KR19990088041A - 얇은층을만드는캐소드스퍼터링장치용타겟 - Google Patents

Abstract

진공 처리실에서 플라즈마를 이용하여 기판에 얇은 층을 만드는 캐소드 스퍼터링 장치용 타겟(2, 8)으로서, 평판 형태, 바람직하게는 원통 또는 평행 6면체의 형태를 취하며, 극성이 다른 소스들을 갖춘 자석 시스템이 기판 반대쪽의 타겟의 측면부에 배치되며, 이 소스들을 통해 아치형으로 만곡된 자력선들로부터 적어도 하나의 자체 완결된 터널이 형성되는 타겟에서는, 기판을 향하는 타겟(2, 8)의 표면에 원형 링 형태를 띠는, 또는 각각 두 개의 반원부와 두 개의 직사각부로 이루어지는, 각각 무한 트랙을 이루는 홈 또는 고랑(4, 5, 6, 9, 10)이 여러 개 나 있으며, 여기서 원형 링 형태 또는 타원형 경주 트랙 형태의 고랑들의 다수는 서로 동심적으로 배치되며, 이 고랑들 각각은 기판 평면(E)에 대하여 서로 같거나 다른 경사각(α, β)을 이루는 두 개의 평탄 경사면(4a, 4b; 5a, 5b, ...)을 갖는다.

Description

얇은 층을 만드는 캐소드 스퍼터링 장치용 타겟{Target for a cathode sputtering device for making a thin layer}

본 발명은 진공처리실에서 플라즈마를 이용하여 기판에 얇은 층을 만드는 캐소드 스퍼터링 장치에 사용하는 타겟에 관한 것으로, 여기서 타겟은 평판, 바람직하게는 원통 또는 평행 6면체의 형태를 취하며, 기판 반대쪽의 타겟 측면부에는 극성이 다른 소스(source)들을 갖춘 자석 시스템이 배치되며, 이 소스들을 통해 아치형으로 만곡된 자력선들로부터 적어도 하나의 자체 완결된 터널이 형성된다.

종래의 기술로부터 기판에 얇은 층을 생성하는, 바람직하게는 콤팩트 디스크를 코팅하는 방법이 다양하게 공지되어 있다.

예를 들어 EP 0 163 445에서는 진공 속에서 스퍼터링을 하는 장치에 사용하는 타겟 세트로서, 스퍼터링 재료로 된 제1 캐소드 요소와 제2 캐소드 요소가 있는 것을 설명하고 있다. 여기서 제2 캐소드 요소는 제1 캐소드 요소를 에워싸고, 제1 캐소드 요소와 제2 캐소드 요소의 기하학적 배치는 진공 속에서 제1 캐소드 요소 표면의 바깥에 표면이 놓이는 제2 캐소드 요소의 방출 표면으로부터 스퍼터링 재료가 비산되도록 이루어지며, 여기서 제1 캐소드 요소는 링 형태의 캐소드이고, 제2 캐소드 요소의 시작 방출 표면은 원뿔형으로 되어 있다.

그 밖에도 US 4,747,926을 통해, 마그네트론 스퍼터링 장치에 쓰이는 원뿔형 스퍼터링 타겟이 공지되어 있는데, 이 장치는, 크게 보아, 평면 기판의 중심부와 평행을 이루는 두 표면 영역 및 이 제1 영역과 제2 영역을 이어 주는 경사진 제3의 영역이 있는 단일체 타겟; 지지 플레이트; 그리고 직경이 상이한 두 플라즈마를 생성하는 자기장을 만드는 수단으로 이루어진다.

또한 G 93 01 065.6을 통해, 진공 처리실에서 플라즈마를 이용하여 기판에 얇은 층을 입히는 캐소드 스퍼터링 장치에 사용할 타겟도 공지되어 있는데, 이 장치에서 타겟은 단일체이고 회전 대칭을 이루며 회전축선을 중심으로 축선 구멍이 부여되어 있으며, 코팅할 기판을 마주보면서 스퍼터링이 이루어지는 타겟의 전면부는 적어도 두 영역으로, 다시 말해 링 형태의 평면 영역과, 표면이 타겟의 평면 후면과 평행을 이루는 중심 영역으로 나뉘어져 있으며, 그리고 중심 영역을 링 형태로 둘러싸는 외각 영역이 있고 그 표면이 중심 영역의 표면에 대해 경사져 있어서 주변부 외각 쪽의 타겟의 두께가 중심부 쪽의 두께보다 더 두껍다.

끝으로 US 4,933,064를 통해, 마그네트론 원리를 따르는 스퍼터링 캐소드가 공지되어 있는데, 여기에는 적어도 두 개의 동중심적인 직진 돌출부를 갖춘 타겟이 있으며, 이 돌출부들의 벽면은 스퍼터링 표면과 평행을 이루며, 연질 자성(soft magnetic) 재료로 된 폴 슈(pole shoe)들을 갖춘 영구자석 시스템이 타겟에 있으며, 폴 슈의 자극면(pole face)으로부터 자력선들이 스퍼터링 표면을 교차한다.

이러한 공지된 타겟들은 단점이 있다. 첫째, 스퍼터링 전류를 공급하는 데 비교적 고도의 전기 접속 출력이 필요하다. 둘째, 스퍼터링의 효율이 만족스럽지 못하다. 다시 말해, 타겟 재료가 기판보다는 차폐물과 스크린에 너무 많이 피착(被着)된다. 셋째, 아크(arc) 발생으로 인해 스퍼터링 전류 공급이 교란될 가능성이 아주 높아서 스퍼터링 전류 공급이 자주 차단된다.

본 발명의 목적은, 지속 시간이 아주 길고, 층의 두께를 매우 균일하게 분포시킬 수 있고, 종래의 캐소드에 설치될 수 있으며, 제작이 간단하고 가격이 저렴한 타겟을 제공하는 데 있다.

도 1은 도 2의 타겟을 A-A 선을 따라 절단해 보인 단면도.

도 2는 타겟의 평면도.

도 3a 내지 도 3d는 회전 대칭을 이루는 타겟의 절반부를 보인 단면도.

이 목적을 달성하기 위해 본 발명이 제안하는 것은 기판을 향하는 타겟의 표면에 링 형태를 띠는, 또는 두 개의 반원부와 두 개의 직사각부로 이루어지는, 무한 트랙을 이루는 홈 또는 고랑을 여러 개 내는 것인데, 여기서 링 형태 또는 경주 트랙 형태의 고랑들의 다수는 서로 동심적으로 배치되며, 이 고랑들은 기판 평면에 대하여 서로 같거나 다른 경사각을 이루는 두 개의 평탄 경사면을 갖는다.

본 발명의 그 밖의 세부 상항과 특징들은 특허 청구항에 자세히 설명되어 있다.

본 발명은 다양한 실시예가 가능하도록 해 주는데, 그 가운데 하나가 첨부된 도면에 자세히 도시되어 있다. 도 1은 A-A 선을 따라 절단해 보인 타겟의 단면도이고, 도 2는 타겟의 평면도이다. 도 3a 내지 도 3d는 빙 둘러 두 개의 고랑이 나 있는 타겟의 단면도들인데, 각 도면에는 제시된 특정한 작업시간에 따라 스퍼터링 고랑의 형태가 다르게 도시되어 있다.

도 1과 도 2에 도시된 타겟(2)에서는 기판을 향하는 그 표면(3)에 경주 트랙 형태의 홈 또는 고랑(4, 5, 6)이 나 있으며, 이 홈 또는 고랑들은 동심적으로, 다시 말해 공동의 중심부 둘레에 배열되며, 이 중심부(7)는 두 반원부(7a, 7b)와 직사각부(7c)로 이루어진다. 링 형태의 무한 궤도 고랑들(4, 5, 6)은 각자 두 개의 경사면(4a, 4b; 5a, 5b; 6a, 6b)을 가지는데, 경사면들은 타겟 평면(E)에 대해 각자 상이한 경사각(α, β, ...)을 이룬다. 고랑들(4, 5, 6)의 깊이(T)도 각자 다르게 되어 있기 때문에, 결과적으로 고랑들(4, 5, 6)의 폭(B₁, B₂, B₃)이 서로 다르게 된다.

도 3은 회전 대칭을 이루는(예컨대 원통형의) 타겟(8)의 절반부의 단면도인데, 여기서 1점쇄선(S)은 회전축선을 나타낸다. 타겟(8)에는 두 개의 고랑(9, 10)이 나 있으며, 이 고랑들의 깊이(T1, T2)는 서로 약간 차이가 나게 되어 있다. 도 3a에 그려져 있는 타겟(8)의 음영선은 864분 동안의 스퍼터링 시간 후에 형성된 스퍼터링 도랑(G)이 어떤 모습인지 알 수 있게 해 준다.

도 3b 내지 도 3d는 1739분, 2574분, 3477분 후의 스퍼터링 도랑(G)을 각각 보여 주고 있다. 이 스퍼터링 도랑(G)은 고랑(9, 10)이 없는 종래의 타겟이 전형적으로 보여 주는 도랑 윤곽에 비해 폭이 넓게 형성되는 것을 분명히 알 수 있다.

도면들을 통해 알 수 있는 것들은 다음과 같다.

1. 타겟 표면이 경사도가 서로 다른 다수의 영역으로 분할되어 있기 때문에 기판에 대하여 지향적으로 스퍼터링을 하게 되면 그에 상응하는 층의 두께 분포가 이루어진다.

2. 타겟 표면의 오목한 곳들에서는 자기장이 비교적 강하기 때문에 스퍼터링률 이 상대적으로 높다. 따라서 형성되는 스퍼터링 도랑의 형태를 조절할 수 있는데, 이 형태를 통해 예컨대 타겟의 이용률, 타겟의 지속 시간, 코팅률 및 코팅 분포에 변화를 줄 수 있다.

3. 앞에서 설명한 본 발명은 모든 타겟 재료에 대하여 스퍼터링 도랑의 형태와 이에 따른 타겟 이용률을 마그네트론 캐소드를 변경시키지 않고도 개선시킬 수 있어서 경쟁력 면에서 아주 유리한 결과를 얻을 수 있다.

4. 플라즈마 통로는 오목한 부위들을 통해 캐소드의 자석 시스템과 상관없이 타겟 상에서 변위될 수 있다. 오목한 부위들을 클로 블록 근처에 두게 되면, 클로블록에 피착이 일어나는 것을 방지할 수 있어야 한다. 이러한 피착은 파열시 불량품을 만드는 요인이 된다.

5. 반대 효과(타겟 표면을 볼록하게 높이는 것)를 통해서 타겟의 특정 부위가 더 오래 내지 더 약하게 스퍼터링할 수 있게 만들 수 있는데, 이렇게 하면 스퍼터링 도랑의 공지된 함몰 형태를 피할 수 있어서 또다시 타겟 이용률 내지 타겟 지속시간을 개선할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성하면, 지속시간이 아주길고, 층의 두께를 매우 균일하게 분포시킬 수 있으며, 제작이 간단하고 가격이 저렴한 타겟을 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 진공 처리실에서 플라즈마를 이용하여 기판에 얇은 층을 만드는 캐소드 스퍼터링 장치의 타겟(2, 8)으로서, 평판 형태, 바람직하게는 원통 또는 평행 6면체의 형태를 취하며, 극성이 다른 소스들을 갖춘 자석 시스템이 기판 반대쪽의 타겟의 측면부에 배치되며, 이 소스들을 통해 아치형으로 만곡된 자력선들로부터 적어도 하나의 자체 완결된 터널이 형성되는 타겟에 있어서,

   기판을 향하는 타겟(2, 8)의 표면에 원형 링 형태를 띠는, 각각 또는 두 개의 반원부와 두 개의 직사각부로 이루어지는, 각각 타원형 무한 트랙을 이루는 홈 또는 고랑(4, 5, 6, 9, 10)이 여러 개 나 있으며, 여기서 각각 원형 링 형태 또는 타원형 경주 트랙 형태의 고랑들의 다수는 서로 동심적으로 배치되며, 이 고랑들 각각은 기판 평면(E)에 대하여 서로 같거나 다른 경사각(α, β)을 이루는 두 개의 평탄 경사면(4a, 4b; 5a, 5b, ...)을 갖는 것을 특징으로 하는 타겟.
2. 제 1 항에 있어서, 기판을 향하는 타겟(2, 8)의 표면(3)에 마련된 고랑들(4, 5, 6, 9, 10)은 깊이(T)가 서로 다르고, 고랑을 만드는 경사면들(4a, 4b; 5a, 5b, ...)은 폭(B₁, B₂, ...)이 서로 다르게 나 있는 것을 특징으로 하는 타겟.
3. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 개별 고랑들(4, 5, 6; 9, 10)은 회전축선(5) 또는 초점(P₁, P₂) 내지 중심축선(H)에 대하여 서로 다른 간격으로 배치되며, 하지만 서로 평행한 두 고랑이 보이는 간격은 크기가 같은 것을 특징을 하는 타겟.