회전가능한 마그네트론의 대면적 어셈블리를 구비한코팅장치(Coater with a Large-Area Assembly of RotatableMagnetrons)

(19)대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)

(51) 。Int. Cl.
B05B 5/00 (2006.01)
B05B 5/043 (2006.01)
B05B 17/04 (2006.01)
(45) 공고일자
(11) 등록번호
(24) 등록일자
2007년03월13일
10-0692584
2007년03월02일
(21) 출원번호 10-2005-0036992 (65) 공개번호 10-2006-0045884
(22) 출원일자 2005년05월03일 (43) 공개일자 2006년05월17일
심사청구일자 2005년05월03일
(30) 우선권주장 04 010 696.5 2004년05월05일 유럽특허청(EPO)(EP)
(73) 특허권자 어플라이드 매터리얼스 게엠베하 운트 컴퍼니 카게
독일 데-63755 알체나우 지멘스슈트라세 100
(72) 발명자 뱅거트, 스테판
독일 스테이나우 36396 세이덴레더 스트라세 6
푸크스, 프랑크
독일 가이젤바흐-오메르스바흐 63826 도르프스트라세 3
린덴베르크, 랄프
독일 비딩겐 63654 본가세 8
로프, 디알. 안드레아스
독일 프라이게리히트-솜본 63579, 하나우에르 스트라세 26
쉬슬러, 우베
독일 아샤펜부르크 63743 브람스베크 4
스톨리, 토비아스
독일 프랑크푸르트 암 메인 60598, 레츠터 하센프파드 9
(74) 대리인 황주명
(56) 선행기술조사문헌
US04356073 *
US5464518
US5425861
US6488824B1
* 심사관에 의하여 인용된 문헌
심사관 : 이현송
전체 청구항 수 : 총 13 항
(54) 회전가능한 마그네트론의 대면적 어셈블리를 구비한코팅장치
등록특허 10-0692584
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(57) 요약
본 발명은 캐소드 스퍼터링에 의한 특히 대면적 기지의 코팅용 코팅장치에 관한 것으로, 상기 코팅장치는 코팅 챔버, 및 이
에 제공된 캐소드 어셈블리를 구비하고, 상기 캐소드 어셈블리(2)에서 스퍼터링되어질 물질이 곡선화 표면을 갖는 표적상
에 위치되고, 상기 스퍼터링되어질 물질이 특히 실린더의 측면상에 위치되고, 밀착 코팅 구역에 대한 단일의 코팅 챔버에
서로 떨어져서 위치한 회전가능한 곡선화 표적(4)을 구비한 적어도 3개, 바람직하게는 그 이상의 캐소드 어셈블리(2)가 존
재한다.
대표도
도 1
특허청구의 범위
청구항 1.
원통형 표면을 가지는 표적(4)상에 스퍼터링 되어질 물질이 위치된 캐소드 어셈블리(cathode assembly) 및 코팅 챔버를
구비한 캐소드 스퍼터링(cathode sputtering)에 의한 대면적 기지의 코팅용 코팅장치로서, 자석(3) 또는 자석 어셈블리는
상기 표적(4)의 내부에 정렬되어 있고, 회전가능한 원통형 표적(4)을 가진 3개 이상의 캐소드 어셈블리(2)는 밀착된 코팅
구역을 위하여 하나의 코팅 챔버에서 서로 옆에 위치하며, 상기 표적(4)은 움직이지 않는 대면적 기지에도 균질하게 코팅
될 수 있도록 동일한 스퍼터링 되어질 물질을 담고 있는 코팅장치에 있어서, 코팅 공정 중에 상기 자석 또는 자석 어셈블리
주위로 상기 표적을 계속적으로 회전시키기 위한 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 코팅장치.
청구항 2.
제1항에 있어서, 상기 회전가능한 원통형 표적(4)을 구비한 캐소드 어셈블리가 말단면 영역의 한 말단에서 지지되는 것을
특징으로 하는 코팅장치.
청구항 3.
삭제
청구항 4.
제1항 또는 제2항에 있어서, 마그네트론 캐소드가 캐소드의 세로축에 대하여 회전가능하거나 선회가능할 수 있는 상기 자
석(3) 또는 자석 어셈블리를 가지는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
청구항 5.
제1항 또는 제2항에 있어서, 가장자리 영역에 있는 상기 자석 어셈블리의 자석(3)이 자기장 영역(6)을 확대하기 위하여 선
회 또는 옮겨질 수 있는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
청구항 6.
제1항에 있어서, 많은 수의 상기 캐소드 어셈블리들이 코팅 구역에 위치된 기지로부터 상이한 거리로 정렬되는 것을 특징
으로 하는 코팅장치.
등록특허 10-0692584
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청구항 7.
제6항에 있어서, 많은 수의 상기 캐소드 어셈블리들이 서로 간격을 두고, 세로축으로 서로 평행하도록 배치되며, 상기 캐
소드 어셈블리들이 같은 거리로 배치되고, 오직 외부 캐소드 어셈블리들이 인접한 캐소드에 보다 근접하도록 간격을 두어
배치되는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
청구항 8.
제6항에 있어서, 상기 캐소드 어셈블리가 캐소드 어셈블리에서 관찰할 때 실린더 세로축이 코팅 구역 내부 또는 뒤쪽에 위
치한 실린더의 측면상에 정렬되고, 오직 2개의 외부 캐소드 어셈블리들만이 코팅 구역을 향하여 측면으로부터 옮겨지는
것을 특징으로 하는 코팅장치.
청구항 9.
제8항에 있어서, 상기 실린더의 반지름이 상기 코팅 구역과 캐소드 어셈블리간의 거리보다 큰 것을 특징으로 코팅장치.
청구항 10.
제6항에 있어서, 상기 캐소드 어셈블리의 자석 또는 자석 어셈블리가 상기 코팅 구역을 향하여 방사상으로 배향되고, 상기
자석 또는 자석 어셈블리가 이와 같은 위치에 대하여 정해진 속도로 선회가능한 것을 특징으로 하는 코팅장치.
청구항 11.
제1항에 있어서, 코팅 구역에서 떨어져서 대향하는 측면상에 추가의 자석 또는 자석 어셈블리가 제공되며, 상기 자석 또는
자석 어셈블리는 코팅 공정 중 플라즈마를 발생시켜 재침적을 방지하는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
청구항 12.
제1항에 있어서, 상기 기지가 코팅 공정 중 수송 장치에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
청구항 13.
삭제
청구항 14.
제6항에 있어서, 많은 수의 상기 캐소드 어셈블리는 코팅 구역 주위에 곡선을 형성하는 표면을 따라서 정렬되는 것을 특징
으로 하는 코팅장치.
청구항 15.
제11항에 있어서, 상기 추가의 자석 또는 자석 어셈블리는 상기 캐소드 어셈블리의 말단면 근처에 제공되는 것을 특징으로
하는 코팅장치.
등록특허 10-0692584
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명세서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 코팅장치에 관한 것이다.
오랜 시간동안 캐소드 스퍼터링(cathode sputtering)을 통해 기지에 코팅을 적용하는 코팅장치가 알려져 왔으며, 다양한
코팅 목적을 위해 사용되고 있다. 이와 같은 코팅장치의 설계 및 공학은 코팅작업이 수행되어져야하는 특정 요구사항에 따
라 매우 다양하다. 예를 들면, 평면 캐소드, 마그네트론(magnetron) 캐소드, 회전가능 마그네트론 등과 같은 여러 다른 종
류의 캐소드들이 존재한다. 평면 캐소드를 사용하여 스퍼터링되어질 코팅 물질은 평평한 평면 목표물의 형태로 배치되는
반면에, 소위 회전가능한 캐소드의 표적 표면은 곡선이고, 특히 실린더형 튜브 형태로 배치된다. 코팅공정 과정중 실린더
형 튜브의 계속적인 회전으로 인하여 표적 물질이 고르게 스퍼터링되어서 코팅 품질을 손상시키는 지역적으로 집중된 스
퍼터링 및 홈 형성을 방지한다.
스퍼터 표적의 후방에 위치한 자석 어셈블리가 소위 마그네트론 캐소드, 또는 마그네트론을 사용하여 표적 전방의 플라즈
마 생성을 촉진하고, 동시에 플라즈마를 안정화시키며 이를 고르게 분포시킴으로써, 증착이 향상될 수 있다. 또한, 소위 회
전가능 마그네트론의 사용이 특히 알려져 있으며, 이 경우 자석 또는 자석 어셈블리가 실린더-튜브형 표적의 내부에 동심
원형태로 제공된다. 이와 같은 종류의 회전가능 마그네트론은 예를 들면 건축유리의 코팅에 사용되는 연속 수행 인라인
(continuous-duty in-line) 코팅장치에 사용된다. 현재 기술에 따른 실시로는 일반적으로 2개의 이와 같은 마그네트론을
코팅 챔버에 나란히 위치시킨다. 이와 같은 정렬의 단점으로는 오직 작은 코팅 구역만이 거의 일정한 코팅 두께를 갖는 균
일한 코팅이 획득될 수 있도록 사용가능하다는 것이다. 이는 만일 대형 표면, 즉 대면적 기지를 코팅하여야 할 경우 기지를
이동시킬 필요성이 있게된다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
그러므로, 본 발명의 목적은 대면적 기지를 고르게 코팅할 수 있고, 추가로 특히 코팅 공정중 과다분사 형태로의 물질 손실
을 낮게 유지되어지도록하는 코팅장치 및 특히 캐소드 어셈블리를 제공하는 것이다. 또한, 코팅장치는 설정과 작동이 용이
하여야 한다.
발명의 구성
이와 같은 목적은 청구항 1항의 특징을 가지는 코팅장치를 통하여 달성된다. 유용한 실시예는 종속항의 청구대상을 형성
한다.
첫째, 본 발명은 코팅 물질의 대량 손실을 발생시키지 않으면서 동일한 두께를 갖는 균일한 코팅을 넓은 코팅 구역에 제공
할 수 있어서 문제를 해결한다. 즉, 본 발명은 대면적 기지를 고정적으로, 즉 기지를 움직이지 않으면서 코팅할 수 있게 한
다. 놀랍게도, 만일 회전가능한 곡선화 표적, 특히 실린더 튜브 형태의 표적을 갖는 캐소드 어셈블리가 사용되면, 복수의
캐소드, 특히 적어도 3개, 바람직하게는 4개, 5개, 6개 또는 그 이상의 캐소드들이 서로 떨어져 위치될 수 있으며, 이로서
넓은 코팅 구역을 형성하고, 이를 사용하여 곡선화 표적 표면에서 특히 코팅 물질의 과도한 손실없이 특정 스퍼터링에 의
해 균일한 코팅이 적용될 수 있으며, 균일하고 동일한 코팅 두께를 수득할 수 있다. 이와 같은 이점은 많은 부분이 곡선화
표적 표면에 기인한다. 즉, 바람직한 실시예에 따르면, 증착된 대면적 코팅의 균일성은 여전히 추가로 향상될 수 있는 반면
에, 긍정적인 효과가 강조되거나 추가로 향상되는 방식으로 캐소드 자체를 배열하고, 서로에 대하여 많은 수의 캐소드를
조립함으로써 물질 손실을 낮게 유지한다.
캐소드 배열에 관하여, 표적 표면의 전방에 플라즈마를 형성시키고, 이와 같은 플라즈마를 안정화시키기 위하여 표적 후방
에 원통형 표적의 경우 실린더 튜브의 중심(core) 내부에 자기장 어레이를 나타내는 마그네트론 캐소드를 사용하는 것이
여기서 유리하다는 것이 입증되었다.
등록특허 10-0692584
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자석 어셈블리는 자석 또는 자석 어셈블리가 기지를 향하여 조절되거나 설정될 수 있도록 바람직하게는 캐소드의 세로축
에 대하여, 즉 실린더 튜브형 표적의 경우 실린더의 세로축에 대하여 회전가능하거나 선회가능하다. 이와 같은 방식으로
자석 또는 자석 어셈블리를 회전하거나 선회함으로써 표적 표면상의 스퍼터링 구역이 기지를 향하여 자신의 방향을 수정
할 수 있게되고, 결국 정확한 설정을 통하여 이와 같은 정렬이 기지상에 균일한 코팅 증착, 즉 균일한 두께를 갖는 코팅을
가능하게 한다.
특히, 바람직한 실시예 따르면, 코팅 공정중 자석 또는 자석 어셈블리가 주어진 위치에서 계속적으로 진동함으로써, 즉 왕
복으로 움직여서 균일한 코팅 증착을 가능하게 하도록 코팅장치가 정렬될 수 있다.
또한, 자석 또는 자석 어셈블리는 또한 자석 어셈블리 내부에서 선회하거나 옮겨질 수 있어서, 자기장 영역을 다양하게 할
수 있게 하고, 코팅 증착에 긍정적인 영향을 준다. 실린더 튜브형 표적의 경우, 자석 어셈블리가 예를 들면 기지를 향하여
배향된 25도 세그먼트(segment)에서 캐소드의 세로축을 따라 실린더 튜브 세그먼트에 위치될 수 있다. 자기장 영역을 증
가시키기 위하여 예를 들면 캐소드의 세로축에 관하여 바깥쪽으로 외부 자석을 이동시키거나 선회시킴으로써 세그먼트를
확장시킬 수 있고, 이로서 자석이 예를 들면 35도의 세그먼트에 조립된다.
어떤 위치에 대하여 자석 또는 자석 어셈블리가 진동(oscillation 또는 vibration(wobbling))하는 경우, 자석 또는 자석 어
셈블리의 이동 속도는 추가로 정해지거나 상이한 방식으로 설정될 수 있고, 이로서 예를 들면 0 위치에 대하여 자석 또는
자석 어셈블리의 왕복 운동중 위치에 따라 절대 속도가 상이할 수 있다. 예를 들면, 반전 지점(resversal point)에서 낮은
속도를 선택할 수 있고, 높은 속도는 이들 사이에서 선택될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 실린더 튜브형 표적 또는 캐소드를 사용하여 표적의 말단면 근처 코팅 구역으로부터 거리를 두
고 대향하고 있는 캐소드의 일측면상에 추가의 자석 어셈블리 또는 자석을 제공하고, 이로서 플라즈마가 표적 표면의 전방
에 이와 같은 영역에 생성될 수 있다. 이와 같은 측정은 표적으로의 재증착을 방지한다.
증착 공정에 긍적적인 영향을 주기 위하여 적당한 자석 및 자석 어셈블리들을 회전가능한 곡선화 표적을 구비한 캐소드 어
셈블리에 제공하는 것 이외에, 코팅 구역으로부터 상이한 거리에서 단일의 밀착 대면적 코팅 구역을 보증하기 위하여 코팅
챔버에 나란히 제공된 캐소드 어셈블리를 위치시킴으로써, 특히 이들을 코팅 구역 주위를 둘러싼 곡선 표면상에 위치시킴
으로써 대면적 코팅 구역상의 동일한 두께를 가진 코팅의 균일한 증착이 추가로 향상되고 강조될 수 있다.
이와 같은 문맥에서, 실린더 표면으로서 이와 같은 곡선화 표면을 배열하는 것이 우수한 생각인 것이 입증되었으며, 이로
서 단면에서 관찰시 캐소드가 본질적으로 원형 통로상에, 바람직하게는 서로 동일한 거리를 두고, 서로 그들의 세로축에
평행하게 정렬된다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 캐소드 어셈블리는 캐소드 서열중 가장자리에 위치한 2개의 캐소드가 내부쪽으로 옮
겨지고, 추가로 기지쪽으로 옮겨지고, 및/또는 인접 캐소드에 보다 가깝게 이를 따라서 밀려진다. 이것은 특히 코팅 구역의
가장자리 영역의 코팅의 균일한 증착에 긍정적인 영향을 갖는다.
캐소드가 위치하는 원형 통로, 즉 실린더 측면의 반지름은 캐소드와 기지간의 거리, 또는 코팅 구역과 비교하여 매우 크게
선택되는 것이 바람직하며, 이로서 캐소드가 위치하는 표면이 오직 약간 곡선화된다.
실린더의 원형 통로 또는 측면상에 위치한 캐소드를 사용하여, 만일 마그네트론 캐소드의 자석 또는 자석 어셈블리가 코팅
구역을 향하여 방사상으로 배향되는 것, 즉, 만일 바람직하게는 모든 캐소드들의 자석 세트를 관통하는 중간 수직면(mid-
perpendiculars)이 캐소드가 위치하는 원의 중심 또는 실린더 중심을 향하여 지시하는 것이 특히 유리하다. 그러나, 여기
에서도 역시 이 위치에 대하여 자석 또는 자석 어셈블리의 선회 또는 진동이 고려될 수 있다.
비록 이와 같은 코팅장치 또는 캐소드 어셈블리 또는 캐소드 배열이 특히 대면적 구역의 정적인 코팅, 즉 기지의 이동없이
코팅할 수 있도록 하지만, 또한 물론 수송 장치에 의해 이동되는 기지에도 가능하다. 대면적 코팅 구역의 이점은 이와 같은
경우에도 역시 이용될 수 있다.
비록 곡선화될 수는 있지만 코팅 구역 자체는 일반적으로 평평하다. 코팅 구역이 곡선일 경우, 단지 캐소드 어셈블리의 위
치를 적당히 조절할 필요성이 있으며, 이로서 코팅 구역의 위치와 캐소드의 위치사이의 관계가 유지된다.
등록특허 10-0692584
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실린더 튜브 표적을 구비한 회전가능한 마그네트론은 이들을 코팅 챔버로 삽입하고 이로부터 제거하기 용이하도록 특히
이동가능한 운반체상의 일말단, 말단면(end face)에서 지지되는 것이 바람직하다.
본 발명의 추가의 이점, 특성 및 특징은 하기의 바람직한 실시예를 통하여 보다 분명하게 설명될 것이다. 도면들은 순수하
게 개략도이다.
도 1은 기지의 정렬, 즉 코팅 구역(1) 및 복수의 캐소드(2)를 순수한 개략적 단면도에 도시하고 있다.
캐소드(2)는 이른바 회전가능 마그네트론 캐소드이고, 원통형 표적(4)은 캐소드의 세로축에 관하여 회전가능하다. 자석 어
셈블리의 자석(3)은 플라즈마(5)를 생성하고 안정화시키며, 상기 플라즈마(5)는 표적 표면에 바로 가까이에 형성된다. 코
팅 공정중 표적(4)의 연속적이고 일관된 회전은 표적의 전체 표면에 걸쳐 코팅물질을 균일하게 제거, 즉 스퍼터링한다.
코팅 구역(1)에서 기지의 최적의 코팅을 달성하기 위하여, 각도범위(6)에 의해 도시된 바와 같이 자석 어셈블리를 기지를
향하여 대향하도록 위치시키고, 주어딘 각도 범위내에서 캐소드의 세로축에 관하여 선회가능하고, 이로서 표적 표면의 스
퍼터링 구역이 기지를 향하여 최적으로 정렬되도록 보증한다.
고정된 위치에서 기지를 향하게 고정된 자석 어셈블리(3)를 보유한 대안으로서, 기지상의 코팅 두께의 균일성을 향상시키
기 위하여 코팅 공정중 자석 어셈블리(3)를 왕복으로 이동하는 것이 또한 가능하다.
특히 마그네트론 캐소드의 말단부에서, 즉 실린터 튜브형 표적(4)의 말단면에 근접한 측면 표면상에서 재증착을 방지하기
위하여, 이차 추가 자석 어셈블리(7)가 자석 어셈블리(3)의 반대편에 제공될 수 있고, 이로서 실린더형 마그네트론 캐소드
의 말단부에 플라즈마를 생성시킴으로써 재증착이 방지된다.
회전가능한 마그네트론은 각각의 경우 코팅 챔버의 말단상의 말단 영역을 통하여 지지될 수 있다. 캐소드의 교환을 용이하
게 하기 위하여, 회전가능 마그네트론은 바람직하게는 코팅챔버로부터 회수될 수 있는 운반체에 설치되고, 회전가능 마그
네트론은 상기 표적 튜브에 동심원형으로 모여있는 지지 부재(element)에 의해 하나의 챔버 벽상에서 표적 튜브의 말단면
영역의 한 말단에서 지지된다. 이와 같은 종류의 캔틸레버(cantilever)된 마그네트론은 비록 이와 같은 선택이 실행가능할
지라도 반대편 챔버벽상에 추가적으로 지지될 필요가 없다는 것이 유리하다.
마찬가지로 도 1로부터 분명히 나타난 바와 같이, 캐소드(2)는 단일 평면에 위치하지는 않지만, 코팅 구역(1)으로부터, 즉
기지로부터 각기 다른 거리로 떨어져 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 회전가능한 마그네트론 캐소드(2)가 특히 회전가능
한 마그네트론 캐소드와 기지사이의 거리보다 매우 큰 반지름(r)을 갖는 원형 통로상에 위치한다. 이것은 화살표 및 (r)로
표시된다. 결과적인 공간 정렬은 실린더 튜브형 표적(4), 즉 도면의 평면에 대하여 직각으로 진행(run)하는 회전가능한 마
그네트론 캐소드가 반지름(r)을 갖는 실린더의 측면상에 위치하는 반면에, 기지, 즉 코팅 구역(1)이 평평하고 평면이 되도
록한다. 이와 같은 공간 정렬 효과는 대면적 기지, 예를 들면, 1500 x 1800 mm 치수를 갖는 기지가 이동하지 않고 균일하
게 코팅(정적인 코팅)될 수 있다는 것이다. 또한 이동하는 기지의 경우 연속 수행 인라인(continuous-duty in-line) 코팅
장치의 경우와 같이, 이것은 균일한 두께를 갖는 코팅이 대면적 코팅 구역에 제공될 수 있다는 것을 의미한다.
코팅 구역(1)에 대한 캐소드의 공간 정렬은 또한 높은 수집 효율을 보증한다. 결과적으로 스퍼터링될 필요가 있는 물질의
양이 감소되고, 캐소드 어셈블리의 갯수가 최소화 될 수 있다.
도 2는 1800 mm의 기지 길이 및 9개의 회전가능 마그네트론 캐소드를 갖는 도 1에 따른 캐소드 어셈블리에 대한 기지 길
이에 대항하는 코팅 두께 분포 배치를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 그래프에서, 기지(1)에 표준화된 코팅 두께가 기지의
길이에 대하여 배치되어 있다. 가장 바깥쪽 가장자리로부터 중간까지 표준화된 코팅 두께가 0.95 내지 1의 범위안에서 본
질적으로 다양하다는 것을 알 수 있다.
발명의 효과
본 발명에 따르면 대면적 기지를 고정적으로, 즉 기지를 움직이지 않고, 코팅 물질의 대량 손실을 발생시키지 않으면서 동
일한 두께를 갖는 균일한 코팅을 넓은 코팅 구역에 제공할 수 있다.
도면의 간단한 설명
등록특허 10-0692584
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도 1은 코팅 챔버에서 캐소드 및 기지의 정렬을 도시한 단면도이다.
도 2는 기지 길이의 함수로 플롯화된 표준화 코팅 두께를 도시한 그래프이다.
도면
도면1
등록특허 10-0692584
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도면2
등록특허 10-0692584
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