KR100591450B1 - Sputtering device with three-dimensional shield structure - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 장치의 실드구조에 관한 것으로서, 밀폐된 공간을 형성하는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내부에 설치되어 있는 웨이퍼; 상기 진공 챔버 내부의 상부에 위치하며, 상기 웨이퍼에 증착할 물질로 이루어진 타겟: 상기 진공 챔버 내에 장착되어 금속막 형성을 위하여 상기 타겟으로부터 금속입자가 스퍼터링될 때에 상기 웨이퍼 이외의 다른 부위에 증착되지 않도록 방지하며, 설치 각도를 직각이 아닌 입체형으로 형성한 실드를 포함하여 이루어지며,The present invention relates to a shield structure of a sputtering apparatus, comprising: a vacuum chamber forming a closed space; A wafer installed in the vacuum chamber; A target made of a material to be deposited on the wafer, the target being located in the vacuum chamber: mounted in the vacuum chamber so that the metal particles are not sputtered from the target when sputtered from the target to form a metal film It is made to include a shield formed in a three-dimensional shape rather than a right angle,

스퍼터링을 위한 반응기 내부에서의 가스 이온 충돌에 의한 타겟 원소의 스퍼터링 효과를 높이고 실드에 증착되는 타겟 물질의 양을 증대시키기 위해 종래의 실드 구조를 입체형으로 개선함으로써 타겟의 표면에 충돌하는 가스 이온의 수와 스퍼터링되는 타겟 물질의 방사량을 증가시켜 증착 속도를 향상시키고 실드의 내측 면적을 증대시켜 실드에 맞고 반사되어 나가는 타겟 물질의 입자를 감소시켜 웨이퍼 이외의 다른 부위에 대한 타겟 물질의 증착을 방지하여 파티클 형성 원인을 제거함으로써 생산성을 향상시키고 웨이퍼에 증착되는 타겟 물질의 속도와 균일성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.The number of gas ions impinging on the surface of the target by three-dimensionally improving the conventional shield structure to increase the sputtering effect of the target element by gas ion collisions inside the reactor for sputtering and to increase the amount of target material deposited on the shield. To increase the radiation rate of the target material being sputtered and to improve the deposition rate, and to increase the inner area of the shield to reduce the particles of the target material to fit and reflect to the shield, thus preventing the deposition of the target material on other parts of the wafer. By eliminating the cause of formation, the effect of improving productivity and improving the speed and uniformity of the target material deposited on the wafer can be obtained.

스퍼터링, 실드, 타겟, 웨이퍼 Sputtering, Shield, Target, Wafer

Description

입체형 실드 구조를 가지는 스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS HAVING A SOLID SHIELD STRUCTUREL}Sputtering apparatus having a three-dimensional shield structure {SPUTTERING APPARATUS HAVING A SOLID SHIELD STRUCTUREL}

도 1은 종래의 스퍼터링 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional sputtering apparatus.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입체형 실드 구조를 가지는 스퍼터링 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the configuration of a sputtering apparatus having a three-dimensional shield structure according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>           <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

3 : 웨이퍼 5 : 타겟3: wafer 5: target

10 : 실드 20 : 진공 챔버10 shield 20 vacuum chamber

본 발명은 반도체 제조공정 중의 금속막 증착 공정에 사용되는 스퍼터링(sputtring) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공 챔버 내에 장착되어 웨이퍼 이외의 다른 부위에 타겟 물질이 증착되지 않도록 하는 입체형 실드(shield) 구조를 가지는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus used in a metal film deposition process in a semiconductor manufacturing process, and more particularly, to a three-dimensional shield that is mounted in a vacuum chamber so that a target material is not deposited on a portion other than a wafer. A sputtering device having a structure.

일반적으로, 스퍼터링이라 함은 반응기 내부에서 이온화된 가스가 음전압이 걸린 타겟(target)에 충돌하여 타겟 물질이 원자 또는 분자 단위로 분해되어 방사 됨으로써 기판에 증착되는 것을 말한다.In general, sputtering refers to deposition of a target material on a substrate by decomposing and radiating target material into atoms or molecules by colliding an ionized gas in a reactor with a negative voltage.

이러한 스퍼터링을 이용한 스퍼터링 장치는 진공용기 내에서 가스를 방전시키고, 이 때 생긴 이온으로 전극을 스퍼터링하여 전극 맞은 편에 위치한 기판에 스퍼터링된 금속 입자를 퇴적시켜 박막을 형성시키는 장치이다.The sputtering apparatus using sputtering is a device for discharging gas in a vacuum vessel, sputtering the electrode with ions generated at this time, and depositing sputtered metal particles on a substrate located opposite the electrode to form a thin film.

퇴적률 또는 속도는 타겟의 표면에 입사하는 이온의 수와 각 이온의 스퍼터링 효율에 의존한다.The deposition rate or velocity depends on the number of ions entering the surface of the target and the sputtering efficiency of each ion.

도 1은 종래의 스퍼터링 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional sputtering apparatus.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 스퍼터링 장치는, 밀폐된 공간을 형성하는 진공 챔버(20); 상기 진공 챔버(20) 내부에 설치되어 있는 웨이퍼(3); 상기 진공 챔버(20) 내부의 상부에 위치하며, 상기 웨이퍼(3)에 적층할 물질로 이루어진 타겟(5): 상기 진공 챔버(20) 내에 장착되어 금속막 형성을 위하여 상기 타겟(5)으로부터 금속입자가 스퍼터링될 때에 상기 웨이퍼(3) 이외의 다른 부위에 증착되지 않도록 방지하는 실드(7)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, a conventional sputtering apparatus includes a vacuum chamber 20 forming a closed space; A wafer (3) installed in the vacuum chamber (20); A target 5 located above the inside of the vacuum chamber 20 and made of a material to be stacked on the wafer 3: mounted in the vacuum chamber 20 to form a metal film from the target 5. It comprises a shield 7 which prevents the particles from being deposited on a site other than the wafer 3 when sputtered.

상기와 같이 구성된 종래의 스퍼터링 장치의 작용은 다음과 같다.The operation of the conventional sputtering device configured as described above is as follows.

진공 챔버(20)의 내부를 스퍼터링 공정에 적합한 진공상태로 유지하면서 증착물질의 특성에 영향을 주지 않는 아르곤(Ar) 가스와 같은 불활성 가스를 진공 챔버(20)에 공급한다.An inert gas such as argon (Ar) gas that does not affect the properties of the deposition material is supplied to the vacuum chamber 20 while maintaining the interior of the vacuum chamber 20 in a vacuum suitable for the sputtering process.

이렇게 공급된 불활성 가스(Ar)는 진공 챔버(20) 내부의 전극판에 의해 플라즈마 상태인 양이온(Ar+)으로 형성되고, 이렇게 형성된 양이온(Ar+)은 음극 전하가 인가되는 타겟(5)으로 이동하여 충돌하게 된다.The inert gas Ar supplied as described above is formed of a cation Ar + in a plasma state by an electrode plate inside the vacuum chamber 20, and the cation Ar + thus formed moves to a target 5 to which a cathode charge is applied. Will crash.

상기와 같이 높은 운동 에너지를 갖는 양이온(Ar+)이 타겟(5)과 충돌하게 되면, 금속 재질의 타겟(5) 물질이 떼어져 나와 진공 챔버 내부에 대해 선택성 없이 퍼지게 된다.When the cation (Ar +) having a high kinetic energy collides with the target 5 as described above, the material of the metal target 5 is released and spreads without selectivity to the inside of the vacuum chamber.

이러한 증착 과정에서 금속 입자가 웨이퍼(3) 위에 증착되지 않고 진공 챔버(20)의 다른 부위에 증착되는 것을 방지하기 위해 실드(7)를 설치한다.In this deposition process, a shield 7 is installed to prevent metal particles from being deposited on the other part of the vacuum chamber 20 without being deposited on the wafer 3.

그러나, 이러한 종래의 스퍼터링 장치에 있어서의 실드(7) 형태는 단순한 직각으로 이루어진 사각형상 구조로 되어 있기 때문에 그 내측면의 표면적이 적다.However, since the shield 7 form in such a conventional sputtering apparatus has a rectangular structure with a simple right angle, the surface area of the inner surface is small.

이로써, 스퍼터링 공정의 진행 횟수와 진행시간이 많아짐에 따라 실드(7)에 맞고 반사되어 나가는 금속 입자들이 증가하지만 실드(7)의 내측면에 증착되는, 타겟(5) 물질들의 증착량을 증가시키기는 어려워진다.Thereby, as the number of times and duration of the sputtering process increases, the amount of metal particles hitting and reflecting on the shield 7 increases but the amount of deposition of the target 5 materials deposited on the inner surface of the shield 7 increases. Becomes difficult.

이러한 타겟(5) 물질들이 실드(7)에 증착되지 못함으로써 금속 파티클이 발생하여 생산성을 저하시킨다.Since these target 5 materials are not deposited on the shield 7, metal particles are generated to lower productivity.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 스퍼터링 장치에서 단순한 직각으로 이루어진 사각형상 실드 구조의 설치 각도를 기존 보다 크게하여 내측 면적을 증대시킨 입체형 실드 구조로 개선하여 타겟판 표면에 충돌하는 가스 이온의 수와 스퍼터링되는 타겟 물질의 방사량을 증가시켜 증착 속도를 향상시키고 실드의 내측 면적을 증대시켜 실드에 맞고 반사되어 나가는 타겟 물질의 입자를 감소시켜 웨이퍼 이외의 부분에 대한 타겟 물질의 증착을 방지하여 파티클 형성 원인을 제거함으로써 생산성을 향상시키고 웨이퍼에 증착되는 타겟 물질의 속도와 균일성을 향상시킬 수 있는 입체형 실드 구조를 스퍼터링 장치에 제공하는데 있다.The present invention is to solve such a conventional problem, the object of the present invention is to improve the three-dimensional shield structure to increase the inner area by increasing the installation angle of the rectangular shield structure made of a simple right angle in the conventional sputtering device than conventional To increase the number of gas ions impinging on the surface of the target plate and the amount of radiation of the target material sputtered, thereby improving the deposition rate and increasing the inner area of the shield to reduce particles of the target material that hit the shield and are reflected off. The present invention provides a sputtering apparatus with a three-dimensional shield structure capable of preventing the deposition of a target material on the substrate to remove particles, thereby improving productivity and improving the speed and uniformity of the target material deposited on the wafer.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 밀폐된 공간을 형성하는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내부에 설치되어 있는 웨이퍼; 상기 진공 챔버 내부에 위치하며, 상기 웨이퍼에 증착할 물질로 이루어진 타겟: 상기 진공 챔버 내에 장착되어 금속막 형성을 위하여 상기 타겟으로부터 금속입자가 스퍼터링될 때에 상기 웨이퍼 이외의 다른 부위에 증착되지 않도록 방지하며, 설치 각도를 직각이 아닌 입체형으로 형성한 실드를 포함하여 이루어진다.The configuration of the present invention for achieving the above object, the vacuum chamber to form a closed space; A wafer installed in the vacuum chamber; A target made of a material to be deposited on the wafer, the target being located in the vacuum chamber: mounted in the vacuum chamber to prevent metal particles from being sputtered from the target to form a metal film to be deposited on a portion other than the wafer; It comprises a shield formed in three dimensions rather than a right angle of the installation angle.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to describe in detail enough to enable those skilled in the art to easily carry out the present invention. . Other objects, features, and operational advantages, including the object, operation, and effect of the present invention will become more apparent from the description of the preferred embodiment.

참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.For reference, the embodiments disclosed herein are only presented to select the most preferred embodiment in order to help those skilled in the art from the various possible examples, various changes and additions and changes within the scope without departing from the spirit of the invention It goes without saying that this is possible, of course, and other equivalent embodiments are possible.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입체형 실드 구조를 가지는 스퍼터링 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the configuration of a sputtering apparatus having a three-dimensional shield structure according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 입체형 실드 구조를 가지는 스퍼터링 장치의 구성은, 도 2에 도시된 바와 같이, 밀폐된 공간을 형성하는 진공 챔버(20); 상기 진공 챔버(20) 내부에 설치되어 있는 웨이퍼(3); 상기 진공 챔버(20) 내부의 상부에 위치하며, 상기 웨이퍼(3)에 증착할 물질로 이루어진 타겟(5): 상기 진공 챔버(20) 내에 장착되어 금속막 형성을 위하여 상기 타겟(5)으로부터 금속입자가 스퍼터링될 때에 상기 웨이퍼(3) 이외의 다른 부위에 증착되지 않도록 방지하며, 설치 각도를 직각이 아닌 입체형으로 형성한 실드(10)를 포함하여 이루어진다.The configuration of the sputtering apparatus having a three-dimensional shield structure according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 2, the vacuum chamber 20 to form a closed space; A wafer (3) installed in the vacuum chamber (20); A target 5 located above the inside of the vacuum chamber 20 and formed of a material to be deposited on the wafer 3: mounted in the vacuum chamber 20 to form a metal film from the target 5. When the particles are sputtered, the shield 10 is prevented from being deposited on portions other than the wafer 3, and the shield 10 is formed in a three-dimensional shape rather than a right angle.

상기 실드(10)의 설치 각도는 둔각으로 하는 것을 특징으로 한다.The installation angle of the shield 10 is characterized in that the obtuse angle.

상기한 구성에 의한 본 발명의 실시예에 의한 입체형 실드(10) 구조를 가지는 스퍼터링 장치의 작용을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the sputtering apparatus having a three-dimensional shield 10 structure according to an embodiment of the present invention by the above configuration in detail as follows.

진공 챔버(20)의 내부를 스퍼터링 공정에 적합한 진공상태로 유지하면서 증착물질의 특성에 영향을 주지 않는 아르곤(Ar) 가스와 같은 불활성 가스를 진공 챔버(20)에 공급한다.An inert gas such as argon (Ar) gas that does not affect the properties of the deposition material is supplied to the vacuum chamber 20 while maintaining the interior of the vacuum chamber 20 in a vacuum suitable for the sputtering process.

이렇게 공급된 불활성 가스(Ar)는 진공 챔버(20) 내부의 전극판에 의해 플라즈마 상태인 양이온(Ar+)으로 형성되고, 이렇게 형성된 양이온(Ar+)은 음극 전하가 인가되는 타겟(5)으로 이동하여 충돌하게 된다.The inert gas Ar supplied as described above is formed of a cation Ar + in a plasma state by an electrode plate inside the vacuum chamber 20, and the cation Ar + thus formed moves to a target 5 to which a cathode charge is applied. Will crash.

상기와 같이 높은 운동 에너지를 갖는 양이온(Ar+)이 타겟(5)과 충돌하게 되면, 금속 재질의 타겟(5) 물질이 떼어져 나와 진공 챔버(20) 내부에 대해 선택성 없이 퍼지게 된다.When the cation Ar + having the high kinetic energy collides with the target 5 as described above, the material of the metal target 5 is released and spreads without selectivity to the inside of the vacuum chamber 20.

이러한 증착 과정에서 단순한 직각 보다 설치 각도를 크게하여 내측 면적을 증대시킨 입체형 실드(10)를 사용함으로써 타겟(5)의 표면에 충돌하는 가스 이온의 수와 스퍼터링되는 타겟(5) 물질의 방사량을 증가시켜 증착 속도를 향상시키고 실드(10)의 내측 면적을 증대시켜 실드(10)에 맞고 반사되어 나가는 타겟(5) 물질의 입자를 감소시켜 웨이퍼(3) 이외의 부분에 대한 타겟(5) 물질의 증착을 방지하여 파티클 형성 원인을 제거함으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.In this deposition process, the use of the three-dimensional shield 10 which increases the inner area by increasing the installation angle rather than a simple right angle increases the number of gas ions colliding with the surface of the target 5 and the radiation amount of the sputtered target 5 material. To increase the deposition rate and increase the inner area of the shield 10 to reduce the particles of the target 5 material that are matched to and reflected from the shield 10 so as to reduce the amount of the target 5 material to a portion other than the wafer 3. Productivity can be improved by preventing deposition to eliminate the source of particle formation.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 입체형 실드 구조를 가지는 스퍼터링 장치는 스퍼터링을 위한 반응기 내부에서의 가스 이온 충돌에 의한 타겟 원소의 스퍼터링 효과를 높이고 실드에 증착되는 타겟 물질의 양을 증대시키기 위해 종래의 스퍼터링 장치의 실드 구조를 평면이 아닌 각도를 주어 내측 면적을 증대시킨 입체형 실드 구조로 개선함으로써 타겟의 표면에 충돌하는 가스 이온의 수와 스퍼터링되는 타겟 물질의 방사량을 증가시켜 증착 속도를 향상시키고 실드의 내측 면적을 증대시켜 실드에 맞고 반사되어 나가는 타겟 물질의 입자를 감소시켜 웨이퍼 이외의 다른 부위에 대한 타겟 물질의 증착을 방지하여 파티클 형성 원인을 제거함으로써 생산성을 향상시키고 웨이퍼에 증착되는 타겟 물질의 속도와 균일성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.As described above, the sputtering apparatus having a three-dimensional shield structure according to an embodiment of the present invention increases the sputtering effect of the target element due to gas ion collision inside the reactor for sputtering and increases the amount of the target material deposited on the shield. In order to improve the shield structure of the conventional sputtering apparatus to a three-dimensional shield structure having an inner surface area at an angle rather than a plane, the deposition rate is increased by increasing the number of gas ions colliding with the surface of the target and the radiation amount of the sputtered target material Improves productivity by removing particles from sources of particles other than the wafer by eliminating particles of the target material to other parts of the wafer, thereby improving productivity by increasing the inner area of the shield and reducing the particles of the target material that hit and reflect the shield. To improve the speed and uniformity of the target material The effect can be obtained.

Claims (2)

밀폐된 공간을 형성하는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내부에 설치되어 있는 웨이퍼; 상기 진공 챔버 내부의 상부에 위치하며, 상기 웨이퍼에 증착할 물질로 이루어진 타겟: 상기 진공 챔버 내에 장착되어 금속막 형성을 위하여 상기 타겟으로부터 금속입자가 스퍼터링될 때에 상기 웨이퍼 이외의 다른 부위에 증착되지 않도록 방지하며, 설치 각도를 직각이 아닌 입체형으로 형성한 실드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체형 실드 구조를 가지는 스퍼터링 장치.A vacuum chamber forming a closed space; A wafer installed in the vacuum chamber; A target made of a material to be deposited on the wafer, the target being located in the vacuum chamber: mounted in the vacuum chamber so that the metal particles are not sputtered from the target when sputtered from the target to form a metal film A sputtering apparatus having a three-dimensional shield structure, wherein the shield comprises a shield formed in a three-dimensional shape instead of a right angle. 제 1항에 있어서, 상기 실드의 설치 각도는 둔각으로 하는 것을 특징으로 하는 입체형 실드 구조를 가지는 스퍼터링 장치.The sputtering apparatus having a three-dimensional shield structure according to claim 1, wherein an installation angle of the shield is an obtuse angle.
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JPS6227564A (en) * 1985-07-26 1987-02-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Ion plating device

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JPS6227564A (en) * 1985-07-26 1987-02-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Ion plating device

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