KR20000025337A - 마그네트론 스퍼터링에서 타겟에 균일한 자장을인가하는 방법및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공 증착법 중의 하나인 마그네트론 스퍼터링에서 타겟의 표면에 평행한 자장을 회전시키면서 인가하는 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)에서 타겟에 균일한 자장을 인가하는 방법에 관한 것으로, 1코일과 제 4코일에 전류를 인가하여 이 두 코일을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 2, 제 3 코일쪽에는 S극, 전류가 흐르지 않는 제 5, 제 6 코일쪽에는 N극이 형성되어 타겟의 표면에 평행한 자장이 발생되게 하는 단계와, 다시 릴레이로 전류를 인가하는 접점을 바꾸어 제 2코일과 제 5코일에 전류를 인가하여 이 두 코일을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 3, 제 4 코일쪽에는 S극, 전류가 흐르지 않는 제 6, 제 1 코일쪽에는 N극이 형성되어 타겟의 표면에 평행한 자장이 발생되게 하는 단계와, 다시 릴레이로 전류를 인가하는 접점을 바꾸어 제 3 코일과 제 6 코일에 전류를 인가하여 이 두 코일을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 1, 제 2 코일쪽에는 S, 전류가 흐르지 않는 제 4, 제 5 코일쪽에는 N극이 형성되어 타겟의 표면에 평행한 자장이 발생되게 하는 순서로 접점을 쌍으로 계속 변화시켜 타겟에 평행한 자장을 균일하게 인가할 수 있도록 하여서 된 것이다.

Description

마그네트론 스퍼터링에서 타겟에 균일한 자장을 인가하는 방법 및 장치
본 발명은 진공 증착법 중의 하나인 마그네트론 스퍼터링에서 타겟의 표면에 평행한 자장을 회전시키면서 인가하는 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)에서 타겟에 균일한 자장을 인가하는 방법에 관한 것으로, 특히 원판모양의 타겟외부에 자기투자율이 높은 도우넛 모양의 강자성체를 두고 그 주위에 코일을 감아서 코일에 전류를 인가하여 타겟면에 수평한 자장을 골고루 형성시키도록 한 것이다.
일반적으로 마그네트론 스퍼터링은 타겟(20)에 음의 전위를 인가하고, 그 주위에 타겟(20)의 표면에 평행한 자장을 인가하여 타겟(20)물질을 박막을 성장시키고자 기판의 표면에 증착시킨다.
여기서 타겟(20)의 표면에 평행한 자장을 인가할 경우 양의 전위가 인가된 기판 지지대 사이에서 이온화된 가스(gas)중 양의 이온이 타겟(20)의 주위에 한정되어 있어 타겟(20)을 스퍼터링 시키므로 증착률이 증가하게 된다.
따라서 타겟(20)주위에 형성된 자장의 분포는 타겟(20)이 스퍼터링된 기판에 형성된 박막의 균일정도에 심각한 영향을 미치게 되며, 일반적으로 반도체 공정의 경우는 대형 기판에 박막을 수 %내에서 균일하게 증착시켜야 그 실효율이 향상된다.
이러한 마그네트론 스퍼터링에서 타겟(20)에 균일한 자장을 인가하는 방법은 박막제조에 사용되는 마그네트론 스퍼터링의 한 기반요소 기술로 제품생산에 직접 사용될 뿐만 아니라 이를 통하여 박막의 특성을 향상시켜 보다 높은 품질과 실수율을 얻을 수 있으므로 상기 마그네트론 스퍼터링에서 타겟(20)에 균일한 저장을 인가하는 방법은 경제적 기술적 가치가 크다.
종래에는 마그네트론 스퍼터링에서 타겟(20) 주위의 표면에 수평한 자장을 인가하기 위하여 도우넛 모양의 영구자석 중앙에 또 하나의 영구자석을 두어 자장을 발생시키는 방법을 사용하고 있으나, 이의 경우는 장치가 간단하는 장점은 있으나 타겟(20)의 중앙부위와 언저리 부분이 스퍼터링되지 않으므로 대형 기판에 균일한 두께의 박막을 형성하는 것이 불가능 하다.
따라서 상기의 단점을 보완하기 위하여 사각형의 타겟(20) 좌.우 두면에 각기 다른 극의 영구자석을 배치하여 타겟(20) 전체에 균일한 자장을 형성하는 방법이 개발되었으나, 이의 경우는 타겟(20)을 사각형으로 형성하기가 어려운 단점이 있다.
본 발명은 타겟공정이 비교적 간단한 원판모양의 타겟전면에 그 면과 수평한 자장을 인가하고자 하는 것으로, 상기 원판모양의 타겟 외부에 자기 투자율이 높은 도우넛 모양의 강자성체를 두고 그 주위에 코일을 감아서 코일에 전류를 인가하여 타겟면에 수평한 자장을 인가시키고, 이와같이 하여 형성된 자장을 타겟면 위에서 회전시켜 타겟의 전 표면에 걸쳐 균일하게 자장을 인가하도록 함은 목적으로 한다.
도 1은 자장인가를 위한 자성철심에 코일을 퀀취한 상태의 사시도
도 2a.도 2b.도 2c는 코일에 전류를 인가함에 따른 자장의 형성과정을 나타낸 평면도
도 3은 상기 도2의 단면 구성도
도 4는 타겟의 표면에 수평한 자장분포를 나타낸 그래프
도 5는 타겟전체에 자장분포를 나타낸 상태도
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
10 : 자성철심 20 : 타겟
30 : 코일
본 발명은 마그네트론 스퍼터링에서 타겟에 균일한 자장을 인가하는 장치를 형성함에 있어서, 도넛츠형의 자성철심(10) 내부에 원판형의 타겟(20)을 위치시키되, 상기 자성철심(10)에는 도 1에서 도시된 바와같이 코일(30)을 등간격으로 다수개 감아 형성시키고, 코일(30)의 갯수는 짝수가 되도록하였다.
그리고 상기 코일(30)과 코일(30)은 상호 대각선 방향으로 마주보도록 설치하돠, 상기 상호 대각선 방향으로 마주보도록 설치된 코일(30)과 코일(30)간에는 전류를 공급하는 도선을 설치하였다.
한편 본 발명은 코일(30)에 인가하는 전류를 직류 또는 교류나, 직류와 교류의 합으로 하도록 구성하였다.
또한 본 발명의 마그네트론 스퍼터링에서 타겟에 균일한 자장을 인가하는 방법으로는 코일(30)이 상호 대각선 방향으로 마주보도록 설치된 자성철심(10)과 원판형의 타겟(20)을 이용하여 타겟(20) 전면에 그 면과 수평한 자장을 인가 하도록 하되, 1코일(30)과 제 4코일(30)에 전류를 인가하여 이 두 코일(30)을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 2, 제 3 코일(30)쪽에는 S극, 전류가 흐르지 않는 제 5, 제 6 코일(30)쪽에는 N극이 형성되어 타겟(20)의 표면에 평행한 자장이 발생되게 항다.
그리고 다시 릴레이로 전류를 인가하는 접점음 바꾸어 제 2코일(30)과 제 5코일(30)에 전류를 인가하여 이 두 코일(30)을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 3, 제 4 코일(30)쪽에는 S극, 전류가 흐르지 않는 제 6, 제 1 코일(30)쪽에는 N극이 형성되어 타겟(20)의 표면에 평행한 자장이 발생되게 한다.
또한 본 발명은 다시 릴레이로 전류를 인가하는 접점을 바꾸어 제 3 코일(30)과 제 6 코일(30)에 전류를 인가하여 이 두 코일(30)을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 1, 제 2 코일(30)쪽에는 S, 전류가 흐르지 않는 제 4, 제 5 코일(30)쪽에는 N극이 형성되어 타겟(20)의 표면에 평행한 자장이 발생되게 한다.
이와같은 순서로 접점을 쌍으로 계속 변화시켜 타겟(20)에 평행한 자장을 균일하게 인가할 수 있도록 구성한다.
이와같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 강자성 철심(10)을 나타내는 그림으로 도우넛 모양으로 되어 있으며, 강자성 철심(10)은 잔류자기의 값이 작고 자기투자율이 큰 물질이어야 한다.
도 2는 자장인가장치를 타겟(20) 주위에 위치시킨 평면도를 나타낸 것이며, 코일(30)에 전류를 인가함에 따른 자장의 형성은 다음과 같다.
도 2a는 제 1코일(30)과 제 4코일(30)에 전류를 인가하면 강자성체는 두 코일(30)을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 2, 제 3 코일(30)쪽에 S극, 전류가 흐르지 않는 제 5, 제 6 코일(30)쪽에 N극이 형성되어 타겟(20)의 표면에 평행한 자장이 화살표 방향으로 발생하게 된다.
또한 본 발명은 다시 릴레이(relay)로 전류를 인가하는 접점음 바꾸어 도 2b에서 도시된 바와 같이 제 2코일(30)과 제 5코일(30)에 전류를 인가하면 강자성체는 두 코일(30)을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 3, 제 4 코일(30)쪽에 S극, 전류가 흐르지 않는 제 6, 제 1 코일(30)쪽에 N극이 형성되어 타겟(20)의 표면에 평행한 자장이 화살표 방향으로 발생하게 된다.
또한 본 발명은 다시 릴레이(relay)로 전류를 인가하는 접점을 바꾸어 도 2c에서 도시된 바와 같이 제 3 코일(30)과 제 6 코일(30)에 전류를 인가하면 강자성체는 두 코일(30)을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 1, 제 2 코일(30)쪽에 S, 전류가 흐르지 않는 제 4, 제 5 코일(30)쪽에 N극이 형성되어 타겟(20)의 표면에 평행한 자장이 화살표 방향으로 발생하게 된다.
이와같이 접점을 쌍으로 계속 변화시키면 타겟(20)에 평행한 자장은 타겟(20)의 상부에서 회전하게 되고, 균일한 자장을 인가할 수 있게 된다.
본 발명의 도 2a, 도 2b, 도2c에서 자장을 나타내는 화살표방향은 제 1코일(30)과 제 4코일(30)에 전류를 인가한 경우만 나타내었으며, 상기와 같이 코일(30)에 전류를 번갈아 가면서 인가할 경우 자장은 타겟(20)의 표면에 평행함을 유지하면서 원판 타겟(20)의 축을 기준으로 회전하게 된다.
이렇게 함으로써 타겟(20)이 균일하게 스퍼터링 되게 할 수 있고, 따라서 기판에 형성된 박막도 균일하게 제작할 수 있다.
도 3은 자장인가장치를 타겟(20) 주위에 위치시킨 단면도를 나타낸 것이며, 타겟(20) 면은 자성철심(10)의 상부면보다 아래에 놓이게 한다.
도 4는 자장의 분포를 나타내는 그림으로 도 5의 X축과 Y축으로 분포를 나타낸다. 도 4에서 보는 바와 같이 자장을 회전시킬 경우 타겟(20)의 표면에 평행한 자장은 전 표면에 걸쳐 균일함을 알 수 있다.
이하 본 발명을 실시예와 비교예를 통하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예]
자성철심(10)을 순철로 만들고, 각 코일(30)은 구리선을 100회 감아서 제작하고, 전류는 5 A을 인가한 결과 타겟(20) 표면에서 자기장을 약 500 G였다. 이는 마그네트론 스퍼터링 장치의 자장인가 장치로 사용하기에 충분한 값이었다.
[비교예]
상기 실시예를 조건으로 자장계산을 한 결과 도 5와 같이 자장의 분표는 타겟(20) 표면에 전반적으로 균일하게 분포하였다.
이상과 같은 본 발명은 원판모양의 타겟 외부에 자기 투자율이 높은 도우넛 모양의 강자성체를 두고 그 주위에 코일을 감아서 코일에 전류를 인가하여 타겟면에 수평한 자장을 인가시키고, 이와같이 하여 형성된 자장을 타겟면 위에서 회전시켜 타겟의 전 표면에 걸쳐 균일하게 자장을 인가함으로서 기판에 형성된 박막도 균일하게 제작할 수 있는 효과가 있었다.

Claims (3)

  1. 코일(30)이 상호 대각선 방향으로 마주보도록 설치된 자성철심(10)과 원판형의 타겟(20)을 이용하여 타겟(20) 전면에 그 면과 수평한 자장을 인가 하도록 하되, 1코일(30)과 제 4코일(30)에 전류를 인가하여 이 두 코일(30)을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 2, 제 3 코일(30)쪽에는 S극, 전류가 흐르지 않는 제 5, 제 6 코일(30)쪽에는 N극이 형성되어 타겟(20)의 표면에 평행한 자장이 발생되게 하는 단계와, 다시 릴레이로 전류를 인가하는 접점음 바꾸어 제 2코일(30)과 제 5코일(30)에 전류를 인가하여 이 두 코일(30)을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 3, 제 4 코일(30)쪽에는 S극, 전류가 흐르지 않는 제 6, 제 1 코일(30)쪽에는 N극이 형성되어 타겟(20)의 표면에 평행한 자장이 발생되게 하는 단계와, 다시 릴레이로 전류를 인가하는 접점을 바꾸어 제 3 코일(30)과 제 6 코일(30)에 전류를 인가하여 이 두 코일(30)을 기준으로 전류가 흐르지 않는 제 1, 제 2 코일(30)쪽에는 S, 전류가 흐르지 않는 제 4, 제 5 코일(30)쪽에는 N극이 형성되어 타겟(20)의 표면에 평행한 자장이 발생되게 하는 순서로 접점을 쌍으로 계속 변화시켜 타겟(20)에 평행한 자장을 균일하게 인가할 수 있도록 하여서 됨을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링에서 타겟에 균일한 자장을 인가하는 방법.
  2. 도넛츠형의 자성철심(10) 내부에 원판형의 타겟(20)을 위치시켜서된 통상의 것에 있어서, 상기 자성철심(10)에는 코일(30)을 등간격으로 다수개 감아 형성시키되, 코일(30)의 갯수는 짝수가 되도록하고, 상기 코일(30)과 코일(30)은 상호 대각선 방향으로 마주보도록 설치하며, 상기 상호 대각선 방향으로 마주보도록 설치된 코일(30)과 코일(30)간에는 전류를 공급하는 도선을 설치하여서된 구성을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링에서 타겟에 균일한 자장을 인가하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서 코일(30)에 인가하는 전류를 직류 또는 교류나, 직류와 교류의 합으로 하도록 구성하여서 됨을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링에서 타겟에 균일한 자장을 인가하는 장치.
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