KR20150136080A - 스퍼터링 장치 - Google Patents

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KR20150136080A
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나오키 우치야마
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가부시키가이샤 아쯔미테크
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Abstract

스퍼티링 장치(1)는 진공챔버(2)와, 복수의 타겟(8: 8a~8d)과, 성막하는 타겟(8c)만을 선택적으로 상기 진공챔버(2) 내에 노출시키기 위한 차폐체(9)와, 상기 타겟(8c)으로부터 튀어나온 미립자가 성막되는 기판(10)을 유지하는 기판유지유닛(11)과, 상기 기판유지유닛(11)을 고정 유지하여 이동시키는 제 1 이동유닛(14)과, 상기 타겟(8c)과 상기 기판(10) 사이에 배치된 마스크(16)와, 상기 마스크(16)를 이동시키는 제 2 이동유닛(19)과, 상기 마스크(16)를 관통하는 패턴화된 관통구멍(17)으로 이루어진 복수의 관통구멍유닛(17a~17f)을 구비하고 있다.

Description

스퍼터링 장치{SPUTTERING DEVICE}
본 발명은 스퍼터링 장치, 특히 수소센서를 제조하기 위한 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
수소를 흡장(吸藏)했을 때의 조광(調光) 특성을 갖는 합금을 이용한 수소센서가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 수소센서는 기판상에 Mg-Ni 등의 합금으로 이루어진 박막을 복수 형성하여 제조된다. 이와 같은 박막 형성은 스퍼터링 장치를 이용하여 행하여진다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 스퍼터링 장치에서는 진공 중에 불활성가스(Ar가스)를 도입하고, 합금 재료로 이루어진 타겟을 플라즈마 방전으로 가열한다. 이 타겟에 대하여 이온화된 Ar이 충돌하고, 합금 재료의 미립자가 기판으로 튀어나와 성막(成膜)된다. Ar가스와 함께 N2가스나 O2가스를 넣음으로써 반응성 스퍼터링을 수행할 수도 있다.
일본 특개2011-219841호공보 일본 특개평5-263228호공보
그러나 동일 기판상에 복수의 다른 재료를 성막하기 위해서는, 이들 재료마다 성막하는 영역을 미리 규제하기 위해 기판과 타겟 사이에 마스크를 배치할 필요가 있다. 마스크에는 미립자가 된 합금 재료가 통과할 수 있는 패턴화된 관통구멍이 형성되어 있으며, 미립자는 이 관통구멍을 통해 기판의 소정 영역에 성막된다. 기판의 다른 영역에 성막하는 경우는, 일단 장치로부터 기판을 취출(取出)하고, 다른 패턴의 관통구멍을 갖는 마스크를 배치하여 다시 장치 내에 투입한다. 이와 같이 일단 장치로부터 기판을 취출하고 새롭게 마스크를 배치하는 것은 작업 효율의 악화를 초래하고 있다. 또한 산화되기 쉬운 합금 재료를 성막하고 있는 경우는 장치로부터 취출함으로써 대기 중에 노출되게 되어, 박막 특성이 변화해버릴 우려도 있다. 장치로부터 기판을 취출할 때 대기 중에 노출되지 않도록 하기 위해, 추가로 다른 진공 흡인된 진공챔버를 마련하거나, 다른 스퍼터링 장치를 인접시키거나 하여 대응하는 것도 고려되지만, 장치가 대규모로 되어 공간적, 비용적으로도 과대해져버린다.
특허문헌 2에서는, 마스크가 고정되어 있기 때문에 기판에 대하여 영역별로 성막하는 것은 아니며, 막 두께 제어를 위해 기판과 타겟을 이동시키고 있다. 타겟을 이동시키는 것은 상당히 장치가 대대적이 되므로, 상술한 공간적, 비용적인 문제점이 남는다.
본 발명은, 상술한 종래기술을 고려한 것이며, 기판의 소정 영역별로 다른 합금 재료를 성막하는 경우에도 기판을 장치 밖으로 취출하여 새로운 마스크를 배치하는 동작을 요하지 않고, 공간적, 비용적으로도 우수한 스퍼터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 진공 흡인되어 밀폐된 진공챔버와, 상기 진공챔버 내에 고정되며, 성막될 재료로 이루어진 복수의 타겟과, 상기 복수의 타겟 중, 성막하는 타겟만을 선택적으로 상기 진공챔버 내에 노출시키기 위한 차폐체와, 상기 타겟으로부터 튀어나온 미립자가 성막되는 기판을 유지(保持)하는 기판유지유닛과, 상기 기판유지유닛을 고정 유지하여 상기 진공챔버 내에서 이동시키는 제 1 이동유닛과, 상기 타겟과 상기 기판 사이에 배치된 마스크와, 상기 마스크를 상기 진공챔버 내에서 이동시키는 제 2 이동유닛과, 상기 마스크를 관통하는 패턴화된 관통구멍으로 이루어진 복수의 관통구멍유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 기판의 소정 영역별로 다른 합금재료를 성막하는 경우에도 기판을 장치 밖으로 취출하여 새로운 마스크를 배치하는 동작을 요하지 않으며, 공간적, 비용적으로도 우수한 스퍼터링 장치를 제공할 수 있다. 즉, 임의의 타겟을 이용하여 성막하고, 다음으로 다른 패턴으로 다른 타겟을 이용하여 성막하는 경우에 제 1 이동유닛을 이용하여 기판을 해당하는 타겟의 위치까지 이동시키며, 필요에 따라 제 2 이동유닛을 이용하여 마스크를 이동시켜 원하는 관통구멍을 대응시킬 수 있다. 따라서, 장치 내에서 다른 패턴으로의 복수의 합금 재료의 성막을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 개략도이며, 도 2의 A-A 단면도이다.
도 2는 도 1의 D-D 단면도이다.
도 3은 도 1과는 다른 시간에서의 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B 단면도이다.
도 5는 도 4와는 다른 시간에서의 도 2의 B-B 단면도이다.
도 6은 도 2의 C-C 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치(1)는 진공챔버(2)가 되는 대략 밀폐된 공간을 가지고 있다. 이 진공챔버(2)는 크게 나누어 3개의 영역으로 이루어지며, 각각 타겟부(3), 스퍼터부(4), 기판부(5)로 이루어져 있다. 각 영역(3~5)은 서로 연통하고 있지만, 연통이 허용되고 있으면 칸막이벽(6)에 의해 어느 정도 구획되어 있어도 좋다. 이 진공챔버(2)는 진공 흡인에 의해 진공 상태로 된다. 진공챔버(2)의 일부로서 형성되어 있는 타겟부(3)에는 복수(도면에서는 4개)의 타겟(8)이 고정되어 있다. 이 타겟(8)은 기판(10)에 성막될 재료로 이루어지며, 구체적으로는 금속(합금)의 덩어리이다. 도면의 예에서는 타겟(8a~8d)으로서, 각각 Wo3, Mg-Ti, Mg-Ni, Pd로 한다.
이들 타겟(8)은, 예를 들어 셔터(shutter) 등의 차폐체(9: 9a~9d)가 각각 대응하여 설치되어 있다. 즉, 성막하는 타겟 이외의 타겟은 차폐체(9)에 의해 덮이며, 이에 의해 성막될 타겟(8)만이 선택적으로 진공챔버(2) 내에 노출된다. 이들 타겟(8)이 성막되는 기판(10)은 기판부(5)에 배치된 기판유지유닛(11)에 유지된다. 기판유지유닛(11)은 기판(10)을 파지(把持)하는 파지부(11a)와 기대부(基台部)(11b)로 이루어지며, 파지부(11a)와 기대부(11b)는 장척(長尺)의 연결부(11c)로 연결되어 있다. 이 기판유지유닛(11) 중 기대부(11b)가 기판부(5) 내에 자리잡고 있다. 그리고 연결부(11c)는 스퍼터부(4)를 향해 뻗어 있으며, 파지부(11a)는 스퍼터부(4) 내에 자리잡고 있다. 따라서, 파지부(11a)에 의해 파지된 기판(10)은 스퍼터부(4) 내에 배치되어 있다.
기판유지유닛(11)은 제 1 이동유닛(14)에 고정 유지되어 진공챔버(2) 내를 이동한다. 구체적으로는 제 1 이동유닛(14)은 기판부(5) 내에 배치된 한 쌍의 제 1 롤러(12)와, 이 롤러(12) 사이에 가설된 벨트(13)를 가지고 있다. 일방의 제 1 롤러(12)에는 제 1 모터(15)의 출력축이 연결되어 있다. 따라서, 제 1 모터(15)의 구동에 의해 출력축을 통해 일방의 제 1 롤러(12)는 회전한다. 이에 의해, 종동(從動)하는 타방의 제 1 롤러(12)도 회전하며, 벨트(13)의 이동과 함께 기판유지유닛(11)은 진공챔버(2) 내를 이동한다. 즉, 기판유닛유닛(11)에 유지된 기판(10)은 벨트(13)의 이동방향을 따라 스퍼터부(4) 내를 이동한다.
타겟(8)과 기판(10) 사이이자, 스퍼터부(4) 내에는 마스크(16)가 배치되어 있다. 이 마스크(16)에는 관통구멍(17)이 형성되고, 이 관통구멍(17)은 패턴화되어 형성되어 있다. 패턴화란 타겟(8) 측에서 볼 때 원하는 패턴 형상으로 형성되어 있는 것을 말한다. 관통구멍(17)은 하나 또는 복수를 한 묶음 단위로 하여 관통구멍유닛(17a~17f)으로서 형성된다. 이 예에서는, 총 6 유닛의 관통구멍유닛(17a~17f)이 형성되어 있다. 이 예에서는, 관통구멍유닛(17a~17f)은 관통구멍(17)을 3개 세로로 배열된 것으로서 표현하고 있다. 마스크(16)는 제 2 이동유닛(19)에 의해 진공챔버(2) 내를 이동한다. 제 2 이동유닛(19)은 한 쌍의 제 2 롤러(18)를 가지고 있다. 마스크(16)는 장척의 시트 형상으로 형성되어 있으며, 한 쌍의 제 2 롤러(18) 사이에 가설되어 있다. 일방의 제 2 롤러(19)에는 제 2 모터(20)의 출력축이 연결되어 있다. 따라서, 제 2 모터(20)의 구동에 의해 출력축을 통해 일방의 제 2 롤러(18)는 회전한다. 이에 의해, 종동하는 타방의 제 2 모터(18)도 회전하며, 마스크(16)는 진공챔버(2)(스퍼터부(4)) 내를 이동한다.
관통구멍(17)은 각각 패턴화된 복수의 관통구멍유닛(17a~17f)으로서 형성되고, 이 관통구멍유닛(17a~17f)은 타겟(8)마다 대응하여 각각 설치되어 있다. 이 예에서는, 도 2를 참조하면 명백한 것처럼, 타겟(8a)에 대응하여 관통구멍유닛(17a)이, 타겟(8b)에 대응하여 관통구멍유닛(17b)이, 타겟(8c)에 대응하여 관통구멍유닛(17c)이, 타겟(8d)에 대응하여 관통구멍유닛(17d~17f)이 형성되어 있다. 즉, 타겟(8d)에 대해서만 복수의 관통구멍유닛(17d~17f)이 대응하고 있다.
이상과 같은 구조를 갖는 스퍼터링 장치(1)를 이용하여 실제로 기판(10)에 성막하는 경우, 이하와 같은 공정을 거친다.
우선 기판을 기판유지유닛(11)의 파지부(11a)에 세팅하고, 진공챔버(2) 내를 진공 흡인하여 진공상태로 한다. 그리고 진공챔버(2) 내에 불활성가스(Ar가스)를 도입한다. 필요에 따라 N2가스나 O2가스도 도입한다. 그리고 제 1 모터(15)를 구동시켜, 벨트(13)와 함께 기판유지유닛(11)을 이동시킨다. 그리고 우선은 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(10)을 타겟(8c)인 Ma-Ni의 정면에 배치한다. 이 때 기판(10)과 타겟(8c) 사이에 마스크(16)에 형성된 관통구멍유닛(17c)이 위치하도록 제 2 모터(20)를 이용하여 적절히 마스크(16)의 위치가 조정된다.
차폐체(9c)만을 열고, 이 상태에서 타겟(8c)을 플라즈마 방전으로 가열하면, 타겟(8c)에 대하여 이온화된 Ar이 충돌하고, Mg-Ni의 미립자가 기판(10)으로 튀어나와 관통구멍유닛(17c)을 통해 관통구멍유닛(17c)이 나타내는 패턴대로 성막된다. 이하, 패턴(8)이 바뀌어도 마찬가지의 원리로 성막된다. 성막된 Mg-Ni은 제 1 층(21)으로서 기판(10)상에 형성된다.
다음으로 도 3에 나타낸 바와 같이, 기판(10)을 타겟(8d)인 Pd의 정면에 배치한다. 이 예에서는, 타겟(8d)과 기판(10) 사이에 배치된 마스크(16)의 관통구멍유닛(17d)의 패턴 형상은 관통구멍유닛(17c)의 패턴 형상과 동일하다. 차폐체(9d)만을 열고, 타겟(8d)을 기판(10)에 대하여 성막한다. 이에 의해, 제 1 층(21)의 바로 위에 제 2 층(22)으로서 Pd의 층이 형성된다. 이와 같은 동일 패턴으로 성막하는 경우, 먼저 성막된 타겟(8c)에 대한 기판(10)의 위치와, 이번의 타겟(8d)에 대한 기판(10)의 위치를 일치시킴으로써, 제 1 층(21)에 겹쳐서 제 2 층(22)을 성막할 수 있다.
다음으로 도 4에 나타낸 바와 같이, 차폐체(9b)만을 열고, 기판(10)을 타겟(8b)인 Mg-Ti의 정면에 배치한다. 마스크(16)는 관통구멍유닛(17b)이 개재(介在)되도록 제 2 모터(20)를 구동시켜 조정된다. 그리고 성막을 수행하면, 기판(10)상에 제 3 층(23)으로서 Mg-Ti의 층이 형성된다. 도 4의 예에서는, 관통구멍유닛(17c)은 관통구멍유닛(17c)과는 다른 패턴이며, 기판(10)에 대하여 성막하는 위치도 약간 비껴져(shifted) 있다. 그 결과, 제 3 층(23)은 기판(10)에 직접 성막되어 있다.
다음으로 도 5에 나타낸 바와 같이, 차폐체(9d)만을 열고, 기판(10)을 다시 타겟(8d)인 Pd의 정면에 배치한다. 그리고 마스크(16)도 이동시켜, 이 예에서는 관통구멍유닛(17b)과 동일 패턴의 관통구멍유닛(17e)을 개재시킨다. 이 때, 먼저 성막된 타겟(8b)에 대한 기판(10)의 위치와, 이번의 타겟(8d)에 대한 기판(10)의 위치는 일치하게 된다. 이 상태에서 성막함으로써 제 3 층(23)의 바로 위에 겹쳐서 제 4 층(24)으로서 Pd의 층이 형성된다.
다음으로 도 6에 나타낸 바와 같이, 차폐체(9a)만을 열고, 기판(10)을 타겟(8a)인 Wo3의 정면에 배치한다. 마스크(16)는 관통구멍유닛(17a)이 개재되도록 제 2 모터(20)를 구동시켜 조정된다. 도 6의 예에서는, 관통구멍유닛(17a)은 관통구멍유닛(17a 또는 17b)과는 다른 패턴이며, 기판(10)에 대하여 성막하는 위치도 타겟(8b 또는 8c)의 위치와는 약간 비껴져 있다. 이 상태에서 성막을 수행하면, 기판(10)에 직접 제 5 층(25)으로서 Wo3의 층이 형성된다. 또한 이 후, 제 5 층(25)의 바로 위에 Pd의 층을 설치하려는 경우에는 관통구멍유닛(17f)을 이용하여 Pd를 성막하면 된다.
이에 의해, 타겟(8)의 변경마다 기판(10)을 스퍼터링 장치(1)로부터 취출하지 않고 마스크(16)의 위치도 변경하면서 스퍼터링 조작(操作)을 수행할 수 있다. 즉, 복수의 타겟(8)을 성막하는 경우이자, 마스크의 패턴을 변경할 필요가 있는 경우에도, 제 1 이동유닛(14)을 이용하여 기판(10)을 해당하는 타겟(8)의 위치까지 이동시키고, 필요에 따라 제 2 이동유닛(19)을 이용하여 마스크(16)를 이동시켜 원하는 관통구멍(17)을 대응시킬 수 있다. 따라서, 장치(1) 내에서 다른 패턴으로의 복수의 합금 재료의 성막을 수행할 수 있으며, 예를 들어 산화되기 쉬운 타겟을 이용한 경우에 성막의 품질을 향상시킬 수 있다. 즉, 기판(10)의 소정 영역별로 다른 합금 재료를 성막하는 경우에도 기판(10)을 장치(1) 밖으로 취출하여 새로운 마스크(16)를 배치하는 동작이 요구되지 않는다. 또한, 도시한 것처럼, Pd와 같이 복수의 관통구멍유닛(17d~17f)을 사용하는 것이 미리 알려져 있는 경우에는, 이 타겟(8d)에 대응하는 관통구멍유닛(17d~17f)으로서 복수 준비해 둠으로써, 관통구멍유닛별로 하나의 타겟(8)을 마련할 필요가 없어지므로, 공간적, 비용적으로도 유리해진다.
또한, 수소센서에서는 상술한 바와 같은 Mg-Ni의 합금 등이 수소를 흡장하기 위한 합금으로서 이용되고 있다. 이 때, 촉매층이 되는 Pd층을 추가로 개재시킴으로써, 수소 흡장 특성이 향상되는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 상기와 같이 예를 들어 Pd의 타겟(8d)에 대해서는 Mg-Ni의 타겟(8c)과 동일한 패턴으로 되어 있는 관통구멍유닛(17c, 17d)을 이용함으로써, 제 2 층(22)(촉매층)으로 제 1 층(21)(수소 흡장층)을 덮을 수 있어, 상기의 장치(1)는 특히 수소센서를 제조하는데 적합하다. 또한, 반도체의 경우의 스퍼터링은 인접하는 패턴이 겹치지 않도록 할 필요가 있지만, 수소센서의 경우는 인접하는 합금층들이 겹쳐져도 수소가 흡장된 때의 조광 정도를 눈으로 볼 수 있으면 되므로, 가장자리 부분이 겹쳐져도 특히 영향은 없다. 따라서 관통구멍유닛(17)과 기판(10)의 거리나, 타겟(8)과 마스크(16)의 거리 등, 성막된 인접하는 층이 겹치지 않도록 기구를 설치할 필요가 없고, 간략화된 장치로 충분하다. 이 점에서도 상기 장치(1)는 수소센서를 제조하기에 적합하다.
<본 발명의 태양>
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 진공 흡인되어 밀폐된 진공챔버와, 상기 진공챔버 내에 고정되며, 성막될 재료로 이루어진 복수의 타겟과, 상기 복수의 타겟 중, 성막하는 타겟만을 선택적으로 상기 진공챔버 내에 노출시키기 위한 차폐체와, 상기 타겟으로부터 튀어나온 미립자가 성막되는 기판을 유지하는 기판유지유닛과, 상기 기판유지유닛을 고정 유지하여 상기 진공챔버 내에서 이동시키는 제 1 이동유닛과, 상기 타겟과 상기 기판 사이에 배치된 마스크와, 상기 마스크를 상기 진공챔버 내에서 이동시키는 제 2 이동유닛과, 상기 마스크를 관통하는 패턴화된 관통구멍으로 이루어진 복수의 관통구멍유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 제 1 이동유닛은 한 쌍의 제 1 롤러 사이에 가설된 벨트를 가지고, 상기 마스크는 한 쌍의 제 2 롤러 사이에 가설된 장척의 시트 형상으로 형성되고, 상기 제 1 롤러 및 제 2 롤러는 각각 제 1 모터 및 제 2 모터의 출력축에 연결되고, 상기 복수의 관통구멍유닛은 상기 타겟마다 대응하여 각각 형성되며, 상기 관통구멍유닛은 적어도 하나의 상기 타겟에 대하여 복수 형성되어 있다.
1: 스퍼터링 장치 2: 진공챔버
3: 타겟부 4: 스퍼터부
5: 기판부 6: 칸막이벽
7: 타겟 8: 타겟
9: 차폐체 10: 기판
11: 기판유지유닛 12: 제 1 롤러
13: 벨트 14: 제 1 이동유닛
15: 제 1 모터 16: 마스크
17: 관통구멍 18: 제 2 롤러
19: 제 2 이동유닛 20: 제 2 모터
21: 제 1 층 22: 제 2 층
23: 제 3 층 24: 제 4 층
25: 제 5 층

Claims (2)

  1. 진공 흡인되어 밀폐된 진공챔버와,
    상기 진공챔버 내에 고정되며, 성막(成膜)될 재료로 이루어진 복수의 타겟과,
    상기 복수의 타겟 중, 성막하는 타겟만을 선택적으로 상기 진공챔버 내에 노출시키기 위한 차폐체와,
    상기 타겟으로부터 튀어나온 미립자가 성막되는 기판을 유지하는 기판유지유닛과,
    상기 기판유지유닛을 고정 유지하여 상기 진공챔버 내에서 이동시키는 제 1 이동유닛과,
    상기 타겟과 상기 기판 사이에 배치된 마스크와,
    상기 마스크를 상기 진공챔버 내에서 이동시키는 제 2 이동유닛과,
    상기 마스크를 관통하는 패턴화된 관통구멍으로 이루어진 복수의 관통구멍유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 이동유닛은 한 쌍의 제 1 롤러 사이에 가설된 벨트를 가지고,
    상기 마스크는 한 쌍의 제 2 롤러 사이에 가설된 장척(長尺)의 시트 형상으로 형성되고,
    상기 제 1 롤러 및 제 2 롤러는 각각 제 1 모터 및 제 2 모터의 출력축에 연결되고,
    상기 복수의 관통구멍유닛은 상기 타겟마다 대응하여 각각 형성되며,
    상기 관통구멍유닛은 적어도 하나의 상기 타겟에 대하여 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
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