KR100567745B1 - 스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치 및 수명예측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스퍼터링 장비에서 사용되는 타겟의 수명을 예측할 수 있는 장치 및 수명예측방법에 관한 것이다.

본 발명의 스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치 및 수명예측방법은 스퍼터링용 타겟(6); 상기 타겟(6)의 두께를 측정할 수 있도록 타겟 두께측정 장치(9)가 부착된 셔터암(7); 상기 타겟(6)으로부터 방출되는 원자들에 의해 증착막이 형성되는 피처리물(8); 및 상기 피처리물(8)을 지지하는 지지대(3)를 포함하여 이루어진 스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치와 웨이브(wave) 발생장치와 계수관(counter)이 포함된 타겟 두께측정 장치(9)가 부착된 셔터암(7)이 타겟(6)쪽으로 이동되는 제 1단계; 상기 타겟 두께측정 장치(9)의 웨이브 발생장치가 타겟(6) 전체를 스캔하면서 웨이브(wave)를 조사하는 제 2단계; 상기 제 2단계의 웨이브 발생장치에서 발생된 웨이브가 타겟(6)으로 조사된 후 발생된 시그널을 계수관이 받아들이는 제 3단계; 및 상기 계수관이 시그널을 분석하여 타겟(6)의 잔여 두께를 예측하는 제 4단계를 포함하여 이루어진 스퍼터링용 타겟의 수명예측방법에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치 및 수명예측방법은 타겟을 스퍼터링 장비에서 분리하지 않고도 타겟의 두께를 확인하여 타겟의 사용 수명을 예측하고 관리할 수 있기 때문에 제조 공정의 효율성과 생산성을 향상시킬 수 있고, 타겟의 재증착(Redeposition), 금속 파티클(particle)의 유입, 아킹(arcing) 현상을 실시간으로 확인할 수 있는 효과가 있다.

스퍼터링, 타겟, 수명관리

Description

스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치 및 수명예측방법{Life predictive apparatus for a target of sputtering equipment and its operating method}

도 1은 종래의 스퍼터링 장치를 나타낸 평면도.

도 2는 종래의 스퍼터링 챔버의 구조를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 스퍼터링 챔버의 구조를 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 타겟 수명을 예측하는 방법을 나타낸 플로우 차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 트랜스퍼 모듈 1a. 로봇암(robot arm)

2a-2e. 프로세스 모듈 3. 지지대

4. 로봇암 5. 로드록 모듈(loadlock module)

6. 타겟(target) 7. 셔터암(shutter arm)

8. 피처리물 9. 타겟 두께측정 장치

본 발명은 스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치 및 수명예측방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 스퍼터링 장비의 셔터암(shutter arm) 또는 로봇암(robot arm)에 웨이브 발생장치 및 계수관(counter)으로 이루어진 타겟 두께특정 장치를 부착시켜 실시간으로 타겟의 프로파일을 측정할 수 있는 장치 및 수명예측방법에 관한 것이다.

건식 도금법의 일종인 물리 증기 증착법(PVD, Physical Vapor Deposition, 이하 PVD라 함)은 증착되는 물질이 증착, 스퍼터 등의 물리적 방법에 의하여 클러스터(cluster)화되고 이들이 피처리물에 코팅되는 방법으로서 장식용으로부터 초경과 같은 공업용, 그리고 전자분야에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있는 증착법이다. 이 PVD법은 종류에 따라 각기 방식의 차이는 있지만 증착하고자 하는 물질인 타겟(target)을 반드시 필요로 하며, 이 타겟은 증착막의 품질과 연관되어 있다. 또한 타겟은 소모성 부품이기 때문에 경제적인 측면에서 사용 수명의 정확한 예측 및 관리가 중요하다. 이러한 타겟은 적용 분야에 따라 원형, 각형, 원통형 등의 다양한 형상을 가지는데, PVD법에 의해 피처리물에 박막을 형성할 시 특정 부위가 집중적으로 소모된다. 즉, 타겟의 수명은 표면 전체가 아닌 일부 특정 지역의 최소 잔여 두께에 따라 결정된다.

도 1은 PVD법의 하나인 스퍼터링 장치를 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1의 스퍼터링 챔버의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이 스퍼터링 챔버는 대략적으로 피처리물(8)과 이 피처리물을 지지하는 지지대(3) 및 증착할 물질 을 발생시키는 타겟(6), 타겟 표면의 세정 및 챔버 컨디셔닝을 위한 셔터암(7), 피처리물을 챔버내로 이동시키는 수단인 로봇암(미도시)을 포함하여 구성되어 있다.

종래에는, 이러한 스퍼터링 장비에 사용되는 타겟의 수명 예측을 위하여 다수의 타겟을 일정량까지 사용한 뒤, 분리하여 타겟의 표면을 물리적인 방법으로 스캔하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 즉 표면 스캔을 통하여 타겟의 프로파일(profile)을 확인한 뒤 가장 얇은 잔여 두께를 기준으로 타겟의 수명을 결정하는 방법이다.

그러나 이 방법은 타겟의 형상 및 공정 조건에 따라 초기에 다수의 타겟을 시험해 보는 경험적인 데이터이기 때문에 적정한 수명의 선정을 위하여 시간과 물량이 비효율적인 단점이 있다. 그리고 실시간으로 확인할 수 없는 사후 처리 확인 방법이기 때문에 타겟에 문제가 생겼을 경우 장비의 가동을 중단한 후 타겟을 분리시켜 검사해야 한다.

또한 국제공개특허 WO 2002/14571호 등에서는 스퍼터링 장비에 쓰이는 타겟의 후면(rear surface)을 배킹 플레이트(backing plate)와 접착시키고 접착면 상의 스퍼터링 트랙을 따라 유전체 입자를 분포시켜 타겟의 수명이 종료되면 전자기적 신호를 검출하는 장치를 개시하는 등의 타겟의 수명관리와 관련된 연구가 행해지고 있다.

그러나, 상기의 타겟 수명관리 장치는 별도의 수명관리 부품을 스퍼터에 설치하여 타겟을 부착해야 한다는 번거로움이 있고 타겟의 특정지역의 두께를 측정할 수 없다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 타겟을 전체적으로 스캔할 수 있는 셔터암 또는 로봇암에 웨이브 발생장치와 계수관을 포함하는 타겟 두께측정 장치를 부착시켜 실시간으로 타겟의 두께를 측정하여 수명을 예측 관리하고, 타겟의 재증착(Redeposition), 금속 파티클(particle)의 유입, 아킹(arcing) 현상 등을 확인하여 스퍼터링을 포함하는 PVD법을 이용한 박막 증착시 공정의 효율성을 향상시키는 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 스퍼터링용 타겟(6); 상기 타겟(6)의 두께를 측정할 수 있도록 타겟 두께측정 장치(9)가 부착된 셔터암(7); 상기 타겟(6)으로부터 방출되는 원자들에 의해 증착막이 형성되는 피처리물(8); 및 상기 피처리물(8)을 지지하는 지지대(3)를 포함하여 이루어진 스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치로 이루어진 스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치 및 수명예측방법에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 스퍼터링 챔버의 구조를 나타낸 단면도이다.

스퍼터링 챔버에는 스퍼터링용 타겟(6)과 타겟(6)으로부터 방출되는 원자들에 의해 증착막이 형성되는 피처리물(8) 및 이를 지지하는 지지대(3)가 있고, 타겟(6)의 두께를 측정할 수 있도록 타겟 두께측정 장치(9)가 부착된 셔터암(7)으로 구성되어 있다. 여기에서 피처리물은 PVD법에 의해 박막이 형성되는 대상이며 대표적으로 웨이퍼를 들 수 있다.

또한 타겟 두께측정 장치(9)는 웨이브(wave) 발생 장치와 계수관(counter)을 포함하여 이루어 진다. 여기에서는 타겟 두께측정 장치(9)가 셔터암에 부착되어 있는데, 셔터(shutter)는 타겟 표면의 세정 및 챔버의 컨디셔닝을 위하여 진행하는 수단으로서 일반적으로 챔버 한쪽 편에 암(arm)과 디스크(disk) 형태의 어셈블리로 존재한다. 따라서 타겟을 전체적으로 스캔할 수 있다.

도 3에서는 셔터암에 타겟 두께측정 장치(9)가 부착되어 있으나, 이는 바람직한 하나의 실시예이며 스퍼터링 챔버 내에 피처리물을 운송하는 수단인 로봇암(1a)에도 타겟 두께측정 장치(9)를 부착하여 동일한 기능을 수행할 수 있다.

다음, 도 4는 본 발명에 의해 타겟 수명을 예측하는 방법을 나타낸 플로우 차트로서 상기 도 3에서 설명한 장치를 작동하는 방법에 관한 것이다.

웨이브 발생장치와 계수관이 포함된 타겟 두께측정 장치(9)가 부착된 셔터암(7)이 타겟(6)쪽으로 이동하는 단계; 상기 타겟 두께측정 장치(9)의 웨이브 발생장치가 타겟(6) 전체를 스캔하면서 웨이브를 조사하는 단계; 이 때 타겟(6)으로 조사되는 웨이브는 X-선, 자외선, 적외선, 마이크로파(microwave), 무선 주파수(radio frequency) 중의 어느 하나가 사용된다. 상기 웨이브 발생장치에서 발생된 웨이브가 타겟(6)으로 조사된 후 발생된 시그널을 계수관이 받아들이는 단계; 및 상기 계수관이 시그널을 분석하여 타겟(6)의 잔여 두께를 예측하는 단계로 작동되어 타겟의 형상에 관계 없이 타겟 전체면의 두께 프로파일을 실시간으로 검사할 수 있다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치 및 수명예측방법은 스퍼터링 장비의 셔터암(shutter arm) 또는 로봇암(robot arm)에 웨이브 발생장치 및 계수관으로 이루어진 타겟 두께특정 장치를 부착시켜 타겟의 프로파일을 실시간으로 확인함으로써 새로운 조건에서 타겟을 사용할 시에도 사용 수명을 예측할 수 있어 제조 공정의 효율성과 생산성을 향상시킬 수 있고, 타겟의 재증착(Redeposition), 금속 파티클(particle)의 유입, 아킹(arcing) 현상을 실시간으로 확인할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 스퍼터링용 타겟;

   셔터암에 부착된 상기 타겟의 두께 측정 장치;

   상기 타겟으로부터 방출되는 원자들에 의해 증착막이 형성되는 피처리물; 및

   상기 피처리물을 지지하는 지지대

   를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 타겟 두께측정 장치는 웨이브 발생 장치와 계수관을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 피처리물은 웨이퍼를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 스퍼터링용 타겟의 수명예측 장치.
5. 셔터암에 부착된 타겟 두께측정 장치가 타겟 쪽으로 이동되는 단계; 및

   상기 타겟 두께 측정 장치가 타겟의 두께를 측정하는 단계

   를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 스퍼터링용 타겟의 수명예측 방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 5항에 있어서,

   상기 웨이브는 X-선, 자외선, 적외선, 마이크로파 및 무선 주파수 중의 어느 하나임을 특징으로 하는 스퍼터링용 타겟의 수명예측 방법.

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