KR20060044372A

KR20060044372A - 스퍼터링 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20060044372A
Application number: KR1020050022494A
Authority: KR
Inventors: 마코토 아라이; 사토루 이시바시; 타카시 코마츠; 노리아키 타니; 준야 키요타; 아츠시 오타; 큐조 나카무라; 하지메 나카무라; 신이치로 타구치; 유이치 오이시
Original assignee: 가부시키가이샤 아루박
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-05-16
Also published as: KR101135389B1; CN100535178C; JP2005298966A; TW200538569A; JP4580781B2; CN1670243A; TWI377263B

Abstract

[과제] 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치에서는, 성막하는 동안, 자석 조립체를 연속하여 이동시키고 있으므로, 타겟 전방의 플라즈마가 요동하고, 이상 방전이 발생하기 쉬워진다.

[해결수단] 최초의 처리기판(S)의 성막이 종료하고 타겟에 대향한 위치에 다음의 처리기판을 반송할 때에, 타겟 전방에 형성한 자속을 타겟에 대해 평행이동시켜 유지하고, 이 상태로 성막한다.

스퍼터링(sputtering), 플라즈마, 처리기판, 타겟, 자속

Description

스퍼터링 방법 및 그 장치{SPUTTERING METHOD AND SPUTTERING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 스퍼터링 장치를 개략적으로 설명하는 도면이다.

도 2a 및 2b는 자석 조립체의 평행이동을 설명하는 도면이다.

도 3은 제2 실시 형태와 관련된 스퍼터링 장치의 구성을 설명하는 도면이다.

도 4a 및 4b는 자석 조립체를 병설했을 때의 자속밀도의 분포를 설명하는 도면이다.

도 5는 투입 전력과 아크 방전의 회수와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6은 제2 실시 형태와 관련된 스퍼터링 장치를 이용하여 성막했을 때의 막 두께 분포를 설명하는 도면이다.

(도면부호의 간략한 설명)

1: 마그네트론 스퍼터링 장치, 4: 음극 조립체,

41: 타겟, 45: 자석 조립체,

46: 구동 수단, M: 터널 모양의 자속,

S: 처리기판,

본 발명은 스퍼터링 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히, 마그네트론 스퍼터링 방식으로 처리기판상에 소정의 박막을 성막하는 스퍼터링 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

마그네트론 스퍼터링 방식으로는, 타겟의 후방에, 교대로 극성을 바꾸어 복수의 자석으로 구성되는 자석 조립체를 배치하고, 이 자석 조립체에 의해 타겟의 전방에 터널 모양의 자속을 형성하여, 타겟의 전방에 전리한 전자 및 스퍼터링에 의해 생긴 2차 전자를 포착하는 것에 의해, 타겟의 전방에서 전자 밀도를 높여, 이러한 전자와 진공 챔버내에 도입되는 희(希)가스의 가스 분자의 충돌 확률을 높여 플라즈마 밀도를 높게 할 수 있다. 이 때문에, 성막 속도를 향상할 수 있는 등의 이점이 있어, 처리기판상에 소정의 박막을 형성하는 것에 자주 이용된다.

반면, 마그네트론 스퍼터링 방식으로는, 자석 조립체의 위치를 고정하면, 플라즈마 밀도가 국소적으로 높아져, 스퍼터링에 의한 타겟의 침식 영역(erosion 영역)이 플라즈마 밀도가 높은 부분에만 집중하고, 타겟을 균일하게 침식시키지 못하여 비침식 영역이 생긴다. 이 경우, 타겟의 이용 효율이 낮고, 또한 비침식 영역이 파티클의 원인이 된다.

이러한 문제를 해결하는 방법으로서, 예를 들면 성막하는 동안, 직사각형으로 형성한 타켓의 후방에 마련한 자석 조립체를, 타겟에 평행하게 등속으로 왕복 이동시킴과 아울러, 각 처리기판에서의 성막 속도가 일정하게 되도록 타겟에 인가하는 전압을 제어하는 것에 의해, 타겟을 균일하게 침식하여 그 이용 효율을 높이 는 것이 고려되고 있다(예컨대, 특허 문헌1).

특허문헌 1: 일본특허공개 평7-18435호공보(예를 들면, 특허 청구 범위의 기재).

그렇지만, 성막하는 동안, 자석 조립체를 연속하여 이동시키면, 거기에 따라, 타겟 전방의 플라즈마가 요동하고, 이상 방전이 발생하기 쉬워지는 문제가 있고, 또한 활성 가스를 이용하여 타겟 재료와 가스를 반응시켜 화합물 박막을 형성하는 스퍼터링에서는, 막질도 균일하게 할 수 없다.

따라서, 본 발명의 과제는, 상기 문제점에 착안하여, 타겟을 균일하게 침식시켜 이용 효율이 높게 되도록 해도, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있는 스퍼터링 방법 및 그 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 방법은, 진공 챔버내에 배치한 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 차례로 반송하고, 상기 타겟의 전방에 자속을 형성함과 아울러, 타겟과 처리기판 사이에 전계를 형성하고, 플라즈마를 발생시켜 타겟을 스퍼터링하여 처리기판상에 성막하는 스퍼터링 방법에 있어서, 처리기판의 성막이 종료하고 타겟에 대향한 위치에 다음의 처리기판을 반송할 때에, 상기 자속을 타겟에 대해 평행이동시켜 유지하고, 이 상태로 성막하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 처리기판의 성막이 종료한 후, 다음의 처리기판을 타겟에 대향한 위치에 반송할 때에 자속을 타겟에 대해 평행이동시켜 유지한다. 그리고, 타겟에 전압을 인가하여 타겟의 전방에 플라즈마를 발생시켜 타겟을 스퍼터링하여 처리기판상에 성막한다.

이 경우, 성막하는 동안 자속의 위치를 고정하므로, 타겟 전방의 플라즈마가 요동하지 않고, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다. 이 때문에, 처리기판에 부착하는 박막의 막 두께를 균일하게 함과 아울러, 막질도 균일하게 할 수 있다. 또한, 처리기판에 박막의 형성이 종료한 후, 다음의 처리기판을 타겟에 대향한 위치에 반송할 때에 자속의 위치를 바꾸므로, 스퍼터링에 의한 타겟의 침식 영역이 변동하여, 타겟을 균일하게 침식시켜 이용 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.

더욱이, 상기 타겟의 전면에 걸쳐 한결같은 모양으로 침식 영역을 얻을 수 있도록, 상기 자속의 평행이동을, 적어도 2 개소의 위치 사이에서 간헐적으로 실시하도록 하면 좋다.

또, 상기 자속의 평행이동을, 상기 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 반송할 때 마다 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치는, 진공 챔버내에 타겟을 가지고, 타겟의 전방에 자속이 형성되도록 복수개의 자석으로 구성되는 자석 조립체를 타겟의 후방에 배치함과 아울러, 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 차례로 반송하는 기판 반송 수단을 마련한 스퍼터링 장치에 있어서, 처리기판의 성막이 종료하고 타겟에 대향한 위치에 다음의 처리기판을 반송할 때에, 상기 자속을 타겟에 대해 평행이동 시켜 유지하도록 상기 자석 조립체를 구동하는 구동 수단을 마련한 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 타겟을 복수로 하고, 각 타겟의 후방에 적어도 1 개의 자석조립체를 배치하도록 해도 좋다.

또, 상기 구동 수단을 에어(air) 실린더 또는 제어를 필요로 하지 않는 모터 로 하면, 저비용으로 할 수 있어 좋다.

또, 본 발명의 다른 스퍼터링 장치는, 진공 챔버내에 소정의 간격을 두고 병설한 복수개의 타겟과, 각 타겟의 전방에 자속을 각각 형성하도록 각 타겟의 후방에 각각 설치되어 복수개의 자석으로 구성되는 자석 조립체와, 각 타겟에 음전위 및 접지 전위 또는 양전위의 어느 하나를 교대로 인가하는 교류 전원을 갖추고, 상기 자속을 타겟에 대해 평행이동시켜 유지하도록 각 자석 조립체를 일체로 구동하는 구동 수단을 마련한 것을 특징으로 한다.

이것에 의하면, 교류 전원을 개입시켜, 병설한 타겟 중 어느 하나에 음의 전위를 인가했을 경우, 접지 전위 또는 양의 전위가 인가된 타겟이 애노드의 역할을 하는 것으로, 그 음의 전위가 인가된 타겟이 스퍼터되며, 교류 전원의 주파수에 응하여 타겟의 전위를 교대로 바꾸는 것에 의해, 각 타겟이 스퍼터되게 된다. 이 경우, 간헐적으로 자속을 타겟에 대해 평행이동시켜 유지하면서, 자속의 위치를 바꾸는 것에 의해, 스퍼터링에 의한 타겟의 침식 영역이 변동하여, 타겟을 균일하게 침식시켜 이용 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.

이것에 의해, 애노드나 쉴드(shield) 등의 구성부품을 전혀 마련할 필요가 없기 때문에, 스퍼터 입자가 방출되지 않는 이 공간을 가능한 한 작게 할 수 있어 처리기판에 성막하는 경우에, 처리기판 면내에 있어서의 막 두께 분포를 거의 균일하게 함과 아울러, 막질도 균일하게 할 수 있다.

이 경우, 상기 각 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 차례로 반송하는 기판 반송 수단을 갖추어, 상기 처리기판의 성막이 종료하고 타겟에 대향한 위치에 다음의 처리기판을 반송할 때에, 이 구동 수단으로 각 자석 조립체를 일체로 구동하도록 하면, 성막하는 동안 자속의 위치를 고정할 수 있어, 타겟 전방의 플라즈마가 요동하지 않고, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있어, 스퍼터 입자가 방출되지 않는 이 공간을 가능한 한 작게 할 수 있는 것과 더불어서, 대면적의 처리기판에 성막 하는 경우에서도 처리기판 면내에 있어서 막 두께 분포를 거의 균일하게 함과 아울러, 막질도 균일하게 할 수 있다.

그런데, 상기와 같이 타겟을 병설하면, 자석 조립체 상호간의 간격도 작게 되고, 같은 방향으로 동일극성의 자석이 서로 근접하여 자장 간섭이 생기는 경우가 있다. 이 경우, 그 부분에서의 자속 밀도만이 높아져 자장 균형이 무너진다. 이 때문에, 상기 복수의 자석 조립체를 병설했을 때에, 각 자석에 의해 형성되는 자속의 밀도를 그 병설 방향에 따라 거의 균일하게 하는 자속밀도 보정 수단을 갖추는 것이 좋다.

이 경우, 상기 자속밀도 보정 수단은 병설한 자석 조립체의 양측에 마련한 보조 자석으로, 상기 구동 수단에 의해 자석 조립체와 일체로 평행이동 되도록 하면, 간단한 구조로 자속의 밀도를 그 병설 방향에 따라 거의 균일하게 할 수 있어 좋다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명의 스퍼터링 방법 및 그 장치는 타겟을 균일하게 침식시켜 이용 효율이 높아지도록 해도, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있는 효과를 갖는다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

도 1을 참조하면, 1은 제1 실시 형태와 관련되는 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치(이하, "스퍼터 장치" 라고 한다)이다. 스퍼터 장치(1)는 인라인(in-line) 방식으로, 로터리 펌프, 터보 분자 펌프 등의 진공 배기 수단(도시하지 않음)을 개입시켜 소정의 진공도로 유지된 스퍼터실(11)을 가진다. 스퍼터실(11)의 상부에는 기판 반송 수단(2)이 설치되어 있다. 이 기판 반송 수단(2)은, 공지의 구조를 가지며, 예컨대 처리기판(S)이 장착되는 캐리어(21)를 가지어, 도시하지 않은 구동 수단을 간헐적으로 구동시켜, 후술하는 타겟과 대향한 위치에 처리기판(S)을 차례로 반송한다.

또, 스퍼터실(11)에는 가스 도입 수단(3)이 설치되어 있다. 가스 도입 수단(3)은 매스 플로우 콘트롤러(mass flow controller; 31)를 설치한 가스관(32)을 개입시켜 가스원(33)에 연통하고 있어, 아르곤등의 스퍼터 가스나 반응성 스퍼터링 시에 이용하는 산소 등의 반응 가스가 스퍼터실(11) 내에 일정한 유량으로 도입할 수 있게 되어 있다. 스퍼터실(11)의 아래 쪽에는 음극 조립체(4)가 배치되어 있다.

음극 조립체(4)는, 예를 들면 거의 직육면체의 타겟(41)을 가지고 있다. 타겟(41)은, 알루미늄(Al) 합금이나 몰리브덴(Mo) 등, 처리기판(S) 상에 성막하려는 박막의 조성에 대응하여 공지의 방법으로 제작된다. 타겟(41)은, 스퍼터링 시에 이 타겟(41)을 냉각하는 백킹 플레이트(42)에 접합되고, 백킹 플레이트(42)가 절연판(43)을 개입시켜 음극 조립체(4)의 프레임(44)에 설치되어 있다.

음극 조립체(4)에는 또한, 타겟(41)의 후방에 위치하여 자석 조립체(45)가 설치되어 있다. 자석 조립체(45)는 타겟(41)에 평행하게 배치된 지지부(45a)를 가지며, 이 지지부(45a) 상에는, 교대로 극성을 바꾸는 한편, 소정의 간격을 두고 3 개의 자석(45b, 45c)이 설치되어 있다. 이것에 의해, 타겟(41)의 전방으로, 폐루프 터널 모양의 자속(M)이 형성되어 타겟(41)의 전방에서 전리한 전자 및 스퍼터링에 의해 생긴 2차 전자를 포착하는 것으로, 타겟(41)의 전방에서 전자 밀도를 높게 하여 플라즈마 밀도를 높게 할 수 있다.

일반적으로, 타겟(41)의 외형 치수는 처리기판(S)의 외형 치수보다 크게 설정되기 때문에, 처리기판(S)이 커지면 타겟(41)의 외형 치수도 커진다. 이러한 경우, 타겟(41)의 후방에는, 복수개의 자석 조립체(45)가 소정의 간격을 두고 병설된다. 또, 처리기판(S)의 외형 치수가 큰 경우, 스퍼터실(11)에 복수의 음극 조립체(4)가 배치된다.

구동 수단에 의해 캐리어(21)를 간헐적으로 구동하여, 처리기판(S)을 타겟(41)에 대향하는 위치에 차례로 반송하고, 가스 도입 수단(3)을 개입시켜 소정의 스퍼터 가스를 도입한다. 타겟(41)에, 스퍼터 전원(E)을 개입시켜 음의 직류 전압 또는 고주파 전압을 인가하면, 처리기판(S) 및 타겟(41)에 수직인 전계가 형성되고, 타겟(41)의 전방에 플라즈마가 발생하여 타겟(41)이 스퍼터링 되는 것에 의해 처리기판(S) 상에 성막된다.

여기서, 도 1, 도 2a 및 도 2b에 나타내었듯이, 3 개의 자석(45b, 45c)을, 교대로 극성을 바꾸는 한편, 소정의 간격을 두고 구성한 자석 조립체(45)의 위치를 고정하면, 각 자석(45b, 45c) 상호 사이에 터널 모양의 자속(M)이 형성되기 때문에, 중앙부의 자석(45b) 윗쪽에서 플라즈마 밀도는 낮아진다. 그때, 스퍼터링에 의한 타겟(41)의 침식 영역은, 터널 모양의 자속(M)이 형성되는 것에 의해 플라즈마 밀도가 높아지는 부분에만 집중하고, 플라즈마 밀도가 낮아지는 중앙부의 자석(45b) 윗쪽에 위치하는 부분은 비침식 영역(U)으로 남는다.

이 경우, 타겟(41)의 이용 효율이 낮아지고, 또한 비침식 영역(U)이 파티클의 원인이 된다. 이 때문에, A점과 B점의 사이에 자석 조립체(45)를 평행이동 시켜 터널 모양의 자속(M)의 위치를 바꾸면, 타겟(41)을 균일하게 침식하여 그 이용 효율을 높일 수 있지만, 이 경우, 이상 방전의 발생을 억제하는 것이 필요하다.

거기서, 본 실시의 형태에서는, 자석 조립체(45)에 구동 수단인 에어 실린더(46)를 마련하여 타겟(41)의 수평 방향에 따른 2 개소의 위치(A점, B점) 사이에 자석 조립체(45)를 평행이동시켜, 각 위치에서 유지할 수 있도록 했다.

그리고, 캐리어(21)에 장착한 처리기판(S)의 성막이 종료하고, 타겟(41)에 음의 직류 전압 또는 고주파 전압의 인가를 정지하여 방전을 일단 정지한 후, 다음의 캐리어(21) 상의 처리기판(S)을 타겟(41)에 대향한 위치에 반송하는 때에, 에어 실린더(46)를 구동하여 자석 조립체(45)를, 즉 터널 모양의 자속(M)을, A점으로부터 B점까지 평행이동시켜 유지한다. 이 경우, 적어도 다음의 캐리어(21)에 장착한 처리기판(S)의 성막 전에, 자석 조립체(45)를 A점으로부터 B점까지 평행이동하면 좋다.

다음의 캐리어(21)에 장착한 처리기판(S)이 타겟(41)에 대향한 위치에 반송되어 오면, 재차 타겟(41)에 음의 직류 전압 또는 고주파 전압을 인가하고, 타겟(41)의 전방에 플라즈마를 발생하여 타겟(41)이 스퍼터링 되는 것에 의해 성막을 실시한다. 게다가 다음의 캐리어(21)에 장착한 처리기판(S)이 타겟(41)에 대향한 위치에 반송되어 올 때에, 에어 실린더(46)을 구동하여 자석 조립체(45)를, B점으로부터 A점까지 재차 평행이동시켜 유지하고, 상기 순서로 성막을 실시한다. 이 조작을 반복하여, 순차로 반송되어 오는 처리기판(S)에 차례로 성막한다.

이 경우, 에어 실린더에 의한 자석 조립체(45)의 평행이동은, 기판 반송 수단(2)에 의해 캐리어(21)에 장착한 처리기판(S)을 타겟(41)에 대향한 위치에 반송할 때마다 실시하는 것이 바람직하다.

이것에 의해, 성막하는 동안 터널 모양의 자속(M)의 위치를 고정하는 것에 의해, 타겟(41) 전방의 플라즈마가 요동하지 않고, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다. 이 때문에, 처리기판(S)에 부착하는 박막의 막 두께를 균일하게 함과 아울러, 막질도 균일하게 할 수 있다. 또, 처리기판(S)의 성막이 종료한 후, 다음의 처리기판(S)을 타겟(41)에 대향한 위치에 반송할 때에 터널 모양의 자속(M)의 위치를 바꾸므로, 스퍼터링에 의한 타겟(41)의 침식영역이 변동하여, 타겟(41)을 균일하게 침식시켜 이용 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.

또한, 에어 실린더(46)를 이용하는 것에 의해, 속도나 위치 등을 제어하면서 모터에 의하여 자석 조립체(45)를 구동하는 것과 비교하여, 저비용으로 할 수 있 다. 또, 에어 실린더(46)의 공기압을 적당히 설정하면 순간적으로 자석 조립체(45)를 이동시킬 수 있다.

더욱이, 본 제l 실시 형태에서는, 타겟(41) 후방에 1 개의 자석 조립체(45) 를 마련한 것에 대해서 설명했지만, 복수개의 자석 조립체(45)를 소정의 간격을 두고 병설했을 경우에도, 각 자석 조립체(45)를 1 개의 에어 실린더에 의해 구동하도록 해도 좋다. 이것에 의해, 저비용으로 할 수 있다.

본 실시의 형태에서는, 에어 실린더(46)를 이용한 것에 대해서 설명했지만, 적어도 2점 위치에서 자석 조립체(45) 위치를 신속히 변경할 수 있는 것이면, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 위치나 속도 등의 제어를 필요로 하지 않는 모터를 이용할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 인라인 방식의 스퍼터링 장치(1)에 대해 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 반송실과 이 반송실에 연결한 스퍼터실로 구성되어 반송실에 마련한 반송 로보트에 의해 처리기판을 반송하도록 한 스퍼터링 장치 등, 타겟(41)에 대향한 위치에 처리기판(S)이 차례로 반송되어 오는 것이면, 본 발명의 스퍼터링 방법을 적용할 수 있다.

도 3을 참조하면, 10은 제2 실시 형태와 관련되는 스퍼터 장치이다. 스퍼터 장치(10)는 후술하는 복수개의 타겟을 이용한 인라인 방식이며, 로터리 펌프, 터보 분자 펌프 등의 진공 배기 수단(도시하지 않음)을 개입시켜 소정의 진공도로 유지되는 스퍼터실(110)을 가진다. 스퍼터실(110)의 상부에는, 처리기판(S)이 배치되어 상기 제1 실시 형태와 같은 기판 반송 수단(도시하지 않음)에 의해, 후술하는 각 타겟과 대향한 위치에 처리기판(S)을 차례로 반송할 수 있게 되어 있다.

또한, 스퍼터실(110)에는 가스 도입 수단(30)이 설치되어 있다. 가스 도입 수단(30)은 매스 플로우 콘트롤러(30a)를 설치한 가스관(30b)을 개입시켜 가스원 (30c)에 연통하고 있고, 아르곤 등의 스퍼터 가스나 반응성 스퍼터링 시에 이용하는 산소 등의 반응 가스가 스퍼터실(110) 내에 일정한 유량으로 도입할 수 있게 되어 있다. 스퍼터실(110)의 아래 쪽에는, 음극 조립체(40)가 배치되어 있다.

음극 조립체(40)는 거의 직육면체 등 동일 형상으로 형성한 6 개의 타겟(410a~410f)을 가지고 있다. 각 타겟(410a~410f)은 Al 합금, Mo 이나 ITO(indium tin oxide) 등 처리기판(S) 상에 성막하고자 하는 박막의 조성에 대응하여 공지의 방법으로 각각 제작되고, 냉각용의 백킹 플레이트(도시하지 않음)에 접합되어 있다. 각 타겟(410a~410f)은, 그 미사용시의 스퍼터면(411)이 처리기판(S)에 평행한 동일 평면상에 위치하도록 병설되고, 각 타겟(410a~410f)이 서로 마주보는 측면(412) 상호 사이에는, 애노드나 쉴드(shield)등의 구성부품을 전혀 마련하지 않았다. 이 경우, 타겟(410a~410f) 상호간의 간격은, 측면(412) 상호 사이의 공간에서 플라즈마가 발생하여 각 측면(412)이 스퍼터 되지 않는 범위로 설정된다. 또한, 각 타겟(410a~410f)의 외형 치수는, 각 타겟(410a~410f)을 병설했을 때에 처리기판(S)의 외형 치수 보다 커지도록 설정된다.

각 타겟(410a~410f)의 이면에는, 각 타겟(410a~410f)과 동일한 외형으로 형성한 전극(420)과 절연판(430)이 차례로 설치되고, 음극 조립체(40)의 소정의 위치에 설치되어 있다. 전극(420)은 스퍼터실(11)의 외부에 배치한 3 개의 교류 전원 (E1)에 각각 접속되어 교류 전압을 인가할 수 있다.

이 경우, 서로 인접하는 2 개의 타겟(예를 들면, 410a 와 410b)에 대해서 1 개의 교류 전원(E1)을 할당하여, 한쪽의 타겟(410a)에 대해 음의 전위를 인가했을 때에, 다른 타겟(410b)에 접지 전위 또는 양의 전위가 인가됨과 아울러, 각 교류 전원(E1)으로부터 전위를 인가할 때에, 서로 인접하는 각 타겟(410a~410f)의 전위가 서로 일치하지 않게 하고 있다.

이것에 의해, 예를 들면, 각 교류 전원(E1)을 개입시켜 타겟(410a, 410c, 410e)에 음의 전위를 인가했을 경우, 교류 전원(E1)을 개입시켜 접지 전위 또는 양의 전위가 인가된 양측의 각 타겟(410b, 410d, 410f)이 애노드의 역할을 하게 된다(양단에 위치하는 타겟(410a, 410f)의 외측에는, 접지 전위의 방착판(111)이 설치되고, 이 방착판(111)이, 타겟(410a, 410f)이 스퍼터될 때, 애노드의 역할을 한다). 그리고, 그 음의 전위가 인가된 각 타겟(410a, 410c, 410e)이 스퍼터되고, 교류 전원의 주파수에 대응하여, 각 타겟(410a~410f)의 전위가 교대로 바뀌는 것에 의해, 각 타겟(410a~410f)이 스퍼터 된다.

그런데, 상기와 같이 타겟(410a~410f)을 병설할 경우, 측면(412) 상호간의 공간(413)으로부터는 스퍼터 입자가 방출되지 않지만, 그 공간(413)에 애노드나 쉴드(shield) 등의 구성부품을 전혀 마련할 필요가 없기 때문에, 이 스퍼터 입자가 방출되지 않는 영역을 가능한 한 작게 할 수 있다. 그 결과, 처리기판(S) 면내에 있어서 막 두께 분포를 거의 균일하게 할 수 있다.

음극 조립체(40)에는, 각 타겟(410a~410f)의 후방에 각각 위치시킨 6 개의 자석 조립체(440a~440f)가 설치되어 있다. 각 자석 조립체(440a~440f)는 동일 구조로 형성되고, 타겟(410a~410f)에 평행하게 마련한 자성 재료제의 지지부(441)를 가지고, 지지부(441) 상에는, 타겟(410a~410f)과 대향하는 면의 극성을 교대로 바꾸어, 중앙 자석(442)과 그 양측에 마련한 2 개의 주변 자석(443, 444)이 설치되어 있다.

이 경우, 중앙 자석(442)은 타겟(410a~410f)의 긴 방향에 따른 가늘고 긴 링(ring) 모양이고, 양단의 주변 자석(443, 444)은 막대 모양이며, 동일한 자화로 환산했을 때의 중앙 자석(442)의 체적이, 동일한 자화로 환산했을 때의 각 주변 자석(443)의 체적의 합(주변 자석:중심 자석:주변 자석 = 1:2:1)과 동일해지도록 설계하고 있다.

이것에 의해, 각 타겟(410a~410f)의 전방에 균형잡힌 폐루프의 터널 모양 자속이 각각 형성되고, 타겟(410a~410f)의 전방에서 전리한 전자 및 스퍼터링에 의해 생긴 2차 전자를 포착하는 것에 의해, 타겟(410a~410f) 전방의 전자 밀도를 높게 하여 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.

그리고, 처리기판(S)을, 병설한 각 타겟(410a~410f)과 대향한 위치에 반송하고, 가스 도입 수단(30)을 개입시켜 소정의 스퍼터 가스를 도입하고, 각 타겟(410a~410f)의 전극에 3 개의 교류 전원(E1)을 개입시켜 전위를 각각 인가하면, 처리기판(S) 및 타겟(410a~410f)에 수직인 전계가 형성되고, 타겟(410a~410f)의 전방에 플라즈마가 발생하여 각 타겟(410a~410f)이 교대로 스퍼터링 되는 것에 의해 처리기판(S) 상에 성막된다.

그런데, 각 자석 조립체(440a~440f)의 위치를 고정하면, 중앙 자석(442)과 양 주변 자석(443, 444) 상호 사이에 터널 모양의 자속(M)이 형성되기 때문에, 중앙 자석(442) 윗쪽에서의 플라즈마 밀도는 낮아진다. 그때, 스퍼터링에 의한 각 타겟(410a~410f)의 침식 영역은 터널 모양의 자속(M)이 형성되는 것에 의해 플라즈마 밀도가 높아지는 부분에만 집중하고, 플라즈마 밀도가 낮아지는 중앙 자석(442)의 윗쪽에 위치하는 부분은 비침식 영역으로 남는다. 그 결과, 각 타겟(410a~410f)의 이용 효율이 낮아지고, 또한 비침식 영역이 파티클의 원인이 된다.

제2 실시 형태에서는, 지지부(441)의 폭 치수를 각 타겟(410a~410f)의 병설방향에 따른 폭 치수 보다 작게함과 아울러, 음극 조립체(40)에 에어 실린더(450) 를 마련하고, 그 구동축(451)에 각 자석 조립체(440a~440f)를 설치하고, 각 타겟(410a~410f)의 병설 방향에 따른 수평인 2 개소의 위치(A1점, B1점)에서 자석 조립체(440a~440f)를 일체로 평행이동시켜 터널 모양 자속(M)의 위치를 바꾸도록 했다.

이 경우, 이상 방전의 발생을 억제하기 위해, A1점 또는 B1점에서 자석 조립체(440a~440f)를 유지하도록 하고, 예를 들면 처리기판(S)의 성막이 종료하고, 타겟(410a~410f)에 교류 전압 인가를 정지하여 방전을 일단 정지한 후, 다음의 처리기판(S)을 타겟(41)에 대향한 위치에 반송할 때에, 에어 실린더(450)를 구동하여 자석 조립체(440a~440f)를, 즉 터널 모양의 자속(M)을 A1점으로부터 B1점까지 평행이동시키는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 침식 영역을 확대할 수 있어 각 타겟(410a~410f)의 이용 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.

그런데, 상기와 같이 각 타겟(410a~410f)을 서로 근접시켜 마련했을 경우, 자석 조립체(440a~440f)도 또한 서로 근접하여 설치되게 된다. 이 경우, 도 4a에 나타내었듯이, 각 자석 조립체(440a~440f)의 각 자석(442, 443, 444)의 상면으로부터 소정의 간격을 둔 위치에 있어서의 자석 조립체(440a~440f)의 병설 방향에 따른 수직 방향의 자장 강도(Bs) 및 수평 방향의 자장 강도(Bp)를 측정하면, 동일 방향으로 동일극성의 주변 자석(443, 444)(예를 들면, 자석 조립체(440b)의 주변 자석(444)과 자석 조립체(440c)의 주변 자석(443))이 서로 근접하는 것에 의해 자장 간섭이 생겨, 그 부분에서의 자속밀도가 양단부에 위치하는 자석 조립체(440a, 440f)의 주변 자석(443, 444)의 윗쪽의 자속밀도 보다 높아져, 자장 균형이 무너진다. 이 상태로 성막하면, 처리기판(S) 면내에 있어서 막 두께 분포를 거의 균일하게 할 수 없다.

제2 실시 형태에서는, 도 3에 나타내었듯이, 병설한 자석 조립체(440a~440f)의 양측에, 자속밀도 보정 수단인 보조 자석(460)을, 인접하는 자석 조립체(440a) 의 주변 자석(443)과 자석 조립체(440f)의 주변 자석(444)의 극성에 각각 일치시켜 마련하고, 보조 자석(460)을 지지하는 지지부(461)를 에어 실린더(450)의 구동축 (461)에 설치하여, 자석 조립체(440a~440f)와 일체로 이동하도록 했다.

이 경우, 보조 자석(460)은 주변 자석(443, 444)과 동일하게 하고, 이 보조 자석(460)과 주변 자석(443, 444) 사이의 간격(D1)을, 서로 근접하는 주변 자석 사이의 간격(D2)과 동일하게 했다. 이것에 의해, 도 4b에 나타내었듯이, 자석 조립체(440a~440f) 양단의 자속밀도도 높아져 자장 균형이 개선되고, 나아가서는 처리기판(S) 면내에 있어서의 막 두께 분포를 거의 균일하게 할 수 있다.

더욱이, 제2 실시 형태에서는, 자속밀도 보정 수단으로서 보조 자석(460)을 이용하는 것에 대해서 설명했지만, 자석 조립체를 병설했을 경우에 자장 균형을 꾀할 수 있는 것이면, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 병설한 자석 조립체의 양 외측에 위치하는 주변 자석만의 폭치수를 크게 하거나 자석으로부터 발생하는 자속밀도가 커지는 재료로 변경하여 자속밀도 보정 수단이라고 해도 좋다.

(실시예 1)

본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 스퍼터 장치(1)를 이용하고, 처리기판(S)으로 유리 기판(1000 mm × 120O mm)을 이용하여 이 유리 기판을 기판 반송 수단(21) 에 의해 타겟(41)에 대향한 위치에 차례로 반송했다. 타겟(41)으로서 Al을 이용하고, Al을 공지의 방법으로 120O mm × 1000 mm의 외형 치수를 가지도록 제작해, 백킹 플레이트(42)에 접합했다. 또한, 타겟(41)과 유리 기판 사이의 거리를 160 mm로 설정했다. 이 경우, 타겟(41)의 외형 치수가 크기 때문에, 타겟(41)의 후방에, 도 1 에 나타낸 자석 조립체(45)를 4 개 마련하고, 이러한 자석 조립체(45)를 소정의 간격을 두고 평행하게 병설하여 음극 조립체(4)를 구성했다.

스퍼터링 조건으로서 진공 배기되고 있는 스퍼터실(11) 내의 압력이 0.3 Pa 로 유지되도록, 매스 플로우 콘트롤러(31)를 제어하고, 스퍼터 가스인 아르곤을 스퍼터실(11) 내에 도입했다. 또한, 타겟(41)에의 투입 전력을 130 KW, 스퍼터 시간을 60 초로 설정했다.

그리고, 상기 스퍼터 조건 아래에서, 3 매의 유리 기판(S1, S2, S3)을 차례로 반송하여 각 유리 기판(S1, S2, S3)에 Al을 성막했다. 이 경우, 최초의 유리 기 판의 성막이 종료하고, 타겟(41)에의 전력 투입을 일단 정지한 후, 다음의 캐리어(21) 상의 유리 기판(S2)을 타겟(41)에 대향한 위치에 반송할 때에, 에어 실린더( 46)를 구동하여 4 개의 자석 조립체(45)를 동시에 평행이동시켜 유지하도록 하고 일련의 성막 처리를 실시했다.

(비교예 1)

비교예 1로서 스퍼터 조건을 상기 실시예 l과 같게 하고, 3 매의 유리 기판(S4, S5, S6)을 타겟(41)에 대향한 위치에 차례로 반송하여 Al의 성막 처리를 실시했다. 이 경우, 자석 조립체(45)의 구동 수단으로서 위치나 속도의 제어를 할 수 있는 모터로 변경하여, 성막하는 동안, 타겟(41)의 수평 방향에 따른 2 개소의 위치 사이에서 4 개의 자석 조립체(45)를 등속으로 평행하게 연속하여 왕복이동시켰다.

표 1은, 3 매의 유리 기판상에 연속하여 Al 막을 성막했을 때, 처리기판(S)의 XY 방향에 따른 소정 위치에서 Al 막의 막 두께 분포를 나타낸다. 이것에 의하면, 비교예 1에서는, 3 매의 처리기판(S4, S5, S6)의 막 두께 분포를 균일하게 할 수 없음을 알 수 있다. 그것에 대해, 실시예 1에서는, 3 매의 유리 기판(S1, S2, S3)도 ±8 전후의 안정된 Al 막의 두께 분포를 얻을 수 있어 균일하게 할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 표 2는 3 매의 유리 기판상에 연속하여 Al 막을 성막했을 때의, 이상 방전(아크 방전)의 회수를 카운트한 것이다. 이것에 의하면, 비교예 1에서는, 각 유리 기판(S4, S5, S6)에 스퍼터링 중에 있어서 이상 방전의 회수가 각각 30 회를 넘었다. 이것에 대해, 실시예 1에서는, 이상 방전의 회수가 비교예 1과 비교하여, 약 반으로 억제되고 있는 것을 알 수 있다.

	실시예 1	비교예 1
제1 처리기판(S1, S4)	±8.5	±12.2
제2 처리기판(S2, S5)	±7.9	±6.7
제3 처리기판(S3, S6)	±7.9	±8.5

	실시예 1	비교예 1
제1 처리기판(S1, S4)	13	83
제2 처리기판(S2, S5)	17	30
제3 처리기판(S3, S6)	15	30

(실시예 2)

본 실시예에서는, 상기 실시예 1의 조건에 대해, 타겟(41)에의 투입 전력을 O~200 KW 범위에서 변화시켰을 때의 아크 방전(이상 방전) 회수를 카운트하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 아울러, 비교예 2로서 상기 비교예 l의 조건에 대해, 타겟(41)에의 투입 전력을 O~20O KW 범위에서 변화시켰을 때의, 아크 방전(이상 방전) 회수를 카운트하고, 도 5에 나타내었다. 이 경우, 선1이 실시예 2이고, 선2가 비교예 2이다.

이것에 의하면, 비교예 2의 경우, 타겟(41)에의 투입 전력이 커짐에 따라, 비례하여 아크 방전의 회수가 증가하고, 투입 전력이 l00 KW를 넘으면, 아크 방전의 회수가 20회를 넘었다. 이에 대해, 실시예 2에서는, 타겟(41)에의 투입 전력이 커져도 아크 방전의 회수는 극단적으로 증가하지 않고, 일반적으로 Al의 스퍼터에 이용되는 투입 전력의 범위(50~130 KW)에서, 비교예 2와 비교하여, 아크 방전의 회수를 약 반으로 억제할 수 있었다.

(실시예 3)

본 실시예에서는, 도 3에 나타낸 스퍼터 장치(10)를 이용하고, 처리기판(S)으로 유리 기판(1000 mm × 1250 mm)을 이용하여, 이 유리 기판을 기판 반송 수단으로, 병설한 타겟(410a~410f)에 대향한 위치로 차례로 반송했다. 이 경우, 타겟(410a~410f)으로 In₂O₃에 SnO₂를 lO 중량% 첨가한 것을 이용하고, 공지의 방법으로 각 타겟이 20O mm ×1700 mm의 외형 치수로 10 mm의 두께를 가지도록 제작하여, 백킹 플레이트(42)에 각각 접합한 후, 타겟(410a~410f) 상호간의 간격이 2 mm가 되도록 병설했다. 타겟(410a~410f)과 유리 기판 사이의 거리를 160 mm로 설정했다. 보조 자석(460), 각 주변 자석(443, 444) 상호간의 간격(D1, D2)은 170 mm로 설정했다.

스퍼터링 조건으로서 진공 배기되고 있는 스퍼터실(11) 내의 압력이 0.7 Pa 에 유지되도록 가스 도입 수단(30)의 매스 플로우 콘트롤러를 제어하고, 스퍼터 가스인 아르곤과 반응 가스인 수소, 산소를 스퍼터실(11) 내에 도입했다. 또한, 교류 전원(E1)에 의한 타겟(41)에의 투입 전력을 20 KW로 하고, 주파수를 50 Hz로 설정했다. 그리고, 50 Hz의 주파수로 병설한 각 타겟(410a~410f)에 교대로 음전위 및 양전위 또는 접지 전위의 어느 하나를 인가하면서, 투입 전력을 O KW로부터 10 KW 까지 서서히 올리면서, 30 초간 스퍼터했다.

도 6은, 상기 조건으로 유리 기판에 ITO 막을 성막 했을 때의 막 두께 분포를 나타내는 도면이다. 이 실시예 3에 의하면, 유리 기판 면내 35 위치의 막 두께(도 6 중의 단위는 Å)를 측정했는데, 1000Å ± 8%로 양호한 막 두께 분포의 면내 균일성을 얻을 수 있었다. 또한, 상기 조건으로 처리기판(S)을 타겟(410a~410f)과 대향한 위치에 반송할 때 마다, 에어 실린더(450)를 구동시키면서 연속하여 장시간 스퍼터한 후, 타겟(410a~410f) 표면을 확인하였는데, 타겟(410a~410f) 표면에 비침식 영역은 확인되지 않았다.

더욱이, 비교예 3으로서, 상기 실시예 3과 동일한 구조의 스퍼터 장치(10)를 이용하여 상기 실시예 3과 같은 조건으로 유리 기판(S) 상에 성막을 실시하는 것으로 하였다. 단, 자속밀도 보정 수단인 보조 자석(460)을 배치하지 않고, 또한 에어 실린더(450)를 위치나 속도 제어를 할 수 있는 모터로 변경하여, 성막하는 동안, 타겟(410a~410f)의 수평 방향에 따른 2 개소의 위치 사이에서 각 자석 조립체(440a ~440f)를 등속으로 평행하게 연속하여 왕복이동(10 mm/sec) 시키는 것으로 하였다.

이것에 의하면, 비교예 3에서는, 교류 전원(E1)에 의한 투입 전력을 O KW로부터 서서히 올려서 10 KW에 도달했을 때에, 각 타겟(410a~410f) 윗쪽에서 격렬한 이상 방전이 확인되어 성막의 속행이 불가능하게 되었다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명의 스퍼터링 방법 및 그 장치는, 타겟을 균일하게 침식시켜 이용 효율이 높아지도록 해도, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

진공 챔버내에 배치한 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 차례로 반송하고, 상기 타겟의 전방에 자속을 형성함과 아울러, 타겟과 처리기판 사이에 전계를 형성하여, 플라즈마를 발생시켜 타겟을 스퍼터링하여 처리기판상에 성막하는 스퍼터링 방법에 있어서, 처리기판의 성막이 종료하고 타겟에 대향한 위치에 다음의 처리기판을 반송할 때에, 상기 자속을 타겟에 대해 평행이동시켜 유지하고, 이 상태로 성막하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 타겟의 전면에 걸쳐 한결같은 모양으로 침식 영역을 얻을 수 있도록, 상기 자속의 평행이동을, 적어도 2 개소의 위치 사이에서 간헐적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 자속의 평행이동을, 상기 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 반송할 때마다 실시하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
진공 챔버내에 타겟을 가지고, 타겟의 전방에 자속이 형성되도록 복수개의 자석으로 구성되는 자석 조립체를 타겟의 후방에 배치함과 아울러, 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 차례로 반송하는 기판 반송 수단을 마련한 스퍼터링 장치에 있어서, 처리기판의 성막이 종료하고 타겟에 대향한 위치에 다음의 처리기판을 반송할 때에, 상기 자속을 타겟에 대해 평행이동시켜 유지하도록 상기 자석 조립체를 구동하는 구동 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 타겟을 복수로 하고, 각 타겟의 후방에 적어도 1 개의 자석 조립체를 배치한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 구동 수단이, 에어 실린더 또는 제어를 필요로 하지 않는 모터인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
진공 챔버내에 소정의 간격을 두고 병설한 복수개의 타겟과, 각 타겟의 전방에 자속을 각각 형성하도록 각 타겟의 후방에 각각 설치되고 복수개의 자석으로 구성되는 자석 조립체와, 각 타겟에 음전위 및 접지 전위 또는 양전위의 어느 하나를 교대로 인가하는 교류 전원을 갖추고, 상기 자속을 타겟에 대해 평행이동시켜 유지하도록 각 자석 조립체를 일체로 구동하는 구동 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 7에 있어서,

상기 각 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 차례로 반송하는 기판 반송 수단을 갖추고, 상기 처리기판의 성막이 종료하고 타겟에 대향한 위치에 다음의 처리기판을 반송할 때에, 상기 구동 수단에 의해 각 자석 조립체를 일체로 구동하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,

상기 복수의 자석 조립체를 병설했을 때, 각 자석에 의해 형성되는 자속의 밀도를, 병설 방향에 따라 거의 균일하게 하는 자속밀도 보정 수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 9에 있어서,

상기 자속밀도 보정 수단은, 상기 병설한 자석 조립체의 양측에 마련한 보조 자석이고, 상기 구동 수단에 의해 자석 조립체와 일체로 평행이동 되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.