KR100317208B1

KR100317208B1 - 박막형성장치및그를이용한화합물박막형성방법

Info

Publication number: KR100317208B1
Application number: KR1019980041848A
Authority: KR
Inventors: 가즈호 소네; 노부마사 스즈끼
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2002-01-12
Also published as: DE69821429T2; EP0908531B1; EP0908531A2; EP0908531A3; DE69821429D1; KR19990036905A; US6238527B1

Abstract

본 발명에 따르면, 기판 (2)을 고정하는 기판 고정 수단 (7), 타겟 (1)을 고정하는 타겟 고정 수단 (12), 타겟을 스퍼터링하기 위한 스퍼터링 가스를 반응 챔버 내로 공급하는 가스 공급 수단 (3), 및 타겟과 기판 사이의 공간에서 방전을 일으키기 위한 전력을 공급하는 전력 공급 수단 (8)으로 이루어지며, 타겟과 기판 사이에 복수의 개공 (6a)가 있는 구획 부재 (6)이 설치되고, 기판과 구획 부재 사이의 공간으로 반응 가스와 마이크로파를 공급하는 수단이 제공된, 치밀한 박막을 높은 증착 속도로 형성시키는 막 형성 장치가 제공된다.

Description

박막 형성 장치 및 그를 이용한 화합물 박막 형성 방법 {Thin Film Forming Apparatus and Method of Forming Thin Film of Compound by Using the Same}

본 발명은 박막 형성 장치 및 더 구체적으로는 반도체 디바이스용 전극 및 보호막, 액정 장치용 전극 및 보호막, 광자기 기록 매체용 보호막 및 광학 기기용 반사방지막 및 반사강화막을 형성하기에 적합한 박막 형성 방법 분야에 관한 것이다.

박막 형성 방법의 하나로 스퍼터링이 알려져 있다.

종래의 반응성 스퍼터링에서는 스퍼터링 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 반응 챔버 내에 도입하고, 화합물 타겟 또는 금속 타겟을 스퍼터링하여 타겟을 구성하는 원자들과 반응 가스간의 화학 반응에 의해 금속 화합물 박막을 형성시킨다. 절연성 화합물 타겟의 경우 RF 또는 마이크로파와 같은 고주파 전력을 공급하여 방전을 일으킬 수는 있지만 증착 속도가 대체로 낮다. 금속 타겟의 경우에는 DC 전압을 공급하여 방전을 일으키는 것이 가능하므로 증착속도가 향상될 수 있다.

타겟이 금속으로 만들어진 경우라 하더라도 반응 가스가 금속 타겟의 표면에서 타겟과 반응하여 타겟 표면에 금속성 화합물을 형성한다. 금속 화합물에 대한 스퍼터링 수율은 금속에 대한 스퍼터링 수율의 약 10%이므로 반응성 스퍼터링에서는 증착 속도가 작다. 화합물 타겟의 경우에도 화합물로부터 형성된 박막은 금속 원자 함량이 높기 때문에 화합물의 화학양론적 비율에 근사한 조성의 막을 얻기 위해서는 반응 가스를 부가하는 것이 필요하다. 금속 타겟의 경우 반응 가스의 유속이 감소하면 형성되는 금속 화합물 박막의 금속 원자 함량이 크게 되므로 형성된 막이 화학양론적 비율을 만족하지 못하고 광학적 특성 (굴절률, 투과율 등) 등의 면에서 열등하다.

따라서 이러한 기술적 문제를 해결하기 위해 여러 가지 시도가 있었다.

도 6은 일본 특허 공개 제62-56570호에 개시된 반응성 스퍼터링 장치의 개략도이다. 참조 번호 1은 타겟, 2는 기판, 3은 스퍼터링 가스로 사용할 아르곤 (Ar)을 공급하는 튜브, 4는 반응 가스로 사용할 산소 (O₂)를 공급하는 튜브, 9는 반응 챔버, 12는 타겟 홀더를, 그리고 7은 기판 홀더를 표시한다.

상기 특허 출원에 따르면, 도 6에 나타낸 장치를 사용하면 스퍼터링 속도가 향상되고, 스퍼터링 가스와 반응 가스를 별도로 도입함으로써 타겟 부근에 치중하여 스퍼터링을 일으키고 산화 반응이 기판의 부근에 치중하여 일어나게 하므로 산화물의 특성이 향상된다고 한다.

그러나 실제로는, 스퍼터링 가스가 타겟과 기판 사이에서 반응 가스와 혼합되어 두 가지 가스의 혼합물의 플라즈마가 생성된다. 특히 면적이 큰 기판에 박막을 형성시키려 하는 경우에는 기판과 타겟 사이에서 방전 구역이 크다. 따라서 막 품질의 향상과 스퍼터링 속도의 증가를 거의 기대할 수 없다.

한편, 도 7은 일본 특허 공개 제6-41733호에 개시된 반응성 스퍼터링 장치의 개략도이다. 참조 번호 1은 타겟을, 2는 기판을, 3은 스퍼터링 가스로 사용하는 아르곤을 공급하는 튜브를, 4는 반응 가스로 사용하는 산소를 공급하는 튜브를, 9는 반응 챔버를, 12는 타겟 홀더를, 7은 기판 홀더를, 8은 전원을, 13은 차압판을, 14는 고주파 전원을, 15는 배기 펌프를, 16은 자석을, 그리고 17은 냉매를 순환시키는 튜브를 표시한다.

이 장치에서는, 반응 챔버 (9)의 상부에 진공 펌프와 연결된 배기구를 설치하고 차압판 (13)을 이용하여 반응 챔버의 상부와 하부 사이에 압력차를 발생시킴으로써 스퍼터링 가스를 반응 가스로부터 분리하려는 시도가 행해졌다.

일본 특허 공개 제7-335553호에는 상기한 장치와는 다른 목적을 달성하기 위해 제안된 반응성 스퍼터링 장치가 개시되어 있다. 이 장치는 반도체 디바이스의 접촉 홀을 메우기 위해 종횡비가 큰 콜리메이터를 타겟과 기판 사이에 배치하여 스퍼터링된 타겟의 성분 원자들이 기판의 표면 상으로 입사하는 각도를 좁힌 것이다.

그러나 도 7에 나타낸 장치는 차압판 (13)의 개구부 (13a)가 기판 (2)보다 커서 실제로는 스퍼터링 가스가 차압판 (13)의 개구부 (13a)를 통해 기판 (2) 쪽으로 흘러가기 때문에 방전 영역이 확장된다. 따라서 충분한 스퍼터링 속도 또는 막 특성의 향상이 기대한 만큼 이루어지지 않는다. 또한, 이 장치는 고주파 전원 (14)를 써서 산소를 예비 여기시킬 필요가 있고, 예비 여기로 인해 반응 가스 공급 튜브 (4)의 안쪽 표면이 스퍼터링되므로 철과 같은 반응 가스 공급 튜브의 구성 물질이 형성되는 막에 함유되는 폐해를 가져온다.

또한, 이 장치는 기판에 날아드는 스퍼터링된 입자에 의해 기판이 지나치게 가열되기 쉽다.

상기한 방법들 중 어떤 것도 치밀한 막을 빠른 속도로 형성하는 방법으로는 사용할 수 없다.

이해하기 쉬운 예를 들자면, 알루미나와 같은 투명한 재료로 막을 형성하는 경우 굴절률이 설계치보다 낮아지는 현상이 생긴다.

본 발명의 목적은 마이크로파를 사용하여 치밀한 막을 빠른 속도로 형성시킬 수 있는 박막 형성 장치 및 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 두께가 균일하고 광학 특성 또는 전기적 특성이 막의 면내에서 균일한 박막을 형성시킬 수 있는 박막 형성 장치 및 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 면적이 큰 균일한 박막을 형성시킬 수 있는 박막 형성 장치 및 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 기본적인 구성을 도시한 개략도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 반응성 스퍼터링 장치의 개략적 단면도.

도 3은 본 발명의 반응성 스퍼터링 장치에 사용되는 구획 부재의 평면도.

도 4는 본 발명의 반응성 스퍼터링 장치에 사용되는 마이크로파 공급기를 설명하기 위한 개략도.

도 5는 본 발명에 사용되는 마이크로파 공급기의 단면도.

도 6은 종래의 반응성 스퍼터링 장치의 한 예를 보여주는 개략도.

도 7은 종래의 반응성 스퍼터링 장치의 다른 예를 보여주는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 타겟

2: 기판

3, 4: 가스 샤워 헤드

5, 55: 플라즈마

6: 구획 부재 (그리드 판)

7: 기판 홀더

8: 전원

9: 반응 챔버

10: 스퍼터링 가스 공급구

11: 반응 가스 공급구

12: 타겟 홀더

50: 마이크로파 공급기 (안테나)

53: 슬롯

본 발명의 막 형성 장치는 기판을 고정하는 기판 고정 수단, 원료를 고정하는 원료 고정 수단, 원료를 스퍼터링하기 위한 스퍼터링 가스를 공급하는 스퍼터링 가스 공급 수단, 및 원료와 기판 사이의 공간에서 방전을 일으키기 위한 전력을 공급하는 전력 공급 수단으로 이루어지며, 원료와 기판 사이에 복수의 개공이 있는 구획 부재가 설치되고, 구획 부재와 기판 사이의 공간에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급 수단이 설치된 것이다.

또한, 기판을 고정하는 기판 고정 수단, 원료를 고정하는 원료 고정 수단, 원료를 스퍼터링하기 위한 스퍼터링 가스를 공급하는 스퍼터링 가스 공급 수단, 및 원료와 기판 사이의 공간에서 방전을 일으키기 위한 전력을 공급하는 전력 공급 수단으로 이루어진 장치를 이용하여 화합물 박막을 형성시킴으로써 수행되는 본 발명의 막 형성 방법은, 복수의 개공이 있는 구획 부재를 기판과 원료 사이에 설치하는 단계, 원료와 구획 부재 사이의 공간으로 스퍼터링 가스를 공급하여 적어도 원료와 구획 부재 사이에서 방전을 일으키는 단계, 및 구획 부재와 기판 사이의 공간을 향해 마이크로파를 공급하여 기판 위에 원료를 구성하는 원자들을 함유하는 막을 형성시키는 단계로 이루어진다.

도 1은 본 발명의 기본적 구성을 설명하기 위한 개략도이다.

참조 번호 1은 스퍼터링 타겟으로 사용되는 원료를, 2는 막이 형성되는 기판을, 그리고 6은 구획 부재를 표시한다.

원료 (1)와 구획 부재 (6) 사이의 공간으로 스퍼터링 가스 (가스 1)를 공급한다. 스퍼터링 가스 (가스 1)는 이 공간에서 전기 에너지에 의해 방전을 일으켜원료 (1)을 스퍼터링한다.

스퍼터링에 의해 생성된 입자는 구획 부재 (6)에 형성되어 있는 개공을 통과하여 구획 부재 (6)과 기판 (2) 사이의 공간에 도달한다.

반응 가스 (가스 2)가 이 공간으로 공급되므로 스퍼터링된 원료 입자는 기판 (2) 부근에서, 또는 기판 (2)의 표면에서 반응 가스와 반응한다.

기판 (2)쪽에 있는 공간으로 마이크로파가 공급되므로 반응 가스는 마이크로파의 에너지에 의해 이온화 및(또는) 활성화되어 원료 입자와 강력히 반응한다.

본 발명에 따르면, 구획 부재는 스퍼터링 가스의 플라즈마를 기판의 표면으로부터 격리시켜 형성되는 막에 대한 악영향을 방지하는 역할을 한다. 기판 부근에 마이크로파의 에너지가 공급되므로 여기 및 이온화로 인해 반응 가스의 활성화가 촉진된다.

구획 부재가 스퍼터링된 다량의 타겟 구성 원자들의 일부를 포획하므로 기판으로 날아드는 스퍼터링된 타겟 원자에 의해 기판이 과도하게 가열되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 구획 부재에 직류 전압을 인가하여 타겟 측에서 기판 표면으로 유해한 이온이 침입하는 것을 방지하는 것도 가능하다.

위와 같이 구획 부재와 마이크로파의 공급을 병용함으로써 기판 표면에서의 스퍼터링된 입자와 반응 가스간 반응을 촉진하여 대면적의 치밀한 막을 고속도로 형성시킬 수 있다. 또한 두께가 균일하고 광학적 특성 또는 전기적 특성이 막의 면내에서 균일한 화합물 박막을 형성시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 비교적 박막을 형성시키기 어렵다고 여겨지는 산화알루미늄과 같이 굴절률이 높은 화합물박막을 용이하게 형성시킬 수 있다.

스퍼터링 가스 및 반응 가스의 공급 방법 및 마이크로파의 공급 방법 등 도 1과 관련하여 위에서 설명하지 않은 것들은 본 발명에 있어서 특별히 제한되지 않는 것들이다.

막의 성질, 증착 속도 및 반복성을 향상시키기 위하여 장치의 부품 각각을 설명한 구조를 참조하여 변경시킬 수 있음은 물론이다.

<반응성 스퍼터링 장치>

도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 반응성 스퍼터링 장치를 예시하는 개략적 단면도이다.

도 2에 도시한 반응성 스퍼터링 장치는 기판 (2)를 고정하기 위한 기판 고정 수단인 기판 홀더 (7), 원료인 타겟 (1)을 고정하기 위한 타겟 고정 수단인 타겟 홀더 (12), 스퍼터링 가스를 반응 챔버 (9) 내로 공급하는 스퍼터링 가스 공급 수단인 가스 샤워 헤드 (3), 및 필요에 따라 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 수단으로 제공되는 가스 샤워 헤드 (4)를 포함한다. 이 장치는 또한 타겟 (1)과 기판 (2) 사이의 공간에 방전에 의한 플라즈마를 생성시키는 데 요구되는 전력을 공급하는 전력 공급 수단으로 사용되는 전원 (8)을 갖추고 있다. 타겟 (1)과 기판 (2) 사이에는 구획 부재로서 복수의 개공 (6a)를 가진 그리드 판 (6)이 설치된다. 그리드 판 (6)과 기판 (2) 사이의 공간에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급 수단이 설치된다. 도 2에 도시된 실시형태에서는 마이크로파 공급 수단으로 내벽에 형성된 복수의 슬릿 (53)를 갖춘 원통형 슬롯 안테나 (50)과 직각형 도파관(52)가 사용된다. 타겟 (1)과 그리드 판 (6) 사이의 공간에 스퍼터링 가스를 공급하고 기판 (2)와 그리드 판 (6) 사이의 공간에 반응 가스를 공급하도록 필요에 따라 스퍼터링 가스를 공급하기 위한 개구 (10)과 반응 가스를 공급하기 위한 개구 (11)을 서로 떨어진 위치에 설치한다.

필요에 따라 그리드 판 (6) 위의 공간 (56)을 배기시키기 위한 배기구 (57)과 그리드 판 (6) 아래의 공간 (58)을 배기시키기 위한 배기구 (59)를 별도로 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 유전체 창 (54)를 통해 그리드 판 (6)과 기판 (2) 사이의 공간에 마이크로파를 도입하여 방전을 일으킨다.

도 3은 본 발명에 사용되는 그리드 판 (6)의 일례를 보여주는 평면도이다. 그리드 판 (6)의 적어도 표면 (6c)의 재료를 형성시킬 막의 재료에 종속적으로 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 플루오르화마그네슘막을 형성시키는 경우에는 마그네슘 또는 플루오르화 마그네슘으로 코팅된 도전성 부재 또는 마그네슘을 함유한 도전성 부재를 사용하는 것이 바람직하다. 산화규소막을 형성시키는 데에는 규소, 또는 산화규소로 피복된 도전성 부재를 사용하고, 산화탄탈막을 형성시키는 데에는 탄탈, 또는 산화탄탈로 피복된 도전성 부재를 사용하며, 산화알루미늄막을 형성시키는 데에는 알루미늄, 또는 산화알루미늄으로 피복된 도전성 부재를 사용한다. 적어도 그리드 판의 표면용 재료는 산화규소, 규소, 산화탄탈, 탄탈, 산화알루미늄, 알루미늄, 플루오르화마그네슘, 마그네슘, 산화인듐, 질산티탄, 티탄, 산화구리, 구리 등과 같은 재료에서 선택한다. 화합물로 피복된 그리드 판을 사용하는 경우, 타겟 재료와는 무관하게 선택된 도전성 및 반도체성 재료로 된 판상 기재를 써서 기재의 표면을 타겟 또는 형성시킬 화합물 박막과 동일한 재료의 코팅으로 피복하여 사용할 수 있다.

그리드 판 (6)에 만들어진 복수의 개공 (6a)의 종횡비는 바람직하게는 1.0 미만, 더 바람직하게는 0.6 미만이다. 이러한 종횡비에 의해 가스의 상호 확산이 억제되고 적절한 증착 속도로 막이 형성될 수 있어 전체 표면에 걸쳐 두께가 균일한 막을 얻을 수 있게 된다.

그리드 판의 윗쪽에서 본 개공의 3차원적 형태는 원통형 또는 각주형일 수 있으며, 개공의 평면적 형상, 즉 개구 형상 (2차원 형상)은 원형, 타원형, 사각형, 삼각형 등일 수 있다.

개공 (6a)의 종횡비 (AR)는 개공의 깊이 (판의 두께) (D)를 개공과 면적이 동일한 원의 직경 (L)로 나누어 얻는 값 (D/L)으로 정의한다. 또한, 이 직경 (L)은 바람직하게는 기판 (2) 직경의 1 내지 15%, 더욱 바람직하게는 4 내지 10%이다.

균일한 막을 얻기 위해서는 그리드 판 (6)의 복수의 개공 (6a)이 규칙적으로 분포하는 것이 바람직하다. 대면적의 균일한 박막을 적절한 증착 속도로 형성하기 위해서는 그리드 판의 개구율이 바람직하게는 20 내지 95%, 더욱 바람직하게는 50 내지 95%이다.

더욱 바람직하게는, 그리드 판과 타겟 사이에 전위차를 발생시키도록 그리드 판 (6)이 소정의 전위를 유지하는 상태에서 스퍼터링을 행한다. 그리드 판 (6)에 기판 (2)보다 높은 전위로 바이어스를 가하는 것이 바람직하다. 이러한 바이어스에 의해 플라즈마에서 음이온이 기판측으로 침입하여 막에 가하는 충격이 억제된다. 스퍼터링 속도를 증가시키기 위해 공급하는 전력을 증강시킬 수 있지만 그렇게 하면 과도한 양의 스퍼터링된 원자가 기판으로 날아들어 기판이 과도하게 가열될 것이다. 이러한 과열은 열변형되어서는 안될 기판에 막을 형성시킬 때에는 허용할 수 없다. 이 실시형태에서는 스퍼터링된 원자의 일부를 포획하는 그리드 판을 사용함으로써 그러한 문제를 해결할 수 있다.

또한, 구획 부재는 개공을 가진 판상 부재에 한정되지 않으며 메쉬형 부재일 수도 있다.

스퍼터링 가스 공급구 (10)은 도 2에 나타낸 것과 같이 타겟 (1)을 둘러싸도록 타겟 (1)의 부근에 복수개 설치되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시한 장치에서는, 복수의 스퍼터링 가스 공급구 (10)이 공급관의 중심에서 타겟 (1) 측에 설치되어 가스가 타겟 (1) 쪽으로 우선적으로 방출되도록 구성되어 있다. 스퍼터링 가스 공급구 (10)은 환상 공급관인 가스 샤워 헤드 (3)에 거의 균등한 간격으로 배열되어 있다. 달리 말하면, 복수의 스퍼터링 가스 공급구 (10)은 공급관의 원주를 따라 대칭적으로 배열되어 있다.

마찬가지로, 복수의 반응 가스 공급구 (11) 역시 기판 (2)를 둘러싸도록 기판 (2) 부근에 설치된다. 도 2에 도시한 장치에서는, 반응 가스 공급구 (11)은 공급관의 중심에서 기판 (2) 측에 설치되어 가스가 기판의 표면 쪽으로 우선적으로 방출되도록 구성되어 있다. 반응 가스 공급구 (11)은 환상 공급관인 가스 샤워 헤드 (4)에 거의 균등한 간격으로 배열되어 있다. 달리 말하면, 복수의 반응 가스 공급구 (11)은 공급관의 원주를 따라 대칭적으로 배열되어 있다.

기판 고정 수단 (7)은 스퍼터링시 1 내지 50 rpm으로 회전할 수 있도록 구성된다. 기판 고정 부재 (7)의 회전에 의해 막을 더욱 균일하게 형성시킬 수 있다.

타겟 홀더 (12)에 자기장 발생 수단을 설치하여 반응성 마그네트론 스퍼터링을 행할 수도 있다. 이러한 수단은 스퍼터링 가스의 플라즈마를 타겟 부근에 붙잡아두는 데 효과적이다.

전원 (8)로는 직류 전원 외에 교류 전원을 사용할 수 있다. 교류 전원으로는 13.56 MHz 등의 RF 전원을 사용할 수 있으며 필요에 따라 직류 바이어스 전압을 중첩시킬 수 있다.

반응 챔버 (9)의 상단면 및 하단면에 설치된 배기구 (57) 및 (59)는 도시하지 않은 배기 펌프에 연결되어 있다. 배기 펌프는 주배기용의 터보 분자 펌프 또는 크라이오펌프를 예비배기용의 로타리 펌프 등과 조합하여 구성할 수 있다.

도 2에 도시한 장치에서는 타겟 (1)이 장치의 상부에 배치되고 기판이 장치의 저부에 배치되어 있지만 이 위치 관계를 역전시켜 기판을 상부에 배치하여 형성되는 막의 표면이 아래쪽을 향하고 타겟을 저부에 배치하여 스퍼터링할 타겟의 표면이 위쪽을 향하게 할 수도 있다. 다른 방법으로는, 평판인 기판과 타겟을 수직 위치에 배치하여 형성되는 막의 표면과 스퍼터링할 타겟의 표면이 수평이 되지 않게 할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 사용되는 마이크로파 공급기를 설명하기 위한 개략도이다. 마이크로파 공급 수단으로 사용되는 환상 멀티슬롯 안테나 (50)은 도 4에 나타낸 직각 도파관을 구부려 접합시켜 이루어진다.

마이크로파 발진기 (61)에서 발생된 마이크로파는 아이솔레이터 (62), 파워 모니터 (63) 및 튜너 (64)와 같은 조정 수단을 거쳐 직각 도파관의 도입부 (52)로 전달된 다음 안테나 (50)의 내부 공간 (51)을 통해 전달된 후, 복수의 슬롯 (53)에서 방사된다.

도 5는 무종단화시킨 무종단 환상 도파관으로 이루어진 멀티슬롯 안테나 (50)의 단면도이다.

안테나 (50)으로 도입된 마이크로파는 분배기 (60)에 의해 유도되어 시계 및 반시계 방향으로 안테나 (50) 내에 전파되고, 슬롯 (53)으로부터 안테나 내측으로 방사된다.

마이크로파의 파장 및 안테나 (50)의 원주 길이를 조정함으로써 안테나 내에 정상파를 발생시키는 공동 공명 구조를 구축할 수 있다.

상기와 같은 무종단 환상 도파관은 일본 특허 공개 제5-345982호 및 미국 특허 제5,538,699호 및 동 5,487,875호에 상세히 기재되어 있다.

본 발명에는 예를 들어 2.45 GHz의 발진기 및 96 mm x 27 mm의 도파관을 사용하고, 마이크로파의 도파관 내 파장 λg를 158.98 mm로 정하며 원주 길이가 λg의 정수 배가 되는 무종단 안테나를 사용하는 것이 바람직하다.

이 경우, 슬롯 길이는 λg/4 + α (α = 1 내지 2 mm)이고, 슬롯 폭은 λg/2이며, 슬롯들을 적절한 간격으로 배열할 수 있다.

이 실시형태에 바람직한 반응성 스퍼터링 장치는 슬롯 (53)으로부터 석영 또는 알루미나로 된 유전체 창 (54)를 통해 그리드 판 (6)과 기판 (2) 사이의 공간에도입시킨 마이크로파에 의해 이 공간에서 방전을 일으켜 반응 가스 공급구 (11)로부터 공급된 반응 가스의 플라즈마 (55)를 발생시킨다. 한편, 타겟 (1)과 그리드 판 (6) 사이의 공간에는 스퍼터링 가스의 플라즈마 (5)가 발생되어 타겟을 스퍼터링한다. 플라즈마 (55) 중의 반응 가스 활성종과 스퍼터링되어 개공 (6a)를 통과한 타겟 입자가 기판 위에서 이동하면서 반응하여 화합물을 생성한다.

<막형성 방법>

이제 위에서 설명한 반응성 스퍼터링 장치를 이용하여 박막을 형성시키는 방법에 대해 설명한다.

먼저 반응 챔버 (9) 내에 타겟 (1), 기판 (2) 및 구획 부재인 그리드 판 (6)을 배치하는 것이 필요하다.

구체적으로는, 먼저 복수의 개공을 가진 그리드 판 (6)을 반응 챔버 (9) 내의 소정의 위치에 배치한다. 다음, 타겟 (1)을 타겟 홀더 (12) 상에 배치하고 이어서 기판 (2)를 기판 홀더 (7) 상에 놓는다.

반응 챔버 내의 상부 공간 (56)과 하부 공간 (58)을 배기시키고, 필요에 따라 기판 (2)를 가열한다.

가스 샤워 헤드 (3)의 공급구 (10)에서 타겟 (1)과 그리드 판 (6) 사이의 공간으로 스퍼터링 가스를 도입시키고, 반응 가스 샤워 헤드 (4)의 공급구 (11)에서 기판 (2)와 그리드 판 (6) 사이의 공간으로 반응 가스를 공급한다.

반응 챔버내 압력을 바람직하게는 0.05 내지 13 Pa, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 13 Pa로 유지하는 상태에서, 타겟 (1)과 그리드 판 (6) 사이에 직류 전압 또는 RF 전압을 인가하여 타겟 (1)과 그리드 판 (6) 사이에서 방전을 일으켜 스퍼터링 가스의 플라즈마 (5)를 발생시킨다. 플라즈마 중의 양이온에 의해 스퍼터링된 타겟 구성 원자는 그리드 판 (6)의 개공 (6a)를 통과하여 기판 (2)의 표면에 도달한다. 그리드 판 (6)과 기판 (2) 사이의 공간에서는 안테나 (50)로부터 공급되는 마이크로파에 의해 반응 가스의 방전이 일어난다. 스퍼터링된 타겟 구성 원자와 반응하는 반응 가스의 활성종이 이 공간에 존재하므로 양 물질은 기판의 표면에서 반응하여 타겟 구성 원자와 반응 가스 구성 원자를 함유한 막을 형성시킬 수 있다.

이 실시형태에 따르면, 반응 가스가 입사 에너지가 약 8 eV인 마이크로파의 에너지로 여기되므로 기판 상에서 산소의 이동이 촉진되며 스퍼터링된 고에너지의 입자는 그리드 판에 포획되므로 손상이 없는 치밀한 막이 형성될 수 있다. 또한, 반응 가스 활성종이 타겟 측으로 흐르는 것을 그리드 판이 방지할 수 있으므로 반응 가스 활성종과 스퍼터링된 타겟 구성 원자간의 반응이 기판의 표면 상에서 우선적으로 일어난다. 따라서 이 실시형태에서는 스퍼터링 속도를 저하시키지 않으면서 화학양론적 비율에 상당히 근접한 조성을 갖는 박막을 형성시킬 수 있다.

타겟 재료와 구획 부재의 표면 재료로는 SiO₂, Al₂O₃, Ta₂O₅, InO, SnO₂, TiN, Cu₂O, ZnO, MgF₂및 MgO와 같은 화합물 및 Mg, Al, Ta, Si, Ti, Cu, In, Sn 및 Zn 등의 재료가 있다. 증착 속도를 더 증가시키기 위해 Mg, Al, Ta, Si, Ti, Cu, In, Sn, Zn 등과 같은 도전성 재료를 함유한 비산화물, 비질화물 또는 비플루오르화물로 된 타겟을 사용하는 것이 바람직하다.

스퍼터링 가스로는 He, Ne, Ar, Kr, Xe 등이 있다.

반응 가스로는 O₂, N₂, N₂O, F₂, NF₃, O₃등이 있다.

기판은 광 투과성일 수도, 아닐 수도 있다. 기판용 재료로는 규소 또는 GaAs와 같은 반도체 재료, 유리, 석영 또는 플루오라이트와 같은 절연 재료, 또는 스테인레스 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속이 있다.

본 발명에 의해 산화규소, 산화알루미늄, 산화탄탈, 산화인듐, 산화주석, 질화티탄, 산화구리, 산화아연, 플루오르화마그네슘, 플루오르화알루미늄, 산화마그네슘 등의 박막 형성이 가능하다.

특히, 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치는 요면(凹面) 또는 철면(凸面)을 가진 광 투과성 절연 기판의 표면에 광학 박막을 형성하는 데 효과적이이며, 본 발명에 따른 박막 형성 방법으로 얻어진 광학 박막은 KrF 엑시머 레이저 또는 ArF 엑시머 레이저 방식의 기기의 반사 방지막 또는 반사 강화막으로서 우수한 특성을 발휘한다.

본 발명에 따르면, 반응 가스가 억제된 스퍼터링 가스로 타겟을 스퍼터링함으로써 증착 속도를 향상시킬 수 있고, 마이크로파 플라즈마에 의해 기판 표면에서의 반응 가스의 반응을 촉진함으로써 치밀한 막을 고속도로 형성시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 두께가 균일하고 막의 면 내에서 광학적 특성 또는 전기적 특성이 균일한 화합물 박막을 형성시키는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 의해 면적이 큰 화합물 박막을 쉽게 형성시킬 수 있다.

Claims

기판을 고정하는 기판 고정 수단,

원료를 고정하는 원료 고정 수단,

원료를 스퍼터링하기 위한 스퍼터링 가스를 반응 챔버 내로 공급하는 스퍼터링 가스 공급 수단,

반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 수단, 및

원료와 기판 사이의 공간에서 방전을 일으키기 위한 전력을 공급하는 전력 공급 수단

으로 이루어지며,

원료와 기판 사이에 복수의 개공이 있는 구획 부재가 설치되고,

원료와 구획 부재 사이의 공간으로 스퍼터링 가스를 공급하고 기판과 구획 부재 사이의 공간으로 반응 가스를 공급하도록 스퍼터링 가스 공급구와 반응 가스 공급구가 서로 떨어져서 설치되며,

구획 부재와 기판 사이의 공간으로 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급 수단이 갖추어진 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
제1항에 있어서, 구획 부재의 개공의 종횡비가 1.0 미만인 박막 형성 장치.
제1항에 있어서, 마이크로파 공급 수단이 슬롯이 있는 무종단 환상 도파관을갖는 박막 형성 장치.
제1항에 있어서, 구획 부재가 복수의 개공이 규칙적으로 분포된 판상 부재인 박막 형성 장치.
제1항에 있어서, 구획 부재가 원료와 또는 형성시킬 막과 동일한 재료로 된 표면을 갖는 박막 형성 장치.
제1항에 있어서, 스퍼터링 가스 공급구가 타겟 부근에 타겟을 둘러싸도록 복수개 배치되고 반응 가스 공급구가 기판 부근에 기판을 둘러싸도록 복수개 배치된 박막 형성 장치.
제1항에 있어서, 막형성 과정에서 구획 부재에 직류 전압이 인가되는 박막 형성 장치.
제1항에 있어서, 기판 고정 부재가 면내 회전가능한 것인 박막 형성 장치.
기판을 고정하는 기판 고정 수단, 원료를 고정하는 원료 고정 수단, 원료를 스퍼터링하기 위한 스퍼터링 가스를 반응 챔버 내로 공급하는 스퍼터링 가스 공급 수단, 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 수단, 및 원료와 기판 사이의 공간에서 방전을 일으키기 위한 전력을 공급하는 전력 공급 수단으로 이루어진 장치를 사용하여 화합물 박막을 형성하는 박막 형성 방법으로서,

복수의 개공이 있는 구획 부재를 기판과 원료 사이에 설치하는 단계,

원료와 구획 부재 사이의 공간으로 스퍼터링 가스를 공급하고 기판과 구획 부재 사이의 공간으로 반응 가스를 공급하는 단계,

적어도 원료와 구획 부재 사이에서 방전을 일으키는 단계, 및

구획 부재와 기판 사이의 공간을 향해 마이크로파를 공급하여 기판 위에 원료를 구성하는 원자들을 함유하는 막을 형성시키는 단계

로 이루어지는 박막 형성 방법.
제9항에 있어서, 구획 부재의 개공의 종횡비가 1.0 미만인 방법.
제9항에 있어서, 마이크로파가 무종단 환상 도파관에 만들어진 슬롯으로부터 공급되는 방법.
제9항에 있어서, 구획 부재가 복수의 개공이 규칙적으로 분포된 판상 부재인 방법.
제9항에 있어서, 구획 부재가 원료 또는 화합물과 동일한 재료로 된 표면을 갖는 방법.
제9항에 있어서, 스퍼터링 가스는 타겟 부근에 타겟을 둘러싸도록 배치된 복수의 공급구로부터 공급되고, 반응 가스는 기판 부근에 기판을 둘러싸도록 배치된 복수의 공급구로부터 공급되는 방법.
제9항에 있어서, 막형성시에 구획 부재에 직류 전압을 인가하는 상태에서 스퍼터링을 행하는 방법.
제9항에 있어서, 기판을 회전시키면서 스퍼터링을 행하는 방법.
제9항에 있어서, 기판이 광투과성 절연 기판인 방법.
제9항에 있어서, 스퍼터링 가스가 He, Ar, Ne, Kr 및 Xe 가스로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 방법.
제9항에 있어서, 반응 가스가 산소, 질소, 플루오르 및 오존으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 방법.
제9항에 있어서, 반응 가스가 NF₃또는 F₂인 방법.
제9항에 있어서, 기판이 요면(凹面) 또는 철면(凸面)을 가진 광투과성 절연 기판인 방법.