KR100231397B1 - 음극 스퍼터링용 타겟 - Google Patents

Abstract

스퍼터링 타겟 및 타겟 조립체(12)는실질적으로 연속하여 오목한 상면(17)과, 하향 중앙 허브(21)와 곡률 반경이 각각 다른 적어도 세개의 환형 영역(23,27,25)을 갖는 하부면(18)을 구비한 타겟부재(10를 포함한다. 타겟 부재(10)의 하부면(18)의 형상은 장착되는 받침판(11)에 따르도록 함으로써 스퍼터링 도중의 정확한 타겟부재(10) 장착을 용이하게 한다. 타겟부재(10)와 받침판(11)의 대응형상은 한의 스퍼터링 재료 이용을 촉진한다.

Description

[발명의 명칭]

음극 스퍼터링용 타겟

[발명의 상세한 설명]

[발명의 분야]

본 발명은 음극 스퍼터링에 사용하기 위한 타겟 및 타겟 조립체에 관한 것이다.

[발명의 배경]

음극 스퍼터링은 가공 처리 챔버내에 장착된 웨이퍼의 코팅을 포함하는 공정을 지칭한다. 인가된 전기장은, 스퍼터링될 재료로 제작되고 네가티브 바이어스된 역 장착 타겟에 대해 웨이퍼를 포지티브하게 바이어스시킨다. 받침판은 타겟을 지지한다. 불활성 가스를 챔버 내부에 저압으로 주입시키면 인가된 전기장은 가스를 이온화시킨다. 그결과, 가스로부터의 양이온이 타겟을 가격하여 타겟 재료가 웨이퍼상에 스퍼터링된다. 타겟 후방에 위치한 자석이나 전자석은 타겟에 인접한 이온 "플라즈마"를 형성하기 위해 타겟의 웨이퍼 상대 표면 상에 자기장을 제공한다. 자기장은 스퍼터링 공정의 효율을 증대시키니다.

스퍼터링에 사용되는 전형적인 재료에는 알루미늄, 알루미늄 합금, 금, 은, 구리, 티타늄, 백금, 티타늄-텅스텐 및 내화성 금속 규산화물이 포함된다. 스퍼터링에 요구되는 고순도로 인해 스퍼터링 재료의 가격은 일반적으로 재료 454 그램(1 파운드)당 대략 100 달러 정도로 상당히 비싸다. 이 이유로 인해 타겟 재료를 최대한으로 이용하는 것이 스퍼터링 장치의 설계에 있어서 주요 고려 사항이다. 다른 중요한 고려 사항은 고르지 않은 표면을 편평하게 하거나 다른 스텝형 층을 추가하므로써 웨이퍼의 트렌치(trenches)나 바이어 형상(via features)의 효과적인 적용에 관한 것이다. 일부 스퍼터링 장치는 웨이퍼 형상을 바람직한 방식으로 코팅하기 위해 자기장이나 복수개의 비편평 부식 영역 또는 양쪽의 변화를 이용한다.

타겟을 최대한으로 이용하고 웨이퍼 표면을 효과적으로 적용하는 것에 더하여, 타겟 장착 및 제조 비용과 같은 다른 실제적인 고려 사항들 역시 스퍼터링 장치의 설계에 있어서 중요한 역할을 한다. 어떤 타겟 형상은 우수한 스텝 커버리지(coverage) 또는 편평화를 제공하지만 이러한 장점은 받침판(bockplate)에 대해 타겟을 적절히 장착하는 것과 관련한 곤란성 또는 제조 비용에 의해 상쇄된다. 대부분의 경우 타겟의 기계 가공은 곤란하며, 비용이 많이 들고, 시간 소모적이다.

그러나, 일반적으로는 간단한 형상일수록 제조가 용이하다.

일본 특원소 63-83263 호에는 타겟 홀더상에 제공된 대응 형상의 장착면과 결합되는 오목한 구형 전면과 볼록한 구형 후면을 갖는 균일한 타겟 두께의 스퍼터링 장치가 개시되어 있다. 이는 장착면에 인접한 홀더를 통한 수냉식 파이프에 의해 타겟을 보다 양호하게 냉각하는 것을 허용한다.

미국 특허 제3791955 호에는 나사 가공된 음극 커넥터 또는 스터드가 유리 디스크로부터 후방으로 연장되도록 부착되는 내화성 재료의 삽입 메쉬를 갖는 편평한 유리 디스크를 포함하는 칼코게니드 유리 스퍼터링 타겟이 개시되어 있다.

일본 특허출원 63-235471 호에는 중간 영역보다 얇은 균일한 두께의 중앙 및 외측 편평 영역 사이의 볼록한 환형 영역을 갖는 편평한 전면과 후면을 갖는 타겟을 포함하는 타겟 조립체가 개시되어 있다. 타겟 홀더 장착면은 타겟 후면에 따른다. 타겟 후면의 형상은 부식에 의해 형성되는 형상과 유사하며 그결과 양호한 타겟 이용이 설치된다.

유럽 특허원 제0240369 호에는 냉각 기능이 향상된 스퍼터 타겟 조립체가 개시되어 있다. 타겟은 환형으로서 상면은 일반적으로 오목하며 하면은 볼록하거나, 내측 원추 영역과 외측 편평 영역을 포함한다.

본 발명의 목적은 타겟 재료 이용성이 높고 받침판에 대해 장착이 비교적 용이한 음극 스퍼터링 타겟(target for cathode sputtering)을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 효과적인 웨이퍼 커버리지에 있어서의 희생이나 과도한 제조비를 초래하지 않고 타겟 재료 최대 이용과 장착의 용이성을 촉진시키는 스퍼터링 타겟 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 스퍼터 타겟 조립체는 상부 장착면 형상을 갖는 받침판 및 실질적으로 연속적인 오목한 상면과 상기 받침판의 장착면 형상에 따르도록 상보 형상을 갖는 하부면을 가지는 스퍼터 타겟 부재를 포함하는 스퍼터 타겟 조립체로서, 상기 장착면 형상은 외측 환형 오목 영역으로 둘러싸이는 중앙 오목부를 가지며, 상기 타겟 하부면은 외측 환형 볼록 영역으로 둘러싸이는 하향 허브를 포함하고, 상기 허브와 외측 볼록 영역은 각각 받침판의 외측 환형 볼록 영역과 오목부에 끼워지는 크기 및 형상을 가지며, 외측 볼록 영역의 곡률반경은 오목상면의 곡률반경보다 작으므로 외측 볼록 영역뿐만 아니라 허브가 보다 큰 단면 두께의 타겟 부분을 형성하는 것을 특징으로 한다.

타겟의 형상은 장착을 용이하게 하고 타겟 이용을 최대한으로 촉진한다.

양호한 실시예에서, 타겟부재 하부면은 받침판의 중앙 오목부에 끼워지는 비교적 얕고 아래를 향하는 중앙 허브를 포함한다. 타겟부재 하부면은 허브의 반경 방향 바깥쪽으로 세 개 이상의 환형 영역을 포한한다. 일실시예에서, 내측 영역 또는 허브 인접 영역 및 디스크 형상 타겟부재의 원주 엣지에 인접하여 위치하는 외측 영역은 둘다 볼록하고 그 사이의 중간 영역은 실질적으로 편평하다. 다른 양호한 실시예에 따르면 내측 환형 영역은 실질적으로 오목하고, 외측 환형 영역은 실질적으로 볼록하며 중간 환형 영역은 편평하다.

실질적으로 연속하여 오목한 상면은 효과적인 스텝 커버리지 및 편평화를 위해 충분한 다양성을 제공한다. 하부면 구조는 타겟부재가 최고밀도의 스퍼터링을 발생하는 부분 또는 타겟의 이용 수명 동안 가장 많이 부식되는 부분의 단면 두께를 증대시키며 그로인해 우수한 재료 이용을 제공한다. 또한 하부면의 전체 환형 영역은 장착중에 타겟부재를 받침판상에 중심 조정하는 것을 돕는다. 상대적인 스케일에 있어서, 상기 타겟은 다른 여타의 것들보다 제조가 용이하다. 전체적으로 상기 형상은 웨이퍼 커버리지를 희생하거나 과도한 제조비를 요하지 않으면서 우수한 타겟 이용 및 받침판에 대한 단순한 장착을 촉진시킨다.

매끄러운 연속적인 곡률을 갖는 표면에 더하여, "실질적으로 연속하여 오목한"이라는 문구는 또한 전체적으로 동일한 효과를 발생하도록 일련의 불연속적인 스텝을 갖는 표면을 포함한다.

상기 및 기타 특징들은 하기 도면과 관련한 상세한 설명에서 보다 용이하게 이해될 것이다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 스퍼터링 타겟부재의 직경을 따라 취한 단면도이다.

제2도는 제1도에 도시된 타겟부재의 평면도이다.

제3도는 본 발명의 다른 양호한 실시예에 따른 스퍼터링 타겟부재의 직경을 따라 취한 단면도이다.

제4도는 제3도에 도시된 타겟부재의 평면도이다.

[발명의 상세한 설명]

제1도는 스퍼터링 장치(비도시)에 사용하기 위한 음극 조립체(12)의 일부분을 형성하는 받침판(11)에 장착된 오목-볼록형 타겟부재(10)를 도시한다. 상기 스퍼터링 장치는 그 전체가 본원에 참조로 합체된 본 출원인의 미국 특허 제4,909,695 호에 도시된 형태의 것일 수도 있다. 상기 스퍼터링 장치는 타겟부재(10) 위에서 양극에 장착된 웨이퍼 지지체(비도시)와, 받침판(11) 아래에 위치한 자석 조립체(비도시)를 포함한다. 받침판(11) 바닥의 중앙 나사부(15)는 스퍼터링 장치의 음극에 나사 결합될 수 있는 크기를 갖는다.

상기 타겟 부재(10)는 실질적으로 연속하여 오목한 상면(17)과 받침판(11)에 결합되는 하부면(18)을 갖는다. 직경 15.24cm(6인치)의 웨이퍼를 스퍼터링 코팅하기 위한 양호한 일실시예에서, 타겟 부재는 직경이 25.4cm(10.00 인치)이고 상면(17)의 곡률 반경은 통상 대략 170.2cm(67.00 인치)이다. 하부면(18)은 비교적 얕은 하향 중앙 허브(21)와, 이 허브(21)의 반경 방향 외측에 위치한 세개의 환형 영역을 포함한다. 허브(21)와 인접한 내측 환형 영역(23)은 통상 대략 25.4cm(10.00 인치)의 곡률 반경을 갖는다. 타겟 부재(10)의 엣지(26) 부근에 위치한 외측 환형 영역(25)은 통상 작은 즉 대략 7.62cm(3.00 인치)의 곡률 반경을 갖는다. 그 사이의 중간 영역(27)은 실질적으로 편평하다.

직경이 25.4cm(10.00 인치)인 타겟 부재에 대해 허브(21)의 직경은 통상 대략 2.54cm(1.00 인치)이다. 내측 영역(23)의 외측 경계부(30)는 직경이 대략 5.08(2.00 인치)이고, 중간 영역(27)의 외측 경계부(31)는 직경이 대략 20.32cm(8.00 인치)이다.

타겟 부재(10)는 허브(21)에서 대략 1.43cm(0.562 인치)의 비교적 균일한 두께를 갖는다. 내측 영역(23)에서 타겟 부재(10)의 두께는 경계부(30)에서는 최소가 되게 테이퍼진다. 타겟 부재(10)의 외측 엣지(35)에서의 두께는 대략 0.635(0.250 인치)이다. 상면(17)과 하부면(18)의 형상 및 치수는 환형 영역(37)을 제공하는데, 이 환형 영역(37)은 일반적으로 타겟 부재(10)의 허브(21)를 제외한 나머지 부분보다 두껍다. 환형 영역(37)은 자기장 강도가 최대인 영역의 위에 통상 위치한다. 허브(21)와 환형 영역(37)은 타겟 이용을 최대한 촉진한다.

자기장 형성 수단의 위치 및 형상, 타겟 직경, 소정 커버리지 형태에 따라, 하부면(18)의 환형 영역의 표면 형상과 상대 직경은 환형 영역(37)을 반경 방향 내측 또는 외측으로 이동하도록 변하게 할 수 있다.

예를 들어 제3도 및 제4도에 도시된 본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면 타겟 부재(110)는 허브(121)와 이로부터 반경 방향 외측으로 위치하는 환형 영역(123,124,125)을 갖는 하부면(18) 및 상면(117)을 포함한다. 허브(121)는 제1도에 도시된 허브(21)에 대한 형상 및 치수와 유사하다. 환형 영역(123)은 형상이 실질적으로 오목하며, 외경은 대략 17.78cm(7.00 인치)이다. 필요하다면 환형 영역(123)은 내측 상향 만곡부(제1도 및 제2도의 환형 영역(23)과 유사), 중간 편평부 및, 외측 하향 만곡부로 좀더 세분화될 수 있다. 특정 형상과 관계없이, 환형 영역(123)은 허브(121)와 다음의 반경 방향 외측으로 위치하는 영역(124) 사이에 위치한 하부면(118)과 실질적으로 오목한 부분을 나타낸다.

중간 환형 영역(124)은 실질적으로 편평하고 환형 영역(123) 아래로 연장되고 대략 22.86cm(9.00 인치)의 외경을 갖는다. 중간 환형 영역(124)은 허브(121)와 동일한 평면, 즉 타겟 부재(110)의 최상부 에지(127)의 대략 1.40cm(0.552 인치) 아래에 위치하는 평면에 위치한다.

최외측 환형 영역(125)은 중간 환형 영역(124)으로부터 에지(127)의 0.356cm(0.140 인치) 아래 위치로 상향 만곡된다. 필요한 경우 그 각은 위쪽이나 아래쪽으로 다소 변화할 수도 있으며, 또는 최외측 환형 영역(125)이 약간 볼록해 질 수도 있다. 마찬가지로, 중간 환형 영역(124)은 통상 편평하지만 약간 볼록하거나 오목할 수도 있다. 이오 더불어, 영역(124,125)은 하부면(118)의 실질적으로 볼록한 외측 만곡부를 나타낸다. 영역(137)은 영역(124) 및 이와 인접하여 위치하는 영역(123,125) 위의 체적을 모두 포함한다. 영역(137)은 허브(121)를 제외한 다른 부분보다 두꺼운 타겟(110)의 환형부분을 나타낸다. 영역(137) 및 허브(121)의 두께 증가로 인해 야기되는 전체 효과는 타겟 부재의 내측 및 외측 부분에서의 타겟재로 이용이 향상된다는 것이다.

어느 한 실시에에서는 직경이 다른 웨이퍼를 코팅하기 위해 직경이 다른 타겟 부재가 사용된다. 예를 들어, 20.32cm(8 인치) 웨이퍼에는 30.48cm(12 인치) 타겟이 사용된다. 직경이 다른 타겟들에 대해서, 허브 직경은 그대로 유지되지만 환형 역경의 직경은 자기장이 타겟 위의 동일한 상대적 위치에서 최대 강도를 제공하기 위해 비례적으로 확대 또는 축소되는 것으로 가정할 때 허브의 외측 잔여 환형 영역에서 점차 감소할 것이다.

제1도 및 제3도에 도시되어 있듯이, 어느 한 실시예에서 받침판(11)은 소정의 장착면 형상을 가지며, 타겟 부재 하부면은 상기 받침판의 소정 장착면 형상에 따르도록 형성된다. 이는 조작자가 받침판(11)에 타겟 부재(10)를 장착 및 접합하는 작업을 용이하게 한다.

Claims (5)

1. 상부 장착면 형상을 갖는 받침판(11) 및, 실질적으로 연속적인 오목한 상면(17,117)과 상기 받침판의 장착면 형상에 따르도록 상보 형상을 갖는 하부면(18,118)을 가지는 타겟 부재(10,110)을 포함하는 스퍼터 타겟 조립체에 있어서, 상기 정착면 형상은 외측 환형 오목 영역으로 둘러싸이는 중앙 오목부를 가지며, 상기 타겟 하부면(18,118)은 외측 환형 볼록 영역(25,124,125)으로 둘러싸이는 하향 허브(21,121)를 포함하고, 상기 허브(21,121)와 외측 볼록 영역(25,124,125)은 각각 받침판(11)의 외측 환형 볼록 영역과 오목부에 끼워지는 크기 및 형상을 가지며, 외측 볼록 영역(25,124,125)의 곡률 반경은 오목 상면(17,117)의 곡률 반경 보다 작으므로 외측 볼록 영역(25,124,125) 뿐만 아니라 허브(21,212)가 보다 큰 단면 두께의 타겟 부분(21,121,37,137)을 형성하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 타겟 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 받침판 장착면 형상은 내측 환형 오목 영역을 가지며 타겟 하부면(18)은 상보 형상의 내측 환형 볼록 영역(23)을 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터 타겟 조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 받침판 장착면 형상은 내측 환형 볼록 영역을 가지며 타겟 하부면(118)은 상보 형상의 내측 환형 오목 영역(123)을 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼타겟 조립체.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 받침판 장착면 형상은 내측 및 외측 환형 영역 사이에 실질적으로 편평하거나 볼록한 중간 영역을 가지며, 타겟 하부면(18,118)은 상보 형상의 중간 환형 영역(27,124)을 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터 타겟 조립체.
5. 제1항에 있어서, 상기 타겟 상면(17,117)은 평탄한 곡률이며 일련의 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 타겟 조립체.