KR102469559B1 - 스퍼터링 소스 - Google Patents

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Abstract

스퍼터링 소스는 2 개의 서로 마주하는 플레이트 형 타겟(5, 7) 및 각각의 타겟을 따른 자석 장치(185, 187)를 포함한다. 타겟들 사이의 반응 공간으로부터의 개방 코팅 출구 영역(12)은 2 개의 플레이트 형 타겟들의 서로 마주하는 림(9,10)에 의해 제한된다. 각각의 림을 따른 캐쳐 플레이트들(207, 205)은 림으로부터 서로를 향해 개구 코팅 출구 영역(12)으로의 방향으로 각각 돌출하고, 이에 의해 2 개의 플레이트 형 타겟들의 서로 마주하는 림(9,10)에 의해 제한되도록 개방 코팅 출구 영역(12)을 제한한다.

Description

스퍼터링 소스
본 발명은 스퍼터링 소스에 관한 것이다.
예를 들어, 발광 다이오드(LED)와 같은, 몇몇 유형의 전자 장치들을 제조하는 프레임에서, 기판 상에 산화물 층을 증착하고 전체 기판이 가능한 적게 손상되도록 하는 것이 매우 중요하다. 이러한 피복 산화물 층은 종종 투명 전도성 산화물(TCO)로 제조된다.
이러한 고려 사항들은 가능한 적은 손상을 가져오는 층이 주로 증착되어야 한다는 점에서 일반화될 수 있다.
우리는 본 명세서 및 청구 범위 전반에 걸쳐 "기판"이라는 용어를 다음과 같이 이해한다.
a) 산화물 층이 증착될 단일, 평면 또는 구부러진, 플레이트 형의, 단일 또는 다층 작업편;
b) 일반적으로 평면 또는 구부러진 플레이트 형의 장치를 한정하도록 장치되는 a)에 따른 하나 이상의 작업편의 배치(batch).
우리는 본 명세서 및 청구 범위 전반에 걸쳐 "전체 기판"에 대하여 특히 손상의 발생과 관련하여, a) 또는 b)에 따른 "기판" 뿐만 아니라 그러한 "기판"과 산화물 층 사이의 인터페이스, 더 일반적으로 그 위에 증착된, 또는 그 위에 증착될 재료 층, 및 산화물 층, 더 일반적으로 그 위에 성장중인 또는 성장된 재료 층 자체인 것으로 이해한다.
우리는 "손상"이라는 용어를 산화층, 보다 일반적으로 재료 층의 증착 과정으로 인해 전체 기판 내의 원자 및/또는 분자의 원자 구조 또는 순서가 주로 변경되는 것으로 이해한다. 여기에는 원자 결합의 변화와 원자의 다음 이웃하는 순서가 포함된다.
이러한 손상은 예를 들어, 결정 구조의 손실, 구조 내의 스레딩 전위(threading dislocation) 또는 이온 주입(ion implementation)일 수 있다.
Hao Lei, ICHIKAWA Keisuke 등에 의한 IEICE Trans. Electron., Vol.E91-C, No. 10 October 2008, page 1658 ff. "유기 발광층에 대한 ITO 막의 낮은 손상 스퍼터 증착에 대한 연구(Investigation of Low-Damage Sputter-Deposition of ITO Films on Organic Emission Layer)"에 기재된다.
본 발명의 목적은 산화 층, 보다 일반적으로 그 하나 이상의 성분이 음 이온으로서 스퍼터링 플라즈마에 존재하는 재료 층을 갖는 기판을 스퍼터 코팅하기 위해 고안된 스퍼터링 소스, 더 일반적으로는 이온으로서 뿐만 아니라 그러한 스퍼터링 소스를 갖는 스퍼터 챔버, 이러한 스퍼터링 소스 및/또는 스퍼터 챔버를 갖는 스퍼터링 시스템 및 기판을 산화물 층, 보다 일반적으로 그 하나 이상의 성분이 음 이온으로서, 보다 일반적으로는 이온으로서 스퍼터링 플라즈마에 존재하는 재료의 층으로 코팅하는 방법, 또는 그러한 코팅된 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 전체 기판에 대한 손상의 발생이 실질적으로 감소되고, 소스, 스퍼터 챔버, 스퍼터 시스템 및 방법이 산업 규모에 적용 가능하다.
이 목적을 달성하기 위해, 기판을 스퍼터 코팅하기 위해 고안된 스퍼터링 소스가 제안된다. 스퍼터링 소스는 다음을 포함한다:
각각의 플레이트-평면을 따라 연장되는 2 개의 플레이트 형 타겟들로서, 이들 타겟의 스퍼터링 표면이 서로 마주하여 이에 의해 그 사이에, 반응 공간을 한정한다.
플레이트 평면은 상호 평행하거나 최대 90°만큼 서로 기울어진다. 일 실시예에서, 경사는 최대 5°이다.
스퍼터링 소스는 양극 장치 및 각각 타겟을 따르고 타겟의 각각의 스퍼터링 표면에 대향하여 배치된 자석 장치를 더 포함한다.
각각의 자석 장치는 반응 공간에서 자기장을 생성하고, 이에 따라 각각의 스퍼터링 표면의 적어도 주된 부분을 따라 이에 충돌하고 및/또는 이로부터 방출되며 분포된다.
반응 공간으로부터의 개방 코팅 출구 영역은 두 개의 플레이트 형 타겟들의 서로 마주하는 림의 각각의 영역에 의해 제한된다.
타겟의 스퍼터링 표면들은 타겟들의 각각의 전이 표면 영역에 의해 또는 이를 통해 언급된 서로 마주하는 림을 따라 타겟들의 각각의 측면 영역 내로 이동한다.
전이 표면 영역은 스퍼터링 표면의 인접한 영역보다 작은 곡률 반경을 갖는다. 따라서, 언급된 곡률 반경은 각각의 스퍼터링 표면에 수직하고 각각의 연장된 림에 수직인 평면에서 고려된다. 전이 영역은 예를 들어, 날카롭거나 보다 지속적으로 구부러진 코너들(corners)로서 형성될 수 있는데, 이들은 사실상 양극 장치와 각각의 타겟 사이에 생성된 전기장이 국소적 최대 강도를 갖는 언급된 림을 따른 표면 영역이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스에는, 각각의 언급된 림을 따라 그리고 각각의 타겟으로부터 떨어진 캐쳐 플레이트 장치(catcher plate arrangement)가 더 제공된다. 각각의 캐쳐 플레이트 장치는 언급된 림에서 다른 림을 향한 방향으로 개방 코팅 출구 영역으로 돌출하고, 이에 의해 두 개의 플레이트 형 타겟의 서로 마주하는 림에 의해서만 제한되도록, 개방 코팅 출구 영역의 유효 개구를 제한한다. 이는 기판 상에 증착되는 코팅 재료에 대한 "소스 아웃풋(source output)"으로 이용되는 제한된 개방 코팅 출구 영역이다.
본 발명자들은 전이 표면 영역에 이온으로 스퍼터링으로부터 기원하는 입자 또는 전이 표면 영역 부근에서 이온으로 통과하는 입자들이 반응 공간 밖의 다른 입자들보다 전체 기판 상에 실질적으로 더 높은 에너지로 충돌한다는 것을 인식하였다. 이 현상에 대한 몇 가지 가능한 설명이 하기에 기재된다. 캐쳐 플레이트 장치는 이러한 고 에너지 입자들의 적어도 상당 부분이 전체 기판 상에 충돌하는 것을 방지한다.
캐쳐 플레이트 장치가 하나의 언급된 타겟 림으로부터 다른 타겟 림을 향한 방향으로 개방 코팅 출구 영역 내로 돌출하여 개방 코팅 출구 영역의 유효 개방을 제한한다는 사실에 의해, 개방 코팅 출구 영역 또는 "소스 아웃풋"에 대하여 반응 공간의 반대쪽 공간에 노출된 캐쳐 플레이트 장치의 표면들이, 스퍼터링되는 것에 의해, 그리고 가능하게 반응된 재료 증착에 의해 손상되는 것이 실질적으로 방지된다. 따라서, 이러한 캐쳐 플레이트 장치의 재료 박리 또는 플레이킹 오프(flaking off)가 스퍼터링 소스에 의해 처리된 작업편 또는 기판 상에 증착되는 것을 실질적으로 회피할 수 있다.
따라서, 세정 유지 보수까지의 스퍼터링 소스의 가동 시간이 상당히 길어진다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 스퍼터링 소스는 스퍼터링 플라즈마 내에 이온으로서 적어도 하나의 성분이 존재하는 재료로 기판을 스퍼터 코팅하도록 구성된다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 스퍼터링 소스는 스퍼터링 플라즈마 내에 음이온으로서 존재하는 적어도 하나의 성분을 갖는 재료로 기판을 스퍼터 코팅하도록 구성된다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 스퍼터링 소스는 산화물로 기판을 스퍼터 코팅하도록 구성된다.
스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 언급된 박리 또는 플레이킹 오프 문제는 실질적으로 제거된다.
따라서, 돌출 캐쳐 플레이트 장치는 표면을 갖는다. 이 표면은 주로 제1 표면 영역과 제2 표면 영역으로 구성된다.
제1 표면 영역은 반응 공간에만 독점적으로 노출되며 따라서 개방 코팅 출구 영역 또는 "소스 아웃풋"에 대하여 반응 공간의 반대쪽 공간에는 노출되지 않는다. 제2 표면 영역은 개방 코팅 출구 영역 또는 "소스 아웃풋"에 대하여 반응 공간의 반대쪽 공간에 독점적으로 노출되어 반응 공간에는 노출되지 않는다. 돌출 캐쳐 플레이트 장치의 전체 표면은 언급된 바와 같이 두 공간 모두에 노출 되더라도 무시할 수 있는 추가적인 표면 영역을 포함할 수 있다.
스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 각각의 캐쳐 플레이트 장치는 가장 돌출된 림을 갖는다.
각각의 플레이트 평면에 평행한 평면에서 그리고 가장 돌출된 림의 길이 범위에 수직으로 측정된, 이러한 대부분의 돌출 림으로부터 각 타겟의 측면까지의 거리는, 각각의 플레이트 평면에 수직인 평면에서 가장 돌출된 림의 길이 범위에 수직으로 측정된, 가장 돌출된 림과 각각의 타겟의 표면 사이의 거리보다 작다.
이에 의해, 타겟의 전이 표면은 제한된 개방 코팅 출구 영역에 대해 반응 공간의 반대쪽의 넓은 영역 또는 체적에서 보이지 않게 숨어있다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 플레이트 평면은 중심 평면에 대해 대칭으로 연장된다. 이는 스퍼터링 소스의 전체 구조뿐만 아니라 코팅될 기판에 대한 스퍼터링 소스의 상호 위치를 용이하게 한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 플레이트 평면은 평행하며, 이는 스퍼터링 소스의 전체 구조를 더욱 단순화시킨다.
두 타겟의 서로 마주 보는 두 림이 다른 모양의 곡선들 또는 같은 모양의 곡선들을 따라 연장될 수 있다는 사실에도 불구하고, 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 상호 마주하는 림은 직선을 따라 연장되며, 따라서 선형이고 부가적으로 평행하다. 따라서, 개방 코팅 출구 영역은 평면을 따라 연장되는 슬릿이 된다. 이는 특히 기판이 평면을 따라 연장되는 경우, 기판에 대해 비교적 간단하고 정확한 위치 설정을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 플레이트 형 타겟들은 직사각형 또는 정사각형이며, 이는 특히 자석 장치의 복잡성에 대한 고려에 의해 스퍼터링 소스의 전체 구조를 다시 간단하게 한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 플레이트 평면은 중심 평면에 대해 대칭이고, 개방 코팅 출구 영역은 중심 평면에 수직인 평면을 따라 연장된다.
두 타겟이 하나의 균등한 재료로 제조될 수 있거나 타겟이 각각 하나의 재료로 제조될 수 있지만 재료들은 상이한 재료일 수 있다는 사실 또는 적어도 하나의 타겟은 하나의 재료의 영역과 다른 재료의 다른 영역을 포함할 수 있다는 사실에도 불구하고, 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 하나 이상의 타겟은 단일 재료로 이루어진다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스로부터 산화물 층의 스퍼터 증착은 스퍼터-오프된(sputtered-off) 금속을 반응시킴으로써 독점적으로 수행될 수 있다. 이 경우 스퍼터링 플라즈마에 이온으로, 즉 음 이온으로 존재하는 증착된 층 재료의 성분은 산소이다.
스퍼터 오프된 금속은 기판 상에 증착될 수 있고, 산소와 반응할 수 있으며, 더 일반적으로는 그 하나 이상의 성분이 스퍼터링 플라즈마에 음 이온으로, 더 일반적으로 이온으로 존재하는 가스와 반응할 수 있거나, 스퍼터 오프된 금속은 반응 공간 및/또는 제한된 개방 코팅 출구 영역과 기판 사이의 공간에서 이러한 가스와 반응할 수 있다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 적어도 하나의 타겟은 산화물을 포함하거나 또는 산화물로 구성된다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 타겟들 중 적어도 하나는 이온으로서 스퍼터링 플라즈마에 존재하는 재료 성분을 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 타겟들 중 적어도 하나는 음 이온으로서 스퍼터링 플라즈마에 존재하는 재료 성분을 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 캐쳐 플레이트 장치에 의해 제한된 반응 공간 및/또는 하부의 제한된 개방 코팅 출구 영역으로 배출하는 산소 가스 공급 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 상기 캐쳐 플레이트 장치에 의해 제한된 반응 공간 및/또는 하부의 제한된 개방 코팅 출구 영역으로 배출하는 가스 공급 장치를 포함한다.
이러한 가스 공급에 의해, 예를 들어 언급된 산소가 소스에 공급됨에 따라 적어도 하나의 성분이 스퍼터링 플라즈마 중에 이온으로서, 특히 음 이온, 예를 들어 이온으로서 존재한다. 스퍼터링을 위한 작업 불활성 가스, 예를 들어, 아르곤은 반응 공간으로 공급된다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 캐쳐 플레이트 장치는 다음 형태 중 적어도 하나의 형태를 갖는 캐쳐 플레이트를 포함한다: 평면, 반응 공간을 향해 구부러진 형태, 반응 공간으로부터 멀리 떨어져서 구부러진 형태.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 캐쳐 플레이트 장치 중 적어도 하나는 적어도 하나의 금속 플레이트를 포함하거나 적어도 하나의 금속 플레이트로 이루어진다.
하나 이상의 금속 플레이트를 포함하는 캐쳐 플레이트 장치에서, 선택된 전위 분포는 캐쳐 플레이트 장치를 따라 실현될 수 있다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 캐쳐 플레이트 장치 중 적어도 하나는 적어도 하나의 세라믹 재료 플레이트를 포함하거나 적어도 하나의 세라믹 재료 플레이트로 이루어진다.
이러한 실시예는 산화 재료로서 코팅 재료가 전기 절연 재료인 경우에 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 양극 장치는 2 개의 타겟에 의해, 반응 공간을 통과하는 단면의 양-측면 경계(two-side delimitation)를 반응 공간의 3개의 측면으로 경계된 단면으로 보완(complementing)하는 측 방향 양극 플레이트를 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 양극 장치는 2 개의 방금 언급된 측 방향 양극 플레이트를 포함하여, 2 개의 타겟에 의해, 반응 공간을 통과하는 단면의 양-측면 경계를 반응 공간의 4개의 측면으로 경계된 단면으로 보완한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 양극 장치는 2 개의 타겟에 의해, 개방 코팅 출구 영역의 양-측면 경계를 개방 코팅 출구 영역의 3개의 측면 경계로 보완하는 측 방향 양극 플레이트를 포함한다. 이 실시예에서, 측 방향 양극 플레이트는 개방 코팅 출구 개구 영역까지 또는 바로 인접하여 연장된다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 양극 장치는 2 개의 방금 언급된 측 방향 양극 플레이트를 포함하여, 2 개의 타겟에 의해, 개방 코팅 출구 영역의 양-측면 경계를 개방 코팅 출구 영역의 4개의 측면 경계로 보완한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 양극 장치는 반응 공간에 대해 개방 코팅 출구 영역에 대향하는 양극 플레이트를 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 양극 장치는 개방 코팅 출구 영역 둘레에 양극 프레임(anode frame)을 포함한다.
2 개의 측 방향 양극 플레이트 및 개방 코팅 출구 영역에 대향하는 양극 플레이트의 조합에 의해, 전체 양극 장치는 개방 코팅 출구 개구 영역을 따라 개방된 양극 박스(anode box)와 유사해진다.
하나의 측 방향 양극 플레이트 및 개방 코팅 출구 영역에 대향하는 양극 플레이트의 조합에 의해, 전체 양극 장치는 L 프로파일(L profile)이 된다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 다른 실시예에서, 전체 양극 장치는 타겟의 경계를 따라 그리고 서로 마주하는 림을 따라 배타적으로 양극 스트립 장치(arrangement of anode strips)를 포함한다. 따라서, 타겟 주위에 프레임을 형성하는 통상적 양극 장치에 대향하는 타겟의 나머지 경계를 따라 양극 스트립들이 제공되지 않는다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 다른 실시예에서, 전체 양극 장치는 상호 마주하는 림을 따라 양극 스트립 장치를 포함하고, 캐쳐 플레이트 장치는 양극 스트립에 전기적 및 기계적으로 연결된 돌출 금속 플레이트를 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 다른 실시예에서, 캐쳐 플레이트 장치는 전체 양극 장치에 전기적으로 연결된 돌출 금속 플레이트를 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 캐쳐 플레이트 장치는 개방 코팅 출구 영역을 한정하고, 이를 둘러싼 프레임의 두 개의 레그들(legs)이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 자기장은 하나의 스퍼터링 표면으로부터 각각의 타겟의 다른 스퍼터링 표면으로 일 방향으로 생성된다.
그럼에도 불구하고, 언급된 자기장은 타겟들 중 하나로부터 또는 둘 모두로부터의 적어도 부분적으로 불균형 장(unbalanced field)으로서 또는 각각의 스퍼터링 표면들 사이의 양방향 장(bi-directional field)으로서 또는 심지어 마그네트론-타입 자기장(magnetron-type magnetic field)을 포함하는 것으로 맞춰질 수 있다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예는 개방 코팅 출구 영역에 대향하는 반응 공간을 덮는 제3 타겟을 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 제3 타겟은 마그네트론-타입 자기장을 제3 타겟의 스퍼터 표면을 따라 발생시키는 자석 장치과 관련된다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 타겟들 중 적어도 하나는 In, Sn, Zn, Ga, Al 중 적어도 하나를 포함하거나 이로부터 구성된다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 타겟들 중 적어도 하나는 이온으로서 스퍼터링 플라즈마 내에 존재하는 재료 성분을 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 타겟들 중 적어도 하나는 음 이온으로서 스퍼터링 플라즈마에 존재하는 재료 성분을 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 타겟들 중 적어도 하나는 산화물을 포함하거나 산화물로 이루어진다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에서, 플레이트 평면은 최대 5°까지 서로 기울어진다.
전술한 바와 같은 스퍼터링 소스의 모든 실시예는 이러한 조합이 모순이 없다면 다른 하나의 실시예들과 결합될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 스퍼터링 소스 또는 그 실시예들 중 적어도 하나에 따른 스퍼터 코팅 챔버에 관한 것이다.
스퍼터링 코팅 챔버는 주변 가스 환경에 노출된 연장된 표면 중 하나를 갖는 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더를 더 포함한다. 기판 홀더는 기판의 연장된 표면이 스퍼터링 소스의 제한된 개방 코팅 출구 영역을 향하는 위치에서 스퍼터 코팅 챔버에 장착된다. 적어도 현저한 부분, 즉 연장된 표면의 50% 이상으로부터의 전이 표면 영역의 가시성은 스퍼터링 소스의 캐쳐 플레이트 장치에 의해 노출되거나 차단된다.
스퍼터링 코팅 챔버의 일 실시예에서, 기판 홀더는 유지 평면(holding-plane)을 따라 기판을 유지하도록 구성된다. 스퍼터링 소스의 서로 마주하는 림들은 평행하고 선형이며, 유지 평면은 평행하고 선형인 림에 의해 한정된 평면에 대해 평행하거나 기울어진다.
따라서, 또 다른 실시예에서, 유지 평면 및 타겟들의 2 개의 림에 의해 한정되는 평면은 최대 45°만큼 경사진다.
기판 홀더상의 기판이 소정의 전기 바이어스 전위에서 작동될 수 있다는 사실에도 불구하고, 스퍼터링 코팅 챔버의 일 실시예에서, 기판 홀더상의 기판은 전기적으로 플로팅 방식(floating manner)으로 작동되거나, 또 다른 실시예에서는, DC-기준 전위에, 이에 의해 접지 전위에 연결된다.
스퍼터링 코팅 챔버의 일 실시예에서, 기판 홀더는 원형 기판을 유지하도록 구성되며, 회전 구동 장치에 작동 가능하게 연결된다. 이 회전 구동에 의해, 홀더 및 기판은 중심 축을 중심으로 회전된다. 이에 따라, 기판 상에 코팅 증착의 균질성이 향상된다.
스퍼터링 코팅 챔버의 방금 언급된 실시예의 또 다른 실시예에서, 언급된 기판 홀더 중 적어도 2 개를 갖는 기판 홀더 캐리어가 제공된다. 따라서, 스퍼터링 코팅 챔버에 제공된 스퍼터링 소스의 개수는 기판 홀더 캐리어의 적어도 2 개의 기판 홀더의 개수와 동일하거나 상이하다.
스퍼터 코팅 챔버는 인라인 스퍼터 챔버 또는 배치 스퍼터 챔버로 고려될 수 있다.
전술한 바와 같은 스퍼터 코팅 챔버의 각각의 실시예는 모순이 없는 한 챔버의 다른 실시예 중 하나 이상과 결합될 수 있다.
본 발명은 또한 가능하게는 본 발명에 따른 적어도 하나의 스퍼터 소스, 각각의 언급된 소스-실시예들 중 하나 또는 둘 이상에 따른 스퍼터 소스를 포함하거나, 또는 본 발명에 따른 적어도 하나의 스퍼터 챔버, 가능하게는 하나 또는 둘 이상의 챔버 실시예에 따른 스퍼터 챔버를 포함하는 스퍼터링 시스템에 관한 것이다. 시스템은 적어도 하나의 스퍼터링 소스의 반응 공간 및/또는 스퍼터링 소스의 개방 코팅 재료 출구 영역과 기판 홀더 사이에 가스를 전달하는 가스 공급 장치를 더 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 시스템의 일 실시예에서, 가스 공급 장치는 가스를 포함하는 가스 저장 장치(gas reservoir arrangement)와 작동적으로 유동 연결(operational flow connection)되며, 가스 또는 이의 적어도 하나의 성분은 스퍼터링 플라즈마 내에 이온으로서 존재한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 시스템의 일 실시예에서, 가스 공급 장치는 가스를 포함하는 가스 저장 장치와 작동적으로 유동 연결되며, 가스 또는 이의 적어도 하나의 성분은 스퍼터링 플라즈마 내에 음 이온으로서 존재한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 시스템의 일 실시예에서, 가스 공급 장치는 가스를 포함하는 가스 저장 장치와 작동적으로 유동 연결되며, 가스 또는 이의 적어도 하나의 성분은 산소이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 시스템의 일 실시예에서, 적어도 하나의 타겟은 DC-, 펄스 형 DC-, RF-전원 공급장치 중 적어도 하나를 발생시키는 적어도 하나의 공급원에 의해 전기적으로 공급된다. 두 타겟은 공통적으로 하나의 공급원에 의해 전기적으로 공급될 수 있거나 각각의 타겟은 개별적으로 전기적으로 동등하게 또는 다르게 공급될 수 있다.
본 발명은 또한 스퍼터링 플라즈마 내에 이온으로서 적어도 하나의 성분이 존재하는 재료로 기판을 스퍼터 코팅하는 방법 및/또는 언급된 재료로 코팅된 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
방법은 본 발명에 따른 적어도 하나의 스퍼터링 소스, 가능하게는 소스-실시예들 중 하나 또는 둘 이상에 따른 스퍼터링 소스를 사용하거나 본 발명에 따른 스퍼터 챔버, 가능하게는 하나 이상의 챔버-실시예들에 따른 스퍼터 챔버 또는 본 발명에 따른 시스템, 가능하게는 전술한 모든 시스템-실시예 중 하나 또는 둘 이상에 따른 시스템을 사용하여 코팅을 적용하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 한 변형은 재료로 기판을 코팅하는 단계를 포함하며, 재료의 하나 이상의 성분은 음 이온으로서 스퍼터링 플라즈마에 존재한다.
본 발명에 따른 방법의 한 변형 예에서, 기판은 산화물로 코팅된다.
이 방법의 일 변형에서, 적어도 0.5UAC X e-의 에너지를 갖는 이온은 스퍼터링 소스의 캐쳐 장치에 의해 기판 상에 충돌하는 것이 차단된다. 따라서, UAC는 각각의 타겟에 인가되는 양극/타겟(캐소드) 전압의 절대 값의 시간 평균이며, 두 타겟들은 반드시 동일한 UAC 전압에서 작동될 필요가 없다.
언급된 에너지 제한은 두 타겟들 모두에 대해 개별적으로 우선한다. e-는 전자의 전하이다.
본 발명은 이제 실시예들 및 도면들에 의해 더 설명될 것이다.
다음의 설명에서 스퍼터 증착된 재료의 성분의 예로서 산소를 언급하며, 성분은 스퍼터링 플라즈마 중에 이온으로서, 보다 구체적으로는 음 이온으로서 존재한다는 것을 유의해야 한다. 따라서 우리는 산화물 층을 참조한다.
도면은 다음과 같다:
도 1은 가장 일반적으로 및 간략화하여 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 실시예를 단면으로 나타낸 도면이며, 본 발명에 따른 시스템뿐만 아니라 본 발명에 따른 스퍼터링 챔버에 내장되어 본 발명의 제조 방법을 수행할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 타겟들의 상이한 림 형상이다.
도 3은 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예의 다른 플레이트 형의 2 개의 타겟들을 개략적으로 도시한다.
도 4는 라이너(liner) 및 평행한 이웃 림을 구비한 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 실시예의 다른 플레이트 형의 2 개의 타겟을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 실시예의 2 개의 타겟을 개략적으로 도시한다.
도 6 내지 도 9는 타겟들의 각각의 상호 위치를 갖는 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 4 개의 실시예의 2 개의 타겟을 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 스퍼터 챔버 내의 기판과 상호 작동하는, 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예의 타겟의 림 부분을 개략적으로 도시한다.
도 11은 양극 장치를 갖는 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에 대한 개략적인 평면도이다.
도 12는 양극 장치를 갖는 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에 대한 개략적인 측면도이다.
도 13은 양극 장치를 갖는 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 14는 양극 장치를 갖는 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에 대한 개략적인 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에 대한 개략적인 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예에 대한 개략적인 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 일 실시예를 보다 상세하게 개략적으로 도시한다.
도 18은 추가의 타겟을 갖는 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 19 및 도 20은 본 발명에 따른 스퍼터 챔버의 일 실시예의 부분의 개략적인 측면도 및 평면도이다.
도 21 및 도 22는 도 19 및 도 20과 유사하게 개략적으로 도시된 본 발명에 따른 스퍼터 챔버의 일 실시예에 대한 도면이다.
도 23 및 도 24는 도 21 및 도 22과 유사하게 개략적으로 도시된 본 발명에 따른 스퍼터 챔버의 일 실시예에 대한 도면이다.
도 25 및 도 26은 도 23 및 도 24와 유사하게 개략적으로 도시된 본 발명에 따른 스퍼터 챔버의 일 실시예에 대한 도면이다.
도 27은 본 발명에 따른 스퍼터 챔버의 일 실시예 및 전기 공급의 다른 가능성들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 가장 개략적으로 도시된 바와 같이, 언급된 실시예에서의 스퍼터링 소스(1)는 진공 기밀 인클로저(3) 내에 제1 타겟(5) 및 제2 타겟(7)을 포함한다. 각각의 타겟은 플레이트 형이고 각각의 플레이트 평면(E5, E7)을 따라 연장된다. 스퍼터링 표면(S5 및 S7)은 서로 마주한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 플레이트 평면(E5, E7)은 상호 경사지며, 이에 의한 상호 경사의 각도(α)는 최대 90°이다. 다른 실시예에서, 플레이트 평면(E5, E7)은 평행하다. 스퍼터링 표면(S5, S7)은 반응 공간(R)의 양측면들을 한정한다.
타겟(5, 7)은 서로 인접하고 서로를 향하는 림 부분(9, 10)을 각각 갖는다. 이들 2 개의 림 부분(9, 10)은 도 1에 빗금 선으로 표시된 개방 코팅 재료 출구 영역(12)을 양측면으로 한정한다. 스퍼터링 소스(1)의 개방 코팅 재료 출구 영역(12)을 한정하는 이들 림 부분을 따라, 각각의 스퍼터링 표면(S5, S7)은 점선 원으로 도 1에서 강조 표시된 각각의 전이 표면 영역(T5 및 T7)에 의해 측면(L5 및 L7)으로 이동한다.
타겟(5, 7)의 측면(L5, L7)의 형상 및 배향에 의존하여, 전이 영역(T5, T7)은 상이한 곡률 반경(r)을 나타낼 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 반경 r은 각각의 스퍼터링 표면(S5, S7)의 인접한 영역의 곡률 반경보다 항상 작으며, 이 인접한 영역이 평면이면 무한하다. 곡률 반경(r)은 타겟(5 및 7)의 각각의 연장된 림부(9 및 10)를 수직으로 통과하고 스퍼터링 표면(S5, S7)에 수직인 단면도로 고려된다.
도 2a 내지 2e는 타겟(5, 7)의 림 부분(9, 10)의 다른 예들을 도시한다.
도 2a에 따르면, 스퍼터링 표면(S5, S7)은 곡률 반경(ra)을 갖는 에지로서 구현되는 전이 영역(T5, T7)을 통해 스퍼터링 표면(S5, S7)에 수직으로 연장되는 측면(L5, L7)에서 이동한다.
도 2b에 따르면, 스퍼터링 표면(S5, S7)은 곡률 반경(rb)을 갖는 부드럽게 구부러진 표면 영역으로 구현되는 전이 표면(T5, T7)을 통해 스퍼터링 표면에 대해 90°보다 작은 각도(β)만큼 기울어진 측면(L5, L7)에서 이동한다.
도 2c에 따르면, 스퍼터링 표면(S5, S7)은 곡률 반경(rc)을 갖는 부드럽게 구부러진 표면 영역으로 구현되는 전이 표면 영역(T5, T7)을 통해 스퍼터링 표면으로부터 롤링(rolling)되는 측면(L5, L7)에서 이동한다.
도 2d에 따르면, 스퍼터링 표면(S5, S7)은 각각의 작은 곡률 반경(r1,2,3)의 가장자리에 의해 구현되는 다수의 전이 표면 영역(T1,5,7 내지 T3,5,7)을 통해 다각형 프로파일 형태를 갖는 측면(L5, L7)에서 이동한다.
도 2e에 따르면, 스퍼터링 표면(S5, S7)은 스퍼터링 표면으로부터 원형의 원호로 형상화된 측면(L5, L7)에서 이동한다. 이 경우, 이동 표면 및 측면(L5, L7)은 동일하고, 하나의 곡률 반경으로 실현된다.
항상 림부(9, 10)를 따라 존재하는 것으로 보이는 바와 같이, 개방 코팅 재료 출구 영역(12)을 림부(9, 10)에 인접하여 이를 따라 스퍼터링 표면의 곡률 반경보다 작은, 상기 한정된 바와 같은 곡률 반경을 갖는 적어도 하나의 전이 표면 영역(T)으로 한정한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스(1)의 일반적인 양상에 있어서, 그리고 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이 플레이트 형 타겟(5, 7)이 동일한 플레이트 형일 필요는 없다. 그 중 하나는 예를 들어, 원형, 다른 하나는 타원형일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 현재 구현된 실시예에서 그리고 후술되는 바와 같이, 플레이트 형 타겟들 모두는 동일한 형상, 즉 직사각형 또는 정사각형 형상이다. 또한, 플레이트 형 타겟(5, 7)이 상이한 형상이라 할지라도, 일 실시예에서, 실제로 직사각형 또는 정사각형 타겟을 갖는 실시예에서 실현되는 경우, 적어도 림 부분(9 및 10)은 도 1에 도시된 y 방향으로 선형으로 연장되고, 다른 실시예에서는 평행하다.
또한 연장된 스퍼터링 표면(S5, S7)을 따라 플레이트 형의 타겟(5, 7)의 형상과 독립적으로, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 타겟(5)의 림(9) 부분은 횡 방향 단면으로 간주되는 타겟(7)의 림 부분(10)과 다르게 형성될 수 있다.
스퍼터링 소스(1)는 타겟(5 및 7) 모두에 대해 작동하는 하나의 단일 양극 장치(14)에 결합될 수 있는 각각의 양극 장치(145 및 147)를 더 포함한다.
도 1에 도시된 "양극" 블록은 스퍼터링 소스(1) 내의 양극 작동 부재( anodically operated members)의 위치 및 형상을 나타내지는 않고, 단지 각각의 양극의 존재를 다루기만 한다는 점에 유의해야 한다. 양극 장치(145 및 147 또는 14)는 도 1에 도시된 바와 같이 피드-쓰루(feed-troughs)(165,7)를 통해 전기적으로 공급될 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 인클로저(3)는 캐소드로서 작동되는 타겟에 대해 양극로서 작동할 수 있다.
어떤 경우에도, 양극(14, 145, 147) 및 음극으로서의 판 형상 타겟(5, 7)을 전기적으로 작동시키는 것은 스퍼터링 표면(S5, S7) 상에 전기장(EF)을 형성한다.
상술한 바와 같이, 발명자들은 전이 표면 영역에서 이온으로 스퍼터링으로부터 유래된 입자 또는 전이 표면 영역 근처의 이온으로서 통과하는 입자는 반응 공간 밖의 다른 입자들보다 전체 기판 상에서 실질적으로 더 높은 에너지로 충돌한다는 것을 인식하였다.
이러한 현상에 대한 하나의 가능한 설명에서, 이 전계(EF)는 림부(9, 10)를 따라 더 가깝게 고려된다.
도 2a에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링 표면(S5, S7) 상에 수직으로 충돌하고 필드 선(field lines)의 밀도로 통상적으로 표현되는 전계(EF)의 세기는 감소된 곡률 반경 r로 인하여 전이 표면 영역(T5, T7)을 따라 국소 최대 값을 갖는다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 전계 EF의 강도의 이 국소 최대 EFT는 전이 표면 영역에 인접한 스퍼터링 표면 영역의 곡률 반경에 대하여 전이 표면 영역에서의 곡률 반경 r이 더 작게 선택될수록 더 명백해진다. 언급된 스퍼터링 표면이 평면인 경우, 이 반경은 사실 무한하다.
따라서, 림 부분(9, 10)을 따라 개방 코팅 재료 출구 영역(12)을 한정하는, 림 부분(9, 10)을 따르는 스퍼터링 표면의 곡률 반경보다 작은 곡률 반경을 갖는 적어도 하나의 전이 표면 영역(T)이 항상 존재하기 때문에, 언급된 림 부분(9, 10)을 따라 항상 전계 강도의 국소적 최대값이 존재한다.
이러한 전계 강도의 국소적 최대값은 언급된 현상의 한 가지 이유일 수 있다.
또 다른 또는 부가적 이유는 에너제틱 이온(energetic ions)이 반응 공간에서 가속된다는 것일 수 있다. 정상적인 작동에서, 가장 강한 전계는 타겟 부근에서 발견된다. 거기에서 전기장은 타겟과 직각을 이룬다. 따라서, 잠재적으로 기판에 도달하는 에너제틱 이온의 대부분은 이들이 처음으로 가속된 부근에서 타겟 표면에 수직으로 이들의 궤도를 출발한다.
이 이온들은 궤적이 편향되고 예로서 다른 타겟에 의해 음의 전위에 의해 튕겨질 수 있다. 따라서 대부분의 이온들은 반응 영역을 떠날 때까지 두 타겟 사이에서 여러 번 바운스(bounce)될 수 있다. 그러나 전이 영역 부근에서 생성된 에너제틱 이온 또는 전이 영역에서 편향된 에너제틱 이온에 대하여, 전이 영역의 국소 만곡부는 이러한 에너제틱 이온 궤적이 기판을 향해 직접 향할 가능성이 높도록, 따라서 거기에 도달할 가능성이 더 높도록 만든다.
이 설명 하에, 또한 이 전이 영역에서의 타겟의 모양은 따라서 기판을 향한 에너제틱 이온의 경로에 영향을 미치고 궁극적으로는 기판에 도달하는 에너제틱 이온의 양에 영향을 미친다.
타겟(5, 7)은 스퍼터링 표면(S5, S7)의 적어도 주된 부분을 따라 자기장(B)을 반응 공간(R)을 통해 생성하는 각각의 자석 장치(185 및 187)에 작동 가능하게 연결된다.
도 1에 따른 일반적인 접근법에서,이 자기장(B)은 하나 또는 각각의 타겟(5, 7)에 대해 불균형 Bub 일 수 있고, 각각의 타겟에서 양방향일 수있고, 하나의 타겟으로부터 다른 타겟으로 양방향으로 연장되거나 하나의 타겟으로부터 다른 타겟으로 단방향으로 연장될 수 있다. 후자는 현재 구현된 실시예에서 실현된다.
스퍼터링 소스에 의해 기판(104)은 산화물 층으로 코팅되어야 한다. 따라서, 타겟(5, 7) 중 적어도 하나는 금속 산화물이고/이거나 스퍼터링 챔버(100) 내에 코팅될 기판(104)을 따라 반응 공간(R) 내로 및/또는 개방 코팅 재료 출구 영역(12) 하부로 산소 가스를 공급하는 가스 공급 장치(도 1에 미도시)가 제공된다. 본 발명에 따른 스퍼터링 소스(1)는 스퍼터링 챔버(100)에 도 1의 102로 개략적으로 도시된 바와 같이 장착된다.
스퍼터링 소스(1)는 각각의 타겟(7, 5)의 림부(10 및 9)로부터 이격된 캐쳐 플레이트 장치(207 및 205)을 더 포함한다.
캐쳐 플레이트 장치(207 및 205)는 각각 림 부분(9 및 10)을 따라 연장되고 각각의 타겟 또는 플레이트 평면(E5, E7)으로부터 서로를 향하여 돌출한다. 반응 공간(R)에 대하여 이들은 개방 코팅 재료 출구 영역(12)에 대향하여 위치되고, 따라서 실제로 기판(104)을 향해 개방된 개방 코팅 재료 출구 영역(12)의 개방 영역을 제한 또는 축소시킨다.
스퍼터링 챔버(100) 내에는 적어도 코팅 위치에서 스퍼터링 소스(1)에 의한 스퍼터 코팅 작업 중에, 기판(104)을 유지하고 위치시키도록 구성된 기판 홀더(106)가 제공된다. 이 코팅 위치는 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)에 의해 제한된 제한 개방 코팅 재료 출구 영역(12)으로부터 멀고 그 반대편에있다.
캐쳐 플레이트 장치(205, 7), 기판 홀더(106)는 전이 표면 영역(T5, T7)이 기판(104)의 노출된 표면(108)의 임의의 지점 또는 적어도 주된 부분으로부터 보이지 않도록 상호 위치된다. 캐쳐 플레이트 장치는 표면(108)의 임의의 지점 또는 언급된 적어도 주된 부분으로부터 하나로부터 전이 표면 영역(T5, T7)까지의 모든 시선을 차단한다.
도 1에서, 각각의 캐쳐 플레이트 장치에 의해 차단된 공간은 C에서 점선으로 개략적으로 도시된다.
스퍼터링 코팅 동안 표면(108) 상에 충돌하는 고 에너지 입자들은 이미 언급된 바와 같이 전체 기판에 국소적인 손상을 야기한다. 이러한 손상의 발생은 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)에 의해 이들 고 에너지 입자를 포획함으로써 회피된다.
부가적으로, 기판(104) 및/또는 표면(108)상의 산화물 층에 대한 국소적 손상이 또한 스퍼터링 소스(1)의 스퍼터 코팅된 부재들로부터 입자들의 박리에 의해 발생할 수 있는데, 유지 간격 동안 이들의 두께가 증가할 수 있다.
따라서 도 1의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 반응 공간(R)으로부터 스퍼터링 코팅에 노출된 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)의 이 표면들은 노출되지 않고, 기판의 표면(108) 및 따라서 기판 홀더(104)로부터 숨겨진다. 반대로, 기판(104)의 표면(108)에 그리고 기판 홀더(106)에 노출되는 캐쳐 플레이트 장치의 이 표면들은 노출되지 않아서 반응 공간(R)으로부터 숨겨진다.
스퍼터링 소스(1) 및 스퍼터링 챔버(100)를 일반적인 용어로 설명한 후에 및 도 1 및 도 2에 의해, 소스 및/또는 챔버의 특정 특징들과 관련하여 상이한 실시예를 구체적으로 설명할 것이다.
1. 플레이트 형 타겟들(5,7)의 형상:
위에서 이미 언급했듯이 한 타겟의 플레이트 형이 다른 타겟의 플레이트 형과 다를 수 있다. 따라서 예를 들어, 원형 타겟(5)은 타원형 타겟(7)과 조합될 수 있다.
현재 실행되는 실시예에서, 두 개의 타겟들은 선형의 연장된 림 부분(9, 10)을 갖는다. 이러한 선형으로 연장된 림 부분은 도 3 또는 도 4에 선형적으로 연장된 림 부분(9, 10)을 가진 상이한 형상의 타겟들(5 및 7)로 개략적인 사시도로 도시한 바와 같이 각각의 타겟의 전체 플레이트 형에 관계없이 제공될 수 있다.
본 실시예에서, 선형으로 연장된 림 부분(9, 10)은 부가적으로 평행하다. 이러한 평행도는 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 플레이트 형의 타겟(5, 7)의 플레이트 형에 관계없이 실시될 수도 있다.
현재 실행되는 실시예에서, 두 타겟은 직사각형 플레이트이고, 추가적으로 도 5의 실시예에 도시된 바와 같이 동등한 범위이다.
2. 플레이트 형 타겟들(5,7)의 상호 방향
도 1에 도시되고 도 6에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 상호 대향하는 타겟(5, 7)의 플레이트 평면(E5, E7)은 각도 α만큼 서로 경사질 수 있다. 이 경사각(α)은 최대 90°이다. 언급된 도면에 도시된 바와 같이, 이 경사각으로 인해, 반응 공간(R)이 개방 코팅 재료 출구 영역(12)을 향해 좁아지는 실시예가 된다.
도 7의 실시예에서, 플레이트 평면(E5, E7) 및 타겟(5, 7)은 경사각(α)(최대 90°)에 의해 다시 서로 기울어지지만 반응 공간은 개방 코팅 재료 출구 영역(12)을 향해 넓어진다.
도 8의 실시예에서, 플레이트 평면(E5, E7)은 현재 실행되는 실시예와 일치하는 중심 평면(EZ)에 평행하게 평행하다.
도 9의 실시예에서, 플레이트 평면(E5, E7)은 중심 평면(EZ)과 평행하고, 림 부분(9,10)은 중심 평면(EZ)에 수직인 평면(E9,10)으로 연장된다.
3. 산화물 증착, 타겟의 재료(5, 7)
기판(104) 상에 증착 산화물 층을 스퍼터링하기 위해, 두 가지 기본 가능성이 우세하다.
첫 번째는 같거나 다른 산화물 재료의 타겟을 이용하는 것이다.
두 번째는 동일하거나 상이한 금속의 두 타겟을 이용하고 개방 코팅 재료 출구 영역(12)과 기판 홀더(106) 사이의 스퍼터링 챔버(100)의 공간(S)(도 1 참조) 및/또는 반응 공간(R) 내의 산소 함유 분위기에서 각각 스퍼터 오프된 금속을 반응시키는 것이다.
두 가지 가능성들은 예를 들어, 산화 재료의 하나의 타겟 및 제2의 금속을 이용함으로써 및 반응 공간(R) 및/또는 스퍼터링 챔버(100)의 기판 홀더(106)상의 개방 코팅 재료 출구 영역(12)과 기판(104) 사이의 공간(S)에서 스퍼터 오프된 재료를 반응시킴으로써 조합될 수 있다.
또한, 고려된 하나의 타겟이 서로 다른 재료, 예를 들어, 금속의 한 섹션, 산화물의 두 번째 섹션일 수 있다. 이것은 타겟(5)에서 점선으로 표시된 부분(M1, M2)에 의해 도 5에 개략적으로 도시된다.
가능한 적은 손상으로 산화물 층을 증착하는 것은 특히 TCO, 투명, 전도성 산화물 층들의 증착에 중요한데, 예를 들어, LED 장치 또는 광전지 장치와 같은 광전 장치 제조와 관련하여 사용된다.
특히 ITO, ZnO, GZO 층은 현재 매우 중요하다. 따라서, 스퍼터링 소스(1)의 각각의 실시예에서의 산화물 층의 증착에 대한 언급된 가능성에 주목하여, 타겟(5, 7)은 하나 이상의 In, Sn, Zn, Ga, Al 및/또는 적어도 하나의 이들 금속의 적어도 하나의 산화물을 포함하거나 이들로 구성된다.
순전히 반응성 스퍼터링 코팅이 스퍼터된 금속으로부터 적용되면, 산소 가스 또는 산소 함유 가스가 반응 공간(R) 및 챔버 공간(S)의 적어도 하나에 공급된다. 혼합 산화물 증착을 위해, 하나의 타겟은 In 또는 Ga로서 하나의 금속, Sn 또는 Zn 및/또는 산화물로서 다른 하나의 제2 금속일 수 있다.
또한 혼합 타겟 유형이 적용될 수 있는데, 타겟의 내부 섹션(M1)은 예를 들어, Sn이고, 외부 섹션(M2)은 예를 들어, Zn 또는 SnO이다.
4. 캐쳐 플레이트 장치(20 5,7 )
캐쳐 플레이트 장치(205, 7)은 각각 타겟(5, 7)의 림 부분(9, 10)을 따라 그리고 멀리 연장된다. 각각은 단일의 플레이트 부재 또는 각각의 림부(9, 10)를 따라 또는 이로부터 멀리 연속적으로 장착된 하나 이상의 플레이트 부재일 수 있다.
타겟(5,7)의 전이 표면 영역(T5, T7) 주변의 스퍼터링 또는 바이패스(bypassing)로부터 유래하는 고 에너지 입자 포착의 목적 달성을 위해, 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 스퍼터링 공정에 의한 열적 로딩을 견디는 임의의 원하는 재료일 수 있다. 특히, 산화물 코팅 재료가 전기 절연 재료인 경우, 세라믹 재료가 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)의 적어도 일부에 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 일 실시예에서, 적어도 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)의 주된 부분은 금속이다.
금속으로 제조된 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)은 각각 원하는 전위에서 예를 들어, RF-전위로서 DC-, 펄스된 DC-또는 AC-에서 작동될 수 있다.
캐쳐 플레이트 장치(205, 7)에 인가되는 전위는 장치(205 및 207) 모두에 대해 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 캐쳐 플레이트 장치들(205, 7) 중 적어도 하나가 별도의 금속 플레이트들로 구성된다면, 원하는 전위 분포가 캐쳐 플레이트 장치를 따라 인가될 수 있다. 그럼에도 불구하고 종종 전이 표면 영역(T5, T7)에서 나오는 대부분의 고 에너지 입자는 캐쳐 플레이트 장치에 도달할 때 여전히 음 이온이며, 일 실시예에서, 금속의 캐쳐 플레이트 장치(20 5, 7) 모두는 타겟(5, 7)에 대해 포지티브-즉, 양극-전기 DC 전위에서 작동된다.
일 실시예에서, 두 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 공통 양극 장치(14)의 공통 양극 전위에서 작동된다. 또 다른 실시예에서, 하나의 캐쳐 플레이트 장치(205)는 관련된 양극 장치(145)의 전위에 대해 작동되고/작동되거나 제2 캐쳐 플레이트 장치(207)는 관련된 양극 장치(147)의 전위에서 작동된다.
캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 캐쳐 플레이트 장치(207)에서 도 1에 도시된 바와 같이 반응 공간(R)을 향하는 평면 플레이트 또는 평면 플레이트 세트이거나 또는 이를 향해 구부러진 플레이트이고/이거나-도 10에 도시된 바와 같이-반응 공간(R)으로부터 챔버 공간(S)을 향하는 구부러진 플레이트이다. 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 서로를 향해 돌출되어 공간(S)을 향해 그리고 기판 홀더(106)상의 기판(104)을 향해 개방된 상태로 남아있는 개방 코팅 재료 출구 영역(12)의 영역을 제한한다.
캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 전이 표면 영역(T5, T7)과 기판 홀더(106)상의 기판(104)의 연장된 표면(108)의 주된 부분 사이에, 전체 연장된 표면(108)까지도, 단지 언급된 가시성을 막거나 차단할 정도로 개방 코팅 재료 출구 영역(12)을 제한한다.
도 10에 의해 기하학적 관계가 설명된다. 이는 도 10에 의해 행해지나, 이하의 설명은 본 발명의 모든 실시예에 대해 유효하다는 것이 강조된다. 각각의 캐쳐 플레이트 장치(207)는 연장된 가장 돌출된 림 또는 경계(20mp)를 갖는다.
이 가장 돌출된 림(20mp)으로부터 각각의 타겟의 각각의 측면(9, 10)까지의 거리가 d로 도시된다. 이 거리는 각 플레이트 평면(E5 또는 E7)에 평행하게 그리고 도 10의 평면에 수직 방향으로 실질적으로 연장되는 가장 돌출된 림(20mp)의 범위에 수직으로 측정된다.
각각의 타겟(7, 5)에 대한 가장 돌출된 림(20mp)의 추가 거리는 D로 도시된다. 이 거리는 각 플레이트 평면(E5, E7)에 수직인 평면에서 측정되며 정의된 바와 같이 가장 돌출된 림의 범위에 수직이다.
본 발명의 모든 실시예에서 다음이 유효하다 :
d ≤ D
그리고 바람직한 실시예에서
d < D.
따라서, 반응 공간(R) 및 연장된 표면(108) 둘 다에 노출되는 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)의 표면은 최소로 유지되거나 소실되어야 한다. 이것은 전술한 바와 같이, 반응 공간(R)에 노출된 캐쳐 플레이트 장치의 표면들이 스퍼터링 소스의 작동시간에 따라 증가하는 코팅 두께로 코팅되기 때문이다. 이들 표면이 또한 기판(104)의 연장된 표면(108)에 노출되면, 박리는 전체 기판을 손상시킬 수 있다. 일 실시예에서 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 유지 보수 교환 부품들로서 구성되고 장착된다.
5. 양극 장치( 14, 14 5,7 )
도 11은 스퍼터링 소스(1)의 일 실시예의 평면도를 개략적으로 및 간략하게 도시한다.
양극 장치(14)는 도 11의 실시예에서 적어도 하나의 양극 측 방향 플레이트(14a, 14b)를 포함하며, 이는 타겟(5 및 7)에 의해 경계된 두 개의 측면을 4 측면 경계로, 반응 공간 R의 경계를 보완한다. 만일 z 방향으로 간주하면, 2 개의 양극 측부 또는 측부 플레이트(14a, 14b)는 림부(9, 10)까지 뻗어있거나 또는 림부(9, 10)에 바로 인접하여 위치되고, 이들은 림 부분(9, 10)에 의해 경계되는 2 개의 측면을, 4 개의 측면 경계로, 개방 코팅 재료 출구 영역(12)의 경계를 보완한다.
예를 들어, 스퍼터링 소스의 벽이 양극로서 작동되고, 타겟에 측 방향으로 인접하여 위치되는 경우, 그 위치에서 도 11의 측 방향 플레이트(14b) 대신에, 예를 들어 플레이트(14a)에 대한 하나의 측 방향 플레이트만 제공될 수 있다.
명백하게 단지 하나의 측 방향 플레이트가 제공되는 경우, 반응 공간 및 개방 코팅 재료 출구 영역은 이러한 단일 측 방향 플레이트에 의해 경계된 3 개의 측면이 된다.
도 12는 스퍼터링 소스(1)의 일 실시예에 대한 도 1의 것과 유사한 측면도를 개략적으로 및 간략하게 도시한다. 이 실시예에서, 양극 장치(14)는 반응 공간(R)에 대해 개방 코팅 재료 출구 영역(12)에 대향하는 상부 양극 플레이트(14c)을 포함한다.
이러한 상부 플레이트(14c)가 예를 들어 14a와 같은 하나의 측 방향 플레이트와 결합된다면, 양극 장치는 U-프로파일인 2 개의 측 방향 플레이트(14a, 14b)와 결합된 L-프로파일이 된다.
도 13에 개략적으로 및 간략화된 실시예에서, 도 11 및 12는 결합되고 보완된다. 양극 장치는 일 측면 개방 박스와 유사하게, 측 방향 플레이트(14a, 14b), 상부 플레이트(14c) 및 각각의 자석 장치(185, 7) 뒤에 있는 타겟(5 및 7) 뒤에 연장되는 추가 플레이트(14d5 및 14d7)를 포함한다. 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 명확성을 위해 도 13에 도시되지 않았다.
도 14의 측면도에 의해 개략적으로 도시되고 단순화된 스퍼터링 소스(1)의 다른 실시예에서, 양극 장치는 림부(9, 10)를 따라 이로부터 멀리 배타적으로 연장되는 각각의 양극 스트립(14e7, 14e5)을 포함한다.
이 실시예에서, 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 양극 스트립(14e5 및 14e7)에 직접 장착될 수 있으며, 이에 의해 금속으로 제조되는 경우 전기 양극 전위에서 작동된다. 타겟 경계선을 모두 둘러싸는 양극 스트립 프레임은 제공되지 않는다.
도 13의 실시예가 도 14의 실시예와 결합된 도 15에 따른 스퍼터링 소스(1)의 사시도에 개략적으로 및 간략하게 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 균일한 사각형 타겟(5,7)을 갖는다. 금속 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 양극 스트립(14e5, 14e7)에 직접 장착된다. 이들은 양극 스트립과 일체일 수 있다.
도 15에 일점 쇄선으로 도시된 바와 같이, 스트립 형 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 캐쳐 플레이트 배치 프레임(20a)의 레그일 수 있다. 이러한 캐쳐 플레이트 배치 프레임(20a)은 스퍼터링 소스(1)의 모든 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서, 이러한 프레임의 4 개의 다리는 동일하거나 상이한 재료일 수 있다. 각 레그는 적어도 하나의 금속 플레이트를 포함하거나 이로 구성될 수 있거나, 적어도 하나의 세라믹 재료 플레이트를 포함하거나 이로 구성될 수 있다.
6. 자기장 B 및 자석 장치(18 5 및 18 7 )
자기장 B의 상이한 패턴이 반응 공간(R) 내에 형성될 수 있다.
스퍼터링 소스(1)의 일 실시예에서, 자기장 패턴은 오직 하나의 개별적인 스퍼터링 표면(S5 및/또는 S7)에만 충돌 또는 방출하는 불균일한 자기장의 적어도 일부를 갖는다. 이러한 불균일 장의 성분은 도 1의 Bub로 개략적으로 언급된다.
자기장 패턴은 불균형 성분 대신에 또는 추가로, 하나의 스퍼터링 표면에서 방출되고 제2 스퍼터링 표면에서 충돌하는 및 이와 반대의 성분을 포함할 수 있고, 이에 의해 도 1에 B - 및 B + 로 개략적으로 도시된 바와 같이 스퍼터링 표면(S5, S7) 사이에서 양방향이다.
또한, 자기장은 단일 방향 장 성분을 포함하거나 단일 방향 장 성분으로 이루어질 수 있으며, 자기장은 하나의 특정 스퍼터링 표면, 예를 들어 S5로부터 제2 스퍼터링 표면, 예를 들어 S7로 배타적으로 향한다.
자기장 패턴은 당업자에게 완전하게 알려진 바와 같이 마그네트론 자기장과 같은 스퍼터링 표면들 중 적어도 하나를 따라 맞춤화될 수 있으며, 이러한 적어도 하나의 타겟은 마그네트론 타겟(미도시)으로서 작동된다.
자기장 패턴이 불균형 성분 및/또는 양방향성 성분 및/또는 단일 방향성 성분 및/또는 마그네트론 형 성분으로 구성되거나 포함되는지 여부에 상관없이, 자기장 패턴은 스퍼터링 표면들에 대하여, 예를 들어 이중 화살표 P로 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 스퍼터링 표면(5, 7) 뒤에 및 이를 따라서, 제어 가능하게 이동되는 자석 장치들(185, 7) 중 적어도 하나를 제공함으로써 반응 공간(R)에서 스위핑(swept) 또는 워블링될(wobbled) 수 있다.
자기장 패턴이 배타적으로 하나의 스퍼터링 표면(S5)에서 다른 표면(S7)으로, 단일 방향인 스퍼터링 소스(1)의 일 실시예가 도 16에 도시된다. 이러한 실시예는 반응 공간(R) 내의 자기장(B)의 패턴과 관련하여 매우 효과적이고 비교적 단순한 실현이라는 것이 밝혀졌다.
각각의 타겟(5, 7)의 뒤에는 영구 자석(195, 197)의 2 차원 패턴이 장착된다. 자석 양극 D(N에서 S까지)는 각각의 플레이트 평면(E5, E7)에 수직으로 향하고 스퍼터링 표면(S5, S7)으로부터 다른 타겟을 향하여 하나의 타겟을 지시한다.
강자성 재료의 자석 조크(magnet joke)(21)는 두 개의 패턴(195, 7)을 상호 연결하며,이를 따라 추가의 영구 자석들이 1921의 점선으로 도시된 바와 같이 제공 될 수 있다. 자석 조크는 또한 예를 들어 공급 연결부(S)로부터 2 개의 타겟(5 및 7)을 전기적으로 공급하기 위해 추가로 이용될 수 있다.
7. 현재 실현된 스퍼터링 소스(1)의 실시예
도 17에 현재 실현되는 스퍼터링 소스(1)를 통한 단면이 개략적이고 간단하게 도시된다. 이미 언급된 부분에는 동일한 참조 번호가 사용된다.
일 실시예에서, 2 개의 플레이트-형 타겟(5 및 7)은 동일 형상이다. 이들은 정사각형이고 평행하며 림부(9, 10)는 평면에 위치된다. 스퍼터링 표면(S5, S7) 반대쪽에 각각의 타겟(5, 7)은 액체 또는 가스 냉각 매체에 대한 냉각 매체 라인(255, 7)을 갖는 각각의 냉각 플레이트(235, 7)와 열 접촉한다. 냉각 플레이트(235, 7)에 대해 타겟(5, 7)의 반대편에, 영구 자석(195, 7)의 패턴은 D로 표시된 바와 같이 쌍극자 방향을 갖는다. 영구 자석들의 패턴(195, 7)은 자석 조크(21)에 의해 자기적으로 연결된다. 추가적인 영구 자석들(1921)은 도 17에서 점선으로 도시된 바와 같이 자석 조크(21)를 따라 제공될 수 있다.
캐쳐 플레이트 장치(205,7)에 의해 제한되는 개방 코팅 재료 출구 영역(12)을 제외하고, 타겟(5,7), 냉각 플레이트 및 자석 조크는 양극 플레이트(14d5 ,14d7)를 구비한 양극 장치(14), 상부 플레이트(14c), 측 방향 플레이트(14a, 14b) 및 양극 스트립(14e5 및 14e7 )에 의해 둘러싸여 있다. 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 양극 스트립(14e5 및 14e7)에 기계적으로 및 전기적으로 연결된다. 타겟(5 및 7)을 전기적으로 공급하기 위해 자석 조크(21) 및 양극 플레이트(14c)를 통해 전기 공급 피드-스루(Electric supply feed-troughs)(305, 307)가 제공된다.
2 개의 피드-스루(305, 307)에 의해, 두 타겟(5, 7) 모두는 서로 독립적으로 전기적으로 공급될 수 있다.
두 타겟이 동등하게 전기적으로 공급되어야하면, 단일 피드-스루가 충분하고 자기 조크가 타겟을 향한 전기 공급 라인으로서 추가적으로 이용될 수 있다. 또한 작동 가스 및/또는 산소를 위한 가스 공급 라인(24)이 반응 공간(R)에서 배출된다.
캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 도 15와 관련하여 이미 다루어지고 도 17에 파선으로 도시된 바와 같이 프레임(20)의 두 다리를 형성할 수 있다.
도 17에서 파선으로 개략적으로 도시된 바와 같이, 제3 타겟(8)이 개방 코팅 재료 출구 영역(12)에 대향하여 제공될 수 있다. 이러한 "커버" 타겟(8)을 제공하는 것은 스퍼터링 소스(1)의 모든 실시예에서 실현될 수 있다.
8. 3 개의 타겟(5,7,8) 스퍼터링 소스(1)
도 18에 개략적으로 및 간략화된, 본 발명에 따른 스퍼터링 소스(1)의 3-타겟 실시예의 예가 도시된다. 동일한 참조 번호들이 지금까지와 동일한 요소에 사용된다. 스퍼터링 표면(S8), 냉각 플레이트(238) 및 영구 자석의 패턴(198)을 갖는 제3 "커버" 타겟(8)이 개방 코팅 재료 출구 영역(12)의 반대편에 제공된다. 따라서, 제3 타겟(8)은 자석 형태의 자기장(Bmag)을 갖는 자석으로 인식될 수 있다.
도 18에, 전기-및 가스-피드-쓰루는 도시되지 않는다.
도 18에서, 자석 조크(21)의 2 개의 부분(215 및 217)은 에어 갭(AG)에 의해 분리될 수 있다.
9. 상이한 실시예들에서의 스퍼터링 챔버(100)
9.1 단일 소스/단일 기판 챔버
도 19 및 도 20은 단일 스퍼터링 소스(1)/단일 기판(104) 스퍼터링 챔버(100)를 도시한다. 따라서, 타겟(5 및 7), 캐쳐 플레이트 장치(205, 7) 및 기판(104)의 상호 장치만이 도시된다. 도 19에 도시된 바와 같이, 원형 기판(104)의 연장된 표면(108)의 적어도 현저한 부분은 각각의 전이 표면 영역(T5, T7)에 대한 가시성에 대해 노출된다. 이 주된 부분은 기판(104)의 완전한 연장된 표면 영역(108)일 수 있다.
그럼에도 불구하고, 도 19 및 20에 점선으로 도시된 바와 같이 일부 한정 영역(105)은 고 에너지 입자들이 기판(104)의 최외곽 주변 영역(105)에 충돌할 가능성을 고려하여 언급된 전이 표면 영역에 여전히 노출될 수 있다.
이 실시예에서, 스퍼터링 소스(1)는 동일 형상의 직사각형 타겟(5 및 7)을 갖는 것으로 예시된다. 개방 코팅 재료 출구 영역(12)은 기판(104)이 기판 홀더(106) 상에 유지되는 홀더 평면에 평행한 평면을 따라 연장된다. 개방 코팅 재료 출구 영역(12)은 기판(104) 및 기판 홀더(106)의 중심 축(A)에 대해 중앙 집중되고 기판(104)의 연장된 표면(108), 따라서 기판 홀더(106)를 향한다. 기판(104)은 중심 축 A를 중심으로 기판 홀더(106)를 회전시키는 구동 장치(도 19 및 도 20에는 미도시)에 의해 회전된다. 타겟(5 및 7)은 Q로 개략적으로 도시된 바와 같이 정지된다.
9.2 다중 소스/단일 기판 챔버(100)
도 21 및 도 22는 모두 4-소스(1), 단일 기판(104) 스퍼터링 챔버(100)상의 개략적이고 가장 단순화된 측면도 및 평면도를 도시한다. 이 실시예에서, 스퍼터링 소스들(1)의 개방 코팅 재료 출구 영역들(12)은 기판(104)이 기판 홀더(106) 상에 지지되는 평면에 대해 각도(γ)만큼 경사진다.
이로써, 경사각은 다음과 같다.
0°≤γ ≤ 45°
기판(104)의 확장된 표면(108)을 따른 코팅 두께 균질성이 개선된다. 다시 및 드라이브(107)에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 기판 홀더(106)는 그 중심 축(A) 둘레로 그리고 기판(104)을 중심으로 회전될 수 있다.
명백하게, 4 개 미만 또는 4 개 이상의 소스(1)가 하나 이상의 산화물 층으로 하나의 기판(104)의 표면(108)을 공통 스퍼터 코팅하도록 제공될 수 있다.
9.3 배치(batch) 스퍼터 챔버(100)
도 23 및 도 24는 도 21 및 22와 유사하게 도시되며, 4-스퍼터링 소스(1)/4-기판(104) 배치 스퍼터링 챔버(100)를 도시한다. 네 개의 기판(104)은 로딩/언로딩 양방향 화살표 U/L에 의해 도시된 바와 같이, 로딩/언로딩 위치(I)에서 먼저 복수의 기판 홀더 캐리어(106a) 상에 로딩된다. 다중 기판 홀더 캐리어(106a)와 함께, 기판(104)의 배치는 스퍼터링 챔버(100) 내의 코팅 위치(II)에서 들어올려진다.
여기에 서로 다른 가능성들이 작동된다 :
a) 각각의 기판(104)은 스퍼터링 소스들(1) 중 하나와 정렬되고, ω로 도시된 바와 같이 중심 축(A)을 중심으로 회전된다. 따라서, 사실상, 배치의 각 기판은도 19 및 20에 따라 단일 기판으로 취급된다. 일군의 기판(104)이 코팅되면, 다중 기판 홀더 캐리어(106a)는 로딩/언로딩 위치(I)에서 코팅 위치(II)로부터 아래쪽으로 이동된다.
b) 다수의 기판 홀더 캐리어(106a)는 Ω으로 도시된 바와 같이 이의 중심 F 축을 중심으로 회전되어 기판(104)상에 증착된 산화물 층의 두께의 균질성이 개선될 수 있다.
c) 기판(104)의 코팅 위치에서 하나의 소스(1)를 다중 스퍼터링 소스(미도시)로 대체함으로써 기판(104)의 회전 ω이 방지된다.
그럼에도 불구하고, 모든 기판(104)이 동시에 처리되기 때문에,이 실시예의 각각의 스퍼터링 챔버는 배치 스퍼터링 챔버이다.
명백하게, 도 23 및 도 24에 따른 실시예는 4 개 미만 또는 이상의 기판(104) 및 4 개 이상 또는 미만의 스퍼터링 소스(1)의 배치에 대한 변형 예들에서 실현될 수 있다.
9.4 인-라인 스퍼터 챔버(100)
도 25 및 도 26은 도면들 23 및 24과 유사하게 인라인 스퍼터링 챔버로서 고안된 스퍼터링 챔버(100)를 도시한다. 원을 따라 분포된 7 개의 스퍼터링 소스(1)가 제공된다. 다수의 기판 홀더 캐리어(106a)는 그 주변을 따라 고르게 분포된 각각의 기판 홀더 상에 8 개의 원형 기판(104)을 유지하도록 구성된다. 다수의 기판 홀더 캐리어(106a)의 제1 위치(a) 및 도 26에 개략적으로 도시된 바와 같이, 기판들은 캐리어(106a)상의 기판 홀더(106) 중 하나로부터/하나에 언로딩되고 로딩된다. 로딩 및 언로딩 작업은 각각 0.5 τ 로 지속된다. 만일 τ가 인라인 클럭 주기(clock period)라면, 하나의 클럭 주기에서 하나의 기판 홀더(106)가 언로딩되고 재로딩된다.
클럭주기 τ 동안, 다수의 기판 홀더 캐리어(106a)는 단계적으로 Ω에 따라 회전되어, 위치(a)에 일단 로딩된 각각의 기판(104)은 7 개의 스퍼터링 소스(1)에 의해 순차적으로 스퍼터링 코팅되도록 7 회 스텝핑된다(stepped). 일단 기판이 7 개의 스퍼터링 소스(1)를 통과하면, 그것은 위치(a)에서 언로딩되고 코팅되지 않은 기판이 로딩된다. 모든 7 개의 스퍼터링 소스(1)가 동일한 두께의 산화물 층으로 기판(104)을 코팅하는 경우, 기판은 스퍼터링 소스(1) 각각에 의해 증착된 두께의 7 배의 산화물 층으로 최종 코팅된다.
그럼에도 불구하고 처리율은 1/τ의 속도를 갖는다. 동일 두께의 스퍼터링 소스에 의해 하나의 기판을 스퍼터링하면 스퍼터링 시간은 7τ이 필요할 것이다. 처리율은 1/7τ일 것이다. 따라서, 이러한 인라인 스퍼터링 챔버(100)를 사용함으로써, 전체 스퍼터 코팅 공정의 지속 시간은 내부 기계의 스텝-속도와 크게 독립적으로 맞춰질 수 있다.
여기서도 기판의 회전 ω은 기판(104)의 코팅 위치에서 단일 스퍼터링 소스(1)를 공통적으로 각각의 기판을 코팅하는 다수의 스퍼터링 소스로 대체함으로써 회피될 수 있다.
10. 스퍼터 챔버(100)의 전기 공급
도 27에는 스퍼터링 소스(1)의 2 개의 타겟(5, 7), 기판(106)을 구비한 스퍼터 챔버(100)의 기판 홀더(104), 캐쳐 플레이트 장치(205, 7) 및 타겟-특정 양극 장치(145, 147)가 가장 개략적으로 도시된다. 블록(1227)에, 특정 양극 장치(147)에 대해 타겟(7)을 전기적으로 공급하는 상이한 가능성은 스위치(W)를 선택하는 가능성에 의해 개략적으로 표현되는데, 이는 (a),(b),(c) 중 적어도 하나의 방식으로 양극 장치(147)에 대해 타겟(7)을 공급할 수 있는 가능성을 나타낸다.
옵션 또는 방식(a)에서, 타겟(7)/양극 장치(147)는 DC 공급원(122a)에 의해 전기적으로 공급된다. 옵션(b)에 따라, 타겟(7)은 펄스 형 DC 소스(122b)에 의해 양극 장치(147)에 대해 작동된다.
옵션(c)에 따라, 타겟(7)은 RF 공급원(122c)에 의해 양극 장치(147)에 대해 작동된다. 2 개 또는 3 개의 전원 공급 장치, 예를 들어, 펄스된 DC를 갖는 DC, RF를 갖는 펄스된 DC 등이 결합될 수 있다. 따라서, 옵션 블록(124)에 의해 개략적으로 나타낸 바와 같이, 언급된 공급원(122a 내지 122c)은 플로팅 방식으로 또는 기준 전위에 대하여, 예를 들어 접지 전위 인 양극 전위로 작동될 수 있다.
제2 타겟(5)은 바로 언급된 바와 같이 양극 장치(147)에 대해 타겟(7)을 전기적으로 공급하는 것과 동일한 가능성들 또는 옵션들로 양극 장치(145)에 대해 전기적으로 공급될 수 있다. 타겟(5)은 조크 또는 타겟(7)과의 전기적 연결을 통해 직접 연결될 수도 있다. 따라서, 도 27에서, 양극 장치(145)에 대해 타겟(5)을 전기적으로 공급하기 위한 각각의 가능성들은 도시되지 않았다.
2 개의 타겟(5 및 7)은 상이한 공급 가능성들(a) 내지 (c) 및 플로팅 방식으로 또는 기준 전위로 독립적으로 전기적으로 공급될 수 있거나, 두 개의 타겟들/양극은 동등하게, 즉 옵션(a) 및/또는(b) 및/또는(c)에 따라 플로팅식으로(floatingly)으로 또는 기준 전위로 전기적으로 공급될 수 있다. 그 다음, 2 개의 양극 장치(145, 147)는 하나의 양극 장치(14)에 결합될 수 있고, 2 개의 타겟(5 및 7)은 공통의 전기 공급 장치에 의해 둘 다 작동될 수 있다.
앞서 언급된 현재의 실시예에서, 두 개의 타겟(5 및 7)은 공통 양극 장치(14)에 대해 공통 DC 및 RF 공급원에 의해 모두 작동된다. 따라서, 양극은 접지 기준 전위에서 작동된다.
도 27은 블록(126)에서, 그리고 지지체(106) 상에 증착되고 유지된 기판 홀더(104) 및 기판(106)을 작동시키기 위한 4 가지 옵션(a) 내지(d)의 양극 장치에 대해 타겟(5 및 7)을 전기적으로 공급하는 가능성을 설명하기 위해 사용된 것과 유사한 표현으로 추가로 도시된다.
제1 옵션 또는 방식에 따라, 기판 홀더(104)와 기판(106)은 DC 바이어스 소스(126a)에 의해 바이어스된다. 제2 옵션(b)에 따르면, 기판(106), 따라서 기판 홀더(104)는 전기 접지 전위에서 작동된다. 또 다른 옵션(c)에 따르면, 기판(106)은 전기적으로 플로팅 방식으로 작동된다. 기판(104)은 전기적으로 절연된 방식으로 기판 지지체(106) 상에 유지되거나 또는 지지체(104)의 적어도 직접 지지 부분은 플로팅 방식으로 작동되는데, 즉, 전기 전위들 상에 있는 스퍼터링 챔버(100)의 다른 부분들로부터 전기적으로 절연된다.
옵션(d)에 따라, 기판 홀더(104)와 기판(106)은 RF 바이어싱 소스(126d)에 의해 바이어스된다.
이미 언급된 현재의 실시예에서 기판(106)은 전기적으로 플로팅 방식 또는 접지 전위로 작동된다.
도 27의 블록(128)에서 옵션들(a),(b),(c),(d)는 금속인 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)의 부분들을 전기적으로 공급하기 위해 처리된다. 옵션(a)에 따라, 캐쳐 플레이트 장치의 이들 부분들은 DC 공급원(128a)에 의해 전기적으로 공급될 수 있다. 제2 옵션(b)에 따라, 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)의 언급된 금속 부분은 RF 공급원(128b)에 의해 전기적으로 공급된다. 옵션(c)에 따르면, 언급된 부분들은 접지 전위에서 작동되고 옵션(d)에 따라 전기적으로 플로팅 방식으로 작동된다.
하나 또는 두 개의 캐쳐 플레이트 장치가 상호 격리된 금속 플레이트를 포함하면, 특정 요구에 따라, 이러한 플레이트는 예를 들어 상이한 전기 DC 전위에서 다르게 전기적으로 공급될 수 있다. 본 발명의 구현된 실시예에 따르면, 언급된 바와 같이, 각각의 캐쳐 플레이트 장치(205, 7)는 금속 플레이트로 제조되고 양극 전위에서 전기적으로 작동한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 소스를 사용하여, 제조된 산화물 코팅된 기판, 기판, 코팅 계면 및 산화물 코팅에 대한 손상 영향을 현저히 감소시킬 수 있다.

Claims (60)

  1. 기판을 스퍼터 코팅하기 위한 스퍼터링 소스로서,
    · 각각 플레이트-평면을 따라 연장되는 2 개의 플레이트 형 타겟들로서, 상기 타겟들의 스퍼터링 표면이 서로 마주하여 이에 의해 그 사이에, 반응 공간을 한정하고, 플레이트 평면은 상호 평행하거나 최대 90°만큼 서로 기울어진, 2 개의 플레이트 형 타겟;
    · 양극 장치(anode arrangement);
    · 각각 타겟을 따르고 타겟의 각각의 스퍼터링 표면에 대향하는 자석 장치(magnet arrangement)로서, 각각의 자석 장치는 상기 반응 공간 내에, 각각의 스퍼터링 표면의 적어도 주된 부분을 따라 이에 충돌 및/또는 이로부터 방출되고 분포되는, 자기장을 생성하는 자석 장치;
    · 두 개의 플레이트 형 타겟들의 서로 마주하는 림의 각각의 영역에 의해 제한된 상기 반응 공간으로부터의 개방 코팅 출구 영역(open coating outlet area);
    · 상기 타겟의 스퍼터링 표면들은 타겟들의 각각의 전이 표면 영역에 의해 상기 서로 마주하는 림을 따라 타겟들의 각각의 측면 영역 내로 이동하고, 상기 전이 표면 영역은 각각의 스퍼터링 표면의 인접한 영역보다 작은 곡률 반경을 가지며;
    · 각각의 상기 림을 따라 그리고 각각의 타겟으로부터 떨어진 캐쳐 플레이트 장치(catcher plate arrangement)로서, 각각의 캐쳐 플레이트 장치는 상기 림으로부터 서로를 향한 방향으로 상기 개방 코팅 출구 영역으로 돌출하고, 이에 의해 두 개의 플레이트 형 타겟의 서로 마주하는 림에 의해 제한되도록 상기 개방 코팅 출구 영역을 제한하는, 캐쳐 플레이트 장치를 포함하는, 스퍼터링 소스.
  2. 제1항에 있어서, 스퍼터링 플라즈마 내에 이온으로서 적어도 하나의 성분이 존재하는 재료로 기판을 스퍼터 코팅하도록 구성되는, 스퍼터링 소스.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 스퍼터링 플라즈마 내에 음이온으로서 존재하는 적어도 하나의 성분을 갖는 재료로 기판을 스퍼터 코팅하도록 구성되는, 스퍼터링 소스.
  4. 제1항 또는 2항에 있어서, 산화물로 기판을 스퍼터 코팅하도록 구성되는, 스퍼터링 소스.
  5. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 돌출 캐쳐 플레이트 장치는 주로 제1표면 영역과 제2 표면 영역으로 구성된 전체 표면을 가지며, 제1표면 영역은 상기 반응 공간에 독점적으로 노출되고, 제2 표면 영역은 개방 코팅 출구 영역에 대하여 반응 공간의 반대쪽 공간에 독점적으로 노출되는, 스퍼터링 소스.
  6. 제1항 또는 2항에 있어서, 각각의 캐쳐 플레이트 장치는 가장 돌출된 림을 가지고, 각각의 플레이트 평면에 평행한 평면에서, 및 가장 돌출된 림의 길이 범위에 수직으로 측정된, 각각의 타겟의 측면까지의 거리는, 각각의 플레이트 평면에 수직인 평면에서 상기 가장 돌출된 림의 길이 범위에 수직으로 측정된, 가장 돌출된 림과 각각의 타겟의 표면 사이의 거리보다 작은, 스퍼터링 소스.
  7. 제1항 또는 2항에 있어서, 플레이트 평면은 중심 평면에 대해 대칭인, 스퍼터링 소스.
  8. 제1항 또는 2항에 있어서, 플레이트 평면은 평행인, 스퍼터링 소스.
  9. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 상호 마주하는 림들은 선형이고 평행인, 스퍼터링 소스.
  10. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 플레이트 형 타겟들은 직사각형 또는 정사각형인, 스퍼터링 소스.
  11. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 플레이트 평면은 중심 평면에 대해 대칭이고, 상기 개방 코팅 출구 영역은 중심 평면에 수직인 평면을 따라 연장는, 스퍼터링 소스.
  12. 제1항 또는 2항에 있어서, 적어도 하나의 타겟은 단일 재료인, 스퍼터링 소스.
  13. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 타겟 중 하나 이상은 산화물을 포함하거나 또는 산화물로 구성되는, 스퍼터링 소스.
  14. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 타겟 중 하나 이상은 스퍼터링 플라즈마에 이온으로 존재하는 재료 성분을 포함하는, 스퍼터링 소스.
  15. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 타겟 중 하나 이상은 스퍼터링 플라즈마에 음 이온으로 존재하는 재료 성분을 포함하는, 스퍼터링 소스.
  16. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 캐쳐 플레이트 장치에 의해 제한된, 반응 공간 및/또는 제한된 개방 코팅 출구 영역 하부로 배출하는 산소 가스 공급 장치를 포함하는, 스퍼터링 소스.
  17. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 캐쳐 플레이트 장치에 의해 제한된, 반응 공간 및/또는 제한된 개방 코팅 출구 영역 하부로 배출하는 가스 공급 장치를 포함하는, 스퍼터링 소스.
  18. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 캐쳐 플레이트 장치는 평면, 반응 공간을 향해 구부러진 형태, 반응 공간으로부터 멀리 떨어져서 구부러진 형태 중 적어도 하나의 형태를 갖는 캐쳐 플레이트를 포함하는, 스퍼터링 소스.
  19. 제1항 또는 2항에 있어서, 캐쳐 플레이트 장치 중 적어도 하나는 적어도 하나의 금속 플레이트를 포함하거나 적어도 하나의 금속 플레이트로 이루어진, 스퍼터링 소스.
  20. 제1항 또는 2항에 있어서, 캐쳐 플레이트 장치 중 적어도 하나는 적어도 하나의 세라믹 재료 플레이트를 포함하거나 적어도 하나의 세라믹 재료 플레이트로 이루어진, 스퍼터링 소스.
  21. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 양극 장치는 2 개의 타겟에 의해, 반응 공간의 양-측면 경계(two-side delimitation)를 반응 공간의 3-측면 경계로 보완(complementing)하는 측 방향 양극 플레이트(lateral anode plate)를 포함하는, 스퍼터링 소스.
  22. 제21항에 있어서, 상기 2 개의 타겟에 의해, 반응 공간의 양-측면 경계를 반응 공간의 4-측면 경계로 보완하는 두 개의 상기 측 방향 양극 플레이트를 포함하는, 스퍼터링 소스.
  23. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 양극 장치는 2 개의 타겟에 의해, 개방 코팅 출구 영역의 양-측면 경계를 개방 코팅 출구 영역의 3-측면 경계로 보완하는, 측 방향 양극 플레이트를 포함하는, 스퍼터링 소스.
  24. 제23항에 있어서, 상기 양극 장치는 2 개의 측 방향 양극 플레이트를 포함하여, 2 개의 타겟에 의해, 개방 코팅 출구 영역의 양-측면 경계를 개방 코팅 출구 영역의 4-측면 경계로 보완하는, 스퍼터링 소스.
  25. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 양극 장치는 반응 공간에 대해 개방 코팅 출구 영역에 대향하는 양극 플레이트를 포함하는, 스퍼터링 소스.
  26. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 양극 장치는 개방 코팅 출구 영역 둘레에 양극 프레임(anode frame)을 포함하는, 스퍼터링 소스.
  27. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 양극 장치는 타겟의 경계를 따라 및 서로 마주하는 림을 따라 배타적으로 양극 스트립 장치(arrangement of anode strips)를 포함하는, 스퍼터링 소스.
  28. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 양극 장치는 상호 마주하는 림을 따라 양극 스트립의 장치를 포함하고, 캐쳐 플레이트 장치는 양극 스트립에 전기적 및 기계적으로 연결된 돌출 금속 플레이트를 포함하는, 스퍼터링 소스.
  29. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 캐쳐 플레이트 장치는 상기 양극 장치에 전기적으로 연결된 돌출 금속 플레이트를 포함하는, 스퍼터링 소스.
  30. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 캐쳐 플레이트 장치는 개방 코팅 출구 영역을 한정하고, 이를 둘러싼 프레임의 두 개의 레그들(legs)인, 스퍼터링 소스.
  31. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 자기장은 하나의 스퍼터링 표면으로부터 다른 스퍼터링 표면으로 일-방향(uni-directionally)으로 생성되는, 스퍼터링 소스.
  32. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 개방 코팅 출구 영역에 대향하는 반응 공간을 덮는 제3 타겟을 포함하는, 스퍼터링 소스.
  33. 제32항에 있어서, 상기 제3 타겟은 제3 타겟의 스퍼터 표면을 따라 마그네트론 자기장을 생성하는 자석 장치와 조합되는, 스퍼터링 소스.
  34. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 타겟들 중 적어도 하나는 금속 In, Sn, Zn, Ga, Al 중 적어도 하나를 포함하거나 이로 구성되는, 스퍼터링 소스.
  35. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 타겟들 중 적어도 하나는 이온으로서 스퍼터링 플라즈마 내에 존재하는 재료 성분을 포함하는, 스퍼터링 소스.
  36. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 타겟들 중 적어도 하나는 음 이온으로서 스퍼터링 플라즈마 내에 존재하는 재료 성분을 포함하는, 스퍼터링 소스.
  37. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 타겟들 중 적어도 하나는 산화물을 포함하거나 산화물로 이루어진, 스퍼터링 소스.
  38. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 플레이트 평면은 최대 5°까지 서로 기울어진, 스퍼터링 소스.
  39. 제1항 또는 2항에 따른 적어도 하나의 스퍼터링 소스를 포함하는 스퍼터 코팅 챔버로서, 주변 가스 환경에 노출된 연장된 표면 중 하나를 갖는 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더를 더 포함하고, 상기 기판 홀더는 기판의 연장된 표면이 상기 제한된 개방 코팅 출구 영역을 향하는 위치에서 상기 스퍼터 코팅 챔버에 장착되며, 연장된 표면의 적어도 주된 부분으로부터의 상기 전이 표면 영역의 가시성(visibility)은 상기 캐쳐 플레이트 장치에 의해 노출되는, 스퍼터 코팅 챔버.
  40. 제39항에 있어서, 상기 기판 홀더는 유지 평면(holding-plane)을 따라 기판을 유지하도록 구성되고, 상기 서로 마주하는 림들은 평행하고 선형이며, 상기 유지 평면은 평행하고 선형인 림에 의해 한정된 평면에 대해 평행하거나 기울어진, 스퍼터 코팅 챔버.
  41. 제40항에 있어서, 상기 유지 평면 및 상기 림들에 의해 한정되는 평면은 최대 45°만큼 경사지는, 스퍼터 코팅 챔버.
  42. 제39항에 있어서, 상기 기판 홀더상의 기판은 전기적으로 플로팅 방식(floating manner)으로 작동되거나, DC-기준 전위에 연결되는, 스퍼터 코팅 챔버.
  43. 제39항에 있어서, 상기 기판 홀더는 원형 기판을 유지하도록 구성되고, 회전 구동 장치에 작동 가능하게 연결되어 상기 기판 홀더가 중심 축 둘레로 회전하는, 스퍼터 코팅 챔버.
  44. 제39항에 있어서, 상기 기판 홀더 중 적어도 2 개를 구비한 기판-홀더-캐리어를 포함하여, 스퍼터링 소스의 개수는 상기 기판 홀더 캐리어 상의 적어도 2 개의 기판 홀더의 개수와 동일하거나 상이한, 스퍼터 코팅 챔버.
  45. 제1항 또는 2항에 따른 스퍼터링 소스를 포함하는 스퍼터링 시스템으로서, 적어도 하나의 스퍼터링 소스의 반응 공간 및/또는 스퍼터링 소스의 개방 코팅 재료 출구 영역과 기판 홀더 사이에 가스를 전달하는 가스 공급 장치를 더 포함하는, 스퍼터링 시스템.
  46. 제45항에 있어서, 상기 가스 공급 장치는 가스를 포함하는 가스 저장 장치(gas reservoir arrangement)와 작동적으로 유동 연결(operational flow connection)되며, 가스 또는 이의 적어도 하나의 성분은 스퍼터링 플라즈마 내에 이온으로서 존재하는, 스퍼터링 시스템.
  47. 제45항에 있어서, 상기 가스 공급 장치는 가스를 포함하는 가스 저장 장치와 작동적으로 유동 연결되며, 가스 또는 이의 적어도 하나의 성분은 스퍼터링 플라즈마 내에 음 이온으로서 존재하는, 스퍼터링 시스템.
  48. 제45항에 있어서, 상기 가스 공급 장치는 가스를 포함하는 가스 저장 장치와 작동적으로 유동 연결되며, 가스 또는 이의 적어도 하나의 성분은 산소인, 스퍼터링 시스템.
  49. 제45항에 있어서, 상기 타겟의 적어도 하나는 DC, 펄스 형 DC, RF 중 적어도 하나를 발생시키는 적어도 하나의 공급원에 의해 전기적으로 공급되는, 스퍼터링 시스템.
  50. 제1항 또는 2항에 따른 적어도 하나의 스퍼터링 소스에 의한, 스퍼터링 플라즈마 내에 이온으로서 적어도 하나의 성분이 존재하는 재료로 기판을 스퍼터 코팅하는 방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 재료로 상기 기판을 코팅하며, 재료의 하나 이상의 성분은 음 이온으로서 스퍼터링 플라즈마에 존재하는, 방법.
  52. 제50항에 있어서, 상기 기판을 산화물로 코팅하는 방법.
  53. 제50항에 있어서, 상기 스퍼터링 소스의 캐쳐 장치에 의해 적어도 0.5UAC X e-의 에너지를 갖는 이온이 상기 기판 상에 충돌하는 것이 차단되는 단계를 포함하며, UAC는 양극/타겟 전압의 절대 값의 시간 평균인, 방법.
  54. 제39항에 있어서, 상기 기판 홀더상의 기판은 전기적으로 플로팅 방식으로 작동되거나, 접지 전위에 연결되는, 스퍼터 코팅 챔버.
  55. 제39항에 따른 스퍼터 코팅 챔버를 포함하는 스퍼터링 시스템으로서, 적어도 하나의 스퍼터링 소스의 반응 공간 및/또는 스퍼터링 소스의 개방 코팅 재료 출구 영역과 기판 홀더 사이에 가스를 전달하는 가스 공급 장치를 더 포함하는, 스퍼터링 시스템.
  56. 제39항에 따른 스퍼터 챔버에 의한, 스퍼터링 플라즈마 내에 이온으로서 적어도 하나의 성분이 존재하는 재료로 기판을 스퍼터 코팅하는 방법.
  57. 스퍼터링 플라즈마 내에 이온으로서 적어도 하나의 성분이 존재하는 재료로 기판을 스퍼터 코팅하는 방법으로서, 상기 방법은 제45항에 따른 시스템에 의해 코팅을 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
  58. 제1항 또는 2항에 따른 적어도 하나의 스퍼터링 소스에 의한, 스퍼터링 플라즈마 내에 이온으로서 적어도 하나의 성분이 존재하는 재료로 코팅된 기판을 제조하는 방법.
  59. 제39항에 따른 스퍼터 챔버에 의한, 스퍼터링 플라즈마 내에 이온으로서 적어도 하나의 성분이 존재하는 재료로 코팅된 기판을 제조하는 방법.
  60. 스퍼터링 플라즈마 내에 이온으로서 적어도 하나의 성분이 존재하는 재료로 코팅된 기판을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 제45항에 따른 시스템에 의해 코팅을 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
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