KR101694197B1 - 스퍼터 장치 - Google Patents

Abstract

스퍼터 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터 장치는, 챔버 내부의 증착위치에 놓인 기판을 향하여 증착물질을 제공하는 타겟과, 타겟의 내부에 마련되어 기판과의 사이에 증착을 위한 자기장을 발생시키는 마그네트 유닛을 포함하는 회전형 캐소드를 포함하며, 마그네트 유닛은, 베이스 폴 플레이트; 및 베이스 폴 플레이트에 결합되어 자기장을 발생시키며, 타겟의 표면에 형성되는 자기장을 변경가능하도록 타겟에 대향되는 일 영역의 형상이 변경가능한 복수의 마그네트부를 포함한다.

Description

스퍼터 장치{APPARATUS TO SPUTTER}

본 발명은, 스퍼터 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 타겟 표면에 형성되는 자기장의 형상 및 세기를 변경하기 용이한 스퍼터 장치에 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등의 디스플레이나 반도체는 박막 증착(Deposition), 식각(Etching) 등의 다양한 공정을 거쳐 제품으로 출시된다.

다양한 공정 중에서 특히 박막 증착 공정은, 증착의 중요한 원칙에 따라 크게 두 가지로 나뉜다.

하나는 화학적 기상 증착(Chemical Vapor deposition, CVD)이고, 다른 하나는 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD)이며, 이들은 현재 공정의 특성에 맞게 널리 사용되고 있다.

화학적 기상 증착은, 외부의 고주파 전원에 의해 플라즈마(Plasma)화 되어 높은 에너지를 갖는 실리콘계 화합물 이온(ion)이 전극을 통해 샤워헤드로부터 분출되어 기판 상에 증착되도록 하는 방식이다.

이에 반해, 스퍼터 장치로 대변될 수 있는 물리적 기상 증착은, 플라즈마 내의 이온에 충분한 에너지를 걸어주어 타겟에 충돌되도록 한 후에 타겟으로부터 튀어나오는, 즉 스퍼터되는 타겟 원자가 기판 상에 증착되도록 하는 방식이다.

물론, 물리적 기상 증착에는 전술한 스퍼터(Sputter) 방식 외에도 이-빔(E-Beam), 이베퍼레이션(Evaporation), 서멀 이베퍼레이션(Thermal Evaporation) 등의 방식이 있기는 하지만, 이하에서는 스퍼터링 방식의 스퍼터 장치를 물리적 기상 증착이라 하기로 한다.

종래 스퍼터 장치의 캐소드는 평면 형태의 캐소드가 주를 이루었으나, 최근에 들어서는 캐소드가 회전축을 기준으로 360°회전 가능한 회전형 캐소드가 개발되어 사용이 점차 증가하고 있다.

이러한, 종래의 회전형 캐소드를 포함하는 스퍼터 장치는, 장치 조절의 용이성, 고증착율, 낮은 제조단가, 방출 전자 제한, 내화 금속 및 화합물에의 적용 가능성 등의 다양한 장점으로 인해 특히, LCD, PDP, OLED 등의 디스플레이 제조에 폭넓게 사용되고 있다.

도 1은 종래의 스퍼터 장치를 개략적으로 나타내는 구조도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 회전형 캐소드(20)는, 챔버(10) 내에서 증착 위치에 놓인 기판(G)을 향하여 증착 물질을 제공하는 스퍼터 소스로서의 타겟(21)과, 타겟(21)의 내부에 마련된 복수의 마그네트(23,24,25)와, 타겟(21)과 복수의 마그네트(23,24,25) 사이에 배치되며 외벽에 타겟(21)이 마련되는 캐소드 백킹튜브(22)를 포함한다.

또한, 챔버(10)의 외부에는 타겟(21)으로 전원을 공급하는 전원공급부(26)가 마련되며, 아르곤 가스와 같은 불활성 기체가 고진공으로 유지되는 챔버(10)의 내부에 주입된다.

타겟(21)은 캐소드 백킹튜브(22)의 외벽에 마련되는데, 외부로부터 공급되는 파워에 의해 캐소드 백킹튜브(22)가 음전압이 되면 캐소드 백킹튜브(22)에 연결된 타겟(21)이 스퍼터링(Sputtering)되며 기판(G) 상에 박막 증착이 이루어진다.

구체적으로, 타겟(21)에 음전압이 인가되면 방전이 시작되며, 방전으로 인해 이온화된 불활성 기체분자, 즉 이온은 음전압에 의해 가속되어 타겟(21)에 충돌되고 타겟(21)의 표면으로부터 코사인 법칙에 따라 다양한 방향으로 스퍼터링된 원자를 방출시킨다.

그리고, 스퍼터링된 원자들의 일부가 기판(G)에 증착됨으로써 기판(G)에 박막을 형성한다.

이때, 도 1에서 도시한 바와 같이, 타겟(21)의 내부에 배치된 제1 내지 제3 마그네트(23,24,25)는 타겟(21)의 표면에 자기장을 형성하고 타겟(21)의 표면으로부터 방출된 스퍼터링된 원자들에 영향을 주어 증착효율을 높일 수 있다.

상기와 같이, 제1 내지 제3 마그네트(23,24,25)를 적용하는 경우, 증착 효율을 높이는데 있어 유리하지만 제1 내지 제3 마그네트(23,24,25)로 인해 타겟(21)의 식각면이 불균일하게 식각될 수 있는 문제점이 있다.

이는 타겟(21)의 내부에 마련된 제1 내지 제3 마그네트(23,24,25)의 형상 및 종류가 고정되어 있어 타겟(21) 표면의 자기장 형상 및 세기를 쉽게 변경하지 못하기 때문이다.

이를 보완하기 위해 종래에는 자성체로 된 션트(미도시)를 사용하여 자기장의 세기를 국부적으로 조절하거나 제1 내지 제3 마그네트(23,24,25)의 높이를 조절하여 타겟(21) 표면에서의 자기장의 세기를 변경하였다.

그러나, 상기한 방법은 타겟(21) 표면에서 국부적인 자기장의 세기를 변경하기는 용이하나 타겟(21) 표면의 전체의 식각 면적을 바꾸기에는 충분하지 않으므로, 종래에는 이를 극복하기 위해 제1 내지 제3 마그네트(23,24,25) 전체를 교체하거나 수정하였으며 이로 인해 고가인 타겟(21)의 사용 효율이 저하되어 장기간 사용이 불가능하며 교체에 따른 작업시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

따라서, 타겟(21)이 불균일하게 식각되는 현상을 예방하고 아울러 타겟(21)의 사용 효율을 높일 수 있는 연구가 필요하다.

[문헌1] 대한민국 공개특허 제10-2006-0111896호(2006.10.30. 공개)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 타겟 표면에 형성되는 자기장의 형상 및 세기를 용이하게 변경함으로써, 타겟이 불균일하게 식각되는 현상을 예방할 수 있으며 아울러 타겟의 사용 효율을 높일 수 있는 스퍼터 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 챔버 내부의 증착위치에 놓인 기판을 향하여 증착물질을 제공하는 타겟과, 상기 타겟의 내부에 마련되어 상기 기판과의 사이에 증착을 위한 자기장을 발생시키는 마그네트 유닛을 포함하는 회전형 캐소드를 포함하며, 상기 마그네트 유닛은, 베이스 폴 플레이트; 및 상기 베이스 폴 플레이트에 결합되어 자기장을 발생시키며, 상기 타겟의 표면에 형성되는 자기장을 변경가능하도록 상기 타겟에 대향되는 일 영역의 형상이 변경가능한 복수의 마그네트부를 포함하는 스퍼터 장치가 제공될 수 있다.

상기 복수의 마그네트부는, 상기 베이스 폴 플레이트의 중심영역에 배치되는 중심부 마그네트부; 및 상기 중심부 마그네트부의 양측 외곽에 각각 배치되는 복수의 외곽부 마그네트부를 포함하며, 상기 복수의 외곽부 마그네트부는,

상기 타겟의 표면에 형성되는 자기장을 변경하도록 상기 타겟에 대향되는 일 영역의 형상이 변경가능하게 마련될 수 있다.

상기 중심부 마그네트부와 상기 외곽부 마그네트부들은 자기모멘트(N극/S극) 방향이 서로 다르게 배치될 수 있다.

상기 중심부 마그네트부와 상기 외곽부 마그네트부들 각각은, 상기 베이스 폴 플레이트에 결합되는 제1 마그네트 어셈블리; 및 상기 제1 마그네트 어셈블리에 착탈가능하게 결합되되, 상기 타겟에 대향되게 배치되며 상기 타겟의 표면에 형성되는 자기장을 변경하도록 상기 타겟에 대향되는 일 영역의 형상이 변경가능한 제2 마그네트 어셈블리를 포함할 수 있다.

상기 제1 마그네트 어셈블리는, 상기 베이스 폴 플레이트에 결합되는 제1 자성체; 및 상기 베이스 폴 플레이트에 결합되되, 상기 제1 자성체를 감싸는 제1 하우징을 포함하며, 상기 제2 마그네트 어셈블리는, 상기 제1 하우징에 착탈가능하게 결합되며 상기 타겟에 대향되는 일 영역의 형상이 변경가능한 제2 하우징; 및 상기 제2 하우징의 내부에 마련되는 제2 자성체를 포함할 수 있다.

상기 제1 자성체는 폭방향 단면이 직사각형 형상으로 형성되고, 상기 제2 자성체는 상기 제2 하우징의 내부 형상에 대응되어 폭방향 단면이 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1 자성체는 영구자석으로 마련되며, 상기 제2 자성체는 상기 제2 하우징의 내부에 수용되는 자성유체로 마련될 수 있다.

상기 타겟의 표면에 형성되는 자기장을 변경하기 위해 상기 제2 하우징의 상기 타겟에 대향되는 끝단 형상을 변경하고 상기 제2 하우징에 자성유체를 수용하여 상기 자성유체의 형상을 변경할 수 있다.

상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징는 걸림돌기와 걸림홈에 의해 상호 착탈가능하게 결합될 수 있다.

상기 타겟은 중공의 원형관 형상으로 형성될 수 있다.

상기 회전형 캐소드는, 상기 타겟과 상기 마그네트 유닛 사이에 배치되며, 상기 타겟이 외벽에 마련되는 캐소드 백킹튜브; 상기 캐소드 백킹튜브의 일단부에 연결되어 상기 캐소드 백킹튜브를 회전시키는 캐소드 회전축; 및 상기 캐소드 회전축에 연결되어 상기 캐소드 회전축과 상기 캐소드 백킹튜브와 상기 타겟을 함께 회전시키는 회전 동력을 제공하는 회전동력 제공부를 더 포함할 수 있다.

상기 회전형 캐소드는, 상기 캐소드 회전축의 일단부가 수용되며 상기 캐소드 회전축을 회전가능하게 지지하는 엔드블록; 및 상기 엔드블록에 대향되게 배치되며, 상기 캐소드 백킹튜브의 타단부에 연결되어 상기 캐소드 백킹튜브를 회전가능하게 지지하는 회전 지지블록을 더 포함할 수 있다.

상기 회전형 캐소드는, 상기 타겟의 길이방향을 따라 상기 타겟을 감싸도록 배치되며, 상기 타겟으로부터 스퍼터링되는 증착물질이 상기 기판 방향으로 스퍼터링되도록 상기 기판에 대향되는 상기 타겟의 일 영역을 개방하는 쉴드부를 더 포함할 수 있다.

상기 쉴드부는, 상기 타겟의 일 영역의 반대편에 위치한 상기 타겟의 타 영역을 감싸는 제1 쉴드; 및 상기 제1 쉴드의 외측에 상기 타겟을 감싸도록 마련되며, 상기 타겟의 일 영역이 개방되게 배치된 제2 쉴드를 포함할 수 있다.

상기 회전형 캐소드는, 상기 제1 쉴드와 상기 제2 쉴드 사이에 마련되어 상기 타겟 주변에 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 타겟에 대향되는 일 영역이 형상이 교체가능한 복수의 마그네트부를 구비함으로써, 타겟 표면에 형성되는 자기장의 형상 및 세기를 용이하게 변경할 수 있으며 이로써 증착공정 중 타겟이 불균일하게 식각되는 현상을 예방할 수 있고 아울러 타겟의 사용 효율을 높일 수 있다.

도 1은 종래의 스퍼터 장치를 개략적으로 나타내는 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터 장치를 개략적으로 나타내는 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 캐소드를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 B-B 단면을 나타내는 단면도로써, 타겟의 내부에 배치된 마그네트 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 마그네트 유닛에 대한 자기장의 분포를 나타내는 컴퓨터 시뮬레이션 도면이다.
도 8는 도 5 내지 도 7에 따른 자기장의 세기를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 2의 A-A 단면을 나타내는 단면도로써, 엔드블록을 나타내는 단면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

이하에서 설명될 기판이란, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등의 디스플레이용 기판이거나 태양전지용 기판, 혹은 반도체 웨이퍼 기판일 수 있으며, 이하에서는 별도의 구분없이 기판이라는 용어로 통일하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터 장치를 개략적으로 나타내는 구조도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 캐소드를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 B-B 단면을 나타내는 단면도로써, 타겟의 내부에 배치된 마그네트 유닛을 나타내는 단면도이고, 도 5 내지 도 7은 마그네트 유닛에 대한 자기장의 분포를 나타내는 컴퓨터 시뮬레이션 도면이고, 도 8는 도 5 내지 도 7에 따른 자기장의 세기를 나타내는 그래프이고, 도 9는 도 2의 A-A 단면을 나타내는 단면도로써, 엔드블록을 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터 장치(100)는, 기판(G)에 대한 증착공간을 형성하는 챔버(110)와, 챔버(110)의 내부에 마련되며 기판(G)을 이송가능하게 지지하는 기판 이송 지지부(130)와, 챔버(110)의 내부에 마련되며 기판(G)을 향하여 증착물질을 제공하는 회전형 캐소드(200)를 포함한다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 챔버(110)는 기판(G)에 대한 증착공간을 형성하는 역할을 한다.

챔버(110)는 증착 공정 시에 그 내부가 밀폐되고 진공상태를 유지한다. 이를 위해, 챔버(110)의 하부 영역에는 게이트 밸브(111)가 마련되고, 게이트 밸브(111) 영역에는 진공 펌프(112)가 마련된다.

게이트 밸브(111)가 개방된 상태에서 진공 펌프(112)로부터 진공압이 발생되면 챔버(110)의 내부는 고진공 상태를 유지할 수 있다.

그리고, 챔버(110)는 일측에 챔버(110)의 내부로 기판(G)이 인입되는 기판 유입구(115)가 형성되고, 타측에 기판(G)이 인출되는 기판 배출구(116)가 형성된다. 기판 유입구(115)와 기판 배출구(116)에도 별도의 게이트 밸브(미도시)가 마련될 수 있다.

그리고, 챔버의 상부 영역에는 회전형 캐소드(200)를 외부에서 둘러싸는 형태로 챔버(110)와 결합되는 커버(114)가 마련된다.

본 실시예의 경우, 챔버(110) 내에 두 개의 회전형 캐소드(200)가 마련되어 있으나, 이에 한정되지 않고 회전형 캐소드(200)는 하나 또는 세 개 이상 마련될 수도 있다.

본 실시예에서 커버(114)는 회전형 캐소드(200)가 위치된 두 군데의 영역에서 챔버(110)의 상부로 솟은 형태를 취한다. 이 경우 커버(114)들은 리드(lid,117)에 의해 기밀되게 연결된다.

또한, 본 실시예에서 기판 이송 지지부(130)는 챔버(110) 내의 중앙 영역에 배치되어 기판(G)을 지지함과 동시에 기판 유입구(115)로 인입된 기판(G)을 기판 배출구(116)로 이송하는 역할을 한다.

본 실시예에서 기판 이송 지지부(130)는 롤러로 적용될 수 있으며, 통상 챔버(110)의 내부가 고온 상태를 유지한다는 점을 감안할 때 기판 이송 지지부(130)는 내열성 및 내구성이 우수한 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

그리고, 기판 이송 지지부(130)의 하부 영역에는 기판 이송 지지부(130) 상에 놓인 기판(G)의 증착면을 가열하는 히터(131)가 마련된다. 히터(131)는 타겟(210)으로부터 제공되는 증착 물질이 기판(G)에 잘 증착될 수 있도록 기판(G)을 수백도 이상으로 가열하는 역할을 한다.

이러한 히터(131)는 기판(G)의 전면을 골고루, 또한 급속으로 가열할 수 있도록 기판(G)의 사이즈와 유사하거나 그보다 큰 사이즈를 가질 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 회전형 캐소드(200)는 챔버(110)의 상부 영역에 마련되며, 특히 회전형 캐소드(140)에 구비된 타겟(210)은 기판 이송 지지부(130) 상에서 증착위치에 놓인 기판(G)을 향하여 증착물질을 제공하는 스퍼터 소스(sputter source)의 역할을 한다.

회전형 캐소드(200)는, 챔버(110) 내부의 증착위치에 놓인 기판(G)을 향하여 증착물질을 제공하는 타겟(210)과, 타겟(210)이 외벽에 마련된 캐소드 백킹튜브(220)와, 캐소드 백킹튜브(220)의 내부에 마련되어 자기장을 발생시키는 마그네트 유닛(230)을 포함한다.

본 실시예에서 타겟(210)과 캐소드 백킹튜브(220) 및 마그네트 유닛(230)을 포함하는 회전형 캐소드(200) 영역이 음극(cathode)을 형성하고 기판(G) 영역이 양극(anode)을 형성한다. 이처럼, 타겟(210)에 음극(cathode)이 형성되면 타겟(210)은 하부 영역에 위치한 기판(G)을 향해 증착 물질을 제공한다.

본 실시예에서 타겟(210)은 저용융점 재질(예를 들어, 인듐, 은 등)으로 제작될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 타겟(210)은 후술할 중공의 원형관 형상의 캐소드 백킹튜브(220)의 외벽을 감싸도록 형성된다. 이때, 타겟(210)은 캐소드 백킹튜브(220)의 원형관 형상에 대응되도록 캐소드 백킹튜브(220)의 외벽에 중공의 원형관 형상으로 형성된다.

한편, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 회전형 캐소드(200)는 타겟(210)으로부터 스퍼터링되는 증착물질이 기판(G) 방향으로 스퍼터링되도록 타겟(210)의 길이방향을 따라 타겟(210)에 인접하게 마련된 쉴드부(280)를 더 포함한다.

쉴드부(280)는 타겟(210)의 외벽 중 일부를 감싸도록 배치되며, 타겟(210)으로부터 스퍼터링되는 증착물질이 기판(G) 방향으로 스퍼터링되도록 하는 역할을 한다.

쉴드부(280)는 타겟(210)의 길이방향을 따라 타겟(210)을 감싸도록 배치되며 기판(G)에 대향되는 타겟(210)의 일 영역을 개방하도록 형성된다.

이와 같이, 본 실시예는 쉴드부(280)를 이용하여 증착물질을 기판(G) 방향으로 스퍼터링되게 함으로써, 타겟(210)에서 스퍼터링되는 증착물질 중 기판(G)에 증착되지 않는 증착물질이 타겟(210) 주변부, 즉 챔버(110)의 내벽을 오염시키는 것을 감소시킬 수 있다.

본 실시예에서 쉴드부(280)는 타겟(210)의 일 영역에 반대편에 위치한 타겟(210)의 타 영역을 감싸는 제1 쉴드(281)와, 제1 쉴드(281)의 외측에 타겟(210)을 감싸도록 마련되어 타겟(210)의 일 영역이 개방되게 배치된 제2 쉴드(283)를 포함한다.

증착물질은 제2 쉴드(283)의 개방된 영역을 통해 기판(G)에 스퍼터링된다. 도 4에서는 제2 쉴드(283)는 대략 캐소드 백킹튜브(220)의 중심축에서 마그네트 유닛(230)의 양단부를 각각 잇는 가상선까지 감싸도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 쉴드(281) 및 제2 쉴드(283)는 타겟(210)의 외벽으로부터 약 2 ~ 3 mm 정도 이격되게 배치한다.

한편, 본 실시예에 따른 회전형 캐소드(200)는, 제1 쉴드(281)와 제2 쉴드(283) 사이에 마련되어 타겟(210) 주변에 아르곤 가스 등 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부(290)를 더 포함한다.

본 실시예에서 쉴드부(280)는 제1 쉴드(281)와 제2 쉴드(283)로 구분되어 타겟(210)의 외벽을 감싸도록 배치된다. 따라서, 도 4에서 도시한 바와 같이 가스 공급부(290)를 제1 쉴드(281)와 제2 쉴드(283) 사이에 마련함으로써, 불활성 가스가 제2 쉴드(283)를 따라 타겟(210)의 주변에 인접하게 분사되어 타겟(210)의 주변에서 방전이 활발하게 일어날 수 있도록 하기 위함이다.

그리고, 마그네트 유닛(230)은 타겟(210)의 내부에 마련되며 기판(G)에 대한 증착효율의 향상을 위하여 기판(G)과의 사이에 증착을 위한 자기장을 발생시키는 역할을 한다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에서 마그네트 유닛(230)은 캐소드 백킹튜브(220)의 내부에 마련되는 베이스 폴 플레이트(231)와, 베이스 폴 플레이트(231)에 결합되어 자기장을 발생시키며 타겟(210)의 표면에 형성되는 자기장을 변경가능하도록 타겟(210)에 대향되는 일 영역의 형상이 교체가능한 복수의 마그네트부(234,237)를 포함한다.

또한, 본 실시예에서 복수의 마그네트부(234,237)는 베이스 폴 플레이트(231)의 중심영역에 배치되는 중심부 마그네트부(234)와, 중심부 마그네트부(234)의 양측 외곽에 각각 배치되는 복수의 외곽부 마그네트부(237)를 포함한다.

본 실시예에서는 베이스 폴 플레이트(231)의 중심영역에 중심부 마그네트부(234)를 배치하고 중심부 마그네트부(234)의 양측에 외곽부 마그네트부(237)를 각각 하나씩 배치하였으나, 이들의 개수는 스퍼터 장치(100)에 따라 달라질 수 있다.

또한, 도 4에서 도시한 바와 같이, 중심부 마그네트부(234)와 외곽부 마그네트부(237)들은 자기모멘트(N극/S극) 방향이 서로 다르게 배치된다.

본 실시예에 따른 중심부 마그네트부(234)와 외곽부 마그네트부(237)들은 베이스 폴 플레이트(231)에 지지되어 타겟(210)의 표면에 증착을 위한 자기장(지가력선)을 발생시키는 역할을 한다.

이와 같이, 중심부 마그네트부(234)와 외곽부 마그네트부(237)들에 의해 타겟(210)의 표면에 자기장이 발생되면 타겟(210)의 표면으로부터 스퍼터링되는 원자들에 영향을 주어 증착효율을 높일 수 있다.

즉, 타겟(210)의 내부에 중심부 마그네트부(234)와 외곽부 마그네트부(237)들을 배열한 경우, 전기장(RF 또는 DC)에 의해 타겟으로부터 방출되는 전자들을 타겟(210)의 표면에 형성되는 자기장 내에 국부적으로 모아 아르곤 가스 등의 불활성 기체의 원자들과 충돌을 촉진시킴으로써 증착공정에 따른 증착효율을 높일 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 중심부 마그네트부(234)와 외곽부 마그네트부(237)들은 타겟(210)의 표면에 형성되는 자기장을 용이하게 변경가능하도록 타겟(210)에 대향되는 일 영역의 형상을 변경가능하게 구성된다.

즉, 중심부 마그네트부(234)와 외곽부 마그네트부(237)들은 타겟(210)의 표면에 식각정도 및 타겟(210)의 표면을 균일하게 식각하기 위해 타겟(210)의 표면에서의 형성되는 자기장을 용이하게 변경할 수 있도록 마련된다.

이를 위해, 중심부 마그네트부(234)와 외곽부 마그네트부(237)들 각각은 베이스 폴 플레이트(231)에 결합되는 제1 마그네트 어셈블리(235,238)와, 제1 마그네트 어셈블리(235,2384)에 착탈가능하게 결합되며 타겟(210)에 대향되게 배치되며 타겟(210)의 표면에 형성되는 자기장을 변경가능하도록 타겟(210)의 대향되는 일 영역의 형상이 변경가능한 제2 마그네트 어셈블리(236,239)를 포함한다.

즉, 제1 마그네트 어셈블리(235,238)가 베이스 폴 플레이트(231)에 결합된 상태에서, 타겟(210)에 형성되는 자기장을 고려하여 제1 마그네트 어셈블리(235,238)에 형상 변경이 가능한 제2 마그네트 어셈블리(236,239)를 착탈가능하게 결합하는 것이다.

구체적으로, 제1 마그네트 어셈블리(235,238)는 베이스 폴 플레이트(231)에 결합되는 제1 자성체(235a,238a)와, 베이스 폴 플레이트(231)에 결합되며 제1 자성체(235a,238a)를 감싸는 제1 하우징(235b,238b)을 포함한다.

또한, 제2 마그네트 어셈블리(236,239)는 제1 하우징(235b,238b)에 착탈가능하게 결합되며 타겟(210)에 대향되는 일 영역의 형상이 변경가능한 제2 하우징(236b,239b)과, 제2 하우징(236b,239b)의 내부에 마련되는 제2 자성체(236a,239a)를 포함한다.

본 실시예에서 제1 자성체(235a,238a)는 영구자석으로 마련되며, 제2 자성체(236a,239a)는 타겟(210)의 표면에 형성되는 자기장을 용이하게 변경하기 위해 그 형상변화가 자유롭도록 제2 하우징(236b,239b)의 내부에 수용되는 자성유체로 마련된다.

제2 자성체(236a,239a)인 자성유체는 제2 하우징(236b,239b)의 내부에 수용되며 제2 하우징(236b,239b)의 내부 형상에 따라 자유롭게 그 형상이 변경가능하다. 또한, 도 4에서 도시한 바와 같이, 제2 자성체(236a,239a)인 자성유체는 제1 자성체(235a,238a)가 갖는 극성에 따라 변하게 된다.

특히, 타겟(210)의 표면에 형성되는 자기장을 변경하기 위해 제2 하우징(236b,239b)의 타겟(210)에 대향되는 끝단(근접한 영역) 형상을 변경하고 제2 하우징(236b,239b)에 제2 자성체(236a,239a)인 자성유체를 수용하여 제2 자성체(236a,239a)인 자성유체의 형상을 용이하게 변경할 수 있다.

도 4에서 도시한 바와 같이, 제1 자성체(235a,238a)는 폭방향 단면이 직사각형 형상으로 형성되고, 제2 자성체(236a,239a)는 제2 하우징(236b,239b)의 내부 형상에 대응되어 폭방향 단면이 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 제1 하우징(235b,238b)과 제2 하우징(236b,239b)은 상호 결합이 용이하도록 걸림돌기(236c,239c)와 걸림홈(235c,238c)에 의해 상호 착탈가능하게 결합된다.

도 4에서는 제1 하우징(235b,238b)에 걸림홈(235c,238c)이 형성되고 제2 하우징(236b,239b)에 걸림돌기(236c,239c)가 형성되도록 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 제1 하우징(235b,238b)에 걸림돌기가 형성되고 제2 하우징(236b,239b)에 걸림홈이 형성될 수도 있다.

상기와 같은 마그네트 유닛(230)에 의해 타겟(210)의 표면에 형성되는 자기장의 변화를 살펴보면, 도 5 내지 도 7에서는 중심부 마그네트부(234)의 형상은 제2 하우징(236b) 및 제2 자성체(236a)가 등변 사다리꼴 형상으로 형성된 경우에, 외곽부 마그네트부(237)의 형상 변경에 따른 자기장의 변화를 나타낸다.

도 5는 외곽부 마그네트부(237)의 제2 하우징(239b) 및 제2 자성체(239a)가 중심부 마그네트부(234)의 제2 하우징(236b) 및 제2 자성체(236a)의 형상과 동일하게 등변 사다리꼴 형상으로 형성된 경우의 타겟(210)의 표면에서의 자기장의 분포를 나타내는 것이다(case 1).

도 6은 외곽부 마그네트부(237)의 제2 하우징(239b) 및 제2 자성체(239a)의 끝단이 중심부 마그네트부(234)의 제2 하우징(236b) 및 제2 자성체(236a) 방향으로 인접하게 기울어진 사다리꼴 형상으로 형성된 경우 타겟(210)의 표면에서의 자기장의 분포를 나타내는 것이다(case 2).

도 7은 외곽부 마그네트부(237)의 제2 하우징(239b) 및 제2 자성체(239a)의 끝단이 중심부 마그네트부(234)의 제2 하우징(236b) 및 제2 자성체(236a)에서 멀어지는 방향으로 기울어진 사다리꼴 형상으로 형성된 경우 타겟(210)의 표면에서의 자기장의 분포를 나타내는 것이다(case 3).

도 8은 도 5 내지 도 7에서의 case 1,2,3에 대하여 중심부 마그네트부(234)를 중심으로 타겟(210)의 접선방향을 따라 나타낸 자기장의 세기를 나타낸다.

도 8을 살펴보면, 도 5의 case 1에서의 자기장 세기의 폭을 기준으로 도 6의 case 2에서의 자기장 세기의 폭은 감소되고 도 7의 case 3에서의 자기장 세기의 폭이 증가되는 것을 볼 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 외곽부 마그네트부(237)의 형상을 변경한 경우를 예를들어 설명하였으나 이에 한정되지 않고 중심부 마그네트부(234)의 형상 또한 변경가능하다.

상기한 도 5 내지 도 8에서와 같이, 중심부 마그네트부(234)에 대해 외곽부 마그네트부(237)의 제2 하우징(239b) 및 제2 자성체(239a)의 형상을 변경함으로써 용이하게 타겟(210)의 표면에서의 자기장의 형상 및 세기를 변경할 수 있다.

따라서, 본 실시예는 중심부 마그네트부(234) 및 외곽부 마그네트부(237)를 상호 착탈가능하게 결합하고 중심부 마그네트부(234) 및 외곽부 마그네트부(237) 중 적어도 어느 하나의 형상을 변경함으로써 타겟(210)의 표면에 형성되는 자기장을 용이하게 변경할 수 있으므로, 타겟(210)이 불균일하게 식각되는 현상을 예방할 수 있으며 아울러 타겟(210)의 사용 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

한편, 도 2, 도 3 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 회전형 캐소드(200)는, 캐소드 백킹튜브(220)의 일단부에 연결되어 캐소드 백킹튜브(220)를 회전시키는 캐소드 회전축(240)과, 캐소드 회전축(240)에 연결되어 캐소드 회전축(240)과 캐소드 백킹튜브(220)를 회전시키는 회전 동력을 제공하는 회전동력 제공부(250)와, 캐소드 회전축(240)의 일측에 마련되며 캐소드 백킹튜브(220)와 마그네트 유닛(230) 사이에 냉각수를 순환시켜 타겟(210)을 냉각시키는 냉각부(265)와, 캐소드 회전축(240)의 일단부가 수용되며 캐소드 회전축(240)을 회전가능하게 지지하는 엔드블록(250)과, 캐소드 백킹튜브(220)의 타단부에 연결되며 캐소드 백킹튜브(220)를 회전가능하게 지지하는 회전 지지블록(270)을 더 포함한다.

캐소드 회전축(240)은, 캐소드 백킹튜브(220)와 결합되기 위해 캐소드 백킹튜브(220)에 대응되는 형태인 중공의 원형관으로 형성된다.

그리고, 캐소드 백킹튜브(220)와 캐소드 회전축(240) 사이에는 결합부재(245)가 더 마련되며, 결합부재(245)는 캐소드 백킹튜브(220)와 캐소드 회전축(240)을 상호 결합한다.

회전형 캐소드(200)의 챔버(110)내 배치 상태를 살펴보면, 캐소드 백킹튜브(220)와 결합부재(245)에 의해 결합된 캐소드 회전축(240)의 일부 영역만 챔버(110) 내부에 수용되고, 챔버(110) 내부에 수용되지 않은 캐소드 회전축(240)의 다른 영역은 별도로 마련된 엔드블록(260) 내부에 수용되어 챔버(110) 외부에 배치된다.

엔드블록(260)에 수용되는 캐소드 회전축(240)에는 캐소드 회전축(240)과 캐소드 백킹튜브(220)에 회전 동력을 제공하는 회전동력 제공부(250)가 마련된다.

그리고, 회전동력 제공부(250)는 엔드블록(260)에 수용된 캐소드 회전축(240)의 일측에 연결된다.

한편, 마그네트 유닛(230), 캐소드 백킹튜브(220) 및 타겟(210)이 음극(cathode)을 형성하기 위해 마련되는 파워 공급부(300)가 캐소드 회전축(240)에 마련될 수 있다.

이와 같이, 파워 공급부(300)도 회전동력 제공부(250)와 마찬가지로 엔드블록(260)에 수용되는 캐소드 회전축(240)에 마련될 수 있다.

그리고, 캐소드 백킹튜브(220), 마그네트 유닛(230) 및 타겟(210)이 파워 공급부(300)로부터 공급받은 파워에 의해서 음극(cathode)을 형성하면서 고주파수의 파워 공급으로 인해 고온이 되는 것을 방지하도록, 캐소드 백킹튜브(240)를 냉각시키는 냉각부(265)가 엔드블록(260)에 수용된 캐소드 회전축(240)의 일측에 마련된다.

냉각부(265)는 외부로부터 유입되는 냉각수를 이용하여 타겟(210)을 냉각하는 역할을 한다.

냉각부(265)는 외부로부터 유입되는 냉각수가 캐소드 백킹튜브(220)의 내부로 유입될 수 있도록 캐소드 회전축(240)에서부터 캐소드 백킹튜브(220)로 연통된 냉각수 유입로(267)와, 냉각수가 캐소드 백킹튜브(220)를 냉각시켜 캐소드 백킹튜브(220)의 외주면에 마련된 타겟(210)을 간접접촉 방식으로 냉각시킨 후 다시 외부로 배출되기 위한 냉각수 배출로(268)를 포함한다.

한편, 파워 공급부(300)는 타겟(210)과 마그네트 유닛(230) 영역이 음극(cathode)을 형성하도록 회전형 캐소드(200)에 파워를 공급한다.

또한, 회전형 캐소드(200)와 파워 공급부(300) 사이에는 회전형 캐소드(200)와 파워 공급부(300)를 전기적으로 연결시킬 수 있는 전기 연결부(310)가 마련된다.

전기 연결부(310)는 캐소드 회전축(240)의 회전 시 파워 공급부(300)와 회전되는 캐소드 회전축(240) 사이에서 전기적 아크나 노이즈가 발생되는 것을 방지하며 파워를 전달하기 위해 파워전달용 비고체물질을 포함한다.

특히, 파워 공급부(300)에서 공급되는 파워는 고주파수를 갖는 RF나 DC 전원이 사용되기 때문에 캐소드 회전축(240)의 회전에도 전기적 아크나 노이즈가 발생되는 것을 방지할 수 있는 비고체 물질이 사용되고, 파워전달용 비고체물질은 전기 전도성이 높은 액체를 사용하는데, 본 실시예에서 파워전달용 비고체물질은 수은을 사용할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100: 스퍼터 장치 110: 챔버
130: 기판 이송 지지부 200: 회전형 캐소드
210: 타겟 220: 캐소드 백킹튜브
230: 마그네트 유닛 231: 베이스 폴 플레이트
234: 중심부 마그네트부 237: 외곽부 마그네트부
235, 238: 제1 마그네트 어셈블리 235a, 238a: 제1 자성체
235b, 238b: 제1 하우징 236, 239: 제2 마그네트 어셈블리
236a, 239a: 제2 자성체 236b, 239b: 제2 하우징
260: 앤드블록 265: 냉각부
270: 회전 지지블록 280: 쉴드부
281: 제1 쉴드 283: 제2 쉴드
290: 가스 공급부 300: 파워 공급부

Claims (15)

1. 챔버 내부의 증착위치에 놓인 기판을 향하여 증착물질을 제공하는 타겟과, 상기 타겟의 내부에 마련되어 상기 기판과의 사이에 증착을 위한 자기장을 발생시키는 마그네트 유닛을 포함하는 회전형 캐소드를 포함하며,
   상기 마그네트 유닛은,
   베이스 폴 플레이트; 및
   상기 베이스 폴 플레이트에 결합되어 자기장을 발생시키며, 상기 타겟의 표면에 형성되는 자기장을 변경가능하도록 상기 타겟에 대향되는 일 영역의 형상이 변경가능한 복수의 마그네트부를 포함하며,
   상기 복수의 마그네트부는,
   상기 베이스 폴 플레이트의 중심영역에 배치되는 중심부 마그네트부; 및
   상기 중심부 마그네트부의 양측 외곽에 각각 배치되는 복수의 외곽부 마그네트부를 포함하며,
   상기 복수의 외곽부 마그네트부는,
   상기 타겟의 표면에 형성되는 자기장을 변경하도록 상기 타겟에 대향되는 일 영역의 형상이 변경가능하게 마련되며,
   상기 중심부 마그네트부와 상기 외곽부 마그네트부들 각각은,
   상기 베이스 폴 플레이트에 결합되는 제1 마그네트 어셈블리; 및
   상기 제1 마그네트 어셈블리에 착탈가능하게 결합되되, 상기 타겟에 대향되게 배치되며 상기 타겟의 표면에 형성되는 자기장을 변경하도록 상기 타겟에 대향되는 일 영역의 형상이 변경가능한 제2 마그네트 어셈블리를 포함하는 스퍼터 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 중심부 마그네트부와 상기 외곽부 마그네트부들은 자기모멘트(N극/S극) 방향이 서로 다르게 배치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 마그네트 어셈블리는,
   상기 베이스 폴 플레이트에 결합되는 제1 자성체; 및
   상기 베이스 폴 플레이트에 결합되되, 상기 제1 자성체를 감싸는 제1 하우징을 포함하며,
   상기 제2 마그네트 어셈블리는,
   상기 제1 하우징에 착탈가능하게 결합되며 상기 타겟에 대향되는 일 영역의 형상이 변경가능한 제2 하우징; 및
   상기 제2 하우징의 내부에 마련되는 제2 자성체를 포함하는 스퍼터 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 자성체는 폭방향 단면이 직사각형 형상으로 형성되고,
   상기 제2 자성체는 상기 제2 하우징의 내부 형상에 대응되어 폭방향 단면이 사다리꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제1 자성체는 영구자석으로 마련되며,
   상기 제2 자성체는 상기 제2 하우징의 내부에 수용되는 자성유체로 마련되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 타겟의 표면에 형성되는 자기장을 변경하기 위해 상기 제2 하우징의 상기 타겟에 대향되는 끝단 형상을 변경하고 상기 제2 하우징에 자성유체를 수용하여 상기 자성유체의 형상을 변경하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
9. 제5항에 있어서,
   상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징는 걸림돌기와 걸림홈에 의해 상호 착탈가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 타겟은 중공의 원형관 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 회전형 캐소드는,
    상기 타겟과 상기 마그네트 유닛 사이에 배치되며, 상기 타겟이 외벽에 마련되는 캐소드 백킹튜브;
    상기 캐소드 백킹튜브의 일단부에 연결되어 상기 캐소드 백킹튜브를 회전시키는 캐소드 회전축; 및
    상기 캐소드 회전축에 연결되어 상기 캐소드 회전축과 상기 캐소드 백킹튜브와 상기 타겟을 함께 회전시키는 회전 동력을 제공하는 회전동력 제공부를 더 포함하는 스퍼터 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 회전형 캐소드는,
    상기 캐소드 회전축의 일단부가 수용되며 상기 캐소드 회전축을 회전가능하게 지지하는 엔드블록; 및
    상기 엔드블록에 대향되게 배치되며, 상기 캐소드 백킹튜브의 타단부에 연결되어 상기 캐소드 백킹튜브를 회전가능하게 지지하는 회전 지지블록을 더 포함하는 스퍼터 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 회전형 캐소드는,
    상기 타겟의 길이방향을 따라 상기 타겟을 감싸도록 배치되며, 상기 타겟으로부터 스퍼터링되는 증착물질이 상기 기판 방향으로 스퍼터링되도록 상기 기판에 대향되는 상기 타겟의 일 영역을 개방하는 쉴드부를 더 포함하는 스퍼터 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 쉴드부는,
    상기 타겟의 일 영역의 반대편에 위치한 상기 타겟의 타 영역을 감싸는 제1 쉴드; 및
    상기 제1 쉴드의 외측에 상기 타겟을 감싸도록 마련되며, 상기 타겟의 일 영역이 개방되게 배치된 제2 쉴드를 포함하는 스퍼터 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 회전형 캐소드는,
    상기 제1 쉴드와 상기 제2 쉴드 사이에 마련되어 상기 타겟 주변에 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함하는 스퍼터 장치.

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