KR20130133073A - 스퍼터 성막 장치 - Google Patents

Abstract

도전성을 갖는 타겟 홀더와, 상기 타겟 홀더에 대향하여 설치되고 도전성을 갖는 기판 홀더를 구비하고, 상기 타겟 홀더에 타겟을 유지하며, 상기 기판 홀더에 기판을 유지하고, 상기 타겟 홀더와 상기 기판 홀더 양쪽 모두에 전압을 인가하여 상기 타겟의 스퍼터를 행하며, 상기 기판에 상기 타겟의 구성 원소를 포함하는 절연막을 형성하는 스퍼터 성막 장치로서, 상기 기판 홀더는, 방전 공간을 향해 개구 형성된 갭을 가지며, 상기 갭은, 상기 기판에 대한 스퍼터 성막 중에, 상기 절연막이 되는 절연물 입자가 도달하지 않고 상기 방전 공간에 대하여 개방된 도전면이 상기 갭의 내벽에 확보되는 갭 사이즈를 갖는다.

Description

스퍼터 성막 장치{SPUTTER DEPOSITION DEVICE}

본 발명은, 스퍼터 성막 장치에 관한 것으로, 특히 기판 홀더측에도 바이어스 전압을 인가한 상태로 기판에 절연막을 형성하는 스퍼터 성막 장치에 관한 것이다.

타겟과 기판을 대향시켜 행하는 스퍼터 성막에서는, 통상 기판측은 접지되고, 타겟측에만 전압을 인가하지만, 경우에 따라서는 기판측에 바이어스 전압을 인가하는 경우도 있다. 예컨대 특허문헌 1에는, 아르곤과 산소의 혼합 가스중에서의 반응성 스퍼터에 의해 산화티탄막을 성막하는 데 있어서, 기판에 양의 바이어스 전압을 인가함으로써 결정 배향성을 바꿀 수 있다는 개시가 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-87836호 공보

스퍼터 성막에 있어서, 막은 기판 이외의 부분에도 부착된다. 예컨대 기판 홀더에서는 기판이 배치되어 있는 부분보다 외주측의 표면 위에도 막이 부착된다. 그리고, 형성되는 막이 절연막인 경우에, 기판 홀더에서 방전 공간에 대하여 노출되어 있는 면이, 절연막의 부착에 의해 절연막으로 덮여 버리면, 방전 공간을 향하는 도전면이 절연면이 되어 버려, 기판 홀더에 대한 바이어스 효과가 없어질 가능성이 있다.

본 발명은 전술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 절연막을 형성하는 경우에, 방전 공간과 그 방전 공간에 마주하는 기판 홀더 사이의 도통이 확보되도록 하여, 기판 홀더에 대한 바이어스 효과를 잃지 않도록 하는 스퍼터 성막 장치를 제공한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 도전성을 갖는 타겟 홀더와, 상기 타겟 홀더에 대향하여 설치되고 도전성을 갖는 기판 홀더를 구비하고, 상기 타겟 홀더에 타겟을 유지하며, 상기 기판 홀더에 기판을 유지하고, 상기 타겟 홀더와 상기 기판 홀더 양쪽 모두에 전압을 인가하여 상기 타겟의 스퍼터를 행하며, 상기 기판에 상기 타겟의 구성 원소를 포함하는 절연막을 형성하는 스퍼터 성막 장치로서, 상기 기판 홀더는, 방전 공간을 향해 개구 형성된 갭을 가지며, 상기 갭은, 상기 기판에의 스퍼터 성막중에, 상기 절연막이 되는 절연물 입자가 도달하지 않고 상기 방전 공간에 대하여 개방된 도전면이 상기 갭의 내벽에 확보되는 갭 사이즈를 갖고, 상기 갭 사이즈는, 상기 갭의 직경 또는 폭과, 깊이를 포함하고, 상기 직경 또는 폭은, 상기 타겟의 구성 원소를 포함하는 입자의 상기 방전 공간 내에서의 평균 자유 행정 이하이며, 상기 깊이는, 상기 평균 자유 행정의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 스퍼터 성막 장치가 제공된다.

본 발명에 의하면, 절연막을 스퍼터 성막하는 경우에, 방전 공간과 그 방전 공간에 마주하는 기판 홀더 사이의 도통이 확보되도록 하여, 기판 홀더에 대한 바이어스 효과를 잃지 않도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터 성막 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도.
도 2는 반응성 스퍼터에 의해 기판에 실리콘 산화막을 형성한 경우의, 기판측에 대한 바이어스 전압과, 성막 레이트와, 형성된 실리콘 산화막의 굴절률의 관계를 도시하는 그래프.
도 3은 방전 공간에 도입하는 가스를 아르곤 가스만으로 하는 조건으로 스퍼터 성막을 행하고, 기판 바이어스의 유무에 의한 막 두께의 차이를 측정한 결과를 도시하는 그래프.
도 4는 실리콘 타겟을 이용하여, 아르곤 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 방전 공간에 도입하여 실리콘 산화막의 반응성 스퍼터를 행하고, 기판 바이어스의 유무에 따른, 산소 분압비에 대한 성막 레이트와 굴절률을 측정한 결과를 도시하는 그래프.
도 5는 도 4의 결과에서의 성막 속도와 굴절률을, 산소 분압비마다 도시한 그래프.
도 6은 도 1에 도시하는 기판 홀더의 모식 확대도.
도 7은 본 실시형태에 따른 스퍼터 성막 장치에서의 기판 홀더의 다른 구체예를 도시하는 모식도.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터 성막 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다. 본 실시형태에 따른 스퍼터 성막 장치는, 기밀 용기(11)와, 기판(5)이 유지되는 기판 홀더(14)와, 타겟(13)이 유지되는 타겟 홀더인 백킹 플레이트(12) 등을 구비한다.

기밀 용기(11)의 벽부에는, 가스 도입구(16)와 배기구(17)가 형성되고, 가스 도입구(16)는 가스 공급관, 가스 공급원 등의 가스 공급계에 접속되며, 배기구(17)는 배기관, 진공 펌프 등의 진공 배기계에 접속되어 있다. 가스 도입량과 배기량의 제어에 의해, 기밀 용기(11)의 내부(처리실 내)를 원하는 가스에 의한 원하는 압력상태로 할 수 있다.

기밀 용기(11)의 상부에 백킹 플레이트(12)가 설치되고, 이 백킹 플레이트(12)에 대향하여, 기밀 용기(11)의 바닥부에 기판 홀더(14)가 설치되어 있다. 기밀 용기(11) 내부의 처리실 내에 있어서 백킹 플레이트(12)와 기판 홀더(14) 사이의 공간이 방전 공간(10)으로서 기능한다.

백킹 플레이트(12) 및 기판 홀더(14)는 모두 금속 재료(합금도 포함)로 이루어져, 도전성을 갖는다. 백킹 플레이트(12)는 전원(21)에 접속되고, 기판 홀더(14)는 전원(22)에 접속되어 있다.

본 실시형태에서는, 예컨대 방전 공간(10)에 반응성 가스를 도입하고, 그 반응성 가스와 타겟(13)의 구성 원소의 반응물을 절연막으로서 기판(5)에 형성하는 반응성 스퍼터를 예를 들어 설명한다. 구체적으로는, 타겟(13)은 실리콘(Si)으로 이루어지고, 방전 공간(10)에는 아르곤(Ar) 가스와 산소(O₂) 가스의 혼합 가스가 도입되며, 기판(5)에는 실리콘 산화막(SiO₂막)이 형성된다.

또한, 본 실시형태에서는, 타겟(13)측에 음의 전압을, 기판(5)측에 양의 전압을 인가하여, 방전 공간(10)에 방전을 일으킨다. 이 방전에 의해, 방전 공간(10)에 도입된 가스는 플라즈마화되고, 이것에 의해 생성된 양이온은 타겟(13)을 향해 가속되어 타겟(13)에 충돌한다. 이것에 의해, 타겟(13)을 구성하는 실리콘의 입자가 타겟(13)으로부터 스퍼터되고(튀겨 나오고), 그 실리콘 입자는 산소와 반응하여, 실리콘 산화막으로서 기판(5) 위에 부착 퇴적한다.

여기서, 비교예로서 타겟에만 전압을 인가(기판측은 접지)한 경우에, 타겟에의 인가 전압을 증대시키면 성막 레이트의 향상이 도모된다. 그러나, 타겟에의 인가 전압을 증대시키면, 특히 취성 타겟의 경우에는 균열이 발생한다. 또한, 열전도율이 낮은 타겟의 경우에는, 스퍼터중에서의 타겟의 방열이 불충분해져, 백킹 플레이트와의 사이의 본딩층이 가열되어 박리될 우려가 있다.

또한, 전술한 바와 같은 실리콘 산화막을 성막하는 반응성 스퍼터의 경우에, 충분한 양의 산소를 도입하면 기판 부근에서의 산화를 촉진하여 확실하게 원하는 조성비의 실리콘 산화막을 형성할 수 있지만, 타겟 표면의 산화도 진행되어, 스퍼터 레이트, 즉 기판 위로의 성막 레이트가 저하되어 버린다. 타겟 표면의 산화를 억제하기 위해 산소 도입량을 감소시키면, 형성되는 실리콘 산화막에서의 산소가 부족하여 원하는 특성의 실리콘 산화막이 얻어지지 않을 가능성이 있다. 즉, 종래, 성막 레이트의 향상과, 산화 촉진을 양립시키기 어려웠다.

이것에 대하여 본 실시형태에서는, 기판(5)측에도 바이어스 전압을 인가함으로써, 이하에 설명하는 바와 같이, 성막 레이트의 향상과, 산화 촉진의 양립을 도모할 수 있다.

도 2는, 전술한 반응성 스퍼터에 의해 기판에 실리콘 산화막을 형성한 경우 에 있어서, 기판측에 대한 바이어스 전압(횡축)과, 성막 레이트(좌측의 종축)와, 형성된 실리콘 산화막의 굴절률(우측의 종축)의 관계를 도시한다. 방전 공간에는 아르곤 가스와 산소 가스를 도입하고, 산소 가스의 분압비는 8.68%로 하였다. 그래프중, ● 포인트는 성막 레이트를 나타내고, ○ 포인트는 굴절률을 나타낸다.

도 2의 결과로부터, 기판측에 양의 바이어스 전압을 인가한 경우에 성막 레이트가 증가하고 있고, 특히 기판 바이어스 전압이 +50 V 이상일 때에 성막 레이트가 현저히 증대되어 있다. 또한, 성막 레이트의 향상에 따라, 형성된 실리콘 산화막의 굴절률의 증가도 볼 수 있다. 이 굴절률의 증가는, 막중에서의 산소 부족에 기인한다고 생각된다.

또한, 전술한 반응성 스퍼터에서는 산화의 정도에 따라 성막 레이트가 크게 변화한다. 따라서 산화의 영향을 제외하기 위해, 방전 공간에 도입하는 가스를 아르곤 가스만으로 하는 조건으로 스퍼터 성막을 행하고, 기판 바이어스의 유무에 의한 막 두께의 차이를 측정했다. 타겟은 실리콘을 이용했다.

그 결과를, 도 3에 도시한다. 도 3에서 횡축은, 기판의 피성막면에서의 면방향의 위치(Position)를 나타내고, 기판의 중심 위치(타겟의 중심 위치와 대략 일치)를 0으로 하여, 그 중심 위치로부터의 거리를 나타낸다. 도 3에서의 종축은, 기판 위에 형성된 막의 막 두께(Thickness)를 나타낸다. 도 3의 그래프에서, ● 포인트는 기판 바이어스를 0 V(접지)로 한 경우의 결과를 나타내고, ■ 포인트는 기판 바이어스를 +50 V로 한 경우의 결과를 나타낸다.

도 3의 결과로부터, 기판측에 +50 V의 바이어스 전압을 인가함으로써, 바이어스가 0 V인 경우에 비해, 막 두께, 즉 성막 레이트가 평균 36% 증가하였다. 산소 가스를 이용하지 않은 도 3의 결과로부터, 성막 레이트의 증가는, 산화량의 변화에 의한 것이 아니라, 이하의 현상에 의한 것이라고 생각된다.

즉, 기판측에 양의 바이어스 전압을 인가함으로써, 방전 공간 중의 플라즈마 임피던스가 저하되어 고밀도 플라즈마화되고, 그것에 의한 방전 전압의 저하에 의해 스퍼터 레이트가 향상된 것으로 생각된다. 또한, 타겟측에 음의 전압을, 기판측에 양의 전압을 인가함으로써, 방전 공간 내에서 양이온이 타겟을 향해 가속되는 실효적인 가속 전압이 증가하고, 스퍼터 레이트가 향상된 것으로 생각된다.

다음으로, 전술한 실시형태와 마찬가지로, 실리콘 타겟을 이용하여, 아르곤 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 방전 공간에 도입하여 실리콘 산화막의 반응성 스퍼터를 행하고, 기판 바이어스의 유무에 의한, 산소 분압비에 대한 성막 레이트와 굴절률을 측정하였다.

그 결과를 도 4에 도시한다. 도 4의 그래프에서, 횡축은 산소 분압비를 나타내고, 좌측의 종축은 성막 레이트를 나타내며, 우측의 종축은 형성된 실리콘 산화막의 굴절률을 나타낸다. ● 포인트로 나타내는 그래프 a는, 기판 바이어스 없음(0 V)의 경우의 성막 레이트이다. ▲ 포인트로 나타내는 그래프 b는, 기판 바이어스를 +50 V로 한 경우의 성막 레이트이다. ○ 포인트로 나타내는 그래프 c는, 기판 바이어스 없음의 경우의 굴절률이다. △ 포인트로 나타내는 그래프 d는, 기판 바이어스를 +50 V로 한 경우의 굴절률이다.

이 도 4의 결과로부터, 비교적 낮은 산소 분압비의 영역에서, 기판에 바이어스 전압을 인가함으로써 성막 레이트를 향상시킬 수 있다.

또한, 산소 분압비가 11%∼12%의 영역에서, 기판에 바이어스 전압 +50 V를 인가한 경우가 기판 바이어스 없음보다 굴절률이 저하되어 있다. 기판 바이어스가 +50 V인 경우가 굴절률이 저하되어 있는 것은, 기판 바이어스 없음보다 실리콘 산화막중 산소 함유량이 많고, 기판 부근에서의 산화가 촉진되어 있다는 것을 나타낸다. 이것은, 기판측에 바이어스 전압을 인가함으로써 플라즈마 임피던스의 저하(플라즈마 고밀도화)에 의한 산소 활성종이 증가하고, 또한 플라즈마화에 의해 생성된 음의 이온(O^-)이 양의 바이어스 전압에 끌려, 기판 부근에 모이고 거기에서의 산화가 촉진된 것으로 생각된다. 또한 O^-가 기판측으로 끌림으로써, 상대적으로 타겟측의 O^-의 양을 적게 할 수 있어 타겟 표면의 산화를 억제할 수 있고, 타겟 표면 산화에 의한 스퍼터 레이트, 즉 성막 레이트의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 도 5에는, 도 4의 결과에서의 성막 속도와 굴절률을, 산소 분압비별로 나타낸 그래프를 도시한다. 기판 바이어스 없음의 경우를 ● 포인트로 나타내고, 기판 바이어스가 +50 V인 경우를 ■ 포인트로 나타낸다. 그래프중, 각 포인트 옆에 산소 분압비(%)를 기록하고 있다.

도 5의 결과로부터, 점선으로 둘러싸 도시하는 동일 산소량(산소 분압비)으로 비교한 경우, 기판 바이어스 없음보다 기판 바이어스 있음이 저굴절률화되어 있고, 즉 막중 산소 함유량이 많고, 또한 성막 레이트가 약 1.5배로 향상하고 있는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 기판측에 양의 바이어스 전압을 인가함으로써, 성막 레이트의 향상과, 산화 촉진의 양립을 도모할 수 있다.

전술한 스퍼터 성막에서, 실리콘 산화막은 기판 이외의 부분에도 부착된다. 예컨대 기판 홀더(14)에서는 기판(5)이 배치되어 있는 부분보다 외주측의 표면 위에도 막이 부착된다. 그리고, 실리콘 산화막은 절연막이기 때문에, 기판 홀더(14)에서 방전 공간(10)에 대하여 노출되어 있는 면이 절연막인 실리콘 산화막으로 덮여 버리면, 방전 공간(10)을 향하는 도전면이 절연면이 되어 버려, 전술한 바와 같은 기판 홀더(14)에 대한 바이어스 효과를 잃을 가능성이 있다.

그래서, 본 실시형태에서는, 기판 홀더(14)에 막이 부착되기 어려운 부분을 마련하여, 스퍼터 성막 중, 방전 공간(10)에 대하여 개방된 도전면이 확보되도록 하고 있다.

도 6에, 그 구조의 일 구체예를 도시한다.

이 기판 홀더(14)에서, 방전 공간(10)에 면하는 측에는 미소한 갭(15)이 형성되어 있다. 갭(15)은, 방전 공간(10)을 향해 개구하고, 예컨대 홀형, 슬릿형으로 형성되어 있다. 갭(15)은, 기판 홀더(14)에서의 방전 공간(10)에 면하는 면의 전체면에 걸쳐 복수 형성되어 있다.

기판 홀더(14)에서 갭(15)이 형성된 부분의 직경 방향 사이즈는, 기판(5)의 직경 방향 사이즈보다 크고, 기판 홀더(14)에 기판(5)을 배치하여도 모든 갭(15)이 기판(5)으로 막혀 버리지는 않는다. 즉, 어느 하나의 갭(15)[기판(5)보다 외주측에 존재하는 갭(15)]은, 방전 공간(10)에 대하여 내부가 개방된 상태가 된다.

이 갭(15)의 개구 직경 또는 폭을 적절히 설정함으로써, 절연막(30)이 되도록 방전 공간(10)을 떠돌고 있는 입자를, 갭(15)의 내부에 진입하기 어렵게 할 수 있고, 스퍼터 성막 중에 갭(15)의 내벽면에 절연막(30)이 부착하지 않도록 할 수 있다.

기판 홀더(14)는 예컨대 금속 재료로 이루어져 도전성을 가지며, 갭(15)의 내벽면은 도전면이다. 따라서, 기판 홀더(14)에 바이어스 전압이 인가되면, 갭(15)의 내벽면도 원하는 바이어스 전위가 된다. 그 갭(15)의 내벽면이 절연막(30)으로 덮이지 않는다는 것은, 방전 공간(10)에 대하여 개방된 도전면을 확보할 수 있다는 의미이다. 즉, 기판 홀더(14)에서 방전 공간(10)에 면하는 측에, 방전 공간(10)과의 도통 부분을 확보할 수 있고, 기판 홀더(14)에 대하여 인가되는 바이어스 전압에 의한 전술한 효과를 확실하게 얻을 수 있다.

갭(15)의 직경 또는 폭은, 너무 크면 절연물 입자의 진입을 허용하여 갭(15) 내에도 절연막(30)이 부착 퇴적하여 도전면을 확보할 수 없게 되어 버린다. 반대로, 갭(15)의 직경 또는 폭이 너무 작으면, 절연막(30)에 의해 개구가 폐색되어 버려, 갭(15) 내부의 도전면이 방전 공간(10)에 대하여 차단된 상태가 되어 버린다. 본 발명자는, 성막 중에 갭(15) 내부의 도전면을 확보할 수 있는 갭(15)의 적절한 갭 사이즈에 대해서는 이하에 설명하는 바와 같이 검토하였다.

예컨대 방전 공간(10) 내의 압력이 5 Pa인 경우, 상기 절연물 입자의 평균 자유 행정은 대략 1 ㎜로 추정된다. 여기서의 평균 자유 행정 1 ㎜는, 상기 절연물 입자가 1 ㎜ 진행하면 70%의 확률로 다른 분자 등에 충돌하는 것을 나타낸다. 갭(15) 내에 진입한 절연물 입자가 분자 등과 충돌하면 모든 방향으로 튀어 비산될 가능성을 생각할 수 있지만, 진행 방향(도 6에서 바로 아래)으로 튀는 경우는 거의 없다고 생각된다. 갭(15) 내에서 바로 아래 이외의 방향으로 튄 입자는, 갭(15)의 직경 또는 폭이 평균 자유 행정(상기 예에서는 1 ㎜) 이하이며, 갭(15)의 깊이 또는 안길이 치수가 평균 자유 행정의 3배 이상(상기 예에서는 3 ㎜ 이상)이면, 갭(15)의 구멍 바닥(15a)에 도달하기 전에 갭(15)의 측벽에 부착되고 구멍 바닥(15a)에는 부착되지 않는다고 생각된다.

또한, 갭(15) 내에 진입한 입자는 30%의 확률로, 1 ㎜ 진행하여도 다른 분자 등과 충돌하지 않는다. 따라서, 갭(15) 내에 바로 진입하여 구멍 바닥(15a)을 향해 진행하는 입자를 생각한 경우, 갭(15)의 깊이를 1 ㎜ 이하로 하면 30%의 확률로 입자는 분자 등과 충돌하지 않고 구멍 바닥(15a)에 도달해 버린다. 따라서 본 발명자가 검토한 바, 갭(15)의 깊이 또는 안길이 치수를 평균 자유 행정의 3배 이상으로 하면, 갭(15) 내에 들어간 입자가 분자 등과 충돌을 일으키지 않고 구멍 바닥(15a)에 도달할 확률이 대략 0.01%가 되어, 거의 구멍 바닥(15a)에는 도달하지 않는다는 결론을 얻었다.

이상 설명한 바와 같이, 갭(15)의 직경 또는 폭이 평균 자유 행정 이하이며, 갭(15)의 깊이 또는 안길이 치수가 평균 자유 행정의 3배 이상이면, 상기 절연물 입자가 갭(15) 내에 들어가도, 대부분이 구멍 바닥(15a)에 도달하기 전에 갭(15)의 측벽에 부착되고, 따라서 구멍 바닥(15a)은 절연물로 덮이지 않아 도전면을 확보할 수 있다고 할 수 있다.

전술한 예에서는 방전 공간(10) 내 압력을 5 Pa로 했지만, 일반적으로 평균 자유 행정은 가스 압력에 의존하기 때문에, 예컨대 가스 압력이 1 Pa인 경우에는 5 Pa인 경우에 대하여 단순히 평균 자유 행정이 5배가 되므로, 갭(15)의 직경 또는 폭은 5 ㎜ 이하, 갭(15)의 깊이는 직경 또는 폭의 3배 이상인 15 ㎜ 이상으로 하면, 구멍 바닥(15a)에 절연물이 부착하는 것을 확실하게 막아 도전면을 확보할 수 있다.

도 6에는 홀형 또는 슬릿형의 갭(15)을 기판 홀더(14)에 형성한 구조를 예시했지만, 스퍼터 성막 중에도 절연막으로 덮이지 않고 방전 공간(10)에 통하는 도전면을 기판 홀더(14)에 확보할 수 있는 구조이면 좋고, 도 6에 도시하는 형태로 한정되지 않는다. 예컨대 갭은 기판 홀더(14)의 두께 방향으로 곧게 연장되는 형상으로 한정되지 않고, 도중에 횡방향으로 구부러지거나, 비스듬히 연장되어 있어도 좋다.

또한, 도 7에는 기판 홀더의 다른 구체예를 도시한다.

이 기판 홀더(41)에서도, 방전 공간(10)에 면하는 측에, 방전 공간(10)을 향해 개구되어 있는 미소한 갭(42)이 형성되어 있다.

또한, 이 기판 홀더(41)의 내부에는, 방전 공간(10)의 반대측에 갭(42)과 통하는 가스 도입실(43)이 형성되어 있다. 가스 도입실(43)은, 기판 홀더(41)에서의 기판 유지면의 반대측에 형성된 가스 도입로(44)를 통해, 처리실 외부의 가스 공급계에 접속되어 있다.

따라서, 가스 도입로(44)를 통해 기판 홀더(41) 내의 가스 도입실(43)에 반응성 가스(전술한 예에서는 산소 가스)를 도입할 수 있고, 그 가스 도입실(43)에 도입된 산소 가스는 갭(42)을 통해 방전 공간(10)에 분출된다.

이러한 구성으로 함으로써, 기판(5) 부근에 효율적으로 산소 가스를 공급할 수 있다. 즉, 상대적으로 타겟측의 산소 농도를 저감하여 타겟 표면의 산화를 억제함으로써 스퍼터 레이트의 저하를 억제하면서, 기판(5) 부근에서의 산화를 촉진시켜, 기판(5)에 형성되는 실리콘 산화막이 산소 부족이 되는 것을 막는다.

또한, 산소 가스를 갭(42)을 통하여 분출시킴으로써, 막이 되는 입자의 기판 홀더(41) 표면에 대한 부착 퇴적이나, 갭(42) 내에의 진입을 억제할 수 있고, 방전 공간(10)을 향하는 도전면을 확보하기 쉽게 할 수 있다. 이 결과, 기판측에 대한 바이어스 효과를 손상하지 않는다.

또한, 기판 홀더(41)는, 기판(5)을 기판 홀더(41) 위에 안정적으로 유지하기 위한 유지 기구(도시 생략)를 구비한다. 유지 기구로서는, 예컨대 기계적으로 기판(5)을 기판 홀더(41)에 대하여 세게 누르는 기구, 또는 정전척 등을 들 수 있다. 이 유지 기구에 의해, 기판(5)이 갭(42)을 통하여 분출되는 가스 압력을 받아도, 기판(5)을 기판 홀더(41)에 대하여 안정적으로 유지시켜 둘 수 있다.

이상, 구체예를 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였다. 그러나 본 발명은, 이들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술적 사상에 기초하여 여러 가지의 변형이 가능하다.

성막 대상의 기판으로서는, 반도체 웨이퍼, 디스크형 기록매체, 표시 패널, 태양 전지 패널, 미러 등을 들 수 있다. 또한 기판에 형성하는 절연막으로서는, 산화실리콘에 한하지 않고, 질화실리콘, 산화티탄, 질화티탄, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화니오븀 등이어도 좋다. 타겟종이나, 방전 공간에 도입하는 가스종도, 기판에 성막하고자 하는 막종에 따라 적절하게 선택된다.

5: 기판, 10: 방전 공간, 12: 백킹 플레이트, 13: 타겟, 14: 기판 홀더, 15: 갭, 21, 22: 전원, 30: 절연막

Claims (6)

1. 도전성을 갖는 타겟 홀더와, 상기 타겟 홀더에 대향하여 설치되고 도전성을 갖는 기판 홀더를 구비하고, 상기 타겟 홀더에 타겟을 유지하며, 상기 기판 홀더에 기판을 유지하고, 상기 타겟 홀더와 상기 기판 홀더 양쪽 모두에 전압을 인가하여 상기 타겟의 스퍼터를 행하고, 상기 기판에 상기 타겟의 구성 원소를 포함하는 절연막을 형성하는 스퍼터 성막 장치로서,
   상기 기판 홀더는, 방전 공간을 향해 개구 형성된 갭을 가지며,
   상기 갭은, 상기 기판에의 스퍼터 성막 중에, 상기 절연막이 되는 절연물 입자가 도달하지 않고 상기 방전 공간에 대하여 개방된 도전면이 상기 갭의 내벽에 확보되는 갭 사이즈를 갖고, 상기 갭 사이즈는, 상기 갭의 직경 또는 폭과, 깊이를 포함하고, 상기 직경 또는 폭은, 상기 타겟의 구성 원소를 포함하는 입자의 상기 방전 공간 내에서의 평균 자유 행정 이하이며, 상기 깊이는, 상기 평균 자유 행정의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 스퍼터 성막 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 타겟 홀더에는 음의 전압이 인가되고, 상기 기판 홀더에는 양의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 성막 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 방전 공간에 반응성 가스가 도입되고, 상기 기판에, 상기 타겟의 구성 원소와 상기 반응성 가스의 반응물이 상기 절연막으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 성막 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 기판 홀더는,
   상기 방전 공간의 반대측에서 상기 갭과 통하는 가스 도입실과,
   상기 갭의 반대측에서 상기 가스 도입실과 통하는 가스 도입로
   를 더 구비한 것을 특징으로 하는 스퍼터 성막 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 타겟의 구성 원소와 반응하여 상기 절연막이 되는 반응성 가스가, 상기 가스 도입로를 통해 상기 가스 도입실에 도입되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 성막 장치.
6. 제3항 또는 제5항에 있어서, 상기 반응성 가스는 산소 가스이며, 상기 절연막은 상기 타겟의 구성 원소의 산화막인 것을 특징으로 하는 스퍼터 성막 장치.

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