KR102472542B1

KR102472542B1 - Hipims 스퍼터링 방법 및 hipims 스퍼터 시스템

Info

Publication number: KR102472542B1
Application number: KR1020227003778A
Authority: KR
Inventors: 스벤 우베 라이첼; 위르겐 바이카르트
Original assignee: 에바텍 아크티엔게젤샤프트
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2022-11-30
Also published as: KR20150123818A; TWI614360B; KR20220020426A; EP3211119A1; CN111826624A; EP3211119B1; CN105102671B; US20150368792A1; EP2954092B1; CN105102671A; WO2014122250A1; US10202682B2; US20170204511A1; KR102360357B1; TW201441401A; US9624572B2; EP2954092A1

Abstract

타겟의 수명기간 동안에 HIPIMS 운전 하에서 스퍼터링 타겟(9)의 운전을 제어하기 위하여, 타겟(9)과 관련된 마그넷 장치의 파트(Ⅰ)이 타겟(9)으로부터 후되하는 반면, 마그넷 장치의 제2 파트(Ⅱ)는, 만일 후퇴한다면, 타겟(9)의 운전기간 동안에 전술한 배면(7)으로부터 적게 후퇴한다. 그렇게 함으로써, 파트(Ⅰ)은 파트(Ⅱ)보다 타겟(9)의 주변에 가까우며 이 둘은 회전축 주위를 편심 회전한다.

Description

HIPIMS 스퍼터링 방법 및 HIPIMS 스퍼터 시스템{Method of HIPIMS sputtering and HIPIMS sputter system}

본 발명은 스퍼터 코팅 방법에 관한 것으로, 특히 HIPIMS 스퍼터 코팅 기판들 및 HIPIMS 스퍼터 시스템에 관한 것이다.

정의(DEFINITION)

* 본 발명에 따른 공정은 기판들에 작용하는 화학적, 물리적 또는 기계적 효과를 포함한다.

* 본 발명에 따른 기판들은 공정 장치에서 처리되어야 할 부품들, 부분들 또는 작업편들이다. 기판들은 이에 한정되는 것은 아니나 직사각형, 정사각형 또는 원형의 평평한 플레이트 형상의 부분들을 포함한다. 바람직한 구현예에서, 본 발명은 반도체 웨이퍼 등과 같이 기본적으로 평평한 원형의 기판들을 개시한다.

* 진공 공정 또는 진공 처리 시스템 또는 장치는 대기압보다 낮은 압력하에서 처리될 기판들을 위한 적어도 하나의 둘러싸인 공간(enclosure)을 포함한다.

* CVD 또는 화학적 진공 증착(Chemical Vapour Deposition)은 가열된 기판상에 층들을 증착하는 화학적 공정이다. 하나 또는 그 이상의 휘발성 전구 물질(들)이 요구되는 증착을 형성하기 위하여 기판 표면에서 반응 및/또는 분해되는 공정 시스템에 공급된다. CVD의 변종(variants)은 다음을 포함한다 : 저압 CVD(low-pressure CVD, LPCVD)-대기압 이하에서의 CVD 공정, 초진공 CVD(ultrahigh vacuum CVD, UHVCVD)-통상적으로 10^-6 Pa/10^-7 Pa 이하에서의 CVD 공정, 마이크로파 플라즈마-보조(microwave plasma-assisted) CVD(MPCVD)와 같은 플라즈마 방법들, 플라즈마-강화 CVD(Plasma-Enhanced CVD, PECVD)-전구체의 화학 반응 속도를 상승시키기 위하여 플라즈마를 활용하는 CVD 공정.

* 물리적 진공 증착(physical vapour deposition, PVD)은 증발된 형태의 물질을 응축에 의하여 기판 표면상에(즉 반도체 웨이퍼 상에) 얇은 필름을 증착하는 다양한 방법들을 기술하는데 사용되는 일반적인 용어이다. 코팅 방법들은 CVD와는 대조적으로 고온 진공 증발 또는 플라즈마 스퍼터 충격 등과 같은 순수하게 물리적인 공정들을 포함한다. PVD의 변종은 캐소딕 아크 증착, 전자빔 물리적 진공 증착, 스퍼터 증착(즉 글로 플라즈마 방전(glow plasma discharge)이 타겟 물질의 표면상에 위치하는 마그네틱 터널 내에 갇히며, 이 경우 또한 마그네트론 스퍼터링이라고도 불리움)을 포함한다.

CVD, LPCVD, PECVD, PVD와 같은 진공 공정 장치에서 증착된 필름에 대하여 본원에서는 층(layer), 코팅(coating), 증착(depositit) 및 필름(film)이 혼용되어 사용되었다.

진공 처리 시스템 내에서 기판들을 처리하기 위한 PVD 증착 기술의 사용은 널리 알려져 있다. 마그네트론 스퍼터 증착을 위해 설계된 이와 같은 시스템에서, 타겟 물질 표면상에 위치하는 마그네틱 터널을 특정하기 위하여 마그넷 시스템을 스퍼터링 타겟 뒤쪽에 배치하는 것은 공지되어 있으며, 스퍼터링 표면, 터널은 공정 동안에 플라즈마를 한정한다. 타겟의 수명기간 동안에 마그네트론 스퍼터링에 의해 야기된 타겟의 침식은 소위 경주로(racetrack), 타겟 물질에의 트렌치를 가져온다. 트렌치가 타겟의 두께를 전부 소비하면 타겟을 교환할 필요가 있으며, 이는 타겟의 수명기간을 특정한다. 기판상에 증착의 균일화를 향상시키는 것뿐만 아니라 타겟 물질의 보다 양호한 활용을 위하여, 증착 공정의 운전 동안에 마그넷 시스템을 이동시키는 것이 알려져 있다. 이는 기계적으로(마그넷 시스템을 부분적으로 또는 전체적으로 회전시키거나 옮김) 또는 자장의 위치 및/또는 세기를 조절하는 코일을 사용하여 전기적으로 구현될 수 있다.

회전 마그네트론 스퍼터링 시스템에서 타겟의 수명기간 동안에 타겟의 침식-균일성을 달성하기 위하여 여러 개념들이 제안되었으며, 이들은 DE-03908252-A1, EP-00945524-A1 및 EP-01908090-B1에서와 같은 축방향 마그넷 이동 개념 뿐만 아니라 US-6821397-B2, WO0163643A1, US-05171415-A, US-05833815-A, US-20045550690-A1 및 기타에서와 같은 측면 마그넷 이동 개념을 포함한다.

종래 기술의 단점

전술한 바와 같이, 타겟 수명기간에 걸쳐서 스퍼터되는 타겟의 스퍼터링 표면상에 침식 그루브들(erosion grooves)이 형성된다. 침식 패턴은 외곽의 주(main) 침식 그루브 및 타겟의 중심 쪽으로 하나 또는 그 이상의 약한 내측 침식 그루브들을 포함할 수 있다. 외곽의 주 침식 그루브는 한정된 타겟 직경에 대응하여 양호한 증착 균일성을 위해 필요하다. 기판 직경과 관련하여 타겟 직경이 작을수록 에지 효과를 보상하기 위하여 외곽 침식 그루브는 더욱 현저하게 된다. 따라서 타겟 수명기간 동안에 침식은 특히 외곽의 주 그루브에 영향을 줄 것이기 때문에, 이곳에서 타겟은 더욱 얇게 되므로 이 지점에서 자장의 영향은 더욱 강하게 된다. 그 결과, 고정된 방전 전력을 위해 방전 전류는 증가하고 전압은 감소하게 된다. 통상적으로 스퍼터 증착 시스템의 제어 시스템은 사용자-특화된 프로그램 또는 레시피에 의해 운전되며 전체 타겟 수명기간 동안에 동일한 필름 두께를 얻기 위하여 증착 시간 또는 방전 전력을 조절한다. 많은 적용예들에서, 전압/전류 비율의 변화는 변화 속도가 방전 전력에 의해 특정되기 때문에 아무런 문제가 없다. 어떤 설비에서는, US 6 821 397 B2에 개시된 바와 같이 측면 마그넷 이동(lateral magnet movement)에 의해 타겟의 수명기간에 걸쳐 균일화가 조절될 수 있다.

그러나, 다른 여러 적용예들에서 자장의 증가는 공정 조건을 심각하게 변화시킨다. 그 하나의 예가 강자성 물질의 스퍼터링으로, 여기에서는 타겟의 얇아짐으로 인하여 자장이 강하게 증가한다.

다른 적용예는 매우 높은 전류 및 낮은 작동주기(duty cycle)을 가지는 펄스 DC에 의한 스퍼터링으로, 또한 HIPIMS 또는 HPPMS로 알려져 있다. 여기에서는 통상적으로 50 내지 300 μsec의 지속시간을 가지는 전류 펄스(current pulse)가 사용된다. 전류의 증가에 따라 전압이 즉각적으로 적용될 수 있는지 여부는 펄스 공급 유닛의 출력 품질, 챔버 임피던스, 자장, 케이블 및 타겟 전압 등과 같은 여러 파라미터들에 의존한다. 만일 타겟 침식 및 자장 변화로 인하여 타겟 전압이 변화하면, 전체 타겟 수명기간에 걸쳐 안정적인 HIPIMS 공정의 운영이 어려울 수 있다.

도 1은 예시적으로 전류 상승의 커다란 변화 및 펄스 피크치를 다른 조건은 변화없이 Ti 타겟상에 적용된 100 μsec 펄스의 타겟 전압의 함수로 나타낸다.

단일 펄스의 전력은 다음과 같이 주어진다 :

P 펄스 = ∫U(t)*I(t)*dt

도 1에 도시된 바와 같이 펄스의 매우 급격한 상황(dynamic situation)으로 인하여 펄스 전력이 타겟 수명기간의 처음부터 끝까지 급격한 변화를 겪을 수 있다는 것이 명백하다. 그러나 방전의 이온화 정도와 직접 관련이 있는 것은 피크 전류이며, 이온화 정도 자체가 깊은 곳의 채움을 가능하게 하는 구동 파라미터이기 때문에 특히 HIPIMS 공정에서는 전체 타겟 수명기간에 걸쳐 일정한 피크 전류가 요구된다(참조: Society of Vacuum Coaters 505/856-7188, 52nd Annual Technical Conference Proceedings, Santa Clara, CA, May 9-14, 2009 ISSN 0737-5921).

표준 DC 스퍼터링에 있어서, 타겟 수명기간 동안에 일정한 필름 두께 및 균일성을 제어하기 위한 여러 방법들이 존재한다. 필름 두께의 제어는 타겟 수명기간 동안에 스퍼터 전력의 조절 또는 공정 시간의 조절에 의해 수행될 수 있다. 타겟 침식에 의해 타겟 표면은 기판에서 "멀리" 이동하여 타겟과 기판 사이의 유효거리를 크게 하기 때문에, 통상적으로 스퍼터 전력 또는 공정 시간은 증가되어야 한다. 또한 표준 DC 스퍼터링 시스템에서, 침식으로 인하여 플라즈마를 구동하는 자장이 증가하며 이는 타겟 전류의 증가와 타겟 전압의 감소를 가져온다. 많은 적용예들에서 전류/전압 비율은 중요하지 않다. 그러나 HIPIMS와 같이 특히 높은 다이나믹 펄스 공정에 있어서, 전압과 전류는 다음과 같은 이유로 타겟 수명기간 동안에 일정하게 유지되어야 한다 :

1. 도 1에 표시된 바와 같이 전류는 타겟 전압에 따라 급격하게 올라간다. 고정된 펄스 길이에서 이는 펄스의 전력에 영향을 미친다.

2. 전술한 바와 같이, 전류 펄스 피크치는 깊은 바이어스의 증착에서(in the metallization of deep vias) HIPIMS에 의한 금속 이온화를 달성하는데 핵심 파라미터이다. 이는 타겟 수명기간 동안에 일정하게 유지되는 것이 필요하다. 전류 펄스 피크치는 가능한 높아야 하나 아크가 발생하는 펄스 공급의 한계 이하에서 머물러야 한다.

타겟 수명기간 동안에, 100 μsec 펄스의 펄스 형상들 및 전류 펄스 피크치들의 진화의 일 예가 도 2에 개략적으로 표시되었다. 타겟 전압은 일정하게 유지하면서도 증가된 자장으로 인하여 전류 피크치가 증가되는 것을 볼 수 있다. 마지막 그림은 전류-센싱에 의해 감지되는 아크 레벨의 접근으로 전류가 차단되는 것을 보여준다. 전체 시리즈는 일정한 전류 펄스 피크치 및 일정한 펄스 전력 P 펄스를 제공하지 않음이 명확하다.

전술한 바와 같은 문제점들은, 다음을 포함하는 기판의 HIPIMS 스퍼터 코팅 방법에 따른 본 발명에 의해 해결된다.

* 스퍼터링 표면(sputtering surface) 및 배면(back surface)을 가지는 타겟(target)의 제공.

* 배면을 따라서 마그넷 장치(magnet arrangement)의 제공.

* 상기 마그넷 장치를 타겟의 배면에 수직인 회전축 주위로 피봇팅(pivoting) 또는 회전시킴(rotating)

* 상기 마그넷 장치는 한 쌍의 폐쇄 루프들을 따라서 배치되는 자극들(magnet poles)을 포함한다. 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들의 외측은 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들의 내측을 완전하게 둘러싸며 상기 폐쇄 루프들의 내측으로부터 이격된다.

* 타겟의 배면을 마주하며 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들의 한쪽을 따라서 배치되는 자극들은, 상기 타겟의 배면을 마주하며 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들의 다른 한쪽을 따라서 배치되는 자극들과 반대의 극성을 가진다.

* 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들은 제1 파트와 제2 파트로 나뉘어진다. 한 쌍 중 외측의 폐쇄 루프는 이에 의해 상기 제1 파트에 있는 제1 외측 섹션과 상기 제2 파트에 있는 제2 외측 섹션으로 나뉘어진다. 상기 내측의 폐쇄 루프는 이에 의해 제1 파트에 있는 제1 내측 섹션과 제2 파트에 있는 제2 내측 섹션으로 나뉘어진다.

* 외측 폐쇄 루프의 제1 외측 섹션은 외측 폐쇄 루프의 제2 외측 섹션보다 회전축에 대하여 방사상 방향으로 보다 멀리 떨어져 있다.

* 둘 다 제1 파트에 있는 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 지배적인 개수(predominant number)의 거리는 타겟의 배면에 대하여, 상기 타겟의 HIPIMS 운전 시간이 증가함에 따라서, 둘 다 제2 파트에 있는 외측 및 내측 제2 섹션들의 적어도 지배적인 개수의 자극들의 상기 배면에 대한 거리가 증가하는 것보다 많이 제어적으로(controllably) 증가한다.

앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 일 구현예에 있어서, 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 지배적인 개수의 거리를 제어적으로 증가하도록 실행하는 것은, 타겟의 수명기간에 걸쳐서 HIPIMS 운전의 피크 전류 펄스 수치들(peak current pulse values)을 적어도 대략 일정하게 유지하는 방식으로 수행된다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 일 구현예에 있어서, 마그넷 장치는 상기 폐쇄 루프들 한 쌍을 포함한다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 일 구현예에 있어서, 둘 다 제2 파트에 있는 외측 및 내측 제2 섹션들의 자극들의 적어도 지배적인 개수는 배면으로부터 동일한 이동거리로 회전축에 대해 평행하게 증가한다. 이는 배면으로부터 상기 자극들의 초기 거리가 서로 다르다고 하여도, 상대적인 거리는 상기 동일한 이동에 의해 동일하게 증가함을 의미한다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 제2 파트에 있는 외측 및 내측 제2 섹션들의 자극들의 적어도 지배적인 개수의 배면에 대한 거리는 타겟의 HIPIMS 운전 기간 동안, 즉 타겟의 수명기간 동안에 일정하게 유지된다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 외측 및 내측 제2 섹션들의 자극들의 적어도 지배적인 개수의 거리는 타겟의 HIPIMS 운전 기간 동안에 동일하다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 제1 파트에 있는 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 지배적인 개수의 배면에 대한 거리의 제어적 증가는, 내측 제1 섹션을 따라 배치되는 자극들뿐만 아니라 외측 제1 섹션을 따라 배치되는 자극들에 대해서도 수행된다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 지배적인 개수의 거리는 동일하게 증가된다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 지배적인 개수의 배면에 대한 거리는 상기 배면에 대하여 방향적으로 동일하게 이동하고 상기 회전축에 대하여 평행하게 이동하여 증가된다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 한쪽의 자극들의 적어도 지배적인 개수의 거리는 타겟의 HIPIMS 운전 기간 동안에 동일하다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 외측 및 내측 제1 섹션들을 따라 배치되는 자극들의 거리는 타겟의 HIPIMS 운전 기간 동안에 동일하며, 외측 및 내측 제2 섹션들을 따라 배치되는 자극들로부터의 거리 역시 타겟의 HIPIMS 운전 기간 동안에 동일하다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 제1 외측 섹션을 따라 배치되는 자극들의 회전축으로부터의 평균 거리는 제2 외측 섹션을 따라 배치되는 자극들의 상기 회전축으로부터의 평균 거리보다 크다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 모든 자극들의 배면에 대한 거리는 제어적으로 증가된다.

본 방법의 바로 전술한 구현예의 또 다른 구현예에 있어서, 내측 제1 섹션 뿐만 아니라 외측 제1 섹션을 따라 배치되는 자극들의 배면에 대한 거리도 제어적으로 증가된다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 외측 제1 섹션을 따르는 적어도 하나의 제1 궤적(locus)은 회전축으로부터의 최대 거리 R_max를 특정하고, 외측 제2 섹션을 따르는 적어도 하나의 제2 궤적은 상기 회전축으로부터의 최소 거리 R_min을 특정하며, 제1 파트는 상기 회전축으로부터 거리 R_e1을 가지며 이는

R_e1 = (R_max + R_min)/2

보다 작지 않은 제1 한계 궤적(first limit locus)에 의해 상기 제1 궤적의 한쪽에서 한정되며, 또한 제1 파트는 상기 회전축으로부터 거리 R_e2를 가지며 이는

R_e2 = (R_max + R_min)/2

보다 작지 않은 제2 한계 궤적(second limit locus)에 의해 상기 제1 궤적의 다른 한쪽에서 한정된다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 지배적인 개수의 배면에 대한 거리의 제어적 증가는 타겟의 HIPIMS 운전 기간 동안에 단계적으로 및 지속적으로의(stepwise and steadily) 적어도 하나에 의해 수행된다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 지배적인 개수의 거리의 제어적 증가는 타겟 주변(periphery of the target)에 인접한 스퍼터링 표면의 침식 깊이(erosion depth)에 따라 수행되며, 이에 의해 또 다른 바람직한 구현예에서는 타겟의 주변에 인접한 스퍼터링 표면의 침식 깊이와 대략 동일하게 선정된다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 지배적인 개수의 거리의 제어적 증가는 미리 설정된 거리 대 시간 특성에 의해 제어된다.

이미 기술되었고 또한 앞으로 기술될 어떤 구현예들과도, 모순되지 않으면, 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예에 있어서, 자극들은 회전축에 적어도 실질적으로 평행한 쌍극자 방향으로 배치되는 자석들의 자극들이다.

전술한 문제점들은 스퍼터링 표면 및 배면을 가지는 타겟 장치를 포함하는 HIPIMS 스퍼터 시스템에 의해 더욱 해결된다. 상기 시스템은 타겟 장치의 배면을 따라 배치되는 마그넷 장치 및 타겟 장치의 배면에 수직인 회전축 주위로 마그넷 장치를 피봇 또는 회전시키기 위하여 마그넷 장치에 작동 가능하게 연결되는 피봇팅 또는 회전 구동기를 더욱 포함한다. 마그넷 장치는 한 쌍의 폐쇄 루프들을 따라 배치되는 자극들을 포함하며, 한 쌍의 폐쇄 루프들의 외측은 한 쌍의 폐쇄 루프들의 내측을 완전하게 둘러싸며, 폐쇄 루프들의 내측과 이격되어 있다. 한 쌍의 폐쇄 루프들 중 하나를 따라 배치되며 타겟 장치의 배면을 마주하는 자극들은, 폐쇄 루프들 중 다른 하나를 따라 배치되며 배면을 마주하는 자극들의 극성에 대해 반대의 극성을 가진다.

마그넷 장치는 제1 파트와 제2 파트로 나뉘어지며, 한 쌍 중 외측의 폐쇄 루프는 이에 의해 제1 파트상의 제1 외측 섹션과 제2 파트상의 제2 외측 섹션으로 나뉘어지며, 한 쌍 중 내측의 폐쇄 루프는 이에 의해 각각 제1 파트상의 제1 내측 섹션과 제2 파트상의 제2 내측 섹션으로 나뉘어진다.

제1 외측 섹션은 이에 의해 제2 외측 섹션보다 회전축에 대하여 방사상 방향으로 보다 멀리 떨어져 있다.

이동 구동기(displacement drive)가 제1 파트와 제2 파트 사이에 작동 가능하게 연결된다.

HIPIMS 공급 발전기(HIPIMS supply generator)가 타겟 장치에 작동 가능하게 연결된다.

이동 제어 유닛(displacement control unit)이 HIPIMS 공급 발전기 및 이동 구동기에 작동 가능하게 연결되며, 타겟에 대한 HIPIMS 공급 발전기의 운전 시간에 따라서 제2 파트가 배면으로부터 떨어져 이동한 거리보다 제1 파트를 타겟의 배면으로부터 더 멀리 이동하도록 이동 구동기를 제어하기 위하여 적용된다.

본 발명에 따른 시스템의 바람직한 구현예에 있어서, 피봇팅 또는 회전 구동기 및 이동 구동기는 모두 타겟 장치에 대하여 고정되어 장착된다.

본 발명에 따른 시스템의 추가적인 구현예들이 본 발명에 따른 방법의 상이한 구현예들로부터 유래될 수 있다.

모든 태양의 본 발명에 의하여 타겟의 전체 HIPIMS 운전 기간에 걸쳐서 전류 펄스 피크치들을 제어하는 것이 가능하게 되며, 특히 이러한 수치들을 적어도 대략 일정하게 유지하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 본 해결책은 EP_01908090_B1에 기재된 축방향 조절 파트들을 가지는 마그넷 장치에서 근본적으로 벗어나나, 타겟의 HIPIMS 운전 기간 동안에 내측 파트는 축방향으로 고정되는 반면 외측 파트는 타겟의 배면으로부터 후퇴하는(즉 타겟의 배면에 대하여 마그넷 장치의 외측 파트의 거리가 증가하는) 것에 의한 HIPIMS 스퍼터링을 채용하였다. 대략적으로, 이러한 후퇴는 타겟의 침식 깊이와 동일할 수 있다.

본 발명은 이하에서 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 HIPIMS 스퍼터 코팅에 적용된 100 μsec 펄스의 타겟 전압의 함수로 전류의 상승을 도시한다.
도 2는 타겟 수명기간 동안에 타겟 배면과 마그넷 장치 사이의 거리가 일정한 상태에서, 100 μsec 펄스 길이의 HIPIMS 스퍼터 코팅 공정의 전류 펄스의 진화를 도시하며, 여기에서 펄스 전압은 일정하게 유지되고 피크 전류치는 타겟 수명기간 말단에서 약 950 A의 아크 발생 한계에 도달한다.
도 3은 본 발명을 실행하는데 이용될 마그넷 장치의 평면도이다.
도 4a는 HIPIMS 스퍼터 타겟의 배면에 대해 본 발명에 따른 마그넷 장치의 매우 개략적인 초기 위치를 도시한다.
도 4b는 도 4a를 떠나서, 타겟상에 HIPIMS의 증가된 운전의 함수로 형성된 본 발명에 따른 마그넷 장치의 위치를 표시하며, 추가로 구동 및 제어 부재들을 개략적이고 단순화된 기능적 블록/플로우 표시로 개략적으로 도시한다.
도 5는 마그넷 장치에 오늘날 사용되며 본 발명에 따르는 구동 장치의 단순화된 단면도이다.
도 6은 HIPIMS 스퍼터 운전의 타겟 수명기간에 걸쳐서, 본 발명에 따라 달성되는 100 μsec 펄스 HIPIMS의 전압 및 전류 펄스를 도시한다.

본 발명의 프레임 내에서 이용될, 즉 HIPIMS 운전의 펄스 전류 피크치들을 적절하게 제어하기 위한 타겟 장치가 도 3에 평면도로 도시된다. 마그넷 장치는 한 쌍(1)의 폐쇄 루프들, 즉 외측 루프(1_O) 및 내측 루프(1_i)를 따라 배치되는 자극들을 포함한다. 외측 루프(1_O)는, 실은 기하학적 궤적, 내측 루프(1_i)를, 실은 역시 기하학적 궤적, 완전하게 둘러싼다. 한 쌍(1)의 두 루프들은 상호 이격되어 있다.

아래의 설명에서 더욱 명확해지는 바와 같이, 타겟 장치의 배면을 마주하고 폐쇄 루프들 중 어느 하나를 따라서 배치되는, 이를 한 쌍(1) 중 루프(1_O)라 하면,자극들은, 전술한 배면을 마주하고 한 쌍(1) 중 다른 폐쇄 루프를 따라서, 이를(1_i)라 하면, 배치되는 자극들의 극성 -N- 에 대해 반대의 극성, 예를 들어 S를 가진다.

도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 자극들은 상기 루프(1_i, 1_O)를 따라서 각각의 자극들이 연속적인 자극 표면을 형성하도록 배치되며, 그러나 또한 각각의 루프들을 따라서 상호 분리되거나 이격될 수 있다.

도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 한 쌍(1)의 폐쇄된 루프들(1_i및 1_O)은 환상의 갭(annular gap, 3)에 의해 제1 파트(Ⅰ)와 제2 파트(Ⅱ)로 나뉘어진다. 전체 마그넷 장치는 도 3의 평면과 수직인 회전축 A 주위에 회전 또는 피봇 가능하게 장착되며, 회전 또는 피봇 구동기(도 3에 미도시)에 작동 가능하게 결합된다.

한 쌍(1)의 루프들(1_i 및 1_O)을 두 파트(Ⅰ,Ⅱ)로 나눔으로써, 외측 루프(1_O)는 제1 파트(Ⅰ)에 머무르는 제1 외측 섹션(1_OⅠ) 및 제2 파트(Ⅱ)에 머무르는 제2 외측 섹션(1_OⅡ)으로 나뉘어진다. 유사하게, 내측 폐쇄 루프(1_i)는 제1 파트(Ⅰ)에 머무르는 제1 내측 섹션((1_iⅠ) 및 제2 파트(Ⅱ)에 머무르는 제2 내측 섹션(1_iⅡ)으로 나뉘어진다.

제2 외측 섹션(1_OⅡ) 뿐만 아니라 제1 외측 섹션(1_OⅠ)을 따르는 각각의 자극 또는 각각의 궤적은 회전축 A에 대해 특정되며, 또는 회전축 A로부터 방사상 거리 R 만큼 떨어져 있다. 제1 외측 섹션(1_OⅠ)을 따르는 상기 거리 R의 모든 평균은 제2 외측 섹션(1_OⅡ)을 따르는 거리 R의 평균보다 크다. 이와 같이, 외측 루프(1_O)는 회전축 A에 대하여 편심되어 있으며, 따라서 한 쌍(1)의 폐쇄 루프들 모두가 편심되어 있다.

또한, 제1 외측 섹션(1_OⅠ)은 R이 최대치 R_max인 제1 궤적 L_max를 특정한다.

다른 한편으로, 제2 외측 섹션(1_OⅡ)을 따르는 하나의 제2 궤적 L_min은 R의 최소치 R_min을 특정한다. 폐쇄 루프들 쌍(1)의 제2 파트(Ⅱ)로부터 제1 파트(Ⅰ)의 한계 결정은 다음과 같이 설정된다 : 제1 궤적 L_max의 한쪽에서 제1 외측 섹션(1_OⅠ)은 회전축 A에서 거리 R_e1을 가지는 말단 궤적 L_e1까지 진행하며, 이는

R_e1 = (R_max + R_min)/2

보다 작지 않다.

이와 같이, 도 3에 따르면 파트(Ⅰ)의 왼쪽 한계 L_e1은 전술한 관계가 지배하는 최대 그곳까지이며, 그러나 L_e1은 L_max쪽으로 보다 가까워질 수 있다.

제1 궤적 L_max로부터 다른 쪽 한계 L_e2는, 제1 외측 섹션(1_OⅠ)이 궤적 L_max로부터 떨어져서 오른쪽으로 진행하고 회전축 A에서 거리 R_e2를 가지는 그곳이며, 이는 R_e2 = (R_max + R_min)/2

보다 작지 않다.

여기에서, 상기 한계 또한 궤적 L_max에 대하여 제1 외측 섹션(1_OⅠ)의 오른쪽으로의 최대 한계이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 오른쪽 한계 궤적 L_e2는 예시적 마그넷 장치에 의해 구현되거나 활용될 수 있으나, 반면 제1 외측 섹션(1_OⅠ)의 왼쪽 한계가 제1 궤적 L_max에 가깝기 때문에 왼쪽 한계 궤적 L_e1은 활용되지 않았다.

전술한 한계들을 따라 폐쇄 루프들(1_i 및 1_O)의 쌍(1)을 두 파트(Ⅰ,Ⅱ)로 분리함으로써, 마그넷 장치는 본 발명의 프레임 내에서, 전술한 마그넷 장치와 관련된 타겟의 HIPIMS 운전의 펄스 전류 피크 제어에 매우 적합하게 된다.

매우 개략적으로, 도 4a 및 도 4b는 도 3을 참조로 예시된 관련 마그넷 장치와 함께 타겟 장치를 관통하는 각각의 단면을 도시한다. 도 4a는 타겟이 새로운 것인 경우 즉 아직 스퍼터 침식되지 않은 경우의 마그넷 장치 및 타겟 배면(7)의 상대적 위치를 도시하며, 반면 도 4b는 HIPIMS 스퍼터 운전에 의해 침식된 타겟 및 본 발명에 따른 증가된 전류 펄스 수치들에 대응하는 마그넷 장치의 상대적인 정성적 위치를 도시한다. 도 4a 및 도 4b에서 도 3을 참조로 기술된 마그넷 장치의 분분에 해당하는 부분들은 도 4에서 동일한 도면 부호로 표시되었다.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 도 3에 따라 각각 자극 N 및 S를 제공하며 각각의 폐쇄 루프들을 따라서 배치되고 스퍼터링 표면(11)을 가지는 타겟 장치(9)의 배면(7)을 마주하는 자석들(5)이, 바람직한 구현예에 따르면, 타겟 장치(9)에 수직인 쌍극자 축들(D)을 가지고 배치된다.

타겟(9)이 침식되지 않았을 때, 즉 실질적으로 평평한 스퍼터링 표면(11)을 가지는 새것일 때, 도 3을 참조로 예시된 마그넷 장치의 파트(Ⅰ)은 타겟 장치(9)의 배면(7)으로부터 초기 거리 d_OⅠ을 가진다. 제2 파트(Ⅱ)도 또한 타겟 장치(9)의 전술한 배면(7)으로부터 초기 거리 d_OⅡ을 가진다. d_OⅠ은 바람직한 구현예에서 d_OⅡ와 동일하나, 이것이 필수적인 것은 아니다. 타겟 장치(9)의 소모가 진행되고 침식 E(도 4b 참조)이 증가됨에 따라, 마그넷 장치의 파트(Ⅰ)은 도 4b에서 d_tⅠ로 표시된 바와 같이 타겟 장치(9)의 배면(7)으로부터 후퇴한다. 그렇게 함으로써, 타겟 장치(9)의 배면(7)에 대한 파트(Ⅱ)의 거리는 d_OⅡ의 거리에서 일정하게 유지될 수 있으며, 또는 이 거리는 증가될 수도 있으나(도 4에서는 미도시), 어떠한 경우에도 전술한 배면(7)으로부터 거리 d_tⅠ의 증가는 파트(Ⅱ)의 거리 증가 d_tⅡ 보다는 크다. 파트 Ⅰ 및 Ⅱ 모두는 도 4에서 개략적으로 도시된 바와 같이 함께 회전축 A 주위로 회전되거나 도 4b에서 화살표 ω로 개략적으로 도시한 바와 같이 회전축 A 주위로 피봇된다. 도 4a 및 도 4b에서의 예시는 회전축 A에 대하여 마그넷 장치가 동일한 각 위치에서 도시되었다.

도 4b에서, HIPIMS 펄스 발생 유닛(13)을 더욱 도시하며, 이는 라인 15로 개략적으로 도시한 바와 같이, 타겟 장치(9)를 운전한다. HIPIMS 펄스 발생 유닛(13)의 출력 라인(17)에 의해 개략적으로 추가 도시되는 바와 같이 HIPIMS 운전 조건 하에서 타겟 장치(9)의 운전 시간(τ)이 감지되고 기록된다. 제어 유닛(19)은 타겟 장치(9)의 총 HIPIMS 운전 시간(τ)에 따라서 파트(Ⅱ)에 대해 거리 d_tⅠ를 제어적으로 증가시키기 위하여 마그넷 장치의 두 파트들(Ⅰ,Ⅱ) 사이에 작동 가능하게 연결된 구동기(21)를 제어한다.

타겟 장치(9)의 HIPIMS 운전 시간(τ)에 의존하는 d_tⅠ의 증가 특성은, 바람직한 구현예에서 실험에 의해 미리 정해지며 제어 유닛(19)에 저장된다. 도 4b에서 구동기(23)는 파트들(Ⅰ,Ⅱ)을 가지는 전체 마그넷 장치의 회전적 구동을 도시한다.

도 5는 도 3 및 4를 참조하여 예시된 바와 같이, 특히 마그넷 장치의 파트(Ⅰ)의 거리 d_tⅠ를 제어하기 위한 마그넷 장치 구동 시스템의 바람직한 디자인을 일 예로서 도시한다. 마그넷 장치의 파트(Ⅱ)를 위한 캐리어(Ⅱ')가 도 4b에서 개략적으로 도시된 바와 같은 구동기(23)에 따른 회전 구동기(23')에 연결된다. 전기 모터인 구동기(23')는 벨트(25)에 의해 중공축(hollow shaft, 27)에 연결되며, 중공축은 부재(29)에 의해 캐리어(Ⅱ')에 연결된다.

도 3 및 4를 참조하여 예시된 바와 같은 마그넷 장치의 파트(Ⅰ)을 위한 캐리어(Ⅰ')는 캐리어(Ⅱ') 위의 3개의 스핀들(31)에 의해 적재된다(carried). 3개의 스핀들(31)은 회전축 A 주위를 120°각도로 이격되어 제공된다.

스핀들(31) 각각에는 기어휠(33)이 장착된다.

도 4b에서 개략적으로 도시된 바와 같은 구동기(21)와 유사하게 즉 전기 모터인 리프트 구동기(35)가 더욱 제공된다. 구동기(23') 뿐만 아니라 구동기(35)는 고정 프레임 파트(37)에 견고하게 장착된다.

회전축 A에 동축상인 축(41)이 구동기(35)에 의해 회전적으로 구동되며, 그 말단에 즉 캐리어(Ⅱ')를 향하는 쪽에 기어휠 또는 피니온(43)이 제공된다. 피니온(43)은 기어휠(33)과 맞물린다. 도 4a에서와 같이 캐리어(Ⅰ')가 타겟 장치(9)의 배면(7)으로부터 일정한 거리 d_tⅠ에서 운전될 때, 피니온(43)은 캐리어(Ⅱ')가 회전축 A 주위를 벨트(25) 및 중공축(27)을 통하여 구동기(23')에 의해 구동되는 것과 동일한 각속도로 구동기(35)에 의해 구동된다.

캐리어(Ⅰ') 따라서 마그넷 장치의 파트(Ⅰ)의 거리 d_tⅠ를 조절하기 위하여는, 마그넷 장치 각각의 파트들을 가지는 캐리어(Ⅱ')에 대한 캐리어(Ⅰ')의 원하는 이동 방향이 어떠하던지간에 피니온(43)은 높거나 낮은 상이한 각속도로 운전된다. 캐리어(Ⅰ')와 관련하여 즉 재킷(jacket, 45)상에 장착되어, 거리 센서(미도시) 즉 레이저 삼각측량 센서에 의해 캐리어(Ⅰ')의 축방향 위치를 모니터하기 위하여 반사판(미도시)이 제공된다.

위에서 알 수 있는 바와 같이, 도 5에서 예시된 상기 구동 시스템은 2개의 구동기 즉 캐리어(Ⅰ')를 캐리어(Ⅱ')에 대해 이동시키기 위한 구동기(35) 뿐만 아니라 축 A 주위로의 회전 운동을 위한 구동기(23')를 포함하며, 2개의 구동기들 모두 프레임(37) 따라서 타겟에 대해 고정적이며, 이에 의해 상기 구동기들에 대한 전기적 연결이 고정되는 이점이 있다.

4개의 기어휠들(33, 43)의 블로킹을 방지하는 것이 중요하다. 따라서, 회전축에 대하여 전체 마그넷 장치의 편심의 관점에서 캐리어들(Ⅰ',Ⅱ') 위에 놓이는 마그넷 장치의 자석들의 매우 무거운 무게를 고려해야만 한다. 이러한 블로킹의 두 가지 중요한 이유는 다음과 같다.

1. 프레임 파트(37)에 대한 자석이 적재된 캐리어(Ⅰ')와 구동 시스템의 하우징 또는 프레임 사이 또는 두 개의 캐리어들(Ⅰ',Ⅱ') 사이의 관성력(momentum force)의 기울어짐(tilt).

2. 캐리어(Ⅰ')의 기준 초기 위치로서 도 4a에서 기준 거리 d_OⅠ으로 특정되는 정지 위치로 진입하는 캐리어(Ⅰ')로 인한 힘의 고착(sticking). 어떠한 고착도 HIPIMS 스퍼터링 소스와 도 5에 예시된 바와 같은 마그넷 구동 시스템의 해체가 요구될 수 있다. 따라서 3개의 스핀들(31)은 알려진 바와 같이 마찰이 적고 스틱슬립이 없이(stick-slip-free) 작동되며 정밀한 위치를 잡는데 매우 우수한 재현성을 제공하는 볼 스크류 스핀들에 의해 구현된다.

도 5에 도시된 바와 같은 캐리어(Ⅰ'), 따라서 마그넷 장치의 파트(Ⅰ)의 HIPIMS 타겟 운전 시간(τ) 따라서 타겟 수명기간 동안에 걸친 시간에 따른 축방향 운동 특성을 실행하기 위한 과정은 다음과 같다:

1. 타겟 전류 센서, 즉 오실로스코프를 도 4b의 라인(15)과 같은 전력 라인에 HIPIMS 발생 유닛(13)에서 타겟 장치(9)까지 연결한다.

2. 배치된 새로운 타겟으로 스퍼터링을 시작한다.

3. 원하는 타겟 전류 펄스 피크치를 얻기 위하여 공정 파라미터들(전압, 가스 압력, 펄스 반복 속도)을 조절한다.

4. 타겟으로부터 수 kWhs 스퍼터링을 수행한다.

5. 전류 펄스 피크치들을 측정한다. 만일 이 수치들이 단계 3에서 측정한 수치와 상이하면 전류 펄스 피크치를 설정치(단계 3)로 재조정하기 위하여 마그넷 장치(캐리어 Ⅰ')의 파트(Ⅰ)의 거리 d_tⅠ를 증가시키기 위해 축방향 구동기를 적용한다.

6. 타겟 수명기간 전체에 걸쳐 단계 5에 기재된 과정을 반복하여 HIPIMS 타겟 운전의 가동 시간(τ)에 따른 파트(Ⅰ)의 축방향 위치의 의존성을 저장하고, 결과적으로 도 4b의 제어 유닛(19)에 예시된 바와 같은 제어 특성을 얻는다. 대략적으로, 마그넷 장치의 파트(Ⅰ) 따라서 캐리어(Ⅰ')는 침식 E이 타겟 장치(9)의 주변에서 인접하여 진행됨에 따라 대략 동일한 양만큼 초기 위치에서 떨어져 축방향으로 이동하여 위치하게 된다.

그 결과 HIPIMS 스퍼터 운전의 타겟 수명기간에 걸쳐서, 균일한, 도 6에 예시된 바와 같은 적어도 실질적으로 일정한 전류 펄스 피크치를 얻는다.

전술한 바와 같은 실시예에 의해 오늘날 실시되는 본 발명의 구현예를 보여주었다. 그럼에도 불구하고 다음 사항이 고려되어야 한다 :

특히 도 4b에서 도시된 바와 같이, 마그넷 장치의 내측 제1 섹션(1_iⅠ) 뿐만 아니라 외측 제1 섹션(1_OⅠ)도 d_tⅠ으로 표시되는 바와 같이 축방향으로 동일하게 이동되며 또한 상기 섹션들은 타겟 장치(9)의 배면(7)에 대하여 항상 동일한 거리에 있는 것을 고려하였다. 그러나 이는 필수적이 아닐 수 있다.

대안적으로, 상기 섹션들은 HIPIMS 운전 시간(τ) 동안에 타겟 장치(9)의 배면(7)에 대하여 서로 다른 거리로 이동될 수 있으며, 이는 한편으로 이러한 이동의 효과를 약화시키며 다른 한편으로 타겟 장치(9)의 스퍼터링 표면상의 자장 M의 정점을 옮길 수 있다.

또한 두 섹션들은 타겟 장치(9)의 배면(7)으로부터 서로 다른 초기 위치를 가질 수 있으며, 이에 의해 추가로 동일하게 또는 서로 다른 거리로 이동될 수 있다.

또한, 섹션(1_OⅠ) 및/또는 섹션(1_iⅠ)의 자극들의 지배적인 개수만을 이동시키는 것이 유리할 수 있으며, 이에 의해 상기 자극들의 적은 개수의 각각의 거리들은 타겟 장치(9)의 배면(7)에 대해 일정하게 또는 보다 일반적으로는 상기 자극들의 지배적인 개수의 거리들과는 다르게 유지된다. 이는 상기 섹션들을 따라 배치되는 자극들의 타겟 장치(9)의 주변으로부터 서로 다른 거리를 고려하여 구현될 수 있다. 따라서, 한쪽 영역 즉 제1 외측 섹션(1_OⅠ) 중 타겟 장치(9)의 주변에 보다 가까운 영역의 모든 자극들은 타겟 장치(9)의 배면(7)으로부터 이동되고, 반면 전술한 섹션에서 타겟 장치(9)의 주변으로부터 보다 먼 거리에 있는 영역의 적은 개수의 자극들은 타겟 장치(9)의 HIPIMS 운전 기간 동안에 전술한 지배적인 개수보다 적게 이동할 수 있다.

마그넷 장치의 파트(Ⅱ)의 관점에서, 전술한 실시예는 캐리어(Ⅱ') 따라서 마그넷 장치의 파트(Ⅱ)는 타겟 장치(9)의 HIPIMS 운전 기간 동안에 축방향으로 고정된 것으로 도시되었다. 이는 필수적이 아닐 수 있다.

캐리어(Ⅱ')상의 자극들의 전부 또는 적어도 일부는 타겟 장치(9)의 HIPIMS 운전 기간 동안에 타겟 장치(9)의 배면(7)으로부터 역시 이동될 수 있으나, 어느 경우에 있어서도, 섹션(1_OⅠ) 및/또는 섹션(1_iⅠ)을 따라 배치되는 적어도 지배적인 개수의 자극들이 전술한 타겟의 수명기간 동안에 후퇴한 거리보다 적게 이동한다.

또한, 제2 외측 섹션(1_OⅡ) 및/또는 제2 내측 섹션(1_iⅡ)을 따라 배치되는 자극들은, 실시예에서 기술한 바와 같이, 타겟 장치(9)의 HIPIMS 운전 기간 동안에 이동하던지 이동하지 않던지 관계없이 타겟 장치(9)의 배면(7)에 대해 동일한 거리를 가질 수 있다. 마그넷 장치의 파트(Ⅱ)의 전술한 자극들의 적은 개수는 섹션(1_OⅡ) 및/또는 섹션(1_iⅡ)를 따라 배치되는 전술한 지배적인 개수의 자극들보다 타겟 장치(9)의 배면(7)으로부터 다르게 이동할 수 있다. 본 발명의 프레임 내에서, 타겟 장치(9)의 HIPIMS 운전 기간 따라서 타겟의 수명기간 동안에, 제1 외측 및/또는 제1 내측 섹션들(1_OⅠ, 1_iⅠ)을 따라 배치되는 자극들의 지배적인 부분이 제2 외측 섹션 및/또는 제2 내측 섹션(1_OⅡ, 1_iⅡ)을 따라 배치되는 자극들의 적어도 지배적인 개수가 타겟 장치(9)의 배면으로부터 움직이거나 이동하는 것보다 많은 양을 타겟 장치(9)의 배면으로부터 이동하는 것이 일반적으로 필수적이다.

본 발명에 의하여, 타겟의 HIPIMS 운전에 의해 공급되는 전류 펄스 피크치들이 고려된 타겟의 수명기간 동안에 적절하게 제어될 수 있으며, 특히 전술한 수명기간 동안에 실질적으로 일정하게 제어될 수 있다.

파트 Ⅰ
파트 Ⅱ
캐리어 Ⅰ'
캐리어 Ⅱ'
제1 외측 섹션 1_OⅠ
제2 외측 섹션 1_OⅡ
제1 내측 섹션 1_iⅠ
제2 내측 섹션 1_iⅡ
외측 폐쇄 루프 1_O
내측 폐쇄 루프 1_i
루프의 쌍 1

Claims

스퍼터링 표면 및 배면을 가지는 타겟을 제공하는 단계;
상기 배면을 따라서 마그넷 장치를 제공하는 단계;
상기 마그넷 장치를 상기 배면에 수직인 회전축 주위로 피봇팅 또는 회전시키는 단계를 포함하며;
상기 마그넷 장치는 한 쌍의 폐쇄 루프들을 따라서 배치되는 자극들을 포함하며, 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들의 외측은 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들의 내측을 완전하게 둘러싸며 상기 폐쇄 루프들의 내측으로부터 이격되고,
상기 배면을 마주하며 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들의 한쪽을 따라서 배치되는 자극들은, 상기 배면을 마주하며 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들의 다른 한쪽을 따라서 배치되는 자극들과 반대의 극성을 가지며, 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들은 제1 파트와 제2 파트로 나뉘어지며, 상기 한 쌍 중 외측의 폐쇄 루프는 이에 의해 상기 제1 파트에 있는 제1 외측 섹션과 상기 제2 파트에 있는 제2 외측 섹션으로 나뉘어지고, 상기 한 쌍 중 내측의 폐쇄 루프는 이에 의해 제1 파트에 있는 제1 내측 섹션과 제2 파트에 있는 제2 내측 섹션으로 나뉘어지며, 상기 제1 외측 섹션은 상기 제2 외측 섹션보다 상기 회전축에 대하여 방사상 방향으로 보다 멀리 떨어져 있으며,
제1 파트는 제1 캐리어에 의해 지지되고 제2 파트는 제2 캐리어에 의해 지지되며, 제1 캐리어는 제1 구동기에 의해 변위 가능하고, 제2 구동기는 제1 파트 및 제 2 파트를 포함하는 전체 자석 배열에 대한 회전 구동기이고, 양 구동기는 고정되며,
상기 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 과반수의 상기 배면에 대한 거리를, 상기 타겟의 운전 시간이 증가함에 따라서, 상기 외측 및 내측 제2 섹션들의 적어도 과반수의 자극들의 상기 배면에 대한 거리가 증가하는 것보다 많이 제어적으로 증가시키는 단계를 포함하는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 과반수의 거리를 제어적으로 증가하도록 실행하는 것은, 타겟의 수명기간에 걸쳐서 상기 운전의 피크 전류 펄스 수치들을 적어도 일정하게 유지하는 방식으로 수행되는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마그넷 장치는 상기 폐쇄 루프들 한 쌍을 포함하는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제2 섹션들의 자극들의 적어도 과반수의 상기 배면에 대한 상기 거리는 방향적으로 동일한 이동거리로 회전축에 대해 평행하게 증가하는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제2 섹션들의 자극들의 적어도 과반수의 상기 배면에 대한 상기 거리는 상기 타겟의 운전 기간 동안 일정하게 유지되는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제2 섹션들의 자극들의 적어도 과반수의 상기 배면에 대한 상기 거리는 상기 타겟의 운전 기간 동안 동일한, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 과반수의 배면에 대한 거리의 제어적 증가는, 상기 외측 및 상기 내측 제1 섹션들을 따라 배치되는 자극들에 대해 수행되는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 과반수의 거리는 동일하게 증가하는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제1 섹션들 중 적어도 하나의 섹션의 자극들의 적어도 과반수의 상기 배면에 대한 상기 거리는 방향적으로 동일한 이동거리로 회전축에 대해 평행하게 증가하는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제1 섹션들 중 적어도 하나의 섹션의 자극들의 적어도 과반수의 상기 배면에 대한 상기 거리는 상기 타겟의 운전 기간 동안 동일한, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제1 섹션들을 따라 배치되는 자극들의 거리는 운전 기간 동안에 동일하며, 상기 외측 및 내측 제2 섹션들을 따라 배치되는 자극들로부터의 거리 역시 상기 타겟의 운전 기간 동안에 동일한, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 외측 섹션을 따라 배치되는 자극들의 회전축으로부터의 평균 거리는 상기 제2 외측 섹션을 따라 배치되는 자극들의 상기 회전축으로부터의 평균 거리보다 큰, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 모든 자극들의 배면에 대한 거리를 제어적으로 증가시키는 것을 포함하는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제13항에 있어서, 상기 내측 제1 섹션 뿐만 아니라 상기 외측 제1 섹션을 따라 배치되는 자극들의 배면에 대한 거리도 제어적으로 증가되는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 제1 섹션을 따르는 제1 궤적(first locus)은 회전축으로 부터의 최대 거리 R_max를 특정하고, 상기 외측 제2 섹션을 따르는 제2 궤적(second locus)은 상기 회전축으로부터의 최소 거리 R_min을 특정하며, 상기 제1 파트는 상기 회전축으로부터 거리 R_e1을 가지는 제1 한계 궤적(first limit locus)에 의해 상기 제1 궤적의 한쪽에서 한정되며, 이는
R_e1 = (R_max + R_min)/2
보다 작지 않고, 또한 제1 파트는 상기 회전축으로부터 거리 R_e2를 가지는 제2 한계 궤적(second limit locus)에 의해 상기 제1 궤적의 다른 한쪽에서 한정되며, 이는
R_e2 = (R_max + R_min)/2
보다 작지 않은, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 과반수의 배면에 대한 거리의 제어적 증가는 상기 타겟의 운전 기간 동안에 단계적으로 및 지속적으로의 적어도 하나에 의해 수행되는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 과반수의 상기 거리의 제어적 증가는 상기 타겟 주변에 인접한 상기 스퍼터링 표면의 침식 깊이에 따라 수행되는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 과반수의 거리의 제어적 증가는 미리 설정된 거리 대 시간 특성에 의해 제어되는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자극들은 상기 회전축에 평행한 쌍극자 방향으로 배치되는 자석들의 자극들인, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 방법은 강자성 재료들을 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
스퍼터링 표면 및 배면을 가지는 타겟 장치;
상기 배면을 따라 배치되는 마그넷 장치;
상기 배면에 수직인 회전축 주위로 상기 마그넷 장치를 피봇 또는 회전시키기 위하여 상기 마그넷 장치에 작동가능하게 연결되는 피봇팅 또는 회전 구동기를 포함하고;
상기 마그넷 장치는 한 쌍의 폐쇄 루프들을 따라 배치되는 자극들을 포함하며, 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들의 외측은 상기 한 쌍의 폐쇄 루프들의 내측을 완전하게 둘러싸며, 상기 폐쇄 루프들의 내측과 이격되고,
상기 한 쌍의 폐쇄 루프들 중 하나를 따라 배치되며 상기 배면을 마주하는 자극들은, 상기 폐쇄 루프들 중 다른 하나를 따라 배치되며 상기 배면을 마주하는 자극들의 극성에 대해 반대의 극성을 가지며,
상기 마그넷 장치는 제1 파트와 제2 파트로 나뉘어지며, 상기 한 쌍 중 상기 외측의 폐쇄 루프는 이에 의해 상기 제1 파트상의 제1 외측 섹션과 상기 제2 파트상의 제2 외측 섹션으로 나뉘어지며, 상기 한 쌍 중 내측의 폐쇄 루프는 이에 의해 각각 상기 제1 파트상의 제1 내측 섹션과 상기 제2 파트상의 제2 내측 섹션으로 나뉘어지고,
상기 제1 외측 섹션은 상기 제2 외측 섹션보다 상기 회전축으로부터 방사상 방향으로 보다 멀리 떨어지며,
이동 구동기가 상기 제1 파트와 상기 제2 파트 사이에 작동 가능하게 연결되며, 제1 파트는 제1 캐리어에 의해 지지되고 제2 파트는 제2 캐리어에 의해 지지되며, 제1 캐리어는 제1 구동기에 의해 변위 가능하고, 제2 구동기는 제1 파트 및 제 2 파트를 포함하는 전체 자석 배열에 대한 회전 구동기이고, 양 구동기는 고정되며,
공급 발전기가 상기 타겟에 작동 가능하게 연결되며,
이동 제어 유닛이 상기 공급 발전기 및 상기 이동 구동기에 작동 가능하게 연결되며, 상기 타겟에 대한 공급 발전기의 운전에 따라서 상기 제2 파트가 배면으로부터 이동한 거리보다 상기 제1 파트를 상기 타겟의 배면으로부터 더 멀리 이동하도록 이동 구동기를 제어하기 위하여 적용되는, 스퍼터 시스템.
제21항에 있어서, 상기 피봇팅 또는 회전 구동기 및 상기 이동 구동기는 모두 상기 타겟 장치에 대하여 고정되어 장착되는, 스퍼터 시스템.
제1항에 따른 기판의 스퍼터 코팅 방법에 있어서, 양 구동기가 모두 프레임에 대해 고정되어 있는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항에 따른 기판의 스퍼터 코팅 방법에 있어서, 제1 캐리어는 제2 캐리어에 위치한 스핀들에 의해 지지되는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항에 따른 기판의 스퍼터 코팅 방법에 있어서, 이동 구동기는 다음 중 하나 이상을 포함하는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
- 기어를 구비한 스핀들
- 기어 휠과 맞물리는 피니언
- 중공 샤프트, 및
- 벨트에 의한 구동기
제1항에 따른 기판의 스퍼터 코팅 방법에 있어서, 상기 외측 및 상기 내측 제1 섹션들 중 하나 이상을 따라 상기 적어도 과반수의 자극들의 상기 거리를 제어가능하게 증가시키는 단계는 미리 결정된 거리 대 시간 특성에 의해 제어되고, 양 구동기들은 고정된, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 및 내측 제1 섹션들의 적어도 하나를 따라 배치되는 자극들의 적어도 과반수의 상기 거리의 제어적 증가는 상기 타겟 주변에 인접한 상기 스퍼터링 표면의 침식 깊이에 따라 수행되며, 상기 타겟의 상기 주변에 인접한 상기 스퍼터링 표면의 침식 깊이와 동일하게 선정되는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항에 따른 기판의 스퍼터 코팅 방법에 있어서, 제1 캐리어는 제2 캐리어에 위치한 3개의 스핀들에 의해 지지되는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제21항에 따른 스퍼터 시스템에 있어서, 양 구동기가 모두 프레임에 대해 고정되어 있는, 스퍼터 시스템.
제21항에 따른 스퍼터 시스템에 있어서, 제1 캐리어는 제2 캐리어에 위치한 스핀들에 의해 지지되는, 스퍼터 시스템.
제21항에 따른 스퍼터 시스템에 있어서, 이동 구동기는 다음 중 하나 이상을 포함하는, 스퍼터 시스템.
- 기어를 구비한 스핀들
- 기어 휠과 맞물리는 피니언
- 중공 샤프트, 및
- 벨트에 의한 구동기
제21항에 따른 스퍼터 시스템에 있어서, 상기 외측 및 상기 내측 제1 섹션들 중 하나 이상을 따라 상기 적어도 과반수의 자극들의 상기 거리를 제어가능하게 증가시키는 단계는 미리 결정된 거리 대 시간 특성에 의해 제어되고, 양 구동기들은 고정된, 스퍼터 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 스퍼터 코팅 방법은 HIPIMS를 포함하는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타겟은 강자성 물질을 포함하는, 기판의 스퍼터 코팅 방법.