KR100840466B1

KR100840466B1 - 물리기상증착장치

Info

Publication number: KR100840466B1
Application number: KR1020060114910A
Authority: KR
Inventors: 이성원
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-06-20
Also published as: KR20080045799A

Abstract

본 발명은 반도체 제조에 사용되는 물리기상증착공정에서 프로세스 종료 후 챔버 내부에 잔존하는 부산물이 프로세스 진행 중인 웨이퍼에 증착되는 것을 방지할 수 있고, 금속타겟이 국부적으로 소모되어 웨이퍼의 균일도가 불안정해지는 것을 방지할 수 있는 물리기상증착장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

이를 구현하기 위한 본 발명은, 회전수단에 의해 회전됨으로써 챔버 내부에 자장을 형성시키는 마그넷; 상기 마그넷의 자장에 의해 챔버 내부로 유입된 프로세스기체가 표면에 충돌되어 표면의 금속원자들이 웨이퍼에 증착되는 금속타겟; 증착공정시 부산물이 웨이퍼에 증착되는 것을 방지하기 위하여 상기 금속타겟과 웨이퍼의 주위를 쉴드시키기 위한 쉴드기체를 공급하는 쉴드기체공급부; 상기 쉴드기체를 배출시키는 쉴드기체배기수단; 상기 쉴드기체공급부의 내측으로 프로세스기체가 공급되도록 설치되는 프로세스기체공급부; 를 포함하여 이루어진다.

웨이퍼, 증착, 금속타겟, 쉴드

Description

물리기상증착장치{APPARATUS FOR PHYSICAL VAPOR DEPOSITION}

도 1은 종래의 PVD챔버를 개략적으로 보여주는 구성도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 PVD챔버를 개략적으로 보여주는 구성도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 금속타겟을 보여주는 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 챔버 110 : 금속타겟

111 : 코일 120 : 마그넷

130 : 히터 141 : 프로세스기체공급수단

142 : 프로세스기체공급배관 143 : 프로세스기체공급부

151 : 쉴드기체공급수단 152 : 쉴드기체공급배관

153 : 쉴드기체공급부 154 : 쉴드기체배기수단

본 발명은 물리기상증착챔버에 관한 것으로, 반도체 제조에 사용되는 물리기 상증착공정에서 프로세스 후 잔존하는 부산물이 다음 웨이퍼 프로세스에 영향을 미치는 것을 방지하기 위한 물리기상증착장치에 관한 것이다.

현대의 반도체 소자 제조의 주요 단계 중 하나는 반도체 기판 위에 유전층 및 금속층을 포함한 여러 가지 층을 형성하는 것이다. 잘 알려진 바와 같이, 이들 층은 화학 기상 증착(CVD) 또는 물리 기상 증착(PVD)에 의하여 증착될 수 있다.

물리기상증착(PVD;Physical Vapor Deposition)방법 중 하나로 스퍼터링(sputtering)공정이 제시되어 있다. 스퍼터 공정은 반도체 기판 표면에 금속배선을 하기 위해서 소정 두께의 금속막을 물리기상 증착법을 이용하여 물리적으로 기화시킨 후 반도체 기판 표면에 금속 박막을 형성하는 공정이다. 이 때 주로 원재료로서는 금속타겟을 사용하며, 불활성기체를 이온화시켜 플라즈마화된 입자를 소정의 전위차를 주어 가속시켜 금속타겟 표면에 충돌시킴으로써, 금속타겟의 표면에 있던 금속원자들이 그 충돌 에너지에 의해서 튀어나와 반도체 기판에 증착되어 금속박막을 형성하는 공정이다.

도 1은 종래의 PVD챔버를 개략적으로 보여주는 구성도이다.

금속타겟(10)은 디스크(Disk) 또는 플레이트(Plate) 타입으로 되어 있고, 프로세스기체공급부(40)로부터 공급되는 프로세스기체(아르곤(Ar)가스)와 충돌로 인해 표면의 원자가 튀어나오도록 되어 있다.

금속타겟(10)의 하부에는 히터(30)의 상부에 웨이퍼(W)가 설치되어 있어, 금속타겟(10)으로부터 튀어나온 원자가 웨이퍼(W)에 증착되도록 되어 있다.

상기 금속타겟(10)의 상부에는 마그넷(20)이 설치되어 있는데, 도시되지 않 은 회전수단에 의해 상기 마그넷(20)이 회전되면서 자장을 발생시키고, 그 자장에 의해 프로세스기체가 금속타겟(10)의 표면에 충돌하게 된다.

그러나 타겟(10)이 디스크(Disk) 또는 플레이트(Plate) 타입으로 되어 있어 스퍼터링공정 후 타겟(10)이 소모되어 웨이퍼의 센터(center)와 에지(edge)와의 균일도(uniformity)가 불안정하며, 프로세스 진행 후 챔버 내부에 잔존하는 부산물 등이 챔버 내부를 유동하면서 다음 웨이퍼 프로세스 진행시 파티클(particle)을 유발하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 프로세스 종료 후 챔버 내부에 잔존하는 부산물이 프로세스 진행 중인 웨이퍼에 증착되는 것을 방지할 수 있는 물리기상증착장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 금속타겟이 국부적으로 소모되어 웨이퍼의 균일도가 불안정해지는 것을 방지할 수 있는 물리기상증착장치를 제공하고자 함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 물리기상증착장치는, 회전수단에 의해 회전됨으로써 챔버 내부에 자장을 형성시키는 마그넷; 상기 마그넷의 자장에 의해 챔버 내부로 유입된 프로세스기체가 표면에 충돌되어 표면의 금속원자들이 웨이퍼에 증착되는 금속타겟; 증착공정시 부산물이 웨이퍼에 증착되는 것 을 방지하기 위하여 상기 금속타겟과 웨이퍼의 주위를 쉴드시키기 위한 쉴드기체를 공급하는 쉴드기체공급부; 상기 쉴드기체를 배출시키는 쉴드기체배기수단; 상기 쉴드기체공급부의 내측으로 프로세스기체가 공급되도록 설치되는 프로세스기체공급부;를 포함하여 이루어진다.

이 경우 상기 금속타겟은 프로세스기체가 충돌되는 부분이 볼록하게 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 금속타겟의 둘레를 따라 코일이 감겨져 있는 것이 바람직하다.

한편, 상기 금속타겟의 외측으로는 프로세스기체공급부와 쉴드기체공급부의 순으로 금속타겟을 2중으로 둘러싸도록 설치되는 것이 바람직하다.

이 경우 상기 프로세스기체공급부의 끝단부는 금속타겟을 향하도록 절곡되는 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 PVD챔버를 개략적으로 보여주는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 금속타겟을 보여주는 개략도이다.

본 발명은, 회전수단에 의해 회전됨으로써 챔버(100) 내부에 자장을 형성시키는 마그넷(120), 상기 마그넷(120)의 자장에 의해 챔버(100) 내부로 유입된 프로세스기체가 표면에 충돌되어 표면의 금속원자들이 웨이퍼(W)에 증착되는 금속타겟(110), 증착공정시 부산물이 웨이퍼(W)에 증착되는 것을 방지하기 위하여 상기 금속타겟(110)과 웨이퍼(W)의 주위를 쉴드(Shield)시키기 위한 쉴드기체를 공급하 는 쉴드기체공급부(153), 상기 쉴드기체를 배출시키는 쉴드기체배기수단(154), 상기 쉴드기체공급부(153)의 내측으로 프로세스기체가 공급되도록 설치되는 프로세스기체공급부(143)로 이루어진다.

상기 금속타겟(110)은 예를들면, 니켈, 탄탈륨, 티타늄, 구리, 알루미늄, 은, 금, 니오븀, 플래티늄, 팔라듐, 텅스텐 및 루테늄중 1종 이상, 상기 다양한 금속의 1종 이상의 합금을 포함할 수 있다.

이 경우 금속타겟(110)은 전체적으로 계란형으로 이루어져 프로세스기체가 충돌되는 부분이 볼록하게 형성되어 있다. 즉, 중심부는 볼록하게 형성되고 에지부로 갈수록 두께가 얇아지도록 되어 있어, 프로세스기체에 의한 충돌로 금속타겟(110)의 중심부가 국부적으로 소모되는 경우에도 웨이퍼 균일도를 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

또한 상기 금속타겟(110)의 둘레를 따라 일정한 간격으로 코일(111)이 감겨져 있다. 상기 코일(111)에 전원을 인가하면, 마그넷(120)이 활성화되어 프로세스 진행시 웨이퍼(W)에의 증착이 용이하게 되어 균일도(Uniformity)가 향상된다.

상기 마그넷(120)은 도면에 도시되지 않은 회전수단(모터)에 의해 소정의 속도로 회전하도록 되어 있다. 마그넷(120)이 회전하면 자장이 발생하게 되는데, 이 자장이 챔버(100)내의 프로세스기체를 운동시켜 금속타겟(110)에 충돌되도록 한다.

상기 금속타겟(110)의 하부에는 금속타겟(110)과 평행하게 웨이퍼(W)가 배치된다. 웨이퍼(W)의 상면은 금속타겟(110)의 하면과 근접하게 배치되고, 웨이퍼(W)의 하부에는 히터(130)가 설치된다.

상기 프로세스기체는 불활성기체로서 아르곤(Ar)이 사용된다. 아르곤가스는 일반적으로 수 mtorr 내지 약 100mtorr의 압력을 유지하면서 물리 기상 증착 시스템 내로 도입되어서, 시스템 내에서 글로우 방전이 발생되고 유지될 수 있도록 하는 매체로서 기능한다.

상기 프로세스기체는 프로세스기체공급수단(141)으로부터 프로세스기체공급배관(142)을 거쳐 프로세스기체공급부(143)를 통해 챔버 내부로 공급된다. 상기 프로세스기체공급수단(141)에서는 공급유량을 제어하면서 프로세스기체를 공급하게 된다.

상기 쉴드(shield)기체는 불활성기체로서 아르곤(Ar)이 사용될 수 있다. 쉴드기체는 쉴드기체공급수단(151)으로부터 쉴드기체공급배관(152)를 거쳐 쉴드기체공급부(153)를 통해 챔버 내부로 공급된다. 상기 쉴드기체공급수단(151)에서는 공급유량을 제어하면서 쉴드기체를 공급하게 된다.

상기 쉴드기체공급부(153)는 금속타겟(110)의 외부를 감싸면서 쉴드기체가 아래방향으로 분사되도록 쉴드기체공급부(153)의 끝단부(153a)가 아래방향을 향하도록 설치되어 있다.

상기 쉴드기체공급부(153)로부터 분사된 쉴드기체는 챔버(100) 내부에 잔존하는 부산물이 프로세스 진행 중 웨이퍼(W)에 증착되는 것을 방지하기 위해 금속타겟(110)과 웨이퍼(W)를 챔버(100)의 내부공간과 차단시키는 역할을 하게 된다. 또한 프로세스기체가 금속타겟(110)과 충돌하여 웨이퍼(W)상에 집중되도록 하는 역할도 동시에 하게 된다. 이와 같이 쉴드기체에 의해 쉴드(Shield)된 상태에서 프로세 스가 진행되면 웨이퍼(W)상에 증착이 원활하게 이루어져 균일성(uniformity)이 향상된다.

상기 프로세스기체공급부(143)와 쉴드기체공급부(153)는 모두 금속타겟(110)의 외부 둘레를 2중으로 감싸도록 형성되는 구조로 이루어진다. 다만, 이에 한정되는 것이 아니고, 챔버(100) 내부에 잔존하는 부산물이 웨이퍼(W)에 증착되는 것을 방지할 수 있도록 쉴드기체가 웨이퍼(W)의 주위를 차폐시킬 수 있는 구조이면 적용가능하다.

상기 쉴드기체공급부(153)에서 방출되는 쉴드기체는 챔버(100) 외부로 배출시켜야 한다. 이를 위해 쉴드기체배기수단(154)이 쉴드기체공급부(153)의 수직방향 아래에 설치되어 쉴드기체를 배기시킨다.

상기 프로세스기체공급부(143)의 끝단부는 금속타겟(110)을 향하도록 90도 이상 절곡되는 것이 바람직하다. 이로 인해 프로세스기체가 금속타겟(110)에 보다 원활히 충돌되어 금속타겟(110)의 표면으로부터 원자가 원활히 이탈된다.

이상, 본 발명을 실시 예를 사용하여 설명하였으나 이들 실시예는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 물리기상증착장치에 의 하면, 금속타겟과 웨이퍼의 주위를 아르곤을 이용하여 쉴드시킴으로써 웨이퍼에 증착이 원활하게 이루어지고 챔버 내부에 잔존하는 부산물이 웨이퍼에 증착되는 것을 방지하여 균일도를 향상시킬 수 있다.

또한 금속타겟의 주위에 코일을 일정간격으로 감아 놓음으로써 마그넷을 활성화시켜 웨이퍼에 증착이 용이하게 이루어지며, 금속타겟의 프로세스가스가 충돌되는 부분이 볼록하게 형성되어 있어 웨이퍼의 균일도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims

회전수단에 의해 회전됨으로써 챔버 내부에 자장을 형성시키는 마그넷;

상기 마그넷의 자장에 의해 챔버 내부로 유입된 프로세스기체가 볼록하게 형성된 표면에 충돌되어 상기 표면의 금속원자들이 웨이퍼에 증착되는 금속타겟;

증착공정시 부산물이 웨이퍼에 증착되는 것을 방지하기 위하여 상기 금속타겟과 웨이퍼의 주위를 쉴드시키기 위한 쉴드기체를 공급하는 쉴드기체공급부;

상기 쉴드기체를 배출시키는 쉴드기체배기수단;

상기 쉴드기체공급부의 내측으로 프로세스기체가 공급되도록 설치되는 프로세스기체공급부;

를 포함하여 이루어진 물리기상증착장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 금속타겟의 둘레를 따라 코일이 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 물리기상증착장치.
제1항에 있어서,

상기 금속타겟의 외측으로는 프로세스기체공급부와 쉴드기체공급부의 순으로 금속타겟을 2중으로 둘러싸도록 설치된 것을 특징으로 하는 물리기상증착장치.
제4항에 있어서,

상기 프로세스기체공급부의 끝단부는 금속타겟을 향하도록 절곡된 것을 특징으로 하는 물리기상증착장치.