KR20010002579A

KR20010002579A - Magnet for improving the efficiency of target in sputter machine

Info

Publication number: KR20010002579A
Application number: KR1019990022451A
Authority: KR
Inventors: 최철수
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2001-01-15

Abstract

PURPOSE: A magnet for improving targeting effect of sputtering equipment is proposed to solve a disadvantage of known art relating low efficiency of target due to a concentrated consumption of specified part of the magnet. CONSTITUTION: A magnet for improving target performance of a sputtering equipment is featured by arranging multiple magnets in "S" line at equal distances within a magnet molding frame. The frame is formed as "S" shape along its diameter and has a rotating shaft at its main area. The arrangement effects to generate and distribute plasma all over front side of a circular metal plate comprising the target. As a result, Ar atoms introduced into a processing chamber converse into ionic state to uniformly strike and consume all over the entire area of the metal plate.

Description

Magnet for improving the efficiency of target in sputter machine

본 발명은 반도체장치 제조에 사용되는 스퍼터 장비에서 타겟으로 사용되는 금속원판의 사용효율을 높이기 위한 마그네트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스퍼터링 챔버에 유입되는 아르곤이 타겟으로 사용되는 금속원판의 전체면을 고루 타격하여 소모시키게 하기 위한 마크네트의 배열에 관한 것이다.The present invention relates to a magnet for increasing the efficiency of the metal disk used as a target in the sputtering equipment used in the manufacture of a semiconductor device, and more particularly to the entire surface of the metal disk used as the target argon flowing into the sputtering chamber It relates to an arrangement of mark nets for even blow and consumption.

반도체장치를 생산하는 공정은 다양한 종류의 단계들로 이루어져 있으며 각 단계의 효율을 높이기 위한 최적의 공정조건이 추구되고 있다. 반도체장치는 웨이퍼 기판에 반도체, 도체, 절연체의 박막들을 적층하고 패터닝하여 얻어지며 고도의 소자 집적도를 가지게 된다. 이들 박막을 형성하는 공정 가운데 소오스 가스의 화학적 반응을 이용하는 CVD 기법, 열산화를 이용하는 방법 등과 같이 사용되며 주로 금속막을 적층하는 데 사용되는 것이 스퍼터링이다. 스퍼터링은 주로 물리적인 원리를 사용하여 웨이퍼에 박막을 적층하는 기법으로 PVD의 일종이라 할 수 있다.The process of producing a semiconductor device consists of various kinds of stages, and the optimum process conditions are pursued to increase the efficiency of each stage. The semiconductor device is obtained by stacking and patterning thin films of semiconductors, conductors, and insulators on a wafer substrate, and has a high degree of device integration. Among the processes for forming these thin films, sputtering is used, such as a CVD technique using thermal reaction of a source gas, a method using thermal oxidation, and the like, and is mainly used to deposit metal films. Sputtering is a kind of PVD, which is a technique of laminating thin films on a wafer mainly using physical principles.

도1은 종래의 마그네트론 스퍼터링 장비의 일 예를 보여주는 것으로 공정챔버의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 타켓(2)은 챔버(1) 위쪽에 위치하며 캐소드 전극과 연결되어 있다. 웨이퍼(3)는 챔버 아래쪽의 서셉터(4)에 놓이며 챔버내에 캐소드 전극에 대응하는 아노드 전극이 있게 된다. 챔버 일 측에서는 스퍼터링에 사용될 아르곤 가스가 공급된다. 아르곤 가스는 이온형태로 공급될 수도 있으나 원소로 공급되어 챔버 내의 가속 전자들과 충돌하여 양이온화 된다. 가속 전자들은 캐소드 전극과 연결된 타겟에서 공급된다. 이 전자들은 챔버내에서 아노드 전극으로 가속되는데 그 과정에서 아르곤 원소와 충돌하여 아르곤 이온을 발생하도록 한다. 아르곤 이온은 챔버내의 전계에 의해 캐소드 전극 즉, 타겟(2)으로 가속되어 타겟과 충돌한다. 이때 충격력으로 타겟을 이루는 물질 일부가 떨어져 나와 챔버내의 웨이퍼 및 기타 장소에 적층된다. 타겟 후방에는 마그네트 성형틀(11)이 있어서 연결된 모터에 의해 회전하게 된다. 스퍼터링은 고진공 분위기에서 이루어져야 하므로 공정챔버에 진공을 인가하기 위한 진공펌프가 배기구(6)쪽에 설치된다.1 is a view showing an example of a conventional magnetron sputtering equipment schematically showing a side cross-section of the process chamber. The target 2 is located above the chamber 1 and is connected to the cathode electrode. The wafer 3 is placed on the susceptor 4 below the chamber and in the chamber there is an anode electrode corresponding to the cathode electrode. One side of the chamber is supplied with argon gas to be used for sputtering. Argon gas may be supplied in the form of ions, but may be supplied as an element and collide with the accelerating electrons in the chamber to cause cationization. Accelerated electrons are supplied at the target connected with the cathode electrode. These electrons are accelerated to the anode electrode in the chamber, and in the process, they collide with the argon element to generate argon ions. Argon ions are accelerated to the cathode electrode, that is, the target 2 by an electric field in the chamber, and collide with the target. At this time, a part of the material constituting the target with the impact force is released and deposited on the wafer and other places in the chamber. There is a magnet molding frame 11 behind the target to rotate by the connected motor. Since the sputtering should be made in a high vacuum atmosphere, a vacuum pump for applying a vacuum to the process chamber is installed on the exhaust port 6 side.

한편, 아르곤 원자와 가속 전자가 충돌하여 아르곤 이온을 만들면서 타겟 주위에는 플라즈마 지역이 형성된다. 스퍼터링의 효과는 플라즈마가 타겟과 웨이퍼 사이에 한정될 때 가장 효과가 커지므로 타겟 양 옆에 플라즈마 지역이 생겨서 웨이퍼에 적층되지 않는 타겟 원자를 내는 것을 억제하기 위해 타겟 주위에 쉴드(7)를 형성한다. 떨어져 나온 타겟 물질은 챔버 내에 임의의 장소에 적층될 수 있으므로 챔버 벽체의 오염을 막는다는 의미로 챔버 측벽에 쉴드를 형성할 수도 있다.On the other hand, as the argon atoms and the accelerated electrons collide to form argon ions, a plasma region is formed around the target. The effect of sputtering is most effective when the plasma is confined between the target and the wafer, thus forming a shield 7 around the target to suppress the generation of target atoms that do not deposit on the wafer due to the formation of plasma regions on both sides of the target. . The detached target material may be deposited anywhere in the chamber and thus may form a shield on the chamber sidewalls to prevent contamination of the chamber walls.

타겟 앞쪽에 형성된 플라즈마 지역은 결국 공급된 아르곤 원자를 이온화시키고 스퍼터링 효율을 증가시키는데 타겟에서 방출된 전자들이 모두 플라즈마 형성에 기여하는 것은 아니며 일부는 반응실 내에서 방사를 일을키거나 타겟을 가열하는 부작용을 일으킨다. 따라서 타겟에서 방출된 전자들이 아르곤 원자를 이온화시키는 데 효율적으로 사용될 수 있도록 그 존재구역을 유도하는 방법으로 마그네트론 스퍼터링 기법이 사용된다. 이 기법에서는 타겟의 후방 혹은 타겟의 측방에도 마그네트를 설치하여 전자를 일정 구역에 한정, 유도하는 방법을 사용한다. 이 경우 아르곤이 이온화되어 타겟을 때리는 효율은 급격히 증가하여 양질의 스퍼터링 적층막을 더 빠른 시간내에 얻을 수 있다.The plasma region formed in front of the target eventually ionizes the supplied argon atoms and increases the sputtering efficiency, although not all of the electrons emitted from the target contribute to plasma formation, and some of them emit radiation or heat the target in the reaction chamber. Cause side effects. Therefore, the magnetron sputtering technique is used as a method of inducing the existence zone so that the electrons emitted from the target can be efficiently used to ionize the argon atom. In this technique, magnets are installed at the rear of the target or on the side of the target to confine and direct electrons to a certain area. In this case, the efficiency of hitting the target by argon ionization is drastically increased, so that a good quality sputtered laminated film can be obtained in a faster time.

도2는 종래의 마그네트론 스퍼터링 장비에 사용된 마그네트 성형틀의 한 예를 나타내는 도면이다. 그런데 이런 하트 형태의 마그네트 성형틀(11)의 경우 마그네트(12)가 회전축과 가까운 지점 즉, 윗 부분의 오목하게 형성된 부분에 마그네트(12)가 집중적으로 배치되어 플라즈마의 형성지역이 중앙에 집중되고 주변부에는 플라즈마가 충분히 형성되지 않는 문제가 있었다. 이 경우 타겟은 중앙부분만 아르곤 이온과의 충돌에 의해 소모되고 타겟의 주변부는 거의 소모되지 못하고 남겨진다.2 is a view showing an example of a magnet forming mold used in a conventional magnetron sputtering equipment. By the way, in the case of the magnet-shaped mold 11 of the heart shape, the magnet 12 is concentrated at the point where the magnet 12 is close to the rotation axis, that is, the concave portion of the upper part, so that the plasma formation region is concentrated in the center. There was a problem that the plasma was not sufficiently formed in the peripheral portion. In this case, the target is consumed only by the collision with argon ions, and the peripheral portion of the target is hardly consumed.

도3은 종래의 하트형 마그네트 성형틀을 사용한 경우에 타겟 금속원판이 소모된 상태를 나타내는 그래프이다. 타겟 에지(edge)에서 중앙을 거쳐 반대편 에지까지 거리에 따른 소모된 금속원판 두께를 나타내고 있다. 금속은 배리어 메탈로 많이 사용되는 티타늄이다. 중앙점을 기준으로 원대칭적인 양상을 보이고 있으며 지름 30cm 정도의 원반의 중앙 부분 5cm 정도는 다른 부분에 비해 2배 이상 많이 소모되어 있다.3 is a graph showing a state in which a target metal disc is consumed when a conventional heart-shaped magnet mold is used. Shown is the thickness of the spent metal disc with distance from the target edge to the opposite edge through the center. Metal is titanium, which is widely used as a barrier metal. It is circularly symmetrical with respect to the center point, and 5cm of the central part of the disk with a diameter of 30cm is consumed more than twice as much as other parts.

이상의 예에서 보면 타겟 금속원판은 상당한 고가임에도 불구하고 중앙부분만 소모된 상태에서 전체를 교체하게 되는 불합리가 있었다. 또한 특정 부분만 집중적으로 소모되는 관계로 타겟 인근에 부수적으로 사용되는 콜리메이터도 적층막을 재생하는데 시간이 많이 걸리고 균질적으로 세정되지 않는 문제점도 있었다.In the above example, although the target metal disc is quite expensive, there was an absurdity to replace the whole in the state where only the central portion was consumed. In addition, the collimator used incidentally in the vicinity of the target, because only a specific portion is consumed intensively, it takes a long time to regenerate the laminated film, there was also a problem that it is not homogeneously cleaned.

본 발명은 마그네트론 방식 스퍼터 장비에서 마그네트가 특정 부분에 집중되어 타겟의 특정 부분이 집중적으로 소모되어 타겟의 사용효율이 저하되는 문제점을 개선할 수 있도록 새로운 형태와 마그네트 분포를 가지는 마그네트 성형틀을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a magnet molding frame having a new shape and a magnet distribution to improve the problem that the magnet is concentrated in a specific portion of the magnetron-type sputtering equipment and the specific portion of the target is intensively consumed, thereby reducing the use efficiency of the target. For the purpose of

도1은 종래의 마그네트론 스퍼터링 장비의 일 예를 보여주는 것으로 공정챔버의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view showing an example of a conventional magnetron sputtering equipment schematically showing a side cross-section of the process chamber.

도2는 종래의 마그네트론 스퍼터링 장비에 사용된 마그네트 성형틀의 한 예를 나타내는 도면이다.2 is a view showing an example of a magnet forming mold used in a conventional magnetron sputtering equipment.

도3은 종래의 하트형 마그네트 성형틀을 사용한 경우에 타겟 금속원판이 소모된 상태를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing a state in which a target metal disc is consumed when a conventional heart-shaped magnet mold is used.

도4는 본 발명인 스퍼터 장비의 타겟 효율 향상용 마그네트의 일 실시예를 나타내는 도면이다.Figure 4 is a view showing an embodiment of a magnet for improving the target efficiency of the sputtering apparatus of the present invention.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 명칭※ Name of code for main part of drawing

1: 공정챔버 2: 타겟1: process chamber 2: target

3: 웨이퍼 4: 서셉터3: wafer 4: susceptor

6: 배기구 7: 쉴드(shield)6: exhaust port 7: shield

11,21: 마그네트 성형틀 12,22: 마그네트11,21: magnet molding frame 12,22: magnet

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 스퍼터 장비의 타겟 효율 향상용 마그네트는 타겟의 지름을 따라 길게 S자로 형성되며 그 중심에 회전축이 위치하게 되는 마그네트 성형틀에 자형을 따라 마그네트를 고르게 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Magnet for improving the target efficiency of the sputtering apparatus of the present invention for achieving the above object is formed by the S-shaped long along the diameter of the target is characterized in that the magnet is evenly arranged along the shape of the magnet forming mold in which the rotation axis is located at the center thereof It is done.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도4는 본 발명인 스퍼터 장비의 타겟 효율 향상용 마그네트의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 본 발명에서 실시예와 같이 S자형 마그네트 성형틀(21)에는 S자형을 따라 타겟의 중심부에서 주변부에 해당하는 부분까지 마그네트(22)가 고르게 배치되므로 또한 이 상태에서 S자의 중심부가 회전축에 고정되어 공정 진행중 회전하게 되므로 고정된 타겟을 위주로 생각하면 시간에 따라 변화되는 플라즈마가 생기지만 평균적으로는 타겟을 이루는 금속원판 전면에 고르게 플라즈마가 형성된다. 따라서, 공정챔버에 투입되는 아르곤 원자가 이온화되어 금속원판을 고르게 타격하고 이에 따라 원판도 고르게 소모되고 금속원판의 교체주기는 길어지며 사용효율은 높아진다.Figure 4 is a view showing an embodiment of a magnet for improving the target efficiency of the sputtering apparatus of the present invention. In the present invention, since the magnet 22 is evenly disposed in the S-shaped magnet forming mold 21 from the center of the target to the portion corresponding to the periphery along the S-shape, the center of the S-shape is fixed to the rotating shaft in this state. Since the process rotates during the process, the fixed target is mainly focused on the plasma, which changes over time, but on average, the plasma is uniformly formed on the entire surface of the metal plate forming the target. Therefore, the argon atoms introduced into the process chamber are ionized to strike the metal disc evenly, thus the disc is evenly consumed, the replacement cycle of the metal disc is long, and the use efficiency is high.

본 발명에 따르면 스퍼터 장비에 사용되는 소모품인 타겟의 소모가 전면에 걸쳐 고르게 이루어지므로 타겟의 교체주기가 길어지므로 공정비용을 절감할 수 있으며 특정 부분에 집중된 타겟의 소모로 그 주변이 집중적으로 오염되고 세정이 어려워지는 현상을 방지할 수 있다.According to the present invention, since the consumption of the target, which is a consumable used in the sputtering equipment, is made evenly over the entire surface, the replacement cycle of the target becomes longer, thereby reducing the process cost, and the surroundings are intensively contaminated by the consumption of the target concentrated in a specific part. The phenomenon that cleaning becomes difficult can be prevented.

Claims

The magnet for improving the target efficiency of the sputter device, characterized in that the magnet is formed evenly along the S-shape in the forming mold in which the S-shape is formed along a diameter of the target of the sputtering device and the rotation axis is located at the center thereof.