KR101068549B1

KR101068549B1 - 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치

Info

Publication number: KR101068549B1
Application number: KR1020097002902A
Authority: KR
Inventors: 모토시 코바야시; 타카시 코마쯔; 큐조 나카무라; 요시쿠니 호리시타; 히데노리 요다; 시게미쯔 사토우; 토시오 나카지마
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2011-09-30
Also published as: WO2008032570A1; JP2008069408A; TWI403601B; CN101512038A; TW200827466A; KR20090034377A; CN101512038B; JP4436350B2

Abstract

교류 전원이 접속된 타겟 쌍을 복수개 함께 설치하고, 이 함께 설치한 타겟 쌍 가운데, 다른 교류 전원에 접속된 서로 인접하는 타겟 사이의 출력을 비교하고, 출력 전위차가 소정치를 넘는 경우에, 상기 교류 전원의 출력을 조정하여 출력 전위차를 상기 소정치 이하로 수습시키는 박막 형성 방법과 이 박막 형성 방법을 실시하는 박막 형성 장치를 제공한다.

Description

박막 형성 방법 및 박막 형성 장치{THIN FILM FORMING METHOD AND THIN FILM FORMING APPARATUS}

본 발명은 스퍼터링 등의 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치에 관한 것으로, 특히, 진공 챔버 내에 타겟 쌍을 복수개 함께 설치하고, 대면적의 피처리 기판에 박막을 형성하는 박막 형성 방법 및 이 교류 전원을 갖는 박막 형성 장치에 관한 것이다.

스퍼터링에 의해 대면적의 피처리 기판에 박막을 형성하는 경우에는, 진공 챔버 내에서 피처리 기판에 대향시켜 타겟 쌍을 복수개 함께 설치하고, 각 타겟 쌍마다 접속한 교류 전원을 개입시켜 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 교류 전압을 인가하여, 각 타겟 쌍을 구성하는 2개의 타겟을 어노드 전극과 캐소드 전극으로 교대로 바꾸는 것에 의해, 이 어노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 글로우 방전을 일으켜 플라즈마 분위기를 형성하여, 각 타겟 쌍을 스퍼터링하는 방법이 있다.

이 경우, 각 타겟 쌍에서 동시에 글로우 방전을 개시하면, 상기 교류 전원에 구비된 각 발진기가 갖는 고유 주파수의 미소한 차이나 위상 차이에 의해, 방전이 불안정하게 요동하는 현상이 발생한다. 이 방전의 요동은 막 두께의 면내 분포의 불균일을 발생시켜 양호한 성막을 저해할 우려가 있었다.

거기서, 종래, 상기 각 교류 전원의 출력 주파수 및 출력 위상을 동기시키는 것에 의해 글로우 방전이 불안정하게 요동하지 않는 스퍼터링 장치가 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이 스퍼터링 장치에서는, 대표하는 소정의 교류 전원(마스터 교류 전원)의 발진기만을 사용하여 모든 타켓 쌍에서 발진 출력을 행하도록 하고, 상기 마스터 교류 전원 이외의 교류 전원에 구비된 발진기는 사용하지 않도록 하여 동기 처리를 행하고 있었다.

특허 문헌 1 : W02003/014410(청구항 1 및 청구항 2의 기재)

상기 함께 설치한 복수의 타겟 쌍 가운데, 다른 교류 전원에 접속된 서로 인접하는 타겟 사이는 부유 정전 용량을 개입시켜 결합되어 있다.

상기 종래의 스퍼터링 장치에서는, 각 교류 전원의 출력 주파수 및 출력 위상을 동기시킬 수 있어도, 상기 서로 인접하는 타겟 사이의 출력은 조정하지 않기 때문에, 이 타겟 사이의 출력 전위차를 원인으로 하는 글로우 방전의 요동이 발생하여 안정된 플라즈마 분위기가 형성되지 않는 문제가 있었다.

또, 상기 서로 인접하는 타겟 사이에 각 교류 전원의 출력 전위차가 큰 경우, 이상 방전이 생기면, 큰 아크 에너지가 발생하는 것에 의해 타겟이 용해하여 날아 흩어지는 거대한 방울이 부착하는 스플래쉬가 생겨 양호한 박막 형성을 저해하는 문제가 있었다.

더욱이, 상기 종래의 스퍼터링 장치에서 상기 이상 방전 발생에 수반하여 실제로 큰 아크 에너지가 생겼을 경우에, 아크 방전이 생긴 타겟 쌍에 접속된 교류 전원의 출력을 차단하는 것만으로는, 이 타겟 쌍에 인접하여 부유 정전 용량을 개입시켜 결합하고 있는 타겟 쌍에서 발생하는 플라즈마로부터 에너지가 공급되기 때문에, 발생한 아크 방전이 소멸하기 어려운 문제가 있었다.

거기서, 본 발명은, 상기 문제점에 착안하여, 상기 다른 교류 전원에 접속된 서로 인접하는 타겟 사이의 출력 전위차를 원인으로 하는 글로우 방전의 요동을 억제하여 안정된 플라즈마 분위기를 형성함과 함께, 상기 큰 아크 에너지의 발생을 억제하고, 더욱이, 상기 아크 방전이 생겼을 경우에도, 아크 방전에 의한 피해를 최소한으로 억제할 수 있는 박막 형성 방법 및 이러한 박막 형성 방법의 실시가 가능한 박막 형성 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 박막 형성 방법은, 진공 챔버 내에서 피처리 기판에 대향시켜 복수개의 타겟으로부터 각각 구성된 타겟 쌍을 복수개 함께 설치하고, 타겟 쌍마다 접속한 교류 전원을 개입시켜 타겟 쌍을 구성하는 타겟 사이에 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 교류 전압을 출력하여, 타겟 쌍을 구성하는 각 타겟을 어노드 전극과 캐소드 전극으로 교대로 바꾸는 것에 의해, 타겟 쌍을 구성하는 타겟 사이에 글로우 방전을 일으켜 플라즈마 분위기를 형성하고, 각 타겟을 각각 스퍼터링하여 상기 피처리 기판에 박막을 형성하는 박막 형성 방법으로,

상기 함께 설치한 타겟 쌍 가운데, 다른 교류 전원에 접속된 서로 인접하는 타겟 사이의 출력을 비교하고, 출력 전위차가 소정치를 넘었을 경우에, 상기 교류 전원의 출력을 조정하여 출력 전위차를 상기 소정치 이하로 수습시키는 것을 특징으로 한다.

이 방법에 의하면, 상기 서로 인접하는 타겟 사이의 출력 전위차를 수습시켜 조정할 수 있기 때문에 안정된 플라즈마 분위기를 형성할 수 있고, 이상 방전이 생겼을 경우에도, 큰 아크 에너지의 발생을 억제할 수 있다.

상기 각 교류 전원으로부터 동시에 출력하고 각 교류 전원의 출력이 같은 경우에는, 상기 서로 인접하는 타겟 사이에는 출력 위상이 거의 반전한다. 거기서, 이러한 경우, 상기 출력의 조정은, 상기 서로 인접하는 타겟 사이의 출력 위상을 180도 옮겨 극성을 반전시키는 것에 의해 출력 전위차를 수습시키면 좋다.

상기 출력의 조정을 행하는 순서는, 예를 들어, 어느 하나의 교류 전원을 기점으로 하여 이 기점이 되는 타겟 쌍으로부터 함께 설치한 방향 외측을 향하여 상기 각 교류 전원의 출력을 차례로 조정해 나가도록 하면 좋다.

이 경우, 상기 기점이 되는 교류 전원에 인접하는 교류 전원의 출력을 조정한 후, 이 조정된 교류 전원을 새로운 기점으로 하여 차례로 상기 함께 설치한 방향 외측을 향해 인접하는 각 교류 전원의 출력을 조정하도록 해도 좋다.

상기 출력의 조정은, 교류 전원의 출력을 제어하는 신호를 생성하고, 상기 출력을 조정하는 교류 전원에 이 신호를 송신하는 것에 의해 행하도록 하면 좋다. 이 제어 신호는, 상기 기점이 되는 교류 전원에서 생성하여, 이 기점이 되는 교류 전원으로부터 출력을 조정하는 교류 전원에 송신하도록 해도 좋다.

상기 함께 설치된 복수의 타겟 쌍 가운데, 어느 것인가의 타겟 쌍에서 아크 방전이 발생했을 경우에는, 이 아크 방전이 발생한 타겟 쌍에의 출력을 차단함과 아울러, 아크 방전이 발생하고 있지 않은 다른 타겟 쌍에의 출력도 동시에 차단하도록 하면 좋다.

이와 같이 하면, 상기 이상 방전의 발생에 의해 큰 아크 에너지가 생겼을 경우, 아크 방전이 생긴 타겟 쌍에 접속된 교류 전원의 출력을 차단했을 때에, 이 타겟 쌍에 인접하는 타겟 쌍에서 발생한 플라즈마로부터 에너지가 공급되는 것을 저지할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 박막 형성 장치는, 진공 챔버 내에 배치된 피처리 기판에 대향시켜 복수개의 타겟으로부터 각각 구성된 타겟 쌍을 복수개 함께 설치하고, 각 타겟 쌍마다 접속된 교류 전원을 구비하는 박막 형성 장치로, 상기 함께 설치한 타겟 쌍 가운데, 다른 교류 전원에 접속된 서로 인접하는 타겟 쌍의 출력을 비교하고, 출력 전위차가 소정치를 넘었을 경우에, 상기 교류 전원의 출력을 조정하여 출력 전위차를 상기 소정치 이하로 수습시키는 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 조정 수단은, 출력을 제어하는 신호를 생성하는 신호 생성 수단과 출력을 조정하는 교류 전원에 이 신호를 송신하는 송신 수단을 갖는 것이어도 좋다.

이 경우, 상기 조정 처리를 행하기 위해서 기점이 되는 교류 전원이 상기 조정 처리 수단을 갖도록 구성해도 좋다.

또, 상기 박막 형성 장치에 상기 조정 수단을 갖춘 제어장치를 설치해도 좋다.

상기 각 교류 전원이, 접속되어 있는 타겟 쌍에서 아크 방전이 발생했을 경우에, 이 아크 방전을 검지하는 아크 검지 수단과, 이 아크 검지 수단에 의해 아크 방전이 검지되면 이 타겟 쌍에의 출력을 차단함과 아울러 다른 타겟 쌍에의 출력도 동시에 차단하기 위해서 각 교류 전원의 출력을 제어하는 출력 제어 수단을 갖는 것이어도 좋다.

이상의 설명으로부터 분명하듯이, 본 발명에 따른 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치는, 함께 설치한 복수의 타겟 쌍 가운데, 다른 교류 전원에 접속되고 서로 인접하여 부유 정전 용량을 개입시켜 결합하고 있는 타겟 사이에서, 출력 전위차를 일으키지 않도록 할 수 있기 때문에, 안정된 플라즈마 상태를 유지함과 아울러 아크 방전의 발생을 효과적으로 억제하여 양호한 박막의 형성을 실현하는 것이 가능한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 박막 형성 장치의 기본 구성도이다.

도 2는 교류 전원의 기본 회로 구성도이다.

도 3 a)는 본 발명에 따른 박막 형성 방법에 의한 조정 전의 파형을 나타낸 도면이고, b) 본 발명에 따른 박막 형성 방법에 의한 조정 후의 파형을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 박막 형성 장치의 일 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 박막 형성 장치의 일 실시형태를 나타내는 도면(변형예)이다.

부호의 설명

1. 진공 챔버

2. 진공 배기 수단

3. 기판 반송 수단

4. 가스 도입 수단

E1. 교류 전원

E2. 교류 전원

T1. 타겟 쌍

T2. 타겟 쌍

K. 통신 케이블

S. 피처리 기판

도 1은 본 발명에 따른 박막 형성 장치의 기본 구성도를 나타낸 것이다. 이 박막 형성 장치는, 타겟 쌍을 복수개 함께 설치하여 대면적의 피처리 기판에 박막을 형성하는 것이다. 함께 설치하는 타겟 쌍의 수는 피처리 기판의 면적에 따라 정해지지만, 도 1 에서는, 설명의 편의상, 타겟 쌍을 2쌍으로 했다.

도 1을 참조하면, 1은 본 발명에 따른 박막 형성 장치의 진공 챔버이다. 진공 챔버(1)는, 로터리 펌프, 터보 분자 펌프 등의 진공 배기 수단(2)을 개입시켜 소정의 진공도를 유지한다. 진공 챔버(1) 내의 상부에는, 캐리어 등의 기판 반송 수단(3)이 설치되어 구동 수단(도시하지 않음)을 간헐적으로 구동시켜 피처리 기판(S)을 차례로 반송한다. 진공 챔버(1) 내에는, 가스 도입 수단(4)에 의해 Ar 등의 스퍼터 가스나 0₂, H₂O, H₂, N₂ 등의 반응 가스가 일정한 유량으로 도입된다.

진공 챔버(1) 내에서, 피처리 기판(S)에 대향시켜 타겟 쌍(T1) 및 타겟 쌍(T2)이 함께 설치되어 있다. 타겟 쌍(T1)에는 교류 전원(E1)이 접속되고 타겟 쌍(T2)에는 교류 전원(E2)이 접속되어 있다. 교류 전원(E1)과 교류 전원(E2)은 통신 케이블(K)을 개입시켜 통신이 자유롭게 접속되어 있다.

타겟 쌍 T1을 구성하는 2개의 타겟(t11 및 t12)과 T2를 구성하는 2개의 타겟(t21 및 t22)은 교류 전원(E1, E2)을 개입시켜 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 교류 전압이 출력되고, 어노드 전극과 캐소드 전극으로 교대로 바뀐다. 이 어노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 글로우 방전이 생겨 플라즈마 분위기(P)를 형성하고, 타겟 쌍(T1)과 타겟 쌍(T2)을 스퍼터링 하여 피처리 기판(S)에 박막을 형성한다.

도 1에서는, 타겟 쌍(T1)의 타겟(t11) 측이 어노드 전극, 타겟(t12) 측이 캐소드 전극이 되고, 타겟 쌍(T2)의 타겟(t21)측이 어노드 전극, 타겟(t22) 측이 캐소드 전극이 되어 있는 경우를 나타내고, 더욱이 이때의 교류 전원(E1), 교류 전원(E2)의 출력 파형을 각 교류 전원 아래에 기재했다.

덧붙여, 타겟 쌍(T1)의 타겟(t12)과 타겟 쌍(T2)의 타겟(t21) 사이는 부유 정전 용량을 개입시켜 결합되어 있다.

도 2는, 도 1에서 설명한 교류 전원(E1)의 기본적인 회로 구성도를 나타낸 것이다. 도 2에서는 교류 전원(E1)에 대해 설명하고 있지만, 교류 전원(E2)도 같은 구성이다.

교류 전원(E1)은 전력의 공급을 가능하게 하는 전력 공급부(10)와, 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 전압을 타겟 쌍(T1)에 출력하는 발진부(20)로 구성된다.

전력 공급부(10)는, 그 작동을 제어하는 제1의 CPU 회로(101)와, 상용의 교류 전원(3상 AC 200V)이 입력되는 입력부(102)와, 입력된 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환하는 6개의 다이오드(103)를 가지고, 직류 전력 라인(104a, 104b)을 개입시켜 직류 전력을 발진부(20)에 출력하는 역할을 달성한다.

또, 전력 공급부(10)에는, 직류 전력 라인(104a, 104b) 사이에 설치된 스위칭 트랜지스터(105)와, 제1의 CPU 회로(101)에 통신이 자유롭게 접속되어 스위칭 트랜지스터(105)의 온 오프를 제어하는 제1의 드라이버 회로(106a) 및 제1의 PMW 제어 회로(106b)가 설치되어 있다. 이 경우, 전류 검출 센서 및 전압 검출 트랜스를 가지어, 직류 전력 라인(104a, 104b) 사이의 전류, 전압을 검출하는 검출 회로(107a) 및 AD 변환 회로(107b)가 설치되고, 검출 회로(107a) 및 AD 변환 회로(107b)를 개입시켜 CPU 회로(101)에 상기 전류, 전압 신호가 입력되게 되어 있다.

한편, 발진부(20)에는, 제1의 CPU 회로(101)에 통신이 자유롭게 접속된 제2의 CPU 회로(201)와, 직류 전력 라인(104a, 104b) 사이에 설치한 발진용 스위치 회로(202)를 구성하는 4개의 제1 내지 제4의 스위칭 트랜지스터(202a, 202b, 202c, 202d)와, 제2의 CPU 회로(201)에 통신이 자유롭게 접속되어 각 스위칭 트랜지스터(202a, 202b, 202c, 202d)의 온 오프를 제어하는 제2의 드라이버 회로(203a) 및 제2 PMW 제어 회로(203b)가 설치되어 있다.

그리고 제2의 드라이버 회로(203a) 및 제2의 PMW 제어 회로(203b)에 의해, 예를 들면, 제1 및 제4의 스위칭 트랜지스터(202a, 202d)와 제 2 및 제3의 스위칭 트랜지스터(202b, 202c)의 온 오프의 타이밍이 반전하도록 각 스위칭 트랜지스터(202a, 202b, 202c, 202d)의 작동을 제어하면, 발진용 스위치 회로(202)로부터의 교류 전력 라인(204a, 204b)을 개입시켜 정현파의 교류 전원이 출력할 수 있다. 이 경우, 발진 전압, 발진 전류를 검출하는 검출 회로(205a) 및 AD 변환 회로(205b)가 설치되고, 검출 회로(205a) 및 변환 회로(205b)를 개입시켜 제2의 CPU 회로(201)에 상기 전류, 전압 신호가 입력되게 되어 있다.

교류 전력 라인(204a, 204b)은 공지의 구조를 가지는 출력 트랜스(206)에 접속되고, 출력 트랜스(206)로부터의 출력 케이블(k)이 타겟 쌍(T1)에 각각 접속되어 있다. 이 경우, 전류 검출 센서 및 전압 검출 트랜스를 가지어, 타겟 쌍(T1)에의 출력전압, 출력 전류를 검출하는 검출 회로(207a) 및 AD 변환 회로(207b)가 설치되고, 검출 회로(207a) 및 AD 변환 회로(207b)를 개입시켜 제2의 CPU 회로(201)에 상기 출력전압, 출력 전류의 신호가 입력되게 되어 있다. 이것에 의해, 스퍼터링 중, 교류 전원(E1)을 개입시켜 일정한 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 타겟 쌍(T1)에 일정한 전압을 인가할 수 있다.

또, 검출 회로(207a)로부터의 출력은 출력 전압과 출력 전류의 출력 주파수 및 출력 위상을 검출하는 검출 회로(208a)에 접속되고, 이 검출 회로(208a)에 통신이 자유롭게 접속된 출력 위상·출력 주파수 제어 회로(208b)를 개입시켜 출력 전압과 출력 전류의 위상 및 주파수가 제2의 CPU 회로(201)에 입력되게 되어 있다. 이것에 의해, 제2의 CPU 회로(201)로부터의 제어 신호로 제2의 드라이버 회로(203a)에 의해 발진용 스위치 회로(202)의 각 스위칭 트랜지스터(202a, 202b, 202c, 202d)의 온 오프를 제어하여, 출력 전압과 출력 전류의 위상이 서로 대략 일치하도록 제어할 수 있다.

그리고 기판 반송 수단에 의해 피처리 기판을 타겟 쌍(T1)과 대향한 위치로 반송하고, 가스 도입 수단을 개입시켜 소정의 스퍼터 가스를 도입한다. 교류 전원(E1)을 개입시켜 타겟 쌍(T1)에 교류 전압을 인가하여, 타겟 쌍(T1)을 구성하는 각 타겟을 어노드 전극, 캐소드 전극으로 교대로 변환하고, 어노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 글로우 방전을 일으켜 플라즈마 분위기(P)를 형성한다. 이것에 의해, 플라즈마 분위기(P) 중의 이온이 캐소드 전극으로 된 한쪽의 타겟을 향하여 가속되어 충돌하고, 타겟 원자가 비산(飛散)되는 것에 의해 피처리 기판 표면에 박막이 형성된다.

그런데 상기 글로우 방전 중에, 어떠한 원인에 의해 발생하는 이상 방전(아크 방전)에 수반하여, 큰 아크 에너지가 생겼을 경우, 스플래쉬 등이 발생하여 양호한 박막 형성을 저해할 우려가 있다.

거기서, 발진부(201)에, 타겟 쌍(T1)에의 출력 전압 파형의 전압 강하 시간이 정상적인 글로우 방전시보다 단시간인 전압 강하를 검출하는 아크 검출 수단 (209)을 마련했다. 더욱이, 이 아크 검출 수단(209)에서 아크 방전 발생을 검출하면, 전압 강하 출력 신호를 통신이 자유롭게 접속한 제2의 CPU 회로(201)에 출력하고, 제2의 CPU 회로(201)와 통신이 자유로운 제1의 CPU 회로(101)로부터의 제어 신 호로 제1의 드라이버 회로(106a)에 의해 스위칭 트랜지스터(105)의 작동을 제어하고 제1의 PMW 제어 회로(106b)의 온 오프를 제어하여 타겟 쌍(T1)에의 출력을 즉시 차단하는 출력 제어 수단도 마련했다.

타겟 쌍(T1)에의 출력을 즉시 차단하는 방법으로서, 제2의 CPU 회로(201)로부터의 제어 신호로 제2의 드라이버 회로(203a)에 의해 교류 전력 라인(204a, 204b) 상호간의 전위가 동일하게 되도록, 발진용 스위치 회로(202)의 각 스위칭 트랜지스터(202a, 202b, 202c, 202d)의 작동을 제어하여, 타겟 쌍(T1)에의 출력을 즉시 차단할 수도 있다.

그런데 타겟(T1)에 상기 아크 방전이 생겼을 경우, 상기와 같이, 타겟 쌍(T1)에 접속된 교류 전원(E1)의 출력을 차단하는 것만으로는, 타겟(T1)에 인접하여 부유 정전 용량을 개입시켜 결합하고 있는 타겟 쌍(T2)에서 발생한 플라즈마로부터 에너지가 공급되기 때문에, 상기 발생한 아크 방전이 소멸되기 어려운 문제가 생긴다.

거기서, 상기 타겟 쌍(T2)의 영향을 억제하기 위해서는, 제2의 CPU 회로(201)에서 수신한 상기 제어 신호를 도 1에서 설명한 통신 케이블(K)을 개입시켜 인접하는 교류 전원(E2)의 발진부의 CPU 회로에 송신하여, 교류 전원(E2)으로부터 타겟 쌍 (T2)에의 출력을 동일한 처리에 의해 차단하면 좋다.

도 3은, 도 1에서 설명한 교류 전원(E1) 및 교류 전원(E2)에 각각 접속된 타겟(t12)과 타겟(t21) 사이의 출력 파형을 본 발명에 따른 박막 형성 방법에 의한 출력 조정을 행하기 전과 출력 조정을 행한 후로 나타낸 것이다.

도 3(a)는 본 발명에 따른 박막 형성 방법에 의한 출력 조정을 하기 전의 파형을 나타낸 것이다.

도 3(a)의 경우, 타겟(t12)과 타겟(t21) 사이의 출력 전위차는 피크간 전압(Vpp)으로 되어 크게 된다. 이 상태에서 이상 방전이 생기면, 큰 아크 에너지가 발생하는 것에 의해, 상기 타겟이 용해하여 날아 흩어지는 거대한 방울이 부착하는 스플래쉬가 생겨 양호한 박막 형성을 저해한다.

본 실시 형태에서는, 교류 전원(E1) 및 교류 전원(E2)으로부터 동시에 출력하고, 각 교류 전원(E1 및 E2)의 출력이 같기 때문에, 타겟(t12)과 타겟(t21) 사이에서는 출력 위상이 거의 반전한다.

도 3(b)는 본 발명에 따른 박막 형성 방법에 의한 출력 조정을 한 후의 파형을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 박막 형성 방법은, 상기와 같이 큰 아크 에너지의 발생을 억제하기 위해서, 교류 전원(E1) 및 교류 전원(E2)의 출력 전위차를 수습시키도록 출력 조정하는 것이다. 본 실시의 형태에서는, 상기 타겟 사이의 출력 위상을 180도 옮겨 극성을 반전시키면, 교류 전원(E1)과 교류 전원(E2)의 파형은 겹치고, 아크 방전 발생의 원인이 되는 출력 전위차는 거의 생기지 않게 된다.

출력 전위차를 수습시키는 방법은, 예를 들어, 우선, 교류 전원(E1)의 CPU 회로(201)에 도 1에서 설명한 통신 케이블(K)을 개입시켜 교류 전원(E2)의 출력 전류, 출력 전압 신호를 송신하고, 교류 전원(E1)의 출력 전류, 출력 전압 신호와 비교한다. 양자의 출력 전위차가 소정치를 넘는 경우는, 교류 전원(E1)의 CPU 회 로(201)로부터 출력 전위차를 수습시키기 위한 제어 신호를 상기 통신 케이블(K)을 개입시켜 교류 전원(E2)의 발진부의 제2 CPU 회로에 송신한다. 이 제2의 CPU 회로에서 수신한 상기 제어 신호에 기초하여 출력 발진 드라이버 회로 및 PMW 제어 회로를 개입시켜 발진용 스위치 회로의 각 스위칭 트랜지스터의 작동을 제어하고, 타겟 쌍(T2)의 출력을 조정하여, 상기 출력 전위차를 수습시키면 좋다.

상기 소정치는, 상기 아크 에너지 발생의 원인이 되는 이상 방전이 생기지 않는 출력 전위차의 범위 내이면 좋고, 반드시 상기 출력 전위차가 0V가 될 때까지 수습시킬 필요는 없다. 구체적으로는, 각 교류 전원의 0-피크 전위차(혹은 실효치)의 10 %, 바람직하게는 5 %로 설정하면 좋다.

본 실시의 형태에서는, 교류 전원(E2)의 출력을 조정하는 것에 의해 상기 출력 전위차를 수습시키는 예를 나타냈지만, 이것으로 한정하는 취지는 아니고, 교류 전원(E1)의 출력을 조정하여 출력 전위차를 수습해도 좋다. 또, 교류 전원(E1) 및 교류 전원(E2)의 쌍방을 조정하여 출력 전위차를 수습시키도록 해도 좋다.

덧붙여, 도 3에서는 교류 전원(E1 및 E2)의 파형의 형상은 정현파를 나타냈지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 방형파이어도 좋다. 또, 교류 전원의 발진 주파수가 고정된 경우뿐만 아니라, 가변시키는 경우도 이와 같이 처리하면 좋다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 구체적인 실시 형태의 예를 나타낸 도면이다. 어느 실시 형태도 도 1과 공통되는 것에 대해서는 동일한 번호를 붙이고 있다.

도 4는 피처리 기판(S)에 대향하여, 타겟 쌍(T1, T2, T3 및 T4)이 함께 설치되어 있다. 타겟 쌍(T1; 타겟(t11, t12)로 구성됨)은 교류 전원(E1)에, 타겟 쌍(T2; 타겟(t21, t22)로 구성됨)은 교류 전원(E2)에, 타겟 쌍(T3, 타겟(t31, t32)로 구성됨)은 교류 전원(E3)에, 타겟 쌍(T4; 타겟(t41, t42)로 구성됨)은 교류 전원(E4)에 접속되어 있다. 각 교류 전원(E1 내지 E4)은 통신 케이블(K)을 개입시켜 통신이 자유롭게 접속되어 있다. 이 교류 전원(E1 내지 E4)은 모두 도 2에서 설명한 교류 전원(E1)과 같은 회로 구성이다.

교류 전원(E1)은, 타겟(t12)과 타겟(t21) 사이의 출력을 비교하고, 출력 전위차가 소정치 이상인 경우에는, 도 3에서 설명한 제어 신호를 생성하고, 통신 케이블(K)을 개입시켜 교류 전원(E2)에 송신한다. 이후, 차례로 타겟(t22)과 타겟(t31) 사이의 출력, 타겟(t32)과 타겟(t41) 사이의 출력을 비교하고, 출력 전위차가 소정치 이상인 경우에는, 상기 제어 신호를 생성하고, 조정하는 교류 전원에 이 제어 신호를 송신하면 좋다. 즉, 교류 전원(E1)(마스터 교류 전원)을 기점으로 하여 이 교류 전원(E1)에 접속된 타겟 쌍(T1)으로부터 함께 설치한 방향 외측을 향해 각 타겟 쌍(T2 내지 T4)에 접속된 각 교류 전원(E2 내지 E4)의 출력을 차례로 조정하면 좋다.

도 4에서는, 교류 전원(E1)을 기점으로 하여 조정 처리하고 있지만, 예를 들어, 교류 전원(E2)의 출력을 조정한 후, 교류 전원(E2)을 마스터 교류 전원으로 하여 인접하는 교류 전원(E3)의 출력을 조정하고, 동일하게 조정 후의 교류 전원(E3)을 마스터 교류 전원으로 하여 교류 전원(E4)를 조정하도록 해도 좋다.

덧붙여, 본 실시의 형태에서는, 마스터 교류 전원을 교류 전원(E1)으로 했지만, 마스터 교류 전원(E1)에 한정되는 취지는 아니고, 임의로 결정할 수 있다. 예 를 들어, 마스터 교류 전원을 교류 전원(E3)으로 한 경우에는, 인접하는 교류 전원은, 교류 전원(E2)과 교류 전원(E4)의 2대가 되고, 이들 교류 전원(E2 및 E3)의 조정 처리를 행하고 나서, 교류 전원(E1)의 조정 처리를 행하게 된다.

도 5는 도 4의 실시 형태의 변형예이다. 도 5에서 도 4와 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 붙이고 있다.

본 실시의 형태에서는, 각 교류 전원(E1 내지 E4)과 통신 케이블(K)을 개입시켜 통신이 자유롭게 접속되고 있는 제어 장치(U)가, 도 3에서 설명한 마스터 교류 전원 대신에, 다른 교류 전원에 접속된 서로 인접하는 타겟 사이의 출력을 비교하고, 출력 전위차가 소정치 이상인 경우에는, 제어 신호를 생성하고, 조정하는 교류 전원에 제어 신호를 송신하도록 구성되어 있는 것이다.

Claims

진공 챔버 내에서, 피처리 기판에 대향시켜 복수개의 타겟으로부터 각각 구성된 타겟 쌍을 복수개 함께 설치하고, 타겟 쌍마다 접속한 교류 전원을 개입시켜 타겟 쌍을 구성하는 타겟 사이에 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 교류 전압을 출력하여, 타겟 쌍을 구성하는 각 타겟을 어노드 전극과 캐소드 전극으로 교대로 바꾸는 것에 의해, 타겟 쌍을 구성하는 타겟 사이에 글로우 방전을 일으켜 플라즈마 분위기를 형성하고, 각 타겟을 각각 스퍼터링하여 상기 피처리 기판에 박막을 형성하는 박막 형성 방법으로,

상기 함께 설치한 타겟 쌍 가운데, 다른 교류 전원에 접속된 서로 인접하는 타겟 사이의 출력을 비교하고, 출력 전위차가 소정치를 넘었을 경우에, 상기 교류 전원의 출력을 조정하여 출력 전위차를 상기 소정치 이하로 수습시키는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 출력의 조정은, 상기 서로 인접하는 타겟 사이의 출력 위상을 180도 옮겨 극성을 반전시키는 것에 의해 상기 출력 전위차를 수습시키는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 출력의 조정은, 어느 하나의 교류 전원을 기점으로 하여 이 기점이 되는 교류 전원에 접속된 타겟 쌍으로부터 함께 설치하는 방향 외측을 향해 상기 각 교류 전원의 출력을 차례로 조정해 나가는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 기점이 되는 교류 전원에 인접하는 교류 전원의 출력을 조정하고, 이후 조정된 교류 전원을 새로운 기점으로 하여 차례로 상기 함께 설치하는 방향 외측을 향해 인접하는 각 교류 전원의 출력을 조정하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
청구항 3 또는 4에 있어서, 상기 출력의 조정은, 교류 전원의 출력을 제어하는 신호를 생성하고, 출력을 조정하는 교류 전원에 이 신호를 송신하는 것에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 신호는, 상기 기점이 되는 교류 전원에서 생성하고, 이 기점이 되는 교류 전원으로부터 출력을 조정하는 교류 전원에 송신하는 것임을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 어느 것인가의 타겟 쌍에서 아크 방전이 발생했을 경우에, 이 아크 방전이 발생한 타겟 쌍에의 출력을 차단함과 아울러, 아크 방전이 발생하고 있지 않은 다른 타겟 쌍에의 출력도 동시에 차단하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
진공 챔버 내에 배치된 피처리 기판에 대향시켜 복수개의 타겟으로부터 각각 구성된 타겟 쌍을 복수개 함께 설치하고, 각 타겟 쌍마다 접속된 교류 전원을 구비한 박막 형성 장치로,

상기 함께 설치한 타겟 쌍 가운데, 다른 교류 전원에 접속된 서로 인접하는 타겟 사이의 출력을 비교하고, 출력 전위차가 소정치를 넘었을 경우에, 상기 교류 전원의 출력을 조정하여 출력 전위차를 상기 소정치 이하로 수습시키는 조정 처리 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 조정 처리 수단이, 교류 전원의 출력을 제어하는 신호를 생성하는 신호 생성 수단과, 출력을 조정하는 교류 전원에 이 신호를 송신하는 송신 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
청구항 8 또는 9에 있어서, 어느 하나의 교류 전원을 기점으로 하여 이 기점이 되는 교류 전원이 상기 조정 처리 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
청구항 8 또는 9에 있어서, 상기 조정 처리 수단을 구비한 제어 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 각 교류 전원이, 접속되어 있는 타겟 쌍에서 아크 방전이 발생했을 경우에 이 아크 방전을 검지하는 아크 검지 수단과, 이 아크 검지 수단에 의해 아크 방전이 검지되면 이 타겟 쌍에의 출력을 차단함과 아울러, 다른 타겟 쌍에의 출력도 동시에 차단하기 위해서 각 교류 전원의 출력을 제어하는 출력 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.