KR20150006459A

KR20150006459A - 성막 장치

Info

Publication number: KR20150006459A
Application number: KR1020147033362A
Authority: KR
Inventors: 유지 가지하라
Original assignee: 캐논 아네르바 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-01-16
Also published as: JPWO2014122700A1; TWI500795B; JP5731085B2; WO2014122700A1; TW201446997A

Abstract

본 발명의 성막 장치는, 성막용 타깃을 설치 가능한 제1 설치부를 구비하는 제1 타깃 전극(35 내지 38)과, 제1 타깃 전극(35 내지 38)에 대향하는 위치에서 기판을 보유 지지하는 기판 홀더(33)와, 게터링용 타깃을 설치 가능하고, 제1 설치부보다 작은 제2 설치부를 구비하는 제2 타깃 전극(41)을 구비한다.

Description

성막 장치{FILM-FORMING APPARATUS}

본 발명은 성막 장치에 관한 것으로, 특히 MRAM(magnetic random access memory)이나 자기 헤드의 센서 등에 이용되는 자기 저항 효과 소자의 성막 장치에 관한 것이다.

MRAM(magnetic random access memory)이나 자기 헤드의 센서에 자기 저항 효과를 이용한 디바이스가 사용되고 있다. 이들 디바이스는 디바이스 내의 불순물에 의해 TMR 특성 등의 성능이 저하되는 것이 알려져 있다. 그로 인해, MRAM 디바이스를 제작하는 스퍼터 장치 내의 진공 환경으로서, 10-7㎩ 내지 10-8㎩의 초고진공이 요구되고 있다. 이러한 진공도에서는 수소와 물이 불순물의 대부분을 구성하고 있다. 이것을 제거하기 위해서는 진공 환경 하의 스퍼터 장치의 벽면에 활성의 게터 재료(예를 들어 티타늄, 탄탈륨)의 막을 붙임으로써 불순물을 흡착(트랩)하는 펌프를 사용하면 되는 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1의 기술은, 디바이스를 형성하는 성막 장치 내의 내벽이나 셔터의 일부에 티타늄 등의 박막을 형성하여, 불순물이 제거되는 게터링 효과를 얻는 것이다. 티타늄 등의 박막을 형성하기 위한 스퍼터원으로는 티타늄 등을 설치한 타깃 설치부가 사용되고 있다.

국제 공개 제WO2007/105472호 팸플릿

그러나 특허문헌 1의 기술은 매우 많은 적층막을 필요로 하는 MRAM 디바이스이고, 캐소드에 탑재하는 재료가 게터링 효과가 있는 티타늄이나 탄탈륨 등에 한정되면, 캐소드 수를 더 증가시킬 필요가 있다. 그리고, 캐소드 수를 증가시키는 것은 진공 용기 사이즈의 증대나 진공 용기 수량의 증가로 이어지기 때문에, 성막 장치의 비용 저감의 방해가 될 우려가 있다.

본 발명은 상기 과제를 감안한 것으로, 진공 용기의 사이즈나 수에 영향을 주지 않고, 게터링 효과가 있는 재료를 장치 내에 성막할 수 있는 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 성막 장치는, 성막용 타깃을 설치 가능한 제1 설치부를 구비하는 복수의 제1 타깃 전극과, 상기 복수의 제1 타깃 전극에 대향하는 위치에서 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 게터링용 타깃을 설치 가능하고, 상기 제1 설치부보다 작은 제2 설치부를 구비하는 제2 타깃 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 성막 장치는, 성막에 사용하는 타깃 전극의 설치 위치의 간극에, 게터링 효과가 높은 티타늄이나 탄탈륨을 타깃(G)으로서 탑재하는 소형의 타깃 전극이 설치되어 있다. 그로 인해, 타깃(G)으로부터 게터링 재료를, MRAM 디바이스를 제작하는 공간(성막실)이나 실드판의 이측에 스퍼터하여, 게터링 효과로 초고진공을 얻을 수 있다. 또한, 타깃(G)으로서 탑재하는 소형의 타깃 전극은, 복수 설치된 성막용 타깃 전극의 간극에 설치되는 사이즈로 조정되어 있으므로, 진공 용기의 사이즈를 크게 하거나, 진공 용기의 수를 증가시킬 필요가 없어, 성막 장치의 풋프린트를 억제할 수 있다.

본 발명의 기타 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조로 한 이하의 설명에 의해 밝혀질 것이다. 또한, 첨부 도면에 있어서는, 동일하거나 또는 마찬가지의 구성에는 동일한 참조 번호를 부여한다.

첨부 도면은 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하고, 본 발명의 실시 형태를 나타내며, 그 기술과 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위해서 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 성막 장치의 대표적인 실시 형태의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 하나의 성막 챔버의 구성을 개략적으로 도시하는 상면도이다.
도 3은 도 2의 X-X 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 셔터 장치를 구성하는 각 부재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 셔터 장치의 동작과 스퍼터하는 물질에 관한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 셔터 장치의 동작과 스퍼터하는 물질에 관한 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 효과를 도시하는 도면이다.

이하에 본 발명의 적합한 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다. 이하에 설명하는 부재, 배치 등은 발명을 구체화한 일례로서 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 취지에 따라 각종 개변할 수 있는 것은 물론이다. 본 발명에 따른 성막 장치의 적용은 스퍼터링 장치에 한정되는 것이 아니라, 진공 용기 내에서 셔터 장치에 의해 증착 재료를 선택할 수 있는 각종 PVD 장치에 적용 가능하다.

(제1 실시 형태)

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 대표적인 구성을 도시하고, 내부 기구의 개략 구성이 판명될 정도로 도시된 평면도이다. 이 성막 장치(10)는 클러스터형이며, 복수의 성막 챔버를 구비하고 있다. 로봇 반송 장치(11)가 구비된 반송 챔버(12)가 중앙 위치에 설치되어 있다. 로봇 반송 장치(11)는 신축 가능한 아암에 설치된 핸드(14)에 의해 기판을 탑재할 수 있다. 아암의 기단부는 반송 챔버(12)의 중심부에 회전 가능하게 설치되어 있다.

성막 장치(10)의 반송 챔버(12)에는 로드/언로드 챔버(15, 16)가 설치되어 있다. 로드/언로드 챔버(15)에 의해, 외부로부터 성막 장치(10)로 피처리재로서의 기판을 반입함과 함께, 다층막의 성막 처리가 종료된 기판을 성막 장치(10)의 외부로 반출한다. 로드/언로드 챔버(16)도 동일한 기능을 갖고, 로드/언로드 챔버(16)를 경유해서 반입된 기판은 동 챔버로부터 반출된다.

이 성막 장치(10)에서는, 반송 챔버(12)의 주위에 5개의 성막 챔버(17A, 17B, 17C, 17D, 17E)(이하, 성막 챔버(17A 내지 17E))가 설치되어 있다. 인접하는 2개의 챔버의 사이에는 양쪽 챔버를 격리하고, 또한 개폐 가능한 게이트 밸브(20)가 설치되어 있다.

성막 챔버(17A 내지 17E)의 각각은, 상이한 종류의 막을 같은 챔버 내에서 연속해서 성막하기 위한 성막 챔버이다. 본 실시 형태에 따르면, 기판 상에 퇴적되는 다층막을 복수의 그룹으로 나누고, 각 그룹에 속하는 복수의 막을 미리 설정한 어느 한쪽의 성막 챔버에서 성막시키도록 구성하고 있다. 성막 챔버(17A 내지 17E)의 각각에서는 스퍼터링을 이용한 PVD(Physical Vapor Deposition)법에 의해 자성막을 퇴적한다. 또한, 동일 그룹에 속하는 막을 성막하는 성막 챔버를 복수 배치함으로써 스루풋을 향상하는 구성이어도 좋은 것은 물론이다.

성막 장치(10)에 있어서, 로드/언로드 챔버(15, 16)를 통해서 내부에 반입된 기판(34)은 로봇 반송 장치(11)에 의해 성막 챔버(17A 내지 17E) 각각에, 제작 대상인 다층막 디바이스에 따라서 미리 정해진 순서로 도입되고, 각 챔버에서는 소정의 성막 처리가 행하여진다. 제작 대상의 다층막 디바이스의 예를 들면, LED, MRAM, TMR 헤드, 어드밴스드(개량형) GMR 등이다.

또한, 도 1에 있어서, 성막 챔버(17A 내지 17E)의 내부를 필요한 진공 상태로 하기 위한 진공 배기 장치(18), 타깃 전극(35 내지 38)에 인가되는 전력을 공급하기 위한 급전 장치, 타깃 전극(35 내지 38)의 각각에 설치되는 타깃, 프로세스 가스 도입 기구 등의 플라즈마를 생성하기 위한 장치 등의 도시는 생략되어 있다.

또한, 필요에 따라 성막 챔버 대신 산화막 성막 챔버나 클리닝 챔버를 배치할 수도 있다. 산화막 성막 챔버는 금속층을 산화하는 표면 화학 반응이 행하여지는 챔버이고, 표면 화학 반응에는 플라즈마 산화, 자연 산화, 오존 산화, 자외선-오존 산화, 라디칼 산소 등이 사용된다. 클리닝 챔버는 이온빔 에칭 기구나 RF 스퍼터 에칭 기구에 의해 표면 평탄화가 행하여지는 챔버이다. 본 실시 형태의 성막 챔버(17A 내지 17E)는 모두 마찬가지의 구성인데, 제작 대상인 다층막 디바이스의 막 구성에 따라서 각 성막 챔버의 타깃 전극에 탑재되는 타깃의 종류도 변경되는 것은 물론이다.

도 2, 도 3에 기초하여 성막 챔버(17A 내지 17E)의 각각에 설치되는 특징적인 구조에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 성막 챔버(17A, 17B, 17C, 17D, 17E)는 모두 같은 구성이기 때문에, 대표적으로 성막 챔버(17A)를 도 2, 도 3에 도시하였다. 도 2는 성막 챔버(17A)를 상방으로부터 본 모식도이고, 타깃 전극(35 내지 38)(제1 타깃 전극)과 게터링용 타깃 전극(41)(제2 타깃 전극)의 위치 관계를 알 수 있게 그려져 있다. 도 3은 성막 챔버(17A)의 종단면도이다. 도 2, 도 3에 있어서, 도 1에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다.

성막 챔버(17A)의 용기(51)(진공 용기)의 천장부에는 성막용인 4개의 타깃 전극(35 내지 38)(제1 타깃 전극)과 게터링용 타깃 전극(41)(제2 타깃 전극)이 설치되어 있다. 타깃 전극(35 내지 38)은 피성막 재료가 본딩된 타깃을 기판에 대향해서 설치 가능한 설치부(제1 설치부)를 갖는 공지된 캐소드이다.

성막 챔버(17A)의 저면부의 중앙에는 기판 홀더(33)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 기판 홀더(33)는 기판(34)에 대한 스퍼터 성막 시 기판(34)을 회전 상태로 보유 지지할 수 있다. 경사져서 설치된 타깃 전극(35 내지 38)의 각각의 설치부에는 하방에서 수평으로 배치된 기판(34)의 상면에 대향하도록 타깃(A 내지 D)을 배치할 수 있다. 타깃(A 내지 D)에는 성막 처리에 사용되는 피성막 재료가 각각 본딩되어 있다. 또한, 여기에서 말하는 타깃(A 내지 D)과 기판(34)이 대향하는 상태란, 타깃 전극(35 내지 38)(보다 정확하게는 타깃 전극(35 내지 38)의 설치부)이 기판 주변을 향해서 배치되어 있는 상태이며, 도 3에 도시한 바와 같이 타깃(A 내지 D)의 스퍼터면이 경사져서 기판(34)을 향해져 있는 상태도 포함되는 것으로 한다.

게터링용 타깃 전극(41)은 성막용 타깃(A 내지 D)과 비교해서 작은 게터링용 타깃(G)을 설치하는 설치부(제2 설치부)를 구비하고 있다. 그로 인해, 타깃 전극(41)은 타깃 전극(35 내지 38)과 비교해서 치수가 작다. 또한, 타깃 전극(41)의 설치부는 타깃 전극(35 내지 38)의 그것과 비교해서 소형이기 때문에, 타깃 전극(41)에 설치하는 타깃(G)도 성막용 타깃(A 내지 D)에 비하여 작다. 그로 인해, 타깃 전극(35 내지 38)의 설치 위치의 간극에 타깃 전극(41)을 설치할 수 있다. 예를 들어, 타깃 전극(41)의 제2 타깃 전극은, 타깃 전극(35 내지 38)의 각각의 제1 타깃 전극 중, 인접하는 임의의 2개의 타깃 전극의 사이에 설치할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 타깃 전극(41)은 타깃 전극(36)과 타깃 전극(38)의 사이에 설치되어 있지만, 다른 타깃 전극의 사이에 설치해도 좋다. 즉, 타깃 전극(41)을 설치해도, 타깃 전극(35 내지 38)의 배치를 변경할 필요가 없으므로, 진공 용기의 사이즈를 변경할 필요가 없다. 물론, 타깃 전극(41)을 구비함으로써 진공 용기를 증설할 필요도 없다. 여기서, 타깃 전극(41)의 설치부(제2 설치부)가 타깃 전극(35 내지 38)의 설치부(제1 설치부)보다 작다는 것은, 구체적으로는 타깃을 설치하는 설치부 부분의 면적이 작은 것을 말한다.

타깃(A 내지 D, G)과 기판(34)의 사이에는 회전 셔터 장치(54)가 배치되어 있다. 회전 셔터 장치(54)는 이중의 셔터판을 갖고 있다. 회전 셔터 장치(54)의 동작에 의해, 타깃 전극(35 내지 38, 41) 중 스퍼터 성막에 사용되는 타깃(A 내지 D, G)이 탑재된 타깃 전극이 선택된다.

타깃(A 내지 D, G)과 기판 홀더(33)의 사이에는 회전 셔터 장치(54)가 설치되어 있다. 회전 셔터 장치(54)에 대해서는 후술한다. 또한, 회전 셔터 장치(54)와 기판 홀더(33)의 사이에는 기판 셔터(19)가 설치되어 있다. 기판 셔터(19)는 기판 홀더(33) 상을 이동할 수 있도록 구성된 금속제의 판상 부재이며, 기판 셔터(19)를 이동시키는 모터에 연결되어 있다. 모터는 제어 장치에 연결되어 있다. 프리 스퍼터 시에는 기판 홀더(33) 상에 기판(34)이 없는 상태로 스퍼터하기 때문에, 기판 홀더(33)를 기판 셔터(19)로 덮는다. 성막 시에는 기판 홀더(33) 상에 배치된 기판 상으로부터 기판 셔터(19)를 퇴피하도록 이동 가능하게 구성되어 있다.

도 3 내지 도 6에 기초하여 회전 셔터 장치(54)에 대해서 설명한다. 도 4는 회전 셔터 장치(54)를 구성하는 각 부재의 사시도이다. 회전 셔터 장치(54)는 타깃 전극 홀더(61), 상부 실드판(실드 부재)(63), 제1 셔터판(제1 셔터 부재)(65), 제2 셔터판(제2 셔터 부재)(67)을 갖고 있다. 제1 셔터판(65)과 제2 셔터판(67)은 이중 회전 셔터의 셔터판으로 구성되어 있다. 또한, 상부 실드판(63), 제1 셔터판(65), 제2 셔터판(67)은 실질적으로 평행해지도록, 모두 위로 볼록한 만곡 형상이다.

타깃 전극 홀더(61)는 타깃 전극(35 내지 38)을 보유 지지하는 4군데의 지지부(61a)와, 타깃 전극(41)의 지지부(61b)가 설치된 부재이며, 용기(51)의 상부에 설치되어 있다. 본 실시 형태의 타깃 전극 홀더(61)는 용기(51)의 덮개로서의 기능도 갖고 있지만, 용기(51)의 일부에 지지부(61a), 지지부(61b)를 설치해도 좋다.

지지부(61a)에 보유 지지된 타깃 전극(35 내지 38)에는, 성막 처리에 사용되는 임의의 피성막 물질이 본딩된 타깃(A 내지 D)을 기판(34)의 방향을 향해서 보유 지지할 수 있다. 지지부(61b)에 지지된 타깃 전극(41)에는, 티타늄이 본딩된 타깃(G)을 기판 홀더(33)의 방향을 향해서 보유 지지할 수 있다. 또한, 타깃 전극(35 내지 38, 41)의 타깃(A 내지 D, G)을 보유 지지하는 부분을 타깃 설치면으로 한다. 타깃(G)의 재료로서 티타늄(Ti)을 예로 들어 설명하지만, 게터링에 사용되는 임의의 피성막 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 티타늄 이외에는 Ta, Zr, Cr, Mg 등을 생각할 수 있다.

상부 실드판(실드 부재)(63)은 타깃 전극 홀더(61)의 기판 홀더(33)측에 설치된 스테인리스제의 부착 방지 실드판이고, 타깃(A 내지 D)으로부터 스퍼터된 원자가 타깃 전극 홀더(61)에 부착되는 것을 방지하고 있다. 상부 실드판(63)은 타깃 전극(35 내지 38, 41)의 타깃 설치면(설치면)에 대향하는 영역에 개구(63a, 63b)가 형성되어 있다. 타깃 전극 홀더(61)에는 합계 5개의 타깃 전극(35 내지 38, 41)이 보유 지지되는 점에서, 상부 실드판(63)의 각 타깃 전극(35 내지 38, 41)의 타깃 설치면에 대향하는 위치에는 각각 개구가 형성되어 있다.

제1 셔터판(제1 셔터 부재)(65)은 상부 실드판(63)의 기판 홀더(33)측에 회전 가능하게 설치된 스테인리스제의 셔터판이며, 회전축(65b)을 회전함으로써 회전 각도를 제어할 수 있다. 제1 셔터판(65)은 2개의 성막용 타깃 전극의 타깃 설치부에 대향하는 영역의 각각에 개구(65a)가, 게터링용 타깃 전극(41)의 타깃 설치부에 대향하는 영역에 개구(65c)가 형성되어 있다. 제1 셔터판(65)에 형성된 2개의 개구(65a)는 회전축(65b)에 대하여 대칭의 위치에 형성되어 있다. 본 실시 형태의 개구(65c)는 어느 한쪽 개구(65a)의 인접 위치에 형성되어 있다. 또한, 제1 셔터판(65)은 소정 위치로 회전시킴으로써, 타깃 전극(35 내지 38)의 설치부 및 타깃 전극(41)의 설치부를 차폐할 수 있고, 임의의 하나 또는 복수의 설치부를 기판(34)측에 노출시킬 수 있다.

제2 셔터판(제2 셔터 부재)(67)은 제1 셔터판(65)의 기판 홀더(33)측에 회전 가능하게 설치된 스테인리스제 셔터판이고, 회전축(67b)을 회전함으로써 회전 각도를 제어할 수 있다. 회전축(65b)과 회전축(67b)은 독립하여 회전 제어 가능하게 구성되어 있다. 제2 셔터판(67)은 2개의 성막용 타깃 전극의 타깃 설치면에 대향하는 영역의 각각에 개구(67a)가, 게터링용 타깃 전극(41)의 타깃 설치면에 대향하는 영역에 개구(67c)가 형성되어 있다. 또한, 제2 셔터판(67)에 형성된 2개의 개구(67a)는 제1 셔터판(65)에 형성된 2개의 개구(65a)에 대향해서 배치할 수 있도록 형성되어 있다. 또한, 제2 셔터판(67)은 제1 셔터판(65)과 함께 소정 위치로 회전시킴으로써, 타깃 전극(35 내지 38)의 설치부 및 타깃 전극(41)의 설치부를 차폐할 수 있고, 임의의 하나 또는 복수의 설치부를 기판(34)측에 노출시킬 수 있다.

도 5의 참조 부호 5a 내지 5c 및 도 6의 참조 부호 6a 내지 6e를 사용하여, 소정의 장소에 게터링 막을 형성할 때의 회전 셔터 장치(54)의 움직임에 대해서 설명한다. 도 5의 참조 부호 5a 내지 5c는 동시 스퍼터(Co-스퍼터)에 적합한 셔터 장치를 사용한 경우에, 각 타깃(A 내지 D, G)을 사용하는 타이밍과 각각의 셔터판의 배치에 관한 설명도이다.

도 5의 참조 부호 5a 내지 5c는 회전 셔터 장치(54)를 구성하는 부재 중 상부 실드판(63), 제1 셔터판(65), 제2 셔터판(67) 각각을 상방으로부터 본 모식도이다. 회전 셔터 장치(54)는, 기판(34)에 스퍼터 성막 시에는 성막에 사용하는 타깃이 개구(65a, 67a)를 통해서 기판에 노출되도록 제1 셔터판(65)과 제2 셔터판(67)을 회전시켜서 사용하는 것이다. 본 발명에 따른 성막 장치는, 기판(34) 상에 스퍼터 성막을 행하기 전에 타깃 전극(41)에 탑재된 게터링용 타깃(G)에 의해 게터링 막을 소정의 장소에 형성할 수 있다. 게터링 막을 형성하는 장소로서, 제1 셔터판(65), 제2 셔터판(67), 수평 셔터판, 진공 용기의 내벽이나 실드판을 들 수 있다.

도 5의 참조 부호 5a는 제2 셔터판(67)에 타깃 전극(41)으로부터 게터링을 위한 Ti막을 형성하기 위한 배치이다. 제1 셔터판(65)은 게터링용 타깃(G)의 전방면에 개구(65c)가 위치하도록 회전시킨 후에 정지되고, 제2 셔터판(67)은 타깃(G)의 전방면에 개구(67c)가 위치하지 않도록 정지되어 있다. 이때, 타깃 전극(41)에 전력을 인가하면 설치부에 설치된 타깃(G)으로부터 스퍼터된 Ti가 개구(65c)를 통과해서 제2 셔터판(67)의 상면 영역(67d)에 성막된다.

이에 의해, 영역(67d)이 성막된 게터링 재료가 진공 펌프의 역할이 되어, 진공 용기 내를 배기한다. 제1 셔터판(65)과 제2 셔터판(67)의 간극에 있는 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다. 타깃(G)과 제2 셔터판(67)의 사이에 제1 셔터판(65)이 위치하고 있기 때문에, 타깃(G)으로부터 타깃(A 내지 D)으로의 컨태미네이션이 없다. 또한, 도 5의 참조 부호 5a에 나타낸 제1 셔터판(65)과 제2 셔터판(67)의 배치에서, 타깃(G)으로부터의 스퍼터를 행하지 않고, 타깃(A, D)로부터의 스퍼터를 행하면, 타깃(A, D)의 동시 스퍼터를 행할 수 있다.

또한, 도 5의 참조 부호 5a에서는, 제2 셔터판(67)의 회전을 정지시킨 상태에서 게터링 막을 형성하는 실시예를 기재했지만, 제2 셔터판(67)을 회전시키면서 성막해도 좋다. 이 경우, 영역(67d)은 링 형상이 되고, 도 5의 참조 부호 5a의 실시예보다 넓은 범위에 게터링 막을 형성할 수 있다.

도 5의 참조 부호 5b는 제1 셔터판(65)에 타깃 전극(41)으로부터 게터링을 위한 Ti막을 형성하기 위한 배치이다. 제1 셔터판(65)은 게터링용 타깃(G)의 전방면에 개구(65c)가 위치하지 않는 배치로 회전시킨 후에 정지시키고 있다. 이때, 타깃 전극(41)에 전력을 인가하면 타깃(G)으로부터 스퍼터된 Ti가 제1 셔터판(65)의 상면 영역(65d)에 성막된다. 이에 의해, 영역(65d)이 성막된 게터링 재료가 진공 펌프의 역할이 되어, 진공 용기 내를 배기한다. 또한, 도 5의 참조 부호 5b에 나타낸 제1 셔터판(65)과 제2 셔터판(67)의 배치에서, 타깃(G)으로부터의 스퍼터를 행하지 않고, 타깃(B, C)으로부터의 스퍼터를 행하면 타깃(B, C)의 동시 스퍼터를 행할 수 있다.

또한, 도 5의 참조 부호 5b에서는 제1 셔터판(65)의 회전을 정지시킨 상태에서 게터링 막을 형성하는 실시예를 기재했지만, 제1 셔터판(65)을 회전시키면서 성막해도 좋다. 이 경우, 영역(65d)은 링 형상이 되고, 도 5의 참조 부호 5b의 실시예보다 넓은 범위에 게터링 막을 형성할 수 있다.

도 5의 참조 부호 5c는 기판이 배치되는 성막 공간 내에 게터링을 위한 Ti막을 형성하기 위한 배치이다. 게터링용 타깃(G)의 전방면에 개구(65c)와 개구(67c)가 모두 위치하고 있다. 이때, 타깃 전극(41)에 전력을 인가하면 타깃(G)으로부터 스퍼터된 Ti가 개구(65c와 67c)를 통과해서 성막실 내에 성막된다. 구체적으로는 기판 셔터(19)의 상면, 또는 용기(51)의 내벽을 따라 설치된 내 실드판(21)에 게터링 효과가 있는 Ti막이 형성된다. 또한, 개구(67c)는 개구(65c)보다 큰 치수로 형성되어 있기 때문에, 타깃(G)으로부터 스퍼터된 Ti는 넓어지면서 성막실 내로 방출된다. 그로 인해, 성막실 내의 넓은 범위에 게터링 막을 형성할 수 있다.

이에 의해, 성막실 내에 있는 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다. 본 실시 형태의 성막 장치에서는 타깃(G)을 기판 방향을 향해서, 기판 셔터(19)의 상면이나 실드판(21)에 게터링 막을 형성할 수 있도록 구성되어 있다. 그러나, 타깃(G)의 방향을 기판(34)으로부터 비켜 놓아서 실드판(21)의 내측에 많은 게터링 막을 형성하도록 형성해도 좋다.

도 6의 참조 부호 6a 내지 6e는 다른 실시 형태에 따른 성막 장치의 셔터 장치를 사용했을 때의 각 타깃(A 내지 D, G)을 사용하는 타이밍과 각각의 셔터판의 배치에 관한 설명도이다. 이 셔터 장치는 싱글 스퍼터에 적합한 구성을 구비하고 있다. 또한, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 구성에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다. 도 6의 참조 부호 6a는 제2 셔터판(87)에 타깃 전극(41)으로부터 게터링을 위한 Ti막을 형성하기 위한 배치이다. 게터링용 타깃(G)의 전방면에 제1 셔터판(85)의 개구(65c)가 위치하고, 제2 셔터판(87)의 개구(67c)가 위치하지 않도록 배치되어 있다. 이때, 타깃 전극(41)에 전력을 인가하면 타깃(G)으로부터 스퍼터된 Ti가 개구(65c)를 통과해서 제2 셔터판(87)의 상면 영역(67d)에 성막된다.

이에 의해, 영역(67d)에 성막된 게터링 재료가 진공 펌프의 역할이 되어, 진공 용기 내를 배기한다. 타깃(G)과 제2 셔터판(87)의 사이에 제1 셔터판(85)이 위치하고 있기 때문에, 타깃(G)으로부터 타깃(A 내지 D)으로의 컨태미네이션이 없다. 또한, 도 6의 참조 부호 6a에 나타낸 제1 셔터판(85)과 제2 셔터판(87)의 배치에서, 타깃(G) 대신 타깃(A)으로부터의 스퍼터 성막을 행할 수 있다.

도 6의 참조 부호 6b는 제2 셔터판(87)의 영역(67e)에 타깃 전극(41)으로부터 게터링을 위한 Ti막을 형성하기 위한 배치이다. 게터링용 타깃(G)의 전방면에 제1 셔터판(85)의 개구(65c)가 위치하고, 제2 셔터판(87)의 개구(67c)가 위치하지 않도록 배치되어 있다. 영역(67e)과 영역(67d)의 위치는 상이하다.

이에 의해, 타깃(G)으로부터 타깃(A 내지 D)으로의 컨태미네이션을 억제하면서, 영역(67e)에 성막된 게터링 재료가 진공 펌프의 역할이 되어, 진공 용기 내를 배기한다. 또한, 도 6의 참조 부호 6b에 나타낸 제1 셔터판(85)과 제2 셔터판(87)의 배치에서, 타깃(G) 대신 타깃(B)으로부터의 스퍼터 성막을 행할 수 있다.

도 6의 참조 부호 6c는 제1 셔터판(85)의 영역(65d)에 타깃 전극(41)으로부터 게터링을 위한 Ti막을 형성하기 위한 배치이다. 게터링용 타깃(G)의 전방면에 제1 셔터판(85)의 영역(65d)이 위치하도록 배치되어 있다. 이에 의해, 타깃(G)으로부터 다른 타깃(A 내지 D)으로의 컨태미네이션을 억제하면서, 영역(65d)에 성막된 게터링 재료가 진공 펌프의 역할이 되어, 진공 용기 내를 배기한다. 또한, 도 6의 참조 부호 6c에 나타낸 제1 셔터판(85)과 제2 셔터판(87)의 배치에서, 타깃(G) 대신 타깃(C)으로부터의 스퍼터 성막을 행할 수 있다.

도 6의 참조 부호 6d는 도 6의 참조 부호 6c와 동일하게, 제1 셔터판(85)의 영역(65d)에 타깃 전극(41)으로부터 게터링을 위한 Ti막을 형성하기 위한 배치이다. 게터링용 타깃(G)의 전방면에 제1 셔터판(85)의 영역(65d)이 위치하도록 배치되어 있다. 도 6의 참조 부호 6d에 나타낸 제1 셔터판(85)과 제2 셔터판(87)의 배치에서, 타깃(G) 대신 타깃(D)으로부터의 스퍼터 성막을 행할 수 있다.

도 6의 참조 부호 6e는 기판이 배치되는 성막 공간 내에 게터링을 위한 Ti막을 형성하기 위한 배치이고, 도 5의 참조 부호 5c와 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다. 게터링용 타깃(G)의 전방면에 개구(65c)와 개구(67c)가 모두 위치하고 있다. 이때, 타깃 전극(41)에 전력을 인가하면 타깃(G)으로부터 스퍼터된 Ti가 개구(65c)와 개구(67c)를 통과해서 성막실 내의 기판 셔터(19)의 상면이나 내 실드판(21)에 게터링 효과가 있는 Ti막이 형성된다.

상술한 본 실시 형태에서는, 게터링용 타깃(G)을 하나 사용하는 성막 장치에 대해서 설명했지만, 타깃(G)의 수는 한정되지 않는다. 예를 들어, 타깃(G)을 2개 갖는 구성이어도 좋은 것은 물론이다.

본 실시 형태의 성막 장치의 효과에 대해서 설명한다. 제1 실시 형태에 따른 진공 장치에 대해서 설명하지만, 다른 실시 형태에 있어서도 마찬가지의 효과를 발휘한다. 진공 용기 내에 게터링 막을 형성함으로써 비교적 짧은 시간에 초고진공을 실현할 수 있다. 도 7에 게터링 막을 성막실 내에 형성했을 때의 진공도의 변화에 대해서 도시했다. 도 7에 있어서, 0 내지 600초는 게터링 막의 형성 전의 성막실의 가스 분석 결과이며, 600초 이후에 게터링 막을 성막실 내에 형성하였다.

게터링 막의 형성 전은 베이킹 후 46시간 진공 배기 장치(18)로 배기를 계속한 진공 용기 내(성막실)의 상태이며, 전리 진공계로 측정한 측정값은 1.4×10^-6㎩였다. 600초 이후, 게터링 막은 Ti를 본딩한 타깃(G)을 0.5kWh 스퍼터링을 행함으로써 진공 용기 내(성막실)에 형성하였다. 게터링 막 형성 후의 전리 진공계에 의한 성막실 내의 측정값은 2.5×10^-7㎩였다.

본 실시 형태의 성막 장치는, 성막에 사용하는 타깃 전극(35 내지 38)의 설치 위치의 간극에, 게터링 효과가 높은 티타늄이나 탄탈륨을 타깃(G)으로서 탑재하는 소형의 타깃 전극(41)을 설치하고 있다. 타깃 전극(41)을 타깃 전극(35 내지 38)의 간극에 설치되는 사이즈로 함으로써, 모듈 사이즈에 영향을 줄 일이 없고, 또한 모듈의 수를 증가시킬 필요가 없으므로 성막 장치의 풋프린트를 억제할 수 있다. 그리고, 타깃(G)으로부터 게터링 재료를, MRAM 디바이스를 제작하는 공간(성막실)이나 실드판의 이측에 스퍼터하여, 게터링 효과로 초고진공을 얻을 수 있다.

본 실시 형태의 성막 장치는, 타깃(G)으로부터 다른 타깃 재료에 컨태미네이션이 없도록 회전 셔터 장치가 구성되어 있다. 타깃(G)으로부터는 회전 셔터에도 스퍼터할 수 있기 때문에, 펌프가 되는 티타늄의 스퍼터 면적을 증가시킬 수 있다. 타깃(G)에서는 타깃(A 내지 D)보다 높은 전력 밀도로 수분 내지 60분 정도 스퍼터함으로써 충분한 게터링 효과가 얻어진다.

본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고 여러 변형 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 밝히기 위해서 이하의 청구항을 첨부한다.

본원은 2013년 2월 5일에 제출한 일본 특허 출원 제2013-20177호를 기초로 해서 우선권을 주장하는 것이며, 그 기재 내용의 전부를 본 명세서에 원용한다.

Claims

성막용 타깃을 설치 가능한 제1 설치부를 구비하는 복수의 제1 타깃 전극과,
상기 복수의 제1 타깃 전극에 대향하는 위치에서 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와,
게터링용 타깃을 설치 가능하고, 상기 제1 설치부보다 작은 제2 설치부를 구비하는 제2 타깃 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 타깃 전극과 상기 기판 홀더 사이에 설치되고, 상기 제1 설치부 및 상기 제2 설치부를 차폐 가능한 제1 셔터 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 셔터 부재는 상기 제1 타깃 전극과 상기 기판 홀더 사이에 회전 가능하게 설치되고, 회전했을 때 상기 제1 설치부에 대향하는 개구 및 상기 제2 설치부에 대향하는 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 셔터 부재와 상기 기판 홀더 사이에 회전 가능하게 설치되고, 회전했을 때 상기 제1 설치부에 대향하는 개구 및 상기 제2 설치부에 대향하는 개구를 갖는 제2 셔터 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제4항에 있어서, 상기 제2 셔터 부재의 상기 제2 설치부에 대향하는 개구는 상기 제1 셔터 부재의 상기 제2 설치부에 대향하는 개구보다 치수가 큰 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 타깃 전극은 상기 복수의 제1 타깃 전극 중, 인접하는 임의의 2개의 제1 타깃 전극의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 성막 장치.