KR101147348B1 - 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치 - Google Patents

박막 형성 방법 및 박막 형성 장치 Download PDF

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Abstract

복수매의 타겟을 일정한 간격으로 병설하고, 스퍼터링에 의해 소정의 박막을 형성하는 경우에, 처리 기판 표면에 형성한 박막에 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포가 생기는 것을 억제한다. 스퍼터실(11a) 내에서 처리 기판(S)에 대향시키고 한편 소정의 간격을 두어 병설한 복수매의 타겟(31a~31h)에 전력을 투입하여 스퍼터링에 의해 소정의 박막을 형성하는 사이에, 각 타겟을 처리 기판에 대해 평행하게 일정한 속도로 왕복 이동시킴과 아울러, 각 타겟의 전방에 터널상의 자속(M)을 각각 형성하는 자석 조립체를 각 타겟에 각각 평행하게 일정한 속도로 왕복 이동시킨다. 각 타겟이 왕복 이동의 반복 위치에 도달했을 때, 각 타겟의 왕복 이동을 소정 시간 정지시킨다.

Description

박막 형성 방법 및 박막 형성 장치{THIN FILM FORMING METHOD AND THIN FILM FORMING DEVICE}
본 발명은, 유리 등의 처리 기판 표면에 스퍼터링법에 의해 소정의 박막을 형성하기 위한 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치에 관한 것이다.
유리 등의 처리 기판 표면에 소정의 박막을 형성하는 박막 형성 방법의 하나로서 스퍼터링(이하, 「스퍼터」라고 함)법이 있고, 특히, 마그네트론 방식의 스퍼터법은, 타겟의 후방(스퍼터면과 배향하는 측)에 배치한 자석 조립체로부터의 터널상의 자속에 의해, 타겟의 전방에서 전리한 전자 및 스퍼터링에 의해 생긴 2차 전자를 포착하는 것에 의해, 타겟의 전방에서의 전자 밀도를 높이고, 이들 전자와 진공 챔버 내에 도입되는 희가스의 가스 분자의 충돌 확률을 높여 플라즈마 밀도를 높일 수 있다. 이 때문에, 박막 형성 속도를 향상시킬 수 있는 등의 이점이 있어, 처리 기판 표면에 소정의 박막을 형성하는데 자주 이용되고, 근래에는, FPD 제조용의 유리 기판과 같이, 면적이 큰 처리 기판에 대해 소정의 박막을 형성하는데 많이 이용되고 있다.
대면적의 처리 기판에 대해서 일정한 막 두께로 소정의 박막을 효율적으로 형성하는 것으로서, 진공 챔버 내에서 같은 형상의 타겟을 등간격으로 복수매 병 설(竝設)한 스퍼터 장치가 알려져 있다. 이 스퍼터 장치에서는, 타겟 상호 사이의 영역으로부터 스퍼터 입자가 방출되지 않기 때문에, 처리 기판 표면에 소정의 박막을 형성하면, 이 박막의 막 두께 분포나 반응성 스퍼터링 시의 막질 분포가 물결치듯이(예를 들어 막 두께 분포의 경우, 동일 주기로 막 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복하도록) 불균일하게 된다.
이 때문에, 각 타겟에 전력을 투입하여 스퍼터링에 의해 박막을 형성할 때, 각 타겟을 일체로 한편 처리 기판에 대해 평행하게 일정한 속도로 왕복 이동시켜, 각 타겟을 일체로 이동시켜 스퍼터 입자가 방출되지 않는 영역을 바꾸는 것에 의해, 즉, 처리 기판의 전면에 걸쳐 타겟 표면의 스퍼터 입자가 방출되는 영역과 대향시키는 것에 의해, 상기 막 두께 분포나 막질 분포의 불균일을 개선하는 것이 제안되고 있다. 아울러, 막 두께 분포나 막질 분포의 균일성을 더욱 높이기 위해서, 각 타겟의 전방에 터널상의 자속을 각각 형성하기 위하여 마련한 자석 조립체를, 타겟에 평행하게 일체로 한편 일정 속도로 왕복 이동시켜, 스퍼터율이 높아지는 터널상의 자속의 위치를 바꾸는 것도 제안되고 있다(특허 문헌 1).
특허 문헌 1: 일본특허공개 2004-346388호 공보(예를 들면, 특허 청구의 범위의 기재 참조)
그렇지만, Al, Ti, Mo나 ITO등의 타겟 종에 따라서는, 스퍼터링 시의 스퍼터 입자의 비산(飛散) 분포가 다르기 때문에, 이것에 기인하여 처리 기판 표면에 형성한 박막에 미소하게 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포가 남는 문제가 있다. 이처럼 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포가 있으면, 예를 들면 유리 기판에 투명 전극(ITO)을 형성하고, 액정을 봉입하여 FPD를 제작했을 때, 표시면에 얼룩이 발생하는 문제가 있다.
이 때문에, 타겟 종에 따라, 타겟이나 자석 조립체의 왕복 이동 속도나 이동거리를 조절하는 것에 의해, 미소하게 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포의 발생을 억제하는 것을 고려하지만, 자석 조립체에 더하여 각 타겟을 연속해서 등속 왕복 이동시키고 있기 때문에, 그 제어의 자유도가 낮아 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포의 발생을 억제하는 것이 곤란하다.
거기서, 본 발명의 과제는, 상기점에 비추어, 복수매의 타겟을 일정한 간격으로 병설(竝設)하여 스퍼터링에 의해 소정의 박막을 형성할 경우에, 스퍼터실 내의 타겟 종에 따라, 높은 자유도로, 처리 기판 표면에 형성한 박막에 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포가 생기는 것을 억제할 수 있는 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1기재의 박막 형성 방법은, 스퍼터실 내에서, 처리 기판에 대향시키고 한편 소정의 간격을 두어 병설한 복수매의 타겟에 전력을 투입하여 스퍼터링에 의해 소정의 박막을 형성하는 박막 형성 방법으로, 각 타겟을 처리 기판에 대해 평행하게 일정한 속도로 왕복 이동시킴과 아울러, 각 타겟의 전방에 터널상의 자속을 각각 형성하는 자석 조립체를 각 타겟에 각각 평행하게 일정한 속도로 왕복 이동시키고, 상기 각 타겟이 왕복 이동의 반복하는 위치에 도달했을 때, 각 타겟의 왕복 이동을 소정 시간 정지시키는 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 스퍼터링에 의해 소정의 박막을 형성하는 경우, 각 타겟을 그 병설 방향을 따라 처리 기판에 평행하게 이동시키고, 각 타겟이 왕복 이동의 반복 위치의 일방에 도달했을 때, 각 타겟의 이동을 일단 정지한다. 타겟의 정지상태에서는, 타겟 후방의 자석 조립체를 일정한 속도로 왕복 이동시켜, 스퍼터율이 높아지는 터널상의 자속의 위치를 연속해서 변화시킨다. 그리고 소정 시간 경과하면, 자석 조립체의 왕복 이동을 유지한 채로, 각 타겟의 이동을 재개시켜, 타방의 반복 위치를 향해 이동시키고, 타방의 반복 위치에 도달하면 각 타겟의 이동을 다시 정지한다.
이와 같이 박막 형성하는 경우, 스퍼터 시간 및 자석 조립체의 왕복 이동의 속도를 고려하여, 각 반복점에서의 타겟의 정지 시간을 적당히 설정하는 것만으로, 타겟 종, 즉, 각 타겟의 스퍼터링 시의 비산(飛散) 분포에 따라, 처리 기판을 향하는 스퍼터 입자의 양을 조절할 수 있고, 그 결과, 막 두께나 막질 제어의 자유도가 높아져, 처리 기판 표면에 형성한 박막에 미소하게 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포가 생기는 것을 억제할 수 있다.
상기 스퍼터링 시, 상기 타겟에의 전력 투입을, 각 타겟의 왕복 이동의 정지 중에만 실시하도록 하면, 막 두께나 막질의 제어의 자유도를 한층 높게 할 수 있어 좋다.
한편으로, 상기 각 타겟의 왕복 이동을 소정 시간 정지하는 사이, 자석 조립체를 적어도 한번 왕복 이동시키는 것이 바람직하다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 4 기재의 박막 형성 방법은, 동수의 타겟이 각각 등간격으로 병설된 복수의 스퍼터실 상호간에서, 각 타겟에 대향한 위치에 처리 기판을 반송하고, 스퍼터링에 의해 처리 기판 표면에 동일 또는 다른 박막을 적층하는 박막 형성 방법으로, 연속하여 박막을 형성하는 각 스퍼터실에 각각 반송되는 처리 기판에 대해서, 각 스퍼터실 내에서의 각 타겟의 위치를 기판 반송 방향으로 서로 일체로 옮겨 놓은 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 하나의 스퍼터실 내에서, 등간격으로 병설한 각 타겟에 대향한 위치에 처리 기판을 이동시키고, 각 타겟에 전력을 투입해 스퍼터링에 의해 처리 기판 표면에 하나의 박막을 형성한다. 이 상태에서는, 각 타겟 상호 사이의 영역으로부터 스퍼터 입자가 방출되지 않기 때문에, 하나의 박막은, 동일 주기로 막 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복하도록 불균일하게 되어 있다. 그 다음에, 하나의 박막이 형성된 처리 기판을 다른 스퍼터실 내에 반송하고, 다른 스퍼터실 내에서, 각 타겟에 전력을 투입하여 스퍼터링에 의해 다른 박막을 적층한다.
이 다른 스퍼터실 내에서는, 처리 기판에 대해서, 하나의 스퍼터실과 같은 간격으로 병설된 각 타겟의 위치가 기판 반송 방향으로 일체로 옮겨져 있기 때문에, 즉, 예를 들면 하나의 박막이 형성된 처리 기판 중 막 두께가 두꺼운 부분을 타겟 상호 사이의 영역에 대향시키고, 한편, 얇은 부분을 타겟의 스퍼터면과 대향하도록 옮겨져 있기 때문에, 대략 동일한 막 두께로 다른 박막을 적층했을 때에 막 두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 바뀌어 전체적인 적층막의 막 두께를 처리 기판 전면에서 대략 균일하게 할 수 있다. 이 경우, 각 스퍼터실에 배치되는 타겟 종에 따라, 각 스퍼터실 내에서 각 타겟의 위치를 적당히 설정하는 것만으로, 처리 기판 표면에서의 막 두께 분포나 반응성 스퍼터링 시의 막질 분포가 물결치듯이 불균일하게 되는 것을 간단하게 억제할 수 있다.
상기 각 타겟 중 한 쌍의 타겟마다 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 교류 전압을 인가하고, 각 타겟을 양극(애노드) 전극, 음극 전극으로 교대로 변환하여, 양극 전극 및 음극 전극 사이에 글로우 방전을 일으키게 하여 플라즈마 분위기를 형성하고, 각 타겟을 스퍼터링 하면, 타겟 표면에 축적하는 전하를 반대의 위상 전압을 인가하여 없애는 것에 의해 더욱 안정적인 방전을 얻을 수 있어 좋다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 6 기재의 스퍼터링 장치는, 스퍼터실 내에서 처리 기판에 대향시키고 한편 소정의 간격을 두어 병설한 복수매의 타겟과, 각 타겟에의 전력 투입을 가능케 하는 스퍼터 전원과, 타겟의 전방에 터널상의 자속을 각각 형성하는 자석 조립체를 구비하고, 타겟의 병설 방향을 따라 일정한 속도로 각 타겟을 왕복 이동시키는 제1의 구동 수단과, 자석 조립체를 타겟과 평행하게 왕복 이동시키는 제2의 구동 수단을 마련하고, 상기 타겟이 왕복 이동의 반복 위치에 도달했을 때, 각 타겟의 왕복 이동을 소정 시간 정지시키는 정지 수단을 마련한 것을 특징으로 한다.
상기 스퍼터 전원은, 각 타겟 중 한 쌍의 타겟마다 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 전압을 인가하는 교류 전원이며, 각 타겟을 양극 전극, 음극 전극으로 교대로 변환하고, 양극 전극 및 음극 전극 사이에 글로우 방전을 일으키게 하여 플라즈마 분위기를 형성하여, 각 타겟을 스퍼터링 하면, 각 타겟 상호 사이의 영역(공간)에 양극이나 쉴드 등의 구성부품을 아무것도 마련할 필요가 없기 때문에, 스퍼터 입자가 방출되지 않는 이 영역을 가능한 한 작게 할 수 있고, 그 결과, 타겟이나 자석 조립체의 왕복 이동 거리를 작게 할 수 있고, 진공 챔버를 작게 할 수 있어 좋다.
이상 설명한 것처럼, 본 발명의 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법은, 타겟 종에 따라 높은 자유도로 처리 기판 표면에 형성한 박막에 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포가 생기는 것을 억제할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 스퍼터링 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 타겟과 자석 조립체의 왕복 이동을 설명하는 도면이다.
도 3은 실시예 1에 의해 얻은 박막의 면저항을, 비교예 1, 비교예 2로 얻은 것과 함께 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 변형예와 관련된 스퍼터링 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 각 스퍼터실 내에서의 처리 기판에 대한 각 타겟의 위치를 설명하는 도면이다.
도 6은 실시예 2에 의해 얻은 박막의 면저항을 나타내는 그래프이다.
1 스퍼터링 장치
11a 스퍼터실
31a 내지 31h 타겟
35 스퍼터 전원
5 가스 도입 수단
6, 7 구동 수단
S 처리 기판
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 1은 본 발명의 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치(이하, 「스퍼터 장치」라고 함)이다. 스퍼터 장치(1)는, 인라인식의 것이며, 로터리 펌프, 터보 분자 펌프 등의 진공 배기 수단(도시하지 않음)을 개입시켜 소정의 진공도로 유지할 수 있는 진공 챔버(11)를 가지고 스퍼터실(11a)을 구성한다. 진공 챔버(11)의 상부에는 기판 반송 수단(2)이 설치되어 있다. 이 기판 반송 수단(2)은 공지의 구조를 가지고, 예를 들면, 처리 기판(S)이 장착되는 캐리어(21)를 가지며, 도시하지 않은 구동 수단을 간헐적으로 구동시켜, 후술하는 타겟에 대향한 위치에 처리 기판(S)을 차례로 반송할 수 있다. 진공 챔버(11)의 아래쪽에는, 음극(캐소드) 전극(C)이 배치되어 있다.
음극 전극(C)은, 처리 기판(S)에 대향하여 배치된 8매의 타겟(31a 내지 31h)을 가진다. 각 타겟(31a 내지 31h)은, Al, Ti, Mo나 ITO 등, 처리 기판(S) 표면에 형성하려고 하는 박막의 조성에 따라 공지의 방법으로 제작되고, 예를 들면 대략 직방체(상면에서 보아 직사각형) 등 같은 형상으로 형성되어 있다. 각 타겟(31a 내지 31h)은 스퍼터링 중, 타겟(31a 내지 31h)을 냉각하는 백킹 플레이트(32)에, 인디움이나 주석 등의 본딩재를 개입시켜 접합되어 있다. 각 타겟(31a 내지 31h)은, 미사용시의 스퍼터면(311)이 처리 기판(S)에 평행한 동일 평면상에 위치하도록 등간격으로 병설되고, 백킹 플레이트(32)의 배면측(스퍼터면(311)에 배향하는 측, 도 1에서 아래쪽)에서 각 타겟(31a 내지 31h)의 병설 방향으로 연재하는 지지판(33)에 설치되어 있다.
지지판(33) 상에는, 타겟(31a 내지 31h)의 주위를 각각 둘러싸도록 쉴드판(34)이 설치되고, 쉴드판(34)이 스퍼터링 시에 애노드로서의 역할을 달성함과 아울러, 타겟(31a 내지 31h)의 스퍼터면(311)의 전방에 플라즈마를 발생시켰을 때에 타겟(31a 내지 31h)의 뒤쪽으로 플라즈마가 돌아 들어가는 것을 방지한다. 타겟(31a 내지 31h)은, 진공 챔버(11) 바깥에 마련한 DC 전원(스퍼터 전원, 35)에 각각 접속되어, 각 타겟(31a 내지 31h)에 독립하여 소정값의 DC 전압을 인가할 수 있다.
또, 음극 전극(C)은, 타겟(31a 내지 31h)의 배면측에 각각 위치시켜 자석 조립체(4)를 가진다. 동일 구조의 각 자석 조립체(4)는, 각 타겟(31a 내지 31h)에 평행하게 설치된 지지판(41)을 가진다. 타겟(31a 내지 31h)이 정면에서 보아 직사각형일 때, 지지판(41)은 각 타겟(31a 내지 31h)a의 횡폭보다 작고, 타겟(31a 내지 31h)의 긴 방향을 따라 그 양측으로 연장하도록 형성한 직사각형의 평판으로 구성되고, 자석의 흡착력을 증폭하는 자성 재료제이다. 지지판(41) 상에는, 그 중앙부에서 긴 방향을 따라 막대 모양으로 배치한 중앙 자석(42)과, 중앙 자석(42)의 주위를 둘러싸도록 지지판(41)의 외주를 따라 배치한 주변 자석(43)이 스퍼터면(311) 측의 극성을 바꾸어 설치되어 있다.
중앙 자석(42)의 동자화로 환산했을 때의 체적은, 예를 들면 주변 자석(43)의 동자화로 환산했을 때의 체적의 합(주변 자석:중심 자석:주변 자석=1:2:1)에 동일해지도록 설계되어, 각 타겟(31a 내지 31h)의 스퍼터면(311)의 전방에, 균형 잡힌 폐루프의 터널상 자속(M)이 각각 형성된다(도 2 참조). 이것에 의해, 각 타겟( 31a 내지 31h)의 전방에서 전리한 전자 및 스퍼터링에 의해 생긴 2차 전자를 포착하는 것에 의해, 각 타겟(31a 내지 31h) 전방에서의 전자 밀도를 높게 하여 플라즈마 밀도가 높아지고, 스퍼터율을 높게 할 수 있다.
또, 진공 챔버(11)에는, Ar 등의 희가스로 되는 스퍼터 가스를 도입하는 가스 도입 수단(5)이 설치되어 있다. 가스 도입 수단(5)은, 예를 들면 진공 챔버(11)의 측벽에 일단이 설치된 가스관(51)을 갖고, 가스관(51)의 타단은, 매스 플로우 컨트롤러(52)를 개입시켜 가스원(53)에 연통하고 있다. 덧붙여, 반응성 스퍼터링에 의해 처리 기판(S) 표면에 소정의 박막을 형성하는 경우에는, 산소나 질소 등의 반응성 가스를 스퍼터실(11a)에 도입하는 다른 가스 도입 수단이 설치된다.
그리고 기판 반송 수단(2)에 의해 처리 기판(S)이 설정된 캐리어(21)를, 병설한 타겟(31a 내지 31h)과 대향한 위치에 반송하고, 소정의 압력(예를 들면, 10-5Pa) 하에서 가스 도입 수단(5)을 개입시켜 스퍼터 가스(혹은 반응 가스)를 도입하고, 타겟(31a 내지 31h)에 DC 전원(35)을 개입시켜 음의 직류 전압을 인가하면, 처리 기판(S) 및 타겟(31a 내지 31h)에 수직한 전계가 형성되어, 타겟(31a 내지 31h)의 전방에 플라즈마를 발생한다. 다음에, 플라즈마 분위기 중의 이온을 각 타겟(31a 내지 31h)을 향하여 가속시켜 충돌시켜, 스퍼터 입자(타겟 원자)가 처리 기판(S)을 향해 비산되어 처리 기판(S) 표면에 소정의 박막이 형성된다.
상기 스퍼터 장치(1)에서는, 타겟(31a 내지 31h) 상호 사이의 영역(R1)으로부터 스퍼터 입자가 방출되지 않는다. 이 상태에서, 처리 기판(S) 표면에 소정의 박막을 형성하면, 막 두께 분포나 반응성 스퍼터링 시의 막질 분포가 물결치듯이, 즉, 동일한 주기로 막 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복하듯이 불균일하게 된다. 이 경우, 상기 스퍼터 장치(1)에서 이용되는 일종의 타겟(31a 내지 31h)에서, 타겟(31a 내지 31h)과 처리 기판(S) 사이의 간격이나 타겟(31a 내지 31h) 상호간의 간격을 적당히 조정하면, 상기 불균일을 어느 정도 개선할 수 있지만, 다른 종의 타겟(31a 내지 31h)을 이용하면, 스퍼터링 시의 스퍼터 입자의 비산 분포가 타겟 종에서 다르기 때문에, 상기 불균일이 현저하게 나타나는 경우가 있다.
이것으로부터, 다음과 같이 스퍼터 장치(1)를 구성하는 것으로 했다. 즉, 타겟(31a 내지 31h)을 지지하는 지지판(33)의 일측에, 예를 들면 공지의 구조를 가지는 서보 모터인 제1의 구동 수단(6)의 구동축(61)을 연결하여, 스퍼터링 중, 타겟(31a 내지 31h)의 병설 방향을 따른 2개소의 위치(A, B) 사이에서 처리 기판(S)에 평행하게 한편 등속으로 일체로 왕복 이동시킨다. 아울러, 각 자석 조립체(4)를 모터나 에어 실린더 등으로 구성된 제2의 구동 수단(7)의 구동축(71)에 각각 연결하여, 타겟(31a 내지 31h)의 병설 방향을 따른 2개소의 위치 사이에서 평행하게 한편 등속으로 일체로 왕복 이동시킨다.
이 경우, 타겟(31a 내지 31h)의 이동거리(D1)는, 일방의 왕복 이동의 반복 위치(A, 도2에서 실선으로 나타낸 위치)에서 스퍼터 입자가 방출되지 않는 영역(R1)에, 타방의 왕복 이동의 반복 위치(B, 도 2에서 점선으로 나타낸 위치)에 각 타겟(31a 내지 31h)을 이동시켰을 때에 타겟(31a 내지 31h)의 스퍼터면(311)의 일부가 위치하여 처리 기판(S)에 대향하고, 한편, 진공 챔버(11)의 용적이 커지지 않게 설정한다. 한편, 자석 조립체(4)의 이동거리는, 이 자석 조립체(4)를 왕복 이동 시켰을 때에 각 타겟(31a 내지 31h)의 스퍼터면(311)의 위쪽에 터널상의 자속이 상시 위치하도록 설정한다.
이것에 의해, 각 타겟(31a 내지 31h)을 일체로 이동시켜 스퍼터 입자가 방출되지 않는 영역을 바꾸는 것에 의해, 즉, 처리 기판의 전면에 걸쳐 타겟(31a 내지 31h) 표면의 스퍼터 입자가 방출되는 영역과 대향시키는 것에 의해, 타겟 종에 따라 상기 막 두께 분포나 막질 분포의 불균일을 개선할 수 있다. 그런데 각 타겟(31a 내지 31h) 및 자석 조립체(4)를 연속하여 등속 왕복 이동시켜도, 타겟 종에 따라서는, 스퍼터링 시의 스퍼터 입자의 비산 분포의 상위에 기인하여 미소하게 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포가 남는 경우가 있다.
이 때문에, 타겟 종에 따라 타겟(31a 내지 31h)이나 자석 조립체(4)의 왕복 이동의 속도나 이동거리를 조절하는 것에 의해, 미소하게 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포의 발생을 억제하는 것을 고려하지만, 자석 조립체(4)에 더해 각 타겟(31a 내지 31h)을 연속하여 등속 왕복 이동시키고 있기 때문에, 그 제어의 자유도가 낮고, 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포의 발생을 억제하기 위한 제어가 곤란하다.
본 실시의 형태에서는, 제1의 구동 수단(6)의 구동축(61)에, 예를 들면, 공지의 구조를 가지는 전자식 브레이크인 정지 수단(도시하지 않음)을 설치하여, 각 타겟(31a 내지 31h)에, DC 전원(35)을 개입시켜 전력을 투입하여 스퍼터링에 의해 소정의 박막을 형성할 때, 각 타겟(31a 내지 31h)을 병설 방향을 따라 처리 기판(S)에 평행하게 이동시키고, 각 타겟(31a 내지 31h)이 일방의 반복하는 위치(A)에 도달했을 때, 이 정지 수단을 작동시켜 각 타겟(31a 내지 31h)의 이동을 일단 정지하는 것으로 했다. 각 타겟(31a 내지 31h)의 정지상태에서는, 제2의 구동 수단(7)에 의해 자석 조립체(4)를 일정한 속도로 왕복 이동시켜, 스퍼터율이 높아지는 터널 모양의 자속의 위치를 연속하여 변화시킨다. 그리고 소정 시간 경과하면, 자석 조립체(4)의 왕복 이동을 유지한 채로, 제1의 구동 수단(6)에 의한 각 타겟(31a 내지 31h)의 이동을 재개시켜, 타방의 반복 위치(B)를 향해 이동시키고, 타방의 반복 위치(B)에 도달하면, 자석 조립체(4)의 왕복 이동을 유지한 채로, 정지 수단을 다시 작동시켜 각 타겟(31a 내지 31h)의 이동을 다시 정지한다.
이것에 의해, 스퍼터 시간 및 자석 조립체(4)의 왕복 이동의 속도를 고려하여, 각 반복점(A, B)에서의 타겟(31a 내지 31h)의 정지시간을 적당히 설정하는 것만으로, 타겟 종, 즉, 각 타겟의 스퍼터링 시의 비산 분포에 따라, 처리 기판(S)을 향하는 스퍼터 입자의 양이 조절될 수 있고, 그 결과, 막 두께나 막질 제어의 자유도가 높아져, 처리 기판(S) 표면에 형성한 박막에 미소하게 물결치는 막 두께 분포나 막질 분포가 생기는 것을 억제할 수 있다. 이 경우, 제1의 구동 수단(6)의 작동을 정지하여 각 타겟(31a 내지 31h)을 소정 시간 정지하는 사이에, 자석 조립체(4)를 적어도 한번 왕복 이동시키면 좋다. 또, 막 두께나 막질 제어의 자유도를 한층 높이기 위해서, 스퍼터 전원(35)의 작동을 제어하여, 타겟(31a 내지 31h)에의 전력 투입을 각 타겟(31a 내지 31h)의 왕복 이동의 정지 중에만 실시하도록 해도 좋다.
각 반복점(A, B)에서의 타겟(31a 내지 31h)의 정지 시간은, 각 반복점(A, B)에서 자석 조립체(4)가 적어도 한번 왕복 이동하는 것이면, 특히 한정되지 않지만, 제1의 구동 수단(6)으로서 모터를 이용하고, 정지 수단에 의해 타겟(31a 내지 31h)의 왕복 이동을 정지시키는 경우에는, 제1의 구동 수단(6)의 부하를 고려할 필요가 있고, 이 경우, 스퍼터 시간의 50% 이하의 시간으로 정지 시간을 설정하는 것이 바람직하다. 또, 정지 시간은, 전체 스퍼터 시간을 고려하여, 각 반복점(A, B)에 대해 같은 시간만큼 타겟(31a 내지 31h)이 정지하도록 설정된다.
처리 기판(S)에의 박막 형성에 즈음해서는, 우선, 반복점(A, B)의 어느 일방에서 타겟(31a 내지 31h)을 정지시킨 상태로, DC 전원(35)을 개입시켜 음의 직류 전압을 인가하여 스퍼터링을 개시하고(이 타겟(31a 내지 31h)의 정지상태에서는, 자석 조립체(4)를 왕복 이동시킨다), 소정 시간 경과하면, 타겟(31a 내지 31h)을 다른 반복점(A, B)으로 이동시키도록, 타겟(31a 내지 31h) 및 자석 조립체(4)의 왕복 이동을 제어하면 좋다. 한편, 스퍼터링 개시 시에, 반복점(A, B)의 어느 일방으로부터 타방을 향해 타겟(31a 내지 31h)을 이동시켜, 다른 반복점(A, B)에 도달 후에 소정 시간 정지하도록 타겟(31a 내지 31h) 및 자석 조립체(4)의 왕복 이동을 제어하도록 해도 좋다.
덧붙여, 본 실시의 형태에서는, 스퍼터 전원으로서 DC 전원(35)을 이용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 병설한 각 타겟(31a 내지 31h) 중, 2개가 쌍을 이루어, 한 쌍의 타겟(31a 내지 31h)에 교류 전원으로부터 출력 케이블을 각각 접속하고, 한 쌍의 타겟(31a 내지 31h)에, 소정의 주파수(1~400KHz)로 교대로 극성을 바꾸어 전압을 인가하도록 해도 좋다. 이것에 의해, 각 타겟(31a 내지 31h)이 양극 전극, 음극 전극으로 교대로 변환하고, 양극 전극 및 음극 전극 사이에 글로우 방전을 일으키게 하여 플라즈마 분위기가 형성되고, 플라즈마 분위기 중의 이온을 음극 전극으로 된 일방의 타겟(31a 내지 31h)을 향하여 가속시켜 충돌시켜, 타겟 원자가 비산되어 처리 기판(S) 표면에 부착, 퇴적하여 소정의 박막을 형성할 수 있다. 이 경우, 각 타겟(31a 내지 31h) 상호 사이의 영역(R1)에 쉴드 등의 구성부품을 아무것도 마련할 필요가 없기 때문에, 스퍼터 입자가 방출되지 않는 이 영역을 가능한 한 작게 할 수 있고, 그 결과, 타겟(31a 내지 31h)이나 자석 조립체(4)의 왕복 이동거리를 작게 할 수 있어 진공 챔버(11)를 작게 할 수 있다.
또, 반응성 스퍼터링에 의해 처리 기판(S) 표면에 소정의 박막을 형성하는 경우, 반응성 가스가 치우쳐 진공 챔버(1)에 도입되면, 처리 기판(S)면 내에서, 반응성에 불균일이 생기기 때문에, 병설한 각 자석 조립체(4)의 배면측에, 타겟(31a 내지 31h)의 병설 방향으로 연장되는 적어도 1개의 가스관을 마련하고, 이 가스관의 일단을, 매스 플로우 컨트롤러를 개입시켜 산소 등의 반응성 가스의 가스원에 접속하여, 반응성 가스용의 가스 도입 수단을 구성해도 좋다.
그리고 가스관의 타겟 측에, 같은 지름으로 한편 소정의 간격을 두어 복수개의 분사구를 마련하고, 가스관에 형성한 분사구로부터 반응성 가스를 분사하여, 각 타겟(31a 내지 31h)의 배면측의 공간에서 반응성 가스를 일단 확산시키고, 그 다음에, 병설한 각 타겟(31a 내지 31h) 상호간의 각 간극을 통해 처리 기판(S)을 향해 공급한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 10은 다른 실시의 형태와 관련되는 마그네트론 방식의 스퍼터 장치이다. 스퍼터 장치(10)도 또한, 인라인식의 것이며, 로터리 펌프, 터보 분자 펌프 등의 진공 배기 수단(도시하지 않음)을 개입시켜 소정의 진공도로 유지할 수 있는 진공 챔버(110)를 가진다. 진공 챔버(110)의 중앙부에는 칸막이 판(120)이 설치되고, 이 칸막이판(120)에 의해, 서로 분리된 대략 같은 용적의 2개의 스퍼터실(110a, 110b)이 정의되어 있다. 진공 챔버(110)의 상부에는, 상기 실시의 형태와 동일한 구성의 기판 반송 수단(2)이 설치되고, 각 스퍼터실(110a, 110b)에는, 기판 반송 수단(2)과 타겟(31a 내지 31h)의 사이에 위치하여 마스크 플레이트(130)가 각각 설치되어 있다.
각 마스크 플레이트(130)에는, 처리 기판(S)이 면하는 개구부(130a, 130b)가 형성되고, 각 개구부(130a, 130b)의 각 스퍼터실(110a, 110b) 내에서의 배치가 서로 대략 일치하도록 각 마스크 플레이트(130)가 설치되어, 스퍼터링에 의해 소정의 박막을 형성할 경우에 캐리어(21)의 표면 등에 스퍼터 입자가 부착하는 것을 방지한다. 덧붙여, 각 스퍼터실(110a, 110b) 내의 그 밖의 부품 구성은, 상기 실시의 형태와 같다. 또, 각 스퍼터실(110a, 110b)의 아래쪽에는, 동일 구조의 음극 전극(C)이 배치되어 있다.
그리고 기판 반송 수단(2)에 의해 처리 기판(S)이 설정된 캐리어(21)를, 일 방의 스퍼터실(110a)에서 타겟(31a 내지 31h)과 대향한 위치에 반송한다(이때, 처리 기판(S)과 마스크 플레이트(130)의 개구(130a)가 상하 방향으로 서로 일치한 위치에 위치 결정된다). 그 다음에, 소정의 압력하에서 가스 도입 수단(5a)을 개입시켜 스퍼터 가스(혹은 반응 가스)를 도입하고, 타겟(31a 내지 31h)에 DC 전원(35)을 개입시켜 음의 직류 전압을 인가하면, 처리 기판(S) 및 타겟(31a 내지 31h)에 수직한 전계가 형성되어 타겟(31a 내지 31h)의 전방에 플라즈마 분위기가 형성된다.
그 다음에, 플라즈마 분위기 중의 이온을 각 타겟(31a 내지 31h)을 향하여 가속시켜 충돌시켜, 스퍼터 입자(타겟 원자)가 처리 기판(S)을 향해 비산되어 처리 기판(S) 표면에 하나의 박막이 형성된다. 그 다음에, 하나의 박막이 형성된 처리 기판(S)을 다른 스퍼터실(110b)에 반송하고, 상기와 같이, 가스 도입 수단(5b)을 개입시켜 스퍼터 가스(혹은 반응 가스)를 도입한 상태에서 타겟(31a 내지 31h)에 DC 전원(35)을 개입시켜 음의 직류 전압을 인가하여, 스퍼터링에 의해 처리 기판(S) 표면에 형성된 하나의 박막의 표면에 동일 또는 다른 종류의 다른 박막이 적층된다.
다른 스퍼터실(110b)에서 다른 박막을 형성할 때, 제1의 구동 수단(6a)에 의해, 처리 기판(S)에 대하는 타겟(31a 내지 31h)의 위치를, 하나의 스퍼터실(110a)에서 하나의 박막을 형성했을 때의 타겟(31a 내지 31h)의 위치로부터 기판 반송 방향으로 일체로 옮겨 놓아 유지한다(도 5 참조).
즉, 하나의 스퍼터실(110a)에서 하나의 박막을 형성한 상태에서는, 각 타겟(31a 내지 31h) 상호 사이의 영역으로부터 스퍼터 입자가 방출되지 않기 때문에, 하나의 박막은, 동일한 주기로 막 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복하도록 불균일하게 되어 있다. 그리고 다른 스퍼터실(110b)에서, 하나의 박막이 형성된 처리 기판(S) 중 막 두께가 두꺼운 부분을 타겟 상호 사이의 영역에 대향시키고, 한편, 얇은 부분을 타겟의 스퍼터면과 대향시키는 것에 의해, 대략 동일한 막 두께로 다른 박막을 적층했을 때에 막 두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 바뀌어, 전체적인 적층막의 막 두께를 처리 기판 전면에서 대략 균일하게 할 수 있다.
그 결과, 각 스퍼터실(110a, 110b)에 배치되는 타겟(31a 내지 31h)의 종류에 따라, 스퍼터 입자의 비산 분포가 다른 경우에도, 다른 스퍼터실(110b) 내에서의 각 타겟(31a 내지 31h)의 위치를 적당히 설정하는 것만으로, 처리 기판 표면에서의 막 두께 분포나 반응성 스퍼터링 시의 막질 분포가 물결치듯이 불균일하게 되는 것을 간단하게 억제할 수 있다.
덧붙여, 하나의 스퍼터실(110a)과 다른 스퍼터실(110b)에서 각 타겟(31a 내지 31h)을 일체로 옮겨 놓는 경우, 예를 들면 마스크 플레이트(130)의 반송 방향과 직교 방향의 중심선 상에, 등간격으로 병설한 타겟(31a 내지 31f)의 반송 방향의 중심선을 일치시키고, 그리고 각 타겟 상호의 중심선 간의 간격(A)을 기준으로서, 하나의 스퍼터실(110a)에서는, 반송 방향 하류측(도 5에서는, 우측)으로 A/4 만큼 이동시켜 옮겨 놓고, 한편으로, 다른 스퍼터실(110b)에서는, 반송 방향 상류측(도 5에서는, 좌측)으로 A/4 만큼 이동시켜 옮겨 놓으면 좋다. 각 스퍼터실(110a, 110b)에서의 타겟의 이동량은, 사용하는 타겟 종이나 두 스퍼터실(110a, 110b) 내의 스퍼터링 중의 분위기에 따라 적당히 선택된다.
(실시예 1)
본 실시예 1에서는, 도 1에 나타낸 스퍼터 장치(1)를 이용하여, 스퍼터링에 의해 처리 기판에 Al막을 형성했다. 타겟(31a 내지 31h)으로서, 조성이 99%의 Al을 이용하고, 공지의 방법으로 200mm × 2300mm × 두께 16mm의 평면에서 보아 대략 직사각형으로 형성하고, 백킹 플레이트(32)에 접합하고, 270mm의 간격을 두어 지지판(33) 상에 배치했다. 자석 조립체(4)의 지지판(41)은, 130mm × 2300mm의 외형 치수를 갖고, 270mm의 간격을 두어 배치했다.
한편, 처리 기판으로서 1500mm × 1850mm의 외형 치수를 가지는 유리 기판을 이용하고, 스퍼터링 조건으로서, 처리 기판(S)과 각 타겟(31a 내지 31h) 사이의 간격을 160mm로 설정하고, 또, 진공 배기되고 있는 스퍼터실(11) 내의 압력이 O.5Pa로 유지되도록 매스 플로우 컨트롤러를 제어하여 Ar을 진공 챔버(11)에 도입하고, 처리 기판(S) 온도를 120℃, 투입 전력을 30kW, 스퍼터 시간을 50초로 설정했다. 또, 각 타겟(31a 내지 31h)의 이동거리(D1)를 135mm로 설정하고, 13mm/sec의 속도로 왕복 이동시킴과 아울러, 정지 수단에 의해 반복 위치(A, B)에서 소정 시간(본 실시예에서는 10 및 20초로 설정) 정지시켰다. 한편, 자석 조립체(4)의 이동거리(D1)를 55mm로 설정하고, 스퍼터링 중 12mm/sec의 속도로 연속하여 왕복 이동시켰다.
도 3은, 상기 조건으로 Al막을 형성했을 때의, 타겟의 병설 방향을 따른 처리 기판의 막질 분포를, 타겟(31a 내지 31h)의 왕복 이동의 중간점에 타겟의 중심을 고정하여 스퍼터링 했을 경우(비교예 1) 및 타겟(31a 내지 31h)을 연속하여 왕복 이동시켜 스퍼터링 했을 경우(비교예 2)의 막 두께 분포와 함께 나타낸 그래프이다.
이것에 의하면, 도 3에서 점선으로 나타내듯이, 비교예 1에서는, 동일한 주기로 막질을 나타내는 면저항값이 크게 물결치듯이 반복하고, 그 분포는 ±10.2%이었다. 또, 도 3에서 2점 쇄선으로 나타내듯이, 비교예 2에서는, 타겟(31a 내지 31h)을 등속으로 왕복 이동시키는 것에 의해, 면저항의 물결치는 불균일이 약간 개선되고 있지만, 그 막 두께 분포는 ±7.0%이었다. 그에 대해, 도 3에서 실선(정지시간 20초) 및 일점 쇄선(정지 시간 10초)으로 나타내듯이, 실시예 1에서는, 타겟을 정지시키는 것에 의해, 면저항이 물결치는 불균일이 크게 개선되어 정지 시간을 20초로 설정했을 경우의 분포는 ±4.0%이었다.
(실시예 2)
본 실시예 2에서는, 도 4에 나타낸 스퍼터 장치(10)를 이용하여 스퍼터링에 의해 처리 기판에 Al막을 형성했다. 각 스퍼터실(110a, 110b) 내에 배치한 타겟(31a 내지 31h)으로서, 조성이 99%인 Al을 이용하고, 공지의 방법으로 200mm × 2300mm × 두께 16mm의 평면에서 보아 대략 직사각형으로 형성하고, 백킹 플레이트(32)에 접합하고, 270mm의 간격을 두어 지지판(33) 상에 배치했다. 자석 조립체(4)의 지지판(41)은, 130mm × 2300mm의 외형 치수를 갖고, 타겟 상호 간의 간격(A)을 270mm로 했다.
한편, 처리 기판으로서 1500mm × 1850mm의 외형 치수를 가지는 유리 기판을 이용하고, 각 스퍼터실(110a, 110b)에서의 스퍼터링 조건으로서, 처리 기판(S)과 각 타겟(31a 내지 31h) 사이의 간격을 160mm로 설정하고, 또, 진공 배기되고 있는 스퍼터실(11) 내의 압력이 O.5Pa로 유지되도록 매스 플로우 컨트롤러를 제어하여 Ar을 진공 챔버(11)에 도입하고, 처리 기판(S) 온도를 120℃, 투입 전력을 30kW, 스퍼터 시간을 50초로 설정했다. 또, 하나의 스퍼터실(110a)에서는, 마스크 플레이트(130)의 반송 방향과 직교 방향의 중심선 상에, 병설한 타겟(31a 내지 31f)의 반송 방향의 중심선을 일치시킨 후, 반송 방향 하류측(도 5에서는, 우측)으로 A/4 만큼 이동시켜 옮겨 놓고, 한편으로, 다른 스퍼터실(110b)에서는, 반송 방향 상류측(도 5에서는, 좌측)으로 A/4 만큼 이동시켜 옮겨 놓는 것으로 했다.
도 6은, 상기 조건으로 Al막을 형성했을 때의, 타겟의 병설 방향을 따른 처리 기판의 면저항값(막질 분포)을, 두 스퍼터실(110a, 110b)에 대해 상기와 같은 조건으로 Al막을 형성했을 경우의 면저항값의 분포와 함께 나타낸 그래프이다. 이것에 의하면, 각 스퍼터실에서 Al막을 형성했을 때, 동일한 주기로 면저항값의 높은 부분과 낮은 부분이 반복하고, 그 면저항값의 분포는 ±10.7%이었다. 그에 대해, 실시예 2에서는, 각 스퍼터실에서의 타겟의 위치를 바꾸는 것에 의해, 면저항값의 분포는 ±3. 5%로, 처리 기판 표면에서의 막 두께 분포나 막질 분포가 물결치듯이 불균일하게 되는 것을 억제할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 스퍼터실 내에서, 처리 기판에 대향시키고 한편 소정의 간격을 두어 병설한 복수매의 타겟에 전력을 투입하여 스퍼터링에 의해 소정의 박막을 형성하는 박막 형성 방법으로, 각 타겟을 처리 기판에 대해 평행하게 일정한 속도로 왕복 이동시킴과 아울러, 각 타겟의 전방에 터널상의 자속을 각각 형성하는 자석 조립체를 각 타겟에 각각 평행하게 일정한 속도로 왕복 이동시키고, 상기 각 타겟이 왕복 이동의 방향을 바꾸어 돌아가는 위치에 도달했을 때, 각 타겟의 왕복 이동을 소정 시간 정지시키고, 각 타겟의 왕복 이동의 정지 중에, 상기 터널상의 자속의 위치를 연속하여 변화시키는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 타겟에의 전력 투입을, 각 타겟의 왕복 이동의 정지 중에만 실시하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 각 타겟의 왕복 이동을 소정 시간 정지하는 사이에, 자석 조립체를 적어도 한번 왕복 이동시키는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 방향을 바꾸어 돌아가는 각 위치에서 같은 시간만큼 타겟이 정지하도록 정지시간을 설정한 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 소정시간을 10초 이상, 스퍼터 시간의 50% 이하의 시간으로 한 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  6. 동수의 타겟이 각각 등간격으로 병설된 복수의 스퍼터실 상호간에서 각 타겟에 대향한 위치에 처리 기판을 반송하고, 각 스퍼터실 내에서 타겟을 처리 기판에 대해 평행하게 일정한 속도로 왕복 이동시키면서, 처리 기판이 면하는 마스크 플레이트의 개구를 통해 스퍼터링에 의해 처리 기판 표면에 동일 또는 다른 박막을 적층하는 박막 형성 방법으로,
    상기 마스크 플레이트의 반송 방향과 직교 방향의 중심선 상에, 등간격으로 병설한 타겟의 반송 방향의 중심선을 일치시키고, 각 타겟 상호의 중심선 간의 간격을 A로 하여, 서로 전후하는 스퍼터실 간에서 박막을 형성할 때에, 마스크 플레이트의 개구가 타겟의 중심선에 대해 A/4 만큼 상류측 및 하류측에 각각 위치하도록 상기 마스크 플레이트와 타겟을 상대적으로 각각 옮겨 놓은 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 마스크 플레이트에 대해 타겟을 일체로 옮겨 놓은 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  8. 청구항 2 또는 7에 있어서, 상기 병설한 타겟 중 쌍을 이루는 타겟마다 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 교류 전압을 인가하고, 각 타겟을 양극 전극, 음극 전극으로 교대로 변환하여, 양극 전극 및 음극 전극 사이에 글로우 방전을 일으키게 하여 플라즈마 분위기를 형성하고, 각 타겟을 스퍼터링 하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  9. 스퍼터실 내에서 처리 기판에 대향시키고 한편 소정의 간격을 두어 병설한 복수매의 타겟과, 각 타겟에의 전력 투입을 가능케 하는 스퍼터 전원과, 타겟의 전방에 터널상의 자속을 각각 형성하는 자석 조립체를 구비하고, 타겟의 병설 방향을 따라 일정한 속도로 각 타겟을 왕복 이동시키는 제1의 구동 수단과, 자석 조립체를 타겟과 평행하게 왕복 이동시키는 제2의 구동 수단을 더 구비하고, 상기 타겟이 왕복 이동의 방향을 바꾸어 돌아가는 위치에 도달했을 때, 각 타겟의 왕복 이동을 소정 시간 정지시키는 정지 수단을 마련하고, 각 타겟의 왕복 이동의 정지 중에, 제2의 구동수단에 의해 상기 터널상의 자속의 위치를 연속하여 변화시키는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 스퍼터 전원은, 병설한 타겟 중 쌍을 이루는 타겟마다 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 전압을 인가하는 교류 전원인 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
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