KR102597417B1 - 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법 - Google Patents
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Abstract
피처리 기판 표면에 형성된 홀이나 트렌치의 저면 및 측면에 양호한 커버리지나 대칭성으로 소정의 박막을 성막할 수 있는 기능을 손상시키지 않고 타겟의 이용 효율을 향상시킬 수 있는 스퍼터링 장치를 제공한다. 타겟(21)이 배치되는 진공 챔버(1)를 갖추고 진공 챔버 내에 플라즈마 분위기를 형성하여 타겟을 스퍼터링하고, 타겟으로부터 비산한 스퍼터 입자를 진공 챔버 내에 배치되는 기판 Sw 표면에 부착, 퇴적시켜 소정의 박막을 성막하는 본 발명 스퍼터링 장치 SM은, 타겟으로부터 비산한 스퍼터 입자가 부착하는 진공 챔버 내의 소정 위치에 적어도 스퍼터 입자의 부착면(61a)을 타겟과 동종의 재료제로 한 부착체(61)를 설치하고, 부착체에 플라즈마 분위기 형성 시에 음의 전위를 가진 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전원(62)이 접속된다.
Description
본 발명은, 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 타겟의 이용 효율을 향상시킬 수 있는 것에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에는, 피처리 기판 표면에 형성된 홀이나 트렌치의 저면 및 측면에 배리어막이나 시드층 등의 박막을 성막하는 공정이 있으며, 이러한 성막에는 스퍼터링 장치가 일반적으로 이용된다. 홀이나 트렌치의 저면 및 측면에 커버리지(coverage) 좋고, 또한 홀이나 트렌치에 대해 대칭성 좋고 (즉, 홀이나 트렌치의 대향하는 측면에 성막되는 박막의 막 두께가 동등해지도록) 박막을 성막할 수 있는 스퍼터링 장치는 예를 들어, 특허 문헌 1에 알려져 있다.
상기 종래 예의 것은, 소위 LTS(Long Throw Sputtering) 방식의 것으로, 진공 분위기 형성이 가능한 진공 챔버를 가지고, 진공 챔버의 상부에 타겟이 배치되고 진공 챔버 내의 하부에는 타겟에 대치시켜 피처리 기판이 세트되는 스테이지가 설치되었다. 이 경우, 타겟과 스테이지 상의 피처리 기판 사이의 거리(T/S거리)는 일반 스퍼터링 장치보다 길게 설정되어 있다. 이로 인해, 피처리 기판 표면에 도달하는 스퍼터 입자 중 직진성을 가지는 스퍼터 입자의 비율을 늘릴 수 있어, 그 결과, 양호한 커버리지나 대칭성으로 성막이 가능해진다.
그런데, 타겟을 스퍼터링하면 타겟 표면으로부터 소정의 코사인 법칙에 따라 스퍼터 입자가 비산하지만, 스퍼터 입자의 일부는 피처리 기판 이외를 향해서 비산한다. 이 경우 진공 챔버 내에 존재하는 방착판 등의 부품에 부착된 스퍼터 입자는 통상 폐기될 뿐이다. 그리고 상기의 종래 예와 같이 직진성을 가진 스퍼터 입자의 비율을 늘리기 위해 T/S거리가 길게 설정되어 있으면, 피처리 기판 이외에 부착하는 스퍼터 입자의 양이 많아져 이것으로는 타겟의 이용 효율이 나쁘다는 문제가 있다.
본 발명은, 이상의 점을 감안하여, 피처리 기판 표면에 형성된 홀이나 트렌치의 저면 및 측면에 양호한 커버리지나 대칭성으로 소정의 박막을 성막 할 수 있는 기능을 손상시키지 않고 타겟의 이용 효율을 향상시킬 수 있는 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법을 제공하는 것을 그 과제로 삼는다.
상기 과제를 해결하기 위해 타겟이 배치되는 진공 챔버를 갖추고, 진공 챔버 내에 플라즈마 분위기를 형성하여 타겟을 스퍼터링 하고, 타겟으로부터 비산한 스퍼터 입자를 진공 챔버 내에 배치되는 피처리 기판 표면에 부착, 퇴적시켜 소정의 박막을 성막하는 본 발명의 스퍼터링 장치는, 타겟으로부터 비산한 스퍼터 입자가 부착하는 진공 챔버 내의 소정 위치에, 적어도 스퍼터 입자의 부착면을 타겟과 동종의 재료제로 한 부착체를 설치하고, 부착체에 플라즈마 분위기 형성 시에 음의 전위를 가진 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전원이 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 예를 들어, 진공 배기되어 있는 진공 챔버 내에, 아르곤 등의 희가스를 소정 유량으로 도입하고, 타겟에 음의 전위를 가진 소정 전력을 투입하면, 진공 챔버 내에 플라즈마 분위기가 형성되고 플라즈마 분위기 중의 희가스의 이온에 의해 타겟 표면이 스퍼터링되어 스퍼터 입자가 비산하고, 그 일부가 부착체의 표면에도 부착하게 된다. 이때, 스퍼터 입자의 부착면이 타겟과 동종의 재료제로 구성되어 있기 때문에, 부착체에 바이어스 전압이 인가되면 플라즈마 분위기 중의 희가스의 이온에 의해 부착면도 스퍼터링되어 상기 스퍼터 입자와 동종의 스퍼터 입자(이후 이를 「재스퍼터 입자」라 한다)가 비산하고 그 일부가 타겟 표면에도 부착하게 된다. 이렇게 본 발명에서는, 피처리 기판 이외를 향해 비산한 스퍼터 입자의 일부를 일단 부착체에 부착시켜 회수하고, 이 스퍼터 입자가 부착된 부착면도 스퍼터링 하여 부착된 스퍼터 입자를 포함한 재스퍼터 입자를 타겟 표면에 되돌림으로써 타겟의 이용 효율을 높이는 것이 가능하게 된다. 또한 부착체에 인가하는 바이어스 전압이 타겟에 대한 인가 전압보다 높으면 타겟의 스퍼터링 보다 부착체의 스퍼터링이 지배적이 되어 피처리 기판 표면에 소정의 박막을 성막할 수 없는 문제가 발생한다. 또한, 부착체에 대한 바이어스 전압의 인가는 타겟 스퍼터링 중 뿐만 아니라 별도 공정으로서 타겟의 스퍼터링에 의한 성막 종료 후에 단독으로 할 수도 있다.
본 발명에서는 상기 타겟을 제 1 타겟, 상기 부착체를 제 1 타겟과 동종의 재료제인 판 형상의 제 2 타겟으로 하고, 제 1 타겟과 피처리 기판이 진공 챔버 내에서 대향 배치되는 경우, 제 2 타겟은 제 1 타겟과 피처리 기판 사이의 공간에서 제 1 타겟에 대향시켜 설치되고 제 2 타겟에 그 판 두께 방향에 관통하여 스퍼터 입자의 통과를 허용하는 제 1 관통 홀이 개설되어 있는 것이 바람직하다.
이상에 따르면, 부착체인 제 2 타겟을 제 1 타겟과 대향하게 함으로써 제 1 타겟으로부터 비산하는 스퍼터 입자의 보다 많은 부분을 제 2 타겟에 부착시켜 회수할 수 있다. 이로 인해 보다 많은 재스퍼터 입자를 제 1 타겟 표면으로 되돌릴 수 있어 제 1 타겟의 이용 효율을 더욱 높일 수 있다. 또한 제 1 타겟으로부터 비산하는 스퍼터 입자는 제 2 타겟에 개설된 제 1 관통 홀을 통과하여 피처리 기판에 입사하기 때문에 피처리 기판 표면에 막 두께의 면내 분포 좋게 박막을 성막할 수 있다. 이 경우, 제 1 관통 홀을 복수의 관통 홀로 구성해 두면, 제 2 타겟 자체가 피처리 기판 표면과 직교하는 방향으로 연장되는 가상선에 대하여 소정 각도를 넘어서 피처리 기판에 입사하는 스퍼터 입자를 규제하는 콜리메이터(collimator)로서 기능하고, 피처리 기판 표면에 형성된 홀이나 트렌치의 저면 및 측면에 성막하는 것과 같은 경우에, 양호한 커버리지나 대칭성으로 소정의 박막을 성막할 수 있다. 이로 인해, 상기 LTS 방식의 스퍼터링 장치와 같이 T/S 거리를 길게 설정할 필요 없이 장치 구성을 소형화할 수 있을 뿐만 아니라 성막 비율을 향상시킬 수 있어 유리하다.
본 발명에서는 상기 피처리 기판으로부터 상기 제 1 타겟으로 향하는 방향을 상방향으로 하고, 상기 제 1 타겟과 상기 피처리 기판이 상하 방향으로 직교하는 방향으로 오프셋되어, 상기 피처리 기판을 회전 가능하게 유지하는 스테이지를 갖추고, 제 2 타겟과 상기 스테이지 사이의 공간에 제 2 타겟의 제 1 관통 홀을 통과하여 피처리 기판으로 향하는 스퍼터 입자의 일부를 규제하는 분포판을 설치하는 것이 바람직하다. 이에 따르면 분포판에 의해 피처리 기판 표면에 스퍼터 입자의 입사량이 조정되기 때문에 피처리 기판 표면의 전면에 걸쳐 보다 막 두께 분포 좋게 성막할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 제 2 타겟과 상기 스테이지 사이의 공간에 스퍼터 입자의 통과를 허용하는 제 2 관통 홀이 개설된 접지 전위의 전극판이 설치되는 것이 바람직하다. 이에 따르면 제 2 타겟과 피처리 기판 사이의 공간에 플라즈마 분위기가 형성되어 제 2 타겟 하면이 스퍼터링되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해 상기 스퍼터링 장치를 이용한 본 발명의 스퍼터링 방법은, 상기 타겟을 스퍼터링 하여 상기 부착체에 스퍼터 입자를 부착함과 동시에 상기 부착체에 상기 타겟으로 인가되는 전압보다 낮은 바이어스 전위를 인가하여 상기 부착체에 부착된 스퍼터 입자를 상기 타겟에 재부착 시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 과제를 해결하기 위해 상기 스퍼터링 장치를 이용한 본 발명의 스퍼터링 방법은, 상기 타겟을 스퍼터링 하여 상기 부착체에 스퍼터 입자를 부착시키는 제 1 공정과 상기 부착체에 바이어스 전위를 인가하여 상기 부착체에 부착된 스퍼터 입자를 상기 타겟에 재부착 시키는 제 2 공정을 포함하는 것이 특징이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 스퍼터링 장치를 도시한 모식적 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제 2 타겟의 모식적 평면도이다.
도 3은 본 발명의 변형 예에 관한 스퍼터링 장치를 도시한 모식적 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 분포판의 모식적 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제 2 타겟의 모식적 평면도이다.
도 3은 본 발명의 변형 예에 관한 스퍼터링 장치를 도시한 모식적 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 분포판의 모식적 평면도이다.
이하, 도면을 참조하여 타겟을 Cu제의 것으로 하고, 피처리 기판을 실리콘 웨이퍼의 표면에 실리콘 산화물막을 소정의 막 두께로 형성한 후에 이 실리콘 산화물막에 예를 들어, 종횡비가 3 이상인 미세한 요부(凹部)를 소정 패턴으로 형성한 것(이하 「기판 Sw」라고 한다)으로 하고, 이 요부의 저면 및 측면을 포함하는 기판 Sw 표면에 Cu막을 성막하는 경우를 예로, 본 발명의 스퍼터링 장치의 실시 형태를 설명한다. 이하에서는, 「위」「아래」와 같은 방향을 나타내는 용어는, 도 1에 도시한 스퍼터링 장치의 설치 자세를 기준으로 한다.
도 1을 참조하여 SM은 본 실시 형태의 스퍼터링 장치이다. 스퍼터링 장치 SM은 진공 분위기 형성이 가능한 진공 챔버(1)를 구비한다. 진공 챔버(1)의 하부에는 터보 분자 펌프나 로터리 펌프 등으로 구성된 진공 배기 수단 Pu로 통하는 배기관(11)이 접속되어 있다. 진공 챔버(1)의 측벽에는 진공 챔버(1) 내에 스퍼터 가스를 도입하는 가스 도입관(12)이 접속되어 있다. 가스 도입관(12)에는 질량 유량계(13)가 개설되어 도시 생략 가스원에 연통되어 있다. 스퍼터 가스에는 진공 챔버(1) 내에 플라즈마 분위기를 형성할 때 도입되는 아르곤 가스 등의 희가스 뿐만 아니라 산소 가스와 질소 가스 등의 반응 가스가 포함된다. 이로 인해 질량 유량계(13)에 의해 유량 제어된 스퍼터 가스가 진공 배기 수단 Pu에 의해 일정한 배기 속도로 진공 배기 되는 진공 챔버(1) 내에 도입될 수 있어 성막 중, 진공 챔버(1) 내의 압력(전압(全壓))이 대략 일정하게 유지되도록 하고 있다.
진공 챔버(1)의 상면 개구에는 캐소드 유닛(2)이 착탈 가능하게 부착되어 있다. 캐소드 유닛(2)은 금속제(Cu제)의 타겟(21)과 이 타겟(21)의 상방에 배치되는 자석 유닛(22)으로 구성되어 있다. 타겟(21)은 기판 Sw 윤곽에 따라 원형 윤곽을 갖도록 형성되며, 백킹 플레이트(backing plate)(21a)에 접합된 상태에서, 스퍼터면(21b)을 하방으로 한 자세에서 진공 챔버(1)의 측벽 상부에 설치한 절연체(31)를 통해 진공 챔버(1)의 상부에 부착된다.
타겟(21)에는 직류 전원이나 고주파 전원으로 구성되는 스퍼터 전원(21c)으로부터 출력(21d)이 접속되어 음의 전위를 갖고 소정 전력이 투입될 수 있도록 되어 있다. 자석 유닛(22)은 타겟(21)의 스퍼터면(21b)의 하방 공간에 자기장을 발생시켜 스퍼터링 시에 스퍼터면(21b)의 하방에서 전리된 전자 등을 포착해 타겟(21)으로부터 비산한 스퍼터 입자를 효율 좋게 이온화하는 공지의 폐쇄 자기장 혹은 커스프(Cusp) 자기장 구조를 가지는 것으로, 예를 들면, 자성 재료제의 판 형상의 요크(22a)와 요크(22a)의 하면에 링 형상(環狀)으로 배열된 동일한 자기화 복수 개의 중심 자석(22b)과 중심 자석(22b)의 주위를 둘러싸도록 링 형상으로 배열된 동일한 자기화 복수 개의 주변 자석(22c)으로 구성된 것을 이용할 수 있다. 요크 (22a)의 상면에는 모터(23)의 회전축(23a)이 접속되어 성막 중, 타겟(21)의 중심을 회전 중심으로 자석 유닛(22)을 회전할 수 있게 되어 있다.
진공 챔버(1)의 하부에는 타겟(21)의 중심에서 직경 방향(도면의 좌우 방향) 일방으로 소정 간격으로 오프셋된 상태에서 기판 Sw를 유지하는 스테이지(4)가 설치되어 있다. 여기에서, 타겟(21)의 중심을 지나 상하 방향으로 연장되는 가상선 L1과 기판 Sw 중심을 지나 상하 방향으로 연장되는 가상선 L2 사이의 거리(오프셋량) d는 타겟(21)이나 기판 Sw의 사이즈를 고려하여 적절히 설정된다. 스테이지(4)의 상부에는 정전척용의 전극(도시 생략)을 부착한 척 플레이트(41)가 설치되어, 전극에 소정의 직류 전압을 인가함으로써 척 플레이트(41)표면에 기판 Sw가 그 성막면을 위로 하여 정전 흡착되게 되어 있다. 스테이지(4)의 하면 중앙에는 도시 생략의 진공 씰 부재를 통해 진공 챔버(1)의 하벽을 관통하는 모터(42)의 회전축(42a)이 접속되어 성막 중, 기판 Sw를 소정 회전수로 회전할 수 있게 되어 있다. 또한, 특별히 도시해서 설명하지는 않지만, 스테이지(4)에는 냉매 순환로나 히터 등이 설치되어 성막 중에 기판 Sw를 소정 온도로 제어할 수 있도록 하고 있다.
진공 챔버(1) 내에는 타겟(21)의 스퍼터링에 의해 비산하는 스퍼터 입자의 진공 챔버(1)의 내벽면에 부착을 방지하는 알루미나나 스테인리스 등의 공지 재료제의 방착판(5)이 설치되어 있다. 방착판(5)은 통 형상의 윤곽을 가지고 진공 챔버(1)의 측벽에 설치한 계지부(32)를 통해 매달려 설치되어 있다.
또한, 진공 챔버(1) 내에는, 타겟(21)으로부터 비산한 스퍼터 입자가 부착하는, 타겟(21)과 스테이지(4)와의 사이의 공간에서 타겟(21)에 정면으로 마주시켜 적어도 스퍼터 입자의 부착면(61a)을 타겟(21)과 동종으로 한 금속제의 부착체 (61)가 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는 부착체(61)가 타겟(21)(이후「제 1 타겟(21)」이라 한다)과 동종의 금속제(Cu제)에서 판 형상의 제 2 타겟(61)으로 구성되어 있다. 제 2 타겟(61)은 예를 들면, 진공 챔버(1)의 측벽에 설치한 절연체(33)에 의해 지지되며, 제 1 타겟(21)의 하면(스퍼터면)(21b)에서 제 2 타겟(61)의 상면(부착면)(61a)까지의 거리는 25mm~250mm의 범위로 설정된다. 25mm보다 짧으면 제 2 타겟(61)의 하면이 스퍼터링되는 문제가 발생하는 한편, 250mm보다 길면 방착판(5)에 의해 많은 스퍼터 입자가 부착해 버린다는 문제가 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 제 2 타겟(61)에는 그 상하 방향(판 두께 방향)으로 관통하여 스퍼터 입자의 통과를 허용하는 제 1 관통 홀(61b)이 복수 개설되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제 2 타겟(61)의 중앙에 1개의 제 1 관통 홀(61b)이 개설되어, 그 직경 방향 외측에 6개의 제 1 관통 홀(61b)이 원주 방향으로 등간격으로 개설되어 있다. 제 1 관통 홀(61b)의 홀 직경이나 개수 및 각 제 1 관통 홀(61b)의 배치는 기판 Sw에 성막 했을 때의 막 두께 분포를 고려하여 적절히 설정된다. 이 경우 제 1 관통 홀(61b)의 개구율은 15%~75%로 설정하는 것이 바람직하다. 15%보다 낮아지면 성막 비율이 너무 느려져 양산에 부적합한 반면 75%보다 높아지면 제 2 타겟(61)의 부착면(61a)에 부착하는 스퍼터 입자의 양이 적어진다. 또한 제 1 관통 홀(61b)의 종횡비(=제 2 타겟(61)의 두께/제 1 관통 홀(61b)의 홀 직경)는 0.5 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 0.5보다 작으면 제 2 타겟(61)을 통과한 스퍼터 입자가 직진성을 갖게 할 수 없다. 또한, 복수의 제 1 관통 홀(61b)은, 각각의 홀 직경이 다르게 개설되어 있어도 된다.
게다가, 제 2 타겟(61)에는 바이어스 전원(62)으로부터의 출력(62a)이 접속되어 성막 중, 플라즈마 분위기 형성 시에 제 1 타겟(21)에 인가하는 직류 전압보다 낮은 음의 직류 전위(이하「바이어스 전압」이라 한다)를 가진 바이어스 전력이 투입되도록 하고 있다. 이 경우, 제 2 타겟(61)에 인가하는 바이어스 전압은 직류 전압에 대한 비가 2%~90%의 범위가 되도록 설정된다. 직류 전압에 대한 바이어스 전압의 비가 상기 범위를 벗어나면, 예를 들어, 제 1 타겟(21)의 스퍼터링 보다 제 2 타겟(61)의 스퍼터링이 지배적이 되어 성막에 기여하는 스퍼터 입자의 양이 적어지고 결과적으로 Cu막을 소정 막 두께로 성막할 수 없게 되거나, 성막 비율이 현저하게 저하되거나 한다. 또한 상기 스퍼터링 장치 SM은 마이크로 컴퓨터나 시퀀서(Sequencer) 등을 갖춘 공지의 제어 수단(도시 생략)을 가지며, 진공 배기 수단 Pu의 작동, 질량 유량계(13)의 작동, 스퍼터 전원(21c)의 작동, 모터(23, 42)의 작동, 바이어스 전원(62)의 작동이나 후술하는 이동 수단(72)의 작동 등을 통괄 제어하도록 하고 있다. 이하에 상기 스퍼터링 장치 SM에 의해 기판 Sw 표면에 Cu막을 성막하는 경우를 예로 성막 방법을 설명한다.
진공 챔버(1) 내에 제 1 타겟(21), 제 2 타겟(61)과 방착판(5)등 각종 부품을 세팅한 뒤 진공 배기 수단 Pu를 작동시켜 진공 챔버(1)을 진공 배기한다. 다음으로, 도면 외의 진공 반송 로봇에 의해 스테이지(4)상으로 기판 Sw를 반송하고, 스테이지 (4)의 척 플레이트(41)상에 기판 Sw를 배치한다. 진공 반송 로봇이 퇴피하면, 척 플레이트(41)의 전극에 대해 소정 전압을 인가하고 척 플레이트(41)상에 기판 Sw를 정전 흡착한다.
진공 챔버(1) 내가 소정 압력(예를 들면, 1×10-5Pa)까지 진공 배기되면, 가스 도입관(12)을 통해 스퍼터 가스로서의 아르곤 가스를 일정한 유량(예를 들면, 아르곤 분압이 0.5 Pa)으로 도입하고, 이에 아울러 제 1 타겟(21)에 스퍼터 전원(21c)으로부터 음의 전위(예를 들면, 600V)를 가지는 소정 전력(예를 들면, 5~30 kW)으로 투입한다. 이로 인해 진공 챔버(1) 내에 플라즈마 분위기가 형성되어 플라즈마 중의 아르곤 가스의 이온으로 제 1 타겟(21)의 스퍼터면(21b)이 스퍼터링 되고 제 1 타겟(21)으로부터 스퍼터 입자가 비산한다. 스퍼터 입자는, 제 2 타겟 (61)의 제 1 관통 홀(61b)을 통해서 기판 Sw표면에 부착, 퇴적되어 Cu막이 성막된다.
여기서, 제 1 타겟(21)의 스퍼터링에 의해 비산한 스퍼터 입자의 일부는 제 2 타겟(61)의 상면(부착면)(61a)에도 부착하지만 제 2 타겟(61)에 바이어스 전원(62)로부터 바이어스 전압(예를 들어, 100~150V)이 인가되는 것으로, 플라즈마 중의 아르곤 가스의 이온으로 제 2 타겟(61)의 부착면(61a)도 스퍼터링 되어, 재스퍼터 입자가 비산하고, 그 일부가 제 1 타겟(21)의 스퍼터면(21b)에 부착한다. 이 스퍼터면(21b)에 부착된 재스퍼터 입자는 다시 스퍼터링 되어, 스퍼터링에 의해 비산한 스퍼터 입자의 일부가 기판 Sw 표면에 부착한다.
이상의 실시 형태에 따르면 기판 Sw를 향해 비산한 스퍼터 입자의 일부를 일단 제 2 타겟(61)의 부착면(61a)에 부착시켜 회수하고, 이 스퍼터 입자가 부착된 부착면(61a)도 스퍼터링해서 부착한 스퍼터 입자를 포함한 재스퍼터 입자를 제 1 타겟(21)의 스퍼터면(21b)으로 되돌리는(환원함) 것으로, 제 1 타겟(21)의 이용 효율을 높이는 것이 가능해진다. 게다가, 제 2 타겟(61)을 제 1 타겟(21)에 정면으로 마주 시키는 것으로, 제 1 타겟(21)으로부터 비산하는 스퍼터 입자 가운데, 성막에 기여하지 않는 것의 대부분을 제 2 타겟(61)의 부착면(61a)에 부착시켜 회수할 수 있다. 이로 인해 보다 많은 재스퍼터 입자를 제 1 타겟(21)의 스퍼터면(21b)으로 되돌릴 수 있어 제 1 타겟(21)의 이용 효율을 한층 높일 수 있다.
또한, 제 1 타겟(21)으로부터 비산하는 스퍼터 입자가 제 2 타겟(61)에 개설된 제 1 관통 홀(61b)을 통과해서 기판 Sw에 입사하기 때문에 제 2 타겟(61) 자체가 기판 Sw 표면과 직교하는 방향으로 연장되는 가상선 L1에 대해 소정 각도를 넘어 기판 Sw에 입사하는 스퍼터 입자를 규제한다는 콜리메이터(collimator)로 기능하고, 기판 Sw 표면에 형성된 홀이나 트렌치와 같은 요부의 저면 및 측면에 성막하는 경우에 양호한 커버리지나 대칭성으로 소정의 박막을 성막할 수 있다. 그 결과 상기 LTS 방식의 스퍼터링 장치와 같이 T/S 거리를 길게 설정할 필요 없이 장치 구성을 소형화할 수 있을 뿐만 아니라 성막 비율을 향상시킬 수 있어 유리하다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했는데, 본 발명은 상기 실시 형태의 것에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한, 여러 가지 변형이 가능하다. 상기 실시 형태에서는 제 2 타겟(61)에서 제 1 관통 홀(61b)의 배치 등에 따라서는 기판 Sw 표면에 성막된 박막의 막 두께 분포에 편중이 생기는 경우가 있다. 그래서, 도 3에 도시된 변형 예에 관한 스퍼터링 장치와 같이 제 2 타겟(61)과 스테이지(4) 사이의 공간에 제 2 타겟(61)의 제 1 관통 홀(61b)을 통과해서 기판 Sw로 향하는 스퍼터 입자의 일부를 규제하는 분포판(7)이 설치되어도 좋다. 이런 분포판 (7)에는 도 4에 도시된 것처럼 스퍼터 입자의 기판 Sw 측으로의 통과를 허용하는 부채 형상(扇狀)의 윤곽을 가진 개구부(71)가 형성되어 있다. 즉, 개구부(71)는 분포판(7)의 소정 위치(예를 들어, 기판 Sw 중심에 대응하는 위치)를 기점(71a)으로 해서 이 기점 (71a)으로부터 직경 방향 외방으로 향함에 따라 그 개구 면적이 점차 증가하게 되어 있다. 개구부(71)의 중심각θ는 막 두께 분포에 따라 적절히 설정된다. 이 개구부(71)는 절결부로 형성되어 있어도 되고, 또는 분포판(7)의 한 군데에 설치되어 있는 경우로 한정되지 않으며, 이산하여 복수의 개구부로 설치해도 좋다. 분포판(7)의 측면에 이동 수단(72)의 구동축(72a)을 접속하고, 제 1 타겟(21)의 중심에 대한 기판 Sw의 오프셋 방향(도 1의 좌우 방향)에 따라 분포판(7)을 이동할 수 있도록 구성해도 된다.
또한 제 2 타겟(61)과 스테이지(4) 사이의 공간(본 변형 예에서는 제 2 타겟 (61)의 바로 밑)에는 제 2 타겟(61)과 대향하게 하여 접지 전위의 전극판(8)이 설치되어 있다. 이로 인해, 제 2 타겟(61)과 기판 Sw 사이의 공간에 플라즈마 분위기가 형성되고 제 2 타겟(61)의 하면이 스퍼터링 된다는 문제가 생기지 않도록 하고 있다. 또한 전극판(8)에는 제 2 타겟(61)의 제 1 관통 홀(61b)에 대응시켜 스퍼터 입자의 통과를 허용하는 복수의 제 2 관통 홀(81)이 개설되어 있고, 제 1 타겟(21)으로부터의 스퍼터 입자는 제 2 타겟(61)의 제 1 관통 홀(61b)과 전극판(8)의 제 2 관통 홀(81)을 통해 기판 Sw에 부착한다.
상기 실시 형태에서는 비교적 작은 제 1 타겟(21)을 이용해서 비교적 큰 기판 Sw 표면에 박막을 성막하기 위해 제 1 타겟(21)의 중심에서 직경 방향 일방으로 기판 Sw가 오프셋된 경우를 예로 설명했지만, 제 1 타겟(21)의 중심과 기판 Sw의 중심이 동일선상에 위치하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에도 제 2 타겟(61) 자체가 기판 Sw와 제 1 타겟(21)과의 중심을 잇는 가상선에 대한 소정 각도를 넘어 기판 Sw에 입사하는 스퍼터 입자를 규제하는 콜리메이터로 기능하기 때문에 T/S거리를 길게 설정할 필요는 없다.
또한, 상기 실시 형태에서는 제 1 및 제 2 타겟(21, 61)로서 Cu제의 것을 이용해서 기판 Sw 표면에 Cu막을 성막하는 경우를 예로 설명했지만 이것에 한정하지 않고 Cu막 이외의 Al등의 금속막을 성막하는 경우나 알루미나 등의 절연물막을 성막하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 제 1 타겟(21)과 제 2 타겟(61) 사이의 거리나 제 2 타겟(61)에 인가하는 바이어스 전압에 따라서, 제 1 타겟(21)과 제 2 타겟(61) 사이에서 방전이 불안정해지는 경우가 있다. 이 경우, 방전을 안정화하기 위해 통상 접지 전위의 방착판(5)에 양의 전위를 가진 전압을 인가하는 전원의 출력을 접속하여 방착판(5)이 실드로 겸용되도록 구성해도 좋다.
상기 실시 형태에서는 부착체(제 2 타겟)(61)에 대한 바이어스 전압의 인가는 제 1 타겟(21)의 스퍼터링 중에 행하고 있지만 별개의 공정으로서 제 1 타겟(21)의 스퍼터링에 의한 성막 종료 후에 단독으로 행하도록 할 수도 있다. 즉, 제 1 타겟 (21)을 스퍼터링하여 제 2 타겟(부착체)(61)에 스퍼터 입자를 부착시키는 제 1 공정과 제 2 타겟(61)에 제 1 타겟(21)에 바이어스 전위를 인가하고 제 2 타겟(61)에 부착한 스퍼터 입자를 제 1 타겟에 재부착시키는 제 2 공정을 포함한다. 이 경우 제 2 타겟(61)에 인가하는 바이어스 전위는 제 1 타겟(21)에 인가하는 전압보다 낮출 필요는 없다.
상기 실시 형태에서는 부착체로서 제 2 타겟(61)을 설치하는 경우를 예로 설명했는데, 예를 들어, 방착판(5)과 같이 진공 챔버(1) 내에서 제 1 타겟(21)으로부터 비산하는 스퍼터 입자가 부착하는 위치에 배치되는 것을 부착체로 할 수 있다. 이 경우 방착판(5)을 제 1 타겟(21)과 동종의 재료로 형성하거나 방착판(5)의 스퍼터 입자가 부착하는 내주면(부착면)을 제 1 타겟(21)과 동종의 재료로 덮고 방착판(5)에 바이어스 전원을 접속하면 된다.
SM…스퍼터링 장치
Sw…기판(피처리 기판)
1…진공 챔버
21…타겟, 제 1 타겟
4…스테이지
61…부착체, 제 2 타겟
61a…부착면
61b…제 1 관통 홀
62…바이어스 전원
7…분포판
8…전극판
81…제 2 관통 홀
Sw…기판(피처리 기판)
1…진공 챔버
21…타겟, 제 1 타겟
4…스테이지
61…부착체, 제 2 타겟
61a…부착면
61b…제 1 관통 홀
62…바이어스 전원
7…분포판
8…전극판
81…제 2 관통 홀
Claims (7)
- 타겟이 배치되는 진공 챔버를 갖추고, 상기 진공 챔버 내에 플라즈마 분위기를 형성하여 상기 타겟을 스퍼터링하고, 상기 타겟으로부터 비산한 스퍼터 입자를 상기 진공 챔버 내에 배치되는 피처리 기판 표면에 부착, 퇴적시켜 소정의 박막을 성막하는 스퍼터링 장치에 있어서,
상기 타겟을 제1 타겟으로 하고, 상기 제1 타겟으로부터 비산한 스퍼터 입자가 부착하는 상기 진공 챔버 내의 소정 위치에, 상기 제1 타겟과 동종의 재료제인 부착체로서의 판 형상의 제2 타겟을 설치하고,
상기 제 2 타겟에, 플라즈마 분위기 형성 시의 음의 전위를 가진 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전원이 접속됨과 함께, 판 두께 방향으로 관통하여 스퍼터 입자의 통과를 허용하는 제 1 관통 홀(透孔)이 개설되며, 상기 제 1 관통 홀의 개구율이 15%에서 75%의 범위로 설정되고,
상기 제 2 타겟에 바이어스 전위를 인가함으로써, 상기 제 2 타겟을 스퍼터링하여 상기 제 2 타겟에 부착된 스퍼터 입자를 상기 제 1 타겟에 재부착할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 타겟과 상기 피처리 기판이 상기 진공 챔버 내에서 대향 배치되고,
상기 제 2 타겟은 상기 제 1 타겟과 상기 피처리 기판 사이의 공간에서 상기 제 1 타겟에 대향 시켜 설치되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 관통 홀이, 복수의 관통 홀로 구성되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 피처리 기판으로부터 상기 제 1 타겟으로 향하는 방향을 상방향으로 하고, 상기 제 1 타겟과 상기 피처리 기판이 상하 방향으로 직교하는 방향으로 오프셋되어, 상기 피처리 기판을 회전 가능하게 유지하는 스테이지를 더 갖추고,
상기 제 2 타겟과 상기 스테이지 사이의 공간에 상기 제 2 타겟의 상기 제 1 관통 홀을 통과하여 상기 피처리 기판으로 향하는 스퍼터 입자의 일부를 규제하는 분포판을 설치하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 제 2 타겟과 상기 스테이지 사이의 공간에 상기 스퍼터 입자의 통과를 허용하는 제 2 관통 홀이 개설된 접지 전위의 전극판이 설치되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 장치. - 청구항 1에 기재된 스퍼터링 장치를 이용하는 스퍼터링 방법에 있어서,
상기 제 1 타겟을 스퍼터링하여 상기 제 2 타겟에 스퍼터 입자를 부착함과 동시에 상기 제 2 타겟에 상기 제 1 타겟에 인가되는 전압보다 낮은 바이어스 전위를 인가하여 상기 제 2 타겟에 부착된 스퍼터 입자를 상기 제 1 타겟에 재부착 시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법. - 청구항 1에 기재된 스퍼터링 장치를 이용하는 스퍼터링 방법에 있어서,
상기 제 1 타겟을 스퍼터링하여 상기 제 2 타겟에 스퍼터 입자를 부착시키는 제 1 공정과,
상기 제 2 타겟에 바이어스 전위를 인가하여 상기 제 2 타겟에 부착된 스퍼터 입자를 상기 제 1 타겟에 재부착 시키는 제 2 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
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