KR20100102239A

KR20100102239A - 회전 마그넷 스퍼터 장치

Info

Publication number: KR20100102239A
Application number: KR1020107019392A
Authority: KR
Inventors: 타다히로 오오미; 테츠야 고토; 타카아키 마츠오카
Original assignee: 고쿠리츠 다이가쿠 호진 도호쿠 다이가쿠; 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-09-20
Also published as: WO2009110404A1; US8535494B2; JPWO2009110404A1; US20110000783A1; CN101970713B; JP5463591B2; CN101970713A; KR101243661B1

Abstract

플라즈마 차폐 부재와 그라운드에 접속된 외벽을 구비하고, 플라즈마 차폐 부재와 외벽 간에, 직렬 공진 회로 및, 병렬 공진 회로를 갖는 회전 마그넷 스퍼터 장치가 얻어진다. 직렬 공진 회로는 공진 주파수에 있어서만 매우 낮은 임피던스를 갖고, 병렬 공진 회로는 공진 주파수에 있어서만 매우 높은 임피던스를 갖는다. 이러한 구조로 함으로써, 기판 RF 전력과 플라즈마 차폐 부재와의 사이의 임피던스가 매우 높아져, 피(被)처리 기판(10)과 플라즈마 차폐 부재와의 사이에서의 플라즈마 발생을 억제할 수 있다. 또한, 타깃과 그라운드와의 사이는, 직렬 공진 회로가 형성되어 있기 때문에, 피처리 기판이 타깃의 아래를 통과하는 영역에만 효율 좋게 RF 전력이 공급되어, 셀프 바이어스 전압이 발생한다.

Description

회전 마그넷 스퍼터 장치{ROTATING MAGNET SPUTTERING APPARATUS}

본 발명은 금속이나 절연물의 성막에 널리 사용되고 있는 스퍼터 장치에 관한 것으로, 특히, 회전 마그넷을 이용한 스퍼터 장치에 관한 것이다.

스퍼터 장치는 광 디스크의 제조, 액정 표시 소자나 반도체 소자 등의 전자 장치의 제조, 그 외 일반적으로 금속 박막이나 절연물 박막의 작성에 있어서, 널리 사용되고 있다. 스퍼터 장치는 박막 형성용의 원재료를 타깃으로 하여, 직류 고전압 혹은 고주파 전력에 의해 아르곤 가스 등을 플라즈마화하고, 그 플라즈마화 가스에 의해 타깃을 활성화해 융해하여 비산(scatter)시켜, 피(被)처리 기판에 피착(被着)시키는 것이다.

스퍼터 성막법에 있어서는, 성막 속도를 고속화하기 위해, 타깃의 뒤쪽에 자석을 배치하여, 타깃 표면에 자력선이 평행하게 뻗게 함으로써, 타깃 표면에 플라즈마를 가두어, 고밀도인 플라즈마를 얻는 마그네트론 스퍼터 장치에 의한 성막법이 주류가 되어 있다.

타깃 이용 효율을 향상시켜 생산 비용을 저감하거나, 안정된 장기 운전을 가능하게 하기 위해, 발명자들은 회전 마그넷 스퍼터 장치를 창안했다. 이것은 기둥 형상 회전축에 복수의 판자석을 연속적으로 설치하고 이것을 회전시킴으로써 타깃 표면의 자장(magnetic field) 패턴이 시간과 함께 움직이도록 하는 구성으로 하여, 타깃 재료의 사용 효율을 큰 폭으로 향상시킴과 함께, 플라즈마에 의한 차지업 대미지(charge-up damage), 이온 조사(irradiation) 대미지를 없앤 획기적인 스퍼터 장치이다(특허문헌 1 참조).

PCT 국제공개번호 WO2007/043476호 공보

또한, 특허문헌 1에 기재된 회전 마그넷 스퍼터 장치는 타깃의 국소적 마모를 방지할 수 있어, 타깃을 장시간에 걸쳐 사용할 수 있는 이점을 구비하고 있다.

당해 회전 마그넷 스퍼터 장치에 의해 성막되는 박막의 치밀성을 향상시키는 것이나, 가는 구멍의 내부까지 스퍼터 입자를 도달시켜 구멍을 메우는 특성을 향상시키는 것도, 향후 요구될 것으로 추측된다.

구체적으로는, 본 발명은, 기판에 도달하는 이온 조사 에너지를 효율적으로 제어하는 것이 가능하여, 컨태미네이션(contamination)이나 차지업 대미지를 발생시키지 않고 형성하는 박막의 치밀성을 향상시키고, 또한 가는 구멍의 내부까지 스퍼터 입자를 도달시켜 구멍을 메우는 특성을 향상시키는 것이 가능한 회전 마그넷 스퍼터 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 플라즈마 중에 생성되는 아르곤 이온 등의 이온 조사 에너지를 증대시키기 위해, 회전 마그넷 스퍼터 장치에 있어서 기판에 RF 전력을 인가하여, 기판 표면에 부(負)의 셀프 바이어스 전압을 발생시키는 실험을 행했다.

실험에는, 특허문헌 1에 기재된 회전 마그넷 스퍼터 장치 중, 타깃의 단부(end)를 덮도록 타깃으로부터 이격(離隔)하고, 그리고, 나선 형상 판(板)자석군에 대하여 반대측에 전기적으로 접지되는 차폐 부재를 구비한 회전 마그넷 스퍼터 장치를 사용했다. 이 형식의 회전 마그넷 스퍼터 장치에 있어서, 기판에 RF 전력을 인가하면, 타깃 주변에 형성된 차폐 부재와 기판과의 사이에 플라즈마가 소망하지도 않게 여기(excite)되는 현상이 발생했다. 이 결과, 차폐 부재를 구성하는 원자가 기판에 부착되어 버려, 기판의 컨태미네이션을 피할 수 없는 현상이 발견되었다. 또한, 소망하지도 않게 여기된 플라즈마에 기인하는 차지업 대미지도 문제가 되는 것이 분명해졌다.

회전 마그넷 스퍼터 장치에 대해서 본 발명자들이 얻은 상기와 같은 새로운 인식에 기초하여, 본 발명은, 그 문제점을 해결하고자 하는 것이다.

본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 피처리 기판을 올려놓는 피처리 기판 설치대와, 당해 피처리 기판에 대향하도록 타깃을 설치하는 수단과, 타깃이 놓여지는 부분에 대하여 상기 피처리 기판 설치대와는 반대측에 설치된 자석을 포함하여, 이 자석에 의해 타깃 표면에 자장을 형성함으로써 타깃 표면에 플라즈마를 가두는 구성을 구비하고, 상기 자석은, 복수의 판자석이 기둥 형상 회전축에 연속하여 형성된 회전 자석군과, 회전 자석군의 주변에 타깃면과 평행하게 설치되고 그리고 타깃면과 수직 방향으로 자화(磁化)된 자석 또는 미리 자화되어 있지 않은 강(强)자성체로 이루어지는 고정 외주체를 포함하여, 상기 회전 자석군을 상기 기둥 형상 회전축과 함께 회전시킴으로써, 상기 타깃 표면의 자장 패턴이 시간과 함께 움직이도록 구성하고, 또한, 상기 타깃의 단부를 덮도록 상기 타깃으로부터 이격하고 그리고 상기 회전 자석군에 대하여 상기 타깃과 반대측에 형성된 차폐 부재를 구비하고, 상기 차폐 부재에는 상기 기둥 형상 회전축의 축방향과 동일한 방향으로 연재(extend)하며 상기 타깃을 상기 피처리 기판에 대하여 개구하는 슬릿이 형성되고, 그리고, 상기 타깃에, DC 전력, 제1 주파수를 갖는 RF 전력 및, 제2 주파수를 갖는 RF 전력 중 적어도 1개의 전력을 인가함으로써 타깃 표면에 플라즈마를 여기시키는 구성을 갖고, 또한, 상기 피처리 기판 설치대에 RF 인가 전극이 형성되어 있어, 스퍼터 프로세스 중에, 상기 RF 인가 전극으로 기판 RF 전력을 인가하여, 상기 피처리 기판 설치대에 올려놓여지는 피처리 기판에 셀프 바이어스 전압을 발생시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 회전 마그넷 스퍼터 장치가 얻어진다.

본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이의, 상기 기판 RF 전력의 주파수에 있어서의 임피던스가 1㏀ 이상이고, 그리고, 상기 타깃과 그라운드와의 사이의, 상기 기판 RF 전력의 주파수에 있어서의 임피던스가 10Ω 이하이고, 또한, 상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이의 임피던스가, 상기 타깃에 인가되는 1개 또는 2개로 이루어지는 RF 전력의 모든 주파수에 있어서 10Ω 이하인 것을 특징으로 하는 제1 실시 형태에 기재된 회전 마그넷 스퍼터 장치가 얻어진다.

본 발명의 제3 실시 형태에 의하면, 상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이의, 상기 기판 RF 전력의 주파수에 있어서의 임피던스가 10㏀ 이상이고, 그리고, 상기 타깃과 그라운드와의 사이의, 상기 기판 RF 전력의 주파수에 있어서의 임피던스가 1Ω 이하이고, 또한 상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이의 임피던스가, 상기 타깃에 인가되는 1개 또는 2개로 이루어지는 RF 전력의 모든 주파수에 있어서 1Ω 이하인 것을 특징으로 하는 제1 실시 형태에 기재된 회전 마그넷 스퍼터 장치가 얻어진다.

본 발명의 제4 실시 형태에 의하면, 상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이에 LC 병렬 공진 회로가 형성되고, 상기 LC 병렬 공진 회로의 공진 주파수가, 상기 기판 RF 전력의 주파수와 실질적으로 동일하고, 그리고, 상기 타깃에 인가되는 1개 또는 2개로 이루어지는 RF 전력의 모든 주파수가 상기 공진 주파수 및, 반치폭(半値幅)의 영역 이외로부터 선택되는 주파수인 것을 특징으로 하는 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태 중 어느 하나에 기재된 회전 마그넷 스퍼터 장치가 얻어진다.

본 발명의 제5 실시 형태에 의하면, 상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이에 LC 병렬 공진 회로가 형성되고, 상기 LC 병렬 공진 회로의 공진 주파수가, 상기 기판 RF 전력의 주파수와 실질적으로 동일하고, 그리고, 상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이에, 1개 또는 2개의 LC 직렬 공진 회로가 형성되고, 상기 1개 또는 2개의 LC 직렬 공진 회로의 공진 주파수가, 타깃에 인가되는 1개 또는 2개로 이루어지는 플라즈마 여기 전력의 당해 1개 또는 각각의 주파수와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태 중 어느 하나에 기재된 회전 마그넷 스퍼터 장치가 얻어진다.

본 발명의 제6 실시 형태에 의하면, 피처리 기판을 올려놓는 피처리 기판 설치대와, 당해 피처리 기판에 대향하도록 타깃을 설치하는 수단과, 타깃이 놓여지는 부분에 대하여 상기 피처리 기판 설치대와는 반대측에 설치된 자석을 포함하여, 이 자석에 의해 타깃 표면에 자장을 형성함으로써 타깃 표면에 플라즈마를 가두는 구성을 구비하고, 상기 피처리 기판 설치대는 상기 타깃에 대하여 위치를 변화할 수 있도록 이동 가능하게 되고, 그리고, 상기 피처리 기판 설치대에는 RF 인가 전극이 형성되어 있어, 스퍼터 프로세스 중에, 상기 RF 인가 전극에 기판 RF 전력을 인가하여, 상기 피처리 기판 설치대에 올려놓여지는 피처리 기판에 셀프 바이어스 전압을 발생시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치가 얻어진다.

본 발명의 제7 실시 형태에 의하면, 상기 타깃의 단부를 덮도록 상기 타깃으로부터 이격하고 그리고 상기 자석에 대하여 상기 타깃과 반대측에 형성된 차폐 부재를 구비하고, 상기 차폐 부재에는 상기 타깃을 상기 피처리 기판에 대하여 개구하는 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 제6 실시 형태에 기재된 스퍼터 장치가 얻어진다.

본 발명의 제8 실시 형태에 의하면, 상기 타깃에, DC 전력, 제1 주파수를 갖는 RF 전력 및, 제2 주파수를 갖는 RF 전력 중 적어도 1개의 전력을 인가함으로써 타깃 표면에 플라즈마를 여기시키는 것을 특징으로 하는 제6 실시 형태 또는 제7 실시 형태에 기재된 스퍼터 장치가 얻어진다.

본 발명의 제9 실시 형태에 의하면, 상기 차폐 부재는 직류적으로 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 제6 실시 형태 내지 제8 실시 형태 중 어느 하나에 기재된 스퍼터 장치가 얻어진다.

본 발명의 제10 실시 형태에 의하면, 상기 타깃에는, 제1 주파수를 갖는 RF 전력 및 제2 주파수를 갖는 RF 전력 중 1개의 전력이 적어도 인가되고, 그리고 상기 차폐 부재는 제1 주파수를 갖는 RF 전력 및 제2 주파수를 갖는 RF 전력 중 상기 타깃에 인가되는 1개 또는 2개의 RF 전력의 주파수에 대하여 실질적으로 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 제6 실시 형태 내지 제9 실시 형태 중 어느 하나에 기재된 스퍼터 장치가 얻어진다.

본 발명의 제11 실시 형태에 의하면, 상기 차폐 부재는 상기 기판 RF 전력의 주파수에 대하여 실질적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 제6 실시 형태 내지 제10 실시 형태 중 어느 하나에 기재된 스퍼터 장치가 얻어진다.

본 발명의 제12 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태 내지 제11 실시 형태 중 어느 하나에 기재된 스퍼터 장치를 이용하여, 상기 피처리 기판에 상기 타깃의 재료를 성막하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 방법이 얻어진다.

본 발명의 제13 실시 형태에 의하면, 제12 실시 형태에 기재된 스퍼터 방법을 이용하여 피처리 기판에 스퍼터 성막하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 제조 방법이 얻어진다.

본 발명에 의하면, 회전 마그넷 스퍼터 장치에 있어서, 기판에 도달하는 아르곤 이온 등의 이온 조사 에너지를 효율적으로 제어하는 것이 가능해져, 컨태미네이션이나 차지업 대미지를 발생시키지 않고 형성하는 박막의 치밀성을 향상시키고, 또한 가는 구멍의 내부까지 스퍼터 입자를 도달시켜 구멍을 메우는 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 마그넷 회전 스퍼터 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타난 마그넷 회전 스퍼터 장치의 자석 부분을 보다 상세하게 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 있어서의 플라즈마 루프(loop) 형성을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 차폐 부재(16) 부근의 확대도이다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 마그넷 회전 스퍼터 장치의 실시 형태의 구성을 설명하는 단면도이다.

도 1에 있어서, 1은 타깃, 2는 기둥 형상 회전축, 3은 기둥 형상 회전축(2)의 표면에 나선 형상으로 배치한 복수의 나선 형상 판자석군, 4는 3의 외주에 배치한 고정 외주 판자석, 5는 고정 외주 판자석(4)에 타깃과는 반대측으로 대향하여 배치한 외주 상(常)자성체, 6은 타깃(1)이 접착되어 있는 배킹 플레이트(backing plate; 열전도가 좋은 도전체, 예를 들면 구리제), 15는 기둥 형상 회전축(2) 및 나선 형상 판자석군(3)을, 상기 타깃(1)측 이외의 부분에 대해서 덮는 구조를 이루는 상자성 금속 도전체(예를 들면, 스테인리스 또는 Al제, 단, 그 아래쪽의 부분(15a)은 열전도가 좋은 예를 들면 구리제로 하고 있음), 8은 냉매를 통과시키는 통로, 9는 절연재(예를 들면 석영), 10은 피처리 기판, 19는 피처리 기판을 설치하는 설치대(도면의 좌우 방향으로 이동 가능하게 되어 있음), 11은 처리실 내 공간, 12는 피더선(feeder), 13은 처리실과 전기적으로 접속된 금속제 커버, 14는 처리실을 형성하는 외벽(예를 들면, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금제), 16은 금속제의 플라즈마 차폐 부재, 17은 내(耐)플라즈마성이 우수한 절연재, 18은 플라즈마 차폐 부재(16)에 형성된 슬릿, 20은 자기 회로를 형성하여 타깃(1) 상에 강(强)자장을 형성하기 위한 자성체(예를 들면 철(STCC)제)이다.

또한, 이하에서는, 복수의 나선 형상 판자석군(3)의 외주에, 타깃(1)면과 수직으로 자화된 고정 외주 판자석(4)을 배치한 예에 대해서 설명하지만, 당해 고정 외주 판자석(4)은, 미리 자화되어 있지 않은 강자성체에 의해 치환해도 좋다. 즉, 복수의 나선 형상 판자석군(3)의 외주에는, 자석 또는 미리 자화되어 있지 않은 강자성체로 이루어지는 고정 외주체가 배치되면 좋다.

24는 플라즈마 여기용의 제1 RF 전원, 25는 블로킹 콘덴서이다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 블로킹 콘덴서(25)에는, 부수하여 콘덴서나 인덕터에 의해 매칭(matching) 회로가 형성되어 있다. 전원(24)의 전력 주파수는 40MHz이다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 피더선(12)으로부터는 전원(24)과 병렬로 제2 RF 전원이 마찬가지로 블로킹 콘덴서, 매칭 회로를 통하여 접속되어 있다. 제2 RF 전원의 전력 주파수는 2MHz이다. 제1 RF 전원(24)은 주파수가 40MHz로 비교적 높게 설정되어 있어, 타깃 표면에 여기되는 플라즈마의 고밀도화, 저(低)전자 온도화에 기여한다. 특히, 플라즈마가 고밀도화되면, 피처리 기판(10)으로의 이온 조사량이 향상되어, 막질 향상으로 이어진다.

또한, 제2 RF 전원의 전력 주파수는 2MHz로 비교적 낮은 값으로 설정되어 있다. 제2 RF 전원으로부터 전력을 인가함으로써, 플라즈마 여기 중의 타깃의 셀프 바이어스 전압이 부(負)로 크게 발생한다. 이에 따라 성막 레이트의 향상으로 이어진다. 이러한 2주파 여기 플라즈마를 이용함으로써, 막질이나 성막 레이트의 제어가 매우 용이해진다. 이러한 방식은 절연물인 타깃을 이용할 때에 매우 유효하다. 또한, 타깃이 도전성인 경우는, 제2 RF 전원 대신에 DC 전원을 피더선(12)과 병렬로 접속하여, 타깃의 셀프 바이어스 전압을 DC 전원으로 제어하는 것도 가능하다. 본 실시예에 있어서는, 제1 RF 전원의 전력 주파수에 40MHz를, 제2 RF 전원에 2MHz를 이용했지만, 주파수에 대해서 이들에 한정되는 경우는 없고, 소망하는 플라즈마 밀도나 성막 레이트에 따라서 적절히 주파수를 변화시켜도 좋다.

21은 설치대(19)에 매설된 기판 RF 전극, 22는 기판 RF 전극(21)에 RF 전력을 공급하는 RF 전원, 23은 블로킹 콘덴서이다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 블로킹 콘덴서(23)에 부수하여 콘덴서나 인덕터에 의해 매칭 회로가 형성되어 있다. RF 전원(22)의 전력 주파수는 400kHz이다. 이 주파수는, 플라즈마 여기에 이용하는 전력과 동일한 주파수를 이용해도 좋다. 그 경우는 플라즈마 여기 전력과 간섭하지 않도록, 위상을 달리하여 전력을 인가하는 것이 바람직하고, 또한 이 경우는 후술하는 직렬 공진 회로(26)는 불필요해진다.

26은, LC 직렬 공진 회로로, 피더선(12)과 그라운드의 사이에 형성되어 있다. 이 직렬 공진 회로는 인덕턴스(L1)를 갖는 인덕터, 커패시턴스(C1)를 갖는 커패시터에 의해 구성되어 있고, 공진 주파수(f2)(아래식 참조)가 기판 RF 전력 주파수와 동일해지도록 설정되어 있다.

상자성체(15)는, 그 내부에 설치된 자석에서 발생한 자계의 자기 실드(magnetic shield)의 효과 및 타깃 부근에서의 외란에 의한 자장의 변동을 감소시키는 효과를 갖는다.

보다 상세하게 자석 부분을 설명하기 위해, 기둥 형상 회전축(2), 복수의 나선 형상 판자석군(3), 고정 외주 판자석(4)의 사시도를 도 2에 나타낸다. 여기에서, 복수의 나선 형상 판자석군(3)은 기둥 형상 회전축(2)의 회전에 따라 회전하는 회전 자석군을 구성하고 있다.

기둥 형상 회전축(2)의 재질로서는 통상의 스테인리스강 등이라도 좋지만, 자기 저항(magnetic resistance)이 낮은 상자성체, 예를 들면, Ni-Fe계 고(高)투자율 합금 등으로 일부 또는 전부를 구성하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서는, Ni-Fe계 고투자율 합금으로 기둥 형상 회전축(2)이 구성되어 있다. 기둥 형상 회전축(2)은 도시하지 않은 기어 유닛 및 모터에 의해 회전시키는 것이 가능하게 되어 있다.

기둥 형상 회전축(2)은 그 단면이 정16각형으로 되어 있고, 한 변의 길이는 16.7㎜로 했다. 각각의 면에 마름모꼴의 판자석이 다수 부착되어, 복수의 나선 형상 판자석군(3)을 구성하고 있다.

이 기둥 형상 회전축(2)은 외주에 자석을 부착하는 구조로, 굵게 하는 것도 용이하며 자석에 가해지는 자력에 의한 구부러짐에는 강한 구조로 되어 있다. 나선 형상 판자석군(3)을 구성하는 각 판자석은 강한 자계를 안정되게 발생시키기 위해, 잔류 자속 밀도, 보자력(coercive force), 에너지적(energy product)이 높은 자석이 바람직하며, 예를 들면, 잔류 자속 밀도가 1.1T 정도인 Sm-Co계 소결 자석(sintered magnet), 나아가서는 잔류 자속 밀도가 1.3T 정도 있는 Nd-Fe-B계 소결 자석 등이 매우 적합하다. 본 실시 형태에 있어서는, Nd-Fe-B계 소결 자석을 사용했다. 나선 형상 판자석군(3)의 각 판자석은 그 판면의 수직 방향으로 자화되어 있고, 기둥 형상 회전축(2)에 나선 형상으로 부착되어 복수의 나선을 형성하며, 기둥 형상 회전축의 축방향으로 서로 이웃하는 나선끼리는 상기 기둥 형상 회전축의 지름 방향 외측에 서로 다른 자극, 즉 N극과 S극을 형성하고 있다. 또한, N극과 S극 중 어느 한쪽은 극성을 부여하지 않고, 강자성체인 것을 형성해도 좋다.

고정 외주 판자석(4)은 타깃(1)으로부터 보면, 나선 형상 판자석군(3)으로 이루어지는 회전 자석군을 감싼 구조를 이루고, 타깃(1)의 측이 S극이 되도록 자화되어 있다. 고정 외주 판자석(4)에 대해서도, 나선 형상 판자석군(3)의 각 판자석과 동일한 이유로 Nd-Fe-B계 소결 자석을 이용하고 있다. 또한, S극이 아니라 N극으로 해도 좋고, 극성을 부여하지 않고 강자성체인 것을 형성해도 좋다.

다음으로, 도 3을 이용하여 본 실시 형태에 있어서의 플라즈마 루프 형성에 대해서 그 상세를 설명한다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 기둥 형상 회전축(2)에 다수의 판자석을 배치함으로써 나선 형상 판자석군(3)을 구성한 경우, 타깃측으로부터 나선 형상 판자석군(3)을 보면, 근사적으로 판자석의 N극의 주위를 당해 판자석의 양 옆에 배치된 판자석의 S극 및 고정 외주 판자석(4)의 S극이 감싸고 있는 배치가 된다. 도 3은 그 개념도이다. 이러한 구성 아래, 판자석의 N극으로부터 발생한 자력선은 주변의 S극에서 종단된다. 이 결과로서, 판자석면으로부터 어느 정도 떨어진 타깃면에 있어서는 닫힌 플라즈마 루프 영역(301)이 다수 형성된다. 또한, 기둥 형상 회전축(2)을 회전시킴으로써, 다수의 플라즈마 루프 영역(301)은 회전과 함께 움직인다. 도 3에 있어서는, 화살표가 나타내는 방향으로 플라즈마 루프 영역(301)이 움직이게 된다. 이렇게 하여, 타깃의 전(全) 표면은 플라즈마 루프(301)에 의해 균등하게 스캔되게 된다. 또한, 판자석의 단부에 있어서는, 단부의 한쪽으로부터 플라즈마 루프 영역(301)이 순차적으로 발생하고, 다른 한쪽의 단부에서 순차적으로 소멸한다.

또한, S극인 나선 형상 판자석군 및 S극인 고정 외주 판자석 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 대신에 극성을 부여하지 않고 강자성체인 것을 형성한 경우에서도, 판자석의 N극으로부터 발생한 자력선은 주변의 당해 강자성체에서 종단되기 때문에, 동작은 동일한 것이 된다.

피처리 기판(10)이 설치된 설치대(19)는, 타깃(1)의 아래를 통과하는 이동 기구를 갖고, 타깃 표면에 플라즈마를 여기하고 있는 동안에, 피처리 기판(10)을 도 1에 나타난 슬릿(18)의 바로 아래로 이동시킴으로써 성막을 행한다.

다음으로, 도 1에 있어서의 플라즈마 차폐 부재(16)에 대해서, 도 4를 이용하여 상세하게 설명한다. 플라즈마 차폐 부재(16)와, 그라운드에 접지된 처리실을 형성하는 금속제의 외벽(14)과의 사이에, 제1 직렬 공진 회로(41), 제2 직렬 공진 회로(42), 병렬 공진 회로(43)가 형성되어 있다. 제1 직렬 공진 회로(41) 및, 제2 직렬 공진 회로(42)의 각각의 공진 주파수는, 인덕턴스, 커패시턴스를 조정함으로써, 제1 플라즈마 여기 전력의 전력 주파수인 40MHz, 제2 플라즈마 여기 전력의 전력 주파수인 2MHz로 각각 설정되어 있다. 또한, 병렬 공진 회로(43)는 인덕턴스(L2), 커패시턴스(C2)를 갖는 인덕터, 커패시터로 구성되어 있고, 그 공진 주파수(f2)(아래식 참조)가 기판 RF 전력의 주파수 400kHz로 설정되어 있다.

직렬 공진 회로는, 공진 주파수에 있어서만 매우 낮은 임피던스를 갖고 있어, 밴드 패스 필터(band pass filter)로서 기능한다. 본 실시예의 경우에는, 플라즈마 차폐 부재(16)와 그라운드와의 사이의 임피던스는 1Ω 이하로 되어 있다. 한편, 병렬 공진 회로에서는, 공진 주파수에 있어서만 매우 높은 임피던스를 갖고, 그 외의 주파수대에서는 저(低)임피던스이다. 본 실시예에 있어서는, 공진 주파수에 있어서 임피던스는 10㏀ 이상으로 되어 있다. 이러한 구조를 이용하여, 피처리 기판(10)을 이동시켜 성막할 때에 기판 RF 전력을 인가한다. 이동할 때에 피처리 기판(10)은 플라즈마 차폐 부재(16)의 아래를 통과하지만, 기판 RF 전력과 차폐 부재(16)와의 사이의 임피던스가 매우 높기 때문에, 피처리 기판(10)과 플라즈마 차폐 부재(16)와의 사이에서의 플라즈마 발생을 억제하는 것이 가능해졌다.

또한, 타깃(1)과 그라운드와의 사이에는, 직렬 공진 회로(26)가 형성되어 있고, 기판 RF 전력의 주파수에 있어서의 임피던스는 1Ω 이하로 되어 있다. 따라서, 피처리 기판(10)이 타깃(1)의 아래를 통과하는 영역에만 효율 좋게 RF 전력이 공급되어, 셀프 바이어스 전압이 발생한다. 이에 따라, 기판 RF 전력을 조정함으로써 이온 조사 에너지를 제어하여, 구멍을 메우는 특성이 우수하고, 그리고 치밀한 막을 형성하는 것이 가능해졌다. 또한, 플라즈마 차폐 부재(16)와 타깃(1)과의 사이의 플라즈마 여기를 위해 타깃(1)에 인가하는 전력 주파수에 있어서는, 각각의 주파수에 대응하는 직렬 공진 회로가 형성되어, 매우 저임피던스로 되어 있기 때문에, 플라즈마 차폐 부재(16)는 그라운드면으로서 기능한다. 따라서, 효율 좋고 안정되게 플라즈마를 여기하는 것이 가능하다. 또한, 각각의 주파수에 대응하는 직렬 공진 회로가 없는 경우에 있어서도, 플라즈마 여기에 이용하는 전력 주파수가, 상기 병렬 공진 회로의 공진 주파수 및, 그 반치폭의 영역과 다른 주파수이면, 병렬 공진 회로도 그라운드면으로서 기능하기 때문에, 직렬 공진 회로가 없는 경우에서도 플라즈마 차폐 부재(16)는 그라운드면으로서 기능하여, 효율 좋은 플라즈마 여기가 가능하다.

또한, 플라즈마 차폐 부재(16)는 직류적으로는 병렬 공진 회로(43)의 인덕터를 통하여 외벽(14)에 접속되어 접지되어 있기 때문에, DC 바이어스도 가능하게 되어 있고, DC 전원에 의한 플라즈마 여기도 가능하게 되어 있다. DC 전원을 이용하지 않는 경우에는, 플라즈마 차폐 부재(16)를 직류적으로는 외벽(14)으로부터 절연하도록 해도 좋다.

또한, 피처리 기판(10)에 RF 전력을 공급하기 위한 기판 RF 전극(21)은, 세라믹스제의 설치대(19)에 매설하여 형성되어 있지만, 그 대신에, 금속제(예를 들면 알루미늄 합금이나 스테인리스제)의 설치대의 위에 세라믹스판을 설치하고, 그 세라믹스판에 전극(21)을 매설하여 형성해도 좋다. 이 경우, 피처리 기판(10)은 세라믹스판에 올려놓여져, 전극은 피처리 기판(10)이나 금속제 설치대와는 직류적으로 절연된다. 세라믹스로서는, 예를 들면 알루미나나 질화 알루미늄, 전극으로서는 Mo 등의 내열성 금속 재료가 이용된다.

이상, 본 발명을 실시 형태에 따라 설명했지만, 자석의 구성이나 각종 전력 주파수 등은 실시예에 한정되는 것은 아니다. 특히, 고정 외주 판자석(4) 및/또는 나선 형상 판자석군의 한쪽은 자화되어 있지 않은 강자성체인 것에 의해 구성되어도 좋다.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터 장치는, 반도체 웨이퍼 등에 절연막 혹은 도전성막을 형성하기 위해 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 플랫 패널 디스플레이 장치의 유리 등의 기판에 대하여 여러 가지의 피막을 형성하는 데에도 적용할 수 있고, 기억 장치, 자기 기록 장치나 그 외의 전자 장치의 제조, 또는 일반적으로 금속 박막이나 절연물 박막 등의 형성에 있어서 스퍼터 성막을 위해 사용할 수 있다.

1 : 타깃
2 : 기둥 형상 회전축
3 : 나선 형상 판자석군
4 : 고정 외주 판자석
5 : 외주 상자성체
6 : 배킹 플레이트
8 : 냉매 통로
9 : 절연재
10 : 피처리 기판
11 : 처리실 내 공간
12 : 피더선
13 : 커버
14 : 외벽
15 : 상자성 금속 도전체
16 : 플라즈마 차폐 부재
17 : 절연재
18 : 슬릿
19 : 설치대
20 : 자성체
21 : 기판 RF 전극
22 : RF 전원
23 : 블로킹 콘덴서
24 : 제1 RF전원
25 : 블로킹 콘덴서
26 : 직렬 공진 회로
41 : 제1 직렬 공진 회로
42 : 제2 직렬 공진 회로

Claims

피(被)처리 기판을 올려놓는 피처리 기판 설치대와, 당해 피처리 기판에 대향하도록 타깃을 설치하는 수단과, 타깃이 놓여지는 부분에 대하여 상기 피처리 기판 설치대와는 반대측에 설치된 자석을 포함하여, 이 자석에 의해 타깃 표면에 자장을 형성함으로써 타깃 표면에 플라즈마를 가두는 구성을 구비함과 함께,
상기 자석은, 복수의 판자석이 기둥 형상 회전축에 연속하여 형성된 회전 자석군과, 회전 자석군의 주변에 타깃면과 평행하게 설치되고 그리고 타깃면과 수직 방향으로 자화(磁化)된 자석 또는 미리 자화되어 있지 않은 강자성체로 이루어지는 고정 외주체를 포함하여, 상기 회전 자석군을 상기 기둥 형상 회전축과 함께 회전시킴으로써, 상기 타깃 표면의 자장 패턴이 시간과 함께 움직이도록 구성하고,
상기 타깃의 단부(end)를 덮도록 상기 타깃으로부터 이격하고, 그리고, 상기 회전 자석군에 대하여 상기 타깃과 반대측에 형성된 차폐 부재를 구비하고, 상기 차폐 부재에는 상기 기둥 형상 회전축의 축방향과 동일한 방향으로 연재(extend)하며 상기 타깃을 상기 피처리 기판에 대하여 개구하는 슬릿이 형성되고, 그리고,
상기 타깃에, DC 전력, 제1 주파수를 갖는 RF 전력 및, 제2 주파수를 갖는 RF 전력 중 적어도 1개의 전력을 인가함으로써 타깃 표면에 플라즈마를 여기시키는 구성을 갖고,
또한, 상기 피처리 기판 설치대에 RF 인가 전극이 형성되어 있어, 스퍼터 프로세스 중에, 상기 RF 인가 전극으로 기판 RF 전력을 인가하여, 상기 피처리 기판 설치대에 올려놓여지는 피처리 기판에 셀프 바이어스 전압을 발생시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 회전 마그넷 스퍼터 장치.
제1항에 있어서,
상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이의, 상기 기판 RF 전력의 주파수에 있어서의 임피던스가 1㏀ 이상이고, 그리고, 상기 타깃과 그라운드와의 사이의, 상기 기판 RF 전력의 주파수에 있어서의 임피던스가 10Ω 이하이고, 또한, 상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이의 임피던스가, 상기 타깃에 인가되는 1개 또는 2개로 이루어지는 RF 전력의 모든 주파수에 있어서 10Ω 이하인 것을 특징으로 하는 회전 마그넷 스퍼터 장치.
제1항에 있어서,
상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이의, 상기 기판 RF 전력의 주파수에 있어서의 임피던스가 10㏀ 이상이고, 그리고 상기 타깃과 그라운드와의 사이의, 상기 기판 RF 전력의 주파수에 있어서의 임피던스가 1Ω 이하이고, 그리고, 상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이의 임피던스가, 상기 타깃에 인가되는 1개 또는 2개로 이루어지는 RF 전력의 모든 주파수에 있어서 1Ω 이하인 것을 특징으로 하는 회전 마그넷 스퍼터 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이에 LC 병렬 공진 회로가 형성되고, 상기 LC 병렬 공진 회로의 공진 주파수가 상기 기판 RF 전력의 주파수와 실질적으로 동일하고, 그리고, 상기 타깃에 인가되는 1개 또는 2개로 이루어지는 RF 전력의 모든 주파수가 상기 공진 주파수 및, 반치폭(半値幅)의 영역 이외로부터 선택되는 주파수인 것을 특징으로 하는 회전 마그넷 스퍼터 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이에 LC 병렬 공진 회로가 형성되고, 상기 LC 병렬 공진 회로의 공진 주파수가, 상기 기판 RF 전력의 주파수와 실질적으로 동일하고, 그리고, 상기 차폐 부재와 그라운드와의 사이에, 1개 또는 2개의 LC 직렬 공진 회로가 형성되고, 상기 1개 또는 2개의 LC 직렬 공진 회로의 공진 주파수가, 상기 타깃에 인가되는 1개 또는 2개로 이루어지는 플라즈마 여기 전력의 당해 1개 또는 각각의 주파수와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 회전 마그넷 스퍼터 장치.
피처리 기판을 올려놓는 피처리 기판 설치대와, 당해 피처리 기판에 대향하도록 타깃을 설치하는 수단과, 타깃이 놓여지는 부분에 대하여 상기 피처리 기판 설치대와는 반대측에 설치된 자석을 포함하여, 이 자석에 의해 타깃 표면에 자장을 형성함으로써 타깃 표면에 플라즈마를 가두는 스퍼터 장치로서,
상기 피처리 기판 설치대는 상기 타깃에 대하여 위치를 변화할 수 있도록 이동 가능하게 되고, 그리고 상기 피처리 기판 설치대에는 RF 인가 전극이 형성되어 있어, 스퍼터 프로세스 중에, 상기 RF 인가 전극에 기판 RF 전력을 인가하여, 상기피처리 기판 설치대에 올려놓여지는 피처리 기판에 셀프 바이어스 전압을 발생시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제6항에 있어서,
상기 타깃의 단부를 덮도록 상기 타깃으로부터 이격하고 그리고 상기 자석에 대하여 상기 타깃과 반대측에 형성된 차폐 부재를 구비하고, 상기 차폐 부재에는 상기 타깃을 상기 피처리 기판에 대하여 개구하는 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 타깃에, DC 전력, 제1 주파수를 갖는 RF 전력 및, 제2 주파수를 갖는 RF 전력 중 적어도 1개의 전력을 인가함으로써 타깃 표면에 플라즈마를 여기시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차폐 부재는 직류적으로 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타깃에는, 제1 주파수를 갖는 RF 전력 및 제2 주파수를 갖는 RF 전력 중 1개의 전력이 적어도 인가되고, 그리고, 상기 차폐 부재는 제1 주파수를 갖는 RF 전력 및 제2 주파수를 갖는 RF 전력 중의 상기 타깃에 인가되는 1개 또는 2개의 RF 전력의 주파수에 대하여 실질적으로 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차폐 부재는 상기 기판 RF 전력의 주파수에 대하여 실질적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터 장치를 이용하여, 상기 피처리 기판에 상기 타깃의 재료를 성막하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 방법.
제12항에 기재된 스퍼터 방법을 이용하여 피처리 기판에 스퍼터 성막하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 제조 방법.