KR102667791B1 - 스퍼터링 캐소드, 스퍼터링 캐소드 집합체 및 스퍼터링 장치 - Google Patents

스퍼터링 캐소드, 스퍼터링 캐소드 집합체 및 스퍼터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 평판형의 피성막체를 포함하는 각종 피성막체에 충분히 높은 성막 속도로 또한 저충격으로 성막을 행할 수 있고, 게다가 스퍼터링 타겟의 사용 효율이 높은 스퍼터링 캐소드 및 이 스퍼터링 캐소드를 이용한 스퍼터링 장치를 제공한다. 스퍼터링 캐소드는, 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟(10)을 가지고, 스퍼터링 타겟(10)을 따라 자기 회로가 형성되어 있고, 한 쌍의 장변부가 원통 형상을 가지는 로터리 타겟(11, 12)에 의해 구성되어 있다. 로터리 타겟은 내부에 자기 회로가 설치되고, 또한 냉각수가 흐르도록 구성된다. 자기 회로는, 로터리 타겟의 중심축에 평행하게 설치되고, 로터리 타겟의 반경 방향에 수직한 장변을 가지는 직사각형의 횡단면 형상을 가진다.

Description

스퍼터링 캐소드, 스퍼터링 캐소드 집합체 및 스퍼터링 장치{SPUTTERING CATHODE, SPUTTERING CATHODE ASSEMBLY, AND SPUTTERING DEVICE}
본 발명은, 스퍼터링 캐소드, 스퍼터링 캐소드 집합체 및 스퍼터링 장치에 관한 것이며, 스퍼터링법에 의해 박막을 성막하는 각종 디바이스의 제조에 적용하기에 바람직한 것이다.
종래부터, 반도체 디바이스, 태양전지, 액정 모니터, 유기 EL 디스플레이 등의 각종 디바이스에 있어서 전극을 형성하는 공정에 있어서는, 전극 재료의 성막에 진공 증착 장치가 많이 이용되고 있다. 그러나, 진공 증착법은 막 두께 분포의 제어가 공간적으로도 시간적으로도 난점을 가지므로, 스퍼터링법에 의한 전극 재료의 성막이 요구되고 있다.
종래, 스퍼터링 장치로서는, 평행 평판 마그네트론식 스퍼터링 장치, RF 방식 스퍼터링 장치, 대향 타겟식 스퍼터링 장치 등이 알려져 있다. 이 중 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 있어서는, 같은 재료로 만들어진 2개의 원형 혹은 정사각형 혹은 직사각형의 동일 치수 타겟을 서로 평행하게 대향시키고, 이들 사이의 공간에 스퍼터링 가스를 도입하여 방전을 행하게 함으로써 타겟을 스퍼터링하는 것에 의해 성막을 행한다(예를 들면, 비특허문헌 1∼3 참조). 이 대향 타겟식 스퍼터링 장치는, 2개의 타겟 사이에 끼워진 공간, 즉, 그 2개의 타겟과 외주에 형성된 자력선으로 둘러싸인 공간에 플라즈마를 구속함으로써 스퍼터링 현상을 발생시킨다. 본 방식의 스퍼터링 캐소드는 타겟이 기판에 대하여 수직을 이루어 배치되어 있으므로, 피성막 기판 표면에서의 중성 반사 프로세스 가스 충격을 방지할 수 있는 이점을 가지고 있다.
그러나, 전술한 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 있어서는, 대향하는 2개의 타겟 사이의 플라즈마 밀도가 낮고, 충분히 높은 성막 속도를 얻을 수 없다는 결점이 있다.
이들 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자에 의해, 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부(長邊部)를 가지는 관상(管狀)의 형상을 가지고, 침식면(erosion surfaces)이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지는 스퍼터링 캐소드가 제안되고 있다(특허문헌 1 참조). 이 스퍼터링 캐소드에 의하면, 평판형의 피성막체에 충분히 높은 성막 속도로 또한 저충격으로 성막을 행할 수 있다.
일본특허 제6151401호
J. Vac. Soc. Jpn. Vol.44, No.9, 2001, pp.808-814 도쿄 공예 대학 공학부 기요 Vol.30 No.1(2007) pp.51-58 ULVAC TECHNICAL JOURNAL No.642006, pp.18-22
그러나, 특허문헌 2에 의한 스퍼터링 캐소드는, 스퍼터링 타겟의 사용 효율의 점에서는 반드시 충분하지 않고, 개선의 여지가 있었다. 한편, 특허문헌 2에 의한 스퍼터링 장치는, 예를 들면 대면적의 기판을 정지시킨 상태에서 기판 상에 박막을 성막하는 경우에는, 반드시 대응이 용이하다고는 말할 수 없었다.
이에, 본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 평판형의 피성막체를 포함하는 각종 피성막체에 충분히 높은 성막 속도로 또한 저충격으로 성막을 행할 수 있고, 게다가 스퍼터링 타겟의 사용 효율이 높은 스퍼터링 캐소드 및 이 스퍼터링 캐소드를 이용한 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려고 하는 다른 과제는, 평판형의 피성막체를 포함하는 각종 피성막체에 충분히 높은 성막 속도로 또한 저충격으로 성막을 행할 수 있고, 게다가 성막 중에 발생하는 더스트 등의 쓰레기의 스퍼터링 타겟상로의 침착을 억제할 수 있는 것에 의해 스퍼터링을 안정적으로 행할 수 있는 스퍼터링 캐소드 및 이 스퍼터링 캐소드를 이용한 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려고 하는 또 다른 과제는, 대면적의 피성막체에 성막을 행하는 경우라도, 성막 중에 피성막체를 이동시킬 일 없이 피성막체에 성막을 행할 수 있는 스퍼터링 캐소드 집합체 및 이 스퍼터링 캐소드 집합체를 이용한 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려고 하는 또 다른 과제는, 평판형의 피성막체를 포함하는 각종 피성막체에 충분히 높은 성막 속도로 또한 저충격으로 성막을 행할 수 있는 스퍼터링 캐소드 집합체 및 이 스퍼터링 캐소드 집합체를 이용한 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제 및 다른 과제는, 첨부 도면을 참조한 본 명세서의 기술에 의해 명확하게 될 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은,
횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지고, 상기 스퍼터링 타겟을 따라 자기(磁氣) 회로가 설치되어 있는 스퍼터링 캐소드에 있어서,
상기 한 쌍의 장변부가 각각 로터리 타겟에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에서, 로터리 타겟은 원통 형상을 가지고, 소정의 회전 기구(機構)에 의해 그 중심축의 주위에 회전 가능하게 설치된다. 전형적으로는, 로터리 타겟은 내부에 자기 회로가 설치되고, 또한 냉각수가 흐르도록 구성된다. 자기 회로는, 전형적으로는, 로터리 타겟의 중심축에 평행하게 설치되고, 로터리 타겟의 반경 방향으로 수직한 장변을 가지는 직사각형의 횡단면 형상을 가진다. 이 경우, 한쪽의 로터리 타겟의 내부에 설치된 자기 회로 및 다른 쪽의 로터리 타겟의 내부에 설치된 자기 회로는, 한쪽의 로터리 타겟의 중심축 및 다른 쪽의 로터리 타겟의 중심축을 포함하는 평면에 대한 상기의 직사각형의 횡단면 형상의 단변의 경사 각도가 0도 이상 360도 미만이며, 경사 각도를 그 범위 내의 임의의 각도로 설정함으로써, 성막 속도의 향상과 저손상성을 밸런스 양호하게 실현할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 전형적으로는, 스퍼터링 타겟의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 구성하는 로터리 타겟 사이의 거리는, 스퍼터링 캐소드를 스퍼터링 장치에 장착하여 사용할 때, 스퍼터링 타겟의 위쪽 공간을 향하는 스퍼터 입자의 수를 충분히 확보하고, 또한 중성 반사 프로세스 가스가 피성막체에 충돌하여 충격을 주는 것을 방지하는 관점에서, 바람직하게는 50㎜ 이상 150㎜ 이하이며, 보다 바람직하게는 60㎜ 이상 100㎜ 이하, 가장 바람직하게는 70㎜ 이상 90㎜ 이하이다. 또한, 스퍼터링 타겟에 한 쌍의 장변부를 구성하는 로터리 타겟 사이의 거리에 대한 장변부의 길이의 비는 전형적으로는 2 이상, 바람직하게는 5 이상이다. 이 비의 상한은 특별히 존재하지 않지만, 일반적으로는 40 이하이다.
스퍼터링 타겟의 한 쌍의 장변부를 구성하는 로터리 타겟은, 전형적으로는 서로 평행하지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 서로 경사져도 된다. 스퍼터링 타겟의 횡단면 형상은 전형적으로는, 한 쌍의 장변부가 서로 평행하며, 이들의 장변부에 수직한 서로 대향하는 한 쌍의 단변부(短邊部)를 가진다. 이 경우, 스퍼터링 타겟은, 횡단면 형상이 직사각형인 각관상(rectangular tubular shape)의 형상을 가진다. 스퍼터링 타겟의 횡단면 형상은, 예를 들면, 장변부에 평행한 방향의 양단부가 외측을 향하여 볼록한 서로 대향하는 한 쌍의 곡면부(예를 들면, 반원형부)로 이루어지는 것이어도 된다. 횡단면 형상이 직사각형인 각관상의 형상을 가지는 스퍼터링 타겟은, 전형적으로는, 한 쌍의 장변부를 구성하는 한 쌍의 로터리 타겟과, 장변부에 수직한 서로 대향하는 한 쌍의 단변부를 구성하는 2개의 평판으로 이루어진다. 이 경우, 이들 로터리 타겟과 평판을 따로따로 제작하고, 이들을 각관상으로 배치함으로써 스퍼터링 타겟을 조립할 수 있다. 한 쌍의 장변부를 구성하는 로터리 타겟은, 일반적으로는, 성막을 행하는 재료와 동일한 조성의 재료에 의해 구성되지만, 서로 다른 재료에 의해 구성된 것이어도 된다. 예를 들면, 한쪽의 로터리 타겟을 재료 A에 의해 구성하고, 다른 쪽의 로터리 타겟을 재료 B에 의해 구성하고, 한쪽의 로터리 타겟으로부터의 스퍼터 입자 플럭스와 다른 쪽의 로터리 타겟으로부터의 스퍼터 입자 플럭스를 피성막체에 입사시키는 것에 의해, A와 B로 이루어지는 박막을 성막할 수 있고, 필요에 따라 재료 A, B로서 2원 이상의 재료를 사용함으로써, 다원계 재료로 이루어지는 박막을 성막할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면, 한쪽의 로터리 타겟을 단일 원소로 이루어지는 금속 M1에 의해 구성하고, 다른 쪽의 로터리 타겟을 단일 원소로 이루어지는 금속 M2에 의해 구성함으로써, M1과 M2로 이루어지는 2원 합금 박막을 성막할 수 있다. 이것은, 진공 증착법에서의 2원 증착법과 동일한 성막법을 스퍼터링 장치에서 실현할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 예를 들면, 피성막체와 스퍼터링 타겟 사이에 넣고 뺄 수 있는 차폐판을 삽입함으로써, 예를 들면, 다른 쪽의 로터리 타겟으로부터의 스퍼터 입자 플럭스를 차단하고, 피성막체를 이동시키면서, 한쪽의 로터리 타겟으로부터의 스퍼터 입자 플럭스를 피성막체에 입사시키는 것에 의해 피성막체 상에 먼저 A로 이루어지는 박막을 성막하고, 이어서, 한쪽의 로터리 타겟으로부터의 스퍼터 입자 플럭스를 차단하고, 피성막체를 역방향으로 이동시키면서, 다른 쪽의 로터리 타겟으로부터의 스퍼터 입자 플럭스를 피성막체에 입사시키는 것에 의해 피성막체 상에 B로 이루어지는 박막을 성막할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 피성막체 상에 A로 이루어지는 박막과 그 위에 형성된 B로 이루어지는 박막의 2층 구조의 박막을 성막할 수 있다.
일반적으로는, 스퍼터링 타겟에 한 쌍의 장변부 이외의 부분으로부터의 스퍼터 입자 플럭스는 성막에 적극적으로 사용하지 않지만, 의도하지 않는 원소의 혼입을 방지하기 위해, 전형적으로는, 스퍼터링 타겟의 한 쌍의 장변부 이외의 부분은 장변부와 동종의 재료에 의해 구성된다. 그러나, 스퍼터링 타겟의 한 쌍의 장변부 이외의 부분으로부터의 스퍼터 입자 플럭스를 성막에 굳이 사용하지 않는 경우에는, 스퍼터링 타겟에 한 쌍의 장변부를 구성하는 로터리 타겟 이외의 부분은 한 쌍의 장변부를 구성하는 로터리 타겟과 다른 재료에 의해 구성될 수도 있다.
스퍼터링 타겟으로부터는, 스퍼터링 타겟에 둘러싸인 공간의 위쪽뿐만 아니라, 아래쪽에도 스퍼터 입자 플럭스를 빼낼 수 있으므로, 필요에 따라, 스퍼터링 타겟에 둘러싸인 공간의 아래쪽에 있어서, 별도의 피성막체를 스퍼터링 타겟에 대하여, 이 스퍼터링 타겟의 장변부를 횡단하는 방향으로 일정 속도로 이동시키면서, 이 피성막체의 성막 영역에 성막을 행하도록 해도 된다.
또한, 본 발명은,
횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지고, 상기 스퍼터링 타겟을 따라 자기 회로가 설치되어 있는 스퍼터링 캐소드에 있어서,
상기 스퍼터링 타겟 중 상기 한 쌍의 장변부 이외의 2개의 부분 중 적어도 한쪽이, 상기 한 쌍의 장변부를 포함하는 평면 또는 곡면에 관하여 상기 한 쌍의 장변부의 한쪽의 장변부측으로부터 상기 침식면이 비틀린 곡면을 형성하면서 만곡되어 상기 한 쌍의 장변부의 다른 쪽의 장변부측으로 연장된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 있어서는, 스퍼터링 타겟 중 한 쌍의 장변부 이외의 2개의 부분 중 적어도 한쪽은, 한 쌍의 장변부를 포함하는 평면 또는 곡면에 관하여 한 쌍의 장변부의 한쪽의 장변부측에서 침식면이 비틀린 곡면을 형성하면서 만곡되어 한 쌍의 장변부의 다른 쪽의 장변부측으로 연장되는 도중에 연직 방향 혹은 그 전후의 방향을 향하는 것으로부터, 성막 중에 발생하는 쓰레기가 스퍼터링 타겟 위에 침착되는 것을 방지할 수 있다. 한 쌍의 장변부는, 각각 평판에 의해 구성해도 되고, 각각 로터리 타겟에 의해 구성해도 된다. 그 외에 대해서는, 그 성질에 어긋나지 않는 한, 상기의 발명에 관련하여 설명한 것이 성립한다.
또한, 본 발명은,
횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지고, 상기 스퍼터링 타겟을 따라 자기 회로가 설치되어 있는 스퍼터링 캐소드가 복수, 병렬 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 캐소드 집합체다.
복수의 스퍼터링 캐소드는, 한 쌍의 장변부를 포함하는 평면에 평행한 방향(전형적으로는 수평 방향)으로 병렬 배치되는 것도 있고, 한 쌍의 장변부를 포함하는 평면에 대하여 수직 방향(전형적으로는 연직 방향)으로 병렬 배치되는 것도 있고, 필요에 따라 선택된다.
각 스퍼터링 캐소드는 전형적으로는, 한 쌍의 장변부를 구성하는 제1 평판 및 제2 평판과, 장변부에 수직한 서로 대향하는 한 쌍의 단변부를 구성하는 제3 평판 및 제4 평판으로 이루어진다. 이 경우, 이 제1 평판∼제4 평판을 따로따로 제작하고, 이들을 각관상으로 배치함으로써 스퍼터링 타겟을 조립할 수 있다. 한 쌍의 장변부를 구성하는 제1 평판 및 제2 평판은, 일반적으로는, 성막을 행하는 재료와 동일한 조성의 재료에 의해 구성되지만, 서로 다른 재료에 의해 구성된 것이어도 된다. 예를 들면, 제1 평판을 재료 A에 의해 구성하고, 제2 평판을 재료 B에 의해 구성하고, 제1 평판으로부터의 스퍼터 입자 플럭스와 제2 평판으로부터의 스퍼터 입자 플럭스를 피성막체에 입사시키는 것에 의해, A와 B로 이루어지는 박막을 성막할 수 있고, 필요에 따라 재료 A, B로서 2원 이상의 재료를 사용함으로써, 다원계 재료로 이루어지는 박막을 성막할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 제1 평판을 단일 원소로 이루어지는 금속 M1에 의해 구성하고, 제2 평판을 단일 원소로 이루어지는 금속 M2에 의해 구성함으로써, M1과 M2로 이루어지는 2원 합금 박막을 성막하는 것이 가능하다. 전형적으로는, 서로 인접하는 한 쌍의 스퍼터링 캐소드의 자기 회로의 극성은 서로 동일하다. 즉, 서로 인접하는 한 쌍의 스퍼터링 타겟 표면 중 한쪽의 자기 회로가 N극이라고 하면, 다른 쪽의 인접하는 자기 회로가 대응하는 부분도 N극이 된다.
필요에 따라, 한 쌍의 장변부를 각각 로터리 타겟에 의해 구성해도 된다. 또한, 필요에 따라, 각 스퍼터링 캐소드는, 스퍼터링 타겟 중 성막이 행해지는 공간에 면하는 부분의 근방에 보조 자극을 가진다. 그 외에 대해서는, 그 성질에 어긋나지 않는 한, 상기의 2개의 발명에 관련하여 설명한 것이 성립한다.
또한, 본 발명은,
횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지고, 상기 스퍼터링 타겟을 따라 자기 회로가 설치되고, 상기 한 쌍의 장변부가 각각 원통 형상의 로터리 타겟에 의해 구성되어 있는 스퍼터링 캐소드와,
상기 스퍼터링 타겟의 침식면이 노출되도록 설치된 애노드를 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치이다.
또한, 본 발명은,
횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지고, 상기 스퍼터링 타겟을 따라 자기 회로가 설치되고, 상기 스퍼터링 타겟 중 상기 한 쌍의 장변부 이외의 2개의 부분 중 적어도 한쪽이, 상기 한 쌍의 장변부를 포함하는 평면 또는 곡면에 관하여 상기 한 쌍의 장변부의 한쪽의 장변부측으로부터 상기 침식면이 비틀린 곡면을 형성하면서 만곡되어 상기 한 쌍의 장변부의 다른 쪽의 장변부측으로 연장된 형상을 가지는 스퍼터링 캐소드와,
상기 스퍼터링 타겟의 침식면이 노출되도록 설치된 애노드를 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치이다.
또한, 본 발명은,
횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지고, 상기 스퍼터링 타겟을 따라 자기 회로가 설치되어 있는 스퍼터링 캐소드가 복수, 병렬 배치되어 있는 스퍼터링 캐소드 집합체와,
각각의 상기 스퍼터링 타겟의 침식면이 노출되도록 설치된 애노드를 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치이다.
여기에서, 전형적으로는, 병렬 배치된 복수의 스퍼터링 캐소드 중 서로 인접하는 2개의 스퍼터링 캐소드 사이에는, 교류 전원이 접속되고, 교류 전압이 인가된다. 이렇게 함으로써, 서로 인접하는 2개의 스퍼터링 캐소드가 교호적(交互的)으로, 음극과 양극을 반복할 수 있고, 그에 따라 교호적으로 스퍼터링을 행하는 것이 가능하게 되고, 애노드에 절연막이 퇴적함으로써 발생하는 애노드 소실 현상을 회피할 수 있어, 장시간 안정된 반응성 스퍼터링 성막을 저손상으로 실현할 수 있다.
상기의 각 스퍼터링 장치에 있어서는, 스퍼터링 타겟에 둘러싸인 공간의 위쪽에 있어서 스퍼터링 타겟의 장변부보다 폭이 좁은 성막 영역을 가지는 피성막체를 스퍼터링 타겟에 대하여, 스퍼터링 타겟의 장변부를 횡단하는 방향으로 일정 속도로 이동시키면서, 혹은, 스퍼터링 타겟에 둘러싸인 공간의 위쪽에 정지시킨 상태에서, 스퍼터링 타겟의 내면을 따라 주회(周回)하는 플라즈마가 발생하도록 방전을 행하여 스퍼터링 가스에 의해 발생하는 플라즈마 중의 이온에 의해 스퍼터링 타겟의 장변부의 내면을 스퍼터링함으로써 피성막체의 성막 영역에 성막을 행한다. 상기의 각 스퍼터링 장치의 발명에 있어서는, 상기 이외에 대해서는, 그 성질에 어긋나지 않는 한, 상기의 스퍼터링 캐소드의 발명에 관련하여 설명한 것이 성립한다.
또한, 전술한 스퍼터링 캐소드, 스퍼터링 캐소드 집합체 및 스퍼터링 장치의 각 발명에 있어서는, 스퍼터링 가스에 의해 생성되는 양이온이 성막 중에 피성막체에 충격을 주는 것에 의해 피성막체 및 피성막체 상에 성막되는 박막에 손상이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 바람직하게는, 스퍼터링 캐소드와 애노드 사이에 인가하는 전압이 펄스 파형이며, 스퍼터링 캐소드에서의 전압 펄스의 하이레벨을 0V 혹은 절대값이 대략 50V 이하인 음의 전압 V0-, 로우레벨을 절대값이 대략 100V 이상인 음의 전압 VL-로 함으로써, 양의 전압이 인가되지 않게 한다.
본 발명에 의하면, 스퍼터링 캐소드의 스퍼터링 타겟이 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상, 즉 사방이 둘러싸인 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 것에 의해, 스퍼터링 장치에 이 스퍼터링 캐소드를 장착하여 방전을 행했을 때, 스퍼터링 타겟의 침식면측에 스퍼터링 타겟의 내면을 주회하는 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 그러므로, 플라즈마 밀도를 높게 할 수 있는 것에 의해, 성막 속도를 충분히 높게 할 수 있다. 또한, 플라즈마가 많이 생성되는 장소는 스퍼터링 타겟의 표면 근방에 한정되므로, 플라즈마로부터 발광하는 광이 피성막체에 조사되는 것에 의해 손상이 생길 우려를 최소한으로 할 수 있다. 또한, 특히, 한 쌍의 장변부가 각각 로터리 타겟에 의해 구성되어 있는 경우에는, 로터리 타겟을 회전시키면서 스퍼터링을 행할 수 있으므로, 스퍼터링 타겟의 사용 효율이 높다. 또한, 특히, 스퍼터링 타겟 중 한 쌍의 장변부 이외의 2개의 부분 중 적어도 한쪽이, 한 쌍의 장변부를 포함하는 평면 또는 곡면에 관하여 한 쌍의 장변부의 한쪽의 장변부측으로부터 침식면이 비틀린 곡면을 형성하면서 만곡되어 한 쌍의 장변부의 다른 쪽의 장변부측으로 연장된 형상을 가지는 것에 의해, 성막 중에 발생하는 쓰레기가 스퍼터링 타겟의 그 부분에 침착하는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 스퍼터링을 안정적으로 행할 수 있다. 또한, 특히, 스퍼터링 캐소드가 복수, 병렬 배치되어 있는 스퍼터링 캐소드 집합체에서는, 한 쌍의 장변부를 포함하는 평면에 평행한 방향, 전형적으로는 수평 방향으로 병렬 배치되는 경우에는, 이들 스퍼터링 캐소드 집합체를 덮는 것 같은 대면적의 피성막체라도 성막을 행할 수 있고, 한 쌍의 장변부를 포함하는 평면에 대하여 수직 방향, 전형적으로는 연직 방향으로 병렬 배치되는 경우에는, 복수의 스퍼터링 타겟으로부터의 스퍼터 입자를 동시에 사용하여 성막을 행할 수 있으므로, 성막 속도를 대폭으로 증가시킬 수 있다.
[도 1] 본 발명의 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도이다.
[도 2] 본 발명의 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드 집합체를 나타내는 평면도이다.
[도 3] 본 발명의 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 각 스퍼터링 타겟의 표면 근방에 플라즈마가 발생한 상태를 나타내는 종단면도이다.
[도 4] 본 발명의 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 각 스퍼터링 타겟의 표면 근방에 플라즈마가 발생한 상태를 나타내는 평면도이다.
[도 5] 본 발명의 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
[도 6] 본 발명의 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
[도 7] 본 발명의 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
[도 8] 본 발명의 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
[도 9] 본 발명의 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
[도 10] 본 발명의 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치의 실시예로서의 스퍼터링 캐소드 및 애노드의 구성을 나타내는 평면도이다.
[도 11] 본 발명의 제2 실시형태에 의한 스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드 집합체를 구성하는 스퍼터링 캐소드를 나타내는 평면도이다.
[도 12] 본 발명의 제3 실시형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도이다.
[도 13] 본 발명의 제3 실시형태에 의한 스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드 집합체를 나타내는 평면도이다.
[도 14] 본 발명의 제4 실시형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도이다.
[도 15] 본 발명의 제4 실시형태에 의한 스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드를 나타내는 평면도이다.
[도 16] 도 15의 W-W선을 따른 단면도이다.
[도 17] 본 발명의 제4 실시형태에 의한 스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드의 로터리 타겟의 내부에 설치된 영구 자석의 경사 각도를 설명하기 위한 횡단면도이다.
[도 18] 본 발명의 제5 실시형태에 의한 스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드를 나타내는 평면도이다.
[도 19] 본 발명의 제6 실시형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도이다.
[도 20] 본 발명의 제6 실시형태에 의한 스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드를 나타내는 평면도이다.
[도 21] 본 발명의 제7 실시형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도이다.
[도 22] 본 발명의 제7 실시형태에 의한 스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드의 스퍼터링 타겟을 나타내는 사시도이다.
[도 23] 본 발명의 제8 실시형태에 의한 스퍼터링 장치의 펄스 전원의 전압 펄스 파형을 나타내는 개략도이다.
이하, 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 「실시형태」라고 함)에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
<제1 실시형태>
[스퍼터링 장치]
도 1 및 도 2는 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도 및 평면도이며, 스퍼터링 장치의 진공 용기의 내부에 설치된 스퍼터링 캐소드 집합체 부근의 구성을 나타낸 것이다. 도 1은 도 2의 X-X선을 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 이 스퍼터링 장치에 있어서는, 복수의 스퍼터링 캐소드가 수평면 상에 병렬 배치되어 있고, 이들 스퍼터링 캐소드에 의해 스퍼터링 캐소드 집합체가 형성되어 있다. 스퍼터링 캐소드 집합체를 구성하는 스퍼터링 캐소드의 수는, 성막을 행하는 기판의 크기나 성막의 방법 등에 따라서 적절히 선택된다. 도 1 및 도 2에 있어서는, 일례로서, 서로 인접하는 한 쌍의 스퍼터링 캐소드(1, 2)만 나타내어져 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 스퍼터링 캐소드(1, 2)의 간격은, 성막을 행하는 기판의 크기나 성막의 방법 등에 따라서 적절히 선택된다. 스퍼터링 캐소드 집합체를 구성하는 스퍼터링 캐소드의 수가 3 이상인 경우, 스퍼터링 캐소드의 간격은 일반적으로는 등간격이지만, 반드시 등간격이 아니어도 되고, 그 경우, 간격은 필요에 따라 선택된다.
스퍼터링 캐소드(1)는, 횡단면 형상이 직사각형인 각관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟(10)과, 이 스퍼터링 타겟(10)의 외측에 설치된 영구 자석(20)과, 이 영구 자석(20)의 외측에 설치된 요크(30)를 가진다. 이들 스퍼터링 타겟(10), 영구 자석(20) 및 요크(30)에 의해 스퍼터링 캐소드(1)가 형성되어 있다. 이 스퍼터링 캐소드(1)는 일반적으로는, 전기적으로 절연된 상태에서 진공 용기에 대하여 고정된다. 또한, 영구 자석(20) 및 요크(30)에 의해 자기 회로가 형성되어 있다. 영구 자석(20)의 극성은 도 1에 나타내는 바와 같지만, 각각 완전히 반대의 극성이어도 전혀 지장이 없다. 스퍼터링 타겟(10)과 영구 자석(20) 사이에는, 바람직하게는 냉각용의 백킹 플레이트(backing plate)가 설치되고, 이 백킹 플레이트의 내부에 설치된 유로에 예를 들면, 냉각수가 흐르게 된다. 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 직육면체형의 공간의 하단 근방에, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면이 노출되도록 L자형의 단면 형상을 가지는 애노드(40)가 설치되어 있다. 이 애노드(40)는 일반적으로는, 접지된 진공 용기에 접속된다. 또한, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 직육면체형의 공간의 상단 근방에, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면이 노출되도록 L자형의 단면 형상을 가지는 광선 차단 실드(light blocking shield)(50)가 설치되어 있다. 광선 차단 실드(50)는 도전체, 전형적으로는 금속에 의해 형성된다. 광선 차단 실드(50)는 애노드를 겸용하고, 애노드(40)와 마찬가지로, 일반적으로는 접지된 진공 용기에 접속된다. 광선 차단 실드(50)와 스퍼터링 타겟(10) 사이에는, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면이 노출되도록 L자형의 단면 형상을 가지는 보조 자극(55)이 설치되어 있다. 보조 자극(55)은, 영구 자석(20) 및 요크(30)에 의해 형성된 자기 회로에 의해 형성되는 자력선이, 스퍼터링 캐소드(1)의 위쪽의, 성막이 행해지는 공간에 누설되는 것을 방지하기 위한 것이며, 스퍼터링 캐소드(1)의 위쪽에 누설되는 자력선을 상쇄하도록 그 자극의 배치가 선택된다.
스퍼터링 캐소드(2)는, 영구 자석(20)의 극성이 도 1에 나타내는 바와 같이, 스퍼터링 캐소드(1)의 영구 자석(20)의 극성과 반대인 것을 제외하고, 스퍼터링 캐소드(1)와 동일하며, 방향도 동일하다. 다른 스퍼터링 캐소드가 있는 경우도 마찬가지이며, 서로 인접하는 한 쌍의 스퍼터링 캐소드는 영구 자석(20)의 극성이 서로 반대인 것을 제외하고, 서로 동일하며, 방향도 동일하다. 이와 같이 서로 인접하는 한 쌍의 스퍼터링 캐소드의 영구 자석(20)의 극성이 서로 반대인 것에 의해, 영구 자석(20) 및 요크(30)에 의해 형성된 자기 회로에 의해 형성되는 자력선에 의해, 양쪽의 스퍼터링 캐소드에 한 쌍의 AC 스퍼터 전력을 인가했을 때는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 인접한 극으로 이동하는 플라즈마가 스퍼터링 캐소드 집합체의 아래쪽의 공간에 갇히고, 스퍼터링 캐소드 집합체의 위쪽의 성막이 행해지는 공간으로의 플라즈마 누설을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 이 아래쪽 공간에 별도 보조 자극을 이용하여, 인접하는 스퍼터링 캐소드로의 플라즈마 이동을 보다 효과적으로 해도 상관없다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링 캐소드 집합체를 구성하는 각 스퍼터링 캐소드의 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부 사이의 거리를 a, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 단변부 사이의 거리를 b로 하면, b/a는 2 이상으로 선택되고, 일반적으로는 40 이하로 선택되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. a는 일반적으로는 50㎜ 이상 150㎜ 이하로 선택되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 이 스퍼터링 장치에 있어서는, 스퍼터링 캐소드 집합체의 위쪽의 공간에 있어서, 도시하지 않은 소정의 반송 기구에 유지된 기판(S)(피성막체)에 대하여 성막을 행하도록 되어 있다. 성막은, 기판(S)을, 각 스퍼터링 캐소드의 스퍼터링 타겟(10)에 대하여, 스퍼터링 타겟(10)의 장변부를 횡단하는 방향, 전형적으로는 스퍼터링 타겟(10)의 상단면(上端面)에 평행하고 또한 스퍼터링 타겟(10)의 장변부에 수직한 방향으로, 전형적으로는 일정 속도로 이동시키면서 행하는 경우와, 기판(S)을 스퍼터링 캐소드 집합체의 위쪽에 정지시키고, 그 정지 상태에서 행하는 경우가 있다. 스퍼터링 타겟(10)의 장변부에 평행한 방향의 기판(S)의 성막 영역의 폭은, b보다 작게 선택되고, 성막 시에는 스퍼터링 타겟(10)의 내측의 서로 대향하는 한 쌍의 단변부 사이에 들어가게 되어 있다. 기판(S)의 성막 영역의 폭은 기판(S)의 전체면에 성막을 행하는 경우에는 기판(S)의 폭과 일치한다. 기판(S)은 기본적으로는 어떠한 것이어도 되고, 특별히 한정되지 않는다. 기판(S)은, 소위 롤투롤(roll-to-roll) 공정에서 사용되는 롤에 감긴 장척의 필름형의 것이어도 된다.
[스퍼터링 장치에 의한 성막 방법]
기판(S)은, 성막 전은, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 위쪽으로부터 충분히 떨어진 위치에 있다.
진공 용기를 진공 펌프에 의해 고진공으로 배기한 후, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간에 스퍼터링 가스로서 Ar 가스를 도입하고, 애노드(40)와 스퍼터링 캐소드(1, 2) 사이에, 소정의 전원에 의해, 플라즈마 발생에 필요한 교류 전압을 인가한다. 전형적으로는, 애노드(40)가 접지되고, 스퍼터링 캐소드(1)와 스퍼터링 캐소드(2) 사이에, 고전압의 교류 전압(예를 들면, -400V)이 인가된다. 이렇게 함으로써, 스퍼터링 캐소드(1)에 음의 고전압이 인가되는 동안은, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링 타겟(10)의 표면 근방에 이 스퍼터링 타겟(10)의 내면을 따라 주회하는 플라즈마(60)가 발생한다. 스퍼터링 캐소드(1)에 음의 고전압이 인가되지 않는 동안은 플라즈마(60)는 발생하지 않는다. 또한, 스퍼터링 캐소드(2)에 음의 고전압이 인가되는 동안은, 이 스퍼터링 캐소드(2)의 스퍼터링 타겟(10)의 표면 근방에 이 스퍼터링 타겟(10)의 내면을 따라 주회하는 플라즈마(60)가 발생한다. 스퍼터링 캐소드(2)에 음의 고전압이 인가되지 않는 동안은 플라즈마(60)는 발생하지 않는다. 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 스퍼터링 타겟(10)의 내면을 따라 주회하는 플라즈마(60) 중의 Ar 이온에 의해 스퍼터링 타겟(10)이 스퍼터링되는 결과, 스퍼터링 타겟(10)을 구성하는 원자가 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간으로부터 위쪽으로 튀어나온다. 이 때, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면 중 플라즈마(60) 근방 부분의 도처에서 원자가 튀어나오지만, 스퍼터링 타겟(10)의 내측 단변부의 침식면에서 튀어나오는 원자는, 기본적으로는 성막에 사용하지 않는다. 이를 위해서는, 스퍼터링 타겟(10)의 장변 방향의 양단부를 차폐하도록 스퍼터링 타겟(10)의 위쪽에 수평 차폐판을 설치함으로써, 스퍼터링 타겟(10)의 단변부의 침식면으로부터 튀어나오는 원자가 성막 시에 기판(S)에 도달하지 않게 하면 된다. 혹은, 스퍼터링 타겟(10)의 길이 방향의 폭 b을 기판(S)의 폭보다 충분히 크게 함으로써, 스퍼터링 타겟(10)의 단변부의 침식면으로부터 튀어나오는 원자가 성막 시에 기판(S)에 도달하지 않게 해도 된다. 스퍼터링 타겟(10)으로부터 튀어나오는 원자의 일부는 광선 차단 실드(50)에 의해 가로막아지는 결과, 스퍼터링 타겟(10)의 장변부의 침식면으로부터, 도 5에 나타낸 바와 같은 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)가 얻어진다. 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)는, 스퍼터링 타겟(10)의 길이 방향으로 대략 균일한 강도 분포를 가진다. 한편, 스퍼터링 캐소드(2)에 음의 고전압이 인가되는 동안은, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 스퍼터링 타겟(10)의 표면 근방에 이 스퍼터링 타겟(10)의 내면을 따라 주회하는 플라즈마(60)가 발생하고, 그 결과, 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)에 의한 스퍼터링이 행해진다. 스퍼터링 캐소드(1)에 음의 고전압이 인가되지 않는 동안은 플라즈마(60)는 발생하지 않고, 스퍼터링은 일어나지 않는다. 즉, 이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 스퍼터링 캐소드(1)와 스퍼터링 캐소드(2)는 교호적으로 사용된다.
먼저, 기판(S)을 이동시키면서 성막을 행하는 경우에 대하여 설명한다.
스퍼터링 캐소드(1, 2)의 스퍼터링 타겟(10)에 의해 안정한 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)가 얻어지게 된 시점에서, 기판(S)을, 스퍼터링 캐소드(1)의 스퍼터링 타겟(10)에 대하여, 스퍼터링 타겟(10)의 장변부를 횡단하는 방향으로 일정 속도로 이동시키면서, 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)에 의해 성막을 행한다. 기판(S)이, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 위쪽을 향하여 이동하면, 먼저 스퍼터 입자 플럭스(70)가 기판(S)에 입사하여 성막이 개시된다. 기판(S)의 선단이 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 중앙 부근의 위쪽에 다다른 시점의 모양을 도 6에 나타낸다. 이 시점에서는, 스퍼터 입자 플럭스(80)는 성막에 기여하고 있지 않다. 기판(S)이 더 이동하고, 스퍼터 입자 플럭스(80)가 입사하게 되면, 스퍼터 입자 플럭스(70)에 더하여 스퍼터 입자 플럭스(80)도 성막에 기여하게 된다. 기판(S)이 더 이동하고, 스퍼터링 캐소드(2)에 도달하면, 스퍼터링 캐소드(2)의 스퍼터링 타겟(10)에 의해 얻어지는 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)에 의해 마찬가지로 성막이 행해진다. 기판(S)이 더 이동하여 스퍼터링 캐소드 집합체의 바로 위로 이동했을 때의 모양을 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 기판(S)에 스퍼터링 캐소드(1, 2)의 스퍼터링 타겟(10)에 의해 얻어지는 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)가 입사하여 성막이 행해진다. 이렇게 하여 성막을 행하면서 기판(S)을 이동시킨다. 그리고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 기판(S)이, 스퍼터링 캐소드 집합체의 위쪽으로부터 충분히 멀어지고, 기판(S)에 대하여 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)가 입사하지 않게 되는 위치까지 이동시킨다. 이렇게 하여, 기판(S) 위에 박막(F)이 성막된다.
다음으로, 기판(S)을 이동시키지 않고 성막을 행하는 경우, 즉 정지 성막을 행하는 경우에 대하여 설명한다.
이 경우, 도 9에 나타낸 바와 같이, 기판(S)이 복수의 스퍼터링 캐소드에 걸치는 크기를 가지는 것으로 한다. 기판(S)과 각 스퍼터링 캐소드 사이의 공간에는, 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)가 기판(S)에 입사하는 것을 방지하기 위한 셔터(도시하지 않음)를 삽입할 수 있게 되어 있다. 그리고, 셔터를 기판(S)과 각 스퍼터링 캐소드 사이의 공간에 삽입한 상태에서, 각 스퍼터링 캐소드에 의해 안정된 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)가 얻어지게 된 시점에서 셔터를 기판(S)과 각 스퍼터링 캐소드 사이의 공간의 외부로 이동시킨다. 이 시점에서 기판(S)에 대하여 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)가 입사하고, 성막이 개시된다. 이렇게 하여 필요한 시간, 스퍼터링을 행함으로써 기판(S) 위에 박막(F)이 정지 성막에 의해 성막된다. 다만, 마주보는 타겟 표면 사이의 거리, 타겟 단부와 기판 사이의 거리, 인접하는 캐소드의 간격은 최적의 값으로 설정되어 있다.
[스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드 및 애노드의 실시예]
도 10에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링 타겟(10)을 4개의 판형 스퍼터링 타겟(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 형성하고, 영구 자석(20)을 4개의 판형 혹은 봉형(棒形)의 영구 자석(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 형성하고, 요크(30)를 4개의 판형의 요크(30a, 30b, 30c, 30d)에 의해 형성한다. 또한, 스퍼터링 타겟(10a, 10b, 10c, 10d)과 영구 자석(20a, 20b, 20c, 20d) 사이에 각각 백킹 플레이트(90a, 90b, 90c, 90d)를 삽입한다. 스퍼터링 타겟(10a)과 스퍼터링 타겟(10c) 사이의 거리는 80㎜, 스퍼터링 타겟(10b)과 스퍼터링 타겟(10d) 사이의 거리는 200㎜, 스퍼터링 타겟(10a, 10b, 10c, 10d)의 높이는 80㎜로 한다.
요크(30a, 30b, 30c, 30d)의 외측에는 4개의 판형의 애노드(100a, 100b, 100c, 100d)를 설치한다. 이 애노드(100a, 100b, 100c, 100d)는 애노드(40)와 함께, 접지된 진공 용기에 접속된다.
이상과 같이, 본 제1 실시형태에 의하면, 횡단면 형상이 직사각형인 각관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟(10)을 가지는 스퍼터링 캐소드가 수평면 위에 복수, 병렬 배치되고, 게다가 서로 인접하는 2개의 스퍼터링 캐소드의 영구 자석(20)의 극성이 서로 반대인 것에 의해, 다음과 같은 각종 이점을 얻을 수 있다. 즉, 병렬 배치된 복수의 스퍼터링 캐소드(1)를 이용하여 스퍼터링을 행할 수 있으므로, 대면적의 기판(S) 상에 고속으로 박막(F)의 성막을 행할 수 있다. 또한, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면측에 이 스퍼터링 타겟(10)의 내면을 주회하는 플라즈마(60)를 발생시킬 수 있다. 그러므로, 플라즈마(60)의 밀도를 높게 할 수 있는 것에 의해, 성막 속도를 충분히 높게 할 수 있다. 또한, 플라즈마(60)가 많이 생성되는 장소는 스퍼터링 타겟(10)의 표면 근방에 한정되므로, 광선 차단 실드(50)가 설치되어 있는 것과 더불어, 플라즈마(60)로부터 발광하는 광이 기판(S)에 조사되는 것에 의해 손상이 생길 우려를 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 영구 자석(20) 및 요크(30)에 의해 형성되는 자기 회로에 의해 발생하는 자력선은, 기본적으로 스퍼터링 캐소드에 구속되고, 게다가 서로 인접하는 2개의 스퍼터링 캐소드의 영구 자석(20)의 극성이 서로 반대이며, 또한 보조 자극(55)이 설치되어 있는 것에 의해, 자기 회로에 의해 발생하는 자력선 중 아래쪽을 향하는 자력선은 도 1에 나타낸 바와 같이 스퍼터링 캐소드 집합체의 아래쪽 공간에 갇히고, 기판(S)을 향하지 않으므로, 플라즈마(60)나 전자선에 의해 기판(S)에 손상이 생길 우려가 없다. 또한, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부로부터 얻어지는 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)를 이용하여 성막을 행하므로, 반사 스퍼터 중성 가스의 에너지가 높은 입자에 의해 기판(S)이 충격을 받고, 손상이 생기는 것을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부로부터 얻어지는 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)는 이 장변부에 평행한 방향으로 균일한 강도 분포를 가지므로, 기판(S)을 이 장변부를 횡단하는 방향, 예를 들면, 이 장변부에 수직한 방향으로 일정 속도로 이동시키면서 성막을 행하는 것과 더불어, 기판(S) 위에 성막되는 박막(F)의 막 두께의 불균일을 작게 할 수 있고, 예를 들면 막 두께 분포를 ±5% 이하로 할 수 있다. 이 스퍼터링 장치는, 예를 들면 반도체 디바이스, 유기 태양전지, 무기 태양전지, 액정 모니터, 유기 EL 디스플레이, 필름 등의 각종 디바이스의 제조에 있어서 전극 재료 등의 성막에 적용하기에 바람직한 것이다.
<제2 실시형태>
[스퍼터링 장치]
제2 실시형태에 의한 스퍼터링 장치는, 스퍼터링 타겟(10)으로서 도 11에 나타낸 바와 같은 것을 사용하는 점이, 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치와 상이하다. 즉, 도 11에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링 타겟(10)은, 서로 평행하게 대향하는 한 쌍의 장변부와 이들의 장변부에 연결된 반원형부로 이루어진다. 스퍼터링 타겟(10)의 외측에 설치된 영구 자석(20)도, 이 영구 자석(20)의 외측에 설치된 요크(30)도, 스퍼터링 타겟(10)과 동일한 형상을 가진다. 이 스퍼터링 장치의 기타의 구성은 제1 실시형태에 의한 스퍼터링 장치와 동일하다.
[스퍼터링 장치에 의한 성막 방법]
이 스퍼터링 장치에 의한 성막 방법은 제1 실시형태와 동일하다.
본 제2 실시형태에 의하면, 제1 실시형태와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
<제3 실시형태>
[스퍼터링 장치]
도 12 및 도 13은 제3 실시형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도 및 평면도이며, 스퍼터링 장치의 진공 용기의 내부에 설치된 스퍼터링 캐소드 집합체 부근의 구성을 나타낸 것이다. 도 13은 도 12의 Y-Y선을 따른 단면도이다.
도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 이 스퍼터링 장치에 있어서는, 복수의 스퍼터링 캐소드가 연직면 상에 병렬 배치되어 있고, 이들 스퍼터링 캐소드에 의해 스퍼터링 캐소드 집합체가 형성되어 있다. 스퍼터링 캐소드 집합체를 구성하는 스퍼터링 캐소드의 수는, 필요한 성막 속도 등에 따라서 적절히 선택된다. 도 12 및 도 13에 있어서는, 일례로서, 서로 인접하는 한 쌍의 스퍼터링 캐소드(1, 2)만 나타내어져 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 스퍼터링 캐소드(1, 2)의 간격은, 스퍼터링 캐소드 집합체의 위쪽의 공간에 있어서, 스퍼터링 캐소드(1)뿐만 아니라, 스퍼터링 캐소드(2)에 의해서도 스퍼터링에 의해 성막을 행할 수 있도록 적절히 선택된다. 스퍼터링 캐소드 집합체를 구성하는 스퍼터링 캐소드의 수가 3 이상인 경우, 스퍼터링 캐소드의 간격은 일반적으로는 등간격이지만, 반드시 등간격이 아니어도 되고, 그 경우, 간격은 필요에 따라 선택된다. 이 스퍼터링 장치의 기타의 내용은 제1 실시형태와 동일하다.
[스퍼터링 장치에 의한 성막 방법]
진공 용기를 진공 펌프에 의해 고진공으로 배기한 후, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간에 스퍼터링 가스로서 Ar 가스를 도입하고, 애노드(40)와 스퍼터링 캐소드 사이에, 소정의 전원에 의해 플라즈마 발생에 필요한, 일반적으로는 직류의 고전압을 인가한다. 일반적으로는, 애노드(40)가 접지되고, 스퍼터링 캐소드에 음의 고전압(예를 들면, -400V)이 인가된다. 이에 의해, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링 타겟(10)의 표면 근방에 이 스퍼터링 타겟(10)의 내면을 따라 주회하는 플라즈마(60)가 발생한다.
기판(S)은, 성막 전은, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 위쪽으로부터 충분히 떨어진 위치에 있다.
각 스퍼터링 캐소드의 스퍼터링 타겟(10)의 내면을 따라 주회하는 플라즈마(60) 중의 Ar 이온에 의해 스퍼터링 타겟(10)이 스퍼터링되는 결과, 스퍼터링 타겟(10)을 구성하는 원자가 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간으로부터 위쪽으로 튀어나온다. 이 때, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면 중 플라즈마(60) 근방 부분의 도처에서 원자가 튀어나오지만, 스퍼터링 타겟(10)의 내측의 단변부의 침식면으로부터 튀어나오는 원자는, 기본적으로는 성막에 사용하지 않는다. 이를 위해서는, 스퍼터링 타겟(10)의 장변 방향의 양단부를 차폐하도록 스퍼터링 타겟(10)의 위쪽에 수평 차폐판을 설치함으로써, 스퍼터링 타겟(10)의 단변부의 침식면으로부터 튀어나오는 원자가 성막 시에 기판(S)에 도달하지 않게 하면 된다. 혹은, 스퍼터링 타겟(10)의 길이 방향 폭 b를 기판(S)의 폭보다 충분히 크게 함으로써, 스퍼터링 타겟(10)의 단변부의 침식면으로부터 튀어나오는 원자가 성막 시에 기판(S)에 도달하지 않게 해도 된다. 스퍼터링 타겟(10)으로부터 튀어나오는 원자의 일부는 광선 차단 실드(50)에 의해 가로막아지는 결과, 스퍼터링 타겟(10)의 장변부의 침식면으로부터, 도 5에 나타낸 바와 같은 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)가 얻어진다. 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)는, 스퍼터링 타겟(10)의 길이 방향으로 대략 균일한 강도 분포를 가진다.
각 스퍼터링 캐소드로부터 안정된 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)가 얻어지게 된 시점에서, 기판(S)을, 스퍼터링 타겟(10)에 대하여, 스퍼터링 타겟(10)의 장변부를 횡단하는 방향으로 일정 속도로 이동시키면서, 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)에 의해 성막을 행한다. 기판(S)이, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 위쪽을 향하여 이동하면, 먼저 스퍼터 입자 플럭스(70)가 기판(S)에 입사하여 성막이 개시된다. 기판(S)의 선단이 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 중앙 부근의 위쪽에 다다른 시점에서는, 스퍼터 입자 플럭스(80)는 성막에 기여하고 있지 않다. 기판(S)이 더 이동하고, 스퍼터 입자 플럭스(80)가 입사하게 되면, 스퍼터 입자 플럭스(70)에 더하여 스퍼터 입자 플럭스(80)도 성막에 기여하게 된다. 기판(S)이 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 바로 위에 이동했을 때에는 기판(S)에 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)가 입사하여 성막이 행해진다. 이렇게 하여 성막을 행하면서 기판(S)을 더욱 이동시킨다. 그리고, 기판(S)이, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 위쪽으로부터 충분히 멀어지고, 기판(S)에 대하여 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)가 입사하지 않게 되는 위치까지 이동시킨다. 이렇게 하여, 기판(S) 위에 박막(F)이 성막된다.
본 제3 실시형태에 의하면, 횡단면 형상이 직사각형인 각관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟(10)을 가지는 스퍼터링 캐소드가 연직면 상에 복수, 병렬 배치되고, 게다가 서로 인접하는 2개의 스퍼터링 캐소드의 영구 자석(20)의 극성이 서로 반대인 것에 의해, 다음과 같은 각종 이점을 얻을 수 있다. 즉, 연직면 상에 병렬 배치된 복수의 스퍼터링 캐소드를 이용하여 스퍼터링을 행할 수 있으므로, 기판(S) 위에 고속으로 박막(F)의 성막을 행할 수 있다. 또한, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면측에 이 스퍼터링 타겟(10)의 내면을 주회하는 플라즈마(60)를 발생시킬 수 있다. 그러므로, 플라즈마(60)의 밀도를 높게 할 수 있는 것에 의해, 성막 속도를 충분히 높게 할 수 있다. 또한, 플라즈마(60)가 많이 생성되는 장소는 스퍼터링 타겟(10)의 표면 근방에 한정되므로, 광선 차단 실드(50)가 설치되어 있는 것과 더불어, 플라즈마(60)로부터 발광하는 광이 기판(S)에 조사되는 것에 의해 손상이 생길 우려를 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 영구 자석(20) 및 요크(30)에 의해 형성되는 자기 회로에 의해 발생하는 자력선은, 기본적으로 스퍼터링 캐소드에 구속되고, 게다가 서로 인접하는 2개의 스퍼터링 캐소드의 영구 자석(20)의 극성이 서로 반대이며, 또한 보조 자극(55)이 설치되어 있으므로, 자기 회로에 의해 발생하는 자력선 중 아래쪽을 향하는 자력선은 도 12에 나타낸 바와 같이 스퍼터링 캐소드 집합체의 근방의 공간에 갇히고, 기판(S)을 향하지 않으므로, 플라즈마(60)나 전자선에 의해 기판(S)에 손상이 생길 우려가 없다. 또한, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부로부터 얻어지는 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)를 이용하여 성막을 행하므로, 반사 스퍼터 중성 가스의 에너지가 높은 입자에 의해 기판(S)이 충격을 받고, 손상이 생기는 것을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부로부터 얻어지는 스퍼터 입자 플럭스(70, 80)는 이 장변부에 평행한 방향으로 균일한 강도 분포를 가지므로, 기판(S)을 이 장변부를 횡단하는 방향, 예를 들면, 이 장변부에 수직한 방향으로 일정 속도로 이동시키면서 성막을 행하는 것과 더불어, 기판(S) 위에 성막되는 박막(F)의 막 두께의 불균일을 작게 할 수 있고, 예를 들면 막 두께 분포를 ±5% 이하로 할 수 있다. 이 스퍼터링 장치는, 예를 들면 반도체 디바이스, 유기 태양전지, 무기 태양전지, 액정 모니터, 유기 EL 디스플레이, 필름 등의 각종 디바이스의 제조에 있어서 전극 재료 등의 성막에 적용하기 바람직한 것이다.
<제4 실시형태>
[스퍼터링 장치]
도 14 및 도 15는 제4 실시형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도 및 평면도이며, 스퍼터링 장치의 진공 용기의 내부에 설치된 스퍼터링 캐소드 부근의 구성을 나타낸 것이다. 도 14는 도 15의 Z-Z선을 따른 단면도이다. 또한, 도 16은 도 15의 W-W선을 따른 단면도이다.
도 14, 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 이 스퍼터링 장치는, 횡단면 형상이 직사각형인 각관상(혹은 각환상(angular ring shape))의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟(10)을 가진다. 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부는 각각 원통 형상의 로터리 타겟(11, 12)에 의해 구성되며, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 단변부(13, 14)는 각각 직사각형의 횡단면 형상을 가진다. 로터리 타겟(11, 12)은, 도시하지 않은 회전 기구에 의해, 그 중심축의 주위에 회전 가능하게 설치되어 있다. 구체적으로는, 로터리 타겟(11, 12)의 양단에 회전축(11a, 12a)이 설치되어 있고, 이 회전축(11a, 12a)가 회전 기구에 의해 회전되는 것에 의해 로터리 타겟(11, 12)이 회전되도록 되어 있다. 로터리 타겟(11, 12)의 회전 방향은 서로 동일해도 되고 반대여도 되며, 필요에 따라 선택된다. 로터리 캐소드(11, 12)의 내부에는 냉각수를 흐르게 할 수 있도록 되어 있고, 사용 시에 로터리 캐소드(11, 12)를 냉각시킬 수 있도록 되어 있다. 단변부(13, 14)는, 예를 들면 로터리 타겟(11, 12)의 직경과 같은 정도의 높이를 가진다. 단변부(13, 14)는, 로터리 타겟(11, 12)에 면하는 양단부가 로터리 타겟(11, 12)의 원통 형상에 대응하여 둥글게 패어 있고, 로터리 타겟(11, 12)의 회전에 지장이 생기지 않도록 근접하고 있다. 로터리 타겟(11, 12)의 내부에는, 그 중심축에 평행하게 또한 중심축으로부터 반경 방향으로 치우친 위치에 영구 자석(111, 112)이 설치되어 있다. 영구 자석(111, 112)은 직사각형의 횡단면 형상을 가지고, 그 장변은 로터리 타겟(11, 12)의 반경 방향에 대하여 수직이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 로터리 타겟(11, 12)의 중심축을 포함하는 평면에 대한 영구 자석(111, 112)의 횡단면 형상의 단변의 경사 각도를 θ로 하면, θ는 0도 이상 360도 미만이며, 성막 속도의 향상과 저손상성을 밸런스 양호하게 실행할 수 있도록 그 범위 내의 임의의 각도로 설정할 수 있다. 도 14에 있어서는, 일례로서, θ=0도인 경우가 나타내어져 있다. 영구 자석(111, 112)은 로터리 타겟(11, 12)으로부터 독립된 부재에 고정되어 있고, 로터리 타겟(11, 12)이 회전해도 함께 회전하지 않도록 되어 있다. 영구 자석(111, 112)의 극성은 도 14에 나타내는 바와 같지만, 반대여도 된다. 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 단변부(13, 14)의 외측에는 영구 자석(20)이 설치되고, 또한 이 영구 자석(20)의 외측에 요크(30)가 설치되어 있다. 영구 자석(20)의 극성은 도 14에 나타내는 바와 같지만, 각각이 전혀 반대의 극성이어도 아무런 지장이 없다. 이 스퍼터링 타겟(10), 영구 자석(20, 111, 112) 및 요크(30)에 의해 스퍼터링 캐소드가 형성되어 있다. 이 스퍼터링 캐소드는 일반적으로는, 전기적으로 절연된 상태에서 진공 용기에 대하여 고정된다. 또한, 로터리 타겟(11, 12)의 내부에 설치된 영구 자석(111, 112), 영구 자석(20) 및 요크(30)에 의해 자기 회로가 형성되어 있다. 단변부(13, 14)와 영구 자석(20) 사이에는, 바람직하게는 냉각용의 백킹 플레이트가 설치되고, 이 백킹 플레이트의 내부에 설치된 유로에 예를 들면, 냉각수가 흐르게 된다. 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 하단 근방에, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면이 노출되도록 애노드(40)가 설치되어 있다. 이 애노드(40)는 일반적으로는, 접지된 진공 용기에 접속된다. 또한, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 상단 근방에, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면이 노출되도록 L자형의 단면 형상을 가지는 광선 차단 실드(50)가 설치되어 있다. 광선 차단 실드(50)는 도전체, 전형적으로는 금속에 의해 형성된다. 광선 차단 실드(50)는 애노드를 겸용하고, 애노드(40)와 마찬가지로, 일반적으로는 접지된 진공 용기에 접속된다. 기타의 내용은 제1 실시형태와 동일하다.
[스퍼터링 장치에 의한 성막 방법]
이 스퍼터링 장치에 의한 성막 방법은, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 구성하는 로터리 타겟(11, 12)을 회전시키면서 스퍼터링을 행하는 것을 제외하고 제1 실시형태와 동일하다.
본 제4 실시형태에 의하면, 제1 실시형태와 동일한 이점에 더하여, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부가 로터리 타겟(11, 12)에 의해 구성되어 있으므로, 스퍼터링 타겟(10)의 사용 효율이 높고, 나아가서는 성막 비용의 저감을 도모할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.
<제5 실시형태>
[스퍼터링 장치]
도 18에 나타낸 바와 같이, 제5 실시형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서는, 로터리 타겟(11, 12)의 양단부가 모따기되어 있고(모따기 각도는 로터리 타겟(11, 12)의 중심축에 대하여 예를 들면, 45도), 이것에 대응하여 단변부(13, 14)의 양단부도 동일 각도로 모따기되어 있는 것이, 제4 실시형태와 상이하다. 기타의 내용은 제4 실시형태와 동일하다.
[스퍼터링 장치에 의한 성막 방법]
이 스퍼터링 장치에 의한 성막 방법은, 제4 실시형태와 동일하다.
본 제5 실시형태에 의하면, 제4 실시형태와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
<제6 실시형태>
[스퍼터링 장치]
도 19 및 도 20은 제6 실시형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도 및 평면도이며, 스퍼터링 장치의 진공 용기의 내부에 설치된 스퍼터링 캐소드 부근의 구성을 나타낸 것이다. 도 19는 도 20의 V-V선을 따른 단면도이다.
도 19 및 도 20에 나타낸 바와 같이, 이 스퍼터링 장치에 있어서는, 제4 실시형태에 의한 스퍼터링 장치의 스퍼터링 타겟(10)이 2개, 하나의 로터리 타겟을 공유하여 일체가 되고, 3개의 로터리 타겟(15, 16, 17)을 가지는 것에 의해 스퍼터링 타겟이 구성되어 있다. 이들 로터리 타겟(15, 16, 17)의 회전 방향은 서로 동일해도 되고 반대여도 되며, 필요에 따라 선택된다. 기타의 내용은 제4 실시형태와 동일하다. 그리고, 4개의 로터리 타겟을 일체화해도 되고, 나아가서는 5개 이상의 로터리 타겟을 일체화해도 된다.
[스퍼터링 장치에 의한 성막 방법]
이 스퍼터링 장치에 의한 성막 방법은, 제4 실시형태와 동일하다.
본 제6 실시형태에 의하면, 제4 실시형태와 동일한 이점에 더하여, 대면적의 기판(S)에 대하여 효율적으로 성막을 행할 수 있고, 정지 성막도 용이하게 행할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다. 본 제6 실시형태는 특히, 예를 들면, 헤테로 접합형(heterojunction) 실리콘 태양전지나 유기 EL 디스플레이 등의 디바이스의 제조에 있어서 실리콘 발전층이나 유기 발전층에 인접한 전극막의 성막에 사용하기에 바람직한 것이다.
<제7 실시형태>
[스퍼터링 장치]
도 21은 제7 실시형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도이며, 스퍼터링 장치의 진공 용기의 내부에 설치된 스퍼터링 캐소드 부근의 구성을 나타낸 것이다. 또한, 도 22는 스퍼터링 타겟(10)을 나타내는 사시도이다.
도 21 및 도 22에 나타낸 바와 같이, 이 스퍼터링 장치는, 횡단면 형상이 직사각형인 각관상(혹은 각환상)의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟(10)을 가진다. 도시는 생략하지만, 이 스퍼터링 타겟(10)의 외측에는 영구 자석이 설치되고, 이 영구 자석의 외측에 요크가 설치된다. 이 스퍼터링 타겟(10), 영구 자석 및 요크에 의해 스퍼터링 캐소드가 형성되어 있다. 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부(18a, 18b)는 서로 평행한 평판형으로 형성되어 있다. 이것에 대하여, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 단변부(18c, 18d)는, 한 쌍의 장변부(18a, 18b)를 포함하는 평면 또는 곡면에 관하여 장변부(18a, 18b)의 한쪽 측으로부터 침식면이 비틀린 곡면을 형성하면서 만곡하고, 단변부(18c, 18d)의 중앙부(C1, C2)에서는 장변부(18a, 18b)에 수직, 바꾸어 말하면 수평면 내에 누운 형상으로 되고, 또한 침식면이 비틀린 곡면을 형성하면서 장변부(18a, 18b)의 다른 쪽 측으로 연장된 형상을 가진다. 기타의 내용은 제1 실시형태에서의 스퍼터링 캐소드와 동일하다.
[스퍼터링 장치에 의한 성막 방법]
이 스퍼터링 장치에 의한 성막 방법은, 제1 실시형태와 동일하다.
본 제7 실시형태에 의하면, 제1 실시형태와 동일한 이점에 더하여, 스퍼터링 타겟(10)이 상기와 같은 형상으로 형성되어 있는 것에 의해, 단변부(18c, 18d)를 상하 방향으로 배치하여 성막했을 때, 성막 시에 발생하는 쓰레기가 단변부(18c, 18d)에 침착되는 것을 방지할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
<제8 실시형태>
[스퍼터링 장치]
제8 실시형태에 있어서는, 제1∼제7 실시형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 스퍼터링 캐소드와 애노드 사이에 스퍼터링에 필요한 전압을 인가하는 전원으로서 펄스 전원이 이용된다. 이 펄스 전원의 전압 펄스 파형을 도 23a 및 도 23b에 나타낸다. 도 23a 및 도 23b에 나타낸 바와 같이, 이 펄스 전원에 있어서는, 전압 펄스의 하이레벨은 0V 혹은 절대값이 대략 50V 이하인 음의 전압 V0-, 로우레벨은 절대값이 대략 100V 이상인 음의 전압 VL-이 인가되게 되어 있고, 양의 전압이 인가되게 되어 있다. 그리고, 스퍼터링 캐소드에 인가하는 전압을 펄스 파형으로 함으로써, 스퍼터링 시의 글로 방전의 일부 혹은 전부가 아크 방전으로 이행하는 것을 억제할 수 있다.
본 제8 실시형태에 의하면, 상기와 같은 파형의 전압 펄스를 발생하는 펄스 전원을 이용하고 있는 것에 의해, 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명자의 지견에 의하면, 전압 펄스의 하이레벨이 양의 전압이면, 스퍼터링 가스로서 사용되는 Ar 가스에 의해 생성되는 Ar+이 성막 중에 기판(S)에 충격을 줌으로써 기판(S) 및 기판(S) 위에 성막되는 박막(F)에 손상이 발생하기 쉬운 것에 대하여, 전압 펄스의 하이레벨이 0V 혹은 절대값이 대략 50V 이하인 음의 전압 V0-, 로우레벨은 절대값이 대략 100V 이상인 음의 전압 VL-로 되어 있어서 양의 전압이 인가되지 않게 하는 것에 의해, 그와 같은 문제를 해소할 수 있어, 손상이 없는 고품질의 박막(F)의 성막이 가능해진다. 본 제8 실시형태는 특히, 예를 들면, 유기 태양전지나 유기 EL 디스플레이 등의 유기 디바이스의 제조에 있어서 유기막에 인접한 전극막의 성막에 사용하기에 바람직한 것이다.
이상, 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시형태 및 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상에 따른 각종 변형이 가능하다.
예를 들면, 전술한 실시형태 및 실시예에 있어서 예로 든 수치, 재료, 구조, 형상 등은 어디까지나 예에 지나지 않고, 필요에 따라, 이들과 다른 수치, 재료, 구조, 형상 등을 사용해도 된다.
10, 10a, 10b, 10c, 10d : 스퍼터링 타겟
11, 12, 15∼17 : 로터리 타겟
20, 20a, 20b, 20c, 20d : 영구 자석
30, 30a, 30b, 30c, 30d : 요크
40 : 애노드
50 : 광선 차단 실드
55 : 보조 자극
60 : 플라즈마
70, 80 : 스퍼터 입자 플럭스
S : 기판

Claims (6)

  1. 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지고, 상기 스퍼터링 타겟을 따라 자기 회로가 설치되어 있고,
    상기 한 쌍의 장변부가 서로 평행하고 각각 로터리 타겟에 의해 구성되며,
    상기 스퍼터링 타겟은 상기 한 쌍의 장변부에 수직한 서로 대향하는 한 쌍의 단변부를 가지고, 상기 한 쌍의 단변부는 직사각형의 횡단면 형상을 가지고,
    상기 로터리 타겟의 양단부는 모따기된 면취부(chamfered portion)를 가지고 있고, 이에 대응하여 상기 한 쌍의 단변부의 양단부도 같은 각도로 모따기된 모따기부를 가지고 있고, 상기 로터리 타겟의 양단부의 상기 면취부가 상기 한 쌍의 단변부의 양단부의 상기 모따기부에 상기 로터리 타겟의 회전에 지장이 생기지 않을 정도로 근접하고 있는,
    스퍼터링 캐소드.
  2. 제1항에 기재된 스퍼터링 캐소드가 복수, 상기 한 쌍의 장변부를 포함하는 평면에 대하여 수직 방향으로 병렬 배치되고,
    서로 인접하는 한 쌍의 상기 스퍼터링 캐소드의 상기 자기 회로의 극성이 서로 반대이며,
    상기 스퍼터링 타겟 중 성막이 행해지는 공간에 면하는 부분의 근방에 보조 자극을 가지는,
    스퍼터링 캐소드 집합체.
  3. 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지고, 상기 스퍼터링 타겟을 따라 자기 회로가 설치되어 있고,
    상기 한 쌍의 장변부가 서로 평행하고 각각 로터리 타겟에 의해 구성되며, 상기 스퍼터링 타겟은 상기 한 쌍의 장변부에 수직한 서로 대향하는 한 쌍의 단변부를 가지고, 상기 한 쌍의 단변부는 직사각형의 횡단면 형상을 가지고, 상기 로터리 타겟의 양단부는 모따기된 면취부(chamfered portion)를 가지고 있고, 이에 대응하여 상기 한 쌍의 단변부의 양단부도 같은 각도로 모따기된 모따기부를 가지고 있고, 상기 로터리 타겟의 상기 양단부의 면취부가 상기 한 쌍의 단변부의 양단부의 상기 모따기부에 상기 로터리 타겟의 회전에 지장이 생기지 않을 정도로 근접하고 있는 스퍼터링 캐소드; 및
    상기 스퍼터링 타겟의 침식면이 노출되도록 설치된 애노드
    를 가지는, 스퍼터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟의 침식면이 노출되도록 애노드가 설치된 상태에서,
    상기 스퍼터링 캐소드와 애노드 사이에 인가하는 전압이 펄스 파형이며, 상기 스퍼터링 캐소드에서의 전압 펄스의 하이레벨을 0V 혹은 절대값이 50V 이하인 음의 전압 V0-, 로우레벨을 절대값이 100V 이상인 음의 전압 VL-로 함으로써, 양의 전압이 인가되지 않는, 스퍼터링 캐소드.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟의 침식면이 노출되도록 애노드가 설치된 상태에서,
    상기 스퍼터링 캐소드와 애노드 사이에 인가하는 전압이 펄스 파형이며, 상기 스퍼터링 캐소드에서의 전압 펄스의 하이레벨을 0V 혹은 절대값이 50V 이하인 음의 전압 V0-, 로우레벨을 절대값이 100V 이상인 음의 전압 VL-로 함으로써, 양의 전압이 인가되지 않는, 스퍼터링 캐소드 집합체.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 스퍼터링 캐소드와 상기 애노드 사이에 인가하는 전압이 펄스 파형이며, 상기 스퍼터링 캐소드에서의 전압 펄스의 하이레벨을 0V 혹은 절대값이 50V 이하인 음의 전압 V0-, 로우레벨을 절대값이 100V 이상인 음의 전압 VL-로 함으로써, 양의 전압이 인가되지 않는, 스퍼터링 장치.
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