KR20070087462A

KR20070087462A - 스퍼터링설비

Info

Publication number: KR20070087462A
Application number: KR1020060017901A
Authority: KR
Inventors: 김현수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2007-08-28

Abstract

본 발명은 스퍼터링설비를 제공한다. 상기 스퍼터링설비는 공정챔버와, 상기 공정챔버의 내부에 위치하는 타겟 및 상기 타겟의 일정 교환주기를 인지하여 공정을 제어하는 타겟수명 모니터링부를 구비한다.

Description

스퍼터링설비{SPUTTERING EQUIPMENT}

도 1은 본 발명의 스퍼터링설비를 보여주는 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 타겟이 소모된 것을 보여주는 부분단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 타겟의 시간에 따른 면저항값을 나타낸 그래프이다.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

100 : 공정챔버

140 : 타겟

200 : 기준물질

300 : 면저항 측정기

본 발명은 스퍼터링 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스퍼터링 공정이 진행되면서 소모되는 타겟의 수명을 감지하여 타겟의 교체 주기를 정확히 예측할 수 있는 스퍼터링 설비에 관한 것이다.

최근 들어 반도체 제조공정에서는 고집적화를 달성하기 위하여 금속배선의 선폭은 가늘어지고 콘택홀의 사이즈는 점점 작아지면서 깊어지고 있다. 특히 콘택홀의 매몰 특성을 향상하기 위하여 롱 쓰루 스퍼터링(Long throw sputtering), 콜리메이트 스퍼터링(Collimator sputtering) 방식이 도입되어 금속배선의 증착에 응용되고 있다.

이에 상기 증착하는 방식은 크게 물리적 증착 방법(PVD) 화학적 증착 방법(CVD)으로 나누어진다.

상기 PVD의 경우 증착 원리에 따라 여러가지 장치가 있으며, 일반적으로 대면적에서 균일한 박막 특성을 얻을 수 있으며, 비교적 증착 속도가 빨라 생산성이 높은 스퍼터링법을 주로 이용한다.

스퍼터링법은 유리 등의 기판 위에 증착하고자 하는 목적물과 같거나 유사한 조성물(이하, 타켓이라 함)에 아르곤, 질소 등의 불활성 기체를 사용하여 플라즈마를 발생시킨 후, 비교적 물리량이 큰 양이온을 타겟에 물리적으로 충돌시키게 되면, 타겟이 물리적으로 뜯어지면서 나온 물질이 기판에 붙는 과정을 통하여 증착한다.

따라서, 증착 과정이 반복됨에 따라 타켓의 소모가 발생하며, 이러한 타켓의 소모는 증착된 막의 특성에 변화를 주게 되어 일정한 시점 이후에는 타겟의 교체가 필요하게 된다.

그러나, 예를 들면, 웨이퍼 25매의 랏단위로 웨이퍼들에 대해 증착공정이 진행된다고 하였을 경우에, 양이온들에 충돌된 타겟은 점차적으로 소모되고, 이어 지속적으로 상기 타겟이 소모되어 타겟의 상부를 고정하고 있던 백 플레이트의 일면 이 공정실 내부에 노출되는 경우가 발생된다.

이러한 경우가 발생되면 공정셀 내부에서 발생되는 양이온들이 상기 백플레이트의 일면을 식각하여, 백플레이트의 일면에서 떨어져나온 입자들이 웨이퍼 상에 증착되게 된다.

이와 같이 웨이퍼 상에 타켓이외의 금속물질이 증착되면, 이는 오염원으로 작용하여 반도체 소자의 금속배선 형성에 있어 불량을 초래하는 문제점이 있다.

또한, 이와 같이 타겟이 모두 소모된 것을 인지하지 못한 상태로 증착공정이 진행되면, 공정이 진행되는 여러 매의 웨이퍼를 오염시키고, 이에 따라 다량의 제품불량을 초래하는 문제점이 있다.

또한, 백플레이트의 일면에서 떨어져나온 입자들이 공정실의 내면에 증착되면, 이는 오염원이기 때문에 공정실의 내부를 별도로 세정해주어야하는 문제점이 발생된다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 스퍼터링 공정에 사용되는 타겟의 일정 수명한계를 인지하여 즉시 교체하여 웨이퍼 오염을 최소한으로 줄일 수 있는 스퍼터링설비를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 타겟이외의 입자들이 공정실의 내부에 증착되는 것을 최소한으로 방지하여, 이에 따라 별도의 세정이 이루어지는 회수를 줄여 공정의 효율성의 향상시킬 수 있는 스퍼터링설비를 제공함에 있다.

본 발명은 스퍼터링설비를 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링설비는 공정챔버와, 상기 공정챔버의 내부에 위치하는 타겟 및 상기 타겟의 일정 교환주기를 인지하여 공정을 제어하는 타겟수명 모니터링부를 포함한다.

여기서, 상기 타겟수명 모니터링부는 타겟의 내부에 내삽되는 기준물질과, 상기 타겟에 전적으로 연결되어 상기 타겟의 면저항을 측정하는 면저항측정기와, 상기 면저항측정기와 전기적으로 연결되어, 상기 공정챔버의 내부의 공정을 중지하는 제어부를 구비하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 기준물질은 상기 타겟의 저면을 기준으로 소정높이에 위치하며, 상기 저면과 평행하도록 상기 타겟에 내삽되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기준물질은 상기 타겟 이외의 다른 금속물질인 것이 바람직하다.

한편, 상기 기준물질은 비전도성 물질일 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 스퍼터링설비의 실시예를 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 스퍼터링설비를 보여주는 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 타겟이 소모된 것을 보여주는 부분단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 타겟의 시간에 따른 면저항값을 나타낸 그래프이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 스퍼터링설비는 공정챔버(100)와, 상기 공정챔버(100)의 내부 상측부에 배치되는 타겟(140)과, 상기 타겟(140)의 저면에 소정거 리 이격되고, 상기 공정챔버(100)의 내부에서 승강되는 척(110)과, 상기 공정챔버(100)의 내부에 연통되며 플라즈마 유도가스를 공급하는 가스공급관(120)과, 상기 타겟(140)의 교환시기를 인지하여 공정을 제어하는 타겟수명 모니터링부를 포함한다.

여기서, 상기 타겟(140)은 금속물질인 백 플레이트(130)에 의해 고정되고, 상기 백플레이트(130)는 공정챔버(100)에 고정된다.

그리고, 상기 척(110)의 상부에는 웨이퍼(W)가 안착되고, 상기 척(110)은 공정챔버(100)의 내외부를 밀폐할 수 있는 밸로우즈(111)를 구비할 수 있다.

특히, 상기 타겟수명 모니터링부는 타겟(140)의 내부에 삽입되는 기준물질(200)과, 상기 타겟(140)에 전기적으로 연결되어 상기 타겟(140)의 면저항을 측정하는 면저항 측정기(300)와, 상기 면저항 측정기(300)와 전기적으로 연결되는 제어부(400)와, 상기 제어부(400)와 전기적으로 연결되는 공정제어부(500) 및, 상기 제어부(400)와 전기적으로 연결되는 표시기(410)를 구비한다.

상기 제어부(400)는 상기 면저항 측정기(300)로부터 전송되는 면저항값이 소정의 면저항값이 형성되면, 상기 공정제어부(500)로 전기적 신호를 전송하여 공정을 즉시 중지할 수 있다.

여기서, 상기 기준물질(200)은 상기 타겟(140)의 저면을 기준으로 일정 높이(h)에 위치하고, 상기 타겟(140)의 저면과 평행하도록 상기 타겟(140)에 내삽되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 일정 높이(h)는 상기 타겟(140)의 교체 주기를 알리는 기준 높이일 수 있다.

한편, 상기 기준물질(200)은 상기 타겟(140) 이외의 금속물질인 것이 바람직하고, 상기 타겟(140)과 기준물질(200)은 서로 다른 고유저항값을 갖을 수 있다.

또 한편, 상기 기준물질(200)은 비전도성 물질일 수도 있다.

다음은 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 스퍼터링설비의 작용 및 효과를 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 티타늄(Ti) 또는 알루미늄(Al)등과 같은 목적물질로 이루어진 타겟(140)을 준비한다. 상기 타겟(140)의 내부에는 상기 타겟(140)과 고유저항이 다른 금속으로 이루어진 기준물질(200)이 내삽되어 있는 상태이다.

이어, 척(110)의 상부에 웨이퍼(W)가 안착되고, 상기 척(110)은 공정이 이루어질 위치로 승강하여 대기된다.

이와 같은 상태에서, 공정챔버(100)의 내부는 도시되지 않은 진공제공부에 의해 소정의 진공도가 유지되며, 가스공급관(120)을 통해 불활성가스, 예컨대, 아르곤(Ar) 또는 질소가스(N2)가 일정량 공급된다.

상기 불활성가스는 공정챔버(100)의 내부에서 플라즈마가 발생되도록 유도하며, 공정챔버(100)의 내부에서 플라즈마가 발생되면, 가스의 양이온들은 상기 타겟(140)에 충돌된다.

이어, 상기 양이온들과 충돌된 타겟(140)은 입자가 떨어지면서, 떨어진 입자가 척(110)에 안착된 웨이퍼(W) 상면에 증착된다.

이와 같이, 타겟(140)이 시간에 따라 점진적으로 소모되면, 도 2에 도시된 바와 같이 타겟(140)의 내부 기준위치에 삽입된 기준물질(200)의 저면이 노출된다. 이어, 상기 노출된 기준물질(200)의 외측둘레에 배치된 타겟(140)은 점진적으로 소모된다.

이때, 도 3을 참조하면, 타겟(140)이 소모되는 초기시간부터 t1까지의 시간구역을 T1이라하고, 기준물질(200)의 저면이 노출된 시점부터 상기 기준물질(200)의 외측둘레의 타겟(140)이 소모되는 t2까지의 시간구역을 T2라 하기로 한다. 여기서, 도 3에 도시된 Rs는 면저항이고, t는 타겟이 소모되는 시간이다.

이를 참조하여 설명하면, 타겟(140)이 초기에 소모되는 경우에는 타겟(140)의 저면 전체에 걸쳐 골고루 소모되지만, 기준물질(200)의 저면이 노출되는 시점에서는 그 외측둘레에 위치된 타겟(140)의 소모량이 더 많아지게 된다(도 2에서 표시부호 A 참조).

이러한 경우에, T1 시간구역에서의 시간에 따른 면저항의 기울기는 θ1의 경사도를 형성하는 반면에, T2 시간구역에서의 시간에 따른 면저항의 기울기는 θ2의 경사도를 형성한다.

즉, θ2가 θ1보다 경사도가 완만함으로써, t1 시간을 지나면 면저항값이 낮아지는 것을 알 수 있다. 따라서, t1 시간을 경계로 시간과 면저항과의 그래프의 변곡점이 발생될 수 있다.

이어, 이와 같이 타겟(140)이 소모되는 시간에 따라 측정되는 면저항값은 면저항 측정기(300)에서 측정되며, 상기 면저항 측정기(300)는 측정되는 면저항값을 제어부(400)로 전송한다.

상기 제어부(400)는 상기와 같이 변곡점이 발생되는가를 판단한 뒤에, 변곡 점이 발생되는 경우에, 기준물질(200)이 공정챔버(100)의 내부에 노출된 것으로 판단하여 상기 공정제어부(500)로 전기적 신호를 전송한다. 이어, 상기 공정제어부(500)는 상기 척(110) 및 가스공급부(미도시)의 동작을 즉시 중지시킬 수 있다.

한편, 상기 면저항 측정기(300)에서 측정되는 시간에 따른 면저항값과, 이에 따른 그래프 및 경사도를 표시기(410)를 통해 디스플레이할 수도 있다. 따라서, 작업자는 면저항값이 시간에 따라 그 경사도가 일정한 지의 여부를 가시적으로도 확인 할 수가 있다.

상기에 기술된 기준물질(200)은 상기 타겟(140) 이외의 다른 금속물질인 경우를 예로 들어 설명하였지만, 상기 기준물질(200)을 비전도성 물질을 사용할 수도 있다.

이러한 경우를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.

상기 타겟(140) 내부의 기준 높이(h)에 비전도성 물질을 삽입시키는 경우에, 먼저, 가스의 양이온에 의해 타겟(140)이 점차적으로 소모된다. 이때의 시간구역은 도 3에 도시된 T1인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 비전도성 물질의 저면이 노출되면서, 비전도성 물질의 외측둘레에 위치된 타겟(140)만이 소모되는 시간구역은 T2인 것이 바람직하다.

특히, T1 시간구역 이후에 T2시간구역으로 접어들면서 변곡점이 발생되고, 각 시간구역에 따른 경사도는 θ1, θ3이다. 여기서, 상기 경사도는 θ3의 경사도가 θ1의 경사도보다 현저하게 완만해지는 것이 특징이다.

또한, 상기 기준물질(200)이 금속인 경우를 예로 들 때, θ3의 기울기는 θ2 의 기울기보다 더 완만한 것이 특징이다. 즉, 각 경사도들은 θ1>θ2>θ3의 관계를 갖는다.

따라서, 비전도성 물질의 외측둘레에 위치된 타겟(140)이 소모되고 그 이후의 타겟(140)의 면저항값은 면저항 측정기(300)에 의해 측정되고, 상기 면저항 측정기(300)는 제어부(400)로 그 값을 전송한다. 상기 제어부(400)는 측정되는 면저항값들이 시간에 따라 큰 변곡점이 발생되면, 상기 비전도성물질의 저면이 공정챔버(100)의 내부에 노출된 것으로 판단하여, 공정을 즉시 중단한다.

물론, 상기와 같이 기준물질(200)을 상기 타겟(140)에 내삽하고, 기준물질(200)이 노출됨을 감지하여, 상기 타겟(140)의 수명과 이에 따른 교체주기를 인지하는 기술에 있어서, 공정진행 중인 웨이퍼(W) 상에 상기 기준물질(200)이 일부 식각되어 증착되고, 이에 따라 웨이퍼(W)가 오염되는 경우가 발생될 수 있다.

그러나, 본 발명의 취지는 상기 공정진행 중인 웨이퍼(W) 한 매만을 희생하여, 나머지 랏단위로 대기중인 다수매의 웨이퍼들(W)에 대하여 불량을 방지하도록 하는 것이 목적이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 스퍼터링 공정에 사용되는 타겟의 일정 수명한계를 인지하고 즉시 교체하여 웨이퍼 오염을 최소한으로 줄이고, 일정시기에 타겟을 교환함으로써 최소한의 불량으로 다수매의 웨이퍼들에 대한 공정불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 타겟 이외의 입자들이 공정실의 내부에 증착되는 것을 최소한으로 방 지하여, 이에 따라 별도의 세정이 이루어지는 회수를 줄여 공정의 효율성의 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

공정챔버;

상기 공정챔버의 내부에 위치하는 타겟; 및

상기 타겟의 일정 교환주기를 인지하여 공정을 제어하는 타겟수명 모니터링부를 포함하는 스퍼터링설비.
제 1항에 있어서,

상기 타겟수명 모니터링부는 타겟의 내부에 내삽되는 기준물질과, 상기 타겟에 전적으로 연결되어 상기 타겟의 면저항을 측정하는 면저항측정기와, 상기 면저항측정기와 전기적으로 연결되어, 상기 공정챔버의 내부의 공정을 중지하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링설비.
제 2항에 있어서,

상기 기준물질은 상기 타겟의 저면을 기준으로 소정높이에 위치하며, 상기 저면과 평행하도록 상기 타겟에 내삽되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링설비.
제 2항에 있어서,

상기 기준물질은 상기 타겟 이외의 다른 금속물질인 것을 특징으로 하는 스퍼터링설비.
제 2항에 있어서,

상기 기준물질은 비전도성 물질인 것을 특징으로 하는 스퍼터링설비.