KR20160134786A - 정적 반응성 스퍼터 프로세스들을 위한 프로세스 가스 세그먼트화 - Google Patents

정적 반응성 스퍼터 프로세스들을 위한 프로세스 가스 세그먼트화 Download PDF

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Abstract

기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치가 설명된다. 장치는, 기판 운송 방향을 따라서 이격된 셋 또는 그 초과의 캐소드들(cathodes)을 갖는 캐소드 어레이 및 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들을 제공하기 위한 가스 분배 시스템을 포함하고, 가스 분배 시스템은, 기판 운송 방향을 따른 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해서 독립적으로, 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들 중 적어도 하나의 프로세스 가스의 유량을 제어하도록 구성된다.

Description

정적 반응성 스퍼터 프로세스들을 위한 프로세스 가스 세그먼트화{PROCESS GAS SEGMENTATION FOR STATIC REACTIVE SPUTTER PROCESSES}
[0001] 본 발명의 실시예들은, 타겟으로부터의 스퍼터링에 의한 층 증착에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 구체적으로, 대면적(large area) 기판들에 대한 스퍼터링, 더 구체적으로, 정적(static) 증착 프로세스들을 위한 스퍼터링에 관한 것이다. 실시예들은 특히, 기판 상에 재료의 층을 증착시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
[0002] 많은 어플리케이션들에서, 기판 상에, 예컨대, 유리 기판 상에 얇은 층들을 증착시키는 것이 필수적이다. 전형적으로, 기판들은 코팅 장치의 다양한(different) 챔버들에서 코팅된다. 몇몇 어플리케이션들의 경우, 기판들은, 진공 증착 기법을 사용하여 진공에서 코팅된다.
[0003] 기판 상에 재료를 증착시키기 위한 여러 방법들이 공지되어 있다. 예를 들어, 기판들은 물리 기상 증착(PVD) 프로세스, 화학 기상 증착(CVD) 프로세스, 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 프로세스, 등에 의해 코팅될 수 있다. 전형적으로, 프로세스는, 코팅될 기판이 로케이팅되는 프로세스 챔버 또는 프로세스 장치에서 수행된다. 증착 재료가 장치에 제공된다. 복수의 재료들뿐만 아니라 그러한 재료들의 산화물들, 질화물들, 또는 탄화물들이, 기판 상에서의 증착을 위해 사용될 수 있다. 코팅되는 재료들은 여러 어플리케이션들 및 여러 기술 분야들에서 사용될 수 있다. 예컨대, 디스플레이들을 위한 기판들은 보통, 물리 기상 증착(PVD) 프로세스에 의해 코팅된다.
[0004] PVD 프로세스의 경우, 증착 재료는 고체 상(solid phase)으로 타겟에 존재할 수 있다. 에너지가 풍부한(energetic) 입자들로 타겟에 충격을 가함으로써(bombarding), 타겟 재료의 원자들, 즉, 증착될 재료가 타겟으로부터 방출된다. 타겟 재료의 원자들은 코팅될 기판 상에 증착된다. PVD 프로세스에서, 스퍼터 재료, 즉, 기판 상에 증착될 재료는 다양한 방식들로 배열될 수 있다. 예컨대, 타겟은 증착될 재료로 만들어질 수 있거나, 또는 백킹 요소(backing element) - 증착될 재료는 백킹 요소 상에 고정됨 - 를 가질 수 있다. 증착될 재료를 포함하는 타겟은 증착 챔버에서 미리 정의된 포지션에 고정되거나 지지된다. 회전 가능한 타겟이 사용되는 경우에, 타겟은 회전식(rotating) 샤프트에 연결되거나, 또는 샤프트와 타겟을 연결하는 연결 요소에 연결된다.
[0005] 전형적으로, 스퍼터링은 마그네트론(magnetron) 스퍼터링으로서 실행될 수 있고, 자석 조립체는, 개선된 스퍼터링 조건들을 위해, 플라즈마를 한정하는데(confine) 활용된다. 이로써, 플라즈마 한정은 또한, 기판 상에 증착될 재료의 입자 분포(participle distribution)를 조절하는데 활용될 수 있다. 플라즈마 분포, 플라즈마 특성들, 및 다른 증착 파라미터들은, 기판 상에서의 원하는 층 증착을 획득하기 위해, 제어될 필요가 있다. 예컨대, 원하는 층 특성들을 갖는 균일한 층이 요구된다. 이는 대면적 증착, 예컨대, 대면적 기판들 상에서 디스플레이들을 제조하는데 있어서 특히 중요하다. 또한, 균일성 및 프로세스 안정성(stability)은 특히, 기판이 증착 구역을 통해 연속적으로 이동되지 않는 정적 증착 프로세스들의 경우에, 달성하기 어려울 수 있다. 따라서, 대규모의 광-전자(opto-electronic) 디바이스들 및 다른 디바이스들의 제조에 대해 증가하는 요구들을 고려하여, 프로세스 균일성 및/또는 안정성은 더 개선될 필요가 있다.
[0006] 특히, 반응성 스퍼터 프로세스에 의한 화합물 층들(compound layers)의 증착은 대면적 기판들에 대해서 난제일 수 있다. 필름의 화학량론(stoichiometry)은, 비-반응성 가스(예컨대, 아르곤) 및 반응성 가스들(예컨대, O2, N2, H2, H2O, 등)의 혼합물을 사용하여, 금속성, 반-금속성, 또는 화합물 타겟들을 스퍼터링함으로써 획득된다.
[0007] 따라서, 특히 대면적 기판들에 대한 PVD 증착을 개선하기 위한 요구가 존재한다.
[0008] 상기 내용을 고려하여, 독립 청구항 제 1 항 및 제 11 항에 따른, 재료의 층을 기판 상에 증착시키기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 추가적인 양태들, 장점들, 및 특징들은 종속 청구항들, 상세한 설명, 및 첨부한 도면들로부터 자명하다.
[0009] 일 실시예에 따르면, 기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치가 제공된다. 장치는, 기판 운송 방향을 따라서 이격된 셋 또는 그 초과의 캐소드들(cathodes)을 갖는 캐소드 어레이 및 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들을 제공하기 위한 가스 분배 시스템을 포함하고, 가스 분배 시스템은, 기판 운송 방향을 따른 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해서 독립적으로, 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들 중 적어도 하나의 프로세스 가스의 유량을 제어하도록 구성된다.
[0010] 제 2 실시예에 따르면, 기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치가 제공된다. 장치는, 기판 운송 방향을 따라서 이격된 셋 또는 그 초과의 캐소드들(cathodes)을 갖는 캐소드 어레이 및 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들을 제공하기 위한 가스 분배 시스템을 포함하고, 가스 분배 시스템은, 기판 운송 방향을 따른 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해서 독립적으로, 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들 중 적어도 하나의 프로세스 가스의 유량을 제어하도록 구성되며, 가스 분배 시스템은, 셋 또는 그 초과의 캐소드들의 길이방향 축들(longitudinal axes)에 대해 평행한 셋 또는 그 초과의 가스 라인들을 포함하고, 셋 또는 그 초과의 가스 라인들은 기판 운송 방향을 따라서 이격된다.
[0011] 다른 실시예에 따르면, 기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 방법이 제공된다. 방법은, 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들을 가스 분배 시스템을 통해 제공하는 단계; 기판 운송 방향을 따른 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해서 독립적으로, 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들 중 적어도 하나의 프로세스 가스의 유량을 제어하는 단계; 및 재료를 캐소드 어레이로부터 스퍼터링하는 단계를 포함하고, 캐소드 어레이는, 기판 운송 방향을 따라서 이격된 셋 또는 그 초과의 캐소드들을 갖는다.
[0012] 또 다른 실시예에 따르면, 기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 방법이 제공된다. 방법은, 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들을 가스 분배 시스템을 통해 제공하는 단계; 기판 운송 방향을 따른 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해서 독립적으로, 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들 중 적어도 하나의 프로세스 가스의 유량을 제어하는 단계; 재료를 캐소드 어레이 - 캐소드 어레이는, 기판 운송 방향을 따라서 이격된 셋 또는 그 초과의 캐소드들을 가짐 - 로부터 스퍼터링하는 단계, 및 셋 또는 그 초과의 캐소드들의 길이방향 축들에 대해 평행하게 포지셔닝된 적어도 하나의 가스 라인으로부터의 프로세스 가스를 사용하여, 기판 상에 재료를 추가적으로 스퍼터링하는 단계를 포함한다.
[0013] 본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있다. 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들과 관련된 것이고 이하에서 설명된다.
도 1은, 현재 기술(state of the art)에 따른, 단일 가스 유입구 포인트를 갖는 프로세스 가스 분배부를 도시하고;
도 2는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 다수의 가스 라인들 내의 다수의 가스 유입구 포인트들 및 2-폴드(fold) 수평 세그먼트화(segmentation)를 갖는 프로세스 가스 분배부를 도시하며;
도 3a는, 회전식(rotary) 캐소드 어레이 구성 - 어레이는 AC 발전기들에 의해 공급받고, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 세그먼트화된 가스 분배부가 제공됨 - 의 평면도를 도시하고;
도 3b는, 회전식 캐소드 어레이 구성 - 어레이는 DC 발전기들에 의해 공급받고, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 세그먼트화된 가스 분배부가 제공됨 - 의 평면도를 도시하며;
도 4는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 다수의 가스 라인들 내의 다수의 가스 유입구 포인트들, 2-폴드 수평 세그먼트화, 및 2-폴드 수직 세그먼트화를 갖는 프로세스 가스 분배부를 도시하고;
도 5는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 다수의 가스 라인들(가스 라인들의 수평 배열) 내의 다수의 가스 유입구 포인트들 및 2-폴드 수평 세그먼트화를 갖는 프로세스 가스 분배부를 도시하며;
도 6은, 본원에서 설명되는 실시예에 따른, 가스 라인들의 3-폴드 수직 세그먼트화를 갖는, 프로세스 가스 유동의 수평 세그먼트화의 테스트를 위한 배열체를 도시하고; 그리고
도 7은, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 재료의 층을 기판 상에 증착시키는 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다.
[0014] 이제, 본 발명의 다양한 실시예들이 상세히 참조될 것이며, 다양한 실시예들 중 하나 또는 그 초과의 예들은 도면들에 예시된다. 도면들에 대한 이하의 설명 내에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 컴포넌트들을 지칭한다. 일반적으로, 개별적인 실시예들에 대한 차이들만이 설명된다. 각각의 예는 본 발명의 설명으로써 제공되고, 본 발명의 제한으로서 의도되지 않는다. 또한, 일 실시예의 부분으로서 예시되거나 설명되는 특징들은, 더 추가적인 실시예를 생성하기 위해 다른 실시예들과 함께 사용되거나 또는 다른 실시예들에 대해 사용될 수 있다. 상세한 설명은 그러한 수정들 및 변형들을 포함하도록 의도된다.
[0015] 본원에서 설명되는 실시예들은 재료의 층을 기판 상에 증착시키는 장치 및 방법들에 관한 것이다. 특히 반응성 스퍼터링 프로세스들의 경우, 균일성 및/또는 플라즈마 안정성은 고려되어야 할 중요한 파라미터이다. 반응성 스퍼터링 프로세스들, 예컨대, 스퍼터링되는 재료의 산화물 등을 함유하는 층을 증착시키기 위해 증착 프로세스들 동안에 재료가 산소 분위기(atmosphere) 또는 다른 반응성 분위기 하에서 스퍼터링되는 그러한 증착 프로세스들은, 플라즈마 안정성에 대해 제어될 필요가 있다. 전형적으로, 반응성 증착 프로세스는 이력 곡선(hysteresis curve)을 갖는다. 반응성 증착 프로세스는, 예컨대, 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2), 인듐-갈륨-아연-산화물(IGZO), ZnO, ZnON, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 또는 다른 금속 산화물의 증착일 수 있으며, 알루미늄, 실리콘, 인듐, 갈륨, 또는 아연이 캐소드로부터 스퍼터링되는 동안 산소가 플라즈마에 제공된다. 이로써, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 인듐-갈륨-아연-산화물, ZnO, ZnON, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 또는 다른 금속 산화물이 기판 상에 증착될 수 있다. 이력 곡선은 전형적으로, 산소와 같은 프로세스 가스의 유량에 의존하는, 스퍼터 캐소드에 제공되는 전압과 같은 증착 파라미터들의 함수이다.
[0016] 정적 반응성 스퍼터 프로세스들 동안, 타겟들의 중앙에서 그리고 타겟들의 단부들에서 상이한 플라즈마 밀도가 획득될 수 있다. 이러한 차이는 기판들 상에서 불-균일한 증착을 초래한다. 보통의 프로세스 가스 분배 시스템들은, 타겟들의 중앙에서 그리고 타겟들의 단부들에서의 상이한 플라즈마 밀도를 보상하기 위해, 수직 세그먼트화(즉, 타겟들의 길이방향 축들을 따른 세그먼트화)를 사용한다. 본원에서 설명되는 실시예들은, 정적 반응성 스퍼터 프로세스들 동안에, 이하에서 수평 방향으로 지칭되는 기판 운송 방향을 따른 상이한 포지션들에서의 상이한 반응성 가스 소모 또는 상이한 플라즈마 밀도가 존재하는 경우, 개선된 균일성을 허용한다. 이러한 차이들은 또한, 기판들 상에서의 불-균일한 증착을 초래한다. 본원에서 설명되는 실시예들은, 수평 방향, 즉, 기판 운송 방향 또는 회전식 캐소드들의 회전축에 대해 수직인 방향으로의 필름 특성들의 변동을 보상하는 것을 허용한다.
[0017] 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 장치 및 방법들은 프로세스 가스를 제공하기 위한 가스 분배 시스템을 포함한다. 그런 후에, 가스 분배 시스템은 기판 운송 방향을 따른 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해 독립적으로 프로세스 가스의 유량을 제어하도록 구성된다. 따라서, 수평 방향으로의 국부적인 필름 특성들은 수정될 수 있다. 이는 특히, 기판이 정적 증착 프로세스를 위해 포지셔닝되는 증착 프로세스들에 대해서 유익하다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 몇몇 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 프로세스 가스의 유량은, 시간에 걸쳐서, 적어도 하나의 세그먼트에 대해서 독립적으로 변화될 수 있다.
[0018] 따라서, 본원에서 설명되는 실시예들은, 수평 방향으로, 국부적인 프로세스 가스 조성을 수정하는 것을 허용하고, 이에 의해서, 본 발명은, 수평 방향으로, 증착된 층들의 필름 특성들을 조정하는 것을 허용한다. 본원에서 설명되는 추가적인 실시예들은, 예컨대, 수평 및 수직 양쪽 모두의 방향으로, 타겟 어레이의 상이한 포지션들에서, 국부적인 프로세스 가스의 상이한 유량들을 제공하는 것을 허용한다. 본 발명의 수직 및 수평 세그먼트화는, 오직 수직 세그먼트화만 가능한 층 증착과 비교하여, 더 양호한 증착 특성들을 초래한다.
[0019] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 상이한 실시예들에 따르면, 스퍼터링은 DC 스퍼터링, MF(middle frequency) 스퍼터링, RF 스퍼터링, 또는 펄스(pulse) 스퍼터링으로서 수행될 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 몇몇 증착 프로세스들은 유리하게, MF, DC, 또는 펄스식 스퍼터링을 적용할 수 있다. 그러나, 다른 스퍼터링 방법들이 또한 적용될 수 있다.
[0020] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 몇몇 실시예들에 따르면, 설명되는 실시예들에 따른 스퍼터링은 셋 또는 그 초과의 캐소드들을 이용하여 수행될 수 있다. 그러나, 특히, 대면적 증착을 위한 어플리케이션들의 경우, 캐소드들의 어레이는 6 또는 그 초과의 캐소드들, 예컨대, 10 또는 그 초과의 캐소드들을 갖는다. 이로써, 셋 또는 그 초과의 캐소드들 또는 캐소드 쌍들(pairs), 예컨대, 넷, 다섯, 여섯, 또는 심지어 그 초과의 캐소드들 또는 캐소드 쌍들이 제공될 수 있다. 이로써, 어레이는 하나의 진공 챔버에 제공될 수 있다. 또한, 어레이는 전형적으로, 인접한 캐소드들 또는 캐소드 쌍들이, 예컨대, 상호작용하는 플라즈마 한정(interacting plasma confinement)을 갖는 것에 의해 서로 영향을 미치도록, 정의될 수 있다. 전형적인 구현예들에 따르면, 스퍼터링은 회전식 캐소드 어레이, 예컨대, Applied Materials Inc.의 PiVot과 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는 시스템에 의해 수행될 수 있다.
[0021] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 더 추가적인 전형적인 실시예들에 따르면, 기판 상에서의 재료의 정적 증착은 반응성 스퍼터 프로세스에 의해 이루어진다. 이는, 필름의 화학량론이, 비-반응성 가스 및 반응성 가스들의 혼합물을 사용하여, 금속성, 반-금속성, 또는 화합물 타겟들을 스퍼터링하는 것에 의해 획득된다는 것을 의미한다. 전형적으로, 본원에서 설명되는 실시예들은 또한, 프로세스 가스로서 오직 비-반응성 가스만 사용하는, 금속 층들 또는 반도체(semiconducting) 층들의 정적 증착에 대해 적합할 수 있다. 이러한 경우에, 본 발명의 장치 및 방법은, 수평 방향을 따라서, 상이한 국부적인 프로세스 압력을 갖는 것을 허용할 수 있다.
[0022] 본원에서 설명되는 다른 실시예와 결합될 수 있는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 프로세스 가스들 중 적어도 하나의 부분 압력은 수평 방향을 따라서, 즉, 기판 운송 방향을 따라서 변화된다. 예컨대, 반응성 가스(예컨대, 산소)의 부분 압력은 변화된다. 제 2 프로세스 가스, 예컨대, 비-반응성 또는 불활성 가스의 압력이 부가적으로 변화되는 것이, 추가적으로 가능하다. 따라서, 전체 압력은 본질적으로 일정할 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 몇몇 실시예들에 따르면, 둘 또는 그 초과의 프로세스 가스들의 조성 또는 혼합물은 수평 방향을 따라, 즉, 기판 운송 방향을 따라 변화된다.
[0023] 상이한 국부적인 프로세스 압력은 기판의 수평 방향에 따른 상이한 필름 특성들로 이어질 수 있다. 예컨대, 증착 프로세스가 스위칭 오프되는(switched off) 동안, 기판은 증착 지역에서 증착을 위해 포지션 내로 이동된다. 그런 다음에, 프로세스 압력은 안정화될 수 있다. 일 예에 따르면, 일단 프로세스 압력이 안정화되면, 캐소드 자석 조립체들은, 증착의 종료까지, 증착될 재료의 정확한 화학량론을 정적인 기판 상에 증착시키기 위해 전방을 향해 회전될 수 있다.
[0024] 전형적인 실시예들에 따르면, 프로세스 가스들은 비-반응성 가스들, 예컨대, 아르곤(Ar) 및/또는 반응성 가스들, 예컨대, 산소(O2), 질소(N2), 수소(H2), 물(H2O), 암모니아(NH3), 오존(O3), 활성화된 가스들(activated gases), 등을 포함할 수 있다.
[0025] 도 1은, 프로세스 가스 혼합물마다(per) 단일 MFC들(mass flow controllers)(134)을 통해 프로세스 가스가 공급되는 일반적인 프로세스 가스 분배 시스템 예들을 도시한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 더 추가적인 실시예들에 따르면, 프로세스 가스들 중 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들의 유량, 즉, 프로세스 가스들 중 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들의 양은 또한, 니들 밸브(needle valve)와 같은 다른 유량 제어 요소에 의해 제어될 수 있다. 따라서, MFC들, 니들 밸브들, 및/또는 다른 유량 제어 요소들은, 가스 분배 시스템의 세그먼트들에 대해 독립적으로 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들의 유량을 제어하는데, 또는 가스 분배 시스템의 세그먼트들에 대해 독립적으로 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들의 양을 제어하는데 사용될 수 있다. 더 구체적으로, 도 1은, 캐소드들(122)을 갖는 캐소드 어레이(222) 및 프로세스 가스 분배 시스템을 도시한다. 프로세스 가스 분배 시스템은 프로세스 가스를 포함하는 2개의 가스 탱크들(tanks)(136)을 갖는다. 프로세스 가스에 존재하는 반응성 가스 및/또는 비-반응성 가스의 양 및/또는 유량들은 MFC들(135)에 의해 제어된다. 프로세스 가스는, 예컨대, 캐소드 어레이 수평 방향의 중간지점에 그리고 캐소드 어레이 수직 방향의 중간지점에 위치된 단일 가스 유입구 포인트(138)로 피딩된다(fed). 프로세스 가스 피딩은 단일 MFC(134)를 통해서 가스 도관 또는 가스 파이프(pipe)(133)를 통해 이루어진다. 유사하게, 분배 시스템은, 수평 방향을 따라 캐소드들(122)의 쌍들 사이에 위치된 단일 가스 라인 내에 다수의 가스 유입구 포인트들(138)을 더 가질 수 있다.
[0026] 정적 증착 프로세스들의 경우, 필름 특성들은 다수의 방식들로 변할 수 있고 불-균일성들로 이어진다는 것이 밝혀졌다. 상기-언급된 설계들 및 프로세스들에서, 수평 방향으로의 필름 특성들의 어떠한 변화도, 보상하는 것이 가능하지 않다. 정적 증착에 대해서 수평 방향으로의 국부적인 필름 특성들을 수정하는 것을 가능하게 하기 위해, 본 발명은 수평 방향으로의 프로세스 가스 유동들의 변화가 가능한 장치 및 방법을 제공한다. 이를 가능하게 하기 위해, 타겟 어레이 내의 상이한 가스 라인들은 더이상, 공동 MFC로부터 오는 프로세스 가스로 공급받지 않는다. 대신에, 프로세스 가스는 다수의 MFC들에 의해 공급받고, 이들 각각은 가스 라인들의 상이한 세그먼트에 수평 방향으로 연결된다.
[0027] 상이한 부가적인 또는 대안적인 구현예들에 따르면, 수평 방향, 즉, 기판 운송 방향으로의 세그먼트화는 다양한 실시예들에 의해 제공될 수 있으며, 그러한 실시예들 중 일부는 도 2, 도 3a, 도 3b, 도 4, 및 도 5와 관련하여 예시적으로 설명된다. 이러한 도면들을 참조하면, 세그먼트화는 수평 방향으로 더 세밀한(fine-grained) 것이 가능하다. 예컨대, 2-폴드 수평 세그먼트화가 제공될 수 있지만, 또한, 3, 4, 또는 심지어 더 높은 숫자들의 수평 세그먼트들이 제공될 수 있다.
[0028] 도 2를 참조하면, 다수의 가스 라인들(116) 내의 다수의 가스 유입구 포인트들(138) 및 2-폴드 수평 세그먼트화를 갖는, 프로세스 가스를 제공하기 위한 프로세스 가스 분배 시스템이 도시된다. 다수의 가스 라인들(116), 예컨대, 내부에 개구부들을 갖는 도관들은 캐소드 어레이(222)의 캐소드들(122)의 쌍들 사이에, 수평 방향을 따라 캐소드들의 길이방향 축들에 대해 평행하게 위치된다. 프로세스 가스는, 2-폴드 수평 세그먼트화의 각각의 수평 세그먼트에 대해 하나씩, 2개의 상이한 MFC들(134 및 234)에 의해 공급된다. 프로세스 가스 분배 시스템은 프로세스 가스를 포함하는 4개의 가스 탱크들(136)을 갖는다. 프로세스 가스에 존재하는 반응성 가스 및/또는 비-반응성 가스의 양 및/또는 유량들은 MFC들(135)에 의해 제어된다. 프로세스 가스는, 각각, MFC들(134 및 234)을 통해서 가스 도관들 또는 가스 파이프들(133 및 233)을 통해, 다수의 가스 라인들(116) 내의 다수의 가스 유입구 포인트들(138)로 피딩된다.
[0029] 따라서, 본 실시예는, 수평 방향으로 캐소드 어레이(222)의 2개의 포지션들에 대해 독립적으로, 특히, 반응성 가스들의 변화에 의해, 상이한 프로세스 가스 혼합물 및/또는 프로세스 가스의 상이한 양 및/또는 프로세스 가스의 상이한 유량을 제공하는 것을 허용한다. 2-폴드 수평 세그먼트화는 오직 예시의 목적들로만 도 2에서 사용된다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 상이한 실시예들에 따르면, 프로세스 가스 분배 시스템은 여러 개의 폴드 수평 세그먼트화를 가질 수 있다. 따라서, 프로세스 가스 분배 시스템은, 수평 방향으로 캐소드 어레이의 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해 독립적으로, 프로세스 가스의, 특히, 반응성 가스들의 상이한 양 및/또는 프로세스 가스의 상이한 유량을 제공하는 것을 허용한다.
[0030] 타겟 어레이 내에서, 증착 프로세스의 본질에 따라, 이웃하는 캐소드들의 각각의 쌍은 AC 전력 공급부(도 3a)에 연결되거나, 또는 각각의 캐소드는 DC 전력 공급부(도 3b)에 연결된다. 도 3a는 증착 장치(100)를 도시한다. 예시적으로, 내부에서의 층들의 증착을 위한 하나의 진공 챔버(102)가 도시된다. 도 3a에 표시된 바와 같이, 추가적인 챔버들(102)이, 챔버(102)에 인접하여 제공될 수 있다. 진공 챔버(102)는, 밸브 하우징(104) 및 밸브 유닛(105)을 갖는 밸브에 의해, 인접한 챔버들로부터 분리될 수 있다. 이로써, 상부에 기판(14)을 갖는 캐리어(114)가, 화살표(1)에 의해 표시된 바와 같이, 진공 챔버(102)에 삽입된 후에, 밸브 유닛(105)은 폐쇄될 수 있다. 따라서, 진공 챔버들(102)의 분위기는, 예컨대, 챔버(102)에 연결된 진공 펌프들을 이용하여 기술적 진공(technical vacuum)을 생성함으로써, 그리고/또는 프로세스 가스들을 챔버의 증착 영역에 삽입함으로써, 개별적으로 제어될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 많은 대면적 프로세싱 어플리케이션들의 경우에, 대면적 기판들은 캐리어에 의해 지지된다. 그러나, 본원에서 설명되는 실시예들은 캐리어에 제한되지 않으며, 프로세싱 장치 또는 프로세싱 시스템을 통해 기판을 운송하기 위한 다른 운송 요소들이 사용될 수 있다.
[0031] 챔버(102) 내에, 상부에 기판(14)을 갖는 캐리어(114)를 챔버(102) 안과 밖으로 운송하기 위해 운송 시스템이 제공된다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "기판"이라는 용어는 비가요성(inflexible) 기판들, 예컨대, 유리 기판, 웨이퍼, 사파이어 등과 같은 투명 크리스탈의 슬라이스들(slices), 또는 유리 플레이트를 포함한다.
[0032] 도 3a에 예시된 바와 같이, 챔버(102) 내에, 증착 소스들(122)이 제공된다. 증착 소스들은, 예컨대, 기판 상에 증착될 재료의 타겟들을 갖는 회전 가능한 캐소드들일 수 있다. 전형적으로, 캐소드들은 캐소드들 내부에 자석 조립체(121)를 갖는 회전 가능한 캐소드들일 수 있다. 이로써, 층들의 증착을 위해 마그네트론 스퍼터링이 수행될 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 몇몇 실시예들에 따르면, 캐소드들(122)은, 캐소드들이 교류 방식(alternating manner)으로 바이어싱될 수 있도록, AC 전력 공급부(123)에 연결된다.
[0033] 도 3a에 추가적으로 예시된 바와 같이, 챔버(102) 내에, 다수의 가스 라인들(116)이 제공된다. 장치(100)의 가스 분배 시스템은, 프로세스 가스들을 포함하는 6개의 가스 탱크들(136)을 더 갖는다. 프로세스 가스에 존재하는 반응성 가스 및/또는 비-반응성 가스의 양 또는 유량은 MFC들(135)에 의해 제어된다. 프로세스 가스는, 각각, MFC들(134, 234, 및 334)을 통해서 가스 도관들 또는 가스 파이프들(133, 233, 및 333)을 통해, 다수의 가스 라인들(116) 내의 다수의 가스 유입구 포인트들(도시되지 않음)로 피딩된다. 따라서, 본 실시예는, 수평 방향으로 캐소드 어레이의 3개의 포지션들에 대해 독립적으로, 상이한 프로세스 가스 혼합물 및/또는 프로세스 가스의 상이한 유량들을 제공하는 것을 허용한다.
[0034] 본원에서 사용되는 바와 같이, "마그네트론 스퍼터링"은 마그네트론, 즉, 자석 조립체, 다시 말해서, 자기장을 생성할 수 있는 유닛을 사용하여 수행되는 스퍼터링을 지칭한다. 전형적으로, 그러한 자석 조립체는 하나 또는 그 초과의 영구 자석들로 구성된다. 이러한 영구 자석들은 전형적으로, 회전 가능한 타겟 표면 아래에 생성되는 생성된 자기장 내에 자유 전자들이 포획되도록 하는 방식으로, 평면(planar) 타겟에 커플링되거나, 또는 회전 가능한 타겟 내에 배열된다. 그러한 자석 조립체는 또한, 평면 캐소드에 커플링되어 배열될 수 있다. 전형적인 구현예들에 따르면, 마그네트론 스퍼터링은, TwinMagTM 캐소드 조립체와 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는 이중(double) 마그네트론 캐소드, 즉, 캐소드들(122)에 의해 실현될 수 있다. 특히, 타겟으로부터 MF 스퍼터링(중간 주파수 스퍼터링)의 경우, 이중 캐소드들을 포함하는 타겟 조립체들이 적용될 수 있다. 전형적인 실시예들에 따르면, 증착 챔버에서의 캐소드들은 교체 가능하다. 따라서, 타겟들은, 스퍼터링될 재료가 소모된 후에 교환된다. 본원의 실시예들에 따르면, 중간 주파수는 0.5kHz 내지 350kHz, 예컨대, 10kHz 내지 50kHz의 범위 내의 주파수이다.
[0035] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 상이한 실시예들에 따르면, 스퍼터링은 DC 스퍼터링, MF(middle frequency) 스퍼터링, RF 스퍼터링, 또는 펄스(pulse) 스퍼터링으로서 수행될 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 몇몇 증착 프로세스들은 유리하게, MF, DC, 또는 펄스식 스퍼터링을 적용할 수 있다. 그러나, 다른 스퍼터링 방법들이 또한 적용될 수 있다.
[0036] 도 3a는, 캐소드들에 마그네트론 또는 자석 조립체(121)가 제공되는 복수의 캐소드들(122)을 도시한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 몇몇 실시예들에 따르면, 설명되는 실시예들에 따른 스퍼터링은 셋 또는 그 초과의 캐소드들을 이용하여 수행될 수 있다. 그러나, 특히, 대면적 증착을 위한 어플리케이션들의 경우, 캐소드들의 어레이는 또는 캐소드 쌍들이 제공될 수 있다. 이로써, 셋 또는 그 초과의 캐소드들 또는 캐소드 쌍들, 예컨대, 셋, 넷, 다섯, 여섯, 또는 심지어 그 초과의 캐소드들 또는 캐소드 쌍들이 제공될 수 있다. 이로써, 어레이는 하나의 진공 챔버에 제공될 수 있다. 또한, 어레이는 전형적으로, 인접한 캐소드들 또는 캐소드 쌍들이, 예컨대, 상호작용하는 플라즈마 한정(interacting plasma confinement)을 갖는 것에 의해 서로 영향을 미치도록, 정의될 수 있다.
[0037] 회전 가능한 캐소드들의 경우, 자석 조립체들은 백킹 튜브 내에 제공될 수 있거나 또는, 자석 조립체들에 타겟 재료 튜브가 제공될 수 있다. 도 3a는 캐소드들의 3쌍들을 도시하고, 각각은 증착 소스(120a, 120b, 및 120c)를 각각 제공한다. 캐소드들의 쌍은, 예컨대, MF 스퍼터링, RF 스퍼터링, 등을 위해, AC 전력 공급부를 갖는다. 특히 대면적 증착 프로세스들의 경우 및 산업적 규모의(on an industrial scale) 증착 프로세스들의 경우, 원하는 증착 레이트들을 제공하기 위해 MF 스퍼터링이 실시될 수 있다. 전형적으로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 하나의 챔버에서의 캐소드들의 자석 조립체들은 본질적으로 동일한 회전 포지션들을 가질 수 있거나, 기판(14) 또는 대응하는 증착 지역을 향하여 적어도 전부 지향될 수 있다. 전형적으로, 증착 지역은 증착 시스템의 지역 또는 영역이고, 이는, 기판 상에서의 재료의 증착(의도된 증착)을 위해 제공되고 그리고/또는 배열된다.
[0038] 또한, 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 상이한 실시예들에 따르면, 하나의 챔버에서의 플라즈마 소스들은, 기판 상에서의 층의 증착 동안, 바뀌는(varying) 플라즈마 포지션들(회전식 캐소드들의 경우에 회전 포지션들)을 가질 수 있다. 예컨대, 자석 조립체들 또는 마그네트론들은, 증착될 층의 균일성을 증가시키기 위해, 예컨대, 진동 방식으로 또는 전후왕복(back-and-forth) 방식으로, 서로에 대해 그리고/또는 기판에 대해 이동될 수 있다.
[0039] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 몇몇 실시예들에 따르면, 본원에서 설명되는 실시예들은 디스플레이 PVD, 즉, 디스플레이 시장을 위한 대면적 기판들 상에서의 스퍼터 증착을 위해 활용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 대면적 기판들 또는 각각의 캐리어들 - 캐리어들은 복수의 기판들을 가짐 - 은 적어도 0.67 m²의 크기를 가질 수 있다. 전형적으로, 크기는 약 0.67㎡ (0.73x0.92m - 4.5세대) 내지 약 8㎡, 더 전형적으로 약 2㎡ 내지 약 9㎡ 또는 심지어 12㎡ 까지일 수 있다. 전형적으로, 기판들 또는 캐리어들은 본원에서 설명되는 바와 같은 대면적 기판들이고, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 구조물들, 장치들, 예컨대, 캐소드 조립체들, 및 방법들이 이러한 기판들 또는 캐리어들을 위해 제공된다. 예컨대, 대면적 기판 또는 캐리어는, 약 0.67㎡ 기판들(0.73x0.92m)에 대응하는 4.5 세대, 약 1.4㎡ 기판들(1.1 x 1.3m)에 대응하는 5 세대, 약 4.29㎡ 기판들(1.95m x 2.2m)에 대응하는 7.5 세대, 약 5.7㎡ 기판들(2.2m x 2.5m)에 대응하는 8.5 세대, 또는 심지어, 약 8.7㎡ 기판들(2.85m x 3.05m)에 대응하는 10 세대일 수 있다. 심지어 11 세대 및 12 세대와 같은 더 큰 세대들 및 대응하는 기판 면적들이 유사하게 구현될 수 있다.
[0040] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 더 추가적인 실시예들에 따르면, 타겟 재료는: 알루미늄, 실리콘, 탄탈륨, 몰리브덴, 니오븀, 티타늄, 인듐, 갈륨, 아연, 및 구리로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 특히, 타겟 재료는 인듐, 갈륨, 및 아연으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 반응성 스퍼터 프로세스들은 전형적으로, 이러한 타겟 재료들의 증착된 산화물들을 제공한다. 그러나, 질화물 또는 산-질화물들(oxi-nitrides)이 또한 증착될 수 있다.
[0041] 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 방법들은, 정적 증착 프로세스를 위한, 기판의 포지셔닝에 대해 스퍼터 증착을 제공한다. 전형적으로, 특히 대면적 기판 프로세싱, 예컨대, 수직으로 배향된 대면적 기판들의 프로세싱의 경우, 정적 증착과 동적(dynamic) 증착이 구별될 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 몇몇 실시예들에 따르면, 본원에서 설명되는 가스 분배 시스템들을 활용하기 위한 장치들 그리고 본원에서 설명되는 기판들 및/또는 캐리어들은 수직적 기판 프로세싱을 위해 구성될 수 있다. 이로써, 수직적 기판 프로세싱이라는 용어는 수평적 기판 프로세싱과 구별하기 위한 것으로 이해된다. 즉, 수직적 기판 프로세싱은, 기판 프로세싱 동안의 기판 및 캐리어의 본질적으로 수직인 배향에 관한 것이며, 정확한 수직 배향으로부터 몇 도, 예를 들어, 10°까지 또는 심지어 15°까지의 편차는 여전히 수직적 기판 프로세싱으로 고려된다. 작은 경사도(inclination)를 갖는 수직적 기판 배향은, 예컨대, 더 안정적인 기판 취급 또는 증착된 층을 오염시키는 입자들의 위험에 대한 감소를 초래할 수 있다. 대안적으로, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 가스 분배 시스템들은 또한, 본질적으로 수직 이외의 기판 배향들, 예컨대, 수평 기판 배향을 위해 활용될 수 있다. 수평 기판 배향의 경우, 캐소드 어레이는 또한, 예컨대, 본질적으로 수평일 것이다.
[0042] 동적 스퍼터링, 즉, 증착 소스에 인접하여 기판이 연속적으로 또는 준-연속적으로(quasi-continuously) 이동하는 인라인(inline) 프로세스는, 기판들이 증착 지역 내로 이동하기 전에 프로세스가 안정화될 수 있고 그런 다음에 기판들이 증착 소스를 지나갈 때 일정하게 유지될 수 있다는 사실에 기인하여, 더 용이할 것이다. 그러나, 동적 증착은 다른 단점들, 예컨대, 입자 생성을 가질 수 있다. 이는 특히, TFT 백플레인(backplane) 증착에 적용될 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 정적 스퍼터링은, 예컨대, TFT 프로세싱에 대해 제공될 수 있으며, 여기서 플라즈마는, 원시(pristine) 기판 상에서의 증착 이전에 안정화될 수 있다. 이로써, 동적 증착 프로세스들과 비교하여 상이한 정적 증착 프로세스라는 용어는, 숙련자에게 이해될 바와 같이, 기판의 임의의 이동을 배제하지 않는다는 점이 주지되어야 한다. 정적 증착 프로세스는, 예컨대, 증착 동안의 정적 기판 포지션, 증착 동안의 진동(oscillating) 기판 포지션, 증착 동안의 본질적으로 일정한 평균 기판 포지션, 증착 동안의 디더링(dithering) 기판 포지션, 증착 동안의 워블링(wobbling) 기판 포지션, 캐소드들이 하나의 챔버에 제공되는, 즉, 캐소드들의 미리 결정된 세트가 챔버에 제공되는 증착 프로세스, 증착 챔버가, 예컨대, 챔버를 인접한 챔버로부터 분리시키는 밸브 유닛들을 폐쇄하는 것에 의해, 이웃하는 챔버들에 대해 밀봉된 분위기를 갖는, 층의 증착 동안의 기판 포지션, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 정적 증착 프로세스는 정적 포지션을 갖는 증착 프로세스, 본질적으로 정적인 포지션을 갖는 증착 프로세스, 또는 기판의 부분적으로 정적인 포지션을 갖는 증착 프로세스로서 이해될 수 있다. 이로써, 본원에서 설명되는 바와 같은 정적 증착 프로세스는, 정적 증착 프로세스를 위한 기판 포지션이, 증착 동안에 완전히 어떠한 이동도 없을 필요 없이, 동적 증착 프로세스로부터 분명하게 구별될 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 더 추가적인 실시예들에 따르면, 완전히 정적인 기판 포지션으로부터의 변동(deviation), 예컨대, 상기 설명된 바와 같이, 기판들을 진동, 워블링, 또는 다르게 이동시키는 것 - 이는, 당업자에 의해, 여전히 정적 증착으로 여겨짐 - 은, 부가적으로 또는 대안적으로, 캐소드들 또는 캐소드 어레이의 이동, 예컨대, 워블링, 진동, 등에 의해 제공될 수 있다. 일반적으로, 기판 및 캐소드들(또는 캐소드 어레이)은 서로에 대해, 예컨대, 기판 운송 방향으로, 기판 운송 방향에 대해 본질적으로 수직인 측방향(lateral direction)으로, 또는 양자 모두의 방향으로 이동할 수 있다.
[0043] 도 3a에 도시된 바와 같이, 예컨대, 밸브 유닛들(105)이 증착 동안 폐쇄되고, 복수의 회전식 캐소드들, 예컨대, 셋 또는 그 초과의 회전식 캐소드들을 갖는, 본원에서 설명되는 실시예들이 정적 증착 프로세스를 위해 제공될 수 있다. 증착 프로세스가 스위칭 오프되는 동안, 기판(14)은 증착 지역에서 증착을 위해 포지션 내로 이동된다. 프로세스 압력은 안정화될 수 있다. 일단 프로세스가 안정화되면, 캐소드 자석 조립체들(121)은, 증착의 종료까지, 증착될 재료의 정확한 화학량론을 정적인 기판 상에 증착시키기 위해 전방을 향해 회전된다. 예컨대, 이는 AlxOy 증착에 대해 정확한 화학량론일 수 있다.
[0044] 도 3a에 도시된 바와 ƒˆ이, 몇몇 필름들, 예컨대, Al2O3의 경우, AC 전력 공급부들(123), 예컨대, MF 전력 공급부들이 제공될 수 있다. 그러한 경우에, 캐소드들은 부가적인 애노드들을 필요로 하지 않으며, 그러한 애노드들은, 예컨대, 제거될 수 있는데, 이는, 캐소드들(122)의 쌍에 의해, 캐소드 및 애노드를 포함하는 완전한 회로가 제공되기 때문이다.
[0045] 도 3b에 도시된 바와 같이, 본원에서 설명되는 방법들은 또한, 다른 스퍼터 증착 프로세스들을 위해 제공될 수 있다. 도 3b는, DC 전력 공급부(226)에 전기적으로 연결된 캐소드들(124) 및 애노드(115)를 도시한다. 타겟, 예컨대, 투명 전도성 산화물 필름으로부터 스퍼터링은 전형적으로, DC 스퍼터링으로서 실시된다. 스퍼터링 동안 전자들을 수집하기 위해, 애노드(115)와 함께 캐소드들(124)은 DC 전력 공급부(226)에 연결된다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 몇몇 실시예들에 따르면, 가스 라인들(116)은 애노드(115) 또는 쉴드(도 3a 참고)의 일 측(side) 상에 제공될 수 있고, 캐소드는 애노드 또는 쉴드의 다른 측 상에 제공될 수 있다. 가스는 애노드 또는 쉴드의 개구부들(도시되지 않음)을 통해 증착 지역에 제공될 수 있다. 대안적인 구현예에 따르면, 가스 라인들 또는 도관들 및 캐소드들은 또한, 애노드 또는 쉴드의 동일한 측에 제공될 수 있다.
[0046] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 더 추가적인 실시예들에 따르면, 캐소드들 중 하나 또는 그 초과는 각각 자신의 대응하는 개별 전압 공급부를 가질 수 있다. 이로써, 하나의 전력 공급부는, 캐소드들 중 적어도 하나, 일부, 또는 전체에 대해서, 캐소드마다 제공될 수 있다. 따라서, 적어도 제 1 캐소드는 제 1 전력 공급부에 연결될 수 있고, 제 2 캐소드는 제 2 전력 공급부에 연결될 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 더 추가적인 실시예들에 따르면, ITO, IZO, IGZO 또는 MoN과 같은 재료들은 DC 스퍼터 증착 프로세스를 이용하여 증착될 수 있다.
[0047] 도 3b에 더 예시된 바와 같이, 챔버(102) 내에, 다수의 가스 라인들(116) 및 마스크 쉴드들(130)이 또한 제공된다. 장치(100)의 가스 분배 시스템은, 프로세스 가스를 포함하는 6개의 가스 탱크들(136)을 더 갖는다. 프로세스 가스에 존재하는 반응성 가스 및/또는 비-반응성 가스의 유량은 MFC들(135)에 의해 제어된다. 프로세스 가스는, 각각, MFC들(134, 234, 및 334)을 통해서 가스 도관들 또는 가스 파이프들(133, 233, 및 333)을 통해, 다수의 가스 라인들(116) 내의 다수의 가스 유입구 포인트들(138)(도시되지 않음)로 피딩된다. 따라서, 본 실시예는, 수평 방향으로 캐소드 어레이의 3개의 포지션들에 대해 독립적으로, 상이한 프로세스 가스 혼합물 및/또는 프로세스 가스의 상이한 유량을 제공하는 것을 허용한다.
[0048] 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 3-폴드 수평(기판 운송 방향) 세그먼트화가 제공될 수 있으며, 적어도 하나의 프로세스 가스, 예컨대, 반응성 가스의 유량은 하나의 세그먼트에서 인접한 세그먼트로 변화될 수 있다. 도 3a에서, 다른 가스 라인들(116) 각각은 하나의 세그먼트, 즉, 2개의 외측 세그먼트들을 제공한다. 또한, 중앙 세그먼트가 제공된다. 도 3a에서, 중앙 세그먼트는 예시적으로 3개의 가스 라인들(116)을 포함한다. 도 3b에서, 각각의 2개의 다른 가스 라인들(116) 각각은 하나의 세그먼트, 즉, 2개의 외측 세그먼트들을 제공한다. 또한, 중앙 세그먼트가 제공된다. 도 3b에서, 중앙 세그먼트는 예시적으로 하나의 가스 라인(116)을 포함한다.
[0049] 플라즈마 안정화는, 이력 곡선을 갖는 스퍼터링 프로세스들, 예컨대, 반응성 스퍼터링 프로세스들에 대해서 특히 유용할 수 있다. 도 3a 및 3b에 예시적으로 도시된 바와 같이, 프로세스는 회전식 캐소드들 및 회전식 자석 조립체, 즉, 회전식 캐소드들 내부의 회전식 자석 요크(yoke)를 이용하여 실시될 수 있다. 이로써, 회전식 캐소드의 길이방향 축을 중심으로 한 회전이 실시된다.
[0050] 도 4에 도시된 바와 같이, 본원에서 설명되는 추가적인 실시예들은, 추가적인 세그먼트화, 예컨대, 2-폴드 수평 세그먼트화 및 2-폴드 수직 세그먼트화를 갖고 그리고 다수의 가스 라인들 내에 다수의 가스 유입구 포인트들을 갖는 프로세스 가스 분배 시스템을 제공한다. 다수의 가스 라인들(116)은 캐소드들(122)의 쌍들 사이에, 예컨대, 길이방향 축들에 대해 평행하게, 수평 방향을 따라 위치된다. 본 실시예의 다수의 가스 라인들(116)은 수직 방향을 따른 둘 또는 그 초과의 세그먼트들을 더 제공한다. 이로써, 프로세스 가스는 4개의 상이한 MFC들(134, 234, 334, 및 434)에 의해 - 2개는 2-폴드 수평 세그먼트화의 각각의 수평 세그먼트에 대해, 그리고 2개는 2-폴드 수직 세그먼트화의 각각의 수직 세그먼트에 대해 - 공급된다. 도 4의 프로세스 가스 분배 시스템은, 프로세스 가스를 포함하는 8개의 가스 탱크들(136)을 더 갖는다. 프로세스 가스에 존재하는 반응성 가스 및/또는 비-반응성 가스의 양 및/또는 유량은 MFC들(135)에 의해 제어된다. 프로세스 가스는, 각각, MFC들(134, 234, 334, 및 434)을 통해서 가스 도관들 또는 가스 파이프들(133, 233, 333, 및 433)을 통해, 다수의 가스 라인들(116) 내의 다수의 가스 유입구 포인트들(138)로 피딩된다. 본원에서 설명되는 실시예들에서, 각각의 세그먼트를 위한 가스 탱크들이 일반적으로 분리되어(separately) 도시되었더라도, 도 4에 도시된 4개의 세그먼트들은 가스 탱크들의 4쌍들에 대응하며, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 세그먼트들은, 프로세스 가스들 각각에 대해 하나의 단일 가스 탱크 배터리 또는 하나의 단일 가스 탱크에, 그리고/또는 제조 설비의 가스 분배 시스템에 연결될 수 있다. 또한, 몇몇 가스들은 각각의 세그먼트에 대해 개별 소스들(예컨대, 탱크들)에 의해 제공될 수 있고, 몇몇 가스들은 공동 소스에 의해 제공될 수 있다.
[0051] 따라서, 본 실시예는 수평 및 수직 방향 양쪽 모두의, 캐소드 어레이(222)의 상이한 포지션들에서 프로세스 가스, 특히 반응성 가스들의 상이한 유량을 제공하는 것을 허용한다. 2-폴드 수평 세그먼트화 및 2-폴드 수직 세그먼트화는 오직 예시의 목적들로만 도 4에서 사용된다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 상이한 실시예들에 따르면, 프로세스 가스 분배 시스템은, 예컨대, 3-폴드, 4-폴드, 5-폴드, 또는 심지어 더 고차의(higher order) 수평 세그먼트화 및, 예컨대, 3-폴드, 4-폴드, 5-폴드, 또는 심지어 더 고차의 수직 세그먼트화를 가질 수 있다. 따라서, 프로세스 가스 분배 시스템은, 수평 방향으로 타겟 어레이의 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해 그리고 수직 방향으로 타겟 어레이의 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해 독립적으로, 프로세스 가스의, 특히 반응성 가스들의 상이한 유량들을 제공하는 것을 허용한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 몇몇 실시예들에 따르면, 가스 유입구 포인트들(138)과 같은 개구부들이 내부에 제공되는 가스 라인들(116)을 통해 가스가 제공될 수 있다. 예컨대, 각각의 가스 라인은 셋 또는 그 초과의 개구부들, 예컨대, 6 또는 그 초과의 개구부들, 예컨대, 6 내지 20개의 개구부들을 가질 수 있다.
[0052] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 더 추가적인 전형적인 실시예들에 따르면, 프로세스 가스 분배 시스템은, 2-폴드 수평 세그먼트화 및 다수의 가스 라인들 내의 다수의 가스 유입구 포인트들을 갖는 프로세스 가스 분배 시스템일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 가스 라인들(116)은 캐소드들(122)의 길이방향 축들에 대해 수직으로, 수직 방향을 따라 위치될 수 있다. 프로세스 가스는, 2-폴드 수평 세그먼트화의 각각의 수평 세그먼트에 대해 하나씩, 2개의 상이한 MFC들(134 및 234)에 의해 공급된다. 도 5의 프로세스 가스 분배 시스템은, 프로세스 가스를 포함하는 4개의 가스 탱크들(136)을 더 갖는다. 프로세스 가스에 존재하는 반응성 가스 및/또는 비-반응성 가스의 유량은 MFC들(135)에 의해 제어된다. 프로세스 가스는, 각각, MFC들(134 및 234)을 통해서 가스 도관들 또는 가스 파이프들(133 및 233)을 통해, 다수의 가스 라인들(116) 내의 다수의 가스 유입구 포인트들(138)로 피딩된다. 따라서, 본 실시예는 수평 방향의, 캐소드 어레이(222)의 상이한 포지션들에서 적어도 하나의 프로세스 가스, 특히 하나 또는 그 초과의 반응성 가스들의 상이한 유량을 제공하는 것을 허용한다.
[0053] 도 2, 3a 및 3b, 및 4에 대응하는 실시예들은, 2개의 타겟들마다 하나의 가스 라인을 갖는 가스 분배 시스템들을 도시한다. 그러나, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 가스 분배 시스템들은 임의의 개수의 가스 라인들을 가질 수 있다. 예컨대, 가스 분배 시스템들은 4개의 가스 라인들 내지 13개의 가스 라인들을 가질 수 있다. 유사하게, 각각의 가스 라인은 2 내지 30개의 가스 유입구 포인트들을 가질 수 있다. 예컨대, 각각의 가스 라인은 3 또는 20개의 가스 유입구 포인트들, 예컨대, 5 내지 10개, 예컨대, 9개의 가스 유입구 포인트들을 가질 수 있다.
[0054] 도 6은, 프로세스 가스 유동의 수평 세그먼트화의 테스트를 위한 증착 장치에 관련된 또 다른 실시예를 예시한다. 장치는: 수평 방향을 따라 이격된 12개의 캐소드들(122)을 갖는 캐소드 어레이 및 4-폴드 수평 세그먼트화를 갖는, 프로세스 가스를 제공하기 위한 가스 분배 시스템을 포함한다. 가스 분배 시스템에는, 예컨대, 3-폴드 수직 세그먼트화를 갖는, 캐소드들의 길이방향 축들에 대해 평행한 11개의 가스 라인들(116)이 수평 방향을 따라 제공될 수 있다. 장치의 가스 분배 시스템은 하나의 MFC(134)를 더 포함하며, 개별 가스 라인들을 MFC들, 예컨대, 밸브들에 의해 조절하거나 차단(shut)하는 것이 가능하다. 프로세스 가스는, MFC들(134)을 통해서 가스 도관들 또는 가스 파이프들을 통해, 다수의 가스 라인들 내의 다수의 가스 유입구 포인트들(138)로 피딩된다. 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 가스 분배 시스템들은 임의의 개수의 MFC들을 가질 수 있다. 예컨대, 가스 분배 시스템들은 2 내지 36개의 MFC들을 가질 수 있다. 도 6에 도시된 실시예들은, 파선들에 의해 표시된 12개의 세그먼트들(634)을 포함한다. 세그먼트들 각각에 대해, 적어도 하나의 프로세스 가스의 부분 압력 및/또는 적어도 하나의 프로세스 가스의 유량은, 개별적으로, 다시 말해서, 이웃하는 세그먼트로부터 독립적으로 제어될 수 있다.
[0055]
[0056] 따라서, 본원에서 설명되는 실시예들은, 개별 가스 라인들을 단지 개방하거나 폐쇄하는 것 대신에 상이한 가스 라인들을 통한 프로세스 가스 유동들의 변화를 이용하여, 층 특성들의 수평 분배에 대한 더 정확한 제어를 제공한다.
[0057] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 더 추가적인 실시예들에 따르면, 증착 장치는 수평 방향을 따라 연장되는 하나의 애노드 또는 수평 방향을 따라 이격된 적어도 3개의 애노드들을 포함할 수 있다.
[0058] 전형적인 실시예들에 따르면, 캐소드 어레이는 셋 또는 그 초과의 회전식 스퍼터 타겟들을 포함할 수 있고, 특히 캐소드 어레이는 8개의 회전식 스퍼터 타겟들을 포함할 수 있으며, 더 특히, 캐소드 어레이는 12개의 회전식 스퍼터 타겟들을 포함할 수 있다. 전형적으로, 캐소드 어레이의 캐소드들은, 캐소드들의 길이방향 축들이 서로에 대해 평행하도록 서로로부터 이격되고, 그리고 길이방향 축들은, 처리될 기판으로부터 등거리에(equidistant) 배열된다.
[0059] 재료의 층을 기판 상에 증착시키는 방법의 실시예는 도 8에 도시된다. 단계(802)에서, 프로세스 가스는 가스 분배 시스템을 통해 제공되고, 가스 분배 시스템은, 기판 운송 방향을 따른 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해 독립적으로 프로세스 가스의 유량을 제어하도록 구성된다. 단계(804)에서, 캐소드 어레이로부터의 재료는 스퍼터링되며, 캐소드 어레이는, 기판 운송 방향을 따라서 이격된 셋 또는 그 초과의 캐소드들을 갖는다. 재료는 기판 상에 증착되고, 기판은 정적 증착 프로세스를 위해 포지셔닝된다. 전형적으로, 타겟의 재료는 타겟 재료의 산화물, 질화물, 또는 산-질화물의 형태로, 즉, 반응성 스퍼터링 프로세스를 이용하여 증착될 수 있다.
[0060] 전술한 내용은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 본 발명의 범위는 이하의 청구항들에 의해서 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 상에서의 재료의 정적 증착(static deposition)을 위한 장치로서, 상기 장치는:
    기판 운송 방향을 따라서 이격된 셋 또는 그 초과의 캐소드들을 갖는 캐소드 어레이(cathode array); 및
    하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들을 제공하기 위한 가스 분배 시스템을 포함하고,
    상기 가스 분배 시스템은, 상기 기판 운송 방향을 따른 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해서 독립적으로, 상기 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들 중 적어도 하나의 프로세스 가스의 유량을 제어하도록 구성되는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분배 시스템은 상기 셋 또는 그 초과의 캐소드들의 길이방향 축들(longitudinal axes)에 대해 평행한 셋 또는 그 초과의 가스 라인들을 포함하며, 상기 셋 또는 그 초과의 가스 라인들은 상기 기판 운송 방향을 따라서 이격되는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 분배 시스템은 상기 셋 또는 그 초과의 캐소드들의 길이방향 축들에 대해 수직인 셋 또는 그 초과의 가스 라인들을 포함하며, 상기 셋 또는 그 초과의 가스 라인들은 상기 기판 운송 방향에 대해 수직으로 이격되는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 라인들은, 상기 셋 또는 그 초과의 캐소드들의 길이방향 축들에 대해 평행한 방향을 따른 둘 또는 그 초과의 세그먼트들을 제공하는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 분배 시스템은, 셋 또는 그 초과의 가스 라인들에 대한 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들의 유량을 독립적으로 제어하도록 구성된 셋 또는 그 초과의 질량 유동 제어기들(mass flow controllers)을 더 포함하는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수평 방향을 따라 연장되는 하나의 애노드(anode), 또는 상기 기판 운송 방향을 따라 이격된 적어도 3개의 애노드들을 더 포함하는,
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐소드 어레이는 8 또는 그 초과의 회전식 스퍼터 타겟들(rotary sputter targets)을 포함하고, 특히, 상기 캐소드 어레이는 12개의 회전식 스퍼터 타겟들을 포함하는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셋 또는 그 초과의 캐소드들은 DC 전력 공급부에 연결되는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셋 또는 그 초과의 캐소드들 중 이웃하는 캐소드들의 쌍들은 AC 전력 공급부에 연결되는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐소드 어레이의 상기 셋 또는 그 초과의 캐소드들은, 상기 캐소드들의 길이방향 축들이 서로에 대해 평행하도록 서로로부터 이격되고, 그리고 상기 길이방향 축들은, 처리될 기판으로부터 등거리에(equidistant) 배열되는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 장치.
  11. 기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 방법으로서,
    하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들을 가스 분배 시스템을 통해 제공하는 단계;
    기판 운송 방향을 따른 둘 또는 그 초과의 포지션들에 대해서 독립적으로, 상기 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들 중 적어도 하나의 프로세스 가스의 유량을 제어하는 단계; 및
    캐소드 어레이 - 상기 캐소드 어레이는, 상기 기판 운송 방향을 따라서 이격된 셋 또는 그 초과의 캐소드들을 가짐 - 로부터의 재료를 스퍼터링하는 단계를 포함하는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 셋 또는 그 초과의 캐소드들의 길이방향 축들에 대해 평행하게 포지셔닝된 적어도 하나의 가스 라인으로부터의 프로세스 가스를 사용하여 재료를 기판 상에 스퍼터링하는 단계를 더 포함하는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 분배 시스템에 의해 제공되는 상기 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들은, 비-반응성 가스 및 반응성 가스들의 혼합물을 제공하는 둘 또는 그 초과의 프로세스 가스들인,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 분배 시스템에 의해 제공되는 상기 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들은 비-반응성 가스인,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 방법.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들 중 적어도 하나의 프로세스 가스의 부분 압력은 변화될 수 있는,
    기판 상에서의 재료의 정적 증착을 위한 방법.
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