KR930001501B1 - 박막 제조용 스퍼터링 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

박막 제조용 스퍼터링 방법

제1도는 스퍼터링 장치의 전형적인 구성도.

제2도는 본 발명의 첫번째 실시예에 대한 스퍼터링 챔버내 가스압력의 변화와 주입가스의 유속을 설명하는 타이밍도.

제3도는 본 발명에 대한 바람직한 가스 흐름을 실현하기 위한 가스 흐름라인 시스템.

제4도는 본 발명에 대한 바람직한 가스 흐름을 실현하기 위한 다른 가스 흐름라인 시스템.

제5도는 본 발명의 두 번째 실시예에 대한 스퍼터링 챔버에 주입된 가스의 유속을 설명하는 타이밍도.

본 발명은 가스내의 전기 글로우 방전에 의해 다양한 재료들의 박막들을 제조하기 위한 방법에 관한 것이고, 특히, 가스의 소모를 적게 유지하고, 스퍼터된 막의 품질을 높게 하고 오염을 낮게 하는 저압가스에서 높은 스퍼터링 효율을 가지는 스퍼터링 방법에 관한 것이다.

스퍼터된 박막들은 반도체 장치들, 박막회로기판, 광학장비들 등의 생산과 같은, 여러산업들에 사용되고 있다. 박막들을 형성하기 위한 여러 가지 방법들이 있다. 그것들 중에서 전기 스퍼터링이 가장 널리 사용되고 있는 방법중의 하나이다. 그리고 그것은 금속, 유전체 또는 반도체 재료들 등의 다양한 재료들을 스퍼터링하기 위해 사용될 수 있다.

스퍼터링 물체 표면위의 막을 형성하기 위한 재료를 스퍼터링하고, 방전에 의해 형성된 플라즈마에서 이온들로 스퍼터되는 재료에 충격을 주는 방법이다. 최근, 스퍼터링 효율을 증가시키기 위해서, 자기장이 스퍼터되는 재료에 의해 형성된 타켓위에 이온 스트림(stream)을 포커스하기 위해 사용된다. 스퍼터 막의 질은 스퍼터링 상태에 따라 크게 좌우된다. 다른 한편으로, 박막의 안정성과 순도가 현대응용에 요구된다. 예를 들면, 최근 최대 규모집적(VLSI)반도체 회로들에서, 장치설계는 매우 미세하다. 그래서, 알루미늄 박막으로된 배선들의 질이 장치들의 신뢰성에 영향을 끼친다. 만약 산소나 습기가 스퍼터 알루미늄 막에 포함된다면, 배선들은 알루미늄 표면에 형성된 미소한 비균일 때문에 종종 희게 보인다. 이와 같은 배선들의 전도성이 낮으며, 알루미늄의 이동에 의해 단선을 야기한다.

스퍼터링장비의 보존은 매우 조심해야 한다. 스퍼터링 챔버는 사용하기전에 진공에서 그것을 배이킹(baking)하므로써 가스가 제거되어야 하고, 불활성 가스는 깨끗이 되어야 한다. 약간의 불순물은 여전히 플라즈마로 산란하며, 스퍼터된 막을 오염시킨다. 이것은 생산성과 장치의 신뢰성을 감소시킨다. 이와 같은 오명은 사전에 가스를 제거함에 의해 완전히 제거하는 것이 매우 어려운 잔류가스와 스퍼터링 챔버의 미소한 누설에 의해 기인되는 것으로 생각된다. 때때로, 잔류가스는 스퍼터링 챔버로 그 자신의 물체와 함께 초래된다. 예를 들면, 만약 알루미늄막이 PSG(phoshosili cate glass)기판위에 형성된다면, 습기는 PSG에 의해 쉽게 흡착되고 스퍼터링 챔버로 초래된다. 흡착된 습기는 스퍼터링에 의해 방출되고, 스퍼터된 알루미늄 막을 못쓰게 된다.

통상의 스퍼터링 장치에서, 이온 플라즈마는 약 10^-3Torr 압력하의 아르곤 기체에서 글로우 방전에 의해 형성된다. 스퍼터링 챔버에서 안정된 플라즈마를 유지하기 위한 바람직한 압력의 범위가 있다. 바람직한 압력보다 너무 높거나 낮은 압력은 안정된 방전을 유지할 수 없고, 또한 안정된 플라즈마를 유지할 수 없다. 이런 안정된 플라즈마를 유지하기 위하여, 스퍼터링 챔버내 가스의 압력은 불활성 가스, 예를 들면 아르곤을 챔버에 주입하므로써, 또는 바람직한 압력에서 주입된 기체흐름과 펌프속도의 균형을 잡아 주기 위해 진공펌프의 펌프속도를 제어하므로써 제어된다.

잔류가스의 바람직하지 못한 영향을 피하기 위해서는, 높은 펌프 속도가 좋다. 그러나, 만약 펌프속도가 너무 높으면, 주입가스의 유속이 안정된 플라즈마에 대한 바람직한 압력으로 스퍼터링 챔버내의 압력을 유지하기 위하여 반드시 높아야 한다. 이것은 대량의 불활성 가스, 예를 들면, 아르곤 가스를 소비하고, 크라이어제닉 펌프(cryogenic pump)의 수명을 감소시킨다. 그래서, 펌프를 매우 자주 충전해야만 하기 때문에, 스퍼터링 장치의 이용도가 감소한다. 만약 펌프속도가 주입가스를 절약하기 위해 감소된다면, 오염가스, 특히 스퍼터링 챔버에서 방출되는 가스는 완전히 제거될 수 없다. 그래서, 스퍼터된 막의 질이 감소한다. 이것은 스퍼터링 장치에 대한 딜레마이다. 실제 경우에 있어서, 펌프속도는 불활성 가스의 소비를 절약하고 펌프수명을 연장하기 위해 억제된다.

그래서, 성장박막의 질은 종종 오염되며, 생산성은 불안정하게 된다.

그러므로, 본 발명의 목적은 스퍼터링 장치의 높은 이용도와 고질의 박막을 제조하는 스퍼터링 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고속펌프로 배기되는 스퍼터링 챔버내에서 안정된 글로우 유지하고 불활성 가스의 흐름을 절약하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 스퍼터링 챔버로 주입되는 불활성 가스의 유속을 주기적으로 변화시키므로 달성될 수 있다. 챔버로 누설되거나 방출되는 오염가스를 빠르게 제거하기 위하여, 배기펌프의 펌핑속도가 높게 유지된다. 첫째로, 다량의 불활성 가스가 짧은 시간 주기, 예를 들면 0.1sec, 동안에 스퍼터링 챔버에 주입된다. 챔버내 압력이 높게 되면, 글로우 방전이 일어난다. 그러나, 펌핑속도가 높기 때문에, 챔버내 압력이 내려간다. 이시간에, 소량의 가스가 펌핑속도보다 낮은 유속으로 스퍼터링 챔버에 주입된다. 비록 약하지만 가스방전은 계속되며, 긴기간, 예를 들면 수십초동안 계속한다. 이 기간동안에 가장 효율적인 스퍼터링이 행해지며, 펌핑속도가 높기 때문에 오염이 빠르게 배기된다. 방전이 중단되기 전에, 가스는 글로우 방전을 증가시키기 위해 짧은 시간주기 동안에 챔버로 다시 주입되고, 이와 같은 사이클이 반복된다. 이와 같은 방법으로 유속은 주기적으로 변화된다.

유속에 변화를 주기위한 여러 가지 방법이 제안되고 있다. 하나는 방전을 증가시키기 위해 아주 짧은 시간간격(0.2sec)동안 고 유속으로 가스를 주입하는 것이고, 그 다음은 저 유속으로 가스를 계속해서 흐르게 하는 것이다. 이것은 높은 펌핑속도를 유지하는 수십초동안 글로우 방전의 유효시간주기를 연장한다. 그래서, 방전은 높은 배기속도하에 실행되고 가스소비는 매우 적다.

다른 방법은 스퍼터링 챔버내의 압력을 단시간 동안 매우 빠르게 증가시키고 가능한한 오랫동안 유효방전기간을 유지하면서 느리게 내려가도록 하기 위해 주입가수의 유속을 주기적으로 변화시키는 것이다.

이와 같은 방법과 같이, 가스소비가 절약되고 크라이어 제닉 펌프의 수명이 연장된다. 그러므로 스퍼터링 장치의 이용도가 향상된다. 본 발명의 이러한 장점들과 다른 장점들은 바람직한 실시예와 다음과 같은 설명으로 좀더 상세히 설명될 것이다.

지금부터 본 발명의 스퍼터링 방법을 몇 개의 바람직한 실시예에 의거하여 설명하려고 한다. 본 발명은 금속, 유전체들, 반도체등과 같은 다양한 재료들의 스퍼터링에 응용할 수 있다. 명세서에는 반도체, 반도체 기판위 알루미늄을 스퍼터링하기 위한 용융에 관하여 주어질 것이긴 하지만, 본 발명은 다양한 재료들을 사용하는 다른 물체에도 응용할 수 있으며, 그 응용분야는 박막회로, 광학장치 등의 다양한 산업들에 걸쳐 확장될 수 있다. 다음과 같은 실시예에서 설명되는 스퍼터링 장치는 최근 산업에 널리 사용되는 마그네트론 스퍼터링 장치이다. 그러나, 본 발명의 취지는 글로우방전 스퍼터링 장치의 어떤 다른 형에도 응용될 수 있다.

제1도는 다양한 재료들에 대해 응용할 수 있는 실례의 스퍼터링 장치를 도식적으로 도시하고 있다. 스퍼터링 챔버 1에는 박막이 성장되어 있는 물체 3과 타켓 2가 서로 마주보게 놓여있다. 타켓은 일반적으로 스퍼터되는 재료로 만들어진 디스크와 같이 형성된다. 물체 3은 물체 홀더 4에 의해 지탱되고, 타켓 2은 타켓 홀더 5에 의해 지탱된다. 스퍼터링 챔버 1은 크라이어 제닉 펌프 6과 회전 펌프 7에 의해 배기된다. 그것들은 밸브 8을 통해 직렬로 연결되나, 회전펌프 7은 배기를 위해 다른밸브 9를 경유하여 스퍼터링 챔버에 또한 직접적으로 연결될 수 있다. 크라이어 제닉 펌프 6과 스퍼터링 챔버 1사이에는 게이트 밸브 10과 펌핑속도를 제어하는 가변 컨덕턴스 밸브 11에 제공된다. 스퍼터링 챔버 1내의 압력은 압력계 12에 나타난다. 불활성 가스, 예를 들면 아르곤은 유량제어기 13과 전자기 밸브 14를 통하여 공급된다. 타켓홀더 5는 작은 화살표로 각각 도시되는 입구와 출구의 몰로 냉각된다. 고 전압원 15의 네가리브 폭은 타켓홀더 5와 타켓 2에 전기적으로 연결되는 반면 고 전압원 15의 포지티브 쪽은 접지된다. 타켓홀더 5의 배면쪽은 타켓홀더의 다른 부분을 스퍼터링하는 것을 방지하기 위하여, 타켓 2의 표면위의 글로우 방전을 제한하는 차폐판 16이 배치되어 있다. 마그네트 론 스퍼터링 장치에 대하여, 영구자석 또는 전자석 17이 타켓홀더 5의 배면쪽에 제공된다. 타켓홀더 5는 절연체 18에 의하여 스퍼터링 챔버 1로부터 전기적으로 절연된다. 타켓 2와 물체 3을 제외한, 상술된 소자들은 모두 전형적인 스퍼터링 장비와 관련되는 표준 장비들이다. 그래서, 이들 소자들에 대한 설명은 편의상 생략하기로 한다.

일반적으로, 고질의 스퍼터된 재료를 얻고 불순물 또는 잔류가스를 제거하기 위해서는, 전기 스퍼터링에 대한 펌핑속도가 높으면 높을수록 좋다. 그래서, 고속펌프는 통상의 스퍼터링 장치내 설치되고, 불활성 가스는 스퍼터링 챔버로 주입된다. 안정된 글로우 방전을 유지하기 위하여, 스퍼터링 챔버내의 압력은 적당한 범위에 있어야 한다. 그러므로, 만약 펌프가 충분한 속도로 동작한다면, 스퍼터링 챔버내의 압력은 너무 낮아서 방전을 유지하지 못한다. 그래서, 불활성 가스 흐름은 펌프속도와 균형을 맞추기 위하여 증가되어야만 한다. 이것은 가스소비를 매우 크게 하여, 크라이어 제닉펌프의 활동력을 빠르게 감소시킨다. 그러므로 펌프가 반복적으로 충전되어야만 하므로, 스퍼터링 장치의 이용도가 낮아진다.

그래서, 통상의 스퍼터링 방법에서, 펌핑속도와 불활성 가스의 유속은 불활성 가스 흐름과 펌프속도의 균형을 맞추기 위하여 가변 컨덕런스 밸브 11을 조절함으로써 제어된다. 이것은 펌핑속도가 느리게 감속됨을 의미하므로 스퍼터된 재료는 스퍼터링 챔버로 방출된 흡착가스 또는 잔류가스에 의해 오염된다. 이것은 LSI 장치등과 같은, 아주 미세한 구조를 가지는 장치들을 제조하기 위하여는 바람직하지 못하다. 장치수명은 오염에 의해 감소되고, 생산성은 불안정하다.

본 발명은 이런 어려움을 해결하려고 한다. 방전이 시작된후 불활성 가스의 주입이 중단될 때, 글로우 방전은 빠르게 소멸되는 것을 발명자들은 인지하였다. 그러나 만약 소량의 가스가 스퍼터링 챔버로 계속해서 주입된다면, 글로우 방전은 비록 방전전류가 작아지지만, 오랜기간동안 계속 유지된다. 그러나 만약 전력이 일정한 전력 모우드에서 동작된다면, 비록 방전전류가 감소하지만 전압이 방전을 유지하기 위해 올라가기 때문에, 전원으로부터 글로우 방전에 대해 공급되는 전력은 그렇게 빨리 감소되지 않는다. 그러므로, 전기 스퍼터링은 글로우 방전이 계속되는 기간에 많은 시간주기 동안 효과적으로 계속될 수 있다. 이 주기동안, 펄프는 고속으로 작동한다. 그래서, 잔류가스는 빨리 제거되고, 오염은 억제된다. 다른 한편으로, 대부분의 시간동안에, 가스흐름이 로우레벨로 억제되기 때문에 총 가스 소비는 매우 작다.

일반적으로, 가스방전에는 2개의 압력범위 P1과 P2가 있다. 예를 들면, 일반적으로 2-15㎜Torr인 첫번째 압력범위 P1하에, 가스방전은 비교적 낮은 전압, 예를 들면 수백 볼트에서 일어난다. 첫번째 압력범위 P1보다 낮은 압력하에서, 매우 높은 전압이 브레이크다운(break down)을 일으키기 위해 인가되지 않는한 방전은 일어나지 않는다. 첫번째 압력범위 P1 아래에 인접하는 두 번째 압력범위 P2에서, 방전은 첫번째 압력범위 P1의 저전압에서 일어나지 않으나, 방전은 그것이 첫번째 압력범위 P1에서 시작될 때 계속유지되며 압력은 P2로 감소된다. 그러나, 압력이 두 번째 압력범위 P2 아래로 내려갈 때, 방전은 중단된다.

이와 같은 현상들을 이용하여, 본 발명은 스퍼터링 챔버내 압력의 변화와 주입가스 흐름의 다음과 같은 제어를 제안한다. 제2도는 스퍼터링 챔버내 압력의 변화와 스퍼터링 챔버로 주입된 불활성 가스 흐름에 대한 타임 차아트를 도식적으로 설명한다. 제2도에서, 가로좌표는 시간을 나타내고, 왼쪽 세로좌표는 스퍼터링 챔버내 주입된 가스의 유속을 나타내고, 오른쪽 세모좌표는 스퍼터링 챔버내 압력을 나타낸다. 압력 범위들 P1, P2는 주입된 가스, 자계, 타켓과 물체의 모양 및 인가된 전압의 종류에 따라 좌우된다.

첫번째 실시예에 따라, 유속은 첫 번때 시간주기 T1동안에 하이레벨 F1으로 유지된다. 하이레벨 유속 F1은 지금부터 첫번째 유속이라 부르기로 한다. 이러한 가스의 주입에 의하여, 스퍼터링 챔버내의 압력은 첫번째 압력범위 P1으로 상승되고, 글로우 방전이 시작된다. 글로우 방전이 일어나거나 증가되자마자, 가스 유속은 저유속 F2로 감소되고, 압력은 계속 내려가기 시작한다. 로우레벨 유속 F2는 지금부터 두 번째 유속이라 부르기로 한다. 그러나 방전이 한 번 시작되면, 방전은 첫번째 압력 범위 P1보다 낮은 압력으로 유지된다. 만약 가스흐름이 완전히 중단된다면, 곧 방전이 소멸됨을 주목해야 한다. 그러나 적은 양의 가스가 제2도에 도시된 바와 같이 계속해서 주입될 때, 글로우 방전은 긴 시간 주기 동안 계속 유지된다. 두 번째 유속 F2가 펌핑속도보다 낮게 설정되기 때문에, 압력은 더 작아질 것이다. 그리고 만약 압력이 두 번째 압력 범위 P2보다 낮게 된다면, 방전은 마지막으로 소멸될 것이다. 그전에, 즉 가스 압력이 두 번째 압력범위 2보다 더 낮게 감소되기 전에, 가스는 제2도에 도시된 바와 같이 첫번째 유속 F1으로 주입되며, 글로우 방전이 다시 증가된다. 가스가 저유속(F2)로 주입되고 글로우 방전이 유지되는 기간을 지금부터 두 번째 주기 T2라고 부르기도 한다.

글로우 방전이 가스주입의 두 번째 유속 F2하에서 유지되는 동안에, 두 번째 주기 T2를 증가시키는 방법이 문제이다. 그리고, 가스가 첫번째 유속 F1으로 주입되는 동안에 글로우 방전을 개시하거나 높이기 위해 첫번째 주기 T1을 감소시키는 방법이 문제이다. 그 조건은 스퍼터링 챔버의 크기, 배기속도, 가스의 종류, 타켓 및 물체의 모양, 마그네트론 스퍼터링 동작을 위한 자계, 타켓과 물체사이의 거리 등에 크게 좌우된다.

그러나 하나하나에 대한 적당한 조건을 실험에 의하여 찾아내는 것은 쉽다. 챔버, 펌핑속도, 가스 타켓 및 물체는 모두 장치의 설계 또는 기구를 선택하므로써 각 경우에 대해 특정값으로 결정된다. 첫번째 유속 F1은 글로우 방전의 시작점을 찾아내고 유속을 점차적으로 증가시킴으로써 쉽게 얻어진다. 방전이 확실히 시작되는 한 첫번째 시간 주기 T1은 작으면 작을수록 좋다. 그러므로, 이들 조건들을 찾아내는 것은 어렵지 않다.

두 번째 유속 F2와 두번째 주기 T2에 대한 나머지 조건은 또한 쉽게 결정될 수 있다. 높은 전압원으로부터 공급되는 전력은 글로우 방전에 의해 소비되는 전력으로 고려되고, 그것을 스퍼터하는 타켓에 충격을 주기위해 사용된다. 만약 일정한 DC 전력원이 사용된다면, 타켓과 물체사이의 전압은 스퍼터링 챔버내압력이 감소될 때 자동적으로 증가하고 글로우 방전이 유지된다. 그래서, 출력전력은 두 번째 주기 T2동안에 거의 일정하게 유지되나, 압력이 너무 낮으면, 전원은 충분한 전압을 공급할 수 없고, 방전전류가 빠르게 감소한다. 이것이 두 번째 주기 T2의 마지막을 의미한다. 비록 플라즈마가 계속 유지될지라도 스퍼터링 속도가 매우 작아지기 때문에, 너무적은 전력소비는 무의미한다. 그러므로, 글로우 방전이 아주 약하게 되기전에 가스를 주입함으로써 보강해야한다. 두 번째 유속 F2를 변화하므로써 T2가 측정되고 T2를 연장하기 위한 최적의 유속이 얻어진다. 이들 조건들은 모두 그렇게 심각한 것은 아니다. 비록 플라즈마가 소멸될지라도, 손상을 주지 않는다.

두 번째 유속 F2는, 펌핑속도보다 훨씬 아래에 있어야 함에 주의해야 한다. 때문에, 만약 F2가 대단히 크다면, F2는 펌핑속도와 균형을 이룰 수 있고, T2가 매우 길어질 수 있다. 그러나 가스의 소비가 증가하고 펌프의 충전기간이 짧아지기 때문에, 이것은 해결책이 아니다. 사실상, 두 번째 유속 F2는 펌핑속도보다 수십배 작게 될 것이다. 이와 같이 작은 유속으로, 충분히 긴 주기 T2가 달성될 수 있다.

이와 같은 방법으로, 스퍼터링 조건은 하나하나에 대해 쉽게 결정될 수 있다. 이들 조건은 그렇게 심각한 것이 아니다. 하나의 실시예가 실리콘 기판위의 알루미늄을 스퍼터링하기 위해 다음과 같이 주어진다.

타켓 : 직경이 290㎜인 1중량%의 실리콘을 포함하는 알루미늄디스크

물체 : 직경이 125㎜인 실리콘 기판

타켓과 물체사이의 거리 : 약 55㎜

입력 전력 : 10kw DC

T1 : 0.2-0.5sec

T2 : 10-30sec

F1 : 80-100sccm

F2 : 20-50sccm

P1 : 2-5㎜ Torr

P2 : 0.5-2㎜ Torr

펌프속도 : 아르곤에 대해 1200ℓ/분

단위 sccm은 실온(20℃)의 1대기압에서 측정되는 유속(cc/min)인 분당기준 입방 센터미터를 의미한다.

이런 조건하에, 아르곤 가스가 주입가스로 사용되었고, 40-50sec동안 스퍼터링 하므로써, 약 1㎛두께의 알루미늄막이 얻어졌다. 스퍼터링동작동안에, DC전원의 출력은 방전 개시시간의 400V×25A로부터 두 번째 주기 T2마지막의 800V×12.5A까지 변화된다. 통상의 일정한 DC전원은 그의 출력 전압과 전류를 이러한 방법으로 부저항에 따라 변화시킨다.

상기 실시예에 도시된 바와 같이, 첫번째 주기 T1은 두 번째 주기 T2에 비해 매우 짧다. 그래서, 스퍼터링은 거의 낮은 주입유속하에서 행하여지고, 펌프는 항상 완전히 동작된다. 따라서, 잔류가스에 의해 발생되는 오염은 완전히 피할 수 있다.

제3도는 제2도에 도시된 바와 같이 주입가스의 흐름을 실현시키기 위한 가스흐름 라인 시스템을 도식적으로 설명한다. 이 시스템은 평행하게 연결되는 2개의 배관 시스템으로 구성된다. 하나는 높은 유속라인 19이고, 다른 하나는 낮은 유속라인 20이다. 높은 유속라인 19는 첫번째 유량 제어기(MFC1)21과 첫번째 전자기 밸브(V1) 22를 포함하는 반면, 낮은 유속라인 20은 두 번째 유량제어기(MFC2) 23과 두 번째 전자기밸브(V2) 24를 포함한다. V1과 V2는 제어기(CON) 25에 의해 제어된다. 이들 유량제어기들 21, 23에 의해서, 높은 유속라인 19를 통하는 가스유속은 F1으로 조정되고, 낮은 유속라인 20을 통하는 유속은 F2로 조정된다.

이와 같은 가스흐름라인시스템은 전자기 밸브 14와 유량제어기 13을 설치하므로써 제1도에 도시된 바와같이 스퍼터링 챔버의 가스입구 26에 연결된다. 유속이 각각 T1과 T2에서 번갈아 개방되는 전자기 밸브 V1과 V2를 간단히 스위칭하므로써 제2도에 도시된 바와같이 변화되는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 제어기 25에 대한 이러한 제어와 프로그램은 간단한 것이므로 그의 설명은 편의상 생략 하기로 한다.

제4도는 제2도의 가스유속을 실현시키기 위해 응용할 수 있는 다른 가스흐름라인 시스템을 도식적으로 설명한다. 이 시스템에서, 높은 유속라인 19와 낮은 유속라인 20은 서로 직렬로 연결된다. 이들 라인들은 각각 유량제어기 MFC1 또는 MFC2와 전자기 밸브 V1 또는 V2를 포함하여, 이들 라인 19와 20을 통하는 유속은 각각 F1과 F2가 되도록 조절된다. 낮은 유속라인 20에는 세 번째 전자기밸브(V3)28을 포함하는 바이패스라인 27이 제공된다. 전자기 밸브들 V1, V2 및 V3는 제어기(도시되지 않았음)에 의해 제어된다. 이와같은 가스흐름라인 시스템은 제1도에 도시된 스퍼터링 챔버의 가스입구 26에 연결된다. V1, V2 및 V3가 개방될 때, 주입가스 유속이 F1으로 되는 것을 알 수 있다. 만약 V3가 닫혀지고, V1과 V2가 개방된다면, 유속은 F2가 된다. 그래서, 이들 밸브들을 제어하므로써, 제2도의 가스흐름을 실현시키는 것은 용이하다.

본 발명의 스퍼터링을 실행하기 위하여, 주입가스의 유속이 제2도에 도시된 바와같은 펄스형으로 될 필요가 없다. 본 발명의 취지는 스퍼터링 챔버내 압력의 적당한 변화하에 스퍼터링을 실행하는 것이다. 만약 스퍼터링 챔버내의 압력이 제2도에 도시된 바와같은 방법과 마찬가지로 변화된다면, 전술된 바와 유사한 결과가 얻어질 것이다.

제5도는 본 발명의 두 번째 실시예에 대한 주입가스의 유속을 도시하고 있다. 이 도면에서, 세로좌표는 유속이고, 가로 좌표는 시간이다. 제5도에 도시된 바와같이, 주입가스의 유속은 제2도의 유속에 비해 다소 점차적으로 변화된다. 가스흐름은 점차적으로 증가되어, 스퍼터링내의 압력이 증가되고, 글로우 방전이 시작되거나 증가될 때, 가스흐름이 감소된다. 그래서 가스주입속도가 펌핑속도보다 낮기 때문에 스퍼터링에서의 압력이 낮게 된다. 이와같은 방법과 마찬가지로, 글로우 방전은 낮은 가스흐름 범위에서 주로 수행된다.

첫번째 실시예와 유사하게, 스퍼터링 챔버내의 압력이 첫번째 압력범위 P1이 되는 주입가스의 보다 높은 유속을 첫번째 유속 F1이라 부르고, 스퍼터링 챔버내 압력이 두 번째 압력범위 P2로 감소하는 유속을 두 번째 유속 F2라 부른다. 첫번째 실시예에서 F1과 F2의 값은 각각 일정값인 반면, 두 번째 실시예에서 F1의 범주는 스퍼터링 챔버내의 압력이 첫번째 압력범위 P1으로 증가되는 유속의 범위로 확장되는 약간의 차이가 있다. 유사하게, F2는 범주는 또한 스퍼터링 챔버내의 압력이 두 번째 압력 범위 P2로 감소되는 유속으로 확장된다.

이와같은 방법과 같은 유속의 변화는 제1도에 있는 전자기 밸브 14를 제어하므로써 보다 쉽게 얻어진다. 이와같은 목적을 위해, 예를들면 피에조(piezp)가스흐름 밸브는 전자기 밸브 14에 대해 응용할 수 있다. 그것은 인가되는 전압에 의한 가스흐름에 대한 임피던스를 변화시킨다. 밸브를 제어하기 위한 조건은 스퍼터링 챔버의 크기, 펌핑속도, 가스의 종류, 인가되는 전압동에 따라 좌우된다. 그러나 이러한 조건이 전술된 첫번째 실시예와 유사한 방법과 마찬가지로 쉽게 결정될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그 조건은 심각한 것은 아니며, 다양한 수정이 가능하다. 예를 들면, 제5도의 유속곡선의 증가와 감소는 다양한 방법으로 변화될 수 있다.

제5도의 예에서, 유속은 5-10sec에서 20sccm 내지 90sccm까지 증가된다. 글로우 방전은 약 80sccm의 유속에서 시작된다. 이것은 스퍼터링 챔버내의 압력이 이 유속에서 첫번째 압력범위 P1에 도달했다는 것을 의미한다. 90sccm에서, 유속은 감소로 전환되고, 20-30sec에서 유속은 20sccm으로 감소되며, 그런다음 다시 증가된다. 이와같은 유속의 변화는 스퍼터링 동작동안에 반복된다.

두 번째 실시예의 수정은 쉽게 유도될 수 있다. 제5도에서, 글로우 방전이 유속의 첫번째 증가(유속곡선의 왼쪽 피크)에 의해 시작될 때, 다음의 증가에서, 유속은 스퍼터링 챔버내 압력이 제5도에서 전류흐름 80sccm에 해당하는 첫번째 압력범위 P1으로 증가될때까지 증가될 필요는 없다. 제5도에서 체인선으로 도시된 바와같이, 유속은 첫번째 압력범위 P1에 이르는 압력전에 감소될 것이다. 제5도에서 전환점 A에 해당하는 유속을 지금부터 세 번째 유속 F3라고 부른다. 그리고 유속이 제5도에서 예를들면 20sccm인 낮은 전환점 B로 감소될 때, 유속은 다시 증가로 전환된다. 낮은 전환점 B에서 유속을 네 번째 유속 F4라 부른다.

세 번째 유속 F3는 스퍼터링 챔버내의 압력이 바로 P1아래까지 올라가는 유속에 해당된다. 네 번째 유속 F4는 압력이 두 번째 압력범위 P2의 밑 바로 위까지 내려가는 유속에 해당한다. 그들은 반드시 경우에 따라 결정되어야 한다. F3와 F4의 값들은 그렇게 증대한 것은 아니다. 첫번째 실시예에 대해 설명된 것과 같이 F2의 값을 알아내는 것과 유사한 방법과 마찬가지로 이들 값을 결정하는 것은 종래에 숙련된 사람에겐 쉽다.

이와같은 방법과 마찬가지로, 일단 글로우 방전이 시작되면, 주입가스 흐름은 F3와 F4사이에서 올라가고, 내려가도록 제어된다. 그렇게 하므로써 모든 가스소비는 두 번째 실시예의 그것에 비해 더 감소되고, 그러므로 배기펌프의 재순환 주기는 더 연장된다.

상술된 바와같이, 본 발명의 스퍼터링 방법에 의하여, 스퍼터링 챔버용 배기펌프는 스퍼터링 처리동안에 충분한 속도에서 동작된다. 그래서, 챔버내 잔류가스는 빠르게 제거되고, 이와같은 잔류 가스에 의한 오염은 없어진다. 그러므로 미세하고 고질의 스퍼터된 막이 생산될 수 있다. 주입가스의 유속이 감소되는 동안, 가스의 소비가 절약되고, 크라이어재닉펌프의 재순환주기가 연장될 수 있다. 그래서, 스퍼터링 장치의 이용도가 향상된다.

본 발명의 스퍼터링은 스퍼터링 전압이 평균적으로 상승되는 추가적인 효과를 가진다. 그래서 스퍼터링 속도가 종래의 스퍼터링 방법 등에 비해 증가된다. 더욱이 스퍼터된 막이 그의 표면위에 단계(step)들을 가지는 물체위에 유효적용범위를 갖는다. 이것은 스퍼터링이 보다 낮은 저압가스하에서 형성되는 사실에 기인되는 것으로 고려된다. 그래서 스퍼터되는 입자의 평균자유통과가 증가되다. 이것은 물체 표면에 직각인 전기력선을 따라 스퍼터된 입자를 비산할 수 있게 한다.

상기 명세서에서, 설명은 박막, 특히 반도체 기판위의 알루미늄막을 형성하기 위한 방법에 의거하여 이루어졌다. 그러나 본 발명은 이와같은 응용으로만 제한되지 않는다. 반도체 장치들, 박막회로들 또는 장치들, 광학장비들과 같은 다양한 물체를 제조하기 위해 적용될 수도 있다. 스퍼터된 재료도 또한 금속, 유전체들, 반도체 등과같이, 다양하게 변화될 수 있다.

본 발명은 추지나 중요한 특징에서 벗어나지 않고 다른 특수형태로 실시될 수 있다. 그러므로, 지금까지 설명된 실시예들은 전술된 설명보다는 차라리 첨부된 청구범위로 나타낸 발명의 범위를 설명하고, 한정하지 않는 모든면에서 고려되며, 그러므로 청구범위와 동등한 범위와 의미내에 속하는 모든 변화는 그안에 포함되는 것이다.

Claims (7)

1. 스퍼터링 챔버에서 발생되는 글로우 방전에 대한 물체위의 재료를 스퍼터링하는 방법에 있어서, 상기 물체위의 스퍼터되는 재료로 구성된 타켓을 가지는 스퍼터링 챔버에 물체를 설치하고, 스퍼터링챔버를 배기시키는 단계(a)와; 상기 스퍼터링 챔버에 가스를 주입하고, 상기 스퍼터링 챔버내의 압력이 상기 글로우 방전을 개시하기에 충분한 첫번째 압력으로 증가시키는 단계(b)와; 주입가스의 유속을 감소시키고, 상기 스퍼터링 챔버내의 압력을 두 번째 압력범위 P2로 감소시키고, 글로우 방전이 개시될 수 없으나 글로우 방전이 상기 첫번째 압력범위에서 개시되면 제한된 시간동안 유지될 수 없고 그런다음 압력이 상기 두 번째 압력범위로 감소된 단계(c)와; 상기 글로우 방전이 소멸되기전 주입가스의 유속을 증가시키고, 글로우 방전을 최소로 보강하기 위해 첫번째 압력으로 스퍼터링 챔버내의 압력을 증가시키는 단계(d)와; 주입가스의 유속의 변화를 반복하고, 상기 첫번째 압력과 상기 두 번째 압력사이에서 감소시키고 증가시키기 위해 스퍼터링내의 압력을 변화시키는 단계(e)들로 이루어지는 스퍼터링 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 단계(b)에서, 가스가 첫번째 시간주기 T1동안 일정하게 유지되는 첫번째 유속 F1으로 주입되고, 상기 첫번째 시간주기 T1내에서, 상기 스퍼터링 챔버내의 압력이 상기 첫번째 압력범위로 증가되어, 글로우 방전이 시작되고, 처리가 단계(c)로 변화되고; 상기 단계(c)에서, 가스유속이 상기 첫번째 시간주기 T1보다 긴 두 번째 시간주기 T2동안 일정하게 유지되는 두 번째 유속 F2로 감소되고, 상기 두 번째 시간주기 T2동안에, 상기 스퍼터링 챔버내의 압력이 상기 소정의 두 번째 압력으로 감소되고, 처리가 단계(d)로 변화되고; 상기 단계(d)에서, 가스 유속이 상기 첫번째 시간주기 T1동안에 상기 첫번째 유속 F1으로 증가되고, 상기 스퍼터링 챔버내의 압력이 상기 첫번째 압력범위 P1으로 증가되고, 글로우 방전이 보강되고; 상기 단계(e)에서, 상기 단계들(c) 및 (d)가 스퍼터링 처리동안에 반복되는 스퍼터링 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 두 번째 압력은 글로우 방전이 바로 소멸되는 스퍼터링 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 두 번째 유속 F2가 상기 스퍼터링 챔버를 배기시키기 위한 배기속의 1/10보다 작고, 상기 두 번째 시간주기 T2가 상기 첫번째 시간주기 T1보다 10배 정도 많은 스퍼터링 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 단계(b)에서, 상기 주입가스가 점차적으로 증가되는 유속으로 상기 스퍼터링 챔버에 주입되고, 전기 방전이 개시될 때, 단계가 단계(c)로 변화되고; 상기 단계(c)에서, 상기 주입가스의 유속이 점차적으로 감소되고, 상기 스퍼터링 챔버내의 압력이 두 번째 압력범위 P2로 감소되고, 스퍼터링 챔버내의 가스압력이 소정의 두 번째 압력으로 감소될 때, 단계가 단계(d)로 변화되고; 상기 단계(d)에서, 주입가스의 압속이 점차적으로 증가되고, 스퍼터링 챔버내의 압력이 소정의 첫번째 압력으로 증가되고, 글로우 방전이 보강될 때, 단계가 단계(e)로 변화되고; 상기 단계(e)에서, 상기 단계들(c)와 (d)가 스퍼터링 처리 동안에 반복되는 스퍼터링 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 두 번째 압력은 글로우 방전이 바로 소멸되는 스퍼터링 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 단계(c)에 대한 지속시간이 상기 단계(d)에 대한 지속시간보다 긴 스퍼터링 방법.

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