KR20140068962A

KR20140068962A - 스퍼터링 박막 형성 장치

Info

Publication number: KR20140068962A
Application number: KR1020147006515A
Authority: KR
Inventors: 유이치 세츠하라; 아키노리 에베
Original assignee: 가부시키가이샤 이엠디
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2014-06-09
Also published as: KR20180027635A; CN103764868A; WO2013030954A1; EP2752501A1; US20140216928A1; CN103764868B; EP2752501A4

Abstract

제막(製膜) 속도가 높고, 품질이 높은 박막을 형성할 수 있는 스퍼터링 박막 형성 장치를 제공한다. 스퍼터 장치(10)는, 진공 용기(11) 내에 마련된 타겟 홀더(14)와, 타겟 홀더(14)에 대향하여 마련된 기판 홀더(15)와, 진공 용기(11) 내에 플라즈마 생성 가스를 도입하는 수단(19)과, 타겟(T)의 표면을 포함하는 영역에 스퍼터용 전계를 생성하는 수단(161)과, 진공 용기(11)의 벽의 내면과 외면의 사이에 마련되며, 유전체 창(窓, 183)에 의해 진공 용기의 내부와 구획된 고주파 안테나 배치실(182)과, 고주파 안테나 배치실(182) 내에 배치되며, 타겟 유지 수단에 유지된 타겟의 표면을 포함하는 영역에 고주파 유도 전계를 생성하는 고주파 안테나(13)를 구비한다.

Description

스퍼터링 박막 형성 장치{SPUTTERING THIN FILM FORMING APPARATUS}

본 발명은, 플라즈마에 의해 타겟을 스퍼터하고, 기판 표면에 소정의 박막을 형성하는 스퍼터링 박막 형성 장치에 관한 것이다.

종래부터, 진공 용기 내에 금속 스퍼터링 타겟(캐소드(cathode))과 기판을 대향하도록 배치한 평행 평판형 스퍼터링 박막 형성 장치가 많이 이용되고 있다. 이 장치에서는, 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 진공 용기 내에 도입하고, 타겟에 직류 전압 또는 고주파 전압을 인가하는 것에 의해, 타겟의 표면에 수직인 전계를 생성하며, 그것에 의해 해당 타겟 근방에 방전 플라즈마를 생성한다. 이렇게 하여 생성된 플라즈마 중의 이온에 의해, 타겟을 스퍼터하여, 기판의 표면에 목적의 박막을 형성한다.

그렇지만, 이 평행 평판형 스퍼터링 박막 형성 장치에서는, 스퍼터 속도를 충분히 빠르게 할 수 없다. 타겟 표면에 수직인 방향의 전계를 강하게 하면, 스퍼터 속도가 상승하여, 어느 정도의 제막(製膜) 속도의 향상을 도모할 수 있지만, 높은 에너지의 이온이 타겟에 충돌한 후 되돌아 튀어, 기판에 입사하는 것에 의한 기판측의 데미지(플라즈마 데미지)도 커진다.

고속 제막을 가능하게 하는 스퍼터링 박막 형성 장치의 일례로서, 마그네트론 스퍼터링 박막 형성 장치를 들 수 있다. 마그네트론 스퍼터링 박막 형성 장치에서는, 타겟의 배면에 마련된 전자석 또는 영구 자석에 의해 타겟의 표면 근방의 공간에 이 표면에 평행한 자계를 생성함과 아울러, 타겟에 직류 전압 또는 고주파 전압을 인가하여 이 표면과 수직인 전계를 생성한다. 이들 자계 및 전계를 이용하여, 타겟 표면 근방에 플라즈마를 국소화(局所化)시켜 생성하고, 그곳에서의 플라즈마 밀도를 높이는 것에 의해, 플라즈마로부터 정(正)이온(양이온)을 타겟에 조사하여 타겟을 효율 좋게 스퍼터한다. 마그네트론 스퍼터링 장치에서는 자계를 이용하지 않은 경우에 비해, 제막 속도가 빠르고, 플라즈마를 타겟 표면 근방에 국소화하는 것에 의해 기판의 온도 상승이 작아짐과 아울러 기판의 손상을 억제하기 쉬운 점 등의 특징이 있다.

그렇지만, 이와 같은 마그네트론 스퍼터링 박막 형성 장치에서도, 플라즈마 CVD 장치 등과 비교하면, 제막 속도는 아직 충분히 빠르다고는 말할 수 없다.

또, 산화물 박막을 형성할 때에 행해지는 반응성 스퍼터링에서는, 타겟의 표면이 산소와 반응하여 산화물로 덮이기 때문에, 타겟 표면이 차지 업(charge up)하고, 타겟 표면의 전계가 완화되어 버린다. 그 결과, 플라즈마 밀도가 저하하고, 기판 상에서의 제막 속도가 현저하게 저하한다. 이와 같이, 종래의 평행 평판형 스퍼터링 박막 형성 장치나 마그네트론 스퍼터링 박막 형성 장치에서는 산화물 박막을 고속으로 형성하는 것은 곤란했다.

특허 문헌 1에는, 상술한 마그네트론 스퍼터링 박막 형성 장치의 구성에 더하여, 제막실 내에서 타겟과 기판의 사이에 고주파 코일을 마련한 스퍼터링 박막 형성 장치가 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 2에는, 제막실 밖에 고주파 코일을 마련한 마그네트론 스퍼터링 박막 형성 장치가 개시되어 있다. 이들 장치에서는, 통상의 마그네트론 스퍼터링 장치와 마찬가지로 자계 및 전계가 생성되는 것에 더하여, 고주파 코일에 의해 타겟 표면 근방에 고주파 유도 전계가 생성된다. 이것에 의해, 타겟을 스퍼터하는 이온이 증가하여, 제막 속도가 높아진다. 또, 이와 같이 타겟을 스퍼터하는 이온이 증가하기 때문에, 산화물이나 질화물 등의 박막을 생성하는 경우에는, 타겟 표면에서 생성된 산화물, 질화물 등의 반응 생성물이 즉시 스퍼터되어, 타겟 표면이 화합물로 덮이지 않는다. 이것에 의해, 반응성 스퍼터링에서도 제막 속도의 저하를 막을 수 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 2000-273629호공보([0007]-[0009], 도 2, 도 4) 특허 문헌 2 : 일본특허공표 2002-513862호공보([0020]-[0021], [0028] , 도 2, 도 5)

특허 문헌 1에 기재된 스퍼터링 박막 형성 장치에서는, 고주파 코일이 제막실 내에 배치되어 있기 때문에, 고주파 코일도 플라즈마에 노출되어, 스퍼터되어 버린다. 그 결과, 고주파 코일의 재료가 불순물로서 박막에 혼입해 버려, 박막의 품질이 저하할 우려가 있다. 또, 고주파 코일이 기판과 타겟의 사이에 배치되기 때문에, 고주파 코일이 없는 경우와 비교하면 타겟과 기판의 사이의 거리가 길어지지 않을 수 없다. 그 결과, 타겟 입자가 확산하여, 기판에 도달하는 타겟 입자가 감소하는 것에 의해, 제막 속도가 저하한다.

한편, 특허 문헌 2에 기재된 스퍼터링 박막 형성 장치에서는, 고주파 코일을 제막실 밖에 배치하기 때문에, 고주파 코일이 스퍼터되거나, 타겟 입자가 확산하는 문제는 생기지 않지만, 고주파 코일을 제막실 내에 마련한 경우 보다도 제막실 내의 고주파 유도 전계의 강도가 약해진다고 하는 문제가 있다.

본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 고품질인 박막을 고속으로 형성할 수 있는 스퍼터링 박막 형성 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치는,

a) 진공 용기와,

b) 상기 진공 용기 내에 마련된 타겟 유지 수단과,

c) 상기 타겟 유지 수단에 대향하여 마련된 기판 유지 수단과,

d) 상기 진공 용기 내에 플라즈마 생성 가스를 도입하는 플라즈마 생성 가스 도입 수단과,

e) 상기 타겟 유지 수단에 유지되는 타겟의 표면을 포함하는 영역에 스퍼터용 직류 전계 또는 고주파 전계를 생성하는 전계 생성 수단과,

f) 상기 진공 용기의 벽의 내면과 외면의 사이에 마련되며, 유전체제(誘電體製)의 구획재에 의해 진공 용기의 내부와 구획된 안테나 배치부와,

g) 상기 안테나 배치부 내에 배치되며, 상기 타겟 유지 수단에 유지된 타겟의 표면을 포함하는 영역에 고주파 유도 전계를 생성하는 고주파 안테나를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치에서는, 전계 생성 수단에 의해 생성된 전계에 의해, 전리(電離)한 플라즈마 생성 가스의 분자에 유래하는 플라즈마가 타겟 표면 부근에 생성된다. 그것에 더하여, 타겟 표면을 포함하는 영역에, 고주파 안테나에 의해 플라즈마를 생성하고, 타겟 표면 근방에서의 스퍼터 방전에 중첩하는 것에 의해, 타겟 표면 근방의 플라즈마를 고밀도로 유지하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 보다 고속으로 스퍼터링을 행할 수 있다. 또, 반응성 스퍼터링 제막 프로세스에서, 타겟 표면에 산화물, 질화물 등의 생성물이 부착해도, 고주파 안테나에 의해서 생성되는 플라즈마에 의해, 타겟 표면 근방의 플라즈마를 고밀도로 유지할 수 있기 때문에, 그와 같은 생성물을 제거할 수 있다. 이 때문에, 이와 같은 생성물이 타겟의 표면을 덮지 않고, 그것에 의해 제막 속도의 저하를 막을 수 있다.

그리고, 고주파 안테나 배치부와 진공 용기의 내부가 유전체제의 구획재로 구획되어 있기 때문에, 고주파 안테나가 진공 용기 내의 플라즈마에 노출되어 스퍼터되지 않는다. 따라서, 기판 상에 형성되는 박막에 고주파 안테나의 재료가 혼입하지 않는다.

또, 고주파 안테나가, 진공 용기의 벽의 내면과 외면의 사이에 마련된 고주파 안테나 배치부 내에 배치되어 있기 때문에, 진공 용기의 밖에 고주파 안테나가 마련된 경우 보다도 강한 고주파 유도 전계를 진공 용기의 내부에 생성할 수 있음과 아울러, 타겟 유지 수단과 기판 유지 수단의 거리를 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 제막 속도를 높일 수 있다.

본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치는, 상기 직류 전계 또는 고주파 전계와 직교하는 성분을 가지는 자계(磁界)를 상기 타겟의 표면을 포함하는 영역에 생성하는 자계 생성 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같은 자계 생성 수단을 이용하는 것에 의해, 전계 생성 수단과 고주파 안테나에 의해서 생성된 플라즈마가 상기 자계에 의해 타겟 표면 근방에 국소화하기 때문에, 플라즈마 밀도가 더 높아져, 타겟을 보다 효율 좋게 스퍼터할 수 있다. 한편, 본 발명은, 예를 들면 기판 유지 수단과 타겟 유지 수단을 2개의 전극을 전계 생성 수단으로 하는 2극(極) 스퍼터링 장치와 같이, 자계 생성 수단을 가지지 않은 스퍼터링 박막 형성 장치에도 적용할 수 있다.

본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치는, 상기 기판 유지 수단에 유지된 기판의 표면을 포함하는 영역에 고주파 유도 전계를 생성하는 기판 활성화용 고주파 안테나를 구비할 수 있다. 그것에 의해, 기판의 표면이 활성화되어, 기판 표면에서의 박막 형성 프로세스에 관련되는 반응이 촉진된다. 기판 활성화용 고주파 안테나는, 진공 용기 내에 마련할 수도 있지만, 타겟 근방에 고주파 유도 전계를 생성하는 고주파 안테나와 동일한 이유에 의해, 진공 용기의 벽의 내면과 외면의 사이에 마련된 기판 활성화용 고주파 안테나 배치부 내에 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치는,

상기 진공 용기의 벽 중 상기 안테나 배치부가 마련된 부분이 해당 진공 용기 내로 돌출한 돌출부를 형성하고,

해당 돌출부의 측부 중 선단으로부터 적어도 일부가 유전체로 이루어지며,

해당 돌출부의 측부에 상기 타겟 유지 수단이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 돌출부 중 유전체로 이루어지는 부분에서, 고주파 안테나에서 생성된 고주파 유도 전계가 쉴드(shield)되지 않기 때문에, 타겟 유지 수단에 유지된 타겟의 표면 부근에 고주파 유도 전계를 효율 좋게 생성할 수 있다.

본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치에 의하면, 고주파 안테나를 진공 용기의 내면과 외면의 사이에 마련된 고주파 안테나 배치부 내에 배치하는 것에 의해, 타겟의 표면을 포함하는 영역에 강한 고주파 유도 전계를 생성할 수 있다. 그것에 의해 플라즈마의 밀도를 높여, 제막 속도를 높게 할 수 있다. 또, 고주파 안테나가 유전체제의 구획재에 의해 진공 용기 내와 분리되어 있어, 고주파 안테나가 플라즈마에 스퍼터되지 않는다. 그것에 의해, 고주파 안테나의 재료가 불순물로서 박막에 혼입하는 것을 막을 수 있어, 고품질인 박막을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치의 제1 실시예를 나타내는 종단면도.
도 2는 고주파 안테나의 예를 나타내는 측면도.
도 3은 본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치의 제2 실시예에서의 진공 용기의 저면을 나타내는 도면.
도 4는 제2 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치의 변형예에서의 진공 용기의 저면을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치의 제3 실시예를 나타내는 종단면도.
도 6은 본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치의 제4 실시예를 나타내는 종단면도.
도 7은 제4 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치의 변형예를 나타내는 종단면도.
도 8은 본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치의 제5 실시예를 나타내는 종단면도.
도 9의 (a)는 본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치의 제6 실시예를 나타내는 종단면도, 그리고 (b)는 그 부분 확대도.
도 10의 (a)는 고주파 안테나의 변형예를 나타내는 종단면도, 그리고 (b)는 요부(要部) 상면도.

도 1 ~ 도 10을 이용하여, 본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치의 실시예를 설명한다.

실시예 1

도 1 및 도 2를 이용하여, 제1 실시예에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치(10)에 대해서 설명한다. 이 스퍼터링 박막 형성 장치(10)는, 장방형(長方形)의 판 모양의 타겟(T)을 플라즈마에 의해 스퍼터하고, 기판(S)의 표면에 소정의 박막을 형성하기 위한 것이다.

스퍼터링 박막 형성 장치(10)는, 진공 펌프(도시하지 않음)에 의해 내부를 진공으로 하는 것이 가능한 진공 용기(11)와, 진공 용기 내에 플라즈마 생성 가스를 도입하는 플라즈마 생성 가스 도입 수단(19)과, 진공 용기(11)의 저부에 후술하는 바와 같이 마련된 마그네트론 스퍼터용 자석(12)과, 동일하게 진공 용기(11)의 저부에 후술하는 바와 같이 마련된 고주파 안테나(13)와, 마그네트론 스퍼터용 자석(12)의 상면에 마련된 타겟 홀더(14)와, 타겟 홀더(14)에 대향하여 마련된 기판 홀더(15)를 가진다. 타겟 홀더(14) 상면에는 판 모양의 타겟(T)을, 기판 홀더(15)의 하면에는 기판(S)을, 각각 장착할 수 있다. 또, 이 스퍼터링 박막 형성 장치(10)에는, 고주파 안테나(13)에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(161)과, 타겟 홀더(14)와 기판 홀더(15)의 사이에 타겟 홀더(14)측을 정(正)으로 하는 직류 전압을 인가하기 위한 직류 전원(162)이 마련되어 있다. 고주파 전원(161)은 임피던스 정합기(整合器, 163)를 매개로 하여 고주파 안테나(13)에 접속되어 있다.

진공 용기(11)의 저부(底部) 부재(111)에는, 개구(112)가 마련됨과 아울러, 그 개구(112)를 하측으로부터 막도록, 타겟 홀더(14) 및 마그네트론 스퍼터용 자석(12), 및 고주파 안테나(13)를 수용하기 위한 타겟·안테나 배치부(18)가 장착되어 있다. 타겟·안테나 배치부(18)와 진공 용기(11)의 저부 부재(111)의 접속부는 씰재(seal材)에 의해 기밀성이 확보되어 있다. 따라서, 타겟·안테나 배치부(18)의 벽은 진공 용기(11)의 벽의 일부로서의 역할을 가진다. 타겟·안테나 배치부(18)에는, 기판 홀더(15)의 바로 아래의 위치에 타겟 배치실(타겟 배치부, 181)이 마련되어 있다. 그것과 아울러, 타겟·안테나 배치부(18)의 벽내(즉 진공 용기(11)의 벽내)로서 타겟 배치실(181)의 측부에, 타겟 배치실(181)을 사이에 두도록 1쌍의 고주파 안테나 배치실(182)이 마련되어 있다.

타겟 배치실(181)은 상단(上端)에서 진공 용기(11)의 내부 공간(113)과 연통하고 있다. 타겟 배치실(181) 실내에는 마그네트론 스퍼터용 자석(12)이 놓여져 있다. 마그네트론 스퍼터용 자석(12)의 상하 방향의 위치는, 그 위에 마련된 타겟 홀더(14)에 놓여지는 타겟(T)의 상면이 타겟·안테나 배치부(18)의 상단 부근(상단과 동일 위치일 필요는 없음)에 배치되도록 조정되어 있다. 이와 같이 마그네트론 스퍼터용 자석(12) 및 타겟 홀더(14)가 마련되는 것에 의해, 타겟(T)은 진공 용기(11)의 내부 공간(113)과 연통한 공간 내에 배치된다.

또, 타겟 배치실(181) 상단의 내부 공간(113)과의 경계에는, 타겟 배치실(181)의 측벽으로부터 내측을 향해 연장하고, 타겟(T)의 4변의 가장자리 부근(가장자리를 포함하는 부분)을 위로부터 덮도록 차양(189)이 마련되어 있다.

고주파 안테나 배치실(182) 내에는 하측으로부터 고주파 안테나(13)가 삽입되어 있다. 고주파 안테나(13)는 금속제인 파이프 모양 도체를 U자형으로 굽힌 것이며(도 2), 2개의 고주파 안테나 배치실(182) 내에 1개씩,「U」자를 상하 반대 방향으로 한 상태로 세워서 마련되어 있다. 이와 같은 U자형의 고주파 안테나는 권수(卷數)가 1회 미만인 유도 결합 안테나에 상당하고, 권수가 1회 이상인 유도 결합 안테나 보다도 인덕턴스(inductance)가 낮기 때문에, 고주파 안테나의 양단에 발생하는 고주파 전압이 저감되어, 생성하는 플라즈마로의 정전(靜電) 결합에 따른 플라즈마 전위의 고주파 요동이 억제된다. 이 때문에, 대지(對地) 전위로의 플라즈마 전위 요동에 따른 과잉인 전자 손실이 저감되어, 플라즈마 전위가 저감된다. 이것에 의해, 기판 상에서의 저(低)이온 데미지의 박막 형성 프로세스가 가능해진다. 고주파 안테나(13)의 파이프는, 스퍼터링 박막 형성 장치(10)의 사용시에 물 등의 냉매를 통과시키는 것에 의해 고주파 안테나(13)를 냉각하는 기능을 가진다. 고주파 안테나(13)의 높이 방향의 위치는,「U」자의 저부와 타겟(T)의 상면이 동일한 정도의 높이(완전하게 동일할 필요는 없음)가 되도록 조정되어 있다.

고주파 안테나 배치실(182)과 진공 용기(11)의 내부 공간의 사이에는 유전체제의 창(유전체 창, 183)이 마련되어 있다. 또, 고주파 안테나 배치실(182) 내에는, 고주파 안테나(13) 이외의 공간을 메우는 괴(塊, 덩어리) 모양의 유전체제 충전재(184)가 충전되어 있다. 이상과 같이 고주파 안테나(13), 유전체 창(183) 및 유전체제 충전재(184)가 마련되는 것에 의해, 고주파 안테나(13)는, 진공 용기(11)의 내부 공간(113)에 생성되는 플라즈마에 노출되지 않는다. 단, 유전체 창(183) 자체는 이 플라즈마에 노출된다. 이 때문에, 유전체 창(183)의 재료에는, 석영 등, 내(耐)플라즈마성이 높은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 한편, 유전체제 충전재(184)는, 유전체 창(183)이 존재함으로써 플라즈마에 노출되지 않기 때문에, 내플라즈마성 보다도 오히려 가공성이 뛰어난 것을 이용하는 것이 바람직하다. 그와 같은 가공성이 뛰어난 재료에는, 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE), 폴리에테르에테르 케톤(PEEK) 등의 수지가 있다. 알루미나, 실리카 그 외의 세라믹스 등, 수지 이외의 것을 유전체제 충전재(184)의 재료로서 이용해도 괜찮다.

고주파 안테나(13)의 2개의 다리(「U」자에서의 2개의 세로선에 상당)에는 피드 스루(feed through)를 통해 뚜껑(185)이 장착되어 있다. 뚜껑(185)은 고주파 안테나 배치실(182)의 하부에 장착되는 것이며, 진공 씰에 의해, 고주파 안테나 배치실(182) 및 진공 용기(11)에 의해 구성되는 영역과 외부의 경계를 기밀하게 폐색(閉塞)할 수 있다. 또, 뚜껑(185)을 고주파 안테나 배치실(182)의 하부로부터 착탈하는 것에 의해, 그 뚜껑(185)을 따라서 고주파 안테나(13)를 고주파 안테나 배치실(182)로부터 용이하게 착탈할 수 있다.

제1 실시예에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치(10)의 동작을 설명한다.

우선, 타겟(T)을 타겟 홀더(14)에, 기판(S)을 기판 홀더(15)에, 각각 장착한다. 다음으로, 진공 펌프에 의해 진공 용기(11) 내를 진공으로 한 후, 진공 용기(11) 내가 소정의 압력이 되도록, 플라즈마 생성 가스 도입 수단(19)에 의해 플라즈마 생성 가스를 진공 용기(11) 내에 도입한다. 이어서, 마그네트론 스퍼터용 자석(12)의 전자석에 직류 전류를 흐르게 하는 것에 의해, 마그네트론 스퍼터용 자석(12)으로부터, 타겟(T)의 근방으로서 고주파 안테나(13)의 도체를 포함하는 영역 내에 자계를 생성한다. 그것과 함께, 타겟 홀더(14)와 기판 홀더(15)를 전극으로하여 양자 사이에 직류 전원(162)에 의해 직류 전압을 인가하고, 양전극 사이에 직류 전계를 생성한다. 또한, 고주파 전원(161)으로부터 고주파 안테나(13)에 고주파 전력을 투입하는 것에 의해, 고주파 안테나(13)의 주위에 고주파 유도 전계를 생성한다.

상기 자계, 상기 직류 전계 및 상기 고주파 유도 전계에 의해, 플라즈마 생성 가스의 분자가 전리하여 플라즈마가 생성된다. 그리고, 이 플라즈마로부터 공급되는 전자는, 상기 자계 및 상기 전계가 직교한 영역에서의 E×B 드리프트(drift)에 의해 효과적으로 갇혀, 가스 분자의 전리가 촉진되어, 다량의 양이온이 생성된다. 이들 양이온이 타겟(T)의 표면에 충돌하는 것에 의해, 타겟(T)의 표면으로부터 스퍼터 입자가 튀어 나온다. 그 스퍼터 입자는 타겟(T)의 표면으로부터 기판(S)의 표면에 수송되어, 기판(S)의 표면에 부착한다. 이렇게 하여 기판(S)의 표면에 스퍼터 입자가 퇴적하는 것에 의해, 박막이 형성된다.

본 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(10)에서는, 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치와 동일한 구성(마그네트론 스퍼터용 자석(12) 및 직류 전원(162))에 더하여 고주파 안테나(13)를 마련한 것에 의해, 마그네트론 스퍼터링 장치 또는 고주파 안테나 중 어느 일방만을 이용한 경우 보다도 고밀도의 플라즈마가 타겟(T)의 표면에 생성된다. 그것에 의해 타겟(T)의 스퍼터가 촉진되어, 제막 속도가 높아진다.

그리고, 고주파 안테나(13)는, 유전체 창(183)에 의해서 진공 용기(11)의 내부 공간(113)과 분리된 공간에 배치되어 있기 때문에, 고주파 안테나(13)가 내부 공간(113) 내의 플라즈마에 노출되어 스퍼터되지 않는다. 이 때문에, 기판(S) 상에 생성되는 박막에 고주파 안테나(13)의 재료가 불순물로서 혼입하는 것을 막을 수 있다. 그것과 함께, 고주파 안테나(13)의 온도가 상승하는 것을 억제할 수도 있다.

게다가, 고주파 안테나(13)는, 진공 용기(11)의 밖은 아니고, 진공 용기(11)의 벽내에 마련된 고주파 안테나 배치실(182)에 배치되기 때문에, 진공 용기(11)의 밖에 고주파 안테나를 배치한 경우 보다도 강한 고주파 유도 전계를 내부 공간(113)에 생성할 수 있다. 게다가, 타겟 홀더(14)와 기판 홀더(15)의 사이에는 고주파 안테나 등을 배치할 필요가 없기 때문에, 타겟 유지 수단과 기판 유지 수단의 사이의 거리를 짧게 할 수 있다. 이들에 의해, 제막 속도를 높일 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 타겟(T)의 4변의 가장자리 부근을 위로부터 덮도록 차양(189)이 마련되어 있는 것에 의해, 원하는 타겟 표면 영역만을 스퍼터하고, 타겟 유지 수단 등의 불필요하고 불순물 생성의 원인이 되는 부재의 스퍼터를 방지할 수 있다.

실시예 2

도 3을 이용하여, 제2 실시예에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치(20)에 대해서 설명한다. 본 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(20)는 장방형의 기판에 박막을 형성하기 위해서, 그 기판의 형상에 대응한 장방형의 타겟을 스퍼터하기 위한 장치이다. 이 스퍼터링 박막 형성 장치(20)에서는, 장방형의 타겟에 대응하여, 마그네트론 스퍼터용 자석(12A)의 상면 및 타겟 홀더(14A)도 장방형이다. 고주파 안테나 배치실(182A)은 마그네트론 스퍼터용 자석(12A)의 장변(長邊)의 양측부에 마련되며, 그 장변 방향으로 연장한 형상을 가진다. 유전체 창(183A)에는, 고주파 안테나 배치실(182A)의 형상에 대응한 장방형의 것이 이용되어 있다. 고주파 안테나 배치실(182A) 내에는 고주파 안테나(13)가 복수(이 예에서는 1실에 대해 4개), 고주파 안테나 배치실(182A)의 길이 방향으로 늘어 놓아져 있다. 고주파 전원은, 모든 고주파 안테나(13)에 병렬로 접속해도 괜찮고, 복수개씩의 고주파 안테나(13)에 그룹으로 나누어, 그룹마다 1개씩 병렬로 접속해도 좋으며, 또는 개개의 고주파 안테나(13)에 1개씩 접속해도 괜찮다. 여기까지 기술한 점 이외는, 스퍼터링 박막 형성 장치(20) 전체의 구성은 제1 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(10)의 구성과 동일하다.

스퍼터링 박막 형성 장치(20)의 동작도, 기본적으로는 제1 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(10)의 동작과 동일하다. 또한, 본 실시예에서는, 고주파 안테나 배치실(182A)의 길이 방향으로 복수 늘어 놓아진 고주파 안테나(13)에 각각 동일한 크기의 전력을 투입해도 괜찮고, 개개의 고주파 안테나에 다른 크기의 전력을 투입해도 괜찮다.

도 4를 이용하여, 제2 실시예의 변형예인 스퍼터링 박막 형성 장치(20A)를 설명한다. 스퍼터링 박막 형성 장치(20A)에서는, 각 고주파 안테나 배치실(182A)의 길이 방향으로 고주파 안테나가 3개씩 마련되어 있다. 이들 3개의 고주파 안테나 중 양단에 마련된 2개의 고주파 안테나 보다도, 한가운데에 마련된 1개의 고주파 안테나(13A)가,「U」자의 저부가 긴 형상을 가진다. 그것 이외의 점은, 스퍼터링 박막 형성 장치(20A)는 제2 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(20)와 동일한 구성을 가진다. 이 변형예에서는, 플라즈마 생성 장치에서는 일반적으로 진공 용기의 중심에 가까운 위치 보다도 단부(벽)에 가까운 위치쪽이 공간적인 밀도 구배(句配)가 커지기 때문에, 진공 용기(11)의 단부 부근에서의 밀도를 세밀하게 제어할 수 있도록 양단의 2개의 고주파 안테나(13)에서의 도체의 고주파 안테나 배치실(182A) 길이 방향의 길이를 짧게 하는 한편, 진공 용기(11)의 중앙 부근에서는 그다지 세밀한 제어가 필요하지 않기 때문에, 한가운데에 마련된 1개의 고주파 안테나(13A)의 도체를 길게 했다.

실시예 3

도 5를 이용하여, 제3 실시예에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치(30)에 대해서 설명한다. 본 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(30)는, 제1 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(10)에서의 유전체제 충전재(184) 대신에, 고주파 안테나 배치실(182A) 내를 진공으로 하기 위한 배기관(186)이 뚜껑(185A)에 마련되어 있다. 따라서, 진공 용기(11)의 내부 공간(113)에 더하여, 고주파 안테나 배치실(182A)도 진공이 되기 때문에, 보다 효율 좋게 내부 공간(113)에 고주파 유도 전계를 생성할 수 있다. 또, 유전체 창(183)의 표리(表裏) 양측의 압력차가 없기 때문에, 유전체 창(183)의 기계적 강도가 문제가 되지 않아, 그 두께를 얇게 할 수 있다고 하는 점에서도, 내부 공간(113)으로의 고주파 유도 전계의 생성 효율을 높일 수 있다. 스퍼터링 박막 형성 장치(30)의 동작은 제1 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(10)와 동일하다.

실시예 4

도 6을 이용하여, 제4 실시예에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치(40)에 대해서 설명한다. 본 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(40)는, 제1 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(10)에서의 기판 홀더(15)의 근방에 기판 활성화용 고주파 안테나(41)를 마련한 것이다. 기판 활성화용 고주파 안테나(41)는, 기판 홀더(15)에 장착된 기판(S)의 표면 부근에 고주파 유도 전계를 생성하고, 그 고주파 유도 전계에 의해서 기판(S) 표면의 원자를 활성화하는 것에 의해, 기판(S) 표면으로의 스퍼터 입자의 부착을 촉진하기 위한 것이다. 기판 활성화용 고주파 안테나(41)는 고주파 안테나(13)와 마찬가지로 금속제의 파이프 모양 도체를 U자형으로 구부린 것이다. 기판 활성화용 고주파 안테나(41)의 도체의 주위에는, 그것을 플라즈마나 스퍼터 입자로부터 보호하기 위한 유전체제의 파이프(411)가 마련되어 있다. 이와 같은 기판 활성화용 고주파 안테나(41)를 이용하는 점을 제외하고, 스퍼터링 박막 형성 장치(40)의 구성 및 동작은 제1 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(10)와 동일하다.

도 7을 이용하여, 제4 실시예의 변형예인 스퍼터링 박막 형성 장치(40A)를 설명한다. 이 예는, 기판 활성화용 고주파 안테나(41A)를 고주파 안테나(13)와 마찬가지로 진공 용기(11A)의 벽내에 마련한 것이며, 구체적으로는 이하의 구성을 가진다. 이 스퍼터링 박막 형성 장치(40A)에서는, 진공 용기(11A)의 상면에 개구가 마련되어 있으며, 그 개구를 상측으로부터 기밀하게 막도록 기판·안테나 배치부(42)가 장착되어 있다. 기판·안테나 배치부(42)에는, 타겟 홀더(14)와 대향하도록 기판 홀더(15A)가 마련되어 있음과 아울러, 기판 홀더(15A)의 양측부에 기판 활성화용 고주파 안테나 배치실(43)이 마련되어 있다. 기판 활성화용 고주파 안테나 배치실(43)에는, 상측으로부터 기판 활성화용 고주파 안테나(41A)가 삽입되어 있으며, 게다가 기판 활성화용 고주파 안테나(41A)의 주위에 유전체제의 충전제가 충전되어 있다. 기판 활성화용 고주파 안테나 배치실(43)과 진공 용기(11A)의 내부 공간(113)의 사이에는, 유전체제의 창(제2 유전체 창, 44)이 마련되어 있다. 변형예의 스퍼터링 박막 형성 장치(40A)의 동작은 제4 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(40)의 동작과 동일하다.

실시예 5

여기까지 설명한 각 실시예에서는 마그네트론 스퍼터용 자석(자계 생성 수단)을 이용하고 있지만, 본 발명은 마그네트론 스퍼터용 자석을 사용하지 않은 스퍼터링 박막 형성 장치에도 적용할 수 있다. 도 8에 나타낸 스퍼터링 박막 형성 장치(50)는, 타겟 홀더(14B)를 제1 전극, 그것에 대향하는 기판 홀더(15)를 제2 전극으로 하고, 그들 양전극의 사이에, 타겟 홀더(14B)측을 부(負, 음)로 하는 전압을 인가하는 직류 전원(162A)을 가진다. 그 한편, 스퍼터링 박막 형성 장치(50)에는, 마그네트론 스퍼터용 자석(12)에 상당하는 것은 마련되어 있지 않다. 이러한 점 이외는 제1 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치(10)와 동일하다. 이 스퍼터링 박막 형성 장치(50)는, 종래의 2극(極) 스퍼터링 장치에 고주파 안테나(13)를 마련한 것에 상당하며, 종래의 2극(極) 스퍼터링 장치 보다도 고속으로 제막을 행할 수 있다.

실시예 6

도 9를 이용하여, 제6 실시예에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치(60)에 대해서 설명한다. 이 스퍼터링 박막 형성 장치(60)에는, 진공 용기(11B)의 저부 부재(111B)에 마련된 개구(112B)에, 해당 개구(112)를 상측으로부터 막도록 타겟·안테나 배치부(18B)가 마련되어 있다. 타겟·안테나 배치부(18B)에는, 평판의 상면(진공 용기(11B)의 내부 공간(113B)측)으로 돌출하는 돌출부(61)가 2개 마련되어 있다. 그들 2개의 돌출부(61)의 사이에는 제1 ~ 제4 실시예와 동일한 마그네트론 스퍼터용 자석(12) 및 타겟 홀더(14)가 마련되며, 돌출부(61) 내에는 안테나 배치부(182B)가 마련되어 있다. 안테나 배치부(182B) 내에는, 제1 ~ 제5 실시예와 동일한 고주파 안테나(13)가 수용되며, 고주파 안테나(13)의 주위에는 유전체제 충전재(184)가 채워져 있다. 또한, 유전체제 충전재(184) 중 일부분(1841)은 다른 부분과 분할되어 있다. 고주파 안테나(13)를 안테나 배치부(182B)로부터 떼어낼 때에, 이 일부분(1841)은 고주파 안테나(13)와 함께 안테나 배치부(182B)로부터 빼내어진다. 타겟·안테나 배치부(18B)는, 기본적으로는 금속제이지만, 돌출부(61)의 선단(환언하면 상단, 혹은 내부 공간(113B)측의 단부)으로부터 근원측(하측)을 향하여, 일부분이 유전체제 부재(62)에 의해 형성되어 있다. 그 외의 구성은 제1 실시예와 동일하다.

유전체제 부재(62)는, 안테나 배치부(182B) 내의 고주파 안테나(13)에 의해 생성되는 고주파 유도 전계를 쉴드하지 않는다. 이 때문에, 안테나 배치부(182B) 밖에 있는 타겟 유지 수단에 유지된 타겟(T)의 표면 부근에 고주파 유도 전계를 효율 좋게 생성할 수 있다.

(그 외의 실시예)

본 발명에 관한 스퍼터링 박막 형성 장치는 상기 실시예 1 ~ 6에 한정되지 않는다.

예를 들면, U자형의 고주파 안테나(13) 대신에, 타겟 배치실(181)을 둘러싸도록 거의 1주(周, 바퀴)(단 완전하게는 1주하지 않기 때문에, 권수는 1주 미만)의 고주파 안테나(13B)를 이용해도 괜찮다(도 10).

또, 상기 실시예에서는 진공 용기의 벽과는 별체의 안테나 배치부(고주파 안테나 배치실) 내에 고주파 안테나를 배치했지만, 진공 용기의 벽과 안테나 배치부는 일체의 것으로 해도 괜찮다.

상기 실시예에서는 고주파 안테나의 주위에 유전체제 충전재를 마련하거나 고주파 안테나 배치실 내를 진공으로 하는 것에 의해, 고주파 안테나와 외기가 접촉하지 않도록 했지만, 양자가 접촉하는 경우도 본 발명의 범위 내에 포함된다. 단, 불필요한 방전을 일으키지 않도록, 상기 실시예의 같이 양자를 접촉시키지 않는 쪽이 바람직하다.

상기 실시예에서는 타겟 홀더와 접지의 사이에, 타겟 홀더측을 부(負)로 하는 직류 전압을 인가했지만, 그 대신에, 양자 사이에 고주파 전압을 인가해도 괜찮다.

진공 용기(11) 내에는, 플라즈마 생성 가스에 더하여, 타겟 입자와 반응하여 막의 재료가 되는 반응성 가스를 도입할 수 있다. 특히, 산소 혹은 질소 등의 반응성 가스를 혼입하여 이용하는 경우에는, 종래의 반응성 스퍼터링 박막 형성 장치에서는 타겟 홀더 상의 타겟의 표면에 화합물(산화물 혹은 질화물 등)층이 형성되는 것에 의해 스퍼터 속도가 저하한다고 하는 문제가 있었지만, 본 실시예의 스퍼터링 박막 형성 장치에서는 타겟 표면이 화합물층으로 덮인 경우에도, 유도 결합 플라즈마를 스퍼터 방전에 중첩하는 것에 의해, 타겟 표면 근방의 플라즈마가 높은 밀도로 유지되기 때문에, 고속으로의 스퍼터를 유지할 수 있다.

상기 실시예에서는 타겟 배치실 및 안테나 배치부(실(室))를 진공 용기의 내부 공간의 하부에, 기판 홀더를 내부 공간의 상부에 마련했지만, 타겟 배치실 및 안테나 배치부(실)를 내부 공간의 하부에, 기판 홀더를 내부 공간의 상부에 마련해도 좋다.

10, 20, 20A, 30, 40, 40A, 50, 60, 70 … 스퍼터링 박막 형성 장치
11, 11A, 11B … 진공 용기 111, 111B … 저부 부재
112, 112B … 개구 113, 113B … 내부 공간
12, 12A … 마그네트론 스퍼터용 자석
13, 13A, 13B … 고주파 안테나
14, 14A, 14B … 타겟 홀더 15, 15A … 기판 홀더
161 … 고주파 전원 162, 162A … 직류 전원
163 … 임피던스 정합기
18, 18B … 타겟·안테나 배치부
181, 181B … 타겟 배치실
182, 182A, 182B … 고주파 안테나 배치실(안테나 배치부)
183, 183A … 유전체 창(유전체제의 구획재)
184 … 유전체제 충전재 185, 185A … 뚜껑
186 … 배기관 189 … 차양
19 … 플라즈마 생성 가스 도입 수단
41, 41A … 기판 활성화용 고주파 안테나 411 … 파이프
42 … 기판·안테나 배치부
43 … 기판 활성화용 고주파 안테나 배치실 44 … 제2 유전체 창
61 … 돌출부 62 … 유전체제 부재

Claims

a) 진공 용기와,
b) 상기 진공 용기 내에 마련된 타겟 유지 수단과,
c) 상기 타겟 유지 수단에 대향하여 마련된 기판 유지 수단과,
d) 상기 진공 용기 내에 플라즈마 생성 가스를 도입하는 플라즈마 생성 가스 도입 수단과,
e) 상기 타겟 유지 수단에 유지되는 타겟의 표면을 포함하는 영역에 스퍼터용 직류 전계 또는 고주파 전계를 생성하는 전계 생성 수단과,
f) 상기 진공 용기의 벽의 내면과 외면의 사이에 마련되며, 유전체제(誘電體製)의 구획재에 의해 진공 용기의 내부와 구획된 안테나 배치부와,
g) 상기 안테나 배치부 내에 배치되며, 상기 타겟 유지 수단에 유지된 타겟의 표면을 포함하는 영역에 고주파 유도 전계를 생성하는 고주파 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 직류 전계 또는 고주파 전계와 직교하는 성분을 가지는 자계(磁界)를 상기 타겟의 표면을 포함하는 영역에 생성하는 자계 생성 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 안테나 배치부 내에 유전체제의 충전재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 안테나 배치부 내가 진공인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 있어서,
상기 고주파 안테나 배치부의 측부에, 상기 타겟 유지 수단 및 해당 타겟 유지 수단에 유지되는 타겟을 수용하고, 상기 진공 용기 내(內)와 연통하는 타겟 배치부를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 고주파 안테나가, 권수(卷數)가 1주(周, 바퀴) 미만의 도체인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 고주파 안테나가 U자형인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나에 있어서,
상기 고주파 유도 결합 플라즈마 생성 수단이 복수개 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.
청구항 8에 있어서,
복수의 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 생성 수단에 의해 생성되는 고주파 유도 전계의 강도가 고주파 유도 결합 플라즈마 생성 수단마다 다른 값으로 설정 가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판 유지 수단에 유지된 기판의 표면을 포함하는 영역에 고주파 유도 전계를 생성하는 기판 활성화용 고주파 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 기판 활성화용 고주파 안테나가, 상기 진공 용기의 벽의 내면과 외면의 사이에 마련된 기판 활성화용 고주파 안테나 배치부 내에 배치되며, 해당 기판 활성화용 고주파 안테나와 상기 진공 용기의 내부의 사이에 유전체제의 제2 구획재가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나에 있어서,
상기 진공 용기의 벽 중 상기 안테나 배치부가 마련된 부분이 해당 진공 용기 내로 돌출한 돌출부를 형성하고,
해당 돌출부의 측부 중 선단으로부터 적어도 일부가 유전체(誘電體)로 이루어지며,
해당 돌출부의 측부에 상기 타겟 유지 수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 박막 형성 장치.