KR20190024115A - 마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 구조에 관한 것이다.
본 발명은, 박막이 증착되는 기판과 일정한 거리를 두고 마주하며 설치되되 스퍼터링 될 재질로 구비된 타겟; 상기 타겟의 하측에 부착 설치되는 자성체; 및 상기 강 자성체의 하측에 그 일측이 부착되는 다수의 마그네트를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 자성체에는 설정된 위치에 설정된 간격을 유지하며 2종의 마그네트가 배열되되 자성체에는 위치 고정용 제1 마그네트가 배열된 것을 포함하고, 상기 제1 마그네트의 상측에는 상기 타겟을 향하여 강한 자기장을 형성하는 제2 마그네트가 배열된 것을 특징으로 한다.

Description

마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 구조{structure of magnet for a magnetron sputtering device}

본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 마그네트론 스퍼터링 장치에서 특히 마그네트의 구조를 개선하되 강력한 자력은 유지하되 마그네트의 가격을 낮출 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 구조에 관한 것이다.

반도체 장치나 평판표시장치 등의 기능막(機能膜) 등은 그 두께에 따라 박막(薄膜)과 후막(厚膜)으로 호칭되며, 박막은 사진 식각법(photo lithography)이나 증착(蒸着) 또는 스퍼터링 (sputtering) 방법으로 성막(聖幕)된다.

상기 스퍼터링 방법은 그 조직이 치밀하고 패턴의 연속성이 양호하며 조작도 간편하여 증착법에 비해 널리 사용되고 있다.

스퍼터링은 불활성 가스 분위기에서 타겟에 고전압을 인가하여 글로방전이 발생되도록 하고, 이때 발생된 글로방전 내에 존재하는 불활성가스 이온을 타겟에 충돌시켜 떼어낸 타겟 물질을 기판에 응고시키는 방법이다.

도 1에는 일반적인 마그네트론 스퍼터링 장치가 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 될 재질로 이루어진 타겟(100)의 후방에는 자성체(200)를 배열하고 그 자성체(200)에는 링 형상(또는 막대 형상)의 마그네트(300)가 접착제(B)에 의해 접착된 상태에서 배치된다.

또 상기 마그네트(300)의 사이에는 마그네트(300)의 과열을 방지하기 위한 냉각부(도면 표현을 생략함)가 배치되어 마그네트(300)를 냉각하기 위한 냉각수가 공급된다.

따라서, 직선 운동을 하는 전자들이 마그네트(300)의 자기장에 의해 나선운동을 하며 기체분자가 충돌하여 플라즈마 이온을 발생시키고, 이 플라즈마 이온이 타겟(100)을 타격하여 발생된 원자가 대향 측에 배치된 기판(미도시)에 부착됨으로써 기판의 표면에 박막을 적층하는 것이다.

한편, 상기한 종래 마그네트론 스퍼터링 장치에서 특히 마그네트(300)는 접착제(B)에 의해 상기 자성체(200)에 부착된 상태에서 전기장에 의해 캐소드로부터 방출되는 전자를 타겟(100) 바깥으로 형성되는 자기장 내에 국부적으로 모아 알곤 기체원자와 충돌을 촉진시킴으로써 스퍼터율(sputter yield)을 높이는 중요한 역할을 한다.

그러나 종래 마그네트(300)를 상기 자성체(200)의 표면에 부착하기 위해서는 자성체(200)(또는 마그네트)에 접착제를 도포한 후 마그네트(300)(또는 자성체)를 부착하고 접착제가 완전히 경화될 때까지 마그네트(300)가 움직이지 않도록 24시간 이상을 기계적인 고정장치에 의해 고정해야 하므로 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또 접착제(B)의 도포량이 적을 경우 외부 충격에 의해 예를 들어, 자성체(200)의 외곽에 배열된 S극 마그네트(300)가 자성체(200)의 안쪽으로 배열된 N극 마그네트(300)쪽으로 치우치며 위치를 이탈하는 문제점이 발생하였던 문제점이 있었다.

또한, 접착제의 도포량이 많을 경우 진공 공정 중 가스가 방출(outgassing)되어 불량을 야기하거나 과다한 접착제(B)를 제거하는 별도의 추가 공정작업을 하였던 문제점도 있었다.

상기와 같은 이유에 의해 불량 마그네트(300)를 교체하기 위해서는 불량 마그네트(300)를 부착하였던 접착제를 완전히 제거한 후 다시 자석을 교체해야 하는 번거로운 문제점도 발생되었다.

상기와 같은 제품의 조립 공정상 발생하는 문제점에 의해 도 2와 같이 별도의 몰드(M)를 제작하여 자성체 위에 부착한 후 그 몰드(M)의 사이에 마그네트(300)를 부착하는 방안도 제안되고 있지만 결국 마그네트(300)의 위치 정렬을 위한 불필요한 부품을 사용하게 되는 것이므로 제품의 조립 공정이 늘어나고 부품가가 상승하여 경제적인 측면에서 불합리한 문제점도 지적된다.

이에 한정하지 않고, 상기한 종래 마그네트론 스퍼터링 장치에서 특히 마그네트(300)는 강력한 자력을 필요로 하기 때문에 네오디움(NdFeB) 마그네트, 사마리움 코발트(SmCo) 마그네트를 포함한 희토류 마그네트를 사용했고 그에 따라서 마그네트론 스퍼터링 장치의 주요 부품인 마그네트의 가격이 고가이어서 제품가가 상승하는 요인이 되었다.

KR 20-0142989 Y

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제, 즉, 본 발명의 목적은, 마그네트론 스퍼터링 장치에서 특히 마그네트의 구조를 개선하되 강력한 자력은 유지하되 마그네트의 가격을 낮출 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 마그네트론 스퍼터링 장치에서 특히 자성체의 표면에 마그네트를 부착할 때 접착제를 사용하지 않고 마그네트를 부착하므로 기존 접착제에 의해 마그네트를 부착하는 과정 중 발생하였던 가스가 방출(outgassing)되거나 과다하게 도포된 접착제(B)를 제거하는 추가 공정의 우려도 원천적으로 해결하는 마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 마그네트론 스퍼터링 장치에서 자성체의 상측에 부착되는 마그네트의 위치를 정렬시키기 위한 부품인 몰드를 제거함으로써 부품가도 낮추고 조립 공정을 단순화 하여 생산성을 향상시키는 마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 구조를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예는, 박막이 증착되는 기판과 일정한 거리를 두고 마주하며 설치되되 스퍼터링 될 재질로 구비된 타겟; 상기 타겟의 하측에 부착 설치되는 자성체; 및 상기 강 자성체의 하측에 그 일측이 부착되는 다수의 마그네트를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 자성체에는 설정된 위치에 설정된 간격을 유지하며 2종의 마그네트가 배열되되 자성체에는 위치 고정용 제1 마그네트가 배열된 것을 포함하고, 상기 제1 마그네트의 상측에는 상기 타겟을 향하여 강한 자기장을 형성하는 제2 마그네트가 배열된 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 구조를 제공한다.

상기 실시 예의 목적을 효과적으로 구현하기 위한 제1 변형 예는, 상기 제1 마그네트는 펠라이트 게 마그네트이고, 상기 제2 마그네트는 네오디움(NdFeB) 마그네트, 사마리움 코발트(SmCo) 마그네트를 포함하는 희토류 마그네트인 것이 효과적이다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 마그네트론 스퍼터링 장치에서 특히 마그네트의 구조를 개선하여 마그네트론 스퍼터링 장치의 가격을 낮출 수 있는 효과가 있다.

둘째, 마그네트론 스퍼터링 장치에서 특히 자성체의 표면에 마그네트를 부착할 때 접착제를 사용하지 않고 마그네트를 부착하므로 기존 접착제에 의해 마그네트를 부착하는 과정 중 발생하였던 가스가 방출(outgassing)되거나 과다하게 도포된 접착제(B)를 제거하는 추가 공정을 배제하는 효과도 있다.

셋째, 마그네트론 스퍼터링 장치에서 자성체의 상측에 부착되는 마그네트의 위치를 정렬시키기 위한 부품인 몰드를 제거함으로써 부품가도 낮추고 조립 공정을 단순화 하여 생산성이 향상되는 효과도 있다.

도 1은 종래 마그네트론 스퍼터링 장치에서 마그네트의 일 예를 보인 단면도
도 2는 종래 마그네트론 스퍼터링 장치에서 마그네트의 다른 예를 보인 단면도
도 3은 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 요부를 보인 단면도

이하에서는 상기의 목적을 달성하는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3에는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치에서 마그네트가 설치된 상태를 보인 예시도가 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 박막이 증착될 미도시한 기판과 마주하며 일정한 거리를 두고 타겟(10)이 설치된다.

상기 타겟(10)은 스퍼터링 될 재질로 구성된다.

상기 타겟(10)의 하측에는 자성체(20)가 부착 설치되고 상기 자성체(20)의 하측에는 다수의 마그네트(30) 일 측이 부착된다.

다만, 여기서 본 발명의 지배적인 특징부는, 상기 자성체(20)에 부착되는 마그네트(30)는 2종으로 구비되되 상기 자성체(20)에는 위치 고정용 제1 마그네트(30a)가 구비되고, 상기 제1 마그네트(30a)의 상측에는 상기 타겟(10)을 향하여 강한 자기장을 형성하는 제2 마그네트(30b)가 구비된다는 점이다.

바람직하게는, 상기 제1 마그네트(30a)는 페라이트(Ferrite) 계 마그네트로 구비되고, 상기 제2 마그네트(30b)는 네오디움(NdFeB) 마그네트, 사마리움 코발트(SmCo) 마그네트를 포함한 희토류 마그네트로 구비되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치는 일반적인 마그네트론 스퍼터링 장치와 마찬가지로 직선 운동을 하는 전자들이 마그네트(30)의 자기장에 의해 나선운동을 하며 기체분자가 충돌하여 플라즈마 이온을 발생시키고, 이 플라즈마 이온이 타겟(10)을 타격하여 발생된 원자가 대향 측에 배치된 기판에 부착됨으로써 기판의 표면에 박막을 적층하는데, 상기의 동작은 일반적인 마그네트론 스퍼터링 장치의 동작과 동일하다.

다만, 본 발명의 특징부는 상기 자성체(20)에는 설정된 위치에는 설정된 간격을 유지하며 다수의 위치 고정용인 제1 마그네트(30a)가 부착 배열되고, 상기 제1 마그네트(30a)의 상측에는, 즉, 상기 타겟(10)을 향하고 있는 상기 제1 마그네트(30a)의 상측에는 강한 자기장을 형성하는 제2 마그네트(30b)가 부착 배열된다는 점이다.

따라서, 종래와 같이, 자성체의 표면에 마그네트를 부착하기 위해 사용하던 접착제가 불필요하고 접착제로 마그네트를 부착하는 과정 중 발생하였던 가스가 방출(outgassing)되거나 과다한 접착제(B)를 제거하는 추가 공정의 우려도 원천적으로 배제되므로 생산성이 향상된다.

또한, 자성체의 상측에 정위치를 유지하며 마그네트를 설치하기 위한 부품 보조물인 몰드도 불요하므로 부품가를 낮출 수 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 ; 타겟 20 ; 자성체
30 ; 마그네트 30a ; 제1 마그네트
30b ; 제2 마그네트

Claims (2)

1. 박막이 증착되는 기판과 일정한 거리를 두고 마주하며 설치되되 스퍼터링 될 재질로 구비된 타겟;
   상기 타겟의 하측에 부착 설치되는 자성체; 및
   상기 강 자성체의 하측에 그 일측이 부착되는 다수의 마그네트를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서,
   상기 자성체에는 설정된 위치에 설정된 간격을 유지하며 2종의 마그네트가 배열되되 자성체에는 위치 고정용 제1 마그네트가 배열된 것을 포함하고,
   상기 제1 마그네트의 상측에는 상기 타겟을 향하여 강한 자기장을 형성하는 제2 마그네트가 배열된 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 구조.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 마그네트는 펠라이트 게 마그네트이고,
   상기 제2 마그네트는 네오디움(NdFeB) 마그네트, 사마리움 코발트(SmCo) 마그네트를 포함하는 희토류 마그네트인 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치의 마그네트 구조.

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