KR101299724B1 - 마그네트론 스퍼터 캐소드 및 성막 장치 - Google Patents

마그네트론 스퍼터 캐소드 및 성막 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101299724B1
KR101299724B1 KR1020117006240A KR20117006240A KR101299724B1 KR 101299724 B1 KR101299724 B1 KR 101299724B1 KR 1020117006240 A KR1020117006240 A KR 1020117006240A KR 20117006240 A KR20117006240 A KR 20117006240A KR 101299724 B1 KR101299724 B1 KR 101299724B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnet part
target
magnet
peripheral
flux density
Prior art date
Application number
KR1020117006240A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110042238A (ko
Inventor
히로히사 다카하시
신야 야마다
사토루 이시바시
고헤이 사쿠마
Original Assignee
가부시키가이샤 아루박
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 아루박 filed Critical 가부시키가이샤 아루박
Publication of KR20110042238A publication Critical patent/KR20110042238A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101299724B1 publication Critical patent/KR101299724B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H01J37/3408—Planar magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/345—Magnet arrangements in particular for cathodic sputtering apparatus
    • H01J37/3452—Magnet distribution
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

이 마그네트론 스퍼터 캐소드는, 요크(10); 중앙 자석부(21), 주연 자석부(22), 보조 자석부(23, 23a, 23b, 25) 및 평행 영역(S)을 갖는 자기 회로(20); 백킹 플레이트(30);를 포함하고, 상기 중앙 자석부(21), 상기 주연 자석부(22) 및 상기 보조 자석부(23, 23a, 23b, 25) 각각의 선단부(31, 32, 33a, 33b)의 극성이 서로 인접하는 자석부 간에 다르도록 상기 중앙 자석부(21), 상기 주연 자석부(22) 및 상기 보조 자석부(23, 23a, 23b, 25)가 배치되며, 상기 백킹 플레이트(30)의 상방에서 관측되는 자기장 프로파일은, 수평 방향의 자속 밀도(B//)가 상기 중앙 자석부(21)에 대응하는 위치를 경계로 제1 영역에서 양의 값, 제2 영역에서 음의 값이 되도록 설정되어 있다.

Description

마그네트론 스퍼터 캐소드 및 성막 장치{Magnetron sputter cathode, and filming apparatus}
본 발명은, 마그네트론 스퍼터 캐소드에 관한 것으로, 보다 자세하게는 타겟의 사용 효율의 향상을 도모할 수 있는 마그네트론 스퍼터 캐소드 및 이 캐소드를 구비한 성막 장치에 관한 것이다.
본원은, 2008년 8월 29일에 출원된 특원 2008-222170호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래부터, 액정 디스플레이(LCD) 또는 플라즈마 디스플레이(PDP) 등의 대면적의 유리 기판 상에 ITO(Indium Tin Oxide)막 등의 산화물계 투명 전도막을 균일한 막두께로 연속적으로 성막하기 위해, 마그네트론 스퍼터 장치를 이용하는 것이 제안되어 있다.
이 스퍼터 장치에서는, 타겟의 이면측에 복수의 자기 회로가 배치되고, 타겟의 표면측에 기판이 배치되며, 자기 회로에서 발생하는 자기장에 의해 타겟 표면 근방에 플라즈마를 발생시켜 기판에 성막을 행한다.
종래의 마그네트론 스퍼터용 자기 회로를 사용하면, 타겟의 사용 효율은 20~30% 정도이다. 이와 같이 타겟의 사용 효율이 낮은 경우에는 타겟의 수명이 짧아지기 때문에, 타겟의 재료비, 타겟 교환에 드는 인건비, 타겟의 본딩에 필요로 하는 비용 등이 증가하여 생산성이 나빠지는 문제가 있었다. 이 문제를 해결하는 캐소드로서는 이하에 서술하는 3가지 예를 들 수 있다.
특허문헌 1에는, 주요 마그넷의 사이에 보조 마그넷이 배치된 구조가 개시되어 있다. 그러나, 단지 단순히 보조 마그넷이 배치된 구조만으로는, 타겟의 사용 효율은 올라가기 어려워 최적화가 실현되었다고는 하기 힘들다.
특허문헌 2에는, 복잡한 자기 회로를 끼움으로써 타겟의 사용 효율의 향상을 도모한 구조가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 자기 회로는 매우 복잡하고 많은 자석을 사용하고 있기 때문에 비용이 증가한다. 또, 많은 자석이 이용되기 때문에, 각각의 자석으로부터 생기는 자기장의 영향을 고려할 필요가 있고, 타겟 표면과 자기 회로의 거리와의 사이에 제한이 생겨 타겟 표면과 자기 회로의 거리를 짧게 해야 한다. 따라서, 자석 표면에서 가까운 거리에만 자기장이 닿기 때문에, 타겟의 두께를 늘리는 것은 어렵다.
예를 들면, 특허문헌 2에 기재되어 있는 도 4로부터 명백한 바와 같이, 타겟의 중앙부에서의 이로전(erosion)의 깊이는 얕다. 이러한 이로전이 생기는 이유는 상술한 영향에 의한 것이라고 생각된다.
특허문헌 3 또는 특허문헌 4에는, 자기 회로의 형상뿐만 아니라, 자기장을 최적화하는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 3 또는 특허문헌 4에서는, 타겟의 표면에 대한 자기장의 수직 자기장 성분의 값이 제로 또는 제로 근방에서 고르게 분포하는 영역 혹은 제로 점을 3회 교차하는 영역이 형성되도록 판형상 자성체가 배치되어 있다.
그러나, 특허문헌 3에서는 자기장의 수직 자기장 성분의 정의가 불충분하기 때문에, 특허문헌 2와 같이, 특허문헌 3의 타겟은 중앙부가 적극적으로 스퍼터되지 않고, 따라서 충분히 이용되지 않은 형상의 이로전이 생긴다.
또한, 특허문헌 4에서는, 자석의 상대 위치를 변화시키는 구조가 개시되어 있는데, 이 구조로는 충분한 자계를 발생시키기가 어려워 충분히 이용되지 않은 형상의 이로전이 생긴다.
이와 같이, 종래부터 타겟의 사용 효율을 개선하기 위해 여러 가지의 연구가 이루어져 있지만, 그 대부분의 종래기술은, 타겟의 표면에 대해 수평인 자기장이 늘어나도록 자기 회로를 형성하고, 타겟의 표면에서의 플라즈마의 집중을 막음으로써, 이 타겟의 이로전 영역이 넓어지도록 연구된 구성을 갖고 있었다. 상술한 특허문헌 2 및 특허문헌 3에 개시된 캐소드 구조를 적용한 경우이어도, 타겟의 사용 효율은 50% 정도이다. 그 때문에, 타겟의 사용 효율이 50%를 넘는 마그네트론 스퍼터 캐소드의 개발이 요구되었다.
또한, 종래의 캐소드에서는, 타겟이 10mm이하인 경우에 상술한 바와 같은 타겟의 사용 효율이 얻어진다. 그러나, 타겟의 두께가 10mm정도이면, 사용 수명이 짧아지고, 결과적으로 타겟의 재료비, 타겟 교환에 드는 인건비, 타겟의 본딩에 필요로 하는 비용 등이 증가하여 생산성이 나빠질 우려가 있다.
그 때문에, 타겟의 사용 효율이 50%를 넘고, 또한 10mm이상의 두께인 타겟에도 적용하는 것이 가능한 마그네트론 스퍼터 캐소드의 개발이 요구되었다.
특허문헌 1: 일본특허공개 평5-25625호 공보 특허문헌 2: 일본특허 제3473954호 공보 특허문헌 3: 일본특허공개 2006-16634호 공보 특허문헌 4: 일본특허공개 평2-34780호 공보
본 발명은, 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 50%를 넘는 타겟의 사용 효율이 얻어지는 마그네트론 스퍼터 캐소드를 제공한다.
본 발명의 제1 태양의 마그네트론 스퍼터 캐소드는, 표면과 중앙 영역을 갖는 평판형상의 요크; 상기 요크의 상기 중앙 영역에 직선형상으로 배치된 중앙 자석부, 상기 중앙 자석부의 주위에 배치된 주연 자석부 및 상기 중앙 자석부와 상기 주연 자석부 사이에 배치된 보조 자석부를 가지고, 상기 중앙 자석부, 상기 주연 자석부 및 상기 보조 자석부가 서로 평행한 평행 영역을 가지며, 상기 요크의 상기 표면에 설치된 자기 회로; 상기 자기 회로에 겹쳐 배치된 백킹 플레이트;를 포함한다. 또한, 이 마그네트론 스퍼터 캐소드에서는, 상기 중앙 자석부, 상기 주연 자석부 및 상기 보조 자석부 각각의 선단부의 극성이 서로 인접하는 자석부 간에 다르도록 상기 중앙 자석부, 상기 주연 자석부 및 상기 보조 자석부가 배치되어 있다.
또한, 이 마그네트론 스퍼터 캐소드에서는, 상기 평행 영역에서의 상기 중앙 자석부, 상기 주연 자석부 및 상기 보조 자석부를 종단하는 방향으로서 상기 중앙 자석부가 연장되는 방향에 직교하는 축방향에 있어서, 상기 중앙 자석부에서 상기 주연 자석부로 향하여 상기 백킹 플레이트의 상방에서 관측되는 자기장 프로파일은, 상기 백킹 플레이트에 평행한 면에서의 수평 방향의 자속 밀도가 상기 중앙 자석부에 대응하는 위치를 경계로 제1 영역에서 양의 값, 제2 영역에서 음의 값이 되도록 설정되어 있다.
본 발명의 제1 태양의 마그네트론 스퍼터 캐소드에서는, 상기 수평 방향의 자속 밀도의 값의 양음의 부호는, 상기 주연 자석부의 근방에서 반전되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 태양의 마그네트론 스퍼터 캐소드에서는, 상기 백킹 플레이트에 평행한 면에서의 수직 방향의 자속 밀도는, 상기 중앙 자석부에 대응하는 위치를 경계로 대칭이고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 각각은 상기 수직 방향의 자속 밀도가 0인 점을 3개 갖고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 태양의 마그네트론 스퍼터 캐소드에서는, 상기 수평 방향의 자속 밀도의 최대 강도는 100가우스 이상 600가우스 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 태양의 마그네트론 스퍼터 캐소드는, 상기 백킹 플레이트와 상기 자기 회로의 거리를 조정하는 제어 장치를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 태양의 성막 장치는, 상술한 마그네트론 스퍼터 캐소드를 포함한다.
본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드에서는, 상기 평행 영역에서의 상기 중앙 자석부, 상기 주연 자석부 및 상기 보조 자석부를 종단하는 방향으로서 상기 중앙 자석부가 연장되는 방향에 직교하는 축방향에 있어서, 상기 중앙 자석부에서 상기 주연 자석부로 향하여 상기 백킹 플레이트의 상방에서 관측되는 자기장 프로파일은, 상기 백킹 플레이트에 평행한 면에서의 수평 방향의 자속 밀도(B//)가 상기 중앙 자석부에 대응하는 위치를 경계로 제1 영역에서 양의 값, 제2 영역에서 음의 값이 되도록 설정되어 있다.
그 때문에, 타겟 표면에서 플라즈마의 국소적인 집중이 완화되고, 플라즈마가 타겟의 중앙(중앙 자석부가 배치된 영역)에서 제1 영역의 주연부 및 제2 영역의 주연부로 퍼지도록 생성된다.
그 때문에, 타겟은, 타겟의 표면이 넓은 영역에 걸쳐 스퍼터된다. 따라서, 타겟의 이로전이 생기는 부위를 종래보다도 넓게 할 수 있어 타겟의 사용 효율의 향상을 도모할 수 있다.
도 1a는, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 1b는, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 1c는, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 관찰되는 자기장 프로파일을 도시하고, 타겟의 표면에 평행 자기장 성분과 타겟의 표면에 수직 자기장 성분을 도시하는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 얻어지는 자력선과 플라즈마를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 3a는, 타겟의 주연부에 있어서, 자기장 프로파일의 수평 방향의 자속 밀도가 0보다 큰 경우에 생성된 플라즈마를 모식적으로 도시하는 도면으로서, 타겟의 주연부에서 수평 방향의 자속 밀도가 반전되지 않는 경우의 플라즈마를 도시하는 도면이다.
도 3b는, 도 3a에서의 자기장 프로파일 및 타겟(40)의 이로전의 깊이를 도시하는 도면이다.
도 4는, 자기장 프로파일 중 수평 방향의 자속 밀도의 최대 강도를 바꾸어 측정한 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 5a는, 수평 방향의 자속 밀도의 최대 강도가 1200가우스인 경우에 얻어지는 타겟의 이로전을 도시하는 도면이다.
도 5b는, 수평 방향의 자속 밀도의 최대 강도가 1200가우스인 경우에 얻어지는 타겟의 이로전을 도시하는 도면으로서, 국소적인 이로전이 관찰된 타겟을 도시하는 도면이다.
도 6a는, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 관측되는 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 6b는, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 얻어지는 자력선을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 얻어지는 타겟의 이로전을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 8a는, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 8b는, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 관찰되는 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 9a는, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 9b는, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 관찰되는 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 10a는, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 10b는, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 관찰되는 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 11a는, 본 발명의 제5 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 11b는, 본 발명의 제5 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 관찰되는 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 12a는, 본 발명의 제6 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 12b는, 본 발명의 제6 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 관찰되는 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드를 적용한 인라인형 성막 장치를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 14a는, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드를 적용한 매엽형 성막 장치를 모식적으로 도시하는 상면도이다.
도 14b는, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드를 적용한 매엽형 성막 장치에 있어서, 전원으로서 DC전원을 이용했을 때의 마그네트론 스퍼터 캐소드의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 14c는, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드를 적용한 매엽형 성막 장치에 있어서, 전원으로서 AC전원을 이용했을 때의 마그네트론 스퍼터 캐소드의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드를 적용한 권취식 성막 장치를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 16은, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드를 적용한 카로젤형 성막 장치를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 17은, 실시예 1에서의 마그네트론 스퍼터 캐소드의 자기장 프로파일 및 이로전 깊이를 도시하는 도면이다.
도 18은, 실시예 2에서의 마그네트론 스퍼터 캐소드의 자기장 프로파일 및 이로전 깊이를 도시하는 도면이다.
도 19는, 실시예 3에서의 마그네트론 스퍼터 캐소드의 자기장 프로파일 및 이로전 깊이를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다.
본 발명의 기술 범위는 이하에 서술하는 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다.
<제1 실시형태>
도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드와, 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 관찰되는 자기장 프로파일을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 1a는 마그네트론 스퍼터 캐소드(1A)를 모식적으로 도시한 단면도로서, 도 1b에서의 L-L´선의 단면도이다.
도 1b는, 요크의 표면에 배치된 자기 회로를 모식적으로 도시한 평면도이다.
도 1c는, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드에서 관찰되는 자기장 프로파일을 도시하고, 타겟의 표면에 평행 자기장 성분과 타겟의 표면에 수직 자기장 성분을 도시하는 도면이다. 도 1c에 있어서, 횡축은 도 1b의 L-L´선에서의 위치, 즉 마그네트론 스퍼터 캐소드(1A)의 폭방향의 위치에 대응한다. 도 1c의 횡축에 있어서, 0mm의 위치는 후술하는 중앙 자석부(21)의 위치에 대응하고, 즉 도 1c의 횡축은 중앙 자석부(21)로부터의 거리를 나타낸다. 또한, 종축은 자속 밀도를 나타낸다.
제1 실시형태에서의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1(1A))는, 평판형상의 요크(10), 요크(10)의 표면에 설치된 자기 회로(20), 자기 회로(20)에 겹쳐지게 배치된 백킹 플레이트(30)에 의해 구성되어 있다.
또한, 자기 회로(20)는, 요크(10)의 중앙 영역(C)에 직선형상으로 배치된 중앙 자석부(21), 중앙 자석부(21)의 주위에 배치된 주연 자석부(22), 중앙 자석부(21)와 주연 자석부(22) 사이에 배치된 보조 자석부(23)에 의해 구성되어 있다. 또한, 자기 회로(20)는, 중앙 자석부(21), 주연 자석부(22)의 일부 및 보조 자석부(23)의 일부가 서로 평행한 평행 영역(S)을 가진다.
또한, 중앙 자석부(21), 주연 자석부(22) 및 보조 자석부(23) 각각의 선단부(31, 32, 33a, 33b)의 극성이 서로 인접하는 자석부 간에 다르도록 중앙 자석부(21), 주연 자석부(22) 및 보조 자석부(23)는 배치되어 있다.
또한, 평행 영역(S)에서의 중앙 자석부(21), 주연 자석부(22) 및 보조 자석부(23)를 종단하는 방향으로서 중앙 자석부(21)가 연장되는 방향(중앙 자석부(21)의 직선부)에 직교하는 축방향에 있어서, 중앙 자석부(21)에서 주연 자석부(22)로 향하여 백킹 플레이트(30)의 상방에서 관측되는 자기장 프로파일은, 백킹 플레이트(30)에 평행한 면에서의 수평 방향의 자속 밀도(B//)가 중앙 자석부(21)에 대응하는 위치를 경계로 제1 영역(한쪽의 영역)에서 양의 값, 제2 영역(다른 쪽의 영역)에서 음의 값이 되도록 설정되어 있다. 또한, 백킹 플레이트(30)의 상방에서 관측되는 자기장 프로파일이란, 타겟이 배치되는 위치에서 관찰되는 자기장 프로파일을 의미한다.
이하, 마그네트론 스퍼터 캐소드(1A(1))를 상세하게 설명한다.
도 1a 내지 도 1c는, 보조 자석부(23)가 제1 보조 자석부(23a)와 제2 보조 자석부(23b)에 의해 구성되고, 제1 보조 자석부(23a)와 제2 보조 자석부(23b)가 중앙 자석부(21)를 둘러싸고 배치되어 있는 예를 나타내고 있다.
여기서, 중앙 자석부(21)의 선단부(31)와 제2 보조 자석부(23b)의 선단부(33b)의 극성이 N극인 경우, 제1 보조 자석부(23a)의 선단부(33a)와 주연 자석부(22)의 선단부(32)의 극성은 S극이다. 또한, 중앙 자석부(21)의 선단부(31)와 제2 보조 자석부(23b)의 선단부(33b)의 극성이 S극인 경우, 제1 보조 자석부(23a)의 선단부(33a)와 주연 자석부(22)의 선단부(32)의 극성은 N극이다.
또한, 선단부(31, 32, 33a, 33b)는, 백킹 플레이트(30)의 이면에 접촉 또는 대향하는 부위이다.
또한, 도 1a 내지 도 1c는, 백킹 플레이트(30) 상에 타겟(40)이 배치되어 있는 예를 나타내고 있다.
자기장 프로파일은, 자기 회로(20)의 표면으로부터 상방 15mm~35mm의 범위에서 가우스 미터를 이용하여 측정된다.
예를 들면, 두께 15mm의 백킹 플레이트를 이용했을 때에는, 백킹 플레이트(30)의 표면(30a)으로부터 상방 0mm~20mm의 범위에서 자기장 프로파일이 측정된다.
또, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1A)에는, DC전원, AC전원, RF전원 모두 적용할 수 있다.
요크(10)는 평판형상이고, 요크(10)의 표면(10a)에 자기 회로(20)(중앙 자석부(21), 주연 자석부(22) 및 보조 자석부(23))가 설치되어 있다. 요크(10)는, 일반적으로 마그네트론 스퍼터 캐소드에 이용되는 요크로서, 요크의 종류는 한정되지 않는다.
이 요크(10)로서는, 예를 들면 페라이트계의 스테인레스 등을 이용할 수 있다. 또한, 그 크기는 예를 들면 폭 200mm 정도이다.
백킹 플레이트(30)의 표면(30a)에는, 타겟(40)이 놓인다. 백킹 플레이트(30)는, 일반적인 마그네트론 스퍼터 캐소드에 이용되는 백킹 플레이트로서, 백킹 플레이트의 종류는 한정되지 않는다.
또, 제1 실시형태에서는 백킹 플레이트(30)를 이용하는 경우를 설명하지만, 본 발명에서는 백킹 플레이트(30)를 생략하고, 자기 회로(20)의 상방에 타겟(40)을 배치하는 것도 가능하다. 이 경우, 백킹 플레이트(30)를 이용했을 때와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
타겟(40)은, 예를 들면 투자율이 3H/m 이하가 바람직하다.
이러한 타겟(40)의 구성 재료로서는, 예를 들면 Mg, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Al, In, C, Si 및 Sn 등에서 선택되는 원소를 주성분으로 하는 재료가 이용된다.
백킹 플레이트(30)와 타겟(40)의 총두께가 15mm 이상 35mm 이하인 것이 바람직하다. 예를 들면, 15mm 두께의 백킹 플레이트(30)를 이용했을 때는, 타겟(40)의 두께는 20mm 이하이다. 또한, 백킹 플레이트를 이용하지 않는 경우는, 35mm 이하의 타겟(40)을 이용할 수 있다. 타겟(40)의 폭은, 예를 들면 200mm 정도이다.
자기 회로(20)는, 타겟(40)의 표면(40b)에 수평 자계를 발생시키도록 요크(10)의 표면(10a)에 배치되어 있고, 중앙 자석부(21)와 주연 자석부(22)와 보조 자석부(23)로 구성되어 있다. 제1 실시형태에서는, 보조 자석부(23)는 제1 보조 자석부(23a)와 제2 보조 자석부(23b)로 구성되어 있다.
중앙 자석부(21)는, 타겟(40)의 길이방향에 있어서 타겟(40)의 중앙부에 직선형상으로 배치되어 있다.
주연 자석부(22)는, 중앙 자석부(21)를 포위하도록 요크(10)의 표면(10a)의 주연부에 배치되고, 중앙 자석부(21)와 평행한 부위를 갖고 있다.
제1 보조 자석부(23a) 및 제2 보조 자석부(23b)는, 중앙 자석부(21)를 포위하도록 요크(10)의 표면(10a)에 배치되고, 중앙 자석부(21)와 평행한 부위를 갖고 있다.
중앙 자석부(21), 주연 자석부(22) 및 보조 자석부(23)로서는, 예를 들면 네오듐, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 이방성 소결 자석, 사마륨 코발트 자석, 페라이트 자석 등을 이용할 수 있다.
중앙 자석부(21), 주연 자석부(22) 및 보조 자석부(23)의 높이, 폭 및 각 자석부 간의 거리는, 도 1c에 도시된 자기장 프로파일을 만족하도록 적절히 조절할 수 있다.
일례로서, 중앙 자석부(21), 주연 자석부(22) 및 보조 자석부(23)가 네오듐, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 이방성 소결 자석으로 이루어지는 경우, 각 자석부의 높이가 30mm, 중앙 자석부(21)의 폭이 15mm, 제1 보조 자석부(23a)의 폭이 12.5mm, 제2 보조 자석부(23b)의 폭이 7.5mm, 주연 자석부(22)의 폭이 12.5mm이다.
또한, 각 자석부 간의 거리는, 중앙 자석부(21)와 제1 보조 자석부(23a)의 거리가 21mm, 제1 보조 자석부(23a)와 제2 보조 자석부(23b)의 거리가 20mm, 제2 보조 자석부(23b)와 주연 자석부(22)의 거리가 15mm이다.
자기 회로(20)에 의해 타겟(40)의 표면(40b)(백킹 플레이트(30)의 상방)에 발생된 수평방향의 자속 밀도(B//)는, 도 1c에 도시된 바와 같이, 중앙 자석부(21)에서 주연 자석부(22)로 향하여 제1 영역에서 양의 값, 제2 영역에서 음의 값이 되도록 설정되어 있다. 또한, 수평방향의 자속 밀도(B//)는, 도 1c의 원점을 대칭의 중심으로 하여 점대칭으로 분포하고 있다.
그 때문에, 도 2에 도시된 바와 같은 자력선(G)과 플라즈마(P)의 분포가 생겨 타겟(40)의 이로전이 생기는 부위를 넓게 할 수 있다.
또, 도 1c에 있어서, 제1 영역이란 제2 상한(象限) 및 제3 상한이고, 제2 영역이란 제1 상한 및 제4 상한이다.
또한, 수평방향의 자속 밀도(B//)는, 주연 자석부(22)의 근방에서 양음의 부호가 역전되도록(반전되도록) 설정되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 수평방향의 자속 밀도(B//)는, 상기 주연 자석부의 근방에서 제1 영역에서 음, 제2 영역에서 양이 되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.
다음에, 주연 자석부(22)의 주변(타겟(40)의 주연)에서 수평방향의 자속 밀도(B//)가 반전되지 않은 경우에 대해 설명한다.
도 3a는, 타겟의 주연부에서 수평방향의 자속 밀도가 반전되지 않은 경우의 플라즈마를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 3b는, 도 3a에서의 자기장 프로파일 및 타겟(40)의 이로전의 깊이를 도시하는 도면이다. 도 3b에 있어서, 횡축은 마그네트론 스퍼터 캐소드의 폭방향의 위치를 나타내고, 종축은 자속 밀도와 이로전의 깊이를 나타낸다. 또한, 도 3b의 횡축에 있어서, 0mm의 위치는 중앙 자석부의 위치에 대응하고, 즉 도 3b의 횡축은 중앙 자석부로부터의 거리를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 주연 자석부(22)의 주변(타겟(40)의 주연)에서 수평방향의 자속 밀도(B//)가 반전되지 않으면, 타겟(40)의 외측에서도 전자에 로렌츠 힘이 작용한다. 그 때문에, 플라즈마(P)가 어스 실드로 향하여 퍼지고, 도 3a에 도시된 바와 같이 생성된 플라즈마(P)가 타겟(40)의 주연부로 시프트한다.
그 때문에, 도 3b에 도시된 바와 같이 타겟(40)의 주연부까지 스퍼터된다. 또한, 타겟(40)의 중앙부에는 이로전이 생기지 않은 비이로전부가 형성된다. 또한, 이로전이 생기는 부위의 단면 형상은, 도 1a 또는 도 7에 도시된 바와 같은 사다리꼴은 되지 않는다. 따라서, 타겟(40)의 사용 효율이 저하된다.
이에 대해, 본 발명의 제1 실시형태에서의 도 1c에 도시된 자기장 프로파일과 같이, 타겟(40)의 주연부의 자기장 프로파일에 있어서, 수평방향의 자속 밀도(B//)를 반전시킴으로써, 전자에 걸리는 로렌츠 힘이 진행방향과는 반대방향으로 생기기 때문에, 타겟(40)의 주연부에서는 방전이 생기기 어려워진다.
그 결과, 플라즈마(P)는 어스 실드(45)로 향하여 시프트하지 않고, 플라즈마(P)가 타겟(40)의 중앙(중앙 자석부(21)가 배치된 영역)으로부터 주연부(주연 자석부(22)가 배치된 영역)로 퍼지도록 형성된다.
그 때문에, 타겟(40)은, 표면(40b)의 보다 넓은 영역에 걸쳐 스퍼터된다. 따라서, 타겟(40)의 이로전(5)의 단면 형상이 사다리꼴이 되어, 종래의 타겟에 형성된 이로전보다도 이로전(5)의 형상을 넓게 할 수 있고, 타겟(40)의 사용 효율의 향상을 도모할 수 있다.
이 때, 타겟(40)의 표면(40b)에서의 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도가 100가우스 이상 600가우스 이하인 것이 바람직하다.
도 4는, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도를 300가우스, 600가우스 및 1200가우스로 변화시킨 경우의 자기장 프로파일을 나타낸다.
도 4에 있어서, 횡축은 중앙 자석부(21)로부터의 거리를 나타낸다. 종축은 자속 밀도를 나타낸다. 또한, 도 4의 횡축에 있어서, 0mm의 위치는 중앙 자석부(21)의 위치에 대응한다.
도 4 중에서 부호 1, 2, 3 각각은, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도를 1200, 600 및 300가우스로 설정한 경우의 자기장 프로파일을 나타낸다. 또한, 부호 4, 5, 6 각각은, 부호 1, 2, 3에 대응하는 수직방향의 자속 밀도(B⊥)의 자기장 프로파일을 나타낸다.
타겟(40)의 표면(40b)과 자기 회로(20)의 거리(T/M)를 35mm로 함으로써 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도가 300가우스가 되고, T/M을 25mm로 함으로써 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도가 600가우스가 되며, T/M을 15mm로 함으로써 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도가 1200가우스가 된다.
도 4로부터, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도를 1200가우스로 했을 때는, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 극성의 반전이 관찰되었다.
이와 같이, 극성의 반전이 생기는 자기장 프로파일을 가진 마그네트론 스퍼터 캐소드에서는, 백킹 플레이트에 평행한 면에서의 수직방향의 자속 밀도(B⊥)의 강도가 타겟의 표면에서 0이 되는 장소 부근에 플라즈마가 집중되어 버린다.
그 때문에, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 플라즈마가 집중된 장소에 국소적인 이로전이 관찰된다. 도 5a는 타겟의 폭방향에서의 위치와 이로전의 깊이의 관계를 도시하는 도면이고, 도 5b는 국소적으로 생성된 이로전이 관찰된 타겟(40)을 도시하는 도면이다.
이 현상은, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도가 600가우스를 넘는다고 확인된다. 즉, 예를 들면 15mm 두께의 백킹 플레이트와 20mm 두께의 타겟을 이용한 경우, 스퍼터가 개시되기 전의 초기 T/M 값이 35mm, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도가 300가우스인데, 이로전이 진행되어 예를 들면 10mm을 넘는 이로전이 생긴 경우에는, T/M 값은 25mm 미만, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도는 600가우스를 넘는 값이 된다. 이 경우, 상술한 바와 같이 국소적인 이로전이 생기기 때문에, 이로전의 진행에 따라 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도가 100가우스 이상 600가우스 이하가 되도록 타겟(40)과 자기 회로(20)의 거리를 조절할(타겟(40)으로부터 자기 회로(20)를 떼어 둘) 필요가 있다.
타겟(40)과 자기 회로(20)의 거리를 조정하는 데는, 후술하는 바와 같이 Z축 방향으로 자기 회로(20)를 이동시키는 제어 장치가 이용된다.
한편, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 최대 강도가 100가우스보다도 작아지면, 방전 현상이 발생하지 않아 스퍼터를 행할 수 없다.
제1 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1A)에 의하면, 도 1c에 도시된 바와 같은 자기장 프로파일이 얻어진다.
또한, 수직방향의 자속 밀도의 자기장 프로파일은, 제1 영역 및 제2 영역 각각에 있어서 수직방향의 자속 밀도가 0인 점을 3개 갖고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1 영역에서 타겟(40)의 중앙 자석부(21)의 직선부와 직교하는 축방향에 있어서, 타겟(40)의 절반을 더 4등분하는 부위를 L1, L3, L5라고 하고, 타겟(40)의 중앙 자석부(21)의 직선부와 직교하는 축방향에 있어서, 타겟(40)의 절반을 더 3등분하는 부위를 L2, L4라고 한다. 타겟(40)에 평행한 면에서의 수직방향의 자속 밀도(B⊥)의 자기장 프로파일은, L2~L4의 영역에서 0을 3회 크로스하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 수직방향의 자속 밀도(B⊥)의 자기장 프로파일에서의 중앙부로서 값이 0이 되는 위치는, L3의 근방에 있는 것이 바람직하다.
또한, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 2개의 피크의 크기가 동등하고, 각 피크는 L1과 L5의 근방에 위치하며, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 분포의 보텀이 L3의 근방에 위치하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드가 상기와 같은 자기장 프로파일을 가짐으로써, 플라즈마(P)가 L3을 중심으로 퍼지고, 이로전(5)의 단면 형상이 도 7에 도시된 바와 같은 깨끗한 사다리꼴이 되어 타겟(40)의 사용 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이 때, 이로전(5)의 단면 형상은, 사다리꼴의 윗변(5a)(타겟(40)의 표면(40b)측)이 타겟(40)의 폭의 절반 정도, 사다리꼴(5)의 아랫변(5b)(타겟(40)의 이면(40e))이 타겟(40)의 폭의 1/6 정도가 된다(도 7 참조). 또, 도 7에 있어서, 「1/2TG 폭」이란 「타겟의 폭의 1/2의 폭」을 의미한다.
상기 조건을 만족시킴으로써, 20mm 정도의 두께를 가진 타겟(40)을 이용할 수 있고, 60% 정도의 사용 효율을 얻을 수 있다.
또, 타겟(40)의 사용 효율은, 사용 전후에서의 타겟(40)의 중량 변화로부터 산출(사용 후에서의 타겟(40)의 중량/사용 전에서의 타겟(40)의 중량)할 수 있다.
또, 상기 제1 실시형태에서는 제1 영역에서의 자기장 프로파일을 설명하였지만, 제2 영역에서의 자기장 프로파일은 제1 영역과 같다. 단, 제2 영역에서의 수평방향의 자속 밀도(B//)의 값의 부호는, 제1 영역에서의 수평방향의 자속 밀도(B//)의 값의 부호에 대해 반전된다.
<제2 실시형태>
도 8a 및 도 8b는, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드(1B(1))를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 8a는 마그네트론 스퍼터 캐소드(1B)를 모식적으로 도시한 단면도, 도 8b는 제2 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1B)에서 관찰되는 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다. 도 8b에 있어서, 횡축은 마그네트론 스퍼터 캐소드(1B)의 폭방향의 위치에 대응한다. 도 8b의 횡축에 있어서, 0mm의 위치는 후술하는 중앙 자석부(21)의 위치에 대응하고, 즉 도 8b의 횡축은, 중앙 자석부(21)로부터의 거리를 나타낸다. 또한, 종축은 자속 밀도를 나타낸다.
제2 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1B)와 제1 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1A)가 다른 점은, 션트(6)가 제2 보조 자석부(23b)의 측면에 배치되어 있는 점이다.
션트(6)는, 각 자석부의 자기장을 조정하기 위해 설치되고, 중앙 자석부(21), 주연 자석부(22), 제1 보조 자석부(23a) 및 제2 보조 자석부(23b)의 자력 등에 따라 종래 주지의 션트를 이용할 수 있다.
제2 실시형태에서는, 제2 보조 자석부(23b)의 외측면에 배치된 션트(6)를 일례로서 나타내고 있는데, 션트(6)의 형태는 한정되지 않는다. 예를 들면, 중앙 자석부(21), 제1 보조 자석부(23a) 또는 주연 자석부(22)의 측면에 션트(6)를 설치하는 것도 가능하다. 또한, 자석부의 외측면이 아니라, 자석부의 내측면에 설치하는 것도 가능하다.
션트(6)의 크기는, 도 8b에 도시된 자기장 프로파일이 얻어지도록, 사용되는 각 자석부의 자력 또는 각 자석부부터 타겟(40)의 표면(40b)까지의 거리 등에 따라 적절히 조절된다.
제2 실시형태와 같이 션트(6)를 자석의 측면에 설치한 경우이어도, 각 자석부의 높이, 폭 및 각 자석부 간의 거리는, 도 8b에 도시된 바와 같은 제1 실시형태와 같은 자기장 프로파일을 만족하도록 적절히 조절하여 설치할 수 있다.
일례로서, 중앙 자석부(21), 주연 자석부(22) 및 보조 자석부(23)가 네오듐, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 이방성 소결 자석으로 이루어지는 경우, 각 자석부의 높이가 30mm, 중앙 자석부(21)의 폭이 15mm, 제1 보조 자석부(23a)의 폭이 12.5mm, 제2 보조 자석부(23b)의 폭이 7.5mm, 주연 자석부(22)의 폭이 12.5mm이다.
또한, 각 자석부 간의 거리는, 중앙 자석부(21)와 제1 보조 자석부(23a)의 거리가 21mm, 제1 보조 자석부(23a)와 제2 보조 자석부(23b)의 거리가 20mm, 제2 보조 자석부(23b)와 주연 자석부(22)의 거리가 15mm이다.
이 때, 션트(6)로서는, 예를 들면 SUS430으로 이루어지는 경우, 폭이 5mm, 높이가 30mm(자석과 같은 높이)인 부재를 이용할 수 있다.
제2 실시형태와 같이, 션트(6)를 자석의 측면에 배치하고 자기장을 조정한 경우이어도, 마그네트론 스퍼터 캐소드(1B)가 도 8b에 도시된 바와 같이 제1 실시형태와 같은 자기장 프로파일을 가짐으로써, 상술한 제1 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
<제3 실시형태>
도 9a 및 도 9b는, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드(1C(1))를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 9a는 마그네트론 스퍼터 캐소드(1C)를 모식적으로 도시한 단면도, 도 9b는 제3 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1C)에서 관찰되는 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다. 도 9b에 있어서, 횡축은 마그네트론 스퍼터 캐소드(1C)의 폭방향의 위치에 대응한다. 도 9b의 횡축에 있어서, 0mm의 위치는 후술하는 중앙 자석부(21)의 위치에 대응하고, 즉 도 9b의 횡축은, 중앙 자석부(21)로부터의 거리를 나타낸다. 또한, 종축은 자속 밀도를 나타낸다.
제3 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1C)와 제1 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1A)가 다른 점은, 션트(6)가 자석부와 타겟(40)(도 9a에 도시된 예에서는 백킹 플레이트(30)) 사이에 배치되어 있는 점이다.
션트(6)는, 각 자석부의 자기장을 조정하기 위해 설치되고, 제2 실시형태와 같은 션트가 이용된다.
제3 실시형태에 있어서, 션트(6)는, 제2 보조 자석부(23b)와 백킹 플레이트(30) 사이에 배치된 예를 나타낸다. 제3 실시형태는, 이 구성을 한정하는 것은 아니고, 예를 들면 중앙 자석부(21), 제1 보조 자석부(23a) 또는 주연 자석부(22)와 백킹 플레이트(30) 사이에 설치하는 것도 가능하다.
또, 백킹 플레이트(30)를 이용하지 않는 경우는, 각 자석부와 타겟(40) 사이에 션트(6)를 설치해도 된다.
제3 실시형태와 같이 자기 회로(20)와 타겟(40)(도 9a에 도시된 예에서는 백킹 플레이트(30)) 사이에 션트(6)를 설치한 경우이어도, 자석부(21, 22, 23a, 23b)의 높이, 폭 및 각 자석부 간의 거리는, 도 9b에 도시된 바와 같이 제1 실시형태와 같은 자기장 프로파일을 만족하도록 적절히 조절하여 설치된다.
일례로서, 자석부(21, 22, 23a, 23b)가 네오듐, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 이방성 소결 자석으로 이루어지는 경우, 각 자석부의 높이가 30mm, 중앙 자석부(21)의 폭이 15mm, 제1 보조 자석부(23a)의 폭이 12.5mm, 제2 보조 자석부(23b)의 폭이 7.5mm, 주연 자석부(22)의 폭이 12.5mm이다.
또한, 중앙 자석부(21)와 제1 보조 자석부(23a)의 거리가 21mm, 제1 보조 자석부(23a)와 제2 보조 자석부(23b)의 거리가 20mm, 제2 보조 자석부(23b)와 주연 자석부(22)의 거리가 15mm이다.
이 때, 션트(6)로서는, 예를 들면 SUS430으로 이루어지는 경우, 두께 2mm인 부재를 이용할 수 있다.
제3 실시형태와 같이, 션트(6)를 자기 회로(20)와 백킹 플레이트(30) 사이에 배치하고 자기장을 조정함으로써, 마그네트론 스퍼터 캐소드(1C)가 도 9b에 도시된 바와 같이 제1 실시형태와 같은 자기장 프로파일을 가짐으로써, 상술한 제1 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
<제4 실시형태>
도 10a 및 도 10b는, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드(1D(1))를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 10a는 마그네트론 스퍼터 캐소드(1D)를 모식적으로 도시한 단면도, 도 10b는 제4 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1D)에서 관찰되는 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다. 도 10b에 있어서, 횡축은 마그네트론 스퍼터 캐소드(1D)의 폭방향의 위치에 대응한다. 도 10b의 횡축에 있어서, 0mm의 위치는 후술하는 중앙 자석부(21)의 위치에 대응하고, 즉 도 10b의 횡축은, 중앙 자석부(21)로부터의 거리를 나타낸다. 또한, 종축은 자속 밀도를 나타낸다.
제4 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1D)와 제1 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1A)가 다른 점은, 제1 보조 자석부(23a) 및 제2 보조 자석부(23b)의 재질과 중앙 자석부(21) 및 주연 자석부(22)의 재질이 서로 다른 점이다.
구체적으로, 예를 들면, 중앙 자석부(21) 및 주연 자석부(24)의 재질로서 네오듐, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 이방성 소결 자석을 이용하는 경우, 제1 보조 자석부(23a) 및 제2 보조 자석부(23b)로서는 사마륨 코발트 자석, 페라이트 자석 등을 이용할 수 있다.
또, 반드시 제1 보조 자석부(23a) 및 제2 보조 자석부(23b)의 재질을 바꿀 필요는 없고, 어느 한쪽의 자석부의 재질을 바꿔도 되고, 중앙 자석부(21) 또는 주연 자석부(22)의 재질을 바꾼 구성이어도 된다.
제4 실시형태와 같이 각 자석부의 재질을 바꾼 경우이어도, 자석부(21, 22, 23a, 23b)의 높이, 폭 및 각 자석부 간의 거리는, 도 10b에 도시된 바와 같이 제1 실시형태와 같은 자기장 프로파일을 만족하도록 적절히 조절하여 설치된다.
일례로서, 상술한 바와 같이 중앙 자석부(21)와 주연 자석부(22)가 네오듐, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 이방성 소결 자석으로 이루어지고, 제1 보조 자석부(23a)와 제2 보조 자석부(23b)가 사마륨 코발트 자석 또는 페라이트 자석으로 이루어지는 경우, 각 자석부의 높이가 30mm, 중앙 자석부(21)의 폭이 15mm, 제1 보조 자석부(23a)의 폭이 12.5mm, 제2 보조 자석부(23b)의 폭이 9mm, 주연 자석부(22)의 폭이 12.5mm이다.
또한, 중앙 자석부(21)와 제1 보조 자석부(23a)의 거리가 18.5mm, 제1 보조 자석부(23a)와 제2 보조 자석부(23b)의 거리가 19.5mm, 제2 보조 자석부(23b)와 주연 자석부(22)의 거리가 14mm이다.
제4 실시형태와 같이, 자석의 재질을 변경하여 자기장을 조정함으로써, 마그네트론 스퍼터 캐소드(1D)가 도 10b에 도시된 바와 같이 제1 실시형태와 같은 자기장 프로파일을 가짐으로써, 상술한 제1 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
<제5 실시형태>
도 11a 및 도 11b는, 본 발명의 제5 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드(1E(1))를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 11a는 마그네트론 스퍼터 캐소드(1E)를 모식적으로 도시한 단면도, 도 11b는 제5 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1E)에서 얻어지는 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다. 도 11b에 있어서, 횡축은 마그네트론 스퍼터 캐소드(1E)의 폭방향의 위치에 대응한다. 도 11b의 횡축에 있어서, 0mm의 위치는 후술하는 중앙 자석부(21)의 위치에 대응하고, 즉 도 11b의 횡축은, 중앙 자석부(21)로부터의 거리를 나타낸다. 또한, 종축은 자속 밀도를 나타낸다.
제5 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1E)와 제1 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1A)가 다른 점은, 자석부의 크기가 다른 점이다.
도 11a에 도시된 예에서는, 제1 보조 자석부(23a) 및 제2 보조 자석부(23b)의 높이가 자석부(21, 22)보다도 작게 설정되어 있고, 백킹 플레이트(30)와의 사이에 공극(7)이 형성되어 있다.
또, 반드시 제1 보조 자석부(23a)와 제2 보조 자석부(23b)의 크기를 바꿀 필요는 없고, 어느 한쪽의 자석부의 크기를 바꿔도 되고, 중앙 자석부(21) 또는 주연 자석부(22)의 크기를 바꿔도 된다.
자석부의 크기로서는, 도 11b에 도시된 바와 같이 제1 실시형태와 같은 자기장 프로파일을 만족하는 크기가 채용되고, 자석부의 크기는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 마그네트론 스퍼터 캐소드(1E)에서 이용되는 자석의 자력 등에 따라 적절히 조절하여 자석부를 설치해도 된다.
일례로서, 자석부(21, 22, 23a, 23b)가 네오듐, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 이방성 소결 자석으로 이루어지는 경우, 중앙 자석부(21)의 폭이 15mm, 제1 보조 자석부(23a)의 폭이 17mm, 제2 보조 자석부(23b)의 폭이 13mm, 주연 자석부(22)의 폭이 12.5mm이다.
또한, 중앙 자석부(21)와 제1 보조 자석부(23a)의 거리가 12.5mm, 제1 보조 자석부(23a)와 제2 보조 자석부(23b)의 거리가 23mm, 제2 보조 자석부(23b)와 주연 자석부(22)의 거리가 8mm이다.
이 때, 중앙 자석부(21)의 높이가 30mm, 제1 보조 자석부(23a)의 높이가 20mm, 제2 보조 자석부(23b)의 높이가 20mm, 주연 자석부(22)의 높이가 30mm이다.
제5 실시형태와 같이, 자석의 크기를 변경하여 자기장을 조정함으로써, 마그네트론 스퍼터 캐소드(1E)가 도 11b에 도시된 바와 같이 제1 실시형태와 같은 자기장 프로파일을 가짐으로써, 상술한 제1 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
<제6 실시형태>
도 12a 및 도 12b는, 본 발명의 제6 실시형태에 관한 마그네트론 스퍼터 캐소드(1F(1))를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 12a는 마그네트론 스퍼터 캐소드(1F)를 모식적으로 도시한 단면도, 도 12b는 제6 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1F)에서 관측되는 자기장 프로파일을 도시하는 도면이다. 도 12b에 있어서, 횡축은 마그네트론 스퍼터 캐소드(1F)의 폭방향의 위치에 대응한다. 도 12b의 횡축에 있어서, 0mm의 위치는 후술하는 중앙 자석부(21)의 위치에 대응하고, 즉 도 12b의 횡축은, 중앙 자석부(21)로부터의 거리를 나타낸다. 또한, 종축은 자속 밀도를 나타낸다.
제6 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1F)와 제1 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1A)가 다른 점은, 제1 보조 자석부(23a) 및 제2 보조 자석부(23b)에 대신하여, 하나의 보조 자석부(23)가 옆방향으로 백킹 플레이트(30)의 이면(30b)에 배치되어 있는 점이다.
보조 자석부(25)의 구성 재료로서는, 상술한 제1 보조 자석부(23a)의 구성 재료 또는 제2 보조 자석부(23b)의 구성 재료와 같은 재료를 이용할 수 있다.
또한, 보조 자석부(25)의 제1단(25a)(일단, 중앙 자석부(21)에 가까운 단부)은 중앙 자석부(21)(선단부(31))와는 다른 극성을 가지고, 보조 자석부(25)의 제2단(25b)(타단, 주연 자석부(22)에 가까운 단부)은 주연 자석부(22)(선단부(32))와는 다른 극성을 가진다.
보조 자석부(25)의 크기로서는, 도 12b에 도시된 바와 같이 제1 실시형태와 같은 자기장 프로파일을 만족하는 크기가 채용되고, 보조 자석부(25)의 크기는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 마그네트론 스퍼터 캐소드(1F)에서 이용되는 자석의 자력 등에 따라 적절히 조절하여 설치할 수 있다.
일례로서, 중앙 자석부(21), 주연 자석부(22) 및 보조 자석부(25)가 네오듐, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 이방성 소결 자석으로 이루어지는 경우, 중앙 자석부(21)의 폭이 13mm, 보조 자석부(25)의 폭이 40.5mm, 주연 자석부(22)의 폭이 12.5mm이다.
또한, 중앙 자석부(21)와 보조 자석부(25)의 거리가 27.5mm, 보조 자석부(25)와 주연 자석부(22)의 거리가 13mm이다.
또한, 중앙 자석부(21) 및 주연 자석부(22)의 높이가 30mm, 보조 자석부(25)의 높이가 13mm이다.
제6 실시형태와 같이, 제1 보조 자석부(23a) 및 제2 보조 자석부(23b)에 대신하여 옆방향으로 배치된 보조 자석부(25)를 이용하여 백킹 플레이트(30)의 이면(30b)에 보조 자석부(25)를 배치함으로써 자기장을 조정함으로써, 마그네트론 스퍼터 캐소드(1F)가 도 12b에 도시된 바와 같이 제1 실시형태와 같은 자기장 프로파일을 가짐으로써, 상술한 제1 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또, 상술한 제1 실시형태 내지 제5 실시형태의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1(1A~1E))에 있어서, 타겟(40)의 두께 방향(Z축 방향)으로 자기 회로(20)를 이동할 수 있는 제어 장치, 즉 자기 회로(20)가 배치된 요크(10)를 타겟(40)의 두께 방향으로 이동시킬 수 있는 제어 장치를 구비하는 것이 바람직하다.
이로전(5)이 진행된 타겟(40)에서도, 제어 장치를 배치함으로써 타겟(40)의 표면(40b)과 자기 회로(20)의 거리를 조절하고, 타겟(40)의 표면(40b)에서의 자기장 프로파일(수평방향 및 수직방향의 자속 밀도(B// 및 B⊥))을 일정하게 유지할 수 있다.
즉, 이로전(5)이 진행된 타겟(40)의 표면(40b)이어도, 자기장 프로파일은, 도 6a 및 도 6b에서 설명한 바와 같이, 수직방향의 자속 밀도(B⊥)가 L2~L4의 영역에서 0을 3회 크로스하고, 수직방향의 자속 밀도(B⊥)의 중앙으로서 값이 0이 되는 위치는 L3 근방에 위치하며, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 2개의 피크의 크기가 동등하고, 각 피크는 각각 L1과 L5의 근방에 위치하며, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 보텀이 L3 근방에 위치하기 때문에, 플라즈마가 L3을 중심으로 퍼진다.
그 때문에, 종래와 같이 타겟의 내측 및 외측에서 이로전의 진행 속도가 바뀌는 것에 기인하여 생기는 타겟의 움푹 패임을 회피할 수 있다. 따라서, 타겟(40)의 두께가 20mm 이상으로 두꺼운 경우이어도, 이로전(5)의 단면 형상이 도 7에 도시된 바와 같은 깨끗한 사다리꼴이 되고, 타겟(40)의 사용 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
제어 장치로서는, 자기 회로(20)를 요크(10)와 함께 Z축 방향으로 이동할 수 있는 장치가 채용된다. 제어 장치의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
또한, 타겟(40)의 이로전(5)이 진행되어 자기장의 강도가 강해지면, 스퍼터 전압이 내려가기 때문에, 스퍼터에서의 전력을 고정한 경우에는 전압의 저하 혹은 전류의 증가가 관찰된다.
따라서, 적산 전력 혹은 전압을 모니터링함으로써, 자기 회로(20)와 타겟(40)의 표면(40b)의 거리를 경시적으로 조절할 수 있다.
<성막 장치>
다음에, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)가 적용된 성막 장치를 설명한다. 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)는, 예를 들면 인라인형 성막 장치, 매엽형 성막 장치, 권취식 성막 장치, 카로젤형 성막 장치 등에 적용할 수 있다. 이하, 성막 장치에 관해 설명한다.
<인라인형 성막 장치>
도 13은, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)를 적용한 인라인형 성막 장치(50)의 단면도를 모식적으로 도시하는 도면이다.
인라인형 성막 장치(50)는 사입실(51), 성막실(52) 및 취출실(53)을 순서대로 구비하고 있다.
이 성막 장치(50)에서는, 기판(57)을 세로방향(기판과 중력 방향이 일치하는 방향)으로 지지하여 사입실(51)에 반입하고, 러핑 배기부(54)에 의해 사입실을 감압한다.
다음에, 고진공 배기부(55)에 의해 고진공으로 감압된 성막실(52)에 기판(57)을 반송하고 성막 처리를 한다.
성막 후의 기판(51)은, 러핑 배기부(56)에 의해 감압된 취출실(53)로부터 성막 장치(50)의 외부로 반출한다.
성막실(52)에는, 전원(58)과 전기적으로 접속된 복수의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)가 기판(57)의 반송 방향으로 나란히 배치되어 있다.
전원으로서는 DC 전원, AC 전원, RF 전원을 이용할 수 있다.
복수의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1) 앞을 기판(57)이 통과하는 과정에서, 각 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)를 이용하여 기판(57)의 표면에 박막이 성막된다.
이에 의해, 균질의 막을 기판(57) 상에 성막할 수 있고, 또한 성막 처리의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)를 인라인형 성막 장치(50)에 적용함으로써, 타겟(40)의 사용 효율이 향상되어 타겟(40)의 수명 연장, 타겟(40) 교환에 드는 인건비, 타겟(40)의 재료비 및 타겟(40)을 본딩할 때의 비용의 저하, 또 타겟(40)의 다운 타임의 저감 등을 도모할 수 있고 생산성이 증대된다.
또한, 요동형 캐소드를 탑재한 성막 장치에 비해, 본 발명의 성막 장치는 콤팩트하다. 또한, 요동 기구 등이 필요 없기 때문에, 성막 장치에 드는 비용을 저감시킬 수 있다.
또, 투입 전력을 고정한 경우, 넓은 영역에 전력이 걸리기 때문에, 단위면적당 전력 밀도가 내려가 아킹에도 유리하다.
<매엽형 성막 장치>
도 14a 내지 도 14c는, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)를 적용한 매엽형 성막 장치(60)를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 14a는, 매엽형 성막 장치(60)의 상면도이다. 도 14b는, 전원(68)으로서 DC 전원(68A)을 이용했을 때의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 14c는, 전원(68)으로서 AC 전원(68B)을 이용했을 때의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다.
매엽형 성막 장치(60)는, 로드 로크실(61), 복수의 성막실(62), 기판 반송실(63)을 포함한다. 로드 로크실(61)에서는, 매엽형 성막 장치(60)와는 다른 장치에서 매엽형 성막 장치(60)로 향하여 반송된 기판(67)이 일시적으로 보관되고, 매엽형 성막 장치(60)에서 성막된 기판도 일시적으로 보관된다. 로드 로크실(61)에서 일시적으로 보관되면서 성막된 기판은, 매엽형 성막 장치(60)와는 다른 장치로 주고받는다. 복수의 성막실(62)(도 14a에서는 3개)에서는, 기판(67)에 박막이 형성된다. 기판 반송실(63)은, 기판(67)을 반송하기 위한 기판 반송 로봇을 가진다. 또한, 매엽형 성막 장치(60)에서는, 기판 반송실(63)을 중심으로 로드 로크실(61)과 성막실(62)이 사각형의 각 변에 대응하도록 배치되어 있다.
로드 로크실(61)에서는, 성막 전의 기판(67) 또는 성막 전의 기판(67)이 놓인다. 또한, 로드 로크실(61)은, 성막 전의 기판(67) 또는 성막 전의 기판(67)을 반송하는 반송 기구를 가져도 된다. 또한, 로드 로크실(61)에는, 실내를 진공 상태로 유지할 수 있도록 도시하지 않은 진공 펌프가 접속되어 있다.
기판 반송실(63)에는, 기판(67)을 올려놓고 각 실 간을 반송 가능하게 구성된 기판 반송 로봇이 설치되어 있다. 기판 반송 로봇에는, 수평방향 또는 수직방향으로 이동 가능하게 구성된 로봇 아암이 형성되어 있다.
성막실(62)은, 기판(67) 표면에 성막을 행하기 위한 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)를 가진다. 전원(68)으로서 DC 전원(68A)을 이용하는 경우에는, 도 14b에 도시된 바와 같이 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)와 DC 전원(68A)을 배치한다. 전원(68)으로서 AC 전원(68B)을 이용하는 경우에는, 도 14c에 도시된 바와 같이 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)와 AC 전원(68B)을 배치한다.
성막실(62)은 3실 설치되어 있기 때문에, 기판(67) 1장당 스루풋을 단축할 수 있다.
본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)를 매엽형 성막 장치(60)에 적용함으로써, 타겟(40)의 사용 효율이 향상되어 타겟(40)의 수명 연장, 타겟(40) 교환에 드는 인건비, 타겟(40)의 재료비 및 타겟(40)을 본딩할 때의 비용의 저하, 또 타겟(40)의 다운 타임의 저감 등을 도모할 수 있고 생산성이 증대된다.
또한, 요동형 캐소드를 탑재한 성막 장치에 비해, 본 발명의 성막 장치는 콤팩트하다. 또한, 요동 기구 등이 필요 없기 때문에, 성막 장치에 드는 비용을 저감시킬 수 있다.
또, 투입 전력을 고정하여 생각한 경우, 넓은 영역에 전력이 걸리기 때문에, 단위면적당 전력 밀도가 내려가 아킹에도 유리하다.
<권취식 성막 장치>
도 15는, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)를 적용한 권취식 성막 장치(70)를 모식적으로 도시한 단면도이다.
권취식 성막 장치(70)는, 권취실(71), 스퍼터실(72), 증착실(73)로 구성되어 있다.
권취실(71) 내에서는, 롤 상에 감겨진 기판이 유지되어 순차적으로 기판을 송출하는 권출 롤(74), 복수의 가이드 롤(75), 성막 후의 기판을 권취하는 권취 롤(76)이 적어도 설치되어 있다. 기판은 권출 롤(74)에 장전되어 있다.
또한, 스퍼터실(72) 내에서는, 기판을 증발원에 대향하는 용으로 유지하는 롤러 형상의 캔(77)과, 타겟(40)을 구비한 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)가 설치되어 있다.
우선, 기판은, 권출 롤(74)로부터 권출된 후, 복수의 가이드 롤(75)에 이끌려 캔(77)에 외접하고, 또 다른 가이드 롤(75)을 거쳐 권취 롤(76)에 이른다(권회된다).
캔(77)의 주위에는 타겟(40)을 구비한 복수의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)가 설치되어 있고, 캔(77)에 권회된 기판의 표면에 스퍼터링법에 의해 박막이 성막된다.
다음에, 박막이 성막된 기판은, 반대쪽의 가이드 롤(75)에 이끌려 권취 롤(76)에 의해 권취된다.
이 스퍼터링법에 의한 성막시, 권취식 성막 장치(70) 안은 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 항상 감압되고, 성막에 필요한 작용 가스 또는 반응 가스가 도시하지 않은 봄베에 의해 도입된다.
권취시에 이용되는 가이드 롤(75a)은, 가이드 롤 내에 냉각 장치를 가지고, 표면에 권회되는 기판을 냉각하도록 구성되어 있다. 이 냉각 장치로서는, 예를 들면 회전 롤 내에 냉매 배관이 배치되어 있다.
본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)를 권취식 성막 장치(70)에 적용함으로써, 타겟(40)의 사용 효율이 향상되어 타겟(40)의 수명 연장, 타겟(40) 교환에 드는 인건비, 타겟(40)의 재료비 및 타겟(40)을 본딩할 때의 비용의 저하, 또 타겟(40)의 다운 타임의 저감 등을 도모할 수 있고 생산성이 증대된다.
또한, 요동형 캐소드를 탑재한 성막 장치에 비해, 본 발명의 성막 장치가 콤팩트하다. 또한, 요동 기구 등이 필요 없기 때문에, 성막 장치에 드는 비용을 저감시킬 수 있다.
또, 투입 전력을 고정하여 생각한 경우, 넓은 영역에 전력이 걸리기 때문에, 단위면적당 전력 밀도가 내려가 아킹에도 유리하다.
<카로젤형 성막 장치>
도 16은, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)를 적용한 카로젤형 성막 장치(80)를 모식적으로 도시한 단면도이다.
카로젤형 성막 장치(80)는, 터보 분자 펌프(81), 메카니컬 부스터 펌프(82), 로터리 펌프(83), 진공 챔버(84)에 의해 구성되어 있다. 진공 챔버(84) 내에는, 복수의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1), 복수의 기판(87)을 측면에 유지하는 다각형의 카로젤 기판 트레이(85), 산화원(86)이 배치되어 있다. 진공 챔버(84)는, 터보 분자 펌프(81)와 메카니컬 부스터 펌프(82)와 로터리 펌프(83)의 조합에 의해 감압된다.
도 16에 도시된 카로젤 기판 트레이(85)는 8각기둥 형상이고, 그 측면에 8장의 기판(87)을 유지할 수 있다.
또, 카로젤 기판 트레이(85)는 8각기둥 형상에 한정되지 않고, 8면 이상의 형상을 가져도 된다. 이 경우, 유지하는 기판(87)의 수도 8장 이상이어도 된다.
진공 챔버(84) 내에 공급된 복수의 기판(87)은, 카로젤 기판 트레이(85)의 회전에 의해 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)에 대향하도록 반송되고, 기판(87) 상에 박막이 성막된다.
그 후, 기판(87)은 카로젤 기판 트레이(85)의 회전에 의해 기판 공급 취출 위치로 반송되어 취출된다.
본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드(1)를 카로젤형 성막 장치(80)에 적용함으로써, 타겟(40)의 사용 효율이 향상되어 타겟(40)의 수명 연장, 타겟(40) 교환에 드는 인건비, 타겟(40)의 재료비 및 타겟(40)을 본딩할 때의 비용의 저하, 또 타겟(40)의 다운 타임의 저감 등을 도모할 수 있고 생산성이 증대된다.
또한, 요동형 캐소드를 탑재한 성막 장치에 비해, 본 발명의 성막 장치가 콤팩트하다. 또한, 요동 기구 등이 필요 없기 때문에, 성막 장치에 드는 비용을 저감시킬 수 있다.
또, 투입 전력을 고정하여 생각한 경우, 넓은 영역에 전력이 걸리기 때문에, 단위면적당 전력 밀도가 내려가 아킹에도 유리하다.
실시예
<실시예 1>
도 1에 도시된 마그네트론 스퍼터 캐소드를 제작하였다.
타겟으로서는, 폭 200mm, 두께 20mm의 Cu를 이용하였다. 또한, T/M은 35mm이고, 요크 폭이 200mm(SUS430)인 요크를 이용하였다. 또한, 각 자석부의 높이는 30mm이고, 재질은 NEOMAX HS-50AH이다.
중앙 자석부는 폭 15mm, 제1 보조 자석부는 폭 12.5mm, 제2 보조 자석부는 폭 7.5mm, 주연 자석부는 폭 12.5mm로 하였다. 중앙 자석부에서 제1 보조 자석부까지의 거리는 21mm, 제1 보조 자석부에서 제2 보조 자석부까지의 거리는 20mm, 제2 보조 자석부에서 주연 자석부까지의 거리는 15mm, 주연 자석부에서 요크단까지의 거리는 6.5mm로 하였다.
장시간 방전을 하고, 타겟에 형성된 이로전의 확인을 행하였다. 그 결과를 도 17에 도시한다.
도 17에 있어서, 횡축은 마그네트론 스퍼터 캐소드의 폭방향의 위치를 나타내고, 종축은 자속 밀도와 이로전의 깊이를 나타낸다. 또한, 도 17의 횡축에 있어서, 0mm의 위치는 중앙 자석부의 위치에 대응하고, 즉 도 17의 횡축은 중앙 자석부로부터의 거리를 나타낸다. 또, 이하에 설명하는 도 18, 19에서의 종축 및 횡축은 도 17과 같다.
도 17에 도시된 바와 같이, 이로전의 깊이가 약 12.5mm를 넘으면, 이로전의 움푹 패임이 관찰되었다.
이 원인은, 도 17에 도시된 바와 같이, 이로전이 진행되면 전력량(적산 전력)이 증가하기 때문에, 수평방향의 자속 밀도(B//)에서의 최대 강도가 커지기 때문이다. 이 경우, T/M이 25mm 미만이 되고 최대 강도가 600가우스를 넘으면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 수평방향의 자속 밀도(B//)의 분포의 보텀에서의 값의 부호가 반전된다.
그 결과, 수평방향의 자속 밀도(B//)의 분포의 보텀에서는 전자에 걸리는 로렌츠 힘이 역방향으로 걸리기 때문에, 플라즈마가 국소 집중되기 쉬워져 2개로 나누어진다. 그 때문에, 타겟에 움푹 패임이 생겼다.
이 이유는, 실시예 1의 마그네트론 스퍼터 캐소드는 T/M 35mm로 이상 자기장을 얻기 위한 설계에 의해 제작되어 있기 때문에, T/M이 25mm 미만으로 작아지면 이상 자기장이 변화되어 버리기 때문이다.
이는, 후술하는 실시예 2에 나타내는 바와 같이, 자기 회로 전체를 타겟면에서 Z축 방향으로 내리는 제어 장치를 도입함으로써 회피할 수 있다.
또, 실시예 1에서의 타겟의 사용 효율은 50% 정도이었다.
<실시예 2>
실시예 2에서는, 실시예 1의 마그네트론 스퍼터 캐소드에 수평방향의 자속 밀도(B//)의 분포의 보텀에서의 값이 반전되기 전에 자기 회로 전체를 타겟면에서 Z축 방향으로 내리는 제어 장치를 도입하였다. 실시예 2에서는, 적산 전력으로부터 이로전이 5mm 진행되면, 자기 회로를 5mm 내렸다. 그 결과를 도 18에 나타낸다.
도 18로부터, 이로전의 깊이가 약 12.5mm를 넘는 경우이어도 움푹 패임이 개선되고, 타겟의 사용 효율도 60% 이상을 달성하였다.
<실시예 3>
도 1에 도시된 마그네트론 스퍼터 캐소드를 제작하였다.
타겟으로서는, 폭 135mm, 두께 12mm의 Cu를 이용하였다. 또한, T/M은 27mm이고, 요크 폭이 135mm(SUS430)인 요크를 이용하였다. 자석부의 높이 및 재질은 실시예 1과 같다.
또한, 중앙 자석부는 폭 12.5mm, 제1 보조 자석부는 폭 9.5mm, 제2 보조 자석부는 폭 7.5mm, 주연 자석부는 폭 10.0mm로 하였다. 중앙 자석부에서 제1 보조 자석부까지의 거리는 9mm, 제1 보조 자석부에서 제2 보조 자석부까지의 거리는 15.5mm, 제2 보조 자석부에서 주연 자석부까지의 거리는 7mm로 하였다. 실시예 1과 같이 방전을 하고, 타겟에 형성된 이로전의 확인을 행하였다. 그 결과를 도 19에 나타낸다.
도 19에 도시된 바와 같이, 타겟은 두께 12mm 중 8mm 정도만 움푹 패여 있는데, 이미 사용 효율은 60%이고, 타겟을 마지막까지 사용하면 70% 이상의 사용 효율이 기대된다.
이상으로부터, 타겟 표면에 있어서, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 캐소드를 이용하면, 마그넷의 재질, 마그넷 간의 거리, 자기 회로의 구조에 관계없이 60% 이상의 높은 사용 효율의 캐소드를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
또, Z축을 이용함으로써, 본 발명에서는 타겟이 20mm 이상이어도 사용하는 것이 가능하게 되고, 타겟의 사용 수명을 연장시킬 수 있는 것이 확인되었다.
본 발명은, 마그네트론 스퍼터 캐소드를 이용한 성막 장치에 적용할 수 있고, 종래의 것보다도 타겟의 사용 효율을 높일 수 있음과 동시에, 타겟의 두께가 20mm를 넘는 경우이어도 적용할 수 있다.
1(1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F) 마그네트론 스퍼터 캐소드, 10 요크, 20 자기 회로, 21 중앙 자석부, 22 주연 자석부, 23, 25 보조 자석부, 23a 제1 보조 자석부, 23b 제2 보조 자석부, 30 백킹 플레이트, 40 타겟, 45 어스 실드, 5 이로전, 6 션트, 7 간격, 50 인라인형 성막 장치, 51 사입실, 52, 62 성막실, 53 취출실, 54, 56 러핑 배기부, 55 고진공 배기부, 57, 67, 77 기판, 58 전원, 60 매엽형 성막 장치, 61 로드 로크실, 63 기판 반송실, 68 전원, 68A DC 전원, 68B AC 전원, 70 권취식 성막 장치, 71 권취실, 72 스퍼터실, 73 증착실, 74 권출 롤, 75, 75a 가이드 롤, 76 권취 롤, 77 캔, 80 카로젤형 성막 장치, 81 터보 분자 펌프, 82 메카니컬 부스터 펌프, 83 로터리 펌프, 84 진공 챔버, 85 카로젤 기판 트레이, 86 산화원, G 자력선, P 플라즈마, C 요크의 중앙 영역.

Claims (6)

  1. 마그네트론 스퍼터 캐소드로서,
    표면과 중앙 영역을 갖는 평판형상의 요크;
    상기 요크의 상기 중앙 영역에 직선형상으로 배치된 중앙 자석부, 상기 중앙 자석부의 주위에 배치된 주연 자석부 및 상기 중앙 자석부와 상기 주연 자석부 사이에 배치된 보조 자석부를 가지고, 상기 중앙 자석부, 상기 주연 자석부 및 상기 보조 자석부가 서로 평행한 평행 영역을 가지며, 상기 요크의 상기 표면에 설치된 자기 회로;
    상기 자기 회로에 겹쳐 배치된 백킹 플레이트;를 포함하고,
    상기 중앙 자석부, 상기 주연 자석부 및 상기 보조 자석부 각각의 선단부의 극성이 서로 인접하는 자석부 간에 다르도록 상기 중앙 자석부, 상기 주연 자석부 및 상기 보조 자석부가 배치되고,
    상기 평행 영역에서의 상기 중앙 자석부, 상기 주연 자석부 및 상기 보조 자석부를 종단하는 방향으로서 상기 중앙 자석부가 연장되는 방향에 직교하는 축방향에 있어서, 상기 중앙 자석부에서 상기 주연 자석부로 향하여 상기 백킹 플레이트의 상방에서 관측되는 자기장 프로파일은, 상기 백킹 플레이트에 평행한 면에서의 수평 방향의 자속 밀도가 상기 중앙 자석부에 대응하는 위치를 경계로 제1 영역에서 양의 값, 제2 영역에서 음의 값이 되도록 설정되어 있으며,
    상기 제1 영역에서 상기 백킹 플레이트 상에 배치된 타겟의 상기 중앙 자석부의 직선부와 직교하는 축방향에 있어서 상기 타겟의 절반을 더 4등분하는 부위를 L1, L3, L5라고 하고,
    상기 타겟의 상기 중앙 자석부의 상기 직선부와 직교하는 축방향에 있어서 상기 타겟의 절반을 더 3등분하는 부위를 L2, L4라고 하고,
    상기 타겟에 평행한 면에서의 수직방향의 자속밀도의 자기장 프로파일은 상기 L2~L4의 영역에서 0을 3회 크로스하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 캐소드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수평 방향의 자속 밀도의 값의 양음의 부호는, 상기 주연 자석부의 상방에서 반전되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 캐소드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 백킹 플레이트에 평행한 면에서의 수직 방향의 자속 밀도는, 상기 중앙 자석부에 대응하는 위치를 경계로 대칭이고,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 각각은, 상기 수직 방향의 자속 밀도가 0인 점을 3개 갖고 있는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 캐소드.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수평 방향의 자속 밀도의 최대 강도는, 100가우스 이상 600가우스 이하인 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 캐소드.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 백킹 플레이트와 상기 자기 회로의 거리를 조정하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 캐소드.
  6. 성막 장치로서,
    제1항 또는 제2항에 기재된 마그네트론 스퍼터 캐소드를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
KR1020117006240A 2008-08-29 2009-08-28 마그네트론 스퍼터 캐소드 및 성막 장치 KR101299724B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2008-222170 2008-08-29
JP2008222170 2008-08-29
PCT/JP2009/004240 WO2010023952A1 (ja) 2008-08-29 2009-08-28 マグネトロンスパッタカソード及び成膜装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110042238A KR20110042238A (ko) 2011-04-25
KR101299724B1 true KR101299724B1 (ko) 2013-08-28

Family

ID=41721133

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117006240A KR101299724B1 (ko) 2008-08-29 2009-08-28 마그네트론 스퍼터 캐소드 및 성막 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20120097534A1 (ko)
JP (1) JP5222945B2 (ko)
KR (1) KR101299724B1 (ko)
CN (1) CN102131954A (ko)
TW (1) TWI431143B (ko)
WO (1) WO2010023952A1 (ko)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101483180B1 (ko) * 2011-04-11 2015-01-19 가부시키가이샤 아루박 성막 장치
JP5621707B2 (ja) * 2011-05-13 2014-11-12 住友金属鉱山株式会社 マグネトロンスパッタリングカソード及びスパッタリング装置
CN103046009A (zh) * 2011-10-13 2013-04-17 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 平面磁控溅射阴极
US9347129B2 (en) * 2011-12-09 2016-05-24 Seagate Technology Llc Interchangeable magnet pack
US10573500B2 (en) 2011-12-09 2020-02-25 Seagate Technology Llc Interchangeable magnet pack
JP2015017304A (ja) * 2013-07-11 2015-01-29 ソニー株式会社 磁界発生装置、及びスパッタリング装置
KR102127778B1 (ko) 2013-10-15 2020-06-29 삼성전자주식회사 반도체 장치의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 반도체 장치
CN105934533B (zh) * 2014-01-21 2018-11-27 住友化学株式会社 溅射靶
KR101662659B1 (ko) * 2014-11-21 2016-10-06 에이티 주식회사 마그네트 유니트가 구성된 다극 마그네트론 캐소드
CN106435501A (zh) * 2016-10-15 2017-02-22 凯盛光伏材料有限公司 双闭环磁控溅射阴极
CN108004516B (zh) * 2016-10-31 2020-06-19 北京北方华创微电子装备有限公司 磁控溅射腔室、磁控溅射设备以及磁控管
CN108728808A (zh) * 2017-05-09 2018-11-02 杭州朗为科技有限公司 一种高靶材利用率的矩形磁控溅射阴极
JP2019196532A (ja) * 2018-05-11 2019-11-14 株式会社アルバック スパッタリングカソード
KR20210016189A (ko) * 2019-08-01 2021-02-15 삼성디스플레이 주식회사 스퍼터링 장치 및 그것을 이용한 스퍼터링 방법
CN115505890B (zh) * 2022-11-28 2023-05-05 中科纳微真空科技(合肥)有限公司 一种磁控溅射平面阴极及其磁路

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0525625A (ja) * 1991-02-17 1993-02-02 Ulvac Japan Ltd マグネトロンスパツタカソード
JP2004124171A (ja) * 2002-10-02 2004-04-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理装置及び方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04276069A (ja) * 1991-03-04 1992-10-01 Ube Ind Ltd スパッタリング方法およびその装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0525625A (ja) * 1991-02-17 1993-02-02 Ulvac Japan Ltd マグネトロンスパツタカソード
JP2004124171A (ja) * 2002-10-02 2004-04-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理装置及び方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI431143B (zh) 2014-03-21
KR20110042238A (ko) 2011-04-25
TW201026873A (en) 2010-07-16
CN102131954A (zh) 2011-07-20
US20120097534A1 (en) 2012-04-26
JPWO2010023952A1 (ja) 2012-01-26
WO2010023952A1 (ja) 2010-03-04
JP5222945B2 (ja) 2013-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101299724B1 (ko) 마그네트론 스퍼터 캐소드 및 성막 장치
JP4336739B2 (ja) 成膜装置
JP4780972B2 (ja) スパッタリング装置
JP5145325B2 (ja) 薄膜形成方法及び薄膜形成装置
US7785449B2 (en) Magnetron unit, magnetron sputtering apparatus, and method of manufacturing electronic device
JP5875462B2 (ja) スパッタリング方法
JP2009057608A (ja) スパッタリング装置
CN102719798A (zh) 磁控溅射系统
KR20080064125A (ko) 스퍼터링 장치 및 성막 방법
CN102037154B (zh) 磁铁单元和磁控溅射装置
JP4990521B2 (ja) マグネトロンスパッタ電極及びマグネトロンスパッタ電極を用いたスパッタリング装置
CN102828155A (zh) 用于溅射的分离靶装置及使用该装置的溅射方法
KR20170064527A (ko) 마그네트론 스퍼터 전극용의 자석 유닛 및 스퍼터링 장치
JP5447240B2 (ja) マグネトロンスパッタリング装置および透明導電膜の製造方法
JP2015147953A (ja) 成膜方法
JP5708472B2 (ja) マグネトロンスパッタリングカソード及びこれを備えたスパッタリング装置
JP2020019991A (ja) 成膜装置及び電子デバイスの製造方法
KR101627012B1 (ko) 스퍼터링 타깃
KR101226478B1 (ko) 스퍼터링 마스크 및 이를 이용한 스퍼터링 장치
KR100963413B1 (ko) 마그네트론 스퍼터링 장치
JP2019196532A (ja) スパッタリングカソード
US20100175988A1 (en) Apparatus and method for making sputtered films with reduced stress asymmetry
JP2012219338A (ja) スパッタリング装置及びスパッタリング方法、ならびにその方法で作製された電子デバイス
US20210348263A1 (en) Deposition apparatus and deposition method
JP3778501B2 (ja) スパッタリング装置およびスパッタリング方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160621

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170619

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180725

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190808

Year of fee payment: 7