KR20170064527A - 마그네트론 스퍼터 전극용의 자석 유닛 및 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스퍼터 실에서 상호 대향 배치되는 타켓으로부터 기판을 향하는 방향을 위로 하고, 타켓의 하측에 배치되어 이 타겟의 상측에 터널 형상의 자속을 형성한 자석 유닛을 스퍼터 장치로부터 분리하는 일이 없이 간단히 타겟의 침식영역을 변결할 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여 본 발명의 마그네트론 스퍼터 전극(C)의 자석 유닛(5)은 타겟의 길이 방향을 따라 선상으로 배치된 중앙자석(52)과, 중앙 자석의 양측에 평행하게 신장되는 직선부(53a) 및 직선부 양단을 각각 연결하는 코너부(53b)로 이루어지는 무단(無端) 형상인 주변자석(53)을 타겟측의 극성을 바꾸어 가진다. 중앙자석과 주변자석의 직선부를 상대 이동시켜 중앙자석 및 주변자석 상호 간격을 변경 가능케 하는 변경수단(51b, 55)을 구비한다.

Description

마그네트론 스퍼터 전극용의 자석 유닛 및 스퍼터링 장치{MAGNET UNIT FOR MAGNETRON SPUTTER ELECTRODE AND SPUTTERING APPARUTUS}

본 발명은 마그네트론 스퍼터 전극용의 자석 유닛 및 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

종래, 마그네트론 방식의 스퍼터링(이하 '스퍼터'라 함) 장치는 마그네트론 스퍼터 전극을 가지고, 이 마그네트론 스퍼터 전극이 처리하고자 하는 기판에 대향 배치되는 타겟과, 이 타겟의 기판과 대향하는 측을 위로 하여 타겟의 하측에 배치되는 이 타겟 상측에 터널 형상의 자속을 형성하는 자석 유닛을 가진다.

타겟에 음의 직류전압 또는 교류전압을 인가하여 타겟을 스퍼터할 때, 상기 자속에서 타겟 전방으로 전리된 전자 및 스퍼터링에 의하여 발생된 이차전자를 포집하여 타겟 상측에서의 전자밀도를 높이고, 이들 전자와 진공 챔버 내로 도입되는 희 가스의 가스분자와 충돌확률을 높임으로써 플라즈마 밀도를 높이게 된다. 상기 스퍼터 장치에 의하면, 예를 들면 처리기판의 현저한 온도 상승을 동반하는 일이 없이 성막(成膜) 속도를 형상시킬 수 있는 등의 이점이 있으며, 최근에는 큰 면적의 플랫 패널 디스플레이의 제조공정에서 투명전도막의 형성 등에 널리 이용되고 있다.

타겟으로서 평면에서 보아 대략 모난 형상(이하, '평면시략구형'(平面視略矩形)이라 함)의 것을 사용하는 경우, 자석유닛으로서는 타겟에 평행하게 배치되는 평면시략구형의 지지판(요크) 위에 그 길이 방향을 따라 선상으로 중앙자석과, 중앙자석 양측에 평행하게 신장된 직선부 및 각 직선부 양단을 각각 연결하는 코너부로 이루어지는 무단(無端) 형상의 주변자석을 타겟측의 극성을 바꾸는 것이 예를 들면 특허문헌 1(일본 공개특허공보 제2005-354765호)에서 알려져 있다. 일반적으로 자석 유닛의 조립시에 중앙자석 및 주변자석이 지지판 표면에 접착제를 통하여 고정된다. 또한, 이 자석 유닛에는 자석의 수직 성분이 0이 되는 위치의 하측에 타겟이 우선적으로 침식된다. 이런 것으로부터 지지판의 폭을 타겟의 폭보다 작게 형성하고, 스퍼터 중, 자석 유닛을 타겟의 폭 방향(타겟의 길이 방향에 직행하는 방향)을 따라 2점 사이에서 소정 속도로 왕복 이동시키도록 하고 있다.

여기서, 도 4를 참조하여 설명하면, 타겟(41)의 폭 방향에 있어서, 양 자속(M1, M2)와의 관계에서 타겟(41) 중 가장 많이 침식되는 부분 상호간의 간격을 이로우젼 피치(EP, Erosion Pitch)라 한다. 그리고, 도 4 중에서 실선으로 나타낸 위치에서 자석 유닛이 존재하는 경우를 기점으로 하여 이 기점으로부터 자석 유닛(5)을 타겟(41)의 타측(도 4 중, 2점 쇄선으로 표시한 소정 위치)로 이동한다. 이 때, 자석 유닛(5)의 스트로크(MS, 이동량)를 타겟(41)의 중앙에서 침식 영역(ER1, ER2)이 상호 근접(즉, 도 4 중 좌측의 침식 영역(EP1)이 소정 스트로크로 이동한 때, 기점 위치에 있어서는 우측의 침식 영역(EP2)에 근접)하거나, 또는 그 일부가 겹치도록 설정하면, 최소 스트로크에서 타겟(41)이 그 폭 방향으로 좋은 효율에 균등하게 침식할 수 있다.(도 4(a) 참조) 단, 이로우젼 피치(EP)는 타겟의 종류 또는 타겟의 두께, 또는 스퍼터 시에 성막실의 진공압 또는 스퍼터 가스의 분압 등 스퍼터 조건에 의하여 바뀔 수 있다.

예를 들면, 자석 유닛의 설계치로부터 시뮬레이션 등에 의하여 설정된 이로우젼 피치(EP, 이하 이것을 '설정 이로우젼 피치'라 함)를 기초로, 스트로크(MS)를 설정한 후, 실제로 타겟을 스퍼터하면 이때의 실제 이로우젼 피치(EP)는 설정 이로우젼 피치보다 커지는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 예를 들면 자석 유닛(5)이 왕복하여도 도 4 중 좌측의 침식영역(EP1)은 기점 위치에서 우측의 침식영역(EP2)에 근접하기까지 이동하지 않고, 또한 복동(復動)하는 경우도 같이 되어 타겟(41)의 폭 방향 중앙에 비침식영역이 발생한다(도 4(b) 참조).

한편, 실제의 이로우젼 피치(EP)가 설정 이로우젼 피치보다 작게 되면, 자석 유닛(5)을 왕복동시켰을 때 타겟(41)의 폭방향 중앙에서 침식영역(EP1, EP2)이 겹쳐져 체재하는 영역이 많아지며, 이 영역에서 국소적인 침식이 일어난다(도 4(c) 참고). 이와 같이 설정한 스트로크와 이로우젼 피치와의 관계가 변화하면 타겟(1)의 사용효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 비침식영역이 많아지면, 스퍼터에 의한 성막의 적산시간이 길어짐에 따라 이상방전이 유발되기 쉬워지는 것이다.

상기 문제점을 해소하는 방법으로서, 자석 유닛(5)의 스트로크를 변경하는 것을 생각해 볼 수 있으나, 실제의 스퍼터 장치에서는 자석 유닛의 주위에 다른 구성부품이 다수 설치되어 있기 때문에 스트로크를 대폭 변경하면, 다른 구성부품과 간섭이 일어나므로 곤란하며, 타겟의 폭방향 끝까지 자석 유닛을 이동시키도록 하는 경우에는 오히려 이상방전이 유발될 우려가 있다. 한편, 이로우젼 피치를 변경하는 것을 생각할 수 있으나, 상기 종래기술과 같이 중앙자석(52)과 양측 주변자석의 직선부(53a)와의 사이 간격이 고정되면 자석 유닛 자체를 교환할 필요가 있으며, 스퍼터 장치 설치 후에 그와 같은 변경작업을 시행하는 것은 매우 번거로운 일이 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 자석 유닛을 교환하는 일이 없으며, 간단히 타겟의 침식 영역을 변경할 수 있으며 타겟의 이용 효율이 좋은 마그네트론 스퍼터 전극용의 자석 유닛 및 스퍼터링 장치를 제공하는 것을 그 과제로 하고 있는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 마그네트론 스퍼터 전극용의 자석 유닛은, 스퍼터 실에서 상호 대향 배치되는 타켓으로부터 기판을 향하는 방향을 위로 하고, 타켓의 하측에 배치되어 이 타겟의 상측에 터널 형상의 자속을 형성한 자석 유닛에 있어서, 상기 자석유닛은 타겟의 길이 방향을 따라 선상으로 배치되는 중앙 자석과, 상기 중앙 자석의 양측에 평행하게 신장되는 직선부 및 직선부 양단을 각각 연결하는 코너부로 이루어지는 무단(無端) 형상인 주변자석을 타겟측의 극성을 바꾸어 가지는 것에 있어서, 상기 중앙자석과 주변자석의 직선부를 상대 이동시켜 중앙자석 및 주변자석 상호 간격을 변경 가능하게 하는 변경수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 중앙자석 및 주변자석의 직선부 상호 간격을 자유로이 변경할 수 있도록 하는 변경수단을 가지고 있으므로, 자석 유닛 자체를 교환할 필요가 있는 종래기술과 비교하여 간단한 작업으로 이로우젼 피치를 바꿀 수 있다. 그 결과, 스퍼터에 의한 성막시에 타겟의 이용 효율을 높이기 위하여 자석 유닛이 타겟의 폭 방향으로 왕복동되는 것에 적용하면, 타겟의 종류나 스퍼터 조건에 대응하여 이로우젼 피치와 스트로크의 관계를 최적화하고 타겟의 폭방향에서 이 타겟을 대략 균등하게 침식하는 구성을 실현할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 코너부는 길이가 동일 또는 다른 복수의 자석편을 조립하여 구성되고, 중앙자석 및 주변자석의 직선부 사이의 간격에 대응하여 자석편을 바꿈으로써 상기 주변자석의 무단(無端) 형상을 유지하도록 구성하여도 좋다.

또한, 상기 간격을 변경할 때에 중앙자석 및 주변자석의 직선부 상호 간격이 그 길이 방향으로 통상 균일해 지도록 상기 중앙자석이 고정대 상에 설치됨과 동시에 주변자석의 직선부가 가동대상에 설치되며, 상기 변경수단은 고정대에 대하여 가동대를 상대이동시키는 조정나사와, 상기 조정나사를 가이드하는 가이드부를 구비하고, 상기 중앙자석 및 상기 주변자석 상호의 간격을 변경한 후, 가동대를 고정하는 고정수단을 설치한 구성을 채용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 스퍼터 장치는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 전극용의 자석 유닛을 가지는 마그네트론 스퍼터 전극과, 진공상태의 보호 유지가 가능한 스퍼터 실과, 상기 스퍼터 실내에 소정 가스를 도입하는 가스 도입수단과, 타겟으로 전력을 투입 가능케 하는 스퍼터 전원을 구비한 것을 특징으로 한다.

이상에 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 중앙자석 및 주변자석의 직선부 상호 간격을 스퍼터 장치로부터 자석 유닛을 분리하는 일이 없이 변경할 수 있으므로, 자석 유닛 자체를 교환할 필요가 있는 종래기술과 비교하여 간단한 작업으로 이로우젼 피치를 바꿀 수 있다.

그 결과, 이로우젼 피치와 스트로크와의 관계를 최적화하여 타겟을 그 폭 방향으로 대략 균등하게 침식할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 스퍼터 장치를 모식적으로 설명하는 도면
도 2의 (a) 및 (b)는 자석 유닛을 기준위치에서 나타내는 평면도 및 B-B 단면도
도 3의 (a) 및 (b)는 간격변경을 설명하는 도면
도 4의 (a) 내지 (c)는 자석 유닛을 왕복동시키면서 타겟을 스퍼터하는 경우, 이로우젼 피치와 스트로크와의 관계가 변하였을 때 타겟의 폭 방향에서의 침식을 설명하는 단면도

이하, 도면을 참조하여 처리하고자 하는 기판(S)으로서 플랫패널 디스플레이의 제작에 사용되는 평면시구형(平面視矩形)의 유리기판을 사용하여 그 표면에 A1 등 소정의 박막을 형성할 경우를 예로 본 발명의 마그네트론 스퍼터 전극(C)을 가진 스퍼터 장치(SM)를 설명한다.

도 1과 같이 스퍼터 장치(SM)는 예를 들면 인라인 방식의 것이며, 로터리 펌프, 터보 분자 펌프 등의 진공배기수단(미도시)을 통하여 소정의 진공도를 유지할 수 있는 스퍼터실(1)을 구비한다. 스퍼터실(1)의 상부 공간에는 기판 반송수단(2)이 설치된다. 기판 반송수단(2)은 공지의 구성을 가지며, 예를 들면 기판(S)이 장착되는 캐리어(21)를 가지고 구동수단을 간헐적으로 구동시켜 후술할 타겟과 대향하는 위치로 기판(S)을 순차 반송할 수 있도록 되어 있다.

스퍼터실(1)에는 가스 도입수단(3)이 설치되어 있다. 가스 도입수단(3)은 매스플로우 컨트롤러(31)를 설치한 가스관(32)을 통하여 가스원(33)과 연통되고, 아르곤 등의 희가스로 이루어지는 스퍼터 가스 또는 반응성 스퍼터링을 할 때 사용되는 반응 가스가 스퍼터실(1) 내에 일정 유량으로 도입될 수 있다. 반응 가스로는 기판(S) 표면에 성막하고자 하는 박막의 조성에 따라 선택되며, 산소, 질소, 탄소, 수소를 포함한 가스, 오존, 물 혹은 과산화수소 또는 이들의 혼합 가스 등이 사용된다. 스퍼터실(1)의 하측에는 마그네트론 스퍼터 전극(C)이 배치된다.

마그네트론 스퍼터 전극(C)은 스퍼터실(1)을 향하도록 설치된 대략 직사각체(평면시구형)인 타겟(41)과 자석 유닛(5)을 구비한다. 이하에 있어서는 타겟(41)으로부터 기판(S)을 향하는 방향을 '위'로 하고, 기판(S)으로부터 타겟(41)을 향하는 방향을 '아래'로 하여 설명한다. 또한, 타겟의 폭 방향을 X 방향으로 하여 설명한다.

타겟(41)은 Al 합금, Mo나 ITO 등 기판(S) 상에 성막하도록 하는 박막의 조성에 대응하여 공지의 방법으로 각각 제작된다. 타겟(41) 상에 면하는 스퍼터 면(411)의 면적은 기판(S)의 외형 길이보다 크게 설정된다. 또한, 타겟(41)의 하면에는 스퍼터링 중, 타겟(41)을 냉각하는 버킹 플레이트(42, Bucking Plate)가 인듐 또는 주석 등의 본딩재를 통하여 접합된다. 그리고, 버킹 플레이트(42)에 타겟(41)을 접합한 상태에서 절연판(43)을 통하여 프레임(44)에 장착된다. 스퍼터실(1) 내에 타겟(41)을 배치한 후, 타겟(41)의 스퍼터 면(411) 주위에는 그라운드 접지된 아노드로서의 역할을 수행하는 실드(45)가 장착된다. 또한, 타겟(41)에는 공지의 구조를 가지는 스퍼터 전원(E)으로부터 출력단이 접속되어 음의 직류전압 또는 고주파 전압이 인가되도록 되어 있다.

도 2의 (a) 및 (b)와 같이 자석 유닛(5)은 타겟(41)의 스퍼터 면(411)에 평행하게 설치되며, 자석의 흡착력을 증폭하는 자성재료로 만들어져 대략 긴 원 형상인 평판으로 이루어진 지지판(51, 요크)를 구비한다. 지지판(51) 상에는 지지판(51)의 길이 방향으로 신장된 중심선 상에 위치되어 배치한 중앙자석(52)과, 이 중앙자석(52)의 주위를 감싸도록 지지판(51)의 상면 바깥 가장자리부를 따라 환상(무단(無端) 형상)으로 배치한 주변자석(53)이 타겟측의 극성을 바꾸어 설치된다. 주변자석(53)은 중앙자석(52) 양측에 평행하게 신장된 직선부(53a) 및 각 직선부(53a) 양단을 각각 아치 형상으로 연결하는 코너부(53b)로 이루어진다.

여기서, 중앙자석(52)의 동자화(同磁化)로 환산한 때의 체적이 주변자석(53)의 동자화로 환산한 때의 체적의 비(주변자석:중심자석:주변자석=1:2:1(도 1 참조)) 정도가 되도록 설계한다. 이에 따라 타겟(41)의 상측에서 균형을 이루는 터널 형상의 자속(M1, M2)이 형성된다(도 1 참조). 중앙자석(52) 및 주변자석(53)은 네오듐 자석 등 공지의 것이며, 이들 중앙자석(52) 및 주변자석(53)은 예를 들면 소정 체적의 자석편(MP, MP1)을 복수로 배열하여 설치한 구성으로 되어 있다. 이 경우, 주변자석(53)의 코너부(53b)를 구성하는 자석편 중, 적어도 폭 방향에 직교하는 것(MP1)은 지지판(51)에 도시를 생략한 나사 등을 이용하여 고정하는 것으로써 간단히 탈착 가능하도록 설치된다.

지지판(51)의 폭은 타겟(41)의 폭보다 작게 형성되며, 지지판(51)에는 이동수단(6)이 부설된다(도 1 참조). 이동수단(6)은 직동식 액추에이터 등 공지의 것이 사용된다. 그리고, 스퍼터 중, 자석 유닛(5)이 X 방향에 동일 평면 상을 소정 속도 그리고 일정 스트로크(MS)로 왕복동하도록 되어 있다. 여기서, 상술한 바와 같이 이로우젼 피치(EP)와 스트로크(MS)의 관계가 최적이면 타겟(41)을 그 폭 방향으로 대략 균등하게 침식할 수 있지만, 이로우젼 피치(EP)는 타겟의 종류 또는 타겟의 두께, 또는 스퍼터 시에 성막실의 진공압 또는 스퍼터 가스의 분압 등 스퍼터 조건에 따라 바뀔 수 있다.

여기서, 본 실시형태의 자석 유닛(5)에서는 중앙자석(52)을 지지판(51)의 중심선 상에 위치시키고, 지지판(51) 전체의 길이에 걸쳐 형성한 소정 높이의 돌기로 이루어지는 고정대(51a) 상에 설치함과 동시에 주변자석의 양 직선부(53b)를, 지지판(51) 상에 재치된, 중앙자석(52)의 길이와 대략 일치하는 가동대(54) 상에 설치한다. 또한, 고정대(51a) 및 가동대(54) 상에 중앙자석(52) 및 주변자석(53)을 설치할 때, 중앙자석(52)과 주변자석(53)의 상면은 타겟(41)의 스퍼터 면에 대략 평행한 동일 평면상에 위치하도록 고정대(51a) 및 가동대(54)의 높이가 설정됨과 동시에 주변자석(53)의 코너부(53b)의 자석편(MP, MP1)도 높이가 맞춰지도록 하는 것을 사용한다. 그리고, 자석 유닛(5)에는 고정대(51a)에 대하여 가동대(54)를 상대 이동시켜 중앙자석(52)과 주변자석(53)의 직선부(53a)와의 간격을 변경할 수 있도록 하는 변경수단을 구비한다.

변경수단은 지지판의 측면(51)에 설립한 가이드부(51b)와, 가이드부(51b)의 소정 위치에 형성된 나사구멍(51c)과, 일단이 가동대(54)의 외측면에 당접하기까지 나사구멍(51c)에 자유로이 탈착 가능하게 나사 결합되는 조정나사(55)를 구비한다. 그리고, 가이드부(51b)는 지지판(51)의 길이방향으로 소정간격을 가지면서 복수개소(3개소 정도) 설치되어 있으나, 그 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성하는 것도 가능하다. 또한, 조정나사(55)를 설치하는 갯수는 가동대(54)의 길이 등을 고려하여 적절히 설정된다.

지지판(51)의 하면에는 폭 방향으로 신장된 횡으로 긴 요(凹)부(51d)가 지지판(51)의 길이 방향으로 소정 간격을 가지며 복수개소(3개소 정도) 형성된다(도 2(b) 참조). 그리고, 가동대(54)의 하면에는 요부(51d)의 형성 위치에 대응시켜 나사구멍이 형성되고, 요부(51d)를 삽입하여 통과시킨 볼트(56)에 의하여 가동대(54)를 지지판(51)에 고정할 수 있도록 되어 있다. 요부(51d)를 설치하는 갯수는 지지판(51)의 길이 등을 고려하여 적절히 설정된다.

다음으로, 본 실시형태의 자석 유닛(5)에서 스퍼터 장치(SM)에 설치한 상태로 중앙자석(52)과 주변자석(53)의 직선부(53a)와의 간격을 변경하는 순서에 관하여 설명한다. 도 2(b)에 나타낸 자석 유닛(5)의 기준 위치(가동대(54)가 고정대(51a)와 가이드부(51b) 중간에 존재하는 위치)에서 볼트(56)를 풀어 가동대(54)의 지지판(51)과의 고정을 해방하고, 가동대(54)를 이동 가능하게 한다. 이 상태에서 일단이 가동대(54)의 외측면에 당접할 때 까지 각 나사구멍(51c)에 조정 나사(55)를 각각 나사결합한다. 그리고, 예를 들면 중앙자석(52)과 주변자석(53)의 직선부(53a)와의 간격을 넓히는 경우에는 조정나사(55)를 일 방향으로 회전시키면 이에 동기하여 가동대(54)가 고정대(51a)에 대하여 상대이동한다.

이에 따라, 중앙자석(52)과 주변자석(53)의 직선부(53a)와의 간격이 넓어지도록 직선부(53a)가 이동한다. 이때, 각 조정나사(55)는 순차 또는 동시에 동일 방향으로 동일한 회전각(또는 회전수)만 회전된다. 그 결과, 직선부(53a)를 이동시켜도 중앙자석(52)과의 간격을 그 전체 길이에 걸쳐 균일하게 유지할 수 있다. 그리고, 직선부(53a)는 그 외측면이 가이드부(51b)와 당접할 때까지 이동할 수 있게 된다. 한편, 예를 들면 중앙자석(52)과 주변자석(53)의 직선부(53a)와의 간격을 좁히는 경우에는 미리 코너부(53b)의 자석편(MP1) 중, 중앙의 것 이외를 분리한 후, 조정나사(55)를 타 방향으로 회전시켜 상기와 같이 직선부(53a)를 이동시킨다.

다음으로, 중앙자석(52)과 주변자석(53)의 직선부(53a)와의 간격이 소망하는 위치까지 오면, 조정나사(55)의 회전을 정지하고, 이 상태에서 볼트(56)에 의하여 가동대(54)를 다시 지지판(51)에 고정한다. 이 상태에서는 코너부(53b)에 그 폭방향으로 자석편(531)의 양측에 직선부(53a)를 이동시킬 만큼의 간격이 생긴다. 이 간격에는 간격에 대응하는 길이의 다른 자석편(MP2)이 나사에 의하여 지지판(51)에 고정되고 설치되며, 무단 형상이 유지되어(도 3(a) 참조), 자석 유닛(5)의 변경작업이 종료된다(도 3(a) 참조). 그리고, 주변자석(53)의 직선부(53a)와의 간격을 좁히는 경우에는 가동대(54)의 내측면이 고정대(51a)에 당접할 때까지 이동한 때, 분리하지 않은 중앙의 자석편(MP1)에 주변자석(53)의 자석편이 당접하여 무단 형상이 유지되도록 상기 자석편(MP1)의 길이를 정해 두어도 좋으며(도 3(b) 참조), 또한 간격이 생긴 경우에는 상기와 같이 간격에 대응하는 길이의 다른 자석편이 설치될 수 있다.

상기 작업이 종료되면, 스퍼터실(1)을 소정의 진공도까지 진공을 걸어 기판 반송수단(2)에 의하여 기판(S)을 타겟(41)과 대향하는 위치로 반송한다. 그리고, 가스 도입수단(3)을 통하여 소정 스퍼터 가스 또는 반응 가스를 도입한 후, 스퍼터 전원(E)을 통하여 음의 직류전압 또는 고주파 전압을 타겟(41)에 인가한다. 이에 따라 기판(S) 및 타겟(41)에 수직한 전계가 형성되고, 타겟(41)의 상측으로 플라즈마가 발생하여 타겟(41)이 스퍼터되는 것으로 기판(S) 표면에 소정 박막이 형성된다. 이때, 자속(M1, M2)에서 타겟 상측으로 전리한 전자 및 스퍼터링에 의하여 발생한 이차 전자를 포집하여 타겟 전방에서의 전자밀도를 높여 이들 전자와 진공 챔버(1) 내에 도입되는 스퍼터 가스의 가스 분자와 충돌 확률을 높임으로써 타겟(41) 상측에서의 플라즈마 밀도가 높아진다.

이상에 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 중앙자석(52) 및 주변자석(53)의 직선부(53a) 상호 간격을 스퍼터 장치(SM)로부터 자석 유닛(5)을 분리하는 일이 없이 변경할 수 있으므로, 자석 유닛(5) 자체를 교환할 필요가 있는 종래기술과 비교하여 간단한 작업으로 이로우젼 피치(EP)를 바꿀 수 있다. 그 결과, 이로우젼 피치(EP)와 스트로크(MS)와의 관계를 최적화하여 타겟을 그 폭방향으로 대략 균등하게 침식할 수 있다. 이 경우, 스트로크(MS)도 스퍼터 장치의 구성상 가능한 범위에서 변경하여도 좋다.

이상의 효과를 확인하기 위하여, 이하의 실험을 행하였다. 타겟(41)으로서 A1을 사용하여 공지의 방법으로 180mm×2650mm×두께 16mm인 평면에서 보아 대략 장방형으로 형성하고, 버킹 플레이트(42)에 접합하였다. 또한, 자석 조립체의 지지체(51)로서 100mm×2640mm인 외형 길이를 가진 것을 사용하여 각 지지체(51) 상에 타겟(41)의 길이 방향을 따라 봉 형상의 중앙자석(52)과, 지지판(51)의 외주를 따라 주변자석(53)을 설치하였다. 이 경우, 당초 중앙자석(52)과 주변자석(53)의 직선부(53a)와의 중심 간격을 34mm로 하였다.

그리고, 기판(S)으로서 2200mm×2400mm인 외형 길이를 가지는 유리 기판을 사용하고, 또한 스퍼터링 조건으로서 진공 배기되는 스퍼터실(11) 내의 압력이 0.4Pa로 유지되도록 매스플로우 컨트롤러(31)를 제어하여 스퍼터 가스인 아르곤을 스퍼터실(11)내로 도입하였다. 타겟(41)과 유리 기판과의 사이 거리는 150mm, 타겟(41)으로의 투입전력(직류전압)은 75kW로 하고, 10000kWh에 도달하기까지 스퍼터하였다. 자석 유닛(5)을 X 방향으로 25mm/sec의 속도에 40mm의 스트로크로 왕복동시켰다.

상기 조건에서 기판 표면에 A1막을 형성하면, 타겟의 길이 방향 단부로부터 200mm의 위치에서 타겟(41)의 폭방향의 침식량을 보면 타겟의 폭 방향 중앙에서 국소적인 침식이 일어나며 불균일하게 침식되어 있다.

여기서, 타겟(41)의 폭 방향의 침식 형상으로부터 상대이동량(스트로크)을 산출하여 변경수단으로 당초의 중앙자석(52)과 주변자석(53)의 직선부(53a)사이의 간격을 40mm로 변경하고, 그 외에는 상기와 동일한 조건에서 스퍼터를 행한 바, 국소적인 타겟의 침식이 방지되며, 타겟을 대략 그 전체 면에 걸쳐 대략 균등하게 침식할 수 있음이 확인되었다.

이상, 본 발명의 실시형태에 따른 자석 유닛(5)을 구비한 마그네트론 스퍼터 전극(C)을 장착한 스퍼터 장치(SM)에 관하여 설명하였으나, 상기 형태의 것에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태에서는 중앙자석을 고정대 상에 설치하는 것을 예로 설명하였으나, 중앙자석도 또한 가동대 상에 설치하여 중앙자석 및 주변자석을 X 방향으로 이동시킬 수 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는 조정나사(55)의 선단이 가동대(54)의 외측면에 고정된 것을 예로 설명하였으나, 조정나사(55)를 자유로이 탈착할 수 있도록 하여도 좋다.

SM...스퍼터링 장치 C...마그네트론 스퍼터 전극
1...스퍼터실 41...타겟
5...자석 유닛 51...지지판
51a...고정대(돌기) 51b...가이드부(변경수단)
52...중앙자석 53...주변자석
53a...직선부 53b...코너부
MP, MP1...마그넷피스 54...가동대
55...조정나사(변경수단) 56...고정용 볼트(고정수단)
6...이동수단 3...가스 도입수단
E...스퍼터 전원 S...기판
M1, M2...자속

Claims (4)

1. 스퍼터 실에서 상호 대향 배치되는 타켓으로부터 기판을 향하는 방향을 위로 하고, 타켓의 하측에 배치되어 이 타겟의 상측에 터널 형상의 자속을 형성한 자석 유닛에 있어서,
   상기 자석유닛은 타겟의 길이 방향을 따라 선상으로 배치되는 중앙 자석과, 상기 중앙 자석의 양측에 평행하게 신장되는 직선부 및 직선부 양단을 각각 연결하는 코너부로 이루어지는 무단(無端) 형상인 주변자석을 타겟측의 극성을 바꾸어 가지는 것에 있어서,
   상기 중앙자석과 주변자석의 직선부를 상대 이동시켜 중앙자석 및 주변자석 상호 간격을 변경 가능하게 하는 변경수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 전극용의 자석 유닛.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 코너부는,
   길이가 동일 또는 다른 복수의 자석편을 조립하여 구성되고, 중앙자석 및 주변자석의 직선부 사이의 간격에 대응하여 자석편을 바꿈으로써 상기 주변자석의 무단 형상을 유지하도록 구성한 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 전극용의 자석 유닛.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 중앙자석이 고정대 상에 설치됨과 동시에 주변자석의 직선부가 가동대 상에 설치되며,
   상기 변경수단은 고정대에 대하여 가동대를 상대 이동시키는 조정나사와,
   상기 조정나사를 가이드하는 가이드부를 구비하고,
   상기 중앙자석 및 상기 주변자석 상호의 간격을 변경한 후, 가동대를 고정하는 고정수단을 설치한 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 전극용의 자석 유닛.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 전극용의 자석 유닛을 가지는 마그네트론 스퍼터 전극과, 진공상태의 보호 유지가 가능한 스퍼터 실과, 상기 스퍼터 실내에 소정 가스를 도입하는 가스 도입수단과, 타겟으로 전력을 투입 가능케 하는 스퍼터 전원을 구비한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.

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