KR101608603B1 - 스퍼터 장치 - Google Patents

Abstract

침식되기 쉬운 부분의 식각 속도를 늦추어, 타깃의 이용 효율이 양호한 스퍼터 장치를 제공한다. 마그네트론 캐소드(31)에 설치된 직사각형의 자기 회로 유닛(11)은 직사각형의 긴 변 부분 자석으로 이루어지는 직선부 유닛(111)과 짧은 변 부분의 자석을 갖는 단부 유닛(112)의 요동 거리가 상이하도록 구성되어 있다. 타깃 설치면에 평행한 X 방향에서 단부 유닛(112)의 요동 거리는 직선부 유닛(111)보다도 길다.

Description

스퍼터 장치{SPUTTERING DEVICE}

본 발명은 마그네트론 캐소드를 구비하는 스퍼터 장치에 관한 것으로, 특히 자기 회로 유닛이 요동하는 마그네트론 캐소드를 구비하는 스퍼터 장치에 관한 것이다.

스퍼터 장치의 캐소드에는 다양한 것이 있다. 이들 중에서 평판 형상의 타깃의 배면측에 자석을 갖는 마그네트론 캐소드가 많이 사용되고 있다. 마그네트론 캐소드는 형상 및 자기 회로 유닛의 동작이라고 하는 2개의 관점으로 분류할 수 있다. 여기서, 마그네트론 캐소드의 형상은 마그네트론 캐소드에 설치되는 타깃의 형상에 의해 정해지며, 대략 원형과 대략 직사각형으로 크게 구별할 수 있다.

원형의 마그네트론 캐소드는 반도체나 자기 디스크 등, 피성막물이 원형인 것 용으로 많이 사용된다. 한편, 직사각형의 마그네트론 캐소드는 디스플레이나 태양 전지 등, 피성막물이 직사각형인 것 용으로 많이 사용되고 있다. 자기 회로 유닛의 동작의 관점에서는, 자기 회로 유닛이 고정인 것과 요동하는 것으로 크게 구별된다. 자기 회로 유닛을 요동시키는 이유는 타깃의 이용 효율을 좋게 하여 수명이 길어지게 하기 위해서, 또한 비침식 영역을 없앰으로써 타깃으로부터의 발진을 저감하기 위해서이다.

마그네트론 캐소드가 직사각형이며, 자기 회로 유닛이 요동하는 마그네트론 캐소드에서는 마그네트론 캐소드의 긴 변 방향에서의 단부의 식각 속도가 빠르기 때문에, 타깃 이용 효율이 나쁘고 수명이 짧다고 하는 과제가 있으며, 이 과제에 대하여 여러가지 제안이 이루어져 있다. 그 하나로서, 자석 유닛에 고투자율의 자기 션트를 배치하고, 마그네트론 캐소드의 긴 변 방향 단부의 누설 자속 밀도를 낮게 하여, 식각 속도를 늦추는 방법이 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2010-111915호 공보

그러나, 자석 유닛에 자기 션트를 배치하여 식각 속도를 늦추는 방법에는 한계가 있다. 왜냐하면, 마그네트론 방전은 자력에 의해 전자를 구속함으로써 성립되기 때문이다. 마그네트론 캐소드의 긴 변 방향 단부의 누설 자속 밀도를 낮게 하는 것은, 이 곳에서의 전자의 구속력을 약화시키는 것과 같은 의미이다. 누설 자속 밀도를 너무 낮게 하면 전자를 구속할 수 없게 되어, 무종단의 플라즈마링을 형성할 수 없게 된다. 즉, 마그네트론 방전이 형성 가능한 누설 자속 밀도의 하한에서의 식각 속도의 하한이, 이 방법에 의한 타깃의 이용 효율·수명의 개선의 한계가 된다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 침식되기 쉬운 부분의 식각 속도를 늦추어, 타깃의 이용 효율이 양호한 스퍼터 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 스퍼터 장치는 진공 용기와, 진공 용기의 내부에 배치되고, 성막 처리되는 기판을 유지 가능한 기판 홀더와, 기판 홀더에 대향해서 타깃을 설치 가능한 타깃 설치면 및 타깃 설치면에 평행한 제1 방향으로 요동 가능한 자기 회로 유닛을 갖는 마그네트론 캐소드를 구비하고, 자기 회로 유닛은 제1 방향과 평행한 방향으로 배치된 자석쌍을 갖는 제1 유닛과, 제1 방향과 교차하는 방향으로 배치된 자석쌍을 갖는 제2 유닛을 갖고, 제2 유닛은 제1 유닛보다도 요동 거리가 긴 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 타깃 전체에서 보다 균일한 침식을 실현할 수 있다. 그로 인해, 타깃의 이용 효율이 좋고, 타깃 수명이 긴 스퍼터 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 그 밖의 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조로 한 이하의 설명에 의해 밝혀질 것이다. 또한, 첨부 도면에서는 동일하거나 혹은 마찬가지의 구성에는 동일한 참조 번호를 붙인다.

첨부 도면은 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하고, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 그 기술과 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위해서 사용된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마그네트론 캐소드를 구비한 스퍼터 장치의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마그네트론 캐소드의 자기 회로 유닛의 평면도이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마그네트론 캐소드의 자기 회로 유닛의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 요동 장치와 자기 회로 유닛의 요동 상태를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 요동 장치와 자기 회로 유닛의 요동 상태를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 요동 장치와 자기 회로 유닛의 요동 상태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마그네트론 캐소드에 의해 발생하는 플라즈마링과 타깃의 위치 관계를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마그네트론 캐소드에 의해 발생하는 플라즈마링과 타깃의 위치 관계를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마그네트론 캐소드에 의해 발생하는 플라즈마링과 타깃의 위치 관계를 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 요동 장치와 자기 회로 유닛의 요동 상태를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 요동 장치와 자기 회로 유닛의 요동 상태를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 요동 장치와 자기 회로 유닛의 요동 상태를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 자기 회로 유닛의 X 방향의 요동 범위의 중앙에 있을 때의 침식의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 자기 회로 유닛의 X 방향의 요동 범위의 좌측 단부에 있을 때의 침식의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 자기 회로 유닛의 X 방향의 요동 범위의 우측 단부에 있을 때의 침식의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 자기 회로 유닛을 요동시키면서 스퍼터링을 행함으로써 타깃에 형성되는 침식의 형상을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 비교예에 따른 자기 회로 유닛의 X 방향의 요동 범위의 중앙에 있을 때의 침식의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 17은 비교예에 따른 자기 회로 유닛의 X 방향의 가동 범위의 좌측 단부에 있을 때의 침식의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 18은 비교예에 따른 자기 회로 유닛의 X 방향의 가동 범위의 우측 단부에 있을 때의 침식의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 19는 비교예에 따른 자기 회로 유닛을 요동시키면서 스퍼터링을 행함으로써 타깃에 형성되는 침식의 형상을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

(제1 실시 형태)

도 1은 본 발명에 따른 마그네트론 캐소드(1)를 구비한 스퍼터 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 스퍼터 장치는 챔버(2), 마그네트론 캐소드(1), 기판 홀더(10)를 주요한 구성 요소로서 갖고 있다. 또한, 스퍼터 장치는 타깃 이면판(4)에 대하여 스퍼터 성막 처리에 필요한 전력을 인가하기 위한 전원(12)을 구비하고 있다. 챔버(2)(진공 용기)에는 타깃(3)이 접합된 타깃 이면판(4)이 절연체(5)를 개재하여 설치되어 있다. 절연체(5)는 챔버(2)와 타깃 이면판(4)을 전기적으로 절연하는 부재이다. 챔버(2), 타깃 이면판(4), 절연체(5)에 의해 진공 배기 가능한 처리실(6)이 구성되어 있다.

타깃 이면판(4)은 타깃(3)이 본딩에 의해 접합되는 타깃 설치면을 갖는다. 타깃 설치면은 기판 홀더(10)에 대향하는 평활한 면으로서 형성되어 있다. 타깃(3)은 성막 재료이며, 전술한 바와 같이 타깃 이면판(4)의 타깃 설치면에 본딩되어 있다. 타깃 이면판(4)의 배면측(즉, 타깃 이면판(4)의 타깃(3)측의 제1 면과 그 반대측의 제2 면 중 제2 면측)에는 자기 회로 유닛(11)이 배치되어 있다. 또한, 타깃 이면판(4)의 배면측에는 적어도 타깃 설치면에 평행한 X 방향(제1 방향)으로 자기 회로 유닛(11)을 왕복 운동시키는 요동 장치가 설치되어 있다. 요동 장치에 대해서는 도 3에 기초하여 후술한다.

챔버(2)의 내부에는 기판(9)을 타깃(3)에 대향하도록 유지할 수 있는 기판 홀더(10)가 설치되어 있다. 챔버(2)의 배기구(7)에는 도시하지 않은 컨덕턴스 밸브 등을 개재하여 배기 펌프 등의 배기 장치가 접속되어 있다. 챔버(2)에는 프로세스 가스의 도입 수단으로서, 유량 제어기(MFC) 등을 구비한 가스 도입계(8)가 접속되어 있다. 가스 도입계(8)로부터 프로세스 가스를 소정의 유량으로 공급한다. 프로세스 가스로서는, 예를 들어 아르곤(Ar) 등의 희가스나, 질소(N2) 등을 포함하는 단체 또는 혼합 가스를 사용할 수 있다.

본 실시 형태에서는 진공 격벽으로서 기능하는 타깃 이면판(4)의 배면측에 자기 회로 유닛(11)이 배치되어 있지만, 타깃 이면판(4)과 자기 회로 유닛(11) 사이의 위치에 구획판을 설치하고, 구획판을 진공 격벽으로 하는 구성이어도 좋다. 자기 회로 유닛(11)은, 예를 들어 판 A(A1, A2)와, 중심 자석 B(B1, B2)와, 외주 자석 C(C1, C2)를 포함한다. 마그네트론 캐소드(1)는, 예를 들어 자기 회로 유닛(11)과 요동 장치와 타깃 이면판(4)을 포함한다.

도 2a는 본 실시 형태에 따른 자기 회로 유닛(11)의 개략 평면도, 도 2b는 자기 회로 유닛(11)의 단부(도 2a의 E 부분)의 확대도이다. 판 A(A1, A2) 상에 영구 자석으로 구성된 중심 자석 B(B1, B2)와 외주 자석 C(C1, C2)가 서로 이격해서 배치되어 있다. 축 형상의 중심 자석 B를 직사각형의 외주 자석 C가 둘러싸도록 배치되어 있다. 중심 자석 B와 외주 자석 C는 지면에 대하여 대략 수직 방향으로 착자되어 있으며, 중심 자석 B와 외주 자석 C의 착자 방향은 서로 반대로 되어 있다. 이로 인해, 중심 자석 B와 외주 자석 C 사이에 무종단 자기 터널이 형성된다. 자기 터널은 타깃 설치면의 기판측에 형성된다. 보다 구체적으로는 타깃 설치면에 배치된 타깃의 표면측에 자기 터널이 형성됨으로써 안정된 마그네트론 방전이 가능하게 되어 있다.

자기 터널이 형성되는 한 쌍의 자석을 자석쌍이라 하면, 중심 자석 B1과 외주 자석 C1은 X 방향(제1 방향)으로 자석쌍을 형성하고 있으며, 중심 자석 B2와 외주 자석 C2의 짧은 변 부분은 Y 방향으로 자석쌍을 형성하고 있다. 외주 자석 C1은 중심 자석 B1의 X 방향의 양측에 배치되어 있기 때문에, 중심 자석 B1은 X 방향의 양측의 외주 자석 C1과 각각 자석쌍을 형성하고 있다. 여기서, 외주 자석 C2의 짧은 변 부분이란 직사각 형상의 외주 자석 C의 짧은 변 부분이며, 특히 중심 자석 B의 길이 방향에 위치하는 외주 자석 C2의 부분이다.

또한, 중심 자석 B와 외주 자석 C의 형상은 축 형상과 직사각형으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 외주 자석 C는 단부 유닛(112)의 형상을 만곡 형상이나 삼각형 등의 다각형으로 해도 좋다. 또한, 소형의 자석을 다수 조합하여 중심 자석 B나 외주 자석 C를 구성할 수도 있다. 이 경우, 중심 자석 B2와 외주 자석 C2의 자석쌍은 Y 방향과는 어긋난 방향으로 형성된 부분을 갖는다.

또한, 자기 회로 유닛(11)은 도 2에 나타내는 D의 곳에서 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112)으로 분할되어 있다. 직선부 유닛(111)(제1 유닛)은 외주 자석 C의 긴 변 부분의 대부분을 차지하는 부분(외주 자석 C1)과, 중심 자석 B의 긴 변 부분의 대부분을 차지하는 부분(중심 자석 B1)이 판 A1 상에 배치되어서 구성되어 있다. 단부 유닛(112)(제2 유닛)은 외주 자석 C의 짧은 변 부분(외주 자석 C2)과, 중심 자석 B의 짧은 변 부분(중심 자석 B2)이 판 A2 상에 배치되어서 구성되어 있다.

짧은 변 부분은 직선부 유닛(111)의 긴 변 방향의 양측(즉, 직선부 유닛(111)의 일단부측과 타단부측)에 배치되어 있다. 자기 회로 유닛(11)의 요동 방향은 도 2 중의 X 방향을 포함한다. 여기서, X 방향은 직사각형의 외주 자석 C의 긴 변 부분에 직교하는 방향이다. 또한, 마그네트론 캐소드(1)는 자기 회로 유닛(11)의 직선부 유닛(111)의 요동 거리와 단부 유닛(112)의 요동 거리를 각각 독립하여 설정할 수 있도록 구성되어 있다.

도 3 내지 도 5는 요동 장치와 자기 회로 유닛의 요동 상태를 예시하는 평면도이며, 스퍼터 장치의 상방에서 마그네트론 캐소드(1)를 본 모식도이다. 도 3 내지 도 5에 기초하여 요동 장치의 구성·동작을 설명한다. 또한, 자기 회로 유닛(11)의 위치를 이해하기 쉽게 나타내기 위해서, 도 3 내지 도 5 중에서는 타깃(3)을 파선으로 나타냈다.

도 3은 자기 회로 유닛(11)이 X 방향의 가동 범위의 중앙에 있는 경우를 나타낸다. 직선부 유닛(111)과 그 양측에 배치된 단부 유닛(112)의 각각에 너트(113a, 113b)가 설치되어 있으며, 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112)은 각각 너트(113a, 113b)를 통해서 나사축(114a, 114b)에 접속되어 있다. 각각의 나사축(114a, 114b)은 모터(115a, 115b)에 각각 접속되어 있다. 나사축(114a, 114b)은 모터(115a, 115b)에 의해 회전(정회전·역회전)된다. 즉, 너트(113a, 113b)와 나사축(114a, 114b)으로 볼 나사 기구가 구성되어 있다. 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112)은 나사축(114a, 114b)의 회전에 수반하여 X 방향으로 요동한다. 또한, 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112)은 서로 다른 모터(115a, 115b)에 의해 구동되기 때문에, 모터(115a)와 모터(115b)에 서로 다른 회전 동작을 시킴으로써, 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112)을 서로 다른 요동 거리로 요동시키는 것이 가능하다.

도 4, 도 5는 각각 자기 회로 유닛(11)의 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112)이 X 방향의 가동 범위의 좌측 단부 및 우측 단부에 있는 경우를 나타내고 있다. 전술한 바와 같이, 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112)을 서로 다른 요동 거리로 요동시키는 것이 가능하므로, 단부 유닛(112)의 요동 거리를 직선부 유닛(111)의 요동 거리에 비하여 길게 할 수 있다. 또한, 전술한 구성에 의하면, 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112)의 요동 거리를 모터의 제어의 변경만으로 행할 수 있기 때문에 간편하다.

전술한 실시 형태에서는 X 방향에 대한 요동 장치로서 볼 나사를 사용한 기구를 채용하였다. 그러나, 본 발명의 효과는 요동 장치의 구체적인 구성에는 의존하지 않기 때문에, 요동 장치로서 다른 구조를 채용할 수 있다. 다른 요동 장치의 구성으로서는 요동의 동력은 하나이며, 동력으로부터 직선부 유닛(111)이나 단부 유닛(112)에 이르기까지의 동력 전달 경로에서 기어를 통하여 그들의 기어비를 변경하는 장치가 생각된다. 또 다른 요동 장치의 구성으로서는 요동의 동력은 하나이며, 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112) 각각에 설치된 크랭크를 구비하여, 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112)의 크랭크 원반을 상이한 것으로 하는 장치가 생각된다. 또 다른 요동 장치가 구성으로서는 랙 앤드 피니언이나 편심 캠을 사용한 구성이 생각된다.

도 6 내지 도 8은 각각 자기 회로 유닛(11)이 마그네트론 캐소드(1)의 X 방향의 이동 범위의 중앙, 이동 범위 좌측의 요동 단부, 이동 범위 우측의 요동 단부에 있을 때의 플라즈마링(14)의 위치와 형상을 예시하는 평면도이다. 도 7, 도 8로부터 명백한 바와 같이, 마그네트론 캐소드(1)의 직선 부분의 양측에 배치된 단부에 대응하는 부분에서의 플라즈마링의 이동 거리는 직선 부분에 대응하는 부분에서의 플라즈마링의 이동 거리에 비하여 길다. 단부 유닛(112)의 이동 거리(이동 범위)가 직선부 유닛(111)의 이동 거리(이동 범위)보다도 크기 때문이다. 여기서, 이동 거리(이동 범위)가 큰 것은 이동 스피드가 빠른 것을 의미하며, 이는 이동 범위에서의 식각 속도의 분포의 평탄화(균일화)에 기여한다. 이 자기 회로 유닛(11)의 움직임에 의해, 마그네트론 캐소드(1)의 긴 변 방향의 단부에서의 타깃의 식각 속도를 늦추는 것, 혹은 식각 속도의 분포를 평탄화(균일화)하는 것이 가능해져, 타깃의 이용 효율을 좋게 하여 수명을 길게 할 수 있다.

이상과 같이, 자기 회로 유닛(11)을 복수의 유닛으로 구성하여, 상기 복수의 유닛의 이동 범위(요동 범위)를 개별로 정함으로써 타깃의 식각 속도의 분포를 평탄화(균일화)하여 타깃의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 9 내지 도 11은 제2 실시 형태에 따른 마그네트론 캐소드(31)에 설치된 자기 회로 유닛의 요동 상태를 예시하는 단면도이다. 도 9 내지 도 11에 기초하여 마그네트론 캐소드(31)의 구성·동작을 설명한다. 도 9는 자기 회로 유닛(11(111, 112))이 Y 방향의 이동 범위의 중앙에 있을 때를 나타내고 있다. 또한, 이하의 각 실시 형태에서 제1 실시 형태와 마찬가지 부재, 배치 등에는 동일 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 마그네트론 캐소드(31)는 전술한 X 방향의 요동 장치(제1 요동 장치) 외에, 타깃 설치면에 평행한 Y 방향(도 9 참조)의 요동 장치(제2 요동 장치)를 함께 구비하고 있는 점에서 제1 실시 형태와 상이하다. Y 방향의 요동 장치는 자기 회로 유닛(11)을 지지하는 X 방향의 요동 장치 전체를 Y 방향으로 요동시키는 구성이며, X 방향의 요동 장치를 지지하는 지지판(117)과, 지지판(117)을 Y 방향으로 요동시키는 볼 나사 기구를 주요한 구성 요소로서 구비하고 있다. 본 실시 형태에서 Y 방향은 X 방향과 직교하고 있지만, Y 방향과 X 방향이 직교하는 구성에 한정되지 않는다.

지지판(117)은 X 방향의 요동 장치를 지지하는 부재이며, X 방향의 요동 장치에는 자기 회로 유닛(11(111, 112))이 설치되어 있다. 볼 나사 기구는 너트(118)와 나사축(119)을 주요한 구성 요소로서 갖고 있다. 너트(118)는 지지판(117)에 설치되어 있으며, 나사축(119) 및 나사축(119)에 접속된 모터(120)는 챔버(2)측에 설치되어 있다. 모터(120)의 동력에 의해, 나사축(119)은 회전(정회전·역회전)한다. 너트(118)를 통해서 나사축(119)에 연결되어 있는 지지판(117)은 나사축(119)의 회전 동작에 수반하여 Y 방향으로 요동한다.

본 실시 형태의 마그네트론 캐소드(31)를 사용한 성막 장치에 의하면, 마그네트론 캐소드(31)의 긴 변 방향의 단부의 식각 속도를 늦추는 것이 가능해져, 타깃의 이용 효율을 좋게 하여 수명을 길게 할 수 있다. 본 실시 형태의 마그네트론 캐소드(31)는 자기 회로 유닛(11)의 전체가 Y 방향으로도 요동하기 때문에, 제1 실시 형태의 마그네트론 캐소드(1)보다도 캐소드의 긴 변 방향 단부의 식각 속도를 늦출 수 있다.

전술한 본 실시 형태의 마그네트론 캐소드(31)는 Y 방향으로 자기 회로 유닛(11) 전체가 동일한 거리 요동하고, X 방향에서는 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112)의 요동 거리가 서로 다른 구성이다. 그러나, X 방향으로 자기 회로 유닛(11)의 전체가 동일한 요동 거리로 요동하고, Y 방향에서 직선부 유닛(111)과 단부 유닛(112)의 요동 거리가 서로 다르도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 2개의 단부 유닛(112)을 직선부 유닛(111)으로부터 Y 방향으로 각각 이격시켜서 배치해 두고, Y 방향의 요동 단부에서 직선부 유닛(111)보다도 단부 유닛(112)이 크게 Y 방향으로 요동하는 구성으로 하는 것이 생각된다. 이 경우에는 지지판에 연결되는 것은 X 방향의 요동 장치이다.

(실시예)

전술한 제2 실시 형태의 마그네트론 캐소드(31)를 사용하여, 단부 유닛(112)의 요동 거리를 직선부 유닛(111)의 요동 거리보다도 길게 설정한 실시예에 대해서 설명한다. 도 12, 도 13, 도 14에 각각 자기 회로 유닛(11)이 X 방향의 가동 범위의 중앙, 가동 범위 좌측의 요동 단부, 가동 범위 우측의 요동 단부에 있을 때의 타깃의 침식(15) 형상을 나타내는 평면도를 나타낸다. 침식의 형상은 플라즈마링(14)의 위치로부터 시뮬레이션하였다. 이 때, 침식은 플라즈마링(14)의 링을 가로지르는 단면 방향에서 가우스 분포를 따르는 것으로 하였다.

또한 도 12 내지 도 14에서는, 도 6 내지 도 8의 플라즈마링(14)의 형상에 대응시킨 침식(15)을 도시하였다. 즉, 자기 회로 유닛(11)이 좌우의 요동 단부에 위치하고 있을 때, 직선부 유닛(111)보다도 단부 유닛(112)이 X 방향의 외측에 위치하는 조건에서의 침식(15)의 형상으로 하였다.

도 15는 자기 회로 유닛(11)을 요동시키면서 스퍼터링을 행함으로써 타깃(4)에 형성되는 침식(16)의 형상을 시뮬레이션한 결과를 나타내고 있다. 도 15의 시뮬레이션에서 자기 회로 유닛(11)의 X 방향의 요동 거리는 직선부 유닛(111)을 ±55mm, 단부 유닛(112)을 ±70mm로 하였다. 또한, 자기 회로 유닛(11)의 Y 방향의 요동 거리는 ±25mm이다. 또한, 캐소드의 치수는 300mm×920mm이다. 이 시뮬레이션 결과에서 타깃(4)의 이용 효율은 50.0％이었다. 도 15 중에서 침식(16)의 깊이에 따라서 부호 16a, 16b, 16c를 붙였다. 부호 16c가 가장 침식이 깊은 곳을 나타내고 있다. 또한, 타깃 이용률은 침식이 가장 깊은 부분이 타깃 이면판(4)에 도달했을 때의 타깃(3) 전체의 사용량의 비율이다.

(비교예)

본 비교예에서는 단부 유닛(111)과 직선부 유닛(112)으로 분할되어 있지 않은 자기 회로 유닛(일체의 자기 회로 유닛)에 대해서 설명한다. 도 16, 도 17, 도 18에 각각 일체의 자기 회로 유닛이 마그네트론 캐소드의 X 방향의 이동 범위의 중앙, 이동 범위 좌측의 요동 단부, 이동 범위 우측의 요동 단부에 있을 때의 침식(18)의 형상을 나타내는 평면도를 나타낸다. 침식의 형상은 플라즈마링(15)의 위치로부터 시뮬레이션하였다. 이 때, 침식(18)은 플라즈마링(15)의 링을 가로지르는 단면 방향에서 가우스 분포를 따르는 것으로 하였다.

도 19는 일체의 자기 회로 유닛을 요동시키면서 스퍼터링을 행함으로써 타깃(4)에 형성되는 침식(19)의 형상을 시뮬레이션한 결과를 나타내고 있다. 도 19의 시뮬레이션에서 일체의 자기 회로 유닛의 X 방향의 요동 거리는 ±55mm, Y 방향의 요동 거리는 ±25mm로 하였다. 또한, 캐소드의 치수는 300mm×920mm이다. 도 19 중에서 침식(19)의 깊이의 차이에 따라서 부호 19a, 19b, 19c를 붙였다. 부호 19c가 가장 침식이 깊은 곳을 나타내고 있다.

이 시뮬레이션에서의 타깃(4)의 이용 효율은 39.9％로 산출되었다. 또한, 실측된 침식에서의 타깃(4)의 이용 효율은 39.3％이었다. 타깃(4)의 이용 효율의 실측은 실측된 침식의 체적을 구함으로써 행하였다. 침식은 레이저 변위 센서를 구비한 삼차원 측정기를 사용하여 측정되었다. 도 19의 시뮬레이션 결과를, 도 15에 나타낸 실시예의 시뮬레이션 결과와 비교하면, 실시예는 비교예에 비하여 단부 부근과 직선 부분의 침식 깊이의 차이가 작고, 타깃의 이용 효율이 높은 것을 알 수 있다.

본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 여러 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 밝히기 위해서, 이하의 청구항을 첨부한다.

본원은 2011년 6월 30일에 제출된 일본 특허 출원 제2011-145708호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 그 기재 내용의 모두를 여기에 원용한다.

X, Y 요동 방향
1, 31 마그네트론 캐소드
2 챔버
3 타깃
4 타깃 이면판
5 절연체
6 처리실
7 배기구
8 가스 도입계
9 기판
10 기판 홀더
11 자기 회로 유닛
12 전원
14 플라즈마링
15, 16, 18, 19 침식
A, A1, A2 판
B, B1, B2 중심 자석
C, C1, C2 외주 자석
111 직선부 유닛
112 단부 유닛
113a, 113b, 118 너트
114a, 114b, 119 나사축
115a, 115b, 120 모터
117 지지판

Claims (5)

1. 진공 용기와,
   상기 진공 용기의 내부에 배치되고, 성막 처리되는 기판을 유지 가능한 기판 홀더와,
   상기 기판 홀더에 대향해서 타깃을 설치 가능한 타깃 설치면 및 자기 회로 유닛을 갖는 마그네트론 캐소드를 구비하고,
   상기 자기 회로 유닛은, 제1 자석쌍을 갖고 상기 타깃 설치면에 평행한 제1 방향으로 요동 가능한 제1 유닛과, 제2 자석쌍을 갖고 상기 제1 방향으로 요동 가능한 2개의 제2 유닛을 포함하고,
   상기 제1 유닛과 2개의 상기 제2 유닛은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에서의 위치가 서로 다르며, 상기 제2 방향에 있어서 2개의 상기 제2 유닛 사이에 상기 제1 유닛이 배치되고,
   상기 제1 유닛은, 상기 제1 자석쌍을 구성하는 자석으로서, 상기 제2 방향으로 각각 연장하는 2개의 제1 외주 자석과, 상기 2개의 제1 외주 자석 사이에 배치되어 상기 제2 방향으로 연장하는 제1 중심 자석을 포함하고, 상기 2개의 제1 외주 자석의 착자 방향은 서로 동일하고 상기 제1 중심 자석의 착자 방향과는 반대이고,
   상기 제2 유닛은, 상기 제2 자석쌍을 구성하는 자석으로서, 제2 외주 자석과 제2 중심 자석을 포함하고, 상기 제2 외주 자석은 상기 제2 중심 자석을 사이에 두도록 배치된 2개의 부분을 포함하고, 상기 제2 외주 자석의 착자 방향은 상기 제1 외주 자석의 착자 방향과 동일하고, 상기 제2 중심 자석의 착자 방향은 상기 제1 중심 자석의 착자 방향과 동일하고,
   상기 제1 유닛의 상기 제1 외주 자석 및 2개의 상기 제2 유닛 각각의 상기 제2 외주 자석으로 구성되는 외주 자석은, 상기 제1 유닛의 상기 제1 중심 자석 및 2개의 상기 제2 유닛 각각의 상기 제2 중심 자석으로 구성되는 중심 자석을 둘러싸도록 배치되고,
   2개의 상기 제2 유닛은 상기 제1 유닛보다도 상기 제1 방향에서의 요동 거리가 긴 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 유닛의 상기 제1 방향에서의 요동 스피드는 상기 제1 유닛의 상기 제1 방향에서의 요동 스피드보다도 빠른 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 유닛 및 2개의 상기 제2 유닛은 상기 제2 방향으로도 요동 가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
4. 진공 용기와,
   상기 진공 용기의 내부에서 기판을 유지하는 기판 홀더와,
   상기 기판 홀더에 대향해서 타깃을 설치 가능한 타깃 설치면 및 자기 회로 유닛을 갖는 마그네트론 캐소드를 구비하고,
   상기 자기 회로 유닛은, 제1 자석쌍을 갖고 제1 방향으로 요동 가능한 제1 유닛과, 제2 자석쌍을 갖고 상기 제1 방향으로 요동 가능한 2개의 제2 유닛을 포함하고,
   상기 제1 유닛과 2개의 상기 제2 유닛은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에서의 위치가 서로 다르며, 상기 제2 방향에 있어서 2개의 상기 제2 유닛 사이에 상기 제1 유닛이 배치되고,
   상기 제1 유닛은, 상기 제1 자석쌍을 구성하는 자석으로서, 상기 제2 방향으로 각각 연장하는 2개의 제1 외주 자석과, 상기 2개의 제1 외주 자석 사이에 배치되어 상기 제2 방향으로 연장하는 제1 중심 자석을 포함하고, 상기 2개의 제1 외주 자석의 착자 방향은 서로 동일하고 상기 제1 중심 자석의 착자 방향과는 반대이고,
   상기 제2 유닛은, 상기 제2 자석쌍을 구성하는 자석으로서, 제2 외주 자석과 제2 중심 자석을 포함하고, 상기 제2 외주 자석은 상기 제2 중심 자석을 사이에 두도록 배치된 2개의 부분을 포함하고, 상기 제2 외주 자석의 착자 방향은 상기 제1 외주 자석의 착자 방향과 동일하고, 상기 제2 중심 자석의 착자 방향은 상기 제1 중심 자석의 착자 방향과 동일하고,
   상기 제1 유닛의 상기 제1 외주 자석 및 2개의 상기 제2 유닛 각각의 상기 제2 외주 자석으로 구성되는 외주 자석은, 상기 제1 유닛의 상기 제1 중심 자석 및 2개의 상기 제2 유닛 각각의 상기 제2 중심 자석으로 구성되는 중심 자석을 둘러싸도록 배치되고,
   상기 제1 유닛의 상기 제1 방향에서의 요동 범위와 2개의 상기 제2 유닛의 상기 제1 방향에서의 요동 범위가 서로 다른 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
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