KR100274433B1 - Sputtering apparatus and the same method - Google Patents
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Abstract
직사각형 타겟을 이용하여 스퍼터링을 실행하는 스퍼터 장치는 타겟(6)의 한쌍의 연부를 따라 설치되는 막대형 제1자석, 및 타겟의 배면측에 이동가능하게 설치되는 막대형 제2자석을 포함한다.The sputtering apparatus which performs sputtering using a rectangular target includes the rod-shaped first magnet provided along a pair of edges of the target 6, and the rod-shaped second magnet movably provided on the back side of the target.
Description
본 발명은 박막형성기술에 하나인 마그네트론 스퍼터 장치 및 스퍼터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetron sputtering device and a sputtering method which are one of thin film forming techniques.
스퍼터링 방법은 일반적으로 저 진공분위기에서 가스 방전을 발생시켜 플라즈마를 형성하고, 캐소우드라고 불리는 음극에 설치된 타겟에 대해 플라즈마 양이온을 충돌시킴으로써 스퍼터된 입자들을 기판에 고착시켜 박막을 형성하는 방법이다. 이 스퍼터링법은 조성제어와 장치작동을 하는데 그 취급이 비교적 용이하므로 박막형성공정에 광범위하게 사용된다.The sputtering method is generally a method of forming a plasma by generating a gas discharge in a low vacuum atmosphere, and by adhering the plasma cations against a target installed on the cathode called cathode to adhere the sputtered particles to the substrate to form a thin film. This sputtering method is widely used in the thin film forming process because the composition control and the device operation are relatively easy to handle.
그러나, 이 스퍼터링법은 박막형성의 속도가 진공증착법 등에 비해 느리다는 통상적인 단점을 가지고 있다. 이러한 이유 때문에, 영구자석 또는 전자석의 자기회로에 의해 타겟 근처에 자계를 형성하기 위한 마그네트론 스퍼터링 방법이 고안되었는데, 이 방법에 의해 박막형성속조가 개선되어 반도체 부품, 전자 부품 등의 제조공정에서 이 스퍼터링법으로 박막의 대량 생산이 가능하게 되었다.However, this sputtering method has a conventional disadvantage that the speed of thin film formation is slower than the vacuum deposition method. For this reason, a magnetron sputtering method for forming a magnetic field near a target by a magnetic circuit of a permanent magnet or an electromagnet has been devised, and this method improves thin film formation speed, and this sputtering in the manufacturing process of semiconductor parts, electronic parts, etc. The method enables mass production of thin films.
상기 언급된 마그네트론 스퍼터링법은 타겟의 국부적인 침식으로 인해 박막 두께와 박막품질에 불균일성이 존재한다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 전계에 수직인 균일한 자계를 형성하기 위한 장치가 고안되어있다.The above-mentioned magnetron sputtering method has a problem in that nonuniformity exists in thin film thickness and thin film quality due to local erosion of the target. In order to solve this problem, an apparatus for forming a uniform magnetic field perpendicular to the electric field has been devised.
도 20은 종래 기술의 스퍼터장치의 구성도이다. 도 20에서, 챔버(1), 진공펌프로 공기를 방출하기 위한 챔버(1)의 진공배출구(2), 챔버(1)용 가스 유입 파이프(3) 및 가스 유입파이프(3)에 설치된 가스 유량제어기(4)가 도시되어 있다. 참조번호(5)는 가스 유입 파이프(3)로부터 챔버(1)로 도입되는 방전가스를 나타내며, 이 가스로서는 통상적으로 아르곤가스가 이용된다. 도면에는 타겟(6), 스퍼터 전극(7), 방전전원(8), 자석홀더(9), 자석(10) 및 기판홀더(11)가 도시되어 있다. 참조번호(12)는 박막이 형성되는 기판을 나타낸다.20 is a configuration diagram of a sputtering apparatus of the prior art. In FIG. 20, the gas flow rates installed in the
상기와 같이 구성된 스퍼터장치의 동작을 이하 설명한다. 먼저, 챔버(1) 내부의 공기를 진공펌프에 의해 배출구(2)로부터 배출하여 약 10-7토르로 한 다음, 방전가스(5)를 챔버(1)의 일단에 연결된 가스 유입파이프(3)를 통해 챔버(1)내부로 도입하여, 챔버(1)의 내부압력을 약 10-3내지 10-2로 유지시킨다. 부전압 즉 고주파전압이 DC전원 즉 고주파 스퍼터 전원(8)에 의해 타겟(6)이 위치한 스퍼터 전극(7)에 인가되면, 전원(8)이 발생한 전계와 자석홀더(9)에 내장된 자석(10)이 발생한 자계의 영향으로 타겟(6)의 표면 근처에 전기방전으로 인해 플라즈마가 형성되어, 스퍼터링 현상이 일어나 타겟(6)에서 방전된 입자들을 스퍼터링함으로써 기판홀더(11)상의 기판(12)에 박막이 형성된다.The operation of the sputtering device configured as described above will be described below. First, the air in the
그러나, 전술한 스퍼터 장치에 따르면, 타겟(6)이 강자성체로 된 경우, 자석(10)으로부터 발생된 자속의 대부분이 타겟(6)을 통과하게 되어, 아주 소량의 자속이 플라즈마형성에 기여하게되므로, 막 형성속도가 저하하는 문제가 생긴다.However, according to the sputtering apparatus described above, when the
상기의 문제를 고려하여, 일본특허공보 제 61-124567호는 강자성체로 만들어진 타겟의 경우에, 타겟의 전면에 설치된 자석외에 타겟의 배면에 자석을 설치함으로써 막 형성속도의 저하를 방지하기 위한 방법을 제안하고 있다. 도 21은 자석(10 및 13)이 타겟(6)의 전후면에 설치되는 경우에, 스퍼터 전극의 배치를 보여준다. 여기서, 참조번호 13은 타겟(6)의 배면에 설치된 자석을 나타낸다. 이러한 구성으로, 타겟(6)은 그 배면에 설치된 자석(13)으로부터 생성된 자속으로 충전되어, 타겟의 전면에 설치된 자석(10)으로부터 생성된 자속이 타겟(6)을 통과하지 못하게 한다. 이 결과, 강자성체로 만들어진 타겟(6)에 있어서, 막 형성속도의 저하가 일어나지 않게 된다.In view of the above problem, Japanese Patent Laid-Open No. 61-124567, in the case of a target made of ferromagnetic material, provides a method for preventing a decrease in film formation speed by providing a magnet on the back of the target in addition to the magnet provided on the front of the target. I'm proposing. 21 shows the arrangement of the sputter electrodes when the
전술한 종래 기술의 구성에 의해 강자성체로 만들어진 타겟에 있어서, 막 형성속도의 개선을 가져올 수 있지만, 자속이 전 타겟표면에 걸쳐서 같은 방향으로 지향되기 때문에 플라즈마중의 전자는 전 타겟표면에 걸쳐서 같은 방향으로 힘을 받게되므로, 플라즈마중의 전자밀도는 타겟표면에서 균일하지 않게 되어 전자가 힘을 받는 방향에서는 타겟의 침식이 급속히 진행되며, 그 반대 방향에서는 서서히 진행되므로, 침식이 그 진행에 따라 균일하지 않게 되는 문제점이 발생한다. 이로 인해 타겟재료의 사용 효율성이 상당히 열화될 뿐만 아니라, 기판표면에서 생기는 박막의 두께가 균일하게 될 수 없는 문제가 생긴다.In the target made of ferromagnetic material by the above-described prior art configuration, the film formation speed can be improved, but since the magnetic flux is directed in the same direction over the entire target surface, the electrons in the plasma are in the same direction over the entire target surface. Force in the plasma, the density of electrons in the plasma is not uniform at the target surface and the erosion of the target proceeds rapidly in the direction in which the electron is applied, and gradually progresses in the opposite direction, so that the erosion is not uniform with the progress. The problem arises. This not only degrades the use efficiency of the target material considerably, but also causes a problem that the thickness of the thin film generated on the substrate surface cannot be made uniform.
따라서, 본 발명의 목적은 자석재료와 무관하게 타겟 침식의 진행을 거의 균일하게 할 수 있어 상기 종래 기술의 문제점을 해소할 수 있는 스퍼터 장치 및 스퍼터링 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus and a sputtering method which can make the progress of target erosion almost uniform regardless of the magnetic material and can solve the problems of the prior art.
이들 목적과 다른 목적들을 달성함에 있어서, 본 발명의 제 1 특징에 따르면, 원형타겟의 연부와 대향하게 배치된 제 1 자석, 및 상기 원형타겟의 배면측에 배치되어 원형운동을 할 수 있는 제 2 자석을 구비하며, 상기 제 2 자석은 복수로 되도록 한 원형타겟을 이용하여 스퍼터링을 실행하는 스퍼터 장치가 제공된다.In achieving these and other objects, according to a first aspect of the present invention, there is provided a first magnet disposed to face an edge of a circular target, and a second disposed on a rear side of the circular target to perform circular motion. A sputtering apparatus is provided, wherein the sputtering apparatus is configured to perform sputtering using a circular target having a plurality of second magnets.
본 발명의 제 2 특징에 따르면, 상기 제 1 특징에 따른 스퍼터 장치로서, 상기 제 1 자석의 극성이 동극끼리 상기 타겟의 중심을 향하도록 정해지며, 상기 제 2 자석은 상기 제 1 자석의 상기 타겟중심을 향하는 극과 다른 극이 상기 타겟의 배면을 향하도록 설정되는 스퍼터 장치가 제공된다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus according to the first aspect, wherein polarities of the first magnets are defined so that the same poles face the center of the target, and the second magnet is the target of the first magnet. A sputtering device is provided in which a pole that is different from a center that is directed toward the back of the target is provided.
본 발명의 제 3 특징에 따르면, 원형타겟의 연부에 대향하게 배치된 다수의 전자석을 구비하며, 이 전자석이 시간적으로 변화하는 자극을 가지는 원형타겟을 이용하여 스퍼터링을 실행하는 스퍼터 장치가 제공된다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus having a plurality of electromagnets arranged opposite to the edges of the circular target, the sputtering being performed using a circular target having a magnetic pole that changes over time.
본 발명의 제 4 특징에 따르면, 상기 제 3 특징에 따른 스퍼터 장치로서, 상기 전자석은 상기 타겟의 내측으로 방위된 독립제어가능 자극을 가지는 스퍼터 장치가 제공된다.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus according to the third aspect, wherein the electromagnet has an independently controllable magnetic pole oriented inward of the target.
본 발명의 제 5 특징에 따르면, 상기 제 1 또는 제 2 특징에 따른 스퍼터 장치로서, 상기 전자석은 네 개 이상의 짝수개로 되도록 한 스퍼터 장치가 제공된다.According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus according to the first or second aspect, wherein the electromagnets have four or more even numbers.
본 발명의 제 6 특징에 따르면, 상기 제 1 또는 제 2 특징에 따른 스퍼터 장치로서, 상기 전자석은 진공챔버의 대기측(atomospheric side)에 설치된 각각의 코일을 구비하는 스퍼터 장치가 제공된다.According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus according to the first or second aspect, wherein the electromagnet is provided with respective coils provided on an atmospheric side of the vacuum chamber.
본 발명의 제 7 특징에 따르면, 원형타겟의 연부에 대향하는 제 1자석을 배치함과 동시에 상기 타겟의 배면측에 제 2 자석을 이동가능하게 배치한 상태에서, 상기 원형타겟을 이용하여 스퍼터링을 실행하는 스퍼터링 방법에 있어서; 상기 제 2 자석을 상기 타겟의 배면측에서 원운동시키면서 스퍼터링을 행하고, 자속의 방향을 시간적으로 변화시켜, 타겟표면상에서 플라즈마밀도가 시간적으로 균일화되도록 하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 자석은 나선운동을 하는 스퍼터링 방법이 제공된다.According to a seventh aspect of the present invention, sputtering is performed using the circular target in a state in which the first magnet is disposed opposite the edge of the circular target and the second magnet is movably disposed on the rear side of the target. A sputtering method performed; Sputtering while circularly moving the second magnet on the back side of the target, and changing the direction of the magnetic flux in time so that the plasma density is uniformly temporally on the target surface, wherein the second magnet is in a spiral motion. A sputtering method is provided.
본 발명의 제 8 특징에 따르면, 상기 제 7 특징에 따른 스퍼터링 방법으로서, 상기 제 1 자석의 극성이 동극끼리 상기 타겟의 중심을 향하도록 정해지며, 상기 제 2 자석은 상기 제 1 자석의 상기 타겟중심을 향하는 극과 다른 극이 상기 타겟의 배면을 향하도록 설정되는 스퍼터링 방법이 제공된다.According to an eighth aspect of the present invention, in the sputtering method according to the seventh aspect, the polarities of the first magnets are determined so that the same poles face the center of the target, and the second magnet is the target of the first magnet. A sputtering method is provided in which a pole different from a center toward the center is set to face the back of the target.
본 발명의 제 9 특징에 따르면, 원형타겟의 연부에 대향한 다수의 전자석을 배치한 상태에서 상기 원형타겟을 이용하여 스퍼터링을 실행하는 스퍼터링방법에 있어서; 상기 전자석의 자극을 시간적으로 변화시켜서 자속의 방향을 변화시키고 플라즈마중의 전자가 힘을 받는 방향을 변화시켜, 타겟표면상에서의 플라즈마밀도를 시간-평균적으로 균일화하도록 하는 단계를 포함하는 원형타겟을 이용하여 스퍼터링을 실행하는 스퍼터링방법이 제공된다.According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a sputtering method for performing sputtering by using a circular target in a state in which a plurality of electromagnets facing edges of a circular target are arranged; Changing the direction of the magnetic flux by changing the magnetic poles of the electromagnets in time and changing the direction in which electrons in the plasma are subjected to a force to uniformize the plasma density on the target surface in a time-averaged manner. There is provided a sputtering method for performing sputtering.
본 발명의 제 10 특징에 따르면, 상기 제 9 특징에 따른 스퍼터링 방법으로서, 상기 전자석의 자극을 시간적으로 변화시키는 것에 의해 자속의 방향을 변화시키고 플라즈마중의 전자가 힘을 받는 방향을 360°회전시켜서 타겟표면상에서의 플라즈마밀도를 시간-평균적으로 균일화하도록 한 스퍼터링 방법이 제공된다.According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a sputtering method according to the ninth aspect, wherein the direction of magnetic flux is changed by changing the magnetic pole of the electromagnet in time, and the direction in which electrons in the plasma are subjected to a force is rotated by 360 °. A sputtering method is provided in which the plasma density on a target surface is uniformly time-averaged.
본 발명의 제 11 특징에 따르면, 원형타겟의 연부에 대향하게 배치된 제 1 자석 및 상기 원형타겟의 배면측에 배치되어 원형운동을 할 수 있는 제 2 자석을 구비하며, 상기 제 2 자석은 나선운동을 하도록 한 원형타겟을 이용하여 스퍼터링을 실행하는 스퍼터 장치가 제공된다.According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a first magnet disposed opposite the edge of the circular target and a second magnet disposed on the rear side of the circular target and capable of circular motion, wherein the second magnet is a spiral Provided is a sputtering apparatus for performing sputtering using a circular target for exercising.
본 발명의 제 12 특징에 따르면, 상기 제 11 특징에 따른 스퍼터 장치로서, 상기 제 1 자석의 극성이 동극끼리 상기 타겟의 중심을 향하도록 정해지며, 상기 제 2 자석은 상기 제 1 자석의 상기 타겟중심을 향하는 극과 다른 극이 상기 타겟의 배면을 향하도록 설정되는 스퍼터 장치가 제공된다.According to a twelfth aspect of the present invention, in the sputtering apparatus according to the eleventh aspect, the polarities of the first magnets are determined so that the same poles face the center of the target, and the second magnet is the target of the first magnet. A sputtering device is provided in which a pole that is different from a center that is directed toward the back of the target is provided.
본 발명의 상기 목적과 특징들은 첨부도면을 참고로 한 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.The above objects and features of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 스퍼터링 방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치의 단면도.1 is a cross-sectional view of a sputtering apparatus for implementing the sputtering method according to the first embodiment of the present invention.
제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 스퍼터 장치의 스퍼터 전극 및 그 근처의 구조를 보여주는 평면도.2 is a plan view showing a sputter electrode and a structure near the sputter device according to the first embodiment of the present invention.
제3도는 제2도의 선 III-III를 따라 절취한 단며도.3 is a cutaway view taken along line III-III of FIG.
제4a, 4b도 및 제4c도는 제1실시예의 스퍼터 장치내에서 타겟의 배면측에 배치된 자석의 운동을 보여주는 도면.4A, 4B and 4C show the motion of a magnet disposed on the back side of the target in the sputtering apparatus of the first embodiment.
제5도는 제1실시예의 스퍼터 장치내 타겟표면에서의 시간에 따른 자속밀도의 변화를 보여주는 그래프도.5 is a graph showing the change of magnetic flux density with time at the target surface in the sputtering apparatus of the first embodiment.
제6도는 제1실시예의 스퍼터 장치에 의해 침식된 타겟의 형태를 보여주는 단면도.6 is a cross-sectional view showing the shape of a target eroded by the sputtering apparatus of the first embodiment.
제7a, 7b도 및 제7c도는 본 발명의 제2실시예에 따른 스퍼터링 방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치내에서 타겟의 배면측에 배치된 자석의 운동을 보여주는 도면.7a, 7b and 7c show the motion of a magnet disposed on the back side of the target in the sputtering device for implementing the sputtering method according to the second embodiment of the present invention.
제8도는 본 발명의 제3실시예에 따른 스퍼터링 방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치의 스퍼터 전극과 전극 근처의 구조를 보여주는 도면.8 is a view showing a sputter electrode and a structure near the electrode of the sputtering apparatus for implementing the sputtering method according to the third embodiment of the present invention.
제9도는 제8도의 선 IX-IX를 따라 절취한 단면도.9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX of FIG.
제10도는 제3실시예의 스퍼터 장치에 의해 침식된 타겟의 형상을 보여주는 단면도.10 is a cross-sectional view showing the shape of a target eroded by the sputtering apparatus of the third embodiment.
제11도는 본 발명의 제4실시예에 따른 스퍼터링 방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치의 스퍼터 전극과 전극 근처의 구조를 보여주는 평면도.11 is a plan view showing a sputter electrode and a structure near the electrode of the sputtering apparatus for implementing the sputtering method according to the fourth embodiment of the present invention.
제12도는 본 발명의 제5실시예에 따른 스퍼터링 방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치의 스퍼터 전극과 전극 근처의 구조를 보여주는 평면도.12 is a plan view showing a sputter electrode and a structure near the electrode of the sputtering apparatus for implementing the sputtering method according to the fifth embodiment of the present invention.
제13도는 제12도의 선 XIII-XIII를 따라 절취한 단면도.FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line XIII-XIII of FIG. 12. FIG.
제14a, 14b도 및 제14c도는 제5실시예의 자극, 자속 및 플라즈마내 전자들이 스퍼터 장치에서 힘을 받는 방향의 시간에 따른 변화를 보여주는 도면.14A, 14B and 14C show changes over time in the direction in which the magnetic poles, the magnetic flux and the electrons in the plasma are subjected to a force in the sputter device of the fifth embodiment.
제15도는 제5실시예의 스퍼터 장치에 의해 침식된 타겟의 형상을 보여주는 도면.FIG. 15 shows the shape of a target eroded by the sputtering apparatus of the fifth embodiment.
제16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g도 및 제16h도는 본 발명의 제6실시예에 따른 스퍼터링 방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치의 자극의 시간에 따른 변화를 보여주는 도면.16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F, 16G, and 16H illustrate changes with time of stimulation of a sputtering apparatus for implementing a sputtering method according to a sixth embodiment of the present invention.
제17도는 제6실시예의 스퍼터 장치에 의해 침식된 타겟의 형상을 보여주는 도면.17 shows the shape of a target eroded by the sputtering apparatus of the sixth embodiment.
제18도는 제6실시예의 스퍼터 장치의 박막 형성속도를 보여주는 그래프도.18 is a graph showing the film formation rate of the sputtering apparatus of the sixth embodiment.
제19도는 제6실시예의 스퍼터 장치의 다른 전자석의 구성을 보여주는 단면도.19 is a cross-sectional view showing a configuration of another electromagnet of the sputtering device of the sixth embodiment.
제20도는 종래 기술의 스퍼터 장치를 보여주는 단면도.20 is a cross-sectional view showing a sputtering apparatus of the prior art.
제21도는 타겟의 전면과 후면에 자석을 가지는 종래 기술의 스퍼터 전극을 보여주는 도면.21 shows a prior art sputter electrode having magnets on the front and back of the target.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : 진공 챔버 2 : 진공배출구1: vacuum chamber 2: vacuum outlet
3 : 가스 유입파이프 4 : 가스유량 제어기3: gas inflow pipe 4: gas flow controller
5 : 방전가스 6 : 타겟5: discharge gas 6: target
7 : 스퍼터 전극 8 : 전원7: sputter electrode 8: power supply
9 : 자석홀더 10, 14, 15, 16 : 자석9:
11 : 기판홀더 12 : 기판11
17, 57 : 전자석 46 : 원형타겟17, 57: electromagnet 46: circular target
본 발명을 구체적으로 기술하기 이전에, 도면 전체에 걸쳐서 동일, 유사의 부분에 대해서는 동일, 유사의 도면부호를 부여함을 밝혀둔다.Before describing the present invention in detail, it is to be noted that the same and similar reference numerals are assigned to the same and similar parts throughout the drawings.
본 발명의 바람직한 실시예를 도 1 내지 19를 참조하여 이하 설명한다.Preferred embodiments of the present invention are described below with reference to FIGS.
[제1실시예][First Embodiment]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스퍼터링방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치를 도시한다. 도 1의 스퍼터 장치는 진공챔버(1), 이 챔버(1)에 설치되며, 진공펌프와 소통하는 진공배출구(2), 가스유입파이프(3) 및 가스유입파이프(3)에 설치된 가스유량제어기(4)를 구비한다. 참조번호 5는 가스유입파이프(3)에서 챔버(1)내로 유입되는 방전가스를 나타내는데, 일반적으로 아르곤가스가 이용된다.1 illustrates a sputtering apparatus for implementing a sputtering method according to a first embodiment of the present invention. The sputtering apparatus of FIG. 1 is provided with a
또한 도1의 스퍼터 장치는 챔버(1)내에 설치된 타겟(6), 절연체(80)를 통해 챔버(1)에 설치되며, 타겟(6)을 지지하는 스퍼터 전극(7), 이 스퍼터 전극(7)에 부전압 즉, 고주파 전압을 인가하는 DC전원 즉, 고주파전기 방전 전원(8), 타겟(6)의 길이방향의 양 연부를 따라 챔버(1) 내측에 설치된 한 쌍의 자석홀더(9) 및 상기 자석홀더(9)에서 지지되며, 타겟(6)의 상기 양 연부를 따라 설치된 한 쌍의 막대자석(10)이 도시되어 있다. 참조번호 11은 챔버(1) 내측의 타겟(6) 대향위치에 설치된 기판홀더(substrate holder)를 나타낸다. 참조번호 12는 기판홀더(11)에 의해 지지되는 기판을 나타내는데, 박막이 이 기판위에 형성된다. 참조번호 14는 스퍼터 전극(7) 내측에 설치되고 또한 타겟(6)의 길이방향으로 배열되게 되도록 타겟의 배면측에 설치된 막대자석(14)을 나타낸다. 이 자석(14)은 타겟(6)의 길이방향에 수직인 방향으로 타겟(6)의 배면측 상에서 이동하는 이동매카니즘을 구비한다.In addition, the sputtering apparatus of FIG. 1 is provided in the
도 2는 도 1에 도시된 스퍼터장치내부의 스퍼터 전극부의 평면도이며, 도 3은 도 2의 선 III-III를 따라 절취한 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 자석(10)이 직사각형 타겟(6)의 길이방향으로 그 연부를 따라 타겟(6)의 외측에 설치되며, 이 자석(10)은 타겟(6)을 사이에 두고 상호 대향 배치의 동일 극성을 가진다. 도 2에서는 상기 자석(10)의 N극이 서로 대향하도록 되어 있다. 또한, 타겟(6)의 배면측에 설치된 자석(14)은 그 극성이 상기 자석(10)의 극성과 반대로 되며, 타겟의 배면을 향하도록 설정되어 있다. 도 2에서 자석(10)의 N극이 대향하고 있기 때문에, 타겟의 배면측에 설치된 자석(14)은 S극은 타겟(6)의 배면을 향한다. 또한, 타겟의 배면측에 배치된 자석은 전술한 이동 매카니즘에 의해 타겟(6)의 길이방향에 수직인 방향으로, 즉 참조번호(91)에 의해 표시된 방향으로 이동 및 왕복운동을 할 수 있도록 구성된다. 자석(14)은 시간이 경과에 따라 도 4a에 도시된 상태에서 도 4b에 도시된 상태를 거쳐 도 4c에 도시된 상태로 이동하고, 이어서 도 4c에 도시된 상태에서 도 4b에 도시된 상태를 거쳐 도 4c에 도시된 상태로 이동한다. 즉, 타겟(6)의 배면측에서 한 쌍의 자석(10)의 간격에 대응하는 범위내에서 자석(14)이 한 자석(10)의 근처로부터 점차로 이격하여 다른 자석(10)에 근접하고, 계속하여 자석(14)이 상기 다른 자석(10)의 근처에 위치되게 되면, 이 자석(14)은 반대로 상기 다른 자석(10)의 근처로부터 점차로 이격하여 상기 한 자석(10)에 근접하여 그 근처에 위치되게 된다. 이 동작에서 자석(14)의 이동속도는 시간적으로 플라즈마밀도를 균일화시키기 위해 균일한 속도로 되는 것이 바람직하다.FIG. 2 is a plan view of a sputter electrode part inside the sputter apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 2. As shown in FIG. 2, a pair of
상기의 구성으로, 자계의 세기와 방향은 타겟(6)의 모든 점에서 시간적으로 변화된다. 도 5는 타겟의 배면측에 설치된 자석(14)의 이동속도가 50mm/s라 가정할 때, 타겟(6)의 중심에서 및 도 2의 선 III-III상의 타겟(6)의 중심에서 50mm 떨어져 위치된 지점에서 각각 측정된 타겟의 표면으로부터 2mm 떨어져 위치한 지점에서 III-III의 방향에서의 자속밀도의 시간적인 변화를 실선과 점선으로 표시한 그래프이다. 그래프에서, 도 3의 자석(14)의 우측방향 이동은 양의 운동으로 표시된다. 도 5로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 자계의 세기와 방향은 타겟상의 각 지점에서 시간적으로 변한다.With the above configuration, the strength and direction of the magnetic field change in time at all points of the
도 2에서, 자속이 우측방향으로 향하면, 플라즈마중의 전자는 하강하는 힘을 받으며, 자속이 좌측방향을 향하면, 플라즈마중의 전자는 상승하는 힘을 받는다.In Fig. 2, when the magnetic flux is directed in the right direction, electrons in the plasma are subjected to a descending force, and when the magnetic flux is directed in the left direction, the electrons in the plasma are subjected to an upward force.
따라서, 자속방향의 시간적인 변화가 플라즈마밀도가 증가되게 타겟표면상의 플라즈마를 제한하여, 침식속도가 증가되고 또한 기판상의 막 형성속도가 증가된다. 또한, 타겟표면상의 플라즈마밀도가 시간적으로 균일화되어, 타겟(6)의 침식된 부분(6a)은 도 6에 도시된 바와 같이 거의 균일하게 되고, 재료 사용의 효율성이 향상된다.Thus, the temporal change in the magnetic flux direction limits the plasma on the target surface so that the plasma density is increased, thereby increasing the erosion rate and increasing the film formation rate on the substrate. In addition, the plasma density on the target surface is uniform in time, so that the eroded portion 6a of the
[제2실시예]Second Embodiment
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2실시예에 따른 스퍼터링 방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치를 도시한다. 대부분의 구성은 제1실시예의 구성과 비슷하지만, 다수의 자석, 예컨대 두 개의 막대자석(14)이 타겟(6)의 배면측에 설치되는 점에 차이가 있다. 이러한 구성으로, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 서로 소정의 간격으로 이격 설치된 두 개의 자석(14)은 제1실시예의 이동 매카니즘과 유사한 매카니즘으로 도 4에 도시된 바와 같이 이동한다. 즉, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이 타겟(6)의 배면측에서, 한 쌍의 자석(10)간의 간격에 대응하는 범위내에서 타겟(6)의 배면측상의 좌측자석(14)이 타겟(6)의 배면측상의 우측자석(14)과 함께 일체적으로 우측으로 이동하여, 타겟 전면측상의 좌측자석(10)으로부터 이격되게 점진적으로 이동한다. 상기 우측자석(14)이 타겟(6)의 전면측상의 우측자석(10)에 근접하게되면, 자석(10)의 근처에 위치되게되고, 반대로 우측자석(14)이 좌측자석(14)과 함께 일체적으로 우측자석(10)으로부터 이격지게 이동하면, 좌측자석(14)은 좌측자석(10)에 근접하게되어, 자석(10)의 근처에 위치하게 된다. 이 동작에서, 두 자석(14)의 이동속도는 플라즈마밀도는 시간적으로 균일화시키도록 균일한 속도가 되는 것이 바람직하다.7A to 7C illustrate a sputtering apparatus for implementing a sputtering method according to a second embodiment of the present invention. Most of the configuration is similar to that of the first embodiment, except that a plurality of magnets, for example, two
이 제2실시예서 도 1의 실시예와 비슷한 효과를 얻을 수 있다. 또한 타겟이 클 때, 즉 자석(10)간의 간격이 넓을 때, 타겟의 표면에서 자속의 감소가 발생할 가능성과 막 형성속도가 저하할 가능성이 다수의 자석(14)을 설치함으로써 억제될 수 있다.Similar effects to the embodiment of FIG. 1 can be obtained in this second embodiment. In addition, when the target is large, that is, when the distance between the
[제3실시예]Third Embodiment
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 스퍼터링 방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치의 스퍼터 전극부를 보여준다. 도 8은 도 1에 도시된 제1실시예의 스퍼터 장치의 스퍼터 전극부의 평면도인 도 2와 비슷하다. 도 9는 도 8의 선 IX-IX를 따라 절취한 단면도이다.8 shows a sputter electrode portion of a sputtering apparatus for implementing a sputtering method according to a third embodiment of the present invention. FIG. 8 is similar to FIG. 2 which is a plan view of the sputter electrode part of the sputtering apparatus of the first embodiment shown in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX of FIG. 8.
제3실시예는 직사각형 타겟(6)을 위한 것이 아니라 원형 타겟(46)을 위한 것이라는 점에서 제2실시예와 다르다.The third embodiment differs from the second embodiment in that it is not for the
원형타겟(46)의 원주 연부를 따라 설치된 환상자석(15)은 동일한 극이 타겟(46)의 원주를 따라 원형타겟(46)의 중심을 향하도록 설치된다. 도 8에서 예컨대, N극이 타겟(46)의 중심을 향하는 구성이 도시되어 있다. 세 개의 실린더형 자석(16)이 타겟(46)의 배면측에 120°의 간격을 두고서 설치되고, 이들 세 자석(16)은 원형운동, 특히 120°의 간격을 유지하면서 타겟(46)의 중심에 대해 상이한 반경을 가지는 각 동심원상에서 균일한 각속도로 동일한 방향으로 운동할 수 있도록 설치되고, 자석(15)의 중심을 향하는 극에 반대인 극이 타겟의 전면을 향하도록 설치된다. 따라서, 도 8에서, S극은 타겟(46)의 배면을 향한다.The
도 8에서, 자속은 타겟의 중심을 향하여, 플라즈마 중 전자가 힘을 받아 이힘에 의해 타겟의 배면측에 설치된 세 자석(16)의 운동에 따라 타겟(46)의 원주방향으로 전자가 운동하게 된다. 이 때, 세 자석(16)은 타겟(46)의 중심에 대해 상이한 반경을 가지는 원주상에서 각각 이동하게 되어, 플라즈마밀도는 타겟표면의 각 지점에서 시간-평균적으로 균일하게 되어, 타겟(46)의 침식부(46a)는 도 10에 도시된 바와 같이 거의 균일하게 된다. 참조번호 47은 도 1에 도시된 스퍼터 전극(7)에 대응하는 원형 스퍼터 전극을 나타낸다.In FIG. 8, the magnetic flux moves toward the center of the target, and the electrons move in the circumferential direction of the
세 자석(16)이 상기 기술에 따라 타겟의 배면측에 120°의 간격으로 설치되어도, 다수의 자석으로 비슷한 효과를 얻을 수 있다. 규칙적인 각도 간격으로 자석을 설치하는 것이 바람직하다. 타겟의 배면측에 설치된 자석(16)은 원형 대신에 환상자석(15)에 대응하는 원호 주변면을 가지는 선형(sectoral;扇形)형상을 가질 수 있다. 또한, 세 자석(16)은 항상 동일한 방향으로 서로 일체적으로 이동할 필요가 없으므로, 이들이 서로 일체적으로 이동하는 방향을 규칙적인 시간간격으로 변경시킬 수 있다.Even if three
[제4실시예]Fourth Embodiment
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 스퍼터링 방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치의 스퍼터 전극부를 보여준다. 도 11은 도 1에 도시된 제1실시예의 스퍼터 장치의 스퍼터 전극부의 평면도인 도 2와 비슷하다.11 shows a sputter electrode portion of a sputtering apparatus for implementing the sputtering method according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 11 is similar to FIG. 2 which is a plan view of the sputter electrode part of the sputtering apparatus of the first embodiment shown in FIG.
이 제4실시예는 타겟(46)의 배면측에서 이동하는 세 자석(16)이 설치되어 거의 원형운동으로 동심적으로 운동하는 구성 대신에 하나의 실린더형 자석(16)이 동심원에서 이동, 왕복운동하지 않고 나선형으로 거의 원형운동을 하는 점에서 제3실시예와 상이하다.In this fourth embodiment, instead of the configuration in which three
자석(15)은 동일한 극들이 도 8과 비슷하게 타겟(46)의 중심을 향하도록 타겟(46)의 원주를 따라 설치된다. 타겟(46)의 배면측에 설치된 자석(16)은 타겟(46)의 중심측에서 죄외주측으로 나선운동으로 이동한다. 자석(16)이 최외주측의 소정 위치에 도달하면, 자석은 반대로 타겟(46)의 최외주측에서 중심측으로 나선운동으로 이동한다. 이 운동은 플라즈마밀도를 시간적으로 거의 균일화시키도록 균일한 각속도로 이루어지는 것이 바람직하다. 자석(16)은 자석(15)의 중심을 향하는 극 대향의 극이 제3실시예와 비슷하게 타겟(46)의 전면을 향하도록 설치된다.The
이러한 구성으로, 플라즈마밀도는 타겟의 배면측에 설치된 자석(16)의 나선운동에 따라 타겟표면상의 각 지점에서 시간-평균적으로 거의 균일하게 되어, 타겟(46)의 재료사용의 효율성이 향상된다.With this configuration, the plasma density becomes almost uniform in time-average at each point on the target surface in accordance with the spiral motion of the
상기 설명에 따라 타겟의 배면측에 한 자석(16)이 설치되는 경우에도, 다수의 자석을 설치하여 이들을 동일한 방향으로 일체적으로 나선형으로 이동시키는 것이 가능하다.Even in the case where one
[제5실시예][Example 5]
도 12는 본 발명의 제5실시예에 따른 스퍼터링 방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치의 스퍼터 전극부를 보여준다. 도 12는 도 1에 도시된 제1실시예의 스퍼터 장치의 스퍼터 전극부의 평면도인 도 2와 비슷하다. 도 13은 도 12의 선 XIII-XIII를 따라 절취한 단면도이다.12 shows a sputter electrode portion of a sputtering apparatus for implementing the sputtering method according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 12 is similar to FIG. 2 which is a plan view of the sputter electrode part of the sputtering apparatus of the first embodiment shown in FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line XIII-XIII of FIG. 12.
이 제5실시예에서, 타겟(46)의 전면측에 원형구성으로 설치된 8 개의 호형(arc-shaped)전자석(17)의 극성이 제4실시예와는 달리 타겟(46)의 배면측에 자석을 설치하는 대신에 시간적으로 변한다.In this fifth embodiment, the polarity of the eight arc-shaped
8 개의 전자석(17)은 타겟(46)의 원주를 따라 규칙적인 간격으로 설치되고, 동일한 형상을 가진다. 전자석(17)은 각기, 자화되는 자성체(17a), 자성체(17a) 둘레에 감겨진 코일(17c) 및 코일(17b)에 전류를 흘러보내기 위한 전원(17c)으로 구성되며, 8 개의 전원(17c)을 제어하기 위한 제어유닛(17d)이 설치된다. 8 개의 전자석(17)의 코일(17b)을 통해 전류가 흐르는 방향을 제어유닛(17d)으로 제어함으로써, 타겟(46)의 전면에서 발생된 전자석(17)의 극은 독립적으로 제어될 수 있다.The eight
도 14a 내지 도 14c는 타겟(46)의 전면에서 발생된 전자석(17)의 자극의 시간에 따른 변화를 보여준다. 자극을 변경시킴으로써, 참조번호 92로 표시된 자속의 방향은 도 14a에서 도 14b에 도시된 상태를 거쳐, 도 14c에 도시된 상태로 변경된 다음, 도 14c에서 도 14b를 통해 도 14a에 도시된 상태로 변경된다. 이어서, 도 14a에 도시된 상태에서 도 14c로 도시된 상태로 그리고 도 14c에 도시된 상태에서 도 14a에 도시된 상태로의 변경이 다수로 임의 차례 반복된다. 따라서, 자극의 변화에 따라, 플라즈마 중 전자가 힘을 받는 참조번호 93으로 표시된 방향이 변경된다. 플라즈마 중 전자가 힘을 받는 방향(93)의 시간적인 변화로, 타겟표면 상의 플라즈마밀도는 시간-평균적으로 거의 균일하게 되어, 도 15에 도시된 바와 같이 전체적으로 거의 균일한 타겟(46b)의 침식이 이루어진다.14A-14C show the change over time of the magnetic pole of the
상기 설명에서는 8 개의 전자석(17)이 타겟의 원주를 따라 설치되었지만, 네개 이상의 짝수의 전자석이 설치되면 실시가능하다. 제5실시예의 목적에 따라 전자가 힘을 받는 방향을 시간적으로 변화를 이루기 위해 세 개 이상의 자석이 필요하다. 그리고, 타겟표면에서 전자의 대칭을 고려하면, 짝수개의 자석들이 바람직하다. 따라서, 네 개 이상의 짝수개의 전자석을 제공하는 것이 바람직하다.In the above description, eight
[제6실시예]Sixth Embodiment
도 16a 내지 도 16h는 본 발명의 제6실시예에 따른 스퍼터링 방법을 구현하기 위한 스퍼터 장치를 도시한다. 이 도면은 도 14와 비슷하게 타겟(46)의 전면에서 발생된 자극의 시간에 따른 변화를 나타낸다.16A to 16H illustrate a sputtering apparatus for implementing a sputtering method according to a sixth embodiment of the present invention. This figure shows a change over time of the stimulus generated in front of the
이 제6실시예에서, 8 개의 전자석(17)이 제5실시예와 비슷하게 타겟(46)의 원주를 따라 규칙적인 간격으로 설치된다. 제6실시예는 제어유닛(17d)의 제어로 연속하는 4 개의 전자석(17)이 동일한 극을 발생시키도록 설치되고 이들 자석에 반대편에 있는 4 개의 전자석(17)이 상기 연속의 전자석의 극과는 다른 극을 발생시키며, 상기 4 개의 연속의 전자석(17)이 시간 경과에 따라 차례차례 변위되는 점에서 제5실시예와 상이하다.In this sixth embodiment, eight
순간적으로, 플라즈마 중 전자가 타겟 표면에 평행한 소정 방향으로 힘을 받는다. 이 제6실시예에서, 상기 방향은 360°회전되어, 타겟(46)표면상의 플라즈마밀도는 시간-평균적으로 거의 균일하게 된다. 따라서, 도 17에 도시된 바와 같이, 타겟(46)의 침식부(46c)의 침식은 전체적으로 거의 균일하게 진행되어, 재료의 사용효율성이 향상된다. 또한, 이 단계에서, 막 형성속도는 아주 빠르며, 기판상에 형성된 막의 분포도가 도 18에 도시된 바와 같이 한 거의 균일하게 된다.Instantly, electrons in the plasma are forced in a predetermined direction parallel to the target surface. In this sixth embodiment, the direction is rotated 360 [deg.] So that the plasma density on the surface of the
더불어, 이 제6실시예에 따라, 사이에 타겟(46)을 두고서 상호 대향하는 전자석(17)은 명확히 다른 극을 가진다. 따라서, 도 19에 도시된 바와 같이 한 전자석(57)으로 두 자극이 제공되는 구성을 택함으로써, 전자석(57)의 수는 4 개로 감소될 수 있어서, 장치가 간단해진다. 자성체(57a)의 둘레에 코일(57b)이 감긴 전자석(57)을 설치하여 코일(57b)을 통해 전원(57c)으로부터 전류를 흘리고, 전술한 제어유닛(17d)과 유사한 제어유닛(57d)으로 4 개의 전원(57c)을 제어하는 것이 바람직하다. 전자석(17, 57)의 코일부는 챔버(1)의 대기측에 위치되는 것이 가장 바람직하다.In addition, according to this sixth embodiment, the
상기 설명에서는, 8 개의 전자석(17)이 타겟(46)의 원주를 따라 설치되었지만, 4 개 이상의 전자석이 설치되면 설치가능하다. 짝수개의 전자석(17)을 설치하는 것이 가장 바람직하다.In the above description, eight
위의 각 실시예에서, 각 자석의 이동주파수, 자극의 변화주파수 및 이들의 동작시간을 측정하는 것이 바람직하다.In each of the above embodiments, it is desirable to measure the moving frequency of each magnet, the change frequency of the magnetic poles, and their operating time.
또한, 제1 및 제2실시예에서, 타겟의 전면측에 설치된 자석(10)과 타겟의 배면측에 설치된 자석(14)이 설치되는 방향은 직사각형 타겟(6)의 길이방향으로만 제한되지 않고, 길이방향에 수직인 짧은 측을 따라 설치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2실시예에서, 타겟의 배면측에 임의 수의 자석(14)이 설치될 수 있다.In addition, in the first and second embodiments, the direction in which the
그리고, 제4실시예에서, 타겟의 배면측에 설치된 자석(16)의 수는 하나로 제한되지 않고, 임의 수로 될 수 있다.In the fourth embodiment, the number of
또한, 제5 및 제6실시예에서, 플라즈마밀도를 시간적으로 거의 균일화시키기 위해 동일한 시간간격에서 전자석(17 및 57)의 자극을 변경시키는 방법을 채택하는 것이 바람직하다.Further, in the fifth and sixth embodiments, it is preferable to adopt a method of changing the magnetic poles of the
1996년 10월 2일 출원된 일본특허출원 제8-261643호의, 상세한 설명, 청구항, 도면, 및 요약서를 포함한 전체 설명을 본 명세서에서 통합하여 참고로 한다.The entire description of Japanese Patent Application No. 8-261643, filed October 2, 1996, including the detailed description, the claims, the drawings, and the abstract, is incorporated herein by reference.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 타겟표면에서 플라즈마밀도를 거의 균일하게 하고, 타겟의 침식을 거의 균일하게 하고, 타겟재료의 사용효율성을 증가시키고 또한 기판상에 박막의 형성속도를 향상시키는 유리한 효과를 발생시켜, 막두께의 균일성이 확보되는 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, it is advantageous to make the plasma density almost uniform on the target surface, the erosion of the target almost uniform, increase the use efficiency of the target material, and improve the formation rate of the thin film on the substrate. By producing the effect, it is possible to obtain an excellent effect of ensuring the uniformity of the film thickness.
비록 본 발명이 첨부도면을 참조해 바람직한 실시예와 함께 상세히 설명되었다 하더라도, 다양한 수정과 변경이 이루어질 수 있다는 것을 본 기술분야의 당업자라면 잘 알 수 있을 것이다. 그러한 변경과 수정들은 청구항의 범위를 이탈하지 않는다면, 본 발명의 범위내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Although the present invention has been described in detail with the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes can be made. Such changes and modifications are to be understood as included within the scope of the present invention without departing from the scope of the claims.
Claims (12)
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