KR20020052985A

KR20020052985A - 마그네트론 스퍼터 장치와 그것을 이용한 포토마스크블랭크의 제조 방법

Info

Publication number: KR20020052985A
Application number: KR1020010084031A
Authority: KR
Inventors: 마사따까 와따나베; 사또시 오까자끼; 히데오 가네꼬; 겐 오하시; 히데끼 고바야시
Original assignee: 카나가와 치히로; 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2002-07-04
Also published as: US20020125127A1; KR100563510B1; EP1221495B1; US6666957B2; EP1221495A2; DE60114135D1; TWI229142B; JP2002194541A; EP1221495A3; JP4371569B2; DE60114135T2

Abstract

본 발명은 마그네트론 스퍼터 장치에 관한 것으로서, 스퍼터 반응을 행하기 위한 챔버 (10), 상기 챔버 내에 설치된 타겟 전극 (5), 상기 타겟 전극에 대향하도록 설치된 기판 전극 (6), 상기 타겟 전극의 측면을 포위하도록 설치된 링상 원통 자석 (2), 상기 타겟 전극의 타겟 설치면과 반대측에 설치되어 타겟 전극의 주위 방향으로 회전하는 상기 타겟 전극에 수직한 방향으로 자화된 반원판상 자석 (1)을 포함한다. 본 발명의 마그네트론 스퍼터 장치 (8)은 두꺼운 평판 타겟 표면 (3)에 소정의 자계 성분을 발생시킬 수 있어서 두꺼운 타겟을 사용해도 비부식부의 발생 및 그에 수반되는 파티클 생성이 없는 양호한 성막이 가능해진다.

Description

마그네트론 스퍼터 장치와 그것을 이용한 포토마스크 블랭크의 제조 방법 {Magnetron Sputtering System and Photomask Blank Production Method Base on the Same}

본 발명은 평판 타겟을 사용하는 마그네트론 스퍼터 장치에 관한 것이다. 본 발명에 관한 마그네트론 스퍼터 장치는 반도체 제조 집적 회로의 제조 등에 사용되는 포토마스크 블랭크를 스퍼터법으로 제조하는 데 사용하기에 바람직하다.

IC 및 LSI 등의 반도체 집적 회로의 제조를 비롯하여 광범위한 용도로 사용되는 포토마스크는 기본적으로 투광성 기판 상에 크롬 또는 몰리브덴 실리콘을 주성분으로 한 차광막을 소정의 패턴으로 형성한 것이다. 최근에는 반도체 집적 회로의 고집적화 등의 시장 요구에 따라 패턴의 미세화가 급속하게 진행되어 왔다. 패턴의 미세화에 따라 포토마스크 블랭크도 보다 고도의 품질이 요구되고 미세한 파티클의 발생에 의한 결함도 없애도록 요구되고 있다.

이러한 가운데, 반도체 제조용 포토마스크를 제조하기 위한 포토마스크 블랭크를 제조하기 위한 스퍼터 타겟으로는 평판 타겟이 사용되어 왔다. 도 4에 종래형 마그네트론 스퍼터 장치를, 도 5, 6에 종래형 마그네트론 스퍼터 장치의 자기 회로를 나타낸다. 도시된 종래형 마그네트론 스퍼터 장치에서는 비교적 얇은 타겟 (3)을 설치한 타겟 전극 (5)의 이면에서 회전 자석 (11)을 회전시켜, 타겟 (3)에 평행한 자계 성분을 타겟 (3) 표면에 생성하여 자계와 직교한 방향으로 전장을 제공함으로써 플라즈마를 타겟 표면 부근의 자계에 가두어 두고, 스퍼터 밀도를 상승시킨다. 타겟으로서는 통상 크롬 또는 몰리브덴 실리사이드가 사용되고, 산소 가스나 질소 가스와 불활성 가스를 포함하는 스퍼터 가스를 사용하여 반응성 스퍼터법에 의해 석영, CaF₂등의 투광성 기판 위에 성막한다.

이하, 본 발명에서는 기판 전극에 대향되는 측면인 타겟의 부식되는 면을 표면이라고 한다.

이와 같이, 마그네트론 스퍼터 장치에는 종래 얇은 평판 타겟이 사용되어 왔지만, 포토마스크 블랭크의 제조 비용에서 차지하는 타겟 비용의 비율이 높기 때문에, 수명이 짧은 얇은 평판 타겟은 포토마스크 블랭크의 제조 비용을 증가시킨다. 또한, 타겟 교환에 필요한 시간이 더욱 길어지기 때문에 생산성도 저하되는 결점이 있었다.

그 때문에, 15 mm 이상의 두꺼운 평판 타겟을 사용하여 수명을 연장시킴으로써 제조 비용을 저감시키는 것이 요구되어 왔다.

그러나, 종래형 마그네트론 스퍼터 장치의 자기 회로에서는 이와 같이 두꺼운 타겟을 사용하면 타겟 표면까지 자계가 도달되지 않기 때문에, 타겟 표면 전체에 소정 강도의 평행 성분 자계를 얻기가 어렵고, 마그네트론 플라즈마가 발생되지 않으므로 스퍼터되지 않는 현상이 발생되었다. 또한, 타겟 표면에 소정 강도의 평행 성분 자계를 얻을 수 없으면 비부식부가 발생되는 문제가 있었다.

스퍼터를 행할 때 비부식부가 존재하면, 타겟의 산화물 또는 질화물 등의 미립자가 타겟의 비부식부에 재부착되고, 이 재부착된 미립자가 기동시 및 정지시의 온도 차이에 따른 열팽창율의 차이로 박리되어 박막면 상에 부착됨으로써 파티클이 발생하는 문제도 있었다.

그러므로, 두꺼운 타겟을 사용해도 스퍼터가 가능하고, 고품질의 성막이 가능한 마그네트론 스퍼터 장치가 요구되어 왔다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 15 mm 이상의 두꺼운 평판 타겟을 사용해도 마그네트론 플라즈마를 발생시킬 수 있어 고품질의 박막을 형성할 수 있는 마그네트론 스퍼터 장치, 및 그 장치를 사용한 포토마스크 블랭크의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 마그네트론 스퍼터 장치를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 마그네트론 스퍼터 장치의 평면도.

도 3은 도 2의 본 발명의 마그네트론 스퍼터 장치의 자기 회로를 선 (A-A)로 절단한 단면도.

도 4는 종래형 마그네트론 스퍼터 장치를 나타낸 도면.

도 5는 종래형 마그네트론 스퍼터 장치의 평면도.

도 6은 도 5의 종래형 마그네트론 스퍼터 장치의 자기 회로를 선 (B-B)로 절단한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 설명도>

1. 반원판상 자석

2. 링상 원통 자석

3. 타겟

4. 기판

5. 타겟 전극

6. 기판 전극

7. 반응 가스 공급 수단

8. 마그네트론 스퍼터 장치

9. 자기 회로

10. 챔버

11. 종래형 회전 자석

본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위해 두꺼운 타겟에도 자계가 도달되어 두꺼운 평판 타겟의 표면 전체에 소정 강도의 평행 성분 자계를 얻을 수 있는 마그네트론 스퍼터 장치를 설계하기에 이르렀다. 즉, 평판 타겟을 사용하는 마그네트론 스퍼터 장치의 자기 회로를 개선하여 입체적인 자기 회로를 사용함으로써, 15 mm 이상의 두꺼운 평판 타겟을 사용해도 타겟 표면부에 마그네트론 플라즈마가 발생하기에 충분한 평행 성분 자계가 얻어진다는 것을 발견하였다.

본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위해, 스퍼터 반응을 행하기 위한 챔버, 상기 챔버내에 설치된 타겟 전극, 상기 타겟 전극에 대향하도록 상기 챔버내에 설치된 기판 전극, 상기 타겟 전극의 측면을 포위하도록 설치된 실질적으로 링상의 원통 자석, 상기 타겟 전극의 타겟 설치면과 반대측에 설치되어 타겟 전극의 주위 방향으로 회전하는 상기 타겟 전극에 수직한 방향으로 자화된 실질적으로 반원판상의 자석을 포함하는 마그네트론 스퍼터 장치를 제공한다. 상기 반원판상 자석의 자극 사이를 연결하는 축방향이 상기 반원판상 자석면에 대하여 수직이고, 상기 반원판상 자석의 상기 타겟 전극측이 N극이고, 타겟 전극과 접하지 않은 면이 S극일 때에는, 상기 링상 원통 자석의 내면이 S극이고 외면은 N극이며, 상기 반원판상 자석의 상기 타겟 전극측이 S극이고, 상기 타겟 전극과 접하지 않은 면이 N극일 때에는, 상기 링상 원통 자석의 내면이 N극이고 외면은 S극이 되도록 상기 반원판상 자석과 상기 링상 원통 자석을 배치하는 것이 바람직하다.

상기 타겟 전극에 설치된 타겟은 평판인 것이 바람직하고, 상기 타겟의 두께는 15 mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 챔버가 반응 가스 공급 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기한 마그네트론 스퍼터 장치를 사용하여 성막하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 두꺼운 평판 타겟 표면에 전면 부식이 행해지므로 타겟의 산화물 및 질화물 등의 미립자가 타겟으로 재부착되거나 박리 낙하로 인해 파티클이 발생되지 않는 고품질의 포토마스크 블랭크를 제조할 수 있다.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 관해서 설명한다. 동일 부재에는 동일 부호를 붙였다. 또한, 이하의 실시 형태는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 마그네트론 스퍼터 장치는 Cr 또는 MoSi 등의 두꺼운 평판 타겟을 사용하여 투명 기판상에 크롬계 및 몰리브덴 실리사이드계의 박막을 성막하는 데 사용된다.

도 1에 본 발명의 마그네트론 스퍼터 장치 (8)의 단면도를 나타낸다. 스퍼터 반응을 행하기 위한 챔버 (10) 내에는 타겟 (3) 표면에 전압을 가하기 위한 타겟 전극 (5)가 설치되어 있고, 타겟 전극 (5)에는 타겟 (3)이 접착되어 있다. 또한, 타겟 (3)의 측면을 포위하도록 링상 원통 자석 (2)가 설치되어 자기 회로 (9)를 형성하고 있다. 타겟 전극 (5)에 대향하는 위치에는 기판 전극 (6)이 설치되어 있어 이 위에 기판 (4)를 셋팅할 수 있게 되어 있다.

도 2에 본 발명의 자기 회로 (9)의 평면도를, 도 3에 단면도를 나타낸다. 두꺼운 평판 타겟 (3)의 표면 전체에 평행 성분 자계를 얻기 위한 자기 회로 (9)로서, 타겟 전극 (5) 상의 타겟 (3)과 반대면에 접하거나 또는 이 면으로부터 떨어져 있으면서 타겟 전극 (5)에 대하여 수직한 방향으로 자화된 반원판상 자석 (1)을 타겟 전극 (5)의 주위 방향으로 회전 가능하게 설치한다. 이 반원판상 자석 (1)을, 타겟 (3)의 중심축 주위를 타겟 전극 (5)의 주위 방향으로 회전시킴으로써 타겟 (3) 중 반원판상 자석 (1)이 없는 부분에 타겟 (3)의 표면에 평행한 성분의 자계가 발생된다. 이 평행 성분 자계를 회전시킴으로써 타겟 (3)의 중심부에도 끊임없이평행 성분 자계가 회전 이동해 오기 때문에, 타겟 (3) 중심부의 평행 성분 자계가 적은 것에 기인하는 비부식부를 없앨 수 있다.

또한, 두꺼운 평판 타겟 (3)의 표면부에까지 자계가 도달되도록, 타겟 (3)의 외주에 타겟 (3)의 측면을 포위하도록 링상 원통 자석 (2)를 설치한다. 링상 원통 자석 (2)의 길이 및 위치를 조정함으로써, 두꺼운 평판 타겟 (3)의 표면에 평행 자계 성분을 얻을 수 있다. 이 링상 원통 자석 (2)를 설치함으로써 타겟 (3)의 외주부의 비부식부를 없앨 수 있다.

반원판상 자석 (1)과 링상 원통 자석 (2)는 각각이 만드는 자계의 타겟 전극 (5)에 평행한 성분이 동일한 방향이 되도록 설치할 필요가 있다. 그러기 위해서는, 반원판상 자석 (1)의 타겟 전극 (5)측이 N극이고, 타겟 전극 (5)와 접하지 않은 면이 S극일 때에는, 링상 원통 자석 (2)의 내면이 S극이고 외면은 N극이며, 반원판상 자석 (1)의 타겟 전극 (5)측이 S극이고, 타겟 전극 (5)와 접하지 않은 면이 N극일 때에는, 링상 원통 자석(2)의 내면이 N극이고 외면은 S극이 되도록 반원판상 자석 (1)과 링상 원통 자석 (2)를 설치하는 것이 바람직하다.

이들 자석에 의한 입체적인 자기 회로 (9)에 의해, 두꺼운 타겟 (3)의 표면에도 소정의 평행 자계 성분을 얻을 수 있어 파티클이 없는 고품질의 박막이 성막된다는 것을 발견하게 되었다.

다음으로 자기 회로 (9)에서 반원판상 자석 (1)의 반경은 타겟 (3)의 반경의 0.5 배로부터 1.0 배인 것이 바람직하지만, 이들에 한정되지 않는다.

링상 원통 자석 (2)의 타겟 전극측의 바닥면은, 타겟 (3)의 타겟 전극측의면과 동일한 높이가 되도록 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 링상 원통 자석 (2)의 내경은 타겟 (3)의 내경의 1.05 배 내지 1.50 배인 것이 바람직하다. 링상 원통 자석 (2)의 높이는 타겟 (3)의 두께의 0.8 배 내지 2.0 배인 것이 바람직하다. 그러나, 이들 치수에 한정되지 않고, 적절하게 필요한 평행 자계 성분을 얻을 수 있는 치수로 링상 원통 자석 (2)를 설계하여 적절한 위치에 설치할 수 있다.

또한, 본 발명의 하나의 실시 형태에 의하면 본 발명의 장치에는 고진공의 챔버 (10)내에 스퍼터용 반응 가스 공급 수단 (7)을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

스퍼터를 행할 때에는 반원판상 자석 (1)을 회전시키면서 챔버 (10)을 고진공으로 하고, CH₄, CO₂, CO 등의 탄소를 포함하는 가스, NO, NO₂, N₂ 등의 질소를 포함하는 가스, 및 C0₂, NO, 0₂등의 산소를 포함하는 가스 각각 1 종 이상과, Ar 가스, 크립톤 등의 불활성 가스가 혼합된 가스를 반응 가스 공급 수단 (7)에서 도입한다. 타겟 (3)으로는 크롬 및 몰리브덴 실리사이드 또는 산소, 질소를 함유한 크롬 및 몰리브덴 실리사이드를 사용한다. 이 타겟 (3)에 마이너스 DC 전압을 가하면서 반응성 스퍼터를 행한다.

이러한 자기 회로 (9)를 사용함으로써 반원판상 자석 (1)의 회전으로 타겟 (3) 표면 전체에 타겟 전극 (5)에 평행한 자계 성분을 얻을 수 있다. 또한, 링상 원통 자석 (2)가 존재함으로써, 타겟 (3)에는 타겟 전극 (5)로부터의 자계 성분 뿐만 아니라, 타겟 (3)의 측면에서 한층 더 평행한 자계 성분을 제공할 수 있다. 이들 자석의 움직임에 의해, 타겟 (3) 표면에는 타겟 (3)의 두께가 증대되어도 필요한 평행 자계 성분을 얻는 것이 가능해지므로 비부식 부분의 발생을 방지할 수 있다.

<실시예>

이하 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1>

도 1의 마그네트론 스퍼터 장치 (8)을 사용하여 포토마스크 블랭크의 성막을 행하였다. 두께 5 mm인 Cu 전극 (5) 상에, 직경 D₁이 76.2 mm이고 두께 t가 6 mm, 12 mm, 18 mm인 상이한 평판 타겟 (3)을 접착하여, 전극 (5)와 타겟 (3)과의 두께 H₁이 각각 11 mm, 17 mm, 23 mm가 되도록 하였다. 다음으로 길이 L이 30 mm이고, 내경 D₃이 80 mm, 외경 D₄가 90 mm인 링상 원통 자석 (2)를 설치하였다. 타겟 전극 (5)의 타겟 (3)과 반대측 면에, 반경 D₂가 26 mm이고 높이 H₂가 25 mm인 반원판상 자석 (1)의 회전축을 타겟 (3)의 중심 위치를 중심으로 하여 10 rpm 으로 회전시켰다. 챔버 (10) 내를 0.3 Pa의 고진공으로 유지하면서 챔버 (10) 내에 Ar 가스를 반응 가스 공급 수단 (7)에서 도입하고, Cr 타겟 (3)에 250 W의 직류 전압을 가하여 스퍼터를 행하였다. 석영 유리 기판 (4)를 사용하고, 여기에 70 nm인 크롬막을 성막하였다. 이어서, 산소 가스 및 질소 가스를 도입하여, 크롬 산화질화막의 30 nm인 반사 방지막을 성막하였다. 이 때의 마그네트론 플라즈마 발생의 성패는 마그네트론 스퍼터 장치 (8)의 인가 전압 회로에 설치된 전류계(도시하지 않음)에 의해 측정하여 확인하였다. 이와 같이 하여 작성된 샘플의 파티클을 파티클 수 결함 검사 장치(히타치 엔지니어링 제품 GM-1000)를 이용하여, 기판 표면 상의 0.3㎛ 이상인 미립자의 갯수를 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

<비교예 1>

도 4에 나타낸 종래형 마그네트론 스퍼터 장치 (8)을 사용하여 비교 실험을 행하였다. 두께 5 mm인 Cu 전극 (5) 상에 직경 D₁이 76.2 mm이고, 두께 t가 6 mm, 12 mm, 18 mm인 상이한 평판 타겟 (3)을 접착하여, 전극 (5)와 타겟 (3)과의 두께 H₁이 각각 11 mm, 17 mm, 23 mm가 되도록 하였다. 타겟 전극 (5)의 타겟 (3)과 반대측 면에 직경 D₂가 52 mm이고, 높이 H₂가 25 mm인 링상 원통 자석 (2)를 타겟 (3)의 중심 위치에서 10 mm 편심하여 주위 방향으로 회전 가능하게 설치하고, 10 rpm으로 회전시켰다. 실시예 1과 동일하게 석영 유리 기판 (4)에 크롬막 및 크롬 산화질화막을 성막하였다. 이 때의 마그네트론 플라즈마 발생의 유무를 실시예 1과 동일한 방법으로 관찰하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

	타겟 두께 (mm)	마그네트론 플라즈마 발생 유무	파티클 수
실시예 1	6	Ｏ	6
	12	Ｏ	13
	18	Ｏ	11
비교예 1	6	Ｏ	9
	12	X	성막 불가
	18	X	성막 불가

표 1의 결과로부터, 본 발명의 자기 회로 (9)를 갖는 마그네트론 스퍼터 장치 (8)을 사용한 경우, 타겟 (3)의 두께가 두꺼워져도 마그네트론 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 그 결과 양호한 성막이 가능해지는 것을 알 수 있었다. 또한, 사용한 타겟 (3)의 두께가 증가해도 파티클 수가 증가되어 막의 성질이 저하되지는 않았다. 종래형 장치를 사용하여 성막한 비교예와 비교하여, 본 발명의 장치를 사용하면, 두꺼운 타겟을 사용한 경우에도 얇은 타겟을 사용한 경우와 동일하게 파티클이 적은 고품질의 포토마스크 블랭크를 제조할 수 있었다.

본 발명의 장치에 의해 두꺼운 평판 타겟의 전면에 평행 자계 성분을 얻을 수 있고 두꺼운 평판 타겟 표면의 전면을 부식할 수 있게 되었기 때문에, 제조 비용 저감이 가능하고, 타겟 수명이 긴 두꺼운 타겟이 사용 가능하다. 본 발명의 장치를 사용하면 두꺼운 타겟 표면이라도 소정의 평행 자계 성분을 얻을 수 있기 때문에 두꺼운 타겟을 사용할 때 스퍼터할 수 없는 문제가 해결되었다. 또한, 비부식부가 생성되지 않기 때문에, 파티클 발생이 없는 고품질의 포토마스크 블랭크를 제조할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 스퍼터 장치에 의해 두꺼운 타겟을 사용하여 고품질이며 비용을 저감시킨 포토마스크 블랭크를 제조할 수 있다.

Claims

스퍼터 반응을 행하기 위한 챔버, 상기 챔버내에 설치된 타겟 전극, 상기 타겟 전극에 대향하여 상기 챔버내에 설치된 기판 전극, 상기 타겟 전극의 측면을 포위하도록 설치된 실질적으로 링상의 원통 자석, 상기 타겟 전극의 타겟 설치면과 반대측에 설치되어 상기 타겟 전극의 주위 방향으로 회전하는, 상기 타겟 전극에 수직한 방향으로 자화된 실질적으로 반원판상의 자석을 포함하는 마그네트론 스퍼터 장치.
제1항에 있어서, 상기 반원판상 자석의 자극 사이를 연결하는 축방향이 상기 반원판상 자석면에 대하여 수직이고, 상기 반원판상 자석의 타겟 전극측이 N극이고, 타겟 전극과 접하지 않은 면이 S극일 때에는, 상기 링상 원통 자석의 내면이 S극이고 외면은 N극이며, 상기 반원판상 자석의 타겟 전극측이 S극이고, 상기 타겟 전극과 접하지 않은 면이 N극일 때에는, 상기 링상 원통 자석의 내면이 N극이고 외면은 S극이 되도록 상기 반원판상 자석과 링상 원통 자석을 배치하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 장치.
제1항 내지 제2항에 있어서, 상기 타겟 전극에 설치된 타겟이 평판인 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타겟의 두께가 15 mm 이상인 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 챔버가 반응 가스 공급 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 장치.
제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 기재된 마그네트론 스퍼터 장치를 사용하여 성막하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조 방법.