KR20240028482A

KR20240028482A - 성막 방법

Info

Publication number: KR20240028482A
Application number: KR1020247003708A
Authority: KR
Inventors: 유우스케 우지하라; 토모카즈 스다; 마사키 하세가와; 아키히로 요코야마
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2024-03-05
Also published as: WO2023074052A1; CN118019875A; JPWO2023074052A1; TW202317789A

Abstract

응력차가 가능한 한 작은 상태로 고융점 금속막을 성막할 수 있으며, 원통형 타겟을 사용하는 경우에 적합한 성막 방법을 제공한다.
진공 처리실(1a) 내에 배치한 기판(Sw)의 각 타겟(5)과의 대향면에 고융점 금속막을 성막하는 본 발명에 따른 성막 방법은, 기판의 양 외연부가 각각 대향하는 기점 타겟(5a, 5b) 및 기점 타겟으로부터 타겟이 나란히 설치되는 방향 바깥쪽에 위치하는 타겟(5c, 5d)을 제1 타겟 그룹(50a), 기점 타겟으로부터 타겟이 나란히 설치되는 방향 안쪽에 위치하는 타겟(5e~5h)을 제2 타겟 그룹(50b)으로 하고, 기판에 대한 고융점 금속막의 성막 개시 시, 스퍼터 전원(7)으로 제2 타겟 그룹의 각 타겟에 전력을 투입하여 성막하는 제1 공정과, 제2 타겟 그룹의 각 타겟에 대한 전력 투입 정지와 동시에 또는 이에 앞서, 스퍼터 전원으로 제1 타겟 그룹의 각 타겟에 전력을 투입하여 성막하는 제2 공정을 포함한다.

Description

성막 방법

본 발명은 성막 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스퍼터링법으로 면적이 큰 기판에 고융점 금속막을 성막하는 방법에 관한 것이다.

액정 디스플레이의 제조 공정에는, 예를 들면, 기판에 몰리브덴이나 텅스텐 등의 고융점 금속의 박막을 성막하는 공정이 있다. 고융점 금속막의 성막에는, 생산성이 높은 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치가 사용된다. 그 중에서도, 최근 액정 디스플레이가 대형화됨에 따라, 진공 처리실 내에 각각이 동일한 고융점 금속으로 구성되는, 평면에서 볼 때 직사각형인 복수 장의 타겟을 나란히 설치하고, 각 타겟을 나란히 설치한 영역보다 작은 면적의 기판을 각 타겟에 대향 배치하고, 각 타겟의 기판측에 누설 자장을 작용시킨 상태로 스퍼터 전원에 의해 각 타겟에 각각 전력을 투입하여 스퍼터링하고, 기판의 각 타겟과의 대향면에 스퍼터 입자를 부착 및 퇴적시킴으로써 고융점 금속막을 성막하는 방법이 일반적으로 이용된다.

상기 스퍼터링 장치에서는, 복수 장의 타겟을 소정의 간격으로 나란히 설치함으로써, 각 타겟 상호간의 영역에서는 스퍼터 입자가 방출되지 않는다. 이로 인해, 기판의 성막면에서의 막 두께 분포가 파도가 치듯이(예를 들면, 동일한 주기로 막 두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복되도록) 불균일해진다. 이 때문에, 타겟의 스퍼터링에 의한 성막 중, 각 타겟을 일체로 또한 기판에 대해 평행하게 일정한 속도로 왕복 운동시키는 것이, 예를 들면, 특허문헌 1과 같이 알려져 있다. 여기서는 타겟이 나란히 설치되는 방향을 이동 방향으로 하여, 성막 중 기판에 대해 평행하게 각 타겟을 일체로 상대 왕복 운동시켜 스퍼터 입자가 방출되지 않는 영역을 변경함으로써, 상기 막 두께 분포의 불균일성을 개선하였으나, 이렇게 하면 기판의 중앙 영역과 주변 영역 사이에서 고융점 금속막의 응력의 차이가 커지게 된다.

이러한 응력 차이를 가능한 한 작게 할 수 있는 고융점 금속막의 성막 방법은, 예를 들면, 특허문헌 2와 같이 알려져 있다. 여기서는 기판의 타겟이 나란히 설치되는 방향의 양 외연부가 각각 대향하는 타겟을 기점 타겟으로 하고, 기점 타겟 및 기점 타겟으로부터 타겟이 나란히 설치되는 방향 바깥쪽에 위치하는 타겟을 제1 타겟 그룹, 기점 타겟으로부터 타겟이 나란히 설치되는 방향 안쪽에 위치하는 타겟을 제2 타겟 그룹으로 하여, 스퍼터 전원에 의해 제1 타겟 그룹의 각 타겟에 투입하는 전력을 정상 전력으로 하고, 정상 전력보다 높은 전력(정상 전력의 두 배 전력)을 제2 타겟 그룹의 각 타겟에 전력을 투입하도록 제어한다.

그런데 상기 종류의 스퍼터링 장치에서는, 평면에서 볼 때 직사각형인 타겟 대신에 원통형으로 형성된 원통형 타겟을 이용하는 경우가 있다(소위, 로터리 캐소드). 이러한 원통형의 타겟을 스퍼터링하여 성막하는 경우, 스퍼터링되는 타겟의 면적이 작기 때문에, 단위 시간당 스퍼터 입자의 비산량이 평면에서 볼 때 직사각형인 타겟과 비교하여 적어진다. 이 때문에 성막 속도를 높이려고 하면, 원통형 타겟에 대한 투입 전력을 높일 수밖에 없다. 이러한 경우, 상기 종래예와 같이 제2 타겟 그룹의 각 타겟에 대해, 제1 타겟 그룹의 것에 비해 두 배의 전력을 투입해야만 하며, 이로 인해 제2 타겟 그룹의 각 타겟용 스퍼터 전원으로서 고출력의 전원이 필요하게 되어 비용이 높아지는 것뿐만 아니라, 타겟의 냉각 부족으로 인한 타겟의 융해나 균열을 유발하기 쉽다는 문제를 초래한다.

특허문헌 1: 일본특허공개 2010-236051호 공보 특허문헌 2: 일본특허등록 제6588351호 공보

본 발명은 이상의 점을 감안하여, 응력차가 가능한 한 작은 상태로 고융점 금속막을 성막할 수 있으며, 특히 원통형 타겟을 사용하는 경우에 적합한 성막 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 진공 처리실 내에 각각이 동일한 고융점 금속으로 구성되는 적어도 세 개의 타겟을 나란히 설치하고, 각 타겟을 나란히 설치한 영역보다 작은 면적의 기판을 각 타겟에 대향 배치하고, 스퍼터 전원으로 각 타겟에 각각 전력을 투입하여 스퍼터링하고, 기판의 각 타겟과의 대향면에 고융점 금속막을 성막하는 본 발명의 성막 방법은, 기판의 타겟이 나란히 설치되는 방향의 양 외연부가 각각 대향하는 타겟을 기점 타겟으로 하고, 기점 타겟 및 기점 타겟으로부터 타겟이 나란히 설치되는 방향 바깥쪽에 위치하는 타겟을 제1 타겟 그룹, 기점 타겟으로부터 타겟이 나란히 설치되는 방향 안쪽에 위치하는 타겟을 제2 타겟 그룹으로 하고, 기판에 대한 고융점 금속막의 성막 개시 시, 스퍼터 전원으로 제2 타겟 그룹의 각 타겟에 전력을 투입하여 성막하는 제1 공정과, 제2 타겟 그룹의 각 타겟에 대한 전력 투입 정지와 동시에 또는 이에 앞서, 스퍼터 전원으로 제1 타겟 그룹의 각 타겟에 전력을 투입하여 성막하는 제2 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 동일 평면 내에 간격을 두고 나란히 설치되는 각 타겟을 원통형으로 형성된 원통형 타겟으로 하고, 각 원통형 타겟을 스퍼터링하여 고융점 금속막을 성막하는 경우, 원통형 타겟에 동등한 전력을 각각 투입하여 동시에 스퍼터링하면, 기판 중앙 영역에 있는 고융점 금속막은 인장 응력의 경향이 강해지는 반면, 기판의 네 모서리에 있는 고융점 금속막은, 압축 응력의 경향이 강해져, 결과적으로 중앙 영역과 주변 영역 간의 응력 차이가 커지는 것이 확인되었다(덧붙여, 기판의 중앙 영역에서는 인장 응력을 나타내지 않고, 값으로서는 압축 응력이더라도, 기판의 주변 영역보다는 인장 응력의 경향이 강해져, 결과적으로는 작은 압축 응력을 나타내는 경우도 있다). 이는 기판의 중앙 영역에서는 이에 대향하는 제2 타겟 그룹의 각 타겟에서 비산되는 스퍼터 입자와 더불어, 그 양측에 위치하는 제1 타겟 그룹의 각 타겟에서 비산되는 스퍼터 입자가 상이한 입사각으로 부착 및 퇴적됨으로써, 기판의 주변 영역에 비해 결함이 많은 고융점 금속막이 되는 것에 기인한다고 생각된다. 따라서 본 발명에서는, 제1 공정으로서, 제2 타겟 그룹의 각 타겟을 스퍼터링하여 기판의 중앙 영역에 고융점 금속막을 성막(즉, 성막 초기에는, 제1 타겟 그룹의 각 타겟을 스퍼터링하지 않고, 제2 타겟 그룹의 각 타겟만을 스퍼터링하여 기판의 중앙 영역에 우선적으로 고융점 금속막을 성막)함으로써, 당해 중앙 영역에 치밀한 고융점 금속막을 형성한다. 그 후 제2 공정으로서, 제1 타겟 그룹의 각 타겟을 스퍼터링하여 기판의 주변 영역에 마찬가지로 치밀한 고융점 금속막을 성막한다.

이에 따르면, 기판의 성막면 전체에 걸쳐 압축 응력을 가지면서 응력차가 가능한 한 작은 고융점 금속막을 성막할 수 있다. 이 경우, 상기 종래예와 같이 제2 타겟 그룹의 각 타겟에 대해, 제1 타겟 그룹의 것에 비해 두 배의 전력을 투입하는 등의 작업을 하지 않아도 되므로 유리하다. 아울러 상기 제2 공정에서는, 기판의 중앙 영역에 제1 타겟 그룹의 각 타겟에서 비산되는 스퍼터 입자가 부착 및 퇴적되는 경우가 있으나, 제1 공정에서 중앙 영역에 치밀한 고융점 금속막이 일단 성막되어 있으면, 당해 중앙 영역의 응력은 그다지 변하지 않는 것이 확인되었다. 이를 고려하여, 제2 타겟 그룹의 각 타겟에 대한 전력 투입을 정지하기에 앞서 제1 타겟 그룹의 각 타겟에 전력을 투입하는 타이밍이 적절하게 설정된다. 이와 같이 본 발명에서는, 기판의 중앙 영역과 주변 영역으로 나누어(즉, 시간적으로 차이를 두어) 고융점 금속을 성막함으로써, 제2 타겟 그룹의 각 타겟에만 고전력을 투입하는 등의 작업을 하지 않아도 되기 때문에, 제1 타겟 그룹 및 제2 타겟 그룹의 각 타겟용 스퍼터 전원으로서 동등한 전원을 이용할 수 있으며, 나아가 냉각 부족에 의한 타겟의 융해나 균열이 잘 유발되지 않도록 할 수 있어 유리하다.

그런데 기판의 중앙 영역과 주변 영역으로 나누어 고융점 금속막을 성막하는 경우, 기판의 성막면에 성막하고자 하는 고융점 금속막의 막 두께나 투입 전력에 따라서는, 모든 타겟에 동시에 동등한 전력을 투입하는 경우에 비해 스퍼터링 시간이 길어져 생산성을 저하시킨다는 우려가 있다. 본 발명에서는 상기 제2 공정에서, 상기 제2 타겟 그룹의 상기 각 타겟에 대한 전력 투입을 정지하기에 앞서 상기 제1 타겟 그룹의 상기 각 타겟에 제1 전력으로 전력을 투입하는 경우에, 제2 타겟 그룹의 각 타겟에 대한 전력 투입이 정지될 때까지는, 제1 전력보다 낮은 제2 전력으로 상기 제1 타겟 그룹의 상기 각 타겟에 전력을 투입하는 공정을 추가로 포함하는 구성을 채용할 수도 있다. 이에 따르면, 기판의 중앙 영역에 치밀한 고융점 금속막을 성막하는 것을 저해하지 않는 범위에서 기판의 주변 영역에 대한 성막을 일부 앞당길 수 있으므로, 성막 시간을 단축할 수 있어 유리하다. 덧붙여 제2 전력 및 제2 전력을 투입하는 타이밍은, 중앙 영역에 치밀한 고융점 금속막을 성막할 수 있는 범위에서 적절히 설정된다.

또한 본 발명에서 상기 타겟을 원통형으로 형성된 원통형 타겟으로 하고, 상기 스퍼터 전원으로 각 원통형 타겟에 각각 전력을 투입하는 동안, 각 원통형 타겟을 그 축선 주위로 회전시키면서, 각 원통형 타겟 내에 장착된 자석 유닛에 의해 각 원통형 타겟의 상기 기판측에 작용하는 누설 자장을, 축선과 직교하는 기준선에 대해 소정의 각도 범위에서 왕복 회전시키는 공정을 추가로 포함하는 구성을 채용할 수 있다. 이에 따르면, 기판의 중앙 영역과 주변 영역에서 보다 응력차가 작은 고융점 금속막을 성막할 수 있는 것이 확인되었다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 성막 방법을 실시할 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치의 모식적 단면도이다.
도 2는 도 1의 로터리 캐소드의 일부를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 각 타겟에 대한 전력 투입 타이밍을 나타낸 타이밍 차트이다.
도 4(a) 및 (b)는 변형예와 관련된 각 타겟에 대한 전력 투입 타이밍을 나타낸 타이밍 차트이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 타겟을 몰리브덴제 원통형(筒狀)으로 형성된 원통형 타겟, 기판을 직사각형의 윤곽을 갖는 소정 두께의 유리 기판(이하, ‘기판(Sw)’)으로 하여, 마그네트론 스퍼터링법으로 기판의 한쪽 면에 몰리브덴막을 성막하는 경우를 예로 들어 본 발명의 성막 방법의 실시형태를 설명한다. 이하에서 상, 하와 같이 방향을 나타내는 용어는, 본 실시형태에 따른 성막 방법을 실시할 수 있는 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치의 설치 자세를 나타낸 도 1을 기준으로 하며, 또한 후술하는, 타겟이 나란히 설치되는 방향을 X축 방향, X축 방향에 직교하는 상하 방향을 Z축 방향으로 한다.

도 1을 참조하면 스퍼터링 장치(Sm)는, 진공 처리실(1a)을 구획하는 진공 챔버(1)를 구비한다. 진공 챔버(1)에는, 배기관(21)을 통해 진공 펌프(2)가 접속되어, 진공 처리실(1a)을 소정의 압력(예를 들면, 1×10^-5Pa)으로 진공 배기할 수 있다. 진공 챔버(1)의 하부에는 기판 반송 장치(3)가 설치된다. 기판 반송 장치(3)는, 성막면으로서의 기판(Sw)의 상면을 개방한 상태로 기판(Sw)을 유지하는 캐리어(31)를 가지며, 도면 밖의 구동 장치에 의해 캐리어(31) 나아가서는 기판(Sw)을 후술하는 각 원통형 타겟(5)과 대향하는 성막 위치로 반송할 수 있다. 기판 반송 장치(3)로는 공지의 것을 이용할 수 있으므로 이 이상의 설명은 생략한다. 진공 챔버(1)에는 또한 가스 도입 수단(4)이 설치된다. 가스 도입 수단(4)은 질량 유량 제어기(41)를 사이에 설치한 가스관(42)을 통해 도면 밖의 가스 소스와 연통되어, 진공 처리실(1a)로 스퍼터 가스를 소정 유량으로 도입할 수 있다. 스퍼터 가스로는, 플라즈마 분위기를 형성하기 위한 아르곤 가스 등의 희가스뿐만 아니라, 반응성 스퍼터링 시에 사용되는 산소 가스나 질소 가스 등의 반응성 가스도 포함된다. 그리고 기판 반송 장치(3)에 의해 도 1에 나타낸 성막 위치까지 반송되어 온 기판(Sw)에 대향하도록, 진공 챔버(1) 내의 상부에는 캐소드 유닛(Cu)이 설치된다.

캐소드 유닛(Cu)은, 동일한 구조를 갖는 복수 개의 원통형 타겟(5)(5a~5h)과 그 내부에 각각 조립되는 자석 유닛(6)을 구비한다. 각 원통형 타겟(5)은, 고융점 금속으로서의 몰리브덴으로 공지된 방법으로 원통형으로 성형된 것이다. 그리고 각 원통형 타겟(5)은, 그 길이 방향이 X축 방향에 직교하는 방향과 일치하는 자세이면서 또한 X축 방향으로 서로 소정의 간격을 두고(예를 들면, 등간격으로) 진공 챔버(1) 내에 나란히 설치된다. 이 경우, 각 원통형 타겟(5)의 길이는, 기판(Sw)의 폭(X축 방향에 직교하는 방향의 길이)보다 길게 설정되며, 또한 나란히 설치되는 각 원통형 타겟(5)의 개수는, 적어도 세 개 이상으로 기판(Sw)의 길이(X축 방향의 길이)에 따라 적절히 설정된다. 본 실시형태에서는, 기판(Sw)의 X축 방향의 양 외연부의 상방에 각 한 개의 원통형 타겟(5a, 5b)이 설치되며, 이들 원통형 타겟(5a, 5b)을 기점 타겟으로 하여, 기점 타겟(5a, 5b)의 X축 방향 바깥쪽에 각 한 개의 원통형 타겟(5c, 5d)이 각각 설치되고, 또한 기점 타겟(5a, 5b)의 X축 방향 안쪽에 네 개의 원통형 타겟(5e~5h)이 각각 설치된다. 이에 따라 성막 위치에서는, 각 타겟(5a~5h)이 나란히 설치된 영역보다 작은 면적의 기판(Sw)이 당해 영역에 서로 같은 중심을 가지도록 대향 배치된 상태가 된다. 이하에서는 기점 타겟(5a, 5b) 및 X축 방향 바깥쪽의 원통형 타겟(5c, 5d)을 제1 타겟 그룹(50a)으로 하고, 그밖의 원통형 타겟(5e~5h)을 제2 타겟 그룹(50b)으로 한다.

각 원통형 타겟(5)의 길이 방향 양 단부에는 구동 블록(51)과 종동 블록(도면 생략)이 각각 장착되어, 각 원통형 타겟(5)을 그 축선 주위로 소정의 회전수로 회전 구동할 수 있다. 아울러 구동 블록(51), 종동 블록이나 원통형 타겟(5) 내에 냉매를 순환시키는 구조 등으로는 공지의 것을 이용할 수 있으므로, 이 이상의 설명은 생략한다. 각 원통형 타겟(5)은, 진공 챔버(1) 외부에 배치되는 스퍼터 전원(7)에 각각 접속되어, 각 원통형 타겟(5)으로 음의 전위를 갖는 직류 전력이 투입된다. 또한 쌍을 이루는 원통형 타겟(5)에 교류 전력을 각각 투입할 수도 있다.

자석 유닛(6)은, 도 2에 나타낸 것처럼 원통형 타겟(5)과 기판(Sw) 사이의 공간에 자장의 수직 성분이 0이 되는 위치를 통과하는 선이 원통형 타겟(5)의 모선을 따라 연장되어 레이스트랙 형상으로 폐쇄되도록 원통형 타겟(5)의 표면으로부터 누설되는 누설 자장을 작용시키는 것으로, 원통형 타겟(5)의 길이 방향을 따라 연장되는 자성 재료의 지지판(요크)(61)을 구비한다. 요크(61)는, 기판(Sw)에 평행한 최상부면(頂面)(61a)과, 최상부면(61a)으로부터 각각 상방을 향해 경사진 경사면(61b)을 형성한 자성 재료의 판 형상 부재로 구성된다. 요크(61)의 최상부면(61a)에는 중앙 자석(62)이 배치되고 또한 양 경사면(61b)에는 주변 자석(63)이 각각 배치된다. 아울러 별도로 도면에 나타내서 설명하지는 않으나, 요크(61)의 최상부면(61a)의 모선 방향 양 단부에는, 중앙 자석(62)의 단부를 둘러싸듯이 하여 주변 자석(63) 상호 간을 연결하도록 코너 자석(도시 생략)이 배치된다. 중앙 자석(62), 주변 자석(63) 및 코너 자석으로는, 동자화된 네오디뮴 자석이 사용되는데, 예를 들면, 일체로 성형한 단면이 대략 사각형인 막대 형상의 것을 이용할 수 있다.

요크(61)의 구동 블록(51)측의 일단면에는, 원통형 타겟(5)의 축선을 따라 축체(64)가 돌출되어 설치되며, 축체(64)가 구동 블록(51) 내에 배치되는 모터(Mt)의 구동축에 연결된다. 그리고 요크(61)의 최상부면(61a)이 Z축 방향 하방을 향하는 위치를 기준 위치로 하여, 기준 위치로부터 예를 들면, ±30도의 각도 범위에서 자석 유닛(6)을 소정의 속도로 왕복 회전시킬 수 있다. 상기 스퍼터링 장치(Sm)는, 마이크로 컴퓨터나 시퀀서 등을 구비하는 제어 유닛(Pu)을 가지며, 각 스퍼터 전원(7)의 제어 외에도, 질량 유량 제어기(41), 진공 펌프(2) 및 모터(Mt)가 총괄적으로 제어된다. 이하에서는 도 3을 참조하여, 상기 스퍼터링 장치(Sm)를 이용한 본 실시형태의 성막 방법을 설명한다.

기판 반송 장치(3)에 의해 기판(Sw)의 상면을 개방한 상태로 기판(Sw)을 유지한 캐리어(31)를 성막 위치로 반송한 후, 진공 펌프(2)에 의해 진공 처리실(1a)을 진공 배기한다. 진공 처리실(1a)의 압력이 소정의 압력(예를 들면, 1×10^-5Pa)에 도달하면, 제어 유닛(Pu)에 의해 가스관(42)으로부터 진공 처리실(1a)로 아르곤 가스를 소정의 유량으로 도입하고(진공 처리실(1a)의 압력은 0.2Pa 내지 2.0Pa의 범위가 됨), 제2 타겟 그룹(50b)의 각 타겟(5e~5h)에 대해 각 스퍼터 전원(7)으로부터 제1 전력(P1)으로 각각 전력을 투입(예를 들면, 30kW 내지 60kW)한다. 그러면 기판(Sw)과 제2 타겟 그룹(50b)의 각 타겟(5e~5h) 사이의 공간에, 자석 유닛(6)으로부터 작용하는 누설 자장에 의해 레이스트랙 형상의 고밀도 플라즈마가 각각 발생하고, 기준 위치로부터 예를 들면, ±30도의 각도 범위에서 각 자석 유닛(6)을 소정의 속도로 왕복 회전시키면서, 플라즈마 중의 아르곤 가스의 이온에 의해 각 타겟(5e~5h)이 스퍼터링된다. 이에 따라 각 타겟(5e~5h)에서 비산된 스퍼터 입자가 기판(Sw)의 중앙 영역(각 타겟(5e~5h)을 나란히 설치한 영역과 같거나 그 이상의 영역)에 우선적으로 부착 및 퇴적되어 몰리브덴막이 성막된다(제1 공정).

제1 공정에서는, 제1 타겟 그룹(50a)의 각 타겟(5a~5d)을 스퍼터링하지 않음으로써, 바꿔 말하면 이들 타겟(5a~5d)에서 비산되는 스퍼터 입자를 기판(Sw)의 중앙 영역에 경사지게 입사시키지 않음으로써, 중앙 영역에 성막되는 몰리브덴막을 치밀하면서도(즉, 주변 영역에 성막된 것과 동등한 막질을 가지도록 함) 압축 응력을 갖도록 할 수 있다. 제1 공정의 시간(t1)은, 예를 들면, 투입 전력이나 기판(Sw)의 중앙 영역에 성막하고자 하는 몰리브덴막의 막 두께에 따라 적절히 설정된다.

다음으로 제1 공정이 종료됨(각 스퍼터 전원(7)으로부터 제2 타겟 그룹(50b)의 각 타겟(5e~5h)에 대한 전력 투입이 정지됨)과 동시에, 제1 타겟 그룹(50a)의 각 타겟(5a~5d)에 대해 각 스퍼터 전원(7)으로부터 제1 공정과 동등한 제1 전력(P1)으로 각각 전력을 투입한다(이 경우, 아르곤 가스의 도입은 그대로 유지함). 그러면 기판(Sw)과 제2 타겟 그룹(50b)의 각 타겟(5e~5h) 사이의 공간에 발생한 플라즈마가 소실됨과 동시에, 기판(Sw)과 제1 타겟 그룹(50a)의 각 타겟(5a~5d) 사이의 공간에, 자석 유닛(6)으로부터 작용하는 누설 자장에 의해 레이스트랙 형상의 고밀도 플라즈마가 각각 발생한다. 그리고 기준 위치로부터 예를 들면, ±30도의 각도 범위에서 각 자석 유닛(6)을 소정의 속도로 왕복 회전시키면서, 플라즈마 중의 아르곤 가스의 이온에 의해 각 타겟(5a~5d)이 스퍼터링되며, 각 타겟(5a~5d)에서 비산된 스퍼터 입자가 기판(Sw)의 주변 영역(중앙 영역보다 바깥쪽의 영역)에 부착 및 퇴적되어 몰리브덴막이 성막된다(제2 공정). 이에 따라 주변 영역에 성막되는 몰리브덴막을 치밀하면서도 압축 응력을 갖도록 할 수 있다. 제2 공정의 시간 (t2)도, 예를 들면, 투입 전력이나 기판(Sw)의 주변 영역에 성막하고자 하는 몰리브덴막의 막 두께에 따라 적절히 설정된다. 아울러 제2 공정 중, 기판(Sw)의 중앙 영역에 제1 타겟 그룹(50a)의 각 타겟(5a~5d)에서 비산되는 스퍼터 입자가 부착 및 퇴적되는 경우가 있으나, 제1 공정에서 중앙 영역에 치밀한 몰리브덴막이 일단 성막되어 있으므로, 당해 중앙 영역의 응력은 그다지 변화하지 않는다. 또한 몰리브덴막의 막 두께에 따라서는, 제1 공정과 제2 공정을 순차적으로 복수 차례 반복하여 성막할 수도 있다.

이상에 따르면, 기판(Sw)의 중앙 영역에 성막하는 제1 공정과 기판(Sw)의 주변 영역에 성막하는 제2 공정의 두 개의 공정으로 나눠 몰리브덴막을 성막함으로써, 기판(Sw)의 성막면 전체에 걸쳐 압축 응력을 가지면서도 응력차가 가능한 한 작은 몰리브덴막을 성막할 수 있다. 이 경우, 상기 종래예와 같이 제2 타겟 그룹(50b)의 각 타겟(5e~5h)에 대해 제1 타겟 그룹(50a)의 각 타겟(5a~5d)의 두 배의 전력을 투입하는 등의 작업이 불필요해진다. 이를 통해 제1 타겟 그룹(50a) 및 제2 타겟 그룹(50b)의 각 타겟(5a~5h)용의 스퍼터 전원(7)으로서 동등한 전원을 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 냉각 부족에 의해 제2 타겟 그룹(50b)의 각 타겟(5e~5h)의 용융이나 균열을 잘 유발하기 않도록 할 수 있어 유리하다.

다음으로 상기 효과를 확인하기 위해, 상기 스퍼터링 장치(Sm)를 이용하여 다음의 실험을 행했다. 발명 실험 1에서는, 기판(Sw)으로서 1850×1500 mm의 직사각형의 유리 기판을 사용하고, 기판(Sw)의 면적보다 타겟이 나란히 설치된 영역이 커지도록, Φ 153 mm, 축방향 길이 2336 mm의 원통형 타겟(5a~5h)을 235 mm의 간격으로 X축 방향으로 8개 나란히 설치했다. 또한 스퍼터링 조건으로서, 아르곤 가스 도입 시의 진공 처리실(1a)의 압력을 0.2 Pa, 제1 전력(P1)을 50 Kw로 하고, 기판(Sw)의 목표 막 두께가 230 nm가 되도록 t1, t2를 각각 설정했다.

　여기서 비교 실험으로서, 모든 타겟(5a~5h)에 동시에 제1 전력(P1)(50kW)으로 전력을 투입하고, 단일 공정(t1+t2의 시간)으로 몰리브덴막을 성막했다. 그리고 성막 후의 몰리브덴막에 대해 기판(Sw)의 중앙부 및 네 모서리의 합계 5점에서 그 응력을 측정한 결과, 기판(Sw)의 중앙부에서 성막 후의 몰리브덴막은 인장 응력의 경향이 강하게 나타난 반면, 기판(Sw)의 네 모서리의 측정점에서 성막 후의 몰리브덴막은 압축 응력의 경향이 강해져, 결과적으로 최대 878 MPa의 응력차가 생기는 것을 확인했다.

이에 반해 본 발명 실험 1에서는, 마찬가지로 성막 후의 몰리브덴 막에 대해 기판(Sw)의 중앙부 및 네 모서리의 합계 5점에서 그 응력을 측정한 바, 각 측정점에서 성막 후의 몰리브덴 막이 모두 압축 응력을 가지며, 압축 응력이 가장 큰 측정점과 압축 응력이 가장 작은 측정점에서의 응력차가 395 MPa로, 기판(Sw)의 중앙 영역과 외주 영역에서 응력차를 작게 할 수 있음을 확인했다. 또한 발명 실험 2로서, 제1 공정 및 제2 공정에서 스퍼터링을 하는 동안에, 모터(Mt)에 의해 자석 유닛(6)을 기준선(Ls)에 대해 ±30도의 범위에서 왕복 회전시키는 조건을 추가하여 몰리브덴막을 성막한 결과, 각 측정점에서 성막 후의 몰리브덴막은 모두 압축 응력을 가지며, 압축 응력이 가장 큰 측정점과 압축 응력이 가장 작은 측정점에서의 응력차가 300 MPa로, 상기 발명 실험 1에 비해 응력차를 더욱 작게 할 수 있음을 확인했다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태를 설명했으나, 본 발명의 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 여러 가지로 변형이 가능하다. 상기 실시형태에서는, 몰리브덴(Mo)제 원통형 타겟(5)을 사용하여 몰리브덴막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명했으나, 텅스텐(W)이나 탄탈럼(Ta) 중에서 선택되는 1종의 고융점 금속제 타겟 또는 2종 이상의 고융점 금속의 합금(예를 들면, Mo-W)제 원통형 타겟을 사용하여 고융점 금속막을 성막하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한 상기 실시형태에서는 원통형 타겟을 사용하는 경우를 예로 들어 설명했으나, 평면에서 볼 때 직사각형인 타겟을 사용하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 제1 공정이 종료됨과 동시에 제2 공정을 개시하는 경우를 예로 들어 설명했으나 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 4(a)와 같이, 제1 공정의 종료 시각 t1 이전에 제2 공정을 개시할 수도 있다. 이 경우, 제2 공정의 개시 시각 t1a은 제1 공정을 개시한 이후이면 되고, 기판(Sw)의 중앙 영역에 치밀한 몰리브덴막을 성막하는 것을 저해하지 않는 범위로 적절히 설정할 수 있다. 한편, 도 4(b)와 같이, 제2 공정의 개시 시각 t1b를 상기 시각 t1a보다 더욱 빠르게 하여, 당해 개시 시각 t1b로부터 제1 공정의 종료 시각 t1까지의 동안에 제1 타겟 그룹(50a)의 각 타겟(5a~5d)에 대해 제1 전력(P1)보다 작은 제2 전력(P2)을 투입하도록 할 수도 있다. 이렇게 하면 기판(Sw)의 주변 영역에 대한 성막을 일부 앞당길 수 있으므로, 성막 시간을 단축할 수 있어 유리하다. 이 경우, 제2 공정의 개시 시각 t1b는, 예를 들면, 제1 공정의 기간이 절반 경과한 이후로 할 수 있다.

또한 상기 실시형태에서는, 기판(Sw)이 그 성막면을 연직 방향 상방을 향하는 수평 자세로 성막을 진행하는 경우를 예로 들어 설명했으나, 기판(Sw)이 그 성막면을 수평 방향으로 향하는 기립 자세로 성막을 진행하는 경우에도(이 경우, 각 타겟(5a~5h)은 그 축 방향을 연직 방향에 일치시킨 기립 자세로 배치됨), 적용할 수 있다.

1a… 진공 처리실,
Sw… 기판,
5(5a~5h)… 원통형 타겟,
5a, 5b… 기점 타겟,
50a… 제1 타겟 그룹,
50b… 제2 타겟 그룹,
6… 자석 유닛,
7… 스퍼터 전원.

Claims

진공 처리실 내에 각각이 동일한 고융점 금속으로 구성되는 적어도 세 개의 타겟을 나란히 설치하고, 각 타겟을 나란히 설치한 영역보다 작은 면적의 기판을 상기 각 타겟에 대향 배치하고, 스퍼터 전원으로 상기 각 타겟에 각각 전력을 투입하여 스퍼터링하고, 상기 기판의 각 타겟과의 대향면에 고융점 금속막을 성막하는 성막 방법으로서,
상기 기판의 타겟이 나란히 설치되는 방향의 양 외연부가 각각 대향하는 타겟을 기점 타겟으로 하고, 상기 기점 타겟 및 상기 기점 타겟으로부터 타겟이 나란히 설치되는 방향 바깥쪽에 위치하는 타겟을 제1 타겟 그룹, 상기 기점 타겟으로부터 타겟이 나란히 설치되는 방향 안쪽에 위치하는 타겟을 제2 타겟 그룹으로 하고, 상기 기판에 대한 상기 고융점 금속막의 성막 개시 시, 상기 스퍼터 전원으로 상기 제2 타겟 그룹의 각 타겟에 전력을 투입하여 성막하는 제1 공정과, 상기 제2 타겟 그룹의 각 타겟에 대한 전력 투입 정지와 동시에 또는 이에 앞서, 상기 스퍼터 전원으로 상기 제1 타겟 그룹의 각 타겟에 전력을 투입하여 성막하는 제2 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 공정에서, 상기 제2 타겟 그룹의 상기 각 타겟에 대한 전력 투입을 정지하기에 앞서 상기 제1 타겟 그룹의 상기 각 타겟에 제1 전력으로 전력을 투입하는 경우, 상기 제2 타겟 그룹의 상기 각 타겟에 대한 전력 투입이 정지될 때까지는 상기 제1 전력보다 낮은 제2 전력으로 상기 제1 타겟 그룹의 상기 각 타겟에 전력을 투입하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 타겟을 원통형으로 형성된 원통형(筒狀) 타겟으로 하고, 상기 스퍼터 전원으로 각 원통형 타겟에 각각 전력을 투입하는 동안, 각 원통형 타겟을 그 축선 주위로 회전시키면서, 상기 각 원통형 타겟 내에 장착된 자석 유닛에 의해 상기 각 원통형 타겟의 상기 기판 측에 작용하는 누설 자장을, 상기 축선과 직교하는 기준선에 대해 소정의 각도 범위에서 왕복 회전시키는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.