KR102450681B1 - 스퍼터링 방법 - Google Patents

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베이징 나우라 마이크로일렉트로닉스 이큅먼트 씨오., 엘티디.
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Abstract

본 발명은 스퍼터링 방법을 제공하며, 이는 적어도 한 번의 스퍼터링 과정을 포함하는 바, 해당 스퍼터링 과정은, 타겟재 재료를 기판을 차단하기 위한 배플판에 스퍼터링하는 제1 프리 스퍼터링 단계; 타겟재 재료의 화합물을 배플판에 스퍼터링하는 제2 프리 스퍼터링 단계; 타겟재 재료의 화합물을 기판에 스퍼터링하는 메인 스퍼터링 단계를 포함하며, 여기서 제1 프리 스퍼터링 단계는 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압을 조절하기 위한 것이다. 해당 스퍼터링 방법은'타겟 중독'문제 및 공정 어셈블리의 임피던스 변화 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 스퍼터링 전압의 변동 범위를 감소시킬 수 있으며, 따라서 박막 두께 및 박막 품질의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

스퍼터링 방법
본 개시의 실시예는 스퍼터링 방법에 관한 것이다.
물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD라 약칭함)은 물리적 과정을 이용하여 물질의 전사를 구현하는 것을 의미하는 바, 원자 또는 분자를 기재 표면에 증착하는 과정을 의미한다.
스퍼터링 공정은 물리적 기상 증착의 하나로서, 스퍼터링 공정의 기본원리는 일정한 에너지를 가진 입자(이온 또는 중성 원자, 분자)로 고체 표면을 충격하여, 고체 근(near) 표면의 원자 또는 분자가 충분한 에너지를 획득함으로써 최종적으로 고체 표면으로부터 튀어나오는 것이다. 또한, 스퍼터링 공정은 설비가 간단하고 제어가 용이하며 코팅 면적이 크고 접착력이 강한 등 장점을 구비한다.
스퍼터링 공정을 수행하는 과정에서 웨이퍼 표면에 박막을 증착하는 것 외에도 타겟재와 챔버 내의 공정 어셈블리에도 불가피하게 박막이 증착될 수 있다. 일부 절연 물질(예를 들어 AlN)의 증착에 있어서, 타겟재에 양전하가 축적되면서 플라즈마가 타겟재를 충격하는 것을 방해할 수 있으며, 즉 '타겟 중독'현상이 발생하여 스퍼터링 공정의 지속적인 진행에 영향을 미친다. 이 밖에, 절연 재료가 공정 어셈블리에 증착되면 공정 어셈블리의 임피던스의 변화를 초래하며, 따라서 스퍼터링 전압에 변화가 발생하여 공정 결과의 안정성이 저하된다.
본 개시의 실시예는 스퍼터링 방법을 제공한다. 해당 방법은 적어도'타겟 중독'문제 및 공정 어셈블리의 임피던스 변화 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 스퍼터링 전압의 변동 범위를 감소시킬 수 있으며, 따라서 박막 두께 및 박막 품질의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 개시의 적어도 하나의 실시예는 스퍼터링 방법을 제공하고, 해당 스퍼터링 방법은 적어도 한 번의 스퍼터링 과정을 포함하며, 상기 스퍼터링 과정은,
타겟재 재료를 기판을 차단하기 위한 배플판에 스퍼터링하는 제1 프리 스퍼터링(pre-sputtering) 단계;
상기 타겟재 재료의 화합물을 배플판에 스퍼터링하는 제2 프리 스퍼터링 단계; 및
상기 타겟재 재료의 화합물을 기판에 스퍼터링하는 메인 스퍼터링 단계를 포함하고,
여기서, 상기 제1 프리 스퍼터링 단계는 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압을 조절하기 위한 것이다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 파라미터 조절 과정을 더 포함하며, 상기 파라미터 조절 과정은,
상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정 파라미터를 조절함으로써 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 조절하는 것을 포함한다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 공정 파라미터는 공정시간을 포함한다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 스퍼터링 과정은 두 번 이상 수행되며, 매 N번의 상기 스퍼터링 과정을 거친 후 한 번의 상기 파라미터 조절 과정을 수행하는 바, N은 1보다 크거나 같은 정수이다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 파라미터 조절 과정은,
N번의 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 측정하고 기록하는 단계;
N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 기준 전압 범위를 벗어나는지 여부를 판단하며,
만일 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 기준 전압 범위의 상한값을 벗어나면, N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 증가시키고, 만일 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 기준 전압 범위의 하한값을 벗어나면, N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 감소시켜, N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 기준 전압 범위 내에 놓이도록 하는 단계를 더 포함한다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 파라미터 조절 과정은,
N-M번째 상기 스퍼터링 과정부터 N번째 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 측정하고 기록하는 단계, 여기서 N은 2보다 크거나 같은 정수이고, M은 1보다 크거나 같은 정수이며, M<N 관계를 만족하며;
N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 제1 설정 전압, 제2 설정 전압의 크기와 비교하는 바, 상기 제1 설정 전압은 상기 제2 설정 전압보다 크고,
만일 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제1 설정 전압보다 크면, N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 제1 프리셋 시간만큼 증가시키며,
만일 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제2 설정 전압보다 작으면, N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 상기 제1 프리셋 시간만큼 감소시키는 단계를 더 포함한다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 만일 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제1 설정 전압보다 작고 상기 제2 설정 전압보다 크면, N-M번째 상기 스퍼터링 과정부터 N번째 상기 스퍼터링 과정까지의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 변화 추세가 증가인지 감소인지를 판단하며,
만일 증가 추세라면 N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 제2 프리셋 시간만큼 증가시키고,
만일 감소 추세라면 N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 상기 제2 프리셋 시간만큼 감소시키는 단계를 더 포함하며,
여기서, 상기 제2 프리셋 시간은 상기 제1 프리셋 시간보다 짧다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제1 설정 전압보다 작고 상기 제2 설정 전압보다 큰 경우, N-M번째 상기 스퍼터링 과정부터 N번째 상기 스퍼터링 과정까지의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 변화 추세가 증가인지 감소인지를 판단하는 단계에서,
N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 N-1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값보다 큰지 여부를 판단하며,
만일 크다면 N-M번째 상기 스퍼터링 과정부터 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 변화 추세는 증가하는 것이고, 만일 작다면 N-M번째 상기 스퍼터링 과정부터 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 변화 추세는 감소한다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 스퍼터링 방법은,
매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 측정하는 단계;
매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 제1 경고 전압, 제2 경고 전압의 크기와 비교하는 바, 상기 제1 경고 전압은 상기 제2 경고 전압보다 크며,
만일 매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제1 경고 전압보다 작고 상기 제2 경고 전압보다 크면 다음번 상기 스퍼터링 과정을 수행하고,
만일 매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제1 경고 전압보다 크거나 상기 제2 경고 전압보다 작으면 현재의 상기 스퍼터링 과정을 종료하는 단계를 더 포함한다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 스퍼터링 방법은,
매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 측정하는 단계;
매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 제1 프리 스퍼터링 공정시간을 제1 경고시간, 제2 경고시간과 비교하는 바, 상기 제1 경고시간은 제2 경고시간보다 크며,
만일 매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간이 상기 제1 경고시간보다 작고 제2 경고시간보다 크면 다음번 상기 스퍼터링 과정을 수행하고,
만일 매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간이 상기 제1 경고시간보다 크거나 상기 제2 경고시간보다 작으면 현재의 상기 스퍼터링 과정을 종료하는 단계를 더 포함한다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 타겟재 재료의 화합물은 상기 타겟재 재료의 산화물 또는 상기 타겟재 재료의 질화물을 포함한다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 타겟재 재료는 알루미늄, 갈륨, 철, 구리, 코발트 또는 아연을 포함한다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 제1 프리 스퍼터링 단계에서 반응 챔버로 타겟재를 충격하기 위한 불활성가스를 유입시킨다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 제2 프리 스퍼터링 단계에서 반응 챔버로 타겟재를 충격하기 위한 활성가스 및 상기 타겟재 재료와 반응하여 상기 타겟재 재료의 화합물을 형성하기 위한 반응가스를 유입시킨다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 기판을 가열하는 것을 더 포함한다.
본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 스퍼터링 과정을 연속 두 번 이상 수행한다.
본 개시의 실시예의 기술적 방안을 더 명확하게 설명하기 위하여, 아래에서는 실시예의 설명에 사용되는 도면들을 간략하게 소개하기로 한다. 이하에서 설명하는 도면들은 단지 본 개시의 일부 실시예에 불과할 뿐, 본 개시를 제한하는 것이 아님은 자명하다.
도 1은 스퍼터링 공정의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법과 통상적인 스퍼터링 방법의 스퍼터링 전압의 대조도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법의 로직 개략도이다.
본 개시의 실시예의 목적, 기술적 방안 및 장점을 보다 명확하게 설명하기 위해, 아래에서는 본 개시의 실시예의 도면을 결합하여 본 개시의 실시예의 기술적 방안을 명확하고 완전하게 설명하기로 한다. 본 개시에서 설명되는 실시예는 단지 본 발명의 일부 실시예에 불과할 뿐 모든 실시예가 아닌 것은 자명하다. 본 개시의 실시예를 바탕으로, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 진보적인 노동을 하지 않고 얻는 모든 기타 실시예는 모두 본 개시가 보호하는 범위에 해당된다.
기타 정의가 없는 이상, 본 개시에서 사용되는 기술적 용어 또는 과학적 용어들은 본 개시가 속하는 기술분야에서 일반적인 기능을 가진 자가 이해하는 통상적인 의미를 가지는 것이다. 본 개시에서 사용되는 "제1","제2" 및 유사한 단어들은 그 어떠한 순서, 수량 또는 중요도를 표시하는 것이 아니라 상이한 구성 부분을 구별하기 위한 것이다. "포괄" 또는 "포함" 등의 유사한 단어들은 해당 단어 앞에 기재된 소자 또는 부재가 해당 단어 뒤에 열거된 소자 또는 부재 및 이와 동일한 것을 포함하는 것으로 해석되며, 기타 소자 또는 부재를 배제하는 것이 아니다.
스퍼터링 방법을 이용하여 기판(증착할 기판)에 타겟재 재료의 화합물을 증착할 때, 타겟재 재료의 화합물은 기판에 형성되는 것 외에도 타겟재 및 챔버 내의 공정 어셈블리(예를 들어, 커버링(cover-ring), 실드(shield))에도 형성된다. 예를 들어, 도 1은 기판에 질화 알루미늄(AlN)을 증착하는 개략도를 도시하였다. 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄을 포함하는 타겟재(200)를 제공하고 해당 타겟재(200)에 스퍼터링 전압을 인가하며, 챔버(500)에 아르곤가스(Ar)(310)와 질소가스(N2)(320)를 유입시킨다. 아르곤가스(310)는 전기장의 작용에 의해 Ar+이온(315)으로 이온화되고, Ar+이온(315)은 스퍼터링 전압의 작용에 의해 타겟재(200)를 충격하며, 타겟재(200)로부터 알루미늄 원자 또는 원자단(250)이 방출된다. 알루미늄 원자 또는 알루미늄 원자단(250)은 중력의 작용에 의해 하향 이동하고, 기판(100) 상부면까지 이동하여 고온 작용에 의해 질소가스(320)와 결합되어 질화 알루미늄(AlN)(410)을 형성한다. 이때, 기판(100)에 막을 형성하는 것 외에도 알루미늄 원자 또는 알루미늄 원자단(250)과 질소가스(320)는 타겟재(200)에도 질화 알루미늄(410)을 형성한다. 이 밖에, 알루미늄 원자 또는 알루미늄 원자단(250)과 질소가스(320)는 챔버(500) 내의 공정 어셈블리(예를 들어, 커버링(510) 및 실드(520))에도 질화 알루미늄(AlN)(410)을 형성한다.
일반적으로 질화 알루미늄 등 타겟재 재료의 화합물은 절연 재료이므로, 타겟재에 형성된 타겟재 재료의 화합물은 타겟재 상의 양전하를 유도하기 매우 힘들게 하며, 스퍼터링 과정을 지속하거나 또는 여러 번 진행함에 따라, 타겟재 상의 양전하는 축적되어 양 전기장(positive electric field)을 형성한다. 해당 양 전기장은 불활성가스가 계속하여 타겟재를 충격하는 것을 방해하며, 즉 '타겟 중독' 현상이 발생하여 스퍼터링의 지속적인 진행에 영향을 미친다. 이 밖에, 챔버 내의 공정 어셈블리에 타겟재 재료의 화합물이 형성된 후 공정 어셈블리의 임피던스값 역시 증가하여, 스퍼터링 과정 중의 스퍼터링 전압이 지속적으로 증가되게 하고, 스퍼터링 전원의 전력은 일정하므로 스퍼터링 전류가 감소되며, 스퍼터링 전류가 감소되는 것은 플라즈마 농도가 감소되는 것을 의미하며, 다시 말하면 질화 알루미늄 등 타겟재 재료의 화합물의 성막 속률이 감소된다. 스퍼터링 전압 및 전류는 성막 레이트를 직접 결정하기 때문에, 이들의 불안정성은 기판 상의 타겟재 재료의 화합물의 박막 두께 및 박막 품질의 불안정을 초래한다. 따라서 '타겟 중독' 문제 및 임피던스 변화 문제를 해결하는 것은 실제 생산에 있어서 매우 절박하고 중요한 문제가 되었다.
일정한 횟수의 스퍼터링 과정마다 타겟재와 챔버에 대해 클린업(clean up) 처리 및 회복 처리를 수행함으로써 '타겟 중독' 문제와 공정 어셈블리의 임피던스 변화 문제를 해결할 수 있다. 예를 들어, 타겟재에 형성된 타겟재 재료의 화합물을 떨어뜨려 클린업하고, 챔버 내의 공정 어셈블리에 타겟재 재료 층을 증착하여 타겟재 재료의 화합물을 커버함으로써 공정 어셈블리의 임피던스를 감소시킨다. 클린업 처리 및 회복 처리를 통해 스퍼터링 전압을 초기 낮은 정도로 회복시킬 수 있다. 예를 들어, 15 번의 스퍼터링 과정을 거친 후 스퍼터링 전압은 190V에서 280V까지 상승하며, 클린업 처리 및 회복 처리를 거쳐 스퍼터링 전압은 190V로 회복될 수 있다, 다음 다시 15 번의 스퍼터링 과정을 수행하고 스퍼터링 전압은 다시 280V까지 상승하며 이와 같이 반복한다. 그러나 이러한 방법에 따른 스퍼터링 전압의 변동 범위가 크고(예를 들어, 상술한 190V-280V), 스퍼터링 전압을 비교적 안정적인 범위 내로 제어할 수 없으므로, 기판 상의 타겟재 재료의 화합물의 박막 두께 및 박막 품질의 불안정을 초래한다. 이 밖에, 일정한 횟수의 스퍼터링 과정마다 타겟재와 챔버에 대해 클린업 처리 및 회복 처리를 수행하므로 연속적인 생산을 진행할 수 없고, 생산 효율 및 생산 능력이 저하되며 타겟재의 이용률에도 영향을 미친다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 개시의 실시예는 스퍼터링 방법을 제공한다. 해당 스퍼터링 방법은 적어도 한 번의 스퍼터링 과정을 포함하는 바, 도 2에 도시된 바와 같이, 해당 스퍼터링 과정은, 타겟재 재료를 기판을 차단하기 위한 배플판(baffle plate)에 스퍼터링하는 제1 프리 스퍼터링 단계; 타겟재 재료의 화합물을 배플판에 스퍼터링하는 제2 프리 스퍼터링 단계; 타겟재 재료의 화합물을 기판에 스퍼터링하는 메인 스퍼터링 단계를 포함하고, 여기서 상술한 제1 프리 스퍼터링 단계는 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압을 조절하기 위한 것이다. 유의해야 할 것은, 상술한 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값은 스퍼터링 전압의 평균값일 수 있다.
상술한 제1 프리 스퍼터링 단계 및 제2 프리 스퍼터링 단계에서, 기판을 반응 챔버로 이입시킨 후, 배플판을 타겟재와 기판 사이에 설치하여 기판에 대한 차단을 구현한다.
상술한 메인 스퍼터링 단계에서, 타겟재와 기판 사이에서 배플판을 치움으로써 타겟재 재료의 화합물이 기판에 증착되도록 할 수 있다.
상술한 제1 프리 스퍼터링 단계를 통해, 한편으로 타겟재를 클린업하면서 챔버 내의 공정 어셈블리(예를 들어, 커버링(cover ring), 실드(shield))에 타겟재 재료를 증착할 수 있어, '타겟 중독' 문제 및 공정 어셈블리의 임피던스 변화 문제를 방지할 수 있다. 다른 한편으로, 상술한 제1 프리 스퍼터링 단계에서는 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 크기를 제어할 수 있으므로, 스퍼터링 전압의 변동 범위를 감소시켜 박막 두께 및 박막 품질의 안정성을 향상시킬 수 있다. 이 밖에, 해당 스퍼터링 방법은 생산 효율 및 생산 능력을 대폭 향상시키고 타겟재의 이용률을 향상시킬 수 있다.
상술한 제2 프리 스퍼터링 단계를 통해 점화시의 불안정한 플라즈마를 배플판에 스퍼터링하여 기판에 불안정한 타겟재 재료의 화합물이 증착되는 것을 방지함으로써, 기판에 증착되는 타겟재 재료의 화합물의 성막 품질을 향상시킬 수 있다.
상술한 제1 프리 스퍼터링 단계에서, 일정한 에너지를 가진 입자(이온 또는 중성 원자, 분자)를 사용하여 타겟재 표면을 충격하여, 타겟재 표면의 원자가 충분히 큰 에너지를 획득함으로써 최종적으로 타겟재 표면으로부터 튀어나오도록 한다. 예를 들어, 상술한 입자는 아르곤 이온일 수 있다. 구체적으로, 반응 챔버로 아르곤가스를 유입시키고, 아르곤가스의 이온화를 일으켜 아르곤 이온을 형성하도록 한다.
본 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 있어서, 매번 스퍼터링 과정에서 제1 프리 스퍼터링 단계를 수행하여야 하며, 다시 말하면 매번 스퍼터링 과정마다 한 번의 '타겟 중독' 문제를 해소하고 공정 어셈블리의 임피던스를 감소시키는 과정을 수행하여야 한다. 이는 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값에 큰 변동이 일어나지 않도록 함으로써 스퍼터링 전압의 안정을 유지시키며, 나아가 기판에 증착되는 타겟재 재료의 화합물의 박막 두께 및 박막 품질의 안정성을 향상시킨다. 이 밖에, 해당 스퍼터링 방법은 일정한 횟수의 스퍼터링 과정마다 타겟재와 챔버에 대해 클린업 처리 및 회복 처리를 수행할 필요가 없어 생산 효율 및 생산 능력을 대폭 향상시킬 수 있다. 이 밖에, 타겟재와 챔버에 대한 클린업 처리 및 회복 처리에 대량의 타겟재가 소모되므로, 해당 스퍼터링 방법은 클린업 처리 및 회복 처리 과정을 취소함으로써 타겟재의 이용률도 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 동일한 시간 조건(예를 들어, 4 시간)에서, 통상적인 스퍼터링 방법에서는 15 번의 스퍼터링 공정(시간은 3 시간)을 수행한 후 타겟재와 챔버에 대하여 클린업 처리 및 회복 처리(시간은 1 시간)를 수행하여야 하지만, 본 개시의 실시예의 스퍼터링 방법에서는 연속적으로 정상적인 생산(시간은 4 시간)을 수행할 수 있다. 이로부터 알 수 있다시피, 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에서 단위 시간 내에 정상적인 생산을 수행하는 시간은 통상적인 스퍼터링 방법에서 정상적인 생산을 수행하는 시간의 1.33배이며, 이는 생산 능력이 33% 향상된 것에 해당한다. 또한, 통상적인 스퍼터링 방법에서 클린업 처리 및 회복 처리를 수행할 때 대량의 에너지(예를 들어 전력) 및 물질(예를 들어 타겟재)을 소모하므로, 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법은 생산 비용도 절감시킨다.
일부 예시에서 스퍼터링 방법은 파라미터 조절 과정을 더 포함하며, 해당 파라미터 조절 과정은, 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정 파라미터를 조절함으로써 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 조절하는 것을 포함한다.
제1 프리 스퍼터링 단계의 공정 파라미터를 조절하는 것을 통해, 한편으로는 타겟재 표면에 형성된 타겟재 재료의 화합물을 클린업하는 정도를 조절할 수 있고, 다른 한편으로는 배플판 및 공정 어셈블리(예를 들어, 커버링(cover-ring), 실드(shield))에 형성되는 타겟재 재료의 양을 변경하여 공정 어셈블리의 임피던스를 조절할 수 있다. 최종적으로 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 크기를 조절할 수 있다.
일부 예시에 있어서, 상술한 공정 파라미터는 공정시간을 포함한다. 예를 들어, 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 클 경우, 공정시간을 증가시켜 다음번 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 낮출 수 있다. 이와 반대로, 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 작을 경우, 공정시간을 감소시켜 다음번 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 높일 수 있다.
일부 예시에 있어서, 상술한 타겟재 재료의 화합물은 타겟재 재료의 산화물 또는 타겟재 재료의 질화물을 포함한다.
예를 들어, 타겟재 재료는 알루미늄을 포함할 수 있고, 이때 타겟재 재료의 화합물은 질화 알루미늄 또는 산화 알루미늄일 수 있다. 질화 알루미늄(AlN) 박막은 발광 다이오드(Light Emitting Diode，LED), 고전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor，HEMT) 및 마이크로 전기 기계 시스템(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS) 등 분야에 광범하게 응용되고 있다. 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법을 통해 기판에 질화 알루미늄을 증착함으로써, 질화 알루미늄의 성막 품질, 성막 두께의 안정성 등 파라미터를 향상시킬 수 있고, 따라서 해당 질화 알루미늄막층을 사용하는 전자 부품의 성능을 향상시킬 수 있다. 물론, 본 개시의 실시예는 이를 포함하나 이에 한정되지 않으며, 타겟재 재료는 예를 들어 갈륨, 철, 구리, 코발트, 아연 등과 같은 기타 금속일 수도 있다.
일부 예시에 있어서, 상술한 기판은 규소 기판, 탄화규소 기판 또는 사파이어 기판 등을 포함한다.
일부 예시에 있어서, 상술한 제1 프리 스퍼터링 단계에서 반응 챔버로 불활성가스를 유입시킨다. 해당 불활성가스는 전기장의 작용에 의해 이온화되어 타겟재를 충격할 수 있다. 또한, 불활성가스의 화학적 성능이 안정적이므로 타겟재 재료와 반응하지 않으며, 따라서 스퍼터링된 타겟재 재료가 배플판 및 챔버 내의 공정 어셈블리에 증착될 수 있도록 한다.
예를 들어, 상술한 불활성가스는 아르곤가스를 포함한다. 물론, 본 개시의 실시예는 이를 포함하나 이에 한정되지 않으며, 기타 불활성가스를 이용할 수도 있다.
일부 예시에 있어서, 상술한 제2 프리 스퍼터링 단계에서 반응 챔버로 타겟재를 충격하기 위한 활성가스 및 타겟재 재료와 반응하여 타겟재 재료의 화합물을 형성하기 위한 반응가스를 유입시킨다. 구체적으로, 활성가스는 전기장의 작용에 의해 이온화되어 스퍼터링 전압의 작용에 의해 타겟재를 충격하며, 타겟재로부터 타겟재 재료 원자 또는 타겟재 재료 원자단이 방출된다. 타겟재 재료 원자 또는 타겟재 재료 원자단은 중력의 작용에 의해 하향 이동하고, 기판 표면까지 이동하여 고온의 작용에 의해 유입시킨 반응가스와 결합되어 타겟재 재료의 화합물을 형성한다. 예를 들어, 상술한 활성가스는 아르곤가스를 포함하고, 타겟재 재료와 반응하여 타겟재 재료의 화합물을 형성하는 반응가스는 질소가스 또는 산소가스를 포함하며, 따라서 타겟재 재료의 질화물 또는 산화물을 형성한다.
예를 들어, 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법을 적용하여 기판에 질화 알루미늄을 증착할 때, 상술한 제1 프리 스퍼터링 단계에서 챔버에 체적 유량 범위가 180-200sccm(분당 표준 센티미터, Standard Cubic Centimeter per Minute)인 아르곤가스를 유입시킬 수 있다. 상술한 제2 프리 스퍼터링 단계에서 챔버에 체적 유량 범위가 30-60sccm인 아르곤가스 및 150-200sccm인 질소가스를 유입시킬 수 있다.
일부 예시에 있어서, 스퍼터링 방법은 기판을 가열하는 것을 더 포함한다. 이에 따라, 가열된 후의 기판은 타겟재 재료의 화합물이 기판에 증착 및 결정화 되는 것을 용이하게 한다. 기판이 가열된 후 타겟재 재료의 화합물은 더 쉽게 기판에 장착 및 결정화되며 나아가 높은 품질을 갖는다.
한편, 본 개시의 실시예에서, 기판을 가열하는 과정과 스퍼터링 과정은 하나의 챔버에서 수행될 수 있으므로, 가열 챔버를 별도로 마련할 필요가 없어 설비의 부피를 감소시키고 생산 비용을 절감시킬 수 있다. 이 밖에, 서로 다른 챔버 사이에서 기판을 전사할 필요가 없으므로, 기판 전사 과정에서 생성되는 미립자가 기판에 떨어지는 문제를 방지할 수도 있다.
일부 예시에 있어서, 해당 스퍼터링 방법에서 연속 두 번 이상 스퍼터링 과정을 수행하여야 한다. 설명해야 할 것은, 본 개시의 실시예는 이를 포함하나 이에 한정되지 않으며, 해당 스퍼터링 방법에서 여러번의 스퍼터링 과정 중에 통상적인 스퍼터링 공정을 추가할 수 있다.
일부 예시에 있어서, 해당 스퍼터링 방법에서 스퍼터링 과정은 두 번 이상 수행되며, 매 N번의 스퍼터링 과정을 거친 후 한 번의 상술한 파라미터 조절 과정을 수행하는 바, N은 1보다 크거나 같은 정수이다. 다시 말하면, 매 일정한 횟수의 스퍼터링 과정을 수행한 후 한번의 파라미터 조절 과정을 수행할 수 있다.
아래에서는 상술한 파라미터 조절 과정의 몇 가지 구체적인 실시형태를 상세하게 설명한다. 구체적으로, 첫번째 실시형태에 따르면, 상술한 파라미터 조절 과정은 이하 단계를 포함한다:
단계(101): N번의 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 측정하고 기록한다.
상술한 단계(101)에서, N번의 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값에 대하여 업데이트를 수행한다. 구체적으로, i+1번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값은 i번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 커버(즉 대체)하고, N번의 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압의 평균값은 N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 커버(즉 대체)한다. 여기서 i= i=1,2,...,N을 만족한다.
단계(102): N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 기준 전압 범위를 벗어나는지 여부를 판단하며, 만일 N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 기준 전압 범위의 상한값을 벗어나면, N+1번째 스퍼터링 과정 중의 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 증가시킨다. 타겟재 표면에 형성된 타겟재 재료의 화합물을 더 철저하게 클린업할 수 있으며, 챔버의 공정 어셈블리에 형성되는 타겟재 재료도 많아지므로 효과도 좋다. 동시에, N+1번째 스퍼터링 과정 중의 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 증가시키면, N+1번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 낮출 수 있으므로, 해당 스퍼터링 전압값이 기준 전압 범위 내에 놓이도록 한다. 반대로, 만일 N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 기준 전압 범위의 하한값을 벗어나면, N+1번째 스퍼터링 과정 중의 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 감소시킨다.
이에 따라, 해당 스퍼터링 방법은 상술한 방식을 통해 스퍼터링 전압의 크기를 정확하게 제어하여 스퍼터링 전압이 기준 전압 범위 내에서 상하 변동되게 함으로써, 나아가 해당 스퍼터링 방법의 성막 속률을 안정시키고 해당 스퍼터링 방법에 의해 형성되는 타겟재 재료의 화합물의 박막 품질을 향상시킬 수 있다.
실제 응용에 있어서, 상술한 기준 전압 범위는 기준 전압값±aV일 수 있고, 여기서 기준 전압값은 성막 품질이 가장 양호한 스퍼터링 전압이며, a는 1보다 크거나 같다.
두번째 실시형태에 따르면, 상술한 파라미터 조절 과정은 이하 단계를 포함한다:
단계(201): N-M번째 스퍼터링 과정부터 N번째 스퍼터링 과정(즉, 최근 측정된 N번째 스퍼터링 과정부터 앞으로 M번째 스퍼터링 과정, 구체적으로, N번째 스퍼터링 과정, N-1번째 스퍼터링 과정,...,N-M번째 과정) 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 측정하고 기록한다. 여기서 N은 2보다 크거나 같은 정수이고, M은 1보다 크거나 같은 정수이며, M<N 관계를 만족한다.
상술한 단계(201)에서 M번째 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압에 대하여 업데이트를 수행하고, 구체적으로 i+1번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값은 i번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 커버(즉 대체)하고, M번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 평균값은 N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 커버(즉 대체)한다. 여기서 i= i=1,2,...,M을 만족한다.
단계(202): N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 제1 설정 전압, 제2 설정 전압의 크기와 비교하는 바, 해당 제1 설정 전압은 제2 설정 전압보다 크다.
만일 N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 제1 설정 전압보다 크면, N+1번째 스퍼터링 과정 중의 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 제1 프리셋 시간만큼 증가시킨다.
만일 N번째 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 제2 설정 전압보다 작으면, N+1번째 스퍼터링 과정 중의 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 제1 프리셋 시간만큼 감소시킨다.
최근 측정된 M번째 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 측정 및 기록함으로써, 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 동적으로 조절하여 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 이상값(ideal value)에 더 근접하도록 할 수 있다.
이 밖에, 제1 설정 전압, 제2 설정 전압을 설정하여 스퍼터링 전압의 크기를 제어하여 스퍼터링 전압을 합리적인 범위 내로 안정시킴으로써, 나아가 해당 스퍼터링 방법의 성막 속률을 안정시키고 해당 스퍼터링 방법에 의해 형성되는 타겟재 재료의 화합물의 박막 품질을 향상시킬 수 있다. 설명해야 할 것은, 상술한 제1 설정 전압, 제2 설정 전압은 성막 품질이 가장 양호한 스퍼터링 전압에 근거하여 설정될 수 있으며, 예를 들어, 해당 스퍼터링 방법의 일 스퍼터링 설비의 성막 품질이 가장 양호한 스퍼터링 전압이 190V인 경우, 제1 설정 전압을 190V+mV로 설정하고 제2 설정 전압을 190V-mV로 설정할 수 있으며, m의 구체적인 크기는 실제 상황에 따라 설정될 수 있다.
바람직하게는, M<N 관계를 만족하는 조건에서 M은 5보다 크거나 같으며, 예를 들어 M=10이다.
실제 응용에 있어서, 레지스터(register)를 이용하여 M번의 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 기록할 수 있다. 물론, 본 개시의 실시예는 이를 포함하나 이에 한정되지 않으며, 기타 저장 장치를 이용하여 M번의 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 기록할 수 있다. 이 밖에, 프로세서를 이용하여 N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 제1 설정 전압, 제2 설정 전압의 크기와 비교한다. 물론, 본 개시의 실시예는 이를 포함하나 이에 한정되지 않으며, 기타 계산 또는 비교 장치를 이용하여 N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 제1 설정 전압, 제2 설정 전압의 크기와 비교할 수도 있다.
일부 예시에 있어서, 상술한 파라미터 조절 과정은, 만일 N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 제1 설정 전압보다 작고 제2 설정 전압보다 크면 단계(203)를 수행하는 것을 더 포함한다.
단계(203): N-M번째 스퍼터링 과정부터 N번째 스퍼터링 과정까지의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 변화 추세가 증가인지 감소인지를 판단한다.
만일 증가 추세라면 N+1번째 스퍼터링 과정 중의 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 제2 프리셋 시간만큼 증가시킨다.
만일 감소 추세라면 N+1번째 스퍼터링 과정 중의 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 제2 프리셋 시간만큼 감소시킨다.
여기서 제2 프리셋 시간은 제1 프리셋 시간보다 짧다.
이에 따라, N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 제1 설정 전압보다 작고 제2 설정 전압보다 큰 경우, 본 예시에서 제공되는 스퍼터링 방법에 따라 스퍼터링 전압을 추가로 조절할 수도 있다.
이 밖에, 제2 프리셋 시간이 제1 프리셋 시간보다 짧기 때문에, 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 더 세밀하게 조절하며, 나아가 스퍼터링 전압의 변동 범위를 감소시켜 해당 스퍼터링 방법의 성막 품질을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 만일 스퍼터링 과정 중의 제1 프리 스퍼터링 단계의 초기공정시간이 5초이면, 제1 프리셋 시간을 1초로 설정할 수 있고 제2 프리셋 시간을 0.5초로 설정할 수 있다.
일부 예시에 있어서, 상술한 단계(203)에서 N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 N-1번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값보다 큰지 여부를 판단한다.
만일 크다면 N-M번째 스퍼터링 과정부터 N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 변화 추세는 증가하는 것이다.
만일 작다면 N-M번째 스퍼터링 과정부터 N번째 스퍼터링 과정 중의 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 변화 추세는 감소하는 것이다.
일부 예시에 있어서, 스퍼터링 방법은 이하 단계를 더 포함한다:
단계(301): 매번 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 측정한다.
단계(302): 매번 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 제1 경고 전압, 제2 경고 전압의 크기와 비교하는 바, 제1 경고 전압은 제2 경고 전압보다 크다.
만일 매번 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 제1 경고 전압보다 작고 제2 경고 전압보다 크면 다음번 스퍼터링 과정을 수행하고, 만일 매번 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 제1 경고 전압보다 크거나 제2 경고 전압보다 작으면 현재의 스퍼터링 과정을 종료한다.
메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 제1 경고 전압, 제2 경고 전압의 크기와 비교함으로써, 비교 결과에 근거하여 공정을 계속할지 아니면 종료할지 여부를 선택할 수 있으며, 따라서 해당 스퍼터링 방법의 안전성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
상술한 제1 경고 전압, 제2 경고 전압은 각각 경고 전압의 상한값, 하한값이고, 해당 스퍼터링 방법에서 스퍼터링 전압이 경계값을 초과하지 못하도록 방지하기 위한 것이며, 따라서 해당 스퍼터링 방법의 안전성 및 안정성을 향상시킨다. 설명해야 할 것은, 제1 경고 전압, 제2 경고 전압은 상이한 스퍼터링 설비 및 실제 수요에 따라 설정될 수 있다.
실제 응용에 있어서, 현재 스퍼터링 공정을 종료한 다음 스퍼터링 설비에 대한 점검 수리 및 유지 보수를 수행할 수 있다.
상술한 예시에 있어서, 스퍼터링 방법은 이하 단계를 더 포함한다:
단계(401): 매번 스퍼터링 과정 중 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 측정한다.
단계(402): 매번 스퍼터링 과정 중 제1 프리 스퍼터링 공정시간을 제1 경고시간, 제2 경고시간과 비교하는 바, 제1 경고시간은 제2 경고시간보다 크다.
만일 매번 스퍼터링 과정 중 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간이 제1 경고시간보다 작고 제2 경고시간보다 크면 다음번 스퍼터링 과정을 수행한다.
만일 매번 스퍼터링 과정 중 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간이 제1 경고시간보다 크거나 제2 경고시간보다 작으면 현재의 스퍼터링 과정을 종료한다.
제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간은 조절 가능하므로, 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간에 근거하여 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법을 수행하는 설비의 이상 여부를 판단할 수 있다. 제1 경고시간, 제2 경고시간은 각각 경고시간의 상한값, 하한값이고, 해당 스퍼터링 방법에서 공정시간이 경계값을 초과하지 못하도록 방지하기 위한 것이다. 이에 따라, 해당 스퍼터링 방법의 안전성 및 안정성을 추가로 보장할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법과 통상적인 스퍼터링 방법의 스퍼터링 전압의 대조도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 통상적인 스퍼터링 방법의 스퍼터링 전압은 190V-280V의 범위에서 변동하고, 최고 스퍼터링 전압과 최저 스퍼터링 전압 사이의 차이는 90V에 달하지만, 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법은 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 190±1V의 범위 내로 제어할 수 있다. 이때, 통상적인 스퍼터링 방법의 성막 속률은 0.30-0.19nm/s의 범위에서 변동하지만, 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법의 성막 속률은 0.30nm/s로 제어되며, 따라서 성막 속률의 안정성을 대폭 향상시킨다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법의 로직 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 해당 스퍼터링 방법은 파라미터 조절 과정을 수행할지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하며, 만일 파라미터 조절 과정을 수행하기로 선택하면, 상술한 파라미터 조절 과정의 구체적인 일 실시형태를 선택하여 수행한다. 예를 들어, 도 4에서는 상술한 두번째 실시형태를 선택하여 수행하는 바, 구체적으로 N-M번째 스퍼터링 과정부터 N번째 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 측정 및 기록하는 것을 포함하며, 여기서 N은 2보다 크거나 같은 정수이고, M은 1보다 크거나 같은 정수이며, M<N 관계를 만족한다.
만일 파라미터 조절 과정을 수행하지 않기로 선택하면, 상술한 파라미터 조절과정을 포함하지 않는 스퍼터링 과정에 따라 수행하며, 즉 비제어(non-controlled) 전압 방식을 적용하여 생산을 진행한다.
다음, N번째 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 경고범위(제1 경고 전압(상한값), 제2 경고 전압(하한값)을 포함함)를 벗어나는지 여부를 판단하고, 만일 벗어나면 현재의 스퍼터링 과정을 정지하며, 만일 벗어나지 않으면 후속 단계를 수행한다. 물론, 실제 응용에 있어서 매번 스퍼터링 과정 중 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압에 대한 판단을 수행할 수도 있다.
다음, 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 제어 범위 내에 있는지 여부를 판단한다. 여기서 제어 범위는 상술한 기준 전압일 수 있으며, 즉 스퍼터링 전압값과 기준 전압의 크기를 판단한다. 또한 해당 제어 범위는 상술한 제1 설정 전압과 제2 설정 전압으로 이루어진 범위일 수도 있으며, 즉 스퍼터링 전압값과 제1 설정 전압, 제2 설정 전압의 관계를 판단한다. 만일 스퍼터링 전압이 제어 범위에 있으면, 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 감소시키고, 만일 스퍼터링 전압이 제어 범위에 있지 않으면, 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 증가시킬 수 있으며, 구체적인 내용은 상술한 예시 중의 관련 설명을 참고할 수 있다.
마지막으로, 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간이 경고시간 범위(제1 경고시간, 제2 경고시간을 포함함)를 벗어나는지 여부를 판단하는 바, 만일 벗어나지 않으면 스퍼터링 과정을 수행하고, 만일 벗어나면 현재의 스퍼터링 과정을 종료한다.
예를 들어, 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법을 적용하여 형성된 질화 알루미늄 박막이 발광 다이오드(LED)에 사용되는 경우, 해당 질화 알루미늄 박막은 발광 다이오드의 성능을 향상시킬 수 있다. 표 1은 통상적인 스퍼터링 방법을 적용하여 제조되는 발광 다이오드와 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법을 적용하여 제조되는 발광 다이오드의 성능을 비교한 대조표이다. 표 1에 나타난 바와 같이, 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법을 적용하여 제조되는 발광 다이오드에 있어서, 에피(Epi) 휘도 및 파장 표준편차의 변동 범위는 작아지고 표현이 더 안정적이다. 이 밖에 칩 휘도, 정전기 방전 방지 능력 및 역방향 누전의 안정성이 대폭 향상된다. 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법을 적용하여 제조되는 발광 다이오드의 성능이 크게 향상되었음을 볼 수 있다. 설명해야 할 것은, 표 1에서의 통상적인 스퍼터링 방법을 적용하여 제조되는 발광 다이오드는, 발광 다이오드 중의 질화 알루미늄 박막이 통상적인 스퍼터링 방법에 의해 제조되는 것을 의미한다. 표 1에서의 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법을 적용하여 제조되는 발광 다이오드는, 발광 다이오드 중의 질화 알루미늄 박막이 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법에 의해 제조되는 것을 의미한다. 물론, 본 개시는 이를 포함하나 이에 한정되지 않으며, 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법은 발광 다이오드 중의 기타 막층을 제조하는데 사용될 수도 있다.
통상적인 스퍼터링 방법을 적용하여 제조되는 발광 다이오드와 본 개시의 실시예에서 제공되는 스퍼터링 방법을 적용하여 제조되는 발광 다이오드의 성능 대조표
항목 에피 결과 변동 범위
（기준선에 준함）		 칩 결과 변동 범위
（기준선에 준함）
에피 휘도 파장 표준편차 칩 휘도 정전기 방전 방지 능력 역방향 누전
통상적인 스퍼터링 방법 ±10.0% ±0.8% ±1.0% ±2.2% ±4.5%
본 발명의 실시예의 스퍼터링 방법 ±2.5% ±0.3% ±0.2% ±1.0% ±1.2%
이하 몇 가지 사항을 설명한다.
(1) 본 개시의 실시예의 도면들은 본 개시의 실시예에서 언급한 구조에 관한 것이며 기타 구조는 통상적인 설계를 참고할 수 있다.
(2) 충돌이 없는 한 본 개시의 동일한 실시예 및 상이한 실시예 중의 특징들은 서로 결합될 수 있다.
상술한 내용은 단지 본 발명의 예시적인 실시형태일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (16)

  1. 적어도 한 번의 스퍼터링 과정 및 파라미터 조절 과정을 포함하며, 상기 스퍼터링 과정은,
    타겟재 재료를 기판을 차단하기 위한 배플판에 스퍼터링하는 제1 프리 스퍼터링 단계;
    상기 타겟재 재료의 화합물을 배플판에 스퍼터링하는 제2 프리 스퍼터링 단계; 및
    상기 타겟재 재료의 화합물을 기판에 스퍼터링하는 메인 스퍼터링 단계를 포함하고,
    여기서, 상기 제1 프리 스퍼터링 단계는 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압을 조절하기 위한 것이고,
    상기 제1 프리 스퍼터링 단계에서 반응 챔버로 타겟재를 충격하기 위한 불활성가스만 유입시키고,
    상기 파라미터 조절 과정은, 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정 파라미터를 조절함으로써 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 조절하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공정 파라미터는 공정시간을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스퍼터링 과정은 두 번 이상 수행되며, 매 N번의 상기 스퍼터링 과정을 거친 후 한 번의 상기 파라미터 조절 과정을 수행하는 바, N은 1보다 크거나 같은 정수인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 파라미터 조절 과정은,
    N번의 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 측정하고 기록하는 단계;
    N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 기준 전압 범위를 벗어나는지 여부를 판단하며,
    만일 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 기준 전압 범위의 상한값을 벗어나면, N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 증가시키고, 만일 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 기준 전압 범위의 하한값을 벗어나면, N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 감소시켜, N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 기준 전압 범위 내에 놓이도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 파라미터 조절 과정은,
    N-M번째 상기 스퍼터링 과정부터 N번째 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 측정하고 기록하는 단계, 여기서 N은 2보다 크거나 같은 정수이고, M은 1보다 크거나 같은 정수이며, M<N 관계를 만족하며;
    N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 제1 설정 전압, 제2 설정 전압의 크기와 비교하는 바, 상기 제1 설정 전압은 상기 제2 설정 전압보다 크고,
    만일 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제1 설정 전압보다 크면, N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 제1 프리셋 시간만큼 증가시키며,
    만일 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제2 설정 전압보다 작으면, N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 상기 제1 프리셋 시간만큼 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    만일 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제1 설정 전압보다 작고 상기 제2 설정 전압보다 크면, N-M번째 상기 스퍼터링 과정부터 N번째 상기 스퍼터링 과정까지의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 변화 추세가 증가인지 감소인지를 판단하며,
    만일 증가 추세라면 N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 제2 프리셋 시간만큼 증가시키고,
    만일 감소 추세라면 N+1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 상기 제2 프리셋 시간만큼 감소시키는 단계를 더 포함하며,
    여기서, 상기 제2 프리셋 시간은 상기 제1 프리셋 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제1 설정 전압보다 작고 상기 제2 설정 전압보다 큰 경우, N-M번째 상기 스퍼터링 과정부터 N번째 상기 스퍼터링 과정까지의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 변화 추세가 증가인지 감소인지를 판단하는 단계에서,
    N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 N-1번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값보다 큰지 여부를 판단하며,
    만일 크다면 N-M번째 상기 스퍼터링 과정부터 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 변화 추세는 증가하는 것이고, 만일 작다면 N-M번째 상기 스퍼터링 과정부터 N번째 상기 스퍼터링 과정 중의 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값의 변화 추세는 감소하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 방법은,
    매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 측정하는 단계;
    매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값을 제1 경고 전압, 제2 경고 전압의 크기와 비교하는 바, 상기 제1 경고 전압은 상기 제2 경고 전압보다 크며,
    만일 매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제1 경고 전압보다 작고 상기 제2 경고 전압보다 크면 다음번 상기 스퍼터링 과정을 수행하고,
    만일 매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 메인 스퍼터링 단계의 스퍼터링 전압값이 상기 제1 경고 전압보다 크거나 상기 제2 경고 전압보다 작으면 현재의 상기 스퍼터링 과정을 종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  9. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 방법은,
    매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간을 측정하는 단계;
    매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 제1 프리 스퍼터링 공정시간을 제1 경고시간, 제2 경고시간과 비교하는 바, 상기 제1 경고시간은 제2 경고시간보다 크며,
    만일 매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간이 상기 제1 경고시간보다 작고 제2 경고시간보다 크면 다음번 상기 스퍼터링 과정을 수행하고,
    만일 매번 상기 스퍼터링 과정 중 상기 제1 프리 스퍼터링 단계의 공정시간이 상기 제1 경고시간보다 크거나 상기 제2 경고시간보다 작으면 현재의 상기 스퍼터링 과정을 종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 타겟재 재료의 화합물은 상기 타겟재 재료의 산화물 또는 상기 타겟재 재료의 질화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 타겟재 재료는 알루미늄, 갈륨, 철, 구리, 코발트 또는 아연을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 프리 스퍼터링 단계에서 반응 챔버로 타겟재를 충격하기 위한 활성가스 및 상기 타겟재 재료와 반응하여 상기 타겟재 재료의 화합물을 형성하기 위한 반응가스를 유입시키는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 가열하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 스퍼터링 과정을 연속 두 번 이상 수행하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 방법.
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