KR20230032608A - 대향 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서로 대향하며 회전 가능하게 구비되는 한 쌍의 스퍼터 튜브(Tube), 상기 스퍼터 튜브의 외주면에 각각 구비되고 상기 스퍼터 튜브의 회전에 의해 회전하며 스퍼터링 시 스퍼터 기재에 증착되는 입자를 방출하는 한 쌍의 스퍼터 타겟(Target), 상기 스퍼터 튜브의 내부에 각각 구비되되, 서로 다른 극성의 영구자석이 서로 대향하게 구비되어 상기 스퍼터 타겟에 자기장을 형성하는 한 쌍의 자기장 발생부재를 포함하고, 상기 스퍼터 튜브는, 제 1튜브 및 상기 제 1튜브와 일정간격 이격되게 설치되는 제 2튜브를 포함하고, 상기 스퍼터 타겟은, 상기 제 1튜브의 외주면에 구비된 제 1타겟 및 상기 제 2튜브의 외주면에 구비된 제 2타겟;을 포함하며, 상기 자기장 발생부재는, 상기 제 1튜브의 내부에 구비되는 제 1발생부재 및 상기 제 2튜브의 내부에 구비되는 제 2발생부재를 포함하고, 상기 제 1발생부재는, 제 1자석 지지대, 상기 제 1자석 지지대의 상부에 고정되는 제 1영구자석 및 상기 제 1영구자석과 다른 극성을 가지며 수직방향으로 이격되어 상기 제 1자석 지지대의 하부에 대향하게 고정되는 제 2영구자석을 포함하고, 상기 제 2발생부재는, 제 2자석 지지대, 상기 제 2자석 지지대의 상부에 고정되는 제 3영구자석 및 상기 제 3영구자석과 다른 극성을 가지며 수직방향으로 이격되어 상기 제 2자석 지지대의 하부에 대향하게 고정되는 제 4영구자석을 포함하며, 상기 제 1영구자석과 제 3영구자석은, 서로 다른 극성을 가지며 수평방향으로 서로 대향하게 배치되고, 상기 제 2영구자석과 제 4영구자석도, 서로 다른 극성을 가지며 수평방향으로 서로 대향하게 배치될 수 있다.
Description
본 발명은 박막을 형성하는 스퍼터 장치 중에서 대향 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치에 관한 것이다.
종래의 회전하는 원통형 스터퍼링 장치는 원통형 타겟을 회전시킴으로써 타겟 표면이 고르게 식각되어 타겟 사용시간을 늘리면서, 세라믹박막 증착시 아킹(Arcing) 현상을 현저히 줄일 수 있으나, 기재와 수평하게 형성되는 자기장과 타겟 표면 근처에서 형성된 플라즈마는 기재를 향하여, 전자 및 이온이 기재를 충돌은 불가피하여 이로 인한 박막의 손상이 유발될 수 있다. 또한 대향 타겟식 스퍼터 장치의 경우 타겟에 형성되는 자기장을 기재의 방향과 수직으로 하여 전기장에 의해 가속된 양이온이 타겟을 충돌할 때 운동량 교환으로 타겟에서 방출된 타겟입자와 되 튀어나온 중성기체 등이 곧바로 기재로 충돌하는 것을 줄여 보다 낮은 에너지로 증착시킬 수 있다. 하지만, 종래의 기재를 대향하는 스퍼터 장치보다 박막의 손상을 현격히 줄이지 못하는 한계를 가지고 있어 수분 및 산소를 차단하기 위한 배리어 박막 형성과 같이 박막 손상없이 고밀도의 박막을 제조하는 것에 제한이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 한 쌍의 원통형 타겟이 대향하는 공간에 형성된 자기장을 통하여 스퍼터링 하여, 박막 손상을 줄 수 있는 전자와 음이온에 의한 충격 및 교류전원 사용 시 양이온의 충격을 최소화하고, 기재표면 및 박막에 충돌하는 타겟 입자의 에너지를 낮춤으로써 박막손상을 억제하고자 고안된 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 대향 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치는 서로 대향하며 회전 가능하게 구비되는 한 쌍의 스퍼터 튜브(Tube), 상기 스퍼터 튜브의 외주면에 각각 구비되고 상기 스퍼터 튜브의 회전에 의해 회전하며 스퍼터링 시 스퍼터 기재에 증착되는 입자를 방출하는 한 쌍의 스퍼터 타겟(Target), 상기 스퍼터 튜브의 내부에 각각 구비되되, 서로 다른 극성의 영구자석이 서로 대향하게 구비되어 상기 스퍼터 타겟에 자기장을 형성하는 한 쌍의 자기장 발생부재를 포함하고, 상기 스퍼터 튜브는, 제 1튜브 및 상기 제 1튜브와 일정간격 이격되게 설치되는 제 2튜브를 포함하고, 상기 스퍼터 타겟은, 상기 제 1튜브의 외주면에 구비된 제 1타겟 및 상기 제 2튜브의 외주면에 구비된 제 2타겟;을 포함하며, 상기 자기장 발생부재는, 상기 제 1튜브의 내부에 구비되는 제 1발생부재 및 상기 제 2튜브의 내부에 구비되는 제 2발생부재를 포함하고, 상기 제 1발생부재는, 제 1자석 지지대, 상기 제 1자석 지지대의 상부에 고정되는 제 1영구자석 및 상기 제 1영구자석과 다른 극성을 가지며 수직방향으로 이격되어 상기 제 1자석 지지대의 하부에 대향하게 고정되는 제 2영구자석을 포함하고, 상기 제 2발생부재는, 제 2자석 지지대, 상기 제 2자석 지지대의 상부에 고정되는 제 3영구자석 및 상기 제 3영구자석과 다른 극성을 가지며 수직방향으로 이격되어 상기 제 2자석 지지대의 하부에 대향하게 고정되는 제 4영구자석을 포함하며, 상기 제 1영구자석과 제 3영구자석은, 서로 다른 극성을 가지며 수평방향으로 서로 대향하게 배치되고, 상기 제 2영구자석과 제 4영구자석도, 서로 다른 극성을 가지며 수평방향으로 서로 대향하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제 1영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기, 상기 제 2영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기, 상기 제 3영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기 및 상기 제 4영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 모두 동일하고, 상기 자기력 세기는 300G(Gauss) 이상 3000G 이하의 범위에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제 1영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 3영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 동일하고, 상기 제 2영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 4영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 동일하며, 상기 제 1영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 2영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 상이하고, 상기 제 3영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 4영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 상이하며, 서로 상이한 자기력 세기 중 큰 자기력 세기는 300G 이상 3000G 이하의 범위에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대향 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치는, 한 쌍의 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치 내부의 자기장 형성부가 서로 대향하여 형성되어 일정 세기 이상의 자기장이 각 원통형 타겟의 대향하는 타겟 표면에서 기재와 수직으로 형성된 자기장 폐곡선과 서로 대향하는 원통형 타겟 사이의 공간에 보다 높은 전자밀도를 가질 수 있도록 감싸게 되며, 이 공간에서 전자 및 이온의 구속을 강제하며, 입자간의 충돌빈도수를 늘려, 고에너지의 음이온, 전자 및 타겟에서 튀어나오는 타겟 입자 등에 의한 박막손상을 최소화할 수 있어 수분 및 가스 배리어 박막과 같은 금속산화, 질화막과 같은 세라믹 박막에 보다 박막손상이 적은 고밀도의 박막을 얻을 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대향 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재 중 스퍼터 기재에 가까운 영구자석의 자기장이 큰 경우의 자기력선 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재 중 스퍼터 기재부에 가까운 영구자석의 자기장이 작은 경우의 자기력선 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 영구자석 극성에 따른 자기력선의 이동방향을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 도 6과 반대 영구자석 극성에 따른 자기력선의 이동방향을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 같은 극성의 영구자석이 대향하는 경우와 다른 극성의 영구자석이 대향하는 경우의 자기력선 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재 중 스퍼터 기재에 가까운 영구자석의 자기장이 큰 경우의 자기력선 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재 중 스퍼터 기재부에 가까운 영구자석의 자기장이 작은 경우의 자기력선 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 영구자석 극성에 따른 자기력선의 이동방향을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 도 6과 반대 영구자석 극성에 따른 자기력선의 이동방향을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 같은 극성의 영구자석이 대향하는 경우와 다른 극성의 영구자석이 대향하는 경우의 자기력선 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대향 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대향 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치는 스퍼터(Sputter) 챔버(Chamber)(100), 상기 스퍼터 챔버(100) 내부에 구비되되, 서로 대향하며 회전 가능하게 구비되는 한 쌍의 스퍼터 튜브(200), 상기 스퍼터 튜브(200)의 외주면에 각각 구비되고 상기 스퍼터 튜브(200)의 회전에 의해 회전하며 스퍼터링 시 스퍼터 기재(600)에 증착되는 입자를 방출하는 한 쌍의 스퍼터 타겟(400), 상기 스퍼터 튜브(200)의 내부에 각각 구비되되, 서로 다른 극성의 영구자석이 서로 대향하게 구비되어 상기 스퍼터 타겟(400)에 자기장을 형성하는 한 쌍의 자기장 발생부재(500) 및 상기 스퍼터 타겟(400)으로부터 일정 간격 이격되게 구비되어 상기 스퍼터 타겟(400)에서 방출된 입자가 증착되는 스퍼터 기재(600)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 스퍼터 타겟(400)은, 상기 스퍼터 기재(600)에 증착될 입자의 종류에 따라 상기 스퍼터 튜브(200)에 교체 가능하게 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 스퍼터 튜브(200)에 각각 연결되어 상기 스퍼터 튜브(200)를 회전시키는 튜브 회전부재(300)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 스퍼터 튜브(200)는, 상기 스퍼터 챔버(100)의 내부 일측에 설치되는 제 1튜브(210) 및 상기 제 1튜브(210)와 이격되며 상기 스퍼터 챔버(100)의 내부 타측에 설치되는 제 2튜브(220)를 포함하고, 상기 스퍼터 타겟(400)은, 상기 제 1튜브(210)의 외주면에 구비된 제 1타겟(410) 및 상기 제 2튜브(220)의 외주면에 구비된 제 2타겟(420)을 포함하며, 상기 자기장 발생부재(500)는, 상기 제 1튜브(210) 및 제 2튜브(220)의 내부에 각각 구비되는 자석 지지대(520, 560) 및 상기 자석 지지대(520, 560)에 수직방향으로 서로 이격되어 고정되되, 서로 다른 극성을 가지며 대향하게 고정되는 한 쌍의 영구자석을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 자기장 발생부재(500)는, 상기 제 1튜브(210)의 내부에 구비되는 제 1발생부재(510) 및 상기 제 2튜브(220)의 내부에 구비되는 제 2발생부재(550)를 포함하며, 상기 제 1발생부재(510)는, 제 1자석 지지대(520), 상기 제 1자석 지지대(520)의 상부에 고정되는 제 1영구자석(530) 및 상기 제 1영구자석(530)과 다른 극성을 가지며 상기 제 1자석 지지대(520)의 하부에 대향하게 고정되는 제 2영구자석(540)을 포함하며, 상기 제 2발생부재(550)는, 제 2자석 지지대(560), 상기 제 2자석 지지대(560)의 상부에 고정되는 제 3영구자석(570) 및 상기 제 3영구자석(570)과 다른 극성을 가지며 상기 제 2자석 지지대(560)의 하부에 대향하게 고정되는 제 4영구자석(580)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제 1발생부재(510)에 제 1자석 지지대(520), 제 1영구자석(530) 및 제 2영구자석(540)이 포함될 수 있다. 제 2발생부재(550)에 제 2자석 지지대(560), 제 3영구자석(570) 및 제 4영구자석(580)이 포함될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재 중 스퍼터 기재에 가까운 영구자석의 자기장이 큰 경우의 자기력선 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제 1영구자석(530)과 제 3영구자석(570)은, 서로 다른 극성을 가지며 수평방향으로 서로 대향하게 배치되고, 상기 제 2영구자석(540)과 제 4영구자석(580)도, 서로 다른 극성을 가지며 수평방향으로 서로 대향하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제 1자석 지지대(520)상에 고정된 제 1영구자석(530) 및 제 2영구자석(540)은 서로 반대의 극성이 상기 제 1타겟(410)을 향하여야 하며, 상기 제 2자석 지지대(560)상에 고정된 제 3영구자석(570) 및 제 4영구자석(580)도 서로 반대의 극성이 상기 제 2타겟(420)을 향할 수 있다. 이 경우 상기 제 1영구자석(530) 및 제 3영구자석(570)은 서로 반대의 극성으로 마주볼 수 있다. 상기 제 2영구자석(540) 및 제 4영구자석(580)도 서로 반대의 극성으로 마주볼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 한 쌍의 원통형 타겟 사이의 자기력선은 상기 제 1자석 지지대(520) 상에 고정된 제 1영구자석(530)의 상기 제 1타겟(410)을 향하는 면이 N극일 때, 상기 제 1타겟(410)의 외부로 발산하는 자기력선은 상기 제 1자석 지지대(520) 상에 반대의 극으로 고정된 제 2영구자석(540)로 이어지는 자기력선과 상기 제 1영구자석(530)과 반대의 극으로 대향하는 상기 제 2자석 지지대(560) 상에 고정된 상기 제 3영구자석(570)으로 향하는 자기력선을 형성할 수 있다. 상기 제 2자석 지지대(560) 상에 고정된 상기 제 3영구자석(570)과 반대의 극으로 고정된 상기 제 4영구자석(580)의 상기 제 2타겟(420)을 향하는 면의 극은 상기 제 1영구자석(530)과 같은 N극으로 상기 제 4영구자석(580)에서 상기 제 2타겟(420)이 외부로 발산하는 자기력선은 상기 제 2자석 지지대(560) 상에 고정된 상기 제 3영구자석(570)으로 이어지는 자기력선과 반대의 극으로 대향하는 상기 제 1자석 지지대(520) 상에 고정된 상기 제 2영구자석(540)로 향하는 자기력선을 형성할 수 있다. 이러한 자기력선의 형성으로 각각의 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420) 표면을 따라 자기력선이 형성된 각각의 자기장과 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420) 사이 공간을 이어주는 자기력선이 형성된 자기장이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제 1영구자석(530)이 상기 제 1타겟(410)의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 3영구자석(570)이 상기 제 2타겟(420)의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 동일하고, 상기 제 2영구자석(540)이 상기 제 1타겟(410)의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 4영구자석(580)이 상기 제 2타겟(420)의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 동일하며, 상기 제 1영구자석(530)이 상기 제 1타겟(410)의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 2영구자석(540)이 상기 제 1타겟(410)의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 상이하고, 상기 제 3영구자석(570)이 상기 제 2타겟(420)의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 4영구자석(580)이 상기 제 2타겟(420)의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 상이하며, 서로 상이한 자기력 세기 중 큰 자기력 세기는 300G(Gauss) 이상 3000G 이하의 범위에서 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제 1영구자석(530)과 제 3영구자석(570)이 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420) 표면위로 발산하는 자기력 세기와 상기 제 2영구자석(540)과 제 4영구자석(580)이 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420) 표면위로 발산하는 자기력 세기는 다를 수 있다. 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420)의 표면위에서 측정한 상기 제 1영구자석(530) 및 제 3영구자석(570)의 자기력 세기의 최대값은 300G(Gauss) 이상 3000G 이하의 범위에서 형성될 수 있으며, 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420)의 표면위에서 측정한 상기 제 2영구자석(540) 및 제 4영구자석(580)의 자기력 세기의 최대값보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 서로 마주보는 제 1타겟(410)과 제 2타겟(420)의 표면에서 발산하는 자기력(또는 자기장의 세기)과 수렴하는 자기력(또는 자기장의 세기)은 서로 상이하며, 서로 상이한 자기력(또는 자기장의 세기) 중 큰 자기력(또는 자기장의 세기)은 300G(Gauss) 이상 3000G 이하의 범위에서 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재 중 스퍼터 기재부에 가까운 영구자석의 자기장이 작은 경우의 자기력선 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 4를 참조하면 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420)의 표면위에서 측정한 상기 제 2영구자석(540) 및 제 4영구자석(580)의 자기력 세기의 최대값은 300G 이상이며, 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420)의 표면위에서 측정한 상기 제 1영구자석(530) 및 제 3영구자석(570)의 자기력 세기의 최대값보다 큰 것을 제외하고는 도 4와 동일하게 구성될 수 있다.
이와 같은 구성으로 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420)의 마주보는 표면위로 상기 제 1영구자석(530) 및 제 2영구자석(540)으로 형성된 자기장과 상기 제 3영구자석(570) 및 제 4영구자석(580)으로 형성된 자기장이 놓이게 되며, 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420) 사이의 공간을 감싸는 상기 제 1영구자석(530) 및 제 3영구자석(570) 사이에서 형성된 자기장 및 상기 제 2영구자석(540) 및 제 4영구자석(580) 사이에서 형성된 자기장을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420) 사이 공간의 상, 하 비대칭적인 자기력 구조로 플라즈마 밀도 구배를 강제하여 전자 및 이온의 확산하는 움직임에 기여할 수 있다. 이에 따라, 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420)으로부터 튀어나온 타겟 입자의 충돌 빈도를 증가시킴으로써 상기 스퍼터 기재(600)에 도달하는 타겟 입자의 에너지를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 영구자석 극성에 따른 자기력선의 이동방향을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 5를 참조하면 상기 제 1자석 지지대(520)에 고정된 상기 제 1영구자석(530)의 상기 제 1타겟(410) 방향면의 극성인 N극에서 발산하는 자기력선은 상기 제 1타겟(410)을 향해 나아가 같은 상기 제 1자석 지지대(520)의 다른 한편에 고정된 제 2영구자석(540)의 상기 제 1타겟(410) 방향면의 극성인 S극을 향하는 자기장을 형성할 수 있다. 또한, 마주보는 상기 제 2자석 지지대(560)에 고정된 상기 제 3영구자석(570)의 상기 제 2타겟(420) 방향면의 극성인 S극을 향하는 자기장을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1자석 지지대(520)와 대향하는 상기 제 2자석 지지대(560) 상에 고정된 상기 제 4영구자석(580)의 상기 제 2타겟(420) 방향면의 극성은 N극에서 발산하는 자기력선은 상기 제 2타겟(420)을 향해 나아가 동일한 제 2자석 지지대(560)의 다른 한편에 고정된 상기 제 3영구자석(570)의 상기 제 2타겟(420) 방향면의 극성인 S극을 연결하는 자기장을 형성할 수 있다. 또한, 대향하는 상기 제 1자석 지지대(520) 상에 고정된 상기 제 2영구자석(540)의 상기 제 1타겟(410) 방향면의 극성인 S극을 향하는 자기장을 형성할 수 있다.
이는 도 4와 같이 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420)의 서로 마주보는 타겟 표면에서 자기장 폐곡선이 형성될 수 있다. 또한, 대향하는 상기 제 1타겟(410) 및 제 2타겟(420) 사이의 공간을 감싸는 자기장 폐곡선을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제 1영구자석(530)이 상기 제 1타겟(410)의 표면위에 형성하는 자기력 세기, 상기 제 2영구자석(540)이 상기 제 1타겟(410)의 표면위에 형성하는 자기력 세기, 상기 제 3영구자석(570)이 상기 제 2타겟(420)의 표면위에 형성하는 자기력 세기 및 상기 제 4영구자석(580)이 상기 제 2타겟(420)의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 모두 동일하고, 상기 자기력 세기는 300G(Gauss) 이상 3000G 이하의 범위에서 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 서로 마주보는 제 1타겟(410)과 제 2타겟(420)의 표면에서 발산하는 자기력(또는 자기장의 세기)과 수렴하는 자기력(또는 자기장의 세기)은 서로 동일하며 일정하게 형성되고, 상기 일정하게 형성되는 자기력(또는 자기장의 세기)은 300G(Gauss) 이상 3000G 이하의 범위에서 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 스퍼터 기재(600)는, 상기 한 쌍의 스퍼터 타겟(400)으로부터 일정간격 이격되게 구비될 수 있다. 상기와 같이 스퍼터 기재(600)가 상기 스퍼터 타겟(400)으로부터 일정 간격 이격되어서 상기 스퍼터 타겟(400)으로부터 방출된 입자가 상기 스퍼터 기재(600)에 충격을 가하지 않고 증착될 수 있다. 상기 스퍼터 타겟(400)으로부터 방출된 입자가 상기 스퍼터 기재(600)에 충격을 가하지 않고 증착되는 효과는 상기 제 1타겟(410)과 제 2타겟(420) 사이에 형성되는 자기장 폐곡선이 강하게 형성될수록 클 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 도 6과 반대 영구자석 극성에 따른 자기력선의 이동방향을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 6을 참조하면 상기 제 1자석 지지대(520) 상에 고정된 상기 제 1영구자석(530)의 S극과 상기 제 2영구자석(540)의 N극이 상기 제 1타겟(410) 방향으로 향하며, 상기 제 2자석 지지대(560) 상에 고정된 제 3영구자석(570)의 N극과 상기 제 4영구자석(580)의 S극이 상기 제 2타겟(420)을 향하게 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 자기장 발생부재의 같은 극성의 영구자석이 대향하는 경우와 다른 극성의 영구자석이 대향하는 경우의 자기력선 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 7을 참조하면 CASE-1과 같이 같은 극성의 자석이 서로 대향하는 경우 원통형 타겟 사이의 공간을 감싸는 자기장이 형성되지 못하며, 이러한 공간을 통해, 이탈된 고 에너지를 가진 전자와 이온과 교류전압시 반발되어 튀어나오는 양이온이 상기 스퍼터 기재부(500)에 충돌할 빈도가 본 발명에 해당하는 CASE-2보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 한 쌍의 스퍼터 타겟(400)의 표면에서의 자기력세기가 클수록 자기선속이 증가되어 자기장 내 전자의 이탈을 줄여 전자를 보다 강하게 구속시킴으로써 전자밀도가 높아져 타겟 전위를 낮출 수 있다. 이는 공정가스가 이온화되어 플라즈마 주위에서 타겟 전위에 의해 상기 한 쌍의 스퍼터 타겟(400)으로 가속되는 이온의 에너지를 낮춤으로써 상기 한 쌍의 스퍼터 타겟(400)으로부터 방출되는 타겟 입자 및 상기 한 쌍의 스퍼터 타겟(400)과 충돌 후 되 튀어나오는 이온 및 중성기체의 에너지를 줄이기에 상기 한 쌍의 스퍼터 타겟(400)의 표면에서의 자기력세기는 최소 300G(Gauss)이 효과적일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대향 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치는, 한 쌍의 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치 내부의 자기장 형성부가 서로 대향하여 형성되어 일정 세기 이상의 자기장이 각 원통형 타겟의 대향하는 타겟 표면에서 기재와 수직으로 형성된 자기장 폐곡선과 서로 대향하는 원통형 타겟 사이의 공간에 보다 높은 전자밀도를 가질 수 있도록 감싸게 되며, 이 공간에서 전자 및 이온의 구속을 강제하며, 입자간의 충돌빈도수를 늘려, 고에너지의 음이온, 전자 및 타겟에서 튀어나오는 타겟 입자 등에 의한 박막손상을 최소화할 수 있어 수분 및 가스 배리어 박막과 같은 금속산화, 질화막과 같은 세라믹 박막에 보다 박막손상이 적은 고밀도의 박막을 얻을 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 스퍼터 챔버
200 : 스퍼터 튜브
210 : 제 1튜브
220 : 제 2튜브
300 : 튜브 회전부재
400 : 스퍼터 타겟
410 : 제 1타겟
420 : 제 2타겟
500 : 자기장 발생부재
510 : 제 1발생부재
520 : 제 1자석 지지대
530 : 제 1영구자석
540 : 제 2영구자석
550 : 제 2발생부재
560 : 제 2자석 지지대
570 : 제 3영구자석
580 : 제 4영구자석
600 : 스퍼터 기재
200 : 스퍼터 튜브
210 : 제 1튜브
220 : 제 2튜브
300 : 튜브 회전부재
400 : 스퍼터 타겟
410 : 제 1타겟
420 : 제 2타겟
500 : 자기장 발생부재
510 : 제 1발생부재
520 : 제 1자석 지지대
530 : 제 1영구자석
540 : 제 2영구자석
550 : 제 2발생부재
560 : 제 2자석 지지대
570 : 제 3영구자석
580 : 제 4영구자석
600 : 스퍼터 기재
Claims (3)
- 서로 대향하며 회전 가능하게 구비되는 한 쌍의 스퍼터 튜브(Tube);
상기 스퍼터 튜브의 외주면에 각각 구비되고 상기 스퍼터 튜브의 회전에 의해 회전하며 스퍼터링 시 스퍼터 기재에 증착되는 입자를 방출하는 한 쌍의 스퍼터 타겟(Target);
상기 스퍼터 튜브의 내부에 각각 구비되되, 서로 다른 극성의 영구자석이 서로 대향하게 구비되어 상기 스퍼터 타겟에 자기장을 형성하는 한 쌍의 자기장 발생부재;를 포함하고,
상기 스퍼터 튜브는,
제 1튜브; 및
상기 제 1튜브와 일정간격 이격되게 설치되는 제 2튜브;를 포함하고,
상기 스퍼터 타겟은,
상기 제 1튜브의 외주면에 구비된 제 1타겟; 및
상기 제 2튜브의 외주면에 구비된 제 2타겟;을 포함하며,
상기 자기장 발생부재는,
상기 제 1튜브의 내부에 구비되는 제 1발생부재; 및
상기 제 2튜브의 내부에 구비되는 제 2발생부재;를 포함하고,
상기 제 1발생부재는,
제 1자석 지지대;
상기 제 1자석 지지대의 상부에 고정되는 제 1영구자석; 및
상기 제 1영구자석과 다른 극성을 가지며 수직방향으로 이격되어 상기 제 1자석 지지대의 하부에 대향하게 고정되는 제 2영구자석;을 포함하고,
상기 제 2발생부재는,
제 2자석 지지대;
상기 제 2자석 지지대의 상부에 고정되는 제 3영구자석; 및
상기 제 3영구자석과 다른 극성을 가지며 수직방향으로 이격되어 상기 제 2자석 지지대의 하부에 대향하게 고정되는 제 4영구자석;을 포함하며,
상기 제 1영구자석과 제 3영구자석은,
서로 다른 극성을 가지며 수평방향으로 서로 대향하게 배치되고,
상기 제 2영구자석과 제 4영구자석도,
서로 다른 극성을 가지며 수평방향으로 서로 대향하게 배치되는 것을 특징으로 하는 대향 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기, 상기 제 2영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기, 상기 제 3영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기 및 상기 제 4영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 모두 동일하고,
상기 자기력 세기는 300G(Gauss) 이상 3000G 이하의 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 대향 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 3영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 동일하고,
상기 제 2영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 4영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 동일하며,
상기 제 1영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 2영구자석이 상기 제 1타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 상이하고,
상기 제 3영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기와 상기 제 4영구자석이 상기 제 2타겟의 표면위에 형성하는 자기력 세기는 서로 상이하며,
서로 상이한 자기력 세기 중 큰 자기력 세기는 300G 이상 3000G 이하의 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 대향 회전 원통형 타겟식 스퍼터 장치.
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- 2021-08-31 KR KR1020210115636A patent/KR102660076B1/ko active IP Right Grant
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|---|
| PCT 공개특허 제2009-013935호 (명칭: SPUTTERING APPARATUS, 공개일: 2009.01.29.) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102660076B1 (ko) | 2024-04-24 |
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