KR20040101908A

KR20040101908A - 스퍼터원, 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법

Info

Publication number: KR20040101908A
Application number: KR1020040034361A
Authority: KR
Inventors: 사또시게미쯔; 마쯔다이마사스께; 오오조라히로끼; 기요따준야; 나까무라하지메; 이시바시사또루; 오따아쯔시
Original assignee: 가부시키가이샤 아루박
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2004-12-03
Also published as: TWI302573B; US7347919B2; JP4246547B2; JP2004346388A; KR101087525B1; CN1572900A; US20040231973A1; CN100523282C; TW200506083A

Abstract

본 발명에서는, 타겟 (15) 이 스퍼터링될 때에 각각의 타겟 (15) 이 기판 (10) 에 대하여 이동하기 때문에, 스퍼터링시에 기판 (10) 의 모든 영역이 타겟 (15) 과 대향하게 되고, 기판 (10) 의 표면에 막질이 균일한 막을 형성할 수 있다. 또한, 스퍼터링시에는 타겟 (15) 뿐만 아니라, 자계형성장치 (25) 도 타겟 (15) 에 대하여 상대적으로 이동하기 때문에, 타겟 (15) 의 넓은 영역이 스퍼터링된다. 또한, 자계형성장치 (25) 를 기판 (10) 에 대해서도 이동하도록 하면, 타겟 (15) 이 많이 스퍼터링되는 영역이 기판 (10) 에 대하여 이동하게 되어, 기판 (10) 에 형성되는 막의 막분포가 한층 균일해진다.

Description

스퍼터원, 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법{SPUTTER SOURCE, SPUTTERING DEVICE, AND SPUTTERING METHOD}

본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

최근, 막형성 대상물인 기판의 대형화에 따라, 스퍼터원도 대형인 것이 요구되고 있지만, 타겟의 대형화는 곤란하기 때문에, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 소형의 타겟 (115) 을 복수개 갖는 스퍼터원 (103) 이 고안되어 있다. 이 스퍼터원 (103) 의 타겟 (115) 은 동일 평면상에 나열되고, 각각의 타겟 (115) 사이에 애노드 전극 (113) 이 배치되어 있다.

각각의 타겟 (115) 의 표면은 막형성 대상물인 기판을 향하고 이면측에는 자계형성장치 (125) 가 각각 배치되어 있으며, 스퍼터원 (103) 이 놓인 진공조 내에 스퍼터 가스를 도입하여 각각의 애노드 전극 (113) 을 접지전위에 놓은 상태에서, 각각의 타겟 (115) 에 동시에 전압을 인가하면, 자계형성장치 (125) 에 의해 형성되는 자계에 의해 전자가 타겟의 표면 근방에 구속되어 타겟 (115) 이 스퍼터된다.

그러나, 이 스퍼터원 (103) 에서는, 타겟 (115) 사이에 애노드 전극 (113)을 배치하기 때문에, 애노드 전극 (113) 정도 만큼 타겟 (115) 사이의 간극이 커지고, 기판의 타겟 사이의 간극과 대향하는 부분의 막질이 타겟과 대향하는 부분의 막질과 상이한 경우가 있다.

예를 들면, 길이 1380 ㎜, 폭 230 ㎜, 두께 6 ㎜ 의 ITO (인듐주석 산화물) 로 이루어지는 타겟을 4 개 사용하여, 각각의 타겟 사이에 애노드 전극을 배치하고 막형성 온도가 200 ℃, 각각의 타겟에 인가하는 직류전력이 각각 5.7 ㎾, 4.6 ㎾, 4.6 ㎾, 5.7 ㎾, 자석부재의 스캔 회수 7 회, 막형성 압력이 0.67 ㎩, 아르곤 가스의 유량이 100 sccm 의 조건에서, 길이 880 ㎜, 폭 680 ㎜, 두께 6 ㎜ 의 기판의 표면에 추정막두께 100 ㎚ 인 ITO 박막을 막형성한 바, 도 7 에 나타낸 바와 같이 타겟의 간극과 대향하는 위치에서 시트 저항값이 높고, 시트 저항값의 분포는 25 ±10 Ω/□ 이었다. 이렇게, 종래기술의 스퍼터원에서는, 형성되는 막의 막질의 편차가 커 막질이 균일한 박막을 대형기판에 형성하는 것은 곤란하였다.

[특허문헌 1]

미국특허 제6,284,106호 명세서

[특허문헌 2]

미국특허 제6,093,293호 명세서

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 그 목적은 대형기판에 막질 분포가 균일한 박막을 형성하는 기술을 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 스퍼터링 장치를 설명하는 단면도.

도 2 는 애노드 전극과 타겟의 위치 관계를 설명하는 평면도.

도 3 은 타겟이 기판에 대하여 이동할 때의 위치관계를 설명하는 단면도.

도 4 는 제 2 스퍼터원을 설명하는 단면도.

도 5 는 제 3 스퍼터원을 설명하는 단면도.

도 6 은 종래기술의 스퍼터원을 설명하는 단면도.

도 7 은 종래기술의 스퍼터원을 사용한 경우의 막질분포를 설명하는 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 스퍼터링 장치

2 : 진공조

3 : 스퍼터원

7 : 기판홀더

10 : 기판 (막형성 대상물)

11 : 타겟 부착판

13 : 캐소드 전극

15 : 타겟

21 : 자석지지부재

25 : 자계형성장치

31 : 애노드 전극

41 : 이동장치

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 복수의 타겟이 함께 스퍼터링되는 스퍼터원으로서, 상기 스퍼터원은 가늘고 긴 애노드 전극이 타겟 부착판의 표면에 복수개 배치되고, 상기 애노드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 위치에는 캐소드 전극이 배치되며, 상기 각각의 타겟은 상기 캐소드 전극상에 배치되고, 상기 타겟 부착판의 이면측으로는, 상기 각각의 타겟의 바로 후방의 위치에 자계형성장치가 각각 배치되고, 상기 각각의 애노드 전극과 상기 각각의 타겟은 상기 타겟 부착판에 대하여 고정되며, 상기 각각의 자계형성장치와 상기 타겟 부착판은 상대적으로 이동가능하게 구성된 스퍼터원이다.

본 발명은 진공조와, 상기 진공조내에 배치되며 막형성 대상물이 배치되는 홀더과, 상기 진공조 내의 상기 홀더와 대향하는 위치에 배치되며 복수의 타겟이 설치된 스퍼터원을 갖고, 상기 각각의 타겟이 함께 스퍼터링되는 스퍼터링 장치로서, 상기 스퍼터원은 가늘고 긴 애노드 전극이 타겟 부착판의 표면에 복수개 배치되고, 상기 애노드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 위치에는 캐소드 전극이 각각 배치되며, 상기 타겟은 상기 각각의 캐소드 전극상에 배치되고, 상기 타겟 부착판의 이면측에는 자석지지부재가 배치되며, 상기 자석지지부재 상의 상기 각각의 타겟의 바로 후방의 위치에는 상기 각각의 타겟의 표면에 자계를 형성하는 자계형성장치가 각각 배치되고, 상기 타겟 부착판과 상기 자석지지부재는 이동장치에 접속되며, 상기 이동장치는 상기 타겟을 상기 각각의 타겟의 표면이 위치하는 평면과 평행한 방향으로, 상기 홀더에 대하여 상대적으로 이동시킴과 동시에, 상기 자계형성장치를 상기 타겟에 대하여 상대적으로 이동시키도록 구성된 스퍼터링 장치이다.

본 발명은 스퍼터링 장치로서, 상기 이동장치는 상기 자계형성장치를 상기 홀더에 대하여 상대적으로 이동시키도록 구성된 스퍼터링 장치이다.

본 발명은 스퍼터링 장치로서, 상기 이동장치는 상기 자계형성장치를 이동시키는 경우에, 상기 자계형성장치가 상기 애노드 전극의 바로 후방에 위치하지 않도록 상기 자계형성장치를 상기 애노드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 범위에서 이동시키는 스퍼터링 장치이다.

본 발명은 상기 각각의 애노드 전극은 서로 평행하게 배치된 스퍼터링 장치로서, 상기 이동장치는 상기 각각의 타겟을 상기 애노드 전극의 길이방향에 대하여 대략 수직인 방향으로 왕복이동시키도록 구성된 스퍼터링 장치이다..

본 발명은 스퍼터링 장치로서, 상기 이동장치는 상기 타겟의 상기 애노드 전극의 길이방향에 대하여 직각인 방향의 이동량을, 상기 애노드 전극의 폭 이상으로 하도록 구성된 스퍼터링 장치이다.

본 발명은 가늘고 긴 애노느 전극이 대략 동일 평면상에 복수개 배치되고, 상기 애노드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 위치에는 캐소드 전극이 배치되며, 상기 캐소드 전극상에는 타겟이 각각 배치되고, 상기 각각의 타겟의 이면측에는 상기 타겟 표면에 자계를 형성하는 자계형성장치가 각각 배치된 스퍼터원을 사용하며, 막형성 대상물을 상기 각각의 타겟의 표면에 대향하여 배치하고, 상기 각각의 타겟을 스퍼터하여 상기 각각의 타겟으로부터 함께 스퍼터링 입자를 방출시키며, 상기 막형성 대상물 표면에 박막을 형성하는 스퍼터링 방법으로서, 상기 스퍼터링 중에 상기 각각의 타겟 표면이 위치하는 평면과 상기 막형성 대상물의 표면이 위치하는 평면 사이의 거리를 변경하지 않고, 상기 각각의 타겟을 상기 막형성 대상물에 대하여 상대적으로 이동시킴과 동시에, 상기 자계형성장치와 상기 각각의 타겟의 상기 이면 사이의 거리를 변경하지 않고, 상기 자계형성장치와 상기 타겟을 상대적으로 이동시키는 스퍼터링 방법이다.

본 발명은 스퍼터링 방법으로서, 상기 각각의 애노드 전극의 폭은 대략 동일하고, 상기 각각의 애노드 전극은 서로 평행하게 배치되며, 상기 막형성 대상물에 대한 상기 타겟의 이동량은 상기 애노드 전극의 길이방향에 대하여 직각인 성분이 상기 애노드 전극의 폭보다도 크게 된 스퍼터링 방법이다.

본 발명은 스퍼터링 방법으로서, 상기 각각의 타겟을 상기 각각의 애노드 전극과 함께 동일한 방향으로 이동시키는 스퍼터링 방법이다.

본 발명은 스퍼터링 방법으로서, 상기 자계형성장치와 상기 막형성 대상물을 상대적으로 이동시키는 스퍼터링 방법이다.

본 발명은 스퍼터링 방법으로서, 상기 자계형성장치가 상기 애노드 전극의 바로 후방에 위치하지 않도록, 상기 자계형성장치를 상기 애노드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 범위에서 이동시키는 스퍼터링 방법이다.

본 발명은 상기와 같이 구성되어 있고, 캐소드 전극과 캐소드 전극 사이의 위치에 애노드 전극이 배치되어 있다. 따라서, 캐소드 전극과 애노드 전극은 근접하고 있고, 각각의 캐소드 전극에 애노드 전극에 대하여 마이너스의 고전압이나 교류전압을 인가하면, 각각의 캐소드 전극상에 위치하는 타겟의 표면에 균일한 플라즈마가 형성되게 되어 있다.

각각의 캐소드 전극상에 동일한 재료로 구성된 타겟을 배치하고, 각각의 캐소드 전극에 동일한 크기의 전압을 인가하면, 각각의 타겟의 스퍼터링 속도는 동일해진다.

각각의 타겟에 대향시켜 1 장의 직경이 큰 기판을 배치하고, 각각의 타겟을 기판에 대하여 이동시키는 경우, 각각의 타겟을 애노드 전극의 폭 이상 이동시키면, 기판의 어느 위치라도 애노드 전극과 대향된 상태의 부분은 없어지고, 모든 부분이 타겟과 대향하게 되기 때문에, 기판표면에 막두께나 막질 분포가 균일한 박막을 형성할 수 있다.

폭이 상이한 애노드 전극이 있는 경우, 각각의 타겟의 이동량은 최대의 폭 이상으로 한다. 각각의 타겟과 애노드 전극 사이의 거리가 무시할 수 없을 정도로 큰 경우, 각각의 타겟의 이동량은 타겟끼리의 간격 이상으로 하면 된다.

또한, 각각의 타겟의 이면측에 배치된 자계형성장치는 각각의 타겟에 대하여 상대적으로 이동하면서 스퍼터링이 실시되도록 되어 있고, 그 결과, 타겟의 넓은 영역이 스퍼터링되고 타겟의 사용효율이 향상된다.

또한, 각각의 자계형성장치가 타겟에 대하여 상대이동하며 또한 막형성 대상의 기판에 대하여 상대이동하게 되면, 각각의 자계형성장치에 의해 형성되는 자계가 기판에 대하여 상대이동하고, 그 결과 기판표면에 형성되는 박막의 막두께 분포가 한층 균일해진다.

각각의 자계형성장치는 애노드 전극의 바로 후방에 위치하지 않도록, 애노드 전극과 애노드 전극 사이의 범위에서 이동하기 때문에, 애노드 전극 표면에 강자계가 형성되지 않아 애노드 전극이 스퍼터되지 않게 된다.

발명의 실시형태

이하에서 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1 의 부호 1 은 본 발명의 스퍼터원을 사용한 스퍼터링 장치를 나타내고 있다. 이 스퍼터링 장치 (1) 는 진공조 (2) 와, 진공조 (2) 내부의 천정측에 배치된 기판홀더 (7) 와, 진공조 (2) 내부의 기판홀더 (7) 의 하방에 대향하는 위치에 배치된 스퍼터원 (3) 을 갖고 있다.

스퍼터원 (3) 은 타겟 부착판 (11) 을 갖고 있다. 타겟 부착판 (11) 상에는 가늘고 긴 애노드 전극 (31) 이 서로 평행하게 이격되어 복수개 배치되어 있다. 각각의 애노드 전극 (31) 의 양단에는 도 2 에 나타낸 바와 같이 가늘고 긴 접속전극 (32) 이 배치되어 있다. 각각의 애노드 전극 (31) 과 양단의 접속전극 (32) 은 서로 접속되어 있고, 이들 전극 (31, 32) 에 의해 개구 (39) 가 형성되어 있다.

각각의 개구 (39) 내부에는 캐소드 전극 (13) 이 애노드 전극 (31) 및 접속전극 (32) 에 접촉하지 않도록 배치되어 있고, 따라서 각각의 캐소드 전극 (13) 은 애노드 전극 (31) 과 애노드 전극 (31) 사이에 위치하고 있다.

각각의 캐소드 전극 (13) 상에는 타겟 (15) 이 캐소드 전극 (13) 과 동일하게 애노드 전극 (31) 이나 접속전극 (32) 에 접촉하지 않도록 배치되어 있다. 타겟 (15) 은 개구 (39) 보다도 작은 직경으로 형성되어 있고, 타겟 (15) 은 개구 (39) 의 중앙부분에 위치하기 때문에, 타겟 (15) 의 표면으로서 캐소드 전극 (13)과 반대측인 면은 개구 (39) 내에 노출되어 있다.

각각의 타겟 (15) 의 표면은 일면으로 되어 있고, 후술하는 기판을 기판홀더 (7) 에 유지시킨 상태에서는, 기판이 각각의 타겟 (15) 의 표면과 평행 배치되도록 되어 있다. 타겟 부착판 (11) 의 이면위치로는, 캐소드 전극 (13) 과 반대측인 위치에 판형의 자석지지부재 (21) 가 타겟 부착판 (11) 과 대략 평행하게 배치되어 있다.

자석지지부재 (21) 상으로는, 타겟 부착판 (11) 과 자석지지부재 (21) 사이의 위치에 복수의 자계형성장치 (25) 가 배치되어 있다. 각각의 자계형성장치 (25) 는 캐소드 전극 (13) 및 타겟 (15) 의 바로 후방에 위치하고 있고, 결국 타겟 부착판 (11) 과 캐소드 전극 (13) 을 사이에 두고 타겟 (15) 과 자계형성장치 (25) 가 서로 대향하고 있다.

자계형성장치 (25) 의 폭은 캐소드 전극 (13) 이나 타겟 (15) 의 폭보다도 작고, 자계형성장치 (25) 가 정지한 상태에서는, 자계형성장치 (25) 는 타겟 (15) 의 바로 후방에 위치한다. 이 스퍼터링 장치 (1) 는 진공조 (2) 외부에 배치된 이동장치 (41) 를 갖고 있다. 이동장치 (41) 는 제 1 모터 및 제 2 모터 (42a, 42b) 를 갖고 있다.

타겟 부착판 (11) 과 자석지지부재 (21) 는 동력전달부재 (43a, 43b) 를 통하여 제 1 모터 및 제 2 모터 (42a, 42b) 에 접속되어 있고, 제 1 및 제 2 의 모터 (42a, 42b) 를 동작시키면, 제 1 모터 및 제 2 모터 (42a, 42b) 의 동력이 동력전달부재 (43a, 43b) 에 의해 타겟 부착판 (11) 과 자석지지부재 (21) 에 전달되며,타겟 부착판 (11) 과 자석지지부재 (21) 가 서로 평행한 상태를 유지한 상태에서 이동하게 되어 있다.

타겟 부착판 (11) 상의 애노드 전극 (31), 캐소드 전극 (13) 및 타겟 (15) 은 각각 타겟 부착판 (11) 에 대하여 고정되어 있고, 상술한 바와 같이 제 1 모터 (42a) 를 동작시켜 타겟 부착판 (11) 을 이동시키면, 애노드 전극 (31) 과 캐소드 전극 (13) 과 타겟 (15) 이 함께 동일 방향으로 움직이게 되어 있다.

자계형성장치 (25) 는 1 또는 2 이상의 영구자석으로 구성되어 있고, 각각의 자석은 자석지지부재 (21) 에 각각 고정되어 있기 때문에, 상술한 바와 같이 제 2 모터 (42b) 를 동작시켜 자석지지부재 (21) 를 이동시키면, 각각의 자계형성장치 (25) 가 함께 동일 방향으로 움직이게 되어 있다.

진공조 (2) 외에는 진공 배기계 (9) 와 스퍼터 가스 공급계 (8) 가 배치되어 있고, 진공 배기계 (9) 에 의해 진공조 (2) 내를 진공 배기하여 진공 분위기를 형성한다. 진공조 (2) 의 진공 분위기를 유지한 상태로, 막형성 대상물인 기판 (10) 을 진공조 (2) 내에 반입하여 기판홀더 (7) 에 유지시킨다. 계속해서, 스퍼터 가스 공급계 (8) 로부터 스퍼터 가스인 아르곤 (Ar) 가스를 진공조 (2) 내부에 도입하여, 소정압력의 막형성 분위기를 형성한다.

이 스퍼터링 장치 (1) 에서는, 애노드 전극 (31) 과 진공조 (2) 는 접지전위에 놓여져 있고, 진공조 (2) 내부의 막형성 분위기를 유지한 상태에서 각각의 캐소드 전극 (13) 에 동일한 마이너스 전압을 인가하면, 각각의 타겟 (15) 의 표면이 각각 스퍼터링되고, 각각의 타겟 (15) 으로부터 방출되는 스퍼터링 입자가 한 장의기판 (10) 의 표면에 도달한다.

타겟 (15) 이 스퍼터링될 때에는, 기판 (10) 은 정지한 상태로 기판홀더 (7) 에 유지되고 있지만, 이동장치 (41) 에 의해 타겟 부착판 (11) 이 기판 (10) 에 대하여 이동하고 있다.

도 1 의 부호 S 는 기판 (10) 의 스퍼터원 (3) 과 대향하는 측의 면이 위치하는 제 1 평면을 나타내고, 부호 T 는 타겟 (15) 의 표면이 각각 위치하는 제 2 평면을 나타내고 있다.

상술한 바와 같이, 기판 (10) 은 각각의 타겟 (15) 의 표면과 평행해지도록 기판홀더 (7) 에 유지되어 있기 때문에, 제 1 평면 (S) 과 제 2 평면 (T) 은 서로 평행하게 되어 있다.

타겟 부착판 (11) 은 이동장치 (41) 에 의해 각각의 타겟 (15) 의 표면이 제 2 평면 (T) 내에 대하여 평행한 방향으로 이동하게 되어 있다. 각각의 타겟 (15) 은 타겟 부착판 (11) 과 함께 이동하도록 되어 있고, 각각의 타겟 (15) 의 표면은 그 이동에 의해 제 2 평면 (T) 내부를 이동한다.

상술한 바와 같이, 제 2 평면 (T) 은 제 1 평면 (S) 에 대하여 평행하기 때문에, 각각의 타겟 (15) 은 그 표면이 기판 (10) 에 대하여 평행하게 된 상태로 이동한다. 따라서, 각각의 타겟 (15) 은 제 1 평면 (S) 과 제 2 평면 (T) 사이의 거리 (D₁) 를 변경하지 않고 이동하게 된다.

애노드 전극 (31) 의 폭을 A 라 하면, 각각의 타겟 (15) 을 기판 (10) 에 대하여 평행한 방향으로서, 애노드 전극 (31) 의 길이방향에 대하여 수직인 방향으로, 폭 A 보다도 크게 이동시키면, 기판 (10) 의 표면은 모두 애노드 전극 (31) 이외의 부분 즉, 애노드 전극과 애노드 전극 사이의 부분과 대향하게 된다.

여기에서는, 애노드 전극 (31) 과 타겟 (15) 사이의 거리는 충분히 짧고, 타겟 (15) 과 타겟 (15) 사이의 간격을 A' 로 하면 간격 A' 는 애노드 전극 (31) 의 폭 A 과 대략 같기 때문에, 애노드 전극 (31) 의 폭 A 이상 타겟 (15) 을 이동시키면, 기판 (10) 의 표면 모두가 타겟 (15) 과 대향하게 된다.

도 3a 내지 도 3c 는 각각의 타겟 (15) 을 왕복 이동시켰을 때의 상태를 나타내고 있고, 도 3 에서는, 도면의 지면 좌우방향으로 타겟 (15) 이 왕복한다고 하면, 도 3a 는 타겟 (15) 이 좌방향으로 이동했을 때이고, 도 3c 는 타겟 (15) 이 우방향으로 이동했을 때이며, 도 3b 는 그 중간의 상태를 나타내고 있다.

타겟 (15) 이 왕복이동하는 경우에는, 타겟 (15) 은 애노드 전극 (31) 의 폭방향에 대하여 좌방향과 우방향의 양쪽으로 이동하기 때문에, 타겟 (15) 의 이동량이 애노드 전극의 폭방향의 중심을 원점으로 하여, 그 폭방향으로 좌 A/2 (+A/2) 이상, 우 A/2 (-A/2) 이상이 되도록 타겟 (15) 을 왕복이동시키면, 타겟 (15) 의 애노드 전극 (31) 의 폭방향의 이동량은 애노드 전극 (31) 의 폭 (A) 이상이 되고, 결국 기판 (10) 의 표면 모두가 타겟 (15) 과 대향하게 된다.

타겟 (15) 이 애노드 전극 (31) 의 길이방향에 대하여 수직이 아닌 방향으로 이동하는 경우에는, 그 이동량을 애노드 전극 (31) 의 길이방향에 대하여 평행인 방향과 직각인 방향으로 나누고, 애노드 전극 (31) 의 길이방향에 대하여 직각인방향의 이동량이 애노드 전극 (31) 의 폭 A 이상이면, 타겟 (15) 이 원운동하는 경우나, 애노드 전극 (31) 에 대하여 비스듬히 이동하는 경우라도, 기판 (10) 의 표면 모두가 애노드 전극 (31) 이외의 부분, 즉 스퍼터원 (3) 의 기판 (10) 측의 면의 애노드 전극 (31) 이외의 부분과 대향하게 된다.

이 경우에도, 애노드 전극 (31) 의 길이방향에 대하여 직각인 방향의 이동량을, 타겟 (15) 의 간격 A' 이상으로 하면, 기판 (10) 의 표면 모두가 타겟 (15) 과 대향하게 되기 때문에, 보다 바람직하다.

또한, 타겟 (15) 이 스퍼터링되었을 때에는, 각각의 자계형성장치 (25) 도 타겟 (15) 에 대하여 왕복이동하게 되어 있다.

도 1 의 부호 M 은 자계형성장치 (25) 의 표면으로서, 타겟 (15) 을 향한 면이 위치하는 제 3 의 평면을 나타내고 있다.

상술한 바와 같이 자석지지부재 (21) 는 타겟 부착판 (11) 에 대하여 평행한 상태를 유지한 상태로 이동하기 때문에, 제 3 평면 (M) 은 타겟 (15) 에 대하여 평행하게 이동하게 된다.

따라서, 각각의 자계형성장치 (25) 의 표면이 일면이면, 자계형성장치 (25) 는 타겟 (15) 이면까지의 거리 (D₂) 를 변경하지 않고 이동하기 때문에, 자계형성장치 (25) 의 이동에 따라 타겟 (15) 의 표면에서의 누설자계의 강도가 변화되지 않고 스퍼터링 속도가 일정해진다. 단, 타겟 (15) 상에서의 특정된 위치에서의 자계강도는 변화한다.

또한, 각각의 자계형성장치 (25) 를 타겟 (15) 에 대하여 이동시킬 때에, 각각의 자계형성장치 (25) 를 하나의 타겟의 양측에 배치된 애노드 전극 (31) 사이의 위치에서 이동시키면, 자계형성장치 (25) 가 애노드 전극 (31) 과 대향하지 않기 때문에, 자계에 의해 효율적으로 스퍼터링되는 영역이 애노드 전극 (31) 에 걸리지 않는다.

상술한 스퍼터링 장치 (1) 에서, ITO 로 이루어지는 타겟 (15 : 길이 1380 ㎜, 폭 230 ㎜, 두께 6 ㎜) 을 4 개의 스퍼터원 (3) 에 배치하고, 막형성 온도 200 ℃, 각각의 타겟 (15) 에 대한 투입전력이 각각 5.7 ㎾, 4.6 ㎾, 4.6 ㎾, 5.7 ㎾, 자계형성장치 (25) 의 스캔 회수 7 회, 막형성 압력이 0.67 ㎩, 아르곤 가스의 유량이 100 sccm 인 조건에서, 길이 880 ㎜, 폭 680 ㎜, 두께 6 ㎜ 의 기판의 표면에 추정막두께 100 ㎚ 인 ITO 박막을 막형성하고 시트 저항을 측정한 바, 그 시트 저항값의 분포는 25 ±3 Ω/□ 의 범위에 있어, 종래에 비교하여 시트 저항값의 편차가 작은 것이 확인되었다.

한편, 타겟 부착판 (11) 은 지지판 (12) 과, 지지판 (12) 의 한쪽면에 부착된 절연성의 냉각판 (14) 을 갖고 있고, 냉각판 (14) 의 지지판 (12) 에 부착된 측의 면에는 홈이 형성되며, 그 홈의 내주면과 지지판 (12) 으로 둘러싸인 공간에 냉각매체가 흐르도록 구성되어 있다. 캐소드 전극 (13) 은 이 냉각판 (14) 에 밀착하여 부착되어 있기 때문에, 홈의 내주면과 지지판 (12) 으로 둘러싸인 공간에 냉각매체를 흘려보내면 캐소드 전극 (13) 과 타겟 (15) 을 냉각할 수 있다.

이상은, 모든 타겟 (15) 의 표면이 기판 (10) 에 대하여 평행하게 배치된 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 도 4 는 기판 (10) 의 표면에 대하여 경사진 타겟 (55) 을 갖는 제 2 스퍼터원 (50) 사이에, 상술한 스퍼터원 (3) 을 배치한 예를 나타내고 있고, 각각의 스퍼터원 (3, 50) 은 애노드 전극 (31, 61) 이 길이방향으로 서로 평행해지도록 배치되어 있다.

타겟 (15) 의 표면이 모든 기판 (10) 과 평행하게 된 스퍼터원 (3) 만으로는 기판 (10) 의 단부의 막두께가 얇아지기 쉽지만, 제 2 스퍼터원 (50) 에 의해 기판 (10) 표면 단부에 도달하는 스퍼터링 입자의 양이 보충되기 때문에, 기판 (10) 의 표면에는 막두께 분포가 균일한 막이 형성된다.

제 2 스퍼터원 (50) 은 타겟 (55) 의 기판 (10) 을 향한 면이 동일 평면내를 이동하도록, 타겟 (55) 과, 부착판 (51) 과, 애노드 전극 (61) 과 캐소드 전극 (53) 이 함께 왕복이동하도록 되어 있다. 따라서, 타겟 (55) 의 표면은 기판에 대하여 경사진 각도를 유지한 상태로 이동하도록 되어 있다. 도 4 의 부호 69 는 그 왕복이동의 방향을 나타내고 있다.

제 2 스퍼터원 (50) 의 타겟 (55) 의 이면측의 위치에는 자계형성장치 (65) 가 배치되어 있고, 타겟 (55) 이 이동할 때에는 이 자계형성장치 (65) 도 타겟 (55) 에 대하여 왕복이동하기 때문에, 타겟 (55) 의 넓은 영역이 스퍼터링되도록 되어 있다.

또한, 타겟 (55) 은 왕복이동하는 경우에 한정되지 않는다. 도 5 의 부호 70 은 제 3 스퍼터원을 나타내고 있고, 이 제 3 스퍼터원 (70) 에서는, 타겟 (75) 이 그 표면의 중심부분을 통과하는 수직선 (88) 이 어느 한 점을 중심 (89)으로 하여 ±θ만큼 움직이도록, 부착판 (71) 과 애노드 전극 (81) 과, 캐소드 전극 (73) 과 함께 회전하도록 구성되어 있다.

상술한 스퍼터원 (3) 은 두 개의 제 3 스퍼터원 (70) 사이에 배치되고, 각각의 스퍼터원 (3, 70) 은 애노드 전극 (31, 81) 이 길이방향으로 서로 평행해지도록 배치되어 있다.

제 3 스퍼터원 (70) 에서는, 자계형성장치 (85) 는 타겟 (75) 과 함께 회전하며 또한, 타겟 (75) 의 표면에 대하여 평행하게 왕복이동하기 때문에, 타겟 (75) 의 넓은 영역이 스퍼터링된다.

이상은, 1 개의 스퍼터원에 배치된 모든 타겟 (15) 을 함께 이동시키는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 타겟 (15) 끼리가 충돌하지 않는 것이라면, 각각의 타겟 (15) 을 별도로 부착판에 고정하여 별도로 이동시킬 수도 있다.

이상은, 타겟 (15) 을 기판 (10) 에 대하여 애노드 전극 (31) 의 폭 A 이상 이동시키는 경우에 대하여 설명하였지만, 애노드 전극 (31) 과 타겟 (15) 사이의 거리가 무시할 수 없을 정도로 큰 경우에는, 타겟 (15) 의 애노드 전극 (31) 의 길이방향에 대하여 직각방향인 이동량을, 타겟 (15) 과 타겟 (15) 의 간격 A' 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이상은, 기판 (10) 을 정지시킨 상태에서 스퍼터링을 실시하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 기판 (10) 을 수평면 내에서 회전시키면서 스퍼터링하는 경우나, 기판 (10) 과 타겟(15) 의 양쪽을 함께 이동시키는 경우도 본 발명에는 포함된다.

기판 (10) 과 타겟 (15) 의 양쪽을 함께 이동시키는 경우에는, 결국 자계형성장치 (25) 가 기판 (10) 과 타겟 (15) 의 양쪽에 대하여 상대적으로 이동하게 되기 때문에, 자계형성장치 (25) 를 정지시킨 그대로 일 수도 있다. 또한, 자계형성장치 (25) 가 기판 (10) 이나 타겟 (15) 에 대하여 상대적으로 이동하는 것이라면, 기판 (10) 과 타겟 (15) 을 이동시킴과 동시에, 자계형성장치 (25) 를 이동시킬 수도 있다.

또한, 스퍼터링시에 각각의 캐소드 전극 (13) 에 각각 상이한 크기의 전압을 인가하는 것도 가능하다. 예를 들면, 기판 (10) 의 양단에 가까운 위치의 캐소드 전극 (13) 에 다른 캐소드 전극 (13) 보다도 큰 전압을 인가하면, 기판 (10) 에 형성되는 막의 막두께 분포가 보다 균일해진다. 또한, 애노드 전극의 위치, 형상, 전위 등을 적절하게 변화시킴으로써 막두께 분포를 조정하는 것도 가능하다.

스퍼터 가스의 종류는 아르곤 가스에 한정되지 않고, 크세논 (Xe) 가스, 크립톤 (Kr) 가스 등 여러 가지를 사용할 수 있다. 또한, 스퍼터 가스와 함께 산소 (O₂) 가스와 같은 반응가스를 진공조 (2) 내에 공급하면서 스퍼터링을 실시할 수도 있다. 자계형성장치 (25) 는 영구자석으로 구성되는 경우에 한정되지 않고, 1 또는 2 이상의 전자석으로 구성된 자계형성장치 (25) 를 사용할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 스퍼터링 중에 타겟이 기판에 대하여 이동하기 때문에,기판에 형성되는 막의 막두께 분포와 막질 분포가 균일해진다. 또한, 스퍼터링 중에 자계형성장치가 타겟에 대하여 상대적으로 이동하기 때문에, 기판의 넓은 영역이 스퍼터링된다. 또한, 자계형성장치를 기판에 대해서도 상대적으로 이동하도록 하면, 많이 스퍼터링된 타겟의 영역이 기판에 대하여 이동하기 때문에, 기판에 형성되는 막의 막두께 분포가 보다 균일해진다. 또한, 자계형성장치는 하나의 타겟의 양측에 배치된 애노드 전극 사이의 위치에서 움직이기 때문에, 애노드 전극이 스퍼터링되는 경우도 없다.

Claims

복수의 타겟이 함께 스퍼터링되는 스퍼터원으로서,

상기 스퍼터원은 가늘고 긴 애노드 전극이 타겟 부착판의 표면에 복수개 배치되고,

상기 애노드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 위치에는 캐소드 전극이 배치되며,

상기 각각의 타겟은 상기 캐소드 전극상에 배치되고,

상기 타겟 부착판의 이면측으로는, 상기 각각의 타겟의 바로 후방의 위치에 자계형성장치가 각각 배치되고,

상기 각각의 애노드 전극과 상기 각각의 타겟은 상기 타겟 부착판에 대하여 고정되며,

상기 각각의 자계형성장치와 상기 타겟 부착판은 상대적으로 이동가능하게 구성된, 스퍼터원.
진공조와,

상기 진공조내에 배치되며 막형성 대상물이 배치되는 홀더와,

상기 진공조 내의 상기 홀더와 대향하는 위치에 배치되며 복수의 타겟이 설치된 스퍼터원을 갖고, 상기 각각의 타겟이 함께 스퍼터링되는 스퍼터링 장치로서,

상기 스퍼터원은 가늘고 긴 애노드 전극이 타겟 부착판의 표면에 복수개 배치되고,

상기 애노드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 위치에는 캐소드 전극이 각각 배치되며,

상기 타겟은 상기 각각의 캐소드 전극상에 배치되고,

상기 타겟 부착판의 이면측에는 자석지지부재가 배치되며,

상기 자석지지부재 상의 상기 각각의 타겟의 바로 후방의 위치에는 상기 각각의 타겟의 표면에 자계를 형성하는 자계형성장치가 각각 배치되고,

상기 타겟 부착판과 상기 자석지지부재는 이동장치에 접속되며,

상기 이동장치는 상기 타겟을 상기 각각의 타겟의 표면이 위치하는 평면과 평행한 방향으로 상기 홀더에 대하여 상대적으로 이동시킴과 동시에, 상기 자계형성장치를 상기 타겟에 대하여 상대적으로 이동시키도록 구성된, 스퍼터링 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 이동장치는 상기 자계형성장치를 상기 홀더에 대하여 상대적으로 이동시키도록 구성된, 스퍼터링 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 이동장치는 상기 자계형성장치를 이동시키는 경우에, 상기 자계형성장치가 상기 애노드 전극의 바로 후방에 위치하지 않도록 상기 자계형성장치를 상기 애노드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 범위에서 이동시키는, 스퍼터링 장치.
상기 각각의 애노드 전극이 서로 평행하게 배치된 제 2 항에 기재된 스퍼터링 장치로서,

상기 이동장치는 상기 각각의 타겟을 상기 애노드 전극의 길이방향에 대하여 대략 수직인 방향으로 왕복이동시키도록 구성된, 스퍼터링 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 이동장치는 상기 타겟의 상기 애노드 전극의 길이방향에 대하여 직각인 방향의 이동량을 상기 애노드 전극의 폭 이상으로 하도록 구성된, 스퍼터링 장치.
가늘고 긴 애노느 전극이 대략 동일 평면상에 복수개 배치되고,

상기 애노드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 위치에는 캐소드 전극이 배치되며,

상기 캐소드 전극상에는 타겟이 각각 배치되고,

상기 각각의 타겟의 이면측에는 상기 타겟 표면에 자계를 형성하는 자계형성장치가 각각 배치된 스퍼터원이 사용되며,

막형성 대상물을 상기 각각의 타겟의 표면에 대향하여 배치하고,

상기 각각의 타겟을 스퍼터하여 상기 각각의 타겟으로부터 함께 스퍼터링 입자를 방출시키며 상기 막형성 대상물 표면에 박막을 형성하는 스퍼터링 방법으로서,

상기 스퍼터링 중에, 상기 각각의 타겟 표면이 위치하는 평면과 상기 막형성 대상물의 표면이 위치하는 평면 사이의 거리를 변경하지 않고 상기 각각의 타겟을 상기 막형성 대상물에 대하여 상대적으로 이동시킴과 동시에, 상기 자계형성장치와 상기 각각의 타겟의 상기 이면 사이의 거리를 변경하지 않고 상기 자계형성장치와 상기 타겟을 상대적으로 이동시키는, 스퍼터링 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 각각의 애노드 전극의 폭은 대략 동일하고 상기 각각의 애노드 전극은 서로 평행하게 배치되며,

상기 막형성 대상물에 대한 상기 타겟의 이동량은 상기 애노드 전극의 길이방향에 대하여 직각인 성분이 상기 애노드 전극의 폭보다도 크게 된, 스퍼터링 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 각각의 타겟을 상기 각각의 애노드 전극과 함께 동일한 방향으로 이동시키는, 스퍼터링 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 각각의 타겟을 상기 각각의 애노드 전극과 함께 동일한 방향으로 이동시키는, 스퍼터링 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 자계형성장치와 상기 막형성 대상물을 상대적으로 이동시키는, 스퍼터링 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 자계형성장치가 상기 애노드 전극의 바로 후방에 위치하지 않도록 상기 자계형성장치를 상기 애노드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 범위에서 이동시키는, 스퍼터링 방법.