KR100296484B1 - 시준기를구비한물리기상증착챔버및그클리닝방법 - Google Patents

시준기를구비한물리기상증착챔버및그클리닝방법 Download PDF

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Abstract

시준기가 물리 기상증착 챔버에서 표적 및 기판 지지부 사이에 설치될 경우, 시준기가 챔버벽에 접지됨으로 인하여, 시준기가 플라즈마 통로에 대한 배리어로서 작용하기 때문에 그 챔버는 전기적으로 절연되게 된다. 이리하여, 두단계 플라즈마 클리닝 공정은, 특히 챔버 부품이 교환되거나 제거될 때, 천연산소 및 챔버의 부품상의 스퍼터된 증착물을 제거하기 위해 실행되어야 한다. 제 1 플라즈마 클리닝 단계는 종래의 기술이고 시준기의 상부표면을 포함하는 챔버의 상부부분을 클리닝 한다. 양의 바이어스 소스가 기판 지지부에 연결되고 제 2 클리닝 플라즈마는 시준기 및 지지부 사이에서 발생되며 시준기의 바닥표면을 포함한 시준기 하부의 챔버 부품을 클리닝한다.

Description

시준기를 구비한 물리 기상증착 챔버 및 그 클리닝 방법
제 1도는 통상의 플라즈마 클리닝을 위한 공지의 물리 기상증착(PVD) 챔버의 단면도.
제 2도는 통상의 스퍼터링을 위한 공지의 PVD 챔버의 단면도.
제 3도는 챔버 바닥부의 플라즈마 클리닝을 위하여 시준기를 구비하고 있는 본 발명의 PVD 챔버의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 평판 커버 전극 12 : 영구자석 조립체
14 : 물리 기상증착(PVD) 챔버 16 : 축받이
17 : 실드 18 : RF 바이어스 회로
19 : 클램핑링 26 : 배기 진공펌프
28 : 전원 30 : 표적 장착부
34 : 시준기
본 발명은 물리 기상증착 챔버에서 증착된 막을 제거하기 위한 클리닝 실드 등에 관한 것이며, 또한 본 발명은 시준기를 구비한 물리 기상증착 챔버에서의 두 단계공정의 클리닝 방법에 관한 것이다.
물리 기상증착장치는, DC 전원에 연결되고 소정의 재료가 장착되어 있는 표적과, RF 전원에 연결되고 상기 표적 반대편의 기판 지지부에 장착된 기판을 구비한 진공챔버를 포함한다. 공정주에, 표적물질에는 아르곤 등과 같은 비활성 가스를 충돌시킨다. 표적으로 부터 나온 물질은 이동되거나 또는 스퍼터되고, 또한 기판상에 증착되며, 그것은 예를들면 실리콘 웨이퍼, 자기 디스크 또는 평패널 디스플레이용으로 사용될 수 있다. 그러나, 스퍼터된 물질은 관측방향으로만 증착되는 것이 아니고, 상기 스퍼터된 물질은 실드 또는 기판용 클램핑링 등과 같이 챔버의 다른 부분에도 증착된다.
스퍼터된 물질의 기판상으로의 지향성을 증가시키기 위하여 시준기를 사용하는 것이 제안되었다.
그러나, 시준기를 사용한 때에도 상기의 스퍼터된 물질은 기판상에만 증착되는 것이 아니라, 공정중 기판을 지지부상에 고정시키는 클램핑링 등과 같은 챔버 주변부에도 증착된다. 기판을 에워싸는 실드는 상기 스퍼터된 물질이 챔버의 벽 및 다른 부분에 증착되는 것을 방지하고자 할 때 사용되었다. 그러나 이 실드는 그 스퍼터된 물질로 피복되고, 그리고 실드물질 자체의 팽창계수와는 다른 물질로 제조되기 때문에 결과적으로 그 증착된 물질이 벗겨지게 되고; 이것은 결국 그 증착된 물질이 챔버내에서 입자들을 형성시키게 한다. 기판상에 이들 입자가 증착하게 되면 기판상에 만들어질 소형의 소자들을 손상시키고 그것은 양질의 소자의 제조수율을 저하시키기 때문에, 챔버내에서 입자가 형성되는 것은 피해야 한다. 추가로, 실드/클램핑링 표면상에 천연산소가 조금이라도 있다면, 그 스퍼터된 물질은 그 천연산소가 제거되었을 상태때 보다 잘 접착되지 못하고 더 적은 스퍼터링 사이클 후에 벗겨 떨어지는 결과를 나타낸다. 벗겨 떨어지고 입자가 발생되기 시작하면, 그 챔버는 해체되어야 하고 그 여러 부품들이 클리닝 또는 대체되어야 한다.
이리하여 자연산소 및 스퍼터된 물질을 제거하기 위하여 실드 및 클램핑링을 주기적으로 깨끗이 에칭한다는 것은 공지된 사실이다. 천연산소를 제거하면 실드에 대한 스퍼터된 재료의 접척성이 향상되고, 그리하여 그 재료가 벗겨 떨어져서 입자를 형성할 가능성을 감소시키게 되며, 아니면 최소한 이 부품들의 클리닝 또는 대체 사이에 실행될 수 있는 스퍼터링 사이클의 횟수를 연장시키게 된다. 이 에칭 클리닝 공정은 Talieh에 의한 미합중국 특허 제 5,202,008 호에 기술되어 있다. 챔버의 재조립후, 부품들 위에서 천연산소 코팅이 형성될 것이며, 그것도 또한 상술한 바와 같이 제거되어야 한다.
그러나, Talieh의 미합중국 특허 제 5,171,412 호에 기술된 바와같이, 시준기가 물리 기상증착(이하 PVD) 챔버내에 사용될 경우, 미세하게 분할된 입자가 기판과 마주보는 시준기의 바닥에 피복되어 있다는 것을 발견하였다. 이 입자들은 코팅될 기판표면에 떨어질 수 있고, 따라서 그들이 형성되는 것을 방지해야 한다.
시준기가 PVD 챔버내에 설치될 경우, 통상의 에칭 클리닝 단계는 시준기 위의 챔버영역에서만 실행되고; 상기 시준기는 접지되고, 그리하여 에칭 클리닝 플라즈마는 시준기를 통과하지 않는다는 것을 알았다. 그렇기 때문에 통상의 에칭 클리닝은 시준기의 바닥표면, 클램핑링 또는 기판에 대한 실드로 부터 물질을 제거하지 않는다.
이리하여 본 발명에 따르면, 두단계 클리닝 단계가 실행되게 된다. 그 첫째 단계에서, 시준기의 상부표면 및 다른 표면들상에 있는 천연산소 및 다른 물질들을 제거하기 위하여 통상의 에칭 클리닝 단계가 챔버상부에서 실행되고; 그리하여 양이 바이어스가 기판 지지부 또는 축받이에 연결되며, 그것은 접지된 챔버로 부터 전기적으로 고립된다. 이런 점에서 클리닝 플라즈마는 시준기 및 기판 지지부 사이에서 시준기 아래의 챔버영역에 형성될 수 있고, 그후 시준기의 바닥부, 클램핑링 및 실드에 대한 에칭 클리닝이 실행된다.
본 발명의 장치는 에칭공정의 제 2 단계중에 축받이 또는 웨이퍼 지지부에 양이 바이어스가 연결되도록 변형된다.
제 1도는 공지의 기술에 따라 실온 및 클램핑링을 스퍼터 에치 클리닝하기 위하여 설비된 통상의 PVD 챔버를 도시한다. 확산 배리어를 형성할 수 있고, 스퍼터된 물질이 실드로 뿐만 아니라 챔버의 다른 부분에 결합되는 것을 방해할 수 있는 천연산소 등과 같은 오염물질을 제거하는 역할을 하고, 스퍼터링중에 이 부분들로 증착된 물질을 제거하는 역할을 한다. 알루미늄, 스테인레스 강 등과 같은 진공 친화성 물질로 만들어진 평판 커버 전극(10)은 그 위에 영구자석(12) 조립체를 장착하고 있다. 자석 조립체(12)는 커버 전극(10)의 표면의 반 이하를 덮고 있다. PVD 챔버(14)는 이동가능한 기판 지지부 또는 축받이(16)를 포함하며, 그 위에 기판이 공정중에 장착될 수 있다. 지지부(16)에 연결된 RF 바이어스 회로(18)는 공정중에 기판에 RF 바이어스 전압을 제공한다. DC 바이어스 회로(20)는 라인(22)을 통하여 기판에 DC 바이어스를 제공한다. 통상의 PVD 챔버의 다른 기준부품은 가스 공급원 및 챔버내로 가스유동을 제어하기 위한 유동 제어부(24)를 포함하며; 그리고 기판의 공정중에 챔버내에 진공을 형성하기 위한 배기 진공펌프(26)를 포함한다. 실드(17)는 공정중에 기판을 에워싸며, 클램핑링(19)은 공정중에 기판 지지부에 대하여 기판을 고정시킨다.
에칭 클리닝 공정중에, 커버 전극(10)은 +300 내지 1000 볼트 사이의 값에 양으로 바이어스 된다. 이리하여 커버 전극(10)으 챔버(14)내에서 글로우 방전의 양극이 된다. 필요한 전압은 커버 전극(10)에 대해 약 50-500 와트 전력으로 부터 획득될 수 있다. 전원(28)의 음의 단자는 챔버(14), 실드(17) 및 클램핑링(19)에 대해 접지된다. 챔버내의 압력은 클리닝 단계중에 아르곤 1 밀리토르(mT) 내지 20mT 에서 지속된다.
그 공정이 접지된 실드(17) 및 클램핑링(19) 에칭시 최대 효율인 경우, 자석 조립체(12)는 저압에서 플라즈마를 지속시킨다. 플라즈마는 고 AC 또는 DC 전압을 적용시킴으로써 약 50-200mT 의 고압에서 지속될 수 있다. 250 와트의 방전전력에서 실드(17) 및 클램핑링(19) 등과 같은 PVD 챔버(14)의 부품들은 고전력 안정저항(35)과 결합하여 100 볼트 상수전원을 사용하여 수분내에 클리닝될 수 있다.
상기의 공정은 부품의 교체 또는 긴 클리닝 시간을 필요로 하지 않는 인시튜(in-situ) 공정으로 클램핑링 및 실드에 대한 우수한 클리닝을 제공한다. 추가로, 챔버는 클리닝 사이클 동안에 대기에 노출되지 않는다.
제 2도에 도시된 바와같이, 정상 스퍼터링 사이클 동안에 표적 장착부(30)는 커버 전극(10) 대신에 PVD 챔버(14)내에 장착되는 공정중에 웨이퍼 위에 놓인다. 이 표적(30)은 접지챔버(14) 및 그 표적 장착부(30)상에 장착되는 표적 재료소스(31) 사이에 전위를 발생시키는 DC 전원에 연결된다. 스퍼터링 공정중에 기판(32)을 장착하고 있는 지지부(16)가 점선으로 도시된 공정위치내로 상향 이동되고, 그리하여 기판(32)은 클램핑링(19)에 의해 접촉된다. DC 공급원(28)의 음의 단자는 표적 장착부(30)에 연결되고, 그 양의 단자는 챔버(14)에 접지된다. 이리하여 가스공급원으로 부터 발생된 플라즈마내의 이온은 재료소스(31)를 치거나 충격을 가하여 재료의 일부를 제거하고, 그것은 음으로 바이어스된 기판(32)을 향하여 가속된다.
제 3도는 본 발명에 따라 변형된 PVD 챔버의 단면도로서, 표적 장착부(30) 및 기판(32) 사이에 시준기(34)가 장착되어 있다. 본 발명의 목적을 위한 시준기(34)는 PVD 챔버(14)를 상부(14A) 및 하부(14B)로 분할시킨다. PVD 챔버의 모든 다른 부분은 종래의 것과 같고, 제 1도 및 2도에서 유사한 부분에 대하여는 동일한 부호가 사용된다.
정상 PVD 공정중에, 입자들은 시준기(34)의 바닥표면에 모인다. 이들은 실시예의 기판상에 증착된 물질들로 부터 뒷방향으로 산란시킨다. 제 1도의 공지의 챔버의 플라즈마 클리닝 공정에 시준기가 사용될 경우, 시준기는 그 챔버(14)에 접지되기 때문에, 그 시준기는 양방향에서 플라즈마 배리어가 되고; 이리하여 제 1 클리닝 단계에서, 프라즈마는 시준기(34) 상부의 챔버(14A)의 상부부분에 제한된다. 시준기(34)의 상단표면(35)은 통상의 형태로 클리닝 될 수 있지만, 시준기(34) 아래의 챔버(14)의 바닥부분에는 플라즈마가 전혀 형성되지 않는다. 이리하여 시준기(34)의 바닥표면(37)이나, 실드(17) 또는 클램핑링(19)의 어디에서도 제 1 공정단계중에는 클리닝이 실행되지 않는다.
이리하여, 제 2 클리닝 단계에서 소스(40)로 부터의 양의 바이어스가 챔버의 바닥부에서의 챔버(14)의 전기절연부 바람직하게는 기판 지지부(16)에 라인(36)을 경유하여 적용된다. 이 양의 바이어스는 하부 챔버(14B)에서, 즉 시준기(34) 및 지지부(16) 사이의 영역에서 플라즈마를 발생시키고, 그럼으로써 플라즈마에서의 이온은 시준기(34)의 바닥표면(37), 클램핑링(19) 및 실드(17)를 포함하는 하부 챔버(14B)에서의 표면을 클리닝 및 충격을 가한다. 이 두단계 플라즈마 클리닝 공정은 플라즈마 클리닝에 노출된 챔버의 모든 표면으로 부터 자연산소 및 스퍼터된 물질을 제거한다.
제거될 물질에 의존하여 수소, 산소, 불소함유 가스, 또는 아르곤 등과 같은 비활성 가스 등과 같은 여러가지 가스가 에칭 클리닝 공정중에 PVD 챔버(14)에 공급되게 된다. 그러나, 산소함유 가스는 챔버내의 부품상에 박막의 천연 산화막을 남길 것이다.
플라즈마 공정중에 챔버압력은 일반적으로 약 1mT 내지 20mT 에서 지속된다. 공급된 전력은 약 50 내지 500 와트이다.
여러가지 변형예가 공지되어 있거나, 아니면 당업자에게는 자명한 것이며, 이하에 포함될 것이다. 본 발명은 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (6)

  1. 커버 전극, 기판 지지부, 상기 챔버에 대한 가스소스, 상기 챔버용 진공소스 및 표적 및 기판 지지부 사이에 장착된 시준기를 포함한 물리 기상증착 챔버에 있어서, 상기 기판 지지부는 양의 바이어스의 소스에 연결됨을 특징으로 하는 물리 기상증착 챔버.
  2. 제 1항에 있어서, 자석 조립체가 상기 커버 전극에 장착됨을 특징으로 하는 물리 기상증착 챔버.
  3. DC 전원에 연결된 표적과, 상기 표적 반대편에 장착되고 RF 전원에 연결된 기판 지지부와, 그리고 상기 표적 및 상기 지지부 사이에 장착된 시준기를 포함하는 물리 기상증착 챔버의 인시튜(in-situ) 플라즈마 클리닝 방법에 있어서,
    상기 표적을 상기 DC 전원에 연결된 커버 전극으로 대체하고,
    플라즈마 전구가스를 상기 챔버에 공급하고 약 50 내지 500 와트의 전압을 상기 챔버에 공급하고, 그럼으로써 표적 및 시준기 사이의 챔버의 상부를 클리닝하기 위하여 제 1 플라즈마를 발생시키고,
    상기 기판 지지부를 DC 전원의 양의 단자에 연결시키고, 그리고
    시준기 및 기판 지지부 사이의 챔버의 하부를 클리닝 하기 위하여 제 2 플라즈마를 발생시킴을 특징으로 하는 물리 기상증착 챔버의 플라즈마 클리닝 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 자석 조립체가 상기 커버 전극에 연결됨을 특징으로 하는 물리 기상증착 챔버의 플라즈마 클리닝 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 전구가스는 아르곤임을 특징으로 하는 물리 기상증착 챔버의 플라즈마 클리닝 방법.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 제 2 플라즈마 클리닝 단계 후에, 커버 전극은 표적으로 대체됨을 특징으로 하는 물리 기상증착 챔버의 플라즈마 클리닝 방법.
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