KR100560985B1 - 스퍼터 타깃의 피니시를 개선시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스퍼터 타깃 표면상에서의 개선된 피니시를 달성하여 양호한 막 균일성, 낮은 입자 계수치, 및 번인 시간이 거의 또는 전혀 필요없게 하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 간헐적인 세정 단계와 함께 스퍼터 표면을 1회 이상 에칭 용액에 침지시킴으로써 스퍼터 타깃의 표면을 화학적으로 에칭시키는 것을 포함한다. 이러한 결과로서, 표면 거칠기가 10 내지 30μin.인 스퍼터링된 타깃에 유사한 표면을 나타내는 기계적인 변형이 사실상 없는 표면이 제공된다.

Description

스퍼터 타깃의 피니시를 개선시키는 방법 {METHOD OF MANUFACTURING ENHANCED FINISH SPUTTERING TARGETS}

본 발명은 스퍼터 타깃의 피니시를 개선시키는 방법, 보다 구체적으로는 스퍼터 타깃의 표면을 에칭시켜 개선된 피니시를 달성하는 방법에 관한 것이다.

반도체 산업에서 사용되는 스퍼터링 타깃의 제조시에, 반도체 웨이퍼상으로 스퍼터링하는 동안 막을 균일화시키고 극미 입자를 발생시킬 스퍼터 표면을 갖는 타깃을 제조하는 것이 요망된다. 스퍼터 타깃을 제조하기 위한 전형적인 제조 방법을 통해서는 표면 결함을 지닌 타깃이 생성된다. 게다가, 티타늄, 알루미늄, 탄탈륨, 니켈, 크롬, 코발트 및 이들의 합금과 같은 스퍼터 타깃을 포함하는 물질은 기계적인 가공 처리의 결과로 고유의 문제성(즉, 입자 크기, 균일성 및 번인(burn-in) 시간 요건)을 갖게 된다. 이들 고유의 결함 및 특성은 스퍼터 타깃 제품의 최종 수요자에게 역효과를 미칠 수도 있다.

스퍼터 타깃 제조와 관련한 바람직하지 않은 효과중에서도 고객 현장에서의 새로운 스퍼터 타깃에 대한 번인 시간이 길다는 바람직하지 않은 효과가 있다. 전형적으로, 티타늄 타깃과 같은 스퍼터 타깃은 타깃 사용의 초기 동안 불량한 막 균일성 및 높은 입자 계수치를 나타낸다. 결과적으로, 타깃의 표면 결함을 없애는 번인 사이클은 타깃 표면이 고품질의 박막 웨이퍼를 생성시키기 전에 30kWh 만큼 오랫동안 수행되어야 한다. 표준 타깃은 일반적으로 고품질 웨이퍼를 생성시키기 전에 번인 사이클 동안 약 50개의 웨이퍼를 소모시키는데, 이러한 소모에 필요한 kWh는 6.7kWh에 해당된다. 이러한 번인 사이클 없이 증착시킨다면 품질이 불량한 웨이퍼로 인한 불합격률을 상대적으로 높일 것이다. 이와 같이, 번인 사이클은 원하는 정도로 막을 균일화시키고 입자를 발생시킬 스퍼터 표면을 달성하는데는 필요하나, 실수요자 입장에서는 귀중한 가공 시간 및 재료를 낭비하는 것이다. 예로서, 티타늄 타깃의 경우, 요망되는 막 균일성은 0.75-1.0%이고, 요망되는 발생 입자수는 8인치 웨이퍼당 10개 이하이다.

스퍼터 타깃에 대한 제조 과정으로부터 얻어지는 고유의 바람직하지 못한 특성을 줄이거나, 없애거나, 조절하기 위한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 예를 들어, 그라인딩, 랩핑(lapping), 미세 기계가공, 선반, 및 수동 연마가 타깃의 표면 물질을 제거하는데 사용되어 왔다. 이러한 물질 제거 방법은 시간 낭비적이고, 노동 집약적이며, 비용이 많이 들고, 불결하며, 정확하지 못한 결과를 제공한다. 반사경 피니시 정도로 연마하게 되면 양호한 표면 피니시를 제공하겠지만, 대규모의 준비 및 시간, 보통은 20 내지 60시간을 필요로 하며, 이는 제조 환경에 부적합하며, 동일한 결과가 후속적인 타깃에 대해서도 일관되게 얻어진다는 것이 보장되지 않는다. 더욱이, 제조시 설명할 수 없는 가변 조건으로부터의 결함으로 인한 한계 허용성을 지닌 스퍼터 타깃이라 해도 상기된 기술에 의해 이용될 수 없다.

이와 같이, 낮은 입자 계수치 및 최소의 표면 결함을 지닌 일관된 피니시를 제공함으로써 사용전의 번인 시간을 감소시키거나 없앨 수 있는 스퍼터 타깃을 제조하기 위한 방법은 계속해서 요망되고 있다.

발명의 요약

본 발명은 최초 사용할 때 표면 거칠기가 약 10-30μin.이고 막 균일성이 양호하며 발생되는 입자 계수치가 낮아 번인 시간 요건을 상당히 감소시킬 수 있는 스퍼터 타깃을 달성하기 위한 방법을 제공한다. 그러한 스퍼터 타깃 표면은 사용전에 상기 스퍼터 타깃 표면을 화학적으로 에칭시킴으로써 달성된다. 유리하게는, 상기 표면은 제 1 산 용액으로 에칭되고, 물로 세정되고, 제 2 산 용액으로 에칭되고, 물로 세정되고, 알코올 용액으로 세정된 후 건조된다. 산이 바람직한 식각제(etchant)지만, 다른 염기성 화학물질도 본 발명을 위한 식각제로서 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 산 또는 그 밖의 에칭 화학물질은 유리하게는 불화수소산, 질산, 인산, 황산, 염산, 아세트산, 락트산, 수산화암모늄, 크롬 산화물, 과산화수소, 페리시안화칼륨 및 수산화나트륨으로부터 선택된다. 제 1 및 제 2 에칭 용액은 유리하게는 각각 약 1-10% 및 약 20-60% 식각제를 함유한다. 보다 유리하게는, 제 2 용액은 약 1-10%의 제 1 식각제와 약 20-50%의 제 2 식각제를 함유한다. 에칭은 각각의 용액으로 1-15분 동안 수행되는 것이 유리한데, 용액이 교반되는 중에 간헐적으로 또는 연속적으로 수행되는 것이 더욱 유리하다.

본 발명의 한 일면에 따르면, 티타늄 스퍼터 타깃의 표면을 피니싱하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 목적 달성을 위해, 상기 표면이 불화수소산의 용액으로 에칭되고, 물로 세정되고, 불화수소산 및 질산로 에칭되고, 물로 세정되고, 알코올 용액으로 세정되고, 건조된다. 바람직한 방법으로서, 티타늄 스퍼터 타깃 표면은 약 1-10분 동안 1-8%의 불화수소산 용액으로 먼저 에칭되고, 두 번째로(세정후) 약 2-10분 동안 1-6%의 불화수소산/25-45%의 질산 용액으로 에칭되는 것이 유리하다.

본 발명의 이들 및 그 밖의 목적 및 장점은 하기의 발명의 상세한 설명을 통해 보다 자명해질 것이다.

발명의 상세한 설명

본 발명에 의해 피니싱하기에 적합한 스퍼터 타깃은 어떠한 금속, 합금, 또는 티타늄, 알루미늄, 탄탈륨, 니켈, 크롬 또는 코발트 타깃 또는 이들의 합금과 같은 스퍼터 타깃으로서 사용하기에 적합한 조성물일 수도 있다. HCP(육방밀집구조) 금속으로 제조된 타깃이 본 발명에 특히 적합하다.

제조후, 스퍼터 타깃 표면은 선반상에서의 마멸 및 연마, 그라인딩 또는 연마반으로의 연마에 의해, 또는 그 밖의 유사한 기술(이러한 기술 모두 당해 기술분야에 널리 공지되어 있다)에 의해 초기에 피니싱된다. 이중에서 선반상에서의 피니싱이 바람직하다. 초기 피니싱 단계는 25μin. 미만의 표면 거칠기(R_a-5 산술평균 거칠기)가 달성될 때까지 수행된다. 이후, 스퍼터 타깃은 본 발명의 화학 에칭 기술에 의해 약 10-30μin.의 R_a로 피니싱된다. 본 발명의 제 1 단계에서, 타깃의 표면은 산 및 수용액과 같은 제 1 에칭 용액에 침지된다. 본 발명에서 유용한 식각제로는 불화수소산, 질산, 인산, 황산, 염산, 아세트산, 락트산, 수산화암모늄, 산화크롬, 과산화수소, 페리시안화칼륨 및 수산화나트륨이 있으며, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 물은 보통의 물 또는 탈염수일 수 있다. 제 1 에칭 용액은 바람직하게는 약 10% 이하, 바람직하게는 약 1-10%의 식각제(예, 산)와 나머지 %의 물을 함유한다. 당업자라면 특정의 식각제 및 용액 농도가 변화되어 특정의 타깃 물질에 대하여 최적의 결과를 제공할 수도 있다는 것을 인지하고 있을 것이다. 티타늄 타깃에 대하여, 식각제는 바람직하게는 약 1-8%, 보다 바람직하게는 약 2.5%의 양으로 불화수소산을 함유한다. 에칭 동안 상기 용액을 교반시키는 것은 본 발명에 또한 유리할 수 있다. 이러한 교반은 간헐적이거나 지속적일 수 있으며, 당업자에게 공지된 어떠한 기술에 의해서도 수행될 수 있다. 퍼콜레이션(percolation) 또는 포함된 기포로 인해 용액을 다른 용액과 구별하여 고유 방식으로 교반시켜야 할 경우도 있을 수 있다.

본 발명의 단계 2로서, 타깃의 표면은 단계 1로부터의 에칭 용액을 제거하기 위해 물로 세정된다. 일반적인 주의사항으로서, 물은 탈염수일 수 있다. 이러한 세정 단계는 제 1 에칭 용액으로부터의 표면의 제거후에 곧바로 수행하고 식각제가 상기 표면으로부터 제거되어 타깃 표면의 변색이 방지될 때까지 지속되는 것이 바람직하다.

본 발명의 단계 3으로서, 타깃의 표면은 산 및 수용액과 같은 제 2 에칭 용액에 침지된다. 이 단계에서 유용한 식각제는 제 1 에칭 용액에 대하여 기술된 용액과 동일하며, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 물은 보통의 물 또는 탈염수일 수 있다. 제 2 에칭 용액은 약 60% 미만, 바람직하게는 약 20-60%의 식각제(예, 산) 및 나머지 %의 물을 함유하는 것이 바람직하다. 제 2 용액에 대한 식각제는 타깃 물질에 따라 2종 이상의 산으로 구성되는 것이 바람직하다. 당업자라면 특정의 식각제(들) 및 용액 농도가 변화되어 특정의 타깃 물질에 대하여 최적의 결과를 제공할 수 있다는 것을 인지하고 있을 것이다. 예를 들어, 티타늄 타깃에 대해, 식각제는 약 1-6%의 불화수소산 및 약 25-45%의 질산, 보다 바람직하게는 약 3.5%의 불화수소산 및 35%의 질산을 함유하는 것이 바람직하다. 알루미늄 또는 크롬 타깃에 대해, 식각제는 불화수소산 및 질산 이외에도 염산을 포함하는 것이 유리하다. 탄탈륨 타깃에 대해, 식각제는 불화수소산 및 질산 이외에도 황산을 포함하는 것이 유리하다. 에칭 동안 용액을 교반시키는 것이 본 발명에서 또한 유리할 수도 있다. 이러한 에칭 단계에서의 교반은 타깃 표면상에서의 고르지 못한 혼합물 유동으로 인해 발생되는 타깃 표면상에서의 산에 의한 줄무늬를 생기지 않도록 할 수 있다. 이러한 교반은 간헐적으로 또는 연속적으로 수행될 수 있으며, 당업자에게 공지된 어떠한 기술에 의해서도 수행될 수 있다. 예를 들어, 용액 용기를 매 30분 마다 들어올리고 기울임으로써 교반시키는 방법이 유용한 것으로 입증되었다.

본 발명의 단계 4로서, 타깃의 표면은 단계 3으로부터의 에칭 용액을 제거하기 위해 물로 세정된다. 일반적인 주의사항으로서, 물은 탈염수일 수 있다. 이러한 세정 단계는 제 2 에칭 용액으로부터의 표면의 제거후에 곧바로 수행하고 모든 식각제가 상기 표면으로부터 제거되어 타깃 표면의 변색이 방지될 때까지 지속적으로 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 단계 5로서, 타깃의 표면은 알코올 및 물의 용액으로 세정된다. 알코올 용액은 바람직하게는 약 20-80%, 보다 바람직하게는 약 50%의 알코올을 함유한다. 용액중에 알코올이 지나치게 적거나 많다면 타깃 표면이 물로 오염될 수도 있다. 일반적인 주의사항으로서, 물은 탈염수일 수 있다.

본 발명의 단계 6으로서, 타깃의 표면은 건조된다. 이러한 건조는 무수 질소, 무수 아르곤 또는 깨끗하고 건조 상태의 압축 공기의 강제 흐름에 의해 달성된다. 예를 들어, 강제 흐름은 일정한 각도로 타깃 표면으로부터 약 1인치 떨어져 위치한 호스상의 공기 노즐 또는 어떠한 형태의 공기 라인으로부터 제공될 수 있다.

스퍼터 타깃을 피니싱하기 위한 상기된 방법의 결과에 의해 타깃 표면은 기계적인 변형이 없고 약 10-30μin.의 R_a를 지니게 된다. 이러한 방법은 제조 과정으로부터 발생되는 타깃 물질의 잔여 응력을 경감시키고 타깃 어셈블리를 안정화시켜 일관된 생성물을 제공하게 한다. 종래기술에서 필요했던 번인 시간은 없어지지는 않겠지만 상당히 감소된다. 본 발명의 개선된 피니시를 갖는 타깃은 번인 시간 동안 6개 이하의 웨이퍼만을 필요로 할 것으로 믿어진다(이것은 1kWh 이하에 상응한다). 본 발명의 화학 에칭 기술의 어떠한 역효과도 공지되어 있지 않으며, 이러한 방법은 제조 과정에 용이하게 적합될 수 있다. 예를 들어, 이러한 방법은 소규모의 특별 주문 타깃을 제조하는데 사용될 수 있거나, 대량 생산을 목적으로 하는 자동 라인에도 적합될 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 특정의 구체예를 통해 상당히 상세하게 기술되 었지만, 본 발명의 범위는 이들 구체예로 한정되는 것이 아니며 하기의 청구의 범위로 한정된다. 또 다른 장점 및 변형은 당업자에게는 자명할 것이다. 그러므로, 본 발명은 기술된 특정의 상세한 설명 및 방법 및 예시적 실시예로 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위 또는 기술사상으로부터 벗어나지 않으면서 또 다른 변형예가 있을 수 있는 것이다.

Claims (26)

1. 스퍼터링하는 동안의 번인(burn-in) 시간을 감소시키기 위해 스퍼터 타깃 표면의 피니시(finish)를 개선시키는 방법으로서,

   스퍼터 타깃의 표면을 피니싱하여 약 25μin. 미만의 표면 거칠기를 제공하는 단계;

   스퍼터 타깃을 에칭 용액에 1회 이상 침지시켜 에칭된 타깃을 형성시키는 단계; 및

   표면 거칠기가 약 10 내지 약 30μin.인 에칭된 스퍼터 타깃을 물로 세정하여, 피니싱 단계후의 스퍼터 타깃의 표면에 대한 번인 시간과 비교하여 에칭된 스퍼터 타깃에 대한 번인 시간을 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 에칭 용액이 물, 및 불화수소산, 질산, 인산, 황산, 염산, 아세트산, 락트산, 수산화암모늄, 산화크롬, 과산화수소, 페리시안화칼륨, 수산화나트륨 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 식각제를 포함함을 특징으로 하는 방법.
3. 스퍼터링하는 동안의 번인 시간을 감소시키기 위해 스퍼터 타깃의 스퍼터 표면의 피니시를 개선시키는 방법으로서,

   스퍼터 타깃의 표면을 피니싱하여 약 25μin. 미만의 표면 거칠기를 제공하는 단계;

   스퍼터 표면을 식각제와 물로 구성된 제 1 용액중에 침지시키는 단계;

   스퍼터 표면을 물로 세정하는 단계;

   스퍼터 표면을 식각제와 물로 구성된 제 2 용액중에 침지시켜 에칭된 타깃을 형성시키는 단계;

   스퍼터 표면을 물로 세정하는 단계;

   스퍼터 표면을 알코올과 물로 구성된 제 3 용액으로 세정하는 단계; 및

   표면 거칠기가 약 10 내지 약 30μin.인 스퍼터 표면을 건조시켜, 피니싱 단계후의 스퍼터 타깃의 표면에 대한 번인 시간과 비교하여 에칭된 스퍼터 타깃에 대한 번인 시간을 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
4. 제 3항에 있어서, 제 1 용액 및 제 2 용액이 불화수소산, 질산, 인산, 황산, 염산, 아세트산, 락트산, 수산화암모늄, 산화크롬, 과산화수소, 페리시안화칼륨, 수산화나트륨 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상의 식각제를 포함함을 특징으로 하는 방법.
5. 스퍼터 타깃 표면의 피니시를 개선시키는 방법으로서,

   스퍼터 타깃의 표면을 피니싱하여 약 25μin. 미만의 표면 거칠기를 제공하는 단계;

   스퍼터 표면을 식각제 농도가 10% 이하인 제 1 식각제 수용액중에 침지시키는 단계;

   스퍼터 표면을 물로 세정하는 단계;

   스퍼터 표면을 식각제 농도가 60% 이하인 제 2 식각제 수용액중에 침지시켜 에칭된 타깃을 형성시키는 단계;

   스퍼터 표면을 물로 세정하는 단계;

   스퍼터 표면을 알코올의 농도가 약 20% 내지 약 80%인 알코올 수용액으로 세정하는 단계; 및

   표면 거칠기가 약 10 내지 약 30μin.인 스퍼터 표면을 건조시켜, 피니싱 단계후의 스퍼터 타깃의 표면에 대한 번인 시간과 비교하여 에칭된 스퍼터 타깃에 대한 번인 시간을 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
6. 제 5항에 있어서, 제 1 식각제 수용액 및 제 2 식각제 수용액이 불화수소산, 질산, 인산, 황산, 염산, 아세트산, 락트산, 수산화암모늄, 산화크롬, 과산화수소, 페리시안화칼륨, 수산화나트륨 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상의 식각제를 포함함을 특징으로 하는 방법.
7. 티타늄 스퍼터 타깃 표면의 피니시를 개선시키는 방법으로서,

   스퍼터 타깃의 표면을 피니싱하여 약 25μin. 미만의 표면 거칠기를 제공하는 단계;

   스퍼터 표면을 제 1 불화수소산 수용액중에 침지시키는 단계;

   스퍼터 표면을 물로 세정하여 불화수소산을 제거하는 단계;

   스퍼터 표면을 제 2의 불화수소산과 질산의 혼합물 수용액중에 침지시키되, 적어도 간헐적으로 교반시키면서 침지시켜 에칭된 타깃을 형성시키는 단계;

   스퍼터 표면을 물로 세정하여 불화수소산과 질산을 제거하는 단계;

   스퍼터 표면을 제 3 알코올 수용액으로 세정하는 단계; 및

   표면 거칠기가 약 10 내지 약 30μin.인 스퍼터 표면을 건조 가스의 강제 흐름으로 건조시켜, 피니싱 단계후의 스퍼터 타깃의 표면에 대한 번인 시간과 비교하여 에칭된 스퍼터 타깃에 대한 번인 시간을 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
8. 제 7항에 있어서, 제 1 용액이 약 1% 내지 약 8%의 불화수소산 농도를 지님을 특징으로 하는 방법.
9. 제 7항에 있어서, 제 2 용액이 약 1% 내지 약 6%의 불화수소산 농도와 약 25% 내지 약 45%의 질산 농도를 지님을 특징으로 하는 방법.
10. 제 7항에 있어서, 제 3 용액이 약 20% 내지 약 80%의 알코올 농도를 지님을 특징으로 하는 방법.
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