KR20180032523A - 스퍼터링 캐소드, 스퍼터링 장치 및 성막체의 제조 방법 - Google Patents

스퍼터링 캐소드, 스퍼터링 장치 및 성막체의 제조 방법 Download PDF

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KR20180032523A
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히로시 이와타
토시유키 네즈
유타 타카쿠와
나오야 오카다
잇페이 사토
나오노리 시바타
케이이치 하시모토
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케이힌 람테크 가부시키가이샤
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Abstract

스퍼터링 캐소드는, 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가진다. 이 스퍼터링 캐소드를 이용하고, 스퍼터링 타겟에 둘러싸인 공간의 상방에 있어서 스퍼터링 타겟의 장변부보다 폭이 좁은 성막 영역을 가지는 피성막체를 스퍼터링 타겟의 일단면에 평행하게, 또한 장변부에 수직인 방향으로 일정 속도로 이동시키면서, 스퍼터링 타겟의 내면을 따라 주회하는 플라스마가 발생하도록 방전을 행하여 스퍼터링 가스에 의해 발생하는 플라스마 중의 이온에 의해, 스퍼터링 타겟의 장변부의 내면을 스퍼터링 하여 피성막체의 성막 영역에 성막을 행한다.

Description

스퍼터링 캐소드, 스퍼터링 장치 및 성막체의 제조 방법{SPUTTERING CATHODE, SPUTTERING APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD OF FILM FORMING ELEMENT}
이 발명은, 스퍼터링 캐소드, 스퍼터링 장치 및 성막체의 제조 방법에 관한 것으로, 스퍼터링법(sputtering method)에 의해 박막을 성막하는 각종의 디바이스의 제조에 적용하는데 매우 적합한 것이다.
종래로부터 반도체 디바이스, 태양 전지, 액정 디스플레이, 유기 EL(Electro-Luminescence) 등의 각종의 디바이스에 있어서 전극을 형성하는 공정에 있어서는, 전극 재료의 성막에 진공 증착 장치가 많이 이용되고 있다. 그렇지만, 진공 증착법은 막 두께 분포의 제어가 공간적으로도 시간적으로도 난점을 가지기 때문에, 스퍼터링법에 따르는 전극 재료의 성막이 요구되고 있다.
종래, 스퍼터링 장치로서는, 평행 평판 마그네트론식 스퍼터링 장치, RF(Radio Frequency) 방식 스퍼터링 장치, 대향 타겟식 스퍼터링 장치 등이 알려져 있다. 이 중에서 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 있어서는, 동일한 재료로 만들어진 2개의 원형 혹은 정방형 혹은 직사각형의 동일한 치수 타겟을 서로 평행하게 대향시키고, 이들 사이의 공간에 스퍼터링 가스를 도입하여 방전을 행하게 함으로써 타겟을 스퍼터링 함으로써 성막을 행한다(예를 들면, 비특허 문헌 1~3 참조). 이 대향 타겟식 스퍼터링 장치는, 2개의 타겟 사이에 끼워진 공간에 플라스마를 구속하고, 마그네트론식 스퍼터링 장치에 있어서의 플라스마 구속에 손색이 없는 고진공, 저전압 방전에 의해 스퍼터 입자의 발생을 실현할 수가 있음과 아울러, 플라스마 공간에의 자장의 형성에 의해 플라스마를 구속함으로써 피성막 기판의 표면의 중성 반사 프로세스 가스 충격을 방지할 수가 있다고 하는 이점을 가진다고 되어 있다.
한편, 링(ring) 형상 스퍼터링 타겟을 이용하고, 이 링 형상 스퍼터링 타겟의 내부의 스퍼터링 공간의 축방향으로 사상(絲狀) 또는 원통상(圓筒狀)의 피성막체를 이동시키고, 혹은 축방향으로 고정한 상태로 스퍼터링을 행함으로써 피성막체에 성막을 행하는 스퍼터링 장치가 알려져 있다(특허 문헌 1 참조).
일본국 특허공개 2009-256698호 공보 일본국 특허 제5102470호 공보
J. Vac. Soc. Jpn. Vol. 44, No. 9, 2001, pp. 808~814 도쿄 공예대학 공학부 논문집 Vol. 30 No. 1(2007) pp. 51~58 ULVAC TECHNICAL JOURNAL No. 64 2006, pp. 18~22
그렇지만, 상술의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 있어서는, 대향하는 2개의 타겟 사이의 플라스마 밀도가 낮고, 충분히 높은 성막 속도를 얻을 수 없다고 하는 결점이 있다.
한편, 특허 문헌 1에 제안된 스퍼터링 장치에서는, 평판상의 피성막체에 성막을 행하는 것은 곤란하다고 하는 결점이 있다.
그래서, 이 발명이 해결하려고 하는 과제는, 평판상(平板狀), 필름상(film狀) 등의 피성막체에 충분히 높은 성막 속도 또한 저충격으로 성막을 행할 수가 있는 스퍼터링 캐소드, 스퍼터링 장치 및 성막체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 이 발명은, 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상(管狀)의 형상을 가지고, 침식면(erosion surface)이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 캐소드다.
또, 이 발명은, 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지는 스퍼터링 캐소드와, 상기 스퍼터링 타겟의 침식면이 노출하도록 설치된 애노드를 가지고, 상기 스퍼터링 타겟에 둘러싸인 공간의 상방에 있어서 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부보다 폭이 좁은 성막 영역을 가지는 피성막체를 상기 스퍼터링 타겟에 대해, 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부를 횡단하는 방향으로 일정 속도로 이동시키면서, 상기 스퍼터링 타겟의 내면을 따라 주회(周回)하는 플라스마가 발생하도록 방전을 행하여 스퍼터링 가스에 의해 발생하는 플라스마 중의 이온에 의해, 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부의 내면을 스퍼터링 함으로써, 상기 피성막체의 상기 성막 영역에 성막을 행하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치이다.
또, 이 발명은, 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지는 스퍼터링 캐소드를 이용하고, 상기 스퍼터링 타겟에 둘러싸인 공간의 상방에 있어서 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부보다 폭이 좁은 성막 영역을 가지는 피성막체를 상기 스퍼터링 타겟에 대해, 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부를 횡단하는 방향으로 일정 속도로 이동시키면서, 상기 스퍼터링 타겟의 내면을 따라 주회(周回)하는 플라스마가 발생하도록 방전을 행하여 스퍼터링 가스에 의해 발생하는 플라스마 중의 이온에 의해, 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부의 내면을 스퍼터링 함으로써, 상기 피성막체의 상기 성막 영역에 성막을 행하는 것을 특징으로 하는 성막체의 제조 방법이다.
상기의 발명에 있어서는, 전형적으로는 스퍼터링 타겟의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부 사이의 거리는, 스퍼터링 캐소드를 스퍼터링 장치에 장착하여 사용할 때에, 스퍼터링 타겟의 상방의 공간을 향하는 스퍼터 입자의 수를 충분히 확보함과 아울러, 스퍼터링 타겟의 표면 근방에 발생하는 플라스마로부터 발생하는 광이 스퍼터링 타겟의 상방의 공간을 이동하는 피성막체에 조사되는 것을 방지하는 관점에서, 적합하게는 50㎜ 이상 150㎜ 이하이며, 보다 적합하게는 60㎜ 이상 100㎜ 이하, 가장 적합하게는 70㎜ 이상 90㎜ 이하이다. 또, 스퍼터링 타겟의 한 쌍의 장변부 사이의 거리에 대한 장변부의 길이의 비는 전형적으로는 2 이상, 적합하게는 5 이상이다. 이 비의 상한은 특히 존재하지 않지만, 일반적으로는 40 이하이다.
스퍼터링 타겟의 한 쌍의 장변부는, 전형적으로는 서로 평행이지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 서로 경사져 있어도 좋다. 스퍼터링 타겟의 횡단면 형상은, 전형적으로는 한 쌍의 장변부가 서로 평행이며, 이들 장변부에 수직인 서로 대향하는 한 쌍의 단변부를 가진다. 이 경우, 스퍼터링 타겟은, 횡단면 형상이 직사각형의 각관상(角管狀)의 형상을 가진다. 스퍼터링 타겟의 횡단면 형상은, 예를 들면 장변부에 평행한 방향의 양단부가 외측을 향해 볼록의 서로 대향하는 한 쌍의 곡면부(예를 들면, 반원형부)로 이루어지는 것이라도 좋다. 횡단면 형상이 직사각형의 각관상(角管狀)의 형상을 가지는 스퍼터링 타겟은, 전형적으로는 한 쌍의 장변부를 구성하는 제1 평판 및 제2 평판과, 장변부에 수직인 서로 대향하는 한 쌍의 단변부를 구성하는 제3 평판 및 제4 평판으로 이루어진다. 이 경우, 이들 제1 평판~제4 평판을 따로 따로 제작하고, 이들을 각관상(角管狀)으로 배치함으로써 스퍼터링 타겟을 조립할 수가 있다. 한 쌍의 장변부를 구성하는 제1 평판 및 제2 평판은, 일반적으로는 성막을 행하는 재료와 동일한 조성의 재료에 의해 구성되지만, 서로 다른 재료에 의해 구성된 것이라도 좋다. 예를 들면, 제1 평판을 재료 A에 의해 구성하고, 제2 평판을 재료 B에 의해 구성하고, 제1 평판으로부터의 스퍼터(sputter) 입자속(粒子束)과 제2 평판으로부터의 스퍼터 입자속을 피성막체에 입사시킴으로써, A와 B로 이루어지는 박막을 성막할 수가 있고, 필요에 따라서 재료 A, B로서 2원(元) 이상의 재료를 이용함으로써, 다원계(多元系) 재료로 이루어지는 박막을 성막할 수가 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 제1 평판을 단일 원소로 이루어지는 금속 M1에 의해 구성하고, 제2 평판을 단일 원소로 이루어지는 금속 M2에 의해 구성함으로써, M1과 M2로 이루어지는 2원 합금 박막을 성막하는 것이 가능하다. 이것은, 진공 증착법에 있어서의 2원 증착법과 마찬가지의 성막법을 스퍼터링 장치로 실현할 수가 있는 것을 의미한다. 또한 예를 들면, 피성막체와 스퍼터링 타겟의 사이에 출입 가능한 차폐판을 삽입함으로써, 예를 들면 제2 평판으로부터의 스퍼터 입자속을 차단하고, 피성막체를 이동시키면서, 제1 평판으로부터의 스퍼터 입자속을 피성막체에 입사시킴으로써 피성막체 상에 우선 A로 이루어지는 박막을 성막하고, 이어서 제1 평판으로부터의 스퍼터 입자속을 차단하고, 피성막체를 역방향으로 이동시키면서, 제2 평판으로부터의 스퍼터 입자속을 피성막체에 입사시킴으로써 피성막체 상에 B로 이루어지는 박막을 성막할 수가 있다. 이렇게 함으로써 피성막체 상에 A로 이루어지는 박막과 그 위에 형성된 B로 이루어지는 박막의 2층 구조의 박막을 성막할 수가 있다.
일반적으로는 스퍼터링 타겟의 한 쌍의 장변부 이외의 부분으로부터의 스퍼터 입자속은 성막에 적극적으로 사용하지 않지만, 의도하지 않는 원소의 혼입을 방지하기 위해, 전형적으로는 스퍼터링 타겟의 한 쌍의 장변부 이외의 부분은 장변부와 동종의 재료에 의해 구성된다. 그렇지만, 스퍼터링 타겟의 한 쌍의 장변부 이외의 부분으로부터의 스퍼터 입자속을 성막에 적극적으로 사용하는 경우에는, 스퍼터링 타겟의 한 쌍의 장변부 이외의 부분은 한 쌍의 장변부와 다른 재료에 의해 구성되는 일도 있다.
스퍼터링 타겟으로부터는, 스퍼터링 타겟에 둘러싸인 공간의 상방만이 아니라, 하방에도 스퍼터 입자속을 취출할 수가 있기 때문에, 필요에 따라 스퍼터링 타겟에 둘러싸인 공간의 하방에 있어서, 다른 피성막체를 스퍼터링 타겟에 대해, 이 스퍼터링 타겟의 장변부를 횡단하는 방향으로 일정 속도로 이동시키면서, 이 피성막체의 성막 영역에 성막을 행하도록 해도 좋다.
그런데, 종래의 롤투롤(Roll to Roll) 방식에서 필름 상에 성막을 행하는 스퍼터링 장치에 있어서는, 성막실 내에 성막 롤러(메인 롤러라고도 불린다)가 설치되고, 성막실과 분리하여 설치된 필름 반송실에 권출(卷出)/권취(卷取)용의 한 쌍의 롤러가 설치되고, 일방의 롤러로부터 필름을 권출하고, 성막 롤러를 통해 타방의 롤러에 의해 필름을 권취하면서, 성막 롤러에 감겨진 필름 상에 성막을 행한다. 종래로부터 일반적으로 사용되고 있는 성막 롤러는, 원통상의 스테인레스강판에 의해 구성되어 있고, 그 원통상의 스테인레스강판의 내측에 직경이 조금 작은 원통상의 스테인레스강판을 설치하고, 이들 이중으로 설치된 스테인레스강판의 사이의 공간에 냉각수를 흘려 냉각을 행할 수가 있게 되어 있다. 그렇지만, 이 성막 롤러는, 외측의 원통상의 스테인레스강판의 내면 전체에 냉각수에 의한 압력이 가해지는 구조를 가지기 때문에, 진공중에서 비어 배럴형(beer barrel shape)으로 변형해 버려 필름의 표면이 만곡해 버릴 뿐만 아니라, 필름의 반송을 원활하게 행할 수가 없다고 하는 결점이 있었다.
이 결점은, 롤투롤 방식으로 성막을 행하는 피성막체가 감겨지는 성막 롤러로서, 유로를 내장하는 동(銅), 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 원통부를 적어도 유효부에 가지는 성막 롤러를 이용함으로써 해소할 수가 있다. 여기서, 성막 롤러의 유효부란, 성막을 행하는 피성막체가 감겨져 접촉하는 부분을 말한다. 피성막체는, 성막 롤러의 유효부에 감을 수가 있는 한, 기본적으로는 어떠한 것이라도 좋고, 특히 한정되지 않지만, 구체적으로는, 예를 들면 필름, 박판(薄板), 섬유로 이루어지는 포상체(布狀體) 등이고, 재질도 수지, 단체 금속이나 합금 등의 금속 재료(철계 재료 및 비철금속 재료) 등의 각종의 것이라도 좋다. 원통부가 동(銅) 또는 동합금에 의해 구성되는 경우, 열전도성 및 가공성을 가장 중요시 할 경우에는, 적합하게는 열전도율이 높고 전연성(展延性)도 뛰어난 동(순동)(예를 들면, 무산소동, 터프피치동, 인탈산동 등)에 의해 구성되고, 가장 적합하게는 무산소동에 의해 구성된다. 한편, 원통부는, 동에서는 얻을 수 없는 특성(예를 들면, 동보다 높은 기계적 강도)이 필요하게 되는 경우에는, 동합금에 의해 구성된다. 동합금으로서는, 예를 들면 동-주석계 합금, 동-아연계 합금, 동-니켈계 합금, 동-알루미늄계 합금, 동-베릴륨계 합금 등을 들 수 있고, 이들 중에서 원통부에 요구되는 특성을 만족하는 합금 및 조성이 선택된다. 또, 원통부가 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 구성되는 경우, 열전도성 및 가공성을 가장 중요시 할 경우에는, 적합하게는 열전도율이 높고 전연성(展延性)도 뛰어난 알루미늄(순알루미늄)에 의해 구성된다. 한편, 원통부는, 알루미늄에서는 얻을 수 없는 특성(예를 들면, 알루미늄보다 높은 기계적 강도)이 필요하게 되는 경우에는, 알루미늄 합금에 의해 구성된다. 알루미늄 합금으로서는, 예를 들면 알루미늄-동-마그네슘계 합금, 알루미늄-망간계 합금, 알루미늄-실리콘계 합금, 알루미늄-마그네슘계 합금, 알루미늄-마그네슘-실리콘계 합금, 알루미늄-아연-마그네슘계 합금 등을 들 수 있고, 이들 중에서 원통부에 요구되는 특성을 만족하는 합금 및 조성이 선택된다. 이와 같이 원통부가 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 구성됨으로써, 적어도 스테인레스강에 비해 높은 열전도율을 얻을 수 있다. 예를 들면, 스테인레스강의 열전도율은 SUS304 및 SUS316에서는 16.7W/(mK), SUS444에서는 26.0W/(mK)인데 반해, 동의 열전도율은 무산소동(C1020) 및 터프피치동(C1100)에서는 391W/(mK), 인탈산동(C1220)에서는 339W/(mK), 동합금의 열전도율은, 동-아연계 합금인 황동 1종에서는 121W/(mK), 동-니켈계 합금인 양은 2종에서는 33W/(mK), 동-주석계 합금인 인청동 1종에서는 84W/(mK), 동-니켈계 합금인 동-니켈-실리콘 합금(코슨(corson) 합금), 예를 들면 EFTEC23Z에서는 210W/(mK), 알루미늄의 열전도율은 A1100에서는 220W/(mK), 알루미늄 합금의 열전도율은, 알루미늄-동-마그네슘계 합금인 A2017에서는 190W/(mK), 알루미늄-망간계 합금인 A3003에서는 190W/(mK), 알루미늄-실리콘계 합금인 A4032에서는 150W/(mK), 알루미늄-마그네슘계 합금인 A5005에서는 200W/(mK), 알루미늄-마그네슘-실리콘계 합금인 A6063에서는 220W/(mK), 알루미늄-아연-마그네슘계 합금인 A7075에서는 130W/(mK)이며, 어느 것도 스테인레스강에 비해 높다.
동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 원통부의 적어도 외주면에는, 성막 롤러의 사용중에 흠집이 나거나 마모하거나 하는 것을 방지하기 위해서, 적합하게는 이 원통부를 구성하는 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금보다 경도가 높은 재료로 이루어지는 코팅층(coating layer)이 형성된다. 예를 들면, 원통부의 표면에 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금보다 경도가 높은 재료의 도금, 적합하게는 경질 크롬 도금이 실시된다. 코팅층 혹은 도금층의 두께는, 원통부의 표면의 열전도성을 손상하지 않게 선택된다.
원통부가 내장하는 유로에는, 액체나 기체 등의 유체가 흐르게 되고, 어떠한 유체를 흘릴지는 원통부를 구성하는 재료의 종류 등에 따라 적당하게 결정된다. 유체로서는, 물, 기름, 대체 프레온(freon)(하이드로플루오르카본(HFC)), 공기 등을 들 수 있다. 원통부가 내장하는 유로는, 전형적으로는 원통부의 원주 방향으로 직선 형상으로 연재(延在)하는 부분(원통부를 평면으로 전개했을 때에는 직선부)과 되접음부를 가지는 지그재그 형상으로 절곡된 형상을 가진다. 유로의 횡단면 형상은 특히 한정되지 않고, 필요에 따라서 선택되지만, 적합하게는 원통부의 중심축에 평행한 장방형의 횡단면 형상을 가진다. 원통부는, 보다 상세하게는, 적합하게는 예를 들면 원통부를 평면으로 전개했을 때의 유로와 동일한 평면 형상을 가지는 하부홈과 이 하부홈과 거의 상사인 평면 형상을 가지고, 이 하부홈보다 큰 상부홈으로 이루어지는 홈(groove)이 일방의 주면(主面)에 설치된, 원통부를 평면으로 전개했을 때의 평면 형상과 동일한 장방형 또는 정방형의 평면 형상을 가지는 제1 평판과, 이 제1 평판의 홈의 상부홈에 끼워진 제2 평판으로 이루어지고, 제1 평판과 제2 평판의 경계부가 마찰교반 접합에 의해 접합된 장방형 또는 정방형의 평면 형상을 가지는 평판을 그 한 변에 평행한 방향(원통부를 평면으로 전개했을 때의 유로의 직선부에 평행한 방향 또는 이 직선부에 수직인 방향)으로 원통상으로 둥글게 하고, 이 둥글게 한 판의 일단과 타단을 접합한 것으로 이루어진다. 이 평판을 그 한 변에 평행한 방향으로 원통상으로 둥글게 할 때에는, 제1 평판과 제2 평판의 경계부가 마찰교반 접합에 의해 접합된 측의 표면이 외측으로 되도록 해도 좋고, 내측으로 되도록 해도 좋다. 이 평판을 원통상으로 둥글게 하는 가공에 즈음해서는, 최종적으로 유로로 되는 하부홈이 변형하여 설계 그대로의 횡단면 형상의 유로가 얻어지지 않게 되는 것을 방지하기 위해서, 제1 평판의 홈의 상부홈에 끼워진 제2 평판을 지지하기 위한 지주를 이 하부홈의 내부에 설치해 두도록 해도 좋다. 이렇게 함으로써 이 평판을 원통상으로 둥글게 할 때에, 이 지주가 하부홈에 대해서 제2 평판을 지지함으로써, 하부홈이 변형하는 것을 방지할 수가 있다. 이 지주는, 하부홈의 연재 방향의 적어도 한 개소, 전형적으로는 복수 개소, 경우에 따라서는 전체에, 예를 들면 선 형상 또는 점 형상으로 설치되고, 적합하게는 하부홈의 횡단면의 면적이 그다지 너무 감소하지 않게 하부홈의 폭에 대해 충분히 작은 폭으로 설치된다. 이 지주는, 제1 평판 또는 제2 평판과 일체로 설치해도 좋고, 제1 평판 및 제2 평판과 따로 제작해도 좋다. 마찰교반 접합은, 접합 툴(tool)을 회전시키면서, 재료에 삽입하고, 접합선을 따라 접합 툴을 이동시킴으로써, 접합 툴과 재료의 사이에 발생하는 마찰열에 의해 재료가 연화하고, 접합 툴에 의해 교반되고 접합되는, 마찰열과 소성 유동을 이용한 고상 접합이다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조). 이 마찰교반 접합에 의해 접합된 결정 조직은 접합전과 비교하여 미세화하기 때문에, 접합선을 따르는 방향의 연신성이 향상된다고 하는 특징을 가진다. 따라서, 제1 평판과 제2 평판의 경계부가 마찰교반 접합에 의해 접합된 장방형 또는 정방형의 평면 형상을 가지는 평판은 그 경계부의 방향의 연신성이 양호하기 때문에, 그 평판을 제1 평판과 제2 평판의 경계부가 마찰교반 접합에 의해 접합된 측의 표면이 외측으로 되도록 그 경계부의 방향으로 원통상으로 둥글게 하는 가공을, 제1 평판과 제2 평판의 경계부의 파괴나 손상을 일으키거나 하는 일이 없이 용이하게 행할 수가 있다. 원통부가 내장하는 유로는, 원통부의 원주 방향으로 직선 형상으로 연재하는 부분과 되접음부를 가지는 지그재그 형상으로 절곡된 형상을 가지는 상기의 것에 한정되지 않고, 예를 들면 원통부의 중심축에 평행한 방향으로 연재하는 부분과 되접음부를 가지는 지그재그 형상으로 절곡된 형상을 가지는 것이라도 좋다. 또한 원통부가 내장하는 유로는, 원통부의 양단면 사이에 원통부의 중심축에 평행하게, 또한 원통부의 원주 방향으로 예를 들면 등간격으로 복수 설치된 것이라도 좋다. 이러한 유로는, 예를 들면 원통부를 평면으로 전개했을 때의 평면 형상과 동일한 장방형 또는 정방형의 평면 형상을 가지는 평판을 그 한 변에 평행한 방향으로 원통상으로 둥글게 하고, 이 둥글게 한 판의 일단과 타단을 접합한 후, 원통부의 일방의 단면으로부터 타방의 단면에 이르는 관통공을 형성함으로써 형성할 수가 있다. 이 경우의 유로의 횡단면 형상은 특히 한정되지 않지만, 관통공을 예를 들면 건(gun) 드릴 가공에 의해 형성하는 경우에는 원형이다.
전형적으로는, 원통부의 양단에 이 원통부를 폐색하도록 각각 원판이 설치되고, 이들 원판은 원통부의 내부와 외부를 연통하는 관통공을 가진다. 이에 의해 이 성막 롤러를 스퍼터링 장치의 성막실 내에 설치하고, 성막실 내를 진공으로 배기했을 때, 원통부의 내외의 압력을 동일하게 할 수가 있으므로, 원통부에 외력이 가해져 변형하는 것을 방지할 수가 있다. 이들 원판을 구성하는 재료는 필요에 따라서 선택되지만, 예를 들면 스테인레스강이다. 성막 롤러의 중심축의 주위의 중량 분포의 대칭성을 확보하고, 성막 롤러의 회전을 원활하게 행할 수가 있도록 하기 위해서, 이들 원판의 관통공은, 적합하게는 원판의 중심축의 주위에 대칭적으로 배치된다. 전형적으로는, 각각의 원판의 외측에, 성막 롤러, 따라서 원통부의 중심축 상에 회전축이 장착된다. 원통부가 내장하는 유로에의 유체의 공급은, 예를 들면 다음과 같이 하여 행할 수가 있다. 즉, 일방의 회전축의 중심축 상에 이 회전축 및 일방의 원판을 관통하는 제1 관통공을 설치하고, 타방의 회전축의 중심축 상에 이 회전축 및 타방의 원판을 관통하는 제2 관통공을 설치하고, 원통부의 내부에 있어서 제1 관통공과 연통하여 제1 배관의 일단을 기밀성을 가지고 고정하고, 이 제1 배관의 타단을 원통부가 내장하는 유로의 일방의 원판측의 일단부에 유로와 연통하도록 설치한 구멍에 기밀성을 가지고 접속하고, 원통부의 내부에 있어서 제2 관통공과 연통하여 제2 배관의 일단을 기밀성을 가지고 고정하고, 이 제2 배관의 타단을 원통부가 내장하는 유로의 일방의 원판측의 타단부에 유로와 연통하도록 설치한 구멍에 기밀성을 가지고 접속한다. 그리고, 외부로부터, 일방의 회전축의 제1 관통공으로부터 유체를 공급하고, 제1 배관을 경유하여 이 유체를 원통부가 내장하는 유로의 일단부에 공급하고, 이 유로의 타단부로부터 이 타단부에 접속된 제2 배관을 경유하여 타방의 회전축의 제2 관통공으로부터 외부로 배출함으로써 유로에 유체를 순환시킨다. 혹은, 일방의 회전축의 중심축 상에 이 회전축을 관통하는 제3 관통공을 설치하고, 타방의 회전축의 중심축 상에 이 회전축을 관통하는 제4 관통공을 설치하고, 일방의 원판의 내부에 제3 관통공과 연통하는 유로를 설치하고, 이 유로를 원통부가 내장하는 유로의 일방의 원판측의 일단부와 연통시키고, 타방의 원판의 내부에 제4 관통공과 연통하는 유로를 설치하고, 이 유로를 원통부가 내장하는 유로의 타방의 원판측의 타단부와 연통시킨다. 그리고, 외부로부터, 일방의 회전축의 제3 관통공으로부터 유체를 공급하고, 이 유체를 일방의 원판이 내장하는 유로를 경유하여 원통부가 내장하는 유로의 일단부에 공급하고, 이 유로의 타단부로부터 이 타단부에 접속된, 타방의 원판이 내장하는 유로를 경유하여 타방의 회전축의 제4 관통공으로부터 외부로 배출함으로써 유로에 유체를 순환시킨다.
원통부의 외경 및 내경, 길이, 원통부가 내장하는 유로의 단면 형상, 단면 치수, 간격 등은 성막 롤러의 사용 목적 등에 따라 적당하게 선택된다.
상기의 성막 롤러를 이용한 스퍼터링 장치에 있어서 롤투롤 방식으로 필름, 보다 일반적으로는 피성막체 상에 성막을 행하는 경우에 피성막체의 표면을 평탄하게 유지하면서 원활히 반송할 수가 있음과 아울러, 피성막체의 온도를 신속하고 정확하게 제어할 수가 있어 성막을 양호하게 행할 수가 있다.
상기와 같은, 롤투롤 방식으로 성막을 행하는 피성막체가 감겨지는, 유로를 내장하는 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 원통부를 적어도 유효부에 가지는 성막 롤러는, 적합하게는 다음과 같은 2개의 제조 방법에 의해 용이하게 제조할 수가 있다.
제1의 성막 롤러의 제조 방법은, 상기 원통부를 평면으로 전개했을 때의 상기 유로와 동일한 평면 형상을 가지는 하부홈과 이 하부홈과 거의 상사인 평면 형상을 가지고, 상기 하부홈보다 큰 상부홈으로 이루어지는 홈(groove)이 일방의 주면(主面)에 설치된, 상기 원통부를 평면으로 전개했을 때의 평면 형상과 동일한 장방형 또는 정방형의 평면 형상을 가지는 제1 평판의 상기 홈의 상기 상부홈에 제2 평판을 끼우는 공정과, 상기 제1 평판과 상기 제2 평판의 경계부를 마찰교반 접합에 의해 접합하는 공정과, 상기 제1 평판과 상기 제2 평판의 경계부를 상기 마찰교반 접합에 의해 접합한 상기 제1 평판과 상기 제2 평판으로 이루어지는 장방형 또는 정방형의 평면 형상을 가지는 평판을 그 한 변에 평행한 방향으로 원통상으로 둥글게 하고, 이 둥글게 한 판의 일단과 타단을 접합하는 공정을 가진다.
제2의 성막 롤러의 제조 방법은, 상기 원통부를 평면으로 전개했을 때의 평면 형상과 동일한 평면 형상을 가지는 장방형 또는 정방형의 평판을 그 한 변에 평행한 방향으로 원통상으로 둥글게 하고, 이 둥글게 한 판의 일단과 타단을 접합하는 공정과, 상기 둥글게 한 판의 일방의 단면으로부터 타방의 단면에 이르는 관통공을 상기 둥글게 한 판의 중심축에 평행하게 또한 상기 둥글게 한 판의 원주 방향의 등간격의 복수 개소에 형성함으로써 상기 유로를 형성하는 공정을 가진다.
제1 평판 및 제2 평판은, 원통부를 구성하는 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 동일한 재료로 이루어지는 것이 이용된다. 이러한 성막 롤러의 제조 방법에 있어서는, 상기 이외에 있어서는, 그 성질에 반하지 않는 한 상기의 성막 롤러에 관련하여 설명했던 것이 성립한다.
이 발명에 의하면, 스퍼터링 캐소드의 스퍼터링 타겟이 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상, 즉 사방이 둘러싸인 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있으므로, 스퍼터링 장치에 이 스퍼터링 캐소드를 장착하여 방전을 행하였을 때, 스퍼터링 타겟의 침식면 측에 스퍼터링 타겟의 내면을 주회하는 플라스마를 발생시킬 수가 있다. 이 때문에 플라스마 밀도를 높게 할 수가 있으므로, 성막 속도를 충분히 높게 할 수가 있다. 또, 플라스마가 많이 생성되는 장소는 스퍼터링 타겟의 표면 근방에 한정되기 때문에, 플라스마로부터 발광하는 광이 피성막체에 조사되는 것에 의해 손상이 생길 우려를 최소한으로 할 수 있다.
또, 특히 롤투롤 방식으로 성막을 행하는 스퍼터링 장치에 있어서는, 성막을 행하는 피성막체가 감겨지는 성막 롤러로서, 유로를 내장하는 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 원통부를 적어도 유효부에 가지는 성막 롤러를 이용함으로써, 이들 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 열전도성이 뛰어나기 때문에, 원통부가 내장하는 유로에, 예를 들면 냉각수 또는 온수를 흘림으로써, 원통부를 신속하고 효율적으로 냉각 또는 가열할 수가 있음과 아울러, 상기의 종래의 성막 롤러와 같이, 진공중에서 비어 배럴형(beer barrel shape)으로 변형해 버리는 문제가 발생하지 않는다. 이 때문에 스퍼터링 장치에 있어서 롤투롤 방식으로 피성막체 상에 성막을 행하는 경우에, 그 피성막체의 표면을 평탄하게 유지하면서 원활히 반송할 수가 있다. 또, 열전도성이 뛰어난 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 원통부는 열응답성이 양호하므로, 유로에 흘리는 예를 들면 냉각수 또는 온수의 온도나 유량 등에 의해 온도를 신속하고 정확하게 제어할 수가 있고, 나아가서는 원통부에 감겨지는 피성막체의 온도를 신속하고 정확하게 제어할 수가 있다.
도 1은 이 발명의 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 이 발명의 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드를 나타내는 평면도이다.
도 3은 이 발명의 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 스퍼터링 타겟의 표면 근방에 플라스마가 발생한 상태를 나타내는 종단면도이다.
도 4는 이 발명의 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 스퍼터링 타겟의 표면 근방에 플라스마가 발생한 상태를 나타내는 평면도이다.
도 5는 이 발명의 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
도 6은 이 발명의 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
도 7은 이 발명의 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
도 8은 이 발명의 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
도 9는 이 발명의 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치의 실시예로서의 스퍼터링 캐소드(cathode) 및 애노드(anode)의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 10은 이 발명의 제3의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도이다.
도 11은 이 발명의 제3의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
도 12는 이 발명의 제3의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
도 13은 이 발명의 제3의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
도 14는 이 발명의 제3의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 박막을 성막하는 방법을 나타내는 종단면도이다.
도 15는 이 발명의 제4의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도이다.
도 16은 이 발명의 제5의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드를 나타내는 평면도이다.
도 17(a)는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 이용되는 성막 롤러를 나타내는 정면도이고, 도 17(b)는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 이용되는 성막 롤러를 나타내는 좌측면도이고, 도 17(c)는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 이용되는 성막 롤러를 나타내는 우측면도이고, 도 17(d)는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 이용되는 성막 롤러를 나타내는 종단면도이다.
도 18(a)는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 이용되는 성막 롤러의 원통부를 평면으로 전개한 상태를 나타내는 평면도이고, 도 18(b)는 도 18(a)의 B-B선에 따른 단면도이다.
도 19(a)는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 이용되는 성막 롤러의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도이고, 도 19(b)는 도 19(a)의 B-B선에 따른 단면도이다.
도 20(a)는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 이용되는 성막 롤러의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도이고, 도 20(b)는 도 20(a)의 B-B선에 따른 단면도이다.
도 21(a)는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치에 있어서 이용되는 성막 롤러의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도이고, 도 21(b)는도 21(a)의 B-B선에 따른 단면도이다.
도 22는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 개략 선도이다.
도 23은 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 개략 선도이다.
이하, 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 「실시의 형태」라고 한다)에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
〈제1의 실시의 형태〉
［스퍼터링 장치］
도 1 및 도 2는 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 종단면도 및 평면도이며, 스퍼터링 장치의 진공 용기의 내부에 설치된 스퍼터링 캐소드(cathode) 및 애노드(anode) 부근의 구성을 나타낸 것이다. 도 1은 도 2의 1-1선에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2에 나타내듯이, 이 스퍼터링 장치에 있어서는, 횡단면 형상이 직사각형의 각관상(角管狀)의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟(10)과, 이 스퍼터링 타겟(10)의 외측에 설치된 영구자석(20)과, 이 영구자석(20)의 외측에 설치된 요크(30)를 가진다. 이들 스퍼터링 타겟(10), 영구자석(20) 및 요크(30)에 의해 스퍼터링 캐소드가 형성되어 있다. 이 스퍼터링 캐소드는 일반적으로는 전기적으로 절연된 상태로 진공 용기에 대해 고정된다. 또, 영구자석(20) 및 요크(30)에 의해 자기회로가 형성되어 있다. 영구자석(20)의 극성은 도 1에 나타내는 대로이지만, 각각이 완전히 역의 극성이라도 아무런 지장이 없다. 스퍼터링 타겟(10)과 영구자석(20)의 사이에는, 적합하게는 냉각용의 배킹(backing) 플레이트가 설치되고, 이 배킹 플레이트의 내부에 설치된 유로에, 예를 들면 냉각수가 흐르게 된다. 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 직방체 형상의 공간의 하단의 근방에, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면이 노출하도록 L자형의 단면 형상을 가지는 애노드(40)가 설치되어 있다. 이 애노드(40)는 일반적으로는 접지된 진공 용기에 접속된다. 또, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 직방체 형상의 공간의 상단의 근방에, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면이 노출하도록 L자형의 단면 형상을 가지는 광선 차단 쉴드(shield)(50)가 설치되어 있다. 광선 차단 쉴드(50)는 도전체, 전형적으로는 금속에 의해 형성된다. 광선 차단 쉴드(50)는 애노드를 겸용하고, 애노드(40)와 마찬가지로 일반적으로는 접지된 진공 용기에 접속된다.
도 2에 나타내듯이, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부 사이의 거리를 a, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 단변부의 사이의 거리를 b로 하면, b/a는 2 이상으로 선택되고, 일반적으로는 40 이하로 선택된다. a는 일반적으로는 50㎜ 이상 150㎜ 이하로 선택된다.
이 스퍼터링 장치에 있어서는, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 상방에 있어서, 도시를 생략한 소정의 반송 기구에 보유된 기판 S(피성막체)에 대해 성막을 행하게 되어 있다. 성막은, 기판 S를, 스퍼터링 타겟(10)에 대해, 스퍼터링 타겟(10)의 장변부를 횡단하는 방향으로 일정 속도로 이동시키면서 행한다. 도 1에 있어서는, 일례로서 기판 S를, 스퍼터링 타겟(10)의 상단면에 평행 또한 스퍼터링 타겟(10)의 장변부에 수직인 방향으로 일정 속도로 이동시키는 경우가 나타나 있다. 스퍼터링 타겟(10)의 장변부에 평행한 방향의 기판 S의 성막 영역의 폭은, b보다 작게 선택되고, 성막시에는 스퍼터링 타겟(10)의 내측의 서로 대향하는 한 쌍의 단변부의 사이에 들어가게 되어 있다. 기판 S의 성막 영역의 폭은 기판 S의 전면에 성막을 행하는 경우는 기판 S의 폭과 일치한다. 기판 S는, 기본적으로는 어떠한 것이라도 좋고, 특히 한정되지 않는다. 기판 S는, 롤투롤 프로세스에서 이용되는 것 같은 롤에 감겨진 긴 필름상(film狀)의 것이라도 좋다.
［스퍼터링 장치에 의한 성막 방법］
진공 용기를 진공 펌프에 의해 고진공으로 배기한 후, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간에 스퍼터링 가스로서 Ar 가스를 도입하고, 애노드(40)와 스퍼터링 캐소드의 사이에, 소정의 전원에 의해 플라스마 발생에 필요한, 일반적으로는 직류의 고전압을 인가한다. 일반적으로는 애노드(40)가 접지되고, 스퍼터링 캐소드에 부의 고전압(예를 들면, -400V)이 인가된다. 이에 의해 도 3 및 도 4에 나타내듯이, 스퍼터링 타겟(10)의 표면 근방에 이 스퍼터링 타겟(10)의 내면을 따라 주회하는 플라스마(60)가 발생한다.
기판 S는, 성막전은, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 상방으로부터 충분히 떨어진 위치에 있다.
스퍼터링 타겟(10)의 내면을 따라 주회하는 플라스마(60) 중의 Ar 이온에 의해 스퍼터링 타겟(10)이 스퍼터링 되는 결과, 스퍼터링 타겟(10)을 구성하는 원자가 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간으로부터 상방으로 튀어나온다. 이 때에 스퍼터링 타겟(10)의 침식면 중에서 플라스마(60)의 근방의 부분의 도처에서 원자가 튀어나오지만, 스퍼터링 타겟(10)의 내측의 단변부의 침식면으로부터 튀어나오는 원자는, 기본적으로는 성막에 사용하지 않는다. 이를 위해서는 스퍼터링 타겟(10)의 장변 방향의 양단부를 차단하도록 스퍼터링 타겟(10)의 상방에 수평 차폐판을 설치함으로써, 스퍼터링 타겟(10)의 단변부의 침식면으로부터 튀어나오는 원자가 성막시에 기판 S에 도달하지 않게 하면 좋다. 혹은, 스퍼터링 타겟(10)의 길이 방향의 폭 b를 기판 S의 폭보다 충분히 크게 함으로써, 스퍼터링 타겟(10)의 단변부의 침식면으로부터 튀어나오는 원자가 성막시에 기판 S에 도달하지 않게 해도 좋다. 스퍼터링 타겟(10)으로부터 튀어나오는 원자의 일부는 광선 차단 쉴드(shield)(50)에 의해 차단되는 결과, 스퍼터링 타겟(10)의 장변부의 침식면으로부터, 도 5에 나타내는 것 같은 스퍼터 입자속(70, 80)이 얻어진다. 스퍼터 입자속(70, 80)은 스퍼터링 타겟(10)의 길이 방향으로 거의 균일한 강도 분포를 가진다.
안정된 스퍼터 입자속(70, 80)이 얻어지게 된 시점에서, 기판 S를, 스퍼터링 타겟(10)에 대해, 스퍼터링 타겟(10)의 장변부를 횡단하는 방향으로 일정 속도로 이동시키면서, 스퍼터 입자속(70, 80)에 의해 성막을 행한다. 기판 S가, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 상방을 향해 이동하면, 우선 스퍼터 입자속(70)이 기판 S에 입사하여 성막이 개시된다. 기판 S의 선단이 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 중앙 부근의 상방에 접어든 시점의 모습을 도 6에 나타낸다. 이 시점에서는, 스퍼터 입자속(80)은 성막에 기여하고 있지 않다. 기판 S가 더 이동하고, 스퍼터 입자속(80)이 입사하게 되면, 스퍼터 입자속(70)에 더하여 스퍼터 입자속(80)도 성막에 기여하게 된다. 기판 S가 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 바로 위로 이동했을 때의 모습을 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타내듯이, 기판 S에 스퍼터 입자속(70, 80)이 입사하여 성막을 한다. 이렇게 하여 성막을 행하면서 기판 S를 더 이동시킨다. 그리고, 도 8에 나타내듯이, 기판 S가, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 상방으로부터 충분히 떨어지고, 기판 S에 대해 스퍼터 입자속(70, 80)이 입사하지 않게 되는 위치까지 이동시킨다. 이렇게 하여 기판 S 상에 박막 F가 성막된다.
［스퍼터링 장치의 스퍼터링 캐소드 및 애노드의 실시예］
도 9에 나타내듯이, 스퍼터링 타겟(10)을 4개의 판상의 스퍼터링 타겟(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 형성하고, 영구자석(20)을 4개의 판상 혹은 막대 모양의 영구자석(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 형성하고, 요크(30)를 4개의 판상의 요크(30a, 30b, 30c, 30d)에 의해 형성한다. 또, 스퍼터링 타겟(10a, 10b, 10c, 10d)과 영구자석(20a, 20b, 20c, 20d)의 사이에 각각 배킹(backing) 플레이트(90a, 90b, 90c, 90d)를 삽입한다. 스퍼터링 타겟(10a)과 스퍼터링 타겟(10c)의 사이의 거리는 80㎜, 스퍼터링 타겟(10b)과 스퍼터링 타겟(10d)의 사이의 거리는 200㎜, 스퍼터링 타겟(10a, 10b, 10c, 10d)의 높이는 80㎜로 한다.
요크(30a, 30b, 30c, 30d)의 외측에는 4개의 판상의 애노드(100a, 100b, 100c, 100d)를 설치한다. 이러한 애노드(100a, 100b, 100c, 100d)는 애노드(40)와 함께 접지된 진공 용기에 접속된다.
이상과 같이, 이 제1의 실시의 형태에 의하면, 스퍼터링 캐소드가, 횡단면 형상이 직사각형의 각관상(角管狀)의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟(10)을 가짐으로써, 다음과 같은 여러 가지의 이점을 얻을 수 있다. 즉, 스퍼터링 타겟(10)의 침식면 측에 이 스퍼터링 타겟(10)의 내면을 주회하는 플라스마(60)를 발생시킬 수가 있다. 이 때문에 플라스마(60)의 밀도를 높게 할 수가 있으므로, 성막 속도를 충분히 높게 할 수가 있다. 또, 플라스마(60)가 많이 생성되는 장소는 스퍼터링 타겟(10)의 표면 근방에 한정되기 때문에, 광선 차단 쉴드(shield)(50)가 설치되어 있으므로, 플라스마(60)으로부터 발광하는 광이 기판 S에 조사되는 것에 의해 손상이 생길 우려를 최소한으로 억제할 수가 있다. 또, 영구자석(20) 및 요크(30)에 의해 형성되는 자기회로에 의해 발생하는 자력선은 스퍼터링 캐소드에 구속되어 기판 S로 향하지 않기 때문에, 플라스마(60)나 전자선에 의해 기판 S에 손상이 생길 우려가 없다. 또, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부로부터 얻어지는 스퍼터 입자속(70, 80)을 이용하여 성막을 행하므로, 반사 스퍼터(sputter) 중성 가스의 에너지가 높은 입자에 의해 기판 S가 충격을 받아 손상이 생기는 것을 최소한으로 억제할 수가 있다. 또한 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 한 쌍의 장변부로부터 얻어지는 스퍼터 입자속(70, 80)은 이 장변부에 평행한 방향으로 균일한 강도 분포를 가지기 때문에, 기판 S를 이 장변부를 횡단하는 방향, 예를 들면 이 장변부에 수직인 방향으로 일정 속도로 이동시키면서 성막을 행하므로, 기판 S 상에 성막되는 박막 F의 막 두께의 불균일을 작게 할 수가 있고, 예를 들면 막 두께 분포를 ± 5% 이하로 할 수 있다. 이 스퍼터링 장치는, 예를 들면 반도체 디바이스, 태양 전지, 액정 디스플레이, 유기 EL 등의 각종의 디바이스에 있어서 전극 재료의 성막에 적용하는데 매우 적합한 것이다.
〈제2의 실시의 형태〉
［스퍼터링 장치］
이 스퍼터링 장치에 있어서는, 스퍼터링 타겟(10)으로서 도 9에 나타내듯이 스퍼터링 타겟(10a, 10b, 10c, 10d)으로 이루어지는 것이 이용된다. 다만, 서로 대향하는 장변부의 스퍼터링 타겟(10a, 10c)은 서로 다른 재료에 의해 형성되어 있다. 이 스퍼터링 장치의 그 외의 구성은 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치와 마찬가지이다.
［스퍼터링 장치에 의한 성막 방법］
제1의 실시의 형태와 마찬가지로, 기판 S를 이동시키면서, 스퍼터 입자속(70, 80)을 이용하여 기판 S의 성막 영역에 성막을 행한다. 이 경우, 스퍼터링 타겟(10a, 10c)이 서로 다른 재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 스퍼터 입자속(70)의 성분 원자와 스퍼터 입자속(80)의 성분 원자는 서로 다르다. 이 때문에 기판 S 상에 성막되는 박막 F는, 스퍼터 입자속(70)의 성분 원자와 스퍼터 입자속(80)의 성분 원자가 혼합된 조성, 바꾸어 말하면, 대체로 스퍼터링 타겟(10a)을 구성하는 재료의 구성 원자와 스퍼터링 타겟(10c)을 구성하는 재료의 구성 원자가 혼합된 조성을 가진다.
이 제2의 실시의 형태에 의하면, 제1의 실시의 형태와 마찬가지의 이점에 더하여, 스퍼터링 타겟(10a)을 구성하는 재료의 구성 원자와 스퍼터링 타겟(10c)을 구성하는 재료의 구성 원자가 혼합된 조성을 가지는 박막 F의 성막을 행할 수가 있다고 하는 이점을 얻을 수 있다. 이 때문에 예를 들면 스퍼터링 타겟(10a)을 박막의 밀착성을 향상시키는 기능을 가지는 티타늄에 의해 형성하고, 스퍼터링 타겟(10c)을 다른 금속에 의해 형성함으로써, 티타늄과 다른 금속이 혼합이 조성의 박막 F의 성막을 행할 수가 있고, 기판 S에 대한 밀착성이 뛰어난 박막 F를 얻을 수 있다.
〈제3의 실시의 형태〉
［스퍼터링 장치］
도 10은 제3의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타낸다. 이 스퍼터링 장치에 있어서는, 제2의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치와 마찬가지로, 스퍼터링 타겟(10)으로서 도 9에 나타내듯이 스퍼터링 타겟(10a, 10b, 10c, 10d)으로 이루어지고, 서로 대향하는 장변부의 스퍼터링 타겟(10a, 10c)이 서로 다른 재료에 의해 형성되어 있는 것이 이용된다. 또, 도 10에 나타내듯이, 이 스퍼터링 장치에 있어서는, 기판 S의 높이와 광선 차단 쉴드(shield)(50)의 높이 사이의 높이에 있어서, 스퍼터링 타겟(10c)으로부터의 스퍼터 입자속(80)을 차단하거나, 혹은 스퍼터링 타겟(10a)로부터의 스퍼터 입자속(70)을 차단할 수가 있도록 도시를 생략한 반송 기구에 보유된 수평 차폐판(90)을 설치할 수가 있게 되어 있다. 이 스퍼터링 장치의 그 외의 구성은 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치와 마찬가지이다.
［스퍼터링 장치에 의한 성막 방법］
예를 들면, 우선, 스퍼터 입자속(70)만으로 기판 S 상에 박막의 성막을 행하기 위해서, 수평 차폐판(90)을 도 10의 일점쇄선으로 나타내는 위치로 이동시킨다. 이 시점에서 이 수평 차폐판(90)에 의해 스퍼터 입자속(80)은 차단된다. 이 상태에서 도 10에 있어서 화살표로 나타내는 방향으로 기판 S를 이동시키면서, 도 11에 나타내듯이, 스퍼터 입자속(70)만을 이용하여 기판 S의 성막 영역에 성막을 행한다. 도 12에 나타내듯이, 스퍼터링 타겟(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 둘러싸인 공간의 상방으로부터 벗어나는 위치까지 기판 S를 이동시킨다. 이렇게 하여 박막 F1의 성막을 한다. 이 박막 F1은, 스퍼터 입자속(70)의 성분 원자, 대체로 스퍼터링 타겟(10a)을 구성하는 재료의 구성 원자로 이루어진다. 다음에, 수평 차폐판(90)을, 도 10에 나타내듯이 스퍼터 입자속(70)이 차단되는 이점쇄선으로 나타내는 위치까지 수평 방향으로 이동시킨다. 이 상태에서 도 10에 있어서 화살표로 나타내는 방향과 역방향으로 기판 S를 이동시키면서, 도 13에 나타내듯이, 스퍼터 입자속(80)만을 이용하여 기판 S의 성막 영역에 성막을 행한다. 도 14에 나타내듯이, 스퍼터링 타겟(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 둘러싸인 공간의 상방으로부터 벗어나는 위치까지 기판 S를 이동시킨다. 이렇게 하여 박막 F1 상에 박막 F2의 성막을 한다. 이 박막 F2는, 스퍼터 입자속(80)의 성분 원자, 대체로 스퍼터링 타겟(10c)을 구성하는 재료의 구성 원자로 이루어진다. 이상에 의해, 기판 S 상에 서로 조성이 다른 박막 F1과 박막 F2로 이루어지는 2층막의 성막을 행할 수가 있다.
박막 F1의 구성 원자에 스퍼터링 타겟(10c)을 구성하는 재료의 구성 원자가 가능한 한 포함되지 않고, 반대로 박막 F2의 구성 원자에 스퍼터링 타겟(10a)을 구성하는 재료의 구성 원자가 가능한 한 포함되지 않게 하기 위해서, 예를 들면 도 10에 나타내듯이, 스퍼터링 타겟(10a)과 스퍼터링 타겟(10c) 사이의 공간의 중앙부에 수직 차폐판(100)을 삽입하고, 스퍼터 입자속(70)에 스퍼터링 타겟(10c)을 구성하는 재료의 구성 원자가 혼입되지 않게 함과 아울러, 스퍼터 입자속(80)에 스퍼터링 타겟(10a)을 구성하는 재료의 구성 원자가 혼입되지 않게 해도 좋다. 이와 같이 수직 차폐판(100)을 삽입할 수가 있는 것은, 4개의 판상의 스퍼터링 타겟(10a, 10b, 10c, 10d)의 표면 근방을 플라스마(60)가 주회하고 있어, 스퍼터링 타겟(10a)과 스퍼터링 타겟(10c) 사이의 공간의 중앙부에는 플라스마(60)가 형성되지 않는 본 스퍼터링 캐소드의 특징의 하나이다. 또 수직 차폐판(100) 대신에 수직 방향에 대해서 경사진 차폐판을 이용해도 좋다.
이 제3의 실시의 형태에 의하면, 제1의 실시의 형태와 마찬가지의 이점에 더하여, 예를 들면 기판 S 상에 서로 조성이 다른 박막 F1과 박막 F2로 이루어지는 2층막의 성막을 행할 수가 있다고 하는 이점을 얻을 수 있다. 이 때문에 예를 들면 스퍼터링 타겟(10a)을 박막의 밀착성을 향상시키는 기능을 가지는 티타늄에 의해 형성하고, 스퍼터링 타겟(10c)을 다른 금속에 의해 형성함으로써, 기판 S에 대한 밀착성이 뛰어난 티타늄으로 이루어지는 박막 F1의 성막을 최초로 행하고, 그 위에 다른 금속으로 이루어지는 박막 F2의 성막을 행할 수가 있고, 기판 S에 대한 밀착성이 뛰어난 박막 F1과 박막 F2로 이루어지는 2층막을 얻을 수 있다.
〈제4의 실시의 형태〉
［스퍼터링 장치］
제4의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치는, 기본적으로는 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치와 같은 구성을 가지지만, 제1의 실시의 형태에 있어서는, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 상방에 취출되는 스퍼터 입자속(70, 80)을 이용하여 기판 S를 이동시키면서 성막을 행하는데 반해, 이 제4의 실시의 형태에 있어서는, 이것과 동시에, 도 15에 나타내듯이, 스퍼터링 타겟(10)의 서로 대향하는 장변부로부터 이 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 하방에 취출되는 스퍼터 입자속(70′, 80′)을 이용하여 다른 기판에 대해서도 성막을 행한다. 여기서, 이 스퍼터링 장치에 있어서는, 예를 들면 스퍼터링 캐소드 및 애노드(40)를 진공 용기의 측벽 내면에 고정하는 것 등에 의해, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 하방에 성막을 행하는 스페이스를 확보할 수가 있다.
［스퍼터링 장치에 의한 성막 방법］
도 15에 나타내듯이, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 상방에 스퍼터 입자속(70, 80)을 취출함과 동시에, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 하방에 스퍼터 입자속(70′, 80′)을 취출한다. 그리고, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 상방에 있어서는, 이 스퍼터링 타겟(10)에 대해, 이 스퍼터링 타겟(10)의 장변부를 횡단하는 방향으로 기판 S를 이동시키면서, 스퍼터 입자속(70, 80)을 이용하여 기판 S 상에 성막을 행함과 동시에, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 하방에 있어서는, 이 스퍼터링 타겟(10)에 대해, 이 스퍼터링 타겟(10)의 장변부를 횡단하는 방향으로 기판 S′를 이동시키면서, 스퍼터 입자속(70′, 80′)을 이용하여 이 기판 S′상에 성막을 행한다. 즉, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 상방에 있어서 기판 S 상에 성막을 행함과 동시에, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 하방에 있어서 기판 S′상에 성막을 행할 수가 있다.
이 제4의 실시의 형태에 의하면, 제1의 실시의 형태와 마찬가지의 이점에 더하여, 2매의 기판 S, S′에 동시에 성막을 행할 수가 있기 때문에, 대폭적인 생산성의 향상을 도모할 수가 있다고 하는 이점을 얻을 수 있다.
〈제5의 실시의 형태〉
［스퍼터링 장치］
제5의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치는, 스퍼터링 타겟(10)으로서 도 16에 나타내는 것 같은 것을 이용하는 점이, 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치와 다르다. 즉, 도 16에 나타내듯이, 스퍼터링 타겟(10)은 서로 평행하게 대향하는 한 쌍의 장변부와 이들 장변부에 연결한 반원형부로 이루어진다. 스퍼터링 타겟(10)의 외측에 설치된 영구자석(20)도, 이 영구자석(20)의 외측에 설치된 요크(30)도, 스퍼터링 타겟(10)과 마찬가지의 형상을 가진다. 이 스퍼터링 장치의 그 외의 구성은 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치와 마찬가지이다.
［스퍼터링 장치에 의한 성막 방법］
이 스퍼터링 장치에 의한 성막 방법은 제1의 실시의 형태와 마찬가지이다.
이 제5의 실시의 형태에 의하면, 제1의 실시의 형태와 같은 이점을 얻을 수 있다.
〈제6의 실시의 형태〉
［스퍼터링 장치］
제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치는, 롤투롤 방식으로 성막을 행하는 스퍼터링 장치이며, 피성막체가 감겨지는 성막 롤러로서 도 17(a), 도 17(b), 도 17(c) 및 도 17(d)에 나타내는 성막 롤러를 이용하는 점이, 제1의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치와 다르다. 여기서, 도 17(a)는 정면도이고, 도 17(b)는 좌측면도이고, 도 17(c)는 우측면도이고, 도 17(d)는 종단면도이다.
도 17(a), 도 17(b), 도 17(c) 및 도 17(d)에 나타내듯이, 이 성막 롤러는, 원통부(210)와, 이 원통부(210)의 양단에 이 원통부(210)를 폐색하도록 설치된 원판(220, 230)과, 이들 원판(220, 230)의 외측에 이 성막 롤러, 따라서 원통부(210)의 중심축 상에 설치된 회전축(240)을 가진다.
원통부(210)는 이 원통부(210)의 중심축에 평행한 장방형의 횡단면 형상의 유로(211)를 내장하고 있다. 즉, 원통부(210)에 유로(211)가 매설되어 있다. 도 18(a)는 이 원통부(210)를 평면으로 전개한 상태의 평면도이고, 도 18(b)는 도 18(a)의 B-B선에 따른 단면도이다. 도 18(a) 및 도 18(b)에 나타내듯이, 이 예에서는, 원통부(210)를 평면으로 전개했을 때의 형상은 직사각형이며, 유로(211)는 이 직사각형의 장변에 평행하게 연재(延在)하는 직선부(211a)와 이 직선부(211a)에 대해서 수직으로 절곡된 되접음부(211b)가 교대로 설치되고, 지그재그 형상으로 절곡된 형상을 가진다. 유로(211)의 일단에는 냉각수 등의 유체의 입구가 되는 구멍(212)이 설치되고, 타단에는 유체의 출구가 되는 구멍(213)이 설치되어 있다. 원통부(210)는 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 적합하게는 이러한 재료 중에서 열전도율이 가장 높은 무산소동으로 이루어진다. 무산소동은, 예를 들면 스테인레스강(SUS304)과 비교하여 열전도율이 약 23배나 높다. 도시는 생략하지만, 원통부(210)의 적어도 외주면, 전형적으로는 외주면 및 내주면에 경질 크롬 도금이 실시되어 있다. 이 경질 크롬 도금층은, 너무 두꺼우면 원통부(210)의 열전도성을 저하시키고, 너무 얇으면 원통부(210)의 표면 경화의 효과가 적기 때문에, 이 경질 크롬 도금층의 두께는 일반적으로는 20㎛ 이상 40㎛ 이하로 선택되고, 예를 들면 30㎛로 선택된다. 이 경질 크롬 도금층의 경도는, 예를 들면 비커스 경도(Vickers hardness)로 500 이상으로 할 수가 있다. 필요에 따라 이 경질 크롬 도금층의 표면은 연마에 의해 평탄화 되고, 그에 따라 표면 거칠기 Ra를 예를 들면 10㎚ 정도로 매우 작게 할 수가 있다.
원판(220, 230)은 원통부(210)의 양단면에 볼트 체결, 용접 등에 의해 고정되어 있다. 원판(220)에는 중심축의 주위에 90° 간격으로 합계 4개의 원형의 관통공(221~224)이 설치되어 있다. 마찬가지로 원판(230)에는 원판(220)의 관통공(221~224)에 대응하는 위치에 중심축의 주위에 90° 간격으로 합계4개의 원형의 관통공(231~234)이 설치되어 있다. 이러한 관통공(221~224, 231~234)은 이 성막 롤러를 스퍼터링 장치의 성막실 내에 성막 롤러로서 설치하고, 성막실 내를 진공 배기했을 때에 원통부(210)의 내외의 압력차를 없앰으로써, 원통부(210) 및 원판(220, 230)에 압력차에 의한 외력이 가해지지 않게 하기 위한 것이다. 이러한 관통공(221~224, 231~234)의 직경은 원판(220, 230)의 기계적 강도를 확보할 수가 있는 범위에서 필요에 따라서 선택된다. 원판(220, 230)은 예를 들면 스테인레스강 등에 의해 구성된다.
원판(220)에 고정된 회전축(240)의 중심축 상에는 횡단면 형상이 원형인 관통공(241)이 설치되어 있다. 관통공(241)은 회전축(240)의 선단으로부터 도중의 깊이까지의 직경 d1의 부분(241a)과 거기로부터 원판(220)까지의 부분의 d1보다 작은 직경 d2의 부분(241b)으로 이루어진다. 원판(220)에는 회전축(240)의 중심축 상에 이 부분(241b)과 연통하는 관통공(225)이 설치되어 있다. 이 관통공(225)과 연통하여 배관(251)의 일단이 기밀성을 가지고 고정되어 있다. 이 배관(251)의 타단은 유로(211)의 원판(220) 측의 일단부에 설치된 구멍(212)에 기밀성을 가지고 접속되어 있다. 마찬가지로 원판(230)에 고정된 회전축(240)의 중심축 상에는 횡단면 형상이 원형인 관통공(242)이 설치되어 있다. 관통공(242)은 회전축(240)의 선단으로부터 도중의 깊이까지의 직경 d1의 부분(242a)과 거기로부터 원판(230)까지의 부분의 d1보다 작은 직경 d2의 부분(242b)으로 이루어진다. 원판(230)에는 회전축(240)의 중심축 상에 이 부분(242b)과 연통하는 관통공(235)가 설치되어 있다. 이 관통공(235)과 연통하여 배관(252)의 일단이 기밀성을 가지고 고정되어 있다. 이 배관(252)의 타단은 유로(211)의 원판(230) 측의 일단부에 설치된 구멍(213)에 기밀성을 가지고 접속되어 있다. 이러한 배관(250, 251)으로서는, 적합하게는 유연한 금속 배관, 예를 들면 주름 상자관이 이용된다. 유체는, 도시를 생략한 유체 순환 기구에 의해, 예를 들면 원판(220)에 고정된 회전축(240)의 관통공(241)으로부터 공급되고, 배관(251)을 경유하여 원통부(210)의 구멍(212)으로부터 유로(211)로 들어가고, 이 유로(211)를 거쳐 구멍(213)으로부터 나와, 배관(252)를 경유하여, 원판(230)에 고정된 회전축(240)의 관통공(242)으로부터 나가, 이 경로에서 순환하게 되어 있다.
이 성막 롤러의 각부의 치수는 필요에 따라서 선택되지만, 일례를 들면, 전체 길이가 500㎜, 직경이 400㎜, 원통부(210)의 두께가 10㎜, 유로(211)의 단면은 35㎜x5㎜, 유로(211)의 간격은 15㎜이다.
이 성막 롤러는, 예를 들면 다음과 같이 하여 제조할 수가 있다.
도 19(a) 및 도 19(b)에 나타내듯이, 도 18(a) 및 도 18(b)에 나타내는 원통부(210)의 전개도에 나타내는 것과 마찬가지의 평면 형상을 가지는 직사각형의 평판(260)을 준비한다. 여기서, 도 19(a)는 평면도이고, 도 19(b)는 도 19(a)의 B-B선에 따른 단면도이다. 이 평판(260)의 두께는 원통부(210)의 두께와 동일하다. 이 평판(260)의 일방의 주면에, 단차가 붙은 횡단면 형상을 가지는 홈(groove)(261)이 설치되어 있다. 이 홈(261)의 하부홈(261a)는 원통부(210)를 평면으로 전개했을 때의 유로(211)와 동일한 평면 형상 및 동일한 깊이를 가진다. 이 홈(261)의 상부홈(261b)은 하부홈(261a)과 상사(相似)로 한 사이즈 큰 평면 형상을 가진다. 이 평판(260)에는 홈(261)의 하부홈(261a)의 일단부의 저부에 구멍(212)이 설치되고, 타단부의 저부에 구멍(213)이 설치되어 있다.
다음에, 도 20(a) 및 도 20(b)에 나타내듯이, 평판(260)의 홈(261)의 상부홈(261b)과 동일한 평면 형상 및 상부홈(261b)의 깊이와 동일한 두께를 가지는 평판(270)을 준비한다. 여기서, 도 20(a)는 평면도이고, 도 20(b)는 도 20(a)의 B-B선에 따른 단면도이다.
다음에, 도 21(a) 및 도 21(b)에 나타내듯이, 평판(260)의 홈(261)의 상부홈(261b)에 평판(270)을 끼운다. 여기서, 도 21(a)는 평면도이고, 도 21(b)는 도 21(a)의 B-B선에 따른 단면도이다.
다음에, 도 21(a) 및 도 21(b)에 나타내는 평판(260)과 평판(270)의 사이의 경계부(직선부 및 되접음부)를 마찰교반 접합에 의해 접합한다. 이렇게 하여 평판(260)과 평판(270)의 사이에, 유로(211)로 되는, 홈(261)의 하부홈(261a)이 설치된 직사각형의 평판(280)이 얻어진다.
다음에, 이 평판(280)을 마찰교반 접합이 행해진 측의 표면이 외측으로 되도록 길이 방향으로 원통상으로 둥글게 하고, 이 원통상으로 둥글게 한 판의 일방의 단변과 타방의 단변을 맞대고, 마찰교반 접합에 의해 접합한다. 이렇게 하여 평판(260)의 홈(261)의 하부홈(261a)으로 이루어지는 유로(211)를 내장하는 원통부(210)가 제조된다.
이 후, 원통부(210)의 양단에 원판(220, 230) 및 회전축(240)을 고정한다.
이상에 의해, 도 17(a), 도 17(b), 도 17(c) 및 도 17(d)에 나타내는 목적으로 하는 성막 롤러가 제조된다.
도 22 및 도 23은 도 17(a), 도 17(b), 도 17(c) 및 도 17(d)에 나타내는 성막 롤러를 이용한 제6의 실시의 형태에 의한 스퍼터링 장치를 나타낸다. 여기서, 도 22는 이 스퍼터링 장치의 진공 용기의 내부를 성막 롤러에 평행한 방향으로부터 본 개략 선도이고, 도 23은 이 스퍼터링 장치의 진공 용기의 내부를 성막 롤러에 수직인 방향으로부터 본 개략 선도이다.
도 22 및 도 23에 나타내듯이, 이 스퍼터링 장치는, 진공 용기(290)의 내부가 칸막이(291)에 의해 상하로 나누어져 있다. 진공 용기(290)의 내부의 칸막이(291)의 하측의 공간은 성막실 C1, 상측의 공간은 필름 반송실 C2이다. 성막실 C1의 내부에, 성막 롤러 R1로서 도 17(a), 도 17(b), 도 17(c) 및 도 17(d)에 나타내는 성막 롤러가 수평으로 설치되어 있다. 성막 롤러 R1의 원통부(210)의 양단의 회전축(240)의 양단부는, 성막실 C1의 양측벽에 고정된 지지판(292, 293)에 설치된 원형의 구멍 및 성막실 C1의 양측벽에 설치된 원형의 구멍을 통과하고, 이들 구멍에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 성막실 C1의 내벽에는, 예를 들면 3개의 스퍼터링 캐소드 K1, K2, K3이 설치되어 있다. 이 중에서 스퍼터링 캐소드 K1은 성막실 C1의 저부에 절연부재(294)를 통해 설치되고, 진공 용기(290)와 전기적으로 절연되어 있다. 스퍼터링 캐소드 K2, K3은 성막실 C1의 서로 대향하는 측벽에 각각 절연부재(294)를 통해 설치되어 있다. 스퍼터링 캐소드 K1, K2, K3은 마찬가지의 구성을 가져도 좋고, 서로 다른 구성을 가져도 좋지만, 적어도 스퍼터링 캐소드 K1은 제1의 실시의 형태와 마찬가지의 구성을 가진다. 성막 롤러 R1의 원통부(210)의 주위에는, 필름 상에 성막을 행할 때에, 스퍼터링 캐소드 K1, K2, K3로부터 발생하여 필름에 입사하는 스퍼터링 입자속을 제한하기 위한 차폐판(295)이 설치되어 있다. 한편, 필름 반송실 C2에는, 권출(卷出)/권취(卷取)용의 롤러 R2, R3 및 반송 롤러(혹은 가이드 롤러) R4, R5, R6, R7이 설치되어 있다. 권출/권취용의 롤러 R2, R3의 축(도 23에는 롤러 R3의 축 S3만 도시되어 있다)은 성막실 C1의 양측벽에 고정된 지지판(292, 293)에 설치된 원형의 구멍 및 성막실 C1의 양측벽에 설치된 원형의 구멍을 통과하고, 이들 구멍에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 반송 롤러 R4, R5, R6, R7의 축(도 23에는 반송 롤러 R6, R7의 축 S6, S7만 도시되어 있다)은 지지판(292, 293)에 설치된 원형의 구멍에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 그리고, 권출/권취용의 롤러 R2, 반송 롤러 R4, R5, 성막 롤러 R1, 반송 롤러 R6, R7 및 권출/권취용의 롤러 R3에 의해 필름(300)이 반송되게 되어 있다. 필름(300)은 롤러 R2, R3의 회전축 S2, S3에 고정된 도시를 생략한 회전 기구에 의해 이들 롤러 R2, R3을 회전시킴으로써, 반송할 수가 있게 되어 있다. 이 경우, 롤러 R2, R3을 도 22 중, 반시계방향으로 회전시킴으로써, 롤러 R2로부터 필름(300)을 권출하고, 반송 롤러 R4, R5, 성막 롤러 R1 및 반송 롤러 R6, R7을 경유하여 반송하고, 롤러 R3에 의해 필름(300)을 권취할 수가 있다. 반대로, 롤러 R2, R3을 도 22 중, 시계 방향으로 회전시킴으로써, 롤러 R3으로부터 필름(300)을 권출하고, 반송 롤러 R7, R6, 성막 롤러 R1 및 반송 롤러 R5, R4를 경유하여 반송하고, 롤러 R2에 의해 필름(300)을 권취할 수가 있다. 즉, 필름(300)은 서로 역방향으로 반송할 수가 있게 되어 있다. 이에 의해 예를 들면 우선 롤러 R2, R3을 도 22 중, 반시계방향으로 회전시켜 필름(300)을 반송하면서, 성막 롤러 R1 상에서 성막을 행한 후, 롤러 R2, R3을 도 22 중, 시계 방향으로 회전시켜 필름(300)을 역방향으로 반송하면서, 성막 롤러 R1 상에서 성막을 행하고, 이것을 여러 차례 반복함으로써, 필름(300) 상에 박막을 다층으로 형성할 수가 있다. 필요에 따라 반송 롤러 R4~R7이 적어도 1개를 성막 롤러 R1과 마찬가지로 구성하여 냉각 롤러로서 이용해도 좋다. 이렇게 함으로써 성막 롤러 R1 상에서 성막을 행할 때에 가열된 필름(300)을 롤러 R2 또는 롤러 R3에 권취되기 전에 반송중에 냉각 롤러에 의해 냉각할 수가 있으므로, 필름(300)의 온도가 높은 채 롤러 R2 또는 롤러 R3에 권취된 후에 냉각되어 수축할 때에 필름(300)끼리가 스치는 것에 의해 발생하는 필름(300)의 흠집의 문제의 발생을 방지할 수가 있다. 칸막이(291)에는 필름(300)을 통과시키기 위한 슬릿(slit) 형상의 구멍(291a, 291b)이 설치되어 있다.
이 스퍼터링 장치에 있어서는, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간의 상방에 있어서, 성막 롤러 R1의 원통부(210)에 감겨진 필름(300)을 반송하면서 성막을 행하게 되어 있다. 이 때에 필름(300)은 스퍼터링 타겟(10)에 대해, 스퍼터링 타겟(10)의 장변부를 횡단하는 방향으로 반송되게 되어 있다. 스퍼터링 타겟(10)의 장변부에 평행한 방향의 필름(300)의 성막 영역의 폭은, b보다 작게 선택되고, 성막시에는 스퍼터링 타겟(10)의 내측의 서로 대향하는 한 쌍의 단변부의 사이에 들어가게 되어 있다. 필름(300)의 성막 영역의 폭은 필름(300)의 전면에 성막을 행하는 경우는 필름(300)의 폭과 일치한다.
［스퍼터링 장치에 의한 성막 방법］
스퍼터링 캐소드 K1, K2, K3의 2개 이상을 사용하여 성막을 행하는 것도 가능하지만, 여기에서는, 스퍼터링 캐소드 K1만을 사용하여 성막을 행하는 경우에 대해 설명한다.
성막 롤러 R1의 원통부(210)의 유로(211)를 통해 물을 순환시키고, 원통부(210)의 온도를 필름(300) 상에 성막을 행하는 온도로 설정한다. 유로(211)에 순환시키는 물에는, 필요에 따라 부동액으로서 에틸렌글리콜 등을 포함하게 한다. 유로(211)에 순환시키는 물의 온도의 제어 범위의 일례를 들면, -10℃~80℃이다.
진공 용기(290)를 진공 펌프에 의해 고진공으로 배기한 후, 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간에 스퍼터링 가스로서 Ar 가스를 도입하고, 애노드(40)와 스퍼터링 캐소드 K1의 사이에, 소정의 전원에 의해 플라스마 발생에 필요한, 일반적으로는 직류의 고전압을 인가한다. 일반적으로는 애노드(40)가 접지되고, 스퍼터링 캐소드 K1에 부의 고전압(예를 들면, -400V)이 인가된다. 이에 의해 도 3 및 도 4에 나타내듯이, 스퍼터링 타겟(10)의 표면 근방에 이 스퍼터링 타겟(10)의 내면을 따라 주회하는 플라스마(60)가 발생한다.
스퍼터링 타겟(10)의 내면을 따라 주회하는 플라스마(60) 중의 Ar 이온에 의해 스퍼터링 타겟(10)이 스퍼터링 되는 결과, 스퍼터링 타겟(10)을 구성하는 원자가 스퍼터링 타겟(10)에 의해 둘러싸인 공간으로부터 상방으로 튀어나온다. 이 때에 스퍼터링 타겟(10)의 침식면 중에서 플라스마(60)의 근방의 부분의 도처에서 원자가 튀어나오지만, 스퍼터링 타겟(10)의 내측의 단변부의 침식면으로부터 튀어나오는 원자는, 기본적으로는 성막에 사용하지 않는다. 이를 위해서는 스퍼터링 타겟(10)의 장변 방향의 양단부를 차단하도록 스퍼터링 타겟(10)의 상방에 수평 차폐판을 설치함으로써, 스퍼터링 타겟(10)의 단변부의 침식면으로부터 튀어나오는 원자가 성막시에 필름(300)에 도달하지 않게 하면 좋다. 혹은, 스퍼터링 타겟(10)의 길이 방향의 폭 b를 필름(300)의 폭보다 충분히 크게 함으로써, 스퍼터링 타겟(10)의 단변부의 침식면으로부터 튀어나오는 원자가 성막시에 필름(300)에 도달하지 않게 해도 좋다. 스퍼터링 타겟(10)으로부터 튀어나오는 원자의 일부는 광선 차단 쉴드(shield)(50)에 의해 차단되는 결과, 스퍼터링 타겟(10)의 장변부의 침식면으로부터, 도 5에 나타내는 것 같은 스퍼터 입자속(70, 80)이 얻어진다. 스퍼터 입자속(70, 80)은 스퍼터링 타겟(10)의 길이 방향으로 거의 균일한 강도 분포를 가진다.
안정된 스퍼터 입자속(70, 80)이 얻어지게 된 시점에서, 필름(300)의 권출/권취용의 롤러 R2, R3을 도 22 중, 예를 들면 반시계방향으로 회전시키고, 필름(300)을 반송 롤러 R4, R5, 성막 롤러 R1 및 반송 롤러 R6, R7을 통해 일정 속도로 반송하면서, 성막 롤러 R1에 감겨진 필름(300)에 대해서 하부로부터 스퍼터 입자속(70, 80)에 의해 성막을 행한다. 이 때에 필름(300)에 걸리는 장력은, 예를 들면 10~100뉴턴(N)을 기준으로 일정치가 되도록 제어된다.
이 제6의 실시의 형태에 의하면, 성막 롤러 R1의 원통부(210)가 열전도성이 뛰어난 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지므로, 원통부(210)가 내장하는 유로(211)에 냉각수나 온수 등의 유체를 흘림으로써, 성막을 행하는 필름(300)이 감겨지는 원통부(210)를 신속하고 효율적으로 냉각 또는 가열할 수가 있음과 아울러, 상기의 종래의 성막 롤러와 같이 진공중에서 비어 배럴형(beer barrel shape)으로 변형해 버리는 문제가 발생하지 않는다. 이 때문에 스퍼터링 장치에 있어서 롤투롤 방식으로 필름(300) 상에 성막을 행하는 경우에 필름(300)의 표면을 평탄하게 유지하면서 원활히 반송할 수가 있다. 또, 열전도성이 뛰어난 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 원통부(210)는 열응답성이 양호하므로, 유로(211)에 흘리는 냉각수나 온수 등의 유체의 온도나 유량 등에 의해 온도를 신속하고 정확하게 제어할 수가 있고, 나아가서는 원통부(210)에 감겨지는 필름(300)의 온도를 신속하고 정확하게 제어할 수가 있어 필름(300) 상에의 성막을 양호하게 행할 수가 있다.
이상, 이 발명의 실시의 형태 및 실시예에 대해 구체적으로 설명하였지만, 이 발명은 상술의 실시의 형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 기술적 사상에 근거하는 각종의 변형이 가능하다.
예를 들면, 상술의 실시의 형태 및 실시예에 있어서 든 수치, 재료, 구조, 형상 등은 어디까지나 예에 지나지 않고, 필요에 따라 이들과 다른 수치, 재료, 구조, 형상 등을 이용해도 좋다.
10, 10a, 10b, 10c, 10d 스퍼터링 타겟(sputtering target)
20, 20a, 20b, 20c, 20d 영구자석
30, 30a, 30b, 30c, 30d 요크 40 애노드(anode)
50 광선 차단 쉴드(shield) 60 플라스마
70, 70′, 80, 80′스퍼터(sputter) 입자속
90 수평 차폐판 100 수직 차폐판
S, S′기판
210 원통부 211 유로
211a 직선부 211b 되접음부
220, 230 원판 240 회전축
300 필름(film)

Claims (19)

  1. 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 캐소드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟의 횡단면 형상이 서로 평행한 상기 한 쌍의 장변부에 수직인 서로 대향하는 한 쌍의 단변부 또는 외측을 향해 볼록의 서로 대향하는 한 쌍의 곡면부를 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 캐소드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟의 상기 한 쌍의 장변부 사이의 거리가 50㎜ 이상 150㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 캐소드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟의 상기 한 쌍의 장변부 사이의 거리에 대한 상기 장변부의 길이의 비가 2 이상인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 캐소드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟은, 상기 한 쌍의 장변부를 구성하는 제1 평판 및 제2 평판과, 상기 장변부에 수직인 서로 대향하는 한 쌍의 단변부를 구성하는 제3 평판 및 제4 평판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 캐소드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 평판과 상기 제2 평판이 서로 다른 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 캐소드.
  7. 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지는 스퍼터링 캐소드와,
    상기 스퍼터링 타겟의 침식면이 노출하도록 설치된 애노드를 가지고,
    상기 스퍼터링 타겟에 둘러싸인 공간의 상방에 있어서 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부보다 폭이 좁은 성막 영역을 가지는 피성막체를 상기 스퍼터링 타겟에 대해, 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부를 횡단하는 방향으로 일정 속도로 이동시키면서, 상기 스퍼터링 타겟의 내면을 따라 주회(周回)하는 플라스마가 발생하도록 방전을 행하여 스퍼터링 가스에 의해 발생하는 플라스마 중의 이온에 의해, 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부의 내면을 스퍼터링 함으로써, 상기 피성막체의 상기 성막 영역에 성막을 행하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟의 상기 한 쌍의 장변부 사이의 공간의 중앙부에 차폐판을 설치 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    롤투롤 방식으로 성막을 행하는 피성막체가 감겨지는 성막 롤러를 가지고,
    상기 성막 롤러는,
    유로를 내장하는 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 원통부를 적어도 유효부에 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 원통부가 무산소동으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 원통부의 적어도 외주면에 상기 원통부를 구성하는 상기 동, 동합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금보다 경도가 높은 재료로 이루어지는 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유로는, 상기 원통부의 원주 방향으로 직선 형상으로 연재하는 부분과 되접음부를 가지는 지그재그 형상으로 절곡된 형상, 또는, 상기 원통부의 중심축에 평행한 방향으로 연재하는 부분과 되접음부를 가지는 지그재그 형상으로 절곡된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 원통부는, 상기 원통부를 평면으로 전개했을 때의 상기 유로와 동일한 평면 형상을 가지는 하부홈과 이 하부홈과 거의 상사인 평면 형상을 가지고, 상기 하부홈보다 큰 상부홈으로 이루어지는 홈이 일방의 주면에 설치된, 상기 원통부를 평면으로 전개했을 때의 평면 형상과 동일한 장방형 또는 정방형의 평면 형상을 가지는 제1 평판과, 상기 제1 평판의 상기 홈의 상기 상부홈에 끼워진 제2 평판으로 이루어지고, 상기 제1 평판과 상기 제2 평판의 경계부가 마찰교반 접합에 의해 접합된 장방형 또는 정방형의 평면 형상을 가지는 평판을 그 한 변에 평행한 방향으로 원통상으로 둥글게 하고, 이 둥글게 한 판의 일단과 타단을 접합한 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 평판의 상기 홈의 상기 상부홈에 끼워진 상기 제2 평판을 지지하기 위한 지주를 상기 하부홈의 내부에 설치해 두고, 이 상태에서 상기 평판을 원통상으로 둥글게 한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  15. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통부는, 상기 원통부를 평면으로 전개했을 때의 평면 형상과 동일한 장방형 또는 정방형의 평면 형상을 가지는 평판을 그 한 변에 평행한 방향으로 원통상으로 둥글게 하고, 이 둥글게 한 판의 일단과 타단을 접합한 후, 이 둥글게 한 판의 일방의 단면으로부터 타방의 단면에 이르는 관통공을 이 둥글게 한 판의 중심축에 평행하게 또한 이 둥글게 한 판의 원주 방향의 등간격의 복수 개소에 형성함으로써 상기 유로를 형성한 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통부의 양단에 상기 원통부를 폐색하도록 각각 원판이 설치되고, 이들 원판은 상기 원통부의 내부와 외부를 연통하는 관통공을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    각각의 원판의 외측에 상기 원통부의 중심축 상에 회전축이 장착되고, 일방의 회전축의 중심축 상에 이 회전축 및 일방의 원판을 관통하는 제1 관통공이 설치되고, 타방의 회전축의 중심축 상에 이 회전축 및 타방의 원판을 관통하는 제2 관통공이 설치되고, 상기 원통부의 내부에 있어서 상기 제1 관통공과 연통하여 제1 배관의 일단이 기밀성을 가지고 고정되고, 이 제1 배관의 타단이 상기 원통부가 내장하는 상기 유로의 상기 일방의 원판측의 일단부에 상기 유로와 연통하도록 설치된 구멍에 기밀성을 가지고 접속되고, 상기 원통부의 내부에 있어서 상기 제2 관통공과 연통하여 제2 배관의 일단이 기밀성을 가지고 고정되고, 이 제2 배관의 타단이 상기 원통부가 내장하는 상기 유로의 상기 타방의 원판측의 타단부에 상기 유로와 연통하도록 설치된 구멍에 기밀성을 가지고 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    각각의 원판의 외측에 상기 원통부의 중심축 상에 회전축이 장착되고, 일방의 회전축의 중심축 상에 이 회전축을 관통하는 제3 관통공이 설치되고, 타방의 회전축의 중심축 상에 이 회전축을 관통하는 제4 관통공이 설치되고, 상기 일방의 원판의 내부에 상기 제3 관통공과 연통하는 유로가 설치되고, 이 유로가 상기 원통부가 내장하는 상기 유로의 상기 일방의 원판측의 일단부와 연통하고, 상기 타방의 원판의 내부에 상기 제4 관통공과 연통하는 유로가 설치되고, 이 유로가 상기 원통부가 내장하는 상기 유로의 상기 타방의 원판측의 타단부와 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  19. 횡단면 형상이 서로 대향하는 한 쌍의 장변부를 가지는 관상의 형상을 가지고, 침식면이 내측을 향하고 있는 스퍼터링 타겟을 가지는 스퍼터링 캐소드를 이용하고,
    상기 스퍼터링 타겟에 둘러싸인 공간의 상방에 있어서 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부보다 폭이 좁은 성막 영역을 가지는 피성막체를 상기 스퍼터링 타겟에 대해, 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부를 횡단하는 방향으로 일정 속도로 이동시키면서, 상기 스퍼터링 타겟의 내면을 따라 주회하는 플라스마가 발생하도록 방전을 행하여 스퍼터링 가스에 의해 발생하는 플라스마 중의 이온에 의해, 상기 스퍼터링 타겟의 상기 장변부의 내면을 스퍼터링 함으로써, 상기 피성막체의 상기 성막 영역에 성막을 행하는 것을 특징으로 하는 성막체의 제조 방법.
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