KR20180058865A

KR20180058865A - 성막 장치

Info

Publication number: KR20180058865A
Application number: KR1020187014653A
Authority: KR
Inventors: 사토시 히로타
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2013-08-06
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2018-06-01
Also published as: US20160160343A1; KR20160040652A; BR112016002666A2; TW201512444A; EP3031946B1; US9752229B2; CN105452521A; TWI554629B; EP3031946A4; EP3031946A1; JP6131145B2; CN105452521B; JP2015030906A; WO2015019730A1

Abstract

DMS용 타깃 및 성막용 전원을 구비한 성막 장치이며, 상기 성막용 전원을 사용하여 상기 타깃의 프리 스퍼터를 행하는 것이 가능한 것을 제공한다. 성막 장치는, 성막 챔버(10)와, 각각이 타깃(24)을 갖고, 타깃 표면(24a)이 모두 성막 챔버(10) 내의 기재측을 향하는 자세로 서로 인접하도록 배치되는 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)와, 양 타깃(24)의 표면(24a)의 근방에 자장을 형성하는 자장 형성부(30)와, 양 캐소드(20A, 20B)에 접속되는 성막용 전원(40)과, 셔터(50)를 구비한다. 셔터(50)는, 양 캐소드의 타깃 표면(24a)과 기재 사이에 개재되어 당해 타깃 표면(24a)을 일괄적으로 기재로부터 차단하는 폐쇄 위치와, 타깃 표면(24a)과 기재 사이를 개방하여 기재에의 성막을 허용하는 개방 위치 사이에서 개폐 동작한다.

Description

성막 장치{FILM FORMING DEVICE}

본 발명은, 듀얼 마그네트론 스퍼터링에 의해 성막을 행하는 것이 가능한 장치에 관한 것이다.

종래, 기재의 표면에 성막을 실시하기 위한 수단으로서, 마그네트론 스퍼터링이 알려져 있다. 이 마그네트론 스퍼터링에서는, 플레이트 형상의 성막 재료를 포함하는 타깃과, 그 배면측에 배치되는 자장 형성부와, 상기 타깃에 스퍼터용의 전압을 인가하기 위한 전원이 사용된다. 당해 전원은, 상기 전압의 인가에 의해 글로우 방전을 발생시키고, 이에 의해 불활성 가스를 이온화한다. 한편, 상기 자장 형성부는, 상기 타깃의 정면측에 자장을 형성하여, 당해 자장을 따라 상기 이온이 지향적으로 조사되는 것을 가능하게 한다. 당해 자장은, 타깃으로부터 방출된 2차 전자를 포착하여, 효율적으로 가스의 이온화를 촉진함으로써, 낮은 불활성 가스 압력에 있어서도 글로우 방전을 유지하는 것을 가능하게 하고, 이에 의해 성막 속도를 높인다. 이 마그네트론 스퍼터링은, 그 자장 설계에 의해 당해 2차 전자나 플라즈마가 기재의 표면에 대미지를 주는 것을 억제하는 것에 활용되고, 혹은, 반대로 플라즈마 효과에 의해 피막 특성의 제어를 행하는 것에 활용되고 있다.

또한 최근에는, 상기 타깃의 표면의 오염에 관련되는 문제를 해소하기 위해, 한 쌍의 타깃을 각각 글로우 방전의 음극 및 양극으로서 사용하는 듀얼 마그네트론 스퍼터링(DMS)의 개발이 진행되고 있다. 이 DMS에서는, 상기 한 쌍의 타깃끼리의 사이에 예를 들어 교류 전원을 배치하여 각 타깃에 교대로 전압을 인가함으로써, 타깃의 표면에 생성되는 절연물의 제거 즉 셀프 클리닝을 행하고, 이에 의해 막질을 안정시킬 수 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 도 5에 모식적으로 도시되는 장치가 개시되어 있다. 이 장치는, 기재(96)를 수용하는 성막 챔버(90)와, 당해 성막 챔버(90) 내에서 서로 대각이 되는 위치에 배치되는 제1 캐소드(91) 및 제2 캐소드(92)와, 이들 캐소드(91, 92)에 교대로 전압을 인가하도록 당해 캐소드(91, 92)에 접속되는 성막용 교류 전원(94)과, 각 캐소드(91, 92)의 배후에 배치되는 도시 생략의 자장 형성용 자석을 구비한다. 도면에 도시되는 성막 챔버(90)는 위에서 볼 때 대략 8각 형상의 단면을 갖고, 그 중앙에 상기 기재(96)가 배치된다. 상기 각 캐소드(91, 92)는, 성막 재료를 포함하는 타깃과, 이것을 보유 지지하는 캐소드 본체를 갖고, 각 타깃이 상기 기재(96)측을 향하는 자세로, 상기 성막 챔버(90)의 측벽의 근방이며 서로 대각이 되는 위치에 배치된다. 따라서, 상기 기재(96)는 상기 캐소드(91, 92)끼리의 사이에 배치된다.

그러나, 상기 특허문헌 1에 기재되는 장치에서는, 기존의 설비를 이용하여 성막 개시 전의 소위 프리 스퍼터를 행할 수 없다고 하는 과제가 있다.

이 프리 스퍼터는, 타깃 표면의 불순물의 제거(셀프 클리닝), 적당한 온도까지의 타깃 온도의 점차적인 상승, 방전 상태의 안정화 등을 목적으로 하는 것이며, 성막 전의 기재와 각 타깃 사이가 셔터에 의해 차단된 상태에서 각 타깃을 방전시킴으로써 실현된다. 상기 셔터는, 상기 프리 스퍼터가 완료된 시점에서 열리고, 그 시점으로부터 상기 기재의 성막이 개시된다. 바꾸어 말하면, 프리 스퍼터 중에는 상기 셔터가 폐쇄됨으로써, 당해 프리 스퍼터에 의한 의도하지 않은 성막이 기재에 대해 행해지는 것이 방지된다.

따라서, 이 프리 스퍼터는, 상기 기재와 상기 각 타깃 사이에서 개폐 가능한 셔터를 필요로 하는 것이지만, 예를 들어 도 5에 이점 쇄선으로 나타내는 셔터(98)를 각 캐소드(91, 92)와 기재(96) 사이에 개재시키면, 각 캐소드(91, 92)의 타깃끼리의 사이도 차단되어 버리기 때문에, 성막용의 교류 전원(94)을 사용하여 당해 캐소드(91, 92) 사이에서의 방전을 행할 수 없다. 즉, 기존의 성막용 교류 전원(94)을 사용해서는 각 타깃의 프리 스퍼터를 행할 수는 없다고 하는 문제가 있다. 따라서, 이 종래 장치에서는, 상기 프리 스퍼터를 행하기 위해 성막용의 교류 전원(94)과는 다른 프리 스퍼터 전용의 전원을 각 캐소드(91, 92)에 대해 개별로 준비해야 한다. 이것은 현저한 설비 비용의 증대를 수반한다.

일본 특허 공표 제2010-507728호 공보

본 발명의 목적은, 듀얼 마그네트론 스퍼터링을 위한 적어도 한 쌍의 타깃 및 성막용 전원을 구비한 성막 장치이며, 상기 성막용 전원을 사용하여 상기 타깃의 프리 스퍼터를 행하는 것이 가능한 것을 제공하는 데 있다.

본 발명이 제공하는 성막 장치는, 특정 위치에 기재를 수용하는 성막 챔버와, 각각이 타깃을 갖고, 이들 타깃의 표면이 모두 상기 특정 위치에 배치된 기재측을 향하는 자세로 서로 인접하도록 배치되는 제1 캐소드 및 제2 캐소드와, 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 표면의 근방에 각각 마그네트론 스퍼터링용의 자장을 형성하는 자장 형성부와, 상기 제1 및 제2 캐소드에 전압을 인가하는 것이 가능해지도록 당해 제1 및 제2 캐소드에 각각 접속되는 성막용 전원과, 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 표면과 상기 기재 사이에 개재되어 당해 제1 캐소드 및 제2 캐소드의 타깃의 표면을 일괄적으로 상기 기재로부터 차단하는 폐쇄 위치와 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 표면과 상기 기재 사이를 개방하여 당해 타깃에 의한 상기 기재의 표면에의 성막을 허용하는 개방 위치 사이에서 개폐 동작이 가능한 셔터를 구비한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 성막 장치의 단면 평면도이다.
도 2는 상기 성막 장치의 주요부를 도시하는 평면도이다.
도 3은 상기 성막 장치의 주요부를 도시하는 단면 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 성막 장치의 단면 평면도이다.
도 5는 종래의 성막 장치를 도시하는 단면 평면도이다.

본 발명의 바람직한 실시 형태를, 도 1∼도 4를 참조하면서 설명한다.

도 1∼도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시한. 이 성막 장치는, 성막 챔버(10)와, DMS용의 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)와, 각 캐소드(20A, 20B)에 대해 형성되는 자장 형성부(30)와, 성막용(DMS용) 전원(40)과, 셔터 기구(50)를 구비한다.

상기 성막 챔버(10)는, 성막 대상이 되는 기재를 수용함과 함께, 스퍼터링용의 불활성 가스(화합물 박막을 더 형성하는 경우에는 반응 가스)가 봉입되는 공간을 둘러싼다. 본 발명에서는 이 성막 챔버(10)의 구체적인 형상은 한정되지 않지만, 도 1에 도시되는 것은 평면에서 볼 때 대략 8각 형상의 단면을 갖고, 그 중앙에 기재 수용 영역(60)이 설정되어 있다.

이 실시 형태에 있어서 설정되는 기재 수용 영역(60)은, 상기 성막 챔버(10)의 중심축을 따라 연장되는 원기둥 형상의 영역이며, 당해 영역의 바로 하측에 도시되지 않은 원판 형상의 기재 지지 테이블이 설치되어 있다. 당해 기재 수용 영역(60)에는, 당해 기재 수용 영역(60)과 대략 동등한 형상을 갖는 단일의 큰 원기둥 형상의 기재가 수용되어도 되고, 소직경의 원기둥 형상의 복수의 기재가 수평 방향으로 배열되도록 상기 기재 지지 테이블 상에 적재되어도 된다. 또한, 당해 기재 지지 테이블은 고정식의 것이어도 회전식의 것이어도 된다.

상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)의 각각은, 캐소드 본체(22)와, 이 캐소드 본체(22)에 착탈 가능하게 보유 지지되는 타깃(24)을 갖는다.

각 캐소드 본체(22)는, 도전성을 갖는 재료에 의해 블록 형상으로 형성되고, 이 실시 형태에서는 상하 방향으로 연장되는 각기둥 형상을 이룬다. 각 캐소드 본체(22)는 상기 타깃(24)을 착탈 가능하게 보유 지지하는 타깃 보유 지지부(26)를 갖고, 이 타깃 보유 지지부(26)는 캐소드 본체(22)의 특정한 측면 상에 설치되어 있다.

각 타깃(24)은, 성막 재료, 예를 들어 알루미늄을 포함하고, 상기 타깃 보유 지지부(26)가 설치된 상기 캐소드 본체(22)의 측면을 따라 연장되는 박판 형상을 이룬다. 이 타깃(24)은, 상기 타깃 보유 지지부(26)에 보유 지지된 상태에서 상기 캐소드 본체(22)와 함께 통전되는 것이 가능하다.

이 성막 장치의 특징으로서, 상기 제1 캐소드(20A) 및 상기 제2 캐소드(20B)는, 이들 타깃(24)의 표면(24a)이 모두 상기 기재 수용 영역(60)에 수용된(즉 특정 위치에 배치된) 기재측을 향하는 자세로 서로 인접하도록 배치되어 있다. 이 실시 형태에서는, 상기 타깃 표면(24a)이 동일한 방향을 향하도록, 구체적으로는 각 타깃 표면(24a)의 법선 방향이 상기 기재 수용 영역(60)의 중심축과 양 캐소드(20A, 20B)의 중간 위치를 연결하는 챔버 반경 방향과 실질적으로 평행해지도록, 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)가 배치되어 있다. 본 발명은, 각 타깃 표면(24a)의 법선 방향이 서로 크게 기울어져 있는 것도 포함하지만, 이들 법선 방향이 실질적으로 평행해지도록 각 타깃(24)이 배치되는 것은, 양 캐소드(20A, 20B)의 배치에 필요한 스페이스의 삭감 및 후술하는 셔터 기구(50)의 소형화를 돕는다.

상기 자장 형성부(30)는, 상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)의 각각에 대해 형성되고, 당해 캐소드의 타깃(24)의 표면(24a)의 근방에 각각 마그네트론 스퍼터링용의 자장을 형성한다. 구체적으로, 이 실시 형태에 관한 자장 형성부(30)는, 3개의 영구 자석, 즉, 제1 영구 자석(31), 제2 영구 자석(32) 및 제3 영구 자석(33)을 갖고, 이들은 상기 타깃(24)의 배후에 위치하도록 상기 캐소드 본체(22)의 내부에 내장되어 있다.

상기 마그네트론 스퍼터링용의 자장은, 상기 타깃(24)의 표면(24a)으로부터 방출되는 2차 전자를 로렌츠 힘으로 포착하도록 형성된다. 도 2는 그 자력선을 나타낸다. 상기 각 영구 자석(31∼33)은 당해 자장을 형성하도록 배열되어 있다. 구체적으로, 상기 제1 영구 자석(31)은, 상기 캐소드(20A, 20B)의 캐소드 폭 방향[이 실시 형태에서는 캐소드(20A, 20B)가 배열되는 방향과 평행한 방향]에 대해 중앙의 위치에 배치되고, 그 N극이 타깃(24)측을 향하도록 캐소드 본체(22)에 내장되어 있다. 상기 제2 및 제3 영구 자석(32, 33)은, 상기 캐소드 폭 방향에 대해 상기 제1 영구 자석(31)의 양 외측의 위치에 각각 배치되고, 각각의 S극이 타깃(24)측을 향하도록 캐소드 본체(22)에 내장되어 있다.

상기 성막용 전원(40)은, 상기 제1 캐소드(20A)와 상기 제2 캐소드(20B)에 접속되어, 이들 캐소드(20A, 20B)에 대해 특정한 주기로 교대로 전압을 인가하고, 이에 의해 타깃(24)의 재료 나아가서는 이것에 부착되는 오염 물질을 방출하기 위한 가스 이온 원자[성막 챔버(10) 내에 봉입되는 불활성 가스의 이온 원자]를 생성한다. 이 성막용 전원(40)에는, 도면에 도시되는 교류 전원 외에, 예를 들어 출력 전압을 정·부 교대로 반전시키는 바이폴라 펄스 전원을 사용하는 것이 가능하다.

상기 셔터 기구(50)는, 개폐 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 개폐 부재인 가동 셔터판(51, 52)과, 보조 셔터판(53)과, 상기 가동 셔터판(51, 52)을 각각 개폐 방향으로 이동 가능하게 지지하는 한 쌍의 개폐 지지 기구(54)를 갖고, 상기 각 셔터판(51∼53)이 본 발명에 관한 셔터를 구성한다.

상기 가동 셔터판(51, 52)은, 상기 양 캐소드(20A, 20B)의 타깃(24)의 배열 방향과 평행한 방향으로 배열되고, 도 1∼도 3에 실선으로 나타내는 폐쇄 위치와 도 1 및 도 2에 이점 쇄선으로 나타내는 개방 위치 사이를 이동할 수 있도록, 각각 상기 개폐 지지 기구(54)를 통해 상기 성막 챔버(10)에 지지된다. 가동 셔터판(51, 52)은, 상기 폐쇄 위치에서는, 상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)의 타깃(24)의 표면(24a)과 상기 기재 수용 영역(60)에 설치되는 기재의 표면 사이에 개재되어 양자 간을 일괄적으로 차단하는 한편, 상기 개방 위치에서는, 상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)의 타깃(24)의 표면(24a)과 상기 기재의 표면 사이를 개방하여 당해 타깃(24)에 의한 상기 기재의 표면에의 성막을 허용한다.

상기 가동 셔터판(51)은, 각각이 평판 형상을 이루는 본체 벽부(51a) 및 측벽부(51b)를 일체로 갖는다. 본체 벽부(51a)는, 상기 폐쇄 위치에 있어서, 상기 제1 캐소드(20A)의 타깃(24)의 표면(24a)과 기재의 표면 사이를 차단하도록, 당해 타깃 표면(24a)으로부터 당해 기재측에 거리를 두고 당해 타깃 표면(24a)과 평행이 되는 자세를 취한다. 상기 측벽부(51b)는, 상기 폐쇄 위치에 있어서의 상기 본체 벽부(51a)의 배후의 공간[타깃 표면(24a)의 정면측의 공간]을 측방으로부터 덮도록 당해 본체 벽부(51a)의 외측 테두리부로부터 후방[제1 캐소드(20A)에 근접하는 방향]으로 연장된다.

상기 가동 셔터판(52)은, 그 전체가 대략 평판 형상을 이루고, 상기 폐쇄 위치에 있어서, 상기 제2 캐소드(20B)의 타깃(24)의 표면(24a)과 기재의 표면 사이를 차단하도록, 당해 타깃 표면(24a)으로부터 당해 기재측에 거리를 두고 당해 타깃 표면(24a)과 평행이 되는 자세를 취한다. 이 가동 셔터판(52)의 내측 테두리부(52a)는, 다른 부분보다도 한층 내측으로 후퇴한 형상을 가져, 상기 폐쇄 위치에 있어서 상기 가동 셔터판(51)의 내측 테두리부와 전후 방향[성막 챔버(10)의 반경 방향과 평행한 방향]으로 겹치는 것이 가능하게 되어 있다. 이들 내측 테두리부끼리의 겹침은, 각 타깃(24)의 표면(24a)과 기재의 표면 사이의 차단을 보다 확실하게 한다. 즉, 당해 내측 테두리부끼리의 간극을 통해 타깃(24)으로부터 기재의 표면에 입자가 누출되는 것을 보다 유효하게 억제할 수 있다.

상기 보조 셔터판(53)은, 상기 폐쇄 위치에 있어서의 상기 가동 셔터판(52)의 배후의 공간[타깃 표면(24a)의 정면측의 공간]을 측방으로부터 덮도록 배치되어 있다. 구체적으로, 보조 셔터판(53)은, 상기 폐쇄 위치에 있는 가동 셔터판(52)의 외측 테두리부로부터 후방[제2 캐소드(20B)에 근접하는 방향]으로 연장하도록 하는 자세 및 위치에서 상기 성막 챔버(10)에 고정되고 있다. 이 보조 셔터판(53)은 상기 가동 셔터판(52)과 일체로 형성되는 것도 가능하다.

본 발명에서는 셔터의 구체적인 형상은 상관없다. 예를 들어 상기 가동 셔터판(51)의 측벽 판부(51b) 및 보조 셔터판(53)은, 사양에 따라 그 치수를 단축하고 혹은 생략하는 것이 가능하다. 또한, 셔터를 구성하는 부재는 반드시 평판 형상이 아니어도 되고, 만곡된 곡판 형상이어도 된다.

상기 각 개폐 지지 기구(54)는, 상기 성막 챔버(10) 내에 설치되고, 상기 각 가동 셔터판(51, 52)이 상기 폐쇄 위치와 상기 개방 위치 사이에서 이동 가능해지도록 이들 가동 셔터판(51, 52)을 각각 지지한다. 이 실시 형태에서는, 상기 각 가동 셔터판(51, 52)의 개방 위치는 당해 각 가동 셔터판(51, 52)의 배열 방향에 대해 각 폐쇄 위치의 양 외측의 위치에 설정되어 있고, 개폐 지지 기구(54)는, 상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)의 후방에 설정된 상하 방향의[즉 양 타깃(24)의 배열 방향과 직교하는 방향의] 회전 중심축 주위로 회전 가능해지도록 상기 각 가동 셔터판(51, 52)을 지지함으로써, 양 가동 셔터판(51, 52)을 개폐 가능하게 하고 있다.

구체적으로, 상기 개폐 지지 기구(54)는, 상하 한 쌍의 회전 지지축(55)과, 상하 한 쌍의 회전 아암(56)을 갖는다. 각 회전 지지축(55)은, 상기 각 가동 셔터판(51, 52)의 회전 중심축과 일치하도록 상하 방향으로 연장되는 자세로 배치되고, 자축(自軸) 주위로 회전 가능해지도록 상기 성막 챔버(10)의 천장벽 및 저벽에 각각 보유 지지되어 있다. 상기 각 회전 아암(56)은, 대응하는 캐소드[가동 셔터판(51)을 지지하는 개폐 지지 기구(54)에 대해서는 제1 캐소드(20A), 가동 셔터판(52)을 지지하는 개폐 지지 기구(54)에 대해서는 제2 캐소드(20B)]의 상방 및 하방에서 당해 캐소드에 걸치도록 배치되어, 상기 회전 지지축(55)의 내측 단부와 상기 가동 셔터판(51, 52)의 상하 단부를 각각 연결한다. 즉, 상측의 회전 아암(56)의 양 단부는, 상측의 회전 지지축(55)의 하단부와 가동 셔터판(51 또는 52)의 상단부에 연결되고, 하측의 회전 아암(56)의 양 단부는, 하측의 회전 지지축(55)의 상단부와 가동 셔터판(51 또는 52)의 하단부에 연결되어 있다.

여기서, 상기 각 가동 셔터판(51, 52)의 회전 중심축이 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)의 후방측[즉 당해 캐소드(20A, 20B)를 사이에 두고 가동 셔터판(51, 52)과 반대인 측]에 설정되어 있는 것은, 당해 가동 셔터판(51, 52)의 회전 반경을 크게 하여 그 회전 궤적이 기재 수용 영역(60)측으로 팽창되는 것을 억제하기 위해서이다. 이러한 회전 중심축의 설정은, 가동 셔터판(51, 52)이 기재 수용 영역(60)으로 진입하는 것을 피하면서 당해 가동 셔터판(51, 52)과 당해 기재 수용 영역(60)을 근접시켜 장치 전체를 소형화하는 것을 가능하게 한다.

상기 각 개폐 지지 기구(54)의 한쪽의 회전 지지축(55)에는 구동원인 도시되지 않은 액추에이터가 연결되고, 이 액추에이터에 의해 각 가동 셔터판(51, 52)이 개폐 지지 기구(54)를 통해 개폐 방향으로 구동된다. 이 구동원은 본 발명에 있어서 필수의 것은 아니다. 또한, 양 개폐 지지 기구(54)가 서로 개폐 방향으로 연동하도록 이들 개폐 지지 기구(54)를 적당한 링크 기구를 통해 연결함으로써, 단일의 구동원으로 양 가동 셔터판(51, 52)을 개폐시키는 것도 가능하다.

본 발명에서는, 개폐를 위한 셔터의 구체적인 움직임도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 각 가동 셔터판(51, 52)은, 각 타깃(24)의 표면(24a)과 기재 표면 사이에 개재하는 폐쇄 위치와 그곳으로부터 상측, 하측 혹은 양 외측으로 벗어난 개방 위치 사이에서 평행 이동하는 것이어도 된다. 혹은, 단일의 가동 셔터판으로 양 타깃(24)의 표면(24a)과 기재의 표면 사이를 차단하는 것도 가능하다.

이 장치는, 그 밖에, 도시는 하지 않지만, 워크에 불활성 가스 이온을 끌어 당겨 충돌시킴으로써 막질의 제어를 행하기 위한 바이어스 전원이나, 성막 챔버(10) 내를 배기하기 위한 배기 설비, 성막 챔버(10) 내에 가스를 도입하기 위한 가스 도입부 등을 구비한다.

이상 설명한 성막 장치에 따르면, 예를 들어 다음의 공정을 거침으로써 기재의 표면에 질이 높은 박막을 형성하는 것이 가능하다.

1) 준비 공정

성막 챔버(10) 내의 기재 수용 영역(60)에 기재가 세트되고, 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)의 캐소드 본체(22)에 필요한 타깃(24)이 장착된다. 그 후, 성막 챔버(10) 내가 밀폐되고, 진공화된 후, 스퍼터링용의 불활성 가스(예를 들어 아르곤 가스), 더 필요한 경우에는 반응 가스가 봉입된다. 예를 들어, 상기 기재의 표면에 알루미나가 성막되는 경우, 상기 타깃(24)으로서 알루미늄 타깃이 캐소드 본체(22)에 장착됨과 함께, 상기 반응 가스로서 산소 가스가 봉입된다.

2) 프리 스퍼터

상기 기재에의 성막 전에 소위 프리 스퍼터가 행해진다. 당해 기재에의 성막(DMS)은, 성막용 전원(40)으로부터 상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)에 전압을 교대로 인가하여 방전시킴으로써 행해지지만, 방전 개시 직후에는 타깃(24)의 온도가 낮고, 또한 방전 전압이 약간 높은 편으로 반응의 모드(예를 들어 메탈 모드, 리액티브 모드, 그 동안의 천이 모드)가 원하는 모드로부터 벗어날 가능성이 높기 때문에, 방전과 동시에 성막을 개시해서는 원하는 막질 및 성막 레이트를 얻는 것이 어렵다. 따라서, 방전 상태가 안정될 때까지 프리 스퍼터가 행해진다.

이 프리 스퍼터에서는, 개폐 부재인 가동 셔터판(51, 52)을 폐쇄 위치에 유지한 상태에서, 즉, 이들 가동 셔터판(51, 52)에 의해 각 캐소드(20A, 20B)의 타깃(24)의 표면(24a)과 기재 표면 사이를 차단한 상태에서, 당해 타깃(24)으로부터의 방전이 행해진다. 일반적으로, 이 방전이 안정될 때까지는 당해 방전의 개시로부터 수십 초 내지 수 분 걸리지만, 상기 가동 셔터판(51, 52)이 타깃 표면(24a)과 기재 표면 사이를 차단하고 있기 때문에, 당해 방전에 관계없이 기재의 표면에 바람직하지 않은 피막을 퇴적시키는 일 없이, 방전의 안정화를 기다릴 수 있다. 또한, 각 타깃(24)의 표면에 오염 물질이 부착되어 있는 경우에는 이것을 스퍼터링으로 방출하는 것이 가능하며(소위 셀프 클리닝), 이 점도 다음의 공정에서 형성되는 막질의 향상에 유효하게 된다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)의 타깃(24)이 서로 인접하도록 배치되어 있기 때문에, 상기 프리 스퍼터를 성막용 전원(40)을 이용하여 행하는 것이 가능하다. 예를 들어 도 5에 도시하는 장치와 같이 기재(96)를 사이에 두고 서로 대향하도록 캐소드(91, 92)가 배치되는 경우, 동 도면에 이점 쇄선으로 나타내는 셔터(98)를 각 캐소드(91, 92)와 기재(96) 사이에 개재시키면, 당해 셔터(98)에 의해 캐소드(91, 92) 사이도 차단되어 버리기 때문에, 양 캐소드(91, 92)에 공통으로 접속되는 성막용 전원(94)을 사용해서는 프리 스퍼터를 행할 수 없다. 이에 반해 도 1 및 도 2의 배치에서는, 폐쇄 위치에 있는 가동 셔터판(51, 52)을 기준으로 하여 동일한 측[기재 수용 영역(60)과 반대인 측]에 양 캐소드(20A, 20B)가 배치되어 있기 때문에, 성막용 전원(40)을 이용하여 각 캐소드(20A, 20B)의 프리 스퍼터를 위한 방전[가동 셔터판(51, 52)을 폐쇄한 상태에서의 방전]을 행하는 것이 가능하다.

3) 기재에의 성막

상기 프리 스퍼터가 종료된 시점에서 가동 셔터판(51, 52)을 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동시킴으로써, DMS에 의한 기재 표면에의 성막을 개시할 수 있다. 구체적으로는, 상기 방전에 의해 생성된 가스 이온 원자가 각 타깃(24)의 표면으로부터 성막 재료를 방출하여 기재의 표면에 부착·퇴적시킴으로써, 당해 기재 표면 상에서의 성막이 진행된다. 상기 프리 스퍼터의 종료를 판단하는 기준은 적절히 설정되는 것이 가능하며, 예를 들어, 타깃(24)의 온도의 상승, 방전 상태의 안정, 셀프 클리닝에 의한 불순물의 제거의 완료 등을 들 수 있다.

상기 성막을 개시하는 시점에서는 이미 방전 상태가 안정되어 있고, 또한 셀프 클리닝에 의해 타깃 표면(24a)이 청정화되어 있기 때문에, 높은 품질의 박막을 형성하는 것이 가능하다. 이와 같이 하여 성막이 종료된 후에는, 상기 기재가 냉각되고, 성막 챔버(10)로부터 취출된다.

이 제1 실시 형태에 관한 성막 장치에서는, 하나의 성막 챔버(10) 내에 한 쌍의 캐소드(20A, 20B)만이 배치되어 있지만, 본 발명에서는, 성막 챔버(10) 내의 복수의 개소에 각각 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)를 포함하는 캐소드 쌍이 배치되고, 이들 캐소드 쌍에 각각 성막용 전원이 접속되어도 된다. 또한, 동일한 성막 챔버(10) 내에 상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)에 의한 스퍼터링과는 다른 성막을 실행하는 성막부를 더 구비하는 것도 가능하다.

도 4에 도시되는 것은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 성막 장치이며, 상기와 같은 복수 개소에의 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)의 배치와, 이들 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B) 이외의 다른 성막부(70)의 구비를 콤팩트한 구조로 실현하는 것이다.

이 장치에서는, 상기 성막 챔버(10)에 있어서, 상기 기재 수용 영역(60)을 사이에 두고 서로 대각이 되는 개소에 각각, 상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B) 및 셔터 기구(50)가 배치되어 있다. 이 배치는, 상기 각 개소에 각각 배치된 타깃 쌍의 동시 구동에 의해, 기재 수용 영역(60)에 수용된 기재의 성막을 효율적으로 신속히 행하는 것을 가능하게 한다. 또한, 각각의 셔터 기구(50)에 있어서 셔터를 폐쇄함으로써 각 캐소드 쌍에서의 프리 스퍼터(셀프 클리닝)도 당해 캐소드 쌍에 접속된 성막용 전원(40)에 의해 지장없이 행하는 것이 가능하다.

한편, 상기 다른 성막부(70)는, 상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)가 배치되는 개소와 다른 개소이며, 이들 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)와 함께 상기 기재 수용 영역(60)을 둘러싸는 개소에 형성되어 있다. 구체적으로는, 상기 캐소드(20A, 20B)의 배치 개소로부터 각각 성막 챔버(10)의 둘레 방향으로 90° 이격된 개소에 각각 상기 성막부(70)가 배치되어 있다. 이 배치는, 상기 성막부(70)에 의한 성막과, 서로 대각이 되는 위치에 배치된 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)의 동시 구동에 의한 효율적인 듀얼 마그네트론 스퍼터링의 양쪽을 동일한 성막 챔버(10) 내에서 효율적으로 또한 콤팩트한 구조로 행하는 것을 가능하게 한다.

예를 들어, 상기 성막부(70)가 스퍼터링 이외의 성막(예를 들어 아크 이온 플레이팅)을 행하는 것이며 그 막이 주층으로서 사용되고, 상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)에 의해 형성되는 막이 상기 주층 상에 겹쳐지는 상층이며 부가 기능을 부여하는 기능층을 구성하는 것인 경우, 당해 성막부(70)에 의한 성막은 상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)에 의한 DMS 전에 행해지게 되고, 그 성막 중에 성막 입자가 발생하게 된다. 그러나, 이 성막부(70)에 의한 성막의 실행 중에는 각 셔터 기구(50)의 가동 셔터판(51, 52)을 폐쇄 위치로 해 둠으로써, 상기 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)의 방전이 정지되어 있음에도 불구하고, 상기 성막 입자가 타깃(24)의 표면(24a)에 오염 물질로서 부착, 퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 당해 성막부(70)에 의한 성막 후에는, 상기 제1 실시 형태와 동일한 요령으로 제1 및 제2 캐소드(20A, 20B)에의 전압의 인가에 의해 프리 스퍼터 및 본 성막을 행함으로써, 상기 성막부(70)가 형성한 기초막 상에 고품질의 박막을 형성하는 것이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 듀얼 마그네트론 스퍼터링을 위한 적어도 한 쌍의 타깃 및 성막용 전원을 구비한 성막 장치이며, 상기 성막용 전원을 사용하여 상기 타깃의 프리 스퍼터를 행하는 것이 가능한 것이 제공된다. 이 성막 장치는, 특정 위치에 기재를 수용하는 성막 챔버와, 각각이 타깃을 갖고, 이들 타깃의 표면이 모두 상기 특정 위치에 배치된 기재측을 향하는 자세로 서로 인접하도록 배치되는 제1 캐소드 및 제2 캐소드와, 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 표면의 근방에 각각 마그네트론 스퍼터링용의 자장을 형성하는 자장 형성부와, 상기 제1 및 제2 캐소드에 전압을 인가하는 것이 가능해지도록 당해 제1 및 제2 캐소드에 각각 접속되는 성막용 전원과, 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 표면과 상기 기재 사이에 개재되어 당해 제1 캐소드 및 제2 캐소드의 타깃의 표면을 일괄적으로 상기 기재로부터 차단하는 폐쇄 위치와 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 표면과 상기 기재 사이를 개방하여 당해 타깃에 의한 상기 기재의 표면에의 성막을 허용하는 개방 위치 사이에서 개폐 동작이 가능한 셔터를 구비한다.

이 성막 장치에 따르면, 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃이 서로 인접하고 있고, 이들 타깃의 표면과 상기 기재 사이를 일괄적으로 차단하도록 셔터가 배치되어 있기 때문에, 바꾸어 말하면, 폐쇄 위치에 있는 셔터를 사이에 두고 상기 기재와는 반대인 측 즉 서로 동일한 측에 제1 및 제2 캐소드의 타깃이 배치되어 있기 때문에, 당해 셔터가 폐쇄 위치에 있는 상태에서 성막용 전원을 사용하여 상기 제1 및 제2 캐소드 사이에서의 방전을 행할 수 있다. 즉, 상기 셔터를 폐쇄한 상태에서 프리 스퍼터를 행할 수 있다. 그리고, 이 프리 스퍼터가 완료된 후에 상기 셔터를 개방 위치로 이동시킴으로써, 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃을 사용하여 상기 기재에 대해 듀얼 마그네트론 스퍼터링에 의한 성막을 행할 수 있다.

상기 제1 및 제2 캐소드는, 각각의 타깃의 표면이 동일한 방향을 향하도록 배치되는 것이, 바람직하다. 이 배치는, 상기 셔터가 콤팩트한 배치에 의해 기재와 간섭하지 않고 개폐 동작을 하는 것을 가능하게 한다.

구체적으로, 상기 셔터는, 예를 들어, 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 배열 방향과 동일한 방향으로 배열되는 한 쌍의 개폐 부재를 포함하고, 이들 개폐 부재가 상기 배열 방향과 직교하는 회전 중심축 주위로 회전 가능해지도록 상기 성막 챔버에 지지되고 당해 회전에 의해 상기 개방 위치와 상기 폐쇄 위치 사이에서 이동하는 것이, 적합하다. 이들 개폐 부재는, 기재와 간섭하지 않는 작은 궤적으로 각각 회전하면서 상기 폐쇄 위치와 상기 개방 위치 사이를 이동할(즉 개폐 동작을 행할) 수 있다.

이 경우, 상기 각 회전 중심축은, 예를 들어, 상기 제1 및 제2 캐소드를 사이에 두고 상기 개폐 부재와 반대인 측의 위치에 설정되는 것이, 바람직하다. 이러한 회전 중심축의 설정은, 각 개폐 부재의 회전 반경을 크게 하고, 이에 의해, 당해 개폐 부재의 회전 궤적이 기재측으로 크게 팽창되어 당해 기재와 간섭하는 것을 피하는 것을 가능하게 한다.

본 발명에서는, 상기 성막 챔버에 있어서 상기 기재를 사이에 두고 서로 대각이 되는 개소에 각각 상기 제1 및 제2 캐소드 및 상기 셔터가 설치되는 것이, 바람직하다. 이 배치는, 상기 각 개소에 각각 배치된 타깃 쌍의 동시 구동에 의해, 상기 기재의 성막을 효율적으로 신속히 행하는 것을 가능하게 한다. 또한, 각 셔터를 폐쇄함으로써 각 타깃 쌍의 프리 스퍼터(셀프 클리닝)도 당해 타깃 쌍에 접속된 성막용 전원에 의해 지장없이 행하는 것이 가능하다.

본 발명에 관한 성막 장치는, 상기 제1 및 제2 캐소드에 더하여, 상기 성막 챔버 내에 배치되고 상기 제1 및 제2 캐소드에 의한 스퍼터링과는 다른 성막을 실행하는 성막부를 더 구비하는 것이 가능하다. 이 경우, 당해 성막부가 다른 성막(예를 들어 아크 이온 플레이팅이나 CVD)을 실행하고 있는 동안에는 상기 셔터를 폐쇄 위치로 해 둠으로써, 상기 성막 입자가 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 표면에 오염 물질로서 부착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가령 당해 부착이 발생해도, 상기 셔터를 폐쇄한 상태에서의 제1 및 제2 캐소드 사이의 방전에 의한 셀프 클리닝에 의해 상기 타깃 표면 상에서의 오염 물질의 퇴적을 방지할 수 있다.

이 경우의 상기 제1 및 제2 캐소드 및 상기 성막부의 배치에 대해서는, 예를 들어, 상기 성막 챔버에 있어서 상기 기재를 사이에 두고 서로 대각이 되는 개소에 각각, 상기 제1 및 제2 캐소드 및 셔터가 설치되고, 이들 개소와는 다른 개소이며 상기 제1 및 제2 캐소드와 함께 상기 기재를 둘러싸는 개소에 상기 성막부가 배치되는 것이, 바람직하다. 당해 배치는, 상기 성막부에 의한 성막과, 상기 각 개소에 있어서의 제1 및 제2 캐소드의 동시 구동에 의한 효율적인 듀얼 마그네트론 스퍼터링의 양쪽을 동일한 성막 챔버 내에서 효율적으로 또한 콤팩트한 구조로 행하는 것을 가능하게 한다.

Claims

성막 장치이며,
특정 위치에 기재를 수용하는 성막 챔버와,
각각이 타깃을 갖고, 이들 타깃의 표면이 모두 상기 특정 위치에 배치된 기재측을 향하는 자세로 서로 인접하도록 배치되는 제1 캐소드 및 제2 캐소드와,
상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 표면의 근방에 각각 마그네트론 스퍼터링용의 자장을 형성하는 자장 형성부와,
상기 제1 및 제2 캐소드에 전압을 인가하는 것이 가능해지도록 당해 제1 및 제2 캐소드에 접속되는 성막용 전원과,
상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 표면과 상기 기재 사이에 개재되어 당해 제1 캐소드 및 제2 캐소드의 타깃의 표면을 일괄적으로 상기 기재로부터 차단하는 폐쇄 위치와 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 표면과 상기 기재 사이를 개방하여 당해 타깃에 의한 상기 기재의 표면에의 성막을 허용하는 개방 위치 사이에서 개폐 동작이 가능한 셔터와,
한 쌍의 개폐 지지 기구를 구비하고,
상기 셔터는, 상기 제1 및 제2 캐소드의 타깃의 배열 방향과 동일한 방향으로 배열되는 한 쌍의 개폐 부재를 포함하고,
상기 한 쌍의 개폐 지지 기구는, 상기 한 쌍의 개폐 부재가 상기 배열 방향과 직교하는 각각의 회전 중심축 주위로 회전하여 당해 회전에 의해 상기 개방 위치와 상기 폐쇄 위치 사이에서 이동하도록 당해 한 쌍의 개폐 부재를 각각 지지하는 것이며, 상기 회전 중심축의 각각은, 상기 제1 및 제2 캐소드를 사이에 두고 상기 개폐 부재와 반대측의 위치에 설정되어 있고,
상기 한 쌍의 개폐 지지 기구의 각각은, 상기 회전 중심축과 일치하도록 상하 방향으로 연장되는 상측 회전 지지축 및 하측 회전 지지축과, 상기 제1 및 제2 캐소드 중 대응하는 캐소드를 당해 캐소드의 상방에서 걸치도록 배치되면서 상기 상측 회전 지지축과 상기 개폐 부재의 상단부를 연결하는 상측 회전 아암과, 상기 제1 및 제2 캐소드 중 대응하는 캐소드를 당해 캐소드의 하방에서 걸치도록 배치되면서 상기 하측 회전 지지축과 상기 개폐 부재의 하단부를 연결하는 하측 회전 아암과 갖는, 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 캐소드는, 각각의 타깃의 표면이 동일한 방향을 향하도록 배치되는, 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 성막 챔버에 있어서 상기 기재를 사이에 두고 서로 대각이 되는 개소에 각각 상기 제1 및 제2 캐소드 및 상기 셔터가 설치되는, 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 캐소드에 더하여, 상기 성막 챔버 내에 배치되고 상기 제1 및 제2 캐소드에 의한 스퍼터링과는 다른 성막을 실행하는 성막부를 더 구비하는, 성막 장치.
제4항에 있어서, 상기 성막 챔버에 있어서 상기 기재를 사이에 두고 서로 대각이 되는 개소에 각각, 상기 제1 및 제2 캐소드 및 셔터가 설치되고, 이들 개소와는 다른 개소이며 상기 제1 및 제2 캐소드와 함께 상기 기재를 둘러싸는 개소에 상기 성막부가 배치되는, 성막 장치.