KR20140126520A - 마그넷 유닛 및 이를 구비하는 스퍼터링 장치 - Google Patents

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KR20140126520A
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오지영
천용환
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주식회사 아바코
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Abstract

본 발명은 요크와, 요크 상에 직선 형상으로 마련된 제 1 자석과, 요크 상에 상기 제 1 자석을 감싸도록 마련된 제 2 자석을 포함하고, 제 1 자석과 제 2 자석 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 적어도 두 영역에서 서로 다른 마그넷 유닛 및 이를 구비하는 스퍼터링 장치를 제시한다.

Description

마그넷 유닛 및 이를 구비하는 스퍼터링 장치{Magnet unit and sputtering apparatus having the same}
본 발명은 마그넷 유닛 및 이를 구비하는 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 회전 원통형 타겟에 이용되는 마그넷 유닛 및 이를 구비하는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
스퍼터링 장치는 반도체, LCD 또는 태양 전지 제조 시 기판 상에 박막을 증착하는 장치이다. 예컨데, 마그네트론 스퍼터링(Magnetron sputtering) 장치는 진공 상태의 챔버(chamber) 내로 가스를 주입하여 플라즈마를 생성시키고, 이온화된 가스 입자를 증착하고자 하는 타겟(target) 물질과 충돌시킨 후 충돌에 의해 스퍼터된 입자를 기판에 증착시킨다. 이때, 타겟에 터널 형태의 자기력선을 형성하기 위해 마그넷 유닛이 타겟 후면에 배치된다. 이러한 마그네트론 스퍼터링 장치는 상대적으로 저온에서 박막을 제조할 수 있고, 전기장에 의해 가속된 이온들이 기판에 치밀하게 증착된다는 장점 때문에 널리 사용하고 있다.
타겟은 그 구조에 고정형 타겟, 회전 원통형 타겟으로 구분될 수 있으며, 회전 원통형 타겟은 고정형 타겟에 비하여 타겟의 이용 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 회전 원통형 타겟은 원통형의 백킹 튜브의 외벽에 접착되고, 백킹 튜브 내부에 마그넷 유닛이 마련된다. 마그넷 유닛은 서로 다른 극성을 갖는 두 자석으로 이루어지며, 원 기둥 형상의 요크에 접착된다. 이때, 마그넷 유닛은 원통형 타겟의 표면에서 일정한 자기력선을 형성하면서 플라즈마 레이스 트랙을 발생시키도록 제 1 자석이 일직선의 바 형상으로 마련되고, 제 2 자석이 제 1 자석과 이격되어 제 1 자석을 둘러도록 폐루프 형상으로 마련된다. 이때, 제 1 자석과 제 2 자석의 장변은 동일한 간격을 유지한다. 또한, 제 1 자석과 제 2 자석은 서로 다른 극성을 가지는데, 예를 들어 제 1 자석이 S극으로 마련되고 제 2 자석은 N극으로 마련되어 N극-S극-N극의 극성으로 마그넷 유닛이 마련된다. 이와 같이 구성된 제 1 및 제 2 자석에 의해 형성되는 자기력선 중에서 원통형 타겟과 수평을 이루는 자기력선, 즉 전기장과 수직을 이루는 자기력선에 의하여 레이스 트랙이 형성되며 그에 따라 원통형 타겟 표면이 스퍼터링되어 침식된다.
그런데, 원통형 타겟 표면을 이동하는 전자는 타겟 중심부에서는 직선 운동을 하지만, 제 2 자석의 장변부와 단변부가 연결되는 부분으로부터 장변부의 일 영역까지의 코너 부분, 즉 크로스 코너(cross corner)의 타겟에서는 상승 곡선 및 하강 곡선 운동을 한다. 원통형 타겟 표면의 레이스 트랙을 이동하는 전자는 크로스 코너 구간에서 일정한 가속을 받지 못하게 되고, 빠른 속도로 코너를 이동하게 된다. 따라서, 크로스 코너 지역에서 높은 에너지를 가진 전자의 몰림 현상이 발생하고, 그에 따라 이온 생성이 증가하여 불안정한 플라즈마 발생과 불균일한 에로전 현상이 발생된다. 결국, 크로스 코너 부분의 원통형 타겟의 침식이 더 많이 일어나게 되어 원통형 타겟의 사용 효율이 낮아진다. 즉, 타겟 침식이 많이 일어나는 원통형 타겟 양끝 부분의 침식된 홈의 깊이에 의해 원통형 타겟의 수명이 제한을 받게 되므로 사용 효율이 낮아질 수 밖에 없다. 또한, 해당 영역에서 침식이 많이 일어나므로 타겟으로부터 떨어지는 원료 물질의 양도 많아져 기판 상의 박막의 균일성도 저하된다.
본 발명은 원통형 타겟의 사용 효율을 향상시킬 수 있고, 박막의 증착 균일도를 향상시킬 수 있는 마그넷 유닛 및 이를 구비하는 스퍼터링 장치를 제공한다.
본 발명은 원통형 타겟 내부에 마련되는 제 1 자석과 이를 둘러싸는 제 2 자석 사이의 각도를 일측 및 타측에서 서로 다르게 마련함으로써 원통형 타겟의 사용 효율 및 박막의 증착 균일도를 향상시킬 수 있는 마그넷 유닛 및 이를 구비하는 스퍼터링 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 마그넷 유닛은 요크; 상기 요크 상에 직선 형상으로 마련된 제 1 자석; 및 상기 요크 상에 상기 제 1 자석을 감싸도록 마련된 제 2 자석을 포함하고, 상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 적어도 두 영역에서 서로 다르다.
상기 제 2 자석은 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 제 1 자석과 이격된 제 1 및 제 2 장변과, 상기 제 1 자석과 이격되어 상기 제 1 및 제 2 장변을 서로 연결하는 제 1 및 제 2 단변을 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 단변과 제 1 및 제 2 장변이 각각 연결되는 부분으로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 적어도 두 영역에서 상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석의 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 서로 다르다.
상기 제 1 자석의 일측 단부로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 상기 제 1 자석과 상기 제 1 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 상기 제 1 자석과 상기 제 2 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 큰 제 1 영역과, 상기 제 1 자석의 타측 단부로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 상기 제 1 자석과 상기 제 1 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 상기 제 1 자석과 상기 제 2 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 작은 제 2 영역을 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 영역은 상기 제 1 및 제 2 단변과 제 1 및 제 2 장변이 각각 연결되는 부분으로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 1/8 내지 1/2의 길이로 마련된다.
상기 간격이 넓은 영역은 제 1 및 제 2 자석의 장변이 적어도 12㎜의 간격을 이루고, 간격이 좁은 영역은 9㎜ 내지 11㎜의 간격을 이룬다.
상기 각도가 큰 영역은 28°의 각도를 이루고 각도가 작은 영역은 25°내지 27°의 각도를 이룬다.
본 발명의 다른 양태에 따른 스퍼터링 장치는 원통형으로 마련되며 회전 가능한 백킹 튜브; 상기 백킹 튜브 내에 마련되는 마그넷 유닛; 상기 백킹 튜브 외측에 마련된 원통형의 타겟; 및 상기 타겟과 대향되어 기판을 지지하는 기판 지지부를 포함하고, 상기 마그넷 유닛은 요크와, 상기 요크 상에 직선 형상으로 마련된 제 1 자석과, 상기 요크 상에 상기 제 1 자석을 감싸도록 마련된 제 2 자석을 포함하며, 상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 적어도 두 영역에서 서로 다르다.
상기 제 1 자석의 일측 단부로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석의 제 1 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석의 제 2 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 큰 제 1 영역과, 상기 제 1 자석의 타측 단부로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 상기 제 1 자석과 상기 제 1 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 상기 제 1 자석과 상기 제 2 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 작은 제 2 영역을 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 영역은 제 2 자석의 제 1 및 제 2 단변과 상기 제 1 및 제 2 장변이 각각 연결되는 부분으로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 1/8 내지 1/2의 길이로 마련된다.
본 발명의 실시 예들은 요크 상에 제 1 자석이 직선 형상으로 마련되고 제 2 자석이 제 1 자석을 둘러싸도록 마련되며, 제 1 자석과 제 2 자석 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나를 크로스 코너 부근의 적어도 두 영역에서 서로 다른 마그넷 유닛을 제공한다.
본 발명에 의하면, 크로스 코너의 일측 및 타측의 크기를 다르게 할 수 있고, 그에 따라 전자의 이동 경로 폭이 변경되어 크로스 코너에서의 전자의 몰림 현상을 완화시킬 수 있다. 또한, 전자의 가속에 영향을 미치는 자력을 조절할 수 있다. 따라서, 크로스 코너에서 집중되던 이온화 현상이 분산되어 중심부의 에로전의 양이 증가하고 크로스 코너의 에로전의 양은 감소하게 되며, 그에 따라 보다 안정된 플라즈마 및 균일한 에로전 프로파일이 형성된다. 결국, 타겟의 국부적인 손실이 감소하여 타겟의 사용 효율을 향상시킬 수 있고, 박막의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터링 장치의 개략 단면도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 마그넷 유닛의 개략 평면도 및 단면도.
도 5는 마그넷 유닛의 크로스 코너 부근의 각도 변화에 따른 크로스 코너의 에로전 프로파일 및 이온 분포를 도시한 도면.
도 6은 타겟이 회전하는 경우 마그넷 유닛의 크로스 코너 부근의 각도 변화에 따른 에로전 프로파일을 도시한 도면.
도 7은 타겟이 회전하는 경우 마그넷 유닛의 크로스 코너 부근의 길이 변화에 따른 에로전 프로파일을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 다른 스퍼터링 장치의 개략 단면도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 마그넷 유닛의 개략 평면도 및 단면도이다. 즉, 도 2 내지 도 4의 (a)는 마그넷 유닛의 평면도이고, (b)는 (a)의 A-A', B-B' 및 C-C'를 절취한 상태의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스터터링 장치는 마그넷 유닛(100)과, 마그넷 유닛(100)이 내부에 마련되는 원통형의 백킹 튜브(200)와, 백킹 튜브(200)의 외측에 고정되는 원통형의 타겟(300)과, 기판(S)을 지지하는 기판 지지부(400)를 포함할 수 있다. 여기서, 타겟(300)과 기판 지지부(400)는 서로 대향되도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 타겟(300)이 상측에 마련되고 기판 지지부(400)가 하측에 마련될 수 있으며, 타겟(300)이 하측에 마련되고 기판 지지부(400)가 상측에 마련될 수도 있다. 본 실시 예에서는 타겟(300)이 상측에 마련되고 기판 지지부(400)가 하측에 경우를 도시하고 설명한다.
마그넷 유닛(100)은 백킹 튜브(200) 내부에 마련되며, 요크(110), 제 1 자석(120) 및 제 2 자석(130)을 포함할 수 있다. 요크(110)는 백킹 튜브(200)의 내표면과 소정 간격 이격되도록 마련되는데, 예를 들어 백킹 튜브(200) 내부의 중앙부에 백킹 튜브(200)의 길이 방향을 따라 마련될 수 있다. 이러한 요크(110)는 제 1 및 제 2 자석(120, 130)을 고정할 수 있는 다양한 구조로 마련될 수 있는데, 예를 들어 원기둥 형상으로 마련될 수 있다. 제 1 자석(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 바 형상으로 마련되어 요크(110)의 일 표면에 부착될 수 있다. 이때, 제 1 자석(120)은 수직 방향으로 기판(S)과 대향되도록 마련될 수 있다. 또한, 제 2 자석(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 자석(120)을 둘러싸도록 예를 들어 폐루프 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 제 2 자석(130)은 제 1 자석(120)과 소정 간격 이격된 두 장변(132a, 132b)과, 두 장변(132a, 132b)을 각각 연결하는 두 단변(134a, 134b)로 이루어질 수 있다. 여기서, 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132) 사이의 간격은 소정 영역에서 서로 다를 수 있다. 즉, 제 2 자석(130)의 단변(134)와 장변(132)이 만나는 영역으로부터 제 1 자석(120)의 길이 방향으로 소정 영역, 즉 크로스 코너 부근에서 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132) 사이의 간격이 서로 다를 수 있다. 즉, 제 1 자석(120)의 측면과 제 2 자석(130)의 장변(132)의 측면 사이의 간격이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 자석(120)의 상측 단부로부터 중앙 영역까지의 제 1 영역에서 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 사이의 간격이 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 타 장변(132b) 사이의 간격보다 넓고, 중앙 영역에서 제 1 자석(120)의 하측 단부까지의 제 2 영역에서 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 사이의 간격이 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 타 장변(132b) 사이의 간격보다 좁다. 즉, 제 2 자석(130)의 일 장변(132a)은 제 1 자석(120)과 제 1 영역에서 제 1 간격을 유지하고, 제 2 영역에서 제 1 간격보다 좁은 제 2 간격을 유지한다. 또한, 제 2 자석(130)의 타 장변(132b)은 제 1 자석(120)과 제 1 영역에서 제 2 간격을 유지하고, 제 2 영역에서 제 2 간격보다 넓은 제 1 간격을 유지한다. 결국, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그넷 유닛(100)은 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132) 사이의 간격이 적어도 두 영역에서 서로 다를 수 있다. 여기서, 제 1 간격은 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130) 사이의 일반적인 간격, 예를 들어 12㎜이고, 제 2 간격은 12㎜보다 좁은 9㎜∼11㎜일 수 있다. 한편, 제 1 및 제 2 자석(120, 130)은 원기둥 형상의 요크(110) 상에 측면이 수직하게 마련되기 때문에 요크(110)의 표면과 제 1 및 제 2 자석(110, 120)은 소정의 각도를 이루게 된다. 따라서, 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132) 사이의 간격이 넓은 영역은 각도가 크고, 간격이 좁은 영역은 각도가 작다. 즉, 제 1 영역에서 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 사이의 제 1 각도가 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 타 장변(132b) 사이의 제 2 각도보다 크고, 제 2 영역에서 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 사이의 제 2 각도가 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 타 장변(132b) 사이의 제 1 각도보다 작다. 여기서, 제 1 각도는 원기둥 형상의 요크(110) 상에 마련된 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130) 사이의 일반적인 각도, 예를 들어 28°이고, 제 2 각도는 28°보다 좁은 25°∼27°일 수 있다. 이렇게 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나를 그 길이 방향으로 서로 다르게 마련함으로써 제 2 자석(120)의 장변(132)과 단변(134)이 연결되는 부분으로부터 장변(132)의 일 부분까지의 부분, 즉 크로스 코너 부분이 다른 부분보다 에로존의 발생을 종래보다 줄일 수 있다. 따라서, 타겟(300)의 국부적인 침식을 줄여 타겟(300)의 사용 효율을 향상시킬 수 있고, 기판(S) 상에 증착되는 박막의 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
백킹 튜브(200)는 원통형으로 마련되어 그 내부에 마그넷 유닛(100)이 마련되고, 그 표면에 원통형 타겟(300)이 고정된다. 또한, 백킹 튜브(200)는 기판(S)과 대면하여 기판 지지부(400)와 대향되어 마련된다. 즉, 기판 지지부(400)가 하측에 마련되면 백킹 튜브(200)가 상측에 마련될 수 있다. 백킹 튜브(200)는 모터 등을 포함하는 구동 장치(미도시)와 연결되어 회전이 가능하도록 구성된다. 또한, 스퍼터링 공정 중 발생하는 플라즈마 열에 의한 타겟(300)의 용융 및 박리 방지와 내부에 마련되는 마그넷 유닛(100)의 탈자를 방지하기 위하여 백킹 튜브(200) 내부에 냉매 순환 튜브(미도시)를 마련할 수 있다. 즉, 냉매 순환 튜브를 통하여 냉매를 순환시킴으로써 백킹 튜브(200)에 접착되는 원통형 타겟(300)을 냉각시키고 마그넷 유닛(100)으로의 열 전달을 차단할 수 있다.
타겟(300)은 원통형으로 마련되어 백킹 튜브(200)의 외측 표면에 접착 고정된다. 따라서, 타겟(300)은 백킹 튜브(200)의 회전에 따라 회전할 수 있다. 이러한 타겟(300)은 기판(S)에 증착될 물질로 구성되는데, 예를 들어 금속 물질 또는 금속 물질을 포함하는 합금일 수 있다. 또한, 타겟(300)은 금속 산화물, 금속 질화물 또는 유전체일 수도 있다. 예를 들어, 타겟(300)은 Mg, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Al, In, C, Si 및 Sn 등에서 선택되는 원소를 주성분으로 하는 재료가 이용될 수 있다.
기판 지지부(400)는 증착 물질이 기판(S)에 균일하게 증착될 수 있도록 기판(S)을 지지한다. 기판 지지부(400)는 고정 수단 등을 이용하여 기판(S)의 가장자리를 고정하거나, 기판(S)의 뒷면에서 기판(S)을 고정할 수 있다. 기판 지지부(400)는 인라인(Inline) 스퍼터링 장치일 경우에 기판(S)을 고정할 수 있는 고정 수단이 구비된 캐리어 장치일 수 있다. 또한, 기판 지지부(400)는 기판(S)이 안착된 상태에서 일 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 기판 지지부(400)의 하측에는 롤러(미도시) 등의 이동 수단이 마련될 수 있다. 물론, 기판 지지부(400)의 일부가 이동 수단으로 기능할 수도 있다. 즉, 기판 지지부(400)가 기판(S)을 지지하여 기판(S)을 일 방향으로 이동시켜 타겟(300)으로부터 떨어지는 원료 물질이 기판(S) 상에 증착될 수 있다. 한편, 기판(S)은 반도체, LCD, 태양 전지 등을 제조하기 위한 기판일 수 있으며, 실리콘 웨이퍼, 글래스 등일 수 있다. 본 실시 예에서 기판(S)은 글래스 등의 대면적 기판을 이용한다.
한편, 상기 본 발명의 일 실시 예에서 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 두 장변(132a, 132b) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 서로 다른 제 1 영역 및 제 2 영역은 제 1 자석(120)의 중앙부를 기준으로 길이 방향으로 그 일측 및 타측을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 제 1 및 제 2 영역은 제 1 자석(120)의 일측 및 타측 단부로부터 길이 방향으로 1/8 내지 1/3 정도로 각각 마련될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 타 장변(132b) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 큰 제 1 영역이 제 1 자석(120)의 일측 단부로부터 제 1 자석(120) 길이의 1/3까지 마련될 수 있다. 또한, 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 타 장변(132b) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 작은 제 2 영역이 제 1 자석(120)의 타측 단부로부터 제 1 자석(120) 길이의 1/3까지 마련될 수 있다. 한편, 제 1 영역 및 제 2 영역 사이의 영역, 즉 제 1 자석(120) 길이의 중앙부 1/3에 해당하는 영역은 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 타 장변(132b) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나와 동일한 제 3 영역이 된다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 타 장변(132b) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 큰 제 1 영역이 제 1 자석(120)의 일측 단부로부터 제 1 자석(120) 길이의 1/6까지 마련될 수 있다. 또한, 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 타 장변(132b) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 작은 제 2 영역이 제 1 자석(120)의 타측 단부로부터 제 1 자석(120) 길이의 1/6까지 마련될 수 있다. 한편, 제 1 영역 및 제 2 영역 사이의 영역, 즉 제 1 자석(120) 길이의 중앙부 4/6에 해당하는 영역은 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 타 장변(132b) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나와 동일한 제 3 영역이 된다.
한편, 상기 실시 예들은 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나를 부분적으로 다르게 하기 위해 제 2 자석(130)의 형상을 변형하였다. 그러나, 제 1 자석(120)의 형상을 변형함으로써 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(1320) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나를 부분적으로 다르게 할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 자석(120)을 외측에서 감싸는 폐루프 형상의 제 2 자석(130)은 장변(132)이 수직 형상으로 마련되고, 제 1 자석(120)의 일 단부로부터 소정 길이로 일 영역이 제 2 자석(130)의 타 장변(132b) 측으로 확장되어 마련될 수 있다. 또한, 제 1 자석(120)의 일 단부로부터 소정 길이로 타 영역이 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 측으로 확장되어 마련될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예는 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변(132a) 및 타 장변(132b)의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나를 크로스 코너 부근의 적어도 두 영역에서 서로 다르도록 마그넷 유닛(100)을 제작함으로써 크로스 코너의 일측 및 타측의 크기를 다르게 할 수 있고, 그에 따라 전자의 이동 경로 폭이 변경되어 크로스 코너에서의 전자의 몰림 현상을 완화시킬 수 있다. 또한, 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132) 사이의 간격 및 각도를 조절함으로써 전자의 가속에 영향을 미치는 자력을 조절할 수 있다. 따라서, 크로스 코너에서 집중되던 이온화 현상이 분산되어 중심부의 에로전의 양이 증가하고 크로스 코너의 에로전의 양은 감소하게 되며, 그에 따라 보다 안정된 플라즈마 및 균일한 에로전 프로파일이 형성된다. 결국, 타겟의 국부적인 손실이 감소하여 타겟의 사용 효율을 향상시킬 수 있고, 박막의 균일성을 향상시킬 수 있다.
실시 예
제 1 자석(120) 길이의 1/2의 길이로 제 1 자석(120)의 일측 및 타측 단부로부터 중앙부까지 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132) 사이의 각도가 서로 다른 제 1 영역 및 제 2 영역을 각각 형성하고, 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132)의 각도를 28°로부터 1°씩 줄여 25°까지 본 발명의 실시 예들에 따른 마그넷 유닛을 제작하고, 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 일 장변의 각도를 모든 영역에서 28°를 유지하는 비교 예 1 및 그로부터 제 1 및 제 2 영역의 각도를 1°씩 증가시켜 30°까지 비교 예 2 및 3에 따른 마그넷 유닛을 제작하였다. 이러한 본 발명의 실시 예들 및 비교 예들에 따른 마그넷 유닛의 정지 상태에서의 크로스 코너 및 중앙부 각각의 에로전 깊이, 크로스 코너와 중앙부의 에로전 깊이의 비율, 그리고 이온의 양을 [표 1]에 비교하였다. 또한, 크로스 코너의 에로전 프로파일 및 이온 분포를 도 5에 도시하였다. 즉, 도 5(a)는 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132)이 25°의 각도를 유지하는 경우의 에로전 프로파일 및 이온 분포를 도시하였다. 마찬가지로 도 5(b) 내지 도 5(e)는 각각 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132)이 26°, 27°, 28°, 30° 및 31°의 각도를 유지하는 경우의 에로전 프로파일 및 이온 분포를 도시하였다.

 각도 차 실시예1
(-3°)		 실시예2
(-2°)		 실시예3
(-1°)		 비교예1
(0°)		 비교예2
(1°)		 비교예3
(2°)
각도 25° 26° 27° 28° 29° 30°
에로전
깊이		 크로스코너 1079 1065 1094 1240 1125 1127
중앙부 801 812 770 766 734 723
비율 크로스코너/중앙부 135% 131% 142% 162% 153% 156%
이온(N) 크로스 코너 2.76E+16 2.70E+16 2.86E+16 3.00E+16 3.22E+16 3.52E+16
상기 [표 1] 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)이 이루는 각도가 28°인 일반적인 경우(비교 예 1)와 비교하여 제 1 및 제 2 영역의 각도를 줄이는 본 발명의 실시 예들의 경우 크로스 코너의 에로전의 깊이가 줄어들고, 이와 동시에 중앙부의 에로전 깊이가 증가하게 된다. 그런데, 28°이상으로 각도를 증가시키는 비교 예 2 및 3의 경우에도 크로스 코너의 에로전의 깊이가 줄어들지만, 이와 동시에 중앙부의 에로전 깊이가 줄어들게 된다. 따라서, 크로스 코너와 중앙부의 에로전 깊이 비율은 각도가 작아질수록 우수하게 된다. 또한, 각도를 줄일 경우 크로스 코너에서의 이온 양이 줄어들지만, 각도를 증가시킬 경우 크로스 코너에서의 이온 양은 오히려 증가하게 된다. 따라서, 크로스 코너 부근의 두 영역에서 제 1 자석(120) 및 제 2 자석(130)의 장변(132)이 이루는 각도를 줄이게 되면 크로스 코너의 에로전 깊이 및 이온 양을 줄일 수 있고, 특히 각도를 2°줄일 경우 가장 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132)의 각도를 26°로 하여 마그넷 유닛을 제작하고, 제 1 및 제 2 영역을 제 1 자석(120)의 길이 방향으로 1/2, 1/3 및 1/6의 길이로 실시 예들에 따른 마그넷 유닛을 제작하였다(실시 예 1, 2 및 3). 또한, 비교 예로서 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132)이 모든 영역에서 28°의 각도를 이루도록 마그넷 유닛을 제작하였다. 이러한 제 1 및 제 2 영역의 길이 변화에 따른 크로스 코너와 중앙부의 에로전 깊이, 크로스 코너와 중앙부의 에로전 깊이 비율, 그리고 이온의 양을 [표 2]에 비교하였다.

 변경 길이 실시예1(L/2) 실시예2(L/3) 실시예3(L/6) 비교예(L)
각도 26° 26° 26° 28°
에로전 깊이
 크로스 코너 1065 1082 1140 1240
중앙부 812 785 748 766
비율 크로스 코너/
중앙부		 131% 138% 152% 162%
이온(N) 크로스 코너 2.7E+16 2.82E+16 2.92E+16 3.00E+16
상기 [표 2]에서 알 수 있는 바와 같이 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)이 이루는 각도가 28°인 일반적인 경우(비교 예 1)와 비교하여 크로스 코너 부근의 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 각도를 26°로 줄이는 동시에 길이를 줄이는 본 발명의 실시 예들의 경우 크로스 코너의 에로전의 깊이가 줄어들고, 이와 동시에 중앙부의 에로전 깊이가 증가하게 된다. 즉, 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132) 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 다른 제 1 및 제 2 영역의 길이가 길수록 크로스 코너의 에로전 깊이는 줄어들고 중앙부의 에로전 깊이는 늘어날 수 있다. 또한, 크로스 코너의 이온 양도 길이가 길수록 적어지게 된다. 그런데, 실시 예 3의 경우 비교 예에 비해 중앙부의 에로전 깊이가 줄어들지만, 크로스 코너와 중앙부의 에로전 깊이의 비율은 실시 예 3의 경우에도 비교 예보다 우수하게 된다. 물론, 실시 예 1 및 2의 경우에도 비교 예보다 우수함을 알 수 있다.
한편, 타겟(300)이 회전하는 경우 크로스 코너 부근의 제 1 및 제 2 장변(120, 130)이 이루는 각도 변화에 따른 에로전 프로파일을 도 6에 도시하였다. 즉, 크로스 코너 부근의 각도를 25°로부터 1°씩 각도를 증가시켜 30°까지 마그넷 유닛(100)을 제작하였다. 그 결과 각도가 25°및 26°의 경우 에로전 깊이는 0.94이고, 각도가 27°의 경우 에로전 깊이는 0.91이었다. 또한, 28°, 29° 및 30°의 경우 각각 0.84, 0.87 및 0.87이었다. 결국, 제 1 자석(120)과 제 2 자석(130)의 장변(132)의 각도가 작을수록 에로전 깊이가 더 깊어진다. 또한, 타겟(300)이 회전하는 경우 제 1 및 제 2 영역의 길이 변화에 따른 에로전 프로파일을 도 7에 도시하였다. 즉, 각도를 26°로 유지하고 제 1 영역 및 제 2 영역을 상측으로부터 1/2, 1/3 및 1/6의 길이로 각각 형성하는 실시 예들의 경우와 각도를 28°로 유지하는 비교 예의 경우를 비교하였다. 그 결과 길이가 1/2인 경우 에로전 깊이는 0.94이고, 길이가 1/3의 경우 에로전 깊이가 0.94이며, 길이가 1/6의 경우 에로전 깊이가 0.9이었다. 이에 비해 각도가 28°인 비교 예의 경우 에로전 깊이가 0.84이었다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 마그넷 유닛 110 : 요크
120 : 제 1 자석 130 : 제 2 자석
200 : 백킹 튜브 300 : 타겟
400 : 기판 지지부

Claims (10)

  1. 요크;
    상기 요크 상에 직선 형상으로 마련된 제 1 자석; 및
    상기 요크 상에 상기 제 1 자석을 감싸도록 마련된 제 2 자석을 포함하고,
    상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 적어도 두 영역에서 서로 다른 마그넷 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 자석은 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 제 1 자석과 이격된 제 1 및 제 2 장변과, 상기 제 1 자석과 이격되어 상기 제 1 및 제 2 장변을 서로 연결하는 제 1 및 제 2 단변을 포함하는 마그넷 유닛.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 단변과 제 1 및 제 2 장변이 각각 연결되는 부분으로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 적어도 두 영역에서 상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석의 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 서로 다른 마그넷 유닛.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제 1 자석의 일측 단부로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 상기 제 1 자석과 상기 제 1 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 상기 제 1 자석과 상기 제 2 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 큰 제 1 영역과,
    상기 제 1 자석의 타측 단부로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 상기 제 1 자석과 상기 제 1 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 상기 제 1 자석과 상기 제 2 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 작은 제 2 영역을 포함하는 마그넷 유닛.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 영역은 상기 제 1 및 제 2 단변과 제 1 및 제 2 장변이 각각 연결되는 부분으로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 1/8 내지 1/2의 길이로 마련되는 마그넷 유닛.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 간격이 넓은 영역은 제 1 및 제 2 자석의 장변이 적어도 12㎜의 간격을 이루고, 간격이 좁은 영역은 9㎜ 내지 11㎜의 간격을 이루는 마그넷 유닛.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 각도가 큰 영역은 28°의 각도를 이루고 각도가 작은 영역은 25°내지 27°의 각도를 이루는 마그넷 유닛.
  8. 원통형으로 마련되며 회전 가능한 백킹 튜브;
    상기 백킹 튜브 내에 마련되는 마그넷 유닛;
    상기 백킹 튜브 외측에 마련된 원통형의 타겟; 및
    상기 타겟과 대향되어 기판을 지지하는 기판 지지부를 포함하고,
    상기 마그넷 유닛은 요크와, 상기 요크 상에 직선 형상으로 마련된 제 1 자석과, 상기 요크 상에 상기 제 1 자석을 감싸도록 마련된 제 2 자석을 포함하며,
    상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 적어도 두 영역에서 서로 다른 스퍼터링 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제 1 자석의 일측 단부로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석의 제 1 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 상기 제 1 자석과 상기 제 2 자석의 제 2 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 큰 제 1 영역과,
    상기 제 1 자석의 타측 단부로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 상기 제 1 자석과 상기 제 1 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나가 상기 제 1 자석과 상기 제 2 장변 사이의 간격 및 각도의 적어도 어느 하나보다 작은 제 2 영역을 포함하는 스퍼터링 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 영역은 제 2 자석의 제 1 및 제 2 단변과 상기 제 1 및 제 2 장변이 각각 연결되는 부분으로부터 상기 제 1 자석의 길이 방향으로 1/8 내지 1/2의 길이로 마련되는 스퍼터링 장치.
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