KR20210102437A - 화합물 층을 증착하기 위한 진공 시스템 및 방법 - Google Patents

화합물 층을 증착하기 위한 진공 시스템 및 방법 Download PDF

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카이 웬즈
보리스 라지세브스키
필립 젤러
마틴 크랫저
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에바텍 아크티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 스퍼터링에 의해 하나 이상의 판형 기판 상에 화합물 층을 증착하기 위한 진공 장치로서,
- 공정 가스에 대한 하나 이상의 입구(13);
- 불활성 가스에 대한 하나 이상의 입구(14);
- 기판 핸들링 개구(15);
- 스퍼터 구획(18)의 중앙 하부 영역에 기판(4) 지지체로서 형성된 정전 척(6)을 포함하는 받침대(5)로서, 받침대(5)는 전기적으로 절연된 방식으로 장착되고 제1 전압원(21)의 제1 극에 연결되며, 받침대(5)는 스퍼터 공정이 활성화될 때 타겟(1)을 향하여 그리고 타겟으로부터 멀어지게, 상부 위치에서 하부 위치로 또는 그 반대로 수직 방향으로 이동 가능한, 받침대(5);
- 스퍼터 소스의 전면의 타겟(1)과 후면의 자석 시스템(23)을 포함하는 마그네트론 스퍼터 소스(22)로서, 타겟(1)은 전기적으로 절연된 방식으로 챔버(11)의 스퍼터 구획(18) 상단(19)의 중앙 영역에 장착되고 제2 전압원(25)의 제1 극에 연결되는, 마그네트론 스퍼터 소스(22);
- 기판 지지체 및 ESC(6)를 포함하는 받침대(5)의 적어도 상부 부분 및 타겟(1) 주위를 루핑(looping)하여 이에 의해 스퍼터 구획의 측벽(12)을 형성하는 애노드(2)로서, 애노드(2)는 접지에 전기적으로 연결되는, 애노드(2);
- 유동 래버린스(26)에 의해 스퍼터 구획의 바닥(20)에 연결되는 펌프 구획(17)으로서, 유동 래버린스는 받침대의 상부 및 하부 위치와 그 사이의 모든 위치에서 본질적으로 동일한 유동 컨덕턴스를 제공하도록 설계된, 펌프 구획(17);을 포함하는,
중심축(A) 둘레에 측벽을 구비한 진공 챔버(11); 및
펌프 구획(17)에 연결된 진공 펌프 시스템(16)을 포함하는, 진공 장치에 관한 것이다.

Description

화합물 층을 증착하기 위한 진공 시스템 및 방법
본 출원은 제1항에 따른 화합물 층의 스퍼터 증착을 위한 진공 장치, 제25항에 따른 다중 챔버 시스템(MCS) 및 제32항에 따른 본질적으로 2차원인 코팅된 평면 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
마이크, 전기 주파수 필터, 초음파 발생기, 센서 및 액추에이터와 같은 압전 장치의 소형화가 계속 진행됨에 따라 압전 재료, 특히 압전층 및 코팅의 재료 특성들이 점점 더 중요해지고 있다. 이러한 특성들은 θ/2θ X-선 회절 패턴으로 도시되고 로킹 곡선(rocking curve)의 좁은 FWHM 값으로 표현되는 균일하고 고도로 배향된 미세 구조 및 낮은 tan δ 값 등으로 표현되는 낮은 유전 손실 특성들이다. 압전 응답(Piezoelectric response)은 압전 AlN 필름을 다른 금속들과 합금함으로써 개선될 수 있으며, 이에 의해 AlN의 육각형 구조가 여전히 보존된다는 것은 잘 알려져 있다. 산업용으로 가장 유망한 재료는 Sc 농도가 43 at%인 Sc이다. 다른 알려진 재료는 Cr 및 MgHf 이다. 그러나 대량 생산에서 이러한 코팅의 품질은 각 장치 및 시스템 요구 사항뿐만 아니라 엄격한 공정 제어와 직접 연결된 층 파라미터들의 매우 엄격한 재현성에 의존한다는 것이 밝혀졌다. 최첨단 진공 장비에 대한 많은 노력과 발전에도 불구하고 이러한 장치를 위한 코팅을 생산하는데 필요한 더 높은 정밀도와 성능에 대한 빠르게 증가하는 요구를 충족하기 위해 필요한 모든 문제를 해결하기 위해 지금까지 적절한 기술 내용들이 확립되지 않았다.
본 발명의 목적은 압전층 및 코팅의 증착 뿐만 아니라 웨이퍼와 같은 각각의 코팅된 기판의 생산을 가능하게 하는 장치 및 다중-챔버 시스템(multi-chamber system, MCS)을 제공하여 더 나은 공정 제어를 제공하는 것이다.
이러한 공정 제어는 압전층의 증착 동안 최소화된 압력 변동의 관점에서 더 나은 진공 체제 및 하기 상세히 논의되는 압전층 내의 응력 제어를 개선하기 위한 임의의 조치를 포함할 수 있다. 배경기술에서 언급한 압전층 재료를 참조하여, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 구현예들이 실행 가능성의 이유로 특정 재료들을 이용하여 논의될 수 있다는 사실과는 상관없이, 최신 기술 재료들의 개선에 관한 것이다. 본 발명의 진공 장치는 매우 상이한 유형의 층들에 사용될 수 있지만 스퍼터링에 의해 하나 이상의 판형 기판 상에 화합물 층을 증착할 때 본질적으로 공정 안정성 및 재현성을 개선하는 일부 설계 특징들을 갖는다.
이러한 특성들은 다음과 같다:
중심축 주위에 측벽을 구비한 진공 챔버(A)로서, 상기 챔버는
- 공정 가스에 대한 하나 이상의 입구;
- 불활성 가스에 대한 하나 이상의 입구;
- 기판 핸들링 개구;
- 스퍼터 구획의 중앙 하부 영역에 기판 지지체로서 형성된 정전 척을 포함하는 받침대로서, 받침대는 전기적으로 절연된 방식으로 장착되고 예를 들어, 장치의 시스템 제어 장치에 의해 제어되는 스위치에 의해 제1 전압원의 제1 극에 연결되어, 정전척(ESC)과 함께 바이어스 전극을 구성하고; 받침대는 수직 방향으로 타겟을 향하여 또는 타겟으로부터 멀어지도록, 상부 처리 위치에서 하부 처리 위치로 또는 그 반대로 이동할 수 있어, 스퍼터 공정이 활성화되면 타겟 수명 시간 동안 기판(들)에 대한 막 응력을 제어하고 진행되는 타겟 침식을 보상할 수 있는, 받침대;
- 예를 들어, 스퍼터 구획을 향하는 전면에 금속 또는 합금 타겟을 포함하고 소스의 후면에 자석 시스템을 포함하는 마그네트론 스퍼터 소스로서, 냉각된 백 플레이트(back-plate) 및/또는 예를 들어, 타겟 재료와 자석 시스템 사이의 수냉식 플랜지가 추가로 장착될 수 있으며; 타겟은, 전기적으로 절연된 방식으로 챔버의 스퍼터 구획의 상부 영역의 중앙 영역에 장착되고, 예를 들어, 장치의 시스템 제어 장치에 의해 제어되는 추가 전기 스위치에 의해 제2 전압원의 제1 극에 연결되는, 마그네트론 스퍼터 소스;
- 기판 지지체 및 ESC를 포함하는 받침대의 적어도 상부 부분 및 타겟 주위를 루핑하여 이에 의해 스퍼터 구획의 측벽을 형성하는 본질적으로 원통형인 애노드로서, 애노드는 접지에 전기적으로 연결되는, 애노드;
- 스퍼터 구획에서 펌프 구획으로 소위 "플라즈마 유출"을 방지하기 위해 유동 래버린스(flow labyrinth)에 의해 스퍼터 구획의 바닥에 연결되는 펌프 구획으로서, 플라즈마가 공정 불안정성, 플라즈마 전력의 기생 손실 및 펌핑 설비에 대한 잠재적인 손상과 같은 잘 알려진 결점을 갖는 펌프 구획으로 유입되고; 유동 래버린스는 받침대의 상부 및 하부 위치와 그 사이의 모든 위치에서 본질적으로 동일한 유동 컨덕턴스를 제공하도록 설계된, 펌프 구획을 포함하는 진공 챔버;
펌프 구획(17)에 연결된 진공 펌프 시스템(16).
실행중인 스퍼터 공정 동안 받침대의 이동은 스텝 모터(step motors) 또는 당업자에게 공지된 시스템 제어 장치에 의해 제어되는 다른 위치 결정 수단에 의해 수행될 수 있다.
이러한 유동 래버린스의 특성들을 구현하기 위한 하나의 설계는 상부에서 하부 위치로 이동하는 동안 동일한 유동 면적을 갖는 유동 래버린스를 제공하는 것일 수 있다. 추가 실시예에서, 유동 래버린스는 기판 지지체 및 ESC 하부 영역에서 받침대 주위를 루핑하는 하나 이상의 환형 펌프 채널을 포함할 수 있다. 이에 의해 펌프 채널의 적어도 2개의 원통형 및/또는 링 형태의 주변 벽 사이의 하나 이상의 특성 거리(wch)는 받침대의 상부 및 하부 처리 위치 및 그 사이의 임의의 위치에서 일정하게 유지될 수 있다. 래버린스의 이러한 특징은 본 발명의 모든 실시예와 결합될 수 있다.
추가 변형에서, 장치는 타겟과 애노드 사이의 타겟의 원주 둘레에 루핑하여 장착되는 전기적으로 절연된 타겟 링을 구비할 수 있다. 타겟 링은 금속, 합금 또는 탄소와 같은 전도성 재료로 제조될 수 있으며, 예를 들어, 애노드 및/또는 타겟 쉴드에 의해 스퍼터 구획을 향한 임의의 가시선에서 보이지 않는 하나 이상의 아이솔레이터(isolator)에 의해 접지 및 타겟 전위로부터 격리된다. 동시에 타겟과 타겟 링, 타겟 링과 애노드와 같은 각각의 인접한 전도성 구성 요소 사이의 암 공간 (dark space) 거리는 스퍼터 공정에 사용되는 0.1 내지 13.3Pa(1-100mTorr) 사이의 일반적인 공정 압력에 대해 약 2 내지 10mm일 수 있다. 이에 의해, 전도성 표면 영역의 형성으로 인한 아이솔레이터를 변경할 필요 없이 오랜 시간 동안 스퍼터 공정 동안 타겟 링에 플로팅 전위(floating potential)의 형성이 보장될 수 있다. 하나 이상의, 예를 들어, 적어도 부분적으로 고리형 아이솔레이터는 애노드 상에 또는 애노드의 채널 구조에 위치될 수 있고 알루미나, 질화붕소 등과 같은 세라믹 재료를 포함할 수 있다.
추가 실시예에서, 링 모양의 링-쉴드는 받침대에 전기적으로 절연되어 장착되고, 기판 지지대, 지지대에 장착된 웨이퍼 및 기능적으로 ESC를 둘러싼다. 본 발명의 장치의 링-쉴드는 공정 요구에 따라 전압을 조정하기 위해 제3 전압원에 연결될 수 있으며, 이는 스퍼터링된 층의 막 응력에 영향을 미치는 추가 변수로 사용될 수 있다.
ESC 표면 및/또는 받침대 표면은 하나 이상의 개별 백-가스 입구에 연결된 수 마이크로미터 또는 심지어 서브-마이크로미터 깊이의 개방 구조를 포함할 수 있다.
양쪽 표면이 백-가스 입구와 연결된 개방형 구조를 포함할 때 Ar과 같은 열 전달 불활성 가스를 ESC 표면과 장착된 기판 사이에 적용하여 기판 온도를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 받침대 표면과 ESC 사이에 적용하여 ESC 온도를 제어할 수 있다. 이에 의해 다른 백-가스 압력이 각각의 개별 피드스루에 사용되어야 하는 경우에 하나 이상의 백-가스 입구 모두는 하나의 공통에 연결될 수 있다. 이로써 냉각/가열 가스(들)에 대한 공통 또는 각각의 개별 가스 공급 장치가 공통 또는 개별 피드스루에 연결되어 기판 및/또는 받침대 온도를 제어한다.
개방형 구조는 ESC 및/또는 받침대의 표면(들) 내에, 예를 들어, 테이블과 같은 다수의 지지 포인트들이 각각의 표면에 고르게 퍼져 있거나, 예를 들어, 거미줄 모양의 거미줄 또는 래버린스와 같은 다수의 채널 구조를 같는 멘사 구조(mensa-structures)라고 할 수 있다. 두 구조는 예를 들어, 표면의 레이저 구조화에 의해 표면에 적용될 수 있다. 별도의 압력 공급 및 피드스루를 사용하여 받침대와 ESC 사이의 백 가스 압력을 더 높게 선택할 수 있으므로 더 빠른 열 교환이 발생할 수 있다.
압전 화합물을 증착하기 위하여 타겟은 AlN을 증착하기 위해 Al과 같은 하나 이상의 금속 요소를 포함하거나 AlScN을 증착하기 위해 Al 및 Sc와 같은 적어도 두 개의 금속 요소를 포함하거나, AlCrN을 증착하기 위해 Al 및 Cr 을 포함하거나 AlMgHfN를 증착하기 위해 Al, Mg 및 Hf를 포함할 수 있다. 공정 가스는 반응성 가스로서 질소를 포함할 것이다. 타겟은 합금 타겟 또는 분말 야금학적으로 기공 밀착 소결된 타겟일 수 있다. 기밀 소결(pore-tightly sintered)은 예를 들어, 스파크 플라즈마 소결에 의해 달성될 수 있는 이론 밀도에 가까운 밀도의 타겟을 의미한다.
애노드는 애노드에서 균일한 열 흐름을 가능하게 하기 위해 단일 피스 애노드로 제조될 수 있다. 추가적으로, 가열/냉각 장치에 연결된 가열/냉각 회로가 펌프 또는 유휴 시간 동안 애노드를 템퍼링(tempering)하고 스퍼터 공정 동안 애노드를 냉각시키기 위해 애노드에 구비된 것으로 예상될 수 있다. 추가적으로, 가열/냉각 장치에 연결된 가열/냉각 회로는 펌프 또는 유휴 시간 동안 애노드를 템퍼링하고 스퍼터 공정 동안 애노드를 냉각시키는 애노드로 예상될 수 있다. 또한, 가스 공급 수단은 애노드의 상부 또는 하부 둘레를 따라 또는 주위에 장착될 수 있다. 이러한 가스 공급 수단은 내부, 외부, 상부 또는 하부 둘레를 따라 할당된 분배 개구를 구비한 가스-링 및 원형 분배 갭 또는 각각 할당된 입구 개구 및/또는 추가 유입 채널에 통합된 채널 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 채널 구조는 타겟 주위의 애노드 상단 근처에서 예상될 수 있으며, 이에 따라 채널은 애노드 자체에 형성되거나 애노드과 채널에 안착될 수 있는 플로팅 타겟 링 사이에 형성될 수 있다. 제1 전압 소스는 2 내지 30MHz 사이에서 구동될 수 있는 제1 RF 전원일 수 있으며, 많은 경우에 13.56MHz 전원으로 충분할 것이다.
제2 전압원은 펄스 DC 전원 또는 제2 RF 전원과 결합된 DC 전원일 수 있다. DC 전원 공급 장치가 두 번째 RF 전원 공급 장치와 결합될 때 적어도 DC 전원 공급 장치는 어댑터 네트워크에 의해 연결되는데, 예를 들어, 저역 통과 필터는 스퍼터 전극에 연결되어 유해한 유입 RF에 대하여 이를 보호한다. 제1 RF 소스와 펄스 DC 전원 또는 제2 RF 소스 사이의 위상 관계를 조정하기 위해 장치는 조정 수단을 포함할 수 있다. 이는 시스템 제어 장치(SPU)에 통합된 조정 장치 또는 SPU에 연결된 하위 제어 장치(sub-control-unit)에 의해 실현될 수 있다. 따라서 공정 요구에 따라 동위상 모드(in-phase mode) 또는 한정된 비위상 모드(out of phase modes)가 조정될 수 있다. 펄스형 DC 전원 공급 장치는 50 내지 90%의 듀티 사이클과 7 내지 14kW의 전력으로 50 내지 400kHz의 주파수 범위에서 구동될 수 있다.
또한, 장치는 다음 공정 파라미터들 중 적어도 하나에 의존하여 반응성 가스의 흐름을 제어하기 위한 제어 수단을 포함할 수 있다: 타겟 전압, 타겟의 능동적으로 스퍼터링된 표면으로부터의 플라즈마 방출의 특성 파라미터, 가스 조성. 플라즈마 방출의 특징적인 파라미터는 예를 들어, 플라즈마 방출 모니터(PEM)에 의해 측정된 특징적인 방출 라인 또는 특징적인 라인 패턴의 강도일 수 있다. 가스 조성은 RGA와 같은 공정 가스 분석 시스템에 의해 측정될 수 있다.
ESC, 받침대 및 받침대 베이스의 RF 전원 부품들 중 적어도 하나에서 기생 플라즈마를 피하기 위해, 접지에 연결된 암 공간 쉴드는 최소한 받침대의 베이스 주위를 순환하는 암 공간 거리에 제공될 수 있다(위 참조). 이러한 암 공간 쉴드는 펌프 채널의 한 측벽을 형성할 수 있으며 받침대와 함께 이동할 수 있다. 두 번째로, 중심축(A)을 참조하여, 이러한 환형 펌프-채널을 형성하는 외부 측벽은 암 공간 쉴드에 장착되고 함께 이동할 수 있는 제2 채널 쉴드에 의해 형성될 수 있거나, 대안적으로 고정 애노드에 장착되거나 고정 애노드의 일부인 제2 채널 쉴드에 의해 형성될 수 있다.
또한, 받침대 온도 및 기판 온도 측정 장치 중 적어도 하나는 예를 들어, 전기 온도 측정 장치로 받침대 온도 및/또는 기판 후면의 고온계와 같은 광학 측정 장치로 기판 온도를 제어하기 위해 제공되어야 한다. 이러한 온도 측정 장치는 예를 들어, 받침대 및/또는 ESC의 지지 표면 아래에 있는 각각의 가열 및 냉각 유체 회로와 연결된 가열 및 냉각 장치 및 SPU를 통해 기판 온도를 제어하는 데 사용된다. 표준 공정들에 대하여 받침대, 애노드 및 마그네트론 스퍼터 소스를 공급하기 위한 하나의 가열 및 냉각 장치가 백플레이트 또는 타겟 플랜지를 템퍼링하거나 냉각하기 위하여 충분할 수 있다. 그러나 더 엄격한 온도 제어가 필요한 공정의 경우 받침대를 위한 별도의 가열 및 냉각 장치와 마그네트론 소스와 애노드를 위한 별도의 냉각/템퍼링 장치가 더 적합하다. 이에 의해 기판의 받침대 및 이에 대한 엄격한 온도 제어는 고도로 질감이 있는(textured) 복합 층들을 생성하는 하나의 해결책임이 입증되었다. 예를 들어, 100℃ 이상의 높은 증착 온도에 대해 저항 히터 플레이트는 받침대의 표면 또는 내부에 가열 및 냉각 장치에 추가로 또는 이를 대신하여 통합될 수 있다.
추가 수정에서 타겟은 다음 재료들 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상으로 구성된다:
- Al 또는 AlMe으로 표시되는 알루미늄,
- AlSc 또는 AlScMe으로 표시되는 알루미늄-스칸듐,
- AlCr 또는 AlCrMe으로 표시되는 알루미늄-크롬,
- MgHf 또는 MgHfMe으로 표시되는 마그네슘-하프늄,
Me는 각각의 층의 전체 금속 함량을 기준으로 0.1 내지 10 원자 퍼센트 농도의 하나 이상의 추가, 예를 들어, 부금속을 나타내고, AlSc, AlCr 또는 MgHf와 같은 두 가지 주요 금속의 혼합물은 더 낮은 농도의 주요 금속의 적어도 1%를 항상 포함하며, 이는 임의의 추가 부금속 Me의 존재와 무관하다.
본 발명은 또한 하나 이상의 로드록 챔버, 이송 수단, 및 적어도 3개의 처리 모듈을 포함하는 하나 이상의 판형 기판을 처리하기 위한 다중 챔버 진공 시스템(MCS)에 관한 것으로, 제1 처리 모듈은 기판의 표면을 에칭하도록 구성된 PVE 모듈(P1)일 수 있고, 제2 처리 모듈은 기판의 표면에 스퍼터링에 의해 금속 층을 증착하도록 구성된 금속 스퍼터 모듈(P2)일 수 있고, 제3 처리 모듈은 전술한 청구항들의 장치에 따라 구성된 화합물 스퍼터 모듈(P4)일 수 있다.
MCS 시스템은 또한 기판을 550℃ 와 900℃ 사이의 어닐링 온도(TA)로 가열하도록 구성된 어닐링 모듈(P3)일 수 있는 제4 공정 모듈을 포함할 수 있고, 60초에서 180초 이내에 기판을 어닐링 온도(TA)로 가열하도록 구성될 수 있다.
추가 실시예에서, MCS 시스템은 또한 PVE 모듈(P1'), 금속 스퍼터 모듈(P2'), 및 화합물 스퍼터 모듈(P4') 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다.
임의의 이러한 MCS 실시예들 중 하나 이상의 로드록 챔버 및 공정 모듈(P1, … , P4')은 중앙 핸들러 챔버 둘레에 원형 또는 다각형 방식으로 배열될 수 있다. 대안적인 실시예에서 로드록 챔버 및 공정 모듈(P1, … , P4')은 선형 방식으로 배열될 수 있고 핸들러는 선형 핸들러, 예를 들어, 하나 이상의 운송 벨트 또는 운송 체인일 수 있다.
이러한 MCS 실시예에서 전처리 및 후처리 모듈(pp12, pp34, pp56) 중 적어도 하나의 로드록 챔버들 중 적어도 하나와 작동 가능하게 연결될 수 있다.
본 발명은 또한 스퍼터 공정에 의해 코팅된 본질적으로 2차원인 평면 기판, 예를 들어, 웨이퍼를 생성하는 방법을 포함하며, 이에 의해 알루미늄 함유 타겟은 상술된 바와 같은 장치에서 스퍼터링된다. 이에 의해 압전 AlN 필름을 하나 이상의 부금속(Mem)과 합금함으로써 압전 응답이 개선될 수 있으며, 이로써 AlN의 육각형 구조가 여전히 보존된다. Mef는 스퍼터링된 알루미늄 타겟에 합금될 수 있는 Sc, Cr, Mg 또는 Hf 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 방법은 하나 이상의 압전층의 증착을 포함할 수 있다. 층은 다음 재료들 중 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 구성될 수 있다.
- 질화알루미늄(AlN, AlMeN),
- 알루미늄-스칸듐질화물(AlScN, AlScMeN),
- 알루미늄-크롬질화물(AlCrN) 또는
- 마그네슘-하프늄 질화물(MgHfN, MgHfMeN),
Me는 각 층의 전체 금속 함량을 기준으로 0.1 내지 10 원자 퍼센트 농도의 적어도 하나, 예를 들어, 부금속을 나타낸다.
바이어스 전극에 연결된 제1 전압 소스는 각각의 압전층의 성장을 방해하는 것을 피하기 위해 0 내지 100W 또는 심지어 0 내지 30W의 매우 낮은 바이어스 전력을 사용하여 2 내지 30MHz의 주파수에서 구동되는 제1 RF 소스일 수 있다. 반면, 타겟 전극에 연결된 제2 전압원은 7-14kW의 전력으로 50-400kHz의 펄스 주파수에서 구동되는 펄스 DC-소스일 수 있다. 또한 오프 기간 동안 양의 전압이 인가될 수 있다. 대안으로, 제2 전압 소스는 어댑터 네트워크에 의해 서로 및 타겟 전극에 연결된 DC 소스 및 제2 RF 소스를 포함할 수 있으며, 이에 의해 제2 RF 소스는 0.9 내지 30MHz의 펄스 주파수에서 구동될 수 있다.
가능한 한 웨이퍼 표면에 대한 코팅의 스퍼터 증착된 층, 각각의 응력 및/또는 응력 분포를 최소화 및/또는 균등화할 수 있는 층의 특정 특징들을 최적화하기 위해, 다음 공정 파라미터 중 적어도 하나는 예를 들어, 후속 두께 또는 응력 측정에 의존하는 일련의 공정에 걸쳐 및/또는 현장 공정 제어에 의한 공정 동안, 예를 들어, 광학 필름 두께 측정 또는 각각의 현장 응력 측정에 따라 단계적으로 또는 연속적으로 교대될 수 있다:
- 제1 전압원의 전력,
- 제2 전압원의 전력,
- 펄스 DC 소스의 듀티 사이클,
- DC 소스 및 제2 RF 소스 전력의 몫,
- 여러 공정 주기에 걸쳐 타겟 침식의 영향을 균형 잡기 위해 효과적으로 사용될 수 있는 기판 표면과 타겟 표면 사이의 거리,
- 절연된 링-쉴드에 적용되는 한정된(DC, RF) 전압,
- 압전층의 높은 증착 온도,
- 적어도 시드 및/또는 하부층을 어닐링하는 어닐링 단계.
추가로 예시적으로 언급된 층 또는 코팅 특징은 예를 들어, 평면파 지형, 특히 요동 곡선을 따라 각각의 순차적 지형과 같은 회절 지형법으로 측정될 수 있는, 웨이퍼의 요동 곡선과 같은 위에서 언급한 공정 파라미터에 의해 조정될 수 있다. 대신 사용할 수 있는 양호한 근사값은 각각의 측정된 x-선 회절도의 특정 특성 결정 라인의 반전치폭(FWHM)을 결정하는 것이다. 동일하게 코팅된 층의 표면 거칠기 기여도 및 전자기 에너지의 내재적 손실(inherent dissipation)을 층에 정량화하는 유전 손실을 나타내며 손실각(δ) 또는 해당 손실(tan α)로 주어질 수 있다. 이하, 실시예들이 주어진다.
실시예들 및 도면
본 발명은 이제 실시예 및 도면에 의해 추가로 예시될 것이다. 도면들은 모두 단지 개략적이고 단순화된 것으로, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 기능의 특징을 나타낸다. 위, 아래, 상부, 하부와 같은 상부 또는 하부, 또는 좌측 및 우측이라는 용어를 참조하면, 이러한 용어들은 사용의 편의를 위해 사용되거나 제한적인 방식이 아닌 도면을 참조하여 사용되어, 동일한 발명 개념이 수직 또는 경사 위치에 타겟과 기판을 모두 갖는 다른 장치 유형에 적용되는 경우 웨이퍼와 타겟을 구비한 대향 수평 위치에 있는 상단 및 하단 구성이 예를 들어, 좌측 및 우측 구성에 또는 그 반대의 경우에도 적용될 수 있다. 동일한 것은 예를 들어 (직사각형) 기하 구조와 같은 다른 챔버 대칭에도 전달될 수 있는 도시된 실시예들의 각각의 설계에 의한 원통형 및 링형 구조를 나타낸다.
도면들은 다음을 도시한다:
도 1은 본 발명에 따른 장치의 실시예이다.
도 2는 유동 래버린스의 실시예이다.
도 3은 유동 래버린스의 또 다른 실시예이다.
도 4는 유동 래버린스의 또 다른 실시예이다.
도 5는 흐름 래버린스의 세부 사항을 도시한 도면이다.
도 6은 흐름도이다.
도 7은 이중 냉각/열 가스 공급 장치가 있는 받침대이다.
도 8은 원형으로 배열된 독창적인 MCS이다.
도 9는 선형으로 배열된 독창적인 MCS이다.
도 1은 유동 래버린스(26)에 의해 연결된 가스 흐름의 관점에서 스퍼터 구획(18)과 펌프 구획(17)으로 분할된 두 개의 부분 진공 챔버(10)를 포함하는 본 발명의 스퍼터 장치의 개요를 도시한다. 이 실시예에서, 장치는 장치 축(A)을 중심으로 본질적으로 원통형 설정을 갖는다. 스퍼터 구획(17)의 측벽을 형성하는 애노드(2)의 타겟 직경(rt) 및 내경(ra)은 기판에 따라, 예를 들어, 웨이퍼 크기에 따라 선택될 수 있다. 200mm 웨이퍼의 경우 타겟 직경(rt)은 250 내지 400mm에서 선택되고 내경(ra)은 300 내지 450mm에서 선택될 수 있다. 측벽(11)은 타겟(1) 및 자석 시스템(23)을 포함하는 스퍼터 구획(18)의 상부에서 마그네트론 스퍼터 소스(22)의 캐소드(2)로서 설계된다. 또한 타겟 백플레이트(24)는 비싸거나 기계적으로 약한 타겟 물질의 경우에 제공될 수 있다. 타겟(1)과 캐소드(2) 사이에 절연되어 장착되지만 전도성인 타겟 링(3)은 링 형태의 세라믹 절연체(43) 또는 타겟(3) 주위의 애노드(2)의 상부 둘레에 배열된 세라믹 지지체 상에 위치된다. 타겟 링(3)은 플로팅 전위를 갖는다. 아이솔레이터(43)는 입구 갭(35)과 함께 반응성 가스일 수 있는 공정 가스, 희석 불활성 가스의 첨가 여부에 관계없이 다른 반응성 가스의 혼합물일 수 있는, 공정 가스에 대한 입구(13)를 제공하는 채널 구조(34) 내에서 스퍼터 구획(17)을 향한 시선에 대하여 숨겨져 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 입구 갭(35)은 애노드와 타겟 링(3) 사이에 형성된다. 공정 가스에 대한 대안적 또는 추가 입구는 애노드의 하부 둘레 근처에 가스 링(33)의 형태로 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서 입구 갭(35)은 애노드와 타겟 링(3) 사이에 형성된다. 공정 가스에 대한 대안적인 또는 추가의 입구는 애노드의 하부 둘레 근처에 가스 링(33)의 형태로 제공될 수 있다. 이에 의해 공정 가스와 불활성 가스 공급이 분리될 수 있으며, 이는 예를 들어, 공정 가스가, 도시된 바와 같이 펌프 구획(17)에 위치될 수 있고 불활성 스퍼터 가스만이 상부 입구(13)에 제공되는 원격 가스 링(33)을 통해서만 공급될 때 타겟 오염을 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 스퍼터 구획(18)의 바닥에는 웨이퍼(4) 및 받침대 베이스(5')를 고정하기 위한 정전 척(6)을 포함하는 수직으로 이동 가능한 RF-받침대(참조 번호 5 및 수직 이중 화살표 참조)가 장착된다. 받침대와 함께 링-쉴드(7) 및 암 공간 쉴드(8)가 위아래로 이동될 수 있다. 링-쉴드(7) 및 암 공간 쉴드(8) 모두는 받침대의 RF 전위에 대해 전기적으로 및/또는 받침대(5) 및 받침대 베이스(5')의 각각의 RF 지지 부분에 대한 암 공간 거리에서 전기적으로 절연된다.
그러나, 암 공간 쉴드(8)는 접지 전위에 있는 반면, 링-쉴드(7)는 플로팅 전위 상에 있거나 스퍼터 구획(18)에 제3 전극을 형성하기 위해 별도의 전압 소스가 제공된다. 웨이퍼 원주를 둘러싸는 이러한 제3 전극(7)은 압전 능동 코팅층 내에서 응력 및 응력 분포를 최적화하기 위해, 예를 들어, 타겟 전력 및 기판 바이어스와 같은 다른 공지된 측정에 추가로 사용될 수 있다. 각각의 피드스루(32)를 통해, 받침대는 받침대(5) 및 ESC(6)의 가열 및 냉각을 위해 RF 라인(41) 및 유체 라인(42)에 연결된다. 광학 온도 측정 장치(40), 예를 들어, 고온계는 추가 광학 피드스루(32)를 필요로 하는 웨이퍼(4) 후면에서 온도를 제어하는 데 사용된다. 펌핑 구획(17)의 바닥 또는 측벽(11)에는 고진공 펌프 시스템(16)에 연결하기 위해 펌프 소켓이 제공된다.
도 2 내지 5는 유동 래버린스(26)의 상이한 변형을 도시한다. 전기적으로 절연된 링-쉴드(7) 및 암 공간 쉴드(8)와 같이 받침대(5) 또는 베이스(5')에 연결된 모든 부품들은 받침대와 함께 이동하는 반면 애노드(2) 및 채널 쉴드(9)는 고정되어 있다. 공정 안정성의 이유로 압력 변동을 가능한 한 낮게 유지하는 것이 중요하다. 따라서 잠재적인 로딩 및 언로딩 위치, 예를 들어, 가장 낮은 위치 또는 대안적으로 가능한 가장 높은 위치를 반드시 포함하지 않는 받침대의 모든 공정 관련 위치에서 동일한 펌핑 속도를 제공하는 것이 중요하다. 전체 타겟 라이브에 대한 받침대의 일반적인 공정 관련 이동은 두꺼운 타겟의 경우 40mm에서 90mm 범위일 수 있으며, 일반적인 6mm 타겟의 경우 이동은 약 15mm에서 40mm, 따라서 15mm에서 90mm의 이동 거리가 필요한 경우 충분하다. 모든 유형의 래버린스(26)는 하나 이상의 환형 펌프 채널(27)을 포함한다. 이동하는 동안 특정 거리(wch), 예를 들어, 가장 작은 흐름 영역을 한정하는 래버린스 내 채널의 특정 폭이 변경되지 않고 일정하게 유지되는 것이 중요하다. 스퍼터 구획(18)과 펌프 구획(17) 사이의 간단한 유동 래버린스의 상황을 예시하기 위해 도 5에서 받침대의 특정 이동 거리 동안 특징적인 거리가 될 수 있는 일부 거리들 I, II, III, IV이 표시된다. 본 실시예에서 받침대는 95mm의 전체 스트로크를 가지며 40mm(65mm 내지 95mm, 받침대의 가능한 가장 높은 위치)의 공정 관련 이동을 위해 설계되었다. 암 공간 쉴드(8)와 애노드 쉴드(2)의 가장 낮은 부분의 내부 둘레(rai) 사이의 110cm2 횡단면으로 한정된 일정한 진공 및 펌핑 조건에 대하여 도 6의 다이어그램을 참조한다. 이 범위 내에서 거리 I은 래버린스에 대한 일정한 특성 거리(wch)를 한정하고 타겟 침식을 보상하고 및/또는 코팅의 각 층 스택에서 층 응력을 제어하기 위해 웨이퍼를 타겟 표면 쪽으로 또는 타겟 표면으로부터 멀어지게 이동시킬 수 있다. 이동량을 작게 하면 특정 그래프(V)의 굵은 파선으로 나타낸 바와 같이 거리 II가 유동 래버린스(26)의 특정값이 된다. 그러나 이 낮은 범위 내에서 받침대 핀이 애노드의 아래쪽 내부 원주(점선)의 평면에 가까워지면 거리 II가 작아짐에 따라 유동 영역이 지속적으로 감소한다. 이동의 아래 부분(다이어그램에 미도시) 끝에서 거리 III는 받침대가 0mm 이동에서 애노드에 놓이기 전의 특정 값이 된다. 도 2 내지 도 5에서, 가스 입구(13)는 애노드(2)와 타겟 링(3) 사이 대신에 애노드(2) 내에 통합된다. 그러나 유사한 구성이 도 2 내지 도 5에서 사용될 수 있거나 그 반대의 경우도 도 1의 실시예에서 애노드 통합 가스 입구가 사용될 수 있다. 도 5의 수평 파선은 링-쉴드(7)의 상부 표면의 대안적인 더 높은 위치를 나타내며, 이는 특정 공정 파라미터에 의해 일부 이점들을 가질 수 있고 실제 발명의 임의의 실시예와도 결합될 수 있다. 이에 의해, 링-쉴드의 상부 표면은 척(6) 또는 기판 표면 또는 그 사이의 어느 곳과도 평면에 있을 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 래버린스(26)에 대해서도 유사한 고려가 이루어질 수 있는데, 둘 다 유동 채널 내에서 각각 1회, 2회의 180°회전을 포함하고, 따라서 래버린스 입구의 슬릿 폭이 각각의 진공 조건에 따른 암 공간 거리 요구 사항을 준수하거나 각각 치수가 지정된 격자로 덮여 있는 한 스퍼터 구획에서 펌프 구획으로 플라즈마 유출을 매우 효과적으로 방지한다. 도 3에서 암 공간 쉴드(8)는 트로프(trough)의 중앙에 위치된 채널 쉴드(9)와 함께 트로프형으로 형성되며, 함께 U자형 흐름 채널을 한정한다. 도 4에서 채널은 애노드(2)의 일부를 형성하는 채널 쉴드(9)에 통합된다. 이들은 스퍼터 구획 내의 애노드 반경(ra)와 이 경우 암 공간 쉴드(8)에 대한 암 공간 거리에 있는 더 낮은 애노드 반경(ra) 사이에 위치된다. 애노드 쉴드(2) 내의 부분 또는 완전한 래버린스(26)의 통합은, 예를 들어, 일체형 장치로서 또는 적어도 긴밀한 열 결합으로서, 스퍼터 구획 내에서 보다 균일한 온도 분포와 관련하여 장점을 갖는다. 도 4에서 스퍼터 구획(18)으로부터 나오는 채널은 펌핑 구획(17)으로 가는 2개의 S-굽힘으로 옆으로 분할된다. 이 경우 특정 거리(wch = wch1+ wch2)는 곡선 흐름 화살표가 있는 각각의 하위 채널의 너비로 한정될 수 있다.
모든 유형의 래버린스에 사용되는 30리터 부피의 스퍼터 구획의 경우 펌핑 속도는 500~700l/s로 조정 가능해야 한다. 이것은 사용되는 각각의 래버린스(26)의 흐름 저항으로 인하여 펌핑 구획(17)의 펌프 소켓(44)에 연결된, 예를 들어, 터보 분자 펌프를 포함하는 고진공 펌프 시스템(16)에 대해 약 2000 l/s의 펌핑 속도로 해석된다.
도 7은 불활성 가열/냉각 가스에 대한 2개의 입구(16), 즉 ESC에 고정될 때 웨이퍼에 대한 하나의 후방 가스 입구(30) 및 ESC에 대한 하나의 후방 가스 입구(31)가 제공된 본 발명의 받침대(5)의 세부사항을 도시한다. 각각의 입구 채널(14)은 받침대 베이스(5')의 바닥에 있는 피드스루(32)와 가스 입구를 연결한다. 이러한 구성은 ESC에 대한 배압(back pressure)으로 두 시스템에 대해 하나의 입구만 있는 구성에 비해 몇 가지 장점이 있는데, 웨이퍼에 대한 배압은 높은 값으로 상승할 수 있지만 예를 들어, 웨이퍼(4)만이 스퍼터 구획의 고진공으로부터 입구(30)와 채널(29)을 분리하기 때문에 더 높은 흐름에서 발생할 수 있는 아킹(arcing)을 피하기 위해 200mm 웨이퍼의 경우 최대 5sccm로 매우 제한된다. 이러한 구성으로 ESC(6)는 ESC(6)의 외부 영역을 향해 입구(31)로부터 웨이퍼 아래로 흐를 때 가열/냉각 가스의 흐름 저항을 증가시키기 위해 웨이퍼에 개방된 채널(29)에 의해 패터닝된 표면을 가질 수 있는데, 스퍼터 구획의 고진공으로 빠져나갈 수 있다(위쪽 수평 화살표를 참조).
표면 패턴은 거미줄, 나선형, 구불구불한 또는 열린 채널(29)의 멘사형 패턴과 같은 임의의 유형의 래버린스 패턴일 수 있으며, 흐름 저항을 높게 유지하기 위해 훨씬 더 낮은 수 μm의 매우 낮은 통로 높이를 갖는다. 이에 의해 ESC(6)의 정전기력으로 인한 기계적 응력을 피하기 위해 웨이퍼 지지를 위한 지지 포인트들 또는 면적의 균등 분포 뿐만 아니라 웨이퍼 후면에서의 균등한 가스 분포가 달성될 수 있다. 냉각/고온 ESC 표면 웨이퍼 사이의 가스 분자에 대한 짧은 경로를 제공하는 높은 지지 영역과 고르게 퍼진 얕은 채널 공동들의 조합으로 인해, 결국, 예를 들어, ESC 표면의 다른 지점에서 여러 개의 입구(30)와 결합된 ≥200mm의 웨이퍼 크기에 대해 웨이퍼 후면의 냉각 및 가열은 낮은 백-가스 흐름 및 압력에서도 가장 효율적으로 수행될 수 있다.
ESC의 하부측을 냉각/가열하기 위한 피드스루(32)로부터 백-가스 입구(31)로의 유입 채널(14)은 받침대과 ESC 사이에서 백-가스 챔버(28)로서 구현되는 개방 채널(28)에서 끝이 난다. 이로부터, 백-가스는 곡선 화살표 및 하부 수평 화살표로 표시되는 바와 같이 바늘 채널(48) 및 베이스 채널(49)을 통해 펌핑 구획(17)으로 흐를 수 있는데, 둘 다 높은 흐름 저항을 제공하여 받침대(5)와 ESC(6) 사이의 더 높은 배압을 가능하게 하며, 이는 약 0.1 내지 1 hPa(10-1 - 100 mbar)일 수 있다. 하나 이상의 RF 전극(47)을 포함하는 격리 세라믹 재료로 제조된 척(5)의 가열은 척의 베이스(5') 상의 히터 플레이트(46)에 의해 제공된다. 대안으로 또는 추가적으로 수냉식 척이 사용될 수 있다.
4개의 공정 모듈(P1 내지 P4)와 최대 6개의 사전 또는 사후 처리 모듈(pp12 내지 pp46)을 포함하는 멀티챔버 시스템 MCS(50)이 도 8에 도시되는데, 후자는 웨이퍼 핸들링 레벨 위와 아래에 쌍으로 배치된다. 모든 모듈들은 사전 처리 모듈에서 처리 모듈로 웨이퍼를 전송하고, 모듈 간에 웨이퍼를 전송하고, 마지막으로 웨이퍼를 사후 처리 도구로 다시 전송하기 위해 자유롭게 프로그래밍 가능한 핸들러(52)를 포함하는 중앙 핸들러 구획(51) 둘레에 원형 또는 다각형으로 배열된다. MCS의 안팎으로의 전송은 들어오는 웨이퍼에 대한 로드록(53)과 나가는 웨이퍼에 대한 로드록(54)에 의해 수행된다. 하나 이상의 추가 핸들러는 본원에서 하나의 로드록 섹션으로 구현된 로드록 챔버(들)(55)에서 전처리 모듈(pp12)로 웨이퍼를 전송하고 후처리 모듈(pp56)에서 다시 로드록 섹션으로 웨이퍼를 전송한다. 전처리 및 후처리 모듈(pp12, pp34, pp56)은 처리 또는 이송 대기 중인 웨이퍼용 버퍼, 가열 스테이션, 냉각 스테이션 및 정렬기 스테이션 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 현재와 같은 공정 모듈은 MCS 내에서 어닐링을 수행해야 하는 경우 최소 구성을 보여준다. 따라서 모듈 P1은 PVE 스테이션, P2는 금속 스퍼터 스테이션, P3은 가열될 기판 표면과 대면하는 평평한 탄소 히터를 포함하는 어닐링 챔버를 포함한다. 냉각된 반사기 표면을 포함하는 어닐링 구획의 상부 및 하부에 의해 기판이 3개의 핑거 지지체에 의해 외주 근처에서 유지된다. 마지막으로, 모듈(P4)은 전술한 바와 같은 본 발명의 화합물 스퍼터링 장치(10)를 포함한다. 추가 모듈, 예를 들어, 코팅의 가장 두꺼운 층 시스템에 대한 스퍼터 시간을 반으로 나눔으로써 전체 공정 시간을 가속화하기 위한 제2화합물 스퍼터 모듈, 또는 2개 이상의 금속 전극들을 포함하는 층 시스템에 대한 제2 금속 스퍼터 모듈은 도크(docks)(56)를 통해 연결될 수 있다.
모듈의 각 시스템 장치를 포함하거나 적어도 이러한 장치의 타이밍을 제어할 수 있는, MCS의 시스템 제어 장치(36)는 제어 수단(38), 조정 수단(37), 측정 수단(40) 및 센서(미도시)에 의해 모든 모듈 내의 공정 세부 사항뿐만 아니라 웨이퍼 전송을 제어하며, 이는 다시 시스템 제어 장치(36) 내에 적어도 부분적으로 포함되거나 제어될 각각의 모듈과 분리될 수 있다. 입력/출력 장치(39)는 작업자가 단일 공정 파라미터를 수정하고 새로운 공정을 자동으로 로드할 수 있게 한다.
도 9에 선형 모듈 배열을 갖는 MCS(50')가 개략적으로 도시된다. 이 경우 모든 공정 단계에 대해 각각 전용 로드록 챔버(55' 및 55'')가 있는 들어오는 웨이퍼용 로드록(53)과 나가는 웨이퍼용 로드록(54) 사이에 별도의 모듈이 제공되는데, 이는 사전 및 사후 처리 모듈을 포함하거나 이러한 모듈에 연결될 수 있다(도 8 참조). 기판이 로드록 챔버(55')에서 PVE-모듈 1'로 옮겨지면, 공정은 깨끗한 블랭크 웨이퍼 표면의 에칭으로 시작하고, 모듈 P2에서 제1 금속층 Me1이 적용되는 시드층으로서 얇은 화합물 층을 증착하기 위해 모듈 P4'에서 스퍼터 공정이 뒤따른다. 모듈 P3의 어닐링 단계, 금속 표면을 미세화하기 위한 P1의 추가 PVE 단계, 모듈 P4의 에칭된 금속 층 Me1에 기능성 압전층(Comp1)을 적용하기 위한 추가 복합 스퍼터 단계 및 마지막으로 기판이 로드 록(54)을 통해 진공으로부터 로크-아웃(locked out)되기 전에 모듈 P2'에서 제2 전극으로 층 스택을 완성하기 위해 제2 금속 층(Me2)의 제2 증착이 뒤따른다. 모듈 사이 및 모듈과 로드록 챔버(55', 55'') 사이의 웨이퍼 이송은 선형 핸들러(52')에 의해 수행된다.
참조부호들
1 타겟, 스퍼터링 전극
2 애노드
3 플로팅 타겟 링
4 웨이퍼
5 RF 받침대
5' 받침대 베이스
6 정전척(ESC)
7 링-쉴드(ring-shield)
8 암 공간 쉴드(darkspace shield)
9 채널 쉴드(channel shield)
10 스퍼터링 장치
11 진공 챔버
12 측벽(들)
13 입구 공정 가스
14 입구 채널 불활성 가열/냉각 가스
15 기판 처리 개구부
16 진공 펌프 시스템
17 펌프 구획
18 스퍼터 구획
19 스퍼터 구획 상단
20 스퍼터 구획 하단
21 제1 전압 소스
22 마그네트론 스퍼터 소스
23 자석 시스템
24 뒷판
25 제2 전압 소스
26 흐름 래버린스
27 환형 펌프 채널
28 개방된 채널 받침대/ESC
29 개방된 채널 ESC/웨이퍼
30 백 가스 입구 웨이퍼
31 백 가스 입구 ESC
32 피드스루
33 가스 링, 입구 공정 가스
34 채널 구조
35 입구 간격
36 중앙 처리 장치
37 조정 수단
38 제어 수단
39 입출력 장치(I/O-device)
40 온도 측정 장치
41 RF-라인
42 가열 및 냉각 라인
43 아이솔레이터(isolator)
44 펌프 소켓(pump socket)
45 받침대 핀(pedestals fin)
46 히터 플레이트(heater plate)
47 RF-전극
48 니들 채널 냉각/열(needle channelcool/heat)
49 베이스 채널척 히터(base channelchuck heater)
50 멀티 챔버 시스템(MSC)
51 핸들러 구획(handler compartment)
52 핸들러
53 로드-록 인(load-lock in)
54 로드-록 아웃(load-lock out)
55 로드-록 섹션(load-lock section)
56 독(dock)
Mem 부금속
Me (바람직하게는 미량) 0.1 내지 10 원자 퍼센트 농도의 금속
P1 … P4 공정 모듈들
pp12 … pp56 전처리 또는 후처리 모듈들
rt 타겟 반경
ra 애노드 반경
ral 더 낮은 애노드 반경
wch 펌프 채널의 폭

Claims (44)

  1. 스퍼터링에 의해 하나 이상의 판형 기판 상에 화합물 층을 증착하기 위한 진공 장치로서,
    - 공정 가스에 대한 하나 이상의 입구(13);
    - 불활성 가스에 대한 하나 이상의 입구(14);
    - 기판 핸들링 개구(15);
    - 스퍼터 구획(18)의 중앙 하부 영역에 기판(4) 지지체로서 형성된 정전 척(6)을 포함하는 받침대(5)로서, 받침대(5)는 전기적으로 절연된 방식으로 장착되고 제1 전압원(21)의 제1 극에 연결되며, 받침대(5)는 스퍼터 공정이 활성화될 때 타겟(1)을 향하여 그리고 타겟으로부터 멀어지게, 상부 위치에서 하부 위치로 또는 그 반대로 수직 방향으로 이동 가능한, 받침대(5);
    - 스퍼터 소스의 전면의 타겟(1)과 후면의 자석 시스템(23)을 포함하는 마그네트론 스퍼터 소스(22)로서, 타겟(1)은 전기적으로 절연된 방식으로 챔버(11)의 스퍼터 구획(18) 상단(19)의 중앙 영역에 장착되고 제2 전압원(25)의 제1 극에 연결되는, 마그네트론 스퍼터 소스(22);
    - 기판 지지체 및 ESC(6)를 포함하는 받침대(5)의 적어도 상부 부분 및 타겟(1) 주위를 루핑(looping)하여 이에 의해 스퍼터 구획의 측벽(12)을 형성하는 애노드(2)로서, 애노드(2)는 접지에 전기적으로 연결되는, 애노드(2);
    - 유동 래버린스(26)에 의해 스퍼터 구획의 바닥(20)에 연결되는 펌프 구획(17)으로서, 유동 래버린스는 받침대의 상부 및 하부 위치와 그 사이의 모든 위치에서 본질적으로 동일한 유동 컨덕턴스를 제공하도록 설계된, 펌프 구획(17);을 포함하는,
    중심축(A) 둘레에 측벽을 구비한 진공 챔버(11); 및
    펌프 구획(17)에 연결된 진공 펌프 시스템(16)을 포함하는, 진공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 유동 래버린스는 받침대의 상부에서 하부 위치로 이동하는 동안 및 그 사이의 모든 위치에서 동일한 흐름 영역(flow area)을 갖도록 설계된, 진공 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유동 래버린스는 기판 지지대 및 ESC 하부 영역에서 받침대 주위를 루핑하는 하나 이상의 환형 펌프 채널(27)을 포함하는, 진공 장치.
  4. 제3항에 있어서, 펌프 채널의 적어도 두 개의 원통형 및/또는 링 모양의 주변 벽들(2, 8, 9) 사이의 하나 이상의 특정 거리(wch)는 받침대(5)의 상부 및 하부 위치 및 그 사이의 임의의 위치에서 일정한, 진공 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 전기적으로 절연된 타겟 링(3)은 타겟과 애노드 사이에서 타겟(1)의 원주 둘레를 따라 루핑되어 장착되는, 진공 장치.
  6. 제5항에 있어서, 타겟 링은 전도성 물질로 제조되며 스퍼터 구획을 향한 가시선에서 보이지 않는 하나 이상의 세라믹 링에 의해 접지 및 타겟 전위로부터 격리되는, 진공 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 링-쉴드(ring-shield)(7)는 기판 지지대와 장착된 기판을 둘러싸는 받침대에 전기적으로 절연되어 장착된, 진공 장치.
  8. 제7항에 있어서, 링-쉴드(7)는 제3 전압 소스에 연결되는, 진공 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 받침대 표면 및 ESC 표면 중 적어도 하나는 각각의 백-가스 입구(30, 31)에 연결된 개방 채널(28, 29)을 포함하는, 진공 장치.
  10. 제9항에 있어서, 양쪽 표면들 모두 백-가스 입구가 있는 개방 채널을 포함하는, 진공 장치.
  11. 제10항에 있어서, 양쪽 백-가스 입구들은 공통 또는 개별 가스 공급에 대한 하나의 공통 또는 각각의 개별 피드스루(32)에 연결되는, 진공 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 타겟은 하나 이상의 금속 요소를 포함하는, 진공 장치.
  13. 제12항에 있어서, 타겟은 적어도 두 개의 금속 요소를 포함하는, 진공 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 타겟은 합금 타겟 또는 분말 야금 소결 타겟인, 진공 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 애노드는 단일 피스 애노드(single piece anode)로 제조되는, 진공 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 공급 수단은 애노드의 상부 또는 하부 둘레를 따라 또는 주위에 장착되는, 진공 장치.
  17. 제16항에 있어서, 가스 공급 수단은 원주를 따라 할당된 분배 개구들을 구비한 가스 링(33) 및 원형 분배 갭(35) 또는 각각 할당된 분배 개구들 및/또는 추가 분배 채널들을 구비한, 애노드에 통합된 채널 구조(34) 중 적어도 하나를 포함하는, 진공 처리.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전압원은 제1 RF 전원인, 진공 처리.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 전압원(25)은 펄스형 DC 전원, 또는 DC 전원 및 제2 RF 전원이며, 적어도 DC 전원은 어댑터 네트워크에 의해 스퍼터 전극에 연결되는, 진공 장치.
  20. 제19항에 있어서, 장치는 제1 및 제2 RF 소스 사이의 위상 관계를 조정하기 위한 조정 수단(36)을 포함하는, 진공 장치.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 다음의 공정 파라미터들 중 적어도 하나에 의존하여 반응성 가스의 흐름을 제어하기 위한 제어 수단(37)을 포함하는, 진공 장치: 타겟 전압, 타겟의 활성 스퍼터링 표면에서 측정된 플라즈마 방출의 세기 또는 라인 패턴, 가스 조성.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 접지에 연결되는 암 공간 쉴드(8)는 받침대(5)의 베이스(5') 주위에 적어도 루핑되는 암 공간 거리에 제공되는, 진공 장치.
  23. 제22항에 있어서, 암 공간 쉴드(8)는 펌프 채널의 한 측벽을 형성하는, 진공 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 받침대 온도 또는 기판 온도 측정 장치(38) 중 적어도 하나가 제공되는, 진공 장치.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 타겟은 다음들 재료 중 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 구성되는, 진공 장치:
    - 알루미늄(Al 또는 AlMe),
    - 알루미늄-스칸듐(AlSc 또는 AlScMe),
    - 알루미늄-크롬(AlCr 또는 AlCrMe),
    - 마그네슘-하프늄(AlMgHf 또는 MgHfMe),
    Me는 각각의 층의 전체 금속 함량을 기준으로 0.1 내지 10 원자 퍼센트 농도의 하나 이상의 추가 금속을 나타내고, AlSc, AlCr 또는 AlMgHf와 같은 두 개 또는 세 개의 주요 금속의 혼합물은 항상 낮은 농도의 주요 금속의 1% 이상을 포함한다.
  26. 하나 이상의 로드-록 챔버, 이송 수단(52), 및 적어도 세 개의 처리 모듈을 포함하는, 하나 이상의 판형 기판을 처리하기 위한 다중 챔버 진공 시스템(MCS)으로서, 제1 처리 모듈은 기판의 표면을 에칭하도록 구성된 PVE 모듈(P1) 이고, 제2 처리 모듈은 기판의 표면에 스퍼터링에 의해 금속 층을 증착하도록 구성된 금속 스퍼터 모듈(P2)이고, 제3 처리 모듈은 전술한 청구항들의 장치에 따라 구성된 화합물 스퍼터 모듈(compound sputter module)(P4)인, 다중 챔버 진공 시스템(MCS).
  27. 제26항에 있어서, 제4 공정 모듈은 기판을 550℃ 와 900℃ 사이의 어닐링 온도(TA)로 가열하도록 구성된 어닐링 모듈(P3)인, 다중 챔버 진공 시스템(MCS).
  28. 제26항에 있어서, 어닐링 모듈은 어닐링 온도(TA)로 60 내지 180초 이내에 기판을 가열하도록 구성된, 다중 챔버 진공 시스템(MCS).
  29. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, PVE 모듈(P1'), 금속 스퍼터 모듈(P2'), 및 복합 스퍼터 모듈(P4') 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 다중 챔버 진공 시스템(MCS).
  30. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 로드 록 챔버(들)(55) 및 공정 모듈(P1, … P4')은 중앙 핸들러 챔버(51) 둘레에 원형 또는 다각형으로 배열되는, 다중 챔버 진공 시스템(MCS).
  31. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 로드록 챔버(55', 55'') 및 공정 모듈(P1, … P4')은 선형 방식으로 배열되고 핸들러는 선형 핸들러(예를 들어, 하나 이상의 운송 벨트 또는 운송 체인)인, 다중 챔버 진공 시스템(MCS).
  32. 제26항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 전처리 및 후처리 모듈(pp12, pp34, pp56) 중 적어도 하나는 로드 록 챔버(55, 55', 55'') 중 적어도 하나와 작동 가능하게 연결되는, 다중 챔버 진공 시스템(MCS).
  33. 하나 이상의 판형 기판(4)의 적어도 한쪽 면에 압전 코팅을 제조하는 방법으로서, 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 장치 또는 MCS에서 수행되는 스퍼터 공정을 포함하는 방법.
  34. 제33항에 있어서, 압전 AlN 막 또는 하나 이상의 부금속(Mem) 및/또는 스칸듐을 포함하는 각각의 AlN 막이 증착되고, 이에 의해 AlN의 육각형 구조가 보존되는, 방법.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 층은 하기 물질 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하거나 이로 이루어지는, 방법.
    - 질화알루미늄(AlN, AlMeN),
    - 알루미늄-스칸듐질화물(AlScN, AlScMeN),
    - 알루미늄-크롬질화물(AlCrN),
    - 마그네슘-하프늄 질화물(MgHfN, MgHfMeN),
    Me는 각각의 층의 전체 금속 함량을 기준으로 0.1 내지 10 원자 퍼센트 농도의 하나 이상의 추가 금속을 나타내는, 방법.
  36. 제33항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전압 소스는 0 내지 100W에서 2 내지 30MHz의 주파수에서 구동되는 제1 RF 소스인, 방법.
  37. 제33항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 전압 소스는 50 내지 400kHz의 펄스 주파수에서 구동되는 펄스 DC 소스인, 방법.
  38. 제33항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 전압 소스는 어댑터 네트워크에 의해 서로 연결된 DC 소스 및 제2 RF 소스를 포함하여 타겟 전극이 0.9 내지 30MHz의 펄스 주파수에서 구동되는, 방법.
  39. 제33항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 스퍼터 증착층으로 코팅된 기판의 막 응력, 로킹 곡선, 최대 반전치폭, 손실 각도(δ)또는 표면 거칠기는 다음 공정 파라미터들 중 적어도 하나에 의해 최적화되는, 방법:
    - 제1 전압원의 전력,
    - 제2 전압원의 전력,
    - DC 소스 및 제2 RF 소스 전력의 몫(quotient),
    - 펄스 DC 소스의 듀티 사이클,
    - 기판 표면과 타겟 표면 사이의 거리,
    - 절연된 링-쉴드에 적용되는 한정된(DC, RF) 전압,
    - 압전층의 높은 증착 온도,
    - 적어도 시드 및/또는 금속(하부) 층을 어닐링하기 위한 어닐링 단계.
  40. 제39항에 있어서, 다음 단계들을 포함하는, 방법.
    - 진공 처리 챔버(11)의 스퍼터 구획(18) 내에 평평한 기판을 제공하는 단계;
    - 물리적 증기 에칭(Physical Vapor Etching, PVE)에 의해 기판의 한면을 에칭하는 단계;
    - 제1 금속 증착 단계에서 스퍼터링에 의해 에칭된 기판 표면 상에 제1 금속층(Me1)을 증착하는 단계;
    - 어닐링 단계에서 금속층(Me1)을 후속 화합물 증착 단계의 화합물 증착 온도(TCOMP)보다 50℃ 이상 높은 어닐링 온도(TA)에서 어닐링하는 단계;
    - 제1 화합물 증착 단계에서 반응성 스퍼터링에 의해 금속층(Me1)의 외부 표면 상에 온도(TCOMP)에서 제1 화합물 층(Comp1)을 증착하는 단계;
    - 제2 금속 증착 단계에서 스퍼터링에 의해 제1 화합물 층의 외부 표면 상에 제2 금속 층(Me2)을 증착하는 단계.
  41. 제40항에 있어서, 시드(seed)층은 PVE-단계와 제1 금속 증착 단계 사이에 금속 또는 반응성 스퍼터링에 의해 제공되는, 방법.
  42. 제40항 또는 제41항에 있어서, 어닐링 단계는 별도의 어닐링 오븐에서 적용되는, 방법.
  43. 제33항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 처리 단계는 별도의 처리 시스템에 적용되는, 방법.
  44. 제43항에 있어서, 추가 처리 단계는 화합물 층(Comp1)이 증착되기 이전에 금속 층(Me1)의 구조화 단계(structuring step)를 포함하는, 방법.
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