KR20040043046A - 마그네트론 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법 - Google Patents

마그네트론 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법 Download PDF

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Abstract

마그네트론 스퍼터링 장치 및 마그네트론 스퍼터링 방법이 개시된다. 개시된 마그네트론 스퍼터링 장치는, 방전가스 인입구와 방전가스 배출구를 포함하는 진공챔버와, 진공챔버 내부에 마련되고 기판이 안착되며 상하로 동작하는 기판 홀더와, 기판 홀더와 대향하고 기판 홀더의 중심축에 편심되어 중심축을 중심으로 원운동하며, 상기 기판보다 작은 크기의 타겟 전극과 그 배면에 고정된 마그네트론을 포함하는 자기회로부 및, 자기회로부를 원운동시키며 기판 홀더의 중심축으로부터의 거리를 조절하는 구동부를 구비한다. 본 발명은 박막의 균질도를 향상시키고 스텝 커버리지 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

마그네트론 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법{Magnetron sputtering apparatus and method thereof}
본 발명은 마그네트론 스퍼터링 증착 장치 및 스퍼터링 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 및 다른 전자소자를 제조하는 공정에 있어 기판상에 박막을 형성하는 마그네트론 스퍼터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
마그네트론 스퍼터링 기술은 장치 조절의 용이성으로 인해 반도체 또는 다른전자소자를 제조하는 공정에서 기판상에 박막을 형성하는 기술로 일반적으로 사용된다. 평면 마그네트론 스퍼터링 장치는 고증착율, 낮은 제조단가, 방출 전자 제한 및, 내화 금속 및 화합물에 용이하게 적용할 수 있는 등의 장점으로 인해 마이크로전자 소자 및 광학 소자의 제조에 폭넓게 사용되고 있다.
종래 스퍼터링 장치에 있어, 박막을 생성하는 물질로 이루어진 타겟과 증착 기판은 진공 용기 또는 챔버 내 서로 대응하도록 배열되고, 아르곤 기체와 같은 방전 가스는 반응 용기 내부를 고진공을 유지한 상태에서 용기 내부로 주입된다. 방전은 타겟에 음전압을 인가함으로써 시작되고 방전으로 인해 이온화된 가스 분자, 즉 이온은 음전압에 의해 가속되어 타겟에 충돌하고 타겟의 표면으로부터 코사인 법칙에 따라 다양한 방향으로 스퍼터된 원자를 방출시켜 스퍼터된 원자들의 일부를 기판 상에 증착하여 박막을 형성한다.
도 1은 종래의 통상적인 스퍼터링 장치를 나타내고 있다. 진공 챔버 내부(11)에 기판(15)을 안착시키는 기판 홀더(14)가 위치하고 있으며, 기판 홀더(14)에 대향하여 타겟 전극(17)이 위치한다. 마그네트론 스퍼터링 장치에서는 타겟 전극(17) 후방에 자석(19)을 배치하여 일정한 방향의 자기력선(20)을 형성시킨다. 또한, 공정시 기판 홀더(14) 및 타겟 전극(17)에 전압을 인가할 수 있도록, 진공 챔버(11) 외부에는 전원 공급부(21)가 마련되어 있다. 그리고, 진공 챔버(11)에는 방전 가스를 주입할 수 있도록, 가스 인입구(12)가 마련되어 있으며, 또한 진공을 유지하기 위해 방전 가스등을 배출시키는 토출구(13)가 마련되어 있다. 토출구(13)는 초기 고진공을 얻거나, 공정중에 원하는 진공도를 유지시키기 위한 것으로, 고성능 펌프와 연결되어 있다.
통상적인 스퍼터링 공정에서는 타겟(18)과 기판(15) 사이의 거리는, 미국특허 제5,770,025호에서 개시된 바와 같이, 스퍼터링 공정 압력으로 사용되는 10-2내지 10-3Pa에서 방출된 타겟(18) 원자가 방전 가스 분자와 충돌하지 않고 도달할 수 있는 거리인 30 내지 60mm 정도이며, 타켓(18)은 기판(15)의 직경보다 일반적으로 1.5배 더 큰 것이 사용된다. 반도체 소자 또는 다른 전자 소자의 제조 공정에 있어서도, 일반적으로 타겟(18)의 직경은 기판(15)의 직경보다 큰 것이 사용되는데, 이는 보다 균일한 두께의 박막을 얻는데 유리하기 때문이다. 큰 직경을 가지는 타겟(18)은 비용적 측면에서도 고가이며, 스퍼터링되는 부위가 타겟(18)의 일부위에 한정되므로 작은 타겟을 사용하는 경우에 비하여 비효율적이다. 하지만, 종래의 스퍼터링 장치에서는 작은 타겟을 사용할 경우 박막 두께가 균질하지 않은 단점이 있다.
도 2는 종래의 스퍼터링 장치에서 축방향 원형 표면으로부터 정지된 홀더 상에 증착되는 박막의 균질도의 변화를 거리에 따라 보인 그래프이다. 원형의 타겟 지름은 8인치이고 기판 크기는 6인치이다.
도 2를 참조하면, 박막 두께의 균질도는, 그래프 f1 및 f2로부터 타겟과 기판사이의 거리가 증가할수록 향상되는 것을 알 수 있다. 하지만, 타겟 분자가 방전 가스의 분자와 충돌하지 않고 기판에 도달할 수 있는 거리는 30 내지 60mm이므로 종래의 스퍼터링 장치를 이용하여 박막의 균질도를 향상시키기에는 충분하지 않다.
도 3a 내지 3c는 종래의 스퍼터링 방법으로 기판 상에 미세한 트렌치를 채우는 과정을 보이고 있다. 최근에 기술의 발달에 따라 더욱 미세하게 형성되는 이러한 트렌치들은 보통의 스퍼터링 기술로 완벽하게 채우는 것이 불가능하다. 도 3a를 참조하면, 기판(31)에 형성된 트렌치(32)에 타겟 물질(33)이 경사각을 가지고 입사하므로 도 3b에 도시된 바와 같이, 트렌치(32)의 개구 근처에 타겟 물질(33)이 증착되어, 도 3c에 도시된 바와 같이 타겟 물질(33)이 트렌치(32)를 완전히 채우지 못하고 빈 공간이 생긴다. 따라서, 기판(31)보다 큰 타겟을 이용하는 종래의 스퍼터링 장치는 스텝 커버리지 특성이 떨어진다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 작은 타겟과 대형 기판을 채용하면서 박막 두께의 균질도와 스텝 커버리지를 향상시킬 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 통상적인 스퍼터링 장치의 개략적인 구성 단면도,
도 2는 종래의 스퍼터링 장치에서 축방향 타겟 표면으로부터 정지된 홀더 상에 증착되는 박막의 균질도의 변화를 거리에 따라 보인 그래프,
도 3a 내지 3c는 종래의 스퍼터링 방법으로 기판 상에 미세한 트렌치를 채우는 과정을 보인 공정도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 개략적인 구조도,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 평면도,
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 측면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 구동원리를 간략히 나타낸 도면,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치 및 방법을 이용하여 트렌치가 형성되어 있는 기판에 증착하는 과정을 보인 공정도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 스퍼터링 방법을 이용한 제1구현예에서, 기판의 중심으로부터 거리에 따른 박막 두께의 균질도를 보인 그래프,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 스퍼터링 방법을 이용한 제2구현예에서, 기판의 중심으로부터 거리에 따른 박막의 두께의 균질도를 보인 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
100 ; 기판 101 ; 진공챔버
102 ; 타겟 전극 103 ; 기판 홀더
104 ; 마그네트론 105 ; 자기회로부
106 ; 슬라이딩 지지대 107 ; 구동부
108 ; 벨로우즈 109 ; 셔터
110 ; 에어 실린더 112 ; 홀더부
114 ; 구동축 120 ; 구동기어
122 ; 물림기어
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
방전가스 인입구와 방전가스 배출구를 포함하는 진공챔버;
상기 진공챔버 내부에 마련되고, 기판이 안착되며 상하로 동작하는 기판 홀더;
상기 기판 홀더와 대향하고 상기 기판 홀더의 중심축에 편심되어 상기 중심축을 중심으로 원운동하며, 상기 기판보다 작은 크기의 타겟 전극과 그 배면에 고정된 마그네트론을 포함하는 자기회로부; 및
상기 자기회로부를 원운동시키며, 상기 기판 홀더의 중심축으로부터의 거리를 조절하는 구동부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치를 제공한다.
여기서, 상기 기판과 상기 타겟 전극의 사이에 상기 타겟 전극을 차폐하여 상기 기판에 대한 증착을 차단할 수 있는 셔터를 더 구비한다.
상기 구동부는,
일단이 상기 자기회로부에 부착되는 구동축;
상기 구동축을 시일링하고 신축을 반복하며 상기 구동축을 상기 진공챔버에 대해 입출운동시키는 벨로우즈; 및
상기 벨로우즈와 연결되고 상기 구동축의 타단과 힌지결합하여 상기 구동축을 전후 및 좌우구동시킴으로써 상기 자기회로부를 원운동시키는 슬라이딩 지지대;를 구비한다.
상기 진공챔버의 외부에, 상기 진공챔버를 관통하여 상기 자기회로부를 지지하는 홀더부;를 구비한다.
상기 홀더부는,
상기 진공챔버를 관통하고 일단이 상기 자기회로부에 연결되는 홀더축; 및
상기 진공챔버의 외부에서 상기 홀더축의 타단과 연결되어 상기 자기회로부의 원운동을 보조하는 기어부;를 구비한다.
상기 구동축은 상기 진공챔버를 관통하여 상기 타겟 전극에 연결되는 전기선과 냉각선을 구비한다.
상기 구동축의 입출운동시 상기 진공 챔버의 압력 변화를 보상하는 에어실린더를 더 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,
기판보다 작은 크기의 타겟 전극과 그 배면에 고정되는 마그네트론을 구비하는 자기회로부를 마련하여 상기 기판에 대향하도록 소정 거리(h) 이격시켜 진공챔버의 내부에 설치하는 제1단계;
상기 진공챔버로 방전가스를 인입시키고 상기 자기회로부를 상기 기판의 중심축에 대해 소정 오프셋(d)만큼 이격시켜 상기 중심축을 중심으로 소정 회전속도(v)로 원운동시키는 제2단계; 및
상기 방전가스를 플라즈마 상태로 방전시킴으로써 상기 타겟 전극으로부터 스퍼터링되는 입자를 상기 기판에 증착시키는 제3단계;를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 방법을 제공한다.
상기 제1단계에서, 상기 기판이 안착되는 기판홀더를 상하로 구동하여 상기 자기회로부와 상기 기판과의 거리(h)를 조절한다.
상기 제2단계에서, 상기 자기회로부를 셔터로 차폐하여 선증착을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 거리(h), 오프셋(d) 및 회전속도(v)를 변화시켜 상기 기판에 증착되는 박막의 균질도를 향상킬 수 있다.
상기 자기회로부의 노출시간(t)과 상기 타겟 전극의 크기(s)를 조절하여 상기 기판의 스텝 커버리지를 조절할 수 있다.
상기 자기회로부에 RF 또는 DC 파워를 지속적 또는 주기적으로 변화시킴으로써 스퍼터링을 행한다.
본 발명은 기판과 자기회로부 사이의 거리(h), 상기 기판의 중심축으로부터 이격된 상기 자기회로부의 오프셋(d), 상기 자기회로부의 회전속도(v)를 조절함으로써 상기 기판에 증착되는 박막의 균질도를 향상시키고 상기 자기회로부가 방전가스에 노출되는 시간(t), 상기 기판과 상기 자기회로부 사이의 거리(h) 및, 타겟 전극의 크기(s)를 조절함으로써 스텝 커버리지를 향상시키는 마그네트론 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법을 제시한다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 개략적인 구조도이다.
도 4를 참조하면, 방전가스 인입구(미도시)와 배출구(미도시)가 구비되어 방전가스가 인입되고 배출되는 진공챔버(101)가 마련되고, 진공챔버(101)의 외부에는 진공챔버(101)의 내부에 위치하는 자기회로부(105)와 연결되어 자기회로부(105)를 원운동시키는 구동부(107)가 마련되어 있다. 진공챔버(105)의 내실의 하부에는 기판(100)이 안착되는 기판홀더(103)가 위치하고, 기판홀더(103)는 이를 지지하는 지지축(128)이 진공챔버(105)를 관통하며 기판홀더(103)를 상하로 이동시키며 기판 홀더(103)와 자기회로부(105) 사이의 거리를 조절한다. 자기회로부(105)는 기판(100)에 편심되어 대향하며, 기판(100)에 증착시킬 물질로 이루어지는 타겟 전극(102)과 타겟 전극(102)의 배면에 고정되는 복수의 마그네트론(104)을 포함한다.
선증착을 방지하기 위해, 기판(100)과 타겟 전극(102) 사이에는 셔터(109)가 위치하여 타겟 전극(102)으로부터 스퍼터링되는 입자가 기판(100)에 증착되는 것을 방지한다.
본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치에서 스퍼터링 메커니즘을 간략히 살펴보면, 진공챔버(101)를 먼저 펌핑 아웃하여 소정 압력의 진공 상태로 유지시킨 다음, 방전가스 인입구를 통해 방전가스를 유입시키고, 외부 전원으로부터 전압을 타겟 전극(102)에 인가한다. 타겟 전극(102)의 표면상에서 방전이 일어나면, 타겟 전극(102)에 플라즈마 가스의 이온이 충돌하여 에너지를 전달함으로써 타겟 전극(102)의 격자구조가 해리되면서 이온이 탈착된다. 타겟 전극(102)을 방전시킴과 동시에 자기회로부(105)를 소정의 궤적을 따라 원운동시키면서 기판(100)에 증착시키고자 하는 프로파일에 따라 여러 가지 변수를 조절하여 증착을 실행한다. 이 때 증착을 위해 RF 또는 DC 파워를 지속적 또는 주기적으로 변화시킨다. 상기 여러 가지 변수를 조절하여 스퍼터링을 행하는 방법은 도 6에 대한 상세한 설명에서 기술한다.
셔터(109)가 차폐되었을 때 증착은 기판(100)상에 일어나지 않고 셔터(109)상에 일어나 타겟 전극(102)을 클리닝하고 증착 공정을 안정화시킨다. 셔터(109)가 개방되면 기판(100)상에 증착이 일어나고 자기회로부(105)는 증착 사이클에 따라 셔터(109) 하방의 동일 위치에 회귀하는 원운동을 한다. 셔터(109)가 위치하는 영역은 자기회로부(105)의 파킹 영역으로 기능한다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 평면도이며, 도 5b는 측면도이다.
도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 구동부(107)는 자기회로부(105)를 홀딩하며 원운동시키는 구동축(114)을 구비하는데, 구동축(114)은 진공챔버(101)를 관통하여 외부의 슬라이딩 지지대(106)와 결합된다. 슬라이딩 지지대(106)는 모터(미도시)의 움직임에 따라 전후좌우로 구동하면서 구동축(114)을 소정의 회전 반경과 회전 속도로 원운동시킨다.
구동축(114)은 벨로우즈(108)에 의해 시일링되고, 벨로우즈(108)는 슬라이딩 지지대(106)의 전후운동에 따라 신축을 반복하며 구동축(114)을 전후로 구동시키며 진공챔버(101)에 대해 입출운동을 하게 한다. 구동축(114)의 좌우에는 에어실린더(110)가 더 설치되어 구동축(114)의 입출운동에 의한 진공챔버(101) 내실의 압력차를 보상한다. 에어실린더(110)는 구동축(114)이 자기회로부(105)를 원운동시키는 동안 펌핑 작동을 하여 공기를 인입시키거나 배출시켜 진공챔버(101) 내부의 압력을 보상하게 된다. 진공챔버(101)의 내부 압력을 대략 0.1~1 Pa 정도로 유지시킨다.
홀더부(112)는 진공챔버(101) 외부의 상방에 마련되어 진공챔버(101) 내부에 위치하는 자기회로부(105)를 지지한다. 홀더부(112)의 내부 중심에는 자기회로부(105)와 연결되는 홀더축(126)이 위치하고, 홀더축(126)에는 홀더기어(122)가 연결되며, 홀더기어(122)에는 물림기어(122)가 치합하여 홀더축(126)에 구동력을 전달한다. 여기서, 참조부호 116은 방전가스 라인이며, 참조부호 118은 방전가스 라인 지지대이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 구동원리를 간략히 나타낸 도면이다.
기판(100)보다 작은 크기의 타겟 전극(102)은 기판(100)의 중심축에 대해 편심되어 회전하며 기판(100) 상에 균질한 막을 증착한다. 기판(100)에 증착되는 막의 균질성은 막의 물리적 특성에 직접적인 영향을 끼치며 다층을 증착하거나 소자를 제조하는 경우 다층막의 성질과 소자의 특성에 많은 영향을 끼치므로, 막의 두께를 균질하게(homogenious) 조절하는 것이 매우 중요하다. 분자의 크기에 근접하는 두께의 막을 기판(100) 상에 증착하는 경우, 미세한 돌출도 표면 조도의 특성을 현저하게 악화시킬 수 있다.
기판(100)의 반지름을 R, 기판(100)과 타겟 전극(102) 사이의 거리를 h, 기판(100)의 중심축에서 타겟 전극(102)이 이격된 오프셋을 d, 스퍼터링되는 입자의 전체 질량을 m, 타겟 전극(102)의 질량 밀도를 ρ라고 할 때, 기판(100)상에 증착되는 막의 두께는 수학식 1과 같이 계산된다.
수학식 1을 이용하여 멀티 오프셋 운동을 하는 경우 기판(100)에 증착되는 막의 두께는 각각의 두께를 합한 것으로 가정하여 수학식 2와 같이 구할 수 있다.
여기서,
PSI (h, A, d, r, theta ) =h^2 +A^2 + THETA (d, r, theta )
이고, τ는 증착 시간(sec)이고 d는 마그네트론의 오프셋(mm)이다.
본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 방법에서는, 기판(100)을 안착시키는 기판홀더(129)가 상하로 이동하면서 기판(100)과 타겟 전극(102) 사이의 거리(h)를 조절하고, 구동축(114)을 진공챔버(101)에 대해 입출운동을 시킴으로써 기판(100)의 중심축으로부터 타겟 전극(102)의 중심이 이격된 오프셋(A)을 조절함과 동시에 타겟 전극(102)의 구동속도(v)를 조절하여 기판(100)에 증착되는 막의 균질도를 향상시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 방법에서는, 기판(100) 대비 타겟 전극(102)의 크기를 20% 내지 50% 정도로 조절하고, 바람직하게는 30% 정도로 형성하여 기판(100)에 증착되는 타겟 물질의 균질도를 향상시키고 동시에 스텝 커버리지 특성을 높인다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치 및 방법을 이용하여 트렌치가 형성되어 있는 기판(96)에 증착을 행하는 과정을 보인 공정도이다.
도 7a을 참조하면, 기판(96)상에 복수개의 트렌치(98)가 형성되어 있고 그 상부에서 플라즈마 상태의 아르곤 가스 등 불활성 가스의 이온이 타겟 전극에 충돌하여 이탈시킨 타겟 입자(94)들이 기판(96)상에 증착되고 있다. 본 발명의 실시예에 따른 타겟 전극(102)은 기판(100)보다 작은 크기로 이탈된 타겟 입자(94)들이 종래 기술과 달리 트렌치(98)에 대해 경사지지 않고 거의 수직 방향으로 입사한다. 따라서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 기판(96)의 트렌치(98)에 증착되는 타겟 입자(94)들은 단차부분에도 균일하게 증착되어 균질도와 스텝커버리지 특성이 향상된 박막(94a)을 형성하는 것을 볼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 방법에서는, 특히 스텝 커버리지 특성을 향상시키기 위해, 타겟 전극의 반지름(r), 기판으로부터 이격된 타겟 전극까지의 거리(h) 및, 셔터를 개방하여 타겟 전극을 노출시키는 시간(t)을 조절할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 스퍼터링 방법을 이용한 제1구현예에서 기판의 중심으로부터 거리에 따른 박막의 두께의 균질도를 보인 그래프이다.
제1구현예의 셋팅을 위해, 스퍼터링되는 물질의 질량을 5g, 스퍼터링되는 물질의 질량 밀도를 2.7g/cm3, 마그네트론의 반지름을 25mm, 기판의 지름을 150mm, 타겟 전극으로부터 기판까지의 거리를 50mm로 조절하고, 타겟 전극의 회전속도를 10rpm으로 설정한다. 먼저, 기판의 중심축으로부터 타겟 전극의 중심까지의 오프셋을 107mm로 설정하고 43초 동안 타겟 전극을 노출시킨 다음, 오프셋을 85mm 로 설정하고 137초 동안 노출시키고, 다시 3mm 로 변화시키고 20초 동안 노출시킨다.
도 8을 참조하면, 박막 두께의 프로파일이 0.83% 이내의 오차를 가지도록 형성되어 박막의 균질도가 크게 향상된 것을 볼 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 스퍼터링 방법을 이용한 제2구현예에서 기판의 중심으로부터 거리에 따른 박막의 두께의 균질도를 보인 그래프이다.
제2구현예의 셋팅을 위해, 마그네트론의 지름을 2inch, 기판의 지름을 6inch로 설정하고, 먼저 타겟 전극으로부터 기판까지의 거리를 60mm 이격시키고 기판의 중심축으로부터 타겟 전극의 중심까지의 오프셋을 20mm로 설정하여 336초 동안 타겟 전극을 노출시킨다. 다음, 타겟 전극으로부터 기판까지의 거리를 40mm로 이격시키고 다시 오프셋을 74mm 로 조절하고 432초 동안 타겟 전극을 노출시킨 다음, 타겟 전극으로부터 기판까지의 거리를 4mm 로 변화시키고 432초 동안 노출시킨다.
도 9를 참조하면, 박막 두께의 프로파일이 2.8% 이내의 오차를 가지도록 형성되어 박막의 균질도가 크게 향상된 것을 볼 수 있다.
본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법은 기판보다 작은 크기의 타겟 전극을 채용하고 이 타겟 전극을 기판에 대해 원운동시키면서 거리, 오프셋, 회전 속도, 노출시간등의 변수를 조절할 수 있는 구동부를 채용하여 대면적의 기판에 균질도가 양호한 박막을 증착할 수 있으며, 트렌치에 대한 스텝 커버리지를 향상시키는 장점을 가진다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.
예를 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상에 의해 기판으로부터 이격된 타겟 전극까지의 거리, 기판 중심축으로부터 이격된 타겟 전극의 중심 오프셋, 타겟 및 기판의 지름 비, 타겟 전극의 회전속도 및, 노출시간 등의 변수를 적절히 조절하여 박막 균질도와 스텝 커버리지를 향상시킬 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 장점은, 기판보다 작은 크기의 타겟 전극을 기판에 대해 편심되게 원운동시킬 수 있는 구동부를 제공하여 박막 균질도와 스텝 커버리지 특성을 향상시킬 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 스퍼터링 방법의 장점은, 기판으로부터 이격된 타겟 전극의 거리, 기판 중심축으로부터 이격된 타겟 전극의 중심의 오프셋, 타겟 전극의 회전속도의 변수를 조절하여 박막 균질도를 향상시킬 수 있고, 기판으로부터 이격된 타겟 전극의 거리, 타겟 전극의 노출시간 및, 타겟 지름의 변수를 조절하여 트렌치가 형성된 기판에 대한 스텝 커버리지 특성을 향상시킬 수 있다는 것이다.

Claims (13)

  1. 방전가스 인입구와 방전가스 배출구를 포함하는 진공챔버;
    상기 진공챔버 내부에 마련되고, 기판이 안착되며 상하로 동작하는 기판 홀더;
    상기 기판 홀더와 대향하고 상기 기판 홀더의 중심축에 편심되어 상기 중심축을 중심으로 원운동하며, 상기 기판보다 작은 크기의 타겟 전극과 그 배면에 고정된 마그네트론을 포함하는 자기회로부; 및
    상기 자기회로부를 원운동시키며, 상기 기판 홀더의 중심축으로부터의 거리를 조절하는 구동부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 타겟 전극의 사이에 상기 타겟 전극을 차폐하여 상기 기판에 대한 증착을 차단할 수 있는 셔터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부는,
    일단이 상기 자기회로부에 부착되는 구동축;
    상기 구동축을 시일링하고 신축을 반복하며 상기 구동축을 상기 진공챔버에 대해 입출운동시키는 벨로우즈; 및
    상기 벨로우즈와 연결되고 상기 구동축의 타단과 힌지결합하여 상기 구동축을 전후 및 좌우구동시킴으로써 상기 자기회로부를 원운동시키는 슬라이딩 지지대;를 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공챔버의 외부에 마련되고, 상기 진공챔버를 관통하여 상기 자기회로부를 지지하는 홀더부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 홀더부는,
    상기 진공챔버를 관통하고 일단이 상기 자기회로부에 연결되는 홀더축; 및
    상기 진공챔버의 외부에서 상기 홀더축의 타단과 연결되어 상기 자기회로부의 원운동을 보조하는 기어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동축은 상기 진공챔버를 관통하여 상기 타겟 전극에 연결되는 전기선과 냉각선을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동축의 입출운동시 상기 진공 챔버의 압력 변화를 보상하는 에어실린더를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  8. 기판보다 작은 크기의 타겟 전극과 그 배면에 고정되는 마그네트론을 구비하는 자기회로부를 마련하여 상기 기판에 대향하도록 소정 거리(h) 이격시켜 진공챔버의 내부에 설치하는 제1단계;
    상기 진공챔버로 방전가스를 인입시키고 상기 자기회로부를 상기 기판의 중심축에 대해 소정 오프셋(d)만큼 이격시켜 상기 중심축을 중심으로 소정 회전속도(v)로 원운동시키는 제2단계; 및
    상기 방전가스를 플라즈마 상태로 방전시킴으로써 상기 타겟 전극으로부터 스퍼터링되는 입자를 상기 기판에 증착시키는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1단계에서, 상기 기판이 안착되는 기판홀더를 상하로 구동하여 상기 자기회로부와 상기 기판과의 거리(h)를 조절하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2단계에서, 상기 자기회로부를 셔터로 차폐하여 선증착을 방지하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 거리(h), 오프셋(d) 및 회전속도(v)를 변화시켜 상기 기판에 증착되는 박막의 균질도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 자기회로부의 노출시간(t)과 상기 타겟 전극의 크기(s)를 조절하여 상기 기판의 스텝 커버리지를 조절하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 자기회로부에 RF 또는 DC 파워를 지속적 또는 주기적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 방법.
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