KR101464315B1 - 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 장치의 모니터링 방법 - Google Patents

스퍼터링 장치 및 스퍼터링 장치의 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백킹 플레이트와 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정할 수 있는 저항 측정기를 연결하고, 스퍼터링 공정을 수행하지 않는 대기 모드 또는 스퍼터링 공정을 수행하는 작동 모드에서 스위치를 연결하여 저항을 측정하여 백킹 플레이트와 마그네트론 회전체 간의 간격을 모니터링하는 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 장치의 모니터링 방법을 개시한다.

Description

스퍼터링 장치 및 스퍼터링 장치의 모니터링 방법{Sputtering apparatus and monitoring method thereof}
본 발명은 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 장치의 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 백킹 플레이트와 마그네트론 회전체 간의 전기 저항을 측정할 수 있는 저항 측정기를 구비하는 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 장치의 모니터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)은 타겟에 전기장과 자기장을 인가하여 타겟 근처에서 이온화율을 높여 스퍼터링 율(sputtering rate)을 향상시키는 물리적 기상 증착법의 일종으로서, 증착된 박막의 우수한 밀착력과 표면 미려도 및 높은 밀도로 인해 널리 사용되고 있는 방법이다.
마그네트론 방전을 위해 타겟에 전기장과 자기장이 인가되면 타겟에서 방출된 전자는 인가된 전기장과 자기장 및 방출되는 전자의 속도에 의해 타겟 표면의 일정 부위에서 나선 운동과 호핑(hopping) 운동을 하며 접속되고, 이러한 전자의 국부적인 밀집지역에서 이온화율이 증대되어 스퍼터링 율이 향상된다. 따라서, 고효율의 마그네트론 증착원의 개발을 위해서는 전기장과 자기장의 제어가 필요하며 특히 자기장의 제어가 중요하다.
상기 자기장을 사용한 스퍼터링 기술은, 예를 들면, 미국특허 제6,228,236호(issued to Rosenstein, et al.), 미국특허 제6,183,614호(issued to Fu), 미국특허 제4,995,958호(issued to Anderson, et al.), 일본국 특허공개 평8-74051호, 일본국 특허공개 평9-310174호 및 대한민국 공개특허 제10-1998-0065920호 등에 개시되어 있다.
종래의 마그네트론을 사용하는 스퍼터링 방식으로는, 첫 번째로 영구자석 및 전자석 등을 타겟 뒤에 장착하여 폐회로를 형성함으로써 원형 링 형태의 플라즈마 방전을 형성시키는 방법이 있고, 두 번째로 상기의 원형 마그네트론의 대면적화와 고균일, 고효율이라는 한계를 극복하기 위한 방법으로 8인치 이상의 타겟 후면부에 첫 번째와 같은 소형의 자장 폐회로를 여러 개 배열하여 구동하는 방법이 있다. 그러나 첫번째 방법의 경우 고가의 타겟 사용 효율이 30% 이하로 머물고 있을 뿐만 아니라, 증착 균일도 측면에서도 불균일한 단점을 가지고 있어서 대면적 증착을 필요로 하는 산업 적용의 한계를 가지고 있고, 두번째 방법의 경우 충분한 증착 균일도를 만족할 수 없으며, 타겟 수율이 낮은 단점을 가지고 있다.
그래서, 상기와 같은 방법 대신에 박막의 균일 증착을 이루기 위해서 기계적으로 회전하는 원형 영구 자석 조립체(이하, '회전 조립체'라 함)를 채용하는 스퍼터링 기술들이 사용되고 있다.
도 1은 종래의 회전 조립체를 갖는 스퍼터링 장치가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 챔버(100) 내에 웨이퍼(G)를 홀딩하기 위한 기판 지지부(110)가 제공되며, 상기 챔버(100) 내의 타겟(120)은 후방 플레이트(130)에 부착되어 함께 시스템의 음극을 형성한다. 원형의 회전 조립체(140)가 타겟(120) 후방에 배치되고, 상기 회전 조립체는 다수의 영구 자석을 포함한다. 상기 회전 조립체(140)는 모터(150)에 의해 회전되는 구동 샤프트(160)에 커플링되어 타켓에 대해 이동이 가능하고, 상기 회전 조립체(140)의 자석들에 의해 형성되는 자속(magnetic)은 타겟(120) 전면을 커버한다.
이처럼, 상기의 종래 스퍼터링 장치는 타겟 표면에 자기력의 생성을 위해서 다수의 자석으로 구성된 회전 조립체를 구성하게 되는데, 상기 회전 조립체는 균일한 자기력의 확보 및 타켓 사용 효율을 높이기 위해서 분당 약 100회 이상 회전하게 된다.
그런데, 상기 회전 조립체(140)의 고속 회전시 상기 회전 조립체(140)와 타겟(120) 간의 간격은 0.5 내지 1.5㎜ 정도로 유지되어야 하는데, 이때, 회전 조립체의 회전시 조립 부위의 풀림 현상 등에 의해 상기 회전 조립체(140)와 타겟(120) 간의 간격이 변화되거나, 상기 회전 조립체(140)가 후방 플레이트(130)에 접촉하는 현상이 발생할 수 있게 된다.
상기와 같은 현상이 발생하는 경우 누설 전류가 발생하게 되면서 스퍼터링 공정이 진행되지 않게 되며, 고전압 전원 장치가 손상되거나 다른 주변 장치에 문제가 발생할 수 있게 된다.
따라서, 당 기술분야에서는 상기와 같은 문제점을 사전에 방지하면서 안정적인 스퍼터링을 진행할 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 타겟부와 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하여 상기 타겟부와 마그네트론 회전체 간의 간격을 모니터링하는 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 장치의 모니터링 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 챔버 내의 기판을 지지하는 지지부; 상기 지지부에 대향하여 설치된 타켓부; 상기 타겟부에 전원을 인가하여 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 전원 공급원; 상기 타겟부와의 사이에 소정의 이격 공간을 두고 상기 타켓부의 상부에 배치되는 마그네트론 회전체; 상기 마그네트론 회전체와 상기 타켓부 사이의 전기 저항을 측정하는 저항 측정기; 및 상기 전원 공급원, 마그네트론 회전체 및 저항 측정기를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 타켓부는 상기 기판에 증착 물질을 제공하는 타켓과 상기 타켓의 후면에 구비된 백킹 플레이트(backing plate)를 포함하고,
상기 타켓부의 발열을 냉각하도록 상기 마그네트론 회전체 주위에 냉각수가 순환되고,
상기 마그네트론 회전체와 상기 타겟부를 상기 저항 측정기와 선택적으로 연결하는 스위치를 더 포함하고,
상기 저항 측정기는 상기 전원 공급원의 대기 모드에서 상기 스위치를 온(ON) 상태로 작동시켜 상기 마그네트론 회전체와 상기 타겟부 사이의 전기 저항을 측정하고,
상기 저항 측정기가 고전압용 저항 측정기로 사용되는 경우, 상기 전원 공급원의 작동 모드에서 상기 스위치를 온(ON) 상태로 작동시켜 상기 마그네트론 회전체와 상기 타겟부 사이의 전기 저항을 실시간으로 측정하고,
상기 제어부는 상기 마그네트론 회전체와 상기 타겟부 사이의 특정한 전기 저항을 알람 값으로 미리 설정하고,
상기 마그네트론 회전체 주위에 냉각수를 순환 공급하는 냉각기를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 측정된 전기 저항이 상기 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우에 상기 전원 공급원의 전원이 차단되도록 제어하고,
상기 냉각기는 냉각수의 저항율을 측정하고, 측정된 냉각수의 저항율을 상기 제어부로 제공하고, 상기 제어부는 상기 냉각수의 저항율과 상기 측정된 전기 저항에 기초하여 환산된 전기 저항이 상기 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우에 상기 전원 공급원의 전원이 차단되도록 제어한다.
또한, 본 발명은 타켓부와 상기 타겟부 상면에 형성되는 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하기 위해 저항 측정기를 연결하는 단계; 상기 저항 측정기를 작동시켜 상기 타겟부와 상기 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 전기 저항을 이용해서 상기 마그네트론 회전체의 이상 유무를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 타켓부는 상기 기판에 증착 물질을 제공하는 타켓과 상기 타켓의 후면에 구비된 백킹 플레이트를 포함하고,
상기 마그네트론 회전체는 타겟부의 냉각을 위해 냉각수가 순환되는 공간 내에 수용되고,
상기 타겟부와 상기 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하는 단계는, 전원 공급원의 대기 모드에서 상기 저항 측정기에 연결된 스위치를 온(ON) 상태로 작동시켜 상기 타켓부와 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하고,
상기 타겟부와 상기 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하는 단계는, 상기 저항 측정기를 고전압용 저항 측정기로 사용하는 경우, 상기 전원 공급원의 작동 모드에서 상기 저항 측정기에 연결된 스위치를 온(ON) 상태로 작동시켜 상기 타켓부와 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 실시간으로 측정하고,
상기 측정된 전기 저항을 이용해서 상기 마그네트론 회전체의 이상 유무를 검출하는 단계는, 상기 저항 측정기에 연결된 제어부에서 상기 타겟부와 마그네트론 회전체 사이의 특정한 전기 저항을 알람 값으로 설정하는 단계; 상기 제어부에서 측정된 전기 저항과 상기 설정된 알람 값의 전기 저항을 비교하는 단계; 및 상기 제어부에서 측정된 전기 저항이 상기 설정된 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우 알람 신호를 발생하는 단계;를 포함하고,
상기 측정된 전기 저항을 이용해서 상기 마그네트론 회전체의 이상 유무를 검출하는 단계는, 상기 저항 측정기에 연결된 제어부에서 상기 타겟부와 마그네트론 회전체 사이의 특정한 전기 저항을 알람 값으로 설정하는 단계; 상기 제어부에서 냉각기로부터 제공되는 냉각수의 저항율과 상기 측정된 전기 저항에 기초하여 환산된 전기 저항과 상기 설정된 알람 값의 전기 저항을 비교하는 단계; 및 상기 제어부에서 상기 환산된 전기 저항이 상기 설정된 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우 알람 신호를 발생하는 단계;를 포함하고,
상기 알람 신호가 발생되는 경우에는 상기 전원 공급원의 전원을 차단시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 저항 측정기가 구비된 스퍼터링 장치로부터 마그네트론 회전체와 타겟부 사이의 전기 저항을 측정하도록 하여 상기 마그네트론 회전체와 타겟부 사이의 간격을 미리 모니터링 함으로써, 장치의 문제를 사전에 발견하고 조치할 수 있게 되어 장치의 생산성을 향상하고 타겟에 전원을 인가하는 전원 공급원을 보호하여 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 종래의 스퍼터링 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 전기 저항기를 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 대해 상세히 설명하도록 한다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 증착 공정을 진행하는 챔버가 제공되고, 상기 챔버(200) 내의 기판(201)을 지지하는 지지부(210)와, 상기 지지부(210)에 대향하여 설치된 타켓부(230)와, 상기 타겟부(230)에 전원을 인가하여 상기 챔버(200) 내에 플라즈마를 발생시키는 전원 공급원(291)과, 상기 타켓부(230)의 상부에 배치되는 마그네트론 회전체(250)와, 상기 마그네트론 회전체(250)와 상기 타켓부(230) 사이의 전기 저항을 측정하는 저항 측정기 (280)및 상기 전원 공급원(291)과 마그네트론 회전체(250) 및 저항 측정기(280)를 제어하는 제어부(292)를 포함한다.
상기 타겟부(230)는 본 장치에 의한 스퍼터링에 의해 기판 표면에 증착될 물질을 제공하는 타켓(221)과 백킹 플레이트(222)로 구성되며, 상기 기판(201)과 평행하게 배치되도록 한다. 여기서, 상기 백킹 플레이트(222)는 비교적 높은 열전도성을 갖는 구리 또는 다른 적절한 물질로 형성되어 납땜 또는 접착제에 의해 상기 타겟(221)의 상면에 부착될 수 있으며, 상기 전원 공급원(291)을 통해 음극이 인가하게 된다. 그래서, 상기 백킹 플레이트(222)와 타겟(221)으로 구성된 상기 타켓부는 본 발명의 스퍼터링 장치의 음극으로써 작용할 수 있다.
그리고, 상기 타겟부(230)의 상부에는 자기장 발생 수단으로 마그네트론 회전체(250)가 위치하여 타겟의 전면에 걸쳐 폐루프(closed loop) 자기장이 형성되도록 한다. 상기 마그네트론 회전체(250)는 다수의 원형 영구 자석을 포함할 수 있으며, 상기 타겟부의 백킹 플레이트(222)와의 사이에 소정의 이격 공간(240)을 두고 상기 백킹 플레이트(222)의 상부에 배치하게 된다. 이러한 상기 마그네트론 회전체(250)는 균일한 자기력 확보 및 타겟의 사용 효율을 높이기 위해서 상기 백킹 플레이트(222) 후면에서 분당 약 100회 정도 회전하게 된다.
한편, 상기 마그네트론 회전체(250)의 고속 회전시 상기 마그네트론 회전체(250)와 인접하는 상기 타겟부(230) 부분에서 발열 상태가 발생할 수 있는데, 이러한 상기 타겟부의 발열 상태를 저지하기 위해 상기 마그네트론 회전체 주위에는 냉각수(260)가 채워져 있다. 상기 냉각수는 상시 순환되고 있다.
이러한 일반적인 스퍼터링 장치를 사용하는 스퍼터링 방법은 사용되는 타겟에 따라 적절한 스퍼터링 가스, 예를 들면 아르곤(Ar) 등의 가스가 소정 수단에 의해 챔버 내로 안내되고, 백킹 플레이트와 연결된 전원 공급원에 의해 타겟에 전압이 인가되면서 챔버 내에 글로우 디스차지가 발생하게 된다. 그리고, 챔버 내에 생성된 고밀도 플라즈마가 마그네트론 회전체에 의해 형성된 자기장의 영향으로 타겟 부근에 갇히게 되고, 플라즈마 내의 이온들이 타겟과 충돌함에 따라 타겟의 원자들이 튕겨져 나가면서 기판 표면 상에 도달하는 것으로 진행된다.
한편, 상기와 같이 자기장 발생 수단이 구비된 스퍼터링 장치에서는 앞서 설명한 바와 같이 균일한 자기력의 확보 및 타켓의 사용 효율을 높이기 위해서 마그네트론 회전체가 분당 약 100회 이상 회전하게 되는데, 이때, 상기 마그네트론 회전체의 고속 회전시 안정적인 스퍼터링의 작동을 위해서 상기 마그네트론 회전체와 상기 타겟부는 0.5 내지 1.5㎜ 정도의 간격을 상시 유지해야 할 필요성이 있다.
그러나, 상기 마그네트론 회전체(250)의 고속 회전시 상기 냉각수(260) 안에서 조립 부위의 풀림 현상 등에 의하여 상기 마그네트론 회전체(250)와 타겟부(230) 간의 간격이 변화되거나, 마그네트론 회전체(250)가 상기 타겟부의 백킹 플레이트(222)와 접촉하면서 마그네트론 회전체의 회전이 멈추게 되는 현상이 발생할 수 있게 된다. 이러한 현상은 누설 전류를 발생시키고, 고전압 전원 장치의 손상 및 다른 주변 장치에 문제를 야기시킬 수 있게 된다.
또한, 사용자는 마그네트론 회전체가 회전이 멈추게 될 때까지 알 수 없기 때문에 마그네트론 회전체가 멈춰버리는 경우 공정 중인 모든 웨이퍼를 폐기해야 하고, 상기 마그네트론 회전체의 회전을 복구하기 위해서 장비를 완전히 멈춘 상태로 관련 모듈을 모두 분해 및 재조립해야 하므로, 많은 시간과 비용 손실이 발생한다는 문제점이 있을 수 있게 된다.
이에, 본 발명은 상기 타겟부(230)에 저항 측정기(280)를 연결시키고, 상기 저항 측정기(280)를 통해 자기장 발생 수단인 마그네트론 회전체(250)와 타겟부(230) 사이의 전기 저항을 측정하도록 하여 상기 마그네트론 회전체의 고속 회전시 상기 마그네트론 회전체(250)와 상기 타겟부(230) 사이의 간격을 미리 모니터링 하도록 하였다. 이처럼, 상기 저항 측정기(280)를 통해 상기 마그네트론 회전체(250)와 상기 타겟부(230) 사이의 간격을 미리 알 수 있게 되면 종래의 마그네트론 회전체와 타겟부 사이의 마찰로 인해 발생되었던 문제점들을 방지할 수 있게 된다.
도 3에서와 같이, 상기 저항 측정기(280)는 상기 타겟과 백킹 플레이트로 구성된 타겟부(230)에 연결될 수 있으며, 이러한 상기 저항 측정기(280)는 상기 마그네트론 회전체(250)와 타겟부(230)를 상기 저항 측정기와 선택적으로 연결하는 스위치(281)를 온(ON) 상태로 작동시키는 것으로 상기 마그네트론 회전체와 상기 타겟부 사이의 전기 저항을 측정하게 된다.
여기서, 상기 저항 측정기(280)는 전원 공급원(291)의 대기 모드, 즉, 스퍼터링 공정을 수행하기 전 또는 스퍼터링 공정 후의 상태에서 스위치(281)를 온 상태로 작동시키는 것으로 상기 마그네트론 회전체(250)와 타겟부(230) 사이의 전기 저항을 측정하는 것이 바람직하다.
이처럼, 본 발명은 저항 측정기(280)를 구비하고, 전원 공급원(291)의 대기 모드에서 스위치(281)를 연결하여 전기 저항을 측정하도록 함으로써, 상기 마그네트론 회전체(250)와 타겟부(230) 간의 간격을 알 수 있게 된다. 이러한 결과에 의해서 상기 마그네트론 회전체(250)의 고속 회전시 상기 마그네트론 회전체(250)와 타겟부(230) 간의 간격이 좁아지게 되거나, 또는 상기 마그네트론 회전체가 상기 타겟부에 마찰하는 경우가 발생하더라도 종래에서 발생할 수 있는 문제점들에 대해 사전에 미리 조치를 할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 저항 측정기(280)가 고전압용 저항 측정기로 사용되는 경우에는, 상기 저항 측청기(280)는 전원 공급원(291)의 대기 모드 뿐만 아니라 상기 전원 공급원(291)의 작동 모드(1000Ｖ 이상 인가), 즉, 스퍼터링 공정을 수행하는 상태에서 스위치(281)를 온(ON) 상태로 작동시키는 것으로 상기 마그네트론 회전체(250)와 상기 타겟부(230) 사이의 전기 저항을 실시간으로 측정할 수 있다. 상기 스퍼터링 공정시에는 타겟에 수백 볼트 이상의 고전압이 인가하게 되면서 스위치를 오프(OFF)한 상태로 하여 저항 측정기를 보호하면서 작동을 시키게 되지만, 상기와 같이 상기 저항 측정기가 고전압용으로 사용하게 되면 상기 전원 공급원의 대기 모드 뿐만 아니라 전원 공급원의 작동 모드에서 실시간으로 전기 측정이 가능하다.
그리고, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 상기 저항 측정기(280)를 통해 상기 마그네트론 회전체(250)와 타겟부(230) 간의 간격을 모니터링하여 장치의 문제를 사전에 발견하고 조치할 수 있다고 하였는데, 이 부분에 대해 자세히 설명하도록 하면, 본 발명은 마그네트론 회전체(250)와, 저항 측정기(280) 및 전원 공급원(291)을 제어하는 제어부(292)로부터 마그네트론 회전체(250)와 상기 타겟부(230) 사이의 특정한 전기 저항을 알람 값으로 설정하도록 하고, 상기 측정된 전기 저항과 상기 설정된 알람 값의 전기 저항을 비교하여 상기 측정된 전기 저항이 설정된 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우라면 제어부는 상기 마그네트론 회전체(250)와 타겟부(230) 간의 간격이 좁아지고 있거나 또는 상기 마그네트론 회전체(250)와 타겟부(230) 사이에 마찰이 있는 것으로 인식하게 된다.
이때, 상기 제어부(292)는 마그네트론 회전체(250)의 회전이 완전히 멈추기 전에 상기 제어부(292)와 연결된 전원 공급원(291)의 전원이 차단되도록 제어하여 상기 전원 장치를 보호하거나, 또는 장비가 완전히 동작 불능인 상태가 되기 전에 웨이퍼 생산 공정을 중단함으로써 공정 중 장비가 멈춤으로 인해서 발생되는 웨이퍼 손상 및 폐기에 의한 손실을 줄일 수 있다.
상기 제어부(292) 및 마그네트론 회전체(250)를 수용하는 공간과 연결된 냉각기는 상기 마그네트론 회전체 주위에 순환하는 냉각수(DI water, 260)를 공급하도록 구성될 수 있다. 일반적으로 상기 마그네트론 회전체(250)는 냉각을 위하여 마그네트론 회전체를 순환하는 냉각수(초순수)는 18㏁·㎝ 정도의 저항율 값으로 냉각기(293)에 공급되고, 시간이 지남에 따라 냉각수(초순수)가 이산화탄소와 접촉하거나 기계 구조물과의 이온화 반응으로 저항율은 낮아지게 된다. 스퍼터링 공정시 타겟에 인가된 고전압이 냉각수를 통하여 장비의 접지부로 누설전류를 발생시키게 되는데 이를 최소화하기 위해서는 냉각수의 저항율을 높게 유지하여야 한다. 통상적으로 약 1㏁·㎝ 이상이 바람직한 것으로 알려진다. 상기 저항율은 냉각기(293)에서 냉각수의 저항율을 측정하고 저항율이 1㏁·㎝ 이하로 내려갈 경우 고저항율의 초순수를 추가 공급함으로써 전체 냉각수의 저항율을 상승시켜 1㏁·㎝으로 유지시킬 수 있다.
한편, 마그네트론 회전체(250)와 상기 타겟부(230) 사이에서 측정되는 전체 전기 저항은 상기 마그네트론 회전체(250)와 타겟부(230) 사이에 존재하는 냉각수의 저항율이 변화하는 경우와 마그네트론 회전체 접촉 등의 이상 발생에 따른 간격 변화에 따라서 변화하는 것이 가능하고, 이는 냉각수에 의한 저항 성분과 마그네트론 회전체의 접촉 저항 성분이 연결되어 있는 것으로 이해될 수 있다. 이에 냉각기(293)는 냉각수의 저항율을 측정하고 측정된 냉각수의 저항율을 상기 제어부(292)로 제공하고, 상기 제어부(292)는 상기 냉각수의 저항율과 상기 측정된 전기 저항에 기초하여 환산된 전기 저항(마그네트론 회전체의 접촉 저항 성분에 대응)이 상기 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우에 상기 전원 공급원의 전원이 차단되도록 제어할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치를 이용하여 스퍼터링 장치의 모니터링 방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 모니터링 방법은 타겟부와 상기 타겟부 상부에 형성되는 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하기 위해 저항 측정기를 연결하는 단계; 상기 저항 측정기를 작동시켜 상기 타겟부와 상기 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 전기 저항을 이용해서 상기 마그네트론 회전체의 이상 유무를 검출하는 단계;를 포함한다.
도 2를 참조하면, 먼저, 챔버(200) 내의 타켓부(230)와 마그네트론 회전체(250) 사이의 전기 저항 측정을 위해 상기 타겟부(230)에 저항 측정기(280)를 연결하고 나서, 상기 저항 측정기(280)에 연결된 스위치(281)를 온 상태로 작동시켜서 상기 타겟부(230)와 상기 마그네트론 회전체(250) 사이의 전기 저항을 측정한다.
이때, 상기 전기 저항 측정은 전원 공급원(291)의 대기 모드에서 상기 스위치(281)를 온(ON) 상태로 작동시켜 상기 타겟부(230)와 상기 마그네트론 회전체(250) 사이의 전기 저항을 측정할 수 있다.
한편, 상기 저항 측정기(280)가 고전압용 저항 측정기로 사용되는 경우라면, 상기 전원 공급원(291)의 대기 모드 뿐만 아니라 상기 전원 공급원(291)의 작동 모드에서 스위치를 온(ON) 상태로 작동시켜 상기 타겟부(230)와 상기 마그네트론 회전체(250) 사이의 전기 저항을 실시간으로 측정할 수 있다.
이처럼, 본 발명은 전원 공급원(291)의 대기 모드 또는 작동 모드에서 스위치를 연결하여 상기 타겟부(230)와 마그네트론 회전체(250) 사이의 전기 저항을 측정함으로써, 상기 타겟부(230)와 상기 마그네트론 회전체(250) 간의 간격(0.5 내지 1.5㎜)이 유지되고 있는지를 모니터링 할 수 있게 되고, 나아가 상기 측정된 전기 저항을 이용해서 상기 마그네트론 회전체의 이상 유무를 검출하여 장치의 문제를 사전에 예방하게 할 수 있게 된다.
한편, 상기 측정된 전기 저항을 이용해서 상기 마그네트론 회전체의 이상 유무를 검출하는 단계는 상기 저항 측정기(280)에 연결된 제어부(292)에서 상기 타겟부(230)와 마그네트론 회전체(250) 사이의 특정한 전기 저항을 알람 값으로 설정하는 단계; 상기 제어부(292)에서 측정된 전기 저항과 상기 설정된 알람 값의 전기 저항을 비교하는 단계; 및 상기 제어부(291)에서 측정된 전기 저항이 상기 설정된 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우 알람 신호를 발생하는 단계;를 포함한다.
정상적인 경우에는 타겟부(230)와 마그네트론 회전체(250) 사이의 전기 저항은 높은 값을 나타내나, 상기 타겟부(230)와 마그네트론 회전체(250)의 간격이 좁아지거나 직접 접촉되는 현상이 발생하게 되면 측정되는 전기 저항은 급격히 낮아지게 되고, 측정된 전기 저항과 미리 설정된 알람 값의 전기 저항을 비교하여 측정된 전기 저항이 설정된 알람 값의 전기 저항보다 낮은 경우에는 마그네트론 회전체의 이상이 있는 것으로 판단하고 알람 신호를 발생하게 된다.
한편, 마그네트론 회전체(250)와 상기 타겟부(230) 사이에서 측정되는 전체 전기 저항은 마그네트론 회전체와 타겟부 사이에 존재하는 냉각수의 저항율이 변화하는 경우와 마그네트론 회전체 접촉 등의 이상 발생에 따른 간격 변화에 따라서 변화하는 것이 가능하고, 이는 냉각수에 의한 저항 성분과 마그네트론 회전체의 접촉 저항 성분이 연결되어 있는 것으로 이해될 수 있다. 이에 측정된 전기 저항을 이용해서 상기 마그네트론 회전체의 이상 유무를 검출하는 단계는 상기 저항 측정기에 연결된 제어부에서 상기 타겟부와 마그네트론 회전체 사이의 특정한 전기 저항을 알람 값으로 설정하는 단계; 상기 제어부에서 냉각기로부터 제공되는 냉각수의 저항과 상기 측정된 전기 저항에 기초하여 환산된 전기 저항과 상기 설정된 알람 값의 전기 저항을 비교하는 단계; 및 상기 제어부에서 상기 환산된 전기 저항이 상기 설정된 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우 알람 신호를 발생하는 단계;를 포함할 수 있다.
즉, 전체 냉각수의 저항율을 제어하기 위하여 냉각기(293)는 냉각수의 저항율을 측정하고, 측정된 냉각수의 저항율을 상기 제어부로 제공하고, 상기 제어부(292)는 상기 냉각수의 저항율과 상기 측정된 전기 저항에 기초하여 환산된 전기 저항(마그네트론 회전체의 접촉 저항 성분에 대응)이 상기 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우에 알람 신호를 발생하는 것이다.
이때, 상기 측정된 전기 저항과 상기 설정된 알람 값의 전기 저항 비교시, 상기 측정된 전기 저항이 상기 설정된 알람 값의 전기 저항보다 낮은 경우라면, 상기 제어부에서는 알람 신호를 발생하면서 상기 타겟부와 마그네트론 회전체 간의 간격이 상기 마그네트론 회전체의 고속 회전시 조립 부위의 풀림 현상 등으로 인해 좁아지고 있거나 또는 상기 마그네트론 회전체와 타겟부 사이에 마찰이 있는 것으로 인식하게 된다.
그래서, 사용자는 상기 측정된 전기 저항 또는 환산된 전기 저항이 상기 미리 설정된 알람 값의 전기 저항보다 낮은 경우일 때 발생하는 알람 신호에 의해 상기 타겟부와 마그네트론 회전체의 간격이 비정상적으로 좁아지거나 혹은 직접 접촉하여 마그네트론 회전체의 회전이 거의 멈추는 상태가 되는 것으로 판단하여 상기 제어부를 통해 인터락(interlock)을 동작시켜 타겟과 연결된 전원 공급원의 전원을 차단시키는 것으로 고전압 전원 공급원 장치 또는 다른 주변 장치가 손상되는 문제점을 예방할 수 있어 미리 장비 보호를 할 수 있게 된다.
상기에 전술한 바와 같이, 본 발명은 저항 측정기가 구비된 스퍼터링 장치로부터 마그네트론 회전체와 타겟부 사이의 전기 저항을 측정하도록 하여 상기 마그네트론 회전체와 타겟부 사이의 간격을 미리 모니터링하는 방법을 제공함으로써, 장치의 문제를 사전에 발견하고 조치할 수 있게 되어 장치의 생산성을 향상하고 타겟에 전원을 인가하는 전원 공급원을 보호하여 신뢰성을 확보할 수 있는 장점을 지니게 된다.
상기에 설명된 챔버, 타겟부, 마그네트론 회전체, 저항 측정기, 냉각기, 제어부, 전원 공급원에 대한 구성은 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 챔버, 타겟부, 마그네트론 회전체, 저항 측정기, 냉각기, 제어부, 전원 공급원과 동일하므로, 이에 대해 자세한 설명은 생략하도록 하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
200: 챔버 201: 기판
210: 지지부 221: 타겟
222: 백킹 플레이트 230: 타겟부
240: 타겟부와 마그네트론 회전체 사이의 공간
250: 마그네트론 회전체 260: 냉각수
270: 마그네트론 회전체 수용 공간 280: 저항 측정기
281: 스위치 291: 전원 공급원
292: 제어부 293: 냉각기

Claims (18)

  1. 챔버 내의 기판을 지지하는 지지부;
    상기 지지부에 대향하여 설치된 타겟부;
    상기 타겟부에 전원을 인가하여 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 전원 공급원;
    상기 타겟부와의 사이에 소정의 이격 공간을 두고 상기 타겟부의 상부에 배치되는 마그네트론 회전체;
    상기 마그네트론 회전체와 상기 타겟부 사이의 전기 저항을 측정하는 저항 측정기; 및
    상기 전원 공급원, 마그네트론 회전체 및 저항 측정기를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟부는 상기 기판에 증착 물질을 제공하는 타겟과 상기 타겟의 후면에 구비된 백킹 플레이트(backing plate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟부의 발열을 냉각하도록 상기 마그네트론 회전체 주위에 냉각수가 순환되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그네트론 회전체와 상기 타겟부를 상기 저항 측정기와 선택적으로 연결하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 저항 측정기는 상기 전원 공급원의 대기 모드에서 상기 스위치를 온(ON) 상태로 작동시켜 상기 마그네트론 회전체와 상기 타겟부 사이의 전기 저항을 측정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 저항 측정기가 고전압용 저항 측정기로 사용되는 경우, 상기 전원 공급원의 작동 모드에서 상기 스위치를 온(ON) 상태로 작동시켜 상기 마그네트론 회전체와 상기 타겟부 사이의 전기 저항을 실시간으로 측정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 마그네트론 회전체와 상기 타겟부 사이의 특정한 전기 저항을 알람 값으로 미리 설정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마그네트론 회전체 주위에 냉각수를 순환 공급하는 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정된 전기 저항이 상기 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우에 상기 전원 공급원의 전원이 차단되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 냉각기는 냉각수의 저항율을 측정하고, 측정된 냉각수의 저항율을 상기 제어부로 제공하고, 상기 제어부는 상기 냉각수의 저항율과 상기 측정된 전기 저항에 기초하여 환산된 전기 저항이 상기 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우에 상기 전원 공급원의 전원이 차단되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 스퍼터링 장치의 모니터링 방법에 있어서,
    타겟부와 상기 타겟부 상면에 형성되는 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하기 위해 저항 측정기를 연결하는 단계;
    상기 저항 측정기를 작동시켜 상기 타겟부와 상기 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 전기 저항을 이용해서 상기 마그네트론 회전체의 이상 유무를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 모니터링 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 타겟부는 상기 기판에 증착 물질을 제공하는 타겟과 상기 타겟의 후면에 구비된 백킹 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 모니터링 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 마그네트론 회전체는 타겟부의 냉각을 위해 냉각수가 순환되는 공간 내에 수용된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 모니터링 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 타겟부와 상기 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하는 단계는, 전원 공급원의 대기 모드에서 상기 저항 측정기에 연결된 스위치를 온(ON) 상태로 작동시켜 상기 타겟부와 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 모니터링 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 타겟부와 상기 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 측정하는 단계는, 상기 저항 측정기를 고전압용 저항 측정기로 사용하는 경우, 상기 전원 공급원의 작동 모드에서 상기 저항 측정기에 연결된 스위치를 온(ON) 상태로 작동시켜 상기 타겟부와 마그네트론 회전체 사이의 전기 저항을 실시간으로 측정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 모니터링 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 측정된 전기 저항을 이용해서 상기 마그네트론 회전체의 이상 유무를 검출하는 단계는,
    상기 저항 측정기에 연결된 제어부에서 상기 타겟부와 마그네트론 회전체 사이의 특정한 전기 저항을 알람 값으로 설정하는 단계;
    상기 제어부에서 측정된 전기 저항과 상기 설정된 알람 값의 전기 저항을 비교하는 단계; 및
    상기 제어부에서 측정된 전기 저항이 상기 설정된 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우 알람 신호를 발생하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 모니터링 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 측정된 전기 저항을 이용해서 상기 마그네트론 회전체의 이상 유무를 검출하는 단계는,
    상기 저항 측정기에 연결된 제어부에서 상기 타겟부와 마그네트론 회전체 사이의 특정한 전기 저항을 알람 값으로 설정하는 단계;
    상기 제어부에서 냉각기로부터 제공되는 냉각수의 저항율과 상기 측정된 전기 저항에 기초하여 환산된 전기 저항과 상기 설정된 알람 값의 전기 저항을 비교하는 단계; 및
    상기 제어부에서 상기 환산된 전기 저항이 상기 설정된 알람 값의 전기 저항 보다 낮은 경우 알람 신호를 발생하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 모니터링 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 알람 신호가 발생되는 경우에는 상기 전원 공급원의 전원을 차단시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 모니터링 방법.
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