KR102325544B1

KR102325544B1 - 스퍼터링 장치

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Publication number: KR102325544B1
Application number: KR1020197035268A
Authority: KR
Inventors: 시게아키 키시다; 다이스케 마츠오; 요시타카 세토구치; 야스노리 안도
Original assignee: 닛신덴키 가부시키 가이샤
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2021-11-12
Also published as: KR20190140059A; CN110709533A; US11251020B2; WO2018225324A1; US20210151292A1; CN110709533B; JP6310601B1; JP2018204080A

Abstract

스퍼터링용의 플라즈마를 안테나를 이용하여 효율적으로 발생시킴과 아울러, 플라즈마의 균일성을 향상시켜서 성막의 균일성을 향상시킨다. 진공 배기되고 또한 가스가 도입되는 진공용기(2)와, 진공용기(2) 내에 있어서 기판(W)을 유지하는 기판 유지부(3)와, 진공용기(2) 내에 있어서 기판(W)과 대향해서 타깃(T)을 유지하는 타깃 유지부(4)와, 내부에 냉각액이 유통하는 유로를 갖는 복수의 안테나(5)를 구비하고, 안테나(5)는 적어도 2개의 관 형상을 이루는 도체 요소(51)와, 서로 이웃하는 도체 요소(51)의 사이에 형성되어서 그것들 도체 요소(51)를 절연하는 관 형상을 이루는 절연 요소(52)와, 서로 이웃하는 도체 요소(51)와 전기적으로 직렬 접속된 용량 소자(53)를 갖고, 용량 소자(53)는 서로 이웃하는 도체 요소(51)의 한쪽과 전기적으로 접속된 제 1 전극(53A)과, 서로 이웃하는 도체 요소(51)의 다른쪽과 전기적으로 접속됨과 아울러 제 1 전극(53A)에 대향해서 배치된 제 2 전극(53B)과, 제 1 전극(53A) 및 제 2 전극(53B) 사이의 공간을 채우는 유전체로 이루어지고, 유전체가 냉각액(CL)이다.

Description

스퍼터링 장치

본 발명은 플라즈마를 이용하여 타깃을 스퍼터링해서 기판에 성막하는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

이 종류의 스퍼터링 장치로서는 마그네트론 스퍼터링 장치가 알려져 있다. 이 마그네트론 스퍼터링 장치는 타깃의 이면에 설치한 자석에 의해 타깃의 표면에 자계를 형성해서 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마 중의 이온을 타깃에 충돌시킴으로써 타깃으로부터 스퍼터 입자가 튀어나오도록 구성되어 있다.

종래의 마그네트론 스퍼터링 장치에서는, 타깃의 표면 근방에 생성되는 플라즈마에 소밀이 생겨 버리고, 이것에 따라서 타깃이 불균일하게 소비되어 타깃의 이용율이 낮아져 버린다. 또한, 타깃이 불균일하게 소비되기 때문에 생성되는 막두께도 불균일하게 되어 버린다.

한편으로, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 타깃의 근방에 안테나를 배치하여 상기 안테나에 고주파 전류를 흘림으로써 스퍼터링용의 플라즈마를 생성하는 스퍼터링 장치가 고안되어 있다. 안테나를 이용하여 플라즈마를 생성하는 것은 자석을 이용하여 플라즈마를 생성하는 구성에 비하여 플라즈마의 소밀이 작아진다. 플라즈마의 소밀이 작아짐으로써 타깃의 사용 효율이 높아짐과 아울러, 성막의 균일성도 향상하는 것이 기대된다.

그런데, 최근의 기판의 대형화에 대응하거나 하기 위해서 안테나를 길게 하면, 상기 안테나의 임피던스가 커지고, 그것에 따라서 안테나의 양단간에 큰 전위차가 발생한다. 그 결과, 이 큰 전위차의 영향을 받아서 플라즈마의 밀도 분포, 전위 분포, 전자온도 분포 등의 플라즈마의 균일성이 나빠지고, 나아가서는 타깃으로부터 나오는 스퍼터 입자의 분포에 농담이 생겨서, 생성되는 막두께가 불균일하게 되어 버린다.

이러한 문제를 해결하거나 하기 위해서, 특허문헌 2에 나타내는 바와 같이, 복수의 금속 파이프를 이웃하는 금속 파이프간에 중공 절연체를 개재시켜서 접속함과 아울러, 중공 절연체의 외주부에 용량 소자인 콘덴서를 배치한 것이 고안되어 있다. 이 콘덴서는 중공 절연체의 양측의 금속 파이프에 전기적으로 직렬 접속되어 있고, 중공 절연체의 일방측의 금속 파이프에 전기적으로 접속된 제 1 전극과, 중공 절연체의 타방측의 금속 파이프에 전기적으로 접속됨과 아울러 제 1 전극과 겹치는 제 2 전극과, 제 1 전극 및 제 2 전극간에 배치된 유전체 시트를 갖고 있다.

일본 특허공개 2016-65299호 공보 일본 특허공개 2016-72168호 공보

그러나, 상기 콘덴서는 제 1 전극, 유전체 시트 및 제 2 전극의 적층 구조이기 때문에, 전극 및 유전체의 사이에 간극이 생길 가능성이 있다. 그렇게 하면, 이 간극에 의해 플라즈마의 균일성이 나빠지고, 나아가서는 타깃으로부터 나오는 스퍼터 입자의 분포에 농담이 생겨서, 생성되는 막두께가 조정회로하게 되어 버릴 우려가 있다.

그래서 본 발명은, 상기 문제점을 해결하도록 이루어진 것으로서, 스퍼터링용의 플라즈마를 안테나를 이용하여 효율적으로 발생시킴과 아울러, 플라즈마의 균일성을 향상시켜서 성막의 균일성을 향상시키는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.

즉 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는, 플라즈마를 이용하여 타깃을 스퍼터링 해서 기판에 성막하는 스퍼터링 장치로서, 진공 배기되고 또한 가스가 도입되는 진공용기와, 상기 진공용기 내에 있어서 상기 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 진공용기 내에 있어서 상기 기판과 대향해서 상기 타깃을 유지하는 타깃 유지부와, 상기 플라즈마를 발생시키는 것이며 내부에 냉각액이 유통하는 유로를 갖는 복수의 안테나를 구비하고, 상기 안테나는 적어도 2개의 관 형상을 이루는 도체 요소와, 서로 이웃하는 상기 도체 요소의 사이에 형성되어서 그것들 도체 요소를 절연하는 관 형상을 이루는 절연 요소와, 상기 유로에 형성되어서 서로 이웃하는 상기 도체 요소와 전기적으로 직렬 접속된 용량 소자를 갖고, 상기 용량 소자는 서로 이웃하는 상기 도체 요소의 한쪽과 전기적으로 접속된 제 1 전극과, 서로 이웃하는 상기 도체 요소의 다른쪽과 전기적으로 접속됨과 아울러 상기 제 1 전극에 대향해서 배치된 제 2 전극과, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이의 공간을 채우는 유전체로 이루어지고, 상기 유전체가 상기 냉각액인 것을 특징으로 한다.

이러한 스퍼터링 장치이면, 절연 요소를 통해서 서로 이웃하는 도체 요소에 용량 소자를 전기적으로 직렬 접속하고 있으므로, 안테나의 합성 리액턴스는, 간단하게 말하면, 유도성 리액턴스에서 용량성 리액턴스를 뺀 형태로 되고, 안테나의 임피던스를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 안테나를 길게 할 경우라도 그 임피던스의 증대를 억제할 수 있고, 안테나에 고주파 전류가 흐르기 쉬워져 플라즈마를 효율적으로 발생시킬 수 있다. 이것에 의해, 플라즈마의 밀도를 높일 수 있고, 성막 속도를 높일 수도 있다.

특히 본 발명에 의하면, 제 1 전극 및 제 2 전극 사이의 공간을 냉각액으로 채워서 유전체로 하고 있으므로, 용량 소자를 구성하는 전극 및 유전체의 사이에 생기는 간극을 없앨 수 있다. 그 결과, 플라즈마의 균일성을 향상시킬 수 있고, 성막의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 냉각액을 유전체로서 사용함으로써 냉각액과는 다른 액체의 유전체를 준비할 필요가 없고, 또한 제 1 전극 및 제 2 전극을 냉각할 수 있다. 통상, 냉각액은 온도조절 기구에 의해 일정 온도로 조정되어 있고, 이 냉각액을 유전체로서 사용함으로써 온도 변화에 의한 비유전율의 변화를 억제하여 커패시턴스값의 변화를 억제할 수 있고, 이것에 의해서도 플라즈마의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 냉각액으로서 물을 사용했을 경우에는 물의 비유전율은 약 80(20℃)이며 수지제의 유전체 시트보다 크기 때문에, 고전압에 견딜 수 있는 용량 소자를 구성할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 안테나에 공급하는 고주파 전압과 타깃의 바이어스 전압의 설정을 독립해서 행할 수 있으므로, 바이어스 전압을 플라즈마의 생성과는 독립하여 플라즈마 중의 이온을 타깃에 끌어들여서 스퍼터시키는 정도의 저전압으로 설정할 수 있다. 그 결과, 저전압에 있어서 타깃의 스퍼터를 행할 수 있으므로, 타깃의 재료 조성과 기판에 형성된 막의 조성의 변화를 작게 할 수 있다. 또한, 안테나를 이용하여 스퍼터링용의 플라즈마를 생성하고 있으므로, 마그네트론 스퍼터링 장치에 비하여 타깃을 한결같이 소비할 수 있고, 타깃의 사용 효율을 향상시킬 수 있다. 추가로, 본 발명에서는 타깃 표면 근방에 직류 자장을 갖지 않는 구성이며, 자성 재료로의 적용이 용이하게 된다.

기타, 전극 및 유전체 사이의 간극에 발생할 수 있는 아크 방전을 없애고, 아크 방전에 기인하는 용량 소자의 파손을 없앨 수 있다. 또한, 간극을 고려하지 않고, 제 1 전극 및 제 2 전극의 거리, 대향 면적 및 냉각액의 비유전율로부터 커패시턴스값을 정밀도 좋게 설정할 수 있다. 또한, 간극을 메우기 위한 전극 및 유전체를 압박하는 구조도 불필요하게 할 수 있어, 상기 압박 구조에 의한 안테나 주변의 구조의 복잡화 및 그것에 의해 생기는 플라즈마의 균일성의 악화를 방지할 수 있다.

상기 타깃은 예를 들면 InGaZnO 등의 산화물 반도체 재료일 경우에 있어서, 본 발명의 구성에 의한 효과가 현저하게 된다. 산화물 반도체 재료를 타깃으로 했을 경우에는, 바이어스 전압이 커지면 산소가 탈리한 스퍼터 입자가 생성되기 쉬워지고, 그 결과, 타깃의 재료 조성과 기판에 형성된 막의 조성이 달라 버려 막질이 악화되어 버린다. 한편으로, 본 발명의 스퍼터링 장치에서는 타깃에 인가하는 바이어스 전압을 종래(예를 들면 -1∼-2kV)보다 작게 할 수 있고, 산소가 탈리한 스퍼터 입자의 생성을 억제할 수 있다. 그 결과, 기판에는 타깃 재료와 같은 산화물 상태를 유지한 막이 형성되어 고품질의 막을 형성할 수 있다.

스퍼터링 장치는 진공용기에 타깃을 스퍼터하기 위한 스퍼터 가스를 공급하는 스퍼터용 가스 공급 기구를 구비하고 있다. 본 발명에서는 타깃에 인가하는 바이어스 전압을 작게 할 수 있으므로, 산소가 탈리되어 있지 않은 스퍼터 입자가 기판에 도달하게 된다. 그 결과, 상기 스퍼터용 가스 공급 기구는 상기 진공용기에 아르곤 가스만을 공급하면 된다. 이와 같이 아르곤 가스만을 공급하면 되므로 아르곤 가스에 추가해서 산소 가스를 공급할 경우에 비해서 성막 속도를 빠르게 할 수 있다.

각 전극의 구체적인 실시형태로서는, 상기 각 전극은 상기 도체 요소에 있어서의 상기 절연 요소측의 단부에 전기적으로 접촉하는 플랜지부와, 상기 플랜지부로부터 상기 절연 요소측으로 연장된 연장부를 갖는 것이 바람직하다.

이 구성이면, 플랜지부에 의해 도체 요소와의 접촉 면적을 크게 하면서 연장부에 의해 전극간의 대향 면적을 설정할 수 있다.

상기 각 전극의 연장부는 관 형상을 이루는 것이며, 서로 동축 상에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성이면, 전극간의 대향 면적을 크게 하면서 도체 요소에 흐르는 고주파 전류의 분포를 둘레방향에 있어서 균일하게 하여, 균일성이 좋은 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

그런데, 서로 대략 평행하게 설치된 복수의 장척 형상의 타깃이 기판의 표면으로부터 거의 같은 높이에 배치되어 있을 경우, 기판의 표면에 성막된 막두께 분포(각 타깃에 기인하는 막두께를 중첩한 막두께 분포)는 타깃의 배열방향 외측 각각에서 얇아진다.

타깃의 배열방향을 따른 막두께의 편차를 억제하기 위해서는, 예를 들면 기판으로의 성막에 메인으로 사용되는 타깃의 배열방향 외측 각각에, 배열방향 양측의 막두께를 보상하기 위한 서브의 타깃을 설치하는 방법을 들 수 있지만, 그렇게 하면 타깃(T)의 필요수가 많아진다고 하는 문제가 생긴다.

그래서, 타깃을 불필요하게 증설하지 않고, 배열방향을 따른 막두께의 편차를 억제하기 위해서는, 상기 타깃 유지부가 복수의 장척 형상의 상기 타깃을 서로 대략 평행한 상태로 상기 기판의 표면을 따라서 유지하고 있고, 상기 복수의 타깃 중 배열방향 외측 각각에 위치하는 상기 타깃이 배열방향 내측에 위치하는 상기 타깃보다 상기 기판의 표면에 가까운 것이 바람직하다.

이러한 구성이면, 배열방향 외측 각각에 위치하는 타깃이 배열방향 내측에 위치하는 타깃보다 기판의 표면에 가까우므로, 배열방향 외측 각각의 막두께를 두껍게 할 수 있다.

이것에 의해, 성막에 메인으로 사용되는 타깃의 양측에 새로운 타깃을 설치하지 않아, 배열방향을 따른 막두께의 편차를 억제할 수 있다.

성막에 메인으로 사용되는 타깃의 양측에 새로운 타깃을 설치하지 않고, 배열방향을 따른 막두께의 편차를 억제하기 위한 다른 실시형태로서는, 상기 타깃 유지부가 복수의 장척 형상의 상기 타깃을 서로 대략 평행한 상태로 상기 기판의 표면을 따라 유지하고 있고, 상기 복수의 타깃 중 배열방향 외측 각각에 위치하는 상기 타깃의 인가전압이 배열방향 내측에 위치하는 상기 타깃의 인가전압보다 높은 구성을 들 수 있다.

이러한 구성이여도, 배열방향 외측 각각에 위치하는 타깃의 인가전압이 배열방향 내측에 위치하는 타깃의 인가전압보다 높으므로, 배열방향 외측 각각의 막두께를 두껍게 할 수 있다.

타깃의 배열방향 뿐만 아니라 타깃의 길이방향 양측도 막두께가 얇아지는 바, 길이방향 양측의 박막화를 억제하기 위해서는, 상기 타깃 유지부가 복수의 장척 형상의 상기 타깃을 서로 대략 평행한 상태로 상기 기판의 표면을 따라 유지함과 아울러, 상기 타깃의 길이방향 양측에 설치되어서 상기 타깃의 배열방향을 따라 연장되는 한쌍의 제 2 타깃을 유지하고 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성이면, 타깃의 길이방향 양측에 한쌍의 제 2 타깃을 설치하고 있으므로, 이들 제 2 타깃을 스퍼터함으로써 상기 길이방향 양측에 성막할 수 있고, 길이방향 양측의 박막화를 억제할 수 있다.

이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 스퍼터링용의 플라즈마를 안테나를 이용하여 효율적으로 발생시킴과 아울러, 플라즈마의 균일성을 향상시켜서 성막의 균일성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 실시형태의 스퍼터링 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 안테나의 길이방향에 직교하는 종단면도이다.
도 2는 동 실시형태의 스퍼터링 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 안테나의 길이방향을 따른 종단면도이다.
도 3은 동 실시형태의 안테나에 있어서의 콘덴서 부분을 나타내는 부분확대 단면도이다.
도 4는 타깃 바이어스 전압과 성막 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 산소 가스의 농도와 성막 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 의한 IGZO막 및 종래예에 의한 IGZO막에 있어서의 Ga2p_3/2의 XPS 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 의한 IGZO막 및 종래예에 의한 IGZO막에 있어서의 각 성분의 비율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 변형 실시형태의 안테나에 있어서의 콘덴서 부분을 나타내는 부분확대 단면도이다.
도 9는 변형 실시형태의 안테나에 있어서의 콘덴서 부분을 나타내는 부분확대 단면도이다.
도 10은 타깃의 배열방향 및 길이방향의 막두께 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 변형 실시형태의 타깃의 배치를 설명하기 위한 스퍼터링 장치의 모식도이다.
도 12는 변형 실시형태의 타깃의 배치를 설명하기 위한 스퍼터링 장치의 모식도이다.
도 13은 변형 실시형태의 타깃의 배치를 설명하기 위한 스퍼터링 장치의 모식도이다.

이하에, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 일실시형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다.

<장치 구성>

본 실시형태의 스퍼터링 장치(100)는, 유도 결합형의 플라즈마(P)를 이용하여 타깃(T)을 스퍼터링해서 기판(W)에 성막하는 것이다. 여기에서, 기판(W)은, 예를 들면 액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD)용의 기판, 플렉시블 디스플레이용의 플렉시블 기판 등이다.

구체적으로 스퍼터링 장치(100)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 진공 배기되고 또한 가스가 도입되는 진공용기(2)와, 진공용기(2) 내에 있어서 기판(W)을 유지하는 기판 유지부(3)와, 진공용기(2) 내에 있어서 타깃(T)을 유지하는 타깃 유지부(4)와, 진공용기(2) 내에 배치된 직선 형상을 이루는 복수의 안테나(5)와, 진공용기(2) 내에 유도 결합형의 플라즈마(P)를 생성하기 위한 고주파를 복수의 안테나(5)에 인가하는 고주파 전원(6)을 구비하고 있다. 또, 복수의 안테나(5)에 고주파 전원(6)으로부터 고주파를 인가함으로써 복수의 안테나(5)에는 고주파 전류(IR)가 흘러서, 진공용기(2) 내에 유도 전계가 발생해서 유도 결합형의 플라즈마(P)가 생성된다.

진공용기(2)는, 예를 들면 금속제의 용기이며, 그 내부는 진공 배기 장치(7)에 의해 진공 배기된다. 진공용기(2)는 이 예에서는 전기적으로 접지되어 있다.

진공용기(2) 내에, 예를 들면 유량 조정기(도시생략) 등을 갖는 스퍼터용 가스 공급 기구(8) 및 가스 도입구(21)를 경유하여 스퍼터용 가스(9)가 도입된다. 스퍼터용 가스(9)는, 예를 들면 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스이다. 본 실시형태의 스퍼터용 가스 공급 기구(8)는 진공용기(2) 내에 아르곤 가스만을 공급하는 것이다.

기판 유지부(3)는 진공용기(2) 내에 있어서 평판 형상을 이루는 기판(W)을 예를 들면 수평 상태로 되도록 유지하는 홀더이다. 이 홀더는 이 예에서는 전기적으로 접지되어 있다.

타깃 유지부(4)는 기판 유지부(3)에 유지된 기판(W)과 대향해서 타깃(T)을 유지하는 것이다. 본 실시형태의 타깃(T)은 평면에서 볼 때에 있어서 직사각형상을 이루는 평판 형상의 것이고, 예를 들면 InGaZnO 등의 산화물 반도체 재료이다. 이 타깃 유지부(4)는 진공용기(2)를 형성하는 측벽(2a)(예를 들면, 상측벽)에 설치되어 있다. 또한, 타깃 유지부(4)와 진공용기(2)의 상측벽(2a) 사이에는 진공 시일 기능을 갖는 절연부(10)가 설치되어 있다. 타깃(T)에는 그것에 타깃 바이어스 전압을 인가하는 타깃 바이어스 전원(11)이, 이 예에서는 타깃 유지부(4)를 통해서 접속되어 있다. 타깃 바이어스 전압은 플라즈마(P) 중의 이온(Ar⁺)을 타깃(T)에 끌어들여서 스퍼터시키는 전압이다. 본 실시형태의 타깃 바이어스 전압은 -1kV 이상의 부전압이며, 바람직하게는 -200∼-600V이다.

본 실시형태에서는, 타깃 유지부(4)는 복수 설치되어 있다. 복수의 타깃 유지부(4)는 진공용기(2) 내에 있어서의 기판(W)의 표면측에 기판(W)의 표면을 따르도록(예를 들면, 기판(W)의 이면과 실질적으로 평행하게) 동일 평면 상에 병렬로 배치되어 있다. 복수의 타깃 유지부(4)는, 그 길이방향이 서로 평행하게 되도록 등간격으로 배치되어 있다. 이것에 의해, 진공용기(2) 내에 배치된 복수의 타깃(T)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 표면과 실질적으로 평행하고, 또한, 길이방향이 서로 평행하게 되도록 등간격으로 배치되게 된다. 또, 각 타깃 유지부(4)는 동일 구성이다.

복수의 안테나(5)는 진공용기(2) 내에 있어서의 기판(W)의 표면측에, 기판(W)의 표면을 따르도록(예를 들면, 기판(W)의 표면과 실질적으로 평행하게) 동일평면 상에 병렬로 배치되어 있다. 복수의 안테나(5)는 그 길이방향이 서로 평행하게 되도록 등간격으로 배치되어 있다. 또, 각 안테나(5)는 평면으로 볼 때에 있어서 직선 형상이고 동일 구성이며, 그 길이는 수십cm 이상이다.

본 실시형태의 안테나(5)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 각 타깃 유지부(4)에 유지된 타깃(T)의 양측에 각각 배치되어 있다. 즉, 안테나(5)와 타깃(T)이 교대로 배치되어 있고, 1개의 타깃(T)은 2개의 안테나(5)에 의해 끼워진 구성으로 된다. 여기에서, 각 안테나(5)의 길이방향과 각 타깃 유지부(4)에 유지된 타깃(T)의 길이방향은 동일 방향이다.

또한, 각 안테나(5)의 재질은, 예를 들면, 구리, 알루미늄, 이것들의 합금, 스테인리스 등이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또, 안테나(5)를 중공으로 해서, 그 속에 냉각수 등의 냉매를 흘리고, 안테나(5)를 냉각하도록 해도 좋다.

또, 안테나(5)의 양단부 부근은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 진공용기(2)의 서로 대향하는 측벽(2b, 2c)을 각각 관통하고 있다. 안테나(5)의 양단부를 진공용기(2) 밖으로 관통시키는 부분에는, 절연 부재(12)가 각각 설치되어 있다. 이 각 절연 부재(12)를 안테나(5)의 양단부가 관통하고 있고, 그 관통부는 예를 들면 패킹에 의해 진공 시일되어 있다. 각 절연 부재(12)와 진공용기(2)의 사이도, 예를 들면 패킹에 의해 진공 시일되어 있다. 또, 절연 부재(12)의 재질은, 예를 들면 알루미나 등의 세라믹스, 석영, 또는 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등의 엔지니어링 플라스틱 등이다.

또한, 각 안테나(5)에 있어서 진공용기(2) 내에 위치하는 부분은 절연물제이고 직관 형상의 절연 커버(13)에 의해 덮여져 있다. 이 절연 커버(13)의 양단부와 진공용기(2) 사이는 시일하지 않아도 좋다. 절연 커버(13) 내의 공간에 가스(9)가 들어가도 상기 공간은 작아서 전자의 이동거리는 짧으므로, 통상은 상기 공간에 플라즈마(P)는 발생하지 않기 때문이다. 또, 절연 커버(13)의 재질은, 예를 들면 석영, 알루미나, 불소 수지, 질화규소, 탄화규소, 규소 등이지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다.

안테나(5)의 일단부인 급전단부(5a)에는, 정합회로(61)를 통해서 고주파 전원(6)이 접속되어 있고, 타단부인 종단부(5b)는 직접 접지되어 있다. 또, 급전단부(5a) 또는 종단부(5b)에 가변 콘덴서 또는 가변 리액터 등의 임피던스 조정회로를 설치하여, 각 안테나(5)의 임피던스를 조정하도록 구성해도 좋다. 이와 같이 각 안테나(5)의 임피던스를 조정함으로써 안테나(5)의 길이방향에 있어서의 플라즈마(P)의 밀도 분포를 균일화할 수 있고, 안테나(5)의 길이방향의 막두께를 균일화할 수 있다.

상기 구성에 의해, 고주파 전원(6)으로부터 정합회로(61)를 통해서 안테나(5)에 고주파 전류(IR)를 흐르게 할 수 있다. 고주파의 주파수는, 예를 들면, 일반적인 13.56MHz이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 본 실시형태의 안테나(5)는 내부에 냉각액(CL)이 유통하는 유로를 갖는 중공 구조의 것이다. 구체적으로 안테나(5)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 적어도 2개의 관 형상을 이루는 금속제의 도체 요소(51)(이하, 「금속 파이프(51)」라고 한다.)와, 서로 이웃하는 금속 파이프(51)의 사이에 설치되어서 그것들 금속 파이프(51)를 절연하는 관 형상의 절연 요소(52)(이하, 「절연 파이프(52)」라고 한다.)와, 서로 이웃하는 금속 파이프(51)와 전기적으로 직렬 접속된 용량 소자인 콘덴서(53)를 구비하고 있다.

본 실시형태에서는 금속 파이프(51)의 수는 2개이며, 절연 파이프(52) 및 콘덴서(53)의 수는 각 1개이다. 이하의 설명에 있어서, 한쪽의 금속 파이프(51)를 「제 1 금속 파이프(51A)」, 다른쪽의 금속 파이프를 「제 2 금속 파이프(51B)」라고도 한다. 또, 안테나(5)는 3개 이상의 금속 파이프(51)를 갖는 구성이여도 좋고, 이 경우, 절연 파이프(52) 및 콘덴서(53)의 수는 어느 것이나 금속 파이프(51)의 수보다 1개 적은 것으로 된다.

또, 냉각액(CL)은 진공용기(2)의 외부에 형성된 순환유로(14)에 의해 안테나(5)를 유통하는 것이며, 상기 순환유로(14)에는 냉각액(CL)을 일정 온도로 조정하기 위한 열교환기 등의 온도조절 기구(141)와, 순환유로(14)에 있어서 냉각액(CL)을 순환시키기 위한 펌프 등의 순환 기구(142)가 설치되어 있다. 냉각액(CL)으로서는 전기절연의 관점으로부터 고저항의 물이 바람직하고, 예를 들면 순수 또는 그것에 가까운 물이 바람직하다. 기타, 예를 들면 불소계 불활성 액체 등의 물 이외의 액냉매를 사용해도 좋다.

금속 파이프(51)는 내부에 냉각액(CL)이 흐르는 직선 형상의 유로(51x)가 형성된 직관 형상을 이루는 것이다. 그리고, 금속 파이프(51)의 적어도 길이방향 일단부의 외주부에는 수나사부(51a)가 형성되어 있다. 본 실시형태의 금속 파이프(51)는 수나사부(51a)가 형성된 단부와 그 이외의 부재를 별도 부품에 의해 형성해서 그것들을 접합하고 있지만, 단일의 부재로 형성해도 좋다. 또, 복수의 금속 파이프(51)를 접속하는 구성과의 부품의 공통화를 도모하기 위해, 금속 파이프(51)의 길이방향 양단부에 수나사부(51a)를 형성해서 호환성을 갖게 해 두는 것이 바람직하다. 금속 파이프(51)의 재질은, 예를 들면 구리, 알루미늄, 이것들의 합금, 스테인리스 등이다.

절연 파이프(52)는 내부에 냉각액(CL)이 흐르는 직선 형상의 유로(52x)가 형성된 직관 형상을 이루는 것이다. 그리고, 절연 파이프(52)의 축방향 양단부의 측주벽는 금속 파이프(51)의 수나사부(51a)와 나사결합해서 접속되는 암나사부(52a)가 형성되어 있다. 또한, 절연 파이프(52)의 축방향 양단부의 측주벽에는, 암나사부(52a)보다 축방향 중앙측에 콘덴서(53)의 각 전극(53A, 53B)을 감합시키기 위한 오목부(52b)가 둘레방향 전체에 걸쳐서 형성되어 있다. 본 실시형태의 절연 파이프(52)는 단일의 부재로 형성하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 또, 절연 파이프(52)의 재질은, 예를 들면 알루미나, 불소 수지, 폴리에틸렌(PE), 엔지니어링 플라스틱(예를 들면, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등) 등이다.

콘덴서(53)는 절연 파이프(52)의 내부에 설치되어 있고, 구체적으로는, 절연 파이프(52)의 냉각액(CL)이 흐르는 유로(52x)에 설치되어 있다.

구체적으로 콘덴서(53)는, 서로 이웃하는 금속 파이프(51)의 한쪽(제 1 금속 파이프(51A))과 전기적으로 접속된 제 1 전극(53A)과, 서로 이웃하는 금속 파이프(51)의 다른쪽(제 2 금속 파이프(51B))과 전기적으로 접속됨과 아울러 제 1 전극(53A)에 대향해서 배치된 제 2 전극(53B)을 구비하고 있고, 제 1 전극(53A) 및 제 2 전극(53B) 사이의 공간을 냉각액(CL)이 채우도록 구성되어 있다. 즉, 이 제 1 전극(53A) 및 제 2 전극(53B) 사이의 공간을 흐르는 냉각액(CL)이 콘덴서(53)를 구성하는 유전체가 된다.

각 전극(53A, 53B)은 개략 회전체 형상을 이룸과 아울러, 그 중심축을 따라서 중앙부에 주유로(53x)가 형성되어 있다. 구체적으로 각 전극(53A, 53B)은, 금속 파이프(51)에 있어서의 절연 파이프(52)측의 단부에 전기적으로 접촉하는 플랜지부(531)와, 상기 플랜지부(531)로부터 절연 파이프(52)측으로 연장한 연장부(532)를 갖고 있다. 본 실시형태의 각 전극(53A, 53B)은, 플랜지부(531) 및 연장부(532)를 단일의 부재로 형성해도 좋고, 별도 부품에 의해 형성해서 그것들을 접합해도 좋다. 전극(53A, 53B)의 재질은, 예를 들면 알루미늄, 구리, 이것들의 합금 등이다.

플랜지부(531)는 금속 파이프(51)에 있어서의 절연 파이프(52)측의 단부에 둘레방향 전체에 걸쳐서 접촉하고 있다. 구체적으로는, 플랜지부(531)의 축방향 끝면은 금속 파이프(51)의 단부에 형성된 원통 형상의 접촉부(511)의 선단면에 둘레방향 전체에 걸쳐서 접촉함과 아울러, 금속 파이프(51)의 접촉부(511)의 외주에 형성된 링 형상 다면 접촉자(15)를 개재해서 금속 파이프(51)의 끝면에 전기적으로 접촉한다. 또, 플랜지부(531)는 그것들의 어느 한쪽에 의해 금속 파이프(51)에 전기적으로 접촉하는 것이어도 좋다.

또한, 플랜지부(531)에는 두께방향으로 복수의 관통구멍(531h)이 형성되어 있다. 이 플랜지부(531)에 관통구멍(531h)을 형성함으로써 플랜지부(531)에 의한 냉각액(CL)의 유로저항을 작게 함과 아울러, 절연 파이프(52) 내에서의 냉각액(CL)의 체류, 및 절연 파이프(52) 내에 기포가 고이는 것을 막을 수 있다.

연장부(532)는 원통형상을 이루는 것이며, 그 내부에 주유로(53x)가 형성되어 있다. 제 1 전극(53A)의 연장부(532) 및 제 2 전극(53B)의 연장부(532)는 서로 동축 상에 배치되어 있다. 즉, 제 1 전극(53A)의 연장부(532)의 내부에 제 2 전극(53B)의 연장부(532)가 삽입된 상태로 설치되어 있다. 이것에 의해, 제 1 전극(53A)의 연장부(532)와 제 2 전극(53B)의 연장부(532) 사이에 유로방향을 따른 원통 형상의 공간이 형성된다.

이와 같이 구성된 각 전극(53A, 53B)은 절연 파이프(52)의 측주벽에 형성된 오목부(52b)에 감합되어 있다. 구체적으로는, 절연 파이프(52)의 축방향 일단측에 형성된 오목부(52b)에 제 1 전극(53A)이 감합되고, 절연 파이프(52)의 축방향 타단측에 형성된 오목부(52b)에 제 2 전극(53B)이 감합되어 있다. 이와 같이 각 오목부(52b)에 각 전극(53A, 53B)을 감합시킴으로써 제 1 전극(53A)의 연장부(532) 및 제 2 전극(53B)의 연장부(532)는 서로 동축 상에 배치된다. 또한, 각 오목부(52b)의 축방향 외측을 향하는 면에 각 전극(53A, 53B)의 플랜지부(531)의 끝면이 접촉함으로써, 제 1 전극(53A)의 연장부(532)에 대한 제 2 전극(53B)의 연장부(532)의 삽입 치수가 규정된다.

또한, 절연 파이프(52)의 각 오목부(52b)에 각 전극(53A, 53B)을 감합시킴과 아울러 상기 절연 파이프(52)의 암나사부(52a)에 금속 파이프(51)의 수나사부(51a)를 나사결합시킴으로써, 금속 파이프(51)의 접촉부(511)의 선단면이 전극(53A, 53B)의 플랜지부(531)에 접촉해서 각 전극(53A, 53B)이 절연 파이프(52)와 금속 파이프(51) 사이에 끼워져서 고정된다. 이와 같이 본 실시형태의 안테나(5)는, 금속 파이프(51), 절연 파이프(52), 제 1 전극(53A) 및 제 2 전극(53B)이 동축 상에 배치된 구조로 된다. 또, 금속 파이프(51) 및 절연 파이프(52)의 접속부는 진공 및 냉각액(CL)에 대한 시일 구조를 갖고 있다. 본 실시형태의 시일 구조는 수나사부(51a)의 기단부에 설치된 패킹 등의 시일 부재(16)에 의해 실현되어 있다. 또, 관용 테이퍼 나사 구조를 사용해도 좋다.

이와 같이, 금속 파이프(51) 및 절연 파이프(52) 사이의 시일, 및 금속 파이프(51)와 각 전극(53A, 53B)의 전기적 접촉이, 수나사부(51a) 및 암나사부(52a)의 체결과 함께 행하여지므로 조립 작업이 매우 간편하게 된다.

이 구성에 있어서, 제 1 금속 파이프(51A)로부터 냉각액(CL)이 흘러 오면, 냉각액(CL)은 제 1 전극(53A)의 주유로(53x) 및 관통구멍(531h)을 통해서 제 2 전극(53B)측으로 흐른다. 제 2 전극(53B)측으로 흐른 냉각액(CL)은 제 2 전극(53B)의 주유로(53x) 및 관통구멍(531h)을 통해서 제 2 금속 파이프(51B)에 흐른다. 이 때, 제 1 전극(53A)의 연장부(532)와 제 2 전극(53B)의 연장부(532) 사이의 원통 형상의 공간이 냉각액(CL)으로 채워져서 상기 냉각액(CL)이 유전체로 되어 콘덴서(53)가 구성된다.

<타깃 바이어스 전압과 성막 속도의 관계성 평가>

본 실시형태의 스퍼터링 장치(100)에 있어서, 타깃 바이어스 전압(V)과 성막 속도(㎚/min)의 관계를 평가했다. 또, 사용한 타깃(T)은 IGZO1114이며, 사이즈는 150×1000㎜이다. 안테나간 거리(피치 폭)는 200㎜이다. 타깃-기판간 거리는 125㎜이다. 기판(W)의 사이즈는 320×400㎜이다.

진공용기(2)를 3×10^-6Torr 이하로 진공 배기한 후에, 100sccm의 스퍼터용 가스(Ar 가스)를 도입하면서 진공용기(2) 내의 압력을 1.3Pa로 되도록 조정했다. 복수의 안테나(5)에 5kW, 7kW 또는 8kW의 고주파 전력을 공급하여 유도 결합형의 플라즈마(P)를 생성·유지했다. 타깃(T)에 직류전압 펄스(50kHz, Duty 97%)를 인가하여, 타깃(T)의 스퍼터링을 행하고 성막 속도를 측정했다.

각 고주파 전력에 있어서의 각 타깃 바이어스 전압의 성막 속도를 도 4에 나타낸다. 예를 들면 성막 속도를 25㎚/min으로 하고 싶을 경우에는, 고주파 전력이 5kW인 경우에는 타깃 바이어스 전압을 -665V로 하고, 고주파 전력이 7kW인 경우에는 타깃 바이어스 전압을 -440V로 하고, 고주파 전력이 8kW인 경우에는 타깃 바이어스 전압을 -344V로 하면 된다.

<산소 가스의 농도에 의한 성막 속도 평가>

본 실시형태의 스퍼터링 장치(100)를 사용하여 진공용기 내에 아르곤 가스와 함께 산소 가스를 공급했을 경우의 성막 속도를 평가했다. 또, 사용한 타깃(T)은 IGZO1114이며, 사이즈는 150×1000㎜이다. 안테나간 거리(피치 폭)는 200㎜이다. 타깃-기판간 거리는 125㎜이다. 기판(W)의 사이즈는 320×400㎜이다.

진공용기(2)를 3×10^-6Torr 이하로 진공 배기한 후에, 100sccm의 혼합 가스(아르곤 가스+산소 가스)를 도입하면서 진공용기(2) 내의 압력을 0.9Pa가 되도록 조정했다. 복수의 안테나(5)에 7kW 또는 8kW의 고주파 전력을 공급하여 유도 결합형의 플라즈마(P)를 생성·유지했다. 타깃(T)에 -400V의 직류전압 펄스(50kHz, Duty 97%)를 인가하여, 타깃(T)의 스퍼터링을 행하고 성막 속도를 측정했다.

각 고주파 전력에 있어서 산소 가스의 농도를 변화시켰을 경우의 성막 속도를 도 5에 나타낸다. 이 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 산소 가스의 농도가 커짐에 따라서 성막 속도가 느려지고, 아르곤 가스만을 공급해서 성막했을 경우가 가장 성막 속도가 빠른 것을 알 수 있다.

<IGZO막의 산소결합 상태의 평가>

본 실시형태의 스퍼터링 장치(100)를 사용해서 형성한 IGZO막(본 발명에 의한 IGZO막)의 산소결합 상태를 X선 광전자 분광 분석 장치(XPS 분석 장치(가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼사제 AXIS ULTRA))를 이용하여 분석했다. 또한, 비교예로서 종래 방식의 RF 마그네트론 스퍼터 장치(가부시키가이샤 에이코사제 ESS-300)를 사용해서 형성한 IGZO막(종래예에 의한 IGZO막)의 산소결합 상태를 상기 XPS 분석 장치를 이용하여 분석했다.

본 발명에 의한 IGZO막:

진공용기(2)를 3×10^-6Torr 이하로 진공 배기한 후에, 100sccm의 스퍼터용 가스(Ar 가스만)를 도입하면서 진공용기(2) 내의 압력을 1.3Pa로 되도록 조정했다. 복수의 안테나(5)에 7kW의 고주파 전력을 공급하여 유도 결합형의 플라즈마(P)를 생성·유지했다. 타깃(T)에 -400V의 직류전압 펄스(50kHz, Duty 97%)를 인가하고, 타깃(T)(IGZO1114)을 스퍼터링해서 성막했다.

종래예에 의한 IGZO막:

진공용기를 3×10^-6Torr 이하로 진공 배기한 후에, 19.1sccm의 스퍼터용 가스(Ar 가스) 및 0.9sccm의 산소 가스(산소 농도 4.5%의 혼합 가스)를 도입하면서 진공용기 내의 압력을 0.6Pa로 되도록 조정했다. 캐소드에 100W의 고주파 전력을 공급해서 타깃(T)(IGZO1114)을 스퍼터링해서 성막했다.

도 6에는 XPS 분석 장치에 의해 얻어진 Ga2p_3/2의 XPS 스펙트럼을 나타내고 있다. 또한, 도 7에는 Ga2p_3/2의 XPS 스펙트럼, In3d_5/2의 XPS 스펙트럼, Zn2p_3/2의 XPS 스펙트럼을 피크 분리해서 얻어진 각 성분의 비율을 나타내는 도면이다.

이들 도 6 및 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태의 스퍼터링 장치(100)를 사용함으로써 반응성 가스(산소 가스)를 첨가하지 않아도 금속원소의 60% 이상이 산소와 결합한 막을 형성할 수 있다.

<본 실시형태의 효과>

이와 같이 구성한 본 실시형태의 스퍼터링 장치(100)에 의하면, 절연 파이프(52)를 개재해서 서로 이웃하는 금속 파이프(51)에 콘덴서(53)를 전기적으로 직렬 접속하고 있으므로, 안테나(5)의 합성 리액턴스는, 간단하게 말하면, 유도성 리액턴스에서 용량성 리액턴스를 뺀 형태로 되고, 안테나(5)의 임피던스를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 안테나(5)를 길게 할 경우라도 그 임피던스의 증대를 억제할 수 있고, 안테나(5)에 고주파 전류가 흐르기 쉬워져 플라즈마(P)를 효율적으로 발생시킬 수 있다. 이것에 의해, 플라즈마(P)의 밀도를 높일 수 있고, 성막 속도를 높일 수도 있다.

특히 본 실시형태에 의하면, 제 1 전극(53A) 및 제 2 전극(53B) 사이의 공간을 냉각액(CL)으로 채워서 유전체로 하고 있으므로, 콘덴서(53)를 구성하는 전극(53A, 53B) 및 유전체 사이에 생기는 간극을 없앨 수 있다. 그 결과, 플라즈마(P)의 균일성을 향상시킬 수 있고, 성막의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 냉각액(CL)을 유전체로서 사용함으로써 냉각액(CL)과는 다른 액체의 유전체를 준비할 필요가 없고, 또한 제 1 전극(53A) 및 제 2 전극(53B)을 냉각할 수 있다. 냉각액(CL)은 온도조절 기구에 의해 일정 온도로 조정되어 있고, 이 냉각액(CL)을 유전체로서 사용함으로써 온도 변화에 의한 비유전율의 변화를 억제하여 커패시턴스값의 변화를 억제할 수 있고, 이것에 의해서도 플라즈마(P)의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 냉각액(CL)으로서 물을 사용했을 경우에는 물의 비유전율은 약 80(20℃)이며 수지제의 유전체 시트보다 크기 때문에, 고전압에 견딜 수 있는 콘덴서(53)를 구성할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 안테나(5)에 공급하는 고주파 전압과 타깃(T)의 바이어스 전압의 설정을 독립적으로 행할 수 있으므로, 바이어스 전압을 플라즈마(P)의 생성과는 독립하여 플라즈마(P) 중의 이온을 타깃(T)에 끌어들여서 스퍼터 시키는 정도의 저전압으로 설정할 수 있다. 그 결과, 저전압에 있어서 타깃(T)의 스퍼터를 행할 수 있으므로, 타깃(T)의 재료 조성과 기판(W)에 형성된 막의 조성의 변화를 작게 할 수 있다. 또한, 안테나(5)를 사용해서 스퍼터링용의 플라즈마(P)를 생성하고 있으므로, 마그네트론 스퍼터링 장치에 비하여 타깃(T)을 한결같이 소비할 수 있어 타깃(T)의 사용 효율을 향상시킬 수 있다. 거기에다, 본 실시형태에서는 타깃 표면 근방에 직류 자장을 갖지 않는 구성이어서, 자성 재료로의 적용이 용이하게 된다.

기타, 전극(53A, 53B) 및 유전체 사이의 간극에 발생할 수 있는 아크 방전을 없애고, 아크 방전에 기인하는 콘덴서(53)의 파손을 없앨 수 있다. 또한, 간극을 고려하지 않고, 제 1 전극(53A) 및 제 2 전극(53B)의 거리, 대향 면적 및 냉각액(CL)의 비유전율로부터 커패시턴스값을 정밀도 좋게 설정할 수 있다. 또한, 간극을 메우기 위한 전극(53A, 53B) 및 유전체를 압박하는 구조도 불필요하게 할 수 있어, 상기 압박 구조에 의한 안테나 주변의 구조의 복잡화 및 그것에 의해 생기는 플라즈마(P)의 균일성의 악화를 방지할 수 있다.

<그 밖의 변형 실시형태>

또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는 안테나는 직선 형상을 이루는 것이었지만, 만곡 또는 굴곡된 형상이라도 된다. 이 경우, 금속 파이프가 만곡 또는 굴곡된 형상이여도 좋고, 절연 파이프가 만곡 또는 굴곡된 형상이여도 좋다.

상기 실시형태의 전극에 있어서 연장부는 원통 형상이었지만, 그 밖의 각통 형상이여도 좋고, 평판 형상 또는 만곡 또는 굴곡된 판 형상이여도 좋다.

상기 실시형태에서는 콘덴서(53)가 2개의 원통 형상의 연장부로 이루어지는 2통 구조이었지만, 도 8에 나타내는 바와 같이, 3개 이상의 원통 형상의 연장부(532)를 동축 상에 배치해도 좋다. 이 경우, 제 1 전극(53A)의 연장부(532)와 제 2 전극(53B)의 연장부(532)가 교대로 배치되도록 구성한다. 도 8에서는, 3개의 연장부(532) 중, 내측 및 외측의 2개가 제 1 전극(53A)의 연장부(532)이며, 중간의 1개가 제 2 전극(53B)의 연장부(532)로 된다. 이 구성이면, 콘덴서(53)의 축방향 치수를 크게 하지 않고 대향 면적을 늘릴 수 있다.

또한, 전극(53A, 53B)과 금속 파이프(51)의 접촉은 그것들 끝면끼리의 접촉 이외에, 도 9에 나타내는 바와 같이, 전극(53A, 53B)에 접촉 단자(533)를 형성하여 상기 접촉 단자(533)가 금속 파이프(51)에 접촉하도록 구성해도 좋다. 도 9의 구성은, 전극(53A, 53B)의 플랜지부(531)로부터 축방향 외측으로 돌출한 접촉 단자(533)를 형성하고, 상기 접촉 단자(533)가 금속 파이프(51)의 접촉부(511)의 외측 둘레면에 압박 접촉하는 것이다. 이 구성에 있어서, 각 전극(53A, 53B)의 상대 위치는 절연 파이프(52)의 오목부(52b)의 축방향 외측을 향하는 면에 의해 규정된다.

또한, 절연 요소(52)의 일방측의 금속 요소(51)의 일부를 제 1 전극(53A)으로 해도 된다. 이 경우에는, 절연 요소(52)의 타방측의 금속 요소(51)에 전기적으로 접속된 제 2 전극(53B)은 절연 요소(52)의 내부를 지나서 절연 요소(52)의 일방측의 금속 요소(51)의 내부로 연장되는 구성으로 하는 것이 고려된다.

또한, 도체 요소 및 절연 요소는 1개의 내부 유로를 갖는 관 형상을 이루는 것이었지만, 2 이상의 내부 유로를 갖는 것, 또는 분기된 내부 유로를 갖는 것이라도 좋다.

상기 실시형태에서는 복수의 타깃 유지부를 갖는 구성이었지만, 1개의 타깃 유지부를 갖는 구성이어도 좋다. 이 경우에도, 복수의 안테나를 갖는 구성이 바람직하지만, 1개의 안테나를 갖는 구성이라도 좋다.

그런데, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 표면을 따라서 설치된 복수의 타깃(T)이 기판(W)의 표면으로부터 거의 같은 높이에 배치되어 있을 경우, 기판(W)의 표면에 성막된 막두께 분포(각 타깃(T)에 기인하는 막두께를 중첩한 막두께 분포)는, 도 10(b)에 나타내는 바와 같이, 타깃(T)의 배열방향 외측 각각에서 얇아진다.

따라서, 타깃(T)의 배열방향을 따른 막두께의 편차를 억제하기 위해서는, 타깃(T)의 배열방향 양측이 얇아지는 부분을 기판(W)보다 외측에 위치시킬 필요가 있다. 그것을 위해서는, 예를 들면 기판(W)으로의 성막에 메인으로 사용되는 타깃(T)(도 10에 있어서의 내측 3개의 타깃(T))의 배열방향 외측 각각에, 배열방향 양측의 막두께를 보상하기 위한 서브의 타깃(T)(도 10에 있어서의 외측 2개의 타깃(T))을 설치하게 되어, 타깃(T)의 필요수가 많아진다고 하는 문제가 생긴다.

그래서, 타깃(T)을 불필요하게 증설하지 않고, 배열방향을 따른 막두께의 편차를 억제하기 위해서는, 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 복수의 장척 형상의 타깃(T)이 대략 평행하게 되도록 기판(W)의 표면을 따라 배열되어 있고, 이들 타깃(T) 중 배열방향 외측 각각에 위치하는 타깃(T)이 배열방향 내측에 위치하는 타깃(T)보다 기판(W)의 표면에 가까운 것이 바람직하다.

여기에서는, 3개의 타깃(T)이 상방으로부터 보아서 등간격으로 배치되어 있고, 중앙에 위치하는 타깃(T)보다 외측 2개의 타깃(T) 쪽이 기판(W)의 표면으로부터의 높이 위치가 낮아지도록 하고 있다.

이러한 구성이면, 이들 3개의 타깃(T)의 양측에 배열방향 양측의 막두께를 보상하기 위한 타깃을 설치하지 않고, 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 배열방향을 따른 막두께의 편차를 억제할 수 있다.

또한, 타깃(T)의 배열방향을 따른 막두께의 편차를 억제함과 아울러 타깃의 수를 줄이기 위한 다른 실시형태로서는, 도 12(a)에 나타내는 바와 같이, 복수의 장척 형상의 타깃(T)이 대략 평행하게 되도록 기판(W)의 표면을 따라 배열되어 있고, 이들 타깃(T) 중 배열방향 외측 각각에 위치하는 타깃(T)에 인가되는 인가전압이 배열방향 내측에 위치하는 타깃(T)에 인가되는 인가전압보다 높은 것이 바람직하다.

구체적으로는, 배열방향 외측 각각에 위치하는 타깃(T)에 전압을 인가하는 외측 타깃 바이어스 전원(11a)과, 배열방향 내측에 위치하는 타깃(T)에 전압을 인가하는 내측 타깃 바이어스 전원(11b)을 각각으로 하고 있고, 각각의 타깃 바이어스 전원(11a, 11b)을 독립 제어하고 있다. 여기에서는, 3개의 타깃(T)이 상방으로부터 보아서 등간격으로 배치되어 있고, 중심의 타깃(T)의 인가전압보다 외측 2개의 타깃(T)의 인가전압을 높게 하고 있다. 또, 기판(W)의 표면으로부터 각 타깃(T)까지의 높이 위치는 일정하다.

이러한 구성이면, 이들 3개의 타깃(T)의 양측에 배열방향 양측의 막두께를 보상하기 위한 타깃을 설치하지 않고, 도 12(b)에 나타내는 바와 같이, 타깃(T)의 배열방향을 따른 막두께의 편차를 억제할 수 있다.

상술한 구성 외에, 타깃(T)의 배열방향을 따른 막두께의 편차를 억제하기 위해, 도 11의 구성 및 도 12의 구성을 조합시켜도 좋다. 즉, 배열방향 외측의 타깃(T)을 배열방향 내측의 타깃(T)보다 기판(W)의 표면에 가까이하면서, 배열방향 외측의 타깃(T)의 인가전압을 배열방향 내측의 타깃(T)의 인가전압보다 높게 해도 좋다.

또한, 도 11 및 도 12에서는 3개의 타깃을 설치했을 경우에 대하여 설명했지만, 그 이상의 타깃을 설치해도 좋다.

예를 들면 5개의 타깃을 설치했을 경우이면, 배열방향 내측 3개의 타깃(T)의 높이 위치를 일정하게 하고, 배열방향 외측 2개의 타깃(T)의 높이 위치를 낮게 해도 좋다. 또한, 배열방향 중앙의 1개의 타깃(T), 그 외측의 2개의 타깃, 또한 그 외측의 2개의 타깃의 순서로 높이 위치를 낮게 해도 좋다. 즉, 배열방향 중앙의 타깃(T)으로부터 배열방향 외측의 타깃(T)을 향함에 따라서 단계적으로 높이 위치를 낮게 해도 좋다.

또 도 10(c)에 나타내는 바와 같이, 상술한 타깃(T)의 배열방향을 따른 막두께의 편차와 마찬가지로, 타깃(T)의 길이방향 양측도 막두께가 얇아진다.

그래서, 타깃(T)의 길이방향 양측의 막두께가 얇아지는 것을 방지하기 위해서는, 도 13(a)에 나타내는 바와 같이, 복수의 장척 형상의 제 1 타깃(T1)이, 길이방향이 대략 평행하게 되도록 기판(W)의 표면을 따라 배열되어 있고, 이들 제 1 타깃(T1)의 길이방향 양측 각각에 설치되어서 제 1 타깃(T1)의 배열방향을 따라 연장되는 한쌍의 제 2 타깃(T2)이 배치되어 있는 것이 바람직하다.

여기에서는 3개의 제 1 타깃(T1)이 상방으로부터 보아서 등간격으로 배치됨과 아울러, 도 11과 마찬가지로, 배열방향 내측의 제 1 타깃(T1)보다 배열방향 외측의 제 1 타깃(T1) 쪽이, 기판(W)의 표면으로부터의 높이 위치가 낮아지도록 하고 있다. 또한, 한쌍의 제 2 타깃(T2)은 배열방향 외측의 제 1 타깃(T1)의 높이 위치에 가지런히 정돈되어 있다. 또한, 여기에서는 각 제 1 타깃(T1) 및 제 2 타깃(T2)은 공통의 타깃 바이어스 전원(11)에 접속되어 있다.

이러한 구성이면, 제 1 타깃(T1)의 길이방향 양측 각각에 제 2 타깃(T2)이 설치되어 있기 때문에, 제 2 타깃(T2)을 스퍼터함으로써 도 13(c)에 나타내는 바와 같이, 제 1 타깃(T1)의 길이방향 양측의 막두께를 증가시킬 수 있다.

또한, 배열방향 내측의 제 1 타깃(T1)보다 배열방향 외측의 제 1 타깃(T1) 쪽이 기판(W)의 표면으로부터의 높이 위치가 낮아지도록 하고 있으므로, 도 13(b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 타깃(T1)의 배열방향을 따른 막두께 분포의 편차를 억제할 수 있다.

그 결과, 기판(W)에 성막된 막두께 분포의 편차를, 제 1 타깃(T1)의 배열방향 및 길이방향 각각에 있어서 억제할 수 있다.

또, 배열방향을 따른 막두께 분포의 편차를 억제하기 위해, 도 12에 나타내는 구성을 사용해도 좋다. 즉, 배열방향 외측의 제 1 타깃(T1) 및 한쌍의 제 2 타깃(T2)을 공통의 제 1 타깃 바이어스 전원에 접속함과 아울러, 배열방향 내측의 제 1 타깃(T1)을 제 1 타깃 바이어스 전원과는 다른 제 2 타깃 바이어스 전원에 접속하고, 배열방향 외측의 제 1 타깃(T1) 및 한쌍의 제 2 타깃(T2)의 인가전압을 배열방향 내측의 제 1 타깃(T1)의 인가전압보다 높게 해도 좋다.

기타, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 의하면, 스퍼터링용의 플라즈마를 안테나를 이용하여 효율적으로 발생시킴과 아울러, 플라즈마의 균일성을 향상시켜서 성막의 균일성을 향상시킬 수 있다.

100 : 스퍼터링 장치
W : 기판
P : 플라즈마
T : 타깃
2 : 진공용기
3 : 기판 유지부
4 : 타깃 유지부
5 : 안테나
51 : 도체 요소
52 : 절연 요소
53 : 용량 소자

Claims

플라즈마를 이용하여 타깃을 스퍼터링해서 기판에 성막하는 스퍼터링 장치로서,
진공 배기되고 또한 가스가 도입되는 진공용기와,
상기 진공용기 내에 있어서 상기 기판을 유지하는 기판 유지부와,
상기 진공용기 내에 있어서 상기 기판과 대향해서 상기 타깃을 유지하는 타깃 유지부와,
상기 플라즈마를 발생시키는 것이며, 내부에 냉각액이 유통하는 유로를 갖는 복수의 안테나를 구비하고,
상기 안테나는 적어도 2개의 관 형상을 이루는 도체 요소와, 서로 이웃하는 상기 도체 요소의 사이에 형성되어서 그것들 도체 요소를 절연하는 관 형상을 이루는 절연 요소와, 상기 유로에 형성되어서 서로 이웃하는 상기 도체 요소와 전기적으로 직렬 접속된 용량 소자를 갖고,
상기 용량 소자는 서로 이웃하는 상기 도체 요소의 한쪽과 전기적으로 접속된 제 1 전극과, 서로 이웃하는 상기 도체 요소의 다른쪽과 전기적으로 접속됨과 아울러 상기 제 1 전극에 대향해서 배치된 제 2 전극과, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이의 공간을 채우는 유전체로 이루어지고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 상기 유로의 내부에 마련되어 있고, 상기 유전체가 상기 유로를 흐르는 냉각액인 스퍼터링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 타깃은 산화물 반도체 재료인 스퍼터링 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 진공용기에 스퍼터 가스를 공급하는 스퍼터용 가스 공급 기구를 구비하고,
상기 스퍼터용 가스 공급 기구는 상기 진공용기에 아르곤 가스만을 공급하는 것인 스퍼터링 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 각 전극은 상기 도체 요소에 있어서의 상기 절연 요소측의 단부에 전기적으로 접촉하는 플랜지부와, 상기 플랜지부로부터 상기 절연 요소측으로 연장된 연장부를 갖는 스퍼터링 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 각 전극의 연장부는 관 형상을 이루는 것이고, 서로 동축 상에 배치되어 있는 스퍼터링 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 타깃 유지부가 복수의 장척 형상의 상기 타깃을 서로 평행한 상태로 상기 기판의 표면을 따라서 유지하고 있고,
상기 복수의 타깃 중 배열방향 외측 각각에 위치하는 상기 타깃이 배열방향 내측에 위치하는 상기 타깃보다 상기 기판의 표면에 가까운 스퍼터링 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 타깃 유지부가 복수의 장척 형상의 상기 타깃을 서로 평행한 상태로 상기 기판의 표면을 따라서 유지하고 있고,
상기 복수의 타깃 중 배열방향 외측 각각에 위치하는 상기 타깃에 인가되는 인가전압이 배열방향 내측에 위치하는 상기 타깃에 인가되는 인가전압보다 높은 스퍼터링 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 타깃 유지부가 복수의 장척 형상의 상기 타깃을 길이방향이 평행하게 되도록 상기 기판의 표면을 따라서 유지함과 아울러, 상기 타깃의 길이방향 양측에 설치되어서 상기 타깃의 배열방향을 따라서 연장되는 한쌍의 제 2 타깃을 유지하고 있는 스퍼터링 장치.