KR20150091996A - 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

(과제)
기판면 내에 막 두께 분포 및 막질 분포를 균일하게 성막할 수 있는 기능을 가질 뿐만 아니라, 각 타깃(31a~31l)의 타깃 수명을 거의 동등하게 하여 양산성 면에서도 뛰어난 성막 방법을 제공한다.
(해결수단)
처리실 내(11a, 11b)에 처리실의 연결 설치 방향을 이동 방향으로 하여, 이동 방향을 따라 같은 매수의 타깃(31a~31l)을 같은 간격으로 각각 병렬 설치하고, 각 처리실 내에서 각 타깃과 대향하는 위치로 기판을 이송하여 정지시킨 후 박막을 적층한다. 각 처리실 상호 간에 기판의 표면 중 각 타깃과 대향하는 영역이 이동 방향으로 서로 어긋나도록 기판의 정지 위치를 바꾼다. 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 타깃을 제외한 각 타깃에 투입하는 전력을 정상 전력으로 하여, 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 타깃에 성막해야 하는 기판이 바뀔 때마다 정상 전력보다 낮은 저전력과 정상 전력보다 높은 고전력을 교대로 전환할 뿐만 아니라 양 타깃에 대한 투입 전력을 서로 바꾸어 전력을 투입한다.

Description

성막 방법{FILM FORMATION METHOD}
본 발명은 성막 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 대면적 유리 등의 처리 기판 표면에 스퍼터링법으로 소정의 박막 또는 적층막을 성막하기 위한 성막 방법에 관한 것이다.
유리 등의 처리 기판의 표면에 소정의 박막을 성막하는 방법 중 하나로 스퍼터링법을 이용하는 방법이 있다. 이 성막 방법은 처리실 내에 형성된 플라즈마 분위기의 비활성기체 이온을 성막하고자 하는 막의 조성에 따라 처리 기판 표면에 제작한 타깃을 향해 가속시켜 충격을 준 후, 타깃에서 나온 스퍼터 입자를 타깃과 대향하며 정지한 처리 기판을 향해 비산시켜 처리 기판의 표면에 성막하는 것으로, 최근에는 FPD 제조용 유리기판과 같이 면적이 큰 처리 기판의 성막에도 널리 이용되고 있다.
상기 성막을 실시할 스퍼터링 장치로는, 처리실 내에서 처리 기판과 대향하도록 동일 형상의 타깃 여러 장을 같은 간격으로 병렬 설치하고, 각 타깃에 전력을 투입하여 스퍼터링으로 성막하는 도중, 각 타깃을 처리 기판에 대해 평행하게 일정한 속도로 일체로 왕복 운동시키는 것이, 예를 들면, 특허문헌 1과 같이 알려져 있다. 여기서, 여러 장의 타깃을 소정의 간격으로 병렬 설치한 것에서는 각 타깃 사이의 영역에서 스퍼터 입자가 방출되지 않는다. 따라서 처리 기판 표면에서의 막 두께 분포 및 반응성 스퍼터링 시의 막질 분포가 물결모양으로 (예를 들어 막 두께 분포의 경우, 동일 주기에서 막 두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복되는 것처럼) 고르지 못하다고 알려져 있다. 상기 특허문헌 1에서는 타깃의 병렬 설치 방향을 이동 방향으로 하여, 성막 중 처리 기판에 평행하도록 각 타깃을 일체로 상대 왕복 운동시켜 스퍼터 입자가 방출되지 않는 영역을 바꿈으로써, 상기 막 두께 분포 및 막질 분포가 고르지 못한 점을 개선하였다.
한편, 특허문헌 2에서는, 복수의 처리실에서 동일하거나 상이한 박막을 적층하는 경우, 처리실의 연결 설치 방향을 이동 방향으로 하여, 각 처리실 내에 동일 매수 및 동일 형상의 타깃을 같은 간격으로 각각 병렬 설치해두고, 처리실 상호 간에 처리 기판의 표면 중 각 타깃과 대향하는 영역이 기판의 이송 방향으로 서로 어긋나도록 처리 기판의 정지 위치를 바꿈으로써, 상기 막 두께 분포 및 막질 분포가 고르지 못한 점을 개선하였다.
그런데, 상기 각 특허문헌에 기재된 성막 방법에서, 각 타깃을 병렬 설치한 영역의 이동 방향의 전체 길이가 처리 기판의 이동 방향의 길이보다 충분히 길어지도록 (예를 들어, 각 타깃과 처리 기판을 같은 중심에 배치했을 때 처리 기판의 이동 방향의 양쪽 가장자리에서 한 장 분량의 타깃이 각각 밖으로 나오도록) 병렬 설치해야 하는 타깃의 매수를 설정하면, 상기 막 두께 분포 및 막질 분포가 고르지 못한 것을 효과적으로 개선할 수 있다. 그러나 이렇게 하면 사용해야 하는 타깃의 매수가 증가하여 스퍼터 장치가 대형화될 뿐만 아니라 비용도 상승한다.
　여기서 각 타깃을 병렬 설치한 영역의 이동 방향의 전체 길이를 처리 기판의 이동 방향의 길이와 동등하게 설정하는 것을 생각해볼 수 있으나, 이렇게 하면 이동 방향의 앞뒤 가장자리에서 기판의 막 두께가 국소적으로 얇아지는 것이 밝혀졌다. 또한, '동등'하게 한다는 것은, 각 타깃과 처리 기판을 같은 중심에 배치했을 때 처리 기판의 이동 방향의 양쪽 가장자리에서 한 장 분량의 타깃의 길이보다 짧은 길이로, 바람직하게는 타깃의 이동 방향 길이의 절반 정도의 길이로, 이동 방향의 앞뒤 가장자리의 타깃이 각각 밖으로 나오는 경우를 말한다. 이 경우, 예를 들어 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 양 타깃에 대한 투입 전력을 다른 것과 비교하여 높인 다음 스퍼터링 속도를 증가시키면, 막 두께 분포의 균일성 등이 향상될 수 있다는 결과를 얻었다. 그러나 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 양 타깃의 스퍼터링으로 인한 침식량이 다른 것들에 비해 많아지고, 타깃 수명이 극단적으로 짧아져 양산성이 저하되는 문제가 있었다.
일본특허공개 2004-346388호 공보 일본특허공개 2012-184511호 공보
본 발명은 이상의 점을 감안하여, 각 타깃을 병렬 설치한 영역의 이동 방향의 전체 길이를 처리 기판의 이동 방향의 길이와 동등하게 설정하더라도, 기판면 내에 막 두께 분포 및 막질 분포를 균일하게 성막할 수 있는 기능을 가지면서 각 타깃(31a~31l)의 타깃 수명을 거의 동등하게 하여 양산성 면에서도 뛰어난 성막 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 한 방향으로 연결 설치한 복수의 처리실 내에, 처리실의 연결 설치 방향을 이동 방향으로 하여, 이동 방향을 따라 동일 매수의 타깃을 같은 간격으로 각각 병렬 설치하고, 각 처리실 내에서 각 타깃과 대향하는 위치로 처리 기판을 이송하여 정지시킨 후, 각 타깃과 대향하여 정지한 처리 기판의 표면에, 해당 처리 기판이 있는 처리실 내의 각 타깃에 전력을 투입하여 각 타깃을 스퍼터링하고, 각 처리실을 통해 동일하거나 상이한 박막을 적층하는 본 발명에 따른 성막 방법은, 연속하여 박막을 형성하는 각 처리실 상호 간에 처리 기판 표면 중 각 타깃과 대향하는 영역이 이동 방향으로 서로 어긋나도록 처리 기판의 정지 위치를 변경하고, 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 타깃을 제외한 각 타깃에 투입하는 전력을 정상 전력으로 하여, 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 타깃에 성막해야 할 처리 기판이 바뀔 때마다 정상 전력보다 낮은 저전력과 정상 전력보다 높은 고전력을 교대로 전환하고, 양 타깃에 대한 투입 전력을 서로 바꾸어 전력을 투입하는 것을 그 특징으로 한다.
　이에 따르면, 두 개의 처리실에서 동일한 박막을 적층하는 경우를 예로 들어 설명하면, 한쪽의 처리실에서 제1 처리 기판 표면에 일 박막을 성막할 때, 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃에 대한 투입 전력을 고전력(정상 전력의 1.01~1.50배의 범위)으로 설정하여 스퍼터링 속도를 높여 성막하고, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃에 대한 투입 전력을 저전력(정상 전력의 1/1.01~1/1.50배의 범위)으로 설정하여 스퍼터링 속도를 낮추어 성막한다. 이 상태에서는 각 타깃 사이의 영역에서 스퍼터 입자가 방출되지 않기 때문에, 일 박막은 동일 주기에서 막 두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복되듯이 고르지 못하고, 또한 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치한 처리 기판 부분은 다른 부분에 비해 두께가 두꺼워졌으며, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측에 위치한 처리 기판 부분은 다른 부분에 비해 두께가 얇아졌다.
　다음으로 다른 한쪽의 처리실에서 처리 기판의 정지 위치를 바꾸어 다른 박막을 적층할 때, 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃에 대한 투입 전력을 저전력으로 설정하고, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃에 대한 투입 전력을 고전력으로 설정하여 성막한다. 이렇게 하면 양 처리실 내에서 대략 동일한 막 두께로 다른 박막을 적층했을 때, 막 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분이 교체될 뿐만 아니라 이동 방향의 앞뒤에서 막 두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 교체되어, 이로 인해 적층막의 막 두께가 처리 기판의 전체 면에 대해 거의 균일해지므로, 그 결과 처리 기판 표면에서의 막 두께 분포 및 반응성 스퍼터링 시의 막질 분포가 물결모양으로 고르지 못한 것을 방지할 수 있다.
　다음으로, 제2 처리 기판의 표면에 적층막을 성막하는 경우에는, 한쪽의 처리실에서 일 박막을 성막할 때, 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃에 대한 투입 전력을 저전력으로 설정하고, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃에 대한 투입 전력을 고전력으로 설정한다. 또한 다른 한쪽의 처리실에서 다른 박막을 성막할 때, 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃에 대한 투입 전력을 고전력으로 설정하고, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃에 대한 투입 전력을 저전력으로 설정한다. 이로 인해 이동 방향의 양쪽 가장자리에 위치하는 타깃의 스퍼터링에 의한 침식량을 다른 타깃 침식량과 거의 균일하게 맞출 수 있다. 이처럼 본 발명은 각 타깃을 병렬 설치한 영역의 이동 방향의 전체 길이를 처리 기판의 이동 방향의 길이와 동등하게 설정하더라도, 기판면 내에 막 두께 분포 및 막질 분포를 균일하게 성막할 수 있는 기능을 가질 뿐만 아니라, 각 타깃의 타깃 수명을 거의 동등하게 하여 양산성 면에서도 뛰어나다.
　또한 상기 과제를 해결하기 위해 처리실 내에 여러 장의 타깃을 소정의 간격을 두고 병렬 설치하고, 이들 타깃의 병렬 설치 방향을 이동 방향으로 하여 각 타깃과 처리 기판을 대향하도록 배치하고, 각 타깃에 대한 처리 기판의 위치가 이동 방향으로 어긋나도록 각 타깃과 처리 기판을 상대 왕복 운동시킨 다음, 각 타깃에 전력을 투입하여 각 타깃을 스퍼터링하고, 처리 기판의 각 타깃과 대향하는 면에 소정의 박막을 성막하는 본 발명에 따른 성막 방법은, 이동 방향의 앞뒤 가장자리 측에 각각 위치하는 타깃을 제외한 각 타깃에 투입하는 전력을 정상 전력으로 하여, 성막 중 이동 방향의 앞뒤 가장자리 측에 각각 위치한 타깃에 대해, 각 타깃에 대한 처리 기판의 위치에 따라 정상 전력보다 낮은 저전력과 정상 전력보다 높은 고전력을 번갈아 전환하고, 또한 양 타깃에 대한 투입 전력을 서로 바꾸어 전력을 투입하는 것을 그 특징으로 한다.
　이에 따르면 단일 처리실 내에서 병렬 설치한 각 타깃 및 처리 기판을 상대 이동시켜 박막을 성막할 경우, 상기와 마찬가지로 각 타깃을 병렬 설치한 영역의 이동 방향의 전체 길이를 처리 기판의 이동 방향의 길이와 동등하게 설정하더라도, 기판면 내에 막 두께 분포 및 막질 분포를 균일하게 성막할 수 있는 기능을 가질 뿐만 아니라, 각 타깃의 타깃 수명을 거의 동등하게 하여 양산성 면에서도 뛰어나다. 여기서, 상기 '상대 왕복 운동'에는 각 타깃 및 처리 기판을 연속적으로 상대 왕복 운동시키면서 성막하는 경우와, 각 타깃 및 처리 기판의 상대 왕복 운동의 반환점에서 일단 상대 왕복 운동을 중지한 다음 각 타깃 및 처리 기판을 소정의 시간 동안 대향하여 정지하도록 하여 성막하는 경우가 포함된다.
　또한 본 발명에서는 각 타깃의 침식 영역을 그 전면에 걸쳐 거의 균등하게 침식시키기 위해 상기 각 타깃에서 상기 기판으로 향하는 방향을 위로하고, 각 타깃의 위쪽에 터널 모양의 자속을 각각 형성하고, 각 자속을 기판의 이송방향 또는 이동 방향으로 소정의 속도로 왕복 운동시키는 것이 바람직하다.
[도 1] 본 발명의 제1 실시형태에 따른 성막 방법을 실시할 수 있는 스퍼터링 장치의 모식 단면도이다.
[도 2] 각 처리실 내에서의 마스크 플레이트와 각 타깃의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
[도 3] 종래의 방법으로 성막 시, 기판의 막 두께 분포를 설명하는 도면이다.
[도 4] (a)~(c)는 제1 실시형태에서 성막의 전력 제어와 막 두께 분포의 관계를 설명하는 도면이다.
[도 5] 본 발명의 제2 실시형태에 따른 성막 방법을 실시할 수 있는 스퍼터링 장치의 모식 단면도이다.
[도 6] (a) 및 (b)는 기판 위치와 각 타깃에 대한 투입 전력의 관계를 설명하는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 처리 기판을 직사각형의 유리 기판 (이하, '기판(S)' 이라 한다)과, 이 기판(S)의 한 면에 동일한 박막을 이중 적층하는 경우를 예로 들어 본 발명의 제1 실시형태에 따른 성막 방법에 대해 설명한다. 이하에서는, 각 타깃(31a~31l)에서 기판(S)으로 향하는 방향을 위쪽으로 하고, 또한 기판(S)은 도 1에 개시된 것과 같이 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하는 것으로, 이를 이동 방향이라고 부르며, 이러한 기준에 따라 위, 아래, 왼쪽, 오른쪽, 앞, 뒤와 같이 방향을 나타내는 용어를 사용하였다.
도 1 및 도 2를 참조하면, SM1은 제1 실시형태에 따른 성막 방법을 실시할 수 있는 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치(이하, '스퍼터링 장치'라 한다)이다. 스퍼터링 장치(SM1)는 도시되지 않은 진공 펌프를 통해 소정의 진공도를 유지할 수 있는 진공 챔버(11)를 가진다. 진공 챔버(11)의 중앙부에는 칸막이판(12)이 설치되고, 칸막이판(12)에 의해 진공 챔버(11) 내에 서로 분리된 상태로 연달아 설치되며 대략 동일한 용적의 두 개의 처리실(11a, 11b)이 나뉘어진다. 진공 챔버(11)의 상부에는 기판 이송수단(2)이 설치되어 있다. 기판 이송수단(2)은, 기판(S)의 그 밑면(성막면)을 개방하여 유지하는 캐리어(21)와, 캐리어(21)를 각 처리실(11a, 11b)에 각각 병렬 설치된 아래의 각 타깃(31a~31l)과 대향하는 위치로 이송할 수 있는, 도시되지 않은 구동 롤러(구동수단)를 가진다. 또한, 기판 이송수단(2)으로는 알려진 것을 사용할 수 있으므로 여기에서는 그 상세한 설명을 생략한다.
　각 처리실(11a, 11b)에는 기판 이송수단(2)과 타깃(31a~31l) 사이에 위치하는 마스크 플레이트(13)가 각각 설치되어있다. 각 마스크 플레이트(13)에는 기판(S)이 각 타깃(31a~31l)을 향하는 평면에서 보았을 때 직사각형인 개구(13a, 13b)가 형성되어, 기판(S)의 성막 범위를 제한함과 동시에, 캐리어(21)의 표면 등에 스퍼터 입자가 부착되는 것을 방지하는 역할을 한다. 각 처리실(11a, 11b)의 하단에는 동일한 구조의 음극 전극(C)이 각각 설치되어있다.
음극 전극(C)은 기판(S)에 평행한 동일 평면 내에서 이동 방향을 따라 동일 간격으로 병렬 설치되는 12개의 타깃(31a~31l)을 가진다. 각 타깃(31a~31l)은 Al, Ti, Mo 및 ITO 등 기판(S) 표면에 형성하고자 하는 박막의 조성에 따라 공지의 방법으로 제작되는데, 예를 들면, 대략 직육면체(평면에서 보았을 때 직사각형)로 형성된다. 또한, 타깃(31a~31l)을 병렬 설치한 영역의 이동 방향의 전체 길이(L1)가 기판(S)의 이동 방향 길이(L2)와 동등하도록, 각 타깃(31a~31l)의 평면에서 본 형상의 치수나 각 타깃(31a~31l) 사이의 간격이 설정된다(도2 참조). 즉, 각 타깃(31a~31l)과 기판(S) 사이의 수직거리 등을 고려하여, 각 타깃(31a~31l)과 기판(S)을 같은 중심에 배치했을 때, 기판(S)의 이동 방향의 양쪽 가장자리로부터, 타깃의 이동 방향 길이(L3)의 절반 이하의 범위에서 양쪽 가장자리의 타깃(31a, 31l)이 각각 밖으로 돌출되도록, 적절히 설정된다. 각 타깃(31a~31l)의 직교 방향은, 기판(S)의 가장자리 부분에서 각각 연장되도록, 각 타깃(31a~31l)의 길이가 설정된다. 또한 각 타깃(31a~31l)은 스퍼터링 성막 중에 타깃(31a~31l)을 냉각시키는 백킹 플레이트(32)에 인듐이나 주석 등의 접합재료(도시되어 있지 않음)를 통해 접합된다.
각 타깃(31a~31l)은 단일 지지판(33)에 의해 각각 지지되며, 지지판(33)에는 타깃(31a~31l)의 주위를 각각 둘러싸는 차폐판(34)이 수직으로 설치되며, 차폐판(34)이 성막 시 양극으로서의 역할을 함과 동시에 플라즈마의 타깃(31a~31l)의 하향 흐름을 방지한다. 각 타깃(31a~31l)은 진공 챔버(11)의 외부에 배치되는 DC전원(스퍼터 전원)(35)에 각각 연결되어, 각 타깃(31a~31l)에 음의 전위를 가지는 소정의 전력을 각각 투입할 수 있다.
또한 음극 전극(C)은 각 타깃(31a~31l)의 아래쪽에 각각 위치하도록 배치된 자석 유닛(4)을 가진다. 각 자석 유닛(4)은 각 타깃(31a~31l)에 평행하게 설치된 지지판(41)을 가진다. 지지판(41)은 각 타깃(31a~31l)의 이동 방향의 길이(L3) 보다 작고, 이동 방향과 직교하는 방향으로 타깃(31a~31l)의 가장자리 부분에서 각각 연장하도록 설정되며, 자석의 흡착력을 증폭시키는 자성재료로 만들어진다. 지지판(41)에는 그 중앙부에 선형으로 배치되는 중앙 자석(42)과, 지지판(41)의 바깥 둘레를 따라 배치되는 주변 자석(43)이 상부의 극성과 반대로 설치된다. 이 경우, 중앙 자석(42)과 동일한 자화로 환산했을 때의 부피는, 예를 들어 주변 자석(43)과 동일한 자화로 환산했을 때의 부피의 합(주변 자석:중심 자석:주변 자석=1:2:1)과 같아지도록 설계되며, 각 타깃(31a~31l)의 위쪽에 균형 잡힌 폐 루프 터널 모양의 자속이 형성되게 된다.
각 자석 유닛(4)은 모터나 에어 실린더 등의 구동수단(5a, 5b)의 구동축(51)과 각각 하나로 연결되며, 타깃(31a~31l)의 이동 방향을 따라 존재하는 두 곳의 위치 사이에서 평행하게 일정한 속도로 일체로 왕복 운동할 수 있도록 한다. 이로 인해 스퍼터 레이트가 높아진 자속의 위치를 변경하여 각 타깃(31a~31l)의 전면에 걸쳐 균등한 침식영역을 얻을 수 있다.
진공 챔버(11)에는 Ar 등의 비활성기체로 이루어진 스퍼터 가스를 처리실(11a, 11b)에 각각 도입시키는 가스 도입수단(6a, 6b)이 마련된다. 가스 도입수단(6a, 6b)은, 예를 들면, 진공 챔버(11)의 측벽에 설치된 가스관(61)을 가지며, 가스관(61)은 질량 유량 제어기(62)를 통해 가스 소스(63)와 연통된다. 반응성 스퍼터링으로 기판(S)의 표면에 소정의 박막을 형성하는 경우에는 산소나 질소 등의 반응성 가스를 처리실(11a, 11b)에 각각 도입시키는 또 다른 가스 도입수단이 마련된다. 또한 스퍼터링 장치(SM1)는 마이크로컴퓨터나 시퀀서 등을 구비한, 도시되지 않은 제어수단을 가지므로, 각 스퍼터 전원(35), 질량 유량 제어기 및 진공 배기수단의 가동이 총괄 제어될 수 있다. 이하에서, 상기 스퍼터링 장치(SM1)를 이용한 제1 실시형태에 따른 성막 방법을 설명한다.
기판(S)을 캐리어(21)에 세팅하고, 한쪽의 처리실(11a)의 타깃(31a~31l)과 대향하는 위치로 이송시킨다. 처리실(11a)이 소정의 압력(예를 들어, 10-5Pa)까지 진공 배기되면, 가스 도입수단(6a)를 통해 스퍼터 가스나 반응 가스를 도입시켜 각 타깃(31a~31l)에 DC전원(35)으로부터 각각 동일한 소정의 전력(예를 들어, 50kW)을 투입한다. 이로 인해 기판(S)과 각 타깃(31a~31l) 사이의 공간에 플라즈마가 형성되고, 플라즈마 중의 스퍼터링 가스 이온을 각 타깃(31a~31l)를 향해 가속시켜 충격을 줌으로써 스퍼터 입자(타깃 원자)가 기판(S)를 향해 비산되어 기판(S)의 표면에 일 박막이 형성된다.
여기서, 상술한 바와 같이, 스퍼터링 장치(SM1)에서 성막하는 경우에 각 타깃(31a~31l) 사이의 차폐판(34)이 존재하는 영역(R1)에서는 스퍼터 입자가 방출되지 않는다. 따라서 타깃(31a~31l)의 병렬 설치 영역에 대해 기판(S)이 같은 중심에 위치하면, 성막된 하나의 박막은, 도 3에 개시된 것과 같이, 해당 기판(S)의 이동 방향에 따른 막 두께 분포가 물결모양, 즉 동일 주기에서 막 두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복되듯이 고르지 못하게 되며, 또한 이동 방향의 앞뒤 가장자리 측에 위치하는 기판(S)의 양쪽 가장자리 부분은 다른 부분에 비해 막 두께가 매우 얇아지게 된다.
제1 실시형태에서는, 각 처리실(11a, 11b)의 사이에서 기판(S)의 표면 중 각 타깃(31a~31l) 사이의 영역(R1)과 대향하는 부분이 이동 방향의 앞뒤로 어긋나도록 각 처리실(11a, 11b)에서의 기판(S)의 정지 위치를 변경하였다. 구체적으로는, 도 2에 도시된 것과 같이, 일 처리실(11a) 내의 마스크 플레이트(13)의 개구(13a)와 타 처리실(11b)의 마스크 플레이트(13)의 개구(13b)를 이동 방향으로 서로 어긋나도록 형성하여, 각 처리실(11a, 11b)에서 타깃(31a~31l)과 대향하는 위치로 이송되어 오는 기판(S)의 정지 위치를 결정하는 기준으로 하였다. 그리고 기판(S)이 마스크 플레이트(13)의 각 개구(13a, 13b)에 향하는 위치(기판(S)과 개구(13a) 또는 개구(13b)가 수직방향으로 일치하는 위치)로 캐리어(21)가 이동될 때, 이를 감지하는 포지션 센서 등의 검지수단(8)을 진공 챔버(11)에 설치하여, 기판(S)을 복수의 처리실(11a, 11b)로 이송시킬 때, 막 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분이 교체되도록 각 처리실(11a, 11b)에서 기판(S)의 위치를 정밀하게 결정할 수 있도록 하였다.
아울러 도 4에 도시된 것과 같이, 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 두 장의 타깃(31a, 31l)을 제외한 각 타깃(31b~31k)에 스퍼터 전원(35)으로부터 투입되는 전력을 정상 전력(예를 들어, 50kW)으로 하여, 제어수단은 상기 두 장의 타깃(31a, 31l)에 성막해야 하는 기판(S)이 바뀔 때마다 정상 전력보다 낮은 저전력과 정상 전력보다 높은 고전력을 교대로 전환하고, 또한 양 타깃(31a, 31l)에 대한 투입 전력을 서로 바꾸어 전력을 투입하도록 상기 두 장의 타깃(31a, 31l)에 대응하는 스퍼터 전원(35)을 제어하도록 하였다. 즉, 도 4(a)에 도시된 것과 같이, 이동 방향의 뒤쪽에 위치하는 한 처리실(11a)에서 제1 기판(S)의 표면에 일 박막을 성막할 때, 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31a)에 대한 투입 전력을 고전력(정상 전력의 1.01~1.50배의 범위)으로 설정하여 스퍼터링 속도를 높여 성막함과 동시에, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31l)에 대한 투입 전력을 저전력(정상 전력의 1/1.01~1/1.50배의 범위)으로 설정하여 스퍼터링 레이트를 낮추어 성막한다. 이 상태에서는 상술한 바와 같이, 일 박막(TF1)은 동일 주기에서 막 두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복되는 것처럼 고르지 못하게 되며, 또한 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 기판(S)의 부분은 다른 부분에 비해 막 두께가 두꺼워졌고, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측에 위치하는 기판(S)의 부분은 다른 부분에 비해 막 두께가 얇아졌다(도 4(b) 참조).
다음으로, 이동 방향의 앞쪽에 위치하는 타 처리실(11b)에서 기판(S)의 정지 위치를 변경하여 다른 박막(TF2)을 적층할 때, 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31a)에 대한 투입 전력을 저전력으로 설정하고, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31l)에 대한 투입 전력을 고전력으로 설정하여 성막한다. 이렇게 하면 양쪽 처리실(11a, 11b)에서 대략 동일한 막 두께로 다른 박막을 적층했을 때, 막 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분이 교체될 뿐만 아니라 이동 방향의 앞뒤에서 막 두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 교체되어, 이로 인해 적층막(LF)의 막 두께가 기판 전면에 걸쳐 거의 균일해지므로(도 4(b) 참조), 그 결과 처리 기판 표면에서의 막 두께 분포 및 반응성 스퍼터링 시의 막질 분포가 물결모양으로 고르지 못한 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 도면에는 나와 있지 않은 제2 기판(S)의 표면에 적층막을 성막하는 경우에, 도 4(c)에 도시된 것과 같이, 한쪽의 처리실(11a)에서 일 박막(TF1)을 성막할 때 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31a)에 대한 투입 전력을 저전력으로 설정하고, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31l)에 대한 투입 전력을 고전력으로 설정하였다. 그리고 다른 한쪽의 처리실(11b)에서 다른 박막(TF2)을 형성할 때 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31a)에 대한 투입 전력을 고전력으로 설정하고, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31l)에 대한 투입 전력을 저전력으로 설정하였다. 이렇게 함으로써 이동 방향의 양쪽 가장자리에 위치하는 타깃(31a, 31l)의 스퍼터링으로 인한 침식량을 그 외의 타깃(31b~31k)의 침식량과 거의 균일하게 맞출 수 있다.
이상의 제1 실시형태에 따르면, 타깃(31a~31l)을 병렬 설치한 영역의 이동 방향의 전체 길이(L1)를 기판(S)의 이동 방향의 길이(L2)와 동등하게 설정하더라도, 막 두께 분포 및 막질 분포를 균일하게 성막할 수 있는 기능을 가질 뿐만 아니라, 각 타깃(31a~31l)의 타깃 수명을 거의 동등하게 하여 양산성 면에서도 뛰어나다. 또한, 홀수의 처리실을 설치하여 기판 표면에 예를 들어 삼층 막을 형성하는 경우, 타깃 사이의 영역과 대향하는 기판(S) 부분이 1/3씩 각 처리실 간에 서로 어긋나도록 각 처리실 안에서 기판을 정지시키면 된다.
이상의 효과를 확인하기 위해, 도 1에 도시된 스퍼터링 장치(SM1)를 이용하여 스퍼터링으로 기판(S)에 Al막을 이중 적층하였다. 각 처리실(11a, 11b) 내의 타깃(31a~31l)으로는 99.99%의 Al을 이용하였으며, 200mm × 2650mm × 두께 16mm의 평면에서 보았을 때 대략 직사각형이 되도록 성형하여, 백킹 플레이트(32)에 접합한 다음, 각 타깃(31a~31l)의 상호 중심 간의 거리가 230mm(각 타깃(31a~31l)의 이동 방향 가장자리 사이의 거리가 30mm)가 되도록 지지판(33) 위에 배치하였다. 기판(S)은 2200mm ×2500mm의 유리 기판으로 하였으며, 타깃(31a~31l)과 기판(S) 사이의 거리를 180mm로 설정하였다. 한쪽의 처리실(11a)에서는 기판(S)의 이동 방향의 뒤쪽 부근이, 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31a)의 뒤쪽 부근의 거의 바로 위에 위치하도록 기판(S)을 정지시키고, 다른 한쪽의 처리실(11b)에서는 기판의 이송방향으로 115mm를 이동시킨 위치에 기판(S)을 정지시켰다.
스퍼터링 조건으로는 진공 배기되는 처리실(11a, 11b) 내의 압력이 0.5Pa로 유지되도록 질량 유량 제어기를 제어하여 Ar을 처리실(11a, 11b)에 각각 도입시키고, 기판(S)의 온도를 120℃로 설정하였다. 그리고 각 처리실(11a, 11b)에서 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 두 장의 타깃(31a, 31l)을 제외한 각 타깃(31b~31k)에 스퍼터 전원(35)으로부터 투입되는 정상 전력을 50kW로 하였고 고전력을 60kW(1.2배)로 하였으며 저전력을 45kW(0.9배)로 하여, 15초 동안 스퍼터링하여 기판(S) 표면에 150nm의 두께로 이중의 Al막을 적층하여, 300nm의 Al막을 얻었다.
이상의 실험에 의하면, 기판(S)의 이동 방향에 따른 막 두께 분포는 ±9.4%였다. 또 다른 실험에서 저전력을 40kW로 하고 다른 조건은 바꾸지 않은 채 성막한 결과, 기판(S)의 이동 방향에 따른 막 두께 분포는 ±10.9%였다. 덧붙여, 여러 장의 기판(S)에 성막을 실시하고 각 타깃(31a~31l)의 침식량을 확인했더니 타깃(31a~31l) 모두가 대략 균등하게 침식되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 제2 실시형태에 따른 성막 방법을 설명한다. 도 5를 참조하여 설명하면, SM2는 단일 처리실(110)에서 제2 실시형태에 따른 성막 방법을 실시 할 수 있는 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치이다. 이하에서, 제1 실시형태에서 설명한 스퍼터링 장치(SM1)와 동일한 부품 등에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 그 상세한 설명은 생략한다.
스퍼터링 장치(SM2)는 단일 처리실(110)의 경계를 이루는 진공 챔버(10)를 가진다. 처리실(110)의 상부에는 기판 이송수단(2)이 설치되며 그 하부에는 음극 전극(C)이 설치된다. 이 경우, 기판 이송수단(2)의 구동수단을 제어함으로써, 이동 방향을 따라 타깃(31a~31l)에 평행하게 일정한 간격(D) 및 소정의 속도(예를 들어, 1~110mm/s)로 기판(S)이 세팅된 캐리어(21)를 왕복 운동시키게 된다. 다음으로, 도 6을 참조하여 상기 스퍼터링 장치(SM2)를 이용한 제2 실시형태에 따른 성막 방법을 설명한다.
제1 기판(S)을 캐리어(21)에 세팅하고 처리실(110)의 타깃(31a~31l)과 대향하는 위치로 이송시킨다. 이 경우, 기판(S)의 이동 방향의 뒤쪽 부근이, 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31a)의 뒤쪽 부근의 거의 바로 위에 위치하도록 위치가 결정된다(도 5에서 P1의 위치). 또한 처리실(110)이 소정의 압력(예를 들어, 10-5Pa)까지 진공 배기되면 가스 도입수단(6a)를 통해 스퍼터 가스나 반응 가스를 도입시켜 각 타깃(31a~31l)에 DC전원(35)으로부터 각각 소정의 전력을 투입하고, 캐리어(21)(나아가서는 기판(S))를 이동 방향의 앞쪽을 향해 왕복 운동시킨다.
이 경우, 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 두 장의 타깃(31a, 31l)을 제외한 각 타깃(31b~31g)에 스퍼터 전원(35)으로부터 투입되는 전력을 정상 전력 (예를 들어, 50kW)으로 하여, 제어수단은 상기 두 장의 타깃(31a, 31l)에, 기판(S)의 위치에 따라 정상 전력보다 낮은 저전력과 정상 전력보다 높은 고전력을 번갈아 전환하고, 또한 양 타깃에 대한 투입 전력을 서로 바꾸어 전력이 투입될 수 있도록 위 두 장의 타깃(31a, 31l)에 대응하는 스퍼터 전원(35)을 제어한다. 즉, 성막이 개시된 초기에, 도 6(a)에 도시된 것과 같이, 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31a)에 대한 투입 전력을 저전력(정상 전력의 1/1.01~1/1.50배의 범위)으로 설정하여 스퍼터링 속도를 낮추어 성막하고, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측에 위치하는 타깃(31l)에 대한 투입 전력을 고전력(정상 전력의 1.01~1.50배의 범위)으로 설정하여 스퍼터링 레이트를 높여 성막한다.
캐리어(21)가 반환점(P2)에 도달한 후, 해당 캐리어(21)가 되돌아오는 운동을 하기 시작하면, 도 6(b)에 도시된 것과 같이, 이동 방향의 뒤쪽 가장자리 측(도 5의 왼쪽)에 위치하는 타깃(31a)에 대한 투입 전력을 고전력으로 전환하고, 이동 방향의 앞쪽 가장자리 측(도 5의 오른쪽)에 위치하는 타깃(31l)에 대한 투입 전력을 저전력으로 전환한다. 기판(S)에 대해 성막하는 동안 이 작업을 반복한다. 그러면 타깃(31a~31l)을 병렬 설치한 영역의 이동 방향의 전체 길이(L1)를 기판(S)의 이동 방향의 길이(L2)와 동등하게 설정하더라도, 기판(S) 표면의 막 두께 분포 및 반응성 스퍼터링 시의 막질 분포가 물결모양으로 고르지 못한 것을 방지할 수 있다. 심지어 이동 방향의 양쪽 가장자리에 위치하는 타깃(31a, 31l)의 스퍼터링에 의한 침식량을 다른 타깃(31b~31k)의 침식량과 거의 균일하게 맞출 수 있다. 또한 이동 방향의 양쪽 가장자리 측의 타깃(31a, 31l)에 대한 투입 전력을 고전력 또는 저전력으로 설정할 때, 양쪽을 동일한 전력으로 설정할 필요는 없으며 타깃의 침식량 등을 고려하여 적절히 설정할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기의 내용으로 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 및 제2의 각 실시형태에서는 스퍼터링 전원으로 DC전원(35)을 이용했으나 이에 한정되는 것은 아니다. 병렬 설치된 각 타깃(31a~31l) 중 인접한 두 개의 타깃을 한 쌍으로 하여 한 쌍의 타깃(31a~31l)에, 스퍼터 전원인 교류 전원으로부터 소정의 주파수 (1~400kHz)로 교류 전원을 투입해도 무방하다. 덧붙여, 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 타깃이란, 양쪽 가장자리에 있는 두 장의 타깃(31a, 31l)을 말하는데, 상기 예의 경우에서는 이동 방향의 양쪽 가장자리에 각각 위치하는 한 쌍의 타깃(31a 및 31b와, 31k 및 31l)이 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 타깃이 된다. 또한, 병렬 설치한 각 타깃 중 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 두 장의 타깃(31a, 31l)에 성막해야 하는 기판(S)이 바뀔 때마다 정상 전력보다 낮은 저전력과 정상 전력보다 높은 고전력을 번갈아 투입할 때, 상기 제1 및 제2의 각 실시형태에서 설명한 전력 투입과 반대가 되도록 투입 전력을 제어해도, 위와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제2 실시형태에서는 타깃(31a~31l)의 병렬 설치 영역에서 기판(S)을 이동시키는 것을 예로 들어 설명으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 5에서 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 타깃(31a~31l)을 지지하는 지지판(33)의 한쪽에 구동수단으로써 모터(71)의 출력축(72)을 연결하여, 성막 중 타깃(31a~31l)의 이동 방향을 따라 두 점 사이에서 기판(S)에 평행하게 일정한 속도로 일체로 왕복 운동시켜도 되고, 또한 타깃(31a~31l)과 기판(S) 모두를 왕복 운동시킬 수도 있다.
　또한 상기 제2 실시형태에서는 각 타깃(31a~31l)과 기판(S)을 연속해서 상대 왕복 운동시키면서 성막하는 경우를 예로 들어 설명했으나, 각 타깃(31a~31l)과 기판(S)의 상대 왕복 운동의 반환점(P1, P2)에서, 일단 상대 왕복 운동을 중지하고 각 타깃(31a~31l)과 기판(S)을 소정의 시간만큼 대향하는 상태로 정지시켜 성막하는 경우에도 본 발명을 적용할 수가 있다. 즉, 기판(S)이 왕복 운동의 반환점(P1, P2)에 도달했을 때, 기판 이송수단(2)의 구동수단을 제어하여 기판(S)이 소정의 시간(예를 들어, 60초 이내)을 정지해도 무방하다. 이로 인해 타깃 종류, 즉 각 타깃의 스퍼터링 시의 비산 분포를 바탕으로 기판(S)으로 향하는 스퍼터 입자의 양에 따라, 각 반환점(P1, P2)에서의 기판(S)의 정지 시간을 적절히 설정하는 것만으로도 기판(S)의 표면에 형성된 박막에 미소의 물결모양의 막 두께 분포 및 막질 분포가 생기는 것을 더욱 억제할 수 있다. 이 때, 자석 조립체(4)를 적어도 한 번 왕복 운동시키는 것이 바람직하고, 또한 물결모양의 막 두께 분포 및 막질 분포의 발생이 억제되는 제어의 자유도를 높이기 위해 기판(S)이 한쪽의 전환점(P1)(또는 P2)에서 다른 한쪽의 전환점(P2)(또는 P1)을 향해 이동할 때, 타깃(31a~31l)에 대한 전력 투입을 중지하고 기판(S)이 정지하고 있는 경우에만 박막을 형성하도록 하는 것도 바람직하다.
SM1, SM2 ... 스퍼터 장치
11a, 11b, 110 ... 처리실
2 ... 기판 이송수단
21 ... 캐리어
31a~31l ... 타깃
35 ... 스퍼터 전원
6a, 6b ... 가스 도입수단
S ... 기판

Claims (3)

  1. 한 방향으로 연결 설치한 복수의 처리실 내에, 처리실의 연결 설치 방향을 이동 방향으로 하여, 이동 방향을 따라 같은 매수의 타깃을 같은 간격으로 각각 병렬 설치하고, 각 처리실 내에서 각 타깃과 대향하는 위치로 처리 기판을 이송하여 정지시키고, 각 타깃과 대향하여 정지한 처리 기판의 표면에 해당 처리 기판이 있는 처리실 내의 각 타깃에 전력을 투입하여 각 타깃을 스퍼터링하고, 각 처리실을 통해 동일하거나 상이한 박막을 적층하는 성막 방법으로,
    연속하여 박막을 형성하는 각 처리실 상호 간에, 처리 기판의 표면 중 각 타깃과 대향하는 영역이 이동 방향으로 서로 어긋나도록 처리 기판의 정지 위치를 변경함에 있어서,
    이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 타깃을 제외한 각 타깃에 투입하는 전력을 정상 전력으로 하고, 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 타깃에 성막해야 하는 처리 기판이 바뀔 때마다 정상 전력보다 낮은 저전력과 정상 전력보다 높은 고전력을 교대로 전환하고, 또한 양 타깃에 대한 투입 전력을 서로 바꾸어 전력을 투입하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  2. 처리실 내에 여러 개의 타깃을 소정의 간격을 두고 병렬 설치하고, 이들 타깃의 병렬 설치 방향을 이동 방향으로 하여 각 타깃과 처리 기판을 대향하도록 배치하고, 각 타깃에 대한 처리 기판의 위치가 이동 방향으로 어긋나도록 각 타깃 및 처리 기판을 상대 왕복 운동시켜 각 타깃에 전력을 투입하여 각 타깃을 스퍼터링하고, 처리 기판의 각 타깃과 대향하는 면에 소정의 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서,
    이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 타깃을 제외한 각 타깃에 투입하는 전력을 정상 전력으로 하고, 성막 중 이동 방향의 앞뒤 가장자리에 각각 위치하는 타깃에 각 타깃에 대한 처리 기판의 위치에 따라 정상 전력보다 낮은 저전력과 정상 전력보다 높은 고전력을 교대로 전환하고, 또한 양 타깃에 대한 투입 전력을 서로 바꾸어 전력을 투입하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  3. 　청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 각 타깃에서 상기 기판으로 향하는 방향을 위로하고, 각 타깃의 위쪽에 터널 모양의 자속을 각각 형성하고, 각 자속을 기판의 이송 방향 또는 이동 방향으로 소정의 속도로 왕복 운동시키는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
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