KR100270457B1 - 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

대형기판의 경우에도 필요한 막형성 속도를 유지하여 보텀커버릿지율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 과제로 한다. 캐소우드(2)를 구성하는 자석기구(4)는 타겟(5) 표면의 어떤 장소에서 나와 타겟(5) 표면의 다른 장소로 들어가는 누설 자력선을 타겟(5) 표면상에 원주형상으로 연속하여 원주모양자계를 다수 설정한다. 이것에 의해 자석기구(4)의 정지시에는 원주형상으로 된 에로 죤 영역(50)이 교차하지 않게 다수 형성된다.

에로 죤 영역(50)중 에로 죤 최심부에서 가장 큰 입사각으로 스퍼터입자가 기판(30)에 입사하는 개소의 그 입사각은 한개의 에로 죤 영역의 경우에 비하여 작게된다.

Description

스퍼터링 장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 스퍼터링 장치의 개략을 설명하는 도면이다.

제2도는 제1도의 장치에 관한 캐소우드의 구성을 설명하는 도면이고, 자석기구의 구성을 설명하는 개략 사시도이다.

제3도는 제1도 장치에 관한 캐소우드의 구성을 설명하는 도면이고, 자석기구에 의한 타켓 위의 원주모양 자계의 구성을 설명하는 개략 사시도이다.

제4도는 제1도에서 제3도에 도시한 실시 형태의 작용효과를 설명하는 도면이고, 제2도의 X-X 방향에서의 단면도이다.

제5도는 TS 거리에 대한 각각의 침식영역 최심부 직경의 크기와 종횡비(縱橫比)와의 관계에 대하여 설명한 도면이다.

제6도는 본 발명의 제2 실시예에 관한 캐소우드의 구성을 설명하는 개략 사시도이다.

제7도는 본 발명의 제3 실시 형태를 설명한 평면도이다.

제8도는 본 발명의 제3 실시 형태를 설명하는 측단면도이다.

제9도는 제7도 및 제8도에 도시한 제3실시 형태에 있어서, 각 자계 코일로의 공급전류를 독립적으로 제어하는 전류제어수단을 부가한 응용예의 설명도이다.

제10도는 바닥 커버리지율을 향상시킨 종래의 스퍼터 장치의 일예인 콜리메이터 스퍼터 장치의 개략을 설명한 도면이다.

제11도는 종래의 스퍼터 장치의 다른 예인 저압 원격 스퍼터 장치의 개략을 설명한 도면이다.

제12도는 제11도에 도시한 장치를 사용하여 대형의 기판에 막을 형성하는 경우의 문제점을 설명한 도면이고, 장치 중의 타겟과 기판의 부분도이다.

제13도는 제12도와 동일하게 제11도에 도시한 장치를 사용하여 대형의 기판에 막을 형성하는 경우의 문제점을 설명하는 도면이고, 기판의 중심 부근 및 주변부의 바닥 커버리지율을 도시한 단면도이다.

제14도는 저압 원격 스퍼터에 관한 실험 데이터를 도시한 것이고, 바닥커버리지율의 압력 및 TS 거리 의존성을 도시하는 데이터이다.

제15도는 동일한 저압 원격 스퍼터에 관한 실험 데이터를 도시한 것이고, 얻어진 박막의 시트 저항 분포의 압력 및 TS 거리 의존성을 도시한 데이터이다.

제16도는 동일한 저압 원격 스퍼터에 관한 실험 데이터를 도시한 것이고, TS 거리가 340mm 인 경우의 종횡비에 대한 바닥 커버리지율의 관계를 도시한 데이터이다.

제17도는 동일한 원격 스퍼터에 관한 실험 데이터를 도시한 것이고, TS 거리가 260mm 경우의 종횡비에 대한 바닥 커버리지율의 관계를 도시하는 데이터이다.

제18도는 기판의 대형화가 바닥 커버리지율 및 막 형성 속도에 미치는 영향에 대해 검토한 결과의 도면이다.

제19도는 침식영역 최심부가 원주상으로 된 점에 대해 설명한 도면이고, 종래 장치에 대한 자석기구의 개략 사시도이다.

제20도는 침식영역 최심부가 원주상으로 된 점에 대해 설명한 도면이고, 종래 장치에 대한 캐소우드의 개략 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 진공용기 11 : 배기계

2 : 캐소우드 20 : 중심축

22 : 회전기구 3 : 기판홀더

30 : 기판 4 : 자석기구

5 : 타겟 50 : 침식영역

본 발명은 스퍼터링 장치 특히 반도체 집적회로 등의 제작시 막을 형성하는 공정에 사용되는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

스퍼터링에 의한 박막작성, 특히 고집적화한 반도체 디바이스의 제작에 대한 막을 형성하는 공정에 이용되는 스퍼터링에서는 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 미소구멍 저부에 피복성 좋게 막을 형성하는 것, 즉 바닥 커버리지율의 향상이 강하게 요구되고 있다.

이와 같은 요구에 대하여 입사각이 적은 스퍼터 입자만을 미소구멍에 입사시켜 막을 형성하는 연구가 진행되어 왔다. 이중 하나가 콜리메이터(collimator) 스퍼터라 불리우는 것이다. 이 콜리메이터는 입사된 스퍼터 입자 중에서 입사각도를 포착하여 입사각이 최소인 것만을 출사시키는 작용을 한다.

제10도는 바닥 커버리지율을 향상시킨 종래의 스퍼터 장치의 일예인 콜리메이터 스퍼터 장치의 개략을 설명한 도면이다. 제10도에 도시한 장치는 진공 용기(1) 내에 캐소우드(2)와 기판홀더(3)를 대향 배치하고 있다. 캐소우드(2)는 자석기구(4)와 자석기구(4)의 앞쪽에 배치된 타겟(5)으로 구성되고, 기판홀더(3)의 앞면에는 막을 형성하는 기판(30)이 올려 놓여진다.

그리고 캐소우드(2)와 기판홀더(3)와의 사이의 공간에는 콜리메이터(6)가 설치된다. 콜리메이터(6)는 기판(30)에 대하여 수직한 방향(이하 축방향)이 높이 방향이 되는 작은 통형 부재를 세그먼트형으로 다수 배치한 구조이고, 축방향을 따를 스퍼터 입자의 유로가 세그먼트형으로 다수 형성되도록 되어있다. 이와 같은 구조는 종종 「격자형」 또는 「벌집형상」등이라 불리운다.

타겟(5)으로부터 방출되는 스퍼터입자는 여현칙(餘弦則)에 따른 분포를 가지고 있기 때문에 콜리메이터(6)에는 입사각이 큰 입자도 많이 입사한다. 그러나, 이와 같은 스퍼터 입자의 대부분은 콜리메이터(6)의 각 유로의 벽면 부분에 부착하기 때문에 결과적으로 콜리메이터(6) 부분을 출사하는 스퍼터 입자는 출사각이 적은 것이 대부분이 된다. 이 때문에, 기판(30)에는 입사각이 적은 것만이 입사하게 되고 기판(30)의 표면에 형성된 미세한 구멍의 저부에 대한 피복성이 향상한다.

그러나, 상기 콜리메이터 스퍼터 장치로는 콜리메이터(6)로의 스퍼터 입자의 부착에 의해 콜리메이터(6)의 각 유로의 단면적이 작아지고, 콜리메이터(6)를 통과할 수 있는 스퍼터 입자의 양이 경시적으로 감소한다. 이 때문에 스퍼터 속도가 경시적으로 저하해 버린다.

이와 같은 문제가 없는 높은 바닥 커버리지율의 스퍼터 장치로서, 타켓 기판간의 거리(이하 TS 거리)를 길게(종래 비해 3-6배)한 저압 원격 스퍼터 장치라 불리우는 장치가 최근 개발되어 있다. 제11도는 종래의 스퍼터 장치의 다른 예로서 저압 원격 스퍼터 장치의 개략을 설명하는 도면이다.

제11도에 도시한 장치는 제10도와 동일하게 진공용기(1) 내부에 캐소우드(2)와 기판홀더(3)를 대향 배설하며, 자석기구(4) 앞쪽에 타겟(5)을 설치하고 동시에 기판홀더(3)의 앞면에 기판을 올려놓도록 한다. TS 거리는 예를 들면 150-360mm 정도가 된다. 또한 진공용기(1) 내의 압력은 종래 보다 낮은 1mTorr 정도 이하로 하고 있다. 이것은 스퍼터 입자의 평균 자유행정을 길게 하여 스퍼터 입자의 산란을 적게 하기 위한 것이다. 스퍼터 입자의 산란이 적어진 결과 기판에 거의 수직한 방향으로 많은 스퍼터 입자가 입사될 수 있고, 미소 구멍의 바닥 커버리지율을 향상시킬 수 있다.

구체적 예로 서술하면, 예를 들면 일본국 특허공개공보 제 평7-292474호 공보에서는 타겟 직경 250mm, 기판직경 200mm, TS 거리 300mm, 압력 3×10^-2Pa의 조건에서 바닥 커버리지율의 향상을 얻을 수 있다고 기재되어 있다.

그러나 상기 공보의 표 3에 기재되어 있는 바와 같이, 바닥 커버리지율의 향상을 위해 TS 거리를 길게 하면, 막 형성 속도가 대폭적으로 감소한다. 이 때문에 저압 원격 스퍼터는 256메가 비트 이하의 프로세스(선폭 0.25㎛, 종횡비 4-6)에서 미세 구멍으로의 막 형성으로 유효하다 하더라도 생산성 면에서 과제를 남기고 있다. 막 형성 속도를 높이기 위해 TS 거리를 가깝게 하면, 바닥 커버리지율이 저하하므로 256메가 비트 이하의 프로세스에 대해 적용이 곤란하게 된다. 결국, 저압 원격 스퍼터에서 막 형성 속도와 바닥 커버리지율은 트레이드 오프의 관계에 있고 양립하지 않는다.

한편, 스퍼터 프로세스에 요청되고 있는 다른 점은 기판 대형화에 따른 대응이다. 전술한 바와 같은 반도체 디바이스의 프로세스는 1매의 기판으로부터 산출되는 디바이스의 수를 늘려 생산성을 향상시키기 위해 기판 사이즈가 대형화하는 경향이 있다. 또한, 액정 디스플레이를 제작할 때의 유리 기판에 대한 스퍼터 프로세스에서도 표시면적을 크게 하기 위해 기판이 대형화하는 경향이 있다.

이와 같은 기판 사이즈의 대형화는 상기 저압 원격 스퍼터에서 TS 거리나 막 형성 속도의 인자에 복잡하게 얽힌다.

우선, 기판 사이즈가 대형화하면, 전술한 바와 같은 저압 원격 거리 스퍼터라도 중심으로부터 떨어진 기판의 주변부에서는 바닥 커버리지율이 불충분하게 된다는 문제가 발생한다. 이점을 제12도 및 제13도를 사용하여 설명한다.

제12도 및 제13도는 제11도에 도시한 장치를 사용하여 대형 기판에 막을 형성하는 경우의 문제점을 설명한 도면이고, 제12도는 장치중의 타켓과 기판의 부분도, 제13도는 기판의 중심부근 및 주변부로 바닥 커버리지율을 도시한 단면도이다.

제12도에 도시한 바와 같이, 타겟(5)과 기판(30)은 평행하게 대향하여 배치되고, 그 중심축(20)(중심을 통과하고 표면에 수직인 축)은 동일 직선상에 위치한다. 또한, 제12도에는 중심축(20)으로부터 편측의 부분이 예시되어 있다.

스퍼터가 행해지면 타겟(5)의 표면에는 제12도에 사선으로 도시한 바와 같은 침식영역이 발생한다. 이때 기판(30)에 형성된 미소구멍(301)으로의 막 형성 상태는 중심부근과 주변부에서는 제13도에 도시한 바와 같이 다르다. 즉 제13(a)도에 도시한 바와 같이, 기판(30)의 중심부근에는 미소구멍(301)의 저부에 피복성 좋게 막(302)이 퇴적한다. 그러나, 타겟(5)의 지름보다 큰 부분의 기판(30)의 주변부에서는 제13(b)에 도시하는 바와 같이 중심축 측에서 큰 입사각으로 입사하는 스퍼터 입자가 많아지므로 미소구멍(301) 중 기판(30)의 주변측 벽면에는 막(302)이 퇴적하지만 중심축측 벽면이나 저면에는 퇴적하지 않는 상태가 된다.

이와 같은 상태는 콘택트 구멍 내면으로의 배리어메탈(확산방지막)의 형성 등의 경우에 치명적인 결함이 된다. 따라서, 기판이 대형화하는 경우에 그것에 대응하여 타겟을 대형화하지 않으면 안된다.

더욱이 이와 같은 기판의 대형화의 문제가 전술한 막 형성 속도와 바닥 커버리지율 때문에 필요한 TS 거리와의 비양립성의 문제에 복잡하게 얽히고, 문제를 더욱 크게 한다. 이 점을 출원인의 사내적인 데이터를 사용하면서 설명한다.

제14도에서 제17도는 저압 원격 스퍼터에 관한 실험 데이터를 도시한 것이다. 이중 제14도는 바닥 커버리지율의 압력 및 TS 거리 의존성을 표시한 데이터이고, 제15도는 얻어진 박막의 시트 저항분포의 압력 및 TS 거리 의존성을 표시한 데이터이다. 또한 제16도 및 제17도는 종횡비에 대한 바닥 커버리지율의 관계를 도시한 데이터이며, 제16도는 TS 거리 340mm, 제17도는 TS 거리가 260mm 인 경우의 데이터이다. 또한 이들 데이터는 기판 직경 6인치, 타겟 직경 269mm의 조건으로 얻어지고 있다.

우선 제14도에 도시된 바와 같이 저압측에 있어서 바닥 커버리지율의 향상이 보여지고, TS 거리 65mm에 비해 TS 거리 100mm인 경우에 높은 바닥 커버리지율이 얻어지고 있다. 또한, 기판의 중심 부근에 비해 주변부에 있어서 높은 바닥 커버리지율이 얻어지고 있다.

또한, 제15도에 도시한 바와 같이 TS 거리를 길게 하면 시트 저항분포의 균일성이 악화하는 경향이 있지만 압력을 낮게 하면 이 경향은 완화된다. 즉, 2.0mTorr 이하로 하면 TS 거리를 길게 해도 시트 저항분포는 거의 변화하지 않는다.

다음은 종횡비와 바닥 커버리지율의 관계를 보면, 제16도에 도시한 바와 같이 종횡비(2)에 있어서 40-45%의 바닥 커버리지율이 얻어지고 있다. 일반적으로 바닥 커버리지율이 15% 정도이면 디바이스의 모든 특성에 문제가 없고 이와 같은 것에서도 저압 원격 스퍼터법은 대단히 뛰어난 기술인 것을 알 수 있다. 즉 제10도에 도시한 바와 같은 콜리메이터 스퍼터 장치에 의한 경우 바닥 커버리지율은 15% 정도이고, 이것에 비하면 저압 원격 스퍼터법의 우수성을 다시 한번 알 수 있다.

또한, 제16도 중에 ○ 표시는 기판의 중심부근의 바닥 커버리지율을 표시하고, ● 표시는 주변부의 바닥 커버리지율을 표시하고 있다. 양 데이터 모두 거의 동일 선상에 나란히 두고, 기판의 면내에 있는 바닥 커버리지율은 톨은 균일성을 유지하고 있음을 알 수 있다. 또한 막 형성 속도는 콜리메이터 스퍼터법과 동일한 정도의 600 옹그스트롱 매분(每分) 정도이고, 종래의 스퍼터에 비하여 약 1/3-1/4 정도로 저하하고 있다.

한편, TS 거리를 260mm로 좁히면, 막 형성 속도는 1000 옹그스트롱 매분으로 개선되지만, 제17도에 도시한 바와 같이 바닥 커버리지율은 종횡비 2에서 28-35% 정도까지 감소해 버렸다. 단, 이 경우에도 콜리메이터 스퍼터법의 15% 보다는 높다.

더욱이 이러한 결과로부터 기판이 대형화하여 예를 들면 직경 300mm로 된 경우 바닥 커버리지율이나 막 형성 속도가 어떻게 되는 지를 검색한다. 제18도는 기판의 대형화가 바닥 커버리지율 및 막 형성 속도에 주는 영향에 대하여 검토한 결과의 도면이다. 또한 제18도에서, 타겟(5)에 있는 침식의 단면 형상이 사선으로 표시되어 있다.

우선, 제17도에 도시한 바와 같이, 타겟 직경 269mm TS 거리 340mm의 조건에 의해 우수한 바가 커버리지율이 얻어진다(제18(a)도). 이것은 기판(30)이 타겟(5)보다 작은 직경 8인치인 경우도 동일하다.

다음에 기판(30)이 타겟(5) 보다도 큰 300mm로 된 경우, 전술한 바와 같은 타겟(5)도 기판(30)과 동일한 정도까지 대형화할 필요가 있다. 이 경우 동일한 바닥 커버리지율을 얻기 위해서는 TS 거리를 더욱 길게 해야 한다고 생각된다.

상기 점을 침식영역 최심부로부터의 스퍼터 입자의 비행경로에 대입시켜 설명한다. 많은 스퍼터링에서는 타겟 위의 침식이 발생한 영역(이하 침식 영역)중 타켓의 지름 방향에서 특정 부분이 가장 깊게 침식되는 경향이 있고 (이하, 이 부분을 침식 최심부라 함), 이 부분으로부터 방출되는 스퍼터 입자가 막 형성 상태에 가장 지배적인 영향을 준다. 이와 같은 침식 최심부의 형상은 현재 주류인 평판 마그네트론 스퍼터링 등에서는 침식 영역이 원주모양이므로 많은 경우 원주모양의 형상을 그린다.

제19도 및 제20도는 침식 최심부가 원주모양인 점에 대해 설명한 도면이고, 제19도가 종래의 장치에서 자석기구의 개략 사시도, 제20도가 종래의 장치에서 케소우드의 개략 사시도이다. 제10도는 제11도와 같은 장치에서는 제19도에서와 같이 평판상의 타겟(5)의 뒤쪽에 배치된 자석기구(4)가 원판상의 요크(411)위에 고정된 중앙의 기둥모양의 중심자석(412)을 틈을 두고 이것을 둘러싼 통형상의 주변자석(413)으로 구성되어 있다.

중심자석(412)의 앞면과 주변자석(413)의 앞면과는 다른 자극이 나타나도록 되어 있다. 예를 들면 중심자석(412)이 N극이고, 주변자석(413)이 S극인 경우, 주변자석(413)에서 나온 자력선은 타겟(5)을 투과하여 타겟(5) 표면의 한 장소로부터 나와 누설되고, 제19도 및 제20도에 도시한 바와 같이 원호상으로 팽창된 후 타겟(5) 표면의 다른 장소로 들어갔고, 타켓(5)을 투과하여 중심자석(412)에 도달한다. 그리고, 이와 같은 누설 자력선은 중심자석(412)과 주변자석(413)과의 틈 부분의 형상을 따라 이어지고 제19도 및 제20도에 도시한 바와 같은 원주모양 자계가 형성된다.

마그네트론 스퍼터링 등 자계의 작용을 이용한 스퍼터링에서는 자계에 의해 전자를 고정하여 기체분자의 전리효율을 향상시키고 있다. 따라서, 이온에 의해 타켓(5)이 스퍼터 되는 영역 즉 침식영역(50)의 형상은 자계의 형상에 상응한 것이 되고, 원주모양 자계를 설정하는 상기 예에서는 원주모양이 된다.

또한, 마그네트론 스퍼터링에서는 전계와 자계가 직교하는 부분에서 전자가 마그네트론 운동을 행하고, 전리 효과는 최고가 된다. 따라서, 제19도 및 제20도에 도시한 바와 같은 구성에서는 원호상의 누설 자력선의 정상부분에서 전계와 자계의 직교관계가 성립하고, 이 부분의 아래쪽 부분에 강한 침식을 발생하는 경향이 있다. 결국 침식 최심부는 원호상의 누설 자력선의 정상부분의 아래쪽에 위치하는 원주모양의 형상을 그리게 된다.

또한 전술한 바와 같이 침식 최심부로부터는 맹렬히 스퍼터 입자가 방출되기 때문에, 침식 최심부의 기하학적인 배치는 기판상으로의 막 형성 상태에 가장 영향을 준다고 생각할 수 있다. 여기에서, 제10도나 제11도에 도시된 바와 같이 타겟(5)과 기판(30)이 같은 축상에 대향 배치되어 있는 경우에 타겟(5)의 편측의 반원주 부분의 침식 최심부는 기판(30)의 동일한 측의 절반영역에 대한 막 형성에 영향을 주고 반대측의 절반영역으로의 막 형성에는 영향을 주지 않는다고 생각할 수 있다. 그 반대측의 기판(30)의 표면에는 여전히 타겟(5)의 반대측의 반 원주 부분의 침식이 영향을 주기 때문이다.

이 반 원주 부분의 침식 최심부로부터 방출되는 스퍼터 입자를 고려하면 기판(30)에 입사하는 입사각이 가장 커지는 것은 기판(30)의 중심부근에 입사하는 스퍼터 입자이다. 침식 최심부의 반지름이 타겟(5)의 반지름의 1/2 이하일 때는 기판(30)의 주변부에 입사하는 스퍼터 입자가 가장 입사각이 적게 되지만 이와 같은 경우는 드물다.

더욱이, 전술한 타겟 직경이 269mm인 제18(a)도의 예에 있어서, 침식 최심부가 중심축(20)으로부터 예를 들면 70mm(직경 140mm)의 위치에 발생한 경우, 기판(30) 중심 부분으로의 스퍼터 입자로의 입사각(θ)은 TS 거리 340mm의 조건에서 11.6° 정도가 된다.

한편, 기판(30)이 대형화하여 300mm로 된 경우, 전술한 바와 같이 타겟(5)도 동일한 사이즈까지 대형화 해야 한다. 제18(b)도에 도시된 바와 같이 기판(30)보다 약간 큰 직경 314mm인 타켓(5)을 사용하고, 침식 최심부가 직경 163mm인 위치에 생긴 경우에 TS 거리를 동일하게 하면 중심 부근으로의 스퍼터 입자의 입사각(θ)은 13.5° 정도까지 확대해 버린다. 따라서, 제18(a)도의 경우와 동일한 입사각으로 하여 동일한 바닥 커버리지율을 얻기 위해서는 TS 거리를 실제로 397mm 까지 확대해야 한다. 여기까지 TS 거리를 길게 하면 막 형성 속도는 실용화가 불가능한 정도까지 저하해 버린다.

그래서 제18(d)도에 도시하는 바와 같이 TS 거리를 실용적인 범위의 303mm(기판 직경과 같은 정도)로 하면, 중심부근으로의 입사각(θ)은 15.0°가 되어 제18(b)도의 경우에 비해 (15.0/11/3) = 1.3배 정도까지 확대한다. 이 15.0° 라는 입사각은 종전의 269mm 사이즈의 타겟(5)(침식 최심부 직경 140mm)을 사용한 경우, TS 거리를 260mm 정도로 하는 것과 동일하다(제18(c)도). 이 구성은 제17도의 테이터가 얻어진 스퍼터링 그 자체이고, 종횡비 2의 미소구멍에 대해 28-35% 정도의 바닥 커버리지율 밖에 얻어지지 않는다.

이와 같이 기판이 대형화해 가는 중 필요한 막 형성 속도를 유지하여 바닥 커버리지율을 향상시키는 것은 저압 원격 스퍼터라 하더라도 지금까지의 구성으로는 곤란했다.

상기 과제를 해결하기 위해서는 본원 특허청구범위 제1항의 발명은 배기계를 구비한 진공용기와, 진공용기 내 소정의 위치에 배치된 타겟과 타겟의 표면 측에 자계를 설정하는 자계기구를 구비하고, 타겟에 대향시켜 기판을 배치하며, 상기 자석기구가 만든 자계에 의해 이온을 고정하면서 타겟을 스퍼터 하여 기판의 표면에 소정의 박막을 만드는 스퍼터링 장치로서, 상기 자석기구는 타겟의 표면의 어떤 장소로부터 나와 타겟표면의 다른 장소로 들어오는 누설 자력선을 설정하고 동시에 이와 같은 누설 자력선을 타겟의 표면상에 원주형상에 이어서 형성되는 원형상 자계를 설정하는 것이고, 당해 자석기구가 타겟에 대하여 상대적으로 정지하고 있는 경우에는 원주모양이 되는 침식 영역이 이 원주모양 자계에 의해 타겟 표면 위에 형성되는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 자석기구는 타겟 표면 위에 상기 원주모양 자계를 다수 설정하여 상기 원주모양으로 된 침식 영역을 교차하지 않도록 하여 다수 형성하는 것이라는 구성을 가진다.

마찬가지로 상기 과제를 해결하기 위해서, 특허청구범위 제3항의 발명은 상기 제1항의 구성에 있어서, 상기 자석기구가 상기 원주모양으로 된 침식 영역중 최심부의 원주모양의 2점을 연결한 길이가 가장 짧은 부분에서 기판의 이간거리 이하로 되도록 상기 원주모양 자계를 다수 설정한 구성을 갖는다.

마찬가지로 상기 과제를 해결하기 위해 특허청구범위 제4항의 발명은 특허 청구범위 제1항, 제2항 또는 제3항의 구성에 있어서, 상기 자석기구는 상기 원주모양이 되는 다수의 침식 영역의 이간거리가 당해 침식 영역의 최심부의 원주모양의 2점을 묶은 길이 중 가장 짧은 길이의 절반보다 작아지도록 상기 원주모양 자계를 다수 설정한 구성을 갖는다.

마찬가지로 상기 과제를 해결하기 위하여, 특허청구범위 제5항의 발명은 상기 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항의 구성에 있어서, 상기 자석기구는 다수의 전자석으로 구성되고 이들 다수의 전자석으로의 공급 전류량은 적어도 2개군의 전자석에 대해 독립하여 제어 가능하게 구성되어 있다.

마찬가지로 상기 과제를 해결하기 위해서 특허청구범위 제6항의 발명은 상기 제1항, 제2항, 제3항, 제4항 또는 제5항의 구성에 있어서, 상기 자석기구를 타겟의 중심축의 주변에 회전시키는 회전기구를 구비하고 있는 구성을 가진다.

마찬가지로 상기 과제를 해결하기 위해서 특허청구범위 제7항의 발명은 상기 특허청구범위 제6항의 구성에 있어서, 상기 자석기구는 타겟 표면의 중심부분을 상기 원주모양으로 된 침식 영역 중 어느 것이 포함되도록 상기 원주모양 자계를 다수 설정한 것이라는 구성을 가진다.

다음은 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 스퍼터링 장치의 개략을 설명하는 도면이다. 제1도에 도시한 스퍼터링 장치는 배기계(11)를 구비한 진공용기(1)와, 진공용기(1) 내에 대향하여 배치된 캐소우드(2) 및 기판홀더(3)와 진공용긴(1)내에 가스를 도입하는 가스도입계(7)와, 캐소우드(2)에 소정의 전압을 주는 캐소우드 전원(21) 등으로 주로 구성되어 있다.

제1도의 장치는 캐소우드(2)의 구성에 큰 특징이 있다. 제2도 및 제3도는 제1도의 장치에서 캐소우드(2)의 구성을 설명하는 도면이고, 제2도는 자석기구(4)의 구성을 설명하는 개략 사시도, 제3도는 제2도의 자석기구(4)에 의한 타겟(5) 위의 원주모양 자계의 구성을 설명하는 개략 사시도이다.

캐소우드(2)는 자석기구(4)와 자석기구(4)의 앞쪽에 배치된 타겟(5)으로 구성되고, 캐소우드 전원(21)에 의해 소정의 전압이 인가된다. 본 실시예의 특징은 타겟(5)의 표면 위에 원주모양 자계를 다수 설정하여 원주모양으로 된 침식 영역이 교차하지 않도록 하여 다수 형성하도록 하는 점이다.

구체적으로 설명하면, 자석기구(4)는 원반형상의 요크(421)와, 이 요크(421) 위에 고정된 1개의 N극 자석(422) 및 2개의 S극 자석(423, 424)으로 구성되어 있다. N극 자석(422)은 제2도에 도시한 바와 같이 요크(421)의 주변을 따라 연장한 링 형상의 외주부와, 중심으로부터 벗어난 위치에서 외주부의 내측 공간을 칸막이 하도록 직선부로 이루어진 형상이다. 또한 2개의 S극 자석중 한쪽은 외주부에 의해 칸이 막혀진 공간 중 큰 쪽 공간의 중앙에 위치하는 제1 S극 자석(423)이고, 다른 쪽은 작은 쪽의 공간 중앙에 위치하는 제2 S극 자석(424)으로 되어 있다. 또한, 중심축(20)은 제1 S극 자석(423)과 N극 자석 (422)의 직선부와의 사이 틈의 중심부근을 통하도록 구성되어 있다.

상기 구성에 관한 자석기구(4)에 의하면, 제3도에 도시한 바와 같이 타겟(5) 표면 위에 크기가 다른 원주모양 자계가 2개 설정된다. 즉, N극 자석(422)에서 나와 제1 S극 자석(423)에 도달하는 원호형상의 누설 자력선은 제1 S극 자석(423)의 주위의 위쪽에 원주모양으로 이어져 제1의 원주모양 자계가 설정되고, N극 자석(422)에서 나와 제2 S극 자석(424)의 주위의 위쪽으로 원주모양으로 이어져 제2의 원주모양 자계를 설정한다. 그리고, 이와 같은 2개의 원주 모양 자계에 의해 제3도에 도시한 바와 같은 2개의 원주모양으로 된 침식 영역(50)이 교차되지 않게 형성되는 것이다.

또한, 본 실시예에서 자석기구(4)는 뒤에 설명하는 바와 같이 회전기구(22)에 의해 회전되지만, 상기 침식영역(50)을 다수 형성하는 것은 말할 것도 없이 자석기구(4)의 정지시의 형태가 된다. 자석기구(4)가 회전하면, 침식영역(50)이 중심축(20) 주위를 회전하기 때문에 침식영역은 타겟(5)의 거의 전면으로 넓어진다(영역의 수로서는 1개).

더욱이 이와 같이 원주모양이 된 침식영역(50)이 타겟(5) 위에서 교차되지 않도록 다수 형성되면, 그 침식 영역(50)의 침식 최심부의 직경(침식 최심부의 형상이 원형이 아닌 경우, 원주모양의 임의의 2점을 묶은 길이 중 가장 짧은 것으로 한다)은 침식영역(50)이 한 개인 종래의 침식 최심부의 직경에 비해 작아진다. 그리고 침식 최심부의 직경이 작아지면 TS 거리를 확대하지 않고 스퍼터 입자의 입사각을 작게 할 수 있다.

상기 점을 제4도를 이용하여 상세히 설명한다. 제4도는 제1도에서 제3도에 도시한 실시예의 작용효과를 설명하는 개략 단면도이다.

제4도에 사선으로 도시한 타겟(5)의 침식 단면 형상에 있어서, 침식 최심부에서 기판(30)을 볼 때, 가장 입사각이 커지는 기판(30)의 표면 위의 부위는 제18도에 도시한 것과 마찬가지로 원주모양의 침식 최심부의 중심부분과 동축상에 위치하는 부분이다. 그리고 침식 최심부에서 이 부위에 입사하는 스퍼터 입자의 입사각(θ)은 제18도에 도시한 바와 같이 하나의 침식 영역의 경우에 비하여 분명히 작아진다.

이와 같이, 본 실시예의 구성에 의하면, TS 거리를 길게 하지 않고 스퍼터 입자의 입사각을 작게 할 수 있다. 이 때문에 필요한 막 형성 속도를 확보하면서 바닥 커버리지율의 향상을 도모할 수 있고 또한 고집적화하는 차세대의 집적회로용의 실용적인 막 형성 기술로서 가장 적절한 것이다.

또한, 2개의 침식영역(50)의 이간거리가 커지면 그 이간부분에 대향하는 기판(30) 위의 부위에 있어서 가장 입사각이 큰 것을 얻을 수 있다. 따라서 침식영역(50)의 이간거리는 될 수 있는 한 작게 해야하고 침식영역(50) 최심부 직경의 1/2 이하로 하는 것이 이상적이다.

또한 각각의 침식 최심부의 직경은 기판직경 이하로 하는 것이 바닥 커버리지율 개선의 면에서 바람직하다. 기판(30)의 직경 이상으로 된 경우 종래와 마찬가지로 스퍼터 입자의 입사각이 한도 이상으로 커지게 된다. 단 기판 이상으로 큰 타겟을 사용하거나 타켓 이상으로 작은 기판을 사용하거나 하지 않으면 이와 같은 사태로는 되지 않는다고 상정된다.

또한 TS 거리에 대한 각각의 침식 최심부 직경의 크기 한도는 피복하는 미소구멍의 종횡비 등에 의해 결정된다. 제5도는 TS 거리에 대해 각각의 침식 최심부 직경의 크기와 종횡비와의 관계에 대하여 설명한 도면이다.

전술한 바와 같이 256메가 비트 이하의 집적 회로의 제작에는 종횡비 2 이상의 미소구멍에 대한 막 형성이 요구되고 있다. 여기에서, TS 거리에 같은 침식 최심부에 의해 종횡비 2의 미소구멍(301)에 막을 형성하는 경우를 고려하면, 제5도에 도시한 바와 같이 침식 최심부에서 나온 스퍼터 입자는 구멍의 개구주변(303) 부근을 통하여 구멍 저부의 반대측의 주변(304)에 도달한다. 결국, 종횡비 2의 미소구멍에 대한 막 형성에는(침식 최심부 직경) = (TS 거리)이 한도이고, 그 이상으로 침식 최심부 직경이 커지면 바닥 커버리지율이 현저히 저하한다. 따라서 종횡비 2 이상의 차세대의 막 형성 기술을 위해서는 침식 최심부의 직경을 TS 거리 이상으로 하는 것이 바람직하다.

다음은 본 실시예의 그 외 부분의 구성 및 전체의 동작에 대하여 간단하게 설명한다.

우선 배기계(11)는 10^-8Torr 정도까지 배기 가능한 것이 채용되고, 막 형성시에는 진공용기(1) 내에 아르곤 등의 방전용 가스를 도입하여 0.3mTorr 정도의 진공압력을 유지하여 전술한 저압 원격 스퍼터와 동일하게 스퍼터 입자 산란방지 효과를 얻을 수 있도록 한다.

진공용기(1)의 기벽은 도시되지 않은 게이트 밸브가 설치되고 게이트 밸브를 통하여 기판(30)을 반입반출하는 도시되지 않은 반송계가 구비되어 있다. 또한 진공용기(1)에는 도시되지 않은 로드락 챔버가 게이트 밸브를 통하여 병설되고 진공용기(1)로부터 격리된 로드락 챔버 내에서 기판(30)을 대기압 분위기로 되돌리도록 되어 있다.

캐소우드(2)의 구성은 전술한 바와 같지만 본 실시예에서는 캐소우드(2)의 중심축 (20) 주위를 회전하는 회전기구(22)가 부설되어 있다. 회전기구(22)는 타겟(5) 위의 침식을 균일하게 하는 것이고 요크(421) 이면에 접속된 중심축(20)과 동축상의 회전축(221)과 회전축(221)을 도는 구동원(222) 등으로 구성되어 있다. 또한 전술한 바와 같이 타겟(5)의 중심축(20) 부근이 침식영역(50)에 포함되기 때문에 자석기구(4)를 회전시킬 때에 이 부분이 침식되지 않고 남는 것을 방지하여 한층 타겟(5)의 이용효율이 향상된다.

기판홀더(3)에는 기판(30)을 정전흡착에 의해 흡착유지하는 기구나 막 형성 중에 기판(30)을 일정 온도까지 가열하는 가열기구가 설치된다. 또한 기판(30)에 소정의 바이어스 전압을 부여하기 위한 바이어스용 전원이 필요에 따라 기판홀더(3)에 접속된다.

가스도입계(7)는 스퍼터 방전에 필요한 가스를 진공용기(1) 내에 도입하는 것이고 도시되지 않은 봄베에 연결된 배관(71)과 배관위에 설치된 유량 조정기(72)나 밸브(73) 등으로 구성된다. 또한 반응성 스퍼터 등을 행하는 경우 반응성 가스를 방전용 가스에 섞어 도입하는 경우가 있다.

캐소우드 전원(21)은 스퍼터 방전에 필요한 소정의 마이너스 직류 전압 또는 고주파 전압을 캐소우드(2)에 인가하도록 구성된다. 타켓(5)이 금속인 경우에는 마이너스 직류전압이 인가되고 유전체 등의 경우에는 고주파 전압에 인가되는 경우가 많다. 또한 진공용기(1)나 바이어스를 걸지 않은 경우의 기판홀더(3) 등은 접지되고 전기적으로는 접지 전위에 유지된다. 캐소우드(2)에 부여된 전압은 이들의 부재와의 사이에서 전계를 발생시켜 이 전계에 의해 스퍼터 방전이 생기도록 되어 있다.

상기 구성에 관한 본 실시예의 스퍼터링 장치에서는 기판(30)은 도시되지 않은 반송계에 의해 도시되지 않은 게이트 밸브를 통하여 진공용기(1)내로 반송되고, 기판홀더(3) 위에 올려 놓여진다. 다음은 가스도입계(7)를 동작시켜 가스를 진공용기(1)내로 도입하면서 캐소우드 전원(21)을 동작시켜 소정의 전압을 캐소우드(2)에 인가하고 전술한 바와 같이 스퍼터 방전을 생기도록 한다. 이것에 의해 타겟(5)에서는 스퍼터 입자가 방출되고 이 스퍼터 입자(30) 판에 도달하여 퇴적함으로써 막이 형성된다.

여기에서 전술한 바와 같이 본 실시예에서는 직경이 작은 침식 영역(5)이 타겟(5) 위에 형성되기 때문에 기판(30)에 입사하는 스퍼터 입자의 입사각이 적어진다. 따라서 미소구멍으로의 바닥 커버리지율이 종래에 비하여 현격히 향상한다.

다음은 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다.

제6도는 본 발명의 제2실시예에서 캐소우드의 구성을 설명하는 개략 사시도이다. 이 제2실시예에서는 제6도에 도시한 바와 같이 3개의 원주모양 자계가 설정되도록 되어있다. 즉 본 실시예에서는 캐소우드(2)를 구성하는 자석기구(4)는 요크(431) 위에 고정된 N극 자석(432)과 3개의 S극 자석(433)으로 이루어지고, N극 자석(432)은 요크(431)의 주변을 따라 링형의 외주면과 외주면의 내부를 3개의 공간으로 구획하는 2개의 직선부로 구성된 형상을 갖고 있다. 그리고 외주부 내의 3개의 공간의 중심위치에는 각각 S극 자석(433)이 배설되어 있다.

제6도에 도시하는 3개의 원주모양 자계에 의해 타겟(5) 위에는 3개의 침식 영역(50)이 교차하지 않도록 형성된다. 따라서 침식 최심부의 직경은 이 제2실시예에서도 작아지고 제1실시예와 동일하게 스퍼터 입자의 입사각의 저감작용을 얻을 수 있다. 또한 제1실시예와 비교하면 3개의 원주모양 자계를 설정하는 실시예에서는 2개의 원주모양 자계에 비하여 침식영역(50)의 직경을 더욱 작게 할 수 있는 경우가 많다.

자석기구(4) 부분 이외는 상술한 제1의 실시예와 마찬가지로 구성할 수 있으므로 설명을 생략한다.

다음은 본 발명의 제3실시예에 대하여 설명한다. 제7도 및 제8도는 본 발명의 제3실시예의 설명도이며 제7도는 평면도, 제8도는 측단면도이다. 전술한 제1, 제2실시예에서는 자석기구(4)가 영구자석으로 구성되어 있지만 이 제3의 실시형태에서는 전자석에 의해 구성되어 있다. 즉 자석기구(4)는 판형상의 철심체(441)와 철심체(441)의 위에 고정된 타켓(5) 위에 자력선을 누설시키는 제1에서 제5의 5개의 자극체(442, 443, 444, 445)와 철심체(441)에 감긴 자계코일(447)로 주로 구성되어 있다.

철심체(441)는 장방형의 판형상의 부재이고 타겟(5)과 평행하게 배치된다. 5개의 자극체(442, 443, 444, 445, 446)는 폭방향을 타겟(5)에 향한 측으로 배치된 띠판형상의 부재이고 각각 철심체(441)의 표면에 용접 등에 의해 고정된다. 5개의 자극체(442, 443, 444, 445, 446)는 장방형의 철심체(441)의 짧은변 방향이 길이 방향이 되는 자세로 고정되어 있다. 구체적으로는 철심체(441)가 마주보는 짧은 변 부분의 주변에 N극이 되는 제1 및 제5의 자극체(442, 446)가 각각 고정되고 긴 변방향의 중간보다 제5 자극체(446)로의 위치에 동일한 N극으로 된 제3 자극체(444)가 고정되어 있다. 그리고 제1 자극체(442)와 제3 자극체(444)와의 중간위치에 S극으로 된 제2 자극체(443)가 고정되며 제3 자극체(444)와 제5자극체(446)와의 중간위치에 동일한 S극으로 된 제4자극체(445)가 고정되어 있다.

또한 제1자극체(442)와 제2자극체(443) 사이, 제2자극체(443)와 제3자극체(444) 사이, 제3자극체(444)와 제4자극체(445) 사이 및 제4자극체(445)와 제5자극체(446) 사이의 철심체(441)의 부분에는 각각 자계코일(447)이 감겨있다. 그리고 각각의 자계코일(447)에 소정방향의 직류전류가 흐름으로써 N극인 제1자극체(442) 및 제3자극체(444)에서 나와 S극인 제2자극체(443)에 도달하는 제1의 누설 자력선과 N극인 제3자극체(444) 및 제5자극체(446)에서 나와 S극인 제4자극체(445)에 도달하는 제2의 누설 자력선이 각각 설정된다.

또한 상기 철심체(441) 양측에는 제7도에 도시한 바와 같이 8개의 보조철심체(451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458)가 배설되어 있다. 8개의 보조 철심체(451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458)는 4분할의 부채와 같은 형상의 판형상을 이루고 있다. 각각의 보조철심체(451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458)는 부채의 주변부분을 따라 고정된 띠판형상의 주변자극체(459)와 부채의 중심부분에 고정된 기둥형상의 중심자극체(460)를 구비하고 있다.

8개의 보조철심체(451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458)중 제1에서 제4의 4개의 보조철심체(451, 452, 453, 454)는 제1, 제3의 자극체(442, 444)와 제2자극체(443)의 이간거리와 거의 같은 반지름의 컷으로 제5에서 제8의 보조철심체(455, 456, 457, 458)는 제3, 제5의 자극체(444, 446)와 제4자극체(445)의 이간거리에 거의 같은 반지름의 것으로 되어 있다. 또한 각각의 보조철심체(451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458)에는 원호상의 누설 자력선이 주변 자극체(459)와 중심자극체(460)에 걸쳐 설정되도록 자계코일(447)이 감겨 있다.

그리고 제7도에 도시한 바와 같이 제1에서 제4의 보조철심체(451, 452, 453, 454)는 이들 중 중심자극(460)이 제2자극체(443)의 양단부근에 위치하고 동시에 이들의 주변자극체(459)가 제1자극체(442) 및 제3자극체(444)와 함께 원주모양을 이루도록 배치되어 있다. 동일하게 제5에서 제8의 보조철심체(455, 456, 457, 458)는 이들의 중심자극체(460)가 제4자극체(445)의 양단부근에 위치함과 동시에 이들 주변자극체(459)가 제3자극체(444) 및 제5자극체(446)와 동시에 원주모양을 이루도록 배치되어 있다.

이와 같이 배치함으로써 각 자극체에 의해 설정된 원호상의 자력선이 원주 모양으로 연결되고 원주모양 자계가 2개 병설되도록 되어있다. 그리고 제2자극체(443)와 제3자극체(444)와의 사이의 중간 부분이 중심축(20)이 되도록 하여 타겟(5)을 동축 상에 배치하면 제2도에 도시한 자석기구(4)와 거의 등가인 캐소우드(2)의 구성이 전자석에 의해 달성된다. 이 제3실시예에 있어서도 중심축(20) 주위에 자석기구(4)를 회전시키면 침식의 균일화를 도모할 수 있고 타겟(5)의 이용효율이 향상될 수 있다.

전자석을 이용한 전술한 제3실시예에서는 각각의 자계코일(447)로의 공급 전류를 제어함으로써 자계분포를 조정하고 막두께 분포의 개선 등을 도모할 수 있다. 이점을 제9도를 이용하여 설명한다. 제9도는 제7도 및 제8도에 도시한 제3실시예에 있어서 각 자계코일로의 공급전류를 독립하여 제어하는 전류제어 수단을 부가한 응용예의 설명도이다.

이 예에서 전류제어수단은 각각의 자계코일(447A, 447B, ..... 447L)에 직류전류를 공급하는 직류전원(448)과 직류전원(448)에서의 자계코일(447A, 447B, ..... 447L)로의 각 공급회로상에 설치된 전류조정기(449)와 전류조정기(449)를 제어하여 각 자계코일(447A, 447B, ..... 447L)로의 전류공급량을 조정하는 프로그래머블 콘트롤러(450)로 주로 구성되어 있다.

제7도 및 제8도에 도시하는 캐소우드(2)를 사용하여 막을 형성한 경우 예를 들면 기판(30)의 주변부분의 막을 형성하는 속도가 중심부분에 비해 낮고, 막두께 분포의 면내 균일성이 충분하지 않다고 판단될 경우 8개의 보조철심체(451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458)에 감긴 자계코일(447)로의 전류공급량을 상대적으로 많이 하도록 제어한다. 예를 들면 전류조정기(449)로서 사이리스터 등을 이용하여 소정 주기로 전류를 온,오프할 수 있는 것을 채용하여 프로그래머블 콘트롤러(450)에서의 신호에 의해 그 온오프주기를 조정하도록 한다.

그리고 제7도에 도시한 철심체(441)에 감긴 4개의 자계코일(447)로의 전류의 온주기에 비하여 보조철심체(451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458)에 감긴 8개의 자계코일(447)로의 전류의 온주기를 상당 정도 길게 한다. 이에 의해 보조철심체(451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458) 부분의 누설 자력선의 자속밀도가 상대적으로 높아지고 타겟(5)의 주변부분의 침식이 강화된 결과 기판(30)의 주변부의 막 형성속도가 개선되어 막 두께 분포면 내의 균일성이 향상된다.

이와 같은 공급전류량의 독립제어는 2개의 원주모양 자계를 설정하는 2개의 전자석군들로 독립제어 가능하도록 해도 좋지만 개개의 전자석 모두에 대하여 독립제어 가능하게 해도 좋다. 적어도 2개의 군에 대하여 독립 제어가 가능하다면 어떠한 자계분포 조정기능이 발휘된다.

전술한 각 실시예의 구성에 있어서는 원주모양 자계의 수는 2 또는 3이지만 4 또는 그 이상이면 좋다. 원주모양 자계의 수를 많이 하면 동일 TS 거리에서 스퍼터 입자의 입사각이 일반적으로 적어지므로 바닥 커버리지율 향상면에서 적절하다. 또한 회전기구(22)는 자석기구(4)를 회전시키는 대신에 타겟(5)을 회전하도록 해도 좋다. 더욱이 자석기구(4)의 중심축(20)을 타겟(5)의 중심축으로부터 소정거리 편심시켜 배치하고 타겟(5)의 중심축 주위에 자석기구(4)를 회전시키는 경우도 있다.

또한 본 명세서에서 「원주모양」은 가장 넓은 의미를 가지며, 원주모양, 타원주상, 장원주상, 각주상, 파선과 같이 들어간 원주모양 등의 모든 형상을 포함한다. 또한 완전히 이어지는 원주모양이 아니어도 좋고 일부에 끊어짐이 있는 경우도 좋다. 예를 들면 일부에 끊어진 부분이 있는 원주모양 자계의 침식영역(50)이라도 그것에 기인하는 막두께의 불균일화 등의 문제가 한도 이하 이면 상관없다.

또한 침식 최심부는 선상이 아니고 띠형상 즉 상당한 폭을 가진 경우가 있다. 더욱이 최심부분의 깊이로부터 상당정도 얕은 부분까지를 침식 최심부로 하는 경우가 있다. 침식 최심부는 침식영역의 어느 부분이 막 형성에 가장 영항을 주는가를 보는 개념이므로 막 형성에의 영향정도에 따라 적절히 결정된다.

또한 침식영역은 자계의 작용에 의해 실질적인 침식이 발생하는 장소이다. 침식영역 외로 확산하여 기판에 도달한 극히 소수의 이온이 타겟을 두드림으로 새 침식영역 이외에도 경시적으로 극히 얕은 침식이 발생하는 경우는 있지만 그와 같은 침식은 막 형성의 상황에 영향을 주는 것이 아니므로 실질적인 침식은 아니다. 예를 들면 침식영역의 평균 침식 속도를 100%로 한 경우 5% 이하 속도의 침식이 발생하는 영역은 실질적인 침식 영역이 없는 것으로 된다.

다음은 상기 제1실시예에 속하는 실시예에 대하여 예시하여 설명한다. 제1실시예에 있어서,

타켓 직경 : 314mm

TS 거리 : 303mm

기판직경 : 300mm

압력 : 0.3mTorr

캐소우드로의 공급전압 : -600V

N극 자석의 직선부의 편심거리(제2도의 거리 d) : 40mm

제1침식 최심부 직경(제4도의 φ1) : 200mm

제2침식 최심부 직경(제4도의 φ2) : 100mm

자석기구의 회전속도 : 200rpm

기판온도 : 300℃

타겟 재료 : 티탄

방전용 가스 : 알곤

의 조건으로 스퍼터링을 행한 바 종횡비 2의 미소구멍에 대하여 바닥 커버리지율 40-50%로 막 형성이 행해지는 것이 확인된다. 또한 그 때의 막형성 속도는 100 옹그스트롬 매분(每分)이었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 특허청구범위 제1항의 발명은 대형기판에 대해서도 필요한 막형성 속도를 유지하여 바닥 커버리지율을 향상시킬 수 있으므로 다음 세대의 집적회로용의 실용적인 막 형성 기술로서 최적인 것이 된다.

또한 특허청구범위 제2항의 발명에 의하면 상기 특허청구범위 제1항의 효과에 더하여 미소구멍에 대한 바닥 커버리지율이 더욱 향상된다고 하는 효과가 있다.

또한 특허청구범위 제3항의 발명에 의하면 상기 특허청구범위 제1항의 효과에 더하여 종횡비 2 이상의 미소구멍에 대하여도 바닥 커버리지율이 높게 막을 형성할 수 있다는 효과가 있다.

또한 특허청구범위 제4항의 발명에 의하면 특허청구범위 제1항, 특허청구범위 제2항 또는 특허청구범위 제3항의 효과에 더하여 원주모양이 되는 다수의 침식영역의 이간거리가 작기 때문에 이간부분에 대향하는 기판 위의 부위에서 가장 입사각이 커지는 경우는 없고 이 부분에 바닥 커버리지율의 저하가 방지된다.

또한 특허청구범위 제5항의 발명에 의하면 상기 특허청구범위 제1항, 특허청구범위 제2항, 특허청구범위 제3항, 특허청구범위 제4항의 효과에 더하여 타켓의 자계분포를 조정할 수 있으며, 막의 기판면내 분포의 개선 등을 할 수 있다.

또한 특허청구범위 제6항의 발명에 의하면 상기 특허청구범위 제1항, 특허청구범위 제2항, 특허청구범위 제3항, 특허청구범위 제4항 또는 특허청구범위 제5항의 효과에 더하여 타켓의 침식이 균일화 되고 타겟의 이용효율의 향상이 도모된다.

더욱이 특허청구범위 제7항의 발명에 의하면 상기 특허청구범위 제6항의 효과에 더하여 타겟의 중심축 부근이 침식 영역에 포함되므로 자석기구를 회전시켰을 때에 이 부분이 침식되지 않고 남게 되는 것을 방지하여 타겟의 이용효율이 향상된다.

Claims (7)

1. 배기계(11)를 구비한 진공용기(1) ; 상기 진공용기(1) 내의 소정의 위치에 배치된 타겟(5) ; 상기 타겟(5)의 표면측에 자계를 설정하는 자석기구(4)를 구비하고 타겟(5)에서 대향시켜 기판(30)을 배치하며 상기 자석기구(4)가 만든 자계에 의해 이온을 포착하면서 타겟(5)을 스퍼터링 하여 기판(30)의 표면에 소정의 박막을 만드는 자석기구(4)로 구성된 스퍼터링 장치에 있어서 ; 상기 자석기구(4)는 원반형의 요크와 이 요크 상에 고정된 복수의 자석으로 되어 타겟(5) 표면의 일부에서 나와서 상기 타겟(5) 표면의 다른 부분으로 들어가는 누설 자력선을 설정하고 타겟(5) 표면에 누설 자력선이 원주모양으로 한정됨으로써 다수의 원주자계가 형성되며, 그 결과 원주자계에 의해 다수의 침식영역이 서로 교차하지 않고 상기 타겟(5)의 표면에 형성되고 다수의 침식영역 중 하나는 타겟의 중심부를 포함하며, 상기 자석기구가 상기 타겟(5)에 대해 상대적으로 정지했을 때에 상기 각각의 침식영역이 원주모양을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
2. 제1항에 있어서, 원주모양에서 부식영역 중 가장 깊은 것의 외주상에서 2점을 연결하는 가장 짧은 선의 길이가 기판(30)의 지름보다 짧게 되도록 상기 자석기구(4)가 다수의 원주모양 자계를 설정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
3. 제1항에 있어서, 원주모양에서 부식영역중 가장 깊은 것의 외주상에서 2점을 연결하는 가장 짧은 선의 길이가 기판(30)과 타겟(5)의 거리보다 짧게 되도록 상기 자석기구(4)가 다수의 원주모양 자계를 설정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
4. 제1항에 있어서, 원주모양에서 부식영역들 사이의 거리가 상기 부식영역들 중 가장 깊은 것의 외주상의 2점을 연결하는 선의 가장 짧은 길이의 절반보다 짧게 되도록 상기 자석기구(4)가 다수의 원주모양 자계를 설정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 자석기구(4)가 다수의 전자석으로 구성되고, 적어도 2군의 전자석에 대하여 상기 전자석들에 인가되는 전류공급량이 서로 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 타겟(5)의 중심축 주변을 상기 자석기구(4)를 회전시키는 회전기구(22)로 구성하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
7. 제6항에 있어서, 원주모양에서 부식영역 중 어느 것도 상기 타겟(5)의 표면의 중심부를 포함하도록 상기 자석기구(4)가 다수의 원주모양 자계를 설정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.

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