KR101473949B1

KR101473949B1 - sputtering apparatus and sputtering method

Info

Publication number: KR101473949B1
Application number: KR1020080118253A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 야마모토; 타케시 코이와사키; 이사오 무라기시; 히토시 야마니시
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2014-12-24
Also published as: KR20090056851A; CN101445915B; JP4526582B2; JP2009149973A; CN101445915A

Abstract

본 발명은 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법, 구체적으로는, 타겟표면의 넓은 범위에 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 마그네트론 전극을 가지는 마그네트론 스퍼터링 장치 및 이 장치를 이용한 스퍼터링 방법을 제공한다. 이에 의해, 플라즈마를 타겟표면의 넓은 범위에 발생시키는 것이 가능한 자장 형상을 실현하여, 타겟 재료의 이용효율을 향상시키며, 더스트나 이상방전을 억제하는 것을 가능하게 한다. 마그네트론 전극의 자기회로(10)를, 타겟(2)의 중앙부로부터 외주부로 향하여 '중심 수직자석(101), 내측 평행자석(103), 외측 평행자석(104), 외주 수직자석(102)을 배치한 자기회로(10)'로서, 내측 평행자석(103)을 타겟(2)에 접근시킨다.The present invention provides a sputtering apparatus and a sputtering method, specifically, a magnetron sputtering apparatus having a magnetron electrode capable of generating a plasma over a wide range of a target surface, and a sputtering method using the apparatus. Thus, it is possible to realize a magnetic field shape capable of generating plasma in a wide range of the target surface, to improve the use efficiency of the target material, and to suppress dust and abnormal discharge. The magnetic circuit 10 of the magnetron electrode is arranged such that the center vertical magnet 101, the inner parallel magnet 103, the outer parallel magnet 104 and the outer peripheral vertical magnet 102 are arranged from the central portion to the outer peripheral portion of the target 2 As one magnetic circuit 10 ', the inner parallel magnet 103 is brought close to the target 2.

Description

[0001] Sputtering apparatus and sputtering method [0002]

본 발명은, 스퍼터링(sputtering) 장치 및 스퍼터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering apparatus and a sputtering method.

스퍼터링이란, 진공 속에 기판과 타겟(target)(스퍼터링 막의 원재료가 되는 부재)을 배치하고, 그 진공속에서 플라즈마를 발생시킴으로써 기판에 막을 형성하는 기술이다. 플라즈마를 이용한 스퍼터링에 의하면, 높은 에너지의 스퍼터링된 입자가 기판에 도달하기 때문에, 스퍼터링된 입자의 기판과의 부착력이 높아진다. 그 때문에, 플라즈마를 이용한 스퍼터링은, 치밀한 막을 형성할 수 있다는 이점이 있어, 전자 부품이나 광학 박막 등 많은 제품의 양산에 이용되고 있다.Sputtering is a technique of forming a film on a substrate by disposing a substrate and a target (a material which is a raw material of the sputtering film) in a vacuum, and generating plasma in the vacuum. Plasma sputtering increases the adhesion of the sputtered particles to the substrate because high energy sputtered particles reach the substrate. Therefore, sputtering using plasma has an advantage that a dense film can be formed, and is used for mass production of many products such as electronic parts and optical thin films.

또, 스퍼터링 가운데 마그네트론 스퍼터(magnetron sputter)에서는, 타겟의 이면(裏面)에 자기회로(磁氣回路)를 설치하고, 타겟 표면에 자기(磁氣) 터널을 형성한다. 이 자력선에 의해 전자를 포착함으로써, 전리(電離)확률이 높아져 고밀도 플라즈마를 발생시켜 성막속도를 높일 수 있다. 그 때문에, 마그네트론 스퍼터의 공업적 이용이 급속적으로 진행되었다.In the magnetron sputter in the sputtering, a magnetic circuit is provided on the back surface of the target, and a magnetic tunnel is formed on the target surface. By capturing electrons by the magnetic lines of force, the probability of ionization increases, and a high-density plasma is generated to increase the deposition rate. Therefore, the industrial use of the magnetron sputter has progressed rapidly.

그렇지만, 마그네트론 스퍼터에서는, 타겟상의 극히 일부에 자기 터널이 한 정된 곳에 존재하기 때문에, 플라즈마가 한정된 곳에 존재하여 타겟의 극히 일부가 선택적으로 침식된다. 실제로는, 타겟 중 약 10~20% 밖에 스퍼터링에 의해 방출되지 않는다. 이 문제를 해결하기 위해, 예를 들면, 타겟의 이면에 배치한 자석을 회전시킴으로써 타겟의 이용효율을 높이려고 하는 방법이나, 타겟의 이면에 배치한 자석을 요동시킴으로써 플라즈마 생성 영역을 시간적으로 이동시키는 방법이나, 전자석 등에 의해 플라즈마를 이동시키는 방법 등이 제안되어 있다. 그렇지만, 이러한 방법은 스퍼터링 장치에 가동부를 추가할 필요가 있기 때문에, 장치의 기구가 복잡해져서 설비 코스트도 높아지기 십상이었다.However, in a magnetron sputter, since a magnetic tunnel exists in a very limited part of a target, a plasma exists at a limited location, and a very small part of the target is selectively eroded. In practice, only about 10 to 20% of the target is released by sputtering. In order to solve this problem, for example, there is a method of increasing the use efficiency of the target by rotating a magnet disposed on the back surface of the target, or a method of moving the plasma generation region in time by rocking a magnet disposed on the back surface of the target And a method of moving the plasma by an electromagnet or the like have been proposed. However, since this method needs to add moving parts to the sputtering apparatus, the mechanism of the apparatus becomes complicated and the equipment cost is also increased.

한편, 타겟의 이면에 배치한 자석을 고정한 채 타겟 표면의 넓은 영역에 플라즈마를 발생시키는 수단으로서, 타겟의 이면에 '타겟면에 대해서, 수직 방향으로 자화(磁化)된 자석과, 평행 방향으로 자화된 자석의 조합으로 된 자기회로'를 배치하는 방법(특허 문헌 1 내지 3을 참조)이 제안되어 있다.On the other hand, as a means for generating a plasma in a wide area of the target surface while fixing a magnet disposed on the back surface of the target, a magnet having a magnetization in the vertical direction with respect to the target surface and a magnet (Refer to Patent Documents 1 to 3) has been proposed.

[특허 문헌 1] 일본 특허공표 평7-507360호 공보 [Patent Document 1] Japanese Patent Application Publication No. 7-507360

[특허 문헌 2] 일본 특허공표 평11-500490호 공보 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Publication No. 11-500490

[특허 문헌 3] 미국 특허 제4964968호 명세서[Patent Document 3] U.S. Patent No. 4964968

특허 문헌 1 내지 3에 기재된 바와 같이, 타겟면에 대해서 수직 방향으로 자화된 자석과, 평행 방향으로 자화된 자석의 조합으로 된 자기회로를 이용하면, 타겟 표면의 넓은 영역에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 경우가 있다. 한편, 그러기 위해서는, 자기회로와 타겟의 간격을 좁게 하여 서로를 접근시킬 필요가 있었다.As described in Patent Documents 1 to 3, when a magnetic circuit composed of a magnet magnetized in a direction perpendicular to a target surface and a magnet magnetized in a parallel direction is used, it is possible to generate a plasma in a wide region of the target surface There is a case. On the other hand, in order to do this, it is necessary to narrow the distance between the magnetic circuit and the target and approach each other.

예를 들면, 특허 문헌 3에 개시된 마그네트론 스퍼터 장치는, 제1 내지 제4 자석을 포함한 자기회로를 갖고 있지만, 타겟 표면의 넓은 범위에 플라즈마를 발생시키기 위해, 각 자석에 의한 자기 로브(magnetic robe)를 실질적으로 스퍼터 영역내에 배치할 필요가 있다. 그 때문에, 타겟과 자기회로의 거리를 짧게 하지 않으면 안되어, 타겟을 냉각하기 위한 냉각수 유로의 내부에 자기회로를 설치할 필요가 있다. 냉각수 유로의 내부에 설치된 자기회로는, 냉각수에 의해 부식될 염려가 있기 때문에, 장기간 사용시 자력이나 자장 형상에 변동을 가져온다. 이 변동은, 성막율나 막두께의 면내 균일성 등에 영향을 주기 때문에, 제품의 품질 저하나 제품수율 악화의 원인이 된다.For example, the magnetron sputtering apparatus disclosed in Patent Document 3 has a magnetic circuit including the first to fourth magnets. However, in order to generate plasma in a wide range of the surface of the target, magnetic robe by each magnet, Must be disposed substantially within the sputter region. Therefore, the distance between the target and the magnetic circuit must be shortened, and it is necessary to provide a magnetic circuit inside the cooling water flow path for cooling the target. The magnetic circuit provided inside the cooling water flow path is liable to be corroded by the cooling water, so that there is a variation in the magnetic force or the magnetic field shape during long-term use. This fluctuation affects the film forming rate and the in-plane uniformity of the film thickness, and therefore causes a deterioration in the product quality and a deterioration in the product yield.

한편, 자기회로를 냉각수 유로의 외부에 설치하면, 자기회로로부터 타겟 표면까지의 간격이 길어지기 때문에, 자기 로브를 스퍼터 영역에 배치하기 어려운 한편, 타겟 표면 근방의 자력선의 형상이 단순한 2중 링자석에 의한 자기 루프에 가까운 좁은 형상이 되어, 타겟면에 대해서 평행한 자력선이 형성되기 어려운 경향이 있다.On the other hand, when the magnetic circuit is provided outside the cooling water flow path, it is difficult to arrange the magnetic lobe in the sputter area because the distance from the magnetic circuit to the target surface becomes long. On the other hand, And a magnetic force line parallel to the target surface tends to be hard to be formed.

그 때문에, 특허 문헌 1 내지 3에 기재된 기술에 의해서는, 타겟 표면의 넓은 범위에 플라즈마를 발생시키기 어려워 재료 이용효율이 충분히 향상되지 않는다. 또, 타겟의 침식범위가 좁아지면, 스퍼터링된 타겟 분자가, 피성막체에 부착하지 않고, 재차 타겟에 부착되기 쉬우며, 더스트나 이상(異常)방전의 원인이 되어 제조되는 스퍼터 막의 품질을 악화시킬 염려가 있다.Therefore, according to the techniques described in Patent Documents 1 to 3, it is difficult to generate plasma in a wide range of the target surface, and the material utilization efficiency is not sufficiently improved. Further, if the target erosion range is narrowed, the sputtered target molecules do not adhere to the film-forming body and are liable to adhere to the target again, and as a result of dust or abnormal discharge, the quality of the produced sputter film deteriorates There is concern.

본 발명은, 냉각수 유로의 외부에 설치한 자기회로에 의해, 타겟 표면의 넓은 범위에 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 마그네트론 전극을 가지는 마그네트론 스퍼터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그에 의해, 타겟 재료의 이용효율을 향상시키며, 더스트나 이상방전을 억제하는 것이 가능한 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a magnetron sputtering apparatus having a magnetron electrode capable of generating plasma in a wide range of a target surface by a magnetic circuit provided outside a cooling water flow path. It is therefore an object of the present invention to provide a sputtering apparatus and a sputtering method capable of improving utilization efficiency of a target material and suppressing dust and abnormal discharge.

본 발명자들은, 자장 시뮬레이션 및 플라즈마 시뮬레이션을 이용하여, 타겟 표면상의 넓은 범위에 플라즈마를 형성할 수 있는 자기회로를 검토했다. 우선, 타겟의 이면에 배치하는 자기회로의 기본형을, 도 2에 도시된 바와 같이, '타겟 표면에 대해서 수직 방향으로 자화된 중심 수직자석(101)과 외주 수직자석(102)(수직자석 유니트)과, 타겟 표면에 대해서 평행 방향으로 자화된 내측 평행자석(103)과 외측 평행자석(104)(평행자석 유니트)'의 조합으로 하였다. 그리고, 자석의 배치 위치 등을 적절히 조정하여, 타겟 표면의 넓은 범위에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 자기회로를 검토했다.The present inventors have studied a magnetic circuit capable of forming a plasma over a wide range on a surface of a target by using magnetic field simulation and plasma simulation. First, as shown in FIG. 2, the basic type of the magnetic circuit disposed on the back surface of the target is a central vertical magnet 101 and an outer peripheral vertical magnet 102 (vertical magnet unit) magnetized in a direction perpendicular to the target surface, And an inner parallel magnet 103 and an outer parallel magnet 104 (parallel magnet unit) magnetized in a direction parallel to the target surface. A magnetic circuit capable of generating plasma in a wide range of the target surface by appropriately adjusting the position and the like of the magnet was studied.

즉, 본 발명의 제1은, 이하에 나타내는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.That is, the first aspect of the present invention relates to the following sputtering apparatus.

[1] 진공챔버와, 상기 진공챔버내에 배치된 타겟과, 상기 타겟의 이면 측에 설치되고 수직자석 유니트와 평행자석 유니트를 포함하는 자기회로와, 상기 타겟의 표면 측에 배치되어 스퍼터링 막이 형성되는 기판을 보지(保持)보지하는 기판 보지구(保持具)를 가지는 스퍼터링 장치로서 이하의 특징을 가진다.The magnetic circuit includes a vacuum chamber, a target disposed in the vacuum chamber, a magnetic circuit provided on a back surface side of the target and including a vertical magnet unit and a parallel magnet unit, and a sputtering film disposed on a surface side of the target And has a substrate retainer for holding and holding a substrate. The sputtering apparatus has the following features.

우선, 상기 수직자석 유니트는, 중심 수직자석과 외주 수직자석으로 이루어지고; 상기 중심 수직자석과 외주 수직자석의 자장 방향은 상기 타겟 표면에 대해서 거의 수직이되, 상기 중심 수직자석과 외주 수직자석의 자장 방향은 서로 역방향이며; 상기 중심 수직자석은 상기 타겟의 이면의 중앙부에 설치되고, 상기 외주 수직자석은 상기 타겟의 이면의 외주부에, 중심 수직자석을 둘러싸듯이 환상으로 설치된다.First, the vertical magnet unit is composed of a center vertical magnet and an outer peripheral vertical magnet; The magnetic field directions of the central vertical magnet and the outer peripheral vertical magnet are substantially perpendicular to the target surface, the magnetic field directions of the central vertical magnet and the outer peripheral vertical magnet are opposite to each other; The center vertical magnet is provided at a central portion of the back surface of the target, and the outer peripheral vertical magnet is annularly installed on the outer peripheral portion of the back surface of the target so as to surround the central vertical magnet.

다음에, 상기 평행자석 유니트는, 내측 평행자석과 외측 평행자석으로 이루어지며; 상기 내측 평행자석과 외측 평행자석의 자장 방향이 상기 타겟 표면에 대해서 거의 평행이고, 상기 내측 평행자석과 외측 평행자석의 자장 방향은 서로 동일한 방향이며; 상기 내측 평행자석과 외측 평행자석은 모두, 상기 중심 수직자석과 외주 수직자석의 사이에, 중심 수직자석을 둘러싸듯이 환상으로 설치되는 한편, 상기 내측 평행자석은 상기 외측 평행자석보다 상기 타겟의 이면의 중심 측에 배치된다.Next, the parallel magnet unit is composed of an inner parallel magnet and an outer parallel magnet; The direction of the magnetic field of the inner parallel magnet and that of the outer parallel magnet are substantially parallel to the target surface, and the magnetic parallel directions of the inner parallel magnet and the outer parallel magnet are in the same direction; Both the inner parallel magnet and the outer parallel magnet are annularly provided so as to surround the central vertical magnet between the central vertical magnet and the outer peripheral vertical magnet, And is disposed on the center side.

또한, 상기 내측 평행자석과 상기 타겟 표면의 간격을 D1, 상기 외측 평행자석과 상기 타겟 표면의 간격을 D2, 상기 외주 수직자석과 상기 타겟 표면의 간격을 D3이라고 했을 때, 'D1＜D2≤D3'이 된다.When the distance between the inner parallel magnet and the target surface is D1, the distance between the outer parallel magnet and the target surface is D2, and the distance between the outer circumferential vertical magnet and the target surface is D3, 'D1 <D2 D3 '.

[2] [1]의 장치에 있어서, 상기 간격 D1은 30 mm 이하일 수 있다. [2] The apparatus of [1], wherein the interval D1 may be 30 mm or less.

[3] [1] 또는 [2]의 장치에 있어서, 상기 타겟과 상기 자기회로 사이에 설치된 수냉 자켓을 더 가지며; 상기 자기회로는 상기 수냉 자켓의 외부에 배치되어 있을 수 있다.[3] The apparatus of [1] or [2], further comprising: a water-cooling jacket provided between the target and the magnetic circuit; The magnetic circuit may be disposed outside the water-cooled jacket.

[4] [3]의 장치에 있어서, 상기 수냉 자켓의 상기 자기회로측의 일부에 움푹한 공간이 형성되고, 상기 내측 평행자석은 상기 움푹한 공간에 설치되어 있을 수 있다.[4] The apparatus of [3], wherein a hollow space is formed in a part of the water-cooled jacket on the side of the magnetic circuit, and the inner parallel magnet is installed in the recessed space.

[5] [4]의 장치에 있어서, 상기 수냉 자켓의 상기 자기회로측의 일부에 형성된 공간은 슬릿에 의해 복수의 공간으로 분할되어 있으며, 상기 복수의 공간의 각각에 상기 내측 평행자석이 설치되고,[5] The apparatus of [4], wherein a space formed in a part of the water-cooled jacket on the side of the magnetic circuit is divided into a plurality of spaces by slits, and the inner parallel magnets are installed in each of the plurality of spaces ,

상기 슬릿의 두께는 상기 수냉 자켓의 움푹하게 형성된 부분의 두께보다 크며, 상기 슬릿은 수냉 자켓의 냉각수 유로의 일부가 되어도 좋다.The thickness of the slit may be larger than the thickness of the recessed portion of the water-cooling jacket, and the slit may be a part of the cooling water flow path of the water-cooling jacket.

본 발명의 제2는 이하의 스퍼터링 장치에 관한 것이다A second aspect of the present invention relates to the following sputtering apparatus

[6] 진공챔버와, 상기 진공챔버내에 배치된 타겟과, 상기 타겟의 이면 측에 설치되고 수직자석 유니트와 평행자석 유니트를 포함한 자기회로와, 상기 타겟의 표면측에 배치되어 스퍼터링 막이 형성되는 기판을 보지하는 기판 보지구와, 상기 타겟과 상기 자기회로 사이에 설치된 수냉 자켓을 가지는 스퍼터링 장치로서 이하의 특징을 가진다.A magnetic circuit comprising a vacuum chamber, a target disposed in the vacuum chamber, a magnetic circuit provided on a back surface side of the target and including a vertical magnet unit and a parallel magnet unit, and a substrate disposed on a surface side of the target to form a sputtering film. And a water-cooled jacket provided between the target and the magnetic circuit. The sputtering apparatus has the following features.

우선, 상기 수직자석 유니트는 중심 수직자석과 외주 수직자석으로 이루어지며; 상기 중심 수직자석과 외주 수직자석의 자장 방향이 상기 타겟 표면에 대해서 거의 수직이되, 상기 중심 수직자석과 외주 수직자석의 자장 방향은 서로 역방향이며; 상기 중심 수직자석은 상기 타겟의 이면의 중앙부에 설치되고, 상기 외주 수직자석은 상기 타겟의 이면의 외주부에, 중심 수직자석을 둘러싸듯이 환상으로 설치된다.First, the vertical magnet unit is composed of a center vertical magnet and an outer peripheral vertical magnet; The magnetic field directions of the central vertical magnet and the outer peripheral vertical magnet are substantially perpendicular to the target surface, the magnetic field directions of the central vertical magnet and the outer peripheral vertical magnet are opposite to each other; The center vertical magnet is provided at a central portion of the back surface of the target, and the outer peripheral vertical magnet is annularly installed on the outer peripheral portion of the back surface of the target so as to surround the central vertical magnet.

다음에, 상기 평행자석 유니트는 내측 평행자석과 외측 평행자석으로 이루어지며, 상기 내측 평행자석과 외측 평행자석의 자장 방향이 상기 타겟 표면에 대해서 거의 평행이고, 상기 내측 평행자석과 외측 평행자석의 자장 방향은 서로 동일한 방향이며; 상기 내측 평행자석과 외측 평행자석은 모두, 상기 중심 수직자석과 외주 수직자석 사이에, 중심 수직자석을 둘러싸듯이 환상으로 설치되는 한편, 상기 내측 평행자석은, 상기 외측 평행자석보다 상기 타겟의 이면의 중심 측에 배치된다.Next, the parallel magnet unit is composed of an inner parallel magnet and an outer parallel magnet, and the magnetic field direction of the inner parallel magnet and the outer parallel magnet is substantially parallel to the target surface, and the magnetic field of the inner parallel magnet and the outer parallel magnet The directions are mutually the same direction; Both the inner parallel magnet and the outer parallel magnet are provided annularly so as to surround a central vertical magnet between the central vertical magnet and the outer peripheral vertical magnet while the inner parallel magnet is located at a position closer to the back surface of the target than the outer parallel magnet And is disposed on the center side.

또한, 상기 내측 평행자석에 대응하는 상기 수냉 자켓의 내부에 자성체가 설치되어 있거나, 또는 상기 내측 평행자석에 대응하는 상기 수냉 자켓의 일부가 자성체로 되어 있다.Further, a magnetic body is provided inside the water-cooled jacket corresponding to the inner parallel magnet, or a part of the water-cooling jacket corresponding to the inner parallel magnet is a magnetic body.

본 발명의 제3은 이하의 스퍼터링 방법에 관한 것이다.A third aspect of the present invention relates to the following sputtering method.

[7] [1]~[6]의 어느 것인가에 기재된 스퍼터링 장치를 이용하는 스퍼터링 방법으로서, [7] A sputtering method using the sputtering apparatus described in any one of [1] to [6]

상기 기판 보지구에 피성막체를 보지하는 스텝과; 상기 스퍼터링 장치의 진공챔버 내에 스퍼터링 가스를 도입하는 스텝과; 상기 챔버내에 배치된 타겟에 전압을 인가해 플라즈마를 발생시켜 상기 기판에 스퍼터링막을 형성하는 스텝을 포함하 는 스퍼터링 방법.A step of holding the object to be coated on the substrate backing; Introducing a sputtering gas into the vacuum chamber of the sputtering apparatus; And applying a voltage to a target disposed in the chamber to generate a plasma to form a sputtering film on the substrate.

본 발명의 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법에 의하면, 타겟 표면의 넓은 범위에 타겟에 대해서 평행에 가까운 자력선을 발생시킬 수 있기 때문에, 넓은 범위에서 전자를 트랩(trap)할 수가 있다. 그 때문에, 플라즈마를 타겟표면의 넓은 범위에 발생시켜 타겟 재료의 이용효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들면 종래의 타겟재료 이용효율은, 약 10~20%이었지만, 본 발명에 의하면 약 40%정도로 향상시킬 수 있다.According to the sputtering apparatus and the sputtering method of the present invention, it is possible to generate a magnetic force line parallel to the target in a wide range of the surface of the target, so that electrons can be trapped in a wide range. Therefore, the plasma can be generated over a wide range of the target surface, and the utilization efficiency of the target material can be improved. For example, the conventional target material utilization efficiency is about 10 to 20%, but according to the present invention, it can be improved to about 40%.

또, 타겟의 넓은 범위를 스퍼터링시킬 수 있기 때문에, 막의 재부착을 방지할 수 있으며, 또 이상 방전을 억제할 수 있으므로, 더스트를 저감시키는 것도 가능하게 된다.In addition, since a wide range of targets can be sputtered, reattachment of the film can be prevented, and abnormal discharge can be suppressed, so that it is possible to reduce the dust.

1. 본 발명의 스퍼터링 장치1. The sputtering apparatus of the present invention

본 발명의 스퍼터링 장치는, 마그네트론 스퍼터 장치라고 불린다. 마그네트론 스퍼터 장치란, 내부를 감압 가능한 진공챔버와, 진공챔버 내부에 배치된 마그네트론 전극과, 스퍼터 막이 형성되는 기판 (피성막체)을 보지하기 위한 기판 보지구를 가진다(도 1 참조).The sputtering apparatus of the present invention is called a magnetron sputtering apparatus. The magnetron sputtering apparatus has a vacuum chamber capable of reducing the pressure inside thereof, a magnetron electrode disposed inside the vacuum chamber, and a substrate support for holding a substrate (deposition target) on which the sputtering film is formed (see FIG.

마그네트론 전극은, 음극이 되는 타겟과, 타겟의 이면 측에 배치된 자기회로를 가진다. 또 마그네트론 전극은, 타겟과 자기회로 사이에 타겟 등을 냉각시키기 위한 수냉 자켓을 가지고 있어도 좋다(도 1 참조). 타겟의 표면측(자기회로가 배 치되는 면과 반대측의 면)에는 기판 보지구가 배치된다. 본 발명의 스퍼터링 장치의 마그네트론 전극의 형상은 특히 한정되지 않으며, 원판형이거나 다각형(도 2 참조)일 수 있다.The magnetron electrode has a target serving as a cathode and a magnetic circuit arranged on the back side of the target. The magnetron electrode may have a water-cooled jacket for cooling the target or the like between the target and the magnetic circuit (see Fig. 1). A substrate support is disposed on the surface side of the target (the side opposite to the side on which the magnetic circuit is disposed). The shape of the magnetron electrode of the sputtering apparatus of the present invention is not particularly limited, and may be circular or polygonal (see FIG. 2).

본 발명의 마그네트론 전극의 자기회로는 수직자석 유니트와 평행자석 유니트를 포함한다. 도 2는 자기회로의 예를 나타내고 있으며, 타겟의 이면의 법선 방향으로부터 본 상면도이다.The magnetic circuit of the magnetron electrode of the present invention includes a vertical magnet unit and a parallel magnet unit. Fig. 2 shows an example of a magnetic circuit and is a top view of the back surface of the target as seen from the normal direction.

수직자석 유니트는 중심 수직자석(101)과 외주 수직자석(102)으로 되어있다. 중심 수직자석(101)은 타겟(2) 이면의 중앙부에 배치되어 있고, 외주 수직자석(102)은 타겟(2) 이면의 외주부에 배치되어 있다. 타겟(2)의 중앙부에 배치되는 중심 수직자석(101)은, 엄밀한 의미에서의 중심에 배치될 필요는 없고, 외주 수직자석(102)이나 후술하는 평행자석 유니트를 구성하는 자석(103과 104)에 의해 둘러싸이도록 타겟(2)의 중앙부에 배치되어 있으면 된다. The vertical magnet unit comprises a center vertical magnet 101 and an outer peripheral vertical magnet 102. The center vertical magnet 101 is disposed at the center of the back surface of the target 2 and the outer circumferential vertical magnet 102 is disposed at the outer peripheral portion of the back surface of the target 2. [ The central vertical magnet 101 disposed at the center of the target 2 does not need to be disposed at the center in the strict sense and the center vertical magnet 101 disposed at the centers of the magnets 103 and 104 constituting the outer peripheral vertical magnet 102, It may be arranged at the central portion of the target 2 so as to be surrounded by the target 2.

타겟(2)의 외주부에 배치되는 외주 수직자석(102)은 플라즈마를 발생시키는 영역을 규정하는 역할을 가진다. 외주 수직자석(102)을 가능한 한 타겟의 외주를 따라 배치하면, 타겟(2)표면의 전영역에 플라즈마를 발생시키기 쉬워지므로 바람직하지만, 한편으로 플라즈마가 타겟(2)이외의 영역에서 발생할 우려도 높아진다. 따라서, 외주 수직자석(102)의 배치 위치는 외주부에 적절하게 배치할 필요가 있다.The outer peripheral vertical magnet 102 disposed at the outer periphery of the target 2 has a role of defining a region for generating plasma. It is preferable to arrange the outer peripheral vertical magnet 102 along the outer periphery of the target as much as possible because it is easy to generate plasma in the entire area of the surface of the target 2. However, . Therefore, it is necessary to arrange the outer circumferential vertical magnet 102 appropriately at the outer peripheral portion.

중심 수직자석(101)이나 외주 수직자석(102)은 각각, 1 개의 자석으로 구성되어 있어도 되고(도 2의 (a)), 2 개 이상의 자석으로 구성되어 있어도 좋다(도 2 의 (b)). 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 2 개 이상의 자석을 조합시켜 구성하면, 제조 비용면에서 유리하거나 자기회로의 조정이 용이하므로 바람직한 경우가 있다.The central vertical magnet 101 or the outer peripheral vertical magnet 102 may be composed of one magnet (FIG. 2A) or two or more magnets (FIG. 2B) . As shown in Fig. 2 (b), when two or more magnets are combined, it is preferable that they are advantageous from the viewpoint of manufacturing cost or easy to adjust the magnetic circuit.

또 각 자석은, 비자성 재료로 되어 있는 홀더에 삽입되어 있거나, 또는 비자성 재료에 고정되어 있어도 좋다. 이 경우는 자석을 고정하기 위한 나사 구멍 등을 설치할 수 있기 때문에 자기회로의 조정이 용이하다는 이점이 있다.Each of the magnets may be inserted into a holder made of a non-magnetic material or fixed to a non-magnetic material. In this case, since a screw hole for fixing the magnet can be provided, the magnetic circuit can be easily adjusted.

중심 수직자석(101)과 외주 수직자석(102)의 어느 자장의 방향도, 타겟(2)의 면에 대해서 수직이다. '수직'이란 교차 각도가 엄밀하게 90°임을 의미하고 있는 것은 아니다.The direction of any magnetic field of the central vertical magnet 101 and the outer peripheral vertical magnet 102 is perpendicular to the surface of the target 2. [ 'Vertical' does not mean that the angle of intersection is strictly 90 °.

또, 중심 수직자석(101)의 자장의 방향과 외주 수직자석(102)의 자장의 방향은 서로 역방향이다. 즉, 중심 수직자석(101)의 타겟측이 S극인 경우에는 외주 수직자석(102)의 타겟측이 N극이며; 중심 수직자석(101)의 타겟측이 N극인 경우에는 외주 수직자석(102)의 타겟측이 S극이다.The direction of the magnetic field of the central vertical magnet 101 and the direction of the magnetic field of the outer peripheral vertical magnet 102 are opposite to each other. That is, when the target side of the central vertical magnet 101 is the S pole, the target side of the outer circumferential vertical magnet 102 is N pole; When the target side of the central vertical magnet 101 is the N pole, the target side of the outer peripheral vertical magnet 102 is the S pole.

즉, 중심 수직자석(101)과 외주 수직자석(102)을 연결하는 자력선이 타겟(2)의 표면을 덮도록 형성되는 것이 바람직하다.That is, it is preferable that the magnetic force lines connecting the central vertical magnet 101 and the outer peripheral vertical magnet 102 are formed so as to cover the surface of the target 2. [

평행자석 유니트는 내측 평행자석(103)과 외측 평행자석(104)으로 되어 있다. 내측 평행자석(103)과 외측 평행자석(104)의 어느 것도, 중심 수직자석(101)을 둘러싸듯이 환상으로 배치되고, 외주 수직자석(102)보다 중앙측에 배치된다. 즉, 평행자석 유니트는 중심 수직자석(101)과 외주 수직자석(102) 사이에 끼여 배치되어 있다.The parallel magnet unit is composed of an inner parallel magnet 103 and an outer parallel magnet 104. Both the inner parallel magnet 103 and the outer parallel magnet 104 are annularly arranged so as to surround the central vertical magnet 101 and disposed at the center side with respect to the outer peripheral vertical magnet 102. That is, the parallel magnet unit is sandwiched between the center vertical magnet 101 and the outer peripheral vertical magnet 102.

또, 내측 평행자석(103)과 외측 평행자석(104)은 모두 환상으로 배치되어 있지만, 내측 평행자석(103) 쪽이 중심측에, 즉 중심 수직자석(101) 가까이에 배치된다.The inside parallel magnet 103 and the outside parallel magnet 104 are both arranged in an annular shape, but the inside parallel magnet 103 is disposed on the center side, that is, near the center vertical magnet 101. [

내측 평행자석(103)과 외측 평행자석(104)의 어느 자장 방향도, 타겟면에 대해서 평행이다. '평행'이란 교차 각도가 엄밀하게 0°임을 의미하고 있는 것은 아니다.Both magnetic field directions of the inner parallel magnet 103 and the outer parallel magnet 104 are parallel to the target surface. 'Parallel' does not mean that the angle of intersection is strictly 0 °.

또한, 내측 평행자석(103)의 자장의 방향과 외측 평행자석(104)의 자장의 방향은 서로 동일한 방향이다. 즉, 내측 평행자석(103)의 외주측이 S극인 경우에는 내측 평행자석(104)의 외주측도 S극이며; 내측 평행자석(103)의 외주측이 N극인 경우에는 내측 평행자석(104)의 외주측도 N극이다.The direction of the magnetic field of the inner parallel magnet 103 and the direction of the magnetic field of the outer parallel magnet 104 are the same direction. That is, when the outer circumferential side of the inner parallel magnet 103 is the S pole, the outer circumferential side of the inner parallel magnet 104 is also the S pole; When the outer circumferential side of the inner parallel magnet 103 is the N pole, the outer circumferential side of the inner parallel magnet 104 is also the N pole.

내측 평행자석(103)이나 외측 평행자석(104)은 각각, 수직자석(101이나 102)과 마찬가지로, 1 개의 자석으로 구성되어 있어도 좋고, 2 개 이상의 자석으로 구성되어 있어도 좋다. 또, 각 자석은 비자성 재료로 되어있는 홀더에 삽입되어 있거나, 또는 비자성 재료에 고정되어 있어도 좋다.Each of the inner parallel magnet 103 and the outer parallel magnet 104 may be composed of one magnet or two or more magnets like the vertical magnet 101 or 102. Each of the magnets may be inserted into a holder made of a nonmagnetic material or fixed to a nonmagnetic material.

도 3은, 도 2의 (a)의 A-A 단면도이다(도 3에 있어서의 화살표는 자화 방향(S→N)을 나타낸다). 도 3에 도시된 바와 같이, 타겟(2)의 중앙부에 중심 수직자석(101)이 배치되고, 타겟(2)의 외주부로 향하여, 내측 평행자석(103), 외측 평행자석(104), 외주 수직자석(102)의 순서로 배치되어 있다. 중심 수직자석(101)과 외주 수직자석(102)은 요크(105)에 접속시켜 고정되어 있는 것이 바람직하다. 한편, 내측 평행자석(103)과 외측 평행자석(104)은 요크(105)에 접속되지 않는다.3 is a cross-sectional view taken along the line A-A in Fig. 2A. (The arrow in Fig. 3 indicates the magnetization direction S - > N). 3, a central vertical magnet 101 is disposed at a central portion of the target 2, and an inner parallel magnet 103, an outer parallel magnet 104, an outer peripheral vertical portion 102, And magnets 102 are arranged in this order. It is preferable that the central vertical magnet 101 and the outer peripheral vertical magnet 102 are fixed to the yoke 105 by being connected thereto. On the other hand, the inner parallel magnet 103 and the outer parallel magnet 104 are not connected to the yoke 105.

자기회로는 타겟(2)의 이면 측에 배치되어 있다. 타겟(2)은 배킹 플레이트(backing plate)(20)에 보지(保持)되어 있어도 된다. 타겟(2)과 자기회로(10) 사이에는 수냉 자켓(11)이 배치되어 있는 것이 바람직하다. 수냉 자켓(11)은 타겟(2)을 냉각시키는 기능을 가진다.The magnetic circuit is disposed on the back side of the target 2. The target 2 may be held on a backing plate 20. It is preferable that a water-cooled jacket 11 is disposed between the target 2 and the magnetic circuit 10. The water-cooling jacket 11 has a function of cooling the target 2.

본 발명의 중요한 특징의 하나는, 자기회로(10)를 구성하는 각 자석(자석101~104)과 타겟(2)표면의 간격이 적절히 조정되어 있는 점이다. 즉, 내측 평행자석(103)과 타겟(2)표면과의 간격을 D1이라고 하고; 외측 평행자석(104)과 타겟(2)표면과의 간격을 D2라고 하고; 외주 수직자석(102)과 타겟(2)표면과의 간격을 D3이라고 했을 때, 'D1＜D2≤D3'의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.One of the important features of the present invention is that the distance between the magnets (magnets 101 to 104) constituting the magnetic circuit 10 and the surface of the target 2 is appropriately adjusted. That is, the distance between the inner parallel magnet 103 and the surface of the target 2 is D1; The distance between the outer parallel magnet 104 and the surface of the target 2 is D2; It is preferable to satisfy the relationship of " D1 < D2 < D3 ", where D3 is the distance between the outer peripheral vertical magnet 102 and the surface of the target 2.

다만, 후술하는 바와 같이, '내측 평행자석(103)과, 타겟(2)표면의 간격 D1'은, (i) 자석(103) 자체와 타겟(2) 표면과의 간격을 의미하거나, (ii) 자석(103)의 근방에 설치된 자성체로서 자석(103)과 일체가 되어 자기회로를 구성하는 자성체가 있을 경우에는(도 14의 부호 13 참조), 해당 자성체와 타겟(2) 표면과의 간격을 의미한다. 자석(103)과 일체가 되어 자기회로를 구성하는 자성체는, 수냉 자켓(11)의 내부에 배치되어 있거나 수냉 자켓의 일부 재질일 수 있다.The distance D1 between the inner parallel magnet 103 and the surface of the target 2 means (i) the distance between the magnet 103 itself and the surface of the target 2, (ii) (Refer to reference numeral 13 in Fig. 14), the distance between the magnetic body and the surface of the target 2 is set to be larger than the gap between the magnetic body and the surface of the target 2 it means. The magnetic body integrated with the magnet 103 and constituting the magnetic circuit may be disposed inside the water-cooled jacket 11 or may be a part of the water-cooled jacket.

한편, 중심 수직자석(101)과 타겟(2)표면과의 간격 D4의 크기에는 특별한 제한이 없다.On the other hand, there is no particular limitation on the size of the interval D4 between the central vertical magnet 101 and the surface of the target 2. [

상술한 바와 같이, 타겟(2)의 이면측에 배치된 자기회로(10)는, 타겟(2)표면에 자장을 발생시킨다. 타겟(2)표면 중, 자기회로(10)에 의해, 적절한 자장이 형성되는 영역이 스퍼터되어 소모되기 쉽다. '적절한 자장'이란, 타겟(2)의 표면상 에 형성되는, 타겟(2)표면에 대해 가능한한 평행한 방향의 자장이다. 타겟(2)표면에 대해서 가능한한 평행한 방향의 자장, 즉 스퍼터링 장치에 발생하는 전계의 방향과 직교하는 방향의 자장이다. 전계의 방향과 직교하는 방향의 자장에 의해, 마그네트론 방전이 일어나 플라즈마를 발생시키기 쉬워져 타겟 재료의 이용효율이 높아진다.As described above, the magnetic circuit 10 disposed on the back side of the target 2 generates a magnetic field on the surface of the target 2. In the surface of the target 2, an area where a proper magnetic field is to be formed is easily sputtered by the magnetic circuit 10 and consumed. Is a magnetic field in a direction as parallel as possible to the surface of the target 2, which is formed on the surface of the target 2. [ That is, a magnetic field in a direction perpendicular to the direction of the electric field generated in the sputtering apparatus. The magnetic field in the direction orthogonal to the direction of the electric field induces magnetron discharge, and plasma is easily generated, and the utilization efficiency of the target material is increased.

본 발명자들은 자기회로의 구성, 즉 간격 D1, 간격 D2, 간격 D3, 간격 D4; 요크의 두께 t; 각 자석의 폭 등의 인자를 제어하면서, 자장의 시뮬레이션(자장의 자력선의 벡터), 플라즈마의 시뮬레이션(발생하는 플라즈마의 분포), 타겟의 침식 형상 등의 시뮬레이션을 행하였다. 간격 D1~D4는 모두 17 mm 이상으로 설정했다. 자기회로를 구성하는 각 자석을 수냉 자켓의 외부에 배치할 수 있도록 하기 위해서이다.The present inventors have found that the magnetic circuit configuration, that is, the interval D1, the interval D2, the interval D3, the interval D4, Thickness of yoke t; Simulation of the magnetic field (vector of the magnetic field lines of the magnetic field), simulation of plasma (distribution of generated plasma), and erosion shape of the target were simulated while controlling factors such as the width of each magnet. The intervals D1 to D4 were all set to 17 mm or more. So that each magnet constituting the magnetic circuit can be disposed outside the water-cooling jacket.

각 인자를 제어하면서 직교표에 의해 해석 조건의 조합을 결정하고, 결과를 분산 분석함으로써 각 인자를 최적화했다.The combination of the analysis conditions was determined by the orthogonal table while controlling each factor, and each factor was optimized by analyzing the result of variance.

우선 본 발명자들은 타겟 표면의 넓은 범위에 플라즈마를 발생시키기 위해서는, 내측 평행자석(103)과 타겟(2)표면과의 간격 D1이 중요하다는 것, 즉, 다른 자석과 타겟(2)표면과의 간격(간격 D2~D4)보다, 간격 D1이 작은 것이 바람직하다는 것을 발견했다.The inventors of the present invention found that the interval D1 between the inner parallel magnet 103 and the surface of the target 2 is important in order to generate the plasma over a wide range of the target surface, (Intervals D2 to D4), it is preferable that the interval D1 is smaller.

도 4에 도시된 그래프는, 간격 D2=32 mm; 간격 D3=40 mm; 간격 D4=35 mm로서 일정하게 했을 때에, 간격 D1=25 mm, 22 mm, 17 mm로 했을 때의 타겟의 침식 형상을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 도 4에 도시된 것처럼, 간격 D1이 작아질수 록(25 mm → 22 mm → 17 mm), 타겟이 가장 많이 침식되는 영역(이로젼 센터라고도 함)이 넓어지는 것을 알았다.The graph shown in Fig. 4 shows that the interval D2 = 32 mm; Spacing D3 = 40 mm; And the interval D4 = 35 mm, the distance D1 is set to 25 mm, 22 mm, and 17 mm, respectively, to simulate the erosion profile of the target. As shown in Fig. 4, it was found that the area where the target is most eroded (also called the erosion center) widened as the distance D1 becomes smaller (25 mm? 22 mm? 17 mm).

다음에, 본 발명자들은 외주 수직자석(102)과 타겟(2)표면과의 간격 D3을 조정함으로써, 발생한 플라즈마를 타겟(2)표면의 단부에까지 넓힐 수 있음을 알아내었다. 즉, 간격 D3을 크게 할수록 타겟(2)표면의 단부에까지 플라즈마가 발생한다. 따라서 간격 D3을 간격 D2와 동일 또는 그 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 간격 D3을 너무 크게 하면 플라즈마가 타겟보다 외측의 영역에까지 발생하여 장치를 손상시킬 가능성도 있다.Next, the present inventors have found that the generated plasma can be widened to the end of the surface of the target 2 by adjusting the distance D3 between the outer peripheral vertical magnet 102 and the surface of the target 2. [ That is, as the distance D3 is increased, plasma is generated up to the end of the surface of the target 2. Therefore, it is preferable that the interval D3 is equal to or more than the interval D2. On the other hand, if the distance D3 is excessively large, plasma may be generated to the area outside the target, thereby possibly damaging the apparatus.

도 5의 (a), (c), (e)는, 간격 D1 = 간격 D4 = 25 mm, 간격 D2 = 40 mm, 간격 D3 = 35 mm로 한 자기회로(a)를 이용하여, 타겟(2)표면에 발생하는 플라즈마 상태를 나타낸 도면(c)과, 그 강도를 나타낸 그래프(e)이다. 한편, 도 5의 (b), (d), (f)는, 간격 D1 = 간격 D2 = 간격 D3 = 간격 D4 = 25 mm로 한 자기회로(a)를 이용하여, 타겟(2)표면에 발생하는 플라즈마의 상태를 나타낸 도면(d)과, 그 강도를 나타낸 그래프(f)이다. 도 5의 (b)(간격 D3 = 25 mm)와 비교하여, 도 5의 (a)(간격 D3 = 35 mm)는 플라즈마가 타겟(2)표면의 단부에까지 넓어져 있음을 알 수 있다.5 (a), 5 (c), and 5 (e) are diagrams for explaining a case where the magnetic circuit (a) having the interval D1 = the interval D4 = 25 mm, the interval D2 = 40 mm and the interval D3 = (C) showing the state of the plasma generated on the surface of the substrate, and a graph (e) showing the intensity thereof. On the other hand, FIGS. 5 (b), 5 (d) and 5 (f) show a case where the magnetic circuit (a) having the interval D1 = the interval D2 = the interval D3 = (D) showing the state of the plasma and graph (f) showing the intensity thereof. 5 (a) (interval D3 = 35 mm), the plasma spreads to the end of the surface of the target 2 as compared with FIG. 5 (b) (interval D3 = 25 mm)

이와 같이, 외주 수직자석(102)과 타겟(2)표면과의 간격 D3을 크게 하면 타겟(2)표면에 플라즈마를 넓어지게 할 수 있지만, 한편으로 간격 D3을 너무 크게 하면 타겟(2)표면에 형성되는 자장이 약해지기 때문에, 전자의 보충이 불충분하게 되어 이상이 생긴다. 이 때문에, 간격 D3는 약 40 mm 이하인 것이 바람직하다.If the distance D3 between the outer peripheral vertical magnet 102 and the surface of the target 2 is increased as described above, the plasma can be widened on the surface of the target 2. However, if the distance D3 is too large, The magnetic field to be formed is weakened, so that replenishment of electrons becomes insufficient and an abnormality occurs. Therefore, the interval D3 is preferably about 40 mm or less.

또한 본 발명자들은, 상기 각 인자를 제어하면서 '길이 X(도 6 참조)'를 지표로 하여 자기회로를 평가했다. 지표로 한 '길이 X'를 도 6에 나타낸다. 도 6은, 타겟(2)과 배킹 플레이트(20)의 단면도이다. 타겟(2)의 표면으로부터 돌출하는 자력선의 자장 벡터와 타겟(2)표면의 법선 벡터가 이루는 각도가 60°이상이 되는 범위의 길이를 '길이 X'라고 했다. Further, the inventors of the present invention evaluated the magnetic circuit by using the length X (see FIG. 6) as an index while controlling the above factors. FIG. 6 shows the 'length X' as an index. 6 is a sectional view of the target 2 and the backing plate 20. Fig. The length in the range where the angle formed by the magnetic field vector of the magnetic force line protruding from the surface of the target 2 and the normal vector of the surface of the target 2 is 60 degrees or more is referred to as a "length X".

이 '길이 X'가 크면, 타겟(2)의 표면에 대해서 거의 평행한 자력선을 타겟표면의 넓은 범위에 형성할 수 있다. 그 때문에, 플라즈마를 광범위하게 발생시킬 수 있어 타겟 재료의 이용효율이 높아진다고 생각된다.If this 'length X' is large, a line of magnetic force almost parallel to the surface of the target 2 can be formed over a wide range of the target surface. Therefore, it is considered that the plasma can be generated widely and the utilization efficiency of the target material is increased.

그 결과, 중심 수직자석(101)과 내측 평행자석(103)의 간격이나, 외주 수직자석(102)과 외측 평행자석(104)의 간격은, 자기결합이 유지될 정도로 짧게 되어 있는 것이 바람직함을 알아냈다. 예를 들면, 각각 10 mm이하로 하는 것이 바람직하다.As a result, it is preferable that the distance between the central vertical magnet 101 and the inner parallel magnet 103 or the interval between the outer peripheral vertical magnet 102 and the outer parallel magnet 104 is short enough to maintain magnetic coupling I found out. For example, 10 mm or less, respectively.

또, 자석(101~104)은, 타겟면의 법선 방향으로부터 보았을 때, 서로 겹치지 않도록 배치되어 있어도 좋지만 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들면, 자석(101)과 자석(103) 또는 자석(102)과 자석(104)은, 타겟면의 법선 방향으로부터 보아 겹치도록 배치되어도 괜찮다.The magnets 101 to 104 may be arranged so as not to overlap each other when viewed from the normal direction of the target surface, but they are not necessarily required. For example, the magnet 101 and the magnet 103, or the magnet 102 and the magnet 104 may be arranged so as to overlap from the normal direction of the target surface.

이러한 시뮬레이션의 고찰로부터 얻어진, 적합한 자기회로의 일례를 도 7에 나타낸다. 도 7에 도시된 자기회로를 실시형태 1의 스퍼터링 장치에 적용했다.An example of a suitable magnetic circuit obtained from consideration of this simulation is shown in Fig. The magnetic circuit shown in Fig. 7 was applied to the sputtering apparatus of the first embodiment.

마그네트론 스퍼터 장치에 있어서, 자기회로를 구성하는 자석과 타겟 표면과의 간격을 크게하는 것은 일반적으로 용이하다.In the magnetron sputtering apparatus, it is generally easy to increase the gap between the magnet constituting the magnetic circuit and the target surface.

한편, 타겟을 냉각하기 위한 수냉 자켓을 가지는 마그네트론 스퍼터 장치에 있어서, 자기회로를 구성하는 자석과 타겟 표면의 간격을 작게 하는 것은 곤란한 경우가 있다. 수냉 자켓의 두께 때문에 자기회로를 충분히 타겟에 접근시킬 수 없기 때문이다. 또, 수냉 자켓의 내부에 자석을 배치하는 것도 고려되지만, 자석의 열화나 유지보수의 부담을 경감하기 위해서는, 수냉 자켓의 외부에 자기회로를 배치하는 것이 요구된다.On the other hand, in a magnetron sputtering apparatus having a water-cooled jacket for cooling a target, it may be difficult to reduce the distance between the magnet constituting the magnetic circuit and the target surface. Because of the thickness of the water-cooled jacket, the magnetic circuit can not get close enough to the target. It is also considered to dispose the magnet inside the water-cooled jacket. However, in order to reduce the deterioration of the magnet and the burden of maintenance, it is required to dispose the magnetic circuit outside the water-cooled jacket.

그런데, 내측 수평자석(103)과 타겟(2)표면과의 간격 D1은 30 mm 이하인 것이 바람직하다. 도 4에 도시된 것처럼, 간격 D1이 30 mm 이하이면, 타겟(2)표면의 넓은 범위에 플라즈마가 발생하여 타겟 재료의 이용효율을 높이기 쉽기 때문이다. 일반적으로, 타겟(2)의 두께는 약 10 mm, 배킹 플레이트(20)의 두께는 약 5 mm, 수냉 자켓(11)의 두께는 약 10 mm(합계 25 mm)이기 때문에, 간격 D1를 충분히 작게 할 수 없는 경우가 있다.It is preferable that the distance D1 between the inner horizontal magnet 103 and the surface of the target 2 is 30 mm or less. As shown in Fig. 4, if the interval D1 is 30 mm or less, plasma is generated in a wide range of the surface of the target 2, and the use efficiency of the target material is easily increased. Generally, since the thickness of the target 2 is about 10 mm, the thickness of the backing plate 20 is about 5 mm, and the thickness of the water-cooling jacket 11 is about 10 mm (25 mm in total) There is a case that can not be done.

그래서, 본 발명의 마그네트론 스퍼터 장치의 수냉 자켓(11)은, 자기회로(10)측에 내측 수평자석(103)을 배치하기 위한 움푹한 공간(12)을 가지고 있어도 좋다(도 8 참조). 움푹한 공간(12)에 내측 수평자석(103)을 배치함으로써, 간격 D1를 작게 할(예를 들면 30 mm 이하로 함) 수 있다.Therefore, the water-cooling jacket 11 of the magnetron sputtering apparatus of the present invention may have a recessed space 12 for disposing the inner horizontal magnet 103 on the side of the magnetic circuit 10 (see FIG. 8). The interval D1 can be made small (for example, 30 mm or less) by disposing the inner horizontal magnet 103 in the hollow space 12. [

또, 내측 수평자석(103)을 배치하기 위한 움푹한 공간(12)을 복수의 공간으로 분할해도 좋다(도 9 참조). 즉, 복수의 움푹한 공간(12)은 슬릿(14)으로 구분되어 있으며, 해당 슬릿(14)은 냉각수 유로로서 기능시키는 것이 바람직하다.The recessed space 12 for disposing the inner horizontal magnet 103 may be divided into a plurality of spaces (see FIG. 9). That is, the plurality of recessed spaces 12 are divided by the slits 14, and it is preferable that the slits 14 function as the cooling water flow paths.

2. 본 발명의 스퍼터링 방법2. Sputtering method of the present invention

본 발명의 스퍼터링 장치를 이용하면, 통상의 스퍼터링 수법에 의해 기판 표면에 금속 스퍼터 막을 제작할 수 있다. 이하, 도 1에 표시된 스퍼터링 장치를 참조하여, 본 발명의 스퍼터링 방법을 설명한다.By using the sputtering apparatus of the present invention, a metal sputter film can be formed on the surface of the substrate by a normal sputtering technique. Hereinafter, the sputtering method of the present invention will be described with reference to the sputtering apparatus shown in Fig.

우선, 기판 보지구(保持具)(4＇)에, 스퍼터 막을 성막하고 싶은 피성막체인 기판(4)을 보지한다. 다음에, 배기구(7)를 통해 진공챔버(1) 내부를 고진공으로 한 다음, 가스 도입 장치(5)를 통해 일정 유량으로 제어된 스퍼터링 가스를 진공챔버(1)의 내부에 도입한다. 스퍼터링 가스는 일반적으로는 Ar이나 Xe 등의 희가스(불활성 가스)이다.First, a substrate 4 as a film to be formed on which a sputter film is to be formed is held on a substrate support (holder) 4 '. Next, the inside of the vacuum chamber 1 is made to have a high vacuum through the exhaust port 7, and the sputtering gas controlled at a constant flow rate is introduced into the vacuum chamber 1 through the gas introduction device 5. The sputtering gas is generally a rare gas (inert gas) such as Ar or Xe.

타겟(2) 및 배킹 플레이트(20)에, 음(-)의 바이어스 전압을 인가한다. 그에 의해, 타겟(2)표면과 수직 방향의 전기장이 발생한다. 자기회로(10)에 의해, 타겟(2)의 표면에는 타겟(2)표면과 거의 평행한 자장이 발생하고 있다. 그 때문에, 자장과 전기장이 수직으로 교차하는 부분에서, 마그네트론 방전이 발생하여 플라즈마가 발생한다. 그리고 타겟(2)이 스퍼터되고 스퍼터된 타겟 성분이 기판에 부착하여 스퍼터 막이 형성된다.A negative bias voltage is applied to the target 2 and the backing plate 20. Thereby, an electric field in a direction perpendicular to the surface of the target 2 is generated. A magnetic field substantially parallel to the surface of the target 2 is generated on the surface of the target 2 by the magnetic circuit 10. Therefore, at a portion where the magnetic field and the electric field intersect vertically, a magnetron discharge occurs and a plasma is generated. Then, the target 2 is sputtered and the sputtered target component adheres to the substrate to form a sputter film.

이와 같이, 타겟(2)표면의 가능한 한 넓은 범위에 타겟(2)표면에 대해서 평행한 자장(자력선)이 형성되어 있으면, 타겟(2)표면의 넓은 영역에서 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 타겟(2)표면의 넓은 영역에서 플라즈마를 생성시킬 수 있으면, 넓은 범위의 타겟(2)표면을 스퍼터링할 수 있으므로, 재료 이용효율을 높일 수 있다.As described above, if a magnetic field (magnetic line of force) parallel to the surface of the target 2 is formed in the widest possible range on the surface of the target 2, plasma can be generated over a wide area of the surface of the target 2. If a plasma can be generated over a wide area of the surface of the target 2, the surface of the target 2 in a wide range can be sputtered, and the material utilization efficiency can be increased.

이하에서, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태의 예를 설명한다.Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[실시형태 1] [Embodiment 1]

도 1은, 본 발명의 실시형태 1의 스퍼터링 장치의 개략도이다. 도 1에 표시된 스퍼터링 장치는, 진공챔버(1); 타겟(2)과 수냉 자켓(11)과 자기회로(10)를 포함하는 마그네트론 전극; 기판(4)을 가진다.1 is a schematic view of a sputtering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The sputtering apparatus shown in Fig. 1 comprises a vacuum chamber 1; A magnetron electrode including a target 2, a water-cooled jacket 11 and a magnetic circuit 10; And a substrate (4).

진공챔버(1)에는, 가스 도입 장치(5), 배기 장치(6), 배기구(7), 밸브(8)가 설치된다. 배기 장치(6)는 진공챔버(1) 내부를 음압(마이너스 압력)으로 할 수 있다. 가스 도입 장치(5)는 진공챔버(1)의 내부에 스퍼터링 가스를 도입할 수 있다. 스퍼터링 가스는 일반적으로 Ar가스 등의 불활성 가스이다.The vacuum chamber 1 is provided with a gas introduction device 5, an exhaust device 6, an exhaust port 7, and a valve 8. The exhaust device 6 can make the inside of the vacuum chamber 1 sound negative (negative pressure). The gas introducing device 5 can introduce sputtering gas into the vacuum chamber 1. The sputtering gas is generally an inert gas such as Ar gas.

마그네트론 전극은, 성막 재료로 이루어진 타겟(2), 타겟(2)에 접속된 고전압 인가 전원(3), 타겟(2)의 이면(기판(4)이 배치된 면과는 반대쪽의 면) 측에 배치된 자기회로(10)를 가진다. 자기회로(10)와 타겟(2) 사이에는 수냉 자켓(11)이 배치되어 있다. 또, 타겟(2)은 배킹 플레이트(20)에 붙어 있다. 그리고, 마그네트론 전극의 주위에는 접지 차폐(shield)(9)가 배치되어 있다. 타겟의 재질은 성막하고 싶은 막의 성분에 따라 임의로 선택할 수 있다.The magnetron electrode is formed on the side of the back surface of the target 2 (the surface opposite to the surface on which the substrate 4 is arranged) side of the target 2, the high voltage application power source 3 connected to the target 2, And has a magnetic circuit 10 arranged therein. A water-cooled jacket 11 is disposed between the magnetic circuit 10 and the target 2. The target 2 is attached to the backing plate 20. A ground shield 9 is disposed around the magnetron electrode. The material of the target can be arbitrarily selected depending on the composition of the film to be formed.

또, 기판(4)은 기판 보지구(4’)에 보지되어 있으며, 타겟(2)에 대향하는 위치에 설치되어 있다.The substrate 4 is held on the substrate support 4 'and is provided at a position opposite to the target 2. [

자기회로(10)는, 중심 수직자석(101)과 외주 수직자석(102)으로 이루어진 수직자석 유니트; 내측 수평자석(103)과 외측 수평 자석(104)으로 이루어진 수평 자석 유니트：중심 수직자석(101)과 외주 수직자석(102)을 자기적으로 결합하는 요크(105)를 가진다.The magnetic circuit (10) comprises: a vertical magnet unit comprising a center vertical magnet (101) and an outer peripheral vertical magnet (102); A horizontal magnet unit composed of an inner horizontal magnet 103 and an outer horizontal magnet 104 has a yoke 105 magnetically coupling the center vertical magnet 101 and the outer vertical magnet 102.

자기회로(10)로는 도 7에 도시된 자기회로(본 발명의 자기회로)를 이용했다. 이 때에 생성되는 플라즈마 분포의 해석 결과를 도 10에 나타낸다. 플라즈마 분포의 해석은, 자장에 Ar가스를 0.325 Pa로 도입하는 한편, 타겟(2)에 -400 V의 DC 고전압을 인가한 조건하에서 행했다. 또, 타겟(2)표면에 입사하는 Ar이온 플럭스로부터 예상되는 타겟 침식 형상이 도 12에 도시된다(곡선 A; 가로축 r은 타겟 중심으로부터의 거리를 표시한다).The magnetic circuit (magnetic circuit of the present invention) shown in Fig. 7 was used as the magnetic circuit 10. The results of analysis of the plasma distribution generated at this time are shown in Fig. The analysis of the plasma distribution was carried out under the condition that an Ar gas was introduced into the magnetic field at 0.325 Pa and a DC high voltage of -400 V was applied to the target 2. [ The target erosion shape expected from the Ar ion flux incident on the surface of the target 2 is shown in Fig. 12 (curve A; the axis of abscissa r indicates the distance from the center of the target).

한편, 자기회로(10)로서 종래의 자기회로(평행자석 유니트인 자석(103)과 자석(104)을 생략하고, 수직자석 유니트인 자석(101)과 자석(102)만으로 구성됨)로 구성했다. 이 때에 생성되는 플라즈마 분포의 해석 결과를 도 11에 나타낸다. 플라즈마 분포의 해석은, 자장에 Ar가스를 0.325 Pa로 도입하는 한편, 타겟(2)에 -400 V의 DC 고전압을 인가한 조건하에서 행했다. 또, 타겟(2)표면에 입사하는 Ar이온 플럭스로부터 예상되는 타겟 침식 형상이 도 12에 도시된다(곡선 B). 또, 도 13에는, 종래의 자기회로로 구성했을 때에 형성되는 자장의 자력선을 나타낸다.On the other hand, a conventional magnetic circuit (composed of only the magnet 101 and the magnet 102, which are vertical magnet units, with the magnet 103 and the magnet 104 omitted as parallel magnetic units) was used as the magnetic circuit 10. The results of the analysis of the plasma distribution generated at this time are shown in Fig. The analysis of the plasma distribution was carried out under the condition that an Ar gas was introduced into the magnetic field at 0.325 Pa and a DC high voltage of -400 V was applied to the target 2. [ The target erosion shape predicted from the Ar ion flux incident on the surface of the target 2 is shown in Fig. 12 (curve B). Fig. 13 shows a line of magnetic force of a magnetic field formed by a conventional magnetic circuit.

종래의 자기회로를 이용했을 경우에는, 도 11에 도시된 것처럼, 자기회로의 수직자석 유니트의 자석끼리간의 영역에 국소적으로 플라즈마가 생성되고 있다. 이에 비해서, 본 발명의 자기회로(도 7)를 이용했을 경우에는, 도 10에 도시된 것처럼 플라즈마 분포가 분명히 넓어져 있다.When a conventional magnetic circuit is used, as shown in Fig. 11, a plasma is locally generated in a region between the magnets of the vertical magnet unit of the magnetic circuit. On the other hand, when the magnetic circuit of the present invention (Fig. 7) is used, the plasma distribution is obviously widened as shown in Fig.

또, 도 12에 나타낸 것처럼, 종래의 자기회로를 이용했을 경우에는 타겟 침식 형상이 한쪽으로 치우쳐 있는데(곡선 B) 비해, 본 발명의 자기회로를 이용했을 경우에는 타겟 침식 형상이 넓어져 있는(곡선 A) 것을 알 수 있다. 구체적으로, 곡선 B로부터 구해지는 타겟 재료의 이용효율은 약 16%인데 비해, 곡선 A로부터 구해지는 타겟 재료의 이용효율은 약 40%이며 2배 이상의 향상을 보였다.As shown in Fig. 12, when the conventional magnetic circuit is used, the target erosion shape is shifted to one side (curve B). When the magnetic circuit of the present invention is used, A). Specifically, the use efficiency of the target material obtained from the curve B is about 40%, while the use efficiency of the target material obtained from the curve B is about 16%.

이와 같이, 실시형태 1에 의하면, 광범위하게 넓어진 플라즈마를 형성할 수 있기 때문에, 타겟 재료의 이용효율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the first embodiment, it is possible to form a wider plasma, thereby improving the utilization efficiency of the target material.

[실시형태 2] [Embodiment 2]

도 8은, 본 발명의 실시형태 2의 스퍼터링 장치의 개략도이다. 도 8에 있어서, 도 1과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 있으므로 설명을 생략한다.8 is a schematic view of a sputtering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In Fig. 8, the same components as those in Fig. 1 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.

도 8에 표시된 스퍼터링 장치는, 실시형태 1과 마찬가지로, 타겟(2)과 자기회로(10) 사이에 수냉 자켓(11)을 배치하고 있다. 그 수냉 자켓(11)의 자기회로 측에는 움푹한 공간(12)이 설치되어 있다. 움푹한 공간(12)에는 내측 수평자석(103)이 들어감으로써 자석(103)과 타겟(2) 표면과의 간격 D1이 작아져 있다.The sputtering apparatus shown in Fig. 8 has a water-cooled jacket 11 disposed between the target 2 and the magnetic circuit 10, as in the first embodiment. A hollow space 12 is provided on the side of the magnetic circuit of the water-cooled jacket 11. The distance D1 between the magnet 103 and the surface of the target 2 is reduced by entering the inner horizontal magnet 103 into the recessed space 12. [

수냉 자켓(11)의 공간(12) 이외의 부분은, 공간(12) 부분보다 두껍게 되어 있으므로, 냉각수의 흐름을 확보하기 쉽다.Since the portion of the water-cooling jacket 11 other than the space 12 is thicker than the space 12, it is easy to ensure the flow of the cooling water.

실시형태 2의 스퍼터링 장치에서는, 예를 들면, 타겟(2)의 두께를 5mm, 배킹 플레이트(20)의 두께를 10 mm로 한다. 이 때, 움푹한 공간(12)이 형성된 수냉 자켓(11) 부분의 두께를 7 mm, 그 외의 부분의 두께를 14 mm로 한다.　이 배치에 의하면, 자석(103)과 타겟(2)표면과의 간격을 22 mm로 하면서, 움푹한 공간(12)이외의 부분의 수냉 자켓(11)의 두께를 충분한 두께(14 mm)로 설정할 수 있다. 그 때문에, 수냉 자켓의 수냉에 의한 열교환 능력을 충분히 확보할 수 있다.In the sputtering apparatus of Embodiment 2, for example, the thickness of the target 2 is 5 mm and the thickness of the backing plate 20 is 10 mm. At this time, the thickness of the portion of the water-cooling jacket 11 in which the recessed space 12 is formed is 7 mm, and the thickness of the other portion is 14 mm. According to this arrangement, the thickness of the water-cooling jacket 11 in the portion other than the recessed space 12 is set to a sufficient thickness (14 mm) while the interval between the magnet 103 and the surface of the target 2 is 22 mm . Therefore, the water-cooling ability of the water-cooling jacket can be sufficiently secured.

이와 같이, 실시형태 2의 스퍼터링 장치에 의하면, 타겟에 고전력이 인가되어도, 수냉 자켓에 의한 열교환 능력을 손상시키는 일 없이 유지할 수 있다. 물론 실시형태 1의 스퍼터링 장치와 마찬가지로, 타겟(2)표면의 넓은 범위에 플라즈마를 형성할 수 있으므로 타겟 재료의 이용효율을 높일 수 있다.As described above, according to the sputtering apparatus of the second embodiment, even if a high power is applied to the target, the sputtering apparatus can be maintained without damaging the heat exchange ability by the water-cooling jacket. Since the plasma can be formed over a wide range of the surface of the target 2 as in the sputtering apparatus of Embodiment 1, the utilization efficiency of the target material can be increased.

[실시형태 3] [Embodiment 3]

도 9는 본 발명의 실시형태 3의 스퍼터링 장치 중, 마그네트론 전극(자기회로(10)과 수냉 자켓(11)만)의 개략도이다. 도 9의 (a)는 수냉 자켓(11)의 단면도이며, (b)는 타겟 이면의 법선 방향으로부터 보았을 때의 수냉 자켓(11)의 표면 투시도이다. 도 9에 있어서, 도 1과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 이용하며 그 설명을 생략한다.9 is a schematic view of a magnetron electrode (only the magnetic circuit 10 and the water-cooling jacket 11) in the sputtering apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. 9 (a) is a cross-sectional view of the water-cooled jacket 11, and FIG. 9 (b) is a perspective view of the water-cooling jacket 11 viewed from the normal direction of the target back surface. In Fig. 9, the same reference numerals are used for the same elements as those in Fig. 1, and a description thereof will be omitted.

실시형태 3의 스퍼터링 장치는, 실시형태 2의 스퍼터링 장치와 마찬가지로, 자석(103)과 타겟(2)표면과의 간격 D1을 짧게 하기 위해서, 수냉 자켓(11)의 일부에 움푹한 공간(12)를 설치하고 있다(도 9의 (a) 참조). 또, 수냉 자켓(11)에 형성된 움푹한 공간(12)은, 슬릿(14)에 의해 복수의 공간으로 분할되어 있다(도 9의 (b)). 즉, 자석(103)도 분할되어 각 공간(12)에 배치되고 타겟(2)표면에 접근하여 설치된다.The sputtering apparatus of Embodiment 3 has a hollow space 12 in a part of the water-cooling jacket 11 in order to shorten the distance D1 between the magnet 103 and the surface of the target 2 in the same manner as the sputtering apparatus of Embodiment 2. [ (See Fig. 9 (a)). The recessed space 12 formed in the water-cooled jacket 11 is divided into a plurality of spaces by the slit 14 (Fig. 9 (b)). That is, the magnets 103 are also divided and placed in the respective spaces 12 and installed close to the surface of the target 2.

움푹한 공간(12)을 분할하는 슬릿(14)은 냉각수의 유로로서 기능하며, 수냉 자켓의 각 부분(11-1, 11-2, 11-3)을 서로 연통시키고 있다. 움푹한 공간(12)에 의해, 수냉 자켓(11)의 두께가 작아지기 때문에, 냉각수에 대한 컨덕턴스가 저하할 우려가 있음에도 불구하고, 실시형태 3의 스퍼터링 장치의 수냉 자켓(11)은, 냉각 수의 흐름을 확보하기 쉬우며 냉각 성능이 떨어지기 어렵다.The slit 14 dividing the recessed space 12 functions as a channel for cooling water and communicates the respective parts 11-1, 11-2, and 11-3 of the water-cooled jacket to each other. The water-cooled jacket 11 of the sputtering apparatus of the third embodiment has the water-cooled jacket 11, which is formed by the recessed space 12, And it is difficult to lower the cooling performance.

이와 같이, 실시형태 3의 스퍼터링 장치는, 수냉 자켓의 열교환 능력을 손상시키는 일 없이 유지할 수 있다. 그 때문에, 방전의 ON/OFF에 의한 타겟의 신축을 억제할 수 있어, 타겟에 재부착한 물질의 응력에 의한 벗겨짐을 저감할 수 있다. 더스트 억제에도 효과적이다. 따라서, 실시형태 3의 스퍼터링 장치는, 고출력을 인가하는 스퍼터 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다.As described above, the sputtering apparatus of Embodiment 3 can be maintained without deteriorating the heat-exchanging ability of the water-cooling jacket. Therefore, expansion and contraction of the target due to ON / OFF of discharge can be suppressed, and peeling due to the stress of the material reattached to the target can be reduced. It is also effective in suppressing dust. Therefore, the sputtering apparatus of Embodiment 3 can be preferably applied to a sputtering apparatus which applies a high output.

물론, 실시형태 1의 스퍼터링 장치와 마찬가지로, 타겟표면의 넓은 범위에 플라즈마를 형성할 수 있으므로 타겟 재료의 이용효율을 향상시킬 수 있다.Of course, similarly to the sputtering apparatus of Embodiment 1, since plasma can be formed over a wide range of the surface of the target, utilization efficiency of the target material can be improved.

[실시형태 4] [Embodiment 4]

도 14는, 실시형태 4의 스퍼터링 장치의 마그네트론 전극(수냉 자켓(11)과 자기회로(10)만)의 개략도이다. 도 14에 있어서, 도 1과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 이용하며 그 설명을 생략한다.Fig. 14 is a schematic view of a magnetron electrode (only water-cooled jacket 11 and magnetic circuit 10) of the sputtering apparatus of the fourth embodiment. In Fig. 14, the same reference numerals are used for the same constituent elements as those in Fig. 1, and a description thereof will be omitted.

실시형태 4의 스퍼터링 장치는, 수냉 자켓(11)의 내부에 설치된 자기회로 부품(13)(자성체)을 가진다. 자기회로 부품(13)은, 자기회로(10)의 자석(103)과 자기적으로 결합하여, 1개의 자기부재(磁氣部材)로서 기능한다. 따라서, 자석(103) 자체를 타겟(2)에 접근시켰을 경우와 동일한 효과가 기대된다. 또, 수냉 자켓(11)의 내부에 자기회로 부품(13)을 배치하는 대신에, 수냉 자켓(11)의 자석(103)근방의 재질만을 자성체로 해도 좋다.The sputtering apparatus of Embodiment 4 has a magnetic circuit component 13 (magnetic body) provided inside a water-cooled jacket 11. The magnetic circuit component 13 magnetically couples with the magnet 103 of the magnetic circuit 10 and functions as one magnetic member. Therefore, the same effect as expected when the magnet 103 itself is brought close to the target 2 is expected. Instead of disposing the magnetic circuit component 13 in the water-cooled jacket 11, only the material near the magnet 103 of the water-cooled jacket 11 may be a magnetic material.

실시형태 4의 스퍼터링 장치에서는, 예를 들면, 타겟의 두께를 5 mm, 배킹 플레이트(20)의 두께를 10 mm로 한다(도 3 참조). 이 때, 수냉 자켓(11)의 내부에 자기회로 부품(13)을 설치한다. 자기회로 부품(13)(자성체)은 냉각수와 접촉하므로, 교환 등의 유지보수가 필요하게 될 경우도 있는데, 자석에 비하면 자성체는 가격이 싸면서도 수명이 길기 때문에 유지보수의 부담은 낮다. 더욱이, 자기회로 부품(13)(자성체)을 스텐레스 스틸계 재료로 하거나 또는 철계 재료의 표면에 수지 도장이나 Ni 도금 등의 코팅을 실시하여, 내부식성을 높여 수명을 길게 해도 좋다.In the sputtering apparatus of Embodiment 4, for example, the thickness of the target is 5 mm and the thickness of the backing plate 20 is 10 mm (see Fig. 3). At this time, the magnetic circuit component 13 is installed inside the water-cooled jacket 11. [ Since the magnetic circuit component 13 (magnetic body) is in contact with the cooling water, maintenance such as replacement may be required in some cases. In comparison with the magnet, the magnetic body is low in cost and maintenance burden due to its long service life. Furthermore, the magnetic circuit component 13 (magnetic material) may be made of a stainless steel material or the surface of an iron-based material may be coated with resin, Ni plating or the like to increase the corrosion resistance to prolong the life.

이와 같이, 실시형태 4에 의하면, 간편하고 저렴한 가격이면서도, 낮은 비용, 낮은 유지보수 부담을 가지는 스퍼터링 장치가 될 수 있다. 물론, 실시형태 1과 마찬가지로, 타겟표면의 넓은 범위에 플라즈마를 형성할 수 있으므로 타겟 재료의 이용효율을 높일 수도 있다.As described above, according to Embodiment 4, the sputtering apparatus can be a simple and inexpensive sputtering apparatus with low cost and low maintenance burden. Of course, similarly to the first embodiment, since the plasma can be formed over a wide range of the surface of the target, utilization efficiency of the target material can be increased.

본 발명의 스퍼터링 장치 및 방법은, 타겟 재료의 이용효율을 향상시키는 것을 가능하게 하여 저렴한 가격으로 스퍼터 박막을 제조하는 것이 가능하다. 또, 플라즈마를 타겟표면의 넓은 범위에 발생시킴으로써, 타겟표면으로의 막(膜)의 재부착을 방지함과 동시에 이상방전을 억제하는 효과에 의해 더스트를 저감한 품질좋은 박막을 제공할 수 있다. 그 때문에, 광학 부품 표면의 반사방지막을 저렴한 가격으로 고품질로 형성할 수 있는 등, 광학 박막에 한하지 않고 널리 박막 형성에 이용하는 장치로서 유용하다.The sputtering apparatus and method of the present invention make it possible to improve the utilization efficiency of the target material, and it is possible to manufacture the sputtering thin film at low cost. In addition, by generating the plasma in a wide range of the target surface, it is possible to provide a fine thin film in which the dust is reduced by the effect of preventing the reattaching of the film (film) to the target surface and suppressing the abnormal discharge. Therefore, the antireflection film on the surface of the optical component can be formed with high quality at a low cost, and is useful not only as an optical thin film, but also as an apparatus widely used for forming a thin film.

도 1은 본 발명의 스퍼터링 장치의 예(실시형태 1)의 개략 구성을 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an example of a sputtering apparatus (Embodiment 1) of the present invention. FIG.

도 2는 본 발명의 스퍼터링 장치의 자기회로의 예의 개략 구성을 나타낸 상면도이다.2 is a top view showing a schematic structure of an example of a magnetic circuit of the sputtering apparatus of the present invention.

도 3은 본 발명의 스퍼터링 장치의 자기회로의 예의 개략구성을 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a schematic structure of an example of a magnetic circuit of the sputtering apparatus of the present invention.

도 4는 자기회로의 내측 수평자석과 타겟 표면과의 간격 D1과, 타겟의 침식 형상의 시뮬레이션 결과의 관계를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the relationship between the distance D1 between the inner horizontal magnet of the magnetic circuit and the target surface and the simulation result of the erosion profile of the target.

도 5는 자기회로의 외주 수직자석과 타겟 표면과의 간격 D3과, 발생하는 플라즈마의 관계를 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing the relationship between the gap D3 between the outer circumferential vertical magnet of the magnetic circuit and the target surface and the generated plasma.

도 6은 최적화를 행하기 위한 평가 지표로서 길이 X를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining the length X as an evaluation index for performing optimization.

도 7은 최적화된 자기회로의 일례를 나타낸 도면이다.7 is a diagram showing an example of an optimized magnetic circuit.

도 8은 본 발명의 스퍼터링 장치의 예(실시형태 2)의 개략 구성을 나타낸 도면이다.Fig. 8 is a view showing a schematic structure of an example (Embodiment 2) of the sputtering apparatus of the present invention.

도 9는 본 발명의 스퍼터링 장치의 예에 있어서의 마그네트론 전극(실시형태 3)의 개략 구성을 나타낸 도면이다.Fig. 9 is a view showing a schematic structure of a magnetron electrode (Embodiment 3) in an example of the sputtering apparatus of the present invention.

도 10은 본 발명의 자기회로에 의해 발생하는 플라즈마 분포를 나타낸 도면이다.10 is a view showing a plasma distribution generated by the magnetic circuit of the present invention.

도 11은 종래의 자기회로에 의해 발생하는 플라즈마 분포를 나타낸 도면이다.11 is a view showing a plasma distribution generated by a conventional magnetic circuit.

도 12는, 본 발명의 자기회로 및 종래의 자기회로를 이용하여 스퍼터링했을 때의 타겟 침식 형상을 나타낸 도면이다.12 is a diagram showing a target erosion shape when sputtering is performed using the magnetic circuit of the present invention and a conventional magnetic circuit.

도 13은 종래의 자기회로에 의해 발생하는 자력선의 형상을 나타낸 도면이다.13 is a view showing a shape of magnetic force lines generated by a conventional magnetic circuit.

도 14는 본 발명의 스퍼터링 장치의 예에 있어서의 마그네트론 전극(실시형태 4)의 개략 구성을 나타낸 도면이다.Fig. 14 is a diagram showing a schematic structure of a magnetron electrode (Embodiment 4) in the example of the sputtering apparatus of the present invention.

[부호의 설명][Description of Symbols]

1 진공챔버1 vacuum chamber

2 타겟2 target

3 고전압 인가 전원3 Power supply with high voltage

4 기판4 substrate

4' 기판 보지구4 'substrate substrate

5 가스 도입 장치5 gas introduction device

6 배기 장치6 Exhaust system

7 배기구7 Exhaust vents

8 밸브8 valves

9 접지 차폐9 Ground shielding

10 자기회로10 magnetic circuit

11 수냉 자켓11 water jacket

12 공간12 spaces

13 자기회로 부품(자성체)13 Magnetic circuit components (magnetic body)

14 슬릿14 slits

20 배킹 플레이트20 backing plate

101 중심 수직자석101 central vertical magnet

102 외주 수직자석102 Outside vertical magnet

103 내측 평행자석103 Inner parallel magnet

104 외측 평행자석104 outer parallel magnet

105 요크105 York

Claims

A magnetic circuit including a vacuum chamber, a target disposed in the vacuum chamber, a magnetic circuit provided on a back surface side of the target and including a vertical magnet unit and a parallel magnet unit, a substrate disposed on a surface side of the target, In a sputtering apparatus having a retainer,

Wherein the vertical magnet unit comprises a center vertical magnet and an outer peripheral vertical magnet,

Wherein the magnetization directions of the central vertical magnet and the outer vertical magnet inside the magnet are perpendicular to the target surface and are opposite to each other,

Wherein the center vertical magnet is provided at a central portion of a back surface of the target and the outer circumferential vertical magnet is annularly provided on an outer peripheral portion of a back surface of the target so as to surround a central vertical magnet,

Wherein the parallel magnet unit comprises an inner parallel magnet and an outer parallel magnet,

Wherein the magnetization directions of the inside parallel magnet and the outside parallel magnet inside the magnet are parallel to the target surface and are in the same direction as each other,

The parallel magnet units are all disposed annularly so as to surround the central vertical magnet between the central vertical magnet and the outer peripheral vertical magnet while the inner parallel magnet is arranged on the center side of the back surface of the target And,

D2 is a distance between the inner parallel magnet and the target surface, D1 is an interval between the outer parallel magnet and the target surface, D2 is a distance between the outer parallel magnet and the target surface, / RTI >

The method according to claim 1,

Wherein the interval D1 is 30 mm or less.

The method according to claim 1,

Further comprising a water-cooling jacket provided between the target and the magnetic circuit,

Wherein the magnetic circuit is disposed outside the water-cooled jacket.

The method of claim 3,

Wherein a hollow space is formed in a part of the water-cooled jacket on the side of the magnetic circuit, and the inner parallel magnet is installed in the recessed space.

5. The method of claim 4,

Wherein a space formed in a part of the water-cooled jacket on the side of the magnetic circuit is divided into a plurality of spaces by slits, the inner parallel magnets are provided in each of the plurality of spaces,

Wherein a thickness of the slit is larger than a thickness of a recessed portion of the water-cooling jacket, while the slit is a portion of a cooling water flow path of a water-cooling jacket.

The method according to claim 1,

A magnetic circuit including a vacuum chamber, a target disposed in the vacuum chamber, a magnetic circuit provided on a back surface side of the target and including a vertical magnet unit and a parallel magnet unit, a substrate holding unit disposed on a surface side of the target, And a water-cooled jacket provided between the target and the magnetic circuit, the sputtering apparatus comprising:

The parallel magnet units are all disposed annularly so as to surround the central vertical magnet between the central vertical magnet and the outer peripheral vertical magnet while the inner parallel magnet is disposed on the center side of the back surface of the target than the outer parallel magnet ,

Wherein a magnetic body is provided inside the water-cooled jacket corresponding to the inner parallel magnet, or a part of the water-cooling jacket corresponding to the inner parallel magnet is made of a magnetic material.

A sputtering method using the sputtering apparatus according to claim 1,

A step of holding the object to be coated on the substrate backing;

Introducing a sputtering gas into the vacuum chamber of the sputtering apparatus;

And applying a voltage to a target disposed in the vacuum chamber to generate a plasma to form a sputtering film on the substrate.

A sputtering method using the sputtering apparatus according to claim 6,

A step of holding the object to be coated on the substrate backing;