KR20190038430A - 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동하는 워크 근방의 압력을 저하시켜, 막의 치밀성을 향상시킬 수 있는 성막(成膜) 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일단부에 개구(34a)를 갖는 성막실(34)을 갖고, 성막실(34) 내에 성막 재료로 이루어지는 타겟(30a)을 구비하며, 성막실(34) 내의 스퍼터 가스(G1)에 생성된 플라즈마에 의해, 개구(34a)에 대향하는 워크(W)의 표면에 타겟(30a)의 성막 재료를 퇴적시켜 성막하는 성막부(3)와, 워크(W)를 미리 정해진 반송 경로(L)를 따라 반송함으로써, 성막실(34)의 개구(34a)에 대향하는 대향 영역과, 성막실(34)의 개구(34a)에 대향하지 않는 비대향 영역을 반복해서 통과시키는 반송체(5)를 갖고, 반송체(5)는, 워크(W)가 배치되고, 대향 영역을 통과할 때에, 성막실(34) 내를 플라즈마의 착화(着火) 하한 압력 미만 또한 플라즈마의 방전 유지 하한 압력 이상으로 하는 저압 포지션(51)과, 워크(W)가 배치되지 않고, 대향 영역을 통과할 때에, 성막실(34) 내를 착화 하한 압력 이상으로 하는 고압 포지션(52)을 갖는다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은 성막(成膜) 장치에 관한 것이다.
반도체 장치나 액정 디스플레이 혹은 광디스크 등 각종의 제품의 제조 공정에 있어서, 예컨대 웨이퍼나 유리 기판 등의 워크 상에 박막을 성막하는 경우가 있다. 박막은, 워크에 대해 금속 등의 막을 형성하는 성막이나, 형성한 막에 대해 에칭, 산화 또는 질화 등의 막 처리를 행하는 것 등에 의해, 작성할 수 있다.
이러한 성막을 행하는 장치로서, 플라즈마를 이용하여 스퍼터링에 의해 성막을 행하는 성막 장치가 제안되어 있다. 이러한 성막 장치는, 타겟을 배치한 진공 용기에 불활성 가스를 도입하고, 직류 전압을 인가한다. 이에 의해 플라즈마화한 불활성 가스의 이온을, 성막 재료의 타겟에 충돌시키고, 타겟으로부터 나온 재료를 워크에 퇴적시켜 성막을 행한다.
또한, 성막 처리를 연속해서 행할 수 있도록, 성막 장치로서, 하나의 진공 용기의 내부에 회전 테이블을 배치하고, 회전 테이블의 상방의 둘레 방향으로, 성막을 행하는 성막 유닛을 복수 배치한 구성의 것이 있다. 워크를 회전 테이블 상에 유지해서 순환 반송하여, 성막 유닛 바로 아래를 반복해서 통과시킴으로써, 성막 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 제4416422호 공보
여기서, 성막 장치에 의한 성막에는, 예컨대, TiO2나 SiO2를 몇 층이나 적층시켜, 광학 간섭을 이용한 반사 방지막, 증반사막과 같은 막을 작성하는 경우에, 시각성을 향상시키기 위해서, 막의 치밀성을 높이고 싶다고 하는 요망이 있다.
스퍼터링에 의한 성막에 있어서, 막의 치밀성을 높이는 기술로서는, 타겟 근방의 압력을 0.01 ㎩ 정도로 비교적 높게 하여, 플라즈마 생성을 위한 방전에 필요한 압력을 유지하면서, 워크인 기판 근방의 압력을 낮게 하는 것이, 특허문헌 1에 기재되어 있다. 압력이 낮으면, 타겟으로부터 나온 성막 재료인 스퍼터 입자는, 워크에 도달할 때까지 가스 분자와 충돌하는 횟수가 줄어들기 때문에, 에너지를 상실하지 않고, 방향의 변화가 억제된다. 높은 에너지로 워크에 도달한 스퍼터 입자는, 워크의 표면에서 움직일 수 있기 때문에, 박막의 성긴 부분으로 스퍼터 입자가 이동하여, 치밀한 막이 형성된다.
한편, 타겟과 워크와의 거리가 멀면, 스퍼터 입자의 에너지가 감쇠하고, 방향의 변화도 발생하기 쉽다. 이 때문에, 막의 치밀성을 높이기 위해서는, 타겟과 워크와의 거리는 가까운 것이 바람직하다. 그러나, 상기한 바와 같이 타겟 근방은 비교적 높은 압력으로 하는 것이 필요하기 때문에, 타겟과 워크와의 거리를 가깝게 하면, 워크 근방의 압력을 낮게 하는 것이 어려워진다. 즉, 저감할 수 있는 워크 근방의 압력의 레벨에는 한계가 있다.
게다가, 상기와 같은 순환 반송식의 성막 장치의 경우, 챔버 내에 성막 유닛과 회전 테이블을 수용하기 위해서, 성막 유닛에 있어서의 타겟과 테이블 상의 워크와의 거리를 이격시키는 것은, 장치 전체의 대형화로 이어진다. 이 때문에, 타겟과 워크와의 거리가 비교적 가까워져, 타겟 근방과 워크 근방 사이에 압력차를 두는 것이 어렵다. 또한, 특허문헌 1에서는, 타겟 근방에의 스퍼터 가스의 공급을 행하는 가스 공급 장치, 타겟을 둘러싸는 노즐 형상 부재, 워크 근방을 배기하는 배기 장치를 설치하고 있으나, 회전 테이블에 대향하는 각 성막 유닛의 각각에 이러한 구성을 부가하는 것은 어렵다.
또한, 타겟과 워크와의 거리를 지나치게 가깝게 하면, 국소적으로 막이 두꺼워지는 등, 막 두께 분포의 문제가 발생한다. 특히, 복수의 타겟을 동시에 스퍼터시켜 성막하는 경우, 각 타겟에 대응하는 위치에 막 두께의 피크가 발생하고, 타겟 사이의 막 두께가 얇아져, 막 두께 분포의 균일성이 저하된다.
또한, 워크에 대해 바이어스 전압을 인가하여, 스퍼터를 행함으로써, 막의 치밀성을 향상시키는 방법이 있다. 그러나, 회전 테이블에 의해 순환 반송되고 있는 워크에 전압을 인가하는 구조를 부가하는 것은, 성막 장치의 구성이 매우 복잡해진다. 또한, 타겟에의 인가 전압을 올려, 막의 치밀성을 향상시키는 방법이 있다. 그러나, 현상(現狀)에서 인가하고 있는 전압을 더욱 상승시키면, 타겟이 손상될 가능성이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서, 이동하는 워크 근방의 압력을 저하시켜, 막의 치밀성을 향상시킬 수 있는 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 성막 장치는, 일단부에 개구를 갖는 성막실을 갖고, 상기 성막실 내에 성막 재료로 이루어지는 타겟을 구비하며, 상기 성막실 내의 스퍼터 가스에 생성된 플라즈마에 의해, 상기 개구에 대향하는 워크의 표면에 상기 타겟의 성막 재료를 퇴적시켜 성막하는 성막부와, 상기 워크를 미리 정해진 반송 경로를 따라 반송함으로써, 상기 성막실의 개구에 대향하는 대향 영역과, 상기 성막실의 개구에 대향하지 않는 비대향 영역을 반복해서 통과시키는 반송체를 갖고, 상기 반송체는, 상기 워크가 배치되고, 상기 대향 영역을 통과할 때에, 상기 성막실 내를 플라즈마의 착화(着火) 하한 압력 미만이며 또한 플라즈마의 방전 유지 하한 압력 이상으로 하는 저압 포지션과, 상기 워크가 배치되지 않고, 상기 대향 영역을 통과할 때에, 상기 성막실 내를 착화 하한 압력 이상으로 하는 고압 포지션을 갖는다.
상기 저압 포지션의 상기 개구에 대향하는 대향면과 상기 타겟과의 거리가, 상기 고압 포지션의 상기 개구에 대향하는 대향면과 상기 타겟과의 거리보다 길어도 좋다.
상기 저압 포지션의 상기 반송 경로를 따르는 방향의 거리 및 상기 고압 포지션의 상기 반송 경로를 따르는 방향의 거리는, 각각 상기 개구의 상기 반송 경로를 따르는 방향의 거리 이상이어도 좋다.
상기 저압 포지션은, 상기 워크가 배치되는 오목부를 갖고 있어도 좋다. 상기 저압 포지션과 상기 개구 사이의 컨덕턴스가, 상기 고압 포지션과 상기 개구 사이의 컨덕턴스보다 커도 좋다.
상기 반송체는, 상기 워크를 원주의 궤적으로 순환 반송시키는 회전 테이블이고, 상기 개구 및 상기 저압 포지션은, 대략 부채꼴이어도 좋다.
상기 저압 포지션 및 상기 고압 포지션이 대향하는 영역에, 성막부에서 워크(W)에 형성된 막에 대해 물질을 화합시킴으로써, 화합물막을 생성하는 처리를 행하는 막 처리부를 갖고, 상기 고압 포지션과 상기 개구 사이의 컨덕턴스에 대해, 상기 저압 포지션과 상기 개구 사이의 컨덕턴스가 1.0을 초과하고, 10.0배 이하여도 좋다.
상기 저압 포지션이 상기 대향 영역을 통과할 때의 상기 성막실 내의 압력을 P1, 상기 저압 포지션의 상기 개구에 대향하는 대향면과 상기 타겟과의 거리를 H1, 상기 고압 포지션이 상기 대향 영역을 통과할 때의 상기 성막실 내의 압력을 P2, 상기 고압 포지션의 상기 개구에 대향하는 대향면과 상기 타겟과의 거리를 H2라고 하면, P1×H1≤P2×H2여도 좋다.
상기 저압 포지션의 상기 개구에 대향하는 대향면과 상기 타겟과의 거리가 가변으로 형성되어 있어도 좋다.
상기 저압 포지션에는, 단수 또는 복수의 트레이를 통해, 워크가 배치되어 있어도 좋다.
상기 저압 포지션이 상기 대향 영역을 통과할 때에, 상기 성막실 내를 플라즈마의 방전 유지 하한 압력 이상, 플라즈마의 착화 하한 압력 미만으로 하고, 상기 고압 포지션이 상기 대향 영역을 통과할 때에, 상기 성막실 내를 착화 하한 압력 이상으로 하도록, 상기 스퍼터 가스를 상기 성막실 내에 공급하는 가스 공급부를 갖고 있어도 좋다.
본 발명은 이동하는 워크 근방의 압력을 저하시켜, 막의 치밀성을 향상시킬 수 있는 성막 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치의 구성을 모식적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 실시형태의 반송체를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 2의 고압 포지션이 성막부에 대향하는 위치에 온 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 반송체의 저압 포지션, 고압 포지션, 성막실의 개구의 반송 경로를 따르는 길이를 도시한 설명도이다.
도 6은 저압 포지션이 개구에 겹쳐지기 시작한 상태를 도시한 설명도이다.
도 7은 저압 포지션이 개구 바로 아래에 온 상태를 도시한 설명도이다.
도 8은 저압 포지션이 개구 바로 아래로부터 어긋난 상태를 도시한 설명도이다.
도 9는 저압 포지션이 개구와의 겹침이 없어지기 직전의 상태를 도시한 설명도이다.
도 10은 고압 포지션이 개구 바로 아래에 온 상태를 도시한 설명도이다.
도 11은 성막실 내의 압력 변동의 일례를 도시한 그래프이다.
도 12는 성막 장치 내의 스퍼터 가스의 흐름을 도시한 설명도(a), 실드 부재의 외형 치수를 도시한 설명도(b)이다.
도 13은 막 처리부에 공급되는 산소의 유량과 Nb2Ox막의 광의 흡수율의 관계를 도시한 그래프이다.
도 14는 막 처리부에 공급되는 산소의 유량과 성막부의 방전 전압의 관계를 도시한 그래프이다.
도 15는 복수의 칩에의 성막을 행한 실험의 칩의 배치를 도시한 설명도이다.
도 16은 도 13의 실험의 결과를 막의 굴절률로 도시한 그래프이다.
본 실시형태의 성막 장치를, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 성막 장치(1)의 간략 평면도, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
[개요]
본 실시형태의 성막 장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(2), 성막부(3a∼3f), 막 처리부(4), 반송체(5)를 갖는다. 챔버(2)는, 내부를 진공으로 하는 것이 가능한 용기이다. 성막부(3a∼3f)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 일단부에 개구(34a)를 갖는 성막실(34)을 갖고, 성막실(34) 내에 성막 재료로 이루어지는 타겟(30a)을 구비하며, 성막실(34) 내의 스퍼터 가스(G1)로 생성된 플라즈마에 의해, 개구(34a)에 대향하는 워크(W)의 표면에, 타겟(30a)의 성막 재료를 퇴적시켜 성막하는 구성부이다.
본 실시형태에서는, 성막실(34)은, 후술하는 바와 같이, 챔버(2) 내에 설치된 실드 부재(33)의 내부에 형성되는 공간이다. 실드 부재(33)는, 챔버(2)의 천장과 반대측이 개구(34a)로 되어 있다. 즉, 성막실(34) 및 개구(34a)는, 실드 부재(33)에 형성되어 있으나, 본 발명에서는 편의상, 성막실(34)의 개구(34a)라고 칭한다. 한편, 성막 장치(1)에 있어서 처리되는 워크(W)는, 웨이퍼, 유리 기판, 전자 부품 등이 적용 가능하지만, 그 외에, 표면에 성막이 필요한 모든 부재를 적용할 수 있다. 또한, 워크(W)의 형상은, 평판형이어도, 곡면이나 요철을 가져도 좋다. 본 실시형태에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 곡면을 갖는 워크(W)를 이용한다.
막 처리부(4)는, 성막부(3a∼3f)에서 워크(W)에 형성된 막에 막 처리를 행하는 구성부이다. 막 처리로서는, 후산화 처리 등에 의한 산화막, 질화막 등의 화합물막의 생성, 에칭, 애싱 등의 표면 개질, 클리닝 등을 포함한다. 후산화 처리란, 성막부(3)에서 성막된 금속 혹은 반도체의 막에 대해, 플라즈마에 의해 생성된 산소 이온 등을 반응시킴으로써, 금속 혹은 반도체의 막을 산화하는 처리이다.
반송체(5)는, 워크(W)를 미리 정해진 반송 경로(L)를 따라 반송함으로써, 성막실(34)의 개구(34a)에 대향하는 대향 영역과, 성막실(34)의 개구(34a)에 대향하지 않는 비대향 영역을 반복해서 통과시키는 구성부이다. 대향 영역은, 개구(34a)와 이격하면서 평면에서 보아 겹침이 발생하는 영역이고, 비대향 영역은 개구(34a)와 이격하면서 평면에서 보아 겹침이 발생하지 않는 영역이다. 본 실시형태에서는, 개구(34a) 바로 아래의 영역이, 대향 영역이 된다.
복수의 성막부(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) 및 막 처리부(4)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반송체(5)에 형성되는 워크(W)의 반송 경로(L)를 따라, 서로 미리 정해진 간격을 두고 인접하도록 배치되어 있다. 워크(W)가 성막부(3), 막 처리부(4) 아래를 통과함으로써, 각 처리가 행해진다. 한편, 성막부(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f)를 구별하지 않는 경우에는, 성막부(3)로서 설명한다.
[구성]
이하, 상기와 같은 성막 장치(1)의 구성을 구체적으로 설명한다.
(챔버)
챔버(2)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 대략 원통형의 밀폐 용기이다. 챔버(2)에는, 도시하지 않은 펌프 등의 감압 장치에 접속된 배기부(2a)가 설치되어 있고, 이 배기부(2a)로부터의 배기에 의해, 챔버(2)의 내부를 진공으로 하는 것이 가능해진다.
(성막부)
성막부(3)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 스퍼터원(30), DC 전원(31), 스퍼터 가스 도입부(32), 실드 부재(33)를 갖는다. 스퍼터원(30)은, 타겟(30a), 배킹 플레이트(backing plate)(30b), 전극(30c)을 갖는다. 타겟(30a)은, 워크(W) 상에 퇴적되어 막이 되는 성막 재료로 구성된 판형의 부재이다. 타겟(30a)은, 워크(W)가 성막실(34) 아래를 통과할 때에, 워크(W)와 대향하는 위치에 설치된다. 본 실시형태의 타겟(30a)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 원형의 것이 2개 설치되어 있다. 단, 타겟(30a)의 수는, 이것에는 한정되지 않는다. 타겟(30a)을 하나로 해도, 3개 이상으로 해도 좋다.
배킹 플레이트(30b)는, 타겟(30a)을 유지하는 부재이다. 전극(30c)은, 챔버(2)의 외부로부터 타겟(30a)에 전력을 인가하기 위한 도전성의 부재이다. 한편, 스퍼터원(30)에는, 필요에 따라 마그넷, 냉각 기구 등이 적절히 구비되어 있다.
DC 전원(31)은, 타겟(30a)에 전극(30c)을 통해 직류 전압을 인가하는 전원이다. 한편, 전원에 대해서는 DC 펄스 전원, RF 전원 등, 주지의 것을 적용할 수 있다. 스퍼터 가스 도입부(32)는, 챔버(2)의 상면의, 타겟(30a)을 부착한 개소 근방으로부터, 스퍼터 가스(G1)를 성막실(34)에 도입하는 가스 공급부이다. 스퍼터 가스(G1)는, 예컨대, 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스를 이용할 수 있다.
실드 부재(33)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 평면에서 보아 대략 부채꼴의 상자형의 부재이다. 실드 부재(33)의 내부가 성막실(34)이고, 하부가 반송체(5)를 향하는 개구(34a)가 된다. 실드 부재(33)의 외주벽은, 타겟(30a)의 주위로부터의 플라즈마의 유출을 저감하기 위한 격벽(33a)이 된다. 한편, 실드 부재(33)의 천장에는, 성막실(34) 내에 각 타겟(30a)이 노출되도록, 각 타겟(30a)에 대응하는 위치에, 타겟(30a)의 크기 및 형상과 동일한 구멍이 형성되어 있다.
한편, 성막실(34)은, 성막의 대부분이 행해지는 영역이지만, 성막실(34)로부터 떨어지는 영역이어도, 성막실(34)로부터의 성막 재료의 누설은 있기 때문에, 전혀 막의 퇴적이 없는 것은 아니다. 즉, 성막부(3)에 있어서 성막이 행해지는 성막 영역은, 실드 부재(33)로 구획되는 성막실(34)보다 약간 넓은 영역이 된다. 따라서, 대향 영역은 성막을 받는 영역이기는 하지만, 비대향 영역이어도 막의 퇴적은 발생하는 경우가 있다.
(막 처리부)
막 처리부(4)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(2)의 상면에 설치된 상자형의 전극(40)을 구비하고 있다. 전극(40)의 형상은 특별히 한정되지 않으나, 본 실시형태에서는, 평면에서 보아 대략 부채꼴로 되어 있다. 전극(40)은 바닥부에 개구부(41)를 갖고 있다. 개구부(41)의 외연(外緣), 즉 전극(40)의 하단은, 반송체(5)의 상면에 대해, 약간의 간극을 통해 대향하고 있다.
전극(40)에는, 고주파 전압을 인가하기 위한 RF 전원(42)이 접속되어 있다. RF 전원(42)의 출력측에는 매칭 박스(도시하지 않음)가 접속되어 있다. RF 전원(42)은 챔버(2)에도 접속되어 있고, 전극(40)이 캐소드, 챔버(2)가 애노드로 되어 있다. 또한, 전극(40)에는 프로세스 가스 도입부(43)가 접속되어 있고, 프로세스 가스 도입부(43)를 통해 외부의 프로세스 가스 공급원으로부터 전극(40)에 프로세스 가스(G2)가 도입된다.
프로세스 가스(G2)는, 막 처리의 목적에 따라 적절히 변경 가능하다. 예컨대, 에칭을 행하는 경우에는, 에칭 가스로서 아르곤 등의 불활성 가스를 이용한다. 산화 처리를 행하는 경우에는 산소를 이용한다. 질화 처리를 행하는 경우에는 질소를 이용한다. 프로세스 가스 도입부(43)에 의해 전극(40)에 프로세스 가스(G2)를 도입하고, RF 전원(42)에 의해 고주파 전압을 인가함으로써, 전극(40)의 내부에 플라즈마가 발생한다. 한편, 성막부(3), 막 처리부(4)의 배열순 및 수는 특정한 것에 한정되지 않는다.
(반송체)
반송체(5)는, 도 1 및 평면도인 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(2)의 내부에 설치된 원반 형상의 회전 테이블이다. 반송체(5)의 중심축(5a)(도 2 참조)에는, 도시하지 않은 구동 기구가 연결된다. 구동 기구의 구동에 의해, 반송체(5)는 중심축(5a)을 회전축으로 하여 회전한다. 이 반송체(5) 및 구동 기구는, 반송부를 구성한다.
반송체(5)는, 저압 포지션(51)과 고압 포지션(52)을 갖는다. 저압 포지션(51)은, 워크(W)가 배치되고, 대향 영역을 통과할 때에, 성막실(34) 내를 플라즈마의 착화 하한 압력 미만 또한 플라즈마의 방전 유지 하한 압력 이상으로 하는 포지션이다. 착화 하한 압력은, 성막실(34) 내에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생(이하, 착화라고도 함)시킬 때에, 플라즈마를 착화할 수 있는 하한의 압력을 말한다.
방전 유지 하한 압력이란, 착화한 플라즈마를 유지할 수 있는 하한의 압력을 말한다. 착화 하한 압력은 방전 유지 하한 압력보다 높은 압력이다. 착화 하한 압력 미만의 압력이어도, 일단 발생한 플라즈마가 유지되어 있으면, 성막을 행할 수 있다. 이와 같이, 착화 하한 압력 미만의 저압으로 성막을 행함으로써, 막의 치밀성을 향상시킬 수 있다. 한편, 「통과할 때에」란, 통과하는 도중의 어느 한 시점에서를 의미한다. 또한, 본 실시형태에서는, 워크(W)는 트레이(T)를 통해 저압 포지션(51)에 배치된다. 워크(W)는, 저압 포지션(51)에 직접 배치되어도 좋고, 트레이(T)를 통해 간접적으로 배치해도 좋다.
반송체(5)가 회전함으로써, 저압 포지션(51)에 배치된 워크(W)가 반송체(5)의 둘레 방향으로 이동한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 워크(W)의 반송 경로(L)는, 반송체(5)에 원주 형상으로 형성된다. 워크(W)는, 성막부(3) 아래를 통과함으로써 성막되고, 막 처리부(4) 아래를 통과함으로써 막 처리된다. 이후, 단순히 「둘레 방향」이라고 하는 경우에는, 「반송체(5)의 둘레 방향」을 의미하고, 단순히 「반경 방향」이라고 하는 경우에는, 「반송체(5)의 반경 방향」을 의미한다. 한편, 본 실시형태에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 워크(W)의 반송 방향은 평면에서 보아 시계 방향이지만, 이것은 일례이고, 반시계 방향이어도 좋다.
고압 포지션(52)은, 워크(W)가 배치되지 않고, 대향 영역을 통과할 때에, 성막실(34) 내를 착화 하한 압력 이상으로 하는 포지션이다. 착화 하한 압력 미만의 압력으로 함으로써, 일단 발생한 플라즈마가 꺼져 버리는 경우도 있고, 이 경우에는, 성막실(34) 내의 압력을 착화 하한 압력 이상으로 높일 필요가 발생한다. 본 실시형태에서는, 저압 포지션(51)에 의해 착화 하한 압력 미만으로 한 성막실(34) 내를, 고압 포지션(52)에 의해 착화 하한 압력 이상으로 높일 수 있다.
이 때문에, 저압 포지션(51) 및 고압 포지션(52)은, 구체적으로는 이하와 같은 구성을 갖고 있다. 먼저, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 저압 포지션(51)의 개구(34a)에 대향하는 대향면과, 타겟(30a)과의 거리(H1)는, 고압 포지션(52)의 개구(34a)에 대향하는 대향면과, 타겟(30a)과의 거리(H2)보다 길다. 즉, 저압 포지션(51)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 워크(W)가 배치되는 오목부(51a)를 갖기 때문에, 반송체(5)의 상면의 높이인 고압 포지션(52)보다, 타겟(30a)과의 거리가 길어진다. 오목부(51a)는, 반송체(5)의 상면에 형성된 패임부이다.
한편, 저압 포지션(51)이 대향 영역을 통과할 때의 성막실(34) 내의 압력을 P1, 고압 포지션(52)이 대향 영역을 통과할 때의 성막실 내의 압력을 P2라고 하면, P1×H1≤P2×H2인 것이 바람직하다. 이것은, 상기한 바와 같이, 막을 치밀하게 하는 방법으로서, 저압으로 하는 방법과 가깝게 하여 치밀하게 하는 방법이 있고, 가깝게 하는 것에는 막의 균일성의 문제가 있기 때문에, 어느 정도 멀리하여 저압으로 하고 있으나, 너무 멀리해 버리면 저압으로 한 것에 의미가 없어져 버리기 때문이다.
저압 포지션(51)은, 워크(W)의 형상에 따라 여러 가지 형상으로 할 수 있으나, 본 실시형태에서는, 도 3 및 도 5의 평면도에 도시된 바와 같이, 오목부(51a)를 평면에서 보아 대략 부채꼴로 한 예로 설명한다. 오목부(51a)의 내저면은, 개구(34a)에 대향하는 평탄한 대향면으로 되어 있다(도 2 참조). 반송체(5)의 상면에는, 복수의 오목부(51a)가, 반송체(5)의 둘레 방향으로 등간격으로 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 3개의 오목부(51a)가 형성되어 있으나, 이것에는 한정되지 않는다. 즉, 저압 포지션(51)은, 하나 이상이면 된다.
반송체(5)의 상면에 있어서, 저압 포지션(51) 이외의 부분이, 고압 포지션(52)이다. 즉, 오목부(51a)가 형성되어 있지 않은 평탄한 대향면에 의해, 고압 포지션(52)이 형성되어 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 저압 포지션(51)의 반송 경로(L)를 따르는 거리(α) 및 고압 포지션(52)의 반송 경로(L)를 따르는 거리(β)는, 개구(34a)의 반송 경로(L)를 따르는 거리(γ) 이상이다. 이에 의해, 저압 포지션(51)과 개구(34a) 사이의 컨덕턴스가, 고압 포지션(52)과 개구(34a) 사이의 컨덕턴스보다 커진다. 즉, 성막 시에 있어서, 저압 포지션(51)과 개구(34a)와의 간극이 넓어지기 때문에, 스퍼터 가스(G1)가 유출되기 쉬워져, 성막실(34)이 저압이 된다. 비성막 시에는, 고압 포지션(52)과 개구(34a)와의 간극이 좁아지기 때문에, 스퍼터 가스(G1)가 유출되기 어려워져, 성막실(34)이 고압으로 유지된다. 한편, 성막 시란, 타겟(30a)에 전압이 인가된 상태에서, 저압 포지션(51)이 대향 영역을 통과할 때를 말한다. 비성막 시란, 타겟(30a)에 전압이 인가된 상태에서, 고압 포지션(52)이 대향 영역을 통과할 때를 말한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 성막부(3a) 및 성막부(3f) 사이에는, 외부로부터 미처리의 워크(W)를 챔버(2)의 내부에 반입하고, 처리가 완료된 워크(W)를 챔버(2)의 외부로 반출하는 로드록부(6)가 설치되어 있다.
성막 장치(1)는, 또한 제어부(7)를 구비하고 있다. 제어부(7)는 CPU 등의 연산부, 메모리 등의 기억부를 갖는 컴퓨터에 의해 구성된다. 제어부(7)는, 챔버(2)에의 스퍼터 가스(G1) 및 전극(40)에의 프로세스 가스(G2)의 도입 및 배기에 관한 제어, DC 전원(31) 및 RF 전원(42)의 제어, 및 반송체(5)의 회전 속도의 제어 등을 행한다.
[동작]
본 실시형태의 성막 장치(1)의 동작을 설명한다. 한편, 이하의 동작은, 성막부(3a∼3f)에서 니오브(Nb)의 막을 형성하고, 막 처리부(4)에서 후산화 처리를 행함으로써, 산화니오브(Nb2Ox)로 하는 예이다.
(성막 처리의 개요)
먼저, 챔버(2)의 내부는, 배기부(2a)로부터 배기되어 진공 상태로 된다. 챔버(2) 내의 진공 상태를 유지하면서, 로드록부(6)로부터, 트레이(T)에 배치된 미처리의 워크(W)를 챔버(2) 내에 반입한다. 반입된 트레이(T)는, 로드록부(6)에 순차 위치 결정되는 반송체(5)의 저압 포지션(51)에 배치된다. 또한, 반송체(5)를 연속해서 회전시킴으로써, 워크(W)를 반송 경로(L)를 따라 순환 반송하여, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 성막부(3a∼3f), 막 처리부(4) 아래를 통과시킨다.
성막부(3a)에서는, 스퍼터 가스 도입부(32)로부터 스퍼터 가스(G1)를 도입하고, DC 전원(31)으로부터 스퍼터원(30)에 직류 전압을 인가한다. 직류 전압의 인가에 의해 스퍼터 가스(G1)가 플라즈마화되어, 이온이 발생한다. 발생한 이온이 타겟(30a)에 충돌하면, 타겟(30a)의 재료가 튀어나온다. 튀어나온 재료가 성막부(3a) 아래를 통과하는 워크(W)에 퇴적함으로써, 워크(W) 상에 박막이 형성된다. 다른 성막부(3b, 3c, 3d, 3e, 3f)에서도, 동일한 방법으로 성막이 행해진다. 단, 반드시 모든 성막부(3)에서 성막할 필요는 없다. 일례로서, 여기서는, 워크(W)에 대해 Nb의 박막이 생성된다.
성막부(3a∼3f)에서 박막이 생성된 워크(W)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 막 처리부(4) 아래를 통과한다. 막 처리부(4)에서는, 프로세스 가스 도입부(43)로부터 전극(40) 내에 프로세스 가스(G2)인 산소 가스를 도입하고, RF 전원(42)으로부터 전극(40)에 고주파 전압을 인가한다. 고주파 전압의 인가에 의해 산소 가스가 플라즈마화되어, 전자, 이온 및 라디칼 등이 발생한다. 플라즈마는 애노드인 전극(40)의 개구부(41)로부터, 캐소드인 반송체(5)에 흐른다. 플라즈마 중의 이온이 개구부(41) 아래를 통과하는 워크(W) 상의 박막에 충돌함으로써, 박막이 후산화된다.
이러한 박막의 생성과 그 후산화 처리가, 반송체(5)의 회전에 따라 반복해서 행해지고, 원하는 후산화막이 형성된 워크(W)는, 트레이(T)와 함께 로드록부(6)로부터 챔버(2) 밖으로 반출된다.
(성막실의 압력 변화)
이상과 같은 성막 처리의 과정에서의 성막실(34)의 내부 압력이 변화하는 원리를, 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한다. 한편, 도 6 내지 도 10은 반송체(5)와 실드 부재(33)의 위치 관계를, 도 1의 B 방향에서 본 간략 종단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 반송체(5)의 회전에 따라, 저압 포지션(51)이, 성막실(34)의 개구(34a)와 상하의 겹침이 발생하기 시작하는 위치에 오면, 오목부(51a)에 의해, 실드 부재(33)의 하단의 반송 경로(L)의 회전 방향에 있어서의 상류측(도면 중, 우단측)과 반송체(5)와의 간극이 확대된다. 이 때문에, 도면 중 흰색으로 칠한 화살표로 나타내는 바와 같이, 스퍼터 가스(G1)의 누설량이 증가하기 시작한다. 이에 의해, 성막실(34) 내의 압력 저하가 개시된다. 이에 의해, 성막실(34) 내의 압력이 착화 하한 압력 미만까지 저하된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 저압 포지션(51)이, 성막실(34)의 개구(34a) 바로 아래에 오면, 오목부(51a)의 반송 경로(L)를 따르는 거리(α)가, 개구(34a)의 반송 경로(L)를 따르는 거리(γ)보다 길게 형성되어 있기 때문에, 실드 부재(33)의 하단의 반송 경로(L)의 양단측과 반송체(5)와의 간극이 확대된다. 이 때문에, 도면 중 흰색으로 칠한 화살표로 나타내는 바와 같이, 스퍼터 가스(G1)의 누설량이 보다 한층 증대된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 반송체(5)의 회전에 따라, 저압 포지션(51)이, 성막실(34)의 개구(34a) 바로 아래를 지나간 위치에 오면, 오목부(51a)에 의해, 실드 부재(33)의 하단의 반송 경로(L)의 회전 방향에 있어서의 하류측(도면 중, 좌단측)과 반송체(5)와의 간극이 축소된다. 이 때문에, 도면 중 흰색으로 칠한 화살표로 나타내는 바와 같이, 스퍼터 가스(G1)의 누설량이 감소하기 시작한다. 이에 의해, 성막실(34) 내의 압력이 상승하기 시작한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 반송체(5)의 회전에 따라, 개구(34a)에 대향하는 오목부(51a)의 용적이 감소하여, 실드 부재(33)의 하단과 반송체(5)와의 간극이 감소하면, 성막실(34) 내의 압력이 더욱 상승한다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 반송체(5)의 회전에 따라, 고압 포지션(52)이, 성막실(34)의 개구(34a) 바로 아래에 오면, 실드 부재(33)의 하단과 반송체(5)와의 간극이 더욱 축소된다. 이에 의해, 성막실(34) 내의 압력이 착화 하한 압력 이상으로 상승한다.
(실시예)
이상과 같은 본 실시형태를 적용한 구체적인 실시예를 설명한다. 먼저, 성막 중에 성막실(34) 내의 압력 변동을 측정한 예를, 도 11을 참조하여 설명한다. 이 예에서는, 방전 유지 하한 압력이 0.08 ㎩ 정도, 착화 하한 압력이 0.19 ㎩ 정도가 되는 성막실(34), 스퍼터 가스(G1), 스퍼터원(30)을 이용하였다. 또한, 워크(W)를 설치하는 저압 포지션(51)은, 반송체(5)에 1개소만 설치하였다. 저압 포지션(51)과 격벽(33a)과의 간격(b1)을 30 ㎜로 하고, 고압 포지션(52)과 격벽(33a)과의 간격(b2)을 5 ㎜로 하였다(도 2, 도 4 참조).
또한, 고압 포지션(52)의 비성막 시의 컨덕턴스는 522 L/s로 하고, 저압 포지션(51)에서의 성막 시의 컨덕턴스는 964 L/s(1.85배)로 하였다. 여기서, 특정한 영역 중을 기체가 흐를 때에 발생하는 저항을 배기 저항이라고 부르고, 그 역수가 컨덕턴스이다. 즉, 컨덕턴스는 기체의 흐르기 용이함을 의미한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 성막실(34)에 Ar을 72 sccm 흘렸을 때의 성막 압력은, 비성막 시에는 0.25 ㎩이 되고, 성막 시에는 0.15 ㎩이 되었다. 이에 의해, 방전이 없어진 경우에도, 비성막 시에 압력을 상승시켜서 재착화시켜, 방전을 계속할 수 있기 때문에, 착화 하한 압력 미만에서의 성막이 가능해졌다.
한편, 컨덕턴스를 구하는 방법은 여러 가지 존재한다. 본 실시형태와 같은 성막 장치(1)에 있어서는, 도 12의 (a)의 검은색으로 칠한 굵은 화살표로 나타내는 바와 같이, 스퍼터 가스(G1)는, 실드 부재(33)와 반송체(5)인 회전 테이블과의 간극을 지나, 챔버(2)의 바닥부에 있는 배기부(2a)까지 흐른다. 이러한 성막 장치(1)의 내부의 배기 경로의 모든 부분의 컨덕턴스(C1)는, 유효 배기 속도(S*)와 감압 장치인 펌프의 배기 속도(S0)로부터, 이하의 식을 이용하여 구할 수 있다.
C1=S*S0/(S0-S*)
유효 배기 속도(S*)는, Q-P 측정에 의해 구한다. Q-P 측정이란, 유량(Q)과 압력(P)의 측정값으로부터 유효 배기 속도를 구하는 방법이다. 구체적으로는, 실드 부재(33)로 구획된 성막실(34)에 스퍼터 가스(G1)를 흘렸을 때의 성막실(34) 내의 압력의 값을 측정한다. 그리고, 스퍼터 가스 도입부(32)에 의한 가스 유량의 값을 압력의 값으로 나눔으로써, 유효 배기 속도를 구할 수 있다.
예컨대, 성막 시의 유효 배기 속도를 860 L/s로 하고, 비성막 시의 유효 배기 속도를 490 L/s로 한다. 펌프 배기 속도는 8000 L/s로 공통으로 하면, 성막 시의 컨덕턴스(C1x)는 963.585 L/s, 비성막 시의 컨덕턴스(C1y)는 521.971 L/s가 된다.
또한, 실드 부재(33)와 반송체(5)인 회전 테이블과의 간극 부분의 컨덕턴스(C2)는, 이하와 같이 구할 수 있다. 실드 부재(33)와 반송체(5)인 회전 테이블과의 간극을, 얇은 평행 2면의 배관이라고 가정한다. 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 실드 부재(33)를 평면에서 본 경우에, 스퍼터 가스(G1)의 유로를 형성하는 외주변의 길이를 a, 실드 부재(33)와 회전 테이블과의 간극의 길이를 b, 즉 성막 시는 간격 b1, 비성막 시는 간격 b2[도 12의 (a), 도 2, 도 4 참조], 실드 부재(33)의 판 두께를 l, 보정 계수 K라고 하면, 컨덕턴스(C2)는, 이하의 식에 의해 구할 수 있다.
C2=309Kab2/l
성막 시의 컨덕턴스(C2x), 비성막 시의 컨덕턴스(C2y)를 고려하면, 공통의 파라미터인 a, l은 이하와 같다. 실드 부재(33)의 평면에서 보아 외측의 원호 부분을 c, 반경 방향으로 대략 평행한 변을 d, 내주측의 변을 e라고 하면, a=c+2d+e가 된다. 예컨대, c가 487.5 ㎜, d가 1131 ㎜이고, e는 유로로서 고려하지 않기 때문에 0 ㎜로 하면, a=2749.5 ㎜가 된다. 또한, l은 12 ㎜이다. 한편, 실드 부재(33)의 c의 부분은, 오목부(51a)의 형성 방식에 따라서는, 반송체(5)와의 간격이 변화하는 경우도, 변화하지 않는 경우도 있다.
성막 시의 b는, 상기와 마찬가지로, 저압 포지션(51)의 내저면과 격벽(33a)과의 간격(b1)으로 30 ㎜로 하고, 비성막 시의 b는, 고압 포지션(52)의 표면과 격벽(33a)과의 간격(b2)으로 5 ㎜로 한다. 보정 계수(K)는, l/b의 값에서 적절히 선택한다. b1이면 K는, 0.13, b2이면 K는, 0.46이다. 그러면, 예컨대, 성막 시의 컨덕턴스(C2x)는 8284 L/s, 비성막 시의 컨덕턴스(C2y)는 814 L/s가 된다.
한편, 이 연산에서의 컨덕턴스(C2x)는, 최대가 될 때의 값을 구하고 있다. 그러나, 오목부(51a)를 실드 부재(33)와 거의 동일한 크기의 부채꼴로 한 경우, 컨덕턴스(C2x)가 계산식으로 구한 8284 L/s가 되는 것은 일순간이다. 실제로는, 한쪽의 d의 부분의 간격(b)이 넓어진 후, 점점 c의 부분에서 간격(b)이 넓은 부분이 증가해 가고, c의 부분 전역에서 간격(b)이 넓어진 시점에서, 양방의 d의 부분에서 간격(b)이 최대가 된다.
그 후, 최초로 간격(b)이 넓어진 d의 부분의 간격(b)은 좁아지고, c의 부분에서 간격(b)이 넓은 부분이 점점 적어지며, 최종적으로 나중에 간격(b)이 넓어진 d의 부분의 간격(b)이 좁아진다. 그리고, 이 전부의 과정, 즉, 선두의 d의 간격(b)이 넓어졌을 때부터, 최후미의 d의 간격(b)이 좁아지기까지의 사이에서, 성막실(34) 내의 압력이 착화 하한 압력보다 낮게 되어 있을 필요가 있다. 그래서, 한쪽의 d의 부분에서만, 성막실(34) 내의 압력을 착화 하한 압력보다 낮아지도록, 컨덕턴스(C2x)의 변화를 발생시키는 것이 바람직하다.
그런데, 실드 부재(33)와 반송체(5)인 회전 테이블과의 간극 부분이 크면, 막 처리부(4)의 프로세스 가스(G2)가 성막부(3)로 유입되어 버린다. 프로세스 가스(G2)의 유입량이 일정량을 초과하면, 스퍼터가 산화물 모드로 이행한다. 산화물 모드란, 타겟 표면에 산화물이 형성되는 것이다. 산화물 모드로 이행하면, 성막 레이트가 저하되기 때문에, 생산성이 떨어진다. 이 때문에, 후산화 처리를 하는 경우, 컨덕턴스(C2)는, 지나치게 크게 해서는 안 된다.
여기서, 비성막 시의 컨덕턴스(C2y)에 대한 성막 시의 컨덕턴스(C2x)의 상한에 대해, 컨덕턴스(C2x)와 프로세스 가스(G2)의 유입의 관계로부터 검토한 결과의 일례를, 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한다. 이 예에서는, 타겟(30a)을 반경 방향으로 3개 배치한 성막부(3)를 구비한 성막 장치(1)를 이용하였다. 성막 조건은, Nb2Ox막을 성막하는 경우이며, 3개의 타겟(30a)에 인가하는 DC 전원(31)의 전력이 1.65/2.08/3.34[㎾], 전극(40)에 인가하는 RF 전원(42)의 전력이 5[㎾], 스퍼터 가스(G1)인 아르곤 가스의 유량이 72[sccm], 프로세스 가스(G2)인 산소의 유량이 40∼200[sccm], 회전 테이블의 회전 속도가 60[rpm]이다.
도 13은 막 처리부(4)에 공급되는 산소의 유량과 Nb2Ox막의 광의 흡수율(Ab)의 관계를 도시한 그래프이다. 흡수율(Ab)은, 광이 물질에 입사했을 때에 물질에 흡수되는 비율이고, 투과율을 t, 반사율을 r이라고 하면, 이하의 식에 의해 구할 수 있다.
Ab=100-t-r
광학 용도에 이용되는 막에 있어서, 흡수율(Ab)은, 낮은 것이 바람직하다. 일반적으로, Ab≤1%이면 광학 용도에 견딜 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 산소의 유량을 40 sccm, 60 sccm, 90 sccm, 120 sccm, 150 sccm, 200 sccm으로 하고, 각각으로 성막한 Nb2Ox막에 대해 광의 흡수율(Ab)을 구한 결과, 150 sccm 이상에서 흡수율(Ab)이 1% 이하가 되었다. 또한, 산소의 유량을 150 sccm으로 했을 때의 흡수율(Ab)과 산소의 유량을 200 sccm으로 했을 때의 흡수율(Ab)은, 거의 동일하였다. 이것으로부터, 산소의 유량은, 150 sccm 이상 도입함으로써, 흡수율(Ab)이 가장 낮은 Nb2Ox막이 얻어진다고 생각된다. 이 때문에, 프로세스 가스(G2)인 산소의 이용 효율을 생각하면, 150 sccm∼200 sccm으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 흡수율(Ab)은, Nb2Ox의 막 두께가 65 ㎚일 때의 값이다.
한편, 도 14는 막 처리부(4)에 공급되는 산소의 유량과 성막부(3)의 방전 전압의 관계를 도시한 그래프이다. Nb는, 스퍼터가 산화물 모드가 되면 방전 전압이 증가한다. 그래서, 저압 포지션(51)의 내저면과 격벽(33a)과의 간격(b1)이, 5 ㎜(최대가 되는 C2x의 값이 814 L/s, 즉, C2y와 동일함)로 한 경우와, 30 ㎜(최대가 되는 C2x의 값이 8284 L/s)로 한 경우에서, 막 처리부(4)에 공급되는 산소의 유량에 대해 성막부(3)의 방전 전압이 어떻게 변화하는지를 조사하였다.
도 14에 도시된 바와 같이, 산소의 유량을 증가시켜 가면, C2x=814 L/s의 경우에서는, 산소의 유량이 300 sccm 부근으로부터 방전 전압이 급격히 증가하고 있다. 이것으로부터, 산소의 유량이 300 sccm 부근에서 산화물 모드로 이행하고 있다고 생각된다. 따라서, 이 경우, 산소의 유량을 300 sccm 이하로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기한 바와 같이, 흡수율(Ab)을 낮게 하기 위해서는, 산소의 유량을 150 sccm∼200 sccm으로 하는 것이 바람직하다. 즉, C2x=814 L/s의 경우, 산소의 유량을 200 sccm으로 해도 문제는 없다.
C2x=8284 L/s의 경우, 산소의 유량을 증가시켜 가면, 150 sccm을 초과한 부근으로부터, 방전 전압이 급격히 증가하고 있다. 이것으로부터, 산소의 유량이 150 sccm을 초과한 부근으로부터 산화물 모드로 이행하고 있다고 생각된다. 따라서, 이 경우에는, 산소의 유량을 150 sccm 이하로 하는 것이 바람직하다고 생각된다. 그런데, 상기한 바와 같이, 흡수율(Ab)을 낮게 하기 위해서는, 산소의 유량을 150 sccm∼200 sccm으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, C2x=8284 L/s의 경우, 산소의 유량은 150 sccm이 된다.
상기한 결과로부터, C2x>8284 L/s로 한 경우에는, 산소의 유량이 150 sccm보다 적은 단계에서, 산화물 모드로 이행한다고 생각된다. 흡수율(Ab)을 낮게 하기 위해서는, 산소의 유량이 150 sccm 이상 필요하기 때문에, C2x=8284 L/s가 C2y=814 L/s에 대한 상한이 된다. 여기서, C2x/C2y=10.18이다. 따라서, C2y에 대해 C2x는, 1.0을 초과하고, 10.0배 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 저압 포지션(51)에 있어서 성막함으로써, 치밀성이 향상되는 것을 나타내는 실험에 대해, 도 15 및 도 16을 참조하여 설명한다. 도 15는 이 실험을 행했을 때의 반송체(5)의 구성을 모식적으로 나타낸 평면도이다. 반송체(5)인 회전 테이블에는, 일개소만 오목부(51a)를 형성하고 있다. 회전 테이블 상에는, 실리콘 웨이퍼의 칩[이하, 칩(R)이라고 부름]을, 10° 간격으로 36개 세트하였다. 이 상태에서, 실리콘 산화막(SiO2)의 성막을 행하였다.
도 16에, 각 칩(R)에 성막된 SiO2막의 굴절률을 조사한 실험 결과를 도시한다. 굴절률을 이용한 것은, 일반적으로, 성막한 막의 치밀성이 증가하면, 막의 굴절률이 상승하기 때문이다. 이 실험 결과로부터, 저압 포지션(51), 즉 오목부(51a)에 세트된 칩(R)에 성막된 SiO2막의 굴절률이, 다른 칩(R)과 비교하여 상승하고 있기 때문에, 성막 압력이 저압으로 되어 있다고 생각된다. 한편, 오목부(51a)에 인접한 위치에 있는 칩(R)도, 굴절률이 상승하고 있는데, 오목부(51a)에 있어서의 압력 저하의 영향을 받고 있는 것으로 추찰된다.
[작용 효과]
(1) 전술한 바와 같이, 본 실시형태의 성막 장치(1)는, 일단부에 개구(34a)를 갖는 성막실(34)을 갖고, 성막실(34) 내에 성막 재료로 이루어지는 타겟(30a)을 구비하며, 성막실(34) 내의 스퍼터 가스(G1)에 생성된 플라즈마에 의해, 개구(34a)에 대향하는 워크(W)의 표면에 타겟(30a)의 성막 재료를 퇴적시켜 성막하는 성막부(3)와, 워크(W)를 미리 정해진 반송 경로(L)를 따라 반송함으로써, 성막실(34)의 개구(34a)에 대향하는 대향 영역과, 성막실(34)의 개구(34a)에 대향하지 않는 비대향 영역을 반복해서 통과시키는 반송체(5)를 갖고, 반송체(5)는, 워크(W)가 배치되고, 대향 영역을 통과할 때에, 성막실(34) 내를 플라즈마의 착화 하한 압력 미만이며 또한 플라즈마의 방전 유지 하한 압력 이상으로 하는 저압 포지션(51)과, 워크(W)가 배치되지 않고, 대향 영역을 통과할 때에, 성막실(34) 내를 착화 하한 압력 이상으로 하는 고압 포지션(52)을 갖는다.
이 때문에, 저압 포지션(51)에 배치된 워크(W)가, 성막실(34)의 개구(34a)에 대향하는 대향 영역을 통과하여 성막이 이루어질 때에는, 성막실(34) 내가 플라즈마의 착화 하한 압력 미만까지 저압이 되기 때문에, 치밀한 막이 형성된다. 이때, 성막실(34) 내의 플라즈마의 방전 유지 하한 압력은 유지되기 때문에, 플라즈마가 꺼질 가능성을 저감할 수 있다. 또한, 만일 플라즈마가 꺼져 버려도, 고압 포지션(52)이 개구(34a)에 대향하는 대향 영역을 통과할 때에, 성막실(34) 내가 플라즈마의 착화 하한 압력 이상이 되기 때문에, 다시 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
저압으로 함으로써 막을 치밀하게 할 수 있기 때문에, 타겟(30a)과 워크(W)와의 거리를 지나치게 가깝게 하지 않고, 막 두께 분포를 균일하게 할 수 있다. 특히, 복수의 타겟(30a)을 동시에 스퍼터시켜 성막하는 경우라도, 타겟(30a)과 워크(W)와의 거리를 적절히 취함으로써, 막 두께 분포를 균일하게 할 수 있다.
(2) 저압 포지션(51)의 개구(34a)에 대향하는 대향면과 타겟(30a)과의 거리(H1)가, 고압 포지션(52)의 개구(34a)에 대향하는 대향면과 타겟(30a)과의 거리(H2)보다 길다.
이 때문에, 저압 포지션(51)이 대향 영역을 통과할 때에는, 성막 시의 워크(W) 주위를 둘러싸는 영역이 확대되어 저압이 되고, 고압 포지션(52)이 대향 영역을 통과할 때에는, 워크(W) 주위를 둘러싸는 영역이 축소되어 고압이 유지된다.
(3) 저압 포지션(51)의 반송 경로(L)를 따르는 방향의 거리(α) 및 고압 포지션(52)의 반송 경로(L)를 따르는 방향의 거리(β)는, 각각 개구(34a)의 반송 경로를 따르는 방향의 거리(γ) 이상이다.
이 때문에, 저압 포지션(51)에 있어서는 개구(34a)로부터 스퍼터 가스(G1)가 유출되기 쉬워지기 때문에 저압이 되고, 고압 포지션(52)에 있어서는 개구(34a)로부터 스퍼터 가스(G1)가 유출되기 어려워지기 때문에 고압이 된다.
(4) 저압 포지션(51)은, 워크(W)가 배치되는 오목부(51a)를 갖는다. 이 때문에, 오목부(51a)를 형성함으로써, 저압 포지션(51)을 간단히 형성할 수 있다.
(5) 저압 포지션(51)과 개구(34a) 사이의 컨덕턴스가, 고압 포지션(52)과 개구(34a) 사이의 컨덕턴스보다 크다. 저압 포지션(51)에서는, 스퍼터 가스(G1)가 유출되기 쉬워져 저압이 된다.
(6) 반송체(5)는, 워크(W)를 원주의 궤적으로 순환 반송시키는 회전 테이블이고, 개구(34a) 및 저압 포지션(51)은, 대략 부채꼴이다. 이 때문에, 저압 포지션(51)이 개구(34a)의 대향 영역을 통과할 때에, 양자의 가장자리부가 직선형으로 되어 있기 때문에, 성막실(34)의 압력의 전환이 즉시 행해진다.
(7) 저압 포지션(51) 및 고압 포지션(52)이 대향하는 영역에, 성막부(3)에서 워크(W)에 형성된 막에 대해 물질을 화합시킴으로써, 화합물막을 생성하는 처리를 행하는 막 처리부(4)를 갖고, 고압 포지션(52)과 개구(34a) 사이의 컨덕턴스에 대해, 저압 포지션(51)과 개구(34a) 사이의 컨덕턴스가 1.0을 초과하고, 10.0배 이하이다. 이 때문에, 저압 포지션(51)에 있어서의 성막 시에, 저압화시키고, 컨덕턴스를 억제하여, 산소나 질소 등의 막 처리부(4)로부터의 화합시키는 물질의 돌아 들어감, 유입에 의한 성막 시의 화합을 방지할 수 있다.
(8) 저압 포지션(51)이 대향 영역을 통과할 때의 성막실(34) 내의 압력을 P1, 저압 포지션(51)의 개구(34a)에 대향하는 대향면과 타겟(30a)과의 거리를 H1, 고압 포지션(52)이 대향 영역을 통과할 때의 성막실(34) 내의 압력을 P2, 고압 포지션(52)의 개구(34a)에 대향하는 대향면과 타겟(30a)과의 거리를 H2라고 하면, P1×H1≤P2×H2이다. 이 때문에, 타겟(30a)과의 거리를, 막 두께 분포를 균일하게 하면서도, 저압에 의해 막을 치밀화하는 효과를 유지할 수 있는 거리로 할 수 있다.
[변형예]
본 발명의 실시형태는, 상기한 양태에 한정되는 것은 아니며, 이하와 같은 양태도 포함한다. 한편, 상기한 양태와 동일한 구성에 대해서는, 설명을 생략한다.
(1) 저압 포지션(51)의 개구(34a)에 대향하는 대향면과 타겟(30a)과의 거리를 가변으로 형성해도 좋다. 예컨대, 오목부(51a)의 내저면을 승강 가능하게 형성함으로써, 오목부(51a)의 용적을 변경할 수 있기 때문에, 압력을 조정할 수 있다. 또한, 저압 포지션(51)에 배치하는 트레이(T)의 적층수를 조정함으로써도, 오목부(51a)의 용적을 변경할 수 있다. 트레이(T)의 적층수로 압력을 조정하면, 간이하다. 즉, 저압 포지션(51)에는, 단수 또는 복수의 트레이(T)를 통해, 워크(W)가 배치되어 있어도 좋다.
(2) 스퍼터 가스 도입부(32)가, 저압 포지션(51)이 대향 영역을 통과할 때에, 성막실(34) 내를 플라즈마의 방전 유지 하한 압력 이상 또한 플라즈마의 착화 하한 압력 미만으로 하고, 고압 포지션(52)이 대향 영역을 통과할 때에, 성막실(34) 내를 착화 하한 압력 이상으로 하도록, 스퍼터 가스(G1)를 성막실(34) 내에 공급해도 좋다.
즉, 상기한 바와 같이, 저압 포지션(51)과 고압 포지션(52)의 형상에 차이를 갖게 하고, 또는 차이를 갖게 하지 않고, 저압 포지션(51)이 대향 영역을 통과할 때와, 고압 포지션(52)이 대향 영역을 통과할 때에서, 스퍼터 가스(G1)의 공급량을 변경함으로써, 압력차를 두어도 좋다.
(3) 저압 포지션(51)의 형상은, 부채꼴에는 한정되지 않는다. 탑재하는 워크(W)의 형상, 수 등에 따라, 여러 가지 형상으로 할 수 있다. 예컨대, 원형 형상, 타원형 형상, 삼각형, 사각형, 사다리꼴 등의 다각형 형상 등으로 할 수도 있다.
(4) 이상, 본 발명의 실시형태 및 각부의 변형예를 설명하였으나, 이 실시형태나 각부의 변형예는, 일례로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 전술한 이들 신규의 실시형태는, 그 외의 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되고, 특허청구의 범위에 기재된 발명에 포함된다. 각 청구항의 발명을 어떻게 조합한 양태로 할지는 자유이고, 상기한 실시형태, 변형예 (1), (2)의 어느 특징을 선택하여 조합해도 좋으며, 생략해도 좋다.
1: 성막 장치 2: 챔버
2a: 배기부 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f: 성막부
30: 스퍼터원 30a: 타겟
30b: 배킹 플레이트 30c: 전극
31: DC 전원 32: 스퍼터 가스 도입부
33: 실드 부재 33a: 격벽
34: 성막실 34a: 개구
4: 막 처리부 40: 전극
41: 개구부 42: RF 전원
43: 프로세스 가스 도입부 5: 반송체
5a: 중심축 51: 저압 포지션
51a: 오목부 52: 고압 포지션
6: 로드록부 7: 제어부
G1: 스퍼터 가스 G2: 프로세스 가스
L: 반송 경로 W: 워크

Claims (11)

  1. 성막 장치에 있어서,
    일단부에 개구를 갖는 성막실(成膜室)을 갖고, 상기 성막실 내에 성막 재료로 이루어지는 타겟을 구비하며, 상기 성막실 내의 스퍼터 가스에 생성된 플라즈마에 의해, 상기 개구에 대향하는 워크의 표면에 상기 타겟의 성막 재료를 퇴적시켜 성막하는 성막부와,
    상기 워크를 미리 정해진 반송 경로를 따라 반송함으로써, 상기 성막실의 개구에 대향하는 대향 영역과, 상기 성막실의 개구에 대향하지 않는 비대향 영역을 반복해서 통과시키는 반송체
    를 갖고,
    상기 반송체는,
    상기 워크가 배치되고, 상기 대향 영역을 통과할 때에, 상기 성막실 내를 플라즈마의 착화(着火) 하한 압력 미만이며 또한 플라즈마의 방전 유지 하한 압력 이상으로 하는 저압 포지션과,
    상기 워크가 배치되지 않고, 상기 대향 영역을 통과할 때에, 상기 성막실 내를 착화 하한 압력 이상으로 하는 고압 포지션
    을 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저압 포지션의 상기 개구에 대향하는 대향면과 상기 타겟과의 거리가, 상기 고압 포지션의 상기 개구에 대향하는 대향면과 상기 타겟과의 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저압 포지션의 상기 반송 경로를 따르는 방향의 거리 및 상기 고압 포지션의 상기 반송 경로를 따르는 방향의 거리는, 각각 상기 개구의 상기 반송 경로를 따르는 방향의 거리 이상인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저압 포지션은, 상기 워크가 배치되는 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저압 포지션과 상기 개구 사이의 컨덕턴스가, 상기 고압 포지션과 상기 개구 사이의 컨덕턴스보다 큰 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반송체는, 상기 워크를 원주의 궤적으로 순환 반송시키는 회전 테이블이고,
    상기 개구 및 상기 저압 포지션은, 부채꼴인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저압 포지션 및 상기 고압 포지션이 대향하는 영역에, 상기 성막부에서 워크에 형성된 막에 대해 물질을 화합시킴으로써, 화합물막을 생성하는 처리를 행하는 막 처리부를 갖고,
    상기 고압 포지션과 상기 개구 사이의 컨덕턴스에 대해, 상기 저압 포지션과 상기 개구 사이의 컨덕턴스가 1.0을 초과하고, 10.0배 이하인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저압 포지션이 상기 대향 영역을 통과할 때의 상기 성막실 내의 압력을 P1, 상기 저압 포지션의 상기 개구에 대향하는 대향면과 상기 타겟과의 거리를 H1, 상기 고압 포지션이 상기 대향 영역을 통과할 때의 상기 성막실 내의 압력을 P2, 상기 고압 포지션의 상기 개구에 대향하는 대향면과 상기 타겟과의 거리를 H2라고 하면, P1×H1≤P2×H2인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저압 포지션의 상기 개구에 대향하는 대향면과 상기 타겟과의 거리가 가변으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저압 포지션에는, 단수 또는 복수의 트레이를 통해, 워크가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저압 포지션이 상기 대향 영역을 통과할 때에, 상기 성막실 내를 플라즈마의 방전 유지 하한 압력 이상, 플라즈마의 착화 하한 압력 미만으로 하고, 상기 고압 포지션이 상기 대향 영역을 통과할 때에, 상기 성막실 내를 착화 하한 압력 이상으로 하도록, 상기 스퍼터 가스를 상기 성막실 내에 공급하는 가스 공급부를 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
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