KR20050053605A - Magnetron sputtering source - Google Patents

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KR20050053605A
KR20050053605A KR1020057002165A KR20057002165A KR20050053605A KR 20050053605 A KR20050053605 A KR 20050053605A KR 1020057002165 A KR1020057002165 A KR 1020057002165A KR 20057002165 A KR20057002165 A KR 20057002165A KR 20050053605 A KR20050053605 A KR 20050053605A
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target devices
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KR1020057002165A
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발테르 하아게
페이우스 게루우엔엔프엘데르
우르스 슈하벤덴에르
마르쿠스 슈레겔
지그프리이드 크라스니트제르
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어낵시스 트레이딩 아크티엔게젤샤프트
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Abstract

Disclosed is a magnetron sputtering source, comprising at least two long targets (3a, 3b, 3c) which are electrically insulated from each other and arranged next to each other in a longitudinal direction. The lateral spacing is substantially smaller than the corresponding spreading of the targets (3a, 3b, 3c). Each target has its own electrical connection (5a, 5b, 5c). Anodes (7a, 7b) are provided preferably between the targets (3a, 3b, 3c).

Description

마그네트론 스퍼터링 소스{magnetron sputtering source} Magnetron sputtering source

본 발명은 마그네트론 스퍼터링 소스(magnetron sputtering source), 상기 소스를 구비한 진공 챔버(vacuum chamber), 상기 챔버를 구비한 진공 코팅 시스템(vacuum coating system), 및 상기 시스템의 조작 방법 및 그의 활용에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetron sputtering source, a vacuum chamber with the source, a vacuum coating system with the chamber, and a method of operating and using the system. .

본 발명은 스퍼터 코팅(sputter coating), 특히 반응성 스퍼터 코팅(reactive sputter coating)에 의해 최소한 900cm2의 면적을 지닌 대면적(large-surface), 특히 장방형 기판에 균일한 막 두께 분포를 가지고 있는 막을 코팅하기 위한 필요에 기초하고 있다. 그러한 기판은 특히, 보통 두께가 1mm 이하인 얇은 유리 기판 상에 TFT 패널 또는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 용의 평판(flat panel)을 제조하는데 사용된다.The present invention provides a coating of a film having a uniform film thickness distribution on a large-surface, particularly rectangular substrate, having an area of at least 900 cm 2 by sputter coating, in particular reactive sputter coating. It is based on the need to do so. Such substrates are used, in particular, to produce flat panels for TFT panels or plasma display panels (PDPs) on thin glass substrates of usually 1 mm or less in thickness.

마그네트론 스퍼터로 대면적을 코팅하는 경우, 만일 스퍼터링 소스와 기판이 서로에 대하여 움직이지 않는다면, 훨씬 큰 면적의 스퍼터 면(sputter surface) 그리고 결과적으로 보다 큰 면적의 타겟이 필요한 것이 일반적이다. 그러나, 이는 다음과 관련된 문제점들을 초래한다:When coating large areas with magnetron sputters, it is common to have a much larger area of sputter surface and consequently a larger area target if the sputtering source and the substrate do not move relative to each other. However, this leads to problems related to:

(a) 대면적 타겟 상에서의 공정 조건(process conditions), 특히 반응성 스퍼터 코팅시의 가혹도(severity)의 균일성,(a) uniformity of process conditions on a large area target, in particular severity in reactive sputter coating,

(b) 침식 프로필(erosion profile)(b) erosion profile

(c) 냉각(c) cooling

(d) 기압과 냉매 압력에 의한 대면적 타겟 상의 부하(strain)(d) strain on large area targets by atmospheric pressure and refrigerant pressure;

기계적 부하 문제 (d)를 해소하기 위해서는, 두께가 비교적 두꺼운 타겟 플레이트를 사용해야 하는데, 그렇게 되면 저장 통과(magnetic penetration) 및 결과적으로 주어진 입력 전력에 대한 전자 트랩(electron trap) 효과가 감소된다. 만일 전력을 증가시키면, 냉각 문제 (c)가 발생하게 되는데, 이는 특히 타겟과 냉매간의 접촉이 잘 이루어지도록 하기 위해서는 정교한 방법이 요구될 뿐만 아니라, 자석을 설치하기 위한 배면상의 설비들이 방해가 되는데 기인한다. 또한, 마그네트론 스퍼터링에 있어서, 그것이 반응성이건 비반응성이건 간에, 타겟 장치는 일반적으로 스퍼터링될 재료로 이루어진, 스퍼터링 면적을 한정짓는 타겟 플레이트 및 결합된 마운팅 플레이트(mounting plate)로 구성되고, 타겟은 소위 "레이스 트랙(race track)"을 따라서 스퍼터 침식된다. 증가된 플라즈마 밀도를 가진 원형대(circular zone)를 생성하는, 특정 경로(specific course)를 따라 타겟에 적용된 터널 형태의 자장에 기인하여, 스퍼터 면에는 하나 또는 다수의 원형 침식골(circular erosion furrow)이 형성된다. 이러한 현상은 터널 형태의 원형 자장 범위 내의 높은 전자 밀도(전자 트랩)에 의하여 발생한다. 이러한 "레이스 트랙" 때문에, 마그네트론 스퍼터링 소스의 전방에 설치된 비교적 작은 면적의 코팅 기판에는 이미 불균일한 막 두께 분포가 발생하게 된다. 게다가, "레이스 트랙"을 따라 일어나는 스퍼터 침식은 이러한 트랙 바깥쪽의 타겟 영역으로부터는 재료를 거의 스퍼터링 하지 않아 파형(wave-shaped) 또는 골형(furrow-shaped)의 침식 프로필이 초래되기 때문에, 타겟 재료가 비효율적으로 이용된다. 이러한 "레이스 트랙" 때문에, 대면적 타겟의 실질적으로 스퍼터링된 면적은 기판 면적에 비하여 작다. 이와 같은 코팅에 대한 "레이스 트랙" 효과를 제거하기 위하여, 상술한 바와 같이 스퍼터링 소스와 코팅될 기판을 서로에 대하여 움직이게 하는 것이 가능하지만, 이렇게 하면 시간당 코팅 속도가 감속하게 된다. 또한, 상대적인 운동을 이용한 시스템에서 국지적으로 더 높은 스퍼터링 전력이 사용될 경우에는 냉각 문제가 발생하게 된다.In order to solve the mechanical load problem (d), a relatively thick target plate must be used, which reduces the magnetic penetration and consequently the effect of electron traps on a given input power. If the power is increased, a cooling problem (c) arises, which is not only because of the sophisticated methods required to ensure good contact between the target and the refrigerant, but also because of the obstruction of the equipment behind the magnets. do. In addition, in magnetron sputtering, whether it is reactive or non-reactive, the target device is generally composed of a target plate that defines a sputtering area and an associated mounting plate, which is made of the material to be sputtered, and the target is a " Sputter erosion along a "race track". One or more circular erosion furrows on the sputter face due to the tunnel-shaped magnetic field applied to the target along a specific course, creating a circular zone with increased plasma density. Is formed. This phenomenon is caused by the high electron density (electron trap) in the tunnel-shaped circular magnetic field range. Because of this "race track," a non-uniform film thickness distribution already occurs in a relatively small area coated substrate installed in front of the magnetron sputtering source. In addition, the sputter erosion that occurs along the "race track" target material because it hardly sputters the material from the target area outside of such a track, resulting in a wave-shaped or furrow-shaped erosion profile. Is used inefficiently. Because of this "race track", the substantially sputtered area of the large area target is small compared to the substrate area. In order to eliminate the "race track" effect on such coatings, it is possible to move the sputtering source and the substrate to be coated relative to each other as described above, but this slows down the coating speed per hour. In addition, cooling problems arise when locally sputtering power is used in a system using relative motion.

원하는 목적을 달성하고자 시도하는 경우, 기본적으로 복합적인 4가지 문제 (a), (b) 및 (c), (d)에 부딪히게 되는데, 그들 개개의 문제해결은 나머지 다른 문제들과 연관된 상항을 악화시킨다. 즉, 상기 문제해결은 서로 상치된다.When attempting to achieve the desired purpose, one basically encounters four complex problems (a), (b) and (c), (d), each of which solves the problem associated with the other problems. Worsens. In other words, the problem solving is mutually conflicting.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결할 수 있는, 실질적으로 임의의 크기로 제조될 수 있고, 스퍼터링 소스에 대하여 정지된 적어도 하나의 대면적 기판 상에 균일한 코팅 두께 분포를 경제적으로 달성할 수 있는 마그네트론 스퍼터링 소스를 제공하는 것이다. 상기 소스는 매우 균일한 공정 조건을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 코팅 속도를 지닌 민감한 반응성 공정(sensitive reactive process)에도 적합할 것이다. 반응성 공정에 있어서, 불균일한 "레이스 트랙" 효과는 높은 플라즈마 밀도 구배에 기인한 공지의 심각한 문제점들을 초래하게 된다. An object of the present invention is a magnetron, which can be manufactured to substantially any size, which can solve the above problems, and economically achieve a uniform coating thickness distribution on at least one large area substrate stationary relative to a sputtering source. To provide a sputtering source. Not only can the source maintain very uniform process conditions, but it will also be suitable for sensitive reactive processes with high coating rates. In reactive processes, non-uniform "race track" effects result in known serious problems due to high plasma density gradients.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스에서는, 최소한 2개, 바람직하게는 2개 이상의 전기적으로 서로 절연된 긴 타겟 장치(long target arrangement)들이 상기 타겟 장치의 폭 보다 훨씬 더 작은 간격을 두고 서로에 대하여 평행이 되도록 배치되어 있고, 상기 타겟 장치 각각은 자체의 전기 연결부(electrical connections)를 구비하고 있으며, 음극 장치 또한 제공되는 것을 특징으로 한다. 상기 타겟 장치의 타겟은 바람직하게는, "레이스 트랙" 경로를 따르는 둥글린 모서리(rounded corner)를 지니고 있다.In the magnetron sputtering source according to the invention, at least two, preferably two or more electrically isolated long target arrangements are parallel to one another at a distance much smaller than the width of the target device. And each of the target devices has its own electrical connections, and a cathode device is also provided. The target of the target device preferably has a rounded corner along the "race track" path.

독립적으로 조절가능한 개개의 타겟 장치로의 전력 입력부(power input)를 구비한 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 소스에서는, 위에 놓인 기판 상에 코팅되는 막 두께 분포가 크게 향상될 수 있다. 본 발명의 소스는 코팅될 임의의 기판 크기에 모듈식으로 맞출 수 있다. In the magnetron sputtering source of the present invention with power inputs to individual target devices that are independently adjustable, the film thickness distribution that is coated on the underlying substrate can be greatly improved. The source of the invention can be modularly adapted to any substrate size to be coated.

전체적인 배치와 관련하여, 음극 장치는, 그것이 타겟 장치 자체에 의해 일시적으로 형성되지 않는다면, 전체 장치의 외부에 위치할 수 있으나, 바람직하게는 타겟 장치들 사이에 및/또는 타겟 장치의 전면에 세로로, 특히 바람직하게는 타겟 장치들 사이에 세로로 설치된 음극들을 포함한다.With respect to the overall arrangement, the cathode device may be located outside of the entire device, unless it is temporarily formed by the target device itself, but preferably between the target devices and / or longitudinally in front of the target device. And particularly preferably vertically installed cathodes between the target devices.

또한, 소스에는 정지형 자석 장치(stationary magnet arrangement)를 설치하는 것이 바람직하다; 상기 정지형 자석 장치는 모든 타겟 장치를 에워싸는 하나의 자석 프레임(magnet frame)에 의해 형성되거나, 또는 각자 개개의 타겟 장치를 에워싸는 자석 프레임들에 의해 형성된다. 상기 프레임(들), 즉 정지형 자석 장치의 적어도 일부분에나마 제어가능한 전자석(controllable electric magnet)을 설치하는 것이 가능하고 합리적이긴 하나, 상기 정지형 자석 장치 즉 프레임의 자석으로는 영구자석(permanent magnet)을 설치하는 것이 바람직하다.It is also desirable to install a stationary magnet arrangement in the source; The stationary magnet device is formed by one magnet frame surrounding all target devices, or by magnet frames surrounding each target device. Although it is possible and reasonable to install a controllable electric magnet in at least a portion of the frame (s), i.e., the stationary magnet device, a permanent magnet is used as the magnet of the stationary magnet device, i.e., the frame. It is desirable to install.

정지형 자석 장치, 바람직하게는 영구자석 프레임을 그들이 바로 인접한 타겟 장치 상에 발생시키는 자장을 고려하여 설계함으로써, "레이스 트랙"의 특수한 형삭(specific shaping)을 통해 상술한 기판상의 막 두께 분포 및 긴 타겟의 활용 효율을 보다 향상시킬 수 있다.By designing a stationary magnet device, preferably a permanent magnet frame, taking into account the magnetic field that they generate on the immediately adjacent target device, the above-described film thickness distribution and long target on the substrate through the specific shaping of the "race track". Can improve the utilization efficiency.

자석 장치들은 바람직하게는 최소한 2개의 타겟 장치 각각의 아래에 제공된다. 이들은 위치적으로 정지형(locally stationary)이어서, 각각의 타겟 장치 상에 터널 형태의 자장을 형성하기 위해 한동안 고정될 수 있다. 바람직하게는, 상기 자석 장치들은 타겟 장치 상에 자장 패턴의 경시 변화를 유발할 수 있도록 설계된다. 본 발명에 따른 각각의 타겟 장치 상의 자장 패턴의 설계 및 생성은 동 출원의 유럽특허 EP-A-0 603 587 또는 미국특허 제 5,399,253호에 개시되어 있으며, 동 특허의 개시 내용은 본원에 포함됨을 밝혀두는 바이다. The magnet devices are preferably provided under each of at least two target devices. They are locally stationary so that they can be fixed for a time to form a tunnel-like magnetic field on each target device. Preferably, the magnet devices are designed to cause a change in the magnetic field pattern over time on the target device. The design and generation of magnetic field patterns on each target device according to the present invention is disclosed in EP-A-0 603 587 or US Pat. No. 5,399,253 of the same application, the disclosure of which is incorporated herein. Two are.

유럽특허 EP-A-0 603 587의 도 2에 따르면, 자장 패턴의 위치 및 높은 플라즈마 밀도를 가진 영역은 전체로서 변할 수 있으나, 바람직하게는 변하지 않거나 아주 조금만 변할 수 있는데 반하여, 동 특허의 도 2 및 도 3에 따르면 플라즈마 밀도가 가장 높은 지점인 정점(apex)의 위치가 변한다. According to FIG. 2 of EP-A-0 603 587, the location of the magnetic field pattern and the region with high plasma density may change as a whole, but preferably it may not change or may change only slightly, whereas FIG. And the position of an apex, which is the point where the plasma density is the highest, changes.

자석 장치 상의 높은 플라즈마 밀도를 가진 영역 또는 상기 정점의 위치를 변화시키기 위해서, 선택적으로 제어되는 전자석(정지형 또는 이동형)이 각각의 타겟 장치 아래에 제공될 수 있으며, 바람직하게는 이러한 자석 장치로는 동력으로 구동되는 영구자석이 설치된다.In order to change the location of the vertex or region with high plasma density on the magnet device, an optionally controlled electromagnet (static or mobile) can be provided under each target device, preferably such a magnet device is powered Driven permanent magnet is installed.

바람직한 움직이는 자석 장치로는, 동력으로 구동되고 회전 베어링을 구비한 세로로 배열된 최소한 2개의 자석 드럼이 타겟 장치 아래에 설치되고, 보다 바람직하게는 유럽특허 EP-A-0 603 587의 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 개개의 타겟마다 영구자석이 설치된다.As a preferred moving magnet device, at least two vertically arranged magnetic drums, which are powered and provided with a rotating bearing, are installed under the target device, more preferably with FIG. 3 of EP-A-0 603 587. As shown in FIG. 4, permanent magnets are installed for each target.

상기 자석 드럼은, 바람직하게는 진폭이 ≤τ/4인 진자 모션으로 구동된다. 이러한 기술 및 그의 효과는 상기 유럽특허 EP-0 603 587과 미국특허 5 399 253에 상세히 기술되어 있으며, 이와 관련된 동 특허의 개시 내용 역시 본원에 포함됨을 밝혀두는 바이다.The magnetic drum is driven in pendulum motion, preferably with amplitude ≤ tau / 4. This technique and its effects are described in detail in EP-0 603 587 and in US Pat. No. 5,399 253, the disclosures of which are hereby incorporated by reference.

요약하자면, 타겟 장치의 세로축(longitudinal axis)을 따라 뻗어 있는, 동력으로 구동되며 회전 베어링이 설치된 최소한 2개의 영구자석 드럼이 제공되는 것이 바람직하다.In summary, it is desirable to provide at least two permanent magnet drums, which are powered and installed with a rotating bearing, extending along the longitudinal axis of the target device.

바람직한 실시양태에 있어서, 타겟 장치의 전원; 상기 정지형 자석 장치, 특히 상기 프레임의 자장; 및 타겟 장치 아래에 있는, 자장이 시간에 따라서 변하는 자석 장치, 바람직하게는 자석 드럼 뿐만 아니라, 공동으로 코팅된 막 두께 분포의 최적화(특히 균일성과 관련된)를 가능케하는 일단의 영향력 있는 변수들이 이용가능하다. 또한, 타겟 재료의 높은 이용률이 달성된다. 최상의 장점은, 타겟 장치상의 자장의 정점이 전위(shift)됨에 따라, 플라즈마 지대(plasma zone)가 스캐닝(scanning) 방식으로 전위되는 것이 아니라, 그 지대 내에서 플라즈마 밀도가 동요(wobbling)를 통해 변한다는 것이다.In a preferred embodiment, the power supply of the target device; The magnetic field of the stationary magnet device, in particular of the frame; And a magnetic device, preferably a magnetic drum, below the target device, as well as a magnetic drum, as well as a set of influential variables that enable optimization (particularly of uniformity) of the jointly coated film thickness distribution. Do. In addition, high utilization of the target material is achieved. The best advantage is that as the peak of the magnetic field on the target device is shifted, the plasma zone is not displaced in a scanning manner, but the plasma density within the zone is changed through wobbling. Will.

최대 스퍼터링 전력 입력을 허용하기 위해, 타겟 장치는 그들을 베이스(base) 상에 설치함으로써 최적으로 냉각되는데, 여기서 상기 베이스에 면한 타겟 장치 표면의 대부분은, 호일(foil)에 의해 상기 베이스에 대해 밀폐된 냉매 채널에 의해 덮인다. 상기 냉매는 전체 호일 표면을 냉각될 타겟 장치를 향하여 누르기 때문에, 대면적의 열방출이 달성된다.To allow for maximum sputtering power input, the target devices are optimally cooled by installing them on a base, where the majority of the target device surface facing the base is sealed to the base by a foil. Covered by refrigerant channels. Since the refrigerant presses the entire foil surface toward the target device to be cooled, large area heat dissipation is achieved.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스에는, 바람직하게는 최소한 부분적으로나마 절연성 재료인 플라스틱으로 이루어진 베이스가 제공되는데, 상기 베이스상에는 상기 타겟 장치 이외에도, 음극, 또한 만일 있다면, 바람직하게는 영구자석 프레임으로 구성된 정지형 자석 장치, 바람직하게는 이동형 영구자석 장치, 특히 자석 드럼으로 구성된 타겟 장치 아래의 자석 장치, 및 냉매 채널이 설치된다. 상기 베이스는 진공 분위기와 외부 분위기를 분리시키도록 설계 및 설치된다. 이러한 방식으로, 타겟 장치는 압력에 의해 유발된 기계적 부하에 대하여 보다 적합하게 설계될 수 있다.The magnetron sputtering source according to the invention is preferably provided with a base made of plastic, which is at least partly an insulating material, on top of which the stationary magnet consists of a negative electrode, if any, and preferably a permanent magnet frame, in addition to the target device. A device, preferably a movable permanent magnet device, in particular a magnet device under the target device consisting of a magnetic drum, and a refrigerant channel are installed. The base is designed and installed to separate the vacuum atmosphere from the external atmosphere. In this way, the target device can be more suitably designed for mechanical loads caused by pressure.

상기의 대면적 막 두께 분포에 대한 또다른 최적화는 타겟 장치의 세로 측면(longitudinal side)을 따라서 분포된, 가스 분배 시스템(gas distribution system)과 연결된 가스 유입관에 의해 이뤄진다. 상기 가스 유입관은 특수하게 조정된 분포를 가진 반응성 가스(reactive gas) 및/또는 작용 가스(working gas)를 본 발명의 진공 처리 챔버 또는 시스템 내의 본 발명에 따른 소스 상부에 있는 처리 챔버(process chamber) 내로 유입시키는 것을 가능케 한다.Another optimization for this large area film thickness distribution is by means of a gas inlet tube connected to a gas distribution system, distributed along the longitudinal side of the target device. The gas inlet tube is a process chamber at the top of the source according to the invention in a vacuum processing chamber or system of the invention, with a reactive gas and / or working gas having a specially adjusted distribution. ) Into the

장방형 타겟 장치는 자신의 폭의 최대 15%, 바람직하게는 최대 10%, 또는 보다 바람직하게는 최대 7%의 간격으로 떨어져 있다.The rectangular target device is spaced at intervals of up to 15%, preferably up to 10%, or more preferably up to 7% of its width.

바람직한 실시양태에 있어서,In a preferred embodiment,

개개의 타겟 장치 사이의 측면 간격(lateral distance, d)은 The lateral distance d between individual target devices

1mm ≤d ≤ 230mm이고, 1 mm ≤ d ≤ 230 mm,

바람직하게는 7mm ≤d ≤ 20mm이다.Preferably, 7 mm ≤ d ≤ 20 mm.

개개의 타겟 장치의 폭(B)은The width B of each target device

바람직하게는 60mm ≤B ≤ 350mm이고,Preferably 60 mm ≤ B ≤ 350 mm,

보다 바람직하게는 80mm ≤B ≤ 200mm이며,More preferably 80 mm ≤ B ≤ 200 mm,

길이(L)는Length (L) is

바람직하게는 400mm ≤L ≤ 2000mm이다.Preferably 400 mm ≦ L ≦ 2000 mm.

각각의 타겟 장치의 길이는 그들의 폭에 비하여 최소한 같거나 또는 훨씬 더 길다. 각각의 타겟 장치의 스퍼터링 면은 평평하거나 또는 미리 형삭되어 있고(pre-shaped), 바람직하게는 동일면 상에 배열되어 있음에도 불구하고, 필요하다면 막 두께 분포에 대한 임의의 가장자리 효과(edge effect)를 보상하기 위해, 중간에 있는 스퍼터링 면보다 측면의 스퍼터링 면을 코팅될 기판에 보다 가깝게 그리고 가능하다면 경사지게 배치하는 것이 가능하다.The length of each target device is at least equal to or much longer than their width. Although the sputtering face of each target device is flat or pre-shaped and preferably arranged on the same face, it compensates for any edge effect on the film thickness distribution if necessary. To this end, it is possible to place the sputtering side of the side closer to the substrate to be coated and possibly inclined than the middle sputtering side.

마그네트론 플라즈마의 전자는 타겟 표면 영역 내의 자장과 전기장에 의해 정해지는 방향으로 "레이스 트랙"을 따라서 선회한다. 전자 궤도의 우회(routing) 또는 그에 대한 영향 및 그것이 타겟 표면 상의 침식 골에 미치는 영향은, 타겟 장치의 세로축을 따라 자장을 형성시키고, 상기 자장의 형태를 시간 및 위치에 따라 변화시킴으로써 특이적으로 최적화될 수 있다. 자석 프레임, 바람직하게는 각각 하나의 영구자석 프레임에 있어서, 이는 프레임에 설치된 자석의 위치 설정과 세기의 선택을 통하여, 및/또는 타겟 장치 각각의 아래에 자석 장치, 바람직하게는 영구자석 드럼을 설치하고, 상기 자석 장치 상의 자석의 세기와 상대적인 위치를 변화시킴으로써 달성된다. 전자는 자장의 극성에 따라서 원형 궤도로 움직이기 때문에, 특히 타겟 장치의 좁은 측면 부위에 있는 전자들의 편향력으로 인하여 그들의 운동 방향에 따라, 대각선상 서로 마주보는 모서리 부분의 전자들은 외향으로 밀려나는 것이 관찰된 바 있다. 그러므로, 설치된 자석 프레임에서, 장방형 타겟의 대각선에 대하여 거울 대칭적인(specular symmetrical) 프레임 자석들에 의해 형성된 자장 강도는 국지적으로 상이한 형상을 가지도록 설계되는 것이 바람직하다.The electrons in the magnetron plasma rotate along the "race track" in a direction defined by the magnetic and electric fields in the target surface area. The routing or effect of the electron orbit and its effect on the eroded bone on the target surface are specifically optimized by forming a magnetic field along the longitudinal axis of the target device and changing the shape of the magnetic field over time and position. Can be. In the magnet frame, preferably one permanent magnet frame each, this is provided by means of positioning and strength selection of the magnets installed in the frame, and / or underneath each target device a magnet device, preferably a permanent magnet drum. And varying the position relative to the strength of the magnet on the magnet device. Since the electrons move in a circular orbit according to the polarity of the magnetic field, it is especially important that due to the deflection force of the electrons in the narrow side region of the target device, the electrons in the diagonally opposite corners are pushed outwards, depending on their direction of movement. Has been observed. Therefore, in the installed magnet frame, the magnetic field strengths formed by the specular symmetrical frame magnets with respect to the diagonal of the rectangular target are preferably designed to have a locally different shape.

본 발명에 따른 소스의 바람직한 실시양태에 있어서, 타겟 장치는 선형의 총검식 유닛(linear bayonet unit)에 의해, 그리고 특히 상술한 바와 같은 타입의 가압 호일을 통한 냉각에 의해 고정된다. 이런 식으로, 타겟 장치는 냉매 채널 내의 압력을 경감시킨 후에 매우 쉽게 교체될 수 있다; 타겟 장치 배면의 보다 넓은 부위가 냉각될 수 있으며, 타겟 장치를 고정하기 위한 어떠한 고정 장치도 처리 챔버쪽으로 노출되지 않는다.In a preferred embodiment of the source according to the invention, the target device is fixed by a linear bayonet unit and in particular by cooling through a pressurized foil of the type as described above. In this way, the target device can be replaced very easily after reducing the pressure in the refrigerant channel; A wider area of the backside of the target device can be cooled and no fixture to secure the target device is exposed towards the processing chamber.

본 발명에 따른 바람직한 소스에는 2개 이상, 바람직하게는 5개 이상의 타겟 장치가 설치된다.Preferred sources according to the invention are equipped with two or more, preferably five or more target devices.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스를 최소한 하나의 바람직하게는 평판형인 스퍼터 코팅 기판을 위한 기판 지지대를 구비한 스퍼터 코팅 챔버에 사용함으로써, 스퍼터링될 기판 표면(FS)에 대한 소스의 스퍼터링 면(FQ)의 비율(VQS )을 최적으로 작게하는 것이 가능해지며, 여기에서By using the magnetron sputtering source according to the invention in a sputter coating chamber having a substrate support for at least one preferably sputter coated substrate, the sputtering face (F Q ) of the source with respect to the substrate surface F S to be sputtered It is possible to optimally reduce the ratio (V QS ) of

VQS ≤ 3이고,V QS ≤ 3,

바람직하게는 VQS ≤ 2이며,Preferably V QS ≤ 2,

보다 바람직하게는 1.5 ≤ VQS ≤ 2이다.More preferably, 1.5 ≦ V QS ≦ 2.

상기에 의하여 소스의 이용률이 상당히 증가된다. 상기 소스를 구비한 본 발명에 따른 스퍼터 코팅 챔버에 있어서, 이는 마그네트론 스퍼터링 소스의 새로운 면과 기판 사이의 간격(D)을 세로로 긴 타겟 장치의 폭과 실질적으로 동일하게, 바람직하게는 하기의 범위가 되도록 선택함으로써 훨씬 더 높은 정도로 달성된다:This significantly increases the utilization of the source. In the sputter coating chamber according to the present invention having the above source, this means that the spacing (D) between the new side of the magnetron sputtering source and the substrate is substantially equal to the width of the longitudinally long target device, preferably in the following range A much higher degree is achieved by choosing to be:

60mm ≤D ≤ 250mm,60mm ≤D ≤ 250mm,

바람직하게는 80mm ≤D ≤ 160mm.Preferably 80 mm ≦ D ≦ 160 mm.

본 발명의 스퍼터 코팅 챔버 그리고 결과적으로는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스가 설치된 본 발명에 따른 진공 코팅 시스템에서, 각각의 타겟 장치는 서로 독립적으로 제어될 수 있는 전기 발전기 또는 전원(current source)에 연결된다.In the vacuum coating system according to the invention, with the sputter coating chamber of the invention and consequently the magnetron sputtering source according to the invention, each target device is connected to an electrical generator or a current source which can be controlled independently of one another. do.

최소한 3개의 긴 타겟 장치를 구비한 본 발명에 따른 스퍼터 코팅 시스템은, 바람직하게는 2개의 외곽 타겟 장치가 내부 타겟 장치보다 5-35%, 바람직하게는 10-20% 더 많은 스퍼터링 전력으로 작동되도록 조작된다.The sputter coating system according to the invention with at least three long target devices is preferably such that the two outer target devices are operated with 5-35%, preferably 10-20% more sputtering power than the inner target device. Manipulated.

또 다른 실시양태에서, 또는 필요한 경우에, 설치된 다수의 타겟 장치가 상기 발전기 장치와 연결될 때, 최소한 2개의 타겟 장치는 공동의 교류 발전기(AC generator)의 출력부와 연결된다.In another embodiment, or if necessary, when a plurality of installed target devices are connected with the generator device, at least two target devices are connected with an output of a common AC generator.

타겟 장치의 전기 공급을 각각 독립적으로 실시하기 위한 발전기로는 직류 발전기, 교류 발전기, 직류 겸용 교류 발전기, 펄스 직류 신호 출력용 발전기 등이 사용될 수 있는데, 이때 특히 각 타겟 장치와 직류 발전기 사이에는 발전기 출력을 조정하고 저항이 적게 하며 발전기의 기준 전위에 놓이도록 하는 단속기(chopper) 장치가 설치될 수 있다. 이러한 기술에 관해서는 동 발명자의 EP-A-0 564 789 및 미국특허출원 제 08/887 091호를 참고할 수 있다.As a generator for independently supplying power to a target device, a direct current generator, an alternator, a combined direct current alternator, and a generator for outputting a pulsed DC signal may be used. In particular, a generator output may be provided between each target device and the direct current generator. A chopper device can be installed that adjusts, has low resistance and is placed at the generator's reference potential. For this technique, reference may be made to EP-A-0 564 789 and US patent application Ser. No. 08/887 091.

또한 타겟 장치의 세로 측면에 설치된 가스 유입관은 반응성 가스 및 아르곤 등의 작용 가스가 들어있는 가스 탱크(53)와 연결되며, 상기와 같은 다수의 타겟 장치들의 세로 측면을 따라 설치된 가스 유입관들의 가스 유량은 서로 독립적으로 제어된다.In addition, the gas inlet pipe installed on the longitudinal side of the target device is connected to the gas tank 53 containing the reactive gas and the working gas such as argon, the gas of the gas inlet pipes installed along the longitudinal side of the plurality of target devices as described above Flow rates are controlled independently of each other.

플라즈마 지대의 위치, 그리고 특히 터널형 자장의 정점 및 플라즈마 밀도 분포의 "동요(wobbling)"와 관련된 타겟 장치의 "스캐닝"은 바람직하게는 진자 모션의 자석 드럼에 의해 실현되며, 1Hz 내지 4Hz, 바람직하게는 약 2Hz의 진동수로 수행된다. 상기 드럼의 진폭은 바람직하게는 φ≤π/4이다. 상기 위치 전위의 경로/시간 프로필을 적절히 설계함으로써 기판 상의 코팅 두께 분포가 보다 최적화된다.The "scanning" of the target device in relation to the location of the plasma zone, and in particular the "wobbling" of the tunnel-like magnetic field and the plasma density distribution, is realized by a magnetic drum of pendulum motion, preferably from 1 Hz to 4 Hz, preferably Preferably at a frequency of about 2 Hz. The amplitude of the drum is preferably φ ≦ π / 4. By properly designing the path / time profile of the position potential, the coating thickness distribution on the substrate is more optimized.

이를 위해서는, 타겟 장치에 연결된 발전기 또한 상호 의존적인, 시간에 따라 변조된 신호를 출력하기 위해 제어될 수 있음이 강조되어야 한다.For this purpose it should be emphasized that the generator connected to the target device can also be controlled to output interdependent, time modulated signals.

또한, 타겟 장치의 전원, 및/또는 분산된 가스 유입관, 및/또는 자장 분포는, 기판 상에 원하는 막 두께 분포, 바람직하게는 균일한 막 두께 분포가 달성되도록 제어되거나 시간에 따라서 변조된다.In addition, the power supply of the target device, and / or the dispersed gas inlet tube, and / or the magnetic field distribution are controlled or modulated over time so that a desired film thickness distribution on the substrate, preferably a uniform film thickness distribution, is achieved.

마그네트론 스퍼터링 소스는 바람직하게는Magnetron sputtering sources are preferably

1 W/cm2 ≤p ≤30 W/cm2의 전력 밀도(p)로 작동되고,Operating at a power density (p) of 1 W / cm 2 ≤p ≤ 30 W / cm 2 ,

특히 금속제 타겟으로부터 반응성 막, 특히 ITO 막을 스퍼터 코팅하는 경우에는Especially when sputter coating a reactive film, in particular an ITO film, from a metal target

1 W/cm2 ≤p ≤5 W/cm2의 전력 밀도(p)로 작동되며,Operating at a power density (p) of 1 W / cm 2 ≤p ≤5 W / cm 2 ,

금속막을 스퍼터 코팅하는 경우에는When sputter coating a metal film

15 W/cm2 ≤p ≤30 W/cm2의 전력 밀도(p)로 작동된다.It operates at a power density p of 15 W / cm 2 ≤ p ≤ 30 W / cm 2 .

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스에서 알 수 있는 것과 같이, 특히 폭보다 길이가 훨씬 긴 타겟 플레이트 장치에서는, 타겟 장치를 길이 방향으로 바라보았을 때 특히 타겟 장치 측면 부위의 자장 강도가 국지적으로 상이한 형태를 가지도록 설계하는 것이 기본적으로 유리하다.As can be seen in the magnetron sputtering source according to the invention, in particular in target plate devices which are much longer than the width, the magnetic field strength at the side of the target device is particularly different when the target device is viewed in the longitudinal direction. It is basically advantageous to design it.

하지만, 이러한 사실은 일반적으로 긴 마그네트론 소스(long magnetron source)에만 적용될 수 있다. However, this fact generally applies only to long magnetron sources.

이러한 이유로 인하여, 시간에 따라서 변하고 바람직하게는 움직이는 자석 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 긴 마그네트론 소스에 있어서, 타겟 장치에 자석 프레임, 바람직하게는 영구자석 프레임을 설치하는 것이 제안되는데, 상기 영구자석 프레임에서 주어진 챔버 방향으로 측정된 프레임 자석의 자장 강도는 타겟 장치의 세로 측면을 따라 국지적으로 상이하게 설계된다. 선회하는 전자에 작용하는 편향력을 보상하기 위하여, 이러한 자장 강도는 타겟 대각선을 기준으로 기본적으로는 거울 대칭을 이루면서 국지적으로 상이하도록 설계되는 것이 좋다.For this reason, in the long magnetron source according to the invention, which includes a magnet system which changes over time and preferably moves, it is proposed to install a magnet frame, preferably a permanent magnet frame, on the target device. The magnetic field strengths of the frame magnets measured in a given chamber direction are differently designed along the longitudinal side of the target device. In order to compensate for the deflection forces acting on the turning electrons, these magnetic field intensities are preferably designed to be locally different while being basically mirror symmetrical relative to the target diagonal.

본 발명은 모든 측면에서, 특히 면적이 넓고 바람직하게는 평판형인 기판을 반응성 공정에 의해 바람직하게는 ITO 막으로 스퍼터 코팅하는데 특히 적합하다. 본 발명은 또한 특히 TFT 또는 PDP 패널과 같은 평판형 디스플레이 패널의 제조에 사용되는 기판, 특히 유리 기판을 코팅하는데 적합한데, 여기에서는 대형 기판, 예를 들면 반도체 기판을 반응성 또는 비반응성 공정에 의해, 바람직하게는 반응성 공정에 의해 최소 거부율(minimal reject rates)로 고효율로 스퍼터 코팅할 수 있는 가능성이 기본적으로 열려 있다.The present invention is particularly suitable in all aspects, particularly for sputter coating of large area and preferably flat substrates by reactive processes, preferably with ITO films. The invention is also particularly suitable for coating substrates, in particular glass substrates, used in the manufacture of flat panel display panels, such as TFT or PDP panels, wherein large substrates, for example semiconductor substrates, are subjected to reactive or non-reactive processes, Preferably the possibility of sputter coating with high efficiency at minimal reject rates by the reactive process is basically open.

스퍼터 코팅 공정, 특히 ITO 코팅 공정에 있어서, 높은 막 품질, 특히 낮은 막 저항을 템퍼링 단계(tempering step)없이 달성하기 위해서는 낮은 방전 전위가 필수적이다. 이는 본 발명에 따른 소스에 의해 달성된다.In sputter coating processes, in particular ITO coating processes, low discharge potential is essential to achieve high film quality, especially low film resistance, without a tempering step. This is achieved by the source according to the invention.

그것은 또한 아크 방전(arc discharge)의 효율적인 억제에 의해서도 달성된다.It is also achieved by efficient suppression of arc discharges.

본 발명의 내용을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.The content of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1에는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스(1)의 기본 구성을 도시하였다. 그것은 최소한 2개, 또는 도시된 바와 같이, 예를 들면 3개의 긴 타겟 장치 3a, 3b, 3c를 포함한다. 자장 소스, 냉각 장치 등과 같은, 마그네트론 스퍼터링 소스 상에 제공되는 부수적인 장치들은 도 1에 도시하지 않았다. 소스(1)는 각각의 타겟 장치(3)에 개별적인 전기 연결부(5)를 구비하고 있다. 예를 들면, 스트립(strip) 형태의 음극 7a, 7b는 바람직하게는, 길이 방향으로 서로 간격을 두고 있는 타겟 장치들(3) 사이에 제공된다.1 shows a basic configuration of a magnetron sputtering source 1 according to the present invention. It comprises at least two, or as shown, for example three long target devices 3a, 3b, 3c. Ancillary devices provided on the magnetron sputtering source, such as magnetic field sources, cooling devices, etc., are not shown in FIG. The source 1 is provided with a separate electrical connection 5 in each target device 3. For example, strip-shaped cathodes 7a, 7b are preferably provided between the target devices 3 which are spaced from one another in the longitudinal direction.

타겟 장치(3)는 서로로부터 전기적으로 절연되어 있고, 개별적인 전기 연결부(5)를 구비하고 있기 때문에, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 독립적인 전기 배선이 가능하다.Since the target device 3 is electrically insulated from each other and has individual electrical connections 5, independent electrical wiring is possible as shown in FIGS. 2 and 3.

도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 타겟 장치(3)는 발전기(9)에 연결되는데, 각각의 발전기는 서로 독립적으로 제어될 수 있으며, 반드시 동일한 종류일 필요는 없다. 개략적으로 도시된 바와 같이, 발전기는 모두 동일한 종류이거나, 또는 직류 발전기, 교류 발전기, 교류 및 직류 발전기, 펄스 직류 신호 출력용 발전기, 또는 중간 발전기 출력부(intermediate generator output) 및 해당 타겟 장치용 단속기(chopper) 유닛을 갖춘 발전기의 임의의 조합일 수 있다. 상기 발전기의 구조와 작동 원리는 유럽특허 EP-A-0 564 789 또는 미국특허출원 제 08/887 091호에 상세히 기술되어 있다.As shown in FIG. 1, each target device 3 is connected to a generator 9, which can be controlled independently of one another and need not necessarily be of the same kind. As schematically shown, the generators are all of the same kind, or choppers for direct current generators, alternators, alternators and direct current generators, generators for pulsed DC signal output, or intermediate generator outputs and corresponding target devices. ) Can be any combination of generators with units. The structure and operating principle of the generator are described in detail in EP-A-0 564 789 or US patent application Ser. No. 08/887 091.

또한 음극(7)의 전기적인 작동에 대해서도, 상기 음극이 직류 전압, 교류 전압, 교류 중첩 직류 전압, 또는 펄스 직류 전압에 의해, 또는 상기 단속기 유닛들 중의 하나를 통해 작동되거나, 또는 12a로 도시된 바와 같이 기준 전위(reference potential)에 연결될 수 있다는 점에서 완전히 자유롭다. 타겟 장치들에 의해 형성된 소스 표면에 분포된, 양전극 또는 타겟 장치 모드 그리고 가능하게는 음전극 모드를 변화시킴으로써, 상기 소스 상에 배열된 기판(도시하지 않음) 상의 스퍼터링된 재료의 분포를 조절할 수 있다.Also for the electrical operation of the negative electrode 7, the negative electrode is operated by direct current voltage, alternating current voltage, alternating superimposed direct current voltage, or pulsed direct current voltage, or through one of the interrupter units, or shown at 12a. It is completely free in that it can be connected to a reference potential as shown. By varying the positive electrode or target device mode and possibly the negative electrode mode, distributed over the source surface formed by the target devices, the distribution of sputtered material on a substrate (not shown) arranged on the source can be controlled.

상기 타겟 장치 상부의 전기 작동 상태(electrical operating condition)를 주행파(travelling wave)의 형태로 특이적으로 변조하기 위해, 발전기(9)가 변조 입력(modulation inputs) MOD에 의해 도시된 바와 같이 상호 의존적으로 시간에 따라서 변조될 수 있다.In order to specifically modulate the electrical operating conditions on top of the target device in the form of a traveling wave, the generator 9 is interdependent as shown by the modulation inputs MOD. Can be modulated over time.

도 2와 도 3에는, 동일한 위치 기호(position symbol)를 유지하면서, 본 발명에 따른 음극 장치가 필요없는 소스(1)의 추가적인 전기 배선을 도시하였다.2 and 3 show additional electrical wiring of the source 1 that does not require a cathode device according to the invention, while maintaining the same position symbol.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 타겟 장치들(3)은 쌍을 이루어 각각 교류 발전기 15a, 15b 또는 17a, 17b의 입력부에 연결되는데, 여기서 발전기 15 또는 17은 교류 중첩 직류 신호 또는 펄스 직류 신호를 출력할 수 있다. 필요한 경우에 발전기 15 또는 17은 진폭 변조(amplitude modulation)에 의해 변조된다.As shown in Figs. 2 and 3, the target devices 3 are paired and connected to the inputs of alternators 15a, 15b or 17a and 17b respectively, where the generators 15 or 17 are alternating superimposed direct current signals or pulsed direct currents. Can output a signal. If necessary, the generator 15 or 17 is modulated by amplitude modulation.

도 2에 따른 타겟 장치 3b는 발전기 15a 및 15b 중 하나의 입력부에 연결되어 있는 반면에, 도 3에 따른 타겟 장치 3은 발전기 17을 통해 쌍으로 연결되어 있다. 19로 표시된 점선으로 도시된 바와 같이, "공통 모드(common mode)" 신호 측면에서 뿐만 아니라 도 2 및 도 3에 따른 설계에 있어서, 각각의 타겟 장치 그룹을 상이한 전위(potential)에 공동으로 연결하는 것이 가능하다. 도 2 또는 도 3에 따른 배선 기술을 채택하는 경우, 바람직한 실시양태의 발전기는 12-45 kHz로 작동된다. "공통 모드" 전위, 예를 들면 도 2에 도시된 집단 전위(mass potential)와 관련하여, 쌍으로 발전기에 연결된 타겟 장치들은 양전위와 음전위에 교호하여 연결된다.The target device 3b according to FIG. 2 is connected to the input of one of the generators 15a and 15b, while the target device 3 according to FIG. 3 is connected in pairs via the generator 17. As shown by the dashed line indicated by 19, in terms of the "common mode" signal, as well as in the design according to FIGS. 2 and 3, the respective target device groups are jointly connected to different potentials. It is possible. When adopting the wiring technique according to FIG. 2 or 3, the generator of the preferred embodiment is operated at 12-45 kHz. With respect to the "common mode" potential, for example the mass potential shown in FIG. 2, target devices connected to the generator in pairs are alternately connected to the positive and negative potentials.

도 1 내지 도 3으로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 마그네트론 소스는 각각의 타겟 장치(3)를 전기적으로 조작할 수 있는 매우 높은 유연성(flexibility)을 허용하고, 그 결과 처리 챔버(10) 내의 스퍼터링 재료의 분포와 기판 상에의 증착을 특이적으로 디자인할 수 있다.As can be seen from FIGS. 1 to 3, the magnetron source according to the invention allows very high flexibility to electrically manipulate each target device 3, resulting in sputtering in the processing chamber 10. The distribution of materials and the deposition on the substrate can be specifically designed.

도 4는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스의 바람직한 실시양태의 횡단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 타겟 장치는 하나의 타겟 플레이트 3a1 또는 3b1을 포함하는데, 이들 타겟 플레이트는 각각 스퍼터링될 재료로 이루어져 있으며 하나의 백 플레이트 3a2 또는 3b2에 각각 결합되어 있다. 선형의 총검식 유닛(linear bayonet unit, 20)에 의해, 타겟 장치(3)는 그들의 측면 가장자리 및/또는 중심부에서 금속제 냉각 플레이트(23)에 고정된다.4 is a cross-sectional view of a preferred embodiment of the magnetron sputtering source according to the present invention. As shown in FIG. 4, the target device comprises one target plate 3 a1 or 3 b1 , each of which consists of a material to be sputtered and is coupled to one back plate 3 a2 or 3 b2 , respectively. By means of a linear bayonet unit 20, the target device 3 is fixed to the metal cooling plate 23 at their side edges and / or central parts.

선형의 총검식 유닛의 형태가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 따르면 타겟 장치(3) 또는 냉각 플레이트(23) 상에 중공(中空) 레일(25)이 제공되는데, 상기 레일은 U자형 횡단면 형태를 띠고 있으며, 내향으로 굽은 U-다리(27) 상에는 요부(recess, 29)가 일정 간격으로 형성된다. 상기 두 부품(즉, 타겟 장치(3)와 냉각 플레이트(23)) 중에서 나머지 다른 하나에는, 바람직하게는 타겟 장치(3)에는, T형 횡단면을 가진 선형 레일(31)이 제공되는데, 여기에서 가로보(cross-member, 33)의 가장자리는 돌기(34)를 특징으로 한다. 돌기(34)를 요부(29)에 삽입하고 S 방향으로 선형 전위(linear shifting)시킴으로써, 상기 두 부품은 서로 맞물리게 된다. 물론, 반대로 중공 레일(29)에 선형 레일(31) 상의 상응하는 요부에 맞물리게 되는 돌기를 형성하는 것도 가능하다.The form of a linear bayonet unit is shown in FIG. 5. According to FIG. 5 a hollow rail 25 is provided on the target device 3 or the cooling plate 23, which is in the form of a U-shaped cross section, on the inwardly curved U-leg 27. Recesses 29 are formed at regular intervals. In the other of the two parts (ie the target device 3 and the cooling plate 23), preferably the target device 3 is provided with a linear rail 31 having a T-shaped cross section, wherein The edge of the cross-member 33 is characterized by the protrusion 34. By inserting the protrusion 34 into the recess 29 and linear shifting in the S direction, the two parts are engaged with each other. Of course, on the contrary, it is also possible to form a projection in the hollow rail 29 which engages a corresponding recess on the linear rail 31.

타겟 장치(3)는, 오로지 냉각 플레이트(23)의 냉각 채널(35) 내의 냉매에 의해 압력이 가해질 때만 냉각 플레이트(23)에 고정된다. 이러한 채널(35)은 냉각 플레이트(23)에 면한 타겟 장치 표면의 눈에 띠게 편평한 영역을 따라 뻗어있다. 상술한 바와 같이 압력하의 액상 냉매에 의해 가압되는 냉각 채널(35)은, 예를 들면 동 출원의 CH-A-687 427에 상세히 기술된 바와 같이, 호일 형태의 멤브레인(37)에 의해 타겟 장치(3)에 대해 밀폐된다. 호일(37)은 냉매 압력 하에서 백 플레이트 3a2, 3b2의 저면에 대해 꽉 눌린다. 타겟 장치는 오로지 냉매가 가압될 때에만 총검식 유닛에 단단하게 고정된다. 타겟 장치(3)를 제거하기 위해서는, 냉각 시스템 전체 또는 해당 냉각 시스템의 압력을 감소시킴으로써, 타겟 장치를 용이하게 밀어내고 제거 또는 교체할 수 있게 된다.The target device 3 is fixed to the cooling plate 23 only when pressure is applied by the refrigerant in the cooling channel 35 of the cooling plate 23. This channel 35 extends along a noticeably flat area of the target device surface facing the cooling plate 23. The cooling channel 35 which is pressurized by the liquid refrigerant under pressure as described above is, for example, as described in detail in CH-A-687 427 of the application by the membrane 37 in the form of a target device ( 3) is sealed against. The foil 37 is pressed against the bottom of the back plates 3 a2 , 3 b2 under refrigerant pressure. The target device is firmly fixed to the bayonet unit only when the refrigerant is pressurized. In order to remove the target device 3, by reducing the pressure of the entire cooling system or the cooling system, the target device can be easily pushed out and removed or replaced.

타겟 장치(3)의 세로 측면에는 음극 스트립(anode strip, 39)이 설치된다. 음극 스트립과 냉각 플레이트(23)는 최소한 부분적으로나마 절연성 재료, 바람직하게는 플라스틱으로 이루어진 지지 베이스(41) 상에 설치된다. 베이스(41)는 처리 챔버(10) 내의 진공 분위기와 외부 공간(11) 내의 대기를 분리하는 역할을 한다.An anode strip 39 is installed on the longitudinal side of the target device 3. The negative strip and cooling plate 23 are at least partly mounted on a support base 41 made of an insulating material, preferably plastic. The base 41 serves to separate the vacuum atmosphere in the processing chamber 10 and the atmosphere in the outer space 11.

베이스(41)의 대기 측에는, 예를 들면, 타겟 장치의 세로축을 따라 뻗어 있는 2개의 영구자석 드럼(43)이 회전 방식으로 설치되어 있으며, 이들은 모터(도시하지 않음)에 의해 진자 모션으로 구동된다. 진자 모션에서, 그들은 바람직하게는 180도 각도의 진자 운동(43)을 하게 된다. 영구자석 드럼들(43)에는, 드럼의 세로축을 따라, 바람직하게는 정반대의 영구자석들(45)이 설치된다.On the atmospheric side of the base 41, for example, two permanent magnet drums 43 extending along the longitudinal axis of the target device are provided in a rotational manner, which are driven in a pendulum motion by a motor (not shown). . In pendulum motion, they are preferably 180 degrees of pendulum motion ( 43). Permanent magnet drums 43 are provided along the longitudinal axis of the drum, preferably opposite permanent magnets 45.

또한, 베이스(41)의 대기 측에는 각각의 타겟 장치(3)마다 각각 하나의 영구 자석 프레임(47)이 설치되는데, 상기 영구자석 프레임(47)은 도 6에서와 같이 해당 타겟 장치(3) 아래에 그 타겟 장치의 가장자리를 따라 뻗어 있다.In addition, one permanent magnet frame 47 is installed at each of the target devices 3 at the atmospheric side of the base 41, and the permanent magnet frame 47 is under the target device 3 as shown in FIG. 6. At that stretches along the edge of the target device.

특히, 타겟 장치의 세로 측면을 따라서는 도 6에 도시된 바와 같이 가스 유입관(49)이 뻗어있는데, 도 4에 점선으로 도시된 바와 같이, 각각의 가스 유량은 바람직하게는 순서대로 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 이를 도 4에서 서보 밸브(servo valve) 51을 사용하여 개략적으로 도시하였는데, 상기 서보 밸브 51을 아르곤과 같은 작용 가스(working gas) 및/또는 반응성 가스가 들어있는 가스 탱크 장치(53)와 유입관(49) 사이의 연결부에 제공된다.In particular, a gas inlet tube 49 extends along the longitudinal side of the target device as shown in FIG. 6, and as shown by the dotted lines in FIG. 4, the respective gas flow rates are preferably independent of each other in sequence. Can be controlled. This is schematically illustrated using a servo valve 51 in FIG. 4, wherein the servo valve 51 is a gas tank device 53 and an inlet pipe containing a working gas such as argon and / or a reactive gas. Are provided at the connections between the 49.

영구자석 드럼(43)의 작동 및 설계에 대해서는 유럽특허 EP-0 603 587 또는 미국특허 US-A-5 399 253에 상세히 설명되어 있다.The operation and design of the permanent magnet drum 43 is described in detail in European Patent EP-0 603 587 or US Patent US-A-5 399 253.

도 6은 도 4에 도시된 본 발명에 따른 마그네트론 소스의 평면 개략도이다. 도 4에서 이미 도시한 것과 같이, 각각의 타겟 장치(3) 아래에는 영구자석 프레임(47)이 설치되어 있다. 바람직하게는, 자석 프레임(47)은 챔버 방향으로, 예를 들면 도 4의 HZ를 따라 바라볼 때, 영구자석 프레임에 의하여 발생한 자장이 도 6에서 x로 도시된 타겟 장치(3)의 세로 측면을 따라서 국지적으로 변하도록 설계된다. 바람직한 실시양태에 있어서, 프레임(47)의 세로변(longitudinal legs) 47I1, 47I2에 설치된 자석은, 다수의 영역, 예를 들면 도 6에 도시된 바와 같이 4개의 영역으로 분할된다. 도 6에서는, 각각의 영역 Z1 내지 Z4에 설치된 영구자석의 자장 강도를 좌표 x로 정성적으로 도시하였으며, 그에 따라 자장 강도 분포를 x 방향으로 도시하였다. 또한 영구자석 쌍극 방향을 해당 Z 영역 내에 도시하였다.6 is a schematic top view of the magnetron source according to the invention shown in FIG. 4. As already shown in FIG. 4, a permanent magnet frame 47 is provided below each target device 3. Preferably, the magnet frame 47 has a longitudinal direction of the target device 3 in which the magnetic field generated by the permanent magnet frame is shown by x in FIG. 6 when viewed in the chamber direction, for example along H Z in FIG. 4. It is designed to change locally along the side. In a preferred embodiment, the magnets installed on the longitudinal legs 47 I1 , 47 I2 of the frame 47 are divided into a number of areas, for example four areas as shown in FIG. 6. In FIG. 6, the magnetic field strengths of the permanent magnets installed in each of the regions Z 1 to Z 4 are qualitatively illustrated by the coordinate x, and thus the magnetic field intensity distribution is illustrated in the x direction. In addition, the direction of the permanent magnet dipole is shown in the Z region.

변 47I1, 47I2에는 바람직하게는 동일한 영구자석 영역이 제공되나, 긴 타겟 장치(3)의 대각선(D1)을 기준으로 거울 대칭을 이루게 된다.The sides 47 I1 and 47 I2 are preferably provided with the same permanent magnet area, but are mirror symmetrical with respect to the diagonal D 1 of the long target device 3.

영구자석 프레임(47)으로부터 발생하는 타겟 장치(3) 상의 국지적인 자장 분포를 특수하게 설계함으로써, 선회하는 전자의 궤도를 최적화하고 그 결과 각각의 타겟 장치 상의 침식 골의 위치와 형상을 최적화할 수 있게 된다. 상기에서는 특히 편향력(drift force)에 의하여 유발되는 궤도 변형을 고려하여야 한다. 타겟 프레임(47)의 가로 측면(broad side)에는, 바람직하게는 영역 Z2에 해당하는 영구자석 영역 ZB가 제공된다. 상기에서 언급한 바와 같이, 도 4, 도 6 및 도 7에 따른 단일-타겟 소스(single-target source)도 본 발명에 포함된다.By specially designing the local magnetic field distribution on the target device 3 resulting from the permanent magnet frame 47, it is possible to optimize the trajectory of the turning electrons and consequently the position and shape of the erosion bones on each target device. Will be. In particular, the above should take into account the orbital deformation caused by the drift force. On the broad side of the target frame 47, a permanent magnet zone Z B corresponding to the zone Z 2 is preferably provided. As mentioned above, the single-target source according to FIGS. 4, 6 and 7 is also included in the present invention.

해당 타겟 장치(3) 상부에서 x 방향으로 국지적으로 변하며, 자석 드럼-진자 모션의 함수로서 그리고 시간에 따라서도 변하는 자장 H는, 영역 Z1, Z2, Z4 에 설치된 영구자석의 자장 강도를 비롯하여 영역 Z3에서의 공간적 쌍극자 배향(spatial dipole orientation)과 위치(타겟 장치로부터의 거리)의 선택을 통해 특수하게 설계된다.The magnetic field H, which changes locally in the x direction at the top of the target device 3 and changes as a function of the magnetic drum-pendulum motion and also with time, determines the magnetic field strength of the permanent magnets installed in the zones Z 1 , Z 2 , Z 4 . In addition, it is specially designed through the selection of spatial dipole orientation and position (distance from the target device) in the region Z 3 .

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링 소스에 제공되는 타겟 장치(3) 각각에는 최소한 2개의 영구자석 드럼(43)이 설치된다. 그러한 드럼이 도 7에 도시되어 있다.As described above, at least two permanent magnet drums 43 are provided in each of the target devices 3 provided in the sputtering source according to the present invention. Such a drum is shown in FIG. 7.

바람직하게는, 드럼(43)에도 다양한 영구자석 영역들(예를 들면, Z'1 내지 Z'4)이 제공된다. 도 7에는 국지적으로 변하는 영구 자장 HR(x)이 설치된 드럼을 따라 진행하는 모습이 정성적으로 도시되어 있다.Preferably, the drum 43 is also provided with various permanent magnet regions (eg, Z ′ 1 to Z ′ 4 ). 7 qualitatively shows the progression along a drum in which a permanently changing permanent magnetic field H R (x) is installed.

본 발명에 따른 소스에 있어서, 스퍼터링 속도의 위치 및 시간에 따른 분포는 각 타겟 장치의 전원의 특이적인 위치 및/또는 시간에 따른 분포에 의하여 최적화되고/되거나, 각 타겟 장치 상의 마그네트론 자장의 특이적인 위치 및/또는 시간에 따른 변화에 의하여 최적화되고/되거나, 유입관(49)으로의 가스 유입 조건의 특이적인 위치 및/또는 시간에 따른 변화 또는 설계를 통하여 최적화된다. 도 4 내지 도 7에서 설명된 바람직한 실시양태에 있어서, 이러한 변수들을 조합하여 사용함으로써 스퍼터 코팅될 기판, 특히, 편평한 기판 상의 코팅 두께 분포를 바람직하게는 균일하게 설계할 수 있다.In the source according to the invention, the location and time distribution of the sputtering rate is optimized by the specific location and / or time distribution of the power source of each target device and / or the specific of the magnetron magnetic field on each target device. Optimized by position and / or change over time, and / or optimized through specific position and / or change over time or design of gas inlet conditions into inlet tube 49. In the preferred embodiment described in FIGS. 4 to 7, the combination of these variables makes it possible to design a uniform coating thickness distribution on a substrate to be sputter coated, in particular on a flat substrate.

도 8에는 본 발명에 따른 스퍼터 코팅 챔버(60)가 설치된 본 발명의 스퍼터 코팅 시스템(50)이 개략적으로 도시되어 있으며, 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스(10)도 개략적으로 도시되어 있다. 바람직한 실시양태에 있어서, 소스(10)에는 6개의 타겟 장치들이 설치되어 있으며, 또한 바람직하게는 도 4 내지 도 7에 근거하여 설명된 바와 같이 설계된다. 타겟 장치를 구비한 본 발명에 따른 소스는 블록 62에 도시된 바와 같은 독립적인 전원(아마도 변조 가능한)에 의하여 작동된다. 또한 서보 밸브 64로 도시된 바와 같이 타겟 장치의 세로축을 따라 조절될 수 있는 가스 유입 조건은, 작용 가스 및/또는 반응성 가스를 가스 탱크(53)로부터 처리 챔버에 공급하도록 선택적으로 설정된다.8 schematically shows a sputter coating system 50 of the present invention with a sputter coating chamber 60 according to the present invention, and also a magnetron sputtering source 10 according to the present invention. In a preferred embodiment, the source 10 is equipped with six target devices, and is preferably designed as described based on FIGS. 4 to 7. The source according to the invention with the target device is powered by an independent power source (possibly modifiable) as shown in block 62. The gas inlet condition, which can also be adjusted along the longitudinal axis of the target device, as shown by the servovalve 64, is optionally set to supply working gas and / or reactive gas from the gas tank 53 to the processing chamber.

경로/시간이 변조될 수 있는, 본 발명에 따른 소스에 설치된 영구자석 드럼용 구동 장치(drive)를 구동 블록 65로 도시하였으며, 상기 구동 장치로 원하는 드럼 진자 운동을 선택적으로 설정할 수 있다.A drive for a permanent magnet drum installed in a source according to the invention, in which the path / time can be modulated, is shown in drive block 65, in which the desired drum pendulum motion can be selectively set.

본 발명에 따른 스퍼터 코팅 챔버(60)에는 특히 코팅될 평판 기판을 고정하기 위한 기판 지지대(66)가 설치된다. 본 발명에 따른 소스는 소스(10)에 의해 스퍼터링될 재료의 시간 및 위치에 따른 분포, 특히 소소의 가장자리 영역에서 일정 시간에 걸쳐 평균된 균일한 분포를 최적으로 조정할 수 있으며, 그 결과 코팅될 기판 표면(FS)에 대한 소스의 스퍼터링 면(FQ)의 비율(VQS)을 놀랍도록 작게 하는 것이 가능하여,The sputter coating chamber 60 according to the invention is provided with a substrate support 66, in particular for fixing the flat substrate to be coated. The source according to the invention can optimally adjust the distribution over time and position of the material to be sputtered by the source 10, in particular the uniform distribution averaged over time in the edge region of the source, resulting in a substrate to be coated. It is possible to make the ratio V QS of the sputtering surface F Q of the source to the surface F S surprisingly small,

VQS ≤3이고,V QS ≤ 3,

바람직하게는 VQS ≤2이며,Preferably V QS ≤ 2,

보다 바람직하게는 1.5 ≤VQS ≤2이다.More preferably, 1.5 ≦ V QS ≦ 2.

이러한 비율은, 스퍼터링된 재료가 거의 대부분 기판 표면에 증착되기 때문에 스퍼터링 소스로부터 스퍼터링된 재료가 매우 높은 효율로 사용됨을 보여준다. 스퍼터링될 기판 표면과 마그네트론 소스(10)의 새로운 면(vigin surface) 사이의 간격(D)은 매우 작게, 즉 타겟 장치(3)의 스터퍼링 면의 폭(B, 참조: 도 4)과 실질적으로 동일하게, 그리고 바람직하게는 다음과 같은 범위내에서 선택될 수 있다:This ratio shows that the sputtered material from the sputtering source is used at a very high efficiency because almost all of the sputtered material is deposited on the substrate surface. The spacing D between the substrate surface to be sputtered and the new surface of the magnetron source 10 is very small, ie substantially the width B of the stuffing surface of the target device 3 (see FIG. 4). Equally, and preferably, they may be selected within the following ranges:

60mm ≤D ≤250mm, 60mm ≤D ≤250mm,

바람직하게는 80mm ≤D ≤160mm.Preferably 80 mm ≤ D ≤ 160 mm.

상기와 같은 좁은 간격(D)을 실현함으로써, 높은 스퍼터링 효율과 함께 높은 코팅 속도가 달성되며, 이는 매우 경제적인 코팅 공정을 가능케 한다.By realizing such a narrow gap D, a high coating speed with high sputtering efficiency is achieved, which enables a very economical coating process.

도 8에 도시된 시스템에서, 외곽 타겟 장치는 내부 타겟 장치보다 더 높은, 바람직하게는 5-35% 더 높은, 보다 바람직하게는 10-20% 더 높은 스퍼터링 전력으로 발전기(62)에 의해 작동된다. 도 4에 따른 소스(10)에 설치된 영구자석 드럼은 1-4 Hz, 바람직하게는 약 2 Hz의 진동수를 갖는 진자 모드로 작동된다.In the system shown in FIG. 8, the outer target device is operated by the generator 62 at a higher sputtering power, preferably 5-35% higher, more preferably 10-20% higher than the internal target device. . The permanent magnet drum installed in the source 10 according to FIG. 4 is operated in a pendulum mode with a frequency of 1-4 Hz, preferably about 2 Hz.

특히 바람직한 조작에 있어서, 상기 마그네트론 스퍼터링 소스, 스퍼터링 챔버 또는 시스템은 특히 대면적의 평판 기판을 원하는 막 두께 분포, 특히 균일한 두께 분포를 갖는 고품질의 막으로 경제적으로 마그네트론 스퍼터 코팅하는데 적합하다. 이는 본 발명에 따른 소스에서의 대면적에 걸쳐 균일하게 분포된 공정 조건(process conditions)에 의해 달성된다. 그 결과, 본 발명은 대면적의 반도체 기판의 코팅, 특히 TFT 또는 PDP 패널과 같은 평면 디스플레이 패널(flat display panel)용 기판의 코팅에 사용될 수 있다. 본 발명은 특히 ITO 막으로 상기 기판을 반응성 코팅하거나 또는 비반응성 스퍼터 코팅을 통해 상기 기판을 금속 코팅하는 데 사용된다. 하기의 실시예에 본 발명에 따른 소스, 챔버 또는 시스템의 바람직한 치수를 요약하여 나타내었다.In a particularly preferred operation, the magnetron sputtering source, sputtering chamber or system is particularly suitable for economically magnetron sputter coating a large area flat substrate with a high quality film having a desired film thickness distribution, in particular a uniform thickness distribution. This is achieved by process conditions uniformly distributed over a large area in the source according to the invention. As a result, the present invention can be used for coating large area semiconductor substrates, in particular for substrates for flat display panels such as TFT or PDP panels. The present invention is particularly used for reactive coating of the substrate with an ITO film or for metal coating of the substrate via non-reactive sputter coating. The following examples summarize the preferred dimensions of a source, chamber or system according to the present invention.

1. 기하학적 형태1. Geometric form

1.1 소스(source)1.1 source

도 4에 따른 측면 간격(lateral distance, d): 타겟 장치 폭(B)의 최대 15%, 바람직하게는 최대 10%, 보다 바람직하게는 최대 7%이거나, Lateral distance d according to FIG. 4: up to 15%, preferably up to 10%, more preferably up to 7% of the target device width B, or

1mm ≤d ≤230mm이고,1 mm ≤ d ≤ 230 mm,

바람직하게는 7mm ≤d ≤20mm임.Preferably 7 mm ≦ d ≦ 20 mm.

동일 평면 상의 타겟 장치의 새로운 면(virgin surface); A new surface of the target device on the same plane;

타겟 장치의 폭(B): Width of target device (B):

60mm ≤B ≤350mm이고,  60 mm ≤ B ≤ 350 mm,

바람직하게는 80mm ≤B ≤200mm임.  Preferably 80 mm ≦ B ≦ 200 mm.

타겟 장치의 길이(L): 최소 B, 바람직하게는 B 보다 훨씬 더 길고, Length (L) of the target device: at least B, preferably much longer than B,

바람직하게는 400mm ≤L ≤2000mm임.  Preferably 400 mm ≤ L ≤ 2000 mm.

타겟의 모서리: 예를 들면, 반원 형태. Corner of target: for example semicircular.

1.2 소스/기판:1.2 Source / Substrate:

코팅될 기판 표면(FS)의 치수에 대한 스퍼터링 면(FQ)의 치수의 비율(VQS): Ratio of dimensions (V QS ) of the sputtering face (F Q ) to the dimensions of the substrate surface (F S ) to be coated:

VQS ≤3이고,V QS ≤ 3,

바람직하게는 VQS ≤2이며,Preferably V QS ≤ 2,

보다 바람직하게는 1.5 ≤VQS ≤2임.More preferably 1.5 ≦ V QS ≦ 2.

새로운 소스 면과 코팅 면 사이의 최소 간격(D): Minimum distance between new source side and coated side (D):

60mm ≤D ≤250mm이고,  60 mm ≤ D ≤ 250 mm,

바람직하게는 80mm ≤ D ≤160mm임.  Preferably 80 mm ≦ D ≦ 160 mm.

기판 크기: 920 x 900 mm2의 스퍼터링 면을 가진 소스로 코팅하는 경우에는 750 x 630 mm2, 또는 1300 x 1200 mm2의 스퍼터링 면을 가진 소스로 코팅하는 경우에는 1100 x 900 mm2임. Substrate size: 750 x 630 mm 2 for coating with a source with a sputtering face of 920 x 900 mm 2 , or 1100 x 900 mm 2 for coating with a source with a sputtering face of 1300 x 1200 mm 2 .

1.3 냉각:1.3 Cooling:

냉각 면에 대한 스퍼터링 면의 비율(VSK): Ratio of sputtering face to cooling face (V SK ):

1.2 ≤VSK ≤1.5임.1.2 ≤ V SK ≤ 1.5.

2. 조작 변수(Operating Variables)2. Operating Variables

타겟 온도(T): Target temperature (T):

40℃ ≤T ≤ 150℃이고,  40 ° C. ≦ T ≦ 150 ° C.,

바람직하게는 60 ℃ ≤ T ≤ 130℃임.  Preferably 60 ° C. ≦ T ≦ 130 ° C.

단위 스퍼터링 면적당 스퍼터링 전력: Sputtering power per unit sputtering area:

10-30 W/cm2이고,10-30 W / cm 2 ,

바람직하게는 15-20 W/cm2임.Preferably 15-20 W / cm 2 .

각 측면의 최외곽 타겟 장치는 각각 5-35%, 바람직하게는 10-20% 더 높은 단위 면적당 스퍼터링 전력으로 작동됨. The outermost target device on each side is operated at 5-35%, preferably 10-20% higher sputtering power per unit area.

자석 드럼의 진자 진동수: 1-4Hz, 바람직하게는 약 2Hz임. Pendulum frequency of the magnetic drum: 1-4 Hz, preferably about 2 Hz.

결과                                  result

다음과 같은 코팅 속도가 달성됨:The following coating rates are achieved:

ITO: 20Å/초 ITO: 20 ms / s

Al: 130 - 160Å/초 Al: 130-160 Hz / s

Cr: 140 Å/초 Cr: 140 μs / sec

Ti: 100 Å/초 Ti: 100 μs / sec

Ta: 106 Å/초. Ta: 106 μs / sec.

도 9에는 본 발명에 따른 소스의 타겟 장치에서의 15cm 폭의 스퍼터링 면 상의 침식 프로필을 도시하였다. 매우 균일한 침식 때문에, "레이스 트랙" 또는 침식 프로필은 거의 관찰되지 않는다.9 shows the erosion profile on a 15 cm wide sputtering surface in the target device of the source according to the invention. Because of the very uniform erosion, little "race track" or erosion profile is observed.

도 10에는 각각 폭(B)이 150mm인 스퍼터링 면을 구비한 5개의 타겟 장치들이 설치된 본 발명에 따른 소스에서의 ITO 스퍼터링 코팅 속도 분포를 도시하였다. 상기 분포에서, 소스 면으로부터 120mm 간격(D)으로 설치된 기판 상의 막 두께 편차는 고작 ±3.8%이었다.10 shows the distribution of ITO sputtering coating rates in a source according to the invention with five target devices each having a sputtering face 150 mm wide (B). In this distribution, the film thickness deviation on the substrate provided at 120 mm intervals D from the source surface was only ± 3.8%.

도 11에는 다음과 같이 코팅된 대면적 유리 기판 상의 막 두께 분포를 도시하였다:FIG. 11 shows the film thickness distribution on a large area glass substrate coated as follows:

- 총 스퍼터링 전력(Ptot): 2kWTotal sputtering power (P tot ): 2 kW

- 스퍼터링 시간 :100초Sputtering Time: 100 seconds

- 코팅 속도(R) : 26 Å/초, 상대적 코팅 속도: 13 Å/초, kWCoating speed (R): 26 s / sec, relative coating rate: 13 s / sec, kW

- 6개의 타겟 장치들로 구성된 소스에서 최외곽 타겟 장치는 각각 10 또는 15% 더 높은 스퍼터링 전력(P1, P6)으로 작동되었음In the source consisting of six target devices, the outermost target device was operated with 10 or 15% higher sputtering power (P 1 , P 6 ), respectively.

- 기판 크기 :650 x 550 mm2.Substrate size: 650 x 550 mm 2 .

도 11에서는 증가된 스퍼터링 전력으로 작동된 타겟 장치 상부에 있는 기판의 가장자리 영역을 표시하였다. ITO 코팅 공정에 있어서, 평균 막 두께 267nm에 대한 막 두께 편차는 ±6.3%이었다.FIG. 11 shows the edge region of the substrate on top of the target device operated with increased sputtering power. In the ITO coating process, the film thickness deviation over the average film thickness of 267 nm was ± 6.3%.

본 발명은 공지의 스퍼터링 소스에서 특히 대면적 워크피스(workpiece)의 코팅과 관련하여 나타나는 단점들을 피할 수 있는 다음과 같은 특징들을 제공한다:The present invention provides the following features that can avoid the disadvantages associated with the coating of large area workpieces, especially in known sputtering sources:

본 발명에 따르면 높은 코팅 속도 및 높은 스퍼터링 속도의 활용과 더불어, 대면적 마그네트론 스퍼터링 면에 걸쳐 공정 조건의 균일한 분포가 가능하므로, 대면적 기판을 코팅하거나 다수의 기판을 동시에 코팅하는 경우에 매우 경제적이다. According to the present invention, in addition to utilizing a high coating speed and a high sputtering speed, a uniform distribution of process conditions is possible over a large area magnetron sputtering surface, which is very economical when coating a large area substrate or coating multiple substrates at the same time. to be.

본 발명에 따른 소스에서는 대면적을 동시에 스퍼트링하기 때문에, 기판상의 막 두께 분포가 우수하고 아크 현상을 방지할 수 있다. Since the source according to the present invention sputters a large area at the same time, the film thickness distribution on the substrate is excellent and the arc phenomenon can be prevented.

반응성 가스 분포 및/또는 타겟 침식 분포의 균일성과 관련된 문제가 해결되기 때문에, 코팅될 기판을 소스에 보다 근접하게 배치할 수 있고 소스 면에 비하여 훨씬 더 큰 큰 면적을 코팅할 수 있으며, 그 결과 본 발명에 따른 소스가 장착된 스퍼터 코팅 시스템의 경제성을 높일 수 있다. Since the problems associated with the uniformity of the reactive gas distribution and / or the target erosion distribution are solved, the substrate to be coated can be placed closer to the source and can be coated with a much larger area than the source side. The economics of the sputter coating system equipped with the source according to the invention can be improved.

대면적 타겟에서 타겟 중심부의 음극 부재 때문에 발생하는 타겟 중심부와 타겟 주변부(periphery) 사이의 플라즈마 밀도 차이 문제가 해결될 수 있다. In large area targets, the problem of plasma density difference between the target center and the target periphery caused by the cathode member of the target center can be solved.

소스를 모듈식 타겟 장치로 요구되는 치수에 유연하게 맞출 수 있다. The source can be flexibly adapted to the dimensions required by the modular target device.

가스 유입관(49)을 소스 표면에 분산시킬 수 있기 때문에, 대면적 타겟에서 타겟 중심부에 반응 가스의 희박 현상이 생기는 문제를 해결할 수 있다. Since the gas inlet pipe 49 can be dispersed on the source surface, it is possible to solve a problem in which a lean phenomenon of the reaction gas occurs in the center of the target in the large-area target.

처리 진공(process vacuum)과 대기압 사이에 베이스(41)가 위치하기 때문에(참조: 도 4), 더이상 이러한 하중을 완화할 수 있는 두꺼운 냉각판(23)을 설치할 필요가 없다. 이로 인하여 소스가 덜 복잡해지고, 타겟 장치(3) 아래에 설치된 자석 장치 47, 43의 자장 통과가 잘 이루어지게 된다. Since the base 41 is located between the process vacuum and atmospheric pressure (see FIG. 4), it is no longer necessary to install a thick cooling plate 23 that can alleviate this load. This makes the source less complicated, and the magnetic field passing through the magnetic devices 47 and 43 installed under the target device 3 is good.

하기 분포의 선택적 제어를 통하여, 대면적 기판의 막 두께 분포를 최적으로, 특히 균일하게 조정할 수 있게 된다: Through selective control of the following distributions, the film thickness distribution of the large area substrate can be optimally and particularly uniformly adjusted:

타겟 장치의 시간 및/또는 위치에 따른 전기적 작동;  Electrical operation over time and / or location of the target device;

타겟 장치의 시간 및/또는 위치에 따른 자기적 작동; 및   Magnetic actuation according to the time and / or location of the target device; And

시간 및/또는 위치에 따른 가스 유입.  Gas inlet over time and / or location.

냉매 압력을 통한 타겟 장치의 고정과 더불어 총검식 유닛(bayonet unit)을 제공함으로써, 타겟 장치를 간단하고 신속하게 교체하는 것이 가능하고 대면적을 효과적으로 냉각시킬 수 있다. By providing the bayonet unit in addition to the fixing of the target device through the refrigerant pressure, it is possible to simply and quickly replace the target device and effectively cool the large area.

스퍼터링 면 아래에 설치된 총검식 유닛(bayonet unit)으로 인하여, 고정 요소(fixing element), 특히 스퍼터링 재료가 아닌 물질로 된 고정 요소가 처리 챔버 쪽으로 노출되지 않는다. Due to the bayonet unit installed below the sputtering face, fixing elements, in particular fixing elements made of a material other than the sputtering material, are not exposed towards the processing chamber.

도 1은 전기로 작동되는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스의 첫번째 실시양태의 개략도,1 is a schematic diagram of a first embodiment of a magnetron sputtering source according to the present invention operated electrically;

도 2는 도 1에 따른 스퍼터링 소스의 다른 전기 회로도,2 is another electrical circuit diagram of the sputtering source according to FIG. 1, FIG.

도 3은 도 1과 유사하게 도시한 본 발명에 따른 스퍼터링 소스의 또 다른 전기 회로도, 3 is another electrical circuit diagram of a sputtering source according to the present invention shown similarly to FIG.

도 4는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 소스의 횡단면 상세도, 4 is a cross-sectional detail view of a magnetron sputtering source according to the present invention;

도 5는 도 4에 따른 소스에 사용되는 선형의 총검식 유닛(bayonet unit)의 평면도,FIG. 5 is a plan view of a linear bayonet unit used for the source according to FIG. 4, FIG.

도 6은 본 발명에 따른 마그네트론 소스의 평면 개략도,6 is a top schematic view of a magnetron source according to the present invention;

도 7은 도 6에 따른 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 소스에 제공되는 영구자석 드럼의 바람직한 실시양태의 평면도, 7 is a plan view of a preferred embodiment of a permanent magnet drum provided in the magnetron sputtering source of the invention according to FIG. 6, FIG.

도 8은 본 발명에 따른 스퍼터 코팅 시스템의 개략도,8 is a schematic view of a sputter coating system according to the present invention;

도 9는 본 발명에 따른 소스의 타겟 장치 상의 침식 프로필을 도시한 도면,9 shows an erosion profile on a target device of a source according to the invention,

도 10은 5개의 타겟 장치들이 설치된 본 발명에 따른 소스 상에 형성된, 스퍼터링된 재료의 분포를 도시한 도면, 및10 shows the distribution of sputtered material formed on a source according to the invention with five target devices installed; and

도 11은 본 발명에 따른 소스를 사용하여 코팅한 530 x 630 mm2 크기의 유리 기판 상에 형성된 막 두께의 릴리프 패턴(relief pattern)을 도시한 도면이다.FIG. 11 shows a relief pattern of a film thickness formed on a glass substrate of 530 × 630 mm 2 size coated using a source according to the present invention.

Claims (24)

2개 이상의 전기적으로 서로 절연된 정지된 막대형 타겟 장치 (stationary target arrangement)를 갖는 스퍼터 소스로서, 상기 각각의 타겟 장치가 각각의 전기 패드를 포함하여, 상기 각각의 타겟 장치들이 다른 타겟 장치와 독립적으로 전기적으로 조작될 수 있고, 각각의 타겟 장치들이 각각의 타겟 장치에 대하여 시간에 따라 변화하는 자계 (time-varying magnetron field)를 생성하는 제어된 자석 장치(controlled magnet arrangement)를 포함하는 스퍼터 소스. A sputter source having two or more electrically isolated stationary stationary target arrangements, each target device comprising a respective electrical pad, such that each target device is independent of the other target device. And a controlled magnet arrangement that can be electrically manipulated such that each target device generates a time-varying magnetron field for each target device. 제 1 항에 있어서, 상기 소스가 상기 타겟 장치들 사이에 나란히 및/또는 상기 타겟 장치들의 더 좁은 측면을 따라서 배열된 음극들을 포함하는 음극 장치를 추가로 포함하는 소스. The source of claim 1, wherein the source further comprises a cathode device comprising cathodes arranged side by side between the target devices and / or along a narrower side of the target devices. 제 1항에 있어서, 상기 자석 장치들이 상기 타겟 장치들을 따라서 전자석들 및/또는 영구자석들을 구비하는 프레임을 포함하는 소스. The source of claim 1, wherein the magnet devices comprise a frame having electromagnets and / or permanent magnets along the target devices. 제 1항에 있어서, 상기 자석 장치들이 각각 터널형의 자장의 정점이 시간에 따라 변하도록 각각의 타겟 장치 상에 터널 형태의 자장(tunnel-shaped magnetic field)을 생성하는 소스. 2. The source of claim 1, wherein the magnetic devices each generate a tunnel-shaped magnetic field on each target device such that the peaks of the tunnel-shaped magnetic field change over time. 제 4항에 있어서, 상기 자석 장치가 각각 상기 터널 형태의 자장의 정점의 위치가 시간에 따라 변하도록 각각의 타겟 장치 상에 터널 형태의 자장을 생성하는 소스. 5. The source of claim 4, wherein the magnet device generates a tunnel-like magnetic field on each target device such that the positions of the vertices of the tunnel-shaped magnetic field respectively change over time. 제 1항에 있어서, 상기 자석 장치가 각각 2개 이상의 영구 자석들 및/또는 전자석들을 구비한 동력에 의해 회전가능하거나 회전가능하게 선회가능한 드럼들을 포함하는 소스.The source of claim 1, wherein the magnet device comprises drums rotatable or rotatable by power with two or more permanent magnets and / or electromagnets, respectively. 제 1항에 있어서, 상기 타겟 장치들이 베이스 위에 탑재되고, 상기 베이스는 상기 타겟 장치들 각각에 대해 인접하고 호일에 의해 밀폐되는 냉매 채널 장치(cooling medium channel arrangement)를 포함하는 소스.The source of claim 1, wherein the target devices are mounted on a base, the base comprising a cooling medium channel arrangement adjacent to each of the target devices and sealed by a foil. 제 1 항에 있어서, 상기 소스가 상기 타겟 장치들과 나란히 배치된 가스 유입 개구부를 갖는 가스 유입 장치(gas inlet arrangement)를 추가로 포함하는 소스.The source of claim 1, wherein the source further comprises a gas inlet arrangement having a gas inlet opening disposed side by side with the target devices. 제 1항에 있어서, 상기 소스가 상기 타겟 장치들과 나란히 배치된 가스 유입 개구부를 갖는 가스 유입 장치(gas inlet arrangement) 및 상기 가스 유입 개구부에서의 가스 유입 분포 (gas inlet distribution)를 조절하는 조정 유니트(adjustment unit)를 추가로 포함하는 소스.2. The gas inlet arrangement of claim 1, wherein said source has a gas inlet arrangement having a gas inlet opening disposed side by side with said target devices, and an adjusting unit for adjusting a gas inlet distribution at said gas inlet opening. Source additionally containing an adjustment unit. 제 1항에 있어서, 상기 타겟 장치들이 상기 막대형 타겟 장치들 중 하나의 폭의 15% 미만인 간격 만큼 서로 떨어져 있는 소스.The source of claim 1 wherein the target devices are spaced apart from each other by an interval that is less than 15% of the width of one of the rod-shaped target devices. 제 10항에 있어서, 상기 간격이 상기 폭의 10% 이하인 소스.The source of claim 10 wherein said spacing is no more than 10% of said width. 제 11항에 있어서, 상기 간격이 상기 폭의 7% 이하인 소스.The source of claim 11, wherein said spacing is no more than 7% of said width. 제 1항에 있어서, 상기 막대형 타겟 장치들의 길이가 그들의 폭 보다 훨씬 큰 소스. The source of claim 1 wherein the length of the rod-shaped target devices is much greater than their width. 제 13항에 있어서, 상기 길이, L이 400 ㎜ ≤ L인 소스.The source of claim 13, wherein the length, L, is 400 mm ≦ L. 제 1항에 있어서, 상기 타겟 장치들이 간격 d 만큼 서로 떨어져 있고, 여기서 상기 d는 1 ㎜ ≤ d ≤ 230 ㎜인 소스.The source of claim 1, wherein the target devices are spaced apart from each other by a distance d, wherein d is 1 mm ≦ d ≦ 230 mm. 제 15항에 있어서, 상기 d가 7 ㎜ ≤ d ≤ 20 ㎜인 소스.The source of claim 15 wherein d is 7 mm ≦ d ≦ 20 mm. 제 14항에 있어서, 상기 타겟 장치의 각각의 폭이 B이고, B가 60 mm ≤ B ≤ 350 mm인 소스.15. The source of claim 14, wherein each width of said target device is B and B is 60 mm < B < 350 mm. 제 17항에 있어서, 상기 B가 80 mm ≤ B ≤ 200 mm인 소스. 18. The source of claim 17, wherein B is 80 mm < B < 200 mm. 제 1항에 있어서, 스퍼터링되지 않은 상태(unsputtered condition)의 상기 타겟 장치들의 스퍼터링면들이 실질상 동일 평면상에 배열된 소스.The source of claim 1, wherein the sputtering surfaces of the target devices in an unsputtered condition are substantially arranged on the same plane. 제 1항에 있어서, 상기 자석 장치들이, 순간적으로 고려할 때, 상기 막대형 타겟 장치들의 길이를 따라서 국지적으로 변하는 자장을 생성하는 소스.The source of claim 1, wherein the magnetic devices, when instantaneously considered, generate a magnetic field that varies locally along the length of the rod-shaped target devices. 제 1항에 있어서, 상기 정지형 프레임(sationary frame)이 상기 타겟 장치들 중 적어도 일부를 에워싸고, 상기 프레임 내의 상기 타겟 장치들 중 적어도 일부와 나란히 배열된 상기 자석들이 서로 상이한 자계 강도를 가지는 소스. The source of claim 1, wherein the stationary frame surrounds at least some of the target devices, and wherein the magnets arranged side by side with at least some of the target devices in the frame have different magnetic field strengths. 제 1항에 있어서, 2개를 초과하는 상기 타겟 장치들을 포함하는 소스.The source of claim 1 comprising more than two said target devices. 제 22항에 있어서, 5개 이상의 상기 타겟 장치들을 포함하는 소스.23. The source of claim 22 comprising at least five said target devices. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 하나의 항에 의한 스퍼터 소스를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 챔버. A magnetron sputtering chamber comprising the sputter source of claim 1.
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