KR20070108922A - 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

스퍼터링 장치는, 타겟이 설치되어 캐소드를 구성하는 타겟 홀더4a, 4b와, 기판8을 지지하는 기판 홀더30과, 타겟의 표면 측에 자장을 발생시키는 자석51a, 51b를 구비한다. 타겟 홀더4a, 4b에 있어서 배킹 플레이트42에 직류전원6으로부터의 전압을 인가하여 플라스마를 발생시킨다. 구속되어 고밀도가 된 플라스마에 의한 가열에 의하여 용융되지 않는 도전성 재료로 애노드9를 형성한다. 애노드9는, 어스 전위에 접속하고 또한 적어도 그 일부를 플라스마가 구속되는 영역 또는 그 영역의 근방에 배치한다. 스퍼터링 중에 타겟으로부터 나온 전자가 플라스마로 가열되어 있는 애노드9의 가열 부분으로부터 어스 전위로 흘러, 항상 직류전원회로를 닫은 상태로 할 수 있다. 고가의 펄스 전원을 이용하거나 방착판을 이용하지 않고 간단한 구성으로 용기 내에서의 이상방전을 방지할 수 있다.

Description

스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS}

본 발명은, 진공용기(眞空容器) 내에 타겟(target)과 기판(基板)을 배치하고 타겟에 전압을 인가시켜 발생하는 플라스마(plasma)에 의하여 기판의 표면에 박막(薄膜)을 형성하는 스퍼터링 장치(sputtering裝置)에 관한 것이다.

스퍼터링 장치에는, 타겟과 대향해 기판이 배치되는 마그네트론 스퍼터링 장치(magnetron sputtering apparatus)나, 2개의 타겟을 대향하여 배치시키고 이 타겟으로부터 떨어진 위치에 기판이 배치되는 대향 타겟형의 스퍼터링 장치 등이 있다.

이러한 스퍼터링 장치에서는, 기판에 SiO₂막, Si₃N₄막, SiON막 등의 절연막(絶緣膜)이나 ITO(Indium Tin Oxide)막 등의 도전성막(導電性膜)을 형성한다.

스퍼터링 장치에서는 내부가 감압되는 용기 내에, 타겟과, 타겟이 설 치된 타겟 홀더와, 타겟의 배면 측에 배치되는 자석과, 타겟으로부터 이간되어 배치되는 기판이 배치된다. 그리고 상기 타겟 홀더에 직류전원에 의한 전압을 인가함으로써 타겟의 표면 측에 플라스마를 발생시켜, 자석에 의한 자장(磁場)에 의하여 플라스마를 구속시켜 기판 상에 박막을 형성하도록 이루어져 있다.

상기한 스퍼터링 장치는 직류반응성의 스퍼터링 장치로서, 일반적으로는 타겟 주위에 마련되는 쉴드 커버(shield cover)나 성막실이 되는 용기 내벽면(內壁面)을 어스 전극(ground electrode)으로 하고, 이 용기 내벽면과는 전기적으로 절연된 타겟 홀더를 캐소드(cathode)로 하여 직류전원회로를 구성하고 있다.

스퍼터링 장치에서는, Ar가스 등의 불활성 가스를 타겟을 향하여 공급하면서 타겟 홀더와 용기 내벽면 또는 쉴드 커버의 어스 전극에 직류전원으로부터 전력을 공급함으로써, 전압이 인가된 타겟의 상면 측에서 불활성 가스를 이온화하여 플라스마를 발생시킨다. 그리고 이 플라스마에 의하여 타겟을 스퍼터 하고, 기판의 표면에 타겟의 조성(組成)에 대응하는 조성의 박막을 형성한다. 이 때에 타겟의 이면 측에 배치되는 자석에 의하여 플라스마가 타겟의 근처에서 구속되고 이 구속된 플라스마에 의하여 타겟을 스퍼터 한다.

특히 기판에 절연성의 산화막을 형성하는 경우에는, 기판의 근처에 산소가스 등의 반응성 가스를 도입하여 스퍼터 된 타겟원자와 산화반응 시 킨 후에 기판에 절연막을 형성한다.

그러나 직류반응형의 스퍼터링 장치에서는, 스퍼터링에 의한 박막형성을 하고 있는 사이에, 용기 내벽면 및 쉴드 커버에도 타겟원자 및 반응가스에 의한 절연성의 박막이 서서히 형성되어 용기 내의 방전전압(放電電壓)이 상승해 간다. 특히 용기 내벽면에 형성되는 박막의 절연성이 상승함에 따라, 어스 전극이 되는 이 용기 내벽면이 최종적으로 완전히 절연되어 버리게 된다. 이와 같이 어스 전극이 절연되어 버리면, 스퍼터링 중에 아크 방전(arc discharge) 등의 이상 방전이 생겨 버리게 된다.

이러한 이상 방전을 방지하는 수단으로서는, 예를 들면 특허문헌1에 나타나 있듯이 직류 펄스 전원을 이용한 것이 제안되어 있다.이 펄스 전원을 이용한 수단은, 직류전원에 의하여 타겟 측의 전극에 마이너스 전위를 인가함과 아울러, 간헐적으로 이 타겟 측의 전극에 있어서 정전위(positive electric potential) 측 피크가 용기 측의 어스 전극의 전위보다 정전위 측이 되도록 타겟 측 전극에 전압을 인가시킨다. 그리고 스퍼터링에 의하여 타겟의 표면에 국소적으로 형성된 절연막에 차지 업(charge up) 되고 있는 전하를, 타겟 측 전극으로의 피크 전압의 인가에 의하여, 정기적으로 중화(中和)하여 이상 방전의 발생을 방지하도록 하고 있다.

용기의 내벽면이나 쉴드 커버를 어스 전극으로 하지 않고, 막대 모양의 애노드(anode)를 용기 내에서 타겟으로부터 떨어진 위치에 별도로 배치시키고, 이 애노드가 플라스마로부터 격리되도록 애노드의 플라스마 측에 방착판(放着板; shield plate)을 마련하여 애노드로의 박막형성을 억제하여, 이상 방전을 방지하는 것도 생각할 수 있다.

[특허문헌1]일본국 특허공개공보 특개평7-243039호 공보

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

하지만 펄스 전원을 이용하여 이상방전을 방지하는 경우에, 펄스 전원은 통상의 직류전원에 비하여 비용이 높다. 또 이용하는 타겟의 종류에 따라 주파수나 펄스폭을 설정하지 않으면 안되어서, 조건의 설정이 어렵고 번잡한 작업이 된다. 또 타겟에 정전위의 펄스를 인가하면 스퍼터링에 대한 파워손실이 발생하여, 성막 속도가, 타겟에 정전위의 펄스를 인가하지 않는 경우와 비교하여 일반적으로 1/3 이하가 되어, 매우 스퍼터 효율이 나빠져 양산(量産)에 있어서 불리하게 된다.

게다가 펄스 전원을 이용하는 경우에도, 최종적으로는 차지 업 되고 있는 전하가 중화될 수 없게 되어, 용기 내에서 이상방전이 생겨 버린다.

또 방착판을 이용하는 경우에는, 타겟의 바깥쪽에 애노드와 방착판을 배치하는 스페이스를 필요로 하므로 용기가 커져 버린다. 게다가 방착판을 마련해도 스퍼터 된 타겟원자가 방착판의 애노드 배치 측으로 돌아 들어가므로, 스퍼터링을 반복할 때에 애노드의 표면에도 절연막이 형성되어 이상방전이 생겨 버린다.

본 발명은, 고가의 펄스 전원을 이용하거나 방착판을 이용하지 않고 간단한 구성으로 용기 내에서의 이상방전을 확실하게 방지할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[발명의 구성]

본 발명은, 스퍼터링 장치에 있어서 이상방전을 방지할 수 있도록 한 것이다. 특히, 직류반응형의 스퍼터링 장치에 있어서 이상방전을 확실하게 방지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 스퍼터링 장치는, 타겟이 설치되어 캐소드를 구성하는 타겟 홀더와, 타겟으로부터 이간(離間)하여 기판을 지지하는 기판 홀더와, 이들 홀더 내부에 배치되는 용기와, 타겟의 표면 측에 자장을 발생시키는 자석을 구비하는 구성이다. 또한 본 발명의 스퍼터링 장치는, 상기 타겟 홀더에 직류전원으로부터의 전압을 인가함과 아울러 타겟의 표면 측에 불활성 가스를 공급함으로써 플라스마를 발생시키고, 자석에 의하여 발생하는 자장에 의하여 플라스마를 구속시킨다. 자장에 의하여 구속된 플라스마는 고밀도로 구속되어 타겟을 스퍼터 하고, 스퍼터 된 타겟원자를 기판 표면에 퇴적시켜 기판 상에 박막을 형성한다.

이러한 스퍼터링 장치에 있어서, 본 발명은, 구속된 플라스마에 의한 가열에 의하여 용융하지 않는 도전성 재료로 형성되는 애노드를 어스 전위에 접속하고, 또한 적어도 그 일부를 플라스마가 고밀도로 구속되는 영역 또는 그 영역의 근방에 배치하는 것을 특징으로 한다.

애노드에 이용하는 재료로서는, 1000℃ 이상의 융점을 가지는 도전성 재료로서, 예를 들면 몰리브덴(융점 2620℃), 텅스텐(융점 3410℃), 탄탈(융점 2996℃) 등을 들 수 있다.

애노드가 배치되는 플라스마 구속 영역은, 고밀도의 플라스마에 의하여 매우 고온 상태로 되어 있어, 이 영역에 배치되는 애노드는 플라스마에 의하여 고온으로 가열된다. 애노드에 있어서 고온으로 가열된 부분은, 용기 내에 반응성 가스가 공급되고 있어도 반응성 가스와 반응할 수 없기 때문에, 애노드의 가열 부분에는 절연막이 형성되지 않는다.

따라서, 애노드의 가열 부분 이외의 노출면에 산화막 등의 절연막이 형성되어도 가열 부분에는 절연막이 형성되지 않기 때문에, 타겟으로부터 나온 전자는 항상 애노드의 가열 부분을 통하여 접지된다. 그 결과, 용기 내벽면에 절연막이 형성되어도 본 발명의 애노드를 설치함으로써 스퍼터링 중에 항상 직류전원회로를 닫은 상태로 할 수 있다.

본 발명의 애노드는 세폭의 장척부재로 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 고융점의 도전성 재료로 이루어지는 세폭이고 두께가 얇은 장척판 부재(예를 들면, 폭 1cm, 두께 1mm)를 이용하여 애노드를 형성할 수 있다. 세폭이고 두께가 얇은 장척판 부재는, 폭 1cm 이하, 두께 1mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 경우에 이 장척판 부재의 선단부를 타겟 근처의 플라스마 구속 영역 또는 이 영역의 근방에 배치시킨 상태에서, 타단을 예를 들면 용기 내벽면 등에 접속시켜 용기 내벽면을 통하여 어스 전위에 접속한다.

애노드는 세폭판 모양이 아니고 선상체(線狀體)를 이용할 수도 있다. 선상체를 이용하는 경우에는, 선 지름은 1mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 플라스마로 가열하는 애노드는, 그 단면적을 너무 크게 해 버리면 플라스마로 가열한 열이 애노드의 가열하고 있지 않는 측을 향하여 이동해 버리기 쉬워진다. 이와 같이 열이 이동해 버리면, 플라스마로 가열하는 부분의 온도가 낮아져 산화되기 쉬워진다. 여기에서 애노드의 두께나 폭을 작게 하거나 선 지름을 가늘게 하거나 하여, 애노드의 단면적을 작게 함으로써 애노드의 가열 상태를 유지할 수 있다.

또 애노드는, 플라스마가 구속되는 영역에 대한 애노드의 위치를 조정하는 위치조정기구를 구비하도록 하는 것이 바람직하다.

이 경우에 애노드는, 플라스마 구속 영역에 일단이 배치되는 세폭 장척판 모양의 제1부재와, 제1부재가 위치 조정 가능하게 설치되고 일부가 어스 전위에 접속되는 판 모양의 제2부재를 구비하는 구성으로 할 수 있다.

애노드를 제1부재와 제2부재로 구성하는 경우에, 제1부재는, 고융점의 도전성 재료로 이루어지는 세폭이고 두께가 얇은 장척판 부재(예를 들면, 폭 1cm 이하, 두께 1mm 이하, 길이 10cm 이하)를 이용하고, 제2부재는, 제1부재와 같은 재질 또는 제1부재보다 저융점의 도전성 재료의 판 모양 부재를 이용할 수 있다. 제2부재는, 제1부재와 같은 폭을 가지는 장척판 모양 부재를 이용해도 좋고 제1부재보다 표면적이 큰 부재를 이용해도 좋다.

제1부재에는, 플라스마 측에 배치되는 부분으로부터 떨어진 위치, 즉 제2부재와 접촉되는 부분에 볼트가 삽입되는 볼트 삽입공을 형성한다. 그리고 제2부재에 있어서 제1부재와의 접촉면에 상기 볼트가 삽입되는 장공(長孔)을 형성하는 것이 바람직하다. 제1부재의 볼트 삽입공과 제2부재의 장공과 볼트 및 너트에 의하여 위치조정기구를 구성한다.

제1부재와 제2부재를 이용하는 경우에, 제2부재를 용기 내벽면이나 타겟 홀더와 절연되어 배치되는 타겟의 쉴드 커버에 접속하여 둔다. 이 쉴드 커버는 도전성 재료로 형성된다. 그리고 용기벽 또는 쉴드 커버를 어스 전위에 접속한다.

제1부재의 볼트 삽입공을 제2부재의 장공에 위치시킨 상태에서, 볼트를 쌍방의 구멍에 삽입하고 볼트에 너트를 설치하여 가고정 하여 둔다. 다음에, 제1부재의 선단부가 타겟 근처의 소정의 위치가 되도록 제1부재를 장공을 따라서 위치를 조정한 후에, 볼트와 너트를 체결하여 제1부재를 제2부재에 고정한다.

제1부재와 제2부재를 구비하는 애노드는, 스퍼터링 중에 제1부재의 선단부가 플라스마에 의하여 가열되어, 타겟으로부터 나온 전자가 제1부재의 선단부로부터 제2부재를 통하여 어스 전위 측으로 흐르도록 되어 있다.

제1부재와 제2부재를 구비하는 애노드는, 제1부재는, 제2부재에 고정되고 볼트 삽입공을 구비하는 고정부와 고정부의 폭보다 폭이 작은 세폭부가 연속하여 형성되고, 이 세폭부의 선단이 끝이 가는 모양이 되도록 형성해도 좋다.

제1부재의 선단부를 끝이 가는 모양으로 형성함으로써 전자가 이 끝이 가는 부분에 집중되기 쉬워진다.

제1부재는, 제2부재에 고정되고 볼트 삽입공을 구비하는 고정부와 고정부의 폭보다 폭이 작은 세폭부가 연속하여 형성되고, 이 세폭부의 선단부에 도전성의 망상체를 형성하도록 구성하여도 좋다. 이 경우에 망상체는, 망을 형성하는 선의 일부에 대하여 선단이 플라스마가 발생하고 있는 쪽을 향하여 돌출하도록 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 제1부재의 선단부에 망상체를 형성함으로써 전자가 망상체의 선의 선단부에 집중되기 쉬워진다.

플라스마가 구속되는 영역에 대한 애노드의 위치를 조정하는 위치조정기구는, 스퍼터링 장치의 외부로부터 애노드의 위치를 조정 할 수 있도록 하여도 좋다. 위치조정기구는, 스퍼터링 장치의 외부에 애노드의 위치를 조정하는 조작부를 설치하고, 또한 장치 내를 볼 수 있도록 장치의 케이싱에 관측창을 마련하는 것이 바람직하다.

본 발명의 스퍼터링 장치의 애노드는, 대향 타겟형의 스퍼터링 장치에도 마그네트론 스퍼터링 장치에도 이용할 수 있다.

[발명의효과]

본 발명의 스퍼터링 장치는, 타겟의 근처에서 플라스마 구속 영역 또는 그 영역의 근방에 적어도 그 일부가 위치되는 애노드를 설치하고 있으므로, 스퍼터링 시에 있어서 타겟으로부터 나온 감마 전자 등은 항상 애노드에 있어서 플라스마에 의하여 가열되는 부분으로부터 어스 전위로 흐른다. 그 결과, 용기 내벽면에 절연막이 형성되어도, 본 발명의 애노드에 의하여 항상 직류전원회로를 닫은 상태로 할 수 있으므로, 용기 내의 방전전압이 상승하지 않아 이상방전을 확실하게 저지할 수 있다.

도1은, 본 발명의 제1실시예에 관한 스퍼터링 장치의 전체 구성도이다.

도2는, 제1실시예의 스퍼터링 장치에 있어서 애노드를 배치한 곳의 일부 확대단면도이다.

도3은, 도2의 애노드에 있어서의 제1부재의 평면도이다.

도4는, 도2의 애노드에 있어서의 제2부재의 평면도이다.

도5는, 본 발명의 스퍼터링 장치의 제2실시예로서, 쉴드 커버에 애노드를 설치한 상태를 나타내는 사시도이다.

도6은, 본 발명의 스퍼터링 장치에 있어서 애노드의 제3실시예로서, 애노드에 있어서 제1부재의 평면도이다.

도7은, 본 발명의 스퍼터링 장치에 있어서 애노드의 제4실시예로서, 애노드에 있어서 제1부재의 평면도이다.

도8은, 본 발명의 제5실시예에 있어서 스퍼터링 장치의 전체 구성도이다.

도9는, 스퍼터링 장치의 용기 내에 있어서 방전전압을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

*부호의 설명*

1, 10 스퍼터링 장치 21a, 21b, 22 타겟

3 용기 30 기판 홀더(基板 holder)

31 지지용 통제(支持用筒體) 31a 제1플랜지부(flange部)

32 격벽(隔壁) 32a 개구(開口)

33 반응성 가스 공급관 34 진공펌프(眞空pump)

34a 배출관(排出管) 35 불활성 가스 공급관

36 불활성 가스 공급부 37 반응성 가스 공급부

4a, 4b 타겟 홀더(target holder) 41 자석 수납부(磁石 受納部)

41a 제2플랜지부

42, 43 배킹 플레이트(backing plate)

44, 45 절연부재(絶緣部材) 51a, 51b, 52 자석

6 직류전원(直流電源) 71, 72 쉴드 커버(shield cover)

71a 개구부 8 기판

9, 90 애노드(anode) 91 제1부재(部材)

91a 볼트 삽입공(bolt 揷入孔) 91b 고정부(固定部)

91c 세폭부(細幅部) 91d 망상체(網狀體)

92 제2부재 92a 장공(長孔)

93 볼트 94 너트(nut)

본 발명의 스퍼터링 장치의 실시예를 도면에 의하여 설명한다.

(제1실시예)

제1실시예에 관한 스퍼터링 장치는, 도1에 나타내는 바와 같이 대향 타겟형(對向 target型)의 스퍼터링 장치다.

본 실시예에 관한 스퍼터링 장치1은, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 한 쌍의 판 모양(板狀)의 타겟21a, 21b가 진공용기3 내에 간격을 두고 대향하여 배치되어 있다. 이 한 쌍의 타겟21a, 21b는, 도1에서는 기재가 생략되어 있지만, 용기3 내에 고정되고 횡단면이 사각모양인 한 쌍의 지지용 통체31에 타겟 홀더4a, 4b를 통하여 지지되고 있다.

2개의 지지용 통체31은, 타겟 부착 측의 개구부에 개구부 중심 측을 향하여 연장되는 제1플랜지부31a가 형성되어 있다.

그리고 지지용 통체31의 제1플랜지부31a에 링 모양의 절연부재44를 통하여 타겟 홀더4a, 4b를 고정하고 있다. 이 타겟 홀더4a, 4b는, 바닥이 있 는 통모양으로서 입방체 모양의 자석 수납부41과, 이 자석 수납부41의 개구부를 덮는 방형판(方形板) 모양의 배킹 플레이트(backing plate)42로 이루어지는 구성으로 되어 있다. 절연부재44는, 테플론(등록상표) 등의 합성수지나 세라믹으로 만들어진 판 모양의 링으로 형성되어 있다.

자석 수납부41의 개구부에는 지름방향 바깥쪽으로 연장되는 제2플랜지부41a가 형성되어 있다. 자석 수납부41 내에는 통 모양의 자석51a, 51b가 수납된다. 이 자석51a, 51b는, 자석 수납부41의 개구부의 근처에 접착재 또는 볼트에 의하여 고정된다. 그리고 자석51a, 51b가 수납된 자석 수납부41의 제2플랜지부41a에 덮개가 되는 배킹 플레이트42를 설치하고, 배킹 플레이트42의 외주 가장자리부와 자석 수납부41의 제2플랜지부41a를 지지용 통체31의 제1플랜지부31a에 볼트에 의하여 고정한다(도시하지 않는다). 또 자석 수납부41의 제2플랜지부41a와 지지용 통체31의 제1플랜지부31a의 사이에는, 상기한 바와 같이 어스 전위와 절연하기 위한 절연부재44를 사이에 두고 있다.

배킹 플레이트42의 자석 수납부41 측이 되는 내면에는 직류전원6의 음극이 접속되고, 외면에는 타겟21a, 21b가 고정된다. 한 쌍의 타겟21a, 21b는 타겟 홀더4a, 4b와 서로 평행하도록 지지되어 있다. 본 실시예에서는, 타겟 홀더4a, 4b와 타겟21a, 21b가 캐소드가 되어 용기3의 내벽면을 어스 전위(0V)로 하고 있다.

지지용 통체31의 제1플랜지부31a 측의 개구부에는, 타겟21a, 21b를 쉴드(shield)하는 쉴드 커버71이 고정되어 있다.

자석 수납부41에 수납되는 자석51a, 51b는 타겟21a, 21b의 배면 측에 위치되기 때문에, 이들 한 쌍의 자석51a, 51b에 의하여 타겟21a, 21b 사이에 자장공간이 형성된다.

한 쌍의 자석51a, 51b는, 도1에 나타내는 바와 같이 자력선(磁力線)이 일방의 타겟 홀더4a로부터 타방의 타겟 홀더4b를 향하여 가는 듯이 대향하는 부분을 대극(對極)으로 하여 배치된다. 즉, 일방의 타겟 홀더4a의 자석51a는(도1의 우측의 자석) N극이 타겟 측을 향하도록 배치되고, 타방의 타겟 홀더4b의 자석51b는(도1의 좌측의 자석) S극이 타겟 측을 향하도록 배치되어 있다. 또한 자석51a, 51b의 재질은, 페라이트 자석(ferrite magnet) 등 여러 가지의 공지(公知)의 자석을 이용할 수 있다.

상기한 쉴드 커버71은, 타겟21a, 21b 표면의 외주 가장자리부를 덮는 것 같은 방형상(方形狀)의 개구부71a를 구비하고 있다. 쉴드 커버71은, 예를 들면 스테인리스제(stainless製)의 판 모양 부재로 구성되고, 개구부71a의 형상은, 도1에 있어서 깊이 방향의 길이가 도1에 있어서 상하 방향의 길이보다 길어지도록 형성되어 있다. 또 상기 개구부71a는 원형, 타원형이어도 문제없다. 또한 지지용 통체 및 타겟 홀더를 원형통모양으로 형성하는 경우에는, 쉴드 커버도 원형통모양으로 하는 것이 바람직하다. 이 때에 쉴드 커버의 개구부는 원형으로 하는 것이 바람직하다.

한 쌍의 타겟 홀더4a, 4b의 측방(도1에 나타내는 타겟의 상방)에 타겟21a, 21b 사이의 공간 영역(자장 공간)에 접하는 위치에는, 기판8이 배치된 다. 이 기판8은 기판 홀더30에 고정된다.

그리고 이 기판8과 타겟 홀더4a, 4b와의 사이에, 판 모양의 격벽(隔璧)32가 배치되어 있다. 이 격벽32에는 타겟21a, 21b 사이의 공간 영역에 접하는 개구32a가 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 이 개구32a는 장방형상으로 형성되어 있고, 도1에 있어서 깊이 방향의 길이가 도1에 있어서 좌우 방향의 길이보다 길어지도록 형성되어 있다. 또한 격벽32의 개구부도 원형 또는 타원형으로 할 수도 있다.

격벽32의 개구32a의 근처에서 기판8이 배치되는 측에는, 산소 가스나 질소 가스 등의 반응성 가스를 공급하기 위한 반응성 가스 공급관33이 개구되어 있다. 반응성 가스는, 도시하지 않는 반응성 가스 공급부로부터 반응성 가스 공급관33을 통하여 용기 안으로 공급되어, 반응성 가스 공급관33의 개구부로부터 기판8 측을 향하여 불어 나가도록 되어 있다.

용기3에는 진공 펌프34가 배출관34a를 통하여 접속되어 있어, 이 진공 펌프34에 의하여 용기3 내를 감압하게 되어 있다.

반응성 가스 공급관33이 개구되어 있는 측과는 반대 측이 되는 타겟21a, 21b 사이의 측방 위치에는, 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 공급하기 위한 불활성 가스 공급관35가 개구하고 있다. 불활성 가스는, 도시하지 않는 불활성 가스 공급부로부터 불활성 가스 공급관35를 통하여 용기 안으로 공급되어, 불활성 가스 공급관35의 개구부로부터 자장 공간을 향하여 불어 나가도록 되어 있다.

본 실시예에서는, 자장에 의하여 구속된 플라스마의 가열에 의하여 용융(溶融)되지 않는 도전성 재료로 형성되는 애노드9가, 그 일부가 타겟21a, 21b의 근처에서 플라스마가 고밀도로 구속되는 영역 또는 그 근방에 배치되고, 다른 부분이 어스 전위에 접속되도록 설치되어 있다. 또한 플라스마가 고밀도로 구속되는 영역 또는 그 근방에 애노드9를 배치하는 것은, 방전하여 발광하고 있는 플라스마 영역은 눈으로 확인할 수 있으므로, 이 발광하고 있는 플라스마 영역 안 또는 그 영역의 근방에 애노드를 배치하는 것을 말한다.

애노드9의 구체적 구성에 대하여 설명한다. 애노드9는, 도1에서부터 도4에 나타내는 바와 같이, 플라스마의 구속 영역의 경계부에 일단이 배치되는 세폭 장척판(細幅 長尺板) 모양의 제1부재91과, 이 제1부재91이 위치 조정 가능하게 설치되고 일부가 어스 전위에 접속되는 판 모양의 제2부재92를 구비한다.

제1부재91은, 고융점의 금속 재료인 텅스텐(tungsten), 탄탈(tantalum), 몰리브덴(molybdenum) 또는 니오브(niobium) 등으로 형성되고, 도2 및 도3에 나타내는 바와 같이, 세폭이고 두께가 얇은 장척의 판부재(폭 10cm 이하, 두께 1mm 이하, 길이 10cm 이하)로 형성되어 있다. 또한 제1부재91에는, 플라스마 측에 배치되는 선단부분으로부터 떨어진 위치에 볼트93이 삽입되는 볼트 삽입공91a가 형성되어 있다.

제2부재92는, 제1부재91과 같은 상기 금속 재료로 형성하여도 좋지만, 플라스마로부터 떨어진 위치에 배치하므로 쉴드 커버71과 같은 재질의 스테인리스에 의하여 형성하여도 좋다. 제2부재92는, 제1부재91과 같은 폭을 구비하는 장척판 모양 부재로서, 굴곡부를 구비하고 L자의 단면으로 되어 있다. 그리고 제2부재92의 굴곡부가 쉴드 커버71의 표면으로부터 떨어지도록 L자의 일방 측의 편을 쉴드 커버71의 외측면에 고정하고, 타방의 편의 상면에 제1부재91을 접촉시켜 고정한다.

제2부재92에 있어서 제1부재91과의 접촉면에는, 상기 볼트93이 삽입되어 제2부재92에 대한 제1부재91의 위치를 조정 가능하게 하는 장공92a가 형성되어 있다.

제2부재92에 있어서 쉴드 커버71이 부착하는 측의 부분은, 도1에 나타내는 바와 같이 어스 전위에 접속하고 있다. 이 제2부재92의 어스 전위에의 접속은, 도시하고 있지 않지만 용기3 내벽면을 통하여 접속하도록 해도 좋다.

그리고 쉴드 커버71에 고정된 제2부재92에 제1부재91을 고정한다. 도2에 나타내는 바와 같이, 제1부재91의 볼트 삽입공91a를 제2부재92의 장공92a에 위치시킨 상태에서, 볼트93을 쌍방의 구멍에 삽입하고 볼트93에 너트94를 부착하여 가고정(假固定)한다. 그리고 제1부재91을 장공92a를 따라서 길이방향으로 이동시키면서, 제1부재91의 선단부를, 플라스마에 의한 가열에 의하여 산화막이 형성되지 않는 적당한 온도로 가열되는 위치에 위치시킨다. 이 위치 조정 후에 볼트93과 너트94를 본체결하여 제1부재91을 제2부 재92에 고정한다.

본 실시예에서는, 제1부재91의 볼트 삽입공91a, 제2부재92의 장공92a, 볼트93, 너트94에 의하여 위치조정기구를 구성하고 있다.

제1부재91의 선단부는, 타겟21a, 21b의 근처에서 플라스마가 고밀도로 구속되는 영역 중의 외측의 영역이 되는 경계부 부근에 배치한다. 이 플라스마 구속 영역은 플라스마에 의하여 매우 고온 상태로 되어 있고, 이 영역에 제1부재91의 선단부가 배치되면 이 선단부는 플라스마에 의하여 고온으로 가열된다. 제1부재91의 선단부가 고온으로 가열되면, 용기 내에 반응성 가스가 공급되고 있어도 이 반응성 가스는 제1부재91의 선단부에서는 반응하지 않아 이 선단부에는 절연막이 형성되지 않는다.

본 실시예에서는, 스퍼터링 중에는 제1부재91의 선단부가 플라스마에 의하여 가열되어 절연막이 형성되지 않기 때문에, 타겟으로부터 나온 전자는 제1부재91의 선단부로부터 제2부재92를 통하여 어스 전위 측으로 흐른다.

따라서, 애노드9의 가열 부분 이외의 노출면, 예를 들면 제1부재91에 있어서 제2부재92와 접촉되어 있지 않은 표면이나 제2부재92에 있어서 용기 내에의 노출면에 절연막이 형성되어도, 제1부재91의 가열 부분에는 절연막이 형성되지 않아 타겟으로부터 나온 전자는 항상 애노드의 가열 부분을 통하여 접지된다. 그 결과, 용기 내벽면에 절연막이 형성되어 있어도 애노드9를 설치함으로써 직류전원회로를 항상 닫은 상태로 할 수 있으므로, 용기3 내에서의 방전전압의 상승이 일어나지 않아 이상방전을 확실하게 저지할 수 있다.

(제2실시예)

상기한 제1실시예에서는, 제1부재91과 제2부재92로 이루어져 형성되는 애노드9는, 쉴드 커버71의 개구부71a에 있어서 기판8 배설 측의 변(장변)의 위쪽에 선단부가 배치되도록 하였다. 하지만 도5에 나타내는 바와 같이, 쉴드 커버71의 개구부71a에 있어서 단변의 위쪽에 선단부가 배치되도록 애노드9를 배치하도록 하여도 좋다.

이와 같이 애노드9를 배치시키는 경우에, 기판8에 있어서 타겟 원자의 공급 측이 아니고 타겟 원자의 배출량이 적은 변측에 설치하는 것이, 애노드9에 의하여 기판8에 있어서 성막이 방해되지 않고 기판에 성막을 높은 효율로 실시할 수 있다.

(제3실시예)

제1실시예에 있어서 애노드9에 이용한 제1부재91은, 동일한 폭의 판 모양 부재를 이용했지만, 도6에 나타내는 제3실시예와 같이 제1부재91의 형상을, 제2부재92에 고정되고 볼트 삽입공91a를 구비하는 고정부(固定部)91b와 고정부91b의 폭보다 폭이 작은 세폭부(細幅部)91c가 연속하여 형성되고 이 세폭부91c의 선단을 끝이 가는 모양으로 형성하도록 하여도 좋다.

본 실시예에서는, 제1부재91의 고정부91b의 폭은 제2부재92의 폭과 동일한 폭이며, 제1부재91의 세폭부91c의 폭은 고정부91b보다 더 가늘게 형성된다.

본 실시예에서는, 제1부재91의 선단부를 끝이 가는 모양으로 형성하고 있으므로 타겟으로부터 나온 전자가 이 끝이 가는 부분에 집중되기 쉬워진다.

(제4실시예)

제1실시예에 있어서 애노드9에 이용한 제1부재91을, 도7에 나타내는 제4실시예와 같이, 제2부재92에 고정되고 볼트 삽입공91a를 구비하는 고정부91b와 고정부91b의 폭보다 폭이 작은 세폭부91c가 연속하여 형성되고, 이 세폭부91c의 선단부에 망상체(網狀體)91d를 형성하도록 구성하여도 좋다. 이 경우에 망상체91d는, 도7에 나타내는 바와 같이, 선(線)의 일부에 대해서 선단을 플라스마 측을 향하여 돌출시키도록 형성하는 것이 바람직하다. 제4실시예도 제1부재91의 고정부91b의 폭은 제2부재92의 폭과 동일한 폭이며, 제1부재91의 세폭부91c의 폭은 고정부91b보다 더 가늘게 형성된다.

이와 같이, 제1부재의 선단부에 망상체를 형성함으로써 전자가 망상체의 선의 선단부에 집중되기 쉬워진다.

(제5실시예)

제1실시예에서부터 제4실시예는, 대향 타겟형의 스퍼터링 장치에 애노드를 설치한 것에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명의 애노드는, 도8에 나타내는 바와 같이 타겟과 대향시켜 기판을 설치하는 마그네트론 스퍼터링 장치(magnetron sputtering apparatus)에 대해서도 적용할 수 있다.

도8에 나타내는 마그네트론 스퍼터링 장치10은, 진공용기3 내에 1매의 판 모양의 타겟22와, 타겟22에 대향하여 배치되는 기판8을 구비하고 있다. 이 기판8은 기판 홀더30에 고정된다. 타겟22는, 용기3과 절연된 상태로 용기3 내에 설치되고 판 모양의 배킹 플레이트43 상에 고정되어 있다. 또한 타겟22의 외주 가장자리부는, 용기3 내벽에 고정되는 쉴드 커버72에 의하여 쉴드 되어 있다. 쉴드 커버72는 스테인리스 등의 도전성 재료로 형성되어 있다.

배킹 플레이트43의 배면 측에는, 복수의 자석52가 서로 대향하는 극이 다르도록 배치되어 있고, 자석52에 의하여 배킹 플레이트43의 상면 측에 자장을 발생시켜, 타겟22의 상부에서 발생하는 플라스마를 이 자장에 의하여 구속하도록 하고 있다. 또 배킹 플레이트43은, 링판 모양의 절연부재45를 사이에 둔 상태로 용기3에 고정되어 있다.

진공용기3의 외부에는, 아르곤 등의 불활성 가스를 용기3 내에 공급하는 불활성 가스 공급부36과, 산소 등의 반응성 가스를 용기3 내에 공급하는 반응성 가스 공급부37과, 용기3 내를 감압하기 위한 진공 펌프34를 설치하고 있다.

본 실시예에서는, 불활성 가스 공급부36에 접속되는 불활성 가스 공급관35는 일단(一端)의 개구부를 타겟22의 근처에서 개구시키고 있다. 또 반응성 가스 공급부37에 접속되는 반응성 가스 공급관33은, 일단의 개구부를 기판8의 근처에서 개구시키고 있다. 진공 펌프34는 배출관34a를 통하여 용기3 내와 연통(連通)되고 있다.

배킹 플레이트43의 배면 측을 직류전원6의 음극에 접속 하여 진공용기3의 내벽면을 어스 전위에 접속하고 있다.

본 실시예도, 상술한 각 실시예와 마찬가지로 타겟22의 근처에 애노드90을 설치하고 있다. 애노드90은 쉴드 커버72에 고정되어 있다. 본 실시예에서는, 애노드90은 2곳에 굴곡부를 구비하는 세폭이고 두께가 얇은 장척부재로 구성되어 있다. 애노드90은 텅스텐 등의 고융점의 도전성 재료로 형성하고 있다.

본 실시예에서는, 도8에 나타내는 바와 같이 애노드90의 일단측의 선단부를, 타겟22의 근처에서 플라스마가 구속되는 영역, 즉 자석52에 의한 자장이 발생하고 있는 영역에 배치시킨 상태에서 타단부를 쉴드 커버72에 고정하고 있다. 그리고 애노드90의 타단부를 어스 전위에 접속하고 있다.

제5실시예에 있어서도, 애노드90의 선단부는 타겟22의 근처에서 플라스마가 구속되는 영역에 배치하고 있으므로, 애노드90의 선단부는 플라스마에 의하여 고온으로 가열된다. 고온으로 가열된 애노드90의 선단부는, 용기 내에 반응성 가스가 공급되고 있어도 이 반응성 가스와는 반응이 일어나지 않아, 이 선단부에는 절연막이 형성되지 않는다.

본 실시예도, 스퍼터링 중에는 타겟으로부터 나온 전자가 플라스마에 의하여 고온으로 가열된 애노드90의 선단부로부터 어스 전위 측으로 흐른다.

그 결과, 애노드90의 가열 부분 이외의 노출면에 절연막이 형성되어 도 가열 부분에는 절연막이 형성되지 않기 때문에, 타겟으로부터 나온 전자는 항상 애노드의 가열 부분을 통하여 접지된다. 그 결과, 스퍼터링에 의하여 용기 내벽면에 절연막이 형성되어도 직류전원회로를 항상 닫은 상태로 할 수 있어, 용기3 내에서의 방전전압의 상승이 일어나지 않는다.

(실시예)

대향 타겟형의 스퍼터링 장치를 이용하여 스퍼터링 중의 방전전압의 변화를 측정하였다. 전압의 측정은, 용기 내벽면의 전체에 이미 절연막이 형성된 상태의 스퍼터링 장치를 미리 준비해 두고, 이 절연막이 형성된 스퍼터링 장치를 이용하여, 상기한 제1실시예의 제1부재와 제2부재로 구성되는 애노드를 이용했을 경우와 종래기술에서 설명한 펄스 전원을 이용했을 경우에 전압측정을 하였다.

제1부재는 폭 0.3cm, 두께 3.0mm, 길이 5.0cm의 탄탈제의 부재로 형성하였다. 또 제2부재는 폭 1.0cm, 두께 1.0mm, 길이 5.0cm의 스테인리스제의 부재로 형성하였다. 또한 타겟으로는 실리콘을 이용하고, 불활성 가스로 아르곤 가스를 이용하고, 반응성 가스로 산소를 이용하였다.

측정한 결과를 도9의 그래프로 나타낸다. 방전전압의 측정은, 소정의 경과시간에 대해서 복수 회 하였다. 소정의 경과시간에 있어서 전압측정의 편차(variation)는, 도9에 나타내는 그래프에서는 최고치와 최저치를 연결한 세로선으로 나타내고 있고, 측정치의 평균치를 동그라미로 나타내고 있다.

또한 본 실시예에서는, 본 발명의 애노드를 이용했을 경우의 방전전 압 상태와 펄스 전원을 이용했을 때의 방전전압 상태가, 용기 내벽면에 절연막이 형성되어 있지만 쉴드 커버에는 절연막이 형성되어 있지 않은 상태(쉴드 커버를 세정한 상태)의 스퍼터링 장치를 이용했을 때의 방전전압 상태에 대하여 어떠한 상태일까를 비교하였다. 도9의 그래프에서는, 용기 내벽면에 절연막이 형성되어 있지만 쉴드 커버에는 절연막이 형성되어 있지 않은 상태에 있어서 스퍼터링 장치로 스퍼터링을 실시했을 때의 방전전압의 변화도 나타내고 있다.

이 그래프에 의하면, 쉴드 커버에 절연막이 형성되어 있지 않은 상태에 있어서 스퍼터링 장치로 스퍼터링을 실시했을 경우에는, 서서히 절연막이 쉴드 커버에 퇴적함에 따라 전압이 상승하는 것을 볼 수 있었지만, 본 발명의 애노드를 이용하면 용기 내의 방전전압의 상승이 일어나지 않았다.

펄스 전원을 이용했을 경우에는, 종래와 같이 방전전압이 상승 하고 또한 전압의 편차도 컸다.

본 발명의 스퍼터링 장치는 특히 절연막을 형성하는 스퍼터링 장치에 적합하다.

Claims (9)

1. 타겟(target)이 설치되어 캐소드(cathode)를 구성하는 타겟 홀더와, 타겟으로부터 이간(離間)하여 기판을 지지하는 기판 홀더와, 이들 홀더가 내부에 배치되는 용기와, 타겟의 표면 측에 자장(磁場)을 발생시키는 자석을 구비하고, 상기 타겟 홀더에 직류전원으로부터의 전압을 인가함으로써 타겟의 표면 측에 플라스마를 발생시키고 자석에 의한 자장에 의하여 플라스마를 구속(拘束; retain)하여, 기판 상에 박막을 형성하는 스퍼터링 장치에 있어서,

   구속된 플라스마에 의한 가열에 의하여 용융되지 않는 도전성 재료로 형성되는 애노드(anode)를 어스 전위(earth電位; ground potential)에 접속하고 또한 적어도 그 일부가 플라스마가 구속되는 영역 또는 그 영역의 근방에 배치되는 것을

   특징으로 하는 스퍼터링 장치.
2. 제1항에 있어서,

   애노드가 1000℃ 이상의 융점을 가지는 도전성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
3. 제1항에 있어서,

   애노드가 세폭(細幅)의 장척부재(長尺部材)로 구성되고, 일단(一端)을 타겟의 근처에 배치하고 타단(他端)을 어스 전위에 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
4. 제1항에 있어서,

   애노드는, 플라스마가 구속되는 영역에 대한 애노드의 위치를 조정하는 위치조정기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
5. 제4항에 있어서,

   애노드는, 일단이 타겟의 근처에 배치되는 세폭 장척판 모양의 제1부재와, 제1부재의 타단측이 위치 조정 가능하게 설치되고 일부가 어스 전위에 접속되는 판 모양의 제2부재를 구비하고,

   제1부재에 있어서 제2부재와의 접촉부에 볼트가 삽입되는 볼트 삽입공(bolt 揷入孔)을 형성하고, 제2부재에 있어서 제1부재와의 접촉부에 상기 볼트가 삽입되는 장공(長孔)을 형성하여, 위치조정기구를 구성하고 있는 것을

   특징으로 하는 스퍼터링 장치.
6. 제5항에 있어서,

   제1부재는, 제2부재에 고정되고 볼트 삽입공을 구비하는 고정부와 고정부의 폭보다 폭이 작은 세폭부(細幅部)가 연속하여 형성되고, 이 세폭부의 선단을 끝이 가는 모양으로 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
7. 제5항에 있어서,

   제1부재는, 제2부재에 고정되고 볼트 삽입공을 구비하는 고정부와 고정부의 폭보다 폭이 작은 세폭부가 연속하여 형성되고, 이 세폭부의 선단부에 도전성 재료로 이루어지는 망상체(網狀體)를 세폭부와 통전(通電) 가능하게 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
8. 제1항에 내지 제7항 중의 어느 하나의 항에 있어서,

   스퍼터링 장치가 대향 타겟형(對向 target型)의 스퍼터링 장치인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
9. 제1항에 내지 제7항 중의 어느 하나의 항에 있어서,

   스퍼터링 장치가 마그네트론 스퍼터링 장치(magnetron sputtering apparatus)인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.

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