KR20070102497A

KR20070102497A - 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20070102497A
Application number: KR1020077014470A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 유아사; 요시히코 구리야마
Original assignee: 네오맥스 기코 가부시키가이샤; 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2007-10-18
Also published as: TW200641173A; JPWO2006082863A1; KR101243068B1; JP4924835B2; TWI400349B; CN101107381A; WO2006082863A1

Abstract

상면에 소정의 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석(30)으로 이루어지는 내측 영구자석 열(3); 내측 영구자석 열(3)을 둘러싸고, 상면에 내측 영구자석 열(3)의 자극과 역극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석(40)으로 이루어지는 외측 영구자석 열(4); 상기 내측 영구자석 열(3) 및 상기 외측 영구자석 열(4)의 영구자석(30, 40)을 착탈 가능하게 유지하는 자기 요크판(2); 및 상기 영구자석(30, 40)을 하나 이상씩 덮는 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 비자성 보호 커버 부재(31, 41)를 구비하고, 각각의 상기 보호 커버 부재(31, 41)는, 상기 영구자석(30, 40)의 한쪽의 측면을 덮는 동시에, 자기 요크판(2)에 기계적으로 고정된 제1 측판부(31a, 41a), 상기 영구자석(30, 40)의 다른쪽 측면을 덮는 제2 측판부(31b, 41b), 및 상기 제1 및 제2 측판부(31a, 31b),(41a, 41b)를 일체로 연결하는 상판부(31c, 41c)로 이루어지고, 각각의 상기 보호 커버 부재(31, 41)의 제1 및 제2 측판부(31a, 31b)(41a 및 41b)에 의해 영구자석(30, 40)이 견고하게 파지되어 있는 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.

마그네트론 스퍼터링, 자기 회로 장치, 영구자석, 보호 커버

Description

마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치 및 그 제조 방법 {MAGNETIC CIRCUIT DEVICE FOR MAGNETRON SPUTTERING AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 기판 표면에 박막을 형성하는 마그네트론 스퍼터링 장치에 탑재되는 자기 회로 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

마그네트론 스퍼터링 장치는, 진공 챔버 내에 애노드 측의 기판과 서로 마주하도록 배치된 타겟, 타겟의 배후에 배치된 자기 회로 장치, 및 타겟이 캐소드가 되도록 타겟에 접속된 고주파 전원을 가진다. 진공 챔버 내에, 예를 들면 10^-1~ 10^-3Torr(13.33 ~ 0.13 Pa)의 불활성 가스를 도입한 후, 기판(애노드)과 타겟(캐소드) 사이에 전압을 인가함으로써 글로 방전을 일으켜 불활성 가스를 이온화하는 동시에, 타겟으로부터 방출된 2차 전자에 직각으로 자계를 작용시켜, 타겟 표면에서 사이클로이드 운동을 행하게 하여, 가스 분자와 충돌시킴으로써 이온화를 촉진하고, 타겟 재료가 중성의 원자로서 기판 상에 퇴적(박막화)되게 한다. 마그네트론 스퍼터링 장치는 막 형성(이하, 성막이라고도 한다) 속도가 빠르고, 기판에의 전자의 충돌이 일어나지 않기 때문에 저온 성막이 가능하며, 또한 각종 합금 박막을 우수한 재현성으로 형성할 수 있다고 하는 이점을 가지므로, 반도체 IC의 제조 프로 세스 등의 용도에 널리 사용되고 있다.

마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서는, 전계와 자계가 직교하는 타겟 중앙부에 방전이 집중하고, 그 부분이 현저하게 스퍼터링되므로, 장기간의 스퍼터링 후에는 타겟 표면이 불균일하게 된다. 그러므로, 통상 타겟의 배면에 배치한 자기 회로 장치 전체를 왕복 이동시킨다.

예를 들면, 일본 특허공개공보 평10-46334호는, 내부에 기판이 반송(搬送)되는 진공 용기의 벽 부분에 배치된 타겟을 장착한 마그네트론 캐소드, 타겟의 표면에 폐환형(閉環形)의 자계를 형성하도록 마그네트론 캐소드의 배면 측에 위치하는 마그네트론 자기 회로 장치, 자기 회로 장치를 타겟과 평행으로 또한 기판 반송 방향으로 요동하는 제1 기구, 및 자기 회로 장치를 타겟과 평행으로 또한 기판 반송 방향과 수직 방향으로 요동하는 제2 기구를 구비한 스퍼터 성막 장치를 개시하고 있다. 일본 특허공개공보 평10-46334호에 기재된 마그네트론 자기 회로 장치는 로드 상태의 중앙 자석, 타겟 측의 표면이 중앙 자석과 역 극성이 되도록 자화된 직사각형의 외주 자석, 및 이들 자석을 지지하는 평탄한 자기 요크판을 가진다.

일본 특허공개공보 제2000-248360호는, 기판과 기판에 대향하는 타겟이 배치된 성막실(제1 진공실), 타겟의 표면에 터널 모양의 포로이달 자계를 발생시키는 자계 발생 기구가 설치된 마그넷 실(제2 진공실), 및 자계 발생 기구를 타겟에 평행으로 왕복 이동시키는 구동 장치를 구비한 마그네트론 스퍼터 장치를 개시하고 있다. 자계 발생 기구의 근방에, 배킹 플레이트 및 타겟이 차례로 배치되어 있고, 배킹 플레이트는 부(負) 전위를 인가하기 위한 전원에 접속되어 있다. 자계 발생 기구, 배킹 플레이트 및 전원에 의해, 타겟의 표면에 고밀도의 플라즈마가 생성된다.

기판에의 성막 속도를 앞당기기 위해서는, 자기 회로 장치의 표면(영구자석의 표면)에서부터 타겟 표면까지의 거리를 짧게 하여, 타겟의 표면에 발생하는 자계 강도를 높이는 것이 필요하다. 그러나, 자기 회로 장치와 타겟과의 간격을 좁히면, 영구자석이 타겟의 이면에 있는 배킹 플레이트(또는 캐소드)와 간섭하고, 접촉한 경우 등에 영구자석이 탈락하거나, 그 에지 부분이 파손하거나 할 우려가 있다. 게다가, 자기 회로 장치의 조립 작업중, 자기 회로 장치의 마그네트론 스퍼터링 장치로의 반송중 또는 장착중에, 포장 상황이나 취급상의 잘못 등에 의해, 영구자석이 다른 부재와 충돌해, 영구자석이 탈락하거나, 일부가 파손되거나 하는 문제도 있다.

통상, 일본 특허공개공보 제2000-248360호에 기재되어 있는 바와 같이, 자계 발생 기구에서의 영구자석은 요크에 접착제에 의해 고정되어 있다. 그러나, 접착제의 경화 시 또는 경화 후에 아웃가스(분자량 300 정도 이하)가 발생하므로, 자기 회로 장치의 표면이 오염되고, 불량품이 발생하는 원인이 된다. 탈락하거나 파손하거나 한 영구자석을 완전한 영구자석에 교환하는 경우, 접착제를 박리할 필요가 있지만, 이를 위해서는 접착제의 주성분인 수지의 유리 전이 온도(예를 들면 150 ~ 200℃) 이상의 온도로 자기 회로 장치 전체를 가열하는 것이 필요하다. 따라서, 파손된 영구자석만을 장착 및 분리하는 것은 불가능하고, 영구자석 전부를 장착 및 분리하여야 한다. 특히 대형의 스퍼터링 장치는 다수(예를 들면 100개 이상)의 영구자석을 구비한 자기 회로 장치를 구비하므로, 작업 공정수를 생각하면, 영구자석의 교환은 너무 고비용이다.

그래서 일본 특허공개공보 평10-317137호 및 일본 특허공개공보 평11-36068호에 기재된 바와 같이, 영구자석을 볼트 등의 기계적인 수단으로 고정하면, 충분한 조립 정밀도를 얻을 수 없다고 하는 문제가 있다.

발명이 해결하고자하는 과제

따라서 본 발명의 목적은, 영구자석을 정확하고 착탈이 자유롭게 탑재할 수 있는 동시에, 사용중에 영구자석의 탈락이나 파손이 없는 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치, 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 목적으로 감안하여 열심히 연구의 결과, 하나 이상의 영구자석을 보호 커버 부재에 장착하고, 그것을 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치에 기계적으로 고정하면, 영구자석을 정확하게 자기 회로 장치에 자유로운 착탈이 가능하게 고정할 수 있는 동시에, 사용중에 영구자석의 탈락이나 손상이 없고, 또 접착제를 사용하지 않으므로 아웃 가스가 발생할 염려도 없는 것을 발견하고, 본 발명에 생각이 미쳤다.

따라서, 본 발명의 제1 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치는, 상면에 소정의 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 내측 영구자석 열; 상기 내측 영구자석 열을 둘러싸고, 상면에 상기 내측 영구자석 열의 자극과 역극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 외측 영구자석 열; 상기 내측 영구자석 열 및 상기 외측 영구자석 열의 영구자석을 착탈이 가능하게 유지하는 자기 요크판; 및 상기 영구자석을 하나 이상씩 덮는 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 비자성 보호 커버 부재를 구비하고, 각각의 상기 보호 커버 부재는, 상기 영구자석의 한쪽의 측면을 덮는 동시에, 상기 자기 요크판에 기계적으로 고정된 제1 측판부(側板部), 상기 영구자석의 다른 쪽의 측면을 덮는 제2 측판부, 상기 두 측판부를 일체로 연결하는 상판부(上板部)로 이루어지고, 각각의 상기 보호 커버 부재의 제1 및 제2 측판부에 의해 상기 영구자석은 견고하게 파지(把持)되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 자기 회로 장치에 있어서, 상기 자기 요크판은 상면에 직육면체형의 상기 영구자석을 수용하는 요부(凹部)를 가지는 것이 바람직하다. 상기 내측 영구자석 열을 구성하는 상기 영구자석을 수용하는 요부는 중앙 홈이며, 상기 외측 영구자석 열을 구성하는 상기 영구자석을 수용하는 요부는 외주 단차(外周段差)인 것이 바람직하다.

상기 자기 회로 장치에 있어서, 상기 보호 커버 부재의 상기 제1 측판부는 하나 이상의 개구부를 가지는 외측 플랜지부를 가지고, 각 영구자석의 하단부가 상기 자기 요크판의 상기 요부에 배치된 상태에서, 상기 개구부에 결합되는 볼트에 의해 상기 플랜지부가 상기 자기 요크판에 고정되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치에서는, 상기 자기 요크판은 상면에 상기 내측 영구자석 열을 수용하는 중앙 홈과, 상기 외측 영구자석 열을 수용하는 외주 단차를 가지는 동시에, 측면에 수평 홈을 가지고, 상기 외측 영구자석 열에서의 각각의 상기 보호 커버 부재의 제1 측판부는 상기 자기 요크판의 상면에 접하는 위치에 하나 이상의 개구부를 가지는 외측 플랜지부를 가지고, 상기 제2 측판부는 상기 수평 홈에 이르는 길이를 가지는 동시에 선단에 내측 돌기부를 가지고, 그로 인해 상기 내측 돌기부가 상기 수평 홈에 결합하는 동시에, 상기 영구자석이 상기 외주 단차에 배치된 상태에서, 상기 개구부에 결합되는 볼트에 의해 상기 제1 측판부의 상기 외측 플랜지부가 상기 자기 요크판에 고정되는 것을 특징으로 한다.

상기 보호 커버 부재의 상기 상판부의 내면에, 상기 영구자석의 상면에 맞닿는 돌기부를 설치해도 된다.

본 발명의 제3 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치는, 상면에 소정의 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 내측 영구자석 열; 상기 내측 영구자석 열을 둘러싸고, 상면에 상기 내측 영구자석 열의 자극과 역극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 외측 영구자석 열; 상기 내측 영구자석 열 및 상기 외측 영구자석 열의 영구자석을 착탈이 자유롭게 유지하는 자기 요크판; 상기 내측 영구자석 열과 상기 외측 영구자석 열 사이에 설치된 스페이서; 및 상기 영구자석을 하나 이상씩 덮는 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 비자성 보호 커버 부재를 구비하고, 상기 내측 영구자석 열에서의 각각의 상기 보호 커버 부재는, 상기 영구자석의 한쪽의 측면을 덮는 동시에, 상기 자기 요크판에 기계적으로 고정된 제1 측판부, 상기 영구자석의 다른쪽의 측면을 덮는 제2 측판부, 상기 제1 및 제2 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지며,

상기 외측 영구자석 열에서의 각각의 상기 보호 커버 부재는, 상기 영구자석의 한쪽의 측면 및 상기 자기 요크판의 측면 중 적어도 일부를 덮는 길이를 가지고, 상기 자기 요크판에 기계적으로 고정된 제1 측판부, 상기 영구자석의 다른쪽의 측면을 덮는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지고, 각각의 상기 보호 커버 부재의 제1 및 제2 측판부에 의해 상기 영구자석은 견고하게 파지되어 있는 것을 특징으로 한다.

제3 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치에 있어서, 상기 자기 요크판은 상면에 상기 내측 영구자석 열의 직육면체형의 상기 영구자석을 수용하는 중앙 홈을 가지는 동시에, 상기 외측 영구자석 열의 직육면체형의 상기 영구자석을 수용하는 외주 단차를 가지고, 상기 내측 영구자석 열의 각각의 상기 보호 커버 부재의 상기 제1 측판부는 하나 이상의 개구부를 가지는 외측 플랜지부를 가지고, 상기 외측 영구자석 열의 각각의 상기 보호 커버 부재의 상기 제1 측판부는 상기 자기 요크판의 측면에 접하는 선단 부분에 하나 이상의 개구부를 가지며, 각 영구자석의 하단부가 상기 자기 요크판의 상기 중앙 홈 또는 외주 단차에 배치된 상태에서, 상기 개구부에 결합되는 볼트에 의해 상기 제1 측판부가 상기 자기 요크판에 고정되어 있는 것이 바람직하다. 상기 내측 영구자석 열의 각각의 상기 보호 커버 부재의 제1 측판부는, 상기 스페이서를 수용하는 절개부를 가지는 것이 바람직하다.

어느 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치에 있어서도, 상기 보호 커버 부재는 탄성 변형 가능한 비자성 금속판으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또 상기 영구자석의 폭 W_P와, 상기 보호 커버 부재의 제1 및 제2 측판부의 개구단에서의 내벽 폭W_O 및 상기 상판부에서의 내벽 폭 W_D는, W_D > W_P > W₀의 관계를 충족시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법은, 상면에 소정의 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 내측 영구자석 열과, 상기 내측 영구자석 열을 둘러싸고 상면에 상기 내측 영구자석 열의 자극과 역극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 외측 영구자석 열을 자기 요크판에 자유자재로 착탈 가능하게 조립하는 것으로서, (a) 상기 자기 요크판과의 결합부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 제1 및 제2 측판부 비자성 보호 커버 부재를 제작하고, (b) 상기 제1 보호 커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자석을 상기 상판부 측이 동일 극성이 되도록 삽입함으로써, 제1 자석 조립체를 제작하며, (c) 상기 제2 보호 커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자석을 상기 상판부 측이 상기 제1 자석 조립체와 역극성이 되도록 삽입함으로써, 제2 자석 조립체를 제작하고, (d) 상기 제1 및 제2 측판부 자석 조립체를 각각 상기 자기 요크판에 기계적으로 고정하는 것을 특징한다.

상기 자기 회로 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 자기 요크판은 상면에 직육면체형의 상기 영구자석을 수용하는 요부를 가지는 것이 바람직하다. 상기 내측 영구자석 열을 구성하는 상기 영구자석을 수용하는 요부는 중앙 홈이며, 상기 외측 영구자석 열을 구성하는 상기 영구자석을 수용하는 요부는 외주 단차인 것이 바람직하다.

상기 자기 회로 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 보호 커버 부재의 상기 제1 측판부는 하나 이상의 개구부를 가지는 외측 플랜지부를 가지고, 각각의 상기 영구자석의 하단부를 상기 자기 요크판의 상기 요부에 배치한 상태에서, 상기 개구부에 결합되는 나사에 의해 상기 플랜지부를 상기 자기 요크판에 고정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법은, 상기 자기 요크판이 상면에 중앙 홈 및 외주 단차를, 그리고 측면에 수평 홈을 가지고; 상기 제2 비자성 보호 커버 부재가 상기 자기 요크판과의 결합부를 가지는 외측 플랜지부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하는 제2 측판부(상기 수평 홈에 이르는 길이를 가지는 동시에, 선단에 내측 돌기부를 가진다),및 상기 제1 및 제2 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는 대략 ㄷ자형의 단면을 가지고, 상기 제2 자석 조립체의 상기 제2 측판부의 상기 내측 돌기부를 상기 자기 요크판의 상기 수평 홈에 결합시키는 동시에, 상기 영구자석을 상기 외주 단차에 배치한 상태에서, 상기 제1 측판부의 상기 외측 플랜지부를 상기 자기 요크판에 기계적으로 고정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법은, 상면에 소정의 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 내측 영구자석 열과, 상기 내측 영구자석 열을 둘러싸고 상면에 상기 내측 영구자석 열의 자극과 역극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 외측 영구자석 열을, 스페이서를 통하여 자기 요크판에 자유자재로 착탈 가능하게 조립하는 것으로서, (a) 상기 자기 요크판과의 결합부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는, 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 제1 비자성 보호 커버 부재와; 상기 수평 홈에 이르는 길이를 가지는 동시에 선단부에 하나 이상의 상기 자기 요크판과의 결합부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는, 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 제2 비자성 보호 커버 부재를 제작하고, (b) 상기 제1 보호 커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자석을 상기 상판부 측이 동일한 극성으로 되도록 삽입함으로써, 제1 자석 조립체를 제작하며, (c) 상기 제2 보호커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자석을 상기 상판부 측이 상기 제1 자석 조립체와 역극성이 되도록 삽입함으로써, 제2 자석 조립체를 제작하고, (d) 상기 자기 요크판에 스페이서를 기계적으로 고정하며, (e) 상기 제1 자석 조립체를 상기 자기 요크판에 상기 제1 측판부를 통하여 기계적으로 고정하고, (f) 상기 제2 자석 조립체를 상기 자기 요크판에 상기 제1 측판부를 통하여 기계적으로 고정하는 것을 특징으로 하는 방법이다.

제3 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 바람직한 방법은, 상면에 소정의 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 내측 영구자석 열과, 상기 내측 영구자석 열을 둘러싸고 상면에 상기 내측 영구자석 열의 자극과 역 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 외측 영구자석 열을, 스페이서를 통하여, 상면에 소정 방향으로 연장되는 중앙 홈 및 외주 단차를 가지는 자기 요크판에 자유자재로 착탈 가능하게 조립하는 것으로, (a) 하나 이상의 개구부를 가지는 외측 플랜지부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는, 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 제1 비자성 보호 커버 부재와; 상기 수평 홈에 이르는 길이를 가지는 동시에 선단부에 하나 이상의 개구부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는, 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 제2 비자성 보호 커버 부재를 제작하고, (b) 상기 제1 보호 커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자석을 상기 상판부 측이 동일 극성이 되도록 삽입함으로써, 제1 자석 조립체를 제작하며, (c) 상기 제2 보호 커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자석을 상기 상판부 측이 상기 제1 자석 조립체와 역극성이 되도록 삽입함으로써, 제2 자석 조립체를 제작하고, (d) 상기 자기 요크판에 스페이서를 기계적으로 고정하며, (e) 상기 제1 자석 조립체의 영구자석을 상기 중앙 홈에 배치한 상태에서, 상기 외측 플랜지부의 개구부에 결합되는 볼트에 의해 상기 제1 자석 조립체를 상기 자기 요크판에 고정하고, (f) 상기 제2 자석 조립체의 영구자석을 상기 외주 단차에 배치한 상태에서, 상기 제1 측판부의 개구부에 결합되는 볼트에 의해 상기 제2 자석 조립체를 상기 자기 요크판에 고정하는 것을 특징으로 한다.

제3 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치의 제조 방법에 있어서는, 상기 제1 보호 커버 부재가 적어도 상기 제1 측판부에 상기 스페이서를 수용하는 절개부를 가지고, 상기 스페이서가 상기 절개부에 들어가도록, 상기 제1 자석 조립체를 상기 자기 요크판에 고정하는 것이 바람직하다.

발명의 효과

본 발명의 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치에서는, 하나 이상의 영구자석이 보호 커버 부재로 덮여 있고, 또한 보호 커버 부재가 자기 요크판에 기계적으로 고정되어 있으므로, 접착제를 사용할 필요가 없고, 아웃 가스 발생의 우려가 전혀 없다. 또 인접하는 동일 극성의 자극에 의한 자기 반발력에도 불구하고, 영구자석을 자기 요크판에 정확하게 고정하는 것이 용이하다. 또 정확한 위치 결정을 위해 지그)를 사용해도, 지그는 보호 커버 부재에 접촉하므로, 영구자석 자체에 손상을 입힐 우려는 없다. 게다가, 사용중에 다른 부재 등과 충돌해도, 영구자석은 보호 커버 부재에 의해 보호되고 있으므로, 탈락하거나 손상되지 않는다.

조립 시 또는 조작중에 다른 부재의 충돌 등에 의해 몇 개의 영구자석이 탈락하거나 손상되거나 한 경우, 그 영구자석들을 파지한 보호 커버 부재만을 탈착하고 새로운 영구자석을 파지시킨 후, 재차 자기 요크판에 장착하면 된다. 이 경우에도, 접착제를 사용하고 있지 않으므로, 자기 회로 장치 전체를 가열할 필요가 없고, 영구자석의 탈착을 재빠르게 행할 수 있다. 또 보호 커버 부재 없이 영구자석을 자기 요크판에 고정한 경우, 몇 개의 영구자석을 탈착하면, 자기 반발력에 의해 자기 요크판 상의 영구자석의 위치가 어긋날 우려가 있지만, 본 발명과 같이 보호 커버 부재를 통하여 영구자석을 고정한 경우, 몇 개의 영구자석의 탈착에 의해 자기 요크판 상의 영구자석이 위치 어긋남을 일으키는 경우는 없다.

본 발명의 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치는, 영구자석을 장착한 보호 커버 부재를 자기 요크판에 기계적으로 고정함으로써 제조할 수 있으므로, 영구자석의 정확한 위치 결정이 용이할 뿐만 아니라, 조립 시간을 극히 단축할 수 있다. 게다가, 접착제를 사용할 필요가 없기 때문에, 제조 환경을 양호하게 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치의 일례를 나타낸 평면도이다.

도 2는, 도 1의 A-A 단면도이다.

도 3은 제1 및 제2 측판부 자석 조립체가 자기 요크판으로부터 이격된 상태를 나타낸 도 2의 분해도이다.

도 4는, 도 1의 B-B 단면도이다.

도 5는 제1 보호 커버 부재의 일례를 나타낸 단면도이다.

도 6은, 도 3에 나타낸 제1 보호 커버 부재의 평면도이다.

도 7은 외측 영구자석 열용의 제2 보호 커버 부재의 다른 예를 나타낸 단면도이다.

도 8은 외측 영구자석 열용의 제2 보호 커버 부재의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.

도 9는 본 발명의 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치의 다른 예를 나타낸 단면도이다.

도 10은, 도 9의 내측 영구자석 열용의 제1 보호 커버 부재를 나타낸 사시도이다.

도 11은, 도 9의 외측 영구자석 열용의 제2 보호 커버 부재를 나타낸 사시도이다.

도 12는, 도 2에 나타낸 외측 영구자석 열용의 제2 보호 커버 부재에 영구자석을 삽입하는 모습을 나타낸 사시도이다.

도 13은 하나의 보호 커버 부재에 두 개의 영구자석을 삽입하는 모습을 나타낸 사시도이다

도 14는, 도 9의 자기 회로 장치의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.

도 15는 본 발명의 자기 회로 장치를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.

*도면의 주요 부호에 대한 설명*

1: 자기 회로 장치

2: 자기 요크판

21: 중앙 홈

22: 외주 단차

23: 수평 홈

3: 내측 영구자석 열

4: 외측 영구자석 열

30, 40: 영구자석

31, 331, 431: 내측 영구자석 열용의 보호 커버 부재

31a, 331a, 431a: 제1 측판부

31b, 331b, 431b: 제2 측판부

31c, 331c, 431c: 상판부

31d, 331d, 431d: 나사용 개구부

31e, 331e, 431e: 외측 플랜지부

331f, 431f, 431g: 스페이서 지지용 절개부

41, 141, 241, 341, 441: 외측 영구자석 열용의 보호 커버 부재

141a, 241a, 341a, 441a: 제1 측판부

141b, 241b, 341b, 441b: 제2 측판부

141c, 241c, 341c, 441c: 상판부

141d, 241d, 341d, 441d: 나사용 개구부

141e, 241e: 외측 플랜지부

141f, 241g: 내측 돌기부

441f: 스페이서 지지용 절개부

5, 51, 52: 볼트

6: 스페이서

8: 지그

100: 마그네트론 스퍼터링 장치

101: 진공 챔버

102: 캐소드

103: 타겟

104: 기판

105: 애노드

106: 직류 전압원

본 발명의 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 첨부 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명한다. 그리고 각 도면에서, 같은 기능을 가지는 부재에는 같은 도면부호(또는 하위 두 자리가 동일한 도면부호) 부여하고 있다.

[1] 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치

(1) 제1 태양

도 1에 나타낸 바와 같이, 자기 회로 장치(1)는 길이방향의 양 단부가 대략 반원형의 평탄한 자기 요크판(2)과, 자기 요크판(2)의 상면에 기계적으로 고정된 내측 영구자석 열(3) 및 외측 영구자석 열(4)을 구비하고 있다. 도 2 ~ 도 4에 나타낸 바와 같이, 내측 영구자석 열(3)은 높이 방향으로 미리 자화된, 예를 들면 직 육면체형의 복수의 영구자석(30)이 상면에 소정의 극성의 자극(예를 들면 S극)을 가지도록 직선형으로 연속하여 설치되어 이루어진다. 각 영구자석(30)의 하단부는 자기 요크판(2)에 길이방향으로 형성된 중앙 홈(21) 내에 유지되어 있다. 하나 이상의 영구자석(30)은 비자성 보호 커버 부재(31)로 덮이고, 각 보호 커버 부재(31)는 자기 요크판(2)의 상면에 틀어박힘 볼트(이하, "볼트"라고 한다)(5) 등에 의해 기계적으로 고정되어 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 각 보호 커버 부재(31)는 영구자석(30)의 한쪽의 측면을 덮는 동시에, 자기 요크판(2)에 기계적으로 고정되는 제1 측판부(31a)와, 영구자석(30)의 다른쪽 측면을 덮는 제2 측판부(31b)와, 제1 및 제2 측판부(31a, 31b)를 일체로 연결하는 상판부(31c)로 이루어지고, 제1 측판부(31a)는 하나 이상의 개구부(31d)를 가지는 외측 플랜지부(31e)를 가지고, 개구부(31d)에 결합되는 볼트(5)에 의해 플랜지부(31e)는 자기 요크판(2)에 고정된다. 이 개구부(31d)는 볼트(5)의 나사부가 삽입 관통할 수 있는 크기의 관통공이다.

각 보호 커버 부재(31)의 제1 및 제2 측판부(31a, 31b)에 의해 영구자석(30)을 견고하게 파지하기 위해, 보호 커버 부재(31)의 제1 및 제2 측판부(31a, 31b)의 개구단에서의 내벽폭 W_O보다 상판부(31c)에서의 내벽폭 W_D을 크게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 폭 W_D를 영구자석(30)의 폭 W_P보다 약간 크게, 예를 들면 O < W_D - W_P ≤ 0.05 mm로 하고, 폭 W_O을 영구자석(30)의 W_P보다 약간 작게, 예를 들면 O < W_P - W_O ≤ 0.1 mm로 한다. 따라서, W_D > W_P > W_O 이고, W_D - W_O는 최대 0.15 mm로 한다. 이와 같이 W_D 및 W_O를 설정함으로써, 영구자석(30)을 악영향 없이 견고하게 파지할 수 있다. 또 영구자석(30)의 삽입 시에 개구 에지에 상처가 나는 것을 방지하기 위해, 도 5 (c)에 나타낸 바와 같이 제2 측판부(31b)의 선단부(31g)를 약간 연장하여 벌어지게 해도 된다.

외측 플랜지부(31e)의 바닥면에서 상판부(31c)의 내면까지의 높이 H는, 영구자석(30)의 지상부(자기 요크판(2)보다 위로 돌출한 부분)의 높이 H_P와 같거나 그보다 약간 크게 하고, 예를 들면 H - H_P = O ~ 0.1 mm로 설정하는 것이 바람직하다. 또 제2 측판부(31b)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 영구자석(30)을 중앙 홈(21)에 끼울 때에, 그 하단이 자기 요크판(2)의 상면보다 약간 높은 위치에 있는 것을 확실하게 하는 길이를 가지는 것이 바람직하다.

보호 커버 부재(31)의 길이 L(도 6 참조)는, 하나의 영구자석(30)을 수용하는 경우에는 영구자석(30)의 길이 L_P와 같거나 약간 짧게 설정하는 것이 바람직하고(도 12참조), 또 2개의 영구자석(30)을 수용하는 경우에는 2L_P나 그보다 약간 짧게 설정하는 것이 바람직하다(도 13 참조). 보호 커버 부재(31)의 모서리 부분은 둥그스름한 경향이 있지만, 보호 커버 부재(31)의 내면과 영구자석(30)의 외면과의 접촉 면적을 크게 하기 위해, 보호 커버 부재(31)의 내주 모서리 부분의 곡률은, 예를 들면 0.5 mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

도 2 ~ 도 4에 나타낸 바와 같이, 외측 영구자석 열(4)은 영구자석(30)과 역 방향으로 자화된(도시한 예에서는 상면 측이 N극) 복수의 영구자석(40)을 내측 영구자석 열(3)을 에워싸도록 연속하여 설치되고, 각 영구자석(40)의 하단부는 자기 요크판(2)에 형성된 외주 단차(22)에 유지되어 있다. 하나 이상의 영구자석(40)은 비자성 보호 커버 부재(41)에 견고하게 파지되어 있고, 각 보호 커버 부재(41)의 외측 플랜지부(41e)는 볼트(5)에 의해 자기 요크판(2)에 기계적으로 고정되어 있다. 영구자석(40)을 파지하는 보호 커버 부재(41)의 형상은, 영구자석(40)이 영구자석(30)보다 두껍기 때문에 내벽 폭이 큰 외에는 보호 커버 부재(31)와 동일하므로, 그 설명을 생략한다. 단, 도 1에 나타낸 바와 같이, 자기 요크판(2)의 양 단부 부근에 장착된 보호 커버 부재(41)는 각 영구자석(40)의 거의 표면 전체를 덮는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 물론, 영구자석(40)을 견고하게 파지하기 위해, 보호 커버 부재(31)와 동일한 W_D, W_P 및 W_O의 관계를 충족시키는 것이 바람직하다.

영구자석(30, 40) 자체는 공지의 것도 되며, 저가격의 장치의 경우에는 페라이트 소결 자석을 사용하고, 또 타겟 표면에 강력한 자계를 발생시키는 고가격의 장치의 경우에는 희토류 자석, 바람직하게는 R₂T₁₄B(R는 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 이상으로, Nd, Pr, Dy 및 Tb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 필수로 하고, T는 Fe 또는 Fe와 Co이다.)를 주상(主相)으로 하는 이방성 R-T-B계 소결 자석을 사용하는 것이 바람직하다. 성막 시에는 기판의 온도가 상승하고, 자기 회로 장치가 설치된 진공실의 온도도 상승하므로, 1193 kA·m^-1 이상의 보자력)保磁力) Hcj를 가지는 내열형의 이방성 R-T-B계 소결 자석을 사용하는 것이 특히 바람직하다.

자기 요크판(2)은 자로를 형성하기 위해 철, 강철 등의 강자성 금속으로 이루어지거나, 예를 들면 일반 구조용 압연 강재(SS40 등), 또는 마루텐사이트계 스테인레스강(SUS403 등)이 바람직하다.

보호 커버 부재(31, 41)는 영구자석(30, 40)으로부터 발생한 자속(磁束)의 단락(短絡)을 방지하기 위해, 비자성체일 필요가 있다. 보호 커버 부재(31, 41)는 FRP 등의 플라스틱 재료로 형성해도 되지만, 탄성 변형 가능하고 고내구성인 오스테나이트계 스테인레스강(예를 들면 SUS304) 또는 알루미늄 합금(예를 들면 A6063)과 같은 금속판을 프레스 가공 또는 압출 가공함으로써 형성하는 것이 바람직하다. 보호 커버 부재(31, 41)의 두께는, 영구자석(30, 40)의 재질 및 사이즈에 의해 적절히 설정할 수 있다. 예를 들면 이방성 R-T-B계 소결 자석을 금속제의 보호 커버 부재로 덮는 경우, 탄성 변형을 용이하게 하기 위해, 판두께는 3 mm 이하, 특히 0.5 ~ 2 mm가 바람직하다.

(2) 제2 태양

보호 커버 부재의 형상은 상기한 것으로 한정되지 않고, 도 7에 나타낸 형상 이어도 된다. 도 7에 있어서, 도 1 ~ 도 6과 동일한 기능의 부분에는 같은(또는 하위 두 자리가 같은) 도면부호를 부여하고 있다. 도 7에 나타낸 예에서는, 자기 요크판(2)은 상면에 내측 영구자석 열(30)을 수용하는 중앙 홈(21)과 외측 영구자석 열(40)을 수용하는 외주 단차(22)를 가지는 동시에, 측면에서 외주 단차(22)의 하방의 위치에 수평 홈(23)을 가진다. 보호 커버 부재(141)는 자기 요크판(2)의 상면에 접하는 위치에 하나 이상의 개구부(141d)를 가지는 외측 플랜지부(141e)를 가지는 제1 측판부(141a), 영구자석(40)의 하단을 넘어 수평 홈(23)에 이르는 동시에 선단에 내측 돌기부(141)를 가지는 제2 측판부(141b), 및 제1 및 제2 측판부(141a, 141b)를 일체로 연결하는 상판부(141c)를 가진다. 내측 돌기부(141f)는 제2 측판부(141b)의 선단부를 내측에 직각으로 절곡(折曲)함으로써 형성할 수 있다. 내측 돌기부(141)를 수평 홈(23)에 결합시켜, 영구자석(40)을 외주 단차(22)에 배치한 상태에서, 개구부(141d)에 결합되는 나사(5)에 의해, 제1 측판부(141a)의 외측 플랜지부(141e)를 자기 요크판(2)에 고정한다. 내측 돌기부(141f)가 수평 홈(23)에 결합되는 형상으로 함으로써, 영구자석(40)을 더욱 견고하게 자기 요크판(2)에 고정할 수 있으므로, 보호 커버 부재(141)를 얇게 할 수 있다.

(3) 제3 태양

도 8에 나타낸 예에서는, 보호 커버 부재(241)의 상판부(241c)의 내면에, 영구자석(40)의 상면에 맞닿는 돌기부(241g)가 형성되어 있다. 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 돌기부(241g)는 보호 커버 부재(241)의 길이방향으로 연장된다. 돌기부(241g)는 엠보스 등의 방법에 의해 형성하는 것이 가능하다. 이 형상에 따르면, 보호 커버 부재(241)에 삽입된 영구자석(40)을 자기 요크판(2)의 외주 단차(22)에 장착하고, 보호 커버 부재(241)를 자기 요크판(2)에 나사 결합할 때에, 영구자석(4O)이 보호 커버 부재(4)에 의해 아래쪽으로 눌리기 때문에, 영구자석(40)을 더욱 견고하게 자기 요크판(2)에 고정할 수 있다.

(4) 제4 태양

마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서는, 자기 회로 장치의 폭은, 예를 들 면 170 ~ 200 mm로 설정되어 있지만, 타겟 표면을 가능한 한 균일하게 스퍼터링하여 타겟의 이용 효율을 향상시키기 위해, 폭을 예를 들면 100 ~ 120 mm 정도로 좁게 한 자기 회로 장치를 다수(예를 들면 12개 또는 14개) 배열한 구조로 하는 것이 바람직하다. 이 협폭의 자기 회로 장치에 있어서는, 타겟의 재질(예를 들면 비자성 금속)에 따라서는, 타겟의 표면에 높은 자속밀도를 발생시키는 것이 필요하므로, 도 9에 나타낸 바와 같이 폭의 넓은 영구자석(30, 40)을 자기 요크판(2)에 고정하는 것이 검토되고 있다.

도 9에 나타낸 제4 태양의 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치에서는, 두꺼운 영구자석을 좁은 간격으로 설치하고 구조를 가지므로, 영구자석(30)과, 영구자석(40) 사이에 강한 자기 흡인력이 생기고, 내측 영구자석 열(3)과 외측 영구자석 열(4) 사이에 비자성체로 이루어지는 스페이서(6)를 설치할 필요가 있다. 스페이서(6)의 설치 공간을 확보하기 위해, 보호 커버 부재(331, 441)의 제2 측판부를 짧게 하고, 보호 커버 부재(331, 341)은 전체적으로 L자에 가까운 ㄷ자형으로 한다.

도 9 및 도 10 (a)에 나타낸 바와 같이, 내측 영구자석 열(3)의 보호 커버 부재(331)는 대략 ㄷ자형의 단면을 가지고, 영구자석(30)의 한쪽의 측면을 덮는 제1 측판부(331a), 영구자석(30)의 다른쪽 측면을 덮는 제2 측판부(331b), 및 제1 및 제2 측판부(331a, 331b)를 일체로 연결하는 상판부(331c)로 이루어진다. 제1 측판부(331a)는 선단에 외측 플랜지부(331e)를 가지고, 제1 측판부(331a) 및 외측 플랜 지부(331e)에는 스페이서(6)를 수용하는 절개부(331f)가 설치되어 있으며, 또 외측 플랜지부(331e)에는 볼트용 개구부(331d)가 형성되어 있다. 제2 측판부(331b)는 스페이서(6)를 지지하는 높이까지 짧게 되어 있다. 보호 커버 부재(331)는, 절개부(331f) 및 짧은 제2 측판부(331b)에 의해 스페이서(6)와의 간섭을 방지하고 있으므로, 내측 영구자석 열(3)과 외측 영구자석 열(4)을 좁은 간격으로 설치하는 것을 가능하게 한다.

도 9 및 도 10(a)에 나타낸 바와 같이, 외측 영구자석 열(4)의 보호 커버 부재(341)는 L자형으로 가까운 대략 ㄷ자의 단면을 가지고, 영구자석(40)의 한쪽의 측면을 덮는 제1 측판부(341a), 영구자석(40)의 다른쪽 측면을 덮는 제2 측판부(341b), 및 제1 및 제2 측판부(341a, 341b)를 일체로 연결하는 상판부(341c)로 이루어진다. 제1 측판부(341a)는 자기 요크판(2)의 측면 중 적어도 일부를 덮는 길이를 가지고, 선단부에 볼트(52)용의 개구부(341d)를 가진다. 제2 측판부(341b)는 스페이서(6)를 지지하는 높이까지 짧게 되어 있다. 보호 커버 부재(341)는, 제1 측판부(341a)의 하단부가 자기 요크판(2)의 측면에 체결되므로, 영구자석(40)을 자기 요크판(2)에 견고하게 고정할 수 있다.

또 제4 실시예에서는, 영구자석(30, 40)의 적어도 상부가 보호 커버 부재(331, 341)로 덮여 있으므로, 영구자석(30, 40)이 다른 부재와의 간섭(충돌)에 의해 파손될 기회는 대폭 저감되고, 또 영구자석(30, 40)과 자기 요크판(2)이 이루는 각도가 직각으로 유지되어, 영구자석(30, 40)이 넘어지는 것을 방지할 수 있다. 또 자기 요크판(2)의 외주측에 장착되는 보호 커버 부재(341)는 외측 플랜지부를 갖지 않기 때문에, 영구자석(30)과 영구자석(40)과의 간격을 좁게(예를 들면 5 ~ 15 mm) 할 수 있다.

도 10 (b)는 내측 영구자석 열(3)의 보호 커버 부재의 다른 예를 나타낸다. 이 보호 커버 부재(431)는, 제1 측판부(431a)뿐 아니라 제2 측판부(431b)에도 스페이서(6, 6)를 수용하는 절개부(431f, 431g)가 설치되어 있고, 제2 측판부(431b)는 자기 요크판(2)의 상면 부근까지 연장되어 있다. 이 구조에 의해, 영구자석(30)의 노출 부분이 감소하므로, 영구자석(30)의 손상을 대폭 감소시킬 수 있다. 또 스페이서(6, 6)를 절개부(431f, 431g)와 결합시킴으로써, 각각의 스페이서(6, 6)를 하나의 볼트(51)로 고정하는 경우라도, 각각의 스페이서(6, 6)와 내측 영구자석 열(3)과의 높은 평행도를 확보할 수 있다.

도 11 (b)는 외측 영구자석 열(4)의 보호 커버 부재의 다른 예를 나타낸다. 이 보호 커버 부재(441)에서는, 제2 측판부(441b)는 스페이서(6)를 수용하는 절개부(441)를 가지고, 또한 자기 요크판(2)의 상면 부근까지 연장되어 있다. 이 구조에 의해, 영구자석(40)의 노출 부분이 감소하므로, 영구자석(40)의 손상을 대폭 감소키킬 수 있다. 또 스페이서(6)를 절개부(441f)와 결합시킴으로써, 스페이서(6)를 하나의 볼트(51)로 고정하는 경우라도, 스페이서(6)와 외측 영구자석 열(4)과의 높은 평행도를 확보할 수 있다.

[2] 제조 방법

(1) 제1 및 제3 태양

도 1 ~ 도 6 및 도 8에 나타낸 태양에서는, 각 보호 커버 부재(31, 41, 231, 241)에 영구자석(30, 40)을 삽입하는 조작은 기본적으로 동일하므로, 각 보호 커버 부재(41)에 영구자석(40)을 삽입하는 경우를 도 12 (a) ~ (c)를 참조하여 설명한다. 제1 및 제2 측판부(41a, 41b)의 개구단에서의 내벽 폭 W_O 및 상판부(41c)에서의 내벽 폭 W_D는 영구자석(40)의 폭 W_O에 대해서, WO> W_D > W_P의 관계를 충족시키므로, 제2 측판부(41b)를 지그(8)로 끝이 벌어지게 한 상태에서, 영구자석(40)을 보호 커버 부재(41) 내에 삽입한다. 도 12 (c)에 나타낸 바와 같이, 영구자석(40)의 삽입 후, 지그(8)를 떼어낸다.

영구자석(40)의 삽입에 의해, 제1 및 제2 측판부(41a, 41b)는 약간이지만 확장되어 벌어지도록 탄성 변형하므로, 탄성 복원력에 의해 영구자석(40)의 외면에 가압 접촉된다. 따라서, 접착제를 사용할 필요는 없고, 영구자석(40)은 보호 커버 부재(41)에 견고하게 고정된다. 또한 보호 커버 부재의 사용에 의해 하기의 이점도 얻어진다. 즉, 착자(着磁)한 영구자석을 같은 극성끼리를 인접시켜 배치하는 경우, 자기 반발력에 의해 정확한 위치 결정이 용이하지 않고, 지그를 사용해도 영구자석을 파지하는 힘을 강하게 해야 하기 때문에, 영구자석 자체를 손상시킬 우려가 있다. 그러나, 각각의 영구자석을 각각의 보호 커버 부재에 삽입하는 것은 용이하고, 또한 보호 커버 부재를 지그로 확실히 파지해도 영구자석을 손상시키는 경우는 없기 때문에, 보호 커버 부재의 사용에 의해 영구자석의 자기 요크판에의 장착이 매우 용이하게 된다. 이와 같이, 보호 커버 부재를 사용함으로써, 영구자석을 자기 요크판에 정확하게(직각이고 직선적으로) 장착하는 것이 용이하게 되므로, 자기 회로 장치의 정밀도의 향상 및 제조 비용의 저감화를 달성할 수 있다.

도 13은, 하나의 보호 커버 부재(41)에 두 개의 영구자석(40, 40)을 삽입하는 경우를 나타낸다. 이 경우, 보호 커버 부재(41)의 길이 L는 영구자석(40)의 길이 L_P의 2배 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 1개의 보호 커버 부재(41)에 2개 이상의 영구자석(40, 40)을 삽입하면, 보호 커버 부재의 자기 요크판(2)에의 장착하고 작업이 단축되는 이점이 있다. 인접하는 영구자석(40, 40)은 서로 반발하지만, 박형의 영구자석에서는 그 반발력은 비교적 작으므로, 보호 커버 부재(41)에 2개의 영구자석(40, 40)을 비교적 용이하게 삽입하는 것이 가능하다. 단, 영구자석이 두꺼워지면, 삽입 시에 적합한 지그(도시하지 않음)를 사용할 필요가 있을 뿐만 아니라, 제1 및 제2 측판부(41a, 41b)가 영구자석(40)에 대해서 충분한 파지력을 가지도록, W_P에 대한 W_D 및 W_O의 크기를 최적화해야 한다.

제1 자기 회로 장치에서는, 내측 영구자석 열(3)과 외측 영구자석 열(4)이 가 비교적 이격되어 있으므로, 어느 것을 먼저 자기 요크판(2)에 장착해도 된다. 예를 들면, 먼저 보호 커버 부재(31)에 영구자석(30)을 삽입하여 제1 자석 조립체를 제작하는 동시에 보호 커버 부재(41)에 영구자석(40)을 삽입하여 제2 자석 조립체를 제작한다. 각각의 영구자석(30)의 하단을 자기 요크판(2)의 중앙 홈(21)에 자기 흡착시켜, 중앙 홈(21)에 따라 제1 자석 조립체를 정렬시킨다. 모든 보호 커버 부재(31)를 자기 요크판(2)에 볼트로 고정함으로써, 내측 영구자석 열(3)을 조립한다. 마찬가지로, 자기 요크판(2)의 외주 단차(22)에 영구자석(40)을 자기 흡 착시켜, 외주 단차(22)를 따라 제2 자석 조립체를 정렬시킨다. 모든 보호 커버 부재(41)를 자기 요크판(2)에 볼트로 고정함으로써, 외측 영구자석 열(4)을 조립한다. 물론 외측 영구자석 열(4)을 먼저 조립해도 된다.

(2) 제2 태양

도 7에 나타낸 제2 태양은, 제2 자석 조립체의 자기 요크판에의 고정 방법 외에는, 제1 태양과 동일하므로, 제2 자석 조립체의 자기 요크판에의 고정 방법만 도 7 (b)를 참조하여 설명한다. 내측 돌기부(141)를 수평 홈(23)에 결합시키는 동시에, 영구자석(40)을 외주 단차(22)에 배치한다. 이 상태에서는, 외측 플랜지부(141e)의 개구부(141d)는 자기 요크판(2)의 나사구멍(25)과 정합되어 있으므로, 나사(5)로 보호 커버 부재(141)의 외측 플랜지부(141e)를 자기 요크판(2)에 기계적으로 고정한다.

(3) 제4 태양

도 9에 나타낸 제4 태양의 자기 회로 장치의 제조 방법의 일례를 도 14에 나타낸다. 먼저 볼트(51)를 나사구멍(26)에 나사 결합시킴으로써 자기 요크판(2)에 각 스페이서(6, 6)를 고정한다[공정(a)]. 두 스페이서(6, 6)의 사이의 중앙 홈(21)에, 영구자석(30)을 보호 커버 부재(31)에 삽입하여 만든 제1 자석 조립체를 탑재하고, 보호 커버 부재(31)의 외측 플랜지부(31e)를 볼트(5)에 의해 자기 요크판(2)에 고정한다[공정(b)] . 영구자석(40)을 보호 커버 부재(41)에 삽입하여 만든 제2 자석 조립체를 외주 단차(22)에 탑재하고, 볼트(52)에 의해 제2 측판부(41b)를 자기 요크판(2)의 측면에 고정한다[공정(c)] . 마지막으로, 남은 제2 자석 조립체를 다른쪽의 외주 단차(22)에 탑재하고, 볼트(52)에 의해 제2 측판부(41b)를 자기 요크판(2)의 측면에 고정한다[공정(d)] . 각 스페이서(6, 6)가 영구자석(30, 40) 및/ 또는 보호 커버 부재(31, 41)과 접하는 구조로 함으로써, 각 영구자석(30, 40)의 위치 결정을 정확하게 할 수 있다.

[3] 마그네트론 스퍼터링 장치

도 15는, 도 1에 나타낸 자기 회로 장치(1)를 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치(100)를 나타낸다. 도시되어 있지 않았으나, 자기 회로 장치(1)는 지면에 수직인 방향으로 복수 개(예를 들면 6개) 설치되어 있다. 스퍼터링 장치(10O)는, 진공 챔버(101) 내에, 자기 회로 장치(1), 자기 회로 장치(1)에 근접한 위치에 배치된 캐소드(102), 캐소드(102)에 접하는 타겟(103), 및 기판(104)을 사이에 두고 타겟(103)과 대향하는 위치에 배치된 애노드(105)를 가진다. 진공 챔버(101)는, 작동 가스의 공급수단(도시하지 않음)에 접속된 작동 가스 유입구(101a), 및 진공 펌프(도시하지 않음)에 접속된 배기구(101b)를 가진다. 진공 챔버(101)는 접지 전위로 여겨져, 자기 회로 장치(1)와 캐소드(102)는 동일 전위가 된다. 캐소드(102) 및 애노드(105)는 각각 직류 전압원(106)에 접속되어 있다. 타겟(103)과 애노드(105) 사이에, 기판(104)은 반송된다.

자기 회로 장치(1)의 표면으로부터 타겟(103)의 표면까지의 거리가 너무 멀면, 타겟(103)의 표면에 출현하는 자계의 수평 성분이 지나치게 작아진다. 또 이 거리가 너무 가까우면, 진공 챔버(101)에 자기 회로 장치(1)를 설치하는 것이 곤란해진다. 따라서, 양자의 거리는 기판(104)의 크기 등에 따라 적절히 설정한다. 예를 들면, 제7 ~ 8세대의 기판의 경우, 이 거리는 50 ~ 60 mm의 범위에 설정되는 것이 일반적이다. 또 자기 회로 장치(1)의 상면과 캐소드(102)의 바닥면과의 간격이 수 mm로 좁아도, 영구자석이 보호 커버 부재로 덮여 있으므로, 조립 시에 영구자석이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

마그네트론 스퍼터링 장치(100)에서는, 예를 들면 다음과 같이 하여 기판(104)의 표면에 성막할 수 있다. 진공 챔버(101) 내를 진공 배기하는 동시에 불활성 가스를 포함하는 작동 가스(예를 들면 Ar, Ar + N₂ 또는 Ar + O₂)를 도입하여, 10^-1 ~ 10^-3 Torr의 압력으로 유지한다. 이어서 캐소드(102)에 부전압(예를 들면 -300 V ~ -800 V)를 인가하여, 타겟(103)의 표면에 향하는 전계를 형성하고, 글로 방전시킨다. 이로써, 타겟(103)의 표면에 플라즈마 중의 이온이 충돌하고, 그 때에 방출되는 2차 전자가 자계에 포착되어, 자계에 따른 가느다란 환형의 고밀도 플라즈마가 형성된다. 고밀도 플라즈마 중의 이온이 타겟(103)에 충돌하여, 그 속의 물질이 비산(飛散)하고, 그 입자가 기판(104)의 표면에 부착됨으로써 박막이 형성된다.

상기 마그네트론 스퍼터링 장치(100)는 다음과 같이 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 성막을 행할 때, 고밀도 플라즈마는 타겟(103)의 표면에 수직인 자계 성분이 영(zoro)인 위치에서 밀도가 높아지므로, 타겟(103)의 표면에는 고밀도 플라즈마를 따른 형상의 침식 영역이 형성된다. 그래서, 자기 회로 장치(1)의 안쪽에 구동 장치(도시하지 않음)를 설치하여, 자기 회로 장치(1)를 타겟(103)에 평행한 면 내에서 평행이동시키고, 또한 그 이동 피치를 고밀도 플라즈마와 동일하거나 그것 이하의 피치로 함으로써, 타겟(103)의 이용 효율을 향상시킨다. 이 구성에 의해, 타겟(103)의 표면이 고밀도 플라즈마에 노출할 수 있는 시간이 평균화되므로, 타겟(103)의 표면에는 균일한 침식 영역이 형성된다.

Claims

상면에 소정의 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 내측 영구자석 열;

상기 내측 영구자석 열을 둘러싸고, 상면에 상기 내측 영구자석 열의 자극과 역극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 외측 영구자석 열;

상기 내측 영구자석 열 및 상기 외측 영구자석 열의 영구자석을 착탈 가능하게 유지하는 자기 요크판; 및

상기 영구자석을 하나 이상씩 덮는 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 비자성 보호 커버 부재

를 구비하고,

각각의 상기 보호 커버 부재는,

상기 영구자석의 한쪽의 측면을 덮는 동시에, 상기 자기 요크판에 기계적으로 고정된 제1 측판부(側板部),

상기 영구자석의 다른 쪽의 측면을 덮는 제2 측판부, 및

상기 제1 및 제2 측판부를 일체로 연결하는 상판부(上板部)

로 이루어지고,

각각의 상기 보호 커버 부재의 제1 및 제2 측판부 측판부에 의해 상기 영구자석이 견고하게 파지(把持)되어 있는,

마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.
제1항에 있어서,

상기 자기 요크판은 상면에 직육면체형의 상기 영구자석을 수용하는 요부(凹部)를 가지는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.
제2항에 있어서,

상기 내측 영구자석 열을 구성하는 상기 영구자석을 수용하는 요부는 중앙 홈이며,

상기 외측 영구자석 열을 구성하는 상기 영구자석을 수용하는 요부는 외주 단차(外周段差)인, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 보호 커버 부재의 상기 제1 측판부는 하나 이상의 개구부를 가지는 외측 플랜지부를 가지고,

각각의 상기 영구자석의 하단부가 상기 자기 요크판의 상기 요부에 배치된 상태에서, 상기 개구부에 결합되는 볼트에 의해 상기 플랜지부가 상기 자기 요크판에 고정되어 있는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.
제1항에 있어서,

상기 자기 요크판은, 상면에 상기 내측 영구자석 열을 수용하는 중앙 홈과 상기 외측 영구자석 열을 수용하는 외주 단차를 가지는 동시에, 측면에 수평 홈을 가지고,

상기 외측 영구자석 열에서의 각각의 상기 보호 커버 부재의 상기 제1 측판부는 상기 자기 요크판의 상면에 접하는 위치에 하나 이상의 개구부를 가지는 외측 플랜지부를 가지고,

상기 제2 측판부는 상기 수평 홈에 이르는 길이를 가지는 동시에, 선단에 내측 돌기부를 가지며, 그로 인해 상기 내측 돌기부가 상기 수평 홈에 결합되는 동시에, 상기 영구자석이 상기 외주 단차에 배치된 상태에서, 상기 개구부에 결합되는 볼트에 의해 상기 제1 측판부의 상기 외측 플랜지부가 상기 자기 요크판에 고정되는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 보호 커버 부재의 상기 상판부의 내면에, 상기 영구자석의 상면에 맞닿는 돌기부를 가지는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.
상면에 소정의 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 내측 영구자석 열;

상기 내측 영구자석 열을 둘러싸고, 상면에 상기 내측 영구자석 열의 자극과 역극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 외측 영구자석 열;

상기 내측 영구자석 열 및 상기 외측 영구자석 열의 영구자석을 착탈 가능하게 유지하는 자기 요크판;

상기 내측 영구자석 열과 상기 외측 영구자석 열 사이에 설치된 스페이서; 및

상기 영구자석을 하나 이상씩 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 비자성 보호 커버 부재

를 구비하고,

상기 내측 영구자석 열에서의 각각의 상기 보호 커버 부재는, 상기 영구자석의 한쪽의 측면을 덮는 동시에, 상기 자기 요크판에 기계적으로 고정된 제1 측판부, 상기 영구자석의 다른쪽의 측면을 덮는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지며,

상기 외측 영구자석 열에서의 각각의 상기 보호 커버 부재는, 상기 영구자석의 한쪽의 측면 및 상기 자기 요크판의 측면 중 적어도 일부를 덮는 길이를 가지고, 상기 자기 요크판에 기계적으로 고정된 제1 측판부, 상기 영구자석의 다른쪽의 측면을 덮는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지고,

각각의 상기 보호 커버 부재의 제1 및 제2 측판부 측판부에 의해 상기 영구자석이 견고하게 파지되어 있는,

마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.
제7항에 있어서,

상기 자기 요크판은, 상면에 상기 내측 영구자석 열에서의 직육면체형의 상기 영구자석을 수용하는 중앙 홈을 가지는 동시에, 상기 외측 영구자석 열에서의 직육면체형의 상기 영구자석을 수용하는 외주 단차를 가지고,

상기 내측 영구자석 열에서의 각각의 상기 보호 커버 부재의 상기 제1 측판부는 하나 이상의 개구부를 가지는 외측 플랜지부를 가지며,

상기 외측 영구자석 열에서의 각각의 상기 보호 커버 부재의 상기 제1 측판부는 상기 자기 요크판의 측면에 접하는 선단 부분에 하나 이상의 개구부를 가지고,

각각의 상기 영구자석의 하단부가 상기 자기 요크판의 상기 중앙 홈 또는 상기 외주 단차에 배치된 상태에서, 상기 개구부에 결합되는 볼트에 의해 상기 제1 측판부가 상기 자기 요크판에 고정되어 있는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 내측 영구자석 열에서의 각각의 상기 보호 커버 부재의 제1 측판부는, 상기 스페이서를 수용하는 절개부를 가지는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 보호 커버 부재는 탄성 변형 가능한 비자성 금속판으로 형성되어 있는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.
제10항에 있어서,

상기 영구자석의 폭 W_P와, 상기 보호 커버 부재의 제1 및 제2 측판부 측판부의 개구단에서의 내벽 폭 W_O 및 상기 상판부에서의 내벽 폭 W_D는, W_D > W_P > W₀의 관계를 충족시키는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치.
상면에 소정의 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 내측 영구자석 열과, 상기 내측 영구자석 열을 둘러싸고 상면에 상기 내측 영구자석 열의 자극과 역극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 외측 영구자석 열을, 자기 요크판에 착탈 가능하게 조립함으로써, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법으로서,

(a) 상기 자기 요크판과의 결합부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는, 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는, 제1 비자성 보호 커버 부재 및 제2 비자성 보호 커버 부재를 제작하고,

(b) 상기 제1 보호 커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자 석을 상기 상판부 측이 동일 극성이 되도록 삽입함으로써, 제1 자석 조립체를 제작하며,

(c) 상기 제2 보호 커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자석을, 상기 상판부 측이 상기 제1 자석 조립체와 역극성이 되도록 삽입함으로써, 제2 자석 조립체를 제작하고,

(d) 상기 제1 자석 조립체 및 상기 제2 자석 조립체를 각각 상기 자기 요크판에 기계적으로 고정하는

마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 자기 요크판은 상면에 소정의 방향으로 연장되는 요부를 가지고,

상기 요부에 상기 제1 자석 조립체 및 상기 제2 자석 조립체의 영구자석을 배치하는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 제1 보호 커버 부재 및 상기 제2 보호 커버 부재는, 상기 제1 측판부의 선단에 외측 플랜지부를 가지고, 상기 외측 플랜지부를 통하여 상기 제1 보호 커버 부재 및 상기 제2 보호 커버 부재를 상기 자기 요크판에 기계적으로 고정하는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 자기 요크판은 상면에 중앙 홈 및 외주 단차를 가지고 측면에 수평 홈을 가지며,

상기 제2 비자성 보호 커버 부재는, 상기 자기 요크판과의 결합부를 가지는 외측 플랜지부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하고 상기 수평 홈에 이르는 길이를 가지는 동시에 선단에 내측 돌기부를 가지는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는, 대략 ㄷ자형의 단면을 가지고,

상기 제2 자석 조립체의 상기 제2 측판부의 상기 내측 돌기부를 상기 자기 요크판의 상기 수평 홈에 결합시키는 동시에, 상기 영구자석을 상기 외주 단차에 배치한 상태에서, 상기 제1 측판부의 상기 외측 플랜지부를 상기 자기 요크판에 기계적으로 고정하는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법.
상면에 소정의 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 내측 영구자석 열과, 상기 내측 영구자석 열을 둘러싸고 상면에 상기 내측 영구자석 열의 자극과 역극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 외측 영구자석 열을, 스페이서를 통하여 자기 요크판에 착탈 가능하게 조립함으로써 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법으로서,

(a) 상기 자기 요크판과의 결합부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는, 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 제1 비자성 보호 커버 부재와; 상기 수평 홈에 이르는 길이를 가지는 동시에 선단부에 하나 이상의 상기 자기 요크판과의 결합부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는, 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 제2 비자성 보호 커버 부재를 제작하고,

(b) 상기 제1 보호 커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자석을 상기 상판부 측이 동일 극성으로 되도록 삽입함으로써, 제1 자석 조립체를 제작하며,

(c) 상기 제2 보호커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자석을 상기 상판부 측이 상기 제1 자석 조립체와 역극성이 되도록 삽입함으로써, 제2 자석 조립체를 제작하고,

(d) 상기 자기 요크판에 스페이서를 기계적으로 고정하며,

(e) 상기 제1 자석 조립체를 상기 자기 요크판에 상기 제1 측판부를 통하여 기계적으로 고정하고,

(f) 상기 제2 자석 조립체를 상기 자기 요크판에 상기 제1 측판부를 통하여 기계적으로 고정하는

마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법.
상면에 소정의 극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으 로 이루어지는 내측 영구자석 열과, 상기 내측 영구자석 열을 둘러싸고 상면에 상기 내측 영구자석 열의 자극과 역극성의 자극을 가지도록 연속하여 설치된 복수의 영구자석으로 이루어지는 외측 영구자석 열을, 스페이서를 통하여, 상면에 소정 방향으로 연장되는 중앙 홈 및 외주 단차를 가지는 자기 요크판에 착탈 가능하게 조립함으로써, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법으로서,

(a) 하나 이상의 개구부를 가지는 외측 플랜지부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는, 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 제1 비자성 보호 커버 부재와; 상기 수평 홈에 이르는 길이를 가지는 동시에 선단부에 하나 이상의 개구부를 가지는 제1 측판부, 상기 제1 측판부에 대향하는 제2 측판부, 및 상기 제1 및 제2 측판부 측판부를 일체로 연결하는 상판부로 이루어지는, 대략 ㄷ자형의 단면을 갖는 제2 비자성 보호 커버 부재를 제작하고,

(b) 상기 제1 보호 커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자석을 상기 상판부 측이 동일 극성이 되도록 삽입함으로써, 제1 자석 조립체를 제작하며,

(c) 상기 제2 보호 커버 부재에, 높이 방향으로 자화된 하나 이상의 영구자석을 상기 상판부 측이 상기 제1 자석 조립체와 역극성이 되도록 삽입함으로써, 제2 자석 조립체를 제작하고,

(d) 상기 자기 요크판에 스페이서를 기계적으로 고정하며,

(e) 상기 제1 자석 조립체의 영구자석을 상기 중앙 홈에 배치한 상태에서, 상기 외측 플랜지부의 개구부에 결합되는 볼트에 의해 상기 제1 자석 조립체를 상기 자기 요크판에 고정하고,

(f) 상기 제2 자석 조립체의 영구자석을 상기 외주 단차에 배치한 상태에서, 상기 제1 측판부의 개구부에 결합되는 볼트에 의해 상기 제2 자석 조립체를 상기 자기 요크판에 고정하는

마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법.
제16항 또는 제17항에 있어서,

상기 제1 보호 커버 부재는 적어도 상기 제1 측판부에 상기 스페이서를 수용하는 절개부를 가지고, 상기 스페이서가 상기 절개부에 들어가도록, 상기 제1 자석 조립체를 상기 자기 요크판에 고정하는, 마그네트론 스퍼터링용 자기 회로 장치를 제조하는 방법.