KR20200025988A

KR20200025988A - 성막 장치, 성막 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법

Info

Publication number: KR20200025988A
Application number: KR1020180167907A
Authority: KR
Inventors: 히로키 스가와라; 아라타 와타베
Original assignee: 캐논 톡키 가부시키가이샤
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-03-10
Also published as: JP7202815B2; CN110872693B; JP2020033627A; CN110872693A

Abstract

[과제] 챔버에 대해 타겟 상의 스퍼터 입자가 발생하는 스퍼터링 영역이 이동하는 경우에, 스퍼터링 영역 주변의 압력을 적확하게 취득한다.
[해결 수단] 성막 대상물(6) 및 타겟(2)이 내부에 배치되는 챔버(10)를 갖고, 상기 타겟(2)으로부터 스퍼터 입자를 발생시키는 스퍼터링 영역(A1)을 챔버(10) 내에서 이동시키면서, 스퍼터 입자를 성막 대상물(6)에 퇴적시켜 성막하는 성막 장치(1)로서, 챔버(10) 내에 배치되고, 상기 챔버(10) 내의 압력을 취득하는 압력 센서(7)와, 압력 센서(7)를, 스퍼터링 영역(A1)의 이동과 함께 이동시키는 이동 수단(12)을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

성막 장치, 성막 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법{FILM FORMING APPARATUS, FILM FORMING METHOD AND MANUFACTURING METHOD OF ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은, 성막 장치, 성막 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

기판이나 기판 상에 형성된 적층체 등의 성막 대상물에, 금속이나 금속 산화물 등의 재료로 이루어지는 박막을 형성하는 방법으로서, 스퍼터법이 널리 알려져 있다. 스퍼터법에 따라 성막을 행하는 스퍼터 장치는, 진공 챔버 내에 있어서, 성막 재료로 이루어지는 타겟과 성막 대상물을 대향시켜 배치한 구성을 가지고 있다. 타겟에 부(負)의 전압을 인가하면 타겟 근방에 플라즈마가 발생하고, 전리(電離)한 불활성 가스 원소가 타겟 표면에 충돌함으로써 타겟 표면으로부터 스퍼터 입자가 방출되고, 방출된 스퍼터 입자가 성막 대상물에 퇴적되어 성막된다. 또한, 타겟의 배면(원통형의 타겟의 경우에는 타겟의 내측)에 마그넷을 배치하고, 발생하는 자장에 의해 캐소드 근방의 전자 밀도를 높여서 효율적으로 스퍼터하는, 마그네트론 스퍼터법도 알려져 있다.

종래의 이 종류의 성막 장치로서는, 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 것과 같은 것이 알려져 있다. 이 성막 장치는, 타겟을 성막 대상물의 성막면에 대해 평행 이동시켜 성막하도록 되어 있다. 특허문헌 1에는, 챔버 내의 스퍼터 가스의 압력을 어떻게 검출하여 조압(調壓)할지에 대해서는 기재되지 않았다.

한편, 특허문헌 2에는, 챔버에 대해 고정하여 설치된 진공계(압력 센서)에 의해 챔버 내의 압력을 측정하고, 이에 의해 챔버 내의 압력을 소정의 압력으로 조압하는 바가 기재되어 있다. 특허문헌 1과 같이 타겟이 이동하는 경우도, 특허문헌 2와 같이, 압력 센서를 이용하여 챔버 내의 압력을 소정의 압력으로 조압하는 것을 생각해 볼 수 있다.

일본특허공개 제2015-172240호 공보 일본특허공개 제2005-139549호 공보

그러나 실제로는, 챔버 내의 압력은 균일하지 않은 경우가 있다. 예를 들어, 스퍼터 가스를 도입하는 가스 도입구 부근에서는 압력이 높고, 진공 펌프에 접속되는 배기구 부근에서는 압력이 낮은 등과 같이 챔버 내의 압력은 불균일한 경우가 있다.

특허문헌 2와 같이 챔버 내에서 캐소드가 이동하지 않는 스퍼터 장치에서는, 타겟의 표면으로부터 스퍼터 입자가 방출되는 스퍼터링 영역은 챔버 내에서 이동하지 않는다. 그 때문에, 스퍼터링 프로세스 동안, 스퍼터링 영역의 주변의 압력은 대체로 일정으로 유지된다. 그러나, 예를 들어 특허문헌 1과 같이 챔버 내에서 캐소드가 이동하는 경우, 스퍼터링 영역이 챔버에 대해 이동하므로, 스퍼터링 프로세스 동안에, 스퍼터링 영역의 주변 압력이 변화하여, 성막되는 막의 막두께나 막질에 얼룩이 생겨 버린다.

본 발명의 목적은, 스퍼터 입자가 방출되는 스퍼터링 영역이 챔버에 대해 이동하는 경우에, 스퍼터링 영역의 주변의 압력을 적확하게 취득할 수 있는 성막 장치, 성막 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 측면으로서의 성막 장치는, 성막 대상물 및 타겟이 내부에 배치되는 챔버를 갖고, 상기 타겟으로부터 스퍼터 입자를 발생시키는 스퍼터링 영역을 상기 챔버 내에서 이동시키면서, 상기 스퍼터 입자를 상기 성막 대상물에 퇴적시켜 성막하는 성막 장치로서, 상기 챔버 내에 배치되고, 상기 챔버 내의 압력을 취득하는 압력 센서와, 상기 압력 센서를, 상기 스퍼터링 영역의 이동과 함께 이동시키는 이동 수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 측면으로서의 성막 방법은, 성막 대상물을 챔버 내에 배치하고, 상기 성막 대상물과 대향하여 배치된 타겟으로부터 비상하는 스퍼터 입자를 퇴적시켜 성막하는 스퍼터 성막 공정을 포함하는 성막 방법에 있어서, 상기 스퍼터 성막 공정은, 상기 타겟의 스퍼터 입자가 발생하는 스퍼터링 영역을 상기 챔버에 대해서 상대 이동시키면서 성막을 행하는 공정이며, 상기 스퍼터 성막 공정에 있어서, 상기 타겟의 스퍼터링 영역과 함께 이동하는 압력 센서에 의해 상기 챔버 내의 압력의 정보를 취득하고, 상기 챔버 내의 압력을 조정하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 본 발명의 다른 측면으로서의 전자 디바이스의 제조 방법은, 성막 대상물을 챔버 내에 배치하고, 상기 성막 대상물과 대향하여 배치된 타겟으로부터 비상하는 스퍼터 입자를 퇴적시켜 성막하는 스퍼터 성막 공정을 포함하는 전자 디바이스의 제조 방법으로서, 상기 스퍼터 성막 공정은, 상기 타겟의 스퍼터 입자가 발생하는 스퍼터링 영역을 상기 챔버에 대해서 상대 이동시키면서 성막을 행하는 공정이며, 상기 스퍼터 성막 공정에 있어서, 상기 타겟의 스퍼터링 영역과 함께 이동하는 압력 센서에 의해 상기 챔버 내의 압력의 정보를 취득하고, 상기 챔버 내의 압력을 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 타겟 상의 스퍼터 입자가 발생하는 스퍼터링 영역이 챔버에 대해서 이동하는 경우에, 스퍼터링 영역 주변의 압력을 적확하게 취득할 수 있다.

[도 1] (A)는 실시형태 1의 성막 장치의 구성을 나타내는 모식도, (B)는 (A)의 측면도.
[도 2] (A) 및 (B)는 챔버 내의 압력 분포와 조압 상태를 나타내는 모식도, (C)는 도 1의 마그넷 유닛의 구성을 나타내는 사시도.
[도 3] 실시형태 2의 성막 장치의 구성을 나타내는 모식도.
[도 4] 실시형태 3의 성막 장치의 구성을 나타내는 모식도.
[도 5] (A)는 실시형태 4의 성막 장치의 구성을 나타내는 모식도, (B)로부터 (D)는 플래너 캐소드의 다른 태양을 나타내는 모식도.
[도 6] (A)는 실시형태 5의 성막 장치의 구성을 나타내는 모식도, (B)는 (A)의 측면도.
[도 7] 유기 EL 소자의 일반적인 층 구성을 나타내는 도면.

이하에, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 다만, 이하의 실시형태는 본 발명의 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위는 그러한 구성으로 한정되지 않는다. 또한, 이하의 설명에 있어서의, 장치의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성, 처리 플로우, 제조 조건, 치수, 재질, 형상 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그러한 바로만 한정하는 취지의 것이 아니다.

[실시형태 1］

우선, 도 1(A) 및 도 1(B)를 참조하여, 실시형태 1의 성막 장치(1)의 기본적인 구성에 대해 설명한다. 본 실시형태와 관련되는 성막 장치(1)는, 반도체 디바이스, 자기 디바이스, 전자 부품 등의 각종 전자 디바이스나, 광학 부품 등의 제조에 있어 기판(기판 상에 적층체가 형성되어 있는 것도 포함) 상에 박막을 퇴적 형성하기 위해 이용된다. 보다 구체적으로는, 성막 장치(1)는, 발광 소자나 광전 변환 소자, 터치 패널 등의 전자 디바이스의 제조에 있어 바람직하게 이용된다. 그 중에서도, 본 실시형태와 관련되는 성막 장치(1)는, 유기 EL(ErectroLuminescence) 소자 등의 유기 발광 소자나, 유기 박막 태양전지 등의 유기 광전 변환 소자의 제조에 있어 특히 바람직하게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서의 전자 디바이스는, 발광 소자를 구비한 표시 장치(예를 들어 유기 EL 표시 장치)나 조명 장치(예를 들어 유기 EL 조명 장치), 광전 변환 소자를 구비한 센서(예를 들어 유기 CMOS 이미지 센서)도 포함하는 것이다.

도 7은, 유기 EL 소자의 일반적인 층 구성을 모식적으로 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 유기 EL 소자는, 기판에 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 유기 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 음극의 순서로 성막되는 구성이 일반적이다. 본 실시형태와 관련되는 성막 장치(1)는, 유기막 상에, 스퍼터링에 의해, 전자 주입층이나 전극(음극)에 이용되는 금속이나 금속 산화물 등의 적층 피막을 성막할 때에 적합하게 이용된다. 또한, 유기막 상에의 성막에 한정되지 않고, 금속 재료나 산화물 재료 등의 스퍼터에 의해 성막 가능한 재료의 조합이면, 다양한 면에 적층 성막이 가능하다.

성막 장치(1)는, 도 1(A)에 나타내는 바와 같이, 성막 대상물(6) 및 타겟(2)이 내부에 배치되는 챔버(10)와, 챔버(10) 내의, 타겟(2)을 개재시켜 성막 대상물(6)과 대향하는 위치에 배치되는 자석 유닛(3)(자장 발생 수단)을 가지고 있다. 이 실시형태에서는, 타겟(2)은 원통 형상이며, 내부에 배치되는 자석 유닛(3)과 함께 회전 캐소드 유닛(8)을 구성하고 있다. 회전 캐소드 유닛(8)은, 성막 공정에 있어서는, 타겟(2)이, 그 회전 중심축을 중심으로 회전하면서, 성막 대상물(6)의 성막면과 평행한 면을 따라, 회전 중심축에 대해 직교 방향으로 이동한다. 한편, 자석 유닛(3)은, 타겟(2)과 달리 회전하지 않고, 항상, 타겟(2)의 성막 대상물(6)과 대향하는 표면 측에 누설 자장을 생성하여, 타겟(2) 근방의 전자 밀도를 높여서 스퍼터 한다. 이 누설 자장이 생성되는 영역이, 스퍼터 입자가 발생하는 스퍼터링 영역(A1)이다. 타겟(2)의 스퍼터링 영역(A1)이, 회전 캐소드 유닛(8)의 이동과 함께, 성막 대상물(6)의 성막면을 따라 챔버(10)에 대해 이동하여, 성막 대상물(6) 에 순차 성막하도록 되어 있다. 또한, 여기서는 자석 유닛(3)은 회전하지 않는 것으로 하였지만, 이에 한정되지 않으며, 자석 유닛(3)도 회전 또는 요동해도 된다.

성막 대상물(6)은, 홀더(6a)에 보유지지되고, 챔버(10)의 천정벽(10d) 측에 수평으로 배치되고 있다. 성막 대상물(6)은, 예를 들어, 챔버(10)의 측벽에 설치된 일방의 게이트 밸브(17)로부터 반입되어 성막되며, 성막 후, 챔버(10)의 타방의 측벽에 설치된 게이트 밸브(18)로부터 배출된다. 도시예에서는, 성막 대상물(6)의 성막면이 중력 방향 하방을 향한 상태에서 성막이 행해지는, 이른바 디포 업의 구성으로 되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 성막 대상물(6)이 챔버(10)의 저면 측에 배치되고 그 상방에 로터리 캐소드(8)가 배치되어, 성막 대상물(6)의 성막면이 중력 방향 상방을 향한 상태에서 성막이 행해지는, 이른바 디포 다운의 구성이어도 된다. 혹은, 성막 대상물(6)이 수직으로 세워진 상태, 즉, 성막 대상물(6)의 성막면이 중력 방향과 평행한 상태에서 성막이 행해지는 구성이어도 된다.

회전 캐소드 유닛(8)은, 도 1(B)에 나타내는 바와 같이, 양단이 이동대(移動台; 230) 상에 고정된 서포트 블록(210)과 엔드 블록(220)에 의해 지지되는 구성으로, 원통 형상의 타겟(2)은 회전 가능하게, 내부의 자석 유닛(3)은 고정 상태로 지지되고 있다. 이동대(230)는, 리니어 베어링 등의 반송 가이드(240)를 거쳐 한 쌍의 안내 레일(250)을 따라 수평 방향으로 이동 가능하게 지지되고 있다. 도면 중, 안내 레일(250)과 평행 방향을 X축, 수직 방향을 Z축, 수평면에서 안내 레일(250)과 직교 방향을 Y축으로 하면, 회전 캐소드 유닛(8)은, 그 회전축은 Y축 방향을 향한 상태에서, 회전축을 중심으로 회전하면서, 성막 대상물(6)에 대해 평행으로, 즉 XY 평면 상을 X축 방향으로 이동한다.

타겟(2)은, 회전 구동 장치인 타겟 구동 장치(11)에 의해 회전 구동된다. 타겟 구동 장치(11)는, 특히, 도시하고 있지 않지만, 모터 등의 구동원을 갖고, 동력 전달 기구를 통해 타겟(2)으로 동력이 전달되는 일반적인 구동 기구가 적용되며, 예를 들어, 서포트 블록(210) 혹은 엔드 블록(220) 등에 탑재되어 있다. 한편, 이동대(230)는, 직선 구동 기구(12)에 의해, Y축 방향으로 직선 구동된다. 직선 구동 기구(12)에 대해서도, 특히 도시하고 있지 않지만, 회전 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 볼 나사 등을 이용한 나사 이송 기구, 리니어 모터 등, 공지의 여러 가지 직선 운동 기구를 이용할 수 있다.

타겟(2)은, 이 실시형태에서는 원통 형상이며, 성막 대상물(6)에 성막을 행하는 성막 재료의 공급원으로서 기능한다. 타겟(2)의 재질은 특히 한정되지 않지만, 예를 들어, Cu, Al, Ti, Mo, Cr, Ag, Au, Ni 등의 금속 단체(單體), 혹은, 이들 금속 원소를 포함하는 합금 또는 화합물을 들 수 있다. 타겟(2)의 재질로서는, ITO, IZO, IWO, AZO, GZO, IGZO 등의 투명 도전 산화물이여도 된다. 타겟(2)은, 이들 성막 재료가 형성된 층의 내측에, 다른 재료로 이루어지는 백킹 튜브(2a)의 층이 형성되어 있다. 이 백킹 튜브(2a)에는, 전원(13)이 접속되어, 전원(13)으로부터 바이어스 전압이 인가되는 캐소드로서 기능한다. 바이어스 전압은 타겟 그 자체에 인가해도 되며, 백킹 튜브가 없어도 된다. 또한, 챔버(10)는 접지되고 있다. 또한, 타겟(2)은 원통형의 타겟이지만, 여기서 말하는 「원통형」은 수학적으로 엄밀한 원통형만을 의미하는 것이 아니라, 모선이 직선이 아니고 곡선인 것이나, 중심축에 수직인 단면이 수학적으로 엄밀한 「원」이 아닌 것도 포함한다. 즉, 본 발명에 있어서의 타겟(2)은, 중심축을 축으로 회전 가능한 원통형의 것이면 된다.

자석 유닛(3)은, 성막 대상물(6)을 향하는 방향으로 자장을 형성하는 것으로, 도 2(C)에 나타내는 바와 같이, 로터리 캐소드(8)의 회전축과 평행 방향으로 연장하는 중심 자석(31)과, 중심 자석(31)을 둘러싸는 중심 자석(31)과는 이극(異極)의 주변 자석(32)과, 요크판(33)을 구비하고 있다. 주변 자석(32)은, 중심 자석(31)과 평행으로 연장하는 한 쌍의 직선부(32a, 32b)와, 직선부(32a, 32b)의 양단을 연결하는 회전부(32c, 32d)에 의해 구성되어 있다. 자석 유닛(3)에 의해 형성되는 자장은, 중심 자석(31)의 자극으로부터, 주변 자석(32)의 직선부(32a, 32b)를 향해 루프 형상으로 돌아오는 자력선을 가지고 있다. 이에 의해, 타겟(2)의 표면 근방에는, 타겟(2)의 긴 길이 방향으로 연장한 토로이달형의 자장의 터널이 형성된다. 이 자장에 의해, 전자가 포착되고, 타겟(2)의 표면 근방에 플라즈마를 집중시켜, 스퍼터링의 효율이 향상되고 있다. 이 자석 유닛의 자장이 누설되는 타겟(2)의 표면의 영역이, 스퍼터 입자가 발생하는 스퍼터링 영역(A1)이다.

챔버(10)에는, 가스 도입 수단(16) 및 배기 수단(15)이 접속되고, 내부를 소정의 압력으로 유지할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이들 가스 도입 수단(16) 및 배기 수단(15)이 압력 조정 수단을 구성한다. 즉, 챔버(10)의 내부에는, 스퍼터 가스(아르곤 등의 불활성 가스나 산소나 질소 등의 반응성 가스)가, 가스 도입 수단(16)에 의해, 챔버(10)에 설치된 도입구(41, 42)를 통해 도입된다. 또한, 챔버(10)의 내부로부터는, 배기구(5)를 통해 진공 펌프 등의 배기 수단(15)에 의해 배기가 행해진다. 이에 의해, 챔버(10)의 내부의 압력은 소정의 압력으로 조압된다.

가스 도입 수단(16)은 복수의 도입구(41, 42)를 갖고, 도시하지 않은 가스 봄베 등의 공급원과, 공급원과 도입구(41, 42)를 접속하는 배관계와, 배관계에 설치되는 각종 진공 밸브, 매스 플로우 콘트롤러 등으로 구성되고, 매스 플로우 콘트롤러의 유량 제어 밸브에 의해, 공급량을 조정 가능하게 되어 있다. 유량 제어 밸브는, 전자(電磁) 밸브 등의, 전기적으로 제어 가능한 구성으로 되어 있다. 도입구(41, 42)는, 챔버의 수직의 측벽에 배치되어 있는 것처럼 도시되어 있지만, 측벽에 한정되지 않고, 저벽에 설치되어 있어도 되고, 천정벽에 설치되어 있어도 된다. 또한, 배관이 챔버 내로 연장하고, 도입구가 챔버(10) 내로 개구하여 있어도 된다. 또한, 각 도입구(41, 42)는, 각각 복수 설치되고, 타겟(2)의 긴 길이 방향을 따라 배치되는 구성으로 할 수도 있다.

배기 수단(15)은, 진공 펌프와, 진공 펌프와 배기구(54)를 접속하는 배관계를 포함하고, 배관계에는 컨덕턴스 밸브 등의 전기적으로 제어 가능한 유량 제어 밸브가 설치되어, 제어 밸브에 의해 배기량을 조정 가능하게 되어 있다. 배기구(5)는, 도시예에서는 저벽에 설치되어 있지만, 저벽에 한정되지 않고, 수직의 측벽에 설치되어 있어도 되고, 천정벽에 설치되어 있어도 좋다. 또한, 배관이 챔버 내로 연장하고, 배기구(5)가 챔버(10) 내로 개구하여 있어도 된다.

도시예에서는, 상기한 가스 도입 수단(16)의 도입구(41, 42)는, 회전 타겟 유닛(8)이 직선 이동하는 이동 범위의 시단(始端) 측의 측벽(10b)과, 종단(終端) 측의 측벽(10a)에 설치되고, 배기구(5)는 직선 이동 범위의 중앙 위치의 저벽(10c) 측에 설치되어 있다. 스퍼터 공정에 있어서는, 스퍼터 가스를 도입구(4)로부터 도입하면서, 배기구(5)로부터 배기하여 일정의 소정 압력을 유지하고 있고, 챔버(10) 내의 압력 분포 P0(x)는, 도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 시단 및 종단 측이 상대적으로 높고, 배기구(5)가 있는 중앙부가 낮은 상태로 되고 있다. 본 발명은, 챔버(10) 내의 압력을 취득하는 압력 센서(7)를, 회전 캐소드 유닛(8)의 이동대(230)에 설치하여, 회전 캐소드 유닛(230)의 이동과 함께 이동시켜, 스퍼터링 영역(A1)의 주변의 압력을 취득 가능하게 한 것이다. 압력 센서(7)로서는, 커패시턴스 마노미터 등의 격막 진공계, 피라니 진공계나 열전대(熱電對) 진공계 등의 열전도식 진공계, 수정 마찰 진공계 등의 각종 진공계를 이용할 수 있다. 압력 센서(7)로서는, 비교적 소형의 진공계인, 열전도식 진공계 또는 수정 마찰 진공계를 이용하는 것이 바람직하다. 압력 센서(7)는 제어부(14)에 접속되고, 압력 센서(7)에 의해 취득된 압력의 정보에 기초하여, 압력 조정 수단을 구성하는 가스 도입 수단(16)이나 배기 수단(15)을 제어하여, 챔버(10) 내의 압력을 조정하도록 되어 있다.

다음으로, 성막 장치(1)의 작용에 대해 설명한다. 스퍼터 공정에서는, 제어부(14)에서, 타겟 구동 기구(11)를 구동시켜 타겟(2)을 회전시키고, 전원(13)으로부터 바이어스 전압을 인가함과 함께, 직선 구동 기구(12)를 구동하여, 회전 캐소드 유닛(8)을, 직선 운동 방향의 이동 범위의 시단으로부터 소정 속도로 이동시킨다. 바이어스 전위가 인가되면, 자석 유닛(3)에 의해, 성막 대상물(6)에 면하는 타겟(2)의 표면 근방에 플라즈마가 집중하여 생성되고, 플라즈마 중의 양이온 상태의 가스 이온이 타겟(2)을 스퍼터하고, 비산한 스퍼터 입자가 성막 대상물(6)에 퇴적한다. 회전 캐소드 유닛(8)의 이동에 수반하여, 회전 캐소드 유닛(8)의 이동 방향 상류 측으로부터 하류 측을 향해, 순차, 스퍼터 입자가 퇴적되어 감으로써 성막되어 간다.

이 실시형태에서는, 회전 캐소드 유닛(8)의 이동 경로의 시단 측과 종단 측에 가스의 도입구(41, 42)가 있고, 회전 캐소드 유닛(8)의 이동 경로의 중앙 부근의 저벽(10c)에 배기구(5)가 배치되고 있다. 그 때문에 챔버(10)의 내부의 압력은, 도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 회전 캐소드 유닛(8)의 이동 경로의 시단 측과 종단 측에 있어 압력이 높고, 중앙 부근에 있어 압력이 낮다고 하는 압력 분포로 되고 있다. 본 실시형태에서는, 회전 캐소드 유닛(8)의 이동대(230)에 압력 센서(7)가 설치되고 있으므로, 압력 센서(7)는 회전 캐소드 유닛(8)의 이동과 함께 이동하고, 스퍼터 입자의 발생 영역 주변의 압력을 적확하게 검출하고, 검출치를 항상 제어부(14)로 송신하고 있다. 제어부(14)는, 목표 압력과 검출한 압력의 차분을 제로로 하도록, 가스 공급 수단(16)과 배기 수단(15)의 배관계에 설치된 유량 제어 밸브나 압력 제한 밸브를 피드백 제어한다. 이 제어량은, 차분에 대한 제어량이 미리 정해져 있고, 축차 제어된다.

도 2(B)는, 제어 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 즉, P0(x)는 초기 상태의 압력 분포를 나타내고 있다. 목표 압력을 pt라 한다. 예를 들어, 회전 캐소드 유닛(8)의 X축 방향의 위치가 x1이고, 검출된 압력이 P0(x1)라 하면, 목표 압력 pt와의 차분 Δ1은, (P0(x1)-(pt))이다. 이 실시형태에서는, 이 차 Δ1의 절대치가, 소정치 이하인 경우에는, 배기 수단(15)으로 압력을 조정하고, 절대치가 소정치보다 큰 경우에는 배기 수단(15) 및 가스 도입 수단(16)으로 압력을 조정한다. 배기 수단(15) 및 가스 도입 수단(16)의 조정량에 대해서는, 차압과 조정량의 관계를 미리 구하여 제어부(14)에 기억되어 있고, 배기 수단(15)과 가스 도입 수단(16)으로 제어 신호가 출력된다. 실제로는 지시하고 나서 가스압이 목표압 pt에 이를 때까지 시간차가 있지만, 도 2(B)에서는, 시간차를 무시하고 설명하면, 압력 분포가, P0(x)로부터 P1(x)로 변화한다.

또한, 회전 캐소드 유닛(8)이 x2까지 진행된 시점에서는, 압력 센서(7)가 취득한 압력이 P1(x2)라 하면, 목표 압력 pt와의 차분 Δ2는, (P0(x2)-(pt))로, 마이너스가 되고, 또한, 절대치는 차분 Δ1보다 작다. 이 차 Δ2의 절대치가, 소정치 이하인 경우에는, 배기 수단(15)으로 압력을 조정하고, 절대치가 소정치보다 큰 경우에는 배기 수단(15) 및 가스 도입 수단(16)으로 압력을 조정한다. 예를 들어, 차분 Δ1과 차분 Δ2의 절대치의 사이에 임계치가 있는 경우에는, x1의 위치에서는, 배기 수단(15) 및 가스 도입 수단(16)으로 조정하고, x2의 위치에서는, 배기 수단(15)만에 의해 압력을 조정한다. 이와 같이 하여, 가스 압력의 압력 분포가 불균일한 챔버 내이더라도, 회전 캐소드(8)의 이동 위치에서의 압력을 검출하고, 목표 압력과의 차를 제로가 되도록 제어하므로, 회전 캐소드 유닛(8)의 스퍼터링 영역(A) 부근의 압력은, 거의 균일하게 조정할 수 있어, 압력차에 의한 성막 대상물(6)에 생성되는 막의 막두께나 막질을, 거의 균일하게 성막할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시형태에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는 실시형태 1과, 주로 다른 점에 대해서만 설명하고, 동일한 구성 부분에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

[실시형태 2］

도 3은, 본 발명의 실시형태 2와 관련되는 성막 장치(102)를 나타내고 있다. 실시형태 2와 관련되는 성막 장치(102)는, 압력 센서(71, 72)를 복수 배치한 것이다. 도시예에서는, 회전 캐소드 유닛(8)의 이동 방향의 전후 2개소에 배치하고, 회전 캐소드 유닛(8)의 이동과 함께 이동하도록 구성되어 있다. 특히, 도시예에서는, 이동 방향 전후의 방착판(261, 262)에 장착되어 있다. 또한, 이 구성에 한정되지 않고, 예를 들어, 이동대(230)를 회전 캐소드 유닛(8)의 이동 방향(즉, X축의 정(正)의 방향 및 부(負)의 방향 각각)으로 연장시켜 두고, 그 연장부의 각각에 압력 센서(71, 72)를 배치해도 된다.

이 실시형태에서는, 회전 캐소드 유닛(8)의 진행 방향에 따라, 사용하는 압력 센서(71, 72)를 선택한다. 즉, 회전 캐소드 유닛(8)이 도 3의 화살표 방향으로 진행하는 경우에는, 진행 방향 전방에 있는 압력 센서인 압력 센서(71)를 사용한다. 반대 방향으로 이동하는 경우에는, 압력 센서(72)를 선택한다. 이 회전 캐소드 유닛(8)의 이동 방향에 따라 압력을 조정할 때에 이용하는 압력 센서의 선택은, 제어부(14)에 의해 이루어지며, 제어부(14)가 선택 수단을 구성한다. 또한, 압력 센서(71, 72)가, 회전 캐소드 유닛(8)의 스퍼터링 영역(A)보다 진행 방향 전방에 위치하고 있으므로, 스퍼터링 영역(A)이, 이제부터 진입하는 에리어의 압력 정보를 미리 취득할 수 있으므로, 조압의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 진행 방향이 어느 일방만인 경우에는, 편측에 설치해 두면 된다.

[실시형태 3]

도 4는, 본 발명의 실시형태 3과 관련되는 성막 장치(102)를 나타내고 있다. 실시형태 3과 관련되는 성막 장치(102)에서는, 회전 캐소드 유닛(8)과 함께 이동하는 압력 센서(7)뿐만 아니라, 챔버(10)에, 소정 위치의 압력을 측정하는 제2 압력 센서로서 고정 압력 센서(9)가 배치되고 있다. 본 실시형태에서는, 압력 센서(7)로서는 비교적 소형 진공계인 열전도식 진공계가 이용되며, 고정 압력 센서(9)로서는 격막 진공계가 이용되고 있다.

압력 센서(7) 및 고정 압력 센서(9)는, 전환하여 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 성막 시에는 압력 센서(7)를 이용하여 압력을 검출해서 조압하고, 비성막 시에는 고정 압력 센서(7)를 이용하여 조압하는 것이 바람직하다. 또한, 성막 시에 있어서는, 우선, 고정 압력 센서(9)로 압력을 측정하고, 챔버(10) 내부의 압력이 압력 센서(7)로 측정 가능한 압력 범위에 도달하면, 제어부(14)는 사용하는 압력 센서를 압력 센서(7)로 전환하는 것이 바람직하다. 이 실시형태 3에서는, 제어부(14)가, 압력을 조정할 때 이용하는 압력 센서를, 압력에 따라, 고정 압력 센서(9)나 압력 센서(7)로 전환하는 전환 수단을 구성한다.

[실시형태 4］

도 5(A)는, 본 발명의 실시형태 4와 관련되는 성막 장치(103)를 나타내고 있다. 실시형태 4와 관련되는 성막 장치(103)에서는, 원통형의 타겟(302)을 사용한 회전 캐소드 유닛이 아니라, 평판 형상의 타겟(302)을 사용한 플래너 캐소드 유닛(308)이 이용되고 있다. 플래너 캐소드 유닛(308)은, 성막 대상물과 평행으로 배치된 타겟(302)을 갖고, 이 타겟(302)의 성막 대상물(6)과 반대 측에 자장 발생 수단인 자석 유닛(3)이 배치되고 있다. 또한, 타겟(302)의 성막 대상물(6)과는 반대 측의 면에는, 전원(13)으로부터 전력이 인가되는 백킹 플레이트(302a)가 설치되고, 이동 방향의 전후에 배치된 케이스판(361, 362)에 끼워져 일체적으로 고정되고 있다. 저판(363)에 자석 유닛(3)이 고정되고 있다. 그리고, 플래너 캐소드 유닛(308)은, 이동대(230)의 상면에 고정되며, 이동대(230)의 상면에는, 실시형태 2와 마찬가지로, 플래너 캐소드 유닛(308)의 이동 방향의 전후 2개소에, 각각 이동 압력 센서(71, 72)가 배치되고 있다. 즉, 이동 압력 센서(71, 72)는, 타겟(302)의 스퍼터링 영역(A1)에 대해서, 소정 거리만큼 이동 방향 전방에 위치하고 있다.

또한, 이동 압력 센서(71, 72)는, 도시예에서는 이동대(230) 상에 배치되어 있지만, 전후의 케이스판(361, 362)에 장착하여도 된다. 또한, 이 플래너 캐소드 유닛(308)의 경우에도, 실시형태 3과 같이, 고정 압력 센서(9)와 조합해도 된다. 또한, 도 5(B)~(D)에 나타내는 바와 같이, 플래너 캐소드 유닛(308)의 케이스(306) 내에 있어서, 자석 유닛(3)이, 타겟(302)에 대해 상대 이동 가능하게 되어 있어도 된다. 이와 같이 하면, 스퍼터링 영역(A1)을 타겟(302)에 대해 상대적으로 비켜 놓을 수 있고, 타겟(302)의 이용 효율을 높일 수 있다.

[실시형태 5］

도 6(A), (B)는, 본 발명의 실시형태 5와 관련되는 성막 장치(104)를 나타내고 있다. 상기 실시형태 4의 도 5(B)~(D)에 있어서는, 플래너 캐소드 유닛(308) 내에 있어서, 자석 유닛(3)이 타겟(302)에 대해 상대 이동 가능하게 되어 있었다. 한편, 이 실시형태 5에서는, 평판 형상의 타겟(402)이 X축 방향 및 Y축 방향의 양방에 있어 성막 대상물(6)보다 크고, 챔버(10)에 대해 고정되어 설치되고 있다. 또한, 자장 발생 수단으로서의 자석 유닛(3)이, 챔버(10)에 고정된 타겟(402)에 대해서(즉, 챔버(10)에 대해서) 이동하고, 타겟(402)의 타겟 입자가 방출되는 스퍼터링 영역(A1)을, 성막 대상물(6)을 따라 이동시키도록 한 것이다.

타겟(402)은, 진공 영역과 대기압 영역의 경계 부분에 배치되고, 자석 유닛(3)은 챔버(10) 밖의 대기 중에 놓인다. 즉, 도 6(A)에 나타내는 바와 같이, 타겟(402)은, 챔버(10)의 저벽(10c)에 설치된 개구부(10c1)를 기밀하게 막도록 배치되고, 타겟(402)은 챔버(10)의 내부 공간에 면하고, 성막 대상물(6)과 대향하고 있다. 여기서는, 타겟(402)의 성막 대상물(6)과는 반대 측의 면에는, 전원(13)으로부터 전력이 인가되는 백킹 플레이트(402a)가 설치되고, 백킹 플레이트(402a)가 외부 공간에 면하고 있다.

자석 유닛(3)은, 챔버(10)의 밖에 배치되고, 압력 센서(7)는 챔버(10) 내에 배치된다. 자석 유닛(3)은, 챔버(10)의 밖에서, 자석 유닛 이동 장치(430)에 지지되고, 타겟(402)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 자석 유닛(3)은, 마그넷 구동 장치(121)가 자석 유닛 이동 장치(430)를 구동함에 따라 구동된다. 자석 유닛 이동 장치(430)는, 자석 유닛(3)을 X축 방향으로 직선 안내하는 장치이며, 특히 도시하지 않지만, 자석 유닛(3)을 지지하는 이동대와 이동대를 안내하는 레일 등의 가이드 등으로 구성된다. 압력 센서(7)는, 챔버(10) 내에 배치한 센서 이동 장치(450)에 지지되며, 타겟(402)을 따라, X축 방향으로 이동 가능하게 되어 있고, 압력 센서 구동 장치(122)에 의해 구동된다. 센서 이동 장치(450)에 대해서도, 자석 유닛 이동 장치(430)와 마찬가지로, 압력 센서(7)를 지지하는 이동대와 이동대를 안내하는 레일 등의 가이드 등으로 구성된다. 마그넷 구동 장치(121) 및 압력 센서 구동 장치(122)는, 제어 장치(14)에 의해 제어되며, 압력 센서(7)를 자석 유닛(3)의 이동과 동기하여 구동함으로써, 스퍼터링 영역(A1)의 이동과 함께 압력 센서(7)를 이동시키는 구성으로 되어 있다.

또한, 이 실시형태에서는, 챔버(10)의 저벽(10c)에 타겟(402)이 배치되므로, 배기구(51, 52)가, 도 4(B)에 나타내는 바와 같이, 챔버(10)의 전벽(측벽)(10e) 및 후벽(측벽)(10f)에 설치되고 있다. 또한, 센서 이동 장치(450) 및 압력 센서(7)는, 자석 유닛(3)의 긴 길이 방향(Y축 방향)의 양측, 즉, 챔버(10)의 전벽(10e)의 내측면과 자석 유닛(3) 사이의 공간, 및 챔버(10)의 후벽(10f)의 내측면과 자석 유닛(3) 사이의 공간, 2개소에 배치되어, 자석 유닛(3)의 긴 길이 방향 양측의 압력을 검출하도록 되어 있다. 검출치는, 예를 들어 2개의 압력 센서(7)의 평균치로 하여 압력이 조정된다.

[그 외의 실시형태］

또한, 상기 실시형태에서는, 회전 캐소드 유닛(8)이나, 플래너 캐소드 유닛이 1개인 경우를 예시하였지만, 로터리 캐소드(8)나 플래너 캐소드 유닛이 챔버(10)의 내부에 복수 배치된 성막 장치에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 회전 캐소드 유닛(8)의 경우, 자석 유닛(3)을 복수 갖고, 이들 자석 유닛(3)의 각각에 대응하여 복수의 타겟(2)이 배치되고, 각 자석 유닛(3)과 대응하는 각 타겟(2)에 의해 복수 조의 타겟 유닛인 회전 캐소드 유닛(8)이 구성되고, 직선 구동 기구(12)에 의해 복수 조의 회전 캐소드 유닛(8)을 함께 이동시킨다. 또한, 플래너 캐소드 유닛(308)의 경우, 자석 유닛(3)을 복수 갖고, 이들 자석 유닛(3)의 각각에 대응하여 복수의 타겟(302)이 배치되고, 각 자석 유닛(3)에 대응하는 각 타겟(302)에 의해 복수 조의 타겟 유닛인 플래너 캐소드 유닛(8)이 구성되고, 직선 구동 기구(12)에 의해 복수 조의 플래너 캐소드 유닛(8)을 함께 이동시킨다.

1: 성막 장치
2: 타겟
6: 성막 대상물
7: 압력 센서
10: 챔버
12: 직선 구동 기구(이동 수단)
A1: 스퍼터링 영역

Claims

성막 대상물 및 타겟이 내부에 배치되는 챔버를 갖고,
상기 타겟으로부터 스퍼터 입자를 발생시키는 스퍼터링 영역을 상기 챔버 내에서 이동시키면서, 상기 스퍼터 입자를 상기 성막 대상물에 퇴적시켜 성막하는 성막 장치로서,
상기 챔버 내에 배치되고, 상기 챔버 내의 압력을 취득하는 압력 센서와,
상기 압력 센서를, 상기 스퍼터링 영역의 이동과 함께 이동시키는 이동 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항에 있어서,
상기 챔버 내의 압력을 조정하는 압력 조정 수단을 더 구비하고,
상기 압력 조정 수단은, 상기 압력 센서에 의해 취득된 상기 압력의 정보에 기초하여 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제2항에 있어서,
상기 압력 조정 수단은, 상기 압력 센서에 의해 취득되는 압력이 목표 압력이 되도록, 상기 챔버 내의 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 압력 조정 수단은, 배기 수단과, 가스 도입 수단을 포함하고,
상기 압력 센서에 의해 취득된 압력과 목표 압력과의 차의 절대치가 소정치 이하인 경우에는 상기 배기 수단으로 압력을 조정하고, 상기 절대치가 소정치보다 큰 경우에는 상기 배기 수단 및 상기 가스 도입 수단으로 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 챔버에 고정된 제2 압력 센서를 가지는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제5항에 있어서,
상기 챔버 내의 압력에 따라, 상기 압력 조정 수단에 의해 압력을 조정할 때에 이용하는 압력 센서를, 상기 스퍼터링 영역의 이동과 함께 이동하는 상기 압력 센서와, 상기 제2 압력 센서로 전환하는 전환 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제5항에 있어서,
상기 성막 대상물에의 성막을 행하고 있을 때에는 상기 압력 센서로 취득된 압력의 정보에 기초하여 상기 챔버 내의 압력을 조정하고, 상기 성막 대상물에의 성막을 행하지 않을 때에는 상기 제2 압력 센서로 취득된 압력의 정보에 기초하여 상기 챔버 내의 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 압력 센서는 격막 진공계인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 센서는 열전도식 진공계인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 챔버 내의, 상기 타겟을 개재시켜서 상기 성막 대상물과 대향하는 위치에 배치되는 자장 발생 수단을 더 가지는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟을 상기 챔버에 대해서 이동시키는 타겟 구동 수단을 갖고,
상기 타겟 구동 수단으로 상기 타겟을 상기 챔버에 대해서 이동시킴으로써, 상기 스퍼터링 영역을 이동시키는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 센서는, 상기 타겟과 일체적으로 조립되는 구성이며,
상기 이동 수단은, 상기 타겟 및 상기 압력 센서를, 상기 타겟의 긴 길이 방향에 교차하는 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟은 원통형이며, 상기 타겟을 회전시키는 회전 구동 수단을 더 가지는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 챔버 내에는 복수의 상기 타겟이 나란히 배치되고,
상기 이동 수단은, 배치되는 상기 복수의 타겟을 함께 이동시키는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟은, 상기 스퍼터링 영역의 이동 방향으로 연장하는 평판 형상이며,
상기 타겟은 상기 챔버에 대해서 고정하여 설치되고,
상기 이동 수단은, 상기 자장 발생 수단을 상기 챔버에 대해서 이동시킴으로써, 상기 스퍼터링 영역을 이동시키는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동 수단에 의해 이동하는 상기 압력 센서를, 상기 스퍼터링 영역의 이동 방향을 따라 복수 가지고 있고,
상기 압력 조정 수단에 의해 압력을 조정할 때에 이용하는 압력 센서를, 상기 스퍼터링 영역의 이동 방향에 따라 선택하는 선택 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제16항에 있어서,
상기 선택 수단은, 상기 스퍼터링 영역의 이동 방향에 따라, 상기 스퍼터링 영역의 이동 방향 전방에 배치된 상기 압력 센서를 선택하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 도입 수단은, 상기 챔버 내에 가스를 도입하기 위한 복수의 가스 도입구를 갖고,
상기 복수의 가스 도입구는, 배치되는 상기 타겟의 긴 길이 방향을 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
성막 대상물을 챔버 내에 배치하고, 상기 성막 대상물과 대향하여 배치된 타겟으로부터 비상하는 스퍼터 입자를 퇴적시켜 성막하는 스퍼터 성막 공정을 포함하는 성막 방법으로서,
상기 스퍼터 성막 공정은, 상기 타겟의 스퍼터 입자가 발생하는 스퍼터링 영역을 상기 챔버에 대해서 상대 이동시키면서 성막을 행하는 공정이며,
상기 스퍼터 성막 공정에 있어서, 상기 타겟의 스퍼터링 영역과 함께 이동하는 압력 센서에 의해 상기 챔버 내의 압력의 정보를 취득하고, 상기 챔버 내의 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
성막 대상물을 챔버 내에 배치하고, 상기 성막 대상물과 대향하여 배치된 타겟으로부터 비상하는 스퍼터 입자를 퇴적시켜 성막하는 스퍼터 성막 공정을 포함하는 전자 디바이스의 제조 방법으로서,
상기 스퍼터 성막 공정은, 상기 타겟의 스퍼터 입자가 발생하는 스퍼터링 영역을 상기 챔버에 대해서 상대 이동시키면서 성막을 행하는 공정이며,
상기 스퍼터 성막 공정에 있어서, 상기 타겟의 스퍼터링 영역과 함께 이동하는 압력 센서에 의해 상기 챔버 내의 압력의 정보를 취득하고, 상기 챔버 내의 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.