KR20150052359A - 기판 코팅 방법 및 코팅 장치 - Google Patents

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KR20150052359A
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Abstract

하나 이상의 캐소드 조립체(10)를 구비하는 기판(100)을 코팅하는 방법이 제공된다. 캐소드 조립체는 내부에 위치하는 하나 이상의 자석 조립체(25)를 구비하는 회전가능한 타겟(20)을 갖는다. 상기 방법은 상기 하나 이상의 자석 조립체가 미리결정된 제 1 시간 간격 동안 상기 기판으로부터 수직하게 상기 회전가능한 타겟의 축(21)으로 연장되는 평면(22)에 대해 비대칭으로 정렬되도록 제 1 위치에 상기 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 미리결정된 제 2 시간 간격 동안 상기 평면에 대해 비대칭으로 정렬되는 제 2 위치에 상기 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 단계와, 코팅되는 동안의 시간에 걸쳐서 변화되는 회전가능한 타겟에 전압을 제공하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 의하면, 회전가능한 곡선형 타겟을 구비하는 하나 이상의 캐소드 조립체와, 그리고 상기 하나 이상의 캐소드 조립체의 상기 회전가능한 곡선형 타겟 내에 위치되는 2개의 자석 조립체를 포함하는 기판을 코팅하기 위한 코팅 장치가 제공된다.

Description

기판 코팅 방법 및 코팅 장치{METHOD FOR COATING A SUBSTRATE AND COATER}
본 발명은 기판을 코팅하기 위한 방법 및 기판을 코팅하기 위한 코팅 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 특히 스퍼터링(sputtering)에 의해 기판을 코팅하기 위한 방법 및 기판을 코팅하기 위한 코팅 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 타겟(target)이 통상적으로 회전가능한 타겟인 마그네트론 스퍼터링에 관한 것이다. 보다 더 구체적으로, 이러한 방법 및 코팅 장치는 정적 스퍼터링 증착(static sputtering deposition)에 관한 것이다. 본 발명은 특히 증착, 패터닝, 및 기판 및 코팅의 처리에 사용되는 장비, 프로세스 및 재료에 관련된 기판 코팅 기술 솔루션에 관한 것이며, 대표적인 실례는: 반도체 및 유전체 물질 및 소자, 실리콘 기반 웨이퍼, 평판 디스플레이(예컨대 TFTs), 마스크 및 필터, 에너지 변환 및 저장(예컨대, 광전지, 연료전지, 및 배터리), 반도체를 이용한(solid-state) 발광소자(예컨대, LEDs 및 OLEDs), 자석 및 광학 저장, 마이크로 전자기계적 시스템(MEMS) 및 나노 전자기계적 시스템(NEMS), 마이크로-광학 및 광-전자-기계적 시스템(NEMS), 마이크로-광학 및 광전자 소자, 투명 기판, 건축용 및 자동차용 유리, 금속 및 폴리머 포일용 금속화 시스템 및 패키징, 그리고 마이크로 및 나노 몰딩에 관련된 응용 분야를 포함한다(그러나 이에 제한되지는 않음).
많은 응용 분야에서, 기판상에 코팅 물질의 박층을 증착하는 것이 요구된다. 층을 증착하기 위한 공지된 기술들은 특히 증발 및 스퍼터링이다.
스퍼터링은 기판의 표면상에 여러 물질들의 박막들을 증착시키는데 사용되는 진공 코팅 프로세스이다. 예를 들면, 스퍼터링은 알루미늄 또는 세라믹의 박층과 같은 금속층을 증착하는데 사용될 수 있다. 스퍼터링 프로세스 동안, 높은 전압에 의해 가속화되는 불활성 가스 또는 반응성 가스의 이온들을 타겟의 표면에 퍼부음으로써 코팅 물질로 이루어지는 타겟으로부터 코팅될 기판으로 코팅 물질이 운반된다. 타겟의 외부면에 가스 이온들이 부딪힐 때, 가스 이온들의 모멘텀이 코팅 물질의 원자들에 전달되어, 코팅 물질의 원자들 중 일부가 그들의 결합 에너지를 극복하기에 충분한 에너지를 얻을 수 있어서, 타겟 표면으로부터 탈출하고 그리고 기판상에 증착된다. 그 결과, 이들은 원하는 물질의 막을 형성한다. 증착된 막의 두께는, 특히, 스퍼터링 프로세스에 기판을 노출시키는 지속 시간에 좌우된다.
증착된 층의 품질을 더 향상시키는 것이 계속되고 있는 요구이다. 기판에 층을 코팅하는 경우 기판상에 높은 균질성(homogeneity)의 층을 갖는 것이 바람직하다. 특히, 기판상의 증착된 층의 두께는 전체 기판에 걸쳐 가능한 한 균일한 것이 바람직하다. 층의 성장된 결정 구조, 비저항(specific resistance), 및 응력과 같은 특성면에서 높은 정도의 균질성을 갖는 것이 또한 바람직하다. 예를 들면, 금속화된 층의 제조에 있어서, 층의 두께에 따라 신호 딜레이(signal delay)가 좌우되어, 예컨대 디스플레이의 제조 시에, 변화하는 두께는 다소 상이한 시점ㄴ에서 에너지화되는(energized) 픽셀들을 초래할 수 있다. 상이한 위치들에서 동일한 결과를 달성하기 위해, 층을 에칭할 때 균일한 층 두께에 의존하는 것이 또한 중요하다.
증착된 층의 이러한 특성들을 향상시키기 위해, 스퍼터링 중에 회전가능한 타겟 내부에서 자석을 뒤흔드는(wiggle) 것이 제안되었다. 즉, 마그네트론 스퍼터 캐소드(magnetron sputter cathode)의 자석이 제로-위치 둘레에서 어떤 최대 외부 위치들 사이에서 일정한 각 속도(angular velocity)로 일정하게 이동되는 것이 제안되었다.
그러나, 이는 여전히 향상될 수 있는 균질성을 초래하는 것으로 밝혀졌다.
상기를 고려하여, 기판을 코팅하는 방법 및 기판을 코팅하는 코팅 장치가 제공된다.
일 양상에 의하면, 하나 이상의 캐소드 조립체를 이용하여 기판을 코팅하는 방법이 제공된다. 상기 캐소드 조립체는 내부에 위치되는 하나 이상의 자석 조립체를 구비하는 회전가능한 타겟을 갖는다. 상기 방법은 상기 하나 이상의 자석 조립체가 상기 기판으로부터 수직하게 상기 회전가능한 타겟의 축으로 연장되는 평면에 대해 비대칭으로 정렬되도록, 미리결정된 제 1 시간 간격 동안 상기 하나 이상의 자석 조립체를 제 1 위치에 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 미리결정된 제 2 시간 간격 동안 상기 평면에 대해 비대칭으로 정렬되는 제 2 위치에 상기 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 단계와, 그리고 코팅되는 동안의 시간에 따라 변화되는 전압을 상기 회전가능한 타겟에 제공하는 단계를 더 포함한다.
다른 양상에 따르면, 기판을 코팅하기 위한 코팅 장치는 회전가능한 곡선형 타겟을 갖는 하나 이상의 캐소드 조립체와, 그리고 상기 하나 이상의 캐소드 조립체의 상기 회전가능한 곡선형 타겟 내에 위치되는 2개의 자석 조립체를 구비한다. 2개의 자석 조립체들 사이의 거리는 변화될 수 있다.
추가의 양상들, 세부 사항, 장점 및 특징들은 종속 청구항, 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 명확하다.
실시예들은 또한 각각의 개시된 방법을 실행하고 각각의 기재된 방법의 단계를 실시하기 위한 장치 부품들을 포함하는 장치에 관한 것이다. 이들 방법의 단계들은 하드웨어 컴포넌트, 적절한 소프트웨어에 의한 컴퓨터 프로그램에 의해, 이 둘의 임의의 조합에 의해, 또는 임의의 다른 방식으로 실행될 수 있다. 더욱이, 실시예들은 또한 기재된 장치가 작동되게 하는 방법 또는 기재된 장치가 제조되게 하는 방법들에 관한 것이다. 이것은 이 장치의 기능들을 실행하고 또는 장치의 부품들을 제조하기 위한 방법 단계들을 포함한다.
본 발명의 다른 보다 상세한 양상들에서 명시되는 상기한 바의 일부가 하기의 상세한 설명에 기재되고 도면을 참조로 부분적으로 도해될 것이다.
도 1, 도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 4는 여기 기재된 실시예들에 따른 기판 코팅 방법을 도해하는 코팅 장치의 개략적인 횡단면도이고;
도 5는 여기 기재된 실시예들에 따른 코팅 장치의 개략적인 횡단면도이며;
도 6은 여기 기재된 실시예들에 따른 증착된 층의 균일성과 자석 조립체들의 각위치(angular position) 사이의 관계를 보여주는 개략적인 다이어그램이고;
도 7은 여기 기재된 실시예들에 따른 증착된 층의 균일성과 전체 코팅 시간에 대한 대기 시간의 비 사이의 관계를 보여주는 개략적인 다이어그램이며;
도 8은 여기 기재된 실시예들에 따른 캐소드 조립체에 인가되는 방형파(square wave) 전압을 예시적으로 보여주는 개략적인 다이어그램이고;
도 9는 여기 기재된 실시예들에 따른 캐소드 조립체에 인가되는 사인 전압을 예시적으로 보여주는 개략적인 다이어그램이며;
도 10은 기판을 코팅하기 위해 위치되는 캐소드 조립체들의 배열의 개략적인 횡단면도이고; 그리고
도 11은 여기 기재된 실시예들에 따른 결과적인 증착 프로파일을 보여주는 개략적인 다이어그램이다.
도면에 대한 하기의 설명 내에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 지시한다. 일반적으로, 개별적인 실시예에 대한 차이점들만이 기재된다.
여기서 설명하는 바와 같은 물질로 기판을 코팅하는 프로세스는 통상적으로 박막 응용 분야에 관한 것이다. "코팅(coating)"이라는 용어 및 "증착(depositing)"이라는 용어는 여기에서 동의어로 사용된다. 여기에 설명되는 실시예들에서 사용되는 통상적인 코팅 프로세스는 스퍼터링(sputtering)이다.
일반적으로, 스퍼터링은 다이오드 스퍼터링 또는 마그네트론 스퍼터링으로 실시될 수 있다. 마그네트론 스퍼터링은 그 증착률이 다소 높다는 점에서 특히 유리하다. 통상적으로, 자석은 회전가능한 타겟 내에 위치된다. 여기에서 사용되는 바와 같은 회전가능한 타겟은 통상적으로 회전가능한 곡선형 타겟(rotatable curved target)이다. 타겟 표면 바로 아래 생성되는, 생성된 자기장 내부에 자유 전자들을 포획(trap)하기 위해, 타겟 뒤에, 즉 회전가능한 타겟의 경우 타겟의 내부에 자석 또는 자석들을 배치시킴으로써, 이들 전자들은 자기장 내에서 강제로 이동하게 되며 이탈할 수는 없다. 이로써 가스 분자들을 이온화시킬 가능성이 통상적으로 십의 몇 승만큼(by several orders of magnitude) 향상된다. 이는 또한 증착률을 크게 증가시킨다.
기판은 코팅중에 계속해서 이동될 수 있고("동적 코팅(dynamic coating)"), 또는 코팅될 기판은 코팅중에 정지한다("정적 코팅(static coating)"). 정적 코팅은 코팅을 위해 소모되는 타겟 물질의 양이 동적 코팅에 비해 더 적다는 점에서 유리한데, 그 이유는 동적 코팅의 경우 기판 홀더가 또한 종종 코팅되기 때문이다. 정적 코팅은 특히 대면적 기판의 코팅을 가능하게 한다. 이 기판은 코팅 영역으로 들어가며, 코팅이 실행되고, 그리고 기판이 다시 코팅 영역으로부터 꺼내어진다.
스퍼터링은 디스플레이 제조에 사용될 수 있다. 보다 상세히, 스퍼터링은 전극 또는 버스(bus)의 생성과 같은 금속화를 위해 사용될 수 있다. 이 스퍼터링은 또한 박막 트랜지스터(TFTs)의 생성을 위해 사용된다. 이것은 또한 ITO(인듐 주석 산화물) 층의 생성을 위해 사용될 수 있다.
스퍼터링은 또한 박막 태양 전지의 제조에 사용될 수 있다. 일반적으로, 박막 태양 전지는 백 콘택(back contact), 흡수층, 및 투명 전도성 산화물층(TCO)을 포함한다. 통상적으로, 백 콘택 및 TCO 층은 스퍼터링에 의해 제조되는데 반해, 흡수층은 통상적으로 화학 기상 증착 프로세스로 제조된다.
화학 기상 증착과 같은 증발 프로세스(evaporation process)와 비교하여, 스퍼터링은 증발될 수 없는 물질이 또한 스퍼터링될 수 있다는 점에서 유리하다. 또한, 기판에 대한 제조된 층의 접착은 통상적으로 증발 프로세스에서보다 스퍼터링 프로세스에서 더 강하다. 또한, 스퍼터링은 방향성 프로세스(directional process)이어서, 물질의 대부분이 기판으로 전달되며, 그에 따라 (증발 응용 분야에서와 같이) 증착 장치의 내부를 코팅하지 않는다.
여기에서 사용되는 바와 같은 용어 "기판"은 예컨대 웨이퍼 또는 유리판과 같은 비가요성 기판과 그리고 예컨대 웨브(web) 및 포일(foil)과 같은 가요성 기판 모두를 포함할 것이다. 통상적으로, 본 발명은 정적 코팅에 대한 것이다. 대부분의 경우에, 기판은 예컨대 태양 전지의 제조에 사용되는 유리판과 같은 비가요성 기판이다. 용어 "코팅"은 특히 스퍼터링을 포함할 것이다. 따라서, 여기에 기재되는 바와 같은 코팅 장치는 통상적으로 스퍼터 장치(sputter apparatus)이며 캐소드 조립체(cathode assembly)는 스퍼터 캐소드(sputter cathode)이다.
여기서 사용되는 바와 같은 용어 "자석 조립체"는 자기장을 생성할 수 있는 유닛이다. 통상적으로, 자석 조립체는 영구 자석으로 이루어진다. 이러한 영구 자석은 통상적으로 회전가능한 타겟 내에 배치되어, 자유 전자들이 회전가능한 타겟 표면 아래에 생성되는, 생성된 자기장 내에 포획(trapping)된다. 많은 실시예에서, 자석 조립체는 자석 요크(magnet yoke)를 포함한다. 일 양상에 따르면, 자석 조립체는 회전가능한 튜브 내에서 이동가능할 수 있다. 자석 조립체를 이동시킴으로써, 보다 구체적으로 회전 중심으로서 회전가능한 튜브의 축을 따라 자석 조립체를 회전시킴으로써, 스퍼터링되는 물질이 상이한 방향들로 지향될 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 회전가능한 타겟에 인가되는 전압은 시간에 걸쳐서 가변된다. 즉, 일정하지 않은 전압이 회전가능한 타겟에 인가된다. 통상적으로, 자석 조립체 위치에 따라 스퍼터 파워(sputter power)가 변화된다. 특히, 스퍼터 파워는 보통은 회전가능한 타겟에 인가되는 전압에 직접적으로 대응된다. 0 V에 근접하는 값은 별개로 하고, 인가되는 전압과 스퍼터 파워 사이의 관계는 제 1 어림(approximation)에서 선형적이다. 따라서, 스퍼터 파워가 시간에 걸쳐서 변화된다고 말할 수도 있다.
도 1은 기판(100)이 기판 홀더(110) 상에 위치되는 것을 개략적으로 도해한다. 이 기판(100) 위에 캐소드 조립체(10)의 회전가능한 타겟(20)이 위치된다. 회전가능한 타겟에는 음전위가 인가된다. 회전가능한 타겟(20) 내부에 위치되는 자석 조립체(25)가 개략적으로 도시된다. 많은 실시예에서, 양전위가 인가되는 애노드(도 1에 도시 안됨)가 회전가능한 타겟에 근접하여 위치된다. 이러한 애노드는 바아(bar)의 형상을 가질 수 있으며, 이 바아의 축은 통상적으로 각을 이룬(angular) 튜브의 축에 평행하게 배치된다. 다른 실시예에서, 별도의 바이어스 전압(bias voltage)이 기판에 인가될 수 있다. 여기에 사용되는 바와 같은 "자석 조립체를 위치시키는 것"은 일반적으로 어떤 일정한 위치에 배치되는 자석 조립체를 사용하여 코팅 장치를 작동시키는 것으로 이해되어야 한다.
여기 기재된 실시예들에서 사용되는 바와 같은 통상의 영구 자석은 2개의 자기 북극 및 하나의 자기 남극을 갖는다. 이들 극(pole)들은 자석 조립체의 표면을 각각 나타낸다. 이들 표면들은 통상적으로 회전가능한 타겟의 내부로부터 회전 가능한 타겟을 면한다(face).
많은 경우, 하나의 극은 중앙에 위치되는 반면, 2개의 반대 극들은 중앙의 극에 인접하게 배치된다. 도 1에는 이러한 상황을 도해하기 위해 자석 조립체(25)의 확대도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 남극이 중앙에 위치되는 한편, 북극들은 남극을 둘러싸고 있다(enframe). 극 표면의 형상은 이들 극이 내부에 위치되는 회전가능한 곡선형 타겟의 곡률에 맞추어질 수 있다. 많은 실시예에서, 각각의 극의 표면은 평면을 형성한다. 자극들의 평면들은 통상적으로 평행하지 않다. 그러나, 중앙에 배치되는 극의 표면에 의해 형성되는 평면은 외부 자극의 극들에 의해 형성되는 평면의 배향의 통상적으로 정확히 중앙에 있는 배향을 갖는다. 보다 수학적인 용어로, 외부 극 표면의 추가된 수직 벡터 성분들의 합계가 정확히 내부 극 표면의 수직 벡터 성분이 된다.
이러한 설명에서 "수직"이라는 용어는 도 1에 도시된 바와 같은 수직 배향을 말한다. 보다 일반적인 용어로, "수직"이라는 용어는 기판의 배향을 말한다. 즉, "자석 조립체가 비-제로(non-zero) 위치에 위치된다"는 문구는 자석 조립체의 모든 극 표면들의 벡터 합으로서 규정되는 평균적인 표면(mean surface)이 기판 표면의 배향과 상이한 배향을 갖는 상황을 나타낸다.
기판의 표면은 도시된 도면에서 수평하게 배치되는 평면을 형성한다. 일반적으로 기판으로부터 수직하게 회전가능한 타겟의 축으로 연장하는 평면을 생각할 수 있다. 많은 실시예에서, 이러한 평면은 기판 홀더에 또한 수직하다. 이러한 평면은 여기에서 "기판-타겟 상호연결 평면"으로 지칭될 것이다. 도 1, 도 3a 및 도 3b에서, 이러한 평면은 수직으로 배치된 점선(22)으로 예시적으로 도시된다.
도면들에 도시된 실시예들이 수평으로 배치된 기판 위에 배치되는 회전가능한 타겟을 도해하고 기판-타겟 상호연결 평면의 정의가 이들 실시예에 대해 도해적으로 설명되었지만, 공간 내에서의 기판의 배향은 또한 수직일 수 있는 것으로 언급될 것이다. 특히, 대면적 코팅을 고려하여, 기판이 수직으로 배향된다면 기판의 운반과 핸들링이 단순해지고 용이해질 수 있다. 다른 실시예들에서, 수평 배향과 수직 배향 사이의 어딘가에 기판을 배치하는 것이 가능할 수도 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 자석 조립체는 미리결정된 시간 간격동안 기판-타겟 상호연결 평면에 대해 비대칭으로 정렬된다. "약간의 시간 동안(for some time) 비대칭으로 정렬되는 자석 조립체를 위치시키는 것"이라는 구문은 자석 조립체를 비대칭으로 위치시키고 정확히 이러한 위치에 자석 조립체를 약간의 시간 동안 유지시키는 것으로 이해될 것임에 유의해야 한다. 통상적으로, 이러한 미리결정된 시간 간격은 0.1초보다 크고, 보다 통상적으로 1초, 보다 통상적으로 10초보다 크며, 그리고 보다 더 통상적으로 30초보다 크다.
통상적으로, 회전가능한 곡선형 타겟은 실린더의 형상을 갖는다. 실린더 내에서 자석 조립체와 같은 요소들의 각위치를 특정하기 위해서, 원통 좌표계를 참조할 수 있다. 본 발명에서, 각위치에 대한 특별한 관심을 고려해 볼 때, 위치의 표시를 위해 각도가 사용된다. 본 발명 내에서, 제로(0) 각도 위치(angle position)는 기판에 가장 근접한 회전가능한 타겟 내부의 위치로서 정의될 것이다. 따라서, 제로 각도 위치는 통상적으로 최단 거리의(direct) 기판 타겟 연결 평면(22) 내에 놓인다.
본 발명의 양상들에 따르면, 자석 조립체는 미리결정된 시간 간격동안 회전가능한 타겟 내에서 비-제로 각도 위치에 위치된다. 이것은 도 2에 도해된 것이다. 보다 구체적으로, 이는 자석 조립체(25)가 제로 각도 위치에 대해 -α의 각도로 위치되는 도 3a에 또한 도시된다. 그 후, 자석 조립체는 제 2 비-제로 각도 위치로 이동된다. 도 3b는 자석 조립체가 미리결정된 시간 간격동안 제로 각도 위치에 대해 +α의 각도로 위치되는 실시예를 도시한다. 여기에 기재된 바와 같이, 음의 각도는 좌측으로의 편향을 말할 것인 반면, 양의 각도는 우측으로의 편향을 말할 것이다.
자석 조립체를 비-제로 각도 위치에 위치시키는 결과로서, 즉 기판-타겟 상호연결 평면과 비대칭으로 정렬시킨 결과로서, 기판에 가장 근접한 타겟 표면 위의 영역에가 아니라 측면으로 배치되는 영역에 플라즈마가 생성된다. 따라서, 스퍼터 변화(sputter variance)가 증가되어, 자석 조립체의 이러한 경사진 위치가 코팅룸 내부의 벽 또는 기판 홀더와 같이 코팅되어서는 안 되는 영역의 보다 높은 코팅률을 초래할 수 있다. 다시 말해, 이는 그에 따라 감소된 효율을 초래할 수 있다.
이러한 상황에도 불구하고, 놀랍게도 본 발명의 발명자들은 최단 거리의 기판 타겟 연결 평면과 비대칭으로 정렬되는 자석을 위치시킴으로써 기판상에 증착된 층의 균질성이 증가될 수 있음을 발견하였다. 이 층의 균질성에 대해 논할 때, 이는 주로 기판상의 코팅된 영역 전체에 걸친 층 두께, 결정 구조, 비저항(specific resistance), 및 층의 응력의 균일성으로 이해될 것이다.
일 양상에 따르면, 기판을 코팅할 때, 자석 조립체는 미리결정된 제 1 시간 간격 동안 제 1 비-제로 각도 위치에 위치된다. 그 후, 자석 조립체는 제 2 비-제로 각도 위치로 이동되어 그곳에서 미리결정된 제 2 시간 간격 동안 유지된다. 통상적으로, 미리결정된 제 1 시간 간격, 즉 자석 조립체가 제 1 비-제로 각도 위치에 유지되는 동안의 시간 간격과, 미리결정된 제 2 시간 간격, 즉 자석 조립체가 제 2 비-제로 각도 위치에 위치되는 시간 간격은 동일하다. 또한, 실시예들에 따르면, 제 1 위치와 제 2 위치의 각도의 절대값은 동일하다. 통상적으로, 제 2 위치는 최단 거리의 기판 타겟 연결 평면에 거울반사된 제 1 위치에 대응한다.
이러한 상황은 도 3a 및 도 3b에 개략적으로 도시되는데, 여기서 자석 조립체(25)는 도 3a의 실시예에서 제 1 위치에 위치되며, 즉 최단 거리의 기판 타겟 연결 평면에 대해 -α의 각도로 위치된다. 도 3b에서, 자석 조립체(25)는 최단 거리의 기판 타겟 연결 평면에 대해 각도 α로 정의되는 제 2 위치에 위치된다. 전압의 도해는 도면들의 증가된 명확성을 위해 도면들 중 일부에만 도시된다. 그러나, 작동시 통상적으로 캐소드 조립체에 음의 전압이 인가됨이 이해될 것이다.
자석이 이동되는 경우, 때때로 전기장, 즉 전압이 감소되거나 스위치 오프(switch off)된다면, 균일성이 더 증가될 수 있음을 알게 되었다. 이는 놀라운 일인데, 그 이유는 좌측 최대 각도와 우측 최대 각도 사이에서 흔들리는(wobble) 자석이 끊임없이 이동하는 동안 스퍼터링하는 것이 제안되었기 때문이다. 이러한 개념(teaching)에도 불구하고, 본 발명의 발명자들은 자석 조립체가 제 1 위치도 제 2 위치도 아닌 곳에 위치되는 때에(at those times) 스퍼터링이 중지된다면 균질성이 증가될 수 있음을 발견하였다.
많은 실시예에서, 자석이 예컨대 적어도 15°또는 심지어 25°의 각도로 외부 위치에 있을 때, 전기장이 스위치 온(switch on) 되는 경우, 최적의 균질성이 달성될 수 있다. 통상적으로, 자석 조립체는 약간의 시간 동안 외부 위치들에서 대기하고 있다. 통상적으로, 전기 전압은 자석 조립체가 외부 위치들에 있는 경우에만 스위치 온된다. 자석 조립체의 이동중에 방전(discharge)이 차단되는데, 즉 캐소드 조립체와 애노드 사이의 전기 전위차가 제로(0)에 근접하게, 또는 제로로 유지된다.
실시예들에 따르면, 하기의 방법으로 스퍼터링함으로써 기판을 코팅하는 것이 제안된다.: 자석 조립체는 회전가능한 타겟 내부의 제 1 비-제로 각도 위치에 위치되며, 그리고 그곳에서 스퍼터링을 위한 전기장이 스위치 온 된 상태에서 제 1 시간 간격 동안 유지된다. 예컨대, 자석 조립체는 각도 α로 위치될 수 있다. 둘째로, 제 1 시간 간격이 경과한 후, 자석 조립체는 제 2 비-제로 각도 위치로 이동되며, 이에 따라 통상적으로 제로 각도 위치를 통과한다. 이동하는 동안, 전기장은 스위치 오프된다. 셋째로, 자석 조립체는 전기장이 다시 스위치 온 된 상태에서 제 2 시간 간격 동안 제 2 비-제로 각도 위치에 유지된다. "전기장이 스위치 온 된다" 라는 문구는 캐소드 조립체 및 애노드에 전압이 인가되는 것으로 이해된다.
실시예들에 따르면, 인가되는 전압은 제 1 시간 간격 및/또는 제 2 시간 간격 동안 일정하다. 인가되는 전압은 자석 조립체가 제 1 위치에 있는 때에 그리고 자석 조립체가 제 2 위치에 있는 때에 통상적으로 동일하다.
통상의 실시예들에 따르면, 기판 타겟 상호연결 평면과 비대칭으로 정렬되는 자석 조립체를 위치시키는 것은 제로 각도 위치에 대해 15°내지 45°의 각도, 보다 통상적으로 15°내지 35°의 각도로 실시된다. 일부의 실험에서, 30°에 근접한 각도가 증착된 층의 최상의 균질성을 가져오는 것이 밝혀졌다. 이들 예시적인 각도값은 물론 각도의 절대값으로 이해된다.
이미 개시된 바와 같이, 자석 조립체를 제 1 및 제 2 위치에 위치시키는 것이 통상적이며, 이때 제 2 위치는 동일한 각도의 절대값을 갖지만 기판-타겟 상호연결 평면에 거울반사된 것이다.
일 양상에 따르면, 자석 조립체는 제 1 위치에 위치되고, 제 2 위치에 위치되며, 제 3 위치에 위치되고, 그리고 제 4 위치에 위치된다. 이 자석 조립체는 미리결정된 시간 간격 동안 각각의 위치에 유지되는데, 즉 미리결정된 제 1 시간 간격 동안 제 1 위치에, 미리결정된 제 2 시간 간격 동안 제 2 위치에, 미리결정된 제 3 시간 간격 동안 제 3 위치에, 그리고 미리결정된 제 4 시간 간격 동안 제 4 위치에 유지된다.
실시예들에 따르면, 제 3 및 제 4 위치와 같은, 위치들 중 2개의 각도의 절대값은 제 1 및 제 2 위치와 같은, 다른 2개의 위치들의 절대값보다 더 크다. 통상적으로, 제 2 위치는 제 1 위치와 동일한 각도의 절대값을 가지지만, 이것은 기판-타겟 상호연결 평면을 중심으로 거울반사된 것이고 및/또는 제 4 위치는 제 3 위치와 동일한 각도의 절대값을 가지지만, 이것은 기판-타겟 상호연결 평면에 거울반사된 것이다. 실시예들에 따르면, 위치시키는 순서는 위치 넘버링(numbering)에 대응하는데, 즉 자석 조립체는 먼저 제 1 위치에 위치되고, 둘째로 제 2 위치에 위치되며, 셋째로 제 3 위치에 위치되고, 그리고 넷째로 제 4 위치에 위치된다.
다른 실시예들과 결합될 수 있는 추가의 실시예들에 따르면, 전압은 미리결정된 시간 간격 동안 제 1 비-제로 값으로 유지되며, 그리고 전압은 미리결정된 시간 간격 동안 제 2 비-제로 값으로 유지된다. 제 1 비-제로 값은 선택적으로 제 2 비-제로 값보다 더 크다. 예컨대, 제 2 비-제로 전압 값은 제 1 비-제로 전압 값의 최대 80%, 또는 심지어 제 1 비-제로 전압 값의 최대 50%이다.
예컨대, 하나 이상의 자석 조립체가 제 1 위치에 및 제 2 위치에 위치되는 경우, 전압은 제 1 비-제로 값으로 유지될 수 있다. 또한, 하나 이상의 자석 조립체가 제 3 위치에 및 제 4 위치에 위치되는 경우, 전압은 제 2 비-제로 값으로 유지될 수 있다.
실시예들에 따르면, 제 2 위치는 기판-타겟 상호연결 평면을 중심으로 거울반사되는 제 1 위치에 대응하고, 및/또는 제 4 위치는 기판-타겟 상호연결 평면을 중심으로 거울반사되는 제 3 위치에 대응한다.
도 4는 여기 기재되는 실시예들에서 사용되는 바와 같은 캐소드 조립체를 보다 상세하게 예시적으로 도시한다. 도 4에 도시된 모든 요소들은 여기 기재된 다른 실시예들, 특히 도 1, 도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 5에 대해 기재된 이들의 실시예에 또한 적용될 수 있음이 이해될 것이다. 도 4에 도시된 것은 회전가능한 타겟(20)이 배킹 튜브(backing tube) 상에 위치될 수 있다는 것이다. 이 배킹 튜브는 주로 회전가능한 타겟을 장착하기 위한 것이며, 상기 회전 가능한 타겟의 물질은 스퍼터링 중에 제거될 것이다. 스퍼터링 프로세스로부터 야기되는 타겟에 대한 높은 온도를 낮추기 위해, 많은 실시예에서, 회전가능한 타겟은 그 내측의 냉각 물질 튜브(40)와 정렬된다. 통상적으로, 냉각 물질로서 물이 사용된다. 스퍼터링 프로세스에 투입되는 에너지의 대부분이 - 통상적으로 수 킬로와트 단위로(in the order of magnitude of some kilo Watts) - 타겟의 열로 전달되기 때문에, 냉각이 필수적이다. 도 4의 개략도에 도시된 바와 같이, 자석 조립체는 배킹 튜브와 냉각 물질 튜브 내부에 위치되어서, 요구되는 경우 이들 내부에서 상이한 각도 위치들로 이동될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 타겟 튜브의 전체 내부 부분이 물과 같은 냉각 물질로 채워진다.
일반적으로, 그리고 도 4의 실시예에 제한되지 않고, 자석 조립체는 타겟 튜브의 축 상에 장착될 수 있다. 여기 기재된 바와 같은 피봇 운동(pivoting movement)은 필수적인 회전력을 제공하는 전기모터에 의해 야기될 수 있다. 통상의 실시예에서, 캐소드 조립체에는 2개의 샤프트가 설비되는데, 제 1 샤프트 상에는 회전가능한 타겟 튜브가 장착된다. 이 제 1 샤프트는 캐소드 조립체의 작동시 회전된다. 제 2 샤프트에는 이동가능한 자석 조립체가 통상적으로 장착된다. 제 2 샤프트는 통상적으로 여기 기재된 바와 같은 자석 조립체의 이동을 가능하게 하도록 하는 방식으로 제 1 샤프트와 독립적으로 이동한다.
도 5는 2개의 자석 조립체(25)를 포함하는 회전가능한 곡선형 튜브를 갖는 본 발명의 일 양상을 예시적으로 도시한다. 통상적으로, 양쪽 자석 조립체는 기판 타겟 상호연결 평면에 대해 비대칭으로 정렬되어 위치되는데, 즉 이들 자석 조립체는 비-제로 각도 위치들에 위치된다. 또한, 통상적으로, 제로-각도 위치에 대한 이들의 위치의 각도는 그 절대값에 관하여 동일하다. 타겟 튜브당 단 하나의 자석 조립체를 제공하는 것과 비교하여, 이러한 구성은 양쪽 자석 조립체에 인접한 타겟 표면의 전방에 2개의 플라즈마가 생성되도록 할 수 있다. 따라서, 스퍼터링 효율이 증가될 수 있다. 또한, 비-제로 각도 위치에 2개의 자석 조립체를 위치시킴으로써, 이러한 구성은 코팅 장치의 작동중에 미리결정된 시간 간격 동안 비-제로 각도 위치들에 자석 조립체들을 위치시킬 때 관찰될 수 있던 증가된 균일성의 이익을 얻을 수 있다.
통상적으로, 2개의 자석은 제로 각도 위치에 대해 15°내지 45°의 절대 각도 값으로, 보다 통상적으로 25°내지 35°의 절대 각도 값으로, 또는 심지어 25°내지 30°의 절대 각도 값으로 위치된다. 통상적으로, 제로 각도 위치에 대한 양쪽 자석 조립체의 절대 각도 값은 동일하다. 2개의 자석을 그들 각각의 위치에 일정하게 배치할 수 있다. 실시예들에 따르면, 제 2 자석 조립체는 기판 타겟 상호연결 평면에 거울반사된 제 1 자석 조립체의 위치를 나타내는 위치에 위치된다.
여기에 기재되는 실시예들에 따르면, 하나 이상의 캐소드 조립체는 2개의 자석 조립체들 사이의 거리가 가변적인 상태에서 회전가능한 타겟 내부에 위치되는 2개의 자석 조립체를 포함한다. 2개의 자석 조립체 사이의 통상의 각도는 45°내지 75°, 예컨대 55°내지 65°이다. 일반적으로, 자석 조립체들의 위치는 이들의 회전가능한 타겟의 중심에 대한 거리에 관하여 변화되지 않는다. 대신, 자석 조립체들은 회전가능한 곡선형 타겟의 내부 원주를 따라 통상적으로 이동가능하다. 따라서, 각도 측면에서의 2개의 자석 조립체들 사이의 거리에 대한 표시는 회전 중심으로서의 회전가능한 타겟 중심으로부터 도출된다.
실시예들에 따르면, 자석 조립체들이 기판-타겟 상호연결 평면에 대해 상이한 각도들에 위치되는 상태에서 동일한 기판이 코팅되며, 코팅하는 동안 2개의 자석 조립체의 위치를 수정할 수 있다. 예컨대, 2개의 자석 조립체들 사이의 각도는 제 1 단계에서 15°내지 45°의 값으로, 그리고 제 2 단계에서 35°내지 90°의 값으로 설정될 수 있다(이때 이들 단계들의 순서는 역전될 수 있음). 상기한 바와 같이, 제 1 단계에서 인가되는 전압을 제 2 단계에서 인가되는 전압보다 큰 값으로 설정할 수 있다.
본 발명 내에서, 도면들은 예시적으로 도시된 기판들과 함께 코팅 장치의 개략적인 횡단면도를 도시한다. 통상적으로, 캐소드 조립체(10)는 실린더의 형상을 갖는 회전가능한 타겟을 포함한다. 즉, 이 타겟은 도면에서 볼 때 지면 안으로 그리고 지면 밖으로 연장된다. 이는 횡단면 요소로서 또한 개략적으로만 도시되는 자석 조립체들에 대해서도 마찬가지이다. 자석 조립체들은 실린더의 전체 길이를 따라 연장될 수 있다. 기술적인 이유로, 자석 조립체들은 실린더 길이의 적어도 80%, 보다 통상적으로 실린더 길이의 적어도 90%로 연장되는 것이 통상적이다.
도 6은 회전가능한 튜브 내부에 자석 조립체/자석 조립체들이 위치되는 각도 α의 절대값에 따른 증착된 층의 균일성(U) 간의 관계를 보여주는 개략도이다. 본 발명의 발명자들은 원하는 두께로부터의 편차와 관련된 증착된 층의 균일성을 나타내는 곡선이 약 30°의 각도 값까지 떨어짐을 측정하였다. 도 6의 다이어그램은 각도 α의 절대값이 더 증가된다면 균일성(U)이 다시 증가하기 시작함을 또한 보여준다. 이에 따라, 여기 기재되는 실시예들에 따르면 약 20°내지 40°, 보다 통상적으로 25°내지 35°, 또는 심지어 25°내지 30°의 범위에서 자석 조립체들을 조절하는 것이 통상적이다.
도시된 단위 "U"는 원하는 층 두께로부터 백분위 변화량으로 측정된 층의 균일성을 나타낸다. α축선과의 교차시, 백분율은 제로(0)이다. 이것은 물론 이론적인 관점에서 바람직하지만, 이와 같은 값은 거의 도달할 수 없다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 3% 미만의 균일성에 도달하게 하며, 일부 실시예에서 심지어 2%의 범위 이내의 백분율 값에 도달하게 한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 측정된 결과는 약 0.5 파스칼(Pascal)의 압력값 및 약 17.5 kW/미터의 파워를 갖는 순수한 구리의 스퍼터링 프로세스에서 측정되었다. 코팅된 기판은 대면적 기판이다.
도 7은 t_w와 t_p 사이의 비에 따른 균일성의 추가의 개략도를 도시한다. 시간 "t_w"는 예컨대 30°의 각도와 같은, 15°보다 큰 일정한 각도로 자석 조립체가 기판-타겟 상호연결 평면과 비대칭으로 정렬되어 위치되는 전체 시간을 나타낸다. 보다 상세하게, 자석 조립체는 제 1 시간 간격 동안 제 1 비-제로 각도 위치에 위치되었으며 이러한 위치로 이동된 후 제 2 시간 간격 동안 제 2 비-제로 각도 위치에 위치되었다.
시간 "t_p"는 코팅의 전체 프로세스 시간이다. 따라서, 전체 시간(t_p-t_w)에서, 완전한 전체 프로세스 시간(t_p) 동안 전위(electrical potential)가 일정한 상태에서 자석 조립체가 제 1 비-제로 각도 위치로부터 제 2 비-제로 각도 위치로 이동된다. 다시 말해, 이러한 다이어그램은 자석 조립체가 제 1 및/또는 제 2 비-제로 각도 위치에 얼마나 오래 위치되는가에 따라, 즉 최단 거리의 기판 타겟 연결 평면과 얼마나 오래 비대칭으로 정렬되는가에 따라, 기판의 균일성이 얼마나 많이 향상되는지를 보여준다. 이들 도면에서 알아볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 발명자들은 자석 조립체가 전체 프로세스 시간에 관하여 제 1 및 제 2 비-제로 각도 위치에 보다 오래 위치될수록 보다 향상된 균질성 및 특히 더 양호한 균일성이 얻어짐을 알게 되었다.
따라서, 최대 균질성은 제로-각도 위치를 벗어난 스퍼터링(off zero-angle position sputtering)에 의해 달성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이것은 통상적으로 양쪽 자석 조립체들이 비-제로 각도 위치에 위치되어 있는 상태로 회전가능한 타겟 내부에 2개의 자석을 배치시킴으로써 달성될 수 있다. 이것은 또한 약간의 시간 동안 제 1 비-제로 각도 위치에 위치되는 단 하나의 자석 조립체를 사용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 자석 조립체는 통상적으로 제 1 비-제로 각도 위치에 대해 거울반사되는 제 2 비-제로 각도 위치로 회전가능한 타겟 내에서 이동될 수 있다. 보통, 이 자석 조립체는 제 2 비-제로 각도 위치에 제 2 시간 간격 동안 머무른다.
실시예들에 따르면, 이러한 이동은 전체 이동 시간이 1초 미만, 보다 통상적으로 0.5초 미만의 범위에 있도록 높은 속도로 실시된다. 또한, 도 7의 다이어그램으로부터 명백한 바와 같이, 이동시에 타겟에 인가되는 전압을 스위치 오프할 수 있으며, 이는 균일성을 더욱 증가시킬 것이다.
도 8은 그러한 실시예들을 위해 기판과 타겟 사이에 인가되는 전압(V)을 보여주며, 이때 전압은 시간에 걸쳐(in time) 일정하지 않지만 방형파(square wave)의 형상을 갖는다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 전압은 자석 조립체가 일정한 위치에 있는 스퍼터링 중에 통상적으로 제 1 또는 제 2 시간 간격인 약간의 시간 동안 어떤 일정한 레벨을 유지한다. 이후, 전압은 어떤 시간 간격 내에서 실질적으로 감소된다. 이들 시간 간격들은 통상적으로 자석 조립체가 예컨대 제 1 비-제로 각도 위치로부터 제 2 위치로 회전가능한 타겟 내에서 이동되는 때(times)를 나타낸다.
실시예들에 따르면, 전압이 실질적으로 감소되는 때에 전압은 0V일 수 있다. 스퍼터링은 즉시 중지된다. 다른 실시예들에 따르면, 전압은 스퍼터링 프로세스를 위한 일종의 초기 전압인 어떤 임계값으로 감소될 수 있다. 예컨대, 이러한 임계 전압은 스퍼터링을 중지시킬 수 있지만 스퍼터 프로세스의 보다 용이한 재시작을 가능하게 할 수 있다. 그러나 통상적으로, 자석 조립체가 이동되는 때에, 즉 자석 조립체의 재배치 중에, 전압은 스퍼터 전압의 10% 미만의 값, 보다 통상적으로 스퍼터 전압의 5% 미만의 값으로 감소된다.
일반적으로, 상이한 형상들을 갖는 전위를 인가할 수 있다. 그러나, 통상적으로, 인가되는 전위는 자석 조립체를 위치시키는 것과 동기화된다. 예컨대, 전위는 자석 조립체의 이동 중에 최대 전위 값의 최대로 35%의 값, 보다 통상적으로는 최대로 20%의 값으로 하락할 수 있다. 예를 들면, 도 9는 사인(sine) 형상을 갖는 전위를 나타낸다. 도 9에 도시된 점선보다 전위가 큰 때에 자석 조립체가 일정한 위치들에 위치되는 실시예를 생각해 볼 수 있다. 보다 분명하게, 코팅하는 동안 회전가능한 타겟 내에 위치되는 자석 조립체들은 일측으로부터 타측으로 피봇되며(pivoted), 이때 스퍼터링 파워는 자석 조립체의 각위치에 따라 시간에 걸쳐서 변화된다.
실시예들에 따르면, 자석 조립체는 단지 기판당 한 번만 이동된다. 즉, 기판을 코팅할 때, 자석 조립체는 각각의 제 1 및 제 2 위치에 오로지 한 번만 위치된다. 다른 실시예에서, 자석 조립체는 여러 번 이동될 수 있다. 예컨대, 기판을 코팅할 때, 자석 조립체가 각각의 제 1 및 제 2 위치에 2번 위치되도록, 자석 조립체가 3번 이동될 수 있다. 이는 이동 및 이동하는 중의 스퍼터 파워의 가능한 스위치 오프로 인해 전체 프로세스 시간을 증가시킬 수 있지만, 이는 또한 증착된 층의 균질성을 더 증가시킬 수 있다.
본 발명은 특히 대면적 기판 코팅에 관한 것이다. 일반적으로, 용어 "대면적 기판"은 적어도 1500 mm × 1800 mm의 크기를 갖는 기판을 포함한다.
양상들에 따르면, 대면적 기판을 코팅하기 위해 회전가능한 곡선형 타겟을 각각 갖는 복수의 캐소드 조립체들이 제공된다. 기판을 코팅하도록 구성되는 룸(room)은 "코팅룸"으로 지칭될 것이다. 통상적으로, 각각의 코팅룸은 한 시점에 하나의 기판을 코팅하도록 구성된다. 복수의 기판들이 차례로(one after the other) 코팅될 수 있다.
많은 실시예들에서, 복수의 캐소드 조립체는 캐소드 조립체들의 배열(array)로 배치된다. 특히, 정적인 대면적 기판 증착을 위해, 규칙적으로 배치되는 캐소드 조립체의 1차원 배열을 제공하는 것이 통상적이다. 통상적으로, 캐소드 조립체의 개수는 코팅룸 당 2 내지 20, 보다 통상적으로 9 내지 16이다.
통상의 실시예에서, 캐소드 조립체들은 서로로부터 등거리로 이격되어 있다. 또한 회전가능한 타겟의 길이는 코팅될 기판의 길이보다 다소 긴 것이 통상적이다. 추가로 또는 대안적으로, 캐소드 배열은 기판의 폭보다 다소 넓을 수 있다. "다소(slightly)"라는 용어는 통상적으로 100% 내지 110%의 범위를 포함한다. 다소 긴 코팅 길이/다소 넓은 코팅 폭의 제공은 경계 효과(boundary effects)를 방지하는 것을 돕는다. 보통, 캐소드 조립체들은 기판으로부터 등거리로 떨어져 위치된다.
실시예들에서, 복수의 캐소드 조립체는 기판에 대해 등거리의 방식이 아니라 아크(arc)의 형상을 따라 배치된다. 내부 캐소드 조립체가 외부 캐소드 조립체보다 기판에 더 근접하여 위치되도록 아크의 형상이 정해질 수 있다. 이러한 상황은 도 10에 개략적으로 도시된다. 대안적으로, 외부 캐소드 조립체가 내부 캐소드 조립체보다 기판에 더 근접하여 위치되도록 복수의 캐소드 조립체의 위치를 한정하는 아크의 형상도 가능할 수도 있다. 스캐터링 거동(scattering behaviour)은 스퍼터링되는 물질에 좌우된다. 따라서, 응용 분야에 따라, 즉 스퍼터링될 물질에 따라, 아크 형상으로 캐소드 조립체를 제공하는 것은 균질성을 더욱 증가시킬 것이다. 아크의 배향은 응용분야에 좌우된다.
또한, 도 10은 여기 기재되는 실시예들 중 일부에서 사용될 수 있는 캐소드 조립체들 사이에 위치되는 애노드 바아(anode bar)를 예시적으로 나타낸다.
배열 실시예에 따르면, 각각의 회전가능한 타겟 내의 각각의 자석 조립체는 제 1 위치로부터 제 2 위치로 동기적으로 이동된다. 동기적인 이동은 층의 균질성을 더욱 증가시킨다.
또한, 배열 실시예에서, 복수의 회전가능한 타겟의 제 1 및 제 2 위치의 각도는 동일할 수 있다. 그러나, 상이한 회전가능한 타겟들에 대해 각도들이 상이할 수 있다. 보다 구체적으로, 이들 각도들은 기판에 대한 캐소드 조립체의 위치에 따라 상이할 수 있다. 예컨대, 외부 캐소드 조립체들 내에서 자석 조립체들이 이동되는 각도들은 내부 캐소드 조립체들의 자석 조립체들이 이동되는 각도들보다 크거나 또는 작을 수 있다. 이러한 작동 방법을 이용함으로써, 아크 배열체의 효과를 더욱 향상시킬 수 있거나, 또는 캐소드 조립체가 기판으로부터 등거리로 떨어져 위치되는 경우, 아크 위치결정(arc positioning)을 시뮬레이션할 수 있다.
회전가능한 타겟 내부의 적어도 2개의 위치에 자석 조립체를 위치시키는 것에 더하여, 대안적으로 또는 추가로 기판을 흔들 수 있다. 기판을 "흔드는 것(wobbling)" 이라는 용어는 제한된 거리 내에서 기판을 왔다갔다(back and forth) 이동시키는 것으로 이해될 것이다. 통상적으로, 기판은 미리결정된 시간 간격 동안 제 1 위치에 위치되며, 그리고 기판은 미리결정된 시간 간격 동안 제 2 위치에 위치된다. 다른 실시예들에서, 기판은 추가로 제 3 위치 및 제 4 위치에 위치될 수 있다.
하기에서, 특히 높은 균일성의 결과를 가져오는 실시예들이 기재될 것이다.
본 발명의 발명자들은 자석 조립체의 각도와 프로세스 파워를 증가시킴에 따라 아킹(arcing)이 비선형적으로 증가함을 알게 되었다. 아킹은 증착 프로세스에 해로우며 최소화되어야 한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 보다 큰 각도들이 균일성을 증가시키기 때문에, 자석 조립체를 큰 각도(예컨대 30°)로 위치시키는 것이 바람직하다. 또한, 높은 프로세스 전압은 전체 프로세싱 시간 및 비용을 감소시키는 높은 처리량(throughput)을 가능하게 한다.
본 발명의 발명자들은 이러한 처리 시간(throughput time) 및 균일성의 최적화 모두를 고려하여 특히 최적화된 방법을 발견하였다. 이로써, 고도의 균일성을 갖는 층이 수 개의 서브-층들의 중첩에 의해 얻어질 수 있고, 여기서 각각의 서브-층은 특정 전압 및 특정 각도에서 증착된다. 통상적으로, 높은 균일성을 갖는 층을 달성하기 위해, 4개의 증착 단계가 실시된다. 이러한 프로세스는 아크 발생이 없거나 미소한(few) 아크 발생만이 있는 상태로, 그리고 높은 처리 비율(throughput rate)로 실행될 수 있다. 단계들의 순서는 통상적으로 임의의 종류라도 될 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 제 1 증착 단계는 자석 조립체가 제 1 위치에 위치되고 전압이 미리결정된 제 1 시간 간격동안 제 1 전압 값으로 설정되는 상태에서 실시된다. 이어서, 자석 조립체가 제 2 위치에 위치되고, 전압이 미리결정된 제 1 시간 간격동안 제 1 전압 값으로 설정되는 제 2 증착이 후속된다. 제 2 위치는 기판-타겟 상호연결 평면을 중심으로 거울반사된 제 1 위치에 대응한다. 특히, 제 1 및 제 2 위치의 절대 각도들은 동일하다.
자석 조립체가 제 3 위치에 위치되고, 전압이 미리결정된 제 2 시간 간격동안 제 2 전압 값으로 설정되는 상태에서 추가의 증착 단계가 실행될 수 있다. 이어서, 자석 조립체가 제 4 위치에 위치되고, 전압이 미리결정된 제 2 시간 간격동안 제 2 전압 값으로 설정되는 제 4 증착이 후속될 수 있다. 통상적으로 제 4 위치는 기판-타겟 상호연결 평면을 중심으로 거울반사된 제 3 위치에 대응한다. 특히, 제 3 및 제 4 위치의 절대 각도는 동일하다.
실시예들에 따르면, 미리결정된 제 1 시간 간격 및 미리결정된 제 2 시간 간격은 동일하다. 대안적으로 또는 추가로, 미리결정된 제 3 시간 간격 및 미리결정된 제 4 시간 간격은 동일할 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같은 용어 "동일하다(identical)"는 최대로 15%의 편차를 포함하는 것으로 이해될 것이다.
실시예들에 따르면, 제 1 시간 간격은 제 2 시간 간격보다 더 길다. 예를 들면, 제 1 시간 간격은 20초 내지 1분, 예컨대 약 30초일 수 있다. 제 2 시간 간격은 최대 균일성과 수용가능한 전체 증착 시간 사이의 절충안이다. 통상적으로, 제 2 시간 간격은 30초보다 짧거나 또는 심지어 15초보다 짧다. 이러한 실시예에서, 제 1 전압 값은 제 2 전압 값보다 큰 반면, 동시에, 제 1 및 제 2 위치의 각도들의 절대값은 제 3 및 제 4 위치의 각도들의 절대값보다 작다. 통상적으로, 대부분의 물질은 제 1 전압으로 증착하는 동안 증착된다. 하나 또는 그 초과의 통상의 값들이 하기와 같이 선택될 수 있다. 제 1 전압은 통상적으로 적어도 40 kW 이다. 제 2 전압은 통상적으로 30 kW보다 작다. 제 1 각도는 통상적으로 20°보다 작다. 제 2 각도는 통상적으로 35°보다 크다.
실시예들에 따르면, 제 1 위치에 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 동안 그리고 미리결정된 시간 간격동안 제 2 위치에 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 동안 전압이 제 1 비-제로 값으로 유지된다. 추가로 또는 대안적으로, 제 3 위치에 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 동안 그리고 다른 미리결정된 시간 간격 동안 제 4 위치에 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 동안 전압이 제 2 비-제로 값으로 유지된다. 통상적으로, 제 1 비-제로 값은 제 2 비-제로 값보다 크다. 즉, 자석 조립체가 제 1, 제 2, 제 3 또는 제 4 위치 중 하나 또는 모두에 놓여 있는 때에 전압은 통상적으로 비-제로이다.
통상적으로, 전압은 자석 조립체를 재배치하는 동안 제 1 비-제로 값 또는 제 2 비-제로 값의 10% 미만의 값, 보다 통상적으로는 5% 미만의 값으로 감소된다.
도 11은 증착 프로세스 후에 측정된 수 개의 막 프로파일을 개략적으로 도시한다. y-축은 막의 높이에 대한 측량 단위(metrical unit)를 나타내는 한편, x-축은 기판의 길이에 대한 측량 단위를 나타낸다. 증착은 캐소드의 배열에 의해 실행되며, 그에 따라 각각의 증착 세팅의 결과로 일종의 사인파 형상이 나타난다.
제 1 위치에서의 자석 조립체에 의한 증착의 결과로서 막 프로파일(111)이 나타나고, 제 2 위치에서의 자석 조립체에 의한 증착의 결과로서 막 프로파일(112)이 나타난다. 이들 증착들은 상대적으로 높은 전압에서 상대적으로 작은 각도로 실시되었다(이 관계는 제 3 및 제 4 증착에 대응한다). 제 3 위치에서의 자석 조립체에 의한 증착의 결과로서 막 프로파일(113)이 나타나고, 제 4 위치에서의 자석 조립체에 의한 증착의 결과로서 막 프로파일(114)이 나타난다. 이들 증착들은 (제 1 및 제 2 위치에서의 증착에 대하여) 상대적으로 낮은 전압에서 상대적으로 높은 각도로 실시되었다.
결과적인 전체 막 프로파일은 프로파일(120)로서 도시된다. 이는 막 프로파일(111, 112, 113, 및 114)들을 갖는 4개의 증착들의 중첩이다. 개략적인 도면으로부터 명백한 바와 같이, 결과적인 프로파일은 고도의 균일성을 갖는다. 또한, 대부분의 물질 증착이 제 1 및 제 2 증착 단계 동안 실시되므로, 프로세스 시간은 만족스럽다(satisfying). 이는 높은 증착 파워, 즉 높은 전압을 요구하기 때문에, 자석 조립체의 각도는 아킹을 방지하기 위해 제 3 및 제 4 증착 단계와 비교하여 비교적 작다. 그러나, 도 11의 실례에서 볼 수 있는 바와 같이, 증착된 층(111 및 112)들 사이의 위상 차는 180°보다 작아서 잔물결(ripple)은 부분적으로만 보상된다.
결과적인 균일성의 부족은 제 3 및 제 4 증착 단계를 실행함으로써 보상된다. 이들 단계들은 제 1 및 제 2 증착 단계에 의해 산출되는 막 프로파일의 파 형상을 보상하는 것을 주요 목적으로 한다. 제 3 및 제 4 프로세스 단계에서의 자석 조립체의 각도는 비교적(comparably) 크다. 제 3 및 제 4 프로세스 단계의 전체 물질 증착은 적은데, 그 이유는 아킹을 방지하기 위해 증착 파워, 즉 전압이 비교적 작은 값으로 유지되기 때문이다. 도 11에 도시된 실례에서 볼 수 있는 바와 같이, 증착된 층(113 및 114)들의 위상 차는 180°보다 크다. 따라서, 통상적으로, 결과적인 사인파형 프로파일은 캐소드 배열 주기성 및/또는 제 1 및 제 2 증착의 층 프로파일들과 위상이 달라서 남아 있는 잔물결이 보상된다.
전술된 단계들의 순서에 대한 대안으로 임의의 순서가 가능하다. 특히, 자석 조립체의 필요한 재배치 시간을 감소시키기 위해, 먼저 제 1 및 제 3 단계를 수행하고, 다음으로 제 2 및 제 4 단계를 수행할 수 있다. 이에 따라, 자석 조립체는 제 1 단계와 제 3 단계 사이 또는 제 2 단계와 제 4 단계 사이에서 기판-타겟 상호연결 평면을 교차하지 않는다. 일반적으로, 4개의 증착의 순서는 프로세스 사이클-시간 및 형태학적 막 특성에 의해 결정된다.
여기 개시된 바와 같은 이러한 방법 및 코팅 장치는 기판상에 물질을 증착하기 위해 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 이들은 증착된 층의 높은 균일성을 가능하게 하고, 따라서 평판 디스플레이, 예컨대 TFTs와 같은 디스플레이의 제조에 사용될 수 있다. 이것은 또한 태양 전지의 제조에, 특히 박막 태양 전지의 제조에 사용될 수 있다. 향상된 균일성을 고려해 볼 때, 이들의 추가의 효과로서, 전체 재료 소모가 감소될 수 있으며, 이는 고가의 재료를 사용하는 경우 특히 바람직하다. 예를 들면, 제안된 방법 및 코팅 장치는 박막 태양 전지 또는 평판 디스플레이의 제조시 ITO(인듐 주석 산화물) 층의 증착에 사용될 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 막 분포(film distributions)는 회전가능한 타겟과 기판 사이의 상대 위치를 변화시킴으로써 형성될 수 있으며, 이때 이러한 상대 위치는 2010년 9월 30일자로 유럽 특허청에 어플라이드 머티어리얼스에 의해 출원된 "스퍼터 재료의 층을 형성하는 시스템 및 방법"이라는 출원서에 기재된 바와 같이 미리결정된 시간 간격동안 유지되며, 이 출원은 이 출원이 본 발명 및 특히 상이한 재료 분포의 형성을 설명하는 본 발명의 그러한 부분들과 모순되지 않는 범위까지 본원에 참조로 편입된다. 특히, 타겟과 기판의 상대 위치들의 변화를 기재하는 언급된 특허출원의 특정한 실시예들은 또한 본 발명에 적용가능할 것이며, 이때 타겟과 기판의 상대 위치들은 여기서 타겟 내부의 자석 조립체와 기판 사이의 상대 위치들로서 이해될 것이다.
전술한 바는 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예 및 추가의 실시예가 본 발명의 기본 범주를 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 본 발명의 범주는 하기되는 특허청구범위에 의해 결정된다.
이러한 기재된 상세한 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하기 위해 그리고 또한 임의의 당업자가 본 발명을 형성하고 사용할 수 있도록 실례들을 사용한다. 여러 가지 특정 실시예들에 관하여 본 발명이 설명되었지만, 당업자는 본 발명이 특허청구범위의 사상 및 범주 내에서 변형되어 실시될 수 있음을 알 것이다. 특히, 전술한 실시예들의 상호 비배타적인 특징들은 서로 결합될 수 있다. 본 발명의 특허가능한 범주는 특허청구범위에 의해 한정되며, 당업자에게 안출되는 다른 실례들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 실례들은, 이들이 특허 청구범위의 문언과 상이하지 않은 구조적 요소를 구비한다면, 또는 이들이 특허청구범위의 문언과 미약한 차이를 갖는 균등한 구조적 요소를 포함한다면, 특허청구범위의 범주 내에 있는 것으로 생각된다.

Claims (15)

  1. 내부에 위치하는 하나 이상의 자석 조립체(25)를 갖는 회전가능한 타겟(20)을 갖는 하나 이상의 캐소드 조립체(10)를 이용하여 기판(100)을 코팅하는 방법으로서,
    상기 하나 이상의 자석 조립체가 미리결정된 제 1 시간 간격 동안 상기 기판(100)으로부터 수직하게 상기 회전가능한 타겟의 축(21)으로 연장되는 평면(22)에 대해 비대칭으로 정렬되도록 제 1 위치에 상기 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 단계와;
    미리결정된 제 2 시간 간격 동안 상기 평면(22)에 대해 비대칭으로 정렬되는 제 2 위치에 상기 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 단계와; 그리고
    코팅되는 동안 시간에 걸쳐서 변화되는 전압을 상기 회전가능한 타겟에 제공하는 단계를 포함하는
    기판 코팅 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리결정된 제 1 시간 간격은 적어도 0.1초, 바람직하게는 적어도 0.5초, 보다 더 바람직하게는 적어도 1초인
    기판 코팅 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 자석 조립체는 전체 코팅 시간의 적어도 80%, 바람직하게는 95% 동안 비대칭으로 정렬되어 위치되는
    기판 코팅 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평면은 회전가능한 타겟 내에서 제로(0)의 각도 위치를 형성하고, 상기 자석 조립체(25)는 15°내지 45°의 각도, 바람직하게는 25°내지 35°의 각도로 위치되는
    기판 코팅 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 상기 하나 이상의 자석 조립체를 이동시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 상기 자석 조립체가 이동하는 동안 전압이 바람직하게는 실질적으로 제로(0)인
    기판 코팅 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시간에 걸쳐서 변화되는 상기 전압은 방형파형(square waveform)을 갖는
    기판 코팅 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압은 미리결정된 시간 간격 동안 제 1 비-제로 값으로 유지되고, 그리고 상기 전압은 다른 미리결정된 시간 간격 동안 제 2 비-제로 값으로 유지되며, 상기 제 1 비-제로 값은 상기 제 2 비-제로 값보다 큰
    기판 코팅 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    미리결정된 제 3 시간 간격 동안 상기 평면(22)에 대해 비대칭으로 정렬되는 제 3 위치에 상기 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 단계와; 그리고
    미리결정된 제 4 시간 간격 동안 상기 평면(22)에 대해 비대칭으로 정렬되는 제 4 위치에 상기 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 위치들 중 2개의 각도의 절대값은 다른 2개의 위치들의 각도보다 큰
    기판 코팅 방법.
  9. 제 7 항에 종속된다면, 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 자석 조립체를 상기 제 1 위치에 위치시키는 동안 및 상기 하나 이상의 자석 조립체를 상기 제 2 위치에 위치시키는 동안 상기 전압은 상기 제 1 비-제로 값으로 유지되며, 그리고
    상기 하나 이상의 자석 조립체를 상기 제 3 위치에 위치시키는 동안 및 상기 하나 이상의 자석 조립체를 상기 제 4 위치에 위치시키는 동안 상기 전압은 상기 제 2 비-제로 값으로 유지되는
    기판 코팅 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 위치의 각도는 상기 제 3 및 제 4 위치의 각도보다 작은
    기판 코팅 방법.
  11. 제 8 항, 제 9 항 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 위치에 상기 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 단계는 상기 제 3 및 제 4 위치에 상기 하나 이상의 자석 조립체를 위치시키는 단계 이전에 실시되는
    기판 코팅 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 위치는 상기 평면에 거울반사된 상기 제 1 위치에 대응하고, 및/또는 상기 제 4 위치는 상기 평면에 거울반사된 상기 제 3 위치에 대응하는
    기판 코팅 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리결정된 제 1 시간 간격 및 상기 미리결정된 제 2 시간 간격은 동일하고, 및/또는 상기 미리결정된 제 3 시간 간격 및 상기 미리결정된 제 4 시간 간격은 동일한
    기판 코팅 방법.
  14. 기판을 코팅하기 위한 기판 코팅 장치로서,
    회전가능한 곡선형 타겟(20)을 구비하는 하나 이상의 캐소드 조립체(10)와; 그리고
    상기 하나 이상의 캐소드 조립체의 상기 회전가능한 곡선형 타겟 내에 위치되는 2개의 자석 조립체(25)를 포함하며,
    상기 2개의 자석 조립체들 사이의 거리는 변화될 수 있는
    기판 코팅 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 2개의 자석 조립체가 45°내지 75°의 각도, 바람직하게는 55°내지 65°의 각도로 서로로부터 떨어져 위치되는
    기판 코팅 장치.
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