KR0153213B1 - 박막형성장치 - Google Patents

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KR0153213B1 KR1019940015958A KR19940015958A KR0153213B1 KR 0153213 B1 KR0153213 B1 KR 0153213B1 KR 1019940015958 A KR1019940015958 A KR 1019940015958A KR 19940015958 A KR19940015958 A KR 19940015958A KR 0153213 B1 KR0153213 B1 KR 0153213B1
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준이치 아난
요시타카 카쿠타니
히로노리 와다
후미히코 야나가와
크레이그 모젤리 로데릭
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나가시마 카즈나리
가부시기가이샤 재팬 에너지
타시로 시게오
어플라이드 머티리얼즈 재팬 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은, 콜리메이터를 사용하는 박막형성장치에 있어서, 지향성박막형성을 위한 콜리메이터의 기능을 손상하는 일없이, 파티클의 증가를 저감시키는 것을 목적으로 한 것이며, 그 구성에 있어서, 파티클게터기능을 가진 콜리메이터와 그것을 타겟과 웨이퍼의 사이에 개재시킨 박막형성장치로서, 콜리메이터(3)는, 파티클게터판(PG판)(15)을 격자, 벌집형상구조등의 개구군을 가진 구조로 조립하고, 프레임(16)에 고정해서 형성한다. PG판은, 파티클의 포획 및 유지작용에 우수한 표면을 일체적으로 형성한 시트, 판 등을 포괄한다. 콜리메이터의 예는, 엠보스가공하고 슬릿을 형성한 파티클게터판의 격자형상조립체이다. 콜리메이터에 부착한 부착막의 박리를, 콜리메이터의 성능을 저하시키는 일없이, 방지할 수 있는 것을 특징으로 한것이다.

Description

박막형성장치
제1도(a)는 깊은 피트를 가진 웨이퍼의 스퍼터링의 상태를 설명하는 설명도로서, 통상의 방법에 의해 웨이퍼의 피트의 바닥까지 균일하게 막을 형성할 수 없는 상황을 표시한 도면.
제1도(b)는 깊은 피트를 가진 웨이퍼의 스퍼터링의 상태를 설명하는 설명도로서, 콜리메이터를 통해서 웨이퍼면에 수직한 원자만을 통과하게 함으로써, 깊은 피트의 바닥까지 균일하게 막을 형성하는 콜리메이션ㆍ스퍼터링을 표시한 도면.
제2도는 본 발명의 일예로서 타겟스퍼터링에 의한 박막형성장치의 주요부를 표시한 단면도.
제3도(a)는 격자형상의 파티클 게터(particle getter)작용을 가진 콜리메이터의 상면도.
제3도(b)는 제3도(a)의 콜리메이터의 일부사시도.
제4도(a)는 제3도의 파티클게터콜리메이터의 조립단계에서, 구멍가공한 PG판과 가장자리변에 슬릿을 형성한 PG판을 표시한 도면.
제4도(b)는 제4도(a)에 도시한 바와 같이 가공된 2종류의 PG판을 각각 절곡한 상태를 표시한 도면.
제4도(c)는 제4도(a)에 도시한 바와 같이 절곡된 2종류의 PG판을 엠보스가 공기에 의해 가공된 상태를 표시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 타겟 2 : 기판
3 : 파티클게터기능을 가진 콜리메이터 4 : 배후판(Backing Plate)
5 : 스페이서링 6 : 어댑터링
7 : 콜리메이터홀더 8 : 위쪽시일드
9 : 아래쪽시일드 10 : 마그넷
11 : 냉각수커버 12 : 클램프링
13 : 히터 14 : 스퍼터체임버
15,15A,15B : 파티클게터판(PG판) 16 : 프레임
본 발명은, 박막형성장치에 관한 것으로서, 특히 파티클게터의 기능을 가진 콜리메이터를 막형성원과 기판사이에 구비한 박막형성장치 및 파티클게터판으로 구성된 박막형성장치용 콜리메이터에 관한 것이다.
종래부터, 집적회로의 전극이나 확산배리어(barrier)등을 위한 박막, 자기기록매체를 위한 자성박막, 액정표시장치의 ITO투명도전막등의 많은 박막형성에는, 기상성장기술이 사용되고 있다. 이 기상성장법에 의한 박막형성기술에는, 열분해법, 수소환원법, 불균등화반응법, 플라즈마 CVD법등의 화학기상성장법, 진공증착법, 스퍼터링법, 이온빔법등의 물리기상성장법, 방전중합법 등이 있다.
스퍼터링법을 예로 취하면, 타겟과 웨이퍼와 같은 기판이 대향해서 놓여지고, 타겟으로부터 스퍼터된 원자가 기판위에 퇴적해서 박막을 형성한다. 최근, 전자디바이스의 집적화기 진행됨에 따라 다양한 박막형성방법을 필요로 하고 있다. 예를 들면, 깊은 피트를 가진 웨이퍼의 피트의 바닥까지 균일하게 막을 형성하는 것이 필요한 경우가 있다. 이러한 경우, 제1도(a)에 표시한 바와 같이 통상의 스퍼터링에서는, 스퍼터된 원자의 대부분이 웨이퍼면에 대해서 비스듬히 비산하기 때문에, 피트내부의 깊은 곳까지 원자가 도달하지 않아, 피트의 입구주변부에 많이 퇴적하고, 깊은 피트의 바닥에는 막형성이 불가능하다.
그래서, 콜리메이션ㆍ스퍼터링으로 칭하는 방식이 제안되었다(예를 들면, 일본국 특개평 3-123021호 참조). 이 방식은, 기판의 막형성면과 막형성원을 대향해서 배치한 진공막형성장치에 있어서, 막형성원과 기판사이에 원자를 기판표면에 수직인 방향으로만 통과시키는 콜리메이터를 배치해서 지향성이 강한 막을 형성하는 것이다. 콜리메이션ㆍ스퍼터링에서는, 제1도(b)에 표시한 바와 같이, 콜리메이터에 의해 비스듬하게 비산하는 원자를 포획하고, 콜리메이터를 통해서 웨이퍼면에 수직한 원자만을 통과시키므로, 깊은 피트의 바닥까지 균일하게 막을 형성할 수 있다. 콜리메이터로서는, 예를 들면 20㎜구경의 허니컴구조의 개구군을 구비하는 스테인레스강제의 링이 현재 사용되고 있다. 상기 일본국 특개병 3-123021호에서는, 콜리메이터로서, 복수의 관집합체 및 직행하도록 직렬로 배열된 2조의 평행한 판군이 개시되어 있다.
그런데, 현재, 이와 같은 기상성장법에 의한 박막형성프로세스는 대량 생산기술로서 확립되어 있으나, 형성된 막위에 일반적으로 파티클로 칭하는 거치른 큰 입자가 퇴적한다고 하는 문제가 발생하고 있다.
여기서 파티클이란, 박막형성시에 장치내를 비산하는 입자가 클러스터(Cluster)화해서 기판위에 퇴적한 것을 말하는 것이나, 이 클러스터화입자는 직경이 수 ㎛정도까지 크게 되는 것이 많으므로, 이것이 기판위에 퇴적하면, 예를 들면 LSI의 경우에는 배선의 단락 또는 역으로 단선을 야기시키는 문제등이 발생하여, 불량율이 증대하는 원인이 된다. 이들의 파티클은, 박막형성법자체에 기인되거나 또는 박막형성장치에 기인되는 여러가지의 요인 등이 있다.
상기한 바와 같은 박막형성장치에 기인되는 파티클로서는, 기판주변이나 장치의 내벽(노벽)이나 셔터, 시일드등의 기기류에 비산입자가 부착하여, 생성된 부착막이 박리하여, 그것이 재차 비산해서 기판에 부착해서 오염원이 되는 것이 하나의 큰 요인이다.
이와 같은 부착물질의 재박리에 기인되는 파티클을 방지하기 위해서는, 박막형성장치의 내벽이나 기기표면을 항상 청정하게 해둘 필요가 있다. 이와 같은 내벽을 항상 청정하게 유지하는 것이 실제로는 매우 어렵고, 완전하게 청정하게 하기 위해서는 많은 시간을 필요로 하며, 또 내벽이나 기기의 부분에 따라서는 청정화를 실제로 할 수 없는 곳도 있다.
그 대책의 하나로서, Al박이나 전해Fe박의 디스포저블한(사용하고 버리는)박을 사용하는 것이 고려되었다. 이들 박을 미리 내벽에 접착하고, 박막형성(피복조작)의 종료후에 이것을 제거하면, 일단 내벽을 청정한 상태로 유지하는 일이 가능하다고 생각되었다. 그러나, 이들의 디스포저블한 박에는 치명적인 결함이 발견되었다. 그것은, 설치된 박에 퇴적한 박막형성의 비산물질이 박리되기 쉬워서, 기판위에 퇴적한 막위에 파티클이 여전히 발생한다. 이 박리를 방지하기 위해서는 빈번하게 박을 교환하지 않으면 안되고, 박막형성의 조업성이 현저히 악화되었다.
이러한 상황하에서, 본원 출원인은 앞서, 종래의 Al박이나 전해Fe박등의 금속박을 대신해서, ①트리트전해구리박(전해구리막의 매트면(무광택면)에 다시 전해처리를 실시해서 매트면에 존재하는 미소한 덩어리형상의 돌출부(노브)에 구리 또는 구리산화물의 미세입자를 랜덤하게 석출시킨 처리전해구리박), ②트리전해구리박의 표면에 박막형성장치에서 형성되어야 할 박막과 동일재료 또는 무공해인 유사한 재료를 다시 코팅한 것, ③벨로우타이프의 금속박, ④엠보스가공에 의해 다수의 요철을 형성한 금속박, ⑤보강 및 박리효과를 향상시키도록 1면에 메시(mesh)를 가진 금속용사막등을 사용하는 것을 제안하였다.
이들의 금속박 및 용사막은, 비래하는 입자(날아오는 입자)의 포획작용 및 유지작용이 통상의 금속박보다 특별히 우수하고, 파티클의 발생을 유효하게 방지하므로, 「파티클게터(PG: Particle Getter)」로 칭하고 있다. 이러한 파티클게터박을 장치의 내벽(노벽)이나 셔터, 시일드등의 장치내기기류에 접착함으로써, 파티클의 발생은 현저하게 감소하고, 형성되는 박막의 수율이나 신뢰성의 향상이 확인되어 있다. 이러한 파티클게터에 대해서는, 예를 들면, 일본국 특개평 3-87356, 3-87357, 3-166361, 3-166362호를 참조하면 된다.
콜리메이터를 사용하는 박막형성장치의 경우, 주변벽부나 셔터등의 기기에 파티클게터박을 접착한 경우에도, 파티클이 증가하는 사태가 확인되었다. 이러한 파티클의 증가에 의해, 콜리메이터를 사용한 박막형성이 뛰어난 특성을 저하시킨다.
콜리메이터에 파티클게터박을 접착하는 것을 생각할 수 있으나, 콜리메이터는 다수의 작은 개구군을 가지기 때문에 본래의 기능이 손상된다.
본 발명의 과제는, 콜리메이터를 사용하는 박막형성장치에 있어서, 콜리메이터의 기능을 손상시키는 일없이, 파티클의 발생량이 증가하는 것을 저감시키는 일이다.
콜리메이터를 사용하는 박막형성장치에 있어서, 파티클이 증가하는 요인은, 콜리메이터에 부착한 막이 박리하기 때문이다. 콜리메이터에 파티클게터박을 첩착하면, 콜리메이터에 정렬된 작은 다수의 개구군에 대한 본래의 기하학적특성을 손상하기 때문에 콜리메이터로서의 본래의 기능을 손상하게 된다. 그래서, 본 발명자는, 종래의 스테인레스강판으로 구성되어 있던 콜리메이터자체를 파티클게터로 하는 것을 생각하게 되었고, 시작(試作)하였던바 양호한 결과를 얻었다. 이러하여, 본 발명은, 파티클게터판으로 구성된 박막형성장치용 콜리메이터 및 파티클게터판으로 구성된 콜리메이터를 막형성원과 기판사이에 구비하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치를 제공한다. 콜리메이터의 적합한 예는, 콜리메이터를 엠보스가공한 슬릿이 형성된 피티클게터판을 격자형상으로 조립한 것이다.
콜리메이터자체를 파티클게터로 함으로써, 콜리메이터의 기능을 손상시키는 일없이, 콜리메이터에 부착한 막이 박리해서 파티클원으로 되는 것을 방지한다.
이하 본 발명의 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
본 발명에 있어서의 「박막형성장치」란, 열분해법, 수소환원법, 불균등화반응법, 수송반응법, 플라즈마 CVD, 감압 CVD등의 화학기상성장법(CVD), 기상에피택시(VPE)법, 진공증착법, 스퍼터링법, 분자선에피택시(MBE)법, 이온빔법등의 물리기상성장법, 방전중합법등을 포함한 기상성장법에 의한 박막형성장치의 전반을 의미하는 것이다.
본 발명에 있어서, 「파티클게터(PG)판」이란, 파티클게터로 처리한 표면, 즉 파티클포획 및 유지작용에 우수한 표면을 일체적으로 형성하고 또한 콜리메이터를 제작하는데 필요한 구조강도를 구비하는 시트, 판등을 포괄하는 것이며, 그예로서는, ①트리트전해구리판, ②트리트전해구리판의 표면에 박막형성장치에 형성되어야 할 박막과 동일한 재료 또는 무공해인 유사한 재료를 다시 코팅한 것, ③ 벨로우형상의 금속판, ④ 엠보스가공금속판, ⑤ 상기 ①항 또는 상기 ②항과 상기 ③항 또는 상기 ④항과의 조합, ⑥ 금속용사판, ⑦ 전해니켈판, ⑧ 전해 SUS판이 대표적으로 사용된다.
트리트전해구리판은, 전해구리판(시트)의 매트면(무광택면)에 다시 전해처리를 실시해서 매트면에 존재하는 미소한 덩어리형상의 돌출부(노브)에 구리 또는 구리산화물의 미세입자를 랜덤하게 추가적으로 석출시켜서 처리된 전해구리판이며, 전자현미경으로 관찰하면 노브형상의 거치른면에 구리 또는 구리산화물의 미세입자(뿌리혹: nodule)가 석출되어있는 것을 관찰할 수 있다. 전해처리의 조건예를 다음과 같다.
(A) 수용성구리황산염 도금욕
CuSO4ㆍ5H2O, g/l(Cu로서) : 23
NaCl, p.p.m (Cl로서) : 32
H2SO4, g/l : 70
아교, g/l : 0.75
순수 : 나머지부
(B) 도금조건
전류밀도 : 0~100A/ft2
욕온(欲溫) : 70~80°F
시간 : 10~100초
트리트전해구리판은, 표면조도(租度)Rz가 5.0~10.0㎛의 범위로하는 것이 바람직하다. 이 조도에 의한 돌기가 존재하기때문에, 표면적은 커지고 또한 앵커효과에 의해서 비산물질이 퇴적해서 형성된 부착막과의 밀착성이 개선되고, 그 박리현상이 발생하기 어렵게 된다.
박막형성장치에서 형성되어야할 박막과 동일한 재료 또는 무공해인 유사한 재료를 트리트전해구리판의 표면에 다시 코팅한 코팅된 트리트전해구리판은, 장치내에서의 구리판에 유래하는 오염을 한층 완전하게 방지하기 위하여, 기상성장법등에 의해 1000~100000Å의 얇은 금속, 합금, 규화물(Silicide), 산화물등의 오염방지막을 다시 추가하여 형성한 것이다.
벨로우형상의 금속판은, 구리, 니켈, 스테인레스강 등의 금속판을 예를 들면 롤포밍 등의 성형가공에 의해 벨로우형상으로 함으로써 표면적을 현저하게 증대시키고, 단위면적당의 부착량을 감소시켜서, 부착량의 증대에 따른 내부응력의 증대를 억제하고, 부착막의 균열을 따라서 박리를 저감하는 것이다.
엠보스가공금속판은, 예를 들면, 프레스가공, 롤포밍(Roll Forming)등의 성형가공에 의해 랜덤한 요철 또는 규칙성이 있는 요철을 금속판에 형성한 것이다. 이에 의해, 표면적을 현저히 증대시키고, 단위면적당의 부착량을 감소시켜서, 부착량의 증대에 따른 내부응력의 증대를 억제하여, 부착막의 균열을 따라서 박리를 저감하는 것이다.
금속용사판은, 용사막이 적당한 정도의 요철을 가지고, 앵커효과에 의해서 비산물질이 퇴적해서 형성된 부착막과의 밀착성이 개선되고, 그 박리현상이 발생하기 어렵게 되는 작용을 이용한 것이다.
트리트전해구리판에 벨로우형상의 가공 또는 엠보스가공을 실시해서 파티클게터로서의 작용을 한층 더 향상시켜도 됨은 말할 것도 없다. 전해니켈판 및 전해SUS판도 유용하다.
제2도는, 본 발명의 일예로서, 타겟스퍼터링에 의한 박막형성장치의 주요부를 표시한다. 박막형성장치내에는, 타겟(1)과 실리콘웨이퍼와 같은 기판(2)이, 파티클게터기능을 가진 콜리메이터(3)를 사이에 개재시켜서 대치되어 있다. 타겟(1)은 배후판(4)에 첩착되고, 스페이서링(5)위에 얹혀 설치된 어댑터링(6)에 고정된다. 타겟(1)의 기판(2)과 반대쪽의 배후에는 마그넷(10)이 설치된다. 이들은 냉각수커버(11)내의 냉각수에 의해 냉각되어 있다. 콜리메이터(3)는 콜리메이터홀더(7)에 나사등의 수단에 의해 고정되어 있다. 콜리메이터(3)는 원자를 기판의 표면에 수직으로 통과시키는 다수의 개구, 즉 콜리메이터셀을 가진다. 기판(2)은 적절한 클램프링(12)에 의해 지지되어 있다. 기판(2)은, 스퍼터챔버(14)내에서 히터(13)에 의해 적절한 온도로 가열된다. 타겟과 콜리메이터사이에는 위쪽시일드(8)가 배치되고 또한 콜리메이터와 웨이퍼사이에는 아래쪽시일드(9)가 배치되어 있다. 타겟(1)으로부터 스퍼터된 원자는, 기판(2)의 표면에 수직인 방향의 원자만이 콜리메이터(3)를 통과하고, 비스듬하게 비산하는 원자는 콜리메이터(3)에 의해 포획되고 그리고 우수한 유지작용에 의해 조작중에 박리하지 않는다.
제3도(a)는, 파티클게터기능을 가진 콜리메이터(3)의 상면도이고, 또한 제3도(b)도는 그 일부의 사시도이다. 파티클게터의 기능을 가진 콜리메이터(3)는, 엠보스가공한 파티클게터판(PG판으로 칭함)(15)을 격자형상으로 교차시켜서 이루어진 조립체를 프레임(16)에 고정한 것으로서 여기서는 표시하고 있다. 파티클게터판(15)의 격자형상조립체는, 예를 들면, 제4도에 표시한 바와 같이해서 제작된다. 다수의 PG판을 준비하고, 제4도(a)에 표시한 바와 같이, 그 중앙부에 콜리메이터 셀의 1변을 구성하는 15~30㎜의 적절한 간격으로 PG판의 두께(일반적으로 2~3㎜)보다 약간 큰 폭의 구멍을 가진 PG판(15A)과 이 구멍위치에 대응하는 간격으로 양쪽의 가장자리변부에 PG판두께보다 약간 큰폭의 슬릿을 형성한 PG판(15B)이 예를 들면 레이저에 의해 절단가공된다.
이어서 제4도(b)에 표시한 바와 같이, 절단가공한 PG판(15A)과 PG판(15B)은, PG처리면이 바깥쪽으로 오도록 2개로 절곡한다. 그후, 제4도(c)에 표시한 바와 같이 2개로 절곡한 그대로, PG판(15A)과 PG판(15B)을 엠보스가공기(롤가공)에 걸므로서, 되접은 가장자리변으로부터 양면이 빈틈없이 정확하게 밀착한 편면오목 엠보스의 엠보스가공PG판(15A)과 PG판(15B)이 제작된다. 이렇게해서 형성된 엠보스가공PG판(15A)과 PG판(15B)이, 제3도에 표시한 바와 같이, 슬릿을 직교상태로 맞물리게 함으로써 격자형상으로 조립된다. 마지막으로, 형성한 조립체가, 스테인레스강제의 프레임(16)에 되접은 가장자리변이 원자의 비래방향(원자가 날아오는 방향)으로 되도록 스폿용접등에 의해 고정된다.
파티클게터판의 조립체는 상기한 제작법에 한정되는 것은 아니며, 상기한 바와 같이 2개로 절곡되지 않은 슬롯형성의 PG판을 그대로 직각으로 교차시켜도 되고, PG판을 3각형, 4각형, 5각형의 개구조를 형성하도록 절곡하고, 이들을 스폿용접에 의해 조합해도 된다. PG판으로 형성한 원형 또는 각형튜브를 집합해서 소요의 길이로 절단해도 된다.
또는, 구리, 스테인레스강, 니켈판에 의해 격자형상 또는 벌집형상구조의 조립체를 우선 형성하고, 이것을 전해함으로써, 그 표면에 전착물을 형성해도 된다.
이렇게 해서 구성된 콜리메이터가, 박막형성장치의 막형성원과 기판사이에 장착된다. 위쪽 및 아래쪽시일드 등의 기기에는 파티클게터박을 종래 상태로 배치한다.
제3도 및 제4도에 표시한 바와 같은 격자형상의 파티클게터(PG)판으로서는, 구리를 전착시킨 전해구리박PG판을 사용하였다. 폭 40㎜의 PG판을 다수 준비하고, 20㎜피치로 양쪽의 가장자리변부에 2.5㎜치수의 슬릿을 형성한 PG판을 레이저로 절단가공하였다. 이어서, 절단가공한 2종류의 PG판을 PG처리면이 바깥쪽으로 오도록 2개로 절곡한 후, 엠보스가공기(롤가공)에 걸고, 되접은 가장자리변으로부터 양면에 빈틈없이 밀착한 편면볼록엠보스와 편면오목엠보스의 PG판을 제작하였다. 이와 같이 슬릿을 형성하고 엠보스가공한 PG판을 격자형상으로 조립하였다. 마지막으로, 형성한 조립체를 스테인레스강(SUS77)제의 링형상프레임에 되접은 가장자리변이 원자의 비래방향(원자가 날아오는 방향)으로 되도록 스폿용접에 의해 고정하였다.
이 콜리메이터를 스퍼터링박막형성장치(타입 : 어플라이드ㆍ머티리얼즈회사제 E5500)에 실제로 조립하여 평가하였다. 박리에 의한 파티클이 1/2~1/3로 감소하였다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 박막형성장치내에서 콜리메이터에 부착한 부착막의 박리를, 콜리메이터의 성능을 저하시키는 일없이, 방지할 수 있어, 형성박막위에 파티클이 발생하는 것을 한층 더 감소시키고, 제품의 수율 및 신뢰성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 파티클게터판으로 구성된 콜리메이터는, 막형성원과 기판의 사이에 설치되고, 상기 콜리메이터는 엠보스가공하고 또한 슬릿이 형성된 파티클게터판을 격자형상으로 조립함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  2. 파티클게터판으로 구성된 콜리메이터는, 엠보스가공하고 또한 슬릿이 형성된 파티클게터판을 격자형상으로 조립함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형성 장치용 콜리메이터.
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