KR101924666B1 - 고전력 스퍼터링 소스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스퍼터링되는 재료의 높은 퍼센티지가 이온 형태로 제공되도록 타깃 표면으로부터 재료를 스퍼터링할 수 있는 마그네트론 스퍼터링 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 이는 간단한 제너레이터에 의해 달성되고, 상기 제너레이터의 전력은 시간 간격에 걸쳐 다수의 마그네트론 스퍼터링 소스로 분배되어 공급되고, 즉 하나의 스퍼터링 소스에 하나의 시간 간격 동안 최대 전력이 공급되고, 다음 스퍼터링 소스에 후속하는 시간 간격 동안 최대 전력이 공급된다. 이로 인해 0.2 A/㎠ 보다 큰 방전 전류 밀도가 구현된다. 차단 시간 동안 스퍼터링 타깃은 냉각될 수 있으므로, 한계 온도가 초과되지 않는다.

Description

고전력 스퍼터링 소스{HIGH-POWER SPUTTERING SOURCE}
본 발명은 마그네트론 스퍼터링에 의해 기판을 코팅하는 방법에 관한 것이다.
본 설명과 관련해서 "스퍼터링"이란 "용사(spraying)"와 동일한 의미로 사용된다.
스퍼터링 시 타깃(캐소드)에 이온이 조사되고, 이로 인해 타깃으로부터 재료가 제거된다. 플라즈마에서 타깃 표면의 방향으로 이온의 가속은 전기장에 의해 이루어진다. 마그네트론 스퍼터링 시 타깃 표면 위에 자기장이 형성된다. 이로 인해 플라즈마 내의 전자들은 강제로 나선 트랙으로 이동되고, 타깃 표면 위에서 회전한다. 상기 나선 트랙의 연장된 거리로 인해 원자 또는 이온과 전자들의 충돌 횟수가 현저히 증가하고, 이는 타깃 표면 위의 이러한 영역에서 더 높은 이온화를 야기한다. 이로 인해 상기 영역 바로 아래의 타깃에서 스퍼터링 제거가 증가한다. 이는 마그네트론 스퍼터링의 경우에 전형적인, 위에 레이스 트랙이 놓인 침식 트랜치를 야기한다. 이러한 침식 트랜치는, 타깃의 넓은 영역이 실질적으로 제거되지 않는 단점을 갖는다. 그러나 타깃 재료는 대개 고가의 재료이다. 따라서 자기장을 형성하는 자석 시스템은 때때로 타깃 후방에 배치되고, 이로 인해 도 1에 도시된 바와 같이, 신장 형상의 레이스 트랙이 형성된다. 원형 캐소드의 경우에 자석 시스템은 원형 캐소드의 중앙 축을 중심으로 회전하므로, 실질적으로 타깃 재료는 균일한 형태로 제거된다. 그러나 제거된 재료의 매우 낮은 퍼센티지만이 이온화되는 종래 방식의 스퍼터링의 단점은 계속된다.
본 발명은 상세히는 HIPIMS-방법(HIPIMS = High Power Impluse Magnetron Sputtering)에 관한 것이다. HIPIMS는 종래 방식의 스퍼터링으로부터 개선된 방법으로서, 상기 방법은 100 W/㎠보다 큰 전력 밀도로 마이크로 초 내지 밀리 초 범위의 펄스 지속 시간을 갖는 펄스 방식의 방전 효과를 이용한다. 유망한 HIPIMS-기술에 의해 종래 방식의 스퍼터링의 주요 단점, 즉 스퍼터링된 원자의 매우 낮은 이온화가 극복된다. 이렇게 선행기술에 의해, HIPIMS 기술을 이용하여 재료에 따라 스퍼터링된 입자의 100%까지 이온화가 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
이 경우 적어도 단시간에 타깃에 작용하는 큰 방전 전류 밀도는 높은 이온화도를 야기한다. 증가한 이온화도는 층의 성장 메커니즘을 변경시킬 수 있고, 따라서 층 특성에 영향을 미친다. 특히 이로 인해 접착 강도가 더 높아진다.
일반적으로 사용되는 평균 전력 밀도는 종래 방식의 스퍼터링 및 HIPIMS에서 20 W/㎠위이다. 부하가 높은 경우에 특수한 타깃 냉각 장치의 사용 하에서는 50 W/㎠까지 이른다. 이 경우 적절한 방전 전류 밀도는 0.2 W/㎠까지이다. 플라즈마 물리학과 전자 공학의 관점에서 훨씬 더 높은 전력 밀도와 방전 전류 밀도는 문제가 되지 않는다. 그러나 실질적으로 스퍼터링 타깃에 적용될 수 있는 평균 전력은, 타깃 냉각에 기술적 한계가 설정됨으로써 제한된다. 이러한 이유로 HIPIMS-방법에서 스퍼터링 전력은 펄스 형태로 인가되고, 이 경우 펄스 지속 시간은 타깃에 작용하는 평균 전력에 따라 과온이 발생하지 않도록 짧게 선택된다. 타깃 온도와 허용된 최대 타깃 온도가 타깃 재료, 상기 재료의 열 전도성 및 상기 재료의 기계적 특성에 매우 많이 의존하는 것은 분명하다.
펄스 기술은 상당한 장치 비용을 야기하는 것이 단점인데, 그 이유는 전력을 시간적으로 및 공간적으로 스퍼터링-전력 펄스로 분배할 수 있는 제너레이터들이 사용되어야 하기 때문이다. 이는 종래 방식의 제너레이터 기술로는 달성되지 않는다.
이러한 단점을 극복하기 위해 선행기술에서 타깃의 전체 크기에 비해 현저히 축소된 레이스 트랙으로 바꾸고, 상기 레이스 트랙을 타깃 표면 위로 이동시키는 것이 제안된다. 예를 들어 Wang 저 외의 US 6'413'382에 타깃 표면의 20% 미만을 커버하는 마그네트론을 제공하는 자석 시스템이 제안된다. 자석 시스템은 타깃 표면 후방에 회전 가능하게 장착되므로, 레이스 트랙은 실질적으로 타깃 표면 전체를 포괄할 수 있다. 이러한 방법은 제너레이터들을 간단하게 하지만, 펄스 기술은 완전히 배제시킬 수 없다. 따라서 펄스/포즈(pause) 비율은 10% 미만으로 주어진다.
그러나 이 경우, 그에 따라 설계된 장치가 HIPIMS-용도에만 적합한 것이 단점이다. 레이스 트랙 크기가 현저히 감소함으로써 스퍼터링률(sputtering rate)이 상응하게 낮다. HIPIMS-층과 종래 방식의 스퍼터링 층이 교차될 수 있는 경우에, 상기 층들의 해당하는 종래 방식의 스퍼터링률도 감소한다.
Nyberg 저 외의 WO 03006703 A1호에 유사한 방법이 제안된다. 상기 간행물에 증가한 방전 전류 밀도는 축소된 스퍼터링 영역에 의해 달성되는 것이 기술되어 있다. 더 높은 국부적인 가열을 보상하기 위해, 스퍼터링 영역이 이동된다. Nyberg 저 외의 간행물에는 또한, 산업적 활용 시 표면의 용융을 저지하기 위해 감소한 스퍼터링 영역은 타깃에서 높은 속도로 이동되어야 한다고 설명되어 있다. 이러한 기술은 모든 종래 방식의 제너레이터의 사용을 가능하게 한다. 타깃을 전기적으로 서로 절연된 다수의 부분으로 세분하는 방법이 고려된다. 하기에서 상기 부분들을 부분 타깃이라고 한다. 이 경우 하나의 부분 타깃은 특히 전력 제공과 관련해서 다른 부분 타깃과 분리된 완전히 독립적인 타깃이어야 하고, 이 경우 동일한 다수의 부분 타깃의 표면들이 합해져서 타깃 전체면이 된다. 따라서 어느 시점에 전체 전력이 이러한 하나의 부분 타깃에 집중됨으로써, 실제로 스퍼터링되는 위치를 제어하는 것이 가능하다. 부분들의 접속 또는 차단에 의해 가동 부재 없이도 충분할 수 있다.
Nyberg 저 외의 장치의 단점은, 이러한 구성은 종래 방식의 마그네트론 스퍼터링 모드에서는 작동될 수 없다는 것인데, 그 이유는 하나의 제너레이터의 전력을 균일하게 상이한 부분들로 분배하는 것이 불가능하거나 또는 기술적으로 매우 복잡하기 때문이다. 또한, Nyberg 저 외의 해결 방법에서, 특히 접속 또는 차단될 수 있는 각각의 부분 타깃에서 고정된 침식 트랜치가 발생하는 것이 단점이다. 즉, 타깃 이용은 Wang 저 외에 의해 기술된 회전 마그네트론에 비해 훨씬 나빠진다.
따라서, 본 발명의 과제는 복잡한 펄스 제너레이터 기술 없이 HIPIMS-방법을 실행하는 것을 가능하게 하지만, 간단하게 종래 방식의 스퍼터링 모드로 전환될 수도 있어야 하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 타깃이 HIPIMS-모드에서 마스터-슬레이브 유닛으로서 구성되는 전원 공급 장치에 의해 전력을 공급받는 전기 절연된 독립적인 다수의 부분 타깃들로 세분됨으로써 해결된다.
마스터-슬레이브 구성이란 2개 이상의 제너레이터들의 출력부들의 병렬 접속이고, 이 경우 설정될 전력은 제너레이터들 중 하나의 제너레이터(마스터)에서 선택되고, 다른 제너레이터들은 설정 시 마스터를 따르도록 전자 접속된다. 바람직하게 마스터-슬레이브 구성의 적어도 다수의 제너레이터들은 전기 절연된 개별 부분 타깃처럼 서로 접속된다. 개별 부분 타깃에 HIPIMS-모드에서 냉각이 가능할 정도로만 길게 전력이 제공된다. HIPIMS-모드에서 부분 타깃들은 순차적으로 접속 및 차단된다. 따라서 마스터-슬레이브 구성의 전원 공급 장치는 동시에 모든 부분 타깃에 전체 전력을 제공하지 않아도 된다. 이로써 경제적인 제너레이터가 사용될 수 있다. 종래 방식으로 스퍼터링 되어야 하는 경우에, 마스터-슬레이브 구성이 해제되고, 각각의 부분 타깃을 위해 각자의 제너레이터가 이용된다. 부분 타깃은 독립적인 스퍼터링 소스로서 제너레이터에 의해 작동될 수 있다. 마스터-슬레이브 구성의 해제 후에 부분 타깃 개수만큼의 제너레이터가 이용되지 않으면, 소수의 부분 타깃들은 영구적으로 차단된 상태로 지속될 수 있거나 또는 교대로 차단이 이루어진다. 이로써 간단하게 HIPIMS-모드에서 종래 방식의 스퍼터링 모드로 전환될 수 있다.
바람직하게 부분 타깃 후방에 각각 이동 가능한 자석 시스템이 배치되고, 상기 자석 스템은 각각의 레이스 트랙이 각각의 부분 타깃을 통해 이동하게 한다. HIPIMS-모드에서 작동되는 장치의 경우에, 본 발명에 따라 부분 타깃 후방에서 바람직하게 회전하는 자석 시스템들은 스퍼터링 소스의 반복되는 전력 펄스의 주파수와 함께 유리수의 비를 형성하지 않는 주파수로 이동된다. 이로써, 타깃 표면으로부터 균일하게 재료가 제거되는 것이 보장된다.
본 발명은 세부적으로 도면을 참고로 예시적으로 설명된다.
도 1은 선행기술에 따라 종래 방식의 스퍼터링에서 사용되는 것과 같은 이동레이스 트랙과 함께 타깃의 표면을 도시한 도면.
도 2는 전력 공급 유닛이 마스터-슬레이브 구성으로 접속된 다수의 제너레이터로 이루어지고, 각각의 이동되는 자석 시스템을 포함하는 전기 절연된 부분 타깃을 포함하는 본 발명의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 3은 전력 공급 유닛이 마스터-슬레이브 구성으로 접속되지 않은 다수의 제너레이터들로 이루어지므로, 각각의 부분 타깃에 하나의 제너레이터가 할당되고 상기 부분 타깃은 스퍼터링 소스로서 상기 제너레이터에 의해 작동될 수 있고, 각각의 이동된 자석 시스템을 포함하는 전기 절연된 부분 타깃을 포함하는 본 발명의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 4는 50 ms 동안 전력 펄스의 작용 후에 다양한 타깃 재료들의 시뮬레이션된 냉각 거동을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 방전의 분광 측정과 아크 방전의 분광 측정을 비교하여 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 방전의 분광 측정과 종래 방식의 DC 스퍼터링-플라즈마 방전의 분광 측정을 비교하여 도시한 도면.
도 2에 개략적으로 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따라, 전력 공급 유닛(3)은 스위치(S1)에 의해 진공 챔버(4) 내에 배치된, HIPIMS-모드로 스퍼터링 장치를 작동하기 위한 스퍼터링 소스(q1)에 전압과 전류를 공급한다. 전력 공급 유닛(3)은 마스터-슬레이브 구성으로 접속된 다수의 제너레이터(g1 내지 g6)로 구성된다. 상기 전력 공급 유닛은 DC 제너레이터로서 또는 펄스식 DC 제너레이터로서 설계될 수 있다. 스퍼터링 소스(q1)는 부분 타깃을 포함하는 마그네트론 스퍼터링 소스로서 형성되고, 이 경우 이 실시예의 바람직한 변형예에 따라 스퍼터링 소스(q1)의 부분 타깃 후방에 이동 가능한, 바람직하게 회전 가능하게 지지되는 자석 시스템(ms1)이 배치된다. 적용예에서 자석 시스템(ms1)의 이동, 바람직하게 회전에 의해 레이스 트랙은 스퍼터링 소스(q1)의 타깃의 거의 전체 표면에 걸쳐 이동된다.
특히 스퍼터링 방전을 위한 플라즈마가 유지될 수 있도록, 진공 챔버(4) 내로 불활성 가스 및/또는 반응 가스, 예컨대 N2, O2, C2H4, C2H2가 공급된다. 전력 공급 유닛(3)은 스퍼터링 전력을 제공하고, 상기 스퍼터링 전력이 계속해서 q1에 인가 상태인 경우에, 스퍼터링 소스(q1)의 열적 한계를 초과한다. 그러나 스퍼터링 전력은 마그네트론의 레이스 트랙면에 대해 전류 밀도가 0.2 A/㎠보다 큰 마그네트론 방전을 형성하기에 적합하다.
스위치 (S2 내지 S6)에 의해 전압과 전류가 진공 챔버(4) 내에 배치된 스퍼터링 소스(q2 내지 q6)에 인가될 수 있다. 이러한 스퍼터링 소스들은 실질적으로 스퍼터링 소스(q1)와 동일한 구조이다.
전반적으로, 하나의 스퍼터링 소스의 평균 전력은 열적 한계에 의해 주어진 값을 초과해서는 안 된다. 이를 달성하기 위해, 순차적으로, 소정의 시간 후에 하나의 스퍼터링 소스는 차단되고, 다음 스퍼터링 소스는 접속되며, 이는 펄스 시퀀스를 야기한다. 모든 스퍼터링 소스들이 작동되었다면, 다시 제 1 스퍼터링 소스가 접속될 수 있고, 사이클을 다시 시작할 수 있고, 이는 주기적인 작동을 야기한다. 임의의 펄스 시퀀스가 가능하고, 상기 펄스 시퀀스는 타깃에서 최대 평균 전력의 유지를 가능하게 한다.
스퍼터링 소스의 후방에서 이동하는, 바람직하게 회전하는 자석 시스템은 바람직하게 반복되는 전력 펄스의 주파수와 함께 스퍼터링 소스에 인가된 상태에서 유리수의 비를 형성하지 않는 주파수로 이동되므로, 타깃 표면으로부터 재료가 균일하게 제거되는 것이 보장된다.
종래 방식의 스퍼터링으로 전환되어야 하는 경우에, 마스터-슬레이브 구성은 중단된다. 각각의 스퍼터링 소스에 적어도 하나의 제너레이터가 할당된다. 해당 구성은 도 3에 도시된다. 제너레이터가 스퍼터링 소스보다 많은 경우에, 초과한 제너레이터들은 슬레이브로서 스퍼터링 소스에 할당된 제너레이터에 연결될 수 있다.
제너레이터가 스퍼터링 소스보다 적은 경우에, 초과한 스퍼터링 소스들은 사용되지 않거나 또는 상이한 스퍼터링 소스들에 순차적으로 및 주기적으로 전력 중단이 가해지므로, 전력 중단 시간 동안 제너레이터를 릴리스한다.
구체적인 예에서 예를 들어 각각 20 KW의 2개의 DC 제너레이터 AE Pinacle가 마스터/슬레이브 구성으로 접속되었다. 따라서, 최대 스퍼터링 전력으로서 40 kW가 제공된다. 150 mm의 타깃 직경을 갖는, 도 1에 도시된 유형의 원형 마그네트론이 사용되었다. 40 kK 스퍼터링 전력의 시간적으로 조절 가능한 펄스가 타깃으로 스위칭 된다. 평균 대략 5 kW가 제공되면, 상기 크기의 타깃의 경우에 열적 제한에 도달한다. 타깃 재료에 따라서 표면 온도의 시간에 따른 변화의 계산은 도 4에 도시된다. 전술한 마그네트론의 사용 시 40 kW의 펄스 전력의 경우에 레이스 트랙면에 대해 600 W/㎠의 전력 밀도가 예상될 수 있다. 따라서 600 V의 방전 전압에서 1.67 A/㎠의 전류 밀도가 달성된다. 도 4의 유한 요소 시뮬레이션이 나타내는 바와 같이, 1000 W/㎠의 전력 밀도와 50 ms의 펄스 지속 시간으로 스퍼터링 시 구리 또는 알루미늄의 경우에 대략 50 ℃ 내지 100 ℃ 만큼 그리고 리고 티타늄의 경우에 대략 350 ℃만큼의 온도 상승이 예상될 수 있다. 자주 언급되는 표면의 용융과 표면의 증발 가능성이 배제될 수 있는 경우에 시뮬레이션이 중단될 수 있다.
50 ms의 펄스 지속 시간 후에 전체 전력이 동일한 구조의 다른 원형 마그네트론에 공급된다. 이 실시예에 따른 구성에서 진공 챔버는 동일한 구조의 6개의 원형 마그네트론을 포함하고, 상기 마그네트론들은 순차적으로 접속된다. 300 ms의 시간 간격 후에 제 1 원형 마그네트론은 다시 접속된다. 원형 마그네트론들은 진공 챔버 내에서 회전 테이블을 중심으로 원형으로 배치될 수 있고, 상기 회전 테이블에 코팅될 기판이 제공된다. 개별 원형 마그네트론들의 접속은 회전 테이블의 회전 방향과 반대로 순차적으로 이루어질 수 있으므로, 회전 테이블의 더 신속한 회전이 시뮬레이션된다.
타깃 표면 후방의 자석 시스템은 180 rpm의 주파수로 회전한다. 즉, 300 ms마다 실행되는 펄스 반복 시 2개의 주파수는 유리수의 비를 형성하지 않는다.
본 발명에 따른 구성에 의해 짧은 시간 내에, 예컨대 500 μs 내에 방전 전류의 급격한 상승이 이루어지고, 상기 방전 전류는 전체 펄스 지속 시간 동안 안정적인 레벨에서 유지된다. 예컨대 일반적으로 HIPIMS-방법에서 높은 주파수의 펄스로 인해 나타나는 바람직하지 않은 과도 과정들은 본 발명에 따른 방법에 의해 방지된다. 이는 본 발명에 따른 방법에서 펄스 지속 시간이 수 밀리 초에 이르고, 과도 과정들은 무시될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 방법의 제 2 실시예에 따라, 전술한 시스템에 40 kW의 펄스 전력과 10 Hz의 반복 주파수의 10 ms의 펄스 지속 시간이 인가되었다. 그 결과 원형 마크네트론 당 4kW의 평균 전력이 제공된다. 이 경우 10개까지의 원형 마그네트론이 진공 챔버 내에 설치고, 상기 원형 마그네트론들은 모두 전술한 마스터/슬레이브 구성에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 방전의 플라즈마는 분광법으로 분석되고, 아크 증발의 플라즈마와 비교되었다. 실시예에서 타깃은 티타늄 타깃이었다. 도 5는 2개의 스펙트럼을 비교하여 도시하고, 이 경우 상기 스펙트럼은 365.35 nm에서 Ti(0)-라인의 강도로 정규화된다. 2개의 방전은 336.12 nm, 368.52 nm에서 그리고 도면에서 375.93 nm와 376.132 nm의 분해되지 않은 이중 라인에서 Ti+의 강한 광 방출을 나타낸다. 이로 인해, 본 발명에 따른 스퍼터링 방법은 아크 증발에 비해 타깃으로부터 제거된 재료의 높은 이온화가 이루어진다고 결론을 내릴 수 있다.
제 3 실시예에 따라 타깃 재료로서 티타늄-알루미늄이 50 at%의 Ti와 50 at%의 Al의 비율로 사용되었다. 본 발병에 따른 방법과 종래 방식의 스터퍼링 기술을 비교하기 위해, 종래 방식의 스퍼터링 코팅의 플라즈마와 본 발명에 따른 방법의 플라즈마가 분광법에 의해 기록되어 서로 비교되었다. 종래 방식의 스퍼터링 코팅을 위해 도 3에 도시된 구성이 이용되었다. 실험을 위해서는 2개의 DC 제너레이터만이 이용되었기 때문에, 각각의 스퍼터링 소스에 하나의 제너레이터에 의해 전력이 공급되고, 즉 동시에 2개의 스퍼터링 소스에 전력이 공급되고, 사전 설정된 시간 간격 후에 전력은 순차적으로 2개의 다른 스퍼터링 소스로 조정된다. 도 6은 해당하는 비교를 도시한다. 두 경우에 평균 스퍼터링 전력은 4 kW였다. 스펙트럼은 394.4 nm 및 396.15 nm에서 Al(0) 라인으로 정규화되었다. 종래 방식의 DC-방전의 경우에 이온에 대한 라인들은, 예컨대 390.07 nm에서 Al+, 375.93 nm와 376.132 nm 및 368.52 nm와 336.12 nm의 이중 라인에서 Ti+처럼 거의 없어지는 것을 알 수 있다. 이로써 본 발명에 따른 방법에서 타깃으로부터 제거되는 재료의 높은 이온화도가 제공되는 것으로 결론을 내릴 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 방법은 듀얼 마그네트론 방법으로서 구성된다. 이 경우 스퍼터링 전력은 수 마이크로초의 펄스 동안 적어도 2개의 스퍼터링 마그네트론 사이를 계속해서 일반적으로 20-60 kHz의 교번 주파수로 교대하고, 이 경우 타깃 표면은 교대로 캐소드 또는 애노드가 된다. 타깃의 열적 부하를 초과하지 않도록 하기 위해, 마그네트론 쌍에 인가되는 전력은 각각 시간적으로 제한되고, 따라서 펄스 후에 다른 마그네트론 쌍으로 전환된다.
모든 실시예들은 원형 캐소드를 참고로 설명되었다. 당업자는 본 발명에 따른 컨셉이 간단하게 사각형 캐소드에도 전용될 수 있다는 것을 즉각적으로 알 수 있다. 본 발명의 특수한 장점은, 간단한 하나의 DC 제너레이터가 사용될 수 있고, 상기 제너레이터의 예컨대 40 kW의 전체 전력이 코팅 챔버에 제공될 수 있고, 동시에 본 발명에 따라 개별 스퍼터링 소스와 제너레이터의 접속에 의해 스퍼터링 방법과 관련해서 일반적으로 고도의 복합적인 펄스 제너레이터에 의해서만 달성될 수 있는 이온화도가 달성될 수 있는 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 스퍼터링 타깃의 후방에 이동식 자석 시스템이 배치되고, 상기 자석 시스템은 타깃에 걸쳐 레이스 트랙의 이동을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치는 간단하게 높은 이온 농도를 갖는 본 발명에 따른 스퍼터링에서 낮은 이온 농도를 갖는 종래 방식의 스터퍼링 방법으로 전환을 가능하게 한다.
상세한 설명과 관련해서 적어도 여러 영역에서 국부적으로 0.2 A/㎠보다 큰 방전 전류 밀도를 갖는 플라즈마 방전을 제공하기 위한, 하기 단계들 즉,
- 사전 설정된 최대 전력을 갖는 전력 공급 유닛을 제공하는 단계
- 각각의 마그네트론 스퍼터링 소스에 전력 공급 유닛의 최대 전력의 작용 시 방전 전류 밀도가 0.2 A/㎠보다 크도록 작게 형성된, 사전 설정된 레이스 트랙과 사전 설정된 열적 한계를 갖는 적어도 2개의 마그네트론 스퍼터링 소스를 제공하는 단계,
- 제 1 전력은 충분히 크게 선택되므로, 마그네트론 스퍼터링 소스의 적어도 하나의 영역에서 국부적으로 방전 전류 밀도가 0.2 A/㎠보다 크게 형성되고, 이 경우 제 1 시간 간격은 충분히 작게 선택되므로, 제 1 마그네트론 스퍼터링 소스의 사전 설정된 열적 한계가 초과되지 않고, 전력 공급 유닛에 의해 적어도 2개의 마그네트론 스퍼터링 소스의 제 1 마그네트론 스퍼터링 소스에 제 1 시간 간격 동안 제 1 전력을 공급하는 단계
- 제 2 전력은 충분히 크게 선택되므로, 마그네트론 스퍼터링 소스의 적어도 하나의 영역에서 국부적으로 방전 전류 밀도가 0.2 A/㎠보다 크게 형성되고, 이 경우 제 2 시간 간격은 충분히 작게 선택되므로, 제 2 마그네트론 스퍼터링 소스의 사전 설정된 열적 한계가 초과되지 않고, 전력 공급 유닛에 의해 제 2 마그네트론 스퍼터링 소스에 제 2시간 간격 동안 제 2 전력을 공급하는 단계를 포함하는 방법은,
전력 공급 유닛은 적어도 2개의 제너레이터를 포함하고, 상기 제너레이터들은 마스터-슬레이브 구성으로 서로 접속되고, 2개의 시간 간격은 완전히 중복되지 않는 것을 특징으로 한다.
각각의 사전 설정된 레이스 트랙과 각각의 사전 설정된 열적 한계를 갖는 제 3 및 바람직하게 다른 마그네트론 스퍼터링 소스가 제공될 수 있고, 이 경우 레이스 트랙들은 각각의 마그네트론 스퍼터링 소스에 전력 공급 유닛의 최대 전력의 작용 시 방전 전류 밀도가 0.2 A/㎠보다 크도록 설계되고, 전력 공급 유닛은 적어도 슬레이브 제너레이터의 개수와 마스터 제너레이터가 제너레이터 수량이 될 만큼의 다수의 슬레이브 제너레이터를 포함하고, 상기 제너레이터 수량은 마그네트론 스퍼터링 소스의 개수보다 많거나 같다.
시간 간격은 주기적으로 반복되는 간격들로 구성될 수 있고, 따라서 주기적인 펄스를 형성한다.
마그네트론 스퍼터링 소스의 적어도 하나의 타깃 후방에 이동 가능한, 바람직하게 회전하는 자석 시스템이 배치될 수 있고, 상기 자석 시스템은 레이스 트랙을 이동시키고, 상기 레이스 트랙의 확장부는 타깃 표면보다 훨씬 작지만, 타깃 표면의 20% 이상이다.
2개 이상의 마그네트론 스퍼터링 소스와 하나의 전력 공급 유닛을 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치가 설명되었고, 이 경우 전력 공급 유닛은 적어도 마그네트론 스퍼터링 소스의 개수에 상응하는 다수의 제너레이터를 포함하고, 전력 공급 유닛에 제공된 제너레이터들이 하나의 마스터 및 적어도 하나의 슬레이브로 구성될 수 있게 하는 수단이 제공되고, 회로가 제공되고, 상기 회로에 의해 그렇게 구성된 전력 공급 유닛의 전력이 순차적으로 마그네트론 스퍼터링 소스에 제공될 수 있고, 상기 수단은 다른 한편으로는 전력 공급 유닛을 절연된 복수의 제너레이터로서 구성하는 것을 가능하게 하고, 상기 회로에 의해 적어도 하나의 제너레이터의 전력이 각각의 마그네트론 스퍼터링 소스에 제공될 수 있다.
3 전력 공급 유닛
4 진공 챔버
g1-g6 제너레이터
q1 스퍼터링 소스

Claims (5)

  1. 적어도 여러 영역에서 국부적으로 0.2 A/㎠보다 큰 방전 전류 밀도를 갖는 플라즈마 방전을 제공하기 위한 방법으로서,
    사전 설정된 최대 전력을 갖는 하나의 전력 공급 유닛을 제공하는 단계;
    각각이 사전 설정된 레이스 트랙과 사전 설정된 열적 한계를 가진 적어도 2개의 마그네트론 스퍼터링 소스를 제공하는 단계 - 여기서 레이스 트랙들은, 전력 공급 유닛의 최대 전력이 적어도 2개의 마그네트론 스퍼터링 소스의 각각에 인가될 때 방전 전류 밀도가 0.2 A/㎠ 보다 크게 되도록, 작게 형성됨 - ;
    전력 공급 유닛을 통해 제1 시간 간격 동안 적어도 2개의 마그네트론 스퍼터링 소스의 제1 마그네트론 스퍼터링 소스에 제1 전력을 공급하는 단계 - 여기서 제1 전력은 국부적으로 적어도 하나의 영역 내에서 0.2 A/㎠ 보다 큰 방전 전류 밀도가 생성되도록 높게 설정되고, 제1 시간 간격은 제1 마그네트론 스퍼터링 소스의 사전 설정된 열적 한계가 초과되지 않도록 작게 선택되어짐 - ; 및
    전력 공급 유닛을 통해 제2 시간 간격 동안 적어도 2개의 마그네트론 스퍼터링 소스의 제2 마그네트론 스퍼터링 소스에 제2 전력을 공급하는 단계 - 여기서 제2 전력은 국부적으로 적어도 하나의 영역 내에서 0.2 A/㎠ 보다 큰 방전 전류 밀도가 생성되도록 높게 설정되고, 제2 시간 간격은 제2 마그네트론 스퍼터링 소스의 사전 설정된 열적 한계가 초과되지 않도록 작게 선택되어짐 - ;
    를 포함하고,
    상기 전력 공급 유닛은 적어도 2개의 제너레이터를 포함하고, 상기 적어도 2개의 제너레이터들은 그 출력단이 병렬로 서로 연결되는 마스터-슬레이브 구성으로 접속되고, 2개의 시간 간격은 완전히 중복되지 않으며,
    상기 전력 공급 유닛은 마스터-슬레이브 구성으로부터 다수의 절연된 제너레이터들로 재구성되어 적어도 하나의 제너레이터의 전력이 개별적으로 하나의 마그네트론 스퍼터링 소스에 개별적으로 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    사전 설정된 레이스 트랙과 사전 설정된 열적 한계를 가진 제3 마그네트론 스퍼터링 소스가 제공되고,
    상기 레이스 트랙은, 전력 공급 유닛의 최대 전력이 마그네트론 스퍼터링 소스들 중 하나에 각각이 공급될 때, 방전 전류 밀도가 0.2 A/㎠ 보다 크도록 설계되고, 슬레이브 제너레이터의 수와 마스터 제너레이터의 수가 제너레이터들의 수를 산출하고 제너레이터의 수는 마그네트론 스퍼터링 소스의 수와 같거나 크도록 전력 공급 유닛이 다수의 슬레이브 제너레이터를 구비한 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    제1 및 제2 시간 간격은 주기적인 펄스를 형성하도록 주기적으로 반복되는 간격들로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    마그네트론 스퍼터링 소스의 적어도 하나의 타깃 후방에, 이동 가능한 회전식 자석 시스템이 배치될 수 있고, 상기 자석 시스템은 레이스 트랙을 이동시키고, 상기 레이스 트랙의 확장부(propagation)는 타깃 표면보다 작지만, 타깃 표면의 20% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 2개 이상의 마그네트론 스퍼터링 소스와 하나의 전력 공급 유닛을 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서,
    전력 공급 유닛은 적어도 마그네트론 스퍼터링 소스의 개수에 상응하는 다수의 제너레이터를 포함하고,
    전력 공급 유닛에 제공된 제너레이터들은 제너레이터들의 출력단이 서로 병렬로 연결되어 있는 하나의 마스터 제너레이터와 적어도 하나의 슬레이브 제너레이터를 포함하는 마스터-슬레이브 구성으로 이루어지는 것을 허용하는 수단이 제공되고,
    스위치는 전력 공급 유닛의 전력이 2개 이상의 마그네트론 스퍼터링 소스에 연속적으로 인가될 수 있게 제공되고,
    상기 수단은 전력 공급 유닛에 제공된 제너레이터들의 구성을 마스터-슬레이브 구성으로부터 다수의 독립된 제너레이터 구성으로 재구성되도록 하고, 스위치에 의해 적어도 하나의 제너레이터의 전력이 개별적으로 하나의 마그네트론 스퍼터링 소스에 각각 제공될 수 있는
    마그네트론 스퍼터링 장치.
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