KR101275093B1

KR101275093B1 - 배기가능 마그네트론 챔버

Info

Publication number: KR101275093B1
Application number: KR1020060067402A
Authority: KR
Inventors: 마코토 이나가와
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2013-06-14
Also published as: CN1900353A; TWI350318B; US8097133B2; US20070017798A1; JP5160054B2; JP2007046158A; KR20070011162A; CN1900353B; TW200704806A

Abstract

본 발명은 타깃(18) 및 이의 배킹 플레이트(20)에 밀봉된 진공-펌핑 마그네트론 챔버(32)를 가진 스퍼터 반응기(50)와 관련한 진공 펌핑 시스템 및 방법에 관한 것이다. 주 스퍼터 챔버(14)는 타깃 정면에 진공 밀봉되고 저온 펌핑된다(26). 바이패스 도관(51) 및 밸브(54)는 마그네트론 챔버 및 주 챔버를 연결한다. 마그네트론 챔버에 결합된 기계적 러핑 펌프(34)는 바이패스 밸브가 폐쇄되고 저온 펌프가 개방되기 전에 바이패스 도관을 통해 주 챔버를 1 토르 미만으로 펌핑하고, 그후, 타깃에 걸친 압력차를 감소시키기 위하여 마이크론 챔버를 펌핑하는 것을 계속한다. 바이패스 밸브의 양단에 연결된 압력차 스위치(58)는 예컨대 누설 또는 전기적 결함이 존재할 때 압력차가 20 토르와 같은 제한치를 초과할 때마다 바이패스 밸브를 즉시 개방시킨다. 바이패스 도관은 또한 배기 절차에서 사용된다.

Description

배기가능 마그네트론 챔버{EVACUABLE MAGNETRON CHAMBER}

도 1은 종래의 진공 펌핑을 포함하는 스퍼터 반응기의 개략적 횡-단면도이다.

도 2는 본 발명의 진공 펌핑의 제 1 실시예를 포함하는 스퍼터 반응기의 개략적 횡-단면도이다.

도 3은 본 발명의 진공 펌핑의 제 2 실시예를 포함하는 스퍼터 반응기의 개략적 횡-단면도이다.

일반적으로 본 발명은 재료들의 스퍼터링에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 스퍼터링 챔버의 진공 펌핑 시스템에 관한 것이다.

스퍼터링은 실리콘 웨이퍼 상에 타깃(target) 재료를 증착하기 위하여 금속 타깃이 스퍼터링되는, 실리콘 집적 회로들의 제조에 있어서의 잘 확립된 기술이다. 최근 몇 년동안, 스퍼터링은 또한 평면(flat) 컴퓨터 디스플레이들 및 대형 평면 텔레비전 등과 같은 평판(flat panel) 디스플레이들의 제조에서도 유사한 목적들을 위해 적용되었다. 다양한 타입들의 평판 디스플레이들은 전형적으로 유리 또는 중합체와 같은, 종종 패널들이라 불리는 대형의 얇은 절연 직사각형 기판들 상에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)들을 포함하여 제조될 수 있고, 또한 액정 디스플레이(LCD)들, 플라즈마 디스플레이들, 필드 에미터들 및 유기 발광 다이오드(OLED)들을 포함하여 제조될 수 있다. 거의 모든 패널 제조 장비는 자신의 대형 크기에 의해 구별된다. 최초 세대는 480mm 정도의 측면 치수들을 가진 패널들에 기초하였다. 가장 최근 세대는 측면이 2m를 초과하는 패널 크기들을 고려한다. 이러한 대형 크기는 가장 최근 장비에서 약 300mm의 크기들로 제한되는 웨이퍼 제조 장비에서 경험되지 못한 여러 문제점들을 유발하였다.

종래의 평판 스퍼터 반응기(10)가 도 1의 횡-단면도에 개략적으로 예시된다. 여기에 참조문헌으로서 통합되는, Demaray 등에 의한 미국특허 제5,565,071호는 상기와 같은 반응기를 더 상세히 개시하고 있다. 주(main) 진공 처리 챔버(14) 내의 페데스탈(pedestal: 12)은 배킹 플레이트(backing plate)(20)에 결합된 타깃(18)에 대향하게 스퍼터링 코팅될 패널(16)을 지지하며, 상기 배킹 플레이트는 처리 챔버(14)에 밀봉되나 처리 챔버(14)로부터 전기적으로 분리된다. 타깃(18)은 배킹 플레이트(20)에 결합된 하나 이상의 타깃 타일들을 포함할 수 있다. 아르곤 스퍼터링 가스는 아르곤 가스 소스(22)로부터 질량 흐름 제어기(24)를 통해 주 챔버(14)로 유입된다. 고-진공 펌프(26), 예컨대 저온 펌프(cryo pump)는 게이트 밸브(28)를 통해 진공 처리 챔버(14)에 연결되며 약 10^-6 내지 10^-7 토르의 범위로 진공 처리 챔버(14) 내의 기본 압력을 유지하나, 아르곤 압력은 전형적으로 플라즈마 스퍼터링을 위하여 밀리토르 범위 내에서 유지된다. 예시되지 않은 DC 전원은 아르곤을 플라즈마로 여기시키기 위하여 페데스탈(12) 또는 처리 챔버(14) 또는 이 처리 챔버(14) 내부에 포함된 실드(shield)에 대하여 충분히 큰 음전압으로 타깃(18)을 전기적으로 바이어스한다. 양의 아르곤 이온들은 음으로 바이어스된 타깃(18)으로 강하게 유인되어 이 타깃(18)으로부터 재료를 스퍼터링하며, 이 후, 스퍼터링된 재료는 패널(16)에 충돌하여 타깃의 재료를 패널(16) 상에 코팅한다. 반응성 스퍼터링에서, 질소와 같은 반응성 가스는 스퍼터링된 금속과 반응하여 금속 질화물을 형성하기 위하여 처리 챔버(14) 내로 부가적으로 유입된다. 그럼에도, 챔버 압력은 밀리토르 범위 또는 이 보다 낮은 범위에서 유지된다.

상반된 자극(magnetic pole)들을 가진 마그네트론(30)은 타깃(18) 및 배킹 플레이트(20)의 후면에 배치되어 타깃(18)의 스퍼터링 면에 대하여 수평 자기장을 생성하며, 그에 의하여 플라즈마를 강화하여 스퍼터링 속도를 증가시킨다. 마그네트론(30)의 형태는 전형적으로 예시된 것보다 상당히 더 복잡하다. 마그네트론(30)은 균일한 증착 및 타깃 침식(erosion)을 제공하기 위하여 배킹 플레이트(20)의 후면에 대하여 1차원 또는 2차원으로 스캐닝된다. 웨이퍼 스퍼터 반응기들에서, 마그네트론(30)은 전형적으로 연속된 스퍼터링하에서 매우 뜨거워질 수 있는 타깃(18)을 냉각시키는 냉각수조(cooling water bath) 내에 밀폐된다. 그러나, 이러한 구성은 대형 패널들에 대한 스퍼터 반응기들에 대해서는 실용적이지 않다. 배킹 플레이트(20) 및 타깃(18)은 후면측 마그네트론(30)으로부터의 자기장이 자신들을 통해 투사되도록 비교적 얇아야 한다. 그러나, 매우 큰 크기의 타깃은 배킹 플레이트(20)가 냉각수의 중량 및 수압 + 진공 처리챔버 내의 고 진공과 대기 압력(760 토르 또는 14 psi(pound per square inch: 평방인치당-파운드) 간의 거대한 힘에 견딜 필요가 있음을 의미한다. 이러한 문제는 비교적 얇은 배킹 플레이트(20) 내에 액체 냉각 채널들을 형성하고 처리챔버(14) 외부로부터 냉각제를 공급하여 배킹 플레이트(20) 및 부착된 타깃(18)을 냉각시킴으로써 방지된다. 마그네트론(30)을 둘러싸는 마그네트론 챔버(32)는 배킹 플레이트(20)의 후면에 형성되고 배킹 플레이트(20)에 진공 밀봉된다. 마그네트론 챔버(32)는 예컨대 1 토르 미만, 더 전형적으로 200 내지 500 밀리토르로 진공 펌핑되어 배킹 플레이트(20)가 견디어야 하는 힘을 현저하게 감소시킨다.

통상적으로, 기계적 러핑(roughing) 펌프(34)는 러핑 밸브(36)를 통해 필수적인 토르 이하의 압력(sub-Torr pressure)으로 마그네트론 챔버(32)를 펌핑하며, 패널 처리동안 마그네트론 챔버(32)에서 그 압력을 유지한다. 저온 펌프(26)는 매우 낮은 압력들에서 매우 효과적이나 1 토르를 훨씬 초과하는 압력들에서는 동작될 수 없는 고진공 펌프이다. 따라서, 주 챔버(14)가 동작 초기에 대기압력으로부터 펌핑 다운(pump down)될 때, 동일한 러핑 펌프(34)는 저온 게이트 밸브(28)가 폐쇄되는 동안 제 2 러핑 밸브(38)를 통해 처리 챔버(14)를 또한 펌핑한다. 러핑 펌프(34)가 약 200 내지 약 500 밀리토르의 크로스-오버(cross-over) 압력으로 주 챔버(14)의 압력을 감소시킬 때, 제 2 러핑 밸브(38)는 폐쇄되고 저온 게이트 밸브(28)는 개방되어, 저온 펌프(26)가 주 챔버(14) 내의 압력을 10^-6 토르 미만의 필수 압력으로 추가로 감소시키도록 한다. 그러나, 제 1 러핑 밸브(36)는 러핑 펌프(34)가 토르 이하의 압력으로 마그네트론 챔버(32)를 계속해서 펌핑하도록 개방 상태로 유지된다.

동작 시에, 패널(16)은 약 10^-3 내지 10^-6 토르의 범위 내에서 유지되는 중앙 전달 챔버로부터 슬릿 밸브(40)를 통해 주 챔버(14)내로 삽입된다. 인-라인 시스템에서, 두 개의 슬릿 밸브들은 패널들(16)이 진공 격리된 챔버들의 라인을 따라 통과하도록 주 챔버(14)의 대향 측면들 상에 배치된다. 본 발명은 본 발명의 스퍼터 반응기를 통합하는 대규모 시스템의 구성에 의하여 제한되지 않는다.

그러나, 종래의 펌핑 시스템은 여러 단점들을 가지고 있다. 760 토르로부터의 펌핑 다운 동안, 배킹 플레이트(20)에 걸친 압력차는 예컨대 20 토르 미만으로 최소화되어야 한다. 펌핑 속도(pumping rate)들은 두 개의 챔버들(14, 32) 간에 매칭될 필요가 있으며, 이들 2개의 챔버들의 동작은 펌핑 다운 동안 타깃 배킹 플레이트(20)에 걸친 과도한 차동 압력(differential pressure)을 방지하기 위하여 주의 깊게 타이밍될 필요가 있다. 또한, 주 챔버(14)가 유지보수(maintenance)를 위하여 대기로 배기될 때, 두 개의 챔버들(14, 32)은 동일한 속도로 대기 압력에 이를(bring up) 필요가 있다. 하나 또는 다른 밸브들(36, 38)의 결함 또는 오제어(miscontrol)는 챔버들(14, 32) 중 단지 한 챔버에서만 압력이 빠르게 이탈하도록 할 수 있다. 펌프 결함은 대기가 어느 하나의 결함 펌프(34, 26)를 통해 역류하여 압력차를 빠르게 증가시킬 수 있기 때문에 즉시 대처하여야 한다. 챔버 누설은 빠르게 검출되어 그에 따라 펌핑이 조절될 필요가 있다. 전력 또는 컴퓨터 결함의 경우에, 밸브들(28, 36, 38) 및 펌프들(26, 34)의 상태들은 불확실하게 된다. 최대로 약 20 토르보다 큰 임의의 압력차는 배킹 플레이트(20)가 과도하게 구부러지도록 하여, 어쩌면 본딩된 타깃(18) 또는 다수의 타깃 타일들이 배킹 플레이트(20)로부터 박리될 수 있다. 큰 압력차들은 배킹 플레이트(20)가 영구적으로 변형되어 심지어 파손되도록 할 수 있다.

특히 몰리브덴과 같은 내화물 재료들의 큰 스퍼터링 타깃들은 매우 비싸기 때문에 펌핑 사고들로 인한 타깃 결함들이 최소화될 필요가 있다.

진공 펌핑 시스템은 마그네트론 진공 챔버가 스퍼터링 타깃의 후면에서 스캐닝되는 마그네트론을 밀폐하고 스퍼터링 타깃의 전면의 처리 챔버가 스퍼터링 동안 낮은 압력으로 유지되는 스퍼터 반응기를 진공 펌핑한다. 고진공 펌프, 예컨대 저온 펌프는 처리챔버에 연결된다. 저진공 펌프, 예컨대 기계적 러핑 펌프 또는 러핑 라인은 러핑 밸브를 통해 마그네트론 챔버에 연결된다. 바이패스 도관은 마그네트론 및 처리챔버를 연결하며, 밸브, 바람직하게 정상상태에서 개방된(NO:normally open) 밸브를 포함한다. 바이패스 밸브 양단에 연결된 압력차 스위치는 바이패스 밸브에 걸친 압력이 허용가능한 압력차를 초과할 때, 예컨대 1 내지 30 토르, 바람직하게 약 20 토르일 때를 검출하며, 이에 따라 바이패스 밸브가 개방된다.

최초의 펌핑 다운 동안, 고진공 펌프에 대한 게이트 밸브는 폐쇄되며 바이패스 밸브는 개방된다. 러핑 밸브는 러핑 펌프로 하여금 마그네트론 챔버 및 처리챔버 모두를 적당한 낮은 압력으로 펌핑하게 하도록 개방된다. 압력이 크로스-오버 압력에 도달할 때, 바이패스 밸브는 폐쇄되며 고진공 펌프에 대한 게이트 밸브는 개방된다.

시스템 배기 동안, 고진공 펌프에 대한 게이트 밸브는 폐쇄되며, 바이패스 밸브는 개방되며, 배기(vent) 밸브는 대기로 개방된다.

도 2의 횡-단면도에 개략적으로 예시된 본 발명의 스퍼터 반응기(50)는 자신의 가스 펌핑 및 압력 모니터링에 있어서 대부분 통상의 반응기와 다르다. 기계적 러핑 펌프(34)는 마그네트론 챔버(32) 및 주 챔버(14) 모두를 러핑(roughing) 펌핑하기 위하여 러핑 밸브(36)를 통해 마그네트론 챔버(32)에 연결된다. 바이패스 도관(51)은 마그네트론 챔버(32)에 연결된 마그네트론 가스라인(52), 및 처리챔버(14)와 중간 바이패스 게이트 밸브(54)에 연결된 주 챔버 가스라인(53)을 포함한다. 바이패스 게이트 밸브(54)가 개방되는지 또는 폐쇄되는지의 여부에 따라 두 개의 챔버들(14, 32)이 서로로부터 진공 분리되는지 또는 균일한 압력이 유지되는지의 여부가 결정된다. 이러한 실시예에서, 바이패스 도관(51)상에 다른 밸브가 존재하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 구성에서는 러핑 펌프(34)가 개방된 바이패스 밸브(54)를 통해 처리챔버(14)를 펌핑할 수 있기 때문에 러핑 펌프(34)로부터 주 챔버(14)로의 직접 연결을 필요로 하지 않는다. 설비는 공통 러핑 펌프 라인에 결합되고 이러한 반응기(50)와 같은 각각의 시스템에 전용되는 하나의 그러한 러핑 밸브(36)를 가진 다중 시스템들에 러핑 펌프 라인을 제공할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 컨벡트론 게이지(convectron gauge)와 같은 중간-압력 러핑 진공 게이지(56)는 대략 기계적 러핑 펌프(34)의 저압 제한치인 전형적으로 100 밀리토르를 초과하는, 러핑 라인 상의 압력을 측정한다.

바이패스 밸브(54)는 바람직하게 정상상태에서 개방된(NO) 밸브이다. 즉, 양의 신호 또는 전력은 NO 바이패스 밸브를 차단(shut)하기 위하여 NO 바이패스 밸브(54)에 공급되어야 한다. 이러한 양의 신호 또는 전압의 부재 시에, 스프링 또는 다른 수동 수단은 NO 바이패스 밸브(54)가 개방되도록 하여, 주 챔버(14) 및 마그네트론 챔버(32)를 링크시킨다. 따라서, 전력 정전 또는 여러 타입들의 컴퓨터 결함들의 경우에, 바이패스 밸브(54)는 두 개의 챔버들(14, 32) 간의 압력을 균등하게 하기 위하여 개방된다.

차동 압력 스위치(58)는 바이패스 밸브(54)를 통해 바이패스 도관(51)에 연결된다. 차동 압력 스위치(58)는 폐쇄된 바이패스 밸브(54)를 가로지르는 어느 하나의 방향에서, 그리고 그리하여 두 개의 챔버들(14, 32) 사이에서 과도한 압력차가 발생할 때를 감지한다. 만일 차동 압력이 예컨대 20 토르의 미리 결정된 압력차 제한치를 초과하면, 바이패스 밸브(54)는 두 개의 챔버들(14, 32) 간의 압력을 균등하게 하여 배킹 플레이트(20)에 걸친 차동 압력을 감소시키기 위하여 개방된다. 차동 압력 스위치(58)는 바이패스 밸브(54)에 직접 링크되거나, 또는 모든 측정된 압력들을 감지하여 모든 밸브들을 제어하는 제어기(60)를 통해 또는 제어기(60)로부터 분리된 전용 전자장치를 통해 바이패스 밸브(54)에 링크된다. 20 토르의 차동 압력 제한치는 적절한 것으로 고려된다. 그러나, 바람직하게 30 토르 미만 그리고 바람직하게 1 토르보다 큰 다른 압력 제한치들이 사용될 수 있다. 이 제한치를 초과하는 차동 압력들은 타깃 타일(18)이 배킹 플레이트(20)로부터 박리될 정도로 배킹 플레이트가 변형되도록 할 수 있다.

대안적 구성에서, 차동 압력 스위치(58)의 한 단부 또는 양 단부는 처리 챔버(14) 또는 마그네트론 챔버(32)에 직접 결합될 수 있다. 비록 차동 압력 스위치(58)가 가장 용이하게는 온/오프 압력 검출기로서 구현될지라도, 차동 압력 스위치(58)는 차동 압력의 값들을 제어기(60)에 출력하고 제어기(60)는 측정된 차동 압력이 제한치를 초과할 때 동작을 개시하는 것이 가능하다. 대안적으로, 차동 압력 스위치(58)는 바이패스 밸브(54)의 양 측면들 상에서 각각의 압력 신호들을 제어기(60)에 전송하는 두 개의 압력 센서들(예컨대 이하에서 기술될 러핑 진공 게이지(56) 및 챔버 진공 게이지(66))로서 구현될 수 있으며, 제어기(60)는 압력차의 크기가 압력차 제한치를 초과할 때를 결정한다.

처리 챔버(14) 내의 압력은 처리 챔버(14) 내에 직접 결합된 압력 감지 도관(64) 상에서 모니터링된다. 컨벡트론 게이지와 같은 중간-압력 챔버 진공 게이지(66)는 대기 압력까지 약 100 밀리토르 초과의 압력들을 측정하기 위하여 압력 감지 도관(64)에 결합된다. 커패시턴스 마노미터(manometer) 게이지와 같은 저압 진공 게이지(68)는 게이지 격리 밸브(70)를 통해 압력 감지 도관(64)에 결합된다. 저압 진공 게이지(68)는 약 1 토르로부터 아래로 10^-8 토르까지 그리고 그 미만의 압력들에 민감하다. 이러한 저압 진공 게이지들은 격막(diaphragm) 구성을 가지거나 또는 핫(hot) 필라멘트 방사에 의존하며, 1 토르를 상당히 초과하는 압력으로부터 보호될 필요가 있다. 따라서, 주 챔버 압력이 크로스-오버 압력 이하로 감소되었을 때만 격리 밸브(70)를 개방하는 것이 전형적으로 실제적이다.

때때로, 처리 챔버(14)는 타깃 어셈블리(18, 20)를 유지보수하거나 또는 교체하기 위하여 개방될 필요가 있다. 이러한 상황들의 경우에, 배기 밸브(76)를 가진 배기 도관(74)은 시스템을 대기로 배기하기 위하여 주 챔버(14)(또는 가능하게는 마그네트론 챔버(32))에 연결된다. 정상 동작 시에, 배기 밸브(76)는 폐쇄를 유지한다.

본 발명의 다른 실시예로 도 3의 횡-단면도에 개략적으로 예시된 스퍼터 반응기(80)는 처리 챔버(14) 및 마그네트론 챔버(32)에 대한 통상의 펌핑 포트들에 의존하며 호싱(hosing) 또는 용이하게 구성된 엘리먼트들 내에 바이패스 도관(82)을 형성할 수 있다. 러핑 밸브(36)는 Y-커플링(86)을 포함하는 일련의 호싱 또는 파이핑과 러핑 라인(84) 사이에 연결된다. 단일 마그네트론 가스라인(88)은 Y-커플링(86)에 마그네트론 챔버(32)를 연결한다. 바이패스 가스 라인(90)은 Y-커플링(84)을 바이패스 밸브(54)에 연결한다. 주 챔버 가스 라인(53)은 바이패스 밸브(90)를 처리 챔버(14)에 연결한다. 따라서, 바이패스 도관(82)은 마그네트론 가스 라인(88), Y-커플링(86), 바이패스 라인(90), 및 주 챔버 가스 라인(53)으로 구성된다. 결과로서, 기존의 스퍼터 반응기들은 본 발명의 펌핑 구조로 현장에서 재구성될 수 있다. 비록 압력차 스위치(58)가 마그네트론 라인(88) 또는 바이패스 라인(90) 및 주 챔버 라인(53) 또는 챔버 및 가스 라인의 일부 조합 사이에 용이하게 연결될 수 있을지라도, 이 도면은 또한 처리 챔버(14) 및 마그네트론 챔버(32)사이에 직접 연결된 압력차 스위치(58)를 도시한다.

펌프 다운 절차는 두 개의 챔버들(14, 32)이 폐쇄되나 대기 압력에서 유지된다는 가정하에 지금 기술될 것이다. 슬릿 밸브(40), 러핑 밸브(36), 격리 밸브(70), 및 고압력 게이트(28)는 폐쇄되는 것으로 가정되며, 질량 흐름 제어기(24)는 펌프 다운동안 폐쇄를 유지할 수 있다. 펌프 다운의 시작시에, 제어기(60)는 바이패스 밸브(54)가 개방되어 있음을 결정하고 배기 밸브(76)를 폐쇄한다. 그 다음에, 제어기(60)는 러핑 밸브(36)를 개방하며, 러핑 펌프(34)는 마그네트론 챔버(32)를 펌핑하기 시작하며 또한 바이패스 도관(51, 82)을 통해 주 챔버(14)를 펌핑한다. 챔버 압력이 크로스-오버 압력 미만으로 감소된다는 것을 제어기(60)가 중간-압력 진공 게이지들(56, 66) 모두로부터 결정할 때, 제어기(60)는 고진공 게이트 밸브(28) 및 게이지 격리 밸브(70)를 개방하고 바이패스 밸브(54)를 폐쇄한다. 러핑 펌프(34)는 마그네트론 챔버(14)를 펌핑하는 것을 계속하며, 고진공 펌프(26)는 주 챔버(14)를 펌핑한다. 주 챔버(14) 내의 압력이 정상 기본 압력들로, 예컨대 10^-6 토르 미만으로 감소되었다는 것을 제어기(60)가 고진공 게이지(68)로부터 결정할 때, 펌프 다운 절차가 완료된다. 그 다음에, 제어기(60)는 일련의 패널들(16)을 스퍼터 처리하기 위하여 슬릿 밸브(40) 및 질량 흐름 제어기(24) 뿐만 아니라 타깃(18)에 대한 전원을 제어한다.

배기 절차는 폐쇄된 질량 흐름 제어기(24) 및 슬릿 밸브(40)로 개시된다. 제어기(60)는 게이지 격리 밸브(70) 및 고진공 게이트 밸브(28)를 차단하며, 마그네트론 챔버(14)에 주 챔버(14)를 연결하기 위하여 바이패스 밸브(54)를 즉시 개방한다. 그 다음에, 제어기(60)는 러핑 밸브(36)를 폐쇄한 다음, 양 챔버들(14, 32)을 대기로 배기하기 위하여 배기 밸브(74)를 개방한다. 그 다음에, 마그네트론 챔버(32)는 배킹 플레이트(20)로부터 제거될 수 있으며, 배킹 플레이트(20) 및 부착된 타깃(18)은 처리 챔버(14)로부터 제거될 수 있다.

동작 중에 어느 한 챔버(14, 32)로부터 누설이 발생하는 경우에 또는 다른 타입들의 결함들이 존재하는 경우에, 바이패스 압력 차동 압력 스위치(58)는 제한치를 초과하는 차동 압력의 이탈을 감지하고 또한 자동적으로 과도한 압력을 감지하고 제어기(60)에 인터럽트(interrupt)를 플래깅(flag)하며, 제어기(60)는 바이패스 밸브(54)를 즉시 개방한다. 저온 펌프(26) 또는 고진공 게이지(68)는 그들의 밸브들(28, 70)이 제시간에 폐쇄되지 않는 경우에 손상될 수 있으나, 적어도 고가의 타깃/배킹 플레이트 어셈블리(18, 20)는 회복할 수 없게 손상되지 않는다. 저압 또는 고압 챔버 진공 게이지(66, 68)는 주 챔버(14) 내의 고압 상태를 선택적으로 플래깅할 수 있다.

비록 본 발명이 평판 스퍼터링에 사용하는 것으로 기술되었을지라도, 실질적으로 원형인 실리콘 웨이퍼들, 특히 큰 크기의 웨이퍼들 상에 스퍼터링하기 위해 그 내부에 액체 냉각 채널들을 가진 얇은 타깃/배킹 플레이트 어셈블리 및 진공-펌핑된 마그네트론 챔버를 포함하는 스퍼터 반응기를 구현하는 것이 유리할 수도 있다. 웨이퍼 반응기들은 전형적으로 중심축에 대하여 회전되는 마그네트론을 가진다. 본 발명은 이러한 웨이퍼 반응기에 유리하게 적용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 단순하나 더 신뢰할 수 있는 진공 펌핑 시스템을 제공하는 효과를 가진다.

Claims

스퍼터 코팅될 기판을 유지(hold)하고, 상기 기판 반대편의 일면(side) 상에서 스퍼터링 타깃과 함께 진공 밀봉가능하며, 고-진공 펌프에 연결가능한 주 챔버 ― 상기 고-진공 펌프는 1 밀리토르 미만의 압력으로 상기 주 챔버를 펌핑할 수 있음 ―;

스캐닝 마그네트론을 포함하고 상기 타깃에 진공 밀봉가능하도록 구성되는 마그네트론 챔버;

진공 러핑(roughing) 라인 및 상기 마그네트론 챔버 사이에 연결된 러핑 밸브―상기 러핑 밸브를 통과하는, 상기 진공 러핑 라인 및 상기 마그네트론 챔버 사이의 유동 경로는 상기 고-진공 펌프 또는 상기 주 챔버를 통과하지 않음―; 및

상기 마그네트론 챔버와 상기 주 챔버를 연결하고, 바이패스 밸브를 포함하는 바이패스 도관―상기 바이패스 밸브의 상태의 선택은 상기 주 챔버와 상기 마그네트론 챔버 사이의 압력 차가 존재할 것인지, 또는 상기 주 챔버와 상기 마그네트론 챔버의 압력들이 같은지를 결정함―을 포함하며,

상기 러핑 라인과 상기 주 챔버 사이의 러프 펌핑 유동 경로는 상기 마그네트론 챔버, 상기 바이패스 밸브 및 상기 바이패스 도관을 통하여서만 연장하는,

스퍼터링 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 바이패스 밸브는 정상상태에서 개방된(normally open),

스퍼터링 시스템.
제 2항에 있어서,

상기 바이패스 밸브 외의 다른 밸브는, 상기 주 챔버 및 상기 마그네트론 챔버 사이의 상기 바이패스 도관 상에 포함되지 않는,

스퍼터링 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 타깃은 내부 액체 냉각 채널들을 갖는 배킹 플레이트와 상기 배킹 플레이트에 본딩된 적어도 하나의 타깃 타일을 포함하는,

스퍼터링 시스템.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 바이패스 밸브 주변에 연결되고, 차동 압력 제한치 초과의 압력차를 검출할 수 있는 압력차 스위치를 더 포함하며,

상기 바이패스 밸브는 상기 압력차 스위치의 출력에 따라 동작가능하게 제어되는,

스퍼터링 시스템.
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삭제
삭제
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 주 챔버 및 상기 마그네트론 챔버 중 하나에 결합되고, 상기 러핑 라인에 의하여 제공된 압력을 측정할 수 있는 러핑 압력 게이지;

상기 주 챔버를 상기 고-진공 펌프에 연결하는 게이트 밸브;

상기 주 챔버 및 상기 마그네트론 챔버 중 하나에 연결된 배기(vent) 밸브를 포함하는 대기 배기 라인; 및

상기 러핑 압력 게이지로부터 신호들을 수신하고, 상기 러핑 밸브, 상기 바이패스 밸브 및 상기 게이트 밸브를 제어하며, 펌프 다운 절차 및 배기 절차를 실행하기 위한 명령들을 포함하는 제어기를 더 포함하는,

스퍼터링 시스템.
제 9항에 있어서,

상기 러핑 압력 게이지는 상기 바이패스 밸브 주변에 연결되고, 차동 압력 제한치 초과의 압력차를 검출할 수 있는 압력차 스위치를 포함하며,

상기 제어기는 상기 압력차 스위치로부터 신호들을 부가적으로 수신하는,

스퍼터링 시스템.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기판들은 직사각형 패널들인,

스퍼터링 시스템.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기판들은 원형 실리콘 웨이퍼들인,

스퍼터링 시스템.
스퍼터링 시스템으로서,

스퍼터 코팅될 기판을 유지(hold)하기 위한 주 챔버;

게이트 밸브를 통해 상기 주 챔버에 연결된 고-진공 펌프;

상기 주 챔버에 밀봉된 스퍼터링 타깃;

상기 주 챔버 반대편에서 상기 스퍼터링 타깃의 일면에 밀봉되고 스캐닝 가능한 마그네트론을 둘러싸는(enclose) 마그네트론 챔버;

진공 러핑 라인 및 상기 마그네트론 챔버 사이에 연결된 러핑 밸브―상기 러핑 밸브를 통과하는 유동 경로는 상기 고-진공 펌프 또는 상기 주 챔버를 통과하지 않음―; 및

상기 마그네트론 챔버 및 상기 주 챔버를 연결하고, 바이패스 밸브를 포함하는 바이패스 도관을 포함하며,

상기 진공 러핑 라인과 상기 주 챔버 사이의 러프 펌핑 유동 경로는 상기 마그네트론 챔버, 상기 바이패스 밸브 및 상기 바이패스 도관을 통하여서만 연장하는,

스퍼터링 시스템.
제 13항에 있어서,

상기 시스템은,

차동 압력 제한치 초과의 압력차를 검출하기 위해 상기 바이패스 밸브 주변에 연결된 압력차 스위치 시스템을 더 포함하는,

스퍼터링 시스템.
제 14항에 있어서,

상기 압력차 스위치 시스템은,

상기 마그네트론 챔버에 결합된 제 1 압력 센서;

상기 주 챔버에 결합된 제 2 압력 센서; 및

상기 바이패스 밸브를 제어하며 상기 두 개의 압력 센서들에 의하여 감지된 압력들을 비교하는 제어기를 포함하는,

스퍼터링 시스템.
제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 주 챔버 및 상기 마그네트론 챔버 중 하나에 결합되며, 상기 러핑 라인에 의해 제공된 압력을 측정할 수 있는 러핑 압력 게이지; 및

상기 주 챔버 및 상기 마그네트론 챔버 중 하나에 연결된 배기 밸브를 포함하는 대기 배기 라인을 더 포함하는,

스퍼터링 시스템.
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스퍼터 코팅될 기판을 유지(hold)하기 위한 주 챔버, 상기 주 챔버에 밀봉된 스퍼터링 타깃, 상기 스퍼터링 타깃에 밀봉되며 스캐닝 가능한 마그네트론을 포함하기 위한 마그네트론 챔버, 및 상기 주 챔버 및 상기 마그네트론 챔버를 연결하는 바이패스 도관을 포함하는 스퍼터 반응기를 펌핑하는 방법으로서,

러핑 밸브를 통해 상기 마그네트론 챔버를 러프(rough) 펌핑하는 단계;

고-진공 펌프에 의해 상기 주 챔버를 고-진공 펌핑하는 단계;

기판 상으로의 스퍼터 증착 동안 상기 바이패스 도관을 폐쇄하는 단계;

상기 마그네트론 챔버 및 상기 주 챔버 사이의 차동 압력이 미리 결정된 차동 압력 제한치를 초과할 때마다 상기 바이패스 도관을 개방하는 단계―상기 러핑 밸브를 통과하는 유동 경로는 상기 고-진공 펌프 또는 상기 주 챔버를 통과하지 않음―; 및

상기 마그네트론 챔버로부터 상기 바이패스 도관을 통하여 상기 주 챔버를 러프 펌핑하는 단계를 포함하는 펌프 다운 절차를 포함하는,

스퍼터 반응기를 펌핑하는 방법.
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제 18항에 있어서,

상기 스퍼터 반응기는 상기 주 챔버 및 상기 마그네트론 챔버 중 하나에 연결된 단일 대기 배기부 및 상기 대기 배기부를 제어하는 배기 밸브를 더 포함하며,

상기 방법은, 상기 바이패스 밸브 및 상기 배기 밸브의 조정 개방(coordinated opening)들을 포함하는 배기 절차를 더 포함하는,

스퍼터 반응기를 펌핑하는 방법.