KR0178555B1 - 회전 마그네트 캐소드를 갖는 마그네트론 스퍼터 코팅 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 걸쳐 플라즈마 트랩핑 폐쇄 자기장 또는 터널을 스퍼터링 타겟 표면상에 발생시키기 위해 스퍼터링 타겟 표면과 대향하여 스퍼터링 타겟 뒤에 위치 설정된 마그네트가 타겟의 표면에 걸쳐 바람직한 평균 스퍼터링 분포를 제공하도록 형성되고 스퍼터링 코팅 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명에 따르면, 마그네트는 바람직하게는 영구자석이고, 이 영구 자석은 가요성 자기 스트립으로 형성된 자기 재료의 폐쇄된 루프를 포함한다. 상기 스트립은 폐쇄 루프가 놓여 있는 평면에서 통상 스트립의 횡단 방향으로 이격된 극성을 갖는다. 마그네트 함유 플라스틱의 가요성 적층 스트립으로 형성된 마그네트는 복수의 외향 볼록 만곡부를 포함하는 복수의 만곡부를 갖는 형상으로 스퍼터링 타겟 뒤에, 타겟의 외부림 근처에 및, 스트립이 타겟 중심 근처를 통과하나 중심을 관통하지 않는 적어도 일 지점에서 회전판상에 배열되어 있다. 자기장에 의해 트랩핑된 플라즈마가 타겟 표면상에 바람직한 부식 패턴을 제공하도록 소정 시간 동안 상기 중심으로부터 여러 변경으로 스퍼터링 타겟의 여러 부분에 걸쳐 존재하는 방식으로 마그네트가 형성된다.

Description

[발명의 명칭]

회전 마그네트 캐소드를 갖는 마그네트론 스퍼터 코팅 장치 및 그 방법

[발명의 분야]

본 발명은 스퍼터 코팅(sputter coating)에 관한 것이며, 특히 스퍼터링 캐소드 타겟(cathode target)에 대해 이동 가능한 마그네트를 채용한 마그네트론 강화 스퍼터 코팅 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

[발명의 배경]

스퍼터 코팅은 보통 화학적 불활성 가스로 충진된 진공 챔버에서 실행되는 공정이며, 챔버내에서 기판은 챔버 벽 또는 다른 양극(anode)에 대해 음전위를 받게 피는 스퍼터링 재료의 타겟으로부터의 재료로 코팅된다. 타겟 표면에 인접한 전위 구배는 타겟으로부터 전자를 방출시켜서 접지된 챔버 벽에 의해 부분적으로 형성된 챔버 양극쪽으로 전자의 진로상에서 약간의 불활성 가스를 타격하고 이온화 시킨다. 이렇게 형성된 양이온은 네가티브 타겟에 흡인되어 네가티브 타겟을 타격하고 타겟 재료에 운동량을 전달하며, 타겟 표면으로부터 재료의 입자를 방출시킨다. 통상, 기판 표면이 타겟과 마주보는 챔버에 위치 설정되는 코팅될 기판은 기판 표면에 부착되어 코팅되는 차간의 상기 방출 입자를 받아들인다.

마그네트론 스퍼터링에 대해 통상 타겟 표면에 평행하고 많은 적용에서 폐쇄된 자기 터널 형태인 자기장 라인을 포함하는 자기장이 타겟 표면 위에 형성된다. 자기장은 방출된 전자들을 굴곡된 나선 경로로 이동시키며 방출된 전자들을 자기장에 의해 덮혀진 타겟 표면에 근접한 영역에 트랩핑시키고, 이에 의해 가스 원자와의 전자 충돌율을 증가시킨 다음에 가스의 이온화 및 스퍼터링 공정의 효율을 증가시킨다.

단차 웨이퍼를 스퍼터 코팅하는 방법 및 장치라는 명칭으로 1989 년 4 월 17 일자로 출원된 미국특허출원 제07/339,308호는 현재 미국특허 제4,957,605호로서 본 명세서에서 참조하였고, 한 쌍의 동심적 플라즈마 링 형상을 야기하는 동심적 환형 전자석이 오목 환형 타겟에 설치된 스퍼터 코팅 장치 및 그 방법을 기술하고 있다. 타겟 파워 레벨이 자석 코일에 대한 전류의 전환과 동기화로 전환되는 동안 플라즈마 링은 교류에 의해 교대로 여자되어 자석 코일을 여자시킨다. 이는 타겟 표면의 내외부 동심 영역으로부터 상이한 스퍼터링 비율을 야기하여 각 영역의 스퍼더링이 코팅될 기판 또는 웨이퍼에 증착된 스퍼터링 재료의 상이한 분포 특성을 야기한다. 2 개의 타겟 영역의 활성화에 영향을 미치는 상대 매개 변수를 변화시키므로써 기판 표면상에서 코팅 균일성을 제어할 수 있으며, 이는 단차식 반도체 웨이퍼의 상이하게 대향하는 표면상에서 특히 중요하다. 상술한 특허출원은 타겟과 플라즈마의 활성화에 관련하는 전기적 매개 변수와 타겟 형상에 의해 야기되는 코닝 효과를 특히 설명한다.

마그네트론 스퍼터 코팅 방법에 있어서, 스퍼터링 타겟으로부터 스퍼터링 재료는 자기장에 의해 트랩핑된 플라즈마의 밀도가 가장 높은 타겟 영역에서 가장 빠르게 일어난다. 이는 플라즈마 밀도에 비례하여 타겟 표면으로부터 스퍼터링 재료의 소모 또는 부식을 야기한다. 보통, 스퍼터링 타겟 표면의 다른 부분의 스퍼터링 재료의 부식은 타겟 표면의 다른 부분에 걸쳐 있는 플라즈마의 강도 및/또는 지속 기간에 비례하여 변화하는 비율로 일어난다.

종래 기술에서 타겟의 이동 또는 자기장의 이동에 의해 스퍼터링 타겟 표면에 관련한 자기장을 이동시키는 것이 특정 용도에 한정되어 제안되었다. 각각에 대한 타겟 노는 자기장의 상대적인 이동은 많은 경우에 타겟의 표면에 걸쳐 스퍼터링 타겟의 보다 균일한 소모 또는 부식을 제공한다. 이러한 장치는 많은 이유로 만족스럽지 않았다.

스퍼터링 타겟으로부터 자기장에 대해 타겟을 이동시키는 스퍼터링에 있어서, 타겟 재료의 균일한 소비를 위해 바람직한 부식 패턴이 때때로 달성되지만, 통상 상기 부식 패턴은 코팅될 기판의 표면에 스퍼터 코팅 재료를 적당히 또는 바람직한 분포를 제공하지 못한다. 또한, 종래 기술의 장치는 비균일한 부식 패턴에 영향을 미치도록 타겟 표면에 대한 이동성 플라즈마의 지속 기간 또는 플라즈마의 분포를 충분히 제거하지 못했다.

또한, 종래 기술의 회전 마그네트 장치는 타겟의 전체 표면을 스퍼터링하기 위해선 효과적이었다. 타겟의 소정 영역으로부터 적어도 일부가 스퍼터링되지 않은 것은 타겟의 다른 부분으로부터 스퍼터링이 일어나고 있지 않는 부분상에 스퍼터링 재료와 재증착을 야기할 수도 있다는 것을 알았다. 이는 바람직하지 않는 스퍼터링 재료의 적층을 야기한다.

따라서, 스퍼터링 타겟에 대해 이동할 수 있고 타겟 표면 전체에 걸쳐 스퍼터링 분포를 정밀하게 제어할 수 있는 마그네트를 채용하는 기판 스퍼터 코팅 방법 및 그 장치를 제공할 필요가 있다.

마그네트 구조체와 타겟이 서로에 대하여 회전할 때, 종래 기술의 장치는 타겟의 중심 및 가장자리 영역과 같은 타겟 표면의 일정한 영역에 충분한 스퍼터링을 제공하지 못했고, 또한 기판에 적당한 코팅 균일성을 양산하기 위해 바람직한 부식 패턴을 발생시키는 효과적인 방식으로 타겟 표면에 걸쳐 스퍼터링을 효과적으로 분포하는데 실패했다.

[발명의 개요]

본 발명의 목적은 걸쳐 플라즈마 트랩핑 폐쇄 자기장 또는 터널을 스퍼터링 타겟 표면상에 발생시키기 위해 스퍼터링 타겟 표면과 대향하여 스퍼터링 타겟 뒤에 위치 설정된 마그네트가 타겟의 표면에 걸쳐 바람직한 평균 스퍼터링 분포를 제공하도록 형성되고 회전되는 스퍼터링 코팅 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 보다 특별한 목적은 타겟중 스퍼터링되지 않은 부분이 발생하지 않는 회전 마그네트론 스퍼터링 장치를 제공하여, 타겟상에 스퍼터 재료의 재증착에 의한 적층(build-up)을 방지하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스퍼터링중 앞에 마그네트 구조체가 회전할 때 기판상에 바람직한 코팅 증착을 생성할 수 있는 마그네트 구조체를 갖는 회전 마그네트 스퍼터링 타겟 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 회전 마그네트 구조체가 스퍼터링 캐소드 조립체용 냉각 유체의 순환을 원활하게 하는 스퍼터 코팅 장치의 회전 마그네트 구조체를 제공하는 것이다.

본 발명의 원리에 따르면, 패쇄된 자기장을 타겟 표면에 걸쳐 발생시키도록 스퍼터링 타겟 뒤에 배치된 마그네트를 갖는 캐소드 조립체 포함된 스퍼터링 타겟을 갖는 스퍼터 코팅 장치가 제공된다. 마그네트는 자기장 스퍼터링 타겟의 표면 위로 회전하도록 회전 가능하게 장착된다. 마그네트는 타겟의 중심으로부터 소정 방식으로 이 중심으로부터의 반경을 변화시키는 비율로 타겟의 외부림까지 스퍼터링을 발생시키기 위해 타겟에 대해 형성된다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 마그네트는 바람직하게는 영구자석이고, 이 영구 자석은 가요성 자기 스트립으로 형성된 자기 재료의 폐쇄된 루프를 포함한다. 상기 스트립은 폐쇄 루프가 놓여 있는 평면에서 통상 스트립의 횡단 방향으로 이격된 극성(Nole)을 갖는다. 마그네트 함유(impregnate) 플라스틱의 가요성 적층 스트립으로 형성된 마그네트는 복수의 외향 볼록 만곡부를 포함하는 복수의 만곡부를 갖는 형상으로 스퍼터링 타겟 뒤에, 타겟의 외부림 근처에 및, 스트립이 타겟 중심 근처를 통과하나 중심을 관통하지 않는 적어도 일 지점에서 회전판상에 배열되어 있다. 자기장에 의해 트랩핑된 플라즈마가 타겟 표면상에 바람직한 부식 패턴을 제공하토록 소정 시간 동안 상기 중심으로부터 여러 변경으로 스퍼터링 타겟의 여러 부분에 걸쳐 존재하는 방식으로 마그네트가 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 마그네트는 일 극이 회전판의 외부 엣지를 향하는 다른 극이 회전축을 향하는 방법으로 분극화되므로써, 특히 외부 엣지에서 자장이 자석으로부터 발생하고 타겟 외부림을 지나서 연장하는 확대된 마그네트 구조체를 제공할 필요가 없이 타겟림으로부터 스퍼터링을 용이하게 하기 위해 타겟의 외부림을 에워싼다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상이한 자석 재료의 고정된 럼프(lump)식 자석은 일정한 소정 자장 형상을 제공하기 위해 자기장 부분에 선택적으로 영향을 미치도록 하기 위하여 자기 루프를 따라 여러 지점에 위치 설정된다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 럼프식 마그네트는 일 극이 타겟쪽으로 배향되고 다른 극이 타겟으로부터 벗어난 방향으로 배향되므로써, 럼프식 마그네트에 의해 발생된 자기장은 자기장을 여러 지점에서 날카롭게 하기 위해 자기 루프에 의해 제공된 자기장과 협력한다. 특히, 일정한 럼프식 마그네트는 마그네트가 축에 가장 가깝게 접근하는 루프의 지점으로부터 회전축에 대향하게 설치된다.

이 방식에서, 타겟의 중심부를 가로질러 연장하지 않는 자기장의 작은 부분은 타겟의 중심력에 약간의 부식도를 제공하고 타겟의 중심부로부터의 스퍼터링을 제공하기 위해 중심부를 가로질러서 당겨진다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 럼프식 마그네트는 타겟의 가장자리 근처 루프의 최외단 세력 범위에 구비되어서 상기 부분에서의 자장을 보다 정교하게 형성한다.

본 발명의 또다른 목적에 따르면, 타겟 자체는 타겟 재료를 최대로 활용하기 위해 자기 형태로 발생된 스퍼터링 패턴과 협력하도록 형성된다. 이 경우에, 타겟은 비균일한 두께를 가지고, 예를 들면 도시한 실시예에서는 타겟의 외부 엣지 근처의 외부 영역에서 특히 더 두껍다.

자기장 강도를 변화시키거나 조절하는 이점이 있는 다른 실시예에 있어서, 어떤 마그네트, 특히 폐쇄된 루프 마그네트는 전자석일 수 있다.

본 발명의 또다른 목적에 따르면, 타겟은 타겟 네스트(nest)에 접합되거나 또는 밀접한 열전도 접촉 상태로 고정된다. 회전 마그네트를 감싸고 있는 타겟 네스트 뒤에 폐쇄된 공동이 구비되어 있다. 네스트 뒤의 공동에 냉각수를 주입하므로써 물 또는 다른 냉각 유체의 난류층이 유지된다. 상기 유체는 마그네트의 회전축에 가까운 타겟 조립체의 중심 근처 공간체 주입되어 회전 마그네트와 타겟 네스트 후면 사이의 좁은 공간을 통하여 유동한다. 상기 공간에서, 냉각 유체는 마그네트 구조제의 회전에 의해서 그리고 보다 상세히는 마그네트 자체의 융기면에 의해서 네스트의 후면을 따라서 그리고 바깥쪽으로 추진되고, 네스트의 표면 부근에 냉각수의 난류막이 구비피어 물 흐름과 냉각 효과를 향상시킨다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과, 이점들은 도면에 대한 하기 상세한 설명으로부터 보다 쉽게 이해될 것이다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 원리를 구체화한 장치의 바람직한 실시예의 타겟 조립체 단면도.

제2도는 회전판과 마그네트 조립체의 정면을 도시하는 제1도의 2-2선을 따라 절취한 도면.

제3도는 제2도의 3-3선을 따라 절취한 단면도.

제4도는 제2도의 4-4선을 따라 절취한 단면도.

제5도는 다른 회전 마그네트 조립체 형태를 도시한 제2도와 유사한 도면.

제6도는 본 발명의 일정 특징에 따른 주 마그네트에 대한 양호한 자극 방향을 도시하는 한 세트의 다이아그램(A 내지 D).

제7도는 본 발명의 일정 특징에 따른 양호한 보조 자기 장치를 도시한 한 세트의 다이아그램(A 내지 D).

제8도는 본 발명의 다른 특징에 따른 양호한 보조 자기 장치를 도시한 한 세트의 다이아그램(A 내지 B).

[발명의 상세한 설명]

본 발명과 관련하는 형식의 마그네트론 스퍼터링 장치는 하기와 같이 양도된 미국특허 및 공동 출원한 미국특허출원에 기술되어 있고, 본 명세서에서는 본 출원에 대한 참고로 소개한다:

웨이퍼 형상 재료를 처리 및 가공하기 위한 방법 및 장치라는 명칭의 미국 특허 제 4.909.695호 및 제4,915,564호; 및

단차식 웨이퍼를 스퍼터 코팅하는 방법 및 장치라는 명칭의 1989 년 4 월 17일자로 출원된 미국특허출원 제 07/339,308호로서 현재 미국특허 제4,957,605호.

제1도는 본 발명의 원리에 따른 스퍼터 코팅 장치의 스퍼터 코팅 가공 챔버(10)를 단면도로 도시한다. 챔버(10)는 미국특허 제4,909,695호에 기술된 스퍼터 가공 장치의 일부분이다. 가공 챔버(10)는 주 챔버(11)의 격리부에 형성된 진공 가공 챔버이다. 주 챔버(11)는 플리넘(plenum) 벽(14)에 의해 가공 환경(12)의 대기로부터 격리된다. 가공 챔버(10)는 플리넘 벽(14)내의 개구(15; 밀봉 상태로 도시)를 통하여 주 잼버(11)와 연통할 수 있다.

미국특허 제4,909,695호에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 개구(15)의 밀봉은 밀봉 관계로 플리넘 벽(14)과 후방 평면부(16) 사이에 이송부재(17)를 클램핑하는 디스크형 회전식 웨이퍼 이송부재(17)의 일부에 대한 가공 챔버 후방 평면부(16)의 선택적 이동에 의해 주 챔버(11)로부터 상기 챔버(10)를 격리하고, 이에 의해 가공 챔버(10)내에서 후방 평면 공간(19)을 감싸고 주 챔버(11)로부터 상기 챔버(10)를 격리한다,

이송부재(17)의 전방 평면부상에서 후방 평면부(16)에 대향하여, 가공 챔버(10)는 개구(15)를 감싸는 플리넘 벽(14)에 대해 진공 밀봉 관계로 장착된 캐소드 조립제 모듈(20)을 갖는 가공 환경(12)으로부터 격리된다. 모듈(20) 또는 가공 챔버 전방 평면부는 주 챔버(11)와 가공 외부 환경(12) 모두로부터 격리된 밀봉 격리 가공 챔버를 형성하기 위해 후방 평면부(16)와 이송부재(17)와 협력한다.

가공 챔버(10)내에는 평평한 실리콘 웨이퍼 또는 디스크 형태인 기판 또는 작업편(21)이 있고, 이 기판은 가공 챔버(10)내에서 실행되는 스퍼터 코팅 방법으로 코딩이 증착되는 표면(22)을 갖는다. 웨이퍼(21)는 이송부재(17)에 의해 탄성적으로 지지되는 웨이퍼 홀더(25)에 한 세트의 클립 또는 다른 유지 기구(24)에 의해 유지된다. 이송부재(17)는 홀더(25)와 작업편 또는 웨이퍼(21)를 개구(15)와 일치시키므로써 주 챔버 내에서 회전 가능하고, 가공 챔버(10)는 플리넘 벽(14)에 대해 이송부재(17)를 이동시키도록 후방 평면부(16)의 횡방향 이동에 의해 홀더(25)상에서 웨이퍼(21) 둘레에 형성될 수 있다. 이송부재(17)는 도시하지는 않았지만 상술된 특허 제4,909,675호 및 특허 제4,915,564호에 보다 상세하게 설명되어 있는 회전 인덱스(index)판에 의해 지지되는 횡방향으로 이동 가능한 링이다.

상기 양호한 실시예에서, 웨이퍼(21)는 플리넘 벽(14)의 개구(15)와 동심적인 가공 챔버(10)의 중심축(27)과 수직하며 이와 동심적인 평면에 지지된다.

홀더(25)상의 웨이퍼(21)를 감싸는 것은 디스크(29)이며, 이 디스크는 웨이퍼(21)의 표면(22)에 코팅이 지나치게 축적되거나 간과되는 것으로부터 홀더(25)를 적어도 부분적으로 보호한다. 가공 챔버(10)가 웨이퍼 이송부재(17), 웨이퍼 출더(25), 및 후방 평면부(16)의 특정 상세를 포함하는 스퍼터링 장치의 세부 사항이 상술한 미국특허 제4,909,695호 및 제4,915,564호에 설명되고 도시되어 있다.

캐소드 조립체 모듈(20)은 2개의 조립체 즉, 분리 가능한 캐소드 조립체(30)와 고정된 조립체(31)를 포함한다. 고정된 조립체(31)는 개구(15)를 감싸고 있는 플리넘 벽(14)에 대해 밀봉 관계로 단단히 장착된 환형 덮개(enclosure)이다. 이 조립체는 플리넘의 프레임(14)에 전기적으로 접지된 챔버(10)의 원통형 금속 측벽(33)과, 개구(15)를 감싸는 웨이퍼 홀더 실드(sllield; 34) 및 챔버 도어 프레임 조립체 (35)를 포함한다.

캐소드 조립체(30)는 힌지식 도어 조립체(37)에 장착되고, 이 힌지식 도어 조립채는 캐소드 조립체(30)를 고정된 조립체(31)에 대해 분리 가능하지만 밀봉 가능하게 지지한다. 캐소드 조립체(30)는 연속적인 매끄러운 오목한 스퍼터링 표면(41)과 후방 표면(39)을 갖는 원형 타겟인 스퍼터링 타겟(40)을 지지한다. 조립체(30)는 타겟의 축이 챔버(10)의 축(27)과 정렬하고 그 스퍼터링 표면(41)이 코팅될 웨이퍼(21)의 표면(23)과 직면하는 타겟(40)을 지지한다.

타겟(40)은 표면(39)과 일치하고 축(27)과 동심적인 전방 표면(43)을 갖는 타겟 네스트(nest; 42)에 지지되어 있다. 타겟(40)의 후방 표면(39)는 네스트(42)의 전방 표면(43)에 납땜되거나 다른 방법으로 접합되어 서로 밀접한 열 접촉 상태에 있게 한다. 타겟 후방 표면(39)은 냉각 표면이고, 타겟(40)의 홀더(42)에 장착될 때 홀더(42)의 표면(43)과 일치하며 이 표면과 밀접한 냉각 접촉 상태로 위치한다. 냉각 표면(43)과 마주하는 상기 네스트(42)의 뒤에는 열전도 타겟 홀더(42)를 냉각시킴으로서 스퍼터링하는 동안에 상기 타겟(40)에서 발생된 열을 제거하기 위해 일반적으로 물이 사용되는 냉각 유체의 순환을 위한 공간(44)이 있다. 상기 냉각 유체의 하기에서 설명하는 바와 같이 마그네트 조립체(50)내에서 흡입구(45)로부터 배출구(46)까지 상기 공간(44)의 내외부로 순환된다. 상기 공간(44)은 상기 네스트(42) 뒤에서 네스트(42)가 견고히 지지되고 볼트(49)로 고정되는 하우징 구조체(48)로 둘러싸인다.

상기 타겟(40) 표면의 형상은 모든 타겟(40)의 선반(lathe)상에서 스퍼터링 재료의 블록을 회전시킴으로써 형성될 수 있도록 되어 있다. 상기 타겟 홀더(40)는 열 전도 및 전기 전도 재료로 이루어져 있고, 양호하게는 뜨임 경화된 OFHC 구리 또는 합금으로 되어 있다.

상기 마그네트 조립체(50)는 나사식 단부(52)를 갖는 샤프트(51)를 포함하고, 이 샤프트(51)는 상기 네스트(42)의 후면 중심에서 나사식 보어(53)에 견고히 장착된다. 상기 조립체(50)는 또한 중심 홀(57)을 갖는 비자성 스테인레스강 또는 다른 상기 재료의 원형 디스크(56)를 구비하는 회전 가능한 마그네트 캐리어 조립체(55)를 포함하고, 상기 원형 디스크(56)가 베어링 조립체(59)와 하우징(48)을 통해 회전 가능하게 장착된 슬리브 조립체(58)에 견고히 장착되고 상기 축(27)상에서 샤프트(51)에 대해 회전하도록 상기 네스트(42)에 장착된다. 상기 회전 가능한 마그네트 조립체는 이와 함께 회전하도록 상기 디스크(56)상에 견고히 장착된 마그네트 구조체(60)를 더 포함한다. 상기 마그네트 구조체(60)는 상기 축(27)을 둘러싸고 전방 표면(43)과 마주하는 상기 네스트(42) 뒤 또는 아래에 놓이며 상기 네스트(42)의 표면(43)상에 장착된 타겟(40)의 스퍼터링(41)위에서 폐쇄 자기장을 발생하도록 충분히 근접한다. 상기 샤프트(51)는 네스트(42)와 하우징(48)사이의 내부 냉각 챔버(44)에서 흡입구(45)와 연통하여 연장되는 냉각 유체 흡입 도관(62)를 갖는다. 상기 하우징(48)은 그 엣지 부근에 상기 냉각 공간(44)에 있는 유체 배출구(46)와 연통하는 냉각 유체 배출 도관(63)을 장착한다.

마그네트 회전 구동 모터(65)에 장착된 브래킷(64)이 상기 하우징(48)의 후면에 설치되어 있다. 상기 모터(65)는 톱니를 가진 구동 휘일(67)이 톱니를 가진 구동 벨트(68)를 구동시키기 위해 샤프트 단부에 장착된 출력 샤프트(66)를 갖는다. 상기 벨트(65)는 구동 기어(72)에 장착된 자유 단부(71)를 가지며 하우징을 통해 연장되어 하우징(48)상에 회전 가능하게 장착된 구동 샤프트(70)에 부착되는 톱니를 갖는 구동 휘일(69) 주위로 연장된다.상기 구동 기어(72)는 회전 가능한 마그네트 조립체(55)의 디스크(56)에 부착된 결합(maling) 기어(74)와 맞물리는 공간(44)내에 위치한다. 따라서, 상기 모터(65)가 작동될 때 상기 모터(65)는 상기 타겟(40)의 스퍼터링 표면(41)상에서 자기장이 회전하도록 상기 타겟 네스트(42)뒤에서 마그네트 구조체(60)를 회전시키기 위해 상기 마그네트 조립체(55)를 회전시킨다. 상기 마그네트 구조체(60)의 구성과 마그네트 조립체(55)상의 배열에 관한 상세한 설명은 제2도 내지 제4도를 참조하여 하기에 더욱 상세히 설명한다.

제2도에서, 본 발명의 양호한 실시예에 따라, 상기 마그네트 구조체(60)는 디스크 또는 플레이트(56)상에 지지되어 있다. 상기 마그네트 구조체(60)는 상기 플레이트(56)상에 폐쇄된 불규직한 루프(loop)내에 배열된 다수의 적층된 가요성 플라스틱 리본 마그네트(ribbon magnet ; 80)로 구성된 플라스틱을 함유한 가요성 마그네트 스트립이다. 상기 주(리본) 마그네트(80)의 형상은 상기 마그네트가 회전할 때 상기 타겟의 주어진 반경에서 플라즈마의 강도와 지속 기간이 상기 타겟상에 바람직한 코팅 분포를 생산하기 위해 필요한 소정 평균 비율로 스퍼터링을 일으키도록 선택된다. 상기 타겟(40)의 두께는 스퍼터링 분포의 요구에 따라 재료를 공급하기 위해 상기 타겟과 반경을 가로질러 변화한다.

상기 기본 마그네트(80)는 5개의 클램핑 블록(81 내지 85)에 의해 축(27)을 둘러싸는 소정 형상으로 제위치에 유지된다. 상기 리본 마그네트(80)는 상기 마그네트의 한쪽 극성이 디스크(56)의 외부 림(87)과 클램핑 블록(81,83,84,85)을 향해 외향으로 향하고 다른 극성이 클램핑 블록(82)을 향해 내향으로 향하도록 분극된다. 도시된 특정 실시예에서, 각각의 리본 마그네트들은 내부를 향하는 N 극과 외부를 향하는 S극을 갖는다.

클램프(94)에 의해 상기 블록(82)에 유지되는 3개의 영구자석인 보조 자기 수단(90.91.92)은 클램핑 블록(82)에 장착되어 중심축(27)에 대하여 위치 설정된다. 상기 각 마그네트(90.91,92)는 그 N 극이 타겟 네스트를 향하고 그 S 극이 플레이트(56)를 향하고 있다. 도시된 상기 특정 실시예에 있어서, 상기 마그네트(90)의 N극은 중심축(27)을 향해 약 45°각도로 경사져 있는데 반해 상기 마그네트(91,92)들을 상기 축(27)에 평행하게 배향되어 있다.

마그네트 구조체(60a)의 다른 실시예가 제5도에 도시되어 있고, 제2도 실시예의 마그네트 구조체(60)와는 다른 형상으로 도시되어 있다. 상기 마그네트 구조체(60a)의 리본 마그네트(80a)는 적절한 형상의 클램핑 블록(81a 내지 85a)을 통해 상기 디스크(56)에 고정되어 있다. 상기 실시예에서는 클램프(99)에 의해 상기 블럭(82a)에 고정된 다른 영구자석(95,96,97,98)이 구비되어 있고, 그 N극은 타겟과 네스트를 향하며 그 S극은 상기 캐소드 조립체의 축(27)과 평행한 축과 플레이트(56)를 향하고 있다.

상기 마그네트들은 상기 기판(20)상에 코팅 재료의 소정 분포, 일반적으로 균일한 분포를 달성하도록 분배되는 방법으로 상기 타겟(40)으로부터 스퍼터링을 발생시키기 위해 상기 캐리어 플레이트(56)상에 배열된다. 원형 타겟(40)과 원형 기판(20) 및 상기 타겟(40)과 기판(20)의 중심을 관통하는 축(27)에 관해 회전하는 마그네트 조립체에 대해 도시된 상기 실시예에서와 같이, 상대적인 평균 스퍼터링 비율은 타겟 중심으로부터 소정 반경에서 일정하게 되지만 상기 축(27)으로부터의 거리에 따라 변화할 수도 있다. 상기 변화성은 일정하게 되지만 상기 축(27)으로부터의 거리에 따라 변화할 수도 있다. 상기 변화성은 주어진 반경에서 타겟 표면의 이온 충격(bombardment)의 평균 강도에 관한 함수이고, 또한 상기 주어진 반경에서 타겟 영역에 걸친 평균 플라즈마 밀도의 함수이다. 이 변화성은 어떤 주어진 반경에서 자기장에 의해 둘러싸인 원형부분에 비례하게 된다. 상기 원형 주위에 플라즈마 밀도를 집중 시키면 타겟 중심으로부터 주어진 반경에서 상기 타겟 표면(41)으로부터 대략적인 상대 스퍼터링을 얻게 된다.

상기 타겟의 모든 부분의 부식(erosion)을 얻기 위해, 상기 플라즈마는 타겟의 각 영역에 걸쳐 마그네트 조립체 회전의 일부에 의해 제공될 필요하다. 이것은 일정한 점에서 타겟 표면의 이온 충격의 전체적인 부족이 스퍼터링 재료의 재증착으로 초래되기 때문에 상기 타겟으로부터 재료 스퍼터링이 필요하지 않은 영역에 걸쳐서도 바람직하다. 이것은 상기 타겟의 엣지와 중심에서 종종 발생한다. 상기 타겟 엣지에 근접한 자기장을 생성하기 위한 난점은 특히 회전 마그네트를 갖는 큰 직경의 마그네트를 포함하기 위해 상기 캐소드 조립체를 확대하는 바람직하지 않은 상황에 기인한다. 회전 마그네트에 대해 회전축에 있는 상기 마그네트의 존재는 상기 마크네트가 타겟 중심을 통해 회전하지 않기 때문에 그 중심에서 과도한 스퍼터링을 일으킨다.

제6도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 특징중 하나는 일련의 다이아그램(A 에서 D)에 도시되어 있다. 제6도의 다이아그램 A에는 한 쌍의 마그네트(101,102)가 타겟(106)에 걸쳐 자기장(105)을 생성하기 위해 강철 캐리어(104)상에서 갭(103)으로 대향 이격되어 있는 마그네트 배열이 도시되어 있다. 상기 자기장(105)의 라인은 상기 마그네트(101,102)바로 상부와 타겟 표면과 대략 수직한 타겟(106)의 표면(107)으로부터 나타난다. 만약 상기 마그네트 구조체가 상기 타겟(106)에 대해 확대되지 않는다면, 이것은 스퍼터링을 일으키는 이온 충격을 수용하기 위해 상기 자기장(15)에 의해 트랩핑된 플라즈마로부터 너무 멀리 떨어진 상기 타겟(106)의 엣지(110)에 가까운 영역(109)에서 종종 나타난다. 결국, 스퍼터링 재료는 제6도의 다이아그램 B 에서 부식면으로 도시된 바와 같이, 상기 타겟(106)의 열역(109)상에 재증착된다.

제6도의 다이아그램 C 에 도시된 바와 같이 본 발명의 특징중 하나에 따르면, 상기 마그네트(80)는 상기 자기장 라인(112)이 상기 타겟(40)의 반경을 따라 각진 콤포넌트(component)를 갖는 마그네트(80)로부터 나와 다시 들어가도록 양극이 타겟과 평행하게 이격되어 캐리어 플레이트(56)로 배향되고, 가장 중요하게는 타겟 엣지(115)를 둘러싸고 그 중심으로부터 벗어나는 방향으로 향한다. 결국, 상기 플라즈마 부분은 재증착된 스퍼터링 재료의 축적을 방지하고, 원하는 바와 같이 상기 엣지로부터 어떤 부가적인 재료를 스퍼터링하기 위해 상기 타겟(40) 엣지 부근의 영역으로부터 스퍼터링을 충분히 일으키기 위해 상기 엣지에 충분히 근접한다. 결국, 상기 타겟의 부식면이 제6도의 다이아그램 D에서 참조부호 116 으로 나타낸 바와 같이 된다.

본 발명의 다른 특징메 따른 상기 타겟 중심에서 원하는 스퍼터링 비율의 생성이 제7도의 다이아그램 (A 내지 D)에 도시되어 있다. 제7도의 다이아그램 A를 참조하면, 상기 타겟(40)의 중심 부근 지점에서 주 마그네트(80)로부터의 자기장이 제7도의 다이아그램 A에 도시되어 있다. 상기 자기장 부분(120)은 상기 중심에서 타겟의 과도한 부식과 내부 소실을 방지하기 위해 타겟(40)의 중심축(27)으로두터 충분히 이격될 필요가 있다. 결국, 타겟 중심에서는 스퍼터링이 거의 발생하지 않고, 스퍼터링 재료나 재증착되어 타겟 중심에 쌓이는 경향이 생긴다. 보조 마그네트(90,91,92)의 자기장이 상기 리본 마그네트(80)의 자기장과 결합하여 합성 자기장(118)을 생성하도록 배향된 극성들을 갖는 보조 마그네트(90,91,92)를 상기 축(27)주위에 설치하는 것은 타겟 중심에서 재증착된 재료를 타겟으로부터 다시 스퍼터링시키기 위해 타겟 중심에 걸쳐서 플라즈마를 충분히 끌어당기고, 부가적으로 제7도의 다이아그램 D 에서 부식면(122)으로 도시된 바와 같이 타겟 중심에서 발생하는 과도한 스퍼터링없이 그 중심에서 스퍼터링되는 타겟의 다른 재료를 위해 타겟 중심체 걸쳐서 플라즈마를 끌어당긴다.

본 발명의 다른 특징에 따른 제5도의 마그네트(95 내지 98)와 같은 보조 마그네트는 제5도의 상기 리본 마그네트(80a)와 협력하며 상기 타겟의 부식을 재분포시키기 위해 자기장을 뚜렷하게 재형성한다. 제8도의 다이아그램 A에 도시된 바와 같이, 상기 마그네트(80a)의 자기장(130)은 예를 들어 상기 자기 터널의 내부 엣지와 같은 한쪽 엣지를 따라 과도한 스퍼터링을 일으킬 수도 있다. 제8도의 다이아그램 B에서와 같이 보조 마그네트(95)를 준비함으로써, 합성 자기장(131)은 원하는 부식 및 스퍼터링 분포 특성을 달성하기 위해 재형성된다.

상기 마그네트(80,80b)는 예를 들어 상기 마그네트와 네스트 후면 사이에 약 0.16cm(1/16인치)의 마그네트와 상기 마그네트 지지 블록(81 내지 84 및 81a 내지 84a)과 네스트 후면 사이에 약 0.24cm(3/32 인치)의 마그네트 사이의 틈새를 떠나서 타겟 네스트의 후면과 캐리어 조립체(55) 사이의 공간(44)내로 약 0.08cm(대략 1/32 인치)의 짧은 거리로 돌출되도록 크기가 정해진다. 그러므로, 그들의 구불구불한 외형으로 인해 상기 마그네트(80,80a)는 상기 마그네트 조립체(50)가 회전할 때 상기 공간(44)을 통해 냉각수가 몹시 거칠게 유동한다. 이것은 사용되는 냉각수 또는 냉각 유체가 제1도의 화살표 140 으로 도시된 바와 같이, 원심 펌프 작동에 의해 상기 네스트로부터의 열을 더욱 효과적으로 제거하고 중심부로부터 상기 공간(44)의 외부로 향하는 냉각수의 순환은 용이하게 된다. 이러한 특성으로, 상기 장치는 기판의 수평 위치로 배향되며, 수직 평면에서는 주로 제1도의 화살표 142 의 방향으로 상향으로 배향되어 상기 공간(44)의 상부 또는 높은 위치에서 냉각수 배출구(63)를 갖는다.

Claims (12)

1. 기판 홀더(25)와, 기판(21)과 마주보는 스퍼터링 표면을 갖는 스퍼터 코팅 재료의 타겟(40)을 지지하는 수단(42)과, 기판(21)과 대향하는 타겟(40) 뒤에 위치되고 타겟(40)과 기판(21)을 가로지르는 축(27)에 관해서 타겟과 기판에 대해 회전하도록 장착된 마그네트 캐리어 조립체(55)와, 이 캐리어 조립체(55)를 회전시키기 위한 수단(65) 및, 상기 캐리어 조립체(55)와 함께 회전하도록 고정되고 폐쇄된 루프에 배열되어 있으며 그 하부에서 플라즈마를 트랩핑하는 폐쇄된 자기 터널을 형성하고 상기 캐리어 조립체(55)가 회전할 때 축(27)에 관해서 타겟(40)의 스퍼터링 표면에 걸쳐 회전하는 자기장(112)을 생성하기 위한 주 마그네트(80,80a)를 구비하는 가압식 밀봉 챔버(10)에 있는 기판(21)을 스퍼터 코팅하기 위한 마그네트론 스퍼터 코팅 장치에 있어서. 상기 주 마그네트(80,80a)와는 다른 보조 자기 수단(90,91,92,95,96,97,98)은 상기 캐리어 조립체(55)와 함께 회전하도록 상기 주 마그네트(80,80a)의 적어도 일 단면 부근에 장착되고, 상기 마그네트의 자기장을 상기 단면에 재형성하는 것에 의해 이에 인접한 스퍼터링 타겟 표면상에서 플라즈마의 위치와 강도를 변경하고, 이에 의해 타겟 표면을 가로질러 소정 스퍼터링 분포를 생성하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 코팅 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 주 마그네트(80,80a)는 폐쇄 루프를 형성하기 위해 배열되고 일 극성의 내주부와 다른 극성의 외주부를 갖는 자기 재료의 연속 스트립인 리본 마그네트 (80,80a)를 포함하고, 상기 스트립(80,80a)의 내주부중 적어도 일부분에 인접한 캐리어 조립체(55)에 장착된 적어도 하나의 내부 블록(82)과 이와 함께 상기 스트립(80,80a)을 클램프하기 위해 상기 스트립(80,80a)의 외주부에 인접한 캐리어 조립체(55)에 장착된 적어도 하나의 외부 블록(81,83 내지 85)을 구비하는 복수개의 클램핑 블록(81 내지 85, 81a 내지 85)이 설치되어 있으며, 루프의 형상과 위치를 캐리어 조립체(55)상에 한정하기 위해 상기 블록(81 내지 85, 81a 내지 85a)이 캐리어 조립체(55)상에 형성되고 위치 설정되며 타겟 표면을 가로질러 소정 스퍼터링 분포를 생성하기 위해 타겟(40)에 대해 상기 마그네트(80,80a)를 형성하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 코팅 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보조 자기 수단(50,91,92,95.96,97,80)은 플라즈마의 일부분이 축(27)에서 스퍼터링 표면으로부터 적어도 다수의 스퍼터링을 생성하기 위해 축(27) 부근에서 스퍼퍼링 표면 가까이 까지 충분히 연장되도록 주 마그네트(80)의 자기장을 재형성하기 위해 축(27)에 대해 배치된 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 코팅 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보조 자기 수단은 그와 함께 회전하도록 캐리어 조립체(55)상에 장착된 적어도 하나의 보조 마그네트(90,91,92,95,96,97,98)를 포함하고, 상기 마그네트 캐리어 조립체(55)는 기판(21)과 평행한 평면에서 타겟(40)과 기판(21)에 대해 회전하도록 장착되고, 상기 루프는 일 극성의 내주면과 루프를 따르는 자극 축이 루프를 가로질러 연장하고 평면과 핑행하도록 대향 극성의 외주면을 가지며, 상기 보조 마그네트(90,91,92,95,96.97,98)는 평면의 외측에 놓여 있는 자극 축을 갖고 루프의 외주면 부근에 배치된 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 코팅 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타겟(40)은 소정 분포에 따라 스퍼터링 재료를 타겟(40)의 스퍼터링 표면을 가로질러 제공하도록 축(27)으로부터 일정 거리에서 변화하는 두께를 가지고, 상기 주 마그네트(80,80a)가 형성되거나 또는 그 자장이 소정 분포에 따라 스퍼터링 재료를 스퍼터링 표면을 횡단하여 활용하기 위해 축으로부터 다른 반경에서 플라즈마의 지속성과 강도에 영향을 미치도록 보조 자기 수단(90,91,92,95,96,97,98)에 의해 재형성되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 코팅 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 그 내부에 냉각 유채를 함유하는 마그네트 구조체(60)와 캐리어 조립체(55)를 둘러싸는 수단(50)과, 타겟(40)의 배면(39)과 열 전달 관계로 유지되는 벽(40) 및, 캐리어가 회전할 때 상기 벽(40)을 따라 냉각 유체의 유동을 용이하게 하기 위해 캐리어상에 있는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 코팅 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타겟 지지 수단(42)은 타겟 후방 플레이트(43)를 구비하고 타겟 림의 부근의 후방 플레이트(43)와 축(27) 부근에서 중심 샤프트(51)를 구조적으로 지지하기 위한 수단(52)을 구비하며, 상기 타겟(40)은 외부 림에 의해 에워싸이고, 상기 캐리지(55)를 회전시키기 위한 수단(59)은 샤프트(51)상에 지지되며 캐리어 조립체(55)에 연결된 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 코팅 장치.
8. 스퍼터링 표면에 걸쳐 플라즈마를 생성차는 단계와, 폐쇄 루프내에 배열되고 자기장과 스퍼터링 표면과 대향하는 타겟 뒤에 배치되며 타겟의 스퍼터링 표면에 걸쳐 폐쇄된 자기 터널과 함께 형성되고 이와 함께 플라즈마를 트랩핑시키는 주 마그네트를 생성하는 단계 및, 물품을 코팅하는 스퍼터와 터널을 회전시키기 위해 타겟의 스퍼터링 표면을 횡단하여 축 주위에서 플라즈마를 이동시키도록 스퍼터링 표면과 교차하는 축에 관해 타겟을 회전시키기 위한 단계를 포함하고, 타겟상의 스퍼터링 표면을 가지며 코팅될 물품과 직면하는 스퍼터링 표면을 갖는 챔버에 지지되는 스퍼터 코팅 재료의 타겟을 구비하는 가압식 밀봉 챔버에서 홀더상에 지지되는 스퍼터 코팅 물품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 마그네트 부분에 인접하고 축에 관해서 회전하며 주 마그네트로부터 떨어진 보조 자기 수단을 제공하는 단계와, 상기 부분에 인접한 스퍼터링 표면상체서 플라즈마의 위치 또는 강도를 변경시키기 위해 자기장의 적어도 일부에 자기장에 보조 자기 수단을 재형성시키는 단계를 포합하며, 이에 의해 타겟 표면을 가로질러 필요한 스퍼터링 분포를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 진공 처리 챔버에 코팅될 물품을 지지하는 단계와, 상기 물품과 직면하는 타겟의 스퍼터링 표면을 갖는 챔버에서 축상의 타겟을 지지하는 단계와, 그 스퍼터링 표면과 대향하는 타겟 뒤에 자기 재료의 폐쇄된 루프로 형성되고 타겟의 스퍼터링 표면에 걸쳐 폐쇄된 플라즈마 트랩핑하는 자기 터널을 함께 생성하는 마그네트를 제공하는 단계와, 터널 내부에 있는 타겟의 표면상에서 챔버내에 있는 가스의 플라즈마를 생성하도록 타겟을 활성화시키는 단계 및, 타겟으로부터 물품상에 있는 스퍼터 재료와 플라즈마와 터널을 회전시키도록 축에 관해 마그네트를 회전시키는 단계를 포함하는 가압식 밀봉 챔버에 있는 스퍼터 코팅 물품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 타겟은 상기 타겟의 스퍼터링 표면을 가로질러 소정 분포에 따라 스퍼터링 재료를 제공하기 위해 상기 축으로부터의 거리에 의해 변화하는 두께를 가지고, 상기 방법은 상기 소정 분포에 따라 대략 다른 반경으로 상기 축에 관한 마그네트의 회전시 스퍼터링 표면을 가로질러 상기 소정 분포에 따른 스퍼터링 재료를 활용하기 위해 상기 축으로부터 다른 반경에서 플라즈마의 지속 기간과 강도에 영향을 미치도록 하기 위해 마그네트를 형성하는 단계 또는 그 자기장을 재형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하라는 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 플라즈마의 일부가 상기 축에서 스퍼터링 표면으로부터 적어도 다소의 스퍼터링을 생성하기 위해 축에 인접한 스퍼터링 표면에 충분히 가까이 있도록 상기 축을 가로질러서 자기장의 일부에서 보조 자기 수단과 함께 연장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제8항에 있어서, 공간을 한정하는 벽을 갖는 마그네트를 둘러싸며 그 내부에 냉각 유체를 함유하는 타겟을 냉각시키는 단계와, 타겟과 함께 열 전달 관계로 벽 부분을 유지하는 단계와, 냉각 유체와 접촉하는 타겟과 함께 회전 가능하며 타겟과 대향하고 벽으로부터 이격된 불규칙한 표면 구조체를 제공하는 단계와, 그 사이에 갭을 형성하는 단계 및, 마그네트와 표면 구조체를 회전 가능하게 구동시키며 그에 의해 발휘된 힘과 벽을 따라 캡을 통과하는 냉각 유체의 유동을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제9항에 있어서, 공간을 한정하는 벽을 갖는 마그네트를 둘러싸며 그 내부에 냉각 유체를 함유하는 타겟을 냉각시키는 단계와, 타겟과 함께 열 전달 관계로 벽 부분을 유지하는 단계와, 냉각 유체와 접촉하는 타겟과 함께 회전 가능하며 타겟과 대향하고 벽으로부터 이격된 불규칙한 표면 구조체를 제공하는 단계와, 그 사이에 갭을 형성하는 단계 및, 마그네트와 표면 구조체를 회전 가능하게 구동시키며 그에 의해 발휘된 힘과 함께 벽을 따라 캡을 통과하는 냉각 유체의 유동을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.