KR20040028958A - 조절 가능한 자기장 강도를 갖는 스퍼터링 마그네트론 설비 - Google Patents

Abstract

자기장 발생기(1)와 자기장 발생기(1)와 결합된 표적(4)을 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비가 개시된다. 자기장 발생기(1)는 자기 활성 요소(5 내지 9)와, 자기장 발생기(1)의 적어도 일부의 위치를 표적(4)에 대해 변경시키기 위해 자기 활성 요소(5 내지 9)를 국부적으로 변형시키거나 편향시키도록 개조된 조절 수단(20 내지 25)을 포함한다.

Description

조절 가능한 자기장 강도를 갖는 스퍼터링 마그네트론 설비{SPUTTERING MAGNETRON ARRANGEMENTS WITH ADJUSTABLE MAGNETIC FIELD STRENGTH}

희생 표적으로부터 재료를 방출해서 이 재료를 수용 기판 상에 막으로 증착시키는 기술을 제공하는 것은 공지되어 있다. 하나의 이런 기술은 기술 분야에서 스퍼터 증착으로 알려져 있으며, 예컨대 컴퓨터 하드 드라이브 또는 메모리 장치 또는 유리 상의 광 피복 제조 동안 사용될 수 있는 것과 같이, 박막 증착에 특히 유용하다.

여러 공지된 (비-마그네트론:non-magnetron) 다이오드 스퍼터링 기술을 적용하는 동안, 표적(음극)은 양의 가스 이온에 의해 타격된다. 타격은 진공 챔버에서 이루어지며, 이온과 표적 간의 충돌로 인해, 중성 음극 원자들(즉, 스퍼터된 입자들)이 2차 전자와 함께 방출된다. 전자들이 어두운 음극 공간에서 가속된 후, 높은 에너지의 전자들은 비탄성 충돌로 새로운 이온 발생의 주된 원인이 된다. 이들 전자는 표적에서 모든 방향으로 방출되며 이들 입자의 다수가 챔버를 가로질러 기판에 증착되어 박막을 형성한다.

이 기구에는 시스템의 물리적 기하 구조와 스퍼터 변수의 범위를 한정하는 몇 가지 단점이 있다. 또한, 비록 기판 가열이라는 특별한 문제를 완화하기 위한 시도로서 냉각 설비를 제공하는 것이 알려져 있으나 높은 에너지를 가진 원자들의 충돌로 인해 광범위한 기판 가열을 방지하기가 어렵다.

다이오드 스퍼터 증착 기술은 판형 음극 바로 뒤에 영구 자석을 도입함으로써 1970년대 동안 개선되었다. 이들 자석은 음극면 전방에 평행하고 정밀한 자기력선이 얻어지도록 설비된다. 판형 마그네트론 기술은 원통형 마그네트론을 발명함으로써 80년대 초기 동안 더욱 확장되었다. 이 경우, 원통형 음극 튜브는 판형 마그네트론에 사용된 것과 유사한 정자석(static magnet) 형태 둘레에서 회전한다.

마그테트론 설비의 일 유형은 그 일 예는 자석 어레이가 직사각형의 판형 마그네트론 상에 두 개의 만곡된 레이스트랙을 형성하도록 배향된 미국 특허 제4,818,358호에 개시된 판형 마그네트론이다. 판형 마그네트론은 직사각형으로 제한되지 않고 원형일 수도 있으며, 위치가 고정된 자석을 이용한 하나의 이런 설비가 미국 특허 5,262,028호에 개시된다.

또 다른 판형 마그네트론은 그 내용이 인용으로서 본 명세서에 합체된 국제 공개 제99/226274호에 개시된다. 이 출원에서 제안한 판형 마그네트론은 자석 조립체가 표적에 대해 이동하는 것으로 간단히 이동 자석을 구비한 판형 마그네트론으로 여겨질 수 있다.

또 다른 유형의 마그네트론은 원통형 마그네트론으로 지칭되는 것으로서 하나의 이런 설비는 그 내용이 인용으로서 본 명세서에서 합체된 국제 공개 99/54911호에 개시된다. 이 마그네트론에서, 자석 조립체는 고정되어 있고 표적은 회전하는 실린더의 형태이다.

마그네트론 스퍼터링에서, 음으로 대전된 표적 표면에서 나온 전자들은 표적 표면을 따르는 경로로 전자들에게 힘을 가하는 (자기장에서 이동하는 대전 입자로 인한) 추가적인 로렌츠 힘을 받는다. 결국, 이들 전자는 표적에 가까운 가스 원자와의 이온화 충돌에 유용한 상태로 머무른다. 이로써 더 조밀한 플라즈마(더 많은 이온화)가 형성되고 높은 에너지의 전자가 덜 손실되고 저압에서 작동될 수 있다. 모든 이런 특징들은 기판 및 증착 시스템의 기하 구조에 대한 단점이 줄어든 높은 효율의 스퍼터 처리를 발생시킨다.

이런 특징을 최적으로 이용하기 위해서는 폐루프(closed loop) 자기장 터널을 형성하는 것이 중요하며, 이를 위해 자기력선들은 표적 표면에 평행해야만 한다. 이 원리의 공통적인 실시예가 자기력선 및 전자의 이동 방향을 실용적으로 묘사한 도1에 아주 개략적으로 도시된다.

전자들은 표적의 표면에 수직하게, 즉 z-축을 따라 표적에서 나오기 때문에 로렌츠 힘은 z-축에 수직한 평면, 즉 x-y 평면 상의 자기력선에서 최대이다. z-축 상의 정해진 높이에서 x-축을 따라 x-y 평면(B_x)의 자기장 벡터의 세기를 평가하면 도2에 도시된 곡선이 얻어진다.

도2의 가장 좌측 및 우측에서의 작은 편위는 레이스트랙 바깥쪽에 근접한 자기력선들에 기원한다(도1의 바깥쪽 자기력선도 참조). 주 편위(A₁)는 도1의 바깥쪽 좌측 및 중심 자석에 의해 형성되며 자기장 벡터의 배향이 x-축에 대향되기 때문에 음의 값이다. 그 절대값은 자석들 사이의 중간에 가까운 곳에서 최대가 된다. 정확히 이 지점에서 자기력선은 표적 표면에 평행하다. 중심 및 바깥쪽 우측 자석들 사이에서 Bx 값은 양의 값이다. 마그네트론 작업의 효율은 지역 A₁과 A₂가 지시하는 전자의 자기 병입(magnetic bottling)에 의해 한정된다. 지역 A₁과 A₂는 여러 목적을 위해서 대체될 수 있으며, 이런 환경 하에서 이들 부호는 단순 인용을 위해 일반적인 인용 부호인 A_i으로 대체된다. 사용시 A_i은 적절한 값으로서 A₁과 A₂모두 또는 이들 중 어느 하나로 대체된다. 레이스트랙은 폐루프 자기장 터널을 형성하기 때문에 A_i지역에서의 균일성은 중요하다. 일정 위치에서 (예컨대, 레이스트랙의 회전시) A_i지역이 상당히 작거나 열악하게 형성되면 전자들은 레이스트랙으로부터 소실될 수 있으며 스퍼터링 처리의 이온화 효율은 심각하게, 예컨대 증가하거나 감소하면서 변할 것이다. 결국, y-축(도1 및 도2에는 도시 안됨)을 따르는 A_i지역의 높은 균일성은 최대 마그네트론 효율을 얻기 위해 중요하다. 예컨대 A₁과 A₂이 특정 y-축 위치에서 너무 작으면 스퍼터율 이탈 및 기판 상의 피막의 국부적 차이가 예상될 수 있다. 도3은 표적의 길이(즉, y-축)를 따르는 가능한 불균일 자기장 강도 지역을 도시한다.

도3에서, 세 개의 서로 다른 영역이 구별될 수 있다. 영역 1은 A₁과 A₂이 면적이 유사하고 표적 길이를 따라 (일 회전에 대응하는 끝 부분들에서의 0의 값을 고려하지 않을 때) 비교적 일정한 이상적인 경우이다. 영역 2에서, ｜A₁｜+｜A₂｜의 평균값은 영역 1에서의 합과 비교적 일치한다. 결국, 영역 1과 영역 2에서의 스퍼터 수율은 양 스퍼터 영역 A_i위를 지나 이동하는 기판에 상당할 것이다. 한편, 기판이 고정적이라면, 영역 2의 면적 A₂와 비교해서 면적 A₁위에 위치된 기판에서 어느 정도 두터운 층을 기대할 수 있다. 면적이 큰 피복의 대부분의 경우 기판은 전체 표적 위에서 이동하기 때문에, 그 합이 일정하기만 하다면 레이스트랙 A_i의 대향하는 양 섹션의 차이에 주의를 기울이지 않았다. 그러나, 표적 길이(즉, 영역 3)를 따르는 합 ｜A₁｜+｜ A₂｜의 중대한 변화는 직접적으로 피복 층 두께를 비례적으로 변화시킨다. 그럼에도 불구하고, 비록 합 ｜A₁｜+｜ A₂｜이 일정하더라도, ｜A₁｜과 ｜A₂｜ 사이의 강한 대향하는 편차는 결국 이들의 국부 변동 때문에 전체 레이스트랙 위에서의 효율 손실을 가져올 수 있다.

자기장 강도를 국부적으로 조절해서 서로 다른 면적 또는 형상의 A_i을 가져오는 서로 다른 기술들이 개발되었다.

a) 낮은 자기 저항성 재료로 제조된 자기 분로기(shunt)가 국부적인 과잉 표적 침식을 줄이기 위한 방편으로서 표적 하부에 위치되어 내부 및 외부 자극 사이에 개재될 수 있다(미국 특허 제4,964,968호, 제5,174,880호, 제5,415,754호). 특별한 경우(미국 특허 제5,685,957호), 분로기는 스퍼터링 표적과 자속 공급원 사이에서 이동 가능하다.

b) 자석 설비는 표적을 보다 균일하게 침식(즉, 표적 표면에 평행하게 이동)시키는 방편으로서, 자석 설비의 형상을 변화시키기 위해 원하는 위치로 개별적으로 이동될 수 있거나(국제 공개 제00/38124호) 구멍에 위치된(미국 특허 제6,132,576호) 복수개의 자석 세그먼트를 포함한다.

c) 자석 조립체의 자석 요소들은 증착 두께 균일성(유럽 특허 공보 0 858 095 A3)(즉, 표적 표면에 수직한 이동)을 개선하기 위해 표적의 표면에서 거리를 달리하여 이격될 수 있다.

d) 각각의 단편 자석은 상부 및 하부 반부로 분할되며 이들 양 반부 사이에 유지된 간극 공간은 위치마다 변경됨으로서 자기장의 균일성은 증가되고 결국 플라즈마 밀도의 균일성이 증가한다(유럽 특허 공보 0 661 728 A1, 유럽 특허 공보 0 762 471 A1).

e) 복수개의 자석이 한정된 길이가 개별적으로 고정된 쇠막대 상에 개별적으로 장착되고 자기장 분포를 변경하도록 내향 및 외향으로 활주할 수 있는 자기 유도성 핀을 수용하기 위한 보어를 갖는다(미국 특허 제5,079,481호).

f) 영구 자석이 아닌 활성 전류(돌입 전류, energizing current)를 넓게 조절할 수 있는 전자기 코일을 사용하면 넓은 범위의 자기적 성질이 수용된다(미국 특허 제4,500,409호). 개별 전력 제어부를 갖는 여러 전자석의 조합은 개별적으로제어된 방출을 허용한다(미국 특허 제4,595,482호). 영구 자석은 표적 뒤에(미국 특허 제5,417,833호) 또는 심지어 기판 뒤에(미국 특허 제5,439,574호) 위치된 전자석과 결합될 수 있다.

g) 자석 조립체는 자석들을 그 위에 장착한 개별 자석판들로 구성되며 (예컨대, 하나는 내부 자석에 대응하고 다른 하나는 외부 자석에 대응하는) 적어도 두 개의 자석판은 서로에 대해 이동 가능하고 액츄에이터에 의해 작동된다(미국 특허 제5,980,707호).

h) 표적과 자석 조립체 간의 거리를 조절함으로써, 표적 표면에서의 자속 밀도는 표적판이 소모될 때 아주 일정한 스퍼터링 조건을 유지하도록 조절될 수 있다(미국 특허 제4,309,266호, 미국 특허 제4,426,264호).

i) 마그네트론 또는 마그네트론의 일부와 스퍼터링 표적 사이의 거리를 조절함으로서 막 두께 균일성이 개선된다(유럽 특허 공보 0 820 088 A3).

j) 도4에 도시된 바와 같이, (냉각수가 표적 튜브의 내벽을 따라 뒤로 유동하기 전에 냉각수를 표적 튜브의 단부로도 가져가는) 중심 수반 튜브와 연철 폴 피스(pole piece, 자극편) 사이에 작은 끼움판을 부가하거나 제거함으로써 표적에 대해 국부적으로 자석의 공간을 조절하기 위해 원통형 마그네트론을 회전시키는 개념도 공지되어 있다.

종래 기술의 단점

a) 자기 분로기는 주된 기능으로서 서로 대향하는 극성의 자석들 사이의 자기력선들을 짧게 만든다. 이렇게 함으로써, 표적 위의 자기장 강도는 자기 분로기의 위치에서 국부적으로 감소된다. 이것 때문에, 자기 분로기의 최적 위치는 표적의 바로 아래(또는 중간 냉각 지지판의 아래)이며 우선적으로 자석의 위이다. 결국, 자기 분로기를 배치하기 위해 자석 형태와 표적의 이면측 또는 냉각판 사이에 다소의 고정된 공간이 예정되어야만 할 경우가 있다. 그러나, 이로 인해 자석들은 표적에서 더 멀리 위치되기 때문에 표적 위의 전체적인 자기장 강도는 저하된다. 또한, 이 기술에 의해 단지 자기장 강도의 감소만이 일어날 수 있다. 예컨대, 도3에 도시된 바와 같이 전체 자기장 프로파일에서 국부적인 하락이 관찰되면, 전체적인 나머지 자기 구조물은 이런 국부적 하락을 보상하기 위해 분로될 필요가 있으며 전체 자기장 강도는 최종적으로 저하(즉, 자기적 병입 효과가 악화)될 것이다. 자기장가 국부적으로 너무 높으면서도 그러나 너무 낮지만 않다면, 이는 영역 2 문제 및 영역 3 문제에 대한 해결책이다(그렇지 않다면 영역 1 및 영역 2는 조절되어야만 한다).

b), c), d) 및 e)

개개의 자석, 자석 부분들 또는 연철부들을 국부적으로 변위시키는 것은 유용한 대안이지만, 여러 가지 기계적 한계가 적절한 조절을 방해할 수 있다. 냉각수를 안내하는 동관이 지지판의 이면측에 용접되거나 납땜되는 경우가 있다. 이들 냉각 채널을 위한 최적 위치는 자석들 사이인데, 그 이유는 이곳이 열이 발생되는 정확한 위치(즉, 플라즈마 레이스트랙의 위치)이고 냉각 튜브가 가능한 표적과 가까워야만 하는 자석들과 충돌하지 않을 수 있기 때문이다. 이는 냉각 채널이 대향되는 극성의 자석들을 서로 가깝게 가져가는 것을 방해하는 경우가 있음을 의미한다. 마그네트론 하우징 내의 자석 어레이의 콤팩트한 구조 때문에 대향되는 극성의 자석들을 서로 멀리 위치시키는 것이 아주 제한되는 경우가 있다. 유사한 마그네트론에서, 냉각수 채널로 인한 문제는 특수 냉각판을 설계함으로써 회피될 수 있다. 그러나, 이 문제는 면적이 큰 마그네트론에 대해 여전하다. 면적이 큰 마그네트론에서 공통적인 대안은 냉각수에 연철 자극편과 자석을 침지시키는 것이다. 그러나, 부식이 너무 심해져서 전체 구조물은 심박한 품질 저하를 방지하기 위해 피복되거나 도장될 필요가 있다. 다시, 이 경우에 개별 자석의 변위는 매번 물과의 상호 작용을 방지하기 위해 여러 번의 재피복이 수행되어야만 하기 때문에 여전히 아주 어렵다. 자석과 자극편에 대한 개별적인 피복이 하나의 해결책이다. 자석 교체 후, 여전히 모든 자극편들은 피복되어야 한다. 그러나 다시, 하나의 자극편 상의 자석들을 피복을 손상시키지 않고 변위시키는 것은 아주 어렵다. 자석들은 높은 자기력 때문에 자극편 상에 또는 인접한 자석들 상에 아주 강하게 충돌해서 피복의 긁힘과 손상을 일으킴으로서 결국 국부 부식 및 품질 저하를 가져온다. 이는 도3의 영역 2 및 영역 3 문제에 대한 해결책이며, 주목해야 한다.

f) 전자석을 이용하는 것은 소형의 마그네트론 크기 그리고 우선적으로 원형 마그네트론에만 그럴듯하다. 이것은 전체 자기장 강도에 충격을 주며 국부적인 변화를 허용하지 않는다. 또한, 이것은 마그네트론 개념을 복잡하게 하고 중대한 가격 상승을 일으킨다. 이는 영역 1, 영역 2 및 영역 3에 동일하게 영향을 미치며 국부적인 불규칙성에 대한 해결책을 제공하지 않는다.

g) 및 h) 모두는 자기장 강도를 변화시키기 위한 가치있는 대안들이다. 그러나, 이들 모두는 전체 강도에 충격을 주며 국부적 변화를 얻도록 이행될 수 없다. 이는 영역 1, 영역 2 및 영역 3에 동일하게 영향을 미치며 국부적인 불규칙성에 대한 해결책을 제공하지 않는다.

i) 이 형태는 직선형(예컨대, 수학상의 선) 자석 구조물이 곡선을 따라 이동하도록 함으로써 g) 및 h)의 가능성을 어느 정도 확장한다. 이런 설치 구조는 표적 전방에 있는 고정 기판의 피복을 위해 성공적으로 이행될 수 있다. 2차원 표적 전방의 스퍼터 수율은 일 면이 자석 구조물의 이동 방향에 수직한 표면의 단면이 항상 곧게 뻗어 있는 매끄러운 표면과 부합한다. 국부적 상승이나 하락은 이 기술로 인해 불가능하게 된다. 이것은 영역 2 문제에 대해 어떠한 해결책도 아니지만, 어느 정도 단순한 경우 영역 3 문제에 대해 해결책을 제공할 수 있다.

j) 이하 도4를 특히 참조하면, 브라켓(12)/냉각수 튜브(10)와 연철 포 피스(16) 사이에 쐐기판(14a 내지 14d)을 끼우거나 제거하면 자기 구조물의 높이를 국부적으로 변화시킬 수 있다. 그러나 실제적인 이행은 아주 어려울 수 있다. 극단적인 차이가 A_i의 최대값과 최소값 사이에 요구된다면, 쐐기(14a 내지 14d)를 아예 설치하지 않음으로써 자기장를 감소시키지 않을 수 있지만, 자석(17a 내지 17d)들이 회전하는 표적 튜브를 건드리고 회전을 차단할 수도 있기 때문에 쐐기(14a 내지 14d)의 수를 너무 많이 증가시킬 수 없다. 다소의 쐐기(14a 내지 14d)를 추가로 도입하거나 제거하기 위해서는 모든 브라켓(12)이 변화를 이행할 수 있도록 느슨하게 될 필요가 있다. 예컨대, 자석(17a 내지 17d)을 표적에 국부적으로 1 ㎜더 가깝게 가져가고자 한다면, 도4a와 도4b에 도시된 바와 같이 마그네트론의 각각의 단부에 각각 0.5 ㎜의 2 개의 쐐기(14a, 14b)를 도입하리라 예상할 수 있다. 그러나, 운송 튜브의 현 응력 상태에 따라 튜브 자체가 예기치 않게 변형됨으로서(도4에서도 도시된 바와 같이) 조절이 불만족스럽게 되고 이는 재조립하고 펌프 다운(pumping down)시키고 스퍼터링을 하고 균일성을 분석한 후에만 느낄 수 있다. 또한, 냉각수에 완전히 침지되는 구조물을 다루기 때문에, 이미 언급한 바와 같이 매번 교체할 때마다 품질 저하가 일어날 가능성이 커진다. 이는 오직 영역 3에 대한 해결책이다. 단일 브라켓(12)을 작은 각도보다 많이 약간 회전시키면 스퍼터링은 옆으로 벗어나지만, 이 시스템은 원통형 표적 튜브 내측에서 사용되기 때문에 A₁과 A₂측 사이의 균형이 달라지지는 않는다(따라서 영역 2 문제를 해결하지는 않는다). 표적이 판형인 경우, 이는 영역 2의 문제도 해결할 수 있다.

비록 현 상태의 기술 분야에서는 단일한 조절형 마그네트론 시스템에서 모든 서로 다른 불규칙성을 해결하기 위한 실질적인 해결책을 제공하지 않지만, 완벽한 해결책이라 하더라도 몇가지 또 다른 도전을 처리해야만 한다. 조절에 의해 도3의 상태를 도5의 상태로 변형할 수 있었다고 가정해보자. 최종 소비자는 초균일 자기장 막대 자석로 인해 아주 불편해질 수도 있기 쉽다. 복잡한 작용성 스퍼터링 처리를 수행하는 스퍼터 피복기에서 균일성이 높은 자기 시스템을 도입하면 결국 도6에 도시된 바와 같은 층 두께 프로파일을 가져올 수 있다.

균일한 자기장가 특히 작용성 스퍼터 증착 처리 동안 불균일한 층 두께를 가져오는 이유를 설명하는 몇가지 이유가 있을 수 있다.

ㆍ 진공 펌핑 구멍들이 기판의 폭에 걸쳐 동일하게 분포되지 않고 기판의 양 단부에 집중될 수 있다.

ㆍ 가스 입구 분포가 균일하지 않다. 특히 반응 가스(즉, 산소 또는 질소)는 표적 재료와 국부적으로 작용해서, 결과적으로 증착율이 아주 낮은 국부 산화 또는 질화를 일으킬 수 있다.

ㆍ 몇몇 양극은 다른 것들보다 효율적이고 조밀한 플라즈마를 일정한 위치로 이동시킬 수 있다.

ㆍ 두 마그네트론 사이의 AC 전환 모드 처리에서 양 마그네트론 사이에는 다소의 전자기적 간섭이 있을 수 있다. 예컨대 다소의 전자가 한 음극의 회전 시에 손실되면 이들 전자는 양극으로 작용하는 다른 마그네트론에 의해 수집될 수 있다.

ㆍ 피복 영역의 일반적인 기하 구조는 플라즈마와 가스 유동이 영향을 받도록 될 수 있다.

ㆍ 다소의 차폐부가 마그네트론이나 기판에 근접해서 존재함으로서 표면에 도달하는 재료의 양에 영향을 미친다. 몇가지 이들 효과는 피복 시스템을 적절하게 조절함으로써 제거될 수 있다. 그러나, 보다 양호하지만 여전히 불충분한 피복 불균일성이 얻어질 가능성이 높다.

현재, 광학 피복 적층은 큰 면적 피복 산업에서 그 역할이 계속 증가한다. 예컨대, 일광 제어막은 태양열의 반사를 허용하면서도 중성적인 시각 투명성을 갖는다(즉, 400 내지 700 ㎚ 사이의 파장 영역에서 동일한 투과량). 이들 여과 피복은 특정한 광학적 성질을 갖는 4분의 1 파장층의 원리에 따라 작동한다. 두께의 작은 차이는 직접적으로 여과 성질의 변이 또는 가시 영역 내의 비중성적 투과를 가져올 수 있다. 피복 적층은 10년 전에 훨씬 덜 비판적이었고 최대 ±5 %의 불균일성과 넓은 공차를 받아들일 수 있었던 반면, 오늘날의 양호하게 설계된 적층은 훨씬 더 양호하게 수행하지만 ±1.5 %를 초과하는 편차를 허용하지 않는다. 결국, 특정한 진공 피복기 내의 마그네트론 개념의 균일성 명세 항목은 가장 엄격한 필요 조건을 충족할 수 있어야만 한다.

결국, 초균일 마그네트론을 전달하는 것만으로는 충분하지 않으며, 신속하고 신뢰성 있는 방식으로 조정될 수 있어야 하고 1 %보다 작은 범위 내에서 정밀할 수 있어야 한다. 또한, 마그네트론 효율을 최대화하기 위해 영역 2의 불균일성을 극복할 수 있어야 한다. 도5의 마그네트론 균일성에 대한 도6의 결과의 경우, 균일성이 높은 증착 피막을 허용하기 위해 도7의 마그네트론 프로파일로 조정하는 것이 가능해야 한다.

본 발명의 목적은 개선된 마그네트론 설비를 제공하는 것이다.

본 발명은 스퍼터링 마그네트론 설비, 상세하게는 표적 표면 영역에 가변 자기장 강도를 제공하기 위해 스퍼터링 마그네트론의 자기 출력을 조절하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.

도1은 마그네트론의 작업 원리에 대한 개략적 다이어그램이며, 자기력선, 전자에 대한 드리프트 방향 및 3차원 좌표 시스템과 함께 통상적인 마그네트론 형태의 표준 자석 형태가 단면도 형상으로 제공된다.

도2는 도1에 따른 설비에 의해 생성된 자기장 강도의 그래프도이며, 표적 표면(Bx)에 평행한 자기장 강도의 세기가 x-축을 따르는 위치의 함수로서 도시된다.

도3은 균일성이 다소 부족한 것을 표시하지만 일반적으로 도1에 따르는 설비에 의해 표적을 가로질러 생성된 통합된 자기장 강도의 그래프도이며, 표적 표면에 평행한 통합 자기장 강도 면적 ｜ΣB_x｜는 y-축을 따르는 위치의 함수로서 도시된다.

도4는 도1의 설비를 변형한 일련의 단면도((a) 내지 (c))로서, 도4에서 (a)는 중심 물 운반 튜브, 브라켓마다 두 개의 쐐기판을 포함하는 브라켓, 연철 자극편을 부착하기 위한 브라켓마다 있는 두 개의 볼트 및 네 개의 자석 어레이에 대한 x-z 평면의 도면이고 (b)는 이들의 y-z 평면의 도면이고 (c)는 좌측이 표적 표면(하나의 쐐기판:shimming plate) 상에서 낮은 자기장를 갖고 우측이 높은 자기장(세 개의 쐐기판)을 갖는 조절부의 y-z평면의 도면이다.

도5는 이론적으로 이상적인 통합된 자기장의 표적 표면을 가로지르는 그래프도이며, 표적 표면에 평행한 통합된 자기장 강도 면적 ｜ΣBx｜는 도3의 불규칙성을 보상하기 위해 조절형 자기 구조물을 갖고 y-축을 따르는 위치의 함수로서 도시된다.

도6은 도5에 따른 자기장를 인가함으로써 나타난 증착층을 가로지르는 가능한 상대적 두께의 그래프도이며, 균일성이 높은 자기 강도를 갖는 마그네트론을 이용하면서 면적이 큰 기판의 폭을 가로지르는 상대적 층 두께가 도시된다.

도7은 균일성이 높은 증착층을 가로지르는 상대적인 두께를 얻도록 도2의 결과를 보상하기 위해 표적 표면을 가로지르는 필요한 최적의 통합 자기장의 그래프도이며, 표적 표면에 평행한 통합된 자기장 강도 면적 ｜ΣBx｜는 불균일층 증착을 보상하기 위해 조절형 자기 구조물을 갖고 y-축을 따르는 위치의 함수로서 도시된다.

도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 마그네트론 조립체의 등축 절개도이며, 원통형 표적 튜브 내에 장착된 조절형 막대 자석 조립체의 등축 절개도를 포함한다.

도9는 다양한 자석 형태에 대한 일련의 간략한 그래프도이며, 자기력선 분포는 자기력선이 5 m㏝/m에서 측정된 마그네트론의 다양한 자석 형태의 단면도에 대한 도면이다.

도10은 도8에 관해서 도시된 실시예에서 이용 가능한 만곡된 철제 자극편 상에서의 자기적 측면 분로의 등축도이며, 이는 원통형 마그네트론에서 이용하기 위한 만곡된 연철 자극편 상에서의 자기적 측면 분로의 실질적인 실행예이며, 바닥 좌측에는 경우 9.i에 대응하는 가장 효과적인 측면 분로가 있지만, 분로는 막대 자석의 상부 우측 위치에서 분로를 전혀 하지 않고 끝나도록 형상이 변화된다.

도11은 도8의 원통형 마그네트론의 구조의 일부에 대한 분해도이며, 본 도면에서 도10의 자극편은 도시하지 않고 자석 하우징, 지지 구조물 및 중간 조정 시스템을 수용하는 막대 자석 시스템을 도시한다.

도12는 도8, 도10 및 도11과 관련해서 도시된 실시예에 따른 힘 작동 장치 형태의 마그네트론 미세 조정/조절 설비의 분해도이며 바닥 좌측(최대 팽창) 및 바닥 우측(최소 팽창)에는 끝부분 설정들이 도시된다.

도13은 도8, 도10 내지 도12의 실시예에 따른 조립된 원통형 마그네트론 설비의 두 형태의 평면도 및 측면도이다.

도14a 및 도14b는 판형 마그네트론에 적용된 본 발명의 실시예의 개략도이다.

따라서, 본 발명은 자기장 발생기 및 자기장 발생기에 결합된 표적을 포함하며, 상기 자기장 발생기는 자기 활성 요소와 상기 자기장 발생기의 적어도 일부의 위치를 상기 표적에 대해 변경하기 위해 상기 자기 활성 요소를 국부적으로 변형시키거나 편향시키도록 개조된 조절 수단을 포함하는 박막 생성에 적절한 스퍼터링 마그네트론 설비를 제공한다. 자기 활성 요소는 강성일 수 있으며, 예컨대 강성하우징 내에 수용된 자석 어레이를 포함할 수 있다.

상기 변형 또는 편향은 소성적이거나 탄성적일 수 있으며, 양호하게는 가역적으로 그럴 수 있다. 상기 변형 또는 편향은 상기 표적의 침식면을 가로지르는 플라즈마 레이스트랙의 유도 또는 자기장 강도를 변경하기 위해 사용될 수 있다. 상기 변형 또는 편향은 추가적으로 또는 대안으로서 기판 상의 막의 증착 두께를 제어하는 데 사용될 수 있다.

상기 조절 수단은 지지 구조물과 상기 자기 활성 요소 사이의 분리선을 따라 이격된 일련의 힘 작동 장치를 포함하며, 상기 변형 또는 편향은 양호하게는 하나 이상의 상기 힘 작동 장치의 영역에서 상기 지지 구조물과 자기 활성 요소 사이의 상대적인 이동을 포함한다.

상기 힘 작동 장치는 상기 자기 활성 소자의 하나 이상의 소정 부분에 국부화된 힘, 양호하게는 굽힘 모멘트를 기계적으로 적용함으로써 상기 변형 또는 편향을 적용할 수 있다. 복수개의 상기 힘 작용 장치는 상기 자기 활성 소자의 소정의 편향 또는 변형을 일으키기 위해 함께 사용될 수 있다.

상기 힘 작동 장치는 서로에 대해 다른 방향 또는 평면에서 주행하고 또한 공통 변위 요소를 안내하는 트랙-웨이를 각각 한정하는 한 쌍의 결합된 조정 부재를 포함함으로서, 상기 변위 요소가 상기 트랙-웨이를 따라 적어도 일 방향으로 이동하면 하나의 상기 부재가 다른 상기 부재로부터 변위되는 방식으로 상기 부재들 사이의 상대적 이동이 일어난다. 상기 부재들 사이의 상대적 이동은 상기 자기 활성 요소의 편향 또는 변형을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 상기 제1 조정 부재는 다른 상기 부재에 의해 그 자유도가 제한될 수 있으며, 양호하게는 상기 첫번째 조정 부재에 의한 편향력 또는 변형력을 상기 자기 활성 요소에 적용하는 평면인 일 평면에서 상기 제2 조정 부재로부터만 또는 제2 조정 부재쪽으로만 이동할 수 있도록 된다.

상기 조절 수단은 상기 트랙-웨이를 따라 상기 변위 요소를 이동시키도록 개조된 조절 장치를 추가로 포함할 수 있다. 상기 조절 장치는 상기 조정 부재의 종축을 따라 유격 구멍을 관통하고 양호하게는 포획된 나사 조절기를 포함할 수 있으며, 상기 변위 부재는 이를 관통하는 나사 구멍을 포함하며, 상기 나사 조절기는 상기 조절기가 회전하면 상기 변위 부재가 상기 트랙-웨이를 따라 병진 이동함으로서 상기 회전이 상기 조정 부재들 사이의 상대적 변위로 전이되도록 이 나사 구멍을 통과한다.

상기 조절 수단은 상기 자기 활성 요소에 인가된 상기 변형량 또는 편향량을 피드백하기 위한 수단을 추가로 포함할 수 있다. 상기 피드백 수단은 상기 변위 요소의 상기 트랙-웨이에서의 이동을 다른 상기 조정 수단에 관련해서 하나의 상기 조정 부재의 변위에 관련시키는 눈금을 포함할 수 있으며, 상기 눈금은 양호하게는 사용자가 볼 수 있고 보다 양호하게는 상기 조정 부재를 따르는 눈금과 대조되는 상기 변위 부재 상의 지시자를 포함한다.

상기 조절 수단은 상기 강성 요소 및 상기 표적 사이의 간극을 미세하게 조절하도록 개조될 수 있다. 상기 자기장 발생기는 자석이 위치된 자극편을 포함할 수 있다.

자기 활성 요소는 상기 자기장 발생기의 자석 어레이를 둘러싸는 하우징을 포함할 수 있다. 상기 하우징은 냉각수에 대해 사실상 수밀할 수 있으며, 이런 수밀 완전성은 양호하게는 상기 자기 활성 요소가 변형되거나 편향되는 동안 그리고 그 후에 유지된다.

상기 하우징 또는 지지 구조물 중 적어도 하나는 상기 표적의 적어도 일부에 근접하게 또는 그 위로 냉각수의 유동을 안내하고 사용시 상기 유동에 난류를 발생시키도록 사용시 개조된 하나 이상의 지형적 특징부를 포함할 수 있다.

상기 자기장 발생기는 영구 자석 또는 전자석 어레이를 포함할 수 있다. 상기 자기장 발생기는 상기 표적의 표면 영역에서 플라즈마 레이스트랙을 유도할 수 있으며 그 레이스트랙은 상기 변형 또는 편향 적용 수단에 의해 조정 가능하다.

상기 자기장 발생기는 판형과 원통형 마그네트론 중 적어도 하나의 마그네트론내에 포함될 수 있으며, 상기 판형 마그네트론은 양호하게는 고정 자석과 이동 자석 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 자기장 발생기는 상기 표적과 관련해서 이동하도록 개조되거나 상기 표적에 대해 고정되어 유지되도록 개조될 수 있다.

상기 변형 또는 편향은 상기 자기 활성 요소의 하나 이상의 부분들에 제한될 수 있으며, 상기 자기 활성 요소의 다른 부분은 양호하게는 위치적으로 고정되거나 사실상 독립적인 조절 수단에 의해 조절 가능하다. 상기 자기 활성 요소는 분열부, 만입부, 절개부 또는 주름 영역과 같이 강성도 또는 기계적 강도를 줄이도록 개조된 형상 또는 형태의 적어도 하나의 특징부를 포함할 수 있으며, 상기 특징부는 예컨대 그 자극편에 적용된다.

상기 자기장 발생기의 자기적 출력은 측면 분로에 의해 적어도 부분적으로 변경될 수 있다. 상기 측면 분로는 상기 자기 활성 요소와 같이 예컨대 0.5 ㎜ 두께로부터 국부적으로 자기 어레이의 측면까지 하나 이상 여러 개의 금속 테이프/포일 층을 적층함으로서 적용될 수 있다. 상기 측면 분로는 개별 영구 자석 또는 영구 자석 그룹의 자기장 강도의 국부적 변화를 실현할 수 있거나 전자의 병입 효과를 위해 통합된 자기장 강도의 국부적 변화를 실현할 수 있다. 상기 측면 분로는 상기 결합된 자석들의 상부면 위로 연장되지 않도록 그리고 동일한 자석의 대향되는 자극의 자기장 라인들을 자기적으로 단락시키도록 개조될 수 있다.

본 발명은 또한 자기장 발생기의 자기 활성 요소를 변형시키거나 편향시킴으로서 결합된 표적에 대해 상기 자기장 발생기의 적어도 일부의 위치를 국부적으로 변경시키는 단계를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 제어 방법을 제공한다. 자기 활성 요소는 강성일 수 있으며, 예컨대 하우징 내에 수용된 자석 어레이를 포함할 수 있다.

본 방법은 상기 위치를 탄성적이거나 소성적으로 변경하는 단계를 포함할 수 있으며, 양호하게는 가역적으로 그럴 수 있다. 본 방법은 상기 표적의 침식면을 가로지르는 플라즈마 레이스트랙의 유도 및 자기장 강도 중 적어도 하나를 변경하기 위해 상기 자기 활성 요소를 변형시키거나 편향시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 방법은 상기 자기장 발생기의 지지 구조물에 단단히 고정된 다른 조정 부재와 관련해서 상기 자기 활성 요소에 단단히 고정된 하나의 조정 부재를 이동시킴으로서 상기 변형 또는 편향을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 방법은 각각의 상기 조정 부재의 트랙-웨이를 따라 변위 요소를 동시에 이동시킴으로써 상기 조정 부재들 사이에서 상기 상대적 이동을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 방법은 리드 스크루(lead screw) 설비에 의해 상기 변위 요소를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 방법은 상기 표적의 표면을 가로질러 발생된 플라즈마 레이스트랙을 조정하기 위해 또는 상기 표적으로부터 기판 상으로의 막 증착을 조정하기 위해, 상기 자기장 발생기와 상기 표적 사이의 간극에 대한 조절, 양호하게는 미세한 조절을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 자기 활성 요소와 상기 자기 활성 요소의 국부적 변형 및/또는 편향을 위한 조절 수단을 포함하는 스퍼터링 마그네트론용 자기장 발생기를 제공한다. 자기 활성 요소는 사실상 강성일 수 있으며, 예컨대 하우징 내의 자석 어레이를 포함할 수 있다.

상기 조절 수단은 그 작업이 상기 자기 활성 요소의 국부적 변형 또는 편향을 가져오는 복수개의 힘 작동 장치를 포함할 수 있다.

상기 자기장 발생기는 자기 활성 요소의 일부를 형성하는 수밀성 하우징에 수용될 수 있으며 이 경우 상기 변형 또는 편향은 양호하게는 상기 하우징의 수밀 완전성을 손상시키지 않는다.

본 발명은 표적 및 표적에 인접하고 강성 요소를 갖는 자기장 발생기를 구비한 스퍼터링 마그네트론을 제공할 수 있으며, 자기장 발생기는 표적에 대해 자기장 발생기의 일부의 위치를 조절하기 위해 강성 요소를 국부적으로 변형시키거나 편향시키기 위한 수단을 추가로 포함한다. 변형 또는 편향은 탄성적이거나 소성적일 수 있다. 변형 또는 편향 수단은 강성 요소를 가역적으로 탄성적이거나 소성적으로 변형시킬 수 있다. 강성 요소는, 예컨대 자석을 둘러싸는 하우징일 수 있거나 자석 어레이가 위치된 자극편일 수 있다. 하우징은 냉각 유체에 대해 수밀할 수 있다. 지지 구조물도 제공됨으로서, 변형 수단은 지지 구조물에 대한 강성 요소의 일부의 위치를 변화시킨다. 위치 변화는 하우징의 유체 수밀성에 관한 하우징의 완전성을 변경시키지 않고도 수행될 수 있다. 자기장 발생기는 영구 자석 또는 전자석 어레이일 수 있다. 자기장 발생기는 표적의 표면 상에 플라즈마 레이스트랙을 유도할 수 있다. 마그네트론은 판형 마그네트론이거나 원통형 마그네트론일 수 있다. 자기장 발생기는 표적에 대해 이동하거나 고정적일 수 있다. 변형 주요부는 지지 구조물과 하우징 사이의 분리선을 따라 이격된 일련의 힘 활성 장치를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 표적 및 표적에 인접하고 강성 요소를 갖는 자기장 발생기를 갖는 스퍼터링 마그네트론을 조절하는 방법을 포함할 수 있으며, 상기 방법은 표적과 관련해서 자기장 발생기의 일부의 위치를 조절하기 위해 강성 요소를 국부적으로 변형시키거나 편향시키는 단계를 포함한다. 변형 또는 편향은 탄성적이거나 소성적일 수 있다. 변형은 가역적으로 탄성적인 또는 소성적인 방식으로 수행될 수 있다. 강성 요소는, 예컨대 자석을 둘러싸는 하우징일 수 있거나 자석 어레이가위치된 자극편일 수 있다. 하우징은 냉각 유체에 대해 수밀할 수 있다. 지지 구조물도 제공됨으로서, 변형 수단은 지지 구조물에 대한 강성 요소의 일부의 위치를 변화시킨다. 자기장 발생기는 영구 자석 또는 전자석 어레이일 수 있다. 자기장 발생기는 표적의 표면 상에 플라즈마 레이스트랙을 유도할 수 있다. 마그네트론은 판형 마그네트론이거나 원통형 마그네트론일 수 있다. 자기장 발생기는 표적에 대해 이동하거나 고정적일 수 있다.

본 발명은 또한 강성 요소 및 강성 요소를 국부적으로 변형시키거나 편향시키기 위한 수단을 포함하는 스퍼터링 마그네트론용 자기장 발생기를 제공할 수 있다. 자기장 발생기는 지지 요소와 협동할 수 있다. 국부 변형 또는 편향 수단은 복수개의 가압 장치를 포함할 수 있으며, 가압 장치의 상대적인 차등 작업으로 인해 국부적 변형 또는 편향이 일어난다. 자기장 발생기는 냉각 유체에 대해 수밀성이 있는 하우징으로 둘러싸일 수 있다. 양호하게는, 가압 장치의 작업은 하우징의 냉각 유체 수밀성에 대한 하우징의 완전성을 손상시키지 않는다. 자기장 발생기는 영구 자석 어레이를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 자기장 발생기와 상기 자기장 발생기와 결합된 표적을 포함하며, 상기 자기장 발생기는 상기 자기장 발생기의 적어도 일부의 위치를 상기 표적에 대해 변경시키기 위해 상기 강성 요소를 국부적으로 변형 또는 편향시키도록 개조된 조절 수단 및 사실상 강성인 요소를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비를 제공할 수 있다. 사실상 강성인 요소는 하우징에 수용된 자기 활성 요소를 포함하고 양호하게는 상기 하우징과 사실상 일치하는 소정의 한계 내에서 탄성적으로 변형되거나 편향될 수 있다. 이 방식에서, 상기 하우징의 변형 또는 편향은 상기 자기 활성 요소의 관련된 변형 또는 편향으로 변환될 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조해서 단지 예를 들어 본 발명을 설명하기로 한다.

이하, 도면을 참조하여 원통형 마그네트론 설비를 포함하는 특정 실시예 및 일정한 도면과 관련해서 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 범위는 여기에 제한되지 않으며 기술 분야에 대한 발명적인 공헌의 성질과 정신에서 벗어나지 않은 다양한 실시예와 균등한 구조/방법이 고안될 수 있다. 특히, 본 발명은 예컨대 고정식 자석을 구비한 마그네트론을 포괄하도록 원통형 마그네트론을 넘어 이동 자석을 포함한 판형 마그네트론에도 적용 가능하다.

이하, 특히 도8 및 도10 내지 도13을 간단히 참조하면, 원통형 마그네트론은 마그네트론의 작업을 조정하기 위해 예컨대 자석 어레이와 같은 마그네트론 자기장 발생기의 국부적 위치를 표적에 대해 조절하기 위한 설비를 포함한다. 예컨대, 결합된 기판 상에서 표적을 사실상 동일하게 침식시키고 그리고/또는 동일하게 막 층착시키기 위해, 표적의 침식율을 국부적으로 조절하거나 기판에 대한 증착율을 조절하는 것이 가능하다. 조정은 이하 상세히 설명하는 바와 같이 표적을 가로지르는 자기장 강도가 국부적으로 변경되도록 자석 어레이를 변형시키거나 편향시킴으로써 수행된다.

마그네트론 자기장 발생기는 각각 서로 독립적으로 사용될 수 있는 자기장 강도를 조절하기 위한 두 개의 개별 시스템을 가질 수 있다. 개략 시스템은 진공 시스템의 영향(기하 구조, 가스 유동, 양극 등)을 고려하면서 자기장 발생기를 구성하는 동안 조정된다. 시스템의 영향은 균일한 막대 자석와 같은 (즉, 도5에 도시된 바와 같은) 자기장 발생기를 도입하고 이런 특정한 막대 자석에 의해 생성되는 것과 같이 (즉, 도6에 도시된 바와 같이) 기판 상의 층 두께를 측정함으로써 한정될 수 있다. 층 두께 프로파일이 ±10 % 내에서 양호하게, 즉 최고점에서 최고점까지 20 %보다 작게 놓일 때마다, 개략 조정을 무시하고 미세 조정 시스템을 조절함으로써 아주 균일한 두께 프로파일을 얻을 수 있다.

그러나, 아주 균일한 막대 자석를 사용할 때 명백한 V 또는 Λ 형상이나 W 또는 M 형상 두께 프로파일이 관찰되면, 개략 조절을 행하도록 권고된다. 이 경우, 미세 조정이 여전히 빈틈없이 수행될 수 있으면서도 모든 증착 슬롯에 대한 개략 조정된 막대 자석의 교체 가능성은 보장된다. 사용자는 개략 조정 설정을 조절할 수 없지만, 미세 조정 시스템의 조절은 아주 신속하고 아주 정밀하고 사용자에게 친숙한 방식으로 이루어질 수 있다. 또한, 미세 조정 설정은 눈금 상에 판독되고 기록되어 새로운 실험 또는 생산 설정을 위한 기준으로서 나중에 사용될 수 있다.

다시 개략 조정 시스템을 보면, 통상적인 막대 자석 시스템의 단면이 상술한 도1에 도시된다. 영역 A₁및 영역 A₂에서의 자기장를 개별적으로 조절하기 위해 제안된 해결책들은 판형 마그네트론의 경우에 대해 도9에 도시된다. 모든 예에서, 영역 A₂는 접촉되지 않고 상태로 남지만 단지 영역 A₁만이 보다 용이하게 효과를 보기 위해 조절된다.

a) 이 경우는 A₁및 A₂영역 모두가 동등한 도1에 대응하는 중성적이고 대칭적인 기준 설정이다.

b) 이 경우 좌측 바깥쪽 자석(11)은 그 내측에서 (중심 자석(13)쪽으로) 좌측 바깥쪽 자석에 부착된 1/2 자석 두께의 측면 분로기(12)를 가지며, 좌측 자석(11)의 우측 반부측에서 나오는 모든 자기력선은 분리되고 좌측 자석의 좌측 반부측을 나오는 자기력선만이 중심 자석(13)에 도달할 수 있다. 이 상황은 사실상 좌측 자석의 좌측 반부에 위치된 1/2 폭의 좌측 자석과 일치한다. A₁은 어느 정도 균일하게 감소하는 반면 A₂영역은 약간 증가된다. 중심 자석(13)의 1/2 이상이현재 A₂영역의 형성에 참여하고 있다. 결국, 이런 측면 분로 기술은 A_i영역을 전체적으로 균일하게 줄이면서 대향 영역을 약간 증가시킴에 있어 아주 효과적이다.

c) 이 경우, b)의 경우가 중심 자석(13)의 A₁측, 즉 자석(11)쪽으로 부착된 유사한 측면 분로기(14)에 의해 더욱 확장된다. 비록 자기 강도를 전체적으로 감소시키지만, b)의 경우에서 관찰되는 바와 같이 A₂측에 대한 A₁의 상대적 크기를 변화시키지 않는다. 사실상, 이제는 중심 자석(13)도 (그 좌측이 분로기에 의해 단락되듯이) 약화되며 처음의 바깥쪽 우측 자석(15) 때문에 계속해서 실질적인 작은 바깥쪽 좌측 자석에 대해 A₁영역으로 작은 부분을 전달하고 A₂영역으로 보다 큰 부분을 전달한다.

d) 분로기의 사용은 본 출원에 대한 도입부에서 이미 설명되었다. 자기력선 분포는 두 개의 자석(11, 13) 사이에 있고 자기 공급원의 상부면보다 부분적으로 높이 위치된 자기 분로기(16)가 서로 다른 자석, 즉 바깥쪽 및 중심 자석(11, 13)의 대향하는 자극에서 나오는 자기장를 단락시킨다. 또한, 이런 접근법과 관련된 특허의 청구항에서 설명된 바와 같이, 이 형태는 특정 위치의 과도한 침식을 보상하기 위해 (도9d의 분로기 바로 위의 낮은 밀도의 자기력선에 의해 알 수 있는 바와 같이) 자기장 강도를 국부적으로 감소시킨다. 분로기(16) 바로 위의 도면 도2는 더 넓은 영역의 균일한 자기장, 결국 침식 홈의 가장 깊은 지점을 약간 제거함으로써 균일 침식을 발생시키기 위해 영역 A₁에서 편평하게 된 최소값과 대응해야한다. 9d의 자기 분로기(16)는 자기 공급원(예컨대, 이 경우 영구 자석)의 상부면 위에 부분적으로 위치되고 다른 자석들의 대향하는 자극의 자기력선을 주로 단락시키기 때문에, 실시예 9.d가 실시예 9.b, 9.c, 9.e, 9.f, 9.g 및 9.i와 다르다는 것은 명백하다. 반대로, 측면 분로기는 자기 수단의 상부면을 결코 넘지 않으며 주로 동일한 자석의 서로 반대되는 자극들의 자기력선을 단락시킨다. 결국, 9.d는 주로 A_i영역의 형상을 변형시키고 그 면적을 유지하면서 최고점을 제거하지만, 측면 분로기들은 주로 Ai 면적의 전체적인 감소에 초점을 둔다.

e) 이 경우는 좌측 바깥쪽 자석(11)의 좌측에도 부착된 유사한 분로기(17)에 의해 9.b를 더욱 확장한 것이다. 이제 좌측 자석의 좌측에서 나오는 대부분의 자기력선들은 좌측 분로기에 의해 분로되며, 좌측 자석의 우측에서 나오는 대부분의 자기력선들은 우측 분로기에 의해 분로된다. 좌측 자석의 중심 자기력선의 작은 부분만이 중심 자석(13)에 도달할 수 있다. 이 상황은 처음 좌측 자석에 대해 중심에 위치된 약 1/4 폭의 좌측 자석과 사실상 일치한다. A₁은 어느 정도 균일하게 감소하지만 A₂영역은 약간 증가된다. 중심 자석의 1/2 이상이 현재 A₂영역의 형성에 참여하고 있다. 결국, 이런 이중 측면 분로 기술은 A_i영역을 전체적으로 균일하게 줄이면서 대향 영역을 약간 증가시킴에 있어 아주 효과적이다. 사실, 9.h는 처음 좌측 자석에 대해 40 % 크기를 갖고 그 정확한 위치에 있는 좌측 자석을 보여준다. 비록 경우 9.h의 40 % 폭 자석이 여전히 9e의 이중 분로된 처음 자석보다 상당히 강한 것으로 생각되지만 자기력선 분포의 형태는 9.e 경우와 일치한다.

f) 이 경우는 경우 9.c의 기부 분로기(18)를 부착한다. 알 수 있는 바와 같이, 그 효과는 무시될 수 있을 정도로 작다. 이는 기부 분로기(18)가 최소 효과를 가짐을 보여준다.

g) 이 경우, 기준 9.a로부터 시작해서, 바깥쪽 좌측 및 중심 자석(11, 13) 사이에 1/2 자석 높이의 기부 분로기(18)가 도입된다. 비록 약간의 강도 감소가 관찰되지만 자기력선 분포의 형태는 크게 변화되지 않는다. 이는 A₁영역의 형상이 실질적으로 변화되지 않은 상태로 남지만 그 면적은 약간 감소함을 의미한다. (전체 자석 높이의 1/2보다 작게 남아 있는 동안) 기부 분로기 높이의 작은 변화는 A_i영역에 아주 작게 영향을 미친다.

h) 1/4 폭 좌측 자석(19)이 설명된 9.e 경우에 대한 설명을 참조하라.

i) 이 경우는 9.g를 더욱 확장한 것으로서, 기부 분로기를 자석 높이보다 낮게 유지하면서 기부 분로기(18)의 높이가 더욱 증가된다. 기대할 수 있는 바와 같이, 그 동작은 좌측 자석의 우측에서 나오는 자기력선들이 분로되고 중심 자석의 좌측에서 나오는 자기력선도 분로되는 9.c 경우와 아주 유사하다. 여기에서도 c)에 대한 설명이 유효하다. 그러나, 기부 분로기의 영향은 그 높이가 자석 높이의 1/2보다 높을 때 더 급격히 증가한다는 점이 흥미롭다. 따라서, 기부 분로기는 그 높이가 낮을 때 작은 변화에 대해 아주 정밀하지만 그 효과는 높이가 높을 때 훨씬 커진다.

j) 이 경우, 기준 9.a로부터 시작해서, 바깥쪽 좌측 자석(11)은 중심자석(13)에서 더 멀리 변위된다. 비록 이 경우의 효과는 도입부(예컨대, "b")에서 설명된 종래 기술과 어느 정도 유사성을 지니지만 결정적인 차이가 있다. 본 특허에서 설명된 바와 같은 자석의 변위는 순전히 레이스트랙을 변위시키며, 결국 보다 양호한 표적 침식을 발생시킨다. 그러나, 이 경우, 레이스트랙의 폭과 영역 A_i의 형상은 스퍼터 수율에 국부적으로 영향을 미치도록 변화된다. 자석이 더욱 멀어지면, 영역 A_i의 형상은 더 넓어지고 면적은 최대 효율의 중간 지점까지 증가된다. 자석이 더 멀리 이격되면, 영역은 더 넓어 지지만 자기장 강도는 최적 자기 병입 지점 아래로 떨어진다.

k) 및 l) 바깥쪽 좌측 자석(11)은 중심 자석(13)과 우측 바깥쪽 자석(15) 사이의 거리와 비교해서 중심 자석(13)에 가깝게 변위된다. 비록 전체적인 면적이 작아지고 자기장가 약화되고 낮은 스퍼터 수율이 얻어지더라도, 자기장 강도는 국부적으로 훨씬 높아지리라고(즉 A_i곡선에서의 날카로운 최고점) 기대할 수 있다. 바깥쪽 좌측 자석이 중심 자석(13)에 부착되는 지점까지 증가할 수 있고, 결국 전체 자기장 강도는 아주 낮아 진다.

비록 개별 자석을 변위시키고 측면 분로시키는 기술은 모두 자기장 강도의 국부적 조절을 실현함에 있어 아주 강력하지만, 측면 분로가 가장 실용적이다. 이 경우, 자석은 항상 사실상 동일 위치에 위치되며, 조절은 하나의 바깥쪽 또는 안쪽 자석에 부착된 또는 자석들 사이에 그러나 자석들의 상부면 아래에 위치된 정확한 형상의 연철 자극편을 위치시킴으로써 이행된다.

자기장 발생기의 자기 출력은 측면 분로에 의해 적어도 부분적으로 변경될 수 있으며, 예컨대 0.5 ㎜ 두께로부터 그리고 자기 활성 요소를 형성하는 자기 어레이의 측면에 국부적으로 하나 이상 여러 개의 금속 테이프 층을 적층함으로서 적용될 수 있다. 측면 분로는 자기 활성 요소를 형성하는 개별 영구 자석 또는 영구 자석 그룹의 자기장 강도를 국부적으로 변화시킬 수 있거나 전자의 병입 효과를 위해 통합된 자기장 강도를 국부적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 측면 분로기는 결합된 자석들의 상부면 위로 연장되지 않도록 그리고 자석 어레이 내에서 동일한 자석의 대향되는 자극의 자기력선을 자기적으로 단락시키도록 개조될 수 있다.

자기 어레이를 형성하는 모든 자석의 상부면 아래에 위치시키는 것은 자석들이 항상 표적에 가장 가까운 위치에 있고 수행되는 분로의 양에 독립해서 항상 동일한 하우징에 끼워지는 또 다른 장점을 갖는다.

분로기(6, 8)의 실질적인 이행은 도10에서 본 실시예에서 자석 어레이(1) 및 하우징(3)을 포함하는 자기 활성 요소 형태로 알 수 있다. 두 개의 바깥쪽 자석 어레이(5, 9)는 중심 자석 어레이(7)와 측면을 접한다. 분로기(8, 6)는 각각 자석 어레이 쌍(7, 9 및 5, 7) 사이에 위치된다. 분로기(6, 8)의 깊이는 자석 조립체(5, 7, 9)의 길이를 따라 변한다. 도6의 결과에 따라, 측면 분로기의 형상은 요구되는 조절을 수용하도록 점차 변화될 수 있다.

본 발명에 따르는 미세 조정 시스템은 선택된 개략 조정 기술에 독립해서 이용될 수 있다. 미세 조정 기구는 자기 활성 요소를 변형시키거나 편향시키도록 개조된 하나 이상의 힘 작동 장치의 형태로 실현된다. 이런 힘 작동 요소는 도12에도시되고 도11에서 적소에 도시된다. 각각의 힘 작동 장치(21 내지 25, a 내지 e)는 자기 활성 요소의 일부와 표적(4) 사이의 거리를 변경시키는 방식으로 이런 왜곡/편향을 이행하도록 개조된다. 이는 표적(4)의 침식부 영역에서 자기장 강도를 변경시키고 표적(4)으로부터 증착된 층의 증착 두께와 표적(4)의 국부화된 침식율 중 적어도 하나를 제어하기 위해 사용된다. 알 수 있는 바와 같이, 조립되고 도10에서 부분적으로 도시된 자석 어레이(1)로만 형성된 자기 활성 요소는 물에 의한 공격과 이로 인한 부식에 열려 있다. 이를 방지하기 위해, (도10에서) 자석 구조물(1)은 양호하게는 예컨대 용접에 의해 폐쇄된 스테인레스 강 캐비넷과 같은 폐쇄된 방수 하우징(3)에 장착된다. 하우징(3)은 양호하게는 강성이거나, 예컨대 자기 지지식인 강성 섹션으로 구성된다. 자석 하우징 구조물(3), 지지 구조물(20) 및 미세 조정 기구(21 내지 25)는 도11에 도시되지만, 조정 기구(21 내지 25) 자체는 도12에서 분해된 형태로 도시되고 도8에서 완전 조립체로서 도시된다. 도10의 조정된 자석 시스템은 자기 활성 요소를 형성하도록 (도11의 상부에 도시된) 자석 하우징(3) 내로 활주해서 하우징(3)에 단단히 수용된다. 그 후, 두 개의 달 형상 단부 캐핑부가 자석 하우징(3)의 양 단부를 밀봉하여 폐쇄시키며, 예컨대 냉각 유체와 같은 주변 환경과 어떠한 상호 작용도 방지한다. 자석 하우징(3)의 시일을 파괴시키지 않고는 또 다른 개략 조정이 불가능하게 된다.

자석 하우징(3)의 각 측면의 길이를 따르는 고정된 공간에서 자석 하우징(3)의 종축에 대해 경사진 홈을 한정하는 내부 블록(21)(도12의 "b") 형태의 조정부가 마련된다. 블록(21)은 지지 구조물(20)과 하우징(3) 사이의 분리선의 모서리를 따라서 사실상 동일한 길이로 자석 하우징(3)의 각 측면에 단단히 부착된다.

중심 지지 및 물 운반 튜브(2)는 내부 보강부를 함유한 구조물과 함께 연장된다. 지지 구조물(20)의 외부 케이싱은 일반적으로 원통 형상이며 주변 표적 튜브(4)의 내경보다 수 ㎜ 작은 외경을 갖는다. 지지 구조물(20)의 추가적인 보강부는 이중 기능을 갖는다.

ㆍ 긴 막대 자석 상의 쇠사슬 모양 굽힘을 절대 최소값으로 한정한다. 이들 힘은 중력으로 인해 또는 처리 동안의 다른 힘(예컨대, 물에 현수될 때의 부력)으로 인해 발생할 수 있다.

ㆍ 지지 구조물(20)이 사실상 변화되지 않고 있는 동안 자석 하우징(3)과 지지 구조물 사이의 국부 압축력 또는 인장력이 자석 하우징(3)의 상대적인 국부 변형으로 완전히 전이될 수 있도록 전체 지지 구조물의 강성을 개선한다.

결국, 지지 구조물(20)은 양호하게는 양 단부의 구멍(20)을 통과하는 저질량 경화 발포재로 충전된다. 최종적으로, 이들 구멍(28)도 또한 폐쇄된다.

특별한 그러나 비제한적인 구조적 형태의 조정 기구부(21 내지 25)에 대한 도면이 도12에 보다 상세히 도시된다. 지지 구조물(20)의 양 측면에서 그리고 (자석 하우징(3)에 부착된 부분(21)에 정확하게 대응하는) 자석 하우징의 길이를 따르는 고정된 공간에서, 외부 블록(22) 형태(도12의 "c")의 조정 기구(21 내지 25)의 또 다른 부분들이 부착된다. 외부 블록(22)은 각각 자석 하우징(3)의 종축에 대해 평행한 홈을 한정한다. 현재의 폐쇄된 자석 하우징(3) 및 현재의 발포제로 충전되고 폐쇄된 지지 구조물(20)은 활주형 쐐기(23)(도12의 "a")와 조절기 볼트(24) 형태의 리드 스크루(도12의 "d")를 도입함으로서 고정된 조정부(21, 22)를 거쳐 서로 연결된다. 지지 구조물(20)에 부착된 조정부(c)(22)는 전 조각에 결쳐 연장된 직선형 홈을 갖는다. 활주형 쐐기(a)(23)는 (b)(21)의 홈에 끼워지는 경사 스플라인과 (c)(22)의 홈에 끼워지는 (나사 구멍에 대해) 직선 스플라인을 포함한다. 활주형 쐐기(a)(23)는 (c)(22)의 홈에 끼워지는 스플라인의 외향 대면측 상의 기준 마크와 볼트(d)(24)의 나사에 대응하는 나사 구멍을 갖는다. 일 예에서, 내부 블록(b)에 의해 한정된 경사진 홈의 각도는 비교적 작으며, 양호하게는 15˚보다 낮다.

지지 구조물(20) 상에 자석 하우징(3)을 장착하고 부분(c)의 분기된 단부 내에 부분(b)을 끼운 후, 쐐기(a)가 부분(c)의 외측 개구를 통해 도입되고 이어서 볼트(d)가 부분(c)의 나사부가 없는 유격 구멍을 통해 장착되어 쐐기(a)에 나사 체결된다. 장착 볼트(d)를 부분(c)을 통해서 완전히 나사 체결한 후, 소형 나사(e)(25)가 예컨대 용접에 의해 볼트(24)의 타 측면에 고정되어서, 볼트(24)가 제거되는 것을 방지한다.

시스템이 가장 연장된 위치에 있을 때(도12의 I), 쐐기(23)를 타측으로 이동시키기 위해서는 볼트(24)를 반시계 방향으로 회전시켜야 하며, 그동안 부분(b)은 부분(c) 내에서 아래로 조금 이동한다. 동시에, 부분(b)이 이동하면 결국 자석 하우징(3)은 국부적으로 하향 이동하지만, 나사(e)는 볼트(b)가 부분(c)에서 회전되어 빠지는 것을 방지한다.

조정 시스템이 가장 콤팩트한 위치(도12의 Ⅱ)에 있을 때, 볼트(24)를 반시계 방향으로 회전시키면 쐐기(23)를 타측으로 이동시키고, 그 동안 부분(b)은 부분(c)에서 밀려 올라간다. 동시에, 부분(b)은 자석 하우징(3)을 국부적으로 밀어 올리며 자석 하우징(3)을 상향으로 편향/변형시키지만, 볼트(d)(24)의 헤드는 부분(c)에 힘을 가한다. 부분(b)에서의 경사 각도는 비교적 작기 때문에, 쐐기(23)(a)의 큰 변위는 부분(c)에 대한 부분(b)의 작은 상향 변위에 일치한다. 이런 큰 저감 인자는 여러 이유로 인해 중요하다.

ㆍ 그것은 부분(c) 내에서 부분(b)을 아주 정밀하게 위치시킨다.

ㆍ 그 최대 토오크 수준까지 멀리서 응력을 받는 용이하게 조절 가능한 볼트에 자석 하우징을 변형시키시 위해 거대한 힘을 저감시킨다.

부분(c)에 눈금을 메기고 쐐기(a) 상의 기준 표시를 사용함으로써 추가적인 기능성이 더해질 수 있다. 이 눈금 상에서 밀리미터 미만의 정밀도가 용이하게 얻어질 수 있으며 볼트(d)의 각방향 위치와 결합될 수도 있다. 결국, 일정한 위치를 용이하게 점검할 수 있고, 다른 조건을 얻기 위해 얼마나 많이 더하거나 빼야 하는지 알 수 있으며, 특정한 설정에 대응하는 절대값을 기록할 수 있다. 하나의 예시적인 실무적 이행에서, 경사진 홈의 각도는 5.73˚이고 쐐기의 전체 범위는 50 ㎜이다. 볼트는 M5형이고 회전당 8 ㎜의 피치를 갖는다. 5.73˚의 경사로 인해서, 약 40 ㎜보다 많이 쐐기를 이동시키는 것은 부분(c)에 대해 부분(b)을 수직하게 약 4 ㎜보다 많이 이동시키는 것에 대응한다. 시스템을 규제함에 있어 최상의 정밀도로 취한다고 가정하면, 쐐기(a)를 0.2 ㎜ 그리고 부분(b)을 20 ㎛ 이동시키는 대응하게 볼트를 90˚보다 많이 회전시킨다. 부분(c)에 대한 부분(b)의 상대적 이동은자석 하우징(3), 따라서 그 내부에 수용된 자석 어레이(1)의 이동으로 전이되지만, 그 구조의 결과로서 지지 구조물의 강성 때문에 지지 구조물(20)의 이동으로 전이되지 않는다.

실험에서 보여주는 바에 따르면, 변형 또는 편향에 의해 표적 표면(4)에 대해 자기 활성 요소(1) 내의 자석 어레이(1)를 1 ㎜ 이동시키는 것은 5 %의 자기장 강도의 변화와 일치한다. 자석은 상기 미세 조정 기구로써 (최고점에서 최고점까지) 적어도 4 ㎜ 범위보다 많이 이동될 수 있기 때문에, 자기장 강도는 약 20 %에서 조절될 수 있다. 특수한 경우, 다양한 자기장 강도가 양호하게 한정된 영역을 갖는 사전-조정된 불균일한 막대 자석은 그 최종 층 두께 균일성(즉, 도6 유형의 비교)과 비교된다. 이 경우, 층 두께와 자기장 강도 사이에는 선형 관계가 발견되었으며 경사 인자는 1에 가까웠다. 결국 이런 특수한 경우, 예컨대 5 %의 자기장 강도의 변화는 마찬가지로 약 5 %의 층 두께의 비례적인 변화에 대응한다.

상기 미세 조정 시스템으로 얻어질 수 있는 정밀도를 고려하고 상기 예에서 주어진 도면을 사용하기로 한다. 즉, 볼트를 90˚보다 많이 회전시키면 결국 20 ㎛의 자석 변위를 가져오며, 이는 다시 0.1 %의 자기장 강도의 변화에 대응하고 몇몇 경우에 0.1 %의 층 균일성의 변화에 대응한다. 공차는 양호하게는 ±5%(즉, 최고점에서 최고점까지 10 %) 내지 ±1.5%(즉, 최고점에서 최고점까지 3 %) 사이이기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 미세 조정 시스템은 이들 필요 조건에 대처하기에 아주 충분할 정도로 정밀하다.

실생활 형태에서는 몇 가지 조정 조건이 사용될 수 있다(도13은 간극(29)이완전 폐쇄되거나 완전 개방된 양 끝의 설정을 보여준다). 대향하는 조정 세트(즉, 도13의 평면도에서 좌측 세트 및 우측 세트)를 단독으로 조정하면 도3의 영역 2 문제들을 해결할 수 있게 된다. 대향하는 조정 세트를 동일하게 조절하면 자기장 강도의 증가 및 감소 모두가 얻어질 수 있는 영역 3의 문제를 해결할 수 있게 된다. 개별 조정 세트의 조절은 어떤 문제도 일으키지 않는다. 자석 하우징에 부착된 부분(b)의 전체 길이는 부분(b)을 수용하기 위해 사용된 부분(c) 분기부의 리세스보다 어느 정도 작다. 결국, 단일 조정 세트를 조절하면 인접한 세트들은 부분(b)과 부분(c) 사이에 측력을 작용하지 않고도 측방으로 약간 이동된다. 또한, 부분(b)이 부분(c) 내에서 갖는 작은 유격은 인접한 미세 조절 세트들이 대향 방향으로 조절되는 경우 어느 정도의 피봇 동작을 감안한다.

대부분의 상황을 수용하는 데 필요한 미세 조정 세트의 양은 기판의 폭에 걸쳐 요구되는 정밀도와 막대 자석의 길이에 의존한다. 그러나, 여러 가지 가이드라인이 적용될 수 있다. 대향하는 세트들의 최소의 갯수는 미터 단위의 막대 자석 길이보다 적어도 하나가 크다. 막대 자석의 길이가 예컨대 1.5 m라면, 시스템의 기계적 강성도 때문에 세 개 이상의 대향하는 세트(즉, 전체적으로 여섯 세트)가 추천되는 최소의 갯수이다. 3.5 m 길이보다 긴 큰 막대 자석은 적어도 다섯 개의 대향하는 세트를 필요로 한다. (예컨대, 50 ㎝의 막대 자석에 대해서) 양 단부에 단지 두 세트만을 갖는다면 기판 폭을 가로지르는 선형적인 점진적 변화의 도입만을 허용한다. 사용되는 세트가 많을수록 더 복잡한 형상이 설정될 수 있다. 그러나, 다섯 세트보다 많게 되면 그것이 실제로 요구되는지 여부에 대해 신중하게 고려할 필요가 있다. 도6은 이미 단지 다섯 세트에 의해 사실상 조절될 수 있는 아주 복잡한 상황을 도시한다. 가장 공통적인 V 또는 Λ 형상의 분균일성은 단지 대향하는 세 개의 세트들에 의해 해결될 수 있다. 그러나, W 또는 M 형상은 다섯 세트의 구조에 의해서만 조절될 수 있다. 실제로, 조절은 베이지어(Bezier) 곡선 또는 스플라인 알고리즘에 따르는 (대향하는 미세 조정 세트의 수에 대응하는) 다수의 지점을 통과하는 완만한 선들을 도시함로써 비교될 수 있다.

제안된 조절형 막대 자석 시스템은 기존 종래 기술의 해법을 넘어선 중요한 여러 장점을 갖는다.

ㆍ 해결책은 예컨대 원통형 및 판형(고정식 또는 이동 자석) 모두와 같은 많은 유형의 마그네트론에 적용될 수 있다.

ㆍ 자기장 강도는 자기 공급원(예컨대 영구 자석)에 인접해서 양호하게는 높지 않게 위치된 측면 분로기를 사용함으로써 아주 정밀하게 조절될 수 있다.

ㆍ 자기장 강도는 대향하는 극성의 자석에 대해 하나의 극성을 갖는 자석을 변위시킴으로써 아주 정밀하게 조절될 수 있다.

ㆍ 제안된 개념에 의해 얻어질 수 있는 자기장 강도의 균일성에 대한 미세 조정 정도는 아주 높고 절대적이고 눈금을 판독함으로써 아주 용이하게 양자화될 수 있다.

ㆍ 제안된 개념에 의해 얻어질 수 있는 스퍼터 수율의 균일성에 대한 미세 조정 정도는 아주 높고 절대적이고 눈금을 판독함으로써 아주 용이하게 양자화될 수 있다.

ㆍ 제안된 개념에 의해 얻어질 수 있는 스퍼터 증착된 층 두께의 균일성에 대한 미세 조정 정도는 아주 높고 절대적이고 눈금을 판독함으로써 아주 용이하게 양자화될 수 있다.

ㆍ 자석은 물에 침지되지 않으며 결국 쉽게 부식되지 않는다.

ㆍ 자기장 강도를 조정하더라도 내식 완전성을 해치지 않으며 어떤 원하는 순간에 수행될 수 있다.

ㆍ 마그네트론 효율을 최적화하는 레이스트랙의 단일 측면에 대한 조정이 가능하다.

ㆍ 막대 자석 하우징으로 인해 냉각수가 표적 튜브에 근접하게 되어서 최적화된 열 전달 및 냉각 효율이 얻어진다.

ㆍ 막대 자석 외부 하우징에는 난류성 물 유동을 개선하는 지형이 마련될 수 있고, 이로써 냉각 효율이 더욱 개선된다.

ㆍ 자기 수단의 일부의 기계적 변형을 제어함으로써 표적 표면과 자기 수단 사이의 거리를 변화시키는 방법이 마련된다.

ㆍ 회전 운동을 수직 횡단 운동으로 전이시키기 위한 시스템이 마련되며, 이 시스템은 이런 운동에 수직한 선형 눈금에 의해 횡단 운동을 정밀하게 판독한다.

제안된 조절형 자석 형태는 다음에도 적용될 수 있다.

ㆍ 표적 표면의 상당 부분에 걸쳐 균일하고 균질한 자기장 강도를 얻기 위한 개략 조정

ㆍ 표적 표면의 상당 부분에 걸쳐 균일하고 균질한 자기장 강도를 얻기 위한미세 조정

ㆍ 표적 표면의 상당 부분에 걸쳐 균일하고 균질한 침식을 얻기 위한 개략 조정

ㆍ 표적 표면의 상당 부분에 걸쳐 균일하고 균질한 침식을 얻기 위한 미세 조정

ㆍ 기판 폭의 상당 부분에 걸쳐 스퍼터 증착에 의한 균일하고 균질한 증착 층 두께를 얻기 위한 개략 조정

ㆍ 기판 폭의 상당 부분에 걸쳐 스퍼터 증착에 의한 균일하고 균질한 증착 층 두께를 얻기 위한 미세 조정

본 발명은 자기장 강도를 조절함에 있어 아주 높은 정밀도 및 사용자 친화도와 함께 가능한 자석 조절시 보다 큰 융통성을 마그네트론 스퍼터링에 제공한다.

영역 2 및 영역 3의 불규칙도는 개별적으로 조절될 수 있다. 자기장 강도의 아주 높은 차이가 얻어질 수 있고 아주 높은 절대값 자기장 강도도 얻어질 수 있다. (예컨대, 중립 위치에 있고 도4에 도시된 것과 같은) 정확히 동일한 적용을 위한 기존의 상용 자석 형태와 비교해서, 신규 발명의 중립 자기장 강도는 약 60 %가 높다.

당업자라면 본 발명에 따르는 조절형 자기장 발생기가 자기장 강도를 조절하기 위한 두 개의 시스템 중 적어도 하나를 포함함을 알 것이다. 첫번째 시스템은 대략 조절을 위한 것으로 양호하게는 단지 특수 진공 피복기 시스템의 가스 유동 및/또는 기하 구조에 의해 발생된 불규칙성을 보상하도록 수행되어야 한다. 이 시스템에 의해, 자기장 강도는 예컨대 +0 % 및 -40 % 내에서 국부적으로 조절될 수 있다. 가장 불량하게 보상되더라도, 자기장 강도는 자기 병입을 유지하기에 충분하게 큰 상태로 남아 있고 사실상 상용 자기 시스템의 중립 위치와 일치한다. 바깥측 또는 내측 자석 상에서 그리고 자석의 좌측 또는 우측 정박부 상에서 측면 분로기의 정확한 위치는 필요한 전자의 병입을 유지함에 있어 중요한 역할을 한다.

두번째 조절 시스템은 최종적인 수 %의 균일성을 얻기 위해 필요한 미세 조절을 위한 것이다. 이 시스템에 의해, +10 % 내지 -10 %의 국부 조절이 자기장 강도의 약 0.1 %의 정밀성을 갖고 규제될 수 있다. 양 조절 시스템은 A₁및/또는 A₂영역 중 어느 한 영역 또는 이들 모두 상에서 작용한다.

자석 구조물 및/또는 지지 구조물의 소성 및/또는 탄성 변형/편향은 양호하게 제어된다. 탄성 변형은 미세 조정 시스템에서 발생할 수 있으며 이 경우 전체 변형량은 초점이 미세하게 조절되기 때문에 다소 제한된다. 또한, 지지 구조물은 비교적 크며 자석 구조물이 조절될 때 절곡되지 않는 강성 구조를 얻기 위해 내부적으로 강화된다. 결국, 미세 조정 조절은 절대적이다.

자기 활성 요소의 변형 또는 편향은 자기 활성 요소의 하나 이상의 부분에 제한될 수도 있다. 자기 활성 요소의 또 다른 부분은 양호하게는 사실상 독립적인 조절 수단에 의해 위치적으로 고정되거나 조절 가능하다. 자기 활성 요소는 분열부, 만입부, 절개부 또는 주름 영역과 같이 강성도, 즉 기계적 강도를 줄이도록 개조된 형상 또는 형태의 적어도 하나의 특징부를 포함할 수 있으며, 상기 특징부는예컨대 그것의 자극편에 적용된다.

본 발명에서, 전체 자석 구조물, 즉 자석, 연철 자극편 및 중간 쐐기들은 양호하게는 냉각 유체 및 자석 사이의 접촉을 방지하도록 수용된다. 예컨대, 하우징, 상세하게는 스테인레스 강 하우징과 같은 방수 하우징에 수용된다. 표적 튜브 내의 신규한 조절형 자석 구조물의 조립체는 다르게는 부식을 일으킬 수도 있는 자기 활성 요소를 형성하는 각각의 자석 또는 그 자석 상의 어떤 보호성 피막을 손상시킬 위험을 갖지 않는다. 미세 조정은 자석 구조물이 방수 하우징에 있는 동안 수행될 수 있어서, 수분 침입에 의한 모든 위험이 배제될 수 있다.

편향을 돕기 위해서, 자기 활성 요소의 기계적 강성도를 저감시키도록 측정이 이루어 수 있다. 이는 예컨대 개별 부분들로서 서로 연결되고 서로에 대해 이동 가능한 분할된 구성 요소를 이용함으로써 달성될 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 기계적 강도는 어레이(1)을 형성하는 자석 내로 주름 영역 또는 만입부/절개부를 제공함으로써 감소될 수 있다.

본 발명은 자석 어레이가 원통형 표적을 기준으로 고정된 또는 이동하는 원통형 마그네트론뿐만 아니라 자석 어레이가 판형 표적을 기준으로 고정된 또는 이동하는 판형 마그네트론에도 적용될 수 있다. 본 발명에서 회전하는 원통형 표적 튜브에 적용될 때, 내부의 표적 표면에 대한 최적 냉각이 달성된다.

특히 도14a 및 도14b를 잠깐 참조하면, 본 발명의 실시예가 예로서 판형 마그네트론에 적용된 개략적인 형식으로 도시된다. 도14a에서, 각 코너 영역에 위치된 간극 조정 기구(210) 형태의 조절 수단에 의해 사실상 강성인 지지 구조물(200)상에 지지된 사실상 판형 자기 활성 요소(100)가 도시된다. 좌측 도면은 단부도이고 우측 도면은 측면도이다. 간극 조정 기구(200)는 편리하게 도12와 관련해서 상술한 것들과 동일한 또는 균등하게 작동하는 조절형 기구를 포함하며, 도14a에서 이들 간극 조정 기구가 연장되지 않음을 알 수 있다. 도14b에서, 자기 활성 요소(100)의 일 단부에 있는 두 개의 조정 기구(210)는 그 단부를 상향으로 변형시키거나 편향시킴으로써 표적(4)의 침식면 영역의 자기장 강도를 국부적으로 변경시키도록 조절 수단에 의해 조절된다. 각 코너의 조정 기구(210)는 자기장 강도 조절시 최대의 유용한 가요성을 제공하기 위해 상호 독립적으로 작동할 수 있다.

각 실시예에서 냉각수는 양호하게는 표적 튜브 모서리에 가까워지도록 강제되며 최적의 열전달이 얻어진다. 하우징과 지지 또는 표적 재료 사이의 비교적 좁은 거리 때문에 층류는 주요한 냉각수 유동 양식이 될 수 있다. 이는 최적의 열전달을 위해 이상적이지 않으며, 하우징 또는 지지 구조물 중 적어도 하나 상에 있는 전용 지형적 특징부들은 냉각수가 자기 활성 요소 위로 또는 이에 근접하게 유동할 때 난류를 발생시키도록 적용되고 개조될 수 있다.

Claims (37)

1. 자기장 발생기 및 상기 자기장 발생기에 결합된 표적을 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비이며,

   상기 자기장 발생기는 자기 활성 요소와, 상기 자기장 발생기의 적어도 일부의 위치를 상기 표적에 대해 변경하기 위해 상기 자기 활성 요소를 국부적으로 변형시키거나 편향시키도록 구성된 조절 수단을 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
2. 제1항에 있어서, 상기 변형 또는 편향은 소성적이거나 탄성적일 수 있으며, 양호하게는 가역적으로 그러할 수 있는 스퍼터링 마그네트론 설비.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 변형 또는 편향은 상기 표적의 침식면을 가로지르는 플라즈마 레이스트랙의 유도 또는 자기장 강도를 변경하기 위해 사용되는 스퍼터링 마그네트론 설비.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변형 또는 편향은 기판 상의 막 증착 두께를 제어하는 데 사용되는 스퍼터링 마그네트론 설비.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조절 수단은 지지 구조물과 상기 자기 활성 요소 사이의 분리선을 따라 이격된 일련의 힘 작동 장치를 포함하며, 상기 변형 또는 편향은 양호하게는 하나 이상의 상기 힘 작동 장치의 영역에서 상기 지지 구조물과 자기 활성 요소 사이의 상대적 이동을 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
6. 제5항에 있어서, 상기 힘 작동 장치는 상기 자기 활성 요소의 하나 이상의 소정 부분에 국부화된 힘, 양호하게는 굽힘 모멘트를 기계적으로 적용함으로써 상기 변형 또는 편향을 적용하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 복수개의 상기 힘 작용 장치는 상기 자기 활성 요소의 소정의 변형 또는 편향을 발생시키기 위해 조합하여 사용되는 스퍼터링 마그네트론 설비.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힘 작동 장치는 서로에 대해 다른 방향 또는 평면에서 주행하고 또한 공통 변위 요소를 안내하는 트랙-웨이를 각각 한정하는 한 쌍의 결합된 조정 부재를 포함함으로서, 상기 변위 요소가 상기 트랙-웨이를 따라 적어도 일 방향으로 이동하면 하나의 상기 부재가 다른 상기 부재로부터 멀리 변위되는 방식으로 상기 부재들 사이의 상대적 이동을 일으키는 스퍼터링 마그네트론 설비.
9. 제8항에 있어서, 상기 부재들 사이에서의 상대적 이동은 상기 자기 활성 요소의 편향 또는 변형을 수행하기 위해 사용되는 스퍼터링 마그네트론 설비.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1 조정 부재는 다른 상기 부재에 의해 그 자유도가 제한되며, 양호하게는 제1 조정 부재는 상기 제1 조정 부재에 의한 편향력 또는 변형력을 상기 자기 활성 요소에 적용하는 평면에서 단지 상기 제2 조정 부재로부터 또는 제2 조정 부재쪽으로만 이동할 수 있도록 되는 스퍼터링 마그네트론 설비.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조절 수단은 상기 트랙-웨이를 따라 상기 변위 요소를 이동시키도록 구성된 조절 장치를 추가로 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
12. 제11항에 있어서, 상기 조절 장치는 상기 조정 부재의 종축을 따라 유격 구멍을 관통하고 양호하게는 포획된 나사 조절기를 포함하며, 상기 변위 부재는 이를 관통하는 나사 구멍을 포함하며, 상기 나사 조절기는 조절기가 회전하면 상기 변위 부재가 트랙-웨이를 따라 병진 이동하고 그럼으로서 상기 회전을 상기 조정 부재들 사이의 상대적 변위로 전환하되도록 상기 나사 구멍을 통과하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조절 수단은 상기 자기 활성 요소에 인가된 상기 변형량 또는 편향량을 피드백하기 위한 수단을 추가로 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
14. 제13항에 있어서, 상기 피드백 수단은 상기 변위 요소의 상기 트랙-웨이에서의 이동을 또 다른 상기 조정 부재와 관련해서 하나의 상기 조정 부재의 변위에 관련시키는 눈금을 포함하며, 상기 눈금은 양호하게는 사용자가 볼 수 있고 보다 양호하게는 상기 조정 부재를 따르는 눈금과 대조되는 상기 변위 부재 상의 지시자를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조절 수단은 상기 자기장 발생기 및 상기 표적 사이의 간극을 미세하게 조절하도록 구성되는 스퍼터링 마그네트론 설비.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 자석이 위치된 자극편을 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 자기 활성 요소는 상기 자기장 발생기를 둘러싸는 하우징을 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
18. 제17항에 있어서, 상기 하우징은 냉각수에 대해 사실상 수밀성이 있으며, 이러한 수밀 완전성은 양호하게는 상기 자기 활성 요소가 변형되거나 편향되는 동안 그리고 그 후에도 유지되는 스퍼터링 마그네트론 설비.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 하우징 또는 지지 구조물 중 적어도 하나는 사용시 상기 표적의 적어도 일부에 근접하게 또는 그 위로 냉각수의 유동을 안내하고 사용시 상기 유동에 난류를 발생시키도록 구성된 하나 이상의 지형적 특징부를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 영구 자석 또는 전자석 어레이를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 상기 표적의 표면 영역에서 플라즈마 레이스트랙을 유도하며 그 레이스트랙은 상기 변형 또는 편향 인가 수단에 의해 조정 가능한 스퍼터링 마그네트론 설비.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 판형과 원통형 마그네트론 중 적어도 하나의 마그네트론 내에 포함되며, 상기 판형 마그네트론은 양호하게는 고정 자석과 이동 자석 중 적어도 하나를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 설비.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 상기 표적에 대해 이동하도록 구성된 스퍼터링 마그네트론 설비.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 발생기(20, 3)는 상기 표적(4)에 대해 고정되어 유지되도록 구성된 스퍼터링 마그네트론 설비.
25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변형 또는 편향은 상기 자기 활성 요소의 하나 이상의 부분들에 제한되며, 상기 자기 활성 요소의 다른 부분은 양호하게는 위치적으로 고정되거나 사실상 독립적인 조절 수단에 의해 조절 가능한 스퍼터링 마그네트론 설비.
26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 활성 요소는 분열부, 만입부, 절개부 또는 주름 영역과 같이 강성도 또는 기계적 강도를 줄이도록 구성된 형상 또는 형태의 적어도 하나의 특징부를 포함하며, 상기 특징부는 예컨대 그 자극편에 적용되는 스퍼터링 마그네트론 설비.
27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 발생기의 자기적 출력은 측면 분로에 의해 적어도 부분적으로 변경되는 스퍼터링 마그네트론 설비.
28. 자기장 발생기(5-9)의 자기 활성 요소를 양호하게는 국부적으로 변형 또는편향키는 단계와 그러함으로써 결합된 표적(4)에 대해 상기 자기장 발생기(5-9)의 적어도 일부의 위치를 변경시키는 단계를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 제어 방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 위치를 소성적이거나 탄성적으로 변경하고, 양호하게는 가역적으로 그러할 수 있는 스퍼터링 마그네트론 제어 방법.
30. 제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 표적의 침식면을 가로질러 플라즈마 레이스트랙을 유도하거나 자기장 강도 중 적어도 하나를 변경하기 위해 상기 강성 요소를 변형시키거나 편향시키는 단계를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 제어 방법.
31. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 발생기의 지지 구조물에 단단히 고정된 또 다른 조정 부재와 관련해서 상기 자기 활성 요소에 단단히 고정된 하나의 조정 부재를 이동시킴으로서 상기 변형 또는 편향을 발생시키는 단계를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 제어 방법.
32. 제31항에 있어서, 각각의 상기 조정 부재의 트랙-웨이를 따라 변위 요소를 동시에 이동시킴으로써 상기 조정 부재들 사이에서 상기 상대적 이동을 발생시키는 단계를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 제어 방법.
33. 제32항에 있어서, 리드 스크루 설비에 의해 상기 변위 요소를 이동시키는 단계를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 제어 방법.
34. 제28항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표적의 표면을 가로질러 발생된 플라즈마 레이스트랙을 조정하기 위해 또는 상기 표적으로부터 기판 상으로의 막 증착을 조정하기 위해, 상기 자기 활성 요소와 상기 표적 사이의 간극에 대한 조절, 양호하게는 미세한 조절을 수행하는 단계를 포함하는 스퍼터링 마그네트론 제어 방법.
35. 자기 활성 요소와 상기 자기 활성 요소의 국부적 변형 또는 편향을 위한 조절 수단을 포함하는 스퍼터링 마그네트론용 자기장 발생기.
36. 제35항에 있어서, 상기 조절 수단은 그 작업이 상기 자기 활성 요소의 국부적 변형 또는 편향을 가져오는 복수개의 힘 작동 장치를 포함하는 스퍼터링 마그네트론용 자기장 발생기.
37. 제35항 또는 제36항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 자기 활성 요소의 일부를 형성하는 수밀성 하우징에 수용되며 상기 변형 또는 편향은 상기 하우징의 수밀 완전성을 손상시키지 않는 스퍼터링 마그네트론용 자기장 발생기.