KR20210062073A - 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛 - Google Patents
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Abstract
기판에 소정의 박막을 형성하는 경우에, 그 전면에 걸쳐 보다 균일한 막 두께 분포를 얻을 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛을 제공한다. 타겟(3)의 스퍼터링되는 스퍼터면 쪽을 아래로 했을 때 타겟의 위쪽에 배치되는 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛(4)은, 타겟에 대향 배치되는 자성 재료로 된 요크(41)와 이 요크의 아랫면에 설치되는 복수 개의 자석(42)을 가지며, 타겟 중심과 그 주연부 사이에 위치하는 타겟의 아랫쪽 공간에 자기장의 수직 성분이 0이 되는 위치를 지나는 선이 무단의 형태로 닫히는 누설 자기장을 국소적으로 작용시키고, 타겟 중심에 대하여 회전 구동되고, 요크의 소정 위치에 타겟 중심을 중심으로 하는 가상의 원주 상에서 원주 방향으로 뻗어있는, 요크의 윗면에서 아래쪽으로 우묵하게 들어가거나 또는 관통하는 오목홈(41a)이 형성되며, 이 오목홈에 대해 끼우거나 뺄 수 있도록 보조 요크(44)가 설치된다.
Description
본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛에 관한 것이다.
일 예로 반도체 장치의 제조 공정에서, 반도체 웨이퍼와 같은 처리 대상 기판의 표면에 소정의 박막을 양산성이 양호하게 성막하기 위해, 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용할 수 있다. 마그네트론 스퍼터링 장치에서는 타겟의 스퍼터링되는 면을 스퍼터면, 타겟의 스퍼터면 쪽을 아래로 했을 때 타겟의 위쪽에 자석 유닛이 배치되어 있다. 자석 유닛으로는, 타겟을 거의 균일하게 침식하여 수명을 연장하기 위해, 예를 들면, 타겟에 대향 배치되는 자성 재료로 된 요크와 이 요크의 아랫면에 설치되는 복수 개의 자석을 가지며, 타겟 중심과 그 주연부 사이에 위치하는 타겟의 아랫쪽 공간에 자기장의 수직 성분이 0이 되는 위치를 지나는 선이 무단(無端)의 형태로 닫히는 누설 자기장을 국소적으로 작용시키고, 타겟 중심에 대하여 회전 구동되는 것이 일반적으로 알려져 있다.
그런데 타겟 재료나 진공 챔버 내의 압력과 같은 스퍼터링 조건이 달라지면, 스퍼터 입자의 비산 분포가 변화하고 이로 인해 예를 들면, 기판 외주부의 원주 방향의 막 두께 분포가 변화할 수 있다. 이처럼 원주 방향의 막 두께 분포가 변화했을 때 이를 조정하는 방법은, 예를 들면, 특허 문헌 1과 같이 알려져 있다. 여기서는 타겟에 대해 자기장이 국소적으로 작용하는 영역이 기점으로부터 동일한 궤도 상을 이동하여 해당 기점으로 돌아올 때까지를 1 사이클로 했을 때, 1 사이클에서의 자석 유닛의 궤도를 복수의 영역으로 구획하고, 이들 복수의 영역 중 적어도 하나의 영역을 소정의 기준 속도로 이동하는 기준 영역으로 하여, 기준 영역 이외의 영역마다 막 두께 분포에 따라 회전 속도(기준 속도로부터의 증속량 또는 감속량)를 결정한다.
그러나 상기 기존 예의 것은, 예를 들어, 기판 외주부의 원주 방향의 막 두께 분포를 조정하면, 이로 인해 내측의 기판 내주부(특히 기판 중앙에 가까운 영역)에서 그 원주 방향의 막 두께 분포가 국소적으로 악화되어, 기판면 내의 막 두께 분포가 오히려 악화될 수 있다.
본 발명은 이상의 점을 감안하여 기판에 소정의 박막을 형성하는 경우에 그 전면에 걸쳐 더욱 균일한 막 두께 분포를 얻을 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 타겟의 스퍼터링되는 면을 스퍼터면, 타겟의 스퍼터면 쪽을 아래로 했을 때 타겟의 위쪽에 배치되는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛은, 타겟에 대향 배치되는 자성 재료로 된 요크와 이 요크의 아랫면에 설치되는 복수 개의 자석을 가지며, 타겟 중심과 그 주연부 사이에 위치하는 타겟의 아랫쪽 공간에 자기장의 수직 성분이 0이 되는 위치를 지나는 선이 무단의 형태로 닫히는 누설 자기장을 국소적으로 작용시키고, 타겟 중심에 대하여 회전 구동되고, 요크의 소정 위치에 가상의 원주 상에서 원주 방향으로 뻗어있는, 요크의 윗면에서 아래쪽으로 우묵하게 들어가거나 또는 관통하는 오목홈이 형성되며, 이 오목홈에 대해 끼우거나 뺄 수 있도록 보조 요크가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 요크에 형성된 오목홈에 보조 요크를 끼우거나 또는 해당 오목홈에서 보조 요크를 빼면, 오목홈이 형성된 영역에서 자기장 강도가 국소적으로 증가 또는 감소한다. 따라서 상기 기존 예와 같이, 기판 외주부의 원주 방향의 막 두께 분포를 조정함으로써, 이보다 안쪽인 기판 내주부의 막 두께가 국소적으로 얇아진 것과 같은 경우에는 기판 내주부에 형성된 오목홈에 보조 요크를 끼우면, 자기장 강도가 증가하여 해당 영역에서의 스퍼터율을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 막 두께가 변화된 부분의 막 두께를 재조정하여, 그 전면에 걸쳐 더욱 균일한 막 두께 분포를 얻을 수 있다. 덧붙여 오목홈의 형성 위치는 스퍼터링 조건, 누설 자장의 강도나 그 분포를 고려하여 적절하게 설정된다.
본 발명에서는 상기 보조 요크가 상기 오목홈의 둘레보다 작게 설정되어, 이 보조 요크를 상기 가상 원주를 따라 이동시키는 제 1 구동 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 오목홈의 소정 부분으로 보조 요크를 이동시켜 감합할 수 있다. 또한 본 발명에서는 상기 보조 요크를 상기 오목홈에 대해 근접 방향 및 이격 방향으로 이동시키는 제 2 구동 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛이 적용된 스퍼터링 장치의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛이 적용된 스퍼터링 장치의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 선 단면도이다.
도 5는 본 발명의 변형예에 따른 자석 유닛의 요부를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 자석 유닛의 요부를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛이 적용된 스퍼터링 장치의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 선 단면도이다.
도 5는 본 발명의 변형예에 따른 자석 유닛의 요부를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 자석 유닛의 요부를 나타내는 단면도이다.
아래에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛이 적용된 스퍼터링 장치의 구성을 설명하는 모식도. 아래에서는 ‘위’, ‘아래’와 같이 방향을 나타내는 용어는 도 1을 기준으로 한다.
도 1을 참조하여, SM은 본 발명의 스퍼터링 장치이고, 스퍼터링 장치(SM)는 로터리 펌프나 터보 분자 펌프 등의 진공 배기 수단(P)에 의해 소정의 압력까지 진공 배기할 수 있는 진공 챔버(1)를 포함한다. 진공 챔버(1)의 측벽에는, 질량 유량 제어기(10)을 사이에 설치한 가스관(11)이 연결되어, 도시 생략한 가스원에서 나오는 스퍼터 가스를 소정의 유량으로 진공 챔버(1) 내에 도입할 수 있도록 구성되었다. 스퍼터 가스로는 아르곤 가스와 같은 불활성 기체 외에도, 반응성 스퍼터링을 실시하는 경우에는 산소 함유 가스와 같은 반응성 가스를 포함하는 것을 이용한다.
진공 챔버(1)의 바닥에는 절연체(I1)를 사이에 두고 스테이지(2)가 배치된다. 스테이지(2)는 도시 생략한 알려진 정전 척을 가지며, 정전 척의 전극에 척 전원으로부터 척 전압을 인가하여 스테이지(2) 상에 기판(W)을 그 성막면을 위로 하여 흡착, 유지할 수 있도록 구성되었다.
진공 챔버(1)의 위쪽 벽에 개방되어 설치된 개구에는 캐소드 유닛(C)이 배치된다. 캐소드 유닛(C)은, 진공 챔버(1) 내부를 향하도록 배치되며, 기판(W)의 외형보다 한층 큰 외형을 가진 타겟(3)과, 이 타겟(3)의 위쪽에 배치된 본 실시형태에 따른 자석 유닛(4)을 갖는다. 타겟(3)은 기판(W)의 중심을 통과하여 상하 방향으로 뻗어 있는 중심선상에 타겟 중심이 위치하도록, 스테이지(2) 나아가 기판(W)과 대향 배치된다.
타겟(3)으로는, 기판(W) 표면에 성막하고자 하는 박막의 조성에 따라 적절히 선택되는데, Cu, Ti, Co, Ni, Al, W 또는 Ta의 단일 금속, 또는 이들 중에서 선택된 2종 이상의 합금, 또는 산화 알루미늄이나 산화 마그네슘과 같은 절연물로 구성할 수 있다. 그리고 타겟(3)은 성막 시 타겟(3)을 냉각하는 구리 백킹 플레이트(31)에 인듐이나 주석과 같은 본딩 재료를 통해 접합된 상태에서 절연판(I2)을 사이에 두고 진공 챔버(1)의 윗벽에 장착된다. 타겟(3)에는 스퍼터 전원(E)으로서 알려진 구조를 갖는 직류 전원이나 교류 전원으로부터의 출력이 연결되어, 스퍼터링 시 음의 전위를 갖는 직류전력이나 교류전력(예를 들면, 고주파 전력)이 투입되도록 한다.
자석 유닛(4)으로는 도 2도 참조하여, 타겟(3)에 대향 배치되는 자성 재료로 만들어진 요크(41)와 이 요크(41)의 아랫면에 설치되는 복수 개의 자석(42)을 가지며, 타겟 중심(3c)과 그 주연부(3e) 사이에 위치하는 타겟(3)의 아랫쪽 공간에 자기장의 수직 성분이 0이 되는 위치를 지나는 선(L0)이 무단의 형태로 닫히는 누설 자기장을 국소적으로 작용시킨다. 요크(41)의 윗면에는 회전축(43)이 연결되며, 이 회전축(43)을 모터(5)로 회전시킴으로써 타겟 중심에 대하여 요크(41) 및 자석(42)을 회전 구동할 수 있도록 구성되었다.
그런데, 기판 외주부의 원주 방향의 막 두께 분포가 변화하는 경우가 있는데, 이러한 경우에는 상기 기존 예와 같이 자석 유닛을 증감속시켜 기판 외주부의 원주 방향의 막 두께 분포를 조정하면, 기판 내주부에서 그 원주 방향의 막 두께 분포가 국소적으로 악화되어, 기판면 내의 막 두께 분포가 오히려 악화될 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는 요크(41)의 소정 위치에 타겟 중심(3c)을 중심으로 하는 가상 원주(LC) 상에서 원주 방향으로 뻗어있는, 요크(41)의 윗면에서 아래쪽으로 우묵하게 들어간 오목홈(41a)을 형성했다. 오목홈(41a)의 형성 위치는 스퍼터링 조건, 누설 자기장의 강도나 그 분포를 고려하여 적절하게 설정된다. 그리고 이렇게 형성된 오목홈(41a)에 대해 끼우거나 뺄 수 있도록 보조 요크(44)를 설치했다. 보조 요크(44)는 오목홈(41a)의 둘레보다 짧게 설정된다. 보조 요크(44)의 윗면에는 봉형 부재(45)의 아래쪽 끝이 연결되고, 이 봉형 부재(45)의 위쪽 끝에 형성된 플랜지부(45a)와 맞물리게 설치된 기어(46)를 제 1 구동 수단인 모터(6)로 회전시킴으로써 보조 요크(44)를 가상 원주(LC)를 따라 이동시킬 수 있으며, 또한 성막 중 보조 요크(44)를 요크(41)와 동기화시켜 타겟 중심에 대하여 회전시킬 수 있다. 또한 플랜지부(45a)에는 제 2 구동 수단인 에어 실린더(7)의 피스톤 로드가 연결되어 있어, 보조 요크(44)를 오목홈(41a)에 대해 근접 방향 및 이격 방향(상하 방향)으로 이동시킬 수 있다. 이러한 구성을 통해, 예를 들어, 보조 요크(44)를 오목홈(41a)에서 빼내고, 이탈된 보조 요크(44)를 회전시킨 다음 보조 요크(44)를 오목홈(41a)에 끼움으로써, 오목홈(41a)의 원하는 위치에 보조 요크(44)를 배치할 수 있다.
또한 회전축(43) 및 봉형 부재(45)에는 회전판(47a, 47b)이 각각 외삽되며, 이들 회전판(47a, 47b)에는 방사 방향 바깥쪽으로 돌출된 돌출편(48a, 48b)이 각각 장착된다. 그리고 돌출편(48a, 48b)에 대응시켜 광학식 센서(49a, 49b)가 각각 설치되며, 광학식 센서(49a, 49b)가 돌출편(48a, 48b)을 검출할 때, 자석 유닛(4)이 기점 위치에 있다고 판단할 수 있도록 되어있다. 이 경우, 기점 위치와 기판(W)의 노치의 위치를 상관(相關)시켜 후술하는 막 두께 분포에 관한 정보를 얻을 수 있도록 구성되었다.
상기 스퍼터링 장치(SM)는 알려진 마이크로 컴퓨터나 시퀀서 등을 구비한 제어 수단(8)을 가지며, 스퍼터 전원(E)의 가동, 질량 유량 제어기(10)의 가동, 모터(5, 6)의 가동, 에어 실린더(7)의 가동, 진공 배기 수단(P)의 가동 등을 통괄 제어한다.
제어 수단(8)은, 정보 취득부(81)와 속도 결정부(82)를 포함한다. 정보 취득부(81)는, 예를 들면, 스퍼터링 장치(SM)에 기판(W)을 로드/언로드하기 위한 도면 밖의 EFEM(Equipment Front End Module)에 설치된 막 두께 측정기와 통신 가능하도록 구성되어, 이 막 두께 측정기로 측정한 기판면 내의 막 두께 분포에 관한 정보를 취득할 수 있다. 속도 결정부(82)는, 취득 정보를 바탕으로 자석 유닛(4)의 기준 속도로부터의 증속량 및 감속량을 결정하고, 그 결정된 속도로 자석 유닛(4)의 요크(41)와 보조 요크(44)가 동기화되어 회전하도록 모터(5, 6)를 구동한다.
덧붙여 막 두께 측정기로는 알려진 구조를 갖는 것을 사용할 수 있는데, 예를 들면, 저항값이 낮은 금속막을 비교적 두꺼운 막 두께로 성막하는 경우에는 와전류 방식의 막 두께를 사용할 수 있으며, 또한 절연막을 비교적 얇은 막 두께로 성막하는 경우에는 분광 엘립소미터(Spectroscopic ellipsometer)를 사용할 수 있다. 그 밖의 막 두께 측정기로는 레이저 변위계를 사용할 수 있다. 아래에서는, 상기 스퍼터링 장치(SM)를 이용하여, 기판(W) 표면에 알루미늄 막을 성막하는 성막 방법에 대해 설명한다.
먼저, 진공 배기 수단(P)에 의해 진공 챔버(1) 내부를 소정의 압력(예를 들면, 1 × 10-5 Pa)까지 진공 배기한 다음, 도면 밖의 반송 로봇에 의해 진공 챔버(1) 내로 기판(W)을 반송하고, 스테이지(2)에 기판(W)을 전달하여, 스테이지(2)의 척 플레이트의 전극에 전압을 인가하여 기판(W)을 흡착, 유지시킨다. 이어서 질량 유량 제어기(10)로 스퍼터 가스인 아르곤 가스를 소정의 유량(예를 들어, 12sccm)으로 도입하고(이 때의 압력은 0.1Pa), 스퍼터 전원(E)으로부터 알루미늄 타겟(3)에 예를 들면, 30kW의 직류 전력을 투입하여, 진공 챔버(1) 내에 플라즈마 분위기를 형성한다. 이때 보조 요크(44)는 오목홈(41a)에서 빼 둔다. 그리고 광학식 센서(49a)가 돌출편(48a)을 검출한 기점 위치에서 자석 유닛(4)을 타겟 중심에 대하여 소정의 기준 속도(예를 들면, 40rpm)로 적어도 1 사이클(1회전) 회전시킨다. 이를 통해 타겟(3)이 스퍼터링되며, 타겟(3)에서 비산된 스퍼터 입자가 기판(W) 표면에 부착, 퇴적되어 알루미늄 막이 성막된다. 성막이 끝난 기판(W)을 진공 챔버(1)에서 반출하고, 도면 밖의 막 두께 측정기로 기판(W)면 내 곳곳의 알루미늄 막의 두께를 측정하여, 기판면 내의 막 두께 분포에 관한 정보를 얻을 수 있다. 얻어진 정보는 제어 수단(8)의 정보 취득부(81)로 전송되며, 정보 취득부(81)는 해당 정보를 취득한다(정보 취득 공정).
다음으로 정보 취득 공정에서 취득한 막 두께 분포에 관한 정보를 바탕으로, 자석 유닛(4)의 속도를 결정한다(속도 결정 공정). 이 속도 결정 공정에서는, 1 사이클에서의 자석 유닛(4)의 궤도(원주)를 원주 방향으로 균등하게 구획하고(예를 들면, 360°의 회전 운동을 15°마다 24개로 구획), 구획된 각각을 영역으로 지정함과 동시에 상기 기점 위치를 기준 영역으로 설정한다. 그리고 이 기준 영역에서의 속도를 기준 속도로 하여, 기준 영역 이외의 영역마다 상기 취득 정보에 따라 기준 속도로부터의 증속량 또는 감속량을 결정한다. 기준 영역보다 막 두께가 얇은 영역에서는 기준 속도로부터 소정의 값만큼 감속시켜 타겟(3)이 스퍼터링되는 양(스퍼터율)을 증가시키는 반면, 기준 영역보다 막 두께가 두꺼운 영역에서는 기준 속도로부터 소정의 값만큼 증속시켜 스퍼터율을 감소시킴으로써, 기판 외주부의 원주 방향의 막 두께 분포를 조정한다(막 두께 분포 조정 공정).
이어서 상기 취득 정보에 기초하여, 오목홈(41a)이 형성된 기판 내주부에서 막 두께가 국소적으로 얇은 부분에 보조 요크(44)를 감합시킴으로써, 해당 부분의 자기장 강도가 증가하여 스퍼터율 증가로 이어지고, 이를 통해 기판 내주부에서 막 두께가 변화된 부분의 막 두께를 재조정할 수 있다(재조정 공정).
상기 재조정 공정을 통해 막 두께를 재조정한 다음, 기판(W)을 진공 챔버(1) 내로 반송하여 스테이지(2)에 흡착, 유지시키고, 결정된 속도로 자석 유닛(4)을 회전 구동시키면서 상기와 같은 조건에서 기판(W)의 표면에 알루미늄 막을 성막한다(성막 공정). 이때, 보조 요크(44)는 요크(41)와 동기화되어 회전한다.
이상에 따르면, 정보 취득 공정에서 취득한 정보를 바탕으로, 요크(41)에 형성된 오목홈(41a)에 보조 요크(44)를 끼우거나 또는 해당 오목홈(41a)에서 보조 요크(44)를 빼면, 오목홈(41a)이 형성된 영역에서 자기장 강도가 국소적으로 증가 또는 감소한다. 따라서 상기한 것처럼 기판 외주부의 원주 방향의 막 두께 분포를 조정함으로써, 이보다 안쪽인 기판 내주부의 막 두께가 국소적으로 얇아진 것과 같은 경우에는 기판 내주부에 형성된 오목홈(41a)에 보조 요크(44)를 끼우면, 자기장 강도가 증가하여 해당 영역에서의 스퍼터율을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 막 두께가 변화된 부분의 막 두께를 재조정하여 그 전면에 걸쳐 더욱 균일한 막 두께 분포를 얻을 수 있다.
계속해서 상기 스퍼터링 장치(SM)를 이용하여 본 발명의 효과를 확인하기 위해 실험을 실시했다. 기판(W)을 φ300mm의 실리콘 웨이퍼로 하여, 진공 챔버(1) 내에 아르곤 가스를 12sccm 도입하고(이때의 압력은 0.1Pa), 알루미늄 타겟(3)에 대해 직류 전력을 30kW 투입하여 플라즈마 분위기를 형성한 다음, 자석 유닛(4)을 40rpm의 등속으로 회전시키면서 타겟(3)을 스퍼터링하여 기판(W)의 표면에 알루미늄 막을 성막했다. 이때, 요크(44)는 오목홈(41a)에서 빼 두었다. 막 두께 측정기로 기판(W)면 내의 여러 곳에서 막 두께를 측정하여, 기판면 내의 막 두께 분포에 관한 정보를 얻었다. 이에 따르면, 기판 외주부(반경 147mm인 가상의 원)의 원주 방향의 막 두께의 최대값은 40.79nm이고, 최소값은 38.90nm이며, 최대값과 최소값의 차이(이하 ‘레인지(range)’)는 1.89nm인 반면, 기판 내주부(반경 98mm인 가상의 원)의 원주 방향의 막 두께의 최대값은 40.65nm이고, 최소값은 39.10nm였으며, 레인지는 1.55nm였다. 기판 외주부의 막 두께 분포를 바탕으로 자석 유닛(4)의 속도를 24개 영역마다 결정하고, 기판 외주부의 원주 방향의 막 두께 분포를 조정한 결과, 기판 외주부의 원주 방향의 막 두께의 최대값은 40.96nm이고, 최소값은 39.73nm이며, 레인지는 1.23nm로 작아졌으나, 기판 내주부의 원주 방향의 막 두께의 최대값은 42.56nm이고, 최소값은 39.73nm이며, 레인지는 2.83nm로 악화되었다. 그래서 기판 내주부의 막 두께가 최소값인 부분의 오목홈(41a)에 보조 요크(44)를 끼우고 기판 내주부의 막 두께 분포를 재조정했더니, 최대값은 40.02nm였고, 최소값은 39.66nm였으며, 레인지는 0.36nm로 작아졌다. 이처럼 기판 외주부의 원주 방향의 막 두께 분포를 조정함으로써, 기판 내주부의 막 두께가 국소적으로 얇아지더라도, 기판 내주부에 형성된 오목홈(41a)에 보조 요크(44)를 끼우면 자기장 강도가 증가하여 해당 영역에서의 스퍼터율을 증가시킬 수 있어, 막 두께가 변화된 부분의 막 두께를 재조정할 수 있다는 것을 확인했다.
위와 같이 본 발명의 실시형태에 대해 설명했으나 본 발명은 상기의 것으로 한정되지 않는다. 상기 실시형태에서는 오목홈(41a)에 보조 요크(44)를 자동으로 감합하는 것을 예로 들어 설명했으나 수동으로 감합할 수도 있다. 이 경우에도 보조 요크(44)는 요크(41)와 동기화되어 회전해도 무방하다.
상기 실시형태에서는 오목홈(41a)으로 요크(41)의 윗면에서 아래쪽으로 우묵하게 들어가도록 형성된 것을 예로 들어 설명했으나, 도 3 및 도 4에 나타낸 것처럼 요크(41)를 관통하도록 오목홈(41b)을 형성할 수도 있다.
상기 실시형태에서는 막 두께에 따라 자석 유닛(4)의 속도를 결정하는 경우를 예로 들어 설명했으나, 막 두께와 상관이 있는 정보를 기반으로 자석 유닛(4)의 속도를 결정할 수도 있다. 예를 들면, 타겟(3)으로 일정한 전력을 투입했을 때 타겟(3)에 인가되는 타겟 전압을 영역마다 측정하고, 측정한 타겟 전압에 따라 자석 유닛(4)의 속도를 결정할 수도 있다. 이 경우 영역마다 대응하는 타겟 전압을 취득한 다음, 기준 영역을 포함한 전 영역의 타겟 전압의 평균값(평균 전압)을 구하고, 각 영역에 대응되는 타겟 전압의 평균 전압에 대한 비율을 구하도록 구성할 수 있다. 비율이 높은 영역에서는 자석 유닛(4)의 속도가 느려지도록, 또한 구한 비율이 낮은 영역에서는 자석 유닛(4)의 속도의 속도가 빨라지도록, 기준 속도로부터의 증속량 또는 감속량을 결정하면 된다.
또한 상기 실시형태에서는 타겟(3)이 평면에서 봤을 때 원형이고, 자석 유닛(4)을 회전 이동시키는 경우에 대해 설명했으나, 타겟이 평면에서 봤을 때 직사각형이고, 타겟의 스퍼터면을 따르는 방향을 X방향 및 Y방향으로 할 때, 자석 유닛을 X방향 및 Y방향 중 적어도 한 쪽으로 평행 이동시키는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한 도 5에 나타낸 것처럼 오목홈(41a)은 방사 방향으로 복수(도 5의 예에서는 두 개)로 설치되어도 무방하다. 이를 통해 오목홈(41a)이 설치된 곳들의 막 두께를 재조정할 수 있기 때문에 더욱 양호한 막 두께 분포를 얻을 수 있다.
또한 상기 실시형태에서는 한 개의 보조 요크(44)를 설치하는 경우를 예로 들어 설명했으나, 도 6에 나타낸 것처럼 보조 요크(44)를 복수 개로 분할하여 설치하고, 복수의 보조 요크(44)를 개별적으로로 동작 가능하도록 구성할 수도 있다. 이를 통해 복수의 보조 요크(44)를 개별적으로 동작시켜 자기장 커플링을 적절하게 조정할 수 있어, 결과적으로 더욱 양호한 막 두께 분포를 얻을 수 있다.
3 ... 타겟
4 ... 자석 유닛
41 ... 요크
41a, 41b ... 오목홈
42 ... 자석
44 ... 보조 요크
4 ... 자석 유닛
41 ... 요크
41a, 41b ... 오목홈
42 ... 자석
44 ... 보조 요크
Claims (3)
- 타겟의 스퍼터링되는 면을 스퍼터면, 타겟의 스퍼터면 쪽을 아래로 했을 때 타겟의 위쪽에 배치되는 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛으로,
타겟에 대향 배치되는 자성 재료로 된 요크와 이 요크의 아랫면에 설치되는 복수 개의 자석을 가지며, 타겟 중심과 그 주연부 사이에 위치하는 타겟의 아랫쪽 공간에 자기장의 수직 성분이 0이 되는 위치를 지나는 선이 무단 (無端)의 형태로 닫히는 누설 자기장을 국소적으로 작용시키고, 타겟 중심에 대하여 회전 구동되는 것에 있어서,
요크의 소정 위치에 가상의 원주 상에서 원주 방향으로 뻗어있는, 요크의 윗면에서 아래쪽으로 우묵하게 들어가거나 또는 관통하는 오목홈이 형성되며, 이 오목홈에 대해 끼우거나 뺄 수 있도록 보조 요크가 설치되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛. - 청구항 1항에 있어서,
상기 보조 요크는 상기 오목홈의 둘레보다 작게 설정되어, 이 보조 요크를 상기 가상 원주를 따라 이동시키는 제 1 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛. - 청구항 1항 또는 2항에 있어서,
상기 보조 요크를 상기 오목홈에 대해 근접 방향 및 이격 방향으로 이동시키는 제 2 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치용 자석 유닛.
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016011445A (ja) | 2014-06-30 | 2016-01-21 | 株式会社アルバック | スパッタリング方法 |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4401539A (en) * | 1981-01-30 | 1983-08-30 | Hitachi, Ltd. | Sputtering cathode structure for sputtering apparatuses, method of controlling magnetic flux generated by said sputtering cathode structure, and method of forming films by use of said sputtering cathode structure |
| JPS6233765A (ja) * | 1985-08-02 | 1987-02-13 | Fujitsu Ltd | マグネトロンスパツタ装置 |
| DE3812379A1 (de) * | 1988-04-14 | 1989-10-26 | Leybold Ag | Zerstaeubungskathode nach dem magnetron-prinzip |
| JPH0734923Y2 (ja) * | 1989-03-09 | 1995-08-09 | 富士電機株式会社 | マグネトロンスパッタ装置 |
| JPH0445267A (ja) * | 1990-06-12 | 1992-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スパッタリング装置 |
| DE4039101C2 (de) | 1990-12-07 | 1998-05-28 | Leybold Ag | Ortsfeste Magnetron-Zerstäubungskathode für Vakuumbeschichtungsanlagen |
| DE59106675D1 (de) * | 1990-12-13 | 1995-11-16 | Balzers Hochvakuum | Verfahren zum Zentrieren eines Elektronenstrahles. |
| JP4161642B2 (ja) * | 2002-08-26 | 2008-10-08 | 旭硝子株式会社 | スパッタ成膜方法及びマグネトロンスパッタ装置 |
| JP2006028559A (ja) * | 2004-07-14 | 2006-02-02 | Victor Co Of Japan Ltd | マグネトロンスパッタリング装置 |
| JP2006083458A (ja) * | 2004-09-17 | 2006-03-30 | Alps Electric Co Ltd | スパッタリング装置 |
| US20070051616A1 (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-08 | Le Hienminh H | Multizone magnetron assembly |
| US7879210B2 (en) | 2006-02-03 | 2011-02-01 | Applied Materials, Inc. | Partially suspended rolling magnetron |
| KR101019826B1 (ko) | 2005-11-17 | 2011-03-04 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 부분적 롤링 지지부 및 센터링 핀을 포함하는 유연한마그네트론 |
| JP5502442B2 (ja) | 2009-02-26 | 2014-05-28 | キヤノンアネルバ株式会社 | マグネトロンスパッタカソード、マグネトロンスパッタ装置及び磁性デバイスの製造方法 |
| JP5461264B2 (ja) * | 2010-03-25 | 2014-04-02 | キヤノンアネルバ株式会社 | マグネトロンスパッタリング装置、及び、スパッタリング方法 |
| CN202148349U (zh) * | 2011-02-17 | 2012-02-22 | 上海德化机电科技有限公司 | 一种磁控溅射用阴极 |
| JP2015017304A (ja) * | 2013-07-11 | 2015-01-29 | ソニー株式会社 | 磁界発生装置、及びスパッタリング装置 |
| JP6471000B2 (ja) | 2015-02-24 | 2019-02-13 | 株式会社アルバック | マグネトロンスパッタリング装置用の磁石ユニット及びこの磁石ユニットを用いたスパッタリング方法 |
| JP6685956B2 (ja) | 2017-03-08 | 2020-04-22 | キオクシア株式会社 | 半導体製造装置 |
| CN207062368U (zh) * | 2017-06-07 | 2018-03-02 | 枣庄维信诺电子科技有限公司 | 一种磁控旋转靶磁场调节装置及应用其的磁控旋转靶装置 |
| JP7326036B2 (ja) * | 2019-06-13 | 2023-08-15 | 株式会社アルバック | マグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット |
-
2019
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016011445A (ja) | 2014-06-30 | 2016-01-21 | 株式会社アルバック | スパッタリング方法 |
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| CN112739848B (zh) | 2023-03-24 |
| CN112739848A (zh) | 2021-04-30 |
| US11239064B2 (en) | 2022-02-01 |
| WO2020066247A1 (ja) | 2020-04-02 |
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