KR20170082619A

KR20170082619A - 스퍼터링 마그네트론

Info

Publication number: KR20170082619A
Application number: KR1020177015998A
Authority: KR
Inventors: 석창길; 강창훈; 공대영; 송문규; 서규철
Original assignee: (주)울텍
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2017-07-14
Also published as: WO2016098923A1

Abstract

본 발명에 따른 스퍼터링 마그네트론은, 원통형 타겟, 상기 원통형 타겟을 접착하기 위한 백킹튜브, 상기 백킹튜브 내부 중심부에 이격거리를 두고 배치되고 복수의 자석군을 포함하는 고정형 자석단, 상기 백킹튜브 내부 양끝부분에 이격거리를 두고 배치되고 복수의 자석군을 포함하는 회전형 자석단 및 상기 백킹튜브 및 상기 회전형 자석단을 회전시키기 위한 구동 시스템을 포함하고, 상기 회전형 자석단은 일 회전형 자석단 및 다른 회전형 자석단을 포함하고, 상기 일 회전형 자석단의 일측 자석군은 상기 다른 회전형 자석단의 타측 자석군과 점대칭으로 배치되고, 상기 일 회전형 자석단의 타측 자석군은 상기 다른 회전형 자석단의 일측 자석군과 점대칭으로 배치된다.

Description

스퍼터링 마그네트론{sputtering magnetron}

본 발명은, 스퍼터링(sputtering) 장치의 스퍼터링 마그네트론(sputtering magnetron)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전 원통형 타겟(target) 양 끝부분의 침식 영역을 제어함으로써 전체 타겟 사용 효율을 높이도록 한 스퍼터링 마그네트론에 관한 것이다.

일반적으로 스퍼터링(sputtering) 장치의 스퍼터링 마그네트론(sputtering magnetron)은, 금속 혹은 유기물, 무기물의 증착에 사용되며, 타겟(target), 자석단(magnet assembly) 등을 포함하여 구성된다. 타겟은 스퍼터링 마그네트론의 구조에 따라 고정형 타겟, 회전 원통형 타겟으로 구분될 수 있다. 예를 들어 고정형 타겟은, 반도체 등에 사용되는 원형 타겟과 일반산업용에 많이 적용되는 대면적의 사각형 타겟으로 크게 구분된다. 회전 원통형 타겟은 고정형 타겟에 비하여 타겟의 사용 효율을 크게 향상시킬 수 있어 최근 많이 사용되고 있다.

회전 원통형 타겟과 고정형 자석단을 가지는 스퍼터링 마그네트론을 사용하는 스퍼터링 장치의 한 예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 스퍼터링 장치는 스퍼터링 마그네트론(10), 챔버(20), 타겟 구동 시스템(30), 기판(40), 및 롤러(50)로 구성된다. 스퍼터링 마그네트론(10)은 진공 상태로 유지되는 챔버(20) 내부에 놓이고 기판(40)은 스퍼터링 마그네트론(10)과 기결정된 거리를 두고 놓이며 기판이송수단, 예를 들어 롤러(50)에 의해 이송된다. 이때, 원통형 타겟(201)은 백킹튜브(backing tube)(202)에 접착되어 타겟 구동 시스템(30)에 의하여 회전할 수 있도록 구성된다.(스퍼터링을 위한 전원인가단, 가스(gas) 주입부, 진공 펌핑부는 통상적으로 사용되는 부분이므로 생략하였다.)

회전 원통형 타겟과 고정형 자석단을 포함하는 종래의 스퍼터링 마그네트론(10)의 내부 구조를 설명하기 위하여 그 단면(도 1의 A-A')을 도 2에 도시하였다. 도 2에 도시한 바와 같이, 스퍼터링 마그네트론(10)에서는 원통형 타겟(201)이 백킹튜브(backing tube)(202) 외벽에 접착되고, 백킹튜브(202) 내부에 고정형 자석단(300)이 놓인다. 고정형 자석단(300)의 각 자석군(301, 302)은, 자기보존 철편으로서의 자성 플레이트(magnetic plate)(203) 상에 배치된다. 자성 플레이트(203)는, 지지용 플레이트(204)에 의해 지지됨으로써 지지용 플레이트(204) 상에 고정되어 있다. 이때, 고정형 자석단(300)은, 원통형 타겟(201)의 표면에서 일정한 자기력선을 형성하면서 플라즈마 레이스 트랙을 발생시키도록 제1자석군(301)과 제2자석군(302)을 포함한다. 제1자석군(301)이 일직선 형태로 배열되고, 제2자석군(302)이 제1자석군(301)과 이격 간격을 두고 제1자석군(301)을 둘러싸는 형태로 배열된다(도 3의 평면도 참조). 제1자석군(301)의 제1자극부, 예를 들어 원통형 타겟(201)에 인접한 자극부가 S극을 형성하고, 제1자석군(301)의 제2자극부가 제1자극부와 반대되는 자화방향을 가진 자극인 N극을 형성한다. 제2자석군(302)의 제1자극부, 예를 들어 원통형 타겟(201)에 인접한 자극부가 N극을 형성하고, 제2자극부가 제1자극부와 반대되는 자화방향을 가진 자극인 S극을 형성한다. 이와 같이 구성된 제1자석군(301)과 제2자석군(302)에 의해 형성되는 자기력선(401) 중 원통형 타겟(201)과 수평을 이루는 자기력 성분(전기장과는 수직을 이룸)에 의하여 플라즈마 레이스 트랙이 형성되며 그에 따라 원통형 타겟(201) 표면이 스퍼터링 되어 침식된다.

이와 같은 구조를 가진 종래의 스퍼터링 마그네트론(10)은, 기판(40)을 이송수단인 롤러(50)에 의해 수평 이송하면서 스퍼터링을 진행함에 따라 원통형 타겟(201)의 물질을 기판(40)의 상면 상에 증착시킨다.

그런데, 종래의 스퍼터링 마그네트론(10)은, 양끝부분이 U자형인 고정형 자석단(300)을 구비하고 있으므로 도 4에 도시된 바와 같이 양끝부분이 U자형인 플라즈마 레이스 트랙(403)을 원통형 타겟(201) 표면에 형성하게 된다. 즉, 고정형 자석단(300)인 제1자석군(301)과 제2자석군(302)에 의해 생성되는 자기력선의 의한 플라즈마 레이스 트랙(403)의 양끝부분이 U자형으로 되어 있어, 도 5에 도시한 타겟침식형상(404)과 같이 원통형 타겟(201) 양끝 국부적인 영역에서 침식이 더 많이 일어나게 된다. 그에 따라, 원통형 타겟(201)의 수명은 타겟 침식이 많이 일어나는 원통형 타겟(201) 양끝부분의 침식된 홈의 깊이에 의해 제한을 받게 되므로 사용 효율이 낮을 수밖에 없다.

따라서 본 발명의 목적은, 회전 원통형 타겟(target) 양끝부분의 침식 영역을 제어함으로써 전체 타겟 사용 효율을 높이도록 한 스퍼터링 마그네트론을 제공하는 데 있다.

따라서 본 발명에 따른 스퍼터링 마그네트론은, 원통형 타겟, 상기 원통형 타겟을 접착하기 위한 백킹튜브, 상기 백킹튜브 내부 중심부에 이격거리를 두고 배치되고 복수의 자석군을 포함하는 고정형 자석단, 상기 백킹튜브 내부 양끝부분에 이격거리를 두고 배치되고 복수의 자석군을 포함하는 회전형 자석단 및 상기 백킹튜브 및 상기 회전형 자석단을 회전시키기 위한 구동 시스템을 포함하고, 상기 회전형 자석단은 일 회전형 자석단 및 다른 회전형 자석단을 포함하고, 상기 일 회전형 자석단의 일측 자석군은 상기 다른 회전형 자석단의 타측 자석군과 점대칭으로 배치되고, 상기 제1 회전형 자석단의 타측 자석군은 상기 제2 회전형 자석단의 일측 자석군과 점대칭으로 배치되며, 상기 원통형 타겟의 양끝부분 표면에서 생성되는 플라즈마 레이스 트랙은, 상기 고정형 자석단을 고정한 상태에서 상기 회전형 자석단의 회전에 따라 동일한 길이와 균일한 플라즈마 밀도를 유지하면서 상기 원통형 타겟 표면의 한 쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 이동 가능한 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 회전형 자석단의 자극부는 상기 고정형 자석단 중 중앙에 위치하는 자석군의 상기 원통형 타겟에 인접한 자극부와 대칭일 수 있다. 예를 들어, 상기 고정형 자석단 중 중앙에 위치하는 자석군의 상기 원통형 타겟에 인접한 자극부가 N극을 형성하면, 상기 회전형 자석단의 상기 원통형 타겟에 인접한 자극부는 S극을 형성할 수 있고, 상기 고정형 자석단 중 중앙에 위치하는 자석군의 상기 원통형 타겟에 인접한 자극부가 S극을 형성하면, 상기 회전형 자석단의 상기 원통형 타겟에 인접한 자극부는 N극을 형성할 수 있다.

상기 고정형 자석단의 자석군은 자기적으로(magnetically) 부착하여 지지하기 위한 자성 플레이트(magnetic plate) 상에 배치될 수 있고, 상기 회전형 자석단의 자석군은 자기적으로(magnetically) 부착하여 지지하기 위한 자성 튜브(magnetic tube) 상에 배치될 수 있다.

상기 회전형 자석단은 상기 회전형 자석단의 회전 중심을 제공하는 회전축과 예각을 이루도록 경사진 상태에서 상기 고정형 자석단과 결합할 수 있다.

상기 회전형 자석단이 상기 구동 시스템에 의하여 회전하면, 상기 회전형 자석단의 자석군과 상기 고정형 자석단의 자석군 사이의 거리가 변화할 수 있다.

상기 회전형 자석단은 복수 개로 구성되고, 상기 복수의 회전형 자석단은 서로 다른 개수의 자석군을 가질 수 있으며, 상기 고정형 자석단과 이격하게 배치되는 일 회전형 자석단의 자석군의 개수는 상기 고정형 자석단과 인접하게 배치되는 다른 회전형 자석단의 자석군의 개수 보다 상대적으로 많을 수 있다.

즉, 상기 회전형 자석단의 자극부 중 일 회전형 자석단의 자극부는 상기 고정형 자석단 중 중앙에 위치하는 자석군의 상기 원통형 타겟에 인접한 자극부와 대칭일 수 있다. 예를 들어, 상기 고정형 자석단 중 중앙에 위치하는 자석군의 상기 원통형 타겟에 인접한 자극부가 N극을 형성하면, 상기 일 회전형 자석단의 상기 원통형 타겟에 인접한 자극부는 S극을 형성할 수 있고, 상기 고정형 자석단 중 중앙에 위치하는 자석군의 상기 원통형 타겟에 인접한 자극부가 S극을 형성하면, 상기 일 회전형 자석단의 상기 원통형 타겟에 인접한 자극부는 N극을 형성할 수 있다.

상기 회전형 자석단은 복수 개로 구성되고, 상기 복수의 회전형 자석단은 동일한 개수의 자석군을 가질 수 있으며, 상기 복수의 회전형 자석단 각각의 자석군은 크기 총합과 상기 자성 튜브 상의 위치가 서로 다르게 구성되며, 상기 고정형 자석단과 이격하게 배치되는 일 회전형 자석단의 자석군의 크기 총합은 상기 고정형 자석단과 인접하게 배치되는 다른 회전형 자석단의 자석군의 크기 총합 보다 상대적으로 클 수 있다.

상기 회전형 자석단은 하나 이상의 자석군을 포함할 수 있다.

상기 원통형 타겟의 균일한 침식을 위하여 상기 백킹튜브 및 상기 회전형 자석단이 구동 시스템에 의해 회전될 때, 회전속도가 서로 다를 수 있다.

본 발명에 따른 스퍼터링 마그네트론은, 원통형 타겟 내부 중심부에 배치되는 고정형 자석단과, 원통형 타겟 내부 양끝단에 배치되는 회전형 자석단을 포함하고, 회전형 자석단을 회전함으로써 원통형 타겟표면 양끝단에 형성되는 플라즈마 레이스 트랙은 제어될 수 있다. 그에 따라 타겟의 침식영역이 넓어지므로 타겟의 사용 효율은 높아진다.

도 1은, 원통형 타겟과 고정형 자석단을 포함하는 스퍼터링 마그네트론을 사용하는 스퍼터링 장치의 개략도이다.
도 2는, 원통형 타겟과 고정형 자석단을 포함하는 종래의 스퍼터링 마그네트론의 단면도이다.
도 3은, 종래의 스퍼터링 마그네트론에 사용되는 고정형 자석단의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 4는, 종래의 스퍼터링 마그네트론에 사용되는 고정형 자석단의 배열에 의하여 형성되는 플라즈마 레이스 트랙의 형상을 나타낸 평면도이다.
도 5는, 종래의 스퍼터링 마그네트론을 이용하여 원통형 타겟 침식시 나타나는 타겟 침식 형상의 측면도이다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론 구조를 나타낸 측면도이다.
도 7은, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론의 고정형 자석단 및 회전형 자석단의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)는, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론의 회전형 자석단 회전 시 자석군의 위치에 따른 플라즈마 레이스 트랙 형상이다.
도 9는, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론을 이용하여 원통형 타겟 침식시 나타나는 타겟 침식 형상의 측면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론 구조를 나타낸 측면도이다.
도 11의 (a) 내지 도 11의 (b)는, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론의 고정형 자석단 및 회전형 자석단의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 12는, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회전형 자석단의 자석군 양단의 자성을 보여주는 상기 회전형 자석단의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론 구조를 나타낸 측면도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론의 고정형 자석단 및 회전형 자석단의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 15의 (a) 및 도 15의 (b)는, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 회전형 자석단의 자석군 양단의 자성을 보여주는 상기 회전형 자석단의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론 구조를 나타낸 측면도이다.
도 17은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론의 고정형 자석단 및 회전형 자석단의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 18의 (a) 및 도 18의 (b)는, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 회전형 자석단의 자석군 양단의 자성을 보여주는 상기 회전형 자석단의 평면도이다.

이하, 본 발명에 따른 스퍼터링 마그네트론의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하기로 한다. 도 6은, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론의 구조를 나타낸 측면도이고, 도 7은, 도 6의 스퍼터링 마그네트론이 가지는 고정형 자석단과 회전형 자석단의 구조를 설명하기 위하여 B-B'선을 따라 하측 면에서 바라본 사시도이다. 설명의 편의상 도 6 및 도 7을 연합하여 스퍼터링 마그네트론의 구조를 설명하기로 한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론(60)은 원통형 타겟(701), 백킹튜브(backing tube)(702), 냉매순환튜브(703), 자성 튜브(magnetic tube)(704), 지지용 튜브(705), 회전 튜브(706), 자성 플레이트(magnetic plate)(707), 지지용 튜브(708), 베어링(709), 고정용 플레이트(710), 타겟 구동 시스템(711), 회전형 자석단 구동 시스템(712), 고정형 자석단(500), 및 회전형 자석단(600)을 포함하여 구성된다(DC, DC pulse, RF, MF 등과 같은 전원인가를 위한 전원인가단 및 냉매순환을 위한 입출력포트는 통상적으로 사용되는 부분이므로 생략하였다). 본 실시 예에 따른 회전형 자석단(600)은 제1 회전형 자석단이라 한다.

여기서, 원통형 타겟(701)은 백킹튜브(backing tube)(702) 외벽에 접착된다. 백킹튜브(702)는 모터 등으로 이루어진 타겟 구동 시스템(711)과 연결되어 회전이 가능하도록 구성된다. 스퍼터링 공정 중 발생하는 플라즈마 열에 의한 타겟의 용융 및 박리 방지와 내부 자석의 탈자를 방지하기 위하여 백킹튜브(702) 내부에 냉매순환튜브(703)를 장착하여 냉매를 유통함으로써 백킹튜브(702)에 접착되는 원통형 타겟(701)을 냉각시키고 내부 고정형 자석단(500) 및 제1 회전형 자석단(600)으로의 열전도를 차단한다. 냉매순환튜브(703) 내부에는 고정형 자석단(500)과 제1 회전형 자석단(600)이 놓여진다.

고정형 자석단(500)의 제1, 2자석군(501, 502)은, 제1, 2자석군(501, 502)을 자기적으로(magnetically) 부착하여 지지하기 위한 자기보존 철편으로서의 자성 플레이트(magnetic plate)(707) 상에 배치된다. 자성 플레이트(707)는 지지용 튜브(708)에 의해 지지됨으로써 지지용 튜브(708) 상에 고정되어 있다. 지지용 튜브(708)는 회전 튜브(706)가 회전하여도 고정될 수 있도록 고정용 플레이트(710)에 연결되어 있으며, 회전 튜브(706)가 원활히 회전할 수 있도록 베어링(709)으로 격리되어 있다.

이때, 고정형 자석단(500)은, 제1 회전형 자석단(600)과 결합하여 원통형 타겟(701)의 표면에 일정한 자기력선을 형성하면서 플라즈마 레이스 트랙을 발생시키도록 제1자석군(501)과 제2자석군(502)으로 구성된다. 제1자석군(501)이 일직선 형태로 배열되고, 제2자석군(502)이 제1자석군(501)과 이격 간격을 두고 제1자석군(501) 좌, 우에 일직선 형태로 배열된다. 제1자석군(501)의 제1자극부, 예를 들어 원통형 타겟(701)에 인접한 자극부가 S극을 형성하고, 제1자석군(501)의 제2자극부가 제1자극부와 반대되는 자화방향을 가진 자극인 N극을 형성한다. 제2자석군(502)의 제1자극부, 예를 들어 원통형 타겟(701)에 인접한 자극부가 N극을 형성하고, 제2자극부가 제1자극부와 반대되는 자화방향을 가진 자극인 S극을 형성한다. 다른 예로서, 각각의 자극부의 자극이 모두 반대로 형성되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

또한, 제1 회전형 자석단(600)은, 상기 고정형 자석단(500)과 결합하여 원통형 타겟(701)의 표면에 일정한 자기력선을 형성하면서 플라즈마 레이스 트랙을 발생시키도록 제3자석군(601), 제4자석군(602), 및 제5자석군(603)으로 구성된다. 제3자석군(601), 제4자석군(602), 및 제5자석군(603)은, 제3자석군(601), 제4자석군(602), 및 제5자석군(603)을 자기적으로(magnetically) 부착하여 지지하기 위한 자성 튜브(magnetic tube)(704) 상에 자성 튜브(704)의 원주방향 경로를 따라 S자형으로 배치된다. 제1 회전형 자석단(600)의 자석군(601,602,603)의 제1자극부, 예를 들어 원통형 타겟(701)에 인접한 자극부가 N극을 형성하고, 제2자극부가 제1자극부와 반대되는 자화방향을 가진 자극인 S극을 형성한다. 다른 예로서 상기 자극부들의 자극이 모두 반대 극성을 가지도록 형성되는 것도 가능하다. 이때, 자성 튜브(704)는 지지용 튜브(705) 상에 장착되고, 지지용 튜브(705)는 회전 튜브(706)와 차례로 연결된다. 그러므로, 모터 등을 구비하는 회전형 자석단 구동 시스템(712)을 이용하여 회전 튜브(706)가 회전하게 되면, 자성 튜브(704) 및 지지용 튜브(705)는 같이 회전할 수 있게 된다.

다만, 상기 제1 회전형 자석단(600)의 자석군의 개수가 한 개의 자석군을 포함할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기 제1 회전형 자석단(600)은, 일 회전형 자석단 및 다른 회전형 자석단을 포함하고, 상기 일 회전형 자석단의 일측 자석군은 상기 다른 회전형 자석단의 타측 자석군과 점대칭으로 배치된다. 이에 따라 상기 원통형 타겟(701)의 양끝부분 표면에서 생성되는 플라즈마 레이스 트랙은, 상기 고정형 자석단(500)을 고정한 상태에서 상기 제1 회전형 자석단(600)의 회전에 따라 동일한 길이와 균일한 플라즈마 밀도를 유지하면서 상기 원통형 타겟(701) 표면의 한 쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 이동 가능하다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 스퍼터링 마그네트론(60)에 있어서, 회전형 자석단 구동 시스템(712)에 의해 제1 회전형 자석단(600)이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하게 되면 상기 고정형 자석단(500)과 결합하여 원통형 타겟(701)의 표면에 자기력선을 형성하면서 플라즈마 레이스 트랙이 생성된다. 제1 회전형 자석단(600)의 제3, 제4, 및 제5자석군(601,602,603) 위치에 따라 도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)와 같이 원통형 타겟(701) 표면상에 각각 동일한 길이와 균일한 플라즈마 밀도를 가지는 플라즈마 레이스 트랙(801, 802, 803)을 생성하게 된다.

또한, 상기 제1 회전형 자석단(600)의 제3 자석군(601)이 일측에 배치될 때, 상기 제1 회전형 자석단(600)의 제5 자석군(603)은 상기 일측의 반대측인 타측에 배치된다.

즉, 고정형 자석단(500)의 제1자석군(501)과 제1 회전형 자석단(600)의 제3자석군(601)이 일직선상에 놓이게 되면 플라즈마 레이스 트랙(801)은 상기 제3 자석군(601)과 인접한 끝 부분으로 이동하여 형성하게 된다(도 8의 (a)). 또한, 고정형 자석단(500)의 제1자석군(501)과 제1 회전형 자석단(600)의 제4자석군(602)이 일직선상에 놓이게 되면 플라즈마 레이스 트랙(802)은 원통형 타겟(701)의 중심부로 이동하게 된다(도 8의 (b)). 마찬가지로 고정형 자석단(500)의 제1자석군(501)과 제1 회전형 자석단(600)의 제5자석군(603)이 일직선상에 놓이게 되면 플라즈마 레이스 트랙(803)은 상기 제5 자석군(603)과 이격한 끝 부분으로 이동하게 된다(도 8의 (c)).

이와 같이, 제1 회전형 자석단(600)의 회전에 따라 원통형 타겟(701)의 표면에 생성되는 플라즈마 레이스 트랙이 한 쪽 끝에서 반대 쪽 끝으로 이동하게 됨으로써 타겟 침식영역을 증가시킬 수 있게 된다. 그에 따라 도 9에 도시한 타겟침식형상(901)과 같이 원통형 타겟(701)의 사용 효율을 높일 수 있다.

도 10 내지 도 12에는, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론 구조가 도시되어 있다.

본 실시 예에 따른 회전형 자석단은, 설명의 편의를 위해 제2 회전형 자석단(610)이라 한다. 상기 제2 회전형 자석단(610)은 상기 고정형 자석단(500)에 대해 기결정된 각도 경사진 상태로 결합한다. 구체적으로, 상기 제2 회전형 자석단(610)은, 상기 제2 회전형 자석단(610)의 회전 중심을 제공하는 회전축에 대해 수직한 방향을 기준으로 소정 각도 경사진 상태로 상기 고정형 자석단(500)에 결합할 수 있다. 따라서, 상기 제2 회전형 자석단(610)은, 상기 제2 회전형 자석단(610)의 회전 중심을 제공하는 회전축과 예각을 이루도록 경사진 상태로 상기 고정형 자석단(500)에 결합할 수 있다.

또한, 상기 제2 회전형 자석단(610)은, 일 회전형 자석단 및 다른 회전형 자석단을 포함하고, 상기 일 회전형 자석단의 일측 자석군은 상기 다른 회전형 자석단의 타측 자석군과 점대칭으로 배치된다.

상기 제2 회전형 자석단(610)은 도 11a에 도시된 것처럼, 복수의 자석군을 포함하거나 또는 도 11b에 도시된 것처럼, 단일의 자석군을 포함할 수도 있다. 즉, 상기 제2 회전형 자석단(610)은 하나 이상의 자석군을 가진 상태에서 상기 고정형 자석단(500)에 대해 회전 결합될 수 있다.

상기 제2 회전형 자석단(610)의 제6 자석군(611)은 상기 원통형 타겟(701)에 인접한 자극부가 N극을 형성하고, 상기 원통형 타겟(701)으로부터 이격한 자극부가 S극을 형성한다. 다른 예로서, 상기 자석군들의 자극부의 자성이 모두 반대의 극성을 가지는 것도 가능하다.

상기 제2 회전형 자석단(610)의 동작에 있어서, 상기 제2 회전형 자석단(610)이 회전형 자석단 구동 시스템(712)에 의하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하면, 상기 제2 회전형 자석단(610)이 상기 고정형 자석단(500)과 결합하게 된다. 이에 따라 상기 원통형 타겟(701)의 표면에 자기력선이 형성되면서 플라즈마 레이스 트랙이 생성된다.

이 때, 상기 제2 회전형 자석단(610)은 상기 고정형 자석단(500)에 대해 소정 각도 경사진 상태로 결합하므로, 상기 제2 회전형 자석단(610)의 회전에 따라 상기 제2 회전형 자석단(610)의 제6 자석군(611)과 상기 고정형 자석단(500) 사이의 거리가 변화하게 된다.

상기 제6 자석군(611)과 상기 고정형 자석단(500) 사이의 거리 변화에 따라 상기 플라즈마 레이스 트랙이 이동하게 되고, 이에 따라 타겟의 침식 영역을 증가시킬 수 있다.

다만, 상기 제2 회전형 자석단(610)의 자석군의 개수가 한 개의 자석군으로도 이루어질 수 있음을 밝혀둔다.

본 실시 예에 따르면, 상기 제2 회전형 자석단(610)을 상기 고정형 자석단(500)에 대해 경사지게 결합하는 것만으로도 타겟의 침식 영역을 증가하는 것이 가능한 제조의 편리성이 있다. 또한 상기 제2 회전형 자석단(610)의 경사 각도를 변화시키는 것만으로도 타겟의 침식 영역 조절이 가능하므로 구조의 가변성이 높은 장점이 있다.

도 13 내지 도 15에는, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론 구조가 도시되어 있다.

본 실시 예에 따른 회전형 자석단은 복수 개로 구성될 수 있고, 일 예로 상기 회전형 자석단은 제3 회전형 자석단(620) 및 제4 회전형 자석단(630)을 포함한다.

상기 제3 회전형 자석단(620)은 상대적으로 내곽에 배치되는 자석단이고, 상기 제4 회전형 자석단(630)은 상기 제3 회전형 자석단(620)에 비해 상대적으로 외곽에 배치되는 자석단이다. 내곽에 배치되는 상기 제3 회전형 자석단(620)은 서로 동일한 자성을 가지는 자석군을 가지고, 외곽에 배치되는 상기 제4 회전형 자석단(630)은 서로 다른 자성을 가지는 자석군이 서로 교번하여 배치된다.

또한, 상기 복수의 회전형 자석단은 서로 다른 개수의 자석군을 포함한다. 예를 들어, 상기 제3 회전형 자석단(620)에 형성되는 자석군의 개수는 상기 제4 회전형 자석단(630)에 형성되는 자석군의 개수 보다 상대적으로 작을 수 있다.

또한, 상기 제3 회전형 자석단(620)은, 일 회전형 자석단 및 다른 회전형 자석단을 포함하고, 상기 일 회전형 자석단의 일측 자석군은 상기 다른 회전형 자석단의 타측 자석군과 점대칭으로 배치된다. 이와 마찬가지로, 상기 제4 회전형 자석단(630)은, 일 회전형 자석단 및 다른 회전형 자석단을 포함하고, 상기 일 회전형 자석단의 일측 자석군은 상기 다른 회전형 자석단의 타측 자석군과 점대칭으로 배치된다.

상기 제3 회전형 자석단(620)의 제7 자석군(621)은 상기 원통형 타겟(701)에 인접한 자극부가 N극을 형성한다. 그리고, 상기 제4 회전형 자석단(630)의 제8 자석군(631)은 상기 원통형 타겟(701)에 인접한 자극부가 N극을 형성하고, 상기 제4 회전형 자석단(630)의 제9 자석군(632)은 상기 원통형 타겟(701)에 인접한 자극부가 S극을 형성한다. 다른 예로서, 상기 자석군의 자극부들이 모두 반대의 극성을 가지는 것도 가능하다.

따라서 상기 제3 회전형 자석단(620)과 상기 제4 회전형 자석단(630)이 상기 회전형 자석단 구동 시스템(712)에 의하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하여 상기 고정형 자석단(500)의 제1 자석군(501)과 상기 제4 회전형 자석단(630)의 제8 자석군(631)이 일직선 상에 배치되면, 플라즈마 레이스 트랙은 상기 원통형 타겟(701) 표면 중 상기 제1 자석군(501)과 상기 제8 자석군(631) 사이에 배치되는 부분에 형성된다.

또한, 상기 고정형 자석단(500)의 제1 자석군(501)과 상기 제3 회전형 자석단(620)의 제7 자석군(621)과 상기 제4 회전형 자석단(630)의 제9 자석군(632)이 일직선 상에 배치되면, 상기 플라즈마 레이스 트랙은 상기 원통형 타겟(701) 표면 중 상기 제 1 자석군(501)과 상기 제 7 자석군(621) 사이에 배치되는 부분으로 이동하게 된다.

본 실시 예에 따르면, 상기 회전형 자석단(620, 630)이 회전함에 따라 상기 고정형 자석단(500)의 제1 자석군(501)의 자극부와 반대 극을 가지는 상기 제3 회전형 자석단(620)의 제7 자석군(621)이 일직선상으로 배치되었을 때, 두 극 사이의 거리가 가까워져서 자기장의 세기가 증가하게 된다. 다만, 상기 제1 자석군(501)과 동일한 극을 가지는 상기 제4 회전형 자석단(630)의 제9 자석군(632)이 상기 제7 자석군(621)의 바깥쪽에 배치되므로 자기장의 세기가 증가하는 것을 보상할 수 있다. 이에 따라 상기 회전형 자석단(620, 630)이 회전할 때 안정적인 자기장이 유지될 수 있다.

도 16 내지 도 18에는, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 스퍼터링 마그네트론 구조가 도시되어 있다.

본 실시 예에 따른 회전형 자석단은 복수 개로 구성될 수 있고, 일 예로 상기 회전형 자석단은 제5 회전형 자석단(640) 및 제6 회전형 자석단(650)을 포함한다. 상기 복수의 회전형 자석단 중 하나 이상의 회전형 자석단에는 크기가 서로 다른 복수의 자석군을 포함한다. 예를 들어, 상기 제5 회전형 자석단(640)에 형성되는 자석군의 총 크기는 상기 제6 회전형 자석단(650)에 형성되는 자석군의 총 크기 보다 상대적으로 클 수 있다.

또한, 상기 제5 회전형 자석단(640)은, 일 회전형 자석단 및 다른 회전형 자석단을 포함하고, 상기 일 회전형 자석단의 일측 자석군은 상기 다른 회전형 자석단의 타측 자석군과 점대칭으로 배치된다. 이와 마찬가지로, 상기 제6 회전형 자석단(650)은, 일 회전형 자석단 및 다른 회전형 자석단을 포함하고, 상기 일 회전형 자석단의 일측 자석군은 상기 다른 회전형 자석단의 타측 자석군과 점대칭으로 배치된다.

상기 제5 회전형 자석단(640)과 상기 제6 회전형 자석단(650)은 동일한 개수의 자석군을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제6 회전형 자석단(650)의 자석군은 제11 자석군(651) 및 상기 제11 자석군(651) 보다 상대적으로 작은 크기를 가지는 제12 자석군(652)을 포함한다. 상기 제5 회전형 자석단(640)의 제10 자석군(641)은 상기 제6 회전형 자석단(650)의 제11 자석군(651)과 동일한 크기를 가질 수 있다. 이 때, 자석군의 크기는 상기 자석군이 형성되는 자석단의 외면으로부터 외측 방향으로 돌출되는 크기를 의미한다.

예를 들어, 상기 제5 회전형 자석단(640)의 제10 자석군(641)은 상기 원통형 타겟(701)에 인접한 자극부가 N극을 형성한다. 그리고, 상기 제6 회전형 자석단(650)의 제11 자석군(651)은 상기 원통형 타겟(701)에 인접한 자극부가 S극을 형성하고, 상기 제6 회전형 자석단(650)의 제12 자석군(652)은 상기 원통형 타겟(701)에 인접한 자극부가 S극을 형성한다. 이와 반대로, 상기 제10 자석군(641)이 S극을 형성하고, 상기 제11 자석군(651)이 N극을 형성하며, 상기 제12 자석군(652)이 N극을 형성하는 것도 가능하다.

상기 제11 자석군(651)은 상기 제12 자석군(652)에 비해 상대적으로 크기가 크게 형성되고, 상기 제11 자석군(651)과 상기 제12 자석군(652)은 상기 제6 회전형 자석단(650)의 외면에 서로 교번하여 배치된다.

상기 제5 회전형 자석단(640)과 상기 제6 회전형 자석단(650)이 상기 회전형 자석단 구동 시스템(712)에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하여 상기 고정형 자석단(500)의 제1 자석군(501)과 상기 제5 회전형 자석단(640)의 제10 자석군(641)과 상기 제6 회전형 자석단(650)의 제12 자석군(652)이 일직선 상에 배치되면, 상기 플라즈마 레이스 트랙이 상기 원통형 타겟(701)의 표면 중 상기 제1 자석군(501)과 상기 제12 자석군(652) 사이에 배치되는 부분에 형성된다. 또한, 상기 제1 자석군(501), 상기 제10 자석군(641), 및 상기 제11 자석군(651)이 일직선 상에 배치되면, 상기 플라즈마 레이스 트랙이 상기 원통형 타겟(701)의 표면 중 상기 제10 자석군(641)과 상기 제11 자석군(651) 사이에 배치되는 부분으로 이동하게 된다.

즉, 상기 제6 회전형 자석단(650)의 제11 자석군(651)과 제12 자석군(652)의 회전에 의해 상기 제5 회전형 자석단(640)과 상기 고정형 자석단(500)의 상호 작용이 발생한다. 이러한 상호 작용은 자기력선에 변화를 주게 되어 상기 플라즈마 레이스 트랙이 이동 가능하게 되는 것이다.

다만, 상기 제5 회전형 자석단(640)의 자석군의 개수와 상기 제6 회전형 자석단(650)의 자석군의 개수가 한 개의 자석군으로도 이루어질 수 있음을 밝혀둔다.

위에서 설명한 상기 회전형 자석단(600, 610, 620, 630, 640, 650)의 재질은 영구자석으로 구성되거나 또는 일시자석으로 구성될 수 있다. 상기 일시자석이란 외부 자장의 영향으로만 자성을 가지고, 상기 외부 자장이 없는 경우에는 자성을 가지지 않는 물질을 의미한다. 상기 일시자석의 예로는 요크, 철, 상기 자성 튜브(704)와 동일한 재질을 가지는 물질일 수 있다.

또한, 상기 회전형 자석단(600, 610, 620, 630, 640, 650)에는 상기 회전형 자석단의 보호를 위한 구성이 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 회전형 자석단의 표면은 금속 또는 폴리머와 같은 재료로 코팅되거나, 금속 재질의 하우징으로 구성될 수 있다.

일 예로, 상기 회전형 자석단의 표면에 얇은 두께를 가지는 요크와 두꺼운 두께를 가지는 요크가 교대로 설치되면, 상기 고정형 자석단(500)의 제1 자석군(510)은 상기 얇은 두께를 가지는 요크와 인접한 방향으로 이동하고, 상기 두꺼운 두께를 가지는 요크와 이격하는 방향으로 이동하여 플라즈마 레이스 트랙의 이동이 가능하게 된다.

또한, 상기 회전형 자석단(600, 610, 620, 630, 640, 650)과 상기 원통형 타겟(701)의 구동 시스템은 한 개로 구성되거나 또는 복수 개로 구성될 수 있다. 먼저, 단일로 구성되는 구동 시스템은 상기 회전형 자석단과 상기 원통형 타겟(701)의 회전 속도를 다르게 하기 위하여 기어 등을 사용할 수 있다. 이와 달리, 복수 개로 구성되는 구동 시스템에 있어서, 상기 회전형 자석단과 상기 원통형 타겟(701)은 서로 다른 구동 시스템에 의해 동력을 전달받을 수 있다.

또한, 본 실시 예들에서는 상기 백킹튜브(702)의 내부에 상기 원통형 타겟을 냉각하기 위한 냉매순환튜브(703)가 설치되는 예에 대해서 설명하였다. 다만, 이와 다른 예로서, 상기 냉매순환튜브(703)가 없는 경우, 상기 백킹튜브(702)의 내부에서 전체적으로 냉각수가 순환하면서 상기 원통형 타겟(701), 상기 고정형 자석단(500), 상기 회전형 자석단(600, 610, 620, 630, 640, 650) 및 구조물 전체를 냉각시킬 수 있다.

이상으로 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명에 따른 스퍼터링 마그네트론의 구성은 상술한 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 변형, 변경, 치환 등이 가능하다.

Claims

원통형 타겟;
상기 원통형 타겟을 접착하기 위한 백킹튜브;
상기 백킹튜브 내부 중심부에 이격거리를 두고 배치되고 복수의 자석군을 포함하는 고정형 자석단;
상기 백킹튜브 내부 양끝부분에 이격거리를 두고 배치되고 복수의 자석군을 포함하는 회전형 자석단; 및
상기 백킹튜브 및 상기 회전형 자석단을 회전시키기 위한 구동 시스템을 포함하고,
상기 회전형 자석단은 일 회전형 자석단 및 다른 회전형 자석단을 포함하고,
상기 일 회전형 자석단의 일측 자석군은 상기 다른 회전형 자석단의 타측 자석군과 점대칭으로 배치되고, 상기 일 회전형 자석단의 타측 자석군은 상기 다른 회전형 자석단의 일측 자석군과 점대칭으로 배치되며,
상기 원통형 타겟의 양끝부분 표면에서 생성되는 플라즈마 레이스 트랙은,
상기 고정형 자석단을 고정한 상태에서 상기 회전형 자석단의 회전에 따라 동일한 길이와 균일한 플라즈마 밀도를 유지하면서 상기 원통형 타겟 표면의 한 쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 이동 가능한 것을 특징으로 스퍼터링 마그네트론.
제1항에 있어서,
상기 고정형 자석단의 자석군은 자기적으로 부착하여 지지하기 위한 자성 플레이트 상에 배치되고,
상기 회전형 자석단의 자석군은 자기적으로 부착하여 지지하기 위한 자성 튜브 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 마그네트론.
제1항에 있어서,
상기 회전형 자석단은 상기 회전형 자석단의 회전 중심을 제공하는 회전축과 예각을 이루도록 경사진 상태에서 상기 고정형 자석단과 결합 가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 마그네트론.
제3항에 있어서,
상기 회전형 자석단이 상기 구동 시스템에 의하여 회전하면, 상기 회전형 자석단의 자석군과 상기 고정형 자석단의 자석군 사이의 거리가 변화하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 마그네트론.
제1항에 있어서,
상기 회전형 자석단은 복수 개로 구성되고, 상기 복수의 회전형 자석단은 서로 다른 개수의 자석군을 가지며,
상기 고정형 자석단과 이격하게 배치되는 일 회전형 자석단의 자석군의 개수는 상기 고정형 자석단과 인접하게 배치되는 다른 회전형 자석단의 자석군의 개수 보다 상대적으로 적은 것을 특징으로 하는 스퍼터링 마그네트론.
제2항에 있어서,
상기 회전형 자석단은 복수 개로 구성되고, 상기 복수의 회전형 자석단은 동일한 개수의 자석군을 가지며,
상기 복수의 회전형 자석단 각각의 자석군은 크기 총합과 상기 자성 튜브 상의 위치가 서로 다르게 구성되며,
상기 고정형 자석단과 이격하게 배치되는 일 회전형 자석단의 자석군의 크기 총합은 상기 고정형 자석단과 인접하게 배치되는 다른 회전형 자석단의 자석군의 크기 총합 보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 스퍼터링 마그네트론.
제1항에 있어서,
상기 회전형 자석단은 하나 이상의 자석군을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 마그네트론.
제1항에 있어서,
상기 백킹튜브 및 상기 회전형 자석단이 구동 시스템에 의해 회전될 때, 회전속도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 스퍼터링 마그네트론.