KR20150048142A

KR20150048142A - 스퍼터링 장치

Info

Publication number: KR20150048142A
Application number: KR1020157005529A
Authority: KR
Inventors: 패트릭 로렌스 모스
Original assignee: 스퍼터링 컴포넌츠 인코포레이티드
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-05-06
Also published as: EP2880196A4; WO2014039426A1; EP2880196B1; JP2015530482A; TW201416474A; US9758862B2; JP2020015983A; CN104812934B; US20140061029A1; JP6870045B2; TWI598454B; CN104812934A; PL2880196T3; EP2880196A1; KR102101720B1

Abstract

일 실시예는 복수의 자석, 및 상기 복수의 자석을 적어도 4개의 직선의, 평행한, 독립적인 선형 어레이로 홀딩하도록 구성된 요크를 포함하는 마그네트론 조립체에 관한 것이다. 상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 주변을 실질적으로 둘러싼다. 상기 선형 어레이의 단부 부분들은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하고, 각 턴어라운드 구획은 상기 외부 부분의 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있다. 각 턴어라운드 구획에서 자석은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 자기장에 형성하도록 배열된다.

Description

스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 본 명세서에 병합된 2012년 9월 4일에 출원된 미국 가특허 출원 제61/696,610호의 이익을 향유한다.

본 출원은, 본 명세서에 병합된, 2011년 1월 6일에 출원된 미국 가특허 출원 제61/430,361호 및 2012년 1월 6일에 출원된 미국 특허 출원 제13/344,871호와 관련이 있다.

본 설명은 일반적으로 회전-음극 마그네트론 스퍼터링에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 설명은 표준 마그네트론 조립체가 마그네트론 스퍼터링에 적절한 자속을 공급할 수 있는 점을 넘어 타깃 물질이 증가될 때 나타나는 특정 문제를 처리한다. 추가적으로, 본 발명의 일부 실시예는 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide: TCO)과 같은 물질을 증착하기 위한 공정 조건을 개선한다.

타깃을 회전시키는 마그네트론 스퍼터링은 이 기술 분야에 잘 알려져 있고 여러 기판 위에 여러 박막(thin film)을 생산하는데 널리 사용되고 있다. 회전 음극으로 스퍼터링하는 적절한 개요는 일례로서 (본 명세서에 병합된) 미국 특허 제5,096,562호에서 볼 수 있다.

회전-타깃 마그네트론 스퍼터링의 가장 기본적인 형태에서, 스퍼터링될 물질은 튜브 형상으로 형성되거나 또는 강성 물질로 만들어진 지지 튜브의 외부 표면에 부착된다. 마그네트론 조립체는 튜브 내에 배치되고 타깃의 외부 표면에 적절한 자속이 있도록 타깃을 투과하는 자속을 공급한다. 자기장은 타깃으로부터 방출되는 전자(electron)를 보유하여 작업 가스와 이온화 충돌을 야기할 확률을 증가시켜서, 스퍼터링 공정의 효율을 개선시키는 방식으로 설계된다.

일부 물질, 특히 세라믹 TCO 물질의 타깃의 제조 비용은 원료 물질의 비용에 비해 상대적으로 높다. 이 타깃의 경제성을 개선시키기 위하여, 타깃 물질의 두께를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 이 방식으로, 타깃은 타깃의 전체 비용을 단지 최소한으로 추가하면서 상당히 더 많은 사용가능한 물질을 지닐 수 있다. 이것은 제조 비용이 상당히 변화하지 않기 때문이다. 유일한 의미 있는 증가는 사용되는 원료 물질이 추가된 것으로 인한 것이다. 타깃이 두꺼우면 타깃 변화 사이에 더 긴 생산 캠페인을 허용하는 추가된 이익을 가진다.

언급된 바와 같이, 타깃 두께를 너무 많이 증가시키면 표준 마그네트론 조립체를 사용할 때 타깃 표면에 부적절한 자속을 초래할 수 있다. 더 높은 자속을 갖는 마그네트론 설계가 명확히 요구된다.

그러나, 자속을 증가시키는 노력은 통상 턴-어라운드(turn-around) 폭이 확장되는 새로운 문제를 야기할 수 있다. 이것은, 타깃 단부에 증가된 상대적인 부식 속도를 초래하여서, 타깃의 "번쓰루(burn-through)"로 인해 타깃 수명의 단축을 초래한다. 이것은 타깃 두께를 증가시키려는 목적에 반하는 것이다.

음극을 회전시키는 일반적인 마그네트론 조립체(100)(도 1a에 도시)는 자기 회로(magnetic circuit)를 완성시키는 것을 도와주는 스틸(steel)과 같은 자기 전도성 물질의 요크(yoke)(104)에 부착된 자석의 3개의 실질적으로 평행한 행(row)(102)을 포함한다. 자석의 자화 방향은 스퍼터링 타깃의 주축에 대해 반경방향이다. 중심 행(106)은 2개의 외부 행(108)의 것과 반대 극성을 갖는다. (도 1b 참조) 이런 유형의 마그네트론의 추가적인 설명은 (본 명세서에 병합된) 미국 특허 제5,047,131호에서 볼 수 있다. 자석의 내부 및 외부 행(106 및 108)의 자속은 자석의 일측에 자기 전도성 요크(104)를 통해 링크된다. 요크(104)와 대향하는 자석의 타측에서는 자속이 자기 전도성 물질 내에 격납되지 않는다; 그리하여, 자속은 실질적으로 비자성인 타깃을 통해 실질적으로 방해 없이 투과한다. 따라서, 2개의 아크 형상의 자기장이 타깃의 작업 표면에 및 작업 표면 위에 제공된다. 이 자기장은 전자를 보유하고, 이 전자가 자석의 행(102)과 평행한 자기력선에 직교하는 방향으로 드리프트하게 한다. 이것은 ExB 드리프트로 알려져 있고 임의의 기본 플라즈마 물리학 교재에 설명되어 있다. 통상적인 배열에서, 이 드리프트 경로는 타깃의 주축과도 평행하다.

추가적으로, 외부 행(108)은 내부 행(106)보다 약간 더 길고, 외부 행(108)과 동일한 극성을 갖는 추가적인 자석(110)(도 1b에 도시)이 2개의 외부 행(108)들 사이의 조립체의 단부에 배치되어 드리프트 경로의 소위 "턴어라운드"(turnaround) 영역을 생성한다. 이것은 2개의 드리프트 경로를 연결하는 효과를 제공하여, 하나의 연속적인 타원형 "레이스트랙("racetrack)" 드리프트 경로를 형성한다. 이것은 전자의 보유를 최적화하여 스퍼터링 공정의 효율을 최적화한다.

자기장의 세기를 증가시키는 직관적인 루트는 간단히 자석의 사이즈 또는 세기를 증가시키는 것이다. 자성의 세기를 증가시키는 것은 더 강한 자석의 이용가능성에 의해 제한된다. 매우 높은 세기의 자석은 또한 매우 비싸고, 작업하기 곤란하다. 나아가, 더 강한 자석은 본 발명의 실시예의 것과 같은 추가된 이익을 제공하기 위해 우수한 설계에 적용될 수도 있다.

더 큰 단면의 자석을 고려할 때에는 문제가 발생한다. 반경방향으로 크기를 증가시켜도 타깃 표면에서 자속이 비례하여 증가하지 않는다. 그리하여, 이것은 자기 제한적인 접근법(self-limiting approach)이다. 타깃 표면에 접선 방향으로 크기를 증가시키면 그 형상이 자성 물질의 벌크를 타깃 표면으로부터 더 이동시킬 것을 요구하여, 타깃 표면에서의 자기장을 약화시키는 역할을 한다는 점에서 또한 자기 제한적이다. 이것은 원하는 효과를 달성하려는 것에 반하는 것이다. (이러한 설계의 일례에 대해서는 도 2 참조)

자석의 사이즈를 증가시키는 접근법에 대한 다른 불리한 효과는 레이스트랙이 확장된다는 것이다. 다시 말해, 레이스트랙의 2개의 긴 부분은 서로 더 분리된다. 이것은 레이스트랙의 턴-어라운드 부분을 확장하여 타깃의 단부에서의 상대적인 부식 속도를 증가시킨다. 그 결과, 타깃의 이들 부분은 타깃 물질의 더 많은 벌크를 사용하기 전에 소비된다. 그리하여, 타깃은 타깃 물질을 완전히 사용하기 전에 사용이 중단되어야 한다.

단부에서 부식 속도의 증가를 이해하기 위해, 회전 타깃 표면에 있는 2개의 점을 고려할 수 있다. 하나의 점은 레이스트랙의 2개의 레그(leg)(긴 부분)를 통해 회전한다. 다른 점은 턴-어라운드를 통해 회전한다. 턴-어라운드를 통해 가는 점은 레이스트랙에서 훨씬 더 많은 시간을 소비하여, 훨씬 더 많이 부식된다는 것을 볼 수 있다. 이 주제에 대한 추가적인 설명은 (본 명세서에 병합된) 미국 특허 제5,364,518호에서 볼 수 있다.

전술한 문제는 통상적인 3개의 행 대신에 4개의 (또는 그 이상의) 행 또는 다른 독립적인 선형 어레이의 자석을 사용하여 극복될 수 있다. 이것으로 전술한 바와 같은 오버사이즈 자석의 문제가 극복될 수 있다. 그러나, 보다 중요한 것은, 이것이 전자의 보유에 부정적으로 영향을 미침이 없이 (또는 부정적인 영향을 적어도 감소시킴이 없이) 타깃의 단부에 과도한 부식을 최소화하는 고유한 변경을 턴-어라운드에 허용할 수 있다는 것이다.

일 실시예는 복수의 자석, 및 상기 복수의 자석을 적어도 4개의 직선의, 평행한, 독립적인 선형 어레이로 홀딩(hold)하도록 구성된 요크를 포함하는 마그네트론 조립체에 관한 것이다. 상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 주변(주변)을 실질적으로 둘러싼다. 상기 선형 어레이의 단부 부분은 한 쌍의 턴어라운드 구획(turnaround section)을 포함하고, 각 턴어라운드 구획은 상기 외부 부분의 한 쌍의 세장형 구획(elongated section)의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있다. 각 턴어라운드 구획에서 자석은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 자기장에 형성하도록 배열된다.

다른 실시예는 기판이 이동하는 챔버를 포함하는 스퍼터링 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은, 상기 챔버에 장착되고 타깃 표면을 가진 세장형의 회전가능한 원통형 튜브, 및 상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브 내에 위치된 마그네트론 조립체를 포함하는 음극 조립체를 더 포함한다. 상기 마그네트론 조립체는 복수의 자석, 및 상기 복수의 자석을 적어도 4개의 직선의, 평행한, 독립적인 선형 어레이로 홀딩하도록 구성된 요크를 포함한다. 상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 주변을 실질적으로 둘러싼다. 상기 선형 어레이의 단부 부분은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하고, 각 턴어라운드 구획은 상기 외부 부분의 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있다. 각 턴어라운드 구획에서 자석은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 자기장에 형성하도록 배열된다.

또 다른 실시예는 기판에 물질을 스퍼터링하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 세장형의 회전가능한 원통형 튜브 내에 배치된 마그네트론 조립체의 일부로 자석의 패턴을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브는 타깃 표면을 포함한다. 상기 방법은 챔버에 상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브를 장착하는 단계, 상기 챔버에 진공을 유지하는 단계, 상기 챔버 내에서 상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브를 회전시키는 단계, 상기 마그네트론 조립체를 사용하여 상기 타깃 표면에 자속을 공급하는 단계, 및 상기 타깃 표면 부근 상기 챔버 내에서 상기 기판을 이동시키는 단계를 더 포함한다. 상기 마그네트론 조립체는 복수의 자석, 및 상기 복수의 자석을 적어도 4개의 직선의, 평행한, 독립적인 선형 어레이로 홀딩하도록 구성된 요크를 포함한다. 상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 주변을 실질적으로 둘러싼다. 상기 선형 어레이의 단부 부분은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하고, 각 턴어라운드 구획은 상기 외부 부분의 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있다. 각 턴어라운드 구획에서 자석은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 자기장에 형성하도록 배열된다.

도 1a는 음극을 회전시키는 일반적인 마그네트론 조립체를 도시한 도면;
도 1b는 도 2a의 마그네트론 조립체에서 자석의 자화 방향을 도시한 도면;
도 2는 음극을 회전시키는 마그네트론 조립체의 대안적인 설계를 도시한 도면;
도 3a는 마그네트론 조립체의 일 예시적인 실시예를 도시한 도면;
도 3b는 도 3a의 마그네트론 조립체에 사용되는 요크의 일 예시적인 실시예를 도시한 도면;
도 4는 도 3a의 마그네트론 조립체에 사용하기에 적절한 일 예시적인 자석 배열을 도시한 도면;
도 5는 도 3a의 마그네트론 조립체에 사용하기에 적절한 다른 예시적인 자석 배열을 도시한 도면;
도 6은 도 3a의 마그네트론 조립체에 사용하기에 적절한 또 다른 예시적인 자석 배열(600)을 도시한 도면;
도 7은 마그네트론 조립체의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한 도면;
도 8은 도 3a 및 도 7의 마그네트론 조립체를 사용할 수 있는 스퍼터링 시스템의 일 예시적인 실시예을 도시한 도면;
도 9는 본 명세서에서 설명된 마그네트론 조립체에 사용하기에 적절한 또 다른 예시적인 자석 배열을 도시한 도면;
도 10a 내지 도 10e는 선 10-A 내지 선 10-E에 걸쳐 취한 도 9에 도시된 예시적인 자석 배열의 단면을 각각 도시한 도면;
도 11은 도 9에 도시된 자석 배열을 사용하여 형성된 플라즈마를 도시한 도면;
도 12는 기판에 물질을 스퍼터링하는 방법의 일 예시적인 실시예를 도시하는 흐름도.

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

이 예시적인 실시예에서, 자석 행(306)은 하나의 극성의 2개의 내부 행(308) 및 반대 극성의 2개의 외부 행(310)을 포함한다. 자석(302)의 행(306)은 요크(304)에 부착된다. 요크(304)는 스틸 또는 자성 스테인레스 스틸과 같은 자기 전도성 물질로 만들어진다. 이러한 구성은, 가능한 한, 타깃 표면에 최근접한 위치에 자석(302)이 유지될 수 있게 하면서 추가적인 자기 질량을 허용한다. 따라서, 여분의 자기 질량이 최대로 이용된다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 요크(304)는 자석(302)의 행(306) 각각에 대해 하나씩 복수의 슬릿(slit) 또는 채널(channel)(312)을 포함한다. (간략화를 위하여, 특정 자석 배열에 관한 상세는 도 3b에는 도시되어 있지 않고, 도 4 내지 도 6과 관련하여 아래에서 보다 상세히 설명된다는 것이 주목된다.) 채널(312)은 대응하는 자석(302)의 일부분이 채널(312)에 삽입되어 본 명세서에 설명되고 도시된 자석(302)의 행(306)을 형성하도록 사이즈 정해진다. 자석(302)은 자기력, 억지 끼워맞춤 또는 접착제를 포함하나 이들로 제한되지 않는 여러 방식으로 제 위치에 홀딩될 수 있다. 이러한 채널(312)을 사용하여 본 명세서에 설명된 자석 패턴을 형성하면 요크(304)의 설계를 변경함이 없이 전체 마그네트론 조립체(300)를 재구성할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 자석(302)의 내부 행과 외부 행(308 및 310)은 조립체가 "밸런싱된 마그네트론"이 되도록 동일한 세기 및 동일한 단면 크기를 가진다. 그러나, 내부 행과 외부 행(308 및 310)에 상이한 자석을 선택적으로 배치하여 "언밸런싱된" 마그네트론을 만들 수도 있다.

도 4는 도 3a의 마그네트론 조립체(300)에 사용하기에 적절한 일 예시적인 자석 배열(400)을 도시한다. 이 예시적인 자석 배열(400)에서, 표준 3개-행의 설계에서와 같이, 외부 행(410)은 내부 행(408)보다 더 길어서 레이스트랙의 턴어라운드 부분을 생성하는데 사용되는 단부 자석(414)을 위한 공간을 제공한다. 도시된 바와 같이, 턴-어라운드-형성 자석(414)은 내부 행(408)의 자석의 것과 동일한 단면 크기이고 내부 행(408)과 동일 직선 상에서 변위된다. 그러나, 턴-어라운드-형성 자석(414)은 외부 행(410)과 동일한 극성이다. 이 설계는 턴-어라운드 영역을 용이하게 변경할 수 있게 하여 보다 바람직한 실시예를 형성할 수 있다.

도 5는 자석(502)의 행(506)이 서로 측방향으로 오프셋된 다른 예시적인 자석 배열(500)을 도시한다. 이것은 실제 턴-어라운드가 표준 3개-행의 마그네트론 설계의 것보다 반경이 감소된 단차진(stepped) 턴-어라운드를 초래한다. 그리하여, 타깃-단부 부식 속도는 더 큰 자석을 갖는 3개-행의 설계의 경우에서와 같이 표준 설계의 것을 넘어 증가되지 않는다. 턴-어라운드에서와 같이, 이러한 구성으로 생성된 드리프트 경로에서 잔류 단차는, 상승된 부식 속도의 다른 영역을 생성한다. 그러나, 이 영역은 턴-어라운드로부터 오프셋되고 턴-어라운드 영역보다 더 빠르게 부식되지 않으므로, 이것은 조기 타깃 번쓰루에 기여하지 않는다.

도 5는 하나의 바람직한 예시적인 배열을 도시하지만, 이 설계는 다른 상황에서 사용될 수 있는 임의의 개수의 투과를 허여할 수 있다는 것이 명백하다. 예를 들어, 상이한 자석 세기, 형상, 기하학적 형상, 사이즈, 배향, 및 행들 사이에 상이한 갭 간격을 가진 자석이 구현될 수도 있다. 하나의 이러한 예시적인 자석 배열(600)은 도 6에 도시되어 있으나, 다른 배열도 가능한 것으로 이해된다.

나아가, 도 3a, 도 3b 및 도 4 내지 도 6에 도시된 실시예에서, 자석의 각 행은 요크에 형성된 상이한 각 채널에 삽입된다. 그러나, 다른 실시예에서, 자석의 2개 이상의 행(또는 다른 독립적인 선형 어레이)이 단일 채널 내에 수용될 수 있다. 이러한 실시예의 하나의 예는 도 7에 도시되어 있다. 도 7에 도시된 예에서, 자석(702)의 2개의 내부 행(708)은 모두 공통 단일 채널(712) 내에 수용되는 반면, 자석(702)의 2개의 외부 행(710) 각각은 별도의 각 채널(712) 내에 수용된다.

본 발명의 실시예는 더 두꺼운 타깃 물질을 허용하는 것에 의해 타깃의 경제성을 개선시키려고 의도된 것이지만, 보다 통상적인 물질 두께를 갖는 타깃에도 유용할 수 있다. 자기장의 세기가 증가되기 때문에, 전자의 이온화 전위는 자이레이션(gyration)의 전자 반경을 감소시키는 것과 전자 보유를 개선시키는 더 큰 전자 밀도를 플라즈마에 허용하는 것에 의해 증가된다. 이것은 TCO와 같은 일부 물질을 증착할 때 유리한 더 낮은 타깃 전압을 초래한다. TCO 스퍼터 증착 공정에서 타깃 전압을 더 낮추면 증착된 막의 성능이 개선된다는 것은 이 기술 분야에 잘 알려져 있다.

다른 4개의-행 마그네트론 설계는 미국 특허 제5,364,518호에 개시되어 있다. 그러나, '518 특허의 설계 의도는 다른 스타일의 턴-어라운드를 더 용이하게 제조하는 것이다. '518 특허에서, 그 의도는 자석들 사이의 거리를 증가시키는 것에 의해 레이스트랙의 주된 레그에 대해 자기장을 확장시키는 것에 의해 턴-어라운드를 변경하는 것이었다. 미국 특허 제5,364,518호에서 개시된 발명이 실시가능한 것인지, 또는 실제 세계에서 조립되거나 테스트된 것인지는 명백하지 않다. (본 명세서에 병합된) 미국 특허 제6,375,814호에서 '518 특허의 발명은 스퍼터링 공정을 불안정하게 하는 것이 암시되어 있다.

미국 특허 제6,375,814호는 또한 4개-행의 설계를 개시한다. 그러나, 도시된 바와 같이, 2개의 내부 행은 타원형 형상의 턴-어라운드를 형성하기 위하여 또는 스퍼터링 방향을 조작하기 위하여 레이스트랙의 2개의 주된 레그를 분리하는 것을 도와주는 단일 중심 행만을 단지 편의상 대체하고 있다. 실용적인 측면에서, '814 특허의 설계는 조립체의 길이의 대다수에 단일 행의 자석을 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예는 동일한 간단한 직사각형 형상과 매우 간단한 요크 설계를 갖는 상이한 길이의 자석으로부터 완전히 조립될 수 있다는 점에서 '814 특허에 비해 추가적인 장점을 지닌다. 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 변경될 수 있으나, '814 특허의 설계는 고정되어 있고 전체를 다시 제조함이 없이는 변경될 수 없다.

(본 명세서에 병합된) 미국 특허 제6,264,803호는 2개의 전체, 평행한 레이스트랙을 형성하는 5개의 평행한 행의 자석을 갖는 마그네트론을 개시한다. 이 문헌은 본 발명의 실시예의 더 강한 자기장의 이익을 지니지 않는다. 그러나, '803 특허 발명은 본 발명의 실시예에서와 같이 단차진 턴-어라운드의 유사한 장점을 달성하기 위해 2개의 레이스트랙을 오프셋한다.

본 발명의 실시예의 단일, 연속적인 레이스트랙은 '803 특허의 듀얼 레이스트랙 설계에 비해 중요한 장점을 지닌다. 듀얼 레이스트랙 설계에서 최외각 레그들 사이의 공간은 단일 레이스트랙 설계에 비해 타깃의 외주 주위에서 서로 멀리 이격되어 있다. 이것은 기판의 플랜에 대한 스퍼터링된 물질의 유출 사이에 상대적인 각도를 변화시킨다. 이것은 기판에 증착되는 물질이 입사하는 평균 각도를 증가시킨다. 이것은 분자 밀도를 종종 허용가능하지 않은 정도까지 감소시키는 것에 의해 증착된 막의 구조에 영향을 미친다. TCO 막의 경우에, 밀도는 매우 중요하다.

'803 특허에서 설계의 다른 불리한 결과는 스퍼터링된 물질의 실질적으로 더 큰 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 레이스트랙의 외부 레그들 사이의 각도는 표준 3개의 행 설계의 것의 약 3배이지만, 본 발명의 일부 실시예의 설계의 레그들 사이의 각도는 표준 설계의 것의 2배 미만이다.

도 8은 전술한 마그네트론 조립체(300 및 700)를 사용할 수 있는 스퍼터링 시스템(800)의 일 예시적인 실시예를 도시한다. 도 8에 도시된 스퍼터링 시스템(800)의 예시적인 실시예는, (본 명세서에 병합된) 미국 특허 제5,096,562호의 도 1에 도시되고 '562 특허의 제2 칼럼, 55행 내지 제4 칼럼 23행에 설명된 스퍼터링 시스템과 실질적으로 유사하지만, 주된 차이는 적어도 4개의 행 (다른 독립적인 선형 어레이)의 자석이 요크에 부착되거나 요크에 홀딩된 전술한 유형의 마그네트론 조립체(18)를 사용한다는 것에 있다.

기판이 챔버(10)를 통해 이동할 때 기판(12)에 물질의 박막을 증착하기 위하여 진공이 유지되는 에워싸인 반응 챔버(10) 내에 플라즈마가 형성된다. 기판(12)은 이 기판 위에 증착될 막을 수용하는 것일 수 있고, 통상적으로 일부 진공 호환성 물질, 즉 금속, 유리 및 일부 플라스틱일 수 있다. 막은 이전에 기판 표면 위에 형성된 다른 막 또는 코팅 위에 증착될 수도 있다.

음극 조립체(14)는, 반응 챔버(10)에 장착되고 타깃 표면(20)을 가진 세장형의 회전가능한 원통형 튜브(16)를 일반적으로 포함한다. 전술한 유형의 마그네트론 조립체(18)는 튜브(16)의 더 낮은 부분 내에 지지되고 이와 함께 회전하지 않는다. 튜브(16)의 내부는 차후에 설명된 바와 같이 시스템이 고전력 레벨에서 동작할 수 있도록 일반적으로 물로 냉각된다. 튜브(16)는 수평 위치에서 지지되고 길이방향 축에 대해 일정한 속도로 구동 시스템(22)에 의해 회전된다.

튜브(16)는 외부 원통형 표면(20)에 노출되는 타깃 물질의 특성과 조성에 따라 많은 상이한 형태 중 하나로 구성될 수 있다. 하나의 구조는 실질적으로 완전히 중실 타깃 물질로 만들어진 벽을 구비한다. 또 다른 구조는, 예를 들어, 황동 또는 스테인레스 스틸과 같은 적절한 비자성 물질의 코어로 형성되고, 수행되는 특정 동작에 요구되는 직경, 벽 두께 및 길이를 갖는다. 코어의 외부 표면에는 코팅되는 기판(12)에 증착되도록 선택된 타깃 물질(20) 층이 도포된다. 어느 경우이든, 튜브(16)와 타깃 물질 층(20)은 보다 종래의 평면 타깃 대신에 관형 타깃 또는 스퍼터링 공급원을 구성한다.

스퍼터링이 일어나는데 충분한 음극 전위가 종래의 전기 브러시에 의해 튜브(16)와 슬라이딩 접점(34)을 갖는 전력선(32)을 통해 전력원(30)으로부터 회전 음극(14)에 공급된다. 전력원(30)은 설명된 예에서 직류 전류 유형이지만 교류 전류 전력원이 이러한 구조에 사용될 수도 있다. 반응 챔버(10)의 인클로저(enclosure)는 전도성이고 전기적으로 접지된다. 이것은 스퍼터링 공정에서 양극으로 기능한다. 별도의 양극이 선택적으로 사용될 수 있고 작은 양의 전압에 유지될 수 있다.

수행될 코팅 동작에 필요한 낮은 압력을 획득하기 위하여, 반응 챔버(10)에는 진공 펌프(38)와 연통하는 출구 튜브(36)가 제공된다.

코팅 동작에 필요한 가스를 챔버(10)에 제공하기 위하여, 가스 공급 시스템이 포함된다. 제1 가스 공급 튜브(40)는 불활성 가스의 공급원(42)으로부터 코팅 챔버(10)로 연장된다. 입구 튜브(40)에 연결된 노즐(44)은 불활성 가스를 회전 음극(14) 위 구역으로 분배한다. 불활성 가스는 타깃 표면(20)과 접지된 챔버 인클로저(10) 사이에 수립된 전기장의 영향 하에서 전기적으로 대전된 이온으로 분할된다. 양의 이온은 타깃 표면(20)으로 견인되어, 자석 조립체(18)와는 반대쪽 바텀에서 원통(16)의 길이를 따라 각 반대 자극들 사이에 하나씩 2개의 평행한 스트립 내 자기장에 의해 구속된 영역에서 이 타깃 표면을 폭격한다.

제2 가스 공급 튜브(46)는 반응 가스 공급원(48)으로부터 챔버(10)로 연장된다. 입구 튜브(46)에 연결된 노즐(50)은 코팅되는 기판(12)에 근접한 구역과 이 기판의 폭에 걸쳐 반응물 가스를 분배한다. 반응 가스의 분자는 이온 폭격의 결과 타깃 표면으로부터 스퍼터링된 분자와 결합하여 원하는 분자를 형성한 후 기판(12)의 상부 표면에 증착된다.

도시된 가스 공급 시스템에 많은 변형이 더 실시가능하다. 공급원(42 및 48)으로부터 불활성 가스와 반응 가스는 결합되어 공통 튜브와 노즐 세트를 통해 챔버(10)로 전달될 수 있다. 이것이 수행될 때, 전달 튜브는 바람직하게 회전 타깃 튜브(16)의 측을 따라 및 길이방향 축과 평행하게 위치된다. 2개의 이러한 튜브가 사용될 수 있는데, 이 튜브는 타깃 튜브(16)의 각 측에 하나씩 있고 길이방향 축에 평행하며, 각각은 불활성 가스와 반응 가스의 동일한 조합을 전달한다. 또한, 2개 이상의 반응 가스가 증착되는 막에 따라 동시에 공급될 수 있다.

전술한 예시적인 자석 배열에서, 각 개별 행에 있는 모든 자석의 자극(또는 다른 독립적인 선형 어레이)은 모두 동일한 플랜 내에 있고 - 즉, 이들 자석 전부의 자극은 동일 평면에 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 예시적인 자석 배열에서, 외부 행(410)은 자기 자신과 동일 평면인 자극을 갖는 단일 자석만을 포함한다. 내부 행(408)에서, 패턴의 외부 구획에 있는 자석은 (도 4에서 "S" 극성으로 도시된) 아래쪽을 향하는 자극을 갖고 패턴의 내부 부분에 있는 자석은 (도 4에서 "N" 극성으로 도시된) 위를 향하는 자극을 갖는다. 즉, 내부 행(408)에서, 패턴의 외부 부분에서 자석의 자극은 패턴의 내부 부분에 있는 자석의 자극과 위상이 180도 어긋나 있지만 두 자석 세트의 자극은 여전히 동일 평면에 있다.

도 9는 전술한 요크와 마그네트론 조립체에 사용하기에 적절한 또 다른 예시적인 자석 배열(900)을 도시한다. 예를 들어, 도 9에 도시된 자석 배열(900)은 전술한 유형의 재구성가능한 요크에 사용될 수 있다. 또한, 상기 도시된 예에서와 같이, 도 9에 도시된 자석 배열(900)에서 자석(902)은 여러 방식으로 (예를 들어, 반경방향 패턴, 계단식 패턴 또는 평탄한 패턴으로) 요크에 배열될 수 있다. 또한, 도 9에 도시된 예시적인 자석 배열(900)이, 예를 들어, 도 8과 관련하여 전술한 스퍼터링 시스템(800)에서 사용될 수 있으나, 다른 실시예들이 다른 방식으로 구현될 수 있는 것으로 이해된다.

이 예시적인 자석 배열(900)에서, 도 4, 도 5 및 도 6과 관련하여 각각 전술한 자석 배열(400, 500 및 600)에서와 같이, 자석(902)은 자석(902)의 4개의 직선의, 평행한, 독립적인 선형 어레이(906)로 배열된다. 이 예에서, 4개의 독립적인 선형 어레이(906)는 2개의 내부 행(908)과 2개의 외부 행(910)을 포함하는 4개의 행(906)의 형상을 취한다.

이 예에서, 자석(902)은 외부 부분(레이스트랙)과 내부 부분(레이스트랙의 내부)을 포함하는 레이스트랙 패턴을 형성하도록 배열된다. 내부 부분에 있는 자석(920)은 크로스 해치(cross-hatched) 패턴으로 도 9에 도시되고, 외측 부분에 있는 자석(922, 924 및 926)은 해치 패턴이 없는 것으로 도 9에 도시된다. 내부 부분에 있는 자석(920)은 "내부-부분 자석"(920)이라고도 지칭된다. 도 9에 도시된 예에서, 레이스트랙 패턴의 내부 부분은 내부 행(908) 각각에 포함된 다수의 내부-부분 자석(920)으로 형성된다(각 내부 행(908)의 내부 부분은 도 9에 도시된 2개의 자석(920)보다 더 많거나 더 적은 개수의 자석을 사용하여 형성될 수 있다).

외부 부분은 내부 부분의 주변을 실질적으로 둘러싼다. 배열(900)의 외부 부분은 실질적으로 서로 평행한 한 쌍의 세장형 구획(928)을 포함한다. 도 9에 도시된 예에서, 세장형 구획(928)은 외부 행(910)에 다수의 자석(922)으로 형성된다(그러나, 세장형 구획(928)은 도 9에 도시된 4개의 자석(922)보다 더 많거나 더 적은 개수의 자석을 사용하여 형성될 수 있다).

자석 배열(900)의 외부 부분은 또한 한 쌍의 턴-어라운드 구획(930)을 포함한다. 각 턴-어라운드 구획(930)은 상기 한 쌍의 세장형 구획(928)의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있다. 도 9에 도시된 예에서, 각 턴-어라운드 구획(930)은 내부 행(908)에서 최근접한 내부-부분 자석(920), 및 이 내부 행(908)의 단부에 위치된 하나 이상의 단부 자석(926)에 바로 인접하여 위치된 적어도 하나의 회전된 자석(924)(후술됨)을 사용하여 각 내부 행(908)에 형성된다.

이 예시적인 자석 배열(900)에서, 도 4, 도 5 및 도 6과 관련하여 전술한 자석 배열(400, 500 및 600)에서와 같이, 외부 행(910)에 형성된 세장형 구획(928)은 내부 행(908)에 형성된 패턴의 내부 부분보다 더 길다. 이것은 회전된 자석(924)과 단부 자석(926)을 위한 공간을 내부 행(908)에 제공하여 레이스트랙 패턴의 외측 부분의 턴어라운드 구획(930)을 형성하게 한다. 내부 행(908)에 형성된 내부 부분은 서로 측방향으로 오프셋된다. 이것은 각 턴-어라운드 구획(930)의 반경이 감소된 단차진 턴-어라운드 구획(930)을 생성한다.

이 실시예에서, 적어도 하나의 행(906)에 대해, 이 행(906)에 있는 적어도 2개의 자석(902)은 동일한 플랜에 있지 않은 (즉, 동일 평면에 있지 않은) 각 자극을 갖는다. 도 9에 도시된 특정 예시적인 자석 배열(900)에서, 각 턴-어라운드 구획(930)을 구현하는데 사용된 자석 (회전된 자석(924)) 중 하나는 90도 "회전"된다. 도 10a는 두 외부 행(910)으로부터 세장형-구획 자석(922), 및 두 내부 행(908)으로부터 회전된 자석(924)의 단면을 포함하는 선 10-A를 따라 취한 도 9에 도시된 자석 배열(900)의 단면을 도시한다. 도 10b는 두 외부 행(910)으로부터 세장형-구획 자석(922), 및 두 내부 행(908)으로부터 내부-부분 자석(920)의 단면을 포함하는 선 10-B를 따라 취한 도 9에 도시된 자석 배열(900)의 단면을 도시한다.

도 10a 내지 도 10e는 선 10-A 내지 선 10-E를 따라 각각 취한 도 9에 도시된 예시적인 자석 배열의 단면을 도시한다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 세장형-구획 자석(922)의 자극(932)의 방향("S"의 극성을 갖는 것으로 도시된)은 ("N"의 극성을 갖는 것으로 도시된) 내부-부분 자석(920)의 자극(934)의 방향과 180도 위상이 어긋나 있다.

도 10b 및 도 10c에 도시된 바와 같이, 각 회전된 자석(924)의 자극(936)의 방향은 동일한 내부 행(908)으로부터 내부-부분 자석(920)의 자극(934)의 방향과 직교하고 이와 동일 평면에 있지 않다. 즉, 각 자석(924)의 자극(936)의 방향은 각 인접한 세장형-구획 자석(922)의 자극(932)의 방향에 대해 90도 회전된다. 또한, 도 10c에 도시된 바와 같이, 각 턴어라운드 구획(930)에서 회전된 자석(924)의 자극(936)의 방향은 서로 180도 위상이 어긋나 있다(이 중 하나는 "N S"의 극성을 갖는 것으로 도시되고 다른 하나는 "S N"의 극성을 갖는 것으로 도시된다).

또한, 도 10d 및 도 10e에 도시된 바와 같이, ("S"의 극성을 갖는 것으로 도시된) 단부 자석(926)의 자극(938)의 방향은 세장형-구획 자석(922)의 자극(932)의 방향과 동일하다.

도 9에 도시된 바와 같이, 각 턴어라운드 구획(930)에서 자석은 턴어라운드 구획(930)에서 자석에 의해 형성된 자기장에 2개 이상의 상이한 곡선을 형성하도록 배열된다. 일부 실시예에서, 적어도 4개의 상이한 곡선이 형성된다. 이 곡선은 (도 9에 도시된 예에서 세장형의 회전가능한 원통형 튜브의 회전에 대해) 각 적어도 4개의 상이한 플랜에 형성된다. 도 9에 도시된 실시예에서, 각 턴어라운드 구획(930)에서 자석은 턴어라운드 구획(930)에서 자석에 의해 형성된 자기장에 4개의 상이한 곡선(950, 952, 954 및 956)을 형성하도록 배열된다. 보다 구체적으로, 제1 곡선(950)은 외부 행(910) 중 제1 행에 있는 ("S" 극성을 갖는 것으로 도시된) 세장형-구획 자석(922), 및 내부 행(908) 중 제1 행에 있는 ("S N" 극성을 갖는 것으로 도시된) 인접한 회전된 자석(924) 중 하나의 교차점에 형성되고, 제2 곡선(952)은 동일한 제1 내부 행(908)에서 회전된 자석(924)과 ("S" 극성을 갖는 것으로 도시된) 단부 자석(926) 사이에 형성되고, 제3 곡선(954)은 다른 내부 행(908)에 있는 단부 자석(926)과 ("N S" 극성을 갖는 것으로 도시된) 회전된 자석(924) 사이에 형성되고, 제4 곡선(956)은 다른 외부 행(910)에서 회전된 자석(924)과 ("S" 극성을 갖는 것으로 도시된) 세장형-구획 자석(922) 사이에 형성된다. 도 9에 도시된 예에서, 4개의 곡선(950, 952, 954 및 956) 각각은 서로에 대해 회전된 (특히, 서로에 대해 적어도 90도 회전된) 자극을 갖는 2개의 (또는 그 이상의) 자석들 사이에 형성된다.

곡선(950, 952, 954 및 956)이 도 9에서 일 단부에서만 하이라이트되어 있으나, 유사한 곡선이 다른 단부에 형성될 수 있는 것으로 이해된다.

도 11은 그 위에 오버레이된 배열(900)에 의해 플라즈마(938)가 형성된 도 9의 자석 배열(900)의 일 단부를 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 턴어라운드 구획(930)에서 자석에 의해 형성된 자기장에서 4개의 상이한 곡선(950, 952, 954 및 956)을 형성한 결과, 각 턴-어라운드 구획(930)에서 최종 플라즈마(938)의 각 코너는 4개의 상이한 곡선으로 분할된다(행들 사이에 갭 대신에 회전된 자석(924) 위에 플라즈마(938)가 형성된다). 플라즈마(938)의 각 코너를 더 작은 곡선으로 분할하면 타깃이 회전할 때 각 코너에 의해 스퍼터링된 집적된 표면 영역을 감소시켜, 턴-어라운드 구획(930)에서의 타깃 부식을 감소시킨다.

이들 다수의 곡선은 회전된 자석(924)을 자석 행의 축에서 90도 회전시키는 것에 의해 4개의 직선의 및 별도의 행(906)을 여전히 사용하면서 생성될 수 있다. 자석(924)을 이렇게 회전시키면 플라즈마(938)가 자석 행(910)과 행(908) 사이의 갭으로부터 회전된 자석(924) 위로 시프트되어 자기장에 여분의 곡선을 생성하고 최종 플라즈마(938)를 생성할 수 있다. 스태거된 패턴을 유지하면 이들 곡선이 타깃 회전에 대해 별도의 플랜에 있게 할 수 있다. 그 결과, 턴어라운드가 더 이상 레이스트랙 패턴의 직선 코스 전에 타깃을 부식시키지 않으므로 타깃 물질의 이용률(utilization)이 일반적으로 크게 증가된다. 또한, 턴어라운드가 상당한 손실 없이 홀(Hall) 전류를 유지할 만큼 충분히 강하기 때문에 이전에 발생하던 크로스 코너 효과가 크게 감소된다.

도 9 내지 도 11에 도시된 자석 배열(900)은 단지 예시적인 것일 뿐이어서 이 자석 배열(900)의 변형이 구현될 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 도 10a 내지 도 10e에 도시된 바와 같이, 이 예에서 턴-어라운드 구획(930)을 형성하는데 사용된 내부 행(908)에서 단부 자석(926)과 회전된 자석(924)은 내부 행(908)에서 내부-부분 자석(920)과 동일한 단면 크기이다. 그러나, 다른 실시예에서, 이것은 반드시 그럴 필요가 없다. 또한, 자석이 스태거링된 거리는 변화될 수 있고, 회전된 자석(924)이 서로를 향하는 각도는 변화될 수 있다. 또한, 보다 일반적으로, 자석(902)의 길이는 변화될 수 있고, 행(906)들 사이의 거리는 도 4 내지 도 6과 관련하여 전술한 다른 변형에 더하여 변화될 수 있다. 나아가, 내부 행(908)의 바로 단부에서 단부 자석(926)은 또한 제거될 수 있다. 다른 변형도 가능하다(예를 들어, 적어도 하나의 자석은 적어도 하나의 다른 자석과 상이한 형상, 사이즈, 배향 또는 자성 세기를 지닐 수 있다).

도 12는 기판에 물질을 스퍼터링하는 방법(1200)의 일 예시적인 실시예의 흐름도이다. 도 12에 도시된 예 방법(1200)은 도 8과 관련하여 전술한 스퍼터링 시스템(800)에 구현된 것으로 본 명세서에 설명되었으나, 다른 실시예는 다른 방식으로 구현될 수 있는 것으로 이해된다.

방법(1200)은 세장형의 회전가능한 원통형 튜브(16) 내에 배치된 마그네트론 조립체(18)의 일부로서 도 9 내지 도 11에 도시된 자석 배열(900)을 형성하는 단계(블록 1202)를 포함한다. 이것은 전술한 유형의 요크에 자석 배열(900)을 형성하는 것에 의해 수행될 수 있다.

방법(1200)은 챔버(10)에 세장형의 회전가능한 원통형 튜브(16)를 장착하는 단계(블록 1204), 및 챔버(10)에 진공을 유지하는 단계(블록 1206)를 더 포함한다. 방법은 챔버(10) 내에서 세장형의 회전가능한 원통형 튜브(16)를 회전시키는 단계(블록 1208), 마그네트론 조립체(18)를 사용하여 타깃 표면(20)에 자속을 공급하는 단계(블록 1210), 및 타깃 표면(20) 부근 챔버(10) 내에서 기판(12)을 이동시키는 단계(블록 1212)를 더 포함한다.

다수의 실시예가 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 설명된 실시예에 여러 변형이 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 전술한 실시예의 개별 특징의 조합이 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위 내에서 고려될 수 있다.

예시적인 실시예

예 1은, 마그네트론 조립체로서, 복수의 자석; 및 상기 복수의 자석을 적어도 4개의 직선의, 평행한, 독립적인 선형 어레이로 홀딩하도록 구성된 요크를 포함하는 마그네트론 조립체로서; 상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 주변을 실질적으로 둘러싸고; 상기 선형 어레이의 단부 부분들은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하고, 각 턴어라운드 구획은 상기 외부 부분의 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있고; 각 턴어라운드 구획에서 상기 자석들은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 자기장에 형성하도록 배열된 것인 마그네트론 조립체를 포함한다.

예 2는, 예 1의 마그네트론 조립체로서, 각 턴어라운드 구획에서 상기 자석들은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 상기 자기장에 형성하도록 배열되어, 타깃 물질이 회전할 때 각 곡선의 최종 타깃 부식 컴포넌트들(resulting target erosion components)이 서로 중첩되지 않도록 구성된 것인 마그네트론 조립체를 포함한다.

예 3은, 예 1 또는 예 2의 마그네트론 조립체로서, 상기 자석들은 각 턴어라운드 구획에 배열되되, 이 턴어라운드 구획에서 상기 자석들에 의해 형성된 상기 자기장 내 상기 적어도 2개 이상의 곡선 각각이 서로에 대해 회전된 자극을 갖는 2개의 자석 사이에 형성되도록 배열된 것인 마그네트론 조립체를 포함한다.

예 4는, 예 1 내지 예3 중 어느 한 예의 마그네트론 조립체로서, 상기 자석들은 각 턴어라운드 구획에 배열되되, 이 턴어라운드 구획에서 상기 자석들에 의해 형성된 상기 자기장 내 상기 적어도 2개 이상의 곡선 각각이 서로에 대해 적어도 90도 회전된 자극을 갖는 2개 이상의 자석 사이에 형성되도록 배열된 것인 마그네트론 조립체를 포함한다.

예 5는, 예 1 내지 예 4 중 어느 한 예의 마그네트론 조립체로서, 자석의 개별 선형 어레이가 상기 요크 상에 반경방향 패턴, 계단식 패턴 또는 평탄한 패턴을 형성하도록 배열된 것인 마그네트론 조립체를 포함한다.

예 6은, 예 1 내지 예 5 중 어느 한 예의 마그네트론 조립체로서, 상기 복수의 자석 중 적어도 하나는 적어도 하나의 다른 자석과는 상이한 형상, 사이즈, 배향 또는 자성 세기를 갖는 것인 마그네트론 조립체를 포함한다.

예 7은, 예 1 내지 예 6 중 어느 한 예의 마그네트론 조립체로서, 상기 패턴의 상기 외부 부분은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하되, 각 턴어라운드 구획은 상기 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있고, 상기 턴어라운드 구획은 2개 이상의 단계를 포함하는 것인 마그네트론 조립체를 포함한다.

예 8은, 예 1 내지 예 7 중 어느 한 예의 마그네트론 조립체로서, 상기 요크는 상기 복수의 자석에 의해 형성된 패턴이 상기 요크의 설계 변경 없이 재구성될 수 있도록 구성된 것인 마그네트론 조립체를 포함한다.

예 9는, 기판이 이동하는 챔버; 및 음극 조립체를 포함하는 스퍼터링 시스템으로서, 상기 음극 조립체는, 상기 챔버에 장착되고 타깃 표면을 가진 세장형의 회전가능한 원통형 튜브; 및 상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브 내에 위치된 마그네트론 조립체를 포함하고, 상기 마그네트론 조립체는, 복수의 자석; 및 상기 복수의 자석을 적어도 4개의 직선의, 평행한, 독립적인 선형 어레이로 홀딩하도록 구성된 요크를 포함하고; 상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 주변을 실질적으로 둘러싸고; 상기 선형 어레이의 단부 부분은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하고, 각 턴어라운드 구획은 상기 외부 부분의 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있고; 각 턴어라운드 구획에서 상기 자석들은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 자기장에 형성하도록 배열된 것인 스퍼터링 시스템을 포함한다.

예 10은, 예 9의 시스템으로서, 각 턴어라운드 구획에서 상기 자석들은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 상기 자기장에 형성하도록 배열되어 타깃 표면이 회전할 때 각 곡선의 최종 타깃 부식 컴포넌트들이 서로 중첩되지 않게 구성된 것인 시스템을 포함한다.

예 11은, 예 9 또는 예 10의 시스템으로서, 상기 자석들은 각 턴어라운드 구획에 배열되되, 이 턴어라운드 구획에서 상기 자석들에 의해 형성된 상기 자기장 내 상기 적어도 2개 이상의 곡선 각각이 서로에 대해 회전된 자극을 갖는 2개의 자석 사이에 형성되도록 배열된 것인 시스템을 포함한다.

예 12는, 예 9 내지 예 11 중 어느 한 예의 시스템으로서, 상기 자석이 각 턴어라운드 구획에 배열되되, 이 턴어라운드 구획에서 상기 자석들에 의해 형성된 상기 자기장 내 상기 적어도 2개 이상의 곡선 각각이 서로에 대해 적어도 90도 회전된 자극을 갖는 2개 이상의 자석 사이에 형성되도록 배열된 것인 시스템을 포함한다.

예 13은, 예 9 내지 예 12 중 어느 한 예의 시스템으로서, 상기 자석들의 개별 선형 어레이는 상기 요크 상에 반경방향 패턴, 계단식 패턴 또는 평탄한 패턴을 형성하도록 배열된 것인 시스템을 포함한다.

예 14는, 예 9 내지 예 13 중 어느 한 예의 시스템으로서, 상기 복수의 자석 중 적어도 하나는 적어도 하나의 다른 자석과는 상이한 형상, 사이즈, 배향 또는 자성 세기를 갖는 것인 시스템을 포함한다.

예 15는, 예 9 내지 예 14 중 어느 한 예의 시스템으로서, 상기 패턴의 외부 부분은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하되, 각 턴어라운드 구획은 상기 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있고, 상기 턴어라운드 구획들은 2개 이상의 단차를 포함하는 것인 시스템을 포함한다.

예 16은, 예 9 내지 예 15 중 어느 한 예의 시스템으로서, 상기 요크는 상기 복수의 자석에 의해 형성된 상기 패턴이 상기 요크의 설계 변경 없이 재구성될 수 있도록 구성된 것인 시스템을 포함한다.

예 17은, 상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브를 지지하고 회전시키는 구동 시스템을 더 포함하는 예 9 내지 예 16 중 어느 한 예의 시스템을 포함한다.

예 18은, 예 9 내지 예 17 중 어느 한 예의 시스템으로서, 상기 시스템은 기판이 상기 챔버를 통해 이동할 때 상기 기판에 막을 증착하는 것과 관련된 플라즈마를 상기 챔버 내에 형성하도록 구성된 것인 시스템을 포함한다.

예 19는, 기판에 물질을 스퍼터링하는 방법으로서, 상기 방법은, 타깃 표면을 포함하는 세장형의 회전가능한 원통형 튜브 내에 배치된 마그네트론 조립체의 일부로서 자석의 패턴을 형성하는 단계; 챔버에 상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브를 장착하는 단계; 상기 챔버에 진공을 유지하는 단계; 상기 챔버 내에서 상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브를 회전시키는 단계; 상기 마그네트론 조립체를 사용하여 상기 타깃 표면에 자속을 공급하는 단계; 및 상기 타깃 표면 부근 상기 챔버 내에서 상기 기판을 이동시키는 단계를 포함하고; 상기 마그네트론 조립체는 복수의 자석; 및 상기 복수의 자석을 적어도 4개의 직선의, 평행한, 독립적인 선형 어레이로 홀딩하도록 구성된 요크를 포함하고; 상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 주변을 실질적으로 둘러싸고; 상기 선형 어레이의 단부 부분들은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하고, 각 턴어라운드 구획은 상기 외부 부분의 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있고; 각 턴어라운드 구획에서 상기 자석들은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 자기장에 형성하도록 배열된 것인 방법을 포함한다.

예 20은, 예 19의 방법으로서, 각 턴어라운드 구획에서 상기 자석들은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 상기 자기장에 형성하도록 배열되어 타깃 물질이 회전할 때 각 곡선의 최종 타깃 부식 컴포넌트들이 서로 중첩되지 않게 구성된 것인 방법을 포함한다.

Claims

마그네트론 조립체로서,
복수의 자석; 및
상기 복수의 자석을 적어도 4개의 직선의, 평행한, 독립적인 선형 어레이(linear array)로 홀딩하도록 구성된 요크(yoke)를 포함하되;
상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 주변을 실질적으로 둘러싸며;
상기 선형 어레이의 단부 부분들은 한 쌍의 턴어라운드 구획(turnaround section)을 포함하고, 각 턴어라운드 구획은 상기 외부 부분의 한 쌍의 세장형 구획(elongated section)의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있으며;
각 턴어라운드 구획에 있는 상기 자석들은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 자기장에 형성하도록 배열된 것인 마그네트론 조립체.
제1항에 있어서, 각 턴어라운드 구획에 있는 상기 자석들은 상기 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 상기 자기장에 형성하도록 배열되어, 타깃 물질이 회전할 때 각 곡선의 최종 타깃 부식 컴포넌트들(resulting target erosion components)이 서로 중첩되지 않도록 구성된 것인 마그네트론 조립체.
제1항에 있어서, 상기 자석들은 각 턴어라운드 구획에 배열되되, 이 턴어라운드 구획에서 상기 자석들에 의해 형성된 상기 자기장 내 상기 적어도 2개 이상의 곡선 각각이 서로에 대해 회전된 자극을 갖는 2개의 자석 사이에 형성되도록 배열된 것인 마그네트론 조립체.
제1항에 있어서, 상기 자석들은 각 턴어라운드 구획에 배열되되, 이 턴어라운드 구획에서 상기 자석들에 의해 형성된 상기 자기장 내 상기 적어도 2개 이상의 곡선 각각이 서로에 대해 적어도 90도 회전된 자극을 갖는 2개 이상의 자석 사이에 형성되도록 배열된 것인 마그네트론 조립체.
제1항에 있어서, 상기 자석들의 개별 선형 어레이는 상기 요크 상에 반경방향 패턴, 계단식 패턴 또는 평탄한 패턴을 형성하도록 배열된 것인 마그네트론 조립체.
제1항에 있어서, 상기 복수의 자석 중 적어도 하나는 적어도 하나의 다른 자석과는 상이한 형상, 사이즈, 배향 또는 자성 세기를 갖는 것인 마그네트론 조립체.
제1항에 있어서, 상기 패턴의 상기 외부 부분은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하되, 각 턴어라운드 구획은 상기 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있고, 상기 턴어라운드 구획들은 2개 이상의 단차(step)를 포함하는 것인 마그네트론 조립체.
제1항에 있어서, 상기 요크는 상기 복수의 자석에 의해 형성된 상기 패턴이 상기 요크의 설계 변경 없이 재구성될 수 있도록 구성된 것인 마그네트론 조립체.
스퍼터링 시스템으로서,
기판이 이동하는 챔버; 및
음극 조립체를 포함하되,
상기 음극 조립체는, 상기 챔버에 장착되고 타깃 표면을 가진 세장형의 회전가능한 원통형 튜브; 및
상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브 내에 위치된 마그네트론 조립체를 포함하고, 상기 마그네트론 조립체는,
복수의 자석; 및
상기 복수의 자석을 적어도 4개의 직선의, 평행한, 독립적인 선형 어레이로 홀딩하도록 구성된 요크를 포함하며;
상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 주변을 실질적으로 둘러싸며;
상기 선형 어레이의 단부 부분들은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하고, 각 턴어라운드 구획은 상기 외부 부분의 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있으며;
상기 각 턴어라운드 구획에서 상기 자석들은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 자기장에 형성하도록 배열된 것인 시스템.
제9항에 있어서, 각 턴어라운드 구획에서 상기 자석들은 상기 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 상기 자기장에 형성하도록 배열되어, 상기 타깃 표면이 회전할 때 각 곡선의 최종 타깃 부식 컴포넌트들이 서로 중첩되지 않도록 구성된 것인 시스템.
제9항에 있어서, 상기 자석들은 각 턴어라운드 구획에 배열되되, 이 턴어라운드 구획에서 상기 자석들에 의해 형성된 상기 자기장 내 상기 적어도 2개 이상의 곡선 각각이 서로에 대해 회전된 자극을 갖는 2개의 자석 사이에 형성되도록 배열된 것인 시스템.
제9항에 있어서, 상기 자석들은 각 턴어라운드 구획에 배열되되, 이 턴어라운드 구획에서 상기 자석들에 의해 형성된 상기 자기장 내 상기 적어도 2개 이상의 곡선 각각이 서로에 대해 적어도 90도 회전된 자극을 갖는 2개 이상의 자석 사이에 형성되도록 배열된 것인 시스템.
제9항에 있어서, 상기 자석들의 개별 선형 어레이는 상기 요크 상에 반경방향 패턴, 계단식 패턴 또는 평탄한 패턴을 형성하도록 배열된 것인 시스템.
제9항에 있어서, 상기 복수의 자석 중 적어도 하나는 적어도 하나의 다른 자석과는 상이한 형상, 사이즈, 배향 또는 자성 세기를 갖는 것인 시스템.
제9항에 있어서, 상기 패턴의 상기 외부 부분은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하되, 각 턴어라운드 구획은 상기 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있고, 상기 턴어라운드 구획들은 2개 이상의 단차를 포함하는 것인 시스템.
제9항에 있어서, 상기 요크는 상기 복수의 자석에 의해 형성된 상기 패턴이 상기 요크의 설계 변경 없이 재구성될 수 있도록 구성된 것인 시스템.
제9항에 있어서, 상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브를 지지하고 회전하는 구동 시스템을 더 포함하는 시스템.
제9항에 있어서, 상기 시스템은 상기 기판이 상기 챔버를 통해 이동할 때 상기 기판에 막을 증착하는 것과 관련된 플라즈마를 상기 챔버 내에 형성하도록 구성된 것인 시스템.
기판에 물질을 스퍼터링하는 방법으로서, 상기 방법은,
타깃 표면을 포함하는 세장형의 회전가능한 원통형 튜브 내에 배치된 마그네트론 조립체의 일부로서 자석의 패턴을 형성하는 단계;
챔버에 상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브를 장착하는 단계;
상기 챔버에 진공을 유지하는 단계;
상기 챔버 내에서 상기 세장형의 회전가능한 원통형 튜브를 회전시키는 단계;
상기 마그네트론 조립체를 사용하여 상기 타깃 표면에 자속을 공급하는 단계; 및
상기 타깃 표면 부근 상기 챔버 내에서 상기 기판을 이동시키는 단계를 포함하되;
상기 마그네트론 조립체는,
복수의 자석; 및
상기 복수의 자석을 적어도 4개의 직선의, 평행한, 독립적인 선형 어레이로 홀딩하도록 구성된 요크를 포함하고;
상기 복수의 자석은 외부 부분과 내부 부분을 포함하는 패턴을 형성하도록 상기 요크에 배열되고, 상기 외부 부분은 상기 내부 부분의 주변을 실질적으로 둘러싸며;
상기 선형 어레이의 단부 부분들은 한 쌍의 턴어라운드 구획을 포함하고, 각 턴어라운드 구획은 상기 외부 부분의 한 쌍의 세장형 구획의 각 단부에 실질적으로 걸쳐 있으며; 그리고
각 턴어라운드 구획에 있는 상기 자석들은 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 자기장에 형성하도록 배열된 것인 방법.
제19항에 있어서, 각 턴어라운드 구획에 있는 상기 자석들은 상기 타깃 회전축을 따라 각각으로부터 오프셋된 적어도 2개 이상의 상이한 곡선을 상기 자기장에 형성하도록 배열되어, 타깃 물질이 회전할 때 각 곡선의 최종 타깃 부식 컴포넌트들이 중첩되지 않게 구성된 것인 방법.