KR910009607B1 - 스퍼터장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

스퍼터장치
제1도는 본 발명의 1실시예에 관한 스퍼터장치의 단면 구성도.
제2도와 제3도는 본 발명의 1실시예에 관한 스퍼터장치에서의 효과를 설명하기 위한 특성도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 스퍼터장치의 단면 구성도.
제5도는 종래 스퍼터장치에 대한 단면 구성도.
제6도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 스퍼터장치의 단면 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 캐소드플랜지 10 : O형 링
13 : 챔버의 벽 14 : 챔버내벽방착판
15,15″ : 타겟방착판 15′ : 타겟방착판상의 석영판
16 : 타겟 17 : 배면플레이트
18 : 기판홀더 19 : 기판홀더상의 석영판
19 : 기판(반도체웨이퍼) 21,22 : 히터
[적용분야]
본 발명은 스퍼터장치에 관한 것으로, 특히 반도체장치에 얇은 막을 형성시키는데 사용되는 스퍼터장치에 관한 것이다.
[배경기술 및 그 문제점]
종래, 이러한 종류의 스퍼터(sputter)장치는 타겟(target)과 기판이 대향된 매엽식(枚葉式)으로서, 자계에 의한 마그네트론 방전에 의해 기판에 대한 손상(damage)을 경감시킴과 더불어, 자계에 의해 플라즈마(plasma) 칫수를 제어하면서, 고속 스퍼터(1500Å/min, SiO2스퍼터의 경우)를 실현하고 있다.
한편, 미립자(particle)에 대한 대책으로는 타겟부근에 방착판(防着板)을 설치해줌으로써 스퍼터입자가 챔버(chamber)의 내벽에 부착되는 것을 억제시켜 챔버내벽에서 스퍼터막이 박리(剝離)되는 것을 저감시키고 있고, 또 스퍼터막(선팽창계수-소) 부착부분(스테인레스등 선팽창계수-대)을 선팽창계수가 타겟재질과 유사한 물질(석영등)로 덮여줌과 더불어, 스퍼터시에는 기판을 수평으로부터 85°정도 기울여줌으로써 미립자에 대한 대책을 강구하고 있지만(제5도 참조), 이러한 대책으로도 불충분하기 때문에 정기적으로 스터퍼막 부착부분을 교환해주고 있다.
제5도는 종래 스퍼터장치의 단면 구성도를 나타낸 것으로, 도면의 참조부호 11은 캐소드플랜지(cathode flange), 12는 “0”형 링(ring), 13은 챔버의 벽, 14는 챔버내벽방착판, 15는 타겟방착판, 15′는 타겟방착판상의 석영판, 16은 타겟, 17은 배면플레이트(backing plate), 18은 기판홀더, 18′는 기판홀더상의 석영판, 19는 기판(반도체웨이퍼), 20은 교류전류를 나타낸다.
여기서, 상기 제5도에 도시된 종래 기술상의 문제점은 다음과 같다.
(1) 타겟(16)에 대해 방착판(15)을 설치해줌으로써 챔버내벽방착판(14) 상에의 스퍼터막형성 및, 그에 기인하는 스퍼터막의 박리는 억제되지만, 주요한 스퍼터막 부착부분인 타겟방착판상(15)의 내측(타겟측)과 기판홀더(18) 표면상에서의 기판 주변부에는 스퍼터막이 두껍게 형성되고, 이렇게 형성된 스퍼터막이 벗겨져 떨어짐으로써 생성되는 미립자가 기판(19)상에 스퍼터막을 형성시키는 경우 그 막내에 불순물로서 반입되므로, 절연막을 형성시키는 경우 리크(leak)라던지 내압 불량 등의 문제가 있게 된다. 이 경우, 타겟방착판(15)의 표면 및 기판홀더(18)의 표면을 타겟(16)의 재질과 근사한 선팽창계수를 갖는 물질(예컨대 석영판등)로 덮어 주면 미립자수는 석영판이 없는 경우에 대한 제2도에 도시된 곡선 b의 경우보다 어느 정도 저감되고 있기는 하지만 충분한 정도로 저감되지 않고(제2도의 곡선 c참조), 이 때문에 방착판 및 기판홀더 표면의 정기적인 교환 및 세정이 필요하게 되는 바, 이는 장치의 가동효율의 저하를 의미한다.
(2) 기판(19)을 수평방향으로부터 85°기울여 막형성시킨다는 점은 기판(19)을 수평으로 유지시키는 경우와 비교하면 기판상의 미립자수는 저감되기는 하지만 불충분한 정도이다.
(3) 고속 스퍼터를 수행하기 때문에 방착판상에서 스퍼터막이 퇴적되는 속도가 빠르게 되는 반면 스퍼터막이 벗겨져 떨어짐에 의한 미립자수의 증가속도도 빠르게 된다.
(4) 스퍼터막이 벗겨져 떨어지는 것은 방전시 및 그 이외의 경우 막부착부분의 온도변화에 다르는 막내부의 응력(應力)이 증대되는 원인으로 되고 있지만, 이에 대한 대책이 없다는 등의 문제가 있다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 제반문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 기판과 타겟이 대향된 고속 스퍼터장치의 장점을 손상시키지 않으면서 챔버내의 미립자수를 감소시킬 수 있는 스퍼터장치의 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명의 스퍼터장치는 스퍼터시에 타겟과 기판을 대향 설치해서 그 기판상에 얇은 막을 형성시키는 마그네트론 스퍼터장치에 있어서, 상기 기판 이외의 스퍼터막 부착부분을 스퍼터시에 그 스퍼터 부착부분이 받게되는 온도 정도로 가열유지시켜주는 수단을 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 본 발명은 기판과 타겟이 대향된 고속 스퍼터장치에서 연속 스퍼터시에 상기 스퍼터막 부착부분이 도달·안정되는 온도정도로 기판 이외의 스퍼터막 부분의 온도를 상시 제어해줌으로써 상기 스퍼터막 부착부분과 부착스퍼터막 사이의 온도변화에 의한 신축차이를 방지(저감)해서 부착스퍼터막의 떨어짐을 제어해줌으로써 챔버내의 미립자수를 저감시키도록 한 것에 특징이 있다.
[실시예]
제1도에는 본 발명의 1실시예에 관한 고속의 스퍼터장치가 도시되어 있는데, 이는 제5도에 도시된 장치와 대응되는 경우의 예에 관한 것으로, 제5도의 장치와 동일한 부분은 동일한 참조부호로 표기되어 있다. 그리고, 본 장치는 3개의 타겟(3개의 챔버)을 갖추고서 동시에 3매의 기판상에 막을 형성시킬 수 있게 되어 있지만, 제1도에는 그 중 1개의 장치에 대한 단면도만이 도시되어 있다. 이 제1도에 도시된 스퍼터장치는 막형성시에 기판(19)이 수평방향으로부터 85°의 각도를 갖고서 타겟(16)과 대향된다는 점, 타겟방착판(15)과 기판홀더(18)에 의해 챔버내벽방착판(14)상에 대한 스퍼터막의 형성이 억제된다는 점, 타겟방착판(15)의 표면과 기판홀더(18) 표면의 스퍼터막 부착부분의 고순도석영판(15′,18′)으로 덮여져 있다는 점에 특징이 있고, 또한 가장 중요한 특징은 타겟방착판(15)과 기판홀더(18)가 가열유지 가능한 히터장치(21,22)를 갖추고 있다는 점이다.
이러한 장치를 이용하여 타겟방착판(15)과 기판홀더(18)의 표면온도를 200℃ 정도로 가열유지시키면서, 타겟(16)으로서 고순도석영을 사용하여 SiO2막을 기판(19)에 스퍼터막 형성시켰는 바, 여기서 스퍼터막 형성을 위한 스퍼터 방전시에 히터(21,22)는 오프상태로 되지만 스퍼터 방전시의 열에 의해 상기 200℃ 정도의 온도를 유지하게 되는 반면, 스퍼터 방전시 이외에는 히터(21,22)가 온으로 되어 타겟방착판(15)과 기판홀더(18)의 온도가 예컨대 200℃로 온도조절된다. 이와 같이 하면 타겟방착판(15)과 기판홀더(18)는 설정온도로 유지되기 때문에 가령 이들 재질과 누적스퍼터막 재질 사이에 온도차이에 따른 신축차이가 있게 되어도 스퍼터막 재질의 벗겨져 떨어짐에 의한 미립자수 증가가 방지될 수 있다.
여기서, 상기 기판(19)상에서 0.3μm 이상의 미립자수의 스퍼터막 두께(방착판 및 기판홀더가 세정 후 기판상의 누적스퍼터막 두께) 의존성을 제2도에 나타내었는 바, 이 측정은 직경 5인치의 기초적인 실리콘웨이퍼상에 1000Å의 SiO2막을 스퍼터막 형성해서 미립자수의 측정을 수행하는 한편, 미립자의 측정을 행하지 않은 웨이퍼상에는 각 웨이퍼에 대해 10000Å의 SiO2막을 형성하였고, 1롯트(lot)을 24매로 하면서, 각 타겟은 8매씩의 웨이퍼에 막형성을 실행하여 제1 및 제8번째의 웨이퍼를 측정웨이퍼로 선정하였다. 또, 3개의 챔버에서 각각의 미립자수를 평균해서 측정치로 하였고, 이 경우 스퍼터 조건은 도달진공도 1.5×10-7Torr, 스퍼터시 Ar 분압 3.0×10-3Torr, Ar 유입량 30SCCM, 스퍼터막 형성속도 1500Å/min으로 하였다. 그리고, 유지가열온도는 본 실시예인 경우 200℃로 설정했지만, 스퍼터시 방착판의 도달온도는 타겟과 기판간의 거리, 챔버형상, 타겟전력등에 따라 다르기 때문에 방착판의 최적 유지가열온도는 장치마다 다르게 되므로 이 경우 해당 장치에 설치되는 방착판에 대한 스퍼터시의 안정온도로 설정해주면 좋다. 여기서, 본 실시예의 설정온도는 제3도에서 구해내었는 바, 이 제3도에는 막형성(방전)시 및 막형성 종료 후 방착판의 온도변화와 미립자수 변화의 관계를 나타내는 특성도로서, 방전 종료 후 방착판 온도의 저하에 따라 미립자수가 급증하고 있음을 알 수 있다.
그리고, 본 실시예에서 스퍼터막 부착부분(방착판 및 기판홀더)의 온도를 항상 200℃로 유지시켜 SiO2스퍼터막 형성의 러닝테스트(running test)를 수행하는 경우 미립자수의 누적스퍼터막 두께 의존성을 조사한 결과가 제2도의 실선 a로 표시되어 있고, 유지가열을 행하지 않은 종래 기술에 따른 러닝테스트의 결과가 점선 b 및 일점쇄선 c로 표시되어 있다. 이 경우, 미립자수의 스펙은 통상 웨이퍼상에서 100개 이하(0.3μm이상)인 바, 종래 기술에서는 7μm의 막형성시에 스펙을 넘어서고 있는 반면, 본 발명에서는 40μm 정도에서 미립자수의 스펙에 도달하고 있다. 따라서 본 발명에 의하면 40μm까지 스펙을 채우는 24매 편성으로 막형성을 수행하면 3개의 타겟이 갖추어진 장치인 경우 각 타겟에서 8매씩의 막형성이 이루지는 것으로 되고, 1매의 웨이퍼에 대해 1μm의 막형성을 하게 되면 1롯트(24매)에 대해 각 타겟에서 8μm의 막형성이 수행되는 것으로 된다. 그러므로, 종래 기술에 의하며 1롯트에 대한 막형성을 수행할 때마다 스퍼터막 부착부분의 세정이 필요하지만, 본 발명에 의하면 세정의 빈도수가 5롯트에 1회로 해결된다. 또, 종래 기술에서는 방착판을 교환하는 경우에는 챔버를 대기(大氣) 상태로 되돌릴 필요가 있는 한편, 교환 후 진공상태로 하는 데에도 수시간이 필요하게 되므로 결국 1회의 교환에 대해 최저 5시간 정도의 시간이 소비되지만, 본 발명에 의하면 이 소비 시간을 대폭 저감시켜 장치의 생산성 향상에도 유효하게 된다.
제6도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 스퍼터장치를 나타낸 것으로, 이는 상기 실시예에서의 돔(dome) 형상 방착판과는 달리 방착판을 넓혀서 간막이판과 같은 형상으로 된 방착판(15″)으로 해서 여기에 히터(21)를 설치해준 구조로 되어 있다. 이러한 구조에서는 스퍼터실 하부에 타겟전력 분산용 구멍열린부(31)와 홈(32)이 설치되어 있는데, 이는 진공조성용 펌프(도시되지 않음)에 접속되어 있다. 따라서, 이러한 구성에서도 동일한 효과가 얻어지게 되고, 또 전극표면 부분에 히터가 없는 경우에도 동일한 효과가 얻어지게 된다. 그리고, 도면의 참조부호 33은 타겟접시실드(target earth rshield)이다.
또, 본 발명의 상기 실시예로 한정되지 않고 여러 가지의 응용이 가능한 바, 예컨대 본 실시예에서는 소오스 타겟재질에서 고순도석영(SiO2)을 이용했지만, 타겟재질로서 Mo계 합금이라던지 W계 합금등과 같이 내부 응력이 크면서 막의 떨어짐이 일어나기 쉬운 금속을 이용하는 경우에도 본 발명에 유효하게 적용될 수 있고, 또 히터장치의 부착위치도 본 실시예에서는 타겟방착판과 기판홀더로 선정되고 있지만, 예컨대 제4도에 도시된 바와 같이 타겟방착판(15)에만 설치해 주어도 상기 실시예와 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[발명의 효과]
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 기판과 타겟이 대향된 고속 스퍼터장치의 장점을 손상시키지 않으면서 챔버내에서 스퍼터막 형성시의 미립자수를 감소시키는 등과 같은 잇점을 갖는 스퍼터장치를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 스퍼터시 타겟(16)과 기판(19)를 대향 설치해서 그 기판(19)상에 얇은 막을 형성시키는 마그네트론 스퍼터장치에 있어서, 스퍼터시 상기 스퍼터막 부착부분이 받게되는 온도정도로 상기 기판(19) 이외의 스퍼터막 부착부분의 온도를 제어해주는 수단(21,22)이 구비된 것을 특징으로 하는 스퍼터장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스퍼터를 매엽식(枚葉式)으로 행하도록 된 것을 특징으로 하는 스퍼터장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스퍼터막은 절연막인 것을 특징으로 하는 스퍼터장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스퍼터막은 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 스퍼터장치.
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