KR20140075804A - 물리 기상 증착 어레이 적용예들을 위한 다중 방향성 레이스트랙 회전식 캐소드 - Google Patents

물리 기상 증착 어레이 적용예들을 위한 다중 방향성 레이스트랙 회전식 캐소드 Download PDF

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마르쿠스 하니카
랄프 린덴베르크
마르쿠스 벤더
안드레아스 로프
콘라트 슈바니츠
파비오 피에라리시
지안 리우
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

스퍼터 증착 장치를 위한 캐소드 조립체(130; 200; 300; 400) 및 기판을 코팅하기 위한 방법이 제공된다. 캐소드 조립체는 기판 상에 코팅을 하기 위한 코팅 측부를 가진다. 또한, 상기 캐소드 조립체는 회전 축(220; 320; 420) 주위로 타겟 재료(210; 310; 410)를 회전시키도록 구성된 회전식 타겟 조립체; 그리고 내측 자극 및 적어도 하나의 외측 자극을 구비하고 그리고 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들(240; 250; 340; 350; 440; 441; 442; 443)을 생성하도록 구성된, 적어도 제 1 자석 조립체(230; 330; 340; 430; 431; 432; 433)를 포함한다. 상기 캐소드 조립체(130; 200; 300; 400)가 상기 코팅 측부를 위해서 제공된 자극을 위한 제 1 각도 좌표 및 상기 코팅 측부를 위해서 제공된 추가적인 자극을 위한 제 2 각도 좌표(270; 370; 461; 463)를 가지며; 상기 제 1 각도 좌표(260; 360; 460) 및 상기 제 2 각도 좌표(270; 370; 461)는, 약 20 도 보다 크고 약 160 도 보다 작은 각도(α)를 형성한다.

Description

물리 기상 증착 어레이 적용예들을 위한 다중 방향성 레이스트랙 회전식 캐소드{MULTIDIRECTIONAL RACETRACK ROTARY CATHODE FOR PVD ARRAY APPLICATIONS}
본원 발명의 실시예들은 증착 장치 및 기판 상에 필름을 증착하기 위한 증착 방법을 위한 캐소드 조립체에 관한 것이다. 본원 발명의 실시예들은 특히 스퍼터 증착 장치를 위한 캐소드 조립체 및 스퍼터 증착 장치에서 기판 상에 필름을 증착하기 위한 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 실시예들은 자석 조립체를 갖는 캐소드 조립체 및 자기장을 이용하여 필름을 증착하기 위한 방법을 설명한다.
코팅된 재료가 몇몇 적용예들에서 그리고 몇몇 기술 분야들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이들을 위한 기판들이 물리 기상 증착(PVD) 프로세스에 의해서 종종 코팅된다. 코팅된 재료의 추가적인 적용예들에는, 절연 패널들, 유기발광 다이오드(OLED) 패널들뿐만 아니라, 하드 디스크들, CDs, DVDs 등이 포함된다.
기판을 코팅하기 위한 몇몇 방법들이 공지되어 있다. 예를 들어, 기판들이 PVD 프로세스, 화학 기상 증착(CVD) 프로세스, 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 프로세스 등에 의해서 코팅될 수 있다. 전형적으로, 프로세스는, 코팅하고자 하는 기판이 위치되는 프로세스 장치 또는 프로세스 챔버 내에서 실행된다. 증착 재료가 상기 장치 내로 제공된다. PVD 프로세스가 이용되는 경우에, 증착 재료가 타겟 내에서 고체 상으로 존재한다. 에너지를 갖는 입자들로 타겟에 충격을 가하는 것(bombarding)에 의해서, 타겟 재료의 즉, 증착시키고자 하는 재료의 원자들이 타겟으로부터 사출된다. 타겟 재료의 원자들이 코팅하고자 하는 기판 상으로 증착된다. 전형적으로, PVD 프로세스가 얇은 필름 코팅들에 적합하다.
PVD 프로세스에서, 타겟이 캐소드으로서 작용하도록 이용된다. 양자(both)가 진공 증착 챔버 내에 배열된다. 프로세스 가스가 낮은 압력(예를 들어, 약 10-2 mbar)으로 프로세스 챔버 내로 충진된다. 전압이 타겟 및 기판으로 인가될 때, 전자들이 애노드으로 가속되고, 그에 의해서 프로세스 가스의 이온들이 전자와 가스 원자들의 충돌에 의해서 생성된다. 양으로 대전된 이온들이 캐소드 방향으로 가속된다. 이온의 타격에 의해서, 타겟 재료의 원자들이 타겟으로부터 사출된다.
전술한 프로세스의 효율을 높이기 위해서 자기장을 이용하는 캐소드들이 공지되어 있다. 자기장을 인가하는 것에 의해서, 전자들이 타겟 근처에서 보다 많은 시간을 보내고, 그리고 보다 많은 이온들이 타겟 근처에서 생성된다. 공지된 캐소드 조립체들에서, 이온 발생을 개선하기 위해서 그에 따라 증착 프로세스를 개선하기 위해서, 하나 또는 둘 이상의 자석 요크들(yokes) 또는 자석 바아들이 배열된다. 높은 효율로 균일한 층 증착에 도달하기 위해서, 일부 캐소드 배열체들(arrangements)이 이동가능한 자석 조립체들을 캐소드 내에 제공한다.
그러나, 자석 바아의 이동(예를 들어, 선회(turn))이 시간 소모적이고 그리고 자석 조립체 구동을 위한 상당한 소프트웨어 및 하드웨어적인 노력들을 필요로 하기 때문에, 이동가능한 자석 바아 또는 요크는 비용이 많이 들고 오류가 발생하기 쉽다.
상기 내용을 고려하여, 본원 발명의 목적은, 당업계의 문제들 중 적어도 일부를 극복한, 캐소드 조립체 및 기판 상에 필름을 증착하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기 내용을 고려하여, 독립항인 제 1 항에 따른 스퍼터 증착 장치를 위한 캐소드 조립체 및 제 14 항에 따른 스퍼터 증착 장치에서 기판 상에 필름을 증착하기 위한 방법이 제공된다. 본원 발명의 추가적인 양태들, 장점들, 및 특징들이 종속 청구항들, 상세한 설명, 및 첨부 도면들로부터 자명하다.
본원 발명의 제 1 실시예에 따라서, 기판 상의 코팅을 위한 코팅 측부(side)를 갖는 스퍼터 증착 장치를 위한 캐소드 조립체가 제공된다. 상기 캐소드 조립체는 회전 축 주위로 타겟 재료를 회전시키도록 구성된 회전식 타겟 조립체 및 적어도 제 1 자석 조립체를 포함한다. 상기 적어도 하나의 자석 조립체가, 전형적으로, 내측 자극(magnet pole) 및 적어도 하나의 외측 자극을 구비하고 그리고 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들을 생성하도록 구성된다. 또한, 상기 캐소드 조립체가 자극을 위한 제 1 각도 좌표 및 추가적인 자극을 위한 제 2 각도 좌표를 가진다. 전형적으로, 상기 자극들이 코팅 측부를 위해서 제공된다. 제 1 각도 좌표 및 제 2 각도 좌표가 약 20 도 보다 큰 그리고 약 160 도 보다 작은 각도(α)를 형성한다.
본원 발명의 추가적인 실시예에 따라서, 스퍼터 증착 장치에서 기판 상에 필름을 증착하기 위한 방법이 제공된다. 상기 스퍼터 증착 장치가 회전식 표적 조립체 및 기판 상의 코팅을 위한 코팅 측부를 포함할 수 있다. 전형적으로, 상기 타겟 조립체가 회전 축 주위로 타겟 재료를 회전시키도록 구성된다. 또한, 상기 캐소드 조립체가 상기 회전 축에 대해서 고정된 위치에서 유지되는 적어도 하나의 자석 조립체를 포함할 수 있다. 상기 자석 조립체가 내측 자극 및 적어도 하나의 외측 자극을 구비하고 그리고 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들을 생성하도록 구성된다. 전형적으로, 상기 캐소드 조립체는, 상기 코팅 측부를 위해서 제공된 자극을 위한 제 1 각도 좌표 및 상기 코팅 측부를 위해서 제공된 추가적인 자극을 위한 제 2 각도 좌표를 가진다. 기판 상에 필름을 증착하기 위한 방법은, 상기 코팅 측부에서 기판을 코팅하기 위해서, 상기 제 1 각도 좌표 내에 배열된 자극에 의해서 발생된 자기장으로 적어도 하나의 제 1 플라즈마 영역을 그리고 상기 제 2 각도 좌표 내에 배열된 자극에 의해서 발생된 자기장으로 적어도 하나의 제 2 플라즈마 영역을 생성하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 상기 제 1 각도 좌표 및 상기 제 2 각도 좌표가 약 20 도 보다 큰 그리고 약 160 도 보다 작은 각도(α)를 형성한다.
또 다른 추가적인 실시예에 따라서, 스퍼터 증착 장치를 위한 캐소드 조립체가 제공된다. 전형적으로, 상기 캐소드 조립체는 기판 상의 코팅을 위한 코팅 측부를 가진다. 또한, 상기 캐소드 조립체는 회전 축 주위로 타겟 재료를 회전시키도록 구성된 회전식 타겟 조립체 및 적어도 제 1 자석 조립체를 포함한다. 상기 자석 조립체가 내측 자극 및 적어도 하나의 외측 자극을 포함하고 그리고 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들을 생성하도록 구성된다. 전형적으로, 상기 적어도 하나의 자석 조립체의 상기 내측 자극 및 외측 자극이 약 20 도 보다 큰 그리고 약 160 도 보다 작은 각도(α)를 형성한다. 또 다른 추가적인 실시예들에 따르면, 종속항들로부터의 특징들 또는 종속항들의 조합들이 선택적으로 부가될 수 있다.
추가적인 실시예에 따라서, 스퍼터 증착 장치를 위한 캐소드 조립체가 제공된다. 상기 캐소드 조립체는 기판 상의 코팅을 위한 코팅 측부 및 회전 축 주위로 타겟 재료를 회전시키도록 구성된 회전식 타겟 조립체를 가진다. 또한, 상기 캐소드 조립체는, 내측 자극 및 적어도 하나의 외측 자극을 가지고 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들을 생성하도록 구성된 적어도 제 1 자석 조립체, 및 제 2 내측 자극 및 적어도 하나의 제 2 외측 자극들을 가지고 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들을 생성하도록 구성된 적어도 제 2 자석 조립체를 포함한다. 전형적으로, 상기 내측 자극 및 제 2 내측 자극이 약 20 도 보다 큰 그리고 약 160 도 보다 작은 각도(α)를 형성한다. 또 다른 추가적인 실시예들에 따르면, 종속항들로부터의 특징들 또는 종속항들의 조합들이 선택적으로 부가될 수 있다.
또한, 실시예들은 개시된 방법을 실행하기 위한 장치들에 관한 것이고 그리고 각각의 개시된 방법 단계를 실행하기 위한 장치 부품들을 포함한다. 이러한 방법 단계들은 하드웨어 구성요소들에 의해서, 적절한 소프트웨어에 의해서 프로그래밍된 컴퓨터에 의해서, 상기 하드웨어 구성요소들 및 컴퓨터의 임의의 조합에 의해서 또는 임의의 다른 방식으로 실행될 수 있다. 또한, 발명에 따른 실시예들이 또한 개시된 장치를 동작시키는 방법들에 관한 것이다. 실시예는 장치의 모든 기능을 실행하기 위한 방법 단계들을 포함한다.
본원 발명의 전술한 특징들이 구체적으로 이해될 수 있도록, 앞서서 간략히 요약된 발명의 보다 특별한 설명이 첨부 도면들을 참조하여 이루어질 수 있다. 첨부 도면들은 발명의 실시예들에 관한 것이고 그리고 이하에서 설명된다.
도 1은 여기에서 개시된 실시예들에 따른 PVD 프로세스에 적합한 증착 챔버의 개략도를 도시한다.
도 2는 여기에서 개시된 실시예들에 따른 캐소드 조립체의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 3은 여기에서 개시된 실시예들에 따른 캐소드 조립체의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 4는 여기에서 개시된 실시예들에 따른 캐소드 조립체들을 포함하는 캐소드의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 5a 여기에서 개시된 실시예들에 따른 자석 조립체의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 5b는 여기에서 개시된 실시예들에 따른 도 5a에 도시된 자석 조립체의 개략적인 상면도를 도시한다.
도 6a는 여기에서 개시된 실시예들에 따른 자석 조립체의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 6b는 여기에서 개시된 실시예들에 따른 도 6a에 도시된 자석 조립체의 개략적인 상면도를 도시한다.
도 7은 여기에서 개시된 실시예들에 따른 필름 증착 방법의 흐름도를 도시한다.
이제, 발명의 여러 실시예들을 구체적으로 참조할 것이고, 상기 실시예들 중 하나 또는 둘 이상의 예들이 도면들에 도시되어 있다. 이하의 도면들에 대한 설명에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 지칭한다. 일반적으로, 개별적인 실시예들에 대한 차이점들 만을 설명한다. 각각의 예는 발명의 설명으로서 제공된 것이고 그리고 발명의 제한으로서 의미되지 않는다. 또한, 일 실시예의 일부로서 도시되거나 설명된 특징부들이 다른 실시예들에서 이용되거나 또는 다른 실시예들과 함께 이용되어 또 다른 추가적인 실시예를 생성할 수 있다. 설명이 그러한 수정예들 및 변경예들을 포함하도록 의도된다.
도 1은 여기에서 개시된 실시예들에 따른 PVD 프로세스에 적합한 증착 챔버를 도시한다. 전형적으로, 챔버(100)는 기판 지지부(105)를 포함하고, 상기 기판 지지부는 기판(110)을 반송하도록 구성된다. 또한, 챔버(100)가 캐소드 조립체(130)를 수용 및 홀딩하기 위한 디바이스(120)를 포함한다. 캐소드 조립체(130)가 기판(110) 상에 증착하고자 하는 재료를 제공하는 타겟을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 캐소드 조립체(130) 및 상기 수용 및 홀딩을 위한 디바이스(120)가 상기 캐소드 조립체(130)를 회전시키도록 구성된다.
여기에서 사용된 바와 같이, "캐소드 조립체"라는 용어는, 스퍼터 증착 프로세스와 같은, 증착 프로세스에서 캐소드으로서 이용되도록 구성되고 그리고 그러한 이용에 적합한 조립체로서 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 캐소드 조립체가 기부(basis)로서 본체를 포함할 수 있다. 전형적으로, 캐소드 조립체의 본체가, 예를 들어, 통과하여 유동하는 냉각 유체에 의해서 냉각되도록 구성될 수 있다. 캐소드 조립체가 타겟 재료를 더 포함할 수 있을 것이고, 상기 타겟 재료가 고체(solid) 형태로 상기 본체 내에 장착될 수 있다. 전형적으로, 상기 타겟 재료가 증착 프로세스 중에 증착하고자 하는 재료를 포함할 수 있다. 캐소드 조립체가 증착 챔버 내에 장착되도록 구성될 수 있을 것이고 그리고 각각의 연결부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐소드 조립체가 캐소드 조립체의 회전 축 주위로 회전될 수 있을 것이고 그리고 증착 챔버 내에 회전가능하게 장착되도록 구성될 수 있다. 또한, 캐소드 조립체가 자기장을 생성하기 위한 하나 또는 둘 이상의 자석 조립체들을 포함할 수 있다.
여기에서 사용된 바와 같은 "자석 조립체"라는 용어는 하나 또는 둘 이상의 자기장들을 생성하기 위한 하나 또는 둘 이상의 자극들을 포함하는 조립체로서 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 자석 조립체가 반대의 극성을 갖는 2개의 자극들을 포함할 수 있고, 예를 들어 2개의 자석 요소들이 2개의 자기장들을 생성하도록 배열된다. 전형적으로, 자석 조립체 내의 자극들의 배열체는, 자기장이 실질적으로 터널 형상으로 생성될 수 있게 할 수 있다. 폐쇄된 루프 형상의 터널 형상을 갖는 자기장을 제공하는 자석 조립체가 레이스 트랙으로 지칭될 수 있다. 전형적으로, 자석 조립체가 전술한 바와 같이 캐소드 조립체 내에 위치되도록 구성될 수 있다.
전형적으로, 여기에서 개시된 실시예들에 따른 캐소드 조립체가 자석 조립체를 포함한다. 자석 조립체가 캐소드 조립체 내에 배열될 수 있고 그리고 자석 바아들과 같은 2개의 자극들, 또는 자기적 재료 등을 포함할 수 있다. 타겟 근처의 많은 양의 프로세스 가스 이온들(전술한 바와 같다)로 인해서, 하나 또는 둘 이상의 자석 조립체들을 포함하는 캐소드 조립체들로 큰 증착 레이트들(rates)을 달성할 수 있다. 또한, PVD 증착 프로세스 챔버의 캐소드 내의 자석 조립체들은, 자석 조립체가 없는 캐소드 조립체 보다 더 낮은 캐소드과 애노드 사이의 전압 차이를 이용할 수 있게 허용한다.
당업계에 공지된 캐소드 조립체들은 캐소드 조립체의 회전 축 주위로 회전될 수 있는 자석 조립체를 포함한다. 캐소드 조립체의 회전 축 주위에서의 자석 조립체의 회전은, 비-회전 자석 조립체에 대비하여, 기판 상에서의 보다 균일한 재료 증착을 초래한다. 재료 증착의 균일성은 예를 들어 층 두께 및 층 저항을 지칭한다. 회전 축 주위의 회전이 흔들림(wobbling) 모드로 또는 분할(split) 스퍼터 모드로 제공될 수 있다. 타겟 내부의 자석 조립체의 이동이 예를 들어 정적인(static) 증착에서 대형 PVD 시스템들에 대해서 이용된다.
여기에서 개시된 실시예들에 따르면, 캐소드 조립체의 회전 축에 대해서 고정된 위치에서 유지되는 하나 또는 둘 이상의 자석 조립체들을 포함하는, 캐소드 조립체가 제공된다. 전형적으로, 자석 조립체들이 자극들 및/또는 자석들을 포함한다. 자석 조립체들의 실시예들이 도 5a, 5b, 6a, 및 6b에 대해서 구체적으로 설명된다. 전형적으로, 하나 이상의 자석 조립체가 캐소드 조립체 내에 제공된다. 전형적으로, 자석 조립체는, 내측 자극 및 적어도 하나의 외측 자극과 같은, 적어도 3개의 자극들을 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 자극들이 레이스트랙 형상으로 배열되고 그리고 레이스트랙 형상을 갖는 자기장을 생성하도록 구성된다.
전형적으로, 자기장들이 하나 또는 둘 이상의 자석 조립체들에 의해서 생성된다. 자기장들은 그러한 자기장들 근처에서 플라즈마 영역들이 형성되도록 유도한다. 여기에서 개시된 전형적인 실시예들에 따르면, 자기장들에 의해서 유도된 플라즈마 영역들이 다중 방향 방식으로 구축된다. 전형적으로, 다중-방향 방식이 캐소드 조립체 내의 하나 또는 둘 이상의 자석 조립체들 및 자극들의 상이한 배열체들 또는 디자인들에 의해서 실현될 수 있다. 예를 들어, 자석 조립체 및/또는 자석 조립체들이 캐소드 조립체의 코팅 측부에서, 전형적으로 캐소드 조립체의 단일 코팅 측부에서 다중-방향 방식으로 배열될 수 있다. 일반적으로, 자극을 위한 제 1 각도 좌표 및 추가적인 자극을 위한 제 2 각도 좌표가 제공되도록, 캐소드 조립체가 구성된다. 캐소드 조립체의 제 1 및 제 2 각도 좌표들이 하나의 기판을 코팅하기 위해서 코팅 측부에 전형적으로 위치된다.
일부 실시예들에 따르면, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도(α)가 약 20 도 보다 크고 그리고 약 160 도 보다 작다. 보다 전형적으로, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도(α)가 약 30 도 내지 약 120 도이고, 그리고 보다 더 전형적으로 약 50 도 내지 약 100 도이다. 일 실시예에 따라서, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도가 약 30 도 보다 크고 그리고 약 80 도 보다 작다. 하나의 예에서, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도가 약 60도이다.
일부 실시예들에 따르면, 제 1 자석 조립체의 내측 극이 캐소드 조립체의 제 1 각도 좌표에 배열되고 그리고 제 1 자석 조립체의 외측 극들 중 하나가 제 2 각도 좌표에 배열된다. 일부 추가적인 실시예들에 따르면, 제 1 자석 조립체의 내측 극이 제 1 각도 좌표에 배열되고 그리고 제 2 자석 조립체의 내측 극이 제 2 각도 좌표에 배열된다. 전형적으로, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도가 전술한 바와 같은 각도(α)이다. 전형적으로, 앞서서 규정된 각도들이 본질적으로 자석 조립체/자석 조립체들에 의해서 생성된 플라즈마 영역들의 각도들에 본질적으로 상응할 수 있다. 이는, 대칭적인 자석 조립체들에서 특히 진실(true)일 수 있고, 상기 대칭적인 자석 조립체들에서 플라즈마 영역들이 자석 조립체 구성요소들에 대해서 본질적으로 대칭적으로 형성된다. 예를 들어, 플라즈마 영역들이 자극들의 배치에 상응하여 형성될 수 있다. 따라서, 여기에서 개시된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 여기에서의 플라즈마 영역들에 대한 위치 및 각도들을 규정하는 것이, 자극들, 자석 요소들 등과 같은 하나 또는 둘 이상의 자석 조립체들의 각각의 구성요소들에 대해서 상응하여 적용될 수 있다.
전형적으로, 제 1 및 제 2 플라즈마 영역들 및/또는 자극들 사이의 각도가 캐소드 조립체 내의 고정된 위치에 배열된 하나 또는 둘 이상의 자석 조립체들을 이용하여 제공될 수 있다. 여기에서 개시된 실시예들에 따른 하나의 회전 캐소드 내의 다중-방향성 레이스트랙들을 갖는 것은 시간 및 장비 비용 모두를 절감한다.
일반적으로, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도가 실질적으로 하나의 평면에서 측정된다. 일부 실시예들에 따르면, 제 1 각도 좌표 및 제 2 각도 좌표를 포함하는 평면이 규정된 길이방향 위치에서 캐소드 조립체의 횡단면적 평면이 될 수 있다. 전형적으로, 제 1 및 제 2 각도 좌표들이 내부에 배열되는 평면이 캐소드 조립체의 길이방향 축(예를 들어, 회전 축)에 대해서 실질적으로 수직일 수 있다. 도 2 내지 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 각도(α)가 캐소드 조립체의 횡단면적 평면 내에서 측정된다. 예로서, 횡단면적 평면이 캐소드 조립체의 길이방향(또는 회전) 축을 따른 연장선의 약 50%에서의 평면일 수 있다.
도 2는 여기에서 개시된 일부 실시예들에 따른 캐소드 조립체의 횡단면도를 도시한다. 전형적으로, 도 2 내지 4에 대해서 여기에서 개시된 캐소드 조립체들이 도 1에 대해서 개시된 바와 같은 PVD 챔버에서 이용될 수 있다. 캐소드 조립체(200)는, 타겟 재료(210)를 제공하는 회전식 타겟 조립체를 제공한다. 타겟 재료가 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이 하나의 피스로 배열될 수 있고, 또는 몇 개의 타겟 타일들(tiles)로 배열될 수 있다. 캐소드 조립체(200)가 회전 축(220)을 포함하고, 상기 회전 축 주위로 캐소드 조립체가 회전될 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 하나의 자석 조립체(230)가 제공된다. 전형적으로, 자석 조립체가 캐소드 조립체 내에 제공된다. 일부 실시예들에 따르면, 자석 조립체(230)가 캐소드 조립체에 대해서 고정된 위치에서 유지되도록 구성된다. 다시 말해서, 자석 조립체(230)가 기판(280)에 대해서 캐소드 조립체(200)와 함께 회전될 수 있으나, 자석 조립체가 캐소드 조립체(200)의 회전 축(220)에 대해서 고정된 위치에 있게 된다. 전형적으로, 자석 조립체가 위치되는 캐소드의 측부가 코팅 측부로서 지칭될 수 있다. 도 2에서, 코팅 측부는, 캐소드 조립체(200)의 코팅 측부에 배열된 기판(280)에 의해서 보여질 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 자석 조립체(230)가 기부 및 반대 극성의 둘 또는 셋 이상의 자극들을 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 반대 극성의 2개의 영구 자석들(235 및 236)이 도시되어 있다. 발명의 실시예들에서 이용되는 바와 같은 일부 자석 조립체들이 도 5a, 5b, 6a, 및 6b에 대해서 보다 구체적으로 설명되어 있다.
전형적으로, 도 2 내지 4에 대해서 설명한 바와 같은 자극들이 횡단면도에 도시되어 있다. 예를 들어, 도 2의 횡단면도에서, 자석 요소(235)가 2개의 외측 자석 요소들에 의해서 제공될 수 있으나; 도 2의 횡단면에서 2개의 요소들로 도시되어 있는, 자석 요소들이 루프 형상을 가질 수 있고 그에 따라 단지 하나의 자석 요소(235)가 존재할 수 있다. 이는, 도 3 및 4의 자석 조립체들 및 자석 요소들에 대해서도 마찬가지로 적용된다.
일부 실시예들에 따르면, 자석들(235 및 236)과 같은 2개의 자극들이 2개의 자기장들을 생성하고, 그러한 자기장들은, 증착 챔버 내에 배열될 때, 동작 중에 자기장들 근처에 플라즈마 영역들이 형성되도록 유도한다. 플라즈마 영역들은 도 2에서 참조 기호들(240 및 250)로 표시되어 있다.
이하에서, 자석 조립체들이 플라즈마 영역들을 제공하는 것으로 설명될 수 있을 것이고, 이는 자석 조립체들이 자기장을 생성할 수 있다는 것을 의미하고, 그러한 자기장은, 증착 챔버 내에서 동작될 때, 캐소드 조립체 근처에 플라즈마 영역이 형성되도록 유도할 것이다. 예를 들어, 여기에서 개시된 자석 조립체들은, 플라즈마 영역을 제공하는 것으로서 설명되는, 증착 프로세스 중의 플라즈마 영역의 생성 및 위치에 영향을 미칠 것이다.
전형적으로, 여기에서 개시된 그리고 도면들에 도시된 바와 같은 플라즈마 영역들이 횡단면적 방식으로 도시되어 있다. 설명된 그리고 도 2 내지 4에 도시된 바와 같은 캐소드 조립체들이 횡단면도로 제시되어 있다. 또한, 횡단면적인 방식으로 도시된 플라즈마 영역들이 실질적으로 원형 또는 타원형 형상을 가질 수 있을 것이나, 이러한 것이 플라즈마 영역들의 단지 개략도라는 것을 이해할 수 있다. 플라즈마 영역들이, 개략적으로 도시된 형상으로부터 벗어난 횡단면적 형상을 가질 수 있을 것이고 그리고 여기에서 개시된 바와 같은 자석 조립체들의 자기장들에 의해서 유발될 수 있는 임의 형상을 가질 수 있다. 전형적으로, 도 2의 플라즈마 영역들(240 및 250)과 같은, 도면들에 도시된 2개의 플라즈마 영역들이 도 2 내지 4에서 도시된 평면과 상이한 횡단면적 평면 내에서 겹쳐지는 부분들을 가질 수 있을 것이고, 또는 심지어 다른 평면 내에서 병합될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 영역이 레이스트랙 형상을 갖는 경우에, 횡단면도로 도시된 2개의 플라즈마 영역들이 폐쇄 루프 형상을 형성하는 하나의 플라즈마 영역일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 여기에서 개시된 플라즈마 영역들이 도면들에 도시된 바와 같이 횡단면도로 설명되었다는 사실로 인해서, 여기에서 개시된 플라즈마 영역들이 2개의 플라즈마 영역들인 것과 같이 언급된다.
이러한 문맥에서 "실질적"이라는 용어는, "실질적"으로 표시된 특성으로부터 어느 정도의 편차가 있을 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, "실질적으로 원형"이라는 용어는, 일 방향을 따른 전반적인 연장선의 약 1 내지 10%의 편차와 같이, 완전한 원형 형상으로부터 어느 정도의 편차들을 가질 수 있는 형상을 지칭한다. 추가적인 예에 따라서, "실질적으로 대칭적"이라는 용어는 "대칭적"으로 표시된 요소들의 형상들의 중심 지점들의 대칭을 지칭할 수 있다. 전형적으로, "실질적으로 대칭적"이라는 용어는 또한, 요소들이 정확하게 대칭적으로 배열되지 않으나, 어느 정도까지, 예를 들어 요소의 전체 연장선의 약간의 백분율까지 대칭적인 배열로부터 벗어날 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 자극을 위한 캐소드 조립체(200)의 제 1 각도 좌표가 참조 기호(260)로 표시되어 있고 그리고 추가적인 자극을 위한 캐소드 조립체(200)의 제 2 각도 좌표가 참조 기호(270)로 표시되어 있다. 전형적으로, 제 1 각도 좌표(260) 및 제 2 각도 좌표(270)가 캐소드 조립체(200)의 회전 축(220)으로부터 자석 조립체(230)의 내측 극(236) 및 자석 조립체(230)의 하나의 외측 극(235)까지 각각 연장한다. 전술한 바와 같이, 제 1 각도 좌표(260)와 제 2 각도 좌표(270) 사이의 각도(α)가 약 20 도 내지 약 160 도일 수 있다.
전형적으로, 자석 조립체는 2개의 자기장들을 동시적으로 생성하도록 구성되고, 상기 자기장들은 캐소드 조립체 근처에 플라즈마 영역들이 형성되도록 유도한다. 그러한 방식에서, 제 1 및 제 2 플라즈마 영역이 자석 조립체의 자극들에 의해서 동시에 형성되고, 이는 높은 등급의 균일도로 큰 기판 면적이 동시에 증착될 수 있게 한다.
도 3은 여기에서 개시된 실시예들에 따른 회전가능한 캐소드 조립체(300)의 횡단면도를 도시한다. 캐소드 조립체(300)가 재료(310) 및 회전 축(320)을 제공하는 회전 타겟 조립체를 가지며, 상기 회전 축 주위로 타겟 조립체가 회전될 수 있다. 전형적으로, 캐소드 조립체(300)가 제 1 자석 조립체(330) 및 제 2 자석 조립체(335)를 제공한다. 자석 조립체들(330 및 335)의 각각이 전형적으로 캐소드 조립체(300) 내에 배열된다. 또한, 자석 조립체(330)가 외측 자극들(331) 및 내측 자극(332)을 전형적으로 포함하고, 그리고 자석 조립체(335)가 외측 자극들(336) 및 내측 자극(337)을 전형적으로 포함한다. 자극들의 실시예들에 대한 예들이 도 5a, 5b, 6a, 및 6b에 대해서 구체적으로 설명되어 있다. 자석 조립체들이 하나 또는 둘 이상의 자기장들을 생성하도록 자석 조립체들의 자극들이 배열될 수 있을 것이고, 상기 자기장들은, 캐소드 조립체가 증착 챔버 내에서 동작될 때, 캐소드 조립체 근처에 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들이 형성되도록 유도할 것이다. 예를 들어, 플라즈마 영역들(340, 341)은 자석 조립체(330)의 자극들(331 및 332)에 의해서 생성된 자기장들과 관련되고, 그리고 플라즈마 영역들(350, 351)은 자석 조립체(335)의 자극들(336 및 337)에 의해서 생성된 자기장들과 관련된다. 전형적으로, 자석 조립체(330)의 내측 자극(332)이 캐소드 조립체(300)의 제 1 각도 좌표(360) 내에서 배향되고 그리고 자석 조립체(335)의 내측 자극(337)이 캐소드 조립체(300)의 제 2 각도 좌표(370) 내에서 배향된다. 일부 실시예들에 따르면, 앞서서 구체적으로 설명한 바와 같이, 제 1 각도 좌표(360) 및 제 2 각도 좌표(370)가 캐소드 조립체(300)의 회전 축(320)으로부터 캐소드 조립체의 둘 또는 셋 이상의 자석 조립체들의 내측 자극들까지 연장한다.
전형적으로, 자석 조립체들(330 및 335)이 캐소드 조립체(300)에 대해서 고정된 위치에 배열된다. 특히, 자석 조립체들(330 및 335)이 서로에 대해서 고정된 위치에서 유지된다. 일부 실시예들에 따르면, 2개의 자석 조립체들을 서로에 대해서 고정된 위치에서 유지하기 위해서, 2개의 자석 조립체들이 서로에 대해서 움직이지 않게(rigidly) 연결될 수 있다. 일반적으로, 자석 조립체들(330 및 335)이 배열되는 캐소드의 측부가 코팅 측부로서 지칭된다.
전형적으로, 각도(α)가 자극을 위한 제 1 각도 좌표와 추가적인 자극을 위한 제 2 각도 좌표 사이에 제공된다. 일부 실시예들에 따르면, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도(α)가 전형적으로 약 20 도 내지 약 160 도이고, 보다 전형적으로 약 30 도 내지 약 120 도이고, 그리고 보다 더 전형적으로 약 50 도 내지 약 100 도이다. 일 실시예에 따라서, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도가 약 30 도 보다 크고 그리고 약 80 도 보다 작다. 하나의 예에서, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도가 약 60 도이다.
도 3의 실시예에 도시된 바와 같이, 캐소드 조립체 내의 둘 또는 셋 이상의 자석 조립체들의 각각이 2개의 플라즈마 영역들을 제공한다. 그러나, 도 3이 캐소드 조립체의 횡단면도이고, 그에 따라 플라즈마 영역들이 또한 횡단면도로 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 하나의 자석 조립체의 2개의 플라즈마 영역들이 도 3에 도시된 평면과 상이한 평면 내에서 겹쳐지거나 병합될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 하나 초과의 자석 조립체를 갖는 캐소드 조립체(예를 들어, 도 3에 도시된 캐소드 조립체)가 하나의 기판을 코팅하기 위해서 증착 챔버 내에서 이용된다. 이는, 하나 초과의 자석 조립체가 동일한 기판을 동시적으로 코팅하기 위해서 이용된다는 것을 의미한다. 전형적으로, 2개의 자석 조립체들 모두가 하나의 기판을 코팅하기 위해서 고정된 위치에서 이용된다.
도 4에서, 여기에서 개시된 실시예들에 따른 캐소드 조립체(400)의 횡단면도가 도시되어 있다. 캐소드 조립체(400)에서, 회전식 타겟 조립체가 타겟 재료(410)를 제공한다. 예시적으로 4개의 자석 조립체들(430, 431, 432, 및 433)이 캐소드 조립체(400) 내에 배열된다. 전형적으로, 타겟 조립체가 회전 축(420) 주위로 회전될 수 있고 그리고 자석 조립체들이 회전 축(420)에 대해서 캐소드 조립체 내에 고정된다. 일부 실시예들에 따르면, 자석 조립체들이 서로에 대해서 고정된 위치에 있다.
전형적으로, 자석 조립체들(430, 431, 432, 및 433)의 각각이 내측 자극들(471, 473, 475, 및 477)뿐만 아니라 외측 자극들(470, 472, 474, 및 476)을 포함한다. 전형적으로, 자극들은 하나 또는 둘 이상의 자기장들을 제공하도록 구성된다. 자석 조립체들(430, 431, 432, 및 433)의 자극들(470, 471, 472, 473, 474, 475, 476, 및 477)에 의해서 생성되는 자기장들은 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들이 캐소드 조립체 근처에 형성되도록 유도한다. 예를 들어, 자극들(470, 471, 472, 473, 474, 475, 476, 및 477)은 플라즈마 영역들(440, 441, 442, 443, 444, 445, 446, 및 447)을 형성하기 위한 자기장들을 제공한다. 전형적으로, 자석 조립체(430)의 내측 자극(471)이 캐소드 조립체(400)의 제 1 각도 좌표(460)에 배열되고, 자석 조립체(431)의 내측 자극(473)이 캐소드 조립체(400)의 제 2 각도 좌표(461)에 배열되고, 자석 조립체(432)의 내측 자극(475)이 캐소드 조립체(400)의 제 3 각도 좌표(462)에 배열되고, 그리고 자석 조립체(433)의 내측 자극(477)이 캐소드 조립체(400)의 제 4 각도 좌표에 배열된다.
일부 실시예들에 따르면, 자석 조립체들이 캐소드 조립체 내에서 대칭적으로 배열된다. 예로서, 캐소드 조립체(400)의 자석 조립체들(430, 431, 432, 및 433)이 캐소드 조립체(400) 내에서 실질적으로 대칭적으로 배열된다. 일 실시예에서, 자석 조립체들이 서로에 대해서 실질적으로 동일한 각도 거리로 배열될 수 있다. 자석 조립체들의 각각의 내측 자극들 사이의 각도(α)가 예시적으로 약 90 도일 수 있다.
추가적인 실시예들에 따르면, 자석 조립체들이 부분적으로 대칭적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 캐소드 조립체의 하나의 절반부 내에 2개의 자석 조립체들을 갖는 배열체가 캐소드 조립체의 다른 절반부에서 거울 대칭적이(mirrored) 될 수 있다. 그러한 예가 도 4에 도시되어 있다. 자석 조립체들(430 및 431)이 조립체들(432 및 433)에 대해서 대칭적이다. 전형적으로, 도 4에 도시된 캐소드 조립체가 2개의 코팅 측부들을 갖는 것으로 설명될 수 있을 것이고; 자석 조립체들(430 및 431)이 제 1 코팅 측부에 배열되고 그리고 자석 조립체들(432 및 433)이 제 2 코팅 측부에 배열된다. 2개의 코팅 측부들이 또한 기판들(480 및 481)에 의해서 도 4에 도시되어 있고, 상기 기판들의 각각이 2개의 코팅 측부들 중의 각각의 하나에 위치된다.
일부 실시예들에 따르면, 캐소드 조립체의 각각의 코팅 측부가 하나 또는 둘 이상의 자석 조립체를 가질 수 있다. 전형적으로, 캐소드 조립체의 각각의 코팅 측부가 자극을 위한 제 1 각도 좌표 및 추가적인 자극을 위한 제 2 각도 좌표를 제공할 수 있다.
전형적으로, 제 1 자석 조립체 및 제 2 자석 조립체의 배열체가, 예를 들어 대칭적인 방식으로, 캐소드 조립체 내에 2차례(twice) 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 약 60 도의 각도가 제 1 자석 조립체의 내측 자극의 제 1 각도 좌표와 제 2 자석 조립체의 내측 자극의 제 2 각도 좌표 사이에 제공될 수 있다. 이러한 배열체로, 캐소드 조립체의 전방의 단지 하나의 기판이 소정 시간(a time)에 코팅될 수 있을 뿐만 아니라, 캐소드 조립체의 뒤쪽에 위치된 기판이 또한 대칭적으로 그리고 동시적으로 코팅될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예는 예시적으로 4개의 자석 조립체들(430, 431, 432, 및 433)을 도시하고, 상기 각각의 자석 조립체는 2개의 플라즈마 영역들을 위한 자기장을 제공한다. 전형적으로, 제 1 각도 좌표(460)와 제 2 각도 좌표(461) 사이의 각도(α)가 약 20 도 내지 약 160 도, 보다 전형적으로 약 30 도 내지 약 120 도, 그리고 보다 더 전형적으로 약 50 도 내지 약 100 도일 수 있다. 일 실시예에 따라서, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도가 약 30 도 보다 크고 약 80 도 보다 작다. 도 4에서, 간결함을 위해서, 제 1 각도 좌표(460)와 제 2 각도 좌표(461) 사이의 각도만이 도시되어 있다. 그러나, 각도( α)에 대한 전술한 값들은 각도 좌표들(461 및 462, 462 및 463, 그리고 463 및 460) 사이의 각도들에 대해서도 또한 적용될 수 있다.
도 5a는 여기에서 개시된 실시예들에 따른 캐소드 조립체들에서 이용될 수 있는 바와 같은 자석 조립체의 예의 횡단면도를 도시한다. 전형적으로, 자석 조립체(500)가 요크(510)를 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 자석 조립체(500)가 내측 자극(530) 및 반대 극성의 외측 자극들(520)을 포함한다. 도 5a 및 5b에 도시된 실시예에서, 자극들(520 및 530)이 요크(510) 상에 배열된 자석 요소들(520 및 530)로서 도시되어 있다. 일부 실시예들에 따르면, 자석 요소들이 영구 자석들일 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 여기에서 개시된 바와 같은 자극들이 캐소드 조립체 근처에 플라즈마 영역을 형성하기 위한 자기장들을 생성하기에 적합한 임의 요소일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 여기에서 개시된 자극들이 영구 자석들일 수 있고; 추가적인 실시예들에 따르면, 자극들 중 하나가, 철 함유 재료로 제조된 요크와 같은, 자기적 재료에 의해서 제공될 수 있다.
전형적으로, 도 5a에서 확인할 수 있는 바와 같이, 2개의 자기장들이 생성되도록 허용하는 방식으로 자석 요소들(520 및 530)이 배열된다. 2개의 자기장들의 일부가 자기장 라인들(560 및 540)에 의해서 도시되어 있다. 도 5a에서, 영구 자석들로부터 하나의 방향으로, 즉 요크(510)로부터 멀어지도록 지향된 방향으로 연장하는 자기장 라인들 만이 도시되어 있다.
도 5a에 도시된 자기장들은, 전술한 바와 같이 캐소드 조립체 내에서 사용될 때, 2개의 플라즈마 영역들이 형성되도록 유도할 수 있다. 도 5a의 자석 조립체(500)에 의해서 형성된 플라즈마 영역들이 도 5a에서 참조 기호들(550 및 551)로 표시되어 있다. 전형적으로, 도 5a는 자석 조립체의 횡단면도를 도시한다. 그에 따라, 2개의 플라즈마 영역들(550, 551)이 또한 횡단면도로 도시되어 있다. 그러나, 또한 전술한 바와 같이, 플라즈마 영역들이 도시된 평면과 상이한 횡단면적 평면 내에서 겹쳐지는 부분들을 가질 수 있을 것이고, 또는 심지어 다른 평면 내에서 병합될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 영역이 레이스트랙 형상을 갖는 경우에, 횡단면도로 도시된 2개의 플라즈마 영역들이 폐쇄 루프 형상을 형성하는 하나의 플라즈마 영역일 수 있다.
도 5b는 도 5a의 자석 조립체(500)의 상면도를 도시한다. 전형적으로, 2개의 자석 요소들(520 및 530)이 요크(510) 상에서 확인될 수 있다. 자석 요소들 중 적어도 하나가 폐쇄 루프를 형성하도록 자석 요소들이 배열될 수 있다. 도 5b에서, 자석 요소(520)가 폐쇄 루프를 형성한다는 것을 확인할 수 있을 것이고, 상기 폐쇄 루프 내에 자석 요소(530)가 위치된다.
일부 실시예들에 따르면, 루프-형성된 자석 요소 내에 배열되는 자석 요소가 내측 자석으로 표시될 수 있을 것이고, 그리고 루프를 형성하는 자석 요소가 외측 자석으로 표시될 수 있다. 전형적으로, 내측 자석이 외측 자석 요소 내의 구조물을 형성할 수 있다.
전형적으로, 여기에서 언급된 바와 같은 외측 자극이 도 5a 및 6a에 도시된 횡단면적 평면 내의 2개의 외측 극들로서 확인될 수 있다. 그러나, 도 5b 및 6b의 예들의 상면도에 의해서 확인될 수 있는 바와 같이, 외측 자극이 폐쇄 루프 형상 내의 하나의 자석 요소에 의해서 제공될 수 있을 것이고, 상기 폐쇄 루프 형상은 횡단면도에서 2개의 외측 극들을 제공한다.
도 6a는 도 2 내지 4에 대해서 전술한 바와 같이 캐소드 조립체 내에서 이용될 수 있는 바와 같은 자석 조립체의 예의 횡단면도를 도시한다. 자석 조립체(600)는 전형적으로 요크(610)를 포함하고, 상기 요크 상에는 자석 요소들(620 및 630)이 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 자석 요소들(620 및 630)이 영구 자석들일 수 있다. 도 6a에서, 자석 조립체(600)에 의해서 제공될 수 있는, 즉 전술한 바와 같이 캐소드 조립체 내에서의 자석 조립체의 동작 중에 형성 및 위치되도록 유도될 수 있는 2개의 플라즈마 영역들(650, 651)이 도시되어 있다.
전형적으로, 도 6a의 자석 조립체는, 플라즈마 영역들이 형성될 수 있게 하는 자기장들을 제공한다. 도 6a에서, 자기장 라인들(640 및 660)이 예시적으로 도시되어 있고, 이는 생성된 자기장의 일부를 나타낸다.
도 6b는 도 6a의 자석 조립체(600)의 상면도를 제공한다. 내측 자석 요소(630)를 둘러싸는, 외측 자석 요소(620)가 제공된다. 도 6b에 도시된 실시예에서, 외측 자석 요소뿐만 아니라 내측 자석 요소가 루프-형상으로 배열된다. 양 자석 요소들(620 및 630)이 요크(610) 상에 위치된다. 전형적으로, 자석 조립체(600)가 캐소드 조립체 내에 장착되는 경우에, 내측 자석 요소(630)가 캐소드 조립체의 제 1 또는 제 2 각도 좌표에 배열될 수 있다. 루프-형상의 내측 자석이 이용되는 일부 실시예들에 따르면, 캐소드 조립체의 각도 좌표가 루프-형상의 내측 자석 요소의 중심선으로 지향되도록, 자석 조립체가 배열될 수 있다.
전형적으로, 여기에서 개시된 자석 조립체의 제 1 극이 자석 요소들 중 적어도 하나의 폐쇄 루프에 의해서 형성된 평면 외측의 방향으로 지향된다. 다시 말해서, 도 2 내지 4에 예시적으로 도시된 바와 같이, 자석 조립체의 극이 요크에 의해서 형성된 평면 외측으로 지향되고 그리고 캐소드 조립체의 타겟 재료의 방향으로 지향된다.
일부 실시예들에 따르면, 여기에서 개시된 바와 같이 캐소드 조립체 및 자석 조립체들이 정적인 증착 중에 회전가능한 캐소드 조립체로서 이용될 수 있다. 이는, 기판이 증착 프로세스 중에 고정 위치에서 유지될 수 있는 반면, 캐소드 조립체가 그 회전 축 주위로 회전될 수 있다는 것을 의미한다. 전형적으로, 여기에서 도시된 캐소드 조립체가 대형 기판들을 코팅하기 위해서 이용될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 대형 기판들이 적어도 0.174 m2 의 크기를 가질 수 있다. 전형적으로, 그 크기가 약 1.4 m2 내지 약 8 m2, 보다 전형적으로 약 2 m2 내지 약 9 m2, 또는 심지어 12 m2 까지 될 수 있다. 전형적으로, 여기에서 개시된 실시예들에 따른 구조물들, 캐소드 조립체들과 같은 장치들, 및 방법들을 제공하기 위한 기판들은 여기에서 개시된 바와 같은 대형 기판들이다. 예를 들어, 대형 기판이, 약 1.4 m2 기판들(1.1 m x 1.3 m)에 상응하는 GEN 5, 약 4.29 m2 기판들(1.95 m x 2.2 m)에 상응하는 GEN 7.5, 약 5.7 m2 기판들(2.2 m x 2.5 m)에 상응하는 GEN 8.5, 또는 심지어 약 8.7 m2 기판들(2.85 m x 3.05 m)에 상응하는 GEN 10일 수 있다. GEN 11 및 GEN 12와 같은 보다 더 큰 세대들 및 상응하는 기판 면적들이 유사하게 실시될 수 있다.
전형적으로, 여기에서 개시된 바와 같은 기판이 재료 증착에 적합한 임의 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 기판은, 증착 프로세스에 의해서 코팅될 수 있는, 유리(예를 들어, 소다-라인 유리, 보로실리케이트 유리, 등), 금속, 폴리머, 세라믹, 화합물 재료들, 탄소 섬유 재료들, 또는 임의의 다른 재료, 또는 재료들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 증착 재료가 증착 프로세스 및 코팅된 기판의 추후의 적용에 따라서 선택될 수 있다. 예를 들어, 타겟의 증착 재료가 알루미늄, 몰리브덴, 티타늄, 또는 구리 등과 같은 금속, 실리콘, 인듐 주석 산화물, 및 다른 투과성(transparent) 산화물들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료일 수 있다. 전형적으로, 타겟 재료가 산화물 세라믹일 수 있고, 보다 전형적으로, 재료가 인듐 함유 세라믹, 주석 함유 세라믹, 아연 함유 세라믹 및 이들이 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 세라믹일 수 있다. 예를 들어, 증착 재료가 IGZO일 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 기판 상에 필름을 증착하기 위한 방법이 제공된다. 그러한 방법의 예를 도 7의 개략적인 흐름도에서 확인할 수 있다. 전형적으로, 방법(700)은, 블록(710)에 의해서 표시된 바와 같이, 적어도 2개의 플라즈마 영역들을 생성하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 플라즈마 영역들이, PVD 프로세스에 적합한 증착 챔버와 같은 증착 챔버 내에서 생성된다. 프로세스 챔버에서, 캐소드 조립체가, 방법(700)에 대한 제 1 조건으로서 '720'으로 표시된 바와 같이, 하나 또는 둘 이상의 자석 조립체들을 가지고 정렬될 수 있다. 전형적으로, 캐소드 조립체가 도 2 내지 4에 대해서 전술한 바와 같은 캐소드 조립체일 수 있고 그리고 캐소드 조립체들 내의 하나 또는 둘 이상의 자석 조립체들이 도 5a, 5b, 6a, 및 6b에 대해서 전술한 바와 같은 자석 조립체들일 수 있다. 도 7에서, 블록(721)은, 캐소드 조립체가 도 2 내지 4에 도시된 바와 같은 캐소드 조립체들 중 하나이고 그리고 - 선택 사항으로서 - 쇄선들로 도시되어 있는 선택사항을 나타낸다.
여기에서 개시된 일부 실시예들에 따르면, 플라즈마 영역이 캐소드 조립체 근처에 형성되도록 유도하는 자기장을 생성하기 위해서 이용되는 캐소드 조립체가, 블록(730)에 의해서 표시된, 회전가능한 캐소드 조립체일 수 있다. 전형적으로, 캐소드 조립체가 회전 축 주위로 회전될 수 있고 그리고 자석 조립체/자석 조립체들이 회전 축에 대해서 고정되어 배열된다.
전형적으로, 여기에서 개시된 실시예들에 따라서 플라즈마 영역들을 생성하기 위해서 이용될 수 있는 캐소드 조립체가 자극을 위한 제 1 각도 좌표 및 추가적인 자극을 위한 제 2 각도 좌표를 제공할 수 있다. 캐소드 조립체에서 이용되는 자석 조립체/자석 조립체들이 일반적으로 내측 자극 및 적어도 하나의 외측 자극을 제공한다. 일 실시예에 따라서, 2개의 플라즈마 영역들이 하나의 자석 조립체를 갖는 캐소드 조립체에 의해서 생성된다. 자석 조립체의 내측 자극이 캐소드 조립체의 제 1 각도 좌표에 배열되고 그리고 자석 조립체의 외측 자극이 캐소드 조립체의 제 2 각도 좌표에 배열된다. 추가적인 실시예에 따라서, 제 1 자석 조립체의 내측 자극이 캐소드 조립체의 제 1 각도 좌표에 배열되고 그리고 제 2(또는 추가적인) 자석 조립체의 내측 자극이 캐소드 조립체의 제 2 각도 좌표에 배열된다. 예를 들어, 기판 내에 필름을 증착하기 위한 방법을 위해서 사용되는 캐소드 조립체가 도 2 또는 도 3에 대해서 설명된 바와 같은 캐소드 조립체일 수 있다. 전형적으로, 자석 조립체/자석 조립체들이 기판 코팅을 위해서 캐소드 조립체의 코팅 측부에 배열된다.
일부 실시예들에 따르면, 블록(740)은 제 1 및 제 2 각도 좌표의 배열체, 그리고 특히 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도를 언급한다. 전형적으로, 각도가 약 20 도 내지 약 160 도이고, 보다 전형적으로 약 30 도 내지 약 120 도이고, 그리고 보다 더 전형적으로 약 50 도 내지 약 100 도이다. 일 실시예에 따라서, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도가 약 30 도 보다 크고 약 80 도 보다 작다. 하나의 예에서, 제 1 각도 좌표와 제 2 각도 좌표 사이의 각도가 약 60 도이다.
기판 상의 코팅을 위한 코팅 측부를 갖는 스퍼터 증착 장치를 위한 캐소드 조립체가 제공된다. 캐소드 조립체는 회전 축 주위에서 타겟 재료를 회전시키도록 구성된 회전식 타겟 조립체 및 적어도 제 1 자석 조립체를 포함한다. 적어도 하나의 자석 조립체가, 전형적으로, 내측 자극 및 적어도 하나의 외측 자극을 구비하고 그리고 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들을 생성하도록 구성된다. 또한, 상기 캐소드 조립체가 자극을 위한 제 1 각도 좌표 및 추가적인 자극을 위한 제 2 각도 좌표를 가진다. 전형적으로, 상기 자극들이 코팅 측부를 위해서 제공된다. 제 1 각도 좌표 및 제 2 각도 좌표가 약 20 도 보다 큰 그리고 약 160 도 보다 작은 각도(α)를 형성한다. 일부 실시예들에 따르면, 제 1 자석 조립체의 내측 자극이 제 1 각도 좌표에 제공되고 제 1 자석 조립체의 외측 자극이 제 2 각도 좌표에 제공된다. 전형적으로, 캐소드 조립체가 내측 자극 및 적어도 하나의 외측 자극을 갖는 제 2 자석 조립체를 포함할 수 있다. 제 2 자석 조립체가 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들을 생성하도록 구성될 수 있다. 제 2 자석 조립체가 제공되는 경우에, 제 1 자석 조립체의 내측 자극이 제 1 각도 좌표에 제공되고 그리고 제 2 자석 조립체의 내측 자극이 제 2 각도 좌표에 제공된다. 일부 실시예들에 따르면, 제 1 및 및/또는 제 2 자석 조립체가 캐소드 조립체의 회전 축에 대해서 고정된 위치에서 유지된다. 전형적으로, 제 1 및/또는 제 2 자석 조립체가 각각 2개의 플라즈마 영역들을 제공할 수 있다. 여기에서 개시된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에서, 제 1 각도 좌표 및 제 2 각도 좌표가 약 30 도 보다 크고 약 80 도 보다 작은 각도(α)를 형성할 수 있다. 전형적으로, 자석 조립체가 타겟 조립체 내에 위치될 수 있다. 하나의 전형적인 실시예에서, 자석 조립체가 둘 또는 셋 이상의 플라즈마 영역들을 동시에 생성하도록 구성될 수 있다. 또한, 실질적으로 대칭적인 방식으로 캐소드 조립체 내에 배열된 하나 초과의 자석 조립체를 전형적으로 포함하는 캐소드 조립체가 제공될 수 있다. 여기에서 개시된 일부 실시예들에 따르면, 제 1 및/또는 제 2 자석 조립체의 자극이 폐쇄 루프를 형성하도록 배열된 자석 요소들을 포함할 수 있다. 특히, 제 1 및/또는 제 2 자석 조립체의 자극이, 전형적으로, 폐쇄 루프 내에 구조물을 형성하도록 배열된 자석 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 및/또는 제 2 자석 조립체의 자극이 폐쇄 루프에 의해서 형성된 평면의 외측 방향으로 지향될 수 있다. 전형적으로, 둘 이상의 자석 조립체들이 서로에 대해서 움직이지 않게 연결될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 둘 이상의 자석 조립체들이 동일한 기판을 동시에 코팅하도록 구성될 수 있다.
추가적인 양태에서, 스퍼터 증착 장치에서 기판 상에 필름을 증착하기 위한 방법이 제공된다. 스퍼터 증착 장치가 회전식 타겟 조립체 및 기판 상에서의 코팅을 위한 코팅 측부를 포함할 수 있다. 전형적으로, 타겟 조립체가 회전 축 주위에서 타겟 재료를 회전시키도록 구성된다. 또한, 캐소드 조립체가 회전 축에 대해서 고정된 위치에서 유지되는 적어도 하나의 자석 조립체를 포함할 수 있다. 자석 조립체는 내측 자극 및 적어도 하나의 외측 자극을 포함하고 그리고 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들을 생성하도록 구성된다. 전형적으로, 캐소드 조립체가 코팅 측부를 위해서 제공된 자극을 위한 제 1 각도 좌표, 및 코팅 측부를 위해서 제공된 추가적인 자극을 위한 제 2 각도 좌표를 가진다. 기판 상에 필름을 증착하기 위한 방법이, 코팅 측부에서 기판을 코팅하기 위해서, 제 1 각도 좌표에 배열된 자극에 의해서 생성된 자기장으로 적어도 하나의 제 1 플라즈마 영역을 그리고 제 2 각도 좌표에 배열된 자극에 의해서 생성된 자기장으로 적어도 하나의 제 2 플라즈마 영역을 생성하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 제 1 각도 좌표 및 제 2 각도 좌표가 약 20 도 보다 크고 약 160 도 보다 작은 각도(α)를 형성한다. 여기에서 개시된 일부 실시예들에 따르면, 제 1 각도 좌표 및 제 2 각도 좌표가 약 30 도 보다 크고 약 80 도 보다 작은 각도(α)를 형성할 수 있다.
전형적으로, 전술한 캐소드 조립체들이, 상이한 방향들로 배향된, 자석 조립체들의 자극들 사이의 각도로 인해서 다중 방향성 레이스트랙 캐소드들로서 설명될 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 자석 조립체들을 전술한 바와 같은 하나의 캐소드 내로 배열하는 것에 의해서, 분할 스퍼터 모드 또는 연속적인 흔들림을 제공하는 캐소드 조립체와 비교될 수 있는 필름 성질들이 달성될 수 있다. 그러나, 여기에서 개시된 실시예들에 따른 캐소드 조립체에서, 캐소드 내의 선회 부품들이 요구되지 않는다. 또한, 본원 발명의 실시예들에 따른 하나의 캐소드 조립체 내의 자석 조립체들이 동시적으로 동작된다는 사실로 인해서, 분할 스퍼터 모드 또는 연속적인 흔들림을 갖는 캐소드 조립체에 대비하여, 더 짧은 시간에 필름 성질들이 달성될 수 있다. 또한, 캐소드 조립체의 양 측부들 상에 위치된 기판들 상에서의 동시적인 코팅을 달성하기 위해서, 전술한 레이스트랙 배열체가 캐소드 조립체의 후방면에 대해서 거울 대칭될 수 있다.
전술한 내용들이 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고도 안출될 수 있을 것이고, 발명의 범위는 이하의 청구항들에 의해서 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판(280; 480; 481) 상에서의 코팅을 위한 코팅 측부(side)를 갖는 스퍼터 증착 장치를 위한 캐소드 조립체(130; 200; 300; 400)로서:
    회전 축(220; 320; 420) 주위로 타겟 재료(210; 310; 410)를 회전시키도록 구성된 회전식 타겟 조립체; 및
    상기 회전 축에 대해서 고정된 위치에서 유지되고 그리고 내측 자극(236; 332; 337) 및 적어도 하나의 외측 자극(236; 331; 336)을 구비하고 그리고 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들(240; 250; 340; 341; 350; 351; 440; 441; 442; 443; 444; 445; 446; 447)을 생성하도록 구성된, 적어도 제 1 자석 조립체(230; 330; 340; 430; 431; 432; 433)를 포함하고;
    상기 캐소드 조립체(130; 200; 300; 400)는 상기 코팅 측부를 위해서 제공된 자극을 위한 제 1 각도 좌표(260; 360; 460; 462) 및 상기 코팅 측부를 위해서 제공된 추가적인 자극을 위한 제 2 각도 좌표(270; 370; 461; 463)를 가지며;
    상기 제 1 각도 좌표(260; 360; 460; 462) 및 상기 제 2 각도 좌표(270; 370; 461)는, 약 20 도 보다 크고 약 160 도 보다 작은 각도(α)를 형성하는,
    캐소드 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자석 조립체(230)의 내측 자극(236)은 상기 제 1 각도 좌표(260)에 제공되고 그리고 상기 제 1 자석 조립체(230)의 적어도 하나의 외측 자극(235)은 상기 제 2 각도 좌표(270)에 제공되는,
    캐소드 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    내측 자극(337; 473; 475; 477) 및 적어도 하나의 외측 자극(336; 472; 474; 476)을 가지고 그리고 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들(350; 351; 442; 443; 444; 445; 446; 447)을 생성하도록 구성된 적어도 제 2 자석 조립체(335; 431; 432; 433)를 더 포함하고, 상기 제 1 자석 조립체(330; 430)의 내측 자극(332; 471)은 제 1 각도 좌표(360; 460)에 제공되고 그리고 상기 제 2 자석 조립체(335; 431; 432; 433)의 내측 자극(337; 473; 475; 477)은 상기 제 2 각도 좌표(370; 461; 462; 463)에 제공되는,
    캐소드 조립체.
  4. 이전의 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 자석 조립체(330; 430) 및/또는 상기 제 2 자석 조립체(335; 431; 432; 433) 각각은 2개의 플라즈마 영역들(340; 341; 440; 441; 442; 443; 444; 445; 446; 447)을 제공하는,
    캐소드 조립체.
  5. 이전의 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 각도 좌표(260; 360; 460) 및 상기 제 2 각도 좌표(270; 370; 461; 462; 463)는, 약 30 도 보다 크고 약 80 도 보다 작은 각도(α)를 형성하는,
    캐소드 조립체.
  6. 이전의 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 조립체(230; 330; 340; 430; 431; 432; 433)가 상기 타겟 조립체 내에 위치되는,
    캐소드 조립체.
  7. 이전의 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 조립체(230; 330; 340; 430; 431; 432; 433)는 둘 또는 셋 이상의 플라즈마 영역들(340; 341; 440; 441; 442; 443; 444; 445; 446; 447)을 동시에 생성하도록 구성되는,
    캐소드 조립체.
  8. 이전의 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐소드 조립체(130; 200; 300; 400)는 하나 초과의 자석 조립체(230; 330; 340; 430; 431; 432; 433)를 포함하고, 상기 캐소드 조립체(130; 200; 300; 400) 내의 상기 자석 조립체들(230; 330; 340; 430; 431; 432; 433)의 배열체는 실질적으로 대칭적인,
    캐소드 조립체.
  9. 이전의 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 제 2 자석 조립체(230; 330; 340; 430; 431; 432; 433)의 자극은 폐쇄 루프를 형성하도록 배열된 자석 요소들(520; 620; 630)을 포함하는,
    캐소드 조립체.
  10. 이전의 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 제 2 자석 조립체(230; 330; 340; 430; 431; 432; 433)의 자극은 폐쇄 루프 내의 구조물을 형성하도록 배열된 자석 요소들(530; 630)을 포함하는,
    캐소드 조립체.
  11. 제 9 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 요소들(520; 530; 620; 630)의 자극은 상기 폐쇄 루프에 의해서 형성된 평면의 외측 방향으로 지향되는,
    캐소드 조립체.
  12. 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 자석 조립체들(330; 340; 430; 431; 432; 433)은 서로 움직이지 않게 연결되는,
    캐소드 조립체.
  13. 제 3 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 자석 조립체들(330; 340; 430; 431; 432; 433)은 동일한 기판을 동시에 코팅하도록 구성되는,
    캐소드 조립체.
  14. 회전식 표적 조립체를 가지고 기판 상의 코팅을 위한 코팅 측부를 갖는 스퍼터 증착 장치(100) 내에서 기판(110; 280; 480; 481) 상에 필름을 증착하기 위한 방법으로서, 상기 타겟 조립체가 회전 축(220; 320; 420) 주위로 타겟 재료(210; 310; 410)를 회전시키도록 구성되고; 상기 캐소드 조립체가 상기 회전 축에 대해서 고정된 위치에서 유지되고 그리고 내측 자극(236; 332; 337) 및 적어도 하나의 외측 자극(236; 331; 336)을 구비하고 그리고 하나 또는 둘 이상의 플라즈마 영역들(240; 250; 340; 341; 350; 351; 440; 441; 442; 443; 444; 445; 446; 447)을 생성하도록 구성된, 적어도 하나의 자석 조립체(230; 330; 340; 430; 431; 432; 433)를 포함하고; 상기 캐소드 조립체(130; 200; 300; 400)가 상기 코팅 측부를 위해서 제공된 자극을 위한 제 1 각도 좌표(260; 360; 460; 462) 및 상기 코팅 측부를 위해서 제공된 추가적인 자극을 위한 제 2 각도 좌표(270; 370; 461; 463)를 더 포함하는, 방법으로서:
    상기 코팅 측부에서 기판(110; 280; 480; 481)을 코팅하기 위해서, 상기 제 1 각도 좌표(260; 360) 내에 배열된 자극(236)에 의해서 발생된 자기장으로 적어도 하나의 제 1 플라즈마 영역(240; 340; 341)을 그리고 상기 제 2 각도 좌표(270; 370) 내에 배열된 자극(235; 337)에 의해서 발생된 자기장으로 적어도 하나의 제 2 플라즈마 영역(250; 350; 351)을 생성하는 단계를 포함하고;
    상기 제 1 각도 좌표와 상기 제 2 각도 좌표가 약 20 도 보다 크고 약 160 도 보다 작은 각도(α)를 형성하는,
    방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 각도 좌표(260; 360) 및 상기 제 2 각도 좌표(270; 370)가 약 30 도 보다 크고 약 80 도 보다 작은 각도(α)를 형성하는,
    방법.
KR1020147013947A 2011-10-24 2011-10-24 물리 기상 증착 어레이 적용예들을 위한 다중 방향성 레이스트랙 회전식 캐소드 KR20140075804A (ko)

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