KR101118776B1 - 박막 제작용 스퍼터 장치 - Google Patents

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신이치 모로하시
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고쿠리츠다이가쿠호우진 야마구치 다이가쿠
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Abstract

타겟 홀더 외측의 누설 자속을 저감시킴과 함께 대향 타겟간의 자속선 패턴을 용이하게 변화시킬 수 있어, 많은 종류의 자속선 패턴을 선택할 수 있는 박스 회전형 다원 대향 스퍼터를 제공한다.
회전할 수 있는 다각기둥체의 회전축에 평행한 각각의 면에 타겟을 배치한 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍을 대향하여 배치한 박막 제작용 스퍼터 장치로서, 타겟의 이면에는 복수의 자석 또는 자석 및 요크로 이루어진 일련의 자극군이 배치되고, 자극군은 상이한 자극 방향의 자석 또는 요크를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다. 요크 중 적어도 일부를 이동할 수 있도록 해도 된다. 또한, 타겟 이면과 자석 사이에 자속 밀도의 균일성을 높이는 자극편이나, 자극군의 타겟의 반대측에 배면 요크를 마련해도 된다.

Description

박막 제작용 스퍼터 장치{SPUTTERING APPARATUS FOR FORMING THIN FILM}
본 발명은 박막 단층 및 다층 구조로 이루어진 일렉트로닉스, 전자 공업, 시계 공업, 기계공업, 광학 공업에 있어서 빼놓을 수 없는 중요한 박막 제작용 스퍼터 장치에 관한 것이다.
박막 단층 및 다층 구조로 이루어진 전자재료와 그 응용인 전자 디바이스 제작에 있어서, 진공 상태하에서의 박막 제작용 스퍼터(Sputter) 장치는 중요하다. 박막 제작 방법은 크게 나누어 증착, 스퍼터, CVD(Chemical Vapor Deposition)가 있다. 그 중에서도 스퍼터는, 기판 재료의 종류에 관계없이 어떤 재질의 막으로도 유독한 가스를 사용하지 않고 안전하게 비교적 간단한 장치로 박막을 퇴적할 수 있는 점에서, 각 방면에서 널리 사용되고 있다.
스퍼터의 원리를 이하에 개략적으로 설명한다. 진공 장치 내에서 플라스마를 발생시키고, 그 플라스마 중의 이온을 타겟에 충돌시켜 타겟 표면의 구성 원자?분자를 날려 기판상에 퇴적시켜 박막을 제작한다. 스퍼터 장치는 충격 이온원인 이온화 가스 또는 방전 플라스마의 발생 방법, 인가 전원의 종류, 전극의 구조로부터 도 1~5와 같은 각종 방법이 있다.
도 1에 나타내는 이온 빔 스퍼터는 이온실에서 형성한 조사 이온을 스퍼터실 로 도출하여 타겟을 스퍼터하여 박막을 퇴적한다. 이온을 형성하는 방법의 차이에 따라 열음극형의 카우프만 이온원, 전자 사이클로트론 공명(electron cyclotron resonance: ECR)형의 ECR 이온원이 있다. 모두 Ar 등의 이온 빔을 끌어내어 타겟에 조사하여 스퍼터하는 방법이다. 방전 압력이 10-4 Torr 이하로 낮아도 스퍼터가 가능하고, 박막으로의 방전 가스의 혼입이 적고 스퍼터 입자가 가지는 운동 에너지가 크기 때문에 표면평활성이 뛰어나고 치밀한 박막 형성이 가능해지지만, 박막 퇴적 속도가 느린 것이 결점이다.
도 2에 나타내는 2극 스퍼터는, 플라스마내의 이온이 음극 강하 내에서 가속되어 타겟에 충격을 주어 스퍼터를 일으키고, 대향한 기판상에 스퍼터된 입자가 날아와 박막이 형성된다. 인가 전원의 차에 따라 직류(DC), 교류(RF) 스퍼터가 있다. 장치 구성은 간단하지만, 1) 플라스마 효율이 나빠 플라스마를 일으키기 위해 도입되는 가스 압력을 높게 해야 하여, 박막으로의 가스 혼입이 크다, 2) 플라스마 효율이 나쁘고, 결과적으로 박막 퇴적 속도가 작다, 3) 타겟에 이온 가스가 충격을 줄 때에 생성되는 고에너지의 γ 전자(2차 전자)가 정면으로 마주하고 있는 기판을 직격하기 때문에, 기판 온도가 퇴적중에 수백도로 상승해 버린다, 4) 타겟과 기판이 정면으로 마주하고 있기 때문에, 타겟에 충격을 준 이온의 일부가 기판을 직격하기(리코일 이온) 때문에 기판에 대한 데미지 및 다성분 박막에서의 조성 어긋남이 일어난다 등의 결점이 있다.
2극 스퍼터의 결점을 해결하기 위해서 마그네트론 스퍼터가 고안되었다. 도 3은 그 대표적인 플래너 마그네트론 스퍼터의 원리도를 나타낸다. 인가 전원의 차에 따라 직류(DC), 교류(RF) 스퍼터가 있다. 2극 스퍼터에서 서술한 타겟에 이온 가스가 충격을 줄 때에 생성되는 고에너지의 γ 전자는 기판 직격에 의한 기판 온도 상승의 큰 원인이지만, 고에너지이기 때문에 가스를 이온화시켜 플라스마 방전을 유지하기 위해 중요한 역할을 하고 있다. 그래서, 타겟 이면에 도면과 같이 마그네트론을 배치하여 타겟 표면에 평행한 자계를 만들어, 타겟 표면으로부터 방출된 γ 전자를 타겟 표면 근처에 가두도록 하여 분위기 가스와의 충돌 횟수의 증가를 도모함으로써, 1) 분위기 가스의 이온화를 촉진하여 플라스마 효율을 높이는 점(고속 스퍼터), 2) 도면과 같이 닫힌 이동 경로에 의해 고에너지의 γ 전자의 기판 충격에 의한 기판 온도 상승을 억제할 수 있는 점(저온 스퍼터)이 특징이다. 마그네트론 배치에 의해 2극 스퍼터의 결점은 대폭으로 개선되었지만, 기판과 타겟이 정면으로 마주하고 있기 때문에, 1) γ 전자 및 리코일 이온의 기판으로의 입사를 완전하게는 억제할 수 없고, 2) 강자성체를 타겟으로 한 경우, 마그네트론의 자속(磁束)이 강자성체의 부분을 지나 γ 전자를 가두기에 충분한 크기의 자계(磁界)를 타겟 표면에 인가할 수 없기 때문에, 강자성체의 저온?고속 스퍼터가 어려운 것이 결점이다. 그러나 구조가 비교적 간단하고 고퇴적속도로 박막 형성이 가능하기 때문에, 플래너 마그네트론 스퍼터는 널리 사용되고 있다.
도 4에 나타내는 대향 타겟식 스퍼터는 마그네트론 스퍼터가 가지는 결점을 개선하기 위해서 고안되었다. 2개의 타겟이 대향하는 위치에 있고, 각각의 타겟 이면에는 서로 반대 자극을 가지도록 마그네트론이 배치되어 있다. 분위기 가스인 이 온화 가스의 타겟 충격에 의해 타겟 표면으로부터 방출된 고에너지 γ 전자는 대향하는 타겟 사이에 가둬져 고밀도 플라스마를 발생시킨다. 기판은 대향하는 타겟 옆의 플라스마 밖에 놓여져 있기 때문에 γ 전자 및 리코일 이온의 기판으로의 입사를 완전하게 억제할 수 있어, 저온?고속 스퍼터가 가능하게 된다. γ 전자를 가두는 것에 의한 고밀도 플라스마에 의해, 분위기 가스 압력을 낮게 해도 방전이 가능하고(~10-4Torr대), 박막으로의 분위기 가스 혼입도 적고, 강자성체의 저온?고속 스퍼터도 가능하다는 특징을 가진다. 인가 전원의 차에 따라 직류(DC), 교류(RF) 스퍼터가 있다.
그러나, 도 4의 원리도와 도 3의 원리도를 비교하여 알 수 있듯이, 플래너 마그네트론 스퍼터에서는 타겟 이면에 배치된 자석이 발생시키는 자속은 닫혀 있는 것에 반해, 종래형의 대향 타겟식 스퍼터 경우의 타겟 및 타겟 이면의 자석과 발생하는 자속선의 거동으로부터 알 수 있듯이, 종래형에서는 대향하는 타겟간의 마주보는 면의 자석의 자극은 반대이기 때문에, 거기에 발생하는 자속선은 닫혀 있다. 그러나, 도면에서 명백하듯이 자석의 타겟 반대면은 닫힌 자속선을 형성할 수 없어, 자속선의 누설이 생긴다. 이면에 자속이 누설된다는 것은 그 만큼 대향하는 타겟면간에 자속이 움직일 수 없는 것을 의미하고, 자석에서 발생되는 자속을 효과적으로 대향하는 타겟면으로 이끌지 않게 되어 효율이 좋은 자석의 사용법이 되지 못했다. 이 영향을 작게 하기 위해서, 타겟과 반대측의 자극 뒤에는 누설 자속을 작게 하기 위해서 두꺼운 철 요크(yoke)를 설치할 필요가 있어, 구조가 커질 수 밖에 없다는 결점이 있다. 대향하는 타겟간의 자속은 대략 150~250Oe(에르스텟)이 필요하다. 대향하는 타겟간에 큰 자속을 발생시키기 위해서 네오디움 자석을 이용하는데, 상기 서술한 바와 같이 타겟과 반대측 자극에서의 누설 자속의 발생으로부터, 효과적으로 자속을 이끌지 않기 위해 자석의 두께를 두껍게 해야만 한다. 또한 철 요크의 포화 자화(磁化)는 유한하므로, 철 요크를 너무 얇게 하면 자기적으로 포화되어 버려, 철 요크의 이면에 자속을 누설시켜 버린다. 누설 자속을 작게 하기 위한 철 요크의 두께도 두껍게 설계해야 한다. 도 3에서 나타낸 마그네트론 스퍼터에서는 자속은 자석의 표면 및 이면 양쪽 모두 닫혀 있기 때문에 자석+철 요크의 두께는 30~50밀리 정도이면 되는 것에 반해, 종래형의 대향 타겟식 스퍼터에서는 결과적으로 자석+철 요크의 두께는 100밀리 정도가 되는 것이 결점이다.
최근의 전자소자 혹은 광학 박막은 다층 박막 구조를 취하는 경우가 대부분이며, 진공을 파괴하지 않고 다층 박막 구조를 제작하는 것이 필요하다. 도 4에 나타내는 대향 타겟식 스퍼터로 다층 박막 구조를 제작하려면, 도 5에 나타내는 바와 같이 대향 타겟 캐소드(cathode)를 병렬로 배치해야 하여, 대향 타겟식 스퍼터를 수납하는 진공 장치가 커진다고 하는 문제가 발생한다. 진공 장치가 대형이 되면 동일한 도달 진공도를 만들기 위해서는 보다 배기 속도가 큰 진공 펌프를 장치에 설치해야 하여 비용면에서도 문제가 된다.
종래형 대향 타겟식 스퍼터에서는, 스퍼터시에 발생하는 γ 전자가 타겟간을 왕복 운동함으로써 분위기 가스와의 충돌 확률이 높아지고, 결과적으로 고밀도 플 라스마화에 의해 분위기 가스 압력을 낮춰도 방전이 가능하고(~10-4Torr대), 박막으로의 분위기 가스 혼입도 작게 할 수 있다는 우수한 특징을 갖고 있는 대향 타겟식 스퍼터의 특징을 가지면서, 문제가 되는 자속 누설의 방지를 위해서 대형이 될 수 밖에 없는 구조상의 결점을 해소하여, 구조의 소형화, 다원화 및 그에 따른 진공 장치의 소형화에 의한, 스루풋(throughput) 향상도 포함한 비용면에서도 유리 한 다층 박막 구조를 제작할 수 있는 박막 제작용 스퍼터 장치로서, 도 6에 나타내는 박스 회전식 대향 타겟식 스퍼터가 고안되어 있다.
그 특징은 이하와 같다.
- 회전할 수 있는 다각기둥형의 회전축에 평행한 각각의 면에 타겟을 배치한 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍을 대향하도록 배치한다.
- 다각기둥형 타겟 홀더의 각각의 타겟 이면에 배치되어 있는 자석이 만드는 자속선이 다각기둥형 타겟 홀더 내측에서 완전히 닫히도록 자석의 극성이 교대로 바뀌게 배치한다.
- 한 쌍의 다각기둥형 타겟 홀더에 있어서 대향하는 타겟의 이면에 배치되어 있는 자석의 극성이 반대이기 때문에 대향하는 타겟간에서 자속선이 닫혀 있다.
- 다른 종류의 박막을 퇴적하기 위해서, 대향하는 다각기둥형 타겟 홀더를 각각 역회전시켜 다른 타겟면을 대향시켜 퇴적한다. 대향하는 타겟의 이면에 배치되어 있는 각각의 자석의 극성이 회전 전과 반대이고, 자속선의 방향이 회전 전과 반대가 된다.
- 한 쌍의 다각기둥형 타겟 홀더를 각각 차례로 회전시킴으로써 다각기둥형에 붙어 있는 타겟수 만큼의 다층 박막이 in－situ로 제작이 가능해진다.
종래 기술로서는, 특허 문헌 1 및 2를 들 수 있다. 특허 문헌 1 및 2는, 본 발명의 발명자에 의한 종래 기술이다. 특허 문헌 1 및 2에는,다각기둥형 타겟홀더를 대향 배치시키는 점 및 타겟의 이면에 자석을 배치하는 점이 기재되어 있으나, 각 타겟의 이면에 배치되는 자석의 자극 방향은 한 방향뿐이다. 또, 요크를 타겟 이면의 자극의 일부로서 이용하는 점은 기재되어 있지 않다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개공보 2003－183827호
특허 문헌 2: 일본 특허공개공보 2004－52005호
그러나, 도 7에 나타내는 바와 같이, 박스 회전식 대향 타겟식 스퍼터의 자석 배치에 있어서는, 자속선은 확실히 박스 내부가 닫힌 자기회로를 구성하고 있지만, 다각기둥형 타겟 홀더 외측에서는 폐회로를 구성하고 있지 않다. 이것에 의해, 도면에서 명백하듯이, 대향하는 타겟 간에 발생하는 플라스마가 퍼지는 경향이 생긴다. 고품질의 박막 제작을 위해서도 더욱 플라스마 밀도를 높일 것이 요구된다. 이를 방지하기 위해서, 도 8에 나타내는 바와 같이 방착(防着)?자기 실드판을 설치하는 방법을 생각할 수 있지만, 완전하게 다각기둥형 타겟 홀더 외측의 누설 자속을 방지할 수는 없다. 또한, 기판 대구경화에 따라 기판 사이즈보다 큰 타겟 사이즈로 할 필요가 있다. 그에 따라 타겟 이면에 배치하는 자석도 대구경화로 할 필요가 생기지만, 자석의 대구경화는 어렵고 가격면에서도 비싸진다. 도 9에 나타내는 바와 같이 소구경의 자석을 전면에 빽빽하게 까는 방법도 생각할 수 있지만, 자속선의 균일성에 문제가 생긴다. 스퍼터를 함으로써 타겟이 줄어들지만, 그 줄어드는 것이 이 자속선의 불균일성 때문에 불균일하게 줄어들어 타겟의 유효 이용이 되지 않고, 박막의 막 두께 불균일성의 원인이 된다. 또한, 다각기둥형 타겟 홀더 외측의 자속선의 문제는 여전히 해결되지 않았다.
대향 타겟식 스퍼터는 타겟 이면의 자극 패턴을 바꾸는 것에 의해, 대향 타겟 간의 자속선 패턴을 바꾸는 것이 가능하다. 용도나 재료에 따라서는 자극 패턴을 바꾸는 것에 의해 효과적인 스퍼터가 가능하게 되는 경우가 있고, 대향 타겟 간의 자속선 패턴을 바꾸는 메리트는 크지만, 종래의 대향 타겟식 스퍼터에서는 대향 타겟 간의 자속선 패턴을 바꾸는 것은 매우 어려웠다. 또, 자속선 패턴을 바꿀 수 있었다고 해도 극성을 바꾸는 정도일 뿐, 한정된 자속선 패턴 밖에 선택할 수 없었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하여 타겟 홀더 외측의 누설자속을 저감시킬 수 있음과 함께, 대향 타겟 간의 자속선 패턴을 용이하게 변화시킬 수 있어, 다종의 자속선 패턴을 선택할 수 있는 박스 회전형 다원 대향 스퍼터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 이하의 구성을 가진다.
회전할 수 있는 다각기둥체의 회전축에 평행한 각각의 면에 타겟을 배치한 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍을 대향하여 배치한 박막 제작용 스퍼터 장치로서,
상기 타겟의 이면에는 복수의 자석, 또는, 자석 및 요크로 이루어진 자극군이 배치되고,
상기 자극군은 상이한 자극 방향의 자석 또는 요크를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
또 바람직하게는, 이하의 실시형태를 가져도 된다.
상기 자극군의 각각의 자석 또는 요크는 서로 인접하는 자석 또는 요크끼리 자극 방향이 교대로 상이하도록 배치되어 있다.
상기 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍의 대향하는 각각의 타겟의 이면에 배치된 자극군은 각각 극성이 반대이다.
상기 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍의 대향하는 각각의 타겟의 이면에 배치된 자극군은 각각 극성이 동일하다.
상기 자극군은 상이한 자극 방향의 자석 또는 요크가 동심원 형상으로 배치되어 있다.
상기 자극군은 상이한 자극 방향의 자석 또는 요크가 바둑판 형상으로 배치되어 있다.
상기 다각기둥형 타겟 홀더의 각 타겟의 이면에 배치된 자극군은 상이한 자극 패턴의 것을 포함하고 있고, 상기 다각기둥형 타겟 홀더를 회전시킴으로써 대향하는 타겟 간의 자기장 특성을 바꿀 수 있다.
상기 다각기둥형 타겟 홀더의 각 타겟은 상이한 재료에 의해 구성되어 있다.
상기 다각기둥형 타겟 홀더의 각 타겟은 동일한 재료에 의해 구성되어 있고, 상기 다각기둥형 타겟 홀더를 회전시키는 것에 의해 장시간 스퍼터가 가능하다.
상기 다각기둥형 타겟 홀더의 각각 인접하는 타겟 간에, 박막 제작시의 상기 타겟의 표면 오염을 방지하기 위한 착탈 가능한 방어판을 설치한다.
상기 다각기둥형 타겟 홀더의 각각 인접하는 타겟 간에 자기 실드판을 설치한다.
상기 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍을 대향하여 배치하는 기구를 1개의 모듈로 하여, 진공 챔버 내에 1개 이상의 상기 모듈을 설치한다.
1개 이상의 상기 모듈을 설치한 진공 챔버를 단독 혹은 1개 이상 연결한다.
상기 요크는, 일단이 상기 타겟 이면에 접촉 또는 근접하여 있고, 타단이 상기 자석의 타겟과는 반대측의 자극에 접속되어 있다.
상기 요크 중 적어도 일부는 이동 가능하고, 상기 요크 중 적어도 일부를 이동시킴으로써, 상기 타겟 이면과 상기 자석 중 적어도 일방으로부터 상기 요크를 이간시키는 것이 가능하다.
상기 타겟 이면과 상기 자석 사이에, 상기 자석이 만드는 자속 밀도의 균일성을 높이는 자극편을 배치한다.
상기 요크의 타겟 이면측의 단부는 상기 자극편과 근접하여 있고, 상기 요크 중 적어도 일부를 이동시킴으로써 상기 요크와 상기 자극편을 이간시킬 수 있다.
상기 자극군 중 요크의 일부 또는 전부를 이동시킴으로써, 대향하는 타겟 간의 자속선의 패턴을 바꿀 수 있다.
상기 자극군의 상기 타겟과는 반대측에 배면 요크가 설치되어 있다.
또한 상기 요크 및 상기 자극편은 자성체이면 어떤 것이어도 상관없지만, 통상적으로는 철이 이용된다.
자극군의 고기능 배치를 실시하는 것에 의해, 종래의 박스 회전식 대향 타겟식 스퍼터에서는 다각기둥형 타겟 홀더 외측에서 자속선이 폐회로를 구성하지 않는 구조상의 결점을 해소하여, 대향하는 타겟 간에 고플라스마 밀도를 실현하여 다원?컴팩트?저온 스퍼터가 가능하며, 또한 기판 대구경화에도 용이하게 대응할 수 있는 고기능의 박스 회전식 다원 스퍼터 장치를 실현할 수 있다. 이 장치를 사용함으로써, 데미지를 주지 않는 저온 스퍼터를 필요로 하는 분야로서, 유기 EL소자뿐만 아니라 동일한 디스플레이에 속하고 또한 열에 약하기 때문에 데미지를 주지 않고 투명 전극 ITO를 퇴적할 필요가 있는 액정 혹은 두께가 1nm(10억분의 1미터)인 터널 배리어를 한가운데 두고 양측에 초전도 박막을 배치시키는 원자 오더의 계면 제어를 필요로 하는 초전도 터널 접합이나, 강자성 박막 사이에 터널 배리어를 배치시키는 강자성 터널 접합, 70nm룰(64GbitDRAM) 이후의 반도체 리소그래피 기술로서 자리매김되어 있는 연X선 축소 투영 리소그래피 혹은 물성 평가의 X선 현미경에 필요한 X선 미러 다층막, 발광 다이오드 분야 등 광범위한 분야의 고품질?고성능의 전자 디바이스 제작이 가능해진다.
박스 회전식 다원 대향 타겟식 스퍼터에 있어서, 본 발명은 상기 구성을 채용한 것에 의해, 대향 타겟 간 이외의 부분을 지나는 누설 자속선을 대폭으로 저감시킬 수 있다. 이것은, 상이한 자극 방향의 자석 또는 요크를 포함한 자극군을 대향시킴으로써 대향하는 자극군 간에 자기 폐회로를 형성할 수 있어, 다각기둥형 타겟 홀더의 외측을 지나는 누설자속을 대폭으로 저감시킬 수 있기 때문이다. 불필요한 누설 자속이 없는 만큼 대향 타겟 간에 자속을 집중시킬 수 있어 높은 스퍼터 효과를 얻을 수 있다. 또, 다각기둥형 타겟 홀더의 각 면의 자극군의 자극 패턴을 상이하게 함으로써, 상기 다각기둥형 타겟 홀더의 회전에 의해 대향하는 타겟 간의 자속선의 패턴을 바꿀 수 있어, 용도나 타겟 재질에 따른 자속선 패턴을 선택할 수 있다. 또한 대향하는 타겟 간의 요크의 일부 또는 전부를 가동시켜, 가동 전의 자석과 요크로 이루어진 일련의 자극군이 만드는 자기 폐회로와는 상이한 자기 폐회로를 구성함으로써 대향하는 타겟 간의 자속선의 패턴을 바꿀 수 있어, 용도나 타겟 재질에 따른 자속선 패턴을 선택할 수 있다. 또한, 타겟 이면과 자석 사이에 배치한 자극편은 대향하는 타겟 간의 자속선의 자속 밀도의 균일성을 높인다. 또, 자극군의 타겟과는 반대측에 배면 요크를 설치함으로써, 더욱 타겟 간의 자속 밀도를 높일 수 있다.
즉, 본 발명의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터는, 타겟 홀더의 회전 및 요크의 이동에 의해 대향 타겟 간의 자속선 패턴을 이하의 4개의 모드 중에서 선택할 수 있다.
(1) 대향 모드(대향 타겟 간의 자속선이 평행한 모드)
(2) 마그네트론 모드(각각의 타겟 표면에서 자속선이 닫힌 모드)
(3) 복합 모드(대향 모드와 마그네트론 모드의 복합 모드)
(4) 2극 모드(대향 타겟 간에 자속선이 존재하지 않는 모드)
［도 1］이온 빔 스퍼터 원리도.
［도 2］2극 스퍼터 원리도.
［도 3］플래너 마그네트론 스퍼터 원리도.
［도 4］종래형 대향 타겟식 스퍼터 원리도.
［도 5］종래형에 의한 4층 박막 제작용 대향 타겟식 스퍼터 개념도.
［도 6］종래형 박스 회전식 대향 타겟식 스퍼터의 개념도.
［도 7］종래형 박스 회전식 대향 타겟식 스퍼터의 박스 내측과 외측의 자속선이 만드는 자기회로의 개념도.
［도 8］방착?자기 실드판을 장착한 종래형 박스 회전식 대향 타겟식 스퍼터 장치 개념도.
［도 9］기판 대구경화(타겟 대구경화)에 대응하는 방착?자기 실드판을 장착한 종래형 박스 회전식 대향 타겟식 스퍼터 장치 개념도.
［도 10］실시 형태 1의 박스 회전식 4원 스퍼터 장치의 복합 모드 스퍼터 방식인 경우의 개념도.
［도 11］실시 형태 1의 박스 회전식 4원 스퍼터 장치의 복합 모드 스퍼터 방식의 방착?자기 실드판을 장착한 경우의 개념도.
［도 12］실시 형태 1의 박스 회전식 4원 스퍼터 장치의 마그네트론 모드 스퍼터 방식인 경우의 개념도.
［도 13］실시 형태 1의 박스 회전식 4원 스퍼터 장치의 마그네트론모드 스퍼터 방식의 방착?자기 실드판을 장착한 경우의 개념도.
［도 14］실시 형태 1의 박스 회전식 6원 스퍼터 장치의 복합 모드 스퍼터 방식의 방착?자기 실드판을 장착한 경우의 개념도.
［도 15］기판 대구경화(타겟 대구경화)에 대응하는 방착?자기 실드판을 장착한 실시 형태 1의 박스 회전식 4원 스퍼터 장치의 복합 모드 스퍼터 방식의 방착?자기 실드판을 장착한 경우의 개념도.
［도 16］소면적의 기판 대응, 즉 소면적 타겟인 경우의 자석군의 배치의 실시 형태. 도면은 다각기둥형 타겟 홀더의 1면의 바로 옆에서 본 경우와 홀더 내측에서 본 경우의 타겟, 홀더, 자석군의 배치를 나타낸다.
［도 17］중면적의 기판 대응, 즉 중면적 타겟인 경우의 자석군의 배치의 실시 형태. 도면은 다각기둥형 타겟 홀더의 1면의 바로 옆에서 본 경우와 홀더 내측에서 본 경우의 타겟, 홀더, 자석군의 배치를 나타낸다.
［도 18］대면적의 기판 대응, 즉 대면적 타겟인 경우의 자석군의 배치의 실시 형태. 도면은 다각기둥형 타겟 홀더의 1면의 바로 옆에서 본 경우와 홀더 내측에서 본 경우의 타겟, 홀더, 자석군의 배치를 나타낸다.
［도 19］대면적의 장방형 기판 대응, 즉 장방형 대면적 타겟인 경우의 자석군 배치의 실시 형태. 도면은 다각기둥형 타겟 홀더의 1면의 바로 옆에서 본 경우와 홀더 내측에서 본 경우의 타겟, 홀더, 자석군의 배치를 나타낸다.
［도 20］대면적의 기판 대응, 즉 대면적 타겟인 경우의 로드 형상의 자석군을 균일하게 또한 서로 인접하는 자석이 반대 자극이 되도록 한배치의 실시 형태. 도면은 다각기둥형 타겟 홀더의 1면의 바로 옆에서 본 경우와 홀더 내측에서 본 경우의, 타겟 홀더, 자석군의 배치를 나타낸다.
［도 21］도 10 및 도 12의 박스 회전식 4원 스퍼터 장치에 있어서, 자극군의 타겟과는 반대측에 배면 요크를 설치한 개념도.
［도 22］실시 형태 2의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 복합 모드 스퍼터 방식인 경우의 개념도.
［도 23］실시 형태 2의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 복합 모드 스퍼터 방식의 방착?자기 실드판을 장착한 경우의 개념도.
［도 24］실시 형태 2의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 마그네트론 스퍼터 방식인 경우의 개념도.
［도 25］실시 형태 2의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 대향 모드 스퍼터 방식인 경우의 개념도.
［도 26］실시 형태 2의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 대향 모드 스퍼터 방식인 경우(배면 요크 이동)의 개념도.
［도 27］실시 형태 2의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 복합모드 스퍼터 방식인 경우의 개념도.
［도 28］실시 형태 2의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 대향 모드 스퍼터 방식인 경우의 개념도.
［도 29］실시 형태 2의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 대향 모드 스퍼터 방식인 경우의 개념도.
［도 30］실시 형태 2의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 2극 모드 스퍼터 방식인 경우의 개념도.
［도 31］실시 형태 3의 자극군의 비평형 배치(배면 요크 없음)의 개념도.
［도 32］실시 형태 3의 자극군의 비평형 배치(배면 요크 있음)의 개념도.
［도 33］실시 형태 3의 자극군의 비평형 배치(자극군의 일부가 요크)의 개념도.
＜실시 형태 1＞
본 발명의 한 실시 형태의 예로서 자극군으로서 복수의 자석을 이용한 예(실시 형태 1)에 대해 설명한다. 실시 형태 1에서는, 자석군의 고기능 배치를 실시하는 것에 의해, 종래의 박스 회전식 대향 타겟식 스퍼터에서는 다각기둥형 타겟 홀더 외측에서 자속선이 폐회로를 구성하지 않는 구조상의 결점을 해소하여 대향하는 타겟간에 고플라스마 밀도를 실현하여 다원?컴팩트?저온 스퍼터가 가능하며, 또한 기판 대구경화에도 용이하게 대응할 수 있는 고기능의 박스 회전식 다원 스퍼터 장치를 실현한다. 도 10~20에 본 발명의 실시 형태를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 중 하나인 박스 회전식 다원 스퍼터 장치의 4원 타겟의 경우를 나타낸다. 2개의 박스 각각에 있어서 다각기둥형 타겟 홀더 내측 및 외측에서 자속선은 닫혀 있다. 동시에 대향하는 다각기둥형 타겟 홀더에 있어서 자석군의 극성이 반대이고, 대향하는 각각의 상기 타겟 간에도 자속선이 닫혀 있는 것을 특징으로 한다. 스퍼터 방식으로는 대향 모드와 마그네트론 모드가 겹쳐지는 복합 모드이다. 도 11은 도 10에 나타내는 4원의 박스 회전식 다원 스퍼터 장치에 방착?자기 실드판을 장착한 경우를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 중 하나인 박스 회전식 다원 스퍼터 장치의 4원 타겟의 경우를 나타낸다. 2개의 박스 각각에 있어서 다각기둥형 타겟 홀더 내측 및 외측에서 자속선은 닫혀 있다. 대향하는 다각기둥형 타겟 홀더에서 자석군의 극성이 같아, 대향하는 각각의 상기 타겟 간에 자속선이 반발하고 있는 것을 특징으로 한다. 스퍼터 방식으로는 마그네트론 모드뿐이다. 도 13은 도 12에 나타내는 4원의 박스 회전식 다원 스퍼터 장치에 방착?자기 실드판을 장착한 경우를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 중 하나인 6각기둥형 타겟 홀더의 경우, 즉 6원 타겟인 경우의 스퍼터 방식으로는 대향 모드와 마그네트론 모드가 겹쳐지는 복합 모드로, 방착?자기 실드판을 장착한 경우를 나타낸다. 이것 이외에 자속선이 닫혀 있으면 8각기둥이어도 12각기둥이어도, 혹은 그 이상의 다각기둥형 타겟 홀더여도 가능하다. 마그네트론 모드만의 배치여도 가능하다.
도 15는 본 발명의 실시 형태 중 하나인 기판 대구경화에 대응하는, 즉 타겟 대구경화인 경우, 4원 타겟인 경우의, 스퍼터 방식으로는 대향 모드와 마그네트론 모드가 겹쳐지는 복합 모드로, 방착?자기 실드판을 장착한 경우를 나타낸다. 마그네트론 모드만의 배치여도 가능하다.
도 16~20에 본 발명의 경우인 자석군 배치의 실시 형태를 나타낸다. 도면은 다각기둥형 타겟 홀더의 1면의 바로 옆에서 본 경우와 홀더 내측에서 본 경우의 타겟, 홀더, 자석군의 배치를 나타내고 있다. 도 16에서는 소면적의 기판 대응, 즉 소면적 타겟인 경우의 자석군의 배치를, 도 17에서는 중면적의 기판 대응, 즉 중면 적 타겟인 경우의 자석군의 배치를, 도 18에서 대면적의 기판 대응, 즉 대면적 타겟인 경우의 자석군의 배치를, 도 19에서 대면적의 장방형 기판 대응, 즉 장방형 대면적 타겟인 경우의 자석군의 배치를 나타낸다. 중심에 로드 형상의 자석이 배치되고, 동심원상으로 원통형의, 로드의 자석과는 반대 자극을 가지는 자석이 배치되어 있다. 면적이 커짐에 따라 동심원상의 원통형 자석의 수가 많아진다. 물론 극성이 반대 자극이 되도록 배치한다. 이 배치에 의해 다각기둥형 타겟 홀더의 내측 및 외측의 양쪽 모두를 닫은 자기회로를 구성할 수 있다. 도 20에서 대면적의 기판 대응, 즉 대면적 타겟인 경우의 로드 형상의 자석군을 균일하게 또한 인접하는 자석이 반대 자극이 되도록 배치한 경우를 나타낸다.
상기 실시 형태에 대해서, 추가로 자석군의 타겟과는 반대측에 배면 요크를 설치함으로써 타겟 간의 자속 밀도의 강도를 높일 수 있다. 도 21에 배면 요크를 설치한 경우의 예를 나타낸다. 도 21(A)는 복합 모드(대향 모드+마그네트론 모드), 도 21(B)는 마그네트론 모드의 예를 나타낸다. 배면 요크를 설치함으로써 타겟간의 자속 밀도가 약 12% 높아진다.
대향하는 다각기둥형 타겟 홀더를 서로 동회전 혹은 역회전시킴으로써, 다른 재료의 타겟면이 마주보고, 그 때의 타겟 간에서 만드는 자속선의 방향은 회전 전과 반대 방향이 된다. 또한, 본 실시 형태에서는 타겟 홀더의 회전면은 수평면에 평행하다고 설명하고 있지만, 특허 청구 요건을 만족하면 그 회전면의 방향은 상관없다. 또, 대향하는 한 쌍의 다각기둥형 타겟 홀더 간의 거리는 각각의 회전축도 포함한 다각기둥형 타겟 홀더를 평행이동시킴으로써 조절할 수 있다.
또, 도 11에 나타내는 바와 같이 대향하는 한 쌍의 다각기둥형 회전식 타겟 홀더 기구를 1개의 모듈로 하여 진공 챔버내에 1개 이상의 모듈을 설치함으로써, 다각기둥형 회전식 타겟 홀더에 장착되어 있는 타겟수×모듈수의 다층 박막 제작이 가능하거나 혹은 스루풋의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 1개 이상의 모듈을 설치한 진공 챔버를 단독 혹은 1개 이상 연결한 구성에 의해 다층 박막 제작이 가능하거나 혹은, 스루풋의 향상을 기대할 수 있다.
인가하는 전원의 차에 따라 직류(DC), 교류(RF) 스퍼터가 가능하다. 스퍼터 중, 기판은 플로트 상태, 또한 바이어스 전압을 인가하여 바이어스 스퍼터도 가능하다. 또한 직류에 교류를 싣는 스퍼터도 가능하다.
[0031]
본 실시 형태에서의 박막 스퍼터의 일례를 서술하면, Nb타겟을 이용하여 타겟-기판간 거리 9cm로 Ar압력 2×10-4Torr, DC인가 전류 2.0A, DC인가 전압 350V로, 퇴적 속도 125nm/min가 얻어졌다. Nb는 초전도 재료로 초전도가 되는 온도(Tc)는 9.3K이지만, 산소가 1at% 혼입된 것만으로 그 Tc는 8.3K로 떨어져 버릴 정도로 민감하다. 상기의 조건으로 제작한 Nb박막은 Tc가 9.3K와 동일한 값을 나타냈다. 실온과 10K에서의 저항의 비로 나타내는 잔류 저항비가 약 4로 큰 값을 나타내고, 잔류 가스의 도입이 작은 고품질의 박막이 형성되었다.
＜실시 형태 2＞
본 발명의 다른 실시 형태의 예로서, 자극군으로서 자석 및 요크를 이용한 예(실시 형태2)에 대해 설명한다. 실시 형태 2에서는 자석과 요크로 이루어진 일련의 자석군의 고기능 배치를 실시하는 것에 의해, 종래의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터에서는 다각기둥형 타겟 홀더 외측에서 자속선이 폐회로를 구성하지 않는 구조상의 결점을 해소하여, 대향하는 타겟 간에 고플라스마 밀도를 실현하여 다원?컴팩트?저온 스퍼터가 가능하고, 또한 다각기둥 타겟 홀더를 회전 혹은 대향하는 타겟 간의 자석군 중 요크의 일부 혹은 전부를 가동시킴으로써 용도나 타겟 재질에 적합한 대향하는 타겟 간 자속선 패턴을 선택할 수 있는 고기능의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치를 실현한다. 도 22~29에 본 발명의 실시 형태를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 실시 형태 중 하나인 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 4원 타겟의 경우를 나타낸다. 2개의 박스 각각에 있어서, 다각기둥형 타겟 홀더 내측 및 외측에 있어서 자석과 요크로 이루어진 일련의 자극군의 자속선은 닫혀 있다. 동시에, 대향하는 다각기둥형 타겟 홀더에 있어서, 자석과 요크로 이루어진 일련의 자극군의 극성이 반대이고, 대향하는 각각의 상기 타겟 간에도 자속선이 닫혀 있는 것을 특징으로 한다. 스퍼터 방식으로는 대향 모드와 마그네트론 모드가 겹쳐지는 복합 모드이다. 도 23은 도 22에 나타내는 4원의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치에 방착?자기 실드판을 장착한 경우를 나타낸다. 또, 본 실시 형태는 4원 스퍼터로 설명하고 있지만, 6각기둥, 8각기둥 혹은 그 이상의 다각기둥 타겟 홀더로 자기 폐회로를 구성하는 6원 스퍼터, 8원 스퍼터 혹은 그 이상의 다원 스퍼터여도 된다. 또한, 도 22 및 도 23의 왼쪽 아래의 도면은 요크 형상의 예를 나타낸 것이다. 요크의 타겟 이면과는 반대측의 단부는 자석과의 자기회로를 형성할 수 있다면 형상은 임의이며, 본 도면에서는 원과 타원의 형상인 예를 나타내고 있다.
도 24는 본 발명의 실시 형태 중 하나인 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 4원 타겟의 경우를 나타낸다. 2개의 박스 각각에 있어서, 다각기둥형 타겟 홀더 내측 및 외측에 있어서 자석과 요크로 이루어진 일련의 자극군의 자속선은 닫혀 있다. 대향하는 다각기둥형 타겟 홀더에 있어서, 자극군의 극성이 동일하여, 대향하는 각각의 상기 타겟 간에 자속선이 반발하고 있는 것을 특징으로 한다. 스퍼터 방식으로는 마그네트론 모드뿐이다. 도 23과 동일하게 4원의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치에 방착?자기 실드판을 장착해도 된다.
도 25는 본 발명의 실시 형태 중 하나인 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 4원 타겟의 경우를 나타낸다. 대향하는 타겟 간에서만 가동 요크를 움직이게 함으로써 가동전의 자석과 요크로 이루어진 일련의 자극군이 만드는 자기 폐회로와는 상이한 자기 폐회로를 구성하고, 대향하는 타겟 간의 자속선의 패턴을 바꿀 수 있는 것을 특징으로 한다. 스퍼터 방식으로는 대향 모드이다. 도 22에서 대향하는 타겟간의 요크만이 움직인 경우와 동일하다. 도 23과 동일하게 4원의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치에 방착?자기 실드판을 장착해도 된다. 즉, 도 25에 있어서, 요크를 타겟 이면에 접촉시킨 상태에서는 자속선 패턴은 도 22와 같은 「복합 모드(대향 모드와 마그네트론 모드의 복합 모드)」가 되고, 요크를 타겟 이면으로부터 이간시킴으로써 도 25와 같은 자속선 패턴 「대향 모드(대향 타겟 간의 자속선이 평행한 모드)」가 된다. 또, 도 25에 있어서 적어도 일방의 타겟 홀더를 회전시킴으로써 대향하는 타겟 이면의 자극군의 자성 패턴을 동자성(서로 반발하는 극성) 으로 할 수 있지만, 이 경우, 요크가 타겟 이면에 접촉하고 있는 경우는 도 11과 같은 「마그네트론 모드(각각의 타겟 표면에서 자속선이 닫힌 모드)」가 되고, 요크가 타겟 이면으로부터 이간되어 있는 경우는 자속선이 타겟 표면으로부터 거의 나오지 않기 때문에 「2극 모드(타겟 간에 자속선이 존재하지 않는 모드)」가 된다. 이와 같이, 요크의 이동과 타겟 홀더의 회전을 조합함으로써, 여러 가지 대향 타겟간의 자속선 패턴을 선택할 수 있다
도 25의 예에서는 자극용 요크와 배면 요크를 함께 움직인 예를 나타냈지만, 도 26과 같이 자극용 요크를 움직이지 않고 배면 요크만 움직여도 자극용 요크에서 발생되는 자속을 크게 저감시킬 수 있으므로, 도 25와 동등한 효과가 얻어진다.
도 27은 본 발명의 실시 형태 중 하나인 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 4원 타겟의 경우를 나타낸다. 도 9에 나타낸 실시예와 달리 타겟 바로 아래에 자극편을 배치함으로써, 자석이 만드는 자속 균일성을 높이는 것을 특징으로 한다. 스퍼터 방식으로는 복합 모드이다. 기판 대구경화, 즉 타겟 대구경화에 대응할 수 있다. 가동 요크와 자극편은 일체형이 아니라 분리되어 있는 것을 특징으로 한다. 도 23과 동일하게 4원의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치에 방착?자기 실드판을 장착해도 된다.
도 28은 본 발명의 실시 형태 중 하나인 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 4원 타겟의 경우를 나타낸다. 대향하는 타겟 간에서만 가동 요크를 움직이게 하여, 가동 전의 자석과 요크로 이루어진 일련의 자극군이 만드는 자기 폐회로와는 상이한 자기 폐회로를 구성함으로써, 대향하는 타겟 간의 자속선의 패턴을 바꿀 수 있다. 도 25에 나타낸 실시 형태와는 달리 타겟 바로 아래에 자극편을 배치함으로써, 자석이 만드는 자속 균일성을 높이는 것을 특징으로 한다. 가동 요크와 자극편은 일체형이 아니라 분리되어 있는 것을 특징으로 한다. 스퍼터 방식으로는 대향 모드이다. 기판 대구경화, 즉 타겟 대구경화에 대응할 수 있다. 도 23과 동일하게 4원의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치에 방착?자기 실드판을 장착해도 된다.
도 29는 본 발명의 실시 형태 중 하나인 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 4원 타겟의 경우를 나타낸다. 대향하는 타겟 간에서만 요크를 움직이게 하여, 가동 전의 자석과 요크로 이루어진 일련의 자석군이 만드는 자기 폐회로와는 상이한 자기 폐회로를 구성함으로써, 대향하는 타겟 간의 자속선의 패턴을 바꿀 수 있다. 도 27, 도 28에 나타낸 실시예와는 달리 타겟 바로 아래의 자극편은 분리되어 있지 않고 타겟 면적 전면에 걸쳐 있으며, 자석이 만드는 자속 균일성을 높이는 것을 특징으로 한다. 가동 요크와 자극편은 일체형이 아니라 분리되어 있는 것을 특징으로 한다. 가동 요크의 선단은 자극편과 접촉하지 않으나, 가동하지 않는 배치시에는 자극편과 자기 폐회로를 만들고, 가동 요크가 가동했을 때는 가동 요크 자체는 착자(着磁)되지 않은 배치를 취하는 것을 특징으로 한다. 스퍼터 방식으로는 대향 모드이다. 기판 대구경화, 즉 타겟 대구경화에 대응할 수 있다. 도 23과 동일하게 4원의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치에 방착?자기 실드판을 장착해도 된다.
도 30은 본 발명의 실시 형태 중 하나인 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치의 4원 타겟의 경우를 나타낸다. 도 29와 달리 요크는 자석과 접촉한 배치, 즉 착 자된 상태를 취하고 있다. 스퍼터 방식으로는 2극 모드이다. 2개의 박스 각각에 있어서, 다각기둥형 타겟 홀더 내측 및 외측에 있어서 자석과 요크로 이루어진 일련의 자석군의 자속선은 닫혀 있다. 대향하는 타겟간에서만 가동 요크를 움직이게 하여, 가동전의 자석과 요크로 이루어진 일련의 자극군이 만드는 자기 폐회로와는 상이한 자기 폐회로를 구성함으로써, 대향하는 타겟간의 자속선의 패턴을 바꿀 수 있다. 도 27, 도 28에 나타낸 실시 형태와는 달리 타겟 바로 아래의 자극편은 분리되어 있지 않고 타겟 면적 전면에 걸쳐 있으며, 자석이 만드는 자속 균일성을 높이는 것을 특징으로 한다. 가동 요크와 자극편은 일체형이 아니라 분리되어 있는 것을 특징으로 한다. 가동 요크의 선단은 자극편과 접촉하지 않으나, 가동하지 않는 배치시에는 자극편과 자기 폐회로를 만들고, 가동 요크가 가동했을 때는 가동 요크 자체는 착자되지 않은 배치를 취하는 것을 특징으로 한다. 기판 대구경화, 즉 타겟 대구경화에 대응할 수 있다. 도 23과 동일하게 4원의 박스 회전형 다원 대향 스퍼터 장치에 방착?자기 실드판을 장착해도 된다.
대향하는 다각기둥형 타겟 홀더를 서로 동회전 혹은 역회전시킴으로써, 다른 재료의 타겟면이 마주보고, 그 때의 타겟 간에서 만드는 자속선의 방향은 회전 전과 반대 방향이 된다. 또한, 본 실시 형태에서는 타겟 홀더의 회전면은 수평면에 평행하다고 설명하고 있지만, 특허 청구의 범위의 요건을 만족하면 그 회전면의 방향은 상관없다. 또, 대향하는 한 쌍의 다각기둥형 타겟 홀더 간의 거리는 각각의 회전축도 포함한 다각기둥형 타겟 홀더를 평행이동시킴으로써 조절할 수 있다.
또, 대향하는 한 쌍의 다각기둥형 회전식 타겟 홀더 기구를 1개의 모듈로 하 여 진공 챔버 내에 1개 이상의 모듈을 설치함으로써, 다각기둥형 회전식 대향 타겟 홀더에 장착되어 있는 타겟수×모듈수의 다층 박막 제작이 가능하거나 혹은 스루풋의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 1개 이상의 모듈을 설치한 진공 챔버를 단독 혹은 1개 이상 연결한 구성에 의해 다층 박막 제작이 가능하거나 혹은 스루풋의 향상을 기대할 수 있다.
인가하는 전원의 차에 따라 직류(DC), 교류(RF) 스퍼터가 가능하다. 스퍼터 중, 기판은 플로트 상태, 또한 바이어스 전압을 인가하여 바이어스 스퍼터도 가능하다. 또한 직류에 교류를 싣는 스퍼터도 가능하다.
＜실시 형태 3>
극성이 상이한 복수의 자극군을 이용하여 자기회로를 형성하는 경우, 상이한 극성으로 자계의 강도가 평형이 되도록 자극군을 평형형 배치로 하는 것이 일반적이지만, 본 발명에서는 이에 한정되지 않고, 비평형 배치여도 상관없다. 비평형 배치로 함으로써, 대향 모드+ 마그네트론 모드의 복합 모드에 있어서 대향 모드 만큼의 자속 밀도를 크게 할 수 있다. 도 31 및 도 32에 자석군을 비평형 배치로 한 예를 나타낸다. 도 31은 배면 요크가 없는 예, 도 32는 배면 요크를 배치한 예이다. 또, 각 도면의 상측 도면이 복합 모드, 하측 도면이 마그네트론 모드가 되도록 자석군을 배치한 예이다. 이 예에서는, 외측에 배치되어 있는 자석의 강도를 내측에 배치되어 있는 자석의 강도보다 크게 하고 있다. 외측에 배치되어 있는 자석의 강도를 크게 함으로써, 복합 모드로 했을 때 대향 모드 만큼의 자속 밀도를 크게 할 수 있다. 자극군의 일부에 요크를 이용한 경우에도 마찬가지이다. 도 33에 자극군 의 일부에 요크를 이용한 경우의 비평형 배치의 예를 나타낸다.
이상, 본 발명의 실시 형태의 일례를 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주에서 각종 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 상술한 실시 형태에서는 타겟이 정면으로 마주하고 있는 예를 나타냈지만, 이들에 한정되지 않고, 예를 들면 대향하는 타겟의 각각을 기판과 마주보는 방향으로 약간 기울임으로써 기판의 퇴적 속도를 크게 할 수 있다. 또, 타겟 홀더의 회전축은 평행일 필요는 없고, 기판이 설치되는 위치에 따라 타겟 홀더의 회전축을 기울여도 된다.

Claims (21)

  1. 회전할 수 있는 다각기둥체의 회전축에 평행한 각각의 면에 타겟을 배치한 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍을 대향하여 배치한 박막 제작용 스퍼터 장치로서,
    상기 타겟의 이면에는, 복수의 자석 또는 자석 및 요크로 이루어진 자극군이 배치되고,
    상기 자극군은, 각 자극군 내에 있어서 상이한 자극 방향의 자석 또는 요크를 포함하고,
    상기 다각기둥형 타겟 홀더의 각 타겟의 이면에 배치된 자극군은, 상기 다각기둥형 타겟 홀더의 각 면마다 상이한 자극 패턴의 것을 포함하고 있고,
    상기 다각기둥형 타겟 홀더를 회전시킴으로써, 대향하는 타겟간의 자기장 특성을 바꿀 수 있는 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자극군의 각각의 자석 또는 요크는, 인접하는 자석 또는 요크끼리 자극 방향이 교대로 상이하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍의 대향하는 각각의 타겟의 이면에 배치된 자극군은, 각각 극성이 반대인 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍의 대향하는 각각의 타겟의 이면에 배치된 자극군은, 각각 극성이 반대인 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍의 대향하는 각각의 타겟의 이면에 배치된 자극군은, 각각 극성이 동일한 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍의 대향하는 각각의 타겟의 이면에 배치된 자극군은, 각각 극성이 동일한 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 자극군은, 상이한 자극 방향의 자석 또는 요크가 동심원상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 자극군은, 상이한 자극 방향의 자석 또는 요크가 바둑판 형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 다각기둥형 타겟 홀더의 각 타겟은 상이한 재료에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 다각기둥형 타겟 홀더의 각 타겟은 동일한 재료에 의해 구성되어 있고,
    상기 다각기둥형 타겟 홀더를 회전시킴으로써 장시간 스퍼터가 가능한 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 다각기둥형 타겟 홀더의 각각 인접하는 타겟간에, 박막 제작시의 상기 타겟의 표면 오염을 방지하기 위한 착탈 가능한 방어판을 설치한 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 다각기둥형 타겟 홀더의 각각 인접하는 타겟간에 자기 실드판을 설치한 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 다각기둥형 타겟 홀더 한 쌍을 대향하여 배치하는 기구를 1개의 모듈로 하여, 진공 챔버내에 1개 이상의 상기 모듈을 설치한 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  14. 제13항에 있어서, 1개 이상의 상기 모듈을 설치한 진공 챔버를 단독 혹은 1개 이상 연결한 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 요크는,
    일단이 상기 타겟 이면에 접촉 또는 근접하여 있고,
    타단이 상기 자석의 타겟과는 반대측의 자극에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 요크 중 적어도 일부는 이동 가능하고,
    상기 요크 중 적어도 일부를 이동시킴으로써 상기 타겟 이면과 상기 자석 중 적어도 일방으로부터 상기 요크를 이간시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 타겟 이면과 상기 자석 사이에, 상기 자석이 만드는 자속 밀도의 균일성을 높이는 자극편을 배치하는 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 요크의 타겟 이면측의 단부는 상기 자극편과 근접하여 있고, 상기 요크 중 적어도 일부를 이동시킴으로써 상기 요크와 상기 자극편을 이간시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 자극군 중 요크의 일부 또는 전부를 이동시킴으로써, 대향하는 타겟간의 자속선의 패턴을 바꿀 수 있는 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 자극군의 상기 타겟과는 반대측에 배면 요크가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 제작용 스퍼터 장치.
  21. 삭제
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009139434A1 (ja) 2008-05-15 2009-11-19 国立大学法人山口大学 薄膜作製用スパッタ装置及び薄膜作製方法
JP5792723B2 (ja) 2010-06-25 2015-10-14 キヤノンアネルバ株式会社 スパッタリング装置、成膜方法、および制御装置
US20140102888A1 (en) * 2010-12-17 2014-04-17 Intevac, Inc. Method and apparatus to produce high density overcoats
MY171465A (en) 2012-07-05 2019-10-15 Intevac Inc Method to produce highly transparent hydrogenated carbon protective coating for transparent substrates
KR102150456B1 (ko) * 2013-04-30 2020-09-01 주식회사 선익시스템 스퍼터링 장치 및 방법
KR102190248B1 (ko) 2013-08-06 2020-12-14 삼성디스플레이 주식회사 스퍼터링 장치 및 스프터링 방법
JP7226759B2 (ja) * 2018-05-18 2023-02-21 株式会社シンクロン スパッタ装置用カソード
US20220376162A1 (en) * 2019-09-22 2022-11-24 Technion Research & Development Foundation Limited Superconductor composites and devices comprising same
WO2021112089A1 (ja) * 2019-12-03 2021-06-10 日東電工株式会社 マグネトロンスパッタリング成膜装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004052005A (ja) * 2002-07-16 2004-02-19 Yamaguchi Technology Licensing Organization Ltd 薄膜作製用スパッタ装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58189372A (ja) * 1982-04-30 1983-11-05 Toshiba Corp マグネトロンスパツタ装置
US4597847A (en) * 1984-10-09 1986-07-01 Iodep, Inc. Non-magnetic sputtering target
JPH03240944A (ja) * 1990-02-17 1991-10-28 Masahiko Naoe アルミニウム薄膜形成用対向ターゲット式スパッタ法及び装置
US5082542A (en) * 1990-08-02 1992-01-21 Texas Instruments Incorporated Distributed-array magnetron-plasma processing module and method
JPH05132770A (ja) * 1991-11-11 1993-05-28 Canon Inc スパツタ装置
JPH0617248A (ja) * 1992-06-11 1994-01-25 Kokusai Chodendo Sangyo Gijutsu Kenkyu Center スパッタリング装置
JP2660951B2 (ja) * 1992-12-25 1997-10-08 アネルバ株式会社 スパッタリング装置
JP2001335924A (ja) * 2000-05-23 2001-12-07 Canon Inc スパッタリング装置
JP2002146529A (ja) * 2000-11-07 2002-05-22 Aisin Seiki Co Ltd マグネトロンスパッタリング装置およびマグネトロンスパッタリングによる薄膜形成方法
JP4312400B2 (ja) * 2001-06-12 2009-08-12 パナソニック株式会社 スパッタ装置
JP2003013212A (ja) * 2001-06-28 2003-01-15 Canon Inc スパッタリング装置
JP2003183827A (ja) * 2001-12-19 2003-07-03 Yamaguchi Technology Licensing Organization Ltd 薄膜作製装置
JP2005179716A (ja) * 2003-12-17 2005-07-07 Sony Corp スパッタリング装置
US8778144B2 (en) * 2004-09-28 2014-07-15 Oerlikon Advanced Technologies Ag Method for manufacturing magnetron coated substrates and magnetron sputter source

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004052005A (ja) * 2002-07-16 2004-02-19 Yamaguchi Technology Licensing Organization Ltd 薄膜作製用スパッタ装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20100072061A1 (en) 2010-03-25
US20140183035A1 (en) 2014-07-03
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WO2008149635A1 (ja) 2008-12-11
JPWO2008149635A1 (ja) 2010-08-19
KR20090084808A (ko) 2009-08-05

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