KR100220292B1 - 물리증착 챔버 내에서 실드를 세척시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

물리증착 챔버 내에서 실드를 세척시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물리증착챔버 내에 증착된 과도 타켓재료를 원상태 세척시키기 위한 방법을 공개한다. 이 방법에서 세척 싸이클중 진공이 물리증착챔버 내에 만들어진다. 반응가스를 함유하는 가스혼합물은 물리증착챔버 내로 유입된다. 반응가스는 플라즈마 방전에 의해 활성화시킨다. 세척단계중 가스혼합물을 반응 생성물과 함께 물리증착챔버로 부터 계속 제거시킨다.

Description

물리 증착 챔버 내에서 실드를 세척시키기 위한 방법 및 장치
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 물리 증착 챔버 및 관련 회로를 도시한 단순화된 블록선도.
제2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 물리 증착 챔버를 분해하여 도시한 사시도.
제3도는 본 발명의 실시예에 따른 RF 전력에 의해 반응 가스 활성화를 할수 있도록 하는 제1도에 도시한 물리 증착 챔버 및 회로에 대한 변형예를 예시한 도면.
제4도는 본 발명의 실시예에 따른 반응 가스의 상류 활성화를 가능하게 하기 위해 제1도에 도시한 물리 증착 챔버와 회로에 대한 변형예를 예시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 절연체 12 : RF 웨이퍼 바이어스 회로
13 : 직류 웨이퍼 바이어스 회로 14 : 물리 증착 챔버
16 : 슬리버 17 : 실드
20 : 타깃 22 : 캐소드
23 : 애노드 24 : 웨이퍼 테이블
25 : 진공 펌프
본 발명은 물리 증착 챔버 내에서 실드(shield)를 세척하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
물리 증착(PVD)공정에서 텅스텐과 같은 타깃 재료는, 아르곤과 같은 가스에 의해 충격을 가한다. 타깃으로부터 재료가 제거되어 웨이퍼에 스퍼터링된다.
PVD 챔버는 통상적으로 웨이퍼에 인접한 영역에 실드를 구비한다. 이 실드는 타깃으로부터 스퍼터링되는 과도한 재료가 PVD 챔버의 나머지 부분을 오염시키는 것을 방지한다.
실드 상의 과도 재료의 적층(build up)은 결국 박리(flaking)가 일어나도록 한다. 이러한 점에서 통상적으로는 실드를 교체시켜 PVD 챔버를 손질할 필요가 있다. 만일 실드 교체가 타깃 교체와 거의 동시에 이루어질 필요가 있다면, 실드의 유지 및 보수가 매우 많은 불편 없이 행해질 수 있다. 하지만, 만일 실드가 타깃보다 더 빈번히 교체된다면, 이것은 생산량에 해를 줄 수 있는 불필요한 시스템 정지 시간을 일으킬 수 있다.
박리를 줄임으로써 실드교체 사이의 시간을 연장시키기 위해 많은 방법들이 시도되어 왔다. 예를 들면, 어떤 실드는 특수 팽창계수를 갖도록 설계하였다. 그밖에도 실드면은 예를 들어 샌드 브라스팅(sand blasting)에 의해 처리한다. 또한 부착층을 설치하여 박리를 방지한다. 결국 실드 설계를 단순화시켜 교체를 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 물리 증착 챔버 내에 과도하게 증착된 타깃 물질을 원위치 세척하기 위한 방법이 제공된다. 세척 싸이클을 진행하는 동안 PVD 챔버 내부가 세척된다. 반응 가스를 함유하는 가스 혼합물을 PVD 챔버 내로 유입시킨다. 이 반응 가스는 플라즈마 방전에 의해 활성화되어 반응 생성물과 함께 챔버로부터 펌핑된다.
본 발명은 PVD 챔버내 실드의 원위치 세척을 가능하게 한다. 실드의 원위치 세척은 PVD(화학 증착) 공정에는 종종 사용되었지만, 종래 기술의 PVD 챔버내에서는 시도되지 않았었다. 이것은 PVD 공정이 통상적으로 고진공에서 행해지기 때문이고, 이것은 실드를 세척하기 위한 에칭제의 사용을 방해한다. 또한, 종래 기술분야에서는 실드가 많은 부분을 차지하고 있어서 균일하게 에칭하기가 어려웠다. 또한 초과량의 타깃을 제거하지 않으면서 실드를 효과적으로 에칭하기 위해서는, 타깃에 대한 에칭제의 충격을 감소시키면서도 실드에 대한 에칭제의 충격을 증가시키는 방법이 제공되어야만 한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 이러한 모든 문제를 해결한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 세척 싸이클을 진행하는 동안 PVD 챔버내에 생긴 진공은 통상적인 PVD 공정용으로 이용되는 진공 보다 작다. 실드는 균일 에칭을 제공하는 전도성 재료로 된 소수 조각으로 설계된다. 또한 세척 싸이클을 진행하는 동안 음전위가 실드에 배치되어 실드 상에 에칭제의 충격을 증가시키도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 반응 가스를 활성화하기 위해 PVD 챔버내 전극에 고주파 전압을 제공하고 또한 특별한 활성화 챔버내에 반응 가스의 상류 유동을 제공한다.
제1도에 도시한 바와 같이, 물리 증착 챔버(14)는 이동성 웨이퍼 테이블(24)을 구비한다. 가공처리하는 동안, 시험편, 즉 웨이퍼는 웨이퍼 테이블(24)상에 배치된다. 웨이퍼 테이블(24)는 슬리브(16)와 실드(17)를 통해 가공 처리 위치로 상승된다. RF 웨이퍼 바이어스 회로(12)는 RF 바이어스 전압을 웨이퍼에 제공한다. 직류(DC) 웨이퍼 바이어스 회로는 DC 바이어스를 라인(18)을 통해 웨이퍼에 제공한다.
가스 제어 회로는 가스 유동을 챔버 내외로 제어한다. 웨이퍼를 가공 처리하는 동안 진공펌프(25)를 사용하여 PVD 챔버내에 진공을 형성한다.
타깃(20)은 예를 들어 티타늄 텅스텐으로 구성될 수도 있다. 타깃(20)은 절연체(10)에 의해 실드(17) 및 PVD 챔버(14)의 나머지 부분으로부터 전기 절연된다. 직류 전력 공급원(21)은 실드(17)와 타깃(20) 사이에 전위를 달성한다. 스위치(26)는 전위의 극성을 바꾼다.
직류 전력 공급원(21)이 부동(float)하여 애노드(23) 및 캐소드(22)가 PVD 챔버(14)에서 접지되지 않도록 한다.
웨이퍼가 가공처리될 때는, 스위치(26)가 직류 전력 공급원(21)의 캐소드(22)를 타깃(20)에 연결시킨다. 공정 스위치(26)가 애노드(23)를 실드(17)에 연결시킨다. 캐소드(22)가 어떠한 표면에 연결되더라도 플라즈마 형태의 가스가 표면쪽으로 가속될 것이기 때문에, 직류 전력 공급원(21)을 사용한다. 아르곤 가스를 포트(29)를 통해 펌핑하여 타깃(20)과 충돌하게 하고 웨이퍼 테이블(24) 위의 웨이퍼 상에 티타늄 텅스텐 재료의 스퍼터링을 일으킨다.
실드(17)를 세척할 때, 스위치(26)는 직류 전력 공급원 캐소드(22)를 실드(17)에 연결된 PVD 챔버(14)에 연결시킨다. 스위치(26)는 또한 애노드(23)를 타깃(20)에 연결시킨다. 예를 들어 NF3, CF4또는 SF6등의 반응 가스를 함유하는 가스 혼합물은 포트(29)를 통해 유입된다. 반응 가스를 플라즈마 방전, 예를 들어 직류 전력 공급원으로 생긴 전기장에 의해 활성화한다. 반응 가스는 실드(17)상에서 재료를 에칭시킨다. 상기 가스들의 유동 속도는 약 100sccm이다. PVD 챔버내 대기압은 어느 곳에서나 1 내지 1000밀리토르가 될 수 있다. 에칭에 필요한 지속 시간은 통상 1 내지 10분이다. 얻어지는 반응물이 계속 펌핑되어 나간다.
일단 반응 가스가 제거되면, 스위치(26)는 다시 캐소드(22)를 타깃(20)에 그리고 애노드(23)를 실드(17)에 연결시킨다. 임의의 새로운 웨이퍼를 PVD 챔버(14) 내에 배치하기 전에, 타깃(20)은 예를 들어 아르곤 가스에 의해 충격을 받는다. 스퍼터링 세척은 타깃(20)상의 반응 가스 잔류물을 제거하고 새로운 타깃 물질을 노출시킨다. 스퍼터링 세척은 또한 실드(17)면을 밀봉하여 게터로써 역할을 하고 가스 불순물을 제거하여 가두어 둔다. 스퍼터링 세척을 하는 동안, 증착이 웨이퍼 상에 행해질 때 PVD 챔버는 통상적으로 고진공하에 존재할 것이다.
제2도는 PVD 챔버(14), 실드(17) 및 슬리브(16)를 도시한 것이다. 챔버(14)는 포트(27, 28, 29, 30, 31, 32, 및 33)를 구비하고 있다. 포트(30)는 예를 들어 진공을 만들기 위해 초기 펌핑용 러핑(roughing) 펌프 또는 진공 펌프(25)에 의해 사용될 수도 있다. 포트(27)는 예를 들어 잔류 가스 분석기에 의해 사용될 수도 있다. 포트(28)는 예를 들어 PVD 챔버(14)내의 전력 라인이 예를 들어 PVD에어 사용되는 램프에 전력을 공급하도록 하는데 사용될 수도 있다. 포트(33)는 예를 들어 가스를 뽑아내기 위해 사용될 수 있다. 포트(29)는 예를 들어 창문으로 이용될 수 있다. 포트(32)는 예를 들어 아르곤 가스 및 반응 가스를 챔버(14)내로 공급하기 위해 이용될 수도 있다. 웨이퍼는 자동화 기계(도시 안됨)에 의해 개구부(31)를 통해 PVD 챔버(27)내게 설치된다. 실드(17)는 세척하는 동안 에칭을 위한 균일 표면이 제공되도록 설계되었다. 또한 실드(17)가 세척될 때 실드(17)상 전위는 모든 실드(17) 부분에 걸쳐 균일하다.
상기한 바람직한 실시예에서 티타늄 텅스텐 타깃이 이용되었다. 많은 다른 재료, 예를 들어 티타늄 또는 텅스텐이 타깃으로 사용될 수도 있다. 본 발명은 또한 많은 다른 공정에서 실드 세척용으로 유용하다. 타깃(20)이 알루미늄일 때, 예를 들어 세척공정은 Cl2또는 BCl3와 같은 가스를 함유하는 염화물이 에칭용으로 이용되는 것 외에는 동일하다.
제3도는 무선 주파수 전력 공급원(42)이 PVD 챔버(14)내 반응 가스를 활성화하기 위해 사용된 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 무선 주파수 전력 공급원(42)은 플라즈마 방전에 의해 반응 가스를 활성화시키는 역할을 하는 전극(43)에 RF전압을 가한다.
제4도는 반응 가스가 상류 활성화 챔버(52)내에서 활성화되는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 활성화 전력 공급원(56)은 플라즈마 방전에 의해 반응 가스를 활성화시키기 위한 전극(53)에 가해지는 직류 또는 고주파 전력을 이용한다. 반응 가스를 활성화 한 후, 반응 가스 함유 가스 혼합물이 라인(51)을 통해 PVD 챔버(14)로 펌핑된다.

Claims (15)

  1. 타깃을 해체하지 않고서도 물리 증착 챔버내의 기판 지지 실드로부터 타깃상의 재료를 제거하기 위한 방법으로서, (a) 음전위를 상기 실드에 적용하는 단계와, (b) 활성화될 때 상기 타깃상의 재료와 가스상 부산물을 형성할 반응 가스를 상기 챔버안으로 유입하는 단계와, (c) 상기 반응 가스를 활성화하는 단계와, 그리고 (d) 상기 챔버로부터 가스상 부산물 및 상기 반응 가스를 제거하는 단계를 포함하고 있는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 챔버내의 전극에 DC 전압을 공급함에 의해 활성화를 실행하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 챔버내의 전극에 RF 전압을 공급함에 의해 활성화를 실행하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 물리 증착 챔버에 연결된 활성화 챔버에서 상기 반응 가스를 활성화하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 활성화 챔버내의 전극에 DC 전압을 공급함에 의해 상기 반응 가스를 활성화하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 활성화 챔버내의 전극에 RF 전압을 공급함에 의해 상기 반응 가스를 활성화하는 방법.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 e) 단계 이후에, 상기 타깃의 표면으로부터 반응 가스 종을 제거하도록 불활성 가스를 스퍼터링함에 의해 상기 타깃을 세척하는 방법.
  8. 기판상에 증착하고자 하는 재료로 된 타깃을 구비하는 물리 증착 챔버내의 기판 지지 실드로부터 타깃상의 재료를 제거하기 위한 방법으로서, (a) 증착물을 그 위에 갖추고 있는 실드에 음전위를 적용하는 단계와, (b) 반응 가스를 상피 챔버안으로 공급하는 단계와, (c) 상기 실드상에서 증착물과 가스상 부산물을 형성할 플라즈마를 형성하도록 반응 가스를 활성화하는 단계와, (d) 상기 챔버로부터 가스상 부산물을 제거하는 단계와, (e) 상기 실드에 양전위를 적용하는 단계와, 그리고 (f) 상기 챔버에서 상기 타깃으로부터 시험편의 물리 증착을 계속하는 단계를 포함하고 있는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 불활성 가스를 사용하여 반응성 가스 잔류물을 제거하도록 상기 타깃이 스퍼터 세척되는 방법.
  10. 물리 증착 장치에 있어서, (a) DC 전력 공급원에 연결되어 있는 타깃과, (b) 챔버내에서 상기 타깃과 대칭되게 설치되어 있는 지지체와, (c) 상기 지지체를 에워싸고 있고 방기 DC 전력 공급원에 전기적으로 연결되어 있는 실드 수단과, (d) 상기 실드와 상기 타깃사이에 전위가 제공되도록 DC 전력을 공급하기 위한 수단과, (e) 상기 실드와 상기 타깃사이의 상기 전위를 역전시키기 위한 스위치와, (f) 가스상 부산물을 형성할 수 있도록 상기 타깃 재료와 반응할수 있는 반응 가스를 공급하기 위한 가스 유입부와, 그리고 (g) 상기 챔버로부터 상기 가스상 부산물을 제거하기 위한 펌프 수단을 포함하고 있는 물리 증착 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반응 가스를 활성화시키기 위해 상기 챔버내의 전극에 RF 전압을 공급하는 물리 증착 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 반응 가스를 활성화시키기 위해 상기 챔버내의 전극에 DC 전압을 공급하는 물리 증착 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 반응 가스를 활성화시키기 위해 상기 물리 증착 챔버에 분리 활성화 챔버가 연결되어 있는 물리 증착 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 분리 활성화 챔버가 상기 반응 가스를 활성화하도록 전극에 연결된 DC 전압 공급원을 포함하고 있는 물리 증착 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 분리 활성화 챔버가 상기 반응 가스를 활성화하도록 전극에 연결된 RF 전압 공급원을 포함하고 있는 물리 증착 장치.
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