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KR20080009292A - Sputtering magnetron - Google Patents

Sputtering magnetron Download PDF

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Publication number
KR20080009292A
KR20080009292A KR1020077026892A KR20077026892A KR20080009292A KR 20080009292 A KR20080009292 A KR 20080009292A KR 1020077026892 A KR1020077026892 A KR 1020077026892A KR 20077026892 A KR20077026892 A KR 20077026892A KR 20080009292 A KR20080009292 A KR 20080009292A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
target
pole
shaped
rod
magnets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020077026892A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
안드레아스 로프
만프레드 루스케
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼즈 게엠베하 운트 컴퍼니 카게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 어플라이드 머티어리얼즈 게엠베하 운트 컴퍼니 카게 filed Critical 어플라이드 머티어리얼즈 게엠베하 운트 컴퍼니 카게
Priority to KR1020077026892A priority Critical patent/KR20080009292A/en
Publication of KR20080009292A publication Critical patent/KR20080009292A/en
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
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    • H01J37/3405Magnetron sputtering
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Abstract

본 발명은 평면 타겟 및 평면 자석 시스템을 구비한 마그네트론에 관한 것이다. 평면 자석 시스템은 단부들이 확대된 막대형 제1 자극 및 프레임형 제2 자극을 포함하며, 상기 자극들과 상기 타겟 사이의 상대적인 이동은 타겟이 고정형일 때 이동하는 자석 시스템의 모든 포인트가 원형 경로 상에서 이동하도록 이루어진다. 자석 시스템이 고정형이면, 타겟의 각각의 포인트는 그러한 원형 경로 상에서 이동한다. 서로에 대한 상대적 이동 동안 자석 시스템 및 타겟은 평행한 평면들에 있다. 원형 경로의 직경은, 제1 자극과 제2 자극 사이에서 스퍼터 동작 동안 발생하는 플라즈마 튜브의 2개의 평행한 암들 사이의 평균 거리에 대응한다. 플라즈마 튜브의 곡선 영역 내의 자석들은 이 위치에서 극선들이 원형 호 또는 원형 영역을 형성하도록 배치되어, 타겟 내에서 구멍들이 방지된다.The present invention relates to a magnetron having a planar target and a planar magnet system. The planar magnet system comprises a rod-shaped first pole and a frame-shaped second pole with enlarged ends, and the relative movement between the poles and the target is such that all points of the moving magnet system move on the circular path when the target is stationary. Is made to move. If the magnet system is stationary, each point of the target moves on such a circular path. The magnet system and the target are in parallel planes during relative movement with respect to each other. The diameter of the circular path corresponds to the average distance between two parallel arms of the plasma tube that occur during the sputter operation between the first and second poles. The magnets in the curved area of the plasma tube are arranged at this location so that the polar lines form a circular arc or circular area, so that holes in the target are prevented.

Description

스퍼터링 마그네트론{SPUTTERING MAGNETRON}Sputtering Magnetron {SPUTTERING MAGNETRON}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 스퍼터링 마그네트론에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering magnetron according to the preamble of claim 1.

목적purpose

얇은 재료층 또는 수 개의 얇은 재료층들을 갖는 기판들의 코팅은 무수한 기술 분야들에서 중요한 역할을 한다.Coating of substrates with thin material layers or several thin material layers plays an important role in countless technical fields.

예를 들면, CD 디스크들에는 세라믹층을 갖는 클럭 하우징들 또는 보호층이 제공될 수 있다. 특정 파장들만을 통과시키거나 반사시키는 층들로 유리를 코팅하는 것은 상당히 중요해졌다. 얇은 층들이 제공된 소위 건축용 유리를 이용하여 건물들에 대형 유리 외벽들이 설치된다. 코팅은 또한 합성막들 또는 합성 병들을 기밀(gas-tight) 상태로 만들기 위한 기능을 할 수 있다.For example, CD disks may be provided with clock housings or protective layers having a ceramic layer. Coating glass with layers that pass or reflect only certain wavelengths has become of considerable importance. Large glass outer walls are installed in buildings using so-called architectural glass provided with thin layers. The coating may also function to make the composite films or composite bottles gas-tight.

상기 열거된 재료들을 코팅하는데 매우 자주 채용되는 방법은 스퍼터링법이다. 스퍼터링법에서는 진공 챔버 내에 플라즈마가 생성된다. 비교적 고농도인 양 및 음의 전하 캐리어들 및 광자들뿐만 아니라 중성자들의 혼합이 플라즈마로 이해된다. 플라즈마의 양이온들은, 소위 타겟(target)이 설치되는 캐소드의 음의 전위에 의하여 끌린다. 플라즈마의 양이온들이 타겟에 충돌할 때, 그들은 작은 입자들과 충돌하여 타겟으로부터 떨어져 나가게 하며, 이것은 그 후 타겟의 반대 측에 배 치된 기판 상에 퇴적될 수 있다. 이와 같이 입자들이 충돌로 떨어져 나가는 것(knocking-out of particles)은 "스퍼터링(sputtering)"으로서 호칭된다. 여기서 반응성 스퍼터링과 비반응성 스퍼터링을 구별한다. 비반응성 스퍼터링에서는, 작업 가스로서 기능하는 불활성 기체들로 작업이 진행되며, 그들의 양의 가스 이온들은 타겟의 입자들이 충돌로 떨어져 나가게 한다. 반응성 스퍼터링은 또한, 타겟의 입자들이 기판에 퇴적되기 전에 그들과의 화합물을 형성하는, 예를 들면, 산소와 같은 반응성 가스들을 채용한다. A very often employed method of coating the above listed materials is the sputtering method. In the sputtering method, plasma is generated in the vacuum chamber. Relatively high concentrations of positive and negative charge carriers and photons as well as mixtures of neutrons are understood as plasmas. The cations in the plasma are attracted by the negative potential of the cathode on which the so-called target is installed. When the cations in the plasma impinge on the target, they impinge on small particles and fall off the target, which can then be deposited on a substrate placed on the opposite side of the target. As such, knocking-out of particles is called "sputtering". Distinguish between reactive and non-reactive sputtering here. In non-reactive sputtering, work proceeds with inert gases that function as working gases, and their amounts of gas ions cause particles of the target to fall off in a collision. Reactive sputtering also employs reactive gases such as, for example, oxygen, which form a compound with the particles of the target before they are deposited on the substrate.

스퍼터링 처리에 요구되는 이온들은 예를 들면 글로우 방전(glow discharge)에서의 가스 원자들 및 전자들의 충돌에 의하여, 캐소드를 형성하는 타겟으로 가속된 전계의 도움을 받아 생성된다.The ions required for the sputtering process are generated with the help of an accelerated electric field to the target forming the cathode, for example, by the collision of gas atoms and electrons in a glow discharge.

자유 전자들은 주로 이온화를 책임진다. 이들은 자석들의 도움으로 타겟의 정면에 밀집되어 이온화를 강화할 수 있다. 캐소드와 자석들의 조합은 마그네트론(magnetron)으로서 호칭된다. 마그네트론에서 직면된 문제점은 자계가 균질(homogeneus)하지 않으므로 타겟 재료가 불균일하게 침식된다는 점이다. 예를 들면, 자계들의 극선들(pole lines) 부근에서는 타겟 재료의 침식이 발생하지 않는다. 극선들은 자기력선들이 스퍼터측의 타겟면에 수직으로 통과하는 영역들을 의미한다. 타겟 재료의 불균일한 침식의 결과로서, 기판도 불균일하게 코팅된다.Free electrons are mainly responsible for ionization. They can be concentrated in front of the target with the aid of magnets to enhance ionization. The combination of cathode and magnets is called as magnetron. The problem encountered in magnetrons is that the target material is eroded unevenly because the magnetic field is not homogenous. For example, erosion of the target material does not occur near pole lines of magnetic fields. Polar lines mean regions in which magnetic force lines pass perpendicular to the target surface on the sputtering side. As a result of the uneven erosion of the target material, the substrate is also unevenly coated.

따라서 불균일한 침식의 단점을 제거하는 것이 목적이다.The aim is therefore to eliminate the disadvantages of uneven erosion.

자석 시스템이 타겟 재료에 평행하게 이동되는 마그네트론은 이미 공지되어 있다(EP1120811 A2). 자석 시스템은 타겟면에 관하여 그와 평행한 경로 상에서 이 동되는 수 개의 자석들을 포함한다. 이 자석 시스템을 통하여 자계가 더욱 균질성을 갖게 되어 타겟 재료의 균일한 침식이 보장된다.Magnetrons in which the magnet system is moved parallel to the target material are already known (EP1120811 A2). The magnet system includes several magnets that are moved on a path parallel to the target plane. This magnet system makes the magnetic field more homogeneous, ensuring uniform erosion of the target material.

높은 타겟 이용률도 달성될 수 있는 관형 타겟(tubular target)이 채용된다. 타겟에 대하여 이동되는 자석 시스템이 이 타겟 내에 위치되거나, 또는 자석 시스템은 고정되지만 관형 타겟이 자석 시스템 주위를 이동한다(DE41 17 367 C2)Tubular targets are employed where high target utilization may also be achieved. The magnet system moved relative to the target is located within this target, or the magnet system is fixed but the tubular target moves around the magnet system (DE41 17 367 C2)

최근에, 타겟 위에 플라즈마 튜브를 생성하기 위하여 폐루프의 형태로 자계를 한정하는 수 개의 자석들을 포함하는 평면 마그네트론도 공지되어 있다. 여기에서는 자석들과 타겟면 사이의 순환적 이동을 발생시키는 장치들이 제공된다. 이 이동들 중 하나는 원형이다.Recently, planar magnetrons are also known which comprise several magnets which define a magnetic field in the form of a closed loop to create a plasma tube on a target. Here, devices are provided for generating a cyclical movement between the magnets and the target surface. One of these movements is circular.

문제Problem

본 발명은 스퍼터 처리에서 평면 및 직사각형 타겟의 이용률을 개선하는 문제를 처리한다.The present invention addresses the problem of improving the utilization of planar and rectangular targets in sputtering.

문제의 해결Problem solving

상기 문제는 본 발명의 청구항 1의 특징에 따라 해결된다.The problem is solved according to the features of claim 1 of the present invention.

따라서, 본 발명은 평면 타겟 및 평면 자석 시스템을 구비한 마그네트론에 관한 것이다. 평면 자석 시스템은 단부들이 확대된 막대형(bar-shaped) 제1 자극(magnetic pole) 및 프레임형 제2 자극을 포함하고, 자극들과 타겟 사이의 상대적 이동은, 고정형 타겟의 경우, 자석 시스템의 각각의 이동 포인트는 원형 경로 상에서 이동하는 방식으로 진행한다. 자석 시스템이 고정형이면, 타겟의 각각의 포인트는 그러한 원형 경로 상에서 이동한다. 서로에 대한 상대적 이동 동안 자석 시스템 및 타겟은 평행한 면들에 있다. 원형 경로의 직경은 스퍼터링 동작 동안 제1 자극과 제2 자극 사이에서 발생하는 플라즈마 튜브의 두 개의 평행 암들(parallel arms) 사이의 평균 거리에 해당한다. 플라즈마 튜브의 곡선 영역 내의 자석들은, 극선들(pole lines)이 이 영역 내에 원형 호(circular arc) 또는 원형 영역을 형성하도록 배치되어, 타겟 내에서 구멍들이 방지될 수 있다.Accordingly, the present invention relates to a magnetron having a planar target and a planar magnet system. The planar magnet system comprises a bar-shaped first magnetic pole and a frame-shaped second magnetic pole with enlarged ends, and the relative movement between the magnetic poles and the target, in the case of a fixed target, Each movement point proceeds in a manner that moves on a circular path. If the magnet system is stationary, each point of the target moves on such a circular path. The magnet system and the target are in parallel planes while relative to each other. The diameter of the circular path corresponds to the average distance between two parallel arms of the plasma tube occurring between the first and second poles during the sputtering operation. Magnets in the curved region of the plasma tube can be arranged such that pole lines form a circular arc or circular region in this region, so that holes in the target can be prevented.

발명의 장점들Advantages of the Invention

본 발명에 따른 장점은, 특히 자기력선들이 정적 동작(static operation)시 자석면을 수직으로 통과하는 위치들에서도 타겟이 스퍼터되는 것을 포함한다. 특히 직사각형 자석의 좁은 변(narrow side)에 발생하는 침식율이 증가되는 것을 방지한다.Advantages according to the invention include the sputtering of the target, particularly at positions where the lines of magnetic force pass perpendicularly through the magnet plane during static operation. In particular, the erosion rate occurring at the narrow side of the rectangular magnet is prevented from increasing.

도 1은 내측 및 외측 자석을 구비한 자석 구성 및 플라즈마 튜브를 도시하는 도면.1 shows a magnet configuration with inner and outer magnets and a plasma tube;

도 2는 타겟 위에서 이동 가능한 자석 구성을 도시하는 도면.2 illustrates a magnet configuration movable on a target.

도 3은 내측 자석이 그 단부에서 확대되는, 플라즈마 튜브를 갖는 자석을 도시하는 도면.3 shows a magnet with a plasma tube in which the inner magnet is enlarged at its end;

도 4는 원형의 적분 윤곽(circular integration contour)을 갖는 플라즈마 튜브를 도시하는 도면.4 shows a plasma tube with a circular integration contour.

도 5는 평행하게 배치된 자석을 통하여, 내측 자석들의 단부가 확대된 자석 구성을 도시하는 도면.5 shows a magnet configuration in which the ends of the inner magnets are enlarged through the magnets arranged in parallel;

도 6은 고리형 자석에 의하여, 내측 자석들의 단부들이 확대된 자석 구성을 도시하는 도면.6 illustrates a magnet configuration in which ends of inner magnets are enlarged by an annular magnet;

도 7은 둥근 디스크들에 의하여, 내측 자석들의 단부들이 확대된 자석 구성을 도시하는 도면.FIG. 7 shows a magnet configuration in which ends of the inner magnets are enlarged by round discs; FIG.

도 8은 타겟에 대하여 자석 구성을 구동하는 구동장치를 도시하는 도면.8 shows a drive for driving a magnet configuration with respect to a target.

도 1은 평면 타겟들의 스퍼터링시 이용되는 것과 같은 자석 구성(1)을 도시한다. 그러한 자석 구성은 예를 들면 US5382344의 도 10에 도시된다.1 shows a magnet configuration 1 as used in sputtering of planar targets. Such a magnet configuration is shown, for example, in FIG. 10 of US5382344.

자석 구성(1)은 제1 자극(예를 들면, N극(2)) 및 제2 자극(예를 들면, S극(3))으로 구성된다. N극(north pole, 2)은 막대 형상의 S극(3)을 둘러싸는 직사각형 프레임의 형태를 갖는다. N극(2)은 2개의 장변들(4, 5) 및 2개의 단변들(6, 7)로 구성된다. S극(3)은 또한 2개의 장변들(8, 9) 및 2개의 단변들(10, 11)을 가지만, 단변들(10, 11)은 N극(2)의 단변들(6, 7)보다 훨씬 더 짧다.The magnet configuration 1 is composed of a first magnetic pole (for example, N pole 2) and a second magnetic pole (for example, S pole 3). The north pole 2 has the form of a rectangular frame surrounding the rod-shaped S pole 3. The north pole 2 is composed of two long sides 4 and 5 and two short sides 6 and 7. The S pole 3 also has two long sides 8, 9 and two short sides 10, 11, while the short sides 10, 11 have short sides 6, 7 of the N pole 2. Much shorter than

N극(2)과 S극(3) 사이에는 플라즈마 튜브(12)가 명백히 나타나며, 이것은 N극(2)과 S극(3) 사이의 공간 거의 전체를 차지한다. 이 플라즈마 튜브(12)는 도 1에는 도시되어 있지 않은 캐소드에 인가된 전압과 연결되는 경우 자석 구성의 자계로부터 발생하며, 이 캐소드는 자석 구성(1)에 연결되어 있다. N극(2)과 S극(3)은 요크(yoke)를 통하여 서로 연결된다.Plasma tube 12 is apparent between the N pole 2 and the S pole 3, which occupies almost the entire space between the N pole 2 and the S pole 3. This plasma tube 12 is generated from a magnetic field of a magnet configuration when connected to a voltage applied to a cathode which is not shown in FIG. 1, which cathode is connected to the magnet configuration 1. The north pole 2 and the south pole 3 are connected to each other through a yoke.

역시 도 1에는 도시되어 있지 않은 타겟은 적어도 자석 구성(1)과 동일한 사이즈를 가지며 그것에 평행하게 배치된다. 따라서, 자석 구성(1) 및 타겟은 평행한 평면들 내에 있다.A target, which is also not shown in FIG. 1, has at least the same size as the magnet configuration 1 and is arranged parallel to it. Thus, the magnet configuration 1 and the target are in parallel planes.

플라즈마 튜브(12)는 4개 영역들로 세분될 수 있다. 2개의 영역들(13, 14)은 N극(2)의 장변들(4, 5)에 평행하게 연장하는 한편, 2개의 다른 영역들(15, 16)은 S극(3)의 단부들을 반타원형으로(semi-elliptically) 둘러싼다.The plasma tube 12 may be subdivided into four regions. The two regions 13, 14 extend parallel to the long sides 4, 5 of the N pole 2, while the two other regions 15, 16 half the ends of the S pole 3. Surround semi-elliptically.

D는 플라즈마 튜브(12)의 평행 영역들(13, 14)의 중심선들 사이의 거리를 나타낸다.D represents the distance between the centerlines of the parallel regions 13, 14 of the plasma tube 12.

자석 구성(1)이 마그네트론에 채용되면, 정적 동작 동안 플라즈마 튜브(12)에 정반대로 위치되어 있는 타겟의 부분들이 실질적으로 스퍼터된다(sputtered off)). 나머지 영역들은 실질적으로 침식되지 않는다.If the magnet configuration 1 is employed in the magnetron, portions of the target which are positioned opposite to the plasma tube 12 during the static operation are substantially sputtered off. The remaining areas are not substantially eroded.

도 2는 타겟(20)에 대한 자석 구성(1)의 본 발명에 따른 배치를 도시한다. 이 타겟(20)은 직사각형이며 그 치수들은 자석 구성(1)보다 약간 더 크다. N극(2) 및 S극(3)은, 비도시된 요크판(yoke plate)을 통하여 서로 연결되어 있어서, N극(2)에 대한 S극(3)의 상대적 위치는 항상 일치된다.2 shows the arrangement according to the invention of the magnet configuration 1 with respect to the target 20. This target 20 is rectangular and its dimensions are slightly larger than the magnet configuration 1. The N pole 2 and the S pole 3 are connected to each other via a yoke plate (not shown) so that the relative position of the S pole 3 with respect to the N pole 2 is always coincident.

타겟(20)의 스퍼터링을 더욱 균일하게 하기 위하여, S극-N극 구성을 통하는 가상의 축(21)은 직경 D로 원(22) 상에서 회전한다.In order to make the sputtering of the target 20 more uniform, the imaginary axis 21 through the S-pole configuration is rotated on the circle 22 to diameter D.

따라서 자석 시스템(1)은 각각의 그 포인트들이 동일한 직경 D로 원을 그리도록 이동된다. 자석 시스템(1) 및 타겟(20)은 서로 평행하게 방향이 결정되는 평면들에 존재한다.The magnet system 1 is thus moved such that each of its points circles a same diameter D. The magnet system 1 and the target 20 are in planes that are oriented parallel to each other.

캐소드(비도시)에 전압이 인가되면, 플라즈마가 점화된다. 이에 의하여 자석 구성(1)의 자계에 의하여 그 형상이 결정되는, 도 1에 도시된 독립식(self-contained) 플라즈마 튜브(12)가 형성된다.When a voltage is applied to the cathode (not shown), the plasma is ignited. This forms the self-contained plasma tube 12 shown in FIG. 1, whose shape is determined by the magnetic field of the magnet configuration 1.

타겟(20)에 대하여 자석 구성(1)을 이동시키는 경우 플라즈마 튜브(12)도 이동되어 여기에서는 고정형인 타겟면의 큰 부분 위에서 가이드된다. 따라서, 플라즈마 튜브(12)는 또한 정적 동작에서는 스퍼터되지 않을 타겟(20)의 영역들 위를 스위핑(sweeping)한다.When moving the magnet configuration 1 with respect to the target 20, the plasma tube 12 is also moved and guided over a large portion of the fixed target surface here. Thus, the plasma tube 12 also sweeps over the areas of the target 20 that will not be sputtered in static operation.

침식된 타겟 재료가 타겟면 위로 재퇴적(redeposition)되는 것을 방지하기 위하여, 타겟(20)의 표면의 각각의 위치는 플라즈마 튜브(12)에 의하여 일정 시간 동안 커버되어야 한다.In order to prevent the eroded target material from being redeposited onto the target surface, each position of the surface of the target 20 must be covered by the plasma tube 12 for a period of time.

도 1 및 2에 도시된 자석 구성(1)은 여전히 자석 시스템(1)의 곡선 영역(23, 24)에서 집중적인 재료 침식이 발생되는 단점을 갖는다. 그리하여 타겟(20) 내에는 이 곡선 영역(23, 24)에 의하여 구멍(hole)이 발생한다.The magnet arrangement 1 shown in FIGS. 1 and 2 still has the disadvantage that intensive material erosion occurs in the curved regions 23, 24 of the magnet system 1. Thus, holes are generated in the target 20 by the curved areas 23 and 24.

이 구멍을 방지하기 위하여, 내측 자극은 도 3에 도시된 방식으로 변형된다.To prevent this hole, the inner pole is deformed in the manner shown in FIG.

도 3에 도시된 자석 구성(25)의 경우 외측 자석(2)은 도 1에 따른 외측 자석과 같이 구성된다.In the case of the magnet arrangement 25 shown in FIG. 3, the outer magnet 2 is configured like the outer magnet according to FIG. 1.

그러나, 내측 자석(26)은 다른 형태를 갖는다. 이것도 2개의 장변들(27, 28) 및 2개의 단변들(24, 30)을 갖는 막대를 포함하지만, 장변들(27, 28)은 도 1에 따른 내측 자석들(3)의 경우보다 더 짧다.However, the inner magnet 26 has a different form. This also comprises a rod with two long sides 27, 28 and two short sides 24, 30, but the long sides 27, 28 are shorter than in the case of the inner magnets 3 according to FIG. 1. .

단변들(24, 30)은 각각의 경우에, 각각, 실질적으로 원형 보디를 형성하는 5개의 작은 막대 자석들(31 내지 35 또는 36 내지 40)에 의하여 연결되어, 내측 자극은 대략적으로 뼈의 형상을 갖는다. 작은 막대 자석들(33 및 38)은 외측 자극의 단변들(7, 6)에 평행하게 연장되며, 작은 막대 자석들(32, 34 또는 37, 39)은 외측 자극의 장변들(4, 5)에 평행하게 연장된다. 작은 막대 자석들(31, 35 또는 36, 40)은 막대 자석들(32, 34 또는 37, 39)과 내측 자극(26)의 단변들(24, 30) 사이의 접속을 이룬다. 이들은 내측 자석(26)의 종축에 대하여 대략적으로 45도의 각도로 배치되어 있다.The short sides 24 and 30 are in each case connected by five small bar magnets 31 to 35 or 36 to 40, respectively, forming a substantially circular body, so that the inner pole is approximately in the shape of a bone. Has Small bar magnets 33 and 38 extend parallel to the short sides 7, 6 of the outer pole, and small bar magnets 32, 34 or 37, 39 extend the long sides 4, 5 of the outer pole. Extends parallel to. The small bar magnets 31, 35 or 36, 40 make a connection between the bar magnets 32, 34 or 37, 39 and the short sides 24, 30 of the inner magnetic pole 26. They are arranged at an angle of approximately 45 degrees with respect to the longitudinal axis of the inner magnet 26.

자석 구성(25)으로 인한 플라즈마 튜브(45)는 자석 구성(25)이 없이 도 4에 다시 한 번 도시된다.The plasma tube 45 due to the magnet configuration 25 is shown once again in FIG. 4 without the magnet configuration 25.

도 4의 예시는 타겟(20) 위의 자석 구성(25)의 원형 이동으로 타겟(20)으로부터 침식된 재료의 양이 타겟의 특정한 위치(42, 43, 44)에서 계산될 수 있는 방식을 설명하기 위한 것이다.The example of FIG. 4 illustrates how the amount of material eroded from the target 20 can be calculated at a particular location 42, 43, 44 of the target with the circular movement of the magnet configuration 25 over the target 20. It is to.

이러한 목적으로 직경 D를 갖는 원형 경로(46)를 따라 플라즈마 밀도가 수학적으로 적분된다(이와 관련하여 Shunji Ido, Koji Nakamura: Computational Studies on the Shape and Control of Plasmas in Magnetron Sputtering Systems, Jpn. J. Appl. Phys. 32; 5698 - 5702, 1993 참조). 거기에서는 폐쇠된 윤곽 경로 적분(closed contour path integral)이 형성된다. 원형 경로(46)의 경우, 이 적분은 원형 경로(46) 내에 플라즈마가 발견되지 않기 때문에 값이 0이다.Plasma density is mathematically integrated along circular path 46 with diameter D for this purpose (in this regard Shunji Ido, Koji Nakamura: Computational Studies on the Shape and Control of Plasmas in Magnetron Sputtering Systems, Jpn. J. Appl. Phys. 32; 5698-5702, 1993). There, a closed contour path integral is formed. In the case of the circular path 46, this integration is zero because no plasma is found in the circular path 46.

원형 경로(47)의 경우, 원형 경로(47) 내로 플라즈마 튜브(45)가 통과하므로 플라즈마 밀도로서 특정한 양의 값이 산출된다. 다시 원형 경로(48)의 경우, 원형 경로(46)의 경우와 같이, 값이 0이다.In the case of the circular path 47, the plasma tube 45 passes through the circular path 47, so that a specific amount of value is calculated as the plasma density. Again for the circular path 48, as in the circular path 46, the value is zero.

곡선 영역(49, 50) 내의 플라즈마가 수축되므로, 도 1에 따른 자석 구성(1)을 사용하는 경우에 발생하는 타겟(20) 내의 구멍들이 방지된다.Since the plasma in the curved regions 49 and 50 contracts, holes in the target 20 which occur when using the magnet configuration 1 according to FIG. 1 are prevented.

상기 수축은 곡선 주위의 원형 경로(46) 상에서 플라즈마 튜브(45)가 가이드되는 데 충분할 만큼 커야 하며, 이 경우 플라즈마 튜브(45)의 내측은 도 1에 도시된 거리 D에 대응하는 직경 D를 갖는 원형 경로를 묘사한다.The contraction must be large enough to guide the plasma tube 45 on the circular path 46 around the curve, in which case the inside of the plasma tube 45 has a diameter D corresponding to the distance D shown in FIG. 1. Depict a circular path.

그러한 수축은 매우 넓은 자석을 통하여 또는 서로 이웃하여 배열된 수 개의 좁은 자석들을 통하여 달성될 수 있다.Such contraction can be achieved through a very wide magnet or through several narrow magnets arranged next to each other.

도 5는 그러한 자석 구성(52)을 도시한다. 도 3에 따라 준원형(quasi-circle)으로 배치된 막대 자석들(31 내지 35 또는 36 내지 40) 대신, 도 5의 자석 구성(52)에는, 각각, 5개의 막대 자석들(53 내지 57 또는 58 내지 62)이 각각의 경우에 자극(26)의 단변들(29, 30)에, 특히 N극(2)의 장변들(4, 5)에 평행하게 배치된다.5 shows such a magnet configuration 52. Instead of the bar magnets 31 to 35 or 36 to 40 arranged in a quasi-circle according to FIG. 3, in the magnet configuration 52 of FIG. 5, five bar magnets 53 to 57 or 58 to 62 are in each case arranged at the short sides 29, 30 of the pole 26, in particular parallel to the long sides 4, 5 of the N pole 2.

각각의 경우에서 중심 자석(55 및 60)은 가장 큰 한편, 측방으로 연속하는 자석들(54, 53; 56, 57 또는 58, 59; 61, 62)은 외측을 향하여 점진적으로 짧아진다.In each case the center magnets 55 and 60 are the largest, while the laterally continuous magnets 54, 53; 56, 57 or 58, 59; 61, 62 are gradually shortened outwards.

도 6은 자석 구성(41)의 내측 자극(26)의 또 다른 변형예를 도시한다. 막대(26)의 각각의 단부(29, 30)는 각각의 경우에 자석 고리(70, 71)에 의하여 연결된다. 도 7의 변형예에서는 고리 대신 디스크(72, 73)가 제공된다.6 shows another variant of the inner magnetic pole 26 of the magnet configuration 41. Each end 29, 30 of the rod 26 is in each case connected by a magnet ring 70, 71. In the variant of FIG. 7, disks 72 and 73 are provided instead of rings.

도 8에서는 타겟(20) 및 개략적인 구동장치와 함께 도 6에 따른 자석 구성이 다시 한 번 도시된다. 여기에서는 2개의 자극들(26, 2) 위에 요크판(75)이 명백히 나타난다. 참조부호 76에 의하여, 하향하여 요크판(75)과 접속되는 핀(77)이 주위부에 위치되는 구동휠(drive wheel)이 표시된다. 구동휠(76)은 모터(79)에 의하여 구동되는 상향 샤프트(78)와 접속된다.In FIG. 8 the magnet arrangement according to FIG. 6 is shown once again with the target 20 and the schematic drive. The yoke plate 75 is clearly shown here on the two magnetic poles 26, 2. Reference numeral 76 denotes a drive wheel in which a pin 77 connected downwardly with the yoke plate 75 is positioned around the periphery. The drive wheel 76 is connected with the upward shaft 78 which is driven by the motor 79.

핀(77)이 구동휠(76)의 중심으로부터 거리 D/2에 배치되고 모터(79)가 구동되면, 요크판(75)은 이미 기술된 방식으로, 즉, 요크 및 자석 시스템의 각각의 포인트가 원형 경로상에서 이동하도록 자석 시스템과 함께 이동한다. 여기에서 핀(77)은 요크판(75)에 견고하게 연결되어 있지 않으며, 오히려 요크판(75)의 구멍(여기에서 회전이 가능함)에 삽입되며, 이 방식으로 요크판(75)이 샤프트(78)를 중심으로 전체적으로 회전하는 것을 방지한다. 요크판(75)의 단변들 및 장변들의 기하학적 방위(geometric orientation)(x축, y축)는 회전 이동 동안 불변으로 유지된다.If the pin 77 is arranged at a distance D / 2 from the center of the drive wheel 76 and the motor 79 is driven, the yoke plate 75 is in the manner already described, ie each point of the yoke and magnet system. Moves with the magnet system to move on a circular path. The pin 77 is not rigidly connected to the yoke plate 75 here, but rather is inserted into a hole (which can be rotated here) of the yoke plate 75, in which the yoke plate 75 is connected to the shaft ( 78) to prevent rotation around the whole. The geometric orientations (x-axis, y-axis) of the short and long sides of the yoke plate 75 remain unchanged during the rotational movement.

핀(77)이 반드시 요크판(75) 자체 내의 개구로 삽입되어야 하는 것은 아니다. 이 목적으로 요크판(75)에 접속된 추가적인 판을 제공하는 것도 가능할 수 있다. 타겟에 대한 자석 구성의 원하는 이동에 작용하는 어떠한 다른 구동장치(EP0918351 A1, 도 6 참조)라도 이용될 수 있다. 자석 구성 상의 각각의 포인트가 직경 D의 주변부 상에서의 이동을 나타내는 것만이 본질적인 것이다.The pin 77 does not necessarily have to be inserted into the opening in the yoke plate 75 itself. It may also be possible to provide an additional plate connected to the yoke plate 75 for this purpose. Any other drive (EP0918351 A1, see Fig. 6) which acts on the desired movement of the magnet configuration relative to the target can be used. It is only essential that each point on the magnet configuration represents a movement on the perimeter of diameter D.

막대형 내측 자극(26)의 단부들을 형성하는 자석들은 그들의 자기력선들이 타겟(20)면에 대하여 20 도보다 더 큰 각도를 형성하도록 구현되는 것이 바람직하다.The magnets forming the ends of the rod-shaped inner pole 26 are preferably implemented such that their magnetic lines of force form an angle greater than 20 degrees with respect to the target 20 surface.

Claims (9)

평면 타겟 및 평면 자석 구성을 구비하며, 상기 자석 구성은 막대형 제1 자극 및 프레임형 제2 자극을 포함하고, 타겟의 각각의 포인트가 자석 구성에 대하여 원형으로 이동하도록 타겟 및 자석 구성이 서로에 대하여 이동될 수 있는 스퍼터 마그네트론으로서,Having a planar target and a planar magnet configuration, the magnet configuration comprising a rod-shaped first pole and a frame-shaped second pole, wherein the target and the magnet configuration are in communication with each other such that each point of the target moves in a circle relative to the magnet configuration. As a sputter magnetron that can be moved relative to, 상기 막대형 제1 자극(3, 26)의 단부들은 원의 형태로 확대되는 스퍼터 마그네트론.Sputter magnetron, wherein the ends of the rod-shaped first magnetic poles (3, 26) extend in the form of a circle. 제1항에 있어서, 상기 확대된 단부들은, 적어도 상기 제1 및 제2 자극(3, 2) 사이에서 스퍼터 동작 동안 발생하는 플라즈마 튜브의 2개의 평행 암들(12, 13) 사이의 평균 거리에 대응하는 직경 D를 가지는 스퍼터 마그네트론.2. The enlarged ends of claim 1, wherein the enlarged ends correspond to an average distance between two parallel arms 12, 13 of the plasma tube that occur during a sputter operation between at least the first and second magnetic poles 3, 2. Sputter magnetron having diameter D to say. 제1항에 있어서, 상기 막대형 제1 자극(3, 26)의 단부들은 각각 수 개의 작은 막대 자석들로 형성되는 스퍼터 마그네트론.The sputter magnetron according to claim 1, wherein the ends of the rod-shaped first magnetic poles (3, 26) are each formed of several small rod magnets. 제3항에 있어서, 각각의 단부는, 상기 프레임형 자극(2)의 단변(6, 7)에 평행하게 연장하는 막대 자석(33, 38), 장변(4, 5)에 평행하게 연장하는 2개의 막대 자석들(32, 34; 37, 39), 및 상기 제1 막대형 자극(26)의 종축에 대하여 약 45도의 각도로 연장하는 2개의 막대 자석들(31, 35)로 이루어지는 스퍼터 마그네트론.4. The end portions of claim 3, wherein each end portion extends in parallel to the bar magnets 33 and 38 and the long sides 4 and 5 extending in parallel to the short sides 6 and 7 of the frame-shaped magnetic pole 2. Sputter magnetron consisting of two bar magnets (32, 34; 37, 39) and two bar magnets (31, 35) extending at an angle of about 45 degrees with respect to the longitudinal axis of the first rod-shaped pole (26). 제4항에 있어서, 상기 작은 막대 자석들(33, 38, 32, 34; 37, 39, 31, 35)은 공간적으로 순차 배치된 시리즈인 스퍼터 마그네트론.The sputter magnetron according to claim 4, wherein the small bar magnets (33, 38, 32, 34; 37, 39, 31, 35) are spatially arranged series. 제3항에 있어서, 각각의 단부는, 상기 프레임형 자극(2)의 장변들(4, 5)에 평행하게 연장하며 이 장변들(4, 5)을 향하는 방향으로 길이가 감소하는 수 개의 막대 자석들(53-57)로 이루어지는 스퍼터 마그네트론.4. The rod of claim 3, wherein each end extends parallel to the long sides 4, 5 of the frame-shaped magnetic pole 2 and decreases in length in the direction towards the long sides 4, 5. Sputter magnetron made of magnets 53-57. 제1항에 있어서, 상기 막대형 제1 자극(3, 26)의 각각의 단부는 고리형 자석(70, 71)으로 이루어지는 스퍼터 마그네트론.The sputter magnetron according to claim 1, wherein each end of the rod-shaped first magnetic pole (3, 26) consists of an annular magnet (70, 71). 제1항에 있어서, 상기 막대형 자극(3, 26)의 각각의 단부는 원형 디스크(72, 73)로 이루어지는 스퍼터 마그네트론.A sputter magnetron according to claim 1, wherein each end of the rod poles (3, 26) consists of circular disks (72, 73). 제1항에 있어서, 상기 제1 자극(3, 26)의 상기 원형으로 확대된 단부들의 자기력선들은 타겟(20)의 표면에 대하여 20 도보다 더 큰 각도를 가지는 스퍼터 마그네트론.The sputter magnetron according to claim 1, wherein the magnetic field lines of the circularly enlarged ends of the first magnetic pole (3, 26) have an angle greater than 20 degrees with respect to the surface of the target (20).
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