KR100345253B1 - 조준형증착장치 - Google Patents

조준형증착장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100345253B1
KR100345253B1 KR1019930027964A KR930027964A KR100345253B1 KR 100345253 B1 KR100345253 B1 KR 100345253B1 KR 1019930027964 A KR1019930027964 A KR 1019930027964A KR 930027964 A KR930027964 A KR 930027964A KR 100345253 B1 KR100345253 B1 KR 100345253B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
workpiece
sputtering
film
aiming
filter
Prior art date
Application number
KR1019930027964A
Other languages
English (en)
Other versions
KR940016462A (ko
Inventor
게리엠.액터
로널드알.코흐란
밴스이.호프만2세
Original Assignee
배리언 어소시에이츠 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 배리언 어소시에이츠 인코포레이티드 filed Critical 배리언 어소시에이츠 인코포레이티드
Publication of KR940016462A publication Critical patent/KR940016462A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100345253B1 publication Critical patent/KR100345253B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3447—Collimators, shutters, apertures
    • H01L21/203—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/046—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H01J37/3408—Planar magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3488—Constructional details of particle beam apparatus not otherwise provided for, e.g. arrangement, mounting, housing, environment; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/3494—Adaptation to extreme pressure conditions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명은 피처리 기판 또는 작업편의 표면에 스피터링된 입자가 도달하는 각도를 제한하기 위하여 조준 필터를 사용하는 스퍼터링 장치에 관한 것이다. 스퍼더링 장치는 표면의 대부분 매우 균일한 방출 특성을 가지며 작업편보다 대형인 평탄한 스퍼터링 소오스의 조합에 의존하며, 그 중앙에는, 스퍼터링된 원자가 조준필터를 통과한 이후 확산되는 것을 방지하기 위하여 저압에서 작동하는 조준 필터를 구비한다. 양호한 실시예에서 조준 필터는 기판위에 피착되는 박막과 동일한 열 팽창 개수를 갖는 재료로 제작된다. 한 특정 실시예에서 스퍼티링 시스템이 티탄, 질화 티탄 또는 티탄/텅스텐 합금으로 된 박막을 침착시키는 데 사용될 경우, 티탄 조준 필터가 사용된다.

Description

조준형 증착 장치
발명의 분야
본 발명은 스퍼터 코팅에 관한 것으로, 특히 조준 스퍼터링(collimated sputtering)에 의해 작업편을 박막 코팅시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
스퍼티 코팅은 통상적으로 반도체 디바이스의 제조에 있어서 기판에 막을 형성하는데 사용된다. 집적 회로 제조중에 실리콘 웨이퍼를 여러가지 재료로 코팅시키기 위한 스피터링 장치로서는 평면 마그네트론(magnetron)이 오래동안 사용되어왔다. 집적 회로에 사용되는 금속화 재료로서는 알루미늄이 가장 일반적이었으나, 요즘은 티탄(티타늄), 질화 티탄 및, 티탄/텅스텐 합금과 같은 다른 스퍼터링된 재료도 일반적으로 사용되고 있다. 스퍼터링은 또한 반도체 제조중에 직접적인 스퍼터링이나 반작용 스퍼터링에 의해 여러가지 비금속 성분을 증착시키는 데에도 사용된다. 질화 티탄과 같은 몇몇의 이러한 비금속 성분은 상호 접속 구성에 사용되기에 충분히 도전성이 있다.
집적 회로의 밀도가 증가되고 이에 대응하여 디바이스 크기가 점차 감소됨에따라서, 균일한 박막을 형성하기 위힌 스퍼터 코팅이나 스텝 코팅(step coating)을사용하기가 점점 더 어려워졌다. 이러한 스텝 코팅은 작업편의 표면에 있는 홀 또는 바이어(via)와 같은 개구의 상부나 하부 모서리에서 스텝이 발생하는 작업편 또는 기판의 표면의 형상을 말하는 것이다. 또한 작은 개구(예를들면, 직경이나 폭이 1 미크론 또는 그 이하)를 충전하고, 또한 이러한 개구의 측벽 및 하부벽상에 제어되는 박막 성장을 제공하는 것은 곤란하다. 이러한 곤란한 점은 스퍼터링된 원자가 모든 방향으로 소스(source)를 떠나서, 서로 충돌하여 확산되어 흩어져서 여러가지 각도로 작업편에 도착하는 경향이 있기 때문이다. 기판의 표면에 대하여 직각 이외의 상이한 각도로 도착하는 입자(원자)는 표면 위에 측방향 성장을 발생시키는 경향이 있다. 이러한 측방향 성장은 바이어 개구가 적절히 피복되기 전에 바이어 개구로부터 완전 차폐될 수 있는 개구의 상부에 과도 성장을 발생시킬 수 있으므로, 집적 회로층 사이에 부적절한 전기 접속을 발생시킨다.
상기 문제점을 해결하는 한가지 접근 방식은 스퍼터된 원자가 작업편에 충돌하는 각도를 제한하기 위하여 조준 필터를 사용하는 것이다. 조준 필터의 이론은,평균적으로 스퍼터된 입자의 투사각이 직선에 근사하다면, 그때 보다 많은 원자가바이어 홀의 바닥으로 관통할 것이며, 따라서 등각의(conformal) 박막이 상기 바이어에 형성될 것이며, 바이어의 상단에서 과다 성장되지 않을 것이라는 이론이다. 통상적으로 상기 조준 필터는 스퍼터 소스와 작업편 사이에 개입되어 있는 어레이에서 다수의 셀을 구비한다. 기판에 도달하기 위하여, 스퍼터 소스에서 방출된 원자는 셀 벽에 층돌하지 않고 셀을 통과하여야만 하며, 다시 말하면 셀 벽은 기판에대해 수직으로 접근하지 않는 각도에시 수행하는 스퍼터된 입자를 가로막는다. 이것은 스퍼터된 재료의 실질직인 양이 필터 자체에 증착하도록 만든다.
그러나, 조준 필터를 이용하는 종래 스퍼터링 시스템과 관련하여 몇가지의 문제점들이 있었다. 첫째, 스퍼터링 소스가 매우 높은 균일성을 갖지 않으면, 웨이퍼의 표면에 고르지 않은 막 분포가 될 수 있다. 오늘날 산업분야에서 통상의 큰반도체 웨이퍼(예를 들어, 8인치 웨이퍼)들과 사용되는 대부분의 스퍼터링 소스들은 조준 필터와 작업하도록 충분히 균일한 방사 분포를 가질 수 없다. 이러한 스퍼터링 소스는 원자들이 스퍼터 목표물 위의 모든 지점으로부터 균일한 속도로 (또는 비율) 방사되지 않는 사실에 대해 보상하도록 스퍼터링된 입자들의 분산성 및 각도(angularity)에 의지한다. 예를 들어, 대부분의 종래 스퍼터링 소스들은 목표물의 중심에 균일한 부식을 제공할 수 없다. 그러나, 조준 필터는 각도 및 분산의 보상 효과를 무시한다. 그러므로, 스퍼터링 소스가 이것의 중심으로부터 입자들을 방사할 수 없으면, 적절한 막의 층이 웨이퍼의 중심에 증착될 수 없게 된다.
두번째, 대부분의 스퍼터 소스는 입자분산이 단 거리에서 상당한 효과가 있는 압력에서 작동한다. 통상 채용되는 압력에서, 스퍼티된 원자의 평균 자유 행로는 상대적으로 짧다. 따라서, 조준 필터로 입자 플럭스(flux)에 부여된 방향성은 스캐터링에 기인하여 비교적 단거리에서 상실될 것이다. 이러한 문제점에 대해 시도된 한 해결책은 분산의 영향을 최소화하기 위해 기판 표면에 매우 가까이 조준 필터를 위치시켰다. 그러나, 이러한 "해결책"은 그림자 효과를 야기하여 조준 필터의 셀 벽의 패턴이 웨이퍼 표면에 현저하게 나타난다. 일부 종래 기술은 그림자 효과를 피하기 위해 필터나 웨이퍼를 이동시키는 수단을 개시한다. 큰 영역에 걸친 웨이퍼의 이동은 상기 언급된 문제점인 비균일성을 극복하는데 도움이 될 수 있다. 그러나, 웨이퍼의 이동은 그것이 갖게되는 부수적인 복잡성과 스퍼터 챔버내의 움직이는 부분들이 갖는 증가된 오염 가능성으로 인해 바람직하지 않다.
소직경이고 종횡비가 큰 바이어를 충전시키기 위해 조준 방식을 이용하는 종래의 스퍼터링 소스가 갖는 다른 문제점은, 바이어의 측벽과 바닥부상의 증착이 소정의 균형을 이루도록 조준 필터의 종횡비를 최적화해야할 필요에 대한 인식이 없다는 것이다. 조순기 셀의 종횡비가 너무 크면 측벽은 거의 증착되지 않는다. 한편, 종횡비가 너무 작으면 스퍼터링된 원자들은 예를 들어 막이 바이어 바닥부에 도달하는 것을 방지하는 바이어 모서리에서의 바람직하지 않은 막 형성 및 오버행 (overhang)과 같은 동일 결과의 필터가 존재하지 않는 것처럼 거동한다.
조준을 이용하는 종래의 스퍼터링 시스템이 갖는 또 다른 문제점은 스퍼터링된 재료의 대부분이 기판 보다는 조준 필터의 벽에 증착된다는 것이다. 이것이 증착율을 감소시켜 웨이퍼의 "생산"을 감소시키며, 스퍼터 챔버내의 미립 재료의 양을 증대시키는 경향을 갖는다. 스퍼터링된 재료의 막이 셀 벽에 증착됨에 따라 재료는 "벗겨지는" 경항이 있다. 이렇게 형성된 일부 큰 입자는 결국 웨이퍼의 표면위에서 종결되며 여기서 제조되는 집적 회로 칩을 손상시킬 수 있다. 반도체 제조업자는 웨이퍼 가공 환경에 외부 입자가 존재하는 것을 철저히 최소화 한다. 전술한 바와같이, 웨이퍼 또는 조준 필터의 이동은 외부 입자 생성이라는 문제를 악화시킬 수 있음에 유의해야 한다.
본 발명자는 불순물 입자 발생의 문제가 조준 필터를 제작하는 데 사용된 재료와, 스퍼터되는 재료와의 사이에서 열팽창 계수(TCE's)의 부정합(mismatch)에 일부 관련되어 있다고 판단하였다. 필터와, 이에 증착된 박막은 스퍼터링 장치가 사용된 때에 실제적인 열 사이클링을 통과한다. 예를 들어, 조준 필터가 시스템의 개시시에 초기에는 실온에 있을 것이고, 그 다음에 시스템이 작동될 때 수백도(℃)로 가열될 것이다.
또한 본 발명자는 열 부정합을 일이키는 문제가 되는 정도는 증착되는 재료와, 필터 제작에 사용된 재료의 성질에 의존한다는 것을 알았다. 이 문제는 특히 낮은 연성(ductility)을 가지는 증착 비금속 재료가 벗겨지기가 쉽게될 때에 발생하기 쉽다. 대부분의 금속 박막은 충분한 높은 연성 및 부착성을 가지므로, 박막과 조준기 사이의 TCE에서 감지가능한 부정합을 허용할 수 있다. 다른 한편, 스퍼터링에 의하여 통상 증착되는 질화 티탄과 같은 비금속 재료는 부서지기 쉽고 벗겨지기 쉽다.
공지된 종래 기술의 조준 필터는 대부분 스테인레스강으로 제작되었다. 반도체 제조에서 가장 통상적으로 사용된 금속화층인 알루미늄을 스퍼터링할 때, 이물질 발생은 받아들일 수 없을 정도로 나쁜 것은 아니었다. 그러나, 티탄, 질화티탄 또는 티탄/텅스텐 합금과 같은 새로운 재료의 박막을 스퍼터링할 때, 입자 발생은 스테인레스강으로 제조된 조준 필터를 사용할 때는 받아들일 수 없게 된다. 이러한 신규한 재료는 디바이스 기하학이 줄어드는 만큼 용도가 증가하고, 따라서 조준 필터의 이득에 관한 필요성이 증가한다는 것에 주목하기 바란다.
본, 발명의 목적 및 개요
본 발명의 일반적인 목적은 반도체 웨이퍼와 같은 작업편을 코팅하기 위한 신규하고 개선된 조준형 스퍼터링 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 종래 제공된 스퍼터링 시스템의 한계 및 단점을 극복하는 상기 특성의 장치를 제공하는 데 있다.
본 빌명의 또 다른 목적은 티탄, 질화 티탄 및 티탄/텅스텐 합금이 스퍼터링된 얇은 박막에서 사용하기에 특히 적합한 상기 특성의 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스퍼터링 시스템에시 조준 필터의 사용과 관련된지금까시의 문제점을 해결하는데 있다.
상기 및 다른 목적은 본 발명에 의하여, 챔버에서 작업편을 지지하고, 작업편보다 측방향으로 더 넓은 영역을 통하여 실제로 균일하게 스퍼터 소스에서 입자를 방출하고, 입자가 작업편에 충돌할 수 있는 각도를 제한하기 위하여, 스퍼터 소스와 작업편 사이에 배치된 직경비에 대한 최적의 길이를 가진 다수의 전달 셀을 갖는 입자 조순 필터내로 입자를 통과시키고, 스퍼터 소스와 작업편 사이에 원자의 분산을 방지하기 위하여 챔버내에서 충분히 낮은 수준의 압력을 유지하는 것에 의하여 달성된다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 조준 필터는 스퍼터링에 의하여 증착되는 재료와 매치될 수 있는 티탄 또는 다른 재료로 제조된다.
양호한 실시예의 설명
제 1 도의 실시예에서, 스퍼터링 장치는 스퍼터링실(17)이 형성되는 하우징 (16)을 갖는다. 이 하우징은 상부 및 하부 단부로 향하는 환형 플랜지(19, 21)를갖는 원통형 측벽(18)과 상기 플랜지(21)와 결합되는 바닥벽(22)을 갖는다. 0-링 (23)은 상기 두벽 사이에 밀봉을 제공한다.
바닥벽(22)의 중심부는 웨이퍼(W) 또는 코팅될 다른 작업편을 지지하기 위해테이블(24)을 형성시키도록 상승된다. 상기 작업편 주위 클램핑 링(도시되지 않음)과 같은 적합한 수단 또는 다른 적합한 수단에 의해 상기 작업편은 상기 테이블에 고착된다. 적절한 장소에 웨이퍼를 보유하기 위한 수단은 본 기술에 숙련된 사람들에게는 잘 공지되어 있으며 더 이상의 상세한 설명을 필요로 하지 않는다. 상기 테이블은 작업편의 온도를 제어하기 위한 종래의 가열 및 냉각 수단(도시되지 않음)을 포함한다.
상기 하우징과 지지 테이블은 스테인레스강과 같은 전기 전도물질로 제작되며 접지되도록 전기적으로 연결된다. 본 발명에 따라 만약 증착된 박막이 표면으로부터 벗겨져 나갈 경우, 그들은 선별적으로 더욱 적합하게 증착된 박막을 갖는 재료로 제조된다. 그러나, 지금까지는 본 발명자는 중요한 문제점으로서 박막이 본 구성요소로부터 벗겨져 나가는 것을 발견하지 못했다.
작업편을 코팅하기 위한 원자의 소스(26)는 하우징(16)의 상부면에 장착된다. 설명된 실시예에 있어서, 상기 소스는 폐쇄 루프 회전 마그네트를 이용하는 평면 마그네트론 소스이며, 그에 대하여는 참고로 인용된 1990 년 1 월 26 일자 제 07/471,251 호에 "선별 부식용 회전 스퍼터링 장치"란 제목의 출원서에 상세히 설명되어 있다. 상기 출원서는 제 07/919.074 호와의 연속성 문제 때문에 포기되었다. 본 출원서에서 설명된 소스는 상품명이 "콴텀(Quantum)"인 켈리포니아, 팔로알토소재의 베리언 어소시에이션사(본 발명의 양수인) 제품으로부터 상업적으로 이용가능하다(제 1 도에 도시된 소스는 앞서 언급된 출원서 제 07/471.251 호에 더욱 상세히 표현된 콴텀 소스를 완전히 복제한 것이 아님을 밝힌다. 그러나 어떠한 차이도 본 발명과 관련된 것으로 간주되지 않는다). 상기 소스의 중요한 특징은 작업편 보다 큰 연장된 타겟 영역위로 입자의 균일한 방사를 제공한다는 점이다. 이것의 입자의 균일한 분배가 주위 영역을 포함하여 가공품의 전체 면에 도달되도록 한다. 최근에는 상기와 같은 특수한 소스가 적합할지라도, 유사한 군일 입자 분포를 제공하는 다른 소스도 채용될 수 있다. 본 발명에 따른 소스의 특히 중요한 특징은 균일한 부식의 연장 영역이 스퍼더 타겟의 중심을 포함한다는 사실이다.
소스(26)는 증착될 물질의 평평한 원형 타겟(27)을 포함한다. 본 발명의 조준 필터는 특히 티탄과 티탄 텅스텐 합금으로 제조된 타겟과 같이 작동된다. 부가로 이것은 특히 질화 티탄 박막의 반응 스퍼터링과 관련하여 유용하며, 상기 질화티탄은 질소의 부분 압력하에서 티탄 타겟로부터 스퍼터링됨으로서 형성된다. 질화티탄의 반응 스퍼터링 방법은 본 기술에 숙련된 사람들에게 공지된 사실이며 더 상세히 설명하지는 않겠다.
스퍼터 타겟(27)는 상기 작업편과 평행한 대면 관계를 이루고 있으며, 작업편 보다는 큰 횡측 길이를 가진다. 203.2mn(8 인치)의 직경을 갖는 웨이퍼로 사용하기 위한 한 실시예에 있어서, 스퍼터 타겟(27)는 285.75mm(11.25 인치)의 직경을가진다.
상기 타겟은 상단부에 환형 플랜지(31)를 갖는 원통형 측벽(29)을 보유하는전기 전도 음극판(28)의 상부면위에 장착된다. 상기 음극판은 상부 및 하부 단부에 환형 플렌지(33, 34)를 갖는 원통형 장착 브래킷(32)에 의해 지지된다. 플랜지(33)는 측벽(29)으로부터 외부로 돌출하고, 내부 돌출 하우징 플랜지[19)위에 위치된다. 스페이서 링(36)은 이들 플랜지 사이에 위치 설정되므로 타겟과 작업편 사이의 공간의 조정을 허용하며, 이것의 크기는 보통 1-3 인치 정도이다.
음극판위의 플랜지(31)는 측벽(29)에서 외향으로 돌출하고 장착 브래킷(32)의 하단부에 있는 내향 돌출 플랜지(34)위에 위치 설정된다. 전기 절연재료로 된 링(37)은 플랜지 사이에 위치 설정되어 하우징으로부터 음극을 절연하고, 0-링(38, 39)은 플랜지와 절연체 사이에 밀봉을 제공한다.
섬유 유리와 같은 절연 재료로 제작된 커버(41)는 장착 브래킷(32)내에 위치설정되어 나사(42)에 의해 음극판의 플랜지에 고정되므로, 마그네트론의 회전 자석조립체용 챔버를 형성한다. 전기 도선(44)은 장착 나사(42)중 하나에 연결되고, 음극에 높은 네가티브 포텐셜(negative potential)을 가하기 위한 적합한 소스(도시하지 않음)에 연결된다.
자석 조립체는 자석(47)의 페쇄 루프 배열체가 장착되어 있는 하우징(46)을포함한다. 이들 자석의 구조와 이들이 타겟의 대부분 전체 영역에 거의 균일한 부식을 제공하는 방법은 미국 특허출원 제 471.251 호에 상세히 공지되어 있다.
자석 하우징(46)은 커버(41)내의 시일 조립체(49)를 통과하는 축(48)상에 장착되고, 축(53) 둘레를 회선하기 위헤 커플링(52)에 의해 모터(51)에 연결된다. 모터(51)는 축(53)을 따라 이동하는 동안 선형 모터(56)에 의해 구동되는 슬라이더조립체(54) 위에 장착되고, 슬라이더 조립체는 하우징(16)에 첨부된 브래킷(57)에 장착된다. 슬라이더 조립체는 자석 배열체와 타겟 사이의 공간이 타겟 아래의 자기장을 제어하도록 조정될 수 있다. 미국 특허출원 제 471,251 호에 상술한 바와 같이, 11.25 인치의 타겟과 함께, 회전 자석 배열체는 회전축의 둘레에 중심 맞춤된 약 10 인치의 직경을 가지는 원형 영역 전체에 거의 균일 부식을 제공하며, 이것은 8 인치 웨이퍼를 코팅하는 데 충분하다.
하우징(16)은 진공 챔버(17)을 연결하기 위해 진공 펌프(도시하지 않음)가 연결되어 있는 포트(58)와, 아르곤 가스와 같은 불활성 가스가 마그네트론 방전을 지지하기 위해 도입되는 가스 입구(59)를 포함한다. 이후에 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 챔버(17)내의 압력은 충분히 낮은 압력으로 유지되어 스퍼터된 원자가서로 충돌해서 조준 필터를 통과한 후 분산되는 것을 막는다. 본 발명은 0.1-1.5 밀리토르(milli Torr) 정도의 압력으로 사용될 것이지만, 본 발명의 많은 장점은 보다 높은 압력을 사용해서도 얻을 수 있다.
하우징(16)도 웨이퍼 또는 다른 작업편을 챔버(17)내로 출입이 가능하게 하는 포트(61)릍 포함한다. 상기 포트에는 게이트 벨브(도시않음)와 같은 적합한 페쇄 기구가 제공된다.
포트(62)는 타겟 및 자석 조립체를 냉각시키기 위해 물과 같은 냉각제를 챔버(43)로 유입시키도록 커버(41)내에 제공된다.
입자 조준 필터(63)가 소스로부티의 원자가 작업편의 표면에 도달하는 각도를 한정시키도록 타겟과 작업편 사이에 위치된다. 확장 소스 및 산란 결핍과 함께,상기 필터는 홀 또는 바이어과 같은 개구의 바닥 및 측면 벽상에 제어되는 성장으로 피복된 스텝 코팅을 형성시키고 측면 박막 성장을 방지하는 데에 중요하다.
상기 조준 필터는 입자들을 직선 형태로 통과시키는 개구를 구비한 복수의 셀(64)을 가진다. 상기 셀은 측선(53)과 평행하고 타겟(27) 및 작업편(W)의 표면에 수직한 축과 정렬된다. 각각의 셀은 θACC= arctan((d/ℓ)[여기서, d=개구의 직경, ℓ은 개구의 길이 또는 셀의 높이로 정의되는 허용 각도(θACC)를 가진다. 따라서, 허용 각도는 입자가 셀의 벽에 충돌하지 않고 필터를 직선 통로로 통과하는 수직 상태(즉, 기판에 수직)일 때 최대 각도가 된다. 셀의 종횡비 즉, 셀의 직경에 대한 높이의 비율은 필터의 종횡비라 칭한다.
전술한 실시에에서, 상기 셀 및 이들의 개구는 횡단면이 6 각형이다. 이러한 육각형 형상은 인접 원형 셀의 벽 사이의 구역이 쓸모없고 직사각형 셀의 대향 코너와 대향 측면 사이의 거리에 차이가 있으므로 원형 및 직사각형 형상보다 양호하다. 명세서의 설명에 있어서, 육각형 셀의 종횡비와 허용 각도를 정의하는 데 사용되는 직경은 필요에 따라, 평면-대-평면의 직경 또는 정점-대-정점의 직경이 사용될지라도 이들 직경은 셀의 평균 직경이다.
제 1 도의 실시에에 있이서, 조준 필터(63)는 타겟과 작업편 사이의 대략 중간에 위치하고 브래킷(66)과 스크류(67)에 의해 장착 브래킷(32)에 부착된다. 다른 실시예로, 조준 필터(63)는 진술한 바와 같은 섀도윙(shadowing)의 원인이 되도록 너무 가깝게 놓이지 않는 한, 산란 효과를 최소화하도록 웨이퍼에 상당히 가깝게놓일 수 있다. 적용분야에 따라, 상기 조준 필터(63)는 웨이퍼로부터 0.5" 내지 2.0" 및 스퍼터 타겟으로부티 1" 내지 5" 사이의 범위내에 놓인다.
본 발명에 의하면, 조준 필터(63)는 0.5:1 내지 4:1 의 종횡비(aspect ratio)를 가지고, 양호하게는 1.:1 내지 3:1 이 좋으며, 대략 2.54 내지 l5.24 cm떨어져 이격된 28.58 cm 타겟과 20.32 cm 웨이퍼 용으로 대략 0.953 내지 1.588 cm의 평균 셀 직경을 가진다.
티탄 박막을 생성하기 위해 비작용적으로 티탄을 스퍼터링하거나 질화 티탄박막을 생성하기 위해 작용적으르 티탄을 스퍼터링하거나, 또는 티탄/텅스텐 박막을 형성하기 위해 비작용적으로 티탄/텅스텐 합금을 스퍼터링 할때, 본 발명을 따르는 조준 필터(63)는 티탄으로 이루어진다. 상기의 조준 필터는 소망의 폭 "W"(소망 셀 길이와 동일)를 갖는 티탄의 연장된 시트나 리본으로 시작되어 제작될 수 있다. 티탄 리본(560)의 조각에 대한 예가 제 5a 도에 도시되이 있다. 본 발명과 연결되어 사용되는 티탄 리본은 대략 15 밀(mi ℓ)의 두께를 가진다. 길이방향으로 잘려진 후, 리본(560)은 교번 배향하는 빈 육각형 형태의 주름이 잡힌 조각으로 찍혀진다. 두개의 조각(565, 567)이 제 5b 도에 도시되어 있다. 찍혀낸 리본은 소망의 6각형 단면 형태를 가지는 일렬의 셀을 형성하도록, 스폿 용접에 의해 연속적으루 결합된다. 제 5c 도는 조준 필터 부분을 형성하기 위하여 함께 결합되는 2개의 리본을 도시한다.
제 3a 도는 본 발명에 대한 종래 기술의 스퍼터링의 스텝 코팅을 형성할 때일어나는 몇가지 문제를 도시하고 있다. 이 예에서, 1 미크론의 직경을 가진 홀(71)이 실리콘 기판(73) 위의 절연물질의 1 미크론 층(72)에 형성된다. 그러므로, 홀(71)은 1:1 의 종횡비를 가진다. 금속 접촉부가 홀의 바닥에서 기판위의 도프된지역(74)에 형성된다. 금속성 재료는 웨이퍼 위의 타겟(75)으로부터 스퍼터된다. 타겟위의 각 점은 균일하게 코사인(cosine) 분포를 하는 미립자를 방출하고, 충돌하여 흩어진 후에 입자들은 수직에 대하여 0° 내지 90°의 각도(θ)로 타겟에 도착한다. 그러나, 상술한 바와 같이 공지된 종래의 스퍼터링 소스는 균일성의 예정된 레벨을 제공하지 않는다.
본 실시예에서, 45 도 보다 더 큰 각도로 도달하는 입자들은 홀의 바닥 벽에부딪히지 않는다. 이러한 입자는, 층(72)의 상부 표면에 부딪히면, 웨이퍼 표면위의 측방향 성장을 증진하는 경향이 있다. 결과적으로, 웨이퍼의 표면위에는 비교적 두꺼운 박막(76)이 형성되고, 홀의 측벽 및 바닥벽위에는 비교적 얇고 불균일한 피복(77, 78)이 형성된다. 아울러, 표면 박막의 측방향 성장은 홀의 상부에 과도성장부(overgrowth: 79)을 형성하여, 결국, 그 홀을 완전히 폐쇄함으로써 입자가 홀으로 들어가는 것을 방지하게 된다. 이러한 방법으로 폐쇄된 경우, 측벽 및 바닥벽위의 피복은, 도면에 파단선으로 예시된 바와 같이, 공극화(voiding)하기 쉬우며, 아무런 피복물이 형성되지 않는 영역이 존재하게 된다. 그러므로, 상기 영역(74)에 대한 양호한 전기적 접촉부가 형성되지 않게 된다.
제 3b 도는, 11.25 인치의 평탄한 소스, 분당 1 미크론의 표면 증착 속도, 7cm 의 타겟과 웨이퍼간 간격, 3-7 밀리 토르 정도의 스퍼터링 압력 및, 250℃ 의웨이퍼 테이블 온도를 이용하는 종래의 스퍼터링 기술을 사용하면 웨이퍼 가장자리근처의 개구들에 발생할 수 있는 비대칭 피복의 문제를 예시한다. 이 도면에는 2개의 홀(81, 82)이 도시되어 있다. 홀(81)은 웨이퍼 중심에 근접하고, 홀(82)은 가장자리 근처에 있다. 웨이퍼의 중심 근처에서와 입자 분포는 비교적 균일하고 홀(81)에는 비교적 대칭인 피복이 형성된다. 그러나, 그 입자 분포는 웨이퍼 가장자리를 향해서는 균일치 않아서 홀(82)의 내향측벽(82a)이 외향 측벽(82)보다는 더 받은 입자들을 수납한다. 이것이 바닥벽은 물론 측벽에 비대칭적인 피복을 초래하게 된다.
본 발명에 따라, 조준 필터, 확대된 소스를 이용하고, 압력 및 필터의 종횡비를 적절히 선택함으로써, 개구의 측벽 및 바닥벽위의 박막 성장이 제어되는 양호한 스텝 피복을 형성할 수 있다.
제 4a 도 내지 제 4d 도는 조준 필터가 없는 경우 및 종횡비가 다른 3 가지필터에 대하여 작업편의 표면에 도달하는 스퍼터링된 입자들의 각도상 분포에 대한압력의 효과를 예시한다. 이들 도면에시, 수직에 대한 도달 각도(θ)가 X 축을 따라 도시되고 표면에 도달하는 입자의 수가 y 축을 따라 도시된다. 이 도면의 데이타는, 150 mm 기판을 이용하고, 소스와 기판 사이의 간격이 9 cm 인 상태로 알루미늄을 아르곤 스퍼터링하는 경우, 11 인치의 평탄한 소스가 균일하게 침식한다고 가정한 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 얻었다. (컴퓨터 시뮬레이션에 의해 얻이진 데이타의 타당성은 그후의 실체 실험에서 확인되고 있다). 입자의 계산은 임의적인 것으로서, 의미있는 분포 데이타를 제공할만큼 충분히 크게 선택했다. 이와 같은 전체 입자 계산을 시뮬레이션마다 이용하여, 일련의 도면에서 기판에 도달하는 입자가 상대적으로 감소한다함은 필터에 의해서 차단되는, 따라서, 증착되지 않는 재료의 비율이 더 높음을 반영한다.
제 4a 도 내지 제 4d 도에는 0.0005 밀리 토르와, 0.02 밀리 토르와, 0.5 밀리 토르, 및 1 밀리 토르의 작동 압력에 대한 분포를 나타내는 곡선이 도시되이 있으며, 제 4b 도 내지 제 4d 도에는, 2 밀리 토르의 압력에 대한 곡선도 도시되이 있다.
제 4a 도는 필터없는 분포를, 제 4b 도 내지 제 4d 도는 각각 1:1.1.5:1 및 2:1 의 종힁비를 갖는 필터를 가지는 분포를 나타내었다.
필터없는 분포는 약 60°까지의 각도에 대한 저압에서 매우 대칭적이다. 보다 고압에서의 분포는 덜 대칭적이며, 더 큰 입자의 상대수가 60°보다 더 큰 각도에서 도달하게 된다.
각각의 필터에서, 필터의 수용각까지 보다 낮은 저압에서 분포는 균일하게 대칭적으로 된다. 보다 고압에서의 분포는 덜 대칭적으로 되며, 입자의 보다 큰 상대수는 수용각보다 더 큰 각도에서 도달하게 된다. 상기 고압에서 수용각 밖으로 있는 입자수의 증가는 조준 필터를 통과한 이후에 고압에서 입자의 분산으로 인한 것이다. 이러한 곡선은 가능한 만큼의 많은 원자가 조준 필터의 수용각보다 작거나 또는 동일한 각도에서 웨이퍼 표면에 도달할 수 있도록 분산을 피하기 위한 저압의 중요성을 도시하고 있다.
제 6a 도 내지 제 6d 도는 바닥벽위의 초기 증착율과 홀 또는 바이어 및 조준 필터의 종횡비의 사이의 관계를 도시한다. 이러한 도면에서 홀 또는 바이어의반경의 일부로 표시된 홀의 중심으로부터의 거리는 x 축을 따라 위치가 정해지고,웨이퍼의 표면상의 증착율로 정상화된 바닥벽상의 증착율은 y 축을 따라 위지가 정해진다. 타겟은 웨이퍼위의 개구의 위치가 중요하지 않으므로 충분히 클 것으로 여겨진다. 0.25:1 내지 2:1 의 종힁비를 갖는 홀을 위한 곡선이 포함된다. 제 6a 도는 조준 필터가 없는 상태에서의 관계를 나타내며, 제 6b 도 내지 제 6d 도는 1:1 과 2:1 및 4:1 의 종횡비를 각각 갖는 필터를 갖는 상태에서의 관계를 도시한다.
필터가 없이 1:1 의 종횡비를 갖는 홀의 경우에, 상기 코팅은 개구의 중심을향한 전체 두께이지만 벽 근처 두께의 약 반만이다. 1:1의 종힁비를 가지는 필터에서, 바닥벽위의 코팅은 중심쪽에서의 약 0.70 의 정상치로부터 벽의 근처에서의 0.40 까지의 범위에 걸쳐서 보다 균일하다. 바닥부의 코팅은 2:1 과 4:1 의 종횡비를 각각 갖는 필터인 겅우보다 더 평편해지지만 더 얇다.
필터가 없이 2:1 의 종횡비를 갖는 홀을 갖는 경우에는 바닥 코팅은 중심쪽에서의 약 0.60 인 정상치로부터 벽의 근처에서의 약 0.30 까지 변한다. 1:1 의 종횡비를 갖는 필터의 경우에는, 상기 코팅은 중심 근처의 약 0.26 인 정상두께로부터 벽을 향해가면서 약 2.0 까지 변한다. 2:1 의 종횡비의 필터의 경우에는 코팅은 벽의 중심으로부터 약 0.13 인 정상두께로 보다 균일하게 된다.
바이어의 바닥에 걸친 균일성과 바닥에서의 증착율의 사이에는 상반성이 있음을 알 수 있다. 필터의 종횡비의 증가는 증착율의 균일성을 향상시키게 한다.
제 7a 도 및 제 7b 도는 본 발명의 장치 및 방법이 사용될 때 스텝 코팅의 형성을 도시한다. 이러한 도면의 각각은 1:1 의 종횡비를 갖는 한 쌍의 홀(88, 89)를 도시하고 상기 홀(88)은 웨이퍼의 중심의 근처에 있고, 홀(89)는 모서리쪽으로 배치된다. 스퍼터링은 0.5 밀리토르의 압력과 250℃의 웨이퍼 테이블 온도와 웨이퍼에 대한 타겟의 7 cm 이격거리와, 1:1 의 종횡비를 갖는 조준필터와 분당 1 미크론의 표면 증착율하에서 실행된다.
제 7a 도는 웨이퍼 표면위에 0.5 미크론의 절반의 코팅 두께를 갖는 것을 도시하며, 제 7b 도는 상기 표면상에 1 미크론의 전체 코팅 두께를 도시한다. 상기 도면은 제 3a 도 및 제 3b 도에 도시된 종래 기술의 비대칭성과 오버코팅없이 코팅이 개구의 측벽에 어떻게 균등하게 형성되는가를 도시하고 있다. 상기 도면으로부터 명백히 나타나는 본 발명의 장점은, 제 3a 도 및 제 3b 도의 코팅에서와 홀의 하부 코너에는 가장 얇은 단계적 코팅부분이 더이상 존재하지 않는다는 것이다. 양호한 전기적 특성을 갖는 바이어내에서 코탕을 얻기 위해서는 바이어의 코너에서의 박막의 상대가 특히 중요하다. 절반의 코팅 두께에 의해 화살표(91)로 도시된 것처럼 측벽을 따라서 가장 얇은 포인트가 형성되며, 완전한 두께의 코팅에 의해 화살표(92)로 도시된 것처럼 홀의 상부에 가장 얇은 포인트가 형성된다. 이리한 도면에 따라서, 채워지지 않은 체적의 종횡비는 코팅이 홀에 축적됨에 따라서 증가된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에서는, 티탄을 포함하는 타겟으로부터 스퍼터링과 함께 티탄 조준 필터가 사용된다. 티탄 조준 필터를 사용할 때 발생하는 여분의 입자수는 종래 기술에 의해 상당히 감소된다. 실제로, 입자수는 티탄 조준 필터를 사용하는 스퍼터링이 화학증착(CVD)에 의해 상당한 재료의 증착보다 명확하게 될 수 있도록 된다.
지금까지, 티탄, 질화 티탄, 및 티탄/ 텅스텐 합금의 조준된 스퍼터링에서의시도들은 조준기 셀들상의 두께에서 성장된 증착막과 같은 받아들일 수 없는 수의무연고 입자(extraneous particles)들의 생성으로 인하여 실용화되지 못하였다. 본 발명은 그러한 문제를 해결한다. 한 실험에서, 예를 들어 질화 티탄의 입자들은 단지 400 개의 웨이퍼들을 제작한 후에 스테인레스강 조준 필터의 플래킹 오프(flaking off)가 시작했다. 동일한 조건하에서, 티탄 조주 필터를 대체하였지만 대략 3500 개의 웨이퍼들이 처리된 후까지 질화 티탄의 플래킹이 발생되지 않았으며, 이는 플래킹이 단지 다른 스테인레스 강 성분의 존재로 인해 그 지점에서 시작한다는 것은 알게 하였으며. 즉, 조준기 자체로 부터의 플래킹이 분명하지 않았다. 이러한 실험은 7 배 이상의 개선을 나타냈으며, 질화 티탄 입자의 조준된 스퍼터링을 만든다. 다른 실험에서 5500 개의 웨이퍼들이 플래킹이 발생되기전에 처리되었다. 이 실험에서, 스테인레스 강 조준기에 설치되는 링은 또한 티탄으로 만들어 졌으며, 처리 챔버에서의 다른 성분들은 무연고 입자 생성에 기여한다는 것을 확인하였다.
스퍼터링 소스와 관련하여 사용된 조준기의 유효 수명은 제한되는 것을 유의해야 한다. 스피터링이 수행됨에 따라, 조준기 셀들을 포함하는 막은 조준기의 표면에 증착되고 성장한다. 셀들 위에 피복되는 두께가 증가함에 따라, 스퍼터링된 막의 증착 속도 및 성질들은 변화한다. 분명하게, 조준기는 대체되어야만 된다. 재료의 성질에 있어서 증착된 막과 일치하는 본 발명의 조준기는 어떠한 플래킹 없이 정상 수명이상에 걸쳐서 사용할 수 있다.
본 발명에 따라서, 증착하고자 하는 막과 유사하게 양립할 수 있는 재료로부터 스퍼터링 챔버 내의 다른 부품들을 제조하는 것이 필요하게 될 수도 있다. 또 다른 부품들을 제조하도록 양립성 재료를 사용하는 잇점의 범위는 막 두께가 증가하는 만큼 플래킹이 발생하기 때문에 스퍼터링 시스템이 사용될 때 부품에 증착되는 막의 양에 좌우되게 된다. 스퍼터 소스와 작업편 사이에 직집 배치되는 조준 필터, 또는 다른 부품은 신속한 막 성장을 겪게 되고, 그러므로, 비 양립성 재료의 문제가 있다면 비교적 빠르게 플래킹을 시작하게 된다. 한편, 음극 실드는 막 증착이 거의 없거나 또는 없으며, 그러므르, 그렇게 하는 것이 보다 제조 비용과 같은다른 불리함을 가진다면 양립성 재료로 만들어질 필요가 없다.
상기 막을 위한 티탄 조준기를 사용할때 매우 높은 질의 스퍼티링을 달성하기 위해 고려하는 주요 인자는 스퍼터된 재료와 조준기 필터를 만드는 재료들의 열팽창 계수 사이에 부정합이 없다는 사실이라는 것을 알게 된다. 이리한 열 팽창계수 특성의 일치는 무연고 입자들의 주요 원인들 중 하나, 즉 필터와 막이 열 사이클링을 겪게 됨에 따라 조준 필터위에 증착되는 막의 플래킹 또는 부서짐을 제거한다.
티탄과 질화 티탄 둘다의 열팽창 계수(TCE)는 6.0 이다(이것은 영국 단위 10-6in/in℉ 으로 설명된다). 질화 티탄과의 매우 낮은 부정합은 막의 취성 및 낮은 연성으로 인하여 본질적인 것이다. 보다 큰 연성의, 또는 보다 양호한 부착 특성의 다른 막들은 보다큰 부정합을 허용한다. 예를 들어, 티탄 텅스텐 합금은 3.0의 TCE를 가지지만, 티탄 조준기에 잘 부착된다. 마찬가지로, 13TCE의 알루미늄도 스테인레스강 조준기(9.9TCE)에 잘 부착된다.
티탄은 가스를 흡작하려는 본 발명에 매우 적합한 부가적 특성을 갖는다. 많은 금속을 포함하는 여리 재료들은 진공상태에서 가스를 제거하므로써. 오염된 물질을 상기 공정 챔버내로 도입시킬 수 있다. 가스제거를 촉진시키기 위하여 먼저 그 일부를 구워내므로써 상기의 가스 제거를 조절할 수도 있지만, 종종, 적절한 시간내에 일부를 완전히 구워낸다는 것은 불가능하기 때문에, 그것은 잠재적인 오염 근원지로 남아있게 된다. 더우기, 구워냈다 할지라도, 상기 부문에 대기중에 연속적으로 노출될 경우 다시 오염될 수도 있다. 비록, 로드록(load-locks)이 일반적으로 스퍼터링 장치에 사용되지만, 상기 공정 챔버는, 그럼에도 불구하고, 대기중에 종종 노출될 수도 있다. 이러한 것은 가스제거를 하지 않는 한 티탄과의 문제는 아니다.
지금까지의 티탄 조준 필터와 관련된 설명에 의해, 상기의 재료 양립성 (compatibility)의 원리가 다른 형태의 박막의 스퍼터링에도 동일하게 적용될 수 있는 본 분야의 숙련된 자들에게 명확해질 것이다. 상술된 바와 같이, 외부로부터의 입자 생성은 스텐레스 강철 조준필터를 사용하는 알루미늄의 스퍼터링과의 문제가 아니었다. 그러나, 일반적으로 사용되지 않는 물질과 깨지거나 비연성인 비금속 또는 다른 물질을 스퍼티링하는 경우, 비슷한 문제가 발생되는 것을 예상할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기의 다른 물질들을 포함함으로써 상기 스퍼터링된 박막과의 고도의 양립성을 갖는 조준필터가 사용된다. 특히, 본 발명에 따라 상기 증착된 박막의 열 팽장계수와 밀접한 관련이 있는 열 팽창 계수를 갖는 조준 필터를 사용하는 것이 바람직하다. 더우기, 상기 조준 필터는 스퍼터링된 박막에 관련된 우수한 접착력을 갖는 물질로 만들어져야 한다. 즉, 박막과 조준 필터 사이의 결합력은 상기 시스템의 조작 온도 범위에서 강하다.
상기 새롭고, 개선된 스퍼터링 장치 및 방법은 상술된 설명에 의해 분명하며 , 상세한 특성 실시예에 의해 본 분야와 유사한 것도 분명해졌다. 다음의 특허청구범위의 범주를 벗어나지 않고 일정한 변화 및 수정도 가능하다.
제 1 도는 본 발명을 구체화하는 스퍼터링 장치(sputtering apparatus)의 일실시예의 개략적인 단면도.
제 2 도는 제 1 도의 실시예에 사용되는 입자 조준 필터의 축척의 핑면도.
제 3a 도 및 제 3b 도는 종래의 스퍼터링 방법으로 스텝 코팅(step coating)하는 과정에서 발생하는 몇몇 문제를 보여주는 부분적인 단면도.
제 4a 도 내지 제 4d 도는 서로 상이한 종횡비(aspect ratio)의 조준 필터로작업편의 표면에 도착하는 입자의 각도적인 분산과 압력사이의 상관관계를 도시하는 그래프.
제 5a 도 내지 제 5c 도는 여러가지 제조 단계에서 본 발명의 조준 필터의 일부를 도시하는 개략도.
제 6a 도 내지 제 6d 도는 하부벽 증착율과 홀(hole) 또는 바이어(via)의 종횡비와 조준 필터사이의 관계를 나타내는 그래프.
제 7a 도 및 제 7b 도는 본 발명에 따른 장치와 방법으르 스텝 코팅의 형성을 도시하는, 작업편의 절개 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
16 : 하우징 17 : 스퍼터링 실
18 : 측벽 19, 21 : 플랜지
27 : 스피터링 타겟 41 : 커버
63 : 입자 조준 필터

Claims (21)

  1. 작업편에 막을 증착시키기 위한 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어시,
    진공실과,
    스퍼터링 피복될 작업편을 지지하기 위하여 상기 진공실 내부에 위치된 작업편 지지 수단과,
    상기 작업편위에 막을 형성하기 위하여 사용되는 입자를 상기 진공실로 방출시키며, 피복될 작업편과 일반적으로 마주보는 스퍼터링 수단과,
    상기 스퍼터링 수단으로 부터 방출하여 조준기 수단을 통과하게 되는 입자의각도를 제한하기 위하여 상기 작업편과 스퍼터링 수단 사이에 위치되는 조준기 수단을 포함하며,.
    상기 조준기 수단은 각각의 조준기 셀을 다수 구비하며, 상기 조준기 셀은 작업편의 표면에 수직으로 되어 있으며, 축선과 평행한 셀의 축으르 정렬되며, 또한 상기 조준기 셀은 작업편위에 증착될 재료와 같은 열 팽창 계수를 갖는 재료로이루어지는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    증착될 재료는 비금속인 마그네트론 스퍼터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공실 내부에 위치된 다른 구성품들은 조준기 셀과 동일한 재료로 이루어지는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    증착될 재료는 연성이 없는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    증착될 재료는 취성인 마그네트론 스퍼터링 장치.
  6. 작업편위에 막을 증착시키기 위한 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서.
    진공실과,
    스퍼터링 피복될 작업편을 지시하기 위하여 상기 진공실 내부에 위치되는 작업편 지지 수단과,
    상기 작업편위에 막을 형성하기 위하여 사용되는 입자를 상기 진공실로 방출시키며, 피복될 작업편과 마주보는 스퍼터링 수단과,
    조준기 수단을 통과하는 입자의 각도를 제한하기 위하여 상기 작업편과 스퍼터링 수단사이에 위치하는 조준기 수단을 포함하며,
    상기 조준기 수단은 각각의 조준기 셀을 다수 구비하며, 상기 조준기 셀은 주로 티탄으로 구성되는 재료로 이루어지는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 챔버내의 다른 구성품들은 조준기 셀과 동일한 재료로 이루어지는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 작업편위에 형성되는 막은 질화 티탄인 마그네트론 스퍼터링 장치.
  9. 작업편위에 막을 증착시키기 위한 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서,
    진공실과,
    스퍼터링 피복될 작업편을 지지하기 위하여 상기 진공실 내부에 위치하는 작업편 지지수단과,
    상기 작업편위에 막을 형성하기 위하여 사용되는 입자를 상기 진공실로 방출시키며, 피복될 작업편과 마주보는 스퍼터링 수단과,
    조준기 수단을 통과하는 입자의 각도를 제한하기 위하여 상기 작업편과 스퍼터링 수단사이에 위치하는 조준기 수단을 포함하며,
    상기 조준기 수단은 각각의 동일한 조준기 셀을 다수 구비하며, 상기 조준기셀은 0.5:1 내지 4:1 의 범위내에서 종횡비를 가지며, 상기 스퍼터링 수단은 피복될 작업편상에 마주보며, 상기 스퍼터링 수단은 스퍼터된 입자가 균일하게 방출되는 스퍼터 타겟과 피복될 작업편 보다 더 큰 영역을 가지며, 상기 영역은 스퍼터 타켓의 중앙부를 포함하는 마그네트론 스피터링 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 조준기 수단은 티탄으로 제조되는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 조준기 셀은 티탄 리본(ribbon)의 타출된 조각(stamped piece)으로써 구성되는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 진공실내에 위치된 구성품의 적어도 몇개는 작업편상에 형성될 막과 동일한 열 팽창 계수를 가진 재료로서 제조되는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 구성품이 적어도 한개는 상기 조준 필터인 마그네트론 스퍼터링 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 작업편상에 형성될 상기 막은 질회, 티탄인 마그네트론 스퍼터링 장치.
  15. 작업편위에 비금속 막을 증착시키기 위한 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서,
    진공실과,
    비금속 막으로 스퍼터링 피복될 작업편을 지지하기 위하여 상기 진공실내부에 위치하는 작업편 지지 수단과,
    상기 작업편위에 상기 비금속 막을 형성하기 위하여 사용되는 입자를 상기 진공실로 방출시키며, 피복될 상기 작업편과 대체적으로 마주보는 스퍼터링 수단과,
    조준기 수단을 통과하는 입자의 각도를 제한하기 위하여 상기 작업편과 상기스퍼터링 수단사이에 위치하는 상기 조준기 수단을 포함하며,
    상기 조준기 수단은 상기 비금속 막과 유사한 열팽창 계수를 가지는 재료로구성됨으로써, 상기 조준기 필터의 유용한 수명동안에 상기 진공실내에서 상기 비금속 막의 벗겨짐이 없는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 비금속 박막이 질화 티탄인 마그네트론 스퍼터링 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 비금속 막은 취성인 마그네트론 스퍼터링 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 비금속 막은 연성이 아닌 마그네트론 스퍼터링 장치.
  19. 작업편위에 막을 스퍼터링 피복시기는 방법에 있어서,
    상기 작업편보다 큰 표면적으로 부터 입자를 방출시키는 스퍼터링 소스와 마주보는 관계로 상기 작업편을 진공실내에 위치시키는 단계와,
    상기 스퍼터링 소스로부터 방출된 입자를 상기 작업편과 상기 스퍼터링 소스사이에 위치되고, 상기 작업편상에 증착되는 박막의 열팽창 개수와 동일한 열팽창계수를 가지는 재료로 만들어진 조준기 필터를 통과시키는 단계를 포함하는 스퍼터링 피복 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 조준기 필터는 주로 티탄으로 구성된 재료로 제조되는 스퍼터링 피복방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 작업편 위에 증착되는 막은 질화 티탄인 마그네트론 스퍼터링 피복 방법.
KR1019930027964A 1992-12-16 1993-12-16 조준형증착장치 KR100345253B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US99228592A 1992-12-16 1992-12-16
US992,285 1992-12-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR940016462A KR940016462A (ko) 1994-07-23
KR100345253B1 true KR100345253B1 (ko) 2002-11-23

Family

ID=25538139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019930027964A KR100345253B1 (ko) 1992-12-16 1993-12-16 조준형증착장치

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0606745B1 (ko)
JP (1) JPH07221019A (ko)
KR (1) KR100345253B1 (ko)
CA (1) CA2111536A1 (ko)
DE (1) DE69321095D1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013024915A1 (ko) * 2011-08-17 2013-02-21 삼성전자주식회사 발광 소자의 투과성 전도막 형성을 위한 스퍼터링 장치 및 방법
KR20190109176A (ko) * 2018-03-16 2019-09-25 삼성전자주식회사 콜리메이터, 그를 포함하는 반도체 소자의 제조장치 및 반도체 소자의 제조방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5643428A (en) * 1995-02-01 1997-07-01 Advanced Micro Devices, Inc. Multiple tier collimator system for enhanced step coverage and uniformity
AUPO338396A0 (en) * 1996-11-04 1996-11-28 Sola International Holdings Ltd Sputter coating apparatus
DE10004824B4 (de) * 2000-02-04 2009-06-25 Oc Oerlikon Balzers Ag Verfahren zur Herstellung von Substraten, Magnetronquelle, Sputterbeschichtungskammer und Verwendung des Verfahrens
EP2211367A1 (en) * 2009-01-21 2010-07-28 Applied Materials, Inc. Particle beam device with reduced emission of undesired material
US11017989B2 (en) 2018-03-16 2021-05-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Collimator, fabrication apparatus including the same, and method of fabricating a semiconductor device using the same
CN115572949B (zh) * 2022-09-16 2023-06-16 广州湾区半导体产业集团有限公司 一种双镀源物理气相沉积工艺及多模式物理气相沉积设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6229133A (ja) * 1985-07-31 1987-02-07 Hitachi Ltd スパツタ方法およびその装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4824544A (en) * 1987-10-29 1989-04-25 International Business Machines Corporation Large area cathode lift-off sputter deposition device
US5252194A (en) * 1990-01-26 1993-10-12 Varian Associates, Inc. Rotating sputtering apparatus for selected erosion
EP0440377B1 (en) * 1990-01-29 1998-03-18 Varian Associates, Inc. Collimated deposition apparatus and method
CA2061119C (en) * 1991-04-19 1998-02-03 Pei-Ing P. Lee Method of depositing conductors in high aspect ratio apertures
JP2725944B2 (ja) * 1991-04-19 1998-03-11 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション 金属層堆積方法
US5223108A (en) * 1991-12-30 1993-06-29 Materials Research Corporation Extended lifetime collimator

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6229133A (ja) * 1985-07-31 1987-02-07 Hitachi Ltd スパツタ方法およびその装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013024915A1 (ko) * 2011-08-17 2013-02-21 삼성전자주식회사 발광 소자의 투과성 전도막 형성을 위한 스퍼터링 장치 및 방법
KR20190109176A (ko) * 2018-03-16 2019-09-25 삼성전자주식회사 콜리메이터, 그를 포함하는 반도체 소자의 제조장치 및 반도체 소자의 제조방법
KR102647861B1 (ko) * 2018-03-16 2024-03-18 삼성전자주식회사 콜리메이터, 그를 포함하는 반도체 소자의 제조장치 및 반도체 소자의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR940016462A (ko) 1994-07-23
DE69321095D1 (de) 1998-10-22
JPH07221019A (ja) 1995-08-18
EP0606745A1 (en) 1994-07-20
CA2111536A1 (en) 1994-06-17
EP0606745B1 (en) 1998-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5584973A (en) Processing apparatus with an invertible collimator and a processing method therefor
US5330628A (en) Collimated deposition apparatus and method
US6562200B2 (en) Thin-film formation system and thin-film formation process
US5650052A (en) Variable cell size collimator
US20090308739A1 (en) Wafer processing deposition shielding components
KR101968691B1 (ko) Ｐｖｄ 챔버용 스퍼터링 타겟
KR102186535B1 (ko) 웨이퍼 프로세싱 증착 차폐 부품
EP0148470A2 (en) Planar magnetron sputtering with modified field configuration
JP3868020B2 (ja) 遠距離スパッタ装置及び遠距離スパッタ方法
US5635036A (en) Collimated deposition apparatus and method
GB2296505A (en) Reactive sputtering system for depositing titanium nitride
KR100345253B1 (ko) 조준형증착장치
TWM592875U (zh) Pvd濺射沉積腔室中的傾斜磁控管
US6521106B1 (en) Collimated deposition apparatus
KR20210049946A (ko) 가스 분배 조립체들 및 그 동작
US6248223B1 (en) Sputtering apparatus
JP3573218B2 (ja) 薄膜製造方法
WO2020126175A1 (en) Vacuum system and method to deposit a compound layer
US3616449A (en) Sputtering anode
US20200241409A1 (en) Physical Vapor Deposition Target Assembly
CN108893719B (zh) 一种靶材悬挂机构及离子溅射镀膜设备
JPS60131967A (ja) スパツタ方法
TW202426673A (zh) 用於在基板上沉積材料之系統與方法
TW202436650A (zh) 用於在通孔內沉積材料的裝置和方法
CN115449762A (zh) 一种用于磁控溅射设备的准直器及磁控溅射设备

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20060705

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee