KR101885123B1 - 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템 - Google Patents

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KR101885123B1
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magnetron sputtering
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김정건
소병호
전명우
고무석
이구현
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한국알박(주)
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Abstract

본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치에 이용할 수 있는 자석을 제어하는 시스템 등에 관한 것으로, 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템은 구동 전원부; 자석 집합체를 복수 개 포함하는 자기 발생부; 및 상기 구동 전원부에 상기 복수 개의 자석 집합체 중 하나 이상이, 선택적으로 연결되도록 제어 가능한 스위치를 포함하는 자기 제어부;를 포함한다.

Description

마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템{MAGNET CONTROL SYSTEM OF MAGNETRON SPUTTERING APPARATUS}
본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치에 이용할 수 있는 자석을 제어하는 시스템 등에 관한 것으로, 복수 개의 자석 구조체 간의 연결을 제어하는 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템에 관한 것이다.
스퍼터링 장치는 반도체, FPD(LCD, OLED 등) 또는 태양 전지 제조시 기판 상에 박막을 증착하는 장치이다. 또한, 스퍼터링 장치는 롤투롤(roll to roll) 장치에도 이용될 수 있다. 그 중 하나인, 마그네트론 스퍼터링(Magnetron sputtering) 장치는 진공 상태의 챔버(chamber) 내로 가스를 주입하여 플라즈마를 생성시키고, 이온화된 가스 입자를 증착하고자 하는 타겟(target) 물질과 충돌시킨 후 충돌에 의해 스퍼터된 입자를 기판에 증착시키는 기술을 이용한다. 이 때, 타겟에 자기력선을 형성하기 위해 자석 유닛이 기판에 대향하여 타겟 후면에 배치된다. 즉, 타겟 전면에 기판이 마련되며 타겟 후면에 자석 유닛이 마련되는 배치를 형성한다.
이러한 마그네트론 스퍼터링 장치는 상대적으로 저온에서 박막을 제조할 수 있고, 전기장에 의해 가속된 이온들이 기판에 치밀하게 증착되고 증착 속도가 빠른 장점 때문에 널리 사용되고 있다.
한편, 대면적의 기판 상에 박막을 증착하기 위해 인라인 또는 클러스터 시스템을 이용한다. 인라인 및 클러스터 시스템은 로드 챔버와 언로드 챔버 사이에 복수개의 처리 챔버가 마련되어 로드 챔버로 로딩된 기판이 복수개의 처리 챔버를 통과하면서 연속된 공정을 진행하게 된다. 이러한 인라인 및 클러스터 시스템에서 스퍼터링 장치는 적어도 하나의 처리 챔버 내에 마련되며, 자석 유닛이 일정 간격을 두고 설치된다.
그런데, 자석 유닛에 의한 고정적인 자기장이 존재하기 때문에 타겟 표면의 침식은 전기장 및 자기장에 의한 플라즈마 밀도에 의해 결정된다. 특히, 자석 유닛은 가장자리, 즉 길이 방향의 적어도 일 단부에 그라운드 전위가 인가되기 때문에 기판의 가장자리의 플라즈마 밀도가 다른 영역에 비해 크고, 그에 따라 타겟의 가장자리가 다른 영역에 비해 스퍼터링 속도가 빠르게 된다. 따라서, 기판 상에 증착되는 박막의 두께 분포가 균일하지 못해 막질 분포 저하 문제를 발생시키고, 플라즈마 밀도 차이에 의한 타겟의 특정 부분의 과도 침식에 의한 타겟 효율 감소 문제를 발생시킨다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 가장자리의 두께가 중앙부의 두께보다 두꺼운 타겟을 이용하는 방법이 있다. 이러한 타겟을 제조하기 위해서는 평면 타겟의 중앙부를 연마하여 두께를 얇게 하는 등 추가적인 공정을 이용하여 평면 타겟을 필히 가공해야 한다. 그러나, 이는 평면 타겟을 가공함으로써 재료의 손실이 발생되고, 추가적인 공정에 의한 비용이 발생하는 문제가 있다. 또한, 타겟을 가공하는 과정에서 타겟이 손상되는 등의 문제도 발생할 수 있다.
문제 해결의 다른 방법으로, 션트(shunt) 등을 이용하여 타겟 표면의 자기장의 강도를 조절하는 방법, 자석의 가장자리에 라이너를 이용하여 거리를 조절하는 방법, 또는 자석의 가장자리 위치에 Z축 모터를 추가하는 방법 등이 있다. 그러나, 이러한 방법들은 모두 제조 비용이 증가하며, 수작업으로 자기장의 강도를 조절해야 하고, 자기장 강도의 조정이 국소적으로 이루어지지 않기 때문에 수회의 반복 작업이 필요하여 작업 시간이 많이 소요하는 등의 문제가 있다.
본 발명은 타겟의 국부적인 과도 침식을 방지할 수 있고 면내 분포를 개선할 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 추가적인 공정이나 수작업의 수고 없이도 국부적인 자기장의 세기 조절이 가능하며, 스퍼터링 장치의 진공도를 유지하면서 챔버의 개방 없이 자기장을 조절할 수 있는 자석 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치의 자기장을 큰 폭으로 변화시킬 수 있고 그 변화를 쉽게 제어 가능한 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템 및 이를 이용한 마그네트론 스퍼터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템은 구동 전원부; 자석 집합체를 복수 개 포함하는 자기 발생부; 및 상기 구동 전원부에 상기 복수 개의 자석 집합체 중 하나 이상이, 선택적으로 연결되도록 제어 가능한 스위치를 포함하는 자기 제어부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구동 전원부는, 외부 전원과 연결되고 교류를 직류로 전환하는 전원부; 및 상기 전원부와 연결되어 인가되는 전원의 극성을 전환하는 극성 전환부;를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기 제어부는, 상기 구동 전원부에 포함되는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기 제어부는 상기 스위치의 개폐를 제어하여 상기 자기 발생부의 적어도 일 영역이 타 영역과 다른 자기장의 세기를 갖도록 조절이 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기 제어부는 상기 구동 전원부에서 공급되는 전압 및 전류 중 하나 이상을 조절하여 상기 자기 발생부의 적어도 일 영역이 타 영역과 다른 자기장의 세기를 갖도록 제어 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기 제어부는 상기 복수 개의 자석 집합체 사이의 직렬 연결, 병렬 연결 또는 둘 다의 연결을 제어하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자석 집합체 각각은, 하나 이상의 자석 구조체를 포함하고, 상기 자석 구조체는 복수 개일 경우 서로 직렬, 병렬 또는 둘 다의 연결이 된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자석 구조체 각각은, 전자석, 영구자석과 전자석의 결합체, 또는 둘 다를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 자석 집합체 중 적어도 일부는, N극, 또는 S극 중 선택된 하나의 자극을 갖는 제1 자석군; 및 N극, 또는 S극 중 상기 제1 자석군과 다른 자극을 갖는 제2 자석군;을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 자석군은 상기 제1 자석군 외측에 배치된 것일 수 있다.
본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치는 기판이 안착되는 기판 안착부; 상기 기판 안착부와 소정 간격 이격되어 구비되며, 복수 개의 자석 집합체를 포함하는 자기 발생부; 상기 자기 발생부와 연결되어 상기 자기 발생부에 전원을 공급하기 위한 구동 전원부; 상기 구동 전원부와 상기 복수 개의 자석 집합체 중 하나 이상이 선택적으로 연결하기 위한 스위치를 포함하는 자기 제어부; 및 상기 기판 안착부와 자기 발생부 사이에 구비되는 하나 이상의 타겟부;를 포함한다.
본 발명의 마그네트론 스퍼터링 방법은, 타겟의 위치에 따른 표면 침식 정도를 확인하는 단계; 및 타겟의 표면 침식 정도의 분포에 따라 자석 구조체의 자기장의 세기를 조절하여 스퍼터링을 수행하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스퍼터링을 수행하는 단계는, 본 발명의 일 예에 따르는 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템에 의한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기장의 세기 조절은, 상기 자석 구조체에 가해지는 전류 및 상기 자석 구조체에 가해지는 전압 중 하나 이상을 제어하거나, 상기 자석 구조체가 복수 개 일 경우 상기 자석 구조체 간의 연결을 제어하거나, 또는 이 둘 모두를 제어하여 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템을 이용하면, 다수 개의 자석을 직렬, 병렬 또는 둘 다의 조합을 이용하여 배치함으로써 마그네트론 스퍼터링 장치에서 타겟의 국부적인 과도 침식을 방지할 수 있고 면내 분포를 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에서 제공하는 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템을 이용하면, 추가적인 공정이나 수작업의 수고 없이도 효과적으로 국부적인 위치에 원하는 세기의 자기장을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 제공하는 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템을 이용하면, 자석구조체의 권취된 와이어에 인가되는 전압 및 전류 등을 이용하여 자기장의 세기를 조절할 수 있다. 특히, 자석의 자기장의 세기를 국부적으로 조절하거나, 자석 구조체 전체 영역의 자기장의 세기를 조절할 수도 있다. 즉, 스퍼터링 장치 내부의 진공을 유지하면서도 장치 외부에서 간단한 방법으로 자기장의 세기를 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마그네트론 스퍼터링 장치의 전자석 제어 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전자석 제어 시스템에서, 자기 제어부에 의해서 구동 전원부와 자기 발생부의 모든 자석 집합체들 간에 모든 스위치가 닫힌 상태의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 3a는, 도 2에 도시된 전자석 제어 시스템에서 선택적으로 일부의 스위치만 선택적으로 닫힌 상태를 형성하여 자석 집합체 간에 병렬 연결이 형성된 일 예를 도시한 개략도(닫힌 상태의 스위치만 도시)이고
도 3b는, 도 2에 도시된 전자석 제어 시스템에서 선택적으로 일부의 스위치만 선택적으로 닫힌 상태를 형성하여 자석 집합체 간에 직렬 연결이 형성된 일 예를 도시한 개략도(닫힌 상태의 스위치만 도시)이다.
도 4a는, 본 발명의 일 실시예로서, 실제 본 발명에서 제공하는 자석 집합체를 복수 개 연결되도록 배치하여 형성한 자석 유닛의 일부 구조를 보여주는 사진이고,
도 4b는, 도 4a의 자석 유닛에 있어서, 자석 집합체의 각 자석을 연결하는 와이어의 권취 방향 및 각 자석 집합체에 형성되는 전류의 방향을 도시한 그림이다.
도 5a 및 도 5b는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 자석 유닛의 구조를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 스퍼터링 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는, 본 발명의 실시예로서, 자석 구조체를 복수 개 포함하는자석 유닛을 도 5a와 같이 구성하고, 스위치를 이용하여 일부 또는 전부의 자석 집합체를 구동 전원부와 연결한 후, 연결된 자석 구조체들의 구조를 도시한 개략도이다.
도 7a는 상기 자장강도를 측정하기 위하여 구성한 자석 유닛의 배치 및 자장강도를 측정한 위치를 나타내는 그림이다.
도 7b는 비교예로서, 모든 자석 집합체에 전류가 흐르지 않도록 차단한 상태의 상태를 나타낸 그림이며,
도 7c는 일 실시예로서, 중앙에 배치된 자석 집합체에만 전류가 흐르도록 연결한 상태를 나타낸 그림이며,
도 7d는 다른 일 실시예로서, 세 개의 자석 집합체 모두에 전류가 흐르도록 병렬 연결한 상태를 나타낸 그림이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
아래에서 설명하는 자석 제어 시스템은 마그네트론 스퍼터링 장치에서 사용하기 위한 것으로서, 효과적인 방법으로 국부적인 자기장의 세기를 제어할 수 있는 자석 제어 시스템에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마그네트론 스퍼터링 장치의 전자석 제어 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다. 아래에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치의 전자석 제어 시스템의 각 구성을 상세히 설명한다.
본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템은 구동 전원부(100); 자석 집합체를 복수 개 포함하는 자기 발생부(300); 및 상기 구동 전원부에 상기 복수 개의 자석 집합체 중 하나 이상이, 선택적으로 연결되도록 제어 가능한 스위치를 포함하는 자기 제어부(200);를 포함한다.
구동 전원부
본 발명의 구동 전원부는, 외부 전원으로부터 전류를 획득하여 자기 제어부를 통해 자기 발생부로 전류를 흐르도록 한다. 이 때, 구동 전원부는 외부의 전원으로부터 교류 전류가 유입되는 것일 수 있다. 구동 전원부를 통과하여 유입된 전류를 후술하는 자기 제어부로 제어하여 자기 발생부의 일부 또는 전부의 자석 집합체로 전류를 보내는 역할을 수행할 수 있다. 자석 집합체의 조합을 포함하는 후술할 자기 발생부는 자기 제어부에 의해 선택된 자석 집합체에서 전류를 받아 자기장을 발생시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구동 전원부는, 외부 전원과 연결되고 교류를 직류로 전환하는 전원부; 및 상기 전원부와 연결되어 인가되는 전원의 극성을 전환하는 극성 전환부;를 포함하는 것일 수 있다.
이 때, 본 발명의 전원부(110)는 외부로부터 유입된 교류 전류를 직류 전류로 전환하는 역할을 수행할 수 있다. 전원부는 교류를 직류로 변환하여 일정한 전압과 전류를 공급하기 위한 것일 수 있다.
본 발명의 극성 전환부(120)는 전원부를 통과하여 공급되는 직류 전류의 극성이 어느 방향이든 무관하게 일정 방향으로 그 극성을 변환시켜 정해진 극성의 전류가 공급되도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 후술할 자기 제어부는, 상기 구동 전원부에 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에서 후술할 자기 제어부는, 구동 전원부 내에 포함되는 구성으로 구비될 수도 있다. 이 경우, 본 발명의 자석 제어 시스템은 자석 제어 장치로 구성될 때 외형적으로는 구동 전원부 및 자기 발생부 만이 구비된 것 처럼 보일 수도 있는데 이 또한 본 발명의 범위에 해당한다.
자기 제어부
본 발명의 자기 제어부는 적어도 하나 이상의 스위치를 포함하도록 형성되고, 형성된 스위치의 개폐를 제어하여 자기 발생부에 포함되어 있는 자석 집합체의 일부 또는 전부에 선택적으로 전류를 흐르도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기 제어부는 상기 스위치의 개폐를 제어하여 상기 자기 발생부의 적어도 일 영역이 타 영역과 다른 자기장의 세기를 갖도록 조절이 가능한 것일 수 있다.
사용자 의도에 따라 상기 자기 제어부는 자기 발생부의 선택적인 자석 집합체의 와이어에만 전류가 흐르도록 조절할 수 있으며, 선택적인 자석 집합체에 인가되는 전압 또는 전류의 세기 또한 조절할 수 있다. 이로써 본 발명의 전자석 제어 시스템은 마그네트론 스퍼터링 장치에서 국부적으로 자기장의 세기를 조절할 수 있게 되고, 타겟의 국부적인 과도 침식을 방지하고 면내 스퍼터링의 분포가 개선되는 효과가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기 제어부는 상기 구동 전원부에서 공급되는 전압 및 전류 중 하나 이상을 조절하여 상기 자기 발생부의 적어도 일 영역이 타 영역과 다른 자기장의 세기를 갖도록 제어 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기 제어부는 상기 복수 개의 자석 집합체 사이의 직렬 연결, 병렬 연결 또는 둘 다의 연결을 제어하는 것일 수 있다.
본 발명에서 복수 개의 자석 집합체는 서로 다양하게 형성된 회로에 의해 연결될 수 있다. 각각의 자석 집합체에 흐르는 전류를 사용자의 의도에 따라 스위치를 개폐하여 제어할 수만 있다면, 상기 회로의 구조를 특별히 한정하지는 아니한다. 본 발명의 제어부는 스위치, 각각의 자석 집합체를 연결하는 회로, 구동 전원부와 자기 발생부 간을 연결하는 회로, 각 회로에 흐르는 전류를 제어할 수 있는 장치 등을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
자기 발생부
본 발명에서 자기 발생부는 복수 개의 자석 집합체를 포함하여 형성된다. 본발명을 상세하게 설명하기 위해, 자석 집합체 외에 자석 유닛 및 자석 구조체의 개념이 추가적으로 사용된다.
각각의 자석 집합체는 복수 개의 자석 구조체를 포함한다. 각각의 자석 구조체들은 와이어에 의해 서로 연결된 구조일 수 있다.
본 발명에서 자기 발생부는 복수 개의 자석 집합체를 포함하여 형성된다. 본발명을 상세하게 설명하기 위해, 자석 집합체 외에 자석 유닛 및 자석 구조체의 개념이 추가적으로 사용된다. 본 발명에서 설명하는 자석 유닛은 하나 이상의 자석 집합체를 포함하는 개념이다. 본 발명에서 자석 집합체는 하나 이상의 자석 구조체들이 와이어에 의해 직렬, 병렬 또는 둘 다로 연결되어 형성된 구조를 지칭하는 개념으로 사용된다. 이 때 각 자석 구조체는 전자석, 전자석을 포함하는 영구자석 또는 둘 다를 포함하는 것이다. 아래에서는 작은 개념인 자석 구조체로부터 그 조합으로 형성되는 자기 발생부에 대해 순차적으로 설명한다.
자석 구조체
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자석 집합체 각각은, 하나 이상의 자석복수 구조체들이 와이어에 의해 직렬, 병렬 또는 둘 다로 연결된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자석 구조체 각각은, 전자석, 영구자석과 전자석의 결합체 또는 둘 다를 포함하는 것일 수 있다.
일 예로서 자석 구조체 각각은 영구 자석에 전자석을 덧붙여 형성한 구조체일 수 있다. 또 다른 일 예로서 자석 구조체 각각은 영구 자석에 전자석과 같이 와이어를 감은 구조체 일 수도 있다.
본 발명의 자석 구조체는 와이어를 감은 횟수에 따라 자기장이 변화하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명의 자석 구조체는 와이어에 흐르는 전압, 전류를 조절하여 각각의 자석 구조체의 자기장을 조절할 수 있는 것일 수 있다. 본 발명의 자석 구조체는 자석 구조체의 형상, 자석 구조체의 재질, 코일의 감은 횟수, 코일의 재질 등에 따라 구현되는 자기장의 세기가 변화하는 것일 수도 있다.
본 발명에서는 상기 자석 구조체의 구조를 특별히 한정하지 아니하며, 본 발명의 자석 구조체는 다양한 방식으로 자기장을 발생시킬 수 있는 모든 구조체를 포함하는 개념으로 사용된다. 본 발명의 자석 구조체는 복수 개 연결 형성되어 자석 집합체를 형성할 수 있는 구조일 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전자석 제어 시스템에서, 자기 제어부(200)에 의해서 구동 전원부와 자기 발생부의 모든 자석 집합체들(310, 320, 330) 간에 모든 스위치가 닫힌 상태의 일 예를 도시한 개략도이다. 상기 자기 제어부는 복수 개의 스위치(SW1 내지 SW8)를 포함한다.
도 3a는, 도 2에 도시된 전자석 제어 시스템에서 선택적으로 일부의 스위치만 선택적으로 닫힌 상태를 형성하여 자석 집합체 간에 병렬 연결이 형성된 일 예를 도시한 개략도(전체 스위치 중 닫힌 상태의 스위치만 도시)이고
도 3b는, 도 2에 도시된 전자석 제어 시스템에서 선택적으로 일부의 스위치만 선택적으로 닫힌 상태를 형성하여 자석 집합체 간에 직렬 연결이 형성된 일 예를 도시한 개략도(전체 스위치 중 닫힌 상태의 스위치만 도시)이다.
자석 유닛 및 자석 집합체
본 발명의 자석 유닛과 자석 집합체는 모두 하나 이상의 자석 구조체를 포함하는 개념이다. 자석 구조체는 하나 이상이 자석 집합체에 포함될 수 있고, 자석 구조체가 복수 개일 경우 서로 연결 형성되어 자석 집합체를 형성한다. 자석 집합체는 다시 하나 이상이 자석 유닛에 포함될 수 있고, 자석 집합체가 복수 개일 경우 서로 연결 형성되어 자석 유닛을 형성한다. 자석 집합체는 자석 구조체를 복수 개 포함할 경우 각각의 자석 구조체가 와이어에 의해 직렬, 병렬 또는 둘 다의 연결이 되어 형성된 구조일 수 있다.
상기 자석 유닛 및 자석 집합체는 요크 상에 복수 개의 자석 구조체가 배치되어 형성되는 것일 수 있다. 이 때 요크 상에 형성되는 자석 구조체들 각각은 서로 직렬 구조, 병렬 구조 또는 둘 다를 포함하는 구조로 연결 배치 될 수 있다. 상기 복수 개의 자석 구조체는 사용자의 자기장 설계에 따라 다양하게 배치되어 요크 상에 설치될 수 있다. 일 예로서 상기 자석 구조체는 접착제에 의해 요크 상에 견고하게 설치될 수 있다. 또한, 다른 일 예로서 상기 자석 구조체와 요크 사이를 볼트를 이용하여 고정함으로써 상기 고정된 구조체를 확보할 수도 있다. 본 발명에서 상기 요크 상에 자석 구조체를 고정하기 위한 방법은 접착제를 이용하거나 볼트를 이용하는 것 외에도 추가적인 다양한 수단이 이용될 수 있다.
자석 유닛에 포함되는 자석 구조체의 수는 스퍼터링 장치의 사이즈에 따라 결정될 수 있다. 대면적의 기판에 스퍼터링이 필요할 경우 더 많은 자석 구조체를 포함하는 자석 유닛이 필요할 수도 있다.
본 발명에서 상기 자석 유닛은 하나의 자석 단위체로서, 자석 유닛에 포함되는 자석 집합체의 수는 사용자의 제어 설계에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 또한 형성된 자석 유닛이 낱개로서 마그네트론 스퍼터링 장치의 자기 발생부를 구성할 수도 있고, 복수 개 구비되어 다양하게 배치된 형태로 마그네트론 스퍼터링 장치의 자기 발생부를 구성할 수도 있다.
본 발명의 일 예에 따르는 자석 유닛은, 상기 자석 구조체 각각의 와이어에 가해지는 전압 및 전류 중 하나 이상을 조절하여 상기 자석 유닛의 적어도 일 영역이 타 영역과 다른 자기장의 세기를 갖도록 제어가 가능한 것일 수 있다.
구체적인 일 예로서, 개별적인 전원을 설치하여 상기 일 영역에 위치한 자석 구조체들에는 높은 전류를 가하고 타 영역에 위치한 자석 구조체들에는 낮은 전류를 가하여 상기 자석 유닛의 일 영역과 타 영역이 서로 다른 자기장의 세기를 갖도록 제어할 수 있다. 또 다른 일 예로서, 일 영역에 위치하는 자석 구조체들과 타 영역에 위치하는 자석 구조체들에 설치된 와이어에 흐르는 전류를 차단할 수 있는 스위치(switch) 또는 릴레이(relay)를 설치하여 회로의 연결을 제어함으로써 상기 자석 유닛의 일 영역과 타 영역이 서로 다른 자기장의 세기를 갖도록 제어할 수 있다.
도 4a는, 본 발명의 일 실시예로서, 실제 본 발명에서 제공하는 자석 집합체를 복수 개 연결되도록 배치하여 형성한 자석 유닛의 일부 구조를 보여주는 사진이다. 도 4a의 점선으로 도시된 영역은 일 예로서 구비된 자석 집합체(310, 320, 330) 각각을 나타낸다. 도 4a에서 보이는 네모난 구조체 각각은 자석 구조체의 상면에 해당한다. 상기 자석 구조체는 와이어가 권취 가능한 구조라면 본 발명에서 그 형상을 특별히 한정하지 않으나, 그 예로서 T형 구조체, I형 구조체, F형 구조체, E형 구조체 중 하나의 자석, 또는 각 형상의 구조체를 소정의 각도 회전시킨 구조체 중 하나의 자석을 포함할 수 있다. 도 4a에 형성되는 각각의 자석에는 와이어가 권취되도록 형성될 수 있다. 각각의 자석 구조체는 상면이 맞닿도록 연결 형성될 수 있다. 이 때, 각각의 자석 구조체는 상면이 맞닿도록 인접한 자석 구조체와 연결 형성되더라도, 각각의 자석 구조체를 권취하는 와이어 간에 서로 맞닿지 않도록 형성되는 것이 좋다. 상기 와이어에는 전류가 흐르므로 인접한 자석 구조체의 와이어와 맞닿을 경우 쇼트가 발생하는 문제가 생길 수 있다.
도 4b에서는 도 4a의 자석 유닛에 포함되는 각각의 자석 집합체를 구성하는 자석 구조체들을 확인할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에는 세 개의 자석 집합체(310, 320, 330)의 구성이 나타나고 있다. 도 4b에 도시된 각 자석 집합체는 각각의 자석 구조체가 와이어로 연결되어 서로 직렬 연결된 구조이다. 또한 도 4b에는 각 자석 구조체를 연결하는 와이어의 권취 방향(곡선 화살표) 및 각 자석 집합체에 형성되는 전류의 방향(직선 화살표)이 각각 화살표로 도시되어 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 자석 유닛, 자석 집합체 및 자석 구조체 간의 구조를 설명하기 위해 본 발명의 일 예로서 도시한 것이며, 마그네트론 스퍼터링 장치의 설계에 따라 자석 유닛은 다양하게 배치된 자석 구조체 또는 자석 집합체를 포함하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 예로서, 도 5a 및 도 5b와 같은 형태의 자석 유닛을 형성할 수도 있다.
도 5a 및 도 5b는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 자석 유닛의 구조를 개략적으로 도시한 평면도이다. 아래에서는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 자석 유닛에 형성되는 제1 자석군 및 제2 자석군을 설명한다. 아래의 제1 자석군 및 제2 자석군은 복수 개의 자석 구조체가 연결되어 형성되는 것이다. 본 발명에서 제1 자석군과 제2 자석군은 자석 집합체와는 또 다른 개념으로 사용된다. 구체적으로 제1 자석군 및 제2 자석군은 자석 유닛에 포함되는 서로 자극을 갖는 자석구조체 군을 설명하기 위한 것으로, 자석군을 형성하는 자석구조체는 인접 또는 일정 거리를 가지고 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 자석 집합체 중 적어도 일부는, N극, 또는 S극 중 선택된 하나의 자극을 갖는 제1 자석군; 및 N극, 또는 S극 중 상기 제1 자석군과 다른 자극을 갖는 제2 자석군;을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 자석군은 상기 제1 자석군 외측에 배치된 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 자석 구조체는 요크 상에 복수 개 배치되어 자석 유닛을 형성할 수 있다. 요크(310)는 평판 또는 원통형 형상일 수 있다. 요크(310)는 예를 들면 페라이트계의 스테인레스 등을 이용할 수 있다. 요크(310)의 일면 또는 표면 상에는 제1 자석군(20) 및 제2 자석군(30)이 설치되어 자석 유닛을 형성할 수 있다. 즉, 평판형 요크(310)의 일면 상에 제1 자석군 및 제2 자석군이 설치되거나, 원통형 요크의 표면에 제1 자석군 및 제2 자석군이 설치될 수 있다. 이 때, 형성된 자석 유닛은 제1 자석군 및 제2 자석군을 포함할 수 있고, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 자석 유닛의 형태 중 하나와 같이 배치될 수 있다. 또한, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 자석 유닛의 형태 중 둘 이상이 복수 개 연결되어 배치된 것일 수도 있다. 한편, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 자석 유닛의 형태들과는 또 다른 형태로 자석 유닛이 배치될 수도 있다.
제1 자석군과 제2 자석군의 배치에 대해 상세히 설명하면, 제 1 자석군(20)은 요크의 중앙부에 고정되고, 제2 자석군(30)은 제1 자석군과 이격되어 제1 자석군의 외측 주변에 고정될 수 있다. 여기서, 제1 자석군 및 제 2 자석군의 높이 및 폭은 동일할 수 있다. 그러나, 제1 자석군의 폭이 제2 자석군보다 넓거나 좁을 수도 있고, 제1 자석군의 높이가 제2 자석군의 높이보다 높거나 낮을 수도 있는 등 설계상의 필요에 따라 상기 폭과 높이는 다양하게 변형이 가능하다.
제1 자석군은 요크의 일 면으로부터 소정의 높이로 형성되며 직선 형태 또는 폐루프(closed loop) 형상으로 마련될 수도 있다. 즉, 제1 자석군은 도 5a에 도시된 바와 같이 소정의 길이 및 폭을 갖는 직선 형태로 마련될 수도 있고, 도 5b에 도시된 바와 같이 폐루프 형태로 마련될 수도 있다. 직선 형태의 경우 즉 x축 방향으로 소정의 폭을 갖고 이와 직교하는 y축 방향으로 소정의 길이를 갖는 대략 바(bar) 형상으로 마련될 수 있다. 이때, x축 방향은 마그네트론 스퍼터링 장치에서 기판의 이동 방향과 동일한 것일 수 있다. 폐루프 형태의 제1 자석군(20)은 도 5b에 도시된 바와 같이 서로 소정 간격 이격되며 동일 길이의 제1 장변부 및 제2 장변부(22a, 22b)와 제1 장변부 및 제2 장변부의 가장자리에 제1 장변부 및 제2 장변부 사이를 연결하도록 형성된 제1 단변부 및 제2 단변부(24a, 24b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 단변부 및 제2 단변부는 직선 형태로 마련되어 제1 장변부 및 제2 장변부의 가장자리를 연결할 수 있다. 따라서, 제1 자석군(20)은 장변부 및 단변부가 직사각형의 형상을 이루도록 마련될 수 있다. 그러나, 제1 자석군은 직사각형의 형상뿐 만 아니라 원형 또는 폐루프 형상을 갖는 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 장변부와 단변부가 만나는 모서리 부분이 라운드 하게 형성될 수도 있다. 또한, 제1 자석군의 장변부는 요크의 중앙부로부터 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다.
제2 자석군(30)은 제1 자석군(20)과 소정 간격 이격되며, 제1 자석군(20)의 외측에 마련될 수 있다. 즉, 제2 자석군(30)은 직선 형상 또는 폐루프 형상의 제1 자석(20)군의 외측에 마련될 수 있다. 이러한 제2 자석군은 제1 자석군과 동일 형상으로 마련될 수 있는데, 제2 자석군 또한 폐루프 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 도 5b에 도시된 바와 같이 폐루프 형상으로 마련될 수도 있다. 폐루프 형상의 제2 자석군은 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 자석군의 제1 장변부 및 제 2 장변부(22a, 22b)와 소정 간격 이격되고 이보다 길게 제3 장변부 및 제4 장변부(32a, 32b)가 마련될 수 있고, 제3 장변부 및 제 4 장변부의 가장자리에서 제3 장변부 및 제4 장변부를 서로 연결하도록 제3 단변부 및 제4 단변부(34a, 34b)가 마련될 수 있다. 따라서, 제2 자석군(30)은 장변부(32a, 32b) 및 단변부(34a, 34b)가 직사각형의 형상을 이루면서 제1 자석군(20)을 둘러싸도록 마련될 수 있다. 그러나, 제2 자석군(30)은 직사각형의 형상뿐만 아니라 폐루프 형상을 갖는 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 장변부와 단변부 가 만나는 모서리 부분이 라운드 하게 형성될 수도 있다.
한편, 상기 제1 자석군과 제2 자석군을 형성하는 자석 구조체들은, 각각 서로 다른 극성을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 자석군을 형성하는 영구 자석이 N극을 갖는다면 제2 자석군을 형성하는 영구 자석은 S극을 갖고, 제1 자석군의 영구 자석이 S극을 갖는다면 제2 자석군의 영구 자석은 N극을 가질 수 있다.
따라서, 제1 자석군(20)이 도 5a에 도시된 바와 같이 일자 형태를 가지면 자석 유닛의 영구 자석은 S-N-S의배열을 갖거나 N-S-N의 배열을 가질 수 있다. 또한, 제1 자석군이 도 5c에 도시된 바와 같이 폐루프 형태를 가지면 자석 유닛의 영구 자석은 S-N-N-S의 배열을 갖거나 N-S-S-N의 배열을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명은 극성이 다른 두 자석으로 이루어진 자석 유닛이 복수 마련되는 경우 뿐만 아니라 복수의 자석이 극성이 다르게 배열되는 경우도 포함될 수 있으므로 N-S-...-S-N로 자석의 배열이 이루어질 수도 있다.
마그네트론 스퍼터링 장치
다른 일 실시예로서, 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치는 기판이 안착되는 기판 안착부; 상기 기판 안착부와 소정 간격 이격되어 구비되며, 복수 개의 자석 집합체를 포함하는 자기 발생부; 상기 자기 발생부와 연결되어 상기 자기 발생부에 전원을 공급하기 위한 구동 전원부; 상기 구동 전원부와 상기 복수 개의 자석 집합체 중 하나 이상이 선택적으로 연결되도록 제어 가능한 스위치를 포함하는 자기 제어부; 및 상기 기판 안착부와 자기 발생부 사이에 구비되는 하나 이상의 타겟부;를 포함한다.
본 발명에서 설명하는 마그네트론 스퍼터링 장치는 자기 발생부를 포함하며, 자기 발생부에는 상술했던 자석 유닛이 하나 이상 구비된다. 아래에서는 마그네트론 스퍼터링 장치 및 마그네트론 스퍼터링 장치를 구성하는 각 부분에 대해서 설명한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 스퍼터링 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에서 제공하는 마그네트론 스퍼터링 장치를 도시한 도 6을 참조하면, 본 발명에서 제공하는 스퍼터링 장치는 자석 유닛(630)과, 백킹 플레이트(650), 타겟(640) 및 기판 안착부(620)를 포함할 수 있다. 상기 기판 안착부 상에는 그 표면에 스퍼터링 된 층이 형성되는 기판(610)이 구비된다. 또한, 자석 유닛(630)은 요크(310)와, 중앙의 제1 자석군 및 제1 자석군 외측의 제2 자석군을 포함할 수 있다. 상기 각각의 자석군은 자석(100) 및 자석을 권취하는 와이어(200)로 구성된 자석 구조체를 포함할 수 있다.
여기서, 기판 안착부(620)와 자석 유닛(630)은 서로 대향되도록, 즉 서로 마주보거나 일정 각도가 기울어진 상태로 소정 거리가 이격되어 마련될 수 있다. 이때, 기판 안착부는 장치 내에 상측, 하측 또는 측부에 마련될 수 있고, 이와 마주보도록 자석 유닛이 마련될 수 있다. 예를 들어, 기판 안착부가 하측에 마련되면 자석 유닛은 상측에 마련되고, 기판 안착부가 상측에 마련되면 자석 유닛은 하측에 마련될 수 있다. 또한, 기판 안착부가 측면에 수직으로 마련될 경우 자석 유닛은 이와 대면하는 타 측면에 마련될 수 있다.
자석 유닛
도 6에 도시된 자석 유닛(630)은 본 발명의 일 예로서 기판과 대향하도록 마련되어 있으나, 반드시 기판과 대향하도록 마련되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 일 예(미도시)에서는 자석 유닛이 기판과 일정 각도 경사진 상태로 소정 거리가 이격되어 마련될 수도 있다. 본 발명의 자석 유닛의 일 예에서는 요크(310), 요크 상에 형성된 중앙의 제1 자석군 및 제1 자석군 좌측 및 우측에 구비된 제2 자석군을 포함할 수 있다. 제1자석군 및 제2자석군은 복수 개의 자석 구조체가 연결된 구조를 포함한다. 또한, 도 6에서는 예시적으로 한 개의 자석 유닛이 도시되어 있지만, 상기 자석 유닛은 둘 이상 마련될 수 있고, 상기 자석 유닛은 x축 방향, x축 방향과 직교하는 y축 방향, 및 x축 방향과 y축 방향에 모두 직교하는 z축 방향 중 하나 이상의 방향으로 왕복 이동할 수도 있다.
자석 유닛보다 큰 대면적 기판에 박막을 증착하는 경우에 자석 유닛(630)은 둘 이상 구비될 수 있다. 이때, 적어도 둘 이상의 자석 유닛은 동일 크기 및 동일 구조로 마련되고 동일 간격으로 이격될 수 있다.
백킹 플레이트
백킹 플레이트(650)는 자석 유닛(630)과 기판 안착부(620) 사이에 마련된다. 또한, 백킹 플레이트의 일면에는 타겟(640)이 고정된다. 즉, 타겟은 기판(610)과 대면하는 백킹 플레이트의 일면에 고정된다. 한편, 백킹 플레이트를 마련하지 않고, 자석 유닛 상측에 타겟을 마련하는 것도 가능하다.
타겟
타겟(640)은 백킹 플레이트(650)에 고정되며, 기판(610)에 증착될 물질로 구성된다. 이러한 타겟(640)은 금속 물질 또는 금속 물질을 포함하는 합금일 수 있다. 또한, 타겟(640)은 금속 산화물, 금속 질화물 또는 유전체일 수도 있다.
예를 들어, 타겟은 Mg, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Al, In, C, Si 및 Sn 등에서 선택되는 원소를 주성분으로 하는 재료가 이용될 수 있다. 한편, 백킹 플레이트(650)와 타겟(640)은 총두께가 5㎜∼50㎜ 정도로 형성될 수 있다.
기판 안착부
기판 안착부(620)는 증착 물질이 기판(610)에 균일하게 증착될 수 있도록 기판을 고정한다. 기판 안착부는 기판이 안착되면 고정 수단 등을 이용하여 기판의 가장자리를 고정하거나, 기판의 뒷면에서 기판을 고정할 수 있다. 기판 안착부는 기판의 뒷면을 모두 지지하여 고정하기 위해 기판의 형상을 갖는 대략 사각형 또는 원형의 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 기판 안착부는 기판의 가장자리 부분을 고정하기 위해 소정 길이를 갖는 네 개의 바가 상하좌우에 소정 간격 이격되어 마련되고 바의 가장자리가 서로 접촉됨으로써 중앙부가 빈 사각의 틀 형상으로 마련될 수 있다. 한편, 기판 안착부는 기판이 안착된 상태에서 일 방향으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 일 방향으로 진행하면서 기판 상에 박막을 증착할 수 있다. 따라서, 기판 안착부의 기판이 안착되지 않은 면에는 기판 안착부를 이동시키는 이동 수단(미도시)이 마련될 수 있다. 이동 수단은 기판 안착부와 접촉하여 이동시키는 롤러와, 기판 안착부와 이격되어 자기력으로 이동시키는 자기 이송 수단 등을 포함할 수 있다. 물론, 기판 안착부의 일부가 이동 수단으로 기능할 수도 있다.
또한, 정지형 스퍼터링 장치일 경우 고정 수단이 필요하지 않을 수 있다. 이때, 기판 안착부(620)는 기판(610)을 리프트 시키는 리프트 핀이 구비될 수도 있다.
그러나, 정지형 스퍼터링 장치에서 수직으로 스퍼터링할 경우 기판을 기립시키고 고정하는 고정 수단이 구비될 수 있다. 한편, 기판은 반도체, FPD(LCD, OLED 등), 태양 전지 등을 제조하기 위한 기판일 수 있으며, 실리콘 웨이퍼, 글래스 등 일 수 있다. 또한, 기판은 롤투롤에 적용되는 필름형 기판일 수도 있다. 본 실시예에서 기판은 글래스 등의 대면적 기판을 이용한다.
앞서 자석 유닛에서 자석 구조체 각각의 와이어에 가해지는 전압 및 전류를 조절할 수 있는 것처럼, 마그네트론 스퍼터링 장치에 포함되는 자석 유닛 단위로도 흐르는 전압 및 전류 중 하나 이상을 조절할 수 있다. 구체적인 일 예로서, 일 영역에 위치하는 자석 유닛과 타 영역에 위치하는 자석 유닛들에 설치된 와이어에 흐르는 전류를 개별 전원으로부터 공급하는 방식을 이용할 수 있다. 또는 구동 전원부에 추가적인 장치를 구비하여 전류 또는 전압을 제어하는 방식을 이용할 수도 있다.
다른 구체적인 일 예로서, 상기 전압 및 전류의 조절은 자기 제어부의 스위치(switch) 또는 릴레이(relay)를 포함하거나 직렬 또는 병렬 회로를 구성하는 등 다양한 수단을 이용하여 이루어 질 수 있다. 이로써 자기 발생부 내에서 국부적인 일 영역과 타 영역 간의 다른 자기장의 세기를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 예로서, 상기 자석부는 상기 타겟부의 가장자리로부터 길이 방향의 30 % 이내에 구비된 것일 수 있다. 예를 들어, 타겟의 침식이 가장 많은 부분(즉 타겟의 가장자리로부터 길이 방향)으로 30% 이내의 영역에 자석부를 배치할 수 있다. 즉, 타겟의 침식은 가장자리 부분에서 많이 발생하는데, 그 부분과 대향하는 위치에 자석 구조체를 마련하고 와이어에 인가되는 전압, 전류 등을 조절하여 자기장의 세기를 제어할 수 있다. 결과적으로 타겟의 침식이 과하게 발생하는 부분의 자기장의 세기를 조절하여 전체적으로 균일한 정도의 침식도를 형성하고 국부적인 과도 침식 현상을 방지할 수 있는 것이다.
본 발명의 일 예로서, 상기 자기 발생부는, 상기 자석 구조체의 적어도 일 측에 마련된 냉각 수단을 더 포함하는 것일 수 있다. 본 발명에 따르는 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석부에 포함되는 자석 구조체는, 와이어에 소정의 전류 또는 전압이 인가되면 자석 구조체가 점점 가열될 수 있다. 따라서, 자석 구조체를 냉각시키기 위한 냉각 수단이 상기 자석 구조체의 적어도 일 측에 마련될 수 있다.
여기서, 자석 구조체가 복수 개 결합되어 수평 방향으로 적어도 둘 이상 마련될 수 있고, 수평 방향으로 배치된 영구 자석들 사이에 상기 냉각 수단이 마련될 수 있다. 냉각 수단은 물, 공기 또는 기타 냉매를 공급하는 냉매 공급부와, 이들이 순환될 수 있는 냉매 순환로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로서, 상기 자기 발생부는, 요크, 자석 구조체 및 상기 냉각 수단을 단위 모듈화하는 몰딩부를 더 포함하는 것일 수도 있다.
또 다른 일 실시예로서, 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 방법은, 타겟의 위치에 따른 표면 침식 정도를 확인하는 단계; 및 타겟의 표면 침식 정도의 분포에 따라 자석 구조체의 자기장의 세기를 조절하여 스퍼터링을 수행하는 단계;를 포함한다.
이 때, 본 발명의 일 예에 따르면, 마그네트론 스퍼터링 장치의 챔버를 여는 등의 과정 없이, 타겟 주위의 진공도를 유지하면서 상기 자석 구조체의 자기장의 세기를 조절할 수 있다. 이로써 추가적인 공정이나 수작업의 수고 없이도 타겟의 국부적인 과도 침식을 방지할 수 있고 면내 분포를 개선할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스퍼터링을 수행하는 단계는, 본 발명의 일 예에 따르는 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템에 의한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기장의 세기 조절은, 상기 자석 구조체에 가해지는 전류 및 상기 자석 구조체에 가해지는 전압 중 하나 이상을 제어하거나, 상기 자석 구조체가 복수 개 일 경우 상기 자석 구조체 간의 연결을 제어하거나, 또는 이 둘 모두를 제어하여 수행되는 것일 수 있다.
일 예로서, 상기 자석 구조체에 가해지는 전류 및 전압은 본 발명의 일 실시예에 따르는 마그네트론 스퍼터링 장치의 구동 전원부를 이용하여 수행되는 것일 수 있다. 일 예로서, 상기 자석 구조체 간의 연결은 본 발명의 일 실시예에 따르는 마그네트론 스퍼터링 장치의 각각의 자석 구조체 간에 형성된 회로에 포함되는 스위치를 이용하여 수행되는 것일 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 예에서 상기 타겟의 위치에 따른 표면 침식 정도를 확인하는 단계는 작업자가 직접 확인하는 방법으로 수행될 수 있으며, 컴퓨터 자동화 시스템을 운용하여 확인하는 방법으로 수행될 수도 있다.
또한, 상기 자기장의 세기 조절에 앞서, 타겟의 표면 분포에 따라 각 자석 구조체에 필요로 되는 전압, 전류 및 자석 구조체 간의 연결을 결정할 수 있는데, 이 작업 또한 작업자가 직접 결정하는 방법으로 수행될 수 있으며, 컴퓨터 자동화 시스템을 운용하여 결정하는 방법으로 수행될 수도 있다.
실시예
도 7a 내지 도 7d는, 본 발명의 실시예로서, 자석 구조체를 복수 개 포함하는자석 유닛을 도 5b와 같이 구성하고, 스위치를 이용하여 일부 또는 전부의 자석 집합체를 구동 전원부와 연결한 후, 연결된 자석 구조체들의 구조를 도시한 개략도이다.
본 발명의 실시예로서, T 형상의 영구 자석 및 영구자석을 권취하는 와이어를자석 구비한 자석 구조체를 복수 개 제조하였다. 상기 자석 구조체를 연결 배치하여 도 5b와 같은 자석 유닛을 형성하였다. 스위치를 이용하여 선택적으로 일부 또는 전부의 자석 집합체에 전류를 가하고, 제1 자석군과 제2 자석군의 중앙 지점에서의 자장 강도를 측정하였다.
도 7a는 상기 자장강도를 측정하기 위하여 구성한 자석 유닛의 배치 및 자장강도를 측정한 위치를 나타내는 그림이고, 도 7b는 비교예로서, 모든 자석 집합체에 전류가 흐르지 않도록 차단한 상태의 상태를 나타낸 그림이며, 도 7c는 일 실시예(샘플 1)로서, 중앙에 배치된 자석 집합체에만 전류가 흐르도록 연결한 상태를 나타낸 그림이며, 도 7d는 다른 일 실시예(샘플 2)로서, 세 개의 자석 집합체 모두에 전류가 흐르도록 병렬 연결한 상태를 나타낸 그림이다.
아래는 각 경우에 대해서 측정된 자장 강도를 나타내는 표이다.
비교예 샘플 1 샘플 2
전압/전류 - -12V / 2A
(reverse) 		-18V / 3A
(reverse) 		12V / 6A
(각 자석집합체 2A) 		24V / 12A
(각 자석집합체 4A)
자장강도
(x=225mm) 		478.7 470.1
(-8.6G) 		467.6
(-11.1G) 		481.4
(+2.7G) 		488.9
(+10.2G)
상기 [표 1]을 통해 비교예와 실시예 각 경우에 발생한 자장강도의 차이값을 확인하고 국부적인 자기장 세기 조절이 효과적으로 가능함을 확인하였다. 상기 실험을 통해 각 경우에 흐르는 전압 및 전류를 조절하거나, 각 자석 집합체와 연결되는 스위치의 개폐를 조절함으로써 국부적으로 다른 자기장의 세기가 구현됨을 확인하였다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 구동 전원부;
    자석 집합체를 복수 개 포함하는 자기 발생부; 및
    상기 구동 전원부와 상기 복수 개의 자석 집합체 중 하나 이상을 선택적으로 제어 가능한 스위치를 포함하는 자기 제어부;를 포함하고,
    상기 자석 집합체 각각은, 복수 개의 자석 구조체를 포함하고,
    상기 자석 구조체는 서로 직렬 및 병렬 연결이 된 것인,
    마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 전원부는,
    외부 전원과 연결되고 교류를 직류로 전환하는 전원부; 및 상기 전원부와 연결되어 인가되는 전원의 극성을 전환하는 극성 전환부;를 포함하는 것인,
    마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자기 제어부는, 상기 구동 전원부에 포함되는 것인,
    마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자기 제어부는 상기 스위치의 연결을 선택적으로 제어하여 상기 자기 발생부의 적어도 일 영역이 타 영역과 다른 자기장의 세기를 갖도록 조절이 가능한 것인,
    마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자기 제어부는 상기 구동 전원부에서 공급되는 전압 및 전류 중 하나 이상을 조절하여 상기 자기 발생부의 적어도 일 영역이 타 영역과 다른 자기장의 세기를 갖도록 제어 가능한,
    마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자기 제어부는 상기 복수 개의 자석 집합체 사이의 직렬 연결, 병렬 연결 또는 둘 다의 연결을 제어하는 것인,
    마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자석 집합체 각각에 포함된 복수 개의 자석 구조체는 서로 직렬 연결된 것이고, 상기 각각의 자석 집합체는 서로 병렬 연결된 것인,
    마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 자석 구조체 각각은, 전자석, 영구자석과 전자석의결합체 또는 둘 다를 포함하는 것인,
    마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 자석 집합체 중 적어도 일부는,
    N극, 또는 S극 중 선택된 하나의 자극을 갖는 제1 자석군; 및 N극, 또는 S극 중 상기 제1 자석군과 다른 자극을 갖는 제2 자석군;을 포함하는 것인,
    마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 자석군은 상기 제1 자석군 외측에 배치된 것인,
    마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템.
  11. 기판이 안착되는 기판 안착부;
    상기 기판 안착부와 소정 간격 이격되어 구비되며, 복수 개의 자석 집합체를 포함하는 자기 발생부;
    상기 자기 발생부와 연결되어 상기 자기 발생부에 전원을 공급하기 위한 구동 전원부;
    상기 구동 전원부와 상기 복수 개의 자석 집합체 중 하나 이상을 선택적으로 연결하기 위한 스위치를 포함하는 자기 제어부; 및
    상기 기판 안착부와 자기 발생부 사이에 구비되는 하나 이상의 타겟부;를 포함하고,
    상기 자석 집합체 각각은, 복수 개의 자석 구조체를 포함하고, 상기 자석 구조체는 서로 직렬 및 병렬 연결이 된 것인,
    마그네트론 스퍼터링 장치.
  12. 타겟의 위치에 따른 표면 침식 정도를 확인하는 단계; 및
    타겟의 표면 침식 정도의 분포에 따라 자석 구조체의 자기장의 세기를 조절하여 스퍼터링을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 스퍼터링을 수행하는 단계는,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 마그네트론 스퍼터링 장치의 자석 제어 시스템에 의한 것인,
    마그네트론 스퍼터링 방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 자기장의 세기 조절은,
    상기 자석 구조체에 가해지는 전류 및 상기 자석 구조체에 가해지는 전압 중 하나 이상을 제어하거나,
    상기 복수 개의 자석 구조체 간의 연결을 제어하거나,
    또는 이 둘 모두를 제어하여 수행되는 것인,
    마그네트론 스퍼터링 방법.



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