KR20080064125A - 스퍼터링 장치 및 성막 방법 - Google Patents

스퍼터링 장치 및 성막 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20080064125A
KR20080064125A KR1020087009280A KR20087009280A KR20080064125A KR 20080064125 A KR20080064125 A KR 20080064125A KR 1020087009280 A KR1020087009280 A KR 1020087009280A KR 20087009280 A KR20087009280 A KR 20087009280A KR 20080064125 A KR20080064125 A KR 20080064125A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
targets
target
space
voltage
film
Prior art date
Application number
KR1020087009280A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101006057B1 (ko
Inventor
사토루 타카사와
사다유키 우끼시마
노리아키 타니
사토루 이시바시
Original Assignee
울박, 인크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울박, 인크 filed Critical 울박, 인크
Publication of KR20080064125A publication Critical patent/KR20080064125A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101006057B1 publication Critical patent/KR101006057B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/10—Glass or silica
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/84—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing record carriers
    • G11B5/85—Coating a support with a magnetic layer by vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3423—Shape

Abstract

본 발명의 스퍼터링 장치(1)는 제 1~제 4 타겟(21a~21d)을 가지고 있다. 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)은 표면이 서로 대향 배치되어 있다. 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)도 표면이 서로 대향 배치되어 있다. 유전체막을 성막할 때에는 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)과, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)을 번갈아 스퍼터링한다. 표면이 서로 대면하는 두 장의 타겟(21a~21d)이 스퍼터링될 때에, 다른 두 장의 타겟(21a~21d)은 어스로서 기능한다. 그 결과, 이상 방전이 억제된다.
스퍼터링 장치, 성막 방법, 타켓, 유전체막, 방전

Description

스퍼터링 장치 및 성막 방법{SPATTERING AND FILM FORMING METHOD}
본 발명은 스퍼터링 장치와, 이를 이용한 성막 방법에 관한 것이다.
산화물 박막 등의 유전체 박막을 제조하는 방법으로서, 활성 가스를 스퍼터링 공간에 도입하고, 타겟으로부터 얻어지는 스퍼터 재료와 상기 활성 가스를 반응시켜 화합물막을 퇴적시키는 반응성 스퍼터링에 의한 제조 방법이 알려져 있다.
이 반응성 스퍼터링에서는, 통상 캐소드가 기판과 평행하게 배치되어 있다. 그 때문에, 캐소드 상의 타겟으로부터 수직으로 방출되는 스퍼터 입자가 기판 상에 입사한다. 그러한 스퍼터 입자는 고에너지이기 때문에, 기판 상에 형성 유전체막을 형성할 때, 그 유전체막에 데미지를 준다는 문제가 있었다.
종래, 이 문제를 해결하기 위하여, 대향 타겟식 스퍼터링에 의한 제조 방법이 제안되어 있다. 이 제조 방법은 한 쌍의 타겟을, 공간을 두고 서로 대향하도록 배치하고, 그들 타겟에 대하여 수직 방향으로 자계를 발생시켜 페닝 방전시킨다(일본 특허 공고 소 62-56575 공보).
도 7의 부호 110은 종래 기술의 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 나타내고 있다. 이 스퍼터링 장치(110)는 진공조(111)를 가지고 있으며, 이 진공조(111) 내에는 두 대의 타겟(121a, 121b)이 표면을 서로 일정 거리만큼 이간하여 평행하게 대 향 배치되어 있다. 각 타겟(121a, 121b)의 이면은 캐소드 전극(122a, 122b)에 장착되고, 캐소드 전극(122a, 122b)의 이면에는 자석 부재(115a, 115b)가 배치되어 있다. 자석 부재(115a, 115b)는 요크(129a, 129b)에 링 형상의 자석(123a, 123b)이 장착되어 구성되어 있다.
각 자석(123a, 123b)은 각각 한 쪽 자극을 타겟(121a, 121b)을 향해, 다른 쪽 자극을 타겟과는 반대 방향을 향하게 하여 배치되어 있다. 동시에, 두 개의 자석(123a, 123b)은 서로 다른 극성의 자극이 타겟(121a, 121b)을 향하고 있다.
즉, 한 쪽 자석(123a)이 타겟(121a)에 N극을 향하고 있는 경우, 다른 쪽 자석(123b)은 타겟(121b)에 S극을 향하고 있다. 자석(123a, 123b)은 링 형상이기 때문에, 자석(123a, 123b) 사이에는 통 형상의 자력선이 형성된다.
진공 배기계(116)에 의해 진공조(111) 내를 진공 배기하고, 가스 도입계(117)로부터 스퍼터 가스를 도입하여, 타겟(121a, 121b)에 전압을 인가하면, 타겟(121a, 121b) 사이의 공간에 스퍼터 가스의 플라즈마가 발생하여 타겟(121a, 121b)의 표면이 스퍼터된다.
타겟(121a, 121b) 사이의 공간의 측방에는 성막 대상물(113)이 배치되어 있다. 타겟(121a, 121b)으로부터 비스듬하게 비산하여 진공조(111) 내로 방출된 스퍼터 입자에 의해 성막 대상물(113) 표면에 박막이 형성된다.
이 스퍼터링 장치(110)에 의하면, 고속 에너지를 가진 입자를 통 형상의 자력선에 의해 한 쌍의 타겟 사이에 가둘 수 있다. 따라서, 고속 에너지 입자가 기판에 입사하는 것을 방지하는 것이 가능해져 데미지가 적은 박막의 제조가 가능하였 다.
또한, 통상의 스퍼터링에서는 스퍼터 가스로서 불활성 가스만을 이용하지만, 상기 반응성 스퍼터링에서는 스퍼터 가스로서 불활성 가스에 활성 가스를 가하여, 타겟으로부터 튀어 나오는 고체 입자와 활성 가스와의 반응물을 성막하는 것을 특징으로 한다.
산화물 박막을 성막하는 경우, 스퍼터 가스에, 활성 가스로서 산소 가스를 동시에 도입한다. 그 때문에, 타겟 표면이 산화되고, 방착판이나 어스 실드 등에도 유전체막이 퇴적하여, 이상 아크 방전이 빈번하게 발생할 우려가 있다.
이 이상 아크 방전을 해소하기 위하여, 종래 상기 대향하는 두 개의 타겟에 위상을 180도 어긋나게 한 교류 전장을 인가하는 것이 제안되어 있다(일본 특허공개 평 11-29862호 공보).
그러나, 교류 전장을 인가한 경우라도 유전체막의 성막을 계속하면, 타겟 표면, 방착판, 캐소드 박스(스퍼터실)의 내벽 등에 유전체막이 퇴적하여 이상 아크 방전이 일어났다.
또한, 유전체막의 성막을 계속하여 캐소드 박스의 내벽 전체에 유전체막이 퇴적하면, 플라즈마가 접지 전위를 위하여 통 형상 자력선의 내부로부터 기판이 배치된 측의 공간으로 분출하여, 기판이 플라즈마에 의해 데미지를 받는다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 유전체막을 성막하는 경우에도 이상 방전이 발생하지 않는 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 표면이 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 타겟과, 표면이 상기 제 1 타겟의 표면과 평행하게 된 제 3 타겟과, 표면이 상기 제 2 타겟의 표면과 평행하게 되고, 상기 제 3 타겟과 대향 배치된 제 4 타겟과, 상기 제 1~ 제 4 타겟의 이면에 배치된 제 1~제 4 캐소드 전극을 가지고, 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면하는 위치의 성막 대상물 표면에 박막을 형성하도록 구성된 스퍼터링 장치이다.
본 발명은 스퍼터링 장치로서, 상기 제 3, 제 4 타겟의 표면은 각각 상기 제 1, 제 2 타겟의 표면과 같은 평면 내에 위치하는 스퍼터링 장치이다.
본 발명은 스퍼터링 장치로서, 상기 제 1, 제 2 타겟은 상기 박막 형성 중의 상기 성막 대상물과 상기 제 3, 제 4 타겟 사이에 배치된 스퍼터링 장치이다.
본 발명은 스퍼터링 장치로서, 성막 대상물을 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면시키면서 이동시키는 이동 기구를 갖는 스퍼터링 장치이다.
본 발명은 스퍼터링 장치로서, 상기 제 3, 제 4 타겟은 상기 박막 형성 중의 상기 성막 대상물이 상기 제 3, 제 4 타겟 사이의 공간과 대면하도록 배치된 스퍼터링 장치이다.
본 발명은 스퍼터링 장치로서, 성막 대상물을, 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과, 상기 제 3, 제 4 타겟 사이의 공간에 동시에 대면시키면서 이동시키는 이동 기구를 갖는 스퍼터링 장치이다.
본 발명은 스퍼터링 장치로서, 상기 제 1~제 4 캐소드 전극에 접속되어 교류 전압을 출력하는 스퍼터링 전원을 가지며, 상기 스퍼터링 전원은 상기 제 1, 제 2 캐소드 전극에 같은 극성, 같은 크기의 전압을 인가하고, 상기 제 3, 제 4 캐소드 전극에 같은 극성, 같은 크기의 전극을 인가하도록 접속된 스퍼터링 장치이다.
본 발명은 스퍼터링 장치로서, 상기 스퍼터링 전원은, 상기 제 1, 제 2 캐소드 전극에 음전압이 인가될 때에는, 상기 제 3, 제 4 캐소드 전극에 상기 제 1, 제 2 캐소드 전극에 대하여 양전압이 인가되고, 상기 제 3, 제 4 캐소드 전극에 음전압이 인가될 때에는, 상기 제 1, 제 2 캐소드 전극에 상기 제 3, 제 4 캐소드 전극에 대하여 양전압이 인가되는 교류 전압을 출력하는 스퍼터링 장치이다.
본 발명은 표면이 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 타겟과, 표면이 상기 제 1 타겟의 표면과 평행하게 된 제 3 타겟과, 표면이 상기 제 2 타겟의 표면과 평행하게 되고, 상기 제 3 타겟과 대향 배치된 제 4 타겟을 갖는 스퍼터링 장치의, 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면하는 위치의 성막 대상물에 유전체막을 성막하는 성막 방법으로서, 상기 제 1, 제 2 타겟에 음전압을 인가하고, 상기 제 3, 제 4 타겟에 상기 제 1, 제 2 타겟에 대하여 양전압을 인가하는 제 1 전압 기간과, 상기 제 3, 제 4 타겟에 음전압을 인가하고, 상기 제 1, 제 2 타겟에 상기 제 3, 제 4 타겟에 대하여 양의 전압을 인가하는 제 2 전압 기간이 번갈아 반복되는 성막 방법이다.
본 발명은 성막 방법으로서, 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면시키면서 상기 성막 대상물을 이동시켜 상기 유전체막을 성막하는 성막 방법이다.
본 발명은 성막 방법으로서, 상기 성막 대상물의 이동 방향의 선단이 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면하는 위치에 도달하고부터, 상기 성막 대상물의 이동 방향의 가장 끝단이 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면하는 위치를 전부 통과할 때까지, 상기 제 1, 제 2 전압 기간이 각각 2회 이상 반복되는 성막 방법이다.
본 발명은 상기와 같이 구성되어 있으며, 제 1~제 4 타겟은 이면측에 배치된 제 1~제 4 캐소드 전극에 각각 전기적으로 접속되고, 제 1~제 4 타겟은 그 이면측에 배치된 캐소드 전극과 같은 전압이 인가되도록 구성되어 있다.
제 1, 제 2 타겟에 음전압을 인가하여 스퍼터링하면, 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간에 스퍼터 입자가 방출되고, 제 3, 제 4 타겟에 음전압을 인가하여 스퍼터링하면, 제 3, 제 4 타겟 사이의 공간에 스퍼터 입자가 방출된다.
제 1, 제 2 타겟은 이동 경로와 제 3, 제 4 타겟 사이에 위치해 있기 때문에, 제 3, 제 4 타겟으로부터 방출된 스퍼터 입자는 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간을 통과하여 상기 성막 대상물에 도달한다.
도 1은 본 발명의 스퍼터링 장치의 단면도.
도 2는 제 1예의 스퍼터링 장치의 스퍼터실을 모식적으로 나타내는 사시도.
도 3은 제 2예의 스퍼터링 장치의 스퍼터실을 모식적으로 나타내는 사시도.
도 4는 이동 기구의 다른 예를 설명하는 단면도.
도 5는 플랫 밴드 시프트와 유전체막의 막두께의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 기판 온도와 성막 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 종래 기술의 스퍼터링 장치를 설명하는 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 스퍼터링 장치
4 전원
5 성막 대상물(기판)
6 스퍼터실
7 이동 기구
21a~21d 제 1~제 4 타겟
22a~22d 제 1~제 4 캐소드 전극
25a~25d 제 1~제 4 자석 부재
도 1의 부호 1은 본 발명의 제 1예의 스퍼터링 장치를 나타내고 있다.
이 스퍼터링 장치(1)는 세로형 인터백식의 장치로서, 진공조(11)를 가지고 있다. 진공조(11)는 반송실(9)과, 후술하는 스퍼터링이 수행되는 스퍼터실(6)을 가지고 있다. 반송실(9) 내부에는 성막 대상물인 기판(5)을 반송실(9) 내에서 반송하는 이동 기구(7)가 배치되어 있다.
반송실(9)에는 반입구(41)와 반출구(42)가 설치되어 있다. 반입구(41)에는 도시하지 않은 반출입실이 접속되고, 반출구(42)에는 도시하지 않은 후처리실이 접속되어 있다.
성막 대상물인 기판(5)은 반출입실로부터 반입구(41)를 지나 반송실(9) 내로 반입되면, 캐리어(13)에 지지되도록 되어 있다. 이동 기구(7)는 기판(5)의 성막면이 동일 평면(14) 내에 위치하는 상태를 유지한 채로 반입구(41)부터 반출구(42) 사이에서 캐리어(13)를 기판(5)과 함께 직선 이동시킨다.
반송실(9)의 벽면에는 반입구(41)와 반출구(42) 사이의 위치에 개구(16)가 설치되어 있다. 스퍼터실(6)은 개구(16)를 통하여 반송실(9)에 기밀하게 접속되어 있다. 기판(5)은 성막면을 개구(16)를 향하게 한 상태에서, 개구(16)와 대면하는 위치를 통과하도록 되어 있다.
스퍼터실(6)의 내부에는 판 형상의 제 1~제 4 타겟(21a~21d)이 배치되어 있다. 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)은 표면이 서로 대향하여 위치하고, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)도 표면이 서로 대향하여 위치하고 있다(도 2).
제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)의 표면은 각각 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)의 표면과 평행이다. 여기에서는, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)의 표면은 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)의 표면과 각각 동일 평면 내에 위치하고 있다.
제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)은 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)보다도 개구(16)로부터 가까이에 배치되어 있다. 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 사이의 공간(45)의 중심과, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 사이의 공간(46)의 중심을 연결하는 직선의 연장선 상에, 기판(5)이 직선 이동하는 경로가 위치하고 있다. 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 사이의 공간(46)은 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 사이의 공간(45)을 통하여 개구(16)와 면하고 있다.
제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 이면측에는 제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)가 각각 배치되어 있다. 제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)에 의해 제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 표면에 자력선이 형성되도록 구성되어 있다.
제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 이면에는 제 1~제 4 캐소드 전극(22a~22d)이 배치되어 있다. 제 1~제 4 타겟(21a~21d)은 제 1~제 4 캐소드 전극(22a~22d)의 표면에 각각 밀착하여 장착되어 있다.
제 1~제 4 타겟(21a~21d) 주위에는 어스 실드(24)가 각각 설치되어 있다. 어스 실드(24)는 진공조(11)와 같은 접지 전위에 접속되어 있다.
진공조(11)의 외부에는 전원(4)이 배치되어 있다. 진공 배기계(19)는 진공조(11) 내를 진공 배기한다. 가스 도입계(18)로부터, 스퍼터 가스와, 필요에 따라 활성 가스가 진공조(11) 내로 도입되어 성막 분위기가 형성된다. 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 표면에 자력선을 형성한 상태에서 전원(4)으로부터 캐소드 전극(22a~22d)에 전압을 인가하면, 제 1~제 4 타겟(21a~21d)에 전압이 인가되고 제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 표면이 스퍼터되어 스퍼터 입자가 방출되도록 구성된다.
도 1의 부호 V로 기판(5)이 이동하는 이동 방향을 나타낸다. 도 1의 부호 A는 제 1, 제 3 타겟(21a, 21c) 표면이 위치하는 평면을 나타낸다. 도 1의 부호 B는 제 2, 제 4 타겟(21b, 21d) 표면이 위치하는 평면을 나타낸다. 평면(A, B)은 이동 방향(V)과 직교하도록 되어 있다.
기판(5)은 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 사이의 공간(45, 46)과 일정 거리만큼 이간한 상태를 유지하여 이동한다. 제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 표면으로부터 방출 된 스퍼터 입자는 기판(5)의 성막면에 거의 수직으로 입사하여 박막이 형성된다.
다음으로, 유전체막을 성막하는 경우의 스퍼터링 장치(1)의 구성에 대하여 설명한다.
제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)는 링 형상의 제 1~제 4 링 자석(27a~27d)을 가지고 있다. 제 1~제 4 링 자석(27a~27d)은 링이 위치하는 평면과 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 표면이 거의 평행이 되고, 링의 중심축선이 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 표면에 대하여 거의 수직이 되도록 배치되어 있다.
제 1~제 4 링 자석(27a~27d)은 제 1~제 4 타겟(21a~21d)을 향해진 면에 자석이 형성되어 있다.
제 1, 제 2 링 자석(27a, 27b)은 서로 다른 극성의 자극이 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)을 향하고, 제 3, 제 4 링 자석(27c, 27d)도 서로 다른 극성의 자극이 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)을 향해져 있다.
제 1, 제 2 링 자석(27a, 27b) 사이에는 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)의 표면을 지나는 통 형상으로 자력선이 형성되고, 제 3, 제 4 링 자석(27c, 27d) 사이에는 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)의 표면을 지나는 통 형상의 자력선이 형성된다.
제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 평면 형상은 제 1~제 4 링 자석(27a~27d)의 링 외주보다도 작아, 제 1~제 4 타겟(21a~21d)은 이면에 위치하는 링 자석(27a~27d)의 외주로부터 비어져 나오지 않도록 되어 있다.
제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)과 그 사이의 공간(45)은 제 1, 제 2 링 자석(27a, 27b)이 형성하는 통 형상 자력선으로 둘러 싸이고, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)과 그 사이의 공간(46)은 제 3, 제 4 자석 부재(25c, 25d)가 형성하는 통 형상 자력선으로 둘러 싸인다. 따라서, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 사이의 공간(45)과, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 사이의 공간은 서로 다른 통 형상 자력선으로 둘러 싸인다.
같은 평면(A, B) 내에서 인접하는 자석 부재(25a~25d)는 같은 극성의 자극을 타겟(21a~21d)에 향하고 있다. 즉, 제 1, 제 3 링 자석(27a, 27c)의 제 1, 제 3 타겟(21a, 21c)에 향해진 자극의 극성은 같다. 제 2, 제 4 링 자석(27b, 27d)의 제 2, 제 4 타겟(21b, 21d)에 향해진 자극의 극성도 같게 되어 있다.
제 1, 제 3 링 자석(27a, 27c) 사이와, 제 2, 제 4 링 자석(27b, 27d) 사이에 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 표면을 관통하는 자력선은 형성되지 않아, 통 형상의 자력선의 자속 밀도가 감소하지 않는다.
제 1~제 4 링 자석(27a~27d)의 이면측에는 제 1~제 4 요크(26a~26d)가 각각 배치되어 있다. 제 1~제 4 링 자석(27a~27d)은 제 1~제 4 타겟(21a~21d)측의 자극과 반대의 자극이 형성된 면이 제 1~제 4 요크(26a~26d)에 각각 밀착하고 있다. 자력선은 제 1~제 4 타겟(21a~21d)과는 반대측으로 팽창하지 않도록 되어 있다.
여기에서는 제 1~제 4 링 자석(27a~27d)의 내측에 제 1~제 4 봉 형상 자석(28a~28d)이 각각 위치되어 있다. 제 1~제 4 봉 형상 자석(28a~28d)은 그 주위의 링 자석(27a~27d)과 같은 극성의 자극이 제 1~제 4 타겟(21a~21d)을 향해져 있다.
따라서, 이 제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)에서는 제 1~제 4 타겟(21a~21d)측의 자극의 간격이, 봉 형상 자석이 없는 경우에 비해 좁다. 제 1~제 4 타 겟(21a~21d) 표면을 관통하는 자력선은 같은 자석 부재(25a~25d)로 돌아가지 않는다.
따라서, 봉 형상 자석이 없는 경우에 비해 통 형상 자력선의 밀도는 높아진다. 이와 같이, 제 1, 제 2 링 자석(27a, 27b) 사이와, 제 3, 제 4 링 자석(27c, 27d) 사이의 통 형상 자력선의 자속 밀도는 높다. 그 때문에, 상술한 스퍼터링시에는 통 형상 자력선의 내부에 플라즈마가 갇힌다.
반송실(9)과 스퍼터실(6)은 접지 전위에 접속되어 있다.
전원(4)은 교류 전원으로서, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)에 접지 전위에 대하여 음전압을 인가할 때에는 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)에 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)에 대하여 양전압을 인가하고, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)에 접지 전위에 대하여 음전압을 인가할 때에는 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)에 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)에 대하여 양전압을 인가하도록 구성되어 있다.
따라서, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 표면의 스퍼터링과, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 표면의 스퍼터링이 번갈아 일어난다.
제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)에 인가되는 전압의 크기는 양, 음 어떤 경우라도 모두 같다. 마찬가지로, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)에 인가되는 전압의 크기도 양, 음 어떤 경우라도 모두 같게 되어 있다. 따라서, 서로 대향하는 두 장의 타겟(21a~21d) 사이에는 전위차가 생기지 않는다. 그 결과, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)은 균일하게 스퍼터링되고, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)도 균일하게 스퍼터링된다.
유전체막을 성막할 때에는 도전성 재료로 이루어지는 제 1~제 4 타겟(21a, 21d)을 제 1~제 4 캐소드 전극(22a~22d)에 장착해 둔다. 진공조(11) 내를 소정 압력까지 진공 배기한다. 진공 배기를 계속하면서, 활성 가스를 스퍼터 가스와 함께 진공조(11) 내에 도입하여 성막 분위기를 형성한다.
또한, 활성 가스는 도전성 재료와 반응하여 유전체 재료를 생성하는 가스이다. 여기에서는 스퍼터 가스는 희가스이다.
반송실(9)과 스퍼터실(6)을 접지 전위에 둔다. 성막 분위기를 유지하면서, 전원(4)으로부터 제 1~제 4 타겟(21a~21d)에 교류 전압을 인가한다. 그 교류 전압에 의해, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)에 접지 전위에 대하여 음전압이 인가될 때, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)에 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)에 대하여 양전압이 인가된다. 또한, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)에 접지 전위에 대하여 음전압이 인가될 때, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)에 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)에 대하여 양전압이 인가된다.
그 결과, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 표면과, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 표면이 번갈아 스퍼터링된다.
미리 반송실(9)에 기판(5)을 반입해 둔다. 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 표면의 스퍼터링과, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 표면의 스퍼터링을 계속하면서, 기판(5)을 상술한 이동 기구(7)에 의해 이동시킨다.
기판(5)은 개구(16)와 면하는 위치에 도달하면, 개구(16)를 통하여 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 사이의 공간(45)과 대면하여 성막면에 스퍼터링 입자가 도달하기 시작한다.
전원(4)이 출력하는 교류 전압의 주파수는 기판(5)의 이동 방향(V) 선단이 개구(16)와 면하는 위치에 도달하고부터 이동 방향(V) 최후단이 개구(16)와 면하는 위치를 다 통과할 동안에, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)의 표면과, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)의 표면이 복수회씩 스퍼터링되도록 설정되어 있다.
제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)은 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)보다도 개구(16)로부터 먼 위치에 있다. 따라서, 한 장의 기판(5)에는 개구(16)로부터 먼 위치에서 방출된 스퍼터 입자와, 개구(16)로부터 가까운 위치에서 방출된 스퍼터 입자가 번갈아 복수회씩 도달하게 된다.
개구(16)로부터 먼 위치에서 방출된 스퍼터 입자는 개구(16)로부터 가까운 위치에서 방출된 스퍼터 입자에 비해 기판(5)에 도달할 비율이 적다. 그러나, 본 발명의 성막 방법에서는 개구(16)로부터 먼 위치에서 방출된 스퍼터 입자와, 개구(16)로부터 가까운 위치에서 방출된 스퍼터 입자가 번갈아 복수회씩 같은 기판(5)에 도달한다. 그 결과, 성막면의 각 부분에 도달하는 스퍼터 입자의 양이 평균화된다.
스퍼터 입자는 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 표면으로부터 기판(5)의 성막면에 도달하는 동안, 또는 기판(5)의 성막면에 도달하고 나서, 활성 가스와 반응하여 유전체 재료가 생성된다. 따라서, 기판(5) 표면에는 유전체막이 형성된다. 상술한 바와 같이, 기판(5) 성막면의 각 부분에 도달하는 스퍼터 입자의 양은 평균화되어 있다. 따라서, 성막면에는 막두께 균일한 유전체막이 형성된다.
활성 가스를 공급하면서 제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 스퍼터링을 계속하면, 스퍼터실(6)의 내벽이나 어스 실드(24)의 표면에도 유전체막이 형성된다. 그 결과, 스퍼터실(6)이나 어스 실드(24)가 어스로서 기능하지 않게 된다.
본 발명에서는 두 장의 대향하는 타겟(21a~21d)의 표면이 스퍼터링될 때에는 다른 두 장의 대향하는 타겟(21a~21d)이, 스퍼터되는 타겟(21a~21d)에 대하여 양의 전압에 두어진다. 그 결과, 스퍼터되지 않는 타겟(21a~21d)이 어스로서 기능한다.
또한, 두 장의 대향하는 타겟(21a~21d)과 다른 두 장의 타겟(21a~21d)은 번갈아 스퍼터링된다. 타겟(21a~21d) 표면에 유전체막이 부착되어도, 스퍼터링에 의해 유전체막이 제거된다. 그 때문에, 스퍼터실(6) 내에는 항상 어스가 존재하게 된다. 그 어스가 이상 방전을 방지한다.
반송실(9)은 접지 전위에 접속되어 있다. 스퍼터실(6)의 내벽이 유전체막으로 덮여지면, 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 사이의 공간(45, 46)의 플라즈마는 접지 전위를 구하여 반송실(9)로 끌어 당겨진다.
그러나, 반송실(9)보다도 가까이에 어스로서 기능하는 타겟(21a~21d)이 있다. 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)이 스퍼터링될 때에는 그 사이의 공간(45)의 플라즈마는 개구(16)로부터 인출되지 않고, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 사이의 공간(46)에 인입된다.
역으로, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)이 스퍼터링될 때에는, 그 사이의 공간(46)의 플라즈마는 개구(16) 바로 앞에서 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 사이의 공간(45)으로 인입된다. 따라서, 어떠한 경우라도 플라즈마는 개구(16)로부터 반송 실(9) 내로 인입되지 않는다. 기판(5)은 플라즈마에 의해 데미지를 받지 않는다.
상기 제 1예의 스퍼터링 장치(1)에서는 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 사이의 공간(46)이 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 사이의 공간(45)을 통하여 개구(16)와 면하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
도 3의 부호 50은 본 발명 제 2예의 스퍼터링 장치를 나타내고 있다. 이 스퍼터링 장치(50)는 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 표면이 각각 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 표면과 평행한 면(여기에서는 동일면)에 있다는 점에서 제 1예의 스퍼터링 장치(1)와 같다.
그러나, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)은 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)과 개구(16)로부터의 거리가 거의 비슷하게 되어 있다. 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 사이의 공간(46)은 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 사이의 공간(45)과 마찬가지로, 직접 개구(16)와 면한다.
따라서, 제 2예의 스퍼터링 장치(50)에서는 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)으로부터 방출되는 스퍼터 입자는 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 사이의 공간(45)을 지나지 않는다. 그 스퍼터 입자는 직접 개구(16)로부터 기판(5)을 향해 비행한다.
제 2예의 스퍼터링 장치(50)에서도 제 1예의 스퍼터링 장치(1)와 마찬가지로, 제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 이면측에 제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)가 배치되어 있다(여기에서는 제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)를 도시하지 않는다). 이 자석 부재들(25a~25d)에 의해, 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 표면을 지나는 자력선이 각각 형성된다.
제 2예의 스퍼터링 장치(50)는 제 1예의 스퍼터링 장치(1)와 마찬가지로, 제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)가 제 1~제 4 링 자석(27a~27d)을 갖는다. 제 1, 제 2 타겟(21a, 21d) 사이의 공간(45)을 둘러싸는 통 형상의 자력선과, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 사이의 공간(46)을 둘러싸는 통 형상의 자력선이 각각 형성된다.
다음으로, 이 스퍼터링 장치(50)에서 유전체막을 성막하는 공정에 대하여 설명한다. 도전체 재료로 이루어지는 제 1~제 4 타겟(21a~21d)을 캐소드 전극(22a~22d)에 장착하고, 제 1예의 스퍼터링 장치(1)에서 유전체막을 성막하는 경우와 마찬가지로 성막 분위기를 형성한다.
반송실(9)과 스퍼터실(6)을 접지 전위에 둔 상태에서, 제 1~제 4 타겟(21a~21d)에 교류 전압을 인가한다.
제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)에 접지 전위에 대하여 음전압이 인가될 때에는 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)은 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)에 대하여 양전압이 인가된다.
제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)에 접지 전위에 대하여 음전압이 인가될 때에는 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)에 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)에 대하여 양전압이 인가된다. 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 표면과, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 표면은 번갈아 스퍼터링된다.
이 스퍼터링 장치(50)에서도, 스퍼터링되지 않는 타겟(21a~21d)이 어스로서 기능한다. 그 때문에 이상 방전이 일어나지 않는다. 또한, 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 사이의 공간(45, 46)으로부터 플라즈마가 반송실(9)로 인출되지 않는 다. 따라서, 기판(5)은 데미지를 받지 않는다.
제 2예의 스퍼터링 장치(50)는 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)이 개구(16)와 직접 면한다. 그 때문에, 제 1예의 스퍼터링 장치(1)에 비해 스퍼터 입자가 넓은 범위로 방출된다. 제 2예의 스퍼터링 장치(50)는 제 1예의 스퍼터링 장치(1)보다도 성막 면적이 넓은 기판(5)을 성막하는데 접합하다. 그러나, 박막의 막두께 분포는 제 1예의 스퍼터링 장치(1)가 제 2예의 스퍼터링 장치(50)보다도 균일하게 된다.
이상에서는 기판(5)이 반송실(9) 내에서 직선 이동하는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 도 4의 부호 61은 본 발명에 이용하는 이동 기구의 다른 예를 나타내고 있다.
이 이동 기구(61)는 반송 드럼(67)을 가지고 있다. 반송 드럼(67)은 반송실(9) 내부의 개구(16)와 대면하는 위치에서 측면이 개구(16)를 향해 배치되어 있다. 반송 드럼(67)은 도시하지 않은 구동 기구에 접속되어 있다. 구동 기구를 동작시키면, 반송 드럼(67)이 그 중심축선과 개구(16)의 상대적인 위치 관계를 유지한 채로, 중심축선을 중심으로 하여 회전하도록 구성되어 있다.
기판(5)은 반출입실로부터 반송실(9)에 반입되면, 반송 드럼(67)의 측면에 장착된다. 반송 드럼(67)을 회전시키면, 기판(5)은 반송 드럼(67)의 중심축선을 중심으로 하는 원주를 따라 회전 이동한다. 기판(5)은 이동하는 도중에 개구(16)와 대면하는 위치를 통과한다.
도 4의 부호 v는 기판(5)의 이동 방향을 나타내고 있다. 이동 방향(v)이, 제 1, 제 3 타겟(21a, 21c)의 표면이 위치하는 평면(A)과, 제 2, 제 4 타겟(21b, 21d) 의 표면이 위치하는 평면(B)과 수직이 되었을 때에, 기판(5)의 중심으로부터 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)까지의 거리는 각각 등거리가 된다.
기판(5)의 중심으로부터 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)까지의 거리도 각각 등거리가 되도록 되어 있다. 그 결과, 기판(5)이 개구(16)에 근접할 때와 멀어질 때의 스퍼터 입자의 양은 균일해진다.
이 이동 기구(61)는 상술한 제 1, 제 2예의 스퍼터링 장치(1, 50) 모두에 이용할 수 있다.
이상에서는 타겟의 매수가 4장인 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 외에, 서로 대향하는 두 장의 타겟을 세트로 하여 한 세트 이상 스퍼터실(6)에 배치할 수도 있다.
또한, 스퍼터실(6)의 개수도 하나에 한정되지 않는다. 두 개 이상의 스퍼터실을 같은 반송실(9)에 접속하고, 기판(5)이 반송실(9) 내를 이동하는 동안에 성막면에 2종류 이상의 막을 적층할 수도 있다.
상기 유전체막의 성막에 이용하는 제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 구체예를 설명한다. 예를 들면, 철이나, 알루미늄 등의 금속 타겟이나, 실리콘 타겟이다. 실리콘 타겟에는 필요에 따라 붕소 등의 도펀트를 1종류 이상 첨가할 수도 있다.
활성 가스의 종류도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 도전성 재료를 산화시켜 산화물을 생성하는 산화 가스, 도전성 재료를 질화시켜 질화물을 생성하는 질화 가스가 있다. 산화 가스와 질화 가스 중 어느 한 쪽 또는 양 쪽 모두를 이용 하는 것이 가능하다. 산화 가스로는 O2, O3, H2O, CO2 중 적어도 1종류를 이용할 수 있다. 질화 가스로는 N2, NH4 중 적어도 1종류를 이용할 수 있다.
또한, 활성 가스나 스퍼터 가스와 함께 캐리어 가스를 진공조(11) 내에 도입할 수도 있다. 활성 가스의 농도나 스퍼터 가스의 농도를 캐리어 가스로 조정할 수 있다.
스퍼터 가스의 종류도 특별히 한정되지 않는다. 희가스, Ar, Ne, Kr 등을 이용할 수 있다.
본 발명의 스퍼터링 장치(1, 50)를 이용하여 성막 가능한 유전체막은 예를 들면, SiO2 박막, Al2O3 박막, SiNx 박막, ITO 박막, SnO2 박막, ZnOx 박막, IZO 박막 등이다.
제 1~제 4 타겟(21a~21d)으로 도전성 재료로 구성된 것을 이용하지 않아도 된다. 예를 들면, 유전체 재료로 이루어지는 제 1~제 4 타겟(21a~21d)을 이용하여 유전체막을 성막할 수도 있다. 이 경우에는 활성 가스를 도입하지 않고 성막 분위기를 형성해도 된다. 또한, 산소 원자나 질소 원자를 보완하기 위하여 활성 가스를 도입하여 성막 분위기를 형성할 수도 있다.
또한, 제 1, 제 2예의 스퍼터링 장치(1, 50)는 유전체막의 성막에 이용될 뿐만 아니라 도전성막의 성막에 이용할 수도 있다.
이 경우에는, 제 1~제 4 타겟(21a~21d)으로서 도전성 재료로 이루어진 것을 이용한다. 그 제 1~제 4 타겟(21a~21d)을, 산화 가스와 같은 활성 가스를 도입시키 지 않고 스퍼터링한다.
도전성막을 성막하는 경우에는 스퍼터실(6)의 내벽이나 어스 실드(24) 표면에 유전체막이 형성되지 않는다. 그 때문에, 플라즈마를 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 사이의 공간(45, 46)에 보충할 필요가 없다. 따라서, 제 1~제 4 타겟(21a~21d) 전부에 음전압을 인가하여 제 1~제 4 타겟(21a~21d)을 동시에 스퍼터링할 수도 있다.
이상에서는, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b)과, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)을 번갈아 스퍼터링하는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 제 1~제 4 캐소드 전극(22a~22d) 중, 대향하는 두 개의 캐소드 전극(22a~22d)을 진공조(11)와 같은 접지 전위에 둔다. 그 상태를 유지한 채로, 다른 두 개의 캐소드 전극(22a~22d)에 접지 전위에 대하여 음전압을 인가한다. 그 결과, 음전압이 인가된 캐소드 전극(22a~22d) 상의 타겟(21a~21d)만이 스퍼터링된다.
이 경우, 접지 전위에 두는 캐소드 전극(22a~22d)에는 타겟(21a~21d)을 장착할 수도 있고, 타겟(21a~21d)을 장착하지 않을 수도 있다.
스퍼터링되는 타겟(21a~21d)이 장착된 캐소드 전극(22a~22d)에는 직류 전압을 인가할 수 있다. 또한, 그 캐소드 전극(22a~22d)에는 교류 전압을 인가하여 접지 전위에 대하여 음전압과, 이 음전압에 대하여 양의 전압을 번갈아 인가할 수 있다.
또한, 본 발명에서 캐소드 전극(22a~22d)에 인가하는 음전압이라 함은 진공조(11)가 두어진 접지 전위에 대하여 음의 전압이다. 또한, 음전압이 인가된 캐소 드 전극(22a~22d)에 대하여 양의 전압이라 함은, 그 음전압보다도 절대값이 작은 음전압과, 진공조(11)와 같은 접지 전위와, 접지 전위에 대하여 양의 전압이 있다.
제 1~제 4 타겟(21a~21d)은 같은 재료로 구성된 것을 이용할 수도 있다. 또한, 제 1~제 4 타겟(21a~21d)은 서로 다른 재료로 구성된 것을 이용할 수도 있다. 제 1~제 4 타겟(21a~21d)에 서로 다른 재료의 것을 이용하면, 기판(5)의 성막면에 형성되는 박막은 2종류 이상의 재료로 구성된 복합막이 된다.
제 1~제 4 타겟(21a~21d)에 인가하는 전압은 직류 전압이라도 좋고, 교류 전압이어도 좋으며, 펄스 형상의 직류 전압(교체 전압)이어도 좋다. 또한, 그들을 중첩한 전압을 인가할 수도 있다. 제 1~제 4 타겟(21a~21d)이 유전체 재료로 구성되는 경우에는 교류 전압을 인가하는 것이 바람직하다.
제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)의 배치 장소는 특별히 한정되지 않는다. 제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)는 진공조(11)의 내부 또는 외부에 배치할 수 있다. 제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)를 진공조(11)(스퍼터실(6)) 외부에 배치하는 경우에는 스퍼터실(6)을 자력선이 투과 가능한 투자성 재료로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 형상이나 크기, 제 1~제 4 링 자석(27a~27d)의 형상이나 크기도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1~제 4 타겟(21a~21d)은 가로 70㎜, 세로 330㎜의 직사각형 판 형상이다. 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 사이의 거리와, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d) 사이의 거리는 각각 100㎜이다.
이 제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 이면측에 배치하는 제 1~제 4 자석 부 재(25a~25d)의 일예를 설명한다. 제 1~제 4 링 자석(27a~27d)이 링의 폭은 10㎜이다. 이 링의 외주는 가로 90㎜, 세로 340㎜의 직사각형 형상이다. 제 1~제 4 요크(26a~26d)는 가로 90㎜, 세로 340㎜의 직사각형의 판 형상이다. 제 1~제 4 봉 형상 자석(28a~28d)은 가로 10㎜, 길이 270㎜의 직사각형 형상이다.
이 제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)에 있어서, 제 1~제 4 봉 형상 자석(28a~28d)의 짧은 변으로부터, 제 1~제 4 링 자석(27a~27d)의 링 내주까지의 거리는 25㎜이다. 제 1~제 4 봉 형상 자석(28a~28d)의 긴 변으로부터, 제 1~제 4 링 자석(27a~27d)의 링 내주까지의 거리는 30㎜이다.
제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 스퍼터링되는 측의 면으로부터 제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)까지의 거리는, 예를 들면 30㎜이다.
또한, 개구(16)로부터 기판(5)의 이동 경로까지의 거리도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상술한 사이즈의 제 1~제 4 타겟(21a~21d)과, 제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)를 이용하는 경우, 120㎜이다.
제 1~제 4 자석 부재(25a~25d)를 구성하는 자석의 종류나 배치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1~제 4 링 자석(27a~27d)의 내측에 봉 형상 자석을 배치하지 않아도 된다. 이 경우, 각 링 자석(27a~27d)의 링의 폭이 좁고, 타겟(21a~21d)을 향하는 자극간의 거리가 짧으면, 봉 형상 전극이 없어도 통 형상 자력선의 자속 밀도는 낮아지지 않는다.
이상에서는, 제 1, 제 3 타겟(21a~21c)이 동일 평면(A)에 위치하고, 제 2, 제 4 타겟(21b, 21d)이 동일 평면(B)에 위치하며, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 사이 의 거리와, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)의 거리가 거의 비슷한 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 간의 거리에 비하여, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)의 거리가 작아도 된다. 역으로, 제 1, 제 2 타겟(21a, 21b) 간의 거리에 비하여, 제 3, 제 4 타겟(21c, 21d)의 거리가 커도 무방하다.
이상에서는 기판(5)을 이동시키면서 스퍼터링을 수행하는 스퍼터링 장치에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 기판(5)을 개구(16)와 대면하는 위치에서 정지(靜止)시키고, 기판(5)과 제 1~제 4 타겟(21a~21d)의 상대적인 위치 관계를 변경하지 않고 스퍼터링할 수 있다. 그러한 스퍼터링이 가능한 스퍼터링 장치와, 성막 방법도 본발명에 포함된다.
(실시예)
기판(5)으로서 성막면에 막두께 2nm의 열산화막이 형성된 Si 웨이퍼 기판 및 유리 기판을 준비하였다. 기판(5)을 도 1의 장치의 캐리어(13)에 장착하였다. 진공조(11) 내를 5×10-5Pa까지 배기하였다. 가스 도입계(18)로부터 스퍼터 가스인 아르곤 가스(유량 110sccm)와, 산화 가스인 산소 가스(유량 90sccm)를 도입하고, 진공조(11) 내부에 압력 0.67Pa의 성막 분위기를 형성하였다.
두 쌍의 대향 캐소드(제 1~제 4 캐소드 전극(22a~22d)) 간에 AC 전원 1.5kW(캐소드 전극의 표면의 면적 1㎠당 6.7W)를 투입하였다. 캐리어(13)를 반송 속도 15㎜/분으로 개구(16)와 대면하는 위치를 통과시켜 성막을 수행하였다. 제 1~ 제 4 타겟(21a~21d)으로는 Si로 이루어진 것을 이용하였다.
상기의 방법으로 성막한 SiO2막을 분석하였다. 그 SiO2막은 광의 흡수가 거의 없는 양호한 광학 박막임을 알 수 있었다.
제조된 상기 SiO2막 표면에 Al 전극을 가열 증착으로 형성하고, C-V 측정을 수행하였다. 열산화막에서의 결과와 비교한 결과, 플랫 밴드 시프트는 0.04V로 양호한 특성을 얻을 수 있었다(도 5).
도 7에 나타낸 바와 같은, 한 쌍의 대향 타겟을 갖는 종래 기술의 스퍼터링 장치(110)로 SiO2막을 성막하였다. 가스 유량은 도 1의 장치를 이용한 경우의 조건과 같게 하였다. 투입 파워는 DC 전원 3.0kW(캐소드 전극의 표면의 면적 1㎠당 6.7W)로 하였다. 기판 캐리어를 반송 속도 15㎜/분으로 통과시켜 성막을 수행하였다.
광학 특성은 도 1의 장치를 이용한 경우와 동등한 양호한 특성이 얻어졌지만, 플랫 밴드 시프트는 1.0V로 증가하였다(도 5). 또한, 플랫 밴드 시프트가 크면, 기판(5)의 하지(下地)막에 대한 데미지가 큰 것을 알 수 있다. 또한, 도 7의 스퍼터링 장치(110)에서는, 스퍼터실의 내벽에 SiO2막이 퇴적하여 플라즈마가 안정되지 않는 문제가 발생하였다.
본 발명의 스퍼터링 장치(1)와 종래 기술의 스퍼터링 장치는, 성막 레이트는 동등하다. 따라서 본 발명의 스퍼터링 장치(1)를 이용하면 광학 특성이 우수한 유전체막을, 성막 레이트를 떨어뜨리지 않고 성막 가능하다. 또한, 본 발명의 스퍼터 링 장치(1)는 이상 방전에 의한 기판(5)에 대한 데미지 없이 성막 가능하다.
또한, 성막시에 기판(5)이 받는 데미지에 대하여 해석을 수행하기 위하여 기판 온도 측정을 수행하였다.
그 측정 조건을 설명한다. 캐리어(13)를 개구(16)와 대면하는 위치에 고정하였다. 캐리어(13) 상의 기판(5)의 근방 위치에 K 열전대를 설치하였다. 그 K 열전대를 레코더에 접속하여 성막 시간에 있어서의 온도 상승을 측정하였다.
또한, 본 발명의 스퍼터링 장치(1)를 이용한 경우와, 도 7에 나타낸 종래 기술의 스퍼터링 장치(110)를 이용한 경우에서는, 성막 레이트는 동등하였다.
도 6을 보면, 본 발명의 스퍼터링 장치(1)를 이용한 것이 종래 기술의 스퍼터링 장치(110)를 이용한 경우보다도 기판(5)의 온도 상승이 작다. 따라서, 본 발명의 스퍼터링 장치(1)는 저온에서 성막 가능하다는 것을 알 수 있었다.
제 1~제 4 타겟 중, 대향하는 두 장의 타겟에 음전압을 인가하여 스퍼터링할 때에는, 이 음전압에 대하여 양의 전압이, 대향하는 다른 두 장의 타겟에 인가되고, 스퍼터링되지 않는 타겟이 스퍼터링되는 타겟에 대하여 어스로서 기능하기 때문에, 스퍼터실 내벽이나 어스 실드가 유전체막으로 덮여도 이상 방전이 잘 일어나지 않는다.

Claims (11)

  1. 표면이 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 타겟과,
    표면이 상기 제 1 타겟의 표면과 평행하게 된 제 3 타겟과,
    표면이 상기 제 2 타겟의 표면과 평행하게 되고, 상기 제 3 타겟과 대향 배치된 제 4 타겟과,
    상기 제 1~ 제 4 타겟의 이면에 배치된 제 1~제 4 캐소드 전극을 가지고,
    상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면하는 위치의 성막 대상물 표면에 박막을 형성하도록 구성된 스퍼터링 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3, 제 4 타겟의 표면은 각각 상기 제 1, 제 2 타겟의 표면과 같은 평면 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 타겟은 상기 박막 형성 중의 상기 성막 대상물과 상기 제 3, 제 4 타겟 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    성막 대상물을 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면시키면서 이동시키 는 이동 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3, 제 4 타겟은 상기 박막 형성 중의 상기 성막 대상물이 상기 제 3, 제 4 타겟 사이의 공간과 대면하도록 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    성막 대상물을, 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과, 상기 제 3, 제 4 타겟 사이의 공간에 동시에 대면시키면서 이동시키는 이동 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1~제 4 캐소드 전극에 접속되어 교류 전압을 출력하는 스퍼터링 전원을 가지며, 상기 스퍼터링 전원은 상기 제 1, 제 2 캐소드 전극에 같은 극성, 같은 크기의 전압을 인가하고, 상기 제 3, 제 4 캐소드 전극에 같은 극성, 같은 크기의 전극을 인가하도록 접속된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 스퍼터링 전원은, 상기 제 1, 제 2 캐소드 전극에 음전압이 인가될 때 에는, 상기 제 3, 제 4 캐소드 전극에 상기 제 1, 제 2 캐소드 전극에 대하여 양전압이 인가되고,
    상기 제 3, 제 4 캐소드 전극에 음전압이 인가될 때에는, 상기 제 1, 제 2 캐소드 전극에 상기 제 3, 제 4 캐소드 전극에 대하여 양전압이 인가되는 교류 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  9. 표면이 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 타겟과,
    표면이 상기 제 1 타겟의 표면과 평행하게 된 제 3 타겟과,
    표면이 상기 제 2 타겟의 표면과 평행하게 되고, 상기 제 3 타겟과 대향 배치된 제 4 타겟을 갖는 스퍼터링 장치의,
    상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면하는 위치의 성막 대상물에 유전체막을 성막하는 성막 방법으로서,
    상기 제 1, 제 2 타겟에 음전압을 인가하고, 상기 제 3, 제 4 타겟에 상기 제 1, 제 2 타겟에 대하여 양전압을 인가하는 제 1 전압 기간과,
    상기 제 3, 제 4 타겟에 음전압을 인가하고, 상기 제 1, 제 2 타겟에 상기 제 3, 제 4 타겟에 대하여 양의 전압을 인가하는 제 2 전압 기간이 번갈아 반복되는 성막 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면시키면서 상기 성막 대상물을 이동 시켜 상기 유전체막을 성막하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 성막 대상물의 이동 방향의 선단이 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면하는 위치에 도달하고부터, 상기 성막 대상물의 이동 방향의 가장 끝단이 상기 제 1, 제 2 타겟 사이의 공간과 대면하는 위치를 전부 통과할 때까지, 상기 제 1, 제 2 전압 기간이 각각 2회 이상 반복되는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
KR1020087009280A 2006-01-25 2007-01-16 스퍼터링 장치 및 성막 방법 KR101006057B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006016405 2006-01-25
JPJP-P-2006-00016405 2006-01-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080064125A true KR20080064125A (ko) 2008-07-08
KR101006057B1 KR101006057B1 (ko) 2011-01-06

Family

ID=38309071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087009280A KR101006057B1 (ko) 2006-01-25 2007-01-16 스퍼터링 장치 및 성막 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8147657B2 (ko)
EP (1) EP1978127A4 (ko)
JP (1) JP4717896B2 (ko)
KR (1) KR101006057B1 (ko)
CN (1) CN101356297B (ko)
TW (1) TWI362426B (ko)
WO (1) WO2007086276A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8382966B2 (en) 2010-01-11 2013-02-26 Samsung Display Co., Ltd. Sputtering system

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102428209A (zh) * 2009-05-20 2012-04-25 株式会社爱发科 成膜方法以及成膜装置
JP6244103B2 (ja) 2012-05-04 2017-12-06 ヴァイアヴィ・ソリューションズ・インコーポレイテッドＶｉａｖｉ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ． 反応性スパッタ堆積のための方法および反応性スパッタ堆積システム
CN103074586B (zh) * 2013-01-23 2015-03-25 中国科学院金属研究所 一种低温低损伤多功能复合镀膜的装置和方法
GB2522600B (en) * 2013-02-28 2018-07-11 Canon Anelva Corp Sputtering Apparatus
GB201319654D0 (en) * 2013-11-07 2013-12-25 Spts Technologies Ltd Deposition of silicon dioxide
CN104529179B (zh) * 2014-10-31 2017-02-01 天津南玻节能玻璃有限公司 抑制三银玻璃放电的装置
US9934950B2 (en) 2015-10-16 2018-04-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Sputtering apparatuses and methods of manufacturing a magnetic memory device using the same
US10580627B2 (en) 2018-04-26 2020-03-03 Keihin Ramtech Co., Ltd. Sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering apparatus
JP6498819B1 (ja) * 2018-05-10 2019-04-10 京浜ラムテック株式会社 スパッタリングカソード集合体およびスパッタリング装置
KR102190714B1 (ko) * 2019-06-11 2020-12-15 (주)광림정공 다양한 합금조성 및 클러스터 구조 제어를 위한 클러스터 소스 장치

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57100627A (en) 1980-12-12 1982-06-22 Teijin Ltd Manufacture of vertical magnetic recording medium
JPS5953680A (ja) * 1982-09-21 1984-03-28 Teijin Ltd スパツタ装置
JPS61192032A (ja) * 1985-02-20 1986-08-26 Konishiroku Photo Ind Co Ltd 磁気記録媒体の製造方法
JPH0313575A (ja) * 1989-06-13 1991-01-22 Hitachi Ltd 対向ターゲツトスパツタ装置
JPH0410253A (ja) * 1990-04-26 1992-01-14 Kao Corp 記録媒体の製造方法
DE4106770C2 (de) * 1991-03-04 1996-10-17 Leybold Ag Verrichtung zum reaktiven Beschichten eines Substrats
US5415757A (en) * 1991-11-26 1995-05-16 Leybold Aktiengesellschaft Apparatus for coating a substrate with electrically nonconductive coatings
JP3013575B2 (ja) * 1992-01-29 2000-02-28 松下電器産業株式会社 縦型電子部品の実装方法
JP3783750B2 (ja) * 1997-07-14 2006-06-07 株式会社ブリヂストン スパッタ膜の作製方法
US6338777B1 (en) * 1998-10-23 2002-01-15 International Business Machines Corporation Method and apparatus for sputtering thin films
JP2000319778A (ja) * 1999-05-07 2000-11-21 Canon Inc スパッター装置及びスパッターターゲット
JP2003082456A (ja) * 2001-09-12 2003-03-19 Optorun Co Ltd 真空成膜装置
JP2006089850A (ja) * 2004-09-22 2006-04-06 Samsung Sdi Co Ltd 対向ターゲット式スパッタリング装置及びこれを用いた有機電界発光表示装置の製造方法
CN1644752A (zh) * 2005-01-15 2005-07-27 大连理工大学 黄铜件真空离子镀替代电镀方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8382966B2 (en) 2010-01-11 2013-02-26 Samsung Display Co., Ltd. Sputtering system

Also Published As

Publication number Publication date
EP1978127A4 (en) 2012-06-20
TW200732489A (en) 2007-09-01
US8147657B2 (en) 2012-04-03
CN101356297B (zh) 2011-03-09
TWI362426B (en) 2012-04-21
EP1978127A1 (en) 2008-10-08
CN101356297A (zh) 2009-01-28
JPWO2007086276A1 (ja) 2009-06-18
WO2007086276A1 (ja) 2007-08-02
US20080245657A1 (en) 2008-10-09
KR101006057B1 (ko) 2011-01-06
JP4717896B2 (ja) 2011-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101006057B1 (ko) 스퍼터링 장치 및 성막 방법
JP4336739B2 (ja) 成膜装置
EP1905865B1 (en) Sputtering apparatus and method for manufacturing transparent conducting film
US5178743A (en) Cylindrical magnetron sputtering system
EP2855727A1 (en) Method for sputtering for processes with a pre-stabilized plasma
US20040231973A1 (en) Sputter source, sputtering device, and sputtering method
JP2008069402A (ja) スパッタリング装置及びスパッタリング方法
JP5282167B2 (ja) スパッタ成膜装置
KR20070014992A (ko) 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법
JP5527894B2 (ja) スパッタ装置
JP5186297B2 (ja) スパッタリング装置
JP4717887B2 (ja) スパッタリング装置
KR20080095413A (ko) 박막 봉지용 트윈 타깃 스퍼터 시스템 및 이를 이용한 성막방법
JP2009191340A (ja) 成膜装置及び成膜方法
JP7285127B2 (ja) スパッタリング装置およびスパッタリング方法
JP2008038192A (ja) スパッタ源、スパッタ成膜装置およびスパッタ成膜方法
JP7163154B2 (ja) 薄膜製造方法、対向ターゲット式スパッタリング装置
JP2009249710A (ja) 薄膜形成装置
JP4480336B2 (ja) 誘電体薄膜の製造方法及び製造装置
TW202111139A (zh) 成膜裝置及成膜方法
WO2017221650A1 (ja) 成膜方法
JP2009114510A (ja) スパッタリング方法
JP2003301267A (ja) スパッタ成膜方法
JPH03146661A (ja) 薄膜形成装置
KR20080112575A (ko) 바륨 지르콘 옥사이드 코팅방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131204

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee