KR101290706B1

KR101290706B1 - 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법

Info

Publication number: KR101290706B1
Application number: KR1020117006063A
Authority: KR
Inventors: 도루 기타다; 나오키 와타나베; 모토노부 나가이; 마사히로 스에나가; 다케오 곤노
Original assignee: 캐논 아네르바 가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2013-07-31
Also published as: GB2487681B; US20110223346A1; GB201206149D0; GB201105266D0; CN103046008B; CN102171379B; KR20130002359A; US8968538B2; CN103046008A; CN102171379A; GB2477870A; WO2010038421A1; KR101332274B1; JPWO2010038421A1; GB2487681A; JP5192549B2; GB2477870B; KR20110044912A

Abstract

기판(21)의 처리면에 자장을 형성하고, 고방전 전력을 이용해서 경사 입사 스퍼터링에 의해 자성막을 성막할 경우에, 막두께 또는 시트 저항의 면내 분포의 균일성이 우수한 막을 성막할 수 있도록 한다.
기판(21)을 그 처리면의 면 방향을 따라 회전 가능하게 유지하는 기판 홀더(22)와, 기판(21)의 주위에 배설되며, 기판(21)의 처리면에 자장을 형성하는 기판 자장 형성 장치(30)와, 기판(21)의 경사 상방에 배치되고, 방전 전력이 공급되는 캐소드(41)와, 기판(21)의 회전 위치를 검출하는 위치 검출 장치(23)와, 위치 검출 장치(23)가 검출한 회전 위치에 따라, 기판(21)의 회전 속도를 조정하는 제어 장치(50)를 구비한 스퍼터링 장치(1)로 한다.

Description

스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법{SPUTTERING APPARATUS AND SPUTTERING METHOD}

본 발명은, 캐소드에 높은 방전 전력을 공급해서 기판 홀더와의 사이에서 방전을 발생시켜, 캐소드에 부착된 타깃을 스퍼터하여 기판 상에 성막하는 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 기판을 그 처리면(성막면)에 수직한 회전축 둘레로 회전시키면서 성막을 행하는 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법에 관한 것이다.

종래부터, 기판의 경사 상방에, 타깃을 지지하는 캐소드를 구비한 캐소드 유닛을 오프셋 배치하고, 기판을 그 처리면에 수직한 회전축 둘레로 회전시키면서, 경사 입사 스퍼터링에 의해 타깃을 스퍼터하여 기판 상에 성막하는 스퍼터링 장치가 알려져 있다.

이것에 관련되는 기술로서는, 예를 들면, 기판을 적당한 속도로 회전시키는 동시에, 기판의 법선에 대하여, 타깃의 중심 축선의 각도 θ를, 15°≤θ≤45°의 관계로 유지한 스퍼터링 방법 및 장치가 제안되어 있다(특허문헌1 참조). 이 스퍼터링 장치에 따르면, 타깃의 직경을 기판과 동등 이하로 해도, 균일한 막두께와 막질의 막을 형성할 수 있다.

일본국 특개2000-265263호 공보

그런데, 종래의 경사 입사 스퍼터링 기술을 이용해도, 자성막을 성막할 경우에는, 다른 재료를 성막할 경우에 비해, 시트 저항 분포(또는 막두께 분포)에 큰 편차가 생긴다. 그러나, 이 자성막의 성막에 대해서도, 시트 저항(또는 막두께 분포)의 면내 분포 (1σ)는 1% 미만이라는 값을 실현하고 있었기 때문에, 큰 문제로 되지는 않았다.

한편, 최근, 스퍼터 레이트(sputter rate)의 향상 요청이 높아짐에 따라, 방전 전력의 고전력화가 시도되고 있다. 구체적으로는, 캐소드에 공급하는 방전 전력을 높임으로써 스퍼터 레이트를 높이는 것이 시도되고 있다.

그렇지만, 높은 방전 전력을 이용한 경사 입사 스퍼터링에 의해 자성막의 성막을 행했을 경우, 시트 저항 또는 막두께 분포의 편차가 한층 증대하여, 무시할 수 없게 되는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은, 상기 사정을 감안하여, 경사 입사 스퍼터링에 의해 성막 할 경우에, 시트 저항의 면내 분포(또는 막두께의 면내 분포)의 균일성이 우수한 막을 성막할 수 있는 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명의 구성은 아래와 같다.

즉, 본 발명의 제 1에 따른 스퍼터링 장치는, 기판을 그 처리면에 수직한 회전축 둘레로 회전 가능하게 유지하는 기판 홀더와, 상기 기판의 주위에 배설(配設)되고, 상기 기판과 함께 또는 기판과 동기하여 회전 가능하며, 상기 기판의 처리면에 자장을 형성하는 기판 자장 형성 장치와, 상기 기판의 경사 맞은편의 위치에 배치되며, 방전 전력이 공급되는 캐소드를 구비하고 있다. 그리고, 본 발명의 제 1에 따른 스퍼터링 장치는, 상기 기판의 회전 위치를 검출하는 위치 검출 장치와, 상기 위치 검출 장치가 검출한 상기 기판의 회전 위치에 따라, 상기 기판의 회전 속도를 제어하는 제어 장치를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 1에 있어서, 상기 기판은, 상기 자장의 형성 상태에 따라 생기는, 스퍼터링 입자가 끌어당겨지기 쉬운 제 1 부분과, 상기 제 1 부분보다 스퍼터링 입자의 끌어당김력이 약한 제 2 부분을 구비하고 있다. 그리고, 상기 제어 장치는, 상기 기판의 제 1 부분이 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 가까운 위치에 있을 때에 상기 기판의 회전 속도를 제 1의 회전 속도로 제어하고, 상기 기판의 제 2 부분이 상기 방전 중의 캐소드에 가까운 위치에 있을 때에 상기 기판의 회전 속도를 상기 제 1의 회전 속도보다 느린 제 2의 회전 속도로 제어하는 것이 바람직하다.

상기 제어 장치는, 상기 제 1 부분이 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 서서히 상기 기판의 회전 속도를 증가시켜서 상기 제 1의 회전 속도로 제어하고, 상기 제 2 부분이 상기 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 서서히 상기 기판의 회전 속도를 감소시켜서 상기 제 2의 회전 속도로 제어하는 것인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제 1은, 상기 기판 자장 형성 장치가, 상기 기판의 처리면 내에서 1방향을 향한 1방향 자장을 형성하는 것으로, 그 1방향 자장의 방향과 평행하게 신장된, 상기 기판의 중심을 지나는 직선이, 상기 기판 자장 형성 장치의 N극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 N극측 중앙 가장자리부로 하고, 그 직선이 상기 기판 자장 형성 장치의 S극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 S극측 중앙 가장자리부로 했을 때에, 상기 제 1 부분이 N극측 중앙 가장자리부이고, 상기 제 2 부분이 S극측 중앙 가장자리부인 것을 바람직한 태양으로서 포함한다.

또한 본 발명의 제 1에 있어서의 상기 제어 장치는, 상기 기판의 회전각의 정현파 함수로서 상기 회전 속도를 산출해서 상기 기판의 회전 속도를 제어하는 것인 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명의 제 1은, 선택적으로 방전 전력을 공급 가능한 복수의 캐소드가 설치되어 있는 것을 그 바람직한 태양으로서 포함한다.

본 발명의 제 2에 따른 스퍼터링 장치는, 기판을 그 처리면에 수직한 회전축 둘레로 회전 가능하게 유지하는 기판 홀더와, 상기 기판의 주위에 배설되고, 상기 기판과 함께 또는 기판과 동기해서 회전 가능하며, 상기 기판의 처리면 내에 1방향을 향한 1방향 자장을 형성하는, 전자석으로 구성된 기판 자장 형성 장치와, 상기 기판의 경사 맞은편의 위치에 배치되며, 방전 전력이 공급되는 캐소드를 구비하고 있다. 그리고, 본 발명의 제 2에 따른 스퍼터링 장치는, 상기 기판의 회전 위치를 검출하는 위치 검출 장치와, 상기 위치 검출 장치가 검출한 상기 기판의 회전 위치에 따라, 상기 기판 자장 형성 장치에 공급하는 전류를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 1방향 자장의 방향과 평행하게 신장된, 상기 기판의 중심을 지나는 직선이, 상기 기판 자장 형성 장치의 N극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 N극측 중앙 가장자리부로 하고, 상기 직선이 상기 기판 자장 형성 장치의 S극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 S극측 중앙 가장자리부로 했을 때에, 상기 제어 장치는, 상기 기판 자장 형성 장치에 공급하는 전류의 조정에 의해, 상기 N극측 중앙 가장자리부가 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 N극의 자력을 서서히 감소시키고, 상기 S극측 중앙 가장자리부가 상기 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 N극의 자력을 서서히 증가시키는 것인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3은, 기판의 처리면을 따라 자장을 형성한 상태에서, 상기 기판을 상기 처리면에 대하여 수직한 회전축 둘레로 회전시키면서, 상기 기판의 처리면의 경사 방향으로부터의 스퍼터링에 의해 자성막을 형성하는 성막 방법에 있어서, 상기 기판의 회전 위치에 따라, 상기 기판의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3에 있어서, 상기 기판은, 상기 자장의 형성 상태에 따라 생기는, 스퍼터링 입자가 끌어당겨지기 쉬운 제 1 부분과, 상기 제 1 부분보다 스퍼터링 입자의 끌어당김력이 약한 제 2 부분을 구비하고 있다. 그리고, 본 발명의 제 3에 있어서는, 상기 기판의 제 1 부분이, 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 가까운 위치에 있을 때에 상기 기판의 회전 속도를 제 1의 회전 속도로 하고, 상기 기판의 제 2 부분이 상기 방전 중의 캐소드에 가까운 위치에 있을 때에 상기 기판의 회전 속도를 상기 제 1의 회전 속도보다 느린 제 2의 회전 속도로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 3에 있어서는, 상기 제 1 부분이 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 서서히 상기 기판의 회전 속도를 증가시켜서 상기 제 1의 회전 속도로 하고, 상기 제 2 부분이 상기 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 서서히 상기 기판의 회전 속도를 감소시켜서 상기 제 2의 회전 속도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제 3에 있어서는, 상기 기판의 처리면을 따라 형성하는 자장을, 상기 기판의 처리면 내에서 1방향을 향한 1방향 자장으로 하고, 그 1방향 자장의 방향과 평행하게 신장된, 상기 기판의 중심을 지나는 직선이, 상기 기판 자장 형성 장치의 N극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 N극측 중앙 가장자리부로 하고, 상기 직선이 상기 기판 자장 형성 장치의 S극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 S극측 중앙 가장자리부로 했을 때에, 상기 제 1 부분이 N극측 중앙 가장자리부이고, 상기 제 2 부분이 S극측 중앙 가장자리부인 것이 바람직하다.

또한, 상기 기판의 회전각의 정현파 함수로서 상기 회전 속도를 산출해서 상기 기판의 회전 속도를 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 4는, 기판의 처리면 내에 1방향을 향한 1방향 자장을 전자석에 의해 형성한 상태에서, 상기 기판을 상기 처리면에 대하여 수직한 회전축 둘레로 회전시키면서, 상기 기판의 처리면의 경사 방향으로부터의 스퍼터링에 의해 자성막을 형성하는 스퍼터링 방법이다. 그리고, 본 발명의 제 4는, 상기 1방향 자장의 방향과 평행하게 신장된, 상기 기판의 중심을 지나는 직선이, 상기 기판 자장 형성 장치의 N극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 N극측 중앙 가장자리부로 하고, 상기 직선이 상기 기판 자장 형성 장치의 S극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 S극측 중앙 가장자리부로 했을 때에, 상기 전자석에 공급하는 전류의 조정에 의해, 상기 N극측 중앙 가장자리부가 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 N극의 자력을 서서히 감소시키고, 상기 S극측 중앙 가장자리부가 상기 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 N극의 자력을 서서히 증가시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 높은 방전 전력을 이용한 경사 입사 스퍼터링에 의해 자성막을 형성할 경우에도, 막두께 분포 또는 시트 저항의 면내 분포의 균일성이 우수한 막을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일례에 따른 스퍼터링 장치를 모식적으로 나타내는 개략 단면도.
도 2는 기판 자장 발생 수단의 일례와, 당해 기판 자장 발생 수단이 형성하는 1방향 자장을 모식적으로 나타내는 평면도.
도 3은 기판 홀더와 캐소드 유닛의 배치 관계를 모식적으로 나타내는 평면도.
도 4는 제어 장치에 의한 기판 홀더의 회전 속도 제어 기구의 설명도.
도 5는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 6은 기판 홀더의 회전 속도의 제어예의 설명도.
도 7은 기판 상에 형성된 막의 시트 저항 분포의 설명도.
도 8은 본 발명을 적용하여 형성 가능한 전자 부품의 일례로서의 TMR 소자를 나타내는 설명도.
도 9는 본 발명의 다른 예에 따른 스퍼터링 장치를 모식적으로 나타내는 개략 단면도.
도 10은 본 발명의 또다른 예에 따른 스퍼터링 장치를 모식적으로 나타내는 개략 단면도.

이하, 도면을 참조해서, 본 발명의 실시형태를 설명하지만, 본 발명은 본 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 도 1 내지 도 8에 의거하여, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법의 일례에 대해서 설명한다. 또한, 도 1은 도 3의 A-B 단면에 상당한다. 또한, 도 1 및 도 5에 있어서, 파선의 사선부는 플라즈마를 모식적으로 나타낸 것이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 예의 스퍼터링 장치(1)는, 처리 공간을 구획 형성하는 챔버(반응 용기)(10)를 구비하고 있다. 이 챔버(10)에는, 그 내부를 원하는 진공도까지 배기 가능한 배기계로서, 게이트 밸브 등의 도시하지 않은 주 밸브를 통해서 배기 펌프(11)가 접속되어 있다.

이 챔버(10)에는 가스 주입구(12)가 개구되고, 이 가스 주입구(12)에는 챔버(10)의 내부에 반응성의 처리 가스(반응성 가스)를 도입하는 반응성 가스 도입계(13)가 접속되어 있다. 반응성 가스 도입계(13)는, 예를 들면, 매스 플로우 컨트롤러 등의 자동 유량 제어기(도시하지 않음)를 통해서, 가스 봄베(Bombe)(도시하지 않음)가 접속되어, 가스 주입구(12)로부터 반응성 가스가 소정의 유량으로 도입된다. 이 반응성 가스 도입계(13)는, 챔버(10) 내에서 반응성 스퍼터링을 행할 경우에, 챔버(10) 내에 반응성 가스를 공급한다.

챔버(10) 내의 처리 공간의 하부에는, 상면에 원반 형상의 기판(21)을 지지하기 위한 기판 홀더(22)가 설치되어 있다. 처리 대상인 기판(21)은, 통상, 핸들링·로봇(도시하지 않음)에 의해, 수평 슬롯(도시하지 않음)을 통과해서 기판 홀더(22) 상에 운반된다. 기판 홀더(22)는, 원반 형상의 탑재대이며, 예를 들면, 그 상면에 정전 흡착에 의해 기판(21)을 흡착 지지할 수 있게 되어 있다. 기판 홀더(22)는, 도전성 부재에 의해 형성되고, 후술하는 캐소드 유닛(40, 40, …)에 각각 설치된 캐소드(41, 41, …)와의 사이에서 방전을 발생시키는 전극으로서도 기능한다.

이 기판 홀더(22)는, 회전 구동 기구(60)에 접속되어서, 그 중심축 둘레로 회전 가능하게 구성되고 있고, 탑재면에 흡착 지지된 기판(21)을 그 처리면에 수직한 회전축 둘레로 회전시키는 것으로 되어 있다. 또한, 기판 홀더(22)의 회전 구동 기구(60)에는, 기판(21)의 회전 위치(기판 홀더(22)의 회전 위치, 후술하는 기판 자장 발생 장치(30)에 의해 형성되는 자계 M의 회전 위치)를 검지하는 위치 검출 장치(23)가 설치되어 있다. 이 위치 검출 장치(23)로서는, 예를 들면 로터리 엔코더를 이용할 수 있다. 또한, 50은 제어 장치이며, 이것에 대해서는 후술한다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 원반 형상의 기판 홀더(22)의 외경은 기판(21)의 외경보다 크게 설정되고, 이 기판 홀더(22)에 있어서의 기판(21)의 주위에는 기판 자장 형성 장치(30)가 배설되어 있다. 본 예의 기판 자장 형성 장치(30)는, 기판 홀더(22)의 탑재면의 주위에, 영구 자석으로 이루어진 복수의 자석편(31)을 기판 홀더(22)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배설함으로써 구성되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 기판 자장 형성 장치(30)는, 기판(21)의 처리면을 따라, 처리면 내에서 1방향을 향한 균일한 1방향 자장(M)을 형성한다. 도 2에 나타낸 기판 자장 형성 장치(30)는, 다이폴 링(dipole ring)에 의해, 각기 다른 방향으로 자화된 복수의 원호 형상의 자석편(31)을 환(環) 형상으로 조합시켜서, 상기 1방향 자장(M)을 형성하도록 구성되어 있다. 기판 자장 형성 장치(30)는, 기판 홀더(22)와 일체로 설치되어 있음으로써 기판(21)과 함께 회전하기 때문에, 상기 1방향 자장(M)도 기판(21)(기판 홀더(22))의 회전과 함께 회전하는 것으로 되어 있다. 기판(21)의 중심을 지나고, 1방향 자장(M)의 방향과 평행하게 신장된 직선이 기판 자장 형성 장치(30)의 N극측에서 교차하는 기판(21)의 둘레 가장자리부를 N극측 중앙 가장자리부(Nc)로 하고, 그 직선이 기판 자장 형성 장치(30)의 S극측에서 교차하는 기판(21)의 둘레 가장자리부를 S극측 중앙 가장자리부(Sc)로 한다.

본 발명에 있어서의 기판 자장 형성 장치(30)의 구성은 상기의 구성에 한정되는 것은 아니다. 기판 자장 형성 장치(30)를 구성하는 자석은 자석편(31)을 연결한 것이 아니라, 환 형상으로 일체 성형되어 있는 것이어도 된다. 또한, 기판 자장 형성 장치(30)는, 기판 홀더(22)의 주위를 둘러싸는 다른 부재로서 설치하고, 기판(21)(기판 홀더(22))의 회전과 동기해서 회전 가능하게 구성해도 된다. 또한, 기판 자장 형성 장치(30)를 구성하는 자석은 영구 자석에 한정되는 것은 아니며, 전자석을 이용해도 된다.

도 1에 나타나 있는 바와 같이, 기판(21)은, 기판 홀더(22)의 탑재면 상에 수평 상태를 유지해서 유지되어 있다. 기판(21)으로서는, 예를 들면, 원판 형상의 실리콘 웨이퍼가 이용되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

상기 기판 홀더(22)의 경사 상방에는, 각각 타깃(42, 42, …)을 유지하고, 방전 전력이 공급되는 캐소드(41, 41, …)를 구비한 복수의 캐소드 유닛(40, 40, …)이 배치되어 있다. 즉, 하나의 기판 홀더(22)에 대하여 복수의 캐소드 유닛(40, 40, …)이 설치되어 있고, 각각 챔버(10)의 상벽부(上壁部)에 경사진 상태로 부착되어 있다. 따라서, 복수의 캐소드(41, 41, …)가, 하나의 기판 홀더(22)에 대하여 각각 경사 맞은편의 위치에 배치된 상태로 되어 있다.

도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 예에서는, 챔버(10) 상벽부에 5기(基)의 캐소드 유닛(40, 40, …)이 설치되어 있지만, 캐소드 유닛(40, 40, …)의 수는 이것에 한정되지 않는다. 각 캐소드 유닛(40, 40, …)은, 각 캐소드(41, 41, …)가 기판 홀더(22) 상의 기판(21)의 처리면에 대하여 경사지는 동시에, 각 캐소드(41, 41, …)의 중심이 기판 홀더(22)의 회전축을 중심으로 한 원의 둘레 방향으로 등간격으로 위치하도록 배치되어 있다. 이렇게 동일한 챔버(10) 내에 복수의 캐소드 유닛(40, 40, …)을 설치함으로써, 하나의 챔버(10) 내에서 적층체의 성막이 가능하다.

또한, 기판(21)의 직경이나, 캐소드(41)에 유지되는 타깃(42, 42, …)의 직경은 특별히 한정되지 않지만, 기판(21)의 중심과 캐소드(41, 41, …)의 중심을 오프셋 배치하고, 기판(21)을 회전시켜서 성막할 경우에는, 타깃(42, 42, …)의 직경이 기판(21)의 직경보다 작아도 균일한 성막이 가능하다.

각 캐소드 유닛(40, 40, …)에 있어서의 캐소드(41, 41, …)의 이면측에는, 복수의 영구 자석을 배치한 마그네트론이 구비되어, 타깃(42, 42, …)의 표면측에 자계를 형성하게 되어 있다. 마그네트론은, 예를 들면, 캐소드(41, 41, …)의 이면측에, 영구 자석을 종횡으로 배치한 자석 어셈블리를 구성하고, 타깃(42, 42, …)의 표면측에 커스프(cusp) 자계를 형성하도록 구성해도 된다.

각 캐소드 유닛(40, 40, …)의 캐소드(41, 41, …)의 표면측에는, 각각 판 형상의 타깃(42, 42, …)이 부착된다. 즉, 각 타깃(42, 42, …)은, 캐소드(41, 41, …)보다 처리 공간측에 설치되고, 각 타깃(42, 42, …)은 경사 하방을 향해서 배치되어 있다. 타깃(42, 42, …)의 재질은, 기판(21) 상에 성막하는 막의 종류에 따라 다르다. 또한, 본 예에서는 5기의 캐소드 유닛(40, 40, …)이 배치되어 있기 때문에, 예를 들면, 재질이 상이한 5종류의 타깃(42, 42, …)을 부착할 수 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.

각 캐소드 유닛(40, 40, …)에는, 각각이 구비하고 있는 캐소드(41, 41, …)에 방전 전력을 공급하는 도시하지 않은 방전용 전원이 전기적으로 접속되어 있다. 방전용의 전력은, 고주파 전력, DC 전력, 고주파 전력과 DC 전력의 중첩 중 어느 하나여도 상관없다. 또한, 복수의 캐소드 유닛(40, 40, …)에 각각 설치된 캐소드(41, 41, …)에 방전 전력을 선택적으로 공급하지만, 각 캐소드(41, 41, …)에 개별의 방전용 전원을 접속해도 되고, 각 캐소드(41, 41, …)에 대하여 공통의 방전용 전원으로서 선택적으로 전력 공급을 행하는 스위치 등의 전환 기구를 설치해도 된다.

또한, 각 캐소드 유닛(40, 40, …)에는, 각각의 캐소드(41, 41, …) 근방에 방전용의 처리 가스(방전용 가스)를 공급하는 방전용 가스 도입계(43)가 접속되어 있다. 방전용 가스로서는, 예를 들면, Ar 등의 불활성 가스가 사용된다. 선택한 캐소드(41)에 방전 전력을 공급하는 동시에 당해 캐소드(41)의 근방에 방전 가스를 공급함으로써, 당해 캐소드(41)와 기판 홀더(21) 사이에서 플라즈마 방전을 발생시켜서, 당해 캐소드(41)에 부착된 타깃(42)을 스퍼터링 가능해진다.

또한, 각 캐소드 유닛(40, 40, …)의 전방에는, 캐소드(41, 41, …)와 기판 홀더(22) 사이를 선택적으로 개폐할 수 있는 셔터(44)가 설치되어 있다. 이 셔터(44)를 선택적으로 개방함으로써, 복수의 캐소드(41, 41, …)에 각각 유지된 타깃(42, 42, …) 중에서 목적하는 타깃(42)을 선택해서 스퍼터링을 실행할 수 있다. 또한, 스퍼터되어 있는 타깃(42)과는 별개의 타깃(42, 42, …)으로부터의 컨태미네이션(contamination)을 방지할 수 있다.

본 예의 스퍼터링 장치(1)는, 일반적인 동종의 장치와 마찬가지로, 소정의 프로그램 및 검출 데이터에 따라 성막 처리 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하고 있다. 제어 장치는, 일반적인 컴퓨터와 각종 드라이버로 구성되고, 캐소드(41, 41, …)에의 방전 전력의 온(on)·오프(off), 셔터(44)의 개폐, 방전용 가스 공급계(43)에 의한 방전용 가스의 공급과 정지, 반응성 가스 도입계(13)에 의한 반응성 가스의 공급과 정지, 배기 펌프(11)의 작동, 회전 구동 기구(60)의 작동 등을 제어한다.

본 발명에 있어서는, 상기 공지의 성막 처리 동작을 제어하는 제어 시스템의 일부로서 또는 이 제어 시스템과는 별개로, 기판(21)의 회전 속도를 조정하는 제어 장치(50)를 구비하고 있는 점에 특징을 갖는다.

제어 장치(50)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 위치 검출 장치(23)가 검출한 기판(21)의 회전 위치에 따라, 기판 홀더(22)의 회전 속도(기판(21)의 회전 속도)를 조정한다. 제어 장치(50)는, 목표 속도 산출부(51)와 구동 신호 생성부(52)를 구비하고, 기판(21)의 회전 위치에 의거하여, 기판 홀더(22)의 회전 속도를 미리 정해진 속도로 제어하는 기능을 갖는다. 기판(21)의 회전 위치는, 도 2에서 설명한 N극측 중앙 가장자리부(Nc)또는 S극측 중앙 가장자리부(Sc)의 위치를 기준으로 검출할 수 있다. 목표 속도 산출부(51)는, 위치 검출 장치(23)에 의해 검지한 회전 위치에 의거하여, 기판 홀더(22)의 목표 회전 속도를 산출한다. 이 목표 회전 속도의 값은, 예를 들면, 회전 위치와 목표 회전 속도의 대응 관계를 미리 도 6에 나타나 있는 바와 같은 맵(map)으로서 유지해둠으로써 연산 가능하다. 또한, 구동 신호 생성부(52)는, 목표 속도 산출부(51)에 의해 산출된 목표 회전 속도에 의거하여, 당해 목표 회전 속도로 하기 위한 구동 신호를 생성하고, 회전 구동 기구(60)에 출력한다.

회전 구동 기구(60)는, 피드백 제어부(62)와 홀더 회전 구동부(61)를 구비하고 있다. 상기 구동 신호 생성부(52)에 의해 생성된 구동 신호는, 회전 구동 기구(60)의 피드백 제어부(62)에 보내진다. 본 예에 있어서의 위치 검출 장치(23)는, 전술한 기판(21)의 회전 위치 이외에 기판 홀더(22)의 회전 속도(기판(21)의 회전 속도)도 검출 가능하게 되어 있다. 피드백 제어부(62)에서는, 상기 목표 속도 산출부(51)에서 산출된 목표 회전 속도와, 이 위치 검출 장치(23)로부터 출력되는 기판 홀더(22)의 회전 속도의 편차에 의거하여 홀더 회전 구동부(61)의 조작값을 결정한다. 그리고, 이 조작값에 의거하여, 서보 모터인 홀더 회전 구동부(61)의 구동이 제어되어, 기판 홀더(22)의 회전 속도가 제어된다.

본 예에 있어서는, 상기한 바와 같이 회전 구동 기구(60)가 홀더 회전 구동부(61)와 피드백 제어부(62)를 구비하고 있지만, 피드백 제어부(62)는 필수적인 것은 아니며, 상기 구동 신호에 의해 직접 홀더 회전 구동부(61)를 동작시키도록 해도 된다.

다음으로, 본 예의 스퍼터링 장치(1)의 작용과 함께, 이것을 이용해서 실시하는 스퍼터링 방법에 대해서 설명한다.

본 발명에 따른 장치를 이용한 스퍼터링 방법은, 먼저, 기판 홀더(22) 상에 처리 대상인 기판(21)을 설치한다. 기판(21)은, 예를 들면, 핸들링·로봇(도시하지 않음)을 이용해서, 수평 슬롯(도시하지 않음)을 통과해서 기판 홀더(22) 상에 운반된다. 그리고, 필요에 따라서, 도시하지 않은 전원으로부터 기판 홀더(22)에 기판 바이어스 전압을 인가한다.

다음으로, 챔버(10)의 내부를 배기계에 의해 소정의 진공도까지 배기한다. 또한, 챔버(10)의 내부에 방전용 가스 도입계(43)로부터 Ar 등의 방전용 가스를 도입한다. 반응성 스퍼터링을 행할 경우에는, 챔버(10)의 내부에 반응성 가스 도입계(13)로부터 반응성 가스를 도입한다.

5기의 캐소드 유닛(40, 40, …)의 각 캐소드(41, 41, …)에는, 예를 들면 각각 재료 성분이 상이한 5종류의 타깃(42, 42, …)을 부착한다. 각 타깃(42, 42, …)은, 예를 들면 원판 형상을 나타내고, 모두 동일한 사이즈로 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 캐소드(41, 41, …)의 경사각은 본 발명에 있어서는 특별히 한정되지 않지만, 기판(21)의 처리면의 법선에 대한 캐소드(41, 41, …)의 중심축의 각도 θ가 0°를 초과해서 45° 이하의 각도를 이루도록 캐소드 유닛(40, 40, …)을 배치하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 각도(θ)를 5° 이상 35° 이하로 설정하면, 얻어지는 막의 막두께 또는 시트 저항값의 면내 균일성이 향상한다.

이 상태에서, 우선, 제 1의 캐소드 유닛(40)의 제 1의 타깃(42)의 표면에 자계를 형성하고, 도시하지 않은 방전용 전원으로부터 제 1의 캐소드(41)에 방전 전력을 공급하여, 기판 홀더(22)와의 사이에서 플라즈마 방전을 발생시켜서, 제 1의 타깃(42)을 스퍼터링하고, 기판(21) 상에 제 1 층을 성막한다. 방전 전력은 50W 이상으로 해서 높은 스퍼터 레이트가 얻어지도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따르면, 이러한 높은 방전 전력(예를 들면, 1kW 이상)을 이용했을 경우에도, 얻어지는 막의 막두께 또는 시트 저항의 면내 분포를 낮게 억제할 수 있어, 효율적이고 균일성이 높은 막을 얻을 수 있다.

그 성막시에, 기판(21)의 처리면에 1방향 자장(M)을 형성하는 동시에, 기판(21)을 그 처리면에 수직한 회전축 둘레로 회전시킨다. 또한, 제 1의 캐소드(41)의 방전 중에, 위치 검출 장치(23)가 기판(21)의 회전 위치를 검출함과 함께, 위치 검출 장치(23)가 검출한 회전 위치에 따라, 기판(21)의 회전 속도를 조정한다. 그 후, 방전 전력을 공급하는 캐소드 유닛(40, 40, …)을 순차 전환하여, 제 2의 캐소드 유닛(40)으로부터 제 5의 캐소드 유닛(40)까지 마찬가지로 해서 성막 조작을 행한다.

이하에, 기판의 회전 속도의 제어에 대해서 더욱 자세하게 설명한다.

도 5는, 기판(21)의 처리면 내에 도 2에서 설명한 1방향 자장(M)을 형성하는 한편, 기판(21)의 회전 위치에 관계없이 일정 속도로 기판(21)(기판 홀더(22))을 회전시키면서 자성 재료(예를 들면, NiFe)를 성막한 상태를 나타내고 있다. 이 형태에서는, 기판(21)의 처리면 내에 있어서의 1방향 자장(M)과 강하게 상관된 특정한 부분에서 막두께가 두꺼워진다. 구체적으로는, 도 2에서 설명한 N극측 중앙 가장자리부(Nc)측의 막두께가 커지고, S극측 중앙 가장자리부(Sc)측의 막두께가 작아져서, N극측 중앙 가장자리부(Nc) 부근과 S극측 중앙 가장자리부(Sc) 부근 사이의 막두께가 커진다. 또한, 기판(21)의 처리면 내에 자장을 형성하지 않을 경우에는, 스퍼터 입자의 퇴적량은, 타깃(42)에 가까운 위치에서 많고, 타깃(42)으로부터 떨어지면 적다. 기판(21)의 처리면 내에 자장을 형성했을 경우에는, 이 기본적인 분포에 있어서는 변함 없지만, 기판(21)의 처리면에 형성하는 자장의 형성 상태에 따라, 기판(21)의 처리면 내에, 스퍼터링 입자가 끌어당겨지기 쉬운 제 1 부분과, 이 제 1 부분보다 스퍼터링 입자의 끌어당김력이 약한 제 2 부분을 발생시키는 것으로 생각된다.

또한, 기판(21)의 처리면에 형성하는 자장이 1방향 자장(M)이 아닐 경우, 어느 부분이 제 1 부분과 제 2 부분으로 될지는, 캐소드(41)와 기판 홀더(22)의 위치 관계, 기판 홀더(22)의 회전 속도, 마그네트론 스퍼터를 행할 경우에는 캐소드(41)측에 설치하는 마그넷의 구성 등에 따라서도 상이하다. 따라서, 미리 예비 실험을 행해서 제 1 부분과 제 2 부분을 구해 두고, 그것에 따른 회전 속도 제어를 행하는 것이 바람직하다. 이 제 1 부분과 제 2 부분을 구하는 예비 실험은, 기판 홀더(22)의 회전 속도를 일정하게 해서 성막을 행하고, 얻어진 막의 두께 분포를 측정함으로써 행할 수 있다.

본 발명에 있어서의 제어 장치(50)는, 기판(21)의 처리면 상에 형성하는 자장의 형성 상태에 따라 생기는, 스퍼터링 입자가 끌어당겨지기 쉬운 기판(21)의 제 1 부분이, 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드(41)(타깃(42))에 가까운 위치에 있을 때에 기판(21)(기판 홀더(22))의 회전 속도를 제 1의 회전 속도로 제어한다. 또한, 상기 제 1 부분보다 스퍼터링 입자의 끌어당김력이 약한 기판(21)의 제 2 부분이 상기 방전 중의 캐소드(41)(타깃(42))에 가까운 위치에 있을 때에 기판(21)(기판 홀더(22))의 회전 속도를 제 1의 회전 속도보다 느린 제 2의 회전 속도로 제어한다. 그리고, 이러한 제어를 행함으로써, 막두께의 편차를 상호 제거할 수 있다. 통상, 제 1의 회전 속도가 최고속이며, 제 2의 회전 속도가 최저속이다.

기판(21)의 처리면 상에 1방향 자장(M)을 형성할 경우, 제 1 부분은 N극측 중앙 가장자리부(Nc) 부근이며, 제 2 부분은 S극측 중앙 가장자리부(Sc) 부근이다. 이 경우, 제어 장치(50)는, N극측 중앙 가장자리부(Nc)가 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드(41)(타깃(42))에 가까운 위치에 있을 때에 기판(21)(기판 홀더(22))의 회전 속도를 제 1의 회전 속도로 제어한다. 그리고, S극측 중앙 가장자리부(Sc)가 방전 중의 캐소드(41)(타깃(42))에 가까운 위치에 있을 때에 기판(21)(기판 홀더(22))의 회전 속도를 제 1의 회전 속도보다 느린 제 2의 회전 속도로 제어한다.

상기 제어 장치(50)에 의한 제어에 의해, 기판(21)(기판 홀더(22))은, 제 1의 회전 속도로부터 제 2의 회전 속도로의 변화와, 제 2의 회전 속도로부터 제 1의 회전 속도로의 변화를 반복하게 된다. 제 1의 회전 속도로부터 제 2의 회전 속도 또는 제 2의 회전 속도로부터 제 1의 회전 속도로의 변화는, 2단계 이상의 스텝으로 단계적으로 행해도 되지만, 얻어지는 막의 막두께 또는 시트 저항 분포를 억제하기 쉽게 하기 위해서는 연속적으로 행하는 것이 바람직하다. 또한, 회전 속도를 일정 비율로 변화시켜도 되지만, 기판(21)(기판 홀더(22))의 회전 위치(회전각)의 정현파 함수로서 회전 속도를 산출해서 제어하는 것이 보다 바람직하다.

더 구체적으로 설명하면, 본 발명에 있어서는, 도 6 및 하기 식 (1)에 나타내는 바와 같이, 기판(21)의 회전 위치(회전각) θ에 대하여, 기판(21)의 회전 속도 y가 정현파로 되도록, 회전 속도를 제어하는 것이 바람직하다.

y = Asin(θ+α)+B···(1)

A = a·B···(2)

즉, 제어 장치(50)는, 상기 식 (1)에 의거하여, 기판(21)의 회전각의 정현파 함수로서, 기판 홀더(22)의 회전 속도(기판(21)의 회전 속도)를 산출한다. 또한, θ는 0°≤θ≤360°이다. 또한, A는 회전 속도의 진폭, α는 위상각, B는 회전 속도의 진폭의 중심값, a는 회전 속도의 변동률이다.

상기 식 (1) 중, 진폭 A는, 균일한 성막을 실현 가능한 범위에서 임의로 설정할 수 있다. 예를 들면, 상기 식 (2)와 같이 중심값 B의 값에 따라 결정할 수 있고, 이 경우, 변동률 a는 0.1 내지 0.4와 같은 값으로 하는 것이 바람직하다. 너무 작으면, 본 발명의 효과를 얻기 어렵고, 너무 크면, 변속하지 않을 경우의 편차를 제거하는 레벨을 넘게 되어 도리어 균일성이 악화하기 쉽다. B는 0rpm을 초과해서 100rpm 이하로 하는 것이 바람직하다.

도 7은, 형성한 막의 시트 저항 분포를 등고선으로 표시한 것이며, 등고선은 규격화된 시트 저항값으로, 그 간격은 0.01이다. 또한, 시트 저항값은, 막두께의 역수에 거의 비례한 값으로 된다. 규격화된 시트 저항값 Rn은, 하기 식 (3)에 의해 나타내진다. 한편, 식 (3) 중, Rs는 시트 저항값, Rs,max는 시트 저항값의 최대값이다.

Rn = Rs/Rs,max··· (3)

도 7의 (a)는 기판(21)의 회전 속도의 정현파 제어를 행해서 형성한 막의 시트 저항 분포(실시 형태)이며, (b)는 성막 중의 회전 속도를 일정하게 해서 형성한 막의 시트 저항 분포(비교 형태)이다. 실시 형태의 성막 조건은, 타깃(42)의 재료가 NiFe, 방전 전력이 4kW, 성막 압력 0.05Pa, 기판(21)의 회전 속도의 진폭 A의 변동률 a가 14%, 진폭의 중심 B가 30rpm이다. 비교 형태는, 기판(21)의 회전 속도를 30rpm으로 일정하게 하고, 다른 조건은 실시 형태와 동일하다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 실시 형태에서는 시트 저항의 면내 분포(1σ)가 0.5%였던 것에 대하여, 비교 형태에서는 시트 저항의 면내 분포(1σ)가 3.1%로 되어, 실시 형태에서 면내 분포의 균일성이 매우 우수함이 확인되었다. 또한, 도 7의 (b)에 있어서, 도 2에서 설명한 자장(M)의 방향은 등고선과 거의 직교하는 방향이며, N극측에서 시트 저항이 작고(즉 막두께가 두꺼움), S극측에서 시트 저항값이 크게(즉 막두께가 작음) 되어 있다. 도 7의 (a)에 있어서도 자장(M)의 방향은 등고선과 거의 직교하는 방향이지만, 도 7의 (b)에 비해서 시트 저항 분포는 대폭 해소되어 있다.

본 실시 형태의 기판(21)의 회전 속도 제어는 정현파 제어에 한정되지 않고, 회전 위치의 일차 함수나 이차 함수 등을 합성하거나 해도 된다. 또한, 성막하는 동안 동일한 정현파 제어를 행해도 되지만, 예를 들면, 성막의 초기, 중기, 후기에 회전 속도의 제어 방법을 변경해도 된다. 또한, 제 1 부분과 제 2 부분의 외에 제 3 부분을 구하고, 제 1 부분과 제 2 부분과는 다른 회전 속도로 설정하도록 해도 된다.

본 발명을 이용해서 제조하는데 적합한 전자 부품의 예로서 TMR(Tunneling Magneto Resistance) 소자가 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, TMR 소자의 기본 층 구성은, 제 2 자화고정층(107), 터널 배리어층(108) 및 자화자유층(109)으로부터 이루어지는 자기 터널 정션 부분(MTJ 부분)(111)을 포함한다. 예를 들면, 제 2 자화고정층(107)은 강자성 재료, 터널 배리어층(108)은 금속산화물(산화 마그네슘, 알루미나 등) 절연 재료, 및 자화자유층(109)은 강자성 재료로 이루어져 있다. 또한, 도 8의 (a)에 있어서, 112는 하부 전극층, 113은 완충층, 114는 반강자성층, 115는 제 1 자화고정층, 116은 교환 결합용 비자성층, 117은 보호층, 118은 상부 전극층이다.

TMR 소자는, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 터널 배리어층(108)의 양측의 강자성층인 제 2 자화고정층(107)과 자화자유층(109)의 사이에 소요 전압을 인가해서 일정 전류를 흘려보낸 상태에 있어서, 외부 자장을 걸어, 상기 강자성층의 자화의 방향이 평행이며 동일할 때(「평행 상태」라고 함), 전기 저항은 최소가 된다. 또한, 도 8의 (c)에 나타내는 바와 같이, 상기 강자성층의 자화의 방향이 평행이며 반대일 때(「반평행 상태」라고 함), TMR 소자의 전기 저항은 최대가 된다고 하는 특성을 갖는다. 터널 배리어층(108)의 양측의 강자성층 중, 제 2 자화고정층(107)은 자화를 고정하는 동시에, 자화자유층(109)은 기입용의 외부 자장의 인가에 의해 자화 방향이 반전 가능한 상태로 형성된다.

제 2 자화고정층(107)의 성막 공정에서, 소정 방향으로 자화하기 위해서, 기판 자장 형성 장치(30)를 이용해서 스퍼터링 성막을 행한다. 이 때, 성막 중에, 기판(21)의 회전 위치에 따라 회전 속도를 정현파로 하는 제어를 행함으로써, 막두께 분포 또는 시트 저항 분포가 균일한 제 2 자화고정층(107)을 형성하는 것이 가능하다. 제 2 자화고정층(107)의 형성 재료로서는, 예를 들면, Co, Fe, Ni 등의 강자성 재료를 주성분으로서 포함하고, 이것들에 적당히 B 등의 재료를 첨가한 것을 이용할 수 있다. 또한, 제 2 자화고정층(107)의 외에, 제 1 자화고정층(106), 자화자유층(109) 등의 성막 시에도, 기판 자장 형성 장치(30)를 이용해서 소정 방향으로의 자화를 행한다. 이 경우에도, 본 발명의 회전 속도 제어 방법을 이용함으로써, 막두께 분포 또는 시트 저항 분포의 균일성이 우수한 막을 형성 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명자들은, 얻어지는 막의 막두께 또는 시트 저항값의 면내 분포에 편차가 생기는 현상의 원인에 대해서, 방전 플라즈마의 전장(電場), 기판(21)의 표면에 형성되는 자장(M)의 영향에 의해 스퍼터 입자가 어느 1방향으로 힘을 받기 때문이라고 고찰했다. 이 경향은, 고전력으로 방전에 의해 플라즈마 밀도가 증가하면, 플라즈마의 전장 및 마그넷의 자장의 영향이 보다 현저해지는 것이라고 생각된다. 그래서 본 발명에서는, 기판(21)의 처리면에 1방향을 향한 방향성이 있는 자장(M)을 형성하는 동시에, 기판(21)을 그 처리면에 수직한 회전축 둘레로 회전시키면서 성막함에 있어, 기판(21)의 회전 위치에 따라 기판(21)의 회전 속도를 조정함으로써, 성막 시에 있어서의 면내 분포의 편차를 제어하는 것으로 하고 있는 것이다. 본 발명에 따른 스퍼터링 장치(1) 및 스퍼터링 방법에 따르면, 고전력으로 경사 입사 스퍼터링에 의해 자성막을 성막할 경우에도, 면내 분포의 균일성이 우수한 막을 성막할 수 있다.

또한, 본 발명은 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

예를 들면, 도 9에 나타내는 스퍼터링 장치(100)에 있어서는, 기판(21)(기판 홀더(22))의 중심과, 캐소드(41)(타깃(42))의 중심이 수평 방향으로 어긋나 있지만, 기판(21)의 처리면(기판 홀더(22)의 표면)과, 캐소드(41)의 표면(타깃(42)의 표면)은 평행하게 위치해 있다. 이렇게 기판(21)과 타깃(42)을 평행하게 배치한 스퍼터링 장치(100)여도, 자성막의 형성에 있어서는, 제어 장치(50)로 이미 기술한 바와 같은 기판(21)(기판 홀더(22))의 회전 속도의 제어를 행함으로써, 막두께 분포 또는 시트 저항 분포의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 도 2에서 설명한 자석편(31)의 대신에 전자석(30')을 이용하고, 기판(21)의 회전 위치에 따라 이 전자석(30')에 공급하는 전류를 제어하고, 기판(21)의 처리면에 형성되는 자장의 강도를 조정함으로써 성막의 균일성을 향상시킬 수도 있다. 예를 들면, 도 10에 나타나 있는 스퍼터링 장치(101)는, 기본적으로는 도 1에 나타나 있는 스퍼터링 장치(1)와 동일하지만, 제어 장치(50)가, 전자석(30')으로의 전류 제어도 행하는 것으로 되어 있는 점이 도 1의 스퍼터링 장치(1)와는 상이하다. 도면 중 102는 전자석(30')에 자장 형성용 전류를 공급하는 자장 형성용 전원이다. 또한, 전자석(30')은, 도 2에서 설명한 1방향 자장(M)을 형성하는 전자석편으로 되어 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 전자석(30')은, 적어도 기판의 N극측 중앙 가장자리부(Nc) 근방, 및, S극측 중앙 가장자리부(Sc) 근방에 각각 설치되고, 도 2에서 설명한 1방향 자장(M)을 형성하는 전자석편을 갖는다. 전자석편은, 서로 전기적으로 접속된 상태로 해서 전류 제어를 행해도 되고, 어느 한 쪽만(예를 들면, N극측 중앙 가장자리부(Nc) 근방만)을 전류 제어하도록 해도 된다.

본 예에 있어서의 스퍼터링 장치(101)에 있어서는, 막두께가 커지기 쉬운, 도 2에 나타나 있는 N극측 중앙 가장자리부(Nc)가 방전 중의 캐소드(41)측으로 되었을 때에 최소의 전류값인 제 1의 전류를 공급하고, 막두께가 작아지기 쉬운, 도 2에 나타나 있는 S극측 중앙 가장자리부(Sc)가 방전 중의 캐소드(41)측으로 되었을 때에 최대의 전류값인 제 2의 전류를 공급하도록, 제어 장치(50)가 자장 형성용 전원(102)을 제어하는 것으로 되어 있다. 제 1의 전류와 제 2의 전류 사이는 서서히 전류값을 증가 또는 감소시키는 것이 바람직하고, 전술한 정현파 제어로 하는 것이 가장 바람직하다. 이 기판 자장 형성 장치(30)를 구성하는 전자석으로의 전류 제어는, 이미 상술한 기판(21)(기판 홀더(22))의 회전 속도의 제어와 함께 행해도 되고, 독립하여 행해도 된다.

본 발명은, 예시한 기판 처리 장치(마그네트론 스퍼터링 장치)뿐만 아니라, 드라이 에칭 장치, 플라즈마 애셔(asher) 장치, CVD 장치 및 액정 디스플레이 제조 장치 등의 플라즈마 처리 장치에 응용해서 적용 가능하다.

1 : 스퍼터링 장치, 100 : 스퍼터링 장치, 101 : 스퍼터링 장치, 10 : 챔버(반응 용기), 11 : 배기 펌프, 12 : 가스 주입구, 13 : 반응성 가스 도입계, 21 : 기판, 22 : 기판 홀더, 23 : 위치 검출 장치, 30 : 기판 자장 형성 장치, 30' : 전자석, 31 : 자석편, 40 : 캐소드 유닛, 41 : 캐소드, 42 : 타깃, 43 : 방전용 가스 도입계, 44 : 셔터, 50 : 제어 장치, 51 : 홀더 회전 제어부, 52 : 구동 신호 생성부, 60 : 회전 구동 기구, 61 : 홀더 회전 구동부, 62 : 피드백 제어부, Nc : N극측 중앙 가장자리부, Sc : S극측 중앙 가장자리부

Claims

기판을 그 처리면에 수직한 회전축 둘레로 회전 가능하게 유지하는 기판 홀더와,
상기 기판의 주위에 배설(配設)되고, 상기 기판과 함께 또는 기판과 동기하여 회전 가능하며, 상기 기판의 처리면에 자장을 형성하는 기판 자장 형성 장치와,
상기 기판의 경사 맞은편의 위치에 배치되며, 방전 전력이 공급되는 캐소드와,
상기 기판의 회전 위치를 검출하는 위치 검출 장치와,
상기 캐소드와 상기 위치 검출 장치가 검출한 상기 기판의 회전 위치의 위치 관계에 따라, 상기 기판의 회전 속도를 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은, 상기 자장의 형성 상태에 따라 생기는, 스퍼터링 입자가 끌어당겨지기 쉬운 제 1 부분과, 상기 제 1 부분보다 스퍼터링 입자의 끌어당김력이 약한 제 2 부분을 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 기판의 제 1 부분이 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 가까운 위치에 있을 때에 상기 기판의 회전 속도를 제 1의 회전 속도로 제어하고, 상기 기판의 제 2 부분이 상기 방전 중의 캐소드에 가까운 위치에 있을 때에 상기 기판의 회전 속도를 상기 제 1의 회전 속도보다 느린 제 2의 회전 속도로 제어하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 제 1 부분이 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 상기 기판의 회전 속도를 증가시켜서 상기 제 1의 회전 속도로 제어하고, 상기 제 2 부분이 상기 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 상기 기판의 회전 속도를 감소시켜서 상기 제 2의 회전 속도로 제어하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 기판 자장 형성 장치가, 상기 기판의 처리면 내에서 1방향을 향한 1방향 자장을 형성하는 것으로, 그 1방향 자장의 방향과 평행하게 신장된, 상기 기판의 중심을 지나는 직선이, 상기 기판 자장 형성 장치의 N극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 N극측 중앙 가장자리부로 하고, 그 직선이 상기 기판 자장 형성 장치의 S극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 S극측 중앙 가장자리부로 했을 때에, 상기 제 1 부분이 N극측 중앙 가장자리부이고, 상기 제 2 부분이 S극측 중앙 가장자리부인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 기판의 회전각의 정현파 함수로서 상기 회전 속도를 산출해서 상기 기판의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
선택적으로 방전 전력을 공급 가능한 복수의 캐소드가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
기판을 그 처리면에 수직한 회전축 둘레로 회전 가능하게 유지하는 기판 홀더와,
상기 기판의 주위에 배설되고, 상기 기판과 함께 또는 기판과 동기해서 회전 가능하며, 상기 기판의 처리면 내에 1방향을 향한 1방향 자장을 형성하는, 전자석으로 구성된 기판 자장 형성 장치와,
상기 기판의 경사 맞은편의 위치에 배치되며, 방전 전력이 공급되는 캐소드와,
상기 기판의 회전 위치를 검출하는 위치 검출 장치와,
상기 위치 검출 장치가 검출한 상기 기판의 회전 위치에 따라, 상기 기판 자장 형성 장치에 공급하는 전류를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 1방향 자장의 방향과 평행하게 신장된, 상기 기판의 중심을 지나는 직선이, 상기 기판 자장 형성 장치의 N극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 N극측 중앙 가장자리부로 하고, 상기 직선이 상기 기판 자장 형성 장치의 S극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 S극측 중앙 가장자리부로 했을 때에,
상기 제어 장치는, 상기 기판 자장 형성 장치에 공급하는 전류의 조정에 의해, 상기 N극측 중앙 가장자리부가 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 N극의 자력을 감소시키고, 상기 S극측 중앙 가장자리부가 상기 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 N극의 자력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
기판의 처리면을 따라 자장을 형성한 상태에서, 상기 기판을 상기 처리면에 대하여 수직한 회전축 둘레로 회전시키면서, 상기 기판의 처리면의 경사 방향으로부터의 스퍼터링에 의해 자성막을 형성하는 스퍼터링 방법에 있어서,
캐소드와 상기 기판의 회전 위치의 위치 관계에 따라, 상기 기판의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 기판은, 상기 자장의 형성 상태에 따라 생기는, 스퍼터링 입자가 끌어당겨지기 쉬운 제 1 부분과, 상기 제 1 부분보다 스퍼터링 입자의 끌어당김력이 약한 제 2 부분을 구비하고,
상기 기판의 제 1 부분이, 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 가까운 위치에 있을 때에 상기 기판의 회전 속도를 제 1의 회전 속도로 하고, 상기 기판의 제 2 부분이 상기 방전 중의 캐소드에 가까운 위치에 있을 때에 상기 기판의 회전 속도를 상기 제 1의 회전 속도보다 느린 제 2의 회전 속도로 하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 부분이 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 상기 기판의 회전 속도를 증가시켜서 상기 제 1의 회전 속도로 하고, 상기 제 2 부분이 상기 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 상기 기판의 회전 속도를 감소시켜서 상기 제 2의 회전 속도로 하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 기판의 처리면을 따라 형성하는 자장을, 상기 기판의 처리면 내에서 1방향을 향한 1방향 자장으로서 기판 자장 형성 장치로 형성하고, 그 1방향 자장의 방향과 평행하게 신장된, 상기 기판의 중심을 지나는 직선이, 상기 기판 자장 형성 장치의 N극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 N극측 중앙 가장자리부로 하고, 상기 직선이 상기 기판 자장 형성 장치의 S극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 S극측 중앙 가장자리부로 했을 때에,
상기 제 1 부분이 N극측 중앙 가장자리부이고, 상기 제 2 부분이 S극측 중앙 가장자리부인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 기판의 회전각의 정현파 함수로서 상기 회전 속도를 산출해서 상기 기판의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
기판의 처리면 내에 1방향을 향한 1방향 자장을, 전자석을 갖는 기판 자장 형성 장치에 의해 형성한 상태에서, 상기 기판을 상기 처리면에 대하여 수직한 회전축 둘레로 회전시키면서, 상기 기판의 처리면의 경사 방향으로부터의 스퍼터링에 의해 자성막을 형성하는 스퍼터링 방법에 있어서,
상기 1방향 자장의 방향과 평행하게 신장된, 상기 기판의 중심을 지나는 직선이, 상기 기판 자장 형성 장치의 N극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 N극측 중앙 가장자리부로 하고, 상기 직선이 상기 기판 자장 형성 장치의 S극측에서 교차하는 상기 기판의 둘레 가장자리부를 S극측 중앙 가장자리부로 했을 때에,
상기 전자석에 공급하는 전류의 조정에 의해, 상기 N극측 중앙 가장자리부가 방전 전력의 공급에 의해 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 N극의 자력을 감소시키고, 상기 S극측 중앙 가장자리부가 상기 방전 중의 캐소드에 근접함에 따라 N극의 자력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.