KR920004848B1 - 레이저 스퍼터링장치 - Google Patents

레이저 스퍼터링장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

레이저 스퍼터링장치
제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예의 개략구성도.
제 2 도는 동 필름의 레이저광 조사부의 확대단면도.
제 3 도는 본 발명의 제 2 실시예의 개략구성도.
제 4 도는 본 발명의 제 3 실시예의 요부의 개략구성도.
제 5 도는 본 발명의 제 4 실시예의 개략구성도.
제 6 도는 종래예의 개략구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 진공조 2, 2a, 2b : 진공배기계
3 : 진공시일(SEAL)창 4 : 기판대
5 : 기판 6 : 되감기리일
7 : 감기리일 8 : 필름
9 : 증착층 9a : 제 1 증착층
9b : 제 2 증착층 10 : 레이저
13 : 레이저광 14 : 증발원
16 : 각막이 벽 17 : 증착실
18 : 스퍼터링실 19 : 반응성가스도입수단
본 발명은 박막소자등의 박막형성을 행하는 레이저 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
종래 이런 종류의 레이저스퍼터링장치는 S.Komuraet al : Japanese Journal of Applled physics Vol.27(1988), P.L23에 개시되어 있는 바와 같이, 제 6 도에 도시한 바와 같이 구성되어 있다.
즉, 진공배기계(29)에 의해서 진공상태로 유지가능한 진공조(21)내에 있어서, 타게트(22)와 이 타게트(22)에 대향해서 기판대(23)가 배설되어 있고, 기판대(23)위에는 기판(24)이 장착되어 있다. (25)는, 가시광의 Q-sw, YAG 레이저이며, 그 제 2 고조파(파장 532nm) 레이저광(26)을 광학계(27)에 의해서 집광해서, 진공조(21)에 형성된 진공시일창(28)을 통하여 타게트(22)에 조사하고, 타게트(22)의 재료를 스퍼터시켜, 기판(24)위에 그 박막을 퇴적시키도록 구성되어 있다.
그러나, 이와같은 구성의 스퍼터링장치에서는, 성막속도가 느리다고 하는 문제가 있으며, 또 타게트(22)로부터의 스퍼터물이 진공시일창(28)에 부착해서 레이저광(26)의 투과가 저해되어, 타게트(22)로의 레이저광(26)의 조사가 방해된다고 하는 문제가 있었다.
또, 타게트(22)는 별도공정에서 미리 작성되기 때문에, 산화물이나 불순물이 혼입하기 쉽다고 하는 문제가 있다. 또, 합금이나 혼합물의 타게트(22)를 사용하였을 경우 전체의 조성원소가 균등하게 스퍼터되지 않기 때문에 소정의 조성화합물의 박막을 안정되게 형성할 수 없다고 하는 문제가 있다. 이에 대해서 복수종류의 타게트를 병렬해서 배치하고, 각각에 레이저광을 조사하여 화합물의 조성에 따라서 스퍼터하는 것도 생각할 수 있으나, 기판장의 위치에 따라서 조성이 상이 해버린다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제점에 비추어, 성막속도를 향상할 수 있는 동시에 진공시일창에 스퍼터물이 부착하는 것을 방지할 수 있고, 또 박막으로의 산화물이나 불순물의 혼입을 방지할 수 있고, 또 합금이나 화합물의 박막도 용이하게 형성할 수 있는 레이저 스프터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 레이저스퍼터링장치는, 상기 목적을 달성하기 위하여, 진공조와, 제이저광을 출력하는 레이저와, 제이저광을 진공조내에 도입하도록 진공조에 형성한 진공시일창과, 기판에 형성해야할 박막의 재료를 증착된 레이저 투과율의 높은 필름을, 그 박막재료쪽을 진공시일창과는 반대쪽으로 향해서 진공시일창의 안쪽위치를 통과하도록 이송하는 필름이송수단과, 상기 필름을 사이에 끼고 상기 진공시일창과 대향하도록 배치된 기판대를 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 합금이나 화합물의 박막을 형성할 경우, 재질이 다른 복수의 재료가 적층해서 증착되어 있는 필름을 사용한다.
또, 진공조내에, 필름에 증착되는 재료의 증발원을 배설하고, 진공조내에서 필름에 재료가 증착하도록 하여도 되고, 또 반응성 레이저 스퍼터를 행하는 경우, 진공조내를, 필름에 재료를 증착하는 증착실과 필름에 증착된 재료에 레이저광을 조사해서 스퍼터를 행하는 스퍼터링실에, 필름의 통과를 허용하는 간막이벽에 의해서 구획함과 동시에, 각실에 진공배기수단을 형성하고, 스퍼터링실에 반응성가스의 도입수단을 형성하여도 된다.
본 발명에 의하면, 레이저로부터 출력된 레이저광은 진공시일창 및 필름을 투과하여 필름위의 증착재료를 스퍼터하고, 대향해서 위치하는 기판대위의 기판에 재료가 부착하고, 그와 동시에 증착재료의 증발에 의해서 필름을 투과한 레이저광이 기판의 표면을 조사해서 활성화시키므로서 성막이 촉진되어, 성막속도가 향상한다.
또, 진공시일창과는 반대쪽의 필름표면에 증착된 재료가 진공시일창과는 반대쪽에 스퍼터되므로, 스퍼터물이 진공시일창에 부착하기 어렵게 된다.
또, 필름위에 상이한 재료의 성막재료를 적층하여 형성해두므로서 이들 재료가 동시에 확실하게 스퍼터되어, 균일한 조성의 합금 또는 화합물을 형성할 수 있다.
또, 동일진공조내에서 재료의 증착과, 그 증착재료의 스퍼터를 행하므로서 산화물이나 불순물의 혼입을 적게할 수 있어, 품질이 좋은 박막을 형성할 수 있고, 또 그 증착실과 스퍼터링실을 간막고, 스퍼터링실에 반응성가스를 도입하는 동시에 각실마다 가스압력제어를 행하므로서 반응성 레이저스퍼터를 행할 수도 있다.
이하 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
본 발명의 제 1 실시예를 도시한 제 1 도, 제 2 도에 있어서, (1)은 진공조이고, 진공배기계(2)에 의해서 예를들면 10-2-10-3Torr정도의 소정의 진공압에 유지가능하게 구성되어 있다. 진공조(1)의 벽면의 일부에 진공시일창(3)이 형성되고, 레이저광을 진공조(1)내에 도입하도록 구성되어 있다. 진공조(1)내의 진공시일창(3)과는 반대쪽에, 이 진공시일창(3)과 대향하도록 기판대(4)가 배설되어, 박막을 형성해야할 기판(5)을 장착하도록 구성되어 있다. 진공시일창(3)과 기판대(4) 사이의 위치 양쪽으로 되감기리일(6)과 감기리일(7)이 배설되고, 제 2 도에 상세하게 표시한 바와 같이 박막재료의 증착층(9)이 형성된 필름(8)이, 되감기리일(6)로부터 송출되어서 진공시일창(3)의 안쪽을 통과하고, 감기리일(7)에 의해서 감기도록 구성되어 있다. 필름(8)은 레이저 투과율의 높은 필름에 의해서 구성되고, 증착층(9)은 진공시일창(3)과는 반대쪽의 표면에 형성되어 있다.
(10)은, 예를들면 KrF 엑시머레이저(Exeimer Laser)(파장 249nm)등의 레이저이고, 예를들면 펄스폭이 17nSec, 반복주파수가 N10Hz의 펄스레이저광을 출력하도록 구성되어 있다. 출력된 펄스레이저광은 광학계(11)를 개재해서 집광되어서, 진공시일창(3) 및 필름(8)을 투과해서 증착층(9)을 조사하고, 또 증착층(9)이 필름(8)을 투과한 레이저광이 기판(5)을 조사하도록 구성되어 있다. (12)는 필름의 주행위치를 규제하도록 진공시일창(3)의 양쪽에 대향하는 위치에 배설된 안내로울러이다.
이상의 구성에 있어서, 레이저(10)로부터 출력된 펄스레이저광(13)은, 광학계(11)에 이해서 집광되어, 진공시일창(3)을 투과해서 필름(8)에 조사된다. 필름(8)은 레이저 투과율이 높기 때문에, 제 2 도에 도시한 바와 같이, 펄스레이저광(13)은 필름(8)을 그대로 투과하여 박막재료의 증착층(9)에 집중해서 조사되어, 그 박막재료가 기판(5)으로 향하여 스퍼터되어, 기판(5)의 표면에 부착하고, 동시에 증착층(9)이 스퍼터 되므로서 필름(8)을 투과한 펄스레이저광(13)이 기판(5)의 표면에 조사되어, 표면이 활성화되어서 성막이 촉진되어 고품질의 박막을 얻게된다.
또, 진공시일창(3)과는 반대쪽의 필름표면에 증착된 재료가 진공시일창(3과는 반대쪽에 스퍼터되므로, 스퍼터물이 진공시일창(3)에 부착하기 어렵게 되어, 레이저광을 안정되게 장시간 필름(8)에 조사할 수 있다.
상기 제 1 실시예에서는, 필름(8)에 미리 박막재료의 증착층(9)이 형성된 것을 예시하였으나, 제 3 도에 도시한 제 2 실시예와 같이, 진공조(1)내에서 필름(8)위에 증착하도록 하여도 된다. 제 3 도에 있어서, 제 1 도에 표시한 구성요소와 실질적으로 동일한 것에 대해서는, 동일참조번호를 부여하고 있으며, 이하의 실시예에 대해서도 마찬가지이다.
제 3 도에 있어서, 진공조(1)는 옆길이로 형성하여 되감기리일(6)과 펄스레이저광 조사위치와의 사이에 거리를 형성하는 동시에 되감기리일(6)의 근처위치에 박막재료의 증발원(14)이 배설되어 있다. 이 증발원(14)은 용기내에 박막재료가 수용되는 동시에 적의 가열수단이 형성되어 있다.
이 실시예에서는, 증착층(9)을 형성하고 있지 않는 필름(8)이 되감기리일(6)로부터 송출되면, 증발원(14)에 대항하는 위치에서 박막재료가 증착되어서 증착층(9)이 형성되고, 그후 제 1 실시예와 마찬가지로 그 증착층(9)이 스퍼터되어, 기판(5)위에 박막이 형성된다. 이와같이, 동일진공조(1)내에서 증착과 스퍼터를 행하므로서, 기판(5)위에 형성되는 박막으로의 산화물이나 불순물의 혼입을 적게 할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는 필름(8)에 단일조성의 증착층(9)을 형성하고, 기판(5)위에 그것과 동일한 조성의 박막을 형성하는 예를 표시하였으나, 본 발명에 의한 필름(8)위의 중작층(9)을 타게트로 하는 레이저스퍼터링장치에 있어서는, 제 4 도에 도시한 제 3 실시예와 같이, 박막재료의 제 1 의 조성물을 증착한 제 1 증착층(9a)과 제 2 의 조성물을 증착한 제 2 증착층(9b)을 적충해서 형성한 필름(8)을 사용해서 마찬가지로 스퍼터를 행하므로서, 이들 조성물의 합금 또는 화합물로부터 이루어진 박막을 기판(5)위에 형성할 수 있다. 예를들면, 제 1 증착층(9a)을 니켈, 제 2 증착층(9b)을 알루미늄에 의해서 형성하므로서, 기판(5)위에 니켈 알루미늄 합금으로 이루어진 박막(15)을 안정되게 형성할 수 있다.
또, 상기 제 1증착층(9a)와 제 2 증착층(9b)을 형성하려면은, 필름(8)의 주행경로에 따라서 제 1 의 조성물을 수용한 제 1 증발원(14a)과, 제 2 의 조성물을 수용한 제 2 의 증발원(14b)을 배설하면 되고, 이 증발원(9a), (9b)의 형성은 스퍼터를 행하는 진공조(1)내에 행하여도, 별도의 진공조내에서 행하도록 해도 된다.
또, 동일한 진공조(1)내에서 증착과 반응성 레이저스퍼터를 행할 경우에는, 제 5 도에 도시한 제 4 실시예와 같이, 진공조(10)내를 간막이벽(16)에 의해서 증착실(17)과 스퍼터링실(18)로 구획함과 동시에, 각 실마다 진공배기계(2a), (2b)를 배설해서 각각 별도로 진공도를 제어하도록 하고, 또 스퍼터링실(18)에 반응성 가스 도입수단(19)을 착설하면 된다. 또한, 간막이벽(16)에는 필름(8)의 통과개구(16a)가 형성되어 있다.
본 실시예에서는, 증착실(17)내지는 10
Figure kpo00001
5－10-6Torr로 설정되어, 증발원(14)으로부터 필름(8)위에 증착층(9)이 형성되고, 이 증착층(9)이 형성된 필름(8)이 통과개구(16a)를 통과하여 스퍼터링실(18)에 들어간다. 스퍼터링실(18)은 반응성가스도입수단(19)에 의해서 반응성가스가 충만됨과 동시에 10-5－10-6Torr로 설정된 상태에서 진공시일창(3)으로부터 펄스레이저광이 필름(8)위에 조사되어서 반응성 레이저스퍼터가 행하여 진다.
본 실시예에 의하면, 반응성레이저스퍼터를 행하면서 동일한 진공조(1)내에서 필름(8)위에 안정되게 증착할 수 있다.
본 발명에 의하면, 레이저로부터 출력된 레이저광은 진공시일창 및 필름을 투과하여 필름위의 증착재료를 스퍼터하고, 대향해서 위치하는 기판대위의 기판에 재료가 부착하고, 그와 동시에 증착재료의 증발에 의해서 필름을 투과한 레이저광이 기판의 표면을 조사하여 활성화시키므로서 성막이 촉진되어, 막품질이 형성한다. 또, 진공시일창과는 반대쪽의 필름표면에 증착된 재료가 진공시일창과는 반대쪽으로 스퍼터되므로, 스퍼터물이 진공시일창에 부착되기 어렵게 되어, 레이저광을 안정되게 장시간 조사할 수 있다.
또, 필름위에 상위한 재질의 성막재료를 적층해서 형성하여 두므로서 이들 재료가 동시에 확실하게 스퍼터되어, 균일한 조성의 합금 또는 화합물을 형성할 수 있다.
또, 동일진공조내에서 재료의 증착과, 그 증착재료의 스퍼터링을 행하므로서 산화물이나 불순물의 혼입을 적게할 수 있어, 품질의 양호한 박막을 형성할 수 있고, 또 그 증착실과 스퍼터링실을 간막고, 스퍼터링실에 반응성가스를 도입함과 동시에 각실마다 가스압력제어를 행하므로서 반응성 레이저스퍼터를 행할 수도 있는 등, 큰 효과를 발휘한다.

Claims (4)

  1. 진공조와, 레이저광을 출력하는 레이저와, 레이저광을 진공조내에 도입하도록 진공조에 형성된 진공시일창과, 기판에 형성해야할 박막의 재료를 증착된 레이저투과율이 높은 필름을, 그 박막재료쪽을 진공시일창과는 반대쪽으로 향해서 진공시일창의 안쪽위치를 통과하도록 이송하는 필름이송수단과, 상기 필름을 사이에 끼우고 상기 진공시일창과 대향하도록 배치된 기판들을 구비한 것을 특징으로 하는 레이저스퍼터링장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 필름에 재질이 다른 복수의 재료가 적층해서 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저스퍼터링장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 진공조내에, 필름에 증착되는 재료의 증발원을 배설하고, 진공조내에서 필름에 재료가 증차되도록 한 것을 특징으로 하는 레이저스퍼터링장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 진공조내를, 필름 재료를 증착하는 증착된, 증착실과 필름에 증착된 레이저량을 조사해서 스퍼터를 행하는 스퍼터링실에, 필름의 통과를 허용하는 간막이벽에 의해서 구획하는 동시에, 각실에 진공배기 수단을 배설하고, 스퍼터링실에 반응성가스의 도입수단을 설치한 것을 특징으로 하는 레이어스퍼터장치.
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