KR20140053821A - 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

일 실시예에서, 마그네트론 조립체는 복수의 자석, 및 적어도 4개의 독립적인 선형 어레이로 상기 복수의 자석을 보유하도록 구성된 요크를 포함한다. 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열된다. 외부 부분은 내부 부분의 외주를 실질적으로 둘러싼다. 외부 부분을 형성하는데 사용된 자석은 제 1 극성을 구비하며, 내부 부분을 형성하는데 사용된 자석은 제 2 극성을 구비한다. 패턴의 외부 부분은 실질적으로 서로 평행한 한 쌍의 장형의 섹션을 포함한다. 이 패턴의 외부 부분은 한 쌍의 턴어라운드 섹션을 포함하며, 각 턴어라운드 섹션은 실질적으로 한 쌍의 장형 섹션의 각 단부에 걸쳐 있고, 각 턴어라운드 섹션은 제 1 극성을 구비하는 복수의 자석을 포함한다. 다른 실시예에서, 마그네트론 조립체는 요크, 및 적어도 하나의 단차진 턴어라운드 섹션을 구비하는 경주 트랙 패턴을 형성하도록 상기 요크 위에 재구성 가능하게 위치된 복수의 자석을 포함한다.

Description

스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2011년 1월 6일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/430,361호의 이익을 청구하며, 이 기초 출원은 그의 전체 내용이 본 명세서에 참조 문헌으로 병합된다.

기술 분야

본 설명은 일반적으로 회전 음극 마그네트론 스퍼터링(rotating-cathode magnetron sputtering)에 관한 것이다. 특히, 본 설명은 표준 마그네트론 조립체가 마그네트론 스퍼터링을 하는데 적합한 적절한 자속(magnetic flux)을 공급할 수 있는 지점(point)을 넘어 타깃 물질이 증가될 때 나타나는 특정 문제를 처리한다. 추가로, 본 발명의 일부 실시예는 투명한 전도성 산화물(TCO: transparent conductive oxide)과 같은 물질을 증착하기 위한 공정 조건을 개선한다.

회전하는 타깃을 스퍼터링하는 마그네트론은 이 기술 분야에 잘 알려져 있고 다양한 기판 위에 다양한 박막(thin film)을 생성하기 위해 널리 사용되고 있다. 회전 음극을 가지고 스퍼터링하는 적절한 개요는 일례로써 미국 특허 제 5,096,562호(이 문헌은 본 명세서에 참조 문헌으로 병합됨)에서 찾아볼 수 있다.

회전 타깃 마그네트론 스퍼터링의 가장 기본적인 형태에서 스퍼터링되는 물질은 관(tube) 형상으로 형성되거나 또는 강성 물질로 만들어진 지지 관의 외부면에 부착된다. 마그네트론 조립체는 관 내에 배치되어 자속을 공급하며, 이 자속은 타깃을 투과하여 타깃의 외부 면에 적절한 자속이 존재하게 한다. 자계는 타깃으로부터 방출되는 전자를 보유하여 이 전자로 하여금 작업 가스와 이온화 충돌을 할 수 있는 가능성을 증가시켜서 스퍼터링 공정의 효율을 증가시키는 방식으로 설계된다.

일부 물질의 타깃, 특히 세라믹 TCO 물질의 타깃에 대한 제조 비용은 원료 물질의 비용에 비해 상대적으로 높다. 이들 타깃의 경제성을 개선하기 위하여 타깃 물질의 두께를 증가시키는 것이 바람직하다. 이런 방식으로, 타깃은 타깃의 전체 비용에 추가되는 비용을 최소한으로만 유지하며 상당히 더 많이 사용가능한 물질을 제공할 수 있다. 이것은 제조 비용을 상당히 변경시키지 않기 때문이다. 다만 상당히 비용하는 증가하는 이유는 사용되는 원료 물질이 추가되는 것으로 인한 것이다. 더 두꺼운 타깃은 타깃 변경 사이에 더 긴 생산 캠페인을 가능하게 하는 추가된 이익을 가지게 한다.

상술한 바와 같이, 타깃 두께를 너무 많이 증가시키는 것은 표준 마그네트론 조립체를 사용할 때 타깃 표면에 부적절한 자속을 초래할 수 있다. 더 높은 자속을 제공하는 마그네트론을 설계하기 위한 요구는 분명히 존재한다.

그러나, 자속을 증가시키려는 노력은 통상 턴어라운드(turn-around)의 폭이 넓어지는 새로운 문제를 생성한다. 이것은 타깃 단부에서의 부식율(erosion rate)을 상대적으로 증가시켜서 타깃의 "용락(burn-through)"으로 인해 타깃 수명을 단축시킨다. 이것은 타깃 두께를 증가시키려는 목적에 반한다.

회전 음극을 위한 일반적인 마그네트론 조립체(100)(도 1a에 도시)는 자기 회로(magnetic circuit)를 완성시키는데 도움을 주는 강철(steel)과 같은 자기 전도성 물질(magnetically conductive material)의 요크(yoke)(104)에 부착된, 실질적으로 평행한 3개의 행(102)의 자석을 포함한다. 자석의 자화 방향은 스퍼터링 타깃의 주축에 대해 방사방향이다. 중심 행(106)은 2개의 외부 행(108)의 극성과 반대 극성을 가진다(도 1b 참조). 이런 유형의 마그네트론에 대한 추가적인 설명은 미국 특허 번호 5,047,131(이는 본 명세서에 참조 문헌으로 병합됨)에서 찾아볼 수 있다. 자석의 내부 행(106)과 외부 행(108)의 자속은 자석의 일측에서 자기 전도성 요크(104)를 통해 연결된다. 요크(104)와 대향하는 자석의 타측에서 자속은 자기 전도성 물질에 포함되어 있지 않아서, 자속은 실질적으로 비자성 타깃을 통해 실질적으로 방해 없이 투과한다. 따라서, 2개의 아크 형상의 자계가 타깃의 작업면에 및 작업면 위에 제공된다. 이 자계는 전자를 보유하여 이 전자들이 자석의 행(102)과 평행한 자계 선(magnetic field line)에 수직한 방향으로 드리프트하게 한다. 이것은 ExB 드리프트로 알려져 있고 기본 플라즈마 물리적 교재에 설명되어 있다. 통상적인 배열에서, 이 드리프트 경로는 또한 타깃의 주축에 평행하다.

추가로, 외부 행(108)은 내부 행(106)보다 약간 더 길고, 외부 행(108)과 동일한 극성의 추가적인 자석(110)(도 1b에 도시)은 2개의 외부 행(108) 사이의 조립체의 단부에 배치되어 드리프트 경로의 소위 "턴어라운드" 영역을 생성한다. 이것은 2개의 드리프트 경로를 연결하는 효과를 제공하여, 하나의 연속적인 난자(ovular)형 "경주 트랙(racetrack)" 드리프트 경로를 형성한다. 이것은 전자의 보유를 최적화하여 스퍼터링 공정의 효율을 최적화한다.

자계의 세기를 증가시키기 위한 직관적 루트는 자석의 크기나 자계의 세기를 단순히 증가시키는 것이다. 자계의 세기를 증가시키는 것은 더 강한 자석의 이용가능성에 의하여 제한된다. 매우 강한 세기의 자석은 또한 매우 값비싸며 작업하기에 곤란하다. 나아가, 더 강한 자석은 또한 본 발명의 실시예의 이익과 같은 추가된 이익을 위해 임의의 우수한 설계에 적용될 수 있다.

더 큰 단면의 자석을 고려할 때 문제가 발생한다. 방사방향으로 치수를 증가시키는 것은 타깃 면에서의 자속을 비례하여 증가시키지 않는다. 그리하여 이것은 자체 제한 접근법(self-limiting approach)이다. 타깃 면에 접선 방향으로 치수를 증가시키는 것은 또한 기하학적 형상이 타깃 면으로부터 더 멀리 자성 물질의 벌크(bulk)를 이동시키는 것을 요구하여 타깃 면에서 자계를 약화시키는 역할을 한다는 점에서 자체 제한된다. 이것은 원하는 효과를 달성하는 것과는 반대된다. (이러한 설계의 일례에 대해서는 도 2 참조)

자석의 사이즈를 증가시키는 접근법에서 다른 유해한 효과는 경주 트랙이 넓어진다는 것이다. 다시 말해, 경주 트랙의 2개의 긴 부분이 서로 더 멀리 분리된다. 이것은 경주 트랙의 턴어라운드 부분을 확장시켜서, 타깃의 단부에서의 상대적인 부식율을 증가시킨다. 그 결과, 타깃의 이들 부분은 타깃 물질의 더 큰 벌크를 사용하기 전에 소비된다. 그리하여 타깃은 타깃 물질을 완전히 사용하기 전에 이용되지 않아야 한다.

단부에서 부식율의 증가를 이해하기 위해, 회전 타깃 면에서 2개의 지점을 고려할 수 있다. 하나의 지점은 경주 트랙의 2개의 레그(leg)(긴 부분)을 통해 회전한다. 다른 지점은 턴어라운드를 통해 회전한다. 턴어라운드를 지나가는 지점은 경주 트랙에서 훨씬 더 많은 시간을 소비하여 보다 더 심하게 부식된다는 것을 볼 수 있다. 이런 주제에 대한 상세 설명은 미국 특허 제 5,364,518호(본 명세서에 참조 문헌으로 병합됨)에서 찾아볼 수 있다.

전술된 문제는 통상 3개의 행을 사용하는 대신에 4개(또는 그 이상)의 행 또는 다른 독립적인 선형 어레이의 자석을 사용하는 것에 의해 극복될 수 있다. 이것은 전술된 오버사이즈 자석의 문제를 극복하게 한다. 그러나, 보다 중요한 것은 전자의 보유에 악영향을 미침이 없이 (또는 악영향을 적어도 감소시켜서) 타깃의 단부에서 과도한 부식을 최소화하는 고유한 변형이 턴어라운드에 가능하게 한다는 것이다.

본 설명은, 회전 음극 마그네트론 스퍼터링(rotating-cathode magnetron sputtering)을 제공하는 효과를 갖는다.

도 1a는, 회전 음극을 위한 일반적인 마그네트론 조립체를 도시한 도면;
도 1b는, 도 2a의 마그네트론 조립체에서 자석의 자화 방향을 도시한 도면;
도 2는, 회전 음극을 위한 마그네트론 조립체의 대안적인 설계를 도시한 도면;
도 3a는, 마그네트론 조립체의 하나의 예시적인 실시예를 도시한 도면;
도 3b는, 도 3a의 마그네트론 조립체에 사용되는 요크의 하나의 예시적인 실시예를 도시한 도면;
도 4는, 도 3a의 마그네트론 조립체에 사용하기에 적합한 하나의 예시적인 자석 배열을 도시한 도면;
도 5는, 도 3a의 마그네트론 조립체에 사용하기에 적합한 다른 예시적인 자석 배열을 도시한 도면;
도 6은, 도 3a의 마그네트론 조립체에 사용하기에 적합한 또 다른 예시적인 자석 배열(600)을 도시한 도면;
도 7은, 마그네트론 조립체의 다른 예시적인 실시예를 도시한 도면;
도 8은, 도 3a 및 도 7의 마그네트론 조립체를 사용할 수 있는 스퍼터링 시스템의 하나의 예시적인 실시예를 도시한 도면.

도 3a를 참조하면, 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에서, 마그네트론 조립체(300)는 복수의 자석(302)과, 적어도 4개의 독립적인 선형 어레이(306)로 복수의 자석(304)을 보유하도록 구성된 요크(304)를 포함한다. 도 3a에 도시된 예시적인 실시예에서, 마그네트론 조립체(300)는 4개의 행(306)으로 배열된 자석(304)의 4개의 독립적인 선형 어레이(306)를 포함한다.

예시적인 상기 실시예에서, 자석의 행(306)은 하나의 극성의 2개의 내부 행(308)과 반대 극성의 2개의 외부 행(310)을 포함한다. 자석(302)의 행(306)은 요크(304)에 부착된다. 요크(304)는 강철 또는 자성 스테인레스 강철과 같은 자기 전도성 물질로 만들어진다. 이 구성은 자석(302)이 가능하게는 타깃 면에 대해 가장 가까운 위치에 유지될 수 있게 하면서 추가적인 자성 질량(magnetic mass)을 가능하게 한다. 따라서, 여분의 자성 질량에서 완전한 이점이 제공된다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 요크(304)는 복수의 슬릿 또는 채널(312)을 자석(302)의 각 행(306)에 대해 하나씩 포함한다. (간략화를 위하여, 특정 자석 배열에 관한 상세는 도 3b에는 도시되어 있으나, 대신 도 4 내지 도 6을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다는 것이 주목된다). 채널(312)은, 대응하는 자석(302)의 일부분이 본 명세서에 도시되고 설명된 자석(302)의 행(306)을 형성하기 위하여 채널(312)에 삽입될 수 있는 사이즈로 형성된다. 자석(302)은 자력, 억지 끼워맞춤(friction fit) 또는 접착제를 사용하는 것을 포함하나 이로 제한되지 않는 여러 방식으로 제 위치에 유지될 수 있다. 본 명세서에 설명된 자석 패턴을 형성하기 위하여 이러한 채널(312)을 사용하는 것은 전체 마그네트론 조립체(300)를 재구성 가능하게 할 수 있게 한다.

바람직한 실시예에서, 자석(302)의 내부 행(308)과 외부 행(310)은 조립체가 "균형 잡힌 마그네트론(balanced magnetron)"이 되도록 동일한 세기와 동일한 단면 치수를 구비한다. 그러나, 선택적으로 내부 행(308)과 외부 행(310)에 상이한 자석을 배치하여 "불균형인" 마그네트론을 만들 수도 있다.

도 4는 도 3a의 마그네트론 조립체(300)에 사용하기에 적합한 하나의 예시적인 자석 배열(400)을 도시한다. 표준 3행 설계에서와 같이 이 예시적인 자석 배열(400)에서도 외부 행(410)은 내부 행(408)보다 더 길어서, 경주 트랙의 턴어라운드 부분을 생성하는데 사용된 단부 자석(414)에 공간을 제공한다. 도시된 바와 같이, 턴어라운드 형성 자석(414)은 내부 행(408)의 자석의 단면 치수와 동일한 단면 치수이고, 내부 행(408)과 동일 직선에 배치된다. 그러나, 턴어라운드 형성 자석(414)은 외부 행(410)과 동일한 극성이다. 이러한 설계는 턴어라운드 영역을 용이하게 변형할 수 있게 하여 보다 바람직한 실시예를 형성할 수 있게 한다.

도 5는 자석(502)의 행(506)이 서로 측방향으로 오프셋되어 있는 다른 예시적인 자석 배열(500)을 도시한다. 이것은 표준 3행 마그네트론 설계의 것에 비해 실제 턴어라운드의 반경이 감소된 단차진 턴어라운드(stepped turn-around)를 형성한다. 그리하여, 타깃 단부 부식율이 더 큰 자석을 가지는 3행 설계의 경우에 있을 수 있는 표준 설계의 부식율을 넘어 증가하지 않는다. 턴어라운드에서와 같이 이러한 구성으로 생성된 드리프트 경로에 있는 잔류 단차(residual step)는 상승된 부식율의 다른 영역을 생성한다. 그러나, 이 영역은 턴어라운드로부터 오프셋되어 있고, 턴어라운드 영역보다 더 빠르게 부식되지 않으므로, 이는 타깃의 용락을 조숙시키는데 기여하지 않는다.

도 5는 하나의 바림직한 예시적인 배열을 도시하지만, 이 설계는 다른 환경에서 사용될 수 있는 임의의 개수의 투과에 이용가능하다는 것이 분명하다. 예를 들어, 상이한 자석 세기, 형상, 기하학적 형상, 사이즈, 및 행 사이에 상이한 갭 간격을 가지는 자석이 더 구현될 수 있다. 하나의 이러한 예시적인 자석 배열(600)은 도 6에 도시되어 있으나, 다른 배열도 또한 가능한 것으로 이해된다.

게다가, 도 3a, 도 3b, 및 도 4 내지 도 6에 도시된 실시예에서, 자석의 각 행은 요크에 형성된 상이한 각 채널에 삽입된다. 그러나, 다른 실시예에서, 하나를 초과하는 행의 자석(또는 다른 독립적인 선형 어레이)이 단일 채널 내에 수용될 수 있다. 이 실시예의 하나의 예는 도 7에 도시된다. 도 7에 도시된 예에서, 자석(702)의 2개의 내부 행(708)은 공통의 단일 채널(712) 내에 수용되는 반면, 자석(702)의 2개의 외부 행(710) 각각은 별개의 각 채널(712) 내에 수용된다.

본 발명의 실시예는 더 두꺼운 타깃 물질을 허용하는 것에 의해 타깃 경제성을 개선시키려고 의도된 것이지만, 본 발명은 보다 통상적인 물질 두께의 타깃에도 유리할 수 있다. 자계의 세기가 증가하므로, 전자의 이온화 전위는 전자의 선회 반경을 감소시키고 플라즈마에서 더 큰 전자 밀도를 허용하여 전자 보유를 개선시키는 것에 의해 증가된다. 이것은 TCO와 같은 일부 물질을 증착시킬 때 유리한 더 낮은 타깃 전압을 초래한다. TCO 스퍼터 증착 공정에서 더 낮은 타깃 전압은 증착된 막에 개선된 성능을 초래한다는 것은 이 기술 분야에 잘 알려져 있다.

다른 4개 행의 마그네트론 설계는 미국 특허 번호 5,364,518에 개시되어 있다. 그러나, '518 특허에서 설계의 의도는 다른 스타일에서 턴어라운드를 더 용이하게 조작하는 것이다. '518 특허에서 의도는 자석 사이의 거리를 증가시키는 것에 의해 경주 트랙의 주요 레그에 대해 자계를 확장시키는 것에 의해 턴어라운드를 변형하는 것이었다. 미국 특허 번호 5,364,518에 개시된 발명이 실행가능한지 또는 이것이 실제 세계에서 실제로 조립되어 테스트되었는지 여부는 명확치 않다. 미국 특허 제 6,375,814호(본 명세서에서 참조 문헌으로 병합됨)에서 '518 특허의 발명은 스퍼터링 공정에서 불안정성을 초래하는 것으로 암시되어 있다.

미국 특허 번호 6,375,814는 또한 4행 설계를 언급한다. 그러나, 도시된 바와 같이, 2개의 내부 행은 편의상으로 단일 중심 행만을 대체하며 이는 스퍼터링 방향을 조작하거나 타원형으로 형성된 턴어라운드를 형성하려는 목적을 위해 경주 트랙의 2개의 주요 레그를 분리하는 것을 도와준다. 실제적인 면에서 '814 특허 설계는 조립체의 길이의 대부분에 단일 행의 자석을 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예는 동일한 간단한 직사각형 기하학적 형상과 매우 간단한 요크 설계를 가지는 상이한 길이의 자석으로부터 완전히 조립될 수 있다는 점에서 '814 특허에 비해 추가적인 이점을 제공한다. 반면 '814 특허의 타원형 조립체는 복잡한 요크를 요구하고 바람직한 실시예에서 특별히 설계되고 제조된 자석을 요구한다. 나아가, 일단 조립되면, 본 발명의 적어도 일부 실시예의 설계는 용이하게 변형될 수 있으나, '814 특허의 설계는 고정되어 있어 완전한 재제조 없이는 변형될 수 없다.

미국 특허 번호 6,264,803(본 명세서에 참조 문헌으로 병합된)은 2개의 완전히 평행한 경주 트랙을 형성하는 5개의 평행한 행의 자석을 가지는 마그네트론을 개시한다. 이것은 본 발명의 실시예의 더 강한 자계를 제공하는 이점을 구비하지 않는다. 그러나, '803 특허 발명은 본 발명의 실시예에서와 같은 단차진 턴어라운드와 유사한 이점을 달성하는 2개의 경주 트랙을 상쇄시킨다.

본 발명의 실시예의 단일의 연속적인 경주 트랙은 '803 특허의 듀얼 경주 트랙 설계에 비해 중요한 이점을 제공한다. 듀얼 경주 트랙 설계에서, 최외각 레그 사이의 공간은 단일 경주 트랙 설계에 비해 타깃의 외주면 주위에 서로 더 멀리 이격되어 분리된다. 이것은 기판의 평면에 대해 스퍼터링된 물질의 유출 사이에 상대적인 각도를 변화시킨다. 이것은 기판에 증착되는 물질의 평균 입사각을 증가시킨다. 이것은 분자 밀도를 종종 허용할 수 없는 정도로까지 감소시키는 것에 의해 증착된 막의 구조에 영향을 미친다. TCO 막의 경우에 밀도는 매우 중요하다.

'803 특허에서 설계의 다른 불운한 결과는 스퍼터링된 물질의 상당히 더 많은 부분이 공정 챔버의 벽에 증착되어서 더 적은 물질이 원하는 막을 제조하는데 사용된다는 것이다. 이것은 본 발명의 일부 실시예에서 감소되거나 제거될 수 있다.

'803 특허 설계의 경주 트랙의 외부 레그 사이의 각도는 표준 3행 설계의 것의 약 3배이지만, 본 발명의 일부 실시예의 설계의 레그 사이의 각도는 표준 설계의 것의 2배 미만이다.

도 8은 전술된 마그네트론 조립체(300, 700)가 사용될 수 있는 스퍼터링 시스템(800)의 하나의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 8에 도시된 스퍼터링 시스템(800)의 예시적인 실시예는 미국 특허 제 5,096,562호(본 명세서에 참조 문헌으로 병합됨)의 도 1에 도시되고 '562 특허의 2 컬럼, 55 라인 내지 4 컬럼, 23 라인에 기술된 스퍼터링 시스템과 실질적으로 유사하지만, 주된 차이는 자석의 적어도 4개 행(다른 독립적인 선형 어레이)이 요크에 부착되거나 이 내에 유지된다는 점에서 전술된 유형의 마그네트론 조립체(18)를 사용하는 것이라는 것이다.

플라즈마는 기판(12)이 챔버(10)를 통해 이동할 때 이 기판에 박막 물질을 증착하기 위하여 진공이 유지되는 에워싸인 반응 챔버(10) 내에 형성된다. 기판(12)은 그 위에 증착되는 막을 수용하는 대부분 임의의 것이고, 통상 금속, 유리 및 일부 플라스틱과 같은 일부 진공 호환 물질이다. 이 막은 기판 면 위에 이전에 형성된 다른 막이나 코팅 위에 증착될 수도 있다.

음극 조립체(14)는 반응 챔버(10) 내에 장착되고 타깃 면(20)을 구비하는 일반적으로 장형의 회전 가능한 원통형 관(16)을 포함한다. 전술된 유형의 마그네트론 조립체(18)는 관(16)의 하부 부분 내에 지지되고 이와 함께 회전하지 않는다. 관(16)의 내부는 일반적으로 높은 전기 전력 레벨에서도 시스템이 동작할 수 있게 하기 위해 후술되는 바와 같이 수냉식이다. 관(16)은 수평 위치에서 지지되고 길이방향 축에 대해 일정한 속도로 구동 시스템(22)에 의해 회전된다.

관(16)은 외부 원통형 면(20)에 노출되는 타깃 물질의 특성과 조성에 따라 많은 다른 형태 중 하나의 형태로 구성될 수 있다. 하나의 구조는 실질적으로 완전히 고체 타깃 물질로 만들어진 벽을 구비한다. 다른 구조는, 예를 들어, 황동(brass) 또는 스테인레스 강철과 같은 적절한 비자성 물질의 코어로 형성되고, 특정 동작이 수행되는데 필요한 직경, 벽 두께 및 길이로 구성된다. 코어의 외부면에는 코팅되는 기판(12) 위에 증착되는 선택된 타깃 물질(20)의 층이 도포된다. 어느 경우이든, 관(16)과 타깃 물질 층(20)은 보다 종래의 평평한 타깃 대신에 관형 타깃 또는 스퍼터링 소스를 구성한다.

스퍼터링이 발생하는 데 충분한 음극 전위는 종래의 전기 브러시에 의해 관(16)과 슬라이딩 접촉(34)을 하는 전력 선(32)을 통해 전력 소스(30)로부터 회전 음극(14)으로 공급된다. 전력 소스(30)는 설명된 예에서는 직류 전류 유형이지만 이러한 구조에 교류 전류 전력 소스가 사용될 수도 있다. 반응 챔버(10)의 인클로저는 전도성이고 전기적으로 접지된다. 이것은 스퍼터링 공정에서 양극으로 기능한다. 별개의 양극이 작은 양의 전압으로 선택적으로 사용되고 유지될 수 있다.

코팅 동작이 수행되는데 필요한 낮은 압력을 얻기 위하여 반응 챔버(10)는 진공 펌프(38)와 연통하는 출구 관(36)을 구비한다.

챔버(10)에 코팅 동작에 필요한 가스를 제공하기 위하여, 가스 공급 시스템이 포함된다. 제 1 가스 공급 관(40)은 불활성 가스의 소스(42)로부터 코팅 챔버(10)로 연장한다. 입구 관(40)에 연결된 노즐(44)은 회전 음극(14) 위 영역에서 불활성 가스를 분배한다. 불활성 가스는 타깃 면(20)과 접지된 챔버 인클로저(10) 사이에 수립된 전계의 영향으로 전기적으로 대전된 이온으로 분해된다. 양의 이온은 자석 조립체(18)와는 반대쪽에 하부에 실린더(16)의 길이를 따라 대향하는 자극 각각 사이에 하나씩 기본적으로 2개의 평행한 스트립으로 자계에 의해 한정된 영역에 타깃 면(20)으로 부착되고 이 면을 폭격한다.

제 2 가스 공급 관(46)은 반응 가스 소스(48)로부터 챔버(10)로 연장한다. 입구 관(46)에 연결된 노즐(50)은 코팅되는 기판(12)의 폭에 걸쳐 이 폭에 근접한 영역에서 반응 가스를 분배한다. 반응 가스의 분자는 타깃 면으로부터 스퍼터링된 분자와 결합하고, 이온 폭격의 결과, 기판(12)의 상부면에 증착되는 원하는 분자를 형성한다.

도시된 가스 공급 시스템에 많은 변형이 또한 가능하다. 소스(42, 48)로부터 불활성 가스와 반응 가스는 결합되어, 공통 관과 노즐 세트를 통해 챔버(10)로 전달될 수 있다. 이것이 행해질 때, 전달 관은 바람직하게는 회전 타깃 관(16)의 일측을 따라 길이방향 축과 평행하게 위치된다. 2개의 이러한 관, 즉 타깃 관(16)의 각 측에 하나씩 길이방향 축에 평행하게 사용될 수 있고, 각각은 불활성 가스와 반응 가스의 동일한 결합을 전달한다. 또한, 하나를 초과하는 반응 가스는 증착되는 막에 따라 동시에 공급될 수 있다.

다수의 실시예가 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 설명된 실시예에 여러 변형이 본 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 이루어질 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (28)

1. 마그네트론 조립체에 있어서,
   복수의 자석과,
   적어도 4개의 독립적인 선형 어레이로 상기 복수의 자석을 보유하도록 구성된 요크(yoke)를
   포함하고,
   상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 외주를 실질적으로 둘러싸며,
   상기 외부 부분을 형성하는데 사용된 자석은 제 1 극성을 구비하고, 상기 내부 부분을 형성하는데 사용된 자석은 제 2 극성을 구비하며,
   상기 패턴의 상기 외부 부분은 실질적으로 서로 평행한 한 쌍의 장형 섹션(elongated section)을 포함하고,
   상기 패턴의 상기 외부 부분은 한 쌍의 턴어라운드 섹션(turnaround section)을 포함하고, 각 턴어라운드 섹션은 실질적으로 상기 한 쌍의 장형 섹션의 각 단부에 걸쳐 있으며, 각 턴어라운드 섹션은 상기 제 1 극성을 갖는 복수의 자석을 포함하는, 마그네트론 조립체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 패턴은 경주 트랙(racetrack) 형상을 포함하는, 마그네트론 조립체.
3. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 자석 각각은 직사각형 형상을 포함하는, 마그네트론 조립체.
4. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 자석 중 적어도 하나는 다른 자석 중 적어도 하나와는 상이한 기하학적 형상, 사이즈 또는 자계의 세기를 갖는, 마그네트론 조립체.
5. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 자석 중 적어도 하나는 테이퍼진 형상을 갖는, 마그네트론 조립체.
6. 제 1항에 있어서, 상기 턴어라운드 섹션은 하나 이상의 단차를 포함하는, 마그네트론 조립체.
7. 제 6항에 있어서, 각 턴어라운드 섹션을 형성하는데 사용된 자석 중 적어도 하나는 상기 턴어라운드 섹션을 형성하는데 사용된 적어도 하나의 다른 자석과는 상이한 길이를 갖는, 마그네트론 조립체.
8. 제 1항에 있어서, 상기 요크는 상기 복수의 자석에 의해 형성된 패턴이 재구성될 수 있도록 구성된, 마그네트론 조립체.
9. 제 1항에 있어서, 상기 자석의 적어도 일부는 자력을 사용하여 상기 요크 내에 제 위치에 적어도 부분적으로 유지되는, 마그네트론 조립체.
10. 제 1항에 있어서, 상기 요크는 상기 복수의 자석 중 적어도 하나가 삽입되는 적어도 하나의 채널을 포함하는, 마그네트론 조립체.
11. 제 10항에 있어서, 상기 요크는 적어도 4개의 채널을 포함하며, 상기 독립적인 선형 어레이 각각은 상기 채널 각각 내 상기 요크에 유지되는, 마그네트론 조립체.
12. 제 10항에 있어서, 상기 독립적인 선형 어레이 중 적어도 2개는 단일 채널 내 상기 요크에 유지되는, 마그네트론 조립체.
13. 스퍼터링 시스템에 있어서,
    기판이 이동되는 챔버와,
    음극 조립체를
    포함하고,
    상기 음극 조립체는,
    상기 챔버 내에 장착되고 타깃 면을 구비하는 장형의 회전 가능한 원통형 관과,
    상기 장형의 회전 가능한 원통형 관 내에 위치된 마그네트론 조립체를
    포함하고,
    상기 마그네트론 조립체는,
    복수의 자석과,
    적어도 4개의 독립적인 선형 어레이에 상기 복수의 자석을 유지하도록 구성된 요크를
    포함하며,
    상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 외주를 실질적으로 둘러싸며,
    상기 외부 부분을 형성하는데 사용된 자석은 제 1 극성을 갖고, 상기 내부 부분을 형성하는데 사용된 자석은 제 2 극성을 가지며,
    상기 패턴의 상기 외부 부분은 실질적으로 서로 평행한 한 쌍의 장형의 섹션을 포함하고,
    상기 패턴의 상기 외부 부분은 한 쌍의 턴어라운드 섹션을 포함하고, 각 턴어라운드 섹션은 실질적으로 상기 한 쌍의 장형의 섹션의 각 단부에 걸쳐 있으며, 각 턴어라운드 섹션은 상기 제 1 극성을 구비하는 복수의 자석을 포함하는, 스퍼터링 시스템.
14. 제 13항에 있어서, 상기 장형의 회전 가능한 원통형 관을 지지하고 회전시키는 구동 시스템을 더 포함하는, 스퍼터링 시스템.
15. 제 13항에 있어서, 상기 시스템은 상기 기판이 상기 챔버를 통해 이동할 때 상기 기판 위에 막을 증착하는 것과 관련하여 상기 챔버 내에 플라즈마를 형성하도록 구성된, 스퍼터링 시스템.
16. 제 13항에 있어서, 상기 패턴은 경주 트랙 형상을 포함하는, 스퍼터링 시스템.
17. 제 13항에 있어서, 상기 복수의 자석 각각은 직사각형 형상을 포함하는, 스퍼터링 시스템.
18. 제 13항에 있어서, 상기 복수의 자석 중 적어도 하나는 다른 자석 중 적어도 하나와는 상이한 기하학적 사이즈 또는 자력의 세기를 갖는, 스퍼터링 시스템.
19. 제 13항에 있어서, 상기 복수의 자석 중 적어도 하나는 테이퍼진 형상을 갖는, 스퍼터링 시스템.
20. 제 13항에 있어서, 상기 턴어라운드 섹션은 하나 이상의 단차를 포함하는, 스퍼터링 시스템.
21. 제 20항에 있어서, 각 턴어라운드 섹션을 형성하는데 사용된 자석 중 적어도 하나는 상기 턴어라운드 섹션을 형성하는데 사용된 적어도 하나의 다른 자석과는 상이한 길이를 갖는, 스퍼터링 시스템.
22. 제 13항에 있어서, 상기 요크는 상기 복수의 자석에 의해 형성된 패턴이 재구성될 수 있도록 구성되는, 스퍼터링 시스템.
23. 제 13항에 있어서, 상기 자석 중 적어도 일부는 자력을 사용하여 상기 요크 내 제 위치에 적어도 부분적으로 유지되는, 스퍼터링 시스템.
24. 제 13항에 있어서, 상기 요크는 상기 복수의 자석 중 적어도 하나가 삽입되는 적어도 하나의 채널을 포함하는, 스퍼터링 시스템.
25. 제 24항에 있어서, 상기 요크는 적어도 4개의 채널을 포함하고, 상기 독립적인 선형 어레이 각각은 상기 채널 각각 내 상기 요크에 유지되는, 스퍼터링 시스템.
26. 제 24항에 있어서, 상기 독립적인 선형 어레이 중 적어도 2개는 단일 채널 내 상기 요크에 유지되는, 스퍼터링 시스템.
27. 마그네트론 조립체에 있어서,
    요크와,
    적어도 하나의 단차진 턴어라운드 섹션을 구비하는 경주 트랙 패턴을 형성하도록 상기 요크에 재구성 가능한 위치된 복수의 자석을
    포함하는, 마그네트론 조립체.
28. 스퍼터링 시스템에 있어서,
    기판이 이동되는 챔버와,
    음극 조립체를
    포함하고,
    상기 음극 조립체는,
    상기 챔버 내에 장착되고 타깃 면을 구비하는 장형의 회전 가능한 원통형 관과,
    마그네트론 조립체를
    포함하며,
    상기 마그네트론 조립체는,
    요크와,
    적어도 하나의 단차진 턴어라운드 섹션을 갖는 경주 트랙 패턴을 형성하기 위해 상기 요크에 재구성 가능하게 위치한 복수의 자석을
    포함하는, 스퍼터링 시스템.

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