KR20220153636A - Dc 펄스 캐소드 어레이를 사용한 장치 및 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은
- 증착 챔버(31);
- 3개 이상의 회전 캐소드(1,2,3,4,n)를 갖는 증착 챔버에 장착된 캐소드 어레이로서, 각각의 캐소드는 동일한 타겟 길이(L_T)의 원통형 타겟(5,6,7,8,n)과 자기 시스템(9,10,11,12,n)을 가지며, 캐소드들은 서로 이격되어 있어, 종축(Y_Cj)은 기판 평면(S)으로부터 거리(T_SC)로 서로 평행하게 배열되고, 거리(T_TT)로 기판 축(X)의 프로젝션을 따라 이격되고, 캐소드 어레이의 각각의 캐소드는 자기 시스템(9,10,11,12,n)을 포함하고, 하나 이상의 캐소드의 자기 시스템(9,12,n)은 회전 평면(P_TS) 내부와 외부로 자기 시스템을 회전시키기 위해 각각의 캐소드 축(Y_Cj) 둘레에 회전 장착되는, 캐소드 어레이;
- 정적 방식으로 코팅될 최대 치수(x*y)의 하나 이상의 기판(14)을 지지하도록 설계된 페데스탈(15)로서, 페데스탈은 캐소드 어레이를 기준으로 하여 중앙에 배치되고 전방의 증착 챔버 내에 위치되는, 페데스탈(15);
- 하나 이상의 캐소드에 전력을 공급하고 제어하도록 구성된 하나 이상의 펄스 전원 공급 장치(13)를 포함하는, 기판 상에 재료를 스퍼터링 증착하기 위한 장치(30)에 관한 것이다.

Description

DC 펄스 캐소드 어레이를 사용한 장치 및 공정

본 발명은 청구항 1항에 따른 DC 펄스 캐소드 어레이를 포함하는 장치 및 청구항 18항에 따른 각각의 장치로 코팅을 증착하는 공정에 관한 것이다.

회전 캐소드 어레이의 사용은 예를 들어, 유리 코팅 산업에서와 같이 대면적 코팅을 위한 통과형 진공 증착 플랜트에서 널리 사용되지만, 예를 들어, 평판 산업에서 정적 기판(static substrates) 상의 층 증착을 위한 고품질 코팅 장비 및 공정은 코팅의 균일성 및/또는 사용되는 장비의 생산성 측면에서 여전히 개선이 필요하다.

한 가지 주된 이유는 캐소드 어레이의 2개 이상의 인접 타겟이 캐소드 축(Y_Cj)에 수직인 기판 축 (X)의 양쪽 중앙 영역을 따라 회전하는 캐소드 아래 및 사이에서 증착 균일성을 개선하기 위해 회전 장착 자석 시스템(swivel mounted magnet systems)에 의해 작동하면, 캐소드 축(Y_Cj)을 기준으로 대각선으로 대향된 증착 영역에서 스윙 유도 두께 비대칭(swing induced thickness)이 발생하기 때문이다. 이것은 필적할 만한 2차원 평면 마그네트론 구성에 필요한 것보다 훨씬 더 많은 양의 증착 챔버를 사용할 필요가 있게 한다. 이 효과에 의해 발생하는 불균일성 문제로 인해, 도 3 및 하기에서 상세히 논의된 바와 같이, 최근의 장비는 캐소드 축의 각 측면에서 목표 거리에 대한 기판까지의 적어도 2배에 대해 사용 가능한 코팅 영역이 돌출된 캐소드 영역을 제공해야 한다. 따라서, 이러한 효과는 예를 들어, 약 1m² 보다 작거나 같은 비교적 작은 디스플레이 영역의 코팅과 관련하여 회전 캐소드의 생산성 이득을 크게 감소시킨다.

정의

(최대) 회전 각도(±β)

본원에서 전체 편향의 중앙 또는 중심을 정의하는 회전 평면(P _TS )에서 회전 장착 자기 시스템의 최대 각도 편향을 정의한다. 전체 편향은 전체 회전 각도(2β)에 의해 정의된다. 타겟(n)의 회전 평면은 각각의 캐소드 축(Y_Cj)를 포함하고 기판 평면(S)과 각도(α)를 형성한다. 스퍼터 증착 공정 동안 자기 시스템은 한 극단 위치에서 다른 극단 위치로, 즉 +β 에서 -β로 또는 그 반대로 이동한다. 이것은 일정하게 또는 단계적으로 한 번 또는 반복적으로 수행될 수 있다. 속도는 시간에 따라 변하거나 유지 시간은 모든 단계마다 다를 수 있고, 각 단계는 자기 시스템의 다른 위치를 나타내어, 자기 시스템의 체류 시간(dwell time)은 포지티브 및 네거티브 각도 섹터에 대해 다를 수 있다.(즉, +β를 제로로, -β를 제로로, 여기서 제로는 기판 평면(S)과 반대되는 자기 시스템의 제로 위치로부터 피벗되거나 피벗되지 않을 수 있는 회전 평면의 위치를 한정한다.) 다음에서 기판 표면에 대한 외부 타겟 직경의 본질적 등거리 거리(T _SD )는 기판 평면(S)에 대한 n-캐소드들의 외부 타겟 직경(D_T)의 각각의 최단 거리(T_SD1 내지 T_SDn)는 평균값(

)에서 2 밀리미터 이상 벗어나지 않는다는 것을 의미하고, T_SD1 내지 T_SDn 각각에 대해 다음이 적용된다:

. 이것은 타겟 수명이 끝날 때 허용되는 최대 차이로 볼 수 있지만 모든 새로운 타겟 구성에서는 차이가 본질적으로 예를 들어, 약 0 밀리미터 더 작아진다. 이것은 적어도 펄스 DC 소스 및 회전 각도 β > 0으로 구동되는 모든 타겟들을 지칭한다.

기판 평면(S)은 기판 페데스탈에 장착될 수 있는 평평한 기판, 예를 들어, 웨이퍼의 표면에 의해 한정된다. 그러나 평면 자체는 기판 표면의 제한된 확장 위로 확장된다.

캐소드의 종축 또는 외부 타겟 직경과 기판 평면(S) 사이의 법선 거리(T_SC 또는 T_SD)는 각각의 종축(Y_Cj) 또는 각각의 외부 타겟 직경(D_Tk)과 기판 평면 사이의 최단 거리이다.

페데스탈은 최대 치수 x*y(x 곱하기 y) 이하의 본질적으로 평평한 기판을 지지하도록 설계된 기판 지지대이다. 기판을 정적 방식으로 지지한다는 것은 증착 공정 중에 기판이 움직이지 않도록 페데스탈이 기판을 고정하도록 설계되었음을 의미한다.

바이폴라 펄스 또는 바이폴라 전원 공급 장치는 최소한 전압 반전을 제공할 수 있는 전원 공급 장치를 의미하는데, 예를 들어, 각각의 네가티브 펄스 이후에 상대적으로 짧은 포지티브 펄스 또는 스파이크가 뒤따르는 잠재적으로 손상을 입히는 전하 축적을 제거하여, 전기 아크의 발생을 줄이거나 방지한다.

이러한 펄스 시퀀스는 이하에서 표준 시퀀스로 표시되지만, 대안으로, 펄스 주기 사이의 오프셋 시간(일시 중지)이 있거나 없는 다른 비대칭 또는 대칭 펄스 패턴들의 바이폴라 펄스는 다른 공정 요구 사항들에까지 사용될 수 있다.

내부로(inward) 및 외부로(outward) 라는 용어의 사용은 도면에 따라 중심 평면(YZ)을 향하거나 멀어지는 방향을 나타낸다. 중심 평면(YZ)은 일반적으로 캐소드 어레이의 대칭 평면이다.

위쪽, 위쪽으로 및 아래쪽, 아래쪽으로 또는 낮은쪽 및 높은쪽 등의 용어의 사용은 도면에 도시된 바와 같이 도면에 따른 Z-축을 지칭하지만 장착될 때 캐소드 또는 기판의 가능한 방향에 대해 의무적이지는 않다. 둘 다 또한 진공 챔버의 다양한 다른 위치, 예를 들어, 진공 챔버의 상단, 하단 또는 측벽에 장착될 수 있지만 항상 본질적으로 서로 마주보는 위치에, 예를 들어, 상단 대 하단 또는 챔버의 반대 측면 2개에 장착된다.

발명의 요약

최근 장치의 단점은 청구항 1항에 따른 장치의 사용에 의해 또는 청구항 18항에 따른 공정을 적용함으로써 본질적으로 감소될 수 있다는 것이 발견되었다. 놀랍게도, 캐소드 어레이의 상대적인 사용 가능한 코팅 영역은 예를 들어, 코팅의 두께와 관련하여 균일성 문제의 효율적인 개선에 의해 현저하게 확장될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서, 기판 상에 재료를 스퍼터링 증착하기 위한 장치는 다음을 포함한다:

- 증착 챔버;

- 증착 챔버에 장착된 캐소드 어레이로서, 상기 어레이는 3개 이상의 회전 캐소드를 가지며, 각각의 캐소드는 동일한 타겟 길이(L_T)의 원통형 타겟과 자기 시스템을 가지며, 캐소드는 서로 이격되어 있어, 이들의 종축(Y_Cj)은 기판 평면(S)으로부터 법선 거리(T_SC)로 서로 평행하게 배열되고, 거리(T_TT)로 기판 축(X)의 프로젝션(projection)을 따라 이격되고, 캐소드 어레이의 각각의 캐소드는 자기 시스템을 포함하고, 하나 이상의 캐소드의 자기 시스템은 회전 평면(P_TS) 내부와 외부로 자기 시스템을 회전시키기 위해 각각의 캐소드 축(Y_Cj)에 대해 거리를 두고 원형으로 회전 장착되고, 후자는 캐소드 축(Y_Cj)의 중심을 포함하고 기판 평면(S)을 향해 지향되며, 자기 시스템의 회전 운동은 타겟들의 회전과 독립적인, 캐소드 어레이;

- 정적 방식으로 코팅될 최대 치수(x*y)의 하나 이상의 기판을 지지하도록 설계된 페데스탈로서, 페데스탈은 기판을 정적으로 고정하도록 설계되었고, 따라서 예를 들어, 스퍼터링 캐소드의 위치와 같은 장치 및 구성 요소들을 참조하여 스퍼터링 중에 위치를 변경하지 않으며, 상기 캐소드 어레이를 기준으로 하여 중앙에 배치되는 증착 챔버 내에 페데스탈이 위치되고, 여기서 x는 X축에 평행하고, y는 Y축에 평행하고, X축과 Y축은 모두 서로 수직이며, 캐소드 종축(Y_Cj)은 Y축에 평행한, 페데스탈.

X/Y 좌표의 중심은 타겟 평면 S의 중심도 한정한다. 코팅할 표면의 최대 치수(x*y)는 일반적으로 페데스탈의 지지 경계에도 적용되는데, 이는 지지 프레임이 될 수 있고 홈으로 형성될 수 있고/있거나 기판을 센터링 및/또는 고정하기 위한 클램프 또는 ESC를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 이러한 장치는 타겟 길이(T_L), 각각 활성 타겟 길이(T_LA) 및 가능한 기판 표면 위의 각각의 가장 작은 타겟 돌출부에 따라 중소 기판 치수들, 예를 들어, y가 1000mm 이하, 또는 700mm 이하인 x*y 치수에 특히 적합하고, x는 주로 사용되는 캐소드의 수와 직경에 따라 달라진다. 일반적으로 x와 y는 유사하거나 본질적으로 동일한 차원이다. 그러나 주어진 최소 타겟 돌출부에 의해, 한 면의 더 크거나 작은 치수들은 각각의 타겟 길이 및/또는 캐소드 수에 의해 실현될 수 있다(하기 참조); 기재 치수는 최대 기재 치수 및 임의의 더 작은 치수들을 포함하며, 이에 의해 최대 기재 치수는 지지 경계의 최대 치수와도 관련이 있다;

- 캐소드들 중 적어도 하나에 전력을 공급하고 제어하도록 구성된 하나 이상의 펄스 전원 공급 장치로서, 다른 캐소드에 공급되는 전력과 동일하거나 대안으로 다르거나 가변적인 전력이 캐소드 중 적어도 하나에 인가될 수 있다.

장치의 추가 실시예에서 다음이 최대 기판 또는 종축(Y_Cj)에 평행한 최대 지지 경계 치수(y_max)에 적용된다:

특히,

여기서 T_LA는 타겟 표면의 활성 영역 길이이고 MT_SD는 외부 타겟 직경(D_Tn)과 기판 평면(S) 사이의 평균 최단 거리이다.

예를 들어, 최대 기판/경계 치수는 y_max = T_LA-3 MT_SD일 수 있다.

이것은 x*y-평면의 각각의 "y"-측에서 타겟 돌출부가 타겟 평면(S)과 타겟(들)(D_T 또는 MD_Tn)의 외경 사이의 거리(MT_SD)의 약 1.5배만큼 작을 수 있음을 의미한다. 후자는 펄스 전원 공급 장치와 회전 각도 β > 0으로 구동되는 타겟(들)의 평균 외경을 나타낸다. 그러나 이것은 스윙 유발 두께 비대칭을 피하기 위해 일반적으로 타겟의 적어도 4배 돌출부를 필요로 하는 고정 기판 상의 스퍼터링에 필요한 최근의 돌출부들보다 본질적으로 작다.

기하학적 타겟 길이는 활성 타겟 길이, 즉 T_LA

T_L 또는 T_LA ≤ T_L 과 거의 같거나 더 클 수 있으며, 여기서 T_L 은 전체 타겟 길이를 나타낸다. 평균 값(MT_SD)은 각각의 외부 타겟 직경과 타겟 평면 사이의 특정 거리 값 T_{SDk1 …} T_SDn T, 즉 MT_SD

T_{SDk=1 …}

T_SDn의 값에 대략적으로 또는 정확하게 대응할 수 있으며 본질적으로 등거리 거리(T_SD)의 정의에 해당한다. 이와 함께 외부 타겟 직경(D_T)은 기판 평면(S)으로부터 법선 거리(T_SD)로 본질적으로 등거리에 배열된다. 모든 타겟이 동일한 재료로 만들어지고 본질적으로 동일한 동력으로 구동되는 한 모든 타겟이 새롭거나 타겟 수명이 다한 경우에도 마찬가지이고, 이는 공정 효율성과 관련하여 유리하다.

다른 실시예에서, 이웃하는 캐소드 또는 전극들의 축들 사이의 거리(T_TT)는, 예를 들어, 기판 평면(S)에 평행한 평면에서, 이웃하는 캐소드 또는 전극 사이의 모든 거리(T_TTk-n)에 대해 동일하다. 본 발명의 다른 실시예에서 캐소드는 기판 평면(S)으로부터 거리(T_SC)로 등거리로 이격될 수 있다.

다른 실시예에서, 타겟 평면(S)에 대한 적어도 하나 또는 둘 모두의 외부 캐소드의 거리(T_SCo)는 타겟 평면(S)에 대한 내부 캐소드의 거리(T_SCi)와 상이할 수 있다.

회전 평면(P_TS)과 기판 평면(S) 사이의 각도(α)는 40° ≤ α ≤ 100°로 정의될 수 있다.

하나 이상의 회전 장착 마그네틱 시스템의 최대 회전 각도(β)에 대해 다음이 적용된다. 0° ≤ │β│≤ 80°, 예를 들어, 20° ≤ │β│≤ 70°이고, 반면 더 높은 한계 근처의 값은 90° 근처 또는 α에 적용된다. 따라서 최대 회전 각도 β는 회전 평면(P_TS)에서 자기 시스템의 최대 편차를 정의한다. 명백한 이유로 인접 캐소드를 향한 자석 시스템의 정렬은 피해야 한다. 이는 회전 각도 ±β 사이의 모든 회전 각도가 인접한 캐소드과 교차하지 않고 기판 평면(S)과 시야선을 마주해야 함을 의미한다. 바람직한 실시예에서 외부 회전 평면(P_TSo)은 각도 α_o = 50°±10°로 기판 평면(S)에 대해 기울어질 것이다. 외부 회전 평면(P_TSo)의 경사는 항상 기판 평면(S)과 중심 평면(YZ), 즉 안쪽으로 지향될 것이라는 점에 유의해야 한다. 이로써 2개의 외부 캐소드의 최대 회전 각도 β_o 는 30°에서 50°, 즉 30° ≤ │β_o│≤ 50°에서 선택될 수 있는데, 예를 들어, 회전 평면(P_Tso)에서 β_o = ±40° 또는 총 회전 각도 2β_o = 80°이다. 이 경우 내부 회전 평면(P_TSi)은 50° ≤ │β_i│≤ 70° 예를 들어, β_i = ± 60°, 총 회전 각도 2β_i = 120°의 내부 자석 시스템의 최대 회전 각도 β_i로 각도 α_i = 90°±10°로 기판 평면(S)에 대해 기울어질 수 있다.

추가 실시예에서 펄스 전원 공급 장치는 바이폴라 펄스 전원 공급 장치일 수 있다. 바이폴라 펄스 전원 공급 장치는 이중 마그네트론 공급 장치로 구성될 수 있으며, 서로 다른 극성의 출력은 두 개의 인접한 캐소드(여기서는 전극이라고 함)의 입력과 전기적으로 연결되며, 이 경우 인접한 전극은 캐소드와 애노드로 교대로 작동한다.

캐소드 어레이의 각각의 캐소드는 전용 펄스 전원 공급 장치(예: 바이폴라) 또는 이중 마그네트론 공급 장치에 연결될 수 있다. 4개의 캐소드 어레이가 있는 예로서 내부 캐소드는 이중 마그네트론 공급의 반대 극성에 연결될 수 있다. 극성이 바뀌는 특성으로 인해 이러한 캐소드를 전극이라고 한다. 동시에 외부 캐소드는 전용 바이폴라 펄스 DC 전원에 연결할 수 있다. 이중 마그네트론 공급 장치는 전용 바이폴라 전원 공급 장치와 동기화된다. 추가 실시예는 도 1 및 도 2 및 각각의 설명이 참조된다. 둘 이상의 펄스 전원 공급 장치가 사용되는 한 전원 공급 장치는 예를 들어, 펄스를 동기식으로 클록하기 위해 펄스 동기화 장치에 연결된다.

추가 실시예에서 적어도 하나 또는 둘 모두의 외부 전원은 DC 전원일 수 있다.

페데스탈은 증착 공정 동안 부동 전위에 기판을 유지하기 위해 전기적으로 절연될 수 있으며, 대안으로 페데스탈은 전기적으로 접지될 수 있다.

일반적으로 본 발명의 장치는 하나 이상의 공정 가스를 제공하기 위한 가스 분배 시스템을 포함할 수 있다.

애노드는 공정 챔버에 의해 형성된 접지 애노드일 수 있고 차폐물, 라이너 또는 이와 유사한 것과 같은 각각의 전기적으로 연결된 요소를 포함할 수도 있다.

본 발명은 또한, 기판이 증착 챔버 내의 페데스탈에 장착되고 페데스탈과 함께 위치되는, 상술한 바와 같은 본 발명의 장치의 사용을 포함하는 코팅을 증착하는 공정에 관한 것이다. 예를 들어, 기준 압력에 도달할 때까지 증착 챔버에 진공이 가해지고 챔버에 공정 가스가 유입되면, 타겟 평면(S)에서 치수(x*y) 내의 하나 이상의 평평한 기판 상에 코팅을 증착하는 것은 펄스형 타겟 전력을 어레이의 하나 이상의 캐소드에 인가함으로써 시작된다.

기판 치수(x*y) 내에서 두께 균일성을 코팅하는 본 발명의 공정을 적용함으로써 unif_T ≤ 5%가 생성될 수 있다. 균일성이 다음과 같이 정의되고,

Max와 Min은 각각 가장 높은 값과 가장 낮은 값이 측정된다.

각각의 캐소드는 예를 들어, 내부 캐소드(들)에 대한 모든 펄스 전원 공급 장치 또는 하나 이상의 펄스 전원 공급 장치의 조합일 수 있고, 예를 들어, 외부 캐소드에 대한 DC 공급 장치일 수 있는 별도의 전원 공급 장치에 의해 구동될 수 있다.

하나 이상의 전원은 바이폴라 전원일 수 있다.

추가 실시예에서, 2개의 인접 캐소드, 여기서 전극은 각각의 인접 전극에 연결된 상이한 극성의 출력을 갖는 이중 마그네트론 구성의 바이폴라 전원에 의해 구동될 수 있다. 예로서, 4개의 캐소드 어레이의 내부 캐소드 또는 대안으로 이러한 어레이의 우측 및 좌측 캐소드 쌍은 이중 마그네트론 구성에서 각각의 바이폴라 전원에 의해 구동될 수 있다.

기재된 바와 같은 또한 크롬(Cr), 구리(Cu), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 텅스텐 티타늄(WTi) 코팅된 독창적인 방법을 사용하는 것은, 스윙 유도 두께 비대칭의 강한 표시가 최근 공정 및 장비로 관찰된 경우, 기판 표면 위에 감소된 측면 돌출부를 갖는 Cr, Cu, Ta, Ti, W, WTi 타겟으로 증착될 수 있다.

페데스탈은 전기적으로 부동, 전기적으로 접지되거나 RF 전압을 공급할 수 있는 바이어스 생성기에 의해 제공된 정의된 바이어스 전위에 장착될 수 있다.

본 발명은 또한 기판 치수(x*y) 내에서 비저항 R[Ωm]의 균일성 unif_R 이 unif_R ≤ 5% 이고/이거나 두께 균일성이 unif_T ≤ 5%인 코팅을 포함하는 제품을 제조하기 위한 본 발명의 장치 또는 공정의 사용에 관한 것이다.

본 발명에 따른 장치의 둘 이상의 실시예는 모순되지 않는 한 결합될 수 있다. 이는 본 발명의 실시예 또는 구현예들 중 하나와 관련하여 도시되거나 논의되고 다른 실시예 또는 구현예들과 추가로 논의되지 않은 모든 특징들은, 이러한 조합들이 예를 들어, 접지 및 부동 바이어스를 동시에 또는 유사한 방식으로 사용하는 경우와 같이 이러한 조합들이 해당 기술 분야의 당업자에게 일견 명백한 것으로 즉시 인식될 수 없는 한, 본 발명의 다른 실시예의 성능을 개선하도록 잘 적응된 특징들로 볼 수 있음을 의미한다. 따라서 언급된 예외를 제외하고 특정 실시예 또는 구현예들의 특징들의 모든 조합은 이러한 특징들이 명시적으로 언급되지 않은 경우에도 다른 실시예 또는 구현예들과 결합될 수 있다.

본 발명은 이제 도면에 의해 더 설명될 것이다. 도면은 단지 예시적인 목적으로만 도시되었으므로 실제 장치 치수를 나타내지 않으며, 당업자에게 알려져 있지만 본 발명의 이해에 필수적이지 않은 세부 사항을 나타내지 않는다. 동일한 숫자와 참조 부호는 다른 도에서도 동일한 기능을 나타낸다. 생략부호 및 아래첨자 인덱스 "i"는 내부 캐소드의 특징들을 나타내고 "o"는 외부 캐소드의 특징들을 나타내거나 숫자는 특정 캐소드의 대안 또는 특정 특징들을 나타낸다. 도면은 다음을 도시한다:
도 1은 장치의 수직 투영도이다.
도 2는 장치의 수평 투영도이다.
도 3은 기판 평면(S)에서의 증착을 도시한 도면이다
도 4는 캐소드 측면도이다.
도 5는 X 좌표에 따른 두께 분포도이다.
도 6은 펄스 도식(바이폴라)이다.
도 7은 펄스 도식(듀얼 마그네트론)이다.
도 8은 시뮬레이션된 두께 도식이다.
도 9는 y 좌표(DC)에 따른 두께 분포이다.
도 10은 y 좌표(DC)에 따른 상대 두께이다.
도 11은 y 좌표에 따른 상대 두께(펄스)이다.
도 12는 표면 스캔 두께 분포(DC)이다.
도 13은 표면 스캔 두께 분포(펄스)이다.

도 1은 4개의 캐소드(1,2,3,4) 어레이를 포함하는 본 발명의 장치(30)의 중심축 X 및 Z를 따른 수직 투영도이다. 캐소드에는 회전 타겟(5,6,7,8)과 회전 장착 자기 시스템(9,10,11,12)이 장착되어 있으며, 둘 다 캐소드의 각각의 세로 축(Y_C1,Y_C2,Y_C3,Y_C4)을 중심으로 움직인다. 자기 시스템(10,11)은 기판 표면 또는 기판 평면(S)에 대면하는 위치에 도시되어 있으며, 자기 시스템(9, 12)은 중심을 향해 회전되며, 모든 자기 시스템은, 예를 들어, 내부 캐소드의 회전 각도에 대해, 각각의 전체 회전 각도(2β)의 중심을 한정하는 각각의 회전 평면(P_TS) 내에 위치하는 것으로 도시되어 있는데, 내부 캐소드(2,3)의 회전 평면(P_TSi)와 기판 평면 S 사이의 각도 α_i = 90°, 2β_i = │+β_i│+│-β_i│ 및 │-β_i│=│+β_i│이고, 외부 캐소드(1,4)의 회전 평면(P_TSo)과 기판 평면(S) 사이의 각도 α_o = 45°에 의한 ±β_o에 대해서도 동일하다. 이러한 구성으로 외부 및 내부 회전 각도는 일반적으로 예를 들어, β_o ＜ β_i 와 같이 달라져 자기 시스템이 다음 인접 캐소드를 향하고 상호 캐소드 증착이 일어나는 위치를 피할 수 있다.

내부 캐소드(2) 및 외부 캐소드(4)와 함께 캐소드 축(Y_C2,Y_C4)의 샤프트(33) 및 트랜스미션 스포크(34)가 도시되어 있으며, 외부 캐소드(1) 및 내부 캐소드(3)가 있는 내부 및 외부 회전 평면(P_TSi,P_TSo(점선)) 및 각각의 내부 및 외부 회전 각도(±β_i, ±β_o(점선))가 예시적으로 표시된다. 자기 시스템(9, 10)을 갖는 캐소드 배열(1,2)은 YZ-평면에서 자기 시스템(11,12)을 갖는 각각의 배열(3,4)에 미러링된 것으로 볼 수 있다. 내부 회전 평면(P_TSi)의 각도(α_i)는 기판 평면(S)에 수직이고, 외부 회전 평면(P_TSo)의 각도(α_o)는 기판 평면(S)에 거의 45°로 기울어져 있어, 평면(P_TSo)은 아래로 비스듬하고 축(Y_Co)에서 본 중심 평면(YZ)에 대해 비스듬하다. 여기서 인덱스 "i" 및 "o"는 내부 및 외부 캐소드 및 각각의 치수, 각도, 회전 평면 등을 나타낸다. 회전 평면(P_TS)에서 나오는 자석 스윙의 최대값은 각각의 각도(±β)에 의해 주어진다. 외부 회전 각도(±β_o)는 약 20°이고 내부 회전 각도(±β_i)는 약 40°이며, 각각은 각각의 공정 요구 사항들에 따라 달라질 수 있다.

반도체 산업의 많은 공정의 경우, 예를 들어, 수 나노미터에서 약 500nm까지의 얇은 층과 높은 캐소드 전력이 적용됨을 의미하는 높은 공정 효율로 인해, 일반적으로 최대 위치 사이, 즉 +β위치에서 -β위치로 자석 스윙을 하면 필요한 층 두께를 증착하기에 충분하다. 회전 운동은 일정하거나 단계적으로 실현될 수 있다. 속도가 변하거나 유지 기간(hold time)이 연속 회전 위치에 따라 다를 수 있어 자석 시스템의 체류 시간은 예를 들어, 각도 범위 +β 내지 0 및 0 내지 -β에 따라 다를 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 외부 캐소드(1,4)의 캐소드 축(Y_C2,Y_C4)은 x-방향으로 최대 기판 치수에 대해 몇 밀리미터, 예를 들어, 5mm 내지 60mm의 오프셋을 가질 수 있다. 대안으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 이들은 최대 기판 치수의 각각의 y-측에 의해, 예를 들어, ±10mm 이내로 본질적으로 동일 높이일 수 있다. 각각의 경우 외부 캐소드의 축은 대칭이고 중심 Y축과 평행하다.

타겟(5,6,7,8)이 장착된 캐소드(1,2,3,4)은 동일한 크기이고, 각각 동일한 직경(D_T)이고, 서로에게서 동일한 거리(T_TT)(즉, T_TTi=T_TTo)로 그리고 동일한 거리 TSD(즉, T_SD1= … = T_SD4)로 배열되거나 또는 적어도 목표 평면(S)에서 대략 동일한 거리(MT_SD±2mm)로 배열된다. 또는 점선으로 표시된 것처럼, 타겟(5', 8')이 있는 외부 캐소드(1', 4')의 위치는 예를 들어, 도과 같이 낮추어 수직으로 이동할 수 있어, 타겟 평면에 대한 외부 타겟(1', 4')의 거리(T_SDo')는 타겟 평면(S)에 대한 내부 타겟(2,3)의 거리(T_SDi)와 다르다. 또한, 타겟(5', 8')이 있는 외부 캐소드(1', 4')의 위치는 예를 들어, 도시된 바와 같이 중앙을 향해 옆으로 이동할 수 있어, 두 개의 내부 표적 사이의 거리(T_TTi)는 외부 표적과 다음 내부 표적 사이의 거리(T_TTo)와 다르다. 논의된 대안은 x 방향에서(두께 또는 비저항)과 같은 층 균일성 매개변수를 개선하는 데 도움이 될 수 있는데, 예를 들어, 중앙에 위치한 기판의 길이 x가 캐소드(1,2,3,4)로 표시된 것과 같이 동일한 거리의 배열에서 두 개의 외부 축 사이의 거리보다 짧은 경우, 더 공식적으로 표현되면:

여기에서 T_TT = T_TTk=1 … = T_TTn(n=3), 이고 동시에 : T_SD

T_SDk=1

…

T_SDm(m = 4) 이고, T_SC = T_SCo = T_Sci 이다.

따라서, 점선 캐소드(1',2',3',4')로 표시된 배열은 코팅될 기판 표면에 대한 외부 캐소드의 가장 가까운 거리를 예를 들어, 내부 캐소드(2, 3)의 정상 거리(T_SDi)에 따라 거리 값 │T_SDi │으로 조정할 수 있게 한다. 기판 평면 거리에 대한 타겟이 다른 경우, 타겟 돌출부의 최소값을 계산하거나 주어진 캐소드 어레이에 대한 기판 영역에 대한 최대 y-값을 계산하기 위해 더 긴 거리를 사용해야 한다. 이러한 배열은 외부 캐소드가 다른 전력, 예를 들어, 더 높거나 낮은 전력으로 구동되거나 AC 또는 DC 공급 장치와 같은 다른 전원 공급 장치로 구동되는 경우에도 도움이 될 수 있다(하기 참조).

캐소드에 대한 대극(counter-pole)으로서 캐소드 어레이를 둘러싸는 접지 애노드(19)가 제공된다. 이것은 예를 들어, 기판(14)을 위한 캐소드(1, 2, 3, 4) 및 페데스탈(15)를 제외하고 증착 챔버(31)의 전체 내부 표면을 포함하고/하거나 본질적으로 형성하는 각각의 라이너 또는 실드에 의해 실현될 수 있다.

페데스탈은 각각의 공정 요구까지 바이어스된, 예를 들어, RF, 접지 또는 부동 기판 전위를 허용하는 격리 또는 격리된 ESC(16)를 추가로 포함한다.

냉각 또는 가열 유체 입구(17) 및 유체 출구(18)를 포함하는 냉각/가열 회로가 제공될 수 있다. 일반적으로 물은 냉각액으로 사용된다. 페데스탈에는 페데스탈(15)로부터 페데스탈에 장착된 평평한 기판(14)으로 또는 그 반대로 열 전달을 향상시키기 위해 백-가스(back-gas) 공급기(20)가 더 제공될 수 있다. 백-가스 공급기(20)는 하나 이상의 불활성 가스, 예를 들어, He 및/또는 Ar을 위한 가스 공급부 및 예를 들어, 페데스탈(15)의 표면으로 이어지는 하나 이상의 가스 입구(21a)를 포함할 수 있다. 대안으로, 예를 들어, 중심에서 추가 외부 페데스탈 또는 ESC 표면 영역을 향하고 있고 낮은 흐름 저항으로 백-가스를 수송하기 위한 흐름 영역을 갖는 여러 입구 또는 가스 분배 덕트가 있을 수 있다. 덕트는 부분적으로 또는 심지어 완전히 웨이퍼 후면에 개방될 수 있고 얕지만 넓은 가스 채널, 예를 들어, 10μm에서 100μm 또는 50±10μm 깊이의 채널에 연결될 수 있는데, 채널은 덕트보다 상당히 높은 흐름 저항을 가지며 페데스탈/ESC 표면의 필수 영역을 덮어 백 가스를 통해 웨이퍼와 페데스탈/ESC 표면 사이에 효과적인 열 전달을 제공한다. 대안으로, 웨이퍼는 예를 들어, 언급된 채널 깊이에 따라 페데스탈 또는 ESC 표면 위의 가까운 거리에 있는 스페이서 상에 위치될 수 있으며, 이에 의해 웨이퍼와 페데스탈/ESC 사이에 다른 종류의 채널을 형성할 수 있다. 두 변형 모두에서 기판은 더 높은 백-가스 압력을 허용하기 위해 주변 돌출부, 예를 들어, 개스킷(gasket)에 추가로 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 돌출부는 공정 분위기에 대한 작은 출구 개구를 구비할 수 있거나, 또는 후방 가스 출구(21b)가 제공되어 후방 가스를 고진공 펌프(23)의 펌프 소켓(22)으로 직접 유도할 수 있다.

승강 로드(24)는 페데스탈을 수직 방향으로 예를 들어, 기판(14)을 낮은 위치(미도시)에서 페데스탈에 적재하도록 이동시켜, 증착 챔버(31)를 폐쇄하고/폐쇄하거나 도시된 바와 같은 상부 위치에서 기판과 캐소드 거리를 조정할 수 있게 한다.

아르곤, 네온 및/또는 크립톤 및 만일 반응 공정이 타겟 재료의 화합물을 증착하기 위해 수행되어야 하는 경우, 예를 들어, 질소, 탄소 또는 산소를 포함하는 각각의 반응성 가스와 같은 불활성 스퍼터 가스용 공정 가스 입구(36)는 증착 챔버(31)에서 공정 가스를 균일하게 분배하기 위해 가스 분배 시스템(37)에 연결될 수 있다.

도 2에서 도 1과 유사한 시스템이 수평 투영으로 표시된다. 동일한 참조 번호에 대해서는 도 1을 참조할 수 있다. 캐소드(1,2,3,4)는 타겟(5,6,7,8)을 이동시키는 구동 기어(26)와 같은 기계적 장치를 보호하기 위한 타겟 캡(35)을 가지고 있고, 다른 피드스루는 일반적으로 캐소드(2)로만 개략적으로 도시된 추가 타겟 캡(35')이 제공되어 둘 다 중공 타겟 캐소드에서 증착 챔버로 또는 그 반대로 입자 교환을 방지한다.

추가로 캡(35, 35')에는 타겟 냉각 시스템을 위한 진공 개스킷 및/또는 밀봉이 제공될 수 있다. 통상적으로, 캐소드의 타겟 및 각각의 전압 연결만이 각각의 전압 공급(13)에 연결되고, 캐소드의 다른 부분은 타겟으로부터 절연되고 접지에 연결된다. 도 1 및 도 2의 장치에 제공되는 서로 다른 전원 공급 시스템에 주의해야 한다. 도 1에서, 캐소드(1 또는 1' 및 2)는 캐소드(3 및 4 또는 4')가 이중 마그네트론 구성에서 각각 2개의 공급 장치(13)와 연결되고, 각각의 펄스 공급기(13)는 대칭적인 네가티브 및 포지티브 신호를 캐소드 1(1') 및 캐소드 2에 각각 캐소드 3 및 4(4')에 교대로 제공한다. 동기화 유닛(38)은 각 서플라이(13)의 신호를 동기화한다. 신호 높이와 시간이 대칭인 신호를 제공하는 이중 마그네트론 공급 장치의 일반적인 전압 신호가 도 7에 도시된다.

도 2와 대조적으로, 각각의 외부 캐소드(1, 4) 및 각각의 내부 캐소드(2, 3)에는 각각 전원(13_o, 13_i)이 제공된다. 동기화 유닛(38)과 전원 공급 장치 사이에 점선 및 실선 연결 라인을 포함하는 제1 실시예에서, 모든 전원 공급 장치(13_o 및 13_i)는 펄스 전원이지만 이중 전원 펄스 공급 장치와 동일한 신호 기준을 충족할 필요는 없다. 이러한 전원 공급 기간 시간(t)이 있는 도 6에서 볼 수 있듯이 각각의 하위 기간에 대해 더 긴 네가티브의 시간 범위(t-) 및 더 짧은 양의 시간 범위(t+)를 가질 수 있고, 포지티브의 방전 전압(V+)의 높이는 음의 전압(V-)보다 본질적으로 낮을 수 있다. 그래프의 우측에 예시적으로 도시된 바와 같은 양의 스파이크 방전(Sp)조차도 캐소드 어레이에서 스윙 유도된(swing induced) 두께 비대칭의 측면 영역을 최소화하는 본 발명의 효과를 제공하기에 충분할 수 있다.

내부 캐소드(2,3)의 펄스 전원(13_i)과 동기화 유닛(38) 사이의 솔리드 연결 라인만을 포함하는 도 2에 도시된 추가 실시예에서, 외부 캐소드(1,4)에는 DC 전원이 제공될 수 있다. 도 2에 표시된 전원 공급 방식은 도 1에 표시된 캐소드 어레이에도 적용될 수 있는데, 예를 들어, 펄스 전원 공급 장치(13_o) 또는 DC 공급 장치는 x 방향으로 이동된 외부 캐소드(1', 4')에서 하부 및/또는 옆으로 인가될 수 있으며 하나 이상의 "내부" 펄스 전원(13_i)은 모든 캐소드에 대한 별도의 전원으로 또는 내부 캐소드(2, 3)를 포함하는 이중 마그네트론 구성으로 내부 캐소드에 연결될 수 있다.

도 2에서 또한 최대 기판 표면 치수 xy 및 목표 치수와의 관계, 예를 들어, 기하학적 타겟 길이인 T_L과 스퍼터링이 발생하는 타겟 길이를 나타내는 활성 타겟 길이인 T_LA가 표시된다. 자기 시스템(9,10,11,12)의 유형에 크게 영향을 받는 이상적인 캐소드 설계를 사용하면 T_LA가 T_L과 같아 전체 타겟 표면이 균일하게 스퍼터링될 수 있다. 명료함을 위해 도 2에는 자기 시스템(9, 11)만이 도시되어 있다. 도 3은 도 2의 기판 평면(S)만을 도시하고 기판 표면의 최대 치수 y의 양쪽에 있는 각각의 돌출부(T_SD)와 같은 추가 세부사항을 도시한다. 또한 각 축(Y_C1,Y_C2,Y_C3,Y_C4)의 양측에서 대각선으로 대향하는 더 높은 두께(45)의 영역에서 치수 x = x 및 y = T_LA의 중심 평면에 표시된다. 영역(45)은 각각의 축을 중심으로 한 자기 시스템의 선회 동안 언급된 바와 같이 스윙 유도된 두께 비대칭에 의해 유발된다.

도 4는 기판(14)을 향하는 실선 및 기판 평면(S)에 대해 기울어지고 소용돌이치는 점선으로 자기 시스템(10)을 갖는 측면도로 캐소드(1)의 추가 세부사항을 도시한다. 자기 시스템(10)은 주변 대기에 있을 수 있는 냉각 튜브(40)의 내부 공간 내에서 선회되며, 후자는 또한 스퍼터 타겟의 냉각 회로(44)의 내부 보더를 한정하며, 외부 보더는 타겟을 기계적으로 지지하는 백킹 튜브(backing tube)(39)에 의해 한정된다. 타겟 냉각 시스템에 대한 각각의 진공 개스킷 및/또는 밀봉에는 캡(35, 35')이 제공될 수 있다. 목표 냉각수 내부 및 출구는 축방향으로 제공될 수 있고 예를 들어, 반대쪽 캐소드 말단에서 방사상으로 분포될 수 있다.

표 1에는 2개의 상이한 기판 기하학적 구조에 대한 2개의 본 발명의 장치의 주요 치수가 도시되어 있다. 두 장치 모두 수정된 클러스터라인(Clusterline) PNL 유형이다. 클러스터라인 PNL500 모델을 기반으로 하는 장치 1(장치 1)의 경우 500±15mm x 500±15mm 범위의 기판을 3개의 캐소드 어레이로 코팅할 수 있다. 클러스터라인 PLN600 모델을 기반으로 하는 장치 2(장치 2)의 경우 600±20mm x 600±20mm 범위의 기판을 4개의 캐소드 어레이로 코팅할 수 있다.

공식은 각각의 기판의 측면별로 사용되는 각 타겟 돌출부를 한정한다. 직경(D_T)이 140mm에서 160mm인 표적이 사용되었다. 이러한 장치를 사용하여, 최첨단 공정을 위한 DC 전원 공급 장치 및 본 발명의 공정을 위한 애노드 펄스 DC 전원 공급 장치가 회전 장착 자기 시스템을 포함하는 타겟과 함께 사용되었다. 표 2에 표시된 매개변수는 스윙 유도 두께 비대칭이 y 방향으로 기판 표면을 확대하기 위해 효과적으로 개선될 수 있음을 보여주기 위해 적용되었다.

* 모든 전이 금속, 즉 주기율표의 그룹 3 내지 12, 또는 Al, 또는 이들의 조합;

** 주기율표의 그룹 4 내지 10 모든 원자, Al, 또는 Cu, 또는 이들의 조합.

이러한 매개변수를 적용하면 표 3과 같이 코팅 특성에 도달할 수 있다.

상기 나열된 매개변수를 사용하여 도 5와 같은 두께 분포는 Cu 타겟을 사용하는 4개의 캐소드 어레이의 캐소드 축(Y_Cn)에 수직인 기판의 중심 x 좌표를 따라 증착될 수 있다. X축을 따라 분포하는 경우, 스윙 유도 두께 비대칭이 기판 평면 S의 외부 y 좌표에서만 볼 수 있기 때문에 DC 또는 펄스 DC 구동 공정에 의해 증착된 코팅의 상대적 두께 변화는 거의 동일하다. X축을 따른 이러한 편차는 Sputtering Components Incorporation 에서 상업적으로 입수할 수 있는 최적화 프로그램에 의해 사전에 최적화되었다. 4개의 캐소드 어레이에 대한 이러한 계산의 예는 도 8에 도시된다. 도시된 바와 같이 4개의 캐소드의 두께 분포 중첩의 누적 곡선은 약 ±0.34%의 중심 균일도 편차를 제공한다. PNL600 스퍼터링 시스템에 적용될 때 이러한 최적화는 도 5의 Cu 층의 경우 약 ±2%의 중심 균일도 편차를 초래했다. 도 1 및 도 2의 4개의 캐소드 어레이에 도시된 바와 같이 외부 캐소드의 축(Y_C1 및 Y_C4)의 돌출부는 최대 기판 치수에서 바깥쪽으로 오프셋되어 있다.

도 10과 11에서는 클러스터라인 PNL600 시스템에 증착된 2개의 티타늄 단일 레이어의 비교 두께 분포를 보여준다. 사용된 PNL600 장비의 장치 형상은 표 1, 장치 2의 컬럼을 참조할 수 있다. 두께 분포는 캐소드 축(Y_Cj)에 평행한 일정한 x 좌표와 600mm x 600mm 기판 표면 평면의 중심 축 Y를 따라 측정되었다. 이 실험을 위해 4개의 캐소드 어레이 중 캐소드 2개만 최신 공정에 따라 DC 모드로 사용되었고, 고정 자기 시스템이 기판 평면(S)에 대향하는 회전되지 않은 0 위치에 있고 회전 각도가 자기 시스템의 0 위치에서 60°인 회전 위치에 있다. γ = 0° 및 γ = 60°는 기판 평면(S)을 향한 각각의 회전 평면 각도 α = 90° 및 α = 30°를 나타내고 회전 각도 β = 0°를 나타내고, 이 실험에서 자기 시스템은 고정되어 사용되었다. 거리(x)는 기판 표면의 X축을 따라 가장 높은 절대 두께에 따라 선택되었으며, 또한 캐소드 축(Y_Cj)과 X축의 직교 배열로 인해 동일한 x 좌표의 다른 y값과 함께 가장 높은 상대 두께를 나타낸다. 이 최대 두께 값은 약 x = 400mm의 고정 자기 시스템의 경우, 수직 거리(T_SD2)에서 타겟이 기판을 향하는 위치이며, 자기 시스템은 기판을 향하고 있다. 제로 위치에서 중심 ZY 평면을 향해 γ = 60°에서 회전된 자기 시스템의 경우, 최대 두께는 약 325mm에서 중심을 향해 옆으로 이동된 것을 찾을 수 있으며, 기판 중심은 300mm이다. 제로 위치에 있는 자기 시스템을 사용한 증착을 위한 측정 지점은 정사각형이고 DC γ = 0°로 표시되고, 피벗된 자기 시스템을 사용한 증착을 위한 측정 지점은 원형이고 γ = 60°로 표시된다. 약 375nm의 중간 두께는 캐소드가 정지 모드에서 구동되었을 때 도 9에서 계산될 수 있고 약 280nm의 더 얇은 중간 두께는 피벗된 캐소드에 대해 계산될 수 있다. 그러나 도 9에 표시된 절대 두께보다 더 흥미로운 것은 도 10에 표시된 대로 두 코팅의 각각 중간 두께로 정규화된 상대 두께이다. 이로부터 두께 균일성 unif_T(γ = 0°) = ± 1.5%가 자기 시스템의 0 위치에서의 증착에 대해 추론될 수 있고, 피벗된 자기 시스템으로 달성된 두께 균일성은 균일도 unif_T(γ = 60°) = ± 7.8에서 매우 열악했다. 동시에 분포는 y 좌표의 한쪽 끝이 얇고 다른 쪽 끝이 두꺼운 매우 비대칭이다. 이러한 측정은 최대 두께의 하나의 x 좌표에서만 이루어졌다는 점에 다시 주목해야 한다. 전체 기판 표면의 두께 분포를 고려하면, 도 8과 같이 중심 x 좌표를 따른 두께 분포에 대한 최적화 프로그램에도 불구하고 y 좌표를 따른 두께 불균일성은 여전히 문제이다. 이러한 결과는 또한, 피벗 또는 회전 자기 시스템이 애노드 어레이 배열로 정적으로 코팅된 기판의 x-좌표를 따라 두께 분포를 최적화하는 데 사용되는 경우, y-좌표를 따라 적어도 어느 정도 수용 가능한 두께 균일성에 도달하기 위해 양쪽 타겟 끝단, 예를 들어, 각 측면에서 ≥ 2 T_SD를 갖는 기판 치수에 과도한 돌출부를 제공할 필요성을 분명히 보여준다. 이 효과는 기판이 서로 다른 증착 속도의 영역을 통해 이동하는 인라인 시스템에서는 중요하지 않고, 이에 따라 x-방향의 두께 차이가 평평해지며 따라서 자석들은 항상 α = 90°에 머물 수 있고 회전하거나 회전할 필요가 없다.

도 11에는 도 10에서와 같이 고정 자기 시스템으로 증착된 티타늄 코팅의 유사한 비교 상대 두께 분포의 결과가 도시된다. 그러나 이 경우 도 9 및 10의 최신 공정와 반대로 애노드 펄스 DC 전원 공급 장치는 어레이의 유일한 전원 공급된 캐소드(3)에 연결되었다. 펄스 DC γ = 0°로 표시된 제로 위치(여기서 캐소드 3의 증착을 위한 측정 지점)는 정사각형이고 피벗된 자기 시스템을 사용한 증착을 위한 측정 지점은 삼각형이고 펄스 DC γ = 60°로 표시된다. DC 구동 캐소드와의 차이점은 매우 놀라운데, γ = 60°로 회전된 자기 시스템으로 두께 분포의 균일도로, 균일도에서 약 3배 더 작은 편차, 즉 unif_T(γ = 60°) = ± 2.1은 도 10에 도시된 바와 같이 각각의 DC 구동 회전식 캐소드과 비교하여 얻을 수 있다. 동시에 분포의 대칭은 약간 두꺼운 중앙 영역과 측면 영역을 향한 코팅 두께의 감소를 나타내는 피벗되지 않은 시스템으로 증착된 코팅의 분포와 유사하다. 도 12 및 도 13은 도 1 및 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 PLN600(장치 2) 시스템 상에서 본 발명의 펄스 DC 공정으로 각각 최신 DC 공정으로 증착된 코팅의 표면 스캔 두께 분포 및 표 1의 각각의 치수들을 나타낸다. 4개의 모든 캐소드, 각각 구리 타겟은 캐소드 평면(S)으로부터 동일한 거리(T_SD)에 있었다. 전력은 최근 공정을 위한 4개의 전용 DC 전원과 본 발명의 공정을 위한 4개의 펄스 및 동기화된 DC 전원에 의해 공급되었다.

뚜렷한 스윙 유도 두께 비대칭을 보여주는 DC 스퍼터링에 대해 10mm의 가장자리 제외가 있는 600mm x 600mm 유리 기판에서 두께 균일성의 표면적 측정 결과가 도 12에 도시된다. 실용적인 이유로 도 12 및 13에서 축 원점은 기판의 왼쪽 하단 모서리에 있다. 평균값에 대해 -15% ~ +15% 범위를 표시하도록 그레이 스케일(gray scale)이 조정된다. 도 12의 최신 공정은 측정된 기판 치수 내에서 약 238nm의 평균 두께와 균일도 unif_T = 7.6으로 나타났다. 측정은 4점 프로브 표면 저항(Rs) 측정 장치로 수행되었으며 측정된 시트 저항은 일정한 비저항을 가정하여 필름 두께 값으로 전달되었다. 그러나 본 발명에 따른 펄스-DC 공정으로 코팅된 각각의 유리 기판에 대한 동일한 측정은 약 205nm의 평균 두께 및 최소값과 최대값 사이의 unif_T < 5.0을 초래했는데, 이는 DC 공정의 균일성보다 30% 이상 우수하다. 특히 200 ≥ y와 400 ≤ y 사이의 측면 영역에서 지형 차이가 현저하게 낮아진다. 따라서 도 9 내지 도 13에 도시된 바와 같은 실험 결과에 의하면 두께-균일성은 바이폴라 펄스 전원 공급 장치를 사용하여 상당히 개선될 수 있으며, 이에 의해 기판 표면은 주어진 캐소드 기하학적 구조로 확장될 수 있고, 또는 캐소드 길이는 주어진 기판 구조로 감소될 수 있다는 것을 명확하게 보여준다.

참조 번호
1 캐소드(이중 마그네트론 공급의 경우 전극)
2 캐소드(이중 마그네트론 공급의 경우 전극)
3 캐소드(이중 마그네트론 공급의 경우 전극)
4 캐소드(이중 마그네트론 공급의 경우 전극)
5 타겟
6 타겟
7 타겟
8 타겟
9 자기 시스템
10 자기 시스템
11 자기 시스템
12 자기 시스템
13 펄스 전원 공급 장치
13' 전력선(power lines)
14 기판
15 페데스탈
16 절연 또는 절연 ESC(정전기 척)
17 냉각 액체 유입
18 냉각 액체 배출
19 애노드
20 백-가스(back-gas) 공급
21a 백-가스 유입구
21b 백-가스 배출구
22 펌프 채널
23 펌프
24 높이 막대(elevation rods)
25 타겟 드라이브
26 드라이브 기어
27 바닥
28 측벽
29 상부
30 장치
31 증착 챔버
32 자석 모터
33 샤프트(shaft)
34 스포크(spokes)
35 타겟 캡(target cap)
36 공정 가스 유입구
37 가스 분배 시스템
38 동기화 장치
39 백킹 튜브(backing tube)
40 냉각 튜브(cooling tube)
41 내부 자석
42 외부 자석
43 자기 요크(magnetyoke)
44 냉각 회로
45 더 높은 코팅 두께 영역
i,o 지수 및 o는 내부 및 외부 캐소드과 각각의 치수, 각도, 회전 평면, 전원 공급 장치 등을 나타냄
α_o,α_i 평면 P_Tso, P_TSi와 수직 사이의 각도
β,β_i,β_o 최대(내부/외부) 자석 시스템의 회전 각도
C_L 캐소드 길이
D_T 목표 직경; DT는 타겟 직경 D_{T1 …} D_Tn, D_Tmax,D_Ti, 또는 D_To 중 하나를 나타냄
P_Tso,P_TSi 외부, 내부 캐소드 자석용 회전 평면
S 기판 평면
Sp 전기 스파이크
T_L 타겟 길이
T_LA 활성 타겟 표면 영역의 길이
T_SC 기판 평면(S)까지의 거리 캐소드 축; T_SC는 같거나 다를 수 있는 거리 T_SCi 또는 T_SCo를 나타냄
T_SD 기판 평면 S까지의 거리 타겟; TSD는 같거나 다를 수 있는 거리 T_{SD1 …} T_SDn,T_SDi,T_SDo', 및 MT_SD 를 나타냄
MT_SD 평균 거리 값 MT_SD=(T_SD1 + _… + T_SDn)/n
T_TT 타겟 축 사이의 거리; T_TT는 같거나 다를 수 있는 거리 T_TTi 또는 T_TTo 모든 거리를 나타냄
x*y 기판 표면의 최대 치수
X,Y,Z 축들
Y_Cj 캐소드의 종축; Y_Cj는 Y_C1 … Y_C4,Y_Ci 및 Y_Co 축들 중 하나를 나타냄

Claims (27)

1. - 증착 챔버(31);
   - 3개 이상의 회전 캐소드(1,2,3,4,n)를 갖는 증착 챔버에 장착된 캐소드 어레이로서, 각각의 캐소드는 동일한 타겟 길이(L_T)의 원통형 타겟(5,6,7,8,n)과 자기 시스템(9,10,11,12,n)을 가지며, 캐소드들은 서로 이격되어 있어, 종축(Y_Cj)은 기판 평면(S)으로부터 거리(T_SC)로 서로 평행하게 배열되고, 거리(T_TT)로 기판 축(X)의 프로젝션(projection)을 따라 이격되고, 캐소드 어레이의 각각의 캐소드는 자기 시스템(9,10,11,12,n)을 포함하고, 하나 이상의 캐소드의 자기 시스템(9,12,n)은 회전 평면(P_TS) 내부와 외부로 자기 시스템을 회전시키기 위해 각각의 캐소드 축(Y_Cj) 둘레에 회전 장착되는, 캐소드 어레이;
   - 정적 방식으로 코팅될 최대 치수(x*y)의 하나 이상의 기판(14)을 지지하도록 설계된 페데스탈(15)로서, 페데스탈은 캐소드 어레이를 기준으로 하여 중앙에 배치되고 전방의 증착 챔버 내에 위치되는, 페데스탈(15);
   - 하나 이상의 캐소드에 전력을 공급하고 제어하도록 구성된 하나 이상의 펄스 전원 공급 장치(13)를 포함하는, 기판 상에 재료를 스퍼터링 증착하기 위한 장치(30).
2. 제1항에 있어서, 다음이 적용되는 장치:
   

   

   
   여기서 T_LA는 타겟 표면의 활성 영역 길이이고, y_max 는 종축(Y_Cj)에 평행한 최대 기판 치수이고, MT_SD는 외부 타겟 직경(D_Tn)과 기판 평면(S) 사이의 평균 최단 거리이다.
   
3. 제2항에 있어서, MT_SD

   

   T_SD1

   

   _…

   

   T_SDn인 장치.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 이웃하는 캐소드의 축 사이의 거리(T_TT)는 이웃하는 캐소드 사이의 모든 거리(T_TTk-n)에 대해 동일한, 장치.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드는 기판 평면(S)으로부터 법선 거리(T_SC)로 등거리로 이격되어 있는, 장치.
   
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 타겟 평면(S)에 대한 하나 이상의 외부 캐소드 또는 둘 모두의 거리(T_SCo)는 타겟 평면(S)에 대한 내부 캐소드의 거리(T_SCi)와 상이한, 장치.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 평면(P_TS)와 기판 평면(S) 사이의 각도α에 대해 다음이 적용되는, 장치.
   40°≤α≤ 100°
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 회전 장착 마그네틱 시스템의 최대 회전 각도(β)에 대해 다음이 적용되는, 장치.
   ± 0° ≤ │β│≤ ± 80°
   
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 펄스 전원 공급 장치는 바이폴라 펄스 전원 공급 장치인, 장치.
   
10. 제9항에 있어서, 바이폴라 전원 공급 장치는 이중 마그네트론 공급 장치로 구성되며 다른 극성의 출력은 두 개의 인접한 전극의 입력과 전기적으로 연결되는, 장치.
    
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 펄스 동기화 유닛에 연결된 적어도 2개의 펄스 전원을 포함하는, 장치.
    
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 두 외부 캐소드 모두 DC 전원 공급 장치에 연결되는, 장치.
    
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 페데스탈은 전기적으로 절연되는, 장치.
    
14. 제13항에 있어서, 페데스탈은 RF 공급 장치에 연결되는, 장치.
    
15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 페데스탈은 전기적으로 접지되는, 장치.
    
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 하나 이상의 공정 가스를 제공하기 위한 가스 분배 시스템을 포함하는, 장치.
    
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 애노드는 공정 챔버에 의해 형성된 접지 애노드인, 장치.
    
18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용을 포함하는 코팅을 증착하는 방법에 있어서, 기판이 증착 챔버 내의 페데스탈에 장착되고 페데스탈와 함께 위치되며, 증착 챔버에 진공이 가해지고 챔버에 공정 가스가 도입되며, 펄스형 타겟 전력을 어레이의 적어도 하나의 캐소드에 인가함으로써 타겟 평면(S)에서 치수(x*y) 내의 적어도 하나의 평평한 기판 상에 코팅을 증착하는 단계를 포함하는, 방법.
    
19. 제18항에 있어서, 다음이 적용되는 방법:
    

    

    
    여기서 T_LA는 타겟 표면의 활성 영역 길이이고, y_max 는 종축(Y_Cj)에 평행한 최대 기판 치수이고, MT_SD는 외부 타겟 직경(D_Tn)과 기판 평면(S) 사이의 평균 최단 거리이다.
    
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 코팅 두께 균일도 unif_T ≤ 5%는 기판 치수(x*y) 내에서 생성되는, 방법.
    
21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 전원 공급 장치는 바이폴라 전원 공급 장치인, 방법.
    
22. 제21항에 있어서, 2개의 인접 캐소드는 각각의 인접 전극에 연결된 서로 다른 극성의 출력을 갖는 이중 마그네트론 구성의 바이폴라 펄스 전원 공급 장치에 의해 구동되는, 방법.
    
23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 크롬(Cr), 구리(Cu), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 또는 텅스텐 티타늄(WTi) 코팅은 Cr, Cu, Ta, Ti, W 또는 WTi 타겟의 스퍼터링에 의해 증착되는, 방법.
    
24. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 기판은 전기적으로 부동(floating) 또는 RF 전위에 장착되는, 방법.
    
25. 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 기판은 전기적으로 접지되어 장착되는, 방법.
    
26. 기판 치수(x*y) 내에서 비저항 R[Ωm]의 균일도 unif_R ≤ 5%인 코팅을 제공하기 위한, 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 장치 또는 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 방법의 사용.
    
27. 기판 치수(x*y) 내에서 두께 균일도 unif_t ≤ 5%인 코팅을 포함하는 기판을 제조하기 위한, 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 장치 또는 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 방법의 사용.
    

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