KR102502558B1 - 스패터링 장치 - Google Patents

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KR102502558B1
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테루아키 이와하시
슌스케 사사키
šœ스케 사사키
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가부시키가이샤 아루박
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Abstract

본 발명의 스패터링 장치는, 타겟과 기판의 사이에 설치되어 자기회로에 대응하는 개구를 가지고 상기 자기회로에 대응하지 않는 부분을 가리는 판상(板狀)의 레귤레이터를 가진다. 상기 레귤레이터는, 적어도 상기 기판의 면적의 절반 이상의 면적을 가린다. 상기 개구의 형상이, 선형 윤곽을 가진다. 상기 개구가 상기 타겟의 회전축선 방향에서 볼 때 상기 자기회로와 일치하도록 배치되어 있고, 상기 타겟의 상기 회전축선과 상기 기판의 회전축선이 평행하게 배치된다.

Description

스패터링 장치
본 발명은, 스패터링 장치(Sputtering device)에 관한 것으로, 특히, 경사 성분을 저감해 높은 커버리지와 타겟의 높은 이용 효율이 가능한 성막에 이용하기에 바람직한 기술에 관한 것이다.
본원은, 2018년 8월 10일에 일본에 출원된 특원 2018-151527호에 근거해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래부터, 반도체 디바이스의 제조 공정으로서, 소정의 애스펙트비(aspect 比)를 가지는 바이어 홀(Via hole)이나 컨택트 홀(contact hole)의 내면(내벽면 및 저면)에 Cu막으로 된 시드층(seed layer)을 성막하는 공정이 알려져 있다. 이러한 Cu막의 성막에 이용하는 성막 장치로서, 스패터링 장치가, 예를 들면, 특허문헌 1에 알려져 있다. 이 장치는, 처리해야 할 기판과 타겟이 대향 배치되는 진공 챔버를 갖추고, 진공 챔버 내에 스패터 가스(spatter gas)를 도입해, 타겟에 전력을 투입하여 기판과 타겟의 사이에 플라스마를 형성하고, 타겟을 스패터링하여 비산한 스패터 입자(Cu래디칼이나 Cu이온)를 기판에 부착, 퇴적함으로써 Cu막을 기판 상에 성막한다.
상술한 특허문헌 1에 기재되는 기술에서는, 기판과 타겟의 사이에 자장을 발생시키는 것에 의해 이온의 지향성을 향상시키고, 이에 따라 도랑부(溝部) 내벽면에 균일한 커버리지로 성막할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 2013-80779호 공보
그렇지만, 상술한 특허문헌 1에 기재의 기술에서는, 이로전(erosion)을 크게 하면 피처리 기판에 경사져 입사하는 스패터 입자의 수가 많아져, 커버리지가 악화할 가능성이 있고, 이로전을 작게 하면 소위 리데포(redeposition)라고 불리는 재부착막의 박리에 의해 이물이 발생한다고 하는 문제가 있었다.
또, 이로전을 작게 하기 위해 타겟 치수를 작게 하면, 타겟 수명이 짧아지기 때문에, 타겟 교환에 수반하는 메인터넌스 빈도가 증가하고, 장치의 가동률이 저하된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 이하의 목적을 달성하려고 하는 것이다.
1. 스패터 입자의 경사 성분을 저감하여, 비대칭성을 저감해 커버리지를 향상시키는 것.
2. 타겟의 이용 효율을 향상시키는 것.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치는, 캐소드(cathode)에 장착된 타겟에 대하여 성막해야 할 기판을 대향시키고, 상기 타겟의 이면(裏面)에 설치된 자기회로(磁氣回路)를 이용해 상기 타겟을 스패터링하여 상기 기판에 성막한다. 이 스패터링 장치에서는, 상기 자기회로의 지름 치수가 상기 타겟의 반경(半徑) 보다 작게 설정되어 있다. 상기 스패터링 장치는, 상기 기판을, 상기 기판의 회전축선 주위에 회전하는 기판 회전부와, 상기 타겟을, 상기 타겟의 회전축선 주위에 회전하는 타겟 회전부와, 상기 타겟과 상기 기판의 사이에 설치되어 상기 자기회로에 대응하는 개구(開口)를 가지고 상기 자기회로에 대응하지 않는 부분을 가리는 판상(板狀)의 레귤레이터(Regulator)를 가진다. 상기 레귤레이터가 적어도 상기 기판의 면적의 절반 이상의 면적을 가리고, 상기 개구의 형상이, 대략 선형(扇型) 윤곽을 가지고, 상기 개구가 상기 타겟의 상기 회전축선 방향에서 볼 때 상기 자기회로와 대략 일치하도록 배치되고, 상기 타겟의 상기 회전축선과 상기 기판의 상기 회전축선이 대략 평행하게 배치된다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 개구의 형상에 있어서의 대략 선형 윤곽의 중심점이 상기 타겟의 상기 회전축선에서 볼 때 상기 타겟의 상기 회전축선과 대략 일치하도록 배치되어도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 타겟의 상기 회전축선과 상기 기판의 상기 회전축선이 상기 타겟의 상기 회전축선에서 볼 때 대략 일치하도록 배치되어도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 기판의 상기 회전축선이, 상기 타겟의 상기 회전축선 방향에서 볼 때 대략 선형 윤곽을 가지는 상기 개구의 원호상연(圓弧狀緣)의 중심 위치와 대략 일치하도록 배치되어도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 기판의 상기 회전축선이, 상기 타겟의 상기 회전축선 방향에서 볼 때 대략 선형 윤곽을 가지는 상기 개구에서의 어느 하나의 반경의 중심과 대략 일치하도록 배치되어도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 레귤레이터가, 대략 선형 윤곽을 가지는 상기 개구의 중심점에 대한 지름 방향 외측 위치에서는, 상기 기판을 가리지 않도록 중심각이 둔각이 되는 선형 윤곽의 형상을 가져도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 타겟과 상기 기판이, 대략 같은 지름 치수를 가져도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 타겟과 상기 기판과의 거리가, 상기 기판의 지름 치수에 대하여 1배~3배의 범위가 되도록 설정되어도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 자기회로를 상기 타겟의 반경 보다 작은 범위에서 상기 타겟의 면내(面內) 방향으로 이동 가능하게 하는 자기회로 이동부를 가져도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치는, 캐소드에 장착된 타겟에 대하여 성막해야 할 기판을 대향시키고, 상기 타겟의 이면에 설치된 자기회로를 이용해 상기 타겟을 스패터링하여 상기 기판에 성막한다. 이 스패터링 장치에서는, 상기 자기회로의 지름 치수가 상기 타겟의 반경 보다 작게 설정되어 있다. 상기 스패터링 장치는, 상기 기판을, 상기 기판의 회전축선 주위에 회전하는 기판 회전부와, 상기 타겟을, 상기 타겟의 회전축선 주위에 회전하는 타겟 회전부와, 상기 타겟과 상기 기판의 사이에 설치되어 상기 자기회로에 대응하는 개구를 가지고 상기 자기회로에 대응하지 않는 부분을 가리는 판상의 레귤레이터를 가진다. 상기 레귤레이터가 적어도 상기 기판의 면적의 절반 이상의 면적을 가리고, 상기 개구의 형상이, 대략 선형 윤곽을 가지고, 상기 개구가 상기 타겟의 상기 회전축선 방향에서 볼 때 상기 자기회로와 대략 일치하도록 배치되고, 상기 타겟의 상기 회전축선과 상기 기판의 상기 회전축선이 대략 평행하게 배치된다.
이에 따라, 자기회로를 타겟 반경 보다 작게 하여 이로전이 기판의 성막 영역에 대해서 경사 위치가 되는 영역을 줄인다. 레귤레이터에 의해 타겟으로부터 기판에 입사하는 스패터 입자의 방향을 규제하여, 타겟으로부터 기판에 대해서 경사 방향으로 입사하는 스패터 입자를 삭감한다. 비대칭성을 저감해 커버리지를 향상시키는 동시에, 타겟을 회전시켜 이로전이 집중되는 것을 방지한다. 타겟에서의 이로전이 발생하는 영역을 시간적으로 분산시켜 확대한다. 이에 따라, 타겟 라이프(타겟의 수명)를 증대하는 것이 가능해지고, 타겟 이용 효율을 향상시킨 상태에서, 회전하는 기판에 성막하는 것을 가능하게 할 수 있다.
여기서, 타겟으로부터 기판에 입사하는 경사 방향의 스패터 입자에서의 입사 각도가, 타겟과 기판과의 법선에 대하여, 기판 반경과 타겟 기판 간 거리와의 아크탄젠트(arctangent)에 거의 같은 각도이거나, 이보다 작은 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 개구의 형상에 있어서의 대략 선형 윤곽의 중심점이 상기 타겟의 상기 회전축선에서 볼 때 상기 타겟의 상기 회전축선과 대략 일치하도록 배치된다.
이에 따라, 자기회로를 타겟 반경 보다 작게 하는 것으로, 이로전이 기판의 성막 영역에 대해서 경사 위치가 되는 영역을 줄인다. 동시에, 레귤레이터에 의해 타겟으로부터 기판에 입사하는 스패터 입자의 방향을 규제하여, 타겟으로부터 기판에 대해서 경사 방향으로 입사하는 스패터 입자를 삭감한다. 이에 따라, 기판에 입사하는 스패터 입자에서의 비대칭성을 저감한다. 이에 따라, 스패터에서의 커버리지를 향상시킨다. 이와 동시에, 타겟을 회전시켜 이로전이 집중되는 것을 방지한다. 또, 타겟에서의 이로전이 발생하는 영역을 시간적으로 분산시킴으로써, 타겟에서의 이로전이 발생하는 영역을 확대한다. 이에 따라, 타겟의 라이프를 증대하는 것이 가능해진다. 또, 타겟의 이용 효율을 향상시킨 상태에서, 회전하는 기판에 성막하는 것을 가능하게 할 수 있다.
여기서, 타겟으로부터 기판에 입사하는 경사 방향의 스패터 입자에서의 입사 각도가, 타겟과 기판과의 법선에 대하여, 기판 반경과 타겟 기판 간 거리와의 아크탄젠트에 거의 같은 각도이거나, 이보다 작은 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 타겟의 상기 회전축선과 상기 기판의 상기 회전축선이 상기 타겟의 상기 회전축선에서 볼 때 대략 일치하도록 배치된다.
이에 따라, 스패터에서의 커버리지를 향상시킨다. 이와 동시에, 타겟을 회전시켜 이로전이 집중되는 것을 방지한다. 또, 타겟에서의 이로전이 발생하는 영역을 시간적으로 분산시킴으로써, 타겟에서의 이로전이 발생하는 영역을 확대한다. 이에 따라, 타겟의 라이프를 증대하는 것이 가능해진다. 또, 타겟의 이용 효율을 향상시킨 상태에서, 회전하는 기판에 성막하는 것을 가능하게 할 수 있다.
여기서, 타겟으로부터 기판에 입사하는 경사 방향의 스패터 입자에서의 입사 각도가, 타겟과 기판과의 법선에 대해서, 기판 반경과 타겟 기판 간 거리와의 아크탄젠트에 거의 같은 각도이거나, 이보다 작은 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 기판의 상기 회전축선이, 상기 타겟의 상기 회전축선 방향에서 볼 때 대략 선형 윤곽을 가지는 상기 개구의 원호상연의 중심 위치와 대략 일치하도록 배치된다.
이에 따라, 자기회로를 타겟 반경 보다 작게 하여 이로전이 기판의 성막 영역에 대해서 경사 위치가 되는 영역을 줄인다. 레귤레이터에 의해 타겟으로부터 기판에 입사하는 스패터 입자의 방향을 규제하여, 타겟으로부터 기판에 대해서 경사 방향으로 입사하는 스패터 입자를 삭감한다. 커버리지를 향상시키는 동시에, 타겟을 회전시켜 이로전이 집중되는 것을 방지한다. 타겟에서의 이로전이 발생하는 영역이 시간적으로 분산시켜 확대한다. 타겟 라이프를 증대하는 것이 가능해져, 타겟 이용 효율을 향상시킨 상태에서, 회전하는 기판에 성막하는 것을 가능하게 할 수 있다.
여기서, 타겟으로부터 기판에 입사하는 경사 방향의 스패터 입자에서의 입사 각도가, 최대로, 타겟과 기판과의 법선에 대해서 기판 반경과 타겟 기판 간 거리와의 아크탄젠트에 거의 같은 상태로 할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 기판의 상기 회전축선이, 상기 타겟의 상기 회전축선 방향에서 볼 때 대략 선형 윤곽을 가지는 상기 개구에서의 어느 하나의 반경의 중심과 대략 일치하도록 배치된다.
이에 따라, 자기회로를 타겟 반경 보다 작게 하여 이로전이 기판의 성막 영역에 대해서 경사 위치가 되는 영역을 줄인다. 레귤레이터에 의해 타겟으로부터 기판에 입사하는 스패터 입자의 방향을 규제하여, 타겟으로부터 기판에 대해서 경사 방향으로 입사하는 스패터 입자를 삭감한다. 커버리지를 향상시키는 동시에, 타겟을 회전시켜 이로전이 집중되는 것을 방지한다. 타겟에서의 이로전이 발생하는 영역을 시간적으로 분산시켜 확대한다. 이에 따라, 타겟 라이프를 증대하는 것이 가능해지고, 타겟 이용 효율을 향상시킨 상태에서, 회전하는 기판에 성막하는 것을 가능하게 할 수 있다.
여기서, 타겟으로부터 기판에 입사하는 경사 방향의 스패터 입자에서의 입사 각도가, 최대로, 타겟과 기판과의 법선에 대해서, 레귤레이터의 개구에서의 선형(扇型)의 반경 중심끼리의 거리와의 아크탄젠트에 거의 같은 상태로 할 수 있다. 본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치는, 상기 과제를 해결할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 레귤레이터가, 대략 선형 윤곽을 가지는 상기 개구의 중심점에 대한 지름 방향 외측 위치에서는, 상기 기판을 가리지 않도록 중심각이 둔각이 되는 선형 윤곽의 형상을 가진다.
이에 따라, 레귤레이터의 면적을 작게 하여, 스패터링 장치를 소형화 할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 타겟과 상기 기판이, 대략 같은 지름 치수를 가진다.
이에 따라, 회전하는 타겟에 있어서 이로전이 발생하지 않는 지름 방향 외측의 영역을 최소화해, 타겟 라이프를 늘린 상태에서, 타겟의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 타겟과 상기 기판과의 거리가, 상기 기판의 지름 치수에 대하여 1배~3배의 범위가 되도록 설정된다.
이에 따라, 롱 스로우 스패터(Long Throw Spatter)와 같이 경사 입사하는 스패터 입자를 삭감해 커버리지를 향상시키는 동시에, 성막 레이트의 감소를 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 자기회로를 상기 타겟의 반경 보다 작은 범위에서 상기 타겟의 면내 방향으로 이동 가능하게 하는 자기회로 이동부를 가진다.
이에 따라, 이로전이 발생하는 영역이 집중되는 것을 방지하여, 타겟 라이프를 보다 개선할 수 있다.
게다가, 본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 자기회로를, 상기 자기회로의 회전축선 주위에 회전하는 자기회로 회전부가 설치되고, 상기 자기회로의 회전축선과 상기 타겟의 회전축선이 대략 평행하게 배치되고, 상기 자기회로의 회전축선이, 상기 타겟의 회전축선 방향에서 볼 때 상기 개구의 내부에 위치하도록 배치될 수 있다.
또, 본 발명의 일 양태에 따른 스패터링 장치에서는, 상기 타겟의 회전축선이, 상기 타겟의 회전축선 방향에서 볼 때 상기 개구의 내부에 위치하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 스패터 입자의 경사 성분을 저감하여, 비대칭성을 저감해 커버리지를 향상시킬 수 있는 동시에, 타겟의 이용 효율을 향상시킬 수 있다는 효과를 발휘하는 것이 가능해진다.
[도 1] 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 스패터링 장치를 나타내는 모식 단면도이다.
[도 2] 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 스패터링 장치를 나타내는 모식 평면도이다.
[도 3] 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 스패터링 장치에서의 타겟의 소모 상태를 나타내는 모식 단면도이다.
[도 4] 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 스패터링 장치를 나타내는 모식 단면도이다.
[도 5] 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 스패터링 장치를 나타내는 모식 평면도이다.
[도 6] 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 스패터링 장치를 나타내는 모식 평면도이다.
[도 7] 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 스패터링 장치를 나타내는 모식 평면도이다.
[도 8] 본 발명에 따른 스패터링 장치의 실시예에서의 커버리지를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 스패터링 장치를, 도면에 근거해 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에서의 스패터링 장치를 나타내는 모식 단면도이다. 도 2는, 본 실시 형태에서의 스패터링 장치를 나타내는 모식 평면도이다. 도 1에서, 부호(10)는, 스패터링 장치이다.
본 실시 형태에 따른 스패터링 장치(10)에 의해 처리되는 기판(W)에는, 애스펙트비가 높은 미세한 홀이나 단차 등이 형성되고 있다. 이 홀의 내면에 Cu막을 형성하는 경우 등에, 본 실시 형태에 따른 스패터링 장치(10)는 이용되어도 무방하다.
본 실시 형태에 따른 스패터링 장치(10)는, 마그네트론 방식의 스패터링 장치이며, 도 1, 도 2에 도시한 것처럼, 처리실(11a)을 획정(劃定)하는 진공 챔버(11)를 갖춘다. 진공 챔버(11)의 천정부에는, 캐소드 유닛(12)이 장착되어 있다.
덧붙여, 본 실시 형태에서는, 도 1에서, 진공 챔버(11)의 저부측에서 천정부측을 향하는 방향을 「위(上)」 혹은 「상방향」으로 하고, 진공 챔버(11)의 천정부측에서 저부측을 향하는 방향을 「아래(下)」 혹은 「하방향」으로서 설명하지만, 캐소드 유닛(12)의 다른 부재(스패터링 장치(10)를 구성하는 부재) 배치 상태는, 이 구성으로 한정되지 않는다.
캐소드 유닛(12)은, 타겟 어셈블리(13)와, 타겟 어셈블리(13)의 상방에 배치된 자석 유닛(16)(자기회로)으로 구성되어 있다.
타겟 어셈블리(13)는, 기판(W)의 윤곽 치수에 대응하는 치수를 가지고, 공지의 방법으로 평면시(平面視) 원형의 판상으로 형성된 Cu제의 타겟(14)과, 타겟(14)의 상면에 인듐 등의 본딩재(도시 생략)를 통해 접합되는 배킹 플레이트(Backing plate)(15)로 구성되어 있다. 타겟 어셈블리(13)는, 스패터에 의한 성막 중, 배킹 플레이트(15)의 내부에 냉매(냉각수)를 흘리는 것으로 타겟(14)을 냉각할 수 있게 되어 있다. 타겟(14)에는, DC 전원이나 고주파 전원 등의 스패터 전원(15a)으로부터의 출력이 접속되고, 성막 시, 타겟(14)에, 예를 들면, 부(負)의 전위를 가진 전력이 투입된다.
타겟(14)을 장착한 상태에서 배킹 플레이트(15)의 중심이, 연직 방향으로 연재하는 회전축(회전축선)(15b)을 회전 중심으로 하여 타겟 회전부(15c)에 의해 타겟(14)과 함께 회전 가능하도록 진공 챔버(11)의 상부에 배치된다.
타겟(14)의 하면은, 스패터면(14a)이다. 자석 유닛(16)은, 스패터면(14a)의 하방 공간에 자장을 발생시켜, 스패터 시에 스패터면(14a)의 하방에서 전리(電離)한 전자 등을 포착해, 타겟(14)으로부터 비산한 스패터 입자를 효율적으로 이온화 하는 구조를 가진다.
평면시에서, 자석 유닛(16)의 외형 윤곽은, 대략 원형이며, 자석 유닛(16)의 지름 치수가 타겟(14)의 반경 보다 작게 설정된다. 덧붙여, 자석 유닛(16)의 외형 윤곽의 형상으로는, 대략 원형 이외의 형상을 채용할 수도 있지만, 그 경우, 자석 유닛(16)의 지름 치수는, 최대가 되는 지름 치수(수평 방향 치수)를 의미한다.
자석 유닛(16)은, 평면시에서, 복수, 예를 들면, 이중으로 된 원형에 복수의 자석이 늘어선 구조를 가진다. 이 구조에서는, 각각의 원형 열의 자석 선단부의 극성이 서로 인접하는 자석 간에 상이하도록, 복수의 자석이 배치될 수 있다.
진공 챔버(11)의 저부에는, 타겟(14)의 스패터면(14a)에 대향하도록 스테이지(17)가 배치되어 있다. 기판(W)은, 기판(W)의 성막면이 상측을 향하도록 스테이지(17)에 의해 위치 결정 보관유지(holding) 되어 있다. 스테이지(17)는, 고주파 전원(17a)에 접속되고, 스테이지(17) 및 기판(W)에 바이어스 전위가 인가되어, 스패터 입자의 이온을 기판(W)으로 끌어당기는(引入) 역할을 달성한다.
스테이지(17)의 중심은, 연직 방향으로 연재하는 회전축(회전축선)(17b)의 회전 중심에 상당한다. 스테이지(17)는, 기판 회전부(17c)에 의해, 기판(W)과 함께 회전 가능해지도록, 진공 챔버(11)의 하방에 설치되어 있다.
기판(W)의 회전축선(17b)과 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)은, 모두 연직 방향으로 연재하여, 서로 대략 평행이 되도록, 기판(W) 및 타겟(14)은, 배치되어 있다.
본 실시 형태에서는, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 기판(W)의 회전축선(17b)이, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 평행한 연직 방향에서 볼 때 대략 일치하도록 배치되어 있다.
타겟(14)과 기판(W)의 크기는, 서로 대략 같은 지름 치수를 가지는 원형으로서 설정된다.
기판(W)은, 실리콘 단결정 웨이퍼로서의 규격인 φ300 mm 정도 혹은 φ450 mm 정도의 지름 치수를 가지는 원형 기판으로 되는 것이 가능하다.
이 경우, 타겟(14)과 기판(W)과의 사이의 거리(t/s)는, 400~900 mm의 범위로 설정할 수 있다.
따라서, 타겟(14)과 기판(W)과의 거리(t/s)는, 기판(W) 또는 타겟(14)의 지름 치수에 대하여, 1배~3배의 범위, 보다 바람직하게는, 1.5배~2.5배의 범위가 되도록 설정될 수 있다.
진공 챔버(11)의 저부에는, 터보 분자 펌프나 로터리 펌프 등으로 된 진공 배기부(P1)로 통하는 배기관이 접속되어 있다. 또, 진공 챔버(11)의 측벽에는, 아르곤 등의 희가스(希gas)인 스패터 가스를 공급하는 스패터 가스 공급부(P2)로 통하는 가스 공급관이 접속되어 있고, 가스 공급관에는, 매스 플로우 컨트롤러가 설치된다.
스패터 가스 공급부(P2)는, 진공 챔버(11)의 처리실(11a) 내에 도입되는 스패터 가스의 유량을 제어한다. 후술하는 진공 배기부(P1)에 의해 일정한 배기 속도로 진공 챔버(11)의 처리실(11a)의 내부가 진공처리(vacuuming)되어, 처리실(11a) 내에 공급된 스패터 가스가 배기된다. 이에 따라, 처리실(11a)에 대하여 스패터 가스가 도입되면서, 성막 중에 있어서, 처리실의 압력(전압)이 대략 일정하게 보관유지 된다.
또, 기판(W)과 타겟(14)과의 사이에는, 스패터 입자의 통과를 허용하는 개구(19)가 설치된 판상의 레귤레이터(18)가 배치되어 있다. 레귤레이터(18)는, 개구(19) 이외의 부분을 가려서, 스패터 입자의 기판(W)에의 입사 범위를 개구(19)에 대응하는 영역으로만 규제하고 있다.
레귤레이터(18)는, 진공 챔버(11)의 측벽의 내측에 배치된 방착판 등에 지지 부재 등을 통해 고정되어 있다.
레귤레이터(18)에서, 개구(19)의 크기는, 자석 유닛(16)의 크기에 대응한다.
적어도 기판(W)의 면적의 절반 이상을 가리도록, 레귤레이터(18)의 개구(19)의 크기ㆍ형상이 설정된다.
개구(19)의 형상은, 도 1, 도 2에 도시한 것처럼, 대략 선형(扇型) 윤곽으로 되어 있고, 타겟(14)의 회전축선(15b)의 방향에서 볼 때(평면시에서), 선형의 원호(圓弧)(19a)에서의 중심이 되는 중심점(19b)이, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b) 및 기판(W)의 회전축(회전축선)(17b)과 대략 일치하도록 배치된다.
개구(19)에서의 원호(19a)는, 기판(W)의 외연(外緣) 위치와 일치하거나, 기판(W)의 외연 위치 보다 기판(W)의 지름 방향 외측이 되도록 배치되어 있다.
또, 개구(19)는, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)의 방향에서 볼 때(평면시에서), 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 일치하는 방향에 평면시(平面視)할 때, 자석 유닛(16)과 대략 일치한다. 바꾸어 말하면, 대략 원형이 되는 자석 유닛(16)의 윤곽이, 선형(扇型) 형상을 가지는 개구(19)의 윤곽의 내측에 들어간 상태에서 가장 커지도록, 레귤레이터(18)의 개구(19), 기판(W), 타겟(14) 및 자석 유닛(16)의 크기ㆍ형상의 관계가 설정되어 있다.
즉, 선형 형상을 가지는 개구(19)에서의 원호(19a)의 중심각은, 자석 유닛(16)의 윤곽이, 평면시에서 선형 형상을 가지는 개구(19)의 윤곽의 내측에 거의 들어가도록 설정된다.
다음으로, 본 실시 형태에서의 레귤레이터(18)의 개구(19), 기판(W), 타겟(14) 및 자석 유닛(16)의 배치, 및 스패터 입자의 궤적에 대해 설명한다.
레귤레이터(18), 기판(W), 타겟(14), 및 자석 유닛(16)은, 서로 대략 평행한 위치에 배치되고, 위로부터, 자석 유닛(16), 타겟(14), 레귤레이터(18), 및 기판(W)의 순으로 배치되어 있다.
기판(W)과 타겟(14)은, 평면시에서 대략 동일 형상이 되는 원형으로 되어, 대략 동일한 지름 치수를 가진다.
원형의 자석 유닛(16)의 지름 치수는, 기판(W)의 반경 및 타겟(14)의 반경 보다 작게 설정되어 있다.
레귤레이터(18)는, 개구(19)의 부분을 제외하고, 평면시에서 기판(W)의 전체를 가리는 동시에, 개구(19)의 부분에, 원형의 자석 유닛(16)이 들어가도록 위치되어 있다.
기판(W)의 회전 중심인 회전축(회전축선)(17b)과, 타겟(14)의 회전 중심인 회전축(회전축선)(15b)은, 연직 방향으로 배치되고, 서로 일치하도록 위치하고 있다.
이 기판(W)의 회전축(회전축선)(17b) 및 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과, 레귤레이터(18)에 설치된 개구(19)의 선형 윤곽에 있어서의 선형의 원호(19a)에서의 중심이 되는 중심점(19b)은, 평면시에서 거의 일치하도록 배치되어 있다.
회전축(회전축선)(15b)을 회전 중심으로 하여 회전하는 타겟(14)에서는, 그 회전축(회전축선)(15b)으로부터 한쪽(片側)이 되는 영역에서만, 원형의 자석 유닛(16)에 의해 이로전 영역이 형성되어, 스패터 입자가 타겟(14)의 이로전 영역으로부터 기판(W)을 향하여 비출(飛出, fly out)하게 된다.
이때, 타겟(14)에서의 회전축(회전축선)(15b)의 이로전 영역으로부터 비출된 스패터 입자는, 레귤레이터(18)의 개구(19)의 부분을 통과한 스패터 입자 만이 기판(W)으로 도달한다. 따라서, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 가장 큰 입사 각도인 최대 입사 각도(θmax)는, 도 1에 도시한 것처럼, 원형의 자석 유닛(16)의 회전축(회전축선)(15b) 상에 위치하는 윤곽 단부 위치(14PC)로부터, 수평 방향에서의 반대측이 되는 레귤레이터(18)의 개구(19)에서의 선형의 원호(19a) 상에 위치하는 윤곽 단부 위치(WPE)로 비상하는 스패터 입자의 궤적(Smax)에 의해 나타나게 된다.
즉, 스패터 입자의 궤적(Smax)과, 회전축(회전축선)(15b) 또는 회전축(회전축선)(17b)이 이루는 각이 최대 입사 각도(θmax)가 된다.
이에 따라, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 입사 각도는, 회전축(회전축선)(15b)과 개구(19)의 윤곽과의 수평 방향에서의 위치 관계에 의해 규정된 최대 입사 각도(θmax) 보다 커지는 경우는 없다.
동시에, 타겟(14)에서의 외연부(外緣部)측의 이로전 영역으로부터 비출(fly out)한 스패터 입자는, 레귤레이터(18)의 개구(19)의 부분을 통과한 스패터 입자 만이 기판(W)으로 도달한다. 따라서, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 가장 큰 입사 각도인 최대 입사 각도(θmax)는, 도 1에 도시한 것처럼, 원형의 자석 유닛(16)의 타겟(14)에서의 외연부측인 윤곽 단부 위치(14PE)로부터, 수평 방향에서의 반대측이 되는 레귤레이터(18)의 개구(19)의 중심점(19b) 상에 위치하는 윤곽 단부 위치(WPC)로 비상하는 스패터 입자의 궤적(Smax)에 의해 나타나게 된다.
즉, 스패터 입자의 궤적(Smax)과, 회전축(회전축선)(15b)에 평행한 타겟(14)의 법선이 이루는 각이 최대 입사 각도(θmax)가 된다.
이에 따라, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 입사 각도(θ)는, 회전축(회전축선)(15b)과 개구(19)의 윤곽과의 수평 방향에서의 위치 관계에 의해 규정된 최대 입사 각도(θmax) 보다 커지는 경우는 없다.
따라서, 자석 유닛(16)의 지름 치수가 기판(W)의 반경 및 타겟(14)의 반경 보다 작게 설정되어 있기 때문에, 타겟(14)으로부터 기판(W)에 입사하는 경사 방향의 스패터 입자에서의 입사 각도(θ)가, 타겟(14)과 기판(W)과의 법선인 회전축(회전축선)(15b)에 대해서 기판(W)의 반경과 타겟(14)과의 거리(t/s)와의 아크탄젠트 보다 작은 상태로 할 수 있다.
도 3은, 본 실시 형태에서의 스패터링 장치의 타겟의 소모 상태를 나타내는 모식 단면도이다.
여기서, 타겟(14)이, 회전축(회전축선)(15b)을 회전 중심으로서 회전하고 있는 점에서, 회전축(회전축선)(15b)으로부터 한쪽이 되는 영역에서만 이로전 영역이 되지만, 타겟(14)에 대해서는 상대적으로 자석 유닛(16)이 회전하고 있다. 이 때문에, 도 3에 도시한 것처럼, 타겟(14)에 있어서 이로전 영역이 회전하고 있는 상태를 유지하고 있어, 국소적으로 타겟(14)이 소모되지 않고, 타겟(14)의 수명을 늘릴 수 있다.
또, 기판(W)이, 회전축(회전축선)(17b)을 회전 중심으로서 회전하고 있는 점에서, 기판(W) 전면에 균일하게 성막을 실시하는 것이 가능해진다.
기판(W)과 타겟(14)이, 대략 동일한 지름 치수를 가지는 원형으로 되는 점에서, 타겟(14)에서의 이로전이 발생하지 않는 영역, 즉, 스패터링에 이용되지 않는 불필요한 면적을 최소로 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 자석 유닛(16)을 타겟(14) 반경 보다 작게 하여 개구(19)로 규정되는 기판(W)의 성막 영역에 대해 이로전이 경사 위치가 되는 영역을 줄인다. 레귤레이터(18)에 의해 타겟(14)으로부터 기판(W)에 입사하는 스패터 입자의 방향을 규제하여, 타겟(14)으로부터 기판(W)에 대해서 경사 방향으로 입사하는 스패터 입자를 삭감한다. 비대칭성을 저감해 커버리지를 향상시키는 동시에, 타겟(14)을 회전시켜 이로전이 집중되는 것을 방지한다. 타겟(14)에서의 이로전이 발생하는 영역을 시간적으로 분산시켜 확대한다. 이에 따라, 타겟 라이프(타겟의 수명)를 증대하는 것이 가능해지고, 타겟 이용 효율을 향상시킨 상태에서, 회전하는 기판(W)에 스패터 성막하는 것을 가능하게 할 수 있다.
동시에, 타겟(14)과 기판(W)이 대략 같은 지름 치수를 가지고, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 기판(W)의 회전축(회전축선)(17b)이 일치한다. 이에 따라, 회전하는 타겟(14)에서 이로전이 발생하지 않는 지름 방향 외측의 영역을 최소화해, 타겟 라이프를 늘린 상태에서, 타겟의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
덧붙여, 본 실시 형태에서, 진공 챔버(11) 내에는, 타겟(14)의 주위를 가리는 위치에 설치되어, 레귤레이터(18)까지 이르도록 하방에 연장되는 통상(筒狀)의 쉴드 부재를 배치할 수 있다. 이에 따라, 스패터 입자의 이온이 기판(W)으로 방출되는 것을 어시스트 해도 무방하다.
이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 스패터링 장치를, 도면에 근거해 설명한다.
도 4는, 본 실시 형태에서의 스패터링 장치를 나타내는 모식 단면도이다. 도 5는, 본 실시 형태에서의 스패터링 장치를 나타내는 모식 평면도이다. 본 실시 형태는, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)의 위치에 관한 점에서, 상술한 제1 실시 형태와는 다르다. 이 이외의 상술한 제1 실시 형태와 대응하는 구성에는 동일한 부호를 교부해 그 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 기판(W)의 회전축선(17b)이 모두 연직 방향으로 연재하여, 서로 대략 평행이 되도록 배치되어 있다. 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)은, 기판(W)의 회전축선(17b)과는, 수평 방향으로 상이한 위치에 배치되어 있다.
구체적으로는, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)이, 도 4, 도 5에 도시한 것처럼, 선형(扇型) 형상을 가지는 개구(19)의 원호(19a) 상에서의 중점과 대략 일치하도록 배치된다.
레귤레이터(18)에서, 개구(19)의 크기는, 자석 유닛(16)의 크기에 대응한다.
적어도 기판(W)의 면적의 절반 이상을 가리도록, 레귤레이터(18)의 개구(19)의 크기ㆍ형상이 설정된다.
개구(19)의 형상은, 도 4, 도 5에 도시한 것처럼, 대략 선형 윤곽으로 되어 있고, 타겟(14)의 회전축선(15b)의 방향에서 볼 때(평면시에서), 선형의 원호(19a)에서의 중심이 되는 중심점(19b)이, 기판(W)의 회전축(회전축선)(17b)과 대략 일치하도록 배치된다.
개구(19)에서의 원호(19a)는, 기판(W)의 외연 위치와 거의 일치하도록 배치되어 있다.
또, 개구(19)는, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 일치하는 방향에 평면시에서, 자석 유닛(16)과 대략 일치한다. 바꾸어 말하면, 대략 원형이 되는 자석 유닛(16)의 윤곽이, 선형 형상을 가지는 개구(19)의 윤곽의 내측에 들어간 상태에서 가장 커지도록, 레귤레이터(18)의 개구(19), 기판(W), 타겟(14) 및 자석 유닛(16)의 크기ㆍ형상의 관계가 설정되어 있다.
즉, 선형 형상을 가지는 개구(19)에서의 원호(19a)의 중심각은, 자석 유닛(16)의 윤곽이, 선형 형상을 가지는 개구(19)의 윤곽의 내측에 들어가도록 설정된다.
다음으로, 본 실시 형태에서의 레귤레이터(18)의 개구(19), 기판(W), 타겟(14) 및 자석 유닛(16)의 배치, 및 스패터 입자의 궤적에 대해 설명한다.
레귤레이터(18), 기판(W), 타겟(14) 및 자석 유닛(16)은, 서로 대략 평행한 위치에 배치되고, 위로부터, 자석 유닛(16), 타겟(14), 레귤레이터(18), 및 기판(W)의 순으로 배치되어 있다.
기판(W)과 타겟(14)은, 평면시에서 대략 동일 형상이 되는 원형으로 되어, 대략 동일한 지름 치수를 가진다.
원형의 자석 유닛(16)의 지름 치수는, 기판(W)의 반경 및 타겟(14)의 반경 보다 작게 설정되어 있다.
레귤레이터(18)는, 개구(19)의 부분을 제외하고, 평면시에서 기판(W)의 전체를 가리는 동시에, 개구(19)의 부분에, 원형의 자석 유닛(16)이 들어가도록 위치되어 있다.
기판(W)의 회전 중심인 회전축(회전축선)(17b)과, 타겟(14)의 회전 중심인 회전축(회전축선)(15b)은, 연직 방향으로 배치되어 있고, 또한, 기판(W) 또는 타겟(14)의 반경에 동일한 거리 만큼 서로 이간하도록 위치되어 있다.
기판(W)의 회전축(회전축선)(17b)과, 레귤레이터(18)에 설치된 개구(19)의 선형 윤곽에서의 선형의 원호(19a)에서의 중심이 되는 중심점(19b)과는, 평면시에서 거의 일치하도록 배치되어 있다. 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과, 레귤레이터(18)에 설치된 개구(19)의 선형 윤곽에 있어서의 선형의 원호(19a)에서의 중심이 되는 중심점(19b)과는, 기판(W) 또는 타겟(14)의 반경에 동일한 거리 만큼 서로 이간하도록 위치되어 있다.
회전축(회전축선)(15b)을 회전 중심으로서 회전하는 타겟(14)에서는, 그 회전축(회전축선)(15b)으로부터 한쪽이 되는 영역에서만, 원형의 자석 유닛(16)에 의해 이로전 영역이 형성되어, 스패터 입자가 타겟(14)의 이로전 영역으로부터 기판(W)을 향하여 비출하게 된다.
이때, 타겟(14)에서의 회전축(회전축선)(15b)의 이로전 영역으로부터 비출한 스패터 입자는, 레귤레이터(18)의 개구(19)의 부분을 통과한 스패터 입자 만이 기판(W)으로 도달한다. 따라서, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 가장 큰 입사 각도인 최대 입사 각도(θmax)는, 도 4에 도시한 것처럼, 원형의 자석 유닛(16)의 회전축(회전축선)(15b) 상에 위치하는 윤곽 단부 위치(14PC)로부터, 수평 방향에서의 반대측이 되는 레귤레이터(18)의 개구(19)에서의 선형의 원호(19a)의 중심점(19b) 상에 위치하는 윤곽 단부 위치(WPC)로 비상하는 스패터 입자의 궤적(Smax)에 의해 나타나게 된다.
즉, 스패터 입자의 궤적(Smax)과, 회전축(회전축선)(15b) 또는 회전축(회전축선)(17b)이 이루는 각이 최대 입사 각도(θmax)가 된다.
이에 따라, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 입사 각도는, 회전축(회전축선)(15b)과 개구(19)의 윤곽과의 수평 방향에서의 위치 관계에 의해 규정된 최대 입사 각도(θmax) 보다 커지는 경우는 없다.
동시에, 타겟(14)에서의 외연부측의 이로전 영역으로부터 비출한 스패터 입자는, 레귤레이터(18)의 개구(19)의 부분을 통과한 스패터 입자 만이 기판(W)으로 도달한다. 따라서, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 가장 큰 입사 각도인 최대 입사 각도(θmax)는, 도 4에 도시한 것처럼, 원형의 자석 유닛(16)의 타겟(14)에서의 외연부측인 윤곽 단부 위치(14PE)로부터, 수평 방향에서의 반대측이 되는 레귤레이터(18)의 개구(19)의 원호(19a) 상에 위치하는 윤곽 단부 위치(WPE)로 비상하는 스패터 입자의 궤적(Smax)에 의해 나타나게 된다.
즉, 스패터 입자의 궤적(Smax)과, 회전축(회전축선)(15b)에 평행한 타겟(14)의 법선이 이루는 각이 최대 입사 각도(θmax)가 된다.
이에 따라, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 입사 각도(θ)는, 회전축(회전축선)(15b)과 개구(19)의 윤곽과의 수평 방향에서의 위치 관계에 의해 규정된 최대 입사 각도(θmax) 보다 커지는 경우는 없다.
따라서, 자석 유닛(16)의 지름 치수가 기판(W)의 반경 및 타겟(14)의 반경 보다 작게 설정되어 있기 때문에, 타겟(14)으로부터 기판(W)에 입사하는 경사 방향의 스패터 입자에서의 입사 각도(θ)가, 타겟(14)과 기판(W)과의 법선인 회전축(회전축선)(15b)에 대해서 기판(W)의 반경과 타겟(14)과의 거리(t/s)와의 아크탄젠트 보다 작은 상태로 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 자석 유닛(16)을 타겟(14) 반경 보다 작게 하여 개구(19)로 규정되는 기판(W)의 성막 영역에 대해서 이로전이 경사 위치가 되는 영역을 줄인다. 레귤레이터(18)에 의해 타겟(14)으로부터 기판(W)에 입사하는 스패터 입자의 방향을 규제해, 타겟(14)으로부터 기판(W)에 대해서 경사 방향으로 입사하는 스패터 입자를 삭감하고, 비대칭성을 저감하여 커버리지를 향상시킬 수 있다.
동시에, 타겟(14)을 회전시켜 이로전이 집중되는 것을 방지하는 동시에, 타겟(14)에서의 이로전이 발생하는 영역을 시간적으로 분산시켜 확대한다. 이에 따라, 타겟 라이프를 증대하는 것이 가능해지고, 타겟 이용 효율을 향상시킨 상태에서, 회전하는 기판(W)에 스패터 성막하는 것을 가능하게 할 수 있다.
게다가, 타겟(14)과 기판(W)이 대략 같은 지름 치수를 가지고, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 기판(W)의 회전축(회전축선)(17b)이 서로의 반경에 동일한 거리 만큼 이간된다. 이에 따라, 회전하는 타겟(14)에서 이로전이 발생하지 않는 지름 방향 외측의 영역을 최소화해, 타겟 라이프를 늘린 상태에서, 타겟의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
덧붙여, 본 실시 형태에서는, 자석 유닛(16)을 타겟(14)의 반경 보다 작은 범위에서, 타겟(14)의 면내 방향(수평 방향), 특히, 지름 방향으로 이동 가능하게 하는 자기회로 이동부(16c)를 가질 수도 있다.
이 경우, 자기회로 이동부(16c)는, 자석 유닛(16)을 개구(19)에 대응하는 영역으로부터는 벗어나지 않도록 수평 방향으로 이동 가능하게 할 수 있다. 또, 자기회로 이동부(16c)는, 자석 유닛(16)을 상기 영역의 범위라면, 원형으로 회동하거나, 혹은, 상기 영역의 범위 내에서 요동하는 등의 구동 방법이 가능하다.
이에 따라, 더욱더, 타겟(14)에서의 이로전이 발생하는 영역을 시간적으로 분산시켜 확대하고, 타겟 라이프를 증대하는 것이 가능해져, 타겟 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 스패터링 장치를, 도면에 근거해 설명한다.
도 6은, 본 실시 형태에서의 스패터링 장치를 나타내는 모식 평면도이다. 본 실시 형태는, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)의 위치에 관한 점에서, 상술한 제1 및 제2 실시 형태와 다르다. 이 이외의 상술한 제1 및 제2 실시 형태와 대응하는 구성에는 동일한 부호를 교부해 그 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 기판(W)의 회전축선(17b)이 모두 연직 방향으로 연재하여, 서로 대략 평행이 되도록 배치되어 있다. 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)은, 기판(W)의 회전축선(17b)과는, 수평 방향으로 상이한 위치에 배치되어 있다.
구체적으로는, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)이, 도 6에 도시한 것처럼, 선형 형상을 가지는 개구(19)의 반경(19c) 상에서의 중점과 대략 일치하도록 배치된다.
레귤레이터(18)에서, 개구(19)의 크기는, 자석 유닛(16)의 크기에 대응한다.
적어도 기판(W)의 면적의 절반 이상을 가리도록, 레귤레이터(18)의 개구(19)의 크기ㆍ형상이 설정된다.
개구(19)의 형상은, 도 6에 도시한 것처럼, 대략 선형 윤곽으로 되어 있고, 타겟(14)의 회전축선(15b)의 방향에서 볼 때(평면시에서), 선형의 원호(19a)에서의 중심이 되는 중심점(19b)이, 기판(W)의 회전축(회전축선)(17b)과 대략 일치하도록 배치된다.
개구(19)에서의 원호(19a)는, 기판(W)의 외연 위치와 거의 일치하거나, 기판(W)의 외연 위치 보다 기판(W)의 지름 방향 외측이 되도록 배치되어 있다.
또, 개구(19)는, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 일치하는 방향에 평면시에서, 자석 유닛(16)과 대략 일치한다. 바꾸어 말하면, 대략 원형이 되는 자석 유닛(16)의 윤곽이, 선형 형상을 가지는 개구(19)의 윤곽의 내측에 들어간 상태에서 가장 커지도록, 레귤레이터(18)의 개구(19), 기판(W), 타겟(14) 및 자석 유닛(16)의 크기ㆍ형상의 관계가 설정되어 있다.
즉, 선형 형상을 가지는 개구(19)에서의 원호(19a)의 중심각은, 자석 유닛(16)의 윤곽이, 선형 형상을 가지는 개구(19)의 윤곽의 내측에 들어가도록 설정된다.
다음으로, 본 실시 형태에서의 레귤레이터(18)의 개구(19), 기판(W), 타겟(14) 및 자석 유닛(16)의 배치, 및 스패터 입자의 궤적에 대해 설명한다.
레귤레이터(18), 기판(W), 타겟(14) 및 자석 유닛(16)은, 서로 대략 평행한 위치에 배치되고, 위로부터, 자석 유닛(16), 타겟(14), 레귤레이터(18), 및 기판(W)의 순으로 배치되어 있다.
기판(W)과 타겟(14)은, 평면시에서 대략 동일 형상이 되는 원형으로 되어, 대략 동일한 지름 치수를 가진다.
원형의 자석 유닛(16)의 지름 치수는, 기판(W)의 반경 및 타겟(14)의 반경 보다 작게 설정되어 있다.
레귤레이터(18)는, 개구(19)의 부분을 제외하고, 평면시에서 기판(W)의 전체를 가리는 동시에, 개구(19)의 부분에, 원형의 자석 유닛(16)이 들어가도록 위치되어 있다.
기판(W)의 회전 중심인 회전축(회전축선)(17b)과, 타겟(14)의 회전 중심인 회전축(회전축선)(15b)은, 연직 방향으로 배치되어 있고, 또한, 기판(W) 또는 타겟(14)의 반경의 절반(半分) 정도, 또는, 기판(W) 또는 타겟(14)의 반경의 절반 보다 약간 큰 정도의 거리 만큼 서로 이간하도록 위치되어 있다.
이 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과, 레귤레이터(18)에 설치된 개구(19)의 선형 윤곽에서의 선형의 원호(19a)에서의 중심이 되는 중심점(19b)과는, 평면시에서 기판(W) 또는 타겟(14)의 반경의 절반 정도의 거리 만큼 서로 이간하도록 배치되어 있다. 기판(W)의 회전축(회전축선)(17b)과, 레귤레이터(18)에 설치된 개구(19)의 선형 윤곽에 있어서의 선형의 원호(19a)에서의 중심이 되는 중심점(19b)과는, 대략 일치하도록 위치되어 있다.
회전축(회전축선)(15b)을 회전 중심으로서 회전하는 타겟(14)에서는, 그 회전축(회전축선)(15b)으로부터 한쪽이 되는 영역에서만, 원형의 자석 유닛(16)에 의해 이로전 영역이 형성되어, 스패터 입자가 타겟(14)의 이로전 영역으로부터 기판(W)을 향하여 비출하게 된다.
이때, 타겟(14)에서의 회전축(회전축선)(15b)에 가까운 이로전 영역으로부터 비출한 스패터 입자는, 레귤레이터(18)의 개구(19)의 부분을 통과한 스패터 입자 만이 기판(W)으로 도달한다. 따라서, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 가장 큰 입사 각도인 최대 입사 각도(θmax)는, 원형의 자석 유닛(16)의 회전축(회전축선)(15b)에 가까운 쪽인 윤곽 단부 위치로부터, 수평 방향에서의 반대측이 되는 원형의 자석 유닛(16)의 회전축(회전축선)(15b)으로부터 먼 쪽인 레귤레이터(18)의 개구(19)에서의 윤곽 단부 위치로 비상하는 스패터 입자의 궤적(Smax)에 의해 나타나게 된다.
즉, 스패터 입자의 궤적(Smax)과, 회전축(회전축선)(15b) 또는 회전축(회전축선)(17b)이 이루는 각이 최대 입사 각도(θmax) 정도가 된다.
이에 따라, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 입사 각도는, 회전축(회전축선)(15b)과 개구(19)의 윤곽과의 수평 방향에서의 위치 관계에 의해 규정된 최대 입사 각도(θmax) 보다 커지는 경우는 없다.
동시에, 타겟(14)에서의 외연부측의 이로전 영역으로부터 비출한 스패터 입자는, 레귤레이터(18)의 개구(19)의 부분을 통과한 스패터 입자 만이 기판(W)으로 도달한다. 따라서, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 가장 큰 입사 각도인 최대 입사 각도(θmax)는, 원형의 자석 유닛(16)의 타겟(14)에서의 회전축(회전축선)(15b)에 가까운 쪽인 레귤레이터(18)의 개구(19)에서의 윤곽 단부 위치로 비상하는 스패터 입자의 궤적(Smax)에 의해 나타나게 된다.
즉, 스패터 입자의 궤적(Smax)과, 회전축(회전축선)(15b)에 평행한 타겟(14)의 법선이 이루는 각이 최대 입사 각도(θmax) 정도가 된다.
이에 따라, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 입사 각도(θ)는, 회전축(회전축선)(15b)과 개구(19)의 윤곽과의 수평 방향에서의 위치 관계에 의해 규정된 최대 입사 각도(θmax) 보다 커지는 경우는 없다.
따라서, 자석 유닛(16)의 지름 치수가 기판(W)의 반경 및 타겟(14)의 반경 보다 작게 설정되어 있기 때문에, 타겟(14)으로부터 기판(W)에 입사하는 경사 방향의 스패터 입자에서의 입사 각도(θ)가, 타겟(14)과 기판(W)과의 법선인 회전축(회전축선)(15b)에 대해서 기판(W)의 반경과 타겟(14)과의 거리(t/s)와의 아크탄젠트 보다 작은 상태로 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 자석 유닛(16)을 타겟(14) 반경 보다 작게 하여 개구(19)로 규정되는 기판(W)의 성막 영역에 대해서 이로전이 경사 위치가 되는 영역을 줄인다. 레귤레이터(18)에 의해 타겟(14)으로부터 기판(W)에 입사하는 스패터 입자의 방향을 규제해, 타겟(14)으로부터 기판(W)에 대해서 경사 방향으로 입사하는 스패터 입자를 삭감하고, 비대칭성을 저감하여 커버리지를 향상시킬 수 있다.
동시에, 타겟(14)을 회전시켜 이로전이 집중되는 것을 방지하는 동시에, 타겟(14)에서의 이로전이 발생하는 영역을 시간적으로 분산시켜 확대한다. 이에 따라, 타겟 라이프를 증대하는 것이 가능해져, 타겟 이용 효율을 향상시킨 상태에서, 회전하는 기판(W)에 스패터 성막하는 것을 가능하게 할 수 있다.
게다가, 타겟(14)과 기판(W)이 대략 같은 지름 치수를 가지고, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 기판(W)의 회전축(회전축선)(17b)이 서로의 반경의 절반에 동일한 거리 만큼 이간된다. 이에 따라, 회전하는 타겟(14)에서 이로전이 발생하지 않는 지름 방향 외측의 영역을 최소화해, 타겟 라이프를 늘린 상태에서, 타겟의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 스패터링 장치를, 도면에 근거해 설명한다.
도 7은, 본 실시 형태에서의 스패터링 장치를 나타내는 모식 평면도이다. 본 실시 형태는, 레귤레이터(18)의 형상에 관한 점에서, 상술한 제1 내지 제3 실시 형태와 다르다. 이 이외의 상술한 제1 내지 제3 실시 형태와 대응하는 구성에는 동일한 부호를 교부해 그 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 레귤레이터(18)가, 대략 선형 윤곽을 가지는 개구(19)의 중심점(19b)에 대한 지름 방향 외측 위치에서는, 기판(W)을 가리지 않도록 형성되고, 레귤레이터(18)의 윤곽이, 중심각이 둔각이 되는 선형 윤곽 형상으로 되어 있다.
본 실시 형태에서도, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 기판(W)의 회전축선(17b)이 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 평행한 연직 방향에서 볼 때 대략 일치하도록 배치되어 있다.
이때, 타겟(14)에서의 회전축(회전축선)(15b)측의 이로전 영역으로부터 비출(fly out)한 스패터 입자는, 레귤레이터(18)의 개구(19)의 부분을 통과한 스패터 입자 만이 기판(W)으로 도달한다. 따라서, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 가장 큰 입사 각도인 최대 입사 각도(θmax)는, 도 1에 도시한 제1 실시 형태와 마찬가지로, 원형의 자석 유닛(16)의 회전축(회전축선)(15b) 상에 위치하는 윤곽 단부 위치(14PC)로부터, 수평 방향에서의 반대측이 되는 기판(W)의 외연부측이 되는 윤곽 단부 위치(WPE)로 비상하는 스패터 입자의 궤적(Smax)에 의해 나타나게 된다.
즉, 스패터 입자의 궤적(Smax)과, 회전축(회전축선)(15b) 또는 회전축(회전축선)(17b)이 이루는 각이 최대 입사 각도(θmax)가 된다.
이에 따라, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 입사 각도는, 회전축(회전축선)(15b)과 개구(19)의 윤곽과의 수평 방향에서의 위치 관계에 의해 규정된 최대 입사 각도(θmax) 보다 커지는 경우는 없다.
동시에, 타겟(14)에서의 외연부측의 이로전 영역으로부터 비출한 스패터 입자는, 레귤레이터(18)의 개구(19)의 부분을 통과한 스패터 입자 만이 기판(W)으로 도달한다. 따라서, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 가장 큰 입사 각도인 최대 입사 각도(θmax)는, 도 1에 도시한 제1 실시 형태와 마찬가지로, 원형의 자석 유닛(16)의 타겟(14)에서의 외연부측인 윤곽 단부 위치(14PE)로부터, 수평 방향에서의 반대측이 되는 기판(W)의 회전축(회전축선)(15b)의 위치로 비상하는 스패터 입자의 궤적(Smax)에 의해 나타나게 된다.
즉, 스패터 입자의 궤적(Smax)과, 회전축(회전축선)(15b)에 평행한 타겟(14)의 법선이 이루는 각이 최대 입사 각도(θmax)가 된다.
이에 따라, 기판(W)으로 도달하는 스패터 입자에서의 입사 각도(θ)는, 회전축(회전축선)(15b)과 기판(W)의 외연 윤곽과의 수평 방향에서의 위치 관계에 의해 규정된 최대 입사 각도(θmax) 보다 커지는 경우는 없다.
따라서, 자석 유닛(16)의 지름 치수가 기판(W)의 반경 및 타겟(14)의 반경 보다 작게 설정되어 있다. 이 때문에, 타겟(14)으로부터 기판(W)에 입사하는 경사 방향의 스패터 입자에서의 입사 각도(θ)가, 타겟(14)과 기판(W)과의 법선인 회전축(회전축선)(15b)에 대해서 기판(W)의 반경과 타겟(14)과의 거리(t/s)와의 아크탄젠트 보다 작은 상태로 할 수 있다.
덧붙여, 상기의 각 실시 형태에서, 기판(W)과 타겟(14)과의 사이에는, 스패터 입자의 통과를 허용하는 투공(透孔, through-holes)이 복수 개설된 콜리메이터가 배치되어도 무방하다. 이 경우, 스패터 입자의 기판(W)에의 입사 각도를, 레귤레이터(18)의 개구(19) 뿐만 아니라, 게다가, 소정의 각도 범위로 규제할 수 있다. 이에 따라, 기판(W)의 연부(緣部)에 스패터 입자의 경사 입사가 발생하는 것을 방지할 수도 있다.
콜리메이터의 판두께는, 예를 들면, 30 mm~200 mm의 범위로 설정할 수 있다. 콜리메이터는, 진공 챔버(11)의 측벽의 내측에 배치된 방착판의 내면에 지지 부재를 통해 고정되어 있어도 무방하다. 방착판을 접지함으로써, 콜리메이터는, 접지 전위로 보관유지 된다. 덧붙여, 콜리메이터의 하방에는, 다른 방착판이 배치될 수도 있다.
여기서, 콜리메이터를 배치함으로써 기판(W)의 엣지부에의 스패터 입자의 경사 입사를 방지하여, 한층 커버리지를 개선할 수 있다.
게다가, 상기의 각 실시 형태에서, 각각의 구성을 서로 조합한 구성으로 할 수도 있다.
[실시예]
이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
<실험 예 1>
본 발명에서의 구체 예로서, 도 1, 도 2에 도시한 것처럼, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 기판(W)의 회전축(회전축선)(17b)과 개구(19)의 중심점(19b)이 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 평행한 연직 방향에서 볼 때 대략 일치하도록 배치된 스패터링 장치(10)를 이용하였다. 타겟(14)과 기판(W) 간 거리(t/s), 및 자기회로(16) 면적(Mg)을 변화시켜, 스패터링 성막을 실시하였다.
이 때의 처리에서의 제원(諸元)을 나타낸다.
타겟(14) 치수, 기판(W) 치수; φ300 mm
자기회로(16) 면적(이로전 면적에 대응)(Mg); ~700 cm2(φ300 mm)~1250 cm2(φ400 mm)
레귤레이터(18) 개구(19) 중심각; 120°
타겟(14)과 기판(W) 간의 거리(t/s); 400 mm, 600 mm
타겟(14) 재질; Cu
Ar 유량; 플라스마 착화(着火) 시; 20 sccm, 성막 시; 0 sccm
캐소드 파워; DC 20 kW
스테이지 Bias 파워; 300 W
스테이지 온도; -20 ℃
목표하는 성막 막두께; 43 nm
이러한 성막 후, 커버리지(B/C)를 측정하였다.
커버리지(B/C)의 측정은, 측장(測長) SEM으로 실시하였다.
또, 커버리지(B/C) 측정 위치의 기판(W) 중심으로부터의 거리(R); 0 mm~147 mm로 하였다.
그 결과를 도 8에 나타낸다.
이 결과로부터, 자기회로(16) 면적(이로전 면적에 대응)(Mg)을 작게 하는 것으로, 커버리지(B/C)가 개선되고 있는 것을 알 수 있다.
이에 따라, 통상적으로 긴 쪽이 커버리지(B/C)가 좋은 상태가 되는 t/s를 짧게 설정해도 동일한 정도로 커버리지(B/C)가 개선되고 있는 것을 알 수 있다.
<실험 예 2>
다음으로, 실험 예 1에서 타겟(14) 치수를 크게 한 스패터링 장치(10)를 이용하여, 스패터링 성막을 실시하였다. 또, 비교를 위해, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)이 기판(W)의 회전축(회전축선)(17b)에 대해서 개구(19)의 원호(19a)측으로 시프트하는 것과 함께, 타겟(14)을 회전시키지 않는 동시에, 이 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)에 대응하는 중심축과, 자기회로(16)의 회전축이 일치하도록 배치된 스패터링 장치(10)를 이용하여, 스패터링 성막을 실시하였다.
이 때의 처리에서의 제원을 나타낸다.
타겟(14) 치수; φ400 mm
기판(W) 치수; φ300 mm
자기회로(16) 면적(Mg); 700 cm2(φ300 mmm)
레귤레이터(18) 개구(19) 중심각; 120°
타겟(14)과 기판(W) 간의 거리(t/s); 600 mm
자기회로(16)의 회전축과 기판(W)의 회전축과의 거리; 75 mm(레귤레이터(18) 개구(19)의 중앙에 자기회로(16)의 회전축이 위치한다)
타겟(14) 재질; Cu
Ar 유량; 플라스마 착화 시; 20 sccm, 성막 시; 0 sccm
캐소드 파워; DC 20 kW
스테이지 Bias 파워; 300 W
스테이지 온도; -20 ℃
목표하는 성막 막두께; 43 nm
이 결과, 자기회로(16)가 작아도, 타겟(14)이 회전하지 않고 타겟(14)의 중심축과 자기회로(16)의 회전축이 일치하면, 이로전이 발생하는 영역의 면적은, 자기회로(16)의 면적과 동일해져서, 700 cm2(φ300 mmm)였다.
이에 비해, 타겟(14)을 회전시키고, 타겟(14)의 회전축(회전축선)(15b)과 자기회로(16)의 회전축을 도 1과 같이 시프트한 배치로 하면, 이로전이 발생하는 영역을 타겟(14)의 전면으로 할 수 있어, 이로전 면적은, 1256 cm2(φ400 mmm)로 되었다.
이에 따라, 타겟 라이프는, 이로전 면적을 ∼1250 cm2 → 700 cm2로 한 것으로 약 1.8배 개선된 것을 알 수 있다.
10: 스패터링 장치
11: 진공 챔버
11a: 처리실
12: 캐소드 유닛
13: 타겟 어셈블리
14: 타겟
14a: 스패터면
15: 배킹 플레이트
15a: 스패터 전원
15b: 회전축(회전축선)
15c: 타겟 회전부
16: 자석 유닛(자기회로)
16c: 자기회로 이동부
17: 스테이지
17a: 고주파 전원
17b: 회전축(회전축선)
17c: 기판 회전부
18: 레귤레이터
19: 개구
19a: 원호
19b: 중심점
19c: 반경
W: 기판

Claims (9)

  1. 캐소드에 장착된 타겟에 대하여 성막해야 할 기판을 대향시키고, 상기 타겟의 이면(裏面)에 설치된 자기회로를 이용해 상기 타겟을 스패터링하여 상기 기판에 성막하는 스패터링 장치에 있어서,
    상기 자기회로의 지름 치수가 상기 타겟의 반경 보다 작게 설정되고,
    상기 스패터링 장치는,
    상기 기판을, 상기 기판의 회전축선 주위에 회전하는 기판 회전부와,
    상기 타겟을, 상기 타겟의 회전축선 주위에 회전하는 타겟 회전부와,
    상기 타겟과 상기 기판의 사이에 설치되어, 상기 자기회로에 대응하는 개구를 가지고, 상기 자기회로에 대응하지 않는 부분을 가리는 판상(板狀)의 레귤레이터
    를 가지고,
    상기 레귤레이터가 적어도 상기 기판의 면적의 절반 이상의 면적을 가리고,
    상기 개구의 형상이, 선형(扇型) 윤곽을 가지고,
    상기 자기 회로의 윤곽이 상기 타겟의 상기 회전축선 방향에서 볼 때 상기 개구의 선형 윤곽의 내측에 들어가도록 배치되고,
    상기 타겟의 상기 회전축선과 상기 기판의 상기 회전축선이 평행하게 배치되는
    스패터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개구의 형상에 있어서의 선형 윤곽의 중심점이, 상기 타겟의 상기 회전축선에서 볼 때 상기 타겟의 상기 회전축선과 일치하도록 배치되는
    스패터링 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 타겟의 상기 회전축선과 상기 기판의 상기 회전축선이, 상기 타겟의 상기 회전축선에서 볼 때 일치하도록 배치되는
    스패터링 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판의 상기 회전축선이, 상기 타겟의 상기 회전축선 방향에서 볼 때 선형 윤곽을 가지는 상기 개구의 선형의 원호의 중심 위치와 일치하도록 배치되는
    스패터링 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판의 상기 회전축선이, 상기 타겟의 상기 회전축선 방향에서 볼 때 선형 윤곽을 가지는 상기 개구에서의 어느 하나의 반경의 중심과 일치하도록 배치되는
    스패터링 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 레귤레이터가, 선형 윤곽을 가지는 상기 개구의 중심점에 대한 지름 방향 외측 위치에서는, 상기 기판을 가리지 않도록 중심각이 둔각이 되는 선형 윤곽의 형상을 가지는
    스패터링 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 타겟과 상기 기판이, 같은 지름 치수를 가지는
    스패터링 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 타겟과 상기 기판과의 거리가, 상기 기판의 지름 치수에 대하여 1배~3배의 범위가 되도록 설정되는
    스패터링 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자기회로를 상기 타겟의 반경 보다 작은 범위에서 상기 타겟의 면내(面內) 방향으로 이동 가능하게 하는 자기회로 이동부
    를 가지는 스패터링 장치.
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