KR20110014657A

KR20110014657A - 바이어스 스퍼터장치

Info

Publication number: KR20110014657A
Application number: KR1020107028578A
Authority: KR
Inventors: 사토시 스가와라; 야스히로 에나미; 가즈키 다카하시; 스스무 구마가와; 유송 지앙; 이치로 시오노; 요시히로 다카사카
Original assignee: 신크론 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2011-02-11
Also published as: JP4503702B2; CN102066602B; KR101036426B1; EP2302092A4; WO2009154196A1; EP2302092B1; TW201009101A; HK1153242A1; CN102066602A; US20110100806A1; JPWO2009154196A1; EP2302092A1; TWI348498B

Abstract

[과제] 본 발명은 성막면에 부착되는 이물질의 발생을 저감할 수 있는 자전·공전기구를 갖는 바이어스 스퍼터장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
[해결수단] 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 바이어스 스퍼터장치는, 자전·공전기구를 갖는 기판홀더(12)를 구비한 바이어스 스퍼터장치(1)에 있어서, 기판홀더(12)는 공전부재(21)와 자전홀더(23)를 가져서 되고, 자전홀더(23)에 취부된 각각의 기판(14)의 이면측에는, 기판(14)으로부터 0.5~10 ㎜ 이간된 위치에, 기판(14)과 동등 사이즈의 원판형상의 기판전극(30)이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

바이어스 스퍼터장치{Bias sputtering apparatus}

본 발명은 바이어스 스퍼터장치에 관한 것으로, 특히, 자전·공전식 기판홀더를 구비하는 바이어스 스퍼터장치에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 바이어스 스퍼터장치에 있어서는, 진공용기 내에 대향하여 배설(配設)된 기판측과 타겟 각각에 스퍼터용 전력이 인가(印加)되도록 구성되어 있고, 기판과 타겟 사이에 플라즈마를 발생시켜서, 타겟형상의 성막물질을 이온으로 스퍼터하면서 박막을 형성할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

또한, 바이어스 스퍼터장치에 있어서는, 광학 디바이스, 반도체 디바이스 등의 박막 디바이스의 품질 및 수율의 향상을 위해 다양한 대책이 실시되고 있다.

예를 들면, 제조비용 삭감의 시도로서, 방착판을 설치함으로써, 진공용기 내에 축적된 박막재료의 제거에 소요되는 시간(챔버 메인터넌스시간)을 단축하여, 설비 가동률의 향상이 도모되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

또한, 막두께 모니터를 사용한 실시간 막두께 계측결과를 토대로 하는 성막시간 및 성막전력의 제어에 의해 막두께의 안정화를 도모하는 방법이나, 기판홀더를 자전 및 공전시키면서 성막을 행하는 방법, 또는, 기판홀더와 타겟 사이에 보정판기구를 설치하여 고정도(高精度)로 막두께를 제어하는 시도가 이루어지고 있다(예를 들면, 특허문헌 3 내지 6 참조).

또한, 스퍼터용 전원으로서 직류(DC) 전원 대신에 고주파(RF) 전원을 사용하는 방식을 RF 바이어스 스퍼터라 하여, 고주파 전원을 사용함으로써, 금속 및 절연물질의 스퍼터를 가능하게 하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2, 4 참조).

특허문헌 1: 일본국 특허공개 제2000-129441호 공보

특허문헌 2: 일본국 특허공개 제1997-087835호 공보

특허문헌 3: 일본국 특허공개 제2002-030435호 공보

특허문헌 4: 일본국 특허공개 제2006-265692호 공보

특허문헌 5: 일본국 특허공개 제1995-292471호 공보

특허문헌 6: 일본국 특허공개 제2006-070330호 공보

그런데, 바이어스 스퍼터장치의 경우는, 기판홀더 전체에 스퍼터용 전원이 인가되는 것으로부터, 기판홀더부분에도 타겟으로부터 스퍼터된 성막물질이 부착되어 성막되어버리게 된다. 이 기판 이외의 부분(예를 들면, 기판홀더)에 부착된 성막물질은, 기판홀더 표면의 요철부분이나, 기판의 취부(取付)부분의 단차(段差) 근방에서는, 불균일한 막두께로 성막되는 경향이 있다. 특히, 기판의 근방에 적층된 불균일한 막이, 성막 중의 봄바드처리에 의한 이온의 충돌로 박리된 경우, 이 박리된 막이 이물질로서 성막 중의 기판에 부착되어, 성막 불량을 일으키는 원인이 되고 있었다.

또한, 대형 돔형상의 기판홀더를 구비하는 바이어스 스퍼터장치의 경우는, 스퍼터용 전원이 인가되는 기판홀더의 면적이 크기 때문에, 기판홀더 전체의 셀프 바이어스의 전위를 높게 하는 것이 곤란하였다. 특히, 상기 특허문헌 4 또는 5에 나타내어진 기술과 같이, 기판홀더에 자전·공전기구를 구비한 자전·공전식 스퍼터장치에 있어서는, 기판홀더가 대형화, 복잡화되기 때문에, 높은 전위를 기판 상에 발생시키는 것이 곤란한 동시에, 이온의 충돌에 의한 이물질의 발생이 문제가 되고 있었다.

본 발명의 목적은, 상기 문제점을 감안하여, 청정도가 높고 또한 고정도의 박막 디바이스를 제조할 수 있는 바이어스 스퍼터장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 박막 디바이스의 제조비용 저감을 도모할 수 있는 바이어스 스퍼터장치를 제공하는 것이다.

상기 과제는, 청구항 1의 바이어스 스퍼터장치에 의하면, 자전·공전기구를 갖고, 진공용기 내에 기판을 지지하기 위한 기판홀더와, 그 기판홀더측에 설치된 기판전극과, 상기 기판에 대향하여 배설되는 타겟을 구비하며, 상기 기판전극 및 상기 타겟에 전력을 인가하여, 상기 기판전극 및 상기 타겟 사이에 플라즈마를 발생시켜서 상기 기판 표면에 박막을 형성하는 바이어스 스퍼터장치에 있어서, 상기 기판전극은 상기 기판홀더에 지지된 상기 기판 각각의 이면측에만 구비되고, 상기 기판전극과 상기 기판은 소정 거리 이간하여 배설됨으로써 해결된다.

이와 같이, 본 발명의 바이어스 스퍼터장치에 의하면, 기판전극은, 기판홀더에 지지된 기판 각각의 이면측에만 구비되고, 기판전극과 기판은 소정 거리 이간하여 배설되어 있기 때문에, 기판홀더에 취부된 각각의 기판의 이면측에만 전력이 공급되게 된다. 이 때문에, 기판에 공급할 수 있는 전압·전력값의 범위를 종래보다도 높은 값으로 설정할 수 있어, 막질의 치밀화 또는 처리시간의 단축을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 바이어스 스퍼터장치 기판홀더에 부착되는 성막물질을 줄임으로써, 성막 중에 이온의 충돌에 의해 막의 일부가 박리되어 생기는 이물질의 발생을 억제하여 막의 청정도의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 기판의 「이면」이란, 스퍼터면이 아닌 쪽의 면이라는 의미로, 타겟과 대향하는 면과 반대측의 면을 가리킨다.

구체적으로는, 청구항 2와 같이, 상기 기판전극과 상기 기판의 상기 소정 거리는, 0.5 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하이면 바람직하다.

이와 같이, 기판전극과 기판의 소정 거리를 0.5 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하로 함으로써, 기판전극에 나타나는 셀프 바이어스의 효과가 반영되는 범위 내에 기판을 배설할 수 있다. 또한, 기판전극과 기판의 거리를 변경함으로써, 기판에 반영되는 셀프 바이어스효과를 조정할 수 있다.

구체적으로는, 청구항 3과 같이, 상기 기판홀더는, 상기 진공용기에 대해 회전하는 공전부재와, 그 공전부재에 대해 회전하는 동시에, 상기 기판을 지지 가능한 자전홀더를 가져서 구성되어 있고, 상기 기판전극은, 외부 전원과 직접적 또는 간접적으로 일단부측이 접속된 배선부재의 타단측에 지지되는 동시에, 상기 자전홀더 및 상기 공전홀더 중 어느 것에 대해서도 절연되어 있으면 더욱 바람직하다.

이와 같이, 기판전극은, 자전홀더 및 공전부재 중 어느 것에 대해서도 절연되는 동시에, 외부 전원과 직접적 또는 간접적으로 접속된 상태로 배설되기 때문에(구체적으로는, 공전부재측에 접속됨), 기판전극과 자전홀더가 전기적으로 접촉하지 않는 구성으로 할 수 있다. 이 때문에, 기판전극과 자전홀더의 접촉에 의한 이물질의 발생을 방지할 수 있어, 막의 청정도를 향상시킬 수 있다.

또한, 여기서 말하는 「공전부재측」이란, 넓은 의미로 공전부재를 회전구동하기 위해 관여하는 모든 부재측이라는 의미이고, 보다 구체적으로는, 배선부재의 일단부는, 공전부재를 회전시키기 위해 공전부재의 중앙부에 관통하는 회전축에 고정된 인가 받이부(受部)에 접속된다.

더욱 구체적으로는, 청구항 4와 같이, 상기 기판홀더는, 상기 진공용기에 대해 회전하는 공전부재와, 상기 공전부재에 대해 회전하고, 상기 기판을 지지 가능한 자전홀더를 가져서 구성되어 있고, 상기 기판전극은, 외부 전원과 직접적 또는 간접적으로 일단부측이 접속된 배선부재의 타단측에 지지되는 동시에, 상기 자전홀더 및 상기 공전부재 중 어느 것에 대해서도 절연되며, 상기 기판전극과 상기 기판의 상기 소정 거리는, 상기 배선부재의 상기 공전부재에 대한 취부위치를 변경함으로써 조정 가능하게 구성되어 있으면 바람직하다.

상기 구성에 의해, 배선부재의 공전부재측에 대한 취부높이를 변경함으로써, 기판전극과 기판의 거리를 임의로 변경할 수 있기 때문에, 기판전극에 나타나는 셀프 바이어스의 효과가 반영되는 범위 내에 기판을 배설할 수 있고, 또한, 기판전극과 기판의 거리를 변경함으로써, 기판에 반영되는 셀프 바이어스효과를 임의로 조정할 수 있다.

또한, 청구항 5와 같이, 상기 기판홀더는, 상기 진공용기에 대해 회전하는 공전부재와, 상기 공전부재에 대해 회전하고, 상기 기판을 지지 가능한 자전홀더를 가져서 구성되어 있고, 상기 기판전극은, 외부 전원과 직접적 또는 간접적으로 일단부측이 접속된 배선부재의 타단측에 지지되는 동시에, 상기 기판홀더 및 상기 공전부재 중 어느 것에 대해서도 절연되며, 상기 기판전극과 상기 기판의 상기 소정 거리는, 상기 배선부재의 상기 공전부재에 대한 취부위치를 변경함으로써 조정 가능하게 구성되어 있고, 상기 자전홀더는, 상기 기판전극과 근접하는 소정 부분의 표면에 절연성의 코팅을 가지도록 구성되어 있으면 바람직하다.

이와 같이, 자전홀더는, 기판전극과 근접하는 소정 부분의 표면에 절연성의 코팅을 갖는다. 이 때문에, 기판전극과의 방전을 방지할 수 있어, 기판 이면의 거의 전면과 대향하는 크기의 기판전극을 배치할 수 있게 된다. 따라서, 기판 전체를 균일한 성막조건으로 할 수 있어, 균일성이 높은 고정도 성막을 행할 수 있다.

또한, 청구항 6과 같이, 상기 기판홀더는, 상기 진공용기에 대해 회전하는 공전부재와, 그 공전부재에 대해 회전하고, 상기 기판을 지지 가능한 자전홀더를 가지며, 상기 자전홀더는 상기 공전부재에 대해 절연되고, 상기 기판전극은 상기 자전홀더측에 취부되면 바람직하다.

이와 같이, 자전홀더가 공전부재에 대해 절연되는 동시에, 기판전극이 자전홀더측에 취부됨으로써, 기판전극의 크기를 기판과 거의 동일한 형상 및 크기로 형성할 수 있다. 이 때문에, 기판 전체를 거의 균일한 성막조건으로 할 수 있어, 막두께·막질 등의 균일성이 높아 고정도 성막을 행할 수 있다.

구체적으로는, 청구항 7과 같이, 상기 기판홀더는, 상기 진공용기에 대해 회전하는 공전부재와, 그 공전부재에 대해 회전하고, 상기 기판을 지지 가능한 자전홀더를 가지며, 상기 자전홀더는, 상기 공전부재에 대해 절연되는 동시에, 상기 자전홀더층에 맞닿는 베어링을 매개로 하여 전력이 공급되고 있고, 상기 기판전극은 상기 자전홀더측에 취부되어 있으면 바람직하다.

상기 구성과 같이, 기판전극에 공급되는 스퍼터용 전원이 도통(導通)되는 자전홀더와 배선부재의 접속부분에 베어링을 사용함으로써, 부재의 접접(摺接)에 의해 생기는 이물질의 발생을 억제할 수 있어, 막의 청정도를 향상시킬 수 있다.

청구항 1의 바이어스 스퍼터장치에 의하면, 인가할 수 있는 전압의 범위를 종래보다도 높은 값으로 설정할 수 있는 동시에, 이물질의 발생을 억제하여 막의 청정도의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 청구항 2 및 4의 바이어스 스퍼터장치에 의하면, 기판전극에 나타나는 셀프 바이어스의 효과가 반영되는 범위 내에 기판을 배설하는 동시에, 기판전극과 기판의 소정 거리를 변경함으로써, 기판에 반영되는 셀프 바이어스의 효과를 조정할 수 있다.

또한, 청구항 3 및 7의 바이어스 스퍼터장치에 의하면, 이물질이 발생하지 않아 막의 청정도를 향상할 수 있다.

또한 추가적으로, 청구항 5 및 6의 바이어스 스퍼터장치에 의하면, 기판 전체를 균일한 성막조건으로 할 수 있어, 균일성이 높은 고정도 성막을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태의 RF 바이어스 스퍼터장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태의 기판홀더의 상면 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태의 기판홀더의 부분단면 설명도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태의 기판홀더의 상면 설명도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태의 기판홀더의 부분단면 설명도이다.
부호의 설명
M1, M2 서보모터(servomotor)
Mbox 매칭박스
d 기판과 기판전극의 거리
1 스퍼터장치
10 진공용기
12 기판홀더
14 기판
16 샤프트
17a, 17b, 23a 톱니바퀴
19a 카본 브러시
19b 브러시 받이부
20 인가 받이부재
21 공전부재
21a 취부 개구부
23, 43 자전홀더
24 링형상 전달부재
24a, 24b 톱니부
28, 29a, 29b 절연부재
30, 40 기판전극
40a 고정부재
31, 41 배선부재
34, 36 타겟
38 스페이서
39 절연코팅
21b, 45 베어링

이하에, 본 발명의 일 실시형태에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 부재, 배치 등은 발명을 구체화한 일례로서 본 발명을 한정하지 않고, 본 발명의 취지에 따라 각종 개변할 수 있는 것은 물론이다.

(제1 실시형태)

도 1 내지 3은 본 발명의 제1 실시형태를 나타내고, 도 1은 본 발명의 제1 실시형태의 RF 바이어스 스퍼터장치(이하, 스퍼터장치(1))의 개념도, 도 2는 기판홀더의 상면 설명도, 도 3은 기판홀더의 부분단면 설명도이다.

이하에, 도 1 내지 도 3을 토대로 하여, 본 발명의 일 실시형태의 스퍼터장치(1)의 구성부재에 대해 설명한다.

본 실시형태의 스퍼터장치(1)는, 도 1의 개념도에 나타내는 바와 같이, 진공용기(10), 샤프트(16), 기판홀더(12), 타겟(34, 36)을 주요 구성으로 하고 있다.

본 실시형태의 진공용기(10)는, 공지의 성막장치에서 통상 사용되는 스테인리스제의 용기이고, 세로로 두는 원통형상 부재이다.

이 진공용기(10)는, 위쪽에 후술하는 샤프트(16)를 관통시키기 위한 구멍이 형성되어 있고, 전기적으로 접지되어 접지전위로 되어 있다.

또한, 진공용기(10)의 내측은, 도시하지 않는 배기수단에 의해, 그 내압이 소정의 압력(예를 들면 3×10^-2~10^-4 Pa 정도)이 되도록 배기된다.

또한, 도시하지 않는 가스 도입관으로부터는, Ar가스 등의 플라즈마를 발생시키기 위한 프로세스 가스나, O₂가스 또는 N₂가스 등의 반응성 가스를 필요에 따라 적절히 진공용기(10) 내에 도입할 수 있도록 구성되어 있다.

본 실시형태의 샤프트(16)는, 스테인리스제의 대략 파이프형상 부재로, 진공용기(10)의 위쪽에 형성된 구멍부분에 배설된 절연부재(28)를 매개로 하여, 진공용기(10)에 대해 회전 가능하게 지지되어 있다.

또한, 이 절연부재(28)는, 애자(碍子)나 수지 등으로 형성되어 있고, 이 절연부재(28)를 매개로 하여 진공용기(10)에 지지됨으로써, 샤프트(16)는 진공용기(10)에 대해 전기적으로 절연된 상태에서, 진공용기(10)에 대해 회전 가능해진다.

샤프트(16)의 상단측(진공용기(10)의 외측에 배설됨)에는, 톱니바퀴(17b)가 고착되어 있고, 이 톱니바퀴(17b)는, 서보모터(M1)의 출력측 톱니바퀴(17a)와 맞물려 있다.

이 때문에, 서보모터(M1)를 구동함으로써, 톱니바퀴(17a)를 매개로 하여 톱니바퀴(17b)에 회전구동력이 전달되어, 샤프트(16)가 회전하게 된다.

또한, 톱니바퀴(17b)의 하측에는, 브러시 받이부(19b)가 취부되어 있다.

이 브러시 받이부(19b)는, 매칭박스를 매개로 하여 고주파(RF) 전원에 접속된 카본 브러시(19a)와 접동(摺動)하도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성되어 있기 때문에, 샤프트(16)측에 RF 전원이 공급된다.

샤프트(16)의 하단부(진공용기(10)의 내측에 위치하고 있음)에는, 후술하는 공전부재(21)가 취부되어 있다.

이 공전부재(21)와 샤프트(16)의 접속부분에는, RF 전력이 접속된 동제(銅製)의 인가 받이부재(20)가 취부되어 있다.

또한, 샤프트(16)는, 도시하지 않는 에어 실린더에 의해 진공용기(10) 내의 기밀을 유지한 채로 상하방향으로 움직이도록 구성되어 있어, 이 작용에 의해 샤프트(16)의 위치 조정이 가능해져 있다.

이와 같이, 이 에어 실린더에 의해, 샤프트(16) 하단부측에 취부된 후술하는 공전부재(21) 및 자전홀더(23)와 후술하는 타겟(34, 36)의 거리를 조정할 수 있다.

본 실시형태의 기판홀더(12)는 공전부재(21)와 자전홀더(23)를 주요 구성으로서 구성되어 있다.

본 실시형태의 공전부재(21)는 돔형상의 스테인리스제 부재로, 그 중앙부가 샤프트(16)의 하단측에 지지된 상태에서, 진공용기(10) 내의 상측에 배설된다.

또한, 이 공전부재(21)는 접지전위로 되어 있다.

또한, 샤프트(16) 하단부에 고착된 인가 받이부재(20)와 공전부재(21) 사이에는 절연부재(29a)가 배치되어 있다. 이와 같이, 절연부재(29a)를 매개로 하여, 공전부재(21)가 샤프트(16)에 고착됨으로써, 공전부재(21)가 샤프트(16)에 대해 전기적으로 절연되는 구성으로 되어 있다.

또한, 공전부재(21)에는, 후술하는 자전홀더(23)를 취부하기 위한 취부 개구부(21a)가 소정 위치(공전부재(21)의 중심을 기점으로 각각 중심각 45도 격리된 위치)에 8개소 설치되어 있다. 이 취부 개구부(21a)에는 내면측에 링형상으로 구성된 베어링(21b)이 배치되어 있다.

또한, 공전부재(21)의 외연측(外緣側)에는, 링형상 전달부재(24)가 배설되어 있다. 링형상 전달부재(24)는, 도시하지 않는 베어링을 매개로 하여 공전부재(21)측에 취부되어 있어, 공전부재(21)에 대해 회전 가능하게 구성되어 있다. 이 링형상 전달부재(24)의 내측 및 외측의 전체 둘레에 걸쳐 톱니부(24a, 24b)가 형성되어 있다.

본 실시형태의 자전홀더(23)는, 기판(14)을 보유·유지(保持)하는 것으로서, 대략 원통형상의 스테인리스제 부재로서 구성되어 있다.

이 자전홀더(23)의 상단부측에는 외주부(外周部)의 직경방향으로 튀어나와 형성된 톱니바퀴(23a)가 일체로 끼워 부착되어 있다.

또한, 자전홀더(23) 하측에는, 고정 플랜지(미도시)가 형성되어 있어, 이 고정 플랜지에 기판(14)을 고정함으로써, 기판(14)이 자전홀더(23)에 고정된다. 또한, 기판(14)의 고정방법으로서는, 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다. 예를 들면, 고정 플랜지 이외에도, 볼트, 판스프링 등의 다른 고정구를 사용할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 8개의 자전홀더(23)를 공전부재(21)에 취부하는 구성을 갖고 있기 때문에, 동일 형상의 자전홀더(23)를 8개 갖고 있으나, 자전홀더(23)는 필요에 따라 임의의 수로 변경 가능한 것은 물론이다.

자전홀더(23)에 보유·유지되는 기판(14)은, 필요에 따라 적절히 선택된다.

예를 들면, 광학 디바이스를 제작하는 경우는, 원판형상 또는 판형상 또는 렌즈형상의 수지(예를 들면, 폴리이미드)나 석영 등의 광투과성을 갖는 재료가 선택된다. 또한, 전자 디바이스를 제작하는 경우는, Si 기판이나 GaAs 기판 등의 반도체기판이 사용된다.

자전홀더(23)에 장비되는 기판전극(30)은, 기판(14)의 이측(裏側)(타겟(34, 36)에 대향하는 쪽의 면과 반대측)에 배치된 스테인리스제의 대략 원판형상의 부재로, RF 전력에 접속된 인가 받이부재(20)와 배선부재(31)를 매개로 하여 전기적으로 접속되어 있다.

이 배선부재(31)는, 기판전극(30)과 같은 소재로 제작된 부재로, 한쪽 단부가 인가 받이부재(20)에 고정되어 있다. 또한, 다른 쪽의 단부측은, 기판전극(30)에 용접에 의해 고착되어 기판전극(30)과 일체로 되어 있다. 배선부재(31)는, 그 한쪽 단부를 인가 받이부재(20)에 체결부재에 의해 확실히 고정되어 있어, 이 때문에, 기판전극(30)은 소정 위치에 요구되는 강도로 보유·유지되게 된다.

본 실시형태의 타겟(34, 36)은, 기판(14)에 성막되는 성막재료가 표면에 접합된 원판형상 또는 대략 직사각형상의 부재로, 플라즈마 중에서 발생한 이온이 충돌을 일으킴으로써 성막물질을 기판을 향해 스퍼터할 수 있다. 성막재료로서는, 예를 들면, Si, Nb, Al, Ta, Cu 등의 금속이나, SiO₂, Nb₂O₅, Al₂O₃와 같은 절연물 등을 필요에 따라 적절히 선택할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 2종류의 타겟(34, 36)을 갖는 구성으로 되어 있으나, 필요에 따라 타겟(34, 36)의 수도 임의로 변경할 수 있다.

이 타겟(34, 36)은 진공용기(10)의 하방측에 자전홀더(23)에 배설된 기판(14)과 대향하도록 배설된다.

기판전극(30)과 타겟(34, 36)에 인가하는 RF 전력은, 매칭박스(Mbox)에 의해 정합을 취하면서 공급된다. RF 전원으로서는, 10~100 MHz 정도의 주파수의 것을 사용할 수 있다.

이상과 같이, 진공용기(10) 내부의 위쪽에는, 샤프트(16)가 진공용기(10)의 외부 위쪽으로부터 관통하고 있어, 진공용기(10)에 대해 회전 가능하게 취부되어 있다.

이 회전은, 서보모터(M1)의 회전구동력을 톱니바퀴(17a, 17b)에 전달함으로써, 샤프트(16)에 전도된다. 또한, 회전구동력과 동시에, 매칭박스를 매개로 하여 고주파(RF) 전원에 접속된 카본 브러시(19a)와 접동하도록 구성된 브러시 받이부(19b)에 의해, 샤프트(16)측에 RF 전원이 공급된다.

그리고, 샤프트(16)의 하단측에는, 공전부재(21)가 배설되는 동시에, 이 공전부재(21)에는, 본 실시형태에 있어서는 8개의 자전홀더(23)가 배설된다.

또한, 진공용기(10)의 하방측에, 자전홀더(23)에 배설된 기판(14)과 대향하도록 타겟(34, 36)이 배설된다. 이 타겟(34, 36)에는, 매칭박스(Mbox)를 매개로 하여, RF 전원으로부터 RF 전력이 공급되도록 구성되어 있다.

다음으로, 전술한 각 부재의 관계에 대해 설명한다.

8개의 자전홀더(23)는, 공전부재(21)에 형성된 취부 개구부(21a)에 각각 취부된다. 자전홀더(23)는, 공전부재(21)의 취부 개구부(21a)의 상측으로부터 끼워 넣음으로써 용이하게 취부할 수 있다.

이때, 자전홀더(23)의 외주부는, 취부 개구부(21a)에 배치된 베어링(21b)에 지지되어 배설되기 때문에, 자전홀더(23)는 공전부재(21)에 대해 회전 가능하게 지지된다.

또한, 자전홀더(23)는 대략 원통형상으로 형성되어 있기 때문에, 공전홀더(21)의 취부 개구부(21a)에 취부되면, 공전홀더(21)를 표리방향으로 관통하는 원형의 개구영역이 형성된다.

자전홀더(23)가 공전부재(21)에 취부된 상태에서는, 자전홀더(23)의 상측 외주측에 형성된 톱니바퀴(23a)가, 취부 개구부(21a)의 상측에 노출된 상태로 되어 있다.

자전홀더(23)의 외주측에 형성된 톱니바퀴(23a)는, 공전부재(21)의 외연측에 회전 가능하게 배설되는 링형상 전달부재(24)의 내측에 형성된 톱니부(24a)와 맞물리도록 배설되어 있다. 이와 같이 구성되어 있기 때문에, 서보모터(M2)에 의해 링형상 전달부재(24)의 외측에 형성된 (24b)를 회전시킴으로써, 링형상 전달부재(24)의 내측에 형성된 톱니부(24b)에 맞물리는 자전홀더(23)의 톱니바퀴(23a)를 회전시킬 수 있다. 이렇게 하여, 자전홀더(23)는 공전부재(21)에 취부된 상태로 자전할 수 있다.

또한, 링형상 전달부재(24)에 형성된 톱니부(24a, 24b)에는 절연성의 코팅이 실시되어 있어 자전홀더(23)와 전기적으로 절연되어 있다.

각각의 자전홀더(23)의 하측에는 기판(14)이 성막면을 아래쪽으로 하여 고정된다. 즉, 자전홀더(23) 하측의 개구영역을 막듯이 기판(14)은 고정된다. 물론, 기판(14)을 지지하는 지그나 접착제 등의 다른 고착수단을 사용해서 기판(14)을 고정해도 된다.

이때, 기판(14)의 성막면 주위에 요철이 생기지 않도록, 공전부재(21)의 하면과 기판(14)의 성막면의 높이를 일치시켜 고정하면 된다.

이상과 같이, 공전부재(21)와 자전홀더(23)를 조립해서 기판홀더(12)를 구성함으로써, 자전홀더(23)는, 공전하는 공전부재(21)에 취부된 상태에서 자전할 수 있는 구조를 갖고 있다. 즉, 기판홀더(12)는 자전·공전운동을 행할 수 있다. 따라서, 자전홀더(23)에 취부된 기판(14)도 자전·공전운동을 행하기 때문에, 기판(14)에 대해 균일한 성막을 행할 수 있다.

기판전극(30)은, 기판(14)의 이면으로부터 소정 거리 이간된 위치에, 기판(14)의 이면과 대향하여 평행하게 배설된다.

이때, 기판전극(30)은, 공전부재(21) 및 자전홀더(23)와는 접촉하지 않도록 배설되어 있기 때문에, 인가 받이부(20)에 인가되는 RF 전력이 배선부재(31)를 매개로 하여 기판전극(30)에 공급된다. 또한, 배선부재(31)는, 공전부재(21)측에 고착된 인가 받이부(20)에 고정되기 때문에, 배선부재(31)에 고착되어 있는 기판전극(30)도 공전부재(21)와 함께 회전한다. 즉, 기판전극(30)은 공전부재(21)와 함께 회전한다. 이 때문에, 기판전극(30)은, 자전홀더(23)의 자전운동에 관계 없이 기판(14) 이측(裏側)의 소정 위치에 배치된다.

여기서, 기판전극(30)은, 기판(14)과 소정 거리(d)만큼 이간하여 배설되나, 이 기판(14)과 기판전극(30)의 거리(d)(보다 정확하게는, 기판(14)의 이면과 기판전극(30)의 표면의 거리(d); 이하, 거리(d)라 한다)는, 기판전극(30)에 의한 셀프 바이어스의 효과가 기판(14)에 반영되는 범위 내로 설정된다. 또한, 기판(14)에 반영되는 셀프 바이어스 효과는, 거리(d)를 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 물론, 스퍼터용 전력을 변경함으로써 셀프 바이어스 전위를 조정해도 된다.

또한, 성막조건에 따라서도 다르나, 본 실시형태에 있어서는, 거리(d)가 20 ㎜ 정도 이하일 때, 기판전극(30)에 의한 셀프 바이어스의 효과가 기판(14)에 영향을 미친다. 기판(14) 재료나 RF 전력값, 성막분위기 등의 성막조건을 변화시켜서 성막실험을 행한 경우, 거리(d)는 0.5~10 ㎜의 범위 내에서 양호한 막이 얻어진 것으로부터, 거리(d)는 0.5 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하의 범위로 되면 바람직하다. 또한, 셀프 바이어스 효과의 조정은, 거리(d) 또는 RF 전력값의 변경에 의해 행해진다. 물론, 거리(d)는 0.5~10 ㎜의 범위 내에서 조정된다.

거리(d)는 도전성 스페이서(38)를 사이에 끼워 고정함으로써 조정할 수 있다.

이 스페이서(38)는, 인가 받이부(20)측과 배선부재(31)의 접속부분에, 이들의 부재에 협지된 상태로 배설되는 임의의 두께를 갖는 도전성 부재이다.

인가 받이부(20)측과 배선부재(31) 및 스페이서(38)는, 이들을 관통하여 체결할 수 있는 볼트 등의 체결부재(미도시)를 사용해서 고정된다.

이와 같이 구성되어 있기 때문에, 기판전극(30)은 배선부재(31)와 일체로 구성되어 있기 때문에, 자전홀더(23)에 대한 기판전극(30)의 취부높이를, 인가 받이부(20)측과 배선부재(31)의 접속부분 사이에 끼우는 스페이서(38)의 높이(두께)를 변경함으로써 조정할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 배선부재(31)는, 공전부재(21)측의 인가 받이부(20)에 고정되어 있으나, 배선부재(31)를 공전부재(21)측에 절연성 스페이서용 부재를 매개로 하여 고정하고, 굴곡 자유자재인 도전성 부재를 매개로 하여 인가 받이부(20)와 도통시키는 구성으로 해도 된다.

또한, 스페이서(38) 대신에 나사에 의해 배선부재(31)의 높이를 조정하는 기구로 해도 된다. 이 경우, 인가 받이부(20)측과 배선부재(31)를 도시하지 않는 볼트 등으로 고착하고, 공전부재(21)측에 형성한 나사구멍(미도시)에 감합(嵌合)시킨 나사의 상하동(上下動)에 따라, 인가 받이부(20)측과 배선부재(31)의 고착부분을 상하동 가능하게 구성하면 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 나사의 회전에 따라 배선부재(31) 및 기판전극(30)의 높이를 상하동시킬 수 있기 때문에, 용이하게 정밀한 높이 조정을 행할 수 있다.

또한, 인가 받이부(20)측과의 접속부분에 있어서, 배선부재(31)를 상하동 제어 가능한 액츄에이터를 취부하여, 기판(14)의 두께나 성막속도, 성막재료 등의 성막조건과 연동시켜서 기판전극(30)의 배설위치 제어가 가능한 구성으로 하는 것도 가능하다.

물론, 기판전극(30)과 배선부재(31)를 볼트로 고정하고, 이 접속부분에서 기판전극의 위치를 조정하는 구성으로 해도 된다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 거리(d)는 8개 각각의 자전홀더(23)별로 조정을 행하고 있으나, 8개의 기판전극(30)을 일체로서 구성함으로써, 일괄적으로 거리(d)의 설정을 행할 수 있다.

예를 들면, 인가 받이부(20)측의 상측에, 높은 강성(剛性)을 갖는 도전성 링형상 부재(미도시)를, 샤프트(16)에 삽통(揷通)한 상태로 취부하고, 이 링형상 부재를 인가 받이부(20)와 도통상태를 유지한 채로 상하방향으로 위치 조정 가능하게 구성하면 된다. 이 링형상 부재에 모든 배선부재(31)를 고정함으로써 일괄적으로 거리(d)의 설정을 행할 수 있다. 이 링형상 부재의 상하동은, 인가 받이부(20)와의 사이에 도전성 스페이서를 끼워 행할 수 있다. 물론, 나사를 사용해서 상하동 가능하게 구성해도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 8개소의 기판(14)과 기판전극(30)의 거리(d)의 조정을 일괄적으로 행할 수 있어, 스퍼터장치(1)의 가동률의 향상, 즉 성막처리의 저비용화를 도모할 수 있다.

기판전극(30)의 크기는, 기판(14)의 크기를 고려해서 결정된다. 이 기판전극(30)은, 기판(14)의 직경에 대해 80~98%의 직경을 가지고 형성되고, 특히, 기판(14) 사이즈의 90% 이상의 크기인 것이 바람직하다. 본 실시형태에 있어서는, 원판형상의 기판(14)은 직경 100 ㎜이기 때문에, 기판전극(30)의 직경은 80~98 ㎜로 형성되어 있다.

여기서, 기판(14)의 크기에 대해 기판전극(30)이 지나치게 작으면, 기판(14) 표면에 반영되는 셀프 바이어스의 효과를 균일하게 하는 것이 곤란해지기 때문에, 기판(14) 상에 형성되는 성막층의 두께나 막질이 불균일해질 가능성이 있다.

한편, 기판전극(30)이 자전홀더(23) 등의 다른 부재와 지나치게 접근하면, 기판홀더(12)와의 사이에서 방전되어 공급되는 스퍼터용 전력이 불안정해질 우려가 있다. 이 때문에, 기판전극(30)의 크기를 기판(14)의 직경에 대해 90% 정도 이상으로 형성하는 경우에는, 기판전극(30)과 접근하는 영역의 자전홀더(23)에 절연성 코팅(39)이 실시되어 있다. 절연성 코팅(39)은 용사(溶射)에 의해 자전홀더(23)의 소정 표면에 형성된다.

여기서, 기판전극(30)을 각각의 기판(14)의 이면측에 취부한 효과에 대해 설명한다.

기판(14)의 이면측에 배설된 기판전극(30)에 RF 전원이 공급되기 때문에, 공전부재(21) 전체에 RF를 인가할 필요가 없다. RF 전류가 인가되는 면적이 작기 때문에, 기판(14)에 인가할 수 있는 전압·전류값의 범위를 종래보다도 높은 값으로 설정하여, 이온의 밀도를 높게 할 수 있는 것으로부터, 막질의 치밀화 또는 처리시간의 단축화를 도모할 수 있다.

그리고, 기판전극(30)은 자전홀더(21)와 접촉하지 않는 구성이기 때문에, 기판전극(30)과 자전홀더(23)의 접접에 의한 마모를 원인으로 한 분진 등의 이물질의 발생을 방지하여, 막의 청정도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 간단한 구조이기 때문에 부품 점수의 증가를 억제하여 설비의 저비용화를 도모할 수 있다.

또한, 기판(14)의 근방에 위치하는 공전부재(21)에는 성막재료가 성막되기 어려워지기 때문에, 봄바드처리에 의해 이온이 충돌해도 막이 박리되지 않아, 기판전극(30)의 표면에 부착되는 이물질(파티클)을 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 막의 청정도 및 수율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 공전부재(21)나 자전홀더(23)에 부착되어 축적되는 박막재료를 줄일 수 있기 때문에, 박막재료의 제거에 소요되는 시간(챔버 메인터넌스시간)을 단축하여 설비 가동률을 향상시킬 수 있다.

또한, 기판전극(30)은, 기판(14)과 소정 거리 이간하여 평행하게 배치되기 때문에, 기판(14)의 성막면에서는 균일한 성막조건이 유지되어, 막두께·막질의 균일성이 높은 고정도 성막을 행할 수 있다.

또한, 기판전극(30)은, 기판홀더(12)에 자전·공전기구를 구비하는 스퍼터장치(1)에 적용할 수 있기 때문에, 공전기구만의 기판홀더에서 채용되고 있던 막두께 분포 조정을 위한 보정판이 불필요해진다. 물론, 기판홀더(12)에 공전기구만 구비하는 형식의 바이어스 스퍼터장치에도 본 실시형태의 기판전극(30)을 적용할 수 있어, 기판(14)에 인가할 수 있는 전압·전류값의 범위 확대 및 성막된 막의 청정도의 향상을 도모할 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 2극의 RF 바이어스 스퍼터장치(스퍼터장치(1))로서 본 발명은 구성되어 있으나, 기판(14)에 전류를 인가하는 방식의 스퍼터장치라면 본 발명의 구성을 적용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 안정화 전극을 사용한 3극 또는 4극의 스퍼터장치로서 구성해도 된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 스퍼터용 전원으로서 RF 전원을 사용하고 있으나, DC 전원을 사용해서 구성해도 된다. DC 전원을 사용한 경우에는, 절연물의 스퍼터가 불가능한 것을 제외하고 본 실시형태의 스퍼터장치(1)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 성막 중에 O₂나 N₂ 등의 활성가스를 도입하지 않고, 반응성이 아닌 스퍼터를 행할 수 있는 것은 물론이다.

또한, 타겟(34, 36)의 상측에 개폐 제어 가능한 셔터(미도시)를 설치하고, 셔터의 개도(開度)를 조정함으로써, 스퍼터되는 타겟(34, 36)과 스퍼터량을 조정할 수 있는 구성으로 해도 된다.

(제2 실시형태)

도 4 및 도 5는 본 발명의 제2 실시형태를 나타내고, 도 4는 기판홀더의 상면 설명도, 도 5는 기판홀더의 부분단면 설명도이다.

또한, 이하의 각 실시형태에 있어서, 제1 실시형태와 동일 부재, 배치 등에는 동일 부호를 붙이고 그의 상세한 설명을 생략한다.

본 실시형태에서는, 제1 실시형태의 스퍼터장치(1)에 있어서, 기판전극(40)의 취부구조에 차이가 있다. 본 실시형태의 기판전극(40)은, 자전홀더(43)에 고착되어 있어, 자전홀더(43)와 함께 회전하는 구성이다.

기판전극(40)은 스테인리스제의 대략 원판형상의 부재로, 타겟(34, 36)에 대해 기판(14)의 이면측에 배치되도록, 각 자전홀더(43)측에 고정부재(40a)에 의해 고정되어 있다. 자전홀더(43)는 자전홀더(43)의 외주부에 맞닿는 베어링(45)을 매개로 하여, 배선부재(41) 및 인가 받이부재(20)와 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 기판전극(40)에는 자전홀더(43)를 매개로 하여 RF 전력이 공급되고 있다.

또한, 자전홀더(43)는 공전부재(21)에 절연부재(29b)를 매개로 하여 취부되기 때문에, 공전부재(21)와는 전기적으로 절연되어 있다.

기판전극(40)은, 제1 실시형태의 경우와 마찬가지로, 기판(14)의 이면으로부터 소정 거리(d)만큼 이간된 위치에, 기판(14)과 대향하여 평행하게 배설되어 있다.

거리(d)는, 기판(14)에 기판전극(40)에 의한 셀프 바이어스가 나타나, 반영되는 범위 내로 설정된다. 또한, 본 실시형태에 있어서도, 거리(d)는 0.5 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하로 되면 바람직하였다.

또한, 기판(14)에 반영되는 셀프 바이어스의 효과는, 거리(d)를 변화시킴으로써 조정할 수 있으나, RF 전력값의 변경에 의해서도 조정 가능하다.

거리(d)는, 기판전극(40)을 자전홀더(43)에 취부할 때, 기판전극(40)의 위치를 변경함으로써 조정할 수 있다.

기판전극(40)은, 자전홀더(43)에 고착되어 있기 때문에 기판(14)의 이면 전체에 배치할 수 있다. 즉, 절연 코팅(39)을 자전홀더(43)에 실시하지 않은 상태여도, 기판전극(40)을 기판(14)과 거의 동일한 형상 및 크기로 형성할 수 있다. 기판(14) 표면에 반영되는 셀프 바이어스의 효과의 영향을 균일하게 할 수 있기 때문에, 기판(14) 상에 형성되는 성막층의 두께와 막질의 균일화를 도모할 수 있다.

또한, 베어링(45)을 매개로 하여 자전홀더(43)와 배선부재(41)를 도통시킴으로써, 배선부재(41)를 자전홀더(43)의 외주부에 접접시키는 경우와 같이, 부재의 마모에 의한 분진 등의 이물질의 발생을 방지하여, 막의 청정도의 향상을 도모할 수 있다.

Claims

자전·공전기구를 갖고, 진공용기 내에 기판을 지지하기 위한 기판홀더와, 그 기판홀더측에 설치된 기판전극과, 상기 기판에 대향하여 배설되는 타겟을 구비하며, 상기 기판전극 및 상기 타겟에 전력을 인가하여, 상기 기판전극 및 상기 타겟 사이에 플라즈마를 발생시켜서 상기 기판 표면에 박막을 형성하는 바이어스 스퍼터장치에 있어서,
상기 기판전극은 상기 기판홀더에 지지된 상기 기판 각각의 이면측에만 구비되고,
상기 기판전극과 상기 기판은 소정 거리 이간하여 배설되는 것을 특징으로 하는 바이어스 스퍼터장치.
제1항에 있어서,
상기 기판전극과 상기 기판의 상기 소정 거리는, 0.5 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 바이어스 스퍼터장치.
제1항에 있어서,
상기 기판홀더는, 상기 진공용기에 대해 회전하는 공전부재와, 그 공전부재에 대해 회전하는 동시에, 상기 기판을 지지 가능한 자전홀더를 가져서 구성되어 있고,
상기 기판전극은, 외부 전원과 직접적 또는 간접적으로 일단부측이 접속된 배선부재의 타단측에 지지되는 동시에, 상기 자전홀더 및 상기 공전부재 중 어느 것에 대해서도 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 바이어스 스퍼터장치.
제1항에 있어서,
상기 기판홀더는, 상기 진공용기에 대해 회전하는 공전부재와, 상기 공전부재에 대해 회전하고, 상기 기판을 지지 가능한 자전홀더를 가져서 구성되어 있고,
상기 기판전극은, 외부 전원과 직접적 또는 간접적으로 일단부측이 접속된 배선부재의 타단측에 지지되는 동시에, 상기 자전홀더 및 상기 공전부재 중 어느 것에 대해서도 절연되며,
상기 기판전극과 상기 기판의 상기 소정 거리는, 상기 배선부재의 상기 공전부재에 대한 취부위치를 변경함으로써 조정 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 바이어스 스퍼터장치.
제1항에 있어서,
상기 기판홀더는, 상기 진공용기에 대해 회전하는 공전부재와, 상기 공전부재에 대해 회전하고, 상기 기판을 지지 가능한 자전홀더를 가져서 구성되어 있고,
상기 기판전극은, 외부 전원과 직접적 또는 간접적으로 일단부측이 접속된 배선부재의 타단측에 지지되는 동시에, 상기 자전홀더 및 상기 공전부재 중 어느 것에 대해서도 절연되며,
상기 기판전극과 상기 기판의 상기 소정 거리는, 상기 배선부재의 상기 공전부재에 대한 취부위치를 변경함으로써 조정 가능하게 구성되어 있고,
상기 자전홀더는, 상기 기판전극과 근접하는 소정 부분의 표면에 절연성의 코팅을 갖는 것을 특징으로 하는 바이어스 스퍼터장치.
제1항에 있어서,
상기 기판홀더는, 상기 진공용기에 대해 회전하는 공전부재와, 그 공전부재에 대해 회전하고, 상기 기판을 지지 가능한 자전홀더를 가지며,
상기 자전홀더는 상기 공전부재에 대해 절연되고,
상기 기판전극은 상기 자전홀더측에 취부되는 것을 특징으로 하는 바이어스 스퍼터장치.
제1항에 있어서,
상기 기판홀더는, 상기 진공용기에 대해 회전하는 공전부재와, 그 공전부재에 대해 회전하고, 상기 기판을 지지 가능한 자전홀더를 가지며,
상기 자전홀더는, 상기 공전부재에 대해 절연되는 동시에, 상기 자전홀더측에 맞닿는 베어링을 매개로 하여 전력이 공급되고 있고,
상기 기판전극은 상기 자전홀더측에 취부되어 있는 것을 특징으로 하는 바이어스 스퍼터장치.