KR20000071146A - 스퍼터링용 전원 장치 및 이 장치를 이용한 스퍼터링 장치 - Google Patents

스퍼터링용 전원 장치 및 이 장치를 이용한 스퍼터링 장치 Download PDF

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스미 다다오
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Abstract

본 발명은 방전 개시 압력 이하에서 안정된 스퍼터링을 실현함으로써 스퍼터링용 불활성 가스와의 충돌에 의한 스퍼터링 입자의 산란을 적게 하고, 이로 인하여 스텝 커버리지를 개선하고, 스퍼터링 막의 치밀성을 개선할 수 있는 스퍼터링용 전원 장치를 제공한다. 본 발명에 의하면, 스퍼터링용 직류 전원(A)과, 이 직류 전원에 접속되는 정전류 회로(B)와, 이 정전류 회로(B)에 접속되는 스퍼터링 소스(21)와, 정전류 회로(B)로부터 출력되는 전류를 정전류가 되도록 제어하는 제어부(11)를 구비하는 스퍼터링용 전원 장치가 제공된다.

Description

스퍼터링용 전원 장치 및 이 장치를 이용한 스퍼터링 장치{POWER SUPPLY DEVICE FOR SPUTTERING AND SPUTTERING DEVICE USING THE SAME}
타겟의 이면에 자석을 배치한 스퍼터링 소스(sputtering source)를 이용한 스퍼터링 장치에 의하여 반도체, 전자 부품, 장식 부품 등에 박막을 형성하는 기술이 보급되어 있다. 이와 같은 스퍼터링 장치에서는 진공조(眞空槽) 중에 방전용 가스로 예를 들면 Ar과 같은 불활성 가스를 도입시켜 두고, 이 진공조에 스퍼터링 소스를 배치하고, 이 스퍼터링 소스에 부(負)의 전압을 인가함으로써 마그네트론(magnetron) 방전을 발생시켜 진공조 중에 도입된 방전용 가스를 이온화하고, 이 이온화된 아르곤 양이온이 가속되어 이 스퍼터링 소스의 타겟 표면에 충돌하여 타겟 표면을 스퍼터링 증발시킨다. 이 스퍼터링 입자를 기판 상에 침착(沈着)시키고 타겟 재료로 이루어지는 박막을 형성하도록 한 것이며, 이것을 스퍼터링이라고 한다.
이 스퍼터링을 행하고 있는 중간에 마그네트론 방전이 아크 방전으로 변화되는 경우가 있다. 이와 같이, 마그네트론 방전이 아크 방전으로 이행되면 스퍼터링은 행할 수 없다.
따라서, 아크 방전의 발생 후 즉시, 상기 타겟을 약간만 정의 전위로 유지하는 역전압 펄스를 인가하여 아크 방전의 발생을 억제하고 있다.
이와 같은 아크 방전을 방지하기 위하여, 종래에는 이하에 도시한 바와 같은 방지 대책이 행해지고 있었다.
(1) 안정 저항이나 초크 코일(choke coil)을 부하(負荷)에 직렬로 넣는다.
(2) 단속(斷續)되는 직류 전원을 이용한다.
(3) 전류 제한의 초크 코일과 공진용(共振用) 리액터(reactor), 콘덴서를 직류 전원과 부하 사이에 넣고 아크 방전시에 발생하는 전압, 전류의 진동으로 역전압을 걸어 아크 방전을 정지시킨다.
(4) (3)의 역전압을 다이오드로 클램프(clamp)하여 역방향의 아크 방전을 정지시키고 보다 확실하게 아크 방전을 방지한다.
(5) 아크 방전을 검출하여 직류 전원의 출력을 일정 시간만 휴지한다.
(6) 아크 방전을 검출하여 부하에 역전압을 일정 시간 건다.
(7) 아크 방전의 검출에 관계없이 부하에 일정 간격으로 역전압을 건다.
그러나, (1)의 회로에서, 부하에 직렬로 안정 저항을 넣으면, 이 저항에 의한 소비 전력이 커져 큰 전력의 스퍼터링 전원은 만들 수 없다. 또, 초크 코일의 경우는 배선의 기생 소자(L, C)에 의하여 (3)의 회로가 생성되어 있는 경우가 대부분이다. 이 경우에는 직류 스퍼터링 방전의 부성(負性) 특성에 의하여 방전 전압, 전류가 진동된다는 문제가 있었다.
또, (2)의 회로는 아크 방전을 제어하는 것이 너무 늦다는 문제가 있었다. 이것은 트랜스(transformer)의 1차측을 SCR로 제어하고 2차측을 다이오드로 정류했을 뿐이기 때문에, 스퍼터링 방전의 단속이 교류 라인의 주파수가 되고, 아크 방전이 발생되고나서 사라질 때까지의 시간은 SCR의 점호각(點弧角)으로 되어, 아크 방전 제어로는 늦어진다는 문제가 있었다.
또, (3)∼(7)의 회로는 방전 개시 압력 이하의 가스 압력으로 스퍼터링을 행하는 경우 직류 스퍼터링 방전 특성이 부성 특성으로 되어 방전 전압, 전류가 진동한다는 문제가 있었다. 이것은 부하로부터 본 전원 특성이 정전류(定電流) 특성이 아니기 때문에, 부성 저항 특성에 대하여 안정점이 없기 때문이다. 진동하는 이유는 직류 전원의 출력에 평활용(平滑用)의 콘덴서가 들어가 있기 때문이다.
그런데, 방전 현상에는 여러 가지 히스테리시스(hysteresis)가 있다. 이 히스테리시스로 방전 개시 전압과 방전 전압, 방전 개시 압력과 방전 정지 압력 등을 들 수 있다. 이 중에서 방전 정지 압력을 측정하면 개시 압력 정도로 재현성이 양호한 데이터를 얻을 수는 없다. 그 원인을 조사하면, 방전 개시 압력 이하의 압력으로 마그네트론 방전이 정지되어 있는 것은
(1) 압력을 낮춤에 따라 방전 전압, 전류의 진동이 발생하여 마그네트론 방전이 정지됨,
(2) 아크 방전이 발생하여 정지됨
등이 이었다. 즉, 단순히 마그네트론 방전이 마그네트론 스퍼터링 소스의 특성에 의하여 정지되는 것이 아니라 방전 전압, 전류의 진동이나 아크 방전에 의하여 멈추기 때문에 방전 정지 압력의 재현성을 얻을 수 없다는 것이 판명되었다.
이와 같이 종래의 아크 방전 대책에서는, 방전 개시 압력보다 낮은 압력으로 안정되게 스퍼터링할 수는 없었다.
본 발명은 반도체, 전자 부품, 장식 부품에 박막을 형성하는 스퍼터링(sputtering) 장치에 이용되는 스퍼터링용 전원 장치 및 이 장치를 이용한 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링용 전원 장치의 회로 및 이 장치를 이용한 스퍼터링 장치의 개략도이다.
본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 방전 개시 압력 이하에서 안정된 스퍼터링을 실현함으로써 스퍼터링용 불활성 가스와의 충돌에 의한 스퍼터링 입자의 산란을 적게 하여, 스텝 커버리지(step coverage)를 개선하고, 스퍼터링 막의 치밀성을 개선할 수 있는 스퍼터링용 전원 장치 및 이 장치를 이용한 스퍼터링 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 스퍼터링용 직류 전원과, 상기 직류 전원에 접속된 정전류 회로와, 상기 정전류 회로에 접속된 스퍼터링 소스와, 상기 정전류 회로로부터 출력되는 전류를 정전류가 되도록 제어하는 제어부를 구비하는 스퍼터링용 전원 장치가 제공된다.
따라서, 스퍼터링 소스가 부성 저항 특성을 나타내는 경우에도 정전류 회로에 의하여 스퍼터링 소스의 전압과 전류를 발진(發振)시키지 않도록 할 수 있다. 이로 인하여 방전 개시 압력보다 낮은 압력의 스퍼터링 소스가 부성 저항 특성을 나타내는 압력에서, 안정되게 마그네트론 방전을 발생시키고, 안정되게 스퍼터링을 행하게 할 수 있다.
또, 정전류로 함으로써, 스퍼터링 전력의 계산이 전압·전류의 순간값의 승산(乘算)의 평균이 아니어도, 전압의 역전압을 포함하지 않는 평균치와 정전류의 곱으로 구해지므로, 전력 정밀도가 높은 스퍼터링을 행할 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.
(구성)
도 1은 스퍼터링용 전원 장치의 회로 및 이 장치를 이용한 스퍼터링 장치의 개략도이다. 도 1에서 11은 스퍼터링용 전원 장치를 제어하는 제어부이다.
또, 12는 예를 들면 800V의 스퍼터링용 직류 전원이다. 이 직류 전원(12)의 두 극 사이에는 콘덴서(13)가 병렬로 접속되어 있다. 이 직류 전원(12)과 콘덴서(13)로 스퍼터링용 직류 전원(A)이 구성된다.
또, 직류 전원(12)의 음극은 스위칭 트랜지스터(Q1)의 이미터(emitter)에 접속되어 있다. 이 스위칭 트랜지스터(Q1)의 게이트는 제어부(11)에 접속되어 있다.
또, 스위칭 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 직류 전원(12)의 양극(陽極)간에는 플라이휠 다이오드(flywheel diode)(D1)가 접속되어 있다.
스위칭 트랜지스터(Q1)의 콜렉터는 초크 코일(L)을 통하여 역전압 인가 회로(C) 내의 스위칭 트랜지스터(Q2)의 이미터에 접속되어 있다.
그리고, 트랜지스터(Q1), 다이오드(D1), 초크 코일(L)에 의하여 정전류 회로(B)가 구성되어 있다.
또, 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 초크 코일(L) 사이에는 전류 검출기(14)가 설치되어 있다. 이 전류 검출기(14)의 양단은 제어부(11)에 접속되어 있다.
스위칭 트랜지스터(Q2)의 콜렉터에는 역전압원(逆電壓源)(15)의 양극이 접속되어 있다. 이 역전압원(15)의 음극은 접지 라인(a)에 접속되어 있다. 트랜지스터(Q2), 역전압원(15)에 의하여 역전압 인가 회로(C)가 구성되어 있다.
트랜지스터(Q2)의 이미터는 다이오드(D2)의 캐소드에 접속되어 있다. 이 다이오드(D2)에는 저항(R1)이 병렬로 접속되어 있다.
이 다이오드(D2)와 저항(R1)에 의하여 역방향 아크 방전 방지 회로가 구성된다.
또, 다이오드(D2)의 애노드는 저항(R2, R3)을 통하여 접지 라인(a)에 접속되어 있다. 이 저항(R2)과 저항(R3)의 접속점은 제어부(11)에 접속되어 있다.
저항(R2)과 저항(R3)에 의하여 아크 검출 수단으로서의 부하 전압 측정 회로(D)가 구성된다.
또한, 다이오드(D2)의 애노드는 스퍼터링 소스(21)에 접속되어 있다.
또, 22는 진공조를 도시하고 있다. 이 진공조(22)에는 기판(23)이 배치되어 있다.
또한, 이 진공조(22)에는 배관(24)이 접속되어 있다. 이 배관(24)에는 개폐 밸브(25a 및 25b)가 배설되어 있다. 또, 이 진공조(22)의 저면에는 배기 배관(22a)이 접속되어 있고 이 배기 배관(22a)에는 진공 펌프(22b)가 배설되어 있다. 이 진공 펌프(22b)의 구동은 스퍼터링 장치용 제어부(26)에 의하여 행해진다.
제어부(11)에는 스퍼터링 장치용 제어부(26)가 접속되어 있다. 이 스퍼터링 장치용 제어부(26)는 컴퓨터 등으로 구성되는 제어 회로 등으로 이루어져 있다.
이 스퍼터링 장치용 제어부(26)는 진공 펌프(22b)의 기동, 정지와 개폐 밸브(25a, 25b)의 개폐 제어를 행하는 동시에 제어부(11)에 방전 개시 신호(S)를 출력한다.
상기한 도 1의 회로에서는, 정전류 회로(B)와 스퍼터링 소스(21) 사이에는 스퍼터링 소스의 기생 정전 용량과 배선의 정전 용량 이외의 정전 용량을 설치하지 않도록 하고 있다.
이것은 정전류 회로(B)와 스퍼터링 소스(21) 사이에 스퍼터링 소스(21)의 기생 정전 용량과 배선의 정전 용량 이외의 정전 용량을 설치한 경우에는, 스퍼터링 소스(21)가 부성 저항 특성으로 된 경우에 배선의 기생 인덕턴스(inductance)와 정전 용량과 부성 저항 특성에 의하여 회로가 발진되기 때문이다.
(동작)
다음에, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 스퍼터링 장치용 제어부(26)는 진공 펌프(22b)를 기동하고 진공조(22)를 배기하여 진공으로 한다. 이어서, 밸브(25a)를 닫고 밸브(25b)를 열어 배관(24) 내에 Ar 가스를 충전시킨 후, 밸브(25b)를 닫는다. 다음에, 밸브(25a)를 여는 것과 대략 동시에 스퍼터링용 전원 장치의 제어부(11)에 방전 개시 신호(S)를 출력한다. 밸브(25a)를 열면 배관(24) 내의 Ar 가스는 진공조(22) 내에 펄스형으로 유입되어 진공조(22) 내의 압력을 펄스형으로 높인다. 그때, 제어부(11)로부터 스위칭 트랜지스터(Q1)의 베이스에 스위칭 신호(S1)가 출력된다. 그 결과, 스퍼터링 소스(21)에 직류 전원(12)의 부의 전압이 인가된다. 이로 인하여, 진공조(22)에 마그네트론 방전이 발생된다.
그리고, 진공조(22)의 용적과, 배관(24)의 용적과, 도입되는 Ar 가스의 압력과 진공 펌프(22b)의 배기 속도를 설정해 둠으로써, 이 가스 펄스의 도입에 의하여, 진공조(22) 압력이 스퍼터링 개시 압력을 정전류 동작에 들어가는 데 필요한 시간만 넘도록 설정해 둔다.
이와 같은 시간으로 설정해 둠으로써 직류 전원(12)을 미리 동작시켜 두면, 가스 펄스를 도입했을 때 정전류 회로(B)가 동작되어 있기 때문에, 스퍼터링 실(22)의 압력이 저하되어도 마그네트론 방전을 계속할 수 있다.
이 마그네트론 방전에 의하여 방전 공간에 아르곤 플라즈마가 형성된다. 이 플라즈마 중의 아르곤 양이온이 부의 전압차로 가속되어 스퍼터링 소스(21)의 타겟 표면에 충돌한다. 이 충돌에 의하여 타겟 표면을 스퍼터링 증발시킨다. 그리고, 이 스퍼터링 입자를 기판(23) 상에 퇴적시키고 타겟 재료로 이루어지는 박막을 형성하도록 한 것이며, 이것을 스퍼터링이라고 한다.
그리고, 제어부(11)는 트랜지스터(Q1)를 단속적으로 온(ON)하여, 직류 전원(12)의 출력을 초크 코일(L)에 인가한다.
여기에서, 진공조(22)에서 정상인 마그네트론 방전이 발생하고 있는 중간에 정전류 회로(B) 내를 흐르는 전류를 전류 검출기(14)로 검출하고, 이 검출된 전류가 일정하게 되도록 트랜지스터(Q1)의 온/오프 제어를 행하는 스위칭 신호(S1)의 듀티 비를 가변(可變)으로 하여 정전류를 흐르게 하도록 하고 있다.
그런데, 플라이휠 다이오드(D1)는 트랜지스터(Q1)가 오프로 되었을 때 초크코일(L)에 전류를 계속 흐르게 하는 역할이 있다.
또, 스퍼터링 소스(21)에 인가되는 전압은 부하 전압 측정 회로(D)의 저항(R2, R3)으로 분압된 후 제어부(11)에 입력된다. 그리고, 이 제어부(11) 내에서 부하 전압 측정 회로(D)에서 측정된 부하 전압과 전류 검출기(14)에서 검출된 전류치로부터 스퍼터링 소스(21)에 공급하고 있는 스퍼터링 전력을 측정한다. 그리고, 이 스퍼터링 전력이 설정치가 되도록 트랜지스터(Q1)에 출력하는 스위칭 신호(S1)의 듀티 비를 가변으로 하여 정전류치를 제어하고 있다.
스퍼터링 전력을 고정밀도로 구하는 것은 프로세스의 고정밀도화에는 중요한 것이다. 전력＝전압×전류인데 부하 전압과 부하 전류 양쪽이 진동하면, 그 순간으에 전압×전류의 계산을 하여 구하지 않으면 정확한 전력은 되지 않는다. 이 실시예에서는 정전류 회로(B)에서 전류가 일정하므로, 전압을 평균으로 한 후 곱셈을 해도 결과는 변하지 않는다. 여기에서, 역전압을 인가하고 있는 기간도 전압의 평균에 포함시키면 스퍼터링하고 있지 않은 기간도 평균에 포함시켜 버리므로, 그 기간은 전압＝0으로 하여 평균을 취하는 전압 평균 회로로 하면 스퍼터링 전력만을 구할 수 있다.
그런데, 스퍼터링 전압은 통상 300V 이상이고 아크 방전 전압을 150V 이하이므로, 부하 전압 측정 회로(D)에 의하여 스퍼터링 소스(21)에 인가되는 부하 전압을 검출함으로써 스퍼터링이 정상으로 행해지고 있는지, 아크 방전이 발생하고 있는지를 판단할 수 있다.
그리고, 부하 전압 측정 회로(D)에서 측정되는 부하 전압이 150V 이하이면, 제어부(11)는 진공조(22) 내에서 아크 방전이 발생하고 있다고 판단하고 스위칭 트랜지스터(Q2)의 베이스에 스위칭 신호(S2)를 출력한다.
이에 따라서, 트랜지스터(Q2)를 수 ㎲만 온하고 역전압원(15)을 수 ㎲만 스퍼터링 소스(21)에 인가함으로써, 진공조(22)에 발생하고 있던 아크 방전을 제거할 수 있다.
진공조(22) 내를 진공으로 하고 진공조(22) 내에 가스 펄스를 도입하고, 그 후 스퍼터링 소스(21)에 부의 전압을 인가하고 정전류 회로(B)로부터 출력되는 전류를 정전류가 되도록 제어하는 동시에, 부하 전압 측정 회로(D)에 의하여 스퍼터링 소스(21)에 아크 방전의 발생이 검출된 경우에는 역전압 인가 회로(C)로부터 출력되는 역전압을 스퍼터링 소스(21)에 인가하도록 제어하였으므로, 진공조(22) 내에 최초에 가스 펄스를 도입시키는 것만으로 진공조(22) 내에서 마그네트론 방전을 계속해서 행하게 할 수 있다.
진공조(22) 내를 항상 진공 펌프에 의하여 진공 배기해 두면 진공조 내의 불활성 가스는 모두 배출되어도 진공조(22) 내에서 마그네트론 방전이 계속되는 것은, 스퍼터링된 타겟 재료 원자가 없어진 불활성 가스 대신 이온화됨으로써 셀프 스퍼터링이 행해진다.
이와 같이 함으로써, 진공조(22) 내에 불활성 가스가 없는 상태에서 스퍼터링을 행할 수 있으므로, 스퍼터링 소스(21)의 타겟으로부터 방출된 금속 원자가 불활성 가스에 충돌하지 않고 기판 상에 퇴적시킬 수 있다.
예를 들면, 최초에 펄스형의 Ar 가스를 진공조(22)에 도입하고 스퍼터링 소스(21)의 타겟을 Cu로 했을 때, Ar 가스를 진공조(22)에 보충하지 않고 기판(23) 상에 스퍼터링할 수 있다.
따라서, 스퍼터링 소스(21)의 타겟과 기판(23)의 거리를 충분히 떨어뜨려도 아르곤 가스에 의한 산란이 적기 때문에 기판 상에 타겟 원자를 퇴적시킬 수 있으므로, 큰 기판이나 복잡한 형상의 물품에도 스퍼터링할 수 있다.
그런데, 역전압원(15)이 조립된 경우에, 흐르는 전류는 저항(R1)을 통하여 흐르기 때문에, 이 저항(R1)의 값을 적당한 값으로 설정해 둠으로써 역전압원(15)을 전류 제한 임피던스인 R1을 통하여 스퍼터링 소스(21)에 인가함으로써 역방향 아크 방전의 발생을 방지할 수 있다.
또, 수 ㎲만 역전압원(15)을 스퍼터링 소스(21)에 인가한 후, 부하 전압 측정 회로(D)에서 검출되는 부하 전압이 예를 들면 150V 이하의 아크 방전이 발생하고 있는 전압인 경우에는 재차 트랜지스터(Q2)를 수 ㎲만 온시키고 역전압원(15)을 수 ㎲만 스퍼터링 소스(21)에 인가한다. 이 동작을 부하 전압 측정 회로(D)에서 검출된 부하 전압이 스퍼터링 전압으로 될 때, 예를 들면 300V 이상으로 될 때까지 반복하여 행해진다.
아크 방전 중에는 전력 계산에 의한 정전류치의 변경을 행하지 않도록 제어하면 초크 코일(L)을 흐르는 전류는 일정하게 유지된다. 따라서, 종래의 회로와 같이 역전압 인가 시간을 길게 하거나 반복을 많이 하면 초크 코일(L)에 흐르는 회로 전류가 증가하여 초크 코일(L)의 철심의 자기포화(磁氣飽和)에 의한 제어 불능으로 되지는 않는다.
[다른 사용 예]
그리고, 상기 실시예에서는 부하 전압 측정 회로(D)에 의하여 아크 방전의 발생이 검출된 경우에 역전압원(15)을 스퍼터링 소스(21)에 인가하도록 했지만, 부하 전압 측정 회로(D)에 의하여 아크 방전의 발생이 검출되지 않아도 정기적으로 역전압원(15)을 스퍼터링 소스(21)에 인가하도록 하여 아크 방전의 발생을 방지하도록 해도 된다.
또, 제어부(11)와 스퍼터링 장치용 제어부(26)를 별개의 것으로 설명하였지만, 양자를 합체하여 1개의 제어부로 할 수 있음은 명백하다.
(발명의 효과)
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 스퍼터링 소스가 부성 저항 특성을 나타내는 경우에도, 정전류 회로에 의하여 스퍼터링 소스의 전압과 전류를 발진시키지 않도록 할 수 있다. 이로 인하여 방전 개시 압력보다 낮은 압력의 스퍼터링 소스가 부성 저항 특성을 나타내는 압력에서, 안정되게 마그네트론 방전을 발생시키고 안정되게 스퍼터링을 행하게 할 수 있다.
또, 정전류로 함으로써, 스퍼터링 전력의 계산이 전압·전류의 순간값의 승산의 평균이 아니어도, 전압의 역전압을 포함하지 않는 평균치와 정전류의 곱으로 구해지므로 전력 정밀도가 높은 스퍼터링을 행할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 상기한 청구항 1에 기재된 발명과 동일한 효과를 갖는 동시에, 부하 전압 측정 회로에 의하여 아크 방전이 검출되었을 때는 역전압 인가 회로로부터 스퍼터링 소스에 역전압을 인가하도록 하고 있으므로, 아크 방전의 발생을 방지할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 상기한 청구항 2에 기재된 발명과 동일한 효과를 갖는 동시에, 역방향 아크 방전 방지 회로를 설치함으로써 역전압 인가시에 발생하는 역방향 아크 방전을 방지하고 스퍼터링하는 전압 극성으로 되돌아갔을 때 아크 방전이 될 확률을 낮출 수 있다.
청구항 4 내지 청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 상기 청구항 3에 기재된 발명과 동일한 효과를 가진다.
청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 상기 청구항 1 내지 청구항 5에 기재된 발명과 동일한 효과를 갖는 동시에, 정전류 회로와 스퍼터링 소스 사이의 정전 용량을 최소로 함으로써 배선의 인덕턴스와 정전 용량과 스퍼터링 소스의 부성 저항 특성에 의하여 방전 전압, 전류가 발진하는 것을 방지할 수 있다.
청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 정전류 제어에 의하여, 방전 개시 압력 이하의 부성 저항 특성을 나타내는 스퍼터링 소스에 대하여 안정되게 스퍼터링할 수 있기 때문에, 스퍼터링 소스의 타겟과 기판의 간격을 떨어뜨려도 Ar 가스에 의한 산란이 적어진다. 이로 인하여, 큰 기판이나 복잡한 형상의 물품에도 스퍼터링할 수 있다.
청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 상기 청구항 7에 기재된 발명과 동일한 효과를 갖는 동시에, 아크 방전에 의한 방전 정지를 방지할 수 있으므로 안정된 생산 장치를 제공할 수 있다.
청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 상기 청구항 8에 기재된 발명보다 아크 방지 효과가 높은 안정된 생산 장치를 제공할 수 있다.
청구항 10 내지 청구항 11에 기재된 발명에 의하면, 상기 청구항 9에 기재된 발명과 동일한 효과를 갖는 동시에, 아크 방전 방지 효과의 최적화에 의하여 스퍼터링이 안정된 생산 장치를 제공할 수 있다.
청구항 12에 기재된 발명에 의하면, 상기 청구항 7 내지 청구항 11에 기재된 발명과 동일한 효과를 갖는 동시에, 정전류 회로와 스퍼터링 소스 사이의 정전 용량을 최소로 함으로써 배선의 인덕턴스와 정전 용량과 스퍼터링 소스의 부성 저항 특성에 의하여 방전 전압, 전류가 발진하는 것을 방지할 수 있으므로, 보다 안정된 생산 장치를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 스퍼터링용 직류 전원과,
    상기 직류 전원에 접속된 정전류 회로(constant-current circuit)와,
    상기 정전류 회로에 접속된 스퍼터링 소스(sputtering source)와,
    상기 정전류 회로로부터 출력되는 전류를 정전류가 되도록 제어하는 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링용 전원 장치.
  2. 스퍼터링용 직류 전원과,
    상기 직류 전원에 접속된 정전류 회로와,
    상기 정전류 회로에 접속된 스퍼터링 소스와,
    상기 스퍼터링 소스에 역전압(逆電壓)을 인가하는 역전압 인가 회로와,
    상기 스퍼터링 소스에 발생하는 아크 방전을 검출하는 부하(負荷) 전압 측정 회로와,
    상기 정전류 회로로부터 출력되는 전류를 정전류가 되도록 제어하는 동시에, 상기 부하 전압 측정 회로에 의하여 상기 스퍼터링 소스에 아크 방전의 발생이 검출된 경우에는 상기 역전압 인가 회로로부터 상기 스퍼터링 소스에 역전압을 인가시키는 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링용 전원 장치.
  3. 스퍼터링용 직류 전원과,
    상기 직류 전원에 접속된 정전류 회로와,
    상기 정전류 회로에 접속된 스퍼터링 소스와,
    상기 스퍼터링 소스에 역전압을 인가하는 역전압 인가 회로와,
    상기 스퍼터링 소스에 발생하는 아크 방전을 검출하는 부하 전압 측정 회로와.
    상기 역전압 인가 회로와 상기 스퍼터링 소스의 타겟 사이에, 스퍼터링 방전 전류의 전류를 흐르게 하는 방향으로 접속된 순방향 임피던스(impedance)와 이 순방향 임피던스에 병렬로 접속된 역방향 아크 방전의 발생을 방지하는 역방향 임피던스로 이루어지는 역방향 아크 방전 방지 회로와,
    상기 정전류 회로로부터 출력되는 전류를 정전류가 되도록 제어하는 동시에, 상기 부하 전압 측정 회로에 의하여 상기 스퍼터링 소스에 아크 방전의 발생이 검출된 경우에는 상기 역전압 인가 회로로부터 상기 스퍼터링 소스에 역전압을 인가시키는 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링용 전원 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 역방향 아크 방전 방지 회로에서 역방향 임피던스를 순방향 임피던스보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링용 전원 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 역방향 아크 방전 방지 회로에서 순방향 임피던스는 다이오드이고, 역방향 임피던스는 저항으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링용 전원 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정전류 회로와 스퍼터링 소스 사이에는 스퍼터링 소스의 기생 정전 용량과 배선의 정전 용량 이외의 정전 용량을 설치하지 않는 것을 특징으로 하는 스퍼터링용 전원 장치.
  7. 접지된 진공조(眞空槽)와,
    상기 진공조에 배치된 스퍼터링 소스와,
    상기 스퍼터링 소스의 타겟에 대향하여 상기 진공조 내에 배치된 기판과,
    스퍼터링용 직류 전원과,
    상기 직류 전원에 접속되는 동시에 상기 스퍼터링 소스에 접속된 정전류 회로와,
    상기 진공조를 배기하여 진공으로 하거나, 상기 진공조 내에 가스 펄스(gas pulse)를 도입하도록 개폐 밸브를 제어하는 동시에 제어부에 방전 개시 신호를 출력하는 스퍼터링 장치용 제어부와,
    상기 스퍼터링 장치용 제어부로부터의 방전 개시 신호를 입력하여 상기 정전류 회로로부터 출력되는 전류를 정전류가 되도록 제어하는 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  8. 접지된 진공조와,
    상기 진공조에 배치된 스퍼터링 소스와,
    상기 스퍼터링 소스의 타겟에 대향하여 상기 진공조 내에 배치된 기판과,
    스퍼터링용 직류 전원과,
    상기 직류 전원에 접속되는 동시에 상기 스퍼터링 소스에 접속된 정전류 회로와,
    상기 스퍼터링 소스에 역전압을 인가하는 역전압 인가 회로와,
    상기 스퍼터링 소스에 발생하는 아크 방전을 검출하는 부하 전압 측정 회로와,
    상기 진공조를 배기하여 진공으로 하거나, 상기 진공조 내에 가스 펄스를 도입하도록 개폐 밸브를 제어하는 동시에 제어부에 방전 개시 신호를 출력하는 스퍼터링 장치용 제어부와,
    상기 스퍼터링 장치용 제어부로부터의 방전 개시 신호를 입력하여 상기 정전류 회로로부터 출력되는 전류를 정전류가 되도록 제어하는 동시에, 상기 부하 전압 측정 회로에 의하여 상기 스퍼터링 소스에 아크 방전의 발생이 검출된 경우에는 상기 역전압 인가 회로로부터 상기 스퍼터링 소스에 역전압을 인가시키는 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  9. 접지된 진공조와,
    상기 진공조에 배치된 스퍼터링 소스와,
    상기 스퍼터링 소스의 타겟에 대향하여 상기 진공조 내에 배치된 기판과,
    스퍼터링용 직류 전원과,
    상기 직류 전원에 접속되는 동시에 상기 스퍼터링 소스에 접속된 정전류 회로와,
    상기 스퍼터링 소스에 역전압을 인가하는 역전압 인가 회로와,
    상기 스퍼터링 소스에 발생하는 아크 방전을 검출하는 부하 전압 측정 회로와,
    상기 역전압 인가 회로와 상기 스퍼터링 소스의 타겟 사이에, 스퍼터링 방전 전류의 전류를 흐르게 하는 방향으로 접속된 순방향 임피던스와 이 순방향 임피던스에 병렬로 접속된 역방향 아크 방전의 발생을 방지하는 역방향 임피던스로 이루어지는 역방향 아크 방전 방지 회로와,
    상기 진공조를 배기하여 진공으로 하거나, 상기 진공조 내에 가스 펄스를 도입하도록 개폐 밸브를 제어하는 동시에 제어부에 방전 개시 신호를 출력하는 스퍼터링 장치용 제어부와,
    상기 스퍼터링 장치용 제어부로부터의 방전 개시 신호를 입력하여 상기 정전류 회로로부터 출력되는 전류를 정전류가 되도록 제어하는 동시에, 상기 부하 전압 측정 회로에 의하여 상기 스퍼터링 소스에 아크 방전의 발생이 검출된 경우에는 상기 역전압 인가 회로로부터 상기 스퍼터링 소스에 역전압을 인가시키는 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 역방향 아크 방전 방지 회로에서 역방향 임피던스를 순방향 임피던스보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 역방향 아크 방전 방지 회로에서 순방향 임피던스는 다이오드이고, 역방향 임피던스는 저항으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정전류 회로와 스퍼터링 소스 사이에는 스퍼터링 소스의 기생 정전 용량과 배선의 정전 용량 이외의 정전 용량을 설치하지 않은 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
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