KR20080054056A - 대향 타겟식 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대향식 스퍼터링 장치를 사용하여 대향 타겟 사이에 구속된 전자의 자력선을 따라 회전 운동 왕복운동을 유도함으로서 고밀도, 고이온화 플라즈마를 구현하고, 저온 증착 및 높은 이온에너지에 의한 기판 손상의 방지가 가능하도록 한 대향 타겟 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 상세하게는 각각의 타겟의 양쪽에 같은 극성을 갖는 영구자석을 배열하여 타겟 끝의 자속 밀도를 조밀하게 함으로서 플라즈마를 구속하여 공간으로 확산되는 전자의 손실을 막아 플라즈마 밀도를 향상시키도록 한 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

Description

대향 타겟식 스퍼터링 장치{FACING TARGET TYPE SPUTTERING APPARATUS}

도 1은 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치의 단면도이다.

도 2는 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 단면도이다.

도 3은 일반적인 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 자력선 형성 모양을 도시한다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 스퍼터링 소스를 개략적으로 도시한다.

도 4b 내지 4d는 도 4a와 같은 형태의 영구자석 배열에서 자기장 형성 특성을 나타낸다.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 스퍼터링 증착원을 개략적으로 도시한다.

도 5b 내지 5d는 도 5a와 같은 형태의 영구자석 배열에서 자기장 형성 특성을 나타낸다.

도 6은 대향 타겟 사이의 거리에 따른 전위차를 나타낸다.

도 7은 대향타겟사이의 Ar 이온 분포를 도시한다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 타겟 2: 영구자석

3: 페라이트

본 발명은 대향식 스퍼터링 장치를 사용하여 대향 타겟 사이에 구속된 전자의 자력선을 따라 회전 운동 왕복운동을 유도함으로서 고밀도, 고이온화 플라즈마를 구현하고, 저온 증착 및 높은 이온에너지에 의한 기판 손상의 방지가 가능하도록 한 대향 타겟 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 상세하게는 각각의 타겟의 양쪽에 같은 극성을 갖는 영구자석을 배열하여 타겟 끝의 자속 밀도를 조밀하게 함으로서 플라즈마를 구속하여 공간으로 확산되는 전자의 손실을 막아 플라즈마 밀도를 향상시키도록 한 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

또한 본 발명은 대향하는 각각의 타겟을 두 개의 타겟부분으로 분리하고, 각각의 타겟부분 후면에는 하나의 영구자석을 배열하여 타겟 전면에 걸쳐 균일한 플라즈마를 형성하도록 하는 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

스퍼터링 장치의 타겟 전면에 균일한 자계를 형성시켜 기판의 박막 증착 균일성을 높인 요홈형 또는 계단형 자석구조를 가진 대향식 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

스퍼터링은 박막 코팅에서 널리 사용되는 방법으로, 디스플레이, 광학, 내마모 코팅, 반도체 등 다양한 산업 분야에 이용되고 있다.

종래의 마그네트론 스퍼터링 기술은 기판 면에 대향하는 타겟을 이용하여 기 판 위에 막을 형성하는 기술로서 널리 사용되고 있다. 도 1은 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치는 타겟 앞편에 전자 및 이온 구속을 위한 자계를 형성시키고 예를 들어, 이온화된 Ar 이온들이 타겟에 충돌하면서 운동량 전달에 의하여 타겟 원자가 스퍼터링 된다. 그러나 이러한 마그네트론 스퍼터링 기술은 기판 면에 타겟에 대향하고 스퍼터링되는 증착 물질의 운동에너지가 과도하게 높기 때문에 고운동에너지를 갖는 이온이 폴리머 또는 유기 발광 소자의 유기층등 상에 스퍼터링되는 경우에는 폴리머층 또는 유기층이 손상될 수 있다는 문제점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 해소하기 위한 일 방안으로서, 타겟과 기판을 직접 대면시키지 않는 구조의 대향 타겟식 스퍼터링 장치가 사용된다.

종래 기술에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치는 타겟의 대향하는 타겟면을 제외한 부분을 양극으로 덮는 구조를 가지고 있으며 타겟에 수직한 자계를 형성시키기 위하여 대향 타겟의 후면에 영구자석을 배치하여 대향 타겟 내에 전자를 구속하는 구조를 가진다.

통상적인 대향 타겟식 스퍼터링 장치가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 통상적인 대향식 스퍼터링 장치는 진공챔버 내에 설치 구성되는 대향식 타겟과 그 후면에 설치된 영구자석과, 전원장치와, 기판을 지지하는 기판 지지대로 구성된다.

도 3에는 일반적인 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 자력선 형성 모양을 도시한다. 도 3에서 보는 바와 같이 두 대향하는 타겟 사이에 자기력선은 타겟의 수직 방향으로 형성되고 이때 전기를 띤 전자 및 이온은 자기력선을 중심으로 회전운동을 하게되고 전자와 중성입자간의 충돌확률이 증가하고 전자가 두 대향타겟사이를 왕복 운동함으로서 플라즈마 밀도를 높이게 된다. 이때 전하의 회전 반경은 인가된 자기장의 세기에 따라 결정되며 자기장 세기가 클수록 전하의 회전 반경은 작아지게 된다.

도 2 및 3을 참조하면, 대향 스퍼터링 타겟(6)에 전원공급장치로부터 동시에 (-) 전압을 인가하면, 자계 발생 수단인 영구자석(7)에 의해 발생된 자계에 의해 대향 타겟들(6) 사이의 공간 내에 스퍼터링 플라즈마가 구속된다. 이때, 상기 플라즈마는 감마 전자, 음이온, 양이온, 중성입자 등으로 이루어져 있다. 이때, 상기 플라즈마 내의 전자는 서로 대향하는 스퍼터링 타겟을 연결한 자기력선을 따라 회전운동을 하면서 고밀도 플라즈마를 형성시키는 동시에 한쌍의 스퍼터링 타겟에 걸린 (-) 전원에 의하여 왕복운동을 하면서 고밀도 플라즈마를 유지시킨다. 즉, 플라즈마 내의 모든 전자나 이온은 자기력선을 따라 회전하면서 왕복 운동을 하기 때문에 높은 에너지를 갖는 하전된 입자는 반대편 타겟으로 가속되어 타겟 사이의 공간 내에 형성된 플라즈마 내에 구속된다. 따라서 고에너지 하전 입자는 타겟 공간에 구속되고 주로 비교적 낮은 에너지를 갖는 중성 입자의 확산에 의해 대향 타겟의 측방에 위치하는 기판 상에 증착이 이뤄지므로 고에너지 입자 충돌에 의한 기판의 손상 없이 기판 상에 박막 형성이 이뤄진다.

또한, 상기 종래 기술에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서는 기판 면이 타겟에 대향하지 않고 대향 타겟의 측방에 위치하므로 증착되는 비교적 낮은 에너 지를 갖는 스퍼터 원자에 의해 증착이 이뤄지므로 기판 상의 폴리머층 또는 유기층을 손상시키지 않는다는 이점이 있다.

그러나 이와 같은 형태의 종래 기술에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서는 타겟 전면에 형성되는 자계의 균일성이 높지 못하므로 종래 대향 타겟 측면에 설치된 기판의 증착시 증착균일도가 높지 못하다는 문제점을 가진다.

또한 종래의 대향 타겟식 스퍼터링 장치는 자속 밀도가 조밀하지 못하여 플라즈마 밀도가 낮아지는 문제점을 가진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 타겟 전면에 형성되는 자계의 균일성을 높여 대향 타겟 측면에 설치된 기판의 증착시 증착균일도를 높이는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 목적은 자속 밀도가 조밀하게 함으로써 플라즈마를 구속하여 공간으로 확산되는 전자의 손실을 막아 플라즈마 밀도를 향상시키는 것이다.

이러한 과제를 이루기 위하여 본 발명의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서는 각 타겟의 양쪽에 같은 극성을 갖는 영구자석을 배열하여 타겟 끝의 자속 밀도를 조밀하게 함으로서 플라즈마를 구속하여 공간으로 확산되는 전자의 손실을 막아 플라즈마 밀도를 향상시키도록 한다.

또한 본 발명에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서는 대향 타겟 뒷면에 균일한 자기장을 형성할 수 있도록 영구자석을 배열함으로서 타겟 전면에서의 균일한 플라즈마를 형성할 수 있도록 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 상세히 설명한다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 스퍼터링 소스를 개략적으로 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 스퍼터링 소스에서는 대향하는 각각의 타겟은 두 개의 타겟부분으로 분리되어 있으며(부분 영구자석 배열), 각각의 타겟부분 후면의 양쪽에 같은 극성을 갖는 영구자석이 배열되어 있다. 각각의 서로 마주보는 타겟은 서로 다른 극성을 가진다. 도 4b 내지 4d는 도 4a와 같은 형태의 영구자석 배열에서 자기장 형성 특성을 나타낸다. 도 4b는 두 쌍의 대향하는 타겟중 하나의 대향하는 타겟쌍에 대한 자기장 형성 특성을 나타내며, 도 4c 및 4d는 두 쌍의 대향하는 타겟 전체에 대한 자기장 형성 특성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 스퍼터링 소스는 도 4b 내지 4d에 나타난 바와 같이, 타겟 끝의 자속 밀도를 조밀하게 함으로서 플라즈마를 구속하여 공간으로 확산되는 전자의 손실을 막아 플라즈마 밀도를 향상시키는 구조를 가진다.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 스퍼터링 소스를 개략적으로 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 스퍼터링 소스에서는 대향하는 각각의 타겟 역시 두 개의 타겟부분으로 분리되어 있다. 하지만, 각각의 타겟부분의 후면에는 하나의 영구의 자석이 배열된다(전면 영구자석 배열). 각각의 서로 마주보는 타겟은 서로 다른 극성을 가진다. 도 5b 내지 5d는 도 5a와 같은 형태의 영구자석 배열에서 자기장 형성 특성을 나타낸다. 도 5b는 두 쌍의 대향하는 타겟중 하나의 대향하는 타겟쌍에 대한 자기장 형성 특성을 나타내며, 도 5c 및 5d는 두 쌍의 대향하는 타겟 전체에 대한 자기장 형성 특성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 스퍼터링 소스는 도 5b 내지 5d에 나타난 바와 같이, 대향 타겟 뒷면에 균일한 자기장이 형성되기 때문에 타겟 전면에서의 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다.

도 6은 대향 타겟 사이의 거리에 따른 전위차를 나타낸다. 도6에서 보는 바와 같이 부분 영구자석 배열의 경우와 비교하여 전면 영구자석으로 배열한 증착원의 경우 더 높은 전위차를 가짐을 알 수 있고 이로 인하여 두 대향 타겟 사이의 이온의 에너지는 전면 영구자석 배열의 경우가 높음을 알 수 있다.

도 7은 대향타겟사이의 Ar 이온 분포를 도시한다. 대향 타겟 중앙부에서Ar 이온 밀도의 경우 부분 영구자석 배열의 경우 3.37E10/㎤, 전면 영구자석 배열의 경우 4.48E10/㎤로 더 높은 플라즈마 밀도를 가짐을 알 수 있고 공간분포 또한 전면 영구자석의 경우가 균일한 분포를 가짐을 도 7을 통하여 알 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하나의 실시예를 설명한 것이며, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경실시 가능한 범위까지 본 발명의 범위에 있다고 할 것이다.

본 발명에 따른 대향식 스퍼터링 소스 및 이를 이용한 스퍼터링 장치는 타겟 전면에 형성되는 자계의 균일성을 높여 대향 타겟 측면에 설치된 기판의 증착시 증 착균일도를 높이는 효과를 가진다.

또한 본 발명은 자속 밀도를 조밀하게 함으로써 플라즈마를 구속하여 공간으로 확산되는 전자의 손실을 막아 플라즈마 밀도를 향상시키는 효과를 가진다.

Claims (8)

1. 후면에 자계 생성 수단이 배치된 타겟이 대향하는 구조를 가진 대향 타겟식 스퍼터링 소스에서, 대향하는 각각의 타겟은 두 개의 타겟부분으로 분리되어 있으며, 각각의 타겟부분 양쪽에 같은 극성을 갖는 영구자석을 배열하여 타겟 끝의 자속 밀도를 조밀하게 함으로서 플라즈마를 구속하여 공간으로 확산되는 전자의 손실을 막아 플라즈마 밀도를 향상시키는 대향 타겟식 스퍼터링 소스.
2. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 서로 마주보는 타겟부분은 서로 다른 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 대향 타겟식 스퍼터링 소스.
3. 후면에 자계 생성 수단이 배치된 타겟이 대향하는 구조를 가진 대향 타겟식 스퍼터링 소스에서, 대향하는 각각의 타겟은 두 개의 타겟부분으로 분리되어 있으며, 각각의 타겟부분 후면에는 하나의 영구자석을 배열하여 타겟 전면에서의 균일한 플라즈마를 형성하는 대향 타겟식 스퍼터링 소스.
4. 제 3항에 있어서, 상기 각각의 서로 마주보는 타겟부분은 서로 다른 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 대향 타겟식 스퍼터링 소스.
5. 챔버와, 상기 챔버 내에 위치하며 소정의 거리를 두고 대향하도록 배치되고, 그 후면에 자계 생성 수단이 배치된 한쌍의 타겟과, 상기 챔버 내에서 상기 타겟의 측방에 위치하는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대와, 타겟 사이의 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 전력을 공급하는 전원장치를 포함하는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 대향하는 한쌍의 타겟은 각각 두 개의 타겟부분으로 분리되어 있으며, 각각의 타겟부분 양쪽에 같은 극성을 갖는 영구자석을 배열하여 타겟 끝의 자속 밀도를 조밀하게 함으로서 플라즈마를 구속하여 공간으로 확산되는 전자의 손실을 막아 플라즈마 밀도를 향상시키는 스퍼터링 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 각각의 서로 마주보는 타겟부분은 서로 다른 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
7. 챔버와, 상기 챔버 내에 위치하며 소정의 거리를 두고 대향하도록 배치되고, 그 후면에 자계 생성 수단이 배치된 한쌍의 타겟과, 상기 챔버 내에서 상기 타겟의 측방에 위치하는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대와, 타겟 사이의 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 전력을 공급하는 전원장치를 포함하는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 대향하는 한쌍의 타겟은 각각 두 개의 타겟부분으로 분리되어 있으며, 각각의 타겟부분 후면에는 하나의 영구자석을 배열하여 타겟 전면에서의 균일한 플라즈마를 형성하는 스퍼터링 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 각각의 서로 마주보는 타겟부분은 서로 다른 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.

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