KR20130062261A

KR20130062261A - 스퍼터링 장치

Info

Publication number: KR20130062261A
Application number: KR1020127026205A
Authority: KR
Inventors: 아키노리 에베; 마사노리 와타나베
Original assignee: 가부시키가이샤 이엠디
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2013-06-12
Also published as: CN102812153A; EP2546385A1; TW201207137A; US20130043128A1; WO2011111712A1; JPWO2011111712A1; EP2546385A4

Abstract

본 발명은, 스퍼터링 타겟 표면에 고밀도의 플라즈마를 효율 좋게 발생시켜, 고속도로 성막할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 아울러, 구조가 간단하여 스퍼터링 타겟의 탈착이나 보수점검 등이 용이한 대면적 스퍼터링 장치 및 플라즈마 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 스퍼터링 장치는, 진공용기의 일부에 유도결합형 안테나 도체판을 장착하는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 유도결합형 안테나 도체의 플라즈마 형성공간측에 스퍼터링 타겟판을 장착하고, 상기 안테나 도체의 일방의 단부를 고주파 전원에 접속하고, 대향하는 타방의 단부를 콘덴서를 통하여 접지한다. 또한, 복수의 안테나 도체를 병설하여 대면적 스퍼터링 장치를 구성한다.

Description

스퍼터링 장치{Sputtering device}

본 발명은, 고주파 유도전자계에 의하여 플라즈마를 발생시키는 판형상 유도결합형 안테나를 이용한 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

태양전지, 디스플레이 등의 대형화에 수반하여, 플라즈마를 이용한 기판의 표면처리에도 대(大)면적이고 균일성에서 뛰어나며, 또한 처리속도가 빠른 저렴한 플라즈마 처리장치가 요구되고 있다. 현재, 스퍼터링 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리장치로서는, DC 방전에 의한 플라즈마, 평행 평판형 고주파 플라즈마, ECR 플라즈마, 헬리콘파 플라즈마 등을 이용한 플라즈마 처리장치가 개발되어, 실용화되고 있다.

종래의 스퍼터링 장치에 대해서는, 스퍼터링 속도를 크게 하기 위하여 자장(磁場)을 이용한 마그네트론(magnetron) 스퍼터링 장치가 일반적이다. 큰 기판의 경우, 스퍼터링 속도를 크게 하기 위해서는 강(强)자장이 필요하지만, 막 두께의 균일성을 고려하면 자장 강도를 약하게 할 필요가 있어, 상반하는 양쪽의 조건을 충족시키지 않으면 안 되었다. 또한, 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서는, 마그네트론에 의하여 형성되는 터널형상의 자장 속에서 타겟의 각 부(部)로부터 비산하는 스퍼터링 입자의 양을 균일하게 하는 것이 곤란하였다.

특허문헌 1에는, 대면적 마그네트론 스퍼터링 장치에 관한 발명이 개시되어 있다. 이 발명에 관한 마그네트론 스퍼터링 장치는, 내부에 성막(成膜)해야 할 기판을 배치한 진공용기와, 기판과 대향하는 위치에 배치된 타겟판과, 타겟판을 장착한 배킹(backing) 플레이트와, 이 배킹 플레이트 상에서 기판 및 타겟판과 평행으로 이동 가능하게 지지되고, 또한 그 이동방향과 직교하는 방향을 따라서 각각 분할형성된 자석부와, 이 각각의 자석부를 이동시키는 구동기구를 가진다.

이들의 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서는, 기판보다도 더 큰 면적의 타겟판을 필요로 하여, 타겟 재료에 따라서는 매우 고가이다. 또한, 스퍼터링 속도를 높이기 위하여, 타겟판과 동등 이상의 면적을 가지는 자장발생수단, 혹은 자장발생수단을 이동시켜서 균일화를 도모하는 이동수단 등이 필요하였다. 또한, 배킹 플레이트를 대면적화하면, 대기압에 의한 응력(應力)이 그만큼 커지므로, 변형량을 줄이기 위하여 배킹 플레이트를 보다 두껍게 하지 않으면 안 되어, 중량이 매우 커져, 그 취급이 곤란하게 되는 문제가 있다.

한편, 특허문헌 2에는, 상자형 대향식 스퍼터링부를 구비한 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 관한 기술이 개시되어 있다. 본 스퍼터링 장치는 상자형 구성체의 대향하는 두 측면에 타겟판을 장착하는 구성을 가진다. 이 스퍼터링 장치에서는, 상자형 구성체의 저면(底面)부와 타겟을 장착한 두 측면 사이에, 이 두 측면측이 마이너스인 직류전압을 인가함으로써, 방전플라즈마를 발생시키고, 그에 의하여 타겟을 스퍼터링시켜, 상자형 구성체의 저면부에 설치된 기판 표면에 성막한다. 본 스퍼터링 장치에 있어서도, 타겟판에 수직인 자력선(磁力線)을 발생시키는 자장발생수단이 이용된다.

대면적의 기판을 커버하기 위하여 그 대향 간격을 넓히면 플라즈마 구속용 대향방향의 자계(磁界)가 저하하여 대향 스퍼터링이 기능하지 않게 되므로, 그 간격은 고작 20㎝ 정도로 한정된다. 따라서, 기판을 정지(靜止)한 상태에서 성막하는 경우는 이 이하의 크기의 기판에 한정되는 과제가 있다. 또한, 기판을 이동하면서 성막하는 인라인 방식이라면, 타겟판의 대향방향으로 이송하여, 이와 직각방향인 타겟길이를 넓힘으로써 대면적 기판에 대응하게 된다. 이 경우는 타겟이 매우 가늘고 긴 형상이 되며, 타겟의 균일한 냉각이 곤란하게 되어, 취급성이 나쁘다는 등의 과제가 있었다. 또한, 스퍼터링된 타겟 원자는 타겟판을 포함하여, 상자형 구성체의 내벽면에 재부착, 혹은 퇴적하기 때문에, 기판 표면의 성막에 유효하게 활용되는 스퍼터링 원자의 비율은 1/3∼1/4에 불과하다는 과제가 있다.

일본국 특허공개 평09-031646호 국제공개 WO2006/070623호 국제공개 WO2009/142016호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 스퍼터링 타겟 표면에 고밀도의 플라즈마를 효율 좋게 발생시켜, 스퍼터링 속도가 빠른 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다. 또한, 구조가 간단하여 스퍼터링 타겟의 탈착이나 보수점검 등이 용이한 대면적 스퍼터링 장치 및 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.

본원의 발명자들은, 진공용기의 일부를 겸하는 개구부를 가지는 플랜지에, 이 개구부를 덮도록 평판형상의 고주파안테나 도체를 설치하고, 이 고주파안테나 도체에 고주파전류를 흐르게 함으로써 방전플라즈마를 발생시키는 유도결합형 플라즈마(ICP) 발생장치 및 플라즈마 처리장치를 개발해 왔다(특허문헌 3을 참조). 본 발명은, 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 상기 유도결합형 플라즈마 발생장치를 개발하는 과정에서 이루어진 것이다.

본원은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서 아래의 발명을 제공한다.

(1) a) 진공용기와,

b) 상기 진공용기의 천판(天板, top board)에 설치된 개구부를 폐쇄하도록 설치된 도체판(導體板)으로서, 상기 진공용기 내측의 표면에 스퍼터링 타겟판을 장착 가능한 고주파안테나 도체판(이하, ICP 안테나 도체로 기재함)과,

c) 상기 진공용기 속에 설치된 기판지지대와,

d) 상기 진공용기 속의 가스를 배기하는 배기수단과,

e) 상기 진공용기 속에 프로세스가스를 도입하는 가스도입수단

을 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.

(2) 상기 ICP 안테나 도체와 상기 스퍼터링 타겟판이 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 스퍼터링 장치. 여기서, 상기 ICP 안테나 도체와 상기 스퍼터링 타겟판의 일체화는, 예컨대 나사나 접착제를 이용하여 행할 수 있다. 상기 나사는 상기 스퍼터링 타겟판과 같은 재료로 이루어지는 것이 요망된다. 또한, 상기 접착제는, 150℃ 이상의 내열성을 가지는 것이 요망된다.

(3) 상기 ICP 안테나 도체의 스퍼터링 타겟판이 장착 가능한 면 이외의 표면이, 상기 ICP 안테나 도체의 재료보다도 투자율(透磁率)이 높은 재료로 이루어지는 고(高) 투자율막(透磁率膜)으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 스퍼터링 장치.

(4) 상기 ICP 안테나 도체의 대기측 표면에 냉각수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 스퍼터링 장치.

(5) 상기 ICP 안테나 도체의 길이방향의 길이가, 상기 ICP 안테나 도체에 급전(給電)하는 고주파전력의 주파수에 대응하는 파장의 1/4 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 스퍼터링 장치.

(6) 상기 천판에 소정의 간격으로 복수 개의 상기 개구부가 설치되고, 상기 복수의 개구부를 폐쇄하도록 상기 ICP 안테나 도체가 설치되며, 각 ICP 안테나 도체에 고주파전력이 급전되는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 스퍼터링 장치.

(7) 상기 ICP 안테나 도체에 정합기(整合器)를 통하여 고주파전력이 급전되고, 또한 코일을 통하여 바이어스전압이 인가되는 구성인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 스퍼터링 장치.

(8) 상기 바이어스전압이 주파수 300㎑ 이하의 교류전압을 반파정류(半波整流) 또는 양파정류(兩波整流)한 마이너스의 맥류전압, 마이너스의 삼각파전압, 또는 마이너스의 직사각파전압(펄스전압을 포함함)인 것을 특징으로 하는 상기 (7)에 기재된 스퍼터링 장치.

(9) 상기 바이어스전압이 제어 가능한 것을 특징으로 하는 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 스퍼터링 장치.

(10) 상기 각 ICP 안테나 도체의 급전측은 정합기를 통하여 고주파전원에 접속되고, 상기 각 ICP 안테나 도체판의 접지측은 콘덴서를 통하여 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 스퍼터링 장치.

(11) 상기 각 ICP 안테나 도체에 급전하는 고주파전력이 제어 가능한 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 스퍼터링 장치.

본 발명에 의하여, 스퍼터링 타겟판의 표면에 고밀도의 플라즈마를 효율 좋게 발생시킬 수 있고 그에 의하여 스퍼터링 속도가 빠른 스퍼터링 장치를 제공할 수 있다. 또한, 구조가 간단하여, 스퍼터링 타겟의 탈착이나 보수점검 등이 용이하다. 또한, 복수 개의 상기 ICP 안테나 도체를 배치함으로써, 대면적이고, 또한 균일성의 제어가 가능한 스퍼터링 장치 및 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다.

[도 1] 본 발명에 관한 스퍼터링 장치의 제1 실시예를 나타내는 개략 종단면도이다.
[도 2] 본 발명에 관한 스퍼터링 장치에 있어서 이용하는 ICP 안테나 도체의 일례를 나타내는 개략 종단면도이다.
[도 3] 제1 실시예의 스퍼터링 장치의 파워효율 특성을 나타내는 그래프이다.
[도 4] 제1 실시예의 스퍼터링 장치에서 생성되는 고주파전력과 플라즈마밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 5] 제1 실시예에 있어서의 바이어스전압과 스퍼터링막의 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 6] ICP 안테나 도체를 복수 개 배치한 제2 실시예를 나타내는 개략 종단면도이다.
[도 7] 복수의 ICP 안테나 도체에의 급전방법 및 제어방법을 나타내는 개념도이다.

본 발명에 관한 스퍼터링 장치의 일 실시형태에 대하여, 요부(要部) 구성의 개략 종단면도를 도 1에 나타낸다. 본 실시형태의 스퍼터링 장치(1)는, 방전플라즈마를 형성하는 진공용기(10)와, 상기 진공용기의 상부를 폐쇄하는 천판(11)과, 상기 천판에 마련한 개구부를 폐쇄하도록 설치된 ICP 안테나 도체(12)와, 상기 진공용기의 내부공간(23)에 설치된 기판지지대(17)와, 상기 진공용기 속의 가스를 진공펌프(미도시)에 의하여 배기하기 위한 배기구(배기수단)(28)와, 상기 진공용기 내부공간(23)으로 프로세스가스를 도입하는 가스도입구(가스도입수단)(27)를 구비한다. ICP 안테나 도체(12)의 재료로는, 비자성(非磁性)으로서 전기전도성 및 열전도성에 뛰어난 구리 또는 알루미늄을 이용하는 것이 바람직하다. ICP 안테나 도체(12)의 형상은, 전형적으로는 직사각형이지만, 원형이나 타원형 등, 다른 형상의 것을 이용할 수도 있다. 상기 ICP 안테나 도체(12)의 진공용기 내측 표면에는 스퍼터링 타겟판(13)이 장착되어(접합되어) 있다. 상기 ICP 안테나 도체(12)의 단부(端部)는 정합기(19)를 통하여 고주파전원(18)에 접속되고, 대향하는 단부는 콘덴서(20)를 통하여 접지된다.

본 실시형태의 스퍼터링 장치(1)는, 상기 ICP 안테나 도체(12)에 고주파전류를 흐르게 함으로써 발생하는 유도결합형 방전플라즈마(ICP)와 용량결합형 방전플라즈마(CCP)의 상승효과를 활용하고 있다. 이로써, 상기 ICP 안테나 도체(12)에 장착된 스퍼터링 타겟판(13)의 표면 근방에 5×10¹¹㎝^-3 정도의 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 특장(特長)이 있다.

상기 ICP 안테나 도체(12)의 일방의 단부는 정합기(19)를 통하여 고주파전원(18)에 접속하고, 타방의 단부를 콘덴서(20)를 통하여 접지함으로써, 상기 ICP 안테나 도체(12)는 전기적으로 플로트된다. 따라서, 상기 ICP 안테나 도체(12)에 인가하는 바이어스전압을 제어함으로써 스퍼터링 타겟판(13)에 입사하는 이온전류와 그 에너지를 제어할 수 있고, 스퍼터링 타겟판(13) 표면의 각 부분으로부터 스퍼터링되는 스퍼터링량을 거의 균일하게 할 수 있다.

또한, 스퍼터링 장치(1)에는, 상기 ICP 안테나 도체(12)에 마이너스의 바이어스전압, 예컨대 교류전압을 반파정류 또는 양파정류한 마이너스의 맥류전압, 마이너스의 삼각파전압, 혹은 마이너스의 펄스전압을 코일(21)을 개재하여 인가하는 바이어스전원(22)을 설치할 수 있다. 이들 마이너스 바이어스전압의 반복주파수는 300㎑ 이하, 바람직하게는 10㎑∼100㎑이다. 마이너스 바이어스전압을 제어함으로써, 스퍼터링 타겟판(13)에 입사하는 이온량과 그 에너지를 제어할 수 있어, 스퍼터링 속도를 제어할 수 있다. 더욱 중요한 것은, 상기 반복주파수가 10㎑ 이상인 맥류전압, 혹은 펄스전압을 인가함으로써, 도전성(導電性) 타겟재(材) 뿐만 아니라 유전체(誘電體) 타겟재의 스퍼터링이 가능하게 되는 것이다.

상기 스퍼터링 타겟판(13)은 상기 ICP 안테나 도체(12)에, 예컨대 나사(비스) 등으로 장착하거나, 접착제 등을 이용하여 접합할 수 있다. 이로써, 동일 ICP 안테나 도체를 이용하고, 스퍼터링 타겟판(13)을 교환하기만 하면 임의의 재료를 스퍼터링할 수 있어, 타겟의 탈착, 보수점검이 매우 용이하게 된다. 나사를 이용하는 경우에는, 스퍼터링 타겟판(13)과 같은 재료로 이루어지는 것을 이용하는 것이 요망된다. 또한, 접착제를 이용하는 경우에는, 150℃ 이상의 내열성을 가지는 것을 이용하는 것이 요망된다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, ICP 안테나 도체(12)의, 스퍼터링 타겟판(13)이 접합되어 있는 면(타겟판 접합면) 이외의 표면을 고(高) 투자율막(24)으로 피복함으로써, 타겟판 접합면 이외의 표면의 고주파에 대한 임피던스를 크게 할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써 고주파전류를 타겟판 접합면측에 집중할 수 있으며, 상기 스퍼터링 타겟판(13)의 표면 근방에, 보다 고밀도인 방전플라즈마를 발생시킬 수 있어, 스퍼터링 속도를 빠르게 할 수 있다. 고 투자율막(24)의 재료로는, 예컨대 철, 코발트, 니켈 또는 그들의 합금을 이용할 수 있다.

본 발명에 관한 스퍼터링 장치의 다른 실시형태를 도 6에 나타낸다. 본 실시형태의 스퍼터링 장치(2)는, 진공용기(10)의 일부, 예컨대, 천판(11)에 일정 간격으로 복수의 개구부를 마련하고, 스퍼터링 타겟판(13)을 접합한 ICP 안테나 도체(12)를 각 개구부에 장착한 것이다. 그 밖의 구성은 상술한 스퍼터링 장치(1)와 마찬가지이다. 다만, 도 6에 나타낸 종단면은 도 1의 이점쇄선 A-A'로 절단한 종단면에 상당하고, 도 1과 동일방향의 종단면에서는, 본 실시형태의 스퍼터링 장치(2)와 상술한 스퍼터링 장치(1)의 구성은 같다. 본 실시형태의 스퍼터링 장치(2)는, 각 ICP 안테나 도체(12)에 고주파전력을 급전함으로써, 상기 기판지지대(17)에 재치(載置; 올려놓음)한 대면적 기판(16)의 표면에 스퍼터링막을 형성할 수 있다. 또한, 각 ICP 안테나 도체(12)에 급전하는 바이어스전압 또는 고주파전력을 제어함으로써 균일한 스퍼터링을 할 수 있어, 대면적에 걸쳐서 균일한 성막을 할 수 있다.

복수의 ICP 안테나를 설치하는 경우, 특정한 ICP 안테나에 재질이 다른 스퍼터링 타겟판을 접합함으로써, 복수의 원소를 포함하는 혼성 박막, 화합물 박막, 이종접합 박막 등을 임의로 형성할 수 있다.

본원의 판형상 ICP 안테나 도체의 경우, 고주파전류는 표피효과에 의하여 ICP 안테나 도체의 단면(斷面) 중앙부보다도 양 측면부에 많이 흐른다. 따라서 상기 복수 개의 ICP 안테나 도체를 병설하는 경우, 상기 ICP 안테나 도체의 폭(W)과 인접하는 ICP 안테나 도체의 간격(L)은 거의 같은 정도인 것이 바람직하다. 또한, 기판 표면에 균일한 스퍼터링 막을 형성하기 위해서는, 상기 스퍼터링 타겟판과 상기 기판의 간격(H)과, 인접하는 ICP 안테나 도체의 간격(L)의 비(H/L)가 1∼3인 것이 요망된다.

실시예 1

본 발명에 관한 스퍼터링 장치의 제1 실시예의 구성을, 도 1을 이용하여 설명한다. 본 실시예에서 이용한 ICP 안테나 도체(12)는 폭 5㎝, 길이 50㎝의 직사각형의 알루미늄판이다. 이 ICP 안테나 도체(12)는 진공용기의 내부공간(플라즈마 형성공간)(23)측의 면이 평면형상이고, 그 면에 니켈제(製)인 스퍼터링 타겟판(13)이 니켈제 비스로 접합되어 있다. 상기 ICP 안테나 도체(12)의 대기측의 면에는 오목형상의 절결(cutout)부(25)를 마련하고, 주변부의 두꺼운 부분에 냉각수로(26)를 설치하고 있다.

진공용기의 천판(11)의 개구부에 진공시일부재(15), 절연체 프레임바디(14)를 끼워 넣고 상기 ICP 안테나 도체(12)를 장착하였다. 상기 절연체 프레임바디(14)에는 피크(PEEK; 폴리에텔에텔케톤)재를 이용하였다. ICP 안테나 도체(12)의 장변(長邊)방향의 일단(一端)은 구리 평판을 이용하여 정합기를 통하여 고주파전원(18)에 접속하였다. 한편, 장변방향의 타단(他端)은 용량이 가변(可變)인 콘덴서(20)를 통하여 접지전위에 있는 상기 정합기(19)의 케이스에 접속하였다. 또한, 상기 ICP 안테나 도체(12)는 코일(21)을 통하여 바이어스전원(22)에 접속하며, 바이어스전압을 제어함으로써 스퍼터링 속도를 제어하였다.

제1 실시예의 스퍼터링 장치를 이용하여 이하의 실험을 행하였다. 먼저, 진공용기 속을 1×10^-3㎩ 이하까지 배기한 후, 진공용기(10) 속에 아르곤가스를 도입하고, 가스압을 2∼10㎩로 조정하였다. ICP 안테나 도체(12)에 주파수 13.56㎒, 출력 200∼800W의 고주파전력을 급전하여 진공용기(10) 속에 플라즈마를 발생시켰다.

본 실시예에서 이용한 ICP 안테나 도체(12)는 판형상 안테나로서 매우 저(低)임피던스이며, 큰 고주파전류를 흐르게 할 수 있는 특장이 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이 85％ 정도의 파워효율이 얻어지고, ICP 안테나 도체(12)의 표면 근방에 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다.

플라즈마 형성공간(23)에 발생한 플라즈마의 전자밀도를 진공용기 속에 설치된 랭뮤어프로브(Langmuir probe)(미도시)를 이용하여 측정하였다. 측정결과를 도 4에 나타낸다. 측정결과는 ICP 안테나 도체(12)의 표면으로부터 5.4㎝ 떨어진 플라즈마 형성공간(23)의 전자밀도이다. 고주파전력이 800W일 때, 6×10¹¹/㎤ 정도의 높은 전자밀도가 얻어졌다. 종래의 용량결합방식(CCP방식)에 비교하여 약 1자리수 높은 전자밀도이다.

바이어스전압으로는, 50㎑의 교류전압을 반파정류한 마이너스의 맥류전압을 인가하였다. 니켈제의 스퍼터링 타겟판(13)으로부터 7㎝ 하방에 재치한 유리기판(16) 상에 성막한 니켈막의 두께와 바이어스전압의 파고치(波高値)의 관계를 도 5에 나타낸다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 바이어스전압의 증가와 함께 성막속도가 급증하여, 바이어스전압의 제어에 의하여 성막속도를 임의로 제어할 수 있다. 바이어스전압을 400V 이상으로 올리면, 바이어스전압에 의한 글로우(glow)방전이 중첩되어 플라즈마밀도가 상승하고, 스퍼터링 속도가 현저하게 증가하는 것이 밝혀졌다.

본 발명에 의하면, 상기 콘덴서(20)의 용량을 조정함으로써, 상기 ICP 안테나 도체(12)의 양단(兩端)의 고주파전압을 거의 동일하게 할 수 있어, ICP 안테나 도체(12)의 길이방향으로 거의 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다. 본 실시예에서는, 니켈제의 스퍼터링 타겟판을 이용하였지만, 그에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 맥류 바이어스전원의 주파수를 10㎑ 이상으로 함으로써, 유전체 타겟재료의 스퍼터링이 가능하게 된다.

실시예 2

본 발명에 관한 스퍼터링 장치의 제2 실시예의 구성을, 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한다. 본 실시예는, 도 6에 나타낸 상술한 스퍼터링 장치(2)에 있어서, 제1 실시예에서 이용한 것과 동일치수의 ICP 안테나 도체(12)를 12㎝ 간격으로 5개, 거의 병렬로 배치한 것이다. 상기 ICP 안테나 도체(12)와 기판(16)의 간격은 15㎝로 하였다.

도 7은 5개의 ICP 안테나 도체에의 급전방법 및 제어방법을 나타내는 개념도이다. 각 ICP 안테나 도체(A1∼A5)의 급전측은 콘덴서(C1∼C5) 및 정합기(191∼195)를 통하여 고주파전원(18)에 접속되고, 각 ICP 안테나 도체(A1∼A5)의 접지측은 가변콘덴서(VC1∼VC5)를 통하여 접지되어 있다. 또한, 각 ICP 안테나 도체(A1∼A5)는 코일(L1∼L5)을 통하여 바이어스전원(B1∼B5)에 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 1대의 고주파전원에 의하여 각 안테나 도체(A1∼A5)에 정합기를 통하여 급전하였지만, 복수의 고주파전원을 사용할 수 있고, 본 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 각 ICP 안테나 도체(A1∼A5)의 임피던스 및 바이어스전압을 조정, 제어하는 것이 가능하게 된다. 본 실시예에서는, 주파수 13.56㎒, 출력 500∼1500W의 고주파전력 및 파고치 300V∼600V, 주파수 50㎑의 마이너스의 맥류전압을 인가하였다. 각 ICP 안테나 도체의 바이어스전압을 조정함으로써 50㎝ 가로세로의 기판 표면에 두께 정밀도 ±5％ 이하의 니켈 박막을 형성할 수 있었다.

본 실시예에서 밝혀진 것은, 각 ICP 안테나 도체(A1∼A5)의 임피던스를 미리 조정하고 있더라도 성막속도는 반드시 균일하게 되지는 않으며, 바이어스전압의 조정에 의한 보정이 필요하다는 것이다. ICP 안테나 도체(A1∼A5)에 인가하는 바이어스전압을 각각으로 제어함으로써, 대면적에 걸쳐서 성막속도를 균일하게 하는 것이 가능하게 되었다.

10…진공용기
11…천판
12, A1∼A5…ICP 안테나 도체
13…스퍼터링 타겟판
14…절연체 프레임바디
15…진공시일부재
16…기판
17…기판지지대
18…고주파전원
19…정합기
20…콘덴서
21…코일
22…바이어스전원
23…진공용기의 내부공간(플라즈마 형성공간)
24…고(高) 투자성막
26…냉각수로
27…가스도입구
28…배기구

Claims

a) 진공용기와,
b) 상기 진공용기의 천판(天板, top board)에 마련된 개구부를 폐쇄하도록 설치된 도체판(導體板)으로서, 상기 진공용기 내측의 표면에 스퍼터링 타겟판을 장착 가능한 고주파안테나 도체판과,
c) 상기 진공용기 속에 설치된 기판지지대와,
d) 상기 진공용기 속의 가스를 배기하는 배기수단과,
e) 상기 진공용기 속으로 프로세스가스를 도입하는 가스도입수단
을 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고주파안테나 도체판과 상기 스퍼터링 타겟판이 일체화되어 있는 것
을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 고주파안테나 도체판의 스퍼터링 타겟판이 장착 가능한 면 이외의 표면이 고(高) 투자율막(透磁率膜)으로 피복되어 있는 것
을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고주파안테나 도체판의 대기측 표면에 냉각수단을 구비하고 있는 것
을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고주파안테나 도체판의 길이방향의 길이가, 급전(給電)하는 고주파전력의 주파수에 대응하는 파장의 1/4 이하인 것
을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 천판에 소정의 간격으로 복수 개의 상기 개구부가 마련되고,
상기 복수의 개구부를 폐쇄하도록 상기 고주파안테나 도체판이 설치되며,
각 고주파안테나 도체판에 고주파전력 및 바이어스전압이 급전되는 것
을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고주파안테나 도체판에 정합기(整合器)를 통하여 고주파전력이 급전되고, 또한 코일을 통하여 바이어스전압이 인가되는 구성인 것
을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 바이어스전압이 주파수 300㎑ 이하의 교류전압을 반파정류(半波整流) 또는 양파정류(兩波整流)한 마이너스의 맥류전압, 마이너스의 삼각파전압, 또는 마이너스의 직사각파전압(펄스전압을 포함함)인 것
을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 바이어스전압이 제어 가능한 것
을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각 고주파안테나 도체판의 급전측은 정합기를 통하여 고주파전원에 접속되고,
상기 각 고주파안테나 도체판의 접지측은 콘덴서를 통하여 접지되어 있는 것
을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각 고주파안테나 도체판에 급전하는 고주파전력을 제어 가능한 것
을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.