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KR100532805B1 - 기판상의 박막 증착 장치 및 방법 - Google Patents

기판상의 박막 증착 장치 및 방법 Download PDF

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KR100532805B1
KR100532805B1 KR10-1999-7012327A KR19997012327A KR100532805B1 KR 100532805 B1 KR100532805 B1 KR 100532805B1 KR 19997012327 A KR19997012327 A KR 19997012327A KR 100532805 B1 KR100532805 B1 KR 100532805B1
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윌리암 에이. 루이스
스티븐 아라곤
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인테벡, 인코포레이티드
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Abstract

기판(24)상에 박막을 증착하기 위한 장치는 스퍼터링 챔버(12)를 에워싸고 있는 하우징(10)과 스퍼터링 챔버(12)내에 기판(24)을 위치시키기 위한 기판 홀더(30) 및 스퍼터링 타겟(40,44)을 포함하고 상기 기판(24)의 표면상에 타겟(40,44) 원자의 박막을 증착하기 위한 스퍼터링 건(20,22)을 포함한다. 상기 챔버(12)는 플라즈마를 형성하는 가스를 포함한다. 전위는 기판(24)형성 플라즈마로부터의 이온을 가속하기 위해 기판(24)에 인가된다. 상기 기판 전극(60,62)은 기판 홀더(30)에 의한 기판(24)의 이동을 허용하고 플라즈마로부터 보았을 때 기판(24) 주변부 주위에 실질적으로 균일한 전위를 형성시킨다. 상기 기판 전극(60,62)은 이온들이 기판(24) 표면과 실질적으로 균일하게 충돌하도록 바이어스될 수 있다.

Description

기판상의 박막 증착 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DEPOSITING A FILM ON A SUBSTRATE}
본 발명은 기판의 플라즈마 프로세싱에 관한 것이며, 더 상세하게는 스퍼터링 챔버내의 플라즈마로부터 보았을 때 기판의 주변부에 실질적으로 균일한 전위를 형성하기 위해 기판 전극을 사용함으로써 이온들이 기판 표면에 실질적으로 균일하게 충돌하는 스퍼터링 방법 및 장치에 관한 것이다.
스퍼터링 코팅(sputter coating)으로도 알려진 스퍼터링 증착(sputter deposition)은 예를 들어, 하드 디스크 드라이브용 자기 디스크 또는 반도체 웨이퍼와 같은 기판상에 소정 재료의 박막을 증착시키는 기술이다. 일반적으로, 플라즈마로부터의 불활성 가스 이온들은 증착될 재료의 타겟을 향해 가속된다. 타겟 재료의 자유 원자들은 이온들이 타겟과 충돌할 때 방출된다. 자유 원자들의 일부는 기판 표면상에 수집되어 박막을 형성한다.
하나의 공지된 스퍼터링 기술은 마그네트론 스터퍼링이다. 마그네트론 스퍼터링은 스퍼터링 수율을 개선하기 위해 자기장을 사용한다. 자석은 타겟 뒤에 위치되며, 자력선은 타겟을 관통하여 타겟의 표면상에 아크를 형성한다. 자기장은 전자를 타겟 표면의 부근 영역에 한정하는데 도움을 준다. 결과적으로 향상된 전자의 농도는 고밀도 이온을 생성하며 스퍼터링 프로세스의 효율을 개선한다.
통상적인 디스크 스퍼터링 시스템에 있어서, 디스크는 두 개의 스퍼터링 소오스(source) 사이에 놓이며, 박막이 디스크 양 표면상에 동시에 증착된다. 이러한 형태의 스퍼터링 시스템의 예는 인테벡 인코포레이티드에 의해 제작되어 판매되고 있는 모델 엠디피-250비이다. 다른 형태, 즉 양측 스퍼터링 시스템은 케네디 등에게 1980년 1월 15일자로 허여된 미국 특허 제 4,183,797호에 기술되어 있다.
하드 디스크 드라이브(HDD) 매체의 제작에 있어서 중요한 단계는 매체(디스크)상에 박막을 스퍼터링하는 것이다. 고 기록 밀도를 달성하기 위해서는 고 보자력 및 저 잡음 매체를 필요로 한다. 이들 특성은 하나의 디스크로부터 다른 디스크로, 또한 디스크 표면을 통해 균일성을 유지하는 것이 중요하다. 자기 저항 헤드의 사용이 증가하면서, 이러한 매체에 대한 균일성의 요건이 더욱 증가하게 되었다.
통상적으로, HDD매체는 하부층, 자기 기록층 및 상부 자기 보호 코팅층을 포함하는 여러 개의 막을 가진다. 이들 모든 박막은 동일한 스퍼터링 시스템내에서 증착될 수 있다. 어떤 층은 "바이어스 스퍼터링(bias sputtering)"으로 공지된 기술을 사용하는 바이어스 포텐셜(bias potential)에서 기판에 증착될 수 있다. 이러한 기술은 전압을 디스크에 인가한다는 점에서 전술한 기본적인 스퍼터링 공정과는 상이하다. 이러한 전압은 증착될 박막과 충돌하여 박막의 특성을 변화시키는 디스크 이온들을 흡인한다.
스퍼터링 시스템은 최적의 박막 균일도, 타겟 수명 및 (증가된 청정도 및 감소된 입자 생성에 대한)스퍼터링된 재료의 수집성을 고려하여 설계된다. 그러한 설계 특성은 바이어스를 사용하여 디스크상에 생성된 박막의 특성들이 에너지, 디스크와 충돌하는 활성 이온의 각도 및 수에 의존하므로 바이어스 스퍼터링 중의 박막 균일도가 항상 일정하지 않다. 이러한 가변성은 시스템내의 전극의 위치 및 형상에 민감하게 의존한다. 이러한 상황하에서, 전극은 타겟 및 디스크와 같은, 인가된 전압을 갖는 스퍼터링 시스템의 부품 또는 챔버벽 및 차폐물과 같은 접지 도전체이다.
2 세트의 전극은 바이어스 스퍼터링된 박막의 특성에 일차적인 영향을 부여한다. 첫째, 이러한 디스크는 표면을 통해 실질적으로 일정한 바이어스 전압을 갖는 전극이다. 이러한 전압은 디스크 엣지를 지나서 챔버내의 플라즈마 전압 또는 제로로 즉시 감소된다. 이러한 디스크가 바이어스 스퍼터링 중에 이온을 흡인하므로, 디스크의 형상 및 인가된 전압은 디스크와 충돌하는 이온의 공간적 분배에 커다란 영향력을 가진다. 통상적으로, 이러한 전압은 기판 홀더를 통해 디스크에 인가된다. 기판 홀더가 바이어스 스퍼터링에 대한 영향보다도 디스크 프로세싱을 위해 최적화되므로, 보통 형상이 불균일하다. 불균일한 기판 홀더는 증착된 재료에 이미지(전기, 광학 및 기계적 이미지)를 생성시키는 국부적인 전기장의 변화를 유도한다. 이는 불균일한 바이어스 스퍼터링을 초래한다. 둘째, 스퍼터링된 재료를 수집하고 가스 방출용 접지표면으로의 역할을 하는 차폐물이 디스크와 충돌하는 이온의 궤적에 영향을 끼친다. 차폐물의 형상은 디스크상의 다른 위치에서 충돌하는 이온의 각도와 수를 상당히 변경시킬 수 있다. 따라서, 이러한 차폐물은 바이어스 스퍼터링된 박막의 특성에 불균일성을 초래한다.
따라서, 전술한 불균일성을 감소 또는 제거할 수 있는 개선된 스퍼터링 방법 및 장치가 필요하다.
발명의 개요
본 발명의 제 1 특징에 따라서, 박막을 기판상에 증착하기 위한 장치가 제공된다. 이러한 장치는 플라즈마를 형성하는 작동가스를 함유하는 스퍼터링 챔버를 둘러싸는 하우징, 기판을 스퍼터링 챔버내에 위치시키고 플라즈마로부터의 이온을 기판쪽으로 가속하기 위한 전위를 기판에 인가하는 기판 홀더, 및 기판의 표면상에 타겟 원자의 박막을 증착시키는 스퍼터링 타겟을 갖춘 스퍼터링 건을 포함한다. 이러한 장치는 기판을 향해 플라즈마로부터 가속된 이온의 궤적을 제어하는 기판 전극을 더 포함한다. 이러한 기판 전극은 기판 홀더에 의한 기판의 이동을 허용하며 플라즈마로부터 보아 기판의 주위에 실질적으로 균일한 전위를 형성시킨다. 이러한 기판 전극은 이온들이 기판의 표면과 거의 균일하게 충돌하도록 바람직하게 바이어스된다.
이러한 기판 전극은 기판과 동일하거나 다소 큰 개구를 가지므로 기판이 개구를 통해 타겟에 노출된다. 양호한 실시예에 있어서, 이러한 기판은 실질적으로 원형인 디스크를 포함하며, 이 기판 전극내의 개구는 원형이다. 이 기판 전극은 기판으로부터 타겟을 향해 이격되어 있어서, 기판 홀더에 의한 기판의 이동을 허용한다. 바람직하게, 기판 전극내의 개구는 타겟과 기판 사이에 직선의 관찰통로(line-of-sight path)를 제공하도록 기판을 향해 안쪽으로 테이퍼링(tapering)된 내부 벽을 가진다.
바람직하게 기판 전극은 음 전압공급원(negative voltage source)에 연결된다. 일 실시예에서, 기판 전극 및 기판은 동일한 전압공급원에 연결된다. 다른 실시예에서, 기판 전극 및 기판은 상이한 전압공급원에 연결된다.
본 발명의 제 2 특징에 따라서, 박막을 기판상에 증착하기 위한 장치가 제공된다. 이러한 장치는 플라즈마를 형성하는 가스를 함유한 스퍼터링 챔버, 기판을 스퍼터링 챔버내에 위치시키고 기판을 향해 플라즈마로부터의 이온을 가속시키기 위한 전위를 기판에 인가하는 기판 홀더, 기판의 제 1 표면상에 제 1 타겟의 원자 박막을 증착시키는 챔버 내부의 제 1 스퍼터링 타겟을 포함하는 제 1 스퍼터링 건, 및 기판의 제 2 표면상에 제 2 타겟의 원자 박막을 증착시키는 챔버 내부의 제 2 스퍼터링 타겟을 포함하는 제 2 스퍼터링 건을 포함한다. 이러한 장치는 기판을 향해 플라즈마로부터 가속된 이온의 궤적을 제어하는 기판 전극 조립체를 더 포함한다. 기판 전극 조립체는 기판 홀더에 의한 기판의 이동을 허용하며 플라즈마로부터 보아 기판의 주위에 실질적으로 균일한 전위를 형성시킨다. 기판 전극 조립체는 기판의 제 1 표면에 근접하게 배열된 제 1 기판 전극, 및 기판의 제 2 표면에 근접하게 배열된 제 2 기판 전극을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 기판 전극은 이온들이 기판의 제 1 및 제 2 표면에 거의 균일하게 충돌하도록 바람직하게 바이어스된다.
본 발명의 제 3 특징에 따라서, 기판을 프로세싱하기 위한 장치가 제공된다. 이러한 장치는 플라즈마를 형성하는 가스를 함유한 챔버, 기판을 스퍼터링 챔버내에 위치시키고 기판의 표면을 향해 플라즈마로부터의 이온을 가속시키기 위한 전위를 기판에 인가하는 기판 홀더, 및 기판을 향해 플라즈마로부터 가속된 이온의 궤적을 제어하는 기판 전극을 포함한다. 기판 전극은 기판 홀더에 의한 기판의 이동을 허용하며 기판의 주위에 실질적으로 균일한 전위를 형성시킨다. 기판 전극은 이온들이 기판표면에 거의 균일하게 충돌하도록 바람직하게 바이어스된다.
본 발명의 제 4 특징에 따라서, 기판상에 박막을 증착하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 방법은 플라즈마를 형성하는 가스를 함유한 스퍼터링 챔버내에 기판을 위치시키는 단계와, 기판을 향해 플라즈마로부터의 이온을 가속시키기 위한 전위를 기판에 인가하는 단계와, 스퍼터링 챔버내에 위치된 타겟 원자의 박막을 기판의 표면상에 증착시키는 단계와, 그리고 기판을 향해 플라즈마로부터 가속된 이온의 궤적을 기판 전극으로 제어하는 단계를 포함한다. 기판 전극은 기판 홀더에 의한 기판의 이동을 허용하며 플라즈마로부터 보았을 때 기판의 주변부 주위에 실질적으로 균일한 전위를 형성시킨다. 기판 전극은 이온들이 기판의 표면에 거의 균일하게 충돌하도록 바람직하게 바이어스된다.
본 발명의 명확한 이해를 위해, 예시적으로 설명된 첨부도면을 참조한다.
도 1은 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 일례를 도시하는 개략적인 블록선도이며,
도 2는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 제 1 실시예를 도시하는 부분 횡단면도이며,
도 3은 도 2의 기판 전극을 도시하는 정면도이며,
도 4는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 제 2 실시예를 도시하는 부분 개략도이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 시스템의 일례를 도시하는 단순화한 개략적인 블록선도가 도 1에 도시되어 있다. 하우징(10)은 밀폐된 스퍼터링 챔버(12)를 한정하고 있다. 이 스퍼터링 챔버(12)는 진공 펌프(14) 및 가스 공급원(16)에 연결되어 있는데, 이들 진공 펌프(14) 및 가스 공급원(16)은 스퍼터링 챔버(12) 내부의 프로세싱 환경을 제어한다. 통상적으로, 스퍼터링은 약 1 mtorr 내지 15 mtorr 범위의 압력에서 아르곤과 같은 불활성 가스 분위기에서 수행된다. 스퍼터링 챔버(12)는 프로세싱 중에 플라즈마를 형성하는 하나 이상의 가스를 함유한다.
하우징(10)의 대향 측면에는 제 1 스퍼터링 건(20) 및 제 2 스퍼터링 건(22)이 장착된다. 스퍼터링 챔버(12)내에서 하드 디스크 드라이브용 디스크와 같은 기판(24)이 이들 스퍼터링 건(20,22) 사이에 위치된다. 이러한 기판(24)은 기판 홀더(30)에 의해 스퍼터링 챔버(12)내의 제 위치에 유지된다. 기판 홀더(30)는 스퍼터링 챔버(12) 내외측으로 기판(24)을 이동시킨다. 제 1 스퍼터링 건(20)은 타겟(40) 및 자석 조립체(42)를 포함한다. 제 2 스퍼터링 건(22)은 타겟(44)과 자석 조립체(46)를 포함한다. 타겟(40,44)은 스퍼터링 챔버(12) 내에서 기판(24)의 대향면과 마주하여 이격되게 위치된다. 자석 조립체(42,46)는 스퍼터링 챔버(12)의 진공 밀봉체 외측에 위치될 수도 있다.
각각의 자석 조립체는 스퍼터링 챔버(12) 내에서 각 타겟 위의 영역에 자장을 발생시킨다. 스퍼터링 타겟은 작동중 300 내지 600 볼트 정도의 RF 또는 DC 음 전위에 전기적으로 접속된다. 스퍼터링 타겟 위로 전기장, 자기장 및 가스 밀도의 조합은 각각의 스퍼터링 타겟 위로 플라즈마 방전을 유도한다. 이러한 플라즈마는 기판(24)의 표면상에 증착되는 타겟 원자의 스퍼터링을 유발시킨다. DC 및 RF 마그네트론 스퍼터링 기술은 본 기술분야에 공지되어 있으므로 더 상세히 설명하지 않는다.
바이어스 스퍼터링에 있어서, 통상 기판 홀더(30)에 의해 기판(24)에 음 전압이 인가된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(24)은 기판 홀더(30)를 통해 전압공급원(50)에 연결된다. 통상, 약 500 볼트 이하 범위의 음 전압이 기판 홀더(30)를 통해 기판(24)에 인가된다. 음 전압은 플라즈마내의 이온을 흡인하여 이온들이 기판(24) 표면에 충돌되게 한다. 이러한 기판(24) 표면에 대한 이온들의 충돌에 의해, 기판(24) 표면상에 증착된 박막의 특성이 바람직하게 변경된다.
통상적으로, 기판 홀더(30)는 아래로부터 기판(24)을 지지하며 기판을 수용하기 위한 홈을 갖는 블레이드 형태일 수 있다. 이러한 형상은 수동적인 기판 홀더로서 공지되어 있다. 기판 홀더의 일부의 형상은 클립 또는 기타 기구로 기판의 측면을 추가로 지지할 수 있으며, 이는 능동적인 기판 홀더로서 공지되어 있다. 다양한 기판 홀더의 형상은 본 기술분야에 공지되어 있다. 기판 홀더(30)와 관련된 전기장은 기판(24) 주변에서 불균일하다.
본 발명에 따라서, 스퍼터링 시스템은 기판(24) 주변부 주위에 배열된 기판 전극을 포함한다. 도 1의 예에서, 기판(24)의 한 표면에 인접해서 기판 전극(60)이 위치되고, 기판(24)의 대향 표면에 인접해서 기판 전극(62)이 위치된다. 이들 기판 전극(60,62)은 각각의 타겟과 기판(24)의 양 표면 사이에 직선의 관찰 통로를 제공하는 개구(64,66)를 각각 가진다. 전술한 예에서, 기판(24)은 원형 디스크이다. 이 경우에, 개구(64,66)는 원형이고 기판(24)의 직경과 동일하거나 기판의 직경보다 조금 큰 직경을 가진다. 개구(64,66)는 각각의 타겟과 기판(24)의 각 표면 사이에 직선의 관찰통로를 제공할 수 있도록 기판(24)을 향해 내부쪽으로 테이퍼링된 벽(70)을 가진다. 기판 전극(60,62)은 기판(24)과 기판 홀더(30)로부터 이격되어 있어서, 프로세싱 전후에 기판(24)의 이동을 허용한다.
기판 전극(60,62)은 음 전압에 연결된다. 도 1의 예에서, 기판 전극(60,62)은 통상적으로, 약 500 볼트 이하의 음 전압을 전극(60,62)에 인가하는 전압공급원(74)에 접속된다. 다른 실시예에서, 기판 전극(60,62)은 전압공급원(50)에 접속될 수 있으며 전압공급원(74)은 생략될 수 있다. 이러한 경우에, 기판 전극(60,62)과 기판(24)은 동일한 전위로 작동한다.
기판 전극(60,62)은 각각의 타겟(40,44)과 기판(24)의 각 표면 사이의 영역에서 플라즈마로부터 보아 기판(24)의 주변부 주위에 실질적으로 균일한 전위를 제공한다. 바람직하게, 균일한 전위는 플라즈마내의 이온들이 기판(24)의 표면을 향해 실질적으로 균일하게 가속되고 기판(24)의 각각의 표면과 실질적으로 균일하게 충돌할 수 있게 한다. 그 결과, 증착된 박막은 기판(24) 표면에 걸쳐 균일한 특성을 가진다. 이와 반대로, 기판 전극(60,62)이 없는 경우에 기판(24) 주변부 주위의 전위는 기판(24)이 기판 홀더(30)에 의해 접촉되는 경우를 제외하면 제로로 감소된다. 이 경우에, 가스 이온에 의한 기판(24)과의 충돌은 불균일하고 증착된 박막도 불균일할 수 있다. 기판 전극(60,62)의 설치로 인한 추가의 장점은 기판 홀더(30)의 스퍼터링이 억제되고 기판 홀더(30)상의 증착 재료의 축적이 감소된다는 점이다.
전술한 바와같이, 기판 전극(60,62)은 기판과의 이온 충돌을 실질적으로 균일하게 보장하는 전위를 바람직하게 제공함으로써, 증착된 박막이 균일한 특성을 가진다. 보다 구체적으로, 기판 전극은 기판과의 이온 충돌을 정확하게 제어하는 전위를 제공함으로써 증착된 박막이 제어된 반경방향 분포 특성을 가진다. 실제로, 기판 전극은 기판과 충돌하는 이온을 집중시킨다. 기판상의 반경방향으로의 이온 분포는 기판 전극에 인가되는 전압에 의해 영향을 받는다. 기판 전극의 전압은 기판 전압보다 작거나 같을 수 있으며, 또한 클 수 있다.
도 1의 스퍼터링 시스템의 제 1 실시예가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 하우징(110)은 스퍼터링 챔버(112)를 한정한다. 기판 홀더(130)는 기판(124)을 스퍼터링 챔버(112)내에 위치시킨다. 스퍼터링 건은 설명을 간단히 하기 위해 도 2 및 도 3에서 생략되어 있다. 기판 홀더(130)는 측판(120)내에서 이동한다. 제 1 기판 전극(160) 및 제 2 기판 전극(162)은 기판(124) 대향 측면에 있는 측판(120)에 장착된다. 각각의 기판 전극(160,162)은 알루미늄과 같은 도전체 재료로 제조된다. 기판 전극(160,162)은 기판(124)의 외경보다 조금 크거나 같은 내경을 갖는 개구(164,166)를 각각 가진다. 개구(164,166)의 벽(170)은 각각의 스퍼터링 타겟과 기판의 각각의 표면 사이에 직선의 관찰통로를 제공할 수 있도록 기판을 향해 안쪽으로 테이퍼링될 수 있다. 통상적으로, 각각의 기판 전극은 기판(124) 표면에 수직한 방향으로 기판(124)으로부터 약 0.25 인치 이하 이격될 수 있다. 기판 전극(160,162)은 도전성 판 스프링(180)에 의해 도 1에 도시된 바와 같이 전압공급원에 전기 접속된다. 판 스프링(180)은 절연 패스너(182)에 의해 측판(120)으로부터 이격된다. 기판 전극(160,162)은 절연 슬리브(192)내의 도전성 소자(190)에 의해 서로 전기 접속된다. 이러한 구조로 인해 기판 전극(160,162)이 통상적으로 접지된 측판(120)으로부터 전기 절연된다. 본 발명의 범주내에서 다양한 상이한 전기 접속방법이 사용될 수 있다고 이해해야 한다.
도 3으로부터 명확하듯이, 개구(164)의 내경은 기판(124)의 외경보다 다소 커서 기판 홀더(130)가 기판 전극(160)에 의해 가리워진다. 따라서, 기판 전극(160)은 스퍼터링 챔버(112)내의 플라즈마로부터 보아 기판(124) 주변부의 주위에 실질적으로 균일한 전위를 형성시킨다. 이러한 구조로 인해 플라즈마로부터의 이온에 의한 기판(124) 표면과의 충돌이 실질적으로 균일하게 보장된다.
본 발명에 따른 스퍼터링 시스템의 제 2 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 스퍼터링 시스템이 부분 횡단면도로 도시되어 있다. 기판(224)은 기판 홀더(230)에 의해 스퍼터링 챔버(212)내에 위치된다. 기판 전극(260)은 기판 전극(260)이 기판(224)에 근접 위치되도록 스퍼터링 건(220)에 장착된다. 기판 전극(260)은 기판(224)의 외경보다 조금 크거나 동일한 내경을 갖는 개구(264)를 가진다. 개구(264)의 내측 벽(270)은 기판(224)과 타겟(240) 사이에 직선의 관찰통로를 제공하도록 기판(224)쪽으로 내향 테이퍼져 있다.
스퍼터링 건(220)은 기판(224)을 향해 스퍼터링 챔버(212) 내측으로 연장하는 차폐물(280)을 포함한다. 이러한 차폐물(280)은 통상적으로 접지되어 있다. 기판 전극(260)은 기판 전극(260)이 차폐물(280)과 전기 절연되도록 절연 직립부(282)에 의해 차폐물(280)에 장착될 수 있다. 기판 전극(260)은 음 전압공급원에 도전체(290)에 의해 전기 접속된다. 전술한 바와 같이, 기판 전극에 인가된 음 전압은 기판(224)에 인가된 음 전압과 동일하거나 상이할 수 있다. 기판 전극(260)은 스프링형 도전체(294)에 의해 기판(224)의 대향측에 위치된 기판 전극(262)에 전기 접속된다. 이러한 기판 전극(262)은 기판 전극(260)과 동일한 구조 및 장착 구성을 가질 수 있다.
본 발명은 바이어스 스퍼터링과 관련하여 설명했지만, 기판 전극은 기판이 하전 입자를 흡인할 수 있도록 바이어스되는 어떤 프로세싱 시스템에 사용될 수도 있다. 예로서, DC 및 RF 스퍼터링 에칭, 스퍼터링 세정, 반응성 스퍼터링, 화학 기상 증착 등이 있다. 게다가, 본 발명은 하드 디스크 드라이브용 디스크상의 박막 증착과 관련하여 설명했지만, 본 발명은 상이한 형태의 기판에 적용될 수 있고 상이한 형상 및 상이한 크기를 갖는 기판에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 도 1 및 전술한 바와 같이 단일측 스퍼터링뿐만 아니라 양측 스퍼터링에도 적용될 수 있다. 단일측 스퍼터링 시스템에 있어서, 단일 스퍼터링 건이 기판의 한 표면상에 박막을 증착시킨다. 각각의 경우에, 기판 전극은 기판에 근접 위치되고 챔버내의 플라즈마로부터 보아 기판 주변부의 주위에 실질적으로 균일한 전위를 형성하도록 구성된다.
본 발명은 기판의 프로세싱에 다수의 장점을 제공한다. 기판 홀더의 이미지(광학, 전기 및 기계적 재료의 특성)는 증착된 박막에서 제거된다. 이온의 공간적 분포는 균일하거나 증착된 박막의 스펙에 따라 정확하게 제어될 수 있다. 이러한 기판 전극은 다수의 방식으로 장착될 수 있다. 예를들어, 기판 전극은 진공챔버에 고정 부품으로서 장착되거나, 기판 홀더에 부착되며, 또는 스퍼터링 건에 부착될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예로서 고려된 예가 설명하고 도시하였지만, 본 기술분야의 숙련자들은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상으로부터 이탈함이 없는 다수의 변형 및 변경예들이 있을 수 있다고 이해할 수 있다.

Claims (22)

  1. 기판상에 박막을 증착하기 위한 장치로서,
    플라즈마를 형성하는 가스를 함유한 스퍼터링 챔버를 둘러싸고 있는 하우징과,
    상기 스퍼터링 챔버내에 기판을 위치시키고 상기 기판을 향해 플라즈마로부터의 이온을 가속시키기 위한 전위를 상기 기판에 인가하는 기판 홀더와,
    상기 기판의 제 1 표면상에 제 1 타겟의 원자 박막을 증착하기 위한 상기 챔버내의 제 1 스퍼터링 타겟을 포함하는 제 1 스퍼터링 건과,
    상기 기판의 제 2 표면상에 제 2 타겟의 원자 박막을 증착하기 위한 상기 챔버내에 제 2 스퍼터링 타겟을 포함하는 제 2 스퍼터링 건과, 그리고
    상기 기판의 제 1 표면과 인접하여 배치된 제 1 기판 전극, 상기 기판의 제 2 표면과 인접하여 배치된 제 2 기판 전극을 포함하고, 상기 기판의 양표면을 향해 상기 플라즈마로부터 가속된 이온의 궤적을 제어하며, 상기 기판 홀더에 의한 상기 기판의 이동을 허용함으로써, 상기 플라즈마로부터 보았을 때 상기 기판 주변부의 주위에 균일한 전위를 형성시키는 기판 전극 조립체를 포함하는, 기판상의 박막 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 스퍼터링 건은 각각 마그네트론을 포함하는, 기판상의 박막 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 기판 전극은 상기 기판보다 크거나 같은 개구를 각각 포함하며, 상기 기판은 상기 각각의 개구를 통해 제 1 및 제 2 타겟에 노출되는, 기판상의 박막 증착 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 기판은 원형인 디스크를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 기판 전극내의 개구는 원형인, 기판상의 박막 증착 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 원형의 개구는 상기 기판보다 큰 직경을 가지는, 기판상의 박막 증착 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 기판 전극들은 스퍼터링 중에 상기 기판 홀더를 가릴 수 있도록 구성되는, 기판상의 박막 증착 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 개구는 상기 타겟과 기판 사이에 직선의 관찰통로를 제공하도록 기판을 향해 안쪽으로 테이퍼링된 내측면을 구비하는, 기판상의 박막 증착 장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 기판 전극들은, 상기 기판 주변부의 주위에 균일한 전위를 형성하면서 상기 타겟과 기판 사이에 직선의 관찰통로를 제공할 수 있도록 상기 스퍼터링 챔버내에 위치되는, 기판상의 박막 증착 장치.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 기판 전극은 이온이 상기 기판의 제 1 및 제 2 표면과 균일한 충돌을 하도록 바이어스되는, 기판상의 박막 증착 장치.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 기판 홀더 및 상기 기판 전극 조립체가 하나의 전압공급원에 연결되는, 기판상의 박막 증착 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 홀더 및 상기 기판 전극 조립체는 각각 제 1 및 제 2 전압공급원에 연결되는, 기판상의 박막 증착 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 홀더 및 상기 제 1 및 제 2 기판 전극은 음 전압공급원에 연결되는, 기판상의 박막 증착 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 홀더는 제 1 음 전압공급원에 연결되며, 상기 제 1 및 제 2 기판 전극은 제 2 음 전압공급원에 연결되는, 기판상의 박막 증착 장치.
  14. 기판상에 박막을 증착하기 위한 방법으로서,
    플라즈마를 형성하는 가스를 함유한 스퍼터링 챔버내에 기판을 위치시키는 단계와,
    상기 기판을 향해 상기 플라즈마로부터의 이온을 가속시키기 위해 전위를 상기 기판에 인가하는 단계와,
    상기 스퍼터링 챔버내에 상기 기판의 표면과 관련하여 위치된 타겟으로부터 공급되는 원자의 균일한 박막을 상기 기판의 대향 표면들 상에 증착시키는 단계, 및
    기판 전극 조립체에 의해 상기 기판을 향해 상기 플라즈마로부터 가속된 이온들의 궤적을 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 기판 전극 조립체는, 상기 기판의 각 표면에 근접하게 이격되어 위치되어 상기 기판의 이동을 허용하고, 상기 기판 전극 조립체에 바이어스 포텐셜을 인가함으로써 상기 기판으로부터 볼 때 기판 주변부의 주위에 균일한 전위를 형성하는 전극들을 포함하는, 기판상의 박막 증착 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 기판 전극은 이온이 상기 기판의 표면과 균일한 충돌을 하도록 바이어스되는, 기판상의 박막 증착 방법.
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