KR102312842B1

KR102312842B1 - 재증착되지 않는 스퍼터링 시스템

Info

Publication number: KR102312842B1
Application number: KR1020197036446A
Authority: KR
Inventors: 아키 호소카와
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2038-04-25
Also published as: TW201907033A; US20180327897A1; JP2020519764A; CN110621804A; KR20190139344A; WO2018208504A1

Abstract

자기 강화 스퍼터링 애플리케이션들을 위한 물리 기상 증착(PVD) 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 원통형 타겟 조립체가 제공된다. 본원에서 개시되는 실시예들에서, 회전가능 배킹 튜브 주위에 배치된 원통형 타겟은 균일한 자기장 외부에 위치된 자기 스퍼터링 라인과 일치하는 하나 이상의 윤곽 단부들을 갖는다. 윤곽 단부들은 원통형 타겟 조립체의 어느 하나의 단부에서의 재증착 재료의 축적을 방지하거나 또는 실질적으로 감소시켜서, 바람직하게, 프로세스 챔버에서 그리고 그 프로세스 챔버에서 프로세싱되는 기판들의 표면들 상에서 입자 오염을 감소시킨다.

Description

재증착되지 않는 스퍼터링 시스템

[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 박막들의 물리 기상 증착(PVD)에 관한 것으로, 더 구체적으로, 원통형 회전식 타겟을 사용하는 스퍼터링에 관한 것이다.

[0002] 다수의 애플리케이션들에서, 기판 상에 재료의 얇은 층들을 증착하는 것이 바람직하다. 얇은 층들을 증착하기 위한 알려진 기법들은, 특히, 증발 및 스퍼터링을 포함하는 물리 기상 증착(PVD) 및 화학 기상 증착(CVD)이다. 스퍼터링 애플리케이션들은 박막 트랜지스터(TFT)들에 기초한 평판 디스플레이(FPD)들의 제조를 포함한다. FPD들은 전형적으로, 유리 또는 폴리머의 얇은 직사각형 시트들 상에 제조된다. 유리 패널 상에 형성된 전자 회로망은, 후속하여 유리판 상에 탑재되거나 또는 유리판에 형성되는 광학 회로망, 이를테면 액정 디스플레이(LCD)들, 유기 LED(OLED)들, 또는 플라즈마 디스플레이들을 구동시키기 위해 사용된다. 다른 타입들의 평판 디스플레이들은 유기 발광 다이오드(OLED)들에 기초한다.

[0003] 하나의 타입의 스퍼터링 프로세스는 회전가능 스퍼터링 캐소드를 사용하는 자기 강화 스퍼터링이다. 전형적인 스퍼터링 프로세스 동안, 원하는 타겟 재료들의 타겟은, 타겟 표면으로부터 타겟 재료의 입자들을 축출(dislodge)시키기에 충분한 에너지를 갖는, 스퍼터링 가스로부터 생성된 원자들, 분자들, 또는 이온들에 의해 충격을 받는다. 스퍼터링된 입자들은, 애노드로서 기능하도록 대개 접지된 기판 상에 증착된다. 자기 강화 스퍼터링 프로세스 동안, 자석들의 어레이를 갖는 마그네트론은, 타겟의 표면 근처의 자기장에 대해, 타겟 뒤에서 고정 포지션으로 탑재된다. 자기장은 스퍼터링 구역을 정의하며, 그 스퍼터링 구역에서, 스퍼터링 가스로부터 형성된 이온들이 집중되고, 높은 속도로 타겟 표면 쪽으로 그리고 실질적으로 타겟 표면에 수직으로 이동한다. 이온들은 타겟 표면으로부터 입자들을 축출시키고, 이어서, 그 이온들은 타겟의 스퍼터링 구역과 대향하는 기판 표면 상에 증착된다. 자기 강화 스퍼터링으로부터의 이온들의 증가된 에너지는 증착 레이트들을 바람직하게 증가시킨다. 그러나, 자기장의 형상으로 인한 타겟 표면의 불균등한 충격은 바람직하지 않은 침식(erosion) 패턴들을 초래한다. 회전 타겟들, 특히 원통형 회전 타겟들은 불균등한 침식 패턴들을 감소시킨다. 회전가능 원통형 타겟 조립체는 일반적으로, 타겟 재료의 층이 상부에 배치되어 있는 원통형 튜브 또는 배킹 튜브를 포함한다. 배킹 튜브 및 그 배킹 튜브 상에 배치된 타겟 재료는 고정식 자석 어레이 위에서 회전하며, 이는 원통의 길이의 대부분을 따라 침식 패턴이 더 균일하게 되게 한다. 그러나, 원통형 타겟의 단부들에서의 불-균일하고 더 약한 자기장은 침식을 감소시키고, 일부 경우들에서는, 타겟 표면 상에 재증착된 타겟 재료가 축적되게 한다. 이러한 재증착된 재료는 약하게 접착된 층들을 형성하며, 그 약하게 접착된 층들은 박편화되어 떨어져서 프로세스 챔버에서 그리고 기판 표면 상에서 입자 문제들을 발생시키기 쉽다.

[0004] 따라서, 타겟 표면 상의 재증착된 타겟 재료의 축적을 제거하거나 또는 실질적으로 감소시키는 회전가능 타겟이 본 기술분야에 필요하다.

[0005] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 자기 강화 스퍼터링 챔버에서 사용하기 위한 회전가능 원통형 타겟을 포함한다. 원통형 타겟은 그 원통형 타겟의 각각의 단부들에서 하나 이상의 윤곽 표면(contoured surface)들을 가지며, 윤곽 표면들은 고정식 자석 어레이에 의해 제공되는 자기장과 일치한다. 윤곽 표면들은, 이전에 스퍼터링된 재료를 원통형 타겟의 표면으로부터 멀어지게 재지향시킬 정도로 충분한 세기를 갖는 자기장의 구역 내에, 원통형 타겟의 모든 표면들이 있게 되는 것을 보장함으로써, 원통형 타겟의 단부에서의 이전에 스퍼터링된 재료의 축적(재증착)을 방지한다. 일 실시예에서, 윤곽 표면은 원통형 타겟의 외측 표면과 내측 표면을 잇는 호 형상을 갖는다. 다른 실시예에서, 윤곽 단부는 챔퍼(chamfer)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 원통형 타겟 조립체는 원통형 타겟으로부터 이격된 암흑부 차폐부(dark space)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 암흑부 차폐부는 원통형 타겟과 암흑부 차폐부 사이의 갭이 암흑부 길이를 초과하지 않는 것을 보장하기 위한 윤곽 부분을 가지며, 이는 임의의 바람직하지 않은 플라즈마가 갭에 형성되는 것을 방지한다.

[0006] 일 실시예에서, 원통형 타겟 조립체는 배킹 튜브, 및 그 배킹 튜브 주위에 배치된 원통형 타겟을 포함한다. 원통형 타겟은 내측 표면, 내측 표면 주위에 동축으로 배치된 외측 표면, 및 하나 이상의 윤곽 표면들을 특징으로 하며, 그 하나 이상의 윤곽 표면들은 각각, 각각의 타겟 단부에서 내측 표면으로부터 외측 표면까지 연장된다.

[0007] 다른 실시예에서, 원통형 타겟 조립체는 배킹 튜브, 배킹 튜브 주위에 배치된 원통형 타겟, 및 배킹 튜브 주위에 배치되고 배킹 튜브로부터 이격된 하나 이상의 차폐부들을 포함한다. 원통형 타겟은 내측 표면, 내측 표면 주위에 동축으로 배치된 외측 표면, 및 하나 이상의 윤곽 표면들을 특징으로 하며, 그 하나 이상의 윤곽 표면들은 각각, 각각의 타겟 단부에서 내측 표면으로부터 외측 표면까지 연장된다.

[0008] 다른 실시예에서, 원통형 타겟 조립체는 배킹 튜브, 및 그 배킹 튜브 주위에 배치된 원통형 타겟을 포함한다. 원통형 타겟은 내경을 갖는 내측 표면, 외경을 갖는 외측 표면, 원통형 타겟의 단부에서 내측 표면으로부터 외측 표면까지 연장되는 윤곽 표면을 특징으로 하며, 여기서, 윤곽 표면은, 원통형 타겟의 길이방향 축에 평행하게 측정될 때, 원통형 타겟의 단부로부터 약 5 mm 내지 약 20 mm에서 외측 표면과 접한다.

[0009] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 원통형 타겟 조립체들 및 원통형 타겟들을 갖는 증착 장치의 개략도이다.
[0011] 도 2a는 종래 기술에 따른 원통형 타겟 조립체의 단부 부분의 측면 단면도이다.
[0012] 도 2b는 도 2a의 원통형 타겟 조립체의 단부 부분의 정면 단면도이다.
[0013] 도 2c는 도 2a 및 도 2b에 도시된, 원통형 타겟 및 암흑부 차폐부의 확대도이다.
[0014] 도 2d는 도 2a 내지 도 2c의 원통형 타겟의 침식 프로파일의 확대도이다.
[0015] 도 3a는 일 실시예에 따른 원통형 타겟 조립체의 단부 부분의 측면 단면도이다.
[0016] 도 3b는 도 3a에 도시된, 원통형 타겟 및 암흑부 차폐부의 확대도이다.
[0017] 도 3c는 도 3a 및 도 3b의 원통형 타겟의 침식 프로파일의 확대도이다
[0018] 도 4는 다른 실시예에 따른, 원통형 타겟 및 암흑부 차폐부의 확대도이다.
[0019] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가적인 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다.

[0020] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 원통형 타겟의 표면들 상의 재증착 재료의 축적을 실질적으로 감소시키거나 또는 제거하기 위해, 자기 강화 스퍼터링 애플리케이션들에서 사용하기 위한, 원통형 타겟 및 암흑부 차폐부를 포함하는 원통형 타겟 조립체를 포함한다.

[0021] 재증착은 이전에 스퍼터링된 재료(원자들 또는 분자들)가, 본래 그 재료가 스퍼터링되었던 타겟의 표면 상에 증착되는 것이다. 일반적으로, 재증착은 타겟 표면으로부터 스퍼터링된 재료가 다른 스퍼터링된 재료, 또는 원자들, 분자들 또는 이온들과 충돌하여, 다시 타겟 표면 쪽으로 되돌아 갈 때 발생한다. 타겟 표면에서의 스퍼터링 에너지가 충분히 강한 경우, 이전에 스퍼터링된 재료는 타겟으로부터 재지향되거나, 또는 타겟 표면 상에 재증착된 직후에 재스퍼터링될 것이다. 타겟 표면에서의 스퍼터링 에너지가 약한 경우, 입자는 타겟 표면에 접착하여 재증착 재료의 층을 형성하는 경향을 가질 것이다. 전형적으로, 재증착 재료의 층은 분말과 같은 점도(consistency)를 갖고, 그리고 타겟 표면으로부터 쉽게 박편화되어 기판 상에서 입자 오염 문제들을 발생시킬 것이다.

[0022] 일반적으로, 타겟 표면에서의 스퍼터링 에너지는, 원통형 타겟 조립체 내에 배치된 자석들의 어레이의 사용으로 인해, 타겟의 단부들 사이의 스퍼터링 구역으로 국부화된다. 자석들의 어레이에 의해 제공되는 자기장은, 불활성 가스, 이를테면 아르곤을 사용하여 전형적으로 형성되는 플라즈마를 자기장 내에 집중시킨다. 자기장은 스퍼터링 구역의 길이의 대부분을 따라 실질적으로 균일하지만, 자기장은 필연적으로, 원통형 타겟 조립체의 양 단부에서 소산될 것이며, 이는 원통형 타겟의 단부 구역들에서의 이온들의 농도를 감소시킨다. 본원의 실시예들은, 타겟 단부들이 원통형 타겟의 어느 하나의 단부에서의 자기장의 형상과 일치하도록 윤곽이 형성된 원통형 타겟을 개시한다.

[0023] 여기서, 원통형 타겟의 타겟 재료는 증착 프로세스 및 코팅된 기판의 추후 애플리케이션에 따라 선택된다. 예컨대, 타겟 재료는, 금속 또는 유전체 재료, 이를테면, 알루미늄, 몰리브덴, 티타늄, 구리 등, 실리콘, IZO, IGZO, AZO, SnO, AlSnO, InGaSnO, 세라믹들, 및 다른 재료들, 이를테면, 투명 전도성 산화물을 형성하는 데 사용되는 재료들로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 전형적으로, 그러한 재료들을 포함할 수 있는, 산화물, 질화물, 또는 탄화물 층들은 소스로부터 재료를 제공하는 것에 의해 또는 반응성 증착(즉, 프로세스 챔버에 제공된 프로세싱 가스로부터의 산소, 질화물 또는 탄소와 같은 원소들과, 소스로부터의 재료가 반응함)에 의해 증착될 수 있다. 본원에서 개시되는 원통형 타겟 조립체의 실시예들은 도 1에 도시된 프로세스 챔버(100)와 같은 스퍼터링 프로세스 챔버에서 사용될 수 있다.

[0024] 도 1은 프로세스 챔버(100)의 개략도를 도시하며, 그 프로세스 챔버(100)에서, 하나 이상의 기판들(103)은 기판들(103)을 실질적인 수직 포지션들로 지지하는 하나 이상의 기판 캐리어들(104)에 탑재된다. 기판 캐리어들(104) 그리고 그에 따른 기판들(103)은 운송 시스템에 의해 운송되며, 그 운송 시스템은 기판 캐리어(104)를 수직 포지션으로 지지하기 위한 복수의 상부 롤러들(105), 및 기판(103)을 프로세스 챔버(100) 내로 그리고 밖으로 이동시키기 위한 복수의 하부 롤러들(106)을 포함한다. 복수의 하부 롤러들(106)은 모터(107)에 커플링된 회전식 샤프트(108)에 의해 회전된다. 코팅될 기판 표면은 원통형 타겟 조립체(110)와 대면하며, 타겟 재료(102)는 원통형 타겟 조립체(110)로부터 기판(103)의 표면 상으로 스퍼터링된다.

[0025] 도 2a 및 도 2b는 원통형 타겟 조립체(110)로서 프로세스 챔버(100)에서 사용되는, 종래 기술에 따른, 종래의 원통형 타겟 조립체(210)의 단부를 도시한다. 원통형 타겟 조립체(210)의 다른 단부(미도시)는 도 2a 및 도 2b의 미러 이미지이지만, 자석들의 극성이 반전된다. 원통형 타겟 조립체(210)는 배킹 튜브(211) 및 자석 어레이 조립체(215)를 포함하며, 그 배킹 튜브(211)는 배킹 튜브(211) 상에 배치된 원통형 타겟(213)을 갖고, 그 자석 어레이 조립체(215)는 자석 어레이 조립체(215)에 배치된 교번 극성의 복수의 자석들을 포함한다. 원통형 타겟 조립체(210)는 배킹 튜브(211)의 단부 주위에 배치된 암흑부 차폐부(212)를 더 포함하며, 여기서, 암흑부 차폐부(212)는 원통형 타겟(213)과 배킹 튜브(211) 둘 모두로부터 이격된다. 배킹 튜브(211)로부터 전기적으로 절연된 암흑부 차폐부(212)는 이온 충격으로부터 배킹 튜브(211)를 보호한다. 배킹 튜브(211) 및 그 배킹 튜브(211) 상에 배치된 원통형 타겟(213)은 원통형 타겟(213)의 길이방향 축(Z)을 중심으로 회전하는 한편, 자석 어레이 조립체(215)는 고정된 상태로 유지된다. 도 2a는 배킹 튜브(211)에 배치된 자석 어레이 조립체(215)의 프로파일도를 도시하며, 도 2b는 배킹 튜브(211)에 배치된 자석 어레이 조립체(215)의 정면도를 도시한다.

[0026] 자석 어레이 조립체(215)는 2개의 균일한 자기장 에지들(E) 사이에 실질적으로 균일한 자기장을 제공하는 교번 극성의 복수의 자석들을 포함한다. 균일한 자기장 에지들(E)은 중심 단부 자석(217)의 외향 표면에 수직이다. 균일한 자기장 에지들(E)은 원통형 타겟 조립체(210)의 각각의 단부에 위치되고, 그리고 외측 단부 자석(216)의 외측 극의 중심으로부터 중심 단부 자석(217)의 외측 극의 중심까지 그린 직선을 양분함으로써 발견된다. 원통형 타겟 조립체(210)의 각각의 단부에서, 자기장은 균일한 자기장 에지(E)와 중심 단부 자석(217)의 표면의 교차점으로부터 반경방향 외측으로(이는 도 2a 내지 도 2d에서 균일한 자기장 에지(E)의 우측에 있는 영역임) 점진적으로 약화된다.

[0027] 도 2c는, 도 2a에 도시되고 종래 기술에 따른 원통형 타겟 조립체(210)의 단부의 일부의 확대도이다. 도 2c는 자기장 에지(E), 및 균일한 자기장 에지(E)를 넘어서 제1 거리(X1)만큼 연장되는 원통형 타겟(213)의 외측 표면을 도시하며, 여기서, 제1 거리(X1)는 약 20 mm 내지 약 40 mm이다. 제2 거리(X2)는 스퍼터링이 거의 또는 전혀 이루어지지 않는 구역과 재증착 재료(214)가 축적되는 구역 둘 모두에 의해 정의되는데, 이는 이 구역들이 전형적으로 관련되기 때문이다. 일반적으로, 등자력선(M) 외부의 표면에서 발견되는 약한 자기장으로 인해, 제2 거리(X2)를 따르는 원통형 타겟(213)의 표면 상에는 스퍼터링이 거의 또는 전혀 발생하지 않으며, 여기서, 외부는 등자력선(M)과 타겟의 단부 사이의 영역, 또는 도 2a 내지 도 2d에서는 등자력선(M)의 우측을 지칭한다. 프로세싱 동안, 이 동일한 영역(이는 타겟 단부(219)와 등자력선(M) 사이이거나 또는 제2 거리(X2)를 따름)에서 원통형 타겟(213)의 표면 상에 재증착 재료(214)가 축적되며, 여기서, 제2 거리(X2)는 약 5mm 내지 약 20 mm, 이를테면 약 10 mm 내지 약 15 mm, 이를테면 약 10 mm이다. 여기서, 등자력선(M)은 반경(R)을 가지며, 여기서, 반경(R)은 중심 단부 자석(217)의 외향 표면에서의 균일한 자기장 에지(E)로부터, 두께(T)를 갖는 원통형 타겟(213)의 표면에서의 타겟 단부(219)로부터 제2 거리(X2)만큼 떨어진 지점까지의 거리이다. 도 2c는 타겟 단부(219)와 암흑부 차폐부(212) 사이에 배치된 갭(G)을 추가로 개시한다. 갭(G)은 약 1 암흑부 길이 미만이며, 여기서, 1 암흑부 길이는, 전자가 스퍼터링 가스의 이온화를 개시하여 그로부터 플라즈마를 형성하기에 충분한 에너지를 획득하기 전에 인가 전위 및 가스 압력 하에서 이동해야만 하는 거리이다. 갭(G)은 전형적으로, 대부분의 스퍼터링 프로세스들에 대해 약 3 mm이다.

[0028] 도 2d는 종래 기술에 따른, 사용된 타겟 표면의 침식 프로파일을 도시한다. 전형적으로, 원통형 타겟(213)의 표면은 균일한 자기장 에지(E)와 원통형 타겟 조립체의 대향 단부에서의 대향하는 균일한 자기장 에지(미도시) 사이에서 균일한 레이트로 침식된다. 원통형 타겟(213)의 표면의 균일한 침식은 그 표면의 대부분을 따라 사용된 두께(T')를 발생시킨다. 균일한 자기장 에지(E)와 타겟 단부(219) 사이에서, 자기장은 침식이 거의 또는 전혀 발생하지 않을 때까지 소산되며, 이는 원통형 타겟(213)의 표면 상에 재증착 재료(214)가 축적되게 한다. 도시된 바와 같이, 제2 거리(X2)를 따르는 재증착 재료(214)의 축적은 타겟이 거의 또는 전혀 침식되지 않은 영역에 실질적으로 대응한다. 단부 프로파일(218)은 균일한 자기장 에지(E)와 등자력선(M) 사이의 전형적인 불-균일한 침식 프로파일을 도시한다.

[0029] 도 3a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 원통형 타겟 조립체(110) 대신에 사용될 수 있는 원통형 타겟 조립체(310)의 단부를 도시한다. 원통형 타겟 조립체(310)는 원통형 타겟(313)이 상부에 배치되어 있는 배킹 튜브(211)를 포함하며, 그 원통형 타겟(313) 및 배킹 튜브(211)는 자석 어레이 조립체(215) 주위에 회전가능하게 배치된다. 원통형 타겟(313)은 단일 바디 또는 복수의 원통형 타겟 세그먼트들을 포함하고, 일부 실시예들에서는, 본딩 층(미도시)에 의해 배킹 튜브(211)에 접착된다. 원통형 타겟 조립체(310)는 배킹 튜브(211) 주위에 배치된 암흑부 차폐부(312)를 더 포함하며, 여기서, 암흑부 차폐부(312)는 원통형 타겟(313)과 배킹 튜브(211) 둘 모두로부터 이격되고 전기적으로 절연된다. 일부 실시예들에서, 암흑부 차폐부(312)는 전도성 재료, 이를테면 스테인리스 강으로 형성되고, 전형적으로 접지(미도시)에 커플링된다. 배킹 튜브(211) 그리고 그에 따른 원통형 타겟(313)은 Z-축을 중심으로 회전하는 한편, 자석 어레이 조립체(215)는 고정된 상태로 유지된다. 원통형 타겟(313)은 두께(T)를 갖는 타겟 재료를 포함한다. 일부 실시예들에서, 원통형 타겟(313)은, 금속 또는 유전체 재료, 이를테면, 알루미늄, 몰리브덴, 티타늄, 구리 등, 실리콘, IZO, IGZO, AZO, SnO, AlSnO, InGaSnO, 세라믹들, 및 다른 재료들, 이를테면, 투명 전도성 산화물을 형성하는 데 사용되는 재료들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 타겟 재료를 포함한다. 두께(T)는 약 5 mm 내지 약 30 mm이고, 이를테면 9 mm 내지 약 26 mm이고, 이를테면 유전체 재료를 포함하는 타겟 재료의 경우 9 mm 내지 약 15 mm이고, 금속을 포함하는 타겟 재료의 경우 약 16 mm 내지 26 mm이다.

[0030] 도 3b는 도 3a에 도시된 바와 같은, 원통형 타겟 조립체(310)의 단부의 일부의 확대도이다. 여기서, 원통형 타겟(313)은 내경을 갖는 내측 표면(313B), 내측 표면(313B) 주위에 동축으로 배치되어 외경을 갖는 외측 표면(313A), 및 하나 이상의 타겟 단부들을 포함하며, 여기서, 각각의 타겟 단부는 내측 표면(313B)으로부터 외측 표면(313A)까지 연장되는 윤곽 표면(319)을 형성하도록 형상화된다. 여기서, 외측 표면(313A) 및 윤곽 표면(319)은 등자력선(M)의 호 외부로 연장되지 않는다. 윤곽 표면(319)의 형상은, 원통형 타겟(313)의 실질적으로 모든 표면들을 따르는 스퍼터링 에너지가, 윤곽 표면(319)을 포함하는 원통형 타겟(313) 상에 재증착 재료, 이를테면, 종래 기술의 도 2a 내지 도 2d에 도시된 재증착 재료(214)의 층들이 축적되는 것을 방지하기에 충분하게 되는 것을 보장한다. 이는, 등자력선(M)에 있거나 또는 등자력선(M) 내부에 있는 표면들에서 발견되는 자기장이, 이온화된 가스 원자들에 의해 타겟 표면이 지속적으로 그리고 충분하게 충격을 받게 되는 것을 보장할 정도로 충분히 강하고, 그에 따라, 재증착 재료의 층들이 그 타겟 표면 상에 축적되지 않게 되기 때문이다. 이 실시예에서, 윤곽 표면(319)은 호의 형상으로 이루어지며, 여기서, 호는 균일한 자기장 에지(E) 및 중심 단부 자석(217)의 표면에 위치된 중심(C)을 갖고 호 반경(R')을 갖는데, 그 호 반경(R')은 대략 등자력선(M)의 반경(R) 이하이고, 이를테면, 그 호 반경(R')은 반경(R)보다 약 5 mm 더 작고, 이를테면 반경(R)보다 약 3 mm 더 작고, 이를테면, 반경(R)보다 약 1 mm 더 작다. 여기서, 호 반경(R')은 약 10 mm 내지 약 100 mm, 이를테면 약 10 mm 내지 약 50 mm, 이를테면 약 20 mm 내지 약 40 mm, 이를테면 약 25 mm 내지 약 35 mm, 이를테면 약 30mm이다. 다른 실시예들에서, 윤곽 표면(319)은 호 반경(R')을 갖는 호에 의해 정의되며, 여기서, 호는 원통형 타겟(313)의 단부로부터 일정 거리만큼 떨어져서 외측 표면(313A)과 교차하고, 그 거리는 대략 제2 거리(X2) 이상이고, 이를테면, 원통형 타겟(313)의 길이방향 축(Z)에 평행하게 측정할 때 약 5 mm 내지 약 30 mm이고, 이를테면 약 5 mm 내지 약 25 mm이고, 예컨대, 유전체 재료를 포함하는 타겟 재료의 경우 약 5 mm 내지 약 12 mm이고, 금속을 포함하는 타겟 재료의 경우 약 8 mm 내지 약 20 mm이다.

[0031] 도 3a 및 도 3b는 윤곽 표면(319)과 대체로 동일한 형상의 윤곽 부분(321)을 갖는 암흑부 차폐부(312)를 추가로 개시한다. 암흑부 차폐부(312)의 윤곽 부분(321)은 갭(G')을 제공하며, 갭(G')은 윤곽 표면(319)과 암흑부 차폐부(312) 사이에 실질적으로 균일한 거리를 가져서, 그 구역에 플라즈마가 형성되는 것을 방지한다. 여기서, 갭(G')은 약 1 mm 내지 약 5 mm, 이를테면 약 2 mm 내지 4 mm, 이를테면 약 3 mm이다. 암흑부 차폐부(312)의 윤곽 부분(321)은, 중심(C) 및 R' 더하기 G'의 반경을 갖는 호를 포함한다.

[0032] 도 3c는 원통형 타겟(313)의 사용된 표면의 침식 프로파일을 도시한다. 전형적으로, 원통형 타겟(313)의 표면은 균일한 자기장 에지(E)와 원통형 타겟 조립체(310)의 대향 단부에서의 제2 균일한 자기장 에지 사이에서 균일한 레이트로 침식된다. 균일한 자기장 에지들 사이의 이러한 균일한 침식은 원통형 타겟(313)의 표면의 대부분을 따라 사용된 두께(T')를 발생시킨다. 단부 프로파일(318)은 균일한 자기장 에지(E)와 등자력선(M) 사이의 전형적인 불-균일한 침식 프로파일을 도시한다. 여기서, 윤곽 표면(319)은 암흑부 차폐부(312)에 의해 침식으로부터 보호되고, 원통형 타겟(313)의 가용 수명(useful lifetime) 동안 그 형상을 유지한다.

[0033] 도 4는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 원통형 타겟 조립체(110)로서 프로세스 챔버(100)에서 사용되는 원통형 타겟 조립체(410)의 확대도이다. 이 실시예에서, 타겟 단부의 윤곽 표면(419)은 원통형 타겟(413)의 외경의 외측 표면(413A)으로부터 원통형 타겟(413)의 내경의 내측 표면(413B)까지 연장된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 윤곽 표면(419)은 외측 표면(413A) 및 윤곽 표면(419)이 등자력선(M)에 있거나 또는 등자력선(M) 내부에 있도록 챔퍼링된다. 여기서, 윤곽 표면(419)은 원통형 타겟(413)의 단부로부터 일정 거리만큼 떨어져서 외측 표면(413A)과 접하며, 그 거리는, 원통형 타겟의 길이방향 축(Z)에 평행하게 측정될 때, 대략 제2 거리(X2) 이상이고, 이를테면 약 5 mm 내지 약 30 mm이고, 이를테면 약 5 mm 내지 약 25 mm이고, 예컨대, 유전체 재료를 포함하는 타겟 재료의 경우 약 5 mm 내지 약 12 mm이고, 금속을 포함하는 타겟 재료의 경우 약 8 mm 내지 약 20 mm이다. 타겟 단부의 윤곽 표면(419)은 각도(θ)의 기울기를 가지며, 여기서, 각도(θ)는 원통형 타겟(413)의 길이방향 축(Z)으로부터 약 30° 내지 약 60°, 이를테면 약 45°이다.

[0034] 도 4는 윤곽 표면(419)으로부터 갭(G')만큼 이격된 암흑부 차폐부(412)를 추가로 개시하며, 여기서, G'는 약 1 mm 내지 약 5 mm, 이를테면 약 2 mm 내지 4 mm, 이를테면 약 3 mm이다. 여기서, 암흑부 차폐부는 윤곽 표면(419)의 챔퍼에 실질적으로 평행한 각진 부분(421)을 갖는다.

[0035] 본원에서 설명되는 실시예들은 원통형 타겟 표면 상의 재증착 재료의 축적을 실질적으로 감소시키거나 또는 제거하는, 회전가능 원통형 타겟들 및 원통형 타겟 조립체들을 제공한다.

[0036] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims

원통형 타겟 조립체로서,
배킹 튜브; 및
상기 배킹 튜브 주위에 배치된 원통형 타겟
을 포함하며,
상기 원통형 타겟은,
내측 표면;
상기 내측 표면 주위에 동축으로 배치된 외측 표면; 및
개개의 타겟 단부에서 상기 내측 표면으로부터 상기 외측 표면까지 각각 연장되는 하나 이상의 윤곽 표면(contoured surface)들
을 포함하고,
상기 외측 표면 및 상기 윤곽 표면들은, 상기 배킹 튜브 내에 배치될 고정식 자석 어레이에 의해 제공되는 자기장의 등자력선 M의 호 외부로 연장하지 않으며, 상기 등자력선 M은, 상기 고정식 자석 어레이의 중심 단부 자석과 외측 단부 자석 사이의 균일한 자기장 에지 E 및 상기 중심 단부 자석의 외향 표면에 위치하는 중심으로부터 반경 R을 갖는,
원통형 타겟 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 원통형 타겟은, 금속, 산화물, 탄화물, 질화물, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 타겟 재료를 포함하는,
원통형 타겟 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 원통형 타겟은 복수의 타겟 세그먼트들을 포함하는,
원통형 타겟 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 윤곽 표면들 중 적어도 하나는 호를 포함하는,
원통형 타겟 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 윤곽 표면들 중 적어도 하나는 상기 원통형 타겟의 길이방향 축에 대하여 30° 내지 60°의 각도를 갖는 챔퍼(chamfer)를 포함하는,
원통형 타겟 조립체.
제1항에 있어서,
상기 배킹 튜브 주위에 배치되고 상기 배킹 튜브로부터 이격된 하나 이상의 차폐부들을 더 포함하는,
원통형 타겟 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 윤곽 표면들 각각은 호를 포함하며,
상기 호의 중심은 상기 등자력선 M의 중심과 동일한,
원통형 타겟 조립체.
제2 항에 있어서,
상기 타겟 재료는 5 mm 내지 30 mm의 두께를 갖는,
원통형 타겟 조립체.
제4 항에 있어서,
하나 이상의 호들 각각은, 상기 원통형 타겟의 길이방향 축에 평행하게 측정될 때, 상기 원통형 타겟의 각각의 단부로부터 5 mm 내지 30 mm에서 상기 외측 표면과 접하는,
원통형 타겟 조립체.
제5 항에 있어서,
상기 챔퍼는, 상기 원통형 타겟의 길이방향 축에 평행하게 측정될 때, 상기 원통형 타겟의 각각의 단부로부터 5 mm 내지 30 mm에서 상기 외측 표면과 접하는,
원통형 타겟 조립체.
제6 항에 있어서,
상기 하나 이상의 차폐부들 각각과 개개의 윤곽 표면은 갭을 규정하고, 상기 갭은 1 mm 내지 5 mm인,
원통형 타겟 조립체.
제7 항에 있어서,
상기 고정식 자석 어레이를 더 포함하는,
원통형 타겟 조립체.
제10 항에 있어서,
하나 이상의 호들 각각의 반경은 10 mm 내지 40 mm인,
원통형 타겟 조립체.
원통형 타겟 조립체로서,
배킹 튜브;
상기 배킹 튜브 주위에 배치된 원통형 타겟; 및
상기 배킹 튜브 주위에 배치되고 상기 배킹 튜브로부터 이격된 하나 이상의 차폐부들
을 포함하며,
상기 원통형 타겟은,
내측 표면;
상기 내측 표면 주위에 동축으로 배치된 외측 표면; 및
개개의 타겟 단부에서 상기 내측 표면으로부터 상기 외측 표면까지 각각 연장되는 하나 이상의 윤곽 표면들
을 포함하고,
상기 외측 표면 및 상기 윤곽 표면들은, 상기 배킹 튜브 내에 배치될 고정식 자석 어레이에 의해 제공되는 자기장의 등자력선 M의 호 외부로 연장하지 않으며, 상기 등자력선 M은, 상기 고정식 자석 어레이의 중심 단부 자석과 외측 단부 자석 사이의 균일한 자기장 에지 E 및 상기 중심 단부 자석의 외향 표면에 위치하는 중심으로부터 반경 R을 갖는,
원통형 타겟 조립체.
제14 항에 있어서,
상기 배킹 튜브 내에 배치된 상기 고정식 자석 어레이를 더 포함하는,
원통형 타겟 조립체.
제14 항에 있어서,
상기 하나 이상의 차폐부들 각각과 개개의 윤곽 표면들은, 1 mm 내지 5 mm인 갭을 규정하는,
원통형 타겟 조립체.
제14 항에 있어서,
상기 윤곽 표면들 중 적어도 하나는 상기 원통형 타겟의 길이방향 축에 대하여 30° 내지 60°의 각도를 갖는 챔퍼를 포함하는,
원통형 타겟 조립체.
제17 항에 있어서,
상기 챔퍼는, 상기 원통형 타겟의 길이방향 축에 평행하게 측정될 때, 상기 원통형 타겟의 단부로부터 5 mm 내지 30 mm에서 시작되는,
원통형 타겟 조립체.
원통형 타겟 조립체로서,
배킹 튜브; 및
상기 배킹 튜브 주위에 배치된 원통형 타겟
을 포함하며,
상기 원통형 타겟은 내경을 갖는 내측 표면, 외경을 갖는 외측 표면, 및 상기 원통형 타겟의 단부에서 상기 내측 표면과 상기 외측 표면을 연결하는 윤곽 표면을 포함하고,
상기 외측 표면 및 상기 윤곽 표면은, 상기 배킹 튜브 내에 배치될 고정식 자석 어레이에 의해 제공되는 자기장의 등자력선 M의 호 외부로 연장하지 않으며, 상기 등자력선 M은, 상기 고정식 자석 어레이의 중심 단부 자석과 외측 단부 자석 사이의 균일한 자기장 에지 E 및 상기 중심 단부 자석의 외향 표면에 위치하는 중심으로부터 반경 R을 갖고,
상기 윤곽 표면은, 상기 원통형 타겟의 길이방향 축에 평행하게 측정될 때, 상기 원통형 타겟의 단부로부터 5 mm 내지 20 mm에서 상기 외측 표면과 교차하는,
원통형 타겟 조립체.
제19 항에 있어서,
상기 윤곽 표면은 상기 원통형 타겟의 길이방향 축에 대하여 30° 내지 60°의 각도를 갖는 챔퍼를 포함하는,
원통형 타겟 조립체.