KR100615375B1

KR100615375B1 - 스퍼터링 장치

Info

Publication number: KR100615375B1
Application number: KR1020000019286A
Authority: KR
Inventors: 나까지마구니아끼; 곤도도모야스; 사호다즈요시; 히구찌야스시; 고마쯔다까시
Original assignee: 가부시키가이샤 아루박
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2006-08-25
Also published as: JP2000297369A; US6217730B1; TW524869B; JP4137277B2; KR20000071671A

Abstract

입사각을 작게 할 수 있는 스퍼터링장치를 제공한다.

진공챔버 (11) 내에, 타겟 (5₁∼ 5₃)과 같은 위치에 구멍 (31 ∼ 33) 이 설치된 복수의 실드판 (21 ∼ 23) 을 배치한다. 타겟 (5₁∼ 5₃) 으로부터 비스듬하게 튀어 나온 스퍼터링입자는 실드판 (21 ∼ 23) 의 표면에 부착되고, 수직으로 튀어나온 것만이 기판 (12) 표면에 도달할 수 있다. 따라서, 높은 종횡비의 미세공내에 박막을 균일하게 형성할 수 있다. 스퍼터링가스를 타겟 (5₁∼ 5₃) 부근으로부터 유입하고, 반응성 가스를 기판 (12) 부근으로부터 유입하고, 기판 (12) 부근으로부터 진공배기하면, 타겟 (5₁∼ 5₃) 측에는 반응성 가스가 진입하지 않으므로, 타겟 (5₁ ∼ 5₃) 표면의 변질을 방지할 수 있다.

Description

스퍼터링장치{SPUTTERING DEVICE}

도 1 는 본 발명의 스퍼터링장치의 일례를 설명하기 위한 도.

도 2 는 그 스퍼터링장치의 스퍼터링입자의 입사상태를 설명하기 위한 도.

도 3 은 타겟 및 캐소드 전극의 배치 상태를 설명하기 위한 도.

도 4 는 실드판에 형성된 구멍의 배치 상태를 설명하기 위한 도.

도 5 는 N₂가스와 막형성속도의 관계를 나타내는 그래프.

도 6 은 진공챔버내의 압력과 방전개시전압의 관계를 나타내는 그래프.

도 7 은 타겟으로의 인가전압과 흐르는 전류의 관계를 나타내는 그래프.

도 8 은 기판면내에 있어서의 비대칭성과 밑면 적용범위의 관계를 나타내는 그래프.

도 9 는 비대칭성 및 밑면 적용범위의 산출방법을 설명하기 위한 도.

도 10a 는 스퍼터링장치의 예를 설명하기 위한 도.

도 10b 는 스퍼터링장치의 스퍼터링입자의 입자상태를 설명하기 위한 도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2 : 스퍼터링장치 5₁∼ 5₉: 타겟

11 : 진공챔버 13 : 기판 배치부

15 : 타겟 홀더 21 ∼ 23 : 실드판

26, 27 : 실드링 31, 32, 33 : 구멍

39 : 법선 51 : 제 1 가스 유입구

52 : 제 2 가스 유입구

본 발명은 스퍼터링장치의 기술분야에 관한 것으로, 특히, 멀티 캐소드의 스퍼터링장치에 관한 것이다.

스퍼터링장치는, 반도체 장치나 액정표시장치의 기술분야에 있어서 금속박막이나 절연막을 형성하기 위해 널리 사용되고 있다.

도 10a 의 도면부호 102 는 스퍼터링장치의 예를 나타내고 있다.

이 스퍼터링장치 (102) 는 진공챔버 (111) 를 가지고 있고, 이 진공챔버 (111) 의 저벽상에는 기판 배치부 (113) 가 배치되며, 진공챔버 (111) 의 천정부근의 기판배치부 (113) 상방위치에는 타겟 홀더 (115) 가 배치되어 있다. 이 타겟 홀더 (115) 의 기판 배치부 (113) 측의 표면에는, 원통형 형상의 실드통 (106) 이 복수개 설치되어 있다. (이 도면에서는, 세 개의 실드통 (106₁∼ 106₃) 이 나타나 있다.)

각 실드통 (106₁∼ 106₃) 내에는 타겟 (105₁ ∼ 105₃) 이 한 개씩 배치되어 있고, 기판 배치부 (113) 상에 성막 대상의 기판을 설치하였을 때 그 기판과 각 타겟 (115) 이 마주 향하도록 구성되어 있다.

이 스퍼터링장치 (102) 에서 스퍼터링을 행한 경우, 각 타겟 (105₁ ∼ 105₃)으로부터 방출된 스퍼터링 입자 가운데, 타겟 (105₁ ∼ 105₃) 으로부터 비스듬이 튀어 나온 것은 실드통 (106) 벽면에 부착되고, 수직으로 튀어 나온 것만이 실드 통 (106) 을 통과할 수 있다.

도 10b 의 도면부호 112 는, 기판 배치부 (113) 상에 재치한 기판을 나타내고 있고, 실드통 (106) 을 통과한 스퍼터링입자가 기판 (112) 에 입사하면, 그 스퍼터링입자와 기판 (112) 표면이 이루는 각도는 최소 Φ로 되어 있다 (입사각은 π/ 2 - Φ). 이 각도 (Φ) 로 입사할 경우에 스퍼터링입자의 입사각은 최대로 된다.

타겟 홀더 (115) 의 뒷면에는 회전축 (117) 이 부착되어 있다. 이 회전축 (117) 은 진공챔버 (111) 밖으로 기밀하게 도출되어 있고, 회전축 (117) 을 회전시키면 타겟 홀더 (115) 가 회전하여, 각 타겟 (105₁ ∼ 105₃) 이 기판 배치부 (113) 에 대하여 평행하게 수평 회전할 수 있도록 되어 있다. 도면부호 118 는 그 회전축 선이다.

상기와 같은 스퍼터링장치 (102) 에서는 타겟 홀더 (115) 를 회전시키면서 스퍼터링을 행하면, 기판 (112) 표면으로의 입사각이 작은 상태에서, 기판 (112) 표면에 박막이 균일하게 성막된다. 따라서, 높은 종횡비의 미세구멍내에도 균일하게 막을 형성할 수 있다.

그러나, 실드통 (106₁∼ 106₃) 의 내벽에 스퍼터링 입자가 부착되기 때문에, 그 부분에 박막이 형성되어, 박리하면 파티클이 된다는 문제점이 있다. 또, 파티클이 발생하지 않는 표면처리를 실드통 (106₁∼ 106₃) 의 내벽면에 시행하려고 해도, 통내부에는 용사 (溶射) 총 (gun) 이 들어가지 않기 때문에 곤란하다.

또한, 반응성 스퍼터링을 행할 경우, 실드통 (106₁∼ 106₃) 내에는, 스퍼터링가스만이 아니고 반응성가스도 침입해버리기 때문에, 금속 타겟 표면이 질화되어버리고 (예를 들면, Ti 타겟 표면에 TiN 이 형성되어 버린다), 스퍼터링율이 떨어져서, 막형성속도가 저하되어버리는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기위해 창작된 것으로, 원통 실드를 이용하지 않고 입사각을 작게 할 수 있는 스퍼터링장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 진공챔버와, 상기 진공챔버내에 배치되고, 기판이 배치되는 기판 배치부와, 표면이 상기 기판 배치부상의 기판과 대향하여 배치된 복수의 타겟과, 복수의 구멍이 설치되고 상기 기판 배치부와 상기 각 타겟과의 사이에 서로 평행하게 간격을 두고 배치된 복수의 실드판을 갖는 스퍼터링장치이다.

본 발명에서는, 그 스퍼터링의 상기 각 타겟을 상기 각 실드판의 구멍을 통해 상기 기판 배치부에 마주하도록 구성할 수 있다.

그 경우, 상기 각 타겟 표면에 수직인 법선이 상기 각 실드판의 구멍을 통과하여 상기 기판표면에 이르도록 구성할 수 있다.

타겟 표면에 수직하는 법선, 또는 캐소드 전극 표면에 수직하는 법선은, 적어도 타겟 또는 캐소드 전극의 중심에 위치하는 것이, 구멍을 통과하여, 기판표면에 수직하게 입사하도록 되어있으면 된다.

상기 각 타겟은 상기 기판 배치부의 상방에 배치할 수 있다. 이 경우, 상기 각 실드판에 부착된 박막이 낙하하지 않는다.

또한, 본 발명의 스퍼터링장치는 상기 각 타겟과 상기 각 실드판이 서로 상대적으로 정지한 상태에서, 상기 기판 배치부에 대하여 상대적으로 회전하도록 구성할 수 있다.

이 경우, 진공챔버에 대하여 기판이 정지하고, 타겟과 각 실드판이 회전할수 있다. 한편, 진공챔버에 대하여 타겟과 각 실드판이 정지하고, 기판이 회전해도 된다.

상기 각 타겟은 동일한 타겟 홀더에 고정할 수 있다.

또한, 본 발명의 스퍼터링장치에서는, 상기 진공챔버에 스퍼터링가스를 유입하는 제 1 가스 유입구와 반응성 가스를 유입하는 제 2 가스유입구를 설치할수 있다.

이 경우, 상기 제 1 가스 유입구를 상기 제 2 가스 유입구보다도 상기 타겟에 가까운 위치에 배치하면 된다.

또한 이 경우, 상기 제 1 가스 유입구로부터 상기 진공챔버내로 유입되는 상 기 스퍼터링가스가, 상기 타겟에 가장 가까운 실드판과 상기 타겟 사이로 유입되도록 하고, 상기 제 2 가스 유입구로부터 상기 진공챔버내에 유입되는 상기 반응성가스가 상기 기판 배치부에 가장 가까운 실드판과 상기 기판배치부의 사이로 유입되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 스퍼터링장치는, 한 쪽의 개구부분이 상기 기판 배치부측으로 향해지고, 다른 쪽의 개구부분이 상기 타겟측으로 향해진 방착 (防着) 통을 상기 기판배치부와 상기 타겟과의 사이에 배치하고, 상기 각 실드판을 상기 방착통내에 배치할 수 있다.

이 경우, 상기 각 실드판은 상기 방착통에 착탈이 가능하게 부착할 수 있다.

또한, 상기 방착통의 외주부분에는 실드링을 배치하고, 그 실드링과 상기 각 실드판으로 상기 진공챔버내의 공간을 상기 타겟측과 상기 기판 배치부측으로 구분시킬수 있다.

또한, 제 1, 제 2 유입구를 설치할 경우, 상기 진공챔버내의 스퍼터링가스를 유입하는 제 1 유입구를 상기 진공챔버의 상기 타겟측에 설치하고, 상기 진공챔버내에 반응성가스를 유입하는 제 2 유입구를 상기 진공챔버의 상기 기판배치부측에 설치할 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 구성되어 있어, 진공챔버내에 기판 배치부가 배치되어 있고, 그 기판 배치부와 대향하는 위치에 복수의 타겟이 배치되어 있다.

기판 배치부와 타겟사이에는 복수의 실드판이 배치되어 있다. 각 실드판은, 기판 배치부상에 배치된 기판에 대하여 거의 평행이 되도록 배치되어 있다. 또한 각 실드판은 서로 간격을 두고 배치되어 있다.

각 실드판에는, 각 타겟과 대향하는 위치 (즉, 각 타겟표면의 법선상) 에 각각 구멍이 설치되어 있고, 각 타겟은 구멍을 통해 기판 배치부와 마주하도록 구성되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 타겟이 판형상인 경우, 각 타겟으로부터 튀어 나온 스퍼터링입자 가운데, 타겟표면에 대하여 수직 또는 그것에 가까운 각도로 튀어나온 것은 실드판의 구멍을 통과하여, 기판 배치부상에 재치된 기판표면에 도달할 수 있다. 이러한 스퍼터링입자의 기판 표면으로의 입사각은 작다.

이것에 대하여, 타겟표면에 대하여 비스듬이 튀어 나온 스퍼터링입자는, 구멍으로부터 일탈하고, 실드판으로 차폐되어, 그 표면에 부착된다. 따라서, 이러한 스퍼터링입자는 기판에 도달할수 없으므로 기판에는 입사각이 작은 스퍼터링입자만이 입사하기 때문에 높은 종횡비의 미세구멍 및 미세홈내에 박막을 형성하는 것이 가능하게 된다.

기판 배치부상에 재치한 기판과 각 타겟이 평행인 상태에서 상대적으로 회전할 수 있도록 구성해 두면, 기판 표면의 유효영역전체에 균일하게 박막을 형성하는 것이 가능하게 된다.

타겟이 설치된 타겟 홀더에 실드통을 부착하고 실드통내에서 스퍼터링을 행하도록 하면, 진공챔버에 스퍼터링입자가 부착되지 않고서 스퍼터링이 진행된다. 실드판은 실드통에 착탈이 자유롭게 부착해 두면 청소가 용이하다.

또한, 실드통이 아닌 실드판을 사용하고 있으므로, 타겟이나 타겟 홀더와, 타겟에 가장 가까운 실드판과의 사이에 간격을 형성할 수 있다. 이 경우, 스퍼터링가스를 기판보다도 타겟에 가까운 위치에서 유입하고, 반응성가스를 기판에 가까운 위치로부터 유입하여, 기판에 가까운 위치로부터 진공배기하면, 타겟이 반응성 가스에 노출되지 않으므로, 타겟표면이 변질되는 일이 없다.

이 경우, 또한 방착통에 설치한 실드링이나 실드판에 의해, 진공챔버내의 공간을 타겟측과 기판배치부측으로 구분해 두면, 타겟표면의 변질을 한층 확실하게 방지할 수 있다.

<발명의 실시 형태>

본 발명의 실시형태를 도면을 이용하여 설명한다.

도 1 를 참조하면, 도면부호 2 는 본 발명의 일례의 스퍼터링장치를 나타내고 있다. 이 스퍼터링장치 (2) 는 진공챔버 (11) 를 갖고 있다.

이 진공챔버 (11) 의 저벽측에는 기판 배치부 (13) 가 수평으로 배치되어 있고, 그 기판 배치부 (13) 의 상방위치, 즉 진공챔버 (11) 의 천정측에는 타겟 홀더 (15) 가 수평으로 배치되어 있다.

도 3 의 도면부호 7₁ ∼ 7₉ 는 9 개의 캐소드 전극을 나타내고 있다. 각 캐소드 전극 (7₁ ∼ 7₉) 도, 타겟 홀더 (15) 의 기판 배치부 (13) 로 향해진 표면에 설치되어 있고, 각 캐소드 전극 (7₁ ∼ 7₉) 에는 타겟 (5₁∼ 5₉) 이 하나씩 배치되어 있다. 도 1, 2 에 나타낸 부분은, 도 3 의 A-A 선 절단면도에 해당하고, 3개 의 캐소드 전극 (7₁ ∼ 7₃) 및 타겟 (5₁∼ 5₃) 이 나타나 있다.

타겟 홀더의 주변부분에는 복수개의 기둥이 연직으로 부착되어 있고 (여기서는 기둥은 도시하지 않는다), 그 기둥의 하단부분에는 실드 장치 (20) 가 부착되어 있다.

실드 장치 (20) 는, 원통형상의 방착통 (25) 과, 원반형상의 제 1 ∼ 제 3 의 실드판 (21, 22, 23) 을 가지고 있다.

방착통 (25) 은, 타겟 홀더 (15) 와 거의 같은 정도의 직경으로 형성되어 있고, 한쪽의 개구부를 기판 배치부 (13) 로 향하게 하고, 다른 개구부를 타겟 홀더 (15) 로 향하게 한 상태에서, 기판 배치부 (13) 와 타겟 홀더 (15) 와의 사이에 배치되어 있다.

제 1 실드판 (21) 과 제 3 실드판 (23) 은, 방착통 (25) 의 상부와 하부에 각각 배치되어 있고, 방착통 (25) 의 개구부분을 막도록 부착되어 있다. 제 2 실드판 (22) 은, 방착통 (25) 의 내부 중앙위치에 배치되고, 외주부분이 방착통 (25) 의 내벽면에 밀착하여 부착되어 있다.

제 1 ∼ 제 3 실드판 (21 ∼ 23) 에는, 타겟 (5₁∼ 5₉) 과 같은 수의 구멍이 각각 형성되어 있다. 제 1 ∼ 제 3 의 실드판 (21) ∼ (23) 에 형성된 복수의 구멍을 각각 도면부호 31, 32, 33 로 나타낸다.

도 4 의 도면부호 32₁ ∼ 32₉ 는, 제 2 의 실드판 (22) 에 형성되어 있는 9 개의 구멍을 나타내고 있다. 각 구멍 (32₁ ∼ 32₉) 끼리의 상대위치는, 타겟 (5₁∼ 5₉) 간의 상대위치와 같게 되어 있다. 마찬가지로, 제 1 의 실드판 (21) 에 설치된 구멍 (31) 끼리의 상대위치와, 제 3 실드판 (23) 에 설치된 구멍 (33) 끼리의 상대위치도, 타겟 (5₁∼ 5₉) 간의 상대위치와 같게 되어 있다.

제 1 ∼ 제 3 실드판 (21 ∼ 23) 은, 기판 배치부 (13) 및 타겟 (5₁∼ 5₉) 에 대하여 평행하게 되어 있고, 각 실드판 (21 ∼ 23) 의 구멍 (31, 32, 33) 은 타겟 (5₁∼ 5₉) 의 법선상에 위치하도록 배치되어 있다. 따라서, 각 타겟 (5₁∼ 5₉) 은, 제 1 ∼ 제 3 각 실드판 (21 ∼ 23) 의 구멍 (31 ∼ 33) 을 사이에 두고, 기판 배치부 (13) 와 평행하게 마주 향하도록 되어 있다. 도 1 의 도면부호 39 는, 도면 좌단의 타겟 (5₁) 의 법선의 하나를 나타내고 있다.

타겟 홀더 (15) 의 뒷면에는, 회전축 (17) 이 연직으로 부착되고, 진공챔버 (11) 밖으로 기밀 (氣密) 하게 도출되어 있어, 회전축 (17) 을 회전시키면 진공챔버 (11) 내부의 진공분위기를 유지한 상태에서, 타겟 홀더 (15) 를 수평으로 회전시킬수 있게 구성되어 있다. 도 3 의 도면부호 59 는 타겟 홀더 (15) 의 중심점을 나타내고 있고, 각 타겟 홀더 5₁∼ 5₉는, 이 중심점 (59) 을 중심으로 수평 회전하게 된다.

타겟 홀더 (15) 가 회전하면, 캐소드 전극 (7₁ ∼ 7₉), 타겟 (5₁∼ 5₉), 실드장치 (20) 가 함께 회전하고, 각 타겟 (5₁∼ 5₉) 은 구멍 (31 ∼ 33) 을 사이에 두고, 기판 배치부 (13) 에 마주한 상태에서 회전하도록 구성되어 있다.

방착통 (25) 의 상부 외주부분에는 제 1 실드링 (26) 이 설치되어 있고, 실 드 장치 (20) 의 상단 부근의 진공 챔버 (11) 의 벽면에는, 제 2 실드링 (27) 이 설치되어 있다. 따라서, 제 1 의 실드판 (21), 및 제 1, 제 2 실드링 (26, 27) 에 의해 방착통 (25) 과 진공챔버 (11) 벽면 사이의 공간이 상하로 분리된다. 제 1, 제 2 실드링 (26, 27) 은 비접촉 상태에 있고, 방착통 (25) 이 회전해도, 미끄러지지 않도록 되어 있다.

진공챔버 (11) 내의 제 1 의 실드판 (21) 과, 제 1, 제 2 실드링 (26, 27) 에 의해 나누어진 부분 중 타겟 홀더 (15) 측에 위치하는 진공챔버 (11) 의 벽면에는, 스퍼터링가스 유입구 (제 1 가스유입구) (51) 가 설치되어 있고, 기판 배치부 (13) 측의 벽면 (또는 저면) 에는, 반응성가스 유입구 (제 2 가스 유입구) (52) 와 배기구 (14) 가 설치되어 있다.

상기와 같은 스퍼터링장치 (2) 를 이용하여 TiN 박막을 형성할 경우를 설명한다. 각 타겟 (5₁∼ 5₉) 은 Ti 금속으로 구성된 것을 이용한다.

우선, 진공 펌프를 동작시켜, 배기구 (14) 로부터 진공챔버 (11) 내부를 진공배기해 두고, 진공분위기를 유지하면서 기판을 반입하여, 기판 배치부 (13) 상에 재치한다. 도 1, 2 의 도면부호 12 는 그 상태의 기판을 나타낸다.

회전축 (17) 을 회전시킴과 동시에, 스퍼터링가스 유입구 (51) 로부터 Ar가스를 유입하고, 반응성 가스 유입구 (52) 로부터 N₂ 가스를 유입한다. 도 1 의 도면부호 53 의 화살표는 Ar 가스의 흐름 방향을 나타내고, 도면부호 54 의 화살표는 N₂ 가스의 흐름 방향을 나타내고 있다.

Ar 가스는, 타겟 (5₁∼ 5₉) 부근에서 유입되고, 제 1 ∼ 제 3 실드판 (21 ∼ 23) 의 구멍 (31 ∼ 33) 을 통과하여 진공챔버 (11) 밖으로 배출되기 때문에, 타겟 (5₁) ∼ (5₉) 부근은 Ar 가스 분위기가 된다.

한편, N₂ 가스는 기판 (12) 부근에서 유입되어, 배기구 (14) 로부터 배기되기 때문에, 타겟 (5₁∼ 5₉) 측으로는 흐르지 않도록 되어 있다.

진공챔버 (11) 와, 방착통 (25) 과, 제 1 ∼ 제 3 실드판 (21 ∼ 23) 과, 제 1, 제 2 의 실드링 (26, 27) 은 금속 (스테인리스 : SUS 304) 으로 구성되어 있고, 접지전위에 놓여져 있다.

Ar 가스 및 N₂ 가스를 유입하고, 진공챔버 (11) 내부의 압력이 안정된 후, 캐소드 전극 (7₁ ∼ 7₉) 에 전압을 인가하면, 타겟 (5₁∼ 5₉) 표면은 주로 아르곤 가스의 프라즈마가 형성되어 타겟 (5₁∼ 5₉) 표면이 스퍼터링된다.

타겟 (5₁∼ 5₉) 표면으로 부터 튀어나온 Ti 입자 (Ti 원자 나 Ti 원자의 클러스터) 중, 타겟 (5₁∼ 5₉) 표면으로 부터 수직으로 튀어나온 것은, 제 1 ∼ 제 3 실드판 (21 ∼ 23) 의 구멍 (31, 32, 33) 을 통과하여 기판 (12) 표면에 도달한다. 기판 (12) 표면은 N₂가스를 포함하는 분위기로 되어 있고, Ti 입자는 기판 (12) 표면상에서 N₂ 가스와 반응하여 TiN 박막을 성장시킨다.

한편, 타겟 (5₁∼ 5₉) 표면으로부터 비스듬이 튀어나온 Ti 입자는, 실드판 (21 ∼ 23) 의 표면에 부착하여, 기판 (12) 표면에 도달할 수 없다.

도 2 의 도면부호 8₂ 의 점선은, 타겟 (5₁) 의 단부로부터 튀어나와서 구멍 (33) 의 반대측의 단부를 스치고, 기판 (12) 표면으로 입사한 Ti 입자의 궤적을 나타낸다. 이 Ti 입자의 입사각이 가장 크게 되어 있다. 부호 θ는 Ti 입자의 입사방향과 기판 (12) 표면이 이루는 각도로, π/ 2 - (입사각) 과 같다. 여기서는 도면부호 8₂ 로 나타낸 Ti 입자의 입사각이 가장 크기 때문에, 이 Ti 입자의 각도 (θ) 는 가장 작아진다.

기판 (12) 표면 가운데, 도 2 의 도면부호 10 로 나타낸 영역의 연직축선상에는 타겟은 배치되어 있지 않고, 실드판 (21 ∼ 23) 의 구멍 (31 ∼ 33) 이 위치하고 있지않지만, 영역 (10) 에는 인접하는 2 개 이상의 타겟 (5₁, 5₂) 으로 부터 튀어나온 Ti 입자가 입사하고 있다.

각 타겟 (5₁ ∼ 5₉) 은, 실드판 (21 ∼ 23) 과 함께 회전하므로, 타겟 (5₁ ∼ 5₉) 이 1 회전 하는 동안에, 기판 (12) 표면의 대부분은 적어도 1 회 이상 타겟 (5₁ ∼ 5₉) 과 대향하여, 기판 (12) 표면에 균일하게 TiN 박막이 막을 형성하도록 되어 있다.

이 스퍼터링장치 (2) 의 각 타겟 (5₁∼ 5₉) 의 중심과 타겟 홀더 (15) 의 중심과의 거리, 그 거리에 배치된 타겟의 개수를 아래 표 1 에 나타낸다.

거리	23mm	50mm	75mm	80mm	100mm	120mm
타겟개수	1	1	1	1	2	3
투입전력 (W)	150	323	150	315	225	195

여기서 사용한 기판 (12) 의 직경은 200 mm, 타겟 (5₁∼ 5₉) 의 직경은 50 mm, 타겟 (5₁∼ 5₉) 과 기판 (12) 과의 거리는 150 mm 이다. 또한, 타겟 (5₁∼ 5₉) 과, 제 1 ∼ 제 3 실드판 (21 ∼ 23) 의 거리는, 각각 35 mm, 65 mm, 110 mm 로 설정되어 있다.

본 발명의 스퍼터링장치 (2) 에서는 Ti 입자의 입사각이 작기 때문에 (도 2 의 각도 (θ) 는 크다), 높은 종횡비의 미세구멍내에 TiN주석 박막을 형성할 수 있었다. 또, 타겟 (5₁∼ 5₉) 을 회전 시켰기 때문에, 기판 (12) 표면에 ±3.2 % 의 막두께 분포로 주석 박막을 형성할 수 있었다.

이 스퍼터링장치 (2) 를 이용하여 Ar 가스 유량을 약 15 sccm 으로 설정하고, 각 타겟 (5₁∼ 5₉) 으로의 투입전력을 상기 표 1 에 나타낸 조건으로 하여, N₂ 가스 유량을 변경하여 TiN 박막을 형성했다. 그 결과를 도 5 의 실선 그래프로 나타낸다. N₂ 가스 유량을 증가시켜도 성막 속도는 저하하지 않는 것을 알 수 있다.

비교를 위해, 도 10a 에 나타낸 스퍼터링장치 (102) 에, Ar 가스와 N₂가스의 혼합가스를 유입하여 TiN 박막을 형성하였다. 그 결과는, 도 5 의 점선 그래프로 나타낸다. 도 10a 에 나타낸 스퍼터링장치 (102) 에서는 N₂가스의 유입량을 늘리면 막형성속도가 급격하게 저하하는 것을 알 수 있다.

다음으로, 도 6 의 그래프의 실선은, 본 발명의 스퍼터링장치 (2) 에 있어서, 진공 챔버 (11) 내의 압력과, 그 압력으로 방전을 안정되게 유지할 수 있는 전압과의 관계를 나타내고 있다. 점선은 도 10a 에 나타낸 스퍼터링장치 (102) 의 경우이다.

이 도 6 의 그래프로부터, 본 발명의 스퍼터링장치 (2) 에서는, 타겟 (5₁∼ 5₉) 표면에 아르곤 가스가 유효하게 유입되기 때문에, 저압력에서의 방전이 가능한 것을 알 수 있다.

또한, 도 7 의 실선은, 본 발명의 스퍼터링장치 (2) 의 경우의, 타겟 (5₁∼ 5₉) 으로의 인가 전압과 흐르는 전류의 관계를 나타낸 그래프이다. 동 도면의 점선은 도 10a 에 나타낸 스퍼터링장치 (102) 의 경우이다.

도 7 의 그래프에서는, 캐소드의 전기 저항은 본 발명 쪽이 낮아, 방전이 안정한 것을 알 수 있다.

다음으로, 도 8 의 실선은, 본 발명을 이용한 경우의 기판 (12) 표면에 형성된 미세구멍내의 박막의 비대칭성 및 밑면 적용범위 (bottom coverage) 와, 기판 중심으로부터의 거리의 관계를 나타낸 그래프이다. 횡축은, 기판 (12) 의 중심으로부터의 미세구멍 위치를 나타내고 있다.

도 8 의 비대칭성 (A) 과 밑면 적용범위 (B) 는, 도 9 에 나타낸 것처럼 기판의 미세구멍이 형성되어 있지 않은 부분의 표면의 막두께를 F, 미세구멍 (19) 내에 형성된 박막의 양단 위치의 막두께를 L, R 로 하고, 다음식

A = R / L

B = ((R + L) / 2 ) / F × 100 으로 산출 했다.

도 8 의 그래프로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 스퍼터링장치 (2) 에서는 기판 면내의 비대칭성이 균일하게 낮아지고 있고, 또한, 밑면 적용범위의 편차도 작아지고 있다.

또한, 상기 실드판 (21 ∼ 23) 표면에는, Ti 입자가 부착되기때문에, 박리하여 파티클 발생원이 되기 전에, 방착통 (25) 으로부터 떼어내어, 세정하면 된다.

상술한 본 발명의 스퍼터링장치 (2) 에서는, 타겟 홀더 (15) 를 회전 시킴으로써 캐소드 전극 (7₁ ∼ 7₉), 타겟 (5₁∼ 5₉) 및 제 1 ∼ 제 3 실드판 (21 ∼ 23) 을 함께 회전시켰지만, 그것을 정지시켜 두고 기판 배치부 (13) 을 회전시킴으로써, 기판 (12) 을 타겟 홀더 (15) 에 대하여 회전시켜도 된다.

또한, 본 발명의 실드 장치 (20) 는, 반응성 스퍼터링만이 아니라, 스퍼터링장치에 널리 사용 할수 있다.

또한, 상기의 각 타겟 (5₁∼ 5₉) 은 평판형상이고, 기판 배치부 (13) 상의 기판 (12) 에 대하여 평행하게 배치되어 있지만, 본 발명의 타겟은 평판형상의 것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 스퍼터링장치 (2) 에서는, 상기 각 타겟 (5₁∼ 5₉) 을 기판 배치부 (13) 의 상방에 배치하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 스퍼터링장치에 의하면, 높은 종횡비의 미세구멍에 균일하게 박막을 형성할 수 있다. 실드판의 세정이 간단하고, 파티클이 발생하지 않는다.

또한, 진공챔버내에 반응성 가스를 유입해도 타겟 표면이 변질하지 않으므로, 막형성속도를 크게 할 수 있다.

Claims

진공챔버;

상기 진공챔버내에 배치되고 기판이 배치되는 기판배치부;

표면이 상기 기판배치부상의 기판에 대향하여 배치된 복수의 타겟(전극); 및

복수의 구멍이 설치되며, 상기 기판 배치부와 상기 각 타겟 사이에 서로 평행하게 간격을 두고 배치된 복수의 실드판을 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 타겟은 상기 각 실드판의 구멍을 통해 상기 기판 배치부에 마주하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
제 2 항에 있어서,

상기 각 타겟 표면에 수직인 법선은 상기 각 실드판의 구멍을 통과하여 상기 기판 표면에 도달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
제 2 항에 있어서,

상기 타겟이 배치된 캐소드전극의 표면에 수직하는 법선은, 상기 실드판의 구멍을 통하여 상기 기판표면에 도달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링장 치.
제 1 항에 있어서,

상기 타겟은 상기 기판배치부의 상방에 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 타겟과 상기 각 실드판은, 동일한 속도로 회전하므로, 상기 각 타겟은 상기 각 실드판에 대하여 정지한 상태에서 상기 기판 배치부에 대하여 상대적으로 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
제 6 항에 있어서,

상기 각 타겟은 동일한 타겟 홀더에 고정된 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
제 1 항에 있어서,

상기 진공챔버는 스퍼터링가스를 유입하는 제 1 가스 유입구와 반응성 가스를 유입하는 제 2 가스 유입구를 갖고,

상기 제 1 가스 유입구는 상기 제 2 가스 유입구보다도 상기 타겟에 가까운 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
제 8 항에 있어서,

상기 제 1 가스 유입구는 상기 타겟에 가장 가까운 실드판과 상기 타겟 사이에 상기 스퍼터링가스를 유입하도록 배치되고,

상기 제 2 가스 유입구는 상기 기판 배치부에 가장 가까운 실드판과 상기 기판 배치부의 사이에 상기 반응성 가스를 유입하도록 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
제 1 항에 있어서,

상기 기판 배치부와 상기 타겟의 사이에 배치되며, 일측의 개구부분은 상기 기판 배치부측으로 향하며, 타측의 개구부분은 상기 타겟측으로 향하는 방착통을 갖고,

상기 각 실드판은 상기 방착통내에 배치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
제 10 항에 있어서,

상기 각 실드판은 상기 방착통에 착탈가능하게 부착된 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
제 10 항에 있어서,

상기 방착통의 외주부분에는 실드링이 배치되고, 이 실드링과 상기 실드판에 의해, 상기 진공챔버내의 공간이 상기 타겟측과 상기 기판배치부측으로 구분되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
제 11 항에 있어서,

상기 진공챔버내에 스퍼터링가스를 유입하는 제 1 유입구가 상기 진공챔버의 상기 타겟측에 설치되며,

상기 진공챔버내에 반응성 가스를 유입하는 제 2 유입구는 상기 진공챔버의 상기 기판 배치부측에 설치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.