KR20230073099A - 플라즈마 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

플라즈마 스퍼터링 장치가 개시된다. 상기 플라즈마 스퍼터링 장치는 회전 가능하게 구비되는 실린더 형상의 타깃; 상기 타깃 내에서 상기 실린더 형상의 원에 내접하는 가상의 이등변 삼각형의 밑변에 대응하게 배치되는 막대 자석이고, 상기 타깃의 길이방향으로 연장되고 양극은 상기 원의 지름 양끝 방향에 위치하여 상기 타깃의 외부에 자기장을 형성하는 막대 자석; 및 상기 타깃에 스퍼터링을 위한 전압을 인가하는 전원장치(미도시)를 포함한다.

Description

플라즈마 스퍼터링 장치{PLASMA ENHANCED SPUTTERING APPARATUS}

본 발명은 플라즈마 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기장 및 플라즈마가 타깃의 외부 가운데 영역에 형성될 수 있는 플라즈마 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 박막소재는 자동차 소재는 물론 전자부품과 광학 부품 그리고 기계나 공구 등 다양한 분야에 응용 가능하고, 또한, 이러한 박막소재와는 별도로 진공코팅용 장치와 소스 및 증발 재료에서도 시장이 크게 확대되고 있다.

이와 관련하여, 반도체 부품을 비롯하여, 디스플레이 및 각종 전자제품의 표면공정 처리에 있어 핵심재료인 스퍼터링 타깃은 이온이 빠른 속도로 타깃 표면에 충돌하면서 그 충격으로 떨어져 나온 원자들이 피코팅재 표면에 부착되도록 하는 건식도금에 필요한 재료로서 스퍼터링 타깃의 용도는 주로 반도체 공정에 사용되고 있으며, 응용분야로는 LCD, PDP, CRT 등 디스플레이 제품과 유리, 아크릴, 섬유 등 미세하고 은 금속 막을 코팅할 수 있는 등 두께 조정에 의해 투과조절도 가능하기 때문에 각종 전자제품 및 부품, 자동차, 건축용 유리 등 산업 전반에 걸쳐 응용될 수 있다. 특히 이는 전기도금 방식 등 여타의 표면처리 공정에 비해 환경친화적이기 때문에 향후 높은 성장이 예상된다.

한편, 진공증착에 의한 박막 성형과 관련한 스퍼터링 장치로서, 스퍼터링 타깃에 인가하는 전원의 종류에 따라서 직류(DC) 스퍼터링 장치, 직류 펄스(DC pulse) 스퍼터링 장치, 한벌형 교류(AC) 스퍼터링 장치, RF 스퍼터링 장치 각각은 당업계에 이미 널리 알려져 왔다. 그리고 스퍼터링 타깃의 모양에 따라 평판형 스퍼터링 장치와 원통형의 회전 캐소드 스퍼터링 장치가 널리 사용되고 있다. 특히 마그네트론 또는 레이스 트랙(race-track) 스퍼터링 장치는 전자를 효과적으로 가둘 수 있는 자기장을 구현함으로써 스퍼터링 타깃 근처에서 비교적 낮은 압력(5~10 mTorr)에서 고밀도 플라즈마를 형성할 수 있기 때문에 박막 증착에 가장 많이 사용되고 있다. 또한 마그네트론 자기장 구조를 가지는 원통형의 회전 캐소드 스퍼터링 장치는, 종래의 평면형 캐소드보다 타겟 이용률을 70~80%까지 높일 수 있고 스퍼터링 타깃에 입자들의 재증착(re-deposition)을 최소화할 수 있는 등 장점을 가지고 있다.

한편, 고해상도 플레시블 디스플레이 등과 같은 차세대 디스플레이의 요구사항을 만족시키기 위해서는 증착공정에서 파티클(particle)로 인한 이슈, 고에너지 입자로 인한 박막 손상 등의 이슈를 해결해야 한다.

원통형 회전 캐소드 스퍼터링 장치는 상기 파티클 이슈를 최소화하기 위한 좋은 대안으로 떠오르고 있다. 또한 박막 손상을 최소화하기 위해서는 스퍼터링 타깃의 인가 전압을 낮추어야 한다. 이와 같은 요구사항을 만족시키기 위해서 등록특허 10-1677441호 ECR(Electron Cyclotron Resonance, 전자싸이클로트론공명) 플라즈마 스퍼터링 장치를 개발하였다.

종래의 스퍼터링 장치는 스퍼터링 타깃에 전원을 인가함으로써 플라즈마 발생과 타깃의 스퍼터링을 동시에 수행함으로써 타깃의 인가 전압을 독립적으로 제어할 수가 없다. 하지만 상기 특허는 마이크로파를 이용하여 스퍼터링 타깃 근처에 고밀도 ECR 플라즈마를 독립적으로 발생시킬 수 있어, 스퍼터링 타깃에 인가하는 전압을 자유롭게 제어할 수 있다. 또한, 종래의 스퍼터링 장비의 공정 압력보다 1개 오더(order)가 낮은 압력 (0.1 mTorr)에서, 종래의 스퍼터링 장비의 인가전압보다 절대값이 낮은 인가전압(-100V ~ -200 V)에서 증착이 가능하다. 이는 투명전극(TCO), OLED의 산화막 액티브 레이어(active layer)의 박막의 손상을 최소화함으로써 박막 품질을 향상시킬 수 있다.

그런데, 상기 특허는 2.45 GHz 마이크로파를 사용할 경우 ECR 자기장의 세기875 가우스를, 스퍼터링 타깃 표면의 자기장의 세기를 최소 2000 가우스 이상 만족시키는 고자기장을 형성시켜야 한다. 또한, 상기 특허의 영구자석 배열 구조는 종래의 마그네트론 혹은 레이스 트랙(race-track) 구조와 유사한 도 1과 같기 때문에 ECR 플라즈마 발생을 위한 고자기장이 기판에 영향을 미치게 된다. 이와 같은 영향을 최소화하기 위해서 종래의 원통형 회전 스퍼터링 장치보다 타깃 및 기판 사이의 거리를 증가시켜야 한다. 이는 박막의 증착속도를 떨어뜨리고, 장치의 부피가 증가하기 때문에 생산 설비의 경쟁력을 약화시키는 단점이 된다.

도 1은 종래의 ECR 플라즈마 스퍼터링 장치의 영구 자석 배치 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 종래의 ECR 플라즈마 스퍼터링 장치에서 굴곡이 존재하는 기판의 굴곡을 향해 원자들이 이동하는 모습을 나타내는 부분 확대도이다.

상기 특허는 도 1에 도시된 바와 같이 타깃 내부에 자장 형성 수단, 즉 ECR 자장 형성을 위해 알려진 바와 같이 영구 자석(2)을 배치하였다. 상기 영구 자석(2)은 타깃(1)의 내부에 서로 일정 간격 이격되어 3개가 배치되는 형태로 구성되었다.

이러한 구조에 따라 상기 영구 자석(2)에 의해 타깃(1)의 외부로 복수의 자기장이 타깃(1)의 원주 방향을 따라 브릿지 형태로 형성되었고, 각각의 자기장을 향해 마이크로파를 조사하여 각각의 자기장 내에 가두어지는 ECR 플라즈마를 생성하였다.

상기 ECR 플라즈마는 스퍼터링 타깃 곡면에 평행한 쉬스(Sheath)를 형성하고, 플라즈마의 이온은 쉬스를 통해 가속한 후 타깃(1) 표면에 수직으로 입사하게 된다. 타깃(1)에 입사된 이온에 의해서 스퍼터된 입자들의 운동 방향은 타깃(1) 표면에 수직인 방향, 즉 이온의 입사 방향과 반대 방향의 분포가 가장 크기 때문에 입자들은 도 2와 같이 기판(S) 표면에 기울기를 가지고 입사하게 된다. 이는 기판(S)에 트렌치(trench)와 같은 굴곡(h)이 있는 경우 그림자 효과로 인한 굴곡(h)내 스퍼터된 입자들의 원활한 투입이 어렵고, 이에 따라 증착 불균일이 발생할 수 있다.

또한, 도 2와 같이 스퍼터된 입자들은 기판(S) 표면에 기울기를 가지고 입사되므로 기판(S) 표면 전체에 스퍼터된 입자들이 균일하게 증착되기 위해서는 상기 스퍼터된 입자들의 입사되는 기울기를 고려하여 상기 기판(S)이 멀게 배치되어야 했고, 이에 따라 균일한 증착 효율이 저하되는 문제가 있었다.

또한, 대부분의 양산 라인에 사용하고 있는 평판 타깃의 스퍼터링 장치는 스퍼터된 입자가 기판에 수직으로 입사하기 때문에 상기 특허를 양산 라인에 적용하기 위해서는 기존에 가지고 있는 증착 노하우 및 데이터를 변경해야 되는데 이는 ECR 플라즈마 스퍼터링 기술의 양산 라인 적용에 큰 걸림돌이 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마 전자가 타깃의 길이 전체에 대해 손실 없이 균일한 밀도를 유지하여, 타깃 전체에 대해 균일한 스퍼터링을 구현하고, 증착 대상물의 균일도를 향상시킬 수 있도록 한 플라즈마 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.

다른 목적은 원통형 회전 캐소드 스퍼터링 장치에서 타깃과 대상물 간의 거리를 줄이고 고자기장을 형성하는 플라즈마 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.

또 다른 목적은 원통형 회전 캐소드 스퍼터링 장치에서 대상물에 수직으로 입사하는 입자들이 가장 많이 분포될 수 있도록 타깃 근처에 ECR 플라즈마를 형성하는 영구자석 구조와 마이크로파 조사기를 포함하는 ECR 플라즈마 기반의 플라즈마 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치는 회전 가능하게 구비되는 실린더 형상의 타깃; 상기 타깃 내에서 상기 실린더 형상의 원에 내접하는 가상의 이등변 삼각형의 밑변에 대응하게 배치되는 막대 자석이고, 상기 타깃의 길이방향으로 연장되고 양극은 상기 원의 지름 양끝 방향에 위치하여 상기 타깃의 외부에 자기장을 형성하는 막대 자석; 및 상기 타깃에 스퍼터링을 위한 전압을 인가하는 전원장치(미도시)를 포함한다.

상기 원의 지름 양끝 방향은 상기 실린더 형상의 타깃의 원의 중심을 지나는 지름의 양끝 방향을 의미한다.

상기 막대 자석의 배치는 상기 원의 지름과 평행하고 양극이 상기 원의 지름 양끝 방향에 위치하므로 양극의 사이에는 상기 타깃의 외면과 마주하는 자기장을 형성한다. 이때, 상기 자기장은 반 타원형 고리 형상일 수 있어, 상기 반 타원형 고리 형상의 자기장의 가운데에 가두어지는 플라즈마가 생성되고, 그 플라즈마가 생성된 영역으로부터 대상물을 향해 수직으로 떨어질 수 있다. 즉, 종래 기술에서 언급된 종래 ECR 플라즈마 스퍼터링 장치에서 브릿지 형상으로 자기장이 형성되어, 스퍼터된 입자들이 기판 표면에 기울기를 가지고 입사되었던 것과 달리, 본 발명은 대상물 표면에 수직하게 스퍼터된 입자가 진행될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자기장은 875 가우스(Gauss)의 공명 자기장을 포함할 수 있다.

상기 875 가우스 공명 자기장은 상기 반 타원형 고리 형상의 가운데 양측, 즉 상기 막대 자석의 양극에 가까운 지점에 형성되며, 이에 따라, 플라즈마는 상기 자기장의 양측의 875 가우스 공명 자기장 사이에 가두어질 수 있어, 스퍼터된 입자를 자기장의 가운데로부터 상기 대상물의 표면을 향해 효율적으로 수직으로 입사시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 막대 자석은 상기 타깃의 길이 이하의 길이를 갖는 하나가 상기 타깃의 내부에 배치되고, 상기 자기장은 상기 타깃의 길이방향을 따라 면으로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 막대 자석은 다수가 상기 타깃의 내부에서 그 길이방향으로 배열된 집합체일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 막대 자석은 양극 각각이 상기 타깃의 실린더 형상의 중심으로부터 30 내지 60도 방향에 위치하도록 상기 타깃 내부에 배치될 수 있다.

이러한 막대 자석의 배치는 타깃 외부에 형성되는 자기장의 가운데 영역에 플라즈마가 형성되도록 하기 위함이며, 당업자에 의해 상기 각도 범위 내에서 설정될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 막대 자석은 양극 방향의 양측 끝단이 아래 방향으로 테이퍼질 수 있다. 이에 따라, 상기 자기장을 상기 타깃의 표면에 가깝게 형성하기에 용이해질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 막대 자석은 상기 타깃의 길이에 대응하는 길이를 갖고, 상기 막대 자석의 길이방향의 양끝 각각에 이웃하면서 상기 타깃의 외곽에 위치하며 상기 막대 자석보다 낮은 높이로 배치되는 제1 미러 자석을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 미러 자석에 의해 마그네틱 미러(Magnetic Mirror) 효과가 구현된다.

일 실시예에서, 상기 타깃의 외곽에서 상기 타깃의 외곽에 위치하는 각각의 제1 미러 자석을 둘러싸는 절연체를 더 포함할 수 있다.

상기 절연체는 전압이 인가되지 않으며, 이에 따라 상기 타깃의 외곽에서 전자 이동(drift) 중의 전압에 의한 에너지 손실을 줄이고, 결과적으로 플라즈마 전자는 타깃의 양끝 방향에서 손실이 최소화될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 타깃의 외곽에 위치하는 각각의 제1 미러 자석에 이웃하되 상기 제1 미러 자석보다 외곽에 위치하고 상기 제1 미러 자석보다 낮은 높이로 배치되는 제2 미러 자석을 더 포함하고, 상기 제2 미러 자석은 상기 제1 미러 자석과 함께 상기 절연체로 둘러싸일 수 있다.

상기 제2 미러 자석은 상기 제1 미러 자석과 함께 상기 마그네틱 미러 효과를 증대시키고, 상기 제2 미러 자석이 상기 절연체로 둘러싸여서 상기 플라즈마 전자는 상기 제2 미러 자석의 위치까지 손실이 최소화될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치는 회전 가능하게 구비되는 실린더 형상의 타깃; 상기 타깃 내에서 상기 실린더 형상의 원에 내접하는 가상의 이등변 삼각형의 밑변에 대응하게 배치되는 막대 자석이고, 상기 타깃의 길이방향으로 연장되고 양극은 상기 원의 지름 양끝 방향에 위치하여 상기 타깃의 외부에 자기장을 형성하는 막대 자석; 상기 타깃의 외부에서 상기 막대 자석의 양극 방향에 각각 배치되어, 상기 자기장을 향해 마이크로파를 조사하는 2개의 마이크로파 도입부; 및 상기 타깃에 스퍼터링을 위한 전압을 인가하는 전원장치(미도시)를 포함한다.

이러한 구성을 통해 상기 자기장은 타깃의 외부의 아래 방향 가운데에 근접하여 그 가운데 표면을 둘러싸는 형태로 형성되어 자기장과 타깃의 표면 간의 거리를 좁힐 수 있다. 즉, 종래 ECR 플라즈마 스퍼터링 장치에서 스퍼터된 입자들이 기판 표면에 기울기를 가지고 입사되었던 것과 달리, 본 발명은 대상물 표면에 스퍼터된 입자가 수직으로 진행하므로 자기장과 타깃의 표면 간의 거리를 좁힐 수 있게 된다.

일 실시예에서, 상기 자기장은 875 가우스(Gauss)의 공명 자기장을 포함하고, 상기 2개의 마이크로파 도입부는 상기 875 가우스 자기장 방향으로 2.45 GHz의 마이크로파를 조사할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 막대 자석은 상기 타깃의 길이 이하의 길이를 갖는 하나가 상기 타깃의 내부에 배치되고, 상기 자기장은 상기 타깃의 길이방향을 따라 면으로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 막대 자석은 다수가 상기 타깃의 내부에서 그 길이방향으로 배열된 집합체이고, 상기 자기장은 상기 타깃의 길이방향을 따라 면으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 막대 자석이 타깃의 길이방향을 따라 연장되면 자기장은 타깃의 길이방향 전체에 걸쳐 타깃의 외부에 형성되어, 타깃의 길이방향으로 긴 자기장 및 긴 ECR 플라즈마를 형성할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 막대 자석은 양극 각각이 상기 타깃의 실린더 형상의 중심으로부터 45도 방향에 위치하도록 상기 타깃 내부에 배치되며, 상기 막대 자석은 양극 방향의 양측 끝단이 아래 방향으로 테이퍼질 수 있다.

이러한 구조에 의해 타깃의 외부에 형성되는 자기장을 타깃의 표면에 가깝게 형성하기에 더욱 용이하다.

일 실시예에서, 상기 각각의 마이크로파 도입부는, 마이크로파 생성기; 상기 마이크로파 생성기에서 공급되는 마이크로파를 상기 타깃의 상기 막대 자석이 위치하는 부근에 자기장이 형성되기 위한 전력 레벨로 증폭시키는 증폭기; 상기 증폭기에 연결되어 마이크로파를 전송하는 동축케이블; 상기 타깃의 양측에 배치되고, 상기 동축케이블로부터 마이크로파가 입력되고, 입력된 마이크로파를 상기 타깃의 아래 방향으로 조사하는 마이크로파 조사부를 포함하고, 상기 마이크로파 조사부는 상기 타깃의 길이방향을 따라 연장될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 마이크로파 조사부는, 상기 타깃의 길이 이상의 길이를 갖고 상기 타깃과 평행하게 배치되는 중공의 선형 챔버를 포함하고, 상기 선형 챔버는 상기 선형 챔버의 길이방향을 따라 형성되어 마이크로파를 상기 단일 자기장을 향해 조사하기 위한 슬릿을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 마이크로파 조사부는, 상기 타깃의 길이 이상의 길이를 갖고 상기 타깃과 평행하게 배치되는 선형 챔버를 포함하고, 상기 선형 챔버는 상기 선형 챔버의 길이방향을 따라 배열되어 마이크로파를 상기 단일 자기장을 향해 조사하기 위한 다수의 슬릿을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 마이크로파 조사부는, 일정 길이를 갖고 상기 타깃의 길이방향을 따라 배열되는 선형 챔버들을 포함하고, 각각의 선형 챔버는 마이크로파를 상기 단일 자기장을 향해 조사하기 위한 슬릿을 포함하고, 상기 증폭기 및 상기 동축케이블은 상기 각각의 선형 챔버에 마이크로파를 전송하도록 다수 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 마이크로파 조사부는, 상기 선형 챔버의 내부에 상기 선형 챔버의 길이방향에 평행하는 안테나를 더 포함할 수 있다. 상기 안테나와 상기 선형 챔버 내면의 사이는 절연체로 절연될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 증폭기는 반도체 증폭기(Solid State Power Amplifier)일 수 있다.

이러한 실시예들의 마이크로파 도입부들의 구조에 따라 마이크로파를 자기장을 향해 조사하기 위한 마이크로파 도입 장치가 소형화 되어 구조가 간단해지고, 유지 보수가 간편해질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치는 상기 막대 자석의 상기 양극의 말단에서 상기 타깃의 내면에 근접한 각각의 모서리 영역은, 상기 막대 자석의 수평면 및 수직면과 평행하지 않은 두 경사면 및 상기 두 경사면 사이 경계의 첨예부를 포함하도록 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치는 상기 막대 자석은 상기 타깃 내에서 스윙(swing) 가능하게 배치될 수 있다. 여기서, 스윙은 막대 자석이 진자운동과 같이 좌우로 왕복하는 형태 및 막대 자석을 일방향으로 로테이팅(Rotating)시켜 위치를 변경하는 형태를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치를 이용하면, 플라즈마 전자가 타깃의 길이 전체에 대해 손실 없이 균일한 밀도를 유지하여, 타깃 전체에 대해 균일한 스퍼터링을 구현하고, 증착 대상물의 균일도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 자기장이 타깃의 외부의 아래 방향 가운데를 둘러싸는 형태로 형성되므로 자기장과 타깃의 표면 간의 거리를 좁힐 수 있고, 자기장이 타깃의 외부의 아래 방향 가운데를 둘러싸는 형태로 형성되고 그 자기장 내에 가두어지는 플라즈마가 형성되므로 종래에 비해 타깃과 대상물 간의 거리를 좁힐 수 있고, 대상물 상에 다수의 홈이 존재하는 경우에 상기 홈의 내면에 타깃으로부터 떨어져 나온 원자들이 고르게 증착될 수 있는 이점이 있다.

또한, 막대 자석이 그 양극의 말단에서 타깃의 내면에 근접한 각각의 모서리 영역이 막대 자석의 수평면 및 수직면과 평행하지 않은 두 경사면 및 상기 두 경사면 사이 경계의 첨예부를 포함하도록 형성되는 구조를 통해 타깃 표면에서의 자기장의 세기를 증가시킬 수 있다.

또한, 막대 자석이 스윙되는 구조를 통해 기판에 입사하는 스퍼터된 입자의 입사각을 조절할 수 있기 때문에 다양한 증착 공정을 가능하게 하며, 특히 3차원 구조의 증착에 더 유용하다.

도 1은 종래의 ECR 플라즈마 스퍼터링 장치의 영구 자석 배치 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 ECR 플라즈마 스퍼터링 장치에서 굴곡이 존재하는 기판의 굴곡을 향해 원자들이 이동하는 모습을 나타내는 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 플라즈마 스퍼터링 장치의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 3의 B-B'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 막대 자석이 집합체 구조인 경우를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 3의 A-A'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치의 제1 미러 자석 및 제2 미러 자석에 의한 전자 밀도가 균일해지는 모습을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 막대 자석을 정면으로 하여 본 단면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 타깃 및 2개의 마이크로파 도입부를 확대 도시하고 자기장의 형성 및 마이크로파의 조사 모습을 나타내는 사시도이다.
도 12는 도 10에 도시된 대상물에 홈이 존재하는 경우 원자들이 홈을 향해 이동하는 모습을 나타내는 부분 확대도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치의 2개의 마이크로파 도입부의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치의 2개의 마이크로파 도입부의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치의 2개의 마이크로파 도입부의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 1 내지 도 11에 도시된 막대 자석과 다른 구조의 막대 자석을 도시하는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 플라즈마 스퍼터링 장치의 외관을 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 3의 B-B'선을 따라 절단한 단면도이고, 도 6은 도 3에 도시된 막대 자석이 집합체 구조인 경우를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 3의 A-A'선을 따라 절단한 단면도이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치는 타깃(10), 막대 자석(20) 및 전원장치(미도시)를 포함한다.

타깃(10)은 실린더 형상이고, 회전 중심축(미도시)을 중심으로 회전할 수 있도록 구성된다. 타깃(10)은 회전하는 것에 의해 타깃 위의 소모 영역이 타깃 전역에 퍼져, 목표 이용 효율이 기존에 비해 약 3 ~ 4 배로 향상된다. 한편, 일반적으로 회전 타입의 타깃 사용시 타깃 사용 효율이 80% 이상으로 평면 타깃 대비 고효율이다.

막대 자석(20)은 타깃(10) 내부에 구비되며, 이때 막대 자석(20)은 넓은 영역에서 타깃(10) 표면에 수평으로, 그 강도가 강해지도록 하는 한편 방전의 안정화와 타깃(10)의 유효 이용을 위해서 고정되는 것이 바람직하다.

막대 자석(20)은 타깃(10) 내에서 상기 실린더 형상의 원에 내접하는 가상의 이등변 삼각형의 밑변에 대응하게 배치될 수 있다. 이때, 막대 자석(20)은 상기 실린더 형상의 원의 지름 방향과 평행하며, 타깃(10)의 길이방향으로 연장되고, 양극, 즉 N극 및 S극은 상기 실린더 형상의 원의 지름의 양끝 방향을 향하도록 위치한다.

일 실시예에서, 막대 자석(20)은 양극 각각이 타깃(10)의 실린더 형상의 중심으로부터 30 내지 60도 방향에 위치하도록 상기 타깃(10) 내부에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 45도 방향에 위치하도록 타깃(10) 내부에 배치될 수 있고, 양극 방향의 양측 끝단이 아래 방향으로 테이퍼질 수 있다.

일 예로, 막대 자석(20)은 상기 타깃(10)의 길이 이하의 길이를 갖는 하나로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 타깃(10)의 길이에 대응하는 길이를 가질 수 있다.

다른 예로, 막대 자석(20)은 도 6에 도시된 바와 같이 다수가 타깃(10)의 내부에서 그 길이방향으로 배열된 자석 집합체로 구성될 수 있다.

이와 같이 막대 자석(20)이 타깃(10)의 길이 방향으로 따라 연장되므로 자기장은 타깃(10)의 길이방향 전체에 걸쳐 타깃(10)의 외부에 면 형태로 형성된다.

한편, 상기 자기장은 875 가우스의 공명 자기장일 수 있다. 이를 위해, 막대 자석(20)은 875 가우스의 공명 자기장을 형성할 수 있는 자속 밀도를 갖게 구성될 수 있다.

상기 공명 자기장은 타깃(10)의 표면에 가깝게 형성되며, 이때 상기 공명 자기장은 자기장 곡선 상에서 곡선 상의 가운데 지점보다 상기 막대 자석(20)의 N극 및 S극에 가까운 지점이 상대적으로 875 가우스의 자기장 세기가 유지될 수 있다.

상기 전원장치는 타깃(10)에 스퍼터링을 위한 전압을 인가한다. 일 예로, 전원장치는 교류 전원에 의한 주파수 10 Hz ~ 1 MHz 정도의 교류 전압을 인가해, 스퍼터링 전압을 발생시키는 구조를 이룰 수 있다. 성막 속도의 시간적 안정화, 아킹의 감소, 매칭 박스가 필요하지 않다고 하는 관점으로부터 30 kHz ~ 500 kHz의 교류 전원을 이용하는 것이 바람직하며, 스퍼터링 전압으로서 DC, 펄스, AC 등이 필요에 따라 사용될 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치는 제1 미러 자석(31), 제2 미러 자석(32) 및 절연체(40)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 미러 자석(31)은 상기 타깃(10)의 길이방향에 평행한 상기 막대 자석(20)의 길이방향의 양끝 각각에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 막대 자석(20)의 집합체의 구성에서 상기 집합체는 상기 타깃(10)의 길이에 대응하는 길이를 갖고, 상기 제1 미러 자석(31)은 상기 집합체의 길이방향의 양끝 각각에 이웃하면서 상기 타깃(10)의 외곽에 위치할 수 있다. 이때, 각각의 제1 미러 자석(31)은 상기 막대 자석(20)의 집합체보다 낮은 높이로 배치될 수 있다.

상기 제2 미러 자석(32)은 상기 타깃(10)의 외곽에 위치하는 상기 제1 미러 자석(31)에 이웃하되 상기 제1 미러 자석(31)보다 외곽에 위치할 수 있다. 이때, 상기 제2 미러 자석(32)은 상기 제1 미러 자석(31)보다 낮게 위치할 수 있다. 즉, 상기 각각의 제1 미러 자석(31)의 높이보다 낮은 높이로 배치될 수 있다.

상기 절연체(40)는 상기 타깃(10)의 외곽에서, 상기 타깃(10)의 외곽에 위치하는 상기 제1 미러 자석(31) 및 상기 제2 미러 자석(32)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 절연체(40)는 환형 링 형태로 구비되어 상기 제1 미러 자석(31) 및 상기 제2 미러 자석(32)을 둘러싸서 내측에 수용하는 형태로 구비될 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 박막 형성을 위한 대상물(S)의 상부에 배치되어 상기 대상물(S)에 박막을 형성하는데 이용된다. 이하에서는 상기 대상물(S)에 박막을 형성하는 과정을 설명한다.

상기 대상물(S)은 고정된 형태 또는 좌우로 이송되는 형태로 구비될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이 타깃(100)의 외면, 즉 도 5에 도시된 바와 같이 타깃(10)의 외부의 아래 방향에는 막대 자석(20)에 의해 자기장이 형성된다. 이때 자기장은 875 가우스의 공명 자기장이 형성되며, 그 자기장의 수평 방향은 상기 대상물(S)의 평면에 평행하다.

상기 타깃(10)과 상기 대상물(S) 사이에 방전가스가 제공되고, 상기 타깃(10)에 전압을 인가하면, 상기 타깃(10)과 상기 대상물(S) 사이에 플라즈마가 형성되며, 플라즈마 전자들은 상기 타깃(10)에 충돌 후 타깃(10) 표면으로부터 원자가 떨어져 나와서 그 원자들이 상기 대상물(S)의 표면에 증착되어 박막을 형성하게 된다.

이러한 과정에서, 상기 제1 미러 자석(31) 및 상기 제2 미러 자석(32)은 상기 막대 자석(20)의 집합체의 양끝에서 상기 타깃(10)의 외곽에 위치하고 높이가 상기 막대 자석(20)의 집합체보다 낮게 위치하므로, 자기장은 상기 제1 미러 자석(31) 및 상기 제2 미러 자석(32)이 위치한 타깃(10)의 양끝 외곽 방향에서 자기장 세기가 증가하게 된다.

상기 제 1미러 자석(31) 및 상기 제2 미러 자석(32)가 배치되지 않는다면, 상기 플라즈마의 전자는 ExB 드리프트(drift), Curvature B 드리프트, gradient B 드리프트 등의 드리프트 운동을 하여, 상기 타깃(10)의 일측 끝에서 타측 끝으로 이동하고 결국 타깃(10) 끝에서 자기장 영역을 빠져나가 전자의 손실이 발생한다. 이러한 작용은 타깃(10)의 양끝 부분의 전자밀도가 급격히 떨어지게 되는 문제를 야기시킨다.

반면, 상기 타깃(10)의 양끝에는 상기 제1 미러 자석(31) 및 상기 제2 미러 자석(32)의 증가된 자기장은 타깃(10) 일끝으로 향하던 전자를 감속 및 정지 시킨 후 타깃(10) 중앙 방향으로 운동하게 하는 마그네틱 미러(Magnetic Mirror) 효과를 발생하게 하게 된다. 이러한 작용에 따라, 타깃(10) 끝에서 전자의 손실을 최소화하여 도 8에 도시한 그래프와 같이 타깃(10)의 길이방향에 걸쳐서 전자 밀도와 이온의 밀도를 균일하게 할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 타깃(10)의 양끝 외곽에는 상기 절연체(40)가 상기 제1 미러 자석(31) 및 상기 제2 미러 자석(32)을 둘러싸면서 배치되고, 상기 절연체(40)에는 전압이 인가되지 않으므로 ExB 드리프트(drift)가 발생하지 안고, 결과적으로 전자는 상기 타깃(10)의 양끝 방향에서 손실이 최소화되어 플라즈마 전자 및 이온이 타깃(10)의 전체 길이에 대해 균일한 밀도를 유지하는 효과를 증대시킬 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치에 따르면, 타깃(10)의 전체 길이에 대해 플라즈마 전자 손실 없이 균일도를 유지할 수 있으므로 타깃(10) 전체에 대해 균일한 스퍼터링이 구현되어서 증착 대상물(S)의 증착 균일도가 향상될 수 있는 이점이 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 막대 자석을 정면으로 하여 본 단면도이고, 도 11은 도 9에 도시된 타깃 및 2개의 마이크로파 도입부를 확대 도시하고 자기장의 형성 및 마이크로파의 조사 모습을 나타내는 사시도이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치는 타깃(100), 막대 자석(200), 2개의 마이크로파 도입부(300), 전원장치(미도시)를 포함한다.

본 실시예에서는 상기 2개의 마이크로파 도입부(300)에 의해 ECR 플라즈마에 의한 스퍼터링 장치가 구현된다.

타깃(100)은 실린더 형상이고, 회전 중심축(미도시)을 중심으로 회전할 수 있도록 구성된다. 타깃(100)은 회전하는 것에 의해 타깃 위의 소모 영역이 타깃 전역에 퍼져, 목표 이용 효율이 기존에 비해 약 3 ~ 4 배로 향상된다. 후술하는 자기장에 의해 형성되는 타깃 위의 방전 영역이 회전에 의해 이동해, 타깃의 온도 상승을 억누를 수 있다. 따라서 플라즈마에 의한 타깃의 열적인 파괴가 생기기 어렵고, 보다 높은 스퍼터링 전력을 인가할 수 있다. 한편, 일반적으로 회전 타입의 타깃 사용시 타깃 사용 효율이 80% 이상으로 평면 타깃 대비 고효율이다.

막대 자석(200)은 타깃(100) 내부에 구비되며, 이때 막대 자석(200)은 넓은 영역에서 타깃(100) 표면에 수평으로, 자기장 강도가 강해지도록 하는 한편 방전의 안정화와 타깃(100)의 유효 이용을 위해서 고정되는 것이 바람직하다.

막대 자석(200)은 타깃(100) 내에서 상기 실린더 형상의 원에 내접하는 가상의 이등변 삼각형의 밑변에 대응하게 배치될 수 있다. 이때, 막대 자석(200)은 상기 실린더 형상의 원의 지름 방향과 평행하며, 타깃(100)의 길이방향으로 연장되고, 양극, 즉 N극 및 S극은 상기 실린더 형상의 원의 지름의 양끝 방향을 향하도록 위치한다.

일 실시예에서, 막대 자석(200)은 양극 각각이 타깃(100)의 실린더 형상의 중심으로부터 30 내지 60도 방향에 위치하도록 상기 타깃(100) 내부에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 45도 방향에 위치하도록 타깃(100) 내부에 배치될 수 있고, 양극 방향의 양측 끝단이 아래 방향으로 테이퍼질 수 있다.

일 예로, 막대 자석(200)은 상기 타깃(100)의 길이 이하의 길이를 갖는 하나로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 타깃(100)의 길이에 대응하는 길이를 가질 수 있다.

다른 예로, 막대 자석(200)은 도 6에 도시된 바와 같이 다수가 타깃(100)의 내부에서 그 길이방향으로 배열된 자석 집합체로 구성될 수 있다.

이와 같이 막대 자석(200)이 타깃(100)의 길이 방향으로 따라 연장되므로 자기장은 타깃(100)의 길이방향 전체에 걸쳐 타깃(100)의 외부에 형성된다.

2개의 마이크로파 도입부(300)는 타깃(100)의 외부에서 막대 자석(200)의 양극 방향에 각각 배치되어, 타깃(100) 외부의 자기장을 향해 마이크로파를 조사한다.

일 예로, 각각의 마이크로파 도입부(300)는 마이크로파 생성기(미도시), 증폭기(310), 동축케이블(320), 마이크로파 조사부(330)를 포함할 수 있다.

마이크로파 생성기는 특정 주파수의 마이크로파를 발생시킨다. 일 예로, 마이크로파 생성기는 마그네트론일 수 있다.

증폭기(310)는 마이크로파 생성기에서 공급되는 마이크로파를 타깃(100)의 막대 자석(200)이 위치하는 부근에 자기장이 형성되기 위한 전력 레벨로 증폭시킨다. 일 예로, 증폭기(310)는 반도체 증폭기(Solid State Power Amplifier)일 수 있다.

동축케이블(320)은 상기 증폭기(310)에 연결되어 마이크로파를 전송한다.

마이크로파 조사부(330)는 타깃(100)의 외부의 일측에 배치되고, 상기 동축케이블(320)의 말단이 연결되어 상기 동축케이블(320)로부터 마이크로파가 입력되고, 입력된 마이크로파를 상기 자기장을 향해 면으로 조사하도록 구성된다.

일 예로, 상기 마이크로파 조사부(330)는 타깃(100)의 길이 이상의 길이를 갖고 상기 타깃(100)과 평행하게 배치되는 선형 챔버(331)를 포함할 수 있고, 상기 선형 챔버(331)는 그 길이방향을 따라 형성되어 마이크로파를 상기 자기장을 향해 조사하기 위한 슬릿(331a)을 포함한다. 즉, 상기 슬릿(331a)을 통해 선형 챔버(331) 내로 입력된 마이크로파가 인출되어 상기 자기장을 향해 조사된다. 일 실시예에서, 상기 슬릿(331a)은 선형 챔버(331)의 길이방향을 따라 연장되는 하나일 수 있다.

한편, 상기 자기장은 875 가우스의 공명 자기장일 수 있다. 이를 위해, 막대 자석(200)은 875 가우스의 공명 자기장을 형성할 수 있는 자속 밀도를 갖게 구성될 수 있다. 이러한 경우, 상기 2개의 마이크로파 도입부(300)는 상기 875 가우스 자기장 방향으로 2. 45 GHz의 마이크로파를 조사하도록 구성될 수 있다.

상기 공명 자기장은 타깃(100)의 표면에 가깝게 형성되며, 이때 상기 공명 자기장은 자기장 곡선 상에서 곡선 상의 가운데 지점보다 상기 막대 자석(200)의 N극 및 S극에 가까운 지점이 상대적으로 875 가우스의 자기장 세기가 유지될 수 있고, 상기 자기장 곡선의 875 가우스의 자기장 세기가 유지되는 지점을 향해 상기 2. 45 GHz의 마이크로파가 조사될 수 있다.

전원장치(미도시)는 타깃(100)에 스퍼터링을 위한 전압을 인가한다. 일 예로, 전원장치는 교류 전원에 의한 주파수 10 Hz ~ 1 MHz 정도의 교류 전압을 인가해, 스퍼터링 전압을 발생시키는 구조를 이룰 수 있다. 성막 속도의 시간적 안정화, 아킹의 감소, 매칭 박스가 필요하지 않다고 하는 관점으로부터 30 kHz ~ 500 kHz의 교류 전원을 이용하는 것이 바람직하며, 스퍼터링 전압으로서 DC, 펄스, AC 등이 필요에 따라 사용될 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치는 제1 미러 자석(410), 제2 미러 자석(420) 및 절연체(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 미러 자석(410), 상기 제2 미러 자석(420) 및 절연체(500)는 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 제1 미러 자석(31), 제2 미러 자석(32) 및 절연체(40)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치는 도 10에 도시된 바와 같이 박막 형성을 위한 대상물(S)의 상부에 배치되어 상기 대상물(S)에 박막을 형성하는데 이용된다. 이하에서는 상기 대상물(S)에 박막을 형성하는 과정을 설명한다.

상기 대상물(S)은 고정된 형태 또는 좌우로 이송되는 형태로 구비될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이 타깃(100)의 외면, 즉 타깃(100)의 외부의 아래 방향에는 막대 자석(200)에 의해 자기장이 형성된다. 이때 자기장은 875 가우스의 공명 자기장이 형성되며, 그 자기장의 수평 방향은 상기 대상물(S)의 평면에 평행하며, 875 가우스 공명 자기장을 향해 2개의 마이크로파 도입부(300)는 마이크로파를 조사한다.

상기 자기장을 향해 조사되는 마이크로파는 앞서 언급한 바와 같이 자기장의 곡선 상의 875 가우스 세기가 유지되는 지점을 향해 조사되며, 이때 ECR 플라즈마가 발생되며, 플라즈마는 상기 자기장 내, 즉 상기 자기장의 곡선 상의 875 가우스 세기가 유지되는 두 지점 사이에 형성되어 자기장의 가운데 영역에 가두어지며, 그 가운데 영역은 상기 대상물(S)의 평면에 수직한 위치이다.

이어서, 전원장치로서 타깃(100)에 전압을 인가하면 ECR 플라즈마 전자들이 타깃(100)에 충돌 후 타깃(100) 표면으로부터 원자가 떨어져 나와서 그 원자들이 상기 대상물(S)의 표면에 증착되어 박막을 형성하게 된다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치는 막대 자석(200)이 하나 또는 집합체 형태로 구성되어서 각 막대 자석(200)이 타깃(100)의 실린더 형상의 원의 지름 방향과 평행하므로 막대 자석(200)의 양극 사이로부터 자기장이 형성되며, 그 자기장은 타깃(100)의 외부의 아래 방향 가운데에 근접하여 그 가운데 표면을 둘러싸는 형태로 형성되며, 자기장을 향해 마이크로파를 조사하여 자기장 내에 가두어지는 ECR 플라즈마를 형성한다.

이때, 상기 ECR 플라즈마는 상기 대상물(S)의 평면에 수직한 방향에 위치한다. 이에 따라, 타깃(100)으로부터 떨어져 나온 원자들은 플라즈마가 생성된 영역으로부터 아래로 수직하게 대상물(S)을 향해 진행되어 대상물(S)의 표면에 증착된다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치를 이용하면, 자기장이 타깃(100)의 외부의 아래 방향 가운데를 둘러싸는 형태로 형성되므로 자기장과 타깃(100)의 표면 간의 거리를 좁힐 수 있다.

또한, 막대 자석(200)은 양극 각각이 타깃(100)의 실린더 형상의 중심으로부터 45도 방향에 위치하도록 타깃(100) 내부에 배치될 수 있고, 양극 방향의 양측 끝단이 아래 방향으로 테이퍼지는 구조를 통해 타깃(100)의 외부에 형성되는 자기장을 타깃(100)의 표면에 가깝게 형성하기에 더욱 용이하다.

또한, 자기장이 타깃(100)의 외부의 아래 방향 가운데를 둘러싸는 형태로 형성되고 그 자기장 내에 가두어지는 플라즈마가 형성되어, 타깃(100)으로부터 떨어져 나온 원자들이 플라즈마가 생성된 영역으로부터 아래로 수직하게 대상물(S)을 향해 진행되면, 타깃(100)의 직경에 대응하는 폭을 갖는 대상물(S)을 타깃(100) 아래에 위치시키더라도 타깃(100)으로부터 떨어져 나온 원자들은 대상물(S)의 표면의 가장자리 영역까지 고르게 증착될 수 있고, 종래에 비해 타깃(100)과 대상물(S) 간의 거리를 좁힐 수 있다.

한편, 제1 미러 자석(410), 제2 미러 자석(420) 및 절연체(500)에 의해 ECR 플라즈마 전자가 타깃(100)의 전체 길이에 대해 균일한 밀도를 유지할 수 있다. 이는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치에서 플라즈마 전자가 타깃(10)의 전체 길이에 대해 균일한 밀도를 유지하는 것에 대한 설명과 동일하므로 더 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 12는 도 10에 도시된 대상물에 홈이 존재하는 경우 원자들이 홈을 향해 이동하는 모습을 나타내는 부분 확대도이다.

또한, 도 12와 같이 대상물(S) 상에 다수의 홈(h)이 존재하는 경우 앞서 언급한 바와 같이 타깃(100)으로부터 떨어져 나온 원자들이 플라즈마가 생성된 영역으로부터 아래로 수직하게 대상물(S)을 향해 진행되므로 대상물(S) 상에 존재하는 홈(h) 내에 타깃(100)으로부터 떨어져 나온 원자들이 원활히 투입되어 홈(h) 내면에 원자들이 고르게 증착될 수 있다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치의 2개의 마이크로파 도입부의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 13을 참조하면, 2개의 마이크로파 도입부(300)는 마이크로파 조사부(330)의 선형 챔버(331)에 형성되는 슬릿(331a)이 선형 챔버(331)의 길이방향을 따라 다수 배열되는 형태로 구성될 수 있다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치의 2개의 마이크로파 도입부의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 14를 참조하면, 2개의 마이크로파 도입부(300)는 마이크로파 조사부(330)가 다수의 선형 챔버(331)를 포함하고, 각각의 선형 챔버(331)는 마이크로파를 상기 자기장을 향해 조사하기 위한 슬릿(331a)을 포함하고, 증폭기(310) 및 동축케이블(320)은 각각의 선형 챔버(331)에 마이크로파를 전송하도록 다수 구비되는 형태로 구성될 수 있다.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치의 2개의 마이크로파 도입부의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 15를 참조하면, 2개의 마이크로파 도입부(300)는 마이크로파 조사부(330)가 선형 챔버(331)의 내부에 상기 선형 챔버(331)의 길이방향에 평행하는 안테나(340)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.

상기 안테나(340)는 상기 선형 챔버(331)의 내부에 수용되며, 이때 상기 안테나(340) 및 상기 선형 챔버(331)의 사이는 절연체(미도시)로 절연될 수 있다.

상기 안테나(340)는 상기 선형 챔버(331)의 내부로 입력되는 마이크로파를 선형 챔버(331)의 길이방향으로 확산시켜서 상기 선형 챔버(331)에 형성된 슬릿(331a)의 길이방향 전체에서 마이크로파가 자기장을 향해 고르게 조사되도록 한다.

도 16은 도 1 내지 도 11에 도시된 막대 자석과 다른 구조의 막대 자석을 도시하는 도면이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 추가적인 다른 실시예에 따라, 막대 자석(20, 200)은 그 양극의 말단에서 타깃(10, 100)의 내면에 근접한 각각의 모서리 영역은, 막대 자석(20, 200)의 수평면 및 수직면과 평행하지 않은 두 경사면(20a, 20b, 200a, 200b) 및 두 경사면(20a, 20b, 200a, 200b) 사이 경계의 첨예부(20c, 200c)를 포함하도록 형성될 수 있다.

이러한 막대 자석(20, 200)의 구조는 타깃(10, 100) 표면의 자기장의 세기를 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 첨예부(20c, 200c)를 형성함에 따라 타깃(10, 100) 표면에서의 자기장의 세기는 증가될 수 있다. 특히, 플라즈마가 있는 ECR 지역을 지나가는 자기력선이 타깃(10, 100)과 만나는 표면에서의 자기장의 세기를 국부적으로 증가시켜서 전자의 미러링 효과를 증가시킬 수 있기 때문에 플라즈마 밀도가 향상될 수 있다.

한편, 이러한 막대 자석(20, 200)의 구조는 앞서 설명한 각각의 실시예들에 적용되어, 추가의 다른 실시예들에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치를 포함할 수 있고, 이러한 추가의 다른 실시예들에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치들은 막대 자석(20, 200)이 도 16에 도시된 구조를 갖는 것을 제외하고는 앞서 설명한 내용과 모두 중복되므로 반복 설명은 생략한다.

추가적인 다른 실시예로서, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 각각의 실시예들에 따른 플라즈마 스퍼터링 장치들의 막대 자석(20, 200)은 타깃(10, 100) 내에서 스윙(swing) 가능하게 배치될 수 있다.

즉, 막대 자석(20, 200)은 막대 자석(20, 200)이 도 1 내지 도 11에 도시된 바와 같이 타깃(10, 100)의 내면에 근접한 상태를 유지하면서 스윙하도록 배치될 수 있다.

막대 자석(20, 200)을 스윙 가능하게 하는 구성에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 타깃(10, 100)의 중심에 배치되는 샤프트, 샤프트에 막대 자석(20, 200)을 연결하는 연결체, 샤프트를 정방향 및 역방향 회전시키는 구동장치 등을 통해 스윙 가능하게 설치될 수 있다.

막대 자석(20, 200)을 스윙 가능하게 구성함에 따라, 기판에 입사하는 스퍼터된 입자의 입사각을 조절할 수 있기 때문에 다양한 증착 공정을 가능하게 하며, 특히 3차원 구조의 증착에 더 유용하다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (26)

1. 회전 가능하게 구비되는 실린더 형상의 타깃(10);
   상기 타깃(10) 내에서 상기 실린더 형상의 원에 내접하는 가상의 이등변 삼각형의 밑변에 대응하게 배치되는 막대 자석이고, 상기 타깃(10)의 길이방향으로 연장되고 양극은 상기 원의 지름 양끝 방향에 위치하여 상기 타깃(10)의 외부에 자기장을 형성하는 막대 자석(20); 및
   상기 타깃(10)에 스퍼터링을 위한 전압을 인가하는 전원장치(미도시)를 포함하는,
   플라즈마 스퍼터링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자기장은 875 가우스(Gauss)의 공명 자기장을 포함하는,
   플라즈마 스퍼터링 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 막대 자석(20)은 상기 타깃(10)의 길이 이하의 길이를 갖는 하나가 상기 타깃(10)의 내부에 배치되고,
   상기 자기장은 상기 타깃(10)의 길이방향을 따라 면으로 형성되는,
   플라즈마 스퍼터링 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 막대 자석(20)은 다수가 상기 타깃(10)의 내부에서 그 길이방향으로 배열된 집합체이고,
   상기 자기장은 상기 타깃(10)의 길이방향을 따라 면으로 형성되는,
   플라즈마 스퍼터링 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 막대 자석(20)은 양극 각각이 상기 타깃(10)의 실린더 형상의 중심으로부터 30 내지 60도 방향에 위치하도록 상기 타깃(10) 내부에 배치되는,
   플라즈마 스퍼터링 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 막대 자석(20)은 양극 방향의 양측 끝단이 아래 방향으로 테이퍼진,
   플라즈마 스퍼터링 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 막대 자석(20)은 상기 타깃(10)의 길이에 대응하는 길이를 갖고,
   상기 막대 자석(20)의 길이방향의 양끝 각각에 이웃하면서 상기 타깃(10)의 외곽에 위치하며 상기 막대 자석(20)보다 낮은 높이로 배치되는 제1 미러 자석(31)을 더 포함하는,
   플라즈마 스퍼터링 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 타깃(10)의 외곽에서 상기 타깃(10)의 외곽에 위치하는 각각의 제1 미러 자석(31)을 둘러싸는 절연체(40)를 더 포함하는,
   플라즈마 스퍼터링 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 타깃(10)의 외곽에 위치하는 각각의 제1 미러 자석(31)에 이웃하되 상기 제1 미러 자석(31)보다 외곽에 위치하고 상기 제1 미러 자석(31)보다 낮은 높이로 배치되는 제2 미러 자석(32)을 더 포함하고,
   상기 제2 미러 자석(32)은 상기 제1 미러 자석(31)과 함께 상기 절연체(40)로 둘러싸인,
   플라즈마 스퍼터링 장치.
10. 회전 가능하게 구비되는 실린더 형상의 타깃(100);
    상기 타깃(100) 내에서 상기 실린더 형상의 원에 내접하는 가상의 이등변 삼각형의 밑변에 대응하게 배치되는 막대 자석이고, 상기 타깃(100)의 길이방향으로 연장되고 양극은 상기 원의 지름 양끝 방향에 위치하여 상기 타깃(100)의 외부에 자기장을 형성하는 막대 자석(200);
    상기 타깃(100)의 외부에서 상기 막대 자석(200)의 양극 방향에 각각 배치되어, 상기 자기장을 향해 마이크로파를 조사하는 2개의 마이크로파 도입부(300); 및
    상기 타깃(100)에 스퍼터링을 위한 전압을 인가하는 전원장치(미도시)를 포함하는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 자기장은 875 가우스(Gauss)의 공명 자기장을 포함하고,
    상기 2개의 마이크로파 도입부(300)는 상기 875 가우스 자기장 방향으로 2.45 GHz의 마이크로파를 조사하는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
12. 제10항에 있어서,
    상기 막대 자석(200)은 상기 타깃(100)의 길이 이하의 길이를 갖는 하나가 상기 타깃(100)의 내부에 배치되고,
    상기 자기장은 상기 타깃(100)의 길이방향을 따라 면으로 형성되고,
    상기 2개의 마이크로파 도입부(300)는 상기 마이크로파를 상기 자기장을 향해면으로 조사하는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
13. 제10항에 있어서,
    상기 막대 자석(200)은 다수가 상기 타깃(100)의 내부에서 그 길이방향으로 배열된 집합체이고,
    상기 자기장은 상기 타깃(100)의 길이방향을 따라 면으로 형성되고,
    상기 2개의 마이크로파 도입부(300)는 상기 마이크로파를 상기 자기장을 향해 면으로 조사하는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막대 자석(200)은 양극 각각이 상기 타깃(100)의 실린더 형상의 중심으로부터 30 내지 60도 방향에 위치하도록 상기 타깃(100) 내부에 배치되는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
15. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막대 자석(200)은 양극 방향의 양측 끝단이 아래 방향으로 테이퍼진,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
16. 제10항에 있어서,
    상기 막대 자석(200)은 상기 타깃(100)의 길이에 대응하는 길이를 갖고,
    상기 막대 자석(200)의 길이방향의 양끝 각각에 이웃하면서 상기 타깃(100)의 외곽에 위치하며 상기 막대 자석(200)보다 낮은 높이로 배치되는 제1 미러 자석(410)을 더 포함하는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
17. 제16항에 있어서,
    상기 타깃(100)의 외곽에서 상기 타깃(100)의 외곽에 위치하는 각각의 제1 미러 자석(410)을 둘러싸는 절연체(500)를 더 포함하는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 타깃(100)의 외곽에 위치하는 각각의 제1 미러 자석(410)에 이웃하되 상기 제1 미러 자석(410)보다 외곽에 위치하고 상기 제1 미러 자석(410)보다 낮은 높이로 배치되는 제2 미러 자석(420)을 더 포함하고,
    상기 제2 미러 자석(420)은 상기 제1 미러 자석(410)과 함께 상기 절연체(500)로 둘러싸인,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
19. 제10항에 있어서,
    상기 각각의 마이크로파 도입부(300)는,
    마이크로파 생성기(미도시);
    상기 마이크로파 생성기에서 공급되는 마이크로파를 상기 타깃(100)의 상기 막대 자석(200)이 위치하는 부근에 자기장이 형성되기 위한 전력 레벨로 증폭시키는 증폭기(310);
    상기 증폭기(310)에 연결되어 마이크로파를 전송하는 동축케이블(320);
    상기 타깃(100)의 양측에 배치되고, 상기 동축케이블(320)로부터 마이크로파가 입력되고, 입력된 마이크로파를 상기 타깃(100)의 아래 방향으로 조사하는 마이크로파 조사부(330)를 포함하고,
    상기 마이크로파 조사부(330)는 상기 타깃(100)의 길이방향을 따라 연장되는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
20. 제19항에 있어서,
    상기 마이크로파 조사부(330)는,
    상기 타깃(100)의 길이 이상의 길이를 갖고 상기 타깃(100)과 평행하게 배치되는 선형 챔버(331)를 포함하고,
    상기 선형 챔버(331)는 상기 선형 챔버(331)의 길이방향을 따라 형성되어 마이크로파를 상기 단일 자기장을 향해 조사하기 위한 슬릿(331a)을 포함하는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
21. 제19항에 있어서,
    상기 마이크로파 조사부(330)는,
    상기 타깃(100)의 길이 이상의 길이를 갖고 상기 타깃(100)과 평행하게 배치되는 선형 챔버(331)를 포함하고,
    상기 선형 챔버(331)는 상기 선형 챔버(331)의 길이방향을 따라 배열되어 마이크로파를 상기 단일 자기장을 향해 조사하기 위한 다수의 슬릿(331a)을 포함하는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
22. 제19항에 있어서,
    상기 마이크로파 조사부(330)는,
    일정 길이를 갖고 상기 타깃(100)의 길이방향을 따라 배열되는 선형 챔버(331)들을 포함하고,
    각각의 선형 챔버(331)는 마이크로파를 상기 단일 자기장을 향해 조사하기 위한 슬릿(331a)을 포함하고,
    상기 증폭기(310) 및 상기 동축케이블(320)은 상기 각각의 선형 챔버(331)에 마이크로파를 전송하도록 다수 구비되는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
23. 제20항에 있어서,
    상기 마이크로파 조사부(330)는,
    상기 선형 챔버(331)의 내부에 상기 선형 챔버(331)의 길이방향에 평행하는 안테나(340)를 더 포함하는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
24. 제19항에 있어서,
    상기 증폭기(310)는 반도체 증폭기(Solid State Power Amplifier)인,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
25. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 막대 자석(20, 200)의 상기 양극의 말단에서 상기 타깃(10, 100)의 내면에 근접한 각각의 모서리 영역은, 상기 막대 자석(20, 200)의 수평면 및 수직면과 평행하지 않은 두 경사면(20a, 20b, 200a, 200b) 및 상기 두 경사면(20a, 20b, 200a, 200b) 사이 경계의 첨예부(20c, 200c)를 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
26. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 막대 자석(20, 200)은 상기 타깃(10, 100) 내에서 스윙(swing) 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 스퍼터링 장치.
    
    

Images