KR100546154B1 - 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치 및 그를 이용한 스퍼터링 장치 - Google Patents

스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치 및 그를 이용한 스퍼터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페데스탈을 적용하고 커버링의 구조를 개선시켜서 비 클램프 방식과 클램프 방식의 공정에 호환이 가능하면서 웨이퍼의 저온 스퍼터링 공정에 적합하고 챔버 벽면에 증착되는 것을 방지하는 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치를 개시하며, 이를 위하여 본 발명은 히팅 블록, 상기 히팅 블록 상부에 착탈식으로 조립되며 웨이퍼가 안착되는 페데스탈, 상기 페데스탈의 직경과 동일하거나 큰 내경을 가지며, 상기 페데스탈의 상측부에 설치되는 쉴드 커버, 및 상기 쉴드 커버의 내경을 이루는 단부의 상측에 걸려서 설치되고, 환형으로써 소정 폭을 갖는 커버 링을 구비한다.

Description

스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치 및 그를 이용한 스퍼터링 장치{Wafer loading apparatus of sputtering chamber and sputtering device having the same}
도 1은 종래의 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치를 나타내는 측면도
도 2는 본 발명에 따른 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치의 실시예를 나타내는 분해 사시도
도 3은 본 발명에 따른 실시예의 조립 상태를 도시한 측면도
도 4a는 도 2의 커버링(26)의 측단면도
도 4b는 도 2의 커버링(26)의 내측 연장부의 형상을 도시한 평면도
도 5는 도 2의 페데스탈(22)의 Ⅴ-Ⅴ 부분에 대응되는 단면도
도 6은 스페이서(64)의 구성을 도시한 측면도이다.
도 7은 2 스텝 Al 매립 공정을 진행하기 위한 스퍼터링 챔버의 실시예를 나타내는 구성도
본 발명은 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치 및 그를 이용한 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 페데스탈을 적용하고 커버링의 구조를 개선시켜서 비 클램프 방식과 클램프 방식의 공정에 호환이 가능하면서 웨이퍼의 저온 스퍼터링 공정에 적합하고 챔버 벽면에 증착되는 것을 방지한 것이다.
스퍼터링 공정은 반도체 칩을 제작하는 과정에서 웨이퍼에 박막을 증착하는데 이용되며, 통상적인 스퍼터링 공정은 상부에 타겟을 설치하여 하부에 웨이퍼를 로딩시킨 상태에서 진행된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 챔버에서 웨이퍼는 히팅 블록(10)의 상부에 안착되며, 클램프(미도시)에 의하여 웨이퍼가 클램핑되고, 이 상태에서 공정이 진행된다. 웨이퍼가 클램핑된 상부(14)에는 측면의 쉴드 커버(shield cover)(12)에 얹히는 커버 링(14)이 배치된다.
상기한 바와 같은 종래의 스퍼터링 챔버에서 웨이퍼가 클램핑될 때 웨이퍼 후면 즉 히팅 블럭(10)의 상면에서 아르곤이 분출되며, 이때 웨이퍼가 이탈되지 않도록 클램프는 웨이퍼를 직접 클램핑한다.
이때, 클램프는 무게가 약 1.8㎏ 내지 3㎏ 정도이며, 그에 따라 클램핑이 이루어지는 웨이퍼의 변부에는 긁힘이나 파손이 발생되는 경우가 많다.
또한, 웨이퍼 후면에 아르곤으로 열을 전달하여 알루미늄(Al)의 녹는점을 이용한 매립 방식은 반드시 클램프를 사용해야되는 문제점이 있으며, 이 경우 웨이퍼에 전달되는 온도의 균일도도 순간적인 가스의 턴온으로 인해서 불량한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 저온 스퍼터링 공정을 진행함에 있어서 웨이퍼를 클램핑하 지 않고 공정을 진행시켜서 웨이퍼의 손상을 방지함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 클램프 방식과 비 클램프 방식의 스퍼터링 공정을 동일한 챔버에서 진행할 수 있도록 구성하여, 비 클램프 타입을 적용한 공정을 진행한 후 클램프 타입으로 챔버를 손쉽게 복원시킬수 있도록 함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 비 클램프 방식으로 Al 매립 공정을 진행하되, 고온의 아르곤 가스와 저온의 아르곤가스를 사용하여 웨이퍼의 전면에 균일하게 열전달이 이루어지게 함에 있다.
본 발명에 따른 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치는, 히팅 블록, 상기 히팅 블록 상부에 착탈식으로 조립되며 웨이퍼가 안착되는 페데스탈, 상기 페데스탈의 직경과 동일하거나 큰 내경을 가지며, 상기 페데스탈의 상측부에 설치되는 쉴드 커버, 및 상기 쉴드 커버의 내경을 이루는 단부의 상측에 걸려서 설치되고, 환형으로써 소정 폭을 갖는 커버 링을 구비한다.
그리고, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는, 상기한 웨이퍼 로딩 장치를 구비하는 스퍼터링 챔버 및 상기 스퍼터링 챔버로 고온의 아르곤 가스를 공급하는 고온 아르곤 공급 수단; 및 상기 스퍼터링 챔버로 저온의 아르곤 가스를 공급하는 저온 아르곤 공급 수단을 구비함으로써, 상기 저온의 아르곤 공급 상태에서 알루미늄 콘택 홀 매립을 진행하고, 상기 고온의 아르곤 공급 상태에서 고온을 전달받은 알루미늄을 흐르게 하여 매립을 진행한다.
이하, 본 발명에 따른 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치의 바람직한 실시예 에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명은 클램프 방식과 비 클램프 방식의 공정을 동일한 챔버에서 진행할 수 있으며, 비 클램프 방식의 공정을 진행하기 위하여 도 2 및 도 3에 예시된 부품들이 조립된다.
도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따르면 히팅 블럭(20) 상에 착탈식으로 페데스탈(22)이 조립되고, 페데스탈(22) 상부에 커버 링(26)이 배치된다. 커버링(26)은 페데스탈(22)의 상측부에 배치되는 쉴드 커버(24)에 얹히도록 구성되며, 쉴드 커버(24)의 내경은 페데스탈(22)의 직경과 같거나 크도록 설계됨이 바람직하다.
커버 링(26)은 일정한 폭을 갖는 환형체로써 내측 주연부에 복수 개의 연장부(28)가 일정한 간격으로 형성된다. 각 연장부(28)는 후술되는 히팅 블럭(20)과 페데스탈(22)을 관통하여 리프트 핀(미도시)이 상부로 돌출되는 영역을 커버하여 이 부분의 박막 증착을 방지하기 위한 것이다.
그리고, 커버링(26)의 외측 주연부는 하부로 꺽여진 형상을 가지며, 꺽여진 단부의 내경은 도 3과 같이 쉴드 커버(24)의 모서리 돌출부가 커버링(26)의 꺽여진 단부 내측에 삽입되어 걸릴수 있는 정도의 직경을 가짐이 바람직하다.
여기에서, 커버 링(26)은 도 4a와 같이 꺽이거나 도 4b와 같이 모서리진 부분이 모두 라운딩 처리된다. 이는 스퍼티링 공정에서 커버 링(26)의 특정 부분으로 전자가 몰려서 증착의 균일도가 저하되는 현상을 방지하기 위한 것이다.
한편, 히팅 블럭(20)의 상면에는 센터를 정하기 위한 관통구(30) 또는 소정 위치에 아르곤 가스를 배출하기 위한 배출구(32) 및 리프트핀이 돌출되는 돌출구(34)가 형성될 수 있다.
페데스탈(22)은 히팅 블럭(20)과 조립을 위하여 도 5와 같이 센터의 관통구(30)에 끼워질 수 있는 돌기(40), 아르곤 가스를 배출하는 배출구(32)에 끼워질 수 있는 돌기(42, 44)가 저면에 형성될 수 있고, 리프트 핀이 돌출되는 돌출구(34)에 대응되는 위치에 리프트 핀의 업/다운을 위한 관통구(48)가 형성된다.
그리고, 페데스탈(22)의 상면에는 웨이퍼가 안착되게 주연부보다 높이가 낮게 단차진 기저면(50)이 형성되고, 단차진 측면은 경사지게 형성됨으로써 페데스탈(22) 상면의 기저면(50)에 정확히 웨이퍼가 로딩되게 조정될 수 있다.
그리고, 페데스탈(22)의 주연부 상면의 단차진 측면에 인접하게 돌기(46)가 형성되어서 로딩되는 웨이퍼가 이탈되는 것을 방지한다. 이때 웨이퍼가 안착될 때 웨이퍼의 변부와 돌기(46) 간의 이격 간격은 1㎜ 내지 3㎜ 정도로 설정됨이 바람직하다.
그리고, 페데스탈(22)의 주연부의 하부에는 꺽여진 형상을 가지며, 주연부의 하부 꺽여진 단부의 내경에는 히팅 블럭(20)이 삽입된다.
상기한 돌기들(40, 42, 44)과 광통구(30) 및 배출구(32)의 결합과, 페데스탈(22) 하부 내경에 히팅 블럭(20)이 삽입됨으로써 페데스탈(22)의 유동이 방지된 상태로 조립되고, 상기한 조립 상태를 더욱 견고히 하기 위하여 별도의 클램핑 장치가 부가될 수 있다.
상기한 바와 같은 도 2에 도시된 부품들이 조립되면 도 3과 같이 결합되며, 이때 클램프 방식에서 사용되지 않는 페데스탈(22)이 적용됨에 따라서 리프트핀이 상승되는 위치의 조정이 필요하다.
이를 위하여 도 6과 같이 리프트 핀을 구동하는 피스톤 구동체(60)와 피스톤 로드(62) 사이에 스페이서(64)를 삽입하여 구성할 수 있으며, 스페이서(64)에 의하여 리프트 핀은 페데스탈(22)이 적용된 높이만큼 상승 위치가 상향 조정된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시예로써 스퍼터링 공정은 동일한 챔버에서 클램핑 방식과 비 클램핑 방식의 공정을 각각 진행할 수 있다.
비 클램핑 방식의 공정을 진행을 위하여 도 2의 부품들이 도 3과 같이 조립되며, 그에 따라서 웨이퍼는 클램핑되지 않으며, 커버 링(26)은 웨이퍼 슬라이딩시 웨이퍼의 이격을 방지하면서 증착시 쉴드 커버(24) 틈 사이로 증착 물질이 챔버 내벽에 증착되지 않도록 한다.
그리고, 커버 링(26)은 상술한 바와 같이 구조적으로 전자의 몰림을 분산시켜서 박막의 증착 균일도를 양호한 상태로 유도한다.
그리고, 페데스탈(22)은 저온 공정을 진행하기 위한 적정한 온도로 히팅되는 히팅 블럭의 열을 전달하면서 아르곤 가스를 사용하지 않고 웨이퍼가 상부로 로딩된다.
따라서, 웨이퍼는 페데스탈(22) 상에 안착되고, 로딩된 상태 유지를 위한 클램핑이 발생되지 않으므로 스크래칭이나 파손에 따른 손상이 발생되지 않는다.
또한, 상기한 실시예를 이용한 비 클램프 방식으로 웨이퍼의 Al 매립 공정이 진행될 수 있으며, 이 경우 Al 매립을 위하여 고온의 아르곤 가스와 저온의 아르곤 가스가 웨이퍼의 전면으로 공급되어 균일한 열전달이 이루어지도록 도 7과 같이 스퍼터링 챔버가 구성된다.
즉, 스퍼터링 챔버(100)는 상술한 실시예와 같은 비 클램프 방식으로 구현되고, 유량 제어기(102)와 밸브(104)가 설치된 배관(106)을 통하여 아르곤이 공급되며, 배관(106)을 통하여 공급된 아르곤은 배관 단부(106)의 히팅 자켓(Heating Jaket)에서 고온으로 가열되어 스퍼터링 챔버(100) 내부로 공급된다. 그리고, 유량 제어기(110)와 밸브(112)가 설치된 배관(114)을 통하여 저온의 아르곤이 스퍼터링 챔버(100) 내부로 공급된다.
스퍼터링 챔버(100) 내부로 공급된 고온 또는 저온의 아르곤은 웨이퍼의 전면으로 고온 또는 저온의 열을 전달한다.
그러므로, Al 플러그를 형성하기 위한 매립 공정에서 저온의 아르곤을 공급하는 상태에서 웨이퍼의 컨택 홀에 먼저 Al의 매립이 이루어지고, 그 후 고온의 아르곤을 공급하면 Al의 녹는 점에 의하여 Al이 흘러서 비아(Via) 발생없이 양호한 상태로 컨택 홀이 매립될 수 있다.
이때 웨이퍼 전면으로 아르곤에 의한 고온 또는 저온의 열이 균일하게 공급될 수 있으며, 순간적인 가열 등에 의한 웨이퍼 영향이 최소화될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 동일한 스퍼터링 챔버로써 클램프 방식과 비 클램프 방식의 공정이 같이 진행될 수 있다.
그리고, 비 클램프 방식을 적용함에 따라서 웨이퍼의 손상에 따른 수율 저하 가 방지되는 효과가 있다.
또한, 비 클램프 방식에서 부품들의 신규 적용 및 개선 적용함에 따라서 박막의 균일도가 개선될 수 있는 효과가 있다.
또한, 비 클램프 방식으로 Al 매립 공정이 진행될 수 있으며, 그에 따라 매립 특성이 개선되는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 웨이퍼를 가열하기 위한 히팅 블록;
    상기 히팅 블록 상부에 착탈식으로 조립되며 웨이퍼가 안착되는 페데스탈;
    상기 페데스탈의 직경과 동일하거나 큰 내경을 가지며, 상기 페데스탈의 상측부에 설치되는 쉴드 커버;
    상기 쉴드 커버의 내경을 이루는 단부의 상측에 걸려서 설치되고, 환형으로써 소정 폭을 갖는 커버 링을 구비함을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 페데스탈은 상기 히팅 블럭의 직경보다 큰 내경을 갖도록 주연부 하측이 꺽여진 단부를 가지며, 상면에 웨이퍼와 대응되는 면적의 기저면이 형성되고, 상기 기저면과 상기 상면의 단차진 면은 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 페데스탈의 상기 주연부 상면에 안착된 웨이퍼와 1㎜ 내지 3㎜의 이격 간격을 갖는 돌기가 복수 개 형성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 페데스탈의 저면에 상기 히팅 블럭의 센터 관통구와 결합되는 제 1 돌기와 상기 히팅 블럭의 아르곤 가스를 배출하는 배출구에 끼워질 수 있는 제 2 돌기들 중 최소한 하나 이상 형성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 페데스탈은 상기 히팅 블록 상면으로 업/다운되는 리프트 핀을 위한 복수 개의 관통구가 형성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 링은 내경을 이루는 내측으로 상기 히팅 블록의 상면으로 업/다운되는 리프트 핀 영역에 대응하여 연장부가 형성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 페데스탈의 높이에 대응하여 상기 히팅 블록의 상면으로 업/다운되는 리프트 핀의 높이를 조절하기 위하여 상기 리프트 핀을 구동하는 피스톤 구동체와 피스톤 로드 사이에 스페이서가 삽입하여 구성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버의 웨이퍼 로딩 장치.
  8. 청구항 1의 웨이퍼 로딩 장치를 구비하는 스퍼터링 챔버; 및
    상기 스퍼터링 챔버로 고온의 아르곤 가스를 공급하는 고온 아르곤 공급 수단; 및
    상기 스퍼터링 챔버로 저온의 아르곤 가스를 공급하는 저온 아르곤 공급 수단을 구비함으로써,
    상기 저온의 아르곤 공급 상태에서 알루미늄 콘택 홀 매립을 진행하고, 상기 고온의 아르곤 공급 상태에서 고온을 전달받은 알루미늄을 흐르게 하여 매립을 진행함을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 페데스탈은 상기 히팅 블럭의 직경보다 큰 내경을 갖도록 주연부 하측이 꺽여진 단부를 가지며, 상면에 웨이퍼와 대응되는 면적의 기저면이 형성되고, 상기 기저면과 상기 상면의 단차진 면은 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 페데스탈의 상기 주연부 상면에 안착된 웨이퍼와 1㎜ 내지 3㎜의 이격 간격을 갖는 돌기가 복수 개 형성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 페데스탈의 저면에 상기 히팅 블럭의 센터 관통구와 결합되는 제 1 돌기와 상기 히팅 블럭의 아르곤 가스를 배출하는 배출구에 끼워질 수 있는 제 2 돌기들 중 최소한 하나 이상 형성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 페데스탈은 상기 히팅 블록 상면으로 업/다운되는 리프트 핀을 위한 복수 개의 관통구가 형성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 커버 링은 내경을 이루는 내측으로 상기 히팅 블록의 상면으로 업/다운되는 리프트 핀 영역에 대응하여 연장부가 형성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 페데스탈의 높이에 대응하여 상기 히팅 블록의 상면으로 업/다운되는 리프트 핀의 높이를 조절하기 위하여 상기 리프트 핀을 구동하는 피스톤 구동체와 피스톤 로드 사이에 스페이서가 삽입하여 구성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
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