KR20110039238A - 캐소드 유닛 및 이 캐소드 유닛을 구비한 스퍼터링 장치 - Google Patents

캐소드 유닛 및 이 캐소드 유닛을 구비한 스퍼터링 장치 Download PDF

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Abstract

기판 전면에서 높은 종횡비의 각 미세홀에 대해 피복성 좋게 성막할 수 있도록 한 장치 구성이 간단한 한편 저비용인 캐소드 유닛 및 그 캐소드 유닛을 구비한 스퍼터링 장치를 제공한다. 본 발명의 캐소드 유닛(C)은 한 면에 적어도 1개의 요부(4)가 형성된 홀더(3)를 구비하고, 상기 요부(4)에, 바닥이 있는 실린더 형상의 타겟재(5)가 그 바닥부측으로부터 장착됨과 아울러, 상기 타겟재 내부의 공간(5a)에 자장을 발생시키는 자장 발생 수단(7)을 조립하여 구성되어 있다.

Description

캐소드 유닛 및 이 캐소드 유닛을 구비한 스퍼터링 장치{CATHODE UNIT AND SPATTERING DEVICE HAVING SAME}
본 발명은 처리해야 할 기판의 표면에 성막하기 위해서 이용되는 캐소드 유닛 및 이 캐소드 유닛을 구비한 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 반도체 디바이스의 제작에 있어서의 성막 공정에서 스퍼터링 장치가 이용되며, 이러한 용도의 스퍼터링 장치에는, 최근의 배선 패턴의 미세화에 따라, 높은 종횡비의 미세 홀에 대하여, 처리해야 할 기판 전면에 걸쳐 피복성 좋게 성막할 수 있는 것, 즉, 층 덮임(커버리지)의 향상이 강하게 요구되고 있다.
일반적으로, 상기의 스퍼터링 장치에서는, 예를 들면 타겟의 후방(스퍼터면과 배향하는 측)에, 교대로 극성을 바꾸어 복수의 자석을 마련한 자석 조립체를 배치하고, 이 자석 조립체에 의해 타겟의 전방(스퍼터면측)으로 터널 모양의 자장을 발생시키고, 타겟의 전방에서 전리한 전자 및 스퍼터링에 의해 생긴 2차 전자를 포착함으로써, 타겟의 전방에서의 전자 밀도를 높여 플라즈마 밀도를 높이고 있다.
이러한 스퍼터링 장치에서는, 타겟 중 상기 자장의 영향을 받는 영역에서 타겟이 우선적으로 스퍼터링 된다. 이 때문에, 상기 영역이, 방전의 안정성이나 타겟의 사용 효율의 향상 등의 관점에서, 예를 들면 타겟 중앙 부근에 있으면, 스퍼터링시의 타겟의 침식량은 그 중앙부근에서 많아진다. 이러한 경우, 기판의 외주부에 있어서는, 타겟으로부터 스퍼터링 된 타겟재 입자(예를 들면 금속 입자, 이하, 「스퍼터 입자」라고 한다)가 경사한 각도로 입사, 부착하게 된다. 그 결과, 상기 용도의 성막에 이용했을 경우에는, 특히, 기판의 외주부에서 커버리지의 비대칭성의 문제가 생기는 것이 종래부터 알려져 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 진공 챔버 내에서 기판이 놓이는 스테이지의 위쪽에, 스테이지의 표면과 거의 평행하게 제1의 스퍼터링 타겟을 배치함과 아울러, 스테이지의 경사 위쪽에서 스테이지 표면에 대하여 경사지게 제2의 스퍼터링 타겟을 배치한 스퍼터링 장치, 즉, 복수의 캐소드 유닛을 구비한 것이, 예를 들면 특허 문헌 1에서 알려져 있다.
다만, 상기 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이 복수의 캐소드 유닛을 진공 챔버 내에 배치하면, 장치 구성이 복잡하게 되고, 또, 타겟의 수에 따른 스퍼터 전원이나 자석 조립체가 필요하게 되는 등, 부품 수가 증가하여 고비용을 발생시키는 불편이 있다.
특허문헌 1: 일본특허공개 제2008-47661호 공보
본 발명은, 이상의 점에 비추어, 기판 전면에서 높은 종횡비의 각 미세 홀에 대해 피복성 좋게 성막할 수 있도록 한 장치 구성이 간단한 한편, 저비용인 캐소드 유닛 및 이 캐소드 유닛을 구비한 스퍼터링 장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 캐소드 유닛은, 한 면에 적어도 1개의 요부가 형성된 홀더를 구비하고, 상기 요부에 바닥이 있는 실린더 형상의 타겟재가 그 바닥부측으로부터 장착됨과 아울러, 상기 타겟재 내부의 공간에 자장을 발생시키는 자장 발생 수단을 조립하여 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 이 캐소드 유닛을 스퍼터링 장치의 진공 챔버에 장착하고, 해당 진공 챔버를 진공 배기한 후, 희가스 등의 스퍼터 가스를 도입해 상기 캐소드 유닛에 예를 들면 음의 소정 전위를 인가하면, 캐소드 유닛 전방의 공간으로부터 타겟재 내부의 공간에 글로우 방전이 생기고, 자장 발생 수단에 의해 발생시킨 자장에 의해 타겟재 내부의 공간에 플라즈마가 봉입되고(특히, 스퍼터링에 의해 생긴 2차 전자를 봉입하기 쉬워진다), 이 상태로 스퍼터 가스의 도입을 정지하면, 타겟재 내부의 공간에서 저압력하에서 자기 방전하게 된다. 그리고, 플라즈마 중의 스퍼터 가스 이온 등이 타겟재의 내벽면에 충돌하여 스퍼터링 되고, 이 스퍼터링에 의해 생긴 스퍼터 입자나 스퍼터 입자의 이온이, 타겟재의 개구로부터 강한 직진성을 가져 캐소드 유닛 전방의 공간에 방출된다.
이 때문에, 진공 챔버 내에서 캐소드 유닛에 대향시켜 기판을 배치해 두면, 타겟재의 개구에 대향하는 부분 및 그 주변에서는 지극히 높은 막의 균일성을 갖고 성막된다. 즉, 기판 표면에 대해서 경사진 각도로 입사, 부착하는 것이 제한된다. 그 결과, 반도체 디바이스의 제작에 있어서의 성막 공정으로 본 발명의 스퍼터링 장치를 이용하면, 고 종횡비의 미세 홀에 대해서도 피복성 좋게 성막할 수 있다. 덧붙여, 타겟재 내부의 공간에서 확실하게 자기 방전이 계속하도록 하려면, 500 가우스 이상의 자장 강도로 자장을 발생시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 요부는, 상기 홀더의 전면에 걸쳐 동일한 개구경으로 소정의 간격을 갖고 형성한 것이며, 상기 자장 발생 수단이, 서로 인접하는 각 요부의 중심을 연결하는 선상에서 해당 요부의 깊이 방향을 따라 배치되는 막대 모양의 자석이며, 상기 홀더 중 상기 요부가 형성된 한 면과 배향하는 면에, 상기 자석의 수용을 가능하게 하는 수용구멍이 개설되어 있는 구성을 이용하면, 기판 전면에서 높은 종횡비의 미세 홀에 대해서 피복성 좋게 성막할 수 있는 것, 즉, 커버리지의 비대칭성의 문제를 해소하여 면 내 균일성을 향상시키는 것을 실현할 수 있고, 게다가, 홀더의 요부나 수용구멍에 타겟재나 자석을 끼워 넣는 것만으로 캐소드 유닛을 간단하게 조립할 수 있어 좋다.
한편, 상기 요부는, 상기 홀더의 전면에 걸쳐 동일한 개구경으로 소정의 간격을 갖고 형성한 것이며, 상기 자장 발생 수단이 각 요부를 둘러싸는 링 모양의 자석이며, 상기 홀더 중 상기 요부가 형성된 한 면과 배향하는 다른 면에, 상기 자석의 수용을 가능하게 하는 고리모양의 수용구가 개설되어 있는 구성을 이용해도 괜찮다.
또한 상기 자석의 각각이 하나의 지지판에 설치되고, 해당 지지판을 홀더의 다른 면과 접합하면, 상기 수용구멍 또는 수용구에 각 자석이 끼워 넣어지고, 상기 요부의 주위에 배치되도록 해 두면, 캐소드 유닛의 조립이 한층 간단해져 좋다.
게다가 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 스퍼터링 장치는, 청구항 1 내지 청구항 4의 어느 한 항에 기재된 캐소드 유닛과 상기 캐소드 유닛이 내부에 배치되는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에 소정의 스퍼터 가스를 도입하는 가스 도입 수단과 상기 캐소드 유닛에 전력을 투입하는 스퍼터 전원을 갖춘 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 종래 기술과 같이 복수의 캐소드 유닛을 스퍼터링 장치 자체에 마련하는 것은 아니고, 1개의 캐소드 유닛에 의해 높은 막 균일성을 갖고 성막할 수 있기 때문에, 복수의 캐소드 유닛을 이용하기 위해서 장치 구성을 변경하는 것 같은 경우에 비해 그 구성은 간단하고, 게다가, 장치의 제작비를 낮출 수 있다.
이 경우, 상기 캐소드 유닛과 기판을 연결하는 기준 축의 둘레에서 진공 챔버의 벽면에 마련한 코일과 각 코일로의 통전을 가능하게 하는 전원 장치를 더 구비하는 구성을 채용하면, 코일에 통전하여 캐소드 유닛 및 기판 전면에 걸쳐 같은 간격으로 수직인 자력선이 통과하도록 수직 자장을 발생할 수 있고, 이러한 상태로 성막하면, 타겟재로부터의 스퍼터 입자가 상기 수직 자장에 의해 그 방향을 바꿀 수 있어, 기판에 대해 더욱 거의 수직으로 입사하여 부착하게 된다. 그 결과, 반도체 디바이스의 제작에 있어서의 성막 공정에서 본 발명의 스퍼터링 장치를 이용하면, 높은 종횡비의 미세 홀에 대해서도 기판 전면에서 한층 피복성 좋게 성막할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태의 캐소드 유닛을 구비한 스퍼터링 장치의 모식적 단면도이다.
도 2는 캐소드 유닛을 분해해서 설명하는 단면도이다.
도 3은 캐소드 유닛의 횡단면도이다.
도 4는 타겟재 내부의 공간에서의 스퍼터링을 설명하는 일부 확대 단면도이다.
도 5 (a) 및 (b)는, 변형예에 따른 캐소드 유닛을 설명하는 단면도이다.
도 6은 실시예 1에서 이용한 캐소드 유닛을 설명하는 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태의 캐소드 유닛을 마련한 스퍼터링 장치에 대해 설명한다. 도 1에 나타나듯이, 스퍼터링 장치(1)는 진공 분위기의 형성이 가능한 진공 챔버(2)를 구비하고, 진공 챔버(2)의 천정부에 캐소드 유닛(C)이 설치되어 있다. 또한 이하에 대해서는, 진공 챔버(2)의 천정부 측을 「위」이라 하고, 그 바닥부측을 「아래」로서 설명한다.
도 2 및 도 3에 나타나듯이, 캐소드 유닛(C)은, 도전성을 가지는 재료, 예를 들면 후술하는 타겟재와 동일 재료로 제작된 원판모양의 홀더(3)를 구비하고 있다. 홀더(3)의 아래 면에는, 평면에서 보아 원형의 요부(4)가 동일한 개구 면적으로 복수 형성되어 있다. 본 실시의 형태에서는, 먼저 홀더(3)의 중심(Cp)과 동심으로 1개의 요부(4)를 형성하고, 해당 요부(4)를 기준으로서 그 주위에 6개의 요부(4)를 동일한 가상 원주(Vc) 상인 한편 같은 간격에 위치하도록 형성한다. 계속하여, 해당 가상 원주(Vc) 상의 각 요부(4)를 기준으로서, 상기 중심의 요부(4)를 포함하여, 그 주위에 다시 6개의 요부(4)가 상기와 동일한 지름의 가상 원주 상인 한편 같은 간격으로 위치하도록 형성한다. 이와 같이 하여, 홀더(3)의 지름 방향 외측에서 요부(4)를 형성할 수 없게 될 때까지 형성해 나간다. 이에 따라, 홀더(3)의 하면 전체에 걸쳐 밀집시켜 많은 요부(4)를 형성하고 있다.
각 요부(4)의 개구 면적은, φ20~60 ㎜의 범위로 설정되고, 이에 따라, 홀더(3) 하면의 면적은, 홀더(3)의 지름 방향 가장 바깥에 위치하는 요부(4)의 중심이 기판(W)의 외주보다 지름 방향 내측에 위치하도록 크기가 결정된다. 또, 각 요부(4) 상호의 지름 방향의 간격은, 후술하는 원통형의 자석의 직경보다 큰 한편, 홀더(3)의 강도를 보관 유지할 수 있는 범위에서 설정된다. 각 요부(4)에는 타겟재(5)가 끼워 넣어진다.
타겟재(5)는, 처리해야 할 기판(W)에 형성하려고 하는 박막의 조성에 따라 적당히 선택된 재료, 예를 들면, Cu, Ti나 Ta제이며, 내부에 방전용 공간(5a)이 존재하도록 바닥이 있는 실린더 형상의 외형을 가진다. 그리고, 타겟재(5)가, 그 바닥부측으로부터 각 요부(4)에 착탈이 자유롭게 장착된다. 이때, 타겟재(5) 하면이 홀더(3) 하면과 일치되도록 그 길이가 설정되어 있다. 또, 타겟재(5)를 홀더(3)의 각 요부(4)에 장착한 후, 타겟재(5)의 개구 면적보다 작은 개구를 구비한 마스크 플레이트(도시하지 않음)가 홀더(3)의 하면에 설치되어, 캐소드 유닛(C)을 진공 챔버(2)의 천정부에 설치했을 때에 각 타겟재(5)가 요부(4)로부터 이탈하지 않도록 하고 있다. 이 경우, 마스크 플레이트는, 예를 들면 타겟재(5)와 동일 재료로 제작하면 좋다.
홀더(3)의 상면에는, 그 두께 방향으로 연장하는 수용구멍(6)이 복수 개설되고, 원주 모양이나 각주 모양으로 성형한 막대 모양의 자석(7)이 끼워 넣어지도록 되어있다. 본 실시의 형태에서는, 수용구멍(6)이 1개의 요부의 주위에 6개의 자석(7)이 같은 간격인 한편, 서로 인접하는 각 요부(4)의 중심을 연결하는 선상에 위치하도록 형성되어 있다(도 3 참조). 또, 타겟재(5)의 바닥부로부터 적어도 1/3 정도의 깊은 위치까지 자석(7)이 위치하도록 홀더(3) 상면으로부터의 깊이가 설정되어 있다.
각 자석(7)은, 각 요부(4)의 주위에 배치했을 때에 타겟재(5) 내부의 공간(5a)에 500 가우스 이상의 강자장이 발생하도록 설계되고 원판상의 지지판(8)의 소정 위치에 그 극성을 일치시켜 (예를 들면, 지지판(8) 측의 극성을 N극으로서) 입설되어 있다. 그리고, 지지판(8)을 홀더(3)의 상면과 접합하면, 수용구멍(6)에 각 자석(7)이 삽입되고, 각 요부(4)의 주위에 자석(7)이 배치되도록 되어 있다. 지지판(8) 또한, 도전성을 가지는 재료로 형성되고 양자의 접합 후에는, 볼트 등의 체결 수단(도시하지 않음)을 이용해 양자가 고정되도록 되어 있다. 또한 지지판(8)의 내부 공간에 냉매를 순환시키는 기구를 마련하여, 스퍼터링 중, 타겟재(5)를 끼워 넣은 홀더(3)를 냉각하는 배킹 플레이트로서의 역할을 완수하도록 해도 괜찮다.
캐소드 유닛(C)은, 공지의 구조를 가지는 DC 전원(스퍼터 전원, 9)에 전기적으로 접속되고, 소정의 음의 전위가 인가되도록 되어 있다. 또, 진공 챔버(2)의 바닥부에는, 캐소드 유닛(C)에 대향시켜 스테이지(10)가 배치되고, 실리콘 웨이퍼 등의 처리해야 할 기판(W)을 위치 결정하여 유지할 수 있다. 또, 진공 챔버(2)의 측벽에는, 아르곤 가스 등의 스퍼터 가스를 도입하는 가스관(11)이 접속되고, 그 타단은, 도시 생략한 매스 플로우 콘트롤러를 개입시켜 가스원에 연통하고 있다. 게다가, 진공 챔버(2)에는, 터보 분자 펌프나 로터리 펌프 등으로 이루어진 진공 배기 수단(12)에 통하는 배기관(12a)이 접속되어 있다(도 1 참조).
다음으로, 상기 스퍼터링 장치(1)를 이용한 성막에 대해, 성막되는 기판(W)으로서 Si 웨이퍼 표면에 실리콘 산화물막(절연막)을 형성한 후, 이 실리콘 산화물막 중에 공지의 방법으로 배선용의 미세 홀을 패터닝하여 형성한 것을 이용하고 스퍼터링에 의해 시드막인 Cu막을 성막 하는 경우를 예로 들어 설명한다.
먼저, 홀더(3) 아래 면의 각 요부(4)에 타겟재(5)를 장착함과 아울러, 자석(7)이 입설된 지지판(8)을, 각 자석(7)이 홀더(3)의 수용구멍(6)에 삽입되도록 하여 홀더(3) 상면과 접합하고, 도시 생략한 볼트를 이용하여 고정해서 캐소드 유닛(C)을 조립한다. 그리고, 캐소드 유닛(C)을 진공 챔버(2)의 천정부에 설치한다.
그 다음에, 캐소드 유닛(3)에 대향하는 스테이지(3)에 기판(W)을 배치한 후, 진공 배기 수단(12)을 작동시켜 진공 챔버(2) 내를 소정의 진공도(예컨대, 10-5Pa)까지 진공 배기한다. 그리고, 진공 챔버(2) 내의 압력이 소정치에 이르면, 진공 챔버(2) 내에 아르곤 가스 등의 스퍼터 가스를 소정의 유량으로 도입하면서, DC 전원(9)에 의해 캐소드 유닛(C)에 소정치의 음의 전위를 인가(전력 투입)한다.
캐소드 유닛(C)에 음의 전위가 인가되면, 홀더(3) 내의 각 타겟재(5)의 공간(5a)으로부터 캐소드 유닛(C) 전방의 공간에 글로우 방전이 생기고, 이때, 자석(7)에 의해 발생시킨 자장에 의해 공간(5a)에 플라즈마가 봉입된다. 이 상태에서 스퍼터 가스의 도입을 정지하면, 공간(5a)에서 자기 방전하게 된다. 그리고, 플라즈마 중의 아르곤 이온 등이 타겟재(5)의 내벽면에 충돌하여 스퍼터링 되고, Cu 원자가 비산하며, Cu 원자나 전리한 Cu 이온이 각 타겟재(5) 아래 면의 개구로부터 강한 직진성을 가지고 기판(W)을 향해 방출된다(도 4 참조).
그 결과, 각 타겟재(5)의 개구 직하의 위치(타겟재(5)의 개구에 대향하는 부분 및 그 주변을 포함한 영역)에서는, 지극히 높은 막 두께 균일성을 가지고 성막 되고, 이들 타겟재(5)를 서로 밀집시키고 있기 때문에, 기판(W) 전면에서 높은 종횡비의 미세 홀에 대해서도 피복성 좋게 성막할 수 있다. 즉, 커버리지의 비대칭성 문제가 해소되어 면내 균일성이 향상된다.
이와 같이 본 발명에 있어서는, 상기 종래 기술과 같이 복수의 캐소드 유닛을 스퍼터링 장치 자체에 마련하는 것은 아니기 때문에, 1개의 캐소드 유닛(C)으로 커버리지의 비대칭성의 문제를 해소할 수 있으므로, 복수의 캐소드 유닛을 이용하기 위해서 장치 구성을 변경하는 것 같은 경우와 비교해 그 구성이 간단하고, 게다가, 장치의 제작비를 낮출 수 있다.
또한 본 실시의 형태에서는, 자석(7)으로서 막대 모양의 것을 이용한 것을 예로 들어 설명했지만, 타겟재(5)의 공간(5a)에 500 가우스 이상의 강자장이 형성되는 것이면, 그 형태는 상관없다. 도 5(a) 및 (b)에 나타나듯이, 링 모양의 자석(20)을 이용하여 타겟재(5)의 공간(5a)을 그 타겟재(5)를 둘러싸도록 배치해도 좋다. 이 경우, 홀더(30)의 상면에는, 링 모양의 자석(20)의 수용을 가능하게 하는 고리 모양의 수용구(21)를 개설해 두면 좋다. 한편으로, 2개의 막대 모양의 자석을 비자성 재료의 스페이서를 개재시켜 타겟재(5) 측의 극성을 서로 바꾸어 상하로 겹친 상태로 수용구멍(6)에 끼워넣어, 상하 한 쌍의 자석으로 타겟재(5)의 공간(5a)에 자장을 발생시키도록 해도 괜찮다(도 6 참조).
또, 본 실시의 형태에서는, 양산성이나 타겟의 사용 효율을 고려해 홀더(3)에 타겟재(5)를 착탈 자유롭게 끼워 넣는 것에 대하여 설명했지만, 홀더(3) 자체가 타겟으로서의 역할을 다하도록 해도 괜찮다. 즉, 홀더(3)의 하면에 요부만을 형성하고, 이 요부의 주위에 자석을 내장해, 그 요부 내벽면을 스퍼터링 하도록 구성해도 괜찮다.
게다가 본 실시의 형태의 스퍼터링 장치에 대해서는, 캐소드 유닛(C) 및 기판(W)의 중심을 묶는 기준축(CL)의 둘레에서, 진공 챔버의 외벽면에 코일(13)과 코일(13)로의 통전을 가능하게 하는 전원 장치(14)를 마련하고(도 1 참조), 캐소드 유닛(C)으로부터 기판(W)의 전면에 걸쳐 같은 간격으로 수직인 자력선이 통과하도록 수직 자장을 발생시키고, 이 상태로 성막을 실시하도록 해도 괜찮다.
이것에 의해, 타겟재(5)로부터의 스퍼터 입자가 상기 수직 자장에 의해 그 방향을 바꿀 수 있어, 기판(W)에 대해서 거의 수직으로 입사하여 부착하게 된다. 그 결과, 반도체 디바이스의 제작에 있어서의 성막 공정에서 본 발명의 스퍼터링 장치를 이용하면, 높은 종횡비의 미세 홀에 대해서도 기판 전면에 걸쳐 더 한층 피복성 좋게 성막할 수 있게 된다.
또, 스테이지에 공지의 구조를 가지는 고주파 전원(도시하지 않음)을 전기적으로 접속하고, 스퍼터링 중, 스테이지(10) 나아가서는 기판(W)에 소정의 바이어스 전위를 인가할 수 있도록 하여, Cu의 시드층을 형성하는 것과 같은 경우에는, Cu 이온을 기판에 적극적으로 끌어 들여 스퍼터율이 높아지도록 해도 괜찮다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, 도 1에 나타낸 스퍼터링 장치를 이용해 Cu막을 성막했다. 기판(W)으로서 φ300 ㎜의 Si 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 실리콘 산화물막을 형성한 후, 이 실리콘 산화물막 중에 공지된 방법으로 미세 홀(폭 40㎚, 깊이 140㎚)을 패터닝하여 형성한 것을 이용했다.
또, 캐소드 유닛으로서 도 6에 나타내듯이, 조성비가 99%이고, φ200 ㎜로 제작한 Cu제의 홀더를 이용했다. 그리고, 그 아래 면 중앙에 개구경 φ40 ㎜, 깊이 50 ㎜의 요부를 형성하여 타겟재를 겸용하도록 했다. 또, 요부의 주위에는, 둘레 방향으로 같은 간격으로 6개의 자석 유닛을 내장하여, 실시예 1 용의 캐소드 유닛(C1)으로 했다. 이 경우, 자석 유닛은, 2개의 자석을 타겟재(5) 측의 극성을 서로 바꾸는(아래쪽의 자석이 N극, 위쪽이 S극) 한편, 요부의 깊이 방향 거의 전체 길이에 걸쳐 자석이 존재하도록 상하로 겹쳐 마련한 것이며, 요부의 공간에 500 가우스의 자장 강도로 자장을 발생시키도록 했다. 그리고, 이와 같이 제작한 캐소드 유닛(C1)을 진공 챔버(2)의 천정부에 설치한 후, 요부의 개구를 제외한 홀더 아래쪽 면을 마스크 부재(M)를 장착해 덮었다.
성막 조건으로서 홀더 아래쪽 면과 기판 사이의 거리를 300 ㎜로 설정하고, 타겟에의 투입 전력을 8KW(전류 17.5A)로 설정하고, 스퍼터 시간을 60초로 설정하여 Cu막의 성막을 실시했다.
도 6 중에는, 상기 조건으로 성막 했을 때의 기판의 지름 방향의 스퍼터링율의 분포를 아울러 가리키고 있다. 이에 따르면, 기판 중심으로부터 지름 방향 반의 위치까지 동등한 스퍼터링율(기판 중심에서 0.97㎚/s, 기판 중심으로부터 75 ㎜의 위치에서, 0.90 및 0.86㎚/s)를 얻을 수 있고, 홀더(3)의 개구 직하 및 그 주변에서는, 막 두께 분포의 균일성이 지극히 높아지는 것을 알 수 있다. 또, 미세 홀의 커버리지를 SEM 사진으로 확인한 바, 상기 위치에서는, 미세 홀의 벽면에 치밀한 박막이 형성되어 비대칭성의 문제가 해소되고 면내 균일성이 향상되고 있는 것을 확인할 수 있었다.
1 스퍼터링 장치 2 진공 챔버 C, C1 캐소드 유닛
4 요부 5 타겟재 5a 방전용의 공간
6 수용구멍 7 자석(자장 발생 수단) 9 DC 전원
11 가스관(가스 도입 수단) 12 진공 배기 수단 W 기판

Claims (6)

  1. 한 면에 적어도 1개의 요부가 형성된 홀더를 구비하고, 상기 요부에, 바닥이 있는 실린더 형상의 타겟재가 그 바닥부측으로부터 장착됨과 아울러, 상기 타겟재 내부의 공간에 자장을 발생시키는 자장 발생 수단을 조립해 구성한 것을 특징으로 하는 캐소드 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 요부는 상기 홀더의 전면에 걸쳐 동일한 개구경으로 소정의 간격을 두고 형성한 것이고, 상기 자장 발생 수단이 서로 인접하는 각 요부의 중심을 연결하는 선상에서 해당 요부의 깊이 방향을 따라 배치되는 막대 모양의 자석이며,
    상기 홀더 중 상기 요부가 형성된 면과 배향하는 면에, 상기 자석의 수용을 가능하게 하는 수용구멍이 개설되어 있는 것을 특징으로 하는 캐소드 유닛.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 요부는, 상기 홀더의 전면에 걸쳐 동일한 개구경으로 소정의 간격을 두고 형성한 것이고, 상기 자장 발생 수단이 각 요부를 둘러싸는 링 모양의 자석이며,
    상기 홀더 중 상기 요부가 형성된 면과 배향하는 다른 면에, 상기 자석의 수용을 가능하게 하는 환상의 수용구가 개설되어 있는 것을 특징으로 하는 캐소드 유닛.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 자석 각각이 하나의 지지판에 설치되고, 해당 지지판을 홀더의 다른 면과 접합하면, 상기 수용구멍 또는 수용구에 각 자석이 끼워 넣어져 상기 요부의 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 캐소드 유닛.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4의 어느 한 항에 기재된 캐소드 유닛과, 상기 캐소드 유닛이 내부에 배치되는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에 소정의 스퍼터 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 캐소드 유닛에 전력을 투입하는 스퍼터 전원을 구비한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 캐소드 유닛과 기판을 연결하는 기준축의 둘레에서 진공 챔버의 벽면에 마련한 코일과, 각 코일로의 통전을 가능하게 하는 전원 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
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