KR102181665B1

KR102181665B1 - 스퍼터링 장치 및 성막 방법

Info

Publication number: KR102181665B1
Application number: KR1020197020072A
Authority: KR
Inventors: 신야 나카무라; 유키히토 타시로
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2020-11-23
Also published as: KR20190091540A; US11056323B2; CN110177898B; WO2019087724A1; JP6701455B2; JPWO2019087724A1; US20200080192A1; TWI691611B; CN110177898A; TW201934789A

Abstract

소결 타겟을 스퍼터링하여 성막하는 경우에, 기판면 내의 막두께 분포를 양호하게 성막할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공한다.
스퍼터링 장치(SM)는, 원료 분말을 소결하여 이루어진 타겟(31)을 가지는 진공 챔버(1)와, 진공 챔버에 회전 불가능하게 장착되는 타겟의 위쪽의 동일 평면 내에 배치되는 복수개의 자석(41, 42)을 가지고 스퍼터면(31a)에 편재시켜서 타겟을 관통하는 누설 자장을 작용시키는 자석 유닛(4)과, 타겟 중심을 통과하는 중심선(CI) 상에 배치되어 자석 유닛에 연결되는 회전축(44)과, 회전축을 회전 구동하고, 스퍼터면에 대한 누설 자장의 작용 영역이 타겟 중심을 중심으로 하는 가상 원주 상을 주회하도록 자석 유닛을 회전시키는 구동 모터(45)를 구비하고, 원료 분말의 소결 시 타겟의 밀도 분포에 따라, 각 자석이 타겟의 표면에 대해서 근접 이간하도록 회전축을 중심선에 대해서 기울이는 틸팅 수단(5)을 더욱 구비한다.

Description

스퍼터링 장치 및 성막 방법

본 발명은, 스퍼터링 장치 및 성막 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 소결 타겟의 스퍼터링에 의한 성막에 적절한 것에 관한 것이다.

대용량 반도체 디바이스로서, 메모리 셀을 종 방향으로 적층하여 이루어진 3D(3차원)-NAND 플래시메모리가 알려져 있다. 3D-NAND 플래시메모리의 제조 공정에서는, 예를 들면, 에칭 스톱층으로서 산화 알루미늄막을 성막하는 공정이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이러한 산화 알루미늄막의 성막에는, 통상, 스퍼터링 장치가 이용되며, 이러한 스퍼터링 장치로서는, 타겟의 스퍼터면과 배향하는 측에 배치되는 자석 유닛을 타겟 중심을 회전 중심으로 하여 회전시키는 마그네트론 방식인 것이 이용된다. 또한, 스퍼터링 장치용 타겟으로서는, 산화 알루미늄 분말을 소결하여 이루어진 것이 일반적으로 이용된다.

여기서, 상기와 같이, 원료 분말을 소결하여 이루어진 타겟을 가지는 스퍼터링 장치를 이용하여, 이 타겟을 스퍼터링하여 기판 표면에 성막한 경우, 기판면 내에서 막두께가 얇아지는 영역이 국소적으로 생기는 것이 판명되었다. 이러한 막두께가 얇은 영역의 존재는, 막두께 분포의 균일성을 높이는데 있어서 방해가 되므로, 이러한 영역이 생기는 것을 가급적 억제할 필요가 있다. 따라서, 본원 발명자들은 열심히 연구를 거듭하여, 원료 분말을 소결하여 타겟을 제조했을 때, 제조상의 어떤 원인으로 타겟면 내에 밀도가 낮은 영역이 국소적으로 생기고, 이것에 기인해 타겟을 스퍼터링했을 때에 비교적 밀도가 낮은 영역에 있어서의 스퍼터레이트(단위시간당 타겟 표면으로부터 비산하는 스퍼터 입자의 양)가 국소적으로 저하되는 것을 알게 되었다.

특허문헌 1: 특개 2016-25141호 공보

본 발명은, 상기 내용을 바탕으로 이루어진 것으로, 소결 타겟을 이용하고, 이 소결 타겟을 스퍼터링하여 성막하는 경우에, 기판면 내의 막두께 분포를 양호하게 성막할 수 있는 스퍼터링 장치 및 성막 방법을 제공하는 것을 그 과제로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 스퍼터링 장치는, 원료 분말을 소결하여 이루어진 타겟을 가지는 진공 챔버와, 스퍼터링에 의해 침식되는 타겟의 면을 스퍼터면, 타겟의 두께 방향을 상하 방향, 스퍼터면이 아래쪽을 향하는 자세로 타겟이 진공 챔버에 회전 불가능하게 장착되는 것으로서, 타겟 위쪽의 동일 평면 내에 배치되는 복수개의 자석을 가지고 스퍼터면에 편재시켜서 타겟을 관통하는 누설 자장을 작용시키는 자석 유닛과, 타겟 중심을 통과하는 중심선 상에 배치되어 자석 유닛에 연결되는 회전축과, 회전축을 회전 구동하고, 스퍼터면에 대한 누설 자장의 작용 영역이 타겟 중심을 중심으로 하는 가상 원주 상을 주회(周回)하도록 자석 유닛을 회전시키는 구동 모터를 구비하고, 원료 분말의 소결 시 타겟의 밀도 분포에 따라, 각 자석이 타겟의 상면에 대해서 근접 이간하도록 회전축을 중심선에 대해서 기울이는 틸팅 수단을 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 제작상의 어떤 원인으로 타겟면 내에 밀도가 낮은 영역이 국소적으로 존재해도, 회전축을 중심선에 대해서 기울이고, 밀도가 낮은 영역의 위쪽을 자석이 통과할 때에는, 자석과 타겟 사이의 거리를 비교적 짧게, 그 이외의 영역의 위쪽을 통과하는 경우에는, 자석과 타겟 사이의 거리를 비교적 길게 하고, 타겟의 밀도에 따라 타겟에 작용하는 누설 자장의 강도를 변화시킴으로써, 자석 유닛이 가상 원주 상을 주회했을 때의 그 원주방향 전체에 걸쳐 스퍼터링 레이트를 거의 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 소결 타겟을 스퍼터링하여 기판 표면에 성막하는 경우에, 그 기판면 내의 막두께 분포의 균일성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 타겟에 작용하는 누설 자장의 강도를 국소적으로 바꾸는 경우, 소위 자기 션트를 적절히 설치하는 것도 생각할 수 있지만, 타겟 중 어느 영역이 밀도가 낮은 영역인지를 눈으로 간단하게 판단할 수 없어, 현실적이지 않다.

본 발명에 있어서, 상기 틸팅 수단은, 상기 회전축이 삽통하는 중앙 개구를 구비한 베이스판과, 베이스판보다 위쪽으로 돌출한 회전축의 상부를 지지하는 틸팅판과, 틸팅판의 하면에 원주방향으로 간격을 두고 세워서 설치되는 적어도 3개의 틸팅축과, 베이스판 상에 설치되어 각 틸팅축을 통해 틸팅판을 중심선에 대해서 기울이는 구동 유닛을 구비하고, 구동 유닛이, 경사면을 가지며, 베이스판 상에 설치되어 액츄에이터에 의해 베이스판을 따라 이동 가능한 제1 블록과, 제1 블록의 이동에 수반하여 그 경사면을 따라 이동함으로써 상하 방향으로 변위하는 제2 블록과, 제2 블록에 설치되어 틸팅축의 하단을 요동 가능하게 수용하는 수용부를 구비하고, 어느 1개의 수용부가, 다른 제2 블록의 상하 방향의 변위에 수반하는 반력으로 한 방향으로 이동함으로써 틸팅축이 요동하는 구성을 채용할 수도 있다. 이에 따르면, 제1 블록의 이동에 의해 제2 블록이 위쪽 또는 아래쪽으로 이동하면, 틸팅축이 요동함으로써 틸팅판이 기울어지고, 이에 따라 회전축도 중심선에 대해서 기울어진다. 이 상태로 회전축 회전에 자석 유닛을 회전시키면, 예를 들면, 밀도가 낮은 영역의 위쪽을 자석이 통과할 때에는, 자석과 타겟 사이의 거리를 비교적 짧게, 그 이외의 영역의 위쪽을 통과할 때에는, 자석과 타겟 사이의 거리를 비교적 길게 할 수 있는 구성을 실현할 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 진공 챔버 내에 원료 분말을 소결하여 이루어진 타겟과 피처리 기판을 배치하고, 진공 챔버 내에 스퍼터 가스를 도입하고, 타겟에 전력을 투입하여 타겟을 스퍼터링하고, 타겟으로부터 비산하는 스퍼터 입자를 피처리 기판 표면에 부착, 퇴적시켜서 성막하는 성막 방법으로, 스퍼터링에 의해 침식되는 타겟의 면을 스퍼터면, 타겟의 두께 방향을 상하 방향, 스퍼터면이 향하는 방향을 아래쪽으로 하고, 타겟 위쪽의 동일 평면 내에 배치되는 복수의 자석을 가지는 자석 유닛에 의해 스퍼터면에 편재시켜서 타겟을 관통하는 누설 자장을 작용시키고, 스퍼터링에 의한 성막 중, 스퍼터면에 대한 누설 자장의 작용 영역이 타겟 중심을 중심으로 하는 가상 원주 상을 주회하도록 자석 유닛을 타겟 중심을 통과하는 중심선 상에 배치되는 회전축을 중심으로 회전시키는 것에 있어서, 스퍼터링에 의한 성막에 앞서, 타겟의 밀도 분포를 취득하는 공정과, 타겟의 밀도가 낮은 영역과 자석 사이의 거리가 비교적 짧고, 그 이외의 영역과 자석 사이의 거리가 비교적 멀어지도록, 회전축을 중심선에 대해서 기울이는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 타겟의 밀도 분포는, 피처리 기판 표면에 성막된 박막의 막두께 분포에 근거하여 산출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 스퍼터링 장치를 도시한 모식적 단면도이다.
도 2는 회전축을 중심선에 대해서 기울인 상태의 스퍼터링 장치를 도시한 모식적 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 틸팅 수단을 도시한 모식적 평면도이다.
도 4는 (a)는 구동 유닛의 평면도, (b)는 구동 유닛의 정면도, (c)는 구동 유닛의 배면도, 및 (d)는 도 4(a)에 도시한 A-A선에 따른 단면도이다.
도 5는 회전축을 중심선에 대해서 기울이는 동작을 설명하는 모식도이다.

이하, 도면을 참조하여, 피처리 기판(W)을 실리콘 기판(이하, 「기판(W)」이라고 한다), 타겟을 원료 분말을 소결하여 이루어진 산화 알루미늄제로 하고, 기판(W) 표면에 절연막인 산화 알루미늄막을 성막하는 경우를 예로서, 본 발명의 실시형태의 성막 방법 및 스퍼터링 장치에 대해서 설명한다. 이하에서는, 도 1에 도시한 자세에서 성막이 행해지는 것으로 하고, 상, 하의 방향을 나타내는 용어는 도 1을 기준으로 한다.

도 1을 참조하여, SM은, 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치로서, 이 스퍼터링 장치(SM)는, 처리실(10)을 구획하는 진공 챔버(1)를 구비한다. 진공 챔버(1)의 측벽에는, 스퍼터 가스를 도입하는 가스관(11)이 접속되고, 가스관(11)은 질량 유량 제어기(12)를 통해 가스원(13)에 연통한다. 스퍼터 가스로서, 아르곤 등의 희가스 외에, 반응성 스퍼터링을 실시하는 경우에는, 산소 가스나 수증기 가스 등의 반응성 가스를 포함한다. 진공 챔버(1)의 측벽에는, 터보 분자 펌프나 로터리 펌프 등으로 이루어진 진공 배기 수단(P)에 통하는 배기관(14)이 접속되고, 처리실(10)을 소정 압력에 진공 흡인한 후, 질량 유량 제어기(12)에 의해 유량 제어된 스퍼터 가스를 처리실(10) 내에 도입하면, 처리실(10)의 압력이 거의 일정하게 유지된다.

진공 챔버(1)의 하부에는, 절연부재(I₁)를 통해 스테이지(2)가 배치된다. 스테이지(2)는, 도시 생략한 공지의 정전 척을 가지며, 정전 척의 전극에 척 전원으로부터 척 전압을 인가함으로써, 스테이지(2) 상에 기판(W)을 그 성막면을 위로 하여 흡착 유지할 수 있게 되어 있다. 진공 챔버(1)의 상부에는 타겟 어셈블리(3)가 장착된다. 타겟 어셈블리(3)는, 타겟(31)과, 타겟(31)의 상면에 인듐 등의 본딩재(도시 생략)를 통해 접합되는 냉각판(backing plate)(32)으로 구성되며, 타겟(31)의 스퍼터면(31a)을 아래쪽을 향한 자세로, 냉각판(32)의 주연부가 절연부재(I₂)를 통해 진공 챔버(1)의 상부에 장착된다. 또한, 타겟(31)의 제법 자체는 공지의 것을 이용할 수 있으므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 냉각판(32)에는, 냉매 순환 개구(32a)가 형성되며, 스퍼터링에 의한 성막 중, 타겟(31)을 냉각할 수 있게 되어 있다. 타겟(31)에는 스퍼터 전원(E)으로서의 고주파 전원의 출력이 냉각판(32)를 통해 접속되고, 타겟(31)에 고주파 전력을 투입할 수 있게 되어 있다. 더욱이, 스퍼터 전원(E)은, 타겟(31)의 종류에 따라 적절히 선택되며, 직류 전원이나 직류 펄스 전원 등을 이용할 수 있다.

타겟 어셈블리(3)의 위쪽에는 자석 유닛(4)가 배치되고, 타겟(31)의 스퍼터면(31a)의 아래쪽에 누설 자장을 국소적으로 작용시키고, 스퍼터링에 의한 성막 중에 스퍼터면(31a)의 아래쪽에서 전리한 전자 등을 포착하여 타겟(31)으로부터 비산한 스퍼터 입자를 효율적으로 이온화 할 수 있도록 한다. 자석 유닛(4)은, 원판 형상의 요크(41)와, 요크(41)의 하면에 고리 형상으로 줄지어 설치한 복수개의 제1 자석(42)과, 제1 자석(42)의 주위를 둘러싸도록 고리 형상으로 줄지어 설치한 복수개의 제2 자석(43)을 가진다. 더욱이, 이들 자석(42, 43)의 배치는, 공지의 것을 이용할 수 있다. 요크(41) 상면의 중앙에는, 타겟(31) 중심을 통과하는 중심선(CI) 상에 위치하는 회전축(44)이 연결되며, 이 회전축(44)을 구동 모터(45)에 의해 회전 구동함으로써, 스퍼터면(31a)에 대한 누설 자장의 작용 영역이 타겟(31) 중심을 중심으로 하는 가상 원주 상을 주회하도록 한다.

여기서, 상기 타겟(31)을 스퍼터링하여 기판(W) 표면에 성막한 경우, 비교적 밀도가 낮은 영역에 있어서 스퍼터레이트(단위시간당 타겟(31)의 스퍼터면(31a)으로부터 비산하는 스퍼터 입자의 양)가 국소적으로 저하되므로, 이것을 가급적 억제할 필요가 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 원료 분말의 소결 시 타겟(31)의 밀도 분포에 따라, 각 자석(42, 43)이 타겟(31)의 상면에 대해서 근접 이간하도록 회전축(44)을 중심선(CI)에 대해서 기울이는 틸팅 수단(5)을 설치하기로 했다(도 2 참조). 이하, 도 2~도 4를 참조하여 틸팅 수단(5)의 구성을 구체적으로 설명한다.

틸팅 수단(5)은, 회전축(44)이 삽통하는 원형의 중앙 개구(51a)를 구비한 원형의 베이스판(51)을 구비한다. 베이스판(51)은, 냉각판(32)의 주연부의 상면에 절연부재(I₃)를 통해 설치된다. 베이스판(51)의 위쪽에는 간격을 두고 틸팅판(52)이 설치된다. 틸팅판(52)은, 거의 정육각형의 윤곽을 가지는 중앙의 기단부(521)와, 원주방향에서 등간격(120도 간격)으로 기단부(521)로부터 지름 방향 바깥쪽으로 돌출시켜서 설치한 3개의 암부(522)로 구성된다. 이 경우, 기단부(521)에는, 베이스판(51)보다 위쪽으로 돌출한 회전축(44)의 상부가 베어링(521a)을 통해 지지된다. 또한, 암부(522) 선단의 하면(522a)에는, 틸팅축(53)이 각각 세워서(upright) 설치된다. 한편, 베이스판(51) 상에는, 각 틸팅축(53)을 통해 틸팅판(52)을 기울이는 3개의 구동 유닛(54)이 설치된다.

각 구동 유닛(54)은, 동일한 형태를 가지며, 하나의 구동 유닛(54)을 예로 설명하면, 구동 유닛(54)은 제1 블록(541)과 제2 블록(542)을 구비한다. 제1 블록(541)과 제2 블록(542)은, 직육면체의 블록체를 베이스판(51)의 상면에 대해서 동일한 각도의 경사면(541a, 542a)을 가지도록 분할하여 구성되며, 제1 블록(541)은, 그 하면(541b)이 베이스판(51)의 접선 방향으로 연장되도록 베이스판(51) 상에 제1 리니어 가이드(linear guide)(543)를 통해 장착된다. 이 경우, 제1 블록(541)에는, 접선 방향으로 연장되는 나사구멍(541c)이 개설되고, 이 나사구멍(541c)에는, 이송 나사(feed screw)(544a)가 나사결합한다. 그리고, 이송 나사(544a)의 일단에 설치한 구동 모터(544b)에 의해 이송 나사(544a)를 회전 구동하면, 제1 리니어 가이드(543)에 안내되어 제1 블록(541)이 접선 방향을 따라서 진퇴(이동)하게 된다. 이 경우, 이송 나사(544a)나 구동 모터(544b) 등이 본 실시형태의 액츄에이터(544)를 구성한다.

제2 블록(542)은, 그 경사면(542a)을 제1 블록(541)의 경사면(541a)에 제2 리니어 가이드(545)를 통해 중첩시킨 상태로, 그 일측면이 베이스판(51)에 위쪽을 향하여 세워서 설치된 안내벽(51b)에 제3 리니어 가이드(546)를 통해 장착된다. 이에 따라, 제1 블록(541)을 이동시키면, 제2 블록(542)이 제2 및 제3 리니어 가이드(545, 546)에 안내되어 상하 방향으로 변위한다. 또한, 제2 블록(542)의 상면에는, 접선 방향에 대해서 직교하는 방향으로 긴 수용홈(542b)이 오목 설치되고, 수용홈(542b)에는, 제4 리니어 가이드(547)를 통해 블록 형상의 수용부(548)가 설치되고, 수용부(548)에 볼 조인트(531)를 통해 틸팅축(53)의 하단이 연결된다. 이에 따라, 어느 1개의 제2 블록(542)이 위쪽 또는 아래쪽으로 변위했을 때, 그 때의 반력으로 어느 다른 1개(또는 2개)의 제2 블록(542)의 수용홈(542b)에 설치된 수용부(548)가 제4 리니어 가이드(547)에 안내되어 한 방향(지름 방향)으로 이동함으로써 볼 조인트(531)를 기점으로 틸팅축(53)이 요동한다. 그 결과, 제1 블록(541)의 이동량을 적절히 조정하면, 틸팅판(52)을 임의의 방향으로 임의의 각도로 경사시킬 수 있으며, 이에 따라 회전축(44)을 중심선(CI)에 대해서 기울일 수 있다. 또한, 제1~제4 각 리니어 가이드(543, 545, 545, 547)로서는 공지의 것을 이용할 수 있으므로, 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.

상기 스퍼터링 장치(SM)는, 마이크로컴퓨터나 시퀀서 등을 구비한 제어부(도시 생략)를 가지며, 질량 유량 제어기(12)의 가동, 진공 배기 수단(P)의 가동, 스퍼터 전원(E)의 가동 등을 통괄 제어하도록 한다. 이 제어부는, 후술과 같이 타겟(31)의 밀도 분포를 취득하고, 취득한 밀도 분포에 따라 틸팅판(52)을 경사시킬 방향 및 각도를 구하고, 그것을 실현하는 제1 블록(541)의 이동량을 산출하여 액츄에이터(544)를 구동 제어한다. 이하, 상기 스퍼터링 장치(SM)를 이용한 본 발명의 실시형태의 성막 방법에 대해서 설명한다.

성막에 앞서, 타겟(31)의 밀도 분포를 취득한다. 해당 밀도 분포의 취득 방법으로서는, 타겟(31)의 제조 시에 측정한 밀도 분포를 취득할 뿐만 아니라, 해당 타겟(31)을 도 1의 자세로 스퍼터링하여 기판(W)에 성막된 박막(산화 알루미늄막)의 막두께 분포에 근거하여 산출할 수 있다. 제어부는, 취득한 밀도 분포에 따라, 중심선(CI)에 대해서 경사시키는 회전축(44)의 방향 및 각도를 구하고, 구한 방향 및 각도를 실현하도록 액츄에이터(544)를 구동 제어한다. 도 5에 도시한 예에서는, 타겟(31) 좌측의 밀도가 낮은 경우에, 우측의 제1 블록(541)을 이동함으로써, 제2 블록(542)이 상하 방향으로 변위하고, 그 반력으로 좌측의 제2 블록(542)의 수용홈(542b)에 설치된 수용부(548)가 지름 방향(지면(紙面)에 직교하는 방향)으로 이동함으로써 볼 조인트(531)를 기점으로 틸팅축(53)이 요동하고, 그 결과, 틸팅판(52)이 그 좌측이 내려가도록 경사되고, 이에 따라 회전축(44)이 중심선(CI)에 대해서 기울어진다.

이와 같이 회전축(44)을 기울인 후, 도시 생략한 반송 로봇을 이용하여 스테이지(2) 상에 기판(W)을 반송하고, 스테이지(2)에 의해 기판(W)을 위치결정 유지한다. 이어서, 질량 유량 제어기(12)를 제어하여 아르곤 가스를 소정 유량(예를 들면, 100~200sccm) 도입하고(이 때, 처리실(10)의 압력이 1.8~2.2Pa가 된다), 이와 더불어, 기울어진 회전축(44)을 중심으로 자석 유닛(4)을 회전시키면서, 고주파 전원(E)으로부터 타겟(31)에, 예를 들면 주파수 13.56MHz의 고주파 전력을 2kW~5kW 투입하여 진공 챔버(1) 내에 플라즈마를 형성하고, 타겟(31)을 스퍼터링한다. 스퍼터링에 의해 비산한 스퍼터 입자를 기판(W)의 표면에 부착, 퇴적시킴으로써, 기판(W) 표면에 산화 알루미늄막이 성막된다.

본 실시형태에 따르면, 제작상의 어떤 원인으로 타겟(31)면 내에 밀도가 낮은 영역이 국소적으로 존재해도, 회전축(44)을 중심선(CI)에 대해서 기울이고, 밀도가 낮은 영역의 위쪽을 자석(42, 43)이 통과할 때에는, 자석(42, 43)과 타겟(31) 사이의 거리를 비교적 짧게, 그 이외의 영역의 위쪽을 통과하는 경우에는, 자석(42, 43)과 타겟(31) 사이의 거리를 비교적 길게 하고, 타겟(31)의 밀도에 따라 타겟(31)에 작용하는 누설 자장의 강도를 변화시킴으로써, 자석 유닛(4)이 가상 원주 상을 주회 했을 때의 그 원주방향 전체에 걸쳐 스퍼터링 레이트를 거의 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 소결 타겟(31)을 스퍼터링하여 기판(W) 표면에 성막하는 경우에, 그 기판(W)면 내의 막두께 분포의 균일성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 타겟(31)에 작용하는 누설 자장의 강도를 국소적으로 바꾸는 경우, 소위 자기 션트를 적절히 설치하는 것도 생각할 수 있지만, 타겟(31) 중 어느 영역이 밀도가 낮은 영역인지를 눈으로 간단하게 판단할 수 없으므로, 현실적이지 않다.

이어서, 상기 효과를 확인하기 위해, 상기 스퍼터링 장치(SM)를 이용하여, 이하의 실험을 실시했다. 본 실험에서는, 우선 비교 대상을 위해, 도 1에 도시한 바와 같이 중심선(CI)에 대해서 회전축(44)을 기울이지 않고(중심선(C1) 상에 회전축(44)을 배치하고), 기판(W)으로서 Φ300㎜의 실리콘 기판을 이용하여, 진공 챔버(1) 내의 스테이지(2)에 기판(W)을 세트한 후, 아르곤 가스를 유량 200sccm로 처리실(10) 내에 도입하고(이 때 처리실(10) 내의 압력은 약 2.2Pa), 산화 알루미늄제 소결 타겟(31)에 13.56MHz의 고주파 전력을 4kW 투입했다. 이에 따라, 처리실(10) 내에 플라즈마가 형성되고, 자석 유닛(4)을 60rpm의 속도로 회전시키면서, 타겟(31)을 스퍼터링하고, 기판(W) 표면에 산화 알루미늄막을 200sec 성막했다. 성막한 산화 알루미늄막의 막두께 분포를 측정한 결과, 2.87%였다.

이 막두께 분포를 타겟(31) 표면의 밀도 분포로서 취득하고, 막두께가 비교적 얇은 영역을 타겟 밀도가 낮은 영역으로 간주하여, 해당 타겟 밀도가 낮은 영역과 자석 사이의 거리가 가까워 지도록, 도 2에 도시한 바와 같이 중심선(CI)에 대해서 회전축(44)을 기울인 후, 상기와 동일한 조건으로 기판(W)에 대해서 산화 알루미늄막을 성막했다. 이와 같이 회전축(44)을 기울여 성막한 산화 알루미늄막의 막두께 분포를 측정한 결과, 1.86%으로, 기판면 내의 막두께 분포의 균일성을 보다 향상시킬 수 있는 것을 알았다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태에 있어서는, 산화 알루미늄제 타겟(31)을 이용하여 산화 알루미늄막을 성막하는 경우를 예에 설명했지만, 다른 소결 타겟을 이용하여 다른 박막(절연막)을 성막하는 경우에도 당연히 본 발명을 적용시킬 수 있다.

상기 실시형태에서는, 틸팅 수단(5)으로서, 베이스판(51)과 틸팅판(52)과 틸팅축(53)과 구동 유닛(54)을 구비하는 것을 예에 설명했지만, 이것으로 한정되지 않고, 회전축(44)을 중심선(CI)에 대해서 임의의 방향 및 각도로 기울이는 것이 가능하면 이용할 수 있다.

CI: 중심선
SM: 스퍼터링 장치
W: 피처리 기판
1: 진공 챔버
31: 타겟
31a: 스퍼터면
31b: 타겟의 상면
4: 자석 유닛
42, 43: 자석
44: 회전축
45: 구동 모터
5: 틸팅 수단
51: 베이스판
51a: 중앙 개구
52: 틸팅판
53: 틸팅축
54: 구동 유닛
541: 제1 블록
541a: 경사면
542: 제2 블록
544: 액츄에이터
548: 수용부

Claims

원료 분말을 소결하여 이루어진 타겟을 가지는 진공 챔버와,
스퍼터링에 의해 침식되는 타겟의 면을 스퍼터면, 타겟의 두께 방향을 상하 방향, 스퍼터면이 아래쪽을 향하는 자세로 타겟이 진공 챔버에 회전 불가능하게 장착되는 것으로서, 타겟 위쪽의 동일 평면 내에 배치되는 복수개의 자석을 가지고 스퍼터면에 편재시켜서 타겟을 관통하는 누설 자장을 작용시키는 자석 유닛과,
타겟 중심을 통과하는 중심선 상에 배치되어 자석 유닛에 연결되는 회전축과,
회전축을 회전 구동하고, 스퍼터면에 대한 누설 자장의 작용 영역이 타겟 중심을 중심으로 하는 가상 원주 상을 주회(周回)하도록 자석 유닛을 회전시키는 구동 모터를 구비하고,
원료 분말의 소결 시 타겟의 밀도 분포에 따라, 각 자석이 타겟의 상면에 대해서 근접 이간하도록 회전축을 중심선에 대해서 기울이는 틸팅 수단을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 틸팅 수단은, 상기 회전축이 삽통하는 중앙 개구를 구비한 베이스판과, 베이스판보다 위쪽으로 돌출한 회전축의 상부를 지지하는 틸팅판과, 틸팅판의 하면에 원주방향으로 간격을 두고 세워서 설치되는 적어도 3개의 틸팅축과, 베이스판 상에 설치되어 각 틸팅축을 통해 틸팅판을 중심선에 대해서 기울이는 구동 유닛을 구비하고,
구동 유닛이, 경사면을 가지며, 베이스판 상에 설치되어 액츄에이터에 의해 베이스판을 따라 이동 가능한 제1 블록과, 제1 블록의 이동에 수반하여 그 경사면을 따라 이동함으로써 상하 방향으로 변위하는 제2 블록과, 제2 블록에 설치되어 틸팅축의 하단을 요동 가능하게 수용하는 수용부를 구비하고, 어느 1개의 수용부가, 다른 제2 블록의 상하 방향의 변위에 수반하는 반력으로 한 방향으로 이동함으로써 틸팅축이 요동하도록 한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
진공 챔버 내에 원료 분말을 소결하여 이루어진 타겟과 피처리 기판을 배치하고, 진공 챔버 내에 스퍼터 가스를 도입하고, 타겟에 전력을 투입하여 타겟을 스퍼터링하고, 타겟으로부터 비산하는 스퍼터 입자를 피처리 기판 표면에 부착, 퇴적시켜서 성막하는 성막 방법에 있어서,
스퍼터링에 의해 침식되는 타겟의 면을 스퍼터면, 타겟의 두께 방향을 상하 방향, 스퍼터면이 향하는 방향을 아래쪽으로 하고, 타겟 위쪽의 동일 평면 내에 배치되는 복수의 자석을 가지는 자석 유닛에 의해 스퍼터면에 편재시켜서 타겟을 관통하는 누설 자장을 작용시키고, 스퍼터링에 의한 성막 중, 스퍼터면에 대한 누설 자장의 작용 영역이 타겟 중심을 중심으로 하는 가상 원주 상을 주회하도록 자석 유닛을 타겟 중심을 통과하는 중심선 상에 배치되는 회전축을 중심으로 회전시키는 것에 있어서,
스퍼터링에 의한 성막에 앞서, 타겟의 밀도 분포를 취득하는 공정과, 타겟의 밀도가 낮은 영역과 자석 사이의 거리가 비교적 짧고, 그 이외의 영역과 자석 사이의 거리가 비교적 멀어지도록, 회전축을 중심선에 대해서 기울이는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 타겟의 밀도 분포는, 피처리 기판 표면에 성막된 박막의 막두께 분포에 근거하여 산출되는 것을 특징으로 하는 성막 방법.