KR0167384B1 - 스퍼터링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강자성재재료로 이루어진 타겟을 가진 스퍼터링장치에 있어서, 기판상에 균일한 박막을 형성하는 것을 목적으로 한 것으로서, 그 구성에 있어서, 강자성재료로 이루어진 직4각형타겟(6)을 사용해서 스퍼터링을 행하는 스퍼터링장치에 있어서, 타겟(6)의 표면쪽에, 그 양쪽가장자리부를 따르도록, 각 양쪽가장자리에 복수개의 자석(10)을 배치하고, 또한 이들 자석(10)의 극성을 서로 인접하는 것끼리가 반대의 관계가 되도록 정하는 동시에, 타겟(6)을 사이에 두고 대향하는 자석간의 극성을 반대의 관계가 되도록 정하고, 타겟(6)의 이면쪽에, 타겟(6)의 표면쪽에 배치한 자석(10)과 마찬가지의 극성관계가 되도록 자석(13)을 배치한 것을 특징으로 한 것이다.

Description

스퍼터링장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 있어서의 스퍼터링장치를 표시한 도면.

제2도는 동실시예에 있어서의 스퍼터링전극부근의 구조를 표시한 평면도.

제3도는 제2도의 B-B' 단면도.

제4도는 동실시예에 있어서의 타겟표면에서의 자속밀도분포를 표시한 도면.

제5도는 동실시예에 있어서의 막형성속도를 표시한 도면.

제6도는 본 발명의 제2실시예에 있어서의 스퍼터링전극부근의 구조를 표시한 평면도.

제7도는 제6도의 D-D' 단면도.

제8도는 동실시예에 있어서의 타겟표면에서의 자속밀도분포를 표시한 도면.

제9도는 동실시예에 있어서의 막형성속도를 표시한 도면.

제10도는 자장에 의해 이온이 받는 힘을 표시한 원리도.

제11도는 종래의 스퍼터링장치를 표시한 개략단면도.

제12도는 종래의 타겟의 표면과 이면에 자석을 가진 스퍼터링장치의 전극의 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 체임버 6 : 타겟

7 : 스퍼터링전극 10 : 타겟의 표면쪽에 배치된 자석

12 : 기관 13 : 타겟의 이면쪽에 배치된 자석

본 발명은 강자성재료를 타겟으로 하는 마그네트론 스퍼터링방식의 스퍼터링장치에 관한 것이다.

스퍼터링법이란, 일반적으로 저진공분위기에서 기체방전을 일으키므로써 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마의 양이온을 캐소드라고 호칭되는 음극에 설치된 타켓(Target)에 충돌시키고, 충돌에 의해 스퍼터된 입자가 기관에 부착해서 박막을 생성하는 방법이다. 이 스퍼터링법은 조성제어나 장치의 조작이 비교적 간단하기 때문에, 널리 막생성과정에 사용되고 있다. 그러나, 종래 스퍼터링법은 진공증착법 등에 비해 박막생성속도가 느리다고 하는 결점을 가지고 있었다. 이 때문에, 영구자석이나 전자석을 자기회로로서 사용해서 타겟부근에 자장을 형성하는 마그네트론스퍼터링법이 고안되어, 박막의 형성속도가 향상하고, 반도체부품이나 전자부품 등의 제조공정에 있어서 스퍼터링법에 의한 박막형성의 양산화를 가능하게 하였다.

마그네트론스퍼터링법에는, 타겟의 국소적인 침식에 의한 기판의 막두께나 막품질의 불균일성이 있다고 하는 문제점이 있으며, 이 문제해결을 위하여, 전장(電場)에 직교하는 균일한 자장을 형성하는 장치가 고안되어 있다.

제11도는 종래의 스퍼터링장치의 장치구성을 표시한 것이다. 제11도에 있어서 (1)은 체임버, (2)는 진공펌프에 의해서 배기되는 진공배기구, (3)은 가스도입관, (4)는 가스유량제어기이다. (5)는 방전가스로서, 통상 아르곤가스를 사용한다. (6)은 타겟, (7)은 스퍼터링전극, (8)은 방전용전원, (9)는 마그네트홀더, (10)은 자석, (11)은 기판홀더이다. (12)는 기판으로서, 이 위에 박막을 형성한다.

이상과 같이 구성된 상기 스퍼터링장치에 대해서, 이하 그 동작에 대해서 설명한다. 먼저, 체임버(1)내를 진공배기구로부터 진공펌프로 10^-7Torr정도로까지 배기한다. 다음에 상기 체임버(1)의 일단부에 접속된 가스도입관(3)을 개재해서 체임버(1)내에 방전가스(5)를 도입하고, 체임버(1)내의 압력을 10^-3∼10^-2Torr정도로 유지한다. 타겟(6)을 장착한 스퍼터링전극(7)에 직류 또는 교류의 스퍼터링용전원(8)에 의해 부의 전압 또는 전압 또는 고주파전압을 인가하면, 상기 전원(8)에 의한 전장과 마그네트홀더(9)내에 수납된 자석(10)에 의한 자장과의 작용으로 타겟(6)표면근방에 방전에 의한 플라즈마가 발생하고, 스퍼터링현상이 일어나 타겟(6)으로부터 방출된 스퍼터입자에 의해 기판홀더(11)에 설치된 기판(12)위에 박막이 형성된다.

그러나, 상기 스퍼터링장치에서는 타겟(6)이 강자성재료의 경우, 자석(10)으로부터 발생하는 자속의 대부분이 타겟(6)내를 통과하고, 플라즈마형성에 기여하는 자속이 극히 적어진다. 그 결과, 막생성속도가 저하해 버린다고 하는 문제를 가지고 있다.

그래서 일본국특개소61-124567호 공보에 기재한 바와 같이 타겟표면에 배치하는 자석에 추가해서, 타겟이면에도 자석을 배치하므로써 강자성재료의 타겟에 있어서도 막생성속도를 저하시키지 않는 대처가 이루어져 있다. 제12도는 타겟(6)의 표면 및 이면에 자석(10),(13)을 배치하였을 때의 스퍼터전극구성을 표시한 것으로서, (13)은 타겟(6)의 이면에 배치된 자석이다. 이 구성에 으해서 타겟(6)의 이면에 배치된 자석(13)으로부터 발생하는 자속이 강자성재료타겟(6)내를 충만시키고, 타겟표면에 배치된 자석(10)으로부터 발생하는 자속이 타겟내를 통과하는 것을 방지한다. 이 효과에 의해서 막생성속도의 저하를 방지하고 있다.

그러나 상기 종래의 구성에서는 막생성속도의 향상은 달성할 수 있으나, 자속이 타겟전체면에 걸쳐서 동일방향을 향하고 있으므로, 플라즈마속의 전자는 타겟전체면에 걸쳐서 동일방향의 힘을 받는다. 따라서, 플라즈마속의 전자의 밀도가 타겟면내에서 불균일하게 된다. 제10도에 표시한 예에서는(16)의 방향으로 힘이 가해지고 이온플라즈마속의 전자가 이 방향으로 이동하여 집중하게 된다. 따라서 이 방향에서의 타겟의 침식이 빨리 진행되고, 역방향에서는 침식의 진행이 느리게 되어, 침식이 진행됨에 따라서, 침식이 균일하게 진행되지 않는다고 하는 문제점이 있다. 이 결과, 기판면에 생성되는 박막의 막두께의 균일성을 확보할 수 없다고 하는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고, 침식이 균일하게 진행되는 타겟을 보유하는 스퍼터링장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 강자성재료로 이루어진 직사각형타겟을 사용해서 스퍼터링을 행하는 스퍼터링장치에 있어서, 타겟의 표면쪽에, 그 양쪽가장자리를 따르도록, 각 양쪽가장자리에 복수개의 자석을 배치하고 또한 이들 자석의 극성을 서로 인접하는 것끼리가 반대의 관계가 되도록 정하는 동시에, 타겟을 사이에 두고 대향하는 자석간의 극성을 반대의 관계가 되도록 정하고, 타겟의 이면쪽에, 타겟의 표면쪽의 배치한 자석과 마찬가지의 극성관계가 되도록 복수개의 자석을 배치한 것을 특징으로 한다.

또, 타겟의 표면쪽 및 이면쪽에 배치한 자석에 의해 발생하는 자속중 타겟의 양끝가장자리부에 위치하는 자석의 방향이 각각, 타겟으로 향하는 플라즈마속의 전자를 타겟중앙부에 인도하도록 설정된 구성을 가지는 것이 바람직하다.

또, 타겟의 표면쪽 및 이면쪽에 배치한 자석에 의해 발생하는 자속이 각각, 타겟의 양쪽가장자리의 중점(中点)을 연결하는 중심선에 대한 대칭위치에 있어서, 자속의 방향이 반대로 되어 있는 구성을 가지는 것이 바람직하다.

또, 타겟표면쪽 및 이면쪽에 배치한 자석에 의해 발생하는 자속이 각각, 타겟의 양쪽가장자리에 평행한 중심선상에 있어서, 그 방향이 3회이상 변화하는 구성을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 작용을 제10도를 사용해서 설명한다.

직사각형평판타겟(6)에 대하여, 도면과 같이 자석(10)을 배치하면 자장(14)은 도면과 같이 형성되어서, 플라즈마속의 전자는, 자장(14)에 의해 힘(16)을 받으므로, 도면의 (15)의 방향으로 플라즈마가 집중하게 되고, (15)의 방향으로 감에 따라서 침식속도가 크고, 그 반대방향으로는 침식속도가 작아진다. 그 때문에, 종래예에서는 타겟의 이용효율이 내려가거나, 막두께의 불균일성이 발생하거나 하는 결과를 가져왔다.

본 발명에 의하며, 타겟의 이면쪽에 배치한 복수개의 자석에 의해 발생하는 자속과, 타겟의 이면쪽에 배치한 복수개의 자석에 의해 발생하는 자속이, 마찬가지의 방향을 가지도록 구성되어 있기 때문에, 주로 타겟의 이면쪽에 배치한 복수개의 자석에 의해서 강자성체의 타겟내의 자속을 포화시킬 수 있다. 이 때문에, 타겟 표면쪽에 배치한 복수개의 자석에 의해 발생하는 자속이, 고밀도의 플라즈마를 만드는 것에 대해서 유효하게 작용한다.

그리고, 타겟의 표면쪽에 배치한 복수개의 자석이 타겟의 양쪽가장자리를 따르도록 배치되고, 또한 각 양쪽가장자리에 배치된 자석의 극성이 서로 인접하는 것끼리가 반대의 관계로 정해져 있는 동시에, 타겟을 사이에 두고 대향하는 자석간의 극성이 반대의 관계가 되도록 정해져 있으므로, 제10도에 표시한 가장(14)의 방향은, 타겟표면전체에 있어서 정역(正逆)양방향을 포함하는 것으로 된다. 따라서, 타겟으로 향하는 플라즈마속의 전자에 작용하는 자장으로부터의 힘도 동일방향으로는 되지 않고, 상기 전자는 타겟면에 대해서 거의 균일하게 분포해서 스퍼터링작용을 미치게 한다. 이 때문에, 침식속도는 타겟면에서 거의 균일화되고, 타겟의 침식면이 스퍼터이전의 표면과 평행한 평면에 가까운 면이 되므로, 기판상에 형성되는 막의 막두께의 불균일성의 문제는 해소된다.

또, 타겟의 양가장자리부에 위치하는 자속에 의해서, 타겟으로 향하는 플라즈마속의 전자를 타겟의 중앙부로 인도하도록 구성하므로써, 플라즈마의 유효활용을 도모할 수 있고, 타겟상의 플라즈마밀도를 높일 수 있으므로, 타겟의 침식속도가 향상된다.

또, 타겟의 표면쪽 및 이면쪽에 배치한 자속에 의해 발생하는 자속이 각각, 타겟의 양쪽가장자리의 중점을 연결하는 중심선에 대한 대칭위치에 있어서, 자속의 방향이 반대가 되도록 구성하므로써, 타겟의 상기 중심선을 사이로 한 양쪽을 마찬가지의 상태로 침식시킬 수 있다.

또, 타겟의 양쪽가장자리에 평행한 중심선상에 있어서, 자속의 방향이 3회이상변화하도록 구성하므로써, 타겟면상에 있어서의 침식의 균일성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 제1실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예의 스퍼터링장치의 구성을 표시한 것이다. 제1도에 있어서는 (1)은 체임버, (2)는 진공펌프에 통하는 진공배기구, (3)은 가스도입관, (4)는 가스유량제어기이다. (5)는 방전가스로서, 통상은 아르곤가스가 사용된다. (6)은 강자성재료로 이루어진 직4각형상의 타겟, (7)은 스퍼터링전극, (8)은 방전용의 전원, (9)는 마그네트홀더, (10)은 타겟표면에 배치된 자석이다. (11)은 기판홀더이다. (12)는 기판으로서, 이 위에 박막을 형성한다. (13)은 타겟이면에 배치된 자석이다.

제2도는 제1도에 표시한 스퍼터링장치중, 스퍼터링전극부의 평면도를 표시한 것이다. 또, 제3도는 제2도의 B-B'단면을 표시한 것이다.

타겟(6)의 표면에 배치되는 자석(10)은 타겟(6)의 양쪽가장자리를 따르도록, 각 양쪽가장자리에 2개의 자석을 배치하고 있다. 한쪽편의 자석의 극성이 서로 반대가 되도록 정하고, 또한, 타겟을 사이에 두고 대향하는 자석의 극성이 반대가 되도록 정하고 있다. 또, 타겟의 이면에 배치한 자석(13)도 자석(10)과 마찬가지의 배치를 하고 있다.

제4도에 제2도의 A-A' 선상이고 표면으로부터 2㎜떨어진 곳의 자속밀도의 모양을 표시한다. 이 도면에 있어서는 제2도의 좌에서 우로 향하는 자속을 정(正)으로 취하고 있다. 도면에는 타겟표면에만 자석(10)을 배치하였을 경우, 타겟이면에만 자석(13)을 배치하였을 경우, 또, 자석(10) 및 자석(13)을 함께 배치하였을 경우의 자속밀도를 표시하고 있다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 타겟표면 및 이면에 자석을 배치하였을 경우, 타겟표면에만 자석을 배치하였을 경우에 비해서 자속밀도가 증대해 있는 것을 알 수 있다. 또, 이면에만 자석을 배치하였을 경우에 비해서 자속의 표면에의 누설은 거의 없다. 즉, 타겟이면에 배치한 자석(13)에 의한 자속에 의해서, 타겟표면에 배치한 자석(10)에 의한 자속의 타겟(6)내를 통과하는 양이 감소하고, 결과로서, 타겟표면의 자속이 증가한다.

제5도에 타겟표면에만 및 표면과 이면 다같이 자석을 배치하였을 때의 강자성재타겟을 사용하였을 때의 기판상의 막생성속도를 표시한다. 도면에서 명백한 바와 같이 자속밀도증가의 효과에 의해 막생성속도가 대폭적으로 상승하고 있다.

또, 제2도에 있어서, 타겟(6)의 한쪽의 끝가장자리(제2도의 위쪽의 끝가장자리)부근의 자속은 제2도의 오른쪽으로 향하고 있고, 지면바로앞으로부터 타겟으로 접근하는 전자는 제2도의 아래쪽으로 향하는 힘을 받는다. 또, 타겟(6)의 다른쪽의 끝가장자리(제2도의 아래쪽의 끝가장자리)부근의 자속은 제2도의 왼쪽으로 향하고 있으므로, 지면바로앞으로부터 타겟으로 접근하는 전자는 제2도의 위쪽으로 향하는 힘을 받는다. 따라서, 타겟면상의 플라즈마를 가두어 넣어, 플라즈마밀도를 높이는 일이 가능하게 되고, 침식속도가 증가하여, 기판의 막생성속도가 상승한다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

제6도는 제2도와 마찬가지로, 제1도에 표시한 스퍼터링장치중, 스퍼터링전극부의 평면도를 표시한 것이다. 또, 제7도는 제6도의 D-D'단면을 표시한 것이다. 타겟(6)의 표면쪽에 배치되는 자석(10)은 타겟(6)의 양쪽가장자리를 따라서 각각 8개 배치되어 있다. 그리고 이들 자석(10)은 극성이 7회 반전하고, 또한 맞대향하는 자석은 그 극성이 각각 반대가 되도록 배치된다. 타겟(6)의 이면쪽에 배치되는 자석(13)도 타겟(6)의 양쪽가장자리를 따라서 각각 6개 배치되어 있다. 그리고 이들 자석(13)은 극성이 5회 반전하고, 또한 맞대향하는 자석은 그 극성이 각각 반대가 되도록 배치되어 있다. 또, 타겟의 표면에 배치되는 자석(10)은 양단부에 위치하는 것을 제외하고 타겟의 이면에 배치되는 자석(13)의 극성과 각각 동일하게 되도록 배치되어 있다.

제8도에 제6도의 C-C'선상이고 표면으로부터 2㎜떨어진 곳의 자속밀도의 모양을 표시한다. 이 도면에 있어서도 제4도와 마찬가지로 제6도의 좌에서 우로 향하는 자속을 정으로 취하고 있다. 도면에는 타겟표면만 자석(10)을 배치하였을 경우, 타겟이면에만 자석(13)을 배치하였을 경우, 또, 자석(10) 및 자석(13)을 함께 배치한 경우의 자속밀도를 표시하고 있다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 타겟표면 및 이면에 자석을 배치하였을 경우, 타겟표면에만 자석을 배치하였을 경우에 비해서 자속밀도가 증대하고 있는 것을 알 수 잇는 동시에, 자속의 방향의 반전회수를 증가시키므로서, 타겟상의 자속밀도의 크기의 균일화를 도모할 수 있는 것을 알 수 있다.

제8도에 타겟표면에만 자석을 배치하였을 때와, 본 실시예와 같이 표면과 이면의 방법으로 자석을 배치하였을 때의 강자성재타겟을 사용하였을 경우의 기판상의 막생성속도를 표시한다. 도면에서 명백한 바와 같이 자속밀도의 크기의 증가효과에 의해 막생성속도가 대폭적으로 상승하고 있으며, 막두께분포는 자력선의 반복회수를 증가하면, 특히 양단부분에 있어서 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은 플라즈마의 분포가 보다 균일화되어 있기 때문이다.

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 타겟의 표면 및 이면에 자석을 배치하고, 또한 자석의 극성이 다수반전하도록 구성하므로써, 기판상에 형성되는 강자성박막의 성장속도가 향상하고, 또, 양호한 막두께균일성을 얻을 수 있다.

또, 자력선을 다수회 반전하는 본 실시예의 구성에 의해, 임의의 타겟사이즈에 대해서 양호한 막두께균일성을 얻을 수 있다. 또한, 자기회로를 구성하는 자석의 수는 본 실시에 이외의 수라도 하등문제는 없다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 타겟부근의 블라즈마가 균일화되고, 타겟의 침식도 평준화되므로, 기판의 박막형성에 있어서 균일한 박막을 형성시킬 수 있다. 또, 타겟의 주변에도, 타겟이면에 인접하는 것끼리가 반대의 극성을 가지도록 배치된 자석에 의해, 타겟내부의 자성을 포화시키고, 타셋표면에 충분한 강도의 자장을 형성하므로, 마그네트론의 효과가 현저히 나타나고, 박막의 생성속도가 향상된다.

Claims (4)

1. 강자성재료로 이루어진 직4각형타켓을 사용해서 스퍼터링을 행하는 스퍼터링장치에 있어서, 타겟의 표면쪽에, 그 양쪽가장자리를 따르도록, 각 양쪽가장자리에 복수개의 자석을 배치하고, 또한 이들 자석의 극성를 서로 인접하는 것끼리가 반대의 관계가 되도록 정하는 동시에, 타겟을 사이에 두고 대향하는 자석간의 극성을 반대의 관계가 되도록 정하고, 타겟의 이면쪽에, 타겟의 표면쪽에 배치한 자석과 마찬가지의 극성관계가 되도록 복수개의 자석을 배치한 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
2. 제1항에 있어서, 타겟표면쪽 및 이면쪽에 배치한 자석에 의해 발생하는 자속중, 타겟의 양끝가장자리부에 위치하는 자속의 방향이 각각, 플라즈마속의 전자를 타겟중앙부에 인도하도록 설정된 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
3. 제1항에 있어서, 타겟의 표면쪽 및 이면쪽에 배치한 자석에 의해 발생하는 자속이 각각, 타겟의 양쪽가장자리의 중점을 연결하는 중심선에 대한 대칭 위치에 있어서 자속의 방향이 반대로 되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
4. 제1항에 있어서, 타겟표면쪽 및 이면쪽에 배치한 자석에 의해 발생하는 자속이 각각, 타겟의 양쪽가장자리에 평행한 중심선상에 있어서 그 방향이 3회이상 변화하는 것임을 특징으로 하는 스퍼터링장치.