스퍼터링 타겟 부식의 실시간 모니터링 및 제어 document_id A220623063266

직접 회로 구조에서, 평판 디스플레이, 잉크젯 프린트 헤드, 및 데이터 저장 장치 스퍼터링 타겟은 물리적 기상 증착(physical vapor deposition;PVD) 공정에 사용되는 재료원이다. 스퍼터링 타겟은 일반적으로 고도로 진보된 고 순도의 공학 재료(예를 들어, Ta, Ti, Cu, Al, Au 등)로 구성된다. 타겟은 최종 용도에 따라 다양한 에너지 집약 공정을 걸쳐 생산된다. PVD 공정 동안, 타겟은 특정 기판상에 박막 금속 필름을 증착하는데 사용된다. 결과적으로, 통상적인 PVD 공정에서, 타겟은 성장 방전 플라즈마(grow discharge plasma)에서 발생된 이온 충격에 의해 스퍼터링되며, 스퍼터링된 입자는 기판에서 박막 필름과 같은 재료로 응축된다. 마그네트론 시스템(magnetron system)은 고 증착 속도를 제공하며 증착된 필름을 균일하게 한다. 타겟으로부터 제거되어 기판에 증착된 재료는 플라즈마가 기판상에서 비균일하게 분포됨으로 인해서 타겟에 부식 패턴을 생성한다. 상기 패턴들은 비균일하며, 용인될 수 없는 필름 구조, 타겟의 최적 사용량보다 적은 사용량, 및 종래 기술에서 타겟의 "펀치-쓰루(punch-through)"로 공지된 타겟의 완전한 파국적인 손상(ultimately catastrophic failing)를 가져올 수 있다. 도1(a) 및 도1(b)에 도시된 바와 같이, 수명 종료 단계에 근접한 통상적인 200mm의 스퍼터링 타겟은 외관상 비균일한 부식 패턴을 나타낸다. 그동안 타겟의 부식을 모니터링하고 PVD 공정을 제어하기 위한 다수의 방법이 제안되어 왔다. 상기 방법들 중 하나는 타겟의 상태를 외관상으로 검사하기 위한 진공 챔버의 조기 개방을 포함한다. 물론, 이렇게 수동적으로 실시되는 모니터링은 장비를 오랫동안 중단시킬 뿐 아니라 상당한 에너지 손실을 가져오기 때문에 증착 공정 중에는 이용될 수 없다. 가장 최근에는 모니터링을 위한 원위치의 시스템(in-situ system)이 개발되었다. 몬케(Mohnke) 등(독일 공개 특허 제216,258 A1호)은 음극 스퍼터링 공정을 측정하고 제어하기 위해 타겟에 표면 음파의 전달이 사용되는 시스템을 개시한다. 특히, 표면 음파를 전달하고 수용하기 위해 음극 스퍼터링 타겟의 표면에 설치된 두 개의 변환기가 사용된다. 본 시스템과 관련된 단점들 중 하나는 타겟 재료의 일부가 사용되지 않은 부식 영역의 바깥이기는 하지만 변환기가 타겟의 표면에 배치되어 있다는 점이다. 다른 단점은 지연선(delay line)의 공명 주파수가 온도 의존적이라는 점이다. 결과적으로, 타겟의 표면 온도는 부식의 민감 지표이며, 이에 따라 타겟의 표면 온도는 현저한 온도 계수 및 공명 주파수에 의존한다. 관련된 기술 시스템의 다른 단점은 파폭이 사실상 약해져서 부식의 측정을 어렵게 한다는 점에 있다. 또한, 타겟 표면의 온도 및 압력 장은 표면 음파의 속도에 유해한 영향을 끼쳐서, 예상 이동 거리 및 부식 상태의 정확성을 감소시킨다. 호리(Hori)(일본 특허 공보 제63[1998]-290,270 A호)는 스퍼터링 시스템에서 타겟의 후측면에 초음파 발진기를 부착하여 초음파 발진기로부터 타겟으로 초음파를 방사시켜서, 타겟의 공명을 검출함으로써 스퍼터링 시스템의 타겟 두께를 측정하는 방법을 개시한다. 다른 스퍼터링 시스템에서, 키시모토(Kishimoto)(일본 특허 공보 제6[1994-41,744]호) 등은 수신기의 출력을 산술 처리하기 위한 제어기를 비롯하여 초음파 전송기 및 수신기를 개시한다. 부식된 구역 및 부식되지 않은 구역 모두에서 타겟을 통해 왕복 이동하는 초음파의 전달 시간을 측정하도록 배열이 갖춰지며, 발생된 타겟의 부식 범위는 제어기를 사용하여 최소 전달 시간과 최대 전달 시간의 비를 검사함으로 측정된다. 그러나, 상기 두 일본 특허의 시스템에서 초음파 전송기는 타겟의 두께 방향으로 파동을 전달한다. 그러므로, 타겟 상의 식별 점을 측정하기 위해 다수의 전송기가 필요하다. 다른 단점은 작동기가 시행 착오를 거쳐서 부식 및 부식되지 않는 영역의 위치를 미리 설정해야 한다는 점이다. PVD 타겟을 원위치에서 모니터링하기 위한 요구 조건을 충족시키기 위해, 본 발명의 목적은 타겟의 표면을 실시간으로 모니터링하기 위한 신규한 방법 및 기기를 제공한다. 본 발명의 다른 목적은 전체 필름 증착 사이클 동안 타겟의 부식을 모니터링하기 위해, 매립된 음향 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 전체 타겟상에 또한 전체 타겟에 걸쳐 파장을 전달하는 초음파 장치를 사용하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 스퍼터링 타겟 조립체에 비침해(non-invasive) 방법으로 초음파 신호를 발생시키고 검파하는 두 개 이상의 음향 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 이점은 이제 첨부될 명세서, 도면 및 청구 범위에 의해 당업자에게 명백해 질 것이다.