KR19980032349A - 크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 동작방법 및 그 장치 - Google Patents

크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 동작방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

크라이오 재생에 의한 정지기간을 없애고 생산가동율이 높은 크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 동작방법을 제공한다.
챔버(11)의, 제1 주밸브(23a) 및 제1 크라이오 펌프(25a)와는 별도의 장착 위치에 적어도 1개의 제2 주밸브(23b)와 제2 크라이오 펌프(25b)를 연접하여 설치해 놓는다. 챔버내를 진공배기할 때에는, 제1 크라이오 펌프와 제2 크라이오 펌프를 동시에 가동시키고, 성막작업시에는, 제1 크라이오 펌프(25a)가 가동하고 있는 기간에는 제2 크라이오 펌프(25b)의 재생을 행하고, 한편 제2 크라이오 펌프(25b)가 가동하고 있는 기간에는 상기 제1 크라이오 펌프(25a)의 재생을 행한다.

Description

크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 동작방법 및 그 장치
발명이 속하는 기술분야
본 발명은 크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 동작방법 및 그 장치에 관한 것이다.
종래의 기술
종래, 스퍼터링장치의 주배기계로서 크라이오 펌프(cryogenic pump)가 사용되고 있다. 이 크라이오 펌프는 배기속도가 크고, 상대적으로 터보분자펌프에 비해 염가이고, 스퍼터시의 성막에 악영향을 미치는 물에 대하여 배기속도가 크고, 또한 종래부터의 사용실적이 많다는 이유에서 주배기계의 주류가 되고 있다.
그러나, 종래의 스퍼터링장치의 크라이오 펌프에는 이하에 서술하는 것 같은 문제가 있었다.
크라이오 펌프는 모으는 식의 펌프(entrapment vacuum pump)이기 때문에, 성막시에 사용하는 프로세스가스, 예컨대, Ar(아르곤)을 허용량 이상 펌프내에 트랩하면, 크라이오 펌프의 배기속도가 저하하게 된다. 스퍼터공정 작업시에 압력변화를 초래하여 성막에 악영향을 끼쳐 버린다. 프로세스공정의 도중에, 크라이오 펌프중에 일정량의 프로세스가스가 트랩된 시점에서, 재생이라고 불리는 크라이오 펌프에 흡착한 가스의 방출을 행할 필요가 있다. 재생은 성막작업을 일단 중지하여 크라이오 펌프의 재생을 행한 후, 다시 성막작업에 들어가기 때문에, 성막시의 생산가동율을 저하시킨다.
도 4를 참조하여, 종래의 크라이오 펌프재생공정을 간단히 설명한다. 도 4는 스퍼터링장치를 사용하여 성막하였을 때의 챔버내의 압력을 세로축에 취하고, 또 시간을 가로축에 취하여 나타낸다.
정기 메인터넌스(여기서의 메인터넌스란 타겟교환, 시일드변환의 조작을 말한다)를 종료한 후, 주밸브를 열어 크라이오 펌프를 가동시키고 챔버내를 약 5시간(도 4의 t0에서 t1까지의 5H로 나타낸 기간 I) 진공배기한다. 여기서는, 도달압력이 1×10-7Torr 부근에 달하였을 때, 타겟클리닝을 t1에서 t2까지의 약 1시간(1H) 행하여 타겟표면의 산화막을 제거한다(도 4의 기간 II).
다음에, 성막공정에 들어가기 전에 모니터체크항목에 따라서, t2에서 t3까지 약 1시간(1H) 체크를 행한다(도 4의 기간 III). 그 후, t2로부터 t4까지의 약 3∼4일간의 연속성막생산에 들어간다(도 4의 기간 IV). 이 때, 크라이오 펌프는 이 약 3∼4일간에 크라이오 펌프의 재생기간을 맞이하기 때문에, 일단 성막작업을 중단하여 약 8시간(t4로부터 t5까지의 8H로 나타낸다)의 크라이오 펌프의 재생을 행한다(도 4의 기간 V). 그 후, 다시 t5로부터 t6까지의 3∼4일간의 연속성막작업을 개시하고(도 4의 기간 VI), 이 성막작업후 다시 t6∼t7의 기간(8H) 크라이오 펌프의 재생을 행한다(도 4의 기간 VII).
상기한 바와 같이, 종래는 성막공정중에 크라이오 펌프의 재생을 행하기 위한 재생기간(도 4의 기간 V 및 VII)을 설정하고 있다. 이와 같이, 성막공정중에 크라이오 펌프재생을 위한 생산정지기간을 설정하여 크라이오 펌프재생을 행하기 때문에 생산가동율이 저하하는 문제가 있다.
크라이오재생에 의한 정지기간을 없애고 생산가동율의 향상을 꾀할 수 있는 크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 동작방법 및 그 장치의 실현이 요망되고 있었다.
도 1은 본 발명의 스퍼터링장치의 주요구성을 나타내는 개략모식도이다.
도 2는 본 발명의 스퍼터링장치를 사용하여 박막형성의 동작을 나타내는 플로우 챠트도이다.
도 3은 본 발명의 장치를 동작시켰을 때의 챔버압력과 작업시간과의 관계를 도시한 도면이다.
도 4는 종래의 스퍼터링장치를 동작시켰을 때의 챔버압력과 작업시간과의 관계를 나타낸 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10 : 챔버부 11 : 프로세스챔버 13 : 음극마그네트
15 : 타겟 17 : 시일드 19 : 기판
21 : 기판지지대 23a : 제1 주밸브 23b : 제2 주밸브
25a : 제1 크라이오 펌프 25b : 제2 크라이오 펌프
제1 발명의 스퍼터링장치의 동작방법은 적어도 두개의 크라이오 펌프를 사용한다. 스퍼터링장치의 챔버내를 진공배기할 때에는, 제1 크라이오 펌프와 제2 크라이오 펌프를 동시에 가동시킨다. 성막시에는, 제1 크라이오 펌프가 가동하고 있는 기간에는 제2 크라이오 펌프의 재생을 행하고, 제2 크라이오 펌프가 가동하고 있는 기간에는 제1 크라이오 펌프의 재생을 행한다. 제1 크라이오 펌프와 제2 크라이오 펌프는 각각 제1 주밸브와 제2 주밸브를 통해 그 챔버에 연접하여 설치하고 있다.
본 발명에서는 정기 메인터넌스후의 챔버내를 진공배기할 때, 예컨대 1×10-7Torr의 압력에 도달하기 위한 기간은 종래에 비하여 반 또는 반이하의 기간으로 단축된다.
성막작업시에 있어서는 종래의 프로세스공정같이 크라이오 펌프재생을 위한 생산정지기간이 없어져 생산가동율이 대폭 향상된다.
제2 발명의 스퍼터링장치는 챔버의 측벽에 설치한 제1 주밸브 및 제1 크라이오 펌프와는 별도로 그 챔버의 측벽위치에 적어도 하나의 제2 주밸브 및 제2 크라이오 펌프를 연접하여 설치하고 있는 것을 특징으로 한다.
제2의 발명에서는 챔버내를 진공배기할 때 제 1 및 제2 크라이오 펌프를 동시에 가동시킬 수 있다. 성막시에 제1 크라이오 펌프를 가동시키고 있는 기간에 제2 크라이오 펌프의 재생을 행하고, 한편 제2 크라이오 펌프를 가동시키고 있는 기간에 제1 크라이오 펌프의 재생을 행할 수 있다. 성막작업의 가동율을 종래에 비해 대폭 향상시킨다.
발명의 실시형태
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 동작방법 및 그 장치의 실시 형태에 관하여 설명한다. 또, 도 1은 이 발명이 이해될 수 있을 정도로 각 구성성분의 형상, 크기 및 배치관계를 개략적으로 나타내고 있는 것에 지나지 않는다.
(스퍼터링장치의 구조설명)
도 1을 참조하여 크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 주요구조에 관하여 설명한다. 또, 도 1은 스퍼터링장치의 구조를 설명하기 위한 개략모식도이다. 또, 실제로는 챔버내의 타겟(15)에는 냉각장치(도시하지 않음)가 설치되고, 또한 기판지지대(21)에는 히터(도시하지 않음)가 설치되지만, 여기서는 이들 장치를 생략하고 있다.
본 발명의 스퍼터링장치는 챔버부(10), 제1 및 제2 주밸브(23a, 23b)와 제1 및 제2 크라이오 펌프(25a, 25b)의 3가지 성분으로 구성되어 있다. 제1 및 제2 크라이오 펌프(25a, 25b)는 아네루바제의 크라이오 펌프 「CRYO ACE」이다.
챔버부(10)는 챔버(프로세스챔버라고도 한다)(11), 음극마그네트(13), 타겟(15), 시일드(17) 및 기판지지대(21)로 구성되어 있다.
이 실시의 형태에서는 챔버 (11)에 제1 및 제2 주밸브(23a, 23b)가 연접하여 설치되고, 또한 한쪽의 제1 주밸브(23a)에는, 제1 크라이오 펌프(25a)가 연접되어 있고, 또 한쪽의 제2 주밸브(23b)에는 제2 크라이오 펌프(25b)가 연접되어 있다.
(스퍼터링장치의 동작설명)
다음에, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 동작에 관하여 설명한다. 도 2는 스퍼터링장치의 동작을 나타내는 플로우챠트이다. 도 3은 챔버내의 압력변화와 프로세스시간과의 관계를 나타낸다.
타겟(15)의 변환 및 시일드(17)의 변환을 포함하는 정기 메인터넌스를 행한 후, 제1 및 제2 주밸브(23a 및 23b)를 열고 제1 및 제2 크라이오 펌프(25a 및 25b)를 동시에 병렬가동시켜 챔버(11)내를 진공배기한다(도 2의 공정 101 및 도 3의 기간 I). 제1 및 제2 크라이오 펌프를 동시에 가동시키기 때문에, 진공배기시간은 크라이오 펌프를 1대 밖에 사용않고 있던 종래의 진공배기시간, 예컨대 약 5H의 반, 즉 약 2.5시간이다. 이 진공배기시간에서 도달압력은 1×10-7Torr 정도에 달한다.
다음에, 타겟(15)의 표면을 스퍼터 에칭하여 클리닝한다. 타겟(15)의 표면에 형성되어 있는 산화막(도시하지 않음)이 제거된다(도 2의 공정 103 및 도 3의 기간 II). 이 타겟클리닝시간은 약 1시간으로 한다.
다음에, 성막전의 체크를 행한다(도 2의 공정 105 및 도 3의 기간 III). 이 체크는 예비 성막을 행하여 예컨대 입자(더스트 입자)라든가 막 두께의 균일성이라든가의 지정된 항목을 체크한다. 여기서는 성막전에 체크하는 것을 모니터라고도 칭한다. 모니터시간은 약 1시간으로 한다.
다음에, 챔버(11)내에 기판(19)을 설치하여 제1 크라이오 펌프(KPa)(25a)를 가동시켜, 프로세스챔버(11)내에 임의의 양호한, 예컨대 아르곤가스를 공급한다. 그 후, 음극마그네트(13)에 고주파전력을 인가시킨다. 이러한 조작에 의해 마그네트론 스퍼터링을 행한다. 기판(19)상에 임의의 양호한 박막을 형성한다(도 2의 공정 107 및 도 3의 기간 IV). 여기서는, 기간 IV를 3∼4일로 한다.
다음에, 제1 주밸브(23a)를 닫은 후, 제2 주밸브(23b)를 열어 제1 크라이오 펌프(KPa)(25a)로부터 제2 크라이오 펌프(KPb)(25b)로 변환하여 기판(19)상에 박막을 연속 형성한다. 제1 크라이오 펌프(KPa)(25a)를 가동시켜 재생, 즉 제1 크라이오 펌프(KPa)(25a)에 흡착한 프로세스가스의 방출을 행한다(도 2의 공정 109 및 도 3의 기간 V). 이 재생작업은 크라이오 패널(도시하지 않음)면의 온도를 보통 동작시의 온도인 10K∼20K로부터 상온(300K)으로 되돌려 행한다. 여기에서는, 성막기간 V를 3∼4일로 하고, 제1 크라이오 펌프(KPa)의 재생기간(t4∼t5기간)을 약 8시간으로 한다.
다음에, 제2 주밸브(23b)를 닫은 후, 제1 주밸브(23a)를 열어 제2 크라이오 펌프(KPb)(25b)로부터 제1 크라이오 펌프(KPa)(25a)로 변환하여 기판(19)상에 박막을 연속형성한다. 제2 크라이오 펌프(KPb)(25b)를 가동시켜 재생, 즉 제2 크라이오 펌프(KPb)(25b)에 흡착한 프로세스가스의 방출을 행한다(도 2의 공정 111 및 도 3의 기간 VI). 여기에서는, 성막기간 VI를 3∼4일로 하고, 제2 크라이오 펌프(KPb)(25b)의 재생기간(t6∼t7기간)을 약 8시간으로 한다.
그 후, 상기 도 2의 공정 109 및 공정 111을 순차반복하여 기판(19)상에 박막을 형성한다(도 2의 공정 113 및 도 3의 기간 VII).
상술한 성막공정에서는 제1 크라이오 펌프(KPa)(25a)를 가동하여 박막을 형성하고 있는 기간중에는 다른 1대의 제2 크라이오 펌프(KPb)의 재생을 행한다. 한편, 제2 크라이오 펌프(KPb)(25b)를 가동시켜 박막을 형성하고 있는 기간중에는 제1 크라이오 펌프(KPa)(25a)의 재생을 행하도록 하고 있기 때문에, 종래와 같이 성막 교체시의 크라이오 펌프재생에 의한 생산정지기간이 없어진다. 이 결과, 종래에 비해서 성막공정에서의 생산가동율이 8∼11% 향상된다.
또, 생산개시시간 t0에서 생산종료시간 t4까지의 기간을 보면, 종래는 생산에 기여하지 않은 기간이 t0∼t4기간내에서 15시간(진공배기기간 5H + 타겟클리닝기간 1H + 모니터기간 1H + 크라이오 재생기간 8H)이던 것에 비해, 본 발명에서는 4.5시간(진공배기기간 2.5H+타겟클리닝기간 1H + 모니터기간 1H)이 된다. 생산에 기여하지 않은 기간을 전생산기간에 대한 비율로 환산하면, 종래 16∼21%이던 것에 대하여 본 발명에서는 5∼6%로 감소한다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 2대의 크라이오 펌프를 설치한 예에 관하여 설명하였지만, 3대이상의 주밸브 및 크라이오 펌프를 구비해도, 상술한 생산가동효율과 동등 또는 그 이상의 효율을 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
상술한 설명으로부터 명백하듯이, 본 발명의 크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 동작방법에 의하면, 정기 메인터넌스후의 진공배기를 적어도 두개의 제1 및 제2 크라이오 펌프를 가동시켜 진공배기하기 때문에, 도달압력(1×10-7Torr)에 달하기까지의 진공배기시간을 종래의 반이하의 시간으로 하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 작업공정의 대폭적인 단축이 가능해진다.
또한, 제1 크라이오 펌프를 가동시켜 성막을 행하는 공정기간중에 제2 크라이오 펌프의 재생을 행하고, 제2 크라이오 펌프를 가동시키고 있는 기간중에 제1 크라이오 펌프의 재생을 행한다. 전공정에서 성막공정 이행후의 크라이오 펌프재생을 위한 생산정지기간이 없어진다. 생산가동율이 종래에 비해 대폭 향상된다.

Claims (3)

  1. 챔버내를 진공배기할 때에는, 제1 크라이오 펌프와 제2 크라이오 펌프를 동시에 가동시키고, 성막 작업시에는, 제1 크라이오 펌프가 가동하고 있는 기간에는 제2 크라이오 펌프의 재생을 행하고, 한편 제2 크라이오 펌프가 가동하고 있는 기간에는 제1 크라이오 펌프의 재생을 행하는 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 동작방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 챔버내의 진공배기는 정기 메인터넌스후에 행하는 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프를 사용한 스퍼터링장치의 동작방법.
  3. 제1 주밸브를 통해 제1 크라이오 펌프를 설치한 챔버의 측벽에, 주밸브를 통한 적어도 하나의 크라이오 펌프가 설치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
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