KR20210001904A

KR20210001904A - 스퍼터링 장치

Info

Publication number: KR20210001904A
Application number: KR1020200040402A
Authority: KR
Inventors: 야수오 오오쿠보; 모토시 코바야시; 타카히로 오노
Original assignee: 울박, 인크
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2021-01-06
Also published as: TW202100780A; JP6982597B2; JP2021004390A; CN112144026B; TWI762872B; CN112144026A; KR102478616B1

Abstract

박막의 면 내의 특성 분포를 균일하게 한 스퍼터링 장치의 개폐 작업을 용이하게 한다.
타겟측 진공조(11a)와 기판측 진공조(11b)로 구성된 진공조(11) 중, 타겟측 진공조(11a)에 전극판(28a, 28b)의 중량을 지지시키고, 전극판(28a, 28b)을 타겟(13)의 짧은 변 상에 배치하여 타겟(13)과 접지 전위 사이의 거리를 짧게 하여, 기판(16) 상에서 플라즈마를 균일하게 만든다. 기판측 진공조(11b)의 내부가 경량화되어 있기 때문에, 기판측 진공조(11b)를 이동시켜 진공조(11)를 개폐할 때 개폐 작업이 용이하게 된다.

Description

스퍼터링 장치{Sputtering apparatus}

본 발명은 스퍼터링 기술에 관한 것으로, 특히 금속 박막의 면 내의 특성 분포를 균일하게 하는 스퍼터링 기술에 관한 것이다.

스퍼터링 방법에 의한 박막 형성은 널리 이용되고 있는 기술이며, 최근에는 대형 기판에 박막을 형성하기 위하여, 대면적 기판에 특성 분포가 균일한 박막을 형성하는 기술이 요구되고 있다.

도 9(평면도와 E-E 선, F-F선 재단 단면도)의 플라즈마 장치(102)는 캐소드 전극(112)의 표면에 타겟(113)이 배치되고, 이면에 외주 자석(125)과 내측 자석(126)이 요크(127)에 배치된 복수의 자석 장치(115₁ ~ 115₄)가 설치되어 있으며, 타겟(113)이 스퍼터되면 타겟(113)과 대면하여 기판 배치부(114) 상에 배치된 기판(116)의 표면에 박막이 형성된다.

기판(116)의 외주 상에는 애노드 전극(117)이 배치되어 있어, 타겟(113) 표면에 형성되는 플라즈마가 균일하게 되도록 되어 있다.

그러나 기판(116)이 더욱 대형화되고, 그에 따라 타겟(113)이나 자석 장치(115₁ ~ 115₄)가 대형화되어 온 결과, 기판(116)의 짧은 변에 가까운 영역과 그 사이의 중앙 부분에서는, 형성되는 박막의 특성 차가 커지게 되었다.

짧은 변 부분의 박막의 저항값과 중앙 부분의 박막의 저항값이 크게 다르면, 기판 표면에 형성되는 발광층의 발광 분포가 다르게 되어 불균일한 밝기의 화면이된다.

일본 특허공개 평 07-331433호 공보에는 이동 가능한 마그네트론 플라즈마에 연동한 접지 전위 전극을 배치하여 막질이나 막두께의 균일화를 도모한 대형 기판용 마그네트론 스퍼터 장치가 기재되어 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 단점을 해결하기 위해 창작된 것으로, 그 목적은 대형 기판 표면에 형성되는 박막의 특성 분포를 균일하게 하는 것에 있으며, 특히, 가늘고 긴 마그네트론 자석 단부에 가까운 기판 가장자리 부근 영역의 박막 특성과 기판 중앙 부근 영역의 박막 특성의 차를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 착막한 전극판의 중량을 가볍게 하여, 전극판을 용이하게 교환할 수 있도록 하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 진공조, 상기 진공조의 내부에 배치된 타겟, 상기 타겟의 이면측에 배치되어 스퍼터 전원에 접속되는 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극의 이면측에 배치된 복수의 자석 장치, 기판이 배치되는 기판 배치부 및 접지 전위에 접속되어 상기 기판의 외주 상을 덮는 링 형상의 애노드 전극을 가지며, 각 상기 자석 장치에는 가늘고 긴 링 형상의 외주 자석과 그 내측에 배치된 내측 자석이 설치되고, 상기 타겟의 표면에는 상기 외주 자석과 그 내측의 상기 내측 자석 사이에서 형성되는 자속(磁束)이 누설되어, 상기 타겟이 스퍼터링되어 상기 기판 표면에 박막이 형성되는 스퍼터링 장치로서, 상기 외주 자석과 그 내측의 상기 내측 자석은 이간되어 상기 외주 자석과 그 내측의 상기 내측 자석 사이의 영역인 플라즈마 영역은 가늘고 긴 링 형상이 되고, 상기 플라즈마 영역의 양단과 상기 기판의 표면이 위치하는 평면 사이에는 접지 전위에 접속된 전극판이 배치되어, 상기 애노드 전극의 표면과 상기 타겟 표면 사이의 TA 거리보다도, 상기 전극판의 표면과 상기 타겟 표면 사이의 TB 거리가 짧게 되고, 상기 타겟의 상기 플라즈마 영역의 양단을 따라 위치하는 두 변 상에는 상기 전극판이 배치된 스퍼터링 장치이다.

본 발명은, 상기 진공조는 내부에 상기 타겟이 배치된 타겟측 진공조와, 내부에 상기 애노드 전극이 배치된 기판측 진공조로 분리할 수 있도록 되어 있으며, 상기 타겟측 진공조와 상기 기판측 진공조가 밀착하여 접속된 상태에서는 상기 타겟과 상기 애노드 전극은 연직으로 배치되고, 상기 전극판의 중량은 상기 타겟측 진공조에 의해 지지되고 있으며, 상기 타겟측 진공조와 상기 기판측 진공조를 분리시킬 때에는 상기 타겟측 진공조가 정지한 상태에서 상기 기판측 진공조가 이동하도록 된 스퍼터링 장치이다.

본 발명은, 상기 전극판의 표면과 상기 타겟의 표면 사이의 거리는 상기 타겟의 표면과 상기 기판 배치부에 배치된 상기 기판 표면 사이의 TS 거리의 10%보다 크고 90%보다 작게 되어 있는 스퍼터링 장치이다.

본 발명은, 상기 타겟은 평판 형상의 금속 몰리브덴판이고, 상기 박막은 금속 몰리브덴 박막인 스퍼터링 장치이다.

기판 표면 중, 가늘고 긴 마그네트론 자석의 단부에 가까운 영역과 기판 중앙의 영역 사이의 박막 특성의 차이가 작아지고, 그 결과, 직사각형 기판에 형성하는 박막의 특성에 대하여, 짧은 변 부근 영역의 특성과 그 영역 사이의 중앙 부근 영역의 특성이 균일하게 된다.

전극판과 지지 부재가 타겟측 진공조로 지지되고, 기판측 진공조의 내부가 경량화되어 있기 때문에, 기판측 진공조를 이동시켜 진공조를 개폐할 때에 개폐 작업이 용이해진다.

도 1은 본 발명의 스퍼터링 장치.
도 2는 본 발명의 스퍼터링 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 평면도 및 그 A-A선 재단 단면도와 B-B선 재단 단면도.
도 3은 본 발명에 이용되는 자석 장치를 설명하기 위한 평면도 및 C-C선 재단 단면도와 D-D선 재단 단면도.
도 4(a) ~ (c)는 그 자석 장치의 동작을 설명하기 위한 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 스퍼터링 장치의 개략 사시도.
도 7은 기판의 온도 분포를 비교하기 위한 막대 그래프.
도 8은 전극판이 애노드 전극에 부착된 스퍼터링 장치.
도 9는 종래 기술의 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 도면.

도 1의 부호 2는 본 발명의 스퍼터링 장치로서, 진공조(11)를 가지고 있다. 도 2는 후술하는 애노드 전극(17)의 외주보다도 내측 부분의 평면도 및 그 A-A선 재단 단면도와 B-B선 재단 단면도이다.

진공조(11)의 내부에는 직사각형 형상의 타겟(13)이 배치되어 있고, 그 타겟(13)의 이면측에 캐소드 전극(12)이 배치되어 있다.

캐소드 전극(12)의 표면은 타겟(13)의 이면에 접촉되어 있다.

캐소드 전극(12)의 이면측에는 자석 케이스(51)가 배치되어 있고, 자석 케이스(51)의 내부에는 복수개(여기에서는 4개)의 자석 장치(15₁ ~ 15₄)가 배치되어 있다. 자석 장치(15₁ ~ 15₄)는 마그네트론 자석이라고 한다.

캐소드 전극(12)의 이면측에 배치된 자석 장치(15₁ ~ 15₄)는 기본적으로 같은 형상, 같은 크기이고, 도 3에 1개의 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 평면도 및 그 C-C 선 재단 단면도와 D-D선 재단 단면도를 나타낸다.

자석 장치(15₁ ~ 15₄)는 링 형상의 외주 자석(25)과 외주 자석(25) 안에 배치 된 직선 형상의 내측 자석(26)을 가지고 있고, 외주 자석(25)과 내측 자석(26)은 각각 가늘고 길게 되어 있으며, 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)는 가늘고 길게 되어 있고, 각각 길이 방향을 가지고 있다.

여기에서는 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 외주 자석(25)과 타겟(13)의 이면 사이의 거리는 같게 되어 있고, 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 내측 자석(26)과 타겟(13)의 이면 사이의 거리도 같게 되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, 막두께의 분포나 막질의 분포를 균일하게 하기 위하여 자석 장치(15₁ ~ 15₄)와 타겟(13)의 이면 사이의 거리가 서로 다르거나, 자석 장치(15₁ ~ 15₄)와 타겟(13)의 이면 사이가 평행하게 배치되어 있을 수도 있다.

또한 여기에서는 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 외주 자석(25)과 타겟(13)의 이면 사이의 거리와, 내측 자석(26)과 타겟(13)의 이면 사이의 거리도 동일하게 되어 있지만, 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄) 안에서 내측 자석(26)과 타겟(13)의 이면 사이의 거리가 다른 자석 장치(15₁ ~ 15₄)나, 외주 자석(25)과 타겟(13)의 이면 사이의 거리가 다른 자석 장치(15₁ ~ 15₄)가 포함되어 있을 수도 있다.

외주 자석(25)의 두 개의 자극 중, 한 쪽 자극이 캐소드 전극(12)을 향해 배치되고, 다른 쪽 자극이 캐소드 전극(12)과는 반대쪽을 향하고 있으며, 요크(27)의 표면과 접촉하여 배치되어 있고, 또한 내측 자석(26)의 두 개의 자극 중, 한 쪽 자극이 캐소드 전극(12)을 향해 배치되고, 다른 쪽 자극이 캐소드 전극(12)과는 반대쪽을 향하고 있으며, 요크(27)의 표면과 접촉하여 배치되어 있다.

외주 자석(25)의 캐소드 전극(12)을 향한 자극과 내측 자석(26)의 캐소드 전극(12)을 향한 자극 중, 어느 한 쪽 자극은 N극이고, 다른 쪽 자극은 S극이며, 캐소드 전극(12)을 향한 자극간에 형성되는 자속은 타겟(13)의 표면에 누설되어 아치 형상으로 만곡되어 있고, 타겟(13) 표면의 전자 밀도를 증가시키도록 되어 있다.

진공조(11) 내의 타겟(13)의 표면과 대면하는 위치에는 대(54)가 배치되어 있으며, 대(54) 상에는 기판 배치부(14)가 배치되어 있다.

기판 배치부(14)는 직사각형 형상이고, 기판 배치부(14) 상에는 성막 대상인 직사각형 기판(16)이 배치되어 있다.

기판(16)은 타겟(13)보다도 작게 되어 있으며, 이하, 기판 배치부(14) 상의 기판(16)의 표면이 위치하는 평면에 투영한 경우의 위치 관계로 내측과 외측을 결정하는 것으로 하면, 기판(16)의 외주는 타겟(13)의 외주보다도 내측에 배치되어 있다.

타겟(13)과 기판(16)은 타겟(13)의 긴 변과 기판(16)의 긴 변이 평행하게 되도록 배치되어 있고, 타겟(13)의 표면과 기판(16)의 표면도 평행하게 되도록 배치되어 있다.

자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 길이 방향의 길이는 타겟(13)의 길이 방향의 길이와 거의 같은 길이이고, 기판(16)의 긴 변은 타겟(13)의 길이 방향의 길이보다도 짧게 되어 있고, 또한, 기판(16)의 긴 변은 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 길이 방향의 길이보다도 짧게 되어 있다.

각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)는 요크(27)의 이면측이 이동판(52)에 접촉한 상태에서 이동판(52) 상에 배치되어 있다.

각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)는 길이 방향이 서로 평행이고, 타겟(13)과 기판(16)의 긴 변과 평행하게 되어 있으며, 짧은 변이 연장되는 방향으로 일렬로 배열되어 있다.

진공조(11)의 외부에는 이동 장치(53)가 배치되어 있으며, 이동 장치(53)가 작동하면 이동판(52)은 타겟(13)의 이면측에서 타겟(13)의 표면을 따라 이동하고, 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)는 이동판(52)과 함께 이동한다.

타겟(13)의 표면에 누설된 자속은 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 이동과 함께 이동한다.

이동시 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)는 외주 자석(25)과 타겟(13)의 이면 사이의 거리에 변화는 없이 일정 거리가 유지된다. 또한 내측 자석(26)과 타겟(13)의 이면 사이의 거리에 변화는 없이 일정 거리가 유지된다.

따라서, 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)는 이동판(52)의 이동과 함께 동시에 타겟(13)의 이면과 평행한 평면 내를 이동한다. 도 4(a)는 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄) 각각이 이동하는 범위의 중앙에 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)가 위치하는 상태를 나타내고, 도 4(b)는 도면 오른쪽단에 위치하는 상태, 도 4(c)는 도면 왼쪽단에 위치하는 상태를 나타내고 있으며, 도 4(b)의 상태와 도 4(c)의 상태 사이를 반복 이동한다.

다음으로, 기판(16)과 타겟(13) 사이에는 접지 전위에 접속된 애노드 전극(17)이 배치되어 있다.

애노드 전극(17)은 사각 링 형상이며, 중앙에 개구(19)가 형성되어 있다. 애노드 전극(17)의 외주와 내주는 직사각형 형상이고, 애노드 전극(17)의 외주는 기판 배치부(14)에 배치된 기판(16)의 외주보다도 외측에 위치하도록 되어 있다.

이 예에서는 애노드 전극(17)의 내주는 기판(16)의 가장자리보다도 기판(16)의 중앙에 가까운 영역에 위치하도록 되어 있으며, 애노드 전극(17)의 사각 링 형상의 두 개의 긴 변 부분은 기판(16)의 긴 변 상에 배치되고, 두 개의 짧은 변 부분은 기판(16)의 짧은 변 상에 배치되며, 기판 배치부(14) 상의 기판(16)의 외주는 애노드 전극(17)에 의해 덮이고 개구(19)의 밑면에는 기판(16)의 외주보다도 내측의 부분이 노출되어 있다.

진공조(11)에는 진공 배기 장치(21)와 가스 도입 장치(23)가 접속되어 있고, 진공조(11)는 진공 배기 장치(21)에 의해 진공 배기되어, 진공조(11)의 내부에는 진공 분위기가 형성되어 있다.

진공조(11)의 외부에는 캐소드 전극(12)에 전기적으로 접속된 스퍼터 전원(22)이 설치되어 있으며, 진공 분위기가 형성된 진공조(11) 내부에 가스 도입 장치(23)로부터 스퍼터링 가스를 도입하고, 내부가 소정 압력으로 안정된 곳에서 스퍼터 전원(22)으로부터 캐소드 전극(12)에 스퍼터링 전압을 인가한다.

타겟(13)은 금속 판상으로 성형된 평판 형상 타겟으로, 자석 장치(15₁ ~ 15₄)를 이동시키면서 타겟(13)의 표면 근방에 스퍼터링 가스의 플라즈마를 형성한다.

플라즈마 중의 스퍼터링 가스의 양이온은 가속되어, 스퍼터링 가스 입자가 타겟(13)에 입사하여 타겟(13)은 스퍼터링되며, 타겟(13)을 구성하는 물질의 입자가 스퍼터링 입자로서 타겟(13)의 표면으로부터 방출되고, 기판(16)을 향해 비행하여 기판(16)의 표면에 도착하여 박막을 성장시킨다.

기판(16)의 표면에 소정 막두께의 박막이 형성되면 기판 배치부(14)와 기판(16)은 진공조(11)의 외부로 반출되고, 미성막 기판(16)이 배치된 기판 배치부(14)가 진공조(11)의 내부로 반입된다.

박막이 소정 두께로 형성되면, 기판(16)은 진공조(11)의 외부로 반출된다.

이와 같이 본 발명에 의해 기판(16)의 표면에 박막이 형성되는데, 대형 기판(16) 표면에 형성된 금속 박막의 저항값은 기판(16)의 위치에 따라 달라진다 .

저항값의 분포는 플라즈마의 강도 분포와 밀접한 관련이 있으며, 본 스퍼터링 장치(2)의 플라즈마를 설명하면, 먼저 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 외주 자석(25)과 내측 자석(26) 사이에 위치하는 타겟(13)의 표면에 큰 강도의 플라즈마가 형성되는 점에 마그네트론 스퍼터링의 특징이 있다.

각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 외주 자석(25)은 스퍼터링되는 타겟의 면적을 크게 하기 위하여 가늘고 긴 링 형상으로 되어 있고, 내측 자석(26)은 직선 형상이기 때문에, 외주 자석(25)과 내측 자석(26) 사이의 틈새는 가늘고 긴 링 형상이 된다. 플라즈마는 틈새와 같은 형상이 되기 때문에, 형성되는 강도가 큰 플라즈마도 자석 장치(15₁ ~ 15₄)마다 링 형상으로 형성된다.

가늘고 긴 링 형상의 플라즈마는 직선 부분보다도 단부 쪽이 플라즈마 강도가 커지는 것으로 알려져 있으며, 특히 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 단부가 일직선으로 배치되어 있기 때문에, 복수의 가늘고 긴 링 형상의 플라즈마의 단부가 일직선으로 배치된 상태에서 서로 평행하게 배열되게 되어, 링 형상 플라즈마의 단부가 배열된 부분의 플라즈마 강도가 링 형상 플라즈마의 긴 변 부분의 플라즈마 강도보다도 커지게 된다.

배열된 단부의 플라즈마는 기판(16)의 짧은 변 가까이에 박막을 성장시키고, 플라즈마의 긴 변 부분은 기판(16)의 긴 변 가까이에 박막을 성장시키는 경우에는, 기판(16) 표면의 중앙의 영역과 짧은 변 부근의 영역과 긴 변 부근의 영역에서 박막의 특성이 다르게 된다.

각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 단부가 배열된 영역과 평행하게 애노드 전극(17)의 짧은 변이 각각 배치되어 있고, 애노드 전극(17)의 두 개의 짧은 변 부분 상의, 기판(16)의 가장자리보다도 외측에는 전극판(28a, 28b)이 각각 배치되어 있다.

스퍼터 전의 미사용 타겟(13)은, 캐소드 전극(12), 전극판(28a, 28b), 애노드 전극(17)은 서로 평행하게 되어 있다.

두 개의 전극판(28a, 28b)은, 서로 평행하며 타겟(13)의 짧은 변보다도 길고, 타겟(13)의 짧은 변(33a, 33b)과 평행하며, 애노드 전극(17)의 짧은 변과 평행하고, 캐소드 전극(12)의 짧은 변과 평행인 두 개의 가장자리(31a, 31b, 32a, 32b)를 각각 가지고 있다.

타겟(13)의 짧은 변(33a, 33b)과 평행한 각 전극판(28a, 28b)의 두 개의 가장자리(31a, 31b, 32a, 32b) 중, 한 쪽 가장자리(31a, 31b)는 타겟(13)의 짧은 변보다도 외측에 위치하고, 다른 쪽 가장자리(32a, 32b)는 짧은 변보다도 타겟(13)의 중심에 가까운 장소에 위치하고 있다.

따라서, 타겟(13)의 짧은 변(33a, 33b) 부근은 전극판(28a, 28b)에 의해 짧은 변(33a, 33b)으로부터 내측으로 일정 거리(C)만큼 덮여 있다.

캐소드 전극(12)은 진공조(11)의 벽면에 절연판(24)을 통하여 고정되어, 절연판(24)에 의해 캐소드 전극(12)과 진공조(11)는 절연되어 있다. 진공조(11)의 벽면에는 링 형상의 방착 링(36)이 설치되어 있고, 타겟(13)은 방착 링(36)의 내측에 배치되어 있다. 타겟(13)의 외주면과 방착 링(36)의 내주면은 소정 거리를 두고 배치되어 있다.

방착 링(36) 중, 측면이, 타겟(13)의 짧은 변(33a, 33b)이 위치하는 측면과 대면하는 부분의 표면 상에 지지체(29a, 29b)가 장착되어 있고, 전극판(28a, 28b)은 지지체(29a, 29b)에 장착되어 있다.

전극판(28a, 28b), 방착 링(36), 지지체(29a, 29b)는 도전성을 가지고 있으며, 전극판(28a, 28b)은 지지체(29a, 29b)를 통하여 방착 링(36)에 전기적으로 접속되어 있다.

진공조(11)는 접지 전위에 접속되어 있고, 방착 링(36)은 진공조(11)에 접촉하여, 접지 전위에 접속되어 있으며, 따라서, 전극판(28a, 28b)은 접지 전위에 접속되어 있다. 애노드 전극(17)도 접지 전위에 접속되어 있다.

각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 외주 자석(25)과 그 내측에 위치하는 내측 자석(26) 사이의 영역을, 각각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 플라즈마 영역(10)이라 하면, 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 외주 자석(25)의 양단은 반원형으로 만곡되어 있고, 이에 따라 플라즈마 영역(10)의 양단도 반원형으로 만곡되어, 그 결과, 외주 자석(25)와 플라즈마 영역(10)은 각각 트랙 형상으로 되어 있다.

각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 플라즈마 영역(10)의 길이 방향의 길이는 동일하게 되어 있어, 각 플라즈마 영역(10)은 애노드 전극(17)이 위치하는 평면과의 사이의 거리가 동일하게 되며, 각 플라즈마 영역(10) 양단의 만곡한 부분 중 한쪽 단부의 만곡한 부분은 가로 일렬로 배열되고, 반대측 단부의 만곡한 부분도 가로 일렬로 배열되게 되어 있다.

각 플라즈마 영역(10) 양단의 만곡한 부분 중, 한쪽 단부이자 가로 일렬로 늘어선 만곡한 부분과 기판(16)의 표면이 위치하는 평면 사이에 한 장의 전극판(28a)이 배치되어 있고, 반대측 단부이자 가로 일렬로 늘어선 만곡한 부분과 기판(16)의 표면이 위치하는 평면 사이에는 다른 한 장의 전극판(28b)이 배치되어 있다.

타겟(13)의 표면은 애노드 전극(17)의 긴 변 부분 상에서는 애노드 전극(17)의 긴 변 부분과 마주하고 있고, 애노드 전극(17)의 짧은 변 부분에서는 전극판(28a, 28b)의 표면과 마주하고 있다.

타겟(13) 표면과 기판(16) 표면 사이의 거리를 TS 거리, 타겟(13) 표면과 애노드 전극(17)의 긴 변 부분의 표면 사이의 거리를 TA 거리, 타겟(13)의 표면과 전극판(28a, 28b)의 표면 사이의 거리를 TB 거리라 하면, 다음의 세 식이 성립한다.

TA <TS, TB <TS, TB <TA

기판(16)의 긴 변 바로 옆 위치에서는 타겟(13)에 가장 가까운 접지 전위의 부재(部材)는 애노드 전극(17)의 타겟(13)에 대면하는 표면이고, 기판(16)의 긴 변 바로 옆 위치에서는 타겟(13)과 타겟(13)에 가장 가까운 접지 전위의 부재의 표면 사이는 TA 거리만큼 이간되어 있다

기판(16)의 짧은 변 바로 옆 위치에서는 타겟(13)에 가장 가까운 접지 전위의 부재는 전극판(28a, 28b)의 타겟(13)에 대면하는 표면이고, 기판(16)의 짧은 변 바로 옆 위치에서는 타겟(13)과 타겟(13)에 가장 가까운 접지 전위의 부재의 표면 사이는 TB 거리만큼 이간되어 있다.

따라서, 타겟(13)과 타겟(13)에 가장 가까운 접지 전위의 부재의 표면 사이의 거리는 기판(16)의 긴 변 바로 옆 위치보다도 짧은 변의 바로 옆 위치가 짧게 되어 있다.

특히 전극판(28a, 28b)에 의해, 기판(16)의 가장자리보다도 외측에서는 타겟(13)과 접지 전위 사이의 거리가 짧아져 전극판(28a, 28b)이 기판(16)의 가장자리보다도 내측의 플라즈마를 끌어 당기기 때문에, 기판(16)의 가장자리보다도 외측에서는 전극판(28a, 28b)이 위치하는 기판(16)의 짧은 변의 외측의 플라즈마 강도가 강해지고, 그 결과, 기판(16)의 짧은 변에 가까운 기판(16) 상의 플라즈마 강도는 작아진다. 요컨대 전극판(28a, 28b)이 없는 경우에는 기판(16) 상의 플라즈마 영역(10)의 길이 방향의 양단에 가까운 부분의 플라즈마는 기판(16) 상의 다른 부분의 플라즈마보다도 강도가 커지지만, 전극판(28a, 28b)이 설치됨으로써, 기판(16) 상의 플라즈마 영역(10)의 길이 방향의 양단에 가까운 부분의 플라즈마 강도가 작아지고, 그 결과, 기판(16)상의 플라즈마 강도가 균일화되어, 형성되는 박막의 특성 분포가 균일화된다.

TB 거리는, 타겟(13)의 표면과 기판 배치부(14)에 배치된 기판(16) 표면 사이의 TS 거리의 10%보다 크게 하지 않으면 오히려 특성 분포가 악화되고, 90%보다 작게 하지 않으면 효과가 미미해지는 것이 확인되었다.

플라즈마 영역(10)의 양단인 만곡한 부분 위에 전극판(28a, 28b)이 설치되고, 타겟(13) 표면에 대면하면, 접지 전위 부재와의 사이의 거리는 전극판(28a, 28b)과 타겟(13) 사이가 가장 짧아진다. 상술한 바와 같이 전극판(28a, 28b) 상의 플라즈마 강도가 증대한다.

전극판(28a, 28b)은 기판(16)보다도 외측에 배치되어 있으며, 기판(16) 외측의 플라즈마 강도가 증대한 결과, 기판(16) 위 중, 전극판(28a, 28b)이 근접한 기판(16)의 가장자리 부근에서는 플라즈마 강도가 감소하기 때문에, 기판(16) 상의 플라즈마 강도가 균일화되어 기판(16) 표면 내의 저항값 분포가 균일하게 되어 있다.

다음으로, 본 발명의 진공조(11)를 설명하면, 본 발명의 진공조(11)는 타겟측 진공조(11a)와 기판측 진공조(11b)로 구성되어 있으며, 타겟측 진공조(11a)와 기판측 진공조(11b)는 밀착 가능하고, 밀착한 상태에서는 기밀한 진공조가 형성된다.

본 발명에서는 캐소드 전극(12), 타겟(13), 방착 링(36), 애노드 전극(17)은 연직으로 되어 있고, 캐소드 전극(12)은 타겟측 진공조(11a)의 연직으로 된 벽면에, 연직인 절연판(24)을 통해 장착되어 있다. 방착 링(36)은 같은 벽면에 장착되어 있다.

타겟(13)은 캐소드 전극(12)의 절연판(24)에 접촉하는 면과는 반대측 면에 설치되며 방착 링(36)의 내주에 위치하고 있다.

전극판(28a, 28b)도 지지체(29a, 29b)와 방착 링(36)을 통하여, 캐소드 전극(12), 타겟(13) 및 방착 링(36)이 고정된 벽면에 장착되어 있다. 따라서, 전극판(28a, 28b)의 중량은 타겟측 진공조(11a)에 의해 지지되고 있다.

스퍼터링시에는 타겟측 진공조(11a)와 기판측 진공조(11b)는 기밀하게 접속되며, 기판측 진공조(11b)의 내부에는 연직으로 된 애노드 전극(17)이 설치되어 있고, 기판 배치부(14)와, 기판 배치부(14)에 배치된 기판(16)이 연직으로 된 상태에서 진공조(11)의 외부로부터 내부로 반입되어, 애노드 전극(17)과 기판측 진공조(11b)의 연직으로 된 벽면 사이에 배치된다.

유지 보수시에 진공조(11)의 내부가 상압으로 되어, 도 6의 개략 사시도와 같이 타겟측 진공조(11a)와 기판측 진공조(11b)가 분리된다.

도 6의 부호 55는 받침대이고, 타겟측 진공조(11a)는 받침대(55)에 설치되며, 바닥면에 대하여 고정되어 있다. 따라서 타겟측 진공조(11a)의 중량은 받침대(55)에 의해 지지되고 있다.

그에 대하여 기판측 진공조(11b)는 받침대(55)에는 고정되어 있지 않고, 기판측 진공조(11b)는 타겟측 진공조(11a)에 기밀하게 장착되어 있다. 도 6에서는 지지체(29a, 29b)는 생략되어 있다.

이 도 6은, 타겟측 진공조(11a)는 이동시키지 않고 기판측 진공조(11b)를 이동시켜 타겟측 진공조(11a)와 기판측 진공조(11b)를 분리시킨 상태이며, 지지체(29a, 29b)와 전극판(28a, 28b)은 중량이 타겟측 진공조(11a)를 통하여 받침대(55)에 지지되어 있다.

도 8은 본 발명의 전극판(28a, 28b)과 지지체(29a, 29b)를 진공조(11)의 벽면에서 제거하고, 지지체(39a, 39b)에 의해 전극판(18a, 18b)을 애노드 전극(17) 상에 설치한 경우의 스퍼터링 장치(132)이다.

본 발명의 스퍼터링 장치(2)와 도 8의 스퍼터링 장치(132)의 기판면 내의 복수의 같은 장소에서 온도를 측정하였다. 측정 결과를 도 7의 그래프에 나타낸다. 온도 분포는 거의 같다고 할 수 있다.

또한, 본 발명의 스퍼터링 장치(2)에서 몰리브덴 박막을 형성했을 때의 시트 저항값(Rs)은 0.0760Ω/□ ± 18.7%이며, 막두께 분포는 3915옹스트롬 ± 14.6%였다.

도 8의 스퍼터링 장치(132)에서는 0.0804Ω/□ ± 18.2%와 비슷한 정도였고, 막두께 분포는 3805옹스트롬 ± 14.1 %로서, 동등한 특성이다.

막두께 분포를 아래 표에 나타내었다.

그러나 도 8의 스퍼터링 장치(132)의 경우에는, 전극판(18a, 18b)과 지지체(39a, 39b)는 애노드 전극(17)을 통하여 기판측 진공조에 지지되게 되므로, 타겟측 진공조로부터 분리된 기판측 진공조 내부의 중량은 커지게 되어 타겟측 진공조와 기판측 진공조 간의 분리가 어려운 작업이 된다.

또한, 두 개의 지지체(29a, 29b)는 각각 한 장의 판이었지만, 도 5에 나타내는 스퍼터링 장치(3)와 같이 한 장의 전극판(28a, 28b)을 각각 3개의 지지체(29c, 29d)로 지지하도록 할 수도 있다.

또한 플라즈마 영역(10)은 무단(無端) 형상, 링 형상일 수 있으며, 외주 자석(25)의 양단이 사각형이거나 타원형인 경우도 본 발명에 포함된다.

또한 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 단부를 동일 직선상에 배치하지 않는 경우나, 각 자석 장치(15₁ ~ 15₄)의 단부와 캐소드 전극 (12)간의 거리를 일정하게 하지 않는 경우도 본 발명에 포함된다.

또한, 상기 전극판(28a, 28b)은 애노드 전극(17)의 변 위에 위치하며, 평행한 두 변 중 한 변이 기판(16)의 변보다도 외측이고, 다른 한 변이 타겟(13)의 변보다도 내측에 위치하고 있다.

두 개의 전극판(28a, 28b)은 각각 평행한 두 변을 갖는 형상으로, 전극판(28a, 28b)은 예를 들면 직사각형 모양이다.

플라즈마 영역(10)의 양단 중, 플라즈마 영역(10)의 한쪽 단부에 일렬로 늘어선 만곡한 부분과 기판(16)의 표면이 위치하는 평면 사이에 한 장의 전극판(28a)이 배치되고, 플라즈마 영역(10)의 반대측 단부의 일렬로 늘어선 만곡한 부분과 기판 (16)의 표면이 위치하는 평면 사이에 다른 한 장의 전극판(28b)이 배치되어 있다.

또한 전극판(28a, 28b)의 두 변 중, 타겟(13)의 중심에서 먼 쪽의 변은 플라즈마 영역(10)의 만곡한 부분의 외측으로 돌출되고, 타겟(13)의 중심에서 가까운 쪽의 변은 플라즈마 영역(10)의 만곡한 부분의 내측으로 돌출되어 있을 수 있다. 또한 양쪽으로 돌출되어 있을 수도 있다.

또한, 상기 타겟(13)은 금속 몰리브덴이지만 본 발명은 금속 몰리브덴에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 스퍼터링 장치(2)는 금속 티타늄, 몰리브덴 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 금속 텅스텐, 순동, 구리 합금, 탄탈륨 등의 금속으로 이루어진 타겟(13)에 대하여 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다.

2 스퍼터링 장치
10 플라즈마 영역
11 진공조
11a 타겟측 진공조
11b 기판측 진공조
13 타겟
14 기판 배치부
15₁ ~ 15₄ 자석 장치
16 기판
17 애노드 전극
28a, 28b 전극판
22 스퍼터 전원

Claims

진공조;
상기 진공조의 내부에 배치된 타겟;
상기 타겟의 이면측에 배치되어 스퍼터 전원에 접속되는 캐소드 전극;
상기 캐소드 전극의 이면측에 배치된 복수의 자석 장치;
기판이 배치되는 기판 배치부; 및
접지 전위에 접속되어 상기 기판의 외주 상을 덮는 링 형상의 애노드 전극;
을 가지며,
각 상기 자석 장치에는 가늘고 긴 링 형상의 외주 자석과 그 내측에 배치된 내측 자석이 설치되고,
상기 타겟의 표면에는 상기 외주 자석과 그 내측의 상기 내측 자석 사이에서 형성되는 자속이 누설되어, 상기 타겟이 스퍼터링되어 상기 기판 표면에 박막이 형성되는 스퍼터링 장치로서,
상기 외주 자석과 그 내측의 상기 내측 자석은 이간되어 상기 외주 자석과 그 내측의 상기 내측 자석 사이의 영역인 플라즈마 영역은 가늘고 긴 링 형상이 되고,
상기 플라즈마 영역의 양단과 상기 기판의 표면이 위치하는 평면 사이에는 접지 전위에 접속된 전극판이 배치되어,
상기 애노드 전극의 표면과 상기 타겟 표면 사이의 TA 거리보다도, 상기 전극판의 표면과 상기 타겟 표면 사이의 TB 거리가 짧게 되고, 상기 타겟의 상기 플라즈마 영역의 양단을 따라 위치하는 두 변 상에는 상기 전극판이 배치된 스퍼터링 장치.
제 1항에 있어서,
상기 진공조는 내부에 상기 타겟이 배치된 타겟측 진공조와, 내부에 상기 애노드 전극이 배치된 기판측 진공조로 분리할 수 있도록 되어 있으며,
상기 타겟측 진공조와 상기 기판측 진공조가 밀착하여 접속된 상태에서는 상기 타겟과 상기 애노드 전극은 연직으로 배치되고, 상기 전극판의 중량은 상기 타겟측 진공조에 의해 지지되고 있으며,
상기 타겟측 진공조와 상기 기판측 진공조를 분리시킬 때에는 상기 타겟측 진공조가 정지한 상태에서 상기 기판측 진공조가 이동하도록 된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
제 1항에 있어서,
상기 전극판의 표면과 상기 타겟의 표면 사이의 거리는 상기 타겟의 표면과 상기 기판 배치부에 배치된 상기 기판 표면 사이의 TS 거리의 10%보다 크고 90%보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
제 2항에 있어서,
상기 전극판의 표면과 상기 타겟의 표면 사이의 거리는 상기 타겟의 표면과 상기 기판 배치부에 배치된 상기 기판 표면 사이의 TS 거리의 10%보다 크고 90%보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟은 평판 형상의 금속 몰리브덴판이고, 상기 박막은 금속 몰리브덴 박막인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.