KR20240004669A - 스퍼터링 장치 - Google Patents

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KR20240004669A
KR20240004669A KR1020237040873A KR20237040873A KR20240004669A KR 20240004669 A KR20240004669 A KR 20240004669A KR 1020237040873 A KR1020237040873 A KR 1020237040873A KR 20237040873 A KR20237040873 A KR 20237040873A KR 20240004669 A KR20240004669 A KR 20240004669A
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magnet
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yoke
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sputtering device
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KR1020237040873A
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료야 키타자와
후미아키 이시구레
타츠노리 이소베
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가부시키가이샤 아루박
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Publication date
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Abstract

본 발명의 스퍼터링 장치는 피성막 기판의 피처리면을 향해 스퍼터 입자를 방출하는 캐소드 유닛을 구비한다. 캐소드 유닛은, 타깃과, 마그넷 유닛과, 마그넷 주사부와, 보조 마그넷을 갖는다. 보조 마그넷은 제1 요동단에 위치하는 마그넷을 따라 제1 요동단에 위치하는 마그넷이 형성하는 자력선을 제2 요동단을 향해 기울인다.

Description

스퍼터링 장치
본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 마그네트론 캐소드를 갖는 성막에 이용하기에 적합한 기술에 관한 것이다.
본원은 2021년 11월 26일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 2021-192171호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
마그네트론 캐소드를 갖는 성막 장치에서는, 타깃의 이용 효율을 향상시키는 등을 목적으로 하고, 마그넷을 타깃에 대해서 이동시키는 방식이 알려져 있다.
또, 특허문헌 1에 개시된 기술과 같이, 성막법에 의해 형성된 막의 균일성의 향상 등의 목적을 위해, 마그넷의 이동에 더하여, 캐소드 및 타깃을 피성막 기판에 대해서 요동시키는 것도 알려져 있다.
또, 특허문헌 2에 개시된 기술과 같이, 발생한 파티클이 스퍼터 처리실 내에서의 성막에 악영향을 미치는 것을 방지하는 목적 등으로, 마그넷 및 캐소드를 요동시키는 것이 알려져 있다.
또한, 마그넷 및 캐소드에 대해서 피성막 기판을 요동시키는 기술로서, 본 출원인들은 특허문헌 3과 같은 기술을 공개하고 있다.
일본국 특개 2009-41115호 공보 일본국 특개 2012-158835호 공보 일본 특허 제6 579726호 공보
그러나, 상기의 타깃에 대해 마그넷을 주사(走査)(요동)시키는 기술이라도, 비이로전(非 erosion) 영역이 발생한다. 마그넷의 요동 영역의 가장자리부에 근접한 성막 영역의 주연부(周緣部) 부근에서는, 비이로전 영역이 파티클 발생 원인이 되는 경우가 있다. 이러한 비이로전 영역의 발생을 해소하고자 하는 요구가 있었다. 특히, 비이로전 영역의 발생보다 비이로전 영역과 이로션 영역의 경계가 흐릿한 경우에, 이것이 리디포지션막(redeposition 膜)(재부착막, 타깃에 착막한 스퍼터막)의 재스퍼터 발생 등, 문제가 되는 파티클 발생의 원인이 되는 것을 알 수 있었다.
또, 타깃에 대해서 마그넷을 주사(요동)시키는 기술에서 비이로전 영역이 발생하면, 마그넷의 요동 영역에 근접하는 성막 영역의 주연부 부근에서는 막 두께의 감소, 막 두께 분포나 막질 분포에 얼룩이 가능하게 된다. 이러한 문제는 여전히 해결되지 않았다. 또한, 기판의 대형화에 의해 이러한 문제에 대한 개선 요구가 커지고 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 이하의 목적을 달성한다.
1. 비이로전 발생 영역 주위의 흐릿한 영역의 발생을 억제하여 파티클 발생 원인을 줄이는 것.
2. 형성된 플라즈마 분포를 안정시켜, 마그넷의 요동 위치에 관계없이 막 두께 분포·막 두께 특성 분포의 균일성을 향상시키는 것.
본원 발명자들은, 예의 연구의 결과, 비이로전 영역에 의한 파티클 발생의 억제, 및 막 두께 분포, 막질 특성 분포의 편차의 억제에 성공하였다.
스퍼터링 중에는 인가된 전력에 의해 마그넷으로부터 자계(자장, 자력선)가 발생하고 있다. 이 때, 스퍼터링에 기여하는 플라즈마 또는 전자는 마그넷으로부터 발생하는 자력선을 따라 이동한다. 마그넷에 의한 자력선 중, 플라즈마 발생에 기여하는 자력선은 타깃과 평행하게 면일로서 배치되는 마그넷의 양극 중, N극으로부터 타깃으로 향하는 원호를 형성하면서 S극에 도달한다. 이 때, 마그넷에 의한 자력선은 N극으로부터 타깃을 이면측으로부터 표면측을 향해 두께 방향으로 관통하고, 플라즈마 발생 공간에서 원호 형상으로 형성되고, 타깃을 표면측으로부터 이면측을 향하여 두께 방향으로 관통하여 S극으로 되돌아 간다.
타깃의 단부 주변에는 애노드 등의 그랜드 전위의 부분이 배치되어 있다. 이 상태에서 마그넷을 주사(요동)시켜 마그넷이 요동단 부근에 위치하면 마그넷은 이 애노드에 근접한 위치가 된다.
마그넷의 요동단 부근에서는, N극으로부터 발생하는 자력선은, 자력선에 근접하고 있는 애노드를 향해 버려서, S극으로 돌아오지 않는 현상이 일어나는 경우가 있다. 그러면 전자는 자력선을 따라 트래킹되기(움직이기) 때문에 플라즈마 형성 공간으로 돌아오지 않고 플라즈마 형성에 기여하지 않고 애노드로 흘러 버린다. 이것을 전자가 흡수된다고 칭한다.
전자가 애노드에 흡수되면, 타깃의 표면측, 즉 플라즈마 발생 공간에서의 전자 밀도가 저하된다. 그러면, 형성되는 플라즈마 밀도가 저하되거나, 플라즈마가 발생하지 않는 현상이 일어나는 경우가 있다. 이것을 플라즈마가 흡수된다고 칭한다. 이러한 현상이 발생했을 경우, 플라즈마에 의해 타깃이 스퍼터링되지 않기 때문에, 비이로전 영역이 발생하고, 또한 비이로전 영역이 커지는 경우가 있다.
여기서, 전자가 애노드에 흡수되었을 경우, 마그넷의 요동 그 외에 기인하여 애노드 부근에서의 플라즈마의 온오프가 발생한다. 이에 의해, 플라즈마에 의한 스퍼터링의 온오프가 발생한다. 그러면, 리디포지션막의 스퍼터링에 기인하는 파티클이 발생할 가능성이 증대된다.
즉, 비이로전 영역의 발생에 의해, 마그넷의 요동 영역에 근접하는 성막 영역의 주연부 부근에서는 파티클 발생 원인이 되는 경우가 있다.
이 때, 비이로전 영역과 이로전 영역의 경계가 불명료하게 되어, 이로전-비이로전 경계 영역이 형성된다.
이와 같이, 비이로전 영역의 발생보다, 비이로전 영역과 이로션 영역의 경계가 흐릿한 경우에, 이것이 리디포지션막의 재스퍼터링 발생 등, 문제가 되는 파티클 발생의 원인이 되는 것을 알 수 있었다.
상기와 같이, 전자가 애노드에 흡수되는 경우, 마그넷으로부터의 자력선이 애노드를 향하는 상태, 즉 타깃의 두께 방향보다도 타깃의 윤곽 외향으로 경사한 상태이다.
이 때문에, 본원 발명자들은 이러한 문제를 해결하기 위해 마그넷의 요동단에서 마그넷으로부터 발생하는 자력선을 양극으로 향하지 않게 함으로써 흡수되는 전자의 양을 감소시키는 것이 가능하다는 것을 찾아냈다. 즉, 본원 발명자들은 마그넷의 요동단의 일단에서 마그넷으로부터 발생하는 자력선을 타깃의 두께 방향보다도 마그넷의 요동단의 타단을 향해 경사시키는 것, 즉, 타깃의 두께 방향보다 타깃의 윤곽 내향으로 경사시키는 것이 비이로전 영역의 저감에 유효하다는 것을 찾아냈다.
또한, 상기 설명에서는, 통상의 표기에 따라 자력선을 N극으로부터 S극에 도달하도록 표기했지만, 반대의 극성으로 해도 현상의 이해에는 지장이 없다.
더구나, 비이로전 영역이 발생하는 경우에는, 플라즈마 발생이 억제된다. 이 때문에, 인가된 공급 전력이 플라즈마 발생에 소비되지 않고 잉여가 된다. 이 잉여 전력은 원래의 비이로전 영역과 다른 영역에 대해서 재분배되거나 혹은 전체 전압(전력) 변동으로서 흡수된다. 따라서, 전압 변동과 같이 플라즈마 발생 조건이 변동하고, 결과적으로 막 두께 분포의 편차, 막질 특성 분포의 편차 확대의 원인이 된다.
즉, 전자가 애노드에 흡수되었을 경우, 비이로전 영역 발생에 기인하여 막 두께 분포의 편차, 막질 특성 분포의 편차가 확대된다.
또한, 비이로전 영역이 발생하고 있는 경우, 전압 변동 등에 의한 플라즈마 발생 조건의 부분적 변동에 의해, 원래의 비이로전 영역과는 다른 비이로전 영역이 발생해 버리기도 한다. 이 경우, 파티클 발생, 및 막 두께 분포, 막질 특성 분포의 편차 등이 확대된다.
이 때문에, 본원 발명자들은, 이 문제를 해결하기 위해서, 마그넷의 요동단의 일단에서, 마그넷으로부터 발생하는 자력선을 애노드로 향하지 않게 함으로써 흡수되는 전자의 양을 감소시키는 것이 가능하다는 것을 찾아냈다. 즉, 본원 발명자들은 마그넷의 요동단의 일단에서, 마그넷으로부터 발생하는 자력선을 타깃의 두께 방향보다도 마그넷의 요동단의 타단을 향해 경사시키는, 즉, 타깃의 두께 방향보다도 타깃의 윤곽 내향으로 경사시키는 것이 막 두께 분포, 막질 특성 분포의 편차 발생의 억제에 유효하다는 것을 찾아냈다.
이것들을 감안하여, 본원 발명자들은 이하와 같이 본원 발명을 완성하였다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치는, 피성막 기판의 피처리면을 향해 스퍼터 입자를 방출하는 캐소드 유닛을 구비한다. 상기 캐소드 유닛은, 이로전 영역이 형성되는 타깃과, 마그넷 유닛과, 마그넷 주사부와 보조 마그넷을 갖는다. 마그넷 유닛은 상기 타깃에 대해서 상기 피성막 기판과는 반대측에 배치되어 상기 타깃에 상기 이로전 영역을 형성하는 복수의 마그넷을 갖는다. 마그넷 주사부는, 상기 마그넷 유닛과 상기 피성막 기판을, 상기 피성막 기판의 상기 피처리면에 따른 요동 방향에서의 제1 요동단과 제2 요동단 사이에서 상대적으로 왕복 동작 가능하다. 보조 마그넷은 상기 피성막 기판의 상기 피처리면을 따라 상기 요동 방향으로 교차하는 교차 방향으로 연재하는 상기 복수의 마그넷 중, 상기 제1 요동단에 위치하는 마그넷을 따라 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷이 형성하는 자력선을 상기 제2 요동단을 향해 기울인다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 마그넷은 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷을 따라 상기 제1 요동단에 대해서 상기 제2 요동단과 반대측으로 배치되어 있고, 상기 보조 마그넷은 상기 마그넷과 일체로 요동 가능해도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 마그넷은 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷과 동일한 극성을 가져도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 마그넷의 자기 강도는 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷의 자기 강도와 동등하거나 작아도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 마그넷은 상기 마그넷을 따라 상기 타깃을 향해 돌출하는 돌조(突條)를 가져도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 마그넷은, 상기 타깃에 대해서 상기 피처리 기판의 반대측에 배치되고, 또한 자기 회로를 형성하는 요크에 장착(取付) 고정되어도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 캐소드 유닛은, 표면에 자성체로 이루어지는 중앙 영역을 갖는 평판 형상의 요크와, 상기 요크에 인접한 보조 요크와, 상기 요크의 상기 중앙 영역에 직선 형상으로 배치된 중앙 자석부와, 상기 중앙 자석부를 둘러싸도록 주설된 주연 자석부와, 상기 중앙 자석부 및 상기 주연 자석부가 서로 평행한 평행 영역과, 상기 요크의 상기 표면에 설치된 자기 회로와, 상기 자기 회로에 중첩하여 배치된 배킹 플레이트를 갖고, 상기 마그넷 유닛을 구성하는 상기 복수의 마그넷의 각각은 상기 요크에 배치되고, 상기 보조 마그넷은 상기 주연 자석부에 평행하게 배치되고, 상기 보조 마그넷은 상기 보조 요크를 통해 상기 요크에 고정되고, 상기 보조 요크는 자성체 또는 유전체로 이루어져도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 요크 및 상기 보조 마그넷이 상기 요크로부터 분리 가능해도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 복수의 마그넷 중 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷은 상기 교차 방향으로 분할된 복수의 자장 생성 영역을 갖고, 상기 자장 생성 영역의 각각은 분할 요크와, 분할 주연 자석부와, 분할 중앙 자석부와 분할 보조 마그넷을 갖고, 상기 교차 방향 및 상기 요크의 두께 방향에서 상기 자장 생성 영역의 각각의 위치는 조정 가능하고, 위치가 조정된 상기 복수의 자장 생성 영역을 갖는 상기 마그넷은 상기 마그넷 주사부에 의해 요동 가능해도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치는, 피성막 기판의 피처리면을 향해 스퍼터 입자를 방출하는 캐소드 유닛을 구비한다. 상기 캐소드 유닛은 이로전 영역이 형성되는 타깃과, 마그넷 유닛과, 마그넷 주사부와 보조 마그넷을 갖는다. 마그넷 유닛은 상기 타깃에 대해서 상기 피성막 기판과는 반대측에 배치되어 상기 타깃에 상기 이로전 영역을 형성하는 복수의 마그넷을 갖는다. 마그넷 주사부는, 상기 마그넷 유닛과 상기 피성막 기판을, 상기 피성막 기판의 상기 피처리면에 따른 요동 방향에서의 제1 요동단과 제2 요동단 사이에서, 상대적으로 왕복 동작 가능하다. 보조 마그넷은 상기 피성막 기판의 상기 피처리면을 따라 상기 요동 방향으로 교차하는 교차 방향으로 연재하는 상기 복수의 마그넷 중, 상기 제1 요동단에 위치하는 마그넷을 따라 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷이 형성하는 자력선을 상기 제2 요동단을 향해 기울인다.
이에 의해, 복수의 마그넷 중, 제1 요동단에 위치하는 마그넷이 형성하는 자력선을 보조 마그넷에 의해 발생하는 자장을 이용하여 기울일 수 있다. 따라서, 애노드에 흡수되는 전자의 양을 감소시키는 것이 가능해진다. 그 때문에, 플라즈마가 흡수되어 플라즈마 밀도가 감소하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 이로전-비이로전 경계 영역을 효과적으로 저감하고, 이로전-비이로전 경계 영역이 형성되는 것에 기인하는 파티클 발생을 저감할 수 있다.
동시에, 공급전압의 변동을 억제하여, 마그넷의 요동 위치에 의한 플라즈마 밀도의 변동을 억제하고, 플라즈마 발생 상태를 안정시켜, 막 두께 분포, 막질 특성 분포의 편차 발생의 억제를 효과적으로 실시하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 마그넷은 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷을 따라 상기 제1 요동단에 대해서 상기 제2 요동단과 반대측에 배치되고, 상기 보조 마그넷은 상기 마그넷과 일체로 요동 가능해도 좋다.
이에 의해, 마그넷의 요동 위치에 관계없이, 마그넷으로부터의 자력선의 감소가 억제된다. 플라즈마 발생 상태가 안정되고 이로전-비이로전 경계 영역이 형성되는 것이 억제된다. 파티클 발생을 억제함과 동시에, 막 두께 분포, 막질 특성 분포의 편차 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 마그넷은 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷과 동일한 극성을 가져도 좋다.
이에 의해, 플라즈마를 발생시키는 마그넷으로부터의 자력선을 보조 마그넷으로부터의 자력선으로 반발시킨다. 이에 의해, 필요한 자기 강도(자속 밀도)를 유지한 채로 소정의 방향으로 기울이는 것이 가능해진다. 따라서, 플라즈마 밀도의 저하를 일으키지 않고 이로전-비이로전 경계 영역이 형성되는 것이 억제된다. 파티클 발생을 억제함과 동시에, 막 두께 분포, 막질 특성 분포의 편차 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 마그넷의 자기 강도는 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷의 자기 강도와 동등하거나 작아도 좋다.
이에 의해, 플라즈마를 발생시키는 마그넷으로부터의 자력선을 보조 마그넷으로부터의 자력선으로 과대하게 경사시키지 않고, 소정의 각도로 경사시키는 것이 가능해진다. 따라서, 불필요한 플라즈마 밀도의 저하를 초래하지 않고, 불필요한 비이로전 경계 영역을 발생시키지 않고, 이로전-비이로전 경계 영역이 형성되는 것이 억제된다. 파티클 발생을 억제함과 동시에, 막 두께 분포, 막질 특성 분포의 편차 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 마그넷은 상기 마그넷을 따라 상기 타깃을 향해 돌출하는 돌조를 가져도 좋다.
이에 의해 보조 마그넷의 자력선을 돌조로부터 집중하여 형성할 수 있다. 이에 의해, 보조 마그넷의 자력선이 분산되지 않고, 플라즈마를 발생시키는 마그넷으로부터의 자력선을 효율적으로 경사시키는 것이 가능해진다. 따라서, 보조 마그넷을 소형화·경량화 할 수 있고, 마그넷 주사부에 불필요한 부담을 주지 않고 마그넷 및 보조 마그넷을 요동시키는 것이 가능하다. 이에 의해, 플라즈마 밀도의 저하를 일으키지 않고 불필요한 비이로전 경계 영역을 발생시키지 않고 이로전-비이로전 경계 영역이 형성되는 것이 억제된다. 파티클 발생을 억제함과 동시에, 막 두께 분포, 막질 특성 분포의 편차 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 마그넷은, 상기 타깃에 대해서 상기 피처리 기판의 반대측에 배치되고, 또한 자기 회로를 형성하는 요크에 장착 고정되어 있어도 좋다.
이에 의해, 보조 마그넷은 마그넷과 일체적으로 요동하는 것이 가능하게 된다. 또한, 요동 위치에 관계없이 보조 마그넷에 의해서 제1 요동단에 위치하는 마그넷에 대한 자력선의 기울기를 일정하게 유지할 수 있다. 또, 요크와 함께 형성되는 마그넷의 자기 회로에 보조 마그넷의 자기도 조합하여, 보다 효율적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 캐소드 유닛은, 표면에 자성체로 이루어지는 중앙 영역을 갖는 평판 형상의 요크와, 상기 요크에 인접한 보조 요크와, 상기 요크의 상기 중앙 영역에 직선 형상으로 배치된 중앙 자석부와, 상기 중앙 자석부를 둘러싸도록 주설된 주연 자석부와, 상기 중앙 자석부 및 상기 주연 자석부가 서로 평행한 평행 영역과, 상기 요크의 상기 표면에 설치된 자기 회로와, 상기 자기 회로에 중첩하여 배치된 배킹 플레이트를 갖고, 상기 마그넷 유닛을 구성하는 상기 복수의 마그넷의 각각은 상기 요크에 배치되고, 상기 보조 마그넷은 상기 주연 자석부에 평행하게 배치되고, 상기 보조 마그넷은 상기 보조 요크를 통해 상기 요크에 고정되고, 상기 보조 요크는 자성체 또는 유전체로 이루어져도 좋다.
이에 의해, 피성막 기판에 대해서 평행이 되는 면을 따라 주연 자석부의 자극면이 배치된다. 요동 방향으로 제1 요동단에 위치하는 주연 자석이 자극면과 직교하는 방향보다 제2 요동단으로부터 이간하는 방향의 자력선을, 적어도 자극면과 직교하는 방향보다 제2 요동단을 향하는 방향으로 기울인다. 이에 의해, 마그넷이 애노드에 가장 근접하는 요동 위치에 있었을 경우에도 애노드에 흡수되는 전자의 양을 저감할 수 있다. 요동 방향의 주연에서 플라즈마 밀도가 감소하는 것을 방지하고, 불필요한 비이로전 경계 영역을 발생시키지 않고, 이로전-비이로전 경계 영역이 형성되는 것이 억제된다. 파티클 발생을 억제함과 동시에, 막 두께 분포, 막질 특성 분포의 편차 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 보조 요크 및 상기 보조 마그넷이 상기 요크로부터 분리 가능해도 좋다.
이로 인해, 스퍼터링 장치에서 다른 처리 조건에 의해 처리를 실시하는 경우에서는, 처리 조건에 따른 자력선을 형성할 필요가 있다. 이를 위해 요동단에서의 마그넷으로부터의 자력선의 경사 각도를 다르게 할 필요가 있다. 이 경우에, 보조 마그넷을 교체함으로써 용이하게 설정 변경을 실시하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에서는, 상기 복수의 마그넷 중 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷은, 상기 교차 방향으로 분할된 복수의 자장 생성 영역을 갖고, 상기 자장 생성 영역의 각각은, 분할 요크와, 분할 주연 자석부와, 분할 중앙 자석부와, 분할 보조 마그넷을 갖고, 상기 교차 방향 및 상기 요크의 두께 방향에서 상기 자장 생성 영역의 각각의 위치는 조정 가능하고, 위치가 조정된 상기 복수의 자장 생성 영역을 갖는 상기 마그넷은 상기 마그넷 주사부에 의해 요동 가능해도 좋다.
성막 영역 전체에 대한 성막 상태의 제어를 위해, 예를 들면 교차 방향 및 요크의 두께 방향에서 플라즈마 발생에 관한 자속 밀도의 조건을 조정하는 경우이다. 이 구성에 따르면, 복수의 자장 생성 영역이 분할되고, 또한, 복수의 자장 생성 영역의 각각에서의 교차 방향 및 요크의 두께 방향의 위치를 조정 가능하다. 이 때문에, 복수의 자장 생성 영역의 각각에서 자속 밀도의 조건을 조정하는 것이 가능하다.
복수의 자장 생성 영역의 각각을 교차 방향 및 요크의 두께 방향에서 조정함으로써, 복수의 자장 생성 영역의 각각에서는, 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷에서의 주연 자극의 자력선을 분할 보조 마그넷에 의해 필요한 방향으로 경사시킬 수 있다. 복수의 자장 생성 영역의 각각에서 자력선이 필요한 방향으로 경사시킨 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링 장치에 의하면, 필요한 자속 밀도를 유지하여 플라즈마 밀도를 유지할 수 있다. 또한, 비이로전 발생 영역 주위의 흐릿한 영역의 발생을 억제하여 파티클의 삭감을 도모할 수 있고, 및, 형성된 플라즈마 분포를 안정시킬 수 있다. 마그넷의 요동 위치에 관계없이 막 두께 분포·막 두께 특성 분포의 균일성 향상을 도모할 수 있다는 효과를 발휘하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치를 도시한 모식 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에서의 캐소드 유닛을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에서의 유리 기판과 캐소드 장치의 구성의 위치 관계를 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에서 유리 기판과 타깃과 마그넷 유닛의 위치 관계를 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치의 마그넷 유닛의 단부를 도시한 도면으로, 마그넷 유닛을 구성하는 마그넷 및 보조 마그넷의 구성을 도시한 확대 정면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치의 마그넷 유닛의 단부를 도시한 도면으로, 마그넷 유닛을 구성하는 마그넷 및 보조 마그넷의 구성을 도시한 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 스퍼터링 장치의 타깃에서의 비이로전 영역과, 이로전 영역과 경계 영역을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에 대해서 보조 마그넷이 없는 경우에서의 전자 트래킹 상태를 도시한 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에 대해서 보조 마그넷이 없는 경우의 자력선의 방향을 도시한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에서의 전자 트래킹 상태를 도시한 모식도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에서의 자력선의 방향을 도시한 모식도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에서의 요동 위치에 대한 전압 변화를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에 의한 막 두께 분포의 일례를 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에 의한 막 저항 분포의 일례를 도시한 그래프이다.
도 15는 스퍼터링 장치에 의한 막 두께 분포의 일례를 도시한 그래프이다.
도 16은 스퍼터링 장치에 의한 막 저항 분포의 일례를 도시한 그래프이다.
도 17은 스퍼터링 장치에 의한 막 두께 분포의 일례를 도시한 그래프이다.
도 18은 스퍼터링 장치에 의한 막 저항 분포의 일례를 도시한 그래프이다.
도 19는 스퍼터링 장치에 의한 막 두께 분포의 일례를 도시한 그래프이다.
도 20은 스퍼터링 장치에 의한 막 저항 분포의 일례를 도시한 그래프이다.
도 21은 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서의 막 두께 분포와 막 저항 분포의 관계를 도시한 그래프이다.
도 22는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서의 보조 마그넷을 이용한 처리 후의 타깃의 표면을 도시한 화상이다.
도 23은 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서의 보조 마그넷의 배치와 플라즈마 밀도의 관계를 도시한 도면이다.
도 24는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서의 보조 마그넷의 배치와 플라즈마 밀도의 관계를 도시한 도면이다.
도 25는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서의 보조 마그넷의 배치와 플라즈마 밀도의 관계를 도시한 도면이다.
도 26은 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서의 보조 마그넷의 배치와 플라즈마 밀도의 관계를 도시한 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치의 보조 마그넷의 변형 예를 도시한 확대 단면도이다.
도 28은 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서의 보조 마그넷을 이용한 처리 후의 타깃 모서리부(隅部)의 표면을 도시한 화상이다.
도 29는 스퍼터링 장치에서의 보조 마그넷을 이용하지 않는 처리 후의 타깃 모서리부의 표면을 도시한 화상이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법을 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치를 도시한 모식 평면도이다. 도 1에서, 1은 스퍼터링 장치이다.
<스퍼터링 장치 1>
본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치(1)는 인터백식의 진공 처리 장치의 일례이다. 이러한 진공 처리 장치는, 예를 들면, 반도체 디바이스의 제조 공정, 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 FPD(flat, panel, display, 플랫 패널 디스플레이)의 제조 공정에 이용된다. 구체적으로, 이러한 진공 처리 장치에서는, 유리 등으로 이루어지는 기판 상에 TFT(Thin Film Transistor)를 형성하는 경우 등, 유리나 수지로 이루어지는 피처리 기판에 진공 환경하에서 가열 처리, 성막 처리, 에칭 처리 등을 실시한다.
본 실시형태에서는, 유리 기판(11)(피성막 기판, 투명 기판)으로서는 100㎜ 정도의 길이의 변을 갖는 기판이나, 2000㎜ 이상의 길이의 변을 갖는 직사각형 기판을 적용 가능하다. 또한, 두께 1mm 이하의 기판, 두께 수 mm의 기판이나, 두께 10mm 이상의 기판도 유리 기판(11)에 이용할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 스퍼터링 장치(1)는 로드·언로드실(2)(진공 챔버)과, 성막 챔버(4)(진공 챔버)와, 이송 챔버(3)를 구비한다. 로드·언로드실(2)은 대략 직사각형의 유리 기판(11)을 외부로부터 로드·언로드실(2)에 반입하거나, 로드·언로드실(2)을 외부로 반출한다. 성막실(4)에서는, 유리 기판(11) 상에, 예를 들면, ZnO계나 In2O3계의 투명 도전막 등의 피막, 알루미늄이나 은 등의 금속이나 산화물의 피막, 그 이외의 피막을 스퍼터링법에 의해 형성한다. 성막실(4)은 내압성을 갖는다. 반송실(3)은 성막실(4)과 로드·언로드실(2) 사이에 위치한다.
본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치(1)로서, 도 1은 사이드 스퍼터링식의 스퍼터링 장치를 도시한다. 스퍼터다운식 스퍼터링 장치 또는 스퍼터업식 스퍼터링 장치가 스퍼터링 장치(1)에 채용될 수도 있다.
또한, 스퍼터링 장치(1)는 상술한 구성에 더하여 성막실(4A)(진공 챔버)과 로드·언로드실(2a)(진공 챔버)을 갖는다. 상술한 복수의 진공 챔버(2, 2a, 4, 4A)는 반송실(3)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 이러한 진공 챔버를 구비하는 스퍼터링 장치(1)는, 예를 들면, 서로 인접하여 형성된 2 개의 로드·언로드실(진공 챔버)과, 복수의 처리실(진공 챔버)을 갖고 구성된다. 예를 들면, 로드·언로드실(2, 2a) 중 일방은 외부로부터 스퍼터링 장치(1)(진공 처리 장치)의 내부를 향해 유리 기판(11)을 반입하는 로드실이다. 로드·언로드실(2, 2a) 중 타방은 스퍼터링 장치(1)의 내부로부터 외부로 유리 기판(11)을 반출하는 언로드실이다. 또, 성막실(4)과 성막실(4A)에서는, 서로 다른 성막 공정을 실시하는 구성이 채용되어도 좋다.
이러한 각각의 진공 챔버(2, 2a, 4, 4A)와 반송실(3) 사이에는 구획 밸브가 형성되어 있으면 좋다.
로드·언로드실(2)에는, 스퍼터링 장치(1)의 외부로부터 내부로 반입된 유리 기판(11)의 재치 위치를 설정하여 얼라인먼트 가능한 위치 결정 부재가 배치되어 있어도 좋다. 또, 로드·언로드실(2)에는, 로드·언로드실(2)의 내부를 조진공(粗振空) 흡인하는 로터리 펌프 등의 조인 배기 장치(조인(粗引) 배기 장치, 저진공 배기 장치)가 설치된다.
반송실(3)의 내부에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 반송 장치(3a)(반송 로봇)가 배치되어 있다. 이하의 설명에서는, 반송 로봇(3a)이라고 칭하는 경우가 있다.
반송 장치(3a)는, 회전축과, 이 회전축에 장착된(取付) 로봇 암과, 로봇 암의 일단에 형성된 로봇 핸드와, 로봇 핸드를 상하동시키는 상하동 장치를 갖고 있다. 로봇 암은 서로 굴곡 가능한 제1 능동 암, 제2 능동 암, 제1 종동 암 및 제2 종동 암으로 구성된다. 반송 장치(3a)는, 피반송물인 유리 기판(11)을 진공 챔버(2, 2a, 4, 4A) 각각과 반송실(3) 사이에서 이동시킬 수 있다.
성막실(4)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 캐소드 장치(10)와, 마스크 등을 갖는 기판 홀더인 기판 유지부(13)와, 가스 도입 장치와, 고진공 배기 장치가 설치되어 있다.
성막실(4)의 내부는, 도 1에 도시한 바와 같이, 성막시에 유리 기판(11)의 표면이 노출되는 전측 공간(41)과, 유리 기판(11)의 이면측에 위치하는 이측 공간(42)으로 구성되어 있다. 전측 공간(41)에는 캐소드 장치(10)가 배치된다.
캐소드 장치(10)는, 성막실(4)의 내부에서, 반송실(3)에 접속되는 반송구(4a)로부터 가장 먼 위치에 입설(立設)된다.
기판 유지부(13)(기판 유지 장치)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 이측 공간(42) 내부에 설치되어 있다.
기판 유지부(13)는 반송구(4a)로부터 반입된 유리 기판(11)을 지지 가능하다.
기판 유지부(13)는 성막 중에 후술하는 타깃(23)과 유리 기판(11)의 피처리면(11a)(성막면)이 대향하도록 유리 기판(11)을 유지한다. 기판 유지부(13)는 성막 중에 성막구(4b)에 대응하는 위치에 유리 기판(11)을 유지한다.
기판 유지부(13)는 요동축과 유지부를 구비해도 좋다. 요동축은, 예를 들면, 이측 공간(42)의 하측 위치에서 반송구(4a) 및 성막구(4b) 중 적어도 일방과 대략 병행으로 연재한다. 유지부는 요동축에 장착되어 유리 기판(11)의 이면을 유지한다.
가스 도입 장치는 성막실(4)의 내부에 가스를 도입한다. 고진공 배기 장치는 성막실(4)의 내부를 고진공 상태가 되도록 감압하는 터보 분자 펌프 등이다.
<캐소드 장치(10)>
도 2는 본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치(1)의 캐소드 장치(10)를 도시한 사시도이다. 도 3은 본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에서의 유리 기판과 캐소드 장치의 구성의 위치 관계를 도시한 모식도이다.
도 2~도 6 및 도 8~도 11에서는 XYZ 직교 좌표계가 채용되어 있다.
Z 방향은 연직 방향(중력 방향)이다. Z 방향은 유리 기판(11)의 세로 방향이다. Y 방향은 유리 기판(11)의 두께 방향이다. 또, 요크의 두께 방향이다.
X 방향은 유리 기판(11)의 폭 방향이다. 이하의 설명에서는, Z 방향 및 X 방향에 평행한 면을 ZX 평면이라고 칭하는 경우가 있다.
또한, X 방향은 요동 방향에 상당한다. 이 경우, X 방향으로 교차하는 Z 방향은 요동 방향으로 교차하는 교차 방향에 상당한다.
캐소드 장치(10)는, 성막실(4)의 내부에서의 성막 위치(플라즈마 처리 위치)에 배치된 유리 기판(11)을 X 방향으로 요동 가능하다.
캐소드 장치(10)는 캐소드 박스(10A)와 1개의 캐소드 유닛(22)을 갖는다. 캐소드 유닛(22)은 도 2에 도시한 바와 같이 캐소드 박스(10A)에 배치된다.
도 2에서는 유리 기판(11)과 타깃(23)이 연직 방향으로 세워진 종형 캐소드 장치(10)가 도시되어 있다. 캐소드 장치(10)로서는, 다운 디포지션형(down deposition 型)의 캐소드 장치를 이용할 수도 있다. 다운 디포지션형의 캐소드 장치에서는, 유리 기판(11)이 수평 방향으로 향하도록, 타깃(23)의 하측에 유리 기판(11)이 배치된다. 이 상태로 유리 기판(11)에 성막을 실시한다. 여기서, 수평 방향은 X 방향 및 Y 방향에 평행한 방향이다.
<캐소드 유닛(22)>
캐소드 유닛(22)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 유리 기판(11)의 표면에 대향하는 ZX 평면을 따라 배치되어 있다.
캐소드 유닛(22)은 유리 기판(11)의 피처리면(11a)을 향하여 스퍼터 입자를 방출하도록 구성되어 있다. 캐소드 유닛(22)에서는, 유리 기판(11)으로부터 마그넷 주사부(29)를 향하는 방향(도 3에 도시한 Y 방향과는 반대 방향)에서, 타깃(23), 배킹 플레이트(24), 및 마그넷 유닛(MU)(자기 회로)이 이 순서로 배치되어 있다. 마그넷 주사부(29)에 대해서는 후술한다.
<타깃(23)>
도 4는 본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치에서의 유리 기판과 타깃과 마그넷 유닛의 위치 관계를 도시한 정면도이다.
타깃(23)은 유리 기판(11)과 대향하는 ZX 평면에 평행한 평판 형상으로 형성되어 있다. 타깃(23)은 유리 기판(11)에 대향하도록 배치된다. 환언하면, 타깃(23)은 도 3에 도시한 바와 같이 유리 기판(11)과 대향하는 표면(23a)을 갖는다. 타깃(23)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 캐소드 박스(10A)의 표면에서 유리 기판(11)에 대향하는 위치에 노출된다.
타깃(23)은, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, Z 방향에서 유리 기판(11)보다 큰 폭을 갖는다. 또, 타깃(23)은 X 방향에서 유리 기판(11)보다 큰 폭을 갖는다. 타깃(23) 주위에는 애노드(28)가 설치된다. 애노드(28)는 X 방향 및 Z 방향의 각각에서의 타깃(23)의 단부보다 외측으로 돌출된 배킹 플레이트(24)를 덮는다. 환언하면, Y 방향에서, 애노드(28)는 유리 기판(11)과 배킹 플레이트(24) 사이에 배치된다. 애노드(28)는 X 방향 및 Z 방향에서의 타깃(23)의 전(全) 둘레에 배치된다.
<배킹 플레이트(24)>
배킹 플레이트(24)는, 유리 기판(11)과 대향하는 ZX 평면을 따른 평판 형상으로 형성되어 있다. 배킹 플레이트(24)는 타깃(23)의 유리 기판(11)과 마주하지 않는 표면, 즉 타깃(23)의 표면(23a)과 반대측의 표면에 접합된다. 배킹 플레이트(24)에는 직류 전원을 갖는 제어부(26)가 접속되어 있다. 직류 전원으로부터 공급되는 직류 전력은 배킹 플레이트(24)를 통해 타깃(23)에 공급된다. 캐소드의 전원으로서는, 직류 전원 대신에, 직류 전원, 펄스 전원, RF 전원을 이용하여도 좋다. 캐소드 유닛(22)은, 유리 기판(11)의 피처리면(11a)과 대향하는 ZX 평면을 따라 타깃(23)이 배치되어 있다.
<마그넷 유닛(MU)>
캐소드 유닛(22)은 마그넷 유닛(MU)을 갖는다. 마그넷 유닛(MU)은 복수의 마그넷(25)과 2개의 보조 마그넷(27)으로 구성된다. 마그넷 유닛(MU)은, 배킹 플레이트(24)에 대해서, 타깃(23)과는 반대측에 배치되어 있다. 환언하면, 타깃(23)의 표면측에는 유리 기판(11)이 배치되고, 이에 대해서, 타깃(23)의 이면측에 마그넷 유닛(MU)이 배치되어 있다.
마그넷 유닛(MU)은 다련 마그넷이다. 마그넷 유닛(MU)에서, 복수의 마그넷(25)은 서로 평행하게 배치되고 X 방향에서 등 간격으로 배열된다. 복수의 마그넷(25) 각각의 길이 방향이 Z 방향에 평행하게 되도록 복수의 마그넷(25)은 Z 방향으로 세워져 있다.
본 실시형태에 따른 마그넷 유닛(MU)에서는, 예를 들면 9 개의 마그넷(25)이 X 방향으로 배열되어 있다. 구체적으로, 마그넷 유닛(MU)은 제1 마그넷(25F), 제2 마그넷(25S), 제3 마그넷(25T), 제4 마그넷(25Y), 제5 마그넷(25G), 제6 마그넷(25R), 제7 마그넷(25V), 제8 마그넷(25E) 및 제9 마그넷(25N)을 갖는다.
본 실시형태에서, 마그넷(25)의 수는 9이다. 마그넷(25)의 개수는 유리 기판(11)의 면적, 타깃(23)의 면적, 또는 후술하는 마그넷(25)의 요동 영역 등에 따라 설정할 수 있다. 환언하면, 마그넷 유닛(MU)은 N개(N은 2 이상의 정수)의 마그넷(25)을 갖는다. 이 경우, 복수의 마그넷(25) 중 보조 마그넷(27)이 장착되는 마그넷은 (N-1) 번째 마그넷과 N 번째 마그넷이다.
본 실시형태의 캐소드 유닛(22)에서는, 유리 기판(11)에 대해서 타깃(23)이 고정되어 있다. 캐소드 유닛(22)은 성막실(4)에 고정되어 있다.
9 개의 마그넷(25) 각각은 유리 기판(11)과 마주하는 타깃(23)의 표면(23a)에 마그네트론 자장을 형성한다. 9개의 마그넷(25) 각각은 개별적으로 제어부(26)에 접속되어 있다. 제어부(26)는 9개의 마그넷(25) 각각에 발생하는 자장 상태를 제어하는 것이 가능하다.
<자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)>
9 개의 마그넷(25) 각각은 Z 방향으로 배열된 3 개의 자장 생성 영역, 즉 제1 자장 생성 영역(MG1), 복수의 제2 자장 생성 영역(MG2) 및 제3 자장 생성 영역(MG3)을 갖는다. 제1 자장 생성 영역(MG1)은 Z 방향에서의 일방의 영역이다. 제3 자장 생성 영역(MG3)은 Z 방향에서의 타방의 영역이다. 복수의 제2 자장 생성 영역(MG2)은 제1 자장 생성 영역(MG1)과 제3 자장 생성 영역(MG3) 사이의 영역이다. 본 실시형태에서, 복수의 제2 자장 생성 영역(MG2)의 수는 5이다. 복수의 제2 자장 생성 영역(MG2)의 수는 본 실시형태에 한정되지 않고, 5 미만이라도 좋고, 6 이상이라도 좋다.
이러한 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)은 Z 방향에서 연속적으로 연결되어 있어도 좋고, Z 방향에서 분할되어 있어도 좋다. 본 실시형태에서는, 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)이 접속되는 경우의 구조를 설명한다.
도 5는 본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치의 마그넷 유닛(MU)의 단부를 도시한 확대 정면도이다. 도 6은 본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치의 마그넷 유닛(MU)의 단부를 도시한 확대 단면도이다. 도 5 및 도 6은 각각 마그넷 유닛(MU)을 구성하는 마그넷 및 보조 마그넷의 구성을 나타낸다. 도 5에서는, 제1 마그넷(25F), 제2 마그넷(25S) 및 보조 마그넷(27)이 도시되어 있다. 도 5에서, 제1 마그넷(25F) 및 보조 마그넷(27)이 도시되어 있다. 도 5는 도 4에 도시한 제1 자장 생성 영역(MG1) 및 제2 자장 생성 영역(MG2)의 일부를 도시한다.
이하의 설명에서는, 제1 마그넷(25F)에 설치된 보조 마그넷에 대해서 설명하고, 제9 마그넷(25N)에 설치된 보조 마그넷에 대한 설명을 생략하는 경우가 있다.
제1 마그넷(25F)~제9 마그넷(25N)에 공통인 구조를 설명하는 경우, 제1 마그넷(25F) 내지 제9 마그넷(25N)을 단순히 마그넷(25)이라고 칭하는 경우가 있다.
제1 마그넷(25F)~제9 마그넷(25N)의 각각은 도 4~도 6에 도시한 바와 같이 요크(31), 보조 요크(31d), 주연 자석부(32) 및 중앙 자석부(33)를 갖는다.
<요크(31) 및 보조 요크(31d)>
요크(31)는 Y 방향으로 보아 대략 직사각형 평판 형상의 자석 베이스(자성체)이다. 요크(31)는 요크(31)의 표면(31S)에 중앙 영역(31C)을 갖는다.
보조 요크(31d)는 요크(31)에 인접한 부위이다. 보조 요크(31d)는 자성체 또는 유전체로 이루어진다.
마그넷 유닛(MU)을 구성하는 복수의 마그넷(25) 각각은 요크(31)에 배치되어 있다.
<주연 자석부(32) 및 중앙 자석부(33)>
주연 자석부(32)는 요크(31)의 평면에서 중앙 자석부(33)로부터 이간하고 있다. 주연 자석부(32)는 이 중앙 자석부(33)를 둘러싸도록 주변에 설치된 대략 장원(長圓)의 환(環) 자석이다.
중앙 자석부(33)는 직선 형상을 갖는 복합 자석체이다. 복합 자석체의 길이 방향은 Z 방향에 대응한다. 중앙 자석부(33)는 요크(31)의 중앙 영역(31C)의 X 방향에서의 중앙 위치(31CP)에 배치된다.
중앙 자석부(33) 및 주연 자석부(32)는 요크(31)의 표면(31S)에 형성된 자기 회로를 구성한다. 이 자기 회로는 배킹 플레이트(24)에 중첩되어 배치된다.
마그넷(25)의 길이 방향인 Z 방향의 중앙 부분(MR)에서, 중앙 자석부(33)와 주연 자석부(32)는 서로 평행하다. 중앙 자석부(33)와 주연 자석부(32)는 서로 평행한 영역은 평행 영역(PR)이다.
중앙 자석부(33)는 중앙 자석부(33)가 연재하는 Z 방향에서 복수의 자석으로 분할된다. 환언하면, 중앙 자석부(33)는, 분할된 복수의 자석으로 구성되어 있다. 분할된 복수의 자석을 Z 방향으로 연속적으로 배치함으로써, 중앙 자석부(33)가 형성된다.
마찬가지로, 주연 자석부(32)는 주연 자석부(32)가 연재하는 Z 방향에서 복수의 자석으로 분할되어 있다. 환언하면, 주연 자석부(32)는, 분할된 복수의 자석으로 구성되어 있다. 분할된 복수의 자석을 Z 방향으로 연속적으로 배치함으로써, 주연 자석부(32)가 형성된다.
또한, 주연 자석부(32)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, Z 방향의 단부에 위치하는 단부 주연 자석부(32a)를 갖는다. 단부 주연 자석부(32a)는 X 방향으로 연재한다. 또, 주연 자석부(32)는 제1 주연 자석부(32b)를 갖는다. 제1 주연 자석부(32b)는, Z 방향에서 단부 주연 자석부(32a)에 인접한다. 제1 주연 자석부(32b)는 길이 방향이 되는 Z 방향으로 연재한다.
단부 주연 자석부(32a)는, 제1 주연 자석부(32b)에 인접하는 위치에서, Z 방향으로 연재하는 부분을 갖고 있어도 좋다. 환언하면, 도 5에 도시한 바와 같이, Z 방향의 마그넷(25)의 일단에서의, 단부 주연 자석부(32a)는 대략 C자 형상을 가져도 좋다. 또, Z 방향에서의 마그넷(25)의 타단에서, 단부 주연 자석부(32a)는 대략 역 C자 형상을 갖고 있어도 좋다.
주연 자석부(32)는, Z 방향으로 연재하는 제2 주연 자석부(32c)를 갖는다. 제2 주연 자석부(32c)는 길이 방향에서 제1 주연 자석부(32b)에 인접한다. 제2 주연 자석부(32c)는, Z 방향에서, 제1 주연 자석부(32b)에 대해서 단부 주연 자석부(32a)와는 반대측에 위치한다.
주연 자석부(32)는 Z 방향으로 연재하는 제3 주연 자석부(32d)를 갖는다. 제3 주연 자석부(32d)는 길이 방향에서 제2 주연 자석부(32c)에 인접한다. 제3 주연 자석부(32d)는, Z 방향에서, 제2 주연 자석부(32c)에 대해서 제1 주연 자석부(32b)와는 반대측에 위치한다.
주연 자석부(32)는 Z 방향으로 연재하는 제4 주연 자석부(32e)를 갖는다. 제4 주연 자석부(32e)는 길이 방향에서 제3 주연 자석부(32d)에 인접한다. 제4 주연 자석부(32e)는, 제3 주연 자석부(32d)에 대해서, Z 방향에서 제2 주연 자석부(32c)와는 반대측에 위치한다.
주연 자석부(32)는 Z 방향으로 연재하는 제5 주연 자석부(32f)를 갖는다. 제5 주연 자석부(32f)는 길이 방향에서 제4 주연 자석부(32e)에 인접한다. 제5 주연 자석부(32f)는 Z 방향에서 제4 주연 자석부(32e)에 대해서 제3 주연 자석부(32d)와는 반대측에 위치한다.
또한, 주연 자석부(32)는, Z 방향으로 연재하는 분할 부분(도 4 참조)을 갖는다. 분할 부분은 제5 주연 자석부(32f)에 인접한다. 주연 자석부(32)의 분할 부분은 평행 영역(PR)에 위치한다.
주연 자석부(32)에서, 단부 주연 자석부(32a), 제1 주연 자석부(32b), 제2 주연 자석부(32c), 제3 주연 자석부(32d) 및 제4 주연 자석부(32e)의 각각은 영구자석이다.
주연 자석부(32)에서, 단부 주연 자석부(32a), 제1 주연 자석부(32b), 제2 주연 자석부(32c), 제3 주연 자석부(32d) 및 제4 주연 자석부(32e)의 각각은, 독립적으로 다른 자장을 발생하도록 구성되어도 좋고, 동일한 강도의 자장을 발생하도록 구성되어도 좋다.
주연 자석부(32)에서, 제5 주연 자석부(32f) 및 제5 주연 자석부(32f)로부터 Z 방향으로 더 연재하는 분할 부분은 영구자석이다.
중앙 자석부(33)는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 제1 코일부(35b)를 갖는다. 제1 코일부(35b)는 길이 방향이 되는 Z 방향의 단부에 위치한다. 제1 코일부(35b)는 Z 방향에서 단부 주연 자석부(32a)에 인접한다. 제1 코일부(35b)는, 도 5에서의 지면 수직 방향이 되는 Y 방향에 평행한 축선 주위로 권회된 코일선으로 구성된다. 구체적으로, 제1 코일부(35b)는 Y 방향에 평행한 제1 심부(34b)를 갖고, 제1 심부(34b) 주위에 권취된 코일선으로 구성된다. 제1 심부(34b)는 코일의 중심에 위치한다.
제1 심부(34b)는 영구자석이다. 제1 코일부(35b)는, Z 방향에서, 제1 주연 자석부(32b)와 일치하는 위치에 배치된다. 제1 심부(34b)의 중심은 Z 방향에서 제1 주연 자석부(32b)의 중앙 위치와 대략 동일한 위치에 배치된다. 제1 코일부(35b)는 단부 주연 자석부(32a) 및 제1 주연 자석부(32b)와 접촉하지 않는다.
중앙 자석부(33)는, 제1 코일부(35b)에 인접하는 제2 코일부(35c)를 갖는다. 제2 코일부(35c)는, Z 방향에서, 제1 코일부(35b)에 대해서 단부 주연 자석부(32a)와는 반대측에 위치한다. 제2 코일부(35c)는 제2 코일부(35c)의 중심에 위치하는 제2 심부(34c)를 갖는다. 제2 심부(34c)는 영구자석이다. 제2 코일부(35c)는 Z 방향에서 제2 주연 자석부(32c)와 일치하는 위치에 배치된다. 제2 심부(34c)의 중심은 Z 방향에서 제2 주연 자석부(32c)의 중앙 위치와 대략 동일한 위치에 배치된다. 제2 코일부(35c)는 제1 코일부(35b) 및 제2 주연 자석부(32c)와 접촉하지 않는다.
중앙 자석부(33)는, 제2 코일부(35c)에 인접하는 제3 코일부(35d)를 갖는다. 제3 코일부(35d)는 Z 방향에서 제2 코일부(35c)에 대해서 제1 코일부(35b)와 반대측에 위치한다. 제3 코일부(35d)는 제3 코일부(35d)의 중심에 위치하는 제3 심부(34d)를 갖는다. 제3 심부(34d)는 영구자석이다. 제3 코일부(35d)는 Z 방향에서 제3 주연 자석부(32d)와 일치하는 위치에 배치된다. 제3 심부(34d)의 중심은 Z 방향에서 제3 주연 자석부(32d)의 중심위치와 대략 동일한 위치에 배치된다. 제3 코일부(35d)는 제2 코일부(35c) 및 제3 주연 자석부(32d)와 접촉하지 않는다.
중앙 자석부(33)는, 제3 코일부(35d)에 인접하는 제4 코일부(35e)를 갖는다. 제4 코일부(35e)는 Z 방향에서 제3 코일부(35d)에 대해서 제2 코일부(35c)와 반대측에 위치한다. 제4 코일부(35e)는 제4 코일부(35e)의 중심에 위치하는 제4 심부(34e)를 갖는다. 제4 심부(34e)는 영구자석이다. 제4 코일부(35e)는 Z 방향에서 제4 주연 자석부(32e)와 일치하는 위치에 배치된다. 제4 심부(34e)의 중심은, Z 방향에서, 제4 주연 자석부(32e)의 중앙 위치와 대략 동일한 위치에 배치된다. 제4 코일부(35e)는 제3 코일부(35d) 및 제4 주연 자석부(32e)와 접촉하지 않는다.
중앙 자석부(33)는, 제4 코일부(35e)에 인접하는 제5 자석부(37)를 갖는다. 제5 자석부(37)는 Z 방향에서 제4 코일부(35e)에 대해서 제3 코일부(35d)와 반대측에 위치한다. 제5 자석부(37)는 영구자석이다. 제5 자석부(37)는 Z 방향에서 제5 주연 자석부(32f)와 일치하는 위치에 배치된다. 제5 자석부(37)는 제5 주연 자석부(32f)와 대략 평행하게 배치된다. 제5 자석부(37)는도 5에 도시한 바와 같이 X 방향에서 제1 심부(34b)~제4 심부(34e)와 대략 동일한 위치에 배치된다. 환언하면, 제1 심부(34b)~제4 심부(34e) 및 제5 자석부(37)는 Z 방향으로 배열되어 있다. 제5 자석부(37)는 Z 방향에서 제5 주연 자석부(32f)와 대략 동일한 길이를 갖는다. 제5 자석부(37)는 제4 코일부(35e) 및 제5 주연 자석부(32f)와 접촉하지 않는다.
또한, 중앙 자석부(33)는 Z 방향으로 연재하는 분할 부분을 갖는다. 분할 부분은 제5 자석부(37)에 인접한다. 중앙 자석부(33)의 분할 부분은 평행 영역(PR)에 위치한다.
중앙 자석부(33)에서, 제1 코일부(35b), 제2 코일부(35c), 제3 코일부(35d) 및 제4 코일부(35e) 각각은 전력 공급 기능을 갖는 제어부(26)(도 3 참조)에 접속되어 있다. 즉, 제어부(26)는 전원으로서 기능한다.
중앙 자석부(33)에서, 제1 코일부(35b), 제2 코일부(35c), 제3 코일부(35d) 및 제4 코일부(35e) 각각에는 독립적으로 전류가 공급된다. 따라서, 제1 코일부(35b), 제2 코일부(35c), 제3 코일부(35d) 및 제4 코일부(35e)는 서로 다른 자장을 발생하는 것이 가능하다.
또한, 중앙 자석부(33)는 Z 방향으로 연재하는 장심부(36)를 갖는다.
중앙 자석부(33)에서, 제1 심부(34b), 제2 심부(34c), 제3 심부(34d) 및 제4 심부(34e) 각각은 Y 방향에서 요크(31)와 반대측에 위치하는 단부를 갖는다. 이 4개의 단부는 장심부(36)에 인접한다. 장심부(36)는 제5 자석부(37)와 대략 동일한 X 방향 위치에 배치된다. 환언하면, 장심부(36) 및 제5 자석부(37)는, Z 방향으로 배열되어 있다. 장심부(36)는 영구자석 또는 자성체이다.
중앙 자석부(33)에서, 장심부(36)는, 주연 자석부(32)의 단부 주연 자석부(32a), 제1 주연 자석부(32b), 제2 주연 자석부(32c), 제3 주연 자석부(32d), 제4 주연 자석부(32e)와 자기 회로를 구성한다.
중앙 자석부(33)에서, 제1 코일부(35b)~제4 코일부(35e) 각각은 독립적으로 전류가 공급되도록 구성된다. 이에 의해, 장심부(36)와 주연 자석부(32)로 구성되는 자기 회로에서의 자장 강도 및 발생 자장의 분포를 조정하는 것이 가능해진다.
전술한 예에서, 중앙 자석부(33)를 구성하는 제1 코일부(35b)~제4 코일부(35e)는 전자석이지만, 중앙 자석부(33)의 구성은 전자석에 한정되지 않는다. 중앙 자석부(33)로서 장심부(36)에 대응하는 영구자석을 이용할 수도있다. 도 5는, Z 방향에서의 마그넷(25)의 일단을 도시하고 있지만, 마그넷(25)의 타단에서도, 상술한 마그넷(25)의 일단과 동등한 구성을 채용해도 좋다.
<마그넷 주사부(29)>
캐소드 장치(10)는, 마그넷 주사부(29)를 구비한다. 마그넷 주사부(29)는 마그넷 유닛(MU)을 1개의 주사 방향인 요동 방향으로 이동시킨다. 요동 방향은 복수의 마그넷 유닛(MU)이 세워지는 Z 방향과 직교하는 X 방향이다. 즉, 마그넷 스캐닝부(29)는 마그넷 유닛(MU)과 유리 기판(11)을 상대적으로 왕복적으로 이동시키는 것이 가능하다.
마그넷 주사부(29)는 타깃(23)에 대한 마그넷 유닛(MU)의 위치를 변경한다. 마그넷 주사부(29)는 마그넷 유닛(MU)을 구성하는 복수의 마그넷(25)의 상대 위치 관계를 바꾸지 않고 마그넷 유닛(MU)을 요동하는 것이 가능하다.
즉, 마그넷 유닛(MU)은 타깃(23)에 대해서 마그넷 주사부(29)에 의해 타깃(23)의 입자 방출면과 평행하게 이동(요동) 가능하다.
마그넷 주사부(29)는, 예를 들면 레일, 롤러, 복수의 모터 등으로 구성된다. 레일은 주사 방향으로 연장된다. 롤러는 캐소드 유닛(22)에서 X 방향의 2개의 단부 각각에 장착된다. 모터는 롤러 각각을 자전시킨다. 마그넷 주사부(29)는 주사 방향으로 연장되는 레일을 갖는 LM 가이드 등으로 구성되어도 좋다.
마그넷 주사부(29)의 레일은, 주사 방향(X 방향)에서 타깃(23)과 동일한 정도 또는 그보다 큰 폭을 갖는다. 또한, 마그넷 주사부(29)는, 주사 방향으로 복수의 마그넷(25)을 일체로 이동시키는 것이 가능하면, 마그넷 주사부(29)의 구성은 상술한 구성에 한정되지 않는다. 레일, 롤러 및 모터를 갖는 구성 이외의 구성이 마그넷 주사부(29)에 적용되어도 좋다.
<보조 마그넷 27>
도 4에 도시한 바와 같이, 2개의 보조 마그넷(27)은, X 방향에서의 마그넷 유닛(MU)의 양단에 배치되어 있다. 환언하면, 마그넷 유닛(MU)의 X 방향의 일단(제1 단)에, 일방의 보조 마그넷(27)(제1 보조 마그넷)이 배치되어 있다. 마그넷 유닛(MU)의 X 방향의 타단(제2 단)에는, 타방의 보조 마그넷(27)(제2 보조 마그넷)이 배치되어 있다.
보조 마그넷(27)은, 타깃(23)에 대해서 유리 기판(11)의 반대측에 배치되어 있다. 보조 마그넷(27)은 제1 마그넷(25F) 및 제9 마그넷(25N) 각각에서 자기 회로를 형성하는 요크(31)에 장착 고정된다.
본 실시형태에서, 마그넷 유닛(MU)은 9 개의 마그넷(25)의 배열로 구성된다. 마그넷 유닛(MU)의 X 방향의 일단측(제1 단측, 제1 배열단)에는, 제1 마그넷(25F)이 배치되어 있다. 마그넷 유닛(MU)의 X 방향의 타단측(제2 단측, 제2 배열단)에는, 제9 마그넷(25N)이 배치되어 있다.
이 구성에서, 일방의 보조 마그넷(27)은, X 방향에서의 제2 마그넷(25S)과는 반대측의 제1 마그넷(25F)의 단부(외연)에 설치되어 있다. 타방의 보조 마그넷(27)은, X 방향에서의 제8 마그넷(25E)과는 반대측의 제9 마그넷(25N)의 단부(외연)에 설치되어 있다.
환언하면, X 방향의 마그넷 유닛(MU)의 일방의 단부인 요동단에 일방의 보조 마그넷(27)이 위치한다. 또, X 방향의 마그넷 유닛(MU)의 타방의 단부인 요동단에 타방의 보조 마그넷(27)이 위치한다. 즉, 보조 마그넷(27)은, X 방향의 단부의 마그넷 유닛(MU)에서의 제1 요동단에 위치하는 마그넷의 외연과, 제2 요동단에 위치하는 마그넷의 외연에 배치된다.
즉, 보조 마그넷(27)은 복수의 마그넷(25) 중 제1 요동단에 위치하는 마그넷(25)을 따라 제1 요동단에 위치하는 마그넷(25)이 형성하는 자력선을 제2 요동단으로 향해 기울이는 기능이 있다. 보조 마그넷(27)은 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷(27)을 따라 제1 요동단에 대해 제2 요동단과 반대측에 배치된다.
보조 마그넷(27)은 도 4~도 6에 도시한 바와 같이 주연 자석부(32)와 평행한 직선형 마그넷이다. 보조 마그넷(27)은 Z 방향으로 연재하고 있다. 보조 마그넷(27)은 보조 마그넷(27)에 최근 접하는 주연 자석부(32)와 동일한 극성을 갖는다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 주연 자석부(32)가 N극인 경우, 보조 마그넷(27)은 주연 자석부(32)와 동일한 극성, 즉 N극이다.
보조 마그넷(27)은 X 방향으로 마그넷 유닛(MU)의 양단의 가장 외측에 위치한다. 즉, 보조 마그넷(27)은 X 방향으로 제1 마그넷(25F)의 가장 외측에 위치하는 주연 자석부(32)에 인접하도록 설치되어 있다. 보조 마그넷(27)은 X 방향으로 제9 마그넷(25N)의 가장 외측에 위치하는 주연 자석부(32)에 인접하도록 설치되어 있다. 환언하면, 보조 마그넷(27)은 제2 마그넷(25S)~제8 마그넷(25E)에 설치되어 있지 않다.
즉, 보조 마그넷(27)은 X 방향으로 타깃(23)의 단부에 대응하는 위치에만 설치된다.
보조 마그넷(27)은 보조 마그넷(27)에 최근 접하는 주연 자석부(32)와 동일한 길이를 갖는다. 즉, 보조 마그넷(27)의 Z 방향의 치수는 X 방향의 마그넷 유닛(MU)의 양단에 위치하는 제1 마그넷(25F) 및 제9 마그넷(25N)의 Z 방향의 치수와 거의 동일하다. 여기서, 보조 마그넷(27)의 Z 방향의 치수는 제1 마그넷(25F) 및 제9 마그넷(25N) 각각의 Z 방향의 치수에 대해서 플러스 마이너스 5mm 정도이다.
보조 마그넷(27)은 보조 마그넷(27)에 최근 접하는 주연 자석부(32)와 마찬가지로 단면에서 직사각형 형상을 갖는 자석이다. 보조 마그넷(27)은, Z 방향의 전체 길이로, 주연 자석부(32)와 동일한 단면 형상을 갖는다. 보조 마그넷(27)은 보조 마그넷(27)에 최근 접하는 주연 자석부(32)에 X 방향으로 매우 가깝다. 구체적으로는, 도 6에 도시한 바와 같이, 보조 마그넷(27)은, 보조 마그넷(27)에 최근 접하는 주연 자석부(32)에 대해서 X 방향으로 매우 근접하게 접촉하고 있거나, 후술하는 바와 같이 X 방향 소정 거리만큼 이간할 수도 있다.
보조 마그넷(27)은 돌조(27a)를 갖는다. 본 실시형태에서, 돌조(27a)는, 마그넷(25)의 주연 자석부(32)의 단면(30)(자극 평면)에 의해 형성되는 ZX 평면에 대해서, 타깃(23)을 향하여 돌출하는 볼록부가 Z 방향으로 연속한 부위이다. 환언하면, 돌조(27a)는, Z 방향으로 연재하면서, ZX 평면으로부터 Y 방향으로 돌출하고 있다. 이하의 설명에서는, 단면(30)을 자극 평면(30)이라고 칭하는 경우가 있다.
또한, 돌조(27a)의 선단은, 자극 평면(30)보다도 타깃(23)을 향하여 돌출되어 있어도 좋다. 돌조(27a)의 선단은 Y 방향으로 자극 평면(30)과 동일한 위치에 있어도 좋다. 돌조(27a)의 선단은 자극 평면(30)보다 타깃(23)으로부터 이간하고 있어도 좋다.
보조 마그넷(27)은 자극 평면(30)에 대해 경사하고 있다. 즉, 보조 마그넷(27)은 도 6에 도시한 바와 같이 자극이 되는 단면이 ZX 평면에 대해 각도 θ만큼 기울어져 있어도 좋다. 여기서, 각도 θ는 타깃(23)의 표면(23a)의 법선인 Y 방향에 대해서 경사하는 각도이다. 환언하면, 보조 마그넷(27)은 Z 방향에 평행한 축선 주위로 각도(θ)만큼 회전한다. 이 각도 θ를 「마그넷 경사각」이라고 칭할 수도 있다.
「마그넷 경사각」에 대해서, 보다 구체적으로 설명한다.
보조 마그넷(27)은 제1 자극면(27F)과 제1 자극면(27F)의 반대측에 위치하는 제2 자극면(27S)을 갖는다. 제1 자극면(27F)은 배킹 플레이트(24)를 향하고 있다. 환언하면, 제1 자극면(27F)은 배킹 플레이트(24)와 마그넷(25) 사이의 공간(SP)에 노출된다. 제2 자극면(27S)은 후술하는 보조 요크(31d)와 접촉하는 면이다.
제1 자극면(27F)의 중앙 위치, 즉 제1 각부(C1)와 제2 각부(C2) 사이의 중앙 위치는 부호 27Q로 표시되어 있다. 제2 자극면(27S)의 중앙 위치, 즉 제3 각부(C3)와 제4 각부(C4) 사이의 중앙 위치는 부호 27R로 표시되어 있다.
보조 마그넷(27)에서는, 제1 자극면(27F) 및 제2 자극면(27S)에 대해서 수직이고, 중앙 위치(27Q, 27R)를 통과하는 선은 마그넷 경사선(27D)이다. 환언하면, 중앙 위치(27R)를 통과하고, 제2 자극면(27S)에 수직인 선이 마그넷 경사선(27D)이다. 마그넷 경사선(27D)과 타깃(23)의 표면(23a)의 법선인 Y 방향 사이의 각도 θ는 마그넷 경사각이다. 제2 자극면(27S)으로부터 제1 자극면(27F)을 향해 연재하는 마그넷 경사선(27D)은 마그넷(25)의 요동 영역(SW)을 향하고 있다. 각도 θ는 0deg 내지 90deg 범위 내, 보다 바람직하게는 0deg 내지 60deg 범위 내, 0deg 내지 45deg 범위 내, 0deg 내지 30deg 범위 내이다.
<보조 마그넷(27)의 변형예>
도 27은 보조 마그넷(27)의 변형 예를 도시한다.
도 27에 도시한 보조 마그넷(27)은, 단면시에서 오각형 형상을 갖는다. 보조 마그넷(27)은 정점을 갖는 제1 자극면(27F)과 제2 자극면(27S)을 갖는다. 제1 자극면(27F)은 2개의 면을 갖는다. 2개의 면을 연결하는 정점이 중앙 위치(27Q)에 상당한다. 제2 자극면(27S)은 중앙 위치(27R)를 갖는다. 보조 마그넷(27)의 제1 자극면(27F)의 중앙 위치(27Q)에는, 돌조(27a)가 형성되어 있다. 돌조(27a)는 볼록 형상을 갖는다.
도 27에 도시한 보조 마그넷(27)에서는, 제2 자극면(27S)에 대해서 수직이며, 또한, 중앙 위치(27Q, 27R)를 통과하는 선은, 마그넷 경사선(27D)이다. 마그넷 경사선(27D)과 타깃(23)의 표면(23a)의 법선인 Y 방향 사이의 각도 θ는 마그넷 경사각이다. 제2 자극면(27S)으로부터 제1 자극면(27F)을 향해 연재하는 마그넷 경사선(27D)은 마그넷(25)의 요동 영역(SW)을 향하고 있다.
보조 마그넷(27)의 자기 강도는 보조 마그넷(27)에 최근에 접하는 주연 자석부(32)의 자기 강도와 동일하거나 작다. 구체적으로는, 보조 마그넷(27)의 자기 강도는, 보조 마그넷(27)에 최근 접하는 주연 자석부(32)의 자기 강도의 1/2~3/4, 혹은, 1/2~1/3의 범위 내로 할 수 있다. 주연 자석부(32)의 자기 강도는 보조 마그넷(27)의 자기 강도의 1~1.5 배, 또는 1.1~1.4 배, 예를 들어 1.39 배 정도로 할 수 있다.
보조 마그넷(27)은, 도 6에 도시한 바와 같이, 보조 요크(31d)를 통해 요크(31)에 고정된다. 보조 요크(31d)는 요크(31)의 X 방향에서의 단부에 인접한다. 보조 요크(31d)는 요크(31)와 일체로 형성되어도 좋다. 이 경우, 보조 요크(31d)는 요크(31)와 동일한 재료로 형성된다. 보조 요크(31d)는 자성체 또는 유전체로 이루어진다. 보조 요크(31d) 및 보조 마그넷(27)은 요크(31)로부터 분리 가능하다.
보조 마그넷(27)은 고정 부재(27g)에 의해 상술한 소정 각도 θ가 얻어 지도록 보조 요크(31d)에 고정된다. 이에 의해, 보조 마그넷(27)의 제2 자극면(27S)이 보조 요크(31d)에 접촉하고 있다. 그 결과, 중앙 자석부(33), 주연 자석부(32) 및 요크(31)에 의해 형성된 자기 회로와 보조 마그넷(27) 및 보조 요크(31d)에 의해 형성된 자기 회로가 조합된 자기 회로가 얻어진다.
본 실시형태에서의 캐소드 유닛(22)에서는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 스퍼터 입자를 타깃으로부터 방출하여 유리 기판(11) 상에 막을 형성한다. 이 때, 마그넷 주사부(29)는, 마그넷 유닛(MU)을 요동단 Revers와 요동단 Forward 사이에서 왕복 이동시킨다. 여기서, 본 실시형태에서, 요동단 Forward는 「제1 요동단」의 일례이다. 요동단 Revers는 「제2 요동단」의 일례이다. 요동단 Forward가 「제2 요동단」인 경우, 요동단 Revers는 「제1 요동단」이 된다.
캐소드 유닛(22)에서는, 마그넷 주사부(29)는, 복수의 마그넷(25)으로 구성되는 다련 마그넷인 마그넷 유닛(MU)을 정리하여 이동시킨다. 보다 구체적으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 마그넷 주사부(29)는 먼저 자동 방향(X 방향)에서 중앙 위치(center)으로부터 우측으로 요동단 Forward로 마그넷 유닛(MU)을 이동시킨다. 그 후, 마그넷 주사부(29)는 요동단 Forward로부터 좌향에 중앙 위치 center를 통해 요동단 Revers로 마그넷 유닛(MU)을 이동시킨다. 그 후, 마그넷 주사부(29)는, 요동단 Revers로부터 중앙 위치 센터까지 마그넷 유닛(MU)을 이동시킨다. 이러한 일련의 이동 동작에 의해, 1 스캔이 종료된다. 캐소드 유닛(22)에서는, 이 스캔을 복수회 반복한다.
동시에, 마그넷 유닛(MU)을 구성하는 제1 마그넷(25F)~제9 마그넷(25N) 각각에서는, 전원으로서 기능하는 제어부(26)로부터, Z 방향의 단부에서의 중앙 자석부(33)의 제1 코일부(35b), 제2 코일부(35c), 제3 코일부(35d) 및 제4 코일부(35e)에 대해서 전류가 인가된다. 이에 따라 마그넷(25)이 자장을 형성한다. 이 때, 중앙 자석부(33), 주연 자석부(32) 및 요크(31)는 자기 회로를 형성한다. 또한, 제1 마그넷(25F) 및 제9 마그넷(25N)에서는 보조 마그넷(27) 및 보조 요크(31d)에 의해 자기 회로가 형성된다.
다음으로, 본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치(1)에서, 유리 기판(11)에 대한 성막에 대해서 설명한다.
우선, 스퍼터링 장치(1)의 외부로부터 내부에 유리 기판(11)을 반입한다. 다음으로, 유리 기판(11)은 로드·언로드실(2) 내의 위치 결정 부재 상에 장착된다. 이에 따라, 유리 기판(11)은 위치 결정 부재 상에 소정 위치에 배치되도록 정렬된다(도 1 참조).
다음으로, 로드·언로드실(2)의 위치 결정 부재에 탑재된 유리 기판(11)은 반송 장치(3a)의 로봇 핸드에 의해 지지된다. 유리 기판(11)은 로드·언로드실(2)로부터 취출된다. 그 후, 유리 기판(11)은 반송실(3)을 통해 성막실(4)로 반송된다.
이 때, 성막실(4)에서, 기판 유지부(13)가 구동부에 의해 요동축이 회전되고, 기판 유지부(13)는, 수평 재치 위치에 배치된다. 또한, 도시하지 않은 리프트 핀 이동부에 의해, 리프트 핀은 기판 유지부(13)로부터 상방으로 돌출한 준비 위치에 배치되어 있다.
이 상태에서, 성막실(4)에 도달한 유리 기판(11)은 반송 장치(3a)에 의해 기판 유지부(13)의 상측에 삽입된다.
이어서, 반송 장치(3a)의 로봇 핸드가 기판 유지부(13)에 근접함으로써, 기판 유지부(13)의 소정의 면내의 위치에 유리 기판(11)이 얼라인먼트된 상태로서, 리프트 핀 상에 유리 기판(11)이 재치된다. 그 후, 반송 로봇(3a)의 암이 반송실(3)로 후퇴한다. 그리고, 리프트 핀이 하강하고, 유리 기판(11)이 기판 유지부(13) 상에 지지된다.
이어서, 요동축이 회동됨으로써, 기판 유지부(13)에 의해 유리 기판(11)이 유지된 상태에서, 유리 기판(11)은, 연직 처리 위치에 도달하도록 상승한다. 이에 의해, 유리 기판(11)에 의해 성막구(4b)가 거의 폐색되고, 유리 기판(11)이 성막 위치에 유지된다. 이 상태에서, 마그넷 유닛(MU)에 의해 생성된 자장에 의해, 타깃(23)의 표면(23a)과 유리 기판(11) 사이에 플라즈마가 발생한다. 타깃(23)이 스퍼터링되고, 타깃(23)을 구성하는 재료가 유리 기판(11)의 표면에 부착된다. 이에 의해, 유리 기판(11)에 대해서 성막 처리가 실시된다.
성막 처리가 종료되면, 요동축이 회전함으로써, 기판 유지부(13)에 의해 유리 기판(11)이 유지된 상태에서, 유리 기판(11)은 수평 재치 위치에 도달한다.
성막 처리가 종료된 유리 기판(11)은 반송 장치(3a)에 의해 성막실(4)로부터 취출된다. 그리고, 유리 기판(11)은, 반송실(3)을 경유하여 로드·언로드실(2)로부터 취출된다.
이하, 본 실시형태에서의 보조 마그넷(27)의 작용에 대해 설명한다.
도 7은 보조 마그넷(27)의 작용을 설명하기 위한 타깃 표면을 모식도이다. 도 8은 보조 마그넷(27)의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 보조 마그넷(27)이 없는 경우의 전자 트래킹 상태를 도시한 모식도이다. 도 9는 보조 마그넷(27)의 작용을 설명하기위한 도면이며, 보조 마그넷(27)이 없는 경우의 자력선의 방향을 도시한 모식도이다. 우선, 보조 마그넷(27)이 없는 경우에 대해서 설명한다.
상기한 바와 같이, 복수의 마그넷(25)을 갖는 마그넷 유닛(MU)에 의해 형성된 자장에 의해, 타깃(23)의 표면(23a)과 유리 기판(11) 사이에 플라즈마를 발생시킨다. 이 상태에서, 후술하는 스퍼터링 조건으로 함으로써, 유리 기판(11)의 표면에 성막을 실시한다.
여기서, 스퍼터링 중, 도 9에 도시한 바와 같이, N극의 주연 자석부(32)로부터 S극의 중앙 자석부(33)로 자력선이 형성된다. 중앙 자석부(33), 주연 자석부(32) 및 요크(31)는 자기 회로를 형성한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 자력선을 따라 전자가 트래킹된다.
이 때, 타깃(23)의 요동 영역(SW) 중 요동단이 되는 위치에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, N극의 주연 자석부(32)로부터 생기는 자력선은, 마그넷(25)에 근접하고 있는 애노드(28)를 향한다 늘어난다. 타깃(23)의 표면(23a)에서는 자력선 밀도가 저하된다. 즉, 도 8에 도시한 바와 같이, 트래킹되는 전자 밀도가 불충분 해지고 플라즈마 밀도가 불충분해진다. 그 결과, 도 7에 도시한 바와 같이, 타깃(23)의 표면(23a)에 이로전 영역이 형성되지 않고, X 방향의 양단에서 비이로전 영역(E1)이 형성된다.
N극의 주연 자석부(32)로부터의 자력선은, 도 9에서 Y 방향을 향함에 따라 X 방향으로 좌향으로 기울어 애노드(28)를 향하고 있다.
또, N극의 주연 자석부(32)로부터 S극의 중앙 자석부(33)로 자력선이 형성된다. 이 자력선에 의해, 타깃(23)의 표면(23a)에서는, 주연 자석부(32)에 의해 둘러싸인 중앙 자석부(33)의 주위를 전자가 주회한다. 이 때, 마그넷(25)의 길이 방향으로 전자의 이동 방향의 단부, 즉 중앙 자석부(33)를 따라 Z 방향으로 이동해 온 전자가, 단부 주연 자석부(32a)를 따라 X 방향으로 구부러지는 영역의 부근에서 이동 속도가 느려지고 밀도가 상승한다.
그 결과, 단부 주연 자석부(32a)로부터 주연 자석부(32)를 따라, 전자가 X 방향에서 Z 방향으로 구부러지는 위치에서는 밀도가 감소한다. 그 결과, 타깃(23)의 표면(23a)에서의 이로전이 감소되어 비이로전 영역(E2)이 형성된다. 이 현상은 인접하는 마그넷(25)에서 중앙 자석부(33) 주위를 돌리는 전자의 방향이 반대로 지워져서 상쇄된다. 따라서, X 방향의 양단이 되는 2 개의 마그넷(25)에서 발현된다. 또한, X 방향에서의 마그넷 유닛(MU)의 양단에 위치하는 마그넷(25) 각각에서, 비이로전 영역(E2)이 형성된 위치는 Z 방향으로 반대측이 된다.
결과적으로, 보조 마그넷(27)이 없는 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 타깃(23)의 네 모서리 중 대각선이 되는 2 개소에 비이로전 영역(E2)이 형성된다. 도 7에서, 좌측 하부 및 우측 상부의 각부 부근에 비이로전 영역이 형성된다. 또, 이러한 비이로전 영역(E1, E2)이 형성되면, 대각선이 되는 2 개소 이외에도 비이로전 영역(E3)이 형성되기 쉽다. 이것은, 비이로전 영역이 형성되는 경우, 인가된 공급 전력이 플라즈마 발생에 소비되지 않고 잉여가 된다. 이 잉여 전력은 대각이 되는 두 곳의 비이로전 영역과 다른 영역에 대해서 재분배되거나 혹은 전체 전압(전력) 변동으로 흡수된다. 따라서, 전압 변동과 같이 플라즈마 발생 조건이 변동된다고 생각할 수 있다.
도 10은 보조 마그넷(27)의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 보조 마그넷(27)이 있는 경우의 전자 트래킹 상태를 도시한 모식도이다. 도 11은 보조 마그넷(27)의 작용을 설명하기 위한 도면이며, 보조 마그넷(27)이 있는 경우의 자력선의 방향을 도시한 모식도이다.
다음으로, 보조 마그넷(27)이 있는 경우에 대해 설명한다.
여기서, 스퍼터링 중, 도 11에 도시한 바와 같이, N극의 주연 자석부(32)로부터 S극의 중앙 자석부(33)로 자력선이 형성된다. 이 때, 중앙 자석부(33), 주연 자석부(32) 및 요크(31) 이외에, 보조 마그넷(27) 및 보조 요크(31d)를 포함하는 자기 회로가 형성된다.
도 10에 도시한 바와 같이, 전자는 자력선을 따라 트래킹된다.
이 때, 타깃(23)의 요동 영역 중 요동단이 되는 위치에서는, 도 11에 도시한 바와 같이, N극의 주연 자석부(32)로부터의 자력선이, 보조 마그넷(27)으로부터의 자력선에 의해 애노드(28)를 향하지 않는다. 따라서, 자극 평면(30)에 직교하는 Y 방향 또는 X 방향으로 우측으로 기울어진다.
따라서, 타깃(23)의 표면(23a)에서는 자력선 밀도가 저하되지 않는다. 즉, 도 10에 도시한 바와 같이, 트래킹되는 전자 밀도가 충분히 유지되고, 플라즈마 밀도가 충분히 유지된다. 그 결과, 도 7에 도시한 타깃(23)의 표면(23a)에서, X 방향의 마그넷 유닛(MU)의 양단에 위치하는 마그넷(25) 각각에 형성된 비이로전 영역(E1)을 억제할 수 있다.
또, 보조 마그넷(27)을 포함하는 구조에서는, 중앙 자석부(33)와 주연 자석부(32)와 요크(31)와 보조 마그넷(27)과 보조 요크(31d)를 포함하는 자기 회로가 형성되어 있다. 따라서, N극의 주연 자석부(32)로부터 S극의 중앙 자석부(33)를 향하는 자력선에 의해, 타깃(23)의 표면(23a)에서 주연 자석부(32)에 의해 둘러싸인 중앙 자석부(33)의 주위를 전자가 주회한다. 마그넷(25)의 길이 방향에서의 전자의 이동 방향의 단부에서, 중앙 자석부(33)를 따라 Z 방향으로 이동해 온 전자는, 단부 주연 자석부(32a)를 따라 X 방향으로 구부러지지만, 전자의 이동 속도가 느려지지 않고 밀도 상승이 억제된다.
그 결과, 단부 주연 자석부(32a)로부터 주연 자석부(32)를 따라, 전자가 X 방향으로부터 Z 방향으로 구부러지는 위치에서는, 밀도의 감소가 발생하지 않는다. 그 결과, X 방향에서의 마그넷 유닛(MU)의 양단에 위치하는 2 개의 마그넷(25)에서, 도 22에 도시한 바와 같이, 타깃(23)의 표면(23a)에서의 비이로전 영역(E2)의 형성이 억제된다. 즉, X 방향의 마그넷 유닛(MU)의 양단에 위치하는 2 개의 마그넷(25)에 보조 마그넷(27)이 인접하여 대각이 되는 2 개소의 비이로전 영역(E2)의 형성을 억제할 수 있다. 이에 의해, 전압 변동이 억제되어 비이로전 영역(E1, E2)의 형성이 억제되면, 대각이 되는 2개소 이외에 비이로전 영역(E3)이 형성되기 쉬워지는 것을 억제할 수 있다.
본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치(1)에 의하면, 보조 마그넷(27)에 의해 마그넷(25)의 요동단에서 마그넷(25)으로부터 발생하는 자력선이 애노드(28)를 향하지 않도록 한다. 이에 의해 애노드(28)에 흡수되는 전자의 양을 감소시키는 것이 가능하다. 즉, 마그넷(25)으로부터 발생하는 자력선을 Y 방향으로 하거나, Y 방향보다도 도 10의 우측 방향으로 경사시킬 수 있다. 즉, 타깃의 두께 방향보다 타깃의 윤곽 내향으로 경사시킬 수 있다. 이에 의해, 비이로전 영역(E1, E2, E3)의 저감을 도모할 수 있다.
즉, 비이로전 영역(E1, E2, E3)의 발생 저감에 의해, 파티클의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 즉, 비이로전 영역과 이로전 영역의 경계가 불분명 해져 파티클 발생을 일으키는 이로전-비이로전 경계 영역의 형성이 저감된다.
또한, 비이로전 영역(E1~E3) 발생을 억제함으로써, 공급 파워가 재분배되지 않도록 하여, 전압 변동 등에 의한 플라즈마 발생 조건의 부분적 변동을 억제하고, 파티클 발생, 및 막 두께 분포, 막질 특성 분포의 편차 등을 억제할 수 있다.
도 12는 본 실시형태의 마그넷(25)의 요동 위치와 플라즈마 발생 전원으로부터의 공급 전압(방전 전압)과의 관계를 도시한 그래프이다.
여기서, 복수의 마그넷(25)을 갖는 마그넷 유닛(MU)은 2 왕복(2 스캔)된다. 즉, 마그넷 유닛(MU)은 도 12에 도시한 요동단 Forward로부터 출발하여 요동단 Reverse로 이동한다. 이어서, 마그넷 유닛(MU)은 반대 방향으로 이동하여 요동단 Forward로 복귀한다. 또한, 마그넷 유닛(MU)은 요동단 Forward로부터 출발하여 요동단 Reverse로 이동한다. 그 후, 마그넷 유닛(MU)은 반대 방향으로 이동하여 요동단 Forward로 복귀한다. 도 12에서는 보조 마그넷(27)을 설치한 경우를 실선으로, 보조 마그넷(27)을 설치하지 않은 경우를 파선으로 나타낸다.
도 12에 도시한 바와 같이, 보조 마그넷(27)이 없는 경우에 비해 보조 마그넷(27)을 설치함으로써, 요동 위치에 의한 방전 전압의 상하동의 변동 폭이 작아지는 것을 알 수 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 보조 마그넷(27)이 없는 경우에 비해 보조 마그넷(27)을 설치함으로써, 방전 전압의 스파이크 변동이 억제되는 것을 알 수 있다.
도 13은, 본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치(1)에서, 보조 마그넷(27)을 이용하여 조건 0으로 한 스퍼터링에 의해 성막한 막의 막 두께 분포를 나타낸다. 도 14는 본 실시형태에 따른 스퍼터링 장치(1)에서, 보조 마그넷(27)을 이용하여 조건 0으로 한 스퍼터링에 의해 성막한 막의 막 저항값(시트 저항값) Rs 분포를 나타낸다.
도 13에 도시한 바와 같이, 보조 마그넷(27)이 없는 경우에 비해, 보조 마그넷(27)을 설치함으로써, 막 두께 분포를 ±4.2%의 범위 내에 납입할 수 있었다.
도 14에 도시한 바와 같이, 보조 마그넷(27)이 없는 경우에 비해, 보조 마그넷(27)을 설치함으로써, 막 저항값 Rs 분포를 ±12.5%의 범위 내에 납입할 수 있었다.
이에 대해, 보조 마그넷(27)이 없는 경우, 스퍼터링 성막 조건을 3 가지 조건으로 변경한 경우를 도 15~도 20에 나타낸다. 도 15는 조건 1의 막 두께 분포를 나타낸다. 도 16은 조건 1의 막 저항값 분포를 나타낸다. 도 17은 조건 2의 막 두께 분포를 나타낸다. 도 18은 조건 2의 막 저항값 분포를 나타낸다. 도 19는 조건 3의 막 두께 분포를 나타낸다. 도 20은 조건 3의 막 저항값 분포를 나타낸다.
조건 1~3의 결과로부터, 막 두께 분포와 막 저항값 분포는 트레이드 오프의 관계에 있고, 도 21에 도시한 바와 같이, 종래는 3개의 조건을 묶는 반비례의 선보다 하측이 되는 분포는 실현되지 않았다는 것을 알 수 있다. 이에 대해서, 보조 마그넷(27)을 이용한 도 13 및 도 14에 대응하는 조건 0에서는, 보조 마그넷(27)이 없는 경우에 비해, 막 두께 분포와 막 저항값 분포를 동시에 저하시킬 수 있었다 .
이하, 보조 마그넷(27)과 마그넷(25)의 배치 및 치수에 대해서 설명한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 보조 마그넷(27)과 보조 마그넷(27)에 최근에 접촉하는 주연 자석부(32)의 배치가 설정된다. 여기서, Y 방향과 마그넷 경사선(27D)의 기울임 각도를 θ로 한다. X 방향의 보조 마그넷(27)과 보조 마그넷(27)에 최근 접하는 주연 자석부(32)와의 거리를 Wx로 한다. Y 방향에서의 보조 마그넷(27)과 자극 평면(30)의 거리를 Wy로 한다.
여기서, 각도 θ는 Y 방향에 대한 보조 마그넷(27)의 N극 S극의 축 방향과의 기울임 각도이다. N극으로부터 형성되는 자력선이 최근 접하는 주연 자석부(32)에 근접하는 방향을 양의 방향으로 한다. 환언하면, 제2 자극면(27S)으로부터 제1 자극면(27F)을 향해 연재하는 마그넷 경사선(27D)은 마그넷(25)의 요동 영역(SW)을 향하고 있다. 각도 θ의 값을 0deg에서 90deg로 변화시킨다.
또, 거리(Wx)는, 보조 마그넷(27)과 최근 접하는 주연 자석부(32)가 X 방향으로 최근 접하는 거리이다. 보조 마그넷(27)이 각도(θ)로 경사했을 경우는, 보조 마그넷(27)이 X 방향으로 돌출된 돌조(27b)로부터 주연 자석부(32)까지의 거리가 된다. 거리(Wx)는 0mm에서 30mm까지 변화한다.
거리(Wy)는 보조 마그넷(27)의 N극의 자극면이 타깃(23)을 향하여 가장 돌출된 돌조(27a)와 자극 평면(30)에 대한 Y 방향의 거리이다. 거리(Wy)가 음의 값일 때, 돌출부(27a)가 자극 평면(30)보다 타깃(23)으로부터 이간하고 있음을 나타낸다. 거리(Wy)는 0mm에서 50mm까지 변화한다.
도 23~도 26은, 본 실시형태에서의 마그넷(25)과 보조 마그넷(27)의 배치를 변화시켰을 때에서, 애노드(28)에 근접하는 타깃(23) 주연에서의 표면(23a)에서의 플라즈마 밀도를 나타낸다. 여기서, 도 23~도 26에서는 부호 「×」, 부호 「△」, 부호 「0」, 및 부호 「◎」가 도시되어 있다. 이 기호는 이 순서로 플라즈마 밀도가 큰 것을 나타낸다. 즉, 부호 「×」는 플라즈마 밀도가 가장 낮은 것을 나타낸다. 부호 「◎」는 플라즈마 밀도가 가장 높은 것을 나타내고, 애노드(28)로부터 이간한 위치에서의 플라즈마 밀도와 동등하다는 것을 나타낸다. 부호 「0」은 부호 「◎」의 플라즈마 밀도의 약 80 %임을 나타낸다. 부호 △는 부호 ◎의 플라즈마 밀도의 50% 이하임을 나타낸다.
도 23~도 26에 도시한 결과로부터, 각도 θ가 90deg에서는 플라즈마 밀도가 변화하지 않는 것을 알 수 있다. 또, 각도 θ, 거리(Wx) 및 거리(Wy)는 서로 독립적인 파라미터가 아닌 것을 알 수 있다. 각도(θ)와 거리(Wx)와 거리(Wy)에서는, 최근 접하는 주연 자석부(32)의 자력선을 요동 영역의 내측에 꽉 누르는(押付) 기울기가 얻을 수 있다면, 예를 들면, 거리(Wx)만으로 그 적합한 범위가 설정되는 값은 아님을 알 수 있다.
구체적으로는,
θ=0deg, -10mm≤Wy≤10mm, 0mm≤Wx≤20mm,
θ=30deg, -10mm≤Wy≤10mm, 0mm≤Wx≤30mm,
θ=60deg, 0mm≤Wy≤10mm, 20mm≤Wx≤30mm,
를 적절한 범위로 할 수 있다.
더구나, (θ[deg], Wx[mm], Wy[mm])가,
(0, 0, -10)(0, 0, 0)(0, 0, 10)(0, 10, 0)(30, 0, -10)(30, 0, 0)(30, 0, 10) )(30, 10, 0)(30, 10, 10)(30, 20, 0)(30, 20, 10)(30, 30, 10)(60, 30, 0)
의 각 점을 묶은 범위로 할 수도 있다.
<자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)의 변형예>
상술한 실시형태에서는, 9 개의 마그넷(25)의 각각을 구성하는 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)이 Z 방향에서 연속적으로 연결되는 구조에 대해 설명하였다. 본 변형예에서는, 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)이 Z 방향에서 분할되어 있는 분할 구조를 설명한다. 분할 구조에서는, 예를 들면 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)이 하나씩 분할되어도 좋다. 또, 2개, 3개, 또는 4개의 자장 생성 영역에 의해 1개의 단위 영역을 형성하고, 복수의 단위 영역이 서로 분할되어 있어도 좋다.
제2 마그넷(25S)~제8 마그넷(25E) 각각에서, 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)의 각각은, 분할 요크와, 분할 주연 자석부와, 분할 중앙 자석부를 갖는다.
또한, 제1 마그넷(25F) 및 제9 마그넷(25N) 각각에서, 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)의 각각은, 분할 요크와, 분할 주연 자석부와, 분할 중앙 자석부와, 분할 보조 마그넷을 갖는다.
여기서, 분할 요크는 상술한 요크(31)에 대응한다. 분할 주연 자석부는 상술한 주연 자석부(32)에 대응한다. 분할 중앙 자석부는 상술한 중앙 자석부(33)에 대응한다. 분할 보조 마그넷은 상술한 보조 마그넷(27)에 대응한다.
9 개의 마그넷(25) 각각에 관해서, 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)의 각각의 위치는 Z 방향 및 Y 방향에서 조정 가능하다. 위치가 조정된 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)을 갖는 마그넷(25)은 마그넷 주사부(29)에 의해 요동 가능하다.
성막 영역 전체에 대한 성막 상태의 제어를 위해, 예를 들면 Z 방향 및 Y 방향에서 플라즈마 발생에 관한 자속 밀도의 조건을 조정하는 경우이다. 본 변형예에 의하면, 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)이 분할되어 있기 때문에, 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)의 Z 방향 및 Y 방향에서의 위치를 조정할 수 있다. 이 때문에, 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3)의 각각에서 자속 밀도의 조건을 조정하는 것이 가능하다.
복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3) 각각을 Z 방향 및 Y 방향에서 조정함으로써, 복수의 자장 생성 영역 각각에서는, 제1 요동단에 위치하는 마그넷(25)에서의 주연 자극의 자력선을 분할 보조 마그넷에 의해 필요한 방향으로 경사시킬 수 있다. 복수의 자장 생성 영역(MG1, MG2, MG3) 각각에서, 자력선이 필요한 방향으로 경사시킨 상태를 유지할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
여기서, 본 발명에서의 스퍼터링에 의한 성막의 구체예로서 실시하는 확인 시험에 대해서 설명한다. 여기서, 타깃(23)에서의 비이로전 영역의 확인, 막 두께 분포 측정, 시트 저항값 분포 측정을 실시하였다.
<실험예 1>
실시형태에서 나타낸 보조 마그넷(27)을 갖는 스퍼터링 장치(1)를 이용하여, 요동폭이 센터로부터 82.5㎜로 하였다. 즉, 요동단 Revers로부터 요동단 Forward까지의 X 방향에서의 요동 거리의 반이 82.5mm이다.
여기에서는 성막에서의 제원을 나타낸다.
· 조건 0
타깃 조성 ： ITO(Indium Tin Oxide ： 산화 인듐 주석)
기판 치수(X 방향×Z 방향)： 1500mm×1800mm
막 조성： ITO
성막 두께： 80nm
공급 전력(플라즈마 형성 전력)： 15kW
바이어스 전력： 미사용
공급 가스 및 가스 유량： Ar 120sccm
분위기압： 0.2Pa
성막 시간： 53sec
보조 마그넷(27)의 X 방향에서의 폭 치수(자극면의 폭)： 185mm
각도 θ： 30°
Wx： 17mm
Wy： 20mm
보조 요크 31d： SUS430
이 결과, 도 13, 도 14, 도 21에 도시한 바와 같이, 막 두께 분포 4.2% 이내, 시트 저항 분포 12.5% 이내의 성막 특성을 얻을 수 있었다.
<실험예 2~4>
보조 마그넷(27)을 이용하지 않고, 마찬가지로 ITO 막을 성막하였다.
· 조건 1
타깃 조성： ITO
기판 치수(X 방향×Z 방향)： 1500mm×1800mm
막 조성： ITO
성막 두께： 80nm
공급 전력(플라즈마 형성 전력)： 30kW
바이어스 전력： 미사용
공급 가스 및 가스 유량： Ar 120sccm
분위기압： 0.2Pa
성막 시간： 65sec
이 결과, 조건 1로서, 도 15, 도 16, 도 21에 도시한 바와 같이, 막 두께 분포 7.9%, 시트 저항 분포 11.5%의 성막 특성을 얻을 수 있었다.
· 조건 2
타깃 조성： ITO
기판 치수(X 방향×Z 방향)： 1500mm×1800mm
막 조성： ITO
성막 두께： 80nm
공급 전력(플라즈마 형성 전력)： 30kW
바이어스 전력： 미사용
공급 가스 및 가스 유량： H2O 0.5sccm, Ar 120sccm
분위기압： 0.5Pa
성막 시간： 74sec
이 결과, 조건 2로서, 도 17, 도 18, 도 21에 도시한 바와 같이, 막 두께 분포 5.5%, 시트 저항 분포 21.3%의 성막 특성을 얻을 수 있었다.
· 조건 3
타깃 조성： ITO
기판 치수(X 방향×Z 방향)： 1500mm×1800mm
막 조성： ITO
성막 두께： 80nm
공급 전력(플라즈마 형성 전력)： 60kW
바이어스 전력： 미사용
공급 가스 및 가스 유량 ： H2O 0.5sccm, Ar 360sccm
분위기압： 0.3Pa
성막 시간： 86sec
이 결과, 조건 3으로서, 도 19, 도 20, 도 21에 도시한 바와 같이, 막 두께 분포 4.2%, 시트 저항 분포 26.6%의 성막 특성을 얻을 수 있었다.
<실험예 5>
보조 마그넷(27)을 설치하지 않고 스퍼터링을 실시하여, 타깃 표면을 육안으로 관찰하였다.
타깃 조성： 알루미늄
기판 치수(X 방향×Z 방향)： 1500mm×1800mm
그 결과, 도 7에 도시한 비이로전 영역(E1)의 치수로서 11mm, 17mm, 8mm, 11mm 등을 측정하였다. 도 7에 도시한 비이로전 영역(E2)의 치수로서, 19mm, 20mm를 측정하였다. 도 7에 도시한 비이로전 영역(E3)의 치수로서, 10mm, 5mm, 8mm, 10mm 등을 측정하였다.
동시에, 경계 영역은 관측되고, 그 치수는 15mm 등을 측정하였다.
<실험예 6>
보조 마그넷(27)을 이용하여 스퍼터링을 실시하고, 타깃 표면을 육안으로 관찰하였다.
타깃 조성： 알루미늄
기판 치수(X 방향×Z 방향)： 1500mm×1800mm
보조 마그넷(27)의 X 방향에서의 폭 치수(자극면의 폭) 185mm
각도 θ： 30°
Wx： 17mm
Wy： 20mm
보조 요크 31d： SUS430
그 결과, 도 22에 도시한 비이로전 영역(E1)의 치수로서 22mm를 얻었다. 그러나 경계 영역은 관측되지 않았다.
<실험예 7>
보조 마그넷(27)을 이용하여(θ [deg], Wx [mm], Wy [mm])를 도 23~도 26에 나타낸 바와 같이 변화시켜 플라즈마 밀도를 측정하였다. 그 결과를 도 23~도 26에 나타낸다. 이에 의해, 상술한 바와 같이 각도 θ, 거리(Wx), 거리(Wy)에서, 소정의 관계를 만족할 필요가 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 보조 마그넷(27)을 이용한 실험예 6에서, 스퍼터링 처리 종료 후의 타깃(23)의 표면을 확인하였다. 이 때의 모서리의 화상을 도 28에 나타낸다. 이 결과로부터, 비이로전 영역의 경계가 선명하고 흐리지 않고, 처리 중에 플라즈마가 비이로전 영역 상에서 소실되지 않고, 경계 영역이 관측되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
마찬가지로, 보조 마그넷(27)을 이용하지 않는 실험예 5에서는, 스퍼터링 처리 종료 후의 타깃(23)의 표면을 확인하였다. 이 때의 모서리의 화상을 도 29에 나타낸다. 이 결과로부터, 비이로전 영역의 경계가 흐려지고, 처리 중에 플라즈마가 비이로전 영역에서 사라지고, 경계 영역이 관측되었다는 것을 알 수 있다.
이러한 결과로부터, 보조 마그넷(27)에 의해 자력선을 애노드(28)로부터 이간하도록 밀어 넣음으로써, 이로전 영역-비이로전 영역의 경계 영역이 감소하여 파티클 삭감이 가능하게 됨과 동시에, 막 두께 분포와 시트 저항 분포를 향상시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.
1…스퍼터링 장치
4…성막실(진공 챔버)
10… 캐소드 장치
10A… 캐소드 박스
11… 유리 기판(피성막 기판, 투명 기판)
13…기판 유지부
22… 캐소드 유닛
23…타깃
24…배킹 플레이트
25…마그넷(자기 회로)
26…제어부
27…보조 마그넷
27a…돌조
28… 애노드
29…마그넷 주사부
31…요크
31d…보조 요크
32…주연 자석부
33…중앙 자석부
33a…단부 자석부
33b… 제1 코일부
41… 전측 공간
42…후측 공간
MU…마그넷 유닛(자기 회로)

Claims (9)

  1. 피성막 기판의 피처리면을 향해 스퍼터 입자를 방출하는 캐소드 유닛을 구비하는 스퍼터링 장치로서,
    상기 캐소드 유닛은,
    이로전 영역이 형성되는 타깃과,
    상기 타깃에 대해서 상기 피성막 기판과는 반대측에 배치되어 상기 타깃에 상기 이로전 영역을 형성하는 복수의 마그넷을 갖는 마그넷 유닛과,
    상기 마그넷 유닛과 상기 피성막 기판을, 상기 피성막 기판의 상기 피처리면에 따른 요동 방향에서의 제1 요동단과 제2 요동단 사이에서 상대적으로 왕복 동작 가능한 마그넷 주사부와,
    상기 피성막 기판의 상기 피처리면을 따라 상기 요동 방향으로 교차하는 교차 방향으로 연재하는 상기 복수의 마그넷 중, 상기 제1 요동단에 위치하는 마그넷을 따라 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷이 형성하는 자력선을 상기 제2 요동단을 향해 기울이는 보조 마그넷,
    을 갖는,
    스퍼터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 마그넷은 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷을 따라 상기 제1 요동단에 대해서 상기 제2 요동단과 반대측에 배치되어 있고,
    상기 보조 마그넷은 상기 마그넷과 일체로 요동 가능한,
    스퍼터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보조 마그넷은 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷과 동일한 극성을 갖는,
    스퍼터링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보조 마그넷의 자기 강도는 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷의 자기 강도와 동등하거나 작은,
    스퍼터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보조 마그넷은 상기 마그넷을 따라 상기 타깃을 향해 돌출하는 돌조를 갖는,
    스퍼터링 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보조 마그넷은 상기 타깃에 대해서 상기 피처리 기판의 반대측에 배치되고, 또한 자기 회로를 형성하는 요크에 장착 고정되는,
    스퍼터링 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐소드 유닛은,
    표면에 자성체로 이루어지는 중앙 영역을 갖는 평판 형상의 요크와,
    상기 요크에 인접한 보조 요크와,
    상기 요크의 상기 중앙 영역에 직선 형상으로 배치된 중앙 자석부와,
    상기 중앙 자석부를 둘러싸도록 주설된 주연 자석부와,
    상기 중앙 자석부 및 상기 주연 자석부가 서로 평행한 평행 영역과,
    상기 요크의 상기 표면에 설치된 자기 회로와,
    상기 자기 회로에 중첩되어 배치된 배킹 플레이트,
    를 갖고,
    상기 마그넷 유닛을 구성하는 상기 복수의 마그넷의 각각은 상기 요크에 배치되고,
    상기 보조 마그넷은 상기 주연 자석부에 평행하게 배치되고,
    상기 보조 마그넷은 상기 보조 요크를 통해 상기 요크에 고정되고,
    상기 보조 요크는 자성체 또는 유전체로 이루어지는,
    스퍼터링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보조 요크 및 상기 보조 마그넷이 상기 요크로부터 분리 가능한,
    스퍼터링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 마그넷 중 상기 제1 요동단에 위치하는 상기 마그넷은, 상기 교차 방향으로 분할된 복수의 자장 생성 영역을 갖고,
    상기 자장 생성 영역의 각각은, 분할 요크와, 분할 주연 자석부와, 분할 중앙 자석부와, 분할 보조 마그넷을 갖고,
    상기 교차 방향 및 상기 요크의 두께 방향에서 상기 자장 생성 영역의 각각의 위치는 조정 가능하고,
    위치가 조정된 상기 복수의 자장 생성 영역을 갖는 상기 마그넷은 상기 마그넷 주사부에 의해 요동 가능한,
    스퍼터링 장치.
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