터 조립될 수 있다.

전술된 실시예들 중 하나에 따른 상대 전극(9)의 측벽 프레임(3), 커버 프레임(6) 및 베이스 프레임(4)은 플라즈마가 형성되고 스퍼터링이 수행되는 진공 챔버를 형성하는 측벽, 베이스 및 커버의 형태를 따르고 이들에 안을 대도록 치수를 가질 수 있다. 상대 전극(9)은 또한 상대 전극이 접지와 접속되는 경우 진공 챔버를 형성하는 측벽, 베이스 및/또는 커버에 전기적으로 접속될 수 있다.

상대 전극은 원하는 형상을 제공하도록 스탬핑, 커팅 또는 벤딩에 의해 형성될 수 있는 금속 또는 합금 시트를 포함할 수 있다. 몇몇 금속 또는 합금 시트는, 예컨대 상대 전극의 원하는 형상을 제공하기 위하여 용접에 의해 함께 접합될 수 있다.

Claims (20)

1. 적어도 하나의 측벽, 베이스 및 커버에 의해 형성되는 진공 챔버;
   상기 진공 챔버 내에 배열된 제1 표면을 갖는 적어도 하나의 제1 전극;
   상기 진공 챔버 내에 배열된 표면을 갖는 상대 전극; 및
   상기 제1 전극과 상기 상대 전극 사이에 플라즈마를 발생시키도록 상기 적어도 하나의 제1 전극 및 상기 상대 전극을 가로질러 RF 전기장을 인가하도록 구성된 RF 발생기를 포함하고,
   상기 상대 전극은 상기 진공 챔버와 연통하는 적어도 2개의 공동들을 포함하고, 상기 공동들의 각각은 플라즈마가 상기 공동 내에 형성될 수 있도록 하는 치수를 가지며, 상기 상대 전극은 측벽 프레임 및 적어도 2개의 공동들을 형성하는 적어도 3개의 추가 전기 전도성 부재들을 포함하고, 상기 상대 전극은 상기 진공 챔버의 주변부 영역 내에 배열되고, 상기 추가 전기 전도성 부재들은 측벽 프레임으로부터 돌출되며, 상기 추가 전기 전도성 부재들은 일정 거리로 이격되고 서로에 대해 평행하게 배열되며, 상기 추가 전기 전도성 부재들 각각은 링을 포함하고, 상기 공동들은 링 형상인 스퍼터링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상대 전극은 하나 이상의 추가 전기 전도성 부재, 및 진공 챔버를 형성하는 베이스, 커버 및 측벽 중 적어도 하나의 적어도 일부를 포함하는 스퍼터링 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 상대 전극은 상기 제1 전극에서 기판으로의 시선의 외부에 배열된 스퍼터링 장치.
4. 제1항에 있어서, 공동의 개수는 추가 전기 전도성 부재의 개수보다 1이 작은 스퍼터링 장치.
5. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 추가 전기 전도성 부재는 상기 측벽 프레임에 평행하게 배열된 스퍼터링 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 전기 전도성 부재는 상기 상대 전극의 베이스 프레임으로부터 돌출된 스퍼터링 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 상대 전극은 표면적(Ac)을 갖고, 상기 제1 전극은 표면적(At)을 가지며, Ac ≥ At인 스퍼터링 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은 스퍼터링될 재료의 타겟을 포함하는 스퍼터링 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 진공 챔버의 외부로 펌핑하거나 상기 진공 챔버로 가스를 공급하기 위한 채널이 상기 제1 전극과 커버 사이, 기판과 베이스 사이, 그리고 측벽 중 적어도 어느 하나에 배열되는 스퍼터링 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극의 제2 표면에 인접하게 위치된 적어도 하나의 자석을 더 포함하며, 상기 제2 표면은 상기 제1 전극의 제1 표면에 대향하는 스퍼터링 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 자석은 회전 가능한 스퍼터링 장치.
12. 적어도 하나의 측벽, 베이스 및 커버에 의해 형성되는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내에 배열된 제1 표면을 갖는 적어도 하나의 제1 전극;
    상기 진공 챔버 내에 배열된 표면을 갖는 상대 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 상대 전극 사이에 플라즈마를 발생시키도록 상기 적어도 하나의 제1 전극 및 상기 상대 전극을 가로질러 RF 전기장을 인가하도록 구성된 RF 발생기를 포함하고,
    상기 상대 전극은 상기 진공 챔버와 연통하는 적어도 2개의 공동들을 포함하고, 상기 공동들의 각각은 플라즈마가 상기 공동 내에 형성될 수 있도록 하는 치수를 가지며, 상기 상대 전극은 상기 진공 챔버의 주변부 영역 내에 배열되고, 상기 상대 전극은 측벽 프레임 및 적어도 2개의 공동들을 형성하는 적어도 3개의 추가 전기 전도성 부재들을 포함하고, 상기 추가 전기 전도성 부재들은 측벽 프레임으로부터 돌출되며, 상기 추가 전기 전도성 부재들은 상기 측벽 프레임으로부터 반경 방향으로 연장된 스퍼터링 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 추가 전기 전도성 부재들은 커버 프레임으로부터 상기 상대 전극의 베이스 프레임으로 연장된 스퍼터링 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 공동은 사다리꼴 형상을 갖는 스퍼터링 장치.
15. 제12항에 있어서, 상기 상대 전극은 표면적(Ac)을 갖고, 상기 제1 전극은 표면적(At)을 가지며, Ac ≥ At인 스퍼터링 장치.
16. 제12항에 있어서, 상기 제1 전극은 스퍼터링될 재료의 타겟을 포함하는 스퍼터링 장치.
17. 제12항에 있어서, 상기 진공 챔버의 외부로 펌핑하거나 상기 진공 챔버로 가스를 공급하기 위한 채널이 상기 제1 전극과 커버 사이, 기판과 베이스 사이, 그리고 측벽 중 적어도 어느 하나에 배열되는 스퍼터링 장치.
18. 제12항에 있어서, 상기 제1 전극의 제2 표면에 인접하게 위치된 적어도 하나의 자석을 더 포함하며, 상기 제2 표면은 상기 제1 전극의 제1 표면에 대향하는 스퍼터링 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 자석은 회전 가능한 스퍼터링 장치.
20. 삭제

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