KR102351170B1

KR102351170B1 - 스퍼터 성막 장치

Info

Publication number: KR102351170B1
Application number: KR1020207015923A
Authority: KR
Inventors: 히로토시 사카우에; 데츠히로 오오노
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2022-01-14
Also published as: CN111417741A; CN111417741B; JP6959447B2; WO2020004619A1; TWI772656B; TW202014542A; JPWO2020004619A1; KR20200083568A

Abstract

본 발명은, 마그네트론 스퍼터링에 의해 성막을 실시할 때에 스퍼터링 타깃의 외주부에 있어서 비이로전 영역의 발생을 억제할 수 있는 기술을 제공한다. 본 발명은, 진공 중에 있어서 마그네트론 스퍼터링법에 의해 하나의 성막 대상물에 대해 성막을 실시하는 스퍼터 성막 장치이다. 본 발명에서는, 하나의 스퍼터링 타깃 (7) 에 대해 스퍼터면 (7a) 과 반대측에 배치되고, 방전시에 당해 스퍼터링 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 을 따르는 방향으로 이동하는 마그네트론 발생용의 자석 장치 (10) 와, 스퍼터링 타깃 (7) 의 외주부의 주위에 근접 배치되고 부유 전위로 된 내측 실드부 (21) 와, 당해 내측 실드부 (21) 의 주위에 형성되고 접지 전위로 된 도전성 재료로 이루어지는 외측 실드부 (22) 를 갖는다.

Description

스퍼터 성막 장치

본 발명은, 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 마그네트론 스퍼터링에 의해 성막을 실시하는 스퍼터 성막 장치의 기술에 관한 것이다.

종래, 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서는, 자장을 발생시키는 자석 장치의 구조상 스퍼터링 타깃 (이하, 적절히「타깃」이라고 한다) 상에 발생하는 자장이 불균일해지기 때문에, 자속 밀도가 높은 부분에 스퍼터 가스의 이온이 집중되고, 그 부분이 자속 밀도가 낮은 부분에 비해 빠르게 깎인다는 문제가 있다.

이와 같은 타깃이 국소적으로 깎이는 부분 (이로전) 이 발생하는 것을 방지하기 위해, 종래부터 자석 장치를 이동시키면서 스퍼터링을 실시하도록 하고 있다.

그러나, 이와 같은 수단을 사용하여 스퍼터링을 실시하면, 방전에 의해 생성되고 자석 장치에 의한 자장에 포착된 플라즈마가, 전기적으로 접지된 도전 부재와 접촉한 경우에 플라즈마 중의 이온의 전하가 도전 부재를 통과하여 접지 부위에 흐르고, 플라즈마가 소실된다. 이와 같은 사태를 회피하기 위해 외주 자석의 링의 외주 전체가 스퍼터면의 외주부보다 내측에 위치하는 범위 내에서 자석 장치를 이동시킬 필요가 있다.

그 결과, 타깃의 스퍼터면의 외주부에는 플라즈마가 도달하지 않아, 스퍼터되지 않는 비이로전 영역이 남는다는 문제가 있다.

이와 같은 타깃의 비이로전 영역에 스퍼터 입자가 부착되면, 이상 방전 등에 의해 박리되어 파티클의 발생 원인이 된다는 문제가 있었다.

일본 공개특허공보 2015-92025호

본 발명은, 이와 같은 종래의 기술의 과제를 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 마그네트론 스퍼터링에 의해 성막을 실시할 때에 스퍼터링 타깃의 외주부에 있어서 비이로전 영역의 발생을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명은, 진공 중에 있어서 마그네트론 스퍼터링법에 의해 하나의 성막 대상물에 대해 성막을 실시하는 스퍼터 성막 장치로서, 하나의 스퍼터링 타깃에 대해 스퍼터면과 반대측에 배치되고, 방전시에 당해 스퍼터링 타깃의 스퍼터면을 따르는 방향으로 이동하는 마그네트론 발생용 자석 장치와, 상기 스퍼터링 타깃의 외주부의 주위에 근접 배치되고 부유 전위로 된 내측 실드부와, 당해 내측 실드부의 주위에 형성되고 접지 전위로 된 도전성 재료로 이루어지는 외측 실드부를 갖는 스퍼터 성막 장치이다.

본 발명은, 상기 내측 실드부에, 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터면을 덮도록 겹치는 중복부가 형성되어 있는 스퍼터 성막 장치이다.

본 발명은, 상기 내측 실드부의 중복부가, 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 외주부의 전역에 걸쳐 형성되어 있는 스퍼터 성막 장치이다.

본 발명은, 상기 내측 실드부의 중복부가, 사각 형상으로 형성된 상기 스퍼터링 타깃의 대향하는 1 쌍의 모서리부와 겹치도록 형성되어 있는 스퍼터 성막 장치이다.

본 발명은, 상기 내측 실드부가, 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 방향으로 장출된 장출부가 형성되어 있는 스퍼터 성막 장치이다.

본 발명은, 상기 내측 실드부의 장출부가, 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 외주부의 전역에 걸쳐 형성되어 있는 스퍼터 성막 장치이다.

본 발명은, 상기 내측 실드부의 장출부가, 사각 형상으로 형성된 상기 스퍼터링 타깃의 대향하는 1 쌍의 모서리부에 형성되어 있는 스퍼터 성막 장치이다.

본 발명은, 상기 스퍼터링 타깃은, 그 외경이 상기 성막 대상물의 외경보다 커지도록 형성되어 있는 스퍼터 성막 장치이다.

본 발명에 있어서는, 방전시에 생성되고 자석 장치에 의한 자장에 포착된 플라즈마가, 타깃의 외주부의 주위에 근접 배치되고 부유 전위로 된 내측 실드부에 의해 차단되기 때문에, 내측 실드부의 주위에 형성되고 접지 전위로 된 도전성 재료로 이루어지는 외측 실드부에 도달하여 접촉하는 것이 저지된다.

그 결과, 본 발명에 의하면, 플라즈마 중의 이온의 전하가 접지 전위의 외측 실드부에 접촉하는 것에 의한 플라즈마의 소실이 회피되기 때문에, 타깃의 스퍼터면의 외주부에 플라즈마가 도달하고, 이것에 의해 타깃의 스퍼터면의 외주부에 있어서의 비이로전 영역의 발생을 억제할 수 있으므로, 타깃의 비이로전 영역에 부착된 스퍼터 입자의 박리에서 기인하는 성막 특성의 저하를 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 내측 실드부에, 스퍼터링 타깃의 스퍼터면을 덮도록 겹치는 중복부 또는 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 방향으로 장출된 장출부가 형성되어 있는 경우에는, 이 중복부에 의해 플라즈마의 외측 실드부로의 도달을 보다 확실하게 저지할 수 있으므로, 플라즈마의 소실에서 기인하는 타깃의 스퍼터면의 외주부에 있어서의 비이로전 영역의 발생을 보다 억제하여 비이로전 영역을 작게 할 수 있음과 함께, 스퍼터 입자의 타깃의 비이로전 영역으로의 부착을 저지할 수 있으므로, 스퍼터 입자의 박리에서 기인하는 성막 특성의 저하를 보다 한층 방지할 수 있다.

이 경우, 내측 실드부의 중복부 또는 장출부가, 타깃의 외주부의 전역에 걸쳐 형성되어 있는 경우에는, 플라즈마의 외측 실드부로의 도달을 저지하는 능력 그리고 스퍼터 입자의 타깃의 비이로전 영역으로의 부착 저지 능력을 향상시킬 수 있으므로, 플라즈마의 소실에서 기인하는 타깃의 스퍼터면의 비이로전 영역의 발생을 타깃의 외주부의 전역에 걸쳐 억제하여 비이로전 영역을 작게 할 수 있음과 함께, 스퍼터 입자의 타깃의 비이로전 영역으로의 부착을 타깃의 스퍼터면의 외주부의 전역에 걸쳐 저지할 수 있다.

또, 내측 실드부의 중복부가, 사각 형상으로 형성된 타깃의 대향하는 1 쌍의 모서리부와 겹치도록 형성되어 있는 경우 또는 장출부가 사각 형상으로 형성된 타깃의 대향하는 1 쌍의 모서리부에 형성되어 있는 경우에는, 예를 들어 플라즈마의 궤도가 타깃의 1 쌍의 모서리부에 있어서 부분적으로 타깃으로부터 비어져 나오는 경우 등에 있어서, 타깃의 스퍼터면의 외주부에 있어서의 비이로전 영역의 발생을 확실하게 또한 적은 재료로 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

도 1(a)(b) 는, 본 발명에 관련된 스퍼터 성막 장치의 제 1 예를 나타내는 것으로, 도 1(a) 는, 내부 구성을 나타내는 부분 단면도, 도 1(b) 는, 주요부의 내부 구성을 나타내는 평면도
도 2(a)(b) 는, 본 발명에 관련된 스퍼터 성막 장치의 제 2 예를 나타내는 것으로, 도 2(a) 는, 내부 구성을 나타내는 부분 단면도, 도 2(b) 는, 주요부의 내부 구성을 나타내는 평면도
도 3(a)(b) 는, 본 발명에 관련된 스퍼터 성막 장치의 제 3 예의 목적을 설명하기 위한 도면
도 4 는, 동 스퍼터 성막 장치의 제 3 예의 주요부의 내부 구성을 나타내는 평면도
도 5(a)(b) 는, 본 발명에 관련된 스퍼터 성막 장치의 제 4 예를 나타내는 것으로, 도 5(a) 는, 내부 구성을 나타내는 부분 단면도, 도 5(b) 는, 주요부의 내부 구성을 나타내는 평면도
도 6 은, 본 발명에 관련된 스퍼터 성막 장치의 제 5 예의 내부 구성을 나타내는 평면도
도 7 은, 복수의 자석 장치를 사용한 스퍼터 성막 장치의 예를 나타내는 부분 단면도
도 8 은, 동 복수의 자석 장치를 사용한 스퍼터 성막 장치의 예의 주요부의 내부 구성을 나타내는 평면도

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1(a)(b) 는, 본 발명에 관련된 스퍼터 성막 장치의 제 1 예를 나타내는 것으로, 도 1(a) 는, 내부 구성을 나타내는 부분 단면도, 도 1(b) 는, 주요부의 내부 구성을 나타내는 평면도이다.

본 예의 스퍼터 성막 장치 (1) 는, 마그네트론 스퍼터링 방식의 것으로, 후술하는 바와 같이 접지 전위로 된 진공조 (2) 를 갖고 있다.

도 1(a) 에 나타내는 바와 같이, 진공조 (2) 는, 진공조 (2) 내의 진공 배기를 실시하는 진공 배기 장치 (3) 에 접속됨과 함께, 진공조 (2) 내에 아르곤 (Ar) 가스 등의 스퍼터 가스를 도입 가능한 스퍼터 가스원 (4) 에 접속되어 있다.

진공조 (2) 내에는, 기판 홀더 (5) 에 유지된 기판 (성막 대상물) (6) 이 배치되도록 되어 있고, 이 기판 (6) 과 대향하도록, 배킹 플레이트 (8) 에 장착된 타깃 (7) 이 형성되어 있다.

도 1(a)(b) 에 나타내는 바와 같이, 타깃 (7) 은, 그 외경이 기판 (6) 의 외경보다 커지도록 형성되어 있다. 또, 타깃 (7) 의 외경보다 배킹 플레이트 (8) 의 외경이 커지도록 설정되어 있다.

이 타깃 (7) 은, 예를 들어 금속이나 금속 산화물로 이루어지고, 진공조 (2) 내에 노출되고 스퍼터링되는 스퍼터면 (7a) 이 기판 (6) 과 대향하도록 배치되어 있다.

배킹 플레이트 (8) 는, 절연물 (8a) 를 개재하여 진공조 (2) 의 벽면에 장착되고, 이로써 배킹 플레이트 (8) 는 진공조 (2) 에 대해 전기적으로 절연되어 있다.

배킹 플레이트 (8) 는 전원 장치 (9) 에 전기적으로 접속되고, 이 배킹 플레이트 (8) 를 통하여 타깃 (7) 에 대해 소정의 전력 (전압) 을 인가하도록 구성되어 있다.

전원 장치 (9) 로부터 타깃 (7) 에 인가하는 전력의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니고, 직류, 교류 (고주파, 펄스상의 것도 포함한다) 중 어느 것이어도 된다.

타깃 (7) (배킹 플레이트 (8)) 의 외주부의 주위에는, 이하에 설명하는 내측 실드부 (21) 와 외측 실드부 (22) 가 형성되어 있다.

도 1(b) 에 나타내는 바와 같이, 본 예의 내측 실드부 (21) 및 외측 실드부 (22) 는, 각각 타깃 (7) 및 배킹 플레이트 (8) 를 둘러싸도록 형성되어 있다.

여기서, 내측 실드부 (21) 는, 예를 들어 산화알루미늄 (Al₂O₃) 등의 절연성의 재료나 티탄 (Ti), 알루미늄 (Al), 스테인리스 등의 도전성의 금속 재료로 이루어지는 것으로, 타깃 (7) (배킹 플레이트 (8)) 의 외주부에 근접 배치되어 있다.

그리고, 이 내측 실드부 (21) 는, 진공조 (2) 내에 있어서 다른 부분에 대해 절연되고, 그 전위가 부유 전위가 되도록 설정되어 있다.

본 예의 내측 실드부 (21) 는, 사각형의 프레임 형상으로 형성되고 (도 1(b) 참조), 그 선단부 (도 1(a) 중에 나타내는 상부) 가 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 보다 기판 (6) 측으로 돌출되어 진공조 (2) 의 후술하는 자석 장치 (10) 측의 내벽 (2a) 에 대한 거리가 스퍼터면 (7a) 에 대한 거리보다 커지도록 구성되어 있다.

한편, 외측 실드부 (22) 는, 예를 들어 티탄 (Ti), 알루미늄 (Al), 스테인리스 등의 도전성의 금속 등의 재료로 이루어지고, 내측 실드부 (21) 의 주위에 형성되어 있다.

그리고, 본 예의 외측 실드부 (22) 는, 사각형의 프레임 형상으로 형성되고 (도 1(b) 참조), 그 선단부 (도 1(a) 중에 나타내는 상부) 가 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 보다 기판 (6) 측으로 돌출되어 진공조 (2) 의 후술하는 자석 장치 (10) 측의 내벽 (2a) 에 대한 거리가 스퍼터면 (7a) 에 대한 거리보다 커지도록 구성되어 있다.

이 외측 실드부 (22) 는, 예를 들어 진공조 (2) 와 함께 접지 전위로 설정되고, 스퍼터 입자를 기판 (6) 에 유도하기 위한 소위 어스 실드의 역할을 하는 것이다.

배킹 플레이트 (8) 의 이면측에는 자석 장치 (10) 가 형성되어 있다.

도 1(a)(b) 및 후술하는 도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, 자석 장치 (10) 는, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 상에 자장을 발생시키는 방향으로 설치된 중심 자석 (11) 과, 중심 자석 (11) 의 주위에 연속적인 형상으로 설치된 외주 자석 (12) 을 갖고 있다.

중심 자석 (11) 은 배킹 플레이트 (8) 와 평행한 자석 고정판 (13) 상에 예를 들어 장방체 형상으로 배치되고, 외주 자석 (12) 은 자석 고정판 (13) 상에서 중심 자석 (11) 의 둘레 가장자리부로부터 소정 거리를 두고 환상으로 형성되고, 중심 자석 (11) 을 둘러싸도록 배치되어 있다.

중심 자석 (11) 의 주위를 둘러싸는 환상의 외주 자석 (12) 은, 반드시 하나의 이음매가 없는 환 형상인 것을 의미하지 않는다. 즉, 중심 자석 (11) 의 주위를 둘러싸는 형상이면, 복수의 부품으로 구성되어 있어도 되고, 어느 부분에 직선적인 형상을 갖고 있어도 된다. 또, 닫힌 원환 또는 원환을 닫힌 채로 변형시킨 형상이어도 된다 (본 예에서는, 사각형 형상의 것이 나타나 있다).

또한, 본 예의 자석 장치 (10) 는, 외주 자석 (12) (자석 고정판 (13)) 의 외경이 타깃 (7) 의 외경보다 작아지도록 그 치수가 설정되어 있다.

외주 자석 (12) 과 중심 자석 (11) 은, 서로 상이한 극성의 자극을 대향시켜 배치되어 있다. 즉, 중심 자석 (11) 과 외주 자석 (12) 은 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 에 대해 서로 상이한 극성의 자극을 향하도록 배치되어 있다.

자석 장치 (10) 의 자석 고정판 (13) 의 이면측에는, 예를 들어 XY 스테이지 등의 이동 장치 (14) 가 배치되고, 자석 장치 (10) 는 이동 장치 (14) 에 장착되어 있다.

이동 장치 (14) 는 제어부 (15) 에 접속되고, 제어부 (15) 로부터의 제어 신호에 의해, 자석 장치 (10) 를 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 을 따라 중심 자석 (11) 의 연장되는 방향 (길이 방향) 에 대해 직교하는 방향으로 왕복 이동시키도록 구성되어 있다.

본 예에서는, 제어부 (15) 는, 자석 장치 (10) 를, 외주 자석 (12) 의 외주부 전체가 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부보다 내측으로 들어가는 위치와, 외주 자석 (12) 의 외주부의 일부 (본 예에서는 자석 장치 (10) 의 이동 방향측의 부분 (12₁ 및 12₂)) 가 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부의 외측으로 비어져 나오는 위치 사이를 왕복 이동시키도록 구성되어 있다 (도 1(a) 참조).

그리고, 상기 서술한 내측 실드부 (21) 와의 관계에 있어서는, 자석 장치 (10) 는, 외주 자석 (12) 의 외주부 전체가 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 주위를 둘러싸는 내측 실드부 (21) 의 내주부에 대해 내측으로 들어가는 위치와, 외주 자석 (12) 의 외주부의 일부 (본 예에서는 자석 장치 (10) 의 이동 방향측의 부분 (12₁ 및 12₂)) 가 내측 실드부 (21) 의 내주부에 대해 외주부측으로 비어져 나오는 위치 사이에서 이동하도록 구성되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 예에 있어서, 기판 (6) 상에 스퍼터링에 의해 성막을 실시하는 경우에는, 진공조 (2) 내를 진공 배기함과 함께, 진공조 (2) 내에 스퍼터 가스를 도입하고, 전원 장치 (9) 로부터 배킹 플레이트 (8) 을 통하여 타깃 (7) 에 소정의 부전압을 인가한다.

그리고, 상기 서술한 바와 같이, 자석 장치 (10) 를, 외주 자석 (12) 의 외주부 전체가 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 주위를 둘러싸는 내측 실드부 (21) 의 내주부에 대해 내측으로 들어가는 위치와, 외주 자석 (12) 의 외주부의 일부가 내측 실드부 (21) 의 내주부에 대해 외주부측으로 비어져 나오는 위치 사이에서 왕복 이동시킨다.

이상의 동작에 의해, 타깃 (7) 과 기판 (6) 사이에서 방전이 발생하고, 타깃 (7) 상의 스퍼터 가스가 전리되어 플라즈마화된다.

이 플라즈마 중에 존재하는 스퍼터 가스의 이온은, 자석 장치 (10) 에 의해 발생시킨 자장에 포착된다.

본 예에서는, 타깃 (7) 에 부전압이 인가되어 있고, 스퍼터 가스의 이온은 부전위의 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 에 충돌하여, 타깃 재료의 입자 (스퍼터 입자) 를 튕긴다.

이 스퍼터 입자가, 상기 서술한 기판 (6) 의 표면에 도달하여 부착되고, 타깃 재료의 막이 기판 (6) 에 형성된다.

한편, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 으로부터 튕겨진 스퍼터 입자의 일부는, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 에 재부착되게 된다.

이상 서술한 바와 같은 본 예의 스퍼터 성막 장치 (1) 에 있어서는, 방전시에 생성되고 자석 장치 (10) 에 의한 자장에 포착된 스퍼터 가스의 플라즈마가, 타깃 (7) 의 외주부의 주위에 근접 배치되고 부유 전위로 된 내측 실드부 (21) 에 의해 차단되기 때문에, 내측 실드부 (21) 의 주위에 형성되고 접지 전위로 된 도전성 재료로 이루어지는 외측 실드부 (22) 에 도달하여 접촉하는 것이 저지된다.

그 결과, 본 예에 의하면, 플라즈마 중의 이온의 전하가 접지 전위의 외측 실드부 (22) 에 접촉하는 것에 의한 플라즈마의 소실이 회피되기 때문에, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부에 플라즈마가 도달하고, 이것에 의해 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부에 있어서의 비이로전 영역의 발생을 억제할 수 있으므로, 타깃 (7) 의 비이로전 영역에 부착된 스퍼터 입자의 박리에서 기인하는 성막 특성의 저하를 방지할 수 있다.

도 2(a)(b) 는, 본 발명에 관련된 스퍼터 성막 장치의 제 2 예를 나타내는 것으로, 도 2(a) 는, 내부 구성을 나타내는 부분 단면도, 도 2(b) 는, 주요부의 내부 구성을 나타내는 평면도이다. 이하, 상기 제 1 예와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2(a)(b) 에 나타내는 바와 같이, 본 예의 스퍼터 성막 장치 (1A) 는, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 을 덮도록 겹치는 중복부 (21a) 가 형성되어 있는 내측 실드부 (21A) 를 갖고 있다.

여기서, 내측 실드부 (21A) 의 중복부 (21a) 는, 타깃의 스퍼터면 (7a) 에 대해 약간의 간극을 갖는 사각형 프레임상으로 형성되고, 그 개구부의 가장자리부 (21b) 가 타깃 (7) 의 외경보다 약간 작은 내경을 갖도록 구성되어 있다.

그리고, 이로써, 본 예의 내측 실드부 (21A) 의 중복부 (21a) 는, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부를 전역에 걸쳐 덮도록 형성되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 예에 의하면, 타깃 (7) 의 외주부의 전역에 걸쳐 형성된 내측 실드부 (21A) 의 중복부 (21a) 에 의해 플라즈마의 외측 실드부 (22) 로의 도달을 그 내주부의 전역에 걸쳐 확실하게 저지할 수 있으므로, 플라즈마의 소실에서 기인하는 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부에 있어서의 비이로전 영역의 발생을 타깃 (7) 의 외주부의 전역에 걸쳐 억제하여 비이로전 영역을 작게 할 수 있다. 또, 스퍼터 입자의 타깃 (7) 의 비이로전 영역으로의 부착을 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부의 전역에 걸쳐 저지할 수 있으므로, 스퍼터 입자의 박리에서 기인하는 성막 특성의 저하를 보다 한층 방지할 수 있다.

그 밖의 작용 효과에 대해서는 상기 서술한 예와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3(a)(b) 는, 본 발명에 관련된 스퍼터 성막 장치의 제 3 예의 목적을 설명하기 위한 도면이다.

또, 도 4 는, 동 스퍼터 성막 장치의 제 3 예의 주요부의 내부 구성을 나타내는 평면도이다. 이하, 상기 제 1, 2 예와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 상세한 설명을 생략한다.

이 종류의 마그네트론 스퍼터링 장치에서는, 자석 장치로서, 도 3(a) 에 나타내는 상기 서술한 자석 장치 (10) 와 같이, 장방체상의 중심 자석 (11) 과 프레임상의 외주 자석 (12) 을 조합한 것을 사용한 경우에, 이하와 같은 과제가 있다.

즉, 이와 같은 자석 장치 (10) 를 사용하여 스퍼터링을 실시하면, 스퍼터시의 방전에 의해 생성된 플라즈마 중의 이온은, 자석 장치 (10) 에 의해 발생시킨 자장 트랙에 포착되어, 자석 장치 (10) 에 대응하는 궤도를 그리며 운동한다.

이 경우, 자석 장치 (10) 는 사각 형상으로 형성되어 있는 점에서, 발생하는 자장 트랙도 사각형에 가까운 형상이 된다.

그러나, 실제 장치에서는, 도 3(a)(b) 에 나타내는 바와 같이, 방전에 의해 생성된 플라즈마 (30) 중의 이온은, 자석 장치 (10) 의 예를 들어 외주 자석 (12) 의 단변 (12s) 측으로부터 장변 (12l) 측으로 방향을 바꾸어 이동할 때에 플라즈마 (30) 의 플라즈마 밀도가 높아지는 것 등의 이유에 의해, 자석 장치 (10) 의 외주 자석 (12) 의 단변 (12s) 측으로부터 장변 (12l) 측으로 이온이 방향을 바꾸어 이동하는 모서리부 (12c, 12d) (대응하는 타깃 (7) 의 단변 (7s) 측으로부터 장변 (7l) 측으로 이온이 방향을 바꾸어 이동하는 모서리부 (7c, 7d)) 에 있어서 발생하는, 플라즈마 (30) 의 외측으로 장출되는 형상의 부분 (31, 32) 을 따라 운동을 하게 된다.

그 결과, 이와 같은 플라즈마 (30) 의 외측으로 장출되는 형상의 부분 (31, 32) 을 따라 이온이 운동하면, 예를 들어 어스 실드 등의 접지 전위의 도전 부재에 접촉하면 플라즈마 (30) 중의 이온의 전하가 도전 부재를 통과하여 접지 부위에 흐르고, 플라즈마 (30) 의 일부가 소실되어, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) (도 1a 참조) 에 있어서 스퍼터되지 않는 비이로전 영역이 남는다는 과제가 있다.

도 4 는, 상기 서술한 과제를 해결하기 위한 수단을 나타내는 것이다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 3 예의 스퍼터 성막 장치 (1B) 에 있어서는, 내측 실드부 (21B) 에 있어서, 사각 형상으로 형성된 타깃 (7) 의 대향하는 1 쌍의 모서리부 (7c, 7d) 와 겹치도록 중복부 (21c, 21d) 를 형성하도록 한 것이다.

특히 본 예의 경우에는, 내측 실드부 (21B) 에 있어서, 상기 서술한 플라즈마 (30) 의 외측으로 장출되는 형상의 부분 (31, 32) 에 대응하는, 타깃 (7) 의 대향하는 1 쌍의 모서리부 (7c, 7d), 즉, 도 3(a)(b) 에 나타내는 자석 장치 (10) 의 외주 자석 (12) 의 단변 (12s) 측으로부터 장변 (12l) 측으로 이온이 방향을 바꾸어 이동하는 모서리부 (12c, 12d) 에 각각 대응하는 타깃 (7) 의 모서리부 (7c, 7d) 와 겹치도록 각각 중복부 (21c, 21d) 가 형성되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 예에 의하면, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부에 있어서의 비이로전 영역의 발생을 확실하게 또한 적은 재료로 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

도 5(a)(b) 는, 본 발명에 관련된 스퍼터 성막 장치의 제 4 예를 나타내는 것으로, 도 5(a) 는, 내부 구성을 나타내는 부분 단면도, 도 5(b) 는, 주요부의 내부 구성을 나타내는 평면도이다.

또, 도 6 은, 본 발명에 관련된 스퍼터 성막 장치의 제 5 예의 내부 구성을 나타내는 평면도이다. 이하, 상기 제 1 예와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 상세한 설명을 생략한다.

도 5(a)(b) 에 나타내는 바와 같이, 본 예의 스퍼터 성막 장치 (1C) 는, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 방향으로 장출된 장출부 (23a) 가 형성되어 있는 내측 실드부 (23) 를 갖고 있다.

여기서, 내측 실드부 (23) 의 장출부 (23a) 는, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 에 대해 약간의 간극을 갖는 사각형 프레임상으로 형성되고, 그 개구부의 가장자리부 (23b) 가 타깃 (7) 의 외경보다 약간 큰 내경을 갖도록 구성되어 있다.

즉, 본 예의 내측 실드부 (23) 의 장출부 (23a) 는, 상기 서술한 제 2 예와 달리, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 과 겹치지 않도록 형성되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 예에 있어서도, 타깃 (7) 의 외주부의 전역에 걸쳐 형성된 내측 실드부 (23) 의 장출부 (23a) 에 의해 플라즈마의 외측 실드부 (22) 로의 도달을 그 내주부의 전역에 걸쳐 확실하게 저지할 수 있으므로, 플라즈마의 소실에서 기인하는 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부에 있어서의 비이로전 영역의 발생을 타깃 (7) 의 외주부의 전역에 걸쳐 억제하여 비이로전 영역을 작게 할 수 있다.

한편, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 5 예의 스퍼터 성막 장치 (1D) 에 있어서는, 내측 실드부 (23) 에 있어서, 사각 형상으로 형성되고, 또한, 상기 서술한 플라즈마 (30) 의 외측으로 장출되는 형상의 부분 (31, 32) 에 대응하는, 타깃 (7) 의 대향하는 1 쌍의 모서리부 (7c, 7d) 의 근방에, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 방향으로 장출된 장출부 (23c, 23d) 를 형성하도록 한 것이다.

이 경우, 장출부 (23c, 23d) 는, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 과 겹치지 않도록 형성되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 제 4 예 및 제 5 예에 의하면, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부에 있어서의 비이로전 영역의 발생을 확실하게 또한 보다 적은 재료로 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 여러 가지 변경을 실시할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는 하나의 자석 장치를 사용한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 이하에 설명하는 바와 같이, 복수의 자석 장치를 나열하여 배치하는 경우에도 적용할 수 있다.

도 7 은, 복수의 자석 장치를 사용한 스퍼터 성막 장치의 예를 나타내는 부분 단면도, 도 8 은, 동 복수의 자석 장치를 사용한 스퍼터 성막 장치의 예의 주요부의 내부 구성을 나타내는 평면도이다. 이하, 상기 예와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 상세한 설명을 생략한다.

도 7 및 도 8 에 나타내는 바와 같이, 본 예의 스퍼터 성막 장치 (1E) 는, 도 1(a)(b) 에 나타내는 제 1 예의 스퍼터 성막 장치 (1) 와 동일한 내측 실드부 (21) 와 외측 실드부 (22) 가 형성된 진공조 (2) 를 갖는 것으로, 이 진공조 (2) 내의 배킹 플레이트 (8) 의 이면측에, 자석 장치 (10a) 가 형성되어 있다.

본 예에 있어서의 자석 장치 (10a) 는, 상기 서술한 자석 고정판 (13) 상에, 복수 개 (본 예에서는 5 개) 의 자석 수단 (10A ∼ 10E) 이 형성되어 있다.

이들 자석 수단 (10A ∼ 10E) 은, 동일한 구성을 갖고, 각각 배킹 플레이트 (8) 와 평행한 가늘고 긴 판상의 자석 고정부 (16a) 상에, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 상에 자장을 발생시키는 방향으로 설치된 중심 자석 (11a) 과, 중심 자석 (11a) 의 주위에 연속적인 형상으로 설치된 외주 자석 (12a) 을 구비하고 있다.

중심 자석 (11a) 은 자석 고정부 (16a) 와 동일 방향으로 연장되는 가늘고 긴 예를 들어 장방체 형상으로 배치되고, 외주 자석 (12a) 은 자석 고정부 (16a) 상에 있어서 자석 고정부 (16a) 와 동일 방향으로 연장되는 가늘고 긴 환상으로 형성되고, 또한, 중심 자석 (11a) 의 둘레 가장자리부에 대해 소정 거리를 두고 중심 자석 (11a) 을 둘러싸도록 배치되어 있다.

각 자석 수단 (10A ∼ 10E) 에 있어서, 중심 자석 (11a) 의 주위를 둘러싸는 환상의 외주 자석 (12a) 은, 상기 서술한 자석 장치 (10) 와 마찬가지로, 반드시 하나의 이음매가 없는 환 형상인 것을 의미하지 않는다. 즉, 중심 자석 (11a) 의 주위를 둘러싸는 형상이면, 복수의 부품으로 구성되어 있어도 되고, 어느 부분에 직선적인 형상을 갖고 있어도 된다. 또, 닫힌 원환 또는 원환을 닫힌 채로 변형시킨 형상이어도 된다 (본 예에서는, 사각형 형상의 것이 나타나 있다).

각 자석 수단 (10A ∼ 10E) 의 외주 자석 (12a) 과 중심 자석 (11a) 은, 서로 상이한 극성의 자극을 대향시켜 배치되고, 이로써 중심 자석 (11a) 과 외주 자석 (12a) 은 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 에 대해 서로 상이한 극성의 자극을 향하도록 구성되어 있다.

그리고, 이와 같은 구성을 갖는 자석 수단 (10A ∼ 10E) 은, 인접하는 외주 자석 (12a) 의 길이 방향의 측부가 대향하도록 동일 방향을 향하여 근접 배치되어 있다.

본 예의 자석 장치 (10a) 에서는, 상기 제 1 예의 경우와 마찬가지로, 자석 고정판 (13) 이 상기 서술한 이동 장치 (14) 에 장착되어 있고, 제어부 (15) 로부터의 제어 신호에 의해, 자석 장치 (10a) 를 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 을 따라 각 자석 수단 (10A ∼ 10E) 의 연장되는 방향 (길이 방향) 에 대해 직교하는 방향으로 왕복 이동시키도록 구성되어 있다.

그리고, 본 예에서는, 자석 장치 (10a) 의 자석 수단 (10A ∼ 10E) 중, 자석 장치 (10a) 의 이동 방향의 양측에 위치하는 자석 수단 (10A) 및 자석 수단 (10E) 에 있어서의 외주 자석 (12a) 의 이동 방향측의 부분 (12a₁ 및 12a₂) 의 가장자리부 사이의 거리가, 당해 이동 방향에 대한 타깃 (7) 의 당해 이동 방향에 대해 가장자리부 사이의 길이보다 작아지도록 각 자석 수단 (10A ∼ 10E) 의 치수 및 배치 위치가 설정되어 있다 (도 8 참조).

또한, 본 예에 있어서는, 자석 장치 (10a) 의 각 자석 수단 (10A ∼ 10E) 의 외주 자석 (12a) 의 각각에 대해, 자석 장치 (10a) 의 이동 방향에 대해 직교하는 방향의 가장자리부 사이의 거리가, 타깃 (7) 의 당해 이동 방향에 대해 직교하는 방향의 가장자리부 사이의 길이보다 작아지도록 각 자석 수단 (10A ∼ 10E) 의 치수 및 배치 위치가 설정되어 있다.

그리고, 자석 장치 (10a) 를, 외주 자석 (12a) 의 외주부 전체가 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주보다 내측으로 들어가는 위치와, 외주 자석 (12a) 의 외주부의 일부 (본 예에서는 자석 장치 (10a) 의 이동 방향측의 부분 (12a₁ 및 12a₂)) 가 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부의 외측으로 비어져 나오는 위치 사이를 왕복 이동시키도록 구성되어 있다.

한편, 상기 서술한 내측 실드부 (21) 와의 관계에 있어서는, 자석 장치 (10a) 는, 외주 자석 (12a) 의 외주부 전체가 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 주위를 둘러싸는 내측 실드부 (21) 의 내주부에 대해 내측으로 들어가는 위치와, 외주 자석 (12a) 의 외주부의 일부 (본 예에서는 이동 방향측의 부분 (12a₁ 및 12a₂)) 가 내측 실드부 (21) 의 내주부에 대해 외주부측으로 비어져 나오는 위치 사이에서 이동하도록 구성되어 있다.

이상 서술한 본 예의 스퍼터 성막 장치 (1E) 에 있어서는, 방전시에 생성되고 자석 장치 (10a) 의 각 자석 수단 (10A ∼ 10E) 에 의한 자장에 포착된 스퍼터 가스의 플라즈마가, 타깃 (7) 의 외주부의 주위에 근접 배치되고 부유 전위로 된 내측 실드부 (21) 에 의해 차단되기 때문에, 내측 실드부 (21) 의 주위에 형성되고 접지 전위로 된 도전성 재료로 이루어지는 외측 실드부 (22) 에 도달하여 접촉하는 것이 저지된다.

그 결과, 본 예에 의하면, 상기 서술한 제 1 ∼ 제 4 예의 경우와 마찬가지로, 플라즈마 중의 이온의 전하가 접지 전위의 외측 실드부 (22) 에 접촉하는 것에 의한 플라즈마의 소실이 회피되기 때문에, 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부에 플라즈마가 도달하고, 이것에 의해 타깃 (7) 의 스퍼터면 (7a) 의 외주부에 있어서의 비이로전 영역의 발생을 억제할 수 있으므로, 타깃 (7) 의 비이로전 영역에 부착된 스퍼터 입자의 박리에서 기인하는 성막 특성의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 예에 있어서는, 복수의 자석 수단 (10A ∼ 10E) 을 갖는 자석 장치 (10a) 를 사용하고 있는 점에서, 자장에 대한 전력 집중이 완화되고, 이로써 투입 전력을 크게 할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 상기 서술한 예에서는, 5 개의 자석 수단 (10A ∼ 10E) 을 갖는 자석 장치 (10a) 를 형성한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 6 개 이상의 자석 수단을 갖는 경우에도 적용할 수 있다.

또, 본 예의 자석 장치 (10a) 는, 상기 서술한 제 2 예 ∼ 제 5 예의 스퍼터 성막 장치 (1A ∼ 1D) 에도 적용할 수 있다.

특히, 본 예의 자석 장치 (10a) 를 사용하여 스퍼터링을 실시하는 경우에 있어서, 플라즈마 중의 이온이, 자석 장치 (10a) 의 각 자석 수단 (10A ∼ 10E) 의 외주 자석 (12a) 의 단변측으로부터 장변측으로 이온이 방향을 바꾸어 이동하는 대향하는 모서리부에 있어서 발생하는, 플라즈마의 외측으로 장출되는 형상의 부분을 따라 운동을 할 때에는, 상기 서술한 제 3 예의 스퍼터 성막 장치 (1B) 그리고 제 5 예의 스퍼터 성막 장치 (1D) 와 조합하는 것이 유효하다.

즉, 본 예의 자석 장치 (10a) 에서는, 각 자석 수단 (10A ∼ 10E) 에 대해 단변측으로부터 장변측으로 이온이 방향을 바꾸어 이동하는 대향하는 모서리부에 있어서, 상기 서술한 바와 같은 플라즈마의 외측으로 장출되는 형상의 부분을 따라 이온은 운동을 하지만, 이 플라즈마 중의 이온은, 자석 장치 (10a) 전체에 대해서도, 예를 들어 도 8 에 나타내는 바와 같이 자석 장치 (10a) 의 이동 방향 양단의 자석 수단 (10A, 10E) 의 외주 자석 (12a) 의 단변측으로부터 장변측으로 이온이 방향을 바꾸어 이동하는 대향하는 모서리부 (12c, 12d) 에 있어서, 플라즈마의 외측으로 장출되는 형상의 부분을 따라 운동을 하게 되기 때문이다.

1 : 스퍼터 성막 장치
2 : 진공조
6 : 기판 (성막 대상물)
7 : 스퍼터링 타깃
7a : 스퍼터면
7c, 7d : 모서리부
7l : 장변
7s : 단변
8 : 배킹 플레이트
10 : 자석 장치
11 : 중심 자석
12 : 외주 자석
21 : 내측 실드부
22 : 외측 실드부

Claims

진공 중에 있어서 마그네트론 스퍼터링법에 의해 하나의 성막 대상물에 대해 성막을 실시하는 스퍼터 성막 장치로서,
하나의 스퍼터링 타깃에 대해 스퍼터면과 반대측에 배치되고, 방전시에 당해 스퍼터링 타깃의 스퍼터면을 따르는 방향으로 이동하는 마그네트론 발생용 자석 장치와,
상기 스퍼터링 타깃의 외주부의 주위에, 상기 외주부와 대향하여 형성되고 접지 전위로 된 도전성 재료로 이루어지는 어스 실드로서의 외측 실드부와,
상기 외측 실드부와 상기 스퍼터링 타깃 사이에 배치되고, 상기 스퍼터링 타깃의 외주부의 주위에 근접 배치되고 부유 전위로 된 내측 실드부를 갖고,
상기 내측 실드부는, 상기 마그네트론 발생용 자석 장치에 의한 자장에 포착되는 플라즈마 중의 이온의 전하가 상기 외측 실드부에 도달하여 접촉하는 것을 차폐하는, 스퍼터 성막 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 내측 실드부에, 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터면을 덮도록 겹치는 중복부가 형성되어 있는, 스퍼터 성막 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 내측 실드부의 중복부가, 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 외주부의 전역에 걸쳐 형성되어 있는, 스퍼터 성막 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 내측 실드부의 중복부가, 사각 형상으로 형성된 상기 스퍼터링 타깃의 대향하는 1 쌍의 모서리부와 겹치도록 형성되어 있는, 스퍼터 성막 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 내측 실드부가, 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 방향으로 장출된 장출부가 형성되어 있는, 스퍼터 성막 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 내측 실드부의 장출부가, 상기 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 외주부의 전역에 걸쳐 형성되어 있는, 스퍼터 성막 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 내측 실드부의 장출부가, 사각 형상으로 형성된 상기 스퍼터링 타깃의 대향하는 1 쌍의 모서리부에 형성되어 있는, 스퍼터 성막 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스퍼터링 타깃은, 그 외경이 상기 성막 대상물의 외경보다 커지도록 형성되어 있는, 스퍼터 성막 장치.