KR20060065697A

KR20060065697A - 번인 시간을 줄이기 위한 스퍼터링 타겟의 처리 방법 및장치

Info

Publication number: KR20060065697A
Application number: KR1020067003252A
Authority: KR
Inventors: 피터 에이취. 맥도날드
Original assignee: 프랙스에어 에스.티. 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2006-06-14
Also published as: EP1664369A1; TW200512308A; WO2005019494A1; US20050040030A1

Abstract

타겟의 번인 시간을 효과적으로 줄이기 위해 낮은 전력에서 스퍼터링 이온 플라즈마를 이용하는 스퍼터링 타겟의 건조 처리 방법; 그와 같이 제조된 타겟; 및 타겟 처리에 이용되는 장치(2). 상기 장치는 회전 디스크(4), 자석 조립체(6), 카운터버전트(8), 진공챔버(10), 전기 절연 블럭(12), 타겟 조립체(14), 타겟부품(18), "O" 링(20), 테플론 절연체 링(22), 타겟 표면(24), 지지 플레이트(26), 측면 비톤 진공 시일(28), 구동 모터(30), 및 회전 스퍼터 플라즈마(32)를 갖는다.

마그네트론 스퍼터링 장치, 번인 시간, 건조 처리, 타겟, 스퍼터링 이온 플라즈마

Description

번인 시간을 줄이기 위한 스퍼터링 타겟의 처리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TREATING SPUTTERING TARGET TO REDUCE BURN-IN TIME}

본 발명은 처리에 있어서 타겟 및 타겟 반대의 번인 시간을 효과적으로 줄이는 향상된 표면 마무리를 얻기 위한 스퍼터링 타겟의 건조 처리 방법에 관한 것이다.

반도체 산업과 같은 많은 응용 분야에 사용되는 스퍼터링 타겟의 제조에 있어서, 반도체 웨이퍼와 같은 웨이퍼상에 스퍼터링을 하는 동안 막균일성을 제공하는 스퍼터 표면을 갖는 타겟을 제조하는 것이 바람직하다. 스퍼터 타겟의 전형적인 제조 공정들은 타겟에 표면결함을 가져온다. 게다가, 티타늄, 알루미늄, 탄탈륨, 니켈, 크롬, 코발트, 구리 및 그들의 합금과 같은 스퍼터 타겟을 포함하는 재료들은 본질적으로 기계가공 공정의 결과인 해결하기 어려운 특성이 있다(즉, 균일성 및 번인 시간 요건들). 이러한 본질적인 결함 및 특성은 일반적으로 스퍼터 타겟 제품의 최종 사용자에게 악영향을 준다.

고객의 위치에서 새로운 스퍼터 타겟에 대한 매우 긴 번인 시간은 스퍼터 타겟 제조의 바람직하지 않은 효과들 중 하나이다. 전형적으로, 티타늄 타겟과 같은 스퍼터 타겟은 타겟 사용의 초기 단계동안 열악한 막 균일성을 나타낸다. 그 결과, 타겟 표면이 고품질의 박막 웨이퍼를 생산하기 전에, 타겟의 표면결함을 제거하는 번인 사이클이 일반적으로 30kWh에서 수행되어야 한다. 표준 타겟이 고품질의 웨이퍼를 생산하기 전에 대략 12kWh에 상당하는 번인 사이클 동안 약 30개 이상의 웨이퍼를 처리하는 일은 일반적이지 않다. 이러한 번인 사이클없이 증착되면 결과적으로 비교적 높은 거절률의 품질이 낮은 웨이퍼들을 얻게 된다. 따라서, 번인 사이클은 양호한 막 균일성을 제공하는 스퍼터 표면을 얻기 위해 일반적으로 요구되지만, 고객으로 하여금 귀중한 공정시간 및 재료들을 낭비하게 한다. 실험예를 통해, 티타늄 타겟에 대하여, 1.6 미만의 Rs 균일성이 대부분의 응용 장치들에 있어서 바람직하다. Rs 균일성은 300mm 웨이퍼상에서 3mm 에지부분을 제외하고 49 포인트이다. 제조된 바와 같이, 타겟은 일반적으로 1.6% 이상의 Rs를 갖는다.

스퍼터 타겟의 제조공정에서 기인하는 본질적으로 바람직하지 않은 특성들을 줄이거나 제거하거나 또는 제어하기 위해 다양한 시도들이 행해져 왔다. 예를 들어, 연삭, 랩핑, 미세 기계가공, 선반 가공 및 핸드 폴리싱은 타겟의 표면물질을 제거하기 위해 이용되어 왔다. 이러한 물질의 제거방법들은 시간이 소모적이고, 노동 집약적이고, 값비싸고, 불결하고, 모순된 결과들을 제공한다. 경면 마무리로 연마하는 것은 양호한 표면 마무리를 제공하는 반면, 보통 24시간의 막대한 준비와 시간이 요구되어 제조환경에 적합하지 않고, 후속 타겟들에 대하여 같은 결과를 일관되게 얻을 수 있다는 보장이 없다. 미국 특허 제6,309,556호에 개시된 바와 같은 수용가능한 타겟 재료의 표면향상방법은, 중간에 린스 단계들과 함께 에칭용액에서 한번 이상 표면을 담금으로써 스퍼터 타겟의 표면을 화학적으로 에칭하는 것을 포 함한다.

번인 공정은 스퍼터링 공정의 일부분으로서 비가치적 단계이다. 이러한 비가치적 단계는 전체 제조공정에 영향을 미치며 제조비의 상승에 기여할 수 있다. 실례를 보여주면, 스퍼터링 시스템은 매우 비싸고 이러한 장비의 휴지기간은 비용이 많이 든다. 새로운 타겟의 번인은 일반적으로 적어도 한시간이 걸려서 제조에 사용될 수 없다. 번인 시간의 단축은 상당한 절약과 제조비의 저감을 가져온다. 타겟을 번인하는 요구와 연관된 단점들, 즉, 스퍼터링 작업 및 제조된 생산수율에 대한 증가된 제조시간 및 일어날 수 있는 역효과들의 관점에서, 번-타임을 단축하고 전반적인 제조공정 및 공정수율을 향상하기 위해 스퍼터링 타겟 공정 시쿼언스를 개선하도록 요구되어 왔다.

이러한 요구에 대응하여, 본 발명은 낮은 kW로 가동된 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하는 스퍼터링 이온 플라즈마로 타겟 표면을 건조처리하는 방법을 제공함으로써 상기 지적된 바와 같은 단점들을 해결한다.

스퍼터링을 위한 타겟을 사용하기 전에 타겟 표면을 건조처리하는 방법이며,

a) 특정 형태의 타겟 표면을 갖는 타겟 조립체를 준비하고, 타겟 조립체를 마그네트론 스퍼터링 장치의 진공 챔버에 고정하는 단계와,

b) 스퍼터링 장치에 있어서 웨이퍼와 같은 기판의 표면 균일성 Rs가 적어도 10%로 저감될 수 있도록 타겟 조립체의 노출된 표면상에 스퍼터링 이온 플라즈마의 표면 건조처리를 수행하기 위해 마그네트론 스퍼터링 장치의 자성 부품에 전기를 통하게 하여, 타겟의 번인 기간을 감소시키는 단계와,

c) 장치로부터 상기 처리된 타겟 조립체를 제거하는 단계를 포함하는 타겟 표면의 건조 처리 방법.

여기서 사용된 바와 같이, 용어 "타겟 조립체"는 하나의 조각이거나 또는 지지 타겟 백플레이트를 포함하는 스퍼터링 타겟을 포함한다. 타겟의 표면상에 회전가능한 스퍼터링 이온 플라즈마를 생성하도록 마그네트론 장치는 회전가능하고, 마그네트론 스퍼터링 장치의 자성 부품은 장치의 회전축에서 측정된 180°미만의 아크에 배치되는 것이 바람직하다. 코팅되는 기판인 웨이퍼는 일반적으로 1.6%를 넘는 Rs 균일성의 표면을 갖는다. 1.6% 이상의 Rs균일성을 갖는 타겟 조립체는 일반적으로 고객에 의해 즉각 거절된다. 일반적으로 Rs 균일성이 1.6% 바로 아래인 웨이퍼는 긴 번인 기간을 요한다.

본 발명의 신규한 마그네트론 스퍼터링 장치는, 대략 0.2kW와 4kW 사이, 보다 바람직하게는 약 0.2kW와 약 0.9kW 사이, 가장 바람직하게는 약 0.2kW와 약 0.4kW 사이에서, 약 4분 및 약 30분 사이, 보다 바람직하게는 약 6분 및 약 15분 사이, 가장 바람직하게는 약 8분 및 약 12분 사이 동안 가동될 수 있다.

마그네트론 스퍼터링 장치는 아르곤과 같은 불활성 분위기하에서 타겟 조립체의 표면을 처리해야 한다. 상기한 공정 조건들은 타겟 조립체의 표면을 효과적으로 처리하여 웨이퍼의 Rs 균일성을 적어도 10% 저감할 수 있거나, 혹은 웨이퍼의 Rs 균일성 백분률을 약 1.5% 미만, 바람직하게는 약 1.20% 미만, 가장 바람직하게는 약 1.10% 미만으로 저감할 수 있다.

적절한 스퍼터 타겟은 티타늄, 알루미늄, 구리, 몰리브덴, 코발트, 크롬, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 오스뮴, 이리듐, 플래티늄, 금, 텅스텐, 실리콘, 탄탈륨, 바나듐, 니켈, 철, 망간, 게르마늄 혹은 이들의 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료로 만들어질 수 있다.

도1은 타겟 조립체를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치의 단면도이다.

본 발명은 스퍼터링 타겟 표면의 형태의 처리, 상업용 스퍼터장치에의 설치까지의 출하 및 저장동안의 컨디셔닝 및 보존에 관한 것이다. 본 발명은 번인 시간을 저감할 뿐 아니라 스퍼터링 타겟의 초기 번인 단계를 최소화하기 위한 것이다. 이러한 목적들은 타겟의 표면처리에 의해 충족된다.

일반적으로, 스퍼터링 타겟은, 타겟 합금 재료를 선택하여 그것을 용융하고 잉곳으로 주조하는 것과 같은 종래의 공정 단계들에 의해 제조된다. 그 다음, 잉곳은 열연가공이나 냉연가공이나 이들의 조합에 의해 가공되고 최종 제조된 타겟을 형성하도록 열처리된다. 또 다른 종래의 단계들로는, 기계가공, 접합, 필요에 따라, 타겟이 스퍼터링에 사용되도록 준비되기 전의 최종 기계가공 및 세정이 포함될 수 있다.

본 발명에 따라, 종래 제조된 타겟이 표면처리단계를 거친다. 표면처리단계의 목적은 실제적인 버닝은 안하지만 번인 시쿼언스에 의해 제조된 것과 유사한 표면을 생산하는 것이다. 진보적인 표면처리단계는 번인 시간을 저감하는 것이다. 따 라서, 타겟 표면이 번인 공정이 적용된 타겟과 유사하도록 만들어질 수 있다면 보다 적은 번인 시간이 요구되어 전반적인 디바이스 제조공정의 경제성을 향상할 수 있다.

이러한 표면처리는 단독 도면에 도시된 카운터버전트(8)로 밸런스된 자석 조립체(6)를 갖는 회전 디스크(4)를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 행해질 수 있다. 바람직하게, 자석 조립체(6)의 자석성분(9)은 FeNdB이다. 회전 디스크(4)는 전기 절연 블럭(12)에 의해 진공 챔버(10)에 고정된다. 백플레이트(16)로 구성된 타겟 조립체(14)는 회전 디스크 조립체(4-6-8) 밑에 배치되어, 비톤(viton) 'O'링(20) 및 테플론(teflon) 절연체 링(22)에 의해 타겟부품(18)에 고정된다. 타겟부품(18)은 진공 챔버(10)에 대향하는 표면(24)을 갖는다. 진공 챔버(10)는 측면 비톤 진공 시일(28)과 함께 지지 플레이트(26)를 갖는다. 구동 모터(30)는 회전 디스크(4)를 구동하여 자석 조립체(6)를 회전시킨다. 자석 조립체(6)가 전원(도시안됨)에 의해 전기를 받게 되면, 타겟부품(18)의 표면(24)을 처리할 수 있는 회전 스퍼터링 플라즈마(32)가 아르곤과 같은 불활성 분위기에서 생성된다. 이하에 논의되는 바와 같이, 자석 조립체(6)에 전기를 통하게 하기 위한 소정의 시간 및 전력을 선택함으로써, 스퍼터링 플라즈마(32)는 회전하여 새로운 패턴으로 표면(24)을 처리하여 균일한 건조 표면처리를 최소의 제거물질과 함께 제공할 것이다. 신규한 처리는 웨이퍼 표면의 Rs 균일성을 적어도 10% 까지 그리고 Rs 균일성을 1.6% 미만으로 효과적으로 저감할 수 있다.

실험예

도면에 도시한 바와 같은 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여, 자석 조립체에 0.3kW 전력으로 8분간 2.5 마이크론 아르곤에서 전기를 통하게 하였다. 웨이퍼 표면의 Rs 균일성이 몇몇 웨이퍼에 대하여 측정되었다. 웨이퍼 표면의 Rs 균일성을 측정한 후, 새로운 타겟 표면을 실험하도록 타겟 표면을 0.05mm로 기계가공하였다. 그 다음, 이하에 나타내는 바와 같은 낮은 전력에서 스퍼터링 플라즈마에 의해 타겟 표면을 처리하였다. 결과들을 다음의 표 1에 나타낸다.

샘플	처리	웨이퍼/Rs 균일성 (1 시그마 %)
1	상기와 같음	1.20%
1	1kW 8분	1.04%
2	상기와 같음	1.46%
2	1kW 8분	1.28%
3	상기와 같음	1.54%
4	상기와 같음	1.33%
"상기와 같음"은 0.3kW, 8분, 2.5 마이크론 아르곤을 의미한다.

일반적으로, 보통의 번인에 대한 공정 조건은 적어도 3시간 동안 적어도 8kW의 최대 전력에 대한 증가단계공정이다. 본 발명의 신규한 처리를 이용함으로써, 제조용 타겟으로 사용되도록 하기 위해 필요한 번인 시간이 단축된다. 신규한 처리는 최소의 표면제거에 관계된 것으로, 이에 따라 주어진 스퍼터링 타겟에 대한 사용가능한 웨이퍼의 수를 증가시킬 수 있다. 본 발명의 장점들은 다음과 같다:

1) 물이나 어떠한 다른 화학 약품으로 타겟 표면을 오염시키지 않고,

2) 조립하여 가공하는데 저렴하고,

3) 스퍼터 타겟의 주요한 스퍼터 침식 영역을 처리하고,

4) 어떠한 독성재료를 사용하지 않고,

5) 패키징 전에 추가의 타겟 청소를 요구하지 않고, 그리고

6) 최종 스퍼터 타겟 조립체를 처리하는데 이용될 수 있다.

일단 타겟 조립체의 표면이 처리되면, 그 다음 타겟의 적어도 표면처리된 부분은 표면처리된 부분을 보호하도록 크기지워진 수납부에 배치된다. 수납부는 타겟의 표면처리된 부분 및 이어서 사용된 어떠한 패키징 재료 또는 타겟과 수납부를 둘러싸는 수납부 사이의 접촉을 방지한다. 수납부에 결합된 표면처리는 실질적으로 타겟 표면상의 오염을 저감하여, 번인동안 저감된 아킹, 유기 래디컬 및 탄소수준을 가져온다. 결과적으로, 번인 시간 단축이 유지된다. 수납부 및 타겟 조립체는 그 다음 청정 룸 용도의 이중-플라스틱 백과 같은 플라스틱 수납부에 또한 수납될 수 있다. 수납부는 출하 및 저장 목적으로 비워질 수 있다. 처음의 수납부는 금속인 것이 바람직한데, 그 이유는 금속은 플라스틱 백 및 타겟의 표면 사이의 접촉이나 노출을 방지할 수 있기 때문이다. 플라스틱이나 중합체 재료는 스퍼터링이나 번인 공정에 있어서 존재하면 이롭지 않은 유기재료의 근원을 제공하여 타겟 표면을 오염시키는 경향이 있다. 금속 수납부는 타겟과 어떠한 플라스틱과 스퍼터링 및/또는 번인 동안 생성된 유기 래디컬 및 탄소의 어떠한 근원 사이의 접촉을 제거한다. 충분한 강도를 갖는 임의의 금속, 예컨대, 자성 또는 비자성 금속도, 적층, 피복, 합성물 또는 다른 공지의 형태로, 금속 수납부로서 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 수납부는 예컨대, 플라스틱, 합성물 등의 비금속 코아 및 그 위에 금속 피막을 포함할 수 있다. 금속 피막은 전체 비금속 코아 혹은 단지 표면처리된 타겟부분의 인접부분을 덮는다. 금속 수납부는 표면처리된 타겟 부분을 보호 및/또는 격리하는 금속부분을 적어도 갖는 어떠한 수납부를 포함하는 것으로 간주된다.

본 발명의 사상 혹은 범주로부터 벗어나지 않는 한, 본 발명은 보다 광의의 면에 있어서 도시 및 기재된 특정의 상세한 설명 및 예시적인 실시예에 한정되지 않는다. 따라서, 출원인의 일반적인 발명의 개념의 사상 또는 범주내에서 그러한 상세한 설명들로부터 새로운 시도가 있을 수 있다. 그러므로, 출원인은 다음의 청구의 범위 및 그것과 동등한 것의 범주에 의해서만 한정되기를 원한다.

Claims

스퍼터링을 위한 타겟을 사용하기 전에 타겟 표면을 건조처리하는 방법이며,

a) 타겟 조립체를 준비하고 타겟 조립체를 마그네트론 스퍼터링 장치의 진공 챔버에 고정하는 단계와,

b) 약 0.2kW 내지 약 4kW 사이의 전력으로 약 4분 내지 약 30분 사이 동안 마그네트론 스퍼터링 장치의 자성 부품에 전기를 통하게 하여 타겟의 노출된 표면상에 스퍼터링 이온 플라즈마의 표면 건조 처리를 행하여 본질적으로 바람직하지 않은 표면상의 불순물을 효과적으로 감소시키는 단계와,

c) 마그네트론 스퍼터링 장치로부터 상기 처리된 타겟 조립체를 제거하는 단계를 포함하는 타겟 표면의 건조 처리 방법.
제1항에 있어서, 타겟의 표면상에 회전가능한 스퍼터링 이온 플라즈마를 생성하도록, 마그네트론 스퍼터링 장치는 회전가능하고, 상기 마그네트론 스퍼터링 장치의 자성 부품은 상기 장치의 회전축에서 측정된 180°미만의 아크에 배치되는 타겟 표면의 건조 처리 방법.
제1항에 있어서, 타겟 표면은 약 8분 내지 약 10분 사이의 시간 동안 약 0.2kW 및 약 0.4kW 사이의 전력으로 처리되는 타겟 표면의 건조 처리 방법.
제4항에 있어서, 타겟 표면은 불활성 분위기로 처리되는 타겟 표면의 건조 처리 방법.
제1항에 있어서, 타겟 재료는 티타늄, 알루미늄, 구리, 몰리브덴, 코발트, 크롬, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 오스뮴, 이리듐, 플래티늄, 금, 텅스텐, 실리콘, 탄탈륨, 바나듐, 니켈, 철, 망간, 게르마늄 혹은 이들의 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 타겟 표면의 건조 처리 방법.
제2항에 있어서, 상기 자성 부품은 FeNdB인 타겟 표면의 건조 처리 방법.
제2항에 있어서, 다음의 단계, d) 기판을 코팅하기 위해 처리된 타겟 조립체를 스퍼터링 장치에 조립한 다음 타겟을 스퍼터링하고, 요구되는 번인 시간은 단계 b)의 처리된 타겟을 사용하여 미처리 타겟에 비해 적어도 10% 저감되는 단계가 추가되는 타겟 표면의 건조 처리 방법.
마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서, 제거가능한 타겟 조립체를 고정하기 위한 개구를 한정하는 표면을 갖는 진공 챔버와,

진공 챔버의 개구를 둘러싸고 상기 제거가능한 타겟의 고정수단의 외부에 간격을 두고 떨어져 배치된 지지 구조와,

지지 구조에 고정되고 상기 개구에 걸쳐 배치되고 상기 제거가능한 타겟 조 립체로부터 간격을 두고 떨어져 있는 회전 자석 조립체와,

상기 자석 조립체를 회전시키는 모터 수단과,

상기 자석 조립체에 전기를 통하게 하기 위한 전력수단을 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
제16항에 있어서, 타겟의 표면상에 회전가능한 스퍼터링 이온 플라즈마를 생성하도록, 상기 마그네트론 스퍼터링 장치의 자성 부품은 장치의 회전축에서 측정된 180°미만의 아크에 배치되는 마그네트론 스퍼터링 장치.
제17항에 있어서, 상기 자석 조립체는 FeNdB 자성 부품을 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치.