KR20140080154A - 마그네트론 및 이를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판에 증착되는 물질의 두께 균일도를 확보하고 동시에 타겟 물질을 균일하게 식각하여 타겟의 사용 효율을 개선시킬 수 있도록 타겟부를 대향하는 평면에 수직하는 중심축으로부터 가장자리부를 향해 퍼지는 형상의 나선형으로 배치된 자석을 포함하고, 상기 자석은 상기 평면 상에 존재하며, 상기 마그네트론은 중심각이 90도인 4개의 부채꼴 형상으로 구획되고, 각 구획내의 N극 및 S극 자석은 등간격의 원호 형상 이격되고 하나의 구획에서만 부채꼴의 중심이 마그네트론의 회전 중심과 일치하는 마그네트론을 포함하는 마그네트론 스터퍼링 장치에 관한 것이다.

Description

마그네트론 및 이를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치{Magnetron and magnetron sputtering system using the same}

본 발명은 마그네트론 및 이를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 일정한 회전 반경에 배치된 자석 구조를 개선하여 타겟의 사용 효율을 개선시킬 수 있는 마그네트론 및 이를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 스퍼터링 박막 증착 방식은 플라즈마를 발생시켜 얻은 이온들이 높은 에너지를 가지고 타겟 물질에 충돌함으로써 튀어나온 타겟 물질을 이용하여 박막을 형성하는 방식으로 실제 반도체 등의 소자공정에 많이 적용되고 있는 기술이다.

스퍼터링 증착 장치의 구조적인 방식은 사용하는 목적에 따라 여러 가지의 형태로 발전되어 왔으나, 그의 수율을 증가시키려는 노력은 아직도 많이 진행되고 있다. 스퍼터링 증착 장치는 진공용기 속에 이온화가 잘 일어날 수 있는 최적의 가스압력을 유지하면서 '+', '-'의 양극을 설치하고, 양단의 전극에 직류 또는 교류의 전압을 걸어 플라즈마를 발생시키는 용량성 저온 플라즈마를 이용한 박막제조장치이다.

상식적으로 생각하면 플라즈마 속에 존재하는 '+' 이온들은 '-' 인가 전극쪽으로 진행을 하게 되고, '-' 이온들은 반대로 '+' 인가 전극 쪽으로 돌진하게 된다. 이때, '+' 이온들은 질량이 크고 높은 전기적 에너지를 가지고 있기 때문에 '-'의 타겟면에 충돌하는 순간 타겟 물질들을 튕겨 나오게 할 수 있으며, 튀어 나온 타겟 물질을 마주보고 있는 '+' 전극의 기판에 증착시킬 수 있게 된다.

반면에 플라즈마 속에 존재하는 '-' 이온들은 타겟이 아닌 '+' 전극의 기판 방향으로 돌진하여 어렵게 쌓아놓은 박막물질들을 다시 뜯어내는 리스퍼터링(re-sputtering) 현상을 일으키게 된다. 발생된 플라즈마에 자기장을 인가하면 플라즈마 내의 전자들에 로렌쯔 힘을 가할 수 있고, 스퍼터 타겟 뒷면에 부착한 자석의 배열형태에 따라 원하는 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있다. 이를 마그네트론 스퍼터링이라 한다. 따라서, 마그네트론 스퍼터링은 리스퍼터링을 방지할 수 있고, 플라즈마 밀도를 높일 수 있는 장점을 가지고 있다.

일반적으로 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)은 타겟에 전기장과 자기장을 인가하여 타겟 근처에서 이온화율을 높여 스퍼터링 율(sputtering rate)을 향상시키는 물리적 기상 증착법의 일종으로서, 증착된 박막의 우수한 밀착력과 표면 미려도 및 높은 밀도로 인해 널리 사용되고 있는 방법이다.

마그네트론 방전을 위해 타겟에 전기장과 자기장이 인가되면 타겟에서 방출된 전자는 인가된 전기장과 자기장 및 방출되는 전자의 속도에 의해 타겟 표면의 일정 부위에서 나선 운동과 호핑(hopping) 운동을 하며 접속되고, 이러한 전자의 국부적인 밀집지역에서 이온화율이 증대되어 스퍼터링 율이 향상된다. 따라서, 고효율의 마그네트론 증착원의 개발을 위해서는 전기장과 자기장의 제어가 필요하며 특히 자기장의 제어가 중요하다.

상기 자기장을 사용한 스퍼터링 기술은, 예를 들면, 미국특허 제6,228,236호(issued to Rosenstein, et al.), 미국특허 제6,183,614호(issued to Fu), 미국특허 제4,995,958호(issued to Anderson, et al.), 일본국 특허공개 평8-74051호, 일본국 특허공개 평9-310174호 및 한국공개특허 제10-1998-0065920호 등에 개시되어 있다.

상기 자기장을 형성하기 위한 방법으로 자성체 금속으로 제작된 하나의 지지기판에 N극 및 S극 자석을 배치한다. 상기 극성은 타겟을 향하는 방향의 극성을 말하며, 각각의 자석 극성은 선형적인 형상으로 일정한 간격으로 배치된다. 하나의 극성 자석 배치가 다른 극의 자석 배치를 완전히 감싸는 구조를 가질 때 전자 및 이온들이 타겟의 표면 인근 영역에 갖혀 밀도가 높아지고 스퍼터링 효율이 높아지는 효과를 가진다. 또한 타겟의 식각은 선형의 일정한 간격으로 배치된 N극 및 S극의 중간 위치에서 집중적으로 일어나므로 타겟의 사용 효율 개선 및 증착막의 두께 균일도 확보를 위해서는 N극 및 S극의 배치를 최적화 하여야 한다.

스퍼터링 효율을 높이기 위하여 상기 미국특허 제6,228,236호 등에서 제시된 스퍼터 장치의 마그네트론 형상에 따르면 외부 자석이 내부자석을 비대칭적으로 감싸는 형태의 마그네트론 구조가 사용되어 왔으나, 이러한 이중 구조의 마그네트론을 사용하는 스퍼터 장치는, 두 개의 원형 구조가 결합된 형상으로 로렌쯔 효과의 비교적 양호한 보상을 제공하고 있는 장점이 있으나, 플라즈마를 유지하게 위해 너무 높은 챔버 압력을 요구하고 강한 국부적인 식각으로 타겟에 비대칭의 깊은 골이 형성되어 여전히 이상적인 타겟 식각 균일성 미만의 균일성을 나타내어 타겟의 사용 효율이 낮다는 단점이 있다.

따라서, 당 기술분야에서는 상기와 같은 문제점을 사전에 방지하면서 N극 및 S극의 배치를 개선하여 타겟의 사용 효율을 높일 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 마그네트론에 사용되는 자석을 타겟의 중심으로부터 180도 미만의 영역, 바람직하게는 90도 영역만 일정한 반경으로 배치하여 스퍼터링 재료인 타겟의 수명을 증가시키는 스퍼터링 마그네트론 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론은 지지 플레이트; 및 상기 지지 플레이트의 표면에 수직하는 회전 중심축으로부터 가장자리를 향해 퍼지는 형상의 나선형으로 배치된 자석을 포함하고, 상기 자석은 다수개의 부채꼴 형상으로 구획되고, 각 부채꼴 형상의 구획 내에서는 자석이 등간격의 원호를 이루며, 상기 다수개의 부채꼴 중에서 하나의 부채꼴의 중심만이 상기 회전 중심축에 위치하고, 상기 회전 중심축에 부채꼴의 중심이 있는 영역의 부채꼴 중심각은 180도 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 마그네트론은 지지 플레이트; 및 상기 지지 플레이트의 표면에 수직하는 회전 중심축으로부터 가장자리를 향해 퍼지는 형상의 나선형으로 배치된 자석을 포함하고, 상기 자석은 각각의 중심각이 90도인 4개의 부채꼴 형상으로 구획되고, 각 부채꼴 형상의 구획 내에서는 자석이 등간격의 원호를 이루며, 상기 4개의 부채꼴 중에서 하나의 부채꼴의 중심만이 상기 회전 중심축에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 지지 플레이트는 자성체 금속판이고,

상기 자성체 금속판은 SUS420J1 또는 SUS420J2로 이루어지고,

상기 자석은 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 제1자석 및 제2자석이 상기 회전 중심축을 교대로 돌면서 배치되고, 상기 제1자석과 제2자석 사이에 상기 제1자석과 제2자석을 분리하는 갭이 형성되고,

상기 제1자석이 최외측부에 위치하고,

상기 제1자석 및 제2자석은 동일한 폭을 갖는 밴드 형태이고,

상기 제1자석의 일단부가 최외측부에서 상기 제2자석의 최외측 단부를 상기 갭에 의해 이격되면서 감싸는 것으로 배치되고,

상기 제1자석는 N극이고, 제2자석은 S극이고,

상기 회전 중심축은 제1자석 또는 제2자석의 내부 단부에 위치되고,

상기 갭은 나선형 루프 형태의 폐쇄된 트랙으로 형성되고,

상기 트랙은 4회 이상 교차하고,

상기 트랙은 다수개의 부채꼴 형상으로 구획되고, 각 부채꼴 형상의 구획 내에서는 상기 트랙은 등간격의 원호를 이루며, 상기 다수개의 부채꼴 중에서 하나의 부채꼴의 중심만이 상기 회전 중심축에 위치하고,

상기 각 부채꼴 형상은 서로 다른 중심을 갖고, 상기 각 부채꼴 형상의 구획 내에서 등간격의 원호를 이루는 자석들은 인접하는 부채골 형상의 구획의 자석들과 접선으로 연결되도록 배치되고,

상기 각 부채꼴 형상은 서로 다른 중심을 갖고, 상기 각 부채꼴 형상의 구획 내에서 등간격의 원호는 상기 중심을 각각의 중심점으로 하는 동심 원호이다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치는 챔버 내의 기판을 지지하는 지지부; 상기 지지부에 대향하여 설치되는 타겟부; 및 상기 타겟부의 후방에 위치되며, 상기 타겟부의 중앙을 중심으로 회전하도록 구성되며 상기와 같은 특징을 갖는 마그네트론;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 타겟부는 상기 기판에 증착 물질을 제공하는 타겟과 상기 타겟의 후면에 구비된 백킹 플레이트(backing plate)를 포함한다.

본 발명은 중심각이 90도인 부채꼴 형상으로 구획되는 4개의 영역 중 하나의 영역에서만 마그네트론의 회전 중심축으로부터 등 간격으로 이격된 동심 원호로 자석이 배치된 마그네트론 장치를 제공함으로써, 기판에 증착되는 물질의 두께 균일도를 확보하고 동시에 타겟 물질을 균일하게 식각하여 타겟의 사용 효율을 개선시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한 타겟의 사용 효율의 개선에 의해서 고가의 타겟 사용량을 줄여 생산 단가가 절감되고, 타겟 교체주기를 늘여주어 장비의 가동시간 주기가 향상되므로, 장비의 생산성이 증대되는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 마그네트론을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 마그네트론의 각 영역의 중심점을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 마그네트론에 의하여 타겟 사용 효율이 개선된 모습을 나타낸 도면.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 대해 상세히 설명하도록 한다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치는 증착 공정이 진행되는 챔버가 제공되고, 상기 챔버(100) 내의 기판(101)을 지지하는 지지부(110)와 상기 지지부(110)에 대향하여 설치된 타겟부(130)와 상기 타겟부(130)에 전원을 인가하여 상기 챔버(100) 내에 플라즈마를 발생시키는 전원 공급원(140)과 상기 타겟부(130)의 후방에 위치되며, 상기 타겟부의 중앙을 중심으로 회전하도록 구성되는 마그네트론(150)을 포함한다.

상기 타겟부(130)는 스퍼터링에 의해 기판 표면에 증착될 물질을 제공하는 타겟(121)과 백킹 플레이트(122)로 구성되며, 상기 기판(101)과 대향하면서 평행하게 배치되도록 한다. 여기서, 상기 백킹 플레이트(122)는 비교적 높은 열전도성을 갖는 구리 또는 다른 적절한 물질로 형성되어 납땜 등의 다양한 방법에 의해 상기 타겟(121)의 상면에 부착될 수 있으며, 상기 전원 공급원(140)을 통해 직류 또는 교류의 전원이 인가하게 된다. 그래서, 상기 백킹 플레이트(122)와 타겟(121)으로 구성된 상기 타겟부는 본 발명의 스퍼터링 장치의 전극으로써 작용할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치에 의하면, 상기 타겟부(130)의 상부에는 자기장 발생 수단으로 마그네트론(150)이 위치하여 타겟의 전면에 걸쳐 폐루프(closed loop) 자기장이 형성되도록 하는데, 본 발명에 따른 상기 마그네트론(150)은 상기 타겟부를 대향하는 평면에 수직하는 회전 중심축으로부터 가장자리부를 향해 퍼지는 형상의 나선형으로 배치된 자석을 포함하고 있다.

도 2는 본 발명에 따른 마그네트론을 나타낸 도면으로서 이를 참조하면, 상기 마그네트론(150)은 지지 플레이트 및 상기 지지 플레이트의 표면에 수직하는 회전 중심축으로부터 가장자리를 향해 퍼지는 형상의 나선형으로 배치된 자석(151, 152)을 포함한다. 상기 자석은 상기 지지 플레이트 표면 상에 존재하며, 각각의 중심각이 90도인 가상의 4개의 부채꼴 형상으로 구획되고, 각 부채꼴 형상의 구획 내에서는 자석은 각 부채꼴 중심을 중심점으로 하는 등간격의 동심 원호를 이루며, 상기 4개의 부채꼴 중에서 하나의 부채꼴의 중심만이 상기 회전 중심축에 위치하게 배치된다. 한편 본 발명에 따른 마그네트론은 회전 중심축에 중심이 위치하는 하나의 부채꼴 구획 내에서 나선형 자석은 적어도 5개의 트랙을 형성한다.

상기 트랙을 형성하는 나선형 자석 배열에 의하여 N극 및 S극의 중간 위치에서의 집중적인 타겟 식각이 일어나고, 이로 인해 생겨난 타겟 표면에 식각된 트랙 형상의 식각골을 나타내며, 상기 트랙 형상의 식각골의 깊이가 타겟의 두께에 이르게 되면 타겟은 수명을 다하게 되어 교체하게 된다.

이러한 자석(151,152)은 전체적으로 폐자장으로 되고, 로렌쯔 힘에 의한 하전 입자의 자장 내에서의 포착 효과가 커지며, 플라즈마 중의 이온 밀도 또는 활성종의 밀도가 한층 증가하므로 식각율을 더욱 증대시킬 수 있다.

상기 자석은 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 제1자석(151) 및 제2자석(152)으로 구성될 수 있으며, 상기 제1자석(151)은 N극이고, 제2자석(152)은 S극으로 이해할 수 있다. 이때, 제1자석 내지 제2자석의 극성은 자석의 전면부(타겟부를 향하는 부분)에 나타나는 극성을 의미한다. 또한, 상기 제1자석(151) 및 제2자석(152)은 동일한 폭을 갖는 밴드 형태로 이루어질 수 있다.

상기 마그네트론의 구조를 나타내는 일 실시예를 좀 더 자세히 살펴보면, 상기 지지 플레이트는 자성체 금속판으로 이루어지고, 상기 제1자석(151) 내지 제2자석 각각은 동일한 자극을 갖는 작은 기둥 형상(원기둥 등)의 자석 요소들이 그룹핑될 수 있도록 배치되어 구성되고, 상기 제1자석(151) 및 제2자석을 구성하는 그룹핑된 자석 요소들 상에는 그룹핑된 복수의 자석 요소들 각각을 서로 연결하는 제1 내지 제2 자성체 금속판(밴드 형태)이 위치하게 된다. 즉, 제1자석 및 제2자석은 하나의 지지플레이트에 접촉되어 고정되고, 상기 제1자석의 타겟 방향으로 향하고 있는 N극은 나선형 형상의 제1 자성체 금속판으로 모두 연결되고, 상기 제2자석의 타겟 방향으로 향하고 있는 S극은 나선형 형상의 제2 자성체 금속판으로 모두 연결된다. 한편, 상기 지지플레이트와 N극 및 S극을 연결하는 제1 내지 제 2 자성체 금속판의 재질은 SUS420J1 혹은 SUS420J로 제작될 수 있다.

또한, 상기 자석(151,152)은 도 2에서와 같이 상기 회전 중심축을 교대로 돌면서 배치하게 되는데, 상기 제1자석(151)이 최외측부에 위치하고 그 내부에 제2자석(152)이 위치한다. 한편, 상기 제1자석(151)의 일단부가 최외측부에서 상기 제2자석(152)의 최외측 단부를 갭에 의해 이격되면서 감싸는 것으로 배치될 수 있으며, 상기 제1자석(151)과 제2자석(152) 사이에 상기 제1자석(151)과 제2자석(152)을 분리하는 갭(153)이 형성하게 된다.

상기 갭(153)은 나선형 루프 형태의 폐쇄된 트랙으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 트랙은 다수개의 부채꼴 형상으로 구획되고, 각 부채꼴 형상의 구획 내에서는 상기 트랙은 등간격의 원호를 이루며, 상기 다수개의 부채꼴 중에서 하나의 부채꼴의 중심만이 상기 회전 중심축에 위치하고, 4회 이상 교차할 수 있어 상기 회전 중심축에 대해 5개 이상의 멀티-트랙을 형성하게 된다. 상기 트랙은 나선형 루프 형태로 배열되어 폐쇄된 드리프트 전류 루프가 플라즈마에서 플라즈마를 유지하는 효과적 방법으로 제공된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치에 배치된 자석은 각각의 중심각이 90도인 가상의 4개의 부채꼴 형상으로 구획되며, 상기 각 부채꼴은 서로 다른 중심을 갖고, 상기 각 부채꼴 형상의 구획 내에서 등간격의 원호를 이루는 자석들은 인접하는 부채꼴 형상의 구획 내에 위치하는 등간격의 원호들과 접선으로 연결되도록 배치된다. 한편, 상기 각 부채꼴은 서로 다른 중심을 갖는데, 상기 각 부채꼴 형상의 구획 내에서 등간격의 원호는 각 구획의 중심을 중심점으로 하는 동심 원호를 이룬다.

자세하게는, 도 3에서와 같이, 상기 마그네트론(150)은 각각의 중심각이 90도인 부채꼴 형상의 제1영역 내지 제4영역으로 구획되고, 여기서, 상기 모든 영역의 N극과 S극 사이 간격은 등간격을 이루며, 각 부채꼴 형상 구획 내에서 자석은 원호 형상으로 배치되고, 제1영역을 제외한 제2영역, 제3영역 및 제4영역은 서로 다른 중심점을 갖는 서로 다른 반경의 원호들이 접선으로 연결되도록 배치할 수 있는데, 회전 중심축에 부채꼴 형상의 중심이 있는 제1영역의 중심점의 좌표를 (0, 0)이라고 하면, 먼저, 상기 제2영역은 상기 회전 중심축에서 제3영역 방향으로 a 길이 만큼 쉬프트된 지점을 중심점으로 하여, 좌표 (a, 0)의 위치가 중심점이 되고, 복수의 동심 원호를 형성하도록 자석을 배치할 수 있고, 상기 제3영역은 상기 회전 중심축에서 오른쪽 방향으로 a 길이 만큼 쉬트프되고, 상기 제4영역 방향으로 b 길이 만큼 쉬프트된 지점을 중심점으로 하여, 좌표 (a, b)의 위치가 중심점이 되고, 복수의 동심 원호를 형성하도록 자석을 배치할 수 있으며, 상기 제4영역은 상기 중심점에서 아래 방향으로 b 길이 만큼 쉬프트된 지점을 중심점으로 하여, 좌표 (0, b)의 위치가 중심점이 되고, 복수의 동심 원호를 형성하도록 자석을 배치할 수 있다. 이때, 제1 내지 제4 영역에서 서로 다른 지점을 중심점으로 하여 형성된 복수의 동심 원호들은 서로 부드러운 접선을 이루면서 상호 연결되는 것이 바람직하다. 이와 같은 방법에 의하여 90도의 중심각을 가지는 4개의 부채꼴 형상으로 분할하는 경우에는 각 영역의 인접 부분이 접선으로 간단히 이어질 수 있어서, 본 발명에서와 같은 자석 배치(형성)를 하는데 필요한 복잡한 디자인 과정을 거칠 필요 없이 간단한 구조로 자석이 배치될 수 있고, 증착 균일도 확보를 위한 자석의 세기 조절이 보다 용이하다.

다만 구획된 부채꼴의 중심이 마그네트론의 회전 중심에 위치한 영역의 자석 배치들에 의하여 마그네트론의 회전에 따른 집중적인 식각이 일어나고 그로 인한 트랙 형상의 식각골이 형성되므로 회전 중심에 부채꼴의 중심이 있는 부채꼴의 중심각이 작을수록 타겟의 사용 효율은 개선될 수 있다. 다만 이러한 경우 증착막의 두께 균일도 확보에 어려움이 있다.

여기서, 상기 제1 내지 제4 영역의 중심점을 결정하는 위치 변수인 a 및 b는 증착 균일도, 챔버 내부 환경, 마그네트론의 회전 등에 대한 영향을 고려하여 그 값을 변경하여 최적화할 수 있으며, 이때 a＋b는 트렉과 트렉 사이의 간격 주기인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 a＋b＝42.8㎜를 만족하는 범위에서 a와 b를 선택하여 제2영역, 제3영역 및 제4영역에 자석을 배치하도록 하고, a＝b＝21.4㎜ 일 경우 제2영역, 제3영역 및 제4영역이 균등하게 분배될 수 있다.

그리고, 상기 4개의 영역 보다 더 확장된(4개 이상) 영역으로 적용할 경우 부채꼴의 중심이 마그네트론의 회전 중심이 되는 부채꼴의 중심각을 더욱 줄일 수도 있다. 바람직하게는 상기 부채꼴의 중심각을 60도 미만으로 줄여서 타겟 사용 효율을 개선할 수 있다. 한편, 일정한 반경의 회전 각도를 선택에 있어서 타겟 사용 효율 개선과 함께 막의 증착시 균일도 확보 및 마그네트론 디자인적인 관점을 함께 고려는 것이 필요하다.

통상, 금속막 혹은 각종 무기막 증착을 위한 스퍼터 장치는 타겟 전면 영역에 발생되는 플라즈마 밀도를 높이기 위한 마그네트론 장치가 필요하며, 상기의 마그네트론 장치는 타겟의 후면에 배치된다. 상기 마그네트론에 의해 유기되는 자기장은 타겟 전면 인근에 유기되는 플라즈마 내의 전자들을 타겟 표면 인근 영역으로 집속되게 하여 플라즈마 밀도를 더욱 높게 형성되게 한다. 상기의 효과로 인하여 스퍼터링에 의한 물질의 증착 속도를 더욱 높일 수 있게 된다.

이때, 상기 마그네트론의 N극과 S극의 배치 형상에 따라서 타겟 표면의 식각 형상이 결정되며, 타겟 전면 영역에서 고르게 식각될 수 있도록 타겟의 사용 효율은 개선된다. 반면, 타겟에서 식각된 타겟 물질은 기판에 증착되는 타겟 물질의 증착 두께 균일도가 결정된다. 그러므로, 기판에 증착되는 물질의 두께 균일도를 확보하고 동시에 타겟 물질을 균일하게 식각하여 타겟의 사용 효율을 극대화할 수 있는 마그네트론의 N극 및 S극의 배치 구조가 필요하다.

이에, 본 발명에서는 마그네트론에 N극 및 S극으로 구성된 자석을 배치하되, 중심각이 각각 90도인 4개의 부채꼴 형상으로 구획하고, 그 중 하나의 부채꼴 중심만이 마그네트론의 회전 중심축과 일치하게 배치하며, 4개 부채꼴의 각 자석들은 각 부채꼴의 중심점을 동심 원호로 등간격으로 이격되게 배치하되 모든 원호들은 접선으로 연결되게 배치하는 것으로 타겟의 사용효율을 개선하고 기판에 증착될 막의 두께 균일도 확보를 이루게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 마그네트론을 포함하는 스터퍼링 장치에서, 별도 설치된 모터에 의하여 회전하는 상기 마그네트론은 90도 영역에만 일정한 반경으로 자석이 배치됨에 따라서 타겟의 식각 패턴 깊이를 대폭 줄일 수 있게 되고, 나머지 270도 영역은 폐구조 형성을 위한 나선형 연결부위로서 상기 270도 영역에 의한 식각 골 폭을 넓게 하며, 이러한 배열의 자석을 갖는 마그네트론의 회전에 의하여 스퍼터링 식각 패턴이 서로 교차하면서 타겟의 사용 효율을 더욱 개선할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 마그네트론에서는 자석의 배치 구조를 변경함으로써 도 4에서와 같이 타겟의 국부적인 에칭 깊이를 상당 부분 감소할 수 있어 타겟의 사용 효율을 개선할 수 있다. 도 4의 (a)는 180도의 영역(4개 영역중 2개의 영역)에서 일정한 반경을 갖는 동심 원호로 배열된 자석을 포함하는 마그네트론에 의한 타겟 식각율 상태를 나타낸 도면이고, 도 4의 (b)는 본 발명에 따른 마그네트론, 즉, 90도의 영역(4개 영역중 1개의 영역)에서 일정한 반경을 갖는 동심 원호로 배열된 자석을 포함하는 마그네트론에 의한 타겟 식각율 상태를 나타낸 도면으로서, 본 발명에 따른 마그네르톤을 사용하는 경우 백킹 플레이트(122)에 배치된 타겟(121)의 사용 효율이 현저히 개선된 것을 알 수 있다.

한편, 상기의 실시예와 같이 마그네트론의 회전 중심과 같은 중심을 갖는 원호 영역의 중심각이 반드시 90도(4개 영역중 1개의 영역)일 필요는 없으며, 전체를 4개 영역으로 구분할 필요도 없고, 마그네트론 전체 영역의 일부 영역에서만 동심 원호를 갖고, 그 나머지 영역에서는 동심 원호가 아닌 형태로 배치되면 족하다. 바람직하게는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마그네트론은 지지 플레이트와 상기 지지 플레이트의 표면에 수직하는 회전 중심축으로부터 가장자리를 향해 퍼지는 형상의 나선형으로 배치된 자석을 포함하고, 상기 자석은 다수개의 부채꼴 형상으로 구획되고, 각 부채꼴 형상의 구획 내에서는 자석이 등간격의 원호를 이루며, 상기 다수개의 부채꼴 중에서 하나의 부채꼴의 중심만이 상기 회전 중심축에 위치하고, 상기 회전 중심축에 부채꼴의 중심이 있는 영역의 부채꼴 중심각은 180도 미만이 되도록 배치된다. 타겟 식각 패턴의 깊이를 더욱 줄여서 타겟 사용 효율을 더욱 높이기 위하여 더욱 바람직하게는 상기 제1구획의 부채꼴 중심각을 60도 미만으로 할 수도 있다. 한편, 등 간격으로 이격된 동심 원호를 갖는 제1영역의 중심각 각도는 타겟 사용 효율 향상, 막의 증착시 균일도 확보 및 마그네트론 디자인적인 관점을 모두 고려하여 선택하는 것이 바람직하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 챔버 101: 기판
110: 지지부 121: 타겟
122: 백킹 플레이트 130: 타겟부
140: 전원 공급원 150: 마그네트론
151: 제1자석 152: 제2자석

Claims (17)

1. 지지 플레이트; 및
   상기 지지 플레이트의 표면에 수직하는 회전 중심축으로부터 가장자리를 향해 퍼지는 형상의 나선형으로 배치된 자석을 포함하고,
   상기 자석은 다수개의 부채꼴 형상으로 구획되고, 각 부채꼴 형상의 구획 내에서는 자석이 등간격의 원호를 이루며,
   상기 다수개의 부채꼴 중에서 하나의 부채꼴의 중심만이 상기 회전 중심축에 위치하고, 상기 회전 중심축에 부채꼴의 중심이 있는 영역의 부채꼴 중심각은 180도 미만인 것을 특징으로 하는 마그네트론.
   
2. 지지 플레이트; 및
   상기 지지 플레이트의 표면에 수직하는 회전 중심축으로부터 가장자리를 향해 퍼지는 형상의 나선형으로 배치된 자석을 포함하고,
   상기 자석은 각각의 중심각이 90도인 4개의 부채꼴 형상으로 구획되고, 각 부채꼴 형상의 구획 내에서는 자석이 등간격의 원호를 이루며,
   상기 4개의 부채꼴 중에서 하나의 부채꼴의 중심만이 상기 회전 중심축에 위치하는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 지지 플레이트는 자성체 금속판인 것을 특징으로 하는 마그네트론.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 자성체 금속판은 SUS420J1 또는 SUS420J2로 이루어진 것을 특징으로 하는 마그네트론.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 자석은 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 제1자석 및 제2자석이 상기 회전 중심축을 교대로 돌면서 배치되고, 상기 제1자석과 제2자석 사이에 상기 제1자석과 제2자석을 분리하는 갭이 형성된 것을 특징으로 하는 마그네트론.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1자석이 최외측부에 위치하는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1자석 및 제2자석은 동일한 폭을 갖는 밴드 형태인 것을 특징으로 하는 마그네트론.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1자석의 일단부가 최외측부에서 상기 제2자석의 최외측 단부를 상기 갭에 의해 이격되면서 감싸는 것으로 배치된 것을 특징으로 하는 마그네트론.
   
9. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1자석는 N극이고, 제2자석은 S극인 것을 특징으로 하는 마그네트론.
   
10. 제 5 항에 있어서,
    상기 회전 중심축은 제1자석 또는 제2자석의 내부 단부에 위치된 것을 특징으로 하는 마그네트론.
    
11. 제 5 항에 있어서,
    상기 갭은 나선형 루프 형태의 폐쇄된 트랙으로 형성된 특징으로 하는 마그네트론.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 트랙은 4회 이상 교차하는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
    
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 트랙은 다수개의 부채꼴 형상으로 구획되고, 각 부채꼴 형상의 구획 내에서는 상기 트랙은 등간격의 원호를 이루며, 상기 다수개의 부채꼴 중에서 하나의 부채꼴의 중심만이 상기 회전 중심축에 위치하는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
    
14. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각 부채꼴 형상은 서로 다른 중심을 갖고, 상기 각 부채꼴 형상의 구획 내에서 등간격의 원호를 이루는 자석들은 인접하는 부채골 형상의 구획의 자석들과 접선으로 연결되도록 배치된 것을 특징으로 하는 마그네트론.
    
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각 부채꼴 형상은 서로 다른 중심을 갖고, 상기 각 부채꼴 형상의 구획 내에서 등간격의 원호는 상기 중심을 각각의 중심점으로 하는 동심 원호인 것을 특징으로 하는 마그네트론.
    
16. 챔버 내의 기판을 지지하는 지지부;
    상기 지지부에 대향하여 설치되는 타겟부; 및
    상기 타겟부의 후방에 위치되며, 상기 타겟부의 중앙을 중심으로 회전하도록 구성되는 마그네트론;을 포함하며,
    상기 마그네트론은 상기 제 1 항 또는 제 2 항의 마그네트론인 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
    
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 타겟부는 상기 기판에 증착 물질을 제공하는 타겟과 상기 타겟의 후면에 구비된 백킹 플레이트(backing plate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치.

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