KR960012182B1

KR960012182B1 - 스패터링 전극

Info

Publication number: KR960012182B1
Application number: KR1019940014442A
Authority: KR
Inventors: 히토시 야마니시; 이사무 이오쿠라; 토시유키 스에미쯔; 타카히로 타키사와
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤; 모리시타 요이찌
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 1996-09-16
Also published as: JP2970317B2; JPH0711440A; CN1062916C; CN1100151A; US5512156A; KR950000919A

Abstract

내용없음

Description

스패터링 전극

제1도는 본 발명의 일실시예에 있어서의 직사각형 평판타겟을 가진 스페터링 전극의 평면도.

제2도는 제1도에 있어서의 A-A' 단면도.

제3도는 동스패터링 전극의 타겟위의 표면자장분포도.

제4도는 동스패터링 전극에 의한 막두께 분포도.

제5도는 종래의 직사각형 평판타겟을 가진 마그네트론 스패터링 전극의 평면도.

제6도는 제5도에 있어서의 A-A' 단면도.

제7도는 종래의 직사각형 평판타겟을 가진 마그네트론 스패터링 전극의 사시도.

제8도는 종래의 마그네트론 스패터링 전극의 타겟침식진행에 의한 막두께 분포도.

제9도는 스패터링 전극을 설치한 스패터링 장치의 개략도.

제10도는 종래의 직사각형 평판타겟을 가진 스패터링 전극(타겟표면위 동일자장)의 평면도.

제11도는 제10도에 있어서의 A-A' 단면도.

제12도는 종래의 직사각형 평판타겟을 가진 스패터링 전극(타겟표면위 동일자장)의 타겟위의 표면자장분포도.

제13도는 종래의 직사각형 평판타겟을 가진 스패터링 전극(타겟표면위 동일자장)에 의한 막두께 분포도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 타겟 5, 15, 35 : 자기회로

6, 16, 36 : 자력선의 방향 7 : 환형(toroidal) 터널형상자장

8 : 침식영역 17 : 자기회로회전축

18 : 영구자석 19, 39 : 전자의 나선운동의 방향

151, 351 : 좌측자기회로 152, 352 : 우측자기회로

본 발명은 스패터링법에 의해 형성되는 박막의 기판면내에 있어서의 막두께, 막질의 균일성향상, 및 스패터링 타겟의 이용효율향상을 목적으로 한 직사각형 평판타겟을 가진 스패터링 전극에 관한 것이다.

스패터링법은 지공증착법에 비해서, 교융접재료나 화합물의 박막형성이 용이하다고 하는 반면, 박막형성속도가 느리다고 하는 문제점을 가지고 있었다. 이 결점을 해결하고, 스패터링법에 의한 박막형성의 양산을 가능하게 한것이 마그네트론 스패터링법이며, 현재 널리 반도체나 전자부품등의 분야에 보급되어 있다.

직사각형 평판타겟을 가진 마그네트론 스패터링 전극은, 다수의 기판을 세트한 원통형의 기판홀더를 회전시키면서 박막형성을 행하는 카르셀형 스패터링 장치, 혹은 다수의 기판이나 대면적의 기판을 세트한 평판의 기판홀더를 타겟에 대해서 평행이동시켜서 박막형성을 행하는 대형의 무빈그형 스패터링 장치등, 현재 널리 사용되고 있는 스패터링 장치에 탑재되어 있는 스패터링 전극이 일종이다.

이하 종래의 직사각형 평판타겟을 가진 마그네트론 스패터링 전극에 대해서, 제5도, 제6도 및 제7도를 참조하여 설명한다. 제5도는 종래의 직사각형 평판타겟을 가진 마그네트론 스패터링 전극의 평면도, 제6도는 동 A-A' 단면도, 제7도는 동사시도이다. (1)은 직사각형 평판타겟이며 인듐등의 땜납제에 의해 배킹플레이트(2)에 고착되고, 진공시일용의 0링(3)을 개재해서 전극본체(4)에 설치된다. 타겟(1)의 뒷쪽에는 마그네트론 방전용자기회로(5)가, 밀봉된 자력선(6)을 형성하고, 또한 적어도 자력선(6)의 일부가 타겟(1) 표면에서 평행이 되도록 배치된다. 그 결과, 타겟(1) 표면에는 제7도에 표시한 바와 같이, 환형의 폐쇄된 터널 형상의 자장(7)이 형성된다.

이상과 같이 구성된 직사각형 평판타겟(1)을 가진 마그네트론 스패터링 전극에 대해서 그 동작원리를 제7도 및 제9도를 참조하여 설명한다. 제9도는 상기한 스패터링 전극을 설치한 스패터링 장치의 개략도이다. 스패터링 전극(24)은 통상, 진공 체임버(21)에 절연재(22)를 개재해서 설치되고, 직류 혹은 교류전원(23)이 접속된다. 박막형성을 행하는데는, 먼저 진공체임버(21)를 진공펌프(25)에 의해 고진공(∼10^-7Torr 정도)까지 배기하다.

다음에, Ar등의 방전가스(26)를 유량조정기(27)를 통해서 도입, 콘덕턴스밸브(28)의 조정에 의해 체임버내를 10^-3~10^-2Torr 정도의 압력을 유지한다. 여기에서 직사각형 평판타겟(1)을 장착한 스패터링 전극(24)에 부의 전압을 인가하면, 전장과 자기회로(5)의 환형터널형상자장(7)의 주변에서 마그네트론 방전이 일어나고, 타겟(1)이 스패터되고, 스패터입자가 기판홀더(29)에 설치된 기판(30)에 퇴적하여 박막이 형성된다.

그러나, 상기한 직사각형 평판타겟을 가진 마그네트론 스패터링 전극에서는, 타겟(1)면과 평행으로 통과하는 자력선의 가장 강한 부분에서 플라즈마 밀도가 높아지기 때문에 타겟(1)위에, 스패터되는 영역(제7도의8, 이하 침식영역으로 기록한다)과 스패터된 입자가 재부착하는 영역이 이루어지고, 타겟(1)의 침식이 불균일하게 진행되고 만다. 이때문에, 타겟(1)에 대향하여 설치된 기판에 형성되는 박막의 막두께 균일성을 확보하는데는 타겟(1)의 크기, 자기회로, 또 타겟(1)과 기판과의 거리를 충분히 조정할 필요가 있다. 일반적으로는 박막의 막두께 균일성을 확보하기 위해, 1변이 기판의 약 2배의 크기를 가진 타겟이 필요하게 된다.

또, 스패터링이 진행하면 타겟(1)의 침식영역(8) 및 형상이 변화되어 오기때문에, 제8도에 표시하는 바와같이 막두께 분포에도 (a)로부터 (c)로 변화가 발생하고, 침식의 진행에 수반해서 기판의 주변에서 막두께가 얇어지는 경향이 있다.

또 타겟(1) 위의 부분적인 침식영역(8)은, 합금의 스패터링이나 반응성 스패터링에 있어서는 기판면내나 배치사이에서의 막조성이나 구조등, 박막물성의 불균일성도 발생시키게 된다.

기타, 타겟(1)의 이용효율이 일반적으로 20~30%로 나쁘고, 또 타겟(1)이 철이나 코발트등의 강자성재료의 경우, 타겟(1) 표면에의 누설자속을 충분히 얻을 수 없기 때문에 스패터링이 곤란하게 되는 일도 있다.

그래서, 현재, 타겟침식영역(8)의 전체면균일화를 향한 연구가 폭넓게 행해지고 있다.

그 일예로써, 타겟(1) 표면의 앞쪽측면에 자기회로를 배치하고, 타겟(1) 전체면에서 타겟(1)에 대해서 평행인 자력선이 얻어지도록한 직사각형 평판 스패터링 전극이 있다. 제10도는 그 직사각형 평판 스패터링 전극의 평면도, 제11도는 제10도에 있어서의 A-A' 단면도이다. 또, 상기의 종래예의 마그네트론 스패터링 전극과 동일한 것에는 공통의 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.

타겟(1)의 표면의 앞쪽측면의 한쪽에 N극의 자석(351), 대하는 쪽에 S극의 자석(352)을 배치하므로써 타겟(1) 표면전체영역에 걸쳐서 대략 균일하게 평행인 자력선(36)이 통과하는 자기회로가 구성되고, 타겟(1) 전체면에서의 침식화가 가능하게 된다. 제12도에 제10도의 B-B' 위에서 타겟(1)의 장축방향에 대해서 직각, 또한 타겟(1) 표면에 평행인 자력선에 의한 자장강도의 일예를 표시한다. 자속밀도의 부호는, 제10도에 있어서 좌측자기회로(351)(N극)로부터 우측자기회로(352)(S극)로 자력선이 통과하는 때를 정, 반대로 우측(N극)으로부터 좌측(S극)으로 자력선이 통과하는 때를 부로 정의하고 있다. 또 타겟(1) 중심으로부터의 거리는 타겟(1) 중심선을 0으로 하고, 지면에 대해서 위쪽을 정, 아래쪽을 부로하고 있다.

그러나, 상기의 구성에서는 자력선(36)의 방향이 상기 타겟(1) 전체면에 있어서 동일방향이기 때문에, 자장과 전장에 의한 전자의 나선운동이 한방향(39)으로 한정되고 말아, 그 방향(지면에 대해서 아래쪽)으로 갈수록 상기 전자의 원자, 분자와의 충돌이 늘어나고, 플라즈마밀도가 높아진다. 그 결과, 막두께 분포는 제13도에 표시한 바와 같이 극단적인 구배를 가진 것으로 되어 버린다고 하는 결점을 가지고 있다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하는 것으로서, 직사각형 평판타겟을 가진 스패터링 전극에 있어서 형성되는 박막의 기판표면내나 배치사이에서의 막두께 및 막질의 균일성의 향상, 타겟의 이용효율향상을 도모하는 동시에, 강자성체 타겟의 고속 또한 효율적인 스패터링을 행할 수 있는 스패터링 전극의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 스패터링 전극은, 직사각형 평판타겟을 가지고, 상기 타겟의 표면에 대해서 평행으로 자력선이 통과하도록 자석을 배치한 스패터링전극에 있어서, 상기 타겟의 표면을 수평으로 통과하는 자력선의 방향을 180°변경할 수 있도록 상기 자석의 극성을 반전하기 위한 수단을 구비한 것이다.

상기 구성에 의해, 직사각형 평판타겟의 표면을 평행으로 통과하는 자력선의 방향을 180°변경할 수 있도록 상기 자석의 극성을 반전하기 위한 수단을 구비하고 있기 때문에, 자장과 전장에 의한 전자의 나선운동이 한방향으로 한정되는 일이 없이 플라즈마의 불균일성이 상쇄된다. 그 결과, 형성되는 박막의 기판면내, 배치 사이에 있어서의 막두께 및 막질의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또 타겟의 이용효율의 향상도 달성할 수 있다. 또한 강자성체 타겟의 고속 또한 효율적인 스패터링이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 일실시예에 있어서의 스패터링 전극에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

제1도는 본 발명의 일실시예에 있어서의 스패터링 전극의 평면도, 제2도는 그 A-A' 단면도이다. 이하의 설명에 있어서는, 종래예와 동일한 것에는 공통의 부호를 붙여서 그 설명은 생략하기로 한다.

자장발생용의 자기회로(15)는, 타겟(1) 표면의 앞쪽측면의 좌우 2개소(좌측자기회로(151), 우측자기회로(152))에 타겟(1)의 장축에 대해서 평행으로 배치된다. 좌측자기회로(151) 및 대향하는 위치에 있는 우측자기회로(152)는 영구자석(18)으로 구성되어 있고, 좌우간에서 N극으로부터 S극으로 자력선(16)이 통과하도록 배치되어 있다. 또 좌측자기회로(151) 및 대향하는 위치에 있는 우측자기회로(152)에는, 각각 장축방향으로 자기회로회전축(17)이 장착되어 있고 에어실린더등의 구동방법(도시되어 있지 않음)에 의해 화살표시(14)로 표시한 바와 같이 180°의 왕복운동이 가능하다.

이상과 같이 구성된 본 실시예의 직사각형 평판타겟을 가진 스패터링 전극은, 종래의 마그네트론 스패터링 전극과 마찬가지로 스패터링 장치내에 설치된다.

본 실시예의 스패터링 장치에 있어서는, 스패터링을 행하는 경우, 먼저, 초기상태에서는 좌측자기회로(151) 및 대향하는 위치에 있는 우측자기회로(152)에 의한 자력선(16)이 지면에 대해서 좌로부터 우로 통과하도록 배치되어 있다. 이 상태에 있어서, 제1도의 B-B' 위에서는, 타겟장축방향에 대해서 직각, 또한 타겟(1) 표면에 평행인 자력선에 의한 자장강도는 제3도(a)와 같이 된다.

그리고, 종래예와 마찬가지로 스패터링을 행하면 자장과 전장에 의한 전자의 나선운동이 지면에 대해서 아래쪽으로 한정되기 때문에, 그 아래쪽으로 갈수록 전자의 원자, 분자와의 충돌이 늘어나고, 플라즈마밀도가 높아진다. 다음에, 어떤 일정시간후 스패터링을 유지한 상태로 자기회로회전축(17)을 에어실린더등에 의해, 좌우의 자기회로를 동기시켜서 순간적으로 180°회전시킨다. 이에 의해 자력선(16)은 지면에 대해서 우로부터 좌로 통과하게 되고, 자장과 전장에 의한 나선운동이 지면에 대해서 윗쪽으로 변화하고, 플라즈마 밀도도 윗쪽이 높아진다. 이 상태에서의 자장강도는 제3도(b)와 같이 (a)와는 강도가 동일하며 부호(방향)가 반대로 된다. 또 어떤 일정시간후, 자속의 방향을 반전하고, 이하 스패터링이 종료할때까지 상기의 동작을 반복하므로써, 자장과 전장에 의한 전자의 나선운동이 한방향으로 한정되어 버리는 일이 없이 플라즈마의 불균일성이 상쇄되고, 막두께 분포도 제4도에 표시한 바와 같이 대폭으로 개선된다.

또한, 본 실시예에서는 자력선의 강하기를 일정하게 하였으나, 좌우의 자기회로를 구성하는 자석을 분할해서 타겟의 표면에서의 자력선의 강하기를 부분적으로 변화시켜도 상관없다.

이상과 같이 본 발명의 스패터링 전극은, 직사각형 평판타겟을 가지고, 이 타겟의 표면에 대해서 평행으로 자력선이 통과하도록 자석을 배치한 스패터링 전극에 있어서, 타겟의 표면을 통과하는 자력선의 방향을 180 변경할 수 있도록 상기 자석의 극성을 반전하는 수단을 구비하고 있기 때문에 형성되는 박막의 기판면내, 배치사이에 있어서의 막두께 및 막질의 균일성을 향상 및 타겟의 이용효율의 향상이 달성된다. 또 강자성체 타겟의 고속 또한 효율적인 스패터링도 가능하게 된다.

Claims

직사각형 평판타겟을 가지고, 상기 직사각형 평판타겟의 표면을 평행으로 자력선이 통과하도록 자석을 배치한 스패터링 전극에 있어서, 상기 직사각형 평판타겟의 표면을 평행으로 통과하는 자력선의 방향을 180°변경하기 위하여, 상기 자석의 극성을 반전하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 스패터링 전극.