KR20020086027A

KR20020086027A - 초 고밀도 자기기록 디스크 제작용 대향타겟 스퍼터장치중 회전식 기판 홀더.

Info

Publication number: KR20020086027A
Application number: KR1020010025632A
Authority: KR
Inventors: 김경환
Original assignee: 김경환
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2002-11-18

Abstract

본 발명은 대향타겟식 스퍼터법을 이용한 박막 증착 장치에 관한 장치중 회전식 기판홀더에 관한것이다. 박막 증착시 발생되는 높은 에너지를 갖는 입자들의 기판 충돌에 의한 막의 손상을 최대한 줄이면서 양호한 막을 고속으로 제작할 수 있는 장치중 중요 부분인 기판 홀더를 회전식으로 함으로써 다층박막 제작이 가능한 대향타겟식스퍼터링(FTS) 장치에 관한 것이다.

Description

초 고밀도 자기기록 디스크 제작용 대향타겟 스퍼터 장치중 회전식 기판 홀더.{A rotary substrate holder of Facing Targets Sputtering System for ultra- high density magnetic recording media.}

대향타겟식스퍼터링 장치는 두 개의 타겟이 서로 마주보게 배치 되어 있다. 또한 타겟면에 수직으로 자계가 분포하도록 영구자석이 타겟 뒷면에 배치되어있으며 두 타겟에 (-)의 전위가 인가되고 챔버와 기판의 전위는 접지전위가 인가된다. 따라서γ-전자의 회전운동을 유발시킴과 동시에 하나의 타겟은 맞은편 타겟에서 방출된γ-전자의 반사전극이 되어γ-전자는 두 개의 타겟 사이를 왕복 운동하게된다. 타겟 사이의γ-전자가 왕복 회전운동을 함으로서 분위기 가스의 이온화율이 다른 스퍼터링 장치의 이온화율보다 높아 낮은 가스압력(0.1mTorr)에서도 고밀도 플라즈마의 형성과 안정적인 방전이 가능하다.

두 타겟의 뒷면에 장착된 영구 자석에 의해 발생되는 자계는 타겟 표면에 평행한 방향이 아니고 수직한 방향으로 인가된다. 즉 하나의 타겟에서 인가되는 자계가 N극이라면 다른 쪽의 타겟에서 발생되는 자계는 S극으로 되어 있기 때문에 타겟이 자성체, 비자성체에 준하지 않고 모든 물질의 고속 스퍼터가 가능하다.

두 타겟은 상·하 이동이 가능하여 타겟 사이의 자계의 세기를 조절할 수 가 있다. 또한 기판을 지지하는 기판 홀더 역시 두 타겟 중심부로 전·후 이동이 가능하여 기판 위치를 변화시킬 수가 있다.

기판의 배치는 플라즈마로부터 이격되어 있는 상태(플라즈마-프리)에 있기 때문에 스퍼터링시에 발생되는 높은 에너지를 갖는 입자들의 기판 충돌을 최대한 억제할 수가 있다. 따라서γ-전자뿐 아니라 음 이온에 기인한 높은 에너지를 갖는 입자의 기판충돌도 완전히 제거된다. 이 때문에 기판의 손상이나 조성의 어긋나는 문제가 극복 될 뿐만 아니라 결정성이 극히 양호한 막이 제작될 수 있다는 특징을 가진다.

대향 타겟 스퍼터링 장치는 낮은 방전 가스압력에서도 고밀도의 플라즈마가 생성될 수 있고, 1분간 수 천 Å정도의 막 증착 속도 또한 쉽게 달성될 수 있다. 또한 기판과 박막과의 강한 부착력 그리고 고속의 증착 속도로를 갖기 때문에 박막의 대량생산에 적합한 특징을 가지고 있다. 따라서 본 출원의 목적은 스퍼터링 장치를 이용하여 박막을 제작하는데 있어서 기존의 장치보다도 고속·저온, 저압하에서 박막의 증착이 가능한 대향 타겟식 스퍼터 장치에서 기판 홀더를 구조적으로 회전시켜 프리 스퍼터중 스퍼터 입자에서 벗어나게 함으로서 인해 얻어지는 막의 우수성을 실현함으로 스퍼터링 기술의 진보를 도모하고자 한다.

스퍼터링법에 의한 박막 제작 기술의 진보에 의해 스퍼터법은 반도체 공업을 시작으로 넓은 범위의 분야에서 이용되어 왔다. 그렇지만, 강자성체의 고속·저온스퍼터의 실현과 타겟으로부터 방출되는 음 이온에 의한 기판충격의 제거 등, 해결해야만 하는 문제점이 많이 남겨져 있다. 본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써 기판의 위치가 회전하여 타겟과 마주보게금 하지 않아 않기 때문에 기판상에 증착되는 박막의 손상을 억제 할 수 있으며, 고순도의 박막 제작을 위한 고진공상태(0.1mTorr)에서도γ-전자의 왕복 회전운동으로 이온화율을 극대화시켜 안정적인 방전을 유지하여 박막을 제작할 수 있는 스퍼터링 장치의 개발이다.

이하 본 발명의 실시를 상세히 설명한다.

두 개의 타겟은 서로 마주보는 위치에 있다. 챔버 내부에는 분위기 가스 Ar(혹은 O₂)이 주입되며, 직류의 (-) 전위가 두 타겟에 인가되면 타겟과 shield ring 사이에 국부 방전이 형성된다. 이와 같이 전압인가 후 초기 국부 방전이 일어나면 챔버 내부에 주입된 가스의 이온화가 타겟 사이에서 촉진되어 두 타겟 사이에는 방전 형태의 플라즈마가 생성된다. 이러한 플라즈마에는γ-전자, 음이온, 양이온 등으로 이루어져 있다.

이때γ-전자는 주입 가스의 이온화를 시키는 주요한 역할을 하게 된다. 대향타겟식스퍼터링 장치의 경우γ-전자가 타겟 사이를 왕복 회전 운동하기 때문에 Ar가스 보다 이온화율이 낮은 산소 가스를 주입가스로 사용할지라도 종래의 스퍼터링 장치보다 높은 증착 속도를 갖는다. 따라서 산소 가스를 이용한 즉 반응성 스퍼터링을 이용하여 박막을 증착하는 경우에도 높은 증착 속도를 구현 대향 생산에 적합한 방법이라 할 수 있다.

음이온은 기판이 타겟과 마주보는 위치에 있는 종래의 스퍼터링법의 경우 기판으로 입사하여 증착되는 박막에 충돌하여 치명적인 손상을 초래하기 때문에,γ-전자나 음이온의 기판 충돌을 억제하기 위해 도 3에 나타난 것처럼 타겟의 뒷면에 영구자석을 배치하여γ-전자나 음이온의 기판 충돌을 억제하였다. 또한γ-전자의 경우 타겟 표면에 형성된 누설자계에 의해 구속되어 타겟 근방에서 분위기 가스의 이온화 율을 높여 고밀도의 플라즈마가 형성된다. 그러나 도 3에 나타난 바와 같이 영구자석의 자극 중심부에서의γ-전자는 타겟 표면에 형성되는 누설자계에 포획되지 않고 타겟에 인가된 전압에 상응하는 높은 에너지를 가진 채 기판으로 충돌하게 되어 증착되는 막의 손상을 입힘에는 변함이 없다.

따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 고밀도의 플라즈마를 형성함과 동시에 기판의 위치가 타겟과 마주보고 있지 않은 상태에서 박막의 제작이 이루어져 한다. 또한 기판의 위치를 회전시킴으로써 타겟과 마주 보지 않게 하여 박막 증착중 발생되는 높은 에너지를 갖는 입자들의 기판 충돌을 최대한 억제하여 막의 손상을 줄일 수가 있다.

자성체 타겟을 이용한 경우, 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치의 경우 타겟 외부로의 누설 자계가 형성되지 않게 되어 방전 자체가 어렵게 된다. 그러나 대향타겟식스퍼터링 장치의 경우 자성체 타겟을 이용하더라도 고밀도의 플라즈마를 형성, 높은 증착 속도를 구현할 수 가있다.

이상에서 본 바와 같이 종래의 스퍼터링 방식에서 많은 문제가 되었던 높은 에너지를 갖는 입자들의 기판 충돌로 인해 증착되는 박막의 손상과 자성체 타겟을 이용한 박막 증착의 어려움 등을 대향타겟식 스퍼터링 장치는 고속의 증착 속도를 갖음과 동시에 해결할 수가 있기 때문에 스퍼터링을 이용한 박막 증착을 사용하는 산·학·연 분야에 큰 기여를 할 것으로 예상된다.

Claims

두 개의 타겟이 서로 마주 보는 배치
각 타겟 뒷면의 영구자석

(타겟 1은 N극 타겟 2는 S극)
두 타겟 사이의 중심부에서 이격된 기판의 배치